(57)【要約】【課題】隣接する表面上への流体組成物の付着を最小限にして、十分な量の流体組成物を空気中に効率的に送達するマイクロ流体送達システムの提供。【解決手段】流体組成物を空気中に分配するためのマイクロ流体送達システムが開示され、このマイクロ流体送達システムは、マイクロ流体ダイと、少なくとも１つの加熱要素とを備え、加熱要素は、流体組成物を空気中に送達するために、特定のオン時間と波形とを備える電気信号を受容するように構成される。【選択図】図１
2020078565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体送達システムであって、
複数のマイクロ流体チャンバおよび流体組成物を分配するための複数のノズルを備えるマイクロ流体ダイ、を備え、
また電気点火パルスを受容するように構成された少なくとも１つの加熱要素を備え、前記電気点火パルスは、０．２５秒〜１０秒の点火期間（ｔＯＮ）の間に送達され、前記点火期間の間、前記電気点火パルスは、点火時間（ｔＦＩＲＥ）を１マイクロ秒〜３マイクロ秒として、１００ヘルツ〜６０００ヘルツでパルス発生され、
前記マイクロ流体送達システムは、再充填限定モードで動作可能である駆動回路を備え、
前記再充填限定モードによって流体が前記マイクロ流体チャンバを再充填するのに必要な時間よりも速い割合で前記駆動回路が発射する、マイクロ流体送達システム。
【請求項２】
前記マイクロ流体ダイは、前記複数のノズルの各々のための複数の加熱要素を更に備える、請求項１に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項３】
前記マイクロ流体ダイは８個〜６４個の加熱要素を備える、請求項２に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項４】
前記複数のノズルはそれぞれ、１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルのオリフィスを画定し、前記オリフィスを通じて揮発性組成物が空気中に送達される、請求項２に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項５】
前記マイクロ流体ダイは複数のノズルを備え、前記ノズルはそれぞれ、５ピコリットル〜１５ピコリットルのチャンバ容積を有する、請求項２に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項６】
前記加熱要素は２５００平方マイクロメートルの面積を備える、請求項１に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項７】
前記マイクロ流体送達システムは、マイクロプロセッサを更に備え、
前記マイクロプロセッサは、逐次的な点火信号を前記加熱要素に与えるようにプログラムされている、請求項１に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項８】
４ボルト〜１６ボルトのエネルギーを前記加熱要素に更に与える、請求項１に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項９】
前記マイクロ流体送達システムは、マイクロ流体送達部材を更に備え、
前記マイクロ流体送達部材は、１時間当たり５ｍｇ〜９０ｍｇの流体組成物を空気中に送達する、請求項１に記載のマイクロ送達システム。
【請求項１０】
前記マイクロ流体ダイは、電気点火パルスごとに前記複数のノズルの各々から１ピコリットル〜１０ピコリットルの揮発性組成物を空気中に放出する、請求項１に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項１１】
動きセンサ、ワイヤレスセンサビーコン、光センサ、流体検出センサ、臭気検出センサ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるセンサを更に備える、請求項１に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項１２】
前記マイクロ流体送達システムは、香料混合物を含んだリザーバを更に備え、
前記香料混合物は、２５０℃未満の沸点を有し、２００℃未満の沸点を有する個々の香料材料を含む、請求項１に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項１３】
前記香料混合物は、前記香料混合物の５０重量％〜１００重量％の量で存在する機能性香料成分を更に含み、前記機能性香料成分は、イソノニルアセテート、ジヒドロミルセノール（３−メチレン−７−メチルオクタン−７−オール）、リナロール（３−ヒドロキシ−３，７−ジメチル−１，６オクタジエン）、ゲラニオール（３，７ジメチル−２，６−オクタジエン−１−オール）、ｄ−リモネン（１−メチル−４−イソプロペニル−１−シクロヘキセン、ベンジルアセテート、イソプロピルミストリステート、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１２に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項１４】
マイクロ流体送達システムであって、
複数のマイクロ流体チャンバと、流体組成物を分配するための複数のノズルと、対応する複数の作動要素とを備えるマイクロ流体ダイ、を備え、前記複数の作動要素の各々は電気点火パルスを受容するように構成され、前記電気点火パルスは、０．２５秒〜１０秒の点火期間（ｔＯＮ）の間に送達され、前記点火期間の間、前記電気点火パルスは、点火時間（ｔＦＩＲＥ）を１マイクロ秒〜３マイクロ秒として、１００ヘルツ〜８０００ヘルツでパルス発生され、
前記マイクロ流体送達システムは、再充填限定モードで動作可能である駆動回路を備え、
前記再充填限定モードによって流体が前記マイクロ流体チャンバを再充填するのに必要な時間よりも速い割合で前記駆動回路が発射する、マイクロ流体送達システム。
【請求項１５】
前記マイクロ流体ダイは８個〜６４個の作動要素を備える、請求項１４に記載のマイクロ流体送達システム。
【請求項１６】
前記マイクロ流体送達システムは、前記再充填限定モードで液滴が排出される前記ノズルの直径と比べて直径においてより小さい前記流体組成物の前記液滴を排出する、請求項１４に記載のマイクロ流体送達システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体送達部材を備えるマイクロ流体送達システム、及び流体組成物を空気中に送達するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
香料混合物などの流体組成物を通電（すなわち電動／電池式）噴霧システムによって空気中に送達するための様々なシステムが存在する。このようなシステムには、Ｒｅｃｋｉｔｔ  Ｂｅｎｃｋｉｓｅｒ社によりＡｉｒＷｉｃｋ（登録商標）の商品名で販売されている電池式自動エアゾールエアフレッシュナーが挙げられる。もう１つの試みが、Ｓ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ  ＆  Ｓｏｎ社によりＧｌａｄｅ（登録商標）の商品名で販売されている、揮発性組成物を流体液滴にして空気中に噴霧する圧電アクチュエータである。
【０００３】
最近の試みは、インクジェットスプレーヘッドを用いて、香り付きのインクを含んだ流体組成物を送達するためになされている。これらの試みは、隣接する基材／表面の上に流体組成物を放出すること、又は隣接する空間の中へ流体組成物を放出することを目的としている。例えば、日本国特許公開第２００７０５４４４５Ａ１号には、利益を得るために個人空間（例えば、ユーザの鼻の近く）の中に流体を吹き付けるインクジェットヘッドが記載されている。日本国特許公開第２００５１２５２２５号には、ターゲット表面に向かって殺虫剤を吹き付けるインクジェットヘッドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許公開第２００７０５４４４５Ａ１号
【特許文献２】日本国特許公開第２００５１２５２２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
