專(zhuān)利名稱(chēng)：噴液裝置和噴液方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將液態(tài)制劑或類(lèi)似物轉(zhuǎn)換成微小液滴并噴出該液滴的噴液裝置和噴液方法。
背景技術(shù)：
作為一種給患者服藥的方法是，將已經(jīng)分散到溶液(藥液)中的藥物轉(zhuǎn)換成微小液滴并且患者使用吸入器吸入微小液滴。這種液滴需要特別是到達(dá)肺泡，以便輸送藥品到血管。為了使這種液滴到達(dá)肺泡，液滴的直徑必須至多為ΙΟμπι，優(yōu)選地是大約3μπι。另一方面，患者需要吸入大量的液滴，以便得到期望的藥效。因此，需要吸入器來(lái)產(chǎn)生大量待噴出的小液滴，用來(lái)通過(guò)吸入來(lái)將藥液輸送到血管。作為一種將液體轉(zhuǎn)換成微小液滴并噴出該微小液滴的方法，已知的一種方法是 向液體施加高壓，把加壓液體導(dǎo)入到噴射頭的噴射口，從而將液體轉(zhuǎn)換成液滴，并利用壓力 (施壓系統(tǒng))從噴射口噴出液滴。這類(lèi)噴液裝置包括施壓?jiǎn)卧?例如泵)，用于蓄積液體的液體罐以及用于噴出液體的噴射頭。該噴射頭包括具有噴射口的孔板和保持液體的液體室。液體從液體罐供給到噴射頭，并且通過(guò)施壓?jiǎn)卧趪娚漕^中對(duì)藥液加壓。然后，隨著液體壓力產(chǎn)生的能量在噴射頭的噴射口處被轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，就形成了液柱(即連續(xù)的液流)，并從噴射口噴出。在液柱從噴射口前進(jìn)到一定程度的位置處，在液柱側(cè)面自然產(chǎn)生的波使液柱破碎，從而形成液滴。日本專(zhuān)利No. 3375637公開(kāi)了一種采用這類(lèi)施壓系統(tǒng)的吸入器。該吸入器具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，噴射頭和藥液罐合并為一個(gè)筒體，該筒體由具有塑性的材料制成。在用藥時(shí)，吸入器用彈簧把活塞大力地?cái)D出，使活塞壓扁筒體的一部分以產(chǎn)生強(qiáng)大壓力，并且從噴射口噴出藥液。在該方法中，每次用藥時(shí)都要更換筒體。由于筒體是一次性的，該系統(tǒng)被稱(chēng)為單劑量系統(tǒng)。與單劑量系統(tǒng)相反，在不更換筒體的情況下實(shí)現(xiàn)多次用藥的方法或用于該方法的噴射頭結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為多劑量系統(tǒng)。該施壓系統(tǒng)的吸入器具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠自由地增大噴出量。然而，噴射口越小，噴出藥液所需的噴射壓力就越大。這是因?yàn)椋?dāng)噴射口小時(shí)，在噴射口中由于表面張力導(dǎo)致的彎月面壓力大，并且噴射口中的粘性摩擦也大。正如在日本專(zhuān)利No. 3375637 中所描述地，當(dāng)從微米級(jí)的微小噴射口噴出藥液時(shí)要施加的噴射壓力為2MPa或更大。對(duì)于其他技術(shù)領(lǐng)域的打印機(jī)，連續(xù)式噴墨打印機(jī)采用此施壓系統(tǒng)。日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)No. H02-036948描述了連續(xù)式噴墨打印機(jī)的一個(gè)實(shí)例。利用泵從墨罐泵出墨，然后加壓并輸送到噴射頭。墨通過(guò)噴射頭中的噴射口噴出，以產(chǎn)生液滴。此時(shí)，通常向噴射頭內(nèi)部施加超聲波，以便精確地使墨液柱破碎而產(chǎn)生液滴。在噴射口前面設(shè)置有能夠產(chǎn)生電場(chǎng)的電極和能夠回收噴出液滴的襪帶(garter)。當(dāng)需要打印機(jī)進(jìn)行打印時(shí)，噴出的液滴由電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)并到達(dá)紙面。當(dāng)打印機(jī)不打印時(shí)，不施加上述電場(chǎng)，并且液滴進(jìn)入襪帶并返回到墨罐。 當(dāng)使用打印機(jī)時(shí)，即使打印機(jī)不在紙面上進(jìn)行打印時(shí)也總是噴出液滴。噴液裝置需要以期望的定時(shí)快速?lài)姵鲆旱?。然而，施壓系統(tǒng)的噴液裝置必須需要一段時(shí)間(加壓時(shí)間段)來(lái)用施壓?jiǎn)卧岩后w加壓到噴射壓力。結(jié)果，在已經(jīng)指令噴液裝置噴出液滴的時(shí)間和實(shí)際噴出液滴的時(shí)間之間不可避免地會(huì)產(chǎn)生時(shí)滯。特別地，當(dāng)液滴的直徑減小時(shí)，噴射壓力增大，因此加壓的時(shí)間段也加長(zhǎng)。根據(jù)發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，噴出直徑為4 μ m的液滴所需的正壓高達(dá)1. 9MPa。在上面的描述中，噴射壓力定義為噴射壓力與大氣壓之差。注意，當(dāng)噴射壓力定義為大氣壓，則噴射壓力為零，當(dāng)噴射壓力比大氣壓大時(shí)，噴射壓力為正壓，當(dāng)噴射壓力比大氣壓小時(shí)，噴射壓力為負(fù)壓。使用泵作為施壓?jiǎn)卧?，并且加壓時(shí)間段長(zhǎng)達(dá)10秒或更長(zhǎng)。