JP6368247B2 - Aerosol generator - Google Patents
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Description
本発明は、エーロゾル発生装置に関する。 The present invention relates to an aerosol generator.
振動可能部材および振動可能部材に動作可能に結合された板状体を備えるエーロゾル発生装置が知られている。板状体は、上面、下面、および上面から下面に延びる複数の孔を有する。液体が一方の面に供給され、この有孔板が振動可能部材を使用して振動されたとき、液滴が反対側の面から排出されるように、孔は先細にすることができる。このような公知のシステムの詳細は、例えば、米国特許６，２３５，１７７号、米国特許出願公開２００７／００２３５４７Ａ号、および米国特許７０６６３９８号に記載され、これらの全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。 Aerosol generators are known that include a vibratable member and a plate-like body operably coupled to the vibratable member. The plate-like body has an upper surface, a lower surface, and a plurality of holes extending from the upper surface to the lower surface. The holes can be tapered so that when liquid is supplied to one side and the perforated plate is vibrated using the vibratable member, the droplets are ejected from the opposite side. Details of such known systems are described, for example, in US Pat. No. 6,235,177, US Patent Application Publication No. 2007 / 0023547A, and US Pat. No. 7,066,398, the entire contents of which are hereby incorporated by reference. Incorporated into.
有孔板は、米国特許７，０６６，３９８号に記載されているように、電気信号の印加に応じて振動するように構成された圧電変換器を備える部材の動作によって、有孔板の上部を通って下部から排出される液体と共に内方および下方に折り曲げられ、動的な周期的応力を受ける。 As described in U.S. Pat. No. 7,066,398, the perforated plate is formed by the operation of a member including a piezoelectric transducer configured to vibrate in response to application of an electrical signal. It is bent inward and downward together with the liquid discharged from the lower part through it and is subjected to dynamic cyclic stress.
このような有孔板は、通常、長い期間にわたって、１００から２００ｋＨｚで振動される。これらの期間は様々となり得る。なぜなら、噴霧装置は、最大１年（おおよそ８００×１５分の噴霧期間と同等と考えられる）の間、断続的に再利用されるものもあれば、最大１週間の短い期間で連続的に使用されるものもあるからである。 Such perforated plates are typically vibrated at 100 to 200 kHz over a long period of time. These periods can vary. This is because the spraying device can be reused intermittently for up to one year (equivalent to a spraying period of approximately 800 x 15 minutes), or continuously for a short period of up to one week. Because there are things that are done.
Ｃａｌｌｉｓｔｅｒ Ｄ．Ｗ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ−Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ ｓｏｎｓ， ２００７，ｐ２２７〜２４５は、動的かつ変動する応力を受けるシステムにおいて生じる機能不全の形態として疲労を説明する。このような種類の機能不全は、通常、長期間にわたる応力の繰り返しまたはひずみサイクルの後に生じるので、用語「疲労」が使用される。これらの状況下において、機能不全は、材料の降伏強度σＴＳよりもかなり低く、かつ、概して、材料の降伏強度σＹ未満の応力レベルで生じ得る。 Callister D.C. W, Materials Science and Engineering-An Introduction, John Wiley and sons, 2007, p227-245, describes fatigue as a form of dysfunction that occurs in systems subject to dynamic and varying stresses. The term “fatigue” is used because this type of malfunction usually occurs after repeated periods of stress or strain cycles over a long period of time. Under these circumstances, dysfunction can occur at stress levels significantly lower than the material yield strength σ TS and generally less than the material yield strength σ Y.
高周波数およびこのような過酷な使用期間の組み合わせは、有孔板に多大な応力をかけることになる。このため、有孔板が作用不能になることは珍しいことではない。この問題は、噴霧装置を機能停止させ、患者にエーロゾル化した薬剤を投与することを不可能にする、有孔板表面に形成される割れと共に顕在化する。 The combination of high frequency and such harsh service life will put a great deal of stress on the perforated plate. For this reason, it is not uncommon for the perforated plate to become inoperable. This problem is manifested with cracks formed in the perforated plate surface that cause the nebulizer to shut down and make it impossible to administer the aerosolized drug to the patient.
これを解決するために様々な試みが行われているが、この問題はなお残存する。 Various attempts have been made to solve this, but this problem still remains.
１つの試みは、可撓性ポリマー材料等の非金属性材料の有孔板を提供することであったが、このような材料は、概して、液体を効率よくエーロゾル化するための振動振幅を供給するのに必要な剛性を有していない。別の試みは、頻繁に交換可能な噴霧装置の使い捨て部品として振動有孔板を形成する噴霧装置ヘッドを作製することであった。しかしながら、これには、多くの経済的課題が存在する。 One attempt has been to provide perforated plates of non-metallic materials such as flexible polymer materials, but such materials generally provide vibration amplitudes for efficient aerosolization of liquids. It does not have the rigidity necessary to Another attempt has been to make a sprayer head that forms a vibrating perforated plate as a disposable part of a frequently replaceable sprayer. However, there are many economic challenges for this.
本発明によれば、第１の面と第２の面との間に延在する複数の孔を有する有孔板状体が提供され、板は、約８９％のパラジウムおよび約１１％のニッケルを含有するパラジウムニッケル合金から形成されると共に、微細で、無作為に配向され、有孔板の厚みにわたる等軸粒微細構造を有する。 In accordance with the present invention, there is provided a perforated plate having a plurality of holes extending between a first side and a second side, the plate comprising about 89% palladium and about 11% nickel. It is formed from a palladium-nickel alloy containing, and is fine, randomly oriented, and has an equiaxed grain microstructure that spans the thickness of the perforated plate.
平均粒幅は０．２μｍから２．０μｍ、いくつかの場合には０．２μｍから１．０μｍ、とすることができる。一実施形態において、平均粒幅はおおよそ０．５μｍである。 The average grain width can be 0.2 μm to 2.0 μm, and in some cases 0.2 μm to 1.0 μm. In one embodiment, the average grain width is approximately 0.5 μm.
（１０００℃の領域であり得る）高温が、有孔板を噴霧装置に組み込む工程において使用される他の場合において、粒幅は５μｍ以下とすることができると共に、ちょうど８μｍの高さとすることができる。このような高温を必要とする１つの典型的な工程はろう付けである。したがって、平均粒幅は、０．２μｍから８．０μｍ、いくつかの場合には０．２μｍから５．０μｍ、とすることができる。いくつかの実施形態において、平均粒幅は１．０μｍから４．０μｍとすることができる。 In other cases where high temperatures (which can be in the region of 1000 ° C.) are used in the process of incorporating a perforated plate into a spray device, the grain width can be 5 μm or less and can be just 8 μm high. it can. One typical process that requires such high temperatures is brazing. Thus, the average grain width can be 0.2 μm to 8.0 μm, and in some cases 0.2 μm to 5.0 μm. In some embodiments, the average grain width can be from 1.0 μm to 4.0 μm.
有孔板は、任意の好適な厚さとすることができる。１つの場合において、有孔板は、５９から６３ミクロンの厚さを有する。 The perforated plate can be of any suitable thickness. In one case, the perforated plate has a thickness of 59 to 63 microns.
有孔板は、ドーム形状の幾何形状、およびドーム形状板の凸側にエーロゾル出口を有することができる。 The perforated plate can have a dome-shaped geometry and an aerosol outlet on the convex side of the dome-shaped plate.
本発明は、本発明の有孔板と、有孔板を振動させる手段と、を備えるエーロゾル発生装置も提供する。 The present invention also provides an aerosol generator comprising the perforated plate of the present invention and means for vibrating the perforated plate.
有孔板を振動させる手段は、好ましくは、１２５から１５５ｋＨｚの周波数で板を振動させるように構成される。板は、１２８から１４８ｋＨｚで振動させることができる。 The means for vibrating the perforated plate is preferably configured to vibrate the plate at a frequency of 125 to 155 kHz. The plate can be vibrated at 128 to 148 kHz.
