(57)【要約】本発明は、望ましくない背圧上昇（持ち上げ力を生じる）や装置性能低下を生じることなく十分な消音を確保する消音器および消音方法を提供する。有効ブリード穴面積を有するブリード穴によって加圧ガスを駆動チャンバに供給し、粒子送達用装置の使用時に有効排気面積を有する消音器を介してガスを大気中に排気する。ブリード穴面積および排気面積を選択して、前記有効排気口を通るガスの質量流量が実質的に有効ブリード穴面積を通るガスの質量流量以上となるようにする。それによって、背圧、従って持ち上げ力を上昇させる傾向がある消音装置中のガス蓄積が生じない。その装置の好ましい実施形態は、大きい容積および小さい粒子出口開口を有する消音器を含むものである。さらに、粒子混合を助けるための１以上の移動ダクトを用いる実施形態も開示されている。
2004536675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー源；
少なくとも１個のブリード穴であって、前記ブリード穴が前記エネルギー源から粒子を巻き込んでその粒子の標的への移動を加速するための駆動チャンバへの加圧ガスの通過のための有効ブリード穴面積を有するもの；ならびに
前記駆動チャンバからの前記ガスを受け、少なくとも１個の消音器排気開口を通過して消音器の周囲に前記ガスを排気する消音器であって、前記排気開口が有効排気面積を有する消音器を有する無針注射器装置において、
前記有効ブリード穴面積および前記有効排気面積が、前記粒子送達装置使用時に、前記有効排気面積を通過するガスの質量流量が前記有効ブリード穴面積を通過するガスの質量流量と実質的に同等またはそれ以上であるようなものであることを特徴とする無針注射器装置。
【請求項２】
前記エネルギー源が加圧ガスの貯留部である請求項１に記載の無針注射器装置。
【請求項３】
前記有効ブリード穴面積および前記有効排気面積が下記式の関係のものである請求項２に記載の無針注射器装置。
【数１】
2004536675.tif 000006
［式中、γ１は貯留部におけるガスの比熱の比であり；Ｒ１は前記貯留部中のガスの気体定数であり、γ２は周囲におけるガスの比熱の比であり、Ｒ２は周囲におけるガスの気体定数であり、Ｐ０は前記消音器がガスを受けた後のエネルギー源における圧力であり、ＰＳは前記消音器がガスを受けた後の消音器における圧力である。］
【請求項４】
前記有効ブリード穴面積および前記有効排気面積が下記式の関係のものである請求項３に記載の無針注射器装置。
【数２】
2004536675.tif 000007
［式中、γ１は貯留部におけるガスの比熱の比であり；Ｒ１は前記貯留部中のガスの気体定数であり、γ２は周囲におけるガスの比熱の比であり、Ｒ２は周囲におけるガスの気体定数であり、Ｐ０は前記消音器がガスを受けた後のエネルギー源における圧力であり、ＰＳは前記消音器がガスを受けた後の消音器における圧力である。］
【請求項５】
前記有効ブリード穴面積および前記有効排気面積が下記式の関係のものである請求項３または４に記載の無針注射器装置。
【数３】
2004536675.tif 000008
［式中、γ１は貯留部におけるガスの比熱の比であり；Ｒ１は前記貯留部中のガスの気体定数であり、γ２は周囲におけるガスの比熱の比であり、Ｒ２は周囲におけるガスの気体定数であり、Ｐ０は前記消音器がガスを受けた後のエネルギー源における圧力であり、ＰＳは前記消音器がガスを受けた後の消音器における圧力である。］
【請求項６】
排気前に前記駆動チャンバから受けた前記ガスを収納するための所定容積を有するシュラウドを有する請求項１〜５のいずれかに記載の無針注射器装置。
【請求項７】
前記シュラウドが使用時に前記標的に対して押圧される粒子出口開口を有することで、前記粒子が前記開口を通って流れ、前記標的内に流れることができる請求項６に記載の無針注射器装置。
【請求項８】
前記消音器シュラウドおよび駆動チャンバがそれぞれ個々の容積を有し、前記粒子出口開口が使用時に当該装置にかかる持ち上げ力が20N未満となるような面積を有する請求項７に記載の無針注射器装置。
【請求項９】
前記消音器シュラウドおよび駆動チャンバがそれぞれ個々の容積を有し、前記粒子出口開口が使用時に当該装置にかかる持ち上げ力が15N未満となるような面積を有する請求項７に記載の無針注射器装置。
【請求項１０】
前記シュラウドが前記駆動チャンバの容積より少なくとも５倍、より好ましくは10倍または20倍の容積を有する請求項６に記載の無針注射器装置。
【請求項１１】
前記シュラウドが該シュラウドの断面積を制限して前記シュラウドを通過する衝撃波を減衰させる要素を有する請求項６〜１０のいずれかに記載の無針注射器装置。
【請求項１２】
前記シュラウドに前記少なくとも１個の消音器排気開口を形成する少なくとも１個の穴が設けられている請求項６〜１１のいずれかに記載の無針注射器装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１個の穴が実質的に当該装置の上流端に配置されている請求項１２に記載の無針注射器装置。
【請求項１４】
前記シュラウドから周囲へガスが通過するための環状流路を形成するカバーをさらに有する請求項６〜１３のいずれかに記載の無針注射器装置。
【請求項１５】
前記環状流路に、前記シュラウドから出るガス流と相互作用する複数のバッフルをさらに有する請求項１４に記載の無針注射器装置。
【請求項１６】
前記装置を伝わる衝撃波を減弱させる抵抗材料をさらに有する請求項１〜１５のいずれかに記載の無針注射器装置。
【請求項１７】
前記駆動チャンバから流れる粒子含有ガスを膨張させるための前記駆動チャンバに連結されたノズルをさらに有する請求項１〜１６のいずれかに記載の無針注射器装置。
【請求項１８】
前記粒子出口開口が前記ノズルの出口面積より100％以下大きく、前記開口が前記ノズル出口から軸方向に隔たっている請求項７に従属した場合の請求項１７に記載の無針注射器装置。
【請求項１９】
駆動チャンバの下流端に第１および第２の膜をさらに有し、該第１および第２の膜が長手方向に分離していることで粒子保持チャンバが形成されている請求項１〜１８のいずれかに記載の無針注射器装置。
【請求項２０】
前記駆動チャンバから前記粒子保持チャンバに加圧ガスを供給するための移動ダクトをさらに有する請求項１９に記載の無針注射器装置。
【請求項２１】
前記移動ダクトの最小面積が、使用時に前記膜の上流側のものが破壊してから、前記膜の下流側のものが破壊するように選択される請求項２０に記載の無針注射器装置。
【請求項２２】
使用時にガスが前記移動ダクトを流れ始めてから2msより長い時間経過した後に前記下流側膜が破壊する請求項２１に記載の無針注射器装置。
【請求項２３】
粒子加速ガス流の消音方法において、
（ａ）第１の質量流量でブリード穴を通って加圧ガスを供給する段階；
（ｂ）粒子が標的に進入するだけの速度が得られるように供給される前記加圧ガスで前記粒子を加速する段階；
（ｃ）消音器に前記ガスを受け、第２の質量流量で少なくとも１個の消音器排気開口から周囲に前記受け入れガスを排気する段階
を有し；
前記第２の質量流量が前記第１の質量流量と実質的に同量以上であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記段階（ａ）が駆動チャンバに加圧ガスを供給することで前記駆動チャンバでガス圧力を蓄積させる段階を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
膜を破壊して、前記駆動チャンバの下流側のノズルにガスを供給する段階をさらに有する請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
段階（ｂ）が前記加圧ガス中に前記膜に隣接して位置している粒子を巻き込み、該粒子含有ガスを前記ノズルで加速する段階を有する請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記消音器における絞りおよび／またはバッフルに通して、ガスにおける衝撃波を減衰させてから、そのガスを周囲に排気する段階をさらに有する請求項２３〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