當(dāng)加壓時(shí)間段變得更長(zhǎng)時(shí)，會(huì)更經(jīng)常發(fā)生這樣的問(wèn)題，即，由于加壓時(shí)間段不規(guī)則導(dǎo)致的加壓時(shí)間段波動(dòng)，而不能準(zhǔn)確地估計(jì)噴出液滴的定時(shí)。該問(wèn)題對(duì)于需要以準(zhǔn)確的定時(shí)噴出液滴的噴液裝置來(lái)說(shuō)是嚴(yán)重的。例如，吸入器需要以與患者吸入藥物的定時(shí)相同的時(shí)間噴出液滴。這是因?yàn)?，患者一次能吸入液滴的時(shí)間段是大約3秒，并且吸入器需要在該時(shí)間段中給予患者所需量的藥。如果吸入器不能明確地設(shè)定噴出液滴的定時(shí)，患者將不能吸入、吸入錯(cuò)誤量的藥以及不能合適地用藥物治療。此外，如果用藥失誤，會(huì)浪費(fèi)藥液，這將給用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。相反地，連續(xù)式噴墨打印機(jī)具有使用時(shí)一直連續(xù)噴出液滴的機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行打印時(shí)該機(jī)構(gòu)取出所需量的液滴，因此上述問(wèn)題不是很?chē)?yán)重。另一方面，施壓系統(tǒng)的噴液裝置的基本要求是在期望的定時(shí)精確地噴出液滴，并且一直期望的就是這種技術(shù)方案。在日本專(zhuān)利No. 3375637中公開(kāi)的吸入器每次噴出藥液時(shí)在較短的加壓時(shí)間段中對(duì)藥液施加通過(guò)具有彈簧的活塞產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊力，因此幾乎不會(huì)發(fā)生上述問(wèn)題。然而，基于瞬時(shí)沖擊力的加壓向噴射頭施加突然的壓力，因此會(huì)導(dǎo)致噴射頭的耐用性問(wèn)題。在日本專(zhuān)利No. 3375637中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)具有與藥筒一體的噴射頭，并用于單劑量系統(tǒng)。因此，在每次用藥時(shí)拋棄藥筒，并且噴射頭的耐用性不是問(wèn)題。然而，在多劑量系統(tǒng)中，噴射頭重復(fù)使用若干次，因此從耐用性的觀點(diǎn)來(lái)看它就變成一個(gè)問(wèn)題，即，這種突然加壓縮短了加壓時(shí)間段。此外，從本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施壓系統(tǒng)的噴液裝置導(dǎo)致的另一個(gè)問(wèn)題是在噴射口前表面形成積液，以及導(dǎo)致的故障是即使用戶(hù)試圖使噴液裝置噴出液滴時(shí)有時(shí)也不能?chē)姵鲆旱?不噴射)。當(dāng)發(fā)生這種不噴射的問(wèn)題時(shí)，大量的液體會(huì)被浪費(fèi)，并且需要去除已經(jīng)聚集在噴射口前表面的液體。因此，期望一種能夠在任何情況下可靠地噴出液滴的方法。此外，還發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)問(wèn)題是，施壓系統(tǒng)的噴液裝置在噴出液滴時(shí)會(huì)浪費(fèi)一定量的液體。這是因?yàn)?，在加壓時(shí)間段中液體從噴射口溢出，因此根據(jù)該施壓系統(tǒng)的原理這是不能避免的。期望的是一種防止浪費(fèi)液體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種施壓系統(tǒng)的噴液裝置，其能夠在所需的定時(shí)可靠地從噴射口噴出液體，并能夠減少在已經(jīng)噴出液體時(shí)發(fā)生的液體損耗，以及提供一種用于其的噴液方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種噴液裝置，包括用于容納要從液體罐供給的液體的液體室；用于通過(guò)向液體室中的液體施加壓力來(lái)噴出液滴的噴射口 ；用于向液體室中的液體施加壓力的施壓?jiǎn)卧挥糜趯⒁后w保持在噴射口的大氣側(cè)以便用液體覆蓋噴射口的液體保持結(jié)構(gòu)；以及，用于去除保持在噴射口大氣側(cè)的液體的液體去除單元，該液體去除單元控制從噴射口噴出液滴的定時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種使用噴液裝置的噴液方法，該噴液裝置包括用于容納要從液體罐供給的液體的液體室，用于通過(guò)向液體室中的液體施加壓力來(lái)噴出液體的噴射口，以及用于向液體室中的液體施加壓力的施壓?jiǎn)卧摲椒ㄒ来伟▽⒁后w保持在噴射口的大氣側(cè)，以便用液體覆蓋噴射口 ；向液體施加壓力；以及，通過(guò)去除保持的液體而從噴射口噴出液體。根據(jù)本發(fā)明的噴液裝置能夠通過(guò)用液體去除單元控制噴出液滴的定時(shí)而在期望的定時(shí)可靠地噴出液滴，以及能夠減少在已經(jīng)噴出液體時(shí)發(fā)生的液體損耗。通過(guò)下面結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將是清楚的，其中，在所有圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。


