JP6663812B2 - フィラメント引き延ばし式霧化装置 - Google Patents

Description

多くの従来からの噴霧堆積（ｓｐｒａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）システムは、高粘性の流体または非ニュートン特性を有する流体の液滴の生成を助けるために、高度に加圧された空気を使用する。例えば、いくつかの従来からのシステムは、液滴を生成するためにノズル噴霧、エアブラスト霧化技術、および回転霧化を使用するが、これらのシステムでさえも、液滴の生成、とくには所望のサイズ、分布、および量の液滴の生成において、困難を抱える傾向にある。

いくつかの機械的な噴霧堆積システムは、１対の遠ざかるピストンおよび／または１対の反対向きに回転するローラなどの遠ざかる表面を使用することによって、高粘性流体および／または非ニュートン流体を霧化させることができる。これらのシステムは、流体フィラメントが形成されるまで遠ざかる表面の間で流体を引き延ばす。流体フィラメントに加えられるひずみまたは連続的な引き延ばしが、流体フィラメントが毛管力から破断する点を超えるまで、流体フィラメントを引き延ばし、すなわち流体フィラメントが自身の毛管破断点を超え、液滴へと分解する。遠ざかる表面による形式の噴霧堆積システムは、一般に、大量の噴霧液滴を生み出す。

大部分の噴霧堆積システムにおいて、過剰噴霧（ｏｖｅｒｓｐｒａｙ）の問題が典型的である。液滴が、噴霧堆積システムによって多数の方向に広がる。液滴の多くは所望の基板へと向けられるが、噴霧の液滴の一部は、意図せぬ表面へと堆積する。これらの表面として、繊細な制御および電気システムを含む噴霧堆積システムの周囲の環境を挙げることができる。さらに、過剰噴霧は、所望の目的または意図される目的に使用されない失われた流体であるため、噴霧堆積の効率を低下させる。

いくつかの状況においては、霧化した流体が、噴霧の前に加熱または他の処理を必要とする可能性がある。これらの処理が、周囲の構成要素に過度な熱応力を生じさせるなど、噴霧堆積システムの周囲の環境に悪影響を及ぼす可能性がある。システムの構成要素を保護するために、多くの場合、従来からの噴霧堆積システムは、単純に、流体が液滴へと分解されて噴霧される前に流体の加熱などの流体の処理を行う構成要素を含むことができない。

したがって、噴霧堆積の技術において、過剰噴霧を最小にするように意図される方向に向けられた制御されたサイズ、分布、または体積を有する液滴を生成でき、霧化のための流体を管理および処理するための制御および隔離された環境を有しているシステムおよび方法が、大いに有益であると考えられる。

本明細書に示される態様によれば、供給流体の霧化のための装置が提供される。霧化装置は、互いに隣接して配置され、上流側および下流側を有するニップを間に定める１対の回転するローラを備える。流体源が、ローラのうちの少なくとも一方を供給流体で被覆する。１対のローラの回転により、ニップの下流側において供給流体が引き延ばされる。バッフルユニットが霧化装置に備えられる。バッフルユニットは、１対の外側バッフルおよび１対の外側バッフルの間に配置された内部バッフルを有する。バッフルユニットは、内部バッフルがニップの下流側へと内部バッフルからバッフル流体を導くように、霧化装置内に配置される。液滴を形成する引き延ばされた供給流体が、霧化装置からバッフル流体によって運ばれる。

さらに、１対の遠ざかる表面を備えており、この１対の遠ざかる表面の間で供給流体が引き延ばされる装置も、提供される。バッフルユニットは、引き延ばされた供給流体の下流側へとバッフル流体を案内する。液滴を形成する引き延ばされた供給流体が、装置からバッフル流体によって運ばれる。

流体のさらなる霧化方法も、提供される。本方法は、１対の回転するローラのニップを通って流体源から霧化流体を引き込むステップと、ローラの遠ざかる表面の間で流体を引き延ばし、流体フィラメントを形成するステップとを含む。バッフル流体が、バッフルユニットの内部バッフルから吐出され、吐出されたバッフル流体は、ニップの下流側へと向けられる。流体フィラメントが、複数の霧化した流体液滴へと霧化する。霧化した流体液滴は、吐出されたバッフル流体に懸濁させられる。

典型的な霧化装置の実施形態の斜視図である。 図１の典型的な霧化装置の断面である。 図１の霧化装置のバッフルユニットの実施形態の斜視図である。 図３のバッフルユニットの断面である。 図３のバッフルの断面の斜視図である。 水平な向きの霧化装置の別の典型的なバッフルである。 図６のバッフルの断面の斜視図である。 図６のバッフルの断面である。 霧化装置の別の典型的なバッフルユニットの断面である。 図９の典型的なバッフルユニットの側面図である。 図９の典型的なバッフルユニットの斜視図である。 図９の典型的なバッフルユニットの断面であり、バッフルユニットを通る空気の流れを示している。 典型的な霧化装置の１対のローラおよび関連の構成部品の実施形態の斜視図である。 図１３のローラおよび関連の部品の側面図である。 図１３のローラおよび空気管の斜視図である。 図１３のローラの係合および空気管を示す正面図である。 図１３のローラおよび関連の部品の一部分の斜視図である。 図１３のドクターブレードおよびローラの斜視図である。

