(57)【要約】  薬剤のような液体のエアロゾルを発生させるためのスプレー装置。本装置は、１つ以上のノズルを備える有孔要素を含み、それぞれのノズルは、入口および出口を有する。駆動機構は、使用時に液体が１つ以上のノズルを通して駆動されるようにし、それによって１つ以上の液体流を有する液体スプレーを生成する。使用時に液体が衝突する少なくとも１つの衝突面が設けられており、衝突面はノズル出口の下流に位置する。
2017515595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医薬液剤、溶液、懸濁液、またはコロイドのような液体薬剤のエアロゾルを発生させるためのスプレー装置であって、
１つ以上のノズルを備え、それぞれの前記ノズルが入口および出口を有し１００μｍ以下の直径を有する有孔要素と、
使用時に、液体が前記１つ以上のノズルを通って駆動されるようにし、それによって１つ以上の液体流を有する液体スプレーを生成する駆動機構と、
使用時に、前記液体が衝突する少なくとも１つの衝突面であって、前記衝突面がノズル出口の下流に位置する少なくとも１つの衝突面と
を含む、スプレー装置。
【請求項２】
エアロゾルを発生させるためのスプレー装置であって、
１つ以上のノズルを備え、それぞれの前記ノズルが入口および出口を有し１００μｍ以下の直径を有する有孔要素と、
使用時に、液体が前記１つ以上のノズルを通って駆動されるようにし、それによって１つ以上の液体流を有する液体スプレーを生成する駆動機構と、
使用時に、前記液体が衝突する少なくとも１つの衝突面であって、前記衝突面がノズル出口の下流に位置する少なくとも１つの衝突面と
を含む、スプレー装置。
【請求項３】
前記有孔要素はレーザドリル加工されたメッシュである、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記有孔要素は電鋳されたメッシュである、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記有孔要素はモールド構造である、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記有孔要素は、少なくとも１つのエッチングされた孔を有するメッシュである、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
前記ノズルの直径は７０μｍ以下である、
請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記ノズルの直径は３０μｍ以下である、
請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記衝突面は前記ノズル出口の下流のバッフルに位置する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記バッフルは、前記液体流が前記衝突面に垂直に衝突するように、前記有孔要素を通る流れの方向に垂直な平坦プレートラインを含む、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記衝突面は、部分的にまたは全体的に、角があるまたは湾曲した面を含む、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記衝突面は、前記液体スプレーの幅の少なくとも２倍の幅を有するワイヤ、ピン、ま
たはブレードの構造に形成されている、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記衝突面および／またはバッフルは、毛細管作用によって前記衝突面から離れるように液体を搬送する、１つ以上の毛細管またはウイックを含む、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記衝突面および／またはバッフルは、前記衝突面から離れるように、堆積した液体を逃がす多孔質材料を含む、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記衝突面および／またはバッフルは、前記衝突面での液滴の保持を低下させるための疎水性材料を含む、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記衝突面は、前記ノズル出口から少なくとも１ｍｍ間隔をあけて配置されている、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記衝突面は、前記ノズル出口から１０〜３５ｍｍ間隔をあけて配置されている、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記衝突面はユーザインターフェースの内部に位置する、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記ユーザインターフェースはマウスピースまたはノーズピースである、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ユーザインターフェースは、前記スプレー装置に固定された独立した構成要素である、
