JPH08281165A - 超音波霧化装置 - Google Patents
超音波霧化装置Info
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- JPH08281165A JPH08281165A JP7113655A JP11365595A JPH08281165A JP H08281165 A JPH08281165 A JP H08281165A JP 7113655 A JP7113655 A JP 7113655A JP 11365595 A JP11365595 A JP 11365595A JP H08281165 A JPH08281165 A JP H08281165A
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Classifications
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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- B05B17/0653—Details
- B05B17/0676—Feeding means
- B05B17/0684—Wicks or the like
Landscapes
- Special Spraying Apparatus (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 霧化効率、多量霧化、粒子の微小性および均
一性に優れ、低消費電力で低電圧駆動が可能な超音波霧
化装置を提供する。 【構成】 圧電磁器8にすだれ状電極Pおよび電極Gを
設けて成る圧電振動子1と、振動板2とから成る複合体
を自励式の駆動回路7を用いて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。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に設けられている貫通孔9を通して振動板2の上方
へ霧化される。 【効果】 構造が簡単で、小型軽量で、長時間にわたり
安定な霧化を可能にする。
一性に優れ、低消費電力で低電圧駆動が可能な超音波霧
化装置を提供する。 【構成】 圧電磁器8にすだれ状電極Pおよび電極Gを
設けて成る圧電振動子1と、振動板2とから成る複合体
を自励式の駆動回路7を用いて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。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に設けられている貫通孔9を通して振動板2の上方
へ霧化される。 【効果】 構造が簡単で、小型軽量で、長時間にわたり
安定な霧化を可能にする。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子に振動板を
固着して成る複合体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。
固着して成る複合体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、装置の規模、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。しかも、装置を駆動す
るために複雑な回路構成を必要とし、また、回路を構成
する部品の数、部品の重量および部品の価格にも問題が
あった。圧電磁器と電極とから成る圧電振動子に振動板
を固着して成る複合体において超音波の弾性振動を発生
させ、その振動板に液体を接触させてその液体を霧化す
る超音波霧化装置が本願発明者により特願平2ー339
181、3ー84730等で出願されている。これらの
超音波霧化装置は比較的複雑な駆動回路を必要とし、ま
た、比較的高い直流電圧の電源を必要とした。さらに、
温度変化等の使用条件に影響を受け易いという面で問題
があった。これは、複合体の共振周波数がその複合体の
温度に応じて変動するからである。超音波霧化装置の駆
動回路は高周波の高電圧を発生させしかも複合体の共振
周波数を追尾する必要がある。つまり、駆動回路は共振
周波数、電圧、電力などの諸元を満足すると同時に、複
合体の共振周波数に追随して周波数を変える手段が求め
られる。そこで、複合体の共振周波数の自動追尾機能を
具備した自励発振方式の駆動回路を備えた超音波霧化装
置が本願発明者により特願平4ー93437で出願され
た。この超音波霧化装置の駆動回路によれば、圧電振動
子の所要駆動電圧より低い電圧の直流電源から電力を受
けて所要駆動電圧の高周波交流電力を出力できる。しか
し、この超音波霧化装置における自励発振回路がその機
能を果たすためには、圧電振動子はある程度の厚さを必
要とした。すなわち、極微小な粒径を有する霧を発生さ
せしかも低消費電力で低電圧駆動を実現するためには圧
電振動子の厚さが薄い複合体では不可能であった。そこ
で、圧電振動子の厚さに左右されることなく自励発振駆
動を可能にする複合体を備えた超音波霧化装置が本願発
明者により特願平5−287733で出願された。しか
し、この超音波霧化装置では圧電振動子自身の励振によ
って発生する圧電気を帰還電圧として再利用するときの
効率が悪く、その効率の悪い分がそのまま消費電力の増
加に反映されていた。
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、装置の規模、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。しかも、装置を駆動す
るために複雑な回路構成を必要とし、また、回路を構成
する部品の数、部品の重量および部品の価格にも問題が
あった。圧電磁器と電極とから成る圧電振動子に振動板
を固着して成る複合体において超音波の弾性振動を発生
させ、その振動板に液体を接触させてその液体を霧化す
る超音波霧化装置が本願発明者により特願平2ー339
181、3ー84730等で出願されている。これらの
超音波霧化装置は比較的複雑な駆動回路を必要とし、ま
た、比較的高い直流電圧の電源を必要とした。さらに、
温度変化等の使用条件に影響を受け易いという面で問題
があった。これは、複合体の共振周波数がその複合体の
温度に応じて変動するからである。超音波霧化装置の駆
動回路は高周波の高電圧を発生させしかも複合体の共振
周波数を追尾する必要がある。つまり、駆動回路は共振
周波数、電圧、電力などの諸元を満足すると同時に、複
合体の共振周波数に追随して周波数を変える手段が求め
られる。そこで、複合体の共振周波数の自動追尾機能を
具備した自励発振方式の駆動回路を備えた超音波霧化装
置が本願発明者により特願平4ー93437で出願され
た。この超音波霧化装置の駆動回路によれば、圧電振動
子の所要駆動電圧より低い電圧の直流電源から電力を受
けて所要駆動電圧の高周波交流電力を出力できる。しか
し、この超音波霧化装置における自励発振回路がその機
能を果たすためには、圧電振動子はある程度の厚さを必
要とした。すなわち、極微小な粒径を有する霧を発生さ
せしかも低消費電力で低電圧駆動を実現するためには圧
電振動子の厚さが薄い複合体では不可能であった。そこ
で、圧電振動子の厚さに左右されることなく自励発振駆
動を可能にする複合体を備えた超音波霧化装置が本願発
明者により特願平5−287733で出願された。しか
し、この超音波霧化装置では圧電振動子自身の励振によ
って発生する圧電気を帰還電圧として再利用するときの
効率が悪く、その効率の悪い分がそのまま消費電力の増
加に反映されていた。
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は霧化効
率がよく、多量霧化ができ、粒子の微小性かつ均一性に
優れ、装置が小型かつ軽量であり、構造が簡単で、低消
費電力で低電圧駆動が可能で構造が簡単な自励発振駆動
回路を備え、長時間の連続使用が可能で持ち運びに便利
な超音波霧化装置を提供することにある。
率がよく、多量霧化ができ、粒子の微小性かつ均一性に
優れ、装置が小型かつ軽量であり、構造が簡単で、低消
費電力で低電圧駆動が可能で構造が簡単な自励発振駆動
回路を備え、長時間の連続使用が可能で持ち運びに便利
な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、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有する
振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性振動
により、前記振動板に供給された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、電極
D,FおよびGから成り、前記電極DおよびFは前記圧
電磁器の厚さ方向に垂直な一方の端面に形成され、前記
電極Gは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直なもう一方の端
面に形成されており、前記電極DおよびFは互いに絶縁
されており、前記電極D,FおよびGにはそれぞれ端子
TD,TFおよびTGが設けられ、前記端子TDとTGとの
間に前記圧電振動子の共振周波数とほぼ等しい周波数の
電圧を印加することにより、前記複合体を駆動する回路
が備えてあり、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または長さと幅
