JP4430608B2 - 微霧滴発生装置 - Google Patents

Description

本発明は微霧滴発生装置に関し、特に、圧電原理を使用した駆動方式の小流量精密タイプの微霧滴発生装置に関するものである。

現在市場で販売されている霧化器は、圧力式と機械振盪式の二種類がある。圧力或いは非常に大きい圧力差を利用して液体を霧化する。これは霧化量が大きいという効果を得ることができる。但し、その欠点は霧粒が大きい圧力を上げる機器が必要となる、及び、圧力式のため騒音が比較的大きい等である。医療用霧化器ではそのような大きい霧化量を必要としないで、且つ、粒の大きさの要求が非常に重視されている。このために、圧力式の霧化器は徐々に医療用途に適用しなくなっている。近年では、医療用霧化器は機械振盪式が主流であり、大部分は圧電材料を使用して生じた超音波の振動で液体を霧化させる。但し、この霧化方式は欠点があり、例えば電気の消耗量が大きい、霧気の移送方向への駆動はファンを必要とする、体積が比較的大きい、霧化した粒の大きさが不均一になる等である。

圧電材料を使用した霧化器の中で、上記の超音波霧化の方式を除いて噴出孔板を配設して使用する霧化器がある。噴出孔板を加えた後では大いに使用する電気エネルギーを低下させ、尚且つ、孔径の作用を介して粒の大きさの制御を得ることができる。関連の特許或いは商品は大体二つの種類に分けることができる。（特許文献１，２参照）一つは圧電材料の振動を利用して、液体を噴出孔板から押し出して霧気を形成する方式である。

別の一つは、圧電材料の振動噴出孔板を利用して液体を拍動させ、液体を噴出孔から排出して霧気を形成する方式である。前者は、小さい粒の霧滴を生じるためには比較的大きいエネルギーで圧電材料を駆動して振動させることにより、始めて液体を押し出して霧化させることができるので、効果については後者よりもやや低い。後者は場合によっては拍動のための平面を配設することがある。例えば毛細管束を利用して液体の輸送の機制を行い、並びにその末端に一つの平面を加工して、液体を該平面上に流して拍動させて霧化させる。或いは、一つの圧力装置を配設して液体を噴出孔板の個所に圧送させ、噴出孔板が振動した時に噴出孔から霧化を押し出す。これによる問題は下記１〜５の通りである。
１．エネルギーが容易に散失する。
２．体積が大きい。
３．コストが比較的高い。
４．毛細管束の一端で平面を拍動する方式であるため使用する角度が生限される。
５．霧化効果には限度がある。
特開２００５−０５８４２０ 特開２００５−１３１５４９

然し乍ら、上記のような従来技術では、医療用の霧化器の大部分は圧電材料を使用して生じた超音波振動で液体を霧化する。関連の特許或いは最新の商品は、圧電材料の振動を利用して液体を噴出孔板から押し出して霧気を形成する。又、別の一つの形式は、圧電材料の振動噴出孔板を利用して液体を拍動し、液体を噴出孔から排出して霧気を形成する。しかし、この形式の装置はエネルギーが容易に失われる、体積が大きい、コストが高い、霧化効果には限度があるという問題がある。

そこで、エネルギーが容易に失われず、体積が小さく、霧化効果が大きく、低コストを可能にするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はその課題を解決することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するために提案するものであり、請求項１記載の発明は本体と、噴出孔板と、振盪エレメント及び頂面エレメントを含む微霧滴発生装置であり、
該本体は、その内部に収容室が設けられて霧化する流体を収容することができ、該本体の一側面には開口が設けられ、前記収容室内部の流体は該開口に流れることができ、
前記噴出孔板は、該本体の開口の箇所に取り付けられて、該噴出孔板には密在した微小の噴出孔が形成され、且つ、その一面は該本体の収容室の内側面に向かっていて、該収容室の内部の流体と接触することができ、
前記振盪エレメントは該噴出孔板と互いに結合されていて、尚且つ、該噴出孔板を駆動して往復振動させ、
前記頂面エレメントの一つの頂面は、噴出孔板と対向して前記収容室の内部を形成し、上記エレメントの組合わせによって、前記振盪エレメントが前記噴出孔板を駆動した時には、該噴出孔板と前記頂面の間に小腔体を形成し、該小腔体の体積が拡大した時は、前記収容室の内部の流体を該小腔体の中に進入させ、該小腔体の体積が縮小した時には該小腔体の内部の流体は圧縮を受けて、該噴出孔板の噴出孔から噴出することにより微霧滴を形成して流体を霧化するように構成した微霧滴発生装置であって、
上記頂面エレメントは、凸塊又は平板で構成されているとともに、該頂面エレメントに凹槽が設けられている微霧滴発生装置を提供するものである。

