KR20230106689A - 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템 - Google Patents

경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템 Download PDF

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KR20230106689A
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박우람
샤히드 나세르
친 카이 리
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로레알
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Abstract

본 발명은 경피 전달용 액체(L)를 무화 및 분사하기 위한 시스템(10)에 관한 것이다. 상기 시스템(10)은, 상기 액체(L)를 유지하는 탱크(100); 길이 방향 중심축(X1), 및 상기 축(X1)을 따라 신장하는 내부 통로(210)를 구비하는 벤츄리 관(200)으로서, 상기 내부 통로(210)가, 상기 벤츄리 관(200)에 획정된 오리피스(220)를 개재하여 상기 탱크(100)에 유체적으로 연결되어 있고, 상기 내부 통로(210)가, 수렴부(230), 확대부(240), 및 상기 수렴부(240)와 상기 확대부(240) 사이에 위치하는 목부(250)를 구비하는, 벤츄리 관(200); 길이 방향 중심축(X2), 및 상기 축(X2)에 직교하는 말단벽(310), 상기 축(X2)을 따라 상기 말단벽(310)으로부터 신장하는 원주벽(320), 및 상기 말단벽(310)에 형성된 출구 홀(330)을 구비하는 실린더(300)로서, 상기 출구 홀(330)이, 상기 수렴부(230)의 입구(232)에 유체적으로 연결되는, 실린더(300); 상기 실린더(300)의 상기 축(X2)을 따라 변위 가능하도록 상기 실린더(300) 내에 배치된 피스톤(400)으로서, 상기 피스톤(400)이 이와 협력하여 상기 실린더(300) 내의 공기 흡입 공간(V)을 획정하고, 상기 공기 흡입 공간(V)이, 상기 출구 홀(330)을 개재하여 상기 수렴부(230)의 상기 입구(232)와 유체적으로 연통되는, 피스톤(400); 상기 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 상기 피스톤(400)을 변위시키기 위한 구동 유닛(500); 및 상기 피스톤(400)이 상기 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 상기 방향으로 변위되는 동안, 상기 피스톤(400)의 상기 변위에 따라 변형되어, 그 안에 탄성 에너지를 축적하는 탄성 부재(600)를 구비한다. 상기 구동 유닛(500)은, 상기 탄성 부재(600)에 축적된 상기 탄성 에너지를 방출하고, 이에 따라 상기 공기 흡입 공간(V)의 체적이 감소하는 방향으로 상기 피스톤(400)을 돌진시키는 탄성 에너지 방출 기구(M)를 구비한다.

Description

경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템
본 발명은 경피 전달, 특히 얕은 경피 전달을 위한 액체, 예를 들면 물, 오일, 로션 등을 무화 및 분사하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 시스템을 포함하는, 액체의 경피 전달을 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 방법에 관한 것이다.
히알루론산을 포함하는 화장용 액체, 예를 들면 액상 로션은, 일반적으로 얕은 경피 전달(즉, 얕은 깊이의 피부 전달)에 의해, 사용자의 신체의 특정 부위, 예를 들면 얼굴, 손, 및 팔에 도포된다. 이러한 액체의 보다 효과적인 경피 전달을 위해, 액체를 마이크로미터 단위의 미세 액적으로 무화하고, 이를 사용자의 신체의 원하는 부위에 분사 또는 분무하는 것이 바람직하다.
종래 기술에서는, 화장용 액체를 무화 및 분사하기 위한 몇몇 디바이스가 알려져 있다. 이들 종래의 디바이스의 대부분은, 화장용 액체의 무화 및 분사를 위해 고압 가스(예를 들면, 이산화탄소 가스) 또는 압축 공기를 사용한다. 고압 가스를 사용하는 디바이스는, 교체 가능한 가스 카트리지를 필요로 한다. 이 가스 카트리지 방법은, 디바이스가 빈번히 사용되는 경우, 가스 카트리지가 빨리 소모되어, 그의 빈번한 교체가 필요하다는 결점을 갖는다. 한편, 압축 공기를 사용하는 디바이스는, 압축 공기의 외부 공급원, 즉, 외부 공기 압축기 또는 외부 에어 펌프를 필요로 한다. 이는 디바이스를 전체적으로 크게 한다. 이러한 디바이스는, 이동 및 운반이 곤란하고, 특히 취급 용이성에 적합하지 않는다. 따라서, 액체를 무화 및 분사하기 위한 디바이스에 대한 개선의 필요가 있다.
본 명세서에 개시된 기술과 적어도 어느 정도 관련된 종래 기술의 예로는, 이하와 같다. JP1995022635(MARUI)는, 압축 공기를 발생시키기 위한 전동 용수철-피스톤-기어 기구에 대해 기재하고 있다. US20180099104A1(Gold NanoTech Inc.)는, 소정량의 가압 공기의 방출을 제어하는 전자기 밸브를 사용함으로써 액체를 무화하는 디바이스에 대해 기재하고 있다. 이 디바이스에서는, 가압 공기가 벤츄리 관(Venturi tube)을 통과하여 액체를 무화한다. 그러나, JP1995022635는 단순히 고체 펠렛/발사체를 방출하기 위한 목적으로, 모델 에어건 또는 에어 피스톨을 위한 압축 공기를 발생시키는 것을 의도하고 있다. 한편, US20180099104A1에 개시된 디바이스는, 단순히 외부로부터 공급되는 가압 공기로 동작하도록 구성되어 있다.
상기를 감안하여, 본 발명의 목적은, 경피 전달용 액체(특히, 고분자량을 갖는 액상 제제)를 무화 및 분사하기 위한 신규의 시스템 및 방법, 그리고 이러한 시스템을 포함하는, 액체의 경피 전달을 위한 신규의 장치를 제공하는 것에 있다.
상세하게는, 본 발명의 목적은, 고압 가스 카트리지 등의 교체 가능한, 즉 일회용/처분가능한 동력원을 필요로 하지 않고, 이에 따라 사용자가 원하는 만큼 여러번 액체를 무화 및 분사할 수 있는, 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 신규의 시스템 및 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은, 외부 공급원, 예를 들면 공기 압축기 또는 에어 펌프를 필요로 하지 않고, 이에 따라 전체적으로 컴팩트하고(즉, 물리적 공간이 작고), 이동, 운반, 및 취급이 용이한, 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 신규의 시스템 및 장치를 제공하는 것에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 하기에 설명하는 바와 같이 경피 전달(특히, 얕은 경피 전달)을 위해 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 시스템은, (i) 액체를 유지하는 탱크; (ii) 길이 방향 중심축, 및 이 길이 방향 중심 축을 따라 신장하는 내부 통로를 구비하는 벤츄리 관으로서, 내부 통로가 벤츄리 관에 획정된 오리피스를 개재하여 탱크에 유체적으로 연결되어 있고, 내부 통로가 수렴부, 확대부, 및 수렴부와 확대부 사이에 위치하는 목부를 포함하는, 벤츄리 관; (iii) 길이 방향 중심축, 이 길이 방향 중심 축에 직교하는 말단벽, 같은 길이 방향 중심 축을 따라 말단벽으로부터 신장하는 원주벽, 및 말단벽에 형성된 출구 홀을 포함하는 실린더로서, 출구 홀이 벤츄리 관의 수렴부의 입구에 유체적으로 연결되는, 실린더; (iv) 실린더의 길이 방향 중심 축을 따라 변위 가능하도록 실린더 내에 배치된 피스톤으로서, 피스톤이 실린더와 협력하여 실린더 내의 공기 흡입 공간을 획정하고, 공기 흡입 공간이 실린더의 출구 홀을 개재하여 벤츄리 관의 수렴부의 입구와 유체적으로 연통되는, 피스톤; (v) 실린더 내의 공기 흡입 공간의 체적이 증가하는 방향으로 피스톤을 변위시키기 위한 구동 유닛; 및 (vi) 피스톤이 공기 흡입 공간의 체적이 증가하는 방향으로 변위되는 동안, 피스톤의 변위에 따라 변형되어, 그 안에 탄성 에너지를 축적하는 탄성 부재를 구비한다. 본 발명에서는, 구동 유닛은, 탄성 부재에 축적된 탄성 에너지를 방출하고, 이에 따라 공기 흡입 공간의 체적이 감소하는 방향으로 피스톤을 돌진시키는 탄성 에너지 방출 기구를 구비한다.
