JP2006061785A - 超音波動ユニットおよびこれを用いた霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電セラミックスの端部に被振動板をせり出すように固着した超音波振動ユニットにおいて、小形の被振動板を省電力で安定かつ大きく振動させるようにする。
【解決手段】 超音波振動ユニット２３は、平板状の圧電セラミックス２５の一端辺２９の側に被振動板２７を部分的に重ねて固着してなる。超音波振動ユニット２３は、圧電セラミックス２５の長さ振動に基づいて被振動板２７を超音波振動させる。圧電セラミックス２５は、その一端辺２９とこれに対向する対向辺３１との間の中央に一端辺２９と平行設定した仮想線Ｔに対し非対称の平面視形状を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は超音波振動ユニットおよびこれを用いた霧化装置に係り、例えば水や薬液などの液体を霧化する霧化装置に用いて好適する超音波振動ユニットおよびこれを用いた霧化装置の改良に関する。

従来、超音波振動ユニットを用い水や薬液などの液体を霧化する霧化装置としては、例えば図１９に示す構成が知られている。

すなわち、本体ケースを兼ねた貯液部１の内側下部に例えば水３を溜め、貯液部１の頂部内側に設けた支持部材５に超音波振動ユニット７の片側を支持させて垂下させ、スポンジなどからなり貯液部１内の水３を上方へ供給する円錐柱状の供給部９を貯液部１の内底から超音波振動ユニット７まで延ばしてなる構成を有している。

特許第２６９８４８８号公報（特許文献１）はこの種のものである。

超音波振動ユニット７は、例えば図２０Ａ、Ｂに示すように、対向面に電極１１ａ、１１ｂを形成した方形の板状圧電セラミックス１３の端に被振動板１５を部分的に重ねて固着し、電極１１ａ、１１ｂには端子１７ａ、１７ｂ（同図Ｂでは図示せず。）を接続するとともに、被振動板１５には多数の小孔１９を厚み方向に貫通形成した構成を有している。

なお、被振動板１５の小孔１９は微細なものであり、図２０Ａでは図示を省略するとともに、同図Ｂでは誇張して図示した。

そして、このような霧化装置では、超音波振動ユニット７において、端子１７ａ、１７ｂを介して電極１１ａ、１１ｂに所定の交流駆動電圧を印加して圧電セラミックス１３に長さ（広がり）振動を発生させ、この振動に基づき被振動板１５を振動させ、供給部９によって貯液部１下部から被振動板１５まで給水された水３を多数の小孔１９を介して霧化して外部へ送出するものである。なお、図１９中の符号２１は水３の出入れ口を塞ぐ止栓である。
特許第２６９８４８８号公報

しかしながら、上述した霧化装置において大きな霧化量を得るには、超音波振動ユニット７を大型化したり、超音波振動ユニット７に印加する駆動電力を大きくする必要があり、超音波振動ユニット７の大型化やこれを駆動する電源回路（図示せず。）の大電力化が必要となり、コストアップを招くうえ省電力化をはかり難く、改善が望まれていた。

なお、上述した霧化装置以外に用いる超音波振動ユニット７についても、同様の課題を含んでいる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、駆動電力を増大させることなく圧電セラミックスに固着した被振動板に安定かつ大きな振動を発生させることが可能で小形化に最適な超音波振動ユニット、およびこれを用いた省電力化が可能な霧化装置の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明に係る超音波振動ユニットは、平板状にして一端辺を直線状とした圧電セラミックスの当該一端辺側に直接又は間接的に被振動板を部分的に重ねてせり出すように固着し、その圧電セラミックスの長さ振動に基づいてその被振動板を超音波振動させる構成であり、その圧電セラミックスが、その一端辺とこれに対向する対向辺との間の中央に一端辺と平行設定した仮想線に対し非対称の平面視形状を有している。

そして、本発明に係る超音波振動ユニットでは、上記圧電セラミックスについて、幅方向としたその一端辺に直交する方向を長さ方向としたとき、その幅方向寸法がその長さ方向に沿って一定であり、その幅方向寸法をＡ、長さ方向寸法をＢとしたとき、ＡとＢの関係を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５に選定するとともに、その一端辺の寸法よりも対向辺の寸法を長く選定した平面視形状とすると良い。

