最小フォールバックで高粘性の液体を噴霧する方法およびデバイス
【課題】液体を噴霧することから生じる液滴の雲の蒸発を制御する革新的な方法と液体液滴スプレーデバイスとを提供すること。
【解決手段】液体液滴スプレーデバイスから排出された液体を噴霧するための液体液滴スプレーデバイスであって、該液体を入れるためのリザーバ（３）と、多孔性膜板（５）と、該排出される液体を入れるための空間（１２）であって、該空間は、該膜板（５）に隣接して位置し、該リザーバ（３）からの液体を受容するように配置された、空間（１２）と、該液体を、該リザーバ（３）から該空間（１２）に供給する流体界面手段（９）と、該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出するために、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）とを備えている。
【解決手段】液体液滴スプレーデバイスから排出された液体を噴霧するための液体液滴スプレーデバイスであって、該液体を入れるためのリザーバ（３）と、多孔性膜板（５）と、該排出される液体を入れるための空間（１２）であって、該空間は、該膜板（５）に隣接して位置し、該リザーバ（３）からの液体を受容するように配置された、空間（１２）と、該液体を、該リザーバ（３）から該空間（１２）に供給する流体界面手段（９）と、該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出するために、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の小さな液滴の雲または霧を、液体液滴スプレーデバイスから大気中に放出し、そして、液滴が、大気を介してフォールバックする前に十分に蒸発することを可能にすることによる、殺虫剤および芳香剤の溶液などの比較的に高い粘性を有する液体、およびゲル状またはローション状の製剤の分散に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような液体は、例えば、特許文献１に記述されているものなどの芳香剤組成物、もしくは殺虫剤、または比較的に高い粘性を有するさらに別の液体であり得る。
【０００３】
このような液体液滴スプレーデバイスは、圧電性スプレーデバイス、エアゾール生成器、スプレー器などと呼ばれる場合もある。それらは、通常、ノズル本体、特に、液体液滴スプレーデバイスのノズル本体を支持部に含み、該液体液滴のノズル本体は、液体液滴のスプレーとして液体物質を分散させる。それらはさらに、液体を加速させ、そして、液滴として噴出させるように振動させる振動手段として使用される圧電性アクチュエータからなる。それらはさらに、リザーバに連結された液体空間、液体給送装置、および流体界面と、リザーバと、超音波生成手段と対応する電気回路網との間の電気接続などの要素からなる。液体は、例えば、環境芳香剤、香水、殺虫剤、アロマテラピーエッセンス、液体の医薬製剤、水ベースの液体、および引火性または可燃性の液体であり得る。
【０００４】
このようなノズル本体は、アパーチャプレート、ノズルアレイ、投与アパーチャ、オリフィスプレート、振動可能膜部材、投与アパーチャ配置物、エアゾール生成器などと呼ばれる場合がある。従って、このような用語は、本文書全体を通して相互交換可能であるように理解される。
【０００５】
実際に、このようなノズル本体と、このような液滴スプレーデバイスとは、周知である。例えば、本出願人名の特許文献２を参照されたい。この文献は、主本体とノズル本体とから形成された上部基板を有する液体液滴スプレーデバイスを記述する。ノズル本体は、液体液滴出口手段のノズルアレイを含み、液体液滴スプレーデバイスに含まれる液体物質が、この場合においては、液滴のスプレーとしてデバイスを出ることを可能にする。圧電性アクチュエータが、液滴スプレーを生成するために液体に振動を受けさせるために使用される。
【０００６】
このようなデバイスによって、芳香剤および殺虫剤を大気中に分散させることにより、芳香剤または殺虫剤を含む液体物質の小さな液滴の霧または雲を形成し、そして、微細な液体液滴の形態で霧または雲を大気中に放出することは、周知である。霧または雲が安定すると、芳香剤または殺虫剤が、液滴から蒸発する。これを行うデバイスの例が、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６に示されている。概して、これらのデバイスは、液体の芳香剤または殺虫剤を振動霧化プレートに供給し、該振動霧化プレートは、振動によって、液体を微細な液滴に分解し、そして、それらを霧または雲の形態で上方向に放出する。液滴が下にフォールバックすると、芳香剤または殺虫剤は、液滴から蒸発し、そして、大気中に分散する。
【０００７】
特許文献７は、霧化プレートを用いない代わりに振動要素にしっかりと取り付けられた芯を使用するスプレーデバイスを記述している。振動要素が作動させられたときに、芯は振動要素と共に振動するので、芯によって吸収されたあらゆる液体が、そこから分散される。このようなデバイスは、霧化プレートのないことによって、詰まりを回避し得るが、開示は、フォールバックに関しては、全く記載がない。
【０００８】
特許文献８は、このようなデバイスの別の例と、比較的に低い粘性の液体を分配する対応する方法とを記述する。記述されたデバイスは、ドーム形状の振動オリフィスプレートを使用し、該ドーム形状の振動オリフィスプレートは、プレートを振動させるために圧電性振動要素によって作動させられる。プレートが振動すると、液体が、そこから液滴のスプレーとして排出されるように、毛管作用によってプレートに供給される。この文献において記述されるように、５センチポアズ未満の粘性を有する液体が、使用され得るが、さらに高い粘性においては、デバイスは、機能を停止する。
【０００９】
これらの公知のデバイスの動作においては、液滴が、周囲表面にフォールバックする前に、放出された液体の全てが、確実に蒸発するということを確実にする手段が存在しないという点に関して、問題が生じる。結果として、多くの場合に、蒸発しなかった液体の有害な液体残余物が、これらの表面に蓄積する。この問題は、放出される液体が、比較的に高い粘性を有する芳香剤または殺虫剤である場合に、特に困難である。なぜならば、芳香剤および殺虫剤の組成物は、概して、非常に複雑であり、特定の組成物が、振動プレートアトマイザにさらされたときに、完全に蒸発することを前もって知る方法がないからである。
【００１０】
特許文献９は、振動可能アトマイザプレートを有するこのようなデバイスのさらなる例を記述する。ここで、ファンなどの空気擾乱生成器が、放出された液滴の霧を浮揚したままにすることにより、液滴の霧の気化を増加させることが可能な時間を増加させる能力を増加させることが、提案されている。放出された液滴は、揮発性がより低い成分と、揮発性がより高い成分とを有する組成物であり、揮発性が高い成分だけは、浮揚したままであるが、他の成分は、周囲表面にフォールバックする。さらに、ファンは、正しく配置されることが必要であって、デバイスの構築費用を追加するさらなるコンポーネントの一部をなす。
【００１１】
スプレーされた液体の成分の蒸気圧を解析することによる解決策が、これらの問題を踏まえて提案されている。実際に、特許文献１０および特許文献１１に従うと、液体の組成物が、小さな液滴に分解され、そして、例えば、テーブルの上面などの周囲表面の上の大気中に放出されたときに、それらの液滴が周囲表面にフォールバックする前に、それらの液滴が完全に蒸発させられる能力は、液体の組成物自体の蒸気圧に依存しない。その代わりに、液滴が蒸発する能力は、液体の組成物の個々の成分の蒸気圧に依存する。従って、本明細書は、隣接表面に堆積される液体の量が最小化されるように、複数の成分の液体の殺虫剤または香水などの高い粘性を有する複数の成分の液体溶液を噴霧する方法を記述する。液体溶液は、それぞれの蒸気圧を有する複数の成分を含む。記述された方法は、液体の組成物の最も低い蒸気圧の成分は、この成分を含む液体液滴が周囲表面に到達する前に、この成分が、蒸発するようなものでなければならないという発見に基づいている。
【００１２】
しかしながら、この同じ文献に従うと、液体の組成物は、常に、正確に分かるわけではない。芳香剤または殺虫剤などの液体の組成物が、非常に多くの数の成分を含む場合には、液体の噴霧された液滴の蒸発特性を決定するために個々の成分のそれぞれの蒸気圧を確認することは、多くの場合に、現実的ではない。さらに、多くの場合に、液体成分自体と、それらそれぞれの濃度とは、分からない。なぜならば、芳香剤または殺虫剤は、企業秘密として製造元によって護られているからである。
【００１３】
その結果、このような場合において、記述された方法を使用することは、不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００３７９４５号明細書
【特許文献２】欧州特許第１１２９７４１号明細書
【特許文献３】米国特許第４，０８５，８９３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１７３，２７４号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６０１，２３５号明細書
