JPH05161877A - 圧電セラミック振動子 - Google Patents

圧電セラミック振動子

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JPH05161877A
JPH05161877A JP3351927A JP35192791A JPH05161877A JP H05161877 A JPH05161877 A JP H05161877A JP 3351927 A JP3351927 A JP 3351927A JP 35192791 A JP35192791 A JP 35192791A JP H05161877 A JPH05161877 A JP H05161877A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
diaphragm
vibrator
piezoelectric
thickness direction
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JP3351927A
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Inventor
Koji Toda
耕司 戸田
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Original Assignee
Individual
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0638—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced by discharging the liquid or other fluent material through a plate comprising a plurality of orifices
    • B05B17/0646—Vibrating plates, i.e. plates being directly subjected to the vibrations, e.g. having a piezoelectric transducer attached thereto
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
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    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
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  • Special Spraying Apparatus (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動板に機械振動を伝達することにより超音
波を発生する圧電セラミック振動子を提供する。 【構成】 圧電振動子１は圧電磁器３と、その厚さ方向
に垂直な両端面に設けられている電極４、５とから成
る。圧電セラミック振動子１は、その電極を有する一方
の端面に舌片状の振動板２を固着することにより、超音
波発生素子を形成する。圧電振動子１は高周波電圧を印
加されることにより励振し、その励振は振動板２に伝達
され、振動板２は振動する。 【効果】 構造が簡単で小型、軽量である。超音波霧化
装置に応用された場合、霧化効率、多量霧化、粒子の微
小性かつ均一性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波電圧で励振され
該高周波電圧の周波数で機械振動をし、表面に一部を固
着され残部をその表面から張り出している振動板に前記
機械振動を伝達することにより超音波を発生する圧電セ
ラミック振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電セラミック振動子の応用例の１つと
して超音波霧化装置がある。従来の超音波霧化装置とし
ては、ボルト締ランジュバン型振動子を応用した超音波
霧化装置およびネブライザーが挙げられる。ボルト締ラ
ンジュバン型振動子による霧化装置は数１０kHzという
周波数の超音波を利用したもので、多量の霧を発生しう
るという長所を有するが、構造が複雑で素子が大がかり
であるという短所をあわせもつ。一方、ネブライザー
は、MHz領域の超音波を利用したもので、粒子が微小で