また、本発明に係る超音波振動ユニットでは、上記圧電セラミックスについて、その対向辺を円弧状に膨出させたり、その対向辺における幅方向の両端部を円弧状に切り欠い形状にしたり、その対向辺における幅方向の両端部を直線状に切り欠いた平面視形状にすることが可能である。

さらに、本発明に係る超音波振動ユニットでは、平板状にして平行な対向端を長辺と短辺とした台形状の圧電セラミックスの当該長辺側又は短辺側に、直接又は間接的に被振動板を部分的に重ねてせり出すように固着し、その圧電セラミックスの長さ振動に基づいてその被振動板を超音波振動させる構成であり、その圧電セラミックスとして、それら長辺の寸法ａ１と短辺の寸法ａ２の和の１／２をＡ、それら長辺と短辺間の長さをＢとしたとき、それらａ１とａ２の一方を固定値としたときそれらの関係を０．５９≦（ａ１／ａ２又はａ２／ａ１）≦１．４７に選定するとともに、それらＡとＢの関係を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５に選定した平面視形状とすることも可能である。

さらにまた、本発明に係る超音波振動ユニットは、上記振動板において、厚さ方向に貫通形成された多数の小孔であって、当該振動板の片面側に供給された液体を通過させて霧化する多数の小孔を設けて霧化用とすることができる。

そして、本発明に係る霧化装置は、霧化する液体を溜めた貯液部と、溜められたその液体を所望の方向へ供給する供給部と、その供給部の先端近傍に支持された超音波振動ユニットであってその供給部にて供給された液体を外部へ向けて霧化する超音波振動ユニットとを有している。

しかも、上記霧化装置の超音波振動ユニットは、平板状にして一端辺を直線状とした圧電セラミックスの当該一端辺側に直接又は間接的に被振動板を部分的に重ねてせり出すように固着してなり、その圧電セラミックスは、その一端辺とこれに対向すると対向辺との間の中央に一端辺と平行設定した仮想線に対し非対称の平面視形状となっている。

そのような手段を備えた本発明に係る超音波振動ユニットは、平板状の圧電セラミックスの一端辺側に被振動板を部分的に重ねて固着し、その圧電セラミックスを、その一端辺と対向辺間の中央に設定した仮想線に対し非対称の平面視形状にしたから、被振動板を正確かつ安定して大きく振動させ、被振動板の開放自由端の変位も大きくすることが可能である。

そして、本発明に係る超音波振動ユニットは、上記圧電セラミックスについて、その幅方向寸法を一定にするとともに、その幅方向寸法Ａと長さ方向寸法Ｂとの関係を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５に選定するとともに、その一端辺の寸法よりも対向辺の寸法を長くした平面視形状とすれば、被振動板をより一層正確かつ安定して大きく振動させ、被振動板の開放自由端の変位も更に大きくできる。

また、本発明に係る超音波振動ユニットは、上記圧電セラミックスの対向辺を円弧状にしたり、その対向辺における幅方向の両端部を円弧状又は直線状に切り欠いた形状にする構成では、所望の形状に予め成形したり、又は従来の圧電セラミックスの片方の辺を切削などして加工すれば良いから、上述した効果に加えて製造や加工が簡単でコストを大きくアップさせない利点がある。

さらに、本発明に係る超音波振動ユニットは、台形状の圧電セラミックスの当該長辺側又は短辺側に被振動板を部分的に重ね、その圧電セラミックスとして、それら長辺と短辺の寸法ａ１とａ２の和の１／２をＡ、それら長辺と短辺間の長さをＢとしたとき、それらａ１とａ２の関係を０．５９≦（ａ１／ａ２又はａ２／ａ１）≦１．４７に選定するとともに、それらＡとＢの関係を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５に選定すると、台形状の圧電セラミックスを用いて上述した効果を簡単に得ることができる利点がある。