開示されるフィラメント引き延ばし式の霧化システムおよび方法は、高粘性の流体および／または機械系において非ニュートン特性を有する流体あるいは任意の他の流体から、制御されたサイズ、分布、および／または体積を有する液滴を形成することができる。開示されるシステムおよび方法の機械的な性質は、液滴の生成のプロセスを単純にし、形成後の液滴の制御をより容易にする。また、機械的なシステムを使用することによって、液滴のサイズを制御することができ、これは流体霧化装置を使用することができる用途を広げることにつながる。

流体を引き延ばすことで、流体フィラメントが形成され、引き延ばされた流体フィラメントが、流体フィラメントの毛管破断点を超えるときに、制御された体積の液滴へと分解する。流体の「毛管破断点」は、引き延ばされたフィラメントが毛管力から破断する点である。破断した流体フィラメントからの余分な流体は、流体供給システムおよび表面の一方または両方へと引き戻される。

例えば、流体を、２つの離れてゆく表面の間で流体を引き延ばすなど、流体引き延ばし式の霧化技術を使用して引き延ばすことができる。流体を引き延ばすことで、流体フィラメントが形成され、引き延ばされた流体フィラメントが、流体フィラメントの毛管破断点を超えるときに、制御された体積の液滴へと分解する。破断した流体フィラメントからの余分な流体は、流体供給システムおよび表面の一方または両方へと引き戻される。

そのような流体引き延ばし式の霧化技術は、一般に、純粋に機械的な手段を使用することによって、高粘性の流体ならびに／あるいは非ニュートン特性または他の複雑な流動学を有する流体を霧化させることができる。いくつかの流体引き延ばし式霧化装置は、流体、表面、または形成された液滴の採取を制御し、あるいは他のかたちで操作するうえで役に立つ追加の非機械的な手段を有することができる。離れてゆく表面を有する典型的な流体引き延ばし式霧化装置において、表面は、１つ以上の回転ローラ、１つ以上のピストン、１つ以上の平坦な表面またはブロック、あるいは任意の他の形状、テクスチャ、または輪郭の表面、もしくはこれらの任意の組み合わせであってよい。さらに、流体引き延ばし式霧化装置は、制御された量の流体を個別に引き延ばし、全体として制御された量の流体の集まりを生成する複数の並列な流体引き延ばし式霧化装置を有することもできる。

図１および２が、霧化装置１００の典型的な実施形態を示している。霧化装置１００は、２つの反対向きに回転するローラ１０２および１０４の間で流体フィラメントを引き延ばす。ローラの間で流体フィラメントを引き延ばすことによって、流体の「毛管破断点」において流体フィラメントの複数の液滴またはエアロゾルへの分解が生じる。霧化装置１００は、液滴生成のプロセスおよび構成部品を囲むハウジング１１０を備えている。ローラ１０２および１０４は、ハウジング１１０の内部に配置され、ハウジング１１０は、バッフルユニット２００を配置することができる出口ポート１１２を備えている。

図示の実施形態において、ローラ１０２および１０４は、円柱形であり、２つのローラ１０２および１０４の間にニップ１０６が定められている。ニップ１０６は、ローラを隔てる距離またはローラ間隔距離であってよい。ローラ間隔距離は、一方のローラの表面から向かい合うローラの表面までの距離として測定することができる。しかしながら、ローラが接触し、ローラ間隔距離がゼロになってもよい。他の実施形態において、ローラ間隔距離は、例えばローラが圧縮可能な表面を有していて各々のローラの外周が交わって重なることができる場合に生じうるような負の値であってもよい。

ニップ１０６は、下流側および上流側を有する。ニップ１０６の下流側が、液滴がローラから導かれる方向として定義される一方で、ニップの上流側は、その反対の方向として定義される。図示の実施形態において、ニップ１０６の下流側は、バッフルユニット２００を通って導かれ、上流側は、ハウジング１１０の底へと向けられる。

流体を霧化させるために、ローラ１０２および１０４は、反対向きに回転し、ニップ１０６の上流側から下流側へと流体を引っ張る。流体が、ニップ１０６の下流側において２つのローラ１０２および１０４の間にまたがるフィラメントを形成する。ローラ１０２および１０４が回転を続けるとき、流体フィラメントは、各々のローラに付着したままである。流体フィラメントは、各々のローラの表面上の実質的に一定の位置において各々のローラ１０２および１０４へと付着する。ローラの反対向きの回転の挙動ゆえ、ローラが反対向きに回転するにつれて付着の位置が互いに遠ざかる。これにより、流体フィラメントが２つのローラ１０２および１０４の間でさらに引き延ばされ、流体フィラメントのひずみが増大する。