본 발명은 또한, 무화된 액체의 경피(특히, 얕은 경피) 전달을 위한 장치를 제공하고, 이 장치는 상기에서 설명한 것처럼, 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템과, 시스템을 적어도 부분적으로 수납하는 케이스를 구비한다.
본 발명은 또한, 경피(특히, 얕은 경피) 전달을 위해 액체를 무화 및 분사하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은, (i) 탱크를 액체로 채우는 단계로서, 탱크가, 벤츄리 관의 내부 통로에, 벤츄리 관에 획정된 오리피스를 개재하여 유체적으로 연결되어 있고, 벤츄리 관의 내부 통로가 수렴부, 확대부, 및 수렴부와 확대부 사이에 위치하는 목부를 구비하는 단계; (ii) 실린더 내의 공기 흡입 공간의 체적이 증가하는 방향으로 실린더 내의 피스톤을 변위시키는 단계로서, 공기 흡입 공간이 피스톤과 실린더의 말단벽 사이에 획정되어, 실린더의 말단벽에 형성된 출구 홀이 벤츄리 관의 수렴부의 입구에 유체적으로 연결되는 단계; (iii) 피스톤이 공기 흡입 공간의 체적이 증가하는 방향으로 변위되는 동안, 피스톤의 변위에 따라 변형되도록 배치되어, 그 안에 탄성 에너지를 축적하는 탄성 부재를 변형시키는 단계; (iv) 탄성 부재에 축적된 탄성 에너지를 방출하고, 이에 따라 공기 흡입 공간의 체적이 감소하는 방향으로 피스톤을 돌진시키는 단계; 및 (v) 피스톤의 돌진으로, 실린더의 말단벽의 출구 홀을 통해 실린더로부터 공기가 밀려 나옴으로써, 탱크로부터 벤츄리 관의 내부 통로에 공급된 액체를 무화하고, 외부에 분사하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 시스템은, 실린더, 피스톤, 탄성 부재, 및 구동 유닛으로 주로 이루어지는 압축 공기원, 그리고 유체 탱크와 유체 연통되는 벤츄리 관을 포함한다. 본 발명에서는, 구동 유닛은, 탄성 부재의 변형으로 실린더 내의 피스톤을 변위시키고, 이에 따라 소정량의 공기가 실린더에 받아들여진다. 이어서, 탄성 부재에 축적된 탄성 에너지를 순간적으로 방출함으로써, 피스톤은 실린더 내의 원래의 위치로 되밀려 실린더 내의 공기를 압축한다. 결과적으로, 고압 공기가 실린더의 출구 홀로부터 고속으로 토출되어, 벤츄리 관의 내부 통로에 도입된다. 고속의 공기가 벤츄리 관을 통과할 때, 벤츄리 관의 내부 압력이 내려감에 따라, 탱크 안의 소량의 액체가 벤츄리 관의 내부 통로에 받아들여진다. 이와 같이 받아들여진 소량의 액체가 고속 공기의 작용에 의해 벤츄리 관의 내부에서 무화되고, 공기와 함께 벤츄리 관의 외부에 분사된다. 본 발명에 의하면, 이와 같이, 경피 전달, 특히 얕은 경피 전달에 적합한, 미세하게 무화된 액체의 제트, 즉, 고속도 무화 액체 입자를 제공하는 것이 가능하다. 당업자에게 잘 알려져 있듯이, 고분자량을 갖는 액체는 단순한 표면적인 도포에서는 피부에 효과적으로 침투하지 않는다. 본 발명에 의하면, 액체는 충분히 미세하게 분쇄되므로, 고분자량을 갖는 액체도 피부에 효과적으로 침투할 수 있다. 본 명세서에서는, 얕은 경피 전달이란, 피부의 상면 표피까지의 전달을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 시스템, 장치, 및 방법은, 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위해 고압 가스 카트리지 등의 교체 가능한, 즉 일회용/처분가능한 원동력원을 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템, 장치, 및 방법은, 계속하여 액체를 무화 및 분사할 수 있다. 이에 더해, 본 발명에 따른 시스템, 장치, 및 방법은, 외부 공급원, 예를 들면 공기 압축기 또는 에어 펌프를 필요로 하지 않는다. 즉, 액체를 무화 및 방출하기 위한 고속의 공기 제트를 내부에서 만들어 낼 수 있다. 따라서, 시스템 및 장치는, 손에 쥘 수 있을 만큼 전체적으로 컴팩트한 것이 가능하고, 이동, 운반, 및 취급이 용이하다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 피스톤은, 길이 방향 중심축, 실린더의 말단벽에 접하는 말단벽, 및 길이 방향 중심 축을 따라 말단벽으로부터 신장하는 원주벽을 구비해도 된다. 이 양태에서는, 피스톤의 원주벽의 외표면에, 길이 방향 중심 축을 따라 신장하는 랙이 형성되어도 된다. 또한, 이 양태에서는, 구동 유닛은, 일정한 각도 범위에서만 톱니를 갖는 섹터 기어를 구비해도 되고, 섹터 기어는 피스톤의 랙과 맞물려 이를 직선적으로 이동시킨다. 게다가, 이 양태에서는, 섹터 기어와 랙의 조합은, 탄성 에너지 방출 기구를 형성할 수 있다. 이 양태에 의하면, 탄성 부재에 축적된 탄성 에너지를 방출하기 위한 기구는, 특히 단순하고 또한 탄탄하게 만들어질 수 있다. 그러나, 탄성 부재에 축적된 탄성 에너지를 방출하기 위해, 기계적, 전기적, 전자기 기적, 또는 유체적으로 동작하는 다른 기구/수단이 적절히 채택되어도 된다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 구동 유닛이 섹터 기어를 구비하는 경우에는, 구동 유닛은, 전력 공급부, 및 전력 공급부에 전기적으로 접속되어 직접 또는 간접적으로 섹터 기어를 회전시키도록 구동하는 전력 모터를 추가로 구비해도 된다. 이 양태에 의하면, 구동 유닛은, 특히 동작이 용이하다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 구동 유닛이 전기 모터를 구비하는 경우에는, 구동 유닛은, 전기 모터의 출력 축으로 결합된 피니언, 및 피니언의 회전 운동을 섹터 기어에 전달하여 섹터 기어를 회전시키도록 구동하는 1개 이상의 기어를 추가로 구비해도 된다. 상세하게는, 1개 이상의 기어는, 피니언과 맞물리는 베벨 기어, 및 베벨 기어와 섹터 기어의 양쪽과 맞물리는 스퍼 기어를 구비해도 된다. 이 양태에 의하면, 모터의 출력축 및 섹터 기어의 회전축은 서로 직교하듯이 배치될 수 있어, 시스템이 가능한 한 컴팩트하게 될 수 있다. 이에 더해, 기어의 이러한 조합의 사용은, 시스템을 포함하는 장치의 원하는 전체 형상에 따라, 전기 모터를 적절히 배치하는데 도움이 된다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 구동 유닛이 베벨 기어 및 스퍼 기어를 구비하는 경우에는, 구동 유닛은 스퍼 기어와 맞물리는 래치를 추가로 구비해도 되고, 래치는 스퍼 기어의 회전 방향을 조정하여, 스퍼 기어가 일방향으로만 회전하도록 한다. 이 양태에 의하면, 래치는, 스퍼 기어의 역 회전을 방지할 수 있고, 따라 변형된 탄성 부재의 복원 힘에 의해 피스톤이 돌아오는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 섹터 기어가 피스톤의 랙으로부터 풀리는 최종 위치까지 회전하기 전에(즉, 탄성 부재가 충분한 탄성 에너지를 축적하기 전에), 피스톤이 비의도적으로, 실린더에 받아들여진 공기를 배출하도록 동작하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 구동 유닛이 섹터 기어를 구비하는 경우에는, 실린더의 원주벽은 피스톤의 랙의 적어도 일부를 노출하기 위한 선형 노치를 갖도록 형성되어도 되고, 섹터 기어는 실린더의 원주벽의 노치를 통해 랙과 맞물려도 된다. 