請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記ユーザインターフェースは、前記スプレー装置と一体的に形成されている、
請求項１８から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記衝突面は、前記ユーザインターフェースの壁の内面によって形成されている、
請求項１８から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記衝突面は、前記ノズルから前記ユーザインターフェースの出口へのスプレー経路の一部分を形成する、
請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ノズルの入口側と流体連通するように位置する流体チャンバであって、投与される前記液体を使用時に収容する流体チャンバをさらに備える、
請求項１から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記駆動機構は、前記１つを通って前記液体を排出させるようにするためのピストンまたはプランジャを含む、
請求項１から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記１つ以上のノズルを通って流体を排出させるために、前記ピストンまたはプランジ
ャを前記流体チャンバのより内部に移動させる付勢要素をさらに備える、
請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記ピストンまたはプランジャを後退させて前記付勢手段を圧縮するためのアクチュエータをさらに備える、
請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記プランジャを後退させることができるように、前記付勢手段を圧縮するためのアクチュエータをさらに備える、
請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記流体チャンバの内部に逆止弁をさらに備える、
請求項２４から２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
ユーザインターフェースの内部に１つ以上の空気入口をさらに備える、
請求項１８から２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記空気入口は、前記バッフルおよび／または前記衝突面の上流側に位置する、
請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記装置はネブライザーまたは吸入器である、
請求項１から３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
ユーザインターフェースは、口、鼻、または目のいずれかの使用に適している、
請求項１から３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
第１有孔要素の孔よりも小さいサイズの孔を有し前記第１有孔要素よりも多い数の孔を有しフィルタの機能を果たすように配置された第２有孔要素をさらに備える、
請求項１から３３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
前記第２有孔要素は、レーザドリル加工されたメッシュから形成されている、
請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
１００μｍ以下の直径を有する１つ以上のノズルを有する有孔要素の入口側に液体を供給するステップと、
１つ以上の液体流を有する液体スプレーを発生させるために、前記有孔要素を通して前記液体を駆動するステップと、
ノズル出口の下流に位置する衝突面に前記液体スプレーを衝突させるステップと
を含むエアロゾル発生方法。
【請求項３７】
医薬液剤、溶液、懸濁液、またはコロイドのような液体薬剤のエアロゾルを発生させる方法であって、
