(57)【要約】この発明は、スプレーノズル本体（２）と、ノズル空洞（３）を覆って懸架される実質的に平坦な薄膜層（６）とを備えてマイクロジェットを生成する、特に薬学的用途、特に保存料不使用製薬法のためのスプレー装置に関する。ノズル本体（２,８）は、微生物の障壁、特に、流体供給流路（９）と前記空洞（３）との間のマイクロバルブ（２３，２４）を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプレーノズルユニットを備え、前記スプレーノズルユニットは、圧縮された流体をその中に受け入れるための流体供給流路を備えると共に、前記流体のマイクロジェットスプレーを放出するための少なくとも１つのノズル開口を設けたノズル薄膜を有する少なくとも１つのスプレーノズルを備え、前記スプレーノズルはノズル本体によって形成され、支持体の主表面に少なくとも１つのノズル空洞を有する支持体を備え、前記支持体は前記主表面において薄膜層によって覆われ、前記薄膜層は前記少なくとも１つのノズル空洞の領域で前記薄膜層の厚さを貫通する少なくとも１つのノズル開口を備えて前記ノズル空洞を覆う前記ノズル薄膜を形成し、前記ノズル本体は前記流体供給流路の少なくとも一部を備え、前記の上流において、前記ノズル本体が、前記ノズル空洞と、前記支持体内に存在する前記流体供給流路の前記少なくとも一部との間に微生物の障壁を備える、流体のマイクロジェットスプレーを噴霧するスプレー装置。
【請求項２】
前記微生物の障壁は、上流の圧力が所定のしきい値を超えたときに開き、非加圧状態では常閉状態にあり、前記空洞と前記流体供給流路との間で前記空洞の上流に設けられたマイクロバルブ手段を備えることを特徴とする請求項１記載のスプレー装置。
【請求項３】
マイクロバルブ手段は、２と５バールの間の圧力しきい値で開き、下流の圧力が前記圧力しきい値よりも低い値より低く、特に１と２バールの間の値より低く降下したときに閉じることを特徴とする請求項２記載のスプレー装置。
【請求項４】
前記微生物の障壁は前記マイクロバルブ手段と前記ノズル空洞との間にエアーチャンバーを備え、前記エアーチャンバーは前記常閉状態において或る量の空気を閉じ込めることを特徴とする請求項２又は３に記載のスプレー装置。
【請求項５】
前記エアーチャンバーの内壁が、第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌被膜による疎水性表面を有することを特徴とする請求項４に記載のスプレー装置。
【請求項６】
前記エアーチャンバーは微生物フィルターを介して前記支持体の外気に連通し、前記微生物フィルターは前記マイクロジェットスプレーの噴霧後に空気をエアーチャンバーに再進入させることを特徴とする請求項４又は５に記載のスプレー装置。
【請求項７】
空気清浄チャンバーが設けられ、噴霧前又は噴霧中に前記空気清浄チャンバーが支持体内の加圧経路を介して加圧され、加圧された空気が空気清浄チャンバーから噴霧後に放出経路を介して放出されてエアーチャンバーとノズル空洞とを浄化し、空気清浄チャンバーは微生物フィルターを介して外気を受け入れることを特徴とする請求項４又は５又は６に記載のスプレー装置。
【請求項８】
前記マイクロバルブ手段はマイクロバルブシートの近傍に少なくとも１つのマイクロバルブディスクを備え、前記マイクロバルブディスクは、前記常閉状態において前記マイクロバルブシートに支持され、前記上流の圧力がしきい値を超えた時に前記シートから持ち上がり、前記マイクロバルブディスクと前記マイクロバルブシートとの間に流体通路を形成することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項９】
前記支持体が前記流体供給流路の少なくとも一部を備え、前記ノズル空洞の上流で、前記支持体が、前記支持体内に存在する前記空洞と、前記流体供給流路の前記少なくとも一部との間に微生物障壁を備え、前記マイクロバルブディスクと前記薄膜が共に前記薄膜層によって形成されることを特徴とする請求項８に記載のスプレー装置。
【請求項１０】
前記支持体は前記支持体の前記主表面に開口し、少なくとも１つのノズル開口を有するノズル薄膜によって覆われる複数のノズル空洞を備え、前記空洞はそれぞれ、前記空洞と流体供給流路、特に、開口間で分けられる共通の流体供給流路との間に類似したマイクロバルブ手段を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載のスプレー装置。
【請求項１１】
前記バルブディスクと前記バルブシートとの間の最大距離が、前記常閉状態において、５００ナノメータより少なく、特に、１００−２００ナノメータより少ないことを特徴とする請求項８又は９又は１０に記載のスプレー装置。
【請求項１２】
前記バルブディスクは、作動中に、ほぼ平坦な初期状態から前記流体通路の形成時の圧力下で少なくとも部分的に湾曲したプロファイルまで曲がるように構成され、前記バルブシートは、前記バルブディスクの前記湾曲したプロファイルの領域に位置する閉鎖されたエッジを備えることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項１３】
前記バルブディスクは撓むように構成され、前記バルブディスクは畝状に形成され、ほぼリング形状のバルブシートに沿って少なくとも１つのほぼリング形状の畝を備えることを特徴とする請求項１２に記載のスプレー装置。
【請求項１４】
前記流体供給流路が、前記リング形状のバルブシートの内部に連通していることを特徴とする請求項１３に記載のスプレー装置。
【請求項１５】
前記バルブ手段はバルブディスクを備え、前記バルブディスクが常閉状態において前記バルブディスクをバルブシートに押し付ける弾性加圧手段を備えることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項１６】
前記空洞が、前記主表面において、ほぼ円形断面を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのノズル開口に隣接する少なくとも領域において、前記スプレーノズルのむき出しの表面が超過流体をノズル開口から追い払うように処理されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項１８】
前記むき出しの表面が、前記主表面において前記支持体に施される第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌被膜により、前記開口の近傍で疎水性であることを特徴とする請求項１７に記載のスプレー装置。
【請求項１９】
前記支持体が、前記少なくとも１つの開口を少なくとも取り囲む、前記むき出しの表面における、少なくとも１つの疎水性被膜と少なくとも１つの親水性被膜との組み合わせを備え、前記被膜の組み合わせが、ノズル開口から離れる流体の動きを促進するようにマイクロパターン化されることを特徴とする請求項１７に記載のスプレー装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのノズル開口が疎水性であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのノズル開口が、前記ノズル本体のむき出しの表面の方へ先細ることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの空洞が、その内壁の少なくとも一部を覆う抗菌性被膜、特に、第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌被膜を備えることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの空洞が、前記ノズル本体のむき出しの表面の方へ先細ることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２４】
実質的に気密の閉鎖キャップが前記ノズル本体の上に設けられ、その閉鎖キャップは噴霧中に開き、噴霧後に閉じて、微生物の移入を阻止することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２５】
