JPH08266626A - エアロゾルの乾燥及び緩衝のための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エアロゾルの性質、特に湿性エアロゾル粒子
の大きさを客観的に調整し、エアロゾル粒子の沈着を防
止し、また原則として１回の呼吸によって完全に空にす
ることができるような、エアロゾルの乾燥及び／又は緩
衝のための装置を提供する 【構成】 吸入療法のための、湿性エアロゾルの乾燥及
び緩衝を行うための本発明による装置は、回転対称の本
体１と、一方の前端１ａの上に配置され、本体内へ所定
の長さだけ突出している管状部材２と、もう一つの管状
部材３を通して患者が本体にたまったエアロゾルを吸入
するとき、本体へ流れ込む空気が通過する空気取入れ部
材５とにより構成される。このようにして、外側と内側
の二つのらせん状乱流が形成され、その外側の乱流は、
エアロゾル粒子が管の内壁に衝突するのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸入療法に用いるエア
ロゾルの乾燥及び／又は緩衝のための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸入療法は、気道性疾患の治療に用いら
れるだけでなく、全身治療用にその他の薬物活性成分を
投与する場合にも、ますます適用されるようになってい
る。このような療法では、活性成分を吸入できるよう、
細かい霧状にして空気と混合する。この場合、活性成分
を含む粒子が、呼吸の流れによって肺の内部に運ばれる
ため、また、口腔又は咽頭に沈着しないためには、この
粒子はきわめて小さく（５μｍ）なければならない。活
性成分の効果的な、また迅速な吸収は、肺の内部でだけ
可能になる。さらに、いくつかの薬物により、口腔又は
咽頭にこれより大きな粒子が沈着すると、望ましくない
局所的副作用を引き起こすことがある。

【０００３】「湿性エアロゾル」は特に重要であり、こ
のようなエアロゾルは、活性成分がおそらく、例えば塩
のようなキャリア物質とともに溶解するか、又は分散し
ている液体を噴霧することにより生成される。液体を噴
霧する時に細かい液滴が形成されるが、当初のエアロゾ
ルは、すなわち、ノズルなどによりエアロゾルを生成し
た直後には、この液滴のうち一部分のみが呼吸に適した
サイズである。呼吸に適した液滴の比率を増すため、エ
アロゾルを乾燥させ、個々の粒子の大きさを小さくす
る。当初のエアロゾルをこのように処理すると、実質的
に、患者が吸入するエアロゾルを最終的に望ましい性質
とするのに役立つ。粉末ベースのエアロゾル、すなわち
当初の粉末状物質を噴霧することにより生成するエアロ
ゾルの場合には、粒子の大きさは最初の物質によって決
まる。しかし、どちらの形態のエアロゾルでも、充分な
量のエアロゾルを緩衝することが必要である。

【０００４】下部気道の吸入療法のためのエアロゾルの
発生を補助するため、プラスチック製の吸入管が、ドイ
ツ実用新案公報ＤＥ ８９ ０８ ２７３ Ｕ１により
知られているが、この場合には、両手付きのつぼのよう
な本体に、両方の前面に互いに対向して、入口部材及び
出口部材が備えられている。両手付きのつぼのような形
態のため、当初のエアロゾルは拡散し、沈降して、（同
時に）乾燥も行われる。既知の吸入管は緩衝のための条
件を満たすことができる、すなわち呼吸に適したエアロ
ゾルを供給することができる。しかし沈着が起こり、吸
入管を完全に空にできないと、エアロゾルのかなりの部
分が失われ、したがって薬物のかなりの部分が失われ
る。

