(57)【要約】液体サプライヤ（２０、３０、４０）の出口（６０）の近くに電場を生成し、出口から出る液体をディスペンスのためにエーロゾル化し、かつ電圧のような電気的特性を調節することによって、検出された電気的特性、例えば電場の引き出された電流に基づき、および／または環境センサに基づき電場を生成し、例えば、エーロゾル化プロセスにおける相対湿度による不利な影響に対して補償する、エーロゾル化された液体をディスペンスする方法およびデバイス。そのような方法およびデバイスは、例えば、治療用液体を患者の肺にディスペンスする吸入器としての使用に、塗料、作物または他の液体を表面積に噴霧するために適切である。
2009501618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エーロゾル化された液体をディスペンスするデバイス（１）であって、該デバイス（１）は、
液体出口（６０）を有する液体サプライヤ（２０、３０、４０）と、
電場を生成し、該液体出口から流れ出る液体を、ディスペンスするためにエーロゾル化させるための電場ジェネレータ（３０、８０、８２）と、
該電場ジェネレータに電気的に結合された電源（７０）であって、該電源は、該デバイスの検出された動作条件に基づいてその出力の電気的特性を調節する、電源（７０）と
を備えている、デバイス（１）。
【請求項２】
前記電源出力調節は、前記デバイスが動作中にある範囲の様々な環境条件のもとにあるとき、特定の特性を有するエーロゾル化された液体を生じさせるためになされる、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項３】
前記検出された動作条件は、少なくとも１つの環境センサ（２７０）から受信された信号に対応する、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項４】
前記検出された動作条件は、前記電場を生成する際の検出された電気的特性に対応する、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項５】
前記電場生成の前記検出された電気的特性は、前記電場ジェネレータによって引き出される電流に対応する、請求項４に記載のディスペンスデバイス。
【請求項６】
前記電源（７０）は、前記引き出された電流に基づいて、少なくとも２つのモードで動作するように適合され、第１のモードによって前記調節された電気的特性は、前記電場ジェネレータに提供される実質的に一定の電圧であり、第２のモードによって該調節された電気的特性は該電場ジェネレータに提供される実質的に一定の電力である、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項７】
前記電源（７０）は、前記引き出された電流が第１の範囲内にあるとき、前記第１のモードで動作し、該引き出された電流が第２の範囲内にあるとき、前記第２のモードで動作するようにさらに適合される、請求項６に記載のディスペンスデバイス。
【請求項８】
前記電源（７０）は、前記引き出された電流が第３の範囲にあるとき、第３のモードで動作するようにさらに適合されている、請求項７に記載のディスペンスデバイス。
【請求項９】
前記第３のモードは、非線形電圧電流関数を提供する、請求項８に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１０】
前記調節された電気的特性は、前記電場ジェネレータ（３０、８０、８２）に提供される電圧である、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１１】
前記電場ジェネレータ（３０、８０、８２）は、
前記液体出口（６０）に結合された導電性のノズル（３０）と、
該導電性のノズルの近くに、かつ関連して配置されることにより、前記電場を生成する電極（８０または８２）と
を備えている、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１２】
前記デバイス（１０）は、吸入器である、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１３】
前記液体は薬剤を含む、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１４】
前記電場ジェネレータは、前記液体出口に結合されたノズル内に配置された少なくとも２つの電極を備えている、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１５】
前記デバイスは、そのようなエーロゾル化された液体を意図された表面積にディスペンスするように適合された、請求項１に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１６】
前記液体は殺虫剤または殺生物剤を含む、請求項１５に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１７】
前記液体は栄養素を含む、請求項１５に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１８】
前記液体は塗料を含む、請求項１５に記載のディスペンスデバイス。
【請求項１９】
エーロゾル化された液体をディスペンスする方法であって、
液体サプライヤ（２０、３０、４０）の出口（６０）近くに電場を生成し、該液体出口（６０）から流れ出る液体を、ディスペンスするためにエーロゾル化させるステップと、
動作条件を検出するステップと、
該検出された動作条件に基づいて、該電場生成のために使用される電源（７０）出力の電気的特性を調節するステップと
を包含する、方法。
【請求項２０】
