KR20040071120A - 2부품 스프레이 노즐을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

에어로졸형 분사기용 에어로졸 팁 기구는, 가요성 외부 쉘(40)과, 하부 및 상부로 이루어진 강성 캡 부분(20)과, 상기 가요성 외부 쉘(40)의 출구 부분 내에 수용되어, 통상 폐쇄된 밸브(35)를 형성하는 강성 샤프트(28)가 있는 강성 노즐 부분(24)을 구비한다. 상기 강성 캡 부분(20)의 하부 및 상부는 외부 쉘(40)의 출구 부분을 수용하도록 되어 있는 부츠(303)를 형성하며, 이 부츠(303)에 의해 외부 쉘(40)의 출구 부분의 측방향 운동이 억제되는 동시에 상기 노즐의 강성 샤프트를 중심으로 상기 출구 부분이 대칭되게 중심이 맞춰지게 된다. 상기 강성 노즐 부분(24)은 저장소에서부터 상기 강성 캡 부분(20) 내에 형성된 스윌링 챔버(32)로 액체를 운반하는 복수 개의 액체 채널을 포함하며, 이들 액체 채널은 액체의 에너지 손실을 최소화시키고 분사되는 에어로졸에서의 유체 입자 크기를 보다 균일하게 한다.

Description

2부품 스프레이 노즐을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A TWO PIECE SPRAY NOZZLE}
추진 가스가 없는 기계식 스프레이 또는 에어로졸형 분사기의 구조에서 만나게 되는 한 가지 당면과제로는 에어로졸 형태의 스프레이 미스트(mist)가 얻어지도록 유체 입자의 크기를 최적으로 제어, 바람직하게는 유체 입자의 크기를 감소시키고 입자 크기의 최적 균일성으로 칭해지는 입자 크기의 범위를 좁히기 위해 어떻게 할 것인가 이다. "수두 손실(head losse)"로서도 칭해지는 분사기의 유체 도관 또는 채널에서 초래된 기계적 에너지의 손실은 배출되는 에어로졸형 스프레이에서 유체 입자의 크기가 보다 커지게 하는 데에 주요한 원인이라는 것은 당업계에 공지되어 있다. 그러한 수두 손실은 예를 들면 이동하는 유체와 분사기의 정지된 벽 사이의 상호 작용, 도관의 기하학적 형상에서의 변화, 그리고 다른 유체 유동 패턴에서의 현저한 변화에 의해 야기될 수 있다.
고전 유체 역학의 기본 방정식을 적용함으로써, 수두 손실이 유체 도관의 길이 및 내경과, 유체 경로에서의 선회 각도의 급함과 같은 유체 도관의 특정 기하학적 파라미터에 관련된다는 것을 알 수 있다. Bernoulli 방정식은 에너지 보존 법칙의 항으로 수두 손실(HL)을 나타낸다.
여기서, p는 압력, V는 속도, γ는 유체 밀도, g는 중력 가속도, 그리고, z는 위치 수두이다. Darcy-Weisbach 방정식은 층류라는 가정하에서 유체 채널의 물리적 변수의 항으로 주요(major) 수두 손실에 대한 공식을 유도한다.
여기서, f는 마찰 계수, V는 유체 속도, L은 도관의 길이, 그리고 d는 도관의 직경이다. 또한, 미소(minor) 수두 손실도 물리적 변수의 항으로 표현될 수 있다.
여기서, K는 특정 기하학적 변화와 관련된 미소 손실 계수이다
유체와 도관 채널의 물리적 변수 외에도, 예를 들면 미국 특허 제5,855,322호에 기재된 형태의 1방향 스프레이 팁에 있어서의 방출되는 에어로졸 스프레이에서의 유체 입자 크기에 영향을 미치는 다른 인자로는, 가해지는 압력에 따라 팽창하는 가요성 노즐 부분과 이 가요성 부분이 통상 설치되는 강성 샤프트 부분 사이의 인터페이스에서의 대칭성이 있다. 예를 들면, 가요성 부분이 강성 샤프트에 대해 적절히 중심이 맞춰지지 않은 경우에 가요성 부분과 강성 샤프트 간의 비대칭은 밸브 간격이 달라질 수 있게 하여, 불균일한 유체 입자의 크기 분포 및 비교적 큰 크기의 입자의 전반적인 증가를 초래하게 된다. 도 8에는 에어로졸 팁 기구에서 발생할 수 있는 비대칭의 예가 도시되어 있다. 도 8에서는 강성 샤프트(405)에 대해 대칭되게 중심이 맞춰지지 않은 가요성의 좌우측 밸브 부분(401, 402)을 나타내고 있다. 확인 할 수 있는 바와 같이, 좌측 가요성 밸브 부분(401)은 강성 샤프트(405)의 중심 축선을 지나 과도하게 연장하고 있는 한편, 우측 가요성 밸브 부분(402)은 중심 축선에 못 미치고 있다. 강성 샤프트와 이들 둘러싸는 밸브 부분 간의 비대칭적 상호 작용의 다른 예는 용이하게 식별할 수 있을 것이다.
