(57)【要約】薬剤粉体荷電粒子の、供給源から画定領域への、すなわち基板の目標領域への移動を制御する電気アイリスダイヤフラム／シャッターを含む方法および装置を開示する。粒子の、目標領域すなわちドーズベッドへの空間的分与が、ドーズ形成プロセスにおける粒子の分与および堆積に適用される電界技術（３２０）により達成される。電気アイリスダイヤフラム／シャッター（１３０）が粒子発生器（１１０）と基板（１４０）の間に、全ての粒子が基板に移動されるためにアイリスダイヤフラムを通過しなければならないように配置される。付加される交流電位（１３６）の振幅および周波数を調節することにより、荷電粒子は、形成された交流電界にて、軽量の小粒子のみがアイリスダイヤフラム／シャッターから放出されるように振動し、これらの粒子はドーズ形成プロセスにてさらに移動する。また、振幅および周波数を調節することにより、放出される荷電粒子の大部分が、交流電界と同期して加速および遅延され、これにより粒子は、基板上の画定された目標領域に低速および低運動量で衝突して望ましいドーズ間隙率をもたらす。【選択図】図１
2004522553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入のための薬剤粉体の荷電粒子（１０１）の移動を制御するための方法であって、荷電粒子が、ドーズ形成プロセスにおいて粒子発生器（１１０）から、基板部材（１４０）の画定された目標領域（１６０）に放出される方法において、
荷電粒子を、形成された電界に放出し、それにより粒子が基板部材に引き付けられるステップと、
電気アイリスダイヤフラム／シャッターを形成する粒子移動電極部材を、少なくとも１つの電極がアイリスダイヤフラム／シャッターの一部であるように配置するステップであって、前記電極に関連する電界が、ドーズ形成プロセスにおいて粒子発生器（１１０）から放出された荷電粒子を基板部材（１４０）の画定された目標領域（１６０）に移動させるように作用し、粒子の方向および速度を制御するステップと、
電気アイリスダイヤフラム／シャッターを粒子発生器（１１０）と基板部材（１４０）の間に、全ての粒子が基板部材に移動されるためにアイリスダイヤフラム／シャッターを通過しなければならないように配置するステップとにより特徴付けられる方法。
【請求項２】
絶縁ウェハ部材および少なくとも１つの電極を含む電気アイリスダイヤフラムを形成するさらなるステップであって、前記電極が、荷電粒子の、少なくとも１つの穴の通過と、粒子の、基板部材の目標領域（１６０）への分与とを制御し、アイリスダイヤフラムの全厚が０．０７〜２．５ｍｍの範囲にあり、少なくとも１つの電極が、主な測定値が５０〜５０００μｍの範囲にある少なくとも１つの穴を有し、全厚と穴の平均直径との比率が常に１０未満、好ましくは３未満であり、穴の平均直径が、穴の主な２つの測定値の合計を２で割った和として定義されるステップにより特徴付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
柔軟なまたは硬質のプリント回路板をアイリスダイヤフラム／シャッターとして用いるさらなるステップにより特徴付けられる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
基板部材を、電気アイリスダイヤフラム／シャッターの上部から基板部材への距離が０．１〜５ｍｍであるように配置するさらなるステップにより特徴付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
準定常電位を、電気アイリスダイヤフラム／シャッターを形成する電極部材に与えて、ドーズ形成プロセスにおける荷電粒子の流れのオン／オフを切り替えるさらなるステップにより特徴付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
準定常電位を、電気アイリスダイヤフラム／シャッターを形成する電極部材に与えて、ドーズ形成プロセスにおける荷電粒子の単位時間あたりの質量流を調節するさらなるステップにより特徴付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
準定常電位を、電気アイリスダイヤフラム／シャッターを形成する電極部材に与え、それにより、ドーズ形成プロセスにおける荷電粒子の流れの領域を設定するアイリスダイヤフラム／シャッターの穴の寸法を制御するさらなるステップにより特徴付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
等化電荷を等化電荷源部材から導入することによりドーズおよび基板部材から電荷を頻繁に除去して、堆積した粒子による反発電界を無効にするさらなるステップにより特徴付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
基板部材（１４０）の裏側の電極と、物理的接触をせずに電気接触をもたらすイオン源を用いて、制御された電位を電極（３３０）に与え、それにより、電極から発生する、ドーズ形成プロセスにおける荷電粒子の目標領域への移動に必要な電界を形成するさらなるステップにより特徴付けられる請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
吸入のための薬剤粉体の荷電粒子の移動を制御する方法であって、電気力学的ドーズ形成プロセスにおいて前記粉体が粒子発生器（１１０）から基板部材（１４０）の画定された目標領域（１６０）に放出される方法において、
ドーズ形成プロセスにおいて、アイリスダイヤフラム／シャッターを形成する電極の少なくとも１つにおける既存の準定常電位に交流電位を付加することにより薬剤粉体の荷電粒子を電気的に選別するステップと、
交流電位の振幅および周波数を調節することにより、小さく軽量の荷電粒子が、形成された交流電界にて振動し、それにより、軽量の小粒子のみがアイリスダイヤフラム／シャッターから、ドーズ形成プロセスにおいてさらに移動するために放出されるステップとにより特徴付けられる方法。