前記方法が、ある範囲の環境条件の下で実行されるとき、前記調節される電源の電気的特性は、前記ディスペンスされる液体の所望の物理的特性を維持するための電圧である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記検出するステップは、少なくとも１つの環境センサ（２７０）から信号を受信するステップをさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記検出するステップは、前記電場生成の電気的特性を検出するステップをさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記生成された電場の前記検出された電気的特性は、前記電場生成によって引き出される電流に対応する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記調節ステップは、前記検出された引き出された電流に基づいて、第１のモードまたは第２のモードで前記電源の電気的特性として電圧を調節するステップをさらに包含する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のモードは、前記電場の生成のための実質的に一定の電圧を提供し、前記第２のモードは、該電場の生成のための実質的に一定の電力を提供する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記電圧調節ステップは、前記引き出された電流が第１の範囲内にあるとき、前記第１のモードで、前記引き出された電流が第２の範囲内にあるとき、前記第２のモードでさらに動作する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記電圧調節ステップは、前記検出された引き出された電流が第３の範囲にあるとき、第３のモードでさらに動作する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第３のモードは、非線形電圧電流関数に対応する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記電場生成ステップは、
導電性ノズル（３０）を前記液体出口に結合するステップと、
電極（８０または８２）を、前記導電性ノズルの近くに、かつ関連して配置することにより、前記電場を作成するステップと
をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記電場生成ステップが、前記液体出口（６０）と結合されたノズル（３０）と共に電極（８０、８２）を配置するステップをさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記エーロゾル化された液体を、患者による吸入に対して適切な方法でディスペンスするステップをさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記液体は薬剤を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記エーロゾル化された液体を、意図された表面積に適用されるような方法でディスペンスするステップをさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
前記液体は殺生物剤または殺虫剤を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記液体は栄養素を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記液体は塗料を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
エーロゾル化された液体をディスペンスする方法であって、
液体サプライヤ（２０、３０、４０）の出口（６０）近くに電場を生成し、該液体出口から流れ出る液体を、ディスペンスするためにエーロゾル化させるステップと、
該電場生成のために使用される電源（７０）の出力の電圧を調節するステップであって、該電圧調節は、伝達関数および該電場生成によって引き出される電流に基づいている、ステップと
を包含する、方法。
【請求項３８】
前記伝達関数は実験的に決定される、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、液体を噴霧するデバイスおよび方法に関し、特に、噴霧するために液体を静電的にエーロゾル化するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
特定の静電気的な技術によって細かい噴霧を形成するデバイスおよび方法が、公知である。例えば、Ｃｏｆｆｅｅへの特許文献１は、本明細書中に参考として援用され、該文献は、静電的に荷電された細かい噴霧を形成するためのプロセスおよび装置を記述している。さらに詳細には、該プロセスおよび該装置は、アースされた電極に非常に近くで１〜２０，０００ボルトのオーダーの電位に荷電された導電性のノズルを含む。ノズルとアースされた電極との間で生み出された対応する電場は、ノズルに送達された液体を霧状にするために十分に強くあり、それによって細かい荷電された液体の小滴の供給を生み出す。しかし、電場は、高い電流消費を結果として生じるコロナ放電を引き起こすほどには強くない。そのような液体ディスペンサプロセスおよび装置の有利な使用は、塗装のためおよび／または作物に噴霧するための噴霧器を含む。電場を使用する液体のエーロゾル化はしばしば、液体の静電的なエーロゾル化と称される。
【０００３】
さらに最近では、そのような噴霧デバイスは、患者による吸入のための治療用製品のエーロゾルを生み出し、かつ送達するために極めて有用であるという認識がある。本明細書中に参考として援用されている、Ｄｖｏｒｓｋｙらへの特許文献２において記述されている１つの特定の例において、流体は、近くの電極に対して高い電位で維持されるノズルへ送達され、流体がいわゆるテイラーコーンの形状でノズルから現れる、流体のエーロゾル化を引き起こす。そのようなデバイスにおいて使用される１つのタイプのノズルは、電気を伝えることのできる毛細管である。電位が、流体内容物を荷電する毛細管にかけられることにより、流体は、テイラーコーンを形成する方法で、毛細管の先端または端部から現れる。
