阅读说明：本技术 喷嘴装置及其制造方法 (Nozzle device and method for manufacturing the same ) 是由 D.赛尔 J.米德布杰 于 2018-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于使液体雾化的喷嘴装置(1-1),其中该喷嘴装置(1-1)包括：基底(3)；包括多个筛侧孔口(5a)的筛侧膜(5),该筛侧膜(5)设置在基底(3)的筛侧(3c)上；包括多个喷雾侧孔口(7a)的喷雾侧膜(7),该喷雾侧膜(7)设置在基底(3)的喷雾侧(3d)上,其中所述基底(3)具有延伸至筛侧膜(5)的第一腔体部(4a)以及从第一腔体部(4a)延伸至喷雾侧膜(7)的第二腔体部(4b),从而沿着流体连通轴(9)在筛侧孔口(5a)与喷雾侧孔口(7a)之间实现流体连通,第一腔体部(4a)的横截面积(11)大于第二腔体部(4b)的横截面积(13),所述横截面是关于流体连通轴(9)而言的。(The invention relates to a nozzle device (1-1) for atomizing a liquid, wherein the nozzle device (1-1) comprises: a substrate (3); a screen-side membrane (5) comprising a plurality of screen-side apertures (5a), the screen-side membrane (5) being disposed on a screen side (3c) of the substrate (3); a spray side membrane (7) comprising a plurality of spray side apertures (7a), the spray side membrane (7) being arranged on a spray side (3d) of the substrate (3), wherein the substrate (3) has a first cavity portion (4a) extending to the sieve side membrane (5) and a second cavity portion (4b) extending from the first cavity portion (4a) to the spray side membrane (7) such that fluid communication is achieved between the sieve side apertures (5a) and the spray side apertures (7a) along a fluid communication axis (9), the first cavity portion (4a) having a cross-sectional area (11) being larger than a cross-sectional area (13) of the second cavity portion (4b), said cross-sectional area being with respect to the fluid communication axis (9).)

喷嘴装置及其制造方法

技术领域

本公开总体涉及喷嘴装置。本公开尤其涉及一种用于使液体雾化的喷嘴装置以及一种制造这样的喷嘴装置的方法。

背景技术

喷嘴装置可配置为使液体雾化，即制造液体的气雾剂。这种喷嘴装置可包括具有过滤侧的基底，该过滤侧设有用于滤除待雾化的液体中包含的任何不希望有的大颗粒的过滤器。该基底还可具有喷雾侧，该喷雾侧设有具有多个孔口的喷雾膜。喷雾膜和过滤器配置为通过液体连通。在雾化过程中，液体首先通过过滤器，在其中会发生轻微的压降。过滤后的液体随后通过膜的孔口，从而使液体雾化。

在US2005/0178862A1中公开了一种这样的喷嘴装置。该喷嘴装置具有过滤板，该过滤板设有至少一个过滤孔口和微加工增强喷嘴板，该喷嘴板可在空气中产生小液滴，或形成具有很窄的液滴尺寸分布的液体，并使小气泡变成液体。

对于某些应用(例如用于喷射具有高粘度的药物)，喷嘴装置上的压降可能必须较大，通常为多个巴，例如30-50巴。US2005/0178862中公开的喷嘴装置对于这种应用来说可能不够坚固，并且喷嘴板可能因此损坏。

发明内容

鉴于以上问题，本公开的一个总体目的是提供一种能解决或至少减轻现有技术的问题的喷嘴装置。

因此，根据本公开的第一方面，提供了一种用于使液体雾化的喷嘴装置，其中该喷嘴装置包括：基底；包括多个筛侧孔口的筛侧膜，该筛侧膜设置在基底的筛侧上；包括多个喷雾侧孔口的喷雾侧膜，该喷雾侧膜设置在基底的喷雾侧上，其中所述基底具有延伸至筛侧膜的第一腔体部以及从第一腔体部延伸至喷雾侧膜的第二腔体部，从而沿着流体连通轴在筛侧孔口与喷雾侧孔口之间实现流体连通，第一腔体部的横截面积大于第二腔体部的横截面积，所述横截面是关于流体连通轴而言的。

因此，第二腔体部和第一腔体部限定穿过基底的通道，该通道的横截面积随着通道从第一腔体部向第二腔体部过渡而减小。

由于第二腔体部的横截面积小于第一腔体部的横截面积，因此承受压力的喷雾侧膜的面积可显著小于筛侧膜的对应面积。因此可提供更坚固的喷嘴装置。

根据一个实施例，第一腔体部的任何横截面积大于第二腔体部的任何横截面积。因此，第一腔体部关于流体连通轴沿第一腔体部的长度的任何横截面积大于第二腔体部关于流体连通轴沿第二腔体部的长度的任何横截面积。

