JP7287439B2 - 霧化器 - Google Patents

Description

本発明は、液体と気体を混合して霧化する霧化器に関する。

従来より、液体と気体を混合して霧化する霧化器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の霧化器は、気体である空気を噴射する噴射ボンベと、液体を貯留する液体貯留容器とを備える。噴射ボンベは液体貯留容器に接続されており、ユーザの手動により空気を噴射可能である。噴射ボンベと液体貯留容器の接続部分には、断面積の小さくされた狭窄部が設けられている。噴射ボンベから空気が噴射されると、空気が狭窄部を通過する際に負圧が発生し、ベンチュリー効果が生じる。ベンチュリー効果によって液体貯留容器の液体が吸引され、空気と混合されて霧化される。霧化された液体は、霧化器に設けられた吹出口から吹き出される。

特開２００８－２４７４０５号公報

特許文献１の霧化器は、液体と気体との混合箇所である狭窄部において、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化との両立を図る必要がある。この二つの要素を最適化しようとすると、当該狭窄部の内部形状、断面積の設計範囲は非常に狭くなる。つまり、特許文献１の霧化器は、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化を両立させるための設計難易度が非常に高い場合がある。

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化との両立のための設計難易度が、従来に比べて低い霧化器を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の霧化器は、吐出口から気体を吹き出す第１圧電ポンプと、前記第１圧電ポンプの前記吐出口に接続された第１端と、第２端とを有する流路であって、前記第１端と前記第２端の間に接続ポイントを設けた第１流路と、液体を貯留するための液体貯留部と、前記液体貯留部に接続された第１端と、前記接続ポイントに接続された第２端とを有する第２流路と、を備える。

本発明の霧化器によれば、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化との両立のための設計難易度が、従来に比べて低く、霧化の制御をより簡単に行うことができる。

実施形態１における霧化器の斜視図 実施形態１における霧化器の内部構造を示す斜視図 実施形態１における接続ポイントの拡大図 実施形態１におけるタンクの内部構造を示す図 実施形態１における流路抵抗の周辺の拡大図 実施形態１における実施形態の変形例１における霧化器を模式的に示す図 実施形態１における実施形態の変形例２における霧化器を模式的に示す図 実施形態１における流路抵抗の変形例を示す図 実施形態１における流路抵抗の別の変形例を示す図 実施形態２における霧化器の内部構造を示す斜視図 実施形態２における接続ポイントの拡大図 圧電ポンプを用いた霧化器（実施例）と、モータポンプを用いた霧化器（比較例）を運転した場合の脈動に関する結果を示すグラフ 気体流量と霧化量の関係を表すグラフ 比較例の霧化器による霧化量を表すグラフ 実施例の霧化器による霧化量を表すグラフ 比較例と実施例のそれぞれの霧化器による霧化の総流量を比較するグラフ 流量と粒子径の関係を表すグラフ 比較例と実施例のそれぞれの霧化器によって霧化される液体の粒子径に基づく存在比率を表すグラフ

本発明の第１態様によれば、吐出口から気体を吹き出す第１圧電ポンプと、前記第１圧電ポンプの前記吐出口に接続された第１端と、第２端とを有する流路であって、前記第１端と前記第２端の間に接続ポイントを設けた第１流路と、液体を貯留するための液体貯留部と、前記液体貯留部に接続された第１端と、前記接続ポイントに接続された第２端とを有する第２流路と、を備える、霧化器を提供する。

このような構成によれば、圧電ポンプにより気体を吹き出すことで、駆動周波数等の出力条件を予め設定しておけば、吹き出す気体の流量等を設定することができる。これにより、他の種類のポンプに比べて、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化との両立のための設計難易度が低くなり、霧化の制御を簡単に行うことができる。

本発明の第２態様によれば、前記第１流路における前記第１端と前記接続ポイントの間に接続された第１端と、前記液体貯留部に接続された第２端とを有する分岐流路をさらに備える、第１態様に記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、気体と液体の両方を送り出す駆動源として第１圧電ポンプを用いることができ、霧化器の製造コストの低減および小型化を図ることができる。

本発明の第３態様によれば、前記分岐流路には液体の逆流を防止する逆流防止機構が設けられている、第２態様に記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、液体貯留部の液体が誤って分岐流路を逆流することを防止することができ、霧化器の信頼性を向上させることができる。

本発明の第４態様によれば、吐出口から気体を吹き出す第２圧電ポンプと、前記第２圧電ポンプの前記吐出口に接続された第１端と、前記液体貯留部に接続された第２端とを有する第３流路をさらに備える、第１態様に記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、気体だけでなく液体を送り出す駆動源として圧電ポンプを用いることにより、接続ポイントへ送る液体の流量等の設定も容易になり、霧化の制御をより簡単に行うことができる。

本発明の第５態様によれば、前記第１流路における前記第１端と前記接続ポイントの間の箇所と前記第３流路とを接続するバイパス流路をさらに備える、第４態様に記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、バイパス流路を設けることで第１流路と第３流路の間で気体の交換を行うことが可能となり、各流路の気体の流量調整を行うことができる。

本発明の第６態様によれば、前記第３流路において、前記バイパス流路が接続される位置よりも前記第２端側に流路抵抗を備える、第５態様に記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、第３流路に流路抵抗を設けることで、第３流路からバイパス流路を介して第１流路に向かう気体の流れを促進することができ、第１流路を流れる気体の流量を増加させることができる。これにより、接続ポイントでの霧化を促進することができる。