隣接する表面上への流体組成物の付着を最小限にして、十分な量の流体組成物を空気中に効率的に送達して利益をもたらす、例えば部屋又は住空間を新鮮にするために、改善されたマイクロ流体送達システムが依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、マイクロ流体送達システムを含む送達システムが提供され、このマイクロ流体送達システムは、流体組成物を分配するための複数のノズルを備えるマイクロ流体ダイを備え、また電気点火パルスを受容するように構成された少なくとも１つの加熱要素を備え、前記電気点火パルスは、約０．２５秒〜約１０秒の点火期間（ｔＯＮ）の間に送達され、前記点火期間の間、前記電気点火パルスは、点火時間（ｔＦＩＲＥ）を約１マイクロ秒〜約３マイクロ秒として、１００ヘルツ〜６０００ヘルツでパルス発生される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態によるマイクロ流体送達システムの概略等角図である。
【図２Ａ】一実施形態による、マイクロ流体送達カートリッジ及びホルダーの概略等角図である。
【図２Ｂ】一実施形態による、マイクロ流体送達カートリッジ及びホルダーの概略等角図である。
【図３】図２Ａの線３−３の横断面概略図である。
【図４】図２Ｂの線４−４の横断面概略図である。
【図５Ａ】一実施形態による、マイクロ流体送達部材の概略等角図である。
【図５Ｂ】一実施形態による、マイクロ流体送達部材の概略等角図である。
【図５Ｃ】図５Ａの構造の分解図である。
【図６Ａ】別の実施形態による、様々な層におけるマイクロ流体ダイの概略等角図である。
【図６Ｂ】別の実施形態による、様々な層におけるマイクロ流体ダイの概略等角図である。
【図６Ｃ】別の実施形態による、様々な層におけるマイクロ流体ダイの概略等角図である。
【図７Ａ】図６の線７−７の横断面概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａの一部分の拡大図である。
【図８Ａ】図６Ａの線８Ａ−８Ａの横断面図である。
【図８Ｂ】図６Ａの線８Ｂ−８Ｂの横断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による、マイクロ流体カートリッジの流体経路の横断面概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、電気信号の波形及びパルスタイミングの線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、マイクロ流体送達部材６４を備えるマイクロ流体送達システム１０、及び流体組成物を空気中に送達するための方法を提供する。
【０００９】
本発明の送達システム１０は、ハウジング１２と、カートリッジ２６とを備え得る。カートリッジ２６は、揮発性組成物を収容するためのリザーバ５０と、マイクロ流体送達部材６４とを備え得る。ハウジング１２は、マイクロプロセッサと、出口２０とを備え得る。
【００１０】
以下の説明は、共に様々な構成要素を有するハウジング１２とカートリッジ２６とを備える送達システム１０について記述するものであるが、送達システム１０が、以下の説明に記載する、又は図面に示す構造及び構成に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態に適用可能であり、又は様々な方式で実施若しくは実行され得る。例えば、ハウジング１２の構成要素はカートリッジ２６上に設置されてもよく、逆もまた同様である。更に、以下の説明で述べるようにハウジングから分離可能であるカートリッジを構成するのに対して、ハウジング１２とカートリッジ２６が単一のユニットとして構成されてもよい。
【００１１】
ハウジング
マイクロ流体送達システム１０は、ハウジング１２を含み得るが、ハウジング１２は、単体から構成されるか、又はハウジングを形成するように組み立てられる複数の表面を有するものである。ハウジング１２は、上部表面１４と、下部表面１６と、上部表面と下部表面との間の本体部分１８とを有し得る。ハウジング１２の上部表面は、ハウジングに対して外側にある環境をハウジング１２の内側部分２２と流体連通させる出口２０を含んでいる。ハウジング１２の内側部分２２はホルダー部材２４を含み得、ホルダー部材２４は、取り外し可能となり得るマイクロ流体カートリッジ２６を保持する。以下で説明するように、マイクロ流体送達システム１０は、熱エネルギーを用いて流体をマイクロ流体充填カートリッジ２６内からハウジング１２に対して外側の環境に送達するように構成され得る。
【００１２】
ハウジング１２の内側部分２２へのアクセスは、ハウジング内の開口部２８によってもたらされる。開口部２８は、ハウジング１２のカバー又はドア３０によってアクセス可能である。図示した実施形態では、ドア３０は、開口部２８へのアクセスをもたらすように回転する。
【００１３】
ホルダー部材２４は、１つ以上の側壁３６によって互いに結合された上部表面３２と下部表面３４とを含み、またマイクロ流体カートリッジ２６がそれを通じて内外にスライドし得る開口側部３８を有している。ホルダー部材２４の上部表面３２は、ハウジング１２の第１のホール２０と整合される開口部４０を含んでいる。ホルダー部材２４は、マイクロ流体カートリッジ２６を定位置に保持する。
【００１４】
ハウジング１２は、外側の電源と結合するための外側電気接続要素を含み得る。外側電気接続要素は、電気コンセント又は蓄電池端子の中に差し込まれるように構成されたプラグであってもよい。内側の電気接続は、外側電気接続要素をホルダー部材２４に結合して、マイクロ流体カートリッジ２６に電力を供給するものである。ハウジング１２は、ハウジングの前方に電源スイッチ４２を含んでもよい。
【００１５】
図２Ａは、ハウジング１２なしにホルダー部材２４内のマイクロ流体カートリッジ２６を示し、図２Ｂは、ホルダー部材２４から取り外されたマイクロ流体カートリッジ２６を示している。回路基板４４がねじ４６によってホルダー部材に結合されている。以下でより詳細に説明するように、回路基板４４は、マイクロ流体カートリッジ２６に電気的に結合する電気接点４８を含んでいる。回路基板４４の電気接点４８は、内側及び外側電気接続要素と電気通信する。
【００１６】
カートリッジ
リザーバ
マイクロ流体送達システム１０は、流体組成物を収容するためのリザーバ５０を含んだマイクロ流体カートリッジ２６を含んでいる。いくつかの実施形態では、リザーバ５０は、約５〜約５０ｍＬ、あるいは約１０〜約３０ｍＬ、あるいは約１５〜約２０ｍＬの流体組成物を収容するように構成される。送達システムは、複数のリザーバを有するように構成されてもよく、各々は、同じ又は異なる組成物を含む。リザーバ５０は、交換可能（例えば、リフィルカートリッジ）となるように、別個の構造として形成されてもよい。リザーバは、ガラス及びプラスチックを含んだ流体組成物を収容するのに好適な任意の材料から作製され得る。
【００１７】
内部表面５６と外部表面５８とを有する蓋５４が、リザーバの上方部分６０に固定されてリザーバ５０を被覆する。蓋５４は、当該技術分野において既知の様々な方式でリザーバ５０に固定され得る。蓋５４とリザーバ５０との間にはＯリング６２が存在してもよく、Ｏリング６２は、それらの間にシールを形成して、流体がリザーバから漏出するのを防止するためのものである。
【００１８】
マイクロ流体送達部材６４が、マイクロ流体カートリッジ２６の蓋５４の上部表面６６に固定される。マイクロ流体送達部材６４は、上部表面６８と下部表面７０とを含んでいる（図５Ａ〜５Ｃを参照）。上部表面６８の第１の端部７２は、ホルダー部材２４内に置かれたときに回路基板４４の電気接点４８と結合するための電気接点７４を含んでいる。以下で更に詳細に説明するように、マイクロ流体送達部材６４の第２の端部７６は、流体を送達するための開口部７８を通過する流体経路の一部を含んでいる。
【００１９】
流体輸送部材