この構成によれば、凸塊の頂面は噴出孔板の内側面の個所に設けられているので該噴出孔板が作動した時、振動エネルギーは凸塊の頂面の制限を受けるため小腔体の空間内に限られる。これによって、噴出孔板の振盪エネルギーは容易に散失することなくエネルギーの節約が可能になる。又、噴出孔板の振動でエネルギーは小腔体の中の流体に有効に付与されるので、噴出孔板には大きい動力を必要としない。更に、噴出孔板の噴出孔の直径は縮小させることができるので、高い霧化効果が得られる。

この構成によれば、頂面エレメントは凸塊又は平板より成るので、頂面エレメントの構造が簡単化又は扁平化が可能となる。

この構成によれば、頂面エレメントに凹槽を設けたので流体は凹槽に保持される。

請求項２記載の発明は、上記頂面エレメントの表面には少なくとも一つのガイド溝が形成されていて、該ガイド溝により流体をガイドして該頂面エレメントの頂面と上記噴出孔板の内側面との間の小腔体の中に進入させる請求項１記載の微霧滴発生装置を提供する。

この構成によれば、頂面エレメントの表面にガイド溝を設けたので、流体はガイド溝に案内されて小腔体の中に進入する。

請求項３記載の発明は、上記頂面エレメントの頂面周辺にはガイド角が設けられていて、該ガイド角により流体をガイドして該頂面エレメントの頂面と上記噴出孔板の内側面との間の小腔体の中に進入させる請求項１記載の微霧滴発生装置を提供する。

この構成によれば、頂面エレメントの頂面周縁部にガイド角を設けたので、流体はガイド角に案内されて小腔体の中に進入する。

請求項４記載の発明は、上記頂面エレメントは、上記本体上に固設或は該本体と一体に成形されている請求項１記載の微霧滴発生装置を提供する。

この構成によれば、頂面エレメントは本体上に固設又は一体成形されているので、本体に対して頂面エレメントを垂直方向、水平方向等の任意な方向に設けられる。

請求項５記載の発明は、上記本体には注入口が形成され、該注入口は該本体の収容室と連通し、上記流体は該注入口を経て該収容室の内部に注入することができる請求項１記載の微霧滴発生装置を提供する。

この構成によれば、本体は収容室と連通する注入口を有するので、注入口から流体を注ぐと流体は収容室の中に収容される。

請求項６記載の発明は、上記振盪エレメントは圧電材料で製作されていて、導電した時に高速振動を発生することができる請求項１記載の微霧滴発生装置を提供する。

この構成によれば、振盪エレメントは圧電材料より成るので振盪エレメントに通電すると、振盪エレメントが高速の往復振動が発生する。

請求項７記載の発明は、上記振盪エレメントはリング状になっていて、且つ、環巻きで上記噴出孔板の周囲に設けられている請求項１記載の微霧滴発生装置を提供する。

この構成によれば、噴出孔板の周囲にリング状の振盪エレメントを設けたので、噴出孔板の周囲方向において振盪エネルギーが均等に付与される。

請求項８記載の発明は、上記凹槽がリング状凹槽であることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置を提供する。

この構成によれば、頂面エレメントに設けた凹槽がリング状に形成されているので、流体はリング状の凹槽に保持される。

請求項１記載の発明は、振動エネルギーが容易に消失しないのでエネルギーの節約を達成でき、電池等の内部電波は長時間使用できる。又、噴出孔板の駆動力は少なくて済み、動力系統の簡単化及び低コスト化が用いられ、加えて流体輸送のための補助装置を必要としない。更に、本発明は装置全体を縮小又は扁平化でき、小型の携帯用医療噴霧器や空調用微霧滴発生器等に好適に使用することができる。

