(57)【要約】  流体スプレーをユーザの口に直接吐出するか、チューブ又はパイプのような流動伝導体を介して吐出する装置を開示する。スプレー装置は、振動する有孔膜を用いてスプレーを生じさせ、有孔膜の振動は、装置を通るか流動伝導体を通る流量を検出する流量センサからの入力に応じて制御される。スプレー吐出装置のスプレーヘッドを制御する、対応する方法をさらに開示する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流動伝導体に流体スプレーを吐出するスプレー吐出装置であって、
スプレー発生器と、
スプレーコントローラと、
空気流量センサと、を具備するスプレー吐出装置において、
前記スプレー発生器は、有孔膜と、前記有孔膜の振動が液滴を前記有孔膜の放出側から放出させるように、前記スプレーコントローラからの駆動信号に応じて前記有孔膜を超音波によって振動させるよう構成される作動手段と、を具備し、
前記流量センサは、感知した空気流量に応じて前記スプレー発生器のスプレー量を調整できるように、前記流動伝導体を通る空気流量を表す流量信号を発信するように構成される、スプレー吐出装置。
【請求項２】
前記流量信号は前記空気流量に比例する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流量信号は前記空気流量の関数に比例する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記スプレーコントローラは、前記感知した空気流量が所定の閾値より低い場合、スプレーを発生させないように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記スプレーコントローラは、時間基準変調を用いて前記駆動信号を変調するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記スプレーコントローラは、振幅基準変調によって前記駆動信号を変調するように構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記スプレーコントローラは、前記駆動信号の周波数を前記装置の共振周波数から偏移させ、同一の駆動信号振幅に対して、前記スプレー発生器によって吐出される出力が低くなるようにすることによって、前記駆動信号を変調させるように構成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記スプレーコントローラは、前記駆動信号のマークスペース比を調節することによって、前記駆動信号を変調させるように構成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記スプレーコントローラは、前記駆動信号の前記マークスペース比を調節して、前記共振駆動周波数とは異なる周波数でスプレーヘッドの駆動をオン状態及びオフ状態に切り替えるように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記スプレーコントローラは、前記駆動信号の前記マークスペース比を調節して、 前記共振駆動周波数より低い周波数で前記スプレーヘッドの駆動をオン状態及びオフ状態に切り替えるように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記スプレーコントローラは、前記駆動信号の前記マークスペース比を調節して、２秒の期間内に少なくとも５回の切り替え周期を提供するのに十分な速度で前記スプレーヘッドの駆動をオン状態及びオフ状態に切り替えるように構成される、請求項８から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記スプレーコントローラは、駆動信号振幅を得るために、前記流量信号に比例定数ｋを乗算するように構成される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置はユーザが前記比例定数ｋを変更できるように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記スプレーコントローラは、時間と共に前記比例定数ｋを調節して、任意の吸入率に対する用量吐出率を時間と共に低下させるように構成される、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置は、前記流量信号に応じて前記比例定数ｋを適応させるように構成される、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置は、前記装置の複数回の使用にわたって、吐出プロファイルを適応させるために前記比例定数ｋを適