圖IA和IB是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的噴射頭的視圖，其中，圖IA是俯視圖，圖IB 是沿圖IA中的線1B-1B截開(kāi)的剖面圖。圖2A、2B、2C、2D和2E是示出了根據(jù)第一實(shí)施例通過(guò)噴射頭噴出液體的步驟的過(guò)程圖。圖3是示出了在實(shí)驗(yàn)中獲得的在施壓系統(tǒng)的噴射頭中加壓速率與噴射成功百分比之間關(guān)系的曲線圖。圖4A、4B和4C是示出了根據(jù)第二實(shí)施例通過(guò)噴射頭噴出液體的步驟的過(guò)程圖。圖5是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的噴射頭的俯視圖。圖6A、6B和6C是示出了根據(jù)第三實(shí)施例通過(guò)噴射頭噴出液體的步驟的過(guò)程圖。圖7A和7B是示出了根據(jù)第四實(shí)施例的噴射頭的視圖，其中，圖7A是俯視圖，圖7B 是沿圖7A中的線7B-7B截開(kāi)的剖面圖。圖8A、8B、8C和8D是示出了根據(jù)第四實(shí)施例通過(guò)噴射頭噴出液體的步驟的過(guò)程圖。圖9是示出了根據(jù)第四實(shí)施例的整個(gè)噴液裝置的示意圖。圖10AU0B和IOC是示出了根據(jù)第五實(shí)施例通過(guò)噴射頭噴出液體的步驟的過(guò)程圖。圖IlAUlB和IlC是示出了根據(jù)第六實(shí)施例通過(guò)噴射頭噴出液體的步驟的過(guò)程圖。圖12是示出了根據(jù)第七實(shí)施例的吸入器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在按照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。 圖IA和IB示出了根據(jù)第一實(shí)施例的噴液裝置的主要部分。該噴液裝置具有噴射口 1 ；加熱器2，它作為液體去除單元，用于控制從噴射口 1噴出液滴的定時(shí)；構(gòu)成液體室 3的液體室壁4，在液體室內(nèi)容納液體；以及孔板5，它形成液體室3的上壁。
對(duì)孔板5中形成的噴射口 1的尺寸進(jìn)行設(shè)定，以形成期望尺寸的液滴。在施壓系統(tǒng)的噴射頭中，通過(guò)噴射形成的液滴直徑是噴射口直徑的大約兩倍。在吸入器的應(yīng)用中， 要求液滴的直徑為10至ιμπι，因此噴射口的直徑可以是0.5至5μπι。在噴射口 1上面的大氣側(cè)，形成壁元件7，用作構(gòu)成凹進(jìn)池6的液體保持結(jié)構(gòu)。池6的深度范圍可以是1至 10，000 μ m，以便能夠在其中保持所需量的液體，用于防止液滴從噴射口 1噴出。在池6的底部設(shè)置有噴射口 1，在噴射口前表面附近的壁元件7上設(shè)置有加熱器 2。該加熱器2可以是具有導(dǎo)電性且高電阻的薄膜。例如，材料可以是基于細(xì)晶金屬、非晶金屬或金屬元素的氧化物、硼化物、氮化物或碳化物。具體地，材料包括AuSi、ZrSi, PdSi, NbSi、Ta、TaN, TaB, TaC, TaNO, HfB, HfN, HfB, HfC, HfNO, ZrN, ZrB, ZrC, ZrNO, Nb、NbN、NbB、 NbC和NbNO。加熱器2與電脈沖電流源連接，當(dāng)電流通過(guò)加熱器時(shí)產(chǎn)生熱。此外，在形成池 6的壁元件7的與噴射口 1隔開(kāi)的部分中，設(shè)置有液體流出通道8，以便釋放液體。圖2A至2E是過(guò)程圖，示出了用于控制圖IA和IB中噴液裝置的方法，即根據(jù)本發(fā)明的噴液方法。液體室3充滿(mǎn)了液體，該液體是在沒(méi)有使用噴射頭時(shí)通過(guò)連通口 9從液體罐供給的(參見(jiàn)圖2A)。液體室3中的液體由未示出的施壓?jiǎn)卧訅?，并溢出到噴射?1的前表面(大氣側(cè))(參見(jiàn)圖2B)。在液體室3中的液體被加壓達(dá)到噴射壓力或更高后，保持液體室3的壓力不變，直到完成噴射。通過(guò)壁元件7的作用而聚集在噴射口前表面的液體10沿液體流出通道8的方向流動(dòng)(參見(jiàn)圖2C)。為了適當(dāng)?shù)乜刂凭奂趪娚淇谇氨砻娴囊后w，根據(jù)噴射口 1的形狀和噴射壓力來(lái)確定池6和液體流出通道8的形狀。在這種狀態(tài)下，在噴射口 1前表面聚集了可抑制液滴噴出的液體量，因此，由于液體的表面張力而不能在噴射口 1之外形成液柱。聚集在噴射口前表面的液體量要考慮液柱的動(dòng)能來(lái)決定，該動(dòng)能由噴射壓力和液滴的直徑確定。在圖2B的加壓步驟，需要合適地設(shè)定加壓速率(用目標(biāo)壓力除以加壓時(shí)間段所獲得的值)。圖3是示出了加壓速率和液滴正常噴出的概率之間關(guān)系的曲線圖，這是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的。該實(shí)驗(yàn)采用了具有用紅寶石制成的孔板的噴射頭來(lái)進(jìn)行?？装逯芯哂幸粋€(gè)直徑為 40 μ m的噴射口，且厚度為500 μ m。使用純凈水作為液體。該噴射頭噴出液滴所需的最小噴射壓力為0. 07MPa。圖3的橫軸所示的加壓速率表示用該噴射壓力除以加壓時(shí)間段所獲得的壓力值。圖3的縱軸所示的噴出概率通過(guò)在相同條件下噴出5至10次液滴來(lái)確定。通過(guò)增大加壓速率可增大正常噴出液滴的概率，并且，當(dāng)加壓速率變成噴射壓力的50%每秒(在這種情況下是0. 035MPa/sec)或更高時(shí)，噴出成功的概率為100%。