均一性に優れるという長所を有するものの、霧化効率が
悪く低電力で多量の霧を発生させるのが難しいという短
所をもつ。つまり、従来の超音波霧化装置では、霧化効
率、多量霧化、粒子の微小性または駆動電源コストのい
ずれかにおいて難点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波霧化装置
では、霧化効率、低電力での多量霧化、粒子の微小性ま
たは駆動電源コストのいずれかにおいて難点があった。
【０００４】本発明の目的は、霧化効率、多量霧化、粒
子の微小性かつ均一性、装置が小型かつ軽量であるこ
と、構造が簡単であることおよび駆動電源コストのどの
面からみても満足のできる超音波霧化装置の一部を成す
圧電セラミック振動子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧電セ
ラミック振動子は、高周波電圧で励振され該高周波電圧
の周波数で機械振動をし、表面に一部を固着され残部を
その表面から張り出している振動板に前記機械振動を伝
達することにより超音波を発生する圧電セラミック振動
子であって、圧電磁器と該圧電磁器の厚さ方向に垂直な
両端面に設けられた第１および第２の電極とから成るこ
とを特徴とする。
【０００６】請求項２に記載の圧電セラミック振動子
は、前記第１および第２の電極のうち少なくとも一方は
互いに絶縁された２つの部分に分割されていることを特
徴とする。
【０００７】請求項３に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向に垂直な断面における長さと幅の寸法
比が１に近くしかも１に等しくない矩形状の板であるこ
とを特徴とする。
【０００８】請求項４に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向の厚さと該厚さ方向に垂直な断面にお
ける１つの辺の長さとの寸法比が１に近くしかも１に等
しくない矩形状の角柱であることを特徴とする。
【０００９】請求項５に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向に平行に貫通された貫通穴を有するこ
とを特徴とする。
【００１０】請求項６に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向に垂直な断面の形が枠型構造を成し、
該厚さ方向の長さと、前記枠型の外縁と内縁との最短距
離との比がほぼ１に等しいことを特徴とする。
【００１１】請求項７に記載の圧電セラミック振動子
は、前記枠型が円環状であることを特徴とする。
【００１２】
【作用】請求項１に記載の圧電セラミック振動子は、圧
電磁器とその厚さ方向に垂直な両端面に形成されている
第１および第２の電極とから成る。高周波電圧が該電極
を介して印加されると、前記圧電セラミック振動子は励
振され前記高周波電圧の周波数で機械振動をする。振動
板が該振動板の一部分を介して前記圧電セラミック振動
子に固着されているので、前記機械振動は前記振動板に
伝達される。このようにして、本発明の圧電セラミック
振動子は前記機械振動を前記振動板に伝達することによ
って超音波を発生する。前記圧電セラミック振動子に前
記振動板を設け、前記振動板に適当な給水手段を施すこ
とにより超音波霧化装置が形成される。前記超音波霧化
装置の使用時、前記圧電セラミック振動子には前記圧電
セラミック振動子と前記振動板との複合体の共振周波数
にほぼ等しい周波数の交流信号が印加され、前記圧電セ
ラミック振動子は励振される。前記圧電セラミック振動
子の励振は前記振動板を振動させ、前記振動板に供給さ
れた液体は霧化される。従って、本発明の圧電セラミッ
ク振動子の採用によりこのように簡単な構造の超音波霧
化装置が形成されるから、該装置の小型、軽量化が可能
で、しかも高い効率で液体を霧化することができる。
【００１３】請求項２に記載の圧電セラミック振動子
は、前記一方の端面に形成されている電極が互いに絶縁
された２つの部分に分割されていることから、一方の前
記部分に設けられている電極を自励式電源のための電極
として用いることができる。従って、構造が簡単である
ばかりでなく、低消費電力でしかも安定で効率のよい弾
性振動を発生させることができる。
【００１４】請求項３に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向に垂直な断面における長さと幅の寸法
比が１に近くしかも１に等しくない矩形状の板であるこ
とから、前記圧電セラミック振動子と前記振動板との複
合体の結合振動が増強される。従って、前記圧電セラミ
