JPH05184993A - 超音波霧化装置 - Google Patents
超音波霧化装置Info
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- JPH05184993A JPH05184993A JP4025657A JP2565792A JPH05184993A JP H05184993 A JPH05184993 A JP H05184993A JP 4025657 A JP4025657 A JP 4025657A JP 2565792 A JP2565792 A JP 2565792A JP H05184993 A JPH05184993 A JP H05184993A
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Abstract
性、および駆動電源コストのどの面から見ても満足ので
きる超音波霧化装置を提供する。 【構成】 圧電振動子1と振動板2とから成る超音波励
振器を駆動させると、圧電振動子1が振動し、その振動
は振動板2に伝搬される。貯液室5の中の液体はバルブ
9によって流速を調整され、ヒーター11により液温を
設定されて、液体供給チューブ7を通過し保液材13に
達し、保液材13と接触する振動板2の下面に供給され
る。液体は振動板2の振動に伴い、振動板2に設けられ
ている穴を通して霧化される。スイッチの切り替えによ
り、圧電振動子3と振動板4との複合体を駆動させ、異
なった大きさの粒子を有する霧を発生できる。 【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
生させた弾性振動により液体を霧化する超音波霧化装置
に関する。
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、構造が複雑で装置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。
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
装置を提供することにある。
霧化装置は、圧電振動子に振動板を固着してなる超音波
励振器により発生させた弾性振動により液体を霧化する
超音波霧化装置において、前記圧電振動子は圧電磁器
と、該圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面に形成されて
いる電極とから成り、前記振動板は、前記圧電振動子の
電極を有する少なくとも一つの端面上に一体的に連なっ
て固着された固着部と、前記圧電振動子の外方に向けて
前記圧電振動子の前記端面にほぼ平行に突出する振動部
とを有し、前記振動部には多数の穴が設けてあり、前記
振動部へ前記液体を供給する手段は、前記超音波励振器
を支持する支持具と、前記液体を収容する貯液室と、ス
ポンジその他の吸液能力の大きい物質から成り前記液体
を吸収する保液材とを備え、前記支持具は前記超音波励
振器を固定物に対し所定位置に保持し、または浮力によ
り前記超音波励振器を前記液体中に浮かせ、前記支持具
のうち少なくとも前記超音波励振器に接触する部分は前
記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い発泡ス
チロールその他の物質から成り、前記振動部は前記保液
材と接触して、前記保液材に吸収されている前記液体を
霧化することを特徴とする。
穴における前記振動板の一方の開口面積と他方の開口面
積とが異なることを特徴とする。
両端面のうちで少なくとも一方の端面に形成されている
前記電極が、互いに絶縁された2つの部分に分割されて
いることを特徴とする。
圧電振動子の共振周波数が、該圧電振動子と前記振動板
との複合体における共振周波数にほぼ等しいことを特徴
とする。
圧電振動子が、厚さと幅の寸法比が1に近くしかも1に
等しくない矩形状の角柱であることを特徴とする。
圧電振動子の共振周波数が、該圧電振動子と前記振動板
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
しいことを特徴とする。
圧電振動子が、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。
記圧電振動子には前記圧電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を有する交流信号が
印加され、前記圧電振動子は励振される。前記圧電振動
子の励振は前記振動板を振動させる。前記振動板には前
記保液材の一部が接しており、前記貯液室内の液体は前
記保液材によって吸い上げられた後、前記振動板に接す
る部分の前記保液材から前記振動板に順次供給される。
前記振動板に供給された液体は、前記振動板に設けられ
ている穴を通して霧化される。穴を通しての霧化は粒子
の微小性、均一性を促し、しかも霧化効率を増大させる
ことができる。また、霧化効率が高いことから多量の霧
化が低消費電力で実現でき、あわせて装置の小型化も容
易にできる。自励式駆動も可能で、電池での駆動も容易
なことから、環境変化に対応しうる形で低消費電力での
駆動が可能となる。さらに本発明によれば、前記保液材
の使用により、前記貯液室内の液体の増減や振動による
液面の変化などに影響されることなく、常に安定した液
体の供給を実現できるだけでなく、液体の供給を無駄な
く効率良く行うことができるから、霧化効率を増大する
ことができる。
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
ら成る。交流電圧は該電極を介して前記圧電振動子に印
加され、前記圧電振動子は励振される。このような簡単
な構造の圧電振動子の採用により超音波霧化装置を小型
化でき、しかもこの装置では高い効率で液体を霧化する
ことができる。
一方の端面上に一体的に連なって固着されていることに
