JP2022162833A - 粉体噴出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体を連続して噴出できるようにする。【解決手段】粉体噴出装置は、粉体２４が収容されるチャンバ１２と、チャンバ１２からの粉体２４の出口１２Ｂに設けられ、微細な多数のノズル孔を有するノズル板１４と、チャンバ１２内を加圧する加圧ポンプ１８（加圧器）と、チャンバ１２内を減圧する減圧ポンプ１９と、加圧ポンプ１８と減圧ポンプ１９（減圧器）を交互に間欠運転させる制御部２２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、粉体噴出装置に関する。

透過性膜の一方側に加圧したスラリーを供給し、該透過性膜を振動させつつ透過成分を他方側に透過させて他方側から微小粒子のみを含有スラリーを取り出し、一方側から大径粒子を含有するスラリーを取り出す技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０００－３７６８８号公報

上記した技術の他、多数のノズル孔を有するノズル板を振動させて液体を霧化する技術も一般に提供されている。しかしながら、同様の技術を用いて粉体を空気中に噴出させようとした場合、粉体の粒子がノズル板のノズル孔を塞いで目詰まりするため、連続して噴出させることが難しかった。

本発明は、粉体をノズル板から連続的に噴出できるようにすることを目的とする。

第１の態様に係る粉体噴出装置は、粉体が収容されるチャンバと、前記チャンバからの前記粉体の出口に設けられ、微細な多数のノズル孔を有するノズル板と、前記チャンバ内を加圧する加圧器と、前記チャンバ内を減圧する減圧器と、前記加圧器と前記減圧器を交互に間欠運転させる制御部と、を有する。

この粉体噴出装置では、加圧器の運転によってチャンバ内の圧力を上昇させることにより、チャンバ内の粉体がノズル板のノズル孔に押しつけられるので、粉体がノズル孔から外部へ強制的に噴出される。かかる噴出を継続すると、やがてチャンバ内の粉体がノズル板のノズル孔に付着してノズル板を塞いでしまうため、加圧器の運転を停止して減圧器を運転開始する。かかる運転によりチャンバ内の圧力が低下するので、ノズル板のノズル孔に付着している粉体がノズル孔から強制的に引き離されてチャンバ内を浮遊するようになると、減圧器の運転を停止して加圧器を運転開始する。このように、加圧器と減圧器とを交互に間欠運転することにより、ノズル板のノズル孔が目詰まりをすることなく、粉体を連続して噴出させることができる。

第２の態様は、第１の態様に係る粉体噴出装置において、前記ノズル板を振動させる圧電振動子を更に有する。

この粉体噴出装置では、加圧器と減圧器との間欠運転により目詰まりを防止したノズル板を圧電振動子により振動させることで、粉体の噴出効率を更に向上させることができる。

第３の態様は、第１の態様又は第２の態様に係る粉体噴出装置において、前記加圧器の一回当たりの運転時間をＴ１とし、前記減圧器の一回当たりの運転時間をＴ３とし、前記加圧器と前記減圧器の運転切替え時のインターバル時間をＴ２とすると、Ｔ１＞０、Ｔ２≧０、Ｔ３＞０である。

この粉体噴出装置では、加圧器及び減圧器の運転時間と、加圧器と減圧器の運転切替え時のインターバル時間を適切に設定することにより、粉体の噴出効率を更に向上させることができる。

本発明によれば、ノズル板のノズル孔が目詰まりすることなく、粉体を連続的に噴出できるようにすることができる。

本実施形態に係る粉体噴出装置の概略構成を示す断面図及びブロック図である。 制御部の回路構成の概略を示すブロック図である。 制御部による制御の流れを示すフロー図である。 加圧器及び減圧器の運転タイミングと圧力変化を示すチャート図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

図１において、本実施形態に係る粉体噴出装置１０は、チャンバ１２と、ノズル板１４と、圧電振動子１６と、加圧器の一例としての加圧ポンプ１８と、減圧器の一例としての減圧ポンプ１９と、制御部２２と、を有している。