エネルギー源；
少なくとも１個のブリード穴であって、前記エネルギー源から駆動チャンバへの加圧ガスの通路用の有効ブリード穴面積を有するブリード穴；
前記駆動チャンバの下流端にある第１の密閉部；
前記第１の密閉部の下流側に配置されている第２の密閉部であって、両密閉部間に粒子保持チャンバを形成する密閉部；ならびに前記駆動チャンバと前記粒子保持チャンバの間にガス流路を提供する少なくとも１個の移動ダクト
を有する無針注射器装置であって；
前記有効ブリード穴面積および前記移動ダクトの最小面積を選択して、使用時に前記第１の密閉部が前記第２の密閉部の前に開き、ガスの前記移動ダクトを通る流れが開始してから少なくとも2ms後に前記第２の密閉部が開くようになっていることを特徴とする無針注射器装置。
【請求項２９】
前記第１および第２の密閉部が破壊によって開放される破壊可能膜である請求項２８に記載の無針注射器装置。
【請求項３０】
前記第２の密閉部がガスが前記移動ダクトの通過を開始してから少なくとも3.5ms後に開放する請求項２８または２９に記載の無針注射器装置。
【請求項３１】
前記第２の密閉部がガスが前記移動ダクトの通過を開始してから少なくとも5ms後に開放する請求項２８〜３０に記載の無針注射器装置。
【請求項３２】
ガス流中で粒子を均一に加速する方法であって、
（ａ）加圧ガスを駆動チャンバに供給する段階；
（ｂ）前記駆動チャンバ中の前記加圧ガスの一部を前記駆動チャンバの下流側の粒子保持チャンバ中に供給することで、前記粒子を流動化させる段階；
（ｃ）前記粒子保持チャンバの上流側密閉部を開放する段階；
（ｄ）前記粒子保持チャンバの下流側密閉部を開放する段階
を有し、
段階（ｂ）が開始してから少なくとも2ms後に前記下流側密閉部を開放する方法。
【請求項３３】
前記ガスをブリード穴を介して段階（ａ）で前記駆動チャンバに供給する請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記加圧ガスを１以上の移動ダクトを介して段階（ｂ）で前記粒子保持チャンバに供給する請求項３２または３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記１以上の移動ダクトが、前記駆動チャンバへの加圧ガスの供給時に開放する移動ダクト密閉部によって最初に閉鎖される請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
各密閉部が破壊によって開放される破壊可能膜である請求項３２〜３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記下流側密閉部が前記供給段階（ｂ）が開始してから少なくとも3.5ms後に開放する請求項３２〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記下流側密閉部が前記供給段階（ｂ）が開始してから少なくとも5ms後に開放する請求項３２〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
上流側密閉部および下流側密閉部によって仕切られた粒子保持チャンバ；
前記チャンバ中へのガス流動路を提供する少なくとも１個のダクト
を有する粒子保持組立物であって、
前記ダクトが前記粒子保持チャンバ周囲の実質的に環状スペースから前記粒子保持チャンバへガスを供給する構造となっている粒子保持組立物。
【請求項４０】
上流側密閉部および下流側密閉部によって仕切られた粒子保持チャンバ；
前記チャンバへの第１のガス流動路を提供する第１のダクト
を有する粒子保持組立物であって；
使用時には、前記第１のダクトが前記粒子保持チャンバ中のガスの第１の渦が形成されるように配置されている粒子保持組立物。
【請求項４１】
前記チャンバへの第２のガス流動路を提供する第２のダクトをさらに有し、該第２のダクトが使用時には前記粒子保持チャンバで第２のガス渦を形成するよう配置されている請求項４０に記載の粒子保持組立物。
【請求項４２】
前記第１および第２のダクトが、実質的に異なった方向に前記第１および第２の渦を向けるよう配置されている請求項４１に記載の粒子保持組立物。
【請求項４３】
前記渦がそれぞれ時計回りの方向および相対的に反時計回りの方向に向く請求項４２に記載の粒子保持組立物。
【請求項４４】
前記渦が、異なる方向に向いたガスジェットによって形成される請求項４２または４３に記載の粒子保持組立物。
【請求項４５】
前記ジェットが前記粒子保持組立物を有する装置の使用時に、少なくとも瞬間的に音速または超音速となる請求項４４に記載の粒子保持組立物。
【請求項４６】
前記第１および第２のダクトが、ガス流動方向で互いに位置ズレしている請求項４１〜４５のいずれかに記載の粒子保持組立物。
【請求項４７】
前記位置ズレが、実質的に前記粒子保持チャンバの長手方向長さである請求項４６に記載の粒子保持組立物。
【請求項４８】
前記第１および第２のダクトが円周方向に互いに位置ズレしている請求項４１〜４７のいずれかに記載の粒子保持組立物。
【請求項４９】
前記円周方向位置ズレが、90°〜180°である請求項４８に記載の粒子保持組立物。
【請求項５０】
前記円周方向位置ズレが約120°である請求項４８に記載の粒子保持組立物。
【請求項５１】
前記第１および第２のダクトが、前記粒子保持チャンバ周囲の実質的に環状のスペースから前記粒子保持チャンバへガスを供給する構造を有する請求項４１〜５０のいずれかに記載の粒子保持組立物。
【請求項５２】
前記環状スペースが、前記上流側密閉部の上流の領域に流体で連通している請求項５１に記載の粒子保持組立物。
【請求項５３】
前記流体連通が、一連の円周方向の口部によるものである請求項４０〜５１のいずれかに記載の粒子保持組立物。
【請求項５４】
前記上流側密閉部の上流に前記粒子保持組立物の滅菌性を確保するための密閉部をさらに有する請求項３９〜５３のいずれかに記載の粒子保持組立物。
【請求項５５】
前記ダクトまたは複数ダクトが傾斜していることで、前記上流側または下流側密閉部のいずれかに対して外方向にガスを向けるようになっている請求項３９〜５４のいずれかに記載の粒子保持組立物。
【請求項５６】
前記密閉部が破壊によって開放する膜によって提供される請求項３９〜５５のいずれかに記載の粒子保持組立物。
【請求項５７】
請求項３９〜５６のいずれかに記載の粒子保持手段を有する無針注射器装置。
【請求項５８】
粒子保持チャンバ中の粒子を流動化させる方法において、
加圧ガスを前記粒子保持チャンバ周囲の環状スペースに供給する段階；
少なくとも１個の移動ダクトを用いて前記チャンバに前記ガスを供給することで、前記粒子保持チャンバにある粒子を流動化させる段階
を有することを特徴とする方法。
【請求項５９】
粒子保持チャンバ中の粒子を流動化させる方法において、
前記粒子保持チャンバに流体連通している第１のダクトに加圧ガスを供給する段階；
前記粒子保持チャンバ中で第１のガス渦を発生させることで、前記粒子保持チャンバ中の粒子を流動化させる段階
を有することを特徴とする方法。
【請求項６０】
前記粒子保持チャンバに流体連通している第２のダクトに加圧ガスを供給する段階；
前記粒子保持チャンバ中で第２のガス渦を形成することで、該粒子保持チャンバに入っている粒子を流動化させる段階
をさらに有する請求項５９に記載の粒子流動化方法。
【請求項６１】
前記第１および第２の渦を実質的に異なる方向に向ける請求項６０に記載の粒子流動化方法。
【請求項６２】
無針注射器中のガス流動に１用量の粒子を同伴させる方法であって、
前記用量の粒子を請求項５８〜６１のいずれかに従って流動化させる段階；
上流側密閉部を開放させて、前記ガス流中に前記粒子を同伴させる段階；
下流側密閉部を開放させて、前記同伴粒子を前記装置から放出させる段階
を有する方法。
【請求項６３】
前記上流側密閉部の上流にあるさらなる密閉部を開放させて、前記ガスを前記チャンバに供給する段階をさらに有する請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