此外， 在加壓速率為噴射壓力的50%/sec或更低時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)誤差。這是因?yàn)楫?dāng)加壓速率減小時(shí)， 液體聚集在噴射口的前表面，并且不能?chē)姵鲆褐?。因此，為了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的噴出步驟形成圖2C的狀態(tài)，加壓速率設(shè)定在較低的值，并且可以設(shè)定在噴射壓力的50%每秒或更低。 這樣，液體聚集在噴射口的前表面，并且不能?chē)姵鲆褐Ｔ趫D2C的狀態(tài)下，在用戶(hù)想要噴出液滴的定時(shí)，給作為氣體發(fā)生單元的加熱器2 通電，并使其加熱到能在液體中發(fā)泡。通過(guò)發(fā)泡而形成氣泡(氣體)11，并去除噴射口前表面的所有或一部分液體(參見(jiàn)圖2D)。結(jié)果，削弱了與抑制液柱噴出的液體之間的分子結(jié)合力，因而從噴射口 1噴出液柱12。已經(jīng)聚集在池6中的液體受初始流和氣泡11的擠壓， 從而移動(dòng)到液體流出通道8。這樣，實(shí)現(xiàn)了從噴射口 1規(guī)律地產(chǎn)生液滴13的狀態(tài)(參見(jiàn)圖2E)。加熱器2設(shè)計(jì)成具有一定的電阻和面積，以便能夠產(chǎn)生具有足夠動(dòng)力的氣泡11， 以削弱在噴射口 1前表面的液體中分子之間的結(jié)合力。加熱器2能夠通過(guò)調(diào)節(jié)充電電功率和通電時(shí)間來(lái)控制氣泡11的大小和壓力。加熱器2需要加熱的時(shí)間僅僅是在噴出液滴前去除噴射口 1前表面的液體的時(shí)間。在從噴射口 1噴出液柱12后，由于液體室3中壓力的能量而使液滴13保持被連續(xù)噴出。此外為了減小加熱器2的功率消耗，期望的是通過(guò)優(yōu)化池6的形狀，將在圖2C所示步驟中聚集在噴射口前表面的液體量設(shè)定在必要的最小值。當(dāng)完成噴出時(shí)，液體室3中液體的壓力減壓到零或負(fù)壓。然后，如圖2A所示，在用液體把液體室一直填滿(mǎn)到噴射口1的狀態(tài)下存放裝置。液體保持結(jié)構(gòu)不限于形成池6的壁元件7，而是可以具有任意結(jié)構(gòu)，只要該結(jié)構(gòu)能夠在噴射口的大氣側(cè)穩(wěn)定地聚集液體。例如，對(duì)于液體保持結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，即使是通過(guò)重力或分子間力而使非常多的積液粘附在其上不設(shè)有結(jié)構(gòu)的普通孔板上也是有效的。圖4A至4C示出了根據(jù)第二實(shí)施例的噴液裝置的主要部件。該噴液裝置包括未示出的罐，該罐是用以產(chǎn)生高壓壓縮氣體的氣體發(fā)生源；和氣體噴出口 14，該氣體噴出口是氣體發(fā)生單元并設(shè)置在噴射口前表面構(gòu)成池6的壁元件7中，以便與用作液體去除單元的上述罐相連。圖4A示出了剛剛在液體去除單元被驅(qū)動(dòng)之前的狀態(tài)。液體室3的壓力保持在噴射壓力或更高。池6充滿(mǎn)液體，并且該液體形成從液體室3向液體流出通道8的液流。在圖4B示出的狀態(tài)中，噴液裝置使得與罐相連的氣體噴出口 14噴出氣體，使氣體將噴射口 1 前表面的液體朝液體流出通道8吹出，并且開(kāi)始噴射。為了順暢地去除液體，液體噴出口 14 設(shè)置成能夠沿朝著液體流出通道8的方向噴出氣體。氣體的類(lèi)型包括空氣、氮?dú)夂投栊詺怏w，例如氬。考慮到當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的噴液裝置應(yīng)用于患者吸入藥物所用的吸入器時(shí)，氣體可以是氧氣。足以有效去除液體的氣體壓力范圍可以是0. 001至0. 5MPa。在上面描述的第一和第二實(shí)施例中，液體去除單元采用了產(chǎn)生氣體的氣體發(fā)生單元。該氣體發(fā)生單元的優(yōu)越之處在于能夠有效地去除噴射口前表面的液體以及迅速去除液體而不損壞噴射頭部件例如孔板。除此之外，第一實(shí)施例中的加熱器也是特別有益的，因?yàn)槟軌蜻x擇性地僅去除目標(biāo)噴射口前表面的液體、容易小型化和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)以及能夠高速操作。圖5示出了根據(jù)第三實(shí)施例的噴液裝置的主要部件。在該實(shí)施例中，使用刮擦器 15作為液體去除單元，該刮擦器是采用機(jī)械方式的可動(dòng)元件。刮擦器15由棒狀或板狀元件形成，并可以使其滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等等。棒狀刮擦器15設(shè)置在孔板5上，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元例如電機(jī)、齒輪和軸可使其在平行于孔板5的表面上自由旋轉(zhuǎn)。構(gòu)成圓形池6外圍壁的壁元件7具有在周向上間隔開(kāi)一定距離的液體流出通道8。刮擦器15設(shè)置在池6中，并能夠在被驅(qū)動(dòng)時(shí)掃過(guò)池6的大部分空間。在池6的底部設(shè)置多個(gè)噴射口 1。刮擦器15構(gòu)造成不與孔板5接觸，以便不會(huì)損壞孔板5。圖6A-6C是示出了在根據(jù)第三實(shí)施例的噴液裝置中液體噴射步驟的過(guò)程圖。噴液裝置給液體室3加壓，以使液體溢出到孔板5上的池6。液體室3的壓力被增大到噴射壓力或更高。在驅(qū)動(dòng)刮擦器15之前的狀態(tài)下(參見(jiàn)圖6A)，在期望噴射的定時(shí)驅(qū)動(dòng)刮擦器15。
