專利名稱：噴霧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于噴射霧化液體的噴霧裝置，尤其是用作醫(yī)學(xué)上的噴霧器。
眾所周知，為了得到細液滴流，可以振動一個后表面與液體相接觸的多孔膜，使得在每個振動周期將液滴從膜上的孔中噴射出去。形成的液滴大小取決于孔的尺寸，從實用考慮，膜的厚度趨向于與孔的尺寸有同樣的數(shù)量級。因此，迄今為止，實際上還未將這種產(chǎn)生噴霧的裝置應(yīng)用于醫(yī)用吸入器(此處液滴的尺寸需小于10微米)那樣的場合。
美國專利說明書US-4533082公開了一種噴霧裝置，它包括一個構(gòu)成腔體的殼體，該腔體內(nèi)裝有要噴霧用的一定量液體，該殼體有一個多孔膜，該膜成為該腔的前壁，并有一個在使用時與液體相接觸的后表面，該裝置還包括與殼體相連的振動裝置，用來振動多孔膜，使液滴通過多孔膜噴射出來。
本發(fā)明的特征在于殼體包括一個環(huán)形部件，該環(huán)形部件具有一個與多孔膜相連的較薄的內(nèi)環(huán)部分和一個與振動裝置相連的較厚的外環(huán)部分。
這種裝置的優(yōu)點在于振動裝置有較高的聲阻抗，相比之下內(nèi)環(huán)部分有較低的聲阻抗，這樣，在通過環(huán)形部件傳遞橫向聲波時，傳遞給多孔膜的振動振幅便被放大。
因此，當(dāng)以有利于產(chǎn)生較小液滴的較高頻率來振動時，該裝置可獲得較高的效率。
環(huán)形部件最好包括一個圓盤，該圓盤具有一個以內(nèi)環(huán)部分為邊界、并由多孔膜復(fù)蓋的中心孔，圓盤的厚度沿徑向朝內(nèi)逐漸減小。
這樣的圓盤可看作一個阻抗變換器，其中外環(huán)部分與振動裝置(如壓電型振動發(fā)生器)的阻抗相匹配，內(nèi)環(huán)部分與多孔膜的阻抗相匹配。
最好使圓盤的前表面和后表面以一定傾角相匯聚，該傾角隨圓盤半徑變化，內(nèi)環(huán)部分的傾角要比外環(huán)部分的傾角小。
多孔膜可以有一塊板，該板上分布著許多孔，使用時，液體通過這些孔噴射出去。多孔膜還可以有一個支承該板的支承部件，它包括一個由支承件構(gòu)成的柵格。
這種支承部件的優(yōu)點是提高了板的剛性，這樣板可以用很薄的材料制成，于是有助于提供相當(dāng)小的孔徑。另一個出人意料的優(yōu)點是噴射微滴的孔的比率由于有了支承件而得到提高，并且發(fā)現(xiàn)最靠近支承件的那些孔要比其它地方的孔更容易噴射出微滴。
通常這些支承件與板成一整體，且成為該板較厚的部分。
支承部件最好包括幾個沿圓周方向隔開的徑向延伸支承件，這些延伸支承件與包圍板中心部分的環(huán)形支承件相連。
認(rèn)為這樣的布置要比那種徑向延伸支承件匯交于板的中心位置的支承部件更為有效。已發(fā)現(xiàn)，由環(huán)形支承件包圍的板的中心部分在產(chǎn)生液滴方面工作效率更高。
最好至少在多孔膜的前表面有一層不沾液體的表面。通?？梢詫⒑线m的表面復(fù)蓋層貼敷到膜上，使該表面成為不沾液體的表面。
要想有效地進行噴霧必須使膜的前表面不被液體浸濕。使用不沾液體的表面復(fù)蓋層可抑制這種浸濕，因而提高了效率。
通常，振動裝置是一個與殼體可拆卸連接的振動發(fā)生器，因此，在使用時，噴射完液體的殼體可以用另一個充有液體的殼體替換。