【請求項１１】
吸入のための薬剤粉体の荷電粒子の移動を制御する方法であって、電気力学的ドーズ形成プロセスにおいて前記粉体が粒子発生器（１１０）から基板部材（１４０）の画定された目標領域（１６０）に放出される方法において、
薬剤粉体のドーズの間隙率を、ドーズ形成プロセスにて形成されている間に、ドーズを含む粉体粒子がドーズ形成プロセスにて分与される基板（１４０）の画定された目標領域（１６０）の後ろの電極における既存の準定常電位に交流電位を付加することにより制御するステップと、
交流電位の振幅および周波数を調節するステップであって、アイリスダイヤフラム／シャッターから放出される荷電粒子の大部分が、形成された交流電界と同期して加速または遅延され、それにより粒子が、基板部材の画定された目標領域に比較的低い速度および運動量で衝突して望ましいドーズ間隙率をもたらすように調節するステップとを含む方法。
【請求項１２】
粒子発生器（１１０）から基板（１４０）の画定された目標領域（１６０）に放出される薬剤粉体の荷電粒子の移動を制御するための粒子移動制御装置であって、
電気アイリスダイヤフラム／シャッターが０．０７〜２ｍｍの厚さを有し、約５０〜５０００μｍの寸法の少なくとも１つの穴を有する少なくとも１つの電極を含み、アイリスダイヤフラムの全厚と穴の平均直径との比率が常に１０未満、好ましくは３未満であり、穴の平均直径が、穴の２つの測定値の合計を２で割った和として定義され、これが、ドーズ形成プロセスにおける、少なくとも１つの穴を通る荷電粒子の移動と、粒子の、基板（１４０）の画定された目標領域（１６０）への分与とを電気的に制御するために用いられ、
画定された目標領域（１６０）を有する基板（１４０）が予め測定された薬剤投与量のためのものであり、
基板部材の目標領域（１６０）の後ろの電極が、制御された適切な電圧源に連結されたときに、交流電圧の付加の有無に関わらず画定された電界を発生し、電界がアイリスダイヤフラム／シャッターから放出された粒子を捕えて基板部材の目標領域に方向づけることを特徴とする粒子移動制御装置。
【請求項１３】
基板（１４０）の目標領域（１６０）が予備帯電されており、これにより、使用時の予備電荷が完全にまたは部分的に、目標領域の後ろの電極による電界と結合して必要な電界を形成し、この電界が、アイリスダイヤフラム／シャッターから放出された粒子を捕えて基板部材の目標領域に方向づけることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
電極部材に与えられる準定常電位により、電気アイリスダイヤフラム／シャッターが、ドーズ形成プロセスにおける荷電粒子の流れのオンとオフを切り替えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
電極部材に与えられる準定常電位により、電気アイリスダイヤフラム／シャッターが、ドーズ形成プロセスにおける荷電粒子の単位時間あたりの質量流を制御することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
電極部材に与えられる準定常電位により、電気アイリスダイヤフラム／シャッターが、ドーズ形成プロセスにおけるアイリスダイヤフラムの穴の見掛寸法を制御し、それにより荷電粒子の流れの領域を画定することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
等化電荷を電荷源部材から導入することにより、形成されたドーズおよび基板部材から電荷を頻繁に除去して、堆積した粒子による反発電界を無効にすることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
イオン源を用いて、基板部材の裏側の電極と物理的接触をせずに電気接触をもたらして、制御された電位を電極に連通させ、それにより、電極から発生する、ドーズ形成プロセスにおける荷電粒子の目標領域への移動に必要な電界を形成することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドーズ（投与量）形成プロセスにおいて基板上に堆積される乾燥薬剤粉体の流れおよび空間的分与を制御するための方法および装置に関し、より詳細には、乾燥薬剤電気粉体を特に微細に分割して予め決められた量のドーズを形成することにおいて電気的アイリスダイヤフラム／シャッターを用いる方法および装置に関する。
【０００２】
背景技術
現在、医療業界において、薬剤のドージングは多くの異なる方法で行われている。医療分野において、全身投与性薬剤粉体を患者の気道および肺に、薬剤粉体が効率的、迅速、かつユーザに好都合に投与されるように吸入器により直接行う可能性に対する関心が急激に高まっている。
【０００３】
ドライパウダー吸入器（ＤＰＩ）は、肺の気道の深部または上部に経口吸入により粉末を投与するための装置である。肺深部への堆積は薬剤の全身投与のために望ましいが、気道の局部処置のためには、肺深部堆積ではなく局部堆積が行われるべきである。肺深部堆積により、肺の周囲部および肺胞にて作用物質が直接血液に運ばれることができることを理解されたい。粒子が肺深部に到達するためには、粒子の空気力学的寸法は典型的に３μｍ未満であり、肺局部に配送されるには５μｍ未満であるべきである。粒子がこれより大きいと口や喉に付着し易いため、薬剤の全身配送を目的とする場合、分与されるドーズ粒子の寸法を、吸入時に投与量の大部分が実際に肺深部に堆積されるように厳密に限定することが重要である。また、空気速度を低減し、それにより上方呼吸気管への堆積を減らすために、吸気は穏やかに行わなければならない。
【０００４】
吸入により薬剤粉体を肺深部から全身投与するために、満たされなければならない基準がある。例えば、ユーザへの毎回の投与における高精度のドージングが非常に重要である。薬剤粉体の非常に高度な解凝集も非常に重要である。これは、現在用いられているドライパウダー吸入器では、特定の装置、例えば、いわゆるスペーサを用いずには不可能である。