さらにまた、本発明に係る超音波振動ユニットは、上記振動板の片面側に供給された液体を通過させて霧化する多数の小孔を、その厚み方向に貫通形成して構成すれば、効率良い大きな霧化量が得られる。

そして、霧化する液体を貯液部に溜め、その液体を所望の方向へ供給する供給部を設け、その供給部の先端近傍に上述した超音波振動ユニットを支持し、その供給部にて供給された液体を上述した超音波振動ユニットで外部へ霧化する霧化装置を構成すれば、超音波振動ユニットを大型化したりこの駆動電力を増大することなく大きな霧化量を得ることが可能となり、装置の小形、コストダウンおよび省電力化を図り易い。

以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る超音波振動ユニットを説明する。図１〜図３は本発明に係る超音波振動ユニットを示す平面図、断面図および動作説明図である。

図１において、超音波振動ユニット２３は、板状の圧電セラミックス２５と、これに部分的に重ねてせり出すように固着された被振動板２７とを有して構成されている。

圧電セラミックス２５は、従来公知の超音波圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛やこの鉛をモリブデンに代えた材料から薄板状に成形されるとともに厚み方向分極が施され、一端辺２９を直線状にした概略矩形に近似した形状を有している。

圧電セラミックス２５では、直線状の一端辺２９に対向する反対側の対向辺３１を半径Ｒの円弧状にして中央を外側へ膨出させ、一端辺２９より対向辺３１が長い寸法で形成されており、直線状の一端辺２９の両側から円弧状の対向辺３１側に向けた両側辺３３、３５が互いに等間隔で平行に形成されている。円弧状の対向辺３１の詳細は後述する。

圧電セラミックス２５の対向面（表裏面）には、図２に示すように、金などの導電材料からなる電極３７ａ、３７ｂが全面又は僅かに小さく形成され、リード線３９ａ、３９ｂ（図１では図示せず。）が接続されている。

被振動板２７は、例えばニッケル材料から圧電セラミックス２５の一端辺２９と同じ幅寸法で長方形に形成され、圧電セラミックス２５に片持ち支持されて先端が開放自由端となっている。

被振動板２７は、図２に示すように、圧電セラミックス２５に電極３７ａを介して間接的に重ねられて固着されているが、直接的に重ねる構成も当然可能である。

被振動板２７には、微細な小孔４１がその厚み方向に複数（無数）貫通形成されており、これら小孔４１は、圧電セラミックス２５との当接面（図中下面）側の直径を対向面側の直径より大きくして先細りとなっている。図１では小孔４１の図示を省略するとともに、図２では誇張して図示されている。

このような超音波振動ユニット２３は、リード線３９ａ、３９ｂを介して例えば１３３ＫＨｚで２０Ｖｐ−ｐの交流電圧を圧電セラミックス２５に印加すると、動作説明図である図３に示すように、圧電セラミックス２５が長さ方向（図３中の矢符）に振動するから、圧電セラミックス２５に端部を支持された被振動板２７には振動波が生じる。

なお、図３は、分かり易くすために、被振動板２７の振動形態を誇張して概略的に示したものである。

そして、本発明者は、図４に示すように、図１の圧電セラミックス２５とほぼ同形状で対向辺３１を一端辺２９と平行かつ直線状とした基準形状の圧電セラミックス２５Ａおよび上述した被振動板２７とからなる基準形状の超音波振動ユニット２３Ａを構成し、これに対して図１の圧電セラミックス２５における円弧状の対向辺３１についてその円弧半径Ｒを変化させて対比し、図５および図６のような結果を得た。

ここで、基準形状の圧電セラミックス２５Ａは、一端辺２９の幅寸法が１７ｍｍ、一端辺２９と対向辺３１間の長さが１３ｍｍ、厚さ１ｍｍのものであり、図１の圧電セラミックス２５は、その基準形状の圧電セラミックス２５における対向辺３１の最も膨出した部分（対向辺３１の中央部）から一端辺２９側へ寄った点を円弧半径Ｒとして、対向辺３１を円弧状としたものである。