１００μｍ以下の直径を有する１つ以上のノズルを有する有孔要素の入口側に液体を供給するステップと、
１つ以上の液体流を有する液体スプレーを発生させるために、前記有孔要素を通して前記液体を駆動するステップと、
前記エアロゾルを発生させるために、ノズル出口の下流に位置する衝突面に前記液体スプレーを衝突させるステップと
を含む、エアロゾル発生方法。
【請求項３８】
前記方法は、請求項１から３５のいずれか一項に記載の装置を使用する、
請求項３６または３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記有孔要素を通して前記液体を駆動するために加えられる圧力は、１０バールよりも大きい、
請求項３６から３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記衝突面との衝突は、平均直径が３０μｍよりも小さい液滴を発生させる、
請求項３６から３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記液体は、７０μｍ以下以下、望ましくは３０μｍ以下の直径を有する１つ以上のノズルを通して駆動される、
請求項３６から４０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
エアロゾルは、極めて効果的であり、薬剤成分を肺、鼻、および目に送達するユーザフレンドリーな方法である。素早い吸収を伴う送達が目的にされている。エアロゾルは、点眼薬のような局所薬の適用に伴う多くの複雑化要素を回避して、ユーザが組織と直接接触することなく適用することを容易にする。
【０００２】
エアロゾル性能の極めて重要な属性は、液滴サイズの分布（droplet size distribution）、噴煙速度（plume velocity）、噴煙継続時間（plume duration）、および噴煙角度
（plume angle）である。属性の正確な組み合わせは、送達対象および有効薬剤成分に依
存する。吸入において、５．８μｍよりも大きな液滴は、肺の深部に効果的に到達しないが、上部気管支および喉に堆積するだろう。１０ｍ／ｓよりも速い速度を有する噴煙は、加圧式定量噴霧式吸入器（pressurised metered dose inhalers）に典型的であるが、噴
煙速度が１ｍ／ｓのオーダーである「ソフトミスト」吸入器よりもかなり多くの薬剤を喉に堆積するだろう。ソフトミスト吸入器の噴煙継続時間は長いので、ユーザに短く急激な呼吸よりもむしろゆっくりと呼吸するように促して、ユーザの正確な技術および調整を支援するかもしれない。
【０００３】
鼻への送達において、液滴は、吸入されることが意図されておらず、１０μｍよりも大きくするべきである。しかしながら、３０μｍよりもはるかに大きい液滴は、典型的には、塊になって鼻から滴り出るであろう。広いスプレー角度を有する鼻のスプレーは、鼻甲介領域よりもむしろ、鼻の前領域により多く堆積しそうである。さらに、吸入器とは違って、液滴は、ユーザが吸い込むことなく、鼻の鼻甲介領域に誘導するための十分な前方推進力（forward momentum）を有さなければならない。
【０００４】
小さな液滴を有するエアロゾルを発生させるための様々な方法がある。しかしながら、液滴直径に影響を与えるパラメータを、噴煙速度、継続時間、および形状を決定するパラメータから切り離す（decouple）ことは難しいのが一般的である。一定の大きさの液滴は、小さなノズルの中に流体の流れを通すことによって生成することができる。流れの表面エネルギーを減少させるように作用する不安定な環境擾乱（unstable environmental perturbations）の成長（プラトー・レイリー不安定性（Plateau-Rayleigh instability））によって、流れは自然に分裂するだろう。液滴の直径は、最も不安定な波長に関連する傾向があり、不安定な波長自体が流体の流れの半径の関数である。しかしながら、流体の流れは、前面を湿らせることなく、連続した噴流としてノズルから漏出するために、流れに対して十分な速度を有さなければならず、そうでない場合は大きな液滴が作り出されてしまう。したがって、小さな液滴の生成は、比較的高速かつ長い分裂長さ（breakup length）でのみ可能である。
【０００５】
米国特許第５４７２１４３号明細書は、複数の高速噴流を衝突させることによって微細な液滴の噴煙を発生させる方法を開示する。結果として生じる噴流の前方推進力は、噴流の衝突角度によって調整できるが、小さくなる。しかしながら、少量の薬剤で長い噴煙継続時間を得るためには、ノズルを通過する流量を極めて少なくしなければならない（１０μｌ／ｓ）。その結果として、ノズルは、小さなノズル直径（＜１０μｍ）も有さなければならない。噴流が衝突することを保証するためにはノズルは極めて精密に整列されていなければならないので、この目的のノズルを製造することは高価である。この目的のために使用することができる典型的なマイクロ流体工学のシリコンチップは、０．５英国ポンド（0.5 GBP）のオーダーで費用がかかる。
