(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水、薬液、化学溶液などの霧化用液体を収納する液タンクと、この液タンクに装着される超音波振動子と、上記超音波振動子を駆動する駆動回路とを備え、上記超音波振動子を駆動することにより、上記霧化用液体の霧状微粒子を生成し、噴霧する超音波霧化装置において、
上記液タンクは、霧化用液体が接触する壁部及び底部とをなだらかな連続した面に形成されてなり、
上記超音波振動子は、上記液タンクの底壁面の下側面に対して当該底壁面の面積とほぼ等しい接触面積を有し、中央にボルト挿通孔を有し、当該ボルト挿通孔を上記液タンクの底壁面の下側面に設けたボルト螺合部に挿通し、上記液タンクの底壁面の下側面と当該超音波振動子の下側面に配置した押圧板または押圧板を介在させた締結具を上記ボルト螺合部に締結することにより、超音波振動子を液タンクの底壁面に対して加圧し固定していることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項２】
上記超音波振動子は、上記液タンクの底壁面への上記押圧板の締結圧力を調整することにより、振動周波数を調整可能としたことを特徴とする請求項１記載の超音波霧化装置。
【請求項３】
上記液タンクは、当該液タンク内に開口し、当該液タンクの開口面積に対して小さい開口面積を有し、上端部が当該液タンクに接続され、上記超音波振動子が締結される底壁面を備えた短筒部を有し、
かつ、上記液タンクは、薄板により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波霧化装置。
【請求項４】
上記液タンクは、ステンレス薄板、チタン薄板、セラミックのうちいずれか１種より形成されてなることを特徴とする請求項３記載の超音波霧化装置。
【請求項５】
上記液タンクは、外方に向けて傾斜した壁部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、超音波振動子により、水、薬液、化学溶液などの液体を霧化し、室内に噴霧する超音波噴霧器（加湿器）、あるいは患者が吸引する霧状微粒子を生成する超音波吸入器などに適用し、特に衛生面において優れた超音波霧化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来の超音波霧化装置は、液タンクの底部に超音波振動子を露出して取り付け、この超音波振動子により、液タンクに充填された霧化用液体を霧化するものが提案されている。しかし、上記の超音波霧化装置においては、超音波振動子を弾性体で挟持し、さらに液タンクにシール部材によって液密に接合しているため、液微粒子生成に際し、非常に高い振動数で振動する超音波振動子の振動および発熱によって、弾性体やシール部材が破壊され、破断片が液中に混入し、霧化用液体を汚染するという問題があった。また、霧化用液体と超音波振動子が直接接触しているため霧化用液体が、薬液や化学溶液などの他の異物や異材を嫌うものである場合には、弾性体やシール部材に含まれる薬剤の溶出による汚染が問題となるため、限られた材料しか使用することができず、多種にわたる薬剤の溶出に対する安全性や高い強度および耐熱性を兼ね備える弾性体はなかった。また、超音波振動子の取付部やシール部の形状が複雑となるため、使用後、液体を完全に除去するのが困難であり、洗浄しても、次回使用時には、前回使用した液体（またはその乾燥した成分）と混ざることになるため、衛生上好ましくないものであった。【０００３】一方、超音波振動子を液面あるいは液中に配置し、この超音波振動子の弾性振動によって霧化用液体を霧化するものが提案されている。この装置においては、上記超音波霧化装置と同様に、超音波振動子が霧化用液体と直接接触するため、上記装置と同様に、霧化用液体の汚染の問題、および使用後、液体を完全に除去するのが困難であるという問題があった。【０００４】これらの問題を解決するものとして、例えば、図９に示されるようなものがある（特開昭６２−２５５７４７号公報図１参照）。図において、１は、超音波霧化装置であり、この超音波霧化装置１は、その下部に開口部を有する液タンク２と、この開口部に超音波振動子３とホーン金具４を接続した振動子ユニット５を接合シール用弾性体６によって液密に接合したものである。７は、霧化用液体７である。この超音波霧化装置１は、図示せぬ駆動用回路によって、超音波振動子３を振動させ、ホーン金具４によって振動を増幅し、霧化用液体７をその液面にて霧化するものである。