스프레이/에어로졸 분사기를 제조하는 데에 있어서의 다른 당면과제는 스프레이/에어로졸 분사기를 구성하는 구성 요소의 개수를 최소화하는 것이다. 구성 요소의 개수가 증가함에 따라, 결과적으로 대량 생산이 어려워지고 그 비용도 증가한다.
또 다른 관련 당면과제는, 상이한 부조립체의 구성 요소들이 정렬을 위해 요구되는 높은 정확성을 갖도록, 예를 들면 밀리미터 이하의 범위로 조절되는 데에 필요한 낭비적인 개발 시간이다.
본 발명의 목적은, 예를 들면 펌프형 분사기로부터 액체를 에어로졸 또는 스프레이 형태로 분사하는 동시에, 수두 손실을 최소화함으로써 유체의 흐름에서의 에너지 보존을 최대화시키는 노즐을 포함하는 스프레이 팁 기구와 같은 간단한 에어로졸 형태의 스프레이 팁 기구(이하, "에어로졸 팁 기구"로도 칭함)를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 출구 밸브의 구성 요소들이 서로에 대해, 예를 들면 스프레이 팁 기구의 중앙의 긴 축선에 대해 중심이 맞춰지고, 이에 의해 대칭적인 출구 밸브 인터페이스를 보장하는 에어로졸 형태의 스프레이 팁 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 에어로졸 형태의 스프레이 팁 기구의 출구 밸브의 구성 요소들이 서로에 대해, 예를 들면 스프레이 팁 기구의 중앙의 긴 축선에 대해 중심이 맞춰지는 것을 보장하고, 이에 의해 대칭적인 출구 밸브 인터페이스를 보장하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 스프레이 또는 에어로졸형 배출물을 생성하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배출물에서의 유체 입자의 크기를 최적으로 제어하는 기계식 에어로졸 팁 기구에 의해 스프레이 또는 에어로졸 배출물을 생성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 노즐 부분을 구비한 에어로졸 팁 기구의 하나의 실시예를 포함하는 에어로졸 분사기의 길이를 따라 취한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 에어로졸 팁 기구와 펌프 사이의 유체 연통 경로를 통한 액체의 유동 경로를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 팁의 노즐 부분의 예시적인 정면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 실시예의 에어로졸 팁의 캡 요소의 길이를 따라 취한 확대 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 실시예의 에어로졸 팁의 노즐 부분의 실시예의 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시한 실시예의 노즐 부분의 경사 섹션과 중앙 샤프트의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 에어로졸 팁 기구의 출구 섹션의 단면도이다.
도 8은 에어로졸 팁 기구에서 발생할 수 있는 비대칭 상태의 예를 나타내는 에어로졸 팁 기구의 단면도이다.
상기 목적에 따르면, 본 발명은 압력을 가하여 액체 내용물을 분사하는 에어로졸형 분사기용 에어로졸 팁 기구로서, 대칭적 출구 밸브, 즉 출구 밸브 구성 요소들이 에어로졸 팁 기구의 중앙의 긴 축선에 대해 중심이 맞춰진 에어로졸 팁 기구를 제공한다. 본 발명에 따른 에어로졸 팁 기구는, 예를 들면 펌프 기구를 통해 압력을 가함으로써 액체 저장소로부터 에어로졸 팁 기구를 통해 액체를 운반하게 되는 에어로졸형 분사기와 같은 각종 액체 분사 장치에 사용하도록 채택될 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 팁 기구의 하나의 실시예에서, 에어로졸 팁 기구는 가요성 외부 쉘과, 하부 및 상부로 이루어진 강성 캡 부분과, 강성 샤프트가 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분 내에 수용되어 있는 강성 노즐 부분을 구비하고 있다. 강성 샤프트는 외부 쉘의 출구 부분과 서로 접하여, 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 형성한다. 캡 부분의 하부 및 상부는 가요성 외부 쉘의 출구 부분을 수용하여 그 외부 쉘의 출구 부분의 측방향 운동을 억제하는 부츠(boots)를 형성한다. 캡의 부츠는 노즐의 강성 샤프트를 중심으로 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분이 대칭되게 중심이 맞춰지게 한다.
