JPH07506999A - 噴霧器および噴霧器制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 噴ｙＷＡおよび噴霧器制御装置 この発明は、患者が治療時に吸い込む、治療力のある流体の微細な霧を発生する ために用いられる超音波素子等の噴ｉｌＪ器に関する。また、この発明は、噴震 器のあらかじめ調節された特性を最適化する制御装置に関する。

電気的に駆動された圧電結晶等の超音波変換器を用いて霧状にした薬剤を生成す ることが知られている。変換器は、薬剤の流体に伝達される機械的振動を発生す る。典型的には、振動は、ｌ〜２ＭＨｚオーダの超音波範囲にあるかも知れない 。この振動は、液体の表面で卒中ビテーｖ′Ｉン、あるいは激しい動きを生じさ せ、これにより、霧を生成する。薬剤を去者の肺に効果的に送り込むのに最適な 霧の粒径は、１〜６μｍオーダであることが知やれている。また、噴霧器、ある いは霧発生器等は、別様の手の届がない場所への洗ｆＰｔ！４の散布、および顔 面マツサージ、あるいは同様の美容や皮膚科の処理等、°様々な応用があること が知られている。また、薬剤および治療剤という語が用いられる限りは、水は、 健康障害の治療において吸い込まれるので、これらの語の意味に含まれていると 理解されるべきである。

液体を霧状にする様々な公知の技術は、変換器から薬剤へ超音波振動を中継する ために変換流体を用いる米国特許第３３８７６０７号（ガウザイヤー）に開示さ れている。ガウザイヤーは、生成された霧の密度を最適化するために、薬剤の流 体の上方に超音波圧縮波を手段雨量させる技術を教えている。また、霧状の液体 の密度は、変換駆動周波数をその共ＩｆｉＰＪ波数の近くに、しがし好ましくは それよりわずか上に設定することによって、ガウザイヤーによって最適化されて いる。

噴霧器制御装置は、超音波変換器の出力レベルを可変パルス発振回１品を用いて 制御する米国特許第４３１９１５５号（オムロ／）に開示されている。オムロノ は、２つの状懸、実際は、「噴霧状態」および「噴霧停止状態」の間の出力レベ ルを変化させる。これにより、電力信号のマーク／スペース比が流体の量を決定 し、治療のレートの制御を可能にする。

さらに、公知の噴霧器が、圧電結晶の約ＩＭＨｚの基本的な共棗Ｉｌ波数に比較 して約３ＭＨｚの３次高１１ｔＬ共Ｉ１１波数まで掃引する方法を用いる欧州特 許第１７４８６２号（ヴアリアン）に開示されている。加えて、結晶に印加され る電圧は、より低い周波数でパルス的にオン／オフされる。欧州特許第１７４８ ６２号は、作動周波数にロックする方法を開示しないが、むしろ一定の共振周波 数を持続するために結晶が冷却されることを開示する。

公知の装置は、変換駆動回路によって使用される電流を最小にする技術を開示し ていない。超音波変換器をその反共振周波数て駆動すること、およびこの状態で 噴霧や駆動回路における電力消費を最適化することは開示されていない。周波数 の範囲を周期的に掃引すること、作動中に、たとえば、温度等の物理的条件の変 化に伴う圧電結晶の反共振周波数の変化を補償するために反共振周波数にロック することは、開示されていない。したがって、この発明は、従来の技術のこれら および他の問題を回避、あるいは少なくとも軽減しようとする。

発明の１つの１！！ｉ様は、前記変１１１器と機械的に接触する流体を噴霧する ために電気的駆動信号を機械的振動に変換する圧電結晶変換器と、前記変ｔａ器 の反共振周波数、あるいはその近傍の周波数で前記変１ｌＩＢを振動させるとと もに、この周波数での振動を持続させる変換器駆動装置とを具備する噴霧器を提 供する。反共振周波数は、最大値、あるいは高くした電気的イノビーダンスによ って特徴づけられた結晶周波数として定義される。

発明のこの態様の機能は、前記駆動装置が前記領域における変換器の作動を持続 するような前記駆動信号の！ｌｌ波数を自動的に制御する周波数制御手段と、ユ ーザの入力に依存して駆動信号によって変換器に供給されるパワーを制御するパ ワー制御手段とを有する噴霧器を提供する。

発明のさらなる顎様は、圧電結晶という形で電気的に作動可能な超音波変換器と 、変換器を作動させるための高周波駆動信号を発生する変換器駆動装置とを具備 し、変！′ｌＩ器は前記駆動信号が供給されて作動された時、霧状にすべき流体 に物理的振動を引き起こさせるために作用し、変換器駆動装置は、変換器駆動電 流の測度を提供するｉＩ流検知手段と、あらかじめ設定されたしきい値と前記測 度を比較し、前記測度がしきい値より下降した時、前記流体が完全に霧状にされ たことを示す終了信号を発生する比較手段とを有する噴ｆｊｉ器を冴供する。

発明の他の態様は、噴霧器、変換器、および１次および２次コイルからなるステ ップアブブトラ／スを有し、２次フィルは前記変換器に接続され、トランスの１ 次および２次コイルを変換器反共振周波数でマツチさせることが有益な変換器駆 動装置を提供する。

さらなる態様は、変換器と物理的に接触された流体を保持する噴霧チャンバと、 出口から霧状の流体を流れ出させるために前記１！１ＩｆＮチヤンバを通過する 気流通路を有し、気流通路は排気阻流板および排気管を通過する噴霧器を提供す る。

さらなる態様は、対抗する電気的極性に対する２つの電気的接点と、その上面に 取り付けられｌ；７４層とを有する圧電結晶を備えた変換器を有し、７４層は使 用中に薬剤と直接接触するように設けられている噴霧器を提供する。

さらなる態様は、噴霧チャツバと、噴霧チャンバの底の凹部に設けられ、それと 接触して設けられた７−ルおよびクラップ手段を用いて正しい位置に保持された 変換器とを具備した噴ｆ！器を提供する。