【０００６】
したがって、液滴サイズ、噴煙速度、噴煙継続時間、および形状のほぼ独立した制御を有する手持ち式の携帯装置を使用して、２．５〜３０μｍの液滴サイズを有するエアロゾルの低速ミストを発生する低コスト方法についての需要がある。
【０００７】
特開平０２−１１６３７９号公報および米国特許出願公開第２０１３０２２８１７６号明細書に開示されたネブライザーのような多くのエアブラストネブライザー（air-blast nebulisers）および同様の携帯装置は、液滴の２次分裂（secondary breakup）を引き起
こすためのバッフル（baffle）に粗い液滴（coarser droplet）を衝突させることによっ
て、微細なミストを発生させる。衝突中の減速のおかげで、出力される噴煙速度は最初の噴流速度から比較的独立している。しかしながら、これらの装置では、粗い液滴の分布に起因して、液滴の分布が比較的広がってしまう。なお、粗い液滴自体は、確率論的エアブラスト噴霧化、低い液滴速度での衝突、または他の方法によって生成される［Finlay,W.H.,The Mechanics of Inhaled Pharmaceutical Aerosols,An Introduction.Academic Press,London,2001］。ネブライザーでは、液滴を除去し流体を再利用するための更なるバッ
フルを使用してもよい。これは、吸入器のような非連続的な携帯装置に対しては実施できない。衝突前の流体の支配パラメータを制御すること、すなわち、最終的な液滴分配に影響を与えるパラメータをしっかりと制御することが有利である。これは、噴流直径がノズル孔の直径によって決定され噴流速度が圧力によって決定されるように、液体を高圧で精密ノズルを通過させることによって行うことができる。
【０００８】
米国特許第５７６２００５号明細書によって開示されたようなスプラッシュプレートノズルは、工業用流体を粗い液滴スプレー（分類体系ASABE S-572.１で米国農業生物工学学会（the American Society of Agricutural and Biological Engineers）によって規定されたような４００μｍの領域の液滴）にエアロゾル化する周知の方法である。この方法では、液体は、高圧でノズルを通過させられ（forced through）、噴流が分裂する前にスプラッシュプレートに衝突する。スプラッシュプレートノズルは、多い流量が必要とされる応用（火災用スプリンクラー）や粘性流体が使用される応用（回収ボイラにおける黒液ノズル）に使用されるのが一般的である［Sarchami,A and Ashgriz N,“Splash Plate Atomizers” in N.Ashgriz(ed.)Handbook of Atomization and Sprays,Springer,New York,2011］。多い流量および／または粘性流体の噴出を達成するために、流体は、大きな広いノズル（およそ１ｍｍの直径）を通過させられる。流体は、噴流に対して３５〜５５度の角度を有する平坦なスプラッシュプレートと衝突する。衝突後、噴流は、プレートに薄い膜を形成し、その後、一定の大きさの液滴に分裂する。同様に、ピン衝突ノズルは、一般的に液滴の水霧を発生させるために、特に、工業用ガスタービンの加湿のために使用される。このような配置では、水は、オリフィスとほぼ同一サイズであるピンに衝突するために、２５バール（bar）を超える圧力で直径１２５〜４００μｍオリフィスを通過させられ
る。
【０００９】
スプラッシュプレートノズルおよびピン衝突ノズルの両方は、衝突後に得られる流体と空気との間の接触領域が大きいので、効率的な噴霧化をもたらすという点で有利である。さらに、結果として起こる液滴の速度およびサイズは、ノズルのサイズに直接関係せず、ノズルサイズの液滴サイズに対する比率を大きくすることができる。しかしながら、液滴分裂に寄与しうる機構は多数の異なるものが存在し、噴流の衝突時の運動エネルギー、表面エネルギー、および粘性散逸の相対的な比率に応じて異なる［Ahmed,M.,Ashgriz,N.,and Tran,H.N.,“Influence of Breakup Regimes on the Droplet Size Produced by Splash-Plate Nozzles”,AIAA Journal,Vol.47,No.3,2009 p516-522］。はるかに小さいノズルを通過する液体がノズルサイズよりも何倍も大きいプレートに衝突したときにどのように振る舞うか、およびこれが呼吸に適した液滴の比較的単分散（mono-disperse）の微細な