전술한 실시예에서, 에어로졸 팁 기구는 또한 측방향에 있어서는 중앙 위치에서의 노즐의 강성 샤프트에 의해 그리고 캡 부분의 하부에 의해 범위가 정해지며, 수직 방향에 있어서는 외부 쉘의 출구 부분에 의해 위쪽에서 그리고 강성 샤프트에 연결된 베이스에 의해 아래쪽에서 범위가 정해지는 스윌링 챔버(swirling chamber)를 더 포함한다. 에어로졸 분사기는 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있어, 이 액체 저장소로부터 액체가 강성 노즐 부분 내의 복수 개의 유체 채널을 통해 운반된다. 각 유체 채널은 액체가 흘러 지나갈 때 수두 손실을 최소화하도록 점진적으로 만곡되는 복수 개의 나선형 공급 채널 중 하나에 이르게 된다. 상기 나선형 공급 채널을 통해 운반된 액체는 나선형 경로로 유지되어 스윌링 챔버에 이르게 되고, 이 스윌링 챔버 내에서 액체가 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 통해 에어로졸로서 방출되기 전에 소용돌이치게 된다. 노즐의 중앙 샤프트를 둘러싸는 스윌링챔버에 있어서의 각 공급 채널로부터의 유체를 받아들이는 홈(도 6 및 도 8에 도면 부호 410으로 도시)의 바닥이 또한 유체 채널로부터 도달하는 유체와 상기 홈 내에서 이미 선회하고 있는 유체의 충돌에 의해 야기되는 수두 손실을 최소화하도록 구성되어 있다. 각 유체 채널의 단부에서의 경사면(도 6에 도면 부호 411로 도시)은 상기 홈의 바닥을 상승시켜, 공급 채널로부터의 액체가 홈으로 들어올 때, 인접한 공급 채널로부터의 이미 선회하고 있는 유체에 대해 적어도 부분적으로 아래쪽에 배치되게 한다. 이러한 구성은 유체의 충돌을 감소시키며, 결과적으로 액체가 스윌링 챔버의 상측 출구에 도달할 때 그 액체는 민첩성과 압력이 최대화된다.
본 발명에 따른 유체 분사기의 에어로졸 팁 기구는 조립될 구성 부품의 수를 줄일 수 있고, 또한 생산 중에 구성 부품들의 동심도(concentricity)를 향상시킬 수 있다. 작동 중에, 에어로졸 팁 기구는 보다 낮은 수두 손실과 보다 균일한 입자 크기를 제공한다. 1방향 출구 밸브와 함께 사용하는 경우, 에어로졸 팁 기구는 또한 저장된 유체에 대한 장기간의 멸균성(sterility)을 제공하며, 따라서 비화학적으로 보호되는 조성물의 멸균성을 유지할 수 있게 해준다. 분사되는 유체는 현탁액 및 액체 겔 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 팁 기구(2)의 제1의 모범적인 실시예를 포함하는 에어로졸형 분사기(1)가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로졸 팁(2)의 제1의 모범적인 실시예는 실질적으로 관 형상을 갖는 본체 부분(103)에, 그리고 이 본체 부분(103)의 내측에서 이 본체 부분을 따라 연장하는 거의 관형인 부분(112)을 갖는 피스톤(110)에 연결되어 있다. 본체 부분(103)은 플랜지형 구조의 형태로 본체 부분(103)의 하측 단부를 지나 반경 방향으로 연장하는 하측 베이스 부분(1031)을 포함하며, 이것은 펌프가 정지 위치에 있을 때에 피스톤 견부(1101)에 접하게 된다. 가요성 외부 쉘(40)은 에어로졸 팁기구(2)와 본체 부분(103) 모두를 덮고 있다. 피스톤의 관형 부분은 중공의 축방향 내부 채널(1041)을 구비하며, 이 내부 채널은 펌프가 부하 또는 "젖혀진(cocked)" 위치에 있을 때에 내부 채널(1041)의 각 측부에서 반경 방향 채널(114)을 통해 본체 부분(103)으로 유체가 통하게 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 피스톤의 내부 채널(1041)은 액체 저장소(115)와 유체 연통 상태에 있다. 피스톤(110), 본체 부분(103), 그리고 가요성 외부 쉘(40)을 포함하는 전체 펌프 기구(120)는 액체를 액체 저장소(115)로부터 피스톤(110)에서의 반경 방향 개구(114) 및 압축 챔버(125)를 포함한 유체 연통 경로를 따라 운반하게 된다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 에어로졸 팁은 각종 액체 분사 시스템과 함께, 한가지 예로서 (도 1에 도시한) 스프링 기구[가요성 외부 쉘(40)의 부분(40a)에 의해 형성됨]와 접을 수 있는 블래더(collapsible bladder)(124)를 조합한 액체 분사 시스템과 함께 사용하도록 의도된 것임을 유념해야 한다. 접을 수 있는 블래더는 강성 스프레이 용기(1102)에 의해 둘러싸여 있다. 펌프 기구(120)는 각종 분사 시스템 중에서 단지 예시적으로 나타내는 것임을 이해할 것이다. 도시된 구성에 있어서, 피스톤(110)과 강성 스프레이 용기(1102)는 하나의 부품을 형성하고 있다.
