(57)【要約】【課題】吐き出されるべき液体が調量空間に確実に供給されることを保証する微小調量装置を提供する。【解決手段】微小調量装置、とくに微小調量装置であって、液体量を少なくとも一時的に受容するための調量空間とこの調量空間に付設された少なくとも１つの吐出し口と振動ユニットとを有する。この振動ユニットが調量空間の少なくとも１境界面と作用結合されて吐出し過程用にこの境界面を振動させる。本発明によれば、調量空間に少なくとも２つの相互に離間した流入通路が設けられている。液体調量のために利用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体量を少なくとも一時的に受容するための調量空間（１９）とこの調量空間に付設された少なくとも１つの吐出し口（８）と振動ユニット（５）とを有し、この振動ユニットが調量空間（１９）の少なくとも１境界面（２、３、４）と作用結合されて吐出し過程用にこの境界面を振動させる微小調量装置（１）であって、調量空間（１９）に少なくとも２つの相互に離間した流入通路（６、７）が設けられていることを特徴とする微小調量装置。
【請求項２】
少なくとも１つの予備室（１１）が少なくとも１つの流入通路（６、７）を介して調量空間（１９）と連通結合されていることを特徴とする、請求項１記載の微小調量装置。
【請求項３】
予備室（１１）が調量空間（１９）から離れた方の末端領域に補償穴（１３）を備えていることを特徴とする、請求項２記載の微小調量装置。
【請求項４】
予備室（１１）の補償穴（１３）が、特に疎水性膜フィルタとして実施される気体フィルタ（１４）で閉鎖されていることを特徴とする、請求項３記載の微小調量装置。
【請求項５】
少なくとも１つの流入通路（６、７）が媒体伝導体（１８）と結合されており、媒体伝導体（１８）と予備室（１１）との間に少なくとも１つの連絡毛管（１７）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の微小調量装置。
【請求項６】
連絡毛管（１７）と予備室（１１）と気体フィルタ（１４）とによって形成される媒体分岐が、少なくとも１つの吐出し口（８）よりも小さな流れ抵抗を有することを特徴とする、請求項５記載の微小調量装置。
【請求項７】
流量および／または液位を求めるための測定機構（１２）が予備室（１１）内に設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の微小調量装置。
【請求項８】
予備室（８）が少なくとも断続的に媒体伝導体（１８）と一緒に１部材内に設けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の微小調量装置。
【請求項９】
媒体伝導体（１８）を通して予備室（１１）および調量空間（１９）内に液体を移送するための充填機構（１６）が部材内に設けられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の微小調量装置。
【請求項１０】
流入通路（６、７）が異なる流れ抵抗を備えていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の微小調量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体量を少なくとも一時的に受容するための調量空間とこの調量空間に付設された少なくとも１つの吐出し口と振動ユニットとを有し、この振動ユニットが調量空間の少なくとも１境界面と作用結合されて吐出し過程用にこの境界面を振動させる微小調量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小滴および微小滴放出用の微小調量装置は、例えば医療用液体物質吸入器等の美容または製薬媒体ディスペンサの方から知られている。それらは媒体貯蔵装置から液体量を充填可能な調量空間を有し、この調量空間は流れ抵抗の克服後に液体を逃がすことのできる少なくとも１つの吐出し口を有する。流れ抵抗は特に吐出し口の寸法、幾何学形状および材料と液体の表面張力および粘度とによって決まる。この流れ抵抗を克服するために調量空間の少なくとも１境界面に振動ユニットが設けられており、この振動ユニットは調量空間を振動させることができる。振動によって液体中に圧力波が形成され、この圧力波は吐出し口の流れ抵抗を少なくとも一時的に克服させることになる。これにより液体は吐出し口を通して周囲に吐き出すことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、吐き出されるべき液体が調量空間に確実に供給されることを保証する微小調量装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、調量空間に少なくとも２つの相互に離間した流入通路が設けられていることによって解決される。