【０００５】
吸入器のための粉体は凝集する傾向を有し、すなわち、大小の塊を形成し易く、この塊は解凝集されなければならない。解凝集(De-agglomeration)は、凝集した粉体を電気エネルギー、機械的エネルギー、または空気力学的エネルギーを導入して分解することにより定義される。通常、解凝集は、少なくとも２つの段階において行われる。第１の段階は、ドーズを集積しているときの粉体の堆積中に行われ、第２の段階は、患者がＤＰＩを介して吸気するときに粉体を分散させる際に行われる。
【０００６】
用語「電気粉体」(electro-powder)は、吸入器装置を用いた投与に好適な制御された電気特性を有する微細に分割された薬剤粉体を示す。このような電気粉体は、電界制御技術を用いた装置からの、より良好なドージングの可能性をもたらし、例えば、米国特許第６，０８９，２２７号および本発明の出願人のスウェーデン国特許第９８０２６４８−７号および９８０２６４９−５号に開示されており、優秀な吸入ドージング性能を有する。先行技術は、また、ドージングのための粉体堆積に関する多くの解決方法を開示している。国際公開公報ＷＯ００／２２７２２は、領域が合致する電極を用いた静電検知チャックを提示している。米国特許第６，０６３，１９４号は、基板上に粒子を堆積させる粉体堆積装置を開示している。この装置は、１以上の収集ゾーンを有する静電チャックを用い、また、堆積する粒子の量を測定するための光学的検知を用いている。米国特許第５，７１４，００７号および米国特許６，００７，６３０号は、薬剤粉体を基板の予め決められた領域に静電堆積させるための装置を開示しており、この基板を用いて、坐薬、吸入剤、タブレットカプセルなどが作成される。米国特許第５，６６９，６４９号および５，９６０，６０９号において、薬品および薬剤のための計量およびパッケージングの方法および装置が提示されている。この方法は、静電光技術を用いてマイクログラムの量の微細粒子を個別のカプセルおよびタブレットの形態で包装する。
【０００７】
堆積プロセスにおいて、静電技術および／または電界を粉体粒子の静電帯電と組み合わせて用いる場合に遭遇する共通の困難は、粒子がドーズを形成するために基板上に堆積されているときに粒子の電荷および基板（絶縁体の場合）の電荷を除去することである。電荷の除去が不完全であり、または、除去に長時間かかりすぎると、ドーズの形成に不都合な影響を及ぼすことになる。すなわち、既に堆積された荷電粒子が局部反発電界をもたらし、これが、新しく引き寄せられた粒子が基板の目標領域に堆積するのを妨害しようとし、また、新しく到達する粒子を目標領域の周辺に堆積させる点が不都合である。反発電界は、より多くの粒子が目標領域に堆積するに従って強度が増す。最終的に電界は非常に強くなり、この結果、目標領域から或る程度の距離における正味電界力が荷電粒子に引付け力を働かせても、さらなる堆積は不可能になる。
【０００８】
静電チャックが用いられる場合、チャック基板（通常、誘電材料からつくられる）の堆積領域が予備帯電されて、必要な局部電界を目標領域に形成しても、あるいは、荷電粒子を引き付けるために電極システムが用いられ、または、予備帯電および電極の組合せが用いられても、目標領域を適切な量の粒子で満たすことは常に困難である。なぜなら、反発電界は、粒子が堆積するにつれてより強くなり、粒子を意図される目標領域よりも大きい領域に拡散させることになるからである。これは、目標領域、すなわち堆積領域がビード（beads）である場合にもあてはまる。ビードは、粒子がビード上に堆積する間、チャックによって、例えば静電力により把持および保持される。したがって、十分な質量および空間的形状の適切なドーズを形成することは不可能であることが多い。チャックの原理は、また、チャックに引き寄せられた粒子の質量を予測するために、予め決められた、または知られた特定の電荷（μＣ／ｇ）を有する粉体を必要とすることが多く、これ自体が大きな課題である。
【０００９】
さらに、先行技術の装置が十分に高度な解凝集を達成することは稀であり、ドーズ間の相対標準偏差（ＲＳＤ）の低い正確なドーズが良好に制御されてもたらされない。この原因の一部は、ドーズ生成中の生成ラインのパラメータの制御が困難であることであり、また一部は吸入器の設計の欠陥であり、これが必要な調節を行うことを困難にしている。ドーズの画一性および薬剤物質の肺への堆積効率に関して、改良されるべき困難な課題が多い。したがって、予備調製された、高精度の、予備測定された投与量が吸入器に装填され、これが吸入により正確に繰り返し投与されて全身または肺局部に配送されることを保証することがなお必要である。
【００１０】
発明の概要
ドーズ形成プロセスにおいて粒子発生器から放出される薬剤粉体荷電粒子の、基板部材の画定された目標領域への移動を制御するための方法および装置が定義される。粒子移動電極が、電気アイリスダイヤフラムおよびシャッターを形成するために配置され、粉体粒子の、粒子発生器から基板部材の画定された目標領域への移動に関連する電界が、予め決められた量の粉体ドーズを運び、それにより、ドーズ形成プロセスにおける粒子の方向および速度が制御される。電気アイリスダイヤフラム／シャッターは、粒子発生器と基板の間に、全ての粒子が基板に移動されるためにアイリスダイヤフラムを通過しなくてはならないように配置される。このアイリスダイヤフラムは、また、シャッターとしても作用する。付加された交流電位の振幅および周波数を調節することにより、荷電粒子が、形成された交流電界内で振動し、これにより、軽量の小粒子のみが、ドーズ形成プロセスにおいてさらに移動するためにアイリスダイヤフラム／シャッターから放出される。さらに、振幅および周波数を調節することにより、放出される荷電粒子の大部分が交流電界と同期して加速および遅延され、したがって、粒子は、基板の画定された目標領域に低い速度および運動量で衝突し、それにより望ましいドーズ間隙率をもたらす。
【００１１】
本発明に従う方法が独立請求項１，１０および１１に記載され、方法のさらなる具体例が、従属請求項２〜９に記載されている。