피스톤(110)이 본체 부분(103)에 대해 아래쪽으로 미끄러질 때, 액체 저장소(115)로부터의 액체는 먼저 피스톤(110)에서의 반경 방향 개구(114)를 통해 안내되며, 이어서 펌프가 젖혀질 때 압축 챔버(125) 안으로 안내된다. 피스톤(110)이 배출될 때, 스프링 기구가 피스톤(110)에 위쪽으로 힘으로 가하고,이어서 갇힌 액체를 노즐의 유출 채널 구멍(208a, 208b, 208c)을 통해 분사 시스템의 에어로졸 팁(2)으로 위쪽으로 밀어내게 된다. 도 2는 채널 구멍 중 하나인 구멍(208a)을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 에어로졸 팁 기구(2)의 제1의 모범적인 실시예를 도시한다. 이 팁 기구(2)는, 내측 캡 부분(21)이 캡 플랜지(22) 아래에 위치하고 있는 강성의 환형 캡 부분(20)과, 이 환형 캡(20)의 내측 부분(21)의 가운데에 샤프트(28)가 수용되어 있는 강성 노즐 부분(24)을 포함한다. 스윌링 챔버(32)가 캡(20)의 내측 부분(21)과 강성 중앙 샤프트(28)에 의해 형성된 공간에 위치한다. 노즐 부분(24)과 캡 플랜지(22)를 둘러싸서 이들을 실질적으로 구속하는 가요성 외부 쉘(40)은 내측 캡 부분(21) 및 중앙 샤프트(28)와 접해 있어, 스윌링 챔버(32)를 에워싸는 통상 폐쇄된 1방향 출구 밸브(35)를 형성하게 된다. 스윌링 챔버(32) 내에서의 압력이 1방향 출구 밸브(35)의 두꺼운 베이스(35a)를 팽창시키기에 충분할 정도로 높은 경우, 밸브(35)의 얇은 말단 부분(35b)은 이어서 (두꺼운 베이스(35a)가 통상 폐쇄된 위치로 이미 다시 접힌 때에) 개방되며, 이에 의해 출구 밸브로부터 유체를 1방향으로 배출할 수 있게 해준다.
도 3은 본 발명에 따른 에어로졸 팁(2)의 강성 노즐 부분(24)의 실시예의 확대 도면이다. 노즐(24)은 분사 시스템의 긴 축선을 따라 반경 방향으로 넓어지는 원형 베이스 섹션(201)을 포함하며, 이 베이스 섹션(201)은 원형 림(203)에 연결되어 있다. 원형 림(203)의 상부에서, 노즐(24)은 긴 축선을 따라 좁아져 원추 섹션(205)으로 된다. 림(203) 및 원추 섹션(205)을 통해 연장하는 구멍(208a)과같은 수직 방향 유출 채널 구멍이 도 2에 도시한 바와 같이 스윌링 챔버로 들어가는 액체를 위한 유체 연통 채널을 제공한다. 원추 섹션(205)은 원통형 섹션(241)으로 좁아지며, 이 원통형 섹션에는 유출 채널 구멍의 각 유출 경로 사이에서 도 4에 도시한 캡(20)의 대응하는 캡 래치(255)를 수용하여 고정시킴으로써 에어로졸 팁(2)의 캡(20)과 노즐(24)을 단단히 밀봉하도록 구성된 언더컷 또는 오목부(211)가 존재한다. 밸브 섹션(207)은 가요성 쉘(40)과 원통형 부분(241) 사이에 형성되어 있다.
다시 도 2 및 도 5를 참조하면, 노즐(24)에서 채널 구멍(208a, 208b, 208c)을 통해 위쪽으로 강제되는 액체는 수직 섹션(207)을 따라 노즐의 나선형 공급 채널 섹션(210)으로 운반된다. 도면에 3개의 채널 구멍이 도시되어 있다하더라도, 그 개수는 단지 예시적인 것임을 유념해야 한다. 노즐(24)의 평면도를 도시하고 있는 도 5를 참조하면, 채널 구멍(208a, 208b, 208c)은 밸브 섹션(207)을 통해 액체를 대응하는 나선형 공급 채널(218a, 218b, 218c)의 저부로 공급하게 되며, 노즐(24)과 캡(20) 사이의 인터페이스가 나선형 공급 채널, 및 이 공급 채널과 채널 구멍 간의 연결 섹션을 형성하게 된다는 것을 이해할 것이다.