【発明の実施の形態】
【０００５】
流入通路は調量空間と、特に媒体ポンプとして実施される充填機構等の前置されて媒体を案内する構成要素との間に連通結合を形成する。充填機構は毛細管として、または立上り管を有する圧力容器システムとして形成しておくこともでき、媒体貯蔵装置との連絡を実現できる。こうして流入通路は媒体貯蔵装置から調量空間内への液体の流入を許容する。技術の現状により知られているように調量空間に単一の流入通路が存在する場合、吐出し過程中調量空間全体への均一な液体供給はしばしば保証されていない。多くの応用事例で要求されるような条件は公知の微小調量装置でもってどうにか満足できるように満たすことができる。
【０００６】
液体の調量精度および／または吐き出される小滴の分布に対する厳しい条件に対しては、公知の微小調量装置は限定的に適しているにすぎない。それに対して、少なくとも２つの相互に離間した流入通路が設けられている本発明に係る調量空間は、同時に調量精度を高めかつ小滴の分布を改善して微小調量装置の製造費低下を可能とする。微小調量装置の製造費は特に、媒体貯蔵装置から調量空間への液体移送に使用される移送手段の寸法設計の影響を受ける。相互に離間した複数の流入通路によって、吐き出されるべき液体の調量空間への一層均一な供給を保証することができる。吐出し過程中、微小調量装置の効率低下を生じ得るような局所的液体不足は防止することができる。これにより、移送手段の一層小さな寸法設計および／または一層簡単な構造、従って微小調量装置の製造費低減を達成することができる。複数の流入通路の他の利点は、限定的液体量の吐出し用に必要なエネルギー需要を調量空間の効率向上によって減らすことができることにある。これにより、振動ユニットに供給するために設けるべきエネルギー蓄積装置は一層小さく寸法設計することができ、これにより付加的製造費を節約できる。流入通路は、調量空間の単一の境界面で統一的に整列しても、また調量空間の単数または複数の境界面で整列を違えても、調量空間が十分に充填されるように設けておくことができる。振動ユニットは単数または複数の振動発生手段を備えておくことができる。振動発生手段は特に圧電結晶振動子として実施されている。振動発生手段は、同一向きまたは異なる向きの等位相でまたは移相して働く単数または複数の振動方向において境界面の励振を引き起こす。
【０００７】
本発明の構成において、少なくとも１つの予備室が少なくとも１つの流入通路を介して調量空間と連通結合されている。予備室は、特に吐出し過程中にピーク移送量を補償できるようにするために、吐き出されるべき液体の一時貯蔵用に設けられている。これにより予備室は小滴分布のさらなる均一化および調量精度の向上ももたらす。予備室はこのため少なくとも１つの流入通路を介して調量空間と連通結合されており、予備室内に貯蔵された液体は直接に流入通路を介して調量空間に流入できる。予備室は独自の移送機構なしに受動式にも、また独自の移送機構を備えて能動式にも、実施しておくことができる。予備室の充填は単に時々、特に吐出し過程直前に、または持続的にも、予定しておくことができる。
【０００８】
本発明の他の構成において予備室は調量空間から離れた方の末端領域に補償穴を備えている。予備室の補償穴によって、液体充填中予備室内での昇圧は減らされまたは防止される。さらに、補償穴によって周囲との圧力補償を行うことができるので、補償穴によって調量空間方向への液体流下が容易となる。それとともに予備室は液体にとって小さな抵抗を意味する。予備室は特に毛管として実施することができ、これにより毛管力に起因して特別簡単な充填を達成できる。さらに、毛管の場合液体中に気泡なしに完全充填および排出を簡単に達成することができ、貯蔵された液体は直接に、特に気液分離措置なしに調量空間に導入することができる。