と厚さのうちのどれか2つの寸法比が1に近くしかも1
に等しくない矩形状の角柱であって、前記振動板は前記
圧電振動子の前記電極Gを有する端面上における前記圧
電振動子の幅方向に沿った部分に一体的に連なって固着
されていて、前記端子TDおよびTFは前記圧電振動子の
前記電極DおよびFを有する端面上における前記圧電振
動子の幅方向に沿った部分に設けられており、前記圧電
振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数にほぼ等
しいことを特徴とする。請求項2に記載の超音波霧化装
置は、前記駆動回路が、直流電源と前記端子TDとの間
に接続されている昇圧用のコイルと、出力端子が前記端
子TDに接続され入力端子が前記端子TFに接続されるこ
とにより前記端子TFに現われる圧電気を帰還電圧とし
て受けるトランジスタとを備え、前記駆動回路は、前記
トランジスタを増幅素子とし前記複合体を共振素子とす
る発振回路を構成す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、前記圧電磁器の一方の端面上に
おける前記電極Dの面積が前記電極Fの面積のほぼ3倍
から4倍であることを特徴とする。請求項4に記載の超
音波霧化装置は、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有
する振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性
振動により、前記振動板に供給された液体を霧化する超
音波霧化装置において、前記圧電振動子は圧電磁器、す
だれ状電極Pおよび電極Gから成り、前記すだれ状電極
Pおよび前記電極Gは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な
両端面のそれぞれに形成されており、前記すだれ状電極
Pの互いに絶縁する部分PDおよびPFにはそれぞれ端子
TDおよびTFが設けられ、前記電極Gには端子TGが設
けられており、前記端子TDとTGとの間に前記圧電振動
子の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加するこ
とにより、前記複合体を駆動する回路が備えてあり、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または長さと幅と厚さのうちのど
れか2つの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形
状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前記
電極Gを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向
に沿った部分に一体的に連なって固着されていて、前記
端子TDおよびTFは前記圧電振動子の前記すだれ状電極
Pを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向に沿
った部分に設けられており、前記圧電振動子の共振周波
数は前記複合体の共振周波数にほぼ等しいことを特徴と
する。請求項5に記載の超音波霧化装置は、前記駆動回
路が、直流電源と前記端子TDとの間に接続されている
昇圧用のコイルと、出力端子が前記端子TDに接続され
入力端子が前記端子TFに接続されることにより前記端
子TFに現われる圧電気を帰還電圧として受けるトラン
ジスタとを備え、前記駆動回路は、前記トランジスタを
増幅素子とし前記複合体を共振素子とする発振回路を構
成す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、前記圧電磁器の一方の端面上における前記部分
PDの面積が前記部分PFの面積のほぼ2倍であることを
特徴とする。請求項7に記載の超音波霧化装置は、前記
振動板に前記液体を供給する手段が、前記複合体を支持
する支持具と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大きい
物質から成る保液材とを含み、前記支持具は前記複合体
を固定物に対し所定位置に保持し、前記支持具のうち少
なくとも前記圧電振動子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、前記支持具のうち少なくとも前記
振動板に接触する部分は前記振動板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、
前記振動板は常時または間欠的に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。
霧化装置は、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有する
振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性振動
により、前記振動板に供給された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、電極
D,FおよびGから成り、前記電極DおよびFは前記圧
電磁器の厚さ方向に垂直な一方の端面に形成され、前記
電極Gは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直なもう一方の端
面に形成されており、前記電極DおよびFは互いに絶縁
されており、前記電極D,FおよびGにはそれぞれ端子
TD,TFおよびTGが設けられ、前記端子TDとTGとの
間に前記圧電振動子の共振周波数とほぼ等しい周波数の
電圧を印加することにより、前記複合体を駆動する回路
が備えてあり、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または長さと幅
と厚さのうちのどれか2つの寸法比が1に近くしかも1
に等しくない矩形状の角柱であって、前記振動板は前記
圧電振動子の前記電極Gを有する端面上における前記圧
電振動子の幅方向に沿った部分に一体的に連なって固着
されていて、前記端子TDおよびTFは前記圧電振動子の
前記電極DおよびFを有する端面上における前記圧電振
動子の幅方向に沿った部分に設けられており、前記圧電
振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数にほぼ等
しいことを特徴とする。請求項2に記載の超音波霧化装
置は、前記駆動回路が、直流電源と前記端子TDとの間
に接続されている昇圧用のコイルと、出力端子が前記端
子TDに接続され入力端子が前記端子TFに接続されるこ
とにより前記端子TFに現われる圧電気を帰還電圧とし
て受けるトランジスタとを備え、前記駆動回路は、前記
トランジスタを増幅素子とし前記複合体を共振素子とす
る発振回路を構成す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、前記圧電磁器の一方の端面上に
おける前記電極Dの面積が前記電極Fの面積のほぼ3倍
から4倍であることを特徴とする。請求項4に記載の超
音波霧化装置は、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有
する振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性
振動により、前記振動板に供給された液体を霧化する超
音波霧化装置において、前記圧電振動子は圧電磁器、す
だれ状電極Pおよび電極Gから成り、前記すだれ状電極
Pおよび前記電極Gは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な
両端面のそれぞれに形成されており、前記すだれ状電極
Pの互いに絶縁する部分PDおよびPFにはそれぞれ端子
TDおよびTFが設けられ、前記電極Gには端子TGが設
けられており、前記端子TDとTGとの間に前記圧電振動
子の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加するこ
とにより、前記複合体を駆動する回路が備えてあり、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または長さと幅と厚さのうちのど
れか2つの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形
状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前記
電極Gを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向
に沿った部分に一体的に連なって固着されていて、前記
端子TDおよびTFは前記圧電振動子の前記すだれ状電極
Pを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向に沿
った部分に設けられており、前記圧電振動子の共振周波
数は前記複合体の共振周波数にほぼ等しいことを特徴と
する。請求項5に記載の超音波霧化装置は、前記駆動回
路が、直流電源と前記端子TDとの間に接続されている
昇圧用のコイルと、出力端子が前記端子TDに接続され
入力端子が前記端子TFに接続されることにより前記端
子TFに現われる圧電気を帰還電圧として受けるトラン
ジスタとを備え、前記駆動回路は、前記トランジスタを
増幅素子とし前記複合体を共振素子とする発振回路を構