図３は、図２Ａに示す線３−３に沿った、ホルダー部材２４内のマイクロ流体カートリッジ２６の横断面図である。リザーバ５０内に流体輸送部材８０があり、流体輸送部材８０は、リザーバ５０内の流体５２の中の第１の端部３２と、流体の上方にある第２の端部８４とを有する。流体輸送部材８０の第２の端部８４は、マイクロ流体送達部材６４の下方に設置されている。流体輸送部材８０は、リザーバ５０からマイクロ流体送達部材６４に流体を送達する。流体は、ウィッキング、拡散、吸込み、吸引、減圧、又は他の機構によって移動し得る。いくつかの実施形態では、流体は、当該技術分野で知られている重力供給型システムによってマイクロ流体送達部材に輸送されてもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体送達システム１０は、流体輸送部材８０とリザーバ５０との間又は流体輸送部材８０とマイクロ流体送達部材６４との間の流路内に配置された流体チャネルを有し得る。チャネルは、リザーバ、輸送部材、又はマイクロ流体送達部材が垂直方向に完全には整合されない構成において有用となり得るが、ここで、細管流体チャネルが、液体の毛管流れを依然として可能にするために使用される。
【００２１】
流体輸送部材８０は、流体組成物をリザーバから引き上げてマイクロ流体送達部材の流体供給部と接触させるように毛管路を形成する、多数の相互連結した開放気泡を含む、金属若しくは織物メッシュ、スポンジ、又は繊維性若しくは多孔性のウィックなど、任意の市販の毛細管又はウィッキング材料であってよい。流体輸送部材に好適な組成物の非限定的な例には、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン（polyethelene）、ナイロン６、ポリプロピレン、ポリエステル繊維、エチルビニルアセテート、ポリエーテルスルホン、ポリビニリデンフルオリド、及びポリエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、流体輸送部材８０は、ポリウレタン発泡体を含まない。多くの従来のインクジェットカートリッジは、時間と共に（例えば、２か月又は３か月後に）香料混合物と不相溶になり得、かつ分解し得る連続気泡ポリウレタン発泡体を使用している。
【００２２】
いくつかの実施形態では、流体輸送部材８０は、香料混合物の香気を封じ込めるのに役立つように高密度ウィック組成物であってもよい。一実施形態では、流体輸送部材は、高密度ポリエチレン又はポリエステル繊維から選択されたプラスチック材料から作製される。本明細書で使用するとき、高密度ウィック組成物には、約２０マイクロメートル〜約２００マイクロメートル、あるいは約３０マイクロメートル〜約１５０マイクロメートル、あるいは約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートル、あるいは約４０マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲の孔半径又は等価な孔半径（例えば、繊維系ウイックの場合）を有する、当該技術分野において既知である任意の従来のウィック材料が挙げられる。
【００２３】
製造材料にかかわらず、ウィッキング材料が使用される場合、流体輸送部材８０は、約１０マイクロメートル〜約５００マイクロメートル、あるいは約５０マイクロメートル〜約１５０マイクロメートル、あるいは約７０マイクロメートルの平均孔径を呈し得る。流体輸送部材のうちの構造組成物によって占められない割合として表現される、ウィックの平均孔容積は、約１５％〜約８５％、あるいは約２５％〜約５０％である。約３８％の平均孔容積を有するウィックを用いると、良好な結果が得られている。
【００２４】
流体輸送部材８０は、リザーバ５０からマイクロ流体送達部材６４に流体を送達することが可能となる任意の形状であってよい。図示の実施形態の流体輸送部材８０は、リザーバ５０よりも相当に小さい、直径などの幅寸法を有するが、流体輸送部材８０の直径はより大きくてもよく、また一実施形態では実質的にリザーバ５０を満たすことを理解されたい。流体輸送部材８０はまた、例えば、約１ｍｍ〜約１００ｍｍ、又は約５ｍｍ〜約７５ｍｍ、又は約１０ｍｍ〜約５０ｍｍなど、様々な長さをなし得る。
【００２５】
図４に最良に示すように、流体輸送部材８０の第２の端部８４は、蓋５４の内部表面から延びる輸送カバー８６によって囲まれている。流体輸送部材８０の第２の端部８４と輸送カバー８６は、チャンバ８８を形成している。チャンバ８８は、リザーバ５０からの空気がチャンバに進入するのを防止するために、輸送カバー８６と流体輸送部材８０との間で実質的にシールされてもよい。
【００２６】
マイクロ流体送達部材
本発明の送達システム１０は、マイクロ流体送達部材６４を用いる。本発明のマイクロ流体送達部材６４は、インクジェット印刷ヘッドシステムの態様を用いてもよい。
【００２７】
一般的な「ドロップオンデマンド」インクジェット印刷方法では、急速圧力インパルスにより微小液滴の形態で、直径が一般に約５〜５０マイクロメートル（約０．００２４インチ）の極小オリフィスを通じて、流体が排出される。急速圧力インパルスは、一般に、高周波で振動する圧電結晶の伸張、又は急速加熱サイクルによるインク内での揮発性組成物（例えば、溶媒、水、噴射剤）の揮発のいずれかにより、印刷ヘッドで生成される。熱インクジェットプリンタは、組成物のうちの一部分を揮発させるために、印刷ヘッド内の加熱要素を用いており、その加熱要素は、流体のうちの第２の部分を推進させてオリフィスノズルに通し、加熱要素のオン／オフサイクルの回数に比例して液滴を形成する。この流体は、必要とされるとき、ノズルから押し出される。従来のインクジェットプリンタは、米国特許第３，４６５，３５０号及び同第３，４６５，３５１号により具体的に記載されている。
【００２８】
本発明のマイクロ流体送達部材６４は、任意の既知のインクジェット印刷ヘッドシステムの態様、又はより具体的には熱インクジェット印刷ヘッドの態様を用いてよい。本発明のマイクロ流体送達部材６４は、電源と電気通信してもよく、また、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）１０６と、流体輸送部材８０と流体連通するマイクロ流体ダイ９２とを有してもよい。
【００２９】
図４及び５Ａ〜５Ｃに示すように、マイクロ流体送達部材６４は、プリント回路基板１０６（「ＰＣＢ」）を有してもよい。基板１０６は、上部及び下部表面６８、７０を有する、硬質で平面的な回路基板である。マイクロ流体送達部材６４は、約２５ｍｍ2、又は約６ｍｍ2未満の平面表面積を備えてもよい。
【００３０】
基板１０６は、第１及び第２の円形開口部１３６、１３８と、卵形開口部１４０とを有する。プロング１４２が蓋５４から開口部１３６、１３８、１４０を通じて延びて、基板１０６が流体経路と適切に整合されるようになっている。卵形開口部１４０は、より幅広のプロングと相互作用し、そのため、基板１０６は１つの配置構成でのみ蓋５４の上に適合し得るようになっている。加えて、卵形開口部により、ＰＣＢ及び蓋の公差が許容される。
【００３１】
基板１０６は、従来の構造をなす。基板１０６は、ガラス繊維−エポキシの複合支持材料と、頂部及び底部表面上の導電性の金属、通常は銅の層とを備えてもよい。導電層は、エッチングプロセスを通じて導電路へと構成される。導電路は、はんだマスク層としばしば呼ばれる光硬化性ポリマー層によって、基板の大部分のエリアにおいて機械的損傷及び他の環境影響から保護される。液体流路及びワイヤボンド取付けパッドなど、選択されたエリアでは、導電性銅経路は、金などの不活性金属によって保護される。他の材料の選択は、ズズ、銀、又は他の低反応性で高導電性の金属であり得る。
【００３２】
依然として図５Ａ〜５Ｃを参照すると、基板１０６は、基板１０６の上部表面６８上にすべての電気的接続、つまり、接点７４、トレース７５、及び接触パッド１１２を有してもよい。例えば、ハウジングに結合する電気接点７４の頂部表面１４４は、ｘ−ｙ平面に対して平行である。基板１０６の上部表面６８もまた、ｘ−ｙ平面に対して平行である。加えて、ダイ９２のノズルプレート１３２の頂部表面もまた、ｘ−ｙ平面に対して平行である。接触パッド１１２もまた、ｘ−ｙ平面に対して平行である頂部表面を有する。これらの形体の各々を平行な平面となるように形成することにより、基板１０６の複雑性が低減され得、製造がより容易となる。加えて、これにより、ノズル１３０は、香り付きのオイルをエアフレッシュナーとして部屋の中に吹き付けるために使用され得るように、流体をハウジング１２から離して鉛直に（真上に又はある角度をなして）排出することが可能になる。この構成は、ノズル１３０及びハウジング１２から上方に離れる方向に、約５ｃｍ〜約１０ｃｍの微細な液滴のプラムを生成し得る。
【００３３】
