JP2018504927A - 超音波気化素子 - Google Patents

Abstract

固体又は液体を気化させるために超音波信号発生器を用いて生成された蒸気の吸入の目的で使われる電子蒸発デバイスであり、この装置はランジュヴァン変換器、ホーン及びプローブも採用し、そのプローブはホーンに取り付けられて、尖端における振動の振幅／置換を最適化するために曲げられる。【選択図】 図１

Description

この出願は米国仮特許出願第６２／１０６，８５２号（２０１５年１月２３日出願）と米国仮特許出願第６２／１４２，４６４号（２０１５年４月２日出願）の利益を主張しており、その全体が参照によって組み込まれている。

発明の分野

電子タバコ用超音波気化素子のための改良。

関連分野の説明

近年、携帯用の電子気化器、又は電子タバコ若しくは「ｅタバコ」として一般に知られるものがユーザーの間で人気を博しており、ユーザーはハーブの抽出物が熱せられるときに放出される蒸気を吸入するために、ハーブの抽出物を気化させる。この行動は、しばしば「ベーピング（Vaping）」と称されている。電子気化器は一つ以上のバッテリーを用いて発熱素子を駆動し、次いで発熱素子は適切な温度で少量のベーピング液体を加熱して、液体を蒸気に変換し、次いでユーザーがこれを吸引する。ベーピング液体は、一般的にプロピレングリコール、グリセロール又は両方の溶液であり、ニコチンとフレーバー剤化学製品が加えられている。医療用大麻ユーザーは、大麻抽出物を混合物に加える。或るＥタバコは、固体ハーブ抽出物の蒸発を可能とするように設計されている。様々な種類の液体及び固体ハーブ抽出物が利用可能であり、一般に「ｅ−ジュース」、「エッセンシャル・オイル」、「バター」、「濃縮物」又は「ワックス」と称されている。

一般的な発熱素子はニクロム抵抗ワイヤであり、これはニッケル、クロミウム、及びしばしば鉄の非磁性合金である。代表的なデバイスは充電式バッテリー（通常はリチウムイオン）を包含しており、これはオン／オフスイッチを有する回路基板に接続されている。スイッチがオンにされるとき、バッテリーからの電流が発熱体へ流れて熱を発生させ、発熱素子の上に又はその近傍に置かれたハーブ抽出物の蒸発を引き起こす。次いでユーザーはマウスピースを介して蒸気を吸入する。熱源としてニクロムを使う欠点は、そのニッケル合金と組成物が人間に対して発がん性であると分類されることである。
www.nipera.org/WorkplaceGuide/WorkplaceSurveillance/CarcinogenicClassifications.aspx．

そのような気化器の加熱システムの他の不都合は、何回かの使用の後、発熱素子が抽出物からの残留物で覆われていることである。時間とともに残留物が積み重なって、ヒーターの効率の低下を引き起こす。そのような点で、デバイスは使用不能になり、ユーザーは発熱素子を交換するか若しくは修理する必要がある。

「ベーピング」に関連した健康問題は、ニューイングランド・ジャーナル・オヴ・メディシン（www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMc1413069）によっても報告されている。高い温度で、ホルムアルデヒド（既知の発がん物質）が放出される。

超音波噴霧化：ハーブの抽出物を気化させるためのより効果的な方法は、超音波噴霧化を介して調査される。超音波噴霧化若しくは霧状化は、何十年も研究されて、これらの主題について多く書かれており、ここではその詳細を詳しく述べることはしない。手短に述べれば、噴霧化は超音波尖端の迅速な機械的上下動によって起こり、それは液体の膜が直立表面張力波を形成させる。

システムの安定性のために必要とされるよりも上方で表面張力波の振幅がピークに達するとき、ピークの頂上の液体は滴の形態で離脱する。空洞化として知られている現象が、より高いエネルギー準位で起こる。液体内の微細なガス泡は、加えられた音波により振動することを強いられる。そのような高い強度で、気泡は大きさが成長して、迅速に崩壊するか内側に破裂する。液体のこの崩壊も、滴形成をもたらす。超音波噴霧化は、自動車スプレー塗装、加湿機、並びに燃料電池ウエハー及び太陽電池パネルのためコーティングにしばしば用いられている。

超音波は、一般に圧電又は磁気歪み変換器により引き起こされる。圧電変換器は、材料の圧電特性を利用して、電気エネルギーを直接に機械的エネルギーに変換する。磁気歪み変換器は、材料の磁気歪み特性を利用して、磁場におけるエネルギーを機械的エネルギーに変換する。