本発明の第７態様によれば、前記第３流路には液体の逆流を防止する逆流防止機構が設けられている、第４態様から第６態様のいずれか１つに記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、液体貯留部の液体が誤って第３流路を逆流して第２圧電ポンプへ到達することを防止することができる。これにより、霧化器の信頼性を向上させることができる。

本発明の第８態様によれば、前記第１流路は、前記第１端から前記第２端まで一直線状に延びる、第１態様から第７態様のいずれか１つに記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、第１圧電ポンプから吹き出される気体の流速をできるだけ維持することができ、霧化をより確実に行うことができる。

本発明の第９態様によれば、少なくとも前記第１圧電ポンプ、前記第１流路、前記第２流路および前記液体貯留部を収容するケースをさらに備える、第１態様から第８態様のいずれか１つに記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、持ち運び等の面でユーザの利便性を向上させることができる。

本発明の第１０態様によれば、前記液体貯留部は、前記ケースに収容されるタンクである、第９態様に記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、液体の容量を所定量確保することができる。

本発明の第１１態様によれば、前記第２流路は、前記第１流路に交差するように前記第１流路に接続され、その先端が前記第１流路内で折れ曲がり、前記第１流路の前記出口に向かって前記第１流路と同心状に延びる、第１態様から第１０態様のいずれか１つに記載の霧化器を提供する。このような構成によれば、簡単なノズル構造により霧化を実現することができる。

（実施形態１）
以下に、本発明にかかる実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る霧化器２の外観斜視図である。

霧化器２は、液体と気体を混合して霧化する装置である。図１に示す霧化器２は、ケース４と、スイッチ６と、吹出口８とを備える。霧化器２は例えば、医療用のネブライザーとして使用される。液体は例えば、生理食塩水、有機溶剤（エタノール等）、薬剤（ステロイド、β2刺激薬等）である。気体は例えば、空気である。ユーザがスイッチ６を押下すると、霧化された液体が吹出口８から吹き出される。

ケース４は、霧化器２の外郭を構成する部材である。ケース４の上面にはスイッチ６が露出している。スイッチ６は、霧化器２の動作のＯＮ／ＯＦＦを電気的に切り替える切替部材である。

ケース４の側方には吹出口８が形成されている。吹出口８は、霧化された液体を吹き出すための開口である。

ケース４は、第１ケース部４Ａと、第２ケース部４Ｂとを備える。図１では、第１ケース部４Ａと第２ケース部４Ｂが互いにネジ止めされている。

霧化器２から第１ケース部４Ａを取り外した状態を図２に示す。図２に示すように、霧化器２は、第１圧電ポンプ１０と、第２圧電ポンプ１２と、第１流路１４と、第２流路１６と、第３流路１８と、バイパス流路２０と、タンク２１と、制御基板２２とを備える。これらの部材はケース４の内部に収容されている。

第１圧電ポンプ１０および第２圧電ポンプ１２はそれぞれ、圧電素子を用いた圧電ポンプである（「マイクロブロア」、「マイクロポンプ」等と称してもよい。）。具体的には、圧電素子（図示せず）を金属板（図示せず）に貼り合わせた構造を有し、圧電素子および金属板に交流電力を供給することにより、ユニモルフモードの屈曲変形を生じさせて気体の輸送を行う。このような圧電ポンプには、気体の流れを一方向に制限するバルブ機能のダイヤフラム（図示せず）が内蔵されている。

第１圧電ポンプ１０は、吐出口１０Ａを有する。吐出口１０ＡからＡ１方向に気体が吹き出される。同様に、第２圧電ポンプ１２は吐出口１２Ａを有し、吐出口１２ＡからＢ１方向に気体が吹き出される。実施形態１のＡ１方向およびＢ１方向は互いに平行な水平方向である。

第１圧電ポンプ１０には第１流路１４が接続されている。第１流路１４は、第１圧電ポンプ１０から吹き出される気体の流路である。第１流路１４は、入口である第１端１４Ａと、出口である第２端１４Ｂとを有する。第１端１４Ａは、第１圧電ポンプ１０の吐出口１０Ａに接続されており、第２端１４Ｂは、吹出口８に面している。実施形態１の第１流路１４は、第１端１４Ａから第２端１４Ｂまで一直線状に延びる。第１流路１４が延びるＡ２方向および吹出口８から気体が吹き出されるＡ３方向はともに、Ａ１方向に一致する。このような構成によれば、第１圧電ポンプ１０の吐出口１０Ａから吹き出される気体は一直線状に進み、第２端１４Ｂを介して吹出口８から吹き出される。

第２端１４Ｂの近傍において、第１流路１４には第２流路１６が接続されている。第２流路１６は、タンク２１の液体を第１流路１４に供給可能に延びる流路である。第２流路１６は、入口である第１端１６Ａと、出口である第２端１６Ｂ（図３）とを有する。第１端１６Ａは、タンク２１に接続されており、第２端１６Ｂは、第１流路１４に接続されている。第２流路１６が第１流路１４に接続される箇所は接続ポイント２４である。接続ポイント２４は、気体と液体が混合される混合ポイントに相当する。

