JP2003175352A - 液滴スプレーデバイス - Google Patents

液滴スプレーデバイス

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が単純であり、確実であり、かつ安価で
ある、大きさが小さくエネルギー消費および費用が低い
ような、デバイスを提供すること。 【解決手段】 本発明は、液状物質を噴霧するための液
滴スプレーデバイスを提供し、このデバイスは、以下:
ハウジング、液状物質を空間に供給するための手段、ノ
ズル本体に配置されるノズル膜であって、少なくとも1
つの出口ノズルおよび少なくとも1つの排出チャネルを
備え、この排出チャネルは、空間を少なくとも1つの出
口ノズルの各々に接続し、出口ノズルおよび排出チャネ
ルが、公差の厳しい真っ直ぐなテーパでない形状を有す
る、ノズル膜、ならびに振動要素であって、この振動要
素は、ノズル膜の出口ノズルを通るスプレーとして、液
状物質を噴出させるように、空間中の液体を振動させる
よう配置されている、振動要素、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液状物質(例え
ば、薬物、芳香剤または他の噴霧液体)を噴霧するのに
適切な液滴スプレーデバイスに関する。このようなデバ
イスは、例えば、香水ディスペンサーに使用され得る
か、または患者の呼吸系によって患者に噴霧薬物または
霧状薬物を投与するのに使用され得る。このようなデバ
イスは、その最も簡単な形状では、通例、アトマイザー
と呼ばれている。このデバイスは、この液状物質を、噴
霧液滴の分散体として送達する。さらに具体的には、本
発明は、改良した液滴スプレーデバイスに関し、これ
は、制御可能な液滴スプレーを効率的に作り発射する。
【0002】
【従来の技術】液体を噴霧する種々の液滴スプレーデバ
イスが公知である。例えば、文献欧州特許出願公開番号
0 516 565は、水を噴霧する超音波ネブライザ
ーを記述している。このデバイスは、室内加湿器として
使用される。この水を通して水面へと振動が伝達され、
この水面を通して、スプレーが生じる。振動なしで水を
保持するために、有孔体が設けられる。
【0003】代表的には、吸入器は、この液状物質を液
滴に噴霧するために、同じ原理を使用する(例えば、文
献WO95/15822を参照)。
【0004】公知であるように、液滴の大きさは、穿孔
膜の出口オリフィスの大きさに依存し、そしてまた、振
動の周波数に依存する。小さな液滴を得るためには、非
常に高い周波数(直径約10μmの液滴に対しては、代
表的に1MHzを超える)を使用するべきである。一般
に、周波数が高くなるにつれて、液滴の直径は小さくな
り得る。このことは、高い周波数に起因して、電力消費
の増加を導き、その結果、デバイスが小さなバッテリー
で作動するデバイスのために適切ではなくなる。
【0005】別の液滴スプレーデバイスは、本出願人の
名義の文献である欧州特許出願公開番号0 923 9
57から公知である。記載される液滴スプレーデバイス
は、ハウジングからなり、このハウジングは、第一の基
板および第二の基板を重ねて形成され、これらの基板の
間に、液状物質を収容するためのチャンバまたは空間が
形成され、従って、圧縮チャンバを提供する。出口手段
が、第一の基板のより薄い本体部分に提供される。この
出口手段は、空洞(これは、このチャンバを部分的に構
成する)、出口ノズルおよび排出チャネル(これは、こ
れらのノズルをチャンバに連結する)からなる。この液
状物質は、例えば、非常に小さい圧力(例えば、およそ
数ミリバール)または毛管現象により、スプレーデバイ
スのチャンバまたは空間に入る。このスプレーデバイス
は、さらに、この空間内の液状物質の振動を引き起こす
ために、振動要素(例えば、圧電素子)を含む。この液
状物質を振動させることにより、その液体は、この出口
手段に入り、この液体がデバイスから発射されるにつれ
て、液滴スプレーが発生する。
【0006】この先行技術文献は、さらに、このような
排出チャネルを直線状でテーパのない輪郭にする技術を
記述している。これにより、水溶液および懸濁液に対し