基板１０６は、第１の端部にある電気接点と、ダイ９２に近接する第２の端部にある接触パッド１１２とを有する。接触パッド１１２から電気接点への電気トレースが基板上に形成され、はんだマスク又は別の誘電体によって被覆されてもよい。ダイ９２から基板１０６への電気的接続は、ワイヤボンディングプロセスによって確立されてもよく、ここで、金又はアルミニウムから構成され得る細いワイヤが、シリコンダイ上の接合パッドに、そして基板上の対応する接合パッドに熱的に付着される。繊細な接続部を機械的損傷及び他の環境影響から保護するために、封止材料、通常はエポキシ化合物がワイヤ接合エリアに施される。
【００３４】
基板１０６の下部表面上では、フィルタ９６が、基板の下部表面において基板の開口部７８をチャンバ８８から分離している。フィルタ９６は、ダイ９２のノズル１３０を詰まらせるのを防ぐために、粒子のうちの少なくとも一部が開口部７８を通過するのを防止するように構成されている。いくつかの実施形態では、フィルタ９６は、ノズル１３０の直径の３分の１より大きい粒子をブロックするように構成されている。いくつかの実施形態では、流体輸送部材８０は好適なフィルタ９６として働くことができ、そのため、別のフィルタは必要とされないことが理解されよう。一実施形態では、フィルタ９６はステンレス鋼のメッシュである。他の実施形態では、フィルタ９６は、不規則に織られたメッシュ、ポリプロピレン又はケイ素に基づくものである。
【００３５】
フィルタ９６は、リザーバ５０内の流体によって容易には分解されない接着材料を用いて、底部表面に付着されてもよい。いくつかの実施形態では、接着剤は、熱的に又は紫外線で活性化されてもよい。フィルタ９６は、チャンバ８８とダイ９２との間に配置される。フィルタ９６は、機械的スペーサ９８によってマイクロ流体送達部材６４の底部表面から分離される。機械的スペーサ９８は、マイクロ流体送達部材６４の底部表面７０と、スルーホール７８に近接するフィルタ９６との間に間隙９９を生じさせる。機械的スペーサ９８は、硬質な支持体であっても、フィルタ９６とマイクロ流体送達部材６４との間の形状に合致する接着剤であってもよい。その点では、フィルタ９６の吐出口は、第２のスルーホール７８の直径よりも大きく、第２のスルーホール７８から偏位しており、そのため、フィルタが機械的スペーサ９８を用いずに直接、マイクロ流体送達部材６４の底部表面７０に取り付けられる場合と比べて、フィルタ９６のより大きな表面積が、流体をフィルタ処理し得るようになっている。機械的スペーサ９８はフィルタ９６を通じた適切な流量を可能にすることを理解されたい。つまり、フィルタ９６が粒子を集積するとき、フィルタは、フィルタを通じて流れる流体を減速させない。一実施形態では、フィルタ９６の吐出口は約４ｍｍ2以上であり、スタンドオフは約７００マイクロメートル厚である。
【００３６】
開口部７８は、図５Ｃに示すように、卵形として形成されてもよいが、他の形状も用途に応じて企図される。卵形は、約１．５ｍｍの第１の直径、及び約７００マイクロメートルの第２の直径の寸法を有し得る。開口部７８は、基板１０６の側壁１０２を露出させる。基板１０６がＦＲ４  ＰＣＢである場合、繊維束が開口部によって露出される。これらの側壁は、流体の影響を受けやすく、したがって、これらの側壁を被覆及び保護するためにライナー１００が含められている。流体が側壁に進入した場合、基板１０６は、変質し始め、本製品の寿命が短縮され得る。
【００３７】
基板１０６は、マイクロ流体ダイ９２を担持する。ダイ９２は、薄膜蒸着、表面不活性化、エッチング、紡糸、スパッタリング、マスキング、エピタキシ成長、ウェハ／ウェハボンディング、微細薄膜積層、硬化、ダイシングなど、半導体微細製作プロセスを用いて作製された流体射出システムを備える。これらのプロセスは、当該技術分野において、ＭＥＭデバイスを作製するものとして知られている。ダイ９２は、ケイ素、ガラス、又はそれらの混合物から作製され得る。ダイ９２は、複数のマイクロ流体チャンバ１２８を備え、各々は、対応する作動要素、つまり、加熱要素又は電気機械式のアクチュエータを備える。このように、ダイの流体射出システムは、微細熱核生成（例えば加熱要素）又は微細機械作動（例えば薄膜圧電性）式となり得る。本発明のマイクロ流体送達部材のためのダイの１つのタイプが、スイス国ジュネーブ（Geneva）のＳＴマイクロエレクトロニクス社（STMicroelectronics S.R.I.）に譲渡された米国特許出願第２０１０／０１５４７９０号に記載されているようなＭＥＭ技法によって得られるノズルの統合膜である。薄膜圧電の場合、圧電材料（例えばチタン酸鉛ジルコニウム）は通常、紡糸及び／又はスパッタリングプロセスによって施される。半導体微細製作プロセスにより、１つの又は数千のＭＥＭＳデバイスを１つのバッチプロセス（１つのバッチプロセスは複数のマスク層から構成される）で作製することが可能となる。
【００３８】
ダイ９２は、開口部７８の上方で基板１０６の上部表面に固定される。ダイ９２は、半導体ダイを基板に固着させるように構成された任意の接着材料によって、基板１０６の上部表面に固定される。接着材料は、フィルタ９６をマイクロ流体送達部材６４に固定するのに使用される接着材料と同じであっても、異なってもよい。
【００３９】
ダイ９２は、ケイ素基材、導電性層、及びポリマー層を備えてもよい。ケイ素基材は、他の層のための支持構造を形成するものであり、ダイの底部から上部層に流体を送達するためのチャネルを含む。導電性層はケイ素基材上に配設されて、高い導電性を持つ電気トレースと低い導電性を持つヒータを形成する。ポリマー層は、通路と、発射チャンバと、ノズル１３０とを形成し、このノズル１３０は、滴形成の幾何学的形状を規定する。
【００４０】
図６Ａ〜６Ｃは、マイクロ流体ダイ９２の更なる細部を含んでいる。マイクロ流体ダイ９２は、基材１０７と、複数の中間層１０９と、ノズルプレート１３２とを有する。複数の中間層１０９は、基材とノズルプレート１３２との間に配置される誘電体層とチャンバ層１４８とを含む。一実施形態では、ノズルプレート１３２は約１２マイクロメートル厚である。
【００４１】
ダイ９２は、中間層１０９のうちの１つから回路基板１０６上の接触パッド１１２へと下方に延びる複数の電気接続リード１１０を有する。少なくとも１つのリードが単一の接触パッドに結合する。ダイ９２の左及び右側の開口部１５０は、リード１１０が結合されている中間層１０９へのアクセスをもたらす。開口部１５０は、ノズルプレート１３２及びチャンバ層１４８を通過して、中間誘電体層上に形成された接触パッド１５２を露出させている。以下で説明する他の実施形態では、ダイ９２の一方の側にのみ配置された１つの開口部１５０が存在し、ダイから延びるリードのすべてが一方の側から延び、他の側は依然としてリードで塞がれないようになっていてもよい。
【００４２】
ノズルプレート１３２は、約４個〜約６４個のノズル１３０、又は約６個〜約４８個のノズル、又は約８個〜約３２個のノズル、又は約８個〜約２４個のノズル、又は約１２個〜約２０個のノズルを有してもよい。図示の実施形態では、ノズルプレート１３２を貫く１８個のノズル１３０があり、中心線の各側に９個のノズルがある。各ノズル１３０は、電気発射パルスごとに、約１〜約１０ピコリットル、又は約２〜約８ピコリットル、又は約４〜約６ピコリットルの流体組成物を送達し得る。ノズル１３０は、約６０μｍ〜約１１０μｍ離して配置されてもよい。一実施形態では、２０個のノズル１３０が３ｍｍ2のエリアに存在する。ノズル１３０は、約５μｍ〜約４０μｍ、又は１０μｍ〜約３０μｍ、又は約２０μｍ〜約３０μｍ、又は約１３μｍ〜約２５μｍの直径を有してもよい。図６Ｂは、チャンバ層１４８が露出されるようにノズルプレート１３２を取り除いた、上から見下ろすダイ９２の等角図である。
【００４３】
一般に、ノズル１３０は、図７Ａ及び７Ｂに示すように、ダイ９２を貫く流体供給チャネルに沿って配置される。ノズル１３０は、上部開口部が下部開口部よりも小さくなるように、先細の側壁を有してもよい。この実施形態では、ヒータは、ある長さの辺を有する正方形である。一例では、上部の直径は約１３μｍ〜約１８μｍであり、下部の直径は約１５μｍ〜約２０μｍである。上部の直径が１３μｍであり、下部の直径が１８μｍであると、これにより、１３２．６７μｍの上部エリアと１７６．６３μｍの下部エリアが設けられる。下部の直径と上部の直径との比は、約１．３対１となる。加えて、ヒータのエリアと上部の開口部のエリアとの比は、５対１超又は１４対１超など、高いものとなる。
【００４４】