ック振動子の励振が効果的に前記振動板に伝達される。
【００１５】請求項４に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向の厚さと該厚さ方向に垂直な断面にお
ける１つの辺の長さとの寸法比が１に近くしかも１に等
しくない矩形状の角柱であることから、前記圧電セラミ
ック振動子と前記振動板との複合体の結合振動が増強さ
れる。従って、前記圧電セラミック振動子の励振が効果
的に前記振動板に伝達される。
【００１６】請求項５に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向に平行に貫通された貫通穴を有するこ
とから、該貫通穴の開口を覆う位置や該貫通穴の内部
に、前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な端面にほぼ平行に
前記振動板を設けることができる。従って、前記振動板
は前記圧電セラミック振動子と一体となった結合振動を
するから、前記圧電セラミック振動子の振動エネルギー
は効率良く前記振動板に伝搬し、前記振動板を振動させ
る。
【００１７】請求項６に記載の圧電セラミック振動子
は、前記厚さ方向に垂直な断面の形が枠型構造を成し、
該厚さ方向の長さと、前記枠型の外縁と内縁との最短距
離との比がほぼ１に等しいから、前記圧電セラミック振
動子と前記振動板との複合体の結合振動が増強される。
従って、前記圧電セラミック振動子の振動エネルギーは
効率良く前記振動板に伝搬し、前記振動板を振動させ
る。
【００１８】請求項７に記載の圧電セラミック振動子
は、前記枠型が円環状であることから、前記厚さ方向の
長さと、該円環の外縁と内縁との最短距離との比がほぼ
１に等しいから、前記圧電セラミック振動子と前記振動
板との複合体の結合振動が増強される。従って、前記圧
電セラミック振動子の振動エネルギーは効率良く前記振
動板に伝搬し、前記振動板を振動させる。
【００１９】
【実施例】図１は本発明の圧電セラミック振動子によっ
て形成された超音波発生素子の一実施例を示す側面図で
ある。本実施例の超音波発生素子は銅箔からなる端子
Ｐ、Ｑ、が取り付けられている圧電振動子１と、振動板
２とから成る複合体である。圧電振動子１は矩形板状の
圧電磁器３を有し、圧電磁器３の材質はＴＤＫ７２Ａ材
（製品名）で、その長さは２２mm、幅は２０mm、厚さは
１mmである。ＴＤＫ７２Ａ材は電気機械結合係数が大き
いことから、ここでの実施例に用いている。圧電磁器３
の分極軸の方向は厚さ方向に一致しており、この厚さ方
向に垂直な両端面にＡｕ電極４、５が形成されている。
Ａｕ電極４は圧電磁器３の一方の面を覆い、Ａｕ電極５
は圧電磁器３のもう一方の面を覆っている。Ａｕ電極４
には端子Ｐが取り付けられ、Ａｕ電極５には端子Ｑが取
り付けられている。端子Ｐおよび端子Ｑは圧電磁器３の
幅方向に沿う一方の縁部に配置されている。圧電振動子
１の一方の面には、舌片状の振動板２が取り付けられて
いる。
【００２０】図２は図１の前記超音波発生素子の平面図
である。振動板２はニッケル製で、細長い板状の固着部
６において圧電振動子１と一体的に連なって固着されて
おり、圧電振動子１より突出している部分の振動板２が
振動部７をなしている。固着部６はＡｕ電極４を介して
圧電振動子１に接着剤で接着されている。振動板２は長
さ２０mm、幅２０mm、厚さ０．０５mmである。固着部６
は長さ２０mm、幅３mm、厚さ０．０５mmである。振動部
７は圧電振動子１の幅方向に沿う縁部から外方に向けて
圧電振動子１の板面に平行に伸び突出している。振動部
７は長さ１７mm、幅２０mm、厚さ０．０５mmである。
【００２１】図３は図２における振動部７の部分拡大平
面図、図４は板面に垂直な平面で切断したときに現れる
振動部７の断面図である。振動部７にはその厚さ方向に
貫通する微細な多数の穴８が設けられている。穴８の形
状はすり鉢状であって、一方の開口面積が他方の開口面
積より大きいものをここでの実施例で用いていて、一方
の開口を入口側とし、他方を出口側としている。入口側
の直径は０．１mm、出口側の直径は０．０２mmであっ
て、穴８は等しいピッチで配列されている。
【００２２】図５は長さ２０mm、幅５mm、厚さ６mmの圧
電振動子１１と、長さ１０．５mm、幅５mm、厚さ０．０
４mmの振動部１７と長さ１．５mm、幅５mm、厚さ０．０
４mmの固着部１８を有する振動板１６とを備えた超音波
発生素子の一実施例を示す斜視図である。振動部１７に
はその厚さ方向に貫通する微細な多数の穴が設けられて
いて、その穴の形状は図３および図４の穴８と同様であ
