JP4901879B2 - 毛細管エーロゾル発生器 - Google Patents

Description

米国特許第６、４９１、２３３号

エーロゾルは、広範な用途で有用である。例えば、患者の肺に吸入される液体及び／又は固体、例えば、粉体、医薬品の細かく分割した粒子のエーロゾル噴霧で呼吸疾患を治療するか又その手段によって投薬することが望ましい場合が多い。エーロゾルはまた、部屋に望ましい香気を提供し、殺虫剤を散布し、塗料、燃料、及び潤滑剤を送出するような目的のためにも使用される。
本発明で提供するのは、毛細管の形態をしたエーロゾル発生器であり、毛細管は、少なくとも１つの曲げ部、流体入口、及び曲げ部に沿った出口を含み、揮発流体が、出口から出て膨張し、外気と混合してエーロゾルを形成する。流体入口は、毛細管の端部に配置することができる。毛細管は、１つよりも多くの曲げ部、例えば、同一平面の複数曲げ部を含むことができ、又は毛細管は、コイル状にすることができる。エーロゾル発生器は、流体入口と流体連通した液体供給源を含むことができる。毛細管の長さは、５ミリメートルから４０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍから２５ｍｍとすることができ、０．１ｍｍから０．５ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍから０．２ｍｍの内径を有する

本発明で同じく提供するのは、少なくとも１つの曲げ部、流体入口、及び曲げ部に沿った出口を含む毛細管と、毛細管内の流体を揮発させるのに十分な温度まで毛細管を加熱する加熱機構とを含むエーロゾル発生器である。毛細管は、ステンレス鋼のような電気抵抗加熱材料で作ることができ、加熱機構は、少なくとも曲げ部に沿って電流が流して毛細管内の流体を揮発させるのに十分な温度まで毛細管を加熱するようなリードが毛細管に取り付けられた電源とすることができる。エーロゾル発生器は、マウスピース及び／又は流体供給源を更に含むことができる。

本発明で更に提供するのは、少なくとも１つの曲げ部、第１及び第２の流体入口、及び曲げ部に沿った出口を含む毛細管を含むエーロゾル発生器に流体を供給する段階と、揮発した流体が毛細管出口から出て膨張し、揮発流体が外気と混合してエーロゾルを形成するように、毛細管を加熱し、流体を揮発させるのに十分な温度まで流体を加熱して揮発流体を形成する段階とを含むエーロゾルを発生させる方法である。出口は、好ましくは第１及び第２の流体入口から等距離である。流体は、第１及び第２の流体入口に同一又は異なる流速で供給することができる。液体とすることができる同一又は異なる流体を、第１及び第２の流体入口に供給することができる。液体は、第１の流体入口に、気体は、第２の流体入口に供給することができる。毛細管に供給される流体は、タバコ抽出物、キャリア溶液、及び／又は少なくとも１つの医薬品を含むことができる。

本発明で提供するのは、エーロゾル生成を含む用途に有用な流体気化装置である。装置は、湾曲毛細管又は通路を含み、これは、電流を流すことによって加熱され、そこを通って少なくとも部分的に気化される流体が流れ、かつ必要に応じてエーロゾルを発生させることができる。好ましくは、湾曲毛細管通路は、弓形通路部分及び弓形通路に沿った位置に出口を含む。毛細管を加熱するために、毛細管の１つの入口端の第１の電極によって供給された電流が、毛細管の別の入口端の第２の電極まで毛細管に沿って流れる。同一又は異なる供給源からの流体は、入口で加圧液体として供給することができ、入口端から毛細管を通じて出口に向けて流体が流れる時に、毛細管に沿った電流による抵抗加熱によって生成された熱の入力により少なくとも部分的に蒸気に変換される。医薬品又は香味物質をエーロゾル化するための携帯型吸入器のような吸入器のエーロゾル発生器として使用される場合、蒸気が毛細管の出口で毛細管から出ると、蒸気が周囲の外気に入る時にエーロゾルが生成される。

好ましい実施形態では、湾曲毛細管は、管の入口端が管の出口から等距離にあるような１８０度の曲げ部のような少なくとも１つの曲げ部（又は弓形部分）を含む。従って、湾曲毛細管は、そこを通って流体が管の入口端から出口まで移動する１つよりも多くの経路（例えば、２つの脚部）を有するので、湾曲毛細管は、入口から出口まで流体が移動する単一経路を有する直線毛細管を含むエーロゾル発生器と比較して、非常にコンパクトな構造を提供する。更に、そこを通って流体が入口から出口まで移動する単一経路を有する毛細管を含むエーロゾル発生器と比較して、湾曲毛細管の２つの脚部を通して流体を移動させるのに必要な圧力がより低くなり、ターゲット流速を達成する。反対に、エーロゾルのターゲット流速に対して、管の各脚部を通って移動する流体の流速はより遅い。毛細管の２つの脚部を通って移動する流体流速がより遅い結果、管から流体に熱がより効率的に伝達され、管を通って流れる液体を気化（揮発化）するためにより少ないエネルギしか必要とせず、かつ管のフットプリントを低減することができる。好ましくは、流体が出口に到達する時までに湾曲毛細管に入ってくる液体を全て気化するのに十分な熱が伝達される。