発明の様々な態様は、以下の添付された図面を２照して、単に例として、今記述 されるであろう。

図１は発明による噴霧器の第１の実施例の盟略透視図を示す。

図２はフェイスマスクとともに用いるように応用された図１に示された噴霧器の 概１３ｉ３視図を示す。

図３は図１に示されたハンドベルトユニットの分解組立概略透視図を示す。

図３８は図３に示されたものとはわずかに異なるハンドベルト噴ＦＪ器の分解組 立概略透視図を示す。

図４は図３に示されたハツトベルトＩＩＩＩｉａの倒立面図を示す。

図４８は図３に示されたハツトベルト噴ｒＥ器の王立面図を示す。

図５は図３に示されたハンドベルトユニットの前立面図を示す。

図６は図３に示されたハツトベルト噴ｎ？５ユニットの噴霧チャンバおよびマウ スピース部の分解組立概略透視図を示す。

図７は図６に示された噴霧チャツバおよびマウスピースの概略断面透視図を示す 。

図７８は図３に示されたハツトベルト噴霧器の概略断面側立面図を示す。

図８はハンドベルト噴霧ユニットのための結晶マウント組立の概略透視分解組立 図を示す。

図８８は図８に示された完成された結晶マウントの概略断面側立面図を示す。

図９は発明による噴霧ユニットに用いられる圧電結晶変１１１！ｉの断面側立面 図を示す。

図１Ｏは図９に示された変換器の下からの平文面図を示す。

図１１は変換器結晶の特性イノピーダンス対周波数曲線を示す。

図１２は発明による噴霧器を駆動するために用いられる電気回路の概略ブロック 図を示す。

図１３は発明による噴霧器を駆動および制御するために用いられる電子技術にの 概略回路図である。

図１を参照すると、噴霧ユニット１４および電源ユニット１２を有する、ユーザ 、あるいは患者に薬剤を与えるための噴霧ＢＩｏが示されている。この記述は、 治療に用いられる液体薬剤、あるいは薬品を霧状にするために、発明による噴霧 器の使用に方向付けられている。噴霧器は、この使用に特に限定されず、多（の 異なる流体や粉状の材料とともに用いられるかも知れない。

ユニット１２は、幹線電圧トランスを有し、ケーブルおよび壁ソケットプラグ２ ０を用いて幹線電気供給源に接続されている。また、電源ユニット１２は、全体 の噴霧器装置１０が図２に示されたようなフェイスマスクと組み合わせて用いら れた時、あるいは装置が収納された時、ハツトベルト噴霧器１４が据え付けられ たベースユニットとして作動する。ユニット１２は、比較的重く、噴霧器１０に 安定性を与える。

ハンドベルトユニット１４は、コネクタ１８および２２を有する電気ケーブル＋ ６１．−！っで電源ユニｙ）１２に接続されている。コネクタ＋８は電源二二、 ト＋２のノケプト１９に差り込まれ、いっぽう、コネクタ２２はハツトベルトユ ニット１４のソケフト２３に差し込まれている。

また、コネクタ１８は、たとえば、車のノがレフトライタフケ１トにハツトベル トユニット１４を差し込むために用いられる。ハツトベルトユニット１４は、ケ ーブル１６とともに、幹ｌｉＩ電力変換ユニ１ト１２から離して用いられるポー タプルユニットを構成する。たとえば、１２シ直流バフテリ電源は、後述するよ うに、ハツトベルト噴霧器を駆動するために用いられる。さらに、ユニブト１２ は、ユニット１２に収容された変換回路を接続ケーブル１６を介して噴霧器ユニ ット１４につないでパワーを供給するパワースイッチ３２を有している。イギリ スにおいては、輿望的には、変換ユニット１２は、たとえば、２４Ｑｖの幹線電 気供給源を＋２ｖのノケット１９の出力レベルに降圧する。もちろん、ユニット １２は、アメリカにおいては、１Ｉｏｖ等の局部斡ｍｉ圧に合うようにｌＩｇ、 される。

いっぽう、ユニット１２は、＋２Ｖ直流出力を供給するために、入力電源に依存 した自己調整する汎用変換器、あるいはスイッチモード電源を有してもよい。電 気ペースユニット１２は、交流電圧を直流電源に整流して噴霧器１４に供給する 。

ユニット１２は、さらに、ユニット１２および１４をともにロックするために、 ユニット１４のベースに設けられたアパーチャ２７と協同で作動する接手２６を 有している。

図１において、ハツトベルトユニット＋４は、さらに、治療を受けているユーザ が霧状にされた薬剤を吸い込もマウスピース２４を有していてもよい。噴霧の方 法および気流の通路については、後で示す図面を撃照してより詳細に説明する。

しかしながら、また、鼻による吸入方法が用いられているのは明がである。

図２は、ハツトベルト噴霧ユニット１４が既に説明した方法でパワーユニット１ ２にマフノドされた図１に示す噴ｆＸ！１０を示している。図Ｉに示す単一のマ ウスピースチューブを用いる代わりに、図２は、噴霧ユニット１４に接続される フェイスマスク３０を装着したユーザを示している。フェイスマスクは、アレ十 ／プルチューブ２Ｂおよびアパーチャ２５に挿入されたコネクタ２９によって噴 霧ユニット１４の上部に接続されている。噴霧器１ｏのこの概略透視図において 、また、１々なパラメータを制御するために治療を受けている忠者によって使用 される制御パネル３４が示されている。制御パネル３４は、ユーザが治療を開始 した時オフされ、「オフ」ボタン３７が押し下げられたり、噴ｉＸＷ＋４内の噴 霧チャチャンバ内の薬剤を示す液体レベル表示器３８を備えている。ｇ剤液体が 充分に流れ出たとき、後述する検出手段は、表示１１ｉｉ３Ｂをオフさせ、また 、薬剤が流れ出、これ１こより、治療の終了を示すという事実をユーザに警告す るために、可聴音を供給する。実際は、可聴信号は、ユーザによって実行される 制御パネル３４に関して記述されたいずれの作用のためにも発生られる。たとえ ば、単一のビーブが治療が開始された時、すなわち、ユーザが「オフ」ボタ／３ ５を押した時、供給される。さらに、「アップ」ボタン３９および「ダウ／」ボ タン４０を用いて治療薬剤の噴霧器の比率を増加および減少させる制御が提供さ れる。図２から分かるように、「γツブ」および「ダウン」制御は、「アップ」 および「ダウン」の矢印を用いてｔ！徴的に表される。