接続ポイント２４の拡大図を図３に示す。図３に示すように、第２流路１６は、第１流路１４に対して略直交して交差するように接続されている。第２流路１６の先端２５は、第１流路１４の内部において第１流路１４と同心状となるように略９０度に折れ曲がっている。第２流路１６の第２端１６Ｂは、第１流路１４の第２端１４Ｂに面している。このようなノズル形状（いわゆるイジェクタ）によれば、第２流路１６から供給される液体が第１流路１４の中心を流れ（矢印Ｄ１）、その周囲を第１圧電ポンプ１０から吹き出される気体が流れる（矢印Ａ２）。これにより、第１圧電ポンプ１０から吹き出す気体の流速・流量を、第２流路１６から供給される液体の流量等に応じて所望の範囲に設定することで、接続ポイント２４での霧化を実現させることができる。

図２に戻ると、第２圧電ポンプ１２には第３流路１８が接続されている。第３流路１８は、第２圧電ポンプ１２から吹き出される気体をタンク２１まで通す流路である。第３流路１８は、入口である第１端１８Ａと、出口である第２端１８Ｂとを有する。第１端１８Ａは、第２圧電ポンプ１２の吐出口１２Ａに接続されており、第２端１８Ｂは、タンク２１の内部空間で液体の充填されていない場所に配置される。第３流路１８は、第２圧電ポンプ１２の吐出口１２Ａからタンク２１の内部空間まで接続される。第３流路１８は、Ｂ１方向と同じ方向であるＢ２方向に延びてから斜め上方に湾曲し、Ｂ３方向に延びる。

タンク２１は、液体を貯留する液体貯留部である。タンク２１の内部構造を、図４を併せて参照しながら説明する。図４は、タンク２１とその周辺を示す図である。

図４に示すように、タンク２１には、液面Ｈまで液体が充填されている。第２流路１６の第１端１６Ａは液面Ｈの下方に位置し、第３流路１８の第２端１８Ｂは液面Ｈの上方に位置する。

このような構成によれば、第３流路１８から吹き出される気体は、第２端１８Ｂからタンク２１の内部に吹き出される。これによりタンク２１の内部圧力が増加し、液面Ｈを押し下げる力が作用する。タンク２１の液体は、第２流路１６の第１端１６Ａから接続ポイント２４に向かって押され、第２流路１６を上昇する（矢印Ｄ）。

このように、第３流路１８の第２端１８Ｂは、第３流路１８から吹き出される気体がタンク２１の液体を第２流路１６の第１端１６Ａに向けて押し出す位置に設けられる。

図２に戻ると、第１流路１４と第３流路１８の間にはバイパス流路２０が設けられている。バイパス流路２０は、第１流路１４と第３流路１８の間で気体の交換を可能とする流路である。バイパス流路２０は、接続ポイント２６にて第１流路１４に接続され、接続ポイント２８にて第３流路１８に接続される。接続ポイント２６、２８はともに、前述した接続ポイント２４の上流側に設けられている。接続ポイント２６は特に、第１流路１４における第１端１４Ａと接続ポイント２４の間に位置する。

実施形態１のバイパス流路２０は、第３流路１８の気体を第１流路１４へ案内するように機能する（矢印Ｃ）。すなわち、バイパス流路２０の入口（第１端）は接続ポイント２８であり、バイパス流路２０の出口（第２端）は接続ポイント２６となる。このような流れを作るために、第３流路１８に流路抵抗３０が設けられている。

流路抵抗３０の周辺の拡大図を図５に示す。図５に示すように、実施形態１の流路抵抗３０は、第３流路１８の内部に部分的に侵入するように突出した部材でありバルブとして機能する。流路抵抗３０が第３流路１８の内部に突出することにより、第３流路１８の断面積は局所的に狭められて狭窄部６０が形成され、流路抵抗として機能する。流路抵抗３０は、第３流路１８の内部に侵入せず、第３流路１８に対して外部から圧力をかけて変形させることにより第３流路１８に狭窄部６０を作るものであってもよい。狭窄部６０を設けることで、第３流路１８の流路抵抗を増加させてバイパス流路２０および第１流路１４への流れを促進することができる。流路抵抗３０の形態はバルブに限らず、オリフィスなど、流路抵抗として作用するものであれば任意の形態であってもよい。また、第３流路１８が狭窄するように変形できれば、バルブではなく単なる筒状体を流路抵抗として用いてもよい。

図２に示す接続ポイント２８の下流側に流路抵抗３０を設けることで、第３流路１８からバイパス流路２０を介して第１流路１４へ流れる気体の流れを促進することができ、第１流路１４を流れる気体の流量を増加させることができる。これにより、接続ポイント２４での霧化を促進することができる。

第３流路１８の残りの気体は、タンク２１に向かって流れる。

制御基板２２は、圧電ポンプを駆動するための部材である。実施形態１の制御基板２２は第２圧電ポンプ１２を駆動する。一方で、第１圧電ポンプ１０には別の制御基板が割り当てられている（図示せず）。

制御基板２２は、スイッチ６と第２圧電ポンプ１２の両方に電気的に接続されている。スイッチ６をユーザが押下すると、スイッチ６から制御基板２２へ信号が流れる。この信号を受けて、制御基板２２から第２圧電ポンプ１２に駆動電圧が印加され、第２圧電ポンプ１２が駆動される。同様に、図示しない制御基板から第１圧電ポンプ１０に駆動電圧が印加され、第１圧電ポンプ１０が駆動される。スイッチ６の押下により、第１圧電ポンプ１０と第２圧電ポンプ１２が同時に駆動される。圧電ポンプ１０、１２の駆動電圧は例えば、２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚに設定される。実施形態１では、第１圧電ポンプ１０と第２圧電ポンプ１２に同じ仕様・出力の圧電ポンプを使用している。

