JPH0852193A - 超音波眼液噴霧装置 - Google Patents

超音波眼液噴霧装置

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JPH0852193A
JPH0852193A JP6211974A JP21197494A JPH0852193A JP H0852193 A JPH0852193 A JP H0852193A JP 6211974 A JP6211974 A JP 6211974A JP 21197494 A JP21197494 A JP 21197494A JP H0852193 A JPH0852193 A JP H0852193A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴霧する粒子の微小性、均一性および生成効
率に優れ、低消費電力で低電圧駆動が可能な自励発振駆
動回路を備えた超音波眼液噴霧装置を提供する。 【構成】 圧電振動子1と振動板2とから成る複合体を
自励発振駆動回路10を用いて駆動させると圧電振動子
1が振動し、その振動は振動板2に伝搬される。保液材
4と接触する振動板2の下面に供給される液体は振動板
2の振動に伴い振動板2に設けられている貫通孔13を
通して霧化され、霧吐出口7から排出される。 【効果】 構造が簡単で、小型軽量で、目に噴霧する際
に生理的苦痛を伴うことがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は圧電振動子および振動板
から成る複合体により発生させた弾性振動によって水ま
たは眼薬液若しくはその他の液体(水,眼薬液その他の
液体を眼液と呼ぶ。)を霧化し、その霧を目に噴霧する
超音波眼液噴霧装置に関する。
【従来の技術】角膜が乾燥する症状(角膜乾燥症)を有
する患者の多くは、目が乾くと感じていないことが多
い。涙の量が減って目が乾くこの病気には、目が疲れ
る、重たい、熱っぽい、開けていられない、痛い、充血
する、目やにが出るなどの自覚症状があるが、涙の量が
減ると、角膜炎や結膜炎が起こりやすくなり、また、花
粉症にもかかりやすくなるとされている。涙の量が減少
する原因ははっきりしていないが、空気の乾燥など、目
をとりまく環境によるものも多く、CRT画面を長時間
見つめるコンピューター作業などは、まばたきの頻度を
減らし、目を乾燥させる。この病気の治療法は、目に水
分を補給することであり、人口涙液(目薬)の投与が一
般的である。水泳後の目の洗浄やや治療目的での目の洗
浄は欠かせないものであるが、従来の洗眼装置では、眼
球やまぶたの内側に直接液体が触れるので、目への圧迫
感、痛み、しみ、はれなどを生じ、さらにそれらの作用
が心理的圧迫感をももたらすもととなっている。このよ
うにして、従来、水泳後の洗眼や、病気の予防や治療の
ための洗眼または目薬の投与は、眼球やまぶたの内側に
直接液体が触れる形式のものであった。本願の発明者が
特願平3−65402号で出願した超音波眼液噴霧装置
は、構造が極めて単純で小型化が容易であり、噴霧する
霧の粒子も微小かつ均一にすることが可能であった。と
ころで、この超音波眼液噴霧装置がこのように小型であ
るにもかかわらず、該超音波眼液噴霧装置を駆動するた
めには比較的複雑な回路構成を必要とするとともに比較
的高い直流電圧の電源を必要とした。また、温度変化等
の使用条件に影響を受け易いという面で問題があった。
さらに、消費電力に関し効率の面で問題があった。その
うえ、回路を構成する部品の数、該部品の重量、該部品
の価格にも問題があった。つまり、前記超音波眼液噴霧
装置が小型でその性能が良ければ良いほど、その超音波
眼液噴霧装置を駆動するための回路も小型で高性能であ
る必要がある。そのためには駆動回路として高周波の高
電圧を発生させるような構造が必要とされ、しかも圧電
振動子および振動板から成る複合体の共振周波数に追随
して周波数を変えることができるような構造が求められ
る。
【発明が解決しようとする課題】従来の目薬投与または
洗眼は眼球やまぶたの内側に直接液体が触れることか
ら、目への圧迫感、目の痛み、しみ、はれ、さらに心理
的圧迫感を生じた。たとえば角膜乾燥症などの場合、実
用的な治療法としては目薬の投与以外にはなく、しかも
この病気の性質上、絶えず目に水分を補給する必要があ
るから、頻繁に目薬の投与をしなければならない。そこ
で本発明は、眼球やまぶたの内側に直接液体が触れるこ
とにより生ずる目への圧迫感、痛み、しみ、はれ、さら
に心理的圧迫感を取り除くことを目的とした、洗眼およ
び目薬の投与のための超音波眼液噴霧装置を提供する。
さらに、本発明の目的は、使用方法が簡便で、噴霧する
霧の粒子の微小性および均一性にすぐれ、粒子の生成効
率が良く、小型で高性能な駆動回路を備えることにより
装置の小型化を促進するとともに低消費電力で低電圧駆
