JP6640361B2 - 酸素発生カプセル - Google Patents

Description

本発明は、酸素を発生させるためのカプセルおよびそれを利用することができる器具に関する。

酸素を発生させるためのカプセルが知られている。しかしながら、この分野で知られているカプセルは、米国特許第３，８６１，８８０号に例示されている塩素酸塩キャンドルなどのように、高い発熱反応で酸素を生成する。これらの酸素発生溶液は、一般の人が使用する家庭用器具には使用できない。

本開示は、酸素生成のためのカプセル、典型的には使い捨てカプセルに関する。酸素の生成は、反応物と水との化学反応による。反応物の１つとして水を含む酸素発生のための反応は、典型的には低発熱反応である。これは、酸素生成反応が、関与する構成要素、すなわちカプセル、反応物および水の緩やかな加熱のみを伴うことを意味する。これにより、カプセルを比較的安価な熱可塑性材料から製造することができ、また、カプセルが高温で加熱されないため、その内部で反応が起きている間に、あるいはその直後に、熱保護手段なしで（例えば、素手で）容易に取り扱うことができる。反応物は、過炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ_２）であってもよい。また、カプセルは、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）のような触媒も含むことができる。

カプセルは、酸素の供給および器具内でのその使用のために、器具と連結されるように構成される。化学反応は、器具と結合されて、予め密封されたポートを介して水が導入されたときに、カプセル内で生じる。ポートは、水導管システムに連結された器具のカップリング装置に液密に連結するように構成されている。そのような結合の際に、ポートが開放されて、水がカプセル内に導入され、酸素が化学的に生成される。化学反応の反応物の１つである水をカプセルから排除することにより、望ましくない反応が防止され、カプセルが輸送および保管のために安全なものとされる。

また、カップリング装置は、酸素導管システムにも連結され、それにより生成された酸素が前記ポートから酸素導管システムに流出することを可能にする。代替的には、カプセルは、２つのポートを有することができ、そのうちの１つが、カプセル内に水を導入するための水導管システムに連結された第１の連結要素に連結するためのものであり、もう１つが、カプセル内で発生した酸素の回収およびチャネリングのための酸素導管システムに連結された第２の連結要素に連結するためのものである。

カプセルは、内部に１またはそれ以上の区画を有する筐体を規定するハウジングで形成される。ハウジングは、典型的には、流体不透過性材料で、特に水および水分不透過性材料、例えば、プラスチックまたは金属などから作られている。前記区画の少なくとも１つは、乾燥反応物、典型的には粉末形態の乾燥反応物を含む。カプセルはさらに、カプセルの内部への１またはそれ以上の密封ポート（典型的には１つであるが、それに限られるものではない）を有する。密封ポートは、例えば破裂によって、開放されるように構成されている。そのような破裂は、カプセル内に一体的に形成されて結合時にシールを破裂するように動作可能なランスによって、またはカップリング装置の一要素によって行われる。その後、カプセル内で発生した酸素は、酸素導管内に流入する。水と接触すると、乾燥反応物は酸素を発生する化学反応を引き起こし、酸素は、開放されたポートを通って器具の酸素導管システム内に流れる。

一実施形態では、カプセルは、隔壁によって分離された少なくとも２つの区画を有することができ、第１の区画は乾燥反応物を含み、密封された開口から少なくとも第２の区画によって隔てられている。区画を分離する隔壁は、前記結合の際に破れるか、または水との接触により分解する膜とすることができる。

カプセルは、酸素生成反応のための触媒をさらに含むことができる。触媒は、乾燥反応物と同じ区画または別個の区画に維持することができ、別個の区画の場合は、区画間の隔壁が破れたときに、触媒が乾燥反応物と混合される。

幾つかの実施形態では、カプセルは、カプセル内から過剰な圧力を解放するための安全弁を備える。

上記のように、カプセル内に水を導入することにより、酸素生成反応が引き起こされる。場合によっては、酸素を受け取る器具に供給される酸素の速度を増加させるために、酸素生成反応の速度を増加させる手段を提供することができる。そのような手段は、一実施形態では、区画の少なくとも１つに配置された攪拌要素（例えば、磁気ベース）によって構成することができる。攪拌要素は、例えばカプセルと器具の結合時またはカプセル内への水の導入時に、器具によって操作可能に構成することができる。

本開示の一実施形態では、高い反応速度、ひいては高い酸素発生速度が、区画の上部から下部への水の流れを可能にするように構成されたチャネルを少なくとも１つの区画に形成することによって達成される。別の実施形態では、高い反応速度が、攪拌または振動機構によって達成される。