【００１２】
粒子移動制御装置が独立請求項１２に記載され、さらなる具体例が従属請求項１３〜１８に記載されている。
【００１３】
本発明、および、本発明のさらなる目的および利点は、以下の詳細な説明を添付図面と共に参照することにより最良に理解されるであろう。
【００１４】
発明の詳細な説明
電気アイリスダイヤフラムを含む方法および装置であって、帯電された薬剤粉体粒子が粉体発生源から、基板部材の画定された領域、すなわち目標領域に移動することを制御するための方法および装置を開示する。粒子の、目標領域すなわちドーズベッドへの空間的分与が、ドーズ形成プロセスにおける粒子の分与および堆積に電界技術を用いることにより達成される。本文中、用語「電界技術」("electro-dynamic field technique")とは、タイミング、周波数および振幅に関して適切に制御された電位を、ドーズ形成装置により画定された空間内の適切な位置に配置された多数の電極に加えることにより、４次元、空間および時間における有効電界を生じることを示す。用語「準定常電界」("quasi-stationary electric field")は、本文において、制御されたインピーダンスを有する電圧源装置により制御される電界を示すために用いられ、制御システムの全ての部分において、印加される電圧は、低周波の時間区分で任意に、かつ個々に制御され得る。電圧がどこでどのように加えられるかが容易に理解されるように、本文の全体を通じて全ての電圧を接地電位とする。本発明を利用するときに接地電位が任意の電位に替えられ得ることは当然である。例えば制御システムを単純化または改良するために、或る１つの電位または電圧を、特許請求の範囲により画定された本発明の要旨および範囲から逸脱せずに別の電位または電圧にし得ることが、当業者に明らかであろう。
【００１５】
正荷電粒子および／または負荷電粒子を、コロナ帯電、摩擦帯電、または誘導帯電による生成する粒子発生器を設ける。荷電粒子は、発生器から制御雰囲気（通常は空気）中に放出され、電界に入る。この電界は、適切に配置された電極から、適切な電圧源からの制御された電圧により供与された適切な電位で発生している。少なくとも１つの電極が電気アイリスダイヤフラム／シャッターを含む。アイリスダイヤフラム／シャッターは、粒子を通過させるのに好適な寸法および形状を有する少なくとも１つの穴を有し、粒子発生器と基板の間に配置される。粒子発生器とアイリスダイヤフラムの間に構成された電界の強度および方向は、用いられる電極の寸法および形状、電極の相対位置、および、特に、アイリスダイヤフラムの電極ならびに他の電極に加えられる電位によって決まる。こうして、荷電粒子に作用する電気力を制御することにより、粒子をアイリスダイヤフラムおよびダイヤフラムの穴の一部または全部に引き付け、またはそれらの穴と反発させることが可能である。アイリスダイヤフラムの穴を通過した荷電粒子は、接地電位、または他の任意の電気基準と、電圧源から電位が与えられる電極との間に形成されたさらなる電界に入る。電極は、好ましくは基板の後ろに配置される。穴と目標領域との相対位置が適切に位置合わせされていれば、この段階でアイリスダイヤフラムから離れた荷電粒子は電界に捕えられ、基板に引き寄せられ、この方向に電界線に沿って移動を開始し、基板部材の目標領域に衝突するまで移動して目標領域にて堆積する。
【００１６】
アイリスダイヤフラム／シャッターの２つの特性が特に重要である。第１の特性は、電気アイリスダイヤフラムの穴の見掛寸法を、引き付けられる粒子よりも小さくまたは大きくなるように、どれだけの電圧電位が電極に加えられるかによって制御する能力である。これにより、アイリスダイヤフラムを通る粒子流の領域と、したがって、移動された粒子が堆積される基板部材の目標領域の利用領域とを制御する可能性がもたらされる。第２の重要な特性は、電気アイリスダイヤフラムが、粒子流制御弁、すなわちシャッター装置として作用するようにつくられることができ、したがって、粒子流のオン／オフを、電極に適切な電圧を加えるだけで完全に切り替えることができることである。オンからオフに切り替わると複合電界の向きが反対にされ、荷電粒子がアイリスダイヤフラムから遠ざけられる。実際、電圧を適切に調節することにより、単位時間あたりの粒子の通過量を部分的に制御し、そして、目標領域への粒子堆積速度を調整することも可能である。しかし、好ましい実施形態において、アイリスダイヤフラムは主に、領域の寸法を制御するために、および、粒子流の即時のオン／オフ切替えのために用いられる。
【００１７】
さらに、電気アイリスダイヤフラムは、好ましい寸法の小粒子のみを通過させるように粒子を選り分けるのために用いられ得る。これは、交流電界をアイリスダイヤフラムの複合準定常電界上に付加することにより可能となる。作用原理は慣性モーメントに基づいており、大きい粒子は小さい粒子よりも質量が大きいが、単位重量あたりの電荷はより少なく、したがって、大きい粒子は所与の電界において小さい粒子よりも緩やかに加速する。交流電界の周波数が適切であれば、大きい粒子はアイリスダイヤフラムを決して通過せず、電荷を失うまでダイヤフラムより下に留まるため、例えば重力により収集ゾーンに運ばれることができる。これらの粒子はさらに分離されて粒子発生器に集められ、ドーズ形成プロセスに再び導入され得る。
【００１８】