ハンドベルト＠霧ユニット１４は、図３、図３８＋　図４および図５に示す様々 な立面図により示されている。一般的に、ユニット１４は、主噴霧チャ／バユニ ットｓｏ、制御パネル３４およびトップユニット５９をはめ込まれた２つの主体 部４３および４４を有している。トップユニット５９は、ト、プカバー５４、噴 霧チャツバカバー５２およびチャツバ・バノフルカ・イー５３を有している。ト ップユニット５９は、全体として、噴霧チャツバユニ、ト５０によって実質的に 規定された牛中ビティである噴霧チャツバ５０ｃに連通するハツトベルト噴霧二 二フ）＋４から取り外し可能である。

図６、図７および図７３は、ユニット１４のベース内の給気口６８からマウスピ ース２４の出口に気流がどのように流れるかが分かるＩ！Ｊ霧器量器１４部を示 す図である。フ１ノ５８は、モータ６６によって駆動され、取入０６８およびフ ィルタ７２を介して空気を流す。フィルタ７２は、たとえば、軽い名相でよい。

空気は、モータ６６を通過して気流通路７０からプリント基板７１を分離するヒ ートノック６７を冷却するように作用する。

そして、空気は、逆止め弁４９を通過して吸気ロバノフル４８によって方向付け られる。また、空気は、この実施例においては、弁４９を保持するように作用す る。次に、空気は、出ロバ、フルＦｌｓｏのロリおよび給気口６９を通過して噴 霧チャツバ５０ｃに流れ込む。チャツバ５０ｃは、変換６６０の上方に薬剤のタ ックＬを保持する。チャンバ５０ｃは、液体の上方の表面間域を最小にするため の形状を有している。

したがって、チャツバ５０　ｃ　１１．　はぼ球状をとなるように設計されてい る。このことは、凝縮を最小化するとともに、どんなに凝縮された薬剤でも重力 下でタンクＬに戻らせる。

そして、薬剤と空気の混合物は、大きな液滴を噴ｒＡ器によって保持されるよう にするとともに、マウスピース２４の出口での粒子ａｉ！ｉｔｉを最適化するの を助ける出ロバｌフル８０を通過してくみ出される。バフフル８０は、一般的に 、気流通路７０を２つの方向、双方はぼ１８０度に曲げさせるように作用する。

マウスピース２４は、一般的に、ユーザの口に合うように調整されるチューブを 存しているが、同様に、わずかに変形すれば鼻による吸入のために使用される。

７９スビース２４は、出口８１および逆流孔８２を有する。逆流孔８２は、ユー ザに治療の間、すなわち、出口８１を通過した薬剤を含んだ空気を吸い込み、出 口８２を通過した排気ガスを吐き出す間、ユーザの口にあるマウスピース２４を 保持されるように設計されている。出口８２が公知の装置とは異なってユーザの 顔から排気ガスを遠ざけさせることは特に有益である。／−７ドベルトユニツト １４は、電気的人力信号を超音波周波数範囲で機械的な振動に変換する変換器６ ０を有している。変ｒｅ！ｉ６０は、圧電結晶６２を有している。図８および図 ８８は、結晶が噴霧チャツバユニ、ト５０のｄ部にどのようにマフノドされてい るかを示している。Ｏす／グは、成形二二、ｌト５０の下面の凹部５１にはめ込 まれている。結晶は、四Ｍ５１に挿入され、０リングに接しているので、変換器 が固定された時、０す／グ６】とともに結晶６２の上面および０リノグ６２と成 形ユニットＳＯとの間でよい／−ルがあり、これにより、噴霧チャツバユニＩト ５０ｃ内に保持された液体りが漏れ出すのを防ぐ。結晶は、噴霧チャンバユニッ ト５ｏの底部から下がっている２つのボルト６５とはめ合っているアパーチャ６ ４を有すルヒート／／り板６３を用いて凹部５１に固定されている。ヒート／ツ ク板６３は、これＪこより、結晶６２を凹部５１内に固定するために充分な力を 提供し、これにより、デルトロ５に、たとえば、フライナ、トを用いて確実に固 定された時、液体りの漏れを防ぐという２つの成果を提供している。また、ヒー ト／ツク板６３は、結晶から急速に熱を取り去る良好な熱伝導性を何する比較的 大きな熱量として作用する。Ｐ８は、結晶の機械的振動により発生され、結晶が オーバーヒートしないことが重要である。オーバーヒートを防ぐ２次的手段は、 後述する電気装置を用いて温度をモニタすることである。

図９および図１０は、それぞれ結晶６２の側断面図および平面図である。噴霧器 １０に適した結晶の一例として、圧電結晶は、直径約２０ｍｍ、厚さ１．３９ｍ ｒｒ＋’？’ある。圧電結晶は、銀の接続材料で一方の表面がコートされており 、反対の面の２つのポイント９４ａおよび９４ｂまで続いている。第２の電気接 続ポイント６５は、結晶６２の下部円形面の中央に形成され、たとえば、直径約 １０ｍｍを有している。結晶６２の表面には、厚さ約０．２９ｍｍのアルミニウ ム層９６が形成された銀コネクタ９４の上方に接Ｗ層が形成されている。これは 、さらに、ステルレス１１９７のＯ，１ｍｍの層をその上に形成することが可能 な接着層でその上面がコートされている。鋼層９７の上面は、使用中に噴霧チャ ンバ５゜Ｃの底部で液体りとｔｉｌ！接触している。いりぽ、う、変換器結晶は 、アルミニウム層９６なしで作製することができる。また、上述した綱とアルミ ニウムの組み合わせよりもむしろ二／ケル層、あるいはエナメル層で結晶６２に ／ムを入れることができる。９ｍ器の特性は、ンムを変更することによって変更 することができる。たとえば、上述した変換器の共振周波数は、／ムを入れた時 と入れなかった時とでは、それぞれ１．６ＭＨ２および１．４５ＭＨｚである。

後述する駆動回路から結晶への電気的接触は、層９４および層９５によってなさ れる。その接触は、結晶が振動している間、変ｌＳ器６ｏの領域９４および９４ と接触し続けることができる薄い銅のラグなどの弾性的電気的コネクタを用いて なすことができる。結晶自体は、たとえば、後述するインピーダンス周波数特性 が規定の噴霧器の１Ｊ造島よび使用Ｉこ対する寸法上の要求とともに、う２漬菜 者に指定できる圧縮されたチクノ酸バリウム結晶である。