各ノズル１３０は、流体経路によってリザーバ５０内の流体と流体連通する。図４並びに図７Ａ及び７Ｂを参照すると、輸送部材を通じて輸送部材の第２の端部８４へ向かい、チャンバ８８を通じ、第１のスルーホール９０を通じ、基板１０６の開口部７８を通じ、ダイ９２の入口９４を通じ、次いでチャネル１２６を通じ、次いでチャンバ１２８を通じ、ダイのノズル１３０から抜け出す、リザーバ５０からの流体経路が、流体輸送部材８０の第１の端部８２を含んでいる。
【００４５】
各ノズルチャンバ１２８に、加熱要素１３４（図６Ｃ及び８Ａを参照）が近接しており、加熱要素１３４は、ダイ９２の接触パッド１５２のうちの１つによって与えられる電気信号に電気的に結合され、またその電気信号によって作動される。図６Ｃを参照すると、各加熱要素１３４は、第１の接点１５４及び第２の接点１５６に結合されている。第１の接点１５４は、導電性トレース１５５によって、ダイ上の接触パッド１５２のうちの対応する１つに結合されている。第２の接点１５６はグランド線１５８に結合されており、グランド線１５８は、ダイの一方の側で第２の接点１５６の各々と共有されている。一実施形態では、ダイの両側で接点によって共有される単一のグランド線のみが存在する。図６Ｃは、形体のすべてが単一の層上にあるかのように示されているが、それらは、誘電体及び導電体材料のいくつかの積み重ねられた層上に形成されてもよい。更に、図示した実施形態は、作動要素として加熱要素１３４を示しているが、ダイ９２は、流体組成物をダイから分配するために、各チャンバ１２８内に圧電アクチュエータを備えてもよい。
【００４６】
使用中、チャンバ１２８の各々の中の流体が加熱要素１３４によって加熱されると、流体は気化して気泡を生成する。気泡を生成する膨張により、流体がノズル１３０から排出され、１つ以上の液滴のプラムを形成することになる。
【００４７】
図７Ａは、切断線７−７による、図６のダイの横断面図である。図７Ｂは、図７Ａの横断面図の拡大図である。基材１０７は、チャネル１２６に結合された入口経路９４を有し、入口経路９４は、個々のチャンバ１２８と流体連通して流体経路の一部を形成している。チャンバ１２８の上方に、複数のノズル１３０を有するノズルプレート１３２がある。各ノズル１３０は、チャンバ１２８のうちの対応する１つの上方にある。ダイ９２は、１つのチャンバ及びノズルを含めて、任意の個数のチャンバ及びノズルを有してよい。図示の実施形態では、ダイは、対応するノズルにそれぞれが関連付けられる、１８個のチャンバを有している。それに代わって、１０個のノズルを有し、５個のノズルのグループに対して２つのチャンバに流体を与え得る。チャンバとノズルとの間に１対１の対応を有する必要はない。
【００４８】
図７Ｂに最良に示すように、チャンバ層１４８は、流体をチャネル１２６からチャンバ１２８の中へと送り込む角度付きの漏斗経路１６０を画定している。チャネル層１４８は、中間層１０９の頂部上に配置されている。チャンバ層は、チャネルと、各ノズル１３０に関連付けられる複数のチャンバ１２８との境界を画定する。一実施形態では、チャンバ層は、金型内で別に形成され、次いで基材に付着される。他の実施形態では、チャンバ層は、基材の頂部上に層を蒸着、マスキング、及びエッチングすることによって形成される。
【００４９】
中間層１０９は、第１の誘電体層１６２と第２の誘電体層１６４とを含む。第１及び第２の誘電体層は、ノズルプレートと基材との間にある。第１の誘電体層１６２は、基材上に形成された複数の第１及び第２の接点１５４、１５６を被覆し、各チャンバと関連付けられるヒータ１３４を被覆する。第２の誘電体層１６４は、導電性トレース１５５を被覆する。
【００５０】
図８Ａは、図６Ａの線８Ａ−８Ａの切断線に沿った、ダイ９２の横断面図である。第１及び第２の接点１５４、１５６は、基材１０７上に形成されている。ヒータ１３４は、それぞれのヒータ組立体の第１及び第２の接点１５４、１５６と重なり合うように形成されている。接点１５４、１５６は、第１の金属層又は他の導電性材料から形成され得る。ヒータ１３４は、第２の金属層又は他の導電性材料から形成され得る。ヒータ１３４は、第１の接点１５４と第２の接点１５６を横方向に接続する薄膜抵抗器である。他の実施形態では、直接、接点の頂部表面上に形成される代わりに、ヒータ１３４は、ビアを通じて接点１５４、１５６に結合されてもよく、あるいは接点の下方に形成されてもよい。
【００５１】
一実施形態では、ヒータ１３４は、２０ナノメートル厚のタンタルアルミニウム層である。別の実施形態では、ヒータ１３４は、各々が異なる百分率のクロムとケイ素を有し、かつ各々が１０ナノメートル厚であるクロムケイ素フィルムを含んでもよい。ヒータ１３４用の他の材料には、タンタル窒化ケイ素及びタングステン窒化ケイ素が挙げられ得る。ヒータ１３４はまた、３０ナノメートルの窒化ケイ素のキャップを含んでもよい。代替的な実施形態では、ヒータ１３４は、複数の薄膜層を連続して堆積させることによって形成されてもよい。薄膜層の積み重ね体は、個々の層の基本的特性を組み合わせる。
【００５２】
ヒータ１３４の面積とノズル１３０の面積との比は、７対１よりも大きくてもよい。一実施形態では、ヒータ１３４は、各辺が長さ１４７を有する正方形である。長さは、４７マイクロメートルであっても、５１マイクロメートルであっても、７１マイクロメートルであってもよい。これは、それぞれ２２０９、２６０１、又は５０４１平方マイクロメートルの面積を有することになる。ノズル直径が２０マイクロメートルである場合、第２の端部における面積は３１４平方マイクロメートルとなり、それぞれおよそ７対１、８対１、又は１６対１の比が与えられる。
【００５３】
図８Ｂは、図６Ａの線８Ｂ−８Ｂの切断線に沿った、ダイの横断面図である。第１の接点１５４の長さが、入口９４の近くで分かる。ビア１５１が、第１の接点１５４を、第１の誘電体層１６２上に形成されたトレース１５５に結合している。第２の誘電体層１６４はトレース１５５の上にある。ビア１４９が第２の誘電体層１６４を貫いて形成されており、トレース１５５を接触パッド１５２に結合している。グランド線１５８の一部分が、ビア１４９と縁部１６３との間で、ダイの縁部１６３に向かって視認可能である。
【００５４】
この横断面図で分かるように、ダイ９２は、比較的単純であり、複雑な集積回路を有していない。このダイ９２は、外部のマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサによって制御及び駆動される。外部のマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサは、ハウジング内に設けられてもよい。これにより、基板６４とダイ９２は単純化され、費用効果的となる。
【００５５】
このダイ９２は、複雑な能動回路を持たない熱ヒートダイである。この実施形態では、基材上に形成される２つの金属又は導電性レベルが存在する。これらの導電性レベルは、接点１５４とトレース１５５とを有する。いくつかの実施形態では、これらの形体のすべてが、単一の金属レベル上に形成され得る。これにより、ダイは製造することが簡単となり、またヒータとチャンバとの間の誘電体層の数が最小限となる。
【００５６】
ここで図９を参照すると、マイクロ流体カートリッジ２６の一部分の拡大図が示されており、この拡大図は、一実施形態による、流体輸送部材８０の第２の端部８４とダイ９２との間にフィルタ９６を用いた流路を示している。マイクロ流体送達部材８０の第２のスルーホール７８は、基板１０６の露出した側壁１０２を被覆するライナー１００を有してもよい。ライナー１００は、基板の繊維が分離することを防止することなど、流体の存在を原因とする分解から基板１０６を保護するように構成された任意の材料であってよい。この点で、ライナー１００は、基板１０６からの粒子が流体経路に進入し、ノズル１３０を閉塞することを防ぎ得る。例えば、第２のスルーホール７８は、基板１０６の材料と比べて、リザーバ内の流体に対して反応性がより低い材料で裏張りされてもよい。この点で、基板１０６は、流体が基板１０６を通過するときに保護され得る。一実施形態では、スルーホールは、金などの金属材料でコーティングされる。
【００５７】
リザーバ５０内の流体が枯渇すると、マイクロ流体カートリッジ２６は、ハウジング１０から取り外され、別のマイクロ流体カートリッジ２６と交換されてもよい。
【００５８】
オペレーティングシステム