多孔膜上排列著許多孔，每個孔在膜的后表面上有一個喇叭形嘴，該孔的橫斷面向著膜前表面的方向逐漸縮小，這種結(jié)構(gòu)是十分有利的。
這種漸縮的孔有助于液體的流動，特別是要噴射的液體是含有顆粒物質(zhì)的懸浮液。認(rèn)為這種漸縮的孔可防止由積聚顆粒材料而使孔堵塞。
多孔膜最好包括一個電沉積金屬板。這種板可以制成任何所需的厚度，孔的形狀和大小可利用一種照相工藝來控制。這種工藝可在板的一側(cè)制成具有前面所述特殊優(yōu)點的喇叭形孔。
現(xiàn)結(jié)合附圖和實例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


圖1是手持式霧化裝置的剖面示意圖;
圖2是圖1所示裝置與電子控制單元相連時的剖面示意圖;
圖3是圖1和圖2所示裝置的噴霧頭的縱剖面圖;
圖4、5、6和7是其它可選用的噴霧頭的縱剖面圖;
圖8是上述圖中噴霧頭所采用的多孔膜的后表面視圖;
圖9是圖8的多孔膜中多孔板部分的縱剖面圖;
圖10是圖8的多孔膜中多孔板部分的俯視圖。
圖1描述的霧化裝置1是醫(yī)學(xué)上使用的手持式吸入器。該裝置1包括一個該構(gòu)成腔體3的殼體2，腔體3內(nèi)裝有要霧化的液體4。
殼體2安裝在內(nèi)部裝有電子控制電路6和電池7的手持套筒5上。一個壓電式電聲振動發(fā)生器8安裝在殼體2上，由控制電路6提供能量和進行控制。套口9可滑動地裝在套筒5上，該套口9相對于套筒的運動操縱著一個開關(guān)10。
殼體2和振動發(fā)生器8的詳細結(jié)構(gòu)可以從圖3看出。殼體包括一個具有中心孔12的圓盤11以及一個與圓盤相連、從而復(fù)蓋住該中心孔的多孔膜13。比較合適的膜13的結(jié)構(gòu)將在下文參照圖8和圖9加以描述。膜13上開有許多孔25，在圖3中只示意地畫出其中幾個。圓盤11有一個平的前表面14和一個截圓錐形的后表面15，從而使該圓盤的厚度徑向向內(nèi)朝著多孔膜13的方向線性地變小。
圓盤11的外周邊16有一個從該處向后伸出的管狀部分17。
殼體2還包括一個與管狀部分17相配的圓形底座18，于是在底座和圓盤11之間形成一個腔體3。底座18的前表面19有一個中央凹陷部分20，從而使腔體3在靠近膜厚13的區(qū)域成為最深的部分。
底座18在前表面19外周邊處形成一個環(huán)狀肋21，該環(huán)狀肋21位于圓盤11內(nèi)的環(huán)狀槽22中，因而使腔體3得以密封。在管狀部分17和底座18之間形成一個環(huán)形間隙29。
振動發(fā)生器8是一個圓環(huán)形壓電元件，它被連接在管狀部分17的后端23上。
振動發(fā)生器8是這樣設(shè)置的;當(dāng)給振動發(fā)生器8接上交流電時，振動發(fā)生器沿徑向膨脹和收縮，把超聲振動傳遞給管狀部分17。后端23的厚度(沿振動發(fā)生器振動方向測量)要大大厚于圓盤11與膜13相接觸處的厚度。圓盤11由于圍繞環(huán)狀肋21轉(zhuǎn)動，將隨著振動發(fā)生器徑向向外運動而彎曲，使膜13軸向地朝底座18運動。振動發(fā)生器8徑向收縮時，圍繞肋21的轉(zhuǎn)動引起圓盤的彎曲，使膜13軸向地向離開底座18的方向運動。圓盤11超聲頻運動的特點是沿徑向向內(nèi)通過圓盤11的方向傳遞橫向聲波運動。圓盤11呈圓錐形的作用是使這種橫向振動的振幅沿徑向向內(nèi)的方向逐漸增加，因而使膜13達到最大的軸向運動位移。振幅的增加與圓盤11沿徑向朝內(nèi)方向阻抗的降低相關(guān)聯(lián)的。