8刮擦器15旋轉(zhuǎn)，掃過(guò)噴射口 1前表面的液體(參見(jiàn)圖6B)，從而部分地去除液體，并使液體從噴射口 1噴出(參見(jiàn)圖6C)。刮擦器15可以具有當(dāng)與液體接觸時(shí)易于吸收刮擦器上液體的性能。為此，刮擦器 15可以覆蓋有親水薄膜，或者可以具有由能吸收液體的吸收材料制成的元件。噴液裝置可以如本實(shí)施例中的那樣具有一個(gè)刮擦器來(lái)去除所有噴射口前表面的液體，或者可以是每個(gè)噴射口分別具有獨(dú)立的刮擦器?？商娲兀瑖娨貉b置可以具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，構(gòu)成池6的壁元件7本身用作刮擦器，它是可動(dòng)元件，平行于孔板表面滑動(dòng)并去除液體。不同于上面說(shuō)明的其他液體去除單元可以包括用壓電元件等產(chǎn)生超聲波的單元并去除液體。圖7A和7B示出了根據(jù)第四實(shí)施例的噴液裝置的主要部件。在第一至第三實(shí)施例中，從噴射口 1溢出的液體僅在池6 (它是用于在其中保持液體的空間)上聚集。然而，根據(jù)本實(shí)施例的噴液裝置具有回收口，它通向設(shè)置在噴液裝置內(nèi)的液體罐，并且池6與回收口連通以回收在噴射時(shí)溢出的液體，而不浪費(fèi)液體。圖7A是示出了根據(jù)本實(shí)施例的噴液裝置的主要部件的俯視圖，圖7B是沿圖7A中的線7B-7B截開(kāi)的剖面圖?；厥湛?16設(shè)置在孔板5上，從而面對(duì)池6和噴射口 1。液體去除單元采用與第一實(shí)施例相似的加熱器2。從噴射口 1溢出的液體在孔板5上流動(dòng)，并通過(guò)回收口 16返回到噴射頭中。噴射頭具有分開(kāi)設(shè)置的第一液體室3和第二液體室17，該第一液體室設(shè)置在噴射側(cè)并與噴射口 1連通，該第二液體室設(shè)置在回收側(cè)并與回收口 16連通。 液體通過(guò)與噴射側(cè)的液體室3連通的連通口 9流入，并通過(guò)與回收側(cè)的液體室17連通的連通口 18流出。圖8A至8D示出了根據(jù)本實(shí)施例的噴液裝置的噴射步驟。圖8A示出了噴射開(kāi)始前的狀態(tài)(存放狀態(tài))，其中，在由噴射口 1和回收口 16形成的邊界的罐側(cè)的罐中都充滿(mǎn)液體。向液體施加大約0. 1 IOOkPa的負(fù)壓，液體不溢出到孔板5的表面上，并且液體由彎月面穩(wěn)定地保持在噴射口 1和回收口 16處。圖8B示出了將液體加壓到噴射壓力時(shí)的狀態(tài)。液柱沒(méi)有從噴射口 1噴出，而是從噴射口 1流出，通過(guò)池6流入回收口 16，最后返回到液體罐。圖9示出了此時(shí)整個(gè)噴液裝置的構(gòu)造。噴液裝置處于第一閥門(mén)40和第二閥門(mén)41 被打開(kāi)且第三閥門(mén)42被關(guān)閉的狀態(tài)。液體從液體罐筒38輸送到泵沈，并送到噴射頭37。 之后，從噴射口 1溢出的液體通過(guò)回收口 16從噴射頭37再次返回到液體罐筒38。施壓?jiǎn)卧潜蒙颍蒙驅(qū)⑻幱诒蒙蚝蛧娚淇?1之間的流動(dòng)通道中的液體加壓到噴射壓力。剛剛在開(kāi)始噴出之前，液體在噴液裝置中循環(huán)，并且池6充滿(mǎn)液體。此時(shí)，可以向處于噴射口 1的大氣側(cè)和液體罐筒38之間的流動(dòng)通道中的液體施加負(fù)壓，使得液體流入回收口 16。當(dāng)采用齒輪泵之類(lèi)作為泵沈時(shí)，泵沈能夠向回收口側(cè)施加負(fù)壓，同時(shí)向噴射口 1側(cè)施加正壓。在這種情況下，能夠利用流量控制單元M之類(lèi)來(lái)控制在液體循環(huán)的液體流動(dòng)通道的每個(gè)位置的壓力值。圖9示出了可以用活塞機(jī)構(gòu)來(lái)控制壓力的液體罐筒38，以作為更加精確地控制處于噴射口 1的大氣側(cè)和液體罐筒38之間流動(dòng)通道中負(fù)壓的單元。液體罐筒38包括液體容器(容器)32和蓋元件31，蓋元件31構(gòu)造成能夠在容器32中滑動(dòng)。蓋元件31和容器32之間的間隙被密封，使得液體不會(huì)從其中泄露。蓋元件31連接到可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞30。在形成于活塞30中的孔中刻有螺旋槽，該孔與軸四的螺紋嚙合。軸四通過(guò)變速箱觀連接到電機(jī)27。通過(guò)使電機(jī)27轉(zhuǎn)動(dòng)從而使軸四轉(zhuǎn)動(dòng)，并且使活塞30和蓋元件31往復(fù)移動(dòng)，噴液裝置控制處于噴射口 1的大氣側(cè)和液體罐筒之間的流動(dòng)通道中的液體壓力。噴液裝置能夠通過(guò)壓活塞30來(lái)給液體加壓，并通過(guò)拉活塞來(lái)給液體減壓。當(dāng)更換液體時(shí)，通過(guò)將軸四與蓋元件31斷開(kāi)連接來(lái)更換罐筒。為了精確地控制該負(fù)壓，可以設(shè)置另外的第二泵來(lái)代替圖9中示出的活塞機(jī)構(gòu)。 通過(guò)使用第二泵，可以容易地向液體施加液體所需的負(fù)壓。即使是在第一至第三實(shí)施例中， 利用這種負(fù)壓產(chǎn)生單元也可以向由液體保持結(jié)構(gòu)保持的液體施加比大氣壓小的負(fù)壓。在這種情況下，能夠容易地將液體從噴射口移動(dòng)到液體流出通道8 —側(cè)。