図１に示すように、実施形態１のケース４は、上述した霧化器２の構成要素を全て収容しているが、スイッチ６等、一部の構成要素はケース４の外部に露出している。

上述した構成を有する霧化器２の動作について説明する。まず、ユーザがスイッチ６を押下する。これにより、第１圧電ポンプ１０と第２圧電ポンプ１２が駆動される。第１圧電ポンプ１０からＡ１方向に気体が吹き出され、同時に、第２圧電ポンプ１２からＢ１方向に気体が吹き出される。実施形態１では第１圧電ポンプ１０と第２圧電ポンプ１２の出力が同じであり、各圧電ポンプ１０、１２の吐出口１０Ａ、１２Ａから吹き出される気体の流量・流速は同じである。

前述したように第３流路１８に流路抵抗３０を設けているため、第３流路１８からバイパス流路２０を介して第１流路１４へ気体が流れる（矢印Ｃ）。これにより、第１流路１４を流れる気体の流量が増加し、第３流路１８を流れる気体の流量が減少する。

第１流路１４を流れる気体は接続ポイント２４へ供給される（矢印Ａ２）。第１圧電ポンプ１０から吹き出される気体は第１流路１４内を一直線状に進み、接続ポイント２４へ到達する。一直線状に進むことにより、第１圧電ポンプ１０から吹き出される気体の流速をできるだけ減速させずに、維持することができる。

一方で、第３流路１８を流れる気体はタンク２１へ送られる（矢印Ｂ２、Ｂ３）。タンク２１へ気体が送られることにより、タンク２１の液体を押し下げる圧力が作用し、タンク２１の液体が第２流路１６の第１端１６Ａを介して接続ポイント２４へ送られる（矢印Ｄ）。

その後、接続ポイント２４で気体と液体が混合される。図３に示すように、第１流路１４の第２端１４Ｂに向かって第２流路１６の先端２５から液体が流れ（矢印Ｄ１）、その周囲を気体が流れる（矢印Ａ２）。接続ポイント２４へ送られる気体と液体の流量・流速はそれぞれ、霧化の条件を満たす値に予め設定されている。これにより、接続ポイント２４で液体を確実に霧化することができる。霧化された液体は、第１流路１４の第２端１４Ｂを介して吹出口８から吹き出される。

上述したように、実施形態１の霧化器２によれば、駆動源として圧電ポンプ１０、１２を用いて霧化を実現している。圧電ポンプ１０、１２を用いた場合、駆動周波数等の出力条件を予め設定しておくことで、接続ポイント２４に供給される気体の流量・流速を調節することができる。このため、接続ポイント２４に供給される気体の流量・流速を液体の流量等に応じた適切な範囲に設定することにより、霧化を精度良く実現することができる。これにより、従来のコンプレッサ式のポンプでベンチュリー効果を利用して霧化する場合と比べて、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化との両立のための設計難易度が低い。このようにして霧化を容易に実現することができ、霧化の制御を容易に行うことができる。また、霧化を実現できる範囲で気体の流量・流速を変更すれば、霧化される液体の粒子径を調整することができる。また圧電ポンプ１０、１２は、圧電素子を高速で振動させて気体を吹き出すため、脈動の発生を抑制することができ、静音性に優れている。また、圧電ポンプ１０、１２の駆動周期を一定に保つことで、霧化した液体を一定量、継続的に吹き出すことができる。また圧電ポンプ１０、１２は、コンプレッサ式のポンプよりもサイズを小さくすることができ、霧化器２の小型化を図ることもできる。

上記の通り、実施形態１の霧化器２は、第１圧電ポンプ１０と、第１流路１４と、タンク２１と、第２流路１６とを備える。第１圧電ポンプ１０は、吐出口１０Ａから気体を吹き出すポンプである。第１流路１４は、第１圧電ポンプ１０の吐出口１０Ａに接続された第１端１４Ａと、第２端１４Ｂとを有する流路であって、第１端１４Ａと第２端１４Ｂの間に接続ポイント２４を設けている。タンク２１は、液体を貯留する液体貯留部である。第２流路１６は、タンク２１に接続された第１端１６Ａと、接続ポイント２４に接続された第２端１６Ｂとを有する流路である。

このように、第１圧電ポンプ１０を駆動源として気体を吹き出すことで、駆動周波数等の出力条件を予め設定することで、吹き出す気体の流量等を設定することができる。これにより、他の種類のポンプに比べて、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化との両立のための設計難易度が低く、霧化の制御をより簡単に行うことができる。

さらに実施形態１の霧化器２は、第２圧電ポンプ１２と、第３流路１８とをさらに備える。第２圧電ポンプ１２は、吐出口１２Ａから気体を吹き出すポンプである。第３流路１８は、第２圧電ポンプ１２の吐出口１２Ａに接続された第１端１８Ａと、タンク２１に接続された第２端１８Ｂとを有する流路である。このような構成により、気体だけでなく液体の駆動源として圧電ポンプを用いることで、接続ポイント２４へ送る液体の流量等の設定が容易になり、霧化の制御をより簡単に行うことができる。