マイクロ流体送達システム１０は、最小限の付着と最小限の詰まり（例えば、ウィックの詰まり）で広い住空間において室内に良好に充満させるなど、消費者の利益をもたらすように、流体組成物の強度レベル及び送達割合を（ミリグラム毎時の単位で）正確に設定するために、プログラム可能な電子デバイス回路を有している。動作中、マイクロ流体送達システム１０は、微小液滴の噴霧を送達し得るが、ここで、排出される液滴の大多数は、ノズル１３０から少なくとも約４ｃｍ〜約１２ｃｍ、又は約８ｃｍ〜約１２ｃｍ、上に発射されて、付着を最小限にしながら流体組成物が空間に顕著に送達される。
【００５９】
送達システム１０は、ユーザが個人的な好み、有効性、又は部屋の大きさに合わせて流体組成物の送達の強度及び／又はタイミングを調整できるようにしてもよい。例えば、送達システム１０は、ユーザが選択する１０段階の強度レベルと、６、１２、又は２４時間毎に流体組成物を送達するユーザ選択オプションとを提供してもよい。
【００６０】
マイクロ流体送達システム１０は、（１）通常動作及び（２）再充填限定の２つのモードのいずれかで稼働され得る。通常動作モードでは、システムは、液滴の排出が体積及び形状において一貫するように、チャンバ１２８が静的な一定体積（sill volume）に実質的に等しい程度まで再充填することが可能となる周波数で稼働している。対照的に、再充填限定モードは、流体がチャンバ１２８を実質的に再充填するのに必要な時間よりも速い割合で駆動回路が発射する動作状態である。再充填限定モードで動作することにより、システム１０は、ハウジング１２、マイクロ流体送達部材６４又は周囲の表面上への付着をより少なくし得る、より小さなサイズ、より高い速度、及び不規則な形状分布を有するように排出された液滴を押し出し得る。これらの液滴は通常、より高いバースト周波数におけるノズル直径よりも小さい。印刷用途では、この不規則な形状及びサイズは、高い印刷解像度には問題となり得るが、液体を空気中に霧化する場合には利点となり得る。再充填限定モードで動作することにより、より小さな液滴が排出される一方で、詰まりをより受けやすくなり得る小さなノズル径を構成するための複雑な微細製作プロセスが回避される。小さな液滴分布は、通常の動作モード下で発生される液滴分布と比較してより迅速に蒸発し、場合によっては表面付着を最小限にし、拡散動力学によって空間内でより遠くに到達するという利点を有し得る。
【００６１】
駆動回路は、外部の電源から約４〜約２４ボルト、又は約４〜約１６ボルトで給電される。加熱要素１３４はマイクロプロセッサに電気的に接続されており、マイクロプロセッサは、デバイス又はカートリッジの一部であってもよく、また、加熱要素の点火時間、点火順序、及び頻度など、加熱要素１３４の動作を制御するようにプログラムされたソフトウェアを備える。加熱要素１３４がソフトウェアの指示下で作動されるとき、流体組成物はノズル１３０から排出される。
【００６２】
図１０を参照するが、マイクロプロセッサは、ある点火時間（ｔFIREで示す）を有する点火パルスを加熱要素１３４に供給する。図１０に示すようないくつかの実施形態では、複数の個々の加熱要素が、バーストと呼ばれるシーケンスにおいて、挿入遅延時間（ｔDELAYで示す）を伴って順々に（１、２、３、４、など）点火される。バーストは、点火期間（ｔONで示す）の間に、約１００〜約８０００ヘルツ、又は約１００〜６０００ヘルツ、又は約１０００〜約６０００ヘルツ、又は約１０００〜約５０００ヘルツ、又は約２０００〜約５０００ヘルツ、又は約１０００〜約２５００ヘルツのバースト周波数（ｆBURSTで示す）で生じる。加熱要素１３４が順々に点火されるように構成される実施形態では、バースト周波数（ｆBURST）は、個々のノズルの発射周波数に等しい。
【００６３】
この発射周波数は、液滴のサイズに影響を及ぼすだけでなく、付着を避けるために重要となる、液滴が上方に排出される距離にも影響を及ぼすことが判明している。より高いレート（例えば、５０００ヘルツ）では、液滴は５０００回／秒で発射されるが、これによって、より大きな運動量が後続の液滴にもたらされ、したがって、液滴は更に遠くへ排出されることになり、このことは周囲の表面上への付着を低減するのに役立ち得る。加えて、５０００ヘルツでは、上記で再充填限定モードとして定められているチャンバを完全に充填するのには時間が不十分であるがために、液滴は所与のチャンバサイズに対してより小さくなる。
【００６４】
点火期間（ｔON）は、約０．２５秒〜約１０秒、又は約０．５秒〜約２秒、又は約０．２５秒〜約１秒の持続時間を有し得る。点火パルスが加熱要素１３４に供給されない非点火期間（ｔOFFで示す）は、約９秒〜約２００秒の持続時間を有し得る。連続反復モードにあるとき、ｔON及びｔOFFは、所望のｍｇ／時の割合で流体を送達するために、延長された期間にわたって連続的に反復される。例えば、５０００ヘルツのバースト周波数及び０．５秒の点火期間（ｔON）では、各ノズルはそのシーケンスの間、２５００回、発射する。ｔOFFが１０秒である場合、シーケンスは、１０．５秒ごとに、つまり約６回／分、反復され、各ノズルの総発射回数は、２５００に約６回／分を乗算したもの、つまり約１５，０００発射／分となる。この送達割合は、表１によれば、２０個のノズルで発射して、約９０ｍｇ／時の流体組成物を空気中に送達することになる。
【００６５】
５０００ヘルツにおける連続反復モードの別の例では、５ｍｇ／時の流体組成物を送達するために、加熱要素１３４は、０．３％のデューティサイクル（例えば、０．５秒の点火と１６０秒の非点火）を有する点火期間（ｔON）と非点火期間（ｔOFF）を有してもよい。５７ｍｇ／時を送達するために、加熱要素は、２．４％のデューティサイクル（例えば、０．５秒の点火と２０秒の非点火）を有する点火期間と非点火期間を有してもよい。電気機械アクチュエータを作動要素とする場合、所定の加熱要素は圧電要素となり得る。表１及び図１０は、１〜２マイクロ秒のパルスの、加熱要素１３４に対する点火パターンが、以下のレートで反復されて、レベル１〜レベル１０（又は５〜９０ｍｇ／時）の強度レベルが達成されることを示している。
【００６６】
【表１】
2020078565.tif 000003
【００６７】
ブーストモードでは、加熱要素１３４は、約０．５秒の点火期間（ｔON）と約０．５秒の非点火期間（ｔOFF）を有し得、約２０秒間にわたって２０回、反復して、約５ｍｇの流体組成物を空気中に送達した。１回のブーストに対するこの反復回数は、所望によりソフトウェアで調節され得る。
【００６８】
チャンバ１２８の寸法（例えば、入口の幅、入口の厚さ、入口流路の表面張力、並びに液体特性（表面張力及び粘度））はすべて、通常動作モード又は再充填限定モードのいずれに対しても何が所望の周波数となるかに影響を及ぼし得る。最近の例では、２０００ヘルツ未満の点火周波数は、通常動作モードを生じる傾向があり、電気信号が４０００ヘルツ以上の周波数で点火するときは、システムは再充填限定モードとなりがちであり、ノズル直径と比べて相当に小さい液滴と、より微細な断片を伴うことを、本発明者らは見出している。再充填限定モードは、特定の解像度でインクを紙の上に印刷することに対して問題となり得るが、液体を空気中へと揮発させるように、又は組成物を表面の上へと付着させるように設計されたシステムには利点となり得る。
【００６９】
加熱要素１３４の動作の一部として、チャンバ内の液体を予熱することのみを目的に、常にｔFIRE未満である予熱期間（ｔHEATで示す）を持つ１つ又は複数の予熱パルスを供給することが可能である。予熱のレベル及び割合は、供給されるパルスの数及び持続時間によって制御される。流体の予熱は、系の粘度を低下させ、したがって実現性の高い流体の発射を生み出すために重要となり得る。より低い粘度により、流出速度もまたより大きくなり、これによって液滴の到達距離が改善する。
【００７０】
動作条件の一部として、デバイスの理想的な状態下で、ノズルの衛生を時間を経ても維持することのみを目的として、「吐き出しの湿りを保つ（keep wet spitting）」（「ＫＷＳ」）動作が導入され得る。ＫＷＳは、干上がる現象と浪費される送達流体とを釣り合わせるための、非常に低い周波数における発射動作である。香料の場合、０．１〜０．０００１ヘルツのＫＷＳによって十分にノズルが衛生的に保たれる。干上がりは、噴射性能（例えば、粘度、低ＢＰ構成など）に影響を及ぼす、流体組成物の経時的な変化を意味する。
【００７１】