添付図面の図１〜18を参照して本明細書に実質的に記載されている構造および配置を有する無針注射器装置。
【請求項６５】
添付図面の図１〜18を参照して本明細書に実質的に記載されている構造および配置を有する粒子保持組立物。
【請求項６６】
添付図面の図１〜18を参照して本明細書に実質的に記載されている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子送達の分野に関するものであり、特にはガス流中の粒子を加速してその粒子を標的（例えば被験者の組織）に送達する無針注射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
WO94／24263には、粒子注射用の無針注射器が開示されている。装置を駆動すると、破壊可能膜間に挟持された粒子からなる粒子カセットが配置された小さい破壊チャンバに加圧ガスが供給される。その小破壊チャンバ中の圧力が一定値に達すると、膜が破壊し、ガスが連続供給されて、粒子が加速されてノズルに降り、標的に入る。粒子が標的に衝突した後、粒子の加速に用いられたガスは一連のバッフルを通り、反射衝撃波を弱め、消音効果をもたらしてから、大気中に排気される。
【０００３】
この種の装置では、ガスが最初に蓄積されるチャンバ容積が小さく、膜破壊後のチャンバへのガス流入が粒子の加速において重要である。この事実は、面積の大きいバルブを有する装置を提供することで、ガスが膜破壊後にガス貯留部から出てノズルを下って流れるようにできるWO99／01168によって確認されている。この文献では、WO94／24263と同じ消音機構が提案されている。
【０００４】
WO01／05455には、開始プロセス経過後に確立される準安定ガス流で実質的に全ての粒子が送達される無針注射器装置が開示されている。これによって、粒子を高信頼性で繰り返し送達することが可能となる。
【０００５】
WO94／24263およびWO99／01168とは対照的に、WO01／05455には密閉手段が破壊されたら、その密閉手段の背後で貯留部からチャンバへのガス流を制限するブリード穴の使用が提案されている。実際、破壊前に密閉手段背後に蓄積したガスによって実質的に全ての粒子が加速され、破壊後に貯留部から流れ出るガスが粒子加速に与える効果は無視できるほどのものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
WO01／05455の装置から放出される衝撃波によって、大きいノイズが使用中の装置から出る可能性があることが認められている。そのノイズをできるだけ小さくして、装置使用者を驚かさないようにすることが望ましい。現在、WO01／05455に開示の型の注射器で用いるのに好適な消音器は提案されていない。
【０００７】
以前の消音器では標的面付近の領域に加圧ガスを閉じ込めることでかなりの持ち上げ力が生じて、それによって装置が標的との接触から離れるように動く傾向が生じることから、WO94／24263またはWO99／01168の消音の考え方をWO01／05455で注射器に適用する試みは奏功していない。適切な注射を確実に行わなければならない場合には注射時に装置は標的と接触状態に保つ必要があり、しかも装置の持ち上がりが起こるとガスが放出されて音が逃げ、ノイズが大きくなることから、それは望ましくない。持ち上がりが起こると、粒子は標的に衝突せずに大気中に逃げてしまう。標的面付近での高圧によって粒子の流れも障害されて、粒子衝突速度が低下し、装置性能が低くなる。
【０００８】
従って、WO01／05455の操作が改良され、操作がさらに静かで、消音が装置の粒子送達性能に影響しない無針注射器が必要とされている。本発明の内容は、他の種類の無針注射器にも有利に応用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って本発明は、
エネルギー源；
少なくとも１個のブリード穴であって、前記ブリード穴が前記エネルギー源から粒子を同伴してその粒子の標的への移動を加速するための駆動チャンバへの加圧ガスの通過のための有効ブリード穴面積を有するもの；ならびに
前記駆動チャンバからの前記ガスを受け、少なくとも１個の消音器排気開口を通過して消音器の周囲に前記ガスを排気する消音器であって、前記排気開口が有効排気面積を有する消音器を有する無針注射器装置において、
前記有効ブリード穴面積および前記有効排気面積が、前記粒子送達装置使用時に、前記有効排気面積を通過するガスの質量流量が前記有効ブリード穴面積を通過するガスの質量流量と実質的に同等またはそれ以上であるようなものであることを特徴とする無針注射器装置を提供する。
【００１０】
排気面積を通過するガスの質量流量がブリード穴面積を通過するガスの質量流量以上であることで、エネルギー源によって与えられるものと同量以上のガスが操作時に装置から放出される。これによって、装置の消音シュラウド内の圧力が装置動作に応じて上昇しないことから、標的面からの装置持ち上がりを生じ得る好ましくない背圧蓄積を制限する効果が得られる。好ましくは、前記排気面積およびブリード穴面積は、使用時に排気面積を通過する質量流量がブリード穴面積を通過する質量流量より大きく、駆動チャンバからシュラウドへのガスの初期膨張後に、使用時に圧力が実際にシュラウド内で低下するような大きさとなっている。好ましくは前記排気面積は、十分な消音を行うだけの小さいものであり、使用時に装置内に圧力が蓄積しないようにするだけ大きいものである。
【００１１】
好ましくは前記エネルギー源は、ヘリウムまたは窒素などの加圧ガス貯留部である。
【００１２】
排気面積を通過するガスの質量流量がブリード穴面積を通過するガスの質量流量より大きくなるようにするため、排気面積／ブリード穴面積の比は、下記の式によって与えられる定数ｋ以上でなければならない。
【数１】
2004536675.tif 000003
【００１３】
式中、γ１は貯留部におけるガスの比熱の比であり；Ｒ１はエネルギー源（貯留部）中のガスの気体定数であり、γ２は周囲におけるガスの比熱の比であり、Ｒ２は周囲におけるガスの気体定数であり、Ｐ０は前記消音器がガスを受けた後のエネルギー源における圧力であり、ＰＳは前記消音器がガスを受けた後の消音器における圧力である。
【００１４】
より好ましくは、排気面積／ブリード穴面積の比は、1.2ｋ以上であって、消音器内の圧力が十分に減衰するようにしなければならない。十分な消音を行うには、排気面積／ブリード穴面積の比は、好ましくは20ｋ未満であり、より好ましくは10ｋ未満であり、さらに好ましくは５ｋ未満でなければならない。
【００１５】
好ましい実施形態では消音器は、排気前に駆動チャンバから受けるガスを入れるための所定容積を有するシュラウドを有する。
【００１６】
シュラウドの容積、駆動チャンバの容積および出口開口の大きさは好ましくは、密閉部が開口し、駆動チャンバからシュラウドへガスが流れた時に生じる圧力均等化によって、装置に対する持ち上げ力が20Ｎ未満、より好ましくは15Ｎ未満となるように選択しなければならない。
【００１７】
本明細書において、「密閉部」という用語は、「密閉手段」および「密閉部材」の両方を含むものである。
【００１８】
好ましくは粒子は使用時に標的に対して押圧されるシュラウドにおける粒子出口開口を通って送出される。
【００１９】
好ましくは、前記少なくとも１個の消音器排気開口が、シュラウドに設けられた少なくとも１個の穴によって形成されており、その少なくとも１個の穴は好ましくは装置の上流端に配置されていることで、ガスが実質的に装置の長手方向に移動してから、前記少なくとも１個の穴を通って排気され得るようになっている。
【００２０】
ガスのさらなる流路を提供するため、カバーを装置に取り付けて、シュラウドから周囲へのガス通過用の環状流路を形成することができる。この環状流路は、シュラウドから排気されるガス流と相互作用し、ガス流における衝撃波を減衰させる複数のバッフルを有することができる。別形態としてあるいは追加で、バッフルなどをシュラウド容積部自体内部に設けることができる。