さらに実施形態１の霧化器２は、第１流路１４における第１端１４Ａと接続ポイント２４の間の箇所と第３流路１８とを接続するバイパス流路２０をさらに備える。バイパス流路２０を設けることで、第１流路１４と第３流路１８の間で気体の交換を行うことが可能となり、各流路１４、１８の間の流量調整を行うことができる。

さらに実施形態１の霧化器２は、第３流路１８において、バイパス流路２０が接続される位置である接続ポイント２８よりも第２端１８Ｂ側（すなわち下流側）に流路抵抗３０を備える。流路抵抗３０を設けることで、バイパス流路２０において第３流路１８から第１流路１４に向かう気体の流れを促進することができ、第１流路１４を流れる気体の流量を増加させることができる。これにより、接続ポイント２４での霧化を促進することができる。

さらに実施形態１の霧化器２によれば、第１流路１４は、第１端１４Ａから第２端１４Ｂまで一直線状に延びる。これにより、第１圧電ポンプ１０から吹き出される気体は第１流路１４の中を一直線状に進み、第２端１４Ｂから吹き出される。第１圧電ポンプ１０から吹き出される気体の流速をできるだけ維持することができ、接続ポイント２４での霧化を促進することができる。

さらに実施形態１の霧化器２はケース４をさらに備える。このようなケース４を設けることで、持ち運び等の面でユーザの利便性を向上させることができる。

さらに実施形態１の霧化器２によれば、液体を貯留する液体貯留部として、ケース４に収容されるタンク２１を用いている。タンク２１を用いることで、液体の容量を所定量確保することができる。

さらに実施形態１の霧化器２によれば、第２流路１６は、第１流路１４に交差するように第１流路１４に接続され、その先端２５が第１流路１４内で折れ曲がり、第１流路１４の第２端１４Ｂに向かって第１流路１４と同心状に延びる。このような構成によれば、簡単なノズル構造により霧化を実現することができる。

以上、上述の実施形態１を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態１に限定されない。例えば、実施形態１では、バイパス流路２０を設ける場合について説明したが、このような場合に限らず、バイパス流路２０を設けない場合でもよい。すなわち、第１圧電ポンプ１０に対応する第１流路１４と、第２圧電ポンプ１２に対応する第３流路１８を独立させるようにしてもよい。この場合、接続ポイント２４へ供給される「気体」の流量・流速は第１圧電ポンプ１０の出力によって制御され、接続ポイント２４へ供給される「液体」の流量・流速は第２圧電ポンプ１２の出力によって制御することができる。すなわち、気体と液体の流量・流速を独立して制御することができ、霧化の制御を容易に行うことができる。

また実施形態１では、２つの圧電ポンプ１０、１２を用いる場合について説明したが、このような場合に限らず、圧電ポンプを１つのみ用いてもよい。例えば、実施形態１の霧化器２において第２圧電ポンプ１２を省略し、第１圧電ポンプ１０のみを設けるようにしてもよい。このとき、タンク２１の液体を接続ポイント２４へ流すために、第１流路１４からタンク２１へ分岐する分岐流路を設けてもよい。分岐流路の例を図６に示す。

図６は、圧電ポンプが第１圧電ポンプ１０のみであり、分岐流路３２を設けた変形例の模式図である。図６に示すように、第１流路１４における接続ポイント２４と第１端１４Ａとの間の箇所（すなわち接続ポイント２４よりも上流側）とタンク２１とを接続する分岐流路３２が設けられている。分岐流路３２は、入口である第１端３２Ａと、である第２端３２Ｂとを有する。第１端３２Ａは、接続ポイント２４よりも上流側で第１流路１４に接続されており、第２端３２Ｂは、タンク２１に接続されている。分岐流路３２の第２端３２Ｂは、分岐流路３２から吹き出される気体がタンク２１の液体を第２流路１６の第１端１６Ａに向かって押し出す位置に設けられる。このような分岐流路３２を設けることで、気体と液体の両方の流れの駆動源として第１圧電ポンプ１０を利用することができ、霧化器２の製造コストの低減および小型化を図ることができる。

図６に示す形態ではさらに、分岐流路３２に液体の逆流を防止する逆流防止機構３４が設けられている。分岐流路３２に逆流防止機構３４を設けることで、タンク２１の液体が誤って分岐流路３２を逆流することを防止することができ、霧化器２の信頼性を向上させることができる。逆流防止機構３４としては、液体を通過させずに気体を通過させるフィルタ等、任意の機構を用いてもよい。

同様に、図２等に示す第３流路１８に液体の逆流を防止する逆流防止機構（図示せず）を設けてもよい。第３流路１８に逆流防止機構を設けることで、タンク２１の液体が誤って第３流路１８を逆流し第２圧電ポンプ１２へ到達することを防止することができる。これにより、霧化器２の信頼性を向上させることができる。また実施形態１では、第３流路１８の第２端１８Ｂが液面Ｈよりも上方に位置するように設定していたが、例えば第３流路１８の第１端１８Ａに逆流防止機構を設ければ、第２端１８Ｂと液面Ｈの上下関係が逆転した場合でも正常に動作することができる。この場合、より柔軟な設計が可能となる。