湾曲毛細管が１つよりも多くの入口を有するので、１つよりも多くの流体を含むエーロゾルを形成することができる。より具体的には、よく混合していない様々な液体を管の各入口端に供給することができる。一方、例えば、管の１つの入口端に液体、及び例えば管の別の入口端に気体を供給することによって、液体と気体を含むエーロゾルを形成することができる。更に、タバコ抽出物又はタバコ香味成分を含有するキャリア溶液が使用され、得られるエーロゾルがタバコ煙と同様の官能的属性を有するエーロゾルを形成することができる。

好ましくは、毛細管及び流体の温度は、出口で最も高く、好ましくは、出口は、管内の曲げ部の中心にあり（例えば、好ましくは管の各入口端から等距離にあり、かつ好ましくは各電極から等距離にある）、出口は、好ましくは湾曲毛細管の内径とほぼ等しい直径を有する。しかし、エーロゾルの発生を最適化するために毛細管の各入口端に異なる流体が供給される場合、出口が管の各入口端から等距離ではないか又は各電極から等距離であり、及び／又は電極が管の入口端から出口まで各経路の等距離の位置に配置されないことが好ましい場合がある。更に、エーロゾルの発生を最適化するために管の各入口に異なる流体が供給される場合、異なる流体が異なる流速で供給されることが好ましい場合がある。

毛細管は、全体的にステンレス鋼のような導電材料で作ることができ、ある一定の長さの管に電圧が印加されると管を通って流れる電流によって管が加熱され、管を通過する流体が気化する。代替的に、毛細管は、管を加熱するためのプラチナのような抵抗加熱材料のコーティング又は層を有するガラス又はシリコンのような非導電性又は半導電材料で作ることができる。より具体的には、毛細管は、抵抗性コーティングによって形成された加熱器要素を備えた石英ガラスとすることができる。

本発明で提供するのは、毛細管出口に最も近い電気リードにおいて熱損失が発生し、先端に向う毛細管に沿って温度を劇的に低下させる可能性がある流体の気化に使用される単一毛細管装置に対する改善である。そのような熱損失を補償して高品質のエーロゾル生成のために先端の温度を十分高く維持するために、毛細管の中央部分を過熱させることができる。この過熱により、エーロゾル化される流体が不必要に高い温度に露出され、これは、ある場合には、流体成分の熱的劣化を引き起こすほど十分である可能性がある。

図１は、携帯型吸入器として使用するエーロゾル発生器１０の形態をした流体気化装置の実施形態を示している。図示のように、エーロゾル発生器１０は、流体供給源１２と、バルブ１４と、湾曲（又はヘアピン）毛細管２０を含む加熱器構成と、マウスピース１８と、任意的なセンサ１５と、コントローラ１６とを含む。コントローラ１６は、適切な電気接続と、バルブ１４、センサ１５を作動させ、湾曲毛細管２０を加熱するために電気を供給するためにコントローラと協働するバッテリのような補助機器とを含む。作動中に、バルブ１４が開き、エーロゾル発生器１０からエーロゾルを吸入しようと試みた喫煙者／患者によって引き起こされたマウスピース１８の圧力降下のセンサ１５による検査の前又は後に供給源１２から湾曲毛細管２０に所望量の流体が入るのを可能にする。流体が湾曲毛細管２０に供給される時に、コントローラ１６は、毛細管を加熱するために供給されて湾曲毛細管２０内の流体を気化させるのに十分な電力量を制御し、すなわち、コントローラ１６は、内部の流体を揮発させるために適切な温度まで流体を加熱するように毛細管を通過する電力量を制御する。揮発した流体は、湾曲毛細管２０の出口を出て、この揮発流体は、人がマウスピース１８を吸引する時に人によって吸入されるエーロゾルを形成する。