動を可能にする超音波眼液噴霧装置を提供することにあ
る。
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の超音波
眼液噴霧装置は、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有
する振動板を固着して成る複合体と、該複合体に水、眼
薬液その他の液体を供給する手段と、前記複合体に弾性
振動を発生させその弾性振動によって前記液体を霧化す
る手段とを備えて成り、前記液体霧化手段によって発生
させた霧を目に噴霧する超音波眼液噴霧装置において、
前記振動板における前記貫通孔の一方の開口面積と他方
の開口面積とが異なり、前記圧電振動子は圧電磁器並び
に電極PおよびQから成り、前記電極PおよびQは前記
圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面のそれぞれに形成さ
れており、前記電極Pは1組のすだれ状電極で成り、前
記液体霧化手段は、前記すだれ状電極の2つの端子TP1
およびTP2のうちの一方の端子TP1と電極Qにおける端
子TQとの間に前記圧電振動子の共振周波数とほぼ等し
い周波数の電圧を印加することにより、前記複合体を駆
動する回路を備え、前記駆動回路は、直流電源と前記端
子TP1との間に接続されている昇圧用のコイルと、出力
電圧端子が前記端子TP1に接続され入力電圧端子が前記
端子TP2に接続されることにより前記端子TP2に現われ
る圧電気を帰還電圧として受けるトランジスタとを備
え、前記駆動回路は、前記トランジスタを増幅素子とし
前記複合体を共振回路とする発振回路を構成し、前記圧
電振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数にほぼ
等しいことを特徴とする。請求項2に記載の超音波眼液
噴霧装置は、前記圧電振動子が長さと幅の寸法比が1に
近くしかも1に等しくない矩形状の板であって、前記振
動板は前記圧電振動子の前記電極Pを有する端面または
前記圧電振動子の前記電極Qを有する端面上に一体的に
連なって固着されていることを特徴とする。請求項3に
記載の超音波眼液噴霧装置は、前記圧電振動子が長さと
幅と厚さのうちの長さと幅の寸法比、長さと厚さの寸法
比または幅と厚さの寸法比が1に近くしかも1に等しく
ない矩形状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動
子の前記電極Pを有する端面または前記圧電振動子の前
記電極Qを有する端面上に一体的に連なって固着されて
いることを特徴とする。請求項4に記載の超音波眼液噴
霧装置は、前記液体供給手段が前記複合体に複数の種類
の液体を同時に供給する手段を含むことを特徴とする。
請求項5に記載の超音波眼液噴霧装置は、前記液体供給
手段が前記複合体に供給する前記液体の温度を体温また
は他の所定の温度に制御する手段を含むことを特徴とす
る。請求項6に記載の超音波眼液噴霧装置は、前記液体
供給手段が前記複合体を支持する支持具と、前記液体を
収容する貯液室と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大
きい物質から成り前記液体を吸収する保液材とを備え、
前記支持具は前記複合体を固定物に対し所定位置に保持
し、前記支持具のうち少なくとも前記複合体に接触する
部分は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低
い発泡スチロールその他の物質から成り、前記振動板は
前記保液材と接触して前記保液材に吸収されている前記
液体を霧化することを特徴とする。請求項7に記載の超
音波眼液噴霧装置は、前記液体供給手段が前記複合体を
支持する支持具と、前記液体を収容する貯液室と、前記
振動板から微小な間隙を隔てて対面する補助板と、前記
貯液室から前記間隙に前記液体を供給するためのチュー
ブを備え、前記支持具は前記複合体および前記補助板を
所定の位置に保持し、前記支持具のうち少なくとも前記
複合体に接触する部分は前記圧電振動子に比べて音響イ
ンピーダンスが低い発泡スチロールその他の物質から成
り、前記振動板は前記間隙に供給された前記液体を霧化
することを特徴とする。
【作用】本発明の超音波眼液噴霧装置は圧電振動子およ
び振動板から成る複合体と、その複合体に水、眼薬液そ
の他の液体を供給する手段と、複合体に弾性振動を発生
させその弾性振動によって液体を霧化する手段とを備え
た簡単な構造を有する。振動板には多数の微小な貫通孔
が設けられており、振動板におけるその貫通孔の一方の
開口面積と他方の開口面積とは異なる。圧電振動子は圧
電磁器並びに電極PおよびQから成り、電極PおよびQ
は圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面のそれぞれに形成
されている。電極Pは1組のすだれ状電極で成り、その
