JPH04207799A - 超音波霧化装置 - Google Patents

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−２つ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（、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であっ
て、前記振動板と微少な間隙を隔てて対面する補助板と
、前記微少間隙内に前記液体を供給する手段とが備えて
あり、前記振動板には多数の穴が設けてあることを特徴
とする請求項２に記載の超音波霧化装置は、前記補助板
が水平方向より角度をなしてな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４に記載の超音波霧化装置は、前記超音波励振器
と前記補助板とが、前記圧電振動子と前記補助板とを圧
接させるクリップで互いに一定の位置関係に保持してあ
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
、前記液体供給手段が貯液室と、該貯液室から前記間隙
内に液体を供給するためのチューブとを備えることを特
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
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７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８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９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、前記振動板と前記補助板との微少間
隙内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、補助板を用いることにより霧化効
率も良く、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、前記補助板が水平
方向より角度をなしていることにより、前記液体の供給
を促進し霧化効率を増大させることができる。

請求項３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
と前記補助板とがクリップで圧接されている。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が
実現できる。

請求項５に記載の超音波霧化装置は、前記液体供給手段
が前記貯液室と前記液体供給チューブとを備えることに
より、前記液体の供給を無駄なく効率良く行うことがで
き、従って、霧化効率を増大できる。

請求項６に記載の超音波霧化装置では、前記圧電振動子
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ば
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７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。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８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。

請求項９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、液体供給チューブ５と、流量調
整バルブ６と、貯液室７、とからなる。但し、第１図（
ａ）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７は適量の液体で
満たしておく。端子Ｐ、Ｑは圧電振動子１に接着剤で固
着されている。

第１図（ｂ）は、同図（ａ）から液体供給チューブ５と
、流量調整バルブ６と、貯液室７とを除いて描いた断面
図である。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で圧接させる。これは圧電
振動子１の励振を振動板２に効率良く伝搬させるためで
ある。また、超音波励振器は水平面に対し３０度の角度
を保つように固定させる。これは振動板２と補助板３と
の微少間隙内への液体の供給速度を増加させ、効率良く
霧化を行うためである。

第１図（Ｃ）はクリップ４の斜視図、第１図（ｄ）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。

液量調整バルブ６により貯液室７から液体供給チューブ
５を通って前記微少間隙内に供給される液体の量は制限
され、前記微少間隙には霧化効率が最も高くなるような
液量が供給される。

第２図（ａ）は第１図実施例における前記超音波励振器
を示す平面図、第２図（ｂ）は同図（ａ）における振動
部２０の部分拡大平面図であり、本図では第２図（ａ）
と同方向から見たときの穴２２の形および配列並びに寸
法が示されている。

第３図（ａ）は第２図（ａ）の超音波励振器の側面図、
第３図（ｂ）は板面に垂直な平面で切断したときに現わ
れる振動部２０の断面を示す図であり、この第３図（ｂ
）では穴２２の縦断面形状および寸法が示されている。

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。ＴＤ
Ｋ７２Ａ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３
２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２０ｍｍ、厚さ０．０５ｍ
ｍである。固着部２１は長さ２０ｍｍ。

幅５　ｍ　ｍ　、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２０ｍｍ。

幅２’　Ｏｍ　ｍ　、厚さ０．０５ｍｍである。振動部
２０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
の入口側の直径は０．１ｍｍ、出口側の直径は０．０２
ｍｍである。各人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の振動に伴い、貯液室７から液体供給チュー
ブ５を通って前記微少間隙内に供給された液体は毛細管
現象により各人２２に導かれる。

前記液体が各人２２を通過するとき、各人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、振動
部２０の振動、超音波励振器が水平面より角度をなすこ
とによる液体供給速度の増加作用、および前記微少間隙
内への液量調整バルブ６による液量制限作用により、穴
２２から流出した液体は効率よく霧化される。

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０〜３０　Ｖ　ｐ−ｐ付近までは霧の発生
は観察できないが、３０Ｖｐ−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７６Ｖ、、
で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
して急激に増えている。

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−付近から急激に
霧の勢いが増し６０　Ｖ　Ｐ−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２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの圧電振動子と、長さ２Ｑｍｍ
、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１：１４．６ＫＨｚ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５８８ｍ
Ｗ１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がら液体が
霧化されるので、霧の粒子の微小性、均２性を促すこと
ができる。さらに、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、供給された液体を効
率良く霧化でき、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。

補助板が水平方向より角度をなす構造の採用により、液
体の供給速度を促進させることができ、霧化効率を増大
させることができる。

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。

超音波励振器と補助板とが、圧電振動子と補助板とを圧
接させるクリップで互いに一定の位置関係に保持される
構造を採用することにより、圧電振動子の励振は振動板
に効率良く伝搬され、従って効率の良い霧化を実現でき
る。

液体供給手段が貯液室と液体供給チューブとを備えるこ
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、従って霧化効率を増大させることができる。

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カシ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）は同図（ａ）から液体供給チュ
ーブ５と、流量調整バルブ６と、貯液室７とを除いて描
いた断面図、第１図（Ｃ）はクリップ４の斜視図、第１
図（ｄ）はクリップ４の側面図、第２図（ａ）は第１図
実施例における超音波励振器を示す平面図、第２図（ｂ
）は同図（ａ）における振動部２０の部分拡大平面図、
第３図（ａ）は第２図（ａ）の超音波励振器の側面図、
第３図（ｂ）は板面に垂直な平面で切断したときに現れ
る振動部２０の断面図、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、
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・・・液体供給チューブ、６・
・・液量調整バルブ、７・・・貯液室、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 (9)

【特許請求の範囲】
1. （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、 前記振動板と微少な間隙を隔てて対面する補助板と、前
   記微少間隙内に前記液体を供給する手段とが備えてあり
   、 前記振動板には多数の穴が設けてある ことを特徴とする超音波霧化装置。
2. （２）前記補助板は水平方向より角度をなしてなること
   を特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
3. （３）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または２に記載の超音波霧化装置。
4. （４）前記超音波励振器と前記補助板とは、前記圧電振
   動子と前記補助板とを圧接させるクリップで互いに一定
   の位置関係に保持してあ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. （５）前記液体供給手段が貯液室と該貯液室から前記間
   隙内に液体を供給するためのチューブとを備えることを
   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. （６）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５までに記載の超音波霧化装置
   。
7. （７）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、 前記穴は前記振動部に設けてあり、 該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６までに
   記載の超音波霧化装置。
8. （８）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７ま
   でに記載の超音波霧化装置。
9. （９）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８
   までに記載の超音波霧化装置。