【０００５】エアロゾルを用いる治療のためのもう一つ
の装置が、ヨーロッパ特許公開公報ＥＰ ０ ５０４
４５９ Ａ１により知られている。この装置は、送り部
材及び出口部材を備えた円筒形の噴霧部により構成され
るが、これらの部材はそれぞれ、円筒形の噴霧部の一方
の前面近くに接線方向に配置されている。送り部材及び
出口部材をこのように配置することにより、噴霧部の前
後軸の周囲にらせん状の乱流が生じる。この構成もま
た、円筒形の噴霧部と同軸状に噴霧部内に配置される核
部材により、保持することができる。あるいはまた、噴
霧部の一方の前面部分で、送り部材の代わりに表面をら
せん状とすると、これにより、当初のエアロゾルを拡散
放出するとき、らせん状の乱流が生じる。既知の装置で
は、均質化と乾燥が同時に行われ、呼吸に適したエアロ
ゾルが充分に緩衝される。容積は、１回の呼吸により空
になるような大きさである。しかし、特にノズルから出
た直後の湿性エアロゾルの慣性力により、又は強い吸息
のとき回転速度が増し、遠心力がきわめて大きくなるた
めに、エアロゾル粒子が噴霧部の内壁に沈着する傾向が
ある。このため活性成分が沈着するが、このほかに、噴
霧器には、エアロゾルが不完全にしか放出されない部分
がある。これらの二つの作用により、粒子の大きさを客
観的に調整することは不可能であるか、又は少なくとも
かなり困難になる。

【０００６】類似の構造の装置が、ＷＯ ９０／１５６
３５号公報に開示されている。しかしこの装置は、すで
に粉末状の形態である吸入薬物の粒子を噴霧するのに役
立つものである。この薬物は乾性エアロゾル、すなわち
粉末状粒子の細かい霧として、装置に供給される。きわ
めて重要であり、したがってＥＰ ０ ５０４ ４５９
Ａ１公報と対照的である点は、充分に大きな遠心力を
生じることにより粒子がさらに分解され、このため粒子
が互いに衝突し、また噴霧器の内壁に衝突することによ
って、噴霧が形成されることである。

【０００７】米国特許ＵＳ ３ ３６２ ４０６号によ
り知られる装置は、噴霧に関して、同じ原理に基づいて
作動し、この場合には、円筒形の容器の床面にある粉末
状物質が回転して上昇し、また粒子が互いに衝突し、容
器の壁に衝突することにより、さらに粉砕される、すな
わち噴霧状態となる。この装置は緩衝のためだけでな
く、単に周囲へ放出される乾性エアロゾルを発生させる
ため役立つ。生成及び分散は連続的に行われ、ユーザー
の呼吸に左右されない。既知の装置では、遠心力に必要
な乱流が生じ、シリンダ表面に接線方向に配置された管
を経由して、円筒形の容器の中へ空気が吹き込む。回転
上昇した物質の粒子は互いに衝突し、また壁に衝突する
ことにより粉砕され、それらを運ぶ空気とともに、近く
に空気取入れのための部材が備えられているシリンダ前
面の中央に備えられた管を通して、円筒形の容器から出
る。粉末状物質の大きな粒子が再び沈着するため、この
装置は構造及び機能が、「サイクロン」として知られる
セパレータの基本原理に類似している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上に述べた装置の一方
のグループは湿性エアロゾルの処理に適しているが、も
う一方のグループの装置は、この目的については除外し
なければならない。しかし、湿性エアロゾルの処理に適
した装置では、特にエアロゾル粒子の大きさの客観的調
整に関して、改良が望まれている。明らかに、改良型装
置は、粉末ベースのエアロゾルに適しているべきであ
る。さらに、すべての種類のエアロゾルで、エアロゾル
粒子の沈着及び放出の妨害を防止するべきである。