這是因?yàn)?，如果液體不移動(dòng)，則不能從噴射口前表面充分地去除液體。此外，流量控制單元M能夠控制流過(guò)流動(dòng)通道的液體流量，并精確地控制液體罐筒38附近的壓力。當(dāng)噴射液體時(shí)，噴液裝置給加熱器2通電以產(chǎn)生氣泡11，并且去除覆蓋噴射口 1的液體10。結(jié)果，從噴射口 1噴出液滴(參見(jiàn)圖8C)。已經(jīng)存在于噴射口 1前表面的液體通過(guò)回收口 16回收，并且由于在回收口 16處形成的液體彎月面而使液體的流動(dòng)停止(參見(jiàn)圖8D)。噴液裝置可以進(jìn)一步增大用于回收液體的負(fù)壓，以使回收側(cè)的液體室17排空。當(dāng)噴射結(jié)束時(shí)，噴液裝置通過(guò)打開(kāi)第三閥門(mén)42來(lái)將液體室3中的液體的正壓減小到負(fù)壓。最后，噴液裝置使泵26停止，關(guān)閉第一閥門(mén)40和第二閥門(mén)41，然后理想地是將全部液體的壓力控制在大約0. 1至IOOkI^a的負(fù)壓，并且在圖8A的狀態(tài)下存放。圖IOA至IOC示出了根據(jù)第五實(shí)施例的噴液裝置的主要部件。根據(jù)本發(fā)明的噴液裝置的特征在于，噴液裝置在噴出液體時(shí)形成了從噴射口向大氣側(cè)流動(dòng)的液體流。在第一至第四實(shí)施例中，該液體流暴露于大氣，但是本實(shí)施例中的噴液裝置構(gòu)造成用具有孔50的遮蔽部件51覆蓋在噴射口 1前表面流動(dòng)的液體。該遮蔽部件51 具有與噴射口 1相對(duì)的孔50，幾乎所有從噴射口 1溢出的液體都被遮蔽部件51覆蓋，并且不會(huì)散布到噴射頭外部。遮蔽部件51可以是任何部件，只要該部件能夠?qū)⒁后w與大氣充分地遮蔽開(kāi)。遮蔽部件51還可以使液體保持清潔。用遮蔽部件51覆蓋孔板5的大氣側(cè)的空間，并將液體10 保持在由孔板5和遮蔽部件51包圍成的中空部中。與噴射口 1相對(duì)的孔50需要至少使已經(jīng)從噴射口 1噴出的液柱通過(guò)孔，使得液柱不碰撞遮蔽部件51。因此，孔50需要具有比噴射口 1更大的面積。當(dāng)噴射口 1和孔50的形狀為圓形時(shí)，需要使孔的直徑比噴射口的直徑更大。圖IOA示出了在存放時(shí)的噴射頭。噴射口 1的液體室側(cè)和回收口 16的液體室側(cè)都充滿(mǎn)液體。當(dāng)與圖8B中的操作類(lèi)似地向噴射側(cè)的液體室3施加正壓以及向回收側(cè)的液體室17施加負(fù)壓時(shí)，在中空部中產(chǎn)生從噴射口 1向回收口 16方向的液體流。在這種狀態(tài)下，當(dāng)噴射口前表面的液體由液體去除單元的加熱器2去除時(shí)，產(chǎn)生的液柱12或液滴13穿過(guò)遮蔽部件51的孔50，并噴出到外部(參見(jiàn)圖10B)。當(dāng)噴射結(jié)束時(shí)，將噴射側(cè)的液體室3 迅速減壓到負(fù)壓。當(dāng)使噴射側(cè)的液體室3和回收側(cè)的液體室17保持在適當(dāng)?shù)呢?fù)壓時(shí)，液體全都返回到液體被收集在這兩個(gè)液體室中的狀態(tài)(參見(jiàn)圖10A)。在停止噴射之后，噴液裝置可以按以下?tīng)顟B(tài)存放，其中，向兩個(gè)液體室3和17都施加了略微正壓，如圖IOC所示地用液體充滿(mǎn)中空部直到孔50，在孔50中形成彎月面，然后使兩個(gè)液體室3和17都保持在零壓力或者大約0. 1至IOOkPa的負(fù)壓。在這種情況下，能夠防止由于溶液干燥造成的噴射口1堵塞。圖IlA至IlC示出了根據(jù)第六實(shí)施例的噴液裝置的主要部件。在第五實(shí)施例中， 當(dāng)噴出液體時(shí)，利用液體去除單元，一部分液體通過(guò)孔50噴出到大氣側(cè)。結(jié)果，噴出了不希望的液體，這就導(dǎo)致了液體浪費(fèi)。根據(jù)本實(shí)施例的噴液裝置具有的構(gòu)造能夠解決所述問(wèn)題； 除了在孔板5的大氣側(cè)上的結(jié)構(gòu)之外，本實(shí)施例具有與圖IOA至IOC相同的結(jié)構(gòu)。圖IlA 示出的噴射頭的狀態(tài)是給噴射側(cè)的液體室3加壓，給回收側(cè)的液體室17減壓，但還沒(méi)有驅(qū)動(dòng)液體去除單元。在孔50中設(shè)置有用于引導(dǎo)液體的引導(dǎo)元件52，和從引導(dǎo)元件52到回收口 16的流動(dòng)通道53能夠使液體10回收。液體去除單元包括第一加熱器2和第二加熱器54，使得去除的液體碰撞引導(dǎo)元件 52。這兩個(gè)加熱器布置成能夠?qū)⒁后w10從孔50向著相對(duì)于液滴噴出方向傾斜的方向吹出。圖IlB示出了液體去除單元?jiǎng)倓偙或?qū)動(dòng)之后的噴射頭。由兩個(gè)加熱器2和討形成的氣泡11向傾斜方向擴(kuò)大，并通過(guò)引導(dǎo)元件52來(lái)把覆蓋噴射口 1的部分液體沿著與在噴射口 1噴出液滴的方向不同的方向引導(dǎo)。液柱開(kāi)始從噴射口 1噴出。擠出的液體碰撞引導(dǎo)元件52，然后流過(guò)流動(dòng)通道53以便從回收口 16回收。圖IlC示出了在噴出液滴時(shí)的噴射頭?？装?上的液體全都從回收口 16回收。當(dāng)停止噴射時(shí)，噴液裝置使噴射側(cè)的液體室3減壓到合適的正壓，并且停止噴出液柱12。液體室3具有正壓，因此液體從噴射口 1溢出。