WO1997005960A1 - Atomization apparatus and method utilizing surface acoustic waves - Google Patents

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Kei Asai
Takanobu Yamauchi
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Definitions

  • the present invention relates to a spray device and a spray method using surface acoustic waves, and more particularly to an ultrasonic spray device used for treating asthma, lung disease, and the like.
  • FIG. 1 illustrates the spraying device described in this document.
  • the spraying device includes a vibrator 3 having a pair of comb-shaped electrodes 5, 5 on its surface to generate surface acoustic waves, a cover 4 arranged on the vibrating surface of the vibrator 3, and a tube 1.
  • the liquid 2 to be sprayed is supplied through the tube 1 as shown by the arrow A and into the gap between the oscillator 3 and the cover 4.
  • the liquid 2 flowing out of the gap between the vibrator 3 and the cover 1 is atomized and sprayed by the surface acoustic wave vibration.
  • the liquid supply amount and the spray amount vary.
  • atomizing and atomizing the liquid only by the vibration of surface acoustic waves requires a large amount of electrical energy, and it is difficult to perform the desired operation by driving with a small-power dry cell. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a spray device and a spray method capable of maintaining a good balance between a liquid supply amount and a spray amount and performing stable spraying.
  • Another object of the present invention is to enable stable spraying even with a small amount of electric power such as a battery.
  • Still another object of the present invention is to enable efficient atomization and spraying.
  • a spray device includes a vibrator that generates a surface acoustic wave, a perforated thin plate having a large number of through-holes disposed on a vibration surface of the vibrator with a small gap therebetween, and a vibrator and a perforated thin plate. Means for supplying the liquid into the minute gap between. The liquid in the minute gap is atomized by surface acoustic wave vibration propagated by the vibrator, and is sprayed through the through-hole of the porous thin plate.
  • the vibration due to the surface acoustic wave is generated in the minute gap. It is transmitted to the perforated thin plate via the liquid in the inside. Due to the vibration of the porous thin plate, a small amount of liquid that has permeated the through-hole is atomized and sprayed.
  • the spraying device shown in Fig. 1 sprays the liquid on the vibrator by directly atomizing it by the vibration of surface acoustic waves, so large electric energy is required.
  • the spraying method of the present invention it is possible to perform spraying by driving a battery with a small electric power of about 2 W of 1 Z 10 or less as compared with the apparatus shown in FIG.
  • a porous thin plate has a large number of through holes.
  • a ceramic made of a hard material which has a small amplitude attenuation due to vibration absorption is preferable. Ceramics have excellent corrosion resistance and have been confirmed to be safe for the human body. Therefore, for a nebulizer that sprays various chemicals used for asthma treatment, for example, a porous thin plate (mesh) made of ceramics is most suitable.
  • the spraying device comprises a holder for holding both the oscillator and the perforated sheet with a small gap.
  • the liquid supply means for supplying a liquid into the minute gap between the vibrator and the perforated thin plate includes a liquid container for storing a liquid to be atomized.
  • the liquid in the liquid container is sucked into the minute gap by vibration due to surface acoustic waves or by capillary action.
  • the surface elasticity continues to enter the minute gap. Since the liquid is automatically supplied by the vibration due to the wave and the capillary action due to z or surface tension, it is possible to maintain a good balance between the supply amount of the liquid and the spray amount.
  • a means for forcibly sending the liquid into the minute gap is not particularly required, the size of the spray device can be reduced.
  • the distance between the vibrator and the porous thin plate is preferably It is made to increase gradually as it approaches the liquid container.
  • the vibrator has a propagation section through which the surface acoustic wave is to be propagated, and a non-propagation section through which the surface acoustic wave is not propagated.
  • the micro-gap between the transducer and the perforated lamella extends over a propagating portion and a non-propagating portion.
  • the small gap on the non-propagating part is immersed in the liquid in the liquid container in order to suck the liquid in the liquid container into the small gap due to the vibration caused by the surface acoustic wave and the no-capillarity.
  • the liquid supply means of the spraying device comprises: a liquid container for storing the liquid to be atomized; and a liquid delivery means for forcibly sending the liquid in the liquid container into the minute gap as required.
  • Liquid detecting means for detecting the presence or absence of liquid in the minute gap;
  • Control means for controlling the operation of the liquid delivery means in response to these signals.