流体は、最終的な「毛管破断点」を有し、流体フィラメントのひずみがこの値を超えるとき、流体フィラメントは液滴へと分解する。流体の一部分が霧化し、あるいは液滴を形成し、流体の別の一部分が、ローラ１０２および１０４に付着したままとなる。引き延ばされた流体フィラメントの分解は、流体のひずみを解放し、運動エネルギの一部を液滴へと提供し、液滴をニップ１０６から遠ざかるように下流方向に効果的に排出させる。ローラの回転およびローラの近傍の空気の運動によって、さらなる運動エネルギが液滴へと付与される。

図１および２に示されるように、霧化装置１００の種々の構成要素は、ハウジング１１０に収められる。ハウジング１１０は、流体の引き延ばしおよびバッフルユニット２００の所定の位置への配置に使用されるローラ１０２および１０４を収容する。さらに、ハウジング１１０およびバッフルユニット２００は、霧化した流体を囲み、これが流体の液滴の過剰噴霧を最小にする役に立つ。過剰噴霧を最小にすることは、周囲の環境およびユーザを霧化した流体による汚染から保護するうえで助けとなる。この隔離は、使用される供給流体が潜在的に有害である場合にとくに重要となりうる。ハウジング１１０の隔離的性質および過剰噴霧の最小化は、供給流体への暴露の潜在的な悪影響からユーザおよび環境を保護する。

ハウジング１１０は、いくつかの例では、絶縁性の側壁を有することができる。絶縁性の側壁は、ハウジング１１０の内部を周囲の環境から熱的に隔離することができる。熱的な隔離は、霧化させるべき流体または供給流体を、周囲の環境および温度から独立して比較的一定の選択された温度に保つことを可能にする。さらに、熱的な隔離は、周囲の環境をハウジング１１０の内部の温度から保護する。いくつかの実施形態においては、霧化プロセスのための所望の稠度または粘度を達成するために、供給流体を高い温度にすることが望ましいかもしれない。絶縁性のハウジング１１０が存在しない場合、高い供給流体の温度によって、周囲の環境の温度が上昇する可能性がある。周囲の環境の温度が高くなると、霧化装置１００の制御システムおよびセンサなど、霧化装置１００の外部の構成部品を傷め、あるいは妨げる可能性がある。

周囲の環境からの霧化装置１００の隔離は、装置１００および環境の両方を汚染、損傷、および／または干渉から保護する。そのような隔離は、霧化装置１００の出力についてより良好な制御を可能にし、装置１００をより効率的かつ効果的に機能させることを可能にできる。

図１および２に示される実施形態においては、バッフルユニット２００が、霧化装置１００に含まれる。図３〜５が、バッフルユニット２００のさらなる図を示している。バッフルユニット２００は、霧化または形成された液滴をローラから遠ざかるように選択された方向に向かって案内し、あるいは導く。図示の実施形態において、選択された方向は、ニップ１０６の下流側である。

バッフルユニット２００は、内部バッフル２３０を備え、内部バッフル２３０は、内部バッフル２３０を貫いて延び、２つのローラ１０２および１０４の間に形成されたニップ１０６へと向けられたチャネル２３４を有している。チャネル２３４は、バッフル流体をバッフル流体源からニップ１０６へと案内する。バッフル流体は、バッフル流体源および内部バッフルのチャネル２３４に連通したバッフル流体入り口２４０を通ってチャネル２３４へと供給される。バッフル流体を内部のチャネル２３４からニップ１０６へと導く際に、バッフル流体は、流体フィラメントのひずみを増大させ、さらには／あるいは制御することができる。吐出または案内されるバッフル流体によって引き起こされる流体フィラメントのひずみを、ローラ１０２および１０４の反対向きの回転によって引き起こされるひずみに付け加えることができる。

流体フィラメントの合算のひずみは、生じるひずみがローラによる流体の引き延ばしによって引き起こされるひずみだけである場合と比べて、より早い時点で流体フィラメントを霧化させることを可能にする。これは、ユーザが、バッフル流体およびバッフル流体の供給パラメータを変化させることによって、形成された流体フィラメントの分解を制御することを可能にできる。そのようなパラメータとして、吐出されるバッフル流体の量、吐出されるバッフル流体の速度、バッフル流体の温度、およびバッフル流体の圧力を挙げることができる。バッフル流体のパラメータおよび／または特性の変更は、ユーザが用途に合わせた最適な液滴サイズを達成することを可能にすることができる。

バッフル流体は、大気などの気体の流体である。バッフル流体の種類の選択は、形成される液滴の所望の特性、バッフル流体の特性、および所望の液滴を達成するための他のパラメータに基づくことができる。装置１００へのバッフル流体の流れが装置の内部を暖めて供給流体の流体学的特性を助けるように、大きな温度輸送能力を有するバッフル流体を使用することが望ましいかもしれない。