나선형 공급 채널(218a, 218b, 218c) 및 스윌링 챔버(32)를 수반하는 유체 기계에 대한 간단한 설명은 본 명세서에 도움이 된다. 스윌링 챔버(32)는 배출되는 에어로졸을 위한 스프레이 패턴을 생성하는 데에 사용되며, 몇 가지 인자가 배출되는 스프레이 패턴의 물리적 특성에 영향을 미친다. 첫째로, 출구 밸브(35)를 형성하는 인터페이스의 길이는 스프레이 패턴의 원추각을 제어하는 주요 파라미터로서, 다시 말해 출구 밸브(35)에서의 인터페이스의 길이가 짧을수록 스프레이 패턴은 넓어진다. 둘째로, 출구 밸브(35)의 외측과 내측 간의 압력차가 클수록 입자의 균일성은 커지며 입자의 크기는 작아진다. 셋째로, 분리된 출구 밸브(35)에 의해 형성된 개구의 직경이 작을수록 스프레이에서의 입자의 크기는 작아진다. 게다가, 출구 밸브(35)의 대칭성과 기밀성은 에어로졸 액적의 크기에 영향을 미치게 되는 데, 왜냐하면, 인터페이스에서의 비대칭성, 예를 들면 출구 밸브(35)의 일부를 포함하고 있는 가요성 외부 쉘의 부분이 중앙 샤프트(28)에 중심이 맞춰지지 않으면 밸브의 기밀성이 균일하지 않게 되고 그 밸브(35)는 원하는 에어로졸 스프레이를 달성할 수 없기 때문이다.
스프레이 입자 크기의 균일성을 증대시키고 입자 크기를 전반적으로 감소시키기 위해, 본 발명에 따른 분사 시스템은, 유체 기계에서 "수두 손실"로서도 지칭되는 유체 경로에서의 저항 원인을 최소화함으로써 출구 밸브(35)의 내측과 외측 간의 상대 압력차를 최대화시킨다. 이와 관련하여, 다음의 파라미터를 최소화시키는 데, 즉 본 발명에 채용된 유체 채널의 길이와, 유체 채널이 스윌링 챔버(32)에 접근함에 따른 유체 채널의 폭의 감소율을 최소화시키고, 그리고 스윌링 챔버에 대한 유체 채널 각도의 변화율, 즉 미소 손실 방정식(수학식 3)의 K 계수를 감소시키기 위해 채널 구멍(208a, 208b, 208c)과 이에 대응하는 나선형 공급 채널(218a, 218b, 218c) 간의 천이 각도를 그 전체 길이를 과도하게 연장시키지 않고 가능한 한 점진적으로 경사지게 하여 유체 채널 각도의 변화율을 최소화시킨다.
도 5 및 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각 나선형 공급 채널(218a,218b, 218c)은 각각의 바닥 부분에서 최대 폭을 가지며, 중앙 샤프트(28)를 중심으로 하여 시계 방향으로 점진적으로 위쪽으로 만곡됨에 따라 좁아짐으로써, 이하의 두 가지 효과, 즉 a) 공급 채널의 좁은 단부의 길이가 짧아지고, b) 샤프트(28)의 수직 부분과 공급 채널의 수평 단부 간의 매끄러운 곡면 때문에 수두 손실이 감소하게 된다. 나선형 공급 채널(218a, 218b, 218c)을 따라 위쪽으로 운반되는 액체는 (도 6에서의 경로(240)와 같은) 점진적으로 시계 방향으로 만곡되는 경로를 따라 이동하며, 수두 손실에 기여하게 되는 상기 경로에 있어서의 예리한 에지 또는 급격한 선회 부분이 존재하지 않기 때문에 단지 비교적 미소한 수두 손실을 겪게 된다. 각 나선형 공급 채널(218a, 218b, 218c)은 중앙 샤프트(28)를 둘러싸는 레지(ledge)로 좁아지며, 각 공급 채널은 위쪽으로 경사지고 만곡된 경사면(220a, 220b, 220c)으로 종결된다. 액체 스트림은 경사면(220a, 220b, 220c)을 따라 이동하여, 노즐의 경사면에 대해 상보적인 내부 프로파일을 갖는 캡 부분(20)과 샤프트 사이에 위치한 환형의 스윌링 챔버(32)에서 중앙 샤프트(28)를 중심으로 하여 위쪽으로 나선형을 그리게 된다. 경사면(220a, 220b, 220c)이 서로에 대해 120°의 각도를 이루고 있기 때문에 각 경사면에서부터 스윌링 챔버(32)로 운반되는 액체의 나선형 궤적은 서로 간격을 두고 떨어져 있어, 경사면(220a)에서 챔버(32)에 이르는 나선형 궤적(230a)으로 배출되는 액체는 이 액체가 인접한 나선형 공급 채널(218b)에서부터 스윌링 챔버(32)로 들어가는 액체(230b)와 합쳐지기 전에 그 스윌링 챔버의 상부까지의 중간쯤에 도달하게 된다. 해당 나선형 공급 채널(218b, 218b, 218c)로부터 별도의 궤적(230a, 230b, 230c)으로 유동하는 액체(도시 생략)들 간에 어떠한 상호 간섭도 없음으로써 수두 손실을 최소화할 수 있는 데에 도움이 되는 데, 왜냐하면 그러한 액체 스트림 간의 상호 간섭은 또한 수두 손실 및/또는 난류를 유발할 수 있기 때문이다. 도 6에 도시한 나선형 공급 채널(218b, 218b, 218c) 및 스윌링 챔버를 채용한 에어로졸 팁의 실시예를 사용하면, 배출되는 스프레이 패턴의 평균 입자 크기는 40㎛ 미만이며, Melverne 시험에 따른 입자 크기의 편차가 좁은 것으로 판정되는 보다 균일한 패턴으로 분사된다.