第一腔体的横截面沿流体连通轴可以是恒定的。第二腔体的横截面沿流体连通轴可以是恒定的。

根据一个示例，第二腔体部可仅与单个喷雾侧孔口流体连通。

根据另一个示例，第二腔体部可配置为使得每个喷雾侧孔口布置为与第二腔体部的两个相对布置的内壁相邻。这意味着在第二腔体部的壁的边缘与第二腔体部的壁的相对边缘之间仅设有单个喷雾侧孔口。但是，也可与第二腔体部沿喷雾侧膜表面的纵向延伸部平行地布置排成一排的多个喷雾侧孔口。

如以上示例所述的喷雾侧孔口配置能降低气雾剂液滴发生碰撞从而形成较大液滴的风险。在某些应用中(例如在医学应用中)，希望保持细小的气雾剂液滴。

根据一个实施例，每个喷雾侧孔口的横截面积大于或等于任何筛侧孔口的横截面积。这能降低液体中存在的大分子阻塞喷雾侧孔口的风险。在某些应用中，这样的分子在理论上能通过筛侧孔口，例如在分子的取向是在到达筛侧膜时横截面较小的某个方向的情况下。

根据一个实施例，筛侧孔口的数量大于喷雾侧孔口的数量。通过这种方式，能够在筛侧膜上获得较低的压降。由于喷雾侧膜的有效面积比筛侧膜的有效面积小得多，因此能获得较高的机械强度，从而补偿喷雾侧膜上的较高压降。有效面积在此指设有喷雾侧孔口和筛侧孔口的相应膜的面积。

根据一个实施例，第一腔体部沿流体连通轴的轴向长度等于第二腔体部的轴向长度。因此，由第二腔体部提供的朝向喷雾侧膜的壁的厚度可具有与第一腔体部相同的长度尺寸。

根据一个实施例，筛侧孔口在筛侧膜上占据的面积大于喷雾侧孔口在喷雾侧膜上占据的面积。

根据一个实施例，基底包括设有第一腔体部的第一晶片和设有第二腔体部的第二晶片，第一晶片和第二晶片彼此结合从而形成基底。

根据一个实施例，基底由半导体材料制成。该半导体材料例如可以是硅。

根据一个实施例，筛侧膜和喷雾侧膜包括非氧化物陶瓷、氧化物、硅或金属中的一种。适当的非氧化物陶瓷的一个例子是氮化硅。

根据一个实施例，基底包括从第一腔体部延伸至喷雾侧膜的多个第二腔体部，从而沿相应的流体连通轴在筛侧孔口与喷雾侧孔口之间实现流体连通，第一腔体部的横截面积大于任何第二腔体部的横截面积。

因此，每个第二腔体部可与喷雾侧膜的相应组的多个喷雾侧孔流体连接。

通过设置具有多个第二腔体部的基底，可在喷雾侧膜中设置更多喷雾侧孔，从而可实现更高的吞吐量，同时保持由第二腔体部的较小横截面积实现的喷雾侧膜的较高机械强度。

根据一个实施例，关于流体连通轴，任何第一腔体部的任何横截面积都大于第二腔体部的任何横截面积。

根据一个示例，基底可设有多个第二腔体部和多个第一腔体部。每个第一腔体部可仅与一个第二腔体部流体连通。因此，在此示例中，每个第一腔体部与第二腔体部中的相应一个相连。在此情况下，从筛侧膜的筛侧孔口穿过基底至喷雾侧膜的喷雾侧孔口的流体连通通道的数量可等于第一腔体部的数量，而第一腔体部的数量可等于第二腔体部的数量。

