JP6506938B2 - エアゾール生成方法およびエアゾール生成システム - Google Patents

Description

多くの製造および産業用途は、燃焼用途に使用される燃料／空気混合、スプレー塗料用の霧化空気塗料混合物、医薬品塗膜用途、接着剤用途などの微細な蒸気ミストやエアゾールを生成するために流体霧化から利益を得る。成分溶液がエアゾール化されれば、任意に形付けられた表面を実質的に塗膜するための加工が容易となる。或いは、医薬品産業において、エアゾールは、「スプレー乾燥」と呼ばれる加工において汎用され、医薬品有効成分を生成する上流成分溶液として作用する微粉末を生成する。

全ての知られている用途において、成分溶液からエアゾールを生成することは困難である。成分溶液がニュートン流体のように作用するとき、蒸気またはエアゾールの生成は、多数の従来の方法によって達成されてきた。１つの従来の方法は高速のエアフローを使用して空気や液体を流れに乗せて運ぶ。典型的な噴霧器またはエアゾールは、高いレイノルズ数やウェーバー数による空気や成分溶液の同軸流れを含む。即ち、慣性力が流体の中の粘性力と表面張力を支配する。このような流れは一般に不安定であり、ケルビン・ヘルムホルツやプラトゥ・レイリー不安定性による流体分裂につながる。多数の例において、流れは、乱流であり無秩序であり、高い張力および張力速度において流体の塊が剥離され延伸されることにて、大量の空気が流れに乗って運ばれ、結果的に、空気中に浮遊する微細な霧状の液滴が生じる。

高速の同軸流れは、成分溶液がニュートン特性を有し、ニュートン流体のように作用するときは、有効である。しかしながら、多くの成分溶液は様々な高分子の相互作用する固体成分を含み、剪断薄肉と粘弾性を含む非ニュートン特性を呈する。高速の同軸流れや電子スプレーなどの従来の噴霧方法は非ニュートン特性を有する成分溶液には有効ではない。例えば、成分溶液が粘弾性であり強く延伸する厚肉である場合、その伸長粘度は、流体が延伸したとき、張力方向において、数等級、即ち、一部の高分子ポリマー成分溶液に対しては１０^５より大なる等級で高くなるという問題があった。

噴射中、非ニュートン特性を有する成分溶液の伸長厚肉が粘性抗力により慣性力や表面張力を圧倒させることにて、システムは、分裂前に、大きな張力を保持し、小液滴の形成を防止することができる。この噴射によって、まったく分裂せず、空気中に懸濁する細く長い粘性質のフィラメント、薄膜、およびテンドリルの形成をもたらす。本質的に、液体は、延伸はしても分裂して液滴化せずに、ミストや蒸気を形成することができる。

エアゾールを生成するための同軸流れシステムに生じる基本的な問題は、張力方向が並進方向と一致しているという点にある。フィラメントは徐々に液滴となって分裂してミストを形成するが、大きな張力を達成するためには、噴射から形成されるフィラメントは必然的に長い距離にわたって移動する必要があった。このフィラメントの移動に伴って、フィラメントは推進力を失い、大きな液滴を再形成するために推進力から跳ね返る。或いは、その軌道にわたってフィラメントを連続的に推進しようとすれば、フィラメントを分裂して液滴を形成するために異常なほど長い噴射時間が必要とされる。

したがって、当技術においてニュートン特性と非ニュートン特性のいずれかまたは両方を示す流体からエアゾールを生成するための方法およびシステムを提供することが有利である。