より、前記振動部は前記固着部を固定端とする片持ち梁
の形で屈曲振動するから、前記振動板に供給された液体
はその弾性振動により霧化され、その振動板に垂直な上
方に向けて霧として放散される。
対し所定位置に保持するか、または浮力により前記超音
波励振器を前記液体中に浮かせている。この際、前記支
持具のうち少なくとも前記超音波励振器に接触する部分
として発泡スチロール等のような圧電振動子に比べて音
響インピーダンスが低い物質を採用することにより、圧
電振動子の励振が支持具自身や、前記固定物または前記
液体中に伝搬し散失されるのを抑制でき、効率良く振動
板を振動させることができるので、霧化効率を増大させ
ることができる。前記超音波励振器を浮力によって液体
中に浮かべる構造を採用することにより、前記貯液室に
収容されている液体の量の増減に影響されることなく、
常時、前記振動板には適量の液体が供給されることにな
るので効率のよい霧化が実現でき、従って多量の霧化が
低消費電力で実現でき、あわせて装置の小型化も容易に
実現できる。また、前記支持具によって前記超音波励振
器を固定物に対し所定の位置に保持した上で前記振動部
に適量の液体を供給することによっても効率のよい霧化
が実現できる。
記穴における前記振動板の一方の開口面積が他方の開口
面積より大きいことから、その一方の開口を入口側とし
他方を出口側とすることにより、前記穴の液体の通過面
積が入口側から出口側に向けて減少するから、前記液体
が前記穴を通過するときに前記液体は前記穴によって絞
り作用を受ける。その結果、前記絞り作用と前記振動部
の振動との相乗効果によって液体の霧化作用が促進さ
れ、霧の発生量が増加しかつ粒子の径が均一になる。
記両端面のうちで少なくとも一方の端面に形成されてい
る前記電極が、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、本発明の超音波霧化装置では温度などの環境の
変化に対応しうる形で低消費電力での駆動が可能とな
る。
記圧電振動子の共振周波数が、該圧電振動子と前記振動
板との複合体における共振周波数にほぼ等しくなるとき
の電圧が前記圧電振動子に印加されることにより、前記
振動板は効率的に励振され、霧化効率が促進され、霧の
発生量はさらに増大する。
求項4に記載の前記圧電振動子が、厚さと幅の寸法比が
1に近くしかも1に等しくない矩形状の角柱であること
により、前記圧電振動子と前記振動板との複合体の結合
振動が増強され、霧化効率が促進される。
記圧電振動子の共振周波数が、該圧電振動子と前記振動
板との複合体における2つの共振周波数の中間値にほぼ
等しくなるときの電圧が前記圧電振動子に印加されるこ
とにより、前記振動板は効率的に励振され、霧化効率が
促進され、霧の発生量はさらに増大する。
求項6に記載の前記圧電振動子が、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に
より、前記圧電振動子と前記振動板との複合体の結合振
動が増強され、霧化効率が促進される。
例を示す断面図である。本実施例は圧電振動子1と、振
動板2と、圧電振動子3と、振動板4と、貯液室5と、
貯液室6と、液体供給チューブ7と、液体供給チューブ
8と、バルブ9と、バルブ10と、ヒーター11と、ヒ
ーター12と、保液材13と、保液材14と、支持具1
5とから成り、それらが本体の内部に納められている。
圧電振動子1には銅箔から成る端子P、Qが取り付けら
れている。圧電振動子2にも同様にして端子Pが取り付
けられているが、端子Qは圧電振動子1と共有してい
て、端子Qは圧電振動子1と圧電振動子2との間に挟ま
れている。圧電振動子1には振動板2が、圧電振動子3
には振動板4が設けられていて、圧電振動子1と圧電振
動子3は支持具15によって圧接されている。電源室に
は、圧電振動子1および圧電振動子3に端子P、Qを介
して交流電圧を供給する電源部が設けられていて、圧電
振動子1と圧電振動子3との間にはスイッチが設けられ
ていて、該スイッチの切り替えにより圧電振動子1また
は圧電振動子3に交流電圧を供給する。但し、図1では
圧電振動子1および圧電振動子3に交流電圧を供給する
電源回路、前記スイッチおよび端子P、Qが省いて描か
れていて、使用時には、貯液室5および貯液室6は適量
の液体で満たしておく。端子P、Qは圧電振動子1およ
び圧電振動子3にそれぞれ導電性接着剤で固着されてい
る。保液材13は液体供給チューブ7の先端に設けられ
ていて、保液材13は振動板2の下面と接触している。
保液材14は液体供給チューブ8の先端に設けられてい
て、保液材14は振動板4の下面と接触している。
施例を示す断面図である。本実施例は圧電振動子1と、
振動板2と、振動板20と、保液材21と、保液材22
と、本体貯液室23と、本体貯液室24と、支持具25
と、支持具26とから成る。電源室には、圧電振動子1
に端子P、Qを介して交流電圧を供給する電源部が設け
られている。但し、図2では圧電振動子1に交流電圧を
供給する電源回路および端子P、Qが省いて描かれてい
て、使用時には、本体貯液室23または本体貯液室24
は適量の液体で満たしておく。圧電振動子1には振動板
2と振動板20とが設けられていて、圧電振動子1は支
持具25によって支持されている。保液材21は柱状
で、保液材21の下部は本体貯液室23の液体中に漬け
られていて、保液材21の上部は支持具26により振動
板20の下面と接触させたり離したりさせることができ
るようになっている。同様にして、保液材22も柱状
で、保液材22の下部は本体貯液室24の液体中に漬け
られていて、保液材22の上部は支持具26により振動
板2の下面と接触させたり離したりさせることができる
ようになっている。スイッチの切り替えにより支持具2
6を作動させ、保液材21または保液材22をそれぞれ
相応する振動板20または振動板2に接触させることが
できる。
施例を示す断面図である。本実施例は圧電振動子1と、
2つの振動板30と、本体貯液室31と、保液材32