【０００９】上に述べた装置からさらに進んで本発明の
目的は、エアロゾルの性質、特に湿性エアロゾル粒子の
大きさを客観的に調整し、エアロゾル粒子の沈着を防止
し、また原則として１回の呼吸によって完全に空にする
ことができるような、エアロゾルの乾燥及び／又は緩衝
のための装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】この目的は、特
許請求項１の特徴を含む、エアロゾルの乾燥及び／又は
緩衝のための装置により達成される。有利な構成を従属
クレイムに示す。本発明は、サイクロンセパレータによ
ってすでに知られた、外側と内側の二つの乱流を有利に
利用する。この過程は実施例の説明でさらに詳細に述べ
る。しかしこれまでは、充分に高い回転速度、またした
がって大きな遠心力が常に求められたが、本発明による
装置は、速度が低いため、外側の乱流により遮蔽が行わ
れるという点で、大きく異なっている。この乱流は一方
ではエアロゾル粒子が管壁に達するのを防止し、他方で
は容器を洗い流して完全に空にする、すなわちエアロゾ
ルを放出する。本発明で、エアロゾルの乾燥及び／又は
緩衝のための装置を述べるが、特に湿性エアロゾルは、
構造においてサイクロンセパレータに類似しており、回
転対称の、できれば円筒形の本体の一方の前面から主に
エアロゾルが放出されることにより、また、もう一方の
前面でエアロゾルが呼吸で調節されて放出されることに
より、また内側と外側の二つのらせん状の乱流が形成さ
れることにより、湿性エアロゾルを客観的に乾燥するこ
とができ、また内壁の沈着をほとんど完全に防止するこ
とができる。

【００１１】

【実施例】一つの好ましい実施例では、円筒形装置の円
錐形に先細となった部分に取り付けられる分散ノズルに
よって、エアロゾルが発生する。このノズル内で、溶液
及び／又は懸濁液を乾燥空気と混合し、装置に軸方向に
噴霧する。分散空気湿度、分散空気スループット（通過
量）、及びバルク液体流量のようなノズルの作動パラメ
ータを、装置の寸法に合わせて調節し、装置の対向端部
で衝撃が最少限となるようにし（管を充てんする際の空
気交換は体積の約８０％にすぎない）、また、分散空気
中で乾燥させることにより所定の平均液滴サイズとする
ことができるようにする。装置の全容積は、装置が何の
問題もなく１回の呼吸で空になるよう、患者の平均吸気
量に合わせて調節する。したがって、二つの好ましい実
施例では、容積はそれぞれ５７０ｍｌ（成人用）、及び
３５０ｍｌ（１０歳の小児用）である。

【００１２】もう一つの好ましい実施例では、溶液又は
懸濁液が、圧力下で単一物質ノズルを通じて短い推力で
装置内へ噴射されるため、装置内に含まれる空気は溶剤
（燃料ガス）で飽和されていないので、乾燥が行われ
る。この場合には、噴霧推力が短いため、装置の容積及
び長さはそれぞれさらに小さくなるか、又は短くなる。
そこでこの実施例では、容積は約２４０ｍｌである。

【００１３】患者が吸入すると、装置の、ノズルと反対
側にある液浸管により生じる、内部のエアロゾルへの引
き波により、（取入れ）空気が上から装置内へ流れ、送
られて、管壁に沿ってノズルの方へ向かうサイクロン乱
流が生じる。これらの乱流により、エアロゾルは管の中
央へ送られ、軽く回転する。そのあと、回転している内
部のエアロゾルの円柱は、液浸管を通して吸引され、ま
た装置はすべて取入れ空気でさらに洗浄されるため、完
全に空になる。エアロゾルの集束及び誘導は空気流によ
ってのみ行われるため、沈着による活性成分の喪失の原
因となる固定流誘導部に対する衝撃は、事実上ない。

【００１４】本発明のその他の詳細及び利点は、図面に
表した本発明により、また装置の実施例の説明から、明
らかとなる。図１に表した装置は、円筒形の本体１によ
り構成され、第１前端が支点の形に先細になっている。
直径Ｄ₂ の台形部１ａの小さなほうの開口部は、分散ノ
ズル２に接続するよう形成されている。ノズル２は、例
えばＯ−リング（図示せず）により密封挿入され、ま
た、噴射の方向は円筒形の本体１の対称軸１−Ｌと同軸
である。本体１の第２前端１ｂでは、本体１の回転軸１
−Ｌと同軸のこの前端を閉じる面４の穴に、管状部材３
が挿入され、管状部材３は、所定の長さＬ₃ だけ本体１
内へ突出している。本体１の第２前端１ｂの側方に、接
線方向に開いた管状部材５が取り付けられ、これが取入
れ空気を送って、本体１の回転軸１−Ｌの周囲に乱流を
形成する。