이 양태에 의하면, 시스템은, 실린더의 원주벽이 피스톤의 랙의 적어도 일부를 노출하기 위한 노치를 갖지 않는 경우와 비교하여, 피스톤의 변위 방향에 대해 보다 컴팩트하게 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 피스톤이 실린더의 말단벽에 접하는 말단벽과 그 말단벽으로부터 신장하는 원주벽을 구비하는 경우에는, 탄성 부재는, 적어도 부분적으로 피스톤의 내부에 수납된 코일 용수철이어도 된다. 이 방법에서도 또한, 시스템은, 피스톤의 변위 방향에 대해 컴팩트하게 될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 시스템은, 탄성 부재, 예를 들면 코일 용수철로 둘러싸이도록 배치되는 연장된 가이드 로드를 추가로 구비해도 된다. 이 경우, 가이드 로드는, 피스톤이 공기 흡입 공간의 체적이 증가하는 방향으로 변위될 때, 적어도 부분적으로 피스톤에 들어가도 된다. 이 양태에 의하면, 피스톤의 변위 방향에 대해 시스템을 컴팩트하게 하면서, 피스톤이 변위될 때, 탄성 부재, 즉 코일 용수철이 확실히 압축되는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 탱크는, 벤츄리 관의 목부에, 상세하게는 벤츄리 관에 획정된 오리피스를 개재하여, 유체적으로 연결되어도 된다. 이 양태에 의하면, 특히 효율적인 액체 무화가 가능하다. 또한, 본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 벤츄리 관의 수렴부의 입구와 실린더의 출구 홀이 서로 위치 맞춤되도록, 벤츄리 관은 직접 실린더에 연결되어도 된다. 이 양태에 의하면, 벤츄리 관의 수렴부의 입구와 실린더의 출구 홀이, 예를 들면 별개의 파이프라인 또는 별개의 도관로에 연결된 경우와 비교하여, 무화된 액체의 특히 효율적인 분사가 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 벤츄리 관의 수렴부의 최대 내경과, 벤츄리 관의 목부 내경과, 벤츄리 관의 확대부의 최대 내경의 비는, 수렴부의 최대 내경을 기준으로 1:0.1∼0.7:1∼1.5이어도 된다. 이 양태에 의하면, 무화된 액체의 특히 충분한 분사 속도 및 분사량이 실현될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 액체는, 경피적으로, 특히 얕은 경피적으로 전달되는 화장용 액체여도 된다. 그러나, 본 발명에 의하면, 화장용 액체를 포함하는 다양한 액체가 무화되어 분사될 수 있다. 본 발명을 위한 바람직한 액체는, 예를 들면, 1×10-4Pa·s∼200Pa·s, 보다 바람직하게는 70Pa·s 미만의 점도를 갖는다.
본 발명의 비한정적이고 대표적인 실시형태에 대해, 첨부의 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무화된 액체의 얕은 경피 전달을 위한 장치의 개략 블럭도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 장치로 병합되는, 얕은 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템의, 그 구성요소인 벤츄리 관, 피스톤, 및 실린더의 단면을 나타내고 있는 개략도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 시스템의 구성요소인 탱크 및 벤츄리 관의 확대 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 시스템의 구동 유닛의 구동력 전달 기구를 형성하는 다양한 기어를 분해한 상태로 나타내는 사시도이다.
도 5는 구동 유닛에 의해 피스톤이 원위에(즉, 도면에서는 좌측에) 변위한 상태를 나타내는, 얕은 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템의 도 2와 동일한 개략도이다.
도 6은 구동 유닛에 의해 피스톤이 그 최종 위치까지 원위에 변위한, 얕은 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템의 도 2와 동일한 개략도이다.
도 7은 코일 용수철에 축적된 탄성 에너지가 방출되어 피스톤이 근위에(즉, 도면에서는 우측으로) 되밀리는, 얕은 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템의 도 2와 동일한 개략도이다.
도 8은 피스톤이 실린더의 말단벽과 충돌하여 실린더로부터 밀려 나온 고속의 공기가 벤츄리 관의 출구로부터 액체의 미스트를 방출시키는, 얕은 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템의 도 2와 동일한 개략도이다.
이어서, 도 1∼도 8을 참조하면서, 본 발명의 일부 예시적인 실시형태에 대해 설명한다. 각 도면에서는, 각 요소의 폭, 길이, 높이, 직경 등의 축척 비율은 일정하지 않은 경우가 있고, 실제 값과 상이한 경우가 있다. 일부 도면에서는, 일부 요소 또는 특징이 강조를 위해 실제보다 크거나 작게 그려져 있는 것에 유의해야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "위", "아래", "위에", "아래에", "상방", "하방", "상부", "하부", "오른쪽", "왼쪽" 등의 방향에 관한 용어는, 도면 중의 시스템 및 장치의 방향에 관계하여 이해되어야 하며, 사용시의 실제 방향과 일치하거나 일치하지 않는 경우가 있다. 또한, 당업자에게 자명하듯이, 본 명세서에서는, "원위의" 또는 "원위에"라는 용어는, 무화된 액체를 분사 또는 방출하는 벤츄리 관으로부터 멀어지는 방향을 의미한다. 한편, "근위의" 또는 "근위에"라는 용어는, 벤츄리 관에 가까워지는 방향을 의미한다.
도 1은, 본 발명의 예시적인 실시형태인, 무화된 액체의 얕은 경피 전달을 위한 장치를 개략적으로 나타낸다. 일반적으로 참조 부호 1로 나타내는 이 장치는, 주로, 일반적으로 참조 부호 10으로 나타내는, (이하에서, 상세하게 설명되는) 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템, 및 시스템(10)을 그 안에 수납하는 케이스(20)를 구비한다. 케이스(20)는, 단순히 시스템(10)의 적어도 일부를 수납하는 경우가 있지만, 도시된 실시형태에서는, 케이스(20)는, (무화된 액체를 방출하기 위한 벤츄리 관의 출구를 제외하고) 시스템(10) 전체를 거의 둘러싸고 있다. 장치(1)가 무화 및 분사의 표적으로 하는 액체는, 상세하게는, 경피적으로 전달되는 히알루론산을 포함하는 화장용 액체, 예를 들면 액상 로션이다. 그러나, 장치(1) 및 시스템(10)은, 물, 오일, 다양한 로션 등의 무화 및 분사를 위해서 사용될 수 있다.