と、支持具33とから成る。電源室には、圧電振動子1
に端子P、Qを介して交流電圧を供給する電源部が設け
られている。但し、図3では圧電振動子1に交流電圧を
供給する電源回路および端子P、Qが省いて描かれてい
て、使用時には、本体貯液室31は適量の液体で満たし
ておく。圧電振動子1には2つの振動板30が設けられ
ていて、圧電振動子1は支持具33の一部によって支持
され、支持具33は本体貯液室31からの取り外しが可
能である。保液材32は柱状で、保液材32の下部は本
体貯液室31の液体中に漬けられていて、保液材32の
上部は支持具33によりどちらか一方の振動板30の下
面と接触させることができるようになっている。
施例を示す断面図である。本実施例は圧電振動子1と、
2つの振動板30と、支持具33と、貯液室40と、保
液材41とから成り、図3の第3の実施例における支持
具33によって支持された圧電振動子1および振動板3
0とから成る超音波励振器を、液体で満たされた貯液室
40に浮かべている。電源室には、圧電振動子1に端子
P、Qを介して交流電圧を供給する電源部が設けられて
いる。但し、図4では圧電振動子1に交流電圧を供給す
る電源回路および端子P、Qが省いて描かれている。保
液材41の下部は貯液室40の液体中に漬けられてい
て、保液材41の上部は支持具33によりどちらか一方
の振動板30の下面と接触させることができるようにな
っている。
動子1と振動板2とから成る超音波励振器の側面図、図
6は図5の超音波励振器の平面図である。圧電振動子1
は矩形板状の圧電磁器50を有し、圧電磁器50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50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51お
よびAu電極52が形成されている。Au電極51は圧
電磁器50の一方の端面を覆い、Au電極52は圧電磁
器50のもう一方の端面をおおっている。Au電極51
には端子Pが取り付けられ、Au電極52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5
0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の一方の端面には、舌片状の振動板2が取り付け
られている。振動板2はニッケル製で、細長い板状の固
着部53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54をなしている。固着部53はAu電極
51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53は長さ3mm、幅20mm、厚さ0.05mm
である。振動部54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54は長さ17mm、幅20mm、厚さ
0.05mmである。
現れる振動部54の断面を示す図である。振動部54に
はその厚さ方向に貫通する微細な多数の穴60が設けら
れている。図7では穴60の縦断面形状および寸法が示
されている。穴60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60は等しいピッチで配列
されている。
る。図8では図6と同方向から見たときの穴60の形状
および配列ならびに寸法が示されている。
動子3と振動板4とから成る超音波励振器では、圧電振
動子3は圧電振動子1と同様な一対の電極と、圧電振動
子1と同一の材質を有する圧電磁器とから成り、該圧電
磁器の長さは22mm、幅は20mm、厚さは2mmである。
振動板4は長さ30mm、幅20mm、厚さ0.05mmであ
る。振動板4は振動板2と同一の材質から成り、振動板
2と同様にして圧電振動子3に固着されている。振動板
4にも図7および図8に示すような振動板2と同様な形
状の微細な多数の穴が設けられているが、その寸法は振
動板2とは異なり、入口側の直径は0.2mm、出口側の
直径は0.05mmである。
動子1と、振動板2と、振動板20とから成る超音波励
振器の平面図である。振動板20は振動板2と同寸法で
あって、振動板20は振動板2と同寸法の固着部70お
よび振動部71から成る。振動板20には振動板4と同
様な形状と寸法の微細な多数の穴が設けられている。振
動板20は圧電振動子1の振動板2が固着されている方
の端面上において、振動板2と対面する縁部に固着され
ている。圧電振動子1の両端面にはそれぞれ端子Pおよ
びQが設けられていて、端子Pおよび端子Qは圧電振動
子1の長さ方向に沿う一方の縁部に配置されている。但
し、図9では端子P、Qが省いて描かれている。
第4の実施例における圧電振動子1と2つの振動板30
とから成る超音波励振器の平面図である。振動板30は
長さ20mm、幅9.5mm、厚さ0.05mmである。振動
板30は固着部72と振動部73とから成る。固着部7
2は長さ3mm、幅9.5mm、厚さ0.05mmであり、振
動部73は長さ17mm、幅9.5mm、厚さ0.05mmで
ある。一方の振動板30には振動板2と同様な形状と寸
法の微細な多数の穴が設けられ、もう一方の振動板30
には振動板4と同様な形状と寸法の微細な多数の穴が設
けられている。2つの振動板30は互いに1mmの間隔を
隔てて、圧電振動子1の一方の端面上に固着されてい
る。圧電振動子1の両端面にはそれぞれ端子PおよびQ
が設けられていて、端子Pおよび端子Qは、図5および
図6の超音波励振器と同様にして圧電振動子1の幅方向
に沿う一方の縁部に配置されている。但し、図10では
端子P、Qが省いて描かれている。
子1と振動板2との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1に印加すると、圧電振動子1は励振され
る。このとき、その交流信号の周波数は圧電振動子1の
共振周波数のうちの1つにほぼ一致している。振動板2
