JP3341023B2 - 表面弾性波を利用した噴霧装置および噴霧方法 - Google Patents
表面弾性波を利用した噴霧装置および噴霧方法Info
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Description
霧方法に関するものであり、特に喘息や肺の疾患などの
治療に使用される超音波噴霧装置に関するものである。
IEEE International Workshop on Micro Electrictro
Mechanical Systems 30 January−2 February 1995 Ams
terdam,The Netherlandsの「Surface Acoustic Wave At
omizer with Pumping Effect」に詳しく記載されてい
る。図1は、この文献に記載されていた噴霧装置を図示
している。噴霧装置は、表面に1対の櫛形電極5,5を有
して表面弾性波を発生する振動子3と、振動子3の振動
面側に配置されたカバー4と、チューブ1とを備える。
噴霧されるべき液2は、矢印Aで示すようにチューブ1
を通って、振動子3とカバー4との間の隙間内に供給さ
れる。振動子3とカバー4との間の隙間から流出した液
2は、表面弾性波振動によって霧化されて霧化される。
ランスとが崩れた場合に、種々の問題が生ずる。液体供
給量が多すぎた場合には、オーバーフローが生じ、噴霧
が止まったりする。一方、液体供給量が不足する場合に
は、噴霧が間欠的となり、連続的でスムーズな噴霧がで
きなくなる。さらに、表面弾性波の振動だけで液を噴霧
して噴霧するには大きな電気的エネルギが必要となり、
小電力の乾電池による駆動では所望の動作を行なうこと
が困難である。
を良好に保ち、安定した噴霧を行なうことのできる噴霧
装置および噴霧方法を提供することである。
た噴霧を行なえるようにすることである。
霧を行なえるようにすることである。
振動子と、振動子の振動面上に微小間隙をあけて配置さ
れた多数の貫通孔を有する多孔薄板と、振動子と多孔薄
板との間の微小間隙部内に、表面弾性波による振動およ
び微小間隙による表面張力の毛細管現象によって液を吸
引して供給するための手段とを備える。液供給手段は、
霧化されるべき液を蓄える液容器と、液容器内の液を必
要に応じて強制的に前記微小間隙部内にまで送り出す液
送出手段と、微小間隙部内の液の有無を検出する液検出
手段と、液検出手段からの信号に応答して前記液送出手
段の動作を制御する制御手段とを含む。微小間隙部内の
液は、振動子によって伝搬される表面弾性波振動によっ
て霧化され、多孔薄板の貫通孔を通して噴霧される。
部内の液を介して多孔薄板に伝達される。多孔薄板の振
動によって、貫通孔に浸透した微量の液は霧化されて噴
霧される。図1に示した噴霧装置では、振動子上の液を
表面弾性波の振動によって直接霧化して噴霧するもので
あるので、大きな電気エネルギが必要になる。一方、本
発明の噴霧方法では、図1に示した装置に比べて、1/10
以下の2W程度の小電力の電池駆動で噴霧を行なうことが
可能となる。
薄板の材料としては、振動の吸収による振幅の減衰が少
ない硬い材質のセラミックスが好ましい。セラミックス
は、耐腐食性に優れており、人体に対する安全性も確認
されている。したがって、たとえば喘息治療などに用い
る各種薬液を噴霧するネブライザにおいては、セラミッ
クス製の多孔薄板(メッシュ)が最適である。
薄板の両者を微小間隙をあけて保持する保持具を備え
る。このような保持具を備えることにより、振動子と多
孔薄板との間の間隙は常に一定に保たれる。
隙部内に液を供給する液供給手段は、霧化されるべき液
を蓄える液容器を含む。液容器内の液は、表面弾性波に
よる振動によって、または毛細管現象によって微小間隙
部内に吸引される。この実施例によれば、微小間隙部内
の液が霧化された後においても、微小間隙部内へは引続
いて表面弾性波による振動および/または表面張力によ
る毛細管現象によって自動的に液が供給されるので、液
の供給量と噴霧量とのバランスを良好に保つことができ
る。また、微小間隙部内へ液を強制的に送り出す手段を