도 1에 더해, 도 2에서 보다 잘 알 수 있듯이, 시스템(10)은, 일정량의 액체(L), 예를 들면 수 밀리리터에서 수백 밀리리터의 액체(L)를 유지하는 탱크(100)를 구비한다. 탱크(100)는, 내용물 및/또는 내용물의 양이 외부에서 보이도록, 바람직하게는, 예를 들면 투명 플라스틱 또는 유리로 만들어진다. 탱크(100)를 만들기 위해 반투명 또는 불투명 재료를 사용할 수 있다. 시스템(10)은 또한, 벤츄리 관(200), 벤츄리 관(200)에 인접하여 배열된 실린더(300), 및 실린더(300) 내에 슬라이드 가능하게 배치된 피스톤(400)을 구비한다. 벤츄리 관(200)은, 충분한 강성을 갖는 플라스틱 재료, 예를 들면 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC) 등으로 형성될 수 있다. 실린더(300) 및 피스톤(400)도 또한, 같은 재료로 형성될 수 있다. 대신에, 실린더(300) 및 피스톤(400)의 양쪽은, 바람직한 금속(또는 금속 합금) 재료로 만들어져도 된다.
도 1 및 도 2를 보다 더 참조하면, 시스템(10)은 추가로, 피스톤(400)과 작동적으로(즉, 기계적으로) 관련된 구동 유닛(500), 피스톤(400)과 또한 기계적으로 관련된 탄성 부재(600)(이 실시형태에서는 코일 용수철), 및 코일 용수철(600)로 둘러싸이도록 배치되는 연장된 가이드 로드(700)를 구비한다.
상세하게는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 구동 유닛(500)은, 주로 기어군(500a)으로 이하에 상세하게 설명하는 동력원 어셈블리(500b)를 포함한다. 이 실시형태에서는, 동력원 어셈블리(500b)는, 배터리(전력 공급부)(520), 전기 모터(530), 및 그 사이에 형성된 스위치(580)를 포함한다. 배터리(520) 및 스위치(580)는, 편의상, 도 1 이외의 도면에는 나타나지 않은 것에 유의해야 한다.
상술한 바와 같이, 또한 탱크(100) 및 벤츄리 관(200)의 단면도를 나타내는 도 3에 의해 상세하게 나타내는 바와 같이, 시스템(10)은, 액체(L)를 유지하는 탱크(100)를 구비한다. 이 실시형태에서는, 탱크(100)는, 나사 고정을 통해 벤츄리 관(200)에 액밀하고, 착탈 가능하게 연결된다. 탱크(100)는, 그 개구 측에 플랜지(110)를 갖는다. 벤츄리 관(200)도 또한, 탱크(100)의 플랜지(110)에 대응하는 플랜지(260)를 갖는다. 탱크(100)는, 그 플랜지(110)가 벤츄리 관(200)의 플랜지(260)에 접촉한 상태로 벤츄리 관(200) 위에 형성된다. 중력의 작용이 시스템(10)이 동작하는 동안의 벤츄리 관(200)으로의 액체(L)의 공급을 용이하게 하므로, 이 배치는 특히 바람직하다. 그러나, 벤츄리 관(200)에 대한 탱크(100)의 방향은, 이 예시적인 실시형태로 한정되지 않고, 필요에 따라 적절히 변경할 수 있다.
도 3을 보다 더 참조하면, 벤츄리 관(200)은, 길이 방향 중심축(X1), 및 길이 방향 중심축(X1)을 따라 연속적으로 신장하는 내부 통로(210)를 구비한다. 내부 통로(210)는, 벤츄리 관(200)에 획정된 오리피스(220)를 개재하여 탱크(100)에 유체적으로 연결된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 내부 통로(210)는, 수렴부(240), 확대부(240), 및 목부(250)를 구비하고, 이들은 길이 방향 중심축(X1)을 따라 연속적으로 연결된다. 목부(250)는, 수렴부(230)와 확대부(240) 사이에 위치하고 있다. 탱크(100)는 상세하게는, 상기에서 설명한 것처럼, 오리피스(220)를 개재하여 벤츄리 관(200)의 목부(250)에 유체적으로 연결된다. 오리피스(220)의 내경은, 벤츄리 관(200) 내의 압력이 대기압과 동일할 때, 액체(L)가, 액체(L)의 점도로 인해 벤츄리 관(200)에 자발적으로 떨어지지 않도록 하는 것이다.
수렴부(230)는, 그 2개의 단부의 각각에 형성된 입구(232)와 출구(234)를 갖는다. 목부(250)도 또한, 그 2개의 단부의 각각에 형성된 입구(252)와 출구(254)를 갖는다. 또한, 확대부(240)는, 그 2개의 단부의 각각에 형성된 입구(242)와 출구(244)를 갖는다. 수렴부(230)의 출구(234) 및 목부(250)의 입구(252)는, 매끄럽게 또한 연속적으로 서로 연결된다. 동일하게, 목부(250)의 출구(254) 및 확대부(240)의 입구(242)는, 매끄럽게 또한 연속적으로 서로 연결된다.
이 실시형태에서는, 목부(250)의 내경(D3)은 일정하다. 수렴부(230)의 출구(234)의 내경(최소 내경)(D4)은, 목부(250)의 내경(D3)과 같고, 확대부(240)의 입구(242)의 내경(최소 내경)(D5)도 또한, 목부(250)의 내경(D3)과 같다. 수렴부(230)의 내경은, 목부(250)를 향해 단조롭게(선형적으로) 감소하고, 확대부(240)의 내경은, 목부(250)로부터 멀어져 선형적으로 증가한다. 그러나, 수렴부(230) 및 확대부(240)의 내경은, 각각 곡선적으로 감소 및 증가해도 된다.
또한, 이 실시형태에서는, 수렴부(230)의 최대 내경(D1)(즉, 입구(232)의 내경)과, 목부(250)의 내경(D3)과, 확대부(240)의 최대 내경(D2)(즉, 출구(244)의 내경)의 비, 즉 D1:D3:D2는 1:0.1∼0.7:1∼1.5이다. 이는 수렴부(230)의 최대 내경(D1)에 근거하고 있다. 그러나, 이 비는, 일 예에 지나지 않고, 필요에 따라 다양한 다른 비를 채택할 수 있다.
여기서 도 2를 참조하면, 시스템(1)의 일 구성요소인 실린더(300)는, 길이 방향 중심축(X2), 벤츄리 관(200)에 접하고 길이 방향 중심축(X2)에 직교하는 말단벽(근위단벽)(310), 및 길이 방향 중심축(X2)을 따라 말단벽(310)으로부터 신장하는 원주벽(320)을 구비한다. 즉, 실린더(300)는, 일방의 단부가 열려 있는 중공체이다. 도시되어 있지 않지만, 이것으로 한정되지 않고, 실린더(300)는, 시스템(10)의 프레임(예를 들면, 장치(1)의 서브 케이스(도시하지 않음))에 의해 고정 지지된다. 실린더(300)는, 그 말단벽(310)에 형성된 출구 홀(330)을 추가로 구비한다. 출구 홀(330)은, 벤츄리 관(200)의 수렴부(230)의 입구(232)에 유체적으로 연결된다. 이 실시형태에서는, 벤츄리 관(200)의 수렴부(230)의 입구(232) 및 실린더(300)의 출구 홀(330)이 서로 위치 맞춤되도록, 벤츄리 관(200)은 실린더(300)에 직접 연결된다. 그러나, 필요한 경우, 수렴부(230)의 입구(232) 및 실린더(300)의 출구 홀(330)이, 파이프라인 또는 도관로를 개재하여 연결되는 구성을 채택하는 것도 가능하다.