複数のリザーバ送達システムにおいて、マイクロプロセッサ及びタイマは、異なる時間に、かつ選択された期間にわたって個別のリザーバから流体組成物を放出するように取り付けることができ、これは、米国特許第７，２２３，３６１号に記載されているように、交互放出パターンで揮発性組成物を放出することを含む。加えて、送達システムはプログラム可能であるので、ユーザは、放出ための一定の組成物を選択することができる。香りの香料が同時に放出される場合、カスタマイズされた香りが空気中に送達され得る。また、マルチチャンバシステムでは、駆動回路（電圧、ｔFIRE、ｔHEATなど）が同じデバイスにおいても異なり得ることが理解されよう。
【００７２】
各チャンバ１２８用の加熱要素１３４が図１０では順々に示されているが、加熱要素は同時に作動されても、所定のパターン／順序（例えば、行１：ノズル１、５、１０、１４、１８；など）で作動されてもよい。いくつかの実施形態では、加熱要素は、段階的な方式でパルスを供給されるが、それはこれによって、隣接する液滴の合体が回避され得るためであり、また電池をより迅速に枯渇させ得る高電力の引き込みも回避されるからである。理想的には、加熱要素１３４は、順々に、また好ましくは、隣接する２つのノズルが流体を順番に排出しないようにノズルをスキップする順序でパルスを供給される。いくつかの実施形態では、加熱要素１３４の２０％は同時に点火され、次いで次の２０％が加熱されるなどである。そのような実施形態では、隣接する２つのノズルが流体を同時に排出しないことが好まれるが、必要ではない。
【００７３】
ノズル１３０は、他のノズルとグループ化されてあるグループを形成してもよく、そこでは各グループは、少なくとも既定の最小数のノズルによって互いに分離され得る。また、グループ内のノズル１３０の各々は、その後に有効化されたグループ内のノズルから、少なくとも既定の最小数のノズル分だけ離間される。
【００７４】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体送達システム１０の動作システムは、毎時、約５ｍｇ〜約９０ｍｇ、又は約５ｍｇ〜約４０ｍｇの流体組成物を空気中に送達する。流体組成物の送達割合は、次式に従って算出され得る。
平均液滴質量*ノズル数*周波数*ｔONの累積秒数／時（秒／時）＝５〜９０ｍｇ／時
【００７５】
例えば、ｔONが０．５秒であり、ｔOFFが５９．５秒である場合、累積ｔON時間は３０秒／時となる。更に、平均液滴質量が０．０００００４ｍｇであり、２０個のノズルが５０００ヘルツの周波数で使用されている場合、３０秒の累積ｔONで、ｍｇ／時＝１２ｍｇ／時となる。
【００７６】
任意の機能
ファン
本発明の別の態様では、送達システムは、室内への充満を補助するために、及び表面を損傷し得る大きな液滴の付着が周囲表面に付かないようにするために、ファンを備えてもよい。ファンは、１〜１０００立方センチメートル／分、あるいは１０〜１００立方センチメートル／分の空気を供給する空気清浄システム用に当該技術分野で使用される、５Ｖ  ２５×２５×５ｍｍのＤＣ軸流ファン（ＥＢＭＰＡＰＳＴ社のＳｅｒｉｅｓ  ２５０、Ｔｙｐｅ２５５Ｎ）などの任意の既知のファンであってもよい。
【００７７】
センサ
いくつかの実施形態では、送達システムは、空気中の光、騒音、動き、及び／又は臭気レベルなどの環境的刺激に応答する市販のセンサを含み得る。例えば、送達システムは、光を検知したときに電源が入り、及び／又は光を検知しないときに電源が切れるようにプログラムされ得る。別の例では、送達システムは、センサがセンサの近くに移動する人を感知したときに電源を入れることができる。センサはまた、空気中の臭気レベルを監視するために使用され得る。臭気センサを使用して、必要なときに、送達システムの電源を入れる、熱若しくはファンの速度を増加させる、及び／又は送達システムからの流体組成物の送達を増大させることができる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、隣接又は遠隔デバイスからの香料の強度を測定し、動作条件を変更して他の香料デバイスと相乗的に働くようにするために、ＶＯＣセンサが使用され得る。例えば、遠隔センサは、排出デバイスからの距離並びに香料強度を検知し、次いで、室内充填を最大限にするためにデバイスをどこに配置すべきかに関するフィードバックをデバイスに供給し、かつ／又は、室内における「所望の」強度をユーザに提供し得る。
【００７９】
いくつかの実施形態では、デバイスは、他の香料デバイスと相乗的に働くために互いに通信し、動作を調整し得る。
【００８０】
センサはまた、枯渇する前にカートリッジの寿命末期を指示するように、リザーバ内の流体レベルを測定するか又は加熱要素の点火回数をカウントするために使用され得る。このような場合、ＬＥＤ光が点灯し、リザーバの充填又は新しいリザーバとの交換が必要なことを知らせてもよい。
【００８１】
センサは、送達システムのハウジングと一体であってもよく、又はリモートコンピュータ若しくは携帯スマートデバイス／電話などの遠隔位置にあってもよい（すなわち送達システムのハウジングとは物理的に離れていてもよい）。センサは、低エネルギーのｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、６  ＬｏＷ  ＰＡＮ無線（6 low pan radios）、又は任意の他のデバイス及び／若しくはコントローラ（例えば、スマートホン若しくはコンピュータ）との無線通信手段により、送達システムと遠隔通信してもよい。
【００８２】
別の実施形態では、ユーザは、低エネルギーのｂｌｕｅ  ｔｏｏｔｈ又は他の手段を介して遠隔で、デバイスの動作条件を変更し得る。
【００８３】
スマートチップ
本発明の別の態様では、カートリッジは、最適な動作条件をデバイスに送信するためにメモリを有する。本発明者らは、動作最適条件は場合によっては液体に依存すると予想している。
【００８４】
送達システムは、コンパクトで、容易に携帯できるように構成され得る。そのような場合、送達システムは、電池で動作し得る。送達システムは、９ボルト電池、「Ａ」、「ＡＡ」、「ＡＡＡ」、「Ｃ」、及び「Ｄ」電池などの従来の乾電池、ボタン電池、時計用バッテリ、太陽電池、並びに再充電基部を伴う再充電可能バッテリのような電気供給源を用いて使用することが可能であり得る。
【００８５】
流体組成物
マイクロ流体送達システム内で十分に動作するように、流体組成物の多くの特性が考慮される。いくつかの要素には、マイクロ流体送達部材から排出するのに最適である粘度で流体を配合すること、マイクロ流体送達部材を詰まらせる遊離固形分の量を限定して、又はそのような遊離固形分を伴わずに流体を配合すること、乾燥せずかつマイクロ流体送達を詰まらせないように十分に安定となるように流体を配合することなどが含まれる。マイクロ流体送達システムにおいて満足に動作することは、しかしながら、５０重量％超の香料混合物を有する流体組成物がマイクロ流体送達部材から適切に霧化するために、また空気を清浄化する又は悪臭を低減する組成物として効果的に送達されるために必要な要件の一部に対処するにすぎない。
【００８６】
本発明の流体組成物は、２０センチポアズ（「ｃｐｓ」）未満、あるいは１８ｃｐｓ未満、あるいは１６ｃｐｓ未満、あるいは約５ｃｐｓ〜約１６ｃｐｓ、あるいは約８ｃｐｓ〜約１５ｃｐｓの粘度を呈し得る。また、揮発性組成物は、約３５未満、あるいは約２０〜約３０ダイン／ｃｍの表面張力を有し得る。粘度は、高感度ダブルギャップ構造と共に、Ｂｏｈｌｉｎ社製ＣＶＯのレオメーターシステムを使用して決定されるとき、ｃｐｓで表される。
【００８７】
いくつかの実施形態では、流体組成物は、粒子状物質が液体マトリックス内に分散された混合物中に存在する浮遊物質又は固体粒子を含まない。浮遊物質を含まないことは、一部の香料材料の特性である溶解物質と区別することができる。
【００８８】
いくつかの実施形態では、本発明の流体組成物は揮発性材料を含んでもよい。例示的な揮発性材料には、香料材料、揮発性色素、殺虫剤として機能する材料、調湿、改良、ないしは別の方法で環境を変えるように（例えば、睡眠、起床、呼吸器の衛生などの状態を補助するように）機能する精油若しくは材料、脱臭剤若しくは悪臭制御組成物（例えば、反応性アルデヒドなどの臭気中和材料（米国特許出願公開第２００５／０１２４５１２号に開示されているようなもの）、臭気遮断材料、臭気マスキング材料、又はイオノンなどの感覚改善材料（同様に同第２００５／０１２４５１２号に開示されている））が挙げられる。