【００２１】
好ましくは、駆動チャンバから流れる粒子含有ガスを駆動チャンバに接続されたノズルによって膨張させ、そのノズルは好ましくは、実質的に正確に広がっている。ただし、それは十分な性能を得るものである必要はない。
【００２２】
装置使用時に生じる持ち上げ力をさらに制限するため、シュラウドにおける粒子出口開口は好ましくは、ノズルの出口面積より100％以下に大きいようにすべきである。粒子出口開口はまた、ノズル出口から軸方向に隔たっていることで、ガスの排気路が得られるようにしなければならない。
【００２３】
本発明はまた、粒子加速ガス流の消音方法において、
（ａ）第１の質量流量でブリード穴を通って加圧ガスを供給する段階；
（ｂ）粒子が標的に進入するだけの速度が得られるように供給される前記加圧ガスで前記粒子を加速する段階；
（ｃ）消音器に前記ガスを受け、第２の質量流量で少なくとも１個の消音器排気開口から周囲に前記受け入れガスを排気する段階
を有し；
前記第２の質量流量が前記第１の質量流量と実質的に同量以上であることを特徴とする方法を提供するものである。
【００２４】
本発明はさらに、
エネルギー源；
少なくとも１個のブリード穴であって、前記エネルギー源から駆動チャンバへの加圧ガスの通路用の有効ブリード穴面積を有するブリード穴；
前記駆動チャンバの下流端にある第１の密閉部；
前記第１の密閉部の下流側に配置されている第２の密閉部であって、両密閉部間に粒子保持チャンバを形成する密閉部；ならびに前記駆動チャンバと前記粒子保持チャンバの間にガス流路を提供する少なくとも１個の移動ダクト
を有する無針注射器装置であって；
前記有効ブリード穴面積および前記移動ダクトの最小面積を選択して、使用時に前記第１の密閉部が前記第２の密閉部の前に開き、ガスの前記移動ダクトを通る流れが開始してから少なくとも2ms後に前記第２の密閉部が開くようになっていることを特徴とする無針注射器装置をも提供する。
【００２５】
ブリード穴の大きさおよび移動ダクトの大きさを正確に選択することで、使用時に密閉部開放の正確な手順を行って、最初に下流側密閉部が開いたり、あるいは移動ダクトによって提供されるガスと粒子が適切に混和される前に両方の密閉部が開放されることに関連する問題を回避することができる。さらに好ましくは、少なくとも3.5msまたは5msの粒子混和時間を設ける。好ましい実施形態では、第１および第２の密閉部は、破壊によって開放される破壊可能膜である。
【００２６】
ガス流中で粒子を均一に加速する方法であって、
（ａ）加圧ガスを駆動チャンバに供給する段階；
（ｂ）前記駆動チャンバ中の前記加圧ガスの一部を前記駆動チャンバの下流側の粒子保持チャンバ中に供給することで、前記粒子を流動化させる段階；
（ｃ）前記粒子保持チャンバの上流側密閉部を開放する段階；
（ｄ）前記粒子保持チャンバの下流側密閉部を開放する段階
を有し、
段階（ｂ）が開始してから少なくとも2ms後に前記下流側密閉部を開放する方法も提供される。
【００２７】
さらに、
上流側密閉部および下流側密閉部によって仕切られた粒子保持チャンバ；
前記チャンバ中へのガス流動路を提供する少なくとも１個のダクト
を有する粒子保持組立物であって、
前記ダクトが前記粒子保持チャンバ周囲の実質的に環状スペースから前記粒子保持チャンバへガスを供給する構造となっている粒子保持組立物も提供される。
【００２８】
粒子保持チャンバ周囲の環状スペースによって、簡単かつ簡便に、１以上の移動ダクトにガスを供給することが可能となる。その環状スペースとは、粒子保持チャンバの内表面上の実質的にいずれの個所にも移動ダクトを配置可能であることを意味する。ガスを供給するのに用いられる環状スペースは、製造の観点からも特に簡便な形状のものであり、本発明のこの態様による粒子保持組立物がわずか３個の別個のカセット部分および３個の膜から製造可能であることがわかるであろう。
【００２９】
さらに、
上流側密閉部および下流側密閉部によって仕切られた粒子保持チャンバ；
前記チャンバへの第１のガス流動路を提供する第１のダクト
を有する粒子保持組立物であって；
使用時には、前記第１のダクトが前記粒子保持チャンバ中のガスの第１の渦が形成されるように配置されている粒子保持組立物も提供される。
【００３０】
粒子保持チャンバ中の前記ガス渦は、粒子を流動化させて、その粒子が粒子保持チャンバに実質的に広がる「雲」を形成して、より均一な粒子分布、従ってより均一な浸透プロファイルを生じさせる上で特に有効である。
【００３１】
好ましくは、使用時に粒子保持チャンバ中で少なくとも２つのガス渦を形成する少なくとも２個のダクトがあり、それらのガス渦は好ましくは実質的に異なる方向を向いている。そのガス渦は有利には、移動ダクトから吹き出すジェットによって形成することができ、それらのジェットは使用時には少なくとも瞬間的に音速または超音速である。粒子の流動化を助けるため、ダクトはガス流動方向および円周方向で互いに位置ズレしたものとすることができる。
【００３２】
粒子保持チャンバ周囲の環状スペースは好ましくは、一連の円周口によって上流側密閉部の上流の領域に連結されている。
【００３３】
粒子保持組立物の無菌性を確保するためのさらなる密閉部を設けることもできる。
【００３４】
さらに、粒子保持チャンバ中の粒子を流動化させる方法において、
加圧ガスを前記粒子保持チャンバ周囲の環状スペースに供給する段階；
少なくとも１個の移動ダクトを用いて前記チャンバに前記ガスを供給することで、前記粒子保持チャンバにある粒子を流動化させる段階
を有することを特徴とする方法も提供される。
【００３５】
さらに、粒子保持チャンバ中の粒子を流動化させる方法において、
前記粒子保持チャンバに流体連通している第１のダクトに加圧ガスを供給する段階；
前記粒子保持チャンバ中で第１のガス渦を発生させることで、前記粒子保持チャンバ中の粒子を流動化させる段階
を有することを特徴とする方法も提供される。
【００３６】
添付の模式的図面を参照しながら、本発明の実施形態についてさらに詳細に説明するが、これら図面は例示のみを目的としたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
添付図面の図１は、本発明の消音の考え方を模式的に示したものである。貯留部（１）、ブリード穴（２）、駆動チャンバ（３）、密閉部（４）およびノズル（８）を含む無針注射器の構成要素は、実質的にWO01／05455（この明細書に開示内容は参照によって本明細書に組み込まれるものとする）に開示の通りに構築および配置することができる。
【００３８】
図１においてエネルギー源は、最初にヘリウムなどの加圧ガスが充填された貯留部（１）によって表されている。貯留部は、ブリード穴（２）およびバルブ（不図示）によって駆動チャンバ（３）に連結されている。バルブを開けると、貯留部（１）でのガス圧が駆動チャンバ（３）でのガス圧より初めは高いことから、ガスがブリード穴（２）を通って貯留部（１）から駆動チャンバ（３）に流れる。空気は最も簡便な気体であることから、駆動チャンバには最初に空気を入れることができる。ただし、最初にヘリウムなどの他のガスを入れることも可能である。密閉部（４）は、駆動チャンバ（３）の下流端を画定し、最初にそれの背後でのガス蓄積を行う働きをする。図１では、密閉部はWO94／24263に開示の種類の粒子カセットとして示してあり、そこでは粒子（５）が２つの破壊可能膜（６、７）の間に挟持されている。しかしながらそのカセットは他の形態を取ることができ、例えば膜のないカセットとすることができる。
【００３９】
図１には、注射器を収納し、粒子が標的（不図示）に通過するための出口開口（10）を有し、さらにはガスを大気中に排気するための複数の開口（11）も有する消音器シュラウド（９）も示してある。
【００４０】