【特許文献６】米国特許第５，８９４，００１号明細書
【特許文献７】国際公開第２００８／０１５３９４号パンフレット
【特許文献８】国際公開第２０００／４７３３５号パンフレット
【特許文献９】国際公開第２００７／０５４９２０号パンフレット
【特許文献１０】米国特許第６，７９３，１４９号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，０７０，１２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、液体を噴霧することからもたらされる液滴の雲の蒸発を制御する革新的な方法と液体液滴スプレーデバイスとを提供することが本発明の目的であり、該方法と該デバイスとは、従来技術の文献によって提示された不便さと限界とを克服し、かつ、芳香剤などの液体に対するフォールバックを最小化することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従って、本発明は、添付の特許請求の範囲に定義されるような方法と液体液滴スプレーデバイスとに関する。
【００１７】
本発明に従った方法と液体液滴スプレーデバイスとの特徴によって、比較的に高い粘性の液体に対するフォールバックを信頼可能に最小化することが可能である。
【００１８】
方法は、液体成分の蒸気圧とは関係なく作用するので、液体物質の未知の組成物に対しても、周囲表面のフォールバックを回避することが可能である。
【００１９】
実際に、液体液滴は、フォールバックを回避するように十分に高く放出される。すなわち、液滴がスプレーデバイス付近の表面の近くにフォールバックし得るかなり前に、液滴は、完全に蒸発する。さらに、本発明は、液滴のかなり高密度の雲が作り出されることを回避するために十分に制御されて液滴を放出する。比較的に低い密度の雲を有することによって、フォールバックは、さらに最小化され得る。
【００２０】
実際に、液体液滴スプレーデバイスにおいて、圧電性アクチュエータなどの超音波生成手段が、アクチュエータをオンにしたりオフにしたりすることを制御する電子的手段によって制御され、それにより、スプレーすることを効果的に制御する。
【００２１】
本発明に従った方法と液体液滴スプレーデバイスの他の特徴と他の利点とが、以下の記述を読むことから明らかになる。以下の記述は、単に、限定的ではない例として与えられており、それに関して、添付の図面を参照する。
【００２２】
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
液体液滴スプレーデバイスから液滴のスプレーとして噴霧された液体の液滴の蒸発を制御する方法であって、該液体液滴スプレーデバイスは、該液体を入れるリザーバ（３）と、多孔性膜板（５）と、該液体を、該リザーバ（３）から該膜板（５）に供給する流体界面手段（９）と、該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出させるように、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）とを備え、該方法は、
該液体液滴スプレーデバイスを提供するステップと、
該液体を該多孔性膜板（５）の下の空間（１２）に供給するステップと、
該超音波生成手段（１３）を作動させる、周期Ｔを有するパルス化駆動信号を提供するステップと、
該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるステップであって、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなるステップと、
期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段を作動させないステップであって、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、ステップと
を包含し、Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、方法。
（項目２）
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、項目１に記載の方法。
（項目３）
ファンを提供するステップをさらに包含し、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、項目１に記載の方法。
（項目４）
液体液滴スプレーデバイスから排出された液体を噴霧するための液体液滴スプレーデバイスであって、
該液体を入れるためのリザーバ（３）と、
多孔性膜板（５）と、
該排出される液体を入れるための空間（１２）であって、該空間は、該膜板（５）に隣接して位置し、該リザーバ（３）からの液体を受容するように配置された、空間（１２）と、
該液体を、該リザーバ（３）から該空間（１２）に供給する流体界面手段（９）と、
該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出するために、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、
該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）と
を備え、
該電子制御手段（１５）は、周期Ｔを有するパルス化駆動信号によって、該超音波生成手段（１３）を駆動するように構成され、
該電子制御手段（１５）は、該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるように構成され、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなり、
該電子制御手段（１５）は、期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段（１３）を作動させないように構成され、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐであり、
Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、液体液滴スプレーデバイス。
（項目５）
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目６）
上記電子制御手段（１５）は、上記超音波生成手段（１３）の製造パラメータを格納するメモリ手段を含む、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目７）
上記メモリ手段は、上記液体液滴スプレーデバイスと共に使用される、特定の温度における液体の粘度範囲を含む外部パラメータをさらに格納する、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目８）
降下をさらに減少させるために、上記空間（１２）が最適な方法で充填されるように、上記流体界面手段は、所与の粘度に対して該流体界面手段の毛管作用が存在するようにサイズを合わせられる、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目９）
ファンをさらに備え、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【００２３】
（摘要）
液体液滴スプレーデバイスから排出された液体の噴霧から生じる液滴の雲の蒸発を制御する方法であって、該液体液滴スプレーデバイスは、該液体を入れるリザーバと、多孔性膜板と、該液体を、該リザーバから該膜板に供給する流体界面手段と、該膜板のオリフィスを通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出させるように、該供給された液体に作用する超音波生成手段と、該超音波生成手段の作動を制御する電子制御手段とを備える。
【００２４】
上記方法は、
上記液体液滴スプレーデバイスを提供するステップと、
上記液体を上記多孔性膜板の下の空間に供給するステップと、
上記超音波生成手段を作動させる、周期Ｔを有するパルス化駆動信号を提供するステップと、
上記液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段を作動させるステップであって、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなるステップと、
期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段を作動させないステップであって、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、ステップと
を包含し、Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化させるために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明に従った液体液滴スプレーデバイスの例を示す。
【図２】図２は、本発明に従った液体液滴スプレーデバイスにおける超音波生成手段を駆動するパルス化駆動信号の例を示す。
