JP3547132B2 - 超音波によるマイクロスプレー用ポータブル装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は超音波発生器、マイクロスプレーすべき液体の表面付近の少なくとも１点上に超音波を集束させるための手段、微小滴形成用チェンバー及び生成する微小滴を拡散させるための手段を包含するマイクロスプレー用装置に関する。
背景技術
慣用の治療では治療すべき身体部分、通常は鼻、のどまたは気管支のような体内部分に微小滴を施す必要がある場合、スプレー装置がかなり使用される。
加圧下にノズルを用いる気化器または円錐を用いる圧電スプレーのような機械的スプレー化に基づく慣用のスプレー装置では、ある種の治療に有効であるに充分なほど小さい直径の微小滴を得ることができない。
ここ数年微小滴のミストを生成させるために超音波スプレー技術が用いられてきている。この技法では、超音波は液体浴中電気機械変換器を用いて生成される。超音波ビームは水−空気インピーダンス中断が“音響ファウンティン”と呼ばれる液体ジェットを生成する。この現象は空洞形成またはジェット毛細管波の共鳴により生成される寸法３〜６μｍの微小滴のミストを伴う。
上記技法はフランス特許89−16.424号に出願されており、そこでは超音波を使用して液体溶液をマイクロスプレー化して滴小滴となして医学的前提における滅菌化するための消毒剤産物ミストを形成する方法および装置が記載されている。しかし前記特許に記載された種類の装置は、超音波が液体内部で伝達されるゆえマイクロスプレー化には大量の液体を必要とするという欠点がある。マイクロスプレーすべき液体が相当な量なので、液体を予熱するためのシステムを見越して予見することが必要である。従ってかかる装置は嵩高く、ムダが多くそして使用に際し高い注意を払う必要がある（アッセイ、無菌化、清浄化、加熱温度・・・・）。
この欠点はマイクロスプレー用液体とは異なる伝播媒体中に超音波を集束させることにより一部分低減されている。すなわち、ドイツ特許DE−Ｂ−1.003.147号では、マイクロスプレー化が起こるべきポイントと一致する中心に環状の超音波波発生器を用いて超音波を集中させることにより集束を起こさせている。
他の種類の集束には、米国特許第3,433,461号記載のフレスネル（Fresnel）型レンズを用いる超音波集中システムの使用が包含される。
これらシステムのすべては集束点で良好なスプレー化を得るには超音波分野の非直線性を用いている。基本的周波数（発生器励起周波数）、上方調和および下方調和の間のエネルギー分布は伝播媒体の伝播距離と共に変動する。従って集束点で最大可能効果を得るには超音波の伝播距離は最小でなければならない。
その結果として、前出の特許に記載されるシステムは嵩高くて持運びできる装置としての使用は意図されていないという欠点がある。
その上、ドイツ特許DE−Ｂ−1,003,147号におけるような伝播液体によるかまたは米国特許第3,433,461号におけるようなフレスネルレンズのいずれかにより、かなりの減衰後に超音波集束点で充分なエネルギーを得るには比較的強力な超音波発生源がなければならないので、超音波を発生させるには多大な量のエネルギーを必要とする。これがなぜ前記した装置が外部発生源に連結されそしてこれらを持運び可能となすための自動エネルギー源が何ら見越しておかれないかの理由である。
発明の開示
したがって本発明は、予熱を何ら要しない小型の、効率的なマイクロスプレー装置によりこれら欠点をとり除くことを目的とする。
本発明の別の目的は、超音波の減衰が最小限まで低減された、超音波を用いるマイクロスプレー装置を提供することである。
本発明のさらにもう一つの目的は、それ自身のエネルギー供給を備え、それにより持運び可能となした、前記したようなマイクロスプレー装置を提供することである。
本発明はマイクロスプレー化すべき液体中のその表面付近の少なくとも１点に超音波を集束させる手段が超音波を減衰させることなく伝播させる媒体でありそしてマイクロスプレーすべき液体が該伝播媒体を含有する容器と別個の貯留器中にある、“音響ファウンティン”型のマイクロスプレー装置に関する。
好ましい形態の記載
本発明のマイクロスプレー装置の好ましい形態を示す図面に言及した以下の記載を読むことにより、本発明はよりよく理解されよう。
図面に示されるとおり、本発明によるマイクロスプレー装置は超音波を減衰させることなく伝播させる媒体13を含有するセル12を備えたパッケージ10を包含する。キャビティ14は圧電変換器のような電気機械的変換器16により閉じられる。変換器16はバッテリー20上を走行する電子回路18により１〜５メガヘルツの周波数を供給される。次に変換器16はセル12中で超音波を発生する。図面中矢印で示されるこれら超音波は放物線様型または放物線状円筒型の適切な反射表面22により集束される。超音波はマイクロスプレーすべき液体を含有するカセット24を通って送られて該液体中の表面付近の１点で集中する。こうしてジェット形状の“音響ファウンティン"26がカセット24の開口部28の上方でマイクロスプレーすべき液体の表面上に形成される。このジェット26は最小の直径３〜６μｍを有する比較的均一な微小滴30のミストを発生する。このミストはベンチレーター36により吸入者または拡散器の方へ移動する。
ここでは反射表面22は放物線型であるが、用いられる周波数（基本および調和）は放射理論を用いるに充分には高くはないにしても（曲げ半径に比較して波長が高すぎ）、波長等式に関連した積分放射等式を計数的に解くことによりこの表面の形を最適化することができる。
超音波を伝播させるための媒体13は適正な速さの音響波を得るため、および前記装置に重量付加することがないように、１に近い低密度の流体である必要がある。この媒体は超音波を伝播媒体中に伝播させるのに最短可能距離を用いることにより集束点で最大可能効率が得られるように高い非直線比を有しなければならない。このものは非圧縮性で、ポアソン比0.49以上を有し、そして1dB/cm以下の低い超音波減衰量でなければならない。従って、媒体中で超音波によりカバーされる距離が4cm（ポータブル装置にとって良好な距離）である場合、減衰は4dBであろう。これらの特性を有する物質にはダウ コーニング（Dow Corning）Q7 2168ゲルまたはQ7 2218ゲルと一緒にQ7 2167ゲルのようなポリジメチルシロキサン型シリコーンゲル、またはアクリル性“スポンジ”型アクリルゲル、またはポリアクリルアミドが包含される。
伝播媒体としての前記特性を有する液体の使用は、漏出の問題あるいはそれらの反射が原因で音響波の伝播を妨げる空気バブルの存在と結びついた問題がある場合は避けるべきことに注意すべきである。
図面に示されるマイクロスプレー装置はマイクロスプレーすべき液体用にたった１個しか貯留器を有しないが、該装置はマイクロスプレー用の異なる液体を含有するかおよび異なる特性を有する幾つかのかかる貯留器を有することができ、これらは本発明の範囲内にある。同様に、超音波発生器が広い帯域を有する変換器であって前記装置を広範囲のマイクロスプレー用液体に適合できるものであるマイクロスプレー装置を設計することもできよう。
カセット24の末端で、変換器16により発生され表面22により反射された超音波が、セル12中の伝播媒体と同一またはそれに非常に近接した音響インピーダンスを有する物質で作られた膜34を横断することに注意すべきである。この膜は圧縮成形により成形された単一成分シリコーンエラストマーまたは射出により成形されたシリコーンエラストマーで作られているべきである。従って、超音波の減衰はカセット24の内側でマイクロスプレー用液体の横断時にのみ起こりうる。このように残存する超音波は集束点付近で最も効果的なまま残り、それによりマイクロスプレー用液体を予熱する必要を排除できる。その上、超音波を減衰させることなく伝達するための物質を含有するセルがマイクロスプレー用液体と分離して存在するので、マイクロスプレー用液体を大量に必要とすることがない。
本発明による装置は自動性で、マイクロスプレー用液体がより少量であることおよび予熱の必要がないおかげで嵩がなく、そしてそれゆえポータブル装置として使用できることが判るであろう。装置中には超音波を伝播させるための物質が永久に存在するため何ら滅菌または清浄化を必要としない。その上、カセットを容易に取り替えることができるので、種々の液体のマイクロスプレー用に使用できる。特に直径５μｍ以下の均一な微小滴を必要とする肺および耳鼻咽頭科での適用に良好に適合する。