すだれ状電極には2つの端子TP1およびTP2が設けられ
ている。電極Qには端子TQが設けられている。前記液
体霧化手段は、端子TP1とTQとの間に圧電振動子の共
振周波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加することによ
り、複合体を駆動する回路を備えている。本発明の超音
波眼液噴霧装置の使用時、この駆動回路が駆動され圧電
振動子には圧電振動子の共振周波数にほぼ等しい周波数
の電圧が印加され、圧電振動子は励振される。このと
き、圧電振動子の共振周波数が複合体の共振周波数とほ
ぼ等しい構造が採用されることにより、圧電振動子が効
率よく励振される。このようにして、電極Pが1組のす
だれ状電極で成る構造を採用することにより、超音波眼
液噴霧装置の小型化が可能となるばかりでなく、自励式
駆動が可能となることから電池での駆動も容易になり、
さらに、温度などの環境変化に対応しうる形で低消費電
力で低電圧での駆動が可能となる。この圧電振動子の励
振は振動板を振動させ、前記液体供給手段によって振動
板に供給された液体は、振動板に設けられている貫通孔
を通過することにより効率的に微細な粒子の霧にされ、
その霧を目に噴霧することにより洗眼あるいは目への投
薬をすることができる。この際、振動板における貫通孔
の液体の入口側の開口面積が出口側の開口面積よりも大
きくなるような構造を採用することにより、霧の粒子の
大きさをより小さくすることが可能となる。このように
して、貫通孔の作用による霧化は粒子の微小性、均一性
を促し、しかも霧化効率を増大させることができる。従
って、本発明の超音波眼液噴霧装置を用いて洗眼あるい
は目薬投与をすれば目への圧迫感、痛み、しみ、はれ、
さらに心理的圧迫感を生じることなく洗眼効果の高い洗
眼あるいは目への穏やかな投薬が実現できる。その上、
霧化効率が高いから多量の霧化が低消費電力で実現で
き、あわせて装置の小形化も容易にできる。前記液体霧
化手段における駆動回路は、直流電源と端子TP1との間
に接続された昇圧用のコイルを備えている。また、出力
電圧端子が端子TP1に接続され入力電圧端子が端子TP2
に接続されたトランジスタを備えている。このトランジ
スタは端子TP2に現われる圧電気を帰還電圧として受け
るためのものである。このようにして、前記駆動回路
は、トランジスタを増幅素子とし、圧電振動子および振
動板から成る複合体を共振回路とする発振回路を構成し
ており、圧電振動子の共振周波数に周波数を自動的に追
尾できるようにしている。そのうえ、コイルの逆起電圧
を利用した回路を備えることにより、電源電圧より高い
電圧で圧電振動子を駆動できるようにしている。この逆
起電圧回路はコイルの特性を利用することで高電圧を発
生させるもので、トランスの使用と比較して価格、重量
および容積の点で有利である。また、回路構成が簡単で
小型であり、電源効率及び周波数特性が良い等の特徴を
もたらすことができる。図13は3端子方式の自励回路
の構成図を示している。3端子方式とは、圧電振動子と
の接続のために3つの端子を有し、各端子を互いに独立
した目的に利用する方式である。圧電振動子の片側の電
極は電圧を印加するドライブ電極Dと、増幅器に電力の
一部をフィードバックするためのフィードバック電極F
に分割されており、もう一方の電極はグランド電極Gと
して接地されている。本発明の超音波眼液噴霧装置では
圧電振動子における電極Pが1組のすだれ状電極で成
り、このすだれ状電極がドライブ電極Dおよびフィード
バック電極Fに相当し、端子TP1がドライブ電極Dに設
けられた端子に相当し、端子TP2がフィードバック電極
Fに設けられた端子に相当する。また、電極Qがグラン
ド電極Gに相当し、端子TQがグランド電極Gに設けら
れた端子に相当する。本発明が示すようにすだれ状電極
を用いれば、圧電振動子の厚さが厚い場合にも薄い場合
にも自励発振駆動が可能である。図13におけるこの方
式は、パワーアンプで180°だけ位相のシフトをする
ことから、圧電振動子のドライブ電極Dとフィードバッ
ク電極F間で位相が180°シフトする周波数で自励発
振する。圧電振動子として長さと幅の寸法比が1に近く
しかも1に等しくない矩形板状構造、すなわち圧電振動
子の厚さが薄い板状の構造を採用することにより、圧電
振動子と振動板との複合体の結合振動が増強され、霧化
効率が促進される。また、振動板が圧電振動子の電極P
を有する端面または圧電振動子の電極Qを有する端面上
に一体的に連なって固着されていることにより、振動板
は圧電振動子と振動板との接合部を固定端とする形で振
動する。従って、振動板に供給された液体はその弾性振
動により霧化され、その振動板に垂直な上方に向けて霧
として効率よく放散される。しかも、効率のよい自励発
振駆動が可能となる。圧電振動子として長さと幅と厚さ
のうちの長さと幅の寸法比、長さと厚さの寸法比または