根据一个实施例，第二腔体部关于流体连通轴的总横截面积小于设有筛侧孔口的筛侧膜的面积。

筛侧膜不需要具有与喷雾侧膜相同的机械强度，因为作用在筛侧膜上的力相对于作用在喷雾侧膜上的力较小。

根据本公开的第二方面，提供了一种包括如第一方面所述的喷嘴装置的药剂输送装置。

喷嘴装置是该药剂输送装置的输送构件。该药剂输送装置配置为使得药剂在给药期间通过喷嘴装置从而使药剂雾化，产生气雾剂。

根据一个实施例，所述药剂输送装置是吸入器或滴眼器。

根据本公开的第三方面，提供了一种制造用于雾化液体的喷嘴装置的方法，其中所述方法包括：a)设置第一晶片，c)在第一晶片的第一侧上设置筛侧膜层，d)在筛侧膜层中设置筛侧孔口，从而获得筛侧膜，e)在第一晶片中设置延伸至筛侧膜的第一腔体部，f)设置第二晶片，h)在第二晶片的第一侧上设置喷雾侧膜层，i)在喷雾侧膜层中设置喷雾侧孔口，从而获得喷雾侧膜，j)在第二晶片中设置延伸至喷雾侧膜的第二腔体部，并且k)使第一晶片的第二侧与第二晶片的第二侧结合，从而形成基底，其中筛侧膜形成喷嘴装置的筛侧，而喷雾侧膜形成喷嘴装置的喷雾侧，由此第二腔体部从第一腔体部延伸至喷雾侧膜，从而沿着流体连通轴在筛侧孔口与喷雾侧孔口之间实现流体连通，第一腔体部的横截面积大于第二腔体部的横截面积，所述横截面是关于流体连通轴而言的。

所述方法的步骤不一定必须按上述顺序执行。例如，步骤f)至j)可在步骤a)至e)之前执行。

根据一个实施例，步骤d)、e)、i)和j)涉及蚀刻。

根据一个实施例，步骤j)涉及在第二晶片中设置多个第二腔体部，每个第二腔体部延伸至喷雾侧膜。

一般来说，在权利要求中所用的所有术语都应按照其在本技术领域中的通常含义来解读，除非在本文中另行明确定义。除非另行明确声明，否则对“一个/所述元件、设备、部件、装置”等的所有指代都应以开放的方式解读为指代所述元件、设备、部件、装置等的至少一个实例。

附图说明

现在将参照附图以举例说明的方式对发明概念的具体实施例进行说明，在附图中：

图1是喷嘴装置的一个示意性示例的透视图；

图2a是沿图1的喷嘴装置的A-A线截取的截面图；

图2b和2c分别是沿B-B线和C-C线截取的截面图；

图3是喷嘴装置的另一个示意性示例的透视图；

图4示出了沿D-D线穿过图3的喷嘴装置的截面；

图5是喷嘴装置的又一个示意性示例的透视图；

图6a示出了沿E-E线穿过图5的喷嘴装置的截面；

图6b在从喷嘴装置的筛侧观察时的透视图中示出了沿E-E线穿过喷嘴装置的截面；

图7是喷嘴装置的制造方法的流程图；和

图8是包括喷嘴装置的药剂输送装置的纵向截面的示意性示例。

具体实施方式

下面将参照示出示例性实施例的附图更全面地说明本发明的发明概念。但是，本发明的发明概念可按多种不同的形式实施，不应视为受限于在此所述的实施例；相反，这些实施例仅是示例性的，仅用于充分、全面地理解本公开，并向本领域技术人员充分传达发明概念的范围。在说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。

图1示出了配置为使液体雾化的喷嘴装置的第一示例。喷嘴装置1-1包括基底3。基底3包括第一晶片3a和第二晶片3b，这些晶片结合在一起从而形成基底3。基底3具有筛侧3c或过滤侧、以及与筛侧3c相对布置的喷雾侧3d。

现在转到图2a，下面将更详细地说明示例性喷嘴装置1-1。喷嘴装置1-1还包括设置在基底3的筛侧3c上的筛侧膜5。喷嘴装置1-1还包括设置在基底3的喷雾侧3d上的喷雾侧膜7。

筛侧膜5设有多个筛侧孔口5a。喷雾侧膜7设有多个喷雾侧孔口7a。每个筛侧孔口5a具有关于其轴向延伸部的横截面，该横截面小于或等于任何喷雾侧孔口7a关于喷雾侧孔口7a的轴向延伸部的横截面。

基底3具有延伸至筛侧膜5的第一腔体部4a。第一腔体部4a延伸至筛侧孔口5a。基底3具有从第一腔体部4a延伸至喷雾侧膜7的第二腔体部4b。第二腔体部4b具有通入第一腔体部4a的开口4c。第二腔体部4b从第一腔体部4a延伸至喷雾侧孔口7a。因此，筛侧膜5(尤其是筛侧孔口5a)经由第一腔体部4a和第二腔体部4b与喷雾侧膜7(尤其是与喷雾侧孔口7a)流体连通。该流体连通是沿着从筛侧膜5延伸至喷雾侧膜7的流体连通轴9设置的。

根据图2a所示的示例，第一腔体部4a沿流体连通轴9的轴向长度l₁等于第二腔体部4b的轴向长度l₂。因此，第一晶片3a和第二晶片3b的厚度相等。根据一种变化形式，第一晶片3a和第二晶片3b的厚度可以不同。