  • the liquid is supplied into the minute gap according to the detection result of the presence or absence of the liquid in the minute gap, so that a good balance is maintained between the liquid supply amount and the spray amount. Can be.
  • the liquid detecting means includes, for example, a first electrode and a second electrode arranged at intervals on the vibrating surface of the vibrator in the minute gap, and detects the presence or absence of the liquid by a change in capacitance between the two electrodes. .
  • the spraying method includes a step of arranging a porous thin plate having a large number of through holes with a minute gap on a vibrating surface of a vibrator that generates a surface acoustic wave; and a step of guiding a liquid into the minute gap. And atomizing the liquid in the minute gap by surface acoustic wave vibration propagated by the vibrator, and spraying the liquid through the through holes of the porous thin plate.
  • the liquid to be atomized is sucked into the minute gap from the liquid container storing the liquid by vibration due to surface acoustic waves or by capillary action.
  • the liquid to be atomized is forcibly sent out of the liquid container storing the liquid into the minute gap by driving means.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional atomizer using a vibrator that generates surface acoustic waves.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of one embodiment according to the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a use state of one embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 shows an example of an inhaler incorporating a nebulizer.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a vibrator that generates surface acoustic waves.
  • FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment according to the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a use state of the other embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a vibrator having a protruding non-propagating portion.
  • FIG. 10 is a block diagram of yet another embodiment according to the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the spray device.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state in which a vibrator and a cap having a porous thin plate are combined.
  • FIG. 13 is a sectional view showing a mechanism for supplying a liquid.
  • the spraying device is provided with a vibrator 11 for generating a surface acoustic wave, a thin plate 12 having a mesh 12a at substantially the center, and a holder 13.
  • the vibrator 11 has a rectangular substrate 14 made of, for example, lithium niobate (LiNb03), and a pair of comb-shaped electrodes 15 and 15 formed on the surface of the substrate 14. including.
  • the comb-tooth portions 15a of the pair of comb-shaped electrodes 15 and 15 are arranged alternately along the longitudinal direction of the substrate 14.
  • a high-frequency voltage is applied between a pair of comb electrodes 15 and 15
  • a surface acoustic wave is generated. This surface acoustic wave propagates along the longitudinal direction of the vibrator 11.
  • the substrate 14 of the vibrator 11 has positioning protrusions 14 a and 14 a on its side.
  • the substantially square thin plate 12 includes a mesh 12a forming a large number of through holes. Each hole of the mesh 12a is set to a diameter sufficiently larger than the diameter of the spray particles generated by the vibration.
  • ceramic As the material of the mesh 12a, ceramic is preferable. Ceramics do not absorb much of the vibration, so the amplitude is less attenuated. In addition, ceramics have excellent corrosion resistance and have been confirmed to be safe for the human body.
  • the shape of the holder 13 is almost The shape is u-shaped, and the shape seen from above is almost rectangular.
  • the holder 13 has a pair of side walls 13a, 13a, and grooves 16 and 17 are formed on the inner wall surfaces thereof.
  • the groove 16 receives and holds the vibrator 11, and extends substantially parallel to the bottom wall 13 b of the holder 13.
  • the groove 17 is for receiving and holding the thin plate 12 with a mesh. Since the groove 17 is formed at an angle to the bottom wall 13b of the holder 13, the distance between the groove 17 and the groove 16 is not constant.
  • the distance between the two grooves is set to gradually increase toward the tip. As a dimensional example, for example, when the length of the groove 16 is 10 (1 O mm), the maximum distance between the groove 16 and the groove 17 at the tip is about 1 (1 mm) Is to be.
  • the thin plate 12 with a mesh, and the holder 13 to make a spray device When assembling the vibrator 11, the thin plate 12 with a mesh, and the holder 13 to make a spray device, first move the tip of the substrate 14 of the vibrator 11 in the direction indicated by arrow A. Fit the holder 13 into the groove 16 of the holder. The movement of the vibrator 11 is performed until the positioning projection 14 a contacts the holder 13. Subsequently, the thin plate with mesh 12 is moved in the direction shown by the arrow B and is fitted into the groove 17 of the holder 13. Thus, the spray device shown in Fig. 3 is obtained. A minute gap is created between the vibrating surface of the vibrator held by the holder 13 and the thin plate 12 with a mesh. The distance between the vibrator 11 and the thin plate 12 is gradually increased toward the tip. Next, with reference to FIG. 4, the operation when the spraying device is used will be described.