幅と厚さの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形
角柱状構造、すなわち圧電振動子の厚さが厚い角柱状の
構造を採用することにより、圧電振動子と振動板との複
合体の結合振動が増強され、霧化効率が促進される。ま
た、振動板が圧電振動子の電極Pを有する端面または圧
電振動子の電極Qを有する端面上に一体的に連なって固
着されていることにより、振動板は圧電振動子と振動板
との接合部を固定端とする形で振動する。従って、振動
板に供給された液体はその弾性振動により霧化され、そ
の振動板に垂直な上方に向けて霧として効率よく放散さ
れる。しかも、効率のよい自励発振駆動が可能となる。
圧電振動子および振動板から成る複合体への液体供給手
段は、その複合体に複数の種類の液体を同時に供給する
手段を含むことから、複数の種類の液体が混合した霧を
発生させることができる。従って、複数の種類の液体に
よる同時洗眼が可能となり、また目薬投与の場合にも複
数薬の同時投与が実現できる。圧電振動子および振動板
から成る複合体への液体供給手段は、その複合体に供給
する液体の温度を体温または他の所定の温度に制御する
手段を含むことから、霧化する霧の温度を体温または他
の所定の温度に設定することができる。従って、病人の
治療目的にも安心して使用できる。圧電振動子および振
動板から成る複合体への液体供給手段は、その複合体を
支持する支持具と、液体を収容する貯液室と、多数の貫
通孔を有する吸液能力の大きい物質から成る保液材とを
備える。保液材は貯液室から液体を吸い上げその液体を
振動板に供給する。支持具は複合体を固定物に対し所定
位置に保持している。この際、支持具と複合体との接触
面積をできるだけ少なくする方が望ましいが、支持具の
うち少なくとも複合体に接触する部分として発泡スチロ
ール等のような圧電振動子に比べて音響インピーダンス
が低い物質を採用することにより、圧電振動子の励振が
支持具自身や固定物または液体中に伝搬し散失されるの
を抑制でき、効率良く振動板を振動させることができる
ので、霧化効率を増大させることができる。このように
して、振動板が常時または間欠的に保液材と接触するこ
とにより、その保液材に吸収されている液体を効率よく
霧化することが可能となる。さらに、液体を供給する手
段が、振動板から微小な間隙を隔てて対面する補助板
と、貯液室からその間隙に液体を供給するためのチュー
ブを備えることにより、保液材を用いなくても液体を振
動板に供給することが可能となる。
【実施例】図1は本発明の超音波眼液噴霧装置の第1の
実施例を示す断面図である。本実施例は圧電振動子1、
振動板2、支持具3、保液材4、貯液室5および電源部
6を含み、それらが本体内部に納められている。本体に
は霧吐出口7が設けられ、霧吐出口7は円筒状をなして
おり、その先端の直径は付け根の部分の直径よりも小さ
い。貯液室5の外壁にはヒータ8が、貯液室5の内部に
は攪拌器9が装着されている。ヒータ8および攪拌器9
は電源部6によって操作され、貯液室5に供給される液
体の温度を体温または所定の温度に設定することが可能
となる。電源部6には、ヒータ8および攪拌器9を操作
する回路の他に、自励発振駆動回路10が備えられてい
る。但し、図1では自励発振駆動回路10が省いて描か
れている。振動板2は圧電振動子1の一方の端面に圧電
振動子1と一体的に連なって固着されている。振動板2
の下端面には保液材4の上端部が接触していて、保液材
4によって吸い上げられた液体は振動板2に供給され、
振動板2の上方へ霧化される。図2は霧吐出口7に取り
付ける噴霧口11を示す斜視図である。噴霧口11は自
由に折れ曲がることが可能な弾力性に富むホースを含
み、そのホースの先端内面を霧吐出口7の外壁に装着す
ることにより使用可能な状態となる。図2において、矢
印は霧吐出口7への装着方向を示す。図3は図1の超音
波眼液噴霧装置の部分断面図である。図3では圧電振動
子1、振動板2、支持具3および保液材4が示される。
図4は圧電振動子1および振動板2から成る複合体の平
面図である。圧電振動子1は圧電磁器12、すだれ状電
極Pおよび電極Q(図4では描かれていない)から成
る。圧電磁器12は矩形板状のTDK72A材(製品
名)で成り、その長さは17mm、幅は20mm、厚さ
は1mmである。圧電磁器12の分極軸の方向は厚さ方
向に一致しており、この厚さ方向に垂直な両端面のそれ
ぞれにすだれ状電極Pおよび電極Qが形成されている。
電極Qはアルミニウム薄膜で成り、圧電磁器12の一方
の端面のほぼ全域を覆っている。すだれ状電極Pはアル
ミニウム薄膜で成り、6対の電極指を有するもので、電
極周期長は2mm、電極交叉幅は4.8mmである。電
極Qには端子TQが取り付けられ、すだれ状電極Pには
端子TP1およびTP2が取り付けられている。振動板2は
ステンレス製で、長さ23mm、幅20mm、厚さ0.
