JP2008168222A - 超音波霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動によって霧化状の薬液を吐出する際に、霧化量を減らすことなく詰まりを防止することができる超音波霧化装置を提供する。
【解決手段】液体（例えば薬液）１１を保持する薬液保持部２、超音波を発生させて薬液１１を振動させる圧電素子６４を有する圧電素子６４によって振動される薬液11に接触して、霧化状の薬液１１（薬液微粒子２７）を吐出する異形開口部形成板７４を有する霧化板３ｂと、異形開口部形成板７４によって霧化された薬液１１を搬送する薬液搬送機構部４と、薬液保持部２に保持されている薬液１１を計量する計量部５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の所定部位に投与する液体を霧化する超音波霧化装置に関する。

医用噴霧装置は、被検体である患者の体腔内、もしくは体外から薬液を霧化して所定の部位である体内臓器や皮膚表面に噴霧する装置である。噴霧された薬液は、たとえば肺内に噴霧された場合には、肺細胞の毛細血管に速やかに吸収され、薬液の効果が速やかに現れる。よって医用噴霧装置は、治療薬液の供給経路として有効である。この医用噴霧装置とは、主に肺内に薬液を噴霧する例えばネブライザやインヘーラと呼ばれる噴霧器である。噴霧器は、気管支喘息等の治療に用いられ、主に経口噴霧する。

例えば、特許文献１に開示されている医用噴霧装置は、超音波振動子と、多数の微細孔を有する噴霧メッシュを備えるものにおいて、超音波振動子の振動面と噴霧メッシュを所定の間隔を持って対向するように配置し、かつ超音波振動子と噴霧メッシュが噴霧液層の一部を構成するようにしている。

より詳細には、超音波振動子は、小径部を有するステップ小型超音波ホーンを有している。このステップ小型超音波ホーンおよび噴霧メッシュが噴霧浴槽内に設けられており、超音波ホーンの振動面と噴霧メッシュの間には、一定の間隔が設けられている。さらに、噴霧浴槽の上方には、補給用のボトルが設けられている。

この医用噴霧装置によれば、噴霧浴槽内、且つ超音波振動子の振動面と噴霧メッシュの間に、噴霧液が充填されている。そのため、超音波振動子の振動エネルギーが噴霧を媒体として間接的に噴霧メッシュに伝達される。これにより超音波振動子の振動エネルギーが、直接的に噴霧メッシュ素材に印加されることはない。

そのため噴霧メッシュには、例えば柔らかい素材や割れやすい素材を用いることができ、医用噴霧装置は低コストに構成可能である。
特開平０８−１９６９６５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている医用噴霧装置において、噴霧メッシュには、非常に微細な孔が設けられている。噴霧液は、この孔から吐出され、霧化されるため、噴霧液が乾燥したり、不純物が噴霧液に混入したりすると、孔が詰まってしまう虞がある。そのため使用者は、随時噴霧メッシュをメンテナンスする必要がある。または使用者は孔が詰まった際に、噴霧メッシュを交換する必要がある。これにより交換に手間がかかり、またランニングコストが増加してしまう虞が生じる。また、孔の詰まりを解消するために、単純に孔の大きさを大きくした場合には霧化量が減少してしまう虞が生じる。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、超音波振動によって霧化状の薬液を吐出する際に、霧化量を減らすことなく詰まりを防止することができる超音波霧化装置を提供することを目的とする。

本発明は目的を達成するために、超音波による振動を利用して液体を霧化する超音波霧化装置において、超音波を液体に照射して液体を振動させる超音波発生部と、超音波発生部によって振動される液体に接触し、液体の気液界面の形状を規定するとともに、気液界面の周縁から内側に向かって延びる、または、液体の深さ方向から気液界面に向かって延びる先鋭部を有する霧化板と、を具備することを特徴とする超音波霧化装置を提供する。

本発明によれば、超音波振動によって霧化状の薬液を吐出する際に、霧化量を減らすことなく詰まりを防止することができる超音波霧化装置を提供することができる。

本発明に係る第１の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態における超音波霧化装置の概略図である。図２は、霧化された薬液が搬送される方向から見た際の異形開口部形成板の概略図である。図３は、圧電素子の斜視図である。図４は、本実施形態における異形開口部形成板の概略図である。図５は、本実施形態において薬液が霧化される際の異形開口部形成板の先端部付近の概略図である。

超音波霧化装置１には、主要部として、液体（例えば薬液）１１を保持する薬液保持部２と、超音波を発生させて薬液１１を振動させる圧電素子６４を有する超音波発生部３ａと、圧電素子６４によって振動される薬液１１に接触して、霧化状の薬液１１（薬液微粒子２７）を吐出する異形開口部形成板７４を有する霧化板３ｂと、が設けられている。また超音波霧化装置１には、異形開口部形成板７４によって霧化された薬液１１を搬送する薬液搬送機構部４と、薬液保持部２に保持されている薬液１１を計量する計量部５が設けられている。

薬液保持部２には、薬液１１が充填され、薬液１１を保持する充填部である薬液カートリッジ１０と、薬液カートリッジ１０から供給された薬液を一時的に充填するリザーバ室２０と、リザーバ室２０を保持する霧化室３０と、薬液１１を薬液カートリッジ１０からリザーバ室２０に供給する供給部であり、ステンレス製、中空構造である薬液供給針２１と、薬液カートリッジ１０を保持する保持部本体であるホルダー部材１６と、が設けられている。