ミストを生じるかどうかについては十分に理解されていない。
【００１０】
さらに、医療の治療に対して望まれる流量および投薬量は、スプラッシュプレートノズルによって典型的に得られるものよりもオーダーが小さい。その結果として、スプラッシュノズルによって得られる噴流速度（典型的に３０ｍ／ｓ以下）よりもはるかに速い噴流速度（＞１００ｍ／ｓ）を、携帯装置であっても得ることができる。典型的な薬物の投薬量（１０〜１００μｌ）を１００ｍ／ｓの速度に加速させるために必要とされるエネルギーは、０．５Ｊのオーダーであり、バネのような低コストのエネルギー貯蔵機構によって供給することができる。これは、噴流速度が速いと、運動エネルギーの表面張力に対する比率が大きく、したがって衝突後の液滴サイズを大きく減少できるので、有利である。高速噴流は、ノズルの近くの表面張力の変化に対してあまり反応せず、したがって、性能は、一貫性がありそうである。
【００１１】
最後に、スプラッシュプレートノズルは、粗い液滴スプレーを発生させるように使用されるのが一般的であり、これらは噴煙周囲の空気流の影響を強く受けない。対照的に、（医療の治療に対して望まれるような）３０μｍ以下の直径を有する微細または極微細な液滴の速度および方向は、噴煙周囲の空気流により影響を強く受ける。ノズルから噴出する１００ｍ／ｓの噴流は、噴煙周囲の空気を加速させる。噴流がバッフルに衝突した後でさえも、噴流周囲の空気の輪（annulus of air）は、衝突によって作り出される液滴と同調（entrain）しながらバッフルを越えて流れ続ける。したがって、微細な液滴は、１００
μｍよりも小さい直径の孔から放出される噴流によって生成されるが、このような場合に、ノズル出口の外側の衝突面を用いることで、噴流によって作り出された空気流を修正することによって、噴煙の速度および方向を制御できる。これは、空気流を制御できないものがほとんどない米国特許第５４７２１４３号明細書に開示された方法のような、衝突面がノズルに組み込まれた方法とは対照的である。噴煙の速度および形を設計することは、エアロゾル化されていない薬剤送達に対して極めて興味深い。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、医薬液剤（liquid drug）、溶液（solution）、懸濁液（suspension）、ま
たはコロイド（colloid）のような液体薬剤（liquid medicament）のエアロゾルを発生させるためのスプレー装置（spray device）であって、
１つ以上のノズルを備え、それぞれのノズルが入口（inlet）および出口（outlet）を
有する有孔要素（perforate element）と、
使用時に、液体が１つ以上のノズルを通過するように駆動し、それによって１つ以上の液体流を有する液体スプレー（a liquid spray having one or more streams of liquid
）を生成するための駆動機構（drive mechanism）と、
使用時に液体が衝突する少なくとも１つの衝突面（impact surface）であって、衝突面がノズル出口の下流に位置する少なくとも１つの衝突面と
を含む装置を提供する。
【００１３】
本発明は、エアロゾルを発生させるためのスプレー装置であって、
１つ以上のノズルを備え、それぞれのノズルが入口および出口を有する有孔要素と、
使用時に液体が１つ以上のノズルを通過するように駆動し、それによって１つ以上の液体流を有する液体スプレーを生成するための駆動機構と、
使用時に液体が衝突する衝突面であって、衝突面がノズル出口の下流に位置する衝突面を有する少なくとも１つのバッフルと
を含む装置も提供する。
【００１４】
本発明は、医薬液剤、溶液、懸濁液、またはコロイドのような液体薬剤のエアロゾルを発生させる方法であって、
１つ以上のノズルを有する有孔要素の入口側に液体を供給するステップと、
１つ以上の液体流を有する液体スプレーを発生させるために、有孔要素を通過するよう
に液体を駆動するステップと、
エアロゾルを発生させるために、ノズル出口の下流に位置する衝突面に液体スプレーを衝突させるステップと
を含む方法も提供する。
【００１５】