【００８９】
揮発性材料は、流体組成物の約５０重量％超、あるいは約６０重量％超、あるいは約７０重量％超、あるいは約７５重量％超、あるいは約８０重量％超、あるいは約５０重量％〜約１００重量％、あるいは約６０重量％〜約１００重量％、あるいは約７０重量％〜約１００重量％、あるいは約８０重量％〜約１００重量％、あるいは約９０重量％〜約１００重量％の量で存在し得る。
【００９０】
流体組成物は、材料の沸点（「Ｂ．Ｐ．」）で選択された１種類以上の揮発性材料を含んでもよい。本明細書において言及するＢ．Ｐ．は、１０１ｋＰａ（７６０ｍｍＨｇ）の通常の標準気圧の下で測定される。標準１０１ｋＰａ（７６０ｍｍＨｇ）における多くの香料成分のＢ．Ｐ．は、Ｓｔｅｆｆｅｎ  Ａｒｃｔａｎｄｅｒにより書かれ、１９６９年に出版された「Ｐｅｒｆｕｍｅ  ａｎｄ  Ｆｌａｖｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ａｒｏｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）」に見出すことができる。
【００９１】
本発明では、流体組成物は、２５０℃未満、あるいは２２５℃未満、あるいは２００℃未満、あるいは約１５０℃未満、あるいは約１２０℃未満、あるいは約１００℃未満、あるいは約５０℃〜約２００℃、あるいは約１１０℃〜約１４０℃の平均Ｂ．Ｐ．を有し得る。いくつかの実施形態では、一定量の低Ｂ．Ｐ．成分（＜２００℃）が、より高いＢ．Ｐ．配合物を排出するのを助けるために使用され得る。一例では、その全体の平均が依然として２５０℃超であるにもかかわらず、配合の成分のうちの１０〜５０％が２００℃未満のＢ．Ｐ．を有する場合、良好な性能で排出するために、２５０超のＢＰを有する配合が作られ得る。
【００９２】
いくつかの実施形態では、流体組成物は、揮発性香料材料を含んでも、揮発性香料材料から本質的になっても、あるいは揮発性香料材料からなってもよい。
【００９３】
表２及び３は、本発明に好適な香料材料に関する技術データをまとめたものである。一実施形態では、組成物の約１０重量％は、沸点を２５０℃未満のレベルに低下させるために希釈剤として使用され得るエタノールである。７０℃未満の引火点は、易燃性のためにいくつかの国で特別な出荷及び取扱いが要求されるので、香料配合物を選定する上で引火点が考慮され得る。したがって、より高い引火点へと配合することに利点が存在し得る。
【００９４】
表２は、本発明の流体組成物に好適ないくつかの非限定的かつ例示的な個々の香料材料を列挙する。
【００９５】
【表２】
2020078565.tif 000004
【００９６】
表３は、２００℃未満の総Ｂ．Ｐ．を有する例示的な香料混合物を示す。
【００９７】
【表３】
2020078565.tif 000005
【００９８】
本発明の流体組成物を処方する場合、溶媒、希釈剤、増量剤、固定剤、増粘剤などを含んでもよい。これらの材料の非限定的な例は、エチルアルコール、カルビトール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチルフタレート、トリエチルシトレート、イソプロピルミリステート、エチルセルロース、及びベンジルベンゾエートである。
【００９９】
いくつかの実施形態では、流体組成物は、機能性香料構成成分（「ＦＰＣ」）を含み得る。ＦＰＣは、従来の有機溶媒又は揮発性有機化合物（「ＶＯＣ」）に類似する蒸発特性を有する香料原料の種類である。本明細書で使用するとき、「ＶＯＣ」とは、２０℃での測定において０．０３ｋＰａ（０．２ｍｍＨｇ）超の蒸気圧を有し、かつ香料の蒸発に役立つ、揮発性有機化合物を意味する。例示的なＶＯＣとしては、以下の有機溶媒、すなわち、ジプロピレングリコールメチルエーテル（「ＤＰＭ」）、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール（「ＭＭＢ」）、揮発性シリコーン油、及びジプロピレングリコールのメチル、エチル、プロピル、ブチルエステル、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、又は商標名がＤｏｗａｎｏｌ（商標）のグリコールエーテルの任意のＶＯＣが挙げられる。ＶＯＣは、通常、香料の蒸発を補助するために流体組成物中で２０％超の濃度で使用される。
【０１００】
本発明のＦＰＣは、香料材料の蒸発に役立ち、快楽的芳香利益を提供し得る。ＦＰＣは、組成物全体としての香料の性質に負の影響を与えずに比較的高濃度で用いることができる。したがって、いくつかの実施形態では、本発明の流体組成物は、ＶＯＣを実質的に含まなくてもよく、これは、流体組成物が、組成物の１８重量％以下、あるいは６重量％以下、あるいは５重量％以下、あるいは１重量％以下、あるいは０．５重量％以下のＶＯＣを有することを意味する。いくつかの実施形態では、揮発性組成物は、ＶＯＣを含まなくてもよい。
【０１０１】
ＦＰＣとして好適である香料材料が米国特許第８，３３８，３４６号に開示されている。
【０１０２】
本明細書全体を通じて、単数で言及される構成成分は、単数又は複数両方の当該構成成分について言及されると理解されるべきである。
【０１０３】
本明細書に記述されるすべての百分率は、特に指定のない限り、重量による。
【０１０４】
本明細書全体を通じて記載されるあらゆる数値範囲は、より狭い数値範囲がすべて本明細書に明確に記載されているかのように、このようなより広い数値範囲内のすべてのこのようなより狭い数値範囲を含む。例えば、述べられた「１〜１０」の範囲は、（包含的に）最小値の１と最大値の１０との間の任意の部分範囲及びすべての部分範囲、つまり、最小値の１又はそれ以上で始まり、最大値の１０又はそれ以下で終わるすべての部分範囲、例えば、１〜６．１、３．５〜７．８、５．５〜１０などを含むと見なされるべきである。
【０１０５】
更に、本明細書に開示されている寸法及び値は、列挙した正確な数値に厳しく制限されるものとして理解すべきではない。むしろ、特に断らない限り、そのような各寸法は、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することを意図する。
【０１０６】
本明細書で引用されているあらゆる文献は、あらゆる相互参照特許又は関連特許を含め、明示的に除外されたり、別段に限定されたりしている場合を除き、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いかなる文献の引用も、本明細書中で開示又は特許請求される任意の発明に対する先行技術であるとはみなされず、あるいはそれを単独で又は他の任意の参考文献（単数又は複数）と組み合わせたときに、そのような発明すべてを教示、示唆、又は開示するとはみなされない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と矛盾する場合には、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。
【０１０７】
本発明の特定の実施形態が記載されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲において網羅することを意図している。
【図１】
2020078565.tif 000006
【図２Ａ】
2020078565.tif 000007
【図２Ｂ】
2020078565.tif 000008
【図３】
2020078565.tif 000009
【図４】
2020078565.tif 000010
【図５Ａ】
2020078565.tif 000011
【図５Ｂ】
2020078565.tif 000012
【図５Ｃ】
2020078565.tif 000013
【図６Ａ】
2020078565.tif 000014
【図６Ｂ】
2020078565.tif 000015
【図６Ｃ】
2020078565.tif 000016
【図７Ａ】
2020078565.tif 000017
【図７Ｂ】
2020078565.tif 000018
【図８Ａ】
2020078565.tif 000019
【図８Ｂ】
2020078565.tif 000020
【図９】
2020078565.tif 000021
【図１０】
2020078565.tif 000022
【外国語明細書】
2020078565000001.pdf