ｏ１１霧器を制御し、駆動するために用いやれる電気回路は、図１２および図１ ３に示されている。回路は、噴ｒＡｉ！１ユニット１４に収容されたプリ／ト基 板７１上に主に収容されている。図１２は、装置を作動させるために用いられる 基本的は要素の概略ブロック図である。いっぽう、図１３は、ブロック図１２に 示された構成要素が破線で表された電気回路図である。図１２を参照すると、装 置が実際上、マイクロプロセッサＡによって制御されていることがわかるであろ う。回路の主要な態様の１つは、結晶６２をその反共振超音波周波数で駆動し、 これにより、結晶駆動′ＨＦｌによって消費される電流を最小にし、また、噴霧 を！！に適化することである。

噴霧制御回路は、パルス幅変ｕ／１Ｈ圧−コ／バータであるブロックＢと、電圧 制御発振器であるブａ１りＣと、とりわけ、電界効果トラノノスクを有する主駆 動回路であるブロックＤと、ステＩプアノ・ブトランスを有するマツチング回路 であるブロックＥと、ＩＩｔ流帰還装置であるブロックＦとを備えている。さら に、装置は、ファン５８に接続されたファンモータＮを駆動するパルス幅変調ユ ニ。

トであるブロックＭと、制御パネル３４である薄膜キーボード構成部品Ｇと、制 御パネル３４によって部分的に構成された視聴覚表示装置りと、マイクロブロセ 。

すからのデータを回収するとともに、マイクロプロセッサ八を再プログラムする ための通信ボートにと、不揮発性メモリＨと、駆動回路？Ａ度モニタ構成部品１ と、変換器結晶温度モニタ構成部品ｊとを備えている。

一般的に、噴ｒＥ器は、ｏＪ１霧チャツバ５０ｃの底部で超音波結晶６２上に位 置された液体のＳ剤から微細な霧を効果的に生成するように設計されている。噴 霧比率は、ｌｌｌ１ｉキーボードＧによって制御され、治療の完了時、すなわち 、薬剤がほぼなくなった時、ユニットは自動的にオフする。完了は、ＬＥＤ３８ の点灯およびブザーからの可聴のヒープの放射によって示される。これらのＧ様 は、一般的に、図１２に構成部品りによって表されている。ユーザは、噴霧の比 率および構成部品りの挿々を出力を制御するために１Ｆｌｆ［ｌがマイクロプロ セッサＡに人力される薄膜キーデートＧを用いてパラメータを変更する。

図１３を撃ｐＧすると、噴霧器１０のための制御回路の好適な実施例の回路図が 示されている。以下に示すよっに使用される様々なボー）ＪＰＩ〜ＪＰ６が示さ れている。ＪＰＩは、ファン５８に１妾続されたファンモータＮに接続されたフ ァ／駆動装置１Ｍへの出力ポートである。ＪＰ２は、圧電結晶６２に接続された 結晶駆動回路りへの出力ポートである。トランスＴｌおよび結晶６２は、プロ、 り図１２に示されたマツチング回路Ｅを構成する。ＪＰ３は、図１にソケット２ ３によって表されたような直流電圧入力ポートである。ＪＰ４は、キーボード薄 １１Ｇに接続されたユーザ制御入力である。ＪＰ５は、たとえば、図３に符号４ ２で表されたプログラマ通信ボートである。ＪＰ６は、変換器結晶の底面に位置 された温度制御サーミスタに接続されている。したがって、それは、結晶温度モ ニタ構成部品Ｊの一部を構成している。

電気回路は、高電圧および高周波数で圧電結晶６２を駆動する。周波数は、変換 器の反共振周波数、あるいはその近傍となるように、また、噴霧器の特別な意図 する使用のための最適な粒径を膏する制御された霧を生成するために、選択され る。

図ＩＩを１＃照すると、最小イノピーダンスの共振条件が周波数Ｒで示された圧 電結晶の特性インピーダンス対周波数曲線が示されている。最大イノピーダンス 、あるいは反共振周波数は、文字ＡＲによって示されている。典型的に１．　３ ＭＨ２のオーダかもしれない最小インピーダンス状況で作動することが知られて いる。

しかしながら、上述した装置は、ここでは、たとえば、１．４（ｉＭＨ２のオー ダかもしれない反共振周波数の領域にあるイノピーダンス最大値、あるいはその 近傍で作動する。図１１は、最小のインピーダンスが約３オーム、最大のイノピ ーダンスが約１０００オームであることを示している。圧電結晶のイノピーダン ス特性が、たとえば、接点６５の直径等の電気的接触のサイズを変更して結晶組 立品のキャパノタノスを変更することにより、変更できることがわかる。

電気回路は、コネクタＪＰ３に印加される＋２ｖの直流入力によって電源が没入 される。したがって、図！に示すユニット１２は、２４０ｖ／＋２ｖ・トランス と、ハ／ドヘルトユニット１４のノケノト２３に１２νの直流信号を供給するた めの全波！２流素子とを有する。ＪＰ３の入力は、コモ／モード・チッークＦｌ 並びにフノデ／すＣ１０およびＣ１０による高周波除去のためにフィルタされる 。

マイクロフットローラＡおよび論理回路に電力を供給する５ｖの！ｌｉ１整され た１ｇ源Ｖｃｃは、レギュレータＵ２によって供給される。

Ｉ！ＩｔＬ数の選択は、変換器の意図する使用に依存する。喘Ｑの治療のために は、３〜５μｍの粒径は、患者の肺に遇する薬剤の粒子を吸収させて保持させる 声、で有用であることが知られている。抗生物質による治療のためには、２μｍ 以下の平均的な粒径は、有用である（ｅｆｆａｃａ＋１ｏｕｓ＞と知られている 。超音波噴霧器によって生成された平均粒径の範囲は、変ＰＡ器の発振周波数を 含むい（つかの要素に依存することが知やれている。１３６〜１．５６ＭＨｚお よびそれ以上、特に、１．４６ＭＨｚの範囲の作動周波数は、喘暇の治療のため の粒径のよい散布を生み出すことが知られている。したがって、変換器６０に用 いられる特別な結晶は、この応用のためにこの転回の反共振周波数を有するよう に選択される。