【０００４】
流体がディスペンスされる前の流体のテイラーコーン形状は、流体に対する電荷の力と流体自体の表面張力とのバランスから生じる。望ましくは、流体に対する電荷は表面張力を克服し、テイラーコーンの先端において、流体の細いジェットが形成され、その後速やかに先端を越えた短い距離でエーロゾルに分離する。研究によると、このエーロゾル（しばしばソフトクラウド（ｓｏｆｔ  ｃｌｏｕｄ）として記述される）は、均一な小滴サイズを有し、高速度で先端を離れるが、先端を越える短い距離で非常に低速度まで速やかに減速する。
【０００５】
静電気噴霧器は、ノズルの先端で荷電された小滴を生み出す。使用に依存して、これらの荷電された小滴は、（噴霧器デバイスにおける基準電極または放電電極に対して）部分的にまたは完全に中和され得たり、またはされ得なかったりする。エーロゾルを放電させる手段、または部分的に放電させる手段のない、静電気噴霧器に対する通常の用途は、塗料噴霧器または殺虫剤噴霧器を含む。これらのタイプの噴霧器は好ましくあり得る。なぜならば、エーロゾルが噴霧器を出るとき、エーロゾルは残留電荷を有し、この結果、小滴は被覆されている表面に引き付けられ、緊密に接着するからである。特定の状況（すなわち何らかの治療用のエーロゾルの送達）の下では、エーロゾルは完全に電気的に中和されることが好ましくあり得る。
【０００６】
さらに、小滴上の電荷が通常中和される静電気タイプの吸入器は、より従来型の計測型服用量吸入器（ＭＤＩ）よりも有利であることを実証し、該吸入器はより均一な小滴を生み出すこと、形成されたエーロゾル液体または霧を患者が通常の吸引法で吸引することを可能にすること、より高い投薬効率を生み出すこと、およびより再生可能な服用量を提供することを含む。
【０００７】
特定の物理的特性、例えば、一貫した治療用製品服用量を維持するための、または作物もしくは塗装される表面上への安定した液体の適用または他の非医療的適用のための、小滴サイズ、サイズ分布、エーロゾル化速度、またはプルーム（ｐｌｕｍｅ）角度を有するエーロゾル化された液体を一貫して再生することが有利および／または重要であることがしばしばある。しかし、気候変動、高度の変化その他を原因とする環境的な要因、例えば湿度、温度、もしくは大気圧における変動量、またはノズル形態を含むディスペンサ構成の製造の差異は、エーロゾル化された液体における所望の物理的特性を一貫、かつ繰り返すことをしばしば困難にする。この結果、極端な動作条件の下で、一貫したエーロゾル特性を送達し得るデバイスは、利用不可能である。そのようなデバイスは、所望の物理的な特性を有するエーロゾル化された液体を一貫して生み出すために、限定された湿度、温度または高度範囲内で動作されなければならなかった。現実には、電極間での空気の特性の変化は、小滴の生成に関して一貫性のない性能を導き得る。さらに、そのようなデバイスを製造するためには、費用のかさむ厳密な製造の分散および許容誤差が必要とされる。ノズル形態の小さな変動、例えば電極位置は、所望の特性を一貫して有するエーロゾル化された液体を形成において不利な結果をもたらす。従って、極めてしっかりとした、かつ動作条件の変動、例えば環境パラメータ、またはデバイス形態の小さな変化によって影響されない、液体をエーロゾル化する方法を開発することが望ましい。
【０００８】
従って、限定された環境的範囲内での静電気噴霧デバイスの厳密な製造許容誤差および動作に対する必要条件を克服するために、改善されたディスペンスデバイスおよび方法が望まれる。
【特許文献１】米国特許第４，９６２，８８５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３０２，３３１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、動作条件、例えば様々な湿度、温度および大気圧の変動に対して補償して、液体の小滴を生み出すために使用される電場を生成するために使用される電圧のような電気的特性を調節することによってエーロゾル化された液体の所望の特性を維持することは可能であるという発見に基づいている。調節される特定の電気的特性の値は、電極の近くに位置する環境センサによってなされる測定から計算され得る。本発明の代替の実施形態に従って、所望の電場を生成するために使用される回路における、例えば電流のような検出された様々な電気的パラメータに基づいて、調節される特定の電気的特性に対する値を決定することも可能であることが発見された。
【００１０】
従って、本発明は、液体サプライヤの出口の近くに電場を生成し、出口から出る液体をエーロゾル化させ、かつ例えば電圧など電気的特性を調節することによって、電場を生成するために使用される動作環境または回路の検出されたパラメータに基づいて電場を生成し、様々な動作条件に対して補償する方法、およびデバイスに関する。検出されたパラメータは、電場を生成する回路の電気的特性、例えば引き出される電流、または環境センサからの測定値であり得る。
【００１１】
本発明の一実施形態に従って、電場生成のために使用される電圧を調節することによって、エーロゾル化プロセスにおける相対湿度および他の環境条件が変化することから来る不利な影響に対して補償することが可能である。そのような実施形態の一例に従って、電圧は調節され、（１）そのような電場生成によって引き出される電流が、例えば０μＡと１０μＡとの間の第１の範囲内であるとき、電場の生成に対して実質的に一定の電圧を、例えば１０ｋＶおよび１２ｋＶの範囲で提供する；かつ（２）実質的に一定の電力を提供し、引き出された電流が１０μＡよりも大きいとき、電圧は、そのように実質的に一定の電力を維持するために引き出された電流に基づいて調節される。そのような例において、エーロゾル化された液体における小滴の形成は、本発明の静電気エーロゾル化液体ディスペンサを用いて達成可能な環境条件の範囲よりも広い範囲の環境条件を受けるにもかかわらず、エーロゾル化された液体において形成される小滴サイズの特性は、所望の範囲内、例えば０．１ミクロンと６ミクロンとの間である。