従って、ホーン金具４は、霧化用液体７に完全に沈めて用いるものである。【０００５】したがって、この超音波霧化装置１においては、超音波振動子３とホーン金具４を一体の振動子ユニット５としたため、霧化用液体７が超音波振動子３に直接ふれることがない。しかしながら、振動子ユニット５は、液タンク２の底部に接合する必要があり、この接合シール用弾性体６が霧化用液体７とふれるため、接合シール用弾性体６に含まれる薬剤が溶出することによる霧化用液体７の汚染が問題であった。また、接合シール６と液タンク２接合部の隙間にのこる霧化用液体７の排除が難しく、使用後、液体を完全に除去するのが困難であり、衛生上好ましくないものであった。【０００６】さらに、霧化する液体と超音波振動子が直接ふれない構成としたものとして、例えば、図１０に示されるようなものがある。（実開昭５６−１１８７６２号公報図２参照）。図において、８は、超音波霧化装置であり、この超音波霧化装置８は、下部に超音波振動子３を接合シール用弾性体６によって組み付けた間接加振用液タンク９と、この間接加振用液タンク９にいれた間接加振液１０と、この間接加振液１０の所定深さまでつかるようにセットした液タンク１１と、この液タンク１１に入れた霧化用液体７からなる。この装置においては、霧化用液体７が超音波振動子３と直接接しないため、霧化用液体７が汚染されることはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−２５５７４７号公報
【特許文献２】実開昭５６−１１８７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】しかしながら、間接加振液は、超音波振動子とふれており、汚染されるので、定期的に交換する必要があった。また、霧化用液体が霧化されるときに間接加振液においてもその一部が霧化し、霧化用液体の霧粒子と混ざるという問題があった。そのため、間接加振液を交換を可能とする一方で、間接加振液を密閉する必要があり、装置が複雑化するなどの問題があった。【０００９】  そこで、本発明は、効率よく霧化用液体を霧化することができ、霧化用液体が汚染されるおそれが無く、かつ、簡単に洗浄可能で衛生的使用を可能とする超音波霧化装置であって、液タンクへの超音波振動子の接合を確実なものとすると同時に、大出力化、駆動周波数のチューニング等を可能とした超音波霧化装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、水、薬液、化学溶液などの霧化用液体を収納する液タンクと、この液タンクに装着される超音波振動子と、上記超音波振動子を駆動する駆動回路とを備え、上記超音波振動子を駆動することにより、上記霧化用液体の霧状微粒子を生成し、噴霧する超音波霧化装置において、上記液タンクは、霧化用液体が接触する壁部及び底部とをなだらかな連続した面に形成されてなり、上記超音波振動子は、上記液タンクの底壁面の下側面に対して当該底壁面の面積とほぼ等しい接触面積を有し、中央にボルト挿通孔を有し、当該ボルト挿通孔を上記液タンクの底壁面の下側面に設けたボルト螺合部に挿通し、上記液タンクの底壁面の下側面と当該超音波振動子の下側面に配置した押圧板または押圧板を介在させた締結具を上記ボルト螺合部に締結することにより、超音波振動子を液タンクの底壁面に対して加圧し固定していることとしたものである。さらに請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加え、上記超音波振動子は、上記液タンクの底壁面への上記押圧板の締結圧力を調整することにより、振動周波数を調整可能としたこととしたものである。さらに請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明に加え、上記液タンクは、当該液タンク内に開口し、当該液タンクの開口面積に対して小さい開口面積を有し、上端部が当該液タンクに接続され、上記超音波振動子が締結される底壁面を備えた短筒部を有し、かつ、上記液タンクは、薄板により形成されていることとしたものである。さらに請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明に加え、上記液タンクは、ステンレス薄板、チタン薄板、セラミックのうちいずれか１種より形成されてなることとしたものである。さらに請求項５記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明に加え、上記液タンクは、外方に向けて傾斜した壁部を有することとしたものである。