適当な超音波周波数と振幅のプローブは、超音波プロセッサー（例えばＨｉｅｌｓｃｈｅｒ ＵＰ１００Ｈ モデル）を用いてなされ、これは音響化学のために使われる研究用機器であり、音響化学は液体の乳化、散乱、溶解、細胞破壊の研究である。２０−４０ｋＨｚの周波数範囲及び少なくとも１０マイクロメートルの置換振幅が振動尖端で観察され、従来の電子タバコによって発生するものと同じ量の蒸気体積を有する気化液体の薄い層を噴霧化するのに充分である。

しかしながら、研究用超音波プロセッサーの使用は、大きさ、重量、及び高電力必要条件のために、携帯用気化器として非実用的である。他の重要な考慮事項は、気化液体を振動超音波尖端（ソノトロード（sonotrode）又は角状突起）に包含及び送達させる方法である。研究用超音波プロセッサーと共に使用されるような個別のビーカーを使うことは、漏れ防止でないか又は実際的でない。

ネビュライザー：医療産業の他の種類の気化器が存在し、液体は超音波を使って噴霧化される。この種の気化器はネビュライザーとも称されており、それは嚢胞性線維症、喘息、ＣＯＰＤと他の呼吸器疾患を治療するために肺に吸入される霧の形態で薬物を投与するのに用いられる薬物送達デバイスである。異なる種類の超音波ネビュライザーを以下に記す。

超音波ネビュライザー−これらは電子発振器に高周波超音波を発生させ、それはミスト変換器に機械的振動を引き起こす。この変換器は金属プレートに取り付けられた環状の圧電素子から成り、これは振動を拡大する。金属プレートは液体貯蔵器と接触しており、その高周波振動は蒸気霧をもたらすのに充分である。そのような種類のミスト変換器の例は、米国フロリダのＳｔｅｉｎｅｒ ａｎｄ Ｍａｒｔｉｎｓ，Ｉｎｃ．によって生産されているＳＭＩＳＴ１５Ｆ２８ＲＲ１１１モデルである。このようなネビュライザーの例は、以下の通りである。オムロンＮＥ―Ｕ１７とＢｅｕｒｅｒ Ｎｅｂｕｌｉｚｅｒ ＩＨ３０。これらのネビュライザーはしばしば、プラグイン電力を必要とする大きな卓上デバイスである。

振動メッシュ技術（VMT）：１０００−７０００のレーザー穿孔による金属的メッシュ／膜は、液体貯蔵器の最上位で振動し、それによって孔を通して非常に微細な滴の霧を圧出させる。この技術は、液体貯蔵器の底部に振動圧電素子を有するよりも効率的で、それによってより小型で携帯型設計を可能にする。メッシュは、このメッシュに取り付けられた同じ環状圧電素子により振動することができ、或いは、メッシュに押し付けられたランジュヴァン型変換器により振動することができる。或る例は、Ｐａｒｉ ｅＦｌｏｗ、Ｒｅｓｐｒｏｎｉｃｓ ｉ−Ｎｅｂ、Ｂｅｕｒｅｒ Ｎｅｂｕｌｉｚｅｒ ＩＨ５０、Ａｅｒｏｇｅｎ Ａｅｒｏｎｅｂ、及びオムロンＭｉｃｒｏＡｉｒ製品である。

サンドイッチ型超音波変換器（ボルト固定型又はランジュヴァン変換器とも称される）よく知られており、高い強度の超音波運動の成果のために確立されている。イギリス特許第１４５，６９１号（１９２１年発行、発明者Ｌａｎｇｅｖｉｎ）においては、金属板の間に位置するピエゾ電気材料のサンドイッチは、高い強度の超音波を発生させるために説明されている。ボルト締め重ね合わせ変換器を利用し、共振周波数に整調されて、共振周波数の２分の１波長に設計されているサンドイッチ変換器は、イギリス特許第８６８，７８４号に記載されている。

ネビュライザー技術の種類に関係なく、電子タバコで使われる液体又は固体をベーピングすることには、これらのデバイスは不適当である。霧状化するために使われる薬品は粘性（水= １ｃＳｔ）でしばしば水状であるが、混合体内のグリコール、グリセロール及びニコチンの種類及び濃度に応じて、ベーピングする液体はしばしば５０ｃＳｔ以上である。ベーピングする液体が医学的ネビュライザーで使用されるとき、泡立つことが観察されるが、振動の強度は噴霧化を引き起こすには不充分である。

上述の問題の明らかな解決は、より高出力の変換器を使用することである。しかしながら、これは以下の理由に不適当である。

１．大きさ−超音波又はＶＭＴネビュライザーで使用される環状変換器は、しばしば直径１．５ｃｍ乃至４ｃｍである。粘性ベーピング液体を噴霧化するのに充分に強力なそのような変換器のために、変換器はより高い増幅のために相当により大きくなければならない。これは、ポケットサイズの気化器に組み込むためには明らかに不適当である。