バルブを作動させると、ガスが貯留部（１）から駆動チャンバ（３）に流れ込み、そこで密閉部（４）によって阻止される。ガスは、その圧力が密閉部（４）を開放するのに必要な圧力となるまで、貯留部（１）から駆動チャンバ（３）への流入を続ける。図示の実施形態では、この圧力は隔壁（６、７）が破壊する圧力に相当する。隔壁が破壊すると（より一般的には、密閉部が開放されると）、装置内で圧力の不連続が生じて、衝撃波がノズル（８）に向かって下流方向に伝わる。衝撃波は、ノズル中で当初大気圧のガスからの高圧の前方画定ガスである。衝撃波はノズルを下方に伝わり、出口開口（10）に隣接する標的面に衝突し、そこで反射されて、その一部が消音シュラウド（９）の内側およびノズル（８）の外側に環状スペース内で伝わる。同時に、衝撃波背後の駆動チャンバから流れるガスは、粒子（５）を同伴させ、その粒子はノズルに沿った方向で、出口開口（10）を通過して移動して、貫通するだけの速度で標的面に衝突する。
【００４１】
消音器シュラウド（９）は、所定容積のガスＶｓを収納した構成となっている。この容積は、駆動チャンバおよびノズルの容積を含めた消音器シュラウド内の容積全てと定義される。衝撃波がシュラウド内にある複数の穴（11）を通って消音器シュラウドから出ると、最初に駆動チャンバ内にあったガスが膨張して消音器シュラウド内に入り、その結果生じる消音器シュラウド内の圧力は一定となり、下記等式によって与えられる。
【数２】
2004536675.tif 000004
【００４２】
式中、ＰＳは圧力均等化後の消音器シュラウド内の圧力であり；ＰＤは密閉部（４）開放直前の駆動チャンバでの圧力であり；ＰＳ０は、当初の消音器内での圧力であり；ＶＤは、駆動チャンバ容積（すなわち、ブリード穴（２）と密閉部（４）の間の容積）であり；ＶＳはシュラウド容積（駆動チャンバとノズルの容積を組み込んだもの）である。排気面積を流れる質量流量がブリード穴を通過するものより大きい場合、ガスが消音器から排気されるに連れてその圧力は経時的に減衰する。
【００４３】
上記等式は、膨張前のガス温度が膨張後と同じである等温膨張を仮定している。従って消音器シュラウドが最初に大気圧であり（ＰＳ０＝100kPa）、代表的な駆動チャンバ容積ＶＤが4.5mL、消音器シュラウド容積ＶＳが50mL、駆動圧ＰＤが1570kPaである通常の場合、消音器シュラウド中の圧力ＰＳは、衝撃波が通過すると、232kPa辺りまで下がると考えられる。使用者が装置駆動時に経験する初期持ち上げ力を決定するのがこの圧力である。特に、持ち上げ力は出口開口（10）の面積を掛けた圧力（Ｐｓ−Ｐ０）（すなわち、差圧が働く面積、Ｐ０は周囲圧力であり、代表的には100kPa）に等しい。代表的な出口開口面積は100mm2であり、それによって約13.2Nの持ち上げ力が生じる。
【００４４】
図４は、消音器の排気面積に関してブリード穴の径を変動させた場合に実験的に得られる効果を示すものであり、出口面面積、シュラウド容積などの他のパラメータは一定としている。この実験では、排気面積を一定とし、ブリード穴の径を変動させた。グラフは、時間に対してプロットしたシュラウド内部の圧力を示している。
【００４５】
いずれの場合も、衝撃波が装置を通過する時に、初期の大きい突然の圧力上昇がある。圧力は非常に急速に減衰して約260kPaの値となり、その後はブリード穴径と有効排気面積との間の関係によって決まる減衰曲線に従う。以下においてピークシュラウド圧力と言う場合は、減衰曲線で得られる、すなわち図４に示した大きい初期圧力上昇後の最大シュラウド圧力を指す。
【００４６】
「１」と番号を付けた線は、有効排気面積／ブリード穴比が低すぎる場合である。その場合には、7.5ms後に絶対ピークシュラウド圧力約340kPaとなり、それは許容できない持ち上げ力を生じる大きさのものである。装置から300mmでのピーク音響レベル102〜108dBが測定された。
【００４７】
「２」と番号を付けた線は、有効排気面積／ブリード穴比を大きくした場合である。そうすると、4.25ms後に約270kPaのピークシュラウド圧力となる。測定ピーク音響レベルは、装置から300mmで106〜110dBまで上昇した。
【００４８】
「３」と番号を付けた線は、有効排気面積／ブリード穴比をさらに大きくした場合である。そうすると、衝撃波が通過すると直ちにピークとなり、減衰するシュラウド圧力を生じる。装置から300mmで115〜118dBのピーク音響レベルが測定された。
【００４９】
従って、曲線「１」の比は許容できないものであるが、「２」および「３」の曲線の比については、有効排気面積を通るものよりブリード穴を通る質量流量が高いことから圧力がほとんど上昇しないことから許容できるものである。曲線「２」が曲線「３」より望ましい。その理由は、ピーク持ち上げ力は曲線「３」の場合とほぼ同等であるが、消音効果が高く、得られる音響レベル差が８〜９dBであるからである。
【００５０】
持ち上げ力低減の一つの好ましい手法は、消音器シュラウドの容積（ＶＳ）をできるだけ大きくして、ＰＳ値を小さくすること（上記の等式参照）であることは明らかであろう。持ち上げ力低減の別の好ましい手法は、出口開口（10）の面積をできるだけ小さくして、圧力ＰＳがより小さい面積に働くようにして、生じる力が小さくなるようにすることである。
【００５１】
装置駆動時に発生するノイズは主として、標的から反射し、排気面積を通って装置から出る密閉部（４）の突然の開放によって生じる衝撃波によるものである。そのような衝撃波が絞りを通過することで圧縮波になることで、聞こえる音響のレベルが低下することが認められている。従って、衝撃波（およびその後の流れ）に対して提供される有効な消音器絞りは、重要な装置パラメータである。有効消音器絞りは、衝撃波が標的面から周囲に移動する際に通過する最小面積と定義される。図１では、３つの主要な絞りを示してあり、そのうちにいずれか一つ、いずれか二つ、あるいはその全て（全てが同じ大きさの場合）が有効消音器絞りを表すことができる。反射衝撃波が開口（10）から周囲（18）への行程で遭遇する第１の絞りは、シュラウド（９）の環状スペースに設けられた部材（14）によるものである。この部材（14）は、ほぼ菱形の断面を有する環状部を有し、それは１以上の放射方向腕部（不図示）を介してシュラウド（９）の壁および駆動チャンバ（３）の壁の１以上に取り付けられることで装置内で懸垂している。図１からわかる通り、部材（14）が存在することで、衝撃波の通路に絞りが生じて、衝撃波は図１で（16）および（17）の符号を施した２個の共心環状通路を通らざるを得なくなる。これら２つの通路の面積の合計が、衝撃波が伝わるよう制限された面積に等しい。これが第１の絞りである。
【００５２】
第２の絞りは、シュラウド（９）の外壁に形成された複数の穴（11）によって提供されるものであり、各穴の面積の合成が衝撃波が通過しなければならない面積に等しい。
【００５３】
第３の絞りは、シュラウド（９）周囲に設置されたカバー部材（15）およびシュラウドの外表面上の一連のバッフル（12、13）（それは、カバー部材（15）の内表面にも同様に設けることができる）によって形成される。カバー部材とシュラウドの間に形成された環状通路は、衝撃波が通過しなければならない面積を有する。第３の絞りは、衝撃波に対する最小面積を提供するこの環状通路の部分である。
【００５４】
上記の第１、第２および第３の面積のうちの最も小さいものが、消音器の有効排気面積に等しく、消音器を通過し周囲に流れることができる最大質量流量を決定する。その面積が小さいほど、周囲に流れ込み得るガスの質量流量が小さくなるが、一次衝撃の低下によってより大きいノイズ減衰も生じる。絞りが０mm2の面積を有する（すなわち、シュラウドが完全に閉じている）という限定があると、ガスは周囲に流れ込むことができず、結果的に理論上装置は静寂となるはずである。
【００５５】
有効排気面積は周囲に流れ込むことができる質量流量に影響を与えることから、その面積と使用時にシュラウド（９）に蓄積する圧力の間に関係がある。特に、消音器（シュラウド（９）、穴（11）、バッフル（12、13）および部材（14）を含む）を通過し得る最大質量流量がブリード穴（２）を通って貯留部（１）によって供給される質量流量より小さい場合、衝撃波が通過したら装置に圧力が蓄積し、それが望ましくない持ち上げ力発生の原因となることがわかるであろう。そこで本発明によれば、消音器の有効排気面積は、密閉部が開放されて衝撃波が装置から通過した時に、消音器からの質量流量がブリード穴（２）を通過するガスの質量流量以上となるようにすべきである。模式的に示した装置（すなわち、エネルギー源が加圧ガスの貯留部であるもの）でこの条件を満足させるため、下記の等式がブリード穴面積および排気面積の相対的な大きさを与える。