05mmである。振動板2は一方の板面の長さ方向の端
部において長さ2mm、幅20mmの接合領域を有し、
該接合領域は電極Qを介して圧電振動子1に固着されて
いる。図5は振動板2を板面に垂直な平面で切断したと
きの部分拡大断面図である。振動板2にはその厚さ方向
に貫通する微細な多数の貫通孔13が設けられている。
図5では貫通孔13の縦断面形状および寸法が示されて
いる。貫通孔13の形状はすり鉢状で、等しいピッチで
配列されており、一方の開口面積は他方の開口面積より
大きい。開口面積が大きい方を液体の入口側としその直
径は80μmで、開口面積が小さい方を出口側としその
直径は7μmである。図6は振動板2の部分拡大平面図
である。但し、振動板2を貫通孔13の出口側から見た
ときのもので、貫通孔13の形状、配列および寸法が示
されている。図1の超音波眼液噴霧装置の駆動時、圧電
振動子1と振動板2との複合体の共振周波数にほぼ等し
い周波数を有する電気信号を端子TP1を介して圧電振動
子1に入力すると、圧電振動子1に圧電的に振動が励振
される。振動板2を圧電振動子1の一方の端面上に一体
的に連なって固着させる構造を採用していることから、
圧電振動子1の振動に伴って振動板2は圧電振動子1と
の接合領域を固定端とする片持ち梁の形で振動される。
この振動は屈曲振動であり液体の霧化に有効に機能す
る。支持具3の圧電振動子1との接触部は圧電振動子1
に比べて音響インピーダンスが低い発泡スチロール等で
成り、圧電振動子1からの超音波が支持具3自身に伝搬
し散失されるのを防いでいる。保液材4は圧電振動子1
に比べて音響インピーダンスが低くしかも吸液能力が大
きいスポンジ等で成り、圧電振動子1からの超音波が保
液材4を介して液体中に伝搬し散失するのを防いでい
る。このようにして、振動板2は効率良く振動される。
振動板2の振動に伴い、保液材4によって吸い上げられ
た液体は毛細管現象により貫通孔13に導かれる。液体
が貫通孔13を通過するとき、貫通孔13における液体
の通過面積はその入口側から出口側に向けて減少するか
ら、液体は貫通孔13によって絞り作用を受け、微小で
かつ均一な粒子となって振動板2の上部に流出し、効率
良く霧化され、霧吐出口7を介して噴霧口11から噴出
される。図7は自励発振駆動回路10の一実施例を示す
構成図である。図7においてD、FおよびGはそれぞれ
ドライブ電極D、フィードバック電極Fおよびグランド
電極Gを示し、ドライブ電極Dおよびフィードバック電
極Fが1組のすだれ状電極Pに対応し、グランド電極G
が電極Qに対応している。端子TP1およびTP2はそれぞ
れドライブ電極Dおよびフィードバック電極Fに設けら
れた端子に相当し、端子TQはグランド電極Gに設けら
れた端子に相当する。端子TP1を介して圧電振動子1に
電圧を引加することにより圧電振動子1に励振された振
動は、その大部分が振動板2に伝搬され、残部がその振
動に応じて圧電振動子1に引加された電圧とは逆相の電
圧として端子TP2から出力される。この動作の繰り返し
によって正帰還の自励発振が生じる。つまり、複合体の
共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電気信号が雰囲
気温度の変化に追随して安定して圧電振動子1に供給さ
れる。このようにして、常に自らの最適の発振状態を維
持することを可能にしている。従って、他励駆動の際に
問題となる発熱等により複合体の共振周波数が偏移して
発振条件が悪くなるという問題点が解決される。また、
1つのコイルL1、1つのトランジスタTr、2つの抵抗
1およびR2、および1つのダイオードDという極く少
ない部品で回路を構成することが可能である。しかも、
部品点数が少ないにもかかわらず、直流電源を利用する
ことができ電力効率もよいことから、電源の小型化対応
を可能にしている。図7の自励発振駆動回路10に直流
電源からたとえば0〜10Vの直流電圧を印加すると、
コイルL1 の値を調整することにより、ドライブ電極D
に最大で約60Vp-p の交流電圧を印加させることがで
きる。このときフィードバック電極Fから約1Vp-p
電気信号が取り出される。このようにして、自励発振駆
動回路10では直流電源電圧の約6倍の交流電圧を圧電
振動子1に印加することが可能である。図1の超音波眼
液噴霧装置においては6V以上の直流電圧をドライブ電
極Dに印加することにより霧化動作が確認できた。霧の
粒子は極微小でしかも均一であった。しかも、図1の超
音波眼液噴霧装置によれば、長時間にわたり極微小の霧
を安定に供給できる。図8は圧電振動子1と振動板2と
の複合体におけるドライブ電極Dとグランド電極Gとの
間のアドミタンスの振幅と周波数との関係を示す特性図
である。アドミタンスは周波数がほぼ94.1kHzの
ときにピークを示し、このピークの近傍で最大霧化量が
得られた。図9は図8におけるアドミタンスの位相と周
波数との関係を示す特性図である。位相が零のときの周
波数が共振周波数を示すことから、共振周波数のうちの
1つがほぼ94.1kHzであることがわかる。また、
この94.1kHzの共振周波数は圧電振動子1単体の
共振周波数とほぼ一致していることが確認された。図1
0は圧電振動子1と振動板2との複合体における共振周
波数付近でのサセプタンスとコンダクタンスとの関係を