薬液カートリッジ１０は、透明の例えば樹脂製の容器である。そのため例えば目視により充填されている薬液１１の充填量が容易に確認される。なお薬液１１は、例えば被検体である患者の体内や体外の所定の部位６（例えば患部）に投与される。そのため超音波霧化装置１は、部位６が体内に位置する場合、薬液搬送機構部４を体内に挿入させる。また薬液カートリッジ１０には、薬液１１を計量する計量部５であるメモリ９が設けられており、薬液１１の投与（消費、供給）量に比例して薬液面が移動（低下）する。このように計量部５は、薬液カートリッジ１０に保持されている薬液１１の残量を計量する残量計量部である。なおメモリ９の代わりに例えば薬液カートリッジ１０に保持されている薬液１１の液面高さを検出する液面検出センサを使用して薬液１１の投与量を計量しても良い。

薬液カートリッジ１０の下部には、栓１２が設けられている。栓１２は、薬液１１が漏れないように薬液カートリッジ１０を略密閉し、中央に凹部１３を有している。この凹部１３において栓１２は、薄肉構造である。この凹部１３には、薬液供給針２１が貫通する。なお栓１２の材料は、薬液成分に影響を与えない材質とし、例えばゴム製である。

また薬液カートリッジ１０の上部には、大気に連通している微細な開口部１４を有する例えばゴム製の連通部材１５が設けられている。連通部材１５は、薬液カートリッジ１０に充填されている薬液１１の分量に関係なく、開口部１４によって薬液カートリッジ１０の内圧と外圧を一定に維持する圧力維持機構である。これにより薬液カートリッジ１０は、薬液１１が減少した際に、内部圧力が負圧になることを防止されている。また開口部１４は微細であるために、薬液１１が開口部１４から漏れ出すことない。なお連通部材１５は、多孔質材料を用いても良く、薬液カートリッジ１０内部と大気を連通する機能を有するものであればよい。

ホルダー部材１６は、電気的に絶縁された樹脂製であり、薬液カートリッジ１０を上部にて保持している。詳細には、このホルダー部材１６には、取り付け開口部１７が設けられており、薬液カートリッジ１０は、栓１２をホルダー部材１６側に向けて取り付け開口部１７に挿入される。挿入された薬液カートリッジ１０は、栓１２を介してホルダー部材１６の底面部１８に載置される。これにより薬液カートリッジ１０は、ホルダー部材１６の上部にて保持される。

またホルダー部材１６は、底面部１８において薬液供給針２１に貫通されている。詳細には、薬液供給針２１は、底面部１８を貫通し、底面部１８から突出している。この状態において、薬液カートリッジ１０が上述したように底面部１８に載置される際に、手動により押圧されることで、薬液供給針２１が凹部１３を貫通する。これにより薬液供給針２１は、薬液カートリッジ１０に容易に刺しこまれる。

薬液１１は、薬液カートリッジ１０から、薬液カートリッジ１０に刺しこまれた薬液供給針２１を経由してリザーバ室２０に毛細管現象によって供給される。つまり薬液カートリッジ１０から減った分量の薬液１１が、リザーバ室２０に供給される。

なお薬液カートリッジ１０は、刺しこまれている薬液供給針２１から抜去でき、ホルダー部材１６から取り外すことが可能である。これにより例えば薬液１１が減少した際に、薬液カートリッジ１０を、薬液供給針２１、及びホルダー部材１６から取り外し、栓１２を外して新たに薬液１１を充填することが可能である。また上述したように薬液カートリッジ１０が空になった際に、所定量の薬液１１が充填している薬液カートリッジ１０と交換可能である。このように薬液保持部２である薬液カートリッジ１０は、薬液供給針２１から着脱可能である。

リザーバ室２０を有する霧化室３０において、リザーバ室２０には電源１９ａが接続している。またリザーバ室２０には、薬液供給針２１、異形開口部形成板７４が設けられている。圧電素子６４には、圧電素子駆動電源１９ｄが接続している。

霧化室３０は、ホルダー部材１６と接続して設けられている。霧化室３０の内面は、導電性膜又は導電性の金属部材等の導電性部材３１により覆われている。また導電性部材３１には、導電性部材電源１９ｂにより後述する薬液微粒子２７と同電位となる電圧が印加される。

リザーバ室２０は、振動伝達性に優れている。このリザーバ室２０は、導電性の部材、例えばステンレス製であり、円柱形状である。リザーバ室２０の一方の端面（前面）には、ステンレス製の薄板である異形開口部形成板７４が接合され（設けられ）ている。リザーバ室２０には、電源１９ａによりプラスの直流高電圧が印加される。これによりリザーバ室２０に接合している異形開口部形成板７４にもプラスの直流高電圧が印加される。リザーバ室２０の他方の端面（後面）２８ｂには、上述した薬液供給針２１が設けられている。この薬液供給針２１は、ステンレス製の中空構造であり、薬液カートリッジ１０とリザーバ室２０とを接続して、薬液１１を薬液カートリッジ１０からリザーバ室２０に供給する。

異形開口部形成板７４には、後述する圧電素子６４によって超音波振動される薬液１１が接触し、薬液１１の気液界面の形状を規定する。また、薬液１１を霧化室３０に吐出（噴霧）する。この異形開口部形成板７４は、約１００μｍの厚さに形成されており、霧化室３０に露出する面には、撥水性の膜が形成される。異形開口部形成板７４は、リザーバ室２０の薬液１１に直接接するように例えばレーザ溶接によりリザーバ室２０に接合されることが好適である。これにより超音波振動による疲労破壊が防止される。