特に必要としないので、噴霧装置の小型化を実現するこ
とができる。
毛細管現象によって液容器から微小間隙部内へ効率的に
液を吸引するために、好ましくは、振動子と多孔薄板と
の間の間隔は、液容器に近づくに従って次第に大きくな
るようにされる。
面弾性波が伝搬されない非伝搬部とを有する。1つの好
ましい実施例では、振動子と多孔薄板との間の微小間隙
部は、伝搬部と非伝搬部とにわたって延在する。表面弾
性波による振動および/または毛細管現象によって液容
器内の液を微小間隙部内に吸引するために、非伝搬部上
の微小間隙部が液容器内の液に浸される。この構成であ
れば、表面弾性液によって振動する領域が液に浸らない
ので、振動の負荷は大きくならず、大幅な振動振幅の減
少は起こらない。したがって、噴霧の勢いや霧化効率が
良好に維持される。
るべき液を蓄える液容器と、液容器内の液を必要に応じ
て強制的に微小間隙部内にまで送り出す液送出手段と、
微小間隙部内の液の有無を検出する液検出手段と、液検
出手段からの信号に応答して液送出手段の動作を制御す
る制御手段とを備える。この実施例では、微小間隙部内
の液の有無の検出結果に応じて微小間隙部内への液の供
給を行なうものであるので、液の供給量と噴霧量との間
に良好なバランスを保つことができる。液検出手段は、
たとえば、微小間隙部内の振動子の振動面上に間隔をあ
けて配置された第1電極と第2電極とを備え、両電極間
の容量変化によって液の有無を検出する。
振動子の振動面上に微小間隙をあけて多数の貫通孔を有
する多孔薄板を配置する工程と、霧化されるべき液を液
容器内に蓄える工程と、液容器内の液を必要に応じて液
送出手段によって強制的に微小間隙部内にまで送り出す
工程と、微小間隙部内に、表面弾性波による振動および
微小間隙による表面張力の毛細管現象によって液を吸引
して導く工程と、液検出手段によって微小間隙部内の液
の有無を検出する工程と、液検出手段からの信号に応答
して液送出手段の動作を制御する工程と、微小間隙部内
の液を、振動子によって伝搬される表面弾性波振動によ
って霧化し、多孔薄板の貫通孔を通して噴霧する工程と
を備える。
点は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明から一層
明らかとなろう。
例を説明する。
中央にメッシュ12aを有する薄板12と、保持具13とを備
える。
ら作られる長方形状の基板14と、この基板14の表面に形
成された1対の櫛形電極15,15とを含む。1対の櫛形電
極15,15の櫛歯部分15aは、基板14の長手方向に沿って、
互いに交互に位置するように配置されている。1対の櫛
形電極15,15間に高周波の電圧を印加すると表面弾性波
が発生する。この表面弾性波は、振動子11の長手方向に
沿って伝搬する。振動子11の基板14は、その側部に位置
決め突片14a,14aを有している。
シュ12aを含む。メッシュ12aの各孔は、振動によって発
生する噴霧粒子の径よりも、十分に大きな径に設定され
る。
い。セラミックスは、振動をあまり吸収しないので、振
幅の減衰が少ない。また、セラミックスは、耐腐食性に
優れており、人体に対する安全性も確認されている。
ぼU字形状であり、上方から見た形状がほぼ矩形であ
る。保持具13は1対の側壁部13a,13aを有しており、そ
れらの内壁面に溝16および17が形成されている。溝16
は、振動子11を受入れて保持するものであり、保持具13
の底壁部13bに対してほぼ平行に延びている。溝17は、
メッシュ付きの薄板12を受入れて保持するためのもので
ある。溝17は保持具13の底壁部13bに対して角度をもっ
て形成されているため、溝17と溝16との間の間隔は一定
ではない。その両溝間の間隔は、先端にいくほど次第に
大きくなるようにされている。寸法的な例示として、た
とえば、溝16の長さを10(10mm)としたとき、先端にお
ける溝16と溝17との間の最大間隔は1(1mm)程度とな
るようにされる。
立て噴霧装置を作る場合、まず、振動子11の基板14の先
端を、矢印Aで示す方向に移動させて保持具13の溝16内
にはめ入れる。振動子11の移動は、位置決め突片14aが