本発明は、長い期間にわたってエーロゾル化を確保するように疲労寿命が保護かつ延長される有孔板を提供する。 The present invention provides a perforated plate whose fatigue life is protected and extended to ensure aerosolization over a long period of time.
１つの場合において、有孔板は、上面、下面、および上面から下面方向に細くなる複数の孔を有する板状体を備える。液体は、有孔板の上（背）面に供給され、有孔板は、振動して下（前）面から液滴を排出する。さらに、孔は、約３０°から約６０°の範囲、より好ましくは約４１°から約４９°の範囲、およびより好ましくは約４５°の出口角度を有する。孔は、最も細いテーパ部分において約１ミクロンから約１０ミクロンの範囲の直径も有する。このような有孔板は、１０００個の孔あたり毎秒約２μｌから約２５μｌの範囲の速度で、約２μｍから約１０μｍの範囲の大きさを有する液滴を生成することができる点に利点がある。このようにして、他の場合においてエーロゾル化された薬剤を捕捉するために使用することができる捕捉室を必要としないように、有孔板は、十分な量の液状薬剤をエーロゾル化するために使用することができる。 In one case, the perforated plate includes a plate-like body having a top surface, a bottom surface, and a plurality of holes that narrow from the top surface toward the bottom surface. The liquid is supplied to the upper (back) surface of the perforated plate, and the perforated plate vibrates and discharges droplets from the lower (front) surface. Further, the aperture has an exit angle in the range of about 30 ° to about 60 °, more preferably in the range of about 41 ° to about 49 °, and more preferably about 45 °. The holes also have a diameter in the range of about 1 micron to about 10 microns at the narrowest tapered portion. Such a perforated plate is advantageous in that it can produce droplets having a size in the range of about 2 μm to about 10 μm at a rate in the range of about 2 μl to about 25 μl per second per 1000 holes. . In this way, the perforated plate is used to aerosolize a sufficient amount of liquid drug so that it does not require a capture chamber that can be used to capture the aerosolized drug in other cases. Can be used.
有孔板状体は、パラジウムニッケル合金から構成される。このような合金は、多くの腐食性材料、特に、多くの医療用途に使用される、硫酸アルブテロールおよびイプラトロピウム溶液等、吸入療法によって呼吸器疾患を治療するための溶液に対して腐食耐性がある。さらに、パラジウムニッケル合金は、低弾性率を有するので、所与の振動振幅に対して応力がより低い。 The perforated plate is made of a palladium nickel alloy. Such alloys are corrosion resistant to many corrosive materials, especially solutions for treating respiratory diseases by inhalation therapy, such as albuterol sulfate and ipratropium solutions used in many medical applications. In addition, palladium nickel alloys have a lower elastic modulus and are therefore less stressed for a given vibration amplitude.
液体をエーロゾル化する方法についても説明される。当該方法によれば、上面、下面、および上面から下面方向に細くなる複数の孔を有する板状体を備える有孔板が提供される。孔は、約３０°から約６０°の範囲、好ましくは約４１°から約４９°の範囲、およびより好ましくは約４５°の出口角度を有する。孔は、最も細いテーパ部分において約１ミクロンから約１０ミクロンの範囲にある直径も有する。液体は、有孔板の上（背）面に供給され、有孔板は、振動して下（前）面から液滴を排出する。 A method for aerosolizing a liquid is also described. According to the method, there is provided a perforated plate including an upper surface, a lower surface, and a plate-like body having a plurality of holes that narrow from the upper surface toward the lower surface. The holes have an exit angle in the range of about 30 ° to about 60 °, preferably in the range of about 41 ° to about 49 °, and more preferably about 45 °. The holes also have a diameter in the range of about 1 to about 10 microns at the narrowest tapered portion. The liquid is supplied to the upper (back) surface of the perforated plate, and the perforated plate vibrates and discharges droplets from the lower (front) surface.
典型的には、小滴は、約２μｍから約１０μｍの範囲の大きさを有する。好都合には、有孔板は、約２μｌから約２５μｌの範囲の量の液体を約１秒未満の時間内で出すことができるように、できる限り多くの孔、典型的には少なくとも約１，０００個の孔、を備えることができる。このようにして、処方された量の薬剤を捕捉かつ保持する捕捉室を必要とすることなく、患者が、エーロゾル化された薬剤を吸入することができるように、十分な投薬量をエーロゾル化することができる。 Typically, the droplet has a size in the range of about 2 μm to about 10 μm. Conveniently, the perforated plate has as many holes as possible, typically at least about 1, so that an amount of liquid in the range of about 2 μl to about 25 μl can be dispensed in less than about 1 second. 000 holes. In this way, sufficient dosage is aerosolized so that the patient can inhale the aerosolized drug without the need for a capture chamber to capture and hold the prescribed amount of drug. be able to.
１つの特定の場合において、上面に供給された液体は、液滴が下面から排出されるまで、表面張力によって上面に保持される。 In one particular case, the liquid supplied to the top surface is held on the top surface by surface tension until the droplets are ejected from the bottom surface.
本発明は、添付の図面を参照して、単に例として与えられる本発明の実施形態の以下の説明からより明らかに理解されよう。 The invention will be more clearly understood from the following description of embodiments of the invention, given by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
本発明において、有孔板は、パラジウム約８９％およびニッケル約１１％を含むパラジウムニッケル合金から形成される。図１に図示するように、有孔板の厚みにわたって、概して微細であり、実質的に等軸の粒微細構造が存在する。平均粒幅（Ｗ）は、０．２μｍから２．０μｍの範囲にあり、場合によっては０．２μｍから１．０μｍの範囲にある。最適な結果を得るための平均粒幅はおおよそ０．５μｍである。しかしながら、５μｍまで、可能であるなら８μｍまでの粒幅であっても十分な破断耐性を提供することになる。 In the present invention, the perforated plate is formed from a palladium nickel alloy containing about 89% palladium and about 11% nickel. As illustrated in FIG. 1, there is a grain structure that is generally fine and substantially equiaxed over the thickness of the perforated plate. The average grain width (W) is in the range of 0.2 μm to 2.0 μm, and in some cases in the range of 0.2 μm to 1.0 μm. The average grain width for obtaining optimum results is approximately 0.5 μm. However, even a grain width of up to 5 μm, and possibly up to 8 μm, will provide sufficient fracture resistance.
粒構造は等軸（Ｌ／Ｗ＝１）であるので、粒長（Ｌ）は、粒幅と同じである。 Since the grain structure is equiaxed (L / W = 1), the grain length (L) is the same as the grain width.
粒幅は、平均粒径を計算する直線交差法を用いてＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真から得られた。 The grain width was obtained from SEM (scanning electron microscope) photographs using a straight line intersection method to calculate the average grain size.
式中、 Where
は平均粒径であり、
Ｃは使用された試験線の全長であり、
Ｎは線上の粒界交差の数であり、
Ｍは顕微鏡写真の倍率である。
Is the average particle size,
C is the total length of the test line used,
N is the number of grain boundary intersections on the line,
M is the magnification of the micrograph.
粒構造は、集束イオンビーム顕微鏡（ＦＩＢ）およびＦＩＢ ＦＥＩ２００装置を使用して調査した。ガリウム源（Ｇａ＋）を使用して、＋３０ｋｅＶの一次イオンビームをもって、幅１０μｍ×長さ２０μｍ×深さ６μｍの溝をイオンミリング加工した。そして、試料を４５°傾かせて、２０，０００×の倍率で画像化し、粒径、形状および分布を観察した。 The grain structure was investigated using a focused ion beam microscope (FIB) and FIB FEI200 instrument. Using a gallium source (Ga + ), a groove of 10 μm wide × 20 μm long × 6 μm deep was ion milled with a primary ion beam of +30 keV. The sample was tilted 45 °, imaged at a magnification of 20,000 ×, and the particle size, shape and distribution were observed.