応させて、前記ユーザの吸入に適合させるように構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置は、前記ユーザの典型的な吸入時間内に、規定された用量が実質的に均一に吐出されるように、前記比例定数ｋを適応させるように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置は、ユーザの全吸入時間の所定の小区分内に、規定された用量が実質的に均一に吐出されるように、前記比例定数ｋを適応させるように構成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載のスプレー吐出装置を具備する吸入装置であって、前記スプレー吐出装置は、前記流体スプレーを前記吸入装置の本体を通して流体流路に吐出するように構成される、吸入装置。
【請求項２０】
前記吸入装置は、ニコチンを主成分とする製剤を吐出するために構成される、請求項１９に記載の吸入装置。
【請求項２１】
流体スプレーをユーザの口に直接吐出するか、チューブ又はパイプのような流動伝導体を介して吐出する装置であって、前記装置は、前記スプレーを発生させる振動可能な有孔膜を具備し、前記装置は、前記装置又は前記流動伝導体を通過する流量を検出する流量センサからの入力に応じて前記有孔膜の振動を制御するように構成される、装置。
【請求項２２】
スプレー吐出装置のスプレーヘッドを制御する方法であって、前記スプレーヘッドは、スプレーを発生させる振動可能な有孔膜を具備し、前記方法は、スプレーを吐出するために前記スプレーヘッドが配置される流動伝導体を通る空気流量を表す、感知した空気流量信号を受け取るステップと、前記感知した空気流量信号に応じて前記スプレー発生器のスプレー量を調整するステップと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有孔膜を振動させて液滴を発生させる電子スプレー装置に関する。特に、本発明は、適切なセンサからの要求信号を参照して、装置の吐出率を所望の吐出率に調整できるようにする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子タバコのような吸入装置に対して、発煙又は液滴発生を惹き起こす流れを感知する必要があることがよく知られている。例えば、特許文献１には、吸入空気の流れ方向と流量の双方を感知するセンサを用いることが記載されている。このセンサ信号は、空気の流れがいつ正しい方向になり、いつ閾値率を越えて発煙を惹き起こすかを明らかにするために使用される。
【０００３】
ユーザに供給される任意の流体又は薬剤の吐出率を吸入率に適合させて、ユーザにいっそう心地の良い体験を提供するとともに、薬剤／吸入剤供給の効率を最大化することには便益がある。同じように、液滴吐出が基板の被覆に用いられる被覆過程に対して、液滴を受け取る基板の感知される特性に吐出率を適合させると、被覆の質を最適化し、コーティング剤の損失を最小化することができる。また、吸入空気以外のガス流を取り扱う場合には、吐出率をガス流量に適合させると、コストが最小化され、必要な吐出率を明らかにするのにセンサを使用した場合の処理過程の便益が最大化されることになる。
【０００４】
超音波振動を用いて液滴を発生させる電子液滴発生器が周知であり、薬物送達及び空気又はガスの処理（例えば、芳香供給及び加湿）をはじめとする幅広い分野に用途があり、皮膚の治療などの表面の被覆、あるいは部品に塗装をしたり、表面処理を施すなどの工業工程に用途があることがわかっている。
【０００５】
そのような超音波スプレー装置の好適な実施形態には、特許文献２及び特許文献３などに開示され、（一般にアクチュエータ又は振動素子と呼ばれる）駆動素子によって有孔膜自体を振動させるものが挙げられる。これにより、圧力波を液体層を介して伝達することを必要とせずに、比較的良好な単分散液滴の供給が可能となる。特許文献４に開示されるそのような装置の好適な実施形態では、曲げモードアクチュエータを用いて振動エネルギーを薄膜に供給する。これにより、薄くて低コストのアクチュエータを使用できるようになる。
【０００６】
定義によれば、電子スプレー技術には、電源及び電子回路構成（以下、スプレーコントローラと呼ぶ）をスプレー発生器に組み込むか、連結させることが要求される。
【０００７】
これまで記載してきたようなスプレー発生器は、エネルギーが効率的に有孔膜、ひいては液体に伝達される共振周波数を有することが多い。良好な性能を得るためには、スプレー発生器は、共振周波数か、少なくとも共振周波数付近で動作させる必要があることが知られている（例えば、特許文献５）。
【０００８】