  • the liquid container 18 stores a liquid 19 to be sprayed.
  • the tip of the vibrator 11 and the tip of the thin plate 12 with Z or mesh are immersed in the liquid in the liquid container 18. That is, the minute gap between the vibrator 11 and the thin plate 12 is immersed in the liquid.
  • a surface acoustic wave is generated from the comb tooth portion 15 a of the vibrator 11, and the surface acoustic wave propagates on the vibrating surface of the vibrator 11.
  • the liquid 19 is sucked into the minute gap between the vibrator 11 and the thin plate 12 by the vibration caused by the surface acoustic wave and the capillary action caused by the surface tension.
  • the amount of liquid in the minute gap is small and appropriate, and can be sufficiently atomized by the vibration amplitude of the surface wave driven by low power.
  • the vibration on the vibrating surface of the vibrator 11 is transmitted to the mesh 12 a of the thin plate 12 via the liquid in the minute gap. Due to the vibration of the mesh 12a, a small amount of liquid that has permeated the holes is atomized and sprayed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an inhaler incorporating the nebulizer shown in FIGS.
  • the inhaler includes a main body case 21 and a drug solution bottle 18.
  • the main body case 21 has a circuit board 2 on which a circuit for driving the vibrator 11 1 is mounted in addition to a spraying device including the vibrator 11, a thin plate 12 with a mesh, and a holder 13. 3, battery 24 and power switch 25 are stored.
  • Chemical liquid bottle 18 stores chemical liquid 19 when used, and Attached to the lower part of case 21. As shown in the figure, the lower ends of the vibrator 11 and the thin plate 12 with a mesh are immersed in the chemical solution 19.
  • a small amount of liquid permeated into the holes of the mesh 12a of the thin plate 12 is atomized by the surface acoustic wave vibration and sprayed, it can be driven by a dry cell. Stable spraying can be performed.
  • the liquid is supplied into the minute gap automatically by vibration and / or surface tension due to surface acoustic waves, there is no particular need for a means for forcibly sending the liquid. Therefore, a small spray device can be obtained. Further, since the liquid is supplied from the liquid container in accordance with the atomization, a good balance between the liquid supply amount and the spray amount can be maintained.
  • the thin plate 12 with a mesh was used as the perforated thin plate having a large number of through holes
  • the present invention is not limited to such a mesh, and a large number of through holes are formed in a flat thin plate. May be used.
  • FIG. 6 illustrates a vibrator 30 having a pair of comb-shaped electrodes 31, 31.
  • the surface acoustic wave generated by applying a voltage between the pair of comb electrodes 31 and 31 is represented by the comb teeth of the comb electrode.
  • a hatched region 32 is a propagation portion through which surface acoustic waves are propagated
  • the other region 33 is a non-propagation portion through which surface acoustic waves are not propagated.
  • the surface acoustic wave is reflected by the end face of the vibrator 30 and interferes with the traveling wave to generate a standing wave, thereby increasing the vibration amplitude.
  • the load of vibration increases, the surface acoustic wave diffuses in the liquid, and the increase in vibration amplitude due to the standing wave may not be expected. There is. In other words, if the portion of the vibrator 30 that is immersed in the liquid is on the propagation side of the surface acoustic wave, the power of the spray and the atomization efficiency may be reduced.
  • the non-propagating portion of the oscillator 30 where the surface acoustic wave is not propagated is immersed in the liquid.
  • the thin plate 34 having the mesh 34 a faces both the propagation part and the non-propagation part of the vibrator 30 to form a minute gap. I have.
  • the distance between the vibrator 30 and the thin plate 34 with the mesh 34a is set to gradually increase as approaching the liquid container.
  • FIG. 8 shows a state in which the non-propagating portion located on the side of the vibrator 30 and the tip of the thin plate 34 with a mesh are immersed in the liquid in the liquid container 35.
  • the vibration load does not increase, No decrease in vibration amplitude occurs. Therefore, it is expected that the energy of the spray and the atomization efficiency will be improved.
