JPH04207798A

JPH04207798A - 超音波霧化装置

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Publication number: JPH04207798A
Application number: JP33917990A
Authority: JP
Inventors: Koji Toda; 耕司戸田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-29
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2718567B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、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関する。

（従来の技術）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、多量の霧を発生しつ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。

（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、多量霧化、粒子
の微小性、均一性、または駆動電源のコストのいずれか
において難点があった。

本発明の目的は、霧化効率、多量霧化、粒子の微小性、
均一性、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。

（課題を解決するための手段）請求項１に記載の超音波霧化装置は、圧電振動子に舌片状の振動板を固着してなる超音波励振
器と、前記振動板と微少な間隙を隔てて対面する補助板と、液体を収容する槽と、前記超音波励振器および前記補助板を前記槽にν 対して所定の位置関係に保持する手段とを備えてなり、前記振動板には多数の穴が設けてあり、前記保持手段は
、前記振動板を前記液体の表面に対して傾斜させ、かつ
該振動板を前記補助板より上側に位置させることを特徴
とする請求項２に記載の超音波霧化装置は、前記補助板が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ることを特徴と
する請求項３に記載の超音波霧化装置は、前記保持手段が前記圧電振動子と前記補助板とを圧接さ
せるクリップを含むことを特徴とする請求項４に記載の
超音波霧化装置は、前記圧電振動子が圧電磁器と、該圧電磁器の分極軸に垂
直な両面に形成されている電極とから成ることを特徴と
する請求項５に記載の超音波霧化装置は、前記振動板が、前記圧電振動子の少なくとも一方の面上
に一体的に連なって固着されており、前記圧電振動子の
外方に向けて前記圧電振動子の該面にほぼ平行に突出す
る振動部を有し、前記穴は該振動部に設けられていて、
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６に記載の超音波霧化装置は、前記圧電振動子の共振周波数のうちの一つが前Ｅ圧電振
動子と前記振動板との複合体の共振周波数のうちの一つ
にほぼ等しいことを特徴とする請求項７に記載の超音波
霧化装置は、前記圧電振動子が長さと幅の寸法比がほぼ１に等しい矩
形状の板であることを特徴とする。

（作用）請求項１に記載の超音波霧化装置の使用時、前記圧電振
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の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、前記液
体収容槽に収容されている液体は、前記液体の表面に対
して傾斜してなる前記振動板と前記振動板の下側に位置
する前記補助板との微少間隙内に流入し、これら振動板
および補助板と共に振動し、前記振動板に設けられてい
る穴を通して前記振動板の上面側に移りなから微小な粒
子の霧となりその振動板の上方に放出される。

本発明では、液体が穴を通過しなから霧化される。この
ような霧化工程の採用により、本発明による霧化は粒子
の微小性、均一性を促す。さらに、前記振動板を前記液
体の表面に対して傾斜させるとともに、前記補助板を前
記振動板に対して微小な間隙を隔てて設けた構造の採用
により、効率の良い霧化が実現でき、従って多量の霧化
が低消費電力で実現でき、あわせて装置の小形化も容易
にできる。

請求項２に記載の超音波霧化装置は、前記補助板が圧電
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ることにより、前記圧電振動子の
励振が前記補助板に伝搬するのが抑制され、効率良く前
記振動板を振動させることができる。従って効率の良い
霧化を実現できる６：−ノ請求項３に記載の超音波霧化装置は、前記保持手段が前
記圧電振動子と前記補助板とを圧接させるクリップを含
む。前記クリップで前記圧電振動子と前記補助板とを圧
接すると、両者が互いの位置関係を一定にして安定に保
持され、ひいては振動板と補助板との微少な間隙が安定
に保持される。

また、クリップで両者を圧接する構造では、圧電振動子
の振動エネルギーが補助板に漏れ難く、圧電振動子の励
振は振動板に効率良く伝搬され、従って効率の良い霧化
を実現できる。

請求項４に記載の超音波霧化装置では、前記圧電振動子
が前記圧電磁器と、前記圧電磁器の分極軸に垂直な両面
に形成されている電極とからなる。

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形化でき、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。

請求項５に記載の超音波霧化装置は、前記振動板が前記
圧電振動子の少なくとも一方の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、前記微
少間隙内の液体はその弾性振動により垂直方向上方に向
けて霧として放散される。また、前記穴における一方の
開口面積が他方の開口面積より大きいから、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。

請求項６に記載の超音波霧化装置では、前記圧電振動子
の共振周波数のうちの一つが前記圧電振動子と前記振動
板との複合体の共振周波数のうちの一つにほぼ等しいか
ら、その共通の共振周波数の電圧を前記圧電振動子に印
加することにより、該゛ｉ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。