２．電力−より高い電力入力がより大きな変換器を駆動するために必要であり、これはバッテリーで作動する携帯デバイスには不適当である。

３．雑音−ランジュヴァン変換器を利用している ＶＭＴネビュライザーは、仮に変換器ソノトロード又は尖端が金属又は堅い物体に対して１０マイクロメートル以上の望ましい振幅で振動するならば、非常に顕著な高いピッチ雑音を発生する。これは、如何なる変換器対金属変換器メッシュ振動機構も除外する。

他の考慮事項は、デバイスの洗浄可能性である。大麻エキス又は固体大麻エキスを含んでいるベーピング液体は、粘度が高く、粘着性であり、水又は洗剤に溶解しない。室温においては、これらの液体は、酸性溶媒がなくては洗い落とすのが困難である。このように、携帯デバイスの如何なる液体のタンクでも交換可能及び使い捨てであることが好ましい。

しかしながら、ＶＭＴを用いた既存のネビュライザーは、しばしば取り外し可能な液体タンクの上に直接にメッシュ及び変換器を組み込んでおり、短い用途の後に捨てられることを意図していない。好ましい構成は、タンク自体が安価に交換することができるように、タンクを変換器又は振動源から分離せねばならない。これは、取り外し可能なタンクからデバイスに恒久的に取り付けられた変換器までベーピング液体を送達し、さらに運搬の際に漏れない適切な方法の課題を提示している。

上述の説明から、現在使用されているデバイスには重要な不利益があることが明らかである。このように、発明の分野で用いられる技術の重要な態様は、依然として有益な改良を受け入れる。

容器内の液体を超音波噴霧化する装置であって、電源付きのハウジングを備え、このハウジングは、マウスピースと、噴霧化するための液体を有する容器とを有し、その容器は、ハウジング内に位置する超音波変換器におけるプローブに液体を引き込むための芯を有し、プローブは芯に係合して、１０マイクロメートルを超える変位量を可能とし、超音波変換器は、電源及び信号発生器に接続しており、起動する際、超音波変換器はプローブを振動させて、芯からの液体が噴霧化され、この噴霧化された液体の蒸気がマウスピースを出る。

柔軟な底部膜と少なくとも１つの堅固な側壁を有する容器内の物質を超音波噴霧化する装置であって、電源付きのハウジングを備え、このハウジングは、マウスピースと噴霧化するための物質を有する容器とを有し、このハウジングは超音波変換器を有し、これは容器の柔軟な底部膜に接触し、その超音波変換器は、電源と信号発生器に接続され、起動されたとき、超音波変換器は容器の柔軟な底部膜を振動させて物質を噴霧化し、その噴霧化された物質の蒸気はマウスピースを出る。

容器内の物質を超音波噴霧化する装置であって、電源付きのハウジングを備え、ハウジングはマウスピースと噴霧化するための物質を有する容器とを有し、このハウジングは超音波変換器を有し、これは容器と一体的にされており、この超音波変換器は、電源及び信号発生器に接続され、起動されたとき、超音波変換器は容器を振動させて物質を噴霧化し、その噴霧化された物質の蒸気はマウスピースを出る。

電源は、内部のバッテリー又は外部電源とすることができ、超音波変換器は、起動スイッチ又はボタンで起動することができ、容器は、ハウジングから取り外し可能とすることができ、超音波変換器は、複数の圧電素子、変換部分、アンビル支持部材、及びソノトロード増幅部材を有することができ、超音波変換器は、音響的に結合することができ、ハウジングは、超音波変換器からハウジングへ発せられる振動を抑制するために音響絶縁体を有することができる。

本発明は、予め定められた周波数で縦軸に沿って振動をもたらす超音波変換器を用いてベーピング液体又は固体を霧状化し、ソノトロードの前端の振動エネルギーが噴霧化を引き起こすようにベーピング媒体へ効果的に伝達される装置及び方法を提示する。

本発明は交換可能なベーピング液体タンクを含み、これは多孔性吸収性材料を包含し、これはソノトロードの前端と及びベーピング液体と結合して、液体は制御された方法で霧状化のためにソノトロードへ送達される。第２の実施形態において、柔軟な膜底部を有する取り外し可能な容器はソノトロードに結合し、容器内におかれたベーピング固体は、ソノトロードの前端から、柔軟な膜を通じて、ベーピング固体までの振動エネルギーの移動によって霧状化することができる。第３の実施態様において、ソノトロードはその前端に取り外し可能な金属容器を含むように構成される。金属容器は、ソノトロードが超音波伝達導波管を受け容れて、容器内に置かれたベーピング固体を振動エネルギーに晒されるときに霧状化することができるように適合されている。本発明は、そのような改良をもたらす。その好ましい実施形態において、本発明は独立して使用することができる幾つかの態様又は側面を有するが、それらは利点を最適化するために、好ましくは一緒に採用される。本発明の上述の操作上の原理及び利点の全ては、以下の詳細な説明の考慮と共に図面を参照することにより、より完全に理解されよう。