【００１５】分散ノズル２内で、薬物溶液が乾燥空気と
当初のエアロゾルと混合され、本体１の対称軸１−Ｌに
沿って中心噴霧が行われる。図２では、上向きのエアロ
ゾルのジェット流が、管壁に沿った下向きの気流にどの
ように影響するかを示す。これらの流れを合わせると、
本体１の対称軸１−Ｌに対して直角方向の回転軸を持つ
環状の乱流が生じる。エアロゾル粒子から運動エネルギ
ーが引き出されるため、これらの乱流によりエアロゾル
が効率的に分配され、また同時にエアロゾルが静められ
る。したがってエアロゾルは平衡状態となり、短時間で
粒子が乾燥して、望ましいサイズになる。慣性力のため
エアロゾルが主管１の上端１ｂに衝突しないようにする
ため、ノズル２は、液浸管３の近くのエアロゾルが上記
の乱流に従って流れるように構成されており、この位置
でのエアロゾルの沈着は大きく防止される。

【００１６】主管１が充てんされると、すなわち噴射過
程が終了すると、エアロゾルは液浸管３を通って放出さ
れる。このため、口金（図示せず）を液浸管の上に直接
取り付け、また沈着による喪失を回避するため、液浸管
３の延長線上に口金を取り付けることが好ましい。液浸
管３は呼気（息の吐き出し）によって起こる引き波を主
管１へと伝え、それによって、接線方向の管状部材５を
通って空気が流れ込む。図２に示すように、中央液浸管
３接続した接線方向の供給管５は、本体１の回転軸のま
わりを、管壁に沿ってらせん状に下にのびるサイクロン
乱流を形成する。この乱流のためエアロゾルは、主管１
の中心へ、液浸管３の直径にほぼ対応する直径まで圧縮
され、また空気摩擦により軽く回転する。本発明による
装置の構成では、吸気による流量が小さいため、はじめ
に述べたように、過剰な遠心効果が防止される。サイク
ロン乱流の形成と同時に、回転しているエアロゾル円柱
が液浸管３を通って吸引され、またそのあとに続く（取
入れ）空気により、乾燥管１が完全に洗浄される。その
あと、エアロゾルは再び噴射され、また新たな吸入サイ
クルが始まる。

【００１７】この装置では、充てんと呼気作用が直ちに
続いて行われるため、あらゆる空間位置で作動すること
ができる（粒子の沈着は無視できる）。図３、図４、及
び下の表に、図１の実施例の便宜上の寸法を示す。

【００１８】

【表１】 No. Ｂ Ｄ₁ Ｌ₁ Ｄ₃ Ｌ₃ Ｄ₅ Ｌ₅ Ｌ_1b Ｄ₂ Ｖ ［°］［mm］［mm］［mm］［mm］［mm］［mm］［mm］［mm］［ml］ １ 28 54 180 30 20 10 50 65 22 350 ２ 28 64 210 40 25 10 50 85 22 570 ３ 28 64 120 40 25 10 50 85 22 240

【００１９】一般に、できれば液浸管の直径Ｄ₃ と、吸
気管の内径Ｄ₅ の２倍を合計すると、乾燥管１の直径Ｄ
₁ とほぼ等しくなるように、吸気管５の直径Ｄ₅ を選択
するべきである。言い換えれば、空気取入れ管５の口径
Ｄ₅ は、液浸管３の直径を除いた利用可能幅をできるだ
け大きく利用するべきである。すなわち、液浸管３の周
囲の循環流は、空気取入れ管５から入る気流を広げるこ
とも狭めることもなく流れるため、流れと放出は最適と
なる。さらに、充分なサイクロン乱流を形成するよう、
乾燥管の中へ突出した液浸管３の長さＬ₃ を、空気取入
れ管５の直径Ｄ5 の２倍と等しくなるように選択すると
良い。液浸管３はこれより長くするべきでないが、これ
は、これより長ければ、噴射過程中にエアロゾルの衝撃
が増大するため、エアロゾルが液浸管３の内部及び上部
に沈着すると思われるためである。