カプセルは、器具内の読み取り装置によって読み取り可能なタグまたは標識（例えば、バーコード、ＲＦＩＤ、機械的標識ラベルなど）を保持することができ、器具の動作（例えば、水の量、酸素からオゾンを発生させるオゾン発生器を作動させる時間、攪拌または振動機構の適用など）に影響を与えて、カプセルの特定のパラメータに適合させることができる。また、そのようなタグまたは標識は、カプセルの偶発的な再使用を防止するように設計されるものであってもよい。

本開示の別の態様は、器具に関するもので、この器具は、（１）特定された種類のカプセルを受け入れるように構成されるとともに、（２）水導入フローシステムを備え、この水導入フローシステムが、（ｉ）液密にカプセルに結合されて、（ｉｉ）水を導入して、（ｉｉｉ）酸素発生のための条件を与えるように構成され、当該器具が、（３）酸素を利用するように構成されている。

本明細書に開示した主題をより良く理解し、実際にどのように実施することができるかを例示するために、以下に、添付の図面を参照して実施形態を非制限的な例として説明する。
図１は、本開示の一実施形態のカプセルの概略的な縦断面図である。 図２は、反応物に加えて触媒を含む、本開示のカプセルのその他の実施形態の概略的な縦断面図である。 図３は、反応物に加えて触媒を含む、本開示のカプセルのその他の実施形態の概略的な縦断面図である。 図４は、反応物含有区画の上部から下部に水を導くためのチャネルが形成された、本開示の別の実施形態のカプセルの概略的な縦断面図である。 図５は、磁気攪拌要素を含む、本開示の別の実施形態のカプセルの概略的な縦断面図である。 図６は、本開示の一実施形態のカプセルと器具のカップリング装置との結合を例示する概略図である。 図７は、本開示の器具の例示的な実施形態の概略図である。

図１は、典型的にはプラスチックまたは金属のような不浸透性材料でできたハウジング１０２を有するカプセル１００を示しており、同心の凹部１０９の中央にポート１０６があり、破裂可能なシール１０４によって密封されている。シールは、器具のカップリング装置（図示省略）の構成要素、例えば、以下に非限定的な方法で例示されるランスにより破られて開放される。ポート１０６の周囲には、カップリング装置との密封された結合を提供する、上方に当接する同心のエラストマーシール要素１０８が設けられている。すなわち、リング１０８は、カプセル１００から周囲へのガス漏れを防止する。カプセル１００は、２つの区画、第１の反応物区画１１０Ａと、第２のスペーサ区画１１０Ｂとを有する。

反応物区画１１０Ａは、典型的には粉末または粒状形態の乾燥反応物１１２を保持する。乾燥反応物１１２は、水との接触により酸素生成反応を引き起こすような種類のものである。

反応物区画１１０Ａとスペーサ区画１１０Ｂは、隔壁１１４によって分離されている。隔壁１１４は水によって溶解可能であり、よって、水と接触すると、隔壁は分解して、水と反応物１１２との間の接触を許容する。別の実施形態によれば、隔壁は、器具のカップリング装置の構成要素によって破断されるものであってもよい。更なる実施形態では、カプセルは、カプセルをカップリング装置と連結する際に、移動して隔壁１１４を破る一体型のランス要素を有することができる。例えば、輸送中および／または保管中の誤った取り扱いなどにより、何らかの理由でシール１０４の完全性が断たれた場合に、隔壁１１４とスペーサ区画を含むことにより、カプセル内に漏出する可能性のある水分と反応物との接触に対する追加的な安全対策が提供される。このような望ましくない水分の侵入は、望まれていない酸素生成反応を引き起こし得ることが理解されよう。

以下にさらに述べるように、その他の実施形態のカプセルは、２区画以外を有することができることを理解されたい。例えば、本開示のカプセルは、単一の反応物保持区画を有することができ、あるいは３つの区画を有し、そのうちの１つが反応物を保持し、別の１つが触媒を保持することができる。

乾燥反応物と水分が接触すると、材料の劣化を引き起こし得る酸素生成反応が開始する可能性がある。このため、この望ましくない反応を防止するために、カプセルの内部（または少なくとも反応物含有区画）を真空とすることができる。

水がカプセル１００内に導入されて乾燥反応物と接触すると、酸素が生成される反応が引き起こされ、開口部を通って酸素導管システムに流出する（下記参照）。何らかの理由でポート１０６を通って排出されない発生酸素の蓄積によってカプセル内の圧力が増加する場合のために、カプセル１００には安全弁１１６が設けられている。安全弁１１６は、ハウジング１０２内に一体的に形成されるとともに、カプセル内の圧力が所定の閾値に達すると（例えば、圧力に起因するそのシール１１７の破裂によって）開くように構成され、それにより、この安全弁１１６を介して、カプセル１００内の加圧ガスを放出することができる。