當(dāng)溢出的液體在孔50上形成彎月面時(shí)，在噴射側(cè)的液體室3和在回收側(cè)的液體室17減壓到相同的負(fù)壓，以形成圖IlA所示的狀態(tài)。如圖 IlA所示，噴液裝置可以按以下?tīng)顟B(tài)存放，其中，在噴射口 1的大氣側(cè)和回收口 16的大氣側(cè)上的液體全都回收到噴射頭中。圖12示出了根據(jù)第七實(shí)施例的吸入器。在該吸入器的殼體62內(nèi)，設(shè)置有用于存放藥液的藥液罐67、第一泵60 (作為施壓?jiǎn)卧?、噴射頭37以及作為負(fù)壓產(chǎn)生單元的第二泵61，這些部件通過(guò)管子和閥門(mén)連接。噴射頭37是在第五實(shí)施例中示出的噴射頭。此外， 在重要位置裝有壓力傳感器。第一泵60向從第一泵60到噴射口 1的流動(dòng)通道中的液體加壓，第二泵61向噴射口 1之前的流動(dòng)通道中的液體施加負(fù)壓。吸入器還包括控制電路單元64和電源部66，該控制電路單元控制各部件的操作。 顯示/界面部65設(shè)置在殼體62的上表面。顯示/界面部65包括用于操作吸入器的各種開(kāi)關(guān)，和用于顯示吸入器狀態(tài)和用藥信息的顯示器。用戶(hù)在觀察顯示器的同時(shí)操作開(kāi)關(guān)，以操作吸入器。液滴從設(shè)置在噴射頭37的前表面并從殼體62伸出的吸入管63(嘴件或鼻件) 噴出?；颊吣軌蛲ㄟ^(guò)將臉靠近吸入管63并吸入噴出的藥液來(lái)吸入液滴。下面將描述使用該吸入器時(shí)用戶(hù)的操作步驟和每個(gè)單元的操作。在關(guān)閉電源的存放狀態(tài)下，吸入器中所有的閥門(mén)都被關(guān)閉。用戶(hù)打開(kāi)電源，在顯示/界面部65上設(shè)定藥量， 按下待用開(kāi)關(guān)。當(dāng)按下待用開(kāi)關(guān)時(shí)，第一泵60開(kāi)始工作，第一閥門(mén)71和第二閥門(mén)72打開(kāi)， 并且第一泵60從藥液罐泵送出藥液并將藥液擠出到噴射頭37側(cè)。接著，開(kāi)始對(duì)從第一泵 60到噴射口 1的流動(dòng)通道中的藥液加壓。第二泵61也開(kāi)始其操作，并開(kāi)始對(duì)從大氣側(cè)的噴射口 1到第二泵61的流動(dòng)通道中的液體減壓。控制電路單元64通過(guò)壓力計(jì)35和36監(jiān)控流動(dòng)通道的每個(gè)部分的壓力，并適當(dāng)?shù)乜刂萍訅汉蜏p壓的速度以及液體流量。已經(jīng)被泵吸取的藥液返回到藥液罐67。當(dāng)把噴射頭37的內(nèi)部加壓到噴射壓力或更高且藥液轉(zhuǎn)變?yōu)樵谖肫髦械乃幰毫鲃?dòng)通道中循環(huán)時(shí)，顯示/界面部65的待用燈點(diǎn)亮。在這種狀態(tài)下，吸入器能夠在任何時(shí)候產(chǎn)生液滴。用戶(hù)將臉靠近吸入管63，按下吸入器開(kāi)始按鈕，同時(shí)開(kāi)始吸入。當(dāng)按下吸入器開(kāi)始按鈕時(shí)，液體去除單元的加熱器2在噴射口 1的前表面產(chǎn)生氣泡11，并去除噴射口 1前表面的藥液。液滴開(kāi)始被噴出。僅僅在由噴出量確定的噴出時(shí)間段噴出液滴。用戶(hù)繼續(xù)吸入藥物，直到噴射開(kāi)始后停止噴出液滴。當(dāng)噴射結(jié)束時(shí)，第一泵60停止，第三閥門(mén)73打開(kāi)。 結(jié)果，噴射頭37中的壓力突然減小，并停止噴射。通過(guò)第二泵61使噴射頭37和第二泵61 之間的藥液減壓到負(fù)壓。當(dāng)噴射頭37中的壓力達(dá)到最適于存放狀態(tài)的負(fù)壓值時(shí)，第二泵61 停止且所有閥門(mén)關(guān)閉。這樣，吸入器就變成存放狀態(tài)。當(dāng)使用本實(shí)施例的施壓系統(tǒng)的吸入器時(shí)，用戶(hù)能夠精確地控制噴射定時(shí)，不需要擔(dān)心由于液體浸潤(rùn)而產(chǎn)生的不噴射，并且能夠可靠地吸入準(zhǔn)確的藥物用量。此外，與傳統(tǒng)的施壓系統(tǒng)的吸入器相比，本實(shí)施例的吸入器在吸入操作時(shí)不會(huì)浪費(fèi)藥物。根據(jù)本實(shí)施例的噴液裝置不僅可以應(yīng)用于吸入器，而且可以廣泛地應(yīng)用于采用了施壓系統(tǒng)的噴液裝置的各種設(shè)備。噴出的液體包括藥液、純凈水、芳香溶液、酒精、墨、功能性有機(jī)物溶液以及功能性金屬溶液。除了吸入器以外，根據(jù)本發(fā)明的噴液裝置可應(yīng)用于加濕器、氣味發(fā)生器、打印機(jī)、 霧發(fā)生器和用于制造電子器件(顯示器、線路板等)的裝置。與傳統(tǒng)的噴液裝置相比，根據(jù)本發(fā)明的噴液裝置能夠快速可靠地以期望的定時(shí)噴出液體。這些優(yōu)點(diǎn)是特別顯著的，特別是當(dāng)噴出細(xì)小液滴時(shí)。此外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠減少通常在噴射過(guò)程中浪費(fèi)的液體。本發(fā)明不限于上面的實(shí)施例，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和修改。因此，為了告知公眾本發(fā)明的范圍，撰寫(xiě)了后面的權(quán)利要求。本申請(qǐng)基于并要求2009年3月9日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2009-054390的優(yōu)先權(quán)，在此通過(guò)引用將該申請(qǐng)全文引入。
