JP5337029B2 - 口の洗浄に使用するためのガスアシスト（ｇａｓ−ａｓｓｉｓｔｅｄ）液滴噴霧作成用スプレーヘッド装置 - Google Patents

Description

本発明は一般的に、液滴噴霧口洗浄システムに関し、特にそのような口洗浄システムのための液滴噴霧を作り出すための特別スプレーヘッド配置に関する。

口洗浄装置における液滴噴霧を作り出す事について種々のシステムが知られている。１の配置は、国際公開番号ＷＯ200507324、名称「歯の洗浄のための液滴ジェットシステム」に示される。ここに参照文献によって組み入れられた公開において、液滴噴霧は作成され、液滴は気体（空気）の作用により加速された。その結果の液滴噴霧は、液滴が毎秒２５から３０ｍ／秒以上の速度を有するとき、効率的に歯の洗浄をした。液滴噴霧作成のためのガスアシスト方法は、相対的に高速の液滴を作るための渦巻きノズルを通して高速の液体が送り込まれるシステムを含む他の液滴噴霧システムに対し利点を有する。

ガスアシスト装置で、重要な考慮すべき事は、使用中口の中に合うスプレーヘッド部材の構成及び大きさである；スプレーヘッドは、口の中に心地よく適合し且つ作動中相対的に少量の液及び気体を使うべきである。これらの考慮は、ユーザーの便利性及び快適さにとって重要である。同時に、その装置は、効率的な歯の洗浄を提供しなければならない。

従って、液滴の大半が約毎秒３０ｍ以上の速度を有するが、口に心地よく合うように構成され、ユーザーにとって安全で効率的であると同様に心地よい洗浄経験を提供する液滴噴霧を作り出すためのスプレーヘッド配置を有する事が望ましい。

従って、本発明は、口の洗浄に使用するための液滴噴霧作成装置で以下の構成要素を含む：
オリフィス板を貫く少なくとも１つのオリフィス開口部を持ったオリフィス板をその中に有するスプレーヘッド筐体；スプレーヘッド筐体に液体を届けるための液体ライン(line)システムであって、オリフィス開口部を通る液体の流量が、液体がオリフィスを通り液体流としてそこから出るオリフィスの大きさに対し十分大きいシステム；及び筐体中の少なくとも１つの気体開口部を通ってスプレーヘッド筐体に気体を届けるための気体システムであって、気体流が、液体流を分解し、歯の洗浄をするために、液体流を毎秒２５ｍより大きい十分な速度と十分な大きさとを有する液滴噴霧にするのに十分な速度と流量でオリフィス開口部から液体流に衝突するような気体開口部を通る気体流に対して、スプレーヘッドの内部が配置される気体システム。

図１は、１０で一般に示された、代表的な流体液滴口腔洗浄装置を示す。示された装置は、ハンドル部１２と取り外し可能ヘッド部１４を含む。圧縮気体を含む内部気体源は又、使用可能で有るが、ハンドル部は、液体用の貯蔵容器１６及び大気からの空気取り入れ口１８を含む。ポンプ２０と２２は、液体貯蔵容器及び気体源１６と各々関係する。その装置は、電池のような内部動力源２４を有し、その動作は、電子制御システム２６により制御される。

オン／オフスイッチを含むユーザーインターフェース３０は、ユーザーにその装置の動作を制御する能力を提供する。取り外し可能ヘッド部は、必須ではないが、ハンドルとヘッドは各々、インターフェース部３２と３４とを含み、ヘッドが都合良く取り外し且つ取り替え可能となる。ヘッド内の液体及び気体ライン３６及び３８は、出口ノズル４６を含み４２で一般に示されスプレーヘッドとしても言及される、噴霧生成器に接続する。ユーザーにとって心地よく歯の洗浄に効率的な液滴噴霧を作りだし、ユーザーの口に心地よく合う大きさと構成の噴霧生成器が開示される。