なお、いずれの構成においても、被振動板２７は一例として幅１７ｍｍ、長さ１８．６ｍｍ、厚み０．０６ｍｍとなっている。

そして、この半径ＲをＲ８．５ｍｍから少しずつＲ２５ｍｍまで変化させ、上述した図１９のような霧化装置で基準形状の超音波振動ユニット２３Ａとの間で霧化量を比較すると、図５の一覧のようになった。

上述した図１において、対向辺３１を示す実線が半径Ｒ８．５ｍｍに、破線が半径Ｒ２５ｍｍに相当し、図５中の上段の半径Ｒ１０〜Ｒ１８が図１中の実線と破線の対向辺３１間に描かれることになる。

図５における中段の（Ｒ０．５）〜（Ｒ１．５）は、基準形状の超音波振動ユニット２３Ａの対向辺３１の幅１７ｍｍに対する円弧半径Ｒ（Ｒ８．５ｍｍ〜Ｒ２５ｍｍ）の比率であり、この比率が満たされる限り、寸法が異なっても同様な結果が得られることを示している。

図５において、下段の◎印は基準形状を大きく超えた約１．４倍程度の霧化率、○印は基準形状を超えた霧化率、×印は基準形状以下の霧化率であったことを示している。ここで、霧化率とは、基準形状の所定時間当たりの霧化量を１．０としたときの霧化量の比率をいう。以下の図においても同様である。

図５および図６から分かるように、図１に係る超音波振動ユニット２３では、直線状の一端辺２９に対して対向辺３１を円弧状に膨出させて寸法を長くすることにより霧化量が向上することが分かる。なお、図６において図５中の各半径Ｒ（各比率）の間は仮想的に示した（以下の同種の図でも同様）。

特に、直線状の一端辺２９に対して対向辺３１の円弧半径の比率をＲ０．５からＲ１．３程度の範囲に選定すれば、基準形状の超音波振動ユニット２３Ａより、１．２倍程度の霧化向上を達成できる。

このように、超音波振動ユニット２３において、直線状の一端辺２９に対して対向辺３１を円弧状に膨出させて寸法を長くすることによって霧化量が向上する理由は解明しきれていないが、以下のように考えられるかもしれない。再現性は確実である。

すなわち、対向辺３１を円弧状に膨出させることによって圧電セラミックス２５が一端辺２９と対向辺３１の側で非対象となり、圧電セラミックス２５の振動中に、対称の矩形状では圧電セラミックス２５自身の両端面からの反射波が打ち消されるが、非対称にすることによって反射波、特に対向辺３１側からの反射波を有効に利用して被振動板２７へ集中させることが可能となり、損失が小さく電気機械変換効率が向上し、被振動板２７を正確かつ安定して大きく振動させることが可能で、被振動板２７の開放自由端の変位も大きくなるためと考えられる。

しかも、本発明の超音波振動ユニット２３において、圧電セラミックス２５の一端辺２９と対向辺３１間の長さの比率によって、さらに良好な霧化率が得られることが分かった。

すなわち、図１に示すように、一端辺２９の幅寸法Ａを例えば１７ｍｍに固定する一方、対向辺３１の半径Ｒを８．５ｍｍとして、対向辺３１との間の長さＢを１１．５ｍｍから１６．０ｍｍまで変化させた場合、図７および図８に示すようになった。なお、図７中の中段は一端辺２９の幅寸法Ａとこれと対向辺３１間の長さＢの比である。

図７および図８から分かるように、一端辺２９の幅寸法Ａに対してこれと対向辺３１間の長さＢの関係を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５の範囲に選定すると、基準形状の超音波振動ユニット２３Ａと同等又はそれ以上の霧化量の得られることが分かる。

もっとも、上述した図２０Ａに示す従来の超音波振動ユニット７において、圧電セラミックス１３の幅をＡと長さをＢを例えば１：１に選定すると、図８に示すように、その霧化量が基準の超音波振動ユニット２３Ａに比較してそれより小さくなり、基準の超音波振動ユニット２３Ａが従来の超音波振動ユニット７よりも霧化量が多いことが分かり、本発明の超音波振動ユニット２３は更に良好な霧化量が得られることが分かる。