【００１２】
本発明は、広い範囲の動作条件にわたって、エーロゾル化された液体の実質的に一定の特性を維持するために必要な電圧および電流調節のための必要な電気的特性プロフィールを実験的にまたは別の方法で決定することによって、様々な電気的特性を有する様々な液体をエーロゾル化するためにも使用可能である。本発明に従って、液体ディスペンサは、そのようなディスペンサの大量生産において起こり得る製造の変動を補償することを含んで、本発明の液体ディスペンサよりも広い範囲の環境条件を補償することによって、液体のエーロゾル化における所望の物理的特性を効果的に維持する。
【００１３】
本発明の適切な適用は、例えば、作物に噴霧すること、塗料を塗布すること、または患者の肺に吸入器中の治療用液体を送達することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（詳細な記述）
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明のいくつかの局面を示し、記述と共に本発明の原理を説明することに役立つ。
【００１５】
本発明は、噴霧の目的のために液体を静電気的にエーロゾル化する方法およびデバイスに関する。特に、本発明は、様々な環境条件、例えば湿度、温度、大気圧における差などの環境条件または噴霧器構成における製造変動を受けるにもかかわらず、所望の範囲において、実質的に一貫した特定の特性を有するそのようなエーロゾル化された液体を繰り返し形成することのできる能力を提供する。本発明の適切な適用は、例えば作物に噴霧すること、塗料を塗布すること、または吸入器を介して患者の肺に治療的特性を有する液体を送達することを含む。
【００１６】
以下の記述は主に本発明の、例示的な肺の送達デバイス（吸入器）実装に焦点を当てるが、そのような教示は他の適用における噴霧器にも当てはまることは容易に理解されるべきである。本発明の他の適切な適用は、例えば、作物、塗料を噴霧すること、または他の液体で表面積を一般的に被覆することを含む。該記述は、いわゆるテイラーコーンの形式でノズルから現れるエーロゾル化された流体によって、治療用流体を電気流体力学的（ＥＨＤ）にエーロゾル化することによる本発明の様々な局面をさらに教示する。
【００１７】
一般的に、ＥＨＤ噴霧によるエーロゾル化に適する液体は、特定の電気的および物理的特性によって特徴付けられる。例えば、本発明の範囲を限定することなく、以下の電気的および物理的特性を有する液体は、本デバイスおよび方法によって最適な性能を可能とし、数秒間のうちに臨床的に適切な服用量の、呼吸により吸い込み可能な粒子を生成する該特性とは：（１）通常、約１５〜５０ダイン／ｃｍ、好ましくは約２０〜３５ダイン／ｃｍ、さらに好ましくは約２２〜３３ダイン／ｃｍの範囲にある液体表面張力；（２）通常、約２００オーム−メートルよりも大きく、好ましくは約２５０オーム−メートルよりも大きく、さらに好ましくは約４００オーム−メートルよりも大きい（例えば１２００オーム−メートル）液体抵抗率；（３）通常、約６５よりも小さい、好ましくは約４５よりも小さい相対誘電率；および（４）通常、約１００センチポアズ、好ましくは約５０センチポアズよりも小さい（例えば１センチポアズ）液体粘度、である。上記特性の組み合わせは、最適な性能を可能とするが、本発明のデバイスおよび方法を使用して、これらの通常の値以外の１つ以上の特性によって、効果的に液体を噴霧することが可能であり得る。例えば、特定の噴霧器ノズル構成または電極配置は、抵抗のより少ない（より導電力のある）液体を効果的に噴霧することを可能にし得る。
【００１８】
一般的に、エタノールに溶解した治療用薬剤は、ＥＨＤ噴霧に対する良い候補である。なぜならば、エタノールベースは低い表面張力を有し、かつ導電力がないからである。エタノールは、抗菌性の薬剤でもあり、薬品処方内で、および筐体表面上で病原菌の成長を低減する。治療用薬剤に対する他の液体および溶剤も、本発明のデバイスおよび方法を使用して送達され得る。該液体は、薬品、または適合性のある溶剤における薬品の溶液もしくは懸濁液からなり得る。
【００１９】
上記のように、ＥＨＤ装置は、高い電場強度の領域に液体を流すことによって、液体をエーロゾル化し、このことが液体に正味電荷を与える。本発明において、高い電場強度の領域は、噴霧ノズル内で負に荷電された電極によって供給されることがときどきある。負の電荷は、液体の表面に残る傾向があり、それによって、液体がノズルを出るとき、表面電荷の反発力は、液体の表面張力と釣合う。液体表面に及ぼされた電気力は、表面張力を克服し、液体の細いジェットを生成する。このジェットは、多少なりとも均一なサイズの小滴に分解し、これら均一なサイズの小滴は全体としてクラウドを形成する。別の実施形態において、該電極はアースされ、一方、放電電極は、正に荷電されるか（例えば、電圧の２倍）、またはノズル電極が正であり得る。ともかく、強い電場が必要とされる。
【００２０】
本デバイスは、呼吸で吸い込み可能なサイズのエーロゾル化された粒子を生み出すように構成可能である。好ましくは、そのような、呼吸で吸い込み可能な小滴は、肺深層投与に対しては約６ミクロンより小さいかまたは等しい、より好ましくは、約１〜５ミクロンの範囲にある直径を有する。肺深層堆積が意図されている処方において、治療用薬剤の効果的な肺深層投与に対しては、粒子の少なくとも約８０％が、約５ミクロン以下の直径を有することが好ましい。エーロゾル化された小滴は、実質的に同じサイズであり、デバイスを出るとき、ほぼ速度を有さない。
【００２１】
肺系統に送達される体積の範囲は、特定の薬品処方に依存している。通常の体積は、０．１μＬ〜１００μＬの範囲である。理想的には、服用量は、１回の吸息間に患者に送達されるべきであるが、特定の条件の下では、２回または３回の吸息間の送達も受容可能である。これを達成するために、デバイスは一般的に、約１．５秒〜２．０秒で約０．１μＬ〜５０μＬ、特に約１０μＬ〜５０μＬの液体をエーロゾル化することができなくてはならない。送達効率も、肺送達デバイスに対する主要な考慮対象であり、従って、デバイス自体の表面上の液体堆積は、最小であるべきである。最適には、エーロゾル化された体積の７０％以上が、ユーザに利用可能であるべきである。