チャンバ１２は、粉体２４が収容される筒状容器であり、例えば軸方向が上下方向となるように配置されている。粉体２４は、例えば粉末状の吸入薬であり、ノズル板１４のノズル孔（図示せず）を直径５μｍの微細な形状に製造することにより５μｍ以下の粉体２４を選択的に分画して噴出して、肺まで到達させることができるようになっている。

チャンバ１２の上端は、粉体２４の供給口１２Ａとなっている。この供給口１２Ａは、通常時は蓋体２６により閉塞されており、粉体２４の供給時等に開くことが可能となっている。供給口１２Ａの端面には、蓋体２６とチャンバ１２との間の気密性を確保するためのシール部材２８が設けられている。一方、チャンバ１２の下端は、粉体２４の出口１２Ｂとなっている。この出口１２Ｂには、ノズルユニット３０が取り付けられている。出口１２Ｂの端面には、ノズルユニット３０とチャンバ１２との間の気密性を確保するためのシール部材３２が設けられている。

チャンバ１２の側部の上部には、減圧用の通気口３９が設けられている。また、チャンバ１２の側部における通気口３９より下方には、加圧用の通気口３８が設けられている。つまり、減圧用の通気口３９は、チャンバ１２における出口１２Ｂから遠い側に設けられ、加圧用の通気口３８は、出口１２Ｂに近い側に設けられている。これは、減圧用の通気口３９からの粉体２４の流出を抑制するためである。

ノズルユニット３０には、例えば吸引管３４が取付け可能となっている。ノズルユニット３０には、チャンバ１２側と吸引管３４とに連通する流路３０Ａが設けられている。この流路３０Ａに、圧電振動子１６が貼着されたノズル板１４が設けられている。チャンバ１２から流路３０Ａに入った粉体２４は、ノズル板１４のノズル孔を通過して外部、つまり吸引管３４側に噴出するようになっている。

ノズル板１４は、チャンバ１２からの粉体２４の出口１２Ｂ、具体的にはノズルユニット３０に設けられ、微細な多数のノズル孔を有している。圧電振動子１６は、ノズル板１４を振動させる圧電素子であり、ノズル板１４に貼着されている。

加圧ポンプ１８は、チャンバ１２内を加圧する加圧器であり、例えば連結管４８を介して通気口３８に接続されている。この加圧ポンプ１８は、チャンバ１２内に矢印Ａ方向に圧縮空気を供給することで、チャンバ１２内を加圧するようになっている。

減圧ポンプ１９は、チャンバ１２内を減圧する減圧器であり、例えば連結管４９を介して通気口３９に接続されている。この減圧ポンプ１９は、チャンバ１２内の空気を矢印Ｂ方向に吸引することで、チャンバ１２内を減圧するようになっている。
なお、粉体２４が減圧ポンプ１９側に吸引されることを抑制するため、通気口３９又は連結管４９にフィルタ（図示せず）が設けられていてもよい。

図１において、制御部２２は、加圧ポンプ１８と減圧ポンプ１９を交互に間欠運転させる装置である。制御部２２は、圧電振動子１６、加圧ポンプ１８及び減圧ポンプ１９にそれぞれ接続されている。また、制御部２２には、操作盤４２が接続されている。制御部２２の回路構成の概略は、図２に示される通りである。制御部２２は、例えばポンプ制御基板４４と、発振回路基板４６を有している。ポンプ制御基板４４は、ＯＮ／ＯＦＦ切替機能５１と、タイマー１と、タイマー２と、タイマー３とを有している。発振回路基板４６は、ポンプ制御基板４４に接続され、圧電振動子１６に対して供給される電圧及び圧電振動子１６の周波数を制御する。この電圧及び周波数は、粉体２４（図１）の種類に応じて適宜調整されてもよく、或いは種類に応じてプリセットされた値から適宜選択されてもよい。

タイマー１，２，３の設定時間や、これらを組み合わせた一連の動作回数を予め設定することも可能である。この際、タイマー１，２，３の設定時間や一連の動作回数は、粉体２４（図１）の種類に応じて適宜調整されてもよく、或いは種類に応じてプリセットされた値から適宜選択されてもよい。