図２、図４に示されるように異形開口部形成板７４には、鋭角である複数の先鋭部７５を有する異形開口部７６が形成されている。先鋭部７５には、圧電素子６４によって超音波振動される薬液１１が接触する。その際、先鋭部７５、及び異形開口部７６は、薬液１１の気液界面の形状を規定する。先鋭部７５は、異形開口部７６において、気液界面の周縁から内側に向かって延びている。異形開口部７６は、例えばレーザ加工やエッチング加工によって異形開口部形成板７４に形成されている。この異形開口部７６から、約数μｍの粒径を有する薬液微粒子２７が後述する超音波振動によって吐出される。

薬液１１は、薬液供給針２１を介して薬液カートリッジ１０から毛細管現象によってリザーバ室２０に供給される。さらに薬液１１は、異形開口部形成板７４にまで供給され、異形開口部形成板７４から霧化室３０に吐出される。その際、異形開口部形成板７４とリザーバ室２０には、電源１９ａにより、プラスの直流高電圧が印加される。これにより薬液カートリッジ１０から供給された薬液１１が帯電される。またリザーバ室２０と異形開口部形成板７４には、後述する圧電素子６４によって超音波振動が伝播される。この超音波振動は、薬液１１にも伝播する。よって薬液１１は、超音波振動によって霧化状の微粒子（薬液微粒子２７）として吐出される（薬液カートリッジ１０における薬液１１の消費量が吐出量に一致する）。

なお端面２８ｂには、図示しないドーナツ形状の薄板の電気絶縁板が隣接して接着している。この電気絶縁板には、端面２８ｂと接する面とは反対の面において図３に示すようにドーナツ形状の圧電素子６４が隣接して接着している。この圧電素子６４には、電気絶縁板と接する面とは反対の面において、端面２８ｂと略同形状の端面２８ｃが接着している。このように端面２８ｂと端面２８ｃとの間には、図示しないドーナツ形状の薄板の電気絶縁板、及びドーナツ形状の圧電素子６４が存在している。なお圧電素子６４の中央の開口部６５には、薬液供給針２１が挿通される。

この端面２８ｃは、霧化室３０の内面３０ａとは接着しておらず、端面２８ｃの周縁部を介して図２に示すように支持部材２４の一端と接着している。また支持部材２４の他端は、霧化室３０の内面３０ａに接着している。このようにリザーバ室２０は、端面２８ｂ、電気絶縁板、圧電素子６４、端面２８ｃ、支持部材２４を介して霧化室３０に保持されている。各支持部材２４の間には、円弧状の空間２５が設けられている。またリザーバ室２０の側面である端面２８ｄと霧化室３０の内面３０ａ、及び圧電素子６４の側面７２と霧化室３０の内面３０ａは接着しておらず、同様に空間２５が設けられている。そのため霧化室３０と後述する送風室４０は、この空間２５を介して連通している。なお本実施形態は、霧化室３０と後述する送風室４０が連通していればこのような形状に限定する必要は無い。なお、図２において支持部材２４は９０度間隔に４本示されているが、この数は限定されない。また図１において、簡略化のために各支持部材２４は、省略している。

図３に示されるように、圧電素子６４は厚み方向（霧化方向、部位６に向けて薬液１１を吐出する方向）に分極されており、両端面には銀、又はニッケル電極が形成されている。圧電素子６４は、圧電素子駆動電源１９ｄと接続しており、圧電素子駆動電源１９ｄにより交流電圧が印加される。これにより圧電素子６４は、霧化方向に超音波振動する。圧電素子６４の材質には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等が使用できる。リザーバ室２０やホルダー部材１６と接合した後で空気に露出している圧電素子６４の表面には、パリレンコートやシリコンコート等の防湿膜が形成される。

なお圧電素子６４とリザーバ室２０は、図示しない電気絶縁板により電気的に絶縁されている。よって静電霧化を行うために電源１９ａによってリザーバ室２０に印加される直流高電圧と、超音波振動を行うために圧電素子駆動電源１９ｄによって圧電素子６４に印加される交流電圧は、完全に分離されている。

薬液搬送機構部４には、霧化室３０の霧化方向後方に位置する送風部４ａと、霧化室３０の霧化方向前方に位置する薬液ガイド部４ｂが設けられている。
この送風部４ａには、霧化方向において霧化室３０の後方（端面２８ｃよりも後方）に位置する送風室４０と、送風室４０に設けられている小型の送風部であるファン４１と、ファン４１の霧化方向後方に位置する面４２に設けられている着脱交換可能なフィルター部材４３が設けられている。送風室４０には、薬液供給針２１が位置している。ファン４１は、制御部１９ｃにより、回転数と動作開始、動作停止を制御されている。ファン４１は、フィルター部材４３によってゴミ等を除去されたクリーンな空気をホルダー部材１６外部から送風室４０内に吸引する。なお吸引された空気は、送風室４０から空間２５を介して霧化室３０に流入させられる。このように送風部４ａは、送風室４０から霧化室３０を介して部位６に向けて送風することで、霧化された薬液１１（薬液微粒子２７）を部位６に搬送する。

薬液ガイド部４ｂには、可撓性の霧化チューブ３２が設けられている。霧化チューブ３２は、例えば体内の部位６に薬液１１を投与する場合には、体内に挿入される。霧化チューブ３２は、接続部３３からチューブ本体部３４まではテーパ形状をなし、接続部３３の内面とチューブ本体部３４の内面は、導電性膜又は導電性の金属部材等の導電性部材３５により覆われている。導電性部材３５は、チューブ本体部３４に形成された薬液霧化放出口部３７から所定量だけチューブ本体部３４内部に入り込んだ位置まで形成されており、先端部３６の内面には形成されていない。霧化チューブ３２は、螺合により接続端子３３ａを介して霧化室３０に着脱可能に接続されている。霧化チューブ３２が霧化室３０に取付けられた際に、導電性部材３５は、接続端子３３ａを介して導電性部材３１と接続する。そのため上述したように導電性部材３１に導電性部材電源１９ｂにより薬液微粒子２７と同電位となる電圧が印加されると、導電性部材３５にも、導電性部材電源１９ｂにより薬液微粒子２７と同電位となる電圧が印加される。これにより霧化チューブ３２内面は、霧化室３０内面と同様に薬液微粒子２７と同電位となる。