保持具13に当接するまで行なう。続いて、メッシュ付き
薄板12を矢印Bで示す方向に移動させて保持具13の溝17
内にはめ入れる。こうして、図3に示す噴霧装置が得ら
れる。保持具13によって保持された振動子の振動面と、
メッシュ付き薄板12との間には微小間隙が作られる。振
動子11と薄板12との間の間隔は、先端にいくほど次第に
大きくなるようにされている。
明する。 液容器18には、噴霧されるべき液19が蓄えられてい
る。振動子11の先端および/またはメッシュ付薄板12の
先端は、液容器18中の液に浸される。つまり、振動子11
と薄板12との間の微小間隙部は液中に浸される。この状
態で振動子11が駆動されると、振動子11の櫛歯部分15a
から表面弾性波が発生し、この表面弾性波は振動子11の
振動面上を伝搬して液容器18の液面にまで至る。この表
面弾性波による振動と、表面張力による毛細管現象とに
よって、液19は、振動子11と薄板12との間の微小間隙部
に吸引される。微小間隙部内の液の量は微量かつ適量で
あり、小電力で駆動された表面波の振動振幅によって十
分に霧化され得るものである。振動子11の振動面におけ
る振動は微小間隙部内の液を介して薄板12のメッシュ12
aに伝達される。メッシュ12aの振動により、孔部に浸透
した微量の液は霧化されて噴霧される。
器の断面図である。吸入器は、本体ケース21と、薬液ボ
トル18とを備える。本体ケース21には、振動子11とメッ
シュ付き薄板12と保持具13とからなる噴霧装置に加え
て、振動子11を駆動するための回路を搭載する回路基板
23、電池24および電源スイッチ25が収納されている。薬
液ボトル18は、使用時には薬液19を蓄え、本体ケース21
の下部に装着される。図示するように、振動子11および
メッシュ付き薄板12の下端部は薬液19中に浸される。振
動子11とメッシュ付き薄板12との間の微小間隙部には液
が充填されるので、電源スイッチ25をオンすると、表面
弾性波の振動によって微小間隙部の液は薄板12のメッシ
ュ12aの孔内で霧化されて外部へ噴霧される。参照番号2
0は噴出された霧である。
に浸透した微量の液を表面弾性波振動によって霧化し噴
霧するものであるので、乾電池による駆動によっても安
定した噴霧を行なうことができる。さらに、微小間隙部
内への液の供給は、表面弾性波による振動および/また
は表面張力によって自動的に行なわれるので、強制的に
液を送り込むための手段は特に必要とはならず、したが
って小型の噴霧装置が得られる。さらに、霧化に応じ
て、液容器から液が供給されるので、液の供給量と噴霧
量とのバランスを良好に保つことができる。
付きの薄板12を用いたが、そのようなメッシュに限定さ
れるものではなく、平らな薄板に多数の貫通孔をあけた
ものでもよい。
示している。1対の櫛形電極31,31間への電圧の印加に
よって発生した表面弾性波は、櫛形電極の櫛歯部分が重
なっている領域の幅で振動子30の長手方向に伝搬され
る。図6中において、斜線で示す領域32は、表面弾性波
が伝搬される伝搬部であり、それ以外の領域33は、表面
弾性波が伝搬されない非伝搬部である。振動子30の先端
部が液中に浸されない状態では、表面弾性波は、振動子
30の端面で反射され、進行波と干渉し定在波が発生し振
動振幅が増大する。しかしながら前述した実施例のよう
に振動子30の端面を液中に浸すと、振動の負荷が増大
し、液中に弾性表面波が拡散し、定在波による振動振幅
の増大が期待できないおそれがある。言い換えれば、振
動子30のうち液中に浸す部分が弾性表面波の伝搬方向側
であると、噴霧の勢いや霧化効率が低下するおそれがあ
る。
ち、表面弾性波が伝搬されない非伝搬部を液中に浸すよ
うにするものである。具体的には、図7に示すように、
メッシュ34aを有する薄板34は、振動子30の伝搬部と非
伝搬部との両者にわたって対面し、微小間隙部を形成し
ている。振動子30とメッシュ34a付きの薄板34との間の
間隔は、液容器に近づくに従って次第に大きくなるよう
にされている。
ュ付き薄板34の先端とを液容器35の液中に浸している状
態を示している。この実施例では、表面弾性波が伝搬さ