噴霧器ｌＯは、ＪＩ＋４に接続されたＡｔ１ｌｐＨキーパ、ドＧを用いてユーザ によって作動される。キーボードは、以下に示す効果をイイする４つのスイッチ ををする。

すなわち、「オフＪスイッチは、ＭＪ音波拮品に出力を使用可能にすることによ って噴霧を開始させる。「イノ」ボタンを押すことは、（構成要素りの）圧電ブ ザーＹｌからの７プートビーブによって告知される。また、ｌ妾の［オンＪのＬ ＥＤ３６は点灯され、噴霧チャツバが空になるか、あるいは）＼ノドセットがオ フされるまでイノのままである。すなわち、「オフ」スイッチが噴霧器を停止さ せ、ファ／を抑制しくもし噴霧が進行中なりば）、−１ノドセ、トをオフさせ、 １．　Ｅ　Ｄ　３６および３８は消灯され、電気回路は作動しなくなる。可聴の ビーブは、圧電ブザーＹ１によって放出される。「オフ」スイッチは、電源を分 離せず、電力はまだ回路に供給されたままである。増加、あるいは「ア、ブ」ス イッチは、結晶に印加される電圧の［オフｊの周期に対して［イノｊの周期を増 加させることにより、超音波結晶への電力供給を増加させることによって、噴霞 が発生する比率を＋を加させる。この値は、不揮発性メモリにＩ’ｄ　ＩＭされ 、噴霧器が次に同じセノテイ／グを保持するために用いりれる七き使用される。

１ｆｌＴｉＧの増加に関連して、ファン速度が増加する。減少、あるいは「グウ ノ」スイッチは、結晶に印加される電圧のオフの周期に関してイノの周間を低下 させることにより１Ｍｉ音波結晶への電力供給を低下させることによって、噴霧 器か発生する比１を減少させる。噴霧の減少に関連して、ファン速度が減少する 。

マイクロブロセ、すＡは、たとえば、ナ／Ｉ＋ナルセミフノダクタ社製のＣ０Ｐ ８８８ＣＦという８ビツトの／／グルチップ・マイクロコノトローラである。こ れは、ユーザによって入力された上述した機能以外の回路のすべての機能を制御 する。ここで用いられるマイクロプロセノｑは、４４ピノの素子であり、表１は 、その機能の簡単な記述とともに、それぞれのピ／に与えられた名称を示してい る。

マイクロコノトローラＡは、たとんば、ｆ４１ｊサーニスタＲＴＩおよびＪＰ６ に接続されたＩｊ！度サーすスタからのアナログ信号と、構成要素Ｆからの電流 増幅出力とを変換するためのアナログ／ディジタル・コノバータを有している。

薬剤を噴霧するために変換器結晶６２を発振させる基本的な駆動処理は、ピノ２ ５および２８でマイクロプロセッサＡからの２つの出力によって基本的に制御さ れる。マイクロプロセッサＡのピン２５からのパルス幅変調されたバイナリ出力 は、マイクロコノトローラＡからのパルスノーケ／スに依存する電圧制御発振器 υ１　（ブロック構成要素Ｃ）のビ／９における可変直流電圧を生成するために 、抵抗Ｒ５およびコツプ／すＣ２によってフィルタされる。この例において使用 されている電圧制御発ＦＡＨは、７４ＨＣ４０４６素子である。Ｃ１からの連続 した周波数出力は、ビア４ＶＣ出力で生成される。周波数は、Ｃ１のピンの電圧 に依存している。これは、マイクロコントローラＡのピノ２５からのパルス幅ｆ ｉ！された出力のマークスペース比を変更することにより、制御される。パルス 幅変調されたマークスペースの周期は、０．３８μ秒であり、マークスペース比 は、プロ／り構成要素日の出力におけるフィルタされた電圧が１〜４ｖの範囲を 越えることを防ぐために制限される。当然、パルス幅変！ｆｉｌ／１１！圧素子 Ｂのための構成要素の選択は、異なるパルス幅変調のマークスペース周期および 比率に合うように、および様々な周波数出力を発生するための電圧制御発振器の タイプに合うように、変更することができる。

電圧周波数変換器υ１　（ブロック構成要素Ｃ）によって発生された連続的な周 波数出力は、ピノ３における出力ドライバ（プロ／り構成要素Ｄ）構成要素Ｕ４ Ａの人力３に供給される。この特別な例における構成要素Ｕ４Ａは、７４ＨＣ７ ４の「Ｄ」タイプ・ラッチである。ピノ３における周波数入力は、構成要素Ｕ４ Ａのピノ６および５に等相補型出力を供給するために、２つに分割される。ピノ ６および５の出力は、さらに、ピノ４および夏でマイクロコノトローラＡによっ テ１１１１される。マイクロコノトローラへのピノ２８は、う１チＵ４Ａのオフ およびオフ状態の周期を制御する出力信号を供給する。う１チＬＩ４Ａのピ／６ および５からの出力は、構成要素Ｕ６の人力２わよび４に供給される。マイクロ コノトローラＡのビン２８からのイネーブル／ディスイネーブルパルスのマーク ／スペース周期は、約０３秒にセットされ、ラッチｔＪ４Ａは、変換器を駆動す るために、電力要求に従ったこの周期以内で周期を変更するためにイネーブルお よびディスイネーブルされる。Ｕ６は、たとえば、電界効果トランジスタＱｌお よびＱ２を駆動するために、５ｖのパルスから＋２ｖのパルスまで駆動電圧を増 加させ、出力１ｉ流駆動容量を増加させるＴＳＣ４２６ＣＯＡでよい。パワーＦ ＥＴは、約１０１００Ｖｒの結晶６２に印加される駆動電圧を生成する目的で、 ステップアップトランスＴＩを駆動するためにジノ／ニブルで作動する。

トランスＴｌは、変馴器結晶６２の超音波振動周ｔＬ数にマツチするトロイダル 習であることが好ましいことが知られている。このステップアップトランスおよ びマツチノブ回路の配列は、駆動回路りと超音波結晶６２との間の効果的な電力 変換を与えることが知られている。

トランスは、変換器に対してマツチ／グネノトワークとして用いられる。巻線比 は、噴霧の要求される量を生成するために、結晶に印加される正しい電圧を生成 するために選択される。巻数は、チャツバの中に［＋１がない時、トランスのイ ／ダクタノスおよび変化器の牛ヤパノタ／スが、変換器の反共振のポイントでマ ノチノグ回路を構成するように選択される。