도 7을 다시 참조하면, 중앙 샤프트(28)에 대해 가요성 외부 쉘(40)의 중심을 맞추는 것을 보장하고, 이에 의해 가요성 외부 쉘(40)과 중앙 샤프트(28) 사이의 대칭이면서 기밀한 출구 밸브 인터페이스(35)를 보장하는 기구가 도시되어 있다. 외부 쉘(40)의 출구 부분은 캡(20)의 상부 또는 플랜지 부분(22)과 하부(21) 사이에 발 형상으로 놓여지며, 여기서 쉘(40)의 출구 부분의 힐 부분(401)과 "토우" 부분(402)이 강성 샤프트(28)와 함께 출구 밸브(35)를 형성하고, 상기 출구 부분의 "힐"은 플랜지(22)가 강성 캡(20)의 하부(21)에 연결되는 부츠(303)에서 이동할 수 없게 고정된다. 또한, 강성 캡(20)이 중앙 샤프트(28)에 대해 이동할 수 없게 고정되어, 캡의 하부(21)와 샤프트(28) 사이에 스윌링 챔버(32)를 위한 공간을 제공하는 한편, 부츠(303)와 출구 밸브(35) 사이의 간격을 고정시키는 환형 틈새 및 일정한 간격(310)이 존재하게 되며, 이에 의해 조립 중에 구성 요소들 간에 정확한 동심도가 제공된다. 샤프트(28)에 캡(21)의 중심을 맞추기 위한 확실한 가이드를 제공하기 위해, 이들 두 구성 요소들은 폴리 아세탈, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌과 같은 강성 재료로 만들어지는 한편, KRATONTM, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 또는 기타 플라스틱 재료, 혹은 열가소성 엘라스토머 또는 기타 탄성 재료로 만들어진 탄성의 출구 밸브 부분(35)이 강성 부츠(303) 내에서 자유롭게 동심으로 조절 및 맞춰질 수 있다. 외부 쉘(40)의 측방향 운동을 억제함으로써, 출구 밸브(35)의 길이는 조립 중에 부적절한 정렬에 원인이 되는 추가적인 억제를 가하는 일없이 스윌링 챔버(32)를 단단히 둘러싸는 정확한 치수를 가질 수 있다.
본 명세서에 기재한 1방향 밸브는 외부 오염물이 스프레이 용기 내의 유체와 접촉하는 것을 방지하며, 그 유체가 무기한으로 살균 상태를 유지할 수 있게 해준다. 본 발명에 따른 에어로졸 팁의 이점으로는, 에어로졸 팁 기구를 구성하는 부품 개수가, 통상 개스킷 및 무용 부피(dead volume)를 가질 뿐만 아니라 펌프와 외부 공기 간에 직접적인 연통을 허용하여 본 명세서에 기재된 형태의 1방향 밸브 기구를 불가능하게 하는 종래의 에어로졸-팁 및 노즐 기구에 비해 감소한다는 것이다. 도 7로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로졸 팁 기구는 3개의 별도의 부품, 즉 가요성 외부 쉘(40)과, 강성 캡 부분(20)과, 강성 샤프트 부분이 있는 강성 노즐 부분(24)으로 이루어질 수 있다. 단지 3개의 별도의 부품이 요구되기 때문에, 제조 비용 및 복잡성이 감소된다.
본 발명에 따른 에어로졸 팁의 또 다른 이점으로는, 이 에어로졸 팁의 출구 밸브 부분(35)의 형상이 유체 채널 내의 압축 유체에 의해 가해지는 힘에 응답하여 노즐 부분의 샤프트에 대해 측방향으로 과도하게 및 못 미치게 연장하는 것이 방지및 보호된다는 것이다.