  • FIG. 9 illustrates another example of the oscillator 36 that generates a surface acoustic wave.
  • the illustrated transducer 36 has a protruding portion 36a that bulges its outer edge in a region where surface acoustic waves do not propagate.
  • the protrusion 36a is immersed in the liquid in the liquid container.
  • the liquid is automatically supplied to the minute gap between the vibrator and the porous thin plate by vibration due to surface acoustic waves or by capillary action due to surface tension. Was to be done.
  • the supply of the liquid to the minute gap is forcibly performed by the driving means. In this case, it is necessary to maintain a good balance between the supply amount of the liquid and the spray amount.
  • the spraying device has a main body 51 that holds a vibrator 44 that generates a surface acoustic wave, and a mechanism that is attached to the main body 51 so as to receive the vibrator 44 inside. It is provided with a cap with a shroud 45 and a liquid bottle 46 for storing a liquid to be supplied on the vibrating surface of the vibrator 44.
  • the cap 45 is held by the resilient force of the upper cap 45 a having an opening in the center, the lower cap 45 b, and the coil spring 50.
  • the prepared mesh 48 is provided.
  • a long hole 49 for receiving the projecting pipe 56 of the liquid bottle 46 is formed on a side wall of the lower cap 45b.
  • the mesh (perforated thin plate) 48 and the diaphragm A minute gap is formed between the vibrating surface and the vibrating surface.
  • the liquid in the liquid bottle 46 is supplied to the minute gap through the projecting pipe 56.
  • FIG. 13 illustrates the configuration associated with the liquid bottle 46.
  • the liquid bottle 46 stores the liquid 57 inside, and its upper space is closed.
  • the high-pressure air sent out by the pressurized pump 47 housed in the main body 51 is introduced into the upper space of the liquid bottle 46 via the tube 53 and the check valve 54. Due to the introduction of the high-pressure air, the pressure in the liquid bottle 46 rises, and as a result, the liquid 57 in the liquid bottle 46 passes through the tube 55 and the projecting pipe 56 so that the vibrator 4 It is sent to the minute gap between 4 and mesh 48.
  • the spraying device shown in FIGS. 10 to 13 includes a liquid detecting means for detecting the presence or absence of a liquid in a minute gap between the vibrator 44 and the mesh 48.
  • a liquid detecting means for detecting the presence or absence of a liquid in a minute gap between the vibrator 44 and the mesh 48.
  • two electrodes are arranged at an interval on the vibrating surface of the vibrator 44 in the minute gap.
  • One electrode performs its function by the protruding pipe 56.
  • the other electrode 60 protrudes from the main body 51.
  • There is a gap between the protruding pipe 56 (first electrode) and the second electrode 60 There is a gap between the protruding pipe 56 (first electrode) and the second electrode 60, and the capacity between the two electrodes changes depending on the presence or absence of the liquid in this portion. The presence or absence of the liquid is detected based on the change in the capacity.
  • the body 51 is provided with an electrode contact 59.
  • the liquid bottle 46 also has an electrode contact 58 in contact with
  • the material of the mesh 48 which is a porous thin plate, is optimally ceramic. Depending on the size of the mesh holes, the amount of atomization may vary. Even if there is such a variation in the amount of atomization, it is desirable to perform continuous and stable spraying. Therefore, in the embodiment shown in FIGS. 10 to 13, liquid detecting means for detecting the presence or absence of liquid in the minute gap is provided, and the liquid bottle 46 is provided in response to a signal from the liquid detecting means. Liquid is forcibly sent into the minute gap.
  • the spraying device includes a dry battery 40, a power supply circuit 41, a control circuit 42, an oscillation circuit 43, a pressurizing pump 47, and a liquid pump.
  • a bottle 46 is provided. The operation is performed as follows.
  • the pressurizing pump 47 When an appropriate amount of liquid exists in the minute gap between the vibrator 44 and the mesh 48, the pressurizing pump 47 is not driven. On the other hand, when the liquid in the minute gap is exhausted, the capacity between the first electrode 56 and the second electrode 60 changes, and it is detected that there is no liquid.
  • the control circuit 42 drives the pressurizing pump 47 in response to the detection signal.