そのような装置では、ユニモルフ型又はバイモルフ型圧電セラミック部品などに交流電圧を印加することによって振動を発生させることが多い。交流電圧によって、この部品を駆動周波数で振動変形するようにする。この変形は有孔膜に連結され、有孔膜が振動して液体スプレーを発生させる。このため、入力電気波形の特徴は、発生させるスプレーに直接関係がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２−１８６５９４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，５３３，０８２号明細書
【特許文献３】欧州特許第０４３１９９２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５１８，１７９号明細書
【特許文献５】欧州特許第１，７３１，２２８号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、流体スプレーをユーザの口に直接吐出するか、チューブ又はパイプのような流動伝導体を介して吐出する装置を提供する。スプレー装置は、振動する有孔膜を用いてスプレーを生じさせ、有孔膜の振動は、装置を通るか流動伝導体を通る流量を検出する流量センサからの入力に応じて制御される。本発明は、下記の構成要件を用いて実現することができる。構成要件のいずれか、あるいは全構成要件は、所望の効果を達成する任意の組み合わせで実施することができる。本発明は、スプレー吐出装置のスプレーヘッドを制御する、対応する方法をさらに提供する。
【００１１】
本発明によれば、流体流動伝導体に流体スプレーを吐出するスプレー吐出装置が提供される。スプレー吐出装置は、スプレー発生器と、スプレーコントローラと、空気流量センサと、を具備する。スプレー発生器は、有孔膜と、有孔膜の振動が液滴を有孔膜の放出側から放出させるように、スプレーコントローラからの駆動信号に応じて有孔膜を超音波によって振動させるよう構成される作動手段と、を具備する。流量センサは、感知した空気流量に応じてスプレー発生器のスプレー量を調整できるように、流動伝導体を通る空気流量を表す流量信号を発信するように構成される。
【００１２】
流量信号は空気流量に比例するか、空気流量の関数に比例してもよい。
【００１３】
スプレーコントローラは、感知した空気流量が所定の閾値より低い場合、スプレーを発生させないように構成されてもよい。
【００１４】
スプレーコントローラは、時間基準変調を用いて駆動信号を変調するように構成されてもよい。
【００１５】
スプレーコントローラは、振幅基準変調によって駆動信号を変調するように構成されてもよい。
【００１６】
スプレーコントローラは、駆動信号の周波数を装置の共振周波数から偏移させ、その結果、同一の駆動信号振幅に対して、スプレー発生器によって吐出される出力が低くなるようにすることによって、駆動信号を変調させるように構成されてもよい。
【００１７】
スプレーコントローラは、駆動信号のマークスペース比を調節することによって、駆動信号を変調させるように構成されてもよい。
【００１８】
スプレーコントローラは、駆動信号のマークスペース比を調節して、その結果、共振駆動周波数とは異なる周波数でスプレーヘッドの駆動をオン状態及びオフ状態に切り替えるように構成されてもよい。
【００１９】
スプレーコントローラは、駆動信号のマークスペース比を調節して、その結果、共振駆動周波数より低い周波数でスプレーヘッドの駆動をオン状態及びオフ状態に切り替えるように構成されてもよい。
【００２０】
スプレーコントローラは、駆動信号のマークスペース比を調節して、その結果、２秒の期間内に少なくとも５回の切り替え周期を提供するのに十分な速度でスプレーヘッドの駆動をオン状態及びオフ状態に切り替えるように構成されてもよい。
【００２１】
スプレーコントローラは、流量信号に比例定数ｋを乗じて、駆動信号振幅を得るように構成されてもよい。
【００２２】
装置はユーザが比例定数ｋを変更できるように構成されてもよい。
【００２３】
コントローラは、時間と共に比例定数ｋを調節して、任意の吸入率に対する用量吐出率を時間と共に低下させるように構成されてもよい。
【００２４】
装置は、流量信号に応じて比例定数ｋを適応させるように構成されてもよい。
【００２５】
装置は、装置の複数回の使用にわたって、吐出プロファイルを適応させるために比例定数ｋを適応させて、ユーザの吸入に適合させるように構成されてもよい。
【００２６】
装置は、ユーザの典型的な吸入時間内に、規定された用量が実質的に均一に吐出されるように、比例定数ｋを適応させるように構成されてもよい。
【００２７】
装置は、ユーザの全吸入時間の所定の小区分内に、規定された用量が実質的に均一に吐出されるように、比例定数ｋを適応させるように構成されてもよい。
【００２８】