成す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、前記圧電磁器の一方の端面上における前記部分
PDの面積が前記部分PFの面積のほぼ2倍であることを
特徴とする。請求項7に記載の超音波霧化装置は、前記
振動板に前記液体を供給する手段が、前記複合体を支持
する支持具と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大きい
物質から成る保液材とを含み、前記支持具は前記複合体
を固定物に対し所定位置に保持し、前記支持具のうち少
なくとも前記圧電振動子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、前記支持具のうち少なくとも前記
振動板に接触する部分は前記振動板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、
前記振動板は常時または間欠的に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。
【作用】本発明の超音波霧化装置の使用時、圧電振動子
には圧電振動子と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電気信号が印加され圧電振動子は
励振される。圧電振動子の励振は振動板を振動させ、振
動板に供給された液体は振動板に設けられている多数の
微小な貫通孔を通して霧化される。貫通孔を通しての霧
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るだけでなく装置の
小型化も容易にできる。自励式駆動が可能で電池での駆
動も容易なことから温度などの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。本発明の超音波霧
化装置では圧電振動子が圧電磁器、電極D,FおよびG
から成る構造を採用できる。電極DおよびFは圧電磁器
の厚さ方向に垂直な一方端面に形成され、電極Gは圧電
磁器の厚さ方向に垂直なもう一方の端面に形成されてい
る。電極DおよびFにはそれぞれ端子TDおよびTFが設
けられている。電極Gには端子TGが設けられている。
このような簡単な構造の圧電振動子の採用により、超音
波霧化装置の小型化が可能となるばかりでなく霧化効率
の向上をもたらし、さらに、自励式駆動が可能となるこ
とから低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。圧電
振動子として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または長さと幅と厚さのうちのどれ
か2つの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形状
の角柱を採用することにより、複合体の結合振動が増強
され、霧化効率が促進される。また、振動板が圧電振動
子の電極Gを有する端面上における圧電振動子の幅方向
に沿った部分に一体的に連なって固着されていることに
より、振動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端
として振動する。従って、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
向けて霧として効率よく放散される。本発明の超音波霧
化装置では、端子TDとTGとの間に圧電振動子の共振周
波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより複
合体を駆動する回路が備えられている。この駆動回路に
は、直流電源と端子TDとの間に昇圧用のコイルが接続
されている。また、出力端子が端子TDに接続され入力
端子が端子TFに接続されたトランジスタを備えてい
る。このトランジスタは端子TFに現われる圧電気を帰
還電圧として受けるためのものである。このようにし
て、駆動回路には、トランジスタを増幅素子とし複合体
を共振素子とする発振回路が構成されており、複合体の
共振周波数に追随して周波数を変える機能が備えられて
いる。そのうえ、コイルの逆起電圧を利用した機能が備
えられていることにより、電源電圧より高い電圧で圧電
振動子を駆動することが可能である。この逆起電圧回路
はコイルの特性を利用することで高電圧を発生させるも
ので、トランスの使用と比較して価格、重量および容積
の点で有利である。また、回路構成が簡単で小型であ
り、電源効率及び周波数特性が良い等の特徴をもたらす
ことができる。本発明の超音波霧化装置では、端子TD
およびTFは圧電振動子の電極DおよびFを有する端面
上における圧電振動子の幅方向に沿った部分に設けられ
ている。つまり、端子TDおよびTFが圧電振動子の幅方
向に沿った部分に配置されるように電極DおよびFが配
置されている。また、圧電磁器の一方の端面上における
電極Dの面積は電極Fの面積のほぼ3倍から4倍であ
る。このような構造を採用することにより、圧電振動子
自身の励振によって発生し端子TFに現われる圧電気を
帰還電圧として再び端子TDに供給し利用するときの効
率を向上させることができる。従って、電源効率をさら
に向上させることが可能となる。本発明の超音波霧化装
置では圧電振動子が圧電磁器、すだれ状電極Pおよび電
極Gから成る構造を採用することができる。すだれ状電
極の採用により電源効率はいっそう向上するが、圧電磁
器の一方の端面上におけるすだれ状電極の部分P Dの面
積が部分PFの面積のほぼ2倍になるような構造を採用
することにより、電源効率は最も向上する。従って、さ
らなる低消費電力、低電圧駆動が可能となる。振動板に
液体を供給する手段は複合体を支持する支持具と、多数
の貫通孔を有する吸液能力の大きい物質から成る保液材
とを含む。保液材は液体を吸収して振動板に供給する。
支持具は複合体を固定物に対し所定位置に保持してい
る。この際、支持具と複合体との接触面積をできるだけ
少なくする方が望ましいが、支持具のうち少なくとも圧
電振動子に接触する部分には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
用し、支持具のうち少なくとも振動板に接触する部分に
は発泡スチロール等のような振動板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固定物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。従
って、霧化効率を増大させることができる。また、振動
板が常時または間欠的に保液材と接触することにより、
その保液材に吸収されている液体を効率よく霧化するこ
とが可能となる。
には圧電振動子と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電気信号が印加され圧電振動子は
励振される。圧電振動子の励振は振動板を振動させ、振
動板に供給された液体は振動板に設けられている多数の
微小な貫通孔を通して霧化される。貫通孔を通しての霧
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るだけでなく装置の
小型化も容易にできる。自励式駆動が可能で電池での駆
動も容易なことから温度などの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。本発明の超音波霧
化装置では圧電振動子が圧電磁器、電極D,FおよびG
から成る構造を採用できる。電極DおよびFは圧電磁器
の厚さ方向に垂直な一方端面に形成され、電極Gは圧電
磁器の厚さ方向に垂直なもう一方の端面に形成されてい
る。電極DおよびFにはそれぞれ端子TDおよびTFが設
けられている。電極Gには端子TGが設けられている。
このような簡単な構造の圧電振動子の採用により、超音
波霧化装置の小型化が可能となるばかりでなく霧化効率
の向上をもたらし、さらに、自励式駆動が可能となるこ
とから低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。圧電
振動子として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または長さと幅と厚さのうちのどれ
か2つの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形状
の角柱を採用することにより、複合体の結合振動が増強
され、霧化効率が促進される。また、振動板が圧電振動
子の電極Gを有する端面上における圧電振動子の幅方向
に沿った部分に一体的に連なって固着されていることに
より、振動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端
として振動する。従って、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
向けて霧として効率よく放散される。本発明の超音波霧
化装置では、端子TDとTGとの間に圧電振動子の共振周
波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより複
合体を駆動する回路が備えられている。この駆動回路に
は、直流電源と端子TDとの間に昇圧用のコイルが接続
されている。また、出力端子が端子TDに接続され入力
端子が端子TFに接続されたトランジスタを備えてい
る。このトランジスタは端子TFに現われる圧電気を帰
還電圧として受けるためのものである。このようにし