  • the high-pressure air sent from the pressurizing pump 47 is introduced into the liquid bottle 46, and as a result, the liquid in the liquid bottle 46 passes through the tube 55 and the protruding pipe 56 to the vibrator 44 and the female. It is sent out into the minute gap with the brush 48.
  • the vibration of the surface acoustic wave propagating on the vibrating surface of the vibrator 4 meshes through the liquid in the minute gap.
  • a small amount of liquid that has been transmitted to the mesh 48 and penetrated into the holes of the mesh 48 is atomized and sprayed to the outside. By repeating this operation, a good balance between the supply amount of the liquid and the spray amount is maintained.
  • the high-pressure air is introduced into the liquid bottle 46 to send out the liquid, the liquid in the liquid bottle 46 can be sufficiently consumed.
  • the pressurizing pump 47 is not driven, so that the supply of the liquid to the minute gap is performed intermittently.
  • the electrode sensors 56 and 60 for detecting water must be periodically attached and detached and washed to prevent malfunction.
  • the protruding pipe 56 is also used as one of the electrode sensors.
  • the present invention can be advantageously applied to an inhaler or the like which sprays a medicinal solution effective for treating asthma and lung disease.

Description

明 細 書 表面弾性波を利用した噴霧装置および噴霧方法 技術分野
こ、の発明は、 表面弾性波を利用した噴霧装置および噴霧 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。 背景技術
表面弾性波を用いた噴霧装置は、 Proceedings of 8th I EEE international Workshop on Micro Electrictro Mech anical Systems 30 January - 2 February 1995 Amsterda m, The Netherlands © r suriace Acoustic Wave Atomizer with Pumping Efiect」 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 カバ一 4 との間の隙間内に供給される。 振動子 3 とカバ一 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 つて霧化されて噴霧される。
図 1 に示した噴霧装置では、 液体供給量と噴霧量のバラ 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、 オーバ一フローが生じ、 噴霧が止ま つたりする。 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霧化して噴霧するに 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。 発明の開示
この発明の目的は、 液体供給量と噴霧量とのバラ ンスを 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。
この発明の他の目的は、 電池などの小電力でも安定した 噴霧を行なえるようにすることである。
この発明のさ らに他の目的は、 効率的な霧化および噴霧 を行なえるようにすることである。
この発明に従った噴霧装置は、 表面弾性波を発生する振 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液を供給するための手段とを備える。 微小間隙部内の液は、 振動子によつ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。
上記発明によれば、 表面弾性波による振動は微小間隙部 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 波の振動によつて直接霧化して噴霧するものであるので、 大きな電気工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 Z 1 0以下の 2 W 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。 多孔薄板は、 多数の貫通孔を有するものである。 多孔薄 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。
好ま しい実施例では、 噴霧装置は、 振動子および多孔薄 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。
1つの実施例では、 振動子と多孔薄板との間の微小間隙 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つ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 z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。
表面弾性波による振動および または表面張力による毛 細管現象によつ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。