本発明は、上記のいずれかに記載のスプレー吐出装置を具備する吸入装置をさらに提供する。スプレー吐出装置は、流体スプレーを吸入装置の本体を通して流体流路に吐出するように構成される。
【００２９】
吸入装置は、ニコチンを主成分とする製剤を吐出するために構成されてもよい。
【００３０】
本発明は、流体スプレーをユーザの口に直接吐出するか、チューブ又はパイプのような流動伝導体を介して吐出する装置をさらに提供する。装置は、スプレーを発生させる振動可能な有孔膜を具備する。装置は、装置又は流動伝導体を通過する流量を検出する流量センサからの入力に応じて有孔膜の振動を制御するように構成される。
【００３１】
本発明は、スプレー吐出装置のスプレーヘッドを制御する方法をさらに提供する。スプレーヘッドは、スプレーを発生させる振動可能な有孔膜を具備する。この方法は、スプレーを吐出するためにスプレーヘッドが配置される流動伝導体を通る空気流量を表す、感知した空気流量信号を受け取るステップと、感知した空気流量信号に応じてスプレー発生器のスプレー量を調整するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
ここで、本発明の実施形態を下記の図面を参照して説明する。
【図１Ａ】本発明の一実施形態による装置の概略図。
【図１Ｂ】本発明の追加の実施形態による装置の概略図。
【図２】本発明の一実施形態の実施のための第１のセンサ信号及び対応する薄膜駆動信号を示す図。
【図３】本発明の一実施形態の実施のための第２のセンサ信号及び対応する薄膜駆動信号を示す図。
【図４】本発明の一実施形態の実施のためのマークスペース調整信号及びセンサ信号を示す図。
【図５】本発明の一実施形態の実施のための別のマークスペース調整信号及びセンサ信号を示す図。
【図６】本発明の一実施形態の実施のためのセンサ信号及び対応する駆動信号を示す図。
【図７】本発明の一実施形態の実施のためのセンサ信号及び対応する駆動信号の別の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１Ａは、本発明の一実施形態による吸入装置の概略図である。この装置は、吸入空気流量を感知する手段であって、圧力制限器として機能する開口（１）を備える流量制限器と好ましくは組み合わせて設けられる手段を有する。開口は、典型的には断面積が６〜１２ｍｍ2であり、圧力センサ（２）が好ましくはＰＣＢ（３）に搭載される。マウスピース（７）と本体（９）の組み合わせは、開口（１）及びマウスピース（７）の開口を除いて、密閉室を別に形成してもよい。ユーザが息を吸い込む間に、開口（１）を介して空気を吸い込むことによって惹き起こされる圧力降下が圧力センサによって測定される。圧力センサ（２）からの信号は、コントローラ（マイクロコントローラ）（４）に接続され、コントローラ（４）によって測定される。次に、空気の流量が、コントローラ（４）によって測定され、吸入具を通過する流れになる流体の適切な吐出率が測定された吸入率に対して定められる。このとき、コントローラは、駆動信号を発して噴霧ヘッド（６）を駆動する。駆動信号が変化することにより、図２〜図７に関連して記載した手段によって、吐出率を吸入率に適合させることが可能になる。コントローラ（４）及びＰＣＢ（３）には電池（８）からエネルギーが供給される。コントローラ（４）が発する駆動信号は、さらに流体タンク（５）に搭載されて有孔膜から作成される共振噴霧ヘッド（６）に供給される。共振噴霧ヘッド自体は、典型的には金属基板に接着されたＰＺＴセラミックアクチュエータからなり、その結果、アクチュエータが適切な周波数によって起動された場合に、交流信号が振動して、有孔膜の振動を惹き起こすことになる。
【００３４】
流体の流れ、好ましくは空気のような気体の流れを導くパイプ、チューブをはじめとする伝送路のような流動伝導体に隣接してスプレー吐出装置を配置する代替構成が想定可能である。スプレー吐出装置は、スプレーを吐出して流体の流れを起こすために配置することができる。流量センサを流動伝導体内の流れを測定するように構成することができ、スプレー装置は、流体を吐出して、以下に記載するように流量センサの出力に応じたスプレーとしての流れを起こすように構成することができる。このため、本明細書に記載の吐出装置及び制御手段は、吸入装置にて使用することができ、あるいはスプレー装置と流体連結した状態で配置される流動伝導体にスプレーを吐出するように構成されるスプレー吐出装置にて使用することができることが明らかであろう。
【００３５】