【図３】図３は、タイミングＴｏｎａ、Ｔｏｎｂ、およびＴｏｎｆの相対的な持続時間をさらに詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
流動の原理の一般的な概観がまず説明される。
【００２７】
排出される液体の流速が、液体の液滴の直径と、液体が排出される排出ノズルの密度とに依存していることが公知である。この直径は、スプレーとして排出される液体が通過する排出ノズルの直径に直接的に依存する。さらに、流速は、液体の粘度と、排出ノズルにわたる圧力降下とに反比例する。従って、当業者は、特にアトマイザの排出手段におけるアトマイザの物理的寸法が排出される液体の物理的特性に適合して、液体の効率的なスプレーを確実にすることを認識する。
【００２８】
例えば、全ての他のノズルの寸法は等しいままであり、排出ノズルの直径Ｄ０は４μｍであり、直径Ｄ１は４．５μｍである。４ｃｐの所与の液体粘度に対して、以下が得られる。
Ｑｖ１（４．５）＝（１＋ｘ）ＱＶ０（４）
実験測定値は、この場合、ｘが０．３であり、その結果、流速が３０％だけ増加する一方で直径の大きさは４μｍから４．５μｍに増加していることを示している。すなわち、同一の密度の排出ノズルに対して１２．５％の増加である。排出される液滴の大きさは約１０％だけ増加している。
【００２９】
Ｄｖ５０（例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒの周知の方法で測定された）は、３．３％だけ増加し、これはフォールバック（ｆａｌｌ−ｂａｃｋ）に、すなわち、蒸発しないがスプレーデバイスを囲む表面に戻ってくる液滴の量に、いかなる影響も与えない。
【００３０】
好適な実施形態の例がここで図１を参照して記載される。
【００３１】
図１は、本発明に従う、液体液滴スプレーデバイスの概略的な表現を示す。しかしながら、示される構造は、適切なデバイスの単なる例示である。本発明の主な局面は、デバイスからの液滴の排出の制御であるので、当該分野で公知の構造のような他の構造が代わりに用いられ得る。従って、例において、液体液滴スプレーデバイス１は、排出される液体を入れるリザーバ３を備えている。このようなリザーバはデバイスの内部にあり得るか、または外部にあり得、そして使い捨てのリザーバであったり、なかったりする。このようなリザーバは、ボトル、またはコラプシブルバッグ、あるいは任意のその他の適切な液体受容器（ｒｅｃｉｐｉｅｎｔ）であり得る。
【００３２】
上記デバイスは、液体が液滴のスプレーとして排出されるべき複数の排出手段７を有する多孔性膜板５を有する。この例において、多孔性膜板は、第２の基材１０の上方に配置される第１の基材８に含まれ、そのことにより、排出される液体を入れる空間１２（すなわち圧力チャンバ）を閉鎖する。その他の配置が代わりに使用され得、これらの配置は当該分野で周知である。本明細書において、排出された液滴の霧を得るために、板のノズルを通る液体の排出を可能にするように、多孔性膜板に隣接する空間１２に液体が提供されることが重要である。
【００３３】
従って、液体供給手段９は、毛管作用によって、リザーバから空間まで、そして結果として膜板まで液体を供給するために提供される。この例において、オプションのバルブ１１がさらに示され、リザーバから膜板までの供給を制御する。代替として当該分野で周知の方法で、吸い上げ（ｗｉｃｋｉｎｇ）手段がリザーバから液体を供給するために提供され得る。
【００３４】
液体供給手段９は、好適には、降下（ｆａｌｌ ｏｕｔ）を避けるために、空間１２が最適な方法で充填されるように、該液体供給手段９の所与の粘度に対する毛管作用が存在するようにサイズを合わせられる。不十分な毛管作用に起因した部分的な充填は、空間１２内に空気封入の余地を残し、それゆえ、超音波生成手段１３によって液体に伝達される超音波エネルギの効率を減少させ、結果としてスプレー高を減少させて、このことがフォールアウトを引き起こし得る。このため、所与の粘度に対して、液体供給手段９の毛管上昇高度は、吸い上げ手段およびそのリザーバによって与えられた液体供給能力において改善されることが必要である。
【００３５】
超音波生成手段１３がさらに提供され、液体に作用するように配置され、その結果、液体が振動を受け、その振動に起因して、液体が多孔性膜板のノズルを通って排出される。例えば、圧電要素が超音波生成手段として使用され得る。この例において、超音波生成手段は、スプレーデバイスの下方にあるように示されているが、このような手段は、当該分野で公知のように、上部表面に配置され得、多孔性膜板近くに配置され得る。
【００３６】
電子制御手段１５は、超音波生成手段の作動を制御するためにさらに制御される。このような電子制御手段は、アナログ回路と、マイクロコントローラと、タイマーと、同様な構成要素とを適切な組み合わせで備え得る。駆動信号発生機がまた含まれ得るか、またはそれらが別々に提供され得る。超音波生成手段１３の「オン」および「オフ」の時間（それぞれＴｏｎおよびＴｏｆｆと呼ぶ）を制御することによって、液体液滴スプレーデバイスによって排出される液体の量が制御され得る。
【００３７】
所定の液体の量を排出する動作の総持続時間は、結果としてＴ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆである。超音波生成手段を作動させる駆動信号の例が図２に示されている。
【００３８】
実際に、特に有利な方法で、超音波生成手段のパルス化駆動を用いることによって、より効果的な動作が得られ得、結果として、フォールバックを除去するかまたは最小化しながら、液体液滴スプレーデバイスの電力消費を低減させることが見出されている。
【００３９】
超音波生成手段に供給されるエネルギをさらに調節することによって、排出される液滴の量もまた影響され得る。基本的には、より多くのエネルギ入力が、より多くの液滴が排出されることを意味する。
【００４０】
このエネルギ調節は、オン時間（Ｔｏｎ）およびオフ時間（Ｔｏｆｆ）に関連し、同様に、電子制御手段のパルス化駆動信号の振幅に関連する。超音波生成手段が作動しているＴｏｎが長ければ長いほど、周期Ｔの間に、より多くのエネルギが提供され、結果としてより多くの液滴が排出される。Ｔｏｎは、所与の液体に対して液滴のスプレーされた雲の最大の高さを得るように選択される。同様にオフ時間Ｔｏｆｆを制御することによって、すなわち、駆動信号の時間における距離を制御することによって、排出されたスプレー雲の高さが制御され得る。
【００４１】
実際には、ＴｏｎはＴｏｎａとＴｏｎｂとからなり、ここでＴｏｎａは、液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、液体をスプレーするための時間である。Ｔｏｎａは、１秒未満から数秒まで続き得る。さらに説明されるように、ＴｏｎａとＴｏｎｂとは共に、所与の液体に対する液滴のスプレーされた雲の最大の高さを生成することに寄与する。
【００４２】
非常に多くの液滴が排出される場合、すなわち、排出される液滴の一連のスプレーの数が素早く連続的に排出される、すなわち、ＴｏｆｆがＴｏｎに比べて相対的に小さい場合には、排出されるスプレーは、大きく密集した雲になりやすく、それは、新たに排出された液滴が到達する前に、より初期に排出された液滴が完全には蒸発していないということが見出された。次いで、液滴は、互いに干渉し得、結果として、可能性としては、スプレーデバイスを囲む表面にフォールバックする前に、互いが完全に蒸発することを防ぎ、結果として特定の量のフォールバックをもたらす。
【００４３】
他方、同一の周期Ｔに対して、ＴｏｆｆがＴｏｎに対して増加する場合、排出される液滴の空中に浮かぶ雲（ｈｏｖｅｒｉｎｇ ｃｌｏｕｄ）はかなり密度が小さく、全ての液滴は上記の囲む表面にフォールバックする前に完全に蒸発し得る。
【００４４】
実際に、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる蒸発時間Ｔｅｖａｐを測定することによって、そしてＴｅｖａｐよりも長くなるように時間Ｔｏｆｆを制御することによって、フォールバックは効率的に制御され得ることが見出されている。
【００４５】
従って、Ｔｏｆｆ、ＴｏｎおよびＴｅｖａｐの間の比率を制御することによって、フォールバックはさらに回避され得る。
【００４６】
実際に、Ｔｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐであることが見出されている。
【００４７】
例えば、４ｃｐの粘度を有する所与の液体に対して、Ｔｏｎ＝５０ｍｓ、Ｔｅｖａｐ＝９５０ｍｓであり、結果として、Ｔｏｆｆは少なくとも１秒である。
【００４８】
グリセリンまたはグリセリンの水溶液のような一部の液体に対して（ここで３０℃における粘度は３０ｃｐよりも高くなり得、例えば、水（Ｈ２Ｏ）中の８０％の濃度のグリセリンにおいて、３３．９ｃｐであり得る）、超音波生成手段によって生成されるエネルギを用いて、周辺温度から、上記の水溶液の粘度が５．１３ｃｐまで降下し、この水溶液が液滴として容易に計量分配され得る８０℃まで、短い期間の間にこの水溶液を加熱することが有利であり得る。
【００４９】