실린더(300) 내에서는, 시스템(1)의 일 구성요소인 피스톤(400)은, 실린더(300)의 길이 방향 중심축(X2)을 따라 매끄럽게 변위 가능하도록 배치된다. 피스톤(400)은, 길이 방향 중심축(X3), 실린더(300)의 말단벽(310)에 접하는 말단벽(근위단벽)(410), 및 길이 방향 중심축(X3)을 따라 말단벽(410)으로부터 신장하는 원주벽(420)을 구비한다. 또한, 피스톤(400)은, 길이 방향 중심축(X3)을 따라 신장하는 랙(430)을 구비한다. 랙(430)은, 피스톤(400)의 원주벽(420)의 외표면에, 상세하게는 원주벽(420)의 원위단측의 거의 절반의 영역에, 일체적으로 형성된다. 도 2에는 나타나지 않지만, 피스톤(400)은, 실린더(300) 내에 이와 협력하여 공기 흡입 공간(V)을 획정한다(도 5, 도 6, 및 도 7 참조). 공기 흡입 공간(V)은, 실린더(300)의 출구 홀(330)을 개재하여 벤츄리 관(200)의 수렴부(230)의 입구(232)와 유체적으로 연통된다.
피스톤(400)은, 예를 들면, 엘라스토머 재료로 만들어지는 O링(패킹)(440)을 추가로 구비한다. O링(440)은, 피스톤(400)의 말단벽(410)에 형성된 원형의 홈(450)에는 들어맞는다. O링(440)은, 피스톤(400)과 실린더(300)의 내표면 사이의 기밀성을 유지하는 작용을 한다. 이 실시형태에서는, 피스톤(400)의 단면은, O링(440)이 위치하고 있는 피스톤(400)의 말단벽 부분에서는 완전한 원이다. 그러나, 원주벽 부분에서는, 피스톤(400)의 단면은, 원의 일부가 피스톤(400)의 직경에 평행 직선을 따라 잘라내진 부분적인 원이다. 이는 상기에서 설명한 것처럼 랙(430)을 배치하기 위해, 피스톤의 외주면에 평탄한 면을 확보하기 때문이다. 물론 다른 실시형태에서는, 피스톤(400)의 원주벽 부분의 단면으로서 다른 형상이 채택되어도 된다. 도시하고 있지 않지만, 이 실시형태에서는, 시스템(10)은, 피스톤(400)이 실린더(300)에 대해 회전하는 것을 방지하기 위한 기구 또는 기능을 추가로 구비한다.
도 2에 나타내는 상태, 즉, 실린더(300)의 말단벽(310) 및 피스톤(400)의 말단벽(410)이 서로 접촉하고 있는 상태에서는, 피스톤(400)의 원위단은, 실린더(300)의 원위단으로부터 약간 돌출한다. 바꾸어 말하면, 길이 방향 중심축(X3)에 따른 피스톤(400)의 길이는, 길이 방향 중심축(X2)에 따른 실린더(300)의 원주벽(320)의 길이보다 약간 크다. 따라서, 도 2에 나타내는 상태에서는, 피스톤(400)의 외주면에 일체적으로 형성된 랙(430)의 일부가 실린더(400)의 원위단으로부터 돌출한다. 이 실시형태에서는, 실린더(300)의 원주벽(320)은, 피스톤(400)의 랙(430)의 적어도 일부를 노출하기 위한 선형 노치(340)를 갖도록 형성된다. 이하에 상세하게 설명하듯이, 구동 유닛(500)의 섹터 기어(510)가, 실린더(300)의 원주벽(320)의 이 노치(340)를 통해 랙(430)과 맞물린다.
상술한 바와 같이, 시스템(10)은, 서로 기계적으로 관련된 구동 유닛(500) 및 탄성 부재(600)를 구비한다. 구동 유닛(500)은, 피스톤(400)을 원위에, 즉 실린더(300) 내의 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 변위시킬 수 있다. 한편, 피스톤(400)이 원위에, 즉 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 변위되는 동안, 탄성 부재(600)는, 피스톤(400)의 변위에 따라 변형되도록 배치되어 그 안에 탄성 에너지(기계적 포텐셜 에너지)를 축적한다. 따라서, 이 실시형태의 시스템(10)은, "용수철 하중 시스템"이라고 부를 수 있다. 이 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 탄성 부재(600)는 코일 용수철이며, 코일 용수철은, 적어도 일부, 예를 들면 대략 절반은 중공 피스톤(400)의 내부에 수납된다.
구동 유닛(500)은, 탄성 에너지 방출 기구(M)를 추가로 구비한다. 이 실시형태에서는, 탄성 에너지 방출 기구(M)는, 탄성 부재(600)에 축적된 탄성 에너지를 규칙적인 간격으로 방출하고, 이에 따라 피스톤(400)을 근위에, 즉 공기 흡입 공간(V)의 체적이 감소하는 방향으로 돌진시키도록 구성된다. 보다 상세하게는, 구동 유닛(500)은, 예를 들면 90˚∼300˚ 등의 일정한 각도 범위에서만 톱니를 갖는 섹터 기어(510)를 구비한다. 섹터 기어(510)는, 피스톤(400)의 랙(430)과 맞물리도록 구성되어 이를 일방향으로(즉, 도면에서는 좌측으로) 직선적으로 이동시킨다. 이 실시형태에서는, 섹터 기어(510)와 랙(430)의 조합은, 축적된 탄성 에너지를 규칙적인 간격으로 방출하기 위한 탄성 에너지 방출 기구(M)를 형성한다. 즉, 섹터 기어(510)의 마지막 톱니가 랙(430)의 마지막 톱니로부터 풀리는 순간에, 피스톤(400)의 구속이 방출됨에 따라, 탄성 부재(600)에 축적된 탄성 에너지도 또한 순간적으로 방출된다. 그러나, 다른 실시형태에서는, 다른 타입의 탄성 에너지 방출 기구가 채택되어도 되고, 필요할 때에만, 탄성 부재(600)에 축적된 탄성 에너지를 방출하도록 구성되어도 된다.
앞에서 설명한 것처럼, 구동 유닛(500)은, 전력 공급부(520), 예를 들면 리튬이온 배터리 등의 충전식 배터리를 구비한다. 또한, 상기에서 설명한 것처럼, 구동 유닛(500)은, 전력 공급부(520)에 전기적으로 접속된 전기 모터(530)을 구비하고, 간접적으로(즉, 동력 전달을 위한 기어열을 개재하여), 섹터 기어(510)를 회전시키도록 움직인다. 전력 공급부(520), 전기 모터(530), 및 그 사이에 형성된 스위치(580)는, 상기에서 설명한 것처럼 구동 유닛(500)의 동력원 어셈블리(500b)를 구성한다. 이 실시형태에서는, 섹터 기어(510)는, 일 방향, 즉 도 2에서는 반시계 방향으로만, 기어군(500a)을 개재하여 전기 모터(530)에 의해 회전한다. 다른 실시형태에서는, 섹터 기어(510)는, 전기 모터(530)에 의해 직접 구동되어도 된다. 그러나, 이 경우, 큰 토크, 즉 큰 사이즈를 갖는 모터가 요구되므로, 본 명세서에서 설명하듯이, 기어열로 이루어지는 바람직한 감속 기구를 개재하여 섹터 기어(510)를 구동하는 것이 바람직하다.
여기서 도 4를 참조하여, 구동 유닛(500)의 감속 기구를 구성하는 기어열, 즉 상술한 같은 구동 유닛(500)의 기어군(500a)에 대해 설명한다. 구동 유닛(500)의 기어군(500a)은, 전기 모터(530)의 출력축(532)에 고정해 결합된(베벨 기어 타입의) 피니언(530)을 포함한다. 또한, 구동 유닛(500)의 기어군(500a)은, 피니언(540)의 회전 운동을 섹터 기어(510)에 전달하여 회전적으로 구동하는 2종류의 기어(550, 560)를 포함한다. 이 실시형태에서는, 이들 기어(550, 560) 및 섹터 기어(510)는, 시스템(10)(즉, 장치(1)의 서브 케이스)의 프레임(도시하지 않음)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 전기 모터(530)는 시스템(10)의 프레임(도시하지 않음)에 의해 고정 지지되므로, 피니언(530)도 또한, 시스템(10)의 프레임(도시하지 않음)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 다른 실시형태에서는, 기어(510, 550, 및 560)는, 장치(1)의 케이스(20) 자체에 의해 회전 가능하게 지지되어도 된다.