霧化液體時，握持住裝置1，使液體4與多孔膜13的后表面24相接觸。在振動發(fā)生器8起振之前，由于在孔25上形成的液體表面一般具有足夠大的表面張力來阻止液體外流，所以一般不會有液體通過膜13上的孔25流失。使用者在開始進行噴霧操作時，要先打開開關(guān)10，使振動發(fā)生器8接通電源，以超聲頻振動。該振動由圓盤11傳送到多孔膜13。在振動膜13向后運動期間，膜附近液體的瞬時壓力上升將會克服表面張力，使液體的微滴從孔25中噴出。
霧化液體的細霧通過膜13噴入套口9，并被使用者吸入。
圖中所示的裝置1處于進行口腔噴霧的正常取向位置，在該取向位置膜13大體上是垂直的。
連續(xù)進行噴射將會使腔體3中的液體用盡，這樣，一旦沒有液體與膜13的后表面24接觸，最終會使噴射不再進行。底座18上的凹陷部分20可保證在靠近膜13的地方貯存大部分液體，這樣一來，當(dāng)腔體3內(nèi)液體不足，不能再進行連續(xù)噴射時，液體的浪費量減至最小。
裝置1可以借助于控制電路6內(nèi)的定時器按程序輸送預(yù)定劑量的霧化液體，控制電路6按預(yù)定的時間周期向振動發(fā)生器8提供能量。控制電路6可以利用圖2中所述的電子控制單元26編制程序，該控制單元有一個用于輸入數(shù)據(jù)的鍵盤27。
一旦液體4用盡或者消耗到不能再用的程度時，可將一個替換的、充滿新液體的殼體2裝到套筒5上。
為了易于更換，殼體2可設(shè)計成以滑動配合的方式進入振動發(fā)生器8的內(nèi)部。
殼體2和振動發(fā)生器8一起構(gòu)成一個噴霧頭28?，F(xiàn)在來描述圖4中表示的另一個可選用的噴霧頭30。其中，與前述圖中相應(yīng)的部件采用相同的部件標(biāo)號。
噴霧頭30有一個帶環(huán)狀凸緣31的底座18，該環(huán)狀凸緣構(gòu)成腔體3的側(cè)壁。凸緣31有一個與圓盤11相連的唇邊32，從而圓盤的外周邊部分33從凸緣31徑向向外伸出。
該噴霧頭30的底座18包括一個徑向伸出部分34，有一個壓電型振動發(fā)生器8位于凸緣31的外側(cè)，并與圓盤11的外周邊部分33以及底座18的徑向伸出部分34相接觸。當(dāng)振動發(fā)生器8與電源接通時，它產(chǎn)生軸向的膨脹和收縮運動，從而當(dāng)控制電路6起動時，它使圓盤11的外周邊部分33產(chǎn)生超聲振動。
利用圍繞唇邊32的樞軸作用，將振動傳遞給多孔膜13。由于圓盤11的線性錐形收縮形狀，徑向向內(nèi)通過圓盤11傳遞的超聲橫波被放大。
與膜13后表面相接觸的液體4通過孔25以霧化的細霧方式噴射出去。
在圖5中示出了另一種可供選用的噴霧頭40，描述時與前述圖中相同的部件采用相同的標(biāo)號。
噴霧頭40包括一個具有平的前表面14和碟形后表面41的圓盤11。后表面41的外形應(yīng)使圓盤11的厚度沿徑向向內(nèi)的方向大致以指數(shù)曲線的方式逐漸減小。圓盤11包括一個向后延伸的管狀部分42，該管狀部分42的內(nèi)表面43光滑地過渡至后表面41。板44位于管狀部分42的內(nèi)部，成為腔體3的后壁。圓盤形壓電振動發(fā)生器45連接在板44的中央，當(dāng)電源接通時，該振動發(fā)生器45作徑向膨脹和收縮。