在使用中，待雾化的液体首先穿过筛侧膜5的筛侧孔口5a，从而进入第一腔体部4a。在此产生较小的压降。液体穿过第一腔体部4a进入第二腔体部4b，并最终穿过喷雾侧膜7的喷雾侧孔口7a。因此产生喷射流，由于瑞利(Rayleigh)不稳定性，该喷射流破碎为小液滴，形成气雾剂。

图2b示出了喷嘴装置1-1沿B-B线的截面。该截面是关于流体连通轴9的截面，因而与平行于筛侧膜5a和喷雾侧膜7a的主表面延伸部的切口对应。因此，第一腔体部4a在该截面中是可见的。示例性的第一腔体部4a的横截面积11由尺寸d₁和d₂的乘积决定。

图2c示出了喷嘴装置1-1沿C-C线的截面。该截面与沿B-B线的截面平行。在此，第二腔体部4b在该截面中是可见的。示例性的第二腔体部4b的横截面积13基本上由尺寸d₃和d₄的乘积决定。

第一腔体部4a的横截面积11大于第二腔体部4b的横截面积13。第一腔体部4a的横截面积11沿着流体连通轴9是恒定的。第二腔体部4b的横截面积13沿着流体连通轴9是恒定的。

图3示出了配置为使液体雾化的喷嘴装置的第二示例。喷嘴装置1-2与第一示例类似。但是，第二示例包括多个第二腔体部和多个第一腔体部。每个这样的第二腔体部从相应的第一腔体部延伸至喷雾侧膜7。每对相互连接的第二腔体部和第一腔体部在喷雾侧膜7的喷雾侧孔口7a和筛侧膜5的筛侧孔口5a之间实现流体连通。

图4示出了喷雾侧膜7和筛侧膜5之间的流体连通构造。基底3包括多个第一腔体部4a和多个第二腔体部4b。第一腔体部4a的数量等于第二腔体部4b的数量。每对第一腔体部4a和第二腔体部4b限定各自的通道，该通道实现筛侧膜5的筛侧孔口5a与喷雾侧膜7的喷雾侧孔口7a之间的流体连通。每个这样的通道具有从基底3的筛侧3c延伸至喷雾侧3d的相应流体连通轴9。

每个第一腔体部4a关于流体连通轴9的横截面积大于相应的第二腔体部4b的横截面积。

图5示出了喷嘴装置的第三示例。喷嘴装置1-3与第二示例类似。喷嘴装置1-3包括多个第二腔体部和多个第一腔体部。多个第二腔体部从单个第一腔体部延伸至喷雾侧膜7。与第一腔体部互连的多个第二腔体部实现喷雾侧膜7的喷雾侧孔口7a与筛侧膜5的筛侧孔口5a之间的流体连通。

图6a示出了沿E-E线的截面。能够看出，多个第二腔体部4b从喷雾侧膜7延伸至一个第一腔体部4a-1，并且多个第二腔体部4b从喷雾侧膜7延伸至另一个第一腔体部4a-2。两个第一腔体部彼此液体隔离。因此它们不是流体连通的。每个第一腔体部4a延伸至筛侧膜5。通过这种方式，可实现从筛侧3c至喷雾侧3d的流体连通。尤其是，在筛侧膜5的筛侧孔口5a与喷雾侧膜7的喷雾侧孔口7a之间实现流体连通。

图6b示出了以饼状方式布置的筛侧孔口5a的构造，该构造与图6a中所示的喷雾侧孔口7a的构造对应。

通常，筛侧孔口的布局或构造基本上可以是适合于特定应用的任何形式。喷雾侧孔口的布局或构造基本上可以是适合于特定构造的任何形式。但是，设置沿着其整个流体延伸部平行于相应的流体连通轴延伸的第二腔体部是有益的。这一般也适用于第一腔体部。

现在将参照图7说明制造喷嘴装置1-1、1-2、1-3的一个示例。应说明的是，可按多种不同的工艺来制造喷嘴装置1-1、1-2、1-3。

在步骤a)中，设置第一晶片3a。第一晶片3a可由半导体材料制成。适当的半导体材料的一个例子是硅。可对第一晶片3a进行双面抛光。

在步骤b)中，在第一晶片3a的第一侧和与第一侧相反的第二侧上分别设置保护层和/或粘合层。

该保护层例如可以是氧化硅。该保护层例如可通过热氧化物沉积法沉积在第一晶片3a上。

在步骤c)中，在设置在第一晶片3a的第一侧上的保护层上设置筛侧膜层。该筛侧膜层例如可通过等离子体增强化学气相沉积法沉积在保护层上。该筛侧膜层例如可以是氮化硅。

在步骤d)中，在筛侧膜层中设置筛侧孔口5a，从而获得筛侧膜5。筛侧孔口5a例如可使用光刻法获得，即，设置适当的图案化的光致抗蚀剂，并通过反应性离子蚀刻等方式将筛侧孔口5a的图案蚀刻到筛侧膜层中。步骤d)还可涉及在对筛侧膜层进行图案化之后去除光致抗蚀剂。