【発明の効果】
【発明の効果】【００１１】
本発明にかかる超音波霧化装置は、液タンクの底壁面の下側面と超音波振動子の下端側に配置した押圧板とで超音波振動子を加圧し挟持することにより、液タンクの底壁面に対し、超音波振動子が強制的に接合されるため、接着剤を使用する必要が無く、超音波振動子が外れるなどの不具合を防止することができ、長時間連続で高周波数で加振するような過酷な使用であっても、超音波振動子を液タンク底壁面の下側面に対し、確実な接合状態におくことができる。さらに、押圧板自体やロックナットなどの締結具を、上記液タンクの底壁面の下側面に設けたボルト螺合部に締結し、当該ボルト螺合部に挿通され挟持される超音波振動子を加圧することにより、確実な接合を実現できることに加え、上記押圧板の液タンクの底壁面への締結圧力を調整することにより駆動周波数のチューニング等を可能とすることができる。また、はずれる恐れがないので、大出力で駆動することができる。さらに、超音波振動子が、液タンクの底壁面の下側面に対し、当該底壁面の面積とほぼ等しい接触面積を有していることにより、霧化用液体が少なくなっても、残る霧化用液体のほとんどすべてが超音波振動子の直上にあるため、ほとんどすべての霧化用液体を霧化することができるので、正確な量を霧化することが可能である。さらに、液タンクを、外方に向けて傾斜した壁部と底部から構成することにより、超音波振動子の直上に存在できる霧化用液体を多くして、阻害要因となる超音波振動子直上に存在しない霧化用液体の割合を少なくすることができるので、より霧化効率の良いものとすることができる。さらに、液タンクを霧化用液体に対して汚染の心配のない素材とし、霧化用液体が接触する面について、液タンクの底部と壁部とを間断無い連続体としているため、洗浄が容易であり、さらに、霧化用液体が入り込む部位が無いので、完全に霧化用液体や洗浄液を排除することができるので、衛生的であるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図面の簡単な説明】【００１２】
【図１】本発明に係る超音波霧化装置の基本構成を示す概略断面参考図である。
【図２】図１における液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。
【図３】比較例における液タンクの断面図および、参考例における液タンクの断面図である。
【図４】本発明に係る超音波霧化装置の実施例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。
【図５】図４における要部拡大断面図である。
【図６】本発明に係る超音波霧化装置の参考例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。
【図７】本発明に係る超音波霧化装置のさらに他の参考例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。
【図８】本発明に係る超音波霧化装置の他の実施例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。
【図９】従来の霧化装置の断面図である。
【図１０】従来の霧化装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【発明を実施するための形態】
【００１３】
【実施例】
【００１４】図１は本発明に係る超音波霧化装置の基本構成を示す概略断面参考図であり、図２は、図１における液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。図において、２０は超音波霧化装置であり、２１、２２はそれぞれ、上ケース、下ケースを示す。この上ケース２１は、フィルターを備えた送風ファン部２３と送風ファン部２３によって導入された風を導く導風板２４を有している。一方、下ケース２２は、下面に超音波振動子３を接着固定し、保持用弾性部材２５にて、ケース本体に弾性的に支承される液タンク２６と、超音波振動子用の駆動回路２７を内蔵している。なお、これらの図の記号については、従来技術と基本的に同一構造であるもについては、同一符号を付し、説明を簡略化する。