典型的な実施形態において、アイリスダイヤフラムは２つの電極を含み、これらの電極の間に薄い絶縁ウェハ部材が配置され、１つの穴がアイリスダイヤフラムにあけられている。電極および絶縁ウェハ部材は、典型的に、上側および底側を有するプリント回路板（ＰＣＢ）として作成され得る。基板部材により近い電極（上側の電極）は、典型的に円形であり、穴と同心状である。一方、他方の電極（底側の電極）は、粒子発生器により近く、プリント回路板の下側を完全に覆い得る。好ましい実施形態において、基板部材は、粒子発生器より上に上下逆向きに配置され、これにより、ドーズ形成中に、放出される荷電粒子に作用する正味静電力が上向きにされて重力に反作用する。このような方法により、大きくまたは重い粒子が重力の作用のみにより偶然に目標領域上に到達することはない。アイリスダイヤフラム電極に加えられる電位は制御システムにより制御されるが、これは本発明の一部ではない。電位は、好ましくは、決められた方法でドーズ形成プロセス中に、ドーズに所望の特性が与えられるように変えられる。粒子が発生器からアイリスダイヤフラムを通って基板部材の目標領域に移動する間に、電極に与えられる電位は、正電位、負電位に関わらず、典型的に、荷電粒子を引き付けるために数百ボルトである。底側の電極には、典型的に、荷電粒子と僅かに反発するためのゼロ〜数十ボルトの電位が与えられて、粒子がアイリスダイヤフラムを通るようにガイドする。アイリスダイヤフラムの上側の穴から放出された粒子は、基板部材の目標領域の後ろの電極から発生した電界に引き付けられて入る。粒子を引き付ける電極には、典型的に５００〜２０００ボルトの電位が与えられる。したがって、放出された粒子は、目標領域に向う流路を流れ続ける。ドーズ形成プロセスにおいて、粒子の移動は制御システムにより中断され得る。制御システムは、電極に適切な反対電位を与えることによりアイリスダイヤフラム内に強い反発電界を形成することができ、これにより荷電粒子はアイリスダイヤフラムの穴を通過できない。
【００１９】
先行技術の、ドーズの全質量およびドーズ配置の空間的制御の不都合における限界は、電荷を、帯電された粉体粒子、および、基板部材の目標領域、すなわちドーズベッドからから迅速かつ効率的に除去し、それにより反発電界を形成中のドーズから排除することにより排除される。例えば、イオン発生器を基板付近に、放出されるイオンがドーズおよび基板の目標領域に向けられるように配置することにより、非常に迅速な中和が達成される。放出されるイオンは空気をイオン化し、得られた正荷電および負荷電の酸素イオンおよび窒素イオンがドーズおよび基板に引き付けられることができ、それにより、電荷の幾らかがドーズおよび基板に衝突し、再結合し、プロセス中に蓄積された電荷を中和する。粒子が基板上に堆積したならばすぐに粒子電荷を中和することにより、入ってくる粒子に粒子の電荷が及ぼす悪影響が排除される。粒子の空間的堆積はこうして大幅に改善され、粒子を目標領域外に堆積させない。なぜなら、ドーズベッドおよび形成中のドーズにおける電荷の全体がこのように連続的に除去され、歪みをもたらす反発電界が生じることを防止するからである。本発明の典型的な実施形態において、ドーズおよびドーズベッド内の蓄積電荷は、以上に記載したようにドーズ形成プロセス中に常時除去される。基板部材の関連する目標領域が、サーボ機構によりイオン発生器の範囲内に運ばれ、これにより蓄積電荷は、ドーズ形成プロセス中に少なくとも１回、より好ましくは３回除去される。ドーズ形成作業を開始する前に残留電荷を目標領域から除去するために基板部材がイオン発生器を通過しなければならないことも一般的である。
【００２０】
本発明に従う方法の基本的な原理が図１に示されている。
【００２１】
本発明の方法は、電界技術を用いて、
・ 粒子を選別し、
・ 粒子を輸送し、
・ 基板上の予め画定された領域に粒子を分与し、
・ 基板上の予め画定された領域に粒子を堆積させ、
・ 形成されるドーズの質量を制御し、
・ 粒子流のオン／オフを時間の関数として切り替え、
・ ドーズの間隙率を制御する。
【００２２】
さらに、本発明の方法は、外的に与えられる電界に粒子が導入されることに基づいている。好ましい実施形態においては電気粉体を用いるが、当業者に容易に理解される他の粉体を用いることも可能である。
【００２３】
電気粉体は、微粒子（ＦＰＦ）が粉体質量の約５０％以上である活性ドライパウダー物質またはドライパウダー薬剤を形成し、微粒子の空気力学的寸法は５μｍ未満であり、帯電後の単位質量あたりの絶対比電荷が０．１〜２５μＣ／ｇとなる静電特性を有し、０．１秒より長い電荷崩壊速度定数Ｑ５０と、０．８ｇ／ｍｌ未満のタップ密度と、０．５未満の水分活性ａｗとを示す。
【００２４】
図１を参照すると、粒子１０１が粒子発生器１１０から、コロナ帯電、摩擦帯電、または誘導帯電により正帯電または負帯電されて放出され、次いで粒子は、与えられた第１電界１２０に入る。粒子の電荷の型は、粉体の特性、帯電の方法および発生器内の材料によって決まり、粒子の大部分は、発生器から放出されるときに、ドーズ形成プロセスに寄与するように負または正に帯電されている。以下の説明および例示において、放出される粒子は正帯電されるとする。しかし、帯電の正負は粉体および発生器の特性によって変わるため、粒子が負帯電されることも同様に可能であり、この場合、加えられた電位が極性を変化させるが、その場合も以下の説明は有効である。ドーズ形成プロセスをドーズの総質量およびドーズ形成時間に関して制御するために、帯電された粒子の、粒子発生器から基板部材の目標領域への移動が制御されなくてはならない。このために、接地１３３と、電圧源インピーダンス１３６を含む第１の電圧源１３５に連結された第１の電極１３０との間に第１の電界が与えられる。電極は、好ましくは、粒子発生器１１０と基板１４０の間の、基板１４０から０．５〜２５ｍｍの近距離に配置される。形成された電界１２０の強度および方向は、電極の電位を、電圧源により設定される負電圧から正電圧までの広い範囲で調節することにより調節され得る。これにより荷電粒子は第１電極に引き付けられ（図１に見られる）、または、第１電極と反発する（図２に見られる）。第１電極は、荷電粒子が通過できる適切な寸法および形状の少なくとも１つの穴１５０を有する。このような穴は、円形、楕円形、正方形もしくは幅狭のスリット、または、ドーズ形成プロセスに適した他の任意の形状であり得る。好ましい実施形態において、穴の寸法は約５０〜５０００μｍである。しかし、第１電極により引き付けられる粒子は第１電極に容易に付着し、これがシステムの効率を低下させ、また、頻繁なクリーニングを必要とする。
【００２５】