図１に示すエーロゾル発生器は、異なる流体供給構成を利用するように修正することができる。例えば、流体供給源は、湾曲毛細管２０に所定容積の流体を送り出す送出バルブを含み、及び／又は湾曲毛細管２０は、所定サイズの１つ又はそれよりも多くの計量チャンバを含み、吸入サイクル中に揮発する所定容積の流体を収容することができる。湾曲毛細管２０がある一定の量の流体を収容する１つ又はそれよりも多くの計量チャンバを含む場合、装置は、充填中に流体流れがチャンバを超えるのを防止するためにチャンバの下流にバルブを含むことができる。必要に応じて、チャンバは、チャンバ内の流体を加熱するように配置され、そのために蒸気泡が膨張して残りの液体をチャンバから湾曲毛細管２０まで移動させるような予熱器を含むことができる。そのような予熱器構成の詳細は、本明細書においてその開示内容が引用により組み込まれている、本出願人所有の米国特許第６、４９１、２３３号に見出すことができる。代替的に、チャンバ内の流体は、蒸気泡が形成されるよりも低い設定温度まで予熱することができる。必要に応じて、バルブは省略することができ、流体供給源１２は、所定容積の流体を直接湾曲毛細管２０に供給する１つ又はそれよりも多くの注射器ポンプのような送出構成を含むことができる。湾曲管がステンレス鋼のような導電材料で作られている場合、加熱器構成は、湾曲毛細管２０内の液体を揮発させるように配置された湾曲毛細管２０を形成する毛細管の一部分とすることができる。エーロゾル発生器１０が機械式スイッチ、電気式スイッチ、又は他の適切な手法によって手動操作される場合、センサ１５は、省略するか又はバイパスすることができる。薬品又は香味含有エーロゾルのような吸入可能なエーロゾルのエーロゾル化のために図１に示すエーロゾル発生器１０は有用であるが、湾曲毛細管は、例えば、脱臭剤、殺虫剤、塗料、潤滑剤、及び燃料のような他の流体を気化するのにも使用することができる。

湾曲毛細管エーロゾル発生器は、単一の流体供給源から流体流れを受け取ることができる。一般的に同じか又は別々の流体供給源からの加圧液体及び／又は所定容積の流体の形態をした流体は、毛細管の入口を通って入り、毛細管の脚部を通じて管の出口に向って流れる。好ましくは、毛細管の各入口端に別の電極が設けられる。電極間の毛細管の部分は、電極間の毛細管の部分を通って電流が流れる結果として加熱され、入口端に入る液体が管内で加熱されて蒸気を形成する。蒸気が毛細管の出口から出て周囲の大気と接触する時に、蒸気がエーロゾルを形成する。液体が懸濁液の場合、懸濁液内の固体からエーロゾルを形成することができる。液体が凝縮性液体の溶液の場合、凝縮した蒸気の液滴からエーロゾルを形成することができる。毛細管の内径である出口の断面積がより小さい場合、気化液体によって出口を通じて移動した霧化液体からエーロゾルを形成することができる。

図２に示すように、流体気化装置は、毛細管２０を含み、流体供給源２２からの流体が毛細管２０を通過する。流体は、第１の入口端２０ａ及び第２の入口端２０ｂで毛細管２０に入り、毛細管２０の出口２０ｃから蒸気の状態で出る。第１の電極２３ａは、毛細管２０の入口端２０ａ近くに接続され、第２の電極２３ｂは、入口端２０ｂ近くに接続される。
液体は、毛細管２０の入口２０ａに入り、入口２０ｂは、液体が毛細管２０を通過する時に加熱される。毛細管を通過する流体に十分な熱が入力され、流体が毛細管２０の出口２０ｃを出る時に、流体の少なくとも一部を気化する。ここでもまた、図示していないが、上述のように、エーロゾル発生器は、湾曲毛細管の各入口に対して１つよりも多くの流体供給源を含むことができる。

図３ａ、ｂは、湾曲毛細管３０の拡大図である。図３ａは、湾曲毛細管３０の上面図を提供し、流体が第１の入口３０ａ及び第２の入口３０ｂに入り、毛細管３０の半円形曲げ部内の出口３０ｃから蒸気の状態で出る。第１の電極３３ａは、毛細管３０の入口端３０ａ近くに接続され、第２の電極３３ｂは、入口端３０ｂ近くに接続される。図３ｂは、湾曲毛細管の正面図であり、図３ｃは、毛細管の出口の拡大図を提供する。

図４ａ−ｃは、湾曲毛細管の概略図である。具体的には、図４ａは、湾曲毛細管の上面図を提供し、毛細管は、コントローラ４６を備えた電子機器駆動プリント基板カード４９に接続され、かつカードを通って延び、図４ｂは、湾曲毛細管の側面図を提供し、毛細管は、電子機器駆動プリント基板カード及びコントローラに接続され、図４ｃは、湾曲毛細管の正面図を提供し、毛細管は、電子機器駆動プリント基板カード及びコントローラに接続される。湾曲毛細管の脚部は、好ましくは、例えば、半田又は導電性エポキシのような導電性接着剤によって電子機器駆動プリント基板カードに接続され、電子機器駆動プリント基板カードが湾曲毛細管の脚部に電流を供給して湾曲毛細管を加熱することを可能にする。