【数３】
2004536675.tif 000005
【００５６】
式中、γ１は貯留部（１）中のガスにおける比熱の比であり；Ｒ１は貯留部（１）中のガスについての気体定数であり；γ２は、周囲（18）におけるガスについての比熱の比であり；Ｒ２は周囲（18）におけるガスについての気体定数であり；Ｐ０は前記消音器（９）がガスを受けた後のエネルギー源（１）での圧力であり；ＰＳは前記消音器（９）がガスを受けた後の消音器（９）での圧力である。
【００５７】
有効排気面積ができるだけ小さい方が有利であることから（消音効果を最大とするため）、ブリード穴（２）を小さいものとして、ブリード穴を通過する質量流量が消音器を通過する質量流量を超えないようにする必要がある。しかしながら、ブリード穴は駆動時に貯留部（１）から駆動チャンバ（３）へのガスの有効な移動を可能とするだけの大きさのものでなければならないことから、ブリード穴の可能な最小径には限界がある。ブリード穴などの絞りを通過するガス流によって、摩擦によるエネルギー損失が生じるが、それはすなわち貯留部（１）での初期圧力を相対的に高くして、非常に小さいブリード穴を用いる場合に駆動チャンバ（３）における密閉部（４）を開放するだけの圧力が得られるようにする必要があることを意味している。さらに、再現性の良い膜破壊、またはより一般的には密閉部の再現性の良い開放を行うには、十分な駆動チャンバ充填速度が必要である。その充填速度が非常に低いと、同じ仕様の膜における破壊圧力の変動が、それより高い充填速度を用いた場合より大きくなることが認められている。
【００５８】
従って、所定の有効排気面積を有する消音器の長手方向にブリード穴を設けることで、操作時に装置内圧力を不必要に上昇させることなく有用な消音効果を確保し、それによって装置性能や使い易さに悪影響を与える持ち上げ力上昇を回避されることが明らかである。さらに、本発明の副次的な特徴（大きい消音器容積および小さい粒子出口開口など）によって、達成可能な消音や装置性能に影響を与えることなく、持ち上げ力の問題がさらに軽減される。
【００５９】
達成される消音は、WO94／24263で想到された多孔質媒体の使用が必要なくなることで装置コストが削減されるようなものとなり得る。そうではあっても、ノイズをさらに低減する別の絞り法または追加の絞り法としてそれを用いることは可能である。
【００６０】
図２および３には、本発明の実際の実施形態の断面図を示してある。図１に示したものと同じ構成要素には、同じ参照符号を施してある。粒子（５）は明瞭を期して図示していないが、（図１の場合と同様に）破壊可能膜（６、７）間の密閉部に存在すると考えられる。
【００６１】
ガス貯留部（１）は破壊しやすい先端（21）を有しており、それはボタン（19）が当たると割れ得るものである。ボタンを押すと、ガスが貯留部（１）から流れ出て、貯留部（１）を囲む環状スペース（20）に流入する（図２および３参照）。次にガスは、密閉部（４）に終端を有する駆動チャンバ（３）内に向かう（特には図２参照）。
【００６２】
図１における複数の穴（11）に代えて、この実施形態では単一の穴が設けられており、図１のほぼ菱形の部材（14）に代えて必ずしも菱形とは限らない消音器シュラウド（９）中の一連の面積絞りが設けられている。貯留部（１）から駆動チャンバ（３）への行程で通過する最小面積によって、ブリード穴が形成されている。この実施形態では、それはガス貯留部（１）を取り巻く環状スペース（20）によって形成されている。
【００６３】
さらに本発明は、WO01／05455の図12a〜12cおよび13a〜13cに開示のような「移動ダクト」を用いて粒子保持チャンバ（粒子カセット）中で粒子を前混合（または流動化）する場合にも適用可能である。その場合、使用するブリード穴の径に対してさらなる必要条件がある。
【００６４】
図５には、下流膜７までの無針注射器装置の一部を模式的に示してある。いずれかの時点での貯留部１での圧力をＰ１と称し、駆動チャンバでの圧力をＰ３と称し、粒子カセット（膜間）での圧力をＰ４と称する。
【００６５】
良好な粒子混合を行うため、カセットにガスジェットを噴射してから、いずれかの膜を破壊することで粒子を混合し、そうしてその粒子をカセットの全容積に拡散させなければならない。次に、膜の破壊は、上流側の膜（６）を破壊させてから下流側の膜（７）を破壊するという順序としなければならない。下流側膜（７）が最初に破壊すると、上流側膜（６）が破壊しない可能性があり、ガス流が貯留部から駆動チャンバへ移動ダクト（80）を通って送られることになる。
【００６６】
その例は図６に示してあり、その図は経時的なＰ３、Ｐ４および（Ｐ３−Ｐ４）のプロットである。この状況は代表的には、ブリード穴が移動ダクトの面積より小さすぎるために、カセット内のガス圧が急速に上昇しすぎて、最初に下流側膜（７）が破壊される場合に生じる。各膜の破壊圧力は1.45MPaであり、初期貯留部圧力Ｐは6MPaである。図６で、上流側膜に対する圧力である圧（Ｐ３−Ｐ４）より前に圧力Ｐ４が1.45MPaの破壊圧に達することがわかる。
【００６７】
図７には、ブリード穴が移動ダクト面積と比較して大きすぎる場合に起こる別の状況を示してある。この場合、圧力Ｐ３が急速に上昇し、圧力Ｐ４が比較的緩やかに上昇する。それにより、正しい順序で両方の膜が急速かつ連続的に開放されるが、粒子混合時間は非常に短い（図７ではわずか約1.65ms）。その結果、粒子の前混合は限られたものとなる。
【００６８】
図８には、ブリード穴および移動口が好適な大きさを有するよう選択された例を示してある。両方の膜が順次破壊して、混合時間は約5.5msであり、それは良好な前混合を行うには十分である。
【００６９】
ブリード穴および移動ダクトの大きさについての実際の値は、貯留部、駆動部およびカセットの容積によって決まるが、それらのパラメータを選択すれば、当業者であれば適切かつ簡単な実験によって、本明細書に記載の結果が得られるブリード穴および移動ダクトの大きさを決定することができる。
【００７０】
上記の実施形態は、最初に粒子が２つの破壊可能膜間にある粒子カセットを用いている。しかしながら、粒子投入の他の機構を用いることが可能であり、必ずしも膜を必要とせず、例えば急速開放バルブなどがある。それに関しては、非膜カセットの例についてWO99／01169を参照する。
【００７１】
以下、図９〜18を参照しながら、粒子加速の前に粒子の前混合および流動化を行うよう設計された粒子カセット（「粒子保持組立物」）の１実施形態について説明する。
【００７２】
図９には、本発明による粒子保持組立物（60）を模式的に示してある。粒子（70）は、粒子を受け入れ、収納し、制限するよう設計されたチャンバ（71）内にある。チャンバ（71）の内壁（72）はほぼ円柱形であり、この例では粒子保持チャンバ（71）周囲の環状スペース（67）に至る２個の開口（43）が設けられている。粒子保持チャンバ（71）は、長手方向で（すなわち、上流端と下流端で）膜によって制限されている。上流側膜（62）および下流側膜（63）は、ある一定の大きさの差圧がその間に加わると破壊するよう設計されている。粒子保持組立物（60）はさらに別の破壊可能膜（61）によって上流端で封止されている。環状スペース（67）は、円周口（54）によって上流側破壊可能膜（62）の上流にある領域に流体で連通している。膜（62）の上流にある領域（73）もほぼ円柱形状であり、粒子保持チャンバ（71）の直径とほぼ等しい直径を有する。
【００７３】
図10aおよび10bには、粒子保持組立物の動作を示してある。使用時には、粒子保持組立物（60）を、図１に示した無針注射器用の粒子カセット（４）として用いる。そこで膜（61）には駆動チャンバ３からのガス圧が加わり、下流側膜（63）は粒子（70）（図１では（５）の符号を付している）がノズルから落下し、出口面（10）を通り、装置から出るのを防止している。