内部バッフル２３０は、吐出されたバッフル流体をニップ１０６へと導く。吐出されたバッフル流体は、流体フィラメントならびにローラ１０２および１０４に接触する。ローラ１０２および１０４の回転が、吐出されたバッフル流体を出口ポート１１２およびバッフル開口２０４へと向け直す。向け直されたバッフル流体は、霧化装置１００からの霧化した流体または流体の液滴の選択された方向への輸送を助ける。

霧化装置１００は、垂直な向きにあり、流体の液滴をバッフル開口２０４を通って上方へと導く。霧化装置１００の垂直な向きは、吐出される液滴の種々のパラメータの制御を助ける。垂直方向の霧化した流体の吐出は、液滴の選択を助ける重力の利益を可能にする。吐出される液滴は、或る質量を有し、或る速度でバッフルユニット２００を通って上方に移動する。個々の液滴の速度は、流体フィラメントの破断のプロセスならびに装置を通るバッフル流体の移動または流れにおいて液滴へと付与された方向および速度を含む。重力が吐出された液滴に作用し、したがってより大きな質量を有する液滴ほど大きな影響を被り、液滴の速度が遅くなり、いくつかの液滴がバッフル開口２０４を通って装置１００を出ることが潜在的に防止される。

付与される液滴の速度との組み合わせにおいて、装置１００のハウジング１１０を過ぎて延びるバッフルユニット２００の高さを変更することで、液滴のサイズまたは質量を、制御された最大値を有するように選択することができる。この最大サイズまたは質量を超える液滴は、バッフルユニット２００を通過する移動が重力によって遅くなり、結果としてそのような液滴のバッフル開口２０４からの排出が防止される。さらに、少なくとも所望のサイズの液滴の霧化装置１００からの放射の保証は、過剰噴霧の防止を助ける。あらかじめ選択された所望のパラメータを有する液滴の選択は、液滴の適切な堆積を保証するとともに、過剰噴霧をさらに最小化または防止しつつ過剰または無駄の量が抑えられることを保証する。

図１および２に示した実施形態において、供給流体は、ハウジング１１０内のリザーバ１１４に収容される。ローラ１０４は、供給流体によってローラ１０４が被覆されるようにリザーバ１１４を通って回転する。ドクターブレード１１６が、ローラ１０４の表面から離して配置され、余分な供給流体をローラ１０４から取り除いて、一様かつ所望の厚さの供給流体がローラ１０４を被覆するように保証する。ローラ１０４を被覆する流体が、ローラ１０２に接触し、離れてゆくローラ表面の間での引き延ばしに備えて流体をニップ１０６を通って引っ張る。流体がニップ１０６を通って引っ張られるとき、流体フィラメントが形成され、２つのローラ１０２および１０４の間で引き延ばされる。流体フィラメントは、自身の毛管破断点を超えると、複数の液滴へと分解する。液滴は、ニップ１０６の下流側に向かって装置１００の外へと導かれる。

ドクターブレード１１６は、流体リザーバ１１４の側面を形成し、供給流体を流体リザーバ１１４内に閉じ込めるうえで助けとなることができる。供給流体を流体リザーバ１１４にさらに閉じ込めるために、リザーバ内の流体の量は、ドクターブレード１１６の高さを超えない。リザーバ１１４内の供給流体の量は、最初の量として、あるいは流体の霧化につれて、変化する可能性がある。いくつかの場合、ローラ１０４を適切に被覆するために充分である最小限の量の流体が、リザーバ１１４内に含まれてよい。

あるいは、供給流体をローラ１０４上へと送り出すように構成された供給流体分配要素が、装置内に含まれてよい。供給流体を、複数の位置または１つの位置において、ドクターブレード１１６の上流側においてローラ１０４の表面を横切って送り出すことができる。ドクターブレード１１６が、ローラ１０４の表面の供給流体に係合し、供給流体をローラ１０４の表面全体に一様に分布させる。

リザーバ１１４内の供給流体を、流体そのものを加熱し、あるいはハウジング１１０または装置１００の内部を加熱することによって、加熱することができる。

あるいは、供給流体を、外部の供給源から霧化装置１００へと連続的に導入することができる。供給流体を、供給流体リザーバ１１４へと直接導入することができ、あるいは供給流体分配要素によってローラ１０４の表面へと送り出すことができる。あるいは、流体を、定期的な間隔で霧化装置１００へと導入でき、あるいは装置１００への流体の流れを生じさせるセンサを、装置に備えることができる。導入される流体は、あらかじめ選択された所望のパラメータを有する液滴の形成に最適な特定のあらかじめ選択された温度であってよい。

バッフルユニット２００は、形成された液滴の所望の方向への案内および霧化した流体の過剰噴霧の防止を助ける。バッフルユニット２００を、所望の方向に向け、形成された液滴を同様の方向に案内することができる。