【０００９】
本発明の他の構成において予備室の補償穴は気体フィルタで閉鎖されている。特に疎水性膜フィルタとして実施しておくことのできる気体フィルタによって、予備室内に貯蔵された液体が微小調量装置の周囲からの菌類で汚染されことは防止することができる。気体フィルタは、気体粒子のみを通過させる一方、細菌、ウイルスまたは液体が気体フィルタを通過するのが妨げられるように設計されている。それとともに、予備室から周囲への液体流出を排除できるので、気体フィルタは付加的に予備室用充填限界として利用することもできる。フィルタはその際特に離散的部材として予備室に取付けることができ、または本発明の好ましい１実施形態におけるようにフィルタカートリッジとして予備室の補償穴内に取付けることができる。
【００１０】
本発明の他の構成において、少なくとも１つの流入通路が媒体伝導体と結合されており、媒体伝導体と予備室との間に少なくとも１つの連絡毛管が設けられている。媒体伝導体は媒体貯蔵装置と調量空間との間に連通結合を実現し、この目的のために少なくとも１つの流入通路と結合されている。調量空間の直接的周囲において有利な液体分布を達成するために、媒体伝導体と予備室との間に少なくとも１つの連絡毛管が設けられている。連絡毛管によって媒体貯蔵装置から予備室への直接的液体供給を保証することができる。さらに、調量空間を介して予備室の並行供給が可能である。
【００１１】
本発明の他の構成において、連絡毛管と予備室と気体フィルタとによって形成される媒体分岐が、少なくとも１つの吐出し口よりも小さな流れ抵抗を有する。吐出し口の流れ抵抗は、既に述べたように、特に吐出し口の寸法、幾何学形状および材料と液体の表面張力とによって決まる。予備室の連絡毛管と気体フィルタとによって形成される媒体分岐が吐出し口よりも小さな流れ抵抗を有する限り、能動的移送手段を介して予備室の充填中、吐出し口内からの望ましくない液体流出は防止することができる。
【００１２】
本発明の他の構成において、流量および／または液位を求めるための測定機構が予備室内に設けられている。測定機構は特に容量式、誘導式または光学式流量計もしくは体積計として実施することができる。このような測定機構によって特に、予備室が最低充填量を充填されてはじめて吐出し過程が作動可能であることを確保することができる。こうして予備室の諸利点を最適に利用することができる。予備室内の測定機構で流量測定値を求めると、微小調量装置のエネルギー効率的な均一移送量を保証するために能動的移送手段および／または振動ユニットの吐出し量の最適適合が可能となる。さらに、予備室からの液体流下は調量空間から吐き出される液体量の直接的または間接的尺度として利用することができる。
【００１３】
本発明の他の構成において、予備室は少なくとも断続的に媒体伝導体と一緒に１部材内に設けられている。この部材は特にケイ素、プラスチック、金属または複合素材から製造しておくことができる。プラスチックから製造する場合、特別安価な造形が得られる。特別好ましい１実施形態において予備室は媒体伝導体、流入通路、および調量空間の少なくとも１境界面と共にプラスチック製の単一の共通する部材内に実現されている。
【００１４】
本発明の他の構成において、媒体伝導体を通して予備室および調量空間内に液体を移送するための充填機構、特に媒体ポンプが部材内に設けられている。媒体ポンプは媒体貯蔵装置から予備室および調量空間へと液体を輸送するための能動的移送手段として役立つ。予備室と調量空間と媒体伝導体も設けておくことのできる部材に媒体ポンプを一体化することによって、微小調量装置にとって特別コンパクトで安価な構造群を達成することができる。特別好ましい１実施形態において、調量空間の１境界面の励振用にいずれにしても設けられている振動ユニットは付加的になお媒体ポンプの駆動装置として使用することができる。こうして微小調量装置のきわめて良好なエネルギー効率が保証されている。
【００１５】