チューブ本体部３４は、任意の長さを有する。上述した薬液１１は、霧化室３０からチューブ本体部３４を通り、薬液霧化放出口部３７から部位６に放出される。薬液霧化放出口部３７は、薬液１１が放出される時には薬液１１を投与したい部位６に近接対向して配置される。

部位６には、電源１９ａのグランド側が図示しないリストバンド等により接続されている。

次に本実施形態における動作方法について説明する。
薬液カートリッジ１０に所定量の薬液１１が充填される。薬液１１が充填された薬液カートリッジ１０は、栓１２によって略密閉状態となる。次に栓１２が底面部１８に当接するように、薬液カートリッジ１０は手動にて押圧されてホルダー部材１６によって保持される。その際、薬液供給針２１が、凹部１３を貫通し、薬液カートリッジ１０に刺しこまれる。

薬液１１は、毛細管現象によって薬液カートリッジ１０から薬液供給針２１を経由してリザーバ室２０に供給される。

上述したようにリザーバ室２０、異形開口部形成板７４には、電源１９ａにより、プラスの直流高電圧（例えば、約１ｋＶ〜約１０ｋＶ程度）が印加される。そのため薬液１１は、帯電する。また霧化室３０内、霧化チューブ３２内において、導電性部材電源１９ｂにより、導電部材３１，３５には、薬液微粒子２７と同電位となる電圧が印加される。また部位６には、電源１９ａのグランドが接続される。

この後、圧電素子６４に、圧電素子駆動電源１９ｄにより交流電圧が印加されると、圧電素子６４はリザーバ室２０を超音波によって振動させる。この超音波振動は、リザーバ室２０内の薬液１１に伝播する。また圧電素子６４は、リザーバ室２０を介して異形開口部形成板７４を、さらに異形開口部形成板７４を介して異形開口部７６の薬液１１に形成される空気と薬液界面（メニスカス）を超音波によって振動させる。メニスカスが超音波振動されると、キャピラリー波がメニスカス表面に伝播し、波頭により霧化された薬液が先鋭部７５から吐出される。先鋭部７５は、十分に小さな鋭角を有している。そのため約数μｍの粒径を有する薬液微粒子２７が異形開口部７６から安定的に吐出される。薬液微粒子２７の吐出量は、薬液カートリッジ１０における薬液１１の消費量と一致する。

なおキャピラリー波を効率よく伝播する部位は、先鋭部７５に集中する。そのため先鋭部７５から約数μｍの粒径を有する薬液微粒子２７が勢い良く吐出される。なお先鋭部７５は、十分に小さな鋭角を有することにより、薬液１１の霧化をより安定化させる。よって約数μｍの粒径を有する薬液微粒子２７は、安定的に吐出される。なお吐出される薬液微粒子２７は帯電している。

このとき、制御部１９ｃによってファン４１が作動している。ファン４１は、フィルター部材４３を経由して外部から空気をホルダー部材１６内に取り込み、送風室４０から空間２５を経由して霧化室３０に流入させる。異形開口部７６から吐出され、上述したように帯電されている薬液微粒子２７は、流入した空気によって霧化方向に流れ、霧化室３０からさらに霧化チューブ３２に流入される。

帯電されている薬液微粒子２７は、導電性部材３１によって薬液微粒子２７と同電位に帯電している霧化室３０と、導電性部材３５によって同じく薬液微粒子２７と同電位に帯電している霧化チューブ３２とに反発する。そのため薬液微粒子２７は、異形開口部７６から素早く薬液霧化放出口部３７に送達される。また薬液微粒子２７は、上述したように霧化室３０と、霧化チューブ３２とに反発するため、霧化室３０、及び霧化チューブ３２に滞留することはない。そのため薬液微粒子２７は、霧化チューブ３２によってガイドされて薬液霧化放出口部３７から外部に無駄なく放出される。

放出された薬液微粒子２７は、薬液霧化放出口部３７に最も近いグランドの部位６に速やかに無駄なく送達され、直接的に吸着する。なお微細な薬液微粒子２７は、部位６が例えば肺の深部に位置していても無駄なく直接的に吸着する。本実施形態は、薬液１１を帯電させ、超音波振動によって霧化状の薬液（薬液微粒子２７）を生成することで、部位６が例えば肺の深部に位置していても薬液１１を無駄なく投与することができる。

このように本実施形態は、リザーバ室２０内の薬液１１と接触する面に先鋭部７５を有する異形開口部７６を形成し、この先鋭部７５から霧化した薬液１１を吐出させる。さらに本実施形態は、先鋭部７５の数を増加させることにより、薬液微粒子２７の吐出量を増加させる事ができる。そのため本実施形態は、例えば数μｍの微細な孔を複数形成して薬液１１を霧化させる形態とは異なり、比較的大きな開口であっても霧化量を減少させることなく薬液１１を霧化することができる。