本発明の態様による、２つのローラ間に画定されたニップを介して引き込まれる流体および延伸する流体フィラメントを示す漸進図である。 ピストン対であって、該ピストン対の間で流体が延伸し分裂する実施例を示す図である。 本発明の態様による、逆回転ローラ対と、ニップの下流側に形成されたフィラメントと、を示す図である。 流体リザーバを有する例示的な逆回転ローラ対を示す断面図である。 エアゾールを生成する逆回転ローラ対を有するエアゾール生成装置の実施例を示す図である。 逆回転ローラ対のための流体塗膜法の２つの実施例を示す図である。 逆回転ローラ対のための流体塗膜法の２つの実施例を示す図である。 逆回転ローラ対のための流体塗膜法の更なる実施例を示す図である。 逆回転ローラ対のための流体塗膜法の更なる実施例を示す図である。 逆回転ローラ対のための流体塗膜法の更なる実施例を示す図である。 逆回転ローラ対のための流体塗膜法の更なる実施例を示す図である。 逆回転ローラ対のための流体塗膜法の更なる実施例を示す図である。 逆回転ローラ対の上流にエアフローを生成するためのファンを含むエアゾール生成システムの実施例を示す図である。 逆回転ローラ対の下流に配置された隔壁を追加した図８に示したエアゾール生成システムを示す図である。 逆回転ローラ対と隔壁の下流に配置されたスプレー収集器と真空を追加した図９に示したエアゾール生成システムを示す図である。 逆回転ローラ対および隔壁の上流に配置されたエアフローと、スプレー収集器と、逆回転ローラ対の下流に配置された真空と、を含むエアゾール生成システムの実施例を示す図である。 逆回転ローラ対の下に配置されたファンと、逆回転ローラの上に配置された隔壁と、スプレー収集器と、逆回転ローラ対の下流に配置された真空と、を含むエアゾール生成システムの別の実施例を示す図である。 ローラ間に画定されたニップに沿った逆回転ローラに平行に移動する空気流を含むエアゾール生成システムのまた別の実施例を示す図である。 ローラ表面上の様々な開口を示す逆回転ローラを例示した図である。 逆回転ローラの１つまたは両方に対するテクスチャを例示した図である。 逆回転ローラの１つまたは両方に対するテクスチャを例示した図である。 逆回転ローラの１つまたは両方に対するテクスチャを例示した図である。 異なるテクスチャ付き表面の２つの領域を有する逆回転ローラの１つを示す図である。 変化する距離で互いに離間配置されたリブがローラの周囲を延伸する逆回転ローラに対するテクスチャ付き表面のまた別の実施例を示す図である。 複数のブリストルがローラの表面から離間されて延伸しているまた別のタイプのテクスチャ付きローラ表面を示す図である。 異なる領域でその表面に施された２つの表面処理を有するローラの実施例を示す図である。

流体フィラメントが延伸し液滴に分列されてエアゾール、ミスト、および他の蒸気を生成するエアゾールを生成するためのシステムおよび方法が開示されている。「エアゾール、ミスト、および蒸気」は、空気中に浮遊している流体フィラメントの一以上の液滴を説明するために使用される置き換え可能な用語である。多くの場合、これらの流体はニュートン特性または非ニュートン特性のいずれかを有している液体である。一般に、非ニュートン特性を有する流体は、強力な伸長厚肉となり、その伸長粘性によって張力付与時の張力方向へ数等級、かなり大きくなる。非ニュートン流体の伸長厚肉は粘性抗力により流体の慣性力や表面張力を圧倒させることにて、システムが分裂前に大きな張力を維持し小滴や液滴の形成を防止することができる。

適度に長い張力経路に沿って十分に引っ張られ、延伸した場合、ニュートン特性および非ニュートン特性を有する流体を含む全ての流体は、漸進的に小滴に分裂し、ミストやエアゾールを形成する。全ての流体は、流体フィラメントがいくつかの液滴に分裂しミストやエアゾールを形成するまで、連続的に延伸して流体フィラメント（延伸流体）を形成することができる。

流体フィラメントを引っ張り延伸させる工程は、第１ラウンドの液滴の形成後に残った過剰流体によってまたは新しい流体によって反復することができる。更に、複数の流体フィラメントが、第１の流体フィラメントの延伸および張力付与工程と並行して延伸されることによって、形成される液滴の容積を大きくすることができる。第１の流体フィラメントの延伸から任意の更なる過剰流体フィラメントの延伸までの間隔の時間量は、調整または制御可能な時間周期で定義することができる。流体フィラメントの多数の延伸から分裂までの時間周期は可変でも一定でもよい。