【００２２】
図面において、図全体にわたって、同様な参照番号は、同様なコンポーネントを表す。図１は、本発明の一実施形態による、例示的な肺送達デバイス１０、すなわち吸入器の概略図を示す。そのようなデバイスは、ハンドヘルドまたはテーブルトップ動作を可能にするようなサイズの筐体（図示されず）を含み得る。さらに、吸入器１０は好ましくは、コードレスであり、携帯可能であり、かつ補充もユーザの介在もなく幾日にもまたは幾週間にもわたって一貫して複数回の毎日の服用を提供する。吸入器１０は、例えば、出口６０からのエアゾール化のための容器２０に含まれている０．１μＬ〜１００μＬの特定の量の液体５０をディスペンスするための、ポンプおよびバルブメカニズム４０を介してノズル３０に接続される収容容器２０を含む。
【００２３】
調節された電源７０は、ノズル３０ならびに放電電極８０および８２に電気的に接続されている。放電電極８０および８２は、ノズル３０の近くに配置され、対応する電場を生成することにより、ノズル３０の先端３５から生じる液体は、エーロゾル化され出口６０から排出される。電場は、ノズル３０に対して電極８０と８２との間に十分な電位ΔＶを生み出すことにより、電源７０によって生成される。電位ΔＶに対する例示的な範囲は、８ＫＶ〜２０ＫＶであり、さらに好ましくは８ＫＶ〜１２ＫＶの間であり、最も好ましいのは１１ＫＶである。
【００２４】
エーロゾル化される液体５０は、治療用液体の完全性を保存し、維持する収容容器２０に保持されている。収容容器２０は、単一の服用ユニットの中に封入された薬品のためのホルダ、各々が該薬品の単一の服用を保持している複数の密封されたチャンバ、またはエーロゾル化される該薬品の大量の補給を封入する薬びんの形態を取り得る。大量投与は一般に、経済的な理由で好まれるが、ただし空気中で安定性を欠く液体、例えばたんぱく質を主成分とした治療薬は別である。収容容器２０は好ましくは、溶液と懸濁液の両方を含む治療用液体と物理的におよび化学的に適合性があり、かつ液体および空気を通さない。収容容器２０は、抗菌特性を持つように処理され、収容容器２０に含まれた液体の純度を維持する。適切な収容容器はさらに、例えば米国特許出願第０／１８７，４７７号に記述され、該出願号は、本明細書中に参考として援用されている。
【００２５】
ポンプおよびバルブメカニズム４０は、所望の圧力または体積流量で、容器２０からノズル３０に所望の量の液体を提供する。しかし、そのような機能を実行するようにポンプおよびバルブメカニズム４０に対して選択された特定な構成は、本発明を実行する上で重要ではない。ポンプおよびバブルメカニズム４０に対する適切な構成は、米国特許第６，３６８，０７９号および第６，８２７，５５９号に記述され、これらは本明細書中に参考として援用されている。ポンプ４０に対する追加的なポンプ構成も、米国特許第４，６３４，０５７号に開示され、これは、同じく本明細書中に参考として援用されている。収容容器２０は単独で、またはポンプおよびバルブメカニズム４０との組み合わせで、収容容器２０によって維持される液体のエーロゾル化のための液体サプライヤを提供する。
【００２６】
ノズル３０に対する適切なノズル構成は、例えば、本明細書中に参考として援用されている米国特許第６，３９７，８３８号および第６，３０２，３３１号ならびに米国特許出願公開第２００４／０１９５４０３号に記述されたノズル構成を含む。
【００２７】
図１に示された本発明の実施形態において、ノズル３０ならびに電極８０および８２は、電源７０によって電力を供給される電場ジェネレータとして動作する。図１におけるノズル３０に対する電極８０および８２の示された位置は、電場が、ノズル３０の先端３５と電極８０および８２との間に生じるような位置である。しかし、電極８０および８２をノズル先端３５の近くにまたはその背後に（出口６０から遠ざかる方向に）、代替的に配置することにより、ノズル先端３５で、またはその背後で電場を生成することは可能である。さらに、本発明に従って、２つの電極８０および８２の代わりに単一の電極を使用することも可能である。同様の方法で、より多くの電極を使用して、必要とされる電場を生成することがさらに可能である。
【００２８】
図１は、例示の目的でのみ、導電性ノズル３０に対する２つの電極８０および８２の使用を示す。本発明に従って、流れ出る液体を効果的にかつ効率的にエーロゾル化するために十分に大きい電場を有することが有利である。このために、導電性のノズル３０の近くにより多くの対応する電極またはリング電極を使用することが可能である。さらに、ノズル３０内に形成された導電性のストリップ（ｓｔｒｉｐ）またはリングを使用することにより、電場ジェネレータ構成のその一部分を提供することも同様に可能である。例示的な代替の電場ジェネレータ構成は本発明に従って使用可能であり、例えば、本明細書中に参考として援用されている米国特許第６，３０２，３３１号および米国特許出願第１０／３７５，９５７号に記述されている構成を含む。
【００２９】
図１の電源７０に対して使用可能な例示的な１つの回路２００が、図２に示されている。電源回路２００は、電源２０５を含み、（例えば、バッテリ）該電源２０５は、電気的に接続されて電圧Ｖｉを電流制御回路２８０に提供し、電圧Ｖｓをスイッチング回路２２０に提供する電圧調節回路２１０に接続された電圧ＶＳＯＵＲＣＥを提供する。電圧Ｖｓは、電圧調節回路２１０に提供された電圧ＶＳＯＵＲＣＥに基づいている。電流制御回路２８０の出力ＶＲは電気的にスイッチング回路２２０に結合されている。スイッチング回路２２０の出力は、変圧器２３０に接続され、変圧器２３０は、電気出力２５０を有している高電圧マルチプライヤステージ２４０に接続されている。出力２５０は示されるように、図１の電極８０および８２（ならびに／または導電性ノズル３０）に電気的に接続される。
【００３０】