도 4를 보다 더 참조하면, 피니언(530)과 맞물리는 기어(550)는 베벨 기어이다. 한편, 베벨 기어(550)와 섹터 기어(510)의 양쪽과 맞물리는 기어(560)는 스퍼 기어이다. 여기서, 스퍼 기어(560)는 중간 기어로서 기능한다. 이 실시형태에서는, 섹터 기어(510) 또는 베벨 기어(550)의 양쪽이, 2개의 타입의 기어 장치 부분이 회전축의 방향을 따라 중첩되는 구조를 갖는다. 섹터 기어(510)는, 그 치저원에 따른 일정한 각도 범위에서만 톱니를 갖는 제1의 부분(512)을 구비한다. 또한, 섹터 기어(510)는, 이 제1의 부분(512)에 일체적으로 결합된 제2의 부분(514)을 구비한다. 섹터 기어(510)의 제2의 부분(514), 즉 스퍼 기어 부분은, 그 치저원의 원주 전체를 따라 톱니를 구비한다. 제2의 부분(514)의 치선원의 직경은, 제1의 부분(512)의 치선원의 직경보다 작다.
베벨 기어(550)는 또한, 원추면에 원주 방향으로 배치된 톱니 열을 포함하는 제1의 부분(552), 및 이 제1의 부분(552)에 일체적으로 결합되어 제1의 부분(552)의 최소 직경보다 작은 직경의 스퍼 기어로 이루어지는 제2의 부분(554)을 구비한다. 전기 모터(530)의 출력축(532)에 고정하여 장착된 피니언(530)은, 베벨 기어(550)의 제1의 부분(552)과 맞물리고, 베벨 기어(550)와 일체적으로 회전하는 베벨 기어(550)의 제2의 부분(554)은 스퍼 기어(560)와 맞물린다. 또한, 스퍼 기어(560)는, 섹터 기어(510)의 제2의 부분(514)과 맞물린다. 결과적으로, 피니언(530)의 고속 회전이, 섹터 기어(510)를 소정의 저속도로, 예를 들면 초당 수회전으로 회전시킨다. 피스톤(400)은, 섹터 기어(510)의 회전이 이와 같이 발생함으로써, 규칙적인 간격으로 원위 방향으로 변위된다. 이 실시형태에서는, 피스톤(400)의 랙(430)의 톱니 수는, 섹터 기어(510)의 제1의 부분(512)의 톱니 수와 대략 동일하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
여기서, 다시 도 2를 참조하면, 구동 유닛(500)은, 스퍼 기어(560)와 맞물리는 래치(570)를 추가로 구비한다. 래치(570)는, 스퍼 기어(560)가 일 방향(즉, 도 2에서는 시계 방향)으로만 회전하도록, 스퍼 기어(560)의 회전 방향을 조정하도록 배치된다. 다른 실시형태에서는, 래치(570)를 스퍼 기어(560) 이외의 어느 다른 기어와 관련되게 하는 것도 생각할 수 있다. 래치(570)는 이 시스템(10)에서는 필수 구성요소는 아니다.
도 2를 보다 더 참조하면, 시스템(10)은, 코일 용수철(600)에 의해 둘러싸이도록 배치되는, 연장된 용수철 가이드 로드(700)를 추가로 구비한다. 이 실시형태에서는, 가이드 로드(700)의 베이스 단부(710)는, 시스템(10)(즉, 장치(1)의 서브 케이스)의 프레임(도시하지 않음)에 의해 지지된다. 다른 실시형태에서는, 용수철 가이드 로드(700)은, 장치(1)의 케이스(20) 자체에 의해 지지될 수 있다. 용수철 가이드 로드(700)는, 피스톤(400)이 원위에, 즉 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 변위되고 있을 때, 적어도 부분적으로 피스톤(400)에 들어가도록 배치된다.
이하에서는, 상기에서 설명한 것처럼 구성된 액체를 무화 및 분사하기 위한 시스템(10)의 동작, 즉 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위한 방법에 대해, 도 2, 도 5∼도 8을 참조하여 설명한다(초기 탱크(100)는 빈 상태로 가정한다).
액체의 무화 및 분사 전에, 탱크(100)는 액체(L)로 채워진다. 이 과정은 탱크(100)를 벤츄리 관(200)으로부터 떼어내 행할 수 있다. 이어서, 시스템(10), 즉 장치(1)를 뒤집고, 탱크(100)는 벤츄리 관(200)에 나사 고정되고 이들은 서로 연결된다. 시스템(10), 즉 장치(1)는, 이어서, 탱크(100)가 벤츄리 관(200) 위에 위치하는 통상의 사용 위치로 되돌려진다. 이 과정의 결과로서, 탱크(100)는, 벤츄리 관(200)에 획정된 오리피스(220)를 개재하여 벤츄리 관(200)의 내부 통로(210)에 유체적으로 연결된다. 이에 의해, 액체를 무화하고 방출하기 위한 준비가 완료된다(도 2 참조). 개폐식 뚜껑을 갖는 탱크(이 경우, 뚜껑은 탱크(100)의 플랜지(110)의 맞은 편에 설치된다)가 사용되는 경우, 탱크(100)는 벤츄리 관(200)으로부터 떼어내지 않고 액체로 채울 수 있다.
이어서, 피스톤(400)은, 실린더(300) 내에서 원위에, 즉 실린더(300) 내에 획정된 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 변위된다. 이 과정은 스위치(580)를 ON으로 함으로써 자동적으로 행해진다. 즉, 상기에서 설명한 것처럼, 스위치(580)가 ON으로 될 때, 전기 모터(530)는 회전하고, 그의 회전 힘이 기어(550, 560)로 이루어지는 기어열을 개재하여 섹터 기어(510)에 전달될 수 있다. 섹터 기어(510)는 피스톤(400)의 랙(430)과 맞물리므로, 섹터 기어(510)의 회전은, 상기에서 설명한 것처럼, 피스톤(400)을 원위에 변위시킨다. 도 5는, 피스톤(400)이 구동 유닛(500)에 의해 원위 방향으로 짧은 거리만 변위되고 있는 상태를 나타낸다.
피스톤(400)이 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 변위되는 동안, 탄성 부재(600), 즉 코일 용수철은, 동시에 서서히 변형된다. 상술한 바와 같이, 탄성 부재(600)는, 피스톤(400)의 변위에 따라 직선적으로 변형되도록 배치된다. 따라서, 이 과정 동안, 탄성 부재(600)는, 그 안에 탄성 에너지를 축적한다. 도 6은, 피스톤(400)이 그 최종 위치까지 구동 유닛(500)에 의해 원위 방향으로 변위된 상태를 나타낸다. 이 상태는, 섹터 기어(510)의 치열 중의(회전 방향에서 본) 마지막 톱니와 랙(430)의(변위의 방향에서 본) 마지막 톱니가 풀리기 직전이며, 코일 용수철(600)에 축적된 탄성 에너지는 최대화된다.