加圧ポンプ１８の一回当たりの運転時間をＴ１とし、減圧ポンプ１９の一回当たりの運転時間をＴ３とし、加圧ポンプ１８と減圧ポンプ１９の運転切替え時のインターバル時間をＴ２とすると、Ｔ１＞０、Ｔ２≧０、Ｔ３＞０である。

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について、図１から図４に基づいて説明する。本実施形態に係る粉体噴出装置１０では、加圧ポンプ１８の運転によってチャンバ１２内の圧力を上昇させて正圧にすることにより、チャンバ１２内の粉体２４がノズル板１４のノズル孔に押しつけられるので、粉体２４がノズル孔から外部へ強制的に噴出される。

かかる噴出を継続すると、やがてチャンバ１２内の粉体２４がノズル板１４のノズル孔に付着してノズル板１４を塞いでしまうため、加圧ポンプ１８の運転を停止して減圧ポンプ１９を運転開始する。

かかる運転によりチャンバ１２内の圧力が低下して負圧になるので、ノズル板１４のノズル孔に付着している粉体２４がノズル孔から強制的に引き離されてチャンバ１２内を浮遊するようになると、減圧ポンプ１９の運転を停止して加圧ポンプ１８を運転開始する。

このように、加圧ポンプ１８と減圧ポンプ１９とを交互に間欠運転することにより、ノズル板１４のノズル孔が目詰まりをすることなく、粉体２４を連続して外部（吸引管３４）へ噴出させることができる。

併せて、かかる運転時に、目詰まりを防止したノズル板１４を圧電振動子１６により振動させることで、粉体２４の噴出効率を更に向上させることができる。併せて、加圧ポンプ１８及び減圧ポンプ１９の運転時間Ｔ１，Ｔ３と、加圧ポンプ１８と減圧ポンプ１９の運転切替え時のインターバル時間Ｔ２を適切に設定することにより、粉体２４の噴出効率を更に向上させることができる。これにより、粉体２４を連続して噴出させることができる。この粉体噴出装置１０を粉末薬剤吸引装置に適用することで、患者が吸引管３４を口で咥え、装置から噴出する粉末薬剤を吸引により摂取することが容易となる。薬剤を吸引することで、該薬剤を肺の患部に直接投与することも可能となる。

図３、図４において、制御の流れの一例について説明する。操作盤４２の電源がＯＮにされ、ステップＳ１において圧電振動子１６が駆動してノズル板１４が振動を開始する。ステップＳ２においてノズル板の運転ランプ（図示せず）が点灯しているかどうか判定され、判定がＹＥＳであればステップＳ３に進み、判定がＮＯであればステップＳ１に戻る。

ステップＳ３においては、タイマー１，２，３における運転時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の設定と、タイマー１，２，３を組み合わせた一連の動作回数（Ｎ回）の設定が行われる。これらの設定については、粉体２４（図１）の種類に応じて適宜調整され、或いは種類に応じてプリセットされた値から適宜選択されてもよい。

ステップＳ４においては、加圧ポンプ１８の運転が開始する。運転時間はＴ１（＞０）である。図４に示されるように、運転時間Ｔ１の運転によるチャンバ１２内の圧力は例えば台形状に変化する。これは、運転開始時と運転停止時に圧力変動があるためである。運転時間Ｔ１の間、図１におけるチャンバ１２内は加圧されて正圧となる。

運転時間Ｔ１が経過すると、ステップＳ５において、加圧ポンプ１８の運転が停止する。インターバル時間Ｔ２（≧０）が経過すると、ステップＳ６において、減圧ポンプ１９の運転が開始される。運転時間はＴ３（＞０）である。図４に示されるように、運転時間Ｔ３の運転によるチャンバ１２内の圧力は、例えば台形状に変化する。これは、運転開始時と運転停止時に圧力変動があるためである。運転時間Ｔ３の間、図１におけるチャンバ１２内は減圧されて負圧となる。