バッフルユニット２００は、ハウジング１１０を貫き、さらに或る程度の距離を延びている。バッフルユニット２００の向きの軌跡と実質的に同じでない軌跡を辿る形成された液滴は、バッフルユニット２００の表面に遭遇する可能性が高い。そのようにすることで、形成された液滴が所望の方向に案内されるため、過剰噴霧が防止される。バッフルユニットを長くし、あるいは延長することで、液滴の方向の精度がさらに高められる。バッフルユニット２００の向きからわずかにずれた軌跡を有する形成された液滴は、おそらくはより短いバッフルユニット２００の表面には遭遇しないが、バッフルユニット２００が長くされ、あるいは延長される場合、バッフルユニット２００の表面に遭遇する可能性が高くなる。

バッフルユニット２００の表面に接触する形成された液滴を、装置１００の内部へと再循環させることができる。バッフルユニット２００の表面に接触した液滴は、バッフルユニット２００の表面に沿って再び装置１００の内部へと導かれる。バッフルの表面は、表面に沿った液滴の移動をさらに助けるためのコーティングを備えることができる。

バッフルユニットは、バッフルユニット２００の内周を形成する外側バッフル２１０および２２０を備える。外側バッフル２１０または２２０の一方に接触する液滴は、外側バッフルの表面に沿って導かれ、最終的に外側バッフル２１０および２２０のそれぞれに配置されたベント２１２または２２２に遭遇する。流体の液滴は、ベント２１２および２２２を通って外側バッフル２１０および２２０の反対側の表面へと流れる。液滴は、表面に沿って移動し続け、最終的にローラ１０２および１０４へと付着し、装置１００の内部を通って再利用される。

内部バッフル２３０に遭遇する流体の液滴は、上述と同様の再利用プロセスを辿る。液滴が、内部バッフル２３０の外面を横切り、ベント２３２を通過し、内部バッフル２３０の内面へと移動する。次いで、液滴は、装置１００のニップ１０６へと案内され、そこで液滴が装置１００の内部へと再利用される。再利用される液滴を、重力によって受動的にニップ１０６へと案内することができ、あるいは内部バッフル２３０を通って流れるバッフル流体によってニップ１０６へと進めることができる。

図６〜８が、吐出される液滴の方向が水平な平面内に向けられた霧化装置の別の典型的な実施形態を示している。図１および２に示したとおりの先の実施形態の種々の構成部品は同じままであり、バッフルユニット４００が、異なる構成を有している。図示の実施形態において、ローラ３０２および３０４ならびに他の構成部品を囲むハウジングは、図示されていない。先の実施形態に関して上述した構成部品が、水平な向きを有するこの典型的な実施形態に含まれてよいことを、理解できるであろう。

先の実施形態と同様に、バッフルユニット４００は、液滴の流れを所望の方向に案内し、過剰噴霧および／または液滴流体による周囲の環境の汚染の最小化を助ける。バッフルユニット４００は、上側および下側バッフル４１０および４２０と、内部バッフル４３０とを備える。内部バッフル４３０は、バッフルのチャネル４４４を通ってローラ３０２および３０４の間に定められたニップ３０６に向かってバッフル流体を案内する。案内されたバッフル流体は、流体フィラメントの分解および形成された液滴の霧化装置からの排出を助ける。内部バッフルは、霧化装置の外部にあってよいバッフル流体源に流体連通したバッフル流体入り口を備える。

先の実施形態と同様に、バッフルユニット４００は、形成された液滴の所望の方向への案内ならびに過剰噴霧または誤った方向の流体液滴の最小化を助ける。上側バッフル４１０および下側バッフル４２０は、逸脱した液滴を収集して集め、流体を将来の使用のために霧化装置へと再循環させる。上述のように、バッフルユニット４００の流体接触面を、表面における流体の移動を促進するように被覆し、処理し、あるいは仕上げることができる。

図示の実施形態において、上側バッフル４１０は、一体化されたドクターブレード４１２と、流体リザーバ４１４とを備える。上側のローラ３０４は、この実施形態においては流体で被覆されることがない。むしろ、下側のローラ３０２が、最初に供給流体で被覆される。一体化されたドクターブレード４１２が、液滴形成プロセスの後に上側のローラ３０４から流体を取り除く。取り除かれた流体は、流体リザーバ４１４へと導かれ、シャント４５０を通って下側バッフル４２０へと流れることができる。シャント４５０は、上側および下側バッフル４１０および４２０の間の流体の連通を可能にする。上側バッフル４１０のリザーバ４１４に集められた流体は、シャント４５０を通って下側バッフル４２０の流体リザーバ４２４へと流れる。上側バッフル４１０の表面に集められた流体の液滴は、上側バッフルの傾いた表面に沿って流れ、上側ローラ３０４へと付着でき、あるいは内部バッフル４３０の表面に付着することができる。