【００７４】
駆動すると、ガスが貯留部（１）からブリード穴（２）を通って流れることで、駆動チャンバ（５）における圧力が上昇する。駆動チャンバ（３）内の圧力が上昇して所定量だけチャンバ（73）の圧力より大きくなると、膜（61）が破壊する。ほとんどの用途で、チャンバ（73）内（従って、チャンバ（71）内）の初期圧力が大気圧（約100kPa）であることが想到される。膜（61）が破壊すると（例えば、差圧600kPaで）、すなわち膜（61）の下流での圧力が100kPaで、膜（61）の上流での圧力が700kPaであると、ガスがチャンバ（73）内に流入し、膜（62）に衝突する（図10a参照）。膜（62）は、膜（61）より高い差圧（例：1.45MPa）で破壊するように設計されている。従って、ガスはブリード穴（２）を通って流れ続け、チャンバ（73）での圧力は上昇する。ガスは排気穴（54）を通って流れ、粒子保持チャンバ（71）周囲の環状スペース（67）に流入する。そこからガスは、開口（43）を通って流れ、チャンバ（71）に流入する（図10b参照）。開口（43）は、ガスがジェット、好ましくは粒子保持チャンバ（71）内部でガス渦（渦流）を形成する音速または超音速のジェットを生じるような形状および方向を有するものとする。これらのガス流は粒子（70）を同伴し、それらをガス中で流動化させることで、粒子は凝集しなくなり、粒子保持チャンバ（71）の容積全体に拡散する。駆動チャンバ内の圧力は、上流側膜（62）が破壊するまで上昇し続ける。この結果は図10cに示してある。わかる通り、図10bに示したガスジェットによって行われる前混合のため、粒子はカセット内で十分に流動化される。
【００７５】
粒子保持チャンバ（71）の容積はかなり小さいことから、膜（63）の上流の圧力が図10dに示したような破壊を引き起こすようになるまでにあまり時間はかからない。そうして、粒子が粒子保持組立物（60）を出て加速され、ノズル（８）を通って標的内に至る前記の流動が確立される。上流側膜（62）が破壊した時に粒子は凝集しない事から（図９に示したように）、より均一な粒子の拡散、従ってより均一な粒子分布が得られることが認められている。同様に、より均一な速度分布も得られる。それによって、標的全体にわたって粒子が均一に分布し、所定の許容値以内の深さまで侵入する。
【００７６】
粒子保持組立物（60）のある好ましい物理的構成について説明する。理解しておくべき点として、それは単に好ましい構成であって、それに多様な形態の変更を加えて、所望の結果を得ることは可能である。例えば、２つの開口（43）に至る２つの移動ダクト（46）を設ける必要はなく、開口（43）が１個のみであっても満足な操作が行われている。さらに、開口（43）が膜（62）または（63）に隣接している構成に限定されるものではなく、粒子保持チャンバ（71）の内壁（72）の長手方向であればいかなる場所にあっても良い。さらに、円柱形内壁および円周口は単に好ましいものであって、その機能を行ういかなる形状も使用可能である。
【００７７】
図11および12は、それぞれ第２および第１のカセット部分を断面図で示している。図11の第２のカセット部分（30）は、実質的に垂直な内壁（33）および（34）を有する形状の円柱形である。後に説明する理由から、内壁（33）は内壁（34）よりわずかに小さい径を有する。座面（32）に隣接してショルダー部分（31）が設けられている。ショルダー部分（31）は、後述する第１のカセット部分（40）の外表面と相互作用するよう設計されている。凹部（35）が第２のカセット部分（30）の頂部端に設けられており、その凹部（35）はカセットを組み立てる際に役立つ。
【００７８】
図12には、本発明による第１のカセット部分（40）を示してある。第１のカセット部分（40）は、境界内で粒子を受け入れるための受容部（またはチャンバ）を画定する実質的に環状の部材を有する。第１のカセット部分（40）は、ほぼ円柱形の外壁（42）と底部端に若干テーパ状の座面（41）を有する。その座面（41）は、使用時に第２のカセット部分（30）の座面（32）に乗るようになっている。さらに、第２のカセット部分の（30）ショルダー部（31）は、第１のカセット部分の外表面（42）に当接して、締まりばめを提供するためのものである。その構成を図15に示してある。
【００７９】
再度図12および13について説明すると、第１のカセット部分の（40）の内表面上の開口（43）および第１のカセット部分（40）の外表面上の開口（44）がある。これらの開口は、第１のカセット部分（40）周囲のガスが粒子を受け入れるための受容部に進入することができるように移動ダクト（46）によって連結されている。移動ダクト（46）は、実質的に内側に収束する形状の実質的に円錐形である。それらは、ガスが通過する際に、好ましくは粒子を入れたチャンバ内部での渦状のガスの運動を生じる傾向のある音速または超音速ジェットが形成されように、３次元的に斜めになっている。移動ダクト（46）は、ガスが第１のカセット部分（40）のいずれかの側に配置された膜（62、63）に衝突するように傾斜している。さらに、第１のカセット部分（40）の異なる長手方向端に開口（43）が設けられており、それらは粒子収納チャンバの一端で時計回りのガス流が発生し、粒子収納チャンバの他端で反時計回りのガス流が発生するように、異なる方向を向いている。それは図16に示してあり、その図においてガス流には（65）および（66）の符号を付してある。図13から明らかなように、第１のカセット部分の同じ側面に（すなわち、図13に示した中心線より上）移動ダクト（46）が設けられており、それによってガス圧力が開口（44）に加わり、移動ダクト（46）によってガス流が確立されると粒子の良好な流動化が行われることが認められている。しかしながら、第１の粒子カセット部分（40）の側壁における移動ダクトの他の構成が良好な結果を与える場合があり、移動ダクト（46）が図12および13に示した特定の形状を有することは本発明においては必須ではない。
【００８０】
図12および13には、ダクトがガス流方向および円周方向の両方で互いに位置ずれしている移動ダクト（46）の有利な構成を示してある。長手方向（すなわち、ガス流動方向）での位置ズレを図12に示してあり、粒子保持チャンバの長手方向長さと実質的に等しい。ただしそれは必須ではなく、それより小さい程度の位置ズレを用いることは可能である。移動ダクトも、膜（62、63）に対して外方向にガスを向けるように傾斜している。開口（43）によって噴射されるジェットと膜の間の相互作用およびその結果生じるガス渦によって、効果的な粒子混合が行われることが認められている。
【００８１】
図13から明らかなように、移動ダクト（46）は、反対方向に回転するガス渦を形成するように傾斜している。図13の右側の移動ダクト（46）は、粒子保持チャンバ中で実質的に時計回りのガス渦を形成するように作られており、図13の左側の移動ダクト（46）は、粒子保持チャンバ（71）中で実質的に反時計回りのガス渦を形成するように作られている。図13において、開口（43）は約120°の角度だけ円周方向に位置ズレしており、いずれの円周位置ズレも90以上180以下の範囲内とすることが好ましい。しかしながら、他の円周位置ズレも使用可能である。
【００８２】
図14には、本発明による第３の粒子カセット部分を示してある。
第３のカセット部分（50）は、第１および第２のカセット部分と共通で、ほぼ円柱形の内壁および外壁を有しており、それらが環状部材を形成している。外壁上には１以上の突出部（51）を形成することができ、それらは粒子カセットを組み立てる際に第２のカセット部分（30）の内壁（34）に対する締まりばめを提供するためのものである。第３のカセット部分（50）の下端には、円周周囲に多くの形成物（52）がある。この形成物（52）は階段状となっており、形成物（52）の頂部（53）が、図15に示したように組み立てた際に第１のカセット部分（40）の頂部表面に当接するように設計されている。これら形成物は、形成されている排気穴（54）によって隔てられていることで、第１および第３のカセット部分を互いに取り付けた時に、排気穴（54）をガスが通過できるようになっている。形成物（52）は、摩擦または締まりばめによって、第１のカセット部分（40）の頂部を把持するような形状となっている。