振動子は、 表面弾性波が伝搬されるべき伝搬部と、 表面 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つて延在する。 表面弾性波によ る振動およびノまたは毛細管現象によつて液容器内の液を 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 波によつ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。
他の実施例では、 噴霧装置の液供給手段は、 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。
この発明に従った噴霧方法は、 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、 微小間隙部内に液を導く工程 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。 1つの実施例では、 霧化されるベ き液は、 液を蓄えている液容器から、 表面弾性波による振 動によって、 または毛細管現象によつて微小間隙部内に吸 引される。 他の実施例では、 霧化されるべき液は、 液を蓄 えている液容器から、 駆動手段によつて強制的に微小間隙 部内へ送り出される。
この発明の上述の目的およびその他の特徴ならびに利点 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。 図面の簡単な説明 図 1 は、 表面弾性波を発生する振動子を用いた従来の噴 霧装置を示す斜視図である。
図 2 は、 この発明に従った一実施例の分解斜視図である。 図 3 は、 この発明の一実施例の斜視図である。
図 4 は、 この発明の一実施例の使用状態を説明するため の図である。
図 5 は、 噴霧装置を組込んだ吸入器の一例を示す図であ る o
図 6は、 表面弾性波を発生する振動子を示す斜視図であ
^。
図 7 は、 この発明に従った他の実施例を示す斜視図であ る o
図 8は、 上記他の実施例の使用状態を説明するための図 ^ある。
図 9 は、 突出した非伝搬部を有する振動子を示す斜視図 である。
図 1 0 は、 この発明に従ったさ らに他の実施例のブロッ ク図である。
図 1 1 は、 噴霧装置の分解斜視図である。
図 1 2は、 振動子と、 多孔薄板を有するキャ ップとを組 合せた状態の断面図である。
図 1 3 は、 液を供給するための機構を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態 図 2、 図 3および図 4を参照して、 この発明の一実施例 を説明する。
噴霧装置は、 表面弾性波を発生する振動子 1 1 と、 ほぼ 中央にメ ッ シュ 1 2 aを有する薄板 1 2 と、 保持具 1 3 と 備んる。
振動子 1 1 は、 たとえばニオブ酸リチウム (L i N b 0 3 ) から作られる長方形状の基板 1 4 と、 この基板 1 4の 表面に形成された 1対の櫛形電極 1 5, 1 5 とを含む。 1 対の櫛形電極 1 5, 1 5の櫛歯部分 1 5 a は、 基板 1 4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 1 5 , 1 5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 1 1 の長手方向に沿って伝搬する。 振動子 1 1の基板 1 4 は、 その側部に位置決め突片 1 4 a, 1 4 aを有してい Q o
ほぼ四角形の薄板 1 2 は、 多数の貫通孔を形成するメ ッ シュ 1 2 aを含む。 メ ッ シュ 1 2 aの各孔は、 振動によつ 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。
メ ッ シュ 1 2 aの材質としては、 セラ ミ ックスが好ま し 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。
保持具 1 3 は、 図示するように、 正面から見た形状がほ 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 1 3 は 1対の側壁部 1 3 a, 1 3 aを有しており、 それらの内壁面に溝 1 6および 1 7が形成されている。 溝 1 6 は、 振動子 1 1 を受入れて保持するものであり、 保持 具 1 3の底壁部 1 3 bに対してほぼ平行に延びている。 溝 1 7 は、 メ ッシュ付きの薄板 1 2を受入れて保持するため のものである。 溝 1 7 は保持具 1 3の底壁部 1 3 bに対し て角度をもって形成されているため、 溝 1 7 と溝 1 6 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 1 6の長さを 1 0 ( 1 O m m ) とし たとき、 先端における溝 1 6 と溝 1 7 との間の最大間隔は 1 ( 1 m m ) 程度となるようにされる。
振動子 1 1 と、 メ ッシュ付き薄板 1 2 と、 保持具 1 3 と を組立て噴霧装置を作る場合、 まず、 振動子 1 1の基板 1 4の先端を、 矢印 Aで示す方向に移動させて保持具 1 3の 溝 1 6内にはめ入れる。 振動子 1 1 の移動は、 位置決め突 片 1 4 aが保持具 1 3 に当接するまで行なう。 続いて、 メ ッシュ付き薄板 1 2を矢印 Bで示す方向に移動させて保持 具 1 3の溝 1 7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 1 3 によつて保持された振動子 の振動面と、 メ ッ シュ付き薄板 1 2 との間には微小間隙が 作られる。 振動子 1 1 と薄板 1 2 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。 次に、 図 4を参照して、 噴霧装置の使用時の動作を説明 する。
液容器 1 8 には、 噴霧されるべき液 1 9が蓄えられてい る。 振動子 1 1 の先端および Zまたはメ ッ シュ付薄板 1 2 の先端は、 液容器 1 8中の液に浸される。 つまり、 振動子 1 1 と薄板 1 2 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 1 1が駆動されると、 振動子 1 1 の櫛歯部 分 1 5 aから表面弾性波が発生し、 この表面弾性波は振動 子 1 1の振動面上を伝搬して液容器 1 8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 1 9 は、 振動子 1 1 と薄板 1 2 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つ て十分に霧化され得るものである。 振動子 1 1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 1 2のメ ッ シ ュ 1 2 aに伝達される。 メ ッ シュ 1 2 a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。