示す特性図、すなわち共振周波数付近でのアドミタンス
サークルを示す図である。サセプタンスが零のときのコ
ンダクタンスの最大値は94.2kHzで起こり、この
値は圧電振動子1と振動板2との複合体における共振周
波数とほぼ一致している。図11は本発明の超音波眼液
噴霧装置の第2の実施例を示す断面図である。但し、図
11では圧電振動子14、振動板15、支持具16、補
助板17、貯液室18およびチューブ19のみが描かれ
ている。圧電振動子14は圧電振動子1と同様な材質を
成す。振動板15は振動板2と同様な材質を成し、圧電
振動子14の一方の端面に圧電振動子14と一体的に連
なって固着されている。補助板17は振動板15から微
小な間隙を隔てた位置にあり、振動板15と対面してい
る。貯液室18の中の液体はチューブ19によって補助
板17と振動板15との間隙に供給される。支持具16
は圧電振動子14と補助板17とチューブ19とを本体
に固定させている。図12は圧電振動子14および振動
板15から成る複合体の斜視図である。圧電振動子14
は圧電磁器20、すだれ状電極Pおよび電極Qから成
る。圧電磁器20は矩形角柱状のTDK72A材(製品
名)で成り、その長さは10mm、幅は5mm、厚さは
6mmである。圧電磁器20の分極軸の方向は厚さ方向
に一致しており、この厚さ方向に垂直な両端面のそれぞ
れにすだれ状電極Pおよび電極Qが形成されている。電
極Qはアルミニウム薄膜で成り、圧電磁器20の一方の
端面のほぼ全域を覆っている。すだれ状電極Pはアルミ
ニウム薄膜で成り、6対の電極指を有するもので、電極
周期長は1mm、電極交叉幅は3.8mmである。電極
Qには端子TQが取り付けられ、すだれ状電極Pには端
子TP1およびTP2が取り付けられている。振動板15は
ステンレス製で、長さ12mm、幅5mm、厚さ0.0
5mmである。振動板15は一方の板面の長さ方向の端
部において長さ1.5mm、幅5mmの接合領域を有
し、該接合領域は電極Qを介して圧電振動子1に固着さ
れている。振動板15にはその厚さ方向に貫通する微細
な多数の貫通孔13が設けられており、その形状はすり
鉢状で、等しいピッチで配列されており、一方の開口面
積は他方の開口面積より大きい。開口面積が大きい方を
液体の入口側としその直径は80μmで、開口面積が小
さい方を出口側としその直径は7μmである。図11の
超音波眼液噴霧装置の駆動時、圧電振動子14と振動板
15との複合体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有す
る電気信号を端子TP1を介して圧電振動子14に入力す
ると、圧電振動子14に圧電的に振動が励振される。振
動板15を圧電振動子14の一方の端面上に一体的に連
なって固着させる構造を採用していることから、圧電振
動子14の振動に伴って振動板15は圧電振動子14と
の接合領域を固定端とする片持ち梁の形で振動される。
この振動は屈曲振動であり液体の霧化に有効に機能す
る。支持具16の圧電振動子14との接触部は圧電振動
子14に比べて音響インピーダンスが低い発泡スチロー
ル等で成り、圧電振動子14からの超音波が支持具16
自身に伝搬し散失されるのを防いでいる。貯液室18か
らチューブ19によって補助板17と振動板15との間
隙に供給された液体は振動板15の振動に伴い毛細管現
象により貫通孔13に導かれる。液体が貫通孔13を通
過するとき、貫通孔13における液体の通過面積はその
入口側から出口側に向けて減少するから、液体は貫通孔
13によって絞り作用を受け、微小でかつ均一な粒子と
なって振動板15の上部に流出し、効率良く霧化され
る。
【発明の効果】本発明の超音波眼液噴霧装置は複合体と
液体供給手段と液体霧化手段とを備える。複合体は圧電
振動子および振動板から成り、圧電振動子は圧電磁器、
すだれ状電極Pおよび電極Qから成る。すだれ状電極に
は2つの端子TP1およびTP2が設けられ、電極Qには端
子TQが設けられている。液体霧化手段は、端子TP1
Qとの間に圧電振動子の共振周波数とほぼ等しい周波
数の電圧を印加することにより複合体を駆動する回路を
備えている。この駆動回路の駆動時、圧電振動子には圧
電振動子の共振周波数にほぼ等しい周波数の電圧が印加
され、圧電振動子は励振され、この圧電振動子の励振は
振動板を振動させる。このとき、圧電振動子の共振周波
数が複合体の共振周波数とほぼ等しい構造が採用される
ことにより、圧電振動子が効率よく励振される。このよ
うにして、電極Pとしてすだれ状電極を採用することに
より、装置の小型化が可能となるばかりでなく、自励式
駆動が可能となる。従って、電池での駆動も容易にな
り、さらに、温度などの環境変化に対応しうる形で低消
費電力で低電圧での駆動が可能となる。振動板における
貫通孔の液体の入口側の開口面積が出口側の開口面積よ
りも大きくなるような構造を採用することにより、液体
供給手段によって振動板に供給された液体は貫通孔を通
過することにより効率的に微細な粒子の霧にされ、しか
も霧化効率が増大される。従って、本発明の超音波眼液
噴霧装置を用いて洗眼あるいは目薬投与をすれば目への
圧迫感、痛み、しみ、はれ、さらに心理的圧迫感を生じ
ることなく洗眼効果の高い洗眼あるいは目への穏やかな