を圧電振動子1の少なくとも一方の面上に一体的に連な
って固着させる構造を採用していることから、圧電振動
子1の励振に伴って、振動板2はその固着部53を固定
端とする片持ち梁の形で振動される。振動部54に生じ
る振動は屈曲振動であり、振動部54の弾性振動が液体
の霧化に有効に機能する。同様にして、圧電振動子3と
振動板4との複合体においても、その複合体の共振周波
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3に印加すると、圧電振動
子3は励振され、圧電振動子3の励振に伴って振動板4
が振動し、振動板4の振動部の弾性振動が液体の霧化に
有効に機能する。圧電振動子1と圧電振動子3とは、そ
れぞれ振動板2または振動板4が固着されていない方の
端面をあわせた形で支持具15によって圧接されている
と同時に、圧電振動子1および圧電振動子3を一体構造
物として本体に固定させている。支持具15の圧電振動
子1および圧電振動子3との接触部は発泡スチロール製
で成り、圧電振動子1および圧電振動子3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。支持具15の圧電振動子との接触部が発泡スチロ
ール製であることにより、圧電振動子1および圧電振動
子3からの超音波が支持具15自身に伝搬し散失される
のが抑制され、振動板2または振動板4は効率良く振動
される。一方、貯液室5の中の液体は液体供給チューブ
7を通過するときにバルブ9によって液量を調整され保
液材13に供給され、保液材13と接触している振動板
2の下面に達している。保液材13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13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13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。同様にして、貯液室6の中の液体は液体供給チュ
ーブ8を通過するときにバルブ10によって液量を調整
され保液材14に供給され、保液材14と接触している
振動板3の下面に達する。保液材14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3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14がスポンジ製であることにより、圧
電振動子3からの超音波が保液材14を介して液体中に
伝搬し散失するのが抑制され、振動板4は効率良く振動
される。
と振動板2とから成る超音波励振器を作動させるとき、
振動部54の振動に伴い貯液室5からバルブ9によって
液量を調整され液体供給チューブ7を通って保液材13
に達した液体は、毛細管現象により各穴60に導かれ
る。前記液体が各穴60を通過するとき、各穴60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60によって絞り作用を受け、微小
でかつ均一な粒子となって振動部54の上部に流出す
る。その結果、前記絞り作用、振動部54の弾性振動、
および振動板2へのバルブ9による液量制御作用によ
り、穴60から流出した液体は効率良く霧化される。本
実施例では印加電圧が9.8Vのときに周波数が11
4.6kHzで霧化量が最大となり、そのときの消費電力
は294mW、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。このようにして、圧電振動子としてその長さと幅の
寸法比が1に近くてしかも1に等しくない矩形板状構造
を採用することにより、圧電振動子と振動板との複合体
の結合振動が増強するから、霧の発生量が増加する。ま
た、スイッチの切り替えにより圧電振動子3と振動板4
とから成る超音波励振器を作動させたときには、貯液室
6からバルブ10によって液量を調整され液体供給チュ
ーブ8を通って保液材14に達した液体は、毛細管現象
により振動板4に設けられている微細な多数の穴に導か
れ、霧化される。その穴の大きさが穴60とは異なるの
で、穴60を通して霧化される霧の粒子の大きさとは異
なった大きさの粒子を有する霧を発生させることができ
る。このようにして、スイッチの切り替えにより異なっ
た大きさの粒子を発生させることができるばかりでな
く、貯液室5と貯液室6の中に別々の種類の液体を入れ
ておくことにより別々の種類のしかも異なった大きさの
粒子を有する霧を発生させることができる。さらに、貯
液室5に設けられているヒーター11、および貯液室6
に設けられているヒーター12を作動させることによ
り、貯液室5または貯液室6の中の液体の温度を用途に
応じて設定できる。なお、印加電圧を増加させるとそれ
につれて霧化量も増加するので、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。
器において、振動部54の長さを変化させていったとき
の振動部54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2
7.5ml/minを示す。また図12は図5および図6の示
す振動部54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54
の長さが17mmのときに霧の高さは112cmの最大値に
達した。
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14は図5および図6の示す圧電振動子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13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14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foが霧化