そのような構成の一例を図１Ｂに示す。図１Ｂでは、流動伝導体（２０）は、Ｈｏｎｙｗｅｌｌ  Ｓ&Ｃ社製の部品番号ＡＷＭ７２０Ｐ１の流量センサのような流量センサ（１０）を有する。この流量センサは、スプレー装置（１７）に送り込まれる信号を提供する。ここで、好ましくはドーターボード（１４）に搭載されるスプレー装置は、スプレーの吐出を制御する流量信号を処理する。次に、駆動ＰＣＢ（１３）及び電池（１６）が、必要な駆動信号を、流体タンク（１８）から液滴を適切な流量で吐出するスプレーヘッド（１９）に供給する。液滴は、ポート（１２）を介して、流動伝導体（２０）内の気流に送り込まれる。もちろん、以下で考察する駆動方法のいずれかを、図１Ａ及び図１Ｂの装置のいずれにも使用することができる。
【００３６】
スプレーコントローラが、事前にプログラムされた周波数帯を吹き付け開始前に走査し、この走査の結果を用いてスプレー発生器の共振周波数を記録し、その共振周波数を後に基準周波数として用いることによって、駆動信号をアクチュエータに合致させる工程が達成される。この場合、共振周波数は、吹き付けを実施している間に、例えば、液体荷重の変化のために生じる共振周波数のあらゆる偏移をとらえるために、コントローラによって定期的に点検され得る。これとは別に、駆動信号周波数がヘッドの共振周波数に自動的に合わせられるようにスプレー発生器が共振回路の一部を形成する自己共振駆動回路を用いることができる。
【００３７】
効率的かつ効果的なスプレー発生器と駆動電子機器とを組み合わせることにより、高い吐出率を達成することが可能になる。これを達成することにより、次には、流体吐出率を調整して、適用例に対する特定の要求及び変化する要求に適応させることができる可能性が生じる。変数パラメーターに応じて流体の流量又は吐出率を調節することから便益を受けることができる典型的な適用例には、次の２例が挙げられる。ひとつは、ガス流に追加の流体を供給する場合、例えば、水滴を追加して、水滴が蒸発した時点のガス流の湿度を制御することができるようにする場合に、流体吐出率をガス流の流量に適合させることであり、もうひとつは、ガスの流量に比例してガス流に麻酔薬を追加することである。適用例にはさらに、噴霧器、吸入具をはじめとする薬剤吐出装置、あるいはスプレー式点鼻薬又は類似する処方箋を必要としない（ＯＴＣ）装置をはじめとする消費者用薬剤吐出装置のような薬剤送達に関する適用例であって、ユーザの吸入率に比例して薬剤の吐出率が調節される適用例が挙げられる。
【００３８】
薬剤送達に関する適用例では、流量は、吸入率に比例し、任意には、最小発動水準を課せられることもあり得る。最小発動水準を下回ると吐出が開始されない。
【００３９】
吐出率の調節方法
駆動電子機器から超音波スプレー発生器に対する出力は、吐出率を調整する多数の方法で調節することができる。このような方法には、例として、出力電圧を変化させる方法、共振からわずかにオフセットするように駆動周波数を変化させる方法、パルス幅変調を使用する方法などが挙げられる。
【００４０】
一部減衰の共振装置の振動の振幅は、駆動信号のレベル又は振幅によって制御することができる。このため、出力電圧を低下させることには、スプレーヘッド上にあり、液滴を発生させるのに十分な加速を伴って振動するノズルの数を減少させる効果がある。その結果、この効果により、流量が減少する。この方法により、何らかの制限内で、流量を段階的に制御することが可能になる。例えば、ある駆動電圧未満では、流量は、はるかに少ないノズルが液滴を放出できるほど振動するため、きわめて劇的に減少することになる。しかし、この方法には、出力駆動電圧を制御する手段を必要とするという不利な点がある。この手段は、典型的には、追加の電子部品を必要とすることになる。
【００４１】
同じように、振動の振幅は、刺激の周波数が装置の共振周波数にどの程度近似するかに影響を受ける。駆動周波数は、例えば、共振周波数が真の共振周波数から５００Ｈｚから数ＫＨｚオフセットされることによって、共振周波数からわずかにずれるように調節される。アクチュエータの挙動の特徴を明らかにすることにより、共振からの任意のオフセットに対する流量の減衰の程度によって、流量の制御を達成することが可能になり、その結果、そのようなスプレー発生器からの振動、ひいては流量を制御する第２の方法を提供することができる。この方法には、駆動電圧を調節する追加部品を必要とするのではなく、スプレー発生器の基本的な駆動に必要な電子部品と同一の電子部品の大部分を使用できるという利点がある。
【００４２】
周波数及び／又は電圧の変更のほかに、駆動信号の時間を基準にした変調を用いることによってスプレー性能に影響を及ぼす別の方法がある。この方法を「デューティサイクリング」と呼ぶことにする。産業環境での加圧スプレーでは、そのような時間を基準にした変調によって流量を調節するために、急速にバルブを開け閉めすることによってスプレーをパルス化する方法が用いられる。これは一般にパルス幅変調と呼ばれる。一般に、流量は、バルブ開状態時には線形比例し、このため、デューティサイクルが１００％（常時開状態）から５０％（半分の時間開状態）に低下すると、流量は約半分になるということになる。このため、図１のコントローラは、図１の装置に対して、駆動信号の時間を基準にしたそのような変調を実施するように構成され得る。