カプセル１００は、マークまたはタグ１５５を有することができ、マークまたはタグは、典型的にはハウジングの外側に配置されて、器具の動作を示すデータを保持する。マーク１５５は、カプセル１００を受け入れるように構成された器具によって読み取り可能であり、放射応答システム（例えば、ＲＦＩＤ、バーコード）、機械的マーキング、または当分野で知られているデータを示すその他の読み取り可能なマーキングの形態であってもよい。器具の動作は、マーク１５５によって保持されるデータの影響を受けることがある。例えば、カプセルがオゾン発生器具に収容されている場合、マーク１５５のデータは、オゾン発生電極の動作時間を増加または減少させることができる。別の例では、マーク１５５によって保持されるデータが、使用済みカプセルの再使用を防止することができる。

図２、図３、図４、図５および図６において、図１の構成要素と同様の構成要素には、それぞれ１００，２００，３００，４００および５００だけシフトした同様の符号が与えられている。このため、例えば図２の構成要素２０２は、図１の構成要素１０２と同じ機能を果たす。

ここで図２を参照すると、３つの区画を有するカプセル２００が示されており、それら区画には、化学反応物２１２を保持する反応物区画２１０Ａと、反応物区画２１０Ａの上にある触媒区画であって、反応物と水の間の酸素生成反応に触媒作用を及ぼす、典型的には粉状または粒状形態の触媒２２２を保持する触媒区画２１０Ｂと、第３の最上部のスペーサ区画２１０Ｃとが含まれる。それら区画は、区画２１０Ａと２１０Ｂとの間、並びに、区画２１０Ｂと２１０Ｃの間にそれぞれ形成された隔壁２１４Ａ，２１４Ｂによって分離されている。

開放されたポート２０６を通って水が入ると、隔壁２１４Ｂが分解されて、水が区画２１０Ｂ内に入ることができ、それにより隔壁２１４Ａが続いて分解し、その結果、触媒２２２の触媒作用を受けた反応物２１２による酸素生成反応が生じる。

図３に示すカプセル３００は、図１のカプセルと同様の一般的な構造を有する２つのみの区画３１０Ａ，３１０Ｂを備えることにより、さらに、反応物３１２と同じ区画に触媒３２２を含むことにより、図２のカプセルとは異なる。

図４に示すカプセル４００も、図１のカプセルの対応する区画と同様の機能を有する２つの区画４１０Ａ，４１０Ｂを有している。導管４３０によって規定されるチャネルは、区画４１０Ａ内に形成されており、隔壁４１４が分解または破裂した後に、区画の上部４３２Ｂから下部４３２Ａにほぼ矢印Ｗの方向に水を導くように機能し、それにより、酸素生成反応の速度を速める。導管４３０は、反応物４１２の周囲部分への水の流れを可能にするために漏れ易くなっている。

図５を参照すると、隔壁５１４によって分離された２つの区画５１０Ａ，５１０Ｂを有するカプセル５００が示されている。区画５１０Ａは、化学反応物５１２を保持する。区画５１０Ａには、器具（図示省略）の一部である外部磁気攪拌機構の誘導によって、矢印Ｍで示すように軸の周りを回転することができる磁気攪拌要素５２４も含まれている。（シール５０４を破った後に）水がポート５０６を通ってカプセル５００内に導入されると、磁気攪拌機構が作動して、磁気攪拌要素５２４の回転を引き起こす。この攪拌は、酸素生成反応の速度を速くし、よって酸素発生とポート５０６からの出力を速くする。

図６は、カプセル６００と結合するように構成されたカップリング装置６５０の一実施例を示している。カプセル６００は、ポート６０６を有し、このポートは、短いネック部６０７の上部にあり、シール６０４によって密封されている。カプセルは、反応物６１２および安全弁６１６を含む。カップリング装置６５０は、ネックレセプタクル６５２を含み、このネックレセプタクルは、ネック部がレセプタクル６５２に嵌め込まれたときにカプセルと液密シールを形成するＯリング６５６を有する。

ランス要素６５８がカップリング装置６５０に含まれており、カプセルが図６に示す位置から上昇してそのネック部６０７がレセプタクル６５２内に受け入れられると、シール６０４がランス要素６５８により破られてポート６０６が開く。幾つかの実施形態では、ランスがシール６０４の破裂に加えて、カプセル内の任意の包含物である任意の隔壁６１４も破裂させるように、ランスの位置、その長さおよび隔壁６１４の位置を設定することができる。なお、カプセルとカップリング装置の結合は、下降機構（図示省略）によりカップリング装置６５０をカプセルに向けて下げることによっても得られることに留意されたい。

ネックレセプタクル６５２は、端部セグメント６６０が示されている水流システムと流体連通し、その端部セグメントが、（矢印Ｕで示す方向にのみ流れることを許容する）制御弁６６２によって一方向に取り付けられ、また、ネックレセプタクルは、初期セグメント６６４のみが示されている酸素導管システムとも連通している。