図１は、逆回転ローラ対１００、１０２によって延伸された流体の進行を示している。ニップ１０４は、ローラ１００、１０２が逆回転する際に流体が引き込まれる２つのローラ１００と１０２の間の空間として画定される。流体は、ニップ１０４の上流側１０６に溜まり、ニップ１０４を介して引き込まれる。ニップ１０４の下流側１０８では、流体は、２つのローラ１００、１０２の表面同士の間で延伸し、流体フィラメント１１０を形成する。２つのローラ１００、１０２が逆回転する間、流体フィラメント１１０が付着するローラ１００、１０２の表面はそのまま変わらないが、これらの表面間の空間は大きくなる。ローラ１００、１０２の各表面が互いから離間して回転するにつれて、流体フィラメント１１２はより長くより細く成長する。流体フィラメント１１２が、不安定になった液体ブリッジのポイント、即ち、これは流体フィラメント１１２には毛管分裂ポイントでもあるが、このポイントに達すると、流体フィラメント１１２は、いくつかの液滴１１４に分裂し、余剰流体１１６を各ローラ表面裏側に残す。余剰流体１１６はそのそれぞれのローラの表面に引き戻され、溜まった流体の一部となり、次のローラの回転時にニップを介して引き込まれる。この工程が反復されて連続的なミストを提供することができる。

図２は、流体２０４の進行を示しており、流体２０４は、ピストン対２００、２０２の間で延伸されて、最終的には複数の液滴２０６に分裂する流体フィラメント２０６を形成する。流体２０４はピストン２００、２０２の間に配置される。ピストン２００、２０２は互いから引き離され、連続的な張力を加えることによって、流体２０４がピストン２００、２０２の間で延伸され、流体フィラメント２０６を形成する。流体フィラメント２０６がより長く細く成長するにつれて、流体フィラメント２０６はやがては多数の液滴２０８に分裂されるその毛管分裂ポイントに到達し、余剰流体２１０を各ピストン２００、２０２の表面裏側に残す。図２はまた、流体フィラメント２０６の前駆体であり、液滴２０８が形成される際の毛管分裂ポイントに到達するビーズ・オン・ア・ストリング構造２１２を示している。余剰流体２１０は、ピストン２００、２０２に溜まり、ピストン２００、２０２は一緒に戻され、流体が再び延伸され、これによって工程を反復し更なるミスト液滴が形成される。

図３は、逆回転ローラ対３０２、３０４の実施例を示している。ローラ３０２、３０４は、ローラ同士間の領域であるニップ３０６を画定する。いくつかの実施例において、ニップは物理的に互いから離間配置されたローラ同士の間の空間によって画定される。他の実施例において、ニップ３０６は、物理的に互いが接触するローラ同士間で画定される。更に他の実施例では、ローラは、ローラ同士がニップにおいて互いに接触した際に圧縮する可撓性の表面材料を有している。

ニップ３０６は上流側３１０と下流側３１２とを有している。ローラを塗膜する流体はニップ３０６の上流側３１０に溜まる。流体はニップ３０６を介して下流側３１２へ引き込まれ延伸されて流体フィラメント３０８を形成する。流体フィラメント３０８は下流側で印加される連続的に大きくなる張力を受けることにて、張力が大きくなるにつれて、流体フィラメント３０８がより長く細く成長し、ローラ３０２、３０４の表面同士が更に大きく離間される。図３に示した実施例において、流体フィラメント３０８に印加された張力は、ローラ３０２、３０４の逆回転によって大きくなる。即ち、流体はローラ表面上の同じ場所に付着したままであり、ローラが逆回転し、これによって、回転が発生すると、ローラ表面同士の間により大きな距離が生じ、これによって、分裂するまで流体フィラメントを延伸させる。

図４は、逆回転ローラ対４０２、４０４を有するエアゾール生成システム４００をより詳細に示す図である。図３と同様に、図４の逆回転ローラ対４０２、４０４は、その間にニップ４０６を画定し、互いに対して逆回転する。ローラ４０２、４０４は共に各々、流体４１２、４１４によって塗膜される。流体４１２、４１４は、各ローラ４０２、４０４の全周囲にわたって延伸する。ローラ４０２、４０４の一方または両方の流体４１２、４１４の一部は部分的に乾燥し、液体が塗膜されないローラ表面の領域を残す。或いは、他の実施例において、流体は、いくつかの部分乾燥領域を受けるローラ対の１つだけを塗膜することができる。

図４において、下部ローラ４０４の一部は下部ローラ４０４を塗膜する流体４１０を含む塗膜パン４０８内に浸かる。下部ローラ４０４は、負のギャップが下部ローラ４０４と上部ローラ４０２の間で実施されることを可能にするゴム層４１６も有している。２つのローラ４０２、４０４の間の負のギャップは流体をローラ４０２と４０４の間で可逆的に圧縮させる。ゴム層４１６はまた、流体４１０がローラ４０４の表面に付着するように付勢する。この実施例において、ゴム層４１６はゴムであるが、他の実施例では、ローラに流体を付着させることを助ける任意の他の適切な材料であってよい。