量が最大になるときの周波数を示し、foはほぼfaと
一致する。このように、圧電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、圧電振動子と振動板との複合体の結合振動が増
強するから、霧の発生量はさらに増加する。なお、振動
部54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。
振動子1、振動板2、圧電振動子3および振動板4とか
ら成る複合体に代えて示す圧電振動子1と振動板30と
から成る複合体の一実施例を示す斜視図である。本実施
例は2つの圧電振動子1と2つの振動板30とから成
る。振動板30は圧電振動子1の一方の端面上の、圧電
振動子1の幅方向に沿う縁部の隅に固着されている。2
つの圧電振動子1は互いに振動板30の固着されていな
い方の端面を介して圧接されている。2つの振動板30
は圧電振動子1の厚さ方向から見たとき、互いに重なり
あわないように配置されている。一方の振動板30には
振動板2と同様な形状と寸法の微細な多数の穴が設けら
れ、もう一方の振動板30には振動板4と同様な形状と
寸法の微細な多数の穴が設けられている。圧電振動子1
の幅方向に沿う一方の縁部には2つの端子Pと、端子Q
とが配置されている。端子Pは圧電振動子1の振動板3
0を有する端面上にそれぞれ設けられていて、端子Qは
2つの圧電振動子1の間に設けられている。一方の端子
Pおよび端子Qを介して交流電圧を供給することによ
り、その端子Pが設けられている圧電振動子1を駆動さ
せることができる。このようにして、どちらかの圧電振
動子1を駆動させることができる。本実施例を用いるこ
とによっても、図1の第1の実施例における圧電振動子
1、振動板2、圧電振動子3および振動板4とから成る
複合体を用いたときと同様な霧化効果が見られた。
長さ20mm、幅5mm、厚さ6mmの圧電振動子80と、長
さ10.5mm、幅5mm、厚さ0.04mmの振動部86と
長さ1.5mm、幅5mm、厚さ0.04mmの固着部87を
有する振動板85とを備えた超音波励振器の一実施例を
示す斜視図である。振動板85には振動板2と同様な形
状の微細な多数の穴が設けられていて、その入口側の直
径は0.08mmで出口側の直径は0.007mmである。
本実施例では、圧電磁器81の分極軸に垂直な両端面に
電極82、83、84が形成されている。電極82およ
び83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82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80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83は電極82から1mm
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。電極84はグランド電極として用いられ
る。本実施例を用いれば、周波数が約100kHzで霧化
量が最大となり、霧の粒子もさらに微小かつ均一になる
ことが確認された。このようにして、圧電振動子として
その厚さと幅の寸法比が1に近くてしかも1に等しくな
い矩形状の角柱構造を採用することにより、圧電振動子
と振動板との複合体の結合振動が増強するから、霧の発
生量はさらに増加する。また、圧電磁器の分極軸に垂直
な一方の端面上に互いに絶縁状態にある2つの電極を設
けることにより一方の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から、安定で効率がよく低消費
電力駆動が可能な霧化装置を提供できる。
mm、幅5mm、厚さ6mmの圧電振動子90と、長さ11m
m、幅5mm、厚さ0.04mmの振動板95とを備えた超
音波励振器の一実施例を示す斜視図である。圧電振動子
90は圧電磁器91と電極92と電極93と電極94と
から成る。電極92は圧電磁器91の長さ方向の先端か
ら4.5mmの部位を覆い、圧電振動子90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93は電極
92から1mm離れた残りの部分を覆っていて、電極93
は自励式電源のための電極として用いられる。電極94
はグランド電極として用いられる。振動板95は振動部
96と固着部97とから成り、振動板95は圧電振動子
90の下側に設けられている。振動部96は長さ5.5
mm、幅5mm、厚さ0.04mmであって、固着部97は長
さ1.5mm、幅5mm、厚さ0.04mmである。振動板9
5には振動板85と同様な形状と寸法の微細な多数の穴
が設けられている。本実施例においても図16と同様に
安定で効率がよく低消費電力駆動が可能な霧化装置を提
供できる。
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。図18における点線は圧電振動子90単体の
特性を示し、実線は圧電振動子90と振動板95との複
合体の特性を示す。foは該複合体が本発明の霧化装置
に用いられた場合に、霧化量が最大になるときの周波数
を示す。foは245.7kHzであり、圧電振動子90
単体の共振周波数とほぼ一致している。このように、圧
電振動子と振動板との複合体における共振周波数が圧電
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、圧電振動子と振動板との複合体の
結合振動が増強するから、霧の発生量はさらに増加す
る。
て、振動部96の長さを変化させていったときの振動部
96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5.5mmのときに霧化量は最大値72ml/hを
示し、そのときの消費電力は1Wである。
子1と振動板2と振動板20との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1に印加すると、圧電振動子1