図 5 は、 図 2〜図 4 に示した噴霧装置を組込んだ吸入器 の断面図である。 吸入器は、 本体ケース 2 1 と、 薬液ボト ル 1 8 とを備える。 本体ケース 2 1 には、 振動子 1 1 とメ ッ シュ付き薄板 1 2 と保持具 1 3 とからなる噴霧装置に加 えて、 振動子 1 1 を駆動するための回路を搭載する回路基 板 2 3、 電池 2 4および電源スィ ツチ 2 5が収納されてい る。 薬液ボ トル 1 8 は、 使用時には薬液 1 9を蓄え、 本体 ケース 2 1の下部に装着される。 図示するように、 振動子 1 1およびメ ッ シュ付き薄板 1 2の下端部は薬液 1 9中に 浸される。 振動子 1 1 とメ ッシュ付き薄板 1 2 との間の微 小間隙部には液が充塡されるので、 電源スィ ツチ 2 5をォ 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 1 2のメ ッシュ 1 2 a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。
以上の実施例によれば、 薄板 1 2のメ ッ シュ 1 2 aの孔 内に浸透した微量の液を表面弾性波振動によつて霧化し噴 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、 したがつて小型の 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。
なお、 多数の貫通孔を有する多孔薄板と してメ ッシュ付 きの薄板 1 2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。
図 6 は、 1対の櫛形電極 3 1 , 3 1 を有する振動子 3 0 を図示している。 1対の櫛形電極 3 1, 3 1間への電圧の 印加によつて発生した表面弾性波は、 櫛形電極の櫛歯部分 が重なつている領域の幅で振動子 3 0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 3 2 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 3 3 は、 表 面弾性波が伝搬されない非伝搬部である。 振動子 3 0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 3 0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 3 0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 3 0 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。
そこで、 図 7〜図 9 に示す実施例では、 振動子 3 0のう 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 3 4 aを有する薄板 3 4 は、 振動子 3 0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 3 0 とメ ッ シュ 3 4 a付きの薄板 3 4 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。
図 8 は、 振動子 3 0の側方に位置する非伝搬部とメ ッシ ュ付き薄板 3 4の先端とを液容器 3 5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。
図 9 は、 表面弾性波を発生する振動子 3 6の他の例を図 示している。 図示する振動子 3 6 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 3 6 aを有し ている。 この突出部 3 6 aが、 液容器内の液中に浸される。 図 2〜図 9 に示した実施例では、 振動子と多孔薄板との 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 1 0〜図 1 3 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。
図 1 1 を参照して、 噴霧装置は、 表面弾性波を発生する 振動子 4 4を保持する本体 5 1 と、 振動子 4 4を内部に受 入れるように本体 5 1 に装着されるメ ッ シュ付きキャ ップ 4 5 と、 振動子 4 4の振動面上に供給される液を蓄える液 ボ トル 4 6 とを備える。
図 1 2を参照して、 キャ ップ 4 5 は、 中央に開口を有す る上部キャ ップ 4 5 a と、 下部キヤ ップ 4 5 b と、 コイル ばね 5 0の弾発力によって保持されたメ ッ シュ 4 8 とを備 える。 下部キャ ップ 4 5 bの側壁には液ボ トル 4 6の突出 パイプ 5 6を受入れる長孔 4 9が形成されている。 図 1 2 から明らかなように、 メ ッ シュ (多孔薄板) 4 8 と振動板 4 4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 4 6内の液が突出パイプ 5 6を通し て供給される。
図 1 3 は、 液ボトル 4 6 に関連した構成を図示している。 液ボ トル 4 6 は、 内部に液 5 7を貯留し、 その上部空間は 密閉されている。 本体 5 1 内に収納された加圧ポンプ 4 7 によって送り出される高圧空気は、 チューブ 5 3および逆 止弁 5 4を経由して液ボ トル 4 6の上部空間に導入される。 この高圧空気の導入によつて液ボ トル 4 6内の圧力が上昇 し、 その結果液ボ トル 4 6内の液 5 7 はチューブ 5 5およ び突出パイプ 5 6を経由して振動子 4 4 とメ ッ シュ 4 8 と の間の微小間隙部に送り出される。
図 1 0〜図 1 3 に示した噴霧装置は、 振動子 4 4 とメ ッ シュ 4 8 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 4 4 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 5 6 によってその機能が果たされる。 他方の電極 6 0は、 本体 5 1から突出している。 突出パイ プ 5 6 (第 1電極) と第 2電極 6 0 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。 この容量変化によつて液の有無を検出す るものである。 本体 5 1 には電極コンタク 卜 5 9が設けら れている。 液ボ トル 4 6 にも、 電極コンタク ト 5 9 に当接 する電極コンタク ト 5 8が設けられている。 突出パイプ 5 6 と電極コンタク ト 5 8 とは電気的に接続される。