一般的に、１０バールを超える圧力（おそらく、１００バール）が流体に加えられ、それによって、３０ｍ／ｓを超える速度（典型的に１００ｍ／ｓ）で液体が出口ノズルを通過する。高速の噴流は衝突面と衝突し、望ましくは２．５μｍから３０μｍの制御可能な平均液滴径（average droplet diameters）（ＤＶ５０）を有する液滴に分裂する。結果
として起こる噴煙雲（plume cloud）の方向および速度は、衝突面の角度および形と、ノ
ズルの外側の空気の速度との両方に強い影響を受ける。
【００１６】
ノズル孔は、１００μｍよりも小さい直径を有していてもよく、典型的には２〜７０μｍの範囲である。孔が大きくなればなるほど、精密メッシュ（precision mesh）を通る液体の流量が多くなる。ノズルは、レーザ孔あけ加工（望ましい）によって、電鋳によって、またはおそらく大きな孔に対してはモールディングによって製造してもよい。フィルタの機能を果たすために、ノズル孔直径よりも僅かに小さい多くの（典型的に１０００の）孔を有する第２の精密メッシュをノズルメッシュの上流に直接設置してもよい。フィルタは、特に、同一の製造方法を使用して製造することができる。
【００１７】
衝突面は、ノズルプレートの外側に位置するが、噴流が面に衝突する前に液滴に完全に分裂しない程度に十分近くに位置する。衝突面は、４つの機能を有する。衝突面は、流体噴流が衝突し一定の大きさの液滴（regularly sized droplets）に分裂する面を提供する。衝突面は、表面に残る流体の量を最小にする。衝突面は、液滴の運動エネルギーを減少させ液滴を所望の方向に分裂させる。最後に、衝突面は、流体噴流によってその周囲に同調（entrain）する空気流の向きを変え、その結果として生じる噴煙の方向および速度に
影響を与える。
【００１８】
液滴の速度を停止させ液滴雲がプレートの周りに移動することを妨げるが、衝突面は、幅広い平坦プレート（wide flat plate）で構成することができる。角があるバッフル（angled baffle）は、衝突後に作り出される液滴が、前方推進力を保持できるようにする。最小限の断面領域を提供する薄いプレートまたはブレードは、液滴の前方推進力を大幅に減少させるが、バッフルの周りの空気流を著しく妨げないだろう。
【００１９】
衝突面は、マウスピース、ノーズピース、または同様のユーザインターフェースのような構成要素の内部に設置してもよい。衝突面は、角がある面（angled surface）のようなユーザインターフェースの一体化部分（integral part）であってもよい。空気入口（air
inlet）は、衝突面あるいはその類似物の上流に設置し、衝突の結果として作り出される液滴を含む空気が衝突面の後方に引き込まれることを保証してもよい。この構成要素の形は、収束（converging）出口または拡張（diverging）出口を有するように設計し、空気
入口から出口への空気流がバッフルの後方に移動することを保証し、噴煙速度に影響を与えてもよい。
【００２０】
圧力は、典型的に４ｍｍ以下の直径を有し、らせんバネによって駆動されるピストンによって装置に供給することができる。代案として、圧力は、圧縮空気源または圧縮ガス源によって加えることができる。
【００２１】
提案された発明は、本プロセスによって作り出される噴煙に対する重要な制御を提供する。作り出される液滴サイズの分布は、流体に加えられた圧力に強く依存するが、ノズル直径とは弱い相関を持つだけである。孔の直径および孔の数を適切に選択することによっ
て、流量したがって噴煙継続時間を独立に調整することができる。最後に、噴煙の速度および形は、バッフルおよびユーザインターフェースを適切に設計することによって制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる装置の側断面図である。
【図２】衝突面の上流の空気入口および衝突面の近くのくびれ（constriction）を有するユーザインターフェースの側断面図である。
【図３】平坦なバッフルを有するユーザインターフェースの側断面図である。
【図４】最小断面のインターフェースを有する角があるバッフルを有するユーザインターフェースの側断面図である。
【図５】丸みを帯びたバッフルを有するユーザインターフェースの側断面図である。
【図６】異なる出口孔サイズの範囲に対して９６バールの圧力を使用してこの方法を使用して作り出された平均液滴サイズの実験の測定結果を示す図である。