【００４３】
この取り組みが電子スプレーでも機能するかどうかは、切り替えのためのバルブが設けられておらず、駆動信号がスプレー発生過程を促進するために高周波数で振動する場合には、明らかではない。しかし、この駆動信号の時間を基準にした変調を、電子スプレー装置の平均流量を調節するために用いることができることは明らかにされている。この取り組みは、信号が無いか低減されている間隔を間に置いて、高周波駆動信号を一気に印加することによって機能する。許容範囲にある切り替えの頻度及び開閉周期の限界は、適用例に応じて変わる。
【００４４】
例えば、消費者用適用例、特に電子タバコでは、知覚が重要な意味を持つ。いくつかの使用例では、この駆動形態（バースト時間と間隔時間の混在）の全期間を、噴煙が連続しているように見えるほど短くしなければならないのに対し、いくつかの適用例では、バーストとバーストの間に識別できる間隔があるいくぶん断続的な吐出が好ましい可能性がある。マイクロプロセッサが制御する駆動電子機器の場合には、制御パラメーターがファームウェアに設定され、その結果、ユーザー選択に適合するように変更され得る。この場合、パルス切り替えの頻度を変えることもあり得る。あるいは、例えば、電子タバコ型の装置では、吸入率と吐出率との間のスケーリングは、吐出率をユーザの吸入嗜好に適合させるために調節されることもあり得る。一例を挙げれば、流体吐出率は、吸入される流量、即ち、感知されるガス流量に比例していると考えることができる。
吐出率=ｋｘ吸入率
ここで、ｋは比例係数である。ｋが増大した場合、任意の吸入率に対する投与率又は流体吐出率は増大することになり、その逆にｋが減少した場合には吐出率も減少する。単回の吸入か、延長期間も含めた多数回の吸入のいずれかの吸入の間にユーザの投与量が次第に減少するようにｋの値を減少させることにより、スプレーコントローラに設けられる内蔵アルゴリズムを介して、時間とともに次第に投与量を減少させるために、類似する技術を用いることもあり得る。
【００４５】
連続吐出を出現させるには、デューティサイクルが全期間にわたること、言い換えると、変調信号をオフからオンに切り替える各過程の間の時間を、約３０ミリ秒、さらに理想的には、１５ミリ秒より短くすることが概ね必要になる。パイプ内でガス流を処理するような投薬に関する適用例、例えば、加湿又は麻酔薬に関する適用例では、ガス流内での混合が濃度を平均化し、さらに、吐出がユーザに直接視認されないことになるであろう場合には、切り替えの許容限界でのオンオフ期間を長くすることができる。このため、吐出の出現はそれほど重要ではない。呼吸の長さが典型的には２秒であることを考えれば、比例制御の効果を提供するためには、吐出率を変化させることができる比率が重要である。マークスペース比切り替え期間が１５ミリ秒であれば、１００周期を越える切り替えが可能になり、連続変動している印象を与えるオンオフ切り替えの時間分解能が十分に高いものになる。このように、超音波スプレー装置の反応速度により、ほとんどリアルタイムに投薬要件をセンサからの要求信号に適合させることが可能になる。流体吐出率はこのほか、ユーザの典型的な吸入時間のうちのオン状態の合計時間が特定の用量を送達するのに十分なものであるように適合され得る。駆動信号を調整して所望の流体吐出率を生じさせる駆動シーケンスは、吸入プロファイルのシーケンス全体にわたって反復的に適合され得る。コントローラが１つ以上の連続する吸入事象の継続時間及び空気の全体積を記録する場合、コントローラは、１つ以上の記録された吸入事象に対して公称吸入継続時間及び空気の体積を確立することができる。この確立は、直前の吸入、あるいは多数の事前の吸入事象の移動平均に基づいて実施することができる。この公称吸入継続時間を用いると、コントローラは、吐出率を調整して期待される吸入事象内に収めるように、比例定数Ｋを定める。例えば、ユーザが典型的に２秒の吸入で２リットルの空気を吸入し、設定投与量が１５マイクロリットルである場合、その時点での適切なＫ値を計算することができる。簡略化のために、吸入率を２秒間一定であると仮定し、同じように吐出率を吐出継続時間中一定であると仮定する場合、吐出率は毎秒７．５マイクロリットルということになる。
ｋ=（平均吸入率）／（吐出率）
【００４６】
このため、適切なＫ値は０．１２５毎秒マイクロリットル／吸入空気の毎分リットルということになる。
【００４７】