るが、入口側の直径は０．０６mm、出口側の直径は０．
０１mmである。圧電磁器１２の分極軸に垂直な両端面に
は電極１３、１４、１５が形成されている。電極１３お
よび１４は同一面上に設けられていて互いに絶縁状態に
ある。電極１３は圧電磁器の長さ方向の先端から１５mm
の部位を覆い、圧電振動子１１に交流電圧を印加するた
めの電極として用いられる。電極１４は電極１３から１
mm離れた残りの部分を覆い、自励式電源のための電極と
して用いられる。本実施例の超音波発生素子を用いた超
音波霧化装置は、周波数が約１００kHzで霧化量が最大
となり、霧の粒子も微小かつ均一になることが確認され
た。
【００２３】図６は図１に示す超音波発生素子が超音波
霧化装置に応用された場合の一実施例を示す断面図であ
る。本実施例は図１に示す超音波発生素子と、貯液室２
１と、保液材２２と支持台２３とから成る。図６には圧
電振動子１に交流電圧を供給する電源回路が併せて示し
てあり、使用時には貯液室２１は適量の液体で満たして
おく。保液材２２の先端は振動板２の下面と接触してい
る。保液材２２の末端は貯液室２１の下端に固定されて
いて、貯液室２１内の液体を吸い上げ振動板２に接触す
ることにより振動板２の下面に液体を供給している。
【００２４】図６の超音波霧化装置の駆動時、圧電振動
子１と振動板２との複合体における２つの共振周波数の
中間値にほぼ等しい周波数を有する交流信号を端子Ｐお
よび端子Ｑを介して圧電振動子１に印加する。このと
き、その交流信号の周波数は圧電振動子１の共振周波数
にほぼ一致している。圧電振動子１は励振され、振動板
２はその固着部６を固定端とする片持ち梁の形で振動さ
れる。圧電振動子１を貯液室２１に固定させている支持
台２３は発泡スチロール製で、圧電振動子１に比べて音
響インピーダンスが低いことからここでの実施例に用い
ている。支持台２３が発泡スチロール製であることによ
り、圧電振動子１からの超音波が支持台２３自身に伝搬
し散失されるのが抑制され、振動板２は効率良く振動さ
れる。一方、貯液室２１の中の液体は保液材２２によっ
て吸い上げられ振動板２の下面に達している。保液材２
２はスポンジ製で吸液能力が大きいばかりでなく、圧電
振動子１に比べて音響インピーダンスが低いことからこ
こでの実施例に用いている。保液材２２がスポンジ製で
あることにより、圧電振動子１からの超音波が保液材２
２を介して液体中に伝搬し散失するのが抑制され、振動
板２は効率良く振動される。振動部７に生じる弾性振動
が液体の霧化に有効に機能する。振動部７の振動に伴
い、振動板２の下面に供給された液体は毛細管現象によ
り各穴８に導かれる。前記液体が各穴８を通過すると
き、各穴８の液体の通過面積はその入口側から出口側に
向けて減少するから、前記液体は穴８によって絞り作用
を受け振動部７の上面に流出する。その結果、前記絞り
作用、振動部７の屈曲振動により、穴８から流出した液
体は効率良く霧化される。本実施例の超音波霧化装置に
よれば、印加電圧が９．８Vのときに周波数が１１４．
６kHzで霧化量が最大となり、そのときの消費電力は２
９４mW、電流は３０mAである。また電源を含む装置全体
においては消費電力は５８８mW、電流は６０mAである。
【００２５】図７は図１の実施例が示す超音波発生素子
において、振動部７の長さを変化させていったときの振
動部７の長さと霧化量との関係を示す特性図である。振
動部の長さが１７mmのときに霧化量は最大値２７．５ml
/minを示す。また図８は振動部７の長さと霧の噴出の高
さとの関係を示す特性図である。ただしこのときの高さ
は斜方向に噴出したものを鉛直上方の値に換算したもの
である。振動部７の長さが１７mmのときに霧の高さは１
１２cmの最大値に達した。
【００２６】図９は図１の実施例の圧電振動子１のイン
ピーダンスの位相と周波数との関係を示す特性図であ
り、図１０は図１の実施例の圧電振動子１と振動板２と
の複合体についてのインピーダンスの位相と周波数との
関係を示す特性図である。位相が０度のときの周波数の
値が共振周波数を示すので、図９においては圧電振動子
１は４つの共振周波数を有する。ｆａは４つの共振周波
数のうちの２つの共振周波数の中間値を示す。図１０で
はｆａ付近のピークが２つに分かれ、共振周波数ｆｂ1
，ｆｂ2 を生じ、その中間値ｆ0 が霧化量が最大にな
るときの周波数を示し、ｆ0 はほぼｆａと一致する。な
お、振動部７の長さを短くするにつれｆｂ1，ｆｂ2 は
高周波側に偏移し、ｆａから遠ざかるので霧化量は減少
する。
【００２７】図１１は圧電振動子６０と振動板７０（本
図には描かれていない）とから成る超音波発生素子の一