前記支持体が、前記主表面で分布する、とくに前記主表面で角があるように分布する複数の空洞を備え、前記空洞の各々にはノズル薄膜が張られ、前記支持体は前記空洞の上流で、前記空洞と前記流体供給流路との間に共通の微生物障壁を備えることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２６】
前記支持体が半導体材料からなり、特に、前記支持体がシリコン体からなることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２７】
前記薄膜層が、ほぼ２ミクロンより小さい厚さのシリコン窒化物層からなることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのスプレーノズルの前記流体供給流路に加圧された液体を供給するための液体供給システムを備えることを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１つに記載のスプレー装置。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれか１つに記載のスプレー装置に適用されるタイプのスプレーノズル本体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体マイクロジェットスプレーを放出 (spray) するためのスプレーノズルユニットを備えるスプレー装置に関し、このスプレーノズルユニットは、加圧された流体を受け入れる流体供給流路を備え、その流体のマイクロジェットスプレーを放出する少なくとも１つのノズル開口を有するノズル薄膜からなる少なくとも１つのスプレーノズルを備えるスプレー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここで、マイクロジェットとは、単一又は複数のジェットであって、レイリー
(Rayleigh)分裂の型で作動するジェットであると定義される。その結果、連続した小滴（droplets）が同一のサイズを有し、ノズル開口から同一の方向に生成される。
【０００３】
冒頭のパラグラフに記載したタイプのスプレー装置は、例えば、米国特許出願第2008/0006719号にて公知である。この特許出願は、プラスチック材料からなる単一片として形成された薄膜支持体及び前壁を有するスプレーノズル本体を記載する。この公知の装置のノズル本体は、空洞を有するキャップを形成し、この空洞は、加圧された流体を流体容器からノズルへ供給する供給システムの一部である中空コアの上に直接配置される。例えば、ノズル容器は、加圧ボトルの形式で設計される。流体を置換する別のポンプ装置を使用することも公知である。
【０００４】
スプレー装置は、スプレーノズルの上流側流体流路に配置される出口バルブを有してもよい。この公知のバルブは、ユーザーによって作動され、特に、このバルブの上流側にあるスプレー装置の一部分の微生物の無欠性(integrity)を保証し；スプレー装置の使用後の滴下を防止し；プリセットされた投薬量に受動的にまたはユーザーにより能動的に到達することを助けること；に寄与する。このバルブは、一旦閉鎖されれば、通過によって汚染した流体をこのスプレー装置の流体容器に再導入することはできない。これにより、外部環境からの流体の汚染物質が除去される結果、流体容器の内容物のいかなる可能な汚染も防止される。しかし、実際は、このようなバルブを有する公知のスプレー装置と言えども、製造部品の公差によって、微生物の通過を完全に防止するという完全な機械的な閉鎖を保証することはできない。
【０００５】
特に、防腐剤を含まない流体において、汚染を更に禁止するに、流体に接触する表面に抗菌性の被膜を施したスプレー装置が知られている。例えば、米国特許第5,232,687号は、抗菌性の銀被膜を有する出口バルブを備えたスプレー装置を開示している。
【０００６】
特殊な用途として、特に、医薬への応用として、ユーザーに投与される連続的な投薬の容器にスプレー装置が収納する流体の無欠性を維持することは、最高に重要である。殊に、この容器内のいかなる微生物の移入及び未使用の流体による汚染は、できるだけ避けなければならない。公知のスプレー装置はこの点において欠けており、たとえ、公知の出口バルブが適用されたとしても、バルブの厳格な閉鎖を保証することが出来ず、さらに、流体の投薬が与えられた後でも、依然として、比較的多量の流体が、ノズル開口を介して環境と連通する状態にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、その目的として、特に、流体マイクロジェットスプレーを生成し、このスプレー装置へのいかなる微生物の移入も阻止するための実質的に完全な流体供給システムの閉鎖を効果的に行うスプレー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
冒頭のパラグラフに記載したタイプのスプレー装置では、その目的のために、この発明によれば、その特徴として、スプレーノズルが、ノズル本体によって構成されており、支持体の主表面に少なくとも１つのノズル空洞を備えた支持体を有し、前記支持体は、前記主表面において薄膜層により覆われて、前記薄膜層は、前記少なくとも１つのノズル空洞の領域において、前記薄膜層の厚みを貫通して前記少なくとも１つのノズル開口を備えて前記ノズル空洞にわたって前記ノズル薄膜を形成し、前記ノズル本体が、前記流体供給流路の少なくとも一部を備え、前記ノズル本体が、前記ノズル空洞の上流側において、前記空洞と、前記支持体の内部に存在する前記流体供給流路の少なくとも一部との間に微生物の障壁(barrier)を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、スプレー装置のノズル本体は、支持体の中に形成されており、この支持体は、相当に多量の流体を保持する流体供給流路を封止（シール）する空洞の上流側において、それ自体が、微生物の障壁を備える。この支持体は、半導体材料又は他の材料により製造され、その材料は、前記ノズル体を製造し構成するために用いられる非常に高精度で再生産可能な半導体技術又はマイクロ機械加工の製造工程を可能にする。
【００１０】
各々の薄膜、空洞及びノズル開口の正確な形状、サイズ、位置が、このように非常に高い精度で制御されるのみならず、微生物の障壁も、ノズル本体内にこのように一体化される。これによって、スプレーした後に遮断されない空洞の比較的少量分のみが残され、スプレー装置内にある大部分の流体は、何らかの微生物による汚染の侵入に対して、封止される。このことにより、この装置は、防腐剤フリーの流体を必要とする高度な用途、及び医薬の用途に、特に適することになる。従って、この発明によれば、外部環境からの微生物による汚染に関連する幾つかの問題が軽減される。
【００１１】
この発明によれば、スプレー装置の最適な実施形態では、前記微生物の障壁は、上流の圧力が所定閾値が超えた場合に開放され、非加圧状態では常閉状態にあるマイクロバルブ手段を備え、そのマイクロバルブ手段は、前記空洞と、前記前記流体供給流路との間の前記空洞の上流側に配置されている。前記マイクロバルブ手段は、更なる上流圧力が加わった時に開放されるバルブテイスクを有する進歩的バルブ手段であってもよい。その場合には、閾値圧力は、バルブ手段の流体抵抗が無視できるか、少なくとも1つのノズル開口の流体抵抗よりも低いオーダーの大きさを少なくとも有する時の上流圧力レベルであると定義される。また、前記バルブ手段は、実質的に完全閉鎖状態から実質的に完全開放状態に直ちにスイッチするバルブディスクを有し、ある閾値を圧力が超えた場合には、流体抵抗をほぼ無限大からゼロまで変化させる遮断バルブを備えることができる。
【００１２】
この発明によれば、使用後にバルブ手段の適正な閉鎖を確保しつつ、前記閾値圧力を増加するために、この発明のスプレー装置の好ましい実施形態は、前記バルブ手段が、前記常閉状態において、バルブテイスクをバルブシートに押しつける弾性加圧手段を備えるバルブテイスクを有することを特徴とする。
【００１３】