【００２０】１回の呼吸でできるだけ完全に空になるよ
う、できれば装置の全容積は、１群の患者の１回換気量
に合わせて最適化するべきである。成人は７５０ｍｌ、
１０歳ほどの小児は４５０ｍｌという経験的に決定した
１回換気量に基づいて、成人のための好ましい実施例で
は１回換気量を７５０ｍｌ、また小児のもう一つの実施
例では３５０ｍｌとする。

【００２１】主管の容積を計算するには、エアロゾルが
作用を及ぼすことができない口腔及び上部気道が、新鮮
な空気（例えば成人では２００ｍｌ）で洗浄されるよ
う、それぞれの吸気量から２０〜３０％を差し引く。

【００２２】これまで述べた実施例では、まっすぐな、
接線方向に開いた管状部材５を通して、空気が供給され
る。偏向手段を用いず直接に供給することにより、患者
が吸入中に耐えなければならない流体抵抗が最少になる
が、肺が虚弱な患者では、このことはきわめて重要であ
る。しかしその他の実施例も考えられる。すなわち、ス
ペースを節減するため、第２前端１ｂの外壁に環状に空
気取入れのための管を取付ける（図示せず）か、又は図
５に示すように、軸線と平行に上に開いた管状部材５ｂ
を選択することができる。しかし後者の場合には、接線
方向の流れとするため、流体抵抗を増大させる偏向手段
を加える必要があるであろう。図５に、ショベル状の誘
導面６を示す。最後に、図６に示すように、接線方向の
流れを起こすよう調節された偏向手段７を設けて、空気
取入れ管５ａを放射方向に取り付けることも考えられ
る。

【００２３】（取入れ）空気を誘導するための特別な構
成とは別に、このように空気が主管１から流出しないよ
う、ハウジングの開口部に対向して、空気取入れ管の端
部に吸気弁（図示せず）を取り付けると有利である。こ
のとき、弁によって生じる乱流が、主管１に入る前に再
び安定するよう、吸気管は充分に長くなければならな
い。流入時の強い乱流、又は非対称の流動プロフィルに
より、サイクロン乱流の形成が好ましくない影響を受
け、また流体抵抗が不必要に増大するため、装置の効率
が低下する。

【００２４】図１及び図３に示すように、主管１の第１
前端１ａが円錐形に先細になっているので、隙間ができ
るのを防止でき、エアロゾルが放出されずに蓄積する可
能性がなくなる。実施例の本体１が円筒形に設計されて
いるが、これは接線方向の空気供給の際にサイクロン乱
流を形成することができる、最も単純な形態である。し
かし、これ以外の回転対称の本体も考えられる。例え
ば、一方の端部１ａからもう一方の端部１ｂまで、全体
的に円錐形で先細となる形態である（図示せず）。この
場合には、主管全体（本体１及び端部１ａ）が台形とな
るであろう。

【００２５】装置の管壁上を流れる空気の摩擦により、
壁に帯電が起こるため、帯電防止に効果的な物質で管を
製造するのが有利である。帯電によって起こる引力によ
り、管壁のエアロゾル粒子の沈着が増大するであろう
が、これは薬物の喪失を意味する。帯電防止コーティン
グによる主管内壁のライニングも可能である。

【００２６】最後に、図１に示す装置の有利な実施例
は、その構成において、円筒形の本体１、円錐形に先細
となった部材１ａ、及びこれに対向する端部１ｂで構成
され、この端部には、例えば単純差し込みにより互いに
分離可能なように接続した液浸管３と空気取入れ管５
が、それぞれ別個の部材として設けられている。この構
成により、装置の製造が簡単になるだけでなく、洗浄や
消毒も簡単に行える。さらに、例えば短い円筒形の中間
部材を挿入することにより、サイズを変えることも可能
であろう。これによって、燃料ガスで生成された投薬エ
アロゾルのコンパクトな吸入補助器として、この装置を
用いることができるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】接線方向の空気供給管を備えた本発明による装
置の、第１実施例の透視図である。