使用時，使振動發(fā)生器45與電源接通，從而以超聲頻沿徑向振動，該振動通過板44傳遞到管狀部分42。橫波運動沿軸向通過管狀部分傳播，并沿著一個大體與后表面41的曲線相近的彎曲途徑把振動傳給多孔膜13。振動的振幅隨著圓盤11的厚度減小而逐漸放大。
當(dāng)把充滿新液體4的新殼體2裝配到裝置1上時，板44和振動發(fā)生器45可隨圓盤11一起被重新更換。
圖6給出另一種可供選用的噴霧頭50，該噴霧頭中與圖5噴霧頭相對應(yīng)的部件采用相同的標(biāo)號。
噴霧頭50包括一個具有碟形后表面41和管狀部分42的圓盤11。管狀部分42的內(nèi)表面43開有臺階，提供了一個安放板44、并與其相連的臺肩51。板44支承一個位于其中央部位、徑向振動膜片的圓盤形振動發(fā)生器45。
噴霧頭50與圖5的噴霧頭40的不同之處在于管狀部分42的徑向?qū)挾缺葓D5相應(yīng)的管狀部分薄，并且提供了一個臺肩51來安放板44。
上述裝置中膜13的厚度一般在1到80微米的范圍內(nèi)?？?5的大小一般在1到200微米的范圍內(nèi)，其大小取決于所需液體微滴的大小。然而，該裝置特別適用于需要較小微滴的情況，使膜13的厚度和孔25的尺寸均小于20微米。膜13可以具有均勻的或非均勻的孔25，取決于所需微滴尺寸的分布。
圖7中描述了又一種可供選用的噴霧頭60，其中，與前述圖中相對應(yīng)的部件采用相同的標(biāo)號。
噴霧頭60有一個由鋁合金制成的圓盤11，該圓盤11有一個直徑為22毫米、平的圓形前表面14。內(nèi)徑為10毫米的環(huán)形壓電振動發(fā)生器8固定在圓盤前表面14的外周部分61，從而使其與圓盤11上直徑為4毫米的圓形中心孔12相隔一定距離。
圓盤11的厚度沿徑向向內(nèi)逐漸減小，這樣，圓盤11的后表面15具有一個傾斜的外環(huán)部分62和一個傾斜的內(nèi)環(huán)部分63，按徑向斷面看，該外環(huán)部分62相對于前表面14來說具有20°的傾斜角，內(nèi)環(huán)部分63相對于平的前表面14來說具有10°傾斜角。內(nèi)環(huán)部分63與外環(huán)部分62相交在靠近振動發(fā)生器8的徑向內(nèi)緣65附近的圓形界面64處。因此，振動發(fā)生器8連接在圓盤較厚的外側(cè)部分66。圓盤11較薄的內(nèi)側(cè)部分67上開有中心孔12。
多孔膜13復(fù)蓋住中心孔12，并連接在內(nèi)側(cè)部分67的邊緣區(qū)68上。在圖8和圖9中所示的多孔膜13包括一個鎳板69，該鎳板具有一個中心對稱的、柵格形的整體支承部件70，如圖8所示。
支承部件70為膜13上較厚的部分-支承件72、73和74，這些支承件形成一系列柵格孔71，這些柵格孔71使板69上相對應(yīng)的部分暴露在外面。支承部件70有一個外環(huán)支承件72，它通過徑向延伸的支承件74與內(nèi)環(huán)支承件73相連，徑向支承件74之間形成了柵格孔71。在內(nèi)環(huán)支承件73內(nèi)部形成一個中心柵格孔75，因而使板69的中心部分76得以暴露。膜13用電沉積工藝制成，在此工藝中，將鎳沉積在基板上選定的、用照相工藝標(biāo)識出來的區(qū)域，然后再將所得到的板69從基板上取下。支承部件70的外環(huán)支承件72連接在圓盤11內(nèi)側(cè)部分67的邊緣區(qū)68上，從而圓盤的振動通過支承部件傳給板69。