図１は本発明による取り外し自在な液体タンクを有するネビュライザーの第１の実施形態の縦断面図である。 図２は、本発明による取り外し自在な柔軟な膜容器を有するネビュライザーの第２の実施形態の縦断面図である。 図３は本発明によるソノトロードに組み込まれた取り外し自在な固体のタンク容器を有するネビュライザーの第３の実施形態の縦断面図である。

１０ ネビュライザー
１２ 本体
１４ マウスピース
２０ 超音波変換器アセンブリ若しくは変換器アセンブリ
２２ 圧電素子
２４ 変換部
２６ アンビル若しくは支持部材
２８ 増幅部材若しくはソノトロード
３０ 速度変換器
３２ ボルト
３８、４０ 音響絶縁体
４２、４４ 電流供給ワイヤ
５０ 高周波数信号発生器
５２ バッテリ又は電源
５６ 起動アクチュェータ又はオン／オフスイッチ
５８ 入力電力ジャック
６０ 回路基板
７０ タンクアセンブリ
７２ タンク
７４ ベーピング液体又は物質
７６ 柔軟収材料又は芯
７８ ストッパー
８０ 取り外し自在容器
８２ 容器側壁
８４ 柔軟底部膜
９０ 容器
９２ 容器の側壁
９４ 容器底部

図１−３を参照すると、特定の種類のｅタバコ又はｅ−ｃｉｇ用の吸引要素のための図示された幾つかの好ましい実施形態があり、各々のその実施形態はｅジュース容器又はタンクからｅ−ジュース（又は「ワックス」ゲルの限定を伴わないものを含めて蒸気化される物質又は個体蒸気化可能物質）を蒸気化させる超音波信号発生器を採用する。

本発明はｅ−ジュース噴霧化を引き起こすために超音波信号及び振動を使用して採用する（例えばネビュライザー）。既存のネビュライザー、例えば（http://www.omron-healthcare.com/eu/en/our-products/respiratory-therapy/microair-u22）があるが、これらのネビュライザーは、水のような薄い液体（粘度＝ １Ｃｓｔ）で働き、粘性液体＞１０Ｃｓｔのためには充分に強力ではない。

発明者は、そのような適当な周波数が約３０ｋＨｚであり、液体に接触する振動プローブの増幅は＞１０マイクロメートルであるということを発見した。より高い置換は、より多くの蒸気出力を生成する。より低い周波数でも噴霧化することができるが、蒸気粒子が大きくなり過ぎる。望ましい周波数／振幅範囲で作動する先行技術気化器又はネビュライザーは存在しないと思われる。音響化学のための超音波研究用機器が液体の空洞化のために存在しており、ｅ−ジュースを霧化するために充分に強力である。

しかしながら、これらの既存の研究用機器は強力であり、しばしば、信号を増幅する非常に長い超音波「ホーン」又はプローブを有している。この設定は、携帯用機器にとっては非効果的である。

振幅を増幅することができるように、変換器ホーンを形状付けることの発見は重要であった。それは、Ｌ字状である（歯石除去チップの如し）。これはより少ないスペースでプローブの端部で達成されるのと同程度の振動の排水量である。振動エネルギーが形成されるのに起因して、特にプローブの端部には熱が発生する。これは、＞７０℃に達することができ、これは個体又はＴＨＣのようなワックスのために使用することもできることを意味する。ＴＨＣは、６６℃で溶解して液体に変わり、これは次いで超音波で噴霧化することができる。

超音波噴霧化／霧状化デバイスの好ましい実施形態は一般に、ＤＣ電源（バッテリー又はＡＣ／ＤＣコンバータからのＤＣとすることができる）により駆動される超音波発生器（代表的には、既存のもの）を備え、この超音波発生器は、ランジュヴァン変換器を駆動し、変換器の一部であるホーンは、超音波信号を増幅するランジュヴァン変換器の典型的構成要素であるが、粘性液体を噴霧化するには充分ではなく、金属プローブがホーンに取り付けられ、プローブは曲げられて、プローブ先端のより大きな動きを可能とし、＞１０マイクロメートルの置換を形成し、尖端は綿の芯に接触し、これは取り外し自在なタンクから流体を引き出し、噴霧化された物質又は液体の蒸気は、マウスピースを出る。