上述したように、ＴｏｎはＴｏｎａとＴｏｎｂとからなり、Ｔｏｎａは上記した方法で液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは液体をスプレーするための時間である。従って、上記の水溶液に対する液滴のスプレーされた雲の最大の高さは、Ｔｏｎａの間に液体の流動抵抗を低下させることと、その後、Ｔｏｎｂの間に液体を計量分配することとによって達成され得る。
【００５０】
Ｔｏｎａは、所与の液体に対する液滴のスプレーされた雲の最大の高さまで、活性化され、スプレーされる、液体および体積に依存して、数十ミリ秒未満から１秒まで、そして数秒まで続き得る。
【００５１】
液体の粘度は温度と共に変化することが公知である。それゆえ、様々な周辺温度および様々な粘度の場合でも、温度変化に適応させて、その結果、液体液滴スプレーデバイスの動作を確実にし、結果としてフォールバックを最小化するために、超音波生成手段の動作の調整することを可能にすることが望ましい。
【００５２】
この点に関して、本出願人は、このような調節が可能な液体液滴スプレーデバイスのための電子制御システムを考案したことに留意されるべきである。これは、同時係属出願のＥＰ０７１１８２１２．５に記載されている。例えば、周辺温度の変化に起因して、液体液滴スプレーデバイスが、異なる周波数でより効果的な方法で動作し得、その結果、システム応答信号のエンベロープをチェックすることによって、結果として新たな最適な動作周波数を与える新たなピークが検出される。
【００５３】
さらに、メモリ手段が、超音波生成手段からのパラメータを格納するために提供され得る。製造の際に、異なる周辺温度に対して、いくつかのパラメータが測定され得、そして格納され得る。従って、異なる周辺温度における超音波生成手段の物理的特性が格納され得る。同様に、異なる温度における、異なる粘度に対する基準特性が格納され得る。いったん、液体液滴スプレーデバイスが作動すると、最適な動作周波数が決定される。従って、この周波数は、特定の周辺温度に対応する。この周波数と、メモリ手段に予め格納された周波数とを比較することによって、上記の同時係属出願において詳細に説明されるように、対応する周辺温度を決定することが可能である。
【００５４】
このようなメモリ手段はまた、液体液滴スプレーデバイスによってスプレーするために用いられる液体に関する情報をも格納し得ることが留意されるべきである。例えば、いくつかの香料に対して、特定の温度における特定の粘度がまた予め格納され得る。
【００５５】
従って、所与の周辺温度に対して、そして可能性としてはスプレーされる所与の粘度の液体に対しても、決定された最適な動作周波数において上記液体液滴スプレーデバイスを動作することが可能である。
【００５６】
定期的なモニタリングを用いることによって、時間と共に液体液滴スプレーデバイスの正確な動作を確実にすることが可能である。従って、温度変化がある場合でさえ、アトマイザの動作周波数は、最適な動作周波数に留まるようにさらに制御される。そのようなものとして、同様にフォールバックが様々な周辺温度の場合でさえ制御され得る。
【００５７】
一部の場合において、ファンをさらに提供することが有用であり得、このファンは膜板に対して適切に配置され得る。例えば、直径がほぼ１０μｍであるか、１０μｍを超えるように選択され得る比較的大きな液滴の密集した雲をスプレーする場合、例えば、雲の上昇高度を増加させるために、少なくとも一時的にファンを動作する必要があり得る。このような場合に、図３に示されるように、ファン動作のタイミングＴｏｎｆをＴｏｎｂに対して適応させることが有利であり得る。Ｔｏｎｆは、Ｔｏｎｂが開始する、好適には数十ミリ秒（例えば、５０ミリ秒）前に開始し、またＴｏｎｂよりも数十ミリ秒（例えば、同様に５０ミリ秒）長く続く。このことが排出された雲の加速を可能にし、結果として上昇高度を増加させ、同様にＴｏｎｂの終了時により重い液滴のフォールバックを回避する。
【００５８】
ここで、本発明の好適な実施形態を記載してきたが、本発明の概念を組み込んだ他の実施形態が使用され得ることが当業者に明らかである。それゆえ、本発明は開示された実施形態に限定されるべきではないが、むしろ添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであると考えられる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 液体液滴スプレーデバイス
３ リザーバ
５ 多孔性膜板
７ オリフィス
８ 第１の基材
９ 液体供給手段、液体界面手段
１０ 第２の基材
１２ 空間
１３ 超音波生成手段
１５ 電子制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の小さな液滴の雲または霧を、液体液滴スプレーデバイスから大気中に放出し、そして、液滴が、大気を介してフォールバックする前に十分に蒸発することを可能にすることによる、殺虫剤および芳香剤の溶液などの比較的に高い粘性を有する液体、およびゲル状またはローション状の製剤の分散に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような液体は、例えば、特許文献１に記述されているものなどの芳香剤組成物、もしくは殺虫剤、または比較的に高い粘性を有するさらに別の液体であり得る。
【０００３】
このような液体液滴スプレーデバイスは、圧電性スプレーデバイス、エアゾール生成器、スプレー器などと呼ばれる場合もある。それらは、通常、ノズル本体、特に、液体液滴スプレーデバイスのノズル本体を支持部に含み、該液体液滴のノズル本体は、液体液滴のスプレーとして液体物質を分散させる。それらはさらに、液体を加速させ、そして、液滴として噴出させるように振動させる振動手段として使用される圧電性アクチュエータからなる。それらはさらに、リザーバに連結された液体空間、液体給送装置、および流体界面と、リザーバと、超音波生成手段と対応する電気回路網との間の電気接続などの要素からなる。液体は、例えば、環境芳香剤、香水、殺虫剤、アロマテラピーエッセンス、液体の医薬製剤、水ベースの液体、および引火性または可燃性の液体であり得る。
【０００４】
このようなノズル本体は、アパーチャプレート、ノズルアレイ、投与アパーチャ、オリフィスプレート、振動可能膜部材、投与アパーチャ配置物、エアゾール生成器などと呼ばれる場合がある。従って、このような用語は、本文書全体を通して相互交換可能であるように理解される。
【０００５】
実際に、このようなノズル本体と、このような液滴スプレーデバイスとは、周知である。例えば、本出願人名の特許文献２を参照されたい。この文献は、主本体とノズル本体とから形成された上部基板を有する液体液滴スプレーデバイスを記述する。ノズル本体は、液体液滴出口手段のノズルアレイを含み、液体液滴スプレーデバイスに含まれる液体物質が、この場合においては、液滴のスプレーとしてデバイスを出ることを可能にする。圧電性アクチュエータが、液滴スプレーを生成するために液体に振動を受けさせるために使用される。
【０００６】
このようなデバイスによって、芳香剤および殺虫剤を大気中に分散させることにより、芳香剤または殺虫剤を含む液体物質の小さな液滴の霧または雲を形成し、そして、微細な液体液滴の形態で霧または雲を大気中に放出することは、周知である。霧または雲が安定すると、芳香剤または殺虫剤が、液滴から蒸発する。これを行うデバイスの例が、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６に示されている。概して、これらのデバイスは、液体の芳香剤または殺虫剤を振動霧化プレートに供給し、該振動霧化プレートは、振動によって、液体を微細な液滴に分解し、そして、それらを霧または雲の形態で上方向に放出する。液滴が下にフォールバックすると、芳香剤または殺虫剤は、液滴から蒸発し、そして、大気中に分散する。
【０００７】
特許文献７は、霧化プレートを用いない代わりに振動要素にしっかりと取り付けられた芯を使用するスプレーデバイスを記述している。振動要素が作動させられたときに、芯は振動要素と共に振動するので、芯によって吸収されたあらゆる液体が、そこから分散される。このようなデバイスは、霧化プレートのないことによって、詰まりを回避し得るが、開示は、フォールバックに関しては、全く記載がない。
【０００８】
特許文献８は、このようなデバイスの別の例と、比較的に低い粘性の液体を分配する対応する方法とを記述する。記述されたデバイスは、ドーム形状の振動オリフィスプレートを使用し、該ドーム形状の振動オリフィスプレートは、プレートを振動させるために圧電性振動要素によって作動させられる。プレートが振動すると、液体が、そこから液滴のスプレーとして排出されるように、毛管作用によってプレートに供給される。この文献において記述されるように、５センチポアズ未満の粘性を有する液体が、使用され得るが、さらに高い粘性においては、デバイスは、機能を停止する。
【０００９】
これらの公知のデバイスの動作においては、液滴が、周囲表面にフォールバックする前に、放出された液体の全てが、確実に蒸発するということを確実にする手段が存在しないという点に関して、問題が生じる。結果として、多くの場合に、蒸発しなかった液体の有害な液体残余物が、これらの表面に蓄積する。この問題は、放出される液体が、比較的に高い粘性を有する芳香剤または殺虫剤である場合に、特に困難である。なぜならば、芳香剤および殺虫剤の組成物は、概して、非常に複雑であり、特定の組成物が、振動プレートアトマイザにさらされたときに、完全に蒸発することを前もって知る方法がないからである。