また、図７および図８は、圧電セラミックス２５において一端辺２９を１７ｍｍ、対向辺３１の半径Ｒを８．５ｍｍとした構成例であったが、上述したように、一端辺２９を１７ｍｍとし、対向辺３１の半径Ｒを８．５ｍｍから２５ｍｍに変化した場合もほぼ同様に大きな霧化量が得られる。

従って、本発明の超音波振動ユニット２３において、圧電セラミックス２５の対向辺３１の円弧半径Ｒを８．５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲に選定し、一端辺２９の寸法Ａとこれと対向辺３１間の長さＢの関係を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５の範囲に選定し、一端辺２９の幅寸法よりもこれと対向辺３１間の長さを短くすることにより、被振動板２７をより正確かつ安定した大きな振動を確保することが可能で、一層高い霧化率が得られる。

この現象も、一端辺２９と対向辺３１間の長さＢを短くすることにより、やはり対向辺３１側からの反射波をより有効に利用可能となり、被振動板２７を正確かつ安定して振動させることが可能になるためと考えられる。

上述した実施の形態では、圧電セラミックス２５において一端辺２９に対して対向辺３１を円弧状に膨出させ、一端辺２９側に対して対向辺３１側を非対称に形成したが、圧電セラミックス２５を非対称形状にする手法はこれに限定されない。

図９は本発明に係る超音波振動ユニット２３の他の実施の形態を示す平面図である。

図９に示す構成は、圧電セラミックス２５の対向辺３１の幅方向における両側角部を同じ円弧状に切り欠いて円弧状面取り部４３を形成した構成である。

そして、この面取り部４３の半径ｒをｒ１ｍｍからｒ６ｍｍまで変化させ、上述した基準形状の超音波振動ユニット２３Ａとの間で霧化量を比較すると、図１０および図１１のようになった。

なお、図１０中段の（ｒ０．６０）〜（ｒ０．３５）は、基準形状の超音波振動ユニット２３Ａの圧電セラミックス２５の一端辺２９の幅１７ｍｍに対する円弧状面取り部４３の半径ｒ（ｒ１ｍｍ〜ｒ６ｍｍ）の比率であり、この比率が満たされる限り、寸法が異なっても同様な結果が得られることを示している。

図１０および図１１から分かるように、圧電セラミックス２５の対向辺３１の両側角部をある程度以上に円弧状に切り欠き、円弧状面取り部４３を形成すれば、図１の超音波振動ユニット２３と同様に、霧化量が向上することが分かる。再現性も確実である。

特に、円弧状面取り部４３の半径ｒを３ｍｍ以上に選定すれば、その効果が確実である。

しかも、この形状の超音波振動ユニット２３においても、圧電セラミックス２５の一端辺２９の幅寸法Ａと対向辺３１間の長さＢの比率を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５の範囲に選定すると、基準形状の超音波振動ユニット２３Ａと同等又はそれ以上の霧化量が得られる。

対向辺３１における両端の円弧状面取り部４３の半径ｒは互いに異ならせても同様に良好な結果が得られると考えられる。

図１２は本発明に係る超音波振動ユニット２３の更に別の実施の形態を示す平面図であり、圧電セラミックス２５の対向辺３１の両側角部を斜めかつ直線状に切り欠いて直線状面取り部４５を形成した構成である。

そして、対向辺３１の両端の直線状面取り部４５の角部からの面取り長ＣをＣ１ｍｍからＣ７ｍｍまで変化させ、上述した基準形状の超音波振動ユニット２３Ａとの間で霧化量を比較すると、図１３および図１４のようになった。

なお、図１３の中段の（Ｃ０．６０）〜（Ｃ０．４１）は、基準形状の超音波振動ユニット２３Ａの一端辺２９の幅１７ｍｍに対する直線状面取り部４５の面取り長Ｃ（Ｃ１ｍｍ〜Ｃ７ｍｍ）の比率であり、この比率が満たされる限り、寸法が異なっても同様な結果が得られることを示している。