【００８３】
粒子カセットは、組み立てると図15に示した形状を取る。この実施形態では膜（61）は相対的に薄く、破壊圧がかなり低く、使用に際してユニットを無菌に維持するよう設計されている。それがそのようになっていなければ、粒子が開口（43）を通って移動して環状スペース（67）に入り、排気口（54）を通過し、粒子保持組立物の上流側端から外に出る可能性がある。
【００８４】
粒子カセットを組み立てるには、第１の膜（62）を第１のカセット部分（40）の上側縁部に熱融着または貼り付ける。同様に、第２の膜（63）を第２のカセット部分（30）の座面に熱融着または貼り付ける。第３の膜（61）は、第３のカセット部分（50）の上側面に熱融着または貼り付ける。そうして、第１の膜および第１のカセット部分が、粒子を収納することができる受容部を画定する。開口（43）は非常に小さいことから、粒子が一旦中に入ると、チャンバから出ることは非常に困難である。粒子を第１のカセット部分（40）のチャンバに供給したら、第１のカセット部分（40）と第２のカセット部分（30）とを合体させて、第１のカセット部分の前縁部が第２のカセット部分のショルダー部（31）と係合するようにする。第１のカセット部分の座面（41）が第２のカセット部分の座面（32）と当接するまで、第１のカセット部分（40）を押す（その２つの座面間に第２の膜（63）がある）。この構成では、粒子は第１および第２の膜の間に捕捉される。次に、上に第３の膜（61）を有する第３のカセット部分（50）を押して、形成物（52）が第１および第２のカセット部分の間に形成された環状ギャップ中に滑り込むようにする。締まりばめおよび／または摩擦により、その運動で第１および第２の部分がしっかりと互いに固定され、カセットが効果的に「ロック」される。特に第３のカセット部分の頂面（55）が、組み立てる時に第２のカセット部分の頂面とぴったり重なるような寸法となっている場合には、一旦取り付けると第３のカセット部分を取り外すことは非常に困難であることは明らかであろう（しかしながら、それは図15では示していない）。
【００８５】
膜（61）は、カセット内の粒子が外部の粒子やガスと接触しないようにするものであり、従って膜（61）はカセットの滅菌性を確保するものである。
使用に際しては、図２および３に示したようにカセットを無針注射器内に挿入し、第３の膜（61）にガス圧力を加える。膜（61）がかなり容易に破壊し、ガスが第３のカセット部分によって画定される内部スペース（73）に進入する。ガスは排気口（54）を通って流れ、第１のカセット部分と第２のカセット部分の間の環状スペース（67）内に流入することができる。そこからガスは、移動ダクト（46）を通って流れ、開口（43）から出て粒子収納チャンバ内に入ることができる。そうして形成されるガスのジェットによって、粒子の流動化および混合が生じる。
【００８６】
図16には、粒子保持チャンバ（71）内で生じるガスの渦（65、66）を示してある（明瞭を期して、図16では膜を示していない）。
そのような流動化後、上流側膜（62）が破壊し、粒子がガス流塊に同伴され、その後に間もなく下流側膜（63）が破壊する。
【００８７】
熱融着や接着剤は膜の封止には必要ではなく、第１および第２の膜は各種カセット部分間の緊密な嵌合によって、それぞれ第１および第２のカセット部分に対して封着することができる。例えば、第１の膜（62）は第１および第３のカセット部分間に取り込むことで封着することができる。同様に第２の膜（63）は、第１および第２のカセット部分間に取り込むことができ、特別な熱融着や接着の段階は必要ない。
【００８８】
図17および18には、粒子保持組立物内部の流動のコンピュータによる流体力学的解析の結果を示してある。
【００８９】
図17には、頂部および底部に膜を有する粒子保持チャンバ（71）のモデルを示してある。開口（43）によって噴射されるジェットは、200ｍ／ｓ辺りの速度を有する。そのジェットは粒子保持チャンバ（71）の壁内に向かっており、その壁は実質的に円柱形であることから、その流動は壁を回る方向となることで、渦運動が生じる。その流動の一部は、チャンバの中心に向かって長手方向にも向いている。２つのジェットによって渦が反対方向に形成され、上部ジェットからの主要な下降流が下降して下側ジェット上に衝突することがわかる。同様に、対称性により、下側ジェットから生じる主要な上昇流が、中心で上側ジェットに衝突する。そうして、一方のジェットに同伴された粒子が他方に送り込まれて、チャンバ中での粒子の循環運動が生じる。それによって粒子の良好な流動化が起こる。
【００９０】
図18には、ジェットをさらに詳細に示してある。流動がチャンバの壁に当たると流動は速度が小さくなり、３次元的に円周を回るように偏向し、下降してページ面内に入るように移動する。ジェットの速度は約150ｍ／ｓである。
【００９１】
各実施形態において、カセット部分および膜を製造するのに使用される材料は従来のものとすることができる。例えば、膜はWO94／24263に開示されているようにマイラー製とすることができ、第１および第２のカセット部分は好ましくは、例えば射出成形を用いてプラスチック材料から製造する。膜とカセット部分のいずれも、エバキソン（Evaxone）260（EVA）ポリマーなどのポリカーボネート製とすることができる。熱融着を用いる場合、1.5秒間にわたり温度110℃および圧力760kPa（110psi）が許容できることが認められている。
【００９２】
前記カセットは、遺伝物質でコーティングされた粉末医薬および担体粒子を含めたあらゆる種類の粒子に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明による消音器を有する無針注射器装置の軸対称断面図である。
【図２】本発明の実際の実施形態の第１の側断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線方向で見た本発明の図２の実施形態の第２の側断面図である。
【図４】３つの異なるブリード穴径についてのシュラウド内圧力−時間のグラフである。
【図５】駆動チャンバと粒子保持チャンバを連結する移動ダクトを示す無針注射器の一部の断面図である。
【図６】ブリード穴が小さすぎる場合の駆動チャンバおよび粒子保持チャンバにおける圧力を示すグラフである。
【図７】ブリード穴が大きすぎる場合の駆動チャンバおよび粒子保持チャンバでの圧力を示すグラフである。
【図８】ブリード穴が適正な径である場合の駆動チャンバおよび粒子保持チャンバでの圧力を示すグラフである。
【図９】本発明による粒子保持組立物（粒子カセットとも称される）の図である。
【図１０】粒子が流動化し、ガス流中に同伴される際の粒子保持組立物周囲のガス流における段階を示す図である。
【図１１】第２のカセット部分の断面図であって、第２のカセット部分が本発明の粒子保持組立物の一部であるものの図である。
【図１２】第１のカセット部分の断面図であって、第１のカセット部分が本発明の粒子保持組立物の一部であるものの図である。
【図１３】図12で示したＡ−Ａ線方向での断面図である。
【図１４】第３のカセット部分の断面図であって、第３のカセット部分が本発明の粒子保持組立物の一部であるものの図である。
【図１５】組み立てられた本発明による粒子保持組立物の断面図である。
【図１６】本発明による粒子保持組立物の１実施形態の２つの部分切欠斜視図である。
【図１７】使用時の粒子保持チャンバ内でのガス速度を示すコンピュータ流体力学計算の結果を示す図である。
【図１８】移動ダクトを２等分し、粒子保持組立物の長手方向に対して垂直な面でのガスの速度分布の拡大図である。
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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