逆回転ローラ対４０２、４０４の間にはニップ４０６が配設されている。この実施例において、ニップは調整された流体厚さになるように２つのローラ４０２、４０４間で流体層４１２、４１４を押し絞る。いくつかの実施例において、調整された流体厚さは調節可能であり、他の実施例では固定することができる。流体厚さの調整は、ミストの液滴４１８がニップ４０６の下流側に形成される際の容積およびその方法を調整する。図１に関して上述したように、流体は、ニップ４０６を通過する前にニップ４０６の上流側に溜められる。図４に示した実施例の流体の溜まりは、２つのローラ４０２、４０４からの流体の結合であってもよい。

図５は、流体を延伸する張力要素として逆回転ローラ対５０２、５０４を有するエアゾール生成システム５００の実施例を示す図である。図５に示したモータ５０６などの駆動要素は、図５の矢印５０８、５１０に示したように、互いに対して逆回転するように、逆回転ローラ対５０２、５０４を駆動する。液体が入ったリザーバなどの流体源５１１はローラ５０２、５０４の一方または両方を流体で塗膜する。流体の膜はローラ５０２、５０４の一方または両方の表面に形成される。計量ブレード５１２や他の膜厚調整機構は、ローラ５０２、５０４上の膜厚を調整するためにフィラメント生成システム５００に含まれてよい。計量ブレード５１２は、図５に示したように、ローラ５０２、５０４の一方または両方に接触するか、または、略接触することにて、ローラ５０２、５０４上の流体の膜厚を調整する。

上述したように、ローラが互いに対して逆回転するとき、ローラの一方または両方を塗膜している流体は、ローラ同士の間に画定されたニップへ引き込まれる。流体フィラメントはニップの下流側で延伸し液滴に分裂してニップの下流側にミストを形成する。液滴に分裂される流体フィラメントは、ローラ自体から離れた方向に流れる。回収要素は、流体被膜がローラのニップを介して引き込まれることによって形成されるミストを収集するように配置することができる。ミストは流体フィラメント分裂によって形成される液滴の集合である。

図６Ａおよび６Ｂは、流体を延伸する逆回転ローラ対を有するエアゾール生成システムのための２つの異なるタイプの流体塗膜法を示している。図６Ａは、流体を逆回転ローラ対の上部ローラ６０４に接触させるように方向づけられた流体供給部６０２を含む。流体供給部６０２は、この実施例において、流体を上部ローラ６０４に接触させ、その近傍で、計量ブレード６０６が上部ローラ６０４に接触する。計量ブレード６０６は上部ローラ６０４の表面に付着する流体の膜厚を調整する。流体は上部ローラ６０４が反時計回りの動きで回転するにつれて上部ローラ６０４の表面の円周周りに流体の膜を形成し、本実施例では、計量ブレード６０６が上部ローラ６０４の表面にどれだけ接近配置されているか、または、他の実施例では、ローラの一方または両方にどれだけ接近して配置されているか、に基づいて、最大の流体膜厚を設定する。

ローラ６０４、６１０の逆回転によって上部ローラ６０４と下部ローラ６１０の間に形成されたニップ６０８を介して流体が引き込まれる。下部ローラ６１０は、時計周りの動きで回転し、これによってニップ６０８の上流端を介して流体膜が引き込まれる。ニップ６０８の下流側のエアフロー経路６１２、６１４は、各ローラの回転方向に平行な経路を有しており、例えば、上部の反時計回りの回転ローラ６０４に対して、エアフロー経路６１２は上部ローラ６０４の反時計回りの回転に平行であり、下部の時計回りの回転ローラ６１０に対して、エアフロー経路６１４は下部ローラ６１０の時計回りの回転に平行である。