は励振される。このとき、その交流信号の周波数は圧電
振動子1の共振周波数のうちの1つにほぼ一致してい
る。振動板2および振動板20を圧電振動子1の少なく
とも一方の面上に一体的に連なって固着させる構造を採
用していることから、圧電振動子1の励振に伴って、振
動板2および振動板20はそれぞれの固着部53および
固着部70を固定端とする片持ち梁の形で振動される。
振動部54および振動部71に生じる振動は屈曲振動で
あり、振動部54および振動部71の弾性振動が液体の
霧化に有効に機能する。圧電振動子1を支持しかつ本体
に固定させている支持具25の圧電振動子1との接触部
分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。支持具25の圧電振動子1との接触部分が発泡スチ
ロール製であることにより、圧電振動子1からの超音波
が支持具25自身に伝搬し散失されるのが抑制され、振
動板2および振動板20は効率良く振動される。一方、
本体貯液室23の中の液体は保液材21によって吸い上
げられ、保液材21の上部に達している。また、本体貯
液室24の中の液体は保液材22によって吸い上げら
れ、保液材22の上部に達している。スイッチの切り替
えにより支持具26を作動させ保液材21の上部を振動
板20の下面に接触させたり、また、保液材22の上部
を振動板2の下面に接触させることができる。保液材2
1および保液材22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2
1および保液材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21または保液材22
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または振動板20は効率良く振動される。
振動板2と接触し、保液材21が振動板20と接触して
いないときには、振動部54および振動部71の振動に
伴い本体貯液室24から保液材22によって吸収され振
動板2の下面に達した液体は、毛細管現象により各穴6
0に導かれる。前記液体が各穴60を通過するとき、各
穴60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60によって絞り作用を
受け、微小でかつ均一な粒子となって振動部54の上部
に流出する。その結果、前記絞り作用、振動部54の弾
性振動により、穴60から流出した液体は効率良く霧化
される。また、保液材21が振動板20と接触し、保液
材22が振動板2と接触していないときには、本体貯液
室23から保液材21を介して振動板20の下面に達し
た液体は、毛細管現象により振動板20に設けられてい
る微細な多数の穴に導かれ、霧化される。その穴の大き
さが穴60とは異なるので、穴60を通して霧化される
霧の粒子の大きさとは異なった大きさの粒子を有する霧
を発生させることができる。このようにして、スイッチ
の切り替えにより支持具26を作動させ、異なった大き
さの粒子の霧を発生させることができる。そのうえ、本
体貯液室23と本体貯液室24の中に別々の種類の液体
を入れておくことにより、別々の種類のしかも異なった
大きさの粒子を有する霧を発生させることができる。こ
のようにして本実施例においても、図1の第1の実施例
と同様な霧化効果が見られた。なお、本実施例では図9
に示される超音波励振器が用いられたが、図9の超音波
励振器の振動板20を圧電振動子1のもう一方の端面上
に、振動板2と対面しないような形で設けた超音波励振
器を用いた場合にも、図9の超音波励振器を用いた場合
と同様な霧化効果が見られた。
子1と2つの振動板30との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1に印加すると、圧電振動子1は励
振される。このとき、その交流信号の周波数は圧電振動
子1の共振周波数のうちの1つにほぼ一致している。2
つの振動板30を圧電振動子1の少なくとも一方の面上
に一体的に連なって固着させる構造を採用していること
から、圧電振動子1の励振に伴って、2つの振動板30
はそれぞれの固着部72を固定端とする片持ち梁の形で
振動される。2つの振動部73に生じる振動は屈曲振動
であり、振動部73の弾性振動が液体の霧化に有効に機
能する。圧電振動子1を支持しかつ本体に固定させてい
る支持具33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。支持具33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具33自身
に伝搬し散失されるのが抑制され、2つの振動板30は
効率良く振動される。一方、本体貯液室31の中の液体
は保液材32によって吸い上げられ、保液材32の上部
に達している。保液材32の上部は支持具33によりど
ちらか一方の振動板30の下面と接触させることができ
るようになっている。保液材32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32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32を介して液体中に伝搬
し散失するのが抑制され、振動板30は効率良く振動さ
れる。
振動に伴い本体貯液室31から保液材32によって吸収
され振動板30の下面に達した液体は、毛細管現象によ
り振動板30に設けられている微細な多数の穴に導かれ
る。前記液体が各前記穴を通過するとき、各前記穴の液
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、前記液体は前記穴によって絞り作用を受け、微小
でかつ均一な粒子となって振動部73の上部に流出す
る。その結果、前記絞り作用、振動部73の弾性振動に
より、前記穴から流出した液体は効率良く霧化される。