図１乃至３において、本発明によるネビュライザー１０は、上部部分マウスピース１４を備える本体１２を備え、この本体は超音波変換器アセンブリ２０を包囲し、超音波変換器アセンブリは圧電素子２２の積層からなり、これは、高周波信号発生器５０に接続された供給ワイヤ４２及び４４により電流を供給され、高周波信号発生器は回路基板６０上の一体的部品であり、回路基板は主にオン／オフスイッチ５６、バッテリー電源５２、及び入力電源ジャック５８も含む。変換器アセンブリ２０はネビュライザー・ハウジング１２内に音響絶縁体４０及び３８と共に支持され、変換器アセンブリ２０からハウジング１２へ発せられた振動を抑制する。音響絶縁体３８は、霧状にされた滴がネビュライザー１０の他の構成要素へ迷い込むのを防ぐシールとしての働きもする。

変換器アセンブリ２０は「ランジュヴァン・スタック」として知られており、変換部２４、ベアリング部材若しくは「アンビル」２６、及び増幅部材若しくは「ソノトロード」２８を一般に含む。ベアリング部材若しくは「アンビル」２６は変換部２４の近端部に接続され、ソノトロード２８は変換部２４の末端部に接続されている。アンビル２６、ソノトロード２８はチタン、アルミニウム、ステンレス鋼又は他の任意の適宜な材料から好ましく製作される。ソノトロード２８及びアンビル２６は、変換部２４の厚さ、ソノトロード２８、アンビル２６に用いられた材料の密度及び弾性係数、並びに変換アセンブリ２０の共振周波数を含む幾つかの変数により決定された長さを有する。ソノトロード２８は、その近端部からその末端部まで内側へテーパー状になり、速度変換器３０として超音波振動振幅を増幅するか、それに代えて、増幅をしないこともある。

圧電素子２２は、任意の適宜な材料、例えばリード線ジルコン酸塩-チタン酸塩、リード線メタニオベート、リード線チタン酸鉛又は他のピエゾ電気結晶材料などから製作し得る。圧電素子２２は中央を通じて延伸する孔を有し、ワイヤ４２及び４４に電気的に結合されて、回路基板６０上の信号発生器５０に電気的に接続されている。回路基板６０は、充電式バッテリー５２の形態の電源、オン／オフスイッチ５６、及び電源ジャック５８も含み、電源ジャックは、充電式バッテリー５２に充電するために外部電源を受け容れるか、或いは、バッテリー５２がない場合に回路基板５０を駆動する。これに代えて、バッテリー５２が外部的に充電するためにネビュライザー１０から取り外し可能であるならば、電源ジャック５８は省略することができ、或いは、ネビュライザー１０はバッテリー電源を伴うことなく電源ジャック５８を通じてプラグイン力のみで駆動される。

圧電素子２２は従来のようにアンビル２６とソノトロード２８との間をボルト３２により圧縮することにより支持される。ボルト３２は、好ましくはヘッド、シャンク、及びねじ付き末端部を有する。ボルト３２は、アンビル２６の近位端からアンビル２６及び圧電素子２２の孔を通じて挿入される。ボルト３２のねじ付き末端部は、ソノトロード２８の近端部のねじ穴に螺合される。取り外し自在なマウスピース１４は、ネビュライザー・ハウジング１２へ取り付けられ、ユーザーによって吸入のために発生する霧を指向させる。変換器アセンブリ２０がエネルギーを送達するために、変換器アセンブリ２０の全ての構成要素は音響的に結合せねばならない。変換器アセンブリ２０の構成要素は好ましくは音響的に調整されて、何れのアセンブリの長さが２分の１の波長（ｎλ／２）の整数になるようにされ、ここで波長λは音響アセンブリ２０の予め選択されたか操作縦方向振動駆動周波数ｆ_ｄの波長であり、ここでｎは任意の正の整数である。音響アセンブリ２０は音響要素の任意の適宜な配置を組み込み得ることも予期されている。

図１乃至図３を参照すると、ワイヤ４２及び４４は信号発生器５０から変換器アセンブリ２０の圧電素子２２まで電気信号を伝達する。信号発生器５０は次いでバッテリー５２により電力を供給されて、主に信号発生器５０、オン／オフスイッチ５６、及び電源入力ジャック５８を含む回路基板６０を駆動する。圧電素子２２は、オン／オフスイッチ５６に応答して発生器５０から供給される電気信号により付勢されて、変換器２０に音響定常波を生じさせる。電気信号は、材料内の大きな圧縮力をもたらす反復的な小さな置換の形態で圧電素子２２に外乱を生じさせる。反復的な小さな置換は、電圧勾配の軸に沿って連続的な方式で圧電素子２２を拡張及び収縮させて、超音波エネルギーの縦波を生じさせる。超音波エネルギーは、音響アセンブリ２０を通じて速度変換器３０へ伝達される。速度変換器３０の末端部と接触するベーピング媒体又は物質は噴霧化若しくはキャビテーションの点へエネルギーを与えられるか、撹拌されて、ベーピング媒体の噴霧化をもたらす。