て、この排出チャネルを横切る正確に規定した圧力低
下、液滴の大きさおよび流動挙動が得られるのに対し
て、懸濁液中に小さい固体粒子(例えば、1μm未満か
ら約2μm)を含む医薬品には、比較的に滑らかな表面
が適している。同じ効果は、例えば、香水分配用途に対
してそれより大きい寸法(例えば、10μm以上のノズ
ル)でも、比例的に得られ得る。
【0007】発射された液滴の直径は、この液状物質の
振動の所定周波数に対するノズル穴の大きさ「d」およ
び入口圧力に依存している。約243kHzの周波数を
使用する従来技術のデバイスでは、その平均液滴直径
は、約5μmであることが分かっており、この出口ノズ
ルの穴の直径は、約7μmであり、その入口圧力は、数
ミリバールである。1個のこのような液滴は、それゆ
え、約67フェムトリットル(10−15l)の量を含
み、その結果、このようなノズルの数は、噴出する量の
関数として決定され得る。
【0008】実際、これらの出口ノズルの製作公差Δd
は、この量(すなわち、発射する液滴の容量「V」)を
制御し決定する際の必須要素である。事実、この容量V
は、dに依存しており(V=1/6×πd)、d
は、この出口ノズルの直径である。
【0009】例えば、もし、d=5μmであり、Δd=
±0.5μmであるなら、液滴容量Vは、47.5(d
=4.5)から87(d=5.5)へと変わり得、これ
は、83%の変動である。
【0010】さらに、この排出チャネルを横切る圧力低
下は、dに依存していることが公知であり、そこで、
この出口直径、チャネル直径、その断面、ならびに出口
チャネルおよびノズルの種々の微小機械加工断面の任意
の組合せは、この液滴スプレーデバイスの構造における
重要な因子であることが理解され得る。
【0011】この液滴の直径は、その液体のある種の物
理化学的特性(例えば、表面張力および粘度)と共に変
わることもまた、公知である。従って、引用した先行文
献で示されているように、発射する液体および所望の液
滴特性に従って、この物理的および電気的デバイスパラ
メータ(周波数および振幅)を適合させ得ることが重要
である。
【0012】実際に、上記のことから理解され得るよう
に、この出口手段は、非常に高い精度で、そして非常に
低い公差で、製造される必要がある。このことは、比較
的高価なデバイスを導く。
【0013】本出願人は、ここで、先行技術のデバイス
が一般的に満足に機能するものの、出口手段を作製する
際に、安価な様式で製造され、これによって依然として
十分な剛性および正確さを確実にする必要がある場合に
は、このデバイスの構成は、限界を有することを見出し
た。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、上記不都合を克服する液滴スプレーデバイスを提供
することである。
【0015】本発明の別の課題は、製造が単純であり、
確実であり、かつ安価である、大きさが小さくエネルギ
ー消費および費用が低いような、デバイスを提供するこ
とである。
【0016】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、添付
の特許請求の範囲に規定されるような液滴スプレーデバ
イスを考慮する。
【0017】本発明は、液状物質を噴霧するための液滴
スプレーデバイス(1)を提供し、このデバイスは、以
下: ・ハウジングであって、第一の基板(2、12)、中央
開口部(3a)を有する円盤型の第二の基板(3)、第
二の基板(3)上で中央開口部を覆って配置される、ノ
ズル本体(5)、ならびに第一および第二の基板とノズ
ル本体とによって囲まれ、そして液状物質を収容するた
めの、空間(4)を備える、ハウジング、 ・液状物質を空間(4)に供給するための手段(7)、 ・ノズル本体(5)に配置されるノズル膜(5b)であ
って、少なくとも1つの出口ノズル(9)および少なく
とも1つの排出チャネル(8)を備え、この排出チャネ
ルは、空間(4)を少なくとも1つの出口ノズル(9)
の各々に接続し、出口ノズル(9)および排出チャネル
(8)が、公差の厳しい真っ直ぐなテーパでない形状を