【図２】第１実施例に例をとった場合の、噴霧又は呼気
のそれぞれの過程中の本発明による装置での流れの状態
である。

【図３】第１実施例の装置の縦断面図である。

【図４】接線方向の空気取入れ管の高さでの第１実施例
の前端の断面図である。

【図５】取入れ空気が軸に平行な管を通って供給され
る、第２実施例の図である。

【図６】取入れ空気が放射方向に装置に送られる第３実
施例の図である。

【符号の説明】

１ 本体 ２ エアロゾル発生手段 ３ 管状部材 ４ 本体を閉じる面 ５ 管状部材（空気取入れ部材） ６ ショベル状の誘導面 ７ 偏向手段

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１前端（１ａ）で先細となり、 エアロゾル発生手段（２）に接続するため、この先細の
   前端（１ａ）に形成された、回転対称の本体（１）と、 本体（１）の回転軸（１−Ｌ）に平行に配置され、 その第２前端（１ｂ）で本体（１）を閉じる面（４）内
   にあり、 所定の長さ（Ｌ₃ ）だけ本体（１）内へ突出する、管状
   部材（３）と、 本体の回転軸（１−Ｌ）のまわりに乱流を形成して、本
   体（１）内へ空気を供給するための空気取入れ部材
   （５）とにより構成される、吸入療法のためのエアロゾ
   ルの乾燥及び／又は緩衝のための装置。
2. 【請求項２】 管状部材（３）が、前端（１ｂ）を閉じ
   る面（４）の中央に配置されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 空気取入れ部材（５）が、本体（１）に
   対して接線方向に開いた管状部材であることを特徴とす
   る、請求項１又は２に記載の装置。
4. 【請求項４】 本体（１）に対して接線方向に開いた管
   状部材（５）が、前端（１ｂ）を閉じる面（４）の下に
   直接配置されることを特徴とする、請求項３に記載の装
   置。
5. 【請求項５】 接線方向の管状部材（５）の直径（Ｄ
   ₅ ）の２倍と、同軸で小径の管状部材（３）の直径（Ｄ
   ₃ ）の合計が、本体の直径（Ｄ₁ ）にほぼ等しいことを
   特徴とする、請求項３又は４に記載の装置。
6. 【請求項６】 同軸で小径の管状部材（３）が本体内へ
   突出している長さ（Ｌ₃ ）が、接線方向の管状部材
   （５）の直径（Ｄ₅ ）のほぼ２倍であることを特徴とす
   る、請求項３から５のいずれか１つに記載の装置。
7. 【請求項７】 空気取入れ部材（５）が、本体（１）内
   へ放射方向に開く管状部材（５ａ）であり、またこれに
   偏向手段（７）が接続されていることを特徴とする、請
   求項１又は２に記載の装置。
8. 【請求項８】 空気取入れ部材（５）が、本体（１）内
   へ同軸で小径に開く管状部材（５ａ）であり、またこれ
   に偏向手段（６）が接続されていることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の装置。
9. 【請求項９】 エアロゾル発生手段（２）として噴霧ノ
   ズルが備えられ、その噴射の方向が同軸で小径に並ぶこ
   とを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載
   の装置。
10. 【請求項１０】 先細となった前端（１ａ）が台形であ
    ることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに
    記載の装置。
11. 【請求項１１】 本体（１）の容積が、約５７０ｍｌ、
    約３５０ｍｌ、又は約２４０ｍｌであることを特徴とす
    る、請求項１から１０のいずれか１つに記載の装置。
12. 【請求項１２】 空気取入れ部材（５）が、本体（１）
    から離れているほうの端部で、バルブ手段に接続されて
    いることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１
    つに記載の装置。
13. 【請求項１３】 空気取入れ部材（３）が、本体（１）
    から離れているほうの端部で、口金が取り付けられたバ
    ルブ手段に接続されていることを特徴とする、請求項１
    から１２のいずれか１つに記載の装置。
14. 【請求項１４】 本体（１）が帯電防止材料でつくら
    れ、その内面が帯電防止となっていることを特徴とす
    る、請求項１から１３のいずれか１つに記載の装置。
15. 【請求項１５】 本体（１）、第１前端（１ａ）及び第
    ２前端（１ｂ）が、互いに分離可能なように接続されて
    いる、それぞれ別個の部材であることを特徴とする、請
    求項１から１４のいずれか１つに記載の装置。