運転時間Ｔ３が経過すると、ステップＳ７において、減圧ポンプ１９の運転が停止する。そして、インターバル時間Ｔ２（≧０）が経過すると、一連の動作回数（Ｎ回）に達したかどうかが判定され、判定がＹＥＳであればステップＳ９に進む。判定がＮＯであればステップＳ４に戻り、一連の動作が繰り返される。一連の動作とは、運転時間Ｔ１における加圧、１回目のインターバル時間Ｔ２における停止、運転時間Ｔ３における減圧、及び２回目のインターバル時間Ｔ２における停止である。

なお、インターバル時間Ｔ２は０であってもよい。この場合において、運転時間Ｔ１，Ｔ３が互いに一部重なるように運転してもよい。換言すれば、加圧ポンプ１８の運転が停止する前に減圧ポンプ１９の運転を開始したり、減圧ポンプ１９の運転が停止する前に加圧ポンプ１８の運転を開始したりしてもよい。この場合、チャンバ１２内の正圧と負圧の切替えが、インターバル時間Ｔ２を設ける場合よりも速やかに進行する。なお、この場合でも、加圧ポンプ１８及び減圧ポンプ１９は、それぞれ単独では間欠運転となる。

ステップＳ９においては操作盤４２の電源がＯＦＦにされ、ステップＳ１０においてノズル板１４の振動が停止して終了となる。

（試験例）
表１に示される動作条件により、粉体の噴出量がどのように変わるかを目視で確認した。数値は、先行技術文献である特許文献１と同様にノズル板を振動させた場合の噴出量を０とした指数で示されている。ノズル板を振動させるのみでは、粉体の噴出は確認できなかったが、加圧のみの場合は若干噴出（指数１）が確認された。次に、加圧と減圧を繰り返した場合、加圧のみの場合の３倍の噴出が確認された。更に加圧と減圧を繰り返すと共にノズル板を振動させた場合には、加圧のみの場合の１０倍の噴出が確認された。このように、加圧と減圧の繰返しでも粉体の噴出が可能であり、これにノズル板の振動を組み合わせることで、更に効率的な粉体の噴出が可能になることが確認された。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

例えば、圧電振動子１６を設けない構成であってもよく、また圧電振動子１６を使用しない制御モードが設定されていてもよい。試験例に示されるように、加圧と減圧のみでも粉体２４の噴出が可能なためである。

加圧ポンプ１８の一回当たりの運転時間Ｔ１、減圧ポンプ１９の一回当たりの運転時間Ｔ３、インターバル時間Ｔ２について、Ｔ１＞０、Ｔ２≧０、Ｔ３＞０であるものとしたが、各時間の設定はこれに限られない。尚、運転時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、加圧ポンプ１８の圧力と減圧ポンプ１９の圧力及びチャンバ１２の内容積並びに粉体２４の量により変動するが、秒単位の時間に設定するのが好ましく、この場合、粉体２４は数十秒程度連続して噴出されると推察される。

１０ 粉体噴出装置
１２ チャンバ
１２Ｂ 出口
１４ ノズル板
１６ 圧電振動子
１８ 加圧ポンプ（加圧器）
１９ 減圧ポンプ（減圧器）
２２ 制御部
２４ 粉体
Ｔ１ 加圧器の一回当たりの運転時間
Ｔ２ インターバル時間
Ｔ３ 減圧器の一回当たりの運転時間

Claims (3)

1. 粉体が収容されるチャンバと、
   前記チャンバからの前記粉体の出口に設けられ、微細な多数のノズル孔を有するノズル板と、
   前記チャンバ内を加圧する加圧器と、
   前記チャンバ内を減圧する減圧器と、
   前記加圧器と前記減圧器を交互に間欠運転させる制御部と、
   を有する粉体噴出装置。
2. 前記ノズル板を振動させる圧電振動子を更に有する請求項１に記載の粉体噴出装置。
3. 前記加圧器の一回当たりの運転時間をＴ１とし、
   前記減圧器の一回当たりの運転時間をＴ３とし、
   前記加圧器と前記減圧器の運転切替え時のインターバル時間をＴ２とすると、
   Ｔ１＞０、Ｔ２≧０、Ｔ３＞０である請求項１又は請求項２に記載の粉体噴出装置。

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