第１の実施形態の図１において、取り外し自在なタンク・アセンブリ７０は、ハウジング１２に取り付けられてベーピング液体７４の量をタンク７２内に保存する。タンク７２の一方の開口端において、柔軟な吸収性材料又は「芯」７６は、少量のベーピング液体７４を速度変換器３０の末端部へ導くように適合されている。芯７６は以下を含む材料から製造されるが、それらに限定されるものではない。すなわち、綿、ファイバーグラス、セラミック・ファイバ又は速度変換器３０の末端部との接触に起因する何らかの摩擦も不必要な摩擦誘導高ピッチ雑音をもたらすことがないように、吸収性があって音響的抑制がある任意の材料である。芯７６は、速度変換器３０の末端部との充分な接触があるように適切に置かれて、毛細管現象量のベーピング液体が噴霧化のために速度変換器３０の末端部の上へ流れるのを可能とする。より多くの液体が霧状にされて、芯７６はタンク７２から速度変換器３０までより多くの液体７４を導き続ける。タンク・アセンブリ７０がネビュライザー・ハウジング１２から取り外されるとき、芯７６はベーピング液体７４の漏出を防止するストッパーの働きをする。タンク７２他方の開口端では、ストッパー７８は開口を塞いで、ベーピング液体７４の補充を可能にするために取り外すことができる。タンク・アセンブリ７０は、このように簡単に洗浄のために取り外すことができるか、変換器アセンブリ２０の何れの構成要素にでも影響を及ぼすことなく安価に交換することができる。

第２の実施形態の図２において、取り外し自在な容器８０は、マウスピース１４とネビュライザー・ハウジング１２との間に適合されて、速度変換器３０の末端部に接触する。容器８０は、柔軟な底部膜８４と堅い側壁８２から構成されている。柔軟な底部膜８４は弾力的で柔軟な材料、例えばシリコン又は熱可塑性エラストマー又は任意の材料から製作され、その材料は、溶融又は破壊されることなく、速度変換器３０の振動に耐えることができ、同時に音響的に抑制し、変換器２０が起動するときに、摩擦によって誘発された雑音が生成されるのを防ぐ。更に、柔軟な底部膜８４の厚みは好ましくは薄く、約０.５ｍｍ（０.０２"）にして、振動エネルギーが速度変換器３０から底部ピース８４の材料を通じて伝達されるようにせねばならない。側壁８２は、例えばプラスチック、金属、ガラス又はセラミックなどの材料から製作される。柔軟な底面８４は側壁８２上に成形することができるか、或いは、２部品構成タンク８０として、側壁８２上に引き伸ばすことができる。

何れの方法でタンク８０を構成したとしても、柔軟な底部膜８４は側壁８２の周りで好ましくは緊張していなければならず、そのため、底部８０が速度変換器３０に接触しているときに、振動エネルギーを容器８０の内容物へ効率的に伝達させることができる。容器８０内に置かれるベーピング液体又は固体には、速度変換器３０と直接接触することなく、噴霧化のために速度変換器３０でこのようにエネルギーを与えることができる。本実施形態で使用されるそのようなベーピング液体又は固体は、高い粘度を有する典型的にはゲル状又ワックス状であり、図１に説明された芯７６を通じて自由に流れることはない。この実施形態で説明される容器８０は、このように簡単に洗浄のために取り外すことができるか、変換器アセンブリ２０の何れの構成要素にも影響を及ぼすことなく、安価に交換することができる。

第３の実施形態の図３において、固体の容器９０は、速度変換器３０の一部として一体的にされている。速度変換器３０は、第１の端部と第２の端部とを有する。ソノトロード２８は、変換器２０の変換部分２４に結合する第１の端部から成る。ソノトロード２８の第２の端部は、速度変換器３０の第１の端に結合されたねじ付き末端部を有する。速度変換器の第２の端部は取付けられた容器９０を有し、これは底部９４と側壁９２とから成る。音響絶縁体９８は、容器９０とネビュライザー・ハウジング１２との間に適合されて、ハウジング１２への振動と摩擦の如何なる伝達も最小化する。速度変換器３０及び取付けられた容器９０は、ソノトロード２８から螺合解除することにより、洗浄又は保管のためにソノトロード２８からこのように取り外すことができる。速度変換器３０がソノトロード２８に結合されたとき、音響アセンブリ２０からの超音波エネルギーは容器９０の底部９４へ伝達する。容器９０内に置かれたベーピング液体又は固体には、噴霧化のために速度変換器３０により、このようにエネルギーを与えることができる。本実施形態において使われるそのようなベーピング液体又は固体は、高い粘度を有する典型的にはゲル状又はワックス状であり、図１に説明した芯７６を通じて自由に流れることはない。