付着作用を排除して、粒子の、基板部材の目標領域への移動を制御するレベルをさらに高めるために、図３および図６に示されているような選択的に用いられる第２の電極２３０を挿入することができる。第２電極２３０は、第１電極１３０と基板の間の第１電極１３０に平行な面に配置されるべきであり、第１電極からの距離は０．０７〜２．５ｍｍである。第２電極に、第１電極と同数の穴２５０が形成され、これらの穴は、２つの電極の穴が同心状になるように第１電極の穴１５０と位置および形状が合致する配置で形成される。電極の形状および寸法は、基板部材の目標領域に相当する非常に大きい形状および寸法から、直径が１ｍｍ未満、幅が０．１ｍｍ未満の微小円形リングまで変化し得る。第２電極２３０はどこにも連結されずに電気的に浮いていても、または、インピーダンス２３６を有する第２電圧源２３５に連結されてもよい。形成された第２の電界２２０の強度および方向は、第２電極の電位を、電極に連結された場合の電圧源により設定される負電圧から正電圧までの広い範囲で調節することにより調節され得る。第２電界に捕えられた荷電粒子１０２は、電界ラインに沿って第２電極の方向またはそれと反対方向に移動する。この移動方向は、印加される電圧の極性と、したがって電界ラインの方向とによって決まる。
【００２６】
図４に示されている好ましい実施形態において、第１電極および第２電極は、電極間の絶縁ウェハ部材１７１と一体化されている。電極の外面は、好ましくは、厚さが数ミクロンの絶縁コーティング１７２、例えばパリレンによりコーティングされて、粒子の付着による電極の短絡を防止する。ウェハの厚さは、典型的に０．０７〜２ｍｍの範囲である。例として、電極およびウェハ部材はプリント回路板として作成され得る。可能な導体層の数、物理的柔軟性および厚さなどに関して、多くのタイプの部材が市販されている。
【００２７】
図５に例示されているさらなる実施形態において、さらなる電極４８０，４８１が、特定の目的、例えば、極性制御または粒子のスクリーニング（選別）のために挿入され得る。これに関しては別途説明する。追加の電極４８０，４８１が挿入される場合は、これらの電極は絶縁ウェハ部材の追加の層に同心状に配置され、または、既存の第１電極および第２電極と同じ層に配置され得る。追加の電極は他の全ての電極から絶縁され、電極が、制御されたインピーダンスおよび電圧源を含む電気システムにどのようにも連結される完全な自由をもたらすように接地されている。この場合、ウェハ部材の厚さは０．０７ｍｍ〜２．５ｍｍになる。
【００２８】
ウェハ部材１７１は、粒子発生器１１０と、荷電粒子１０２を堆積させるための目標領域１６０であるドーズベッドを有する基板１４０との間に物理的バリアを構成する。ウェハ部材の上部の上部電極と基板との距離は０．５ｍｍ〜２５ｍｍである。したがって、粒子がドーズベッドに到達することは、第１および第2の電極、ならびに追加の電極（挿入されていれば）の有効な穴を通過してのみ可能となる。
【００２９】
さらなる第３の電界３２０が、接地１３３と、第３の電圧源３３５に連結された第３の電極３３０の間に形成されている（図３参照）。第３の電圧源を、第１または第２の電極の出力に対して接地の代わりに参照して、堆積プロセスの制御を簡単にすることが可能である。第３の電極は、好ましくは、基板１４０およびドーズベッド１６０のすぐ後ろに配置され、したがって、電界ラインはドーズベッドを通過して粒子発生器１１０の方向に延びる。基板部材は、誘電性もしくは半導電性の材料、または導電性材料からつくられ、あるいは、これらの異なる材料の組合せからつくられることができる。ドーズベッドの材料が導電性である場合、ドーズベッドは第３の電極を構成し得る。これにより得られる第３電界３２０の強度および方向は、第３電極の電位を、電極に連結された場合の第３電圧源により設定される負電圧から正電圧までの広い範囲で調節することにより調節されることができ、これにより荷電粒子は、第３電極に近づく方向または第３電極から遠ざかる方向のいずれかに移動される。
【００３０】
粒子発生器１１０から放出された荷電粒子１０１は、第１，第２および第３の電極にそれぞれ加えられた電位により生じた複合電界に入る。第１電極のみでも電気的アイリスダイヤフラム装置１７０として作用し、選択的に用いられる第２電極を追加することにより装置の有効性がかなり高められる。電気的アイリスダイヤフラムの典型的な実施形態が図６および図７に示されており、それぞれ装置の上側および下側を示す。ダイヤフラムは、粒子の移動速度だけでなく穴の見掛寸法も制御する可能性をもたらす。第１電極および第２電極を通る穴、ならびに、絶縁ウェハ（存在する場合）を通る穴は、運ばれる粒子よりも小さく、または大きくされることができ、これは、第２電極および第３電極の電位を一定に保ちながら、第１電極に加えられる電圧電位を増大または減少することにより行われる。アイリスダイヤフラムを構成する電極は、発生器から放出された荷電粉粒１０１を基板部材上の目標領域１６０に、プリンタのインクジェットのように、質量、方向および速度に関し制御して規則正しく移動させる。
【００３１】
第１の態様において、電気アイリスダイヤフラム１７０は粒子流の領域を制御し、目標領域に到達するドーズの物理的寸法の制御を可能にする。しかし、第２の態様において、第１の電位が所定の点を超えて増大すると（この点における正確な電圧値は、主に第１、第２および第３の電界の相対強度に依存する）、アイリスダイヤフラムは、粒子を全く通さないように閉じる。これは、粒子流の即時開始および停止の簡単な方法をもたらし、また、吸入による効率的なシステムデリバリのための最も好適な好ましい電気ドーズの形成における粒子の分与および堆積を正確に制御する目的を達成させ得る。
【００３２】
それぞれの電極に与えられる第２電位および第３電位を調節することにより、粒子電極の穴を通って移動する速度を部分的に制御することが可能である。この第３の態様において電気アイリスダイヤフラムは粒子流制御弁として、穴を通過する粒子の単位時間あたりの量と、したがって、目標領域への堆積速度とを調節できるように働く。
【００３３】