有孔板は、有孔板の厚さ全体にわたって、概して等軸であり、無作為に配向され、おおよそ０．５μｍの大きさの平均粒幅を有する粒微細構造も有する−図１。板は、疲労クラックの開始およびクラックの伝播に対して高い耐性がある冶金的構成を有する。 The perforated plate is also generally equiaxed throughout the thickness of the perforated plate, and also has a grain microstructure that is randomly oriented and has an average grain width of approximately 0.5 μm-FIG. The plate has a metallurgical configuration that is highly resistant to fatigue crack initiation and crack propagation.
有孔板を噴霧装置に組み込むための組み立て工程において（場合によっては１０００℃の領域にある）高い処理温度を要求する有孔板にとって、平均粒径が、組み立て工程においてこのような高温に晒されたことがなかった有孔板の平均粒径よりもかなり大きかったので、集束イオンビーム顕微鏡（ＦＩＢ）は不適切であった。粒径を測定するのにより好適な技法は、表面走査型電子顕微鏡の使用である。図１（ｃ）（ｉ）は、下面の顕微鏡写真を示し、図１（ｃ）（ｉｉ）は、上面の顕微鏡写真を示す。表面上の視認可能な線は、粒界を示す。スケールバーは５０μｍを示し、これは使用される倍率の基準である。 For perforated plates that require high processing temperatures (sometimes in the region of 1000 ° C.) in the assembly process for incorporating the perforated plates into the spray device, the average particle size is exposed to such high temperatures in the assembly process. The focused ion beam microscope (FIB) was inadequate because it was much larger than the average particle size of the perforated plate that had never been. A more preferred technique for measuring particle size is the use of a surface scanning electron microscope. 1 (c) (i) shows a micrograph of the lower surface, and FIG. 1 (c) (ii) shows a micrograph of the upper surface. Visible lines on the surface indicate grain boundaries. The scale bar indicates 50 μm, which is a measure of the magnification used.
微細構造と共に、本発明において、振動周期の総数および有孔板の幾何学的特徴は、割れのない振動板および噴霧装置の疲労寿命の延長を確保するために最適化される。 Along with the microstructure, in the present invention, the total number of vibration cycles and the perforated plate geometry are optimized to ensure an unbreakable diaphragm and spray device fatigue life extension.
発明者らは、有孔板の固有周波数（ＮＦ）が有孔板の疲労寿命の決定に重要な役割を果たすことを見出した。統計的解析は、０．０２５の「ｐの二乗」値で成功し、発明者らは、有孔板（ＮＦ）の振動周波数応答を低下させると噴霧装置の疲労寿命が延びることを示した。 The inventors have found that the natural frequency (NF) of the perforated plate plays an important role in determining the fatigue life of the perforated plate. Statistical analysis was successful with a “p-square” value of 0.025 and the inventors have shown that reducing the perforated plate (NF) vibration frequency response increases the fatigue life of the spray device.
寿命試験の間、有孔板は、１回の噴霧期間を１５分間とする噴霧期間をおおよそ８１０回被験する。例えば、振動周波数１４２ｋＨｚの場合、噴霧装置の寿命につき有孔板の振動周期の総数は、
１４２，０００周期／秒×１５×６０秒×８１０≒１．０４×１０１１周期
したがって、噴霧装置の寿命時間における振動周期の総数は非常に多く、これにより有孔板には相当の応力がかかる。
During the life test, the perforated plate is subjected to approximately 810 spray periods with a single spray period of 15 minutes. For example, when the vibration frequency is 142 kHz, the total number of vibration cycles of the perforated plate per lifetime of the spray device is
142,000 cycles / second × 15 × 60 seconds × 810≈1.04 × 10 11 cycles Therefore, the total number of vibration cycles in the lifetime of the spraying device is very large, which puts considerable stress on the perforated plate .
１４２ｋＨｚから１３３ｋＨｚへ振動周波数を低下させること（９ｋＨｚのみ減少）によって、７×１０９振動周期の減少が起こる、
１３３，０００周期／秒×１５×６０秒×８１０≒９．７×１０１０周期
１４２ｋＨｚ−１３３ｋＨｚ＝９ｋＨｚ＝１．０４×１０１１周期−９．７×１０１０周期＝７×１０９周期
円形板が振動モードの特徴的な設定を有することが文献に記載されている。Ｂｏｗｅｒ［Ｂｏｗｅｒ Ａ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，２０１０，ｐ６９４］は、円形膜の振動モードおよび固有周波数を分析したとき、振動の固有周波数が以下の式に対する解によって与えられることを示した。
Reducing the vibration frequency from 142 kHz to 133 kHz (decreasing only 9 kHz) causes a decrease in 7 × 10 9 vibration periods,
133,000 cycles / second × 15 × 60 seconds × 810≈9.7 × 10 10 cycles 142 kHz-133 kHz = 9 kHz = 1.04 × 10 11 cycles−9.7 × 10 10 cycles = 7 × 10 9 cycles Circular plate Has a characteristic setting of the vibration mode. Bower [Bower A. , Applied Mechanics of Solids, CRC Press, 2010, p694], when analyzing the vibration mode and natural frequency of a circular membrane, showed that the natural frequency of vibration is given by a solution to the following equation:
式中、
Ｊｎはベッセル関数であり、
ω（ｍ，ｎ）は固有周波数であり、
Ｒ−は膜の半径であり、
ｈは膜の厚さであり、
ρは質量密度であり、
Ｔ０は単位長さあたりの半径方向力である。
Where
J n is a Bessel function,
ω (m, n) is the natural frequency,
R− is the radius of the membrane,
h is the thickness of the film,
ρ is the mass density,
T 0 is the radial force per unit length.
振動板の固有周波数は、この式から決定することができる。例えば、ω（０，１）と表わされる第１の固有周波数は以下の式を有することになる。 The natural frequency of the diaphragm can be determined from this equation. For example, the first natural frequency represented as ω (0,1) will have the following formula:
したがって、固有周波数は、振動板の幾何学的特徴、すなわち厚さおよび板の半径（または直径）、に依存する。 Thus, the natural frequency depends on the geometrical characteristics of the diaphragm, namely the thickness and the radius (or diameter) of the plate.
ＦＥＡ（有限要素解析）モーダル解析は、本発明の有孔板の振動作用のシミュレーションを行うと共に、主要素による有孔板の振動特徴−モード形状および固有周波数（ＮＦ）−への影響を決定および予測するために行った−図２。 The FEA (Finite Element Analysis) modal analysis simulates the vibration action of the perforated plate of the present invention and determines the influence of the main elements on the vibration characteristics of the perforated plate-mode shape and natural frequency (NF)- Performed to predict-FIG.
発明者らのシミュレーション結果は、板の厚さと固有振動周波数（ＮＦ）との間に比例的な関係があること−図３、および板ドーム直径と固有振動周波数（ＮＦ）との間には反比例的な関係があること−図６、を示し、これは発明者らの実験的知見と相関する。 Our simulation results show that there is a proportional relationship between plate thickness and natural vibration frequency (NF)-Figure 3 and the inverse proportion between plate dome diameter and natural vibration frequency (NF). Is shown in FIG. 6, which correlates with the inventors' experimental findings.
板の振動応答（ＮＦ）を低下させるために、有孔板の厚さを薄くすることができ、またはドーム直径を大きくすることができる。 In order to reduce the vibration response (NF) of the plate, the thickness of the perforated plate can be reduced or the dome diameter can be increased.
例えば、板の厚さを３μｍ薄くすると、固有周波数は９ｋＨｚまで低下し、上述のように、振動板の疲労寿命の延長に貢献することになる。 For example, when the thickness of the plate is reduced by 3 μm, the natural frequency is reduced to 9 kHz, which contributes to the extension of the fatigue life of the diaphragm as described above.