実施例を示す斜視図、図１２は図１１の実施例の超音波
発生素を下面方向から見たときの平面図である。本実施
例は図６の超音波霧化装置における支持台２３に取り付
けられた図１の超音波発生素子に代えて用いられる。圧
電磁器６１は円柱状で、その分極軸に垂直な両面をそれ
ぞれ端面とし前記分極軸に平行に貫通された穴を有す
る。圧電磁器６１の材質はＴＤＫ７２Ａ材（製品名）
で、直径２４mm、厚さ６mmで、前記貫通穴も円柱状であ
り、その直径は１２mmである。ＴＤＫ７２Ａ材は電気機
械結合係数が大きいことからここでの実施例に用いてい
る。前記両端面にはそれぞれＡｕ電極６２およびＡｕ電
極６３が形成されている。Ａｕ電極６２には端子Ｐが取
り付けられ、Ａｕ電極６３には端子Ｑが取り付けられて
いる。
【００２８】圧電振動子６０の下端面の前記貫通穴の開
口を覆う位置には、円板状の振動板７０が取り付けられ
ている。振動板７０はニッケル製で、輪状の固着部７２
によって圧電振動子６０と一体的に連なって固着されて
おり、固着部７２に囲まれた振動板７０が振動部７１を
なしている。固着部７２はＡｕ電極６３を介して圧電振
動子６０に固着されている。振動板７０の直径は１４m
m、厚さ０．０５mmである。振動部７１の直径は前記貫
通穴の直径と一致しており１２mmであり、厚さは０．０
５mmである。振動部７１にはその厚さ方向に貫通する微
細な多数の穴が設けられていて、その穴の寸法と形状は
図３および図４の穴８と同一である。なお、圧電振動子
６０と振動版７０とから成る複合体は振動部７１が保液
材２２に接するような状態で支持板２３に取り付けられ
ている。
【００２９】図１１および図１２に示す超音波発生素子
を図１の超音波発生素子のかわりに備えた図６の超音波
霧化装置の駆動時、前記複合体の共振周波数にほぼ等し
い周波数を有する交流信号を端子Ｐおよび端子Ｑを介し
て圧電振動子６０に印加する。圧電振動子６０は励振さ
れ、固着部７２に囲まれた振動部７１は圧電振動子６０
と一体となって結合振動する。この振動部７１の結合振
動が液体の霧化に有効に機能する。
【００３０】図１３は３種類の形状の図１１の複合体に
ついての印加電圧と周波数およびそのときの消費電力と
電流との関係を表にして示した特性図である。Ｉ型とＩ
Ｉ型は圧電振動子の下端に振動板が固着されている。Ｉ
ＩＩ型はＩＩ型と同寸法ではあるが、振動板は圧電振動
子の上端面に固着されている。ＩＩ型は図１１及び図１
２に示す圧電振動子６０と振動板７０との複合体であ
る。印加電圧が１０．７Vのときには周波数が２９０．
６kHzで霧化量が最大となり、そのときの消費電力は３
２０mW、電流は３０mAである。また、電源を含む装置全
体においては消費電力は６４２mW、電流は６０mAであ
る。なお、ＩＩ型と同構造で上部にも振動板を設けた場
合には、ＩＩ型での特性が保持されたままで霧化率は減
少するものの、極めて微細な霧の発生に有効であること
が確認された。
【００３１】なお、液体供給手段として本実施例の他
に、保液材２２を用いることなく液体を振動板２または
振動板７０の上に滴下させた場合あるいは液体供給チュ
ーブを用いて振動板２または振動板７０の下面に液体を
供給した場合にも、本実施例と同様な霧化効果が見られ
た。
【００３２】さらに、液体供給手段として本実施例の他
に、保液材２２を貯液室２１の下端に固定せずに振動板
２または振動板７０の下面に固着し、保液材２２を液体
中に漬けるかまたは液面に接触させることによっても本
実施例と同様な霧化効果が見られた。貯液室２１を使用
せず保液材２２を固定物に固定しておいて、液体供給チ
ューブなどを用いてその保液材２２に液体を供給し、そ
の保液材２２に振動板２または振動板７０を接触させる
ことによっても、本実施例と同様な霧化効果が見られ
た。保液材２２を固定物から糸や紐などで吊るし、その
糸や紐を伝わらせて液体を保液材２２に供給し、その保
液材２２に振動板２または振動板７０を接触させること
によっても、本実施例と同様な霧化効果が見られた。保
液材２２を動かすか、または超音波霧化装置そのものを
動かすことにより、保液材２２と振動板２または振動板
７０とを接触させることによっても、本実施例と同様な
霧化効果が見られた。その際、タイマーを装着させるこ
とにより時間ごとの霧化が行え、また湿度センサーを装
着させることにより保液材２２と振動板２または振動板
７０とが接触したり離れたりして一定の湿度に保つこと
ができた。
【００３３】
【発明の効果】本発明の圧電セラミック振動子は、圧電
磁器とその圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面に形成さ