一般的な操作において、装置のヘッド部の気体流は、液体流と接触するようにスプレーヘッド４２に向けられ、液体上の気体流の衝撃力の結果、液体流は、分解され液滴になり、同様にいくらかの空気及び液体が流れの中に残る。ユーザーの歯を効率的に洗浄するために、この混合物は、ノズル４６に十分な速度、通常は約毎秒２５ｍから３０ｍ以上、毎秒７０ｍまでの速度を残す。このスプレーヘッドの大きさは重要であるが、液体流量及び気体流量の効率的な制御を維持することも又重要である。液体流量及び気体流量は、ユーザーの心地よい洗浄経験と同様に、結果的な噴霧の洗浄力にとって重要である。

数種類のパラメータが上記の望ましい結果を果たすのに重要であると理解される。これらのパラメータは、スプレーヘッド内の液体流のためのオリフィス孔の大きさ（直径）d、液体流に向けられる気体流の開口部の大きさ（直径）dg及びスプレーヘッドのノズル出口を形成する加速ダクトの大きさ（直径）ddを含む。下記に詳細に述べるが、他の重要な考慮事項は、最小気体流量；最小液体流量；出口ダクト直径に対する最小気体流量との関係；液体圧及び気体圧に対する液体流量と液体流用のオリフィス直径との間の関係；及び気体圧と気体流量との間の関係を含む。

図２は、噴霧生成器（スプレーヘッド）４２の略図を示す。噴霧生成器は、スプレーヘッド筐体６０と液体流６５がそこを通るように仕向けられる少なくとも１つの開口部６４を有する内部オリフィス板６２を含む。オリフィス板６２は、オリフィス開口部６４を作るのに使われるレーザー切断又は刻印(stamping)のような技術で、ステンレススティールのような標準材料から作成可能である。通常保護塗装を持つニッケルのような他の材料は、内部オリフィス板６２のために使用可能である。その板は又、プラスチックで作ることができる。更に、オリフィス開口部を切断するのに有用なＩＣ産業からの技術で、シリコン又はガラスのような他の材料からその板を作ることができる。これらの材料は、口洗浄薬を含む多くの液体に対し耐性がある。この板は、好ましくは厚さ２５から５００ミクロンの間、もっと望ましくは１００から２００ミクロンの間である。

示された実施例中の内部オリフィス板６２から流れを下ると、気体流の入り口用の筐体内の少なくとも２つのあい対する孔６８（約１８０°離れている）がある。孔６８から流れを下ると、筐体は６７で、液体流への気体作用により作り出された液滴が出る加速ダクト部６６の方へ内側に角度がついている。気体ジェット孔６８は典型的には、互いに向き合い角度９０°（液体流に垂直）で孔から液体流に当たるように配置されている。少なくとも２つの対向する気体ジェット６８が要求される；しかし、追加の気体ジェットの対が使用可能である。１の配置は、互いに９０°ずつの角度を為す全部で４つの気体ジェットを含む。加速ダクト部６６は、加速ダクト壁への液体の付着を最小にするために、好ましくは高接触角で通常射出成形プラスチックからできている。登録商標テフロン（登録商標）のような材料か又はフッ化物での塗装が一般的に好ましい。

効果的な液滴噴霧を作り出すために最小気体速が必要である。気体流が最小速以下で有るとき、開口部６４を通る液体流は、気体からの衝撃力によっては実質上影響を受けず、液体はまっすぐな液体流として加速ダクト部６６を去る。気体流がスプレーヘッド内で、最小速又はそれ以上で、垂直に液体流にぶつかるとき、十分な圧力が液体流に働き、液体流は適切な大きさの液滴に分かれ、加速ダクト部６６から出る結果となる。最小気体（空気）速は、以下の式により与えられる：

ここでσは液体の表面張力で、ρgは気体密度で、dは内部オリフィス板内の孔を通る液体流の直径で、Ugは気体流／ジェットの平均速である。気体速、気体入口数、及び気体流量の関係は、次式で与えられる：

ここでnは気体入口数、dgは気体入口の直径、及びQgは気体流量である。この結果最小気体流量は：

となる。

液体流用のノズル板内の孔の直径が減るにつれて、望まれる液滴効果を作り出すために必要な気体流量は増加するということが上式で示される。１つの例として、４つの気体入口及び毎分１０ミリリットルの水流付きの１００マイクロメータのオリフィスについて、最小気体流量は理論的に（上式で）毎分２．３リットルとなる。実験結果は、理論値に非常に近かった。