この発明による、スプレー装置の特定の実施形態では、この点において、前記バルブ手段が、２から５バールの圧力閾値で開放され、下流の圧力が、前記圧力閾値より低い値、特に、１から２バールより低下した場合に閉鎖されることを特徴とする。これらバルブ手段は、使用中と使用後のスプレー装置の滴下又はしずくを防止ように設計される。
【００１４】
前記バルブ手段は、２から５バールの間の前記圧力閾値の値に到達した場合にのみ開放され、前記圧力閾値の値が、特に１から２バールより低下した場合に直ちに閉鎖される。前記バルブテイスクの寸法と他の特性に関する特別なデザインにより、例えば、厚さ、剛性、直径、うね状領域の有無、及びバルブシート、さらに、内側と外側シートの直径、バルブシートとバルブテイスクとの間の接触領域、及びMEMS表面マイクロ機械加工技術のような、多くの可能なデザインがこの趣旨で構成される。
【００１５】
この発明によるスプレー装置の特定の実施形態は、前記マイクロバルブ手段がマイクロバルブシートと近接した、少なくとも１つのマイクロバルブディスクを備え、前記マイクロバルブディスクが前記マイクロバルブシート上に前記常閉状態において配置され、前記上流圧力が閾値を超えて前記マイクロバルブディスクと前記マイクロバルブシートとの間に流体通路が形成されると、前記マイクロバルブディスクが、前記シートから持ち上げられる。再度、前記バルブテイスクは、進歩的に動作して、より多く前記圧力閾値が超えられる程、より多く開放され、或いは、前記圧力閾値を超えると、直ちに最大値に開放する遮断バルブとして動作する。
【００１６】
この発明によれば、微生物の安全性を保証する良好な手段が、前記ノズル空洞のサイズの規模を縮小する特定の実施形態により得られた。その目的のために、この発明による、スプレー装置の更なる好ましい実施形態によれば、前記支持体が、前記流体供給流路の少なくとも一部を備えることを特徴とし、前記ノズル空洞の上流側において、前記支持体が、前記空洞と、前記支持体に内在する前記流体供給流路の少なくとも一部との間に微生物障壁を備えることを特徴とし、さらに、前記マイクロバルブディスクと前記薄膜が、ともに、前記薄膜層により構成されることを特徴とする。
【００１７】
スプレー装置のこの好ましい実施形態は、前記第１主表面から第２裏表面まで延びる空洞を有するほぼ平坦なノズル本体であることを特徴とする。前記薄膜層が、バルブシート上に配置され、印加されたスプレー圧力に従って作動可能であり、それによって、前記薄膜層と前記バルブシートとの間に流体通路を形成する。このバルブシートによって、受動的バルブ構造ないし流動障壁が構成され、前記薄膜層が前記バルブシートから持ち上げられた時のみ、流体を通過可能にし、閉鎖時に前記ノズル/受動バルブ空洞を低く封止する。この発明の実施形態において、前記薄膜層は、前記流体を前記流体供給流路において加圧した後に、前記バルブシートから持ち上がるバルブディスクとして設計される。
【００１８】
別体のノズルチップと別体のバルブチップを使用すると、前記ノズル空洞は、１００万立方ミクロンの通常のサイズを代表的には有し、この実施形態のノズル空洞は、わずか数１００立方ミクロンの通常のサイズまで容易に低減されることがある。好ましくは、前記バルブディスクは、０．５―１．５ミクロンの厚さを有するシリコン窒化物の薄膜層から作成される。このような層が、磨かれたシリコンウエハ上に形成されたノズル支持体に堆積される。また、バルブシートも、そのウエハを介して延びる液体供給流路とともに構成される。
【００１９】
更なる特定の実施形態によれば、この発明によるスプレー装置では、その特徴として、前記バルブテイスクと前記バルブシートとの間の最大距離が、５００ナノメータより小であり、特に、前記常閉状態においては、１００−２００ナノメータより小である。これによって、生存するか死滅したバクテリアが、１００−２００ナノメータより小さい高さを有する障壁を通過することができないように、前記流体供給流路と前記空洞との間に微生物障壁が形成される。従って、この発明によるバルブシステムは、バルブ手段の上流において、いかなる流体の微生物による汚染をも防止する。その結果、スプレー装置の使用後の医薬用液体におけるコロニー形成単位 (CFU)の成長の相当な低減が、前記薄膜と医薬用液体を保持する容器との間に適当なマイクロバルブを使用することによって得られる。
【００２０】
前記スプレー装置では、更にその特徴として、閉鎖位置において、前記バルブディスクと前記バルブシートとが、密着接触か、又は、ファンデルワールス力か、カシミール力のような吸着力で封止される。ファンデルワールス力は、前記バルブディスクと前記バルブシートとの間の距離が１ナノメータより小の場合に非常に強い。カシミール力の強さは、表面間の間隔が、１０−１００ナノメータより小の場合に大きく増大する。更に、これらの力は、特にMEMSの表面マイクロ機械加工技術により作られたスプレーノズルユニットの場合のように、表面が円滑な場合に前記バルブシート上での前記バルブディスクの崩壊と吸着に寄与することができる。
【００２１】
この発明による洞察によれば、シリコンマイクロ機械加工により、前記バルブディスクと前記バルブシートとの間のそのような最大間隔は、医薬用基準に一致する再生産可能な形式で製造することができる。SNU、特に前記ノズルとバルブ部品は、マイクロ機械加工技術(Micro System Technology)により製造することができるが、これは、半導体製造方法に関連するリソグラフ処理を使用して、それらを製造できることを意味する。また、スパークエロージョンとレーザー穿孔技術を使用することができるが、概して、これらは、再生産可能性が低く、マイクロ機械加工法と比較して精度が落ちる。
【００２２】
更なる実施形態において、この発明によるスプレー装置では、その特徴として、前記バルブディスクが、流体通路の形成中に圧力によってほぼ平担な初期状態から、少なくとも部分的に屈曲したプロファイルまで作動中に湾曲するように構成され、前記バルブシートが前記バルブディスクの前記屈曲したプロファイルの領域に位置する閉鎖エッジを備え、更に具体的には、前記バルブディスクが、うね状となるように折れ曲がって構成され、少なくとも１つのほぼリング形状うねを、ほぼリング形状のバルブシートに沿って備える。前記流体供給流路は、前記ほぼリング形状のバルブシートの内部と連通している。
【００２３】
前記バルブディスクにうねを形成すると、前記薄膜に対して（シリコン窒化物、シリコン酸化物、シリコン炭化物及びその他のセラミック材料のような剛性材料に対してさえも）ある程度の可撓性が与えられ、その可撓性が前記バルブの開閉を容易にする。うね状となったバルブテイスクは、うね状でない平担なバルブディスクよりも当初はより大きな剛性を示すが、その剛性は、より高い圧力では減少する。バルブシートに載置されたうねを有するこのようなバルブディスクは、低い圧力下では、より良い閉鎖能力を示し、うね状でないバルブディスクと比較して、高い圧力下では、低い流体抵抗を示す。
【００２４】
純粋に機械的な障壁は別として、微生物による汚染を防止する他の手段は、前記スプレー装置に組み込むこともできる。例えば、前記バルブ空洞と前記ノズル空洞との間に空気障壁の存在、及び/又は、前記スプレーノズルユニットの特定の箇所における抗菌性被膜の使用である。従って、前記スプレー装置の更なる実施形態では、その特徴として、前記微生物障壁が、前記マイクロバルブ手段と前記ノズル空洞との間にエアーチャンバーを備えて、そのエアーチャンバーは、前記常閉状態において空気量を固定する。
【００２５】
空気の障壁を示すスプレー装置の一実施形態では、その特徴として、前記主表面の下方に、前記マイクロバルブユニットが、前記マイクロバルブと前記ノズル空洞との間に、少なくとも１つの微生物閉鎖領域と少なくとも１つのエアー保持チャンバーとを備え、前記圧力がある閾値に達した場合のみ流体を通過可能にする圧力依存流通障壁を形成し、前記圧力が前記エアー保持チャンバーから少なくとも１つの気泡が発生する閾値より十分に低い場合には、前記薄膜と前記流体供給流路との間の流体の連通を禁止することが特徴である。前記作動圧力の開放後、気泡が、前記マイクロバルブと前記空洞との間のバルブ経路に再び出現し、前記薄膜と前記バルブとの間の流体の連通が遮断される。
【００２６】