在步骤e)中，在第一晶片3a中设置穿过第一晶片3a的第一侧上的保护层至筛侧膜5的第一腔体部4a。在多个第一腔体部4a的情况下，在此步骤中设置每个第一腔体部4a。

步骤e)可涉及在具有图案/通孔的第一晶片3a的第二侧上设置光致抗蚀剂，以提供第一腔体部。通过使用蚀刻技术(例如深反应性离子蚀刻)等去除第一晶片3a的一部分，可产生一个或多个第一腔体部4a。随后，从第一晶片3a的第二侧去除光致抗蚀剂。在步骤e)期间，还从第二侧去除通过光致抗蚀剂中的图案暴露出的保护层或粘合剂层部分。例如可使用反应离子蚀刻来去除该层。

最后，例如可使用氟化氢蚀刻从筛侧膜5的下方去除保护层。还从第二侧去除在步骤e)之后仍然残留的剩余保护层或粘合剂层。例如可使用反应离子蚀刻来去除该层。

在步骤f)中，设置第二晶片3b。第二晶片3b可由半导体材料制成。适当的半导体材料的一个例子是硅。可对第二晶片3b进行双面抛光。

在步骤g)中，在第二晶片3b的第一侧和与该第一侧相反的第二侧上分别设置保护层和/或粘合层。

该保护层例如可以是氧化硅。该保护层例如可通过热氧化物沉积法沉积到第二晶片3b上。

在步骤h)中，在设置在第二晶片3b的第一侧上的保护层上设置喷雾侧膜层。该喷雾侧膜层例如可通过等离子体增强化学气相沉积法沉积在保护层上。该喷雾侧膜层例如可以是氮化硅。

在步骤i)中，在喷雾侧膜层中设置喷雾侧孔口7a，从而获得喷雾侧膜7。喷雾侧孔口7a例如可使用光刻法获得，即，设置适当的图案化的光致抗蚀剂，并通过例如反应性离子蚀刻等方式将喷雾侧孔口7a的图案蚀刻到喷雾侧膜层中。步骤i)还可涉及在对喷雾侧膜层进行图案化之后去除光致抗蚀剂。

在步骤j)中，在第二晶片3b中设置穿过第二晶片3b的第一侧上的保护层至喷雾侧膜7的第二腔体部4b。在多个第二腔体部4b的情况下，在此步骤中设置每个第二腔体部4b。

步骤j)可涉及在具有图案的第二晶片3b的第二侧上设置光致抗蚀剂，以提供第二腔体部。通过使用蚀刻技术(例如深反应性离子蚀刻)等去除第二晶片3b的一部分，可产生一个或多个第二腔体部4b。随后，从第二晶片3b的第二侧去除光致抗蚀剂。在步骤e)期间，还从第二侧去除通过光致抗蚀剂中的图案暴露出的保护层或粘合剂层部分。例如可使用反应离子蚀刻来去除该层。

最后，例如可使用氟化氢蚀刻从喷雾侧膜7的下方去除保护层。还从第二侧去除在步骤j)之后仍然残留的剩余保护层或粘合剂层。例如可使用反应离子蚀刻来去除该层。

在步骤k)中，使第一晶片3a的第二侧与第二晶片3b的第二侧结合，从而形成基底3。筛侧膜5形成喷嘴装置1-1、1-2、1-3的筛侧，而喷雾侧膜7形成喷雾侧。

喷嘴装置1-1、1-2、1-3例如可在医疗应用中使用。例如，喷嘴装置1-1、1-2、1-3可设置在诸如吸入器或滴眼器等药剂输送装置中。图8以纵向截面图示出了药剂输送装置15的一个示例，该药剂输送装置15包括附接至喷嘴装置保持架的喷嘴装置1-1、1-2、1-3。

本发明构思在上文中主要是参照一些示例来说明的。但是，本领域技术人员能理解，在由所附权利要求限定的发明概念范围之内，不同于上文公开的实施例的其它实施例也是可能的。