図１３および図１４から分かるように、圧電セラミックス２５の対向辺３１の両側角部をある程度以上に直線的に切り欠き、直線状面取り部４５を形成すれば、図１の超音波振動ユニット２３と同様に、霧化量が向上することが分かる。再現性も確実である。

特に、面取り部４５の面取り長Ｃを２ｍｍから７ｍｍ、好ましくは４ｍｍから６ｍｍ程度に選定すれば、その効果が確実である。

しかも、この形状の超音波振動ユニット２３においても、圧電セラミックス２５の一端辺２９の幅寸法Ａと対向辺３１間の長さＢの比率を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５の範囲に選定すると、基準形状の超音波振動ユニット２３と同等又はそれ以上の霧化量が得られる。

このように、本発明に係る超音波振動ユニット２３において、圧電セラミックス２５を対称にする形状は色々あるが、図１に示すように、圧電セラミックス２５の一端辺２９とこれに対向する対向辺３１間の中央にその一端辺２９と平行設定した仮想線Ｔに対し非対称である平面視形状（平面から見た形状）となっていれば、本発明の目的達成が可能である。

上述した実施の形態は、超音波振動ユニット２３における圧電セラミックス２５は、両側辺３３、３５が平行で間隔が長さ方向で等しい形状であったが、本発明の超音波振動ユニット２３では、図１５に示すように、両側辺３３、３５間を「ハ」字状にした台形形状の圧電セラミックス２５を用いることが可能である。
すなわち、圧電セラミックス２５の一端辺２９とこれと平行な対向辺３１を有し一端辺２９と対向辺３１の一方を短辺とし他方を長辺とするとともに、一端辺２９と同じ幅寸法の被振動板２７を部分的に重ねるように固着した構成である。

なお、図１５においては、便宜上、圧電セラミックス２５と被振動板２７とを重ねずに図示した（後述する図１７も同様である。）。

このような構成において、圧電セラミックス２５の一端辺２９の幅寸法ａ１を例えば１７ｍｍに固定し、対向辺３１の幅寸法ａ２を図１５Ａのように一端辺２９に対して長辺状態（ａ２＝２５ｍｍ）から同図Ｂのように短辺状態（ａ２＝１０ｍｍ）まで変化させた場合、霧化量が図１６のようになった。なお、長さＢは１２．２ｍｍである。

図１６中の横軸の括弧（）内は一端辺２９に対する対向辺３１の寸法比率である（後述する図１８も同様である。）。また、図１６においては、圧電セラミックス２５の幅と長さの比を１：１（１７ｍｍ：１７ｍｍ）に選定したものの、所定時間当たりの霧化量を基準（１．０）としている（後述する図１８も同様）。

この図１６から分かるように、被振動板２７を固着した一端辺２９に対して対向辺３１がそれより長辺となって短辺となっても、ａ１を固定値としａ２を変化させたとき、それらの関係を０．５９≦ａ２／ａ１≦１．４７に選定すれば、良好な霧化量が得られることが分かる。

また、図１７は、超音波振動ユニット２３の圧電セラミックス２５を、図１５と同様に台形状にしたものであるが、対向辺３１を被振動板２７の幅寸法ａ２と同じに設定し、一端辺２９の寸法ａ１を可変する実験例を示している。

このような構成において、圧電セラミックス２５の対向辺３１の幅寸法ａ２を例えば１７ｍｍに固定し、一端辺２９の幅寸法ａ１を図１７Ａのように対向辺３１に対して長辺状態（ａ１＝２５ｍｍ）から同図Ｂのように短辺状態（ａ１＝１０ｍｍ）まで変化させた場合、霧化量が図１８のようになった。なお、長さＢは１２．２ｍｍである。

この図１８から分かるように、対向辺３１に対して被振動板２７を固着した一端辺２９がそれより長辺となっても短辺となっても、ａ２を固定値としａ１を変化させたとき、それらの関係を０．５９≦ａ１／ａ２≦１．４７に選定すれば、同様に良好な霧化量が得られることが分かる。