図６に示す形態に関してさらに、分岐流路３２および逆流防止機構３４を省略してもよい。その例を図７に示す。図７に示す例では、分岐流路３２は設けられておらず、第１圧電ポンプ１０はタンク２１の液体を押し出す機能を有しない。タンク２１の液体は、圧電ポンプ以外の手段により接続ポイント２４へ供給される。圧電ポンプ以外の手段としては、例えば、ベンチュリー効果により液体を引き込む、あるいは、第２流路１６の第１端１６Ａを第２端１６Ｂよりも上方に配置することにより重力を利用して液体を供給する場合等がある。このような構成であっても、接続ポイント２４において第１圧電ポンプ１０から吹き出した気体とタンク２１の液体を混合させて霧化させることができる。

また実施形態１では、液体を貯留する液体貯留部がタンク２１である場合について説明したが、このような場合に限らず、ケース４の内部に形成された流路を液体貯留部として利用するなど、任意の形態であってもよい。

また実施形態１では、第３流路１８の流路抵抗を増加させるための手段として流路抵抗３０を設ける場合について説明したが、このような場合に限らない。第３流路１８の流路抵抗を増加させるものであれば、任意の手段を用いてもよい。例えば、第３流路１８の流路断面積を第１流路１４の流路断面積およびバイパス流路２０の流路断面積よりも小さくしてもよい。これにより、第３流路１８の抵抗を増加させてバイパス流路２０および第１流路１４への流れを促進することができる。あるいは、図８に示すように、第３流路１８に逆流防止弁４０を設けてもよい。逆流防止弁４０は、第３流路１８において第２端１８Ｂに向かう流れＦ１の流路抵抗を増加させるように作用する。このため、バイパス流路２０および第１流路１４への流れを促進することができる。逆流防止弁４０はさらに、流れＦ１とは逆向きの流れＦ２を防止するように作用する。これにより、タンク２１から第３流路１８へ流体が逆流することを防止することができる。あるいは、図９に示すように、第３流路１８にメッシュ部材５０を設けてもよい。メッシュ部材５０は、気体を透過させつつ流体を透過させないメッシュ状の部材である。メッシュ部材５０を設けることで、第３流路１８における流れＦ１の抵抗を増加させつつ、タンク２１から逆流する流体の流れＦ２を防止することができる。

上述した変形例は、以下で説明する実施形態２にも同様に適用可能である。

（実施形態２）
本発明に係る実施形態２の霧化器１０２について説明する。実施形態２では、主に実施形態１と異なる点について説明し、実施形態１と重複する記載は省略する。また、実施形態１と同様の構成については、同じ符号を用いて適宜説明を省略する。

図１０は、実施形態２の霧化器１０２の内部構造を示す斜視図である。図１１は、実施形態２の霧化器１０２における接続ポイントの拡大図である。実施形態２の霧化器１０２は主に、第１流路および第２流路の第２端側の形状が、実施形態１の霧化器２のものと異なる。

図１０に示すように、第１流路１１４は、第１端１１４Ａおよび第２端１１４Ｂを有する。第１端１１４Ａは、第１圧電ポンプ１０の吐出口１０Ａに接続されており、第２端１１４Ｂは、吹出口８に面している。

図１１に示すように、第１流路１１４は、上流側から順に、第１拡径流路１１８と、縮径流路１２０と、第２拡径流路１２２とを有する。縮径流路１２０は、第１拡径流路１１８と第２拡径流路１２２のそれぞれに対して内径が小さくされた流路である。縮径流路１２０は第１拡径流路１１８と第２拡径流路１２２の間に接続されている。第２拡径流路１２２の末端は、第１流路１１４の第２端１１４Ｂに相当する。

第２流路１１６は、第１端１１６Ａ（図１０）および第２端１１６Ｂ（図１１）を有する。第１端１１６Ａは、タンク２１の内部空間に接続されており、第２端１１６Ｂは、第１流路１１４の途中に接続されている。第２流路１１６の第２端１１６Ｂは、第２流路１１６が第１流路１１４に接続される接続ポイント１２３に相当する。

第２流路１１６は、上流側から順に、拡径流路１２４と、縮径流路１２６とを有する。縮径流路１２６は、拡径流路１２４に対して内径が小さくされた流路である。縮径流路１２６の末端は第２流路１１６の第２端１１６Ｂに相当するとともに、接続ポイント１２３を構成する。

このような構成を有する霧化器１０２によれば、第１圧電ポンプ１０と第２圧電ポンプ１２を同時に駆動することで、図１０に示すように、実施形態１の霧化器２と同様の流れが生じる（矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ、Ｄ）。

図１１に示すように、接続ポイント１２３に対して、第１流路１１４から気体が流れ（矢印Ｅ１）、第２流路１１６から液体が流れ（矢印Ｆ）、気体と液体が混合される。接続ポイント１２３に送られる気体と液体の流量・流速はそれぞれ、霧化の条件を満たす値に予め設定されており、接続ポイント１２３で混合された気体と液体は第２拡径流路１２２において霧化される（矢印Ｅ２）。霧化された液体は、第１流路１１４の第２端１１４Ｂを介して吹出口８から吹き出される（矢印Ａ３）。

上述した通り、実施形態２の霧化器１０２でも同様に、接続ポイント１２３においてベンチュリー効果を発現させて霧化することができる。具体的な構成として、第１流路１１４は、第１圧電ポンプ１０の吐出口１０Ａに接続された第１端１１４Ａと、第２端１１４Ｂとを有する流路であって、第１端１１４Ａと第２端１１４Ｂの間に接続ポイント１２３を設けている。また、第２流路１１６は、タンク２１に接続された第１端１１６Ａと、接続ポイント１２３に接続された第２端１１６Ｂとを有する流路である。