て、駆動回路には、トランジスタを増幅素子とし複合体
を共振素子とする発振回路が構成されており、複合体の
共振周波数に追随して周波数を変える機能が備えられて
いる。そのうえ、コイルの逆起電圧を利用した機能が備
えられていることにより、電源電圧より高い電圧で圧電
振動子を駆動することが可能である。この逆起電圧回路
はコイルの特性を利用することで高電圧を発生させるも
ので、トランスの使用と比較して価格、重量および容積
の点で有利である。また、回路構成が簡単で小型であ
り、電源効率及び周波数特性が良い等の特徴をもたらす
ことができる。本発明の超音波霧化装置では、端子TD
およびTFは圧電振動子の電極DおよびFを有する端面
上における圧電振動子の幅方向に沿った部分に設けられ
ている。つまり、端子TDおよびTFが圧電振動子の幅方
向に沿った部分に配置されるように電極DおよびFが配
置されている。また、圧電磁器の一方の端面上における
電極Dの面積は電極Fの面積のほぼ3倍から4倍であ
る。このような構造を採用することにより、圧電振動子
自身の励振によって発生し端子TFに現われる圧電気を
帰還電圧として再び端子TDに供給し利用するときの効
率を向上させることができる。従って、電源効率をさら
に向上させることが可能となる。本発明の超音波霧化装
置では圧電振動子が圧電磁器、すだれ状電極Pおよび電
極Gから成る構造を採用することができる。すだれ状電
極の採用により電源効率はいっそう向上するが、圧電磁
器の一方の端面上におけるすだれ状電極の部分P Dの面
積が部分PFの面積のほぼ2倍になるような構造を採用
することにより、電源効率は最も向上する。従って、さ
らなる低消費電力、低電圧駆動が可能となる。振動板に
液体を供給する手段は複合体を支持する支持具と、多数
の貫通孔を有する吸液能力の大きい物質から成る保液材
とを含む。保液材は液体を吸収して振動板に供給する。
支持具は複合体を固定物に対し所定位置に保持してい
る。この際、支持具と複合体との接触面積をできるだけ
少なくする方が望ましいが、支持具のうち少なくとも圧
電振動子に接触する部分には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
用し、支持具のうち少なくとも振動板に接触する部分に
は発泡スチロール等のような振動板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固定物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。従
って、霧化効率を増大させることができる。また、振動
板が常時または間欠的に保液材と接触することにより、
その保液材に吸収されている液体を効率よく霧化するこ
とが可能となる。
【実施例】図1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。本実施例は圧電振動子1、振動板
2、支持具3、支持具4、保液材5、貯液室6および自
励式の駆動回路7から成る。駆動回路7は電源室に設け
られている。但し図1では、駆動回路7は省いて描かれ
ている。振動板2は圧電振動子1の一方の端面に圧電振
動子1と一体的に連なって固着されている。振動板2の
下端面には保液材5の上端部が接触していて、保液材5
によって吸い上げられた液体は振動板2に供給され、振
動板2の上方へ霧化される。図2は圧電振動子1および
振動板2から成る複合体を示す斜視図である。圧電振動
子1は圧電磁器8、すだれ状電極Pおよび電極Gから成
る。圧電磁器8は矩形板状のTDK72A材(製品名)
で成り、その長さは17mm、幅は20mm、厚さは1
mmである。圧電磁器8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のそれぞれに
すだれ状電極Pおよび電極Gが形成されている。電極G
はアルミニウム薄膜で成り、圧電磁器8の一方の端面の
ほぼ全域を覆っている。すだれ状電極Pはアルミニウム
薄膜で成り、6対の電極指を有するもので、電極周期長
は2mm、電極交叉幅は4.8mmである。電極Gには
端子TGが取り付けられ、すだれ状電極Pは部分PDおよ
びPFから成り、部分PDおよびPFにはそれぞれ端子TD
およびTFが取り付けられている。振動板2はステンレ
ス製で、長さ20mm、幅20mm、厚さ0.05mm
である。振動板2の一方の板面の端部(長さ2mm、幅
20mm)は圧電振動子1に固着され、残部(長さ18
mm、幅20mm)は圧電振動子1の外部に張り出して
いる。図3は図2の複合体の平面図である。部分PDの
面積は部分PFの面積のほぼ2倍である。図4は振動板
2を板面に垂直な平面で切断したときの部分拡大断面図
である。振動板2にはその厚さ方向に貫通する微細な多
数の貫通孔9が設けられている。貫通孔9の形状はすり
鉢状で、等しいピッチで配列されており、一方の開口面
積は他方の開口面積より大きい。開口面積が大きい方を
液体の入口側としその直径は80μmで、開口面積が小
さい方を出口側としその直径は7μmである。図1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ほぼ等しい周波数を有する電気信号
を端子TDおよびTGを介して圧電振動子1に入力する
と、圧電振動子1に圧電的に振動が励振される。振動板
2を圧電振動子1の一方の端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
振動に伴って振動板2は圧電振動子1との接合領域を固
定端とする形で振動される。支持具3の圧電振動子1と
の接触部は圧電振動子1に比べて音響インピーダンスが
低い発泡スチロール等で成り、支持具4の振動板2との
接触部は振動板2に比べて音響インピーダンスが低い発
泡スチロール等で成る。これは、圧電振動子1からの超
音波が支持具3および支持具4に伝搬し散失されるのを
防ぐためである。保液材5は圧電振動子1に比べて音響
インピーダンスが低くしかも吸液能力が大きいスポンジ
等で成り、圧電振動子1からの超音波が保液材5を介し
て液体中に伝搬し散失するのを防いでいる。振動板2の
振動に伴い、保液材5によって吸い上げられた液体は毛
細管現象により貫通孔9に導かれる。液体が貫通孔9を
通過するとき、貫通孔9における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、液体は貫通孔
9によって絞り作用を受け、微小でかつ均一な粒子とな
って振動板2の上部に流出し、効率良く霧化される。図
5は駆動回路7の一実施例を示す構成図である。端子T
DおよびTGを介して圧電振動子1に電圧を引加すること
により圧電振動子1に励振された振動は、その大部分が
振動板2に伝搬されるとともに、圧電振動子1の振動に
応じて圧電振動子1に引加された電圧とは逆相の電圧と
して端子TFおよびTGから出力される。この動作の繰り
返しによって正帰還の自励発振が生じる。つまり、複合
体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電気信号が
雰囲気温度の変化に追随して安定して圧電振動子1に供
給される。このとき、部分PDの面積が部分PFの面積の
ほぼ2倍になるような構造を採用することにより、圧電
振動子1の励振によって発生し端子TFに現われる圧電
気を帰還電圧として再び端子TDに供給し利用するとき
の効率を向上させることができる。従って、電源効率が
向上する。このようにして、常に自らの最適の発振状態
を維持することを可能にし、他励駆動の際に問題となる
発熱等により複合体の共振周波数が偏移して発振条件が
悪くなるという問題点が解決される。また、1つのコイ
ルL1、1つのトランジスタTr1、2つの抵抗R1および
R2、および1つのダイオードD1という極く少ない部品
で回路を構成することが可能である。しかも、部品点数
が少ないにもかかわらず、直流電源Vdcを利用すること
ができ電力効率もよいことから、電源の小型化対応を可
能にしている。図5の駆動回路7に直流電源Vdcからた
とえば0〜10Vの直流電圧を印加すると、コイルL1
の値を調整することにより、端子TDに最大で約60V
p-pの交流電圧を印加させることができる。このとき端
子TFから約1Vp-pの電気信号が取り出される。このよ
うにして、駆動回路7では直流電源電圧の約6倍の交流
電圧を圧電振動子1に印加することが可能である。図1
の超音波霧化装置においては6V以上の直流電圧を印加
することにより霧化動作が確認できた。霧の粒子は極微
小でしかも均一であった。図1の超音波霧化装置によれ
ば、長時間にわたり極微小の霧を安定に霧化できる。図
6は複合体における端子TDとTGとの間のアドミタンス
ピークと、部分PFの面積を1とした場合の部分PDの面
積比との関係を示す特性図である。但し、図6のアドミ
タンスピークは圧電振動子1の共振周波数近傍での値を
示す。アドミタンスピークは部分PDの面積が部分PFの
面積のほぼ2倍のときに最大値を示す。図7は霧化量
と、部分PFの面積を1とした場合の部分PDの面積比と
の関係を示す特性図である。但し、図7の霧化量は直流
電源Vdcの電圧が9Vのときの値を示す。霧化量は部分
PDの面積が部分PFの面積のほぼ2倍のときに最大値の
15mlを示し、この値は図6のアドミタンスピークの
最大値に対応している。図8は霧化効率と、部分PFの
面積を1とした場合の部分PDの面積比との関係を示す
特性図である。但し、図8の霧化効率は直流電源Vdcの
電圧が9Vのときの値を示す。霧化効率は部分PDの面
積が部分PFの面積のほぼ2倍のときに最大値の22.