図６Ｂは、流体源は流体が入ったパンまたはリザーバ６１６である図６Ａに示した同じ逆回転ローラ対６０４、６１０に対する別のローラ塗膜法を示している。下部ローラ６１０の一部は、パン６１４内に浸かり、下部ローラが回転すると、パン６１４内の流体の中を移動するように配置され、これによって、流体を付勢して、流体をローラ６１０の表面へ付着させる。計量ブレード６１８は、下部ローラ６１０に接触するかまたは略接触しており、流体が通過する際の最大膜厚を画定することによって下部ローラ６１０の表面に付着する流体の膜厚を調整するように、配置されている。エアフロー経路６１２、６１４は、図６Ａおよび６Ｂに示した塗膜法の両方の逆回転ローラに対するものと同じかまたは同様である。

図６Ａおよび６Ｂの実施例に示したニップ６０８は、ローラ６０４、６１０が隣り合って配置されるが互いに直接接触しないように２つのローラ６０４、６１０同士の間に間隙またはスペースを含んでいる。ニップ６０８によって形成された狭小ギャップは、流体フィラメントをニップ６０８の下流端に延伸させ、次に、液滴に分裂させることにて、ミストやエアゾールを形成する。

図７Ａ〜７Ｅは逆回転ローラ対を有する張力要素のローラへ流体を塗布するための他の塗膜法を示している。これらの実施例において、明確化のために単一のローラ７００が示されているが、このローラは逆回転ローラ対の一部である。図７Ａは、ローラ７００へスロットビード塗膜を塗布している流体源７０２を示している。流体源７０２は、ローラ７００の上流側表面およびその高さに沿ったほぼ中間部へ流体を塗布するように配置されている。この実施例において、流体源７０２はローラ７００の表面に接触しているかまたは略接触している。流体７０４はローラ７００の周囲を塗膜する。

図７Ｂは、ローラ７００へ多層スロットビード塗膜を塗布する第１の流体７０８と第２の流体７１０を有する流体源７０６を示している。図７Ａにおいて説明した単層スロットビード塗膜法と同様に、流体源７０６は、ローラ７００の上流側表面およびローラ７００の高さに沿ったほぼ中間部へ流体を塗布するように配置され、ローラ７００の表面に接触しているかまたは略接触している。しかしながら、この実施例において、流体源７０６は、互いに重畳されるとともに多層流体７１２としてローラ７００の表面に塗布される、第１の流体７０８および第２の流体７１０を含む。多層流体７１２はローラ７００の周囲を塗膜する。

図７Ｃは、流体源７１４がローラ７００の上方およびその幅に沿った略中間部に配置されるスロットカーテン塗膜法を示している。流体源７１４もまた、ローラ７００から間隔をとって配設され、ローラ７００に流体を塗布する際にローラ７００の表面に物理的に接触しないことにより、流体がローラ７００に接触する前に流体を空気の中をある距離だけ移動させる。流体経路７１６は、図７Ａおよび７Ｂにおいて上述した他の代替塗膜法と同様にローラの周囲に延伸する。

図７Ｄは、流体源７１８がローラ７００の表面に付着する多層流体７２６を共に生成する第１の流体７２０、第２の流体７２２、および第３の流体７２４を含む摺動ビード塗膜法を示している。流体源７１８は、第１の流体７２０、第２の流体７２２、および第３の流体７２４の各々が送出されるとき、互いに衝突して多層流体７２６を形成するようにローラ７００の側面にある角度で傾斜配置されている。この実施例において流体源７１８はローラ７００に接触しているかまたは略接触している状態で流体７２６を送出するように配置されている。上述した他の実施例と同様に、流体７２６の流体経路はローラ７００の周囲に伸長している。

図７Ｅは、流体源７２８がローラ７００の表面に付着する流体多層７３６を共に生成する第１の流体７３０、第２の流体７３２、および第３の流体７３４を含む摺動カーテン塗膜法を示している。流体源７２８は第１の流体７３０、第２の流体７３２、および第３の流体７３４の各々が送出されるとき、互いにぶつかって多層流体７３６を形成するように、ローラ７００の側面に配置され、ローラ７００に対してある角度で傾斜している。流体源７２８は、ローラ７００の表面から間隔をとって配設されており、ローラ７００へ流体７３６を塗布する際にローラ７００の表面と物理的に接触しないことによって、ローラ７００と接触する前に空気の中をある距離だけ流体７３６を移動させる。流体経路は、流体７３６とローラ７００の間の接触点に垂直な方向へ伸長しローラ７００の周囲を塗膜する。