下側バッフル４２０は、ベント４２２および流体リザーバ４２４を備えている。下側バッフル４２０によって集められた液滴は、ニップ３０６の上流側へとバッフルの傾いた表面に沿って流れる。集められた流体は、ベントを通ってリザーバ４２４へと流れる。流体リザーバ４２４に集められた流体は、下側ローラ３０２の表面へと案内され、さらなるフィラメントの引き延ばしおよび霧化のプロセスのために再使用されうる。

内部バッフル４３０上に集まった液滴は、内部バッフル４３０の斜めの輪郭に沿って導かれる。内部バッフル４３０の上側の輪郭へと集まった液滴は、内部バッフル４３０の斜めの輪郭に沿ってニップ３０６へと導かれる。次いで、集まった液滴は、チャネル４４４を通るバッフル流体の流れによってニップ３０６へと導かれる。内部バッフル４３０の下側の輪郭へと集まった液滴は、斜めの下面に沿って突起４４５へと導かれる。集まった液滴は、突起４４５において融合し、最終的に下側バッフル４２０のベント４２２を通って落下する。そこで流体は流体リザーバ４２４に集められ、上述のように霧化装置へと再循環させられる。

所望の液滴パラメータ、すなわちサイズを達成するために、霧化装置の多数の態様を変更することができる。変更可能な態様として、ローラの対の間の間隔、ニップにおいてローラ間に加えられる圧力、ローラの回転の速度および方向、１つ以上のローラの表面からのドクターブレードの間隔、種々のバッフル流体の特性、供給流体および霧化装置の内部の構成部品の温度、ならびにバッフルおよび霧化装置のハウジングの物理的な形状が挙げられる。

制御システムを、液滴の形成を制御するために霧化装置に統合でき、あるいは霧化装置とともに使用することができる。制御システムは、霧化装置から吐出される液滴のサイズ、方向、および／または速度などの特性を監視または検出でき、検出された特性に応じて、少なくとも霧化装置の上述した態様などの態様または特性を変更して、吐出される複数の液滴の少なくとも特性を調整することができる。あるいは、霧化装置の態様または特性の調節を、ユーザが観測される液滴の特性に応じて手作業で実行することができる。

図９〜１２が、別の典型的なバッフルユニット６００を示している。バッフルユニット６００は、バッフル開口６０４、外側バッフル６１０および６２０、内部バッフル６３０、ならびに１対のバッフル流体入り口６４０を備えている。この例では、バッフル流体を内部バッフル６３０を通って導くよりもむしろ、バッフル流体が、１対の正反対に向かい合うバッフル流体入り口６４０を通ってバッフルユニット６００へと導入される。バッフル流体入り口６４０は、入り口を通るバッフル流体の流れがローラに平行に向けられるように、ローラ５０２および５０４の付近のバッフルユニットの側面に配置される。バッフル流体の流れは、ニップ５０６の下流側に整列させられ、ニップ５０６から或る程度の距離だけ離れて位置する。バッフルユニット６００を、任意の向きの霧化装置において使用することができる。

バッフル流体は、１対のバッフル流体入り口６４０を通って外部のバッフル流体源からバッフルユニット６００へと導入される。すでに述べた例と同様に、バッフル流体を加熱することができ、加熱されたバッフル流体は、霧化装置の内部の加熱に役立つ。

バッフル流体が、１対のバッフル流体入り口６４０を通ってバッフルユニット６００内に導入される。バッフル流体の２つの流れは、バッフルユニット６００の中央に向かって案内され、ニップの下流側に沿ってローラ５０２および５０４に平行である。ローラ５０２および５０４のほぼ中央線において、１対のバッフル流体の流れが出会い、バッフル流体の流れの分散が生じる。バッフルユニット６００の構造ならびにローラ５０２および５０４の反対向きの回転ゆえに、バッフル流体は、図１２に示されるように、バッフル開口６０４に向かって下流へと外方向に向けられる。装置から外へと向かうバッフル流体の流れが、上述のように液滴を捕らえ、液滴をバッフル開口６０４を通って外へと所望の方向に運ぶ。

先に説明した例と異なり、バッフルユニット６００のバッフル流体は、ニップ５０６へは向けられない。代わりに、バッフル流体は、バッフルユニット６００の両側面からニップに平行に流れる。バッフル流体の２つの対向する流れが衝突し、流れを分散させ、バッフルユニット６００のバッフル開口６０４を通るバッフル流体の正味の流れを生じさせる。ニップ５０６の上方のバッフル流体の流れが、ローラ５０２および５０４の間で引き延ばされる流体フィラメントと相互作用することができる。ニップに平行なバッフル流体の流れが流体フィラメントに作用させるせん断力により、流体フィラメントにさらなるひずみがもたらされ、流体フィラメントの分解を補助する。あるいは、バッフル流体の流れを、バッフル流体の流れが、先の例において説明したとおりの正面からの方向よりもむしろ、横からの方向にて流体フィラメントに直接接触するように、流体フィラメントの引き延ばしの平面に沿って導くことができる。