采用目前普遍采用的表面處理工藝給膜13涂復(fù)一層不沾液體的涂層80，在這種工藝中，將聚四氟乙烯的超微顆粒摻混到含磷的鎳質(zhì)基體中，然后用自動催化的方法貼敷到板69和支承部件70的鎳材料上。與鎳共同沉積的少量含磷材料可增強制得表面層的抗腐蝕能力。
如圖9和圖10所示，板69上有許多規(guī)則排列的圓孔77，并有一個與支承部件70相連的前表面78。板69有一個通常與液體4相接觸的后表面79，孔77是喇叭形的，即每個孔的橫斷面沿著從后表面79向著前表面78的方向逐漸變窄。
在板69上制成的孔77直徑為3微米，孔與孔之間相隔25微米。當(dāng)噴射含藥品的水溶液時，所形成的微滴在5至7微米范圍，這種微滴尺寸適于將霧化的藥品送到病人的肺部。典型的流量在每秒10到20立方毫米的范圍，該流量取決于驅(qū)動振動發(fā)生器8的功率和頻率。
板69大約有1500個孔77，這些孔中只有一部分在使用中噴射微滴。噴射微滴的孔77集中分布在板上靠近厚的支承件72、73和74的區(qū)域以及其中心部分76。噴射微滴的孔77的數(shù)量還取決于膜13上產(chǎn)生的振動的振幅，典型的實例中，噴射微滴的孔的比例大約為10%。
形成微滴的尺寸主要取決于孔77的直徑，因而，對不同的應(yīng)用必須采用具有不同孔徑的板。
本發(fā)明的裝置可用于噴射溶液或懸浮液的藥品。藥品通常要求水溶液中有保存劑(殺菌劑)，例如氯化芐烷銨(商業(yè)名，殺藻銨)，這種物質(zhì)會減小制得溶液的表面張力。當(dāng)噴射這種溶液時，尤其重要的是要用不沾液體的涂層對板69進行處理，并且使板的外表面盡可能光滑，以減小溶液浸潤該板外表面的趨勢。一些可選用的不沾液體的涂料可以是硅烷、氟硅烷、微粉化的聚四氟乙烯微粒以及在現(xiàn)場涂復(fù)和加熱進行敷形涂復(fù)的聚四氟乙烯。
控制電路6包括一個用來驅(qū)動振動發(fā)生器8的簡單的振蕩電路，其振蕩頻率通常在3千赫到1兆赫之間，根據(jù)振動發(fā)生器的諧振頻率進行選擇以得到最大的效率。振動發(fā)生器8的諧振頻率應(yīng)與圓盤11的諧振頻率相匹配，以便使膜13達到最大的振動振幅。
含有液體4的腔體3是一個封閉腔體，在腔體內(nèi)通常不包含有產(chǎn)生過壓的裝置。在上述實施例中通過膜13噴射霧化微滴只是利用膜的振動來實現(xiàn)的，而不是借助其它裝置產(chǎn)生過壓來實現(xiàn)的。
本發(fā)明裝置中膜的振動不是靠液體4傳遞超聲波來實現(xiàn)的，這樣可避免產(chǎn)生與液體內(nèi)的氣蝕相關(guān)的問題。
該裝置使用時在任何方向都能運行，只要腔體3內(nèi)液面4的高度能使液體保持與多孔膜13的后表面79相接觸。
該裝置可以裝上一個反映使用者通過套口吸入情況的傳感器?？刂齐娐芬部梢跃幧铣绦?，僅在感知吸入開始后才進行噴霧。
該裝置的控制電路還可以包括一個存儲器和微信息處理機，用來監(jiān)測累積的噴霧量，以及控制噴射的持續(xù)時間和各連續(xù)噴射之間的時間間隔。該裝置可以再裝一個目視指標(biāo)器或聲指示器，用來指示如上次使用以來所經(jīng)過的時間，對存留的液體將要耗盡發(fā)生警告，以及指示應(yīng)進入下次噴射周期。
膜上的孔也可以采用非圓形截面的孔。膜還可以是不帶支承部件的多孔板。對于裝有支承部件的膜來說，該支承部件也可以不是中心對稱的，例如可以是矩形柵格。
權(quán)利要求