好ましくは、前記微生物閉鎖領域は、１００ミクロンより小の１つの横方向の寸法で、疎水性の表面を有する。用語、“疎水性”とは、ここでは、特定のスプレー流体に対し９０°より大きい流体/空気の表面接触角(θ)を形成する一般的な表面特性として定義され、そのスプレー流体は、例えば、水、グリセリンやエタノールを含む。これは、空気が、前記スプレー流体を、およそ、次式で表す圧力Pで、はじくか抵抗することができることを意味する。
P = (γcosθ)/h  
ここで、
γは、前記流体と前記微生物閉鎖領域の材料との間の表面張力の対応値、
hは、前記閉鎖領域の高さである。
１ミクロンより小のh、及び20.10-3と75.10-3 N/mの間のγを有するPの代表的な値は１バールよりも大きい。
【００２７】
この発明によるスプレー装置の更なる実施形態では、その特徴として、前記エアーチャンバーの内壁が、疎水性の表面、特に、第四級アンモニウム被膜のような疎水性の抗菌薄膜を有する。
【００２８】
また、好ましくは、前記エアー保持チャンバーと前記空気閉鎖領域は、前記閉鎖気泡が、前記エアー保持チャンバー内において、空気から分離しないように設計される。これは、前記エアー保持チャンバー内の空気と前記閉鎖領域内の空気とが、前記スプレーの使用前、使用中、使用後で、互いに連絡したままであることを意味する。好ましくは、前記エアー保持チャンバーは、前記空気閉鎖領域よりかなり大きくて、前記空気閉鎖領域の流体/空気表面接触角は、前記エアー保持チャンバーの少なくとも一部の流体/空気表面接触角よりも大きい。これによって、前記エアー保持チャンバーの幾つかの部分が流体で満たされると共に、前記閉鎖領域が完全に空気で満たされることが可能となる。
【００２９】
この発明によるスプレー装置の別の実施形態では、その特徴として、前記エアーチャンバーは、前記流体マイクロジェットスプレーを噴霧した後で、空気を前記エアーチャンバーに再導入させる微生物フィルターを介して、前記支持体の外側の大気と連通する。前記エアー保持チャンバーは、流体制限部によって、前記閉鎖領域から分離されている。前記流体制限部は、２００ナノメータより小さい少なくとも１つの高さ寸法を有し、９０°より大きい流体/空気の表面接触角を有し、スプレー液体が空気保持空洞に通常１０バールのオーダーのスプレー圧力まで導入されることを防止し、前記スプレー装置の減圧後に、空気を前記閉鎖領域に再導入させる流体抵抗を形成する。
【００３０】
前記障壁手段によって、或いはその周りに形成された閉鎖領域から流体を除去する他の手段は、この発明によるスプレー装置の更なる実施形態により提供され、その特徴として、空気清浄チャンバーが設けられ、前記空気清浄チャンバーは、前記支持体内の加圧径路を介して、噴霧後か噴霧中に加圧され、前記空気清浄チャンバーからの圧縮空気は噴霧後に放出径路を介して放出されて前記エアーチャンバーとノズル空洞を清浄にし、前記空気清浄チャンバーは、微生物フィルターを介して外気を受け入れる。
【００３１】
残留するいかなる流体も、このような空気清浄チャンバーを使用することにより、噴霧後に前記空洞から放出される。前記空気清浄チャンバーは、スプレーチャンバーに連通する入口を備え、スプレーチャンバーは、戻りスプリングを有したピストンを作動させ、空気をピストンチャンバーから加圧チャンバーに押し込むことにより、清浄チャンバーを一方向バルブを介して加圧する。スプレーを減圧した後で、前記ピストンチャンバーは、適所に設けた微生物フィルターを有して外部の環境と連通する別の一方向バルブを介して再度満たされる一方、加圧チャンバー内の空気は、第３の一方向バルブを介して、前記閉鎖領域に押し込まれ、前記流体抵抗を再形成する。
【００３２】
ノズル空洞の存在は、スプレー装置の微生物的安全性に対する致命的な要件、つまり固有のリスクである。何故なら、この空洞が外部の環境と接触しているからである。この空洞のサイズを減少することにより、スプレー装置の使用の後に成長する潜在的な微生物的CFUの数を明らかに縮小する。SNUのノズル部品をマイクロ機械加工することは、ノズル空洞の規模を縮小するための、第２の良好な手段である。
【００３３】
この発明によれば、CFUの数を減少させる他の手段は、前記スプレー装置の使用後に残っている過剰のスプレー流体を前記ノズル開口から排出させることである。これは、例えば、吸収体又は適当な表面被膜による毛管現象の作用により得ることができる。この発明によるスプレー装置の特定の実施形態では、その特徴として、少なくとも１つのノズル開口に近接する少なくとも１つのエリアにおいて、少なくとも、前記スプレーノズルのむき出しの表面が処理されて、過剰の流体をノズル開口から追い出し、前記むき出しの表面は、前記開口の近傍で、疎水性であり、前記主表面において前記支持体に施された第四級アンモニウム被膜のような疎水性の抗菌被膜によって処理される。
【００３４】
この発明によるスプレー装置の特定の実施形態では、その特徴として、支持体が、少なくとも１つの開口を少なくとも囲む前記むき出しの表面において、少なくとも１つの疎水性の被膜と、少なくとも１つの親水性の被膜との混合物を備え、前記被膜の混合物がマイクロパターン化されて、前記ノズル開口から離れるように、流体動作を促す。マイクロパターン化された疎水性の被膜と親水性の被膜は、流体動作を強化し、過剰の流体を前記ノズル開口から排出させるように構成されることが可能である。
【００３５】
好ましくは、乾燥した抗菌性の空気ギャップを形成するために、前記ノズル開口自体が疎水性の領域を有し、過剰の流体を前記むき出しの表面からだけではなく、前記ノズル開口自体から排出させる、前記開口自体から流体を排出することは、更なる実施形態おいて更に強化され、前記少なくとも１つのノズル開口が、前記ノズル本体のむき出しの表面の方向に先細りになっている。これらのノズル開口は、前記主表面に向けて内側の方向へ先細りになっていて、前記ノズル開口から前記流体を移動させる毛管現象の力を可能とする。もし、前記薄膜層にある全ての開口が、空気で満たされた場合には、これによって、前記スプレー装置への更なる侵入から、前記薄膜の外側における過剰の流体からのいかなる微生物による移動も防止される。
【００３６】
驚くべきことには、前記ノズル空洞の高さが、前記ノズル空洞の直径よりも小さい実施形態において、好ましいスプレー特性と良好な微生物の無欠性(integrity)を有することが、判明したことである。その場合には、ノズル空洞の外側に排出する毛管現象の圧力（参照：ラプラス 圧力）が、ノズル開口の毛管現象の圧力を克服するのに十分であると考えられる。
【００３７】
CFUを減少させる他の手段は、抗菌性被膜を前記ノズル空洞に設けることである。その目的に対して、この発明の装置の更なる実施形態では、その特徴として、前記少なくとも１つの空洞が、その内壁の少なくとも一部に覆う抗菌性被膜、特に、第四級アンモニウム被膜のような疎水性の抗菌被膜を備えている。
【００３８】
好ましくは、前記ノズル空洞が、ノズル開口を介して流体を排出し、前記ノズル空洞自体に乾燥した抗菌性の空気ギャップを作成する更なる手段を有する。好ましくは、前記ノズル空洞は疎水性の表面を備えていて、前記表面に向けて、逆方向に先細りしており、前記ノズル空洞から前記流体を駆動させる外側への毛管現象力を強化する。もし、前記ノズル空洞が空気で満たされた場合には、これは、微生物の移動が前記スプレー装置内へ更に侵入することを防止する。特に、前記ノズル空洞は、全体の前記流体の体積を制限するためばかりでなく、前記ノズル空洞から前記流体を流出させる毛管現象の力を増加させるためにも、できるだけ小さくするべきである。このことは、ノズルの適当な寸法を、前記ノズル空洞の適当な寸法と一致させることにより実現できる。
【００３９】
この発明によれば、スプレー装置は、更に、外部環境からノズル空洞への空気の流入を可能にする空気バルブを備える。好ましくは、前記空気バルブは、微生物的に安全な疎水性フィルターを外側に有し、前記疎水性ノズル空洞と流体接続された前記フィルターエリアの下側に別の疎水性空洞を有する。この方法によって、噴霧の後に前記ノズル空洞に残されている流体が、毛管現象の力だけで完全に取り出されることが可能になる。