上述のように、媒体、流量、および圧力などのバッフル流体の１つ以上のパラメータを、サイズなどの所望の物理的なパラメータを有する液滴を選択するために調節することができる。加えて、バッフルユニット６００の高さなどのバッフルユニット６００の形状を、所望のあらかじめ選択された物理的なパラメータを有する液滴の選択を助けるように変更することができる。

先に説明した典型的なバッフルユニットと同様に、バッフルユニット６００は、集められた液滴をさらなる堆積プロセスにおいて使用するために霧化装置へと再び循環させることができる。集められた液滴は、望ましくない軌跡またはサイズを有する液滴など、所望のあらかじめ選択されたパラメータに合致しない液滴を含むことができる。外側バッフル６１０および６２０上に集まった液滴は、外側バッフルの斜めの輪郭に沿って導かれる。次いで、集まった流体は、ローラ５０２、５０４の一方に付着し、霧化装置へと再循環させられる。

内部バッフル６３０は、図９〜１２に示されるとおり、中実なくさび状の部品であり、くさびの頂点が、ニップ５０６へと向けられ、ニップ５０６から離れて位置している。あるいは、内部バッフル６３０は、中空な要素であってよく、もしくは交点にて終わる２つの交差する平面で構成されてよい。内部バッフル６３０上に集まった液滴は、内部バッフルの斜めの輪郭に沿って導かれる。次いで、集まった流体は、ニップ５０６へと付着し、あるいはバッフルユニットを通るバッフル流体の流れによってバッフルユニット６００を通って再び運ばれる。

あるいは、バッフルユニット６００の外側および内部バッフルは、先の典型的なバッフルユニットにおいて説明したものと同様の再循環の要素を備えることができる。

図１３および１４が、代案のローラの設計および供給流体の送出の典型的な実施形態を示しており、空気システムを含んでいる。１対のローラ７１０、７２０が、ローラの表面全体に配置された複数の溝および／またはチャネルを有している。ローラの介在する表面が、先に説明した実施形態と同様に対をなし、複数のニップ７０６を形成する。ニップが、ローラ７１０および７２０の対をなす各々の表面に形成される。上述のように、複数のニップは、下流側および上流側を有する。供給流体配送システム８００が、上方に配置され、供給流体をローラ７２０へと施す。空気源９００が、ローラ７１０および７２０の付近かつローラ７１０および７２０の間に配置される。空気源は、ローラ７１０および７２０の間に空気を導く。空気は、ニップの上流側からニップの下流側へと導かれる。導かれた空気は、霧化装置から所望の方向への形成された液滴の輸送および案内を助ける。

図１５が、ローラ７１０および空気源９００のさらに詳細な図である。ローラ７１０は、複数のニップ７０６を形成するようにローラ７２０の同様の表面とそれぞれ対をなす複数の表面７１２を有している。表面７１２の各々が、ローラ７２０の同様の表面とニップを形成する。さらに、複数のチャネル７１４が、ローラ７１０の全長に沿って配置されている。チャネル７１４および表面７１２は、ローラ７１０において交互に位置している。空気源９００の空気管９０４が、チャネル７１０内に配置されている。空気管は、ニップ７０６の下流側へと向けられた空気源９００からの空気をもたらす。導かれた空気は、霧化装置からの形成された液滴の移動および案内を助ける。

空気源９００は、空気管９０４と、空気供給レールまたはマニホールド９０２とを備える。空気あるいは他の流体が、外部または内部の供給源から供給レールまたはマニホールド９０２へと送られる。マニホールド９０２は、各々の空気管９０４へと空気を導き、空気が、空気管９０４から複数のニップ７０６の下流側へと吐出される。マニホールド９０２は、各々の空気管９０４から吐出される空気が速度、圧力、および量などの実質的に同様の特性を有することを保証する。空気源９００を、霧化装置のハウジング内に一体化でき、あるいは霧化装置のハウジング内に取り付けることができる。空気が外部の供給源からもたらされる場合、空気源９００は、外部の供給源に流体連通する。

図１６が、ローラ７１０および７２０の係合ならびに両者の間に配置された空気管９０４の詳細図を示している。ローラ７２０が、供給流体を引き延ばして流体フィラメントを形成するニップ７０６を形成するために、ローラ７１０の表面７１２と対をなす表面７２２を備えている。さらに、チャネル７２４が、ローラの表面に沿って配置されている。ローラ７１０のチャネル７１４と異なり、ローラ７２０のチャネル７２４は、チャネル７２４の各側に配置されたフィン７２６を備えている。チャネル７１４、７２４は、ローラ７１０、６２０が反対向きに回転するときに整列する。フィン７２６が、ローラ７１０のチャネル７１４へと延び、空気源９００の空気管９０４を配置することができるローラ７１０、７２０の間の囲まれた空間を形成する。空間の囲まれた状態が、供給流体が空間を汚染して空気管９０４を詰まらせる可能性を防止する。