本発明の他の構成において流入通路は異なる流れ抵抗を備えている。媒体伝導体、予備室、調量空間および流入通路の実施に依存して媒体伝導体もしくは充填機構と調量空間に通じる個々の流入通路との間に異なる流れ抵抗が生じることがある。それにもかかわらず、設けられたすべての流入通路から調量空間への均一供給をもたらすために、流入通路は幾何学的構成および／または調量空間への相応する配置もしくは特殊な被覆によって、媒体伝導体もしくは充填機構に関してすべての流入分岐について実質同じ流れ抵抗が生じるようにそれらの流れ抵抗を調整することができる。
【００１６】
本発明の他の利点および特徴は特許請求の範囲と、単一の図に示す本発明の好ましい実施例についての説明とから明らかとなる。
【実施例】
【００１７】
微小調量装置１は圧縮室１９として実施される調量空間を有し、この調量空間は膜２、部材３および裏壁４等の境界面によって限定されている。膜孔８として実施される詳しくは図示しない吐出し口が膜２に設けられており、圧縮室内に少なくとも一時的に含まれる液体は吐出し口を通して微小調量装置１の周囲に吐き出すことができる。圧縮室１９の裏壁４に超音波振動子５として実施される振動ユニットが取付けられており、この振動ユニットは詳しくは図示しない駆動手段によって少なくとも時々電気エネルギーを供給されて振動を発生することができる。圧縮室１９にさらに複数の流入通路が設けられており、流入通路の１つは直接的入口６として、他の１つは貯蔵装置入口７として実現されている。直接的入口６が充填機構１６と直接連結されている一方、貯蔵装置入口７は通路１７として実施される連絡毛管からも、蛇行状貯蔵装置１１として実施される予備室からも、液体を供給される。
【００１８】
貯蔵装置１１は蛇行状毛管構造として詳しくは図示しない部材内に組込まれており、貯蔵装置入口７から離れた方の末端に、通気部１３として実施される補償穴を有する。通気部１３は疎水性フィルタ要素１４として実施される気体フィルタによって閉鎖されており、貯蔵装置１１の末端に菌類および液体に対するバリヤが存在する。通路１７は直接的入口６とポンプ機構１６とに結合されている。ポンプ機構１６は立上り管１８として実施される媒体伝導体を介して、予備容器１５として実施される媒体貯蔵装置から液体を供給される。微小調量装置１から運ばれる液体量を求めるために流量計１２として実施される測定機構が貯蔵装置１１に設けられており、この測定機構は図示しない制御ユニットとで超音波振動子５を駆動すべく設けられている。
【００１９】
液体量を厳密に調量して微小調量装置１の周囲に吐き出す過程のため、さしあたり、液体が予備容器１５から立上り管１８を介してポンプ機構１６によって吸引されて直接的入口６および貯蔵装置入口７の方向に移送されるようになっている。
【００２０】
この時点に貯蔵装置１１が液体を充填されていない限り、通路１７と貯蔵装置１１とフィルタ要素１４とで形成される媒体分岐の僅かな流れ抵抗によって貯蔵装置１１内への液体流が生じる。その際、膜孔８の流れ抵抗が媒体分岐の流れ抵抗よりも強いので、液体は膜孔８から周囲に流れることがない。貯蔵装置１１と圧縮室１９が液体で充填されている限り、吐出し過程は超音波振動子５の作動によって図示しないエネルギー供給兼駆動手段を介して行うことができ、裏壁４の振動によって圧縮室１９内で昇圧が起き、この昇圧は膜孔８の流れ抵抗の克服、従って周囲への液体吐出しを生じる。
【００２１】
超音波振動子の振動に起因して圧縮室１９内には静圧ではなく振動圧力が存在するので、圧縮室内に圧力が僅かな段階中はポンプ機構１６による能動的移送および／または貯蔵装置１１から圧縮室内への受動的伴流を介して吐出しは行うことができる。これにより、全吐出し過程の間、圧縮室内で均一な液体供給が確保されており、吐出し過程の最後には貯蔵装置１１および圧縮室１９の完全排出も十分に予定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】調量空間と予備室とを有する微小調量装置を略図で示す。
【符号の説明】
【００２３】
１  微小調量装置
２  膜
３  部材
４  裏壁
５  超音波振動子
６  直接的入口
７  貯蔵装置入口
８  膜孔
１１  貯蔵装置
１２  流量計
１３  通気部
１４  フィルタ要素
１５  予備容器
１６  ポンプ機構
１７  通路
１８  立上り管
１９  圧縮室
【図１】
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