有する、ノズル膜(5b)、ならびに ・振動要素(6)であって、この振動要素(6)は、ノ
ズル膜(5b)の出口ノズル(9)を通るスプレーとし
て、液状物質を噴出させるように、空間(4)中の液体
を振動させるよう配置されている、振動要素(6)、を
備え、ここで、第一の基板(2、12)の底部表面およ
びノズル本体(5)の頂部表面が、第一の基板(2、1
2)の底部表面とノズル本体(5)の頂部表面との間
に、空間(4)の小さな間隙部分(4a)を作製するよ
うに配置されている。
【0018】1つの実施形態においては、上記ノズル本
体(5)が、シリコン本体(15)および窒化物層(1
6)を備え、この窒化物層(16)が、シリコンの上に
配置されて、上記膜部分(5b)を形成する。
【0019】1つの実施形態においては、上記ノズル本
体(5)が、フォトレジスト材料(26)を備え、この
フォトレジスト材料(26)が、光構造化されて上記ノ
ズル膜(5b)を得る。
【0020】1つの実施形態においては、上記フォトレ
ジスト材料(26)がSU−8である。
【0021】本発明によるスプレーデバイスの構築によ
って、効率的なデバイスが、比較的単純かつ安価な方式
で得られ得る。
【0022】本発明による液体スプレーデバイスの他の
特徴および利点は、以下の説明を読むことから明らかと
なる。この説明は、非限定的な例としてのみ提供され、
従って、添付の図面を参照する。
【0023】
【発明の実施の形態】第一の好ましい実施形態の一例
を、以下に説明する。従って、本発明は、液状物質を噴
霧するための液滴スプレーデバイスに関する。図1は、
第一の実施形態の断面を示す。この液滴スプレーデバイ
スは、一般的な参照番号1によって示され、そしてこの
実施例において、第一の基板2および第二の基板3を備
えるハウジングから構成される。第一の基板2は、好ま
しくは、プラスチックからなり、そして逆U字型であ
る。第二の基板3は、好ましくは、ステンレス鋼で作製
され、そして約20〜約200μmの厚みを有し、そし
て中央部に開口部3aを有する、円盤形状である。もち
ろん、この第二の基板は、円形である必要はなく、正方
形または矩形でもあり得る。この場合には、開口部は、
単に中央部分に位置する。
【0024】第二の基板3は、第一の基板2の「U」を
閉じ、その結果、ハウジングの内部(すなわち、第一の
基板2の底部表面と第二の基板3の頂部表面との間)
に、液状物質を受容するための空の空間またはチャンバ
4が作製される。この液状物質は、医薬、芳香剤、また
は噴霧され得る他の任意の液体であり得る。
【0025】ノズル本体5が、さらに提供され、そして
これは、空間4中の任意の液状物質と直接接触するよう
に適切な様式で、配置される。ノズル本体5は、この実
施例において、第二の基板3の頂部に位置して、第二の
基板3の中央部分の開口部を覆い、そしてそこに接着さ
れる。
【0026】このように、空間またはチャンバ4は、第
一の基板2、第二の基板3、およびノズル本体5の配置
によって閉じる。実際に、第一の基板2の底部表面およ
びノズル本体5の頂部表面は、小さな間隙部分(4aで
示される)を、第一の基板2の底部表面とノズル本体5
の頂部表面との間に作製するように、配置される。
【0027】円盤形状の振動要素(例えば、圧電素子)
6が、第二の基板3上に配置され、そして第二の基板3
の底部表面に接着される。この圧電素子はまた、その中
央に開口部6aを有し、この開口部は、第二の基板3の
開口部3aと同心である。圧電素子6は、振動を、第二
の基板3に、そして空間4に収容される液状物質に、例
えば、上記の文献欧州特許出願公開番号0 923 9
57から公知のような様式で、伝達する。上記のよう
に、ステンレス鋼が、第二の基板として好ましい。これ
は、ステンレス鋼の可撓性および弾性がシリコンに類似
しているという事実に起因する。従って、この様式で、
圧電素子6は、欧州特許出願公開番号0923 957
のシリコン基板に振動を伝達すると類似の様式で、ステ
ンレス鋼シートに振動を伝達し得る。次いで、液状物質
は、従来の様式で振動を起こし、そして間隙部分4aに
存在する液状物質は、ノズル本体5のより薄い部分(ノ
ズル膜部分)の振動を引き起こし、その結果、この液体