Claims (8)

1. 超音波発生器、超音波を集中させるための手段、1dB/cm以下の超音波減衰係数を持つ、マイクロスプレーされる液体の表面付近の少なくとも１つの点に向けて前記超音波を伝播するための媒体、微小滴形成用チャンバーおよび生成した微小滴を拡散させるための手段を内包する微小滴形成用のマイクロスプレー用装置であって、前記マイクロスプレーすべき液体は前記伝播媒体を含有するセルとは別個の貯留器内に保持されるマイクロスプレー用装置において、超音波の伝播のための前記媒体は高い非線形比と0.49以上のポアソン比を有するゲルであることを特徴とする装置。
2. 超音波の伝播のために使用される前記ゲルはシリコーンゲル、アクリルゲル又はポリアクリルアミドであることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。
3. マイクロスプレーすべき液体を含有する前記貯留器が前記超音波を伝播するのためのゲルを含有するセルの上方に位置し、かつ超音波が前記貯留器の底を横切る場所に、前記伝播媒体と同じ音響インピーダンスを有する物質で作られた壁を有することを特徴とする請求の範囲１または２記載の装置。
4. マイクロスプレーすべき液体を含有する前記貯留器が取り替え可能なカセットであることを特徴とする請求の範囲1,2または３記載の装置。
5. 前記超音波発生器が圧電変換器であることを特徴とする請求の範囲1,2,3または４記載の装置。
6. 種々のマイクロスプレーすべき液体を含有する幾個かの貯留器および種々の特性を有する幾個かの変換器を包含することを特徴とする請求の範囲1,2,3,4または５記載の装置。
7. 前記超音波発生器が帯域の広い変換器であり、それにより広範囲のマイクロスプレーすべき液体に適用できることを特徴とする請求の範囲1,2,3,4,5または６記載の装置。
8. 前記超音波発生器がバッテリーの如き自立的な電力供給によってエネルギーを与えられ、それにより装置を持運び可能としていることを特徴とする請求の範囲1,2,3,4,5,6または７記載の装置。

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