【００１０】
特許文献９は、振動可能アトマイザプレートを有するこのようなデバイスのさらなる例を記述する。ここで、ファンなどの空気擾乱生成器が、放出された液滴の霧を浮揚したままにすることにより、液滴の霧の気化を増加させることが可能な時間を増加させる能力を増加させることが、提案されている。放出された液滴は、揮発性がより低い成分と、揮発性がより高い成分とを有する組成物であり、揮発性が高い成分だけは、浮揚したままであるが、他の成分は、周囲表面にフォールバックする。さらに、ファンは、正しく配置されることが必要であって、デバイスの構築費用を追加するさらなるコンポーネントの一部をなす。
【００１１】
スプレーされた液体の成分の蒸気圧を解析することによる解決策が、これらの問題を踏まえて提案されている。実際に、特許文献１０および特許文献１１に従うと、液体の組成物が、小さな液滴に分解され、そして、例えば、テーブルの上面などの周囲表面の上の大気中に放出されたときに、それらの液滴が周囲表面にフォールバックする前に、それらの液滴が完全に蒸発させられる能力は、液体の組成物自体の蒸気圧に依存しない。その代わりに、液滴が蒸発する能力は、液体の組成物の個々の成分の蒸気圧に依存する。従って、本明細書は、隣接表面に堆積される液体の量が最小化されるように、複数の成分の液体の殺虫剤または香水などの高い粘性を有する複数の成分の液体溶液を噴霧する方法を記述する。液体溶液は、それぞれの蒸気圧を有する複数の成分を含む。記述された方法は、液体の組成物の最も低い蒸気圧の成分は、この成分を含む液体液滴が周囲表面に到達する前に、この成分が、蒸発するようなものでなければならないという発見に基づいている。
【００１２】
しかしながら、この同じ文献に従うと、液体の組成物は、常に、正確に分かるわけではない。芳香剤または殺虫剤などの液体の組成物が、非常に多くの数の成分を含む場合には、液体の噴霧された液滴の蒸発特性を決定するために個々の成分のそれぞれの蒸気圧を確認することは、多くの場合に、現実的ではない。さらに、多くの場合に、液体成分自体と、それらそれぞれの濃度とは、分からない。なぜならば、芳香剤または殺虫剤は、企業秘密として製造元によって護られているからである。
【００１３】
その結果、このような場合において、記述された方法を使用することは、不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００３７９４５号明細書
【特許文献２】欧州特許第１１２９７４１号明細書
【特許文献３】米国特許第４，０８５，８９３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１７３，２７４号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６０１，２３５号明細書
【特許文献６】米国特許第５，８９４，００１号明細書
【特許文献７】国際公開第２００８／０１５３９４号パンフレット
【特許文献８】国際公開第２０００／４７３３５号パンフレット
【特許文献９】国際公開第２００７／０５４９２０号パンフレット
【特許文献１０】米国特許第６，７９３，１４９号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，０７０，１２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、液体を噴霧することからもたらされる液滴の雲の蒸発を制御する革新的な方法と液体液滴スプレーデバイスとを提供することが本発明の目的であり、該方法と該デバイスとは、従来技術の文献によって提示された不便さと限界とを克服し、かつ、芳香剤などの液体に対するフォールバックを最小化することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従って、本発明は、添付の特許請求の範囲に定義されるような方法と液体液滴スプレーデバイスとに関する。
【００１７】
本発明に従った方法と液体液滴スプレーデバイスとの特徴によって、比較的に高い粘性の液体に対するフォールバックを信頼可能に最小化することが可能である。
【００１８】
方法は、液体成分の蒸気圧とは関係なく作用するので、液体物質の未知の組成物に対しても、周囲表面のフォールバックを回避することが可能である。
【００１９】
実際に、液体液滴は、フォールバックを回避するように十分に高く放出される。すなわち、液滴がスプレーデバイス付近の表面の近くにフォールバックし得るかなり前に、液滴は、完全に蒸発する。さらに、本発明は、液滴のかなり高密度の雲が作り出されることを回避するために十分に制御されて液滴を放出する。比較的に低い密度の雲を有することによって、フォールバックは、さらに最小化され得る。
【００２０】
実際に、液体液滴スプレーデバイスにおいて、圧電性アクチュエータなどの超音波生成手段が、アクチュエータをオンにしたりオフにしたりすることを制御する電子的手段によって制御され、それにより、スプレーすることを効果的に制御する。
【００２１】
本発明に従った方法と液体液滴スプレーデバイスの他の特徴と他の利点とが、以下の記述を読むことから明らかになる。以下の記述は、単に、限定的ではない例として与えられており、それに関して、添付の図面を参照する。
【００２２】
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
液体液滴スプレーデバイスから液滴のスプレーとして噴霧された液体の液滴の蒸発を制御する方法であって、該液体液滴スプレーデバイスは、該液体を入れるリザーバ（３）と、多孔性膜板（５）と、該液体を、該リザーバ（３）から該膜板（５）に供給する流体界面手段（９）と、該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出させるように、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）とを備え、該方法は、
該液体液滴スプレーデバイスを提供するステップと、
該液体を該多孔性膜板（５）の下の空間（１２）に供給するステップと、
該超音波生成手段（１３）を作動させる、周期Ｔを有するパルス化駆動信号を提供するステップと、
該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるステップであって、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなるステップと、
期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段を作動させないステップであって、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、ステップと
を包含し、Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、方法。
（項目２）
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、項目１に記載の方法。
（項目３）
ファンを提供するステップをさらに包含し、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、項目１に記載の方法。
（項目４）
液体液滴スプレーデバイスから排出された液体を噴霧するための液体液滴スプレーデバイスであって、
該液体を入れるためのリザーバ（３）と、
多孔性膜板（５）と、
該排出される液体を入れるための空間（１２）であって、該空間は、該膜板（５）に隣接して位置し、該リザーバ（３）からの液体を受容するように配置された、空間（１２）と、
該液体を、該リザーバ（３）から該空間（１２）に供給する流体界面手段（９）と、
該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出するために、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、
該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）と
を備え、
該電子制御手段（１５）は、周期Ｔを有するパルス化駆動信号によって、該超音波生成手段（１３）を駆動するように構成され、
該電子制御手段（１５）は、該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるように構成され、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなり、
該電子制御手段（１５）は、期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段（１３）を作動させないように構成され、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐであり、
Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、液体液滴スプレーデバイス。
（項目５）
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目６）
上記電子制御手段（１５）は、上記超音波生成手段（１３）の製造パラメータを格納するメモリ手段を含む、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目７）
上記メモリ手段は、上記液体液滴スプレーデバイスと共に使用される、特定の温度における液体の粘度範囲を含む外部パラメータをさらに格納する、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目８）
降下をさらに減少させるために、上記空間（１２）が最適な方法で充填されるように、上記流体界面手段は、所与の粘度に対して該流体界面手段の毛管作用が存在するようにサイズを合わせられる、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
（項目９）
ファンをさらに備え、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、項目４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【００２３】
（摘要）
液体液滴スプレーデバイスから排出された液体の噴霧から生じる液滴の雲の蒸発を制御する方法であって、該液体液滴スプレーデバイスは、該液体を入れるリザーバと、多孔性膜板と、該液体を、該リザーバから該膜板に供給する流体界面手段と、該膜板のオリフィスを通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出させるように、該供給された液体に作用する超音波生成手段と、該超音波生成手段の作動を制御する電子制御手段とを備える。
【００２４】
上記方法は、
上記液体液滴スプレーデバイスを提供するステップと、
上記液体を上記多孔性膜板の下の空間に供給するステップと、
上記超音波生成手段を作動させる、周期Ｔを有するパルス化駆動信号を提供するステップと、
上記液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段を作動させるステップであって、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなるステップと、
期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段を作動させないステップであって、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、ステップと
を包含し、Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化させるために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明に従った液体液滴スプレーデバイスの例を示す。
【図２】図２は、本発明に従った液体液滴スプレーデバイスにおける超音波生成手段を駆動するパルス化駆動信号の例を示す。
【図３】図３は、タイミングＴｏｎａ、Ｔｏｎｂ、およびＴｏｎｆの相対的な持続時間をさらに詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
流動の原理の一般的な概観がまず説明される。
【００２７】
排出される液体の流速が、液体の液滴の直径と、液体が排出される排出ノズルの密度とに依存していることが公知である。この直径は、スプレーとして排出される液体が通過する排出ノズルの直径に直接的に依存する。さらに、流速は、液体の粘度と、排出ノズルにわたる圧力降下とに反比例する。従って、当業者は、特にアトマイザの排出手段におけるアトマイザの物理的寸法が排出される液体の物理的特性に適合して、液体の効率的なスプレーを確実にすることを認識する。
【００２８】
例えば、全ての他のノズルの寸法は等しいままであり、排出ノズルの直径Ｄ０は４μｍであり、直径Ｄ１は４．５μｍである。４ｃｐの所与の液体粘度に対して、以下が得られる。
Ｑｖ１（４．５）＝（１＋ｘ）ＱＶ０（４）
実験測定値は、この場合、ｘが０．３であり、その結果、流速が３０％だけ増加する一方で直径の大きさは４μｍから４．５μｍに増加していることを示している。すなわち、同一の密度の排出ノズルに対して１２．５％の増加である。排出される液滴の大きさは約１０％だけ増加している。
【００２９】
Ｄｖ５０（例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒの周知の方法で測定された）は、３．３％だけ増加し、これはフォールバック（ｆａｌｌ−ｂａｃｋ）に、すなわち、蒸発しないがスプレーデバイスを囲む表面に戻ってくる液滴の量に、いかなる影響も与えない。
【００３０】
好適な実施形態の例がここで図１を参照して記載される。
【００３１】
図１は、本発明に従う、液体液滴スプレーデバイスの概略的な表現を示す。しかしながら、示される構造は、適切なデバイスの単なる例示である。本発明の主な局面は、デバイスからの液滴の排出の制御であるので、当該分野で公知の構造のような他の構造が代わりに用いられ得る。従って、例において、液体液滴スプレーデバイス１は、排出される液体を入れるリザーバ３を備えている。このようなリザーバはデバイスの内部にあり得るか、または外部にあり得、そして使い捨てのリザーバであったり、なかったりする。このようなリザーバは、ボトル、またはコラプシブルバッグ、あるいは任意のその他の適切な液体受容器（ｒｅｃｉｐｉｅｎｔ）であり得る。
【００３２】
上記デバイスは、液体が液滴のスプレーとして排出されるべき複数の排出手段７を有する多孔性膜板５を有する。この例において、多孔性膜板は、第２の基材１０の上方に配置される第１の基材８に含まれ、そのことにより、排出される液体を入れる空間１２（すなわち圧力チャンバ）を閉鎖する。その他の配置が代わりに使用され得、これらの配置は当該分野で周知である。本明細書において、排出された液滴の霧を得るために、板のノズルを通る液体の排出を可能にするように、多孔性膜板に隣接する空間１２に液体が提供されることが重要である。
【００３３】
従って、液体供給手段９は、毛管作用によって、リザーバから空間まで、そして結果として膜板まで液体を供給するために提供される。この例において、オプションのバルブ１１がさらに示され、リザーバから膜板までの供給を制御する。代替として当該分野で周知の方法で、吸い上げ（ｗｉｃｋｉｎｇ）手段がリザーバから液体を供給するために提供され得る。
【００３４】
液体供給手段９は、好適には、降下（ｆａｌｌ ｏｕｔ）を避けるために、空間１２が最適な方法で充填されるように、該液体供給手段９の所与の粘度に対する毛管作用が存在するようにサイズを合わせられる。不十分な毛管作用に起因した部分的な充填は、空間１２内に空気封入の余地を残し、それゆえ、超音波生成手段１３によって液体に伝達される超音波エネルギの効率を減少させ、結果としてスプレー高を減少させて、このことがフォールアウトを引き起こし得る。このため、所与の粘度に対して、液体供給手段９の毛管上昇高度は、吸い上げ手段およびそのリザーバによって与えられた液体供給能力において改善されることが必要である。
【００３５】
超音波生成手段１３がさらに提供され、液体に作用するように配置され、その結果、液体が振動を受け、その振動に起因して、液体が多孔性膜板のノズルを通って排出される。例えば、圧電要素が超音波生成手段として使用され得る。この例において、超音波生成手段は、スプレーデバイスの下方にあるように示されているが、このような手段は、当該分野で公知のように、上部表面に配置され得、多孔性膜板近くに配置され得る。
【００３６】
電子制御手段１５は、超音波生成手段の作動を制御するためにさらに制御される。このような電子制御手段は、アナログ回路と、マイクロコントローラと、タイマーと、同様な構成要素とを適切な組み合わせで備え得る。駆動信号発生機がまた含まれ得るか、またはそれらが別々に提供され得る。超音波生成手段１３の「オン」および「オフ」の時間（それぞれＴｏｎおよびＴｏｆｆと呼ぶ）を制御することによって、液体液滴スプレーデバイスによって排出される液体の量が制御され得る。
【００３７】
所定の液体の量を排出する動作の総持続時間は、結果としてＴ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆである。超音波生成手段を作動させる駆動信号の例が図２に示されている。
【００３８】
実際に、特に有利な方法で、超音波生成手段のパルス化駆動を用いることによって、より効果的な動作が得られ得、結果として、フォールバックを除去するかまたは最小化しながら、液体液滴スプレーデバイスの電力消費を低減させることが見出されている。
【００３９】
超音波生成手段に供給されるエネルギをさらに調節することによって、排出される液滴の量もまた影響され得る。基本的には、より多くのエネルギ入力が、より多くの液滴が排出されることを意味する。
【００４０】