任意の適切な塗膜法は流体をローラの表面に塗布するように使用することができ上述の塗膜法は決して本開示を限定するように設計されていない。例えば、流体は、ローラに対して任意の適切な角度でおよび任意の適切な場所で塗布することができる。流体は、一方または両方のローラへ滴下することもできるし、ローラの表面へ直接塗布することもできる。流体はニップの上流側または下流側を塗布することができるが、上記の実施例において、ローラは円形であり、ニップの下流側での流体の任意の塗布はローラの下流側を塗膜し、ローラの回転によって流体はニップ上流側のニップに流れ込む。

図８〜１２はエアゾール回収システムのための構成の実施例であり、各々がエアゾールの液滴を形成したり、エアゾールのミストを方向づけたりする際の補助機能を有している。図８〜１２の各々には、逆回転ローラ対８００、８０２、流体源８０４、および計量ブレード８０６が含まれている。別の実施例において、ニップへまたはニップの近傍へ電界を印加して流体フィラメントからの液滴の形成を付勢する。

図８において、エアゾール生成システムはまた、それぞれの空気流路８１０を有する３つのファン８０８を含み、これらのファンは、流体フィラメントを付勢して流体フィラメントを延伸させローラ同士の間のニップの下流側で液滴に分裂させ、および、形成されたミストまたはエアゾールを付勢してエアフロー８１０の方向へ移動させる。或いは、これらのファンは、流体フィラメントを付勢して延伸させ液滴に分裂させることが可能な任意の適切な圧縮空気源や任意の圧力源に置き換えることができる。

図９は、ニップの下流側に配置されかつローラ８００、８０２に対して傾斜した２つのバッフル８１２を追加した図８に示したエアゾール生成システムを示している。バッフル８１２は当該２つのバッフル８１２同士の間に形成された開口８１６を介して移動する経路８１４内へ形成されたエアゾールを案内する。図１０は、エアゾール収集器８１８および真空８２０を追加した図９に示したエアゾール生成システムである。エアゾール収集器８１８は、エアゾールの液滴を任意の適切なタイプの容器に集める要素である。真空８２０は、エアゾールの液滴をエアゾール収集器８１８内へ移動させるように付勢することを補助し、或いは、エアゾールを所望方向または所望経路に沿って案内するように印加される。図１１は、ファンを取り除いたこと以外は、図１０に示したエアゾール生成システムと同じである。

図１２は、逆回転ローラ対８００、８０２、流体源８０４、および計量ブレード８０６を有するまた別のエアゾール生成システムである。図１２に示した実施例において、ファン８２２は、ローラ対８００、８０２の下流側およびその下に配置され、エアフロー経路８２４を、エアゾールがローラ８００、８０２から離間して方向づけられる方向に対して垂直になるように、配置させる。エアフロー経路８２４は、エアゾールをバッフル８２６に向かって方向づけ、次に、エアゾールをエアゾール収集器８２８内へ方向づける。１つの構成において、真空８３０はエアゾール収集器８２８に印加され、エアゾールを付勢してエアゾール収集器８２８内へ移動させる。他の構成において、空気流はローラの一方または両方を介して流れ、ローラの一方または両方またはその一部を介して放射状に吐出される。

図１３は、逆回転ローラ対１３００、１３０２を含むまた別のエアゾール生成システムを示している。下部ローラ１３０２はリザーバ１３０４内に部分的に浸され、リザーバ内の液の中を回転するように配置されている。空気流１３０８は、ニップの下流側で、流体分裂１３０６によって形成された液滴へ向かって、ローラ１３００、１３０２の長さに略平行に流れる。

図１４は、その表面に複数の開口１４０２が形成されたローラ１４００を示している。これらの穴は開口１４０２へ流体を引き込み、流体フィラメントが形成される方法を調整し（即ち、流体フィラメントの大きさが調整され、よって、ミスト液滴の大きさが調整される）、これにより、流体フィラメント分裂が発生し、これによって得られるミスト形成を調整する。開口１４０２は、流体のローラ１４００の表面への付着を改良することもできる。また、開口１４０２は、中空ローラの内部へ伸長するローラの表面に形成される穴であってよいし、または、ローラ表面から内方へ伸長するキャビティなどのフロア付き開口であってもよい。開口１４０２は流体がローラ表面に付着する表面積を大きくする。流体が図１４に示した開口１４０２に溜まる面積内で流体容積の面積が大きくなると、ローラが逆回転するときに延伸し得る流体の容積が大きくなり、これにより、毛管の分裂ポイントに達した流体フィラメントから形成される液滴の量も大きくなる。一方または両方のローラは図１４に示した開口を含むことができる。開口１４０２は任意の適切な構成、形状および大きさであってよい。