【図７】いくつかの異なる出口孔サイズを有するノズルを通る流量の実験の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の単純な実装を示す。少量（およそ５０μｌ）の医薬液剤または同様の溶液（１）が投薬チャンバまたは圧力容器（２）の内部に収容されている。ピストン（３）は、１００μｍ以下の直径を有する１つ以上の孔（５）を含むメッシュ（４）を液体が通過するように、１００バールのオーダーの圧力で用いられる。液体は、１００ｍ／ｓのオーダーの速度とメッシュの孔の直径にほぼ関係する直径とを有する流体噴流（liquid jet）を生成する。衝突面またはバッフル（６）は、ノズルのおよそ１０ｍｍ下流に位置している。流体噴流は、衝突面と衝突して液滴に分裂し、噴流と衝突面の衝突角度に関連する初期速度を有する液滴の噴煙（droplet plume）を形成する。
【００２４】
衝突面は、ノズルの外側の構成要素であって、マウスピースまたはノーズピース（７）のようなユーザインターフェースを含む構成要素の中に収納することができる。衝突面は、ユーザインターフェースの一部分としてモールド成形されてもよいし、または独立した構成要素であってもよい。流体噴流は、ユーザインターフェースに入ると、周囲空気に推進力（momentum）を与える。ユーザインターフェースは、空気の流れがユーザインターフェースの内部で作り出されるように、衝突面の上流に空気入口（８）を含んでもよい。空気は、流れの中に液滴を同伴し、ユーザインターフェースからの噴煙の前方推進力に寄与するだろう。空気流は、ユーザがユーザインターフェースから空気を吸うことによって供給されてもよい。
【００２５】
この本実施形態では、メッシュは、レーザ孔あけ加工（laser drilling）によって製造され、単純で真っ直ぐな貫通孔から構成される。テーパまたはベル形状の断面を有する孔も研究されており、その入口圧力損失は小さい。２μｍ程度の小さな孔直径を有する金属またはプラスチックの有孔メッシュは、エキシマレーザによるレーザ孔あけ加工によって極めて低いコストで多量に製造することができる。電鋳やエッチングを含む多くのその他の製造方法も実行可能である。３０μｍの小ささの直径を有する孔は、射出成形によって形成することができる。
【００２６】
この方法によって、ピストンがその移動端部に到達し流体噴流が停止するまで、液滴の噴煙が発生するだろう。この後、ピストンは後退させることができる。ピストンが逆止弁（９）を含み、ピストンが後退する際に、流体が貯蔵器（不図示）から投薬チャンバに進入して、投薬チャンバが再充填されるようにしてもよい。
【００２７】
図２は、拡張外形（diverging profile）を有する代替のユーザインターフェース構造
を示す。空気入口からユーザインターフェース出口への空気流は衝突面の上流で収束し、衝突によって作り出された多くの液滴を外向きの空気流の中に含む。さらに、空気流がユーザインターフェースの出口に近づくにしたがい空気流は拡散し、噴煙をさらに減速させる。収束外形（converging profile）またはクロスフロー（cross-flows）を有するユー
ザインターフェースを用いて、エアロゾル化された液滴が噴煙に含まれることを保証し、さらに結果として生じる噴煙の形および速度を操作（engineer）してもよい。ユーザインターフェース内におけるバッフルの位置も極めて重要である。
【００２８】
図３、図４、および図５は、ページの面に垂直なロッドによってユーザインターフェースを横切って吊された一連の衝突面を示す。衝突面の構造は、衝突面に対する噴流の衝突角度を決定とバッフルの周りを通る空気流への抵抗の提供との両方によって、結果として生じる噴煙の速さおよび形状に影響を与える。出口領域を狭くすることも、外向きの噴煙の速度を上昇させるであろう。
【００２９】
第１衝突面である平坦なバッフル（flat baffle）は、図３に示されている。面が噴流
に垂直なので、バッフルは、流体噴流の運動エネルギーの大部分を衝突時に吸収する。さらに、バッフルは、噴流の周囲の空気流に対してかなりの抵抗を提供する。平坦なバッフルの抗力係数は典型的には１のオーダーであり、これは空気流の大部分が静止することを意味する。結果として生じる液滴噴煙は、ユーザインターフェースから排出される際の速度は極めて遅く（０．３ｍ／ｓのオーダー）、噴流の初期速度から９９．５％以上減少している。平坦なバッフルが与える空気流の抵抗は、平坦なバッフルの断面積の大きさをユーザインターフェースのサイズに対して最小にすることによって（すなわち、バッフル幅がユーザインターフェースの直径の１％よりも狭かった場合）、潜在的に減少させることができる。しかしながら、衝突面は、製造公差を有していても小さい流体噴流が衝突面に衝突することを保証するために、に十分に大きくしなければならず、したがって、噴流直径の少なくとも２〜３倍にしなければならない。
【００３０】
図４および図５は、角がある形（angled shape）のバッフルおよび丸みを帯びた形（rounded shape）のバッフルを示す。１００ｍ／ｓの流体噴流が角のあるバッフルと衝突す