請求項７に記載の超音波霧化装置では、前記圧電振動子
が長さと幅の寸法比がほぼ１に等し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。

（実施例）次に実施例を挙げて本発明を一層詳しく説明する。

第１図（ａ）は本発明の超音波霧化装置の一実施例を示
す断面図である。本実施例は接着剤を介して銅箔からな
る端子Ｐ、Ｑが取りつけられている圧電振動子１と、振
動板２と、補助板３と、クリップ４と液体収容槽５とか
らなる。但し、第１図には圧電振動子１に交流電圧を供
給する電源回路が併せて示してあり、使用時には液体収
容槽５は適量の液体で満たしておく。

圧電振動子１と振動板２とからなる超音波励振器は補助
板３にクリップ４で固着させ、水平面に対１．−’３０
度の角度で振動板２の先端だけを液面に触れさせる。こ
れは振動板２に触れる液体の量を制限し、効率良く霧化
を行うためである。超音波励振器が必要以上に液面に触
れると、超音波振動のエネルギーのほとんどが水中に放
出されてしまい、霧化効率が低くなるからである。

第１図（ｂ）はクリップ４の斜視図、第１図（Ｃ）はク
リップ４の側面図である。クリップ４はステンレススチ
ール製で弾力により圧電振動子１と補助板３とを圧接さ
せている。第２図は前記超音波励振器の一実施例を示す
平面図、第３図は第２図の前記超音波励振器の側面図で
ある。圧電振動子１は矩形板状の圧電磁器３０を有し、
圧電磁器３０の材質はＴＤＫ７２Ａ材（製品名）で、そ
の長さは４０ｍｍ、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３０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
両面にＡｕ電極３１およびＡｕ電極３２が形成されてい
る。Ａｕ電極３１は圧電磁器３０の一方の面をおおい、
Ａｕ電極３２は圧電磁器３０のもう一方の面をおおって
いる。Ａｕ電極３１には端子Ｐが取り付けられ、Ａｕ電
極３２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３０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。振動板２はニッケル製で、細長い板状
の固着部２１によって圧電振動子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２０をなしている。固着部２１はＡｕ
電極３１を介して圧電振動子１に接着剤３３で接着され
ている。

振動板２は長さ２５ｍｍ％幅２Ｑｍｍ、厚さ０．０５ｍ
ｍである。固着部２１は長さ２０ｍｍ。

幅５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍである。

振動部２０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２０は長さ２０ｍｍ１幅２０ｍｍ、厚さ
０．０５ｍｍである。振動部−〇には、その厚さ方向に
貫通する微細な複数の穴２２が設けられていて、穴２２
の形状はすり林状であって、その入口側の直径寸法は０
．１ｍｍ１出口側の直径寸法は０．０２ｍｍである。第
２図の円内は穴２２の平面拡大図、第３図のダ円内は穴
２２の縦断面拡大図である。各式２２は等しいピッチで
配列されている。

第１図の超音波霧化装置の駆動時、圧電振動子１と振動
板２との複合体の共振周波数に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の共振周波数のうちの一つ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２１を固定
端とする片持ち梁の形で振動される。振動部２０に生じ
る振動は屈曲振動であり、振動部２０の弾性振動が液体
の霧化に有効に機能する。

振動部２０の弾性振動に伴い、液体収容槽５に収容され
ている液体は毛細管現象により各式２２に導かれる。前
記液体が各式２２を通過するとき、各式２２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２２によって絞り作用を受け、振動部２０
の上部に流出する。その結果、前記絞り作用と振動部２
０の弾性振動および補助板３を用いたことによる液量制
限作用により、穴２２から流出した液体は霧化し、その
霧化率は高くなる。

第４図は圧電振動子１の周波数に対するアドミタンスお
よび位相の関係を示す特性図である。霧化装置として有
効に動作する周波数の１つは、１００．８ｋＨｚ付近の
共振に対応するものである。

第５図は印加電圧と霧化量との関係を示す特性図である
。印加電圧が０〜３０Ｖア−２付近までは霧の発生は観
察できないが、３０　Ｖ　ｐ−ｐ以上になると、霧が振
動部２０から吹き上がる。共振周波数１００．８ｋＨｚ
においては、霧化量が最大となる印加電圧は７６Ｖｐ−
て、それ以上の電圧では霧化量は飽和する。本図が示す
ように、６０ｖ’ｐ−ｐ付近まで霧化量は印加電圧に応
じて急激に増えて一℃′）る。