このエネルギ調節は、オン時間（Ｔｏｎ）およびオフ時間（Ｔｏｆｆ）に関連し、同様に、電子制御手段のパルス化駆動信号の振幅に関連する。超音波生成手段が作動しているＴｏｎが長ければ長いほど、周期Ｔの間に、より多くのエネルギが提供され、結果としてより多くの液滴が排出される。Ｔｏｎは、所与の液体に対して液滴のスプレーされた雲の最大の高さを得るように選択される。同様にオフ時間Ｔｏｆｆを制御することによって、すなわち、駆動信号の時間における距離を制御することによって、排出されたスプレー雲の高さが制御され得る。
【００４１】
実際には、ＴｏｎはＴｏｎａとＴｏｎｂとからなり、ここでＴｏｎａは、液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、液体をスプレーするための時間である。Ｔｏｎａは、１秒未満から数秒まで続き得る。さらに説明されるように、ＴｏｎａとＴｏｎｂとは共に、所与の液体に対する液滴のスプレーされた雲の最大の高さを生成することに寄与する。
【００４２】
非常に多くの液滴が排出される場合、すなわち、排出される液滴の一連のスプレーの数が素早く連続的に排出される、すなわち、ＴｏｆｆがＴｏｎに比べて相対的に小さい場合には、排出されるスプレーは、大きく密集した雲になりやすく、それは、新たに排出された液滴が到達する前に、より初期に排出された液滴が完全には蒸発していないということが見出された。次いで、液滴は、互いに干渉し得、結果として、可能性としては、スプレーデバイスを囲む表面にフォールバックする前に、互いが完全に蒸発することを防ぎ、結果として特定の量のフォールバックをもたらす。
【００４３】
他方、同一の周期Ｔに対して、ＴｏｆｆがＴｏｎに対して増加する場合、排出される液滴の空中に浮かぶ雲（ｈｏｖｅｒｉｎｇ ｃｌｏｕｄ）はかなり密度が小さく、全ての液滴は上記の囲む表面にフォールバックする前に完全に蒸発し得る。
【００４４】
実際に、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる蒸発時間Ｔｅｖａｐを測定することによって、そしてＴｅｖａｐよりも長くなるように時間Ｔｏｆｆを制御することによって、フォールバックは効率的に制御され得ることが見出されている。
【００４５】
従って、Ｔｏｆｆ、ＴｏｎおよびＴｅｖａｐの間の比率を制御することによって、フォールバックはさらに回避され得る。
【００４６】
実際に、Ｔｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐであることが見出されている。
【００４７】
例えば、４ｃｐの粘度を有する所与の液体に対して、Ｔｏｎ＝５０ｍｓ、Ｔｅｖａｐ＝９５０ｍｓであり、結果として、Ｔｏｆｆは少なくとも１秒である。
【００４８】
グリセリンまたはグリセリンの水溶液のような一部の液体に対して（ここで３０℃における粘度は３０ｃｐよりも高くなり得、例えば、水（Ｈ２Ｏ）中の８０％の濃度のグリセリンにおいて、３３．９ｃｐであり得る）、超音波生成手段によって生成されるエネルギを用いて、周辺温度から、上記の水溶液の粘度が５．１３ｃｐまで降下し、この水溶液が液滴として容易に計量分配され得る８０℃まで、短い期間の間にこの水溶液を加熱することが有利であり得る。
【００４９】
上述したように、ＴｏｎはＴｏｎａとＴｏｎｂとからなり、Ｔｏｎａは上記した方法で液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは液体をスプレーするための時間である。従って、上記の水溶液に対する液滴のスプレーされた雲の最大の高さは、Ｔｏｎａの間に液体の流動抵抗を低下させることと、その後、Ｔｏｎｂの間に液体を計量分配することとによって達成され得る。
【００５０】
Ｔｏｎａは、所与の液体に対する液滴のスプレーされた雲の最大の高さまで、活性化され、スプレーされる、液体および体積に依存して、数十ミリ秒未満から１秒まで、そして数秒まで続き得る。
【００５１】
液体の粘度は温度と共に変化することが公知である。それゆえ、様々な周辺温度および様々な粘度の場合でも、温度変化に適応させて、その結果、液体液滴スプレーデバイスの動作を確実にし、結果としてフォールバックを最小化するために、超音波生成手段の動作の調整することを可能にすることが望ましい。
【００５２】
この点に関して、本出願人は、このような調節が可能な液体液滴スプレーデバイスのための電子制御システムを考案したことに留意されるべきである。これは、同時係属出願のＥＰ０７１１８２１２．５に記載されている。例えば、周辺温度の変化に起因して、液体液滴スプレーデバイスが、異なる周波数でより効果的な方法で動作し得、その結果、システム応答信号のエンベロープをチェックすることによって、結果として新たな最適な動作周波数を与える新たなピークが検出される。
【００５３】
さらに、メモリ手段が、超音波生成手段からのパラメータを格納するために提供され得る。製造の際に、異なる周辺温度に対して、いくつかのパラメータが測定され得、そして格納され得る。従って、異なる周辺温度における超音波生成手段の物理的特性が格納され得る。同様に、異なる温度における、異なる粘度に対する基準特性が格納され得る。いったん、液体液滴スプレーデバイスが作動すると、最適な動作周波数が決定される。従って、この周波数は、特定の周辺温度に対応する。この周波数と、メモリ手段に予め格納された周波数とを比較することによって、上記の同時係属出願において詳細に説明されるように、対応する周辺温度を決定することが可能である。
【００５４】
このようなメモリ手段はまた、液体液滴スプレーデバイスによってスプレーするために用いられる液体に関する情報をも格納し得ることが留意されるべきである。例えば、いくつかの香料に対して、特定の温度における特定の粘度がまた予め格納され得る。
【００５５】
従って、所与の周辺温度に対して、そして可能性としてはスプレーされる所与の粘度の液体に対しても、決定された最適な動作周波数において上記液体液滴スプレーデバイスを動作することが可能である。
【００５６】
定期的なモニタリングを用いることによって、時間と共に液体液滴スプレーデバイスの正確な動作を確実にすることが可能である。従って、温度変化がある場合でさえ、アトマイザの動作周波数は、最適な動作周波数に留まるようにさらに制御される。そのようなものとして、同様にフォールバックが様々な周辺温度の場合でさえ制御され得る。
【００５７】
一部の場合において、ファンをさらに提供することが有用であり得、このファンは膜板に対して適切に配置され得る。例えば、直径がほぼ１０μｍであるか、１０μｍを超えるように選択され得る比較的大きな液滴の密集した雲をスプレーする場合、例えば、雲の上昇高度を増加させるために、少なくとも一時的にファンを動作する必要があり得る。このような場合に、図３に示されるように、ファン動作のタイミングＴｏｎｆをＴｏｎｂに対して適応させることが有利であり得る。Ｔｏｎｆは、Ｔｏｎｂが開始する、好適には数十ミリ秒（例えば、５０ミリ秒）前に開始し、またＴｏｎｂよりも数十ミリ秒（例えば、同様に５０ミリ秒）長く続く。このことが排出された雲の加速を可能にし、結果として上昇高度を増加させ、同様にＴｏｎｂの終了時により重い液滴のフォールバックを回避する。
【００５８】
ここで、本発明の好適な実施形態を記載してきたが、本発明の概念を組み込んだ他の実施形態が使用され得ることが当業者に明らかである。それゆえ、本発明は開示された実施形態に限定されるべきではないが、むしろ添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであると考えられる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 液体液滴スプレーデバイス
３ リザーバ
５ 多孔性膜板
７ オリフィス
８ 第１の基材
９ 液体供給手段、液体界面手段
１０ 第２の基材
１２ 空間
１３ 超音波生成手段
１５ 電子制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体液滴スプレーデバイスから液滴のスプレーとして噴霧された液体の液滴の蒸発を制御する方法であって、該液体液滴スプレーデバイスは、該液体を入れるリザーバ（３）と、多孔性膜板（５）と、該液体を、該リザーバ（３）から該膜板（５）に供給する流体界面手段（９）と、該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出させるように、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）とを備え、該方法は、
該液体液滴スプレーデバイスを提供するステップと、
該液体を該多孔性膜板（５）の下の空間（１２）に供給するステップと、
該超音波生成手段（１３）を作動させる、周期Ｔを有するパルス化駆動信号を提供するステップと、
該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるステップであって、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなるステップと、
期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段を作動させないステップであって、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、ステップと