本発明において、発明者らは、概して等軸の微細構造を有孔板に設ける。疲労寿命は、厚さおよび固有周波数範囲の低下仕様を使用することでさらに改善することができる。 In the present invention, the inventors provide a generally equiaxed microstructure in the perforated plate. Fatigue life can be further improved by using reduced thickness and natural frequency range specifications.
振動有孔板の疲労寿命の延長は、長い期間にわたって、適切なエーロゾル化を提供する。 Extending the fatigue life of vibrating perforated plates provides adequate aerosolization over a long period of time.
本発明は、噴霧装置の寿命を延長し、使用中における噴霧装置の早期かつ予測不能な機能不全の危険を排除し、病院および患者からの製品返品の危険を排除し、有孔板の破片が噴霧装置から遊離する起こり得る危険を排除する、改良された有孔板を提供する。 The present invention extends the life of the spray device, eliminates the risk of early and unpredictable malfunction of the spray device in use, eliminates the risk of product return from hospitals and patients, An improved perforated plate is provided that eliminates the possible danger of loosening from the spray device.
振動網目噴霧装置は、肺への薬剤のエーロゾル化を必要とするある範囲の呼吸系の病気の治療に今日一般的に使用される。 Vibrating mesh spray devices are commonly used today for the treatment of a range of respiratory illnesses that require aerosolization of the drug into the lungs.
米国特許出願公開第２００７００２３５４７Ａ号に記載されているように、本発明の有孔板は、所望の形状に形成できると共に、有孔板が振動するとき微細な液滴を生成するために使用される複数の孔を含む比較的薄い板から構成される。このような有孔板を振動させる技法は、概して、米国特許第５，１６４，７４０号、第５，５８６，５５０号、および第５，７５８，６３７号に記載され、これらは参照により本明細書に組み込まれる。有孔板は、比較的速い速度で比較的小さい液滴を生成することを可能にするように構成される。例えば、本発明の有孔板は、約２ミクロンから約１０ミクロン、より典型的には約２ミクロンから約５ミクロンの範囲の大きさを有する液滴を生成するために使用することができる。場合によっては、有孔板は、肺疾患薬投与処置に有用な噴霧を生成するために使用することができる。このような場合、有孔板によって生成された噴霧は、米国特許第５，７５８，６３７号に記載されているように、約７０％を超える、好ましくは約８０％を超える、および最も好ましくは約９０％を超える、呼吸に適した部分を有することができる。 As described in U.S. Patent Publication No. 20070023547A, the perforated plate of the present invention can be formed into a desired shape and used to generate fine droplets when the perforated plate vibrates. It is composed of a relatively thin plate including a plurality of holes. Techniques for vibrating such perforated plates are generally described in US Pat. Nos. 5,164,740, 5,586,550, and 5,758,637, which are hereby incorporated by reference. Embedded in the book. The perforated plate is configured to allow relatively small droplets to be produced at a relatively fast rate. For example, the perforated plates of the present invention can be used to produce droplets having a size in the range of about 2 microns to about 10 microns, more typically about 2 microns to about 5 microns. In some cases, the perforated plate can be used to produce a spray useful for pulmonary drug administration treatments. In such cases, the spray produced by the perforated plate is greater than about 70%, preferably greater than about 80%, and most preferably, as described in US Pat. No. 5,758,637. It can have more than about 90% breathable parts.
いくつかの実施形態において、このような微細な液滴は、１０００個の孔あたり毎秒約２マイクロリットルから毎秒約２５マイクロリットルの範囲の速度で生成することができる。このようにして、有孔板は、約１秒未満の時間内において、約２マイクロリットルから約２５マイクロリットルの範囲のエーロゾル化された体積を生成するのに十分な複数の孔を有するように構成することができる。特に、このような生成速度は、エーロゾル化された薬剤を直接的に吸入できるようにするのに十分な速度で所望投薬量をエーロゾル化する肺疾患薬物投与用途に有用である。このようにして、指定の投薬量が生成されるまで液滴を捕捉するための捕捉室は不要である。このような方法で、有孔板は、複雑な捕捉室を使用しないエーロゾル化装置、噴霧装置、または吸入装置内に具備させることができる。 In some embodiments, such fine droplets can be generated at a rate in the range of about 2 microliters per second to about 25 microliters per second per 1000 holes. In this way, the perforated plate has a plurality of pores sufficient to produce an aerosolized volume in the range of about 2 microliters to about 25 microliters in a time of less than about 1 second. Can be configured. In particular, such a production rate is useful for pulmonary disease drug administration applications where the desired dosage is aerosolized at a rate sufficient to allow direct inhalation of the aerosolized drug. In this way, a capture chamber for capturing droplets is not required until a specified dosage is produced. In this way, the perforated plate can be included in an aerosolization device, a spray device, or an inhalation device that does not use a complex capture chamber.
有孔板は、多種の薬剤を呼吸器系に送達させるために使用することができる。例えば、有孔板は、ホルモン類、ペプチド類、および呼吸器系の局所治療のための薬剤を含む、正確な投薬量が必要とされる他の薬剤等、効力の強い治療剤を有する薬剤を送達させるために使用することができる。エーロゾル化することができる液状薬剤の例には、例えば、水溶液、エタノール溶液、水／エタノール混合溶液、およびその他の溶液形態、コロイド懸濁形態、ならびにその他の薬剤が含まれる。本発明は、インスリン等の様々な他の種類の液体のエーロゾル化にも応用することができる。 A perforated plate can be used to deliver a wide variety of drugs to the respiratory system. For example, perforated plates can contain drugs with potent therapeutic agents, such as hormones, peptides, and other drugs that require precise dosage, including drugs for local treatment of the respiratory system. Can be used to deliver. Examples of liquid agents that can be aerosolized include, for example, aqueous solutions, ethanol solutions, water / ethanol mixed solutions, and other solution forms, colloidal suspension forms, and other agents. The present invention can also be applied to aerosolization of various other types of liquids such as insulin.
本発明のパラジウムニッケル合金有孔板は、有孔板を著しく腐食させることなく様々な液体と共に使用することができる。使用可能であると共に、このような有孔板を著しく腐食させないであろう液体の例には、アルブテロール、クロマチン、ならびに排出式噴霧装置およびその他によって通常送達される他の吸入溶液が含まれる。 The palladium nickel alloy perforated plate of the present invention can be used with various liquids without significantly corroding the perforated plate. Examples of liquids that can be used and will not significantly corrode such perforated plates include albuterol, chromatin, and other inhalation solutions normally delivered by expelled spray devices and others.
パラジウムニッケル合金は低弾性率を有する。与えられる振動振幅についての応力は、伸長量および弾性率に比例する。有孔板を低弾性率にすることによって、有孔板にかかる応力は著しく減少する。 The palladium nickel alloy has a low elastic modulus. The stress for a given vibration amplitude is proportional to the amount of elongation and the modulus of elasticity. By making the perforated plate have a low elastic modulus, the stress applied to the perforated plate is significantly reduced.
指定の大きさ範囲内の小滴を維持しながら小滴生成速度を高めるために、孔は所定の形状を有するように構成することができる。より詳細には、孔は、好ましくは、小滴が孔を出る断面がより細くなるように先細にする。１つの場合において、出口開口における孔の角度（または出口角度）は、約３０°から約６０°の範囲、より好ましくは約４１°から約４９°の範囲、およびより好ましくは約４５°にある。このような出口角度は、小滴の大きさを最小化しながら流速を高めるために設けられる。このようにして、有孔板は、吸入薬剤投与用途に特に使用することができる。 To increase the droplet generation rate while maintaining droplets within a specified size range, the holes can be configured to have a predetermined shape. More particularly, the holes are preferably tapered such that the cross section through which the droplet exits the hole is narrower. In one case, the hole angle (or exit angle) at the outlet opening is in the range of about 30 ° to about 60 °, more preferably in the range of about 41 ° to about 49 °, and more preferably about 45 °. . Such an exit angle is provided to increase the flow rate while minimizing the droplet size. In this way, the perforated plate can be used in particular for inhaled drug administration applications.