第４の態様において、電気アイリスダイヤフラムは、好ましい寸法の小粒子１０２のみを通過させるように粒子を選別するように用いられ得る。これは、適切な周波数および振幅の交流電位を、図５に示されているような第１の交流源２３１から、例えば準定常第２電位に付加することにより達成され、また、必要であれば、第２交流源３３１から、第１の交流電位と同期した第２の交流電位を準定常第３電位に付加することにより達成される。準定常電界に交流電界を加える別の方法は、特別な電極４８０，４８１を加えて、新しい電極を第１電極および第２電極と同じウェハ要素に統合し、これらの電極と共に用いることである。この場合、交流電圧は、第２および／または第３の電極に付加されるのではなく、新しい電極に直接与えられる。電極の物理的順序は、最適な選別作用を得るように変えることができる。準定常電界を、さらなる付加された交流電界と共に用いることの複合効果は、小さく軽量な粒子の、基板部材のドーズベッドへの移動を加速し、大きく重い粒子基板部材のドーズベッドへの移動を排除することである。作用原理は慣性モーメントに基づいており、大きい粒子、すなわち凝塊粒子は、小さい粒子よりも質量がかなり大きいが、単位重量あたりの電荷はより少なく、したがって、大きい粒子は、所与の電界において、小さい粒子よりもかなり緩やかに加速する。交流電位の周波数の設定は、第２電極により制御された第２電界に入った重粒子が第２電界でほとんど振動せず、軽量粒子がより大きい振幅で振動し、したがって第３電界が粒子を、粒子の振動のピークへの到達時またはその直前に制御できるように行われる。第３電界の強度はこの時点で第２電界の強度を超え、粒子の凝集は緩み、第２電界を離れて第３電界の方向に移動する。交流電界の周波数が適切であれば、大きい粒子はアイリスダイヤフラムを決して通過せず、電荷を失うまでダイヤフラムに停滞するため、重力により収集ゾーンに運ばれることができる。これらの粒子は再循環され、さらに分解されて粒子発生器に入り、ドーズ形成プロセスに再び導入され得る。こうして、電界技術方法が、堆積される大粒子の数をさらに減少し、ドーズの質を高める。
【００３４】
アイリスダイヤフラム１７０を通過した後、粒子は、交流成分を有し得る第３電界にて、基板部材の目標領域、すなわちドーズベッド１６０の方向に、ドーズベッドの後ろの第３電極から発生した第３電界により生じた電界引力により加速される。ドーズベッドは、粒子分与中、不動であり、または移動し得る。図５に概略的に示されているサーボ機構１９０を用いることにより、ドーズベッド領域への粒子の空間的分与が任意に制御されるように粒子の堆積を制御することができる。
【００３５】
後にドーズ１８０を吸入に用いるときに最適に機能させるために、ドーズが小粒子から構成されることに加え、望ましい間隙率および構造を有することが非常に重要である。ドーズの間隙率は、準定常第３電界に付加された第２交流電界の振幅および周波数を適切に調節することにより調節されることができ、堆積プロセスのためにも適切に調節され得る。ドーズベッドが高周波振動を受け、すなわち高周波電場であるならば、好ましくは粒子の分与の完了後にドーズの間隙率を調節することも可能である。間隙率は、例えば、既存の市販されている光学的方法、例えば、レーザ三角法、自動画像解析または近赤外分析器（ＮＩＲ）を用いて、堆積プロセス中またはドーズ形成終了後に非破壊的に測定され得る。測定されたデータは、ドーズ形成プロセス全体を連続的に最適化するために用いられ、これは、電気ドーズのための規格を好ましく満たす好適な特性を有するドーズを得る目的と通じている。「エレクトロドーズ」（ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｄｏｓｅ）は、電界技術を用いて電気的に供与量が画定される電気粉体として定義され、ドーズは以下の規格を有する。
すなわち、間隙率は、
Ｄｐエレクトロドーズ＝１００−１００（密度エレクトロドーズ／密度電気粉体物質(electro-powder substance)）＞７５％
として定義される。
【００３６】
粒子が、既に堆積された粒子の電荷から生じる局部反発電界により、目標領域の内側に、または目標領域の外側にランダムに堆積することを回避するために、電荷をドーズ形成中に中和しなければならない。この場合、第３電界を歪ませ、電界の引力を弱めて、入来する荷電粒子を拡散させる可能性のある重要な局部反発電界は形成されない。ドーズおよびドーズベッドに蓄積する電荷が頻繁に中和されるならば、新しい粒子がアイリスダイヤフラムの出力部から出てドーズベッドに一番近い点へと自動的に到達し、これにより、形成されたドーズと、基板の周辺領域とは明確に区別される。
【００３７】
本発明の重要な要素、すなわち、ドーズベッド上に堆積された粒子の蓄積電荷を除去する要素が、図８，９および１０に概略的に示されている。電荷を除去するための様々な方法が用いられ得るが、好ましい実施形態において、アルファ粒子（正帯電されたヘリウム原子）の放射性源１９５が最も有効であることがわかった。これらの放射性源は、例えばニューヨーク州、グランドアイランドのＮＲＤ社から販売されて、容易に入手可能であり、特に、荷電した物体の放電に用いられる。アルファ粒子は、点源から全方向に均一に拡散され、周囲空気をイオン化して正イオンおよび負イオンの両方を生成する。新しいイオンが、付近の逆荷電の粒子および他の荷電体に引き付けられ、衝突する荷電体の余剰電荷を用いて再結合し、普通の原子を形成する。イオン源からの作用範囲は数センチメートルにすぎない。作用範囲内に紙片などの固体材料を挿入することにより、作用範囲内のアルファ粒子を非常に容易に停止させることができる。好ましい放射性点源は、ポロニウム−２１０を基材としたモデルＰ−２０４２  Ｎｕｃｌｅｓｐｏｔ（商標）であるが、様々な用途に適するように他のモデルを用いてもよい。ポロニウム−２１０は現在流通しており、静電気が問題となる様々な種類の産業において非常に長く用いられてきた。放射線は、アルファ粒子が空気分子と衝突して酸素原子および窒素原子から２つの電子を吸収した結果生じるヘリウム原子（不活性ガス）以外は残留物を生じない。再結合中に、荷電体および放射性点源の作用範囲内の面を迅速に中和するイオン流が確立される。