再び図２を参照して、高電圧マルチプライヤステージ２４０はさらに、出力２５０においてそれぞれ電圧Ｖｏおよび電流Ｉｏを示すフィードバック信号ＶＦおよびＩＦを生み出す。信号ＶＦおよびＩＦはコントローラ２６０に提供され、コントローラ２６０は、電流調節器回路２８０の動作を制御する電圧制御信号Ｃ１を生み出す。さらに、信号ＶＦはまた、電圧調節回路２１０に戻るように提供される。それぞれのコンポーネント２１０、２２０、２３０および２４０に対する、容易に入手可能な高電圧ジェネレータ部品、例えばＳａｎｔｅｅ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＨｉＴｅｋ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｒｐから入手可能なものを使用することが可能である。さらに、コントローラ２６０は、アナログコントローラ回路、またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）もしくはハイブリッドアナログデジタル回路のようなデジタル回路として実装され、所望のコントローラ機能を提供することが可能であることは、当業者によって容易に理解されるべきである。
【００３１】
動作において、例えば、コントローラ２６０は、受信されたフィードバック信号ＩＦおよびＶＦの大きさに基づいて、第１のモードまたは第２のモードで、電流調節回路２８０を動作させる。電圧制御モードとも称される第１のモードで、コントローラ２６０は、制御信号Ｃ１を生成し、制御信号Ｃ１は、電流調節回路２８０が、電圧調節回路２１０によって生成された電圧ＶＲをスイッチング回路２２０に直接的に、ほとんどまたは全く減衰することなく通すような値を有する。電流制御モードとも称される第２のモードで、コントローラ２６０は、電流調節を引き起こす値を有する制御信号Ｃ１を生成する。このモードで、電流調節器回路２８０は、電圧調節回路２１０によって生成された電圧ＶＲを、インピーダンスＺで、スイッチング回路２２０に通す。すなわち、電流調節器２８０がその第１のモードで動作されるとき、提供された電圧に対して対応する低減された電圧をスイッチング回路に提供する。
【００３２】
第１のモードに対する、このモードでのＶＲの変化に対する適切な値は、電圧ＶＲにおける例えば、通常０％と約２５％の間の低減である。このモードに対して選択されたＶＲの特定の変化は、例えばノズル形態、処方特性、および環境条件に基づく。動作の間、コントローラ２６０は、フィードバック電流信号ＩＦをモニタする。信号ＩＦが、閾値よりも低い大きさを有する場合、制御信号Ｃ１は、スイッチング回路２２０がその電圧制御モードで動作するようになるように生み出される。モニタされたフィードバック電流信号ＩＦが、閾値に達するかまたは超過する場合、制御信号Ｃ１は、スイッチング回路２２０が、その電流調節モードで、コントローラ２６０の伝達関数に基づいて、信号ＶＲの増加した減衰で動作するように生成される。伝達関数は、実験的なデータによって決定され得る。本発明に使用可能な適切な伝達関数は、例えば、一定な電流、一定な電力、もしくは非線形応答またはそれらの一部の組み合わせを含む。
【００３３】
電圧調節回路２１０は、電圧を電流調節回路２８０に、その後スイッチ回路２２０および実質的に一定の大きさで対応する変圧器２３０に提供すると仮定して、一定の電圧モードとして第１のモードの動作を参照することが可能である。別の実施形態において、電圧調節回路２１０が実質的に一定の電圧をスイッチ回路２２０に提供する場合、変圧器２３０に提供される電力は、実質的に一定、すなわちＶＲ２／Ｚであるので，電流調節回路２８０が電圧信号ＶＲを制限している第２のモードの動作を、実質的に一定の電力モードとして参照することも可能である。他の実施形態において、複数の動作モードまたは単一の動作モードがあり得、この場合制御信号Ｃ１が生成され、電圧信号ＶＲを調整、または調節する。
【００３４】
スイッチング回路２２０は、電圧信号ＶＲに基づいて、所望の変更された電圧信号を提供する。一部の例においては、変更された信号は方形波に類似している。スイッチング回路２２０は、オンおよびオフの「時間平均」が、電圧信号ＶＲに相当するような方法で「オン−オフ」タイプ信号を変圧器２３０に提供し、電圧信号ＶＲは、コントローラ２６０および電流調節回路２８０によって制御されるので、高電圧出力ＶＯと直接的に相関する。電流調節回路２８０が、任意の所与の電圧の変動を最小にし、その結果ＶＲ（および最終的にＶＯ）は、所与の許容差範囲内に留まることが望ましい。
【００３５】
図２に示された実施形態において、フィードバック電圧信号ＶＦは、コントローラ２６０によって調整されない。代わりに、信号ＶＦは、電圧調節回路２１０に直接的に提供され、最小の分散で、例えば電圧調節回路２１０の出力電圧Ｖｉにおいて約５％の変化で、その出力を相対的に一定に維持する。電圧調節回路２１０のそのような出力電圧を、そのような許容差範囲内に維持することが望ましい。なぜならば、それは所望の目標の、例えば小滴サイズの許容差に直接的に影響を及ぼすからである。
【００３６】
図２において、コントローラ２６０は、随意的な１つまたは複数の環境センサ２７０から環境に関する情報を受信し得る。そのようなセンサは、例えば温度、湿度、および／または圧力を測定し得る。コントローラ２６０によって受信された対応する環境に関する情報は、コントローラ２６０によって維持された伝達関数への入力として有利に使用され得る。
【００３７】
動作において、図２の例示的な電源回路２００は、図３に示された例示的な電圧電流関数プロット３００に従って、出力２５０において提供された電圧ＶＯおよび電流ＩＯを調節するように動作する。プロット３００の曲線３１０は、所望のＥＨＤ性能を達成するための動作条件の、比較的理想的なまたは使用可能な近似値として実験的に決定され得る電圧−電流関数である。所望の動作条件が曲線３００におけるように一旦知られると、制御関数のプロットは、設定され得、伝達関数は決定され得る。従って、曲線３１０が実験的に決定される場合、伝達関数に対する実際の動作曲線は、示された曲線３２０に設定され得る。曲線３２０が、曲線３１０と重なるかまたは重複するようにすることが望ましいことに留意されたい。しかし、図３において、曲線３１０および３２０は、例示および説明の容易さのためだけの理由で重複したり重なったりしては示されていない。