しかも、図１５および図１７の超音波振動ユニット２３においても、圧電セラミックス２５の一端辺２９の幅寸法Ａと対向辺３１間の長さＢの比率を０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５の範囲に選定すると、基準形状の超音波振動ユニット２３Ａと同等又はそれ以上の霧化量の得られる。

もっとも、図１５および図１７に示す構成では、圧電セラミックス２５の一端辺２９の寸法ａ１又は対向辺３１の寸法ａ２が極端に短い又は長い台形形状は好ましくないから、圧電セラミックス２５の寸法ａ１とａ２の和の１／２をＡとして選定すると良い。

以上、本発明に係る超音波振動ユニット２３を水３や薬液などの液体を散布する霧化装置に使用する場合を例にして説明したが、本発明に係る超音波振動ユニット２３は粉体などを飛散させる場合など、各種の装置や用途の振動源として用いることが可能である。

そして、超音波振動ユニット２３用いた霧化装置としては、上述した図１９に示すように、例えば合成樹脂から本体ケースを兼ねた貯液部１を箱形に形成し、この貯液部１の内側下部に霧化する液体として水３を溜め、貯液部１の頂部内側に支持部材５を設け、この支持部材５に上述した超音波振動ユニット２３の圧電セラミックス２５の対向辺側を片持ち支持して垂下させ、スポンジなどからに形成し貯液部１内の水３を上方へ供給する供給部９を、貯液部１の内底から上方へ延ばして超音波振動ユニット２３の被振動板２７に当接してなる構成を有している。

このような霧化装置は、超音波振動ユニット２３において、電極３７ａ、３７ｂに所定の交流駆動電圧を印加して圧電セラミックス２５に長さ振動を発生させ、この振動に基づき被振動板２７を振動させ、供給部９によって貯液部１下部から被振動板１５まで給水された水３を多数の小孔４１を介して霧化して外部へ送出するものである。

なお、霧化装置において、貯液部１や供給部９の形状や、超音波振動ユニット２３の支持位置、方向は任意であり、目的や用途に応じて任意に選定可能である。

本発明に係る超音波振動ユニットの実施の形態を示す平面図である。 図１に示す超音波振動ユニットの断面図（図１中のＩＩ−ＩＩ間断面）である。 図１に示す超音波振動ユニットの動作説明図である。 図１の超音波振動ユニットに関し基準となる超音波振動ユニットを示す平面図である。 図１の超音波振動ユニットに関し、円弧を可変した場合の実験例を一覧にして示す図である。 図１の超音波振動ユニットに関し、円弧を可変した場合の霧化量を特性にして示す図である。 図１の超音波振動ユニットに関し、圧電セラミックスの寸法を可変した場合の実験例を一覧にして示す図である。 図１の超音波振動ユニットに関し、圧電セラミックスの寸法を可変した場合の霧化量を示す特性図である。 本発明に係る超音波振動ユニットの別の実施の形態を示す平面図である。 図９の超音波振動ユニットに関し、円弧状面取り寸法を可変した場合の実験例を一覧にして示す図である。 図９の超音波振動ユニットに関し、円弧面取り寸法を可変した場合の霧化量を示す特性図である。 本発明に係る超音波振動ユニットの別の実施の形態を示す平面図である。 図１２の超音波振動ユニットに関し、直線状面取り寸法を可変した場合の実験例を一覧にして示す図である。 図１２の超音波振動ユニットに関し、直線状面取り寸法を可変した場合の霧化量を示す特性図である。 本発明に係る超音波振動ユニットの更に別の実施の形態を示す平面図である。 図１５の超音波振動ユニットに関し、短辺と長辺の寸法を可変した場合の霧化量を示す特性図である。 本発明に係る超音波振動ユニットの更に別の実施の形態を示す平面図である。 図１７の超音波振動ユニットに関し、短辺と長辺の寸法を可変した場合の霧化量を示す特性図である。 本発明の参考となる霧化装置を示す概略断面図である。 霧化装置に用いる従来の超音波振動ユニットを示す平面図および断面図である。