上記液タンク２６はステンレス製薄板を絞り加工にて、取付け用フランジ部２８および平滑な底部２９、上方に向かって漸次拡径する開口をなす壁部３０を構成する略カップ形状として成形し、底部２９と壁部３０の接続部３１は、なめらかなＲとして連続に接続している。【００１５】そして、上記超音波振動子３は液タンク２６の平滑な底部２９とほぼ一致する大きさで製作されている。これは、霧化に有効に働く超音波振動は、超音波振動子の直上方向域に限られるためである。また、耐薬品性、防錆性に優れるステンレス製薄板を液タンク材に用いることにより、長期にわたって、霧化用液体の汚染の心配のないものとすることができる。また、本実施例においては液タンク材としてステンレス薄板を用いたが、同様に耐薬品性、防錆性に優れるチタン材やセラミックス材によっても同様の効果を得ることができる。また、絞り加工にて液タンクを作成したが、本発明の効果を奏するものであれば、切削加工、接合、型成型などによって、作成しても良い。その場合、すくなくとも、霧化用液体７を充填する液タンク内面については、間断無い連続した面とする必要がある。【００１６】次に、後述する霧化効率試験に使用する比較例と参考例を図３を用いて説明する。図において、図３（Ａ）は、比較例における液タンク３２の断面図である。（Ｂ）は、参考例における液タンク３３の断面図である。液タンク３２は、開口部直径３４ｍｍ、深さ１５ｍｍの寸胴型の液タンクであり、その底部中央に直径１２ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの超音波振動子を接着固定している。一方、液タンク３３は、開口部直径３４ｍｍ、底部直径１２ｍｍ、深さ１５ｍｍのテーパ開口型の液タンクであり、その底部中央に直径１２ｍｍ、厚さ０、６ｍｍの超音波振動子を接着固定している。これら液タンク３２、３３に接着固定された超音波振動子は、図示せぬ駆動回路を接続している。なお、言うまでもなく、これら超音波振動子および駆動回路は、比較例および参考例とも同等のものを用いている。【００１７】次に、上記の比較例と参考例を用いた霧化効率試験について説明する。まず、霧化用液体４ｃｃを上記液タンク３２、３３に入れる。そして、入力電力２０Ｗ、周波数２．５ＭＨｚで超音波振動子を駆動し、霧化用液体が無くなるまで、駆動する。この霧化試験における結果を表１に示す。【００１８】
【表１】
0004788982.tif 000002
【００１９】上記の試験において、参考例の霧化用液体がほぼ無くなってからも４分以上駆動したが、これ以上減らなくなったため中断した。上記試験の結果より、同一液量、同一電力において、霧化量については、参考例が比較例の１．５倍あり、実施例の方があきらかに効率がよい。これは、霧化に有効に働く超音波振動は、超音波振動子の直上方向域に限られるためである。つまり、超音波振動子の直上方向の空間３４に存在する霧化用液体には、超音波振動子による振動が効果的に働くが、空間３４以外に存在する霧化用液体は、超音波振動子に対して負荷となり、超音波振動を阻害する。よって、より負荷が小さい、言い換えれば、空間３４以外に存在する霧化用液体が少ない実施例の方が高効率であるといえる。【００２０】また、残液量については、比較例は０．３ｃｃまで減った時点からほぼ減らなくなったのに対し、参考例は、ほぼ全量霧化しており、最後まで使い切ることが可能であるといえる。これは、薬品等の極少量を霧化する吸入器に適用する場合や、決められた量を正確に霧化する必要がある場合などに特に有効である。【００２１】図４は本発明に係る超音波霧化装置の実施例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図であり、図５は、図４における要部拡大断面図である。図において、３５は液タンクであり、３６は、超音波振動子である。この超音波振動子３６は、周波数電圧の印加によって伸縮を行うセラミック３７と、絶縁体３８、３９との積層体であり、さらに図示せぬ電極が設けられている。４０は押圧板である。上記超音波振動子３６および押圧板４０の中央には、ボルト挿通孔が設けられ、このボルト挿通孔に、上記液タンク３５の底部に一体的に設けられたボルト螺合部４１を通し、上記超音波振動子３６、および押圧板４０をロックナット４２にて、所定トルクにて、この振動子を加圧状態で液タンク３５に螺合している。このボルト螺合部４１は、液タンク３５の底面に溶接によって、固定される。なお、絶縁体３８、３９は、押圧板４０やボルト螺合部４１、ロックナット４２が超音波振動子３６の電極と短絡しない構成となっていれば省略することができる。