投薬が実現できる。また、振動板に供給する液体の温度
を体温または他の所定の温度に制御する構造を採用する
ことにより、霧化する霧の温度を体温または他の所定の
温度に設定することができる。従って、病人の治療目的
にも安心して使用できる。さらに、振動板に複数の種類
の液体を同時に供給する構造を採用することにより、複
数の種類の液体が混合した霧を発生させることができ
る。従って、複数の種類の液体による同時洗眼が可能と
なり、また目薬投与の場合にも複数薬の同時投与が実現
できる。液体霧化手段における駆動回路は、直流電源と
端子TP1との間に接続された昇圧用のコイルと、出力電
圧端子が端子TP1に接続され入力電圧端子が端子TP2
接続されたトランジスタとを備えている。このトランジ
スタは端子TP2に現われる圧電気を帰還電圧として受け
るためのものである。このようにして、駆動回路は、ト
ランジスタを増幅素子とし複合体を共振回路とする発振
回路を構成しており、圧電振動子の共振周波数に周波数
を自動的に追尾できるようにしている。そのうえ、コイ
ルの逆起電圧を利用した回路を備えることにより、電源
電圧より高い電圧で圧電振動子を駆動できるようにして
いる。この逆起電圧回路はコイルの特性を利用すること
で高電圧を発生させるもので、トランスの使用と比較し
て価格、重量および容積の点で有利であり、また、回路
構成が簡単で小型であり、電源効率および周波数特性に
優れる。圧電振動子として長さと幅の寸法比が1に近く
しかも1に等しくない矩形板状構造を採用することによ
り、圧電振動子と振動板との複合体の結合振動が増強さ
れ、霧化効率が促進される。また、振動板が圧電振動子
の電極Pを有する端面または電極Qを有する端面上に一
体的に連なって固着されていることにより、振動板は圧
電振動子と振動板との接合部を固定端とする形で振動す
る。従って、振動板に供給された液体はその弾性振動に
より霧化され、その振動板に垂直な上方に向けて霧とし
て効率よく放散される。しかも、効率のよい自励発振駆
動が可能となる。圧電振動子として長さと幅と厚さのう
ちの長さと幅の寸法比、長さと厚さの寸法比または幅と
厚さの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形角柱
状構造を採用することにより、圧電振動子と振動板との
複合体の結合振動が増強され、霧化効率が促進される。
また、振動板が圧電振動子の電極Pを有する端面または
電極Qを有する端面上に一体的に連なって固着されてい
ることにより、振動板は圧電振動子と振動板との接合部
を固定端とする形で振動する。従って、振動板に供給さ
れた液体はその弾性振動により霧化され、その振動板に
垂直な上方に向けて霧として効率よく放散される。しか
も、効率のよい自励発振駆動が可能となる。液体供給手
段は複合体を支持する支持具と、液体を収容する貯液室
と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大きい物質から成
る保液材とを備える。保液材は貯液室から液体を吸い上
げその液体を振動板に供給する。支持具は複合体を固定
物に対し所定位置に保持する。この際、支持具のうち少
なくとも複合体に接触する部分として発泡スチロール等
のような圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い
物質を採用することにより、圧電振動子の励振が支持具
自身や固定物または液体中に伝搬し散失されるのを抑制
でき、効率良く振動板を振動させることができるので、
霧化効率を増大させることができる。このようにして、
振動板が常時または間欠的に保液材と接触することによ
り、その保液材に吸収されている液体を効率よく霧化す
ることが可能となる。さらに、液体供給手段が、振動板
から微小な間隙を隔てて対面する補助板と、貯液室から
その間隙に液体を供給するためのチューブを備えること
により、保液材を用いなくても液体を振動板に供給する
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波眼液噴霧装置の第1の実施例を
示す断面図。
【図2】霧吐出口7に取り付ける噴霧口11を示す斜視
図。
【図3】図1の超音波眼液噴霧装置の部分断面図。
【図4】圧電振動子1および振動板2から成る複合体の
平面図。
【図5】振動板2を板面に垂直な平面で切断したときの
部分拡大断面図。
【図6】振動板2の部分拡大平面図。
【図7】自励発振駆動回路10の一実施例を示す構成
図。
【図8】圧電振動子1と振動板2との複合体におけるド
ライブ電極Dとグランド電極Gとの間のアドミタンスの
振幅と周波数との関係を示す特性図。
【図9】図8におけるアドミタンスの位相と周波数との
関係を示す特性図。
【図10】圧電振動子1と振動板2との複合体における
共振周波数付近でのサセプタンスとコンダクタンスとの
関係を示す特性図。
【図11】本発明の超音波眼液噴霧装置の第2の実施例
を示す断面図。
【図12】圧電振動子14および振動板15から成る複
合体の斜視図。
【図13】3端子方式の自励回路の構成図。
【符号の説明】