図１７が、ローラ７２０および供給流体配送システム８００の２つの斜視図を示している。供給流体が、供給流体配送システム８００によってローラ７２０の表面７２２へと配置される。供給流体配送システム８００は、供給流体配送レール８０２と、供給流体配送管８０４と、一体化されたドクターブレード８０６とを備えている。供給流体は、外部の供給流体源から供給流体配送レール８０２へと導入される。供給流体は、配送レール８０２に沿い、供給流体配送管８０４を下り、ローラ７２０の表面７２２へと移動する。ドクターブレード８０６が、流体を所望のあらかじめ選択された流体の厚さで各々の表面７２２に一様に分布させる。図示の実施形態において、流体配送レール８０２は、供給流体が送り込まれる単純なチャネルである。

別の実施形態において、配送レール８０２は、マニホールドとして機能して、あらかじめ選択された量の供給流体を各々の供給流体配送管８０４へと届けることができる。 さらに、所望の液滴の特性を実現するために必要なとおりに供給流体を加熱し、あるいは暖めるために、供給流体配送レール８０２を加熱することもできる。

図１８が、ローラ７１０と、余分な流体をローラ７１０から取り除くドクターブレード７０４とを示している。ドクターブレード７０４は、ローラ７１０のチャネル７１４内から余分な流体を取り除く突起７０５を備えている。

Claims (10)

1. 互いに隣接して配置され、上流側および下流側を有するニップを間に定める１対の回転するローラと、
   前記ローラのうちの少なくとも一方を供給流体で被覆するように構成された流体源と、
   １対の外側バッフルおよび前記外側バッフルの間に配置された内部バッフルを有しており、前記内部バッフルは、前記ニップの下流側へとバッフル流体を導くように構成され、前記外側バッフルは、前記バッフル流体の少なくとも一部分と前記ニップの下流側において前記１対のローラの遠ざかる表面の間で前記供給流体を引き延ばすことによって形成される流体液滴とを含む懸濁物を受け取るように構成されているバッフルユニットと
   を備える霧化装置。
2. 側壁と出口ポートとを備えるハウジングをさらに備えており、前記１対の回転するローラ、前記流体源、および前記バッフルユニットは、前記ハウジング内に配置され、前記バッフルユニットは、前記ハウジングおよび出口ポートと結び付くようにさらに構成される、請求項１に記載の霧化装置。
3. 前記ハウジングの前記側壁は、熱的に絶縁性である、請求項２に記載の霧化装置。
4. 前記ハウジングの内部、前記１対の回転するローラ、前記流体源、前記供給流体、前記バッフル流体、および前記バッフルユニットのうちの少なくとも１つを加熱するように構成された熱源をさらに備える、請求項１に記載の霧化装置。
5. 前記１対の外側バッフルのうちの少なくとも一方は、前記懸濁物中の前記流体液滴の少なくとも一部を集めるように構成されている、請求項１に記載の霧化装置。
6. 互いに隣接して配置され、上流側および下流側を有するニップを間に定める１対の遠ざかる表面を有する１対の回転するローラと、
   前記遠ざかる表面のうちの少なくとも一方を流体で被覆するように構成された流体源と、
   １対の外側バッフルおよび前記外側バッフルの間に配置された内部バッフルを有しており、前記内部バッフルは、前記ニップの下流側へと空気を導くように構成され、前記外側バッフルは、前記空気の少なくとも一部分と前記ニップの下流側において前記遠ざかる表面の間で前記流体を引き延ばすことによって形成される流体液滴との懸濁物を受け取るように構成されているバッフルユニットと
   を備える霧化装置。
7. 供給流体を霧化させる方法であって、
   流体源から前記供給流体を、１対の回転するローラの間に定められ、上流側および下流側を有しているニップを通って引き込むステップと、
   前記ニップの下流側において前記１対の回転するローラの遠ざかる表面の間で前記供給流体を引き延ばし、流体フィラメントを形成するステップと、
   前記ニップの下流側に隣接して配置されたバッフルユニットの内部バッフルからバッフル流体の少なくとも一部分を吐出するステップと、
   前記ニップの下流側において前記１対の回転するローラの遠ざかる表面の間で前記引き延ばされる供給流体フィラメントから形成される複数の供給流体液滴を、前記バッフル流体の少なくとも一部分に懸濁させるステップと
   を含む方法。
8. 前記供給流体および前記バッフル流体の一方または両方を加熱するステップをさらに含む請求項７に記載の流体を霧化させる方法。
9. 前記バッフル流体および前記複数の供給流体液滴の前記懸濁物の少なくとも一部分を前記バッフルユニットの少なくとも表面上に集めるステップをさらに含む請求項７に記載の流体を霧化させる方法。
10. 前記複数の霧化流体液滴の少なくとも物理的特性を検出するステップと、前記検出された物理的特性に応じて前記引き延ばし、吐出、または懸濁の各ステップのうちの少なくとも１つを変更するステップとをさらに含む請求項７に記載の流体を霧化させる方法。

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