また、上記実施例においてはセラミックを１層としたが、得たい振幅など設計要因に従い、複数層重ねてもよく、これは他の実施例においても適用することができる。【００２２】一般に超音波振動子は、長時間連続で高周波数で加振した場合、自己発熱によって、昇温することが知られている。超音波霧化装置においても、特に極微粒子を生成する場合には、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の超音波振動となるため、１００〜１２０℃以上に昇温する。通常の接着剤は、ガラス転移温度Ｔｇが１２０℃程度であるため、接着剤は熱によって劣化し、剥がれる原因となることがある。上記実施例においては、超音波振動子３６が液タンク３５に強制的に接合されるため、接着剤を使用する必要が無い。したがって、接着剤の劣化によって、超音波振動体がはずれるなどの不具合を防止することができる。また、超音波振動子３６は、締結時の加圧状態を調整することによって、振動周波数を調整することができる。具体的には、所定の締め付けトルクにて、ロックナット４２を締め、押圧板４０に締結圧力を加えることにより、超音波振動子３６を加圧状態とし、所望の振動周波数に調整することができるのである。なお、超音波振動子３６が接着剤のＴｇ以下で使用できる場合には、超音波振動子を液タンク底部に締結する際に、密着度の向上のため、接着剤を併用しても良いことはもちろんである。【００２３】図６は、本発明に係る超音波霧化装置の参考例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。図において、４３は図２に示す液タンク２６にその底壁面の下側面よりも大きな上面積を有する超音波振動子４３を接合したものである。この場合においても、超音波振動子４３と液タンク２６の底壁面の下側面との接触面積は、液タンク２の底壁面の下側面の面積とほぼ同じであるが、超音波振動子自体の面積が液タンク底部の面積と同等であるものに比べ、超音波振動子４３自体の面積は大きいので、より高い電圧が入力可能である。よって、より高い周波数またはより大きい振幅で振動させることができる。【００２４】図７は本発明に係る超音波霧化装置の参考例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図である。図において、４４は液タンクである。この液タンク４４は、底部４４を有する短筒部４６と、この短筒部上端から上方に向け漸次拡径するテーパー部４７とからなり、この短筒部４６とテーパー部４７を滑らかに接続したものである。この底部４５および短筒部４６の径は、超音波振動子３とほぼ同径とし、また、この底部４５と短筒部４６は滑らかなＲにて接続されている。本実施例においては、この短筒部４６を設けることによって、液タンク４４の容量を増やすことができる。ただし、この短筒部４６の深さを深くしすぎると、洗浄しづらくなるため、この短筒部４６の深さは、洗浄に差し支えない程度の深さ以下である必要がある。【００２５】
さらに、図８は、図７に示す参考例に本発明を適用した超音波霧化装置の実施例であり、当該実施例の液タンクおよび超音波振動子の概略断面図を示すものである。４８は、液タンク底部に図４、５に示す実施例に適用したボルト螺合部を設けたものであり、その他の構成は、図７と同様である。本実施例においては、液タンク４８の容量を増やすことができると同時に、より大きい出力で駆動可能な超音波振動子を締結することができる。また、図８に示す実施例に図６に示す液タンク底部よりも大きい面積を有する超音波振動子を接合することもできる。また、上記実施例においては、上方に向かい拡径する水平方向円形断面としたが、底部より上方に向かって、テーパー上に開口部を漸次拡大するものであって、上記効果を奏するものであれば、各辺接合部に滑らかなＲを有する多角断面、楕円断面、あるいはこれらを組み合わせた断面形状を有するものであっても良いことはもちろんである。
【符号の説明】
【符号の説明】
【００２６】３，３６，４３  ・・・超音波振動子
２，１１，２６，３２，３３，３５，４４，４８  ・・・液タンク
９  ・・・間接液タンク
【図１】
0004788982.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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