符号の説明

１ 貯液部（本体ケース）
３ 水（液体）
５ 支持部材
７、２３ 超音波振動ユニット
９ 供給部
１１ａ、１１ｂ、３７ａ、３７ｂ 電極
１３、２５ 圧電セラミックス
１５、２７ 被振動板
１７ａ、１７ｂ 端子
１９、４１ 小孔
２１ 止栓
２３Ａ 基準形状の超音波振動ユニット
２５Ａ 基準形状の圧電セラミックス
２９ 一端辺
３１ 対向辺
３３、３５ 両側辺
３９ａ、３９ｂ リード線
４３ 円弧状面取り部（ｒ面取り部）
４５ 直線状面取り部（Ｃ面取り部）
Ｔ 仮想線

Claims (8)

1. 平板状にして一端辺を直線状とした圧電セラミックスの当該一端辺側に直接又は間接的に被振動板を部分的に重ねてせり出すように固着し、前記圧電セラミックスの長さ振動に基づいて前記被振動板を超音波振動させる超音波振動ユニットにおいて、
   前記圧電セラミックスは、前記一端辺とこれに対向する対向辺との間の中央に前記一端辺と平行設定した仮想線に対し非対称の平面視形状を有することを特徴とする超音波振動ユニット。
2. 前記圧電セラミックスは、幅方向とした前記一端辺に直交する方向を長さ方向としたとき、前記幅方向寸法が前記長さ方向に沿って一定であり、前記幅方向寸法をＡ、長さ方向寸法をＢとしたとき、ＡとＢの関係が０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５に選定されるとともに、前記一端辺の寸法よりも前記対向辺の寸法が長く選定された平面視形状を有する請求項１記載の超音波振動ユニット。
3. 前記圧電セラミックスは、前記対向辺を円弧状に膨出させた平面視形状を有する請求項１又は２記載の超音波振動ユニット。
4. 前記圧電セラミックスは、前記対向辺における前記幅方向の両端部を円弧状に切り欠いた平面視形状を有する請求項１又は２記載の超音波振動ユニット。
5. 前記圧電セラミックスは、前記対向辺における前記幅方向の両端部を直線状に切り欠いた平面視形状を有する請求項１又は２記載の超音波振動ユニット。
6. 平板状にして平行な対向端を長辺と短辺とした台形状の圧電セラミックスの当該長辺側又は短辺側に、直接又は間接的に被振動板を部分的に重ねてせり出すように固着し、前記圧電セラミックスの長さ振動に基づいて前記被振動板を超音波振動させる超音波振動ユニットにおいて、
   前記圧電セラミックスは、前記長辺の寸法ａ１と短辺の寸法ａ２の和の１／２をＡ、前記長辺と短辺間の長さをＢとしたとき、前記寸法ａ１とａ２の一方を固定値としたときそれらの関係が０．５９≦（ａ１／ａ２又はａ２／ａ１）≦１．４７に選定されるとともに、前記ＡとＢの関係が０．６０≦Ｂ／Ａ≦０．９５に選定された平面視形状を有することを特徴とする超音波振動ユニット。
7. 前記振動板は、厚さ方向に貫通形成された多数の小孔であって、当該振動板の片面側に供給された液体を通過させて霧化する多数の小孔を有する請求項１〜６のいずれか１項記載の霧化用の超音波振動ユニット。
8. 霧化する液体を溜めた貯液部と、
   溜められた前記液体を所望の方向へ供給する供給部と、
   前記供給部の先端近傍に支持された超音波振動ユニットであって前記供給部にて供給された前記液体を外部へ向けて霧化する超音波振動ユニットと、
   を具備する霧化装置において、
   前記超音波振動ユニットは、平板状にして一端辺を直線状とした圧電セラミックスの当該一端辺側に直接又は間接的に被振動板を部分的に重ねてせり出すように固着し、前記圧電セラミックスの長さ振動に基づいて前記被振動板を超音波振動させて前記液体を霧化するものであり、
   前記圧電セラミックスは、前記一端辺とこれに対向する対向辺との間の中央に前記一端辺と平行設定した仮想線に対し非対称の平面視形状を有することを特徴とする霧化装置。

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