1.噴霧裝置[1]，它包括一個構(gòu)成腔體[3]的殼體[2]，該腔體[3]內(nèi)裝有要噴霧用的液體[4]，該殼體有一個多孔膜[13]，該膜成為該腔體的前壁，并有一個在使用時與液體接觸的后表面[24]，該裝置還包括與殼體相連的振動裝置[8]，用來振動多孔膜，使液體微滴通過多孔膜噴射出來，其特征在于殼體包括一個環(huán)形部件[11]，該環(huán)形部件有一個與多孔膜相連接的較薄的內(nèi)環(huán)部分[68]和一個與振動裝置相連接的較厚的外環(huán)部分[66]。
2.按照權(quán)利要求1所述的噴霧裝置，其特征在于該環(huán)形部件包括一個圓盤[11]，該圓盤具有一個以內(nèi)環(huán)部分為邊界、并由多孔膜復(fù)蓋的中心孔[12]，其中圓盤的厚度沿徑向朝內(nèi)逐漸減小。
3.按照權(quán)利要求2所述的噴霧裝置，其特征在于圓盤的前、后表面[14、15]以一個隨圓盤半徑而變化的傾角相匯聚，內(nèi)環(huán)部分的傾角比外環(huán)部分的傾角小。
4.按照上述任何一項權(quán)利要求所述的噴霧裝置，其特征在于上述多孔膜包括一塊板[69]和一個支承該板的支承部件[70]，該板上分布著許多在使用時讓液體從其中噴射出去的孔[25]，該支承部件是一個由支承件[72，73，74]構(gòu)成的柵格。
5.按照權(quán)利要求4所述的噴霧裝置，其特征在于這些支承件與板成一整體，且成為該板較厚的部分。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的噴霧裝置，其特征在于該支承部件包括幾個沿圓周方向隔開的徑向延伸支承件[74]，這些支承件與包圍板中心部分的環(huán)形支承件[73]相連。
7.按照上述任何一項權(quán)利要求所述的噴霧裝置，其特征在于至少在多孔膜的前表面[78]上有一層不沾液體的表面層[80]。
8.按照上述任何一項權(quán)利要求所述的噴霧裝置，其特征在于上述振動裝置包括一個與殼體可拆卸連接的振動發(fā)生器，從而使用時噴射完液體的殼體可以用另一個裝有液體的殼體來替換。
9.按照上述任何一項權(quán)利要求所述的噴霧裝置，其特征在于多孔膜上排列著許多孔[25]，每個孔[25]在膜的后表面有一個喇叭形嘴，該孔的橫斷面沿著朝膜前表面的方向逐漸縮小。
10.按照上述任何一項權(quán)利要求所述的噴霧裝置，其特征在于多孔膜上有一個電沉積金屬板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種噴霧裝置(1)，它包括一個構(gòu)成腔體(3)的殼體(2)，腔體內(nèi)裝有要噴霧用的液體(4)，殼體(2)有一個成為腔體前壁的多孔膜。振動裝置(8)與殼體相連，用來振動多孔膜，使液體微滴通過多孔膜上的孔(25)噴射出去。殼體包括一個環(huán)形部件(11)，它有一個與多孔膜相連的較薄的內(nèi)環(huán)部分(68)和一個與振動裝置相連的較厚的外環(huán)部分(66)。該裝置適用于噴霧藥品，成為一種供口腔吸入用的手持吸入器。
文檔編號A61M15/00GK1054916SQ9011031
公開日1991年10月2日 申請日期1990年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月12日
發(fā)明者卡爾溫·約翰·羅斯, 維克托爾·卡里·赫姆伯斯頓 申請人:比斯帕克公共有限公司