第６図は吹き上げた霧の軌跡の最高点および飛距離と、
印加電圧との関係を示す特性図である。

第５図と同様な変化を示し、４０ＶＰ−Ｐ付近から急激
に霧の勢いが増し５ｏｖｐ−ｐ付近で飽和する。

第７図は第２図の例に代えて、長さ２０ｍｍ。

幅２０ｍｍ１厚さ１ｍｍの圧電振動子と、長さ２０ｍｍ
、幅２０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの振動部を有する振動
板とを備えた超音波励振器の一実施例を示す平面図であ
る。本実施例を用いれば印加電圧が９．８ｖのときに周
波数が１１４．６ｋＨ２で霧化量が最大となり、その時
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。

（発明の効果）以上に詳しく説明したように、本発明の超音波霧化装置
によれば、振動部に設けられた穴を通過しなから液体が
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、振動板を液体の裏面に対して傾斜さ
せるとともに、補助板を振動板に対して微少な間隙を隔
てて設けた構造の採用により、効率の良い霧化が実現で
き、従って多量の霧化が低消費電力で実現でき、あわせ
て装置の小形化も容易に実現できる。

補助板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補助板に伝搬するのを抑制でき
、効率良く振動板を振動させることができる。従って霧
化効率を増大させることができる。

超音波励振器を補助板に保持する手段として、圧電振動
子と補助板とを圧接させるクリップを含む構造を採用す
ることにより、圧電振動子の励振は振動板に効率良（伝
搬され、従って効率の良い霧化を実現できる。

圧電振動子として圧電磁器と電極とからなる簡単な構造
を採用することにより、装置を小形化でき、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。

振動板を圧電振動子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の採用により、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前記微少間隙内の液体は垂直方向
上方に向けて霧化される。また、前記穴における一方の
開口面積が他方の開口面積より大きいから、その一方の
開口を人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。

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。

圧電振動子と振動板との複合体としての超音波励振器の
共振周波数のうちの一つが圧電振動子の共振周波数のう
ちの一つにほぼ等しくなるような構造−を採用すること
により、霧化効率が促進され、霧の発生量はさらに増加
する。

圧電振動子としてその長さと幅の寸法比がほぼ１に等し
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、霧化効率は
さらに促進される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の超音波霧化装置の一実施例を示
す断面図、第１図（ｂ）はクリップ４の斜視図、第１図
（ｃ）はクリップ４の側面図、第２図は第１図の超音波
霧化装置に用いられている超音波励振器の一実施例を示
す平面図、第３図は第２図の超音波励振器の側面図、第
４図は圧電振動子１の周波数とアドミタンスおよび位相
との関係を示す特性図、第５図は印加電圧と霧化量との
関係を示す特性図、第６図は吹き上げた霧の軌跡の最高
点および飛距離と、印加電圧との関係を示す特性図、第
７図は第２図の例に代えて示す超音波励振器の一実施例
を示す平面図である。１・・・圧電振動子、２・・・振動板、３・・・補助板
、４．・・クリップ、５・・・液体収容槽、２０・・・
振動部、２１・・・固着部、２２・・・穴、３０・・・
圧電磁器、３１゜３２・・・Ａｕ電極、３３・・・接着
剤。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電振動子に舌片状の振動板を固着してなる超音
波励振器と、前記振動板と微少な間隙を隔てて対面する
補助板と、液体を収容する槽と、前記超音波励振器および前記補助板を前記槽に対して所
定の位置関係に保持する手段とを備えてなり、前記振動
板には多数の穴が設けてあり、前記保持手段は、前記振
動板を前記液体の表面に対して傾斜させ、かつ該振動板
を前記補助板より上側に位置させることを特徴とする超
音波霧化装置。
（２）前記補助板は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ることを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
（３）前記保持手段は前記圧電振動子と前記補助板とを
圧接させるクリップを含む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。
（４）前記圧電振動子は圧電磁器と、該圧電磁器の分極
軸に垂直な両面に形成されている電極とから成ることを
特徴とする請求項１から３までに記載の超音波霧化装置
。
（５）前記振動板は、前記圧電振動子の少なくとも一方
の面上に一体的に連なって固着されており、前記圧電振
動子の外方に向けて前記圧電振動子の該面にほぼ平行に
突出する振動部を有し、前記穴は該振動部に設けられて
いて、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から
４までに記載の超音波霧化装置。
（６）前記圧電振動子の共振周波数のうちの一つは前記
圧電振動子と前記振動板との複合体の共振周波数のうち
の一つにほぼ等しいことを特徴とする請求項１から５ま
でに記載の超音波霧化装置。
（７）前記圧電振動子は長さと幅の寸法比がほぼ１に等
しい矩形状の板であることを特徴とする請求項１から６
までに記載の超音波霧化装置。