薬剤がチャツバに追加された時、変換器の等価キャバ／タノスは増加し、見か（ すの反共振ポイントがｌｊばＩＱＫＨｚｌこ／フトダウ／する。　（マイクロコ ントａ−ラは、最小電流を維持するために、この見かけの反共振ポイントをサー チし続ける。）しかしながら、結晶は、これを周波数・イノビーダノス・グラフ 上の周波数の／フトグウンと見なす。図１１に示すよっな結晶の固有の反共振デ ィノドの／フトオフは、イノビーダンスの低下を１０＜。これにより、回路は、 チ中ンバ内に薬剤がある場合の電流の増加と、薬剤がない場合の減少が見られる 。

好適な構成においては、トランスは、外径１２．７ｍｍ、内径７．６２ｍｍ、深 さ４．７５ｍｍのカルヂニル鉄のトロイタルリ／グを有する。

他のパラメータは、以下の通りである。

１）初透磁率　＝　２５　／’　−３ ２）イノダクタノス係数−１２４（最大）、９．７２（最小）３）最大動作温度 　＝１５０’Ｃ −次は、それぞれ直径０．５６ｍｍのワイヤが６ターノ巻かれた２つのフィルか ら構成され、２次は、直径０．２５ｍｍのワイヤが８５ターン巻かれたフィルで ある。

もちろん、７１チノグ回路は、最小電流を探索する機能とは別個に他の噴霧器に おいて使用されてもよい。変換器結晶を駆動する出力回路を流れる電流は、電流 増幅素子Ｆの一部である抵抗ＲＩ３を介して流れる。抵抗ＲＩ３に印加される電 圧は、演算増幅器ＵＳＡのピノ３に滑らかな電圧入力を供給するために、抵抗Ｒ ９およびコンデノサＣ６によってフィルタされる。たとえば、増幅器Ｕ５Ａは、 ＬＭ３５　ｇ素子でもよい。増幅された電圧は、マイクロコノトローラＡのピノ ｌＯに入力される。ピノｌＯは、アナログ７・′ディノタル・コンバータであり 、プログラムされたマイクロコノトローラＡは、結晶駆動電流をモニタするため に、ピノ１０の人力をモニタする。動作周波数を掃引する方法は、駆動回路によ って流されたｗｉｔを最小にするために用いられる。゛マイクロコノトローラＡ は、駆動回路りを超音波結晶６２の反共振周波数に対応する周波数で動作させる ためにプログラムされている。この周波数は、上述したように、抵抗Ｒ１３を流 れる、出力回路によって流される最小電流をサーチすることにより決定される。

ビンＩＯの入力端子は、マイクロコツトａ−ラＡが周波数を規定された値のよう にシフトする０、３１少毎にサノブルされる。たとえば、１２８ステツプの全分 析結果は、ＰＷＭ、電圧コンバータＢからの電圧出力の範囲、すなわち、電圧制 御発系器Ｃからの可能な周波数の範囲で生成されるかも知れない。すでに述べた ように、この装置で使用されるｆｌｉ器結晶の反共振から共振までの正当な範囲 は、Ｏ，１５ＭＨｚのオーダである。したがって、約０．３ＭＨｚの範囲を掃引 することかできることが有益である。したがって、マイクロフットローラ八から の出力は、既述したセットされたマーク／スペース周期内でビ／２５からパルス 幅、′電圧素子Ｂへの出力信号のマーク／スペース比を変更することにより、イ ンクリメントされる。いつばつ、周波数のより小さな範囲は、掃引され、分解能 の異なる盟、たとえば、掃引範囲におけるより大きな増加分の区分のより少ない 区分によって掃引されるかも知れない。与えりれた結晶反共振の周波数は温度に よって変化する、たとえば、周波数は、２５°Ｃおよび８５゜Ｃとの間で８ＫＨ ｚまで低下するかも知れない。そのような特性は、噴霧器の掃引パラメータにお いて説明される必要がある。

分解能の全範囲から１つの区分による周波数をインクリメントすることは、１２ ８のインクリメントを述べている。どちらかの方向において、駆動回路りによっ て流される電流が前の量よりも多いか少ないかを決定するために、マイクロフッ トローラのビン１０の入力は、再びモニタされる。もし［流が少ないならば、マ イクロコントローラＡは、同じ方向がその方向におけるさらなるステップによっ て周波数を増加させる検索を継続するようにプログラムされる。この処理は、電 流が増加するまで継続し、そのディノドでマイクロコノトローラは、周波数の増 加の方向を逆転させる。この結晶駆動回路、したがって、動作の周波数の掃引の 処理は、ｍ続される。しかしながら、増加的に、たとえば、１０サンプル毎に、 マイクロコノトローラは、単一のサノプルを得るために、より大きい値、たとえ ば、１０インクリメントによって周波数増加を増加および／または減少させる。

もし大きな増加掃引周波数で電流が大きいならば、マイクロコントローラは、前 の周波数での作動に戻る。

ピノ１０の人力は、この値を大きな増加掃引周波数で得られた値と比較するため に、不揮発性メモリ構成要素Ｕ７（ブロック構成要素Ｈ）に記憶される。この定 常掃引処理の飛び越し技術は、マイクロプロセッサＡに、駆動電流における真の 最小値、さもなければ、暗騒音、あるいは池の局部小電流最小値によって決定さ れる真の最小値の検索の機能を与える。これにより、装置は、電力の最適化に関 して不正確な周波数で動作するのを回避する。

マイクロフットローラＡは、また、噴霧チャツバ５０ｃの液体りが空に完全にな った時、噴５処理をスイッチオフする。これは、駆動回路りによって流されてい る電流の劇的な変化によって検知される。この特別な例においては、液体が流れ 出た時、駆動回路りによって流されている電流が急激に減少することが知られて いる。結晶がその上方に位置する薬剤とともに駆動されている時、マイクロコノ トローラは、ｉ流を測定し、この値を不揮発性メモリＨに記憶されている基準値 と絶えず比較する。現在値と記憶された基準値との間の差は、この値が記憶され た異なる値よりも大きい時、液体あ削が充分に使用され、液体噴霧が停止したと 仮定されることを決定するために計算される。記憶された電流値は、噴霧器の前 の使用時に用いられた平均電流である。差値は、また、不揮発性メモリに記憶さ れるが、初期のセラドアノブでプログラムされている。治療の各セッシ１ンの終 わりに、平均電流が、噴霧器の次の使用の間基準値として使用されるように、不 揮発性／そすＨに更新される。