本発明は、頂面エレメントの簡単化又は偏平化が可能になるので、上記効果に加えて装置全体の一層の小型化が図られる。

本発明は、凹溝に流体が保持されるので上記効果に加えて霧化効率が一層向上する。

請求項２記載の発明は、流体はガイド溝に案内され小腔体の中に進入するので、請求項１記載の発明に加えて、重力を利用して流体を小腔体の中に案内できない場合でも小腔体の中に流体を確実に進入させることができ、正常の運転状態を良好に維持させることができる。

請求項３記載の発明は、流体はガイド角に案内されて小腔体の中に進入するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、正常の運転状態を良好に維持させることができる。

請求項４記載の発明は、本体に頂面エレメントを任意な方向に設けることができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて頂面エレメントの設計の自由度が高くなる。

請求項５記載の発明は、注入口に流体を注入すると収容室に流体が収容されるので、請求項１記載の発明の効果に加えて収容室に流体を輸送するための駆動力を必要としない。

請求項６記載の発明は、振盪エレメントに通電だけで高速の往復振動が生ずるので、請求項１記載の発明の効果に加えて流体をより効率よく霧化できるという特有の効果がある。

請求項７記載の発明は、噴出孔板の周囲に均等な振動力を付与できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて噴出孔板の振動性能を高めることができる。

請求項８記載の発明は、リング状の凹溝に流体が保持されるので、請求項１記載の発明の効果に加えて電化効率を一層高めることができる。

本発明は、エネルギーの節約、装置の小型化、低コスト化及び霧化効果を高めるという目的を、本体と、噴出孔板と、振盪エレメント及び頂面エレメントを含む微霧滴発生装置であって、該本体は、その内部に収容室が設けられて霧化する流体を収容することができ、該本体の一側面には開口が設けられ、前記収容室内部の流体は該開口に流れることができ、前記噴出孔板は、該本体の開口の箇所に取り付けられて、該噴出孔板には密在した微小の噴出孔が形成され、且つ、その一面は該本体の収容室の内側面に向かっていて、該収容室の内部の流体と接触することができ、前記振盪エレメントは該噴出孔板と互いに結合されていて、尚且つ、該噴出孔板を駆動して往復振動させ、前記頂面エレメントの一つの頂面は、噴出孔板と対向して前記収容室の内部を形成し、上記エレメントの組合せによって、前記振盪エレメントが前記噴出孔板を駆動した時には、該噴出孔板と前記頂面の間に小腔体を形成し、該小腔体は前記噴出孔板の内側面と該頂面との間隔の変化によって拡大或いは縮小することができ、該小腔体の体積が拡大した時は、前記収容室の内部の流体を該小腔体の中に進入させ、該小腔体の体積が縮小した時には該小腔体の内部の流体は圧縮を受けて、該噴出孔板の噴出孔から噴出することにより微霧滴を形成して流体を霧化するように構成したことによって実現した。

以下、図面に従って本発明を説明する。図１において、本発明の微霧滴発生装置は本体１０、噴出孔板２０、振盪エレメント３０及び頂面４１で構成し、その中の頂面４１を提供する頂面エレメント４は、凸塊或いは平板エレメントのようなもので提供することができる。該本体１０の内部には一つの収容室１１があって、霧化する液体を収容する。該本体１０の一側面には開口１２が形成され、噴出孔板２０を取付けることができる。該開口１２は該本体１０の収容室１１と連通する。これによって、収容室１１の内部の流体を該開口１２の個所に流動させることができ、並びに該噴出孔板２０と接触させることができる。

該本体１０の別の一端には、一つの注入口１３が設置されていて、使用者が該注入口１３から流体を該収容室１１の中に注入することができる。本発明を携帯用として使用（例えば携帯用の医療霧化器）する時は、該収容室１１の容量を大きくすることができ、これによって、十分大きな流量を供給させる。そして、若しも本発明の装置が長時間使用の用途に応用（例えば室内噴霧器）される場合は、該注入口１３は継続して流体を供給することができる。該注入口１３を流体の供給装置と連接することにより長時間の使用ができるようになる。

図２に示すように、噴出孔板２０は該本体１０の開口１２の個所に嵌着されている。該噴出孔板２０には密在した微小の噴出孔２１が設けられ、該噴出孔２１の作用は流体が該噴出孔２１から通過した時に、噴出孔２１の孔径及び噴出方向の制限作用によって流体が噴出した後の粒の大きさ及びその噴出後の移動方向を制御することができる。

