研究開発された技術紹介

超音波駆動メッシュ式ネブライザ（薬液噴霧器）に搭載されるマイクロミスト発生用金属メッシュを開発した。超音波噴霧の流体解析【山形大学】をもとに3次元形状多段レジスト（感光性樹脂）の電鋳型を作製し【山形県工業技術センター】、精密電鋳めっき【スズキハイテック株式会社】により新たな機能を有する金属メッシュを実現した。開発したメッシュは、最適な噴霧粒子径の制御が可能であり、既存メッシュで噴霧が困難であった薬液も効率的に噴霧できることから、小児喘息、気管支炎、COPDなど呼吸器疾患において高い治療効果が期待されるものである。

【従来技術】
（課題1）既存の金属メッシュは、特定の薬液噴霧が可能であるが、粘度や表面張力など液性の異なる薬液では最適な噴霧ができないため、携帯型機器（職場や学校、外出先での活用、在宅治療）で効果的に治療できない。
（課題2） 既存メッシュは穴径のバラツキが大きく噴霧品質が低い。
（課題3） 治療部位により粒径を制御したいが、既存メッシュでは対応できない。
【新技術】
（解決策）
　・超音波噴霧解析による金属メッシュ設計技術の構築。
　・任意の3次元形状多段レジスト(電鋳型)を形成するための新たなMEMS露光技術の確立。
　・大面積で均一性が高い精密電鋳めっき技術の確立。
　以上の検討により、これまで噴霧が困難だった薬液が効率的に噴霧可能であり、噴霧粒子径の制御及び、均一な噴霧を実現できた。

【1】ネブライザの高機能化と物理的諸特性の向上
　・噴霧量・粒子径分布に影響する超音波噴霧の理論体系構築
　・メッシュ噴霧設計ツール構築(3次元・軸対称・準1次元モデル)
　・粒径可選択且つ噴霧量50%増のメッシュ穴形状諸元完成
【2】高精度の3次元構造レジスト形成プロセスの確立
　・3次元フォトリソグラフィ工法確立(ムービングフォーカス、波長選択)
　・高性能噴霧を実証した5種類のレジスト形状創成(メッシュの型)
【3】精密電鋳めっき技術によるメッシュ品質向上と低コスト化
　・マルチ噴流電極アクティブ電鋳法確立、従来比4倍以上の生産性
　・携帯型ネブライザで高粘度・低表面張力の薬液に対応(世界初)
　・肺に到達する治療効果の高い粒子径3µmメッシュ開発(世界初)

【論文発表】日本機械学会 第97期 流体工学部門 講演会、2019年11月7-8日、豊橋
（論文名）超音波噴霧メッシュ穴からの液滴形成過程の数値シミュレーション
（著者名）山形大学 中西為雄・小坂勘太、スズキハイテック株式会社 齋藤 潤一・三澤 孝夫、山形県工業技術センター渡部善幸
【論文発表】日本機械学会第98期流体工学部門講演会前刷り集，OS06-20，2020年11月
（論文名）超音波噴霧における複数メッシュ穴からの液滴形成過程の数値シミュレーション
（著者名）山形大学 中西為雄・小坂勘太、スズキハイテック株式会社 齋藤潤一・三澤孝夫・ぺトルス ヤサヤ サモリ、山形県工業技術センター 渡部善幸・加藤睦人
（論文名）正弦波圧力振動による平行円板間流れに関する研究
（著者名）山形大学 中西為雄・加藤俊哉・小金澤尚良、スズキハイテック株式会社 齋藤潤一・三澤孝夫・ぺトルス ヤサヤ サモリ、山形県工業技術センター 渡部善幸・加藤睦人
【論文発表】日本機械学会 第 36 回数値流体力学シンポジウム A02-3 2022年11月
（論文名）正三角形に配置された7つのメッシュ穴からの超音波噴霧の数値シミュレーション
（著者名）山形大学 中西為雄・小田 慎介・中野 麗、スズキハイテック株式会社 齋藤潤一・三澤孝夫・ぺトルス ヤサヤ サモリ

【特許出願】
（特許超出願日）令和4年7月27日
（出願番号）特願022-119702
（発明の名称）噴霧装置用メッシュ部材及び超音波液体噴霧装置

本事業はネブライザーによる超音波噴霧での活用を目標に進めてきた。実用化する新技術は汎用性があり、サブミクロン精度の3Ｄ自由形状微細加工を活用する分野、あるいは超音波噴霧を活用する分野など、幅広い産業分野に技術革新を起こすことができる。当初展開を想定していなかった応用先も見つかり今後も新たなニーズや展開が期待されるものである。本事業の成果は、流体設計・3D形状レジスト形成・精密電鋳・超音波噴霧の4点が一体となった技術であるが、個々の要素技術においてニーズがある。【マイクロミストの発生】、【3D形状微細電鋳】、【3D形状レジスト】は具体的な試作依頼のあったものであり、今後も広く展開、応用を検討していく。

医療用超音波駆動メッシュは川下の大手企業と具体的な開発打合せをスタートしたところである。
一方、本技術を応用した【マイクロミストの発生】、【3Ｄ形状微細電鋳】、【3Ｄ形状レジスト】の要素技術に対して、医療を含めた幅広い分野からの引き合いがあり、3次元フォトリソグラフィと精密電鋳めっきを組み合わせ、MEMS微細加工の試作開発を推進しているところである。
（MEMS微細加工1）噴霧用メッシュ・狭ピッチフィルタ・光学フィルタ、病理学用フィルタ 
（MEMS微細加工2）バイオミメティクス金型スタンパー（生体模倣技術） 
（MEMS微細加工3）マイクロ流路・インクジェット用ノズル・フォトマスク、メタルマスク 

世界初のあらゆる薬液に対応し、世界初の肺まで届く治療効果の高い、平均粒子径3μmの超微細粒子を実用化した。特に乳幼児の負担を軽減し、突然の発作を気にせず、いつでも、どこでも、生き生きと暮らせる社会環境を目指し、新技術の社会実装を進めていく。また波及効果としてはサブミクロン精度の3D自由形状微細加工を活用する分野、あるいは超音波噴霧を活用する分野など、幅広い産業分野に技術革新をもたらす可能性を秘めている。

・超音波駆動メッシュ式ネブライザ用メッシュの事業化展開の課題として顕在化していることは、コロナ禍によるネブライザ市場の一時的な停滞である。科学的に立証されているわけではないが、ネブライザ治療時のマイクロミストによる、コロナウイルス飛沫拡散の恐れ（日本環境感染学会の対応ガイド）がある。市場動向を注視しながら、川下の大手企業と連携し着実に事業化を進めていく。
・噴霧のニーズは幅広い業種にあり、またMEMS微細加工は想定外の分野・大企業から試作依頼を受けている。今後、本事業の成果を存分に活かして順次実用化、事業化を進めていく。