この発明によるスプレー装置の別の実施形態では、その特徴として、実質的に空気を通さない閉鎖キャップが前記ノズル本体にわたって設けられる。そのような空気を通さない閉鎖キャップは、受動的に又は能動的に、噴霧の際に開放され、噴霧後に閉鎖されて、外部の環境からの更なる微生物のよる汚染を防止することができる。更に、前記薄膜層の上に特定の微気候を見守る手段を備え、前記スプレー装置の必要とする寿命を保証することを助ける。
【００４０】
この発明によれば、前記スプレー装置の更に他の実施形態では、その特徴として、前記支持体が、前記主表面において分布され、特に、前記主表面において角度的に分布される複数の空洞を備え、前記空洞のそれぞれにはノズル薄膜が懸けられ、前記支持体は、前記空洞と前記流体供給流路との間であって前記空洞の上流に、共通の微生物障壁を備える。この実施形態は、多数の分布した開口によって噴霧質を生成するために、流体スプレーを延長した表面領域にわたって可能とする。一方、割り当てられた微生物バリアが、前記流体供給流路における、及び/又は容器の上流における、前記流体の無欠性(integrity)を保護する。
【００４１】
また、この発明によるスプレー装置では、その特徴として、前記支持体が、前記支持体の主表面において開放される、複数のノズル空洞を備え、少なくとも１つのノズル開口を有するノズル薄膜によって覆われ、前記空洞は、それぞれ、前記空洞と流体供給流路との間、特に、前記開口の間で共有される共通の流体供給流路との間に同様なマイクロバルブ手段を備える。その場合には、前記バリア手段が、共に、又は個々に、加圧される。
【００４２】
前記薄膜の下にある、ほぼ円形の横断面を有する空洞、すなわち、ほぼ円筒形の空洞が、前記薄膜にわたる張力の好ましい分布を与えることが判明した。従って、この発明によるスプレー装置の好ましい実施形態では、その特徴として、前記空洞が、前記主表面において、ほぼ円形の断面を有する。その結果、前記薄膜が、前記開口に印加される比較的に大きなスプレー圧力に耐えることができる。
【００４３】
この発明によるスプレー装置は、加圧された液体を、少なくとも１つのスプレーノズルの流体供給流路に供給する液体供給システムをさらに備えることができる。
【００４４】
この発明はさらに、スプレーノズルほん体に関し、多数の実施例と添付した図面を参照してより詳細に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明によるスプレー装置のノズル本体の実施形態の断面図を示す。
【図２】この発明によるスプレー装置のノズル本体の好ましい実施形態の断面図を示す。
【図３】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図４】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図５】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図６】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図７】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図８】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図９】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図１０】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図１１】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図１２】この発明によるスプレー装置のノズル本体の更なる実施形態の断面図を示す。
【図１３】この発明によるスプレー装置のノズル本体の好ましい実施形態の断面図を示す。
【図１４】図１３の好ましい実施形態の上面図を示す。
【００４６】
注目すべきことであるが、各図は概略的に、また、縮尺に関係なく描かれている。特に、ある寸法は、全般的な明瞭性を改良するために、より大きい又はより小さい大きさに誇張されている。対応する部品は、全図を通じて同じ参照符号によって示されている。
【００４７】
（好ましい実施形態の技術的説明）
図１は、この発明による、少なくとも１つの流体マイクロジェット１を噴霧する装置の実施形態のスプレーノズルの断面図を示す。スプレーノズルは、この場合、支持体（２）と、薄膜の支持体２を支持する基体８とを備えるノズル本体からなる。支持体（２）は、３０と６７５ミクロンの間の一般的な厚さを有するシリコンから作られることが好ましい。１０−１００ミクロンの直径を有する１つ以上の基本的に円筒形のノズル空洞３が、第１主表面４から第２主表面まで、支持体２を厚さ方向に貫通して延びている。
【００４８】
支持体２は薄膜層６を備える。薄膜層６は、好ましくは、シリコン、シリコン窒化物、シリコン炭化物、シリコン酸化物、ダイヤモンドのようなフィルム、又は他のセラミック組成物のような薄膜材料から作られる。空洞３の領域において、一般的に０.５と２０ミクロンの間の直径を有する少なくとも１つのノズル開口７が、空洞３と流体連通するように薄膜層６に形成され、支持体２の第１主表面側４に穴の開いた薄膜を形成する。
【００４９】
第２主表面５において、支持体２は流体供給流路９を備える基体８によって保持される。流体供給流路９は１００と６７５ミクロンの間の一般的な長さで、１０と１００ミクロンの間の直径を有し、基体８の第２主表面５から裏面１０まで伸び、貯蔵器などから圧縮流体を放出する図示しない流体供給システムに接続する。支持体２と同様に、基体８はシリコン体からなる。基体を形成するシリコン体の厚さは、通常１００と６７５ミクロンの間にある。
【００５０】
この発明によれば、微生物の防壁は、空洞３と流体供給通路９との間に設けられる。微生物の防壁は、すくなくとも１つの微生物閉鎖領域１１を有するマイクロバルブユニットを備える。マイクロバルブユニットは、シリコンの基体８の上で成長したか、又は堆積されたシリコン酸化物層１５の上に堆積されるシリコン窒化物層２５から形成される。開口１７はシリコン窒化物層２５においてエッチングされ、少なくとも１つのエアーチャンバー１２に隣接する閉鎖領域１１を介して流体供給流路９に連通するバルブ出口を形成する。閉鎖領域１１は０.０５と２ミクロンの間の高さを有し、エアーチャンバー１２は２と３０,０００立方ミクロンの間の体積を有する。閉鎖領域１１とエアーチャンバー１２は共に、供給圧力がしきい値に達したときのみ流体を通過させ、供給圧力が前記しきい値より十分低い時にノズル空洞３と流体供給流路９との間の流体連通を阻止する圧力依存流出防壁を形成する。後者の場合においては、エアーチャンバー１２から生じる少なくとも１つの気泡が、微生物が閉鎖領域１１を通過することを阻止するが、閉鎖領域１１の少なくとも１つの高さ寸法は２ミクロンより小さく、流体／空気の表面接触角は９０°より大きい。
【００５１】
図２を参照すると、微生物閉鎖領域１１は適当な疎水性の表面被膜１３有し、特にそれは、第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌性被膜を備える。疎水性被膜１３は、閉鎖領域１１の両側に施され、バルブ流路のこの部分の完全な閉鎖を可能にする。また、エアーチャンバー１２と微生物閉鎖領域１１は、その閉鎖領域がエアーチャンバー１２内の空気から分離されない閉鎖気泡を含むように設計可能である。エアーチャンバー１２は閉鎖領域１１より著しく大きく、閉鎖領域１１の流体／空気の表面接触角はエアーチャンバー１２の少なくとも一部の流体／空気の表面接触角より大きい。好ましくは、同程度か又は少し弱い疎水性であるが、なお抗菌性を有する被膜１４がエアーチャンバー１２の特定の内部部分の上に施される。
【００５２】
他の実施形態が図３に示されるが、この実施形態では、エアーチャンバー１２が薄膜層６と一体化された微生物フィルター１６を介して外気に連通している。フィルター１６によって噴霧後に空気がエアーチャンバー１２に入ることができる。エアーチャンバーは細いスリット１８を介して閉鎖領域１１と連通する。スリット１８は流体制限部を形成するが、空気は通過させる。流体制限部１８の少なくとも１つの高さ寸法は２００ナノメータより小さく、流体／空気の表面接触角は９０°より大きい。これは、１０バールのオーダーの噴霧圧力下で噴霧液がエアーチャンバー１２に入ることを阻止する制限部１８によって流体抵抗を形成する。フィルター１６は、空洞３を覆う開口７付き薄膜を形成する同じ薄膜層６に作られる。