また、薬液１１と接触する面に設けられる孔の大きさは比較的大きくても薬液１１を霧化することができるので、薬液１１の乾燥や不純物の析出による詰まりを防止することができる。これにより本実施形態は、長期間にわたって安定して霧化した（微細な）薬液１１を部位６に放出することができる。また本実施形態は、詰まることを防止しているためにメンテナンスの回数は少なくてすむ。そのため本実施形態は、ランニングコストを抑えることができ、安価にすることができる。なお本実施形態における異形開口部７６の大きさは、異形開口部７６によってメニスカスを維持できる程度でよい。

また薬液１１には、分散粒子が混在する場合もある。例えば異形開口部形成板７４に約数μｍの微細な孔を形成し薬液１１を霧化させようとすると、詰まりを起し、霧化が停止してしまう虞がある。しかしながら本実施形態は、上述したように詰まりを防止することができるので、分散粒子を含む薬液も使用することができ、薬剤投与に対する自由度を高くすることができる。

また本実施形態において、霧化室３０に露出する異形開口部形成板７４には、撥水性の膜が形成される。この撥水性の膜によって、薬液１１は確実に異形開口部７６にメニスカスを形成するため、本実施形態は、薬液１１が霧化室側に漏れて付着することを防止することができる。

本実施形態は、先鋭部７５の数を増減させることにより、薬液微粒子２７の吐出量を調整することができ、且つ安定させる事ができる。

また本実施形態は、圧電素子６４に印加する交流電圧をより高い周波数とすることにより微細な粒径を有する薬液微粒子２７を吐出することができる。また圧電素子６４に印加される交流電圧の周波数を、リザーバ室２０、異形開口部形成板７４等を含めた構造を共振する際の周波数と一致させることで、より効率良く（入力電力に対して大きな振動変位を得られる）超音波振動を発生でき、微粒子化を促進させることができる。

また本実施形態は、超音波振動によって薬液１１を霧化させる際に、静電霧化によって薬液１１を霧化させるよりも粒径の小さい薬液微粒子２７を容易に吐出させることができる。例えば肺といった部位６に薬液１１が投与される場合、肺の末端に位置する肺胞に到達するには、薬液微粒子２７の粒径は、約１μｍ〜約５μｍであることが必要である。本実施形態では、数μｍの粒径を有する薬液微粒子２７を吐出させることができるために、肺に到達できる薬液投与装置に搭載することができる。

本実施形態は、ファン４１により外部からフィルター部材４３を介して空気を取り込む際に、クリーンな空気により薬液微粒子２７を送達する事ができ、部位６に対しても安全である。また本実施形態は、フィルター部材４３に例えば滅菌フィルター等を適用する事により、より高い清浄度を有するクリーンな空気により薬液微粒子２７を搬送する事ができる。

本実施形態は、霧化室３０に対して霧化チューブ３２を着脱可能である。そのため薬液１１を投与する部位６が例えば生体内である場合、生体内に挿入される霧化チューブ３２のみを廃棄し、静電霧化を行う霧化室３０は、洗浄後再利用することができる。もちろん本実施形態は、霧化チューブ３２を洗浄して再利用しても良い。

また本実施形態は、霧化チューブ３２の長さは任意に設定できるため、接続部３３とホルダー部材１６は部位６の外部に配置する事ができる。

導電性部材３５は、先端部３６には形成されていないために、導電性部材３５は部位６とは直接接触せず、生体に対して安全である。

本実施形態は、薬液カートリッジ１０に異なる薬液１１を充填し、底面部１８に複数の薬液供給針２１を設けて切り換え式にする事により、様々な薬液１１を部位６に投与する事ができる。

異形開口部形成板７４には、所定量の薬液１１が毛細管現象によって薬液カートリッジ１０から薬液供給針２１、リザーバ室２０を介して供給される。そのため本実施形態は、異形開口部形成板７４に供給された薬液をすべて霧化することができる。よって本実施形態は、薬液１１の無駄を防止することができる。

なお本実施形態は、薬液１１を用いて説明したがこれに限定する必要はなく、他の液体であっても良い。

次に本実施形態に係る第１乃至第５の変形例について図６乃至図１０を参照して説明する。図６は、異形開口部形成板における第１の変形例を示す図である。図７は、異形開口部形成板における第２の変形例を示す図である。図８は、異形開口部形成板における第３の変形例を示す図である。図９Ａ乃至図９Ｂは、異形開口部形成板における第４の変形例を示す図である。図１０は、異形開口部形成板における第５の変形例を示す図である。

図６に示すように異形開口部形成板７４には、複数の小さい異形開口部７６が形成されている。本変形例の異形開口部７６の形状は、前述した第１の実施形態における異形開口部７６の形状と略同一である。このように本変形例の異形開口部７６の大きさが、図４に示す異形開口部７６の大きさに比べて小さくなっても、本変形例は、複数の先鋭部７５を有することで安定した約数μｍの粒径を有する薬液微粒子２７を超音波振動によって吐出させることができる。また本変形例は、複数の異形開口部７６を異形開口部形成板７４の全面に設ける事により、例えば第１の実施形態に比べて広い面積から大量の薬液微粒子２７を吐出できる。これにより薬液微粒子２７の吐出量は、例えば第１の実施形態に比べて増加する。本変形例は、薬液１１を短時間に部位６に投与したい場合や、局所に集中して多量に投与したい場合などに有効である。

また図７に示すように異形開口部形成板７４には、複数の鋭角な先鋭部７５を有する長溝形状の異形開口部７６が設けられていてもよい。先鋭部７５は、互いに対向している。よって本変形例は、先鋭部７５から２列にて霧化された薬液微粒子２７を吐出することができる。これにより本変形例は、薬液１１を詰まらせることなく、より多量の薬液微粒子２７を吐出することができる。