れている電極とからなる簡単な構造を採用している。従
って、圧電セラミック振動子と振動板とから成る超音波
発生素子を小型化できる。さらに、前記一方の端面に形
成されている電極が互いに絶縁された２つの部分に分割
されていることから、一方の前記部分に設けられている
電極を自励式電源のための電極として用いることができ
る。従って、構造が簡単であるばかりでなく、低消費電
力でしかも安定で効率のよい弾性振動を発生させること
ができる。
【００３４】本発明の圧電セラミック振動子によって形
成される超音波発生素子の振動板を圧電セラミック振動
子の電極を有する少なくとも一つの面上に一体的に連な
って固着させる構造の採用により、振動部は固着部を固
定端とする形で振動する。このような超音波発生素子か
ら超音波霧化装置を形成した場合、強い弾性振動の状態
にある振動部に供給された液体は垂直上方に向けて霧化
される。振動部に多数の微少な穴が設けられていて、そ
の上、その穴の一方の開口面積と他方の開口面積とが異
なるような振動板を採用することにより、振動部の振動
と振動部に設けられている穴の作用との相乗効果により
液体の霧化作用は促進され、霧の発生量は増加しかつ粒
子の径は微小で均一になる。
【００３５】本発明の圧電セラミック振動子によって形
成される超音波発生素子において、圧電セラミック振動
子と振動板との複合体における２つの共振周波数の中間
値が圧電セラミック振動子単体の共振周波数にほぼ等し
くなるような構造を採用することにより、圧電セラミッ
ク振動子と振動板との複合体の結合振動が増強する。従
って、前記圧電セラミック振動子の励振が効果的に前記
振動板に伝達される。このようにして、本発明の圧電セ
ラミック振動子によって形成された超音波霧化装置で
は、霧化効率が促進され、霧の発生量が増加する。
【００３６】本発明の圧電セラミック振動子の一部を成
す圧電磁器の厚さ方向に垂直な断面における長さと幅の
寸法比が１に近くしかも１に等しくない矩形状の板であ
ることから、圧電セラミック振動子と振動板との複合体
の結合振動が増強される。従って、圧電セラミック振動
子の励振が効果的に振動板に伝達される。このようにし
て、本発明の圧電セラミック振動子によって形成された
超音波霧化装置では、霧化効率が促進され、霧の発生量
が増加する。
【００３７】本発明の圧電セラミック振動子の一部を成
す圧電磁器の厚さ方向の厚さと、該厚さ方向に垂直な断
面における１つの辺の長さとの寸法比が１に近くしかも
１に等しくない矩形状の角柱であることから、圧電セラ
ミック振動子と振動板との複合体の結合振動が増強され
る。従って、圧電セラミック振動子の励振が効果的に前
記振動板に伝達される。このようにして、本発明の圧電
セラミック振動子によって形成された超音波霧化装置で
は、霧化効率が促進され、霧の発生量が増加する。
【００３８】本発明の圧電セラミック振動子では、圧電
磁器の厚さ方向に平行に貫通された貫通穴を有する柱状
構造を採用することにより、その貫通穴の開口を覆う位
置や貫通穴の内部に、圧電磁器の厚さ方向に垂直な端面
にほぼ平行に振動板を設けることができる。従って、振
動板は圧電セラミック振動子と一体となった結合振動を
するから、圧電セラミック振動子の振動エネルギーは効
率良く振動板に伝搬し、振動板を振動させる。このよう
にして、本発明の圧電セラミック振動子によって形成さ
れた超音波霧化装置では、振動部に穴を有する構造の振
動板を用いた場合、振動板に供給された液体の霧化効率
を増大することができるばかりでなく、霧の粒子の径を
微少かつ均一にすることができる。振動板を複数個用い
れば霧の粒子の微小性をさらに向上できる。
【００３９】本発明の超音波セラミック振動子が貫通穴
を有する柱状構造を採用した場合、圧電磁器の厚さ方向
に垂直な断面の形が枠型構造を成す。圧電磁器の厚さ方
向の長さと、枠型の外縁と内縁との最短距離との比がほ
ぼ１に等しい構造を採用すれば、圧電セラミック振動子
と振動板との複合体の結合振動が増強される。従って、
圧電セラミック振動子の振動エネルギーは効率良く振動
板に伝搬し、振動板を振動させる。このようにして、本
発明の圧電セラミック振動子によって形成された超音波
霧化装置では、霧化効率が促進され、霧の発生量が増加
する。
【００４０】本発明の圧電セラミック振動子は、前記枠
型として円環状構造を採用し、しかも圧電磁器の厚さ方
向の長さと、円環の外縁と内縁との最短距離との比がほ
ぼ１に等しい構造を採用することにより、圧電セラミッ
ク振動子と振動板との複合体の結合振動が増強される。
従って、圧電セラミック振動子の振動エネルギーは効率
良く振動板に伝搬し、振動板を振動させる。このように