図２に示した噴出孔板２０は、一面が該本体１０の収容室１１の内側面２２に向かった面が形成され、該収容室１１の内部の流体と接触することができる。

図１及び図２において、振盪エレメント３０は圧電材料で製作されていて、尚且つ、該噴出孔板２０と接合している。これにより、電力の駆動を受けた時は、高速の振動を生じて進んで噴出孔板２０を引き動して高速振動を生じる。

該振盪エレメント３０の構造は、噴出孔板２０と平行の結合方式で一体に組立られている。噴出孔板２０及び本体１０の開口１２はすべて円形の構造であるので、振盪エレメント３０も丸いリング状の構造に設計する。図３及び図４に示すように、振盪エレメント３０が電力の駆動を受けて高速振動を生じた時は、該噴出孔板２０を駆動して該噴出孔板２０の内側面に対し垂直方向の往復振動を生じさせることができる。

本発明の主な特徴は、該収容室１１の内部に一つの凸塊４０が設置されていること、該凸塊４０の一端は本体１０に固定されていること、凸塊４０の別の一端には頂面４１が形成されていることがある。該頂面４１は、該噴出孔板２０の内側面２２に平行に設けられているので、該頂面４１と該噴出孔板２０の内側面２２の間に小腔体５０が形成される。

前記振盪エレメント３０が前記噴出孔板２０を駆動した時は、前記小腔体５０は噴出孔板２０の内側面２２と該凸塊４０の頂面４１の間隔の変化によって、拡大或いは縮小する。図３に示すように、噴出孔板２０が該頂面４１の方向に向かって遠く離れて移動した時は、これに伴って該小腔体５０の体積も拡大する。この時は、収容室１１の内部の流体を該小腔体５０の中に進入させることができる。そして、図４に示すように、該小腔体５０の体積が縮小した時は、該小腔体５０内部の流体は圧縮を受けて該噴出孔板２０の噴出孔２１から噴射して出る。これによって、微霧滴５１を形成し、流体を霧化する目的を達成する。

本発明は、凸塊４０に適当なるガイド溝４３を設けて流体の流動を助けることができる。図５に示すように、凸塊４０ａの頂面４１に凹槽４２を設けて霧化効率を上げることができる。該凹槽４２はリング状の凹槽でもよい。図３において、該凹槽４２は流体を凸塊４０の頂面４１の空間に保持できるように形成することができる。図６に示す構成例では、凸塊４０ｂの頂面の周辺にガイド角４４を設けている。該ガイド角４４は流体を凸塊４０ｂの頂面４１の空間に保持するように形成することができる。毛細（現象）作用によって流体を頂面４１と噴出孔板２０の内側面２２との間の空間の中に維持する。

図７に示す構成例では、凸塊４０ｃの側面に少なくとも一つの凸塊４０ｃの側面から、その頂面４１に向かって延伸したガイド溝４３を設けている。該ガイド溝４３は、毛細作用によって流体を凸塊４０ｃの頂面にガイドすることができる。上記のガイド溝４３によって流体を補助して、凸塊４０ｃの頂面と噴出孔板２０の内側面２２の間の小腔体５０の中に進入させることができる。これにより、もしも重力を利用して自然に流体をガイドすることができない状況でも、ガイド溝４３によって生じた毛細作用によって流体をガイドすることができ、正常の運転作業を維持させる。

違った流体及び違った殻体に対応するために、頂面エレメント４は下記の種々の設計が可能である。図８に示すように、凸塊４０ｄは略Ｔ字形に形成され、本体１０に水平に固設されている。図９に示すように、平板４０ｅは略ｑ字形に形成され本体１０に垂直に設けられている。

本発明の主な技術特徴は、該収容室１１の内部に凸塊４０を設置したことにある。図３及び図４に示すように、該凸塊４０の頂面４１は噴出孔板２０の内側面２２の下側の個所に設けられているので、噴出孔板２０が作動した時には、その振動エネルギーは凸塊４０の頂面４１の制限を受けるために小腔体５０の狭くて小さい空間内に限定される。これによって、噴出孔板２０の振盪エネルギーは容易に散失することなくエネルギー節約を達成する。これにより、本発明で使用する電池等の内部電源は長時間に亘って使用することができる。この他に、噴出孔板２０の振盪エネルギーは小腔体５０の中の流体に有効に伝送することができるので、噴出孔板２０は大きい動力を必要としないで、流体を駆動して狭くて小さい噴出孔２１を通過することができる。尚且つ、噴出孔板２０の噴出孔の直径は一層縮小させることができ、比較的高い霧化効果を達成する。このほかに、本実施例の頂面４１は平板エレメントで形成される。頂面４１と該噴出孔板２０に収容室１１内部と同じ効果を形成するエレメントを採用することは、すべて本発明の技術範囲に属する。