また図８に示すように異形開口部形成板７４には、長溝形状の異形開口部７６が複数設けられていてもよい。先鋭部７５は、異形開口部７６に形成された気液界面の周縁から内側（異形開口部形成板７４の周縁から内側）に向かって延びており、互いに対向して配置されている。異形開口部７６は、点対称に形成されている。よって本変形例は、薬液１１を詰まらせることなく、また中心部から周辺部にわたって先鋭部７５から複数列にて霧化された薬液微粒子２７を第２の変形例よりも多く吐出することができる。なお本変形例において、異形開口部７６の配置位置、数は限定されない。

図９Ａに示すように異形開口部形成板７４には、中心部に略円形状の異形開口部７６が設けられている。この異形開口部７６は、図９Ｂに示すように、複数の鋭角な先鋭部９１を有する例えば板状の部材９２ａ，９２ｂによって覆われている。部材９２ａ，９２ｂが位置する面が、霧化室３０に露出する。部材９２ａ，９２ｂは、それぞれの先鋭部９１が互い違いに配置されるように異形開口部形成板７４に接合されている。このように本変形例は、部材９２ａ，９２ｂを組み合わせることで異形開口部７６を形成している。これにより上述したように、本変形例は、薬液１１を詰まらせることなく微細化して吐出することができる。なお部材９２ａ，９２ｂは、先鋭部９１が設けられていない場合、例えば矩形である。

また図１０に示すように異形開口部形成板７４には、鋭角ではない先鋭部を有する異形開口部７６が設けられている。異形開口部７６は、第１の開口部７６ａ、第２の開口部７６ｂ、第３の開口部７６ｃを足し合わせた構成である。

異形開口部７６の形状を具体的に説明すると、略円形状の開口部を平行な２本の直線９０ａ，９０ｂによって切った際に、直線９０ａとの接点を接点９０ｄ，９０ｅ、直線９０ｂとの接点を接点９０ｆ，９０ｇとする。接点９０ｄ，９０ｅを結ぶ曲線において短い曲線を曲線９０ｈとする。接点９０ｆ，９０ｇを結ぶ曲線において短い曲線を曲線９０ｉとする。第１の開口部７６ａは、直線９０ａと曲線９０ｈによって囲まれている。第２の開口部７６ｂは、直線９０ｂと曲線９０ｉによって囲まれている。第３の開口部７６ｃは、第１の開口部７６ａと第２の開口部７６ｂの間（直線９０ａ，９０ｂ）に設けられている。略円形状の第３の開口部７６ｃは、直線９０ａと２点で接している。この接点を接点９０ｋ，９０ｌとする。また第３の開口部７６ｃは、直線９０ｂと２点で接している。この接点を接点９０ｍ，９０ｎとする。本変形例の異形開口部７６は、この第１の開口部７６ａ、第２の開口部７６ｂ、及び第３の開口部７６ｃとを足し合わせた形状をしている。なお第１の開口部７６ａ、第２の開口部７６ｂは、略半円形状や扇形であっても良い。

接点９０ｋ，９０ｌ，９０ｍ，９０ｎには、鋭角ではない突起部７５ａが互いに対向して形成される。ただし突起部７５ａは、薬液１１を霧化するのに十分に先鋭な角を有している。本変形例のように、突起部７５ａが鋭角ではない形状であっても、突起部７５ａが十分に先鋭であれば薬液１１を霧化状にすることができる。

なお異形開口部７６の形状は、上述した形態に限定する必要は無く、異形開口部７６が先鋭部を有していれば、本実施形態は、異形開口部７６の形状の影響されること無く、薬液１１を霧化状にすることができる。

次に図１１を参照して本発明に係る第２の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態における超音波霧化装置の概略図である。前述した第１の実施形態と同様の部分には同じ符合を付し、その詳細な説明については省略する。本実施形態における超音波霧化装置１は、前述した第１の実施形態と同様に超音波振動によって、微細な薬液微粒子２７を放出する。また本実施形態における超音波霧化装置１の薬液保持部２と、異形開口部形成板７４と、薬液搬送機構部４と、計量部５は、前述した第１の実施形態における超音波霧化装置１と略同様の構成であるために詳細な説明については省略する。

本実施形態における超音波霧化装置１には、前述した第１の実施形態における超音波霧化装置のリザーバ室２０において、圧電素子６４の代わりに超音波を発生させるランジュバン型超音波振動子７８が隣接して設けられている。このランジュバン型超音波振動子７８は、図示しない電気絶縁部材を介して端面２８ｂに接合され、またファン４１の送風方向前方に位置している。
薬液供給針２１は、リザーバ室２０の端面２８ｄに設けられており、リザーバ室２０は、薬液供給針２１を介して霧化方向中心軸に沿って霧化室３０に保持されている。