れる伝搬部が液中に浸らないので、振動負荷は増大せ
ず、振動振幅の減少も起こらない。したがって、噴霧の
勢いや霧化効率の向上が期待される。
示している。図示する振動子36は、表面弾性波が伝搬さ
れない領域に、その外縁を膨出させる突出部36aを有し
ている。この突出部36aが、液容器内の液中に浸され
る。
の間の微小間隙部への液の供給が、表面弾性波による振
動によって、または表面張力による毛細管現象によって
自動的に行なわれるものであった。一方、図10〜図13に
示す実施例は、微小間隙部への液の供給を駆動手段によ
って強制的に行なう。この場合、液の供給量と噴霧量と
の間に良好なバランスを保つ必要がある。
振動子44を保持する本体51と、振動子44を内部に受入れ
るように本体51に装着されるメッシュ付きキャップ45
と、振動子44の振動面上に供給される液を蓄える液ボト
ル46とを備える。
上部キャップ45aと、下部キャップ45bと、コイルばね50
の弾発力によって保持されたメッシュ48とを備える。下
部キャップ45bの側壁には液ボトル46の突出パイプ56を
受入れる長孔49が形成されている。図12から明らかなよ
うに、メッシュ(多孔薄板)48と振動板44の振動面との
間には微小間隙部が形成される。この微小間隙部に、液
ボトル46内の液が突出パイプ56を通して供給される。
液ボトル46は、内部に液57を貯留し、その上部空間は密
閉されている。本体51内に収納された加圧ポンプ47によ
って送り出される高圧空気は、チューブ53および逆止弁
54を経由して液ボトル46の上部空間に導入される。この
高圧空気の導入によって液ボトル46内の圧力が上昇し、
その結果液ボトル46内の液57はチューブ55および突出パ
イプ56を経由して振動子44とメッシュ48との間の微小間
隙部に送り出される。
48との間の微小間隙部内の液の有無を検出する液検出手
段を備える。具体的には、微小間隙部内の振動子44の振
動面上に間隔をあけて2つの電極が配置される。一方の
電極は、突出パイプ56によってその機能が果たされる。
他方の電極60は、本体51から突出している。突出パイプ
56(第1電極)と第2電極60との間には間隔があいてお
り、この部分における液の有無によって両電極間の容量
変化が生ずる。この容量変化によって液の有無を検出す
るものである。本体51には電極コンタクト59が設けられ
ている。液ボトル46にも、電極コンタクト59に当接する
電極コンタクト58が設けられている。突出パイプ56と電
極コンタクト58とは電気的に接続される。
適である。メッシュの孔の大きさ等によって、霧化量に
ばらつきが生じる可能性がある。そのような霧化量のば
らつきがあったとしても、連続的に安定した噴霧を行な
うことが望まれる。そこで、図10〜図13に示した実施例
では、微小間隙部内の液の有無を検出する液検出手段を
設け、この液検出手段からの信号に応答して液ボトル46
内の液を微小間隙部内へ強制的に送り込むようにしてい
る。この制御のために、図10に示すように、噴霧装置
は、乾電池40と、電源回路41と、制御回路42と、発振回
路43と、加圧ポンプ47と、液ボトル46とを備える。その
動作は次のように行なわれる。
液が存在しているときには、加圧ポンプ47は駆動されな
い。一方、微小間隙部内の液がなくなってきた場合に
は、第1電極56と第2電極60との間の容量が変化するの
で、液のないことが検出される。制御回路42は、その検
出信号に応答して、加圧ポンプ47を駆動する。加圧ポン
プ47から送り出された高圧空気は液ボトル46内に導入さ
れ、その結果液ボトル46中の液はチューブ55および突出
パイプ56を経由して振動子44とメッシュ48との微小間隙
部内に送り出される。振動子44の振動面を伝搬してきた
表面弾性波の振動は、微小間隙部の液を介してメッシュ
48に伝達され、メッシュ48の孔内に浸透した微量の液を
霧化して外部へ噴霧する。この動作の繰返しにより、液
の供給量と噴霧量とのバランスが良好に保たれる。この
実施例では、液ボトル46内に高圧空気を導入して液を送
り出すものであるので、液ボトル46内の液を十分に消費
することができる。微小間隙部内に適量の液が存在して