有孔板の孔は、典型的には、約１ミクロンから約１０ミクロンの範囲の直径を有する出口開口を有し、約２ミクロンから約１０ミクロンの大きさの小滴を生成することになる。別の場合において、出口角度におけるテーパは、好ましくは、有孔板の少なくとも最初の約１５ミクロンについて所望の角度範囲にある。この点を超えると、孔の形状は重要ではなくなる。例えば、テーパ角度は、有孔板の反対側の表面に向かって増大することができる。 The apertures in the perforated plate will typically have an exit opening having a diameter in the range of about 1 micron to about 10 microns and will produce droplets having a size of about 2 microns to about 10 microns. . In another case, the taper at the exit angle is preferably in the desired angular range for at least the first about 15 microns of the perforated plate. Beyond this point, the shape of the holes becomes insignificant. For example, the taper angle can increase toward the opposite surface of the perforated plate.
本発明の有孔板は、米国特許第５，７５８，６３７号に概して記載されているように、ドーム形状に形成することができる。上述のように、最適な性能のために、有孔板は、液体をエーロゾル化するとき、約１２５ｋＨｚから約１５５ｋＨｚの範囲の周波数で振動する。さらに、液体をエーロゾル化するとき、液体は、有孔板の背面上に配することができ、表面張力によって液体が背面に付着する。有孔板の振動時、液滴は、米国特許第５，１６４，７４０号、第５，５８６，５５０号および第５，７５８，６３７号に概して記載されているように、前面から排出される。 The perforated plate of the present invention can be formed in a dome shape, as generally described in US Pat. No. 5,758,637. As noted above, for optimum performance, the perforated plate vibrates at a frequency in the range of about 125 kHz to about 155 kHz when aerosolizing the liquid. Furthermore, when aerosolizing the liquid, the liquid can be placed on the back of the perforated plate, and the liquid adheres to the back due to surface tension. When the perforated plate vibrates, the droplets are ejected from the front surface as generally described in US Pat. Nos. 5,164,740, 5,586,550 and 5,758,637. .
本発明の有孔板は、電解工程によって溶液から導電性心金上に金属が堆積される電着工程を使用して構成することができる。一例において、有孔板は、完成した有孔板に所望される反対の輪郭、寸法および表面仕上げを有する、精密に作製された心金上に金属が電気めっきされる電気鋳造工程を使用して形成される。所望の厚さの堆積金属が得られたとき、有孔板は心金から外される。電気鋳造技法は、概して、Ｅ．Ｐａｕｌ ＤｅＧａｒｍｏ，「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」 ＭｃＭｉｌｌａｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．， Ｉｎｃ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，５．ｓｕｐ．ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，１９７９に記載されており、この全開示は参照により本明細書に組み込まれる。 The perforated plate of the present invention can be constructed using an electrodeposition process in which metal is deposited from a solution onto a conductive mandrel by an electrolysis process. In one example, the perforated plate uses an electroforming process in which the metal is electroplated onto a precisely fabricated mandrel having the opposite contour, dimensions and surface finish desired for the finished perforated plate. It is formed. When the desired thickness of deposited metal is obtained, the perforated plate is removed from the mandrel. Electroforming techniques are generally described in E.I. Paul DeGarmo, “Materials and Processes in Manufacturing” McMillan Publishing Co. , Inc. , New York, 5. sup. th Edition, 1979, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
有孔板の生産に使用可能な心金は、離間した複数の非導電性島部を有する導電性表面を備えることができる。このようにして、心金が溶液中に置かれ、電流が心金に印加されたとき、溶液中の金属材料は心金上に堆積される。 A mandrel that can be used to produce a perforated plate can include a conductive surface having a plurality of spaced apart non-conductive islands. In this way, when the mandrel is placed in the solution and an electric current is applied to the mandrel, the metallic material in the solution is deposited on the mandrel.
様々な他の技法が電気鋳造心金上に非導電性材料のパターンを配するために使用することができる。所望のパターンを生産するために使用可能な技法の例には、照射、シルクスクリーン、およびその他が含まれる。次いで、このパターンは、材料の被覆が開始し、めっき工程の間継続することを制御するために使用することができる。様々な非導電性材料は、フォトレジスト、プラスチック、およびその他など、導電性表面上へのめっきを防止するために使用することができる。上述のように、非導電性材料が心金上に配されると、非導電性材料は、所望の輪郭を得るために選択的に処理することができる。使用可能な処理の例には、焼成、硬化、熱サイクル、彫刻、切削、成型、またはその他が含まれる。このような工程を使用し、非導電性パターン上に湾曲したまたは角がある表面を生成し、次いでこれを使用し、有孔板における出口開口の角度を修正することができる。 Various other techniques can be used to place a pattern of non-conductive material on the electroformed mandrel. Examples of techniques that can be used to produce the desired pattern include irradiation, silk screen, and others. This pattern can then be used to control that the coating of material begins and continues during the plating process. A variety of non-conductive materials can be used to prevent plating on conductive surfaces such as photoresists, plastics, and others. As described above, once the non-conductive material is placed on the mandrel, the non-conductive material can be selectively processed to obtain the desired contour. Examples of treatments that can be used include firing, curing, thermal cycling, engraving, cutting, molding, or others. Such a process can be used to produce a curved or angled surface on the non-conductive pattern, which can then be used to modify the angle of the exit opening in the perforated plate.
これから図５を参照して、１つの有孔板１０について説明する。有孔板１０は、複数の先細の孔１４が形成された板状体１２を備える。板状体１２は、上述のようにパラジウムニッケル合金から構成される。板状体１２は、上記において引用をもって繰り込んだ米国特許第５，７５８，６３７号に概して記載されているようにドーム形状を有するように構成することができる。板状体１２は、上面または前面１６および底面または背面１８を含む。動作において、液体は、背面１８に供給され、液滴は前面１６から排出される。 Now, one perforated plate 10 will be described with reference to FIG. The perforated plate 10 includes a plate-like body 12 in which a plurality of tapered holes 14 are formed. The plate-like body 12 is made of a palladium nickel alloy as described above. The plate 12 can be configured to have a dome shape as generally described in US Pat. No. 5,758,637, incorporated by reference above. The plate 12 includes a top or front surface 16 and a bottom or back surface 18. In operation, liquid is supplied to the back surface 18 and droplets are ejected from the front surface 16.
図６を参照して、孔１４の構成についてより詳細に説明する。孔１４は、背面１８から前面１６へと細くなるように構成される。各孔１４は、入口開口２０および出口開口２２を有する。この構成において、背面１８に供給された液体は、入口開口２０を通って進行し、出口開口２２を通って出ていく。図示するように、板状体１２は、出口開口２２に隣接した拡張部２４をさらに含む。以下により詳細に説明するように、拡張部２４は、有孔板１０を生産するために使用される製造工程から創出される。 With reference to FIG. 6, the structure of the hole 14 is demonstrated in detail. The hole 14 is configured to narrow from the back surface 18 to the front surface 16. Each hole 14 has an inlet opening 20 and an outlet opening 22. In this configuration, the liquid supplied to the back surface 18 travels through the inlet opening 20 and exits through the outlet opening 22. As illustrated, the plate-like body 12 further includes an extension 24 adjacent to the outlet opening 22. As will be described in more detail below, the extension 24 is created from a manufacturing process used to produce the perforated plate 10.