5ml/hwを示し、この値は図6のアドミタンスピー
クの最大値に対応している。図9は圧電振動子1単体ま
たは複合体における端子TDとTGとの間のアドミタンス
の位相と周波数との関係を示す特性図である。点線は圧
電振動子1単体の場合を示し、実線は複合体の場合を示
す。但し、図9では振動板2における圧電振動子1との
固着部分を除く張り出し部分の長さが22mmの場合
と、17.9mmの場合の2通りを示す。振動板2の張
り出し部分の長さが17.9mmの場合において、複合
体の共振周波数の1つ(92.5kHz)が圧電振動子
1単体の共振周波数と一致している。このとき、霧化効
率は最大値を示した。図10は霧化量と直流電源Vdcの
電圧との関係を示す特性図である。但し、図10では振
動板2の張り出し部分の長さが17.9mmの場合を示
す。図11は複合体のもう一つの実施例を示す斜視図で
ある。本実施例の複合体は圧電振動子10および振動板
11から成る。圧電振動子10は圧電磁器12、すだれ
状電極Pおよび電極Gから成る。圧電磁器12は矩形角
柱状のTDK91A材(製品名)で成り、その長さは1
0mm、幅は5mm、厚さは6mmである。圧電磁器1
2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のそれぞれにすだれ状電極Pおよび
電極Gが形成されている。電極Gには端子TGが取り付
けられ、すだれ状電極Pの部分PDおよびPFにはそれぞ
れ端子TDおよびTFが取り付けられている。振動板2は
ステンレス製で、長さ11mm、幅5mm、厚さ0.0
4mmである。振動板2の一方の板面の端部(長さ1.
5mm、幅5mm)は圧電振動子1に固着され、残部
(長さ9.5mm、幅5mm)は圧電振動子1の外部に
張り出している。部分PDの面積は部分PFの面積のほぼ
2倍である。図11の複合体を用いた場合にも図2の複
合体を用いた場合と同様な霧化効果が見られた。図12
は複合体のさらにもう一つの実施例を示す斜視図であ
る。本実施例の複合体は圧電振動子13および振動板2
から成り、圧電振動子13は圧電磁器8、電極D,Fお
よびGから成る。電極D,FおよびGにはそれぞれ端子
TD,TFおよびTGが取り付けられている。電極Dの面
積は電極Fの面積のほぼ4倍である。 図13は霧化量
と、電極Fの面積を1とした場合の電極Dの面積比との
関係を示す特性図である。但し、図13は振動板2の張
り出し部分の長さが18mmの場合を示す。また、直流
電源Vdcの電圧が12,11,10,9,8または7V
の場合を示す。霧化量は直流電源Vdcの電圧が12V
で、電極Dの面積が電極Fの面積のほぼ4倍のときに最
大値の5.7mlを示した。
示す断面図である。本実施例は圧電振動子1、振動板
2、支持具3、支持具4、保液材5、貯液室6および自
励式の駆動回路7から成る。駆動回路7は電源室に設け
られている。但し図1では、駆動回路7は省いて描かれ
ている。振動板2は圧電振動子1の一方の端面に圧電振
動子1と一体的に連なって固着されている。振動板2の
下端面には保液材5の上端部が接触していて、保液材5
によって吸い上げられた液体は振動板2に供給され、振
動板2の上方へ霧化される。図2は圧電振動子1および
振動板2から成る複合体を示す斜視図である。圧電振動
子1は圧電磁器8、すだれ状電極Pおよび電極Gから成
る。圧電磁器8は矩形板状のTDK72A材(製品名)
で成り、その長さは17mm、幅は20mm、厚さは1
mmである。圧電磁器8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のそれぞれに
すだれ状電極Pおよび電極Gが形成されている。電極G
はアルミニウム薄膜で成り、圧電磁器8の一方の端面の
ほぼ全域を覆っている。すだれ状電極Pはアルミニウム
薄膜で成り、6対の電極指を有するもので、電極周期長
は2mm、電極交叉幅は4.8mmである。電極Gには
端子TGが取り付けられ、すだれ状電極Pは部分PDおよ
びPFから成り、部分PDおよびPFにはそれぞれ端子TD
およびTFが取り付けられている。振動板2はステンレ
ス製で、長さ20mm、幅20mm、厚さ0.05mm
である。振動板2の一方の板面の端部(長さ2mm、幅
20mm)は圧電振動子1に固着され、残部(長さ18
mm、幅20mm)は圧電振動子1の外部に張り出して
いる。図3は図2の複合体の平面図である。部分PDの
面積は部分PFの面積のほぼ2倍である。図4は振動板
2を板面に垂直な平面で切断したときの部分拡大断面図
である。振動板2にはその厚さ方向に貫通する微細な多
数の貫通孔9が設けられている。貫通孔9の形状はすり
鉢状で、等しいピッチで配列されており、一方の開口面
積は他方の開口面積より大きい。開口面積が大きい方を
液体の入口側としその直径は80μmで、開口面積が小
さい方を出口側としその直径は7μmである。図1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ほぼ等しい周波数を有する電気信号
を端子TDおよびTGを介して圧電振動子1に入力する
と、圧電振動子1に圧電的に振動が励振される。振動板
2を圧電振動子1の一方の端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
振動に伴って振動板2は圧電振動子1との接合領域を固
定端とする形で振動される。支持具3の圧電振動子1と
の接触部は圧電振動子1に比べて音響インピーダンスが
低い発泡スチロール等で成り、支持具4の振動板2との