【００３８】
図８に示された一実施形態において、アルファ粒子を、粉体粒子１０２が堆積されるドーズベッド上のスポットに向いた少なくとも１つの方向付け部材１９６を設計することにより方向付けることが可能であり、これにより、粒子堆積直後に個々の粒子の電荷が除去される。異なる実施形態において、イオン源１９５は、図９に示されているように、ドーズが形成されるスポットの外側に配置される。先に記載したサーボ機構１９０が、ドーズベッド１６０を有する基板１４０を、粒子ドーズ形成作業直後の、過剰な粒子１０２が堆積する前に引き出して、電荷をドーズベッドおよびドーズ１８０から、基板をイオン源に露出させることにより除去するように設定されている。さらに別の実施形態が図１０に示されており、基板部材がドーズ形成のための少なくとも１つの目標領域１６０を運ぶカセット１４０であり、イオン源が目標領域に向けられた典型的な装置を示す。目標領域は、連続して繰り返されるドーズ形成作業において次のドージングを受け入れる。
【００３９】
全ての実施形態に関し、電荷を吸収するスクリーン１９７を含むことが概して必要である。スクリーンがなければ、電荷が荷電粒子と、ドーズ形成プロセス中の粒子の輸送、分与および最終的堆積を制御するように設定された電界への粒子の輸送中に干渉する危険性がある。
【００４０】
異なる実施形態において、１以上の基板部材を有する部材に、ドーズのための物理的拘束物を設けることができる。これらは、先に論じた第３電界の形成に必要な基板部材の後ろの電極に接触物が配置され難いように、または配置できないようにする。このような場合、図１１に示されているように、独立したイオン源１９０が、有利には、基板部材１４０の後ろの第３電極３３０との電気接触を生じ、かつ第３電極３３０と物理的接触はしないように取り付けられる。放出されたアルファ粒子が空気をイオン化し、それがイオン源と第３電極との導電体として作用し、導電性でなくてはならない。イオン源は適切な寸法を有し、基板部材の裏側の第３電極から０〜３０ｍｍの作用範囲内に配置されるべきである。イオン源の金属シェルが有効内部インピーダンス３３６により第３電圧源３３５に連結されているならば（インピーダンス３３６はこのときエアギャップのインピーダンスを含む）、加えられた電圧の一部もまた第３電極上に電位として存在することになり、したがって第３電界が完全に制御される。
【００４１】
本発明の全ての実行可能な実施形態に関し、ドーズ内および基板上の蓄積電荷が与える悪影響を、先に説明したように電荷を除去することにより排除すれば、大量の粉体の堆積が問題なく行われることに留意されたい。第３電極による電界強さは、基板、および形成されるドーズを通じてほぼ一定である。ドーズの分与プロセスおよび形成は、粒子の全電荷または比電荷に影響されない。粒子が軽いタイプの電荷を有し、アイリスダイヤフラムのスクリーニングを通過できるならば、粒子は、電界が存在する限りにおいて、ドーズベッド上に自動的に堆積されることになる。形成されているドーズを監視するための好適な測定器具を用いれば、以上に記載したドーズ形成プロセスをオンラインで、必要であれば、標準予測、フィードフォワードまたはフィードバック制御法を組み合わせて容易に制御することができる。
【００４２】
図１２のフローダイヤグラムに、本発明の方法が、独立請求項に従って簡潔に示されている。
【００４３】
以上の記載は例として示されたに過ぎず、開示された実施形態を、特許請求の範囲に定義された発明の要旨および範囲から逸脱せずに様々に変化させ得ることが当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、アイリスダイヤフラム／シャッターの第１の実施形態を概略的に示し、荷電粒子が粒子発生器から基板部材の目標領域にどのように移動されるかを示す。
【図２】図２は、図１と同一の実施形態を示すが、粒子の移動が、アイリスダイヤフラム／シャッターの電極による電界の反発作用に抑制されている状態を示す。
【図３】図３は、アイリスダイヤフラム／シャッターの、２つの電極を含む第２の実施形態を概略的に示し、荷電粒子が粒子発生器から基板部材の目標領域にどのように移動されるかを示す。
【図４】図４は、２つの電極を含むアイリスダイヤフラム／シャッターの典型的な実施形態を示す。
【図５】図５は、アイリスダイヤフラムの、４つの電極を含む第３の実施形態を概略的に示し、荷電粒子が粒子発生器から、ドーズ形成中にサーボ機構により移動され得る基板部材の目標領域にどのように移動されるかを示す。
【図６】図６は、典型的なアイリスダイヤフラムの、第２の電極が示された一方の側を概略的に示す。
【図７】図７は、典型的なアイリスダイヤフラムの、第１の電極が示された一方の側を概略的に示す。
【図８】図８は、２つの電極、基板部材の目標領域上に形成されるドーズ、および、形成中のドーズにおける蓄積電荷を除去するための２つのイオン源を有するアイリスダイヤフラムを概略的に示す。
【図９】図９は、２つの電極、基板部材の目標領域上に形成されるドーズ、基板部材をアイリスに対して移動させるためのサーボ機構、および、形成中のドーズにおける蓄積電荷を除去するための２つのイオン源を有するアイリスダイヤフラムを概略的に示す。
【図１０】図１０は図９と共に参照され、１以上の目標領域を有する回転カセットの形状の基板部材、目標領域上に形成されているドーズ、および、形成中のドーズにおける蓄積電荷を次々に除去するためのイオン源を概略的に示す。
【図１１】図１１は、基板部材、アイリスダイヤフラム、形成中のドーズ、および、基板部材の後ろに配置されたイオン源であって、第３電極と物理的接触をせずに第３電圧源を第３電極に連結するイオン源を概略的に示す。
【図１２】図１２は、本発明の方法を示すフローチャートである。
【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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