るとき、衝突角度が傾いているので、結果として生じる液滴はいくらかの前方速度（＞２ｍ／ｓ）を保持してユーザインターフェースから外へ出る。対照的に、丸みを帯びたバッフルとの衝突後の液滴の速度は遅い。衝突位置における丸みを帯びたバッフルの面は、噴流に対してほぼ垂直である。いずれにせよ、両方のバッフルは、バッフルの周りの空気流に対して、平坦なバッフル（効力係数≒０．５）よりもかなり小さい抵抗しか与えず、結果として生じる液滴の噴煙の速度は、平坦なバッフルのそれよりも速い。
【００３１】
衝突面の形によって、面に堆積される液体の量が変化する。バッフルが噴流直径に対して極めて大きい場合、エアロゾル化しない流体はバッフルに蓄積される。面が、角があるバッフル（図４）のような鋭角を有する場合、エアロゾル化しない流体は面から流出する。流体の流出をさらに促進するために、衝突面を、疎水性または超疎水性材料のような非湿潤材料（non-wetting material）で構成したり、そのような材料でコーティングしたりしてもよい。超疎水性のコーティングは、所望の形にモールド成形されたプラスチックのバッフルの上に施すことができる。衝突後にエアロゾル化されなかった残留溶液は、その後、これらの面で広がるよりもむしろ数珠つなぎになり（bead up）転がり落ちる（roll off）。別の可能性として、衝突面は、多孔質（porous）であってもよいし、流体を衝突
位置から引き離すための毛細管（capillaries）を含んでいたり毛細管からなっていても
よい。
【００３２】
図６および図７は、本発明の１つの実施形態からの実験データを示す。この結果は、１
つの例であり、本発明の性能を限定するものと解釈してはならない。図６は、一定圧力（９６バール）で本実施形態を使用して作り出される平均液滴サイズ（ＤＶ５０）を示す。発生した噴煙の平均液滴サイズは、メッシュの孔サイズからほとんど独立しており、その代わりに主に印加圧力に依存する。さらなる実験（不図示）では、より低い圧力でより多くの孔を用いることで、はるかに大きな液滴（ＤＶ５０：１５〜２０μｍ）を発生できることが示されている。図７は、ある範囲の孔サイズについてノズルを通る液体の流量を示す。これらの最初の実験は、印加圧力、孔サイズ、および孔の数を適切に選択することによって噴煙の液滴サイズおよび流量を独立して変えられることを示す。
【００３３】
このことは、本実施形態において噴流速度は印加流体圧力のみにほぼ依存し孔サイズに依存しないことの帰結であろう。孔は極めて小さいが、流体速度は極めて速い。粘性効果による圧力損失は、流体を加速させる圧力と比較して支配的ではない（＜１０％）。流体の速度は、ほぼ流体への印加圧力とその密度のみに相関する（Ｖ〜√（２ｐ／ρ））。孔を通る液体の流量は、噴流の速度と孔面積の積に相関する。衝突によって作り出された液滴サイズは、噴流速度の強く相関し、噴流直径には弱い相関しかないであろう。
【００３４】
排出する液体が少量なので、必要とされる圧力で本発明に動力を供給するために、多くの低コストの携帯用駆動機構が利用できる。流体を排出するのに必要とされるエネルギーは多くない（modest）。１００バールの圧力下で５０μｌの投薬を排出するために必要とされるエネルギーは５００ｍJのみである。ユーザは、コイルバネまたは空気バネのよう
なエネルギー貯蔵機構（energy storage mechanism）にエネルギーを貯蔵し、その後、投薬を排出するためにトリガする。バネは、３０Ｎの力で圧縮されれば十分であり、２ｍｍ直径のピストンに１００バールの圧力を加えることができる。バネの自由長さが１６ｍｍのピストン行程よりもはるかに長く（すなわち、１５０ｍｍ）、バネ定数が小さい（０．３Ｎ／ｍｍ）場合、印加される力は発射（firing）の継続中はほぼ一定になる。バネは、ユーザが３０Ｎを１６ｍｍの移動距離だけ加えればよいように、予め圧縮しておいてもよい。機械的な利益（advantage）がなくても、典型的なユーザは自分の手でこの力を加え
ることができる。駆動源の代替はその他数多くあり、例えば、二酸化炭素のキャニスタのような圧縮ガス源がある。室温の液体二酸化炭素の蒸気圧は６５バールであり、二酸化炭素をキャニスタからピストン、または直接薬剤に放出するために弁（valve）を使用する
ことができる。
【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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【国際調査報告】
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