図１５Ａ〜１５Ｃは一方または両方のローラの表面に用いることができる様々なテクスチャを示している。テクスチャは、ローラの表面に一体的に形成され得るか、または、ローラの表面の上層として用いることができる。図１５Ａは、複数のディンプルを有するテクスチャ付きローラ表面を示している。図１５Ｂおよび１５Ｃは、パターン化された隆起要素を有するテクスチャ付きローラ表面を示している。ローラのテクスチャ付き表面は、流体が付着するローラの表面積を大きくし、流体とローラ表面との間を形付け、そうでなければ、両間の膜厚、形状、流れ、付着する角度などを変えることができる。

図１６は、テクスチャ付き表面の第１の部分１６０２が第１のテクスチャを有し、テクスチャ付き表面の第２の部分１６０４が第１のテクスチャとは異なる第２のテクスチャを有しているテクスチャ付き表面の第２の部分１６０４を有するテクスチャ付き表面を有するローラ１６００を示している。図１７は、ローラの周囲に伸長し互いから様々な距離をとって離間配置されている複数のリブ１７０２を含むテクスチャ付き表面を有する更に別のローラ１７００を示している。図１８は、ローラ１８００の表面から離れて伸長する多数のブリストル１８０２を有するまた別のローラ１８００を例示的に示している。

図１９は、流体がローラ１９００に接触する角度を変えるために第１の表面処理法により処理される第１の領域１９０２と、第１の表面処理とは異なる方法で、流体がローラ１９００と接触する角度を変えるために第２の表面処理法により処理される第２の領域１９０４と、を有するまた別のローラ１９００を示している。他の実施例では、流体がローラに接触する角度を変えるために単一の表面処理だけがローラに適用される。

ローラに用いられるテクスチャおよび／または処理は噴霧化される流体の特徴に基づいて選択され、流体ごとにエアゾール生成工程をカスタマイズし、いろいろな理由から、流体を噴霧化するために最も効率のよい方法を提供することができる。一部の実施例において、ローラの一方または両方のテクスチャ付き表面は、ローラ表面に付着する流体塗膜の膜厚を変える。このようなテクスチャ付き表面は、対象となる領域の流体の濃度を変えることによって、流体フィラメントが液滴に分裂する際の効率を高めるように流体膜厚を変える補助を行うことができる。

ローラは、鋼または他の金属、プラスチック、ゴムなどの適切な材料から作ることができる。ローラまたはそのいかなる部分も、単一の材料、または、任意の数の複数の材料から作ることができる。例えば、ローラは、芯材料より軟質の材料からなる表面層で塗膜されるかまたはこれを含む芯材料から作ることができる。一部の実施例において、表面層材料は、流体を、ローラへ付着するように付勢したりまたは流体が異なる角度でまたは表面層材料がない場合に発生するのとは異なる方法でローラに付着させるように付勢したりする。

ローラに対する流体源の向きは、任意の所望の位置であってよい。上記の実施例のいくつかはミストやエアゾールを形成する液滴を特定の方向に方向づけるエアフロー源について説明している。エアフロー源は気体源でもよく、空気に限定されない。例えば、気体源は、流体フィラメントの分裂による液滴の形成を付勢または生じさせるために、気体をニップの一方の側、その上方、またはその下方に流れさせるように配置することができる。或いは、気体源は、気体がローラから放射状に吐出するように気体を一方または両方のローラを介して移動させるように配置することができる。

形成されたミストは様々な幾何学形状のエアゾールを形成するように方向づけられる。ミストをどのように方向づけるか次第で所望される幾何学形状を得ることができる。幾何学形状は、矩形、円錐、円錐形などの任意の形状であってよく、このような幾何学形状のサイズおよび輪郭はエアゾール化流体の容積や濃度を変えることによって調整することができる。

Claims (20)