が液滴のスプレーとして吐出される。
【0028】液状物質が空間またはチャンバ4に入るこ
とを可能にするために、適切な入口手段7が、外部液体
容器(図示せず)を液滴スプレーデバイスに接続するよ
うに提供される。この例において、この入口手段は、第
一の基板2を横切るチャネルからなる。さらに適切な従
来の接続手段が提供されて、入り口手段7を外部容器に
連結し得る。
【0029】図1に見られるように、ノズル本体は、第
二の基板3の頂部表面に、開口部3aを覆って配置さ
れ、従って、チャンバ4の間隙部分4aを、ノズル本体
5と第一の基板2との間に作製する。圧電素子6がチャ
ンバ4に収容される液体を振動させる場合に、この間隙
部分4aに起因して、この液状物質は圧縮され、その結
果、ノズル膜を通して矢印によって示される方向に、容
易に吐出されるようになる。このことは、後にさらに詳
細に説明される。
【0030】ノズル本体5は、好ましくはシリコンから
なり、そしてより厚い側部分5aおよびより薄い中央部
分5bを有する。このより薄い中央部分5bは、ノズル
膜5bを構成する。より厚い部分5aは、この本体にあ
る程度の剛性を提供して、圧電素子6によって発生する
振動を受ける際に破壊されて液状物質によって運ばれる
ことを回避する。より薄い中央部分(すなわち、ノズル
膜)5bは、上記のように、出口手段を備えて、液状物
質がチャンバ4から出ることを可能にする。実際に、空
間4に収容される液体が、振動要素6によって適切な周
波数(この場合においては約300kHz)において、
そして適切な低圧のもとで活性化される場合には、この
液体は、液滴のスプレーとして、出口手段を通って、非
常に低い出口速度で噴出する。出口手段(図示せず)
は、少なくとも1つの出口ノズルおよび少なくとも1つ
の排出チャネルを備える。この排出チャネルは、本明細
書中以下にさらに詳細に説明されるように、空間4をそ
れぞれの排出ノズルに接続する。ノズル本体5およびそ
の出口手段は、エッチングによって(例えば、湿式エッ
チングまたは異方性エッチングなどによって)、上記文
献欧州特許出願公開番号0 923 957に説明され
るような様式で、作製され得る。従って、ノズル本体5
の中央部分は、空洞およびより薄い膜部分5bを得るた
めに、エッチングにより除去され得る。この実施例にお
いて、ノズル本体は、この空洞の側が第二の基板3に隣
接して位置するように配置される。しかし、ノズル本体
5を上下逆の様式で、すなわち、平坦な側が第二の基板
3の頂部表面に隣接して配置することもまた、可能であ
る。
【0031】従って、従来の様式において、ノズル膜5
bの各排出チャネルは、真っ直ぐな、テーパ状ではない
側壁を有し、そして空間4を出口ノズルに接続する。代
替の実施形態において、排出チャネルは、同時係属中の
出願EP 01 103 653.0(これもまた本出
願人の名義である)において説明されるように、段付き
の形状であり得る(すなわち、広い方の断面の部分と狭
い方の断面の部分とを有する)。この場合には、広い方
の断面の部分がチャンバに隣接して配置され、一方で狭
い方の断面の部分が出口ノズルに隣接して配置される。
【0032】図2は、本発明による液滴スプレーデバイ
スの第二の実施形態を示す。第一の実施形態と類似の部
品は、同じ参照番号で示され、従ってさらには説明され
ない。
【0033】この第二の実施例は、一般的な参照番号1
0で示される液滴スプレーデバイスを示し、このデバイ
スは、第一の基板12および第二の基板3を備えるハウ
ジングを有する。第二の基板3は、第一の実施形態のも
のと類似である。第一の実施形態と類似の入口手段7
が、再度提供されて、液状物質が空間またはチャンバ4
に入ることを可能にする。
【0034】再度、第一の実施形態のものと同一である
ノズル本体5が提供され、そして第二の基板3の開口部
3aと整列する。しかし、この実施形態において、ノズ
ル本体5は、第二の基板3の下に位置し、そしてその底
部表面に接着される。再度、示されるように、ノズル本
体5の平坦な側部は、第二の基板3の底部表面に隣接す
るが、このノズル本体はまた、その空洞の側が第二の基