容器９０及び取付けられた速度変換器３０は、単独の金属材料、例えばチタニウム、ステンレス鋼又はアルミニウムから製造することができる。これに代えて、容器９０と速度変換器３０とは、接着剤又はファスナーで一緒に取り付けられた別々の構成要素である。いずれにせよ、容器９０及び速度変換器３０は、容器９０と速度変換器３０との間の緩みや摩擦を可能とすることなく、音響アセンブリ２０からタンクの底部９４まで超音波エネルギーの最大の伝達を可能とする方式で取り付けられねばならない。如何なる緩み又は摩擦は、聴覚的で望ましくない高ピッチの摩擦雑音をもたらす。変換器が現在利用可能であり、歯石除去器及び外科用ナイフなどの幾つかの装置で使用されており、既存のデバイスは以下の特許に図示及び説明されている。すなわち、米国特許第６２７８２１８号、米国特許第５７０２３６０号、及び米国特許第８２５７３７７号である。

設計の３つの改善又は実施形態がある。第１の一つは液体向けであり、ｅタバコに最も適用可能である。他の２つは、濃縮物とＴＨＣワックスにより相応しい。

液体のための実施形態１：第１の実施形態のために、最も重要な構成要素又は方法は、芯を用いるタンクから変換器への液体の送達である。医療用の超音波ネビュライザーは、芯を使用しない。それらの殆どは変換器を有しており、これは液体を満たすために直接に容器に取り付けられる。芯を用いることは変換器への液体の量を制限し、これは噴霧化のためにまさしく充分である。既存のネビュライザーのような容器を使うことは、変換器が液体の深さを通じてエネルギーを伝達するくらい強力でなければならないことが要求されるが、この改良された設計で必要とされるのは、より少ない力である。

実施形態２：第２の実施形態のために、ＴＨＣを噴霧化するためにシリコンを使用することは、変換器からのエネルギーがシリコンを通過することができ、ＴＨＣを熔解させて次いで噴霧させるので、大きな発見であるが、シリコン材料を緊張させることが重要である。

硬質材料、例えば金属、ガラス又はセラミックは働かないことに注意すべきであり、変換器は材料を引っ掻き、可聴な甲高い音を生成する。プラスチックであるならば、超音波溶接機とほぼ同じように、変換器はプラスチックを実際に溶融させて切り開く。シリコンには、ＴＨＣ材料はシリコンに貼り付かないので、洗浄をより容易にするという他の利点がある。

実施形態３：第３の実施形態は実施形態２（シリコン）を改良して、変換器に取り付けられた金属容器を有しており、二つの部品の間の摩擦が殆どないようにして、音を低減若しくは消音する。

代表的なネビュライザーの機能は、変換器のプローブ（又は速度変換器）より上の液体の量に直接に関係している。プローブの上方の液体の量がより厚いと、変換器は噴霧化を引き起こすために音響エネルギーを液体の表面に送達するためにより強力である必要がある。

必要とされる力の量を最小にするためには、液体の薄膜が望ましく、より少ないエネルギー（したがって、より小さなバッテリー）は液体を噴霧化するのに充分であり、好ましい芯はプローブへまさに充分な液体を導くので、プローブ上に大きな水溜まりが形成されない（すなわち、大きな水溜まり＝厚い量＝液体の厚みを通じて送達するのに不充分なエネルギー）。

反対に、芯が濃密過ぎるならば、最適蒸気出力のために充分な液体がプローブに導かれない。芯の液体流量は、芯の密度、多孔性、及び／又は芯の直径を圧縮することによって調整することができる。

本発明の詳細な実施形態が開示されたが、開示された実施形態は単に本発明の例示であって、これは様々な形態で実施することができ、開示された特定の構造及び機能的詳細は、制限として解釈されるものではなく、単に請求項の根拠として、また、当業者に、実質的に任意の適切で詳細な構造で広範に本発明を使用することを教示するための代表的な基礎として解釈される。使用される名称、見出し、用語及び語句は、主題若しくは範囲を制限することを意図しておらず、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供する。本発明は、本発明の他の部分と結合されるとき、独立して本発明の全機能の一部の役割を果たして、システム・レベル機能に寄与する幾つかの下位部分から成る。用語「a」又は「an」は１つ又は１つよりも多いことを規定する。用語「複数」は２つ又は２つよりも多いことを規定する。用語「他方」は少なくとも第２若しくはそれよりも多いことを規定する。用語「含む」及び／又は「有する」ことは、備えることを規定する（すなわち、開放的な言葉遣い）。用語「結合された」接続されたことを規定するが、直接的である必要はなく、機械的である必要はない。