섹터 기어(510)가 도 6에 나타내는 상태로부터 약간의 각도로 추가로 회전할 때, 섹터 기어(510) 및 랙(430), 보다 상세하게는 섹터 기어(510)의 마지막 톱니 및 랙(430)의 마지막 톱니는 풀린다. 결과적으로, 피스톤(400)은 지금은 자유롭게 움직일 수 있다. 따라서, 탄성 부재(600)에 축적된 탄성 에너지가 순간적으로 방출됨에 따라, 피스톤(400)을 근위에, 즉 공기 흡입 공간(V)의 체적이 감소하는 방향으로 돌진시킨다. 도 7은, 피스톤(400)이 실린더(300) 내에서 짧은 거리만큼 근위에 밀려 나오고 있는 상태를 나타낸다.
도 7에 나타내는 상황에서는, 실린더(300) 내의 공기 흡입 공간(V)에 존재하는 공기는 피스톤(400)에 의해 압축되어, 실린더(300)의 출구 홀(330)에서 벤츄리 관(200)으로 고속으로 이동한다. 공기가 벤츄리 관(200)을 지나 진행될 때, 공기의 유속은, 특히 그 목부(250)에 있어서 증가한다. 결과적으로, 목부(250)의 압력은 감소되어, 탱크(100) 내의 소량의 액체(L)가, 벤츄리 관(200)의 오리피스(220)를 통해 통로(210)로 끌여들여진다. 이 소량의 액체(L)는, 피스톤(400)에 의해 실린더(300)로부터 밀려 나와 고속으로 이동하는 공기에 의해 벤츄리 관(200)의 내부에서 무화되고, 벤츄리 관(200)의 출구(244)를 통해 외부에 방출된다. 도 8은, 피스톤(400)이 실린더(300)의 말단벽(310)에 충돌하여, 실린더(300)로부터 밀려 나온 고속의 공기가, 벤츄리 관(200)의 출구로부터의 액체(L)의 미스트의 방출을 일으키는 상태를 나타낸다.
이 실시형태에서는, 스위치(580)가 OFF로 바뀌지 않는 이상, 전기 모터(530)는 계속 회전하고, 섹터 기어(510)도 또한 계속 회전한다. 따라서, 도 8에 나타내는 상태에 이른 직후에, 섹터 기어(510)는 피스톤(400)의 랙(430)에 다시 맞물린다. 결과적으로, 시스템(10)은 도 2에 나타내는 최초 상태로 돌아온다. 따라서, 스위치(580)가 ON을 유지하는 동안, 시스템(10)은 탱크(100) 내의 액체(L)를 간헐적으로(섹터 기어(510)의 회전 속도에 대응하는 간격으로) 무화하고, 무화된 액체 입자로서 벤츄리 관(200)을 통해 외부에 방출한다.
상술한 바와 같이, 시스템(10), 즉 장치(1)는, 주로 실린더(300), 피스톤(400), 탄성 부재(600), 및 구동 유닛(500)으로 이루어지는 압축 공기원, 그리고 유체 탱크(100)와 유체 연통되는 벤츄리 관(200)을 포함한다. 구동 유닛(500)은, 탄성 부재(600)의 변형으로 실린더(300) 내의 피스톤(400)을 변위시켜, 이에 따라 소정량의 공기가 실린더(300)에 받아들여진다. 이어서, 탄성 부재(600)에 축적된 탄성 에너지를 방출함으로써, 피스톤(400)은 실린더(300) 내의 원래의 위치로 되밀려, 실린더(300) 내의 공기를 압축한다. 결과적으로, 고압 공기가 실린더(300)의 출구 홀(330)으로부터 고속으로 토출되어, 벤츄리 관(200)의 내부 통로(210)에 공급된다. 고속의 공기가 벤츄리 관(200), 상세하게는 목부(250)(즉, 협착부)를 통과할 때, 그 내부의 압력이 내려감에 따라, 탱크(100) 내의 소량의 액체(L)가 벤츄리 관(200)의 내부 통로(210)에 받아들여진다. 이와 같이 받아들여진 소량의 액체(L)는, 고속의 공기의 작용에 의해 벤츄리 관(200)의 내부에서 무화되고, 공기와 함께 벤츄리 관(200)으로부터 분사된다. 이와 같이 하여, 피부의 상면 표피층까지의 얕은 경피 전달에 적합한, 미세하게 무화된 액체, 즉 고속도 무화 액체 입자(극미세 사이즈의 액적)의 제트를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 시스템(10), 즉 장치(1)는, 경피 전달용 액체를 무화 및 분사하기 위해 고압 가스 카트리지 등의 교체 가능한, 즉 일회용/처분가능한 원동력원을 필요로 하지 않는다. 따라서, 시스템(10), 즉 장치(1)는, 계속하여 액체(L)를 무화 및 분사할 수 있다. 이에 더해, 시스템(10), 즉 장치(1)는, 외부 공급원, 예를 들면 공기 압축기 또는 에어 펌프를 필요로 하지 않는다. 즉, 액체를 무화 및 방출하기 위한 고속의 공기 제트가 내부에서 만들어진다. 따라서, 시스템(10), 즉 장치(1)는, 전체적으로 컴팩트하고, 이동, 운반, 및 휴대가 용이할 수 있다.
상기에서 설명한 실시형태에 따른 시스템의 일 예의 특정 데이터를 이하에 기재한다. 그러나, 본 발명은 이 값으로 한정되지 않는다.
- 실린더의 내경: 10∼30mm;
- 탄성 부재의 용수철 상수: 20∼70N/m;
- 탄성 부재의 자연 길이: 10∼30cm;
- 탄성 부재의 외경: 5∼15mm;
- 실린더의 출구 홀의 직경: 1∼10mm, 특히 5mm;
- 벤츄리 관의 수렴부의 최대 내경: 1∼10mm, 특히 5mm;
- 벤츄리 관의 확대부의 최대 내경: 벤츄리 관의 수렴부의 최대 내경이 5mm일 때 7mm;
- 벤츄리 관의 목부 내경: 벤츄리 관의 수렴부의 최대 내경이 5mm일 때 3.4mm;
- 벤츄리 관의 오리피스 내경: 0.6∼1.2mm, 특히 벤츄리 관의 수렴부의 최대 내경이 5mm일 때 0.6mm;
- 실린더 내에서 압축되는 공기의 최대 압력: 0.55MPa;
- 무화 액체 액적의 사이즈: 10㎛ 미만;
- 벤츄리 관의 출구에 있어서의 무화 액체 액적의 속도: 액체의 분자량에 관계없이 적어도 150m/s;
- 전달할 수 있는 액체의 체적: 20ml/전달(샷); 및
- 액체 전달(샷)의 최대 빈도: 초당 2회.