このような構成によれば、第１圧電ポンプ１０を駆動源として気体を吹き出すことで、駆動周波数等の出力条件を予め設定することで、吹き出す気体の流量等を設定することができる。これにより、他の種類のポンプに比べて、液体を霧化させるための液体と気体との混合比の最適化およびベンチュリー効果を発現させるための気体の流速の最適化との両立のための設計難易度が低く、霧化の制御をより簡単に行うことができる。

また、実施形態２の霧化器１０２によれば、第１流路１１４と第２流路１１６のそれぞれに縮径流路１２０、１２６を設けることで、各流路を流れる気体および液体の圧力および流速を一時的に高めることができ、ベンチュリー効果の発現を促すことができる。

＜圧電ポンプとモータポンプの比較＞
上述した実施形態１、２の霧化器２、１０２は、圧電ポンプ１０、１２を動力源として霧化させるものであり、従来のモータポンプ（ダイヤフラムポンプ）を動力源とする霧化器と比較して、以下の点で優れている。

具体的には、モータポンプを用いた霧化器では、振動周波数が低いために大きな脈動が生じ、霧化される液体の粒径にバラつきが生じる。また脈動の周期によっては、霧化に必要な流量が確保できずに霧化できなくなる期間が生じるため、霧化効率が低くなる。これに対して、圧電ポンプを用いた霧化器では、脈動を実質的に無視できるほどに振動周波数が高く、霧化される液体の粒径の均一化、および霧化効率の向上を両立することができる。この点に関して、以下、図１２～図１８を用いて説明する。

図１２は、圧電ポンプを用いた霧化器（実施例）と、モータポンプを用いた霧化器（比較例）をそれぞれ所定条件で運転した場合の脈動に関する結果を示すグラフである。図１２では、横軸に脈動の周期を表し（単位：なし）、縦軸に気体流量を表す（単位：Ｌ／ｍｉｎ）。気体流量は、各ポンプの駆動によって霧化器内を流れる気体の流量である。

図１２に示すように、比較例の霧化器では、脈動の１周期において、気体流量が大きく変動する。具体的には、最小流量を０Ｌ／分、最大流量を約２Ｌ／分として、正弦的な周期変動を行う。これに対して、実施例の霧化器では、１周期における気体流量はほぼ変化せず、平均流量である約１Ｌ／分が維持される。

図１３は、本実施形態における気体流量と霧化量の関係を表すグラフである。横軸に気体流量を表し（単位：Ｌ／分）、縦軸に霧化量を表す（単位：mＬ／分）。霧化量は、気体と液体が混合されて霧化したものの流量である。図１３に示すように、気体流量が約１Ｌ／分未満では霧化量は０であるのに対し、気体流量が約１Ｌ／分以上になると、気体流量の全量が霧化量となる。すなわち、本実施形態においては霧化させるための条件として、気体流量が約１Ｌ／分以上という条件がある。

図１２に示すように、比較例の霧化器では、０～０．５周期において気体流量が約１Ｌ／分以上で推移するものの、０．５～１周期では気体流量が約１Ｌ／分未満で推移する。図１３で示した関係に照らせば、比較例の霧化器では０～０．５周期では霧化できるものの、０．５～１周期では霧化できなくなる。その結果について、図１４に示す。図１４では、横軸に脈動の周期を表し（単位：なし）、縦軸に霧化量を表す（単位：mＬ／分）。図１４に示すように、０～０．５周期では気体流量に応じた霧化量が得られるものの、０．５～１周期では霧化量が０となる。

一方で、実施例の霧化器では、図１２に示すように０～１周期の間で気体流量が１Ｌ／分に維持されているため、霧化に必要な流量を継続的に確保することができ、霧化状態を維持することができる。その結果について、図１５に示す。図１５では、横軸に脈動の周期を表し（単位：なし）、縦軸に霧化量を表す（単位：mＬ／分）。図１５に示すように、０～１周期にかけて、約１ｍＬ／分という霧化量を継続的に得ることができる。

図１４、図１５に示すグラフにおいて、霧化量を表す線で囲まれる面積は、脈動の１周期における霧化の総流量を表す。それぞれの総流量を計算すると、図１６に示す通りとなる。図１６では、縦軸に、脈動の１周期における霧化の総流量の比率を表す。図１６に示す結果によれば、比較例の霧化器と実施例の霧化器を比較すると、霧化の総流量の割合は概ね、０．８：１となる。

図１６に示す結果からも明らかなように、実施例の霧化器の方が霧化できる総流量が多く、比較例の霧化器に比べて高い霧化効率を実現できることがわかる。

次に、流量と粒子径の関係を図１７に示す。図１７では、横軸に気体流量を表し（単位：Ｌ／分）、縦軸に、横軸の流量のときに霧化される液体の平均的な粒子径を表す（単位：μｍ）。

図１７に示すように、気体流量が大きくなるほど、霧化される液体の平均粒子径は小さくなる。

図１７に示す流量と粒子径の関係を、図１２に示した脈動の１周期における気体流量の変動の結果に照らすと、図１８に示すような結果となる。図１８では、横軸に霧化される液体の粒子径を表し（単位：μｍ）、縦軸に粒子径に基づく存在比率（単位：％）を表す。

図１８に示すように、比較例の霧化器では、脈動の１周期において気体流量が大きく変動することにより、粒子径にも大きなバラつきが生じている。一方で、実施例の霧化器では、脈動の１周期において気体流量がほぼ一定に維持されているため、粒子径のバラつきも少なくなっている。