特定の機能を実行する「ための手段」若しくは特定の機能を実行「する段階」を明示しない請求項中の何れの構成要素は、米国特許法第１１２条第６項に規定された「手段」又は「段階」条項として解釈する。特に、本明細書の請求項における「段階」の使用は、米国特許法第１１２条第６項の規定を行使することを意図するものではない。

参照による編入：本明細書に記載の全ての出版物、特許、特許出願及びインターネット・ウェブサイト・アドレスは、個々の出版物、特許又は特許出願が参照によって組み込まれることが特に個別に示されているならば、参照によりここに組み込まれる。すなわち、米国特許出願第６１/９２１,９０６号（２０１３年１２月３０日出願）、同第６１/９２８,８２３号（２０１４年１月１７日出願）、同第６１/９２８,７９７号（２０１４年１月１７日出願）、同第１４/２７１,４４２号（２０１４年５月６日出願）、及び同第１４/２７２,４１４号（２０１４年５月７日出願）、米国特許第６２７８２１８号、米国特許第５７０２３６０号、米国特許第８２５７３７７号、米国特許第６３２５８１１号、米国特許第５９５４７３６号の全ては、参照によって全体が組み込まれている。

Claims (13)

1. 容器内の液体を超音波噴霧化する装置であって、
   電源付きのハウジングを備え、
   このハウジングは、マウスピースと、噴霧化するための液体を有する前記容器とを有し、
   前記容器は前記ハウジング内に配置された超音波変換器におけるプローブへ液体を導くための芯を有し、
   前記プローブは芯に係合して、１０マイクロメートルを超える置換を可能とし、
   前記超音波変換器は、前記電源と信号発生器とに接続され、
   起動されたとき、前記超音波変換器は前記プローブを振動させて前記芯からの液体を噴霧化させ、この噴霧化された液体の蒸気は前記マウスピースを出る装置。
2. 請求項１の装置において、前記電源が内部のバッテリー又は外部電源であり、前記超音波変換器は、起動スイッチ又は起動ボタンにより起動される装置。
3. 請求項１の装置において、前記容器が前記ハウジングから取り外し自在である装置。
4. 請求項１の装置において、前記超音波変換器が複数の圧電素子、変換部、アンビル支持部材及びソノトロード増幅部材とを有し、前記超音波変換器は音響的に結合されている装置。
5. 請求項１の装置において、前記ハウジングが、前記超音波変換器から前記ハウジングへ発せられる振動を抑制する音響絶縁体を有する装置。
6. 柔軟な底部膜と少なくとも１つの堅固な側壁とを有する容器内の物質を超音波噴霧化する装置であって、
   電源付きのハウジングを備え、
   このハウジングは、マウスピースと、噴霧化するための物質を有する前記容器とを有し、
   前記ハウジングは前記超音波変換器を有し、これは柔軟な底部膜と交信し、
   前記超音波変換器は、前記電源と信号発生器とに接続され、
   起動されたとき、前記超音波変換器は前記容器の前記柔軟な底部膜を振動させて、物質を噴霧化させ、この噴霧化された物質の蒸気は前記マウスピースを出る装置。
7. 請求項６の装置において、前記電源が内部のバッテリー又は外部電源であり、前記超音波変換器は、起動スイッチ又は起動ボタンで起動される装置。
8. 請求項６の装置において、前記超音波変換器が複数の圧電素子、変換部、アンビル支持部材及びソノトロード増幅部材とを有し、前記超音波変換器は音響的に結合されている装置。
9. 請求項６の装置において、前記ハウジングが、前記超音波変換器から前記ハウジングへ発せられる振動を抑制する音響絶縁体を有する装置。
10. 容器内の物質を超音波噴霧化する装置であって、
    電源付きのハウジングを備え、
    このハウジングは、マウスピースと、噴霧化するための物質を有する前記容器とを有し、
    前記ハウジングは前記超音波変換器を有し、これは前記容器と一体的であり、
    前記超音波変換器は、前記電源と信号発生器とに接続され、
    起動されたとき、前記超音波変換器は前記容器を振動させて、物質を噴霧化させ、この噴霧化された物質の蒸気は前記マウスピースを出る装置。
11. 請求項１０の装置において、前記電源が内部のバッテリー又は外部電源であり、前記超音波変換器は、起動スイッチ又は起動ボタンで起動される装置。
12. 請求項１０の装置において、前記超音波変換器が複数の圧電素子、変換部、アンビル支持部材及びソノトロード増幅部材とを有し、前記超音波変換器は音響的に結合されている装置。
13. 請求項１０の装置において、前記ハウジングが、前記超音波変換器から前記ハウジングへ発せられる振動を抑制する音響絶縁体を有する装置。

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