본 발명에 따른 에어로졸 팁의 또 다른 이점으로는, 분사되는 에어로졸 스프레이에서의 평균 유체 입자 크기가 수두 손실을 제한하도록 특별히 구성된 유체 채널의 형상에 의해 최적으로 제어되고 전반적으로 감소한다는 것이다. 평균 유체 입자 크기는 또한 대칭적인 출구 밸브의 구성 요소의 동심도를 정확하게 유지함으로써 최적으로 제어되어, 배출 입자가 바람직하지 않는 특성을 가질 위험성을 크게 감소시키고, 펌프에 따른 배출 입자의 원하는 특성의 보다 양호한 재현성을 보장한다
특정 실시예에 대해 전술하였지만, 본 발명의 교시로부터 벗어남이 없이 전술한 실시예에 대한 어떤 변형이 이루어질 수 있기 때문에 그 실시예는 본래 모범적인 것이며, 그러한 모범적인 실시예가 첨부된 청구 범위에 기재한 바에 따른 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안될 것이라는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 것이다.

Claims (19)

  1. 액체 내용물을 분사하는 에어로졸형 분사기용 에어로졸 팁 기구로서,
    출구 부분이 있는 가요성 외부 쉘과,
    상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분을 수용하여 그 가요성 외부 쉘의 출구 부분의 측방향 운동을 억제하도록 되어 있는 강성 캡 부분과,
    상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분 내에 수용되어 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 형성하도록 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분과 서로 접하고 있는 강성 샤프트를 구비한 강성 노즐 부분
    을 포함하며, 상기 강성 캡 부분은 상기 노즐 부분의 강성 샤프트를 중심으로 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분이 대칭되게 중심이 맞춰지게 하는 것인 에어로졸 팁 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강성 샤프트와 상기 캡 부분의 내부에 의해 측방향의 범위가 정해지며, 상기 외부 쉘의 출구 부분에 의해 수직 방향의 범위가 정해지는 스윌링 챔버를 더 포함하며,
    상기 스윌링 챔버의 액체 내용물이 상기 스윌링 챔버로부터 상기 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 통해 배출되는 것인 에어로졸 팁 기구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에어로졸 팁 기구는 액체 저장소와 유체 연통 상태에있고, 상기 강성 노즐 부분은 복수 개의 유체 채널을 포함하며, 이 복수 개의 유체 채널은 복수 개의 점진적으로 만곡된 나선형 공급 채널에 이르게 되고, 각 나선형 공급 채널은 액체를 상기 스윌링 챔버에서 나선형 경로로 배출하며, 상기 복수 개의 나선형 공급 채널은 이들 공급 채널을 통해 액체가 유동할 때에 그 액체의 에너지 손실을 최소화하도록 점진적으로 만곡되는 것인 에어로졸 팁 기구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캡 부분은 축방향으로 연장하는 래치 부재를 포함하며, 상기 강성 노즐 부분은 상기 캡 부분과 상기 노즐 부분 간에 맞물림 결합을 제공하도록 상기 캡 부분의 상기 래치 부재를 수용하도록 되어 있는 홈을 포함하는 것인 에어로졸 팁 기구.
  5. 제2항에 있어서, 상기 캡 부분은 하부와 상부를 구비하며, 상기 캡 부분의 하부의 내부 반경 방향 가장자리와 상기 노즐 부분의 강성 샤프트는 일정한 틈새 간격만큼 떨어져 있으며, 이 틈새 간격은 상기 스윌링 챔버의 측방향 크기를 규정하는 것인 에어로졸 팁 기구.
  6. 제3항에 있어서, 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분은 상기 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 개방하는 중에 상기 강성 샤프트로부터 멀어지는 방향으로 팽창함으로써, 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분과 상기 강성 샤프트 사이의 최초 분리 지점은 상기 출구 부분과 상기 강성 샤프트 사이의 최종 분리 지점이 개방될 때 실질적으로 폐쇄되는 것인 에어로졸 팁 기구.
  7. 압력을 가함으로써 액체 내용물을 분사하는 에어로졸형 분사기용 에어로졸 팁 기구로서,
    출구 부분이 있는 가요성 외부 쉘과,
    상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분을 수용하여 그 가요성 외부 쉘의 출구 부분의 측방향 운동을 억제하도록 되어 있는 부츠형 세그먼트을 구비하는 강성 캡 부분과,
    상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분 내에 수용되어 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 형성하도록 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분과 서로 접하고 있는 강성 샤프트를 구비한 강성 노즐 부분과,
    상기 강성 샤프트와 상기 캡 부분의 내부에 의해 측방향의 범위가 정해지며 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분에 의해 수직 방향의 범위가 정해지는 스윌링 챔버
    를 포함하며, 상기 캡 부분의 상기 부츠형 세그먼트는 상기 노즐 부분의 강성 샤프트를 중심으로 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분이 대칭되게 중심이 맞춰지게 하며,
    상기 스윌링 챔버의 액체 내용물은 상기 스윌링 챔버로부터 상기 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 통해 배출되는 것인 에어로졸 팁 기구.