図１８に示す結果からも明らかなように、実施例の霧化器の方が霧化される液体の粒子径のバラつきが少なく、比較例の霧化器に比べて粒子径をより均一化できることがわかる。

上述した通り、図１２～図１８に示す結果によれば、圧電ポンプ１０、１２を駆動源とする実施形態１、２の霧化器２、１０２では、モータポンプを駆動源とする従来の霧化器と比較して、霧化される液体の粒径の均一化と霧化効率の向上を両立して実現することができる。

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本発明は、医療用、美容用等の霧化器に有用である。

２ 霧化器
４ ケース
４Ａ 第１ケース部
４Ｂ 第２ケース部
６ スイッチ
８ 吹出口
１０ 第１圧電ポンプ
１０Ａ 吐出口
１２ 第２圧電ポンプ
１２Ａ 吐出口
１４ 第１流路
１４Ａ 第１流路の第１端
１４Ｂ 第１流路の第２端
１６ 第２流路
１６Ａ 第２流路の第１端
１６Ｂ 第２流路の第２端
１８ 第３流路
１８Ａ 第３流路の第１端
１８Ｂ 第３流路の第２端
２０ バイパス流路
２１ タンク
２２ 制御基板
２４ 接続ポイント
２５ 先端
２６ 接続ポイント
２８ 接続ポイント
３０ 流路抵抗
３２ 分岐流路
３４ 逆流防止機構
４０ 逆流防止弁
５０ メッシュ部材
６０ 狭窄部
１１４ 第１流路
１１４Ａ 第１端
１１４Ｂ 第２端
１１６ 第２流路
１１６Ａ 第１端
１１６Ｂ 第２端
１１８ 第１拡径流路
１２０ 縮径流路
１２２ 第２拡径流路
１２３ 接続ポイント
１２４ 拡径流路
１２６ 縮径流路

Claims (16)

1. 吐出口から気体を吹き出す第１圧電ポンプと、
   前記第１圧電ポンプの前記吐出口に接続された第１端と、第２端とを有する流路であって、前記第１端と前記第２端の間に接続ポイントを設けた第１流路と、
   液体を貯留するための液体貯留部と、
   前記液体貯留部に接続された第１端と、前記接続ポイントに接続された第２端とを有する第２流路と、を備え、
   前記第１流路は、流路径が拡径する拡径ポイントを、前記接続ポイントよりも前記第１流路の前記第１端側に有し、前記拡径ポイントと前記接続ポイントの間に、前記第１流路の前記第１端から前記第２端に向かう方向に沿って前記第１流路を縮径する方向に傾斜する第１傾斜面を有し、前記第１傾斜面は、前記拡径ポイントと離れた位置から傾斜する、霧化器。
2. 前記第１傾斜面は、前記拡径ポイントを構成する開口の外側の位置から傾斜する、請求項１に記載の霧化器。
3. 前記第１傾斜面は、前記拡径ポイントに面するように傾斜する、請求項１又は２に記載の霧化器。
4. 前記第１傾斜面は、前記第１流路の前記第１端から前記第２端に向かう方向において、前記拡径ポイントと前記接続ポイントの間に位置する、請求項１から３のいずれか１つに記載の霧化器。
5. 前記第１傾斜面に対して前記第１流路の前記第２端側に接続して前記第１傾斜面とは反対側に傾斜する第２傾斜面をさらに有する、請求項１から４のいずれか１つに記載の霧化器。
6. 前記第２流路の前記第２端は、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面を接続する接続点よりも前記第１流路の前記第２端側にて開口している、請求項５に記載の霧化器。
7. 前記第２流路の前記第２端は、前記第２傾斜面において開口している、請求項５又は６に記載の霧化器。
8. 前記第１流路における前記第１端と前記接続ポイントの間に接続された第１端と、前記液体貯留部に接続された第２端とを有する分岐流路をさらに備える、請求項１から７のいずれか１つに記載の霧化器。
9. 前記分岐流路には液体の逆流を防止する逆流防止機構が設けられている、請求項８に記載の霧化器。
10. 吐出口から空気を吹き出す第２圧電ポンプと、
    前記第２圧電ポンプの前記吐出口に接続された第１端と、前記液体貯留部に接続された第２端とを有する第３流路をさらに備える、請求項１から７のいずれか１つに記載の霧化器。
11. 前記第１流路における前記第１端と前記接続ポイントの間の箇所と前記第３流路とを接続するバイパス流路をさらに備える、請求項１０に記載の霧化器。
12. 前記第３流路において、前記バイパス流路が接続される位置よりも前記第３流路の前記第２端側に流路抵抗を備える、請求項１１に記載の霧化器。
13. 前記第３流路には液体の逆流を防止する逆流防止機構が設けられている、請求項１０から１２のいずれか１つに記載の霧化器。
14. 前記第１流路は、前記第１流路の前記第１端から前記第２端まで一直線状に延びる、請求項１から１３のいずれか１つに記載の霧化器。
15. 少なくとも前記第１圧電ポンプ、前記第１流路、前記第２流路および前記液体貯留部を収容するケースをさらに備える、請求項１から１４のいずれか１つに記載の霧化器。
16. 前記液体貯留部は、前記ケースに収容されるタンクである、請求項１５に記載の霧化器。

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