【００５３】
他の実施形態が図４に示されるが、そこでは空気清浄チャンバー１９がバルブユニット支持体８の外側に設置されている。このチャンバー１９は、噴霧前又は噴霧中に基体８の加圧経路２０を介して加圧される。空気清浄チャンバー１９からの圧縮空気が、噴霧後に放出経路２１を介して放出され、閉鎖領域１１とノズル空洞３を浄化する。外部の空気清浄チャンバー１９は、外部微生物フィルター２２を介して空気が補充される。
【００５４】
少なくとも１つの流体マイクロジェット１を噴霧する装置の他の実施形態の断面が図５に示される。そのノズル本体は、第１主表面４から第２主表面５まで延びるノズル空洞３を有するほぼ平坦なノズルプレートの支持体２を備える。支持体２は、ノズルプレートの支持体２の第１主表面４において空洞３と流体連通する少なくとも１つのノズル開口７を有する薄膜層６を備える。第２主表面５において、微生物のマイクロバルブが前記空洞と流体供給流路９との間に設置される。
【００５５】
前記マイクロバルブは、第２主表面５からその裏面１０まで延びる流体供給流路９を有する基体８に設けられる。そのマイクロバルブはバルブシート２４の上に設置されるバルブディスク２３を備え、バルブディスク２３は、圧力がバルブシート２３からバルブディスク２３を持ち上げる供給しきい値圧力を超えたときのみ流体を通過させ、前記しきい値以下では供給流路９を封止して前記バルブを閉じる微生物流動防壁を形成する。
【００５６】
スプレーノズル３，６とマイクロバルブユニット２３，２４の両方は、標準（シリコン）微細機械加工法を用いて作ることができる。支持体２，８の材料はシリコンであり、薄膜層６はシリコンを多く含むシリコン窒化物から、バルブシート２４はシリコン酸化物から作ることができる。勿論、全ての種々の機能の構成要素用に高分子材料や金属を用いるように、他の材料を組み合わせることは、同様に可能である。
【００５７】
好ましくは、図６に示すように、バルブシート２４上に設置されたバルブディスク２３を備えるマイクロバルブユニットは、適当な疎水性表面被膜１３を有する（気泡）閉鎖領域１１に設けられる。特に、この被膜は、第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌被膜からなる。エアーチャンバー１２と（気泡）閉鎖領域１１は、閉鎖気泡がエアーチャンバー１２内の空気から分離しないように設計可能である。エアーチャンバー１２は閉鎖領域１１より著しく大きく、空気閉鎖領域１１の流体／空気の表面接触角はエアーチャンバー１２の少なくとも一部の流体／空気の表面接触角より大きい。好みにより、同じか若干弱い疎水性の（しかし抗菌性はそのままの）被膜１４が、エアーチャンバー１２の特定の部分の上に施される。
【００５８】
バルブシート２４の上に設置されたバルブディスク２３を備えるマイクロバルブユニットを有する、この発明によるスプレー装置のノズル本体の他の実施形態が、図７に示される。マイクロバルブは前記シート２４の周りに閉鎖領域１１を備える。空気チャンバー１２は、空洞３を覆う薄膜を形成する薄膜層６に一体化された微生物フィルター１６を介して外気と連通している。フィルター１６は、噴霧後に、細い流体制限部１８を介して空気を閉鎖領域１１へ再進入させる。前記流体制限部１８は、空気チャンバー１２と閉鎖領域１１との間に設置される。流体制限部１８の少なくとも１つの高さ寸法は２００ナノメータより小さく、９０°より大きい流体／空気の表面接触角を有し、１０バール程度の噴霧圧力まで噴霧液が空気チャンバー１２に入ることを阻止する制限部１８によって流体抵抗を形成する。
【００５９】
図８は、バブルシート２４の上に設置されたバルブディスク２３を備えたマイクロバルブユニットを有するノズル本体２，８の他の実施形態を示す。空気清浄チャンバー１９はバルブユニット支持体８の外側に設置される。このチャンバー１９は噴霧前又は噴霧中に基体８の中の加圧経路２０を介して加圧され、空気清浄チャンバー１９からの圧縮空気が噴霧後に放出経路２１を介して放出され、閉鎖領域１１とノズル空洞３を浄化する。外部の空気清浄チャンバー１９は外部微生物フィルター２２を介して空気が補充される。
【００６０】
微生物の安全性を保証する信頼性のある手段が、ノズル空洞のサイズを縮小し、単一層においてノズル開口７とバルブディスク２３を一体化することにより、この発明によるスプレー装置の好ましい実施形態によって得られた。図９は流体マイクロジェットを噴霧するスプレー装置のそのような好ましい実施形態のノズル本体の例を断面図で示す。ノズル本体は、空洞９を有するほぼ平坦なノズルプレート支持体２を備え、通常はシリコンで作られる。その空洞は、シリコン本体２の厚さに対応する１００と６７５ミクロンの間の長さを有し、通常１０と５０ミクロンの間の直径を有する円筒形である。空洞９は支持体の第１主表面４から第２主表面５まで延びている。
【００６１】
第１主表面４において、シリコン酸化物層１５がシリコン本体２の上で堆積されるか成長し、シリコンを多く含むシリコン窒化物薄膜層６が図示しない薄い犠牲層で予め覆われたシリコン酸化物層の上に堆積される。シリコン窒化物薄膜層６はフォトリソグラフィと汎用半導体処理技術を用いて局部的にエッチングされ、ノズルプレート支持体２の第１主表面側において、空洞９と流体連通する通常０.５と２０ミクロンの間の直径を有する少なくとも１つのノズル開口７を形成する。
【００６２】
シリコン酸化物層１５はシリコン窒化物薄膜層６の真下でエッチングされて空洞３を形成し、図示しない犠牲(sacrificial)層をエッチングすることによってシリコン窒化物層が中央のシリコン酸化物から放出され、それによってバルブシート２４の上に設置されたバルブディスク２３を形成する。バルブシート２４は、ほぼリングの形状を有し、流体流路９を形成するシリコン本体の穴を介してエッチングされた内部コアを備えた円形断面を有する。バルブシートは通常、１５と５５ミクロンの間の内径と、通常１と１０ミクロンの間の幅を有する。バルブディスク２３は、印加されるスプレー圧力によって通常５０ナノメータから５ミクロンまでの高低差で移動可能であり、それによってバルブディスク２３とバルブシート２４との間に流体通路を形成する。
【００６３】
このバルブシート２４によって、受動バルブ構造つまり流通障壁が形成され、バルブディスク２３が上流のしきい値圧力を超えてバルブシートから持ち上げられて流体流路９から空洞３を介して開口７まで流体流路を形成するときのみ、流体を通過させる。圧力が或るしきい値より低下すると、バルブディスク２３はバルブシート２４に戻り、それによってバルブを閉じ、空洞３を流体流路９から封止するが、そのしきい値は必ずしもバルブを開くしきい値と同じである必要はない。
【００６４】
バルブディスク２３は、好ましくはシリコン、シリコン窒化物、又はシリコン炭化物のような薄膜材料から作られ、５００と１５００ナノメータの間の厚さを有し、２５と１００ミクロンの間の直径を有する。マイクロバルブとノズル開口との間にあるノズル空洞３は、通常、数百立方ミクロンのオーダーの体積を有するように形成される一方、分離したノズルチップと分離したバルブチップを用いると百万立方ミクロンの通常サイズを有する。明らかなことであるが、ノズル空洞３の中に存在するＣＦＵ（コロニー形成ユニット）の数は、著しく減少する。ノズル空洞３は、さらに、バルブの上流に収容される流体の完全性(integrity)をさらに保持する小さい空気閉鎖領域としても機能することができる。
【００６５】
好ましくは、閉鎖位置において、バルブディスクとバルブシートとの間の最大距離は、２００ナノメータより小さく、特に、１００ナノメータより小さく、それによって、ノズル空洞とバルブ空洞との間に抗菌性障壁を形成する。
【００６６】
ノズル空洞の高さはノズルのサイズよりも小さくすることができ、それによって、ノズル空洞の外側の流体を表面張力により排除することができる。