【００３８】
従って、前に記述された図２の例示的な実施形態において、フィードバック電流信号ＩＦが図３における値Ｉ１に等しくなり、次に制御信号Ｃ１が値Ｉ１とＩ２との間で直線的に増加するか、または代替的に出力電圧Ｖ０が０に等しくなるまで、伝達関数は、回路をその電圧制御モードで動作するような大きさで制御信号Ｃ１を維持することが有利である。
【００３９】
図２の電源回路２００の動作がここで、図３の出力電圧および電流グラフ３００に関して記述される。電圧調節回路２１０は、スイッチ回路２２０に提供される実質的に一定の電圧ＶＲ、例えば２Ｖのオーダーの電圧を生成する。曲線３１０は、所与のデバイス設計および液体処方に対して、実験的に決定される。それは、ＥＨＤ効率すなわち小滴サイズを最適化する試みに基づいている。生み出された小滴があまりにも大きい場合、それらは所望の経路を流れ得ず、代わりに慣性力、例えば重力によって実質的に影響され得る。小滴があまりにも小さい場合、今度はそれらは標的に達し得ない。
【００４０】
従って、出力電圧ＶＯの大きさは、ＥＨＤ性能に対して重要である。出力電圧ＶＯが、閾値限界よりも低い場合、エーロゾル化は起こらない。しかし、出力電圧ＶＯが、閾値限界よりも高いが、十分には高くない場合、結果として生じる小滴は、大きすぎる。同様に、出力電圧ＶＯが、閾値限界よりも高すぎる場合、生じる小滴も大きすぎる。他の電圧領域においては、小滴は非常に小さくなり得る。
【００４１】
変化する動作条件にわたって、所望の範囲に維持される物理的特性を有する電場を介して液体をエーロゾル化するために使用可能な適切な電圧−電流関数曲線を決定する例示的な方法は、液体をエーロゾル化する間に様々な範囲の動作条件にわたって様々な電圧、電流および周波数によって、物理的特性を試験およびモニタすることによって、そのような関数を実験的に決定することである。適切な電圧−電流（および／または周波数）関数曲線が一旦決定されると、対応する調節された電源が構成され得、決定された電圧−電流関数に近づくかまたは精確に生み出すことにより電場を生成する。
【００４２】
再び図２を参照して、最初に、制御信号Ｃ１を使用して、コントローラ２６０は電流調節回路２８０を制御してその第１のモードの動作で動作し、それによって電圧ＶＲはスイッチ回路２２０に印加され、スイッチ回路２２０は次に対応する電圧を変圧器２３０に送り込み、変圧器２３０は次に対応する昇圧された電圧を高電圧マルチプライヤステージ２４０に提供し、高電圧マルチプライヤステージ２４０は、その出力においてさらに高い電圧ＶＯを生成する。図３の関数領域３１０に示されるように、結果として生じる出力電圧ＶＯは、電圧Ｖ１にある。電圧Ｖ１に対する適切な電圧値は、例えば、１０ＫＶ〜１２ＫＶのオーダーであり、引き出される電流は電流Ｉ１より小さく、液体をエーロゾル化するための電場を生成する。電流Ｖ１は、例えば１０μＡのオーダーであり得る。
【００４３】
高電圧ステージ回路２４０によって生み出されたフィードバック電圧信号および電流信号、ＶＦおよびＩＦは、電圧調節回路２１０およびコントローラ２６０にそれぞれ提供され、出力電圧および電流ＶＯおよびＩＯの対応する値が示される。引き出される出力電流ＩＯは、環境条件、例えば相対湿度、温度、電極間の近接距離、ノズル先端の直径の変動によっても影響を受ける電場を通過する液体の体積との組み合わせで、流れ出る液体の実効インピーダンスに依存する。コントローラ２６０が、引き出された出力電流ＩＯが図３に示されるように電流Ｉ１より大きいことを検出した場合、コントローラ２６０は、制御信号Ｃ１を介して図２の電流調節回路２８０を制御し、その第２のモードの動作に切り替え、かつその出力電圧、ならびにスイッチ回路２２０への、およびその後変圧器２３０への最適化された電圧を下げ、変圧器２３０は同様にその出力電圧を下げ、高電圧マルチプライヤステージ２４０に実質的に一定の電力を提供し、高電圧マルチプライヤステージ２４０は同じ対応する効果を出力電圧ＶＯに及ぼす。下げられた出力電圧ＶＯは、曲線３２０の直線の傾き３４０部分として示されている。
【００４４】
前に述べられたように、高まった出力電流ＩＯの点から見た電圧ＶＯをそのような減少は、エーロゾル化された液体の物理的な特性、例えば、治療用液体に対して例えば０．１〜０．６ミクロンの範囲内に一定してあるべき小滴サイズを維持する効果がある。本発明の例示的な実施形態において、ＩＯが範囲において±３〜±４μＡだけ変化することが有利である。
【００４５】
図３は、論議および例示の容易さだけのため、実験的に決定された電圧−電流関数曲線３１０および伝達関数電圧−電流関数曲線３２０を様々な曲線として描くが、本発明に従って、実験的に決定された電圧−電流関数および対応する実装された伝達関数電圧−電流関数に対して同一の曲線を、電源回路において使用することが可能であることが容易に理解されるべきである。
【００４６】
所望の出力電圧ＶＯをより良く予測するために、随意的な環境センサ２７０を使用することがさらに可能である。例示的な電源構成２００が、例示の容易さのために図２に描かれたが、図３に示された調節された出力電圧および電流関数を提供して、広い範囲の環境条件にわたって実質的に一貫した所望の物理的特性を有するエーロゾル化された液体を生み出すために、多くの代替の構成が、本発明によって使用可能であることは容易に理解されるべきである。
【００４７】