図７に最もよく示されるように、出口開口２２に向かう孔１４のテーパ角度は出口角度θによって規定することができる。出口角度は、小滴を所望の大きさ範囲に維持しながら、出口開口２０を通る液滴の排出が最大となるように選択される。出口角度θは、約３０°から約６０°の範囲、より好ましくは約４１°から約４９°の範囲、および最も好ましくはおよそ４５°となるように構成することができる。また、出口開口２２は、約１ミクロンから約１０ミクロンの範囲の直径を有することができる。さらに、出口角度θは、好ましくは、少なくとも約１５ミクロンの垂直距離にわたって続く、すなわち、出口角度θは、この垂直距離のいずれかの点において上記に列挙した範囲内にある。図示するように、この垂直距離より後方において、孔１４は出口角度θの範囲を超えて外方に拡張することができる。 As best shown in FIG. 7, the taper angle of the hole 14 toward the outlet opening 22 can be defined by the outlet angle θ. The exit angle is selected to maximize droplet ejection through the exit opening 20 while maintaining the droplets in the desired size range. The exit angle θ can be configured to be in the range of about 30 ° to about 60 °, more preferably in the range of about 41 ° to about 49 °, and most preferably about 45 °. The outlet opening 22 can also have a diameter in the range of about 1 micron to about 10 microns. Furthermore, the exit angle θ preferably lasts over a vertical distance of at least about 15 microns, ie, the exit angle θ is within the range listed above at any point of this vertical distance. As shown, behind this vertical distance, the hole 14 can extend outward beyond the range of the exit angle θ.
動作において、液体を背面１８に給液する。有孔板１０の振動時、液滴は、出口開口２２を通って排出される。この方法において、液滴は、前面１６から発進することになる。出口開口２２は、前面１６から入り込んだところに示されているが、前面１６に直接出口開口２２を配するために他の種類の製造工程が使用可能であることは理解されよう。 In operation, liquid is supplied to the back surface 18. When the perforated plate 10 vibrates, the droplets are discharged through the outlet opening 22. In this way, the droplet will start from the front surface 16. Although the outlet opening 22 is shown entering from the front surface 16, it will be appreciated that other types of manufacturing processes can be used to place the outlet opening 22 directly on the front surface 16.
図８は、図１の有孔板１０と同様の有孔板を振動させたときのエーロゾル化シミュレーションデータを含むグラフである。図８のグラフにおいて、一定量の水が背面に給液されたとき、有孔板は約１８０ｋＨｚで振動した。各孔は５ミクロンの出口直径を有した。シミュレーションにおいて、出口角度は、約１０°から約７０°へと変化させた（ただし、図８の出口角度は中心線から孔の壁までである）。図示するように、孔について最大流速は約４５°で生じた。比較的高い流速は、約４１°から約４９°の範囲でも達成された。約３０°から約６０°の範囲の出口角度も高流速を生み出した。したがって、この例において、１つの孔は、水を排出するとき、毎秒約０．０８マイクロリットルの水を射出する能力を有する。多くの薬液にとって、約４５°の出口角度をそれぞれ有する約１０００個の孔を含む有孔板は、約１秒以内に約３０マイクロリットルから約５０マイクロリットルの範囲の投薬量を生成するために使用することができる。このような急速生成のために、エーロゾル化された薬剤は、捕捉室内でまず捕捉されることなく、いくつかの吸入操作内で患者によって吸入され得る。 FIG. 8 is a graph including aerosolization simulation data when a perforated plate similar to the perforated plate 10 of FIG. 1 is vibrated. In the graph of FIG. 8, the perforated plate vibrated at about 180 kHz when a certain amount of water was supplied to the back surface. Each hole had an exit diameter of 5 microns. In the simulation, the exit angle was varied from about 10 ° to about 70 ° (however, the exit angle in FIG. 8 is from the centerline to the hole wall). As shown, the maximum flow rate for the holes occurred at about 45 °. A relatively high flow rate was also achieved in the range of about 41 ° to about 49 °. Outlet angles in the range of about 30 ° to about 60 ° also produced high flow rates. Thus, in this example, one hole has the ability to eject about 0.08 microliters of water per second when draining water. For many medicinal solutions, a perforated plate containing about 1000 holes, each with an exit angle of about 45 °, produces a dosage in the range of about 30 microliters to about 50 microliters within about 1 second. Can be used. Because of this rapid generation, the aerosolized drug can be inhaled by the patient within several inhalation operations without first being captured in the capture chamber.
有孔板を構成するために使用可能な電気鋳造に使用される装置および方法は、米国特許出願公開第２００７／００２３５４７Ａ号に記載されている。図９を参照して、図５の有孔板１０を構成するために使用可能な電気鋳造心金２６の一実施形態について説明する。心金２６は、導電性表面３０を有する心金本体２８を備える。心金本体２８は、ステンレス鋼などの金属から構成することができる。図示するように、導電性表面３０は、幾何形状が平坦である。しかしながら、場合によっては、導電性表面３０は、最終的に得られる有孔板の所望の形状に応じて成形可能であることは理解されよう。導電性表面３０上には複数の非導電性島部３２が配される。島部３２は、以下により詳細に説明されるように、有孔板内に孔を電気鋳造することに使用することができるように、導電性表面３０上に延在するように構成される。島部３２は、有孔板において最終的に得られる孔の所望の間隔に対応する距離で離間させることができる。同様に、島部３２の数は、特定の必要に応じて変化させることができる。 An apparatus and method used for electroforming that can be used to construct a perforated plate is described in US Patent Application Publication No. 2007 / 0023547A. With reference to FIG. 9, one embodiment of an electroformed mandrel 26 that can be used to construct the perforated plate 10 of FIG. 5 will be described. The mandrel 26 includes a mandrel body 28 having a conductive surface 30. The mandrel body 28 can be made of a metal such as stainless steel. As shown, the conductive surface 30 is flat in geometry. However, it will be appreciated that in some cases, the conductive surface 30 can be shaped according to the desired shape of the resulting perforated plate. A plurality of non-conductive island portions 32 are disposed on the conductive surface 30. The island 32 is configured to extend over the conductive surface 30 so that it can be used to electroform holes in a perforated plate, as will be described in more detail below. The islands 32 can be separated by a distance corresponding to the desired spacing of the holes finally obtained in the perforated plate. Similarly, the number of islands 32 can be varied according to specific needs.
これから図１０を参照して、島部３２の構成についてより詳細に説明する。図示するように、島部３２は、概して、幾何形状が円錐状またはドーム状である。好都合には、島部３２は、高さｈおよび直径Ｄによって規定することができる。この場合、各島部３２は、逆正接１／２（Ｄ）／ｈによって規定される傾斜または傾きの平均角度を含むと表現することができる。傾斜の平均角度は、上述のように、有孔板において所望の出口角度を生成するために変化させることができる。 Now, with reference to FIG. 10, the configuration of the island portion 32 will be described in more detail. As shown, the island 32 is generally conical or dome-shaped in geometry. Conveniently, the island 32 can be defined by a height h and a diameter D. In this case, each island part 32 can be expressed as including an inclination or an average angle of inclination defined by arctangent 1/2 (D) / h. The average angle of inclination can be varied to produce the desired exit angle in the perforated plate, as described above.
図示するように、島部３２は、下層３４および上層３６から構成される。以下により詳細に記載されるように、このような層の使用は、所望の円錐形状またはドーム形状を得ることに寄与する。しかしながら、島部３２は、場合によっては、単一層のみまたは複数層から構成することができることは理解されよう。 As shown in the figure, the island portion 32 is composed of a lower layer 34 and an upper layer 36. As described in more detail below, the use of such layers contributes to obtaining the desired conical or dome shape. However, it will be appreciated that the island 32 may be constructed of only a single layer or multiple layers in some cases.