また、2つの振動板30に設けられている穴の大きさが
異なるので、保液材32をどちらの振動板30に接触さ
せるかで、大きさが異なる粒子の霧を発生させることが
できる。このようにして、支持具33により保液材32
をどちらの振動板30に接触させるかによって、異なっ
た大きさの粒子の霧を発生させることができる。このよ
うにして本実施例においても、図1の第1の実施例と同
様な霧化効果が見られた。なお、本実施例では図10に
示される超音波励振器が用いられたが、図10の超音波
励振器における2つの振動板30を圧電振動子1の2つ
の端面上に、図15における2つの振動板30と同じよ
うな配置に設けた超音波励振器を用いた場合にも、図1
0の超音波励振器を用いた場合と同様な霧化効果が見ら
れた。
子1と2つの振動板30との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1に印加すると、圧電振動子1は励
振される。このとき、その交流信号の周波数は圧電振動
子1の共振周波数のうちの1つにほぼ一致している。2
つの振動板30を圧電振動子1の少なくとも一方の面上
に一体的に連なって固着させる構造を採用していること
から、圧電振動子1の励振に伴って、2つの振動板30
はそれぞれの固着部72を固定端とする片持ち梁の形で
振動される。2つの振動部73に生じる振動は屈曲振動
であり、振動部73の弾性振動が液体の霧化に有効に機
能する。圧電振動子1を支持しかつ本体に固定させてい
る支持具33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。支持具33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具33自身
に伝搬し散失されるのが抑制され、2つの振動板30は
効率良く振動される。一方、貯液室40の中の液体は保
液材41によって吸い上げられ、保液材41の上部に達
している。保液材41の上部は支持具33によりどちら
か一方の振動板30の下面と接触させることができるよ
うになっている。保液材41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41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41を介して液体中に伝搬し散
失するのが抑制され、振動板30は効率良く振動され
る。支持具33によって支持された圧電振動子1および
振動板30とから成る超音波励振器を、浮力により液体
で満たされた貯液室40に浮かべることにより、液体の
供給効率を高めるだけでなく、貯液室40内の液体の増
減や振動による液面の変化などに影響されることなく、
常に安定した液体の供給を実現できる。
振動に伴い貯液室40から保液材41によって吸収され
振動板30の下面に達した液体は、毛細管現象により振
動板30に設けられている微細な多数の穴に導かれる。
前記液体が各前記穴を通過するとき、各前記穴の液体の
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、前記液体は前記穴によって絞り作用を受け、微小で
かつ均一な粒子となって振動部73の上部に流出する。
その結果、前記絞り作用、振動部73の弾性振動によ
り、前記穴から流出した液体は効率良く霧化される。ま
た、2つの振動板30に設けられている穴の大きさが異
なるので、支持具33により保液材41をどちらの振動
板30に接触させるかで、大きさが異なる粒子の霧を発
生させることができる。このようにして本実施例におい
ても、図1の第1の実施例と同様な霧化効果が見られ
た。なお、本実施例では図10に示される超音波励振器
が用いられたが、図10の超音波励振器における2つの
振動板30を圧電振動子1の2つの端面上に、図15に
おける2つの振動板30と同じような配置に設けた超音
波励振器を用いた場合にも、図10の超音波励振器を用
いた場合と同様な霧化効果が見られた。
超音波霧化装置によれば振動部に設けられた穴を通過し
ながら液体が霧化されるので、霧の粒子の微小性、均一
性を促すことができる。さらに、液体供給手段が超音波
励振器を支持する支持具と、貯液室と、貯液室内の液体
を吸い上げ振動部に供給するための保液材とを備え、保
液材としてスポンジその他の吸液能力が大きくしかも音
響インピーダンスが圧電振動子よりも低い物質を採用す
ることにより、液体の供給を無駄なく効率良く行うこと
ができるばかりでなく、圧電振動子からの超音波の液中
への伝搬が遮断され、圧電振動子の励振の保液材自身へ
の伝搬も抑制されるので、圧電振動子の励振は効率よく
振動板を振動させることができる。従って液体の霧化効
率を高め、しかも低消費電力での液体の多量霧化を可能
にし、あわせて装置の小型化も容易に実現できる。
位置に保持する構造、または浮力により超音波励振器を
液体中に浮かべる構造を採用することにより、貯液室内
の液体の増減や振動による液面の変化などに影響される
ことなく、常に安定した液体の供給を実現できるので、
均一な霧化量を生ずる霧化装置を提供できる。その上、
支持具のうち少なくとも超音波励振器に接触する部分と
して圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い発泡
スチロールその他の物質を採用することにより、圧電振
動子からの超音波の液中への伝搬が遮断されるだけでな
く、圧電振動子の励振の支持具自身への伝搬も抑制され
るので、圧電振動子の励振は効率よく振動板を振動させ
ることができる。従って霧化効率を増大させることがで
きる。
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
ら成る簡単な構造を採用することにより、装置を小型化
でき、しかも高い効率で液体を霧化することができ、低
消費電力での駆動が可能となる。
面上に一体的に連なって固着させる構造を採用すること
により、振動部は固着部を固定端とする片持ち梁の形で