板3の底部表面に隣接して配置されるように、上下逆に
配置され得る。
【0035】圧電素子6が、再度、第二の基板3の底部
表面に接着され、そしてノズル本体5を囲む。すなわ
ち、ノズル本体5は、圧電素子6の中央開口部6aの内
部に配置される。このように、非常にコンパクトなデバ
イスが得られ得る。
【0036】この実施例において、第一の基板12は、
再度、逆U字型である。しかし、この「U」型断面の底
部内側表面は平坦ではなく、その代わりにその中央に突
起12aを有する。この突起は、第二の基板3の開口部
3aおよびノズル本体5のより薄い膜部分5bと同心に
配置され、そしてより低い高さを有する制限された領域
が、チャンバ4内に形成されて、間隙部分14bを、突
起12aの底部表面とノズル本体5の頂部表面との間に
作製するように成形される。
【0037】上記実施形態から理解され得るように、シ
リコンの使用を可能な限り減少させることが可能である
(すなわち、ノズル本体に対して)。従って、残りの部
品に対して適切な他の材料を使用することによって、よ
り安価なデバイスが得られ得る。実際に、ハウジングの
特定の配置、ならびに第二の基板3としてステンレス鋼
の円盤を使用し、そして第一の基板2としてプラスチッ
クを使用することによって、十分に正確であり、そして
剛性の、従って確実なデバイスが得られ得る。
【0038】上記のように、ノズル本体5は、上記文献
欧州特許出願公開番号0 923957において説明さ
れるように、作製され得る。しかし、このノズル本体を
別の様式で作製することもまた、可能である。このよう
な様式の2つの例を、本明細書中以下に提供する。
【0039】図3は、第一の例を示す。ノズル本体5
は、シリコン基板15から構成される。その頂部表面に
おいて、窒化物が、多層構造体16として堆積される。
この多層構造体16は、より薄い中央部分(すなわち、
実際のノズル膜)を形成するために使用される。従っ
て、真っ直ぐな排出チャネルが、例えばリアクティブイ
オンエッチング(RIE)を使用することによって、こ
の窒化物層にエッチングされる。このサンドイッチ状の
層は、約5μmの厚みであり得る。この後、シリコン本
体15(これは、構造的な安定性のみのために働く)が
まずエッチングにより除去され、次いで所望の厚み(こ
れは、液滴スプレーデバイスの意図される用途に依存し
て、例えば、20μmと100μmとの間であり得る)
を得るために研磨される。
【0040】図4は、ノズル本体5を作製する代替の様
式を示す。この実施例において、このノズル本体は、支
持体25からなり、この支持体は、例えば、シリコン、
ガラスまたはセラミックなどからなり得る。この支持基
板25の上に、フォトレジスト(好ましくは、SU−
8)が、例えばスピンコーティングによって、堆積され
る。次いで、この支持体(これは実際には、犠牲支持構
造体である)が、エッチングにより除去される。この
後、フォトレジストが、UV放射線の使用によって従来
の様式で光構造化されて、ノズル本体5のより厚い部分
を得る。最後に、排出チャネルが、RIEまたはDRI
E(深RIE)エッチングの使用によって、あるいはレ
ーザー切断によって、より薄い膜部分に形成される。
【0041】本発明の好ましい実施形態を記述したが、
現在、その概念を含む他の実施形態が使用され得ること
は、当業者に明らかである。従って、本発明は、開示し
た実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、添付の
特許請求の範囲の範囲でのみ限定されるべきであると思
われる。
【0042】例えば、同じ液滴スプレーデバイスは、呼
吸器療法用の医薬品を噴霧するのに使用され得るだけで
なく、一般に、例えば、水性またはアルコール性または
他の液状物質を使用して、異なる物理化学的組成物を噴
霧するのに使用され得る。
【0043】本発明は、液状物質を噴霧するための液滴
スプレーデバイスに関し、このデバイスは、ハウジング
を備え、このハウジングは、第一の基板、この第一の基
板に重なる第二の基板、ならびにこれらの第一および第
二の基板に囲まれた、液状物質を収容するための空間を