図１１を参照して、心金本体２８上に非導電性島部３２を形成する１つの方法について説明する。ステップ３８に示すように、工程は、電気鋳造心金を準備することによって開始する。ステップ４０に示すように、次いで、フォトレジスト膜が心金に付される。一例として、このようなフォトレジスト膜は、約７から約９ミクロンの範囲の厚さを有する厚膜フォトレジストを備えることができる。このような厚膜フォトレジストは、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ ＡＺ Ｐ４６２０ポジティブ型フォトレジストを備えることができる。好都合には、このようなレジストは、大気中または他の環境下において約１００℃で約３０分間対流式オーブンで仮焼することができる。ステップ４２に示すように、円形領域のパターンを有するマスクが、フォトレジスト膜上に配される。ステップ４４に示すように、次いで、フォトレジスト膜は、非導電性島部の配列を形成するように現像される。好都合には、レジストは、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ ＡＺ ４００ Ｋ現像剤等の基本的な現像剤で現像することができる。ポジティブ型フォトレジストの文脈で説明されているけれども、ネガティブ型フォトレジストも当業界に公知であるように使用することができることは理解されよう。 With reference to FIG. 11, one method for forming the non-conductive island portion 32 on the mandrel body 28 will be described. As shown in step 38, the process begins by providing an electroformed mandrel. As shown in step 40, a photoresist film is then applied to the mandrel. As an example, such a photoresist film can comprise a thick film photoresist having a thickness in the range of about 7 to about 9 microns. Such a thick film photoresist can comprise a Hoechst Celanese AZ P4620 positive photoresist. Conveniently, such a resist can be calcined in a convection oven at about 100 ° C. for about 30 minutes in air or other environment. As shown in step 42, a mask having a pattern of circular areas is disposed on the photoresist film. As shown in step 44, the photoresist film is then developed to form an array of non-conductive islands. Conveniently, the resist can be developed with a basic developer such as Hoechst Celanese AZ 400 K developer. Although described in the context of a positive photoresist, it will be understood that negative photoresists can also be used as is known in the art.
ステップ４６に示すように、次いで、島部は、心金を加熱することによって所望の形状を形成するように処理され、島部を所望の形状に流動および硬化させる。ステップ４６の熱周期条件は、流動（またはドーム化）の程度および生じる硬化の程度を決定するように制御することができ、これによってパターンの耐久性および不変性が影響される。１つの場合において、心金は、高温度までゆっくりと加熱され、所望程度の流動および硬化を得る。例えば、心金およびレジストは、室温から約２４０℃の高温度まで、毎分約２℃の速度で加熱することができる。次いで、心金およびレジストは、約３０分間高温度で保持される。 As shown in step 46, the islands are then processed to form the desired shape by heating the mandrel, causing the islands to flow and harden to the desired shape. The thermal cycling conditions of step 46 can be controlled to determine the degree of flow (or doming) and the degree of curing that occurs, thereby affecting the durability and invariance of the pattern. In one case, the mandrel is slowly heated to a high temperature to obtain the desired degree of flow and hardening. For example, the mandrel and resist can be heated from room temperature to a high temperature of about 240 ° C. at a rate of about 2 ° C. per minute. The mandrel and resist are then held at an elevated temperature for about 30 minutes.
場合によっては、非導電性島部上にフォトレジスト層を付加して、その傾きを制御すると共に、さらに島部の形状を高めることが望ましい。したがって、ステップ４８に示すように、所望の形状がいまだに得られていない場合には、ステップ４０〜４６を繰り返し、島部上に追加のフォトレジスト層を配することができる。典型的には、追加の層が追加されるとき、島部のドーム形状を生成するのに寄与するように追加層の直径がより小さくなるように、マスクは、より小さい直径の円形領域を含むことになる。ステップ５０に示すように、所望の形状が得られると、工程は終了する。 In some cases, it is desirable to add a photoresist layer on the non-conductive island portion to control the inclination and further increase the shape of the island portion. Therefore, as shown in step 48, if the desired shape has not yet been obtained, steps 40-46 can be repeated to place an additional photoresist layer on the island. Typically, when additional layers are added, the mask includes a circular region with a smaller diameter so that the diameter of the additional layer is smaller to help create an island dome shape. It will be. As shown in step 50, the process ends when the desired shape is obtained.
これから図１２および図１３を参照して、有孔板１０を生成する工程について説明する。図１３のステップ５２に示すように、非導電性島部のパターンを有する心金が準備される。好都合には、このような心金は、図１２に図示するような図９の心金２６とすることができる。次いで、工程は、心金に堆積される材料を含有する溶液中に心金を配置するステップ５４へと進行する。一例において、溶液は、心金２６上に堆積されるパラジウムニッケルを含有する、Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販されている、Ｐａｌｌａｔｅｃｈ ＰｄＮｉめっき溶液とすることができる。ステップ５６に示すように、電流は、心金に供給され、心金２６上に材料を電着させて有孔板１０を形成する。ステップ５６に示すように、有孔板が形成されたら、有孔板は心金２６から剥離することができる。 A process for generating the perforated plate 10 will now be described with reference to FIGS. As shown in step 52 of FIG. 13, a mandrel having a pattern of non-conductive islands is prepared. Conveniently, such a mandrel can be the mandrel 26 of FIG. 9 as illustrated in FIG. The process then proceeds to step 54 where the mandrel is placed in a solution containing the material to be deposited on the mandrel. In one example, the solution can be a Pallatech PdNi plating solution, commercially available from Lucent Technologies, containing palladium nickel deposited on the mandrel 26. As shown in step 56, current is supplied to the mandrel and the material is electrodeposited onto the mandrel 26 to form the perforated plate 10. As shown in step 56, once the perforated plate is formed, the perforated plate can be peeled from the mandrel 26.
有孔板１０における所望の出口角度および所望の出口開口を得るために、心金に電流を供給する時間は変えることができる。さらに、心金を浸漬する溶液の種類も変えることができる。またさらに、島部３２の形状および角度は、上述のように孔の出口角度を変えるために変えることができる。単なる例として、約４５°の出口角度を生成するために使用することができる１つの心金は、１００ミクロンの直径および１０ミクロンの高さを有する第１のフォトレジスト島部を堆積することによって作製される。第２のフォトレジスト島部は、１０ミクロンの直径および６ミクロンの厚さを有することができ、第１の島部の中心に堆積される。次いで、心金は、２００℃の温度で２時間加熱される。 In order to obtain the desired exit angle and the desired exit opening in the perforated plate 10, the time for supplying current to the mandrel can be varied. Furthermore, the kind of the solution in which the mandrel is immersed can be changed. Still further, the shape and angle of the island 32 can be varied to change the exit angle of the hole as described above. By way of example only, one mandrel that can be used to produce an exit angle of about 45 ° is by depositing a first photoresist island having a diameter of 100 microns and a height of 10 microns. Produced. The second photoresist island may have a diameter of 10 microns and a thickness of 6 microns and is deposited in the center of the first island. The mandrel is then heated at a temperature of 200 ° C. for 2 hours.
これから図１４を参照して、有孔板６０の別の実施形態について説明する。有孔板６０は、先細の複数の孔６４（図示の簡易化のため１つのみを示している）を有する板状体６２を備える。板状体６２は、背面６６および前面６８を有する。孔６４は、背面６６から前面６８へ細くなるように構成される。図示するように、孔６４は、一定のテーパ角度を有する。好ましくは、テーパ角度は、約３０°から約６０°の範囲、より好ましくは約４１°から約４９°の範囲、および最も好ましくは約４５°である。孔６４は、約２ミクロンから約１０ミクロンの範囲の直径を有することができる出口開口７０をさらに含む。 With reference to FIG. 14, another embodiment of the perforated plate 60 will now be described. The perforated plate 60 includes a plate-like body 62 having a plurality of tapered holes 64 (only one is shown for simplicity of illustration). The plate-like body 62 has a back surface 66 and a front surface 68. The hole 64 is configured to narrow from the back surface 66 to the front surface 68. As shown, the hole 64 has a constant taper angle. Preferably, the taper angle is in the range of about 30 ° to about 60 °, more preferably in the range of about 41 ° to about 49 °, and most preferably about 45 °. The hole 64 further includes an outlet opening 70 that can have a diameter in the range of about 2 microns to about 10 microns.