接触部は振動板2に比べて音響インピーダンスが低い発
泡スチロール等で成る。これは、圧電振動子1からの超
音波が支持具3および支持具4に伝搬し散失されるのを
防ぐためである。保液材5は圧電振動子1に比べて音響
インピーダンスが低くしかも吸液能力が大きいスポンジ
等で成り、圧電振動子1からの超音波が保液材5を介し
て液体中に伝搬し散失するのを防いでいる。振動板2の
振動に伴い、保液材5によって吸い上げられた液体は毛
細管現象により貫通孔9に導かれる。液体が貫通孔9を
通過するとき、貫通孔9における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、液体は貫通孔
9によって絞り作用を受け、微小でかつ均一な粒子とな
って振動板2の上部に流出し、効率良く霧化される。図
5は駆動回路7の一実施例を示す構成図である。端子T
DおよびTGを介して圧電振動子1に電圧を引加すること
により圧電振動子1に励振された振動は、その大部分が
振動板2に伝搬されるとともに、圧電振動子1の振動に
応じて圧電振動子1に引加された電圧とは逆相の電圧と
して端子TFおよびTGから出力される。この動作の繰り
返しによって正帰還の自励発振が生じる。つまり、複合
体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電気信号が
雰囲気温度の変化に追随して安定して圧電振動子1に供
給される。このとき、部分PDの面積が部分PFの面積の
ほぼ2倍になるような構造を採用することにより、圧電
振動子1の励振によって発生し端子TFに現われる圧電
気を帰還電圧として再び端子TDに供給し利用するとき
の効率を向上させることができる。従って、電源効率が
向上する。このようにして、常に自らの最適の発振状態
を維持することを可能にし、他励駆動の際に問題となる
発熱等により複合体の共振周波数が偏移して発振条件が
悪くなるという問題点が解決される。また、1つのコイ
ルL1、1つのトランジスタTr1、2つの抵抗R1および
R2、および1つのダイオードD1という極く少ない部品
で回路を構成することが可能である。しかも、部品点数
が少ないにもかかわらず、直流電源Vdcを利用すること
ができ電力効率もよいことから、電源の小型化対応を可
能にしている。図5の駆動回路7に直流電源Vdcからた
とえば0〜10Vの直流電圧を印加すると、コイルL1
の値を調整することにより、端子TDに最大で約60V
p-pの交流電圧を印加させることができる。このとき端
子TFから約1Vp-pの電気信号が取り出される。このよ
うにして、駆動回路7では直流電源電圧の約6倍の交流
電圧を圧電振動子1に印加することが可能である。図1
の超音波霧化装置においては6V以上の直流電圧を印加
することにより霧化動作が確認できた。霧の粒子は極微
小でしかも均一であった。図1の超音波霧化装置によれ
ば、長時間にわたり極微小の霧を安定に霧化できる。図
6は複合体における端子TDとTGとの間のアドミタンス
ピークと、部分PFの面積を1とした場合の部分PDの面
積比との関係を示す特性図である。但し、図6のアドミ
タンスピークは圧電振動子1の共振周波数近傍での値を
示す。アドミタンスピークは部分PDの面積が部分PFの
面積のほぼ2倍のときに最大値を示す。図7は霧化量
と、部分PFの面積を1とした場合の部分PDの面積比と
の関係を示す特性図である。但し、図7の霧化量は直流
電源Vdcの電圧が9Vのときの値を示す。霧化量は部分
PDの面積が部分PFの面積のほぼ2倍のときに最大値の
15mlを示し、この値は図6のアドミタンスピークの
最大値に対応している。図8は霧化効率と、部分PFの
面積を1とした場合の部分PDの面積比との関係を示す
特性図である。但し、図8の霧化効率は直流電源Vdcの
電圧が9Vのときの値を示す。霧化効率は部分PDの面
積が部分PFの面積のほぼ2倍のときに最大値の22.
5ml/hwを示し、この値は図6のアドミタンスピー
クの最大値に対応している。図9は圧電振動子1単体ま
たは複合体における端子TDとTGとの間のアドミタンス
の位相と周波数との関係を示す特性図である。点線は圧
電振動子1単体の場合を示し、実線は複合体の場合を示
す。但し、図9では振動板2における圧電振動子1との
固着部分を除く張り出し部分の長さが22mmの場合
と、17.9mmの場合の2通りを示す。振動板2の張
り出し部分の長さが17.9mmの場合において、複合
体の共振周波数の1つ(92.5kHz)が圧電振動子
1単体の共振周波数と一致している。このとき、霧化効
率は最大値を示した。図10は霧化量と直流電源Vdcの
電圧との関係を示す特性図である。但し、図10では振
動板2の張り出し部分の長さが17.9mmの場合を示
す。図11は複合体のもう一つの実施例を示す斜視図で
ある。本実施例の複合体は圧電振動子10および振動板
11から成る。圧電振動子10は圧電磁器12、すだれ
状電極Pおよび電極Gから成る。圧電磁器12は矩形角
柱状のTDK91A材(製品名)で成り、その長さは1
0mm、幅は5mm、厚さは6mmである。圧電磁器1
2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のそれぞれにすだれ状電極Pおよび
電極Gが形成されている。電極Gには端子TGが取り付
けられ、すだれ状電極Pの部分PDおよびPFにはそれぞ
れ端子TDおよびTFが取り付けられている。振動板2は
ステンレス製で、長さ11mm、幅5mm、厚さ0.0
4mmである。振動板2の一方の板面の端部(長さ1.