【００６７】
バルブシート２４の上に設置されたバルブディスク２３を備える結合マイクロバルブ薄膜層ユニットの、図１０に示す実施形態は、適当な疎水性の表面被膜１４を有する（気泡）閉鎖領域１１が設けられること、閉鎖位置においてバルブディスクがバルブシート２４の上に設置された薄膜層６の穴のない部分に一体化されること、及び薄膜層が印加スプレー圧力によって移動可能で、これにより薄膜層とバルブシートとの間に流体通路を形成することを特徴とする。これによって、ノズル空洞の内部の流体を表面張力により外部へ退散させることが可能になり、ノズル空洞内の閉鎖空気通路により微生物の完全性(integrity)を守る。
【００６８】
バルブシート２４の上に設置されたバルブディスク２３を備える結合マイクロバルブ薄膜層ユニットの図１１における他の実施形態の断面は、薄膜層６の外部表面が疎水性の表面被膜１４を備え、スプレー装置の使用後にノズル開口７から過剰な噴霧流体を排出することを特徴とする。
【００６９】
結合マイクロバルブ薄膜層ユニットの他の実施形態は図１２に示され、ほぼ平坦なノズルプレート本体２を備える。ノズルプレート本体２は、通常１００−６７５ミクロンの厚さと、０.４−５ｍｍの通常の幅と、０.４−５ｍｍの通常の長さ（長さと幅は同じである必要はない）を有し、１０−１００ミクロンの直径の多数の空洞９と、シリコン、シリコン窒化物、シリコン炭化物、シリコン酸化物又はダイアモンドのような材料から作られ０.１−２ミクロンの厚さを有する薄膜層６とを有する。そして、多数のノズル開口７（通常、１−５００開口）を有する多数のノズル空洞３（通常、１−２００の薄膜の範囲で）が薄膜層６の下に形成され、この特定の場合には１つのノズル空洞３が３つのノズル開口７を有することを特徴とする。好ましくは、ノズル開口７はノズル空洞３の内部の流体に撃退力が働くことを可能にするように設置され、流体が表面張力により空気に置換され、これによって微生物の完全性を守る。さらに他の好ましい実施形態では、ノズルプレート本体２は、円形、三角形、六角形などの形状を有する。
【００７０】
結合マイクロバルブ薄膜層ユニットの他の好ましい実施形態は、図１３に示され、シリコン、シリコン窒化物、シリコン炭化物、又はシリコン酸化物のような薄膜材料から作られて２５−１００ミクロンの直径を有し、１５−５０ミクロンの直径と１−１５ミクロンの幅を有するバルブシート２４の上に設置されたバルブディスク２３を備え、好ましくは、リングの形状を有する畝状領域２６（１−５０ミクロンの幅と１００ナノメータから１０ミクロンまでの段差を有する）が薄膜層６に存在し、バルブ閉鎖領域１１が容易に開くようにする。
【００７１】
バルブディスクは薄膜層６の穴のない領域に、好ましくは閉鎖位置においてバルブシート２４の上に設置されるバルブディスク２３と同じ材料によって一体化される。薄膜層６におけるバルブディスク２３は、印加されたスプレー圧力により移動可能であり、それによって流体通路（通常、薄膜層とバルブシートとの間の５０−１５００ナノメータ）を形成する。外部リングにおいて、流体の下流で、バルブ閉鎖領域１１の後に、１つ以上のノズル開口７（０.５−１５ミクロンの直径を有する）が存在可能である。
【００７２】
バルブシート２４は、ノズルプレート支持体２の一体部分であってもよいが、バルブシート２４の機能性はノズルプレート支持体２の上の追加的構造材料のような他の手段によっても得ることができる。好ましくは、マイクロバルブの薄膜層６は半導体（又はＭＥＭＳ）技術によって作られ、ノズルプレート支持体２とバルブシート２４はシリコンから作られ、一方、バルブディスク２３は薄膜材料、好ましくはシリコン窒化物、シリコン炭化物、又はシリコン酸化物から作られ、０.１−２ミクロンの厚さを有する。
【００７３】
バルブディスク２３の閉鎖力を高めるために、薄膜材料の追加の閉鎖層２７がバルブディスク２３の上に存在することができ、閉鎖層２７はバルブディスク２３を、或る領域のみ又は全体にわたって覆うように構成可能であり、その材料はバルブディスク２３に確実に付着可能であるか又は、バルブディスク２３上の或る領域のみに付着可能であり、閉鎖層２７とバルブディスク２３との間に自由な瞬間を残す。ここで、閉鎖層２７は結果的に生じる圧縮ひずみを有する材料から作られ、バルブディスク２３は、閉鎖層２７よりも小さい圧縮ひずみを有する他の材料から作られて好ましくは引張ひずみを有する。また、閉鎖層２７は好ましくはシリコン酸化物や酸化薄膜ポリシリコンのような薄膜材料から作られ、通常、０.１−５ミクロンの厚さを有する。
【００７４】
他の好ましい実施形態では、閉鎖層２７は電荷を含み、バルブシート２４を引き付ける。さらに他の好ましい実施形態では、閉鎖層２７は磁性体や強磁性体材料等から作られ、バルブディスク２７は、バルブシート２４の内部の磁性材料又はスプレーノズルチップの外部に設置された外部磁性体を用いて閉鎖可能であり、閉鎖層２７は薄膜シリコン窒化物のような不活性材料で覆われる。
【００７５】
薄膜の中央部分に存在するノズル開口７を有することが、優先される。その場合には、バルブの機能性は外部リングの下に設置された１つ以上の流体注入口を有することによって保証されるが、その時、バルブは細孔を有さない。
【００７６】
図１４は、図１３の好ましい実施形態を上面図で示している。
【００７７】
この発明によれば、結合されたマイクロバルブ薄膜層ユニットは、微生物の通路に対するノズル空洞内部の空気閉鎖障壁と、ノズル空洞とバルブ空洞との間の微生物の通路に対する機械的障壁とを有する、二重の微生物の完全性の障壁に適用される。
【００７８】
（微生物学的報告）
微生物学的な完全性は、図９−１１の構成によって学習された。シリンジが最大回復希釈剤（ＭＲＤ）溶液で満たされ、ＳＮＵがそのシリンジの上に置かれる。ＳＮＵから３０μμlのＭＲＤの一滴を形成するために、プランジャーに圧力が与えられる。その一滴は±１００cfu/mlの緑膿菌懸濁液に浸される（ディッピングされる）。この処理が１日に３回、４日連続して繰り返される。ＳＮＵはディッピンの間、２８−３２℃で培養される。その後、シリンジの中身がＴＢＳ(Tripton Soy Broth) 媒体に移され、バクテリアの存在を試験するため平板培養される。コントロールはポジティブコントロールである：０.３mlのＭＲＤで満たされたシリンジと０.１mlの緑膿菌懸濁液とネガティブコントロール：バクテリアなしで満たされたシリンジ。図９−１１で示されるような、種々の結合されたマイクロバルブ薄膜層の実施形態は、合計３０テストにおいて、１００％の微生物安全結果をもたらした。他のテストにおいて、ＴＢＳがＭＲＤの代わりに用いられた。この場合でも、種々の結合されたマイクロバルブ薄膜層の実施形態は、１００％の微生物安全結果をもたらした。
【００７９】
この発明は多くの実施形態を参照してここに説明されたが、この発明がこれらの実施形態に限定されるもではないということは、理解されるであろう。その代わりに、当業者にとって、多くの実施形態と変形が、この発明の範囲と精神から離れることなく実現可能である。
【００８０】
特に、当業者であれば、次の特定の実施形態がこの発明の範囲と精神から明らかになるということを認識するであろう。
【００８１】
（発明の特定の実施形態）
実施形態：
１.スプレーノズルユニットを備え、前記スプレーノズルユニットは、圧縮された流体をその中に受け入れるための流体供給流路を備えると共に、前記流体のマイクロジェットスプレーを放出するための少なくとも１つのノズル開口を設けたノズル薄膜を有する少なくとも１つのスプレーノズルを備え、前記スプレーノズルはノズル本体によって形成され、支持体の主表面に少なくとも１つのノズル空洞を有する支持体を備え、前記支持体は前記主表面において薄膜層によって覆われ、前記薄膜層は前記少なくとも１つのノズル空洞の領域で前記薄膜層の厚さを貫通する少なくとも１つのノズル開口を備えて前記ノズル空洞を覆う前記ノズル薄膜を形成し、前記ノズル本体は前記流体供給流路の少なくとも一部を備え、前記の上流において、前記ノズル本体が、前記ノズル空洞と、前記支持体内に存在する前記流体供給流路の前記少なくとも一部との間に微生物の障壁を備える、流体のマイクロジェットスプレーを噴霧するスプレー装置。
【００８２】