を包含し、Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、方法。
【請求項２】
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ファンを提供するステップをさらに包含し、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
液体液滴スプレーデバイスから排出された液体を噴霧するための液体液滴スプレーデバイスであって、
該液体を入れるためのリザーバ（３）と、
多孔性膜板（５）と、
該排出される液体を入れるための空間（１２）であって、該空間は、該膜板（５）に隣接して位置し、該リザーバ（３）からの液体を受容するように配置された、空間（１２）と、
該液体を、該リザーバ（３）から該空間（１２）に供給する流体界面手段（９）と、
該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出するために、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、
該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）と
を備え、
該電子制御手段（１５）は、周期Ｔを有するパルス化駆動信号によって、該超音波生成手段（１３）を駆動するように構成され、
該電子制御手段（１５）は、該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるように構成され、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなり、
該電子制御手段（１５）は、期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段（１３）を作動させないように構成され、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐであり、
Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、液体液滴スプレーデバイス。
【請求項５】
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項６】
前記電子制御手段（１５）は、前記超音波生成手段（１３）の製造パラメータを格納するメモリ手段を含む、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項７】
前記メモリ手段は、前記液体液滴スプレーデバイスと共に使用される、特定の温度における液体の粘度範囲を含む外部パラメータをさらに格納する、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項８】
降下をさらに減少させるために、前記空間（１２）が最適な方法で充填されるように、前記流体界面手段は、所与の粘度に対して該流体界面手段の毛管作用が存在するようにサイズを合わせられる、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項９】
ファンをさらに備え、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項１】
液体液滴スプレーデバイスから液滴のスプレーとして噴霧された液体の液滴の蒸発を制御する方法であって、該液体液滴スプレーデバイスは、該液体を入れるリザーバ（３）と、多孔性膜板（５）と、該液体を、該リザーバ（３）から該膜板（５）に供給する流体界面手段（９）と、該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出させるように、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）とを備え、該方法は、
該液体液滴スプレーデバイスを提供するステップと、
該液体を該多孔性膜板（５）の下の空間（１２）に供給するステップと、
該超音波生成手段（１３）を作動させる、周期Ｔを有するパルス化駆動信号を提供するステップと、
該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるステップであって、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなるステップと、
期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段を作動させないステップであって、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、ステップと
を包含し、Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、方法。
【請求項２】
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ファンを提供するステップをさらに包含し、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
液体液滴スプレーデバイスから排出された液体を噴霧するための液体液滴スプレーデバイスであって、
該液体を入れるためのリザーバ（３）と、
多孔性膜板（５）と、
該排出される液体を入れるための空間（１２）であって、該空間は、該膜板（５）に隣接して位置し、該リザーバ（３）からの液体を受容するように配置された、空間（１２）と、
該液体を、該リザーバ（３）から該空間（１２）に供給する流体界面手段（９）と、
該膜板（５）のオリフィス（７）を通る液滴のスプレーとして、該供給された液体を排出するために、該供給された液体に作用する超音波生成手段（１３）と、
該超音波生成手段（１３）の作動を制御する電子制御手段（１５）と
を備え、
該電子制御手段（１５）は、周期Ｔを有するパルス化駆動信号によって、該超音波生成手段（１３）を駆動するように構成され、
該電子制御手段（１５）は、該液滴のスプレーを、最大スプレー雲高において排出させるように、期間Ｔｏｎの間、該超音波生成手段（１３）を作動させるように構成され、ＴｏｎはＴｏｎａおよびＴｏｎｂからなり、
該電子制御手段（１５）は、期間Ｔｏｆｆの間、該超音波生成手段（１３）を作動させないように構成され、ここでＴｏｆｆ≧Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐであり、
Ｔｅｖａｐは、Ｔｏｎの間に生成された所与の液体のスプレーされた雲が完全に蒸発するために必要とされる時間であり、
Ｔｏｎａは、該液体を超音波で活性化するために必要とされる時間であり、Ｔｏｎｂは、該液体をスプレーするための時間であり、Ｔｏｎａは数十ミリ秒未満から数秒の間続き、
これらにより、該液体液滴スプレーデバイスを囲む表面上にフォールバックする蒸発していない液体の量が最小化される、液体液滴スプレーデバイス。
【請求項５】
Ｔｏｆｆ＞Ｔｏｎ＋Ｔｅｖａｐである、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項６】
前記電子制御手段（１５）は、前記超音波生成手段（１３）の製造パラメータを格納するメモリ手段を含む、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項７】
前記メモリ手段は、前記液体液滴スプレーデバイスと共に使用される、特定の温度における液体の粘度範囲を含む外部パラメータをさらに格納する、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項８】
降下をさらに減少させるために、前記空間（１２）が最適な方法で充填されるように、前記流体界面手段は、所与の粘度に対して該流体界面手段の毛管作用が存在するようにサイズを合わせられる、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【請求項９】
ファンをさらに備え、該ファンは時間Ｔｏｎｆの間作動し、ここでＴｏｎｆは、Ｔｏｎｂの数ミリ秒前に開始し、Ｔｏｎｂよりも数ミリ秒長く続く、請求項４に記載の液体液滴スプレーデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２１４１０４（Ｐ２００９−２１４１０４Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６０３２３（Ｐ２００９−６０３２３）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（５０９０７２３６４）エーペー システムズ エスアー， マイクロフロー ディビジョン (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（５０９０７２３６４）エーペー システムズ エスアー， マイクロフロー ディビジョン (3)
【Ｆターム（参考）】
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