いるときには、加圧ポンプ47は駆動されないので、微小
間隙部への液の供給は間欠的に行なわれる。
のために定期的に着脱して洗浄する必要がある。図示し
た実施例では、部品点数削減および構成の単純化のため
に、突出パイプ56を一方の電極センサとして兼用して用
いている。
例示的に説明したが、この発明は図示された実施例に限
定されるものではなく、均等の範囲内において種々の修
正や変形が可能である。
を噴霧する吸入器等に有利に適用され得る。 [図面の簡単な説明]
噴霧装置を示す斜視図である。
る。
めの図である。
ある。
ある。
ある。
図である。
図である。
ック図である。
組合せた状態の断面図である。
る。
Claims (11)
- 【請求項1】表面弾性波を発生する振動子と、 前記振動子の振動面上に微小間隙をあけて配置された多
数の貫通孔を有する多孔薄板と、 前記振動子と前記多孔薄板との間の微小間隙部内に、表
面弾性波による振動および微小間隙による表面張力の毛
細管現象によって液を吸引して供給するための手段とを
備え、 前記液供給手段は、 霧化されるべき液を蓄える液容器と、 前記液容器内の液を必要に応じて強制的に前記微小間隙
部内にまで送り出す液送出手段と、 前記微小間隙部内の液の有無を検出する液検出手段と、 前記液検出手段からの信号に応答して前記液送出手段の
動作を制御する制御手段とを含み、 前記振動子によって伝搬される表面弾性波振動によって
前記微小間隙部内の液を霧化し、前記多孔薄板の貫通孔
を通して噴霧する噴霧装置。 - 【請求項2】前記多孔薄板はメッシュである請求項1に
記載の噴霧装置。 - 【請求項3】前記多孔薄板はセラミックス製である請求
項1に記載の噴霧装置。 - 【請求項4】前記振動子および前記多孔薄板の両者を微
小間隙をあけて保持する保持具をさらに備える請求項1
に記載の噴霧装置。 - 【請求項5】前記振動子と前記多孔薄板との間の間隔
は、前記液容器に近づくに従って次第に大きくなるよう
にされている請求項1に記載の噴霧装置。 - 【請求項6】前記振動子は、表面弾性波が伝搬される伝
搬部と、表面弾性波が伝搬されない非伝搬部とを有し、 前記微小間隙部は、前記伝搬部と前記非伝搬部とにわた
って延在し、 前記非伝搬部が前記液容器内の液に浸される請求項1に
記載の噴霧装置。 - 【請求項7】前記振動子は、表面弾性波が伝搬されない
領域に、その外縁を膨出させる突出部を有し、 前記突出部が前記液容器内の液に浸される請求項6に記
載の噴霧装置。 - 【請求項8】前記液検出手段は、前記微小間隙部内の前
記振動子の振動面上に間隔をあけて配置された第1電極
および第2電極を備え、両電極間の容量変化によって液
の有無を検出する請求項1に記載の噴霧装置。 - 【請求項9】前記液送出手段は、前記微小間隙部内に液
吐出口を有する吐出パイプを有し、 前記吐出パイプは、前記第1電極として使用される請求
項8に記載の噴霧装置。 - 【請求項10】表面弾性波を発生する振動子の振動面上
に微小間隙をあけて多数の貫通孔を有する多孔薄板を配
置する工程と、 霧化されるべき液を液容器内に蓄える工程と、 前記液容器内の液を必要に応じて液送出手段によって強
制的に前記微小間隙部内にまで送り出す工程と、 前記微小間隙部内に、表面弾性波による振動および微小
間隙による表面張力の毛細管現象によって液を吸引して
導く工程と、 液検出手段によって前記微小間隙部内の液の有無を検出
する工程と、 前記液検出手段からの信号に応答して前記液送出手段の
動作を制御する工程と、 前記微小間隙部内の液を、振動子によって伝搬される表
面弾性波振動によって霧化し、前記多孔薄板の貫通孔を
通して噴霧する工程と、 を備える噴霧方法。 - 【請求項11】霧化されるべき液は、液を蓄えている液
容器から、駆動手段によって強制的に微小間隙部へ送り
出される請求項10に記載の噴霧方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7-200769 | 1995-08-07 | ||
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