このようにＫ値を設定することにより、コントローラは、実際の吐出率を調整して、実際には呼吸を介して変化することになる吸入率に適合させることができる。Ｋ値を数パーセント増大させると、吸入が終わる前に投与量を確実に送達できるようになる。吸入事象の間にこのように連続してＫ値を調節することにより、吐出をユーザの予想吸入プロファイルに合わせることが可能になる。これは、吐出プロファイルを改善する役割を全面的に果たし、その結果、ユーザの典型的な吸入の間に所望の方法で投与量が送達されるようになる。選択されたプロファイルは、ユーザの典型的な吸入時間の間に均一に流体を吐出するために設定されてもよい。これとは別に、プロファイルは、Ｋ値を増大させて、吸入事象が終了する前に投与量を確実に送達できるようにすることによって、流体送達がユーザの典型的な吸入の特定の瞬間を標的にして、例えば、肺の深部に投与量を確実に送達できるように構成されてもよい。
【００４８】
必要な吐出率を測定可能な特性に適合させる工程では、システム全体の性能を最適化することができる。薬剤吐出装置の場合には、投与速度は、許容限度内に保持されるように制御されるか、あるいは吐出率を最適化して吸入率に適合させるように制御される。この制御は、最大吐出率が圧倒的な影響を及ぼすことがあるＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺疾患）患者又は小児のような呼気流量の低い患者に薬剤を送達する場合には有用である。同じように、自己滴定に関する適用例では、吸入率に比例することになる吐出率に対してユーザごとに好みがあることがわかっていた。簡単に言うと、ユーザの吸引が強くなるほど吐出率が大きくなる。圧力制限器及び圧力センサを使用して、吸気率の尺度を作り出すことができる。例えば、Ｓｅｎｓｏｒ  Ｔｅｃｈｎｉｃｓ社が部品番号ＨＤＩＭ２００ＤＢＥ８Ｈ５で提供する増幅圧力センサのような圧力センサと併用され、０．２（√Ｍバール／リットル・分）の流れ抵抗を提供する制限部を備える吸入具型装置では、吸入率が測定され、吐出率を制御する信号を提供するために用いられ得る。
【００４９】
全投与量は、ユーザが吸入継続時間と吸入率とを制御することによって制御することができる。付加的にあるいは代替的に、装置がユーザによって再び準備されるか、再び準備することがコントローラによって許可される前に、送達される最大用量を計量機能によって制限することができる。薬剤吐出装置に対するガス流の処理または投与量率の設定では、流量センサのような適切なセンサが要求信号の精確性を十分なものにしてもよい。温度及び／又は湿度を測定して、目標吐出率の特徴をさらに全体的に明らかにすることがさらに必要となってもよい。
【００５０】
図２は、装置の流量センサが測定して発信した流量信号に応じて本発明のスプレーコントローラによって発信された駆動信号の変調の一例を図示する。図２は、図１の装置の超音波アクチュエータを駆動するために用いてもよい正弦波駆動信号を、直線的に増大する信号として示される要求信号に応じて適正化する状態を図示する。超音波スプレー発生器に対する典型的な駆動周波数は、３０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲、さらに典型的には、５０〜１２０ｋＨｚの範囲であってもよい。明瞭化のために、駆動信号は、図２ではその実際の周波数によって示されてはいない。
【００５１】
図２はこのほか、要求信号が特定のトリガー閾値に到達した時点でのみ駆動信号がスプレーコントローラによって起動されるように、要求信号に対して引き延ばされる反応を図示する。薬剤吐出装置を介した吸入の場合、トリガー閾値の標準値は毎分１０〜１５リットルである。これは、吸入初期の送達の開始を所望することと、センサ信号ノイズ又は吸入発生以外の因子による空気の動きのために誤トリガ（false triggering）が発生するのを回避しつつ、起動のための十分に強固なセンサ値を提供することとの間の良好な妥協案として機能する。吸入開始時に吸入率が毎分１０〜１５リットルに到達する時間が典型的には０．１秒であり、あるいはそれよりも短いことがあることを考えると、このトリガーレベルにより、得られる吸入量を良好に使用することができるようになる。これには、誤トリガ事象を回避するという利点があり、さらに、振幅変調の場合には、効果的な動作のためには低すぎる電圧によってスプレーヘッドを駆動しようとすることを防ぐ。
【００５２】
図３は、類似する構成を示す。ここでは、好ましくは、要求信号は、吸入具又は電子タバコなど、比較的抵抗性の高い薬剤吐出装置を介した吸入を表わすものである。この実施形態では、図３にはおよそ２秒と示されているように、吸入の継続時間が延びる傾向にある。図２と同じように、駆動信号の振幅が流量センサの出力である要求信号に比例して調整され、規定された最小閾値のトリガーレベルが設定されている。トリガーレベルを下回ると、駆動信号は起動されず、閾値は上記の値のいずれでもよい。