ランジュバン型超音波振動子７８には、共振器８０ａと、共振器８０ｂと、圧電素子８１とが設けられている。共振器８０ａの一面は、一端がリザーバ室２０の内部に露出し、薬液１１に直接接触している。この共振器８０ａには、振動変位を拡大するステップ段差部８２が設けられている。ステップ段差部８２の端面８３には、後述する圧電素子８１が霧化方向に超音波振動を行った際に、リザーバ室２０内の薬液１１に超音波を照射する超音波放出面８４が設けられている。共振器８０ａは、共振器８０ａの他面（リザーバ室２０の内部に露出しない面）において後述する圧電素子８１の一面と固定している。この圧電素子８１は、圧電素子８１の他面（共振器８０ａと接しない面）において共振器８０ｂと固定している。共振器８０ｂは、ファン４１の前方に位置する。共振器８０ｂは、後述する圧電素子８１と同様にドーナツ形状であり、材質には超音波振動による疲労破壊に強いステンレス、又はチタン合金が好適である。共振器８０ａ，８０ｂは、それぞれ共振器駆動電源１９ｅと接続している。共振器８０ａ，８０ｂには、共振器駆動電源１９ｅにより交流電圧が印加される。交流電圧が印加された共振器８０ａ，８０ｂは、後述するように圧電素子８１が霧化方向に超音波振動した際に、ステップ段差部８２によって圧電素子８１の振動変位を拡大する。この拡大率は、例えばステップ段差部８２の段差比率やステップ段差部８２の軸方向長さといったステップ段差部８２の形状によって決定される。圧電素子８１は、上述したように両端面において、共振器８０ａ，８０ｂによって挟みこまれている。共振器８０ａ，８０ｂ、圧電素子８１は、例えば接着剤により固定され、内部を貫通するボルトにより螺合されている。圧電素子８１は、前述した第１の実施形態における圧電素子６４と同様である。圧電素子８１は、霧化方向に分極されているドーナツ形状であり、圧電素子６４と同形状である。圧電素子８１の両端面には、銀、又はニッケル電極が形成されている。圧電素子駆動電源１９ｄにより交流電圧が圧電素子８１に印加されると、圧電素子８１は、霧化方向に超音波振動を行う。この超音波は、上述したように超音波放出面８４からリザーバ室２０内の薬液１１に伝播される。圧電素子８１の材質には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等が使用できる。なお、圧電素子８１は２枚構成で使用される場合が有り、このときは圧電素子８１の分極方向を対向して配置される。そして、圧電素子８１の向き合う電極にプラス、両端面の位置する共振器８０ａ，８０ｂに接触する電極をマイナスとして使用する場合が多い。

なおランジュバン型超音波振動子７８が、図示しない電気絶縁部材を介して端面２８ｂに接合された後、空気に露出している圧電素子８１表面には、パリレンコートやシリコンコート等の防湿膜が形成される。

次に本実施形態における動作方法について説明する。
本実施形態では、超音波が発生する際の動作のみが前述した第１の実施形態と異なるために、この箇所のみ説明する。

本実施形態における超音波振動の拡大率は、上述したようにステップ段差部８２のステップ段差比率やステップ段差部８２の軸方向長さ等の形状寸法により設定される。よってランジュバン型超音波振動子７８は、リザーバ室２０内の薬液１１に対して圧電素子８１によって前述した第１の実施形態より大きな振動変位を有する超音波振動を行う。これにより異形開口部７６のメニスカスに前述した第１の実施形態より強力なキャピラリー波が発生するため、前述した第１の実施形態より薬液微粒子２７の吐出量が増加する。

本実施形態は、超音波振動の拡大率をステップ段差部８２の形状によって設定できるため、前述した第１の実施形態より大きな振動変位を有する超音波振動を行うことができる。これにより本実施形態は、薬液微粒子２７の吐出量を前述した第１の実施形態より増加できるために、部位６に対して短時間に多量の薬液１１を投与することができる。また本実施形態は、前述した第１の実施形態に比べて直径が小さい薬液微粒子２７を容易に発生させる事ができるため生体にのみ、局所的に薬液を投与する事ができる。

次に図１２乃至図１４を参照して本発明に係る第３の実施形態について説明する。
図１２は、本実施形態における先鋭突起形成板の斜視図である。図１３は、先鋭突起形成板の断面図である。図１４は、本実施形態において薬液が霧化される際の先鋭突起部の概略図である。前述した第１の実施形態と同様の部分には同じ符合を付し、その詳細な説明については省略する。本実施形態における薬液保持部２と、圧電素子６４を有する超音波発生部３ａと、薬液搬送機構部４と、計量部５は、前述した第１の実施形態と略同様の構成であるために詳細な説明については省略する。

本実施形態における超音波霧化装置１は、前述した第１の実施形態における超音波霧化装置の霧化板３ｂにおいて、異形開口部形成板７４の代わりに先鋭突起形成板９６を設けている。先鋭突起形成板９６は、リザーバ室２０の一方の端面（前面）に接合されている。

図１２に示すように先鋭突起形成板９６において、台座９８は、シリコン製の基板である。台座９８の端面１００は、霧化室３０に露出する。図１３に示すように、この端面１００上には、周縁部に設けられた縁によって薬液を保持する開口が形成されており、当該開口中には、エッチング加工により微小な複数の先鋭突起（先鋭部）１０２が形成されている。先鋭突起１０２は、薬液１１の深さ（霧化）方向から気液界面に向かって延びており、端面１００からメニスカスに向かって形成された突起である。先鋭突起１０２の先端部分１０４は、約数十ｎｍの径を有している。台座９８内には、先鋭突起１０２とリザーバ室２０を接続する接続経路１０５が設けられている。薬液カートリッジ１０から薬液供給針２１を介してリザーバ室２０に供給された薬液１１は、接続経路１０５を経由して先鋭突起１０２にまで流入する。さらに、端面１００及び先鋭突起１０２の表面には親水性コートが施されており、薬液１１は、図１４に示すように先端部分１０４にまで移送される。その際、第１の実施形態と同様にリザーバ室２０には、電源１９ａによりプラスの直流高電圧が印加される。これによりリザーバ室２０に接合している先鋭突起形成板９６にもプラスの直流高電圧が印加され、薬液１１は帯電する。この帯電した薬液１１へ向けて圧電素子６４が超音波を照射することによって、先端部分１０４とともに先端部分１０４と接触する薬液１１が振動する。これによって、図１４に示すように、薬液１１は帯電された薬液微粒子２７として先端部分１０４から霧化室３０に吐出される。