スプレーヘッドは好ましくは、２つ又は４つ、最大で６個（３対）の気体流を持つ。気体流が多すぎると要求される気体流量も高くなりすぎる。

液滴を作り出せるように、最小液体流量も又、オリフィスからの適切な液体流を作るために必要である。もし流量が十分高くないと、結果流れはなく、オリフィスからの２，３の液滴だけとなる。液体流はオリフィスを通って始まるので、気体内圧力は、外の圧力よりも大きく、次式で表される：

従って、液体流の圧力は、実質上液体の表面張力により作られた圧力より大きくなければならないという事が基本的要求である。要求される圧力は以下の流量により作られる：

ここでαの典型値は大体２である。液体流量、液体オリフィスの直径及び平均液体速度Ｑ１の関係は：

d（オリフィス直径）の最大値は以下の流量Ｑ１の関数として決定できる：

ρ＝１０００ｋｇ／ｍ、σ＝０．０７Ｎ／ｍ及びα＝２の条件で、最大オリフィス直径は０．５と決定される。そうでなければ、最小液体流量はユーザーの口の中で使用するには大き過ぎて実践的でも心地よくもない。

液滴生成装置（スプレーヘッド）内の液滴の加速は、加速ダクト６６の内側及び外側の気体流速度による。安全性と心地よさのために気体流量を最小にすることが望ましいので、加速ダクトの直径ddを減少させる事が望ましい。好ましくは、この直径は、１ｍｍより小さく、より好ましくは、0.6mm以下、最も好ましくは、0.4mm以下である。0.6mmのダクト直径を使うことは、加速ダクト壁と液体流の間の十分な空間のためには最大0.35mmのオリフィス開口部の結果となる。0.4mmのダクト直径で、気体流は更に、スプレーヘッドの性能に影響を与えずに減らすことができる。このことより最大オリフィス直径は、典型的には１５０から２５０マイクロメータという結果となる。

液体流量、液体圧及びオリフィス直径の関係も又、重要である。この関係において、オリフィスを含むスプレーヘッドを通る液体流による摩擦は、重要である。特定のオリフィス直径ｄが与えられると、気体と液体の圧力の関数としての液体流の流量Ｑ１は、次式で決定できる：

上式の０．８２の前の項は摩擦無しの流れ、即ちできる限りの最大流量の結果である。値０．８２は、摩擦係数として言及される。例として、液体圧９．２９バール且つ気体圧２．２５バールで１００マイクロメータの直径については、理論的最大液体流量は、毎分１３．５ミリリットルである。これは実際の実験結果にほぼ一致する。従って、最大スプレーヘッド圧８バールで、直径１００マイクロメータの単一オリフィスは、大体毎分１３ミリリットルの液体流を作り出す。複数のオリフィス付きの良い噴霧器を生産することは通常は、より難しいのであるが、より高速の液体流を作るためには、複数のオリフィス開口部が要求される。それ故、複数のオリフィスを使ったシステムは、故に単一液体オリフィスほど望ましくない。

スプレーヘッド性能のもう１つの重要な関係は、気体と液体の圧力の関数としての気体流、気体開口部直径及び加速ダクトの大きさである。気体圧の関数としての気体流は次式で与えられる：

ここでhlはスプレーヘッドを通って動く液体の摩擦項で、Paは大気圧である。

従って、液体流についての等式に類似した気体流についての等式は：

ここで０．４は、摩擦定数である。１例として、気体圧２．５４バールで、理論的気体流量は、毎分３．２リットルである。これは再び、実際の実験結果と心地よく比較される。

図３Ａ及び３Ｂは、気体チャネルが最小数の鋭い角を有するスプレーヘッド配置を示す。スプレーヘッド７０は、液体流ライン７２と液滴噴霧出口７６付きの加速ダクト７４とを含む。気体流ライン７８は、液体流ライン７２に垂直に入り、中央輪開口部８２に接続する。気体流は、輪壁８６の個々のチャネル８４を通り流れ、液体流に衝撃を与える。