湾曲毛細管の付加的な実施形態が図５及び６に関連して概略示されている。図５の湾曲毛細管は、複数の曲げ部５１ａ、５１ｂ、５１ｃを含み、好ましくは、真ん中の曲げ部５１ｂに沿って単一の出口を有する。図６の湾曲毛細管は、複数の曲げ部６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅを有するコイル状管を含み、好ましくは、真ん中の曲げ部６１ｃに単一の出口を有する。
湾曲毛細管構成は、毛細管を通る様々な液体流速に適合するように設計され、非常にエネルギ効率が高く、かつコンパクトな構成を提供する。吸入器の用途では、毛細管の加熱区間の長さは、５ｍｍから４０ｍｍ、又はより好ましくは、１０ｍｍから２５ｍｍとすることができ、毛細管の内径は、０．１ｍｍから０．５ｍｍ、又はより好ましくは、０．１ｍｍから０．２ｍｍとすることができる。吸入器に毛細管加熱器を実施するに際して、湾曲毛細管構成は、好ましくは、外気及び毛細管から排出される蒸気から絶縁され、及び／又は隔離される。例えば、絶縁材料体を使用して、毛細管に存在する蒸気が毛細管の外面と接触しないように湾曲毛細管をマウスピース内に支持することができるであろう。

毛管からの排出の方向は、毛管の各部分の端部から離れる毛管の全体平面内の方向に配向されるとして図３に開示されている。代替案では、排出は、むしろ毛管の各部分の端部に向う毛管の全体平面内の方向、又は毛管によって定められる全体平面に直交する方向のような毛管によって定められる全体平面の外側の方向とすることができる。
様々な実施形態が説明したが、当業者には明らかなように、変形及び修正の手段に頼ることができることは理解されるものとする。そのような変形及び修正は、特許請求の範囲の視野及び範囲内であると考えるものとする。

流体気化装置の図である。 図１に示す装置の湾曲毛細管部分の概略図である。 湾曲毛細管の拡大図である。 湾曲毛細管の正面図である。 湾曲毛細管の上面図である。 毛細管の出口の拡大図である。 コントローラを備えた電子機器駆動プリント基板カードに接続されかつそれを通じて延びる湾曲毛細管の透視図かつ正面図である。 コントローラを備えた電子機器駆動プリント基板カードに接続されかつそれを通じて延びる湾曲毛細管の透視図かつ側面図である。 コントローラを備えた電子機器駆動プリント基板カードに接続されかつそれを通じて延びる湾曲毛細管の透視図かつ上面図である。 複数の曲げ部を有する湾曲毛細管の付加的な実施形態を示す図である。 複数の曲げ部を有するコイル状管を含む湾曲毛細管の付加的な実施形態を示す図である。

符号の説明

２０ 毛細管
２０ａ、２０ｂ 流体入口
２０ｃ 出口
２２ 流体供給源

Claims (10)

1. 少なくとも１つの曲げ部と、流体入口と、該曲げ部に沿った出口とを含む毛細管の形態のエーロゾル発生器であって、
   揮発した流体が、出口から排出してエーロゾルを形成する、
   ことを特徴とするエーロゾル発生器。
2. 前記流体入口は、前記毛細管の端部に位置していることを特徴とする請求項１に記載のエーロゾル発生器。
3. 前記毛細管は、１つよりも多い曲げ部を含むことを特徴とする請求項１に記載のエーロゾル発生器。
4. 前記流体入口に流体連通した液体の供給源を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のエーロゾル発生器。
5. 前記毛細管の長さは、５ミリメートルから４０ミリメートルであり、かつ０．１ミリメートルから０．５ミリメートルの内径を有することを特徴とする請求項１に記載のエーロゾル発生器。
6. 前記毛細管の長さは、１０ミリメートルから２５ミリメートルであり、かつ０．１ミリメートルから０．２ミリメートルの内径を有することを特徴とする請求項１に記載のエーロゾル発生器。
7. 少なくとも１つの曲げ部と、流体入口と、該曲げ部に沿った出口とを含む毛細管、及び
   前記毛細管を該毛細管内の流体を揮発させるのに十分な温度まで加熱する加熱機構、
   を含むことを特徴とするエーロゾル発生器。
8. 前記毛細管は、電気抵抗加熱材料で作られ、前記加熱機構は、電流が、前記曲げ部に沿って流れて、該毛細管を該毛細管内の流体を揮発させるのに十分な温度まで加熱するように、該毛細管に取り付けられた電源及びリードを含むことを特徴とする請求項７に記載のエーロゾル発生器。
9. マウスピースを更に含むことを特徴とする請求項７に記載のエーロゾル発生器。
10. 流体の供給源を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のエーロゾル発生器。

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