図１５を参照して、有孔板６２を構成するために採用することができる１つの方法について説明する。工程は、複数の非導電性島部７４を有する電気鋳造心金７２の使用を採用する。好都合には、島部７４は、概して、円錐状またはドーム状形状の幾何形状に構成することができると共に、本明細書において上述した工程のいずれかを使用して構成することができる。有孔板６０を形成するために、心金７２は溶液内に置かれ、そして、電流が心金７２に印加される。電気めっき時間は、有孔板６０の前面６８が島部７４の頂部よりも上に及ばないように制御される。電気めっき時間量は、有孔板６０の高さを制御するために制御することができる。このようにして、出口開口７２の大きさは、電気めっき時間を変えることによって制御することができる。有孔板６０の所望の高さが得られると、電流は止められ、心金７２は有孔板６０から取り外すことができる。 With reference to FIG. 15, one method that can be employed to construct the perforated plate 62 will be described. The process employs the use of an electroformed mandrel 72 having a plurality of non-conductive islands 74. Conveniently, the island 74 can be configured in a generally conical or dome-shaped geometry and can be configured using any of the processes described hereinabove. To form the perforated plate 60, the mandrel 72 is placed in the solution and an electric current is applied to the mandrel 72. The electroplating time is controlled so that the front surface 68 of the perforated plate 60 does not extend above the top of the island portion 74. The amount of electroplating time can be controlled to control the height of the perforated plate 60. In this way, the size of the outlet opening 72 can be controlled by changing the electroplating time. When the desired height of the perforated plate 60 is obtained, the current is stopped and the mandrel 72 can be removed from the perforated plate 60.
これから図１６を参照して、ある体積の液体７６をエーロゾル化するための有孔板１０の使用について説明する。好都合には、有孔板１０は、中心開口８０を有するカップ形状部材７８に結合される。有孔板１０は、開口８０上に置かれ、背面１８が液体７６に隣接する。圧電変換器８２は、カップ形状部材７８に結合される。インタフェース８４も、エーロゾル発生装置を装置の他の構成要素に結合する簡易な方法として提供することができる。動作において、電流は変換器８２に印加され、有孔板１０を振動させる。液体７６は、表面張力によって有孔板１０の背面１８に保持することができる。有孔板１０が振動するとき、液滴は、図示するように、前面から排出される。 The use of the perforated plate 10 for aerosolizing a volume of liquid 76 will now be described with reference to FIG. Conveniently, the perforated plate 10 is coupled to a cup-shaped member 78 having a central opening 80. The perforated plate 10 is placed over the opening 80 and the back surface 18 is adjacent to the liquid 76. Piezoelectric transducer 82 is coupled to cup-shaped member 78. Interface 84 can also be provided as a simple way to couple the aerosol generating device to the other components of the device. In operation, current is applied to the transducer 82 causing the perforated plate 10 to vibrate. The liquid 76 can be held on the back surface 18 of the perforated plate 10 by surface tension. When the perforated plate 10 vibrates, the droplets are discharged from the front surface as shown.
上述のように、有孔板１０は、約１０００個の孔あたり約４マイクロリットルから約３０マイクロリットルの範囲の体積の液体が約１秒未満の時間内でエーロゾル化することができるように構成することができる。さらに、小滴のそれぞれは、約９０パーセントを超える吸入可能部分を有するように生成させることができる。このようにして、薬剤はエーロゾル化され、そして、患者に直接吸入させることができる。 As described above, the perforated plate 10 is configured such that a volume of liquid in the range of about 4 microliters to about 30 microliters per about 1000 holes can be aerosolized in less than about 1 second. can do. Further, each of the droplets can be generated to have greater than about 90 percent inhalable portion. In this way, the drug is aerosolized and can be inhaled directly by the patient.
本発明は、上記に記載した実施形態に限定されず、構成および詳細を変更することができる。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
［形態１］
第１の面と第２の面との間に延在する複数の孔を有する有孔板状体であって、
前記板は、約８９％のパラジウムおよび約１１％のニッケルを含有するパラジウムニッケル合金から形成されると共に、前記有孔板の厚みにわたって、概して微細で、無作為に配向され、実質的に等軸の粒微細構造を有する、有孔板状体。
［形態２］
平均粒幅は０．２μｍから２．０μｍである、形態１に記載の有孔板。
［形態３］
平均粒幅は０．２μｍから１．０μｍである、形態１または形態２に記載の有孔板。
［形態４］
平均粒幅はおおよそ０．５μｍである、形態１〜３のいずれかに記載の有孔板。
［形態５］
平均粒幅は０．２μｍから８．０μｍである、形態１に記載の有孔板。
［形態６］
平均粒幅は０．２μｍから５．０μｍである、形態１または形態２に記載の有孔板。
［形態７］
平均粒幅は１．０μｍから４．０μｍである、形態１〜３のいずれかに記載の有孔板。
［形態８］
５９から６３ミクロンの厚さを有する、形態１〜７のいずれか一項に記載の有孔板。
［形態９］
幾何形状がドーム形状である、形態１〜８のいずれかに記載の有孔板。
［形態１０］
形態１〜９のいずれかに記載の有孔板と、前記有孔板を振動させる手段と、を備えるエーロゾル発生装置。
［形態１１］
前記有孔板を振動させる前記手段は、１２５から１５５ｋＨｚの周波数で前記板を振動させるように構成される、形態１０に記載のエーロゾル発生装置。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and the configuration and details can be changed.
As described above, the present invention has the following modes.
[Form 1]
A perforated plate having a plurality of holes extending between a first surface and a second surface,
The plate is formed from a palladium nickel alloy containing about 89% palladium and about 11% nickel and is generally fine, randomly oriented and substantially equiaxed across the thickness of the perforated plate. A perforated plate having a grain microstructure of
[Form 2]
The perforated plate according to aspect 1, wherein the average grain width is 0.2 μm to 2.0 μm.
[Form 3]
The perforated plate according to Form 1 or Form 2, wherein the average grain width is 0.2 μm to 1.0 μm.
[Form 4]
The perforated plate according to any one of forms 1 to 3, wherein the average grain width is approximately 0.5 μm.
[Form 5]
The perforated plate according to aspect 1, wherein the average grain width is 0.2 μm to 8.0 μm.
[Form 6]
The perforated plate according to Form 1 or Form 2, wherein the average grain width is 0.2 μm to 5.0 μm.
[Form 7]
The perforated plate according to any one of Embodiments 1 to 3, wherein the average grain width is 1.0 μm to 4.0 μm.
[Form 8]
The perforated plate according to any one of aspects 1 to 7, having a thickness of 59 to 63 microns.
[Form 9]
The perforated plate according to any one of Embodiments 1 to 8, wherein the geometric shape is a dome shape.
[Mode 10]
An aerosol generator comprising: the perforated plate according to any one of forms 1 to 9; and means for vibrating the perforated plate.
[Form 11]
The aerosol generating device according to aspect 10, wherein the means for vibrating the perforated plate is configured to vibrate the plate at a frequency of 125 to 155 kHz.
Claims (11)
前記板は、８９％のパラジウムおよび１１％のニッケルを含有するパラジウムニッケル合金から形成されると共に、前記有孔板の厚みにわたって、微細で、ランダム配向された等軸晶からなる粒微細構造を有する、有孔板状体。 A perforated plate having a plurality of holes extending between a first surface and a second surface,
The plate, together are formed from a palladium-nickel alloy containing 89% palladium and 11% nickel, over the thickness of the perforated plate has a particle microstructure consisting of fine, equiaxed crystals are randomly oriented A perforated plate.
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