備える。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、製造が単純であり、確
実であり、かつ安価である、大きさが小さくエネルギー
消費および費用が低いような、デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による液滴スプレーデバイスの
第一の実施形態の概略断面図である。
【図2】図2は、本発明による液滴スプレーデバイスの
第二の実施形態の概略断面図である。
【図3】図3は、本発明による液滴スプレーデバイスに
適切なノズル本体の一例を示す。
【図4】図4は、本発明による液滴スプレーデバイスに
適切なノズル本体の別の例を示す。
【符号の説明】
1 液滴スプレーデバイス 2 第一の基板 3 第二の基板 3a 中央開口部 4 空間 4a 間隙部分 5 ノズル本体 5b ノズル膜 6 振動要素 7 入口手段 8 排出チャネル 9 出口ノズル
フロントページの続き (72)発明者 ボウ フ スイス国 セーアッシュ−2034 プシュ ー, アヴニュ フォルナション 17ベー (72)発明者 フィリッペ ルギンビュール スイス国 セーアッシュ−2518 ノッド, シュマン ドゥ プラン ヴァン 79エ フ (72)発明者 ジャン−マルク フリック スイス国 セーアッシュ−2065 サヴァニ エ, プラス デュ ティルール 1 Fターム(参考) 4D074 AA03 BB05 BB06 CC33 CC57 DD32 FF08 4F033 BA03 DA01 EA01 JA06 LA13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液状物質を噴霧するための液滴スプレー
    デバイス(1)であって、以下: ・ハウジングであって、第一の基板(2、12)、中央
    開口部(3a)を有する円盤型の第二の基板(3)、該
    第二の基板(3)上で該中央開口部を覆って配置され
    る、ノズル本体(5)、ならびに該第一および第二の基
    板と該ノズル本体とによって囲まれ、そして該液状物質
    を収容するための、空間(4)を備える、ハウジング、 ・該液状物質を該空間(4)に供給するための手段
    (7)、 ・該ノズル本体(5)に配置されるノズル膜(5b)で
    あって、少なくとも1つの出口ノズル(9)および少な
    くとも1つの排出チャネル(8)を備え、該排出チャネ
    ルは、該空間(4)を該少なくとも1つの出口ノズル
    (9)の各々に接続し、該出口ノズル(9)および該排
    出チャネル(8)が、公差の厳しい真っ直ぐなテーパで
    ない形状を有する、ノズル膜(5b)、ならびに ・振動要素(6)であって、該振動要素(6)は、該ノ
    ズル膜(5b)の該出口ノズル(9)を通るスプレーと
    して、該液状物質を噴出させるように、該空間(4)中
    の液体を振動させるよう配置されている、振動要素
    (6)、を備え、ここで、該第一の基板(2、12)の
    底部表面および該ノズル本体(5)の頂部表面が、該第
    一の基板(2、12)の該底部表面と該ノズル本体
    (5)の該頂部表面との間に、該空間(4)の小さな間
    隙部分(4a)を作製するように配置されている、液滴
    スプレーデバイス。
  2. 【請求項2】 前記ノズル本体(5)が、シリコン本体
    (15)および窒化物層(16)を備え、該窒化物層
    (16)が、該シリコンの上に配置されて、前記膜部分
    (5b)を形成する、請求項1に記載の液滴スプレーデ
    バイス。
  3. 【請求項3】 前記ノズル本体(5)が、フォトレジス
    ト材料(26)を備え、該フォトレジスト材料(26)
    が、光構造化されて前記ノズル膜(5b)を得る、請求
    項1または2に記載の液滴スプレーデバイス。
  4. 【請求項4】 前記フォトレジスト材料(26)がSU
    −8である、請求項3に記載の液滴スプレーデバイス。
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