本発明と従来技術を比較すると、本発明の動力系統を簡単化することができ、尚且つ、その他の流体輸送に使用する補助装置を加える必要がないので、大幅に構造を簡単化してコストを下げることができる。本発明は発生装置の体積を縮小し、或いは扁平化の構造に製作して多くの携帯用の小型霧化装置、又は狭い空間で使用される装置（例えば、携帯用医療噴霧器、空調系統で使用する微霧滴発生器等）に適するという利点がある。

本発明の立体分解図である。 本発明の組立断面図である。 本発明の使用状態の動作説明図である。 本発明の他の使用状態の動作説明図である。 本発明で使用する凸塊の一例を示す構造図である。 本発明で使用する凸塊の他の例を示す構造図である。 本発明で使用する凸塊の他の例を示す構造図である。 本発明で使用する頂面エレメントの一例を示す構造図である。 本発明で使用する頂面エレメントの他の例を示す構造図である。

符号の説明

４ 頂面エレメント
１０ 本体
１１ 収容室
１２ 開口
１３ 注入口
２０ 噴出孔板
２１ 噴出孔
２２ 内側面
３０ 振盪エレメント
４０，４０ａ，４０ｂ 凸塊
４０ｃ，４０ｄ 凸塊
４０ｅ 平板
４１ 頂面
４２ 凹槽
４３ ガイド溝
４４ ガイド角
５０ 小腔体
５１ 微霧滴

Claims (8)

1. 本体と、噴出孔板と、振盪エレメント及び頂面エレメントを含む微霧滴発生装置であり、
   該本体は、その内部に収容室が設けられて霧化する流体を収容することができ、該本体の一側面には開口が設けられ、前記収容室内部の流体は該開口に流れることができ、
   前記噴出孔板は、該本体の開口の箇所に取り付けられて、該噴出孔板には密在した微小の噴出孔が形成され、且つ、その一面は該本体の収容室の内側面に向かっていて、該収容室の内部の流体と接触することができ、
   前記振盪エレメントは該噴出孔板と互いに結合されていて、尚且つ、該噴出孔板を駆動して往復振動させ、
   前記頂面エレメントの一つの頂面は、噴出孔板と対向して前記収容室の内部を形成し、上記エレメントの組合わせによって、前記振盪エレメントが前記噴出孔板を駆動した時には、該噴出孔板と前記頂面の間に小腔体を形成し、該小腔体の体積が拡大した時は、前記収容室の内部の流体を該小腔体の中に進入させ、該小腔体の体積が縮小した時には該小腔体の内部の流体は圧縮を受けて、該噴出孔板の噴出孔から噴出することにより微霧滴を形成して流体を霧化するように構成した微霧滴発生装置であって、
   上記頂面エレメントは、凸塊又は平板で構成されているとともに、該頂面エレメントに凹槽が設けられていることを特徴とする微霧滴発生装置。
2. 上記頂面エレメントの表面には少なくとも一つのガイド溝が形成されていて、該ガイド溝により流体をガイドして該頂面エレメントの頂面と上記噴出孔板の内側面との間の小腔体の中に進入させることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置。
3. 上記頂面エレメントの頂面周辺にはガイド角が設けられていて、該ガイド角により流体をガイドして該頂面エレメントの頂面と上記噴出孔板の内側面との間の小腔体の中に進入させることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置。
4. 上記頂面エレメントは、上記本体上に固設或は該本体と一体に成形されていることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置。
5. 上記本体には注入口が形成され、該注入口は該本体の収容室と連通し、上記流体は該注入口を経て該収容室の内部に注入することができることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置。
6. 上記振盪エレメントは圧電材料で製作されていて、導電した時に高速振動を発生することができることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置。
7. 上記振盪エレメントはリング状になっていて、且つ、環巻きで上記噴出孔板の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置。
8. 上記凹槽がリング状凹槽であることを特徴とする請求項１記載の微霧滴発生装置。

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