超音波結晶の瞬間的な作動周波数がなんであれ、超音波結晶の電力出力は、上述 したように、オフタイムおよびオフタイムを変更することにより、マイクロプロ セッサＡによって制御される。信号は、マイクロプロセッサへのピノ２Ｂから駆 動回路りの構成要素Ｕ４Ａへ送られる。もしユーザがキーボード＃謹Ｇの増加ボ タ７３９を押したならば、オフタイムのパルスは増加する。オフ周期およびオフ 周期の現在のセツティングは、使用時にセツティングを保持するためにメモリに 記憶される。同様に、減少ずクツ４０を押すことは、オフパルス幅を減少させる 。

マイクロプログラムＡは、さらに、パルス幅ｇ調によってモーフファン速度を制 御する。駆動周波数は、一定に保持される。ファン速度は、ｉ＊＊牛−ボードの 増加および減少スイッチ３９および４０のユーザの操作によって制御された超音 波結晶に供給されるパワーの増加および減少と同調して変化される。これにより 、キーボード薄１［ＱＧの減少ｆコノ４０を押すことは、超音波結晶に供給され ているパワー減少ばかりでなく、そのパルス幅変調された駆動信号のオフタイム を削減することによりファン速度を低下させる。同様、増加ｆコノを押すことは 、結晶に供給されているパワーを増加させるとともに、ファンモータのオンタイ ムを増加させる。

噴霧器は、上述したように、ユーザに情報を提供する様々な視聴覚ディスプレイ を有している。これらは、一般的には、ｌの「オフＪＬＥＤ３６と赤の［液体空 ＪＬＥＤ３８よりｆｉるプロ、り構成要素１．によって表される。さらに、たと えば、ヂタ／３５を用いて噴霧器をイノさせた時、あるいは治療薬剤が流れ出た 時、様々な可聴信号を（是供する圧電ブザーＹｌが設けられている。

装置は、さらに、２つの温度負帰還装置ＩおよびＪを有している。マイクロプロ セッサＡは、変ｌｌｌ器結晶６２の下方に設けられたサーミスタを用いて変ＰＡ 器６０の温度をモニタする。サーミスタは、ブロック構成要素Ｊのｐ−ＩＪＩ’ ６に接続されている。構成要素Ｊのアナログ出力は、マイクロプロセッサへのピ ノ１１に供給され、これは、不揮発性メモリＩ（に記憶された温度しきい値に対 してモニタされる。もししきい値がイノタイムで越えたなりば、超音波結晶への パルス幅は低減される。これにより、超音波結晶６２で浪費される電力を低減す る。しかしながら、ファノ速度は、冷却のために変更されないままである。もし 温度がブリセットタイムの間しきい値を越えたままならば、結晶への電力は、さ らなるイノクリメ／トによって低減される。この処理は、温度がしきい値以下に 低下するか、あるいは最小電力値に到達するまで継続する。ブリセットタイム定 数は、不揮発性メモリＨに記憶されている。同様に、サーミスタＲＴＩは、パワ ーＦＥＴＱ１およびＱ２の間、あるいはそれらに近接してブリット基板に設けら れており、駆動回路りにおいて温度を測定するために用い、られる。サーミスタ がここでは用いられているが、他の温度検知素子も用いることができる。駆動回 路温度モニタ夏からの出力は、マイクロプロセッサへのビン９に人力される。も しマイクロブロセｙ　”ｔ　Ａへの人力が、不揮発性メモリ１（に記憶されてい るしきい値を越えているならば、駆動回路りへのパワー出力は、増加的に、超音 波結晶温度制御処理のために既述した方法と同様な方法で低減される。再び、フ ァノ速度は、冷却のために、変更されない。

動作中、マイクロブロセ、すＡ（ま、不揮発性メモリ夏（に様々な値を記憶する 。

プロｌり構成要素１（の構成要素Ｕ７は、たとえば、９３ＣＯ６素子等の電気的 消去書込可能なメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）でもよい。この特別な素子は、２５６ビ ノトのデータを記憶する機能を有する。さらに、典型的には、シリアルのＲ３２ ３３Ｃコネクタである通信デートＫが設けられている。通信デートへのアクセス は、ハツトベルト素子１４の正面パネルに設けられている。ポート自体は、通常 、０埃の進入かりそれをＧ　＝％するために、小さいプラスティックの挿入物に よってカバーされている。通信ポートは、直接、それぞれ出力および入力データ ライノであるマイクロコノトローラＡのビンｌおよび２に接続されている。マイ クロコントローラＡへの２ウ工イ通信は、装置の診断上の解析を可能にする。た と又は、それぞれ温度周波数電流消費およびライノの数。マイクロコノトローラ 八への２ウ工イ通信は、装置の診断上の＾ダ析を可能にする。たとえば、噴霧器 ユニ１ト１４が用いている温度周波数１ｇ流消費およびタイムの数は、通信ボー ）Ｋを用いてマイクロコノトローラをアクセスすることにより、決定されている 。また、素子に用いられているシリアル番号、モデル番号およびハードウェアバ ージ慶ン等の挿々な識別コードは、記憶されることができる。プログラム作動マ イクロプロセッサＡは、また、以下に示すことを可能にする構成にすることがで きる。すなわち、空のチャツバが検知されたＢ　ｏＪＩＮが停止される前の時間 の変更。超音波結晶温度のしきい値の変更。トラ／ノスタ温麿のしきい値の変更 。温度時定数、すなわち、さらなるイノクリメノトによって出力パワーを低減す る前の時間の変更。平均電流が読まれる前の噴霧のスタードア１ブ後の時間遅延 の変更。また、通信ポートは、周波数出力パワーおよびモータ速度等の個別のパ ラメータにわたるプログラマによる手動制御を可能にする。これは、噴霧器１０ のテストを容易にするために有用である。