２. 前記微生物の障壁は、上流の圧力が所定のしきい値を超えたときに開き、非加圧状態では常閉状態にあり、前記空洞と前記流体供給流路との間で前記空洞の上流に設けられたマイクロバルブ手段を備えることを特徴とする実施形態１によるスプレー装置。
【００８３】
３. マイクロバルブ手段は、２と５バールの間の圧力しきい値で開き、下流の圧力が前記圧力しきい値よりも低い値より低く、特に１と２バールの間の値より低く降下したときに閉じることを特徴とする実施形態２によるスプレー装置。
【００８４】
４. 前記微生物の障壁は前記マイクロバルブ手段と前記ノズル空洞との間にエアーチャンバーを備え、前記エアーチャンバーは前記常閉状態において或る量の空気を閉じ込めることを特徴とする実施形態２又は３によるスプレー装置。
【００８５】
５. 前記エアーチャンバーの内壁が、第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌被膜による疎水性表面を有することを特徴とする請求項４に記載のスプレー装置。
【００８６】
６. 前記エアーチャンバーは微生物フィルターを介して前記支持体の外気に連通し、前記微生物フィルターは前記マイクロジェットスプレーの噴霧後に空気をエアーチャンバーに再進入させることを特徴とする実施形態４又は５によるスプレー装置。
【００８７】
７. 空気清浄チャンバーが設けられ、噴霧前又は噴霧中に前記空気清浄チャンバーが支持体内の加圧経路を介して加圧され、加圧された空気が空気清浄チャンバーから噴霧後に放出経路を介して放出されてエアーチャンバーとノズル空洞とを浄化し、空気清浄チャンバーは微生物フィルターを介して外気を受け入れることを特徴とする実施形態４、５又は６によるスプレー装置。
【００８８】
８. 前記マイクロバルブ手段はマイクロバルブシートの近傍に少なくとも１つのマイクロバルブディスクを備え、前記マイクロバルブディスクは、前記常閉状態において前記マイクロバルブシートに支持され、前記上流の圧力がしきい値を超えた時に前記シートから持ち上がり、前記マイクロバルブディスクと前記マイクロバルブシートとの間に流体通路を形成することを特徴とする実施形態２〜７のいずれか１つによるスプレー装置。
【００８９】
９. 前記支持体が前記流体供給流路の少なくとも一部を備え、前記ノズル空洞の上流で、前記支持体が、前記支持体内に存在する前記空洞と、前記流体供給流路の前記少なくとも一部との間に微生物障壁を備え、前記マイクロバルブディスクと前記薄膜が共に前記薄膜層によって形成されることを特徴とする実施形態８によるスプレー装置。
【００９０】
１０. 前記支持体は前記支持体の前記主表面に開口し、少なくとも１つのノズル開口を有するノズル薄膜によって覆われる複数のノズル空洞を備え、前記空洞はそれぞれ、前記空洞と流体供給流路、特に、開口間で分けられる共通の流体供給流路との間に類似したマイクロバルブ手段を備えることを特徴とする実施形態８又は９によるスプレー装置。
【００９１】
１１. 前記バルブディスクと前記バルブシートとの間の最大距離が、前記常閉状態において、５００ナノメータより少なく、特に、１００−２００ナノメータより少ないことを特徴とする実施形態８、９又は１０によるスプレー装置。
【００９２】
１２. 前記バルブディスクは、作動中に、ほぼ平坦な初期状態から前記流体通路の形成時の圧力下で少なくとも部分的に湾曲したプロファイルまで曲がるように構成され、前記バルブシートは、前記バルブディスクの前記湾曲したプロファイルの領域に位置する閉鎖されたエッジを備えることを特徴とする実施形態８〜１１のいずれか１つによるスプレー装置。
【００９３】
１３. 前記バルブディスクは撓むように構成され、前記バルブディスクは畝状に形成され、ほぼリング形状のバルブシートに沿って少なくとも１つのほぼリング形状の畝を備えることを特徴とする実施形態１２によるスプレー装置。
【００９４】
１４. 前記流体供給流路が、前記リング形状のバルブシートの内部に連通していることを特徴とする実施形態１３によるスプレー装置。
【００９５】
１５. 前記バルブ手段はバルブディスクを備え、前記バルブディスクが常閉状態において前記バルブディスクをバルブシートに押し付ける弾性加圧手段を備えることを特徴とする実施形態８〜１４のいずれか１つによるスプレー装置。
【００９６】
１６. 前記空洞が、前記主表面において、ほぼ円形断面を有することを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【００９７】
１７. 前記少なくとも１つのノズル開口に隣接する少なくとも領域において、前記スプレーノズルのむき出しの表面が超過流体をノズル開口から追い払うように処理されていることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【００９８】
１８. 前記むき出しの表面が、前記主表面において前記支持体に施される第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌被膜により、前記開口の近傍で疎水性であることを特徴とする実施形態１７によるスプレー装置。
【００９９】
１９. 前記支持体が、前記少なくとも１つの開口を少なくとも取り囲む、前記むき出しの表面における、少なくとも１つの疎水性被膜と少なくとも１つの親水性被膜との組合わせを備え、前記被膜の組合わせが、ノズル開口から離れる流体の動きを促進するようにマイクロパターン化されることを特徴とする実施形態１７によるスプレー装置。
【０１００】
２０. 前記少なくとも１つのノズル開口が疎水性であることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０１】
２１. 前記少なくとも１つのノズル開口が、前記ノズル本体のむき出しの表面の方へ先細ることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０２】
２２. 前記少なくとも１つの空洞が、その内壁の少なくとも一部を覆う抗菌性被膜、特に、第四級アンモニウム被膜のような疎水性抗菌被膜を備えることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０３】
２３. 前記少なくとも１つの空洞が、前記ノズル本体のむき出しの表面の方へ先細ることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０４】
２４. 実質的に気密の閉鎖キャップが前記ノズル本体の上に設けられ、その閉鎖キャップは噴霧中に開き、噴霧後に閉じて、微生物の移入を阻止することを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０５】
２５. 前記支持体が、前記主表面で分布する、とくに前記主表面で角があるように分布する複数の空洞を備え、前記空洞の各々にはノズル薄膜が張られ、前記支持体は前記空洞の上流で、前記空洞と前記流体供給流路との間に共通の微生物障壁を備えることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０６】
２６. 前記支持体が半導体材料からなり、特に、前記支持体がシリコン体からなることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０７】
２７. 前記薄膜層が、ほぼ２ミクロンより小さい厚さのシリコン窒化物層からなることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０８】
２８. 前記少なくとも１つのスプレーノズルの前記流体供給流路に加圧された液体を供給するための液体供給システムを備えることを特徴とする前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置。
【０１０９】
２９. 前記実施形態のいずれか１つによるスプレー装置に適用されるタイプのスプレーノズル本体。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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