カプセル６００が手動でまたは昇降機構（図示省略）により上方に持ち上げられてカップリング装置６５０に結合されると、バルブ６６２が開かれて、一定量の水がカプセル６００内に進入することを許容する。その結果生じる化学反応は酸素を生成し、その酸素はポート６０６を通ってセグメント６６４内に流入し、その後、酸素導管システム内に流入して器具により利用される。

図６に示す実施形態における液密結合の形成は、Ｏリング６５６とネック部６０７の外面との密接な結合によるものであるが、このような液密結合は、図１−図５に見られる種類のハウジングを有するカプセルの場合には異なり、液密結合が、結合要素の対向する平坦面に押し付けられる同心のエラストマーシール要素１０８，２０８，３０８，４０８，５０８によって確保され、結合要素が、カプセルの窪んだ中央部１０９，２０９，３０９，４０９，５０９に嵌合する（水導管システムおよび酸素導管システムに接続された）中央開口部を有する。

さらに、図１−図５に見られる種類の、カプセルとの結合のためのカップリング装置では、シール５０４を破るまたは破裂させる要素が、図６とは異なるように構成されることになる。

図７は、本開示の一実施形態の器具の概略図である。器具７０１は、（国際公開第２０１６／０１２９９８号に開示されたものと意図された用途において同様である）歯肉の治療のためのオゾン水の製造および使用のための例示的な器具である。

器具７０１は、水タンク７０５を含み、この水タンクが、ポンプ７２７を介して水流システム７２５により、レセプタクル７０３の頂部において、カップリング装置７５０に接続されている。また、カップリング装置には、酸素導管システム７６４も接続され、この酸素導管システムが、導管セグメント７１３を介してオゾン発生器７１５に連結された酸素フィルタ７１１を含み、その後、導管７２７を通ってタンク７０５へと流れ、タンク内の水をオゾン化し、タンク内の水は、ノズル７２３から歯肉にオゾン化水を噴出するための噴出器具７２１へと、ポンプ７１９により送り込まれる。

この器具は、前述した国際公開第２０１６／０１２９９８号に一般的に開示されている種類のその他の要素を含む。

Claims (11)

1. 器具用のカプセルであって、
   １またはそれ以上の区画を有する筐体を規定するハウジングを備え、前記区画の少なくとも１つが、水と接触したときに酸素生成反応に関与する乾燥反応物を含み、
   前記ハウジングが密封ポートを有し、前記密封ポートが、開放されるように構成されるとともに、前記器具の水導入フローシステムと液密に結合するように構成されており、
   前記カプセルがさらに、前記器具の動作を示すデータを保持するマークであって、前記器具の読み取り装置によって読み取り可能なマークを備え、
   前記カプセルが前記器具と連結するように構成されており、前記器具が、酸素からオゾンを発生させることができるオゾン発生器を含むオゾン発生器具であり、前記マークのデータが、前記オゾン発生器の動作に影響を与えることを特徴とするカプセル。
2. 請求項１に記載のカプセルにおいて、
   前記乾燥反応物が粉末形態であることを特徴とするカプセル。
3. 請求項１または２に記載のカプセルにおいて、
   隔壁によって分離された少なくとも２つの区画を含み、第１の区画が、前記乾燥反応物を含み、かつ少なくとも１つの第２の区画によって前記密封ポートから間隔を空けて配置されていることを特徴とするカプセル。
4. 請求項３に記載のカプセルにおいて、
   前記隔壁が、水との接触時に破れる膜、または破裂要素により引き起こされる圧力によって破れる膜であることを特徴とするカプセル。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のカプセルにおいて、
   前記区画の少なくとも１つが酸素生成反応のための触媒を含むことを特徴とするカプセル。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載のカプセルにおいて、
   過剰なガス圧を放出するための安全弁をさらに備えることを特徴とするカプセル。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のカプセルにおいて、
   前記区画の少なくとも１つが真空下にあることを特徴とするカプセル。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のカプセルにおいて、
   前記カプセルの内容物を攪拌するために、前記器具の攪拌機構によって動作可能な攪拌要素（例えば、磁気攪拌要素）を含むことを特徴とするカプセル。
9. 請求項８に記載のカプセルにおいて、
   前記攪拌機構が、前記カプセル内に水が導入された後に作動されることを特徴とするカプセル。
10. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のカプセルにおいて、
    前記少なくとも１の区画が、当該区画の上部から下部への水の流れを可能にするように構成されたチャネルを備えて形成されていることを特徴とするカプセル。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載のカプセルにおいて、
    前記マークによって保持されるデータが、オゾン発生電極の動作時間に影響を与え、かつ／または前記カプセルの再使用を防止することを特徴とするカプセル。

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