図４は、気体が単一気体流ライン９２を通ってスプレーヘッド９０に入り、リングの全周で直接液体流に開いているリング９４に入る変化例を示す。リング９４の高さはしかし、液体流を望みの液滴噴霧に適切にするために十分な気体流を提供するために十分小さくなければならない。

装置は、一体化携帯ユニットに照らして記述されてきたが、液体及び気体源が離れたユニットにある連結システムの携帯部に使用可能である事は理解されなければならない。

従って、気体と液体の流量及びスプレーヘッドに対する速度が、同時に心地よく安全で、しかし口の洗浄には効果的である範囲内にある一方、ユーザーの口に心地よく合う十分にコンパクトなガスアシスト液滴噴霧システムの生産のために、スプレーヘッド配置は、開示された。

本発明の好ましい実施例は、例示的目的のために開示されたが、種々の変化、修正、代替を特許請求の範囲に定義する本発明の精神から逸脱することなしに実施例に一体化できるということは理解されなければならない。

本発明は、例えば、口洗浄装置に利用する事ができる

液滴口腔洗浄装置を一般的に示す透視図である。 図１の装置のスプレーヘッド部を示す略断面図である。 スプレーヘッド部の特定の実施例を示す略図である。 スプレーヘッド部の特定の実施例を示す略図である。 スプレーヘッド部のもう１つの実施例を示す。

Claims (7)

1. 口の洗浄に使用するための液滴噴霧作成装置であって、前記装置は：
   オリフィス板を貫く少なくとも１つのオリフィス開口部を持ったオリフィス板を中に有するスプレーヘッド筐体；
   前記スプレーヘッド筐体に液体を届けるための液体ライン(line)システムであって、前記オリフィス開口部を通る液体の流量が、前記液体が前記オリフィス開口部を通り液体流としてそこから出る前記オリフィス開口部の大きさに対し十分大きいシステム；及び
   前記スプレーヘッド筐体中の少なくとも２つの気体開口部を通って前記スプレーヘッド筐体に気体を届けるための気体ラインシステムを含み、
   前記２つの気体開口部は前記オリフィス開口部の下流にあり、前記２つの気体開口部はそこからの気体流が略１８０°離れて前記オリフィス開口部からの前記液体流に略垂直に衝突するように方向付けられ、
   前記スプレーヘッド筐体は、前記スプレーヘッド筐体から下流であるとともに前記スプレーヘッド筐体の前記２つの気体開口部から下流に、前記気体開口部を有する前記スプレーヘッド筐体の一部より小さい直径である１ｍｍ以下であるが０．４ｍｍより大きい直径を有する出口ダクトを有する、液滴加速部を含み、
   前記オリフィス開口部は１５０−３５０μｍの範囲の直径を有し、
   前記スプレーヘッド筐体の内部は、前記気体開口部を通る前記気体流に対して、前記気体流が、歯の洗浄をするために、毎秒２５−７０ｍの範囲の十分な速度と十分な大きさとを有する液滴噴霧に前記液体流を分解するのに十分な速度と流量で前記オリフィス開口部からの前記液体流に衝突するように、構成され且つ配置される、
   装置。
2. 前記液体流により作られた圧力が、液体の表面張力に打ち勝つために必要な圧力より実質的に大きい請求項１の液滴噴霧装置。
3. 前記オリフィス開口部が０．５ｍｍ以下の直径を有する請求項１の液滴噴霧装置。
4. 前記オリフィス板が、シリコンを含む物資でできている請求項１の液滴噴霧装置。
5. 前記オリフィス板が、複数のオリフィス開口部を含む請求項１の液滴噴霧装置。
6. 前記出口ダクトの直径が約０．４ｍｍで且つ前記オリフィス開口部の直径が１５０−２００μｍの範囲である請求項１の液滴噴霧装置。
7. 前記システムが、前記オリフィス開口部からの液体流を囲む前記筐体内に中央輪部材を含み、前記中央輪が中央輪を貫く一定間隔の複数の開口部を含み、各開口部のペアーは約１８０°の角度を為し且つ前記液体流ラインに垂直で、前記気体流が前記中央輪に向けられ、且つ前記中央輪開口部が前記オリフィス開口部からの前記液体流に対し開いている請求項１の液滴噴霧装置。

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