  8. 제7항에 있어서, 상기 에어로졸 팁 기구는 제2의 1방향 밸브를 통해 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있고, 상기 강성 노즐 부분은 복수 개의 유체 채널을 포함하며, 이 복수 개의 유체 채널은 복수 개의 점진적으로 만곡된 나선형 공급 채널에 이르게 되고, 각 나선형 공급 채널은 액체를 상기 스윌링 챔버에서 나선형 경로로 배출하며, 상기 복수 개의 나선형 공급 채널은 이들 공급 채널을 통해 액체가 유동할 때에 그 액체의 에너지 손실을 최소화하도록 점진적으로 만곡되는 것인 에어로졸 팁 기구.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수 개의 나선형 공급 채널은 각각 운반되는 유체를 상향으로 경사진 각도로 상기 스윌링 챔버로 보내는 경사면 요소를 상기 강성 샤프트에 근접한 단부에 구비하는 것인 에어로졸 팁 기구.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수 개의 나선형 공급 채널은 각각 경사면 요소를 통해 상기 스윌링 챔버 안으로 소정 궤적으로 유체를 방출하며, 각 궤적은 별도의 궤적으로 이동하는 유체들 간에 최소의 간섭이 발생하도록 다른 공급 채널로부터의 액체의 궤적으로부터 실질적으로 분리되어 있는 것인 에어로졸 팁 기구.
  11. 제8항에 있어서, 상기 캡 부분은 축방향으로 연장하는 래치 부재를 포함하며, 상기 강성 노즐 부분은 상기 캡 부분과 상기 노즐 부분 간에 맞물림 결합을 제공하도록 상기 강성 캡 부분의 상기 래치 부재를 수용하도록 되어 있는 홈을 포함하는 것인 에어로졸 팁 기구.
  12. 제8항에 있어서, 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분은 상기 제1의 통상 폐쇄된 1방향 밸브를 개방하는 중에 상기 강성 샤프트로부터 멀어지는 방향으로 팽창함으로써, 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분과 상기 강성 샤프트 사이의 최초 분리 지점은 상기 출구 부분과 상기 강성 샤프트 사이의 최종 분리 지점이 개방될 때 실질적으로 폐쇄되는 것인 에어로졸 팁 기구.
  13. 출구 부분이 있는 가요성 외부 쉘과, 강성 캡 부분과, 그리고 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분 내에 수용되어 제1의 통상 폐쇄된 밸브를 형성하도록 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분과 서로 접하고 있는 강성 샤프트가 있는 강성 노즐 부분을 구비하는 에어로졸 팁 기구를 형성하는 구성 요소들의 적절한 인터페이스를 최적으로 제어하는 방법으로서,
    상기 강성 캡 부분과 상기 출구 부분을 서로 접하게 함으로써 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분의 측방향 운동을 억제하는 단계와,
    상기 강성 샤프트에 대한 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분의 대칭적 배치가 상기 강성 캡 부분과 상기 출구 부분의 인터페이스에 의해 달성되도록, 상기 강성 샤프트를 중심으로 상기 가요성 외부 쉘의 출구 부분을 배치하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 내부에 포함된 스윌링 챔버로의 유체 도관의 일부를 형성하는 복수 개의 유체 채널을 구비하는 에어로졸 팁 기구로부터 배출되는 유체 입자의 크기를 최적으로 제어하는 방법으로서,
    상기 복수 개의 유체 채널의 길이를 최소화하는 것과,
    상기 복수 개의 유체 채널의 폭의 변화율을 최소화하는 것
    을 포함하며, 이에 의해 상기 복수 개의 유체 채널의 길이를 조절할 필요 없이 수두 손실을 최소화하며, 상기 복수 개의 유체 채널에서의 압력차 및 민첩성을 최대화하는 것인 방법
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수 개의 유체 채널은 복수 개의 나선형 공급 채널에 연결되어 있고, 상기 방법은,
    상기 유체 채널과 상기 나선형 공급 채널 사이의 천이부에서의 K 계수를 최소화하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수 개의 나선형 공급 채널의 길이 대 직경 비를 최소화함으로써 상기 복수 개의 나선형 공급 채널에서의 에너지 손실을 감소시키는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수 개의 나선형 공급 채널로부터 경사면 요소를 통해 상기 스윌링 챔버 안으로 복수 개의 궤적으로 유체를 방출하는 것을 더 포함하며, 상기 궤적은 별도의 궤적으로 이동하는 유체들 간에 최소의 간섭이 발생하도록 실질적으로 분리되어 있는 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수 개의 궤적은 나선형인 것인 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 복수 개의 궤적은 수직 방향으로 분리된 것인 방법.
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