權(quán)利要求
1.一種噴液裝置，包括液體室，用于容納要從液體罐供給的液體；噴射口，用于通過(guò)向液體室中的液體施加壓力來(lái)噴出液滴；施壓?jiǎn)卧?，用于向液體室中的液體施加壓力；液體保持結(jié)構(gòu)，用于將液體保持在噴射口的大氣側(cè)，以便用液體覆蓋噴射口 ；以及液體去除單元，用于去除保持在噴射口的大氣側(cè)的液體，該液體去除單元控制從噴射口噴出液滴的定時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴液裝置，其中，在施壓?jiǎn)卧蛞后w室中的液體施加用于從噴射口噴出液滴所需的最小噴射壓力或更高壓力的狀態(tài)下，液體去除單元去除覆蓋噴射口的液體，以使噴液裝置從噴射口噴出液滴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴液裝置，其中，施壓?jiǎn)卧宰钚娚鋲毫Φ?0%每秒或更小的加壓速率向液體室中的液體加壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的噴液裝置，其中，該噴液裝置通過(guò)利用施壓?jiǎn)卧蛞后w加壓并維持加壓壓力，從噴射口連續(xù)地噴出液滴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的噴液裝置，其中，該噴液裝置具有負(fù)壓產(chǎn)生單元，用于向保持在液體保持結(jié)構(gòu)中的液體施加比大氣壓小的負(fù)壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的噴液裝置，其中，液體去除單元包括氣體發(fā)生單元，該氣體發(fā)生單元產(chǎn)生氣體，以使得在該氣體發(fā)生單元中產(chǎn)生的氣體去除保持在噴射口大氣側(cè)的液體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴液裝置，其中，氣體發(fā)生單元包括加熱器，該加熱器通過(guò)通電來(lái)產(chǎn)生熱，以使得由加熱器的熱所產(chǎn)生的氣泡去除保持在噴射口大氣側(cè)的液體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴液裝置，其中，氣體發(fā)生單元包括氣體噴出口，該氣體噴出口與氣體發(fā)生源連接，以使得通過(guò)從氣體噴出口噴出氣體來(lái)去除保持在噴射口大氣側(cè)的液體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的噴液裝置，其中，液體去除單元包括布置在噴射口大氣側(cè)的刮擦器，使得通過(guò)驅(qū)動(dòng)刮擦器來(lái)去除保持在噴射口大氣側(cè)的液體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的噴液裝置，其中，液體保持結(jié)構(gòu)與連接到液體罐的回收口連通，使得保持在液體保持結(jié)構(gòu)中的液體從回收口回收到液體罐中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的噴液裝置，其中，液體保持結(jié)構(gòu)包括遮蔽元件，用于將保持在液體保持結(jié)構(gòu)中的液體與大氣隔離開(kāi)，該遮蔽元件具有與噴射口相對(duì)的孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴液裝置，其中，該孔具有比噴射口更大的面積。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的噴液裝置，其中，遮蔽元件包括引導(dǎo)元件，該引導(dǎo)元件將保持在液體保持結(jié)構(gòu)中的液體朝著與液滴從噴射口噴出的噴射方向不同的方向引導(dǎo)。
14.一種吸入器，包括根據(jù)權(quán)利要求1至13中任何一項(xiàng)所述的噴液裝置。
15.一種使用噴液裝置的噴液方法，該噴液裝置包括液體室，用于容納要從液體罐供給的液體；噴射口，用于通過(guò)向液體室中的液體施加壓力來(lái)噴出液體；以及施壓?jiǎn)卧撌簡(jiǎn)卧蛞后w室中的液體施加壓力，該方法依次包括將液體保持在噴射口的大氣側(cè)，以便液體覆蓋噴射口 ； 向液體施加壓力；以及通過(guò)去除保持的液體而從噴射口噴出液體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的噴液方法，其中，在向液體室中的液體施加用于從噴射口噴出液體所需的最小噴射壓力或更高壓力的狀態(tài)下，去除覆蓋噴射口的液體，以從噴射口噴出液體。
全文摘要
一種噴液裝置，包括用于容納要從液體罐供給的液體的液體室(3)，用于通過(guò)向液體室中的液體施加壓力來(lái)噴出液滴的噴射口(1)，用于向液體室中的液體施加壓力的施壓?jiǎn)卧?，用于將液體保持在噴射口的大氣側(cè)以便用液體覆蓋噴射口的液體保持結(jié)構(gòu)(7)，以及用于去除保持在噴射口大氣側(cè)的液體的液體去除單元(2)。該液體去除單元控制從噴射口噴出液滴的定時(shí)。
文檔編號(hào)B41J2/03GK102341239SQ2010800105
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者福本能之 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社