5mm、幅5mm)は圧電振動子1に固着され、残部
(長さ9.5mm、幅5mm)は圧電振動子1の外部に
張り出している。部分PDの面積は部分PFの面積のほぼ
2倍である。図11の複合体を用いた場合にも図2の複
合体を用いた場合と同様な霧化効果が見られた。図12
は複合体のさらにもう一つの実施例を示す斜視図であ
る。本実施例の複合体は圧電振動子13および振動板2
から成り、圧電振動子13は圧電磁器8、電極D,Fお
よびGから成る。電極D,FおよびGにはそれぞれ端子
TD,TFおよびTGが取り付けられている。電極Dの面
積は電極Fの面積のほぼ4倍である。 図13は霧化量
と、電極Fの面積を1とした場合の電極Dの面積比との
関係を示す特性図である。但し、図13は振動板2の張
り出し部分の長さが18mmの場合を示す。また、直流
電源Vdcの電圧が12,11,10,9,8または7V
の場合を示す。霧化量は直流電源Vdcの電圧が12V
で、電極Dの面積が電極Fの面積のほぼ4倍のときに最
大値の5.7mlを示した。
【発明の効果】本発明の超音波霧化装置では、圧電振動
子が圧電磁器、電極D,FおよびGから成る構造を採用
できる。電極D,FおよびGにはそれぞれ端子TD,TF
およびTGが設けられている。このような簡単な構造の
圧電振動子の採用により、超音波霧化装置の小型化が可
能となるばかりでなく霧化効率の向上をもたらす。さら
に、自励式駆動が可能となることから低消費電力で低電
圧での駆動が可能となるばかりでなく、温度などの環境
変化に対応しうる形での低消費電力、低電圧での駆動が
可能となる。圧電振動子として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または長さと幅と
厚さのうちのどれか2つの寸法比が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され、霧化効
率が促進される。また、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とほぼ等しくなるような構造
を採用することにより、複合体の結合振動が増強され、
霧化効率が促進される。さらに、振動板が圧電振動子の
電極Gを有する端面上における圧電振動子の幅方向に沿
った部分に一体的に連なって固着されていることによ
り、振動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端と
して振動する。従って、振動板に供給された液体はその
弾性振動により、振動板に設けられている多数の微小な
貫通孔を通して霧化され振動板の上方に向けて霧として
放散される。複合体を駆動するための回路には、直流電
源と端子TDとの間に接続された昇圧用のコイルと、出
力端子が端子TDに接続され入力端子が端子TFに接続さ
れたトランジスタとが備えられている。駆動回路には、
トランジスタを増幅素子とし複合体を共振素子とする発
振回路が構成されており、複合体の共振周波数に追随し
て周波数を変える機能が備えられている。そのうえ、コ
イルの逆起電圧を利用した機能が備えられていることに
より、電源電圧より高い電圧で圧電振動子を駆動するこ
とが可能である。このようにして、本発明の超音波霧化
装置では回路構成が簡単で小型であり、電源効率及び周
波数特性が良い。本発明の超音波霧化装置では、端子T
DおよびTFが圧電振動子の電極DおよびFを有する端面
上における圧電振動子の幅方向に沿った部分に設けられ
た構造、つまり、端子TDおよびTFが圧電振動子の幅方
向に沿った部分に配置されるように電極DおよびFが配
置された構造が採用されている。さらに、圧電磁器の一
方の端面上における電極Dの面積が電極Fの面積のほぼ
3倍から4倍になるような構造が採用されている。この
ような構造を採用することにより、圧電振動子自身の励
振によって発生し端子TFに現われる圧電気を帰還電圧
として再び端子TDに供給し利用するときの効率を向上
させることができる。従って、電源効率をさらに向上さ
せることが可能となる。本発明の超音波霧化装置では、
圧電振動子が圧電磁器、すだれ状電極Pおよび電極Gで
成る構造を採用することが可能である。すだれ状電極の
採用により電源効率はいっそう向上する。この場合、す
だれ状電極の部分PDの面積が部分PFの面積のほぼ2倍
になるような構造を採用することにより、電源効率は最
も向上する。従って、さらなる低消費電力、低電圧駆動
が可能となる。振動板に液体を供給する手段が複合体を
支持する支持具と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大
きい物質から成る保液材とを含むことにより、長時間に
わたり安定な霧化を実現することができる。支持具およ
び保液材として複合体の振動が伝搬しにくいような材質
が採用されることにより、効率良く振動板が振動され、
効率よく液体を霧化することが可能となる。
子が圧電磁器、電極D,FおよびGから成る構造を採用
できる。電極D,FおよびGにはそれぞれ端子TD,TF
およびTGが設けられている。このような簡単な構造の
圧電振動子の採用により、超音波霧化装置の小型化が可
能となるばかりでなく霧化効率の向上をもたらす。さら
に、自励式駆動が可能となることから低消費電力で低電
圧での駆動が可能となるばかりでなく、温度などの環境
変化に対応しうる形での低消費電力、低電圧での駆動が
可能となる。圧電振動子として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または長さと幅と
厚さのうちのどれか2つの寸法比が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され、霧化効
率が促進される。また、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とほぼ等しくなるような構造
を採用することにより、複合体の結合振動が増強され、
霧化効率が促進される。さらに、振動板が圧電振動子の
電極Gを有する端面上における圧電振動子の幅方向に沿
った部分に一体的に連なって固着されていることによ
り、振動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端と
して振動する。従って、振動板に供給された液体はその
弾性振動により、振動板に設けられている多数の微小な
貫通孔を通して霧化され振動板の上方に向けて霧として
放散される。複合体を駆動するための回路には、直流電
源と端子TDとの間に接続された昇圧用のコイルと、出
力端子が端子TDに接続され入力端子が端子TFに接続さ
れたトランジスタとが備えられている。駆動回路には、
トランジスタを増幅素子とし複合体を共振素子とする発
振回路が構成されており、複合体の共振周波数に追随し
て周波数を変える機能が備えられている。そのうえ、コ
イルの逆起電圧を利用した機能が備えられていることに
より、電源電圧より高い電圧で圧電振動子を駆動するこ
とが可能である。このようにして、本発明の超音波霧化
装置では回路構成が簡単で小型であり、電源効率及び周
波数特性が良い。本発明の超音波霧化装置では、端子T
DおよびTFが圧電振動子の電極DおよびFを有する端面
上における圧電振動子の幅方向に沿った部分に設けられ
た構造、つまり、端子TDおよびTFが圧電振動子の幅方
向に沿った部分に配置されるように電極DおよびFが配
置された構造が採用されている。さらに、圧電磁器の一
方の端面上における電極Dの面積が電極Fの面積のほぼ
3倍から4倍になるような構造が採用されている。この
ような構造を採用することにより、圧電振動子自身の励
振によって発生し端子TFに現われる圧電気を帰還電圧
として再び端子TDに供給し利用するときの効率を向上
させることができる。従って、電源効率をさらに向上さ
せることが可能となる。本発明の超音波霧化装置では、
圧電振動子が圧電磁器、すだれ状電極Pおよび電極Gで
成る構造を採用することが可能である。すだれ状電極の
採用により電源効率はいっそう向上する。この場合、す
だれ状電極の部分PDの面積が部分PFの面積のほぼ2倍
になるような構造を採用することにより、電源効率は最
も向上する。従って、さらなる低消費電力、低電圧駆動
が可能となる。振動板に液体を供給する手段が複合体を
支持する支持具と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大
きい物質から成る保液材とを含むことにより、長時間に
わたり安定な霧化を実現することができる。支持具およ
び保液材として複合体の振動が伝搬しにくいような材質
が採用されることにより、効率良く振動板が振動され、
効率よく液体を霧化することが可能となる。
【図1】本発明の超音波霧化装置の一実施例を示す断面
図。
図。
【図2】圧電振動子1および振動板2から成る複合体を
示す斜視図。
示す斜視図。
【図3】図2の複合体の平面図。
【図4】振動板2を板面に垂直な平面で切断したときの
部分拡大断面図。
部分拡大断面図。
【図5】駆動回路7の一実施例を示す構成図。
【図6】複合体における端子TDとTGとの間のアドミタ
ンスピークと、部分PFの面積を1とした場合の部分PD
の面積比との関係を示す特性図。
ンスピークと、部分PFの面積を1とした場合の部分PD
の面積比との関係を示す特性図。
【図7】霧化量と、部分PFの面積を1とした場合の部
分PDの面積比との関係を示す特性図。
分PDの面積比との関係を示す特性図。
【図8】霧化効率と、部分PFの面積を1とした場合の
部分PDの面積比との関係を示す特性図。
部分PDの面積比との関係を示す特性図。
【図9】圧電振動子1単体または複合体における端子T
DとTGとの間のアドミタンスの位相と周波数との関係を
示す特性図。
DとTGとの間のアドミタンスの位相と周波数との関係を
示す特性図。
【図10】霧化量と直流電源Vdcの電圧との関係を示す
特性図。
特性図。
【図11】複合体のもう一つの実施例を示す斜視図。
【図12】複合体のさらにもう一つの実施例を示す斜視
図。
図。
【図13】霧化量と、電極Fの面積を1とした場合の電
極Dの面積比との関係を示す特性図。
極Dの面積比との関係を示す特性図。
1 圧電振動子 2 振動板 3 支持具 4 支持具 5 保液材 6 貯液室 7 駆動回路 8 圧電磁器 9 貫通孔 10 圧電振動子 11 振動板 12 圧電磁器 13 圧電振動子 P すだれ状電極 PD 部分 PF 部分 G 電極 D 電極 F 電極 TD,TF,TG 端子 L1 コイル Tr1 トランジスタ R1,R2 抵抗 D1 ダイオード Vdc 直流電源
Claims (7)
- 【請求項1】 圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有す