본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 상기에서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위로부터 일탈하지 않고, 상기에서 설명한 실시형태에 다양한 개변 및 변경을 할 수 있으며, 이러한 개변 및 변경도 또한, 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 경피 전달용 액체(L)를 무화 및 분사하기 위한 시스템(10)으로서,
    상기 액체(L)를 유지하는 탱크(100);
    길이 방향 중심축(X1), 및 상기 길이 방향 중심축(X1)을 따라 신장하는 내부 통로(210)를 구비하는 벤츄리 관(200)으로서, 상기 내부 통로(210)가, 상기 벤츄리 관(200)에 획정된 오리피스(220)를 개재하여 상기 탱크(100)에 유체적으로 연결되어 있고, 상기 내부 통로(210)가, 수렴부(230), 확대부(240), 및 상기 수렴부(240)와 상기 확대부(240) 사이에 위치하는 목부(250)를 구비하는, 벤츄리 관(200);
    길이 방향 중심축(X2), 및 상기 길이 방향 중심축(X2)에 직교하는 말단벽(310), 상기 길이 방향 중심축(X2)을 따라 상기 말단벽(310)으로부터 신장하는 원주벽(320), 및 상기 말단벽(310)에 형성된 출구 홀(330)을 구비하는 실린더(300)로서, 상기 출구 홀(330)이, 상기 벤츄리 관(200)의 상기 수렴부(230)의 입구(232)에 유체적으로 연결되는, 실린더(300);
    상기 실린더(300)의 상기 길이 방향 중심축(X2)을 따라 변위 가능하도록 상기 실린더(300) 내에 배치된 피스톤(400)으로서, 상기 피스톤(400)이 상기 실린더(300)와 협력하여 상기 실린더(300) 내의 공기 흡입 공간(V)을 획정하고, 상기 공기 흡입 공간(V)이, 상기 실린더(300)의 상기 출구 홀(330)을 개재하여 상기 벤츄리 관(200)의 상기 수렴부(230)의 상기 입구(232)와 유체적으로 연통되는, 피스톤(400);
    상기 실린더(300) 내의 상기 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 상기 피스톤(400)을 변위시키기 위한 구동 유닛(500);
    상기 피스톤(400)이 상기 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 상기 방향으로 변위되는 동안, 상기 피스톤(400)의 상기 변위에 따라 변형되어, 그 안에 탄성 에너지를 축적하는 탄성 부재(600)를 구비하고,
    상기 구동 유닛(500)이, 상기 탄성 부재(600)에 축적된 상기 탄성 에너지를 방출하고, 이에 따라 상기 공기 흡입 공간(V)의 체적이 감소하는 방향으로 상기 피스톤(400)을 돌진시키는 탄성 에너지 방출 기구(M)를 구비하는, 시스템(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤(400)이, 길이 방향 중심축(X3), 상기 실린더(300)의 상기 말단벽(310)에 접하는 말단벽(410), 및 상기 길이 방향 중심축(X3)을 따라 상기 말단벽(410)으로부터 신장하는 원주벽(420)을 구비하고, 상기 길이 방향 중심축(X3)을 따라 신장하는 랙(430)이, 상기 피스톤(400)의 상기 원주벽(420)의 외표면에 형성되고, 상기 구동 유닛(500)이, 상기 피스톤(400)의 상기 랙(430)과 맞물려, 상기 피스톤(400)을 직선적으로 이동시키는, 일정한 각도 범위에서만 톱니를 갖는 섹터 기어(510)를 구비하고, 상기 섹터 기어(510)와 상기 랙(430)의 조합이, 상기 탄성 에너지 방출 기구(M)를 형성하는, 시스템(10).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 유닛(500)이, 전력 공급부(520), 및 상기 전력 공급부(520)에 전기적으로 접속되어, 직접 또는 간접적으로 상기 섹터 기어(510)를 회전시키도록 구동하는 전기 모터(530)를 추가로 구비하는, 시스템(10).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 유닛(500)이, 상기 전기 모터(530)의 출력축(532)에 결합된 피니언(540), 및 상기 피니언(540)의 회전 운동을 상기 섹터 기어(510)에 전달하여 상기 섹터 기어(510)를 회전시키도록 구동하는 1개 이상의 기어(550, 560)를 추가로 구비하는, 시스템(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 1개 이상의 기어(550, 560)가, 상기 피니언(540)과 맞물리는 베벨 기어(550), 및 상기 베벨 기어(550)와 상기 섹터 기어(510)의 양쪽과 맞물리는 스퍼 기어(560)를 포함하는, 시스템(10).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 유닛(500)이, 상기 스퍼 기어(560)와 맞물리는 래치(570)를 추가로 구비하고, 상기 래치(570)가 상기 스퍼 기어(560)의 회전 방향을 조정하여, 상기 스퍼 기어(560)가 일방향으로만 회전하도록 하는, 시스템(10).
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더(300)의 상기 원주벽(320)이, 상기 피스톤(400)의 상기 랙(430)이 적어도 일부를 노출하기 위한 선형 노치(340)를 갖도록 형성되고, 상기 섹터 기어(510)가, 상기 실린더(300)의 상기 원주벽(320)의 상기 노치(340)를 통해 상기 랙(430)과 맞물리는, 시스템(10).
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 부재(600)가, 적어도 부분적으로 상기 피스톤(400)의 내부에 수납된 코일 용수철인, 시스템(10).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄성 부재(600)로 둘러싸이도록 배치되는 연장된 가이드 로드(700)를 추가로 구비하고, 상기 피스톤(400)이 상기 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 변위될 때, 상기 가이드 로드(700)가, 적어도 부분적으로 상기 피스톤(400)에 들어가는, 시스템(10).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크(100)가, 상기 벤츄리 관(200)의 상기 목부(250)에 유체적으로 연결되는, 시스템(10).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤츄리 관(200)의 상기 수렴부(230)의 상기 입구(232) 및 상기 실린더(300)의 상기 출구 홀(330)이 서로 위치 맞춤되도록, 상기 벤츄리 관(200)이 상기 실린더(300)에 직접 연결되는, 시스템(10).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤츄리 관(200)의 상기 수렴부(230)의 최대 내경(D1)과, 상기 벤츄리 관(200)의 상기 목부(250)의 내경(D3)과, 상기 벤츄리 관(200)의 상기 확대부(240)의 최대 내경(D2)의 비가, 상기 수렴부(230)의 최대 내경(D1)을 기준으로 1:0.1∼0.7:1∼1.5인, 시스템(10).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체(L)가, 경피적으로 전달되는 화장용 액체인, 시스템(10).
  14. 무화된 액체의 경피 전달을 위한 장치(1)로서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 시스템(10), 및
    상기 시스템(10)을 적어도 부분적으로 수납하는 케이스(20)를 구비하는, 장치(1).
  15. 경피 전달용 액체(L)를 무화 및 분사하기 위한 방법으로서,
    탱크(100)를 상기 액체(L)로 채우는 단계로서, 상기 탱크(100)가, 벤츄리 관(200)의 내부 통로(210)에, 상기 벤츄리 관(200)에 획정된 오리피스(220)를 개재하여 유체적으로 연결되어 있고, 상기 벤츄리 관(200)의 상기 내부 통로(210)가, 수렴부(230), 확대부(240), 및 상기 수렴부(240)와 상기 확대부(240) 사이에 위치하는 목부(250)를 구비하는 단계;
    실린더(300) 내의 피스톤(400)을, 상기 실린더(300) 내의 공기 흡입 공간(V)의 체적이 증가하는 방향으로 변위시키는 단계로서, 상기 공기 흡입 공간(V)이, 상기 피스톤(400)과 상기 실린더(300)의 말단벽(310) 사이에 획정되고, 상기 실린더(300)의 상기 말단벽(310)에 형성된 출구 홀(330)이, 상기 벤츄리 관(200)의 상기 수렴부(230)의 입구(232)에 유체적으로 연결되는 단계;
    상기 피스톤(400)이, 상기 공기 흡입 공간(V)의 상기 체적이 증가하는 상기 방향으로 변위되는 동안, 상기 피스톤(400)의 상기 변위에 따라 변형되도록 배치되어, 그 안에 탄성 에너지를 축적하는 탄성 부재(600)를 변형시키는 단계;
    상기 탄성 부재(600)에 축적된 상기 탄성 에너지를 방출하고, 이에 따라 상기 공기 흡입 공간(V)의 상기 체적이 감소하는 방향으로 상기 피스톤(400)을 돌진시키는 단계; 및
    상기 피스톤(400)의 돌진으로, 상기 실린더(300)의 상기 말단벽(310)의 상기 출구 홀(330)을 통해 상기 실린더(300)로부터 공기가 밀려 나옴으로써, 상기 탱크(100)로부터 상기 벤츄리 관(200)의 상기 내부 통로(210)에 공급된 상기 액체(L)를 무화하고, 외부에 분사하는 단계를 포함하는, 방법.
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