表１ ピア番号　名称　説　明 ＦＩ＆　７７ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電結晶という形の電気的作動可能な超音波変換器と、前記変換器を作動 きせる高周波駆動信号を発生する変換器駆動装置とを具備し、前記交換器は、前 記駆動信号を入力し、前記駆動信号により作動させられた時、噴霧すべき流体に 物理的振動を引き起こさせるように作動し、前記変換器は、高められたインピー ダンスの領域を示す周波数依存インピーダンス特性を有し、前記駆動装置は、前 記領域における前記変換器の作動をもたらし、持続させるように働く ことを特徴とする噴霧器。
2. （２）前記駆動装置は、 前記領域における前記変換器の作動を持続させるような前記駆動信号の周波数を 自動的に制御する周波数制御手段と、ユーザの入力に依存して前記駆動信号によ って前記変換器に供給されるパワーを制御するパワー制御手段と を具備することを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
3. （３）前記駆動装置は、 可変マーク／スペース比のバイナリ・パルス・シーケンスを発生するパルス幅変 調手段と、 前記バイナリ・パルス・シーケンスを、その大きさが前記マーク／スペース比に 依存する電圧に変換する変換手段と、前記変換手段によって発生された電圧を入 力し、前記電圧に依存する周波数の出力信号を発生するように作動する電圧制御 発振器とを有する周波数制御手段を具備し、前記駆動装置は、さらに、前記出力 電圧を入力し、前記出力電圧に依存する前記駆動信号を生成するように作動する 駆動回路手段を具備し、前記バイナリ・パルス・シーケンスのマーク／スペース 比は、前記駆動信号の周波数が高められたインピーダンスのその領域で前記変換 器を作動させるような前記パルス幅変調手段によって制御される ことを特徴とする請求項１記載の噴霧器。
4. （４）前記パワー制御手段は、前記駆動回路の一部を構成し、前記駆動信号のオ ン／オフタイムをセットするように作動する手段を有することを特徴とする請求 項２および３を組み合わせた噴霧器。
5. （５）前記周波数制御手段は、さらに、変換器駆動電流をモニタする電流検知手 段を有し、前記駆動電流を最小にするように駆動信号の周波数を調整するように 作動することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の噴霧器。
6. （６）前記周波数制御手段は、前記駆動信号の周波数を周期的に変調することに より最小駆動電流をサーチし、サーチされた駆動電流が前の電流値よりも大きい か小さいかを決定することを特徴とする請求項５記載の噴霧器。
7. （７）圧電結晶という形の電気的作動可能な超音波変換器と、前記変換器を作動 させる高周波駆動信号を発生する変換器駆動装置とを具備し、前記変換器は、前 記駆動信号を入力し、前記駆動信号により作動させられた時、噴霧すべき流体に 物理的振動を引き起こさせるように作動し、前記変換器駆動装置は、変換器駆動 電流を測定する電流検知手段と、前記測定結果とあらかじめ設定されたしきい値 とを比較し、前記測定結果が前記しきい値より下がった時、前記流体が完全に噴 霧されたことを示す終了信号を発生する比較手段とを有することを特徴とする噴 霧器。
8. （８）前記しきい値は、使用基準値とあらかじめ設定された異なる値とからなり 、前記比較手段は、前記使用基準値と前記測定結果との差を測定することにより 、動作差値を導出するように作動し、この後、前記動作差値と前記あらかじめ設 定された基準値とを比較し、これにより、前記動作差値が前記あらかじめ改定さ れた基準値を越えている時、前記終了信号を供給することを特徴とする請求項７ 記載の噴霧器。
9. （９）前記使用基準値は、使用の前のセッションの間前記交換器によって流され る動作電流に依存する前記駆動装置によって決定され、前記駆動装置は、各使用 セッションの終わりに前記使用基準値を更新する手段を有することを特徴とする 請求項８記載の噴霧器。
10. （１０）前記あらかじめ設定された値は、固定されていることを特徴とする請求 項８または９記載の噴霧器。
11. （１１）変器と、１次および２次コイルからなるステップアップトランスを備え る変換駆動装置とを具備し、前記２次コイルは、前記変換器に接続れれているこ とを特徴とする噴霧置。
12. （１２）トランスの１次および２次コイルは、変換器反共振超音波周波数の領域 でマッチきれていることを特徴とする請求項１１記載の噴霧器。
13. （１３）前記トランスは、トロイダルタイプであることを特徴とする請求項１１ または１２記載の噴霧器。
14. （１４）前記トロイダルタイプのトランスは、カルボニル鉄からなる鉄のコァを 有することを特徴とする請求項１３記載の噴霧器。
15. （１５）請求項１ないし１０に記載のいずれかの機能を含んだことを特徴とする 請求項１１ないし１４のいずれかに記載の噴霧機。
16. （１６）変換機と物理的接触した流体を保持する噴霧チャンバと、霧状にされた 流体を出口から流れ出させるために前記噴霧チャンバを通過する気流通路とを有 し、前記気流通路は、出口バッフルと出口チューブを通過することを特徴とする 噴霧機。
17. （１７）前記出口チューブは、ユーザの口または鼻の穴に直接合うように調整き れるとともに、出口が排気ガスがユーザから離れるように向けられている排気口 を有することを特徴とする請求項１６記数の噴霧器。
18. （１８）前記排気口は、出口チューブ（２４）を通過してユーザに向かうガスの 方向に対してほぼ反対の方向に排気ガスを向けることを特徴とする請求項１７記 載の噴霧器。
19. （１９）請求項１ないし１５に記載のいずれかの機能を含んだことを特徴とする 請求項１６ないし１８のいずれかに記載の噴霧器。
20. （２０）対抗する電気的極性に対する２つの電気的接点と、その上面に取り付け られたシム層とを有する圧電結晶を備えた変換器を有し、シム層は使用中に薬剤 と直接接触するように投けられていることを特徴とする請求項１ないし１９のい ず札かに記載の噴霧器。
21. （２１）噴霧チャンバと、前記噴霧チャンバの底部の凹部に設けられ、それと接 触して設けられたシールおよびクランプ手段を用いて正しい位置に保持された変 換器とを具備したことを特徴とする噴霧器。
22. （２２）前記クランプ手段は、前記変換器と温度的に接触し、ヒートシンクとし て作動することを特徴とする請求項２１記載の噴霧器。
23. （２３）請求項１ないし１９に記載のいずれかの機能を有することを特徴とする 請求項２０ないし２２のいずれかに記載の噴霧器。