屈曲振動するから、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。また、
振動部に設けられている穴の一方の開口面積が他方の開
口面積より大きいことから、その一方の開口を入口側と
し、他方の開口を出口側とする構造の採用により、液体
の通過面積がその穴の入口側から出口側に向けて減少す
るから、液体が穴を通過するときに液体は穴によって絞
り作用を受ける。その結果、絞り作用と振動部の振動と
の相乗効果によって液体の霧化作用が促進され、霧の発
生量が増加しかつ粒子の径が均一になる。
量も増加するので、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。
に互いに絶縁状態にある2つの電極を設けることにより
一方の電極を自励式電源のための電極として用いること
ができるから、安定で効率がよく低消費電力駆動が可能
な霧化装置を提供できる。
振周波数が圧電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、圧電振動子と振動
板との複合体の結合振動が増強するから、霧の発生量は
さらに増加する。
1に近くてしかも1に等しくない矩形状の角柱構造を採
用することにより、圧電振動子と振動板との複合体の結
合振動が増強するから、霧の発生量はさらに増加する。
つの共振周波数の中間値が圧電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
電振動子と振動板との複合体の結合振動が増強するか
ら、霧の発生量はさらに増加する。
1に近くてしかも1に等しくない矩形板状構造を採用す
ることにより、圧電振動子と振動板との複合体の結合振
動が増強するから、霧の発生量はさらに増加する。
断面図。
断面図。
断面図。
断面図。
動板2とから成る超音波励振器の側面図。
部54の断面図。
振動板2と、振動板20とから成る超音波励振器の平面
図。
例における圧電振動子1と2つの振動板30とから成る
超音波励振器の平面図。
て、振動部54の長さを変化させていったときの振動部
54の長さと霧化量との関係を示す特性図。
の噴出の高さとの関係を示す特性図。
ーダンスの位相と周波数との関係を示す特性図。
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。
振動板2、圧電振動子3および振動板4とから成る複合
体に代えて示す圧電振動子1と振動板30とから成る複
合体の一実施例を示す斜視図。
80と、振動部86および固着部87を有する振動板8
5とを備えた超音波励振器の一実施例を示す斜視図。
振動板95とを備えた超音波励振器の一実施例を示す斜
視図。
ーダンスの位相と周波数との関係を示す特性図。
96の長さを変化させていったときの振動部96の長さ
と霧化量との関係を示す特性図。
Claims (7)
- 【請求項1】 圧電振動子に振動板を固着してなる超音
波励振器により発生させた弾性振動により液体を霧化す
る超音波霧化装置において、 前記圧電振動子は圧電磁器と、該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成り、 前記振動板は、前記圧電振動子の電極を有する少なくと
も一つの端面上に一体的に連なって固着された固着部
と、前記圧電振動子の外方に向けて前記圧電振動子の前
記端面にほぼ平行に突出する振動部とを有し、 前記振動部には多数の穴が設けてあり、 前記振動部へ前記液体を供給する手段は、前記超音波励
振器を支持する支持具と、前記液体を収容する貯液室
と、スポンジその他の吸液能力の大きい物質から成り前
記液体を吸収する保液材とを備え、 前記支持具は前記超音波励振器を固定物に対し所定位置
に保持し、または浮力により前記超音波励振器を前記液
体中に浮かせ、 前記支持具のうち少なくとも前記超音波励振器に接触す
る部分は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが
低い発泡スチロールその他の物質から成り、 前記振動部は前記保液材と接触して、前記保液材に吸収
されている前記液体を霧化することを特徴とする超音波
霧化装置。 - 【請求項2】 前記穴における前記振動板の一方の開口
面積と他方の開口面積とが異なることを特徴とする請求
項1に記載の超音波霧化装置。 - 【請求項3】 前記両端面のうちで少なくとも一方の端
面に形成されている前記電極は、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請求項1また
は2に記載の超音波霧化装置。 - 【請求項4】 前記圧電振動子の共振周波数は、該圧電
振動子と前記振動板との複合体における共振周波数にほ
ぼ等しいことを特徴とする請求項1、2または3に記載
の超音波霧化装置。 - 【請求項5】 前記圧電振動子は、厚さと幅の寸法比が
1に近くしかも1に等しくない矩形状の角柱であること
を特徴とする請求項4に記載の超音波霧化装置。 - 【請求項6】 前記圧電振動子の共振周波数は、該圧電
振動子と前記振動板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ことを特徴とする請求項1、2
または3に記載の超音波霧化装置。 - 【請求項7】 前記圧電振動子は、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6に記載の超音波霧化装置。
Priority Applications (1)
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-
1992
- 1992-01-16 JP JP04025657A patent/JP3083902B2/ja not_active Expired - Lifetime
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