1. 毛管分裂ポイントを有する流体からミストを生成する方法であって、
   ２つの分岐する表面の少なくとも１つに付着するように、少なくとも１つの表面に流体を塗布するステップと、
   前記２つの分岐する表面の間に伸びる張力経路に沿って前記流体を延伸するステップであって、前記延伸した流体が前記流体に張力を印加することによって流体フィラメントを形成するステップと、
   前記印加された張力が前記流体フィラメントの毛管分裂ポイントを越えたとき、前記流体フィラメントを複数の液滴に分裂させるステップと、
   前記複数の液滴を回収してミストを形成するステップと、
   を含む方法。
2. 前記流体の前記延伸は、ピストン対によって行われ、前記流体はピストンとピストンの間に延伸される、請求項１に記載の方法。
3. 前記張力経路は、前記ピストン対のピストンとピストンの間に伸びる、請求項２に記載の方法。
4. 前記流体フィラメントから前記ミストが形成された後に残った余剰流体を前記ピストン対の少なくとも一方に溜めるステップであって、前記余剰流体が余剰流体毛管分裂ポイントを有しているステップと、
   前記張力を前記余剰流体フィラメントに印加することによって前記張力経路に沿って前記余剰流体を延伸して余剰流体フィラメントを形成するステップと、
   前記印加された張力が前記余剰流体フィラメントの前記余剰流体毛管分裂ポイントを越えたとき、前記余剰流体フィラメントを複数の余剰流体液滴に分裂させるステップと、
   を更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記流体の前記延伸が逆回転ローラ対によって行われる、請求項１に記載の方法。
6. 前記逆回転ローラ対がローラとローラの間にニップを画定し、前記張力経路が前記ニップの下流側でローラ表面とローラ表面の間に伸びる請求項５に記載の方法。
7. 前記流体フィラメントから前記ミストが形成された後に残った余剰流体を溜めるステップであって、前記余剰流体が余剰流体毛管分裂ポイントを有しているステップと、
   前記張力を前記余剰流体フィラメントに印加することによって前記張力経路に沿って前記余剰流体を延伸して余剰流体フィラメントを形成するステップと、
   前記印加された張力が前記余剰流体フィラメントの前記余剰流体毛管分裂ポイントを越えたとき、前記余剰流体フィラメントを複数の余剰流体液滴に分裂させるステップと、
   を含む、請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 前記流体フィラメントの延伸は、前記余剰流体フィラメントの延伸前に起こり、且つ時間周期で定義される、請求項７に記載の方法。
9. 前記時間周期は調整可能である、請求項８に記載の方法。
10. 前記流体が非ニュートン特性を含む、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記流体がニュートン特性を含む、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記流体の前記延伸を前記張力経路に沿って連続的に大きくするステップであって、前記流体フィラメントがその毛管分裂ポイントに到達するまで前記延伸が大きくなるにつれて、前記流体フィラメントがより長くより細くなるステップを更に含む、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ミストを方向づけて幾何学形状によって画定されたエアゾールを形成するステップを更に含む、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記複数の液滴を回収するステップは、収集器に空気流をもたらすこと又は収集器に真空をもたらすことを含む、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 毛管分裂ポイントを有する流体からミストを生成する方法であって、
    連続的な張力を印加することによって２つの分岐する表面の間に伸びる張力経路に沿って流体を延伸するステップであって、前記連続的な張力は、互いに離間していく前記分岐する表面を有する移動体によって印加され、前記延伸した流体は流体フィラメントを形成するステップと、
    前記張力が前記流体フィラメントの毛管分裂ポイントを越えたとき、前記流体フィラメントを複数の液滴に分裂させるステップと、
    前記複数の液滴を回収して前記ミストを形成するステップと、
    を含む方法。
16. 前記張力は、ピストンとピストンの間に前記流体が延伸されるピストン対によって前記流体に印加される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記張力経路は、前記ピストン対のピストンとピストンの間に伸びる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記張力は、逆回転ローラ対によって流体に印加される、請求項１５に記載の方法。
19. 前記逆回転ローラ対がローラとローラの間でニップを画定し、前記ニップは上流側と下流側とを有し：
    流体が前記ニップの前記上流側に溜められ、前記ニップに引き込まれ；
    前記張力経路は、前記ニップの下流側でローラ表面とローラ表面の間に伸びる、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記複数の液滴を回収するステップは、収集器に空気流をもたらすこと又は収集器に真空をもたらすことを含む、請求項１５〜請求項１９のいずれか１項に記載の方法。

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