して、本発明の圧電セラミック振動子によって形成され
た超音波霧化装置では、霧化効率が促進され、霧の発生
量が増加する。
【００４１】本発明の圧電セラミック振動子によって形
成される超音波霧化装置の印加電圧を増加させると、そ
れにつれて圧電セラミック振動子と振動板との複合体の
結合振動が増強される。従って、目的に応じて電圧を変
えれば霧化量を自由に変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電セラミック振動子によって形成さ
れた超音波発生素子の一実施例を示す側面図。
【図２】図１の超音波発生素子の平面図。
【図３】図２の振動部７の部分拡大平面図。
【図４】板面に垂直な平面で切断したときに現れる振動
部７の断面図。
【図５】本発明の圧電セラミック振動子から成る超音波
発生素子の一実施例を示す斜視図。
【図６】図１に示す超音波発生素子が超音波霧化装置に
応用された場合の一実施例を示す断面図。
【図７】図１の実施例が示す超音波発生素子において、
振動部７の長さを変化させていったときの振動部７の長
さと霧化量との関係を示す特性図。
【図８】図１の実施例が示す超音波発生素子において、
振動部７の長さと霧の噴出の高さとの関係を示す特性
図。
【図９】図１の実施例の圧電振動子１のインピーダンス
の位相と周波数との関係を示す特性図。
【図１０】図１の実施例の圧電振動子１と振動板２との
複合体についてのインピーダンスの位相と周波数との関
係を示す特性図。
【図１１】圧電振動子６０と振動板７０（本図には描か
れていない）とから成る超音波発生素子の一実施例を示
す斜視図。
【図１２】図１１の超音波発生素子を下面方向から見た
ときの平面図。
【図１３】３種類の形状の図１１の複合体についての印
加電圧と周波数およびそのときの消費電力と電流との関
係を表にして示した特性図。
【符号の説明】
１ 圧電振動子 ２ 振動板 ３ 圧電磁器 ４ 電極 ５ 電極 ６ 固着部 ７ 振動部 ８ 穴 １１ 圧電振動子 １２ 圧電磁器 １３ 電極 １４ 電極 １５ 電極 １６ 振動板 １７ 振動部 １８ 固着部 ２１ 貯液室 ２２ 保液材 ２３ 支持台 ６０ 圧電振動子 ６１ 圧電磁器 ６２ 電極 ６３ 電極 ７０ 振動板 ７１ 振動部 ７２ 固着部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波電圧で励振され該高周波電圧の周
    波数で機械振動をし、表面に一部を固着され残部をその
    表面から張り出している振動板に前記機械振動を伝達す
    ることにより超音波を発生する圧電セラミック振動子で
    あって、 圧電磁器と該圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面に設け
    られた第１および第２の電極とから成ることを特徴とす
    る圧電セラミック振動子。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２の電極のうち少なく
    とも一方が互いに絶縁された２つの部分に分割されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の圧電セラミック振
    動子。
  3. 【請求項３】 前記厚さ方向に垂直な断面における長さ
    と幅の寸法比が１に近くしかも１に等しくない矩形状の
    板であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧
    電セラミック振動子。
  4. 【請求項４】 前記厚さ方向の厚さと該厚さ方向に垂直
    な断面における１つの辺の長さとの寸法比が１に近くし
    かも１に等しくない矩形状の角柱であることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の圧電セラミック振動子。
  5. 【請求項５】 前記厚さ方向に平行に貫通された貫通穴
    を有することを特徴とする請求項１または２に記載の圧
    電セラミック振動子。
  6. 【請求項６】 前記厚さ方向に垂直な断面の形が枠型構
    造を成し、該厚さ方向の長さと、前記枠型の外縁と内縁
    との最短距離との比がほぼ１に等しいことを特徴とする
    請求項５に記載の圧電セラミック振動子。
  7. 【請求項７】 前記枠型が円環状であることを特徴とす
    る請求項６に記載の圧電セラミック振動子。
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