図４は、図３の出力電圧および電流グラフ３００に関して記述された条件よりもさらに広い範囲の環境条件にわたって、図１のデバイス１０の動作を延長するために使用可能である回路性能を示す出力電圧電流グラフ４００を示す。図４は、図３に示された関数よりも複雑な回路伝達関数を決定するために使用される、実験的に決定された電圧−電流関数曲線４１０および対応する実際の電圧電流関数曲線４２０を示す。本発明の一実施形態に従って、曲線４２０に従って、追加的な回路網を図２の電流調節回路２８０に加えることにより、図３に対して記述されたものに対して随意的な動作の第３のモードを提供することは可能である。この第３のモードの関数を提供するため、電流調節回路２８０として使用するためには、多くの様々なアナログまたはデジタル回路構成があることが当業者によって容易に理解されるべきである。代替案において、制御２８０がそのような電流調節回路を制御して所望の第３のモード関数動作を生み出すことができる場合、いかなる追加的な回路網なしで、電流調節回路２８０を使用することが可能である。
【００４８】
この動作の第３のモードを実行する回路網は、十分な非線形応答を提供することにより、引き出された電流が電流Ｉ２よりも大きいとき、出力電圧ＶＯが、領域４３０において図４に示された電圧−電流関数曲線４２０をたどるべきである。電流Ｉ２に対する適切な値は、例えば、１５μＡのオーダーである。
【００４９】
２つまたは随意的に３つのモードを有する、図２の例示的な電源回路２００の設計および構成は、図３および図４の所望の電圧−電流関数曲線３１０および４１０に近づけることであった。あるいは、調節電源回路において増加した数の動作モードを使用して、より精確に所望の電圧−電流関数曲線をたどることは可能である。さらに、デジタル電源および制御ユニットを使用してそのような動作モードを提供すること、または所望の電圧−電流関数曲線を精確にたどる単一のモードを使用することがさらに可能である。そのような目的のために使用可能な例示的なデジタル調節電源回路５００が、図５に示される。デジタル調節電源回路は、複数の伝達関数を実装すること、または様々な回路をエミュレートすることを可能にする。例えば、電流調節回路におけるインピーダンスを基礎とする回路ではなく、フィードバック電流信号ＩＦが変化するとき、回路に切り替えられる様々な抵抗器のセットを使用することが可能である。
【００５０】
図５の電源回路５００は図２の電源回路２００に類似し、同様な変圧器２３０および高電圧マルチプライヤステージ２４０ならびに随意的な環境センサ２７０を使用する。しかし、図２の電圧調節回路２１０および電流調節回路２８０は、図５の回路５００におけるデジタル電圧源５１０によって置換されている。別の実施形態において、スイッチング回路は、デジタル電圧源の一部でもあり得る。類似の方法において、図５のコントローラ５２０は、図２のコントローラ２６０に取り代えられる。
【００５１】
図５の電源回路５００の動作において、コントローラ５２０は、例えば１つ以上のデジタル信号プロセッサであり得、制御信号ＶＣを提供して電圧源５１０からの電圧を調整し、電圧源５１０からの電圧は、変圧器２３０および高電圧マルチプライヤステージ２４０によって増幅され、所望の電圧電流関数に従って所望の大きさの出力電圧ＶＯおよび電流ＩＯを生み出し、変化する環境条件に対して補償する。
【００５２】
図２および図５における示された電源回路２００および５００の構成は、例示の目的のためだけであり、多くの様々な回路構成が使用され得、本発明に従って所望の出力電圧および電流ＶＯおよびＩＯ関係を生み出し得ることが容易に理解されるべきである。例えば、変圧器２３０および／または高電圧マルチプライヤステージ２４０は、電圧調節回路２１０およびデジタル電圧源５１０が単独で、または他のコンポーネントとの組み合わせで、エーロゾル化電場を生成するために必要な高電圧を提供する場合、省略され得る。あるいは、圧電変圧器を使用することにより、必要な電圧を生み出すことが可能である。
【００５３】
図２〜図５に関して前に記述された発明の実施形態は、決定された伝達関数を使用し、出力電流ＩＯの大きさを単独でモニタすることによって、または図２および図５の環境センサ２７０により測定値との組み合わせでモニタすることによって、動作条件の変化に基づき、出力電圧ＶＯを調整する。しかし、本発明の別の例示的な実施形態に従って、図２および図５のコントローラ２６０および５２０が、環境センサ２７０からの測定値だけに基づいて、出力電圧ＶＯを調整することが可能である。あるいは、図２および図５におけるコントローラ２６０および５２０への入力としてのフィードバック電流信号ＩＦを除去することが可能である。
【００５４】
本発明の液体噴霧実施形態が、吸入デバイスに関して本明細書に示されかつ記述されているが、本発明の実施形態は、作物、塗料に噴霧するための使用に対して、または表面を覆うように意図された液体に対して適切である。例えば、本発明は論議の容易さの目的だけのために、単一の電圧ＥＨＤデバイス、すなわち、１つ以上の電極、例えばノズル電極はアースで維持され、一方、他の電極は所望の電圧に荷電されている単一の電圧ＥＨＤデバイスとして記述された。本発明は、２つ以上の様々な電圧に荷電された電極を使用するＥＨＤデバイスにも適用可能である。そのような例において、本発明に従って、２つ以上の対応する制御回路を使用することが可能である。添付された特許請求の範囲およびその均等物の完全な範囲によって定義されたとおりの本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記述された電源回路構成または電場ジェネレータに多くの他の変更および置換がなされ得ることは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明に従う、例示的なエーロゾル化された液体ディスペンサの概略図である。
【図２】図２は、図１のエーロゾル化された液体ディスペンサにおいて使用可能な例示的な調節された電源の概略図である。
【図３】図３は、図２の調節された電源の動作を示す例示的な電圧−電流関数曲線を描く図である。
【図４】図４は、図２の調節された電源の動作を示す図３のそれに対する例示的な代替の電圧−電流関数曲線である。
【図５】図５は、図２の調節された電源の代替的な実施形態である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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