【００５３】
図４は、要求信号に応じた駆動波形のパルス幅変調の図である。典型的な駆動信号周波数は１００ｋＨｚであってもよく、パルス幅変調の期間は５〜３０ｍｓの範囲であってもよい。そのため、ここに挙げた図の縮尺は、認識しやすさを提供し、技術を図示するように調整されている。図４のグラフは、センサ信号又は要求信号と、約４ｍｓの間オン状態であり、約１１ｍｓの間オフ状態である駆動信号と、を示す。これは、スプレー発生器が駆動される時間の観点からも、その結果として生じる時間平均流体吐出率の観点からも、３６％デューティサイクルに影響を及ぼす。
【００５４】
図５は、類似する構成を示す。ここでは、要求がさらに高く、その結果、駆動信号のマークスペース比がさらに高くなる。グラフは、センサ信号又は要求信号と、約８ｍｓの間オン状態であり、約２ｍｓの間オフ状態である駆動信号と、８０％デューティサイクルと、を示す。このようにデューティサイクルを変化させることは、マークスペース比に対して吐出率を直線的に変更することであることがわかっている。
【００５５】
図６は、直線的に増大する要求信号に応じた駆動信号のマークスペース変調を示す。マークスペース比は、増大するセンサ信号値に応じて直線的に増大し、その結果、吐出率を要求値に合致させる。
【００５６】
図７は、吸入呼気プロファイル信号に応えてマークスペース変調を来たし、再び要求信号が高まる期間を経て、マークスペース比が高くなり、ひいては吐出率が高くなる状態を示す。
【００５７】
図４及び図５でのマークスペース比の設定では、吸入空気流量値は毎分０〜１００リットルの範囲であってもよい。また、感知した空気の流れが毎秒１００リットルであり、毎分０〜１００リットルの範囲内、例えば、毎分５０リットルに向かって比例的である時間の１００％にてヘッドを駆動するようにコントローラを設定する場合に、デューティサイクルが５０％になり、ひいてはマークスペース比が１：１に設定されることになり、その結果、１時間単位の間オン状態になり、１時間単位の間オフ状態になることになる。オン期間とオフ期間の継続時間を設定する切り替えの期間は、上記で考察したように選択されるように設定することができるため、典型的には、吸入装置では、切り替え期間が１５ｍｓに設定されてもよく、ひいてはマークスペース比を１：１にした結果、ヘッドを７．５ｍｓの間駆動し、ヘッドを７．５ｍｓの間駆動しないことになる。同じように、空気の流れを毎分７５リットルにするためには、マークスペース比が３：４になり、切り替え期間内でオン状態の時間が１１．２５ｍｓになり、オフ状態の時間が３．７５ｍｓになることになる。図４では、流量信号は、コントローラのためのフルスケール値セットの０．２５（２５％）である。切り替え期間が１５ｍｓに設定されているため、オン状態の時間が１５ｍｓの２０％、即ち、３ｍｓであり、オフ状態の時間が１２ｍｓである。図５に示される例では、切り替え期間は１０ｍｓに設定され、感知された流量は最大期待値の９０％である。このため、オン状態の時間は９ｍｓであり、オフ状態の時間は１ｍｓである。
【００５８】
図６は、直線的に増大するセンサ信号（例えば、空気の流れ）に反応するコントローラの影響を示す。さらに、コントローラは、空気が最大１００リットル／分で流れることが予期できるように設定されており、マークスペース比を、空気の流量が最大値に至る比率に設定する。切り替え期間内に平均流量値を求めることにより、コントローラは、その切り替え期間に適切なマークスペース比を計算した。このため、第１の切り替え期間では、流量平均は毎分１１リットル（最大値の１１％）であり、その結果、マークスペース比は１１％に設定される。その結果、オン状態の時間は１．１ｍｓであり、オフ状態の時間は８．９ｍｓである。グラフの右端では、平均流量は毎秒５０リットル（あるいは最大期待値の５０％）であり、オン状態の時間は５ｍｓに設定され、オフ状態の時間は同じように５ｍｓである。
【００５９】
図７では、構成は図６の構成に類似する。切り替え期間の平均測定流量が定められ、マークスペース比の設定に用いられる。第１の切り替え周期では、グラフの右端にて、平均流量は最大値の３０％であり、その結果、オン状態の時間は切り替え期間の３０％（３ｍｓ）であり、オフ状態の時間は切り替え期間の７０％（７ｍｓ）である。第４の切り替え期間では、平均測定流量は最大値の８０％であり、その結果、オン状態の時間は８ｍｓ（切り替え期間の８０％）であり、オフ状態の時間は２ｍｓである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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