このように本実施形態は、先端部分１０４から薬液１１を霧化して吐出させるので、薬液１１の詰まりを防止することができる。さらに、先鋭突起１０２の数を調節することによって薬液微粒子２７の吐出量を調節することができ、複数の先鋭突起１０２を設けた場合には多量の薬液微粒子２７を霧化室３０に吐出することができる。

本実施形態は、半導体製造技術により台座９８に無数の先鋭突起１０２を形成することが可能である。このため本実施形態は、端面１００から超音波振動によって多量の薬液微粒子２７を吐出することが可能である。このように、先鋭突起１０２を有する形状であっても第１の実施形態と同様に薬液１１を霧化して吐出することができる。

なお本実施形態では、接続経路１０５を先鋭突起１０２の間に配置したが、これに限定する必要はなく、接続経路１０５が、先鋭突起１０２の周縁部に形成されていても構わない。また例えば図１５に示すように接続経路１０５が、先鋭突起形成板９６内に形成されず、先鋭突起１０２の周縁部に薬液１１が滲みでる幅約１００μｍを有する開口部１１４が設けられていてもよい。このように薬液１１が先鋭突起１０２近傍にまで流入し、薬液１１が端面１００及び先端部分１０４を浸たすのであればその形状は限定されない。

図１は、第１の実施形態における超音波霧化装置の概略図である。 図２は、霧化された薬液が搬送される方向から見た際の異形開口部形成板の図である。 図３は、圧電素子の斜視図である。 図４は、異形開口部形成板の概略図である。 図５は、薬液が霧化される際の微細開口部形成板の先端部付近の概略図である。 図６は、異形開口部形成板における第１の変形例を示す図である。 図７は、異形開口部形成板における第２の変形例を示す図である。 図８は、異形開口部形成板における第３の変形例を示す図である。 図９Ａは、異形開口部形成板における第４の変形例を示す図である。 図９Ｂは、異形開口部形成板における第４の変形例を示す図である。 図１０は、異形開口部形成板における第５の変形例を示す図である。 図１１は、第２の実施形態における超音波霧化装置の概略図である。 図１２は、第３の実施形態における先鋭突起形成板の斜視図である。 図１３は、先鋭突起形成板の断面図である。 図１４は、薬液が霧化される際の先鋭突起部の概略図である。 図１５は、先鋭突起形成板における変形例を示す図である。

符号の説明

１…超音波霧化装置、２…薬液保持部、３ａ…超音波発生部、３ｂ…霧化板、４…薬液搬送機構部、４ａ…送風部、４ｂ…薬液ガイド部、５…計量部、６…部位、９…メモリ、１０…薬液カートリッジ、１１…薬液、１２…栓、１３…凹部、１４…開口部、１５…連通部材、１６…ホルダー部材、１７…開口部、１８…底面部、１９ａ…電源、１９ｂ…導電性部材電源、１９ｃ…制御部、１９ｄ…圧電素子駆動電源、１９ｅ…共振器駆動電源、２０…リザーバ室、２１…薬液供給針、２４…支持部材、２５…空間、２７…薬液微粒子、２８ｂ…端面、２８ｃ…端面、２８ｄ…端面、３０…霧化室、３０ａ…内面、３１…導電性部材、３２…霧化チューブ、３３…接続部、３３ａ…接続端子、３４…チューブ本体部、３５…導電性部材、３６…先端部、３７…薬液霧化放出口部、４０…送風室、４１…ファン、４２…面、４３…フィルター部材、６４…圧電素子、６５…開口部、７２…側面、７４…異形開口部形成板、７５…先鋭部、７５ａ…突起部、７６…異形開口部、７６ａ…第１の開口部、７６ｂ…第２の開口部、７６ｃ…第３の開口部、７８…ランジュバン型超音波振動子、８０ａ…共振器、８０ｂ…共振器、８１…圧電素子、８２…ステップ段差部、８３…端面、８４…超音波放出面、９０ａ…直線、９０ｂ…直線、９０ｄ，９０ｅ，９０ｆ，９０ｇ…接点、９０ｈ…曲線、９０ｉ…曲線、９０ｊ…曲線、９０ｋ，９０ｌ，９０ｍ，９０ｎ…接点、９１…先鋭部、９２ａ，９２ｂ…部材、９６…先鋭突起形成板、９８…台座、１００…端面、１０２…先鋭突起、１０４…先端部分、１０５…接続経路、１１４…開口部。

Claims (7)

1. 超音波による振動を利用して液体を霧化する超音波霧化装置において、
   前記超音波を前記液体に照射して前記液体を振動させる超音波発生部と、
   前記超音波発生部によって振動される前記液体に接触し、前記液体の気液界面の形状を規定するとともに、前記気液界面の周縁から内側に向かって延びる、または、前記液体の深さ方向から前記気液界面に向かって延びる先鋭部を有する霧化板と、
   を具備することを特徴とする超音波霧化装置。
2. 前記霧化板は、前記気液界面の形状を規定する開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
3. 前記霧化板は、複数の板によって構成されるものであって、
   前記開口部は、複数の前記板を組み合わせることによって形成されることを特徴とする請求項２に記載の超音波霧化装置。
4. 前記開口部は、前記霧化板に複数設けられることを特徴とする請求項２に記載の超音波霧化装置。
5. 前記先鋭部は、前記気液界面の周縁から内側に向かって延びていることを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
6. 前記先鋭部は、メニスカスに向かって形成された突起であることを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
7. 前記超音波発生部は、前記液体を保持する液体保持部に隣接して配置される圧電素子、又はランジュバン型超音波振動子を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。

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