る振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性振
動により、前記振動板に供給された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、電極D,FおよびGから成
り、 前記電極DおよびFは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な
一方の端面に形成され、前記電極Gは前記圧電磁器の厚
さ方向に垂直なもう一方の端面に形成されており、 前記電極DおよびFは互いに絶縁されており、 前記電極D,FおよびGにはそれぞれ端子TD,TFおよ
びTGが設けられ、 前記端子TDとTGとの間に前記圧電振動子の共振周波数
とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより、前記
複合体を駆動する回路が備えてあり、 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または長さと幅と厚さのうちの
どれか2つの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩
形状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前
記電極Gを有する端面上における前記圧電振動子の幅方
向に沿った部分に一体的に連なって固着されていて、 前記端子TDおよびTFは前記圧電振動子の前記電極Dお
よびFを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向
に沿った部分に設けられており、 前記圧電振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数
にほぼ等しいことを特徴とする超音波霧化装置。 - 【請求項2】 前記駆動回路は、直流電源と前記端子T
Dとの間に接続されている昇圧用のコイルと、出力端子
が前記端子TDに接続され入力端子が前記端子TFに接続
されることにより前記端子TFに現われる圧電気を帰還
電圧として受けるトランジスタとを備え、 前記駆動回路は、前記トランジスタを増幅素子とし前記
複合体を共振素子とする発振回路を構成することを特徴
とする請求項1に記載の超音波霧化装置。 - 【請求項3】 前記圧電磁器の一方の端面上における前
記電極Dの面積は前記電極Fの面積のほぼ3倍から4倍
であ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】 圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有す
る振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性振
動により、前記振動板に供給された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、すだれ状電極Pおよび電極
Gから成り、 前記すだれ状電極Pおよび前記電極Gは前記圧電磁器の
厚さ方向に垂直な両端面のそれぞれに形成されており、 前記すだれ状電極Pの互いに絶縁する部分PDおよびPF
にはそれぞれ端子TDおよびTFが設けられ、 前記電極Gには端子TGが設けられており、 前記端子TDとTGとの間に前記圧電振動子の共振周波数
とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより、前記
複合体を駆動する回路が備えてあり、 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または長さと幅と厚さのうちの
どれか2つの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩
形状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前
記電極Gを有する端面上における前記圧電振動子の幅方
向に沿った部分に一体的に連なって固着されていて、 前記端子TDおよびTFは前記圧電振動子の前記すだれ状
電極Pを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向
に沿った部分に設けられており、 前記圧電振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数
にほぼ等しいことを特徴とする超音波霧化装置。 - 【請求項5】 前記駆動回路は、直流電源と前記端子T
Dとの間に接続されている昇圧用のコイルと、出力端子
が前記端子TDに接続され入力端子が前記端子TFに接続
されることにより前記端子TFに現われる圧電気を帰還
電圧として受けるトランジスタとを備え、 前記駆動回路は、前記トランジスタを増幅素子とし前記
複合体を共振素子とする発振回路を構成することを特徴
とする請求項4に記載の超音波霧化装置。 - 【請求項6】 前記圧電磁器の一方の端面上における前
記部分PDの面積は前記部分PFの面積のほぼ2倍である
ことを特徴とする請求項4または5に記載の超音波霧化
装置。 - 【請求項7】 前記振動板に前記液体を供給する手段
は、前記複合体を支持する支持具と、多数の貫通孔を有
する吸液能力の大きい物質から成る保液材とを含み、 前記支持具は前記複合体を固定物に対し所定位置に保持
し、 前記支持具のうち少なくとも前記圧電振動子に接触する
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、前記支持具の
うち少なくとも前記振動板に接触する部分は前記振動板
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、 前記振動板は常時または間欠的に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
とを特徴とする請求項1,2,3,4,5または6に記
載の超音波霧化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113655A JPH08281165A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 超音波霧化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113655A JPH08281165A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 超音波霧化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08281165A true JPH08281165A (ja) | 1996-10-29 |
Family
ID=14617788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7113655A Pending JPH08281165A (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | 超音波霧化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08281165A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000037132A1 (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-29 | Omron Corporation | Sprayer |
| JP2006281170A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Optnics Precision Co Ltd | 超音波振動ユニット |
| JP2008188515A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Fukoku Co Ltd | 超音波霧化装置 |
| US7538473B2 (en) | 2004-02-03 | 2009-05-26 | S.C. Johnson & Son, Inc. | Drive circuits and methods for ultrasonic piezoelectric actuators |
| CN114738648A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-07-12 | 上海工程技术大学 | 一种微量润滑系统 |
-
1995
- 1995-04-14 JP JP7113655A patent/JPH08281165A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000037132A1 (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-29 | Omron Corporation | Sprayer |
| US6679436B1 (en) | 1998-12-18 | 2004-01-20 | Omron Corporation | Sprayer |
| US7538473B2 (en) | 2004-02-03 | 2009-05-26 | S.C. Johnson & Son, Inc. | Drive circuits and methods for ultrasonic piezoelectric actuators |
| JP2006281170A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Optnics Precision Co Ltd | 超音波振動ユニット |
| JP2008188515A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Fukoku Co Ltd | 超音波霧化装置 |
| CN114738648A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-07-12 | 上海工程技术大学 | 一种微量润滑系统 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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