1 圧電振動子 2 振動板 3 支持具 4 保液材 5 貯液室 6 電源部 7 霧吐出口 8 ヒータ 9 攪拌器 10 自励発振駆動回路 11 噴霧口 12 圧電磁器 13 貫通孔 14 圧電振動子 15 振動板 16 支持具 17 補助板 18 貯液室 19 チューブ 20 圧電磁器 P すだれ状電極 Q 電極 TP1,TP2,TQ 端子 L1 昇圧用コイル Tr トランジスタ R1,R2 抵抗 D ダイオード

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有す
    る振動板を固着して成る複合体と、該複合体に水、眼薬
    液その他の液体を供給する手段と、前記複合体に弾性振
    動を発生させその弾性振動によって前記液体を霧化する
    手段とを備えて成り、前記液体霧化手段によって発生さ
    せた霧を目に噴霧する超音波眼液噴霧装置において、 前記振動板における前記貫通孔の一方の開口面積と他方
    の開口面積とが異なり、 前記圧電振動子は圧電磁器並びに電極PおよびQから成
    り、 前記電極PおよびQは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な
    両端面のそれぞれに形成されており、 前記電極Pは1組のすだれ状電極で成り、 前記液体霧化手段は、前記すだれ状電極の2つの端子T
    P1およびTP2のうちの一方の端子TP1と電極Qにおける
    端子TQとの間に前記圧電振動子の共振周波数とほぼ等
    しい周波数の電圧を印加することにより、前記複合体を
    駆動する回路を備え、 前記駆動回路は、直流電源と前記端子TP1との間に接続
    されている昇圧用のコイルと、出力電圧端子が前記端子
    P1に接続され入力電圧端子が前記端子TP2に接続され
    ることにより前記端子TP2に現われる圧電気を帰還電圧
    として受けるトランジスタとを備え、 前記駆動回路は、前記トランジスタを増幅素子とし前記
    複合体を共振回路とする発振回路を構成し、 前記圧電振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数
    にほぼ等しいことを特徴とする超音波眼液噴霧装置。
  2. 【請求項2】 前記圧電振動子は長さと幅の寸法比が1
    に近くしかも1に等しくない矩形状の板であって、前記
    振動板は前記圧電振動子の前記電極Pを有する端面また
    は前記圧電振動子の前記電極Qを有する端面上に一体的
    に連なって固着されていることを特徴とする請求項1に
    記載の超音波眼液噴霧装置。
  3. 【請求項3】 前記圧電振動子は長さと幅と厚さのうち
    の長さと幅の寸法比、長さと厚さの寸法比または幅と厚
    さの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形状の角
    柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前記電極P
    を有する端面または前記圧電振動子の前記電極Qを有す
    る端面上に一体的に連なって固着されていることを特徴
    とする請求項1に記載の超音波眼液噴霧装置。
  4. 【請求項4】 前記液体供給手段は前記複合体に複数の
    種類の液体を同時に供給する手段を含むことを特徴とす
    る請求項1,2または3に記載の超音波眼液噴霧装置。
  5. 【請求項5】 前記液体供給手段は前記複合体に供給す
    る前記液体の温度を体温または他の所定の温度に制御す
    る手段を含むことを特徴とする請求項1,2,3または
    4に記載の超音波眼液噴霧装置。
  6. 【請求項6】 前記液体供給手段は前記複合体を支持す
    る支持具と、前記液体を収容する貯液室と、多数の貫通
    孔を有する吸液能力の大きい物質から成り前記液体を吸
    収する保液材とを備え、 前記支持具は前記複合体を固定物に対し所定位置に保持
    し、 前記支持具のうち少なくとも前記複合体に接触する部分
    は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い発
    泡スチロールその他の物質から成り、 前記振動板は前記保液材と接触して前記保液材に吸収さ
    れている前記液体を霧化することを特徴とする請求項
    1,2,3,4または5に記載の超音波眼液噴霧装置。
  7. 【請求項7】 前記液体供給手段は前記複合体を支持す
    る支持具と、前記液体を収容する貯液室と、前記振動板
    から微小な間隙を隔てて対面する補助板と、前記貯液室
    から前記間隙に前記液体を供給するためのチューブを備
    え、 前記支持具は前記複合体および前記補助板を所定の位置
    に保持し、 前記支持具のうち少なくとも前記複合体に接触する部分
    は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い発
    泡スチロールその他の物質から成り、 前記振動板は前記間隙に供給された前記液体を霧化する
    ことを特徴とする請求項1,2,3,4または5に記載
    の超音波眼液噴霧装置。
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