多孔薄板であるメ ッ シュ 4 8の材質はセラ ミ ックスが最 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 1 0〜図 1 3 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 4 6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 1 0 に示すように、 噴霧装置は、 乾電池 4 0 と、 電源回路 4 1 と、 制御回路 4 2 と、 発振回路 4 3 と、 加圧ポンプ 4 7 と、 液ボ トル 4 6 とを備える。 その動作は 次のように行なわれる。
振動子 4 4 とメ ッ シュ 4 8 との間の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 4 7 は駆動され ない。 一方、 微小間隙部内の液がなく なつてきた場合には、 第 1電極 5 6 と第 2電極 6 0 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 4 2 は、 その検出信 号に応答して、 加圧ポンプ 4 7を駆動する。 加圧ポンプ 4 7から送り出された高圧空気は液ボトル 4 6内に導入され、 その結果液ボトル 4 6 中の液はチューブ 5 5および突出パ イブ 5 6を経由して振動子 4 4 とメ ッシュ 4 8 との微小間 隙部内に送り出される。 振動子 4 4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 4 8 に伝達され、 メ ッ シュ 4 8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 4 6 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 4 6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 4 7 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。
渴水を検出する電極センサ 5 6および 6 0 は、 誤動作防 止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 5 6を一方の電極センサと して兼用して用いて ο
以上、 図面を参照してこの発明のいくつかの実施例を例 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。 産業上の利用可能性
この発明は、 喘息治療や肺の疾患治療等に有効な薬液を 噴霧する吸入器等に有利に適用され得る。

Claims

請求の範囲
1. 表面弾性波を発生する振動子 ( 1 1、 3 0、 3 6、 4 4 ) 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 ( 1 2 a、 3 4 a、 4 8 ) と、 前記振動子と前記多孔薄板との間の微小間隙部内に液を 供給するための手段とを備え、
前記振動子によつて伝搬される表面弾性波振動によつて 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。
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
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。
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 ( 1 3 ) をさ らに備える請求項 1 に記 載の噴霧装置。
5. 前記液供給手段は、 霧化されるべき液を蓄える液容器 ( 1 8、 3 5 ) を含み、
前記液容器内の液は、 表面弾性波による振動によって、 または毛細管現象によつて前記微小間隙部内に吸引される 請求項 1 に記載の噴霧装置。
6. 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 5 に記載の噴霧装置。
7. 前記振動子は、 表面弾性波が伝搬される伝搬部 ( 3 2 ) と、 表面弾性波が伝搬されない非伝搬部 ( 3 3 ) 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 つて延在し、
前記非伝搬部が前記液容器内の液に浸される請求項 5に 記載の噴霧装置。
8. 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 ( 3 6 a ) 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 7に記 載の噴霧装置。
9. 前記液供給手段は、
霧化されるべき液を蓄える液容器 ( 4 6 ) 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 ( 4 7 ) と、
前記微小間隙部内の液の有無を検出する液検出手段 ( 5 6、 6 0 ) 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 ( 4 2 ) とを備える請求項 1 に記 載の噴霧装置。
1 0. 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 ( 5 6 ) お よび第 2電極 ( 6 0 ) を備え、 両電極間の容量変化によつ て液の有無を検出する請求項 9 に記載の噴霧装置。
1 1 . 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 ( 5 6 ) 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 1 0 に記載の噴霧装置。
1 2 . 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、 前記微小間隙部内に液を導く工程と、
前記微小間隙部内の液を、 振動子によって伝搬される表 面弾性波振動によつて霧化し、 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。
1 3 . 霧化されるべき液は、 液を蓄えている液容器から、 表面弾性波による振動によって、 または毛細管現象によつ て前記微小間隙部内に吸引される請求項 1 2 に記載の噴霧 方法。
1 4 . 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 1 2 に記載の噴霧方法。
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