JP2008207057A - Ultrasonic atomizing device and equipment provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を利用して液体を霧化することのできる超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器に関し、特に液体を安定的に霧化することのできる超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic atomizer that can atomize a liquid using ultrasonic waves, and an equipment that includes the ultrasonic atomizer, and in particular, an ultrasonic atomizer that can stably atomize a liquid, and It relates to equipment equipped with it.
従来から超音波霧化技術によって液体を霧化する超音波霧化装置が存在する。このような超音波霧化装置は、圧電素子であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)振動子にパルス電圧を印加し、PZT振動子を発振させることによって、超音波を発生させて液体を霧化している。また、このような超音波霧化装置は、薬剤や消毒液を霧化する等の医療用途(たとえば、ネブライザ(吸入器))に用いられたり、室内空気を加湿する等の空調用途に用いられたり、用途が多岐にわたる。 Conventionally, there is an ultrasonic atomization device that atomizes a liquid by an ultrasonic atomization technique. Such an ultrasonic atomizer applies a pulse voltage to a PZT (lead zirconate titanate) vibrator, which is a piezoelectric element, and oscillates the PZT vibrator to generate ultrasonic waves to atomize the liquid. ing. Such an ultrasonic atomizer is used for medical applications such as nebulization of medicines and disinfectants (for example, nebulizers (inhalers)), and for air conditioning applications such as humidifying indoor air. There are many uses.
そのようなものとして、「圧電体からなる超音波振動子、液体を収容する液体容器、及び一端が液体容器に挿入され、他端が超音波振動子の振動端面の全面に接触する吸水帯からなる」ようにした超音波霧化器が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この超音波霧化器は、吸水帯で液体を吸い上げ、超音波振動子に直接供給して、この液体を霧化し、霧化した液体(以下、単に霧化液体と称する)を噴霧するようにしているものである。 As such, “from an ultrasonic transducer made of a piezoelectric body, a liquid container containing a liquid, and a water absorption band in which one end is inserted into the liquid container and the other end is in contact with the entire vibration end surface of the ultrasonic transducer. There has been proposed an ultrasonic atomizer configured to become “see” (for example, see Patent Document 1). This ultrasonic atomizer sucks up the liquid in the water absorption zone, supplies it directly to the ultrasonic vibrator, atomizes the liquid, and sprays the atomized liquid (hereinafter simply referred to as atomized liquid). It is what.
しかしながら、特許文献1に記載の超音波霧化器は、超音波振動子に霧化用の液体(たとえば、水)が直接供給されたときに、この液体の重量によって超音波振動子の発振が抑制され、超音波振動子の有する音響特性が低い周波数帯域に移動してしまい、この超音波振動子の有する本来の音響特性の周波数を得ることができずに、霧化液体量が減少してしまったり、液体を霧化することそのものが停止してしまったりする等の問題が発生してしまうことになっていた。
However, in the ultrasonic atomizer described in
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、霧化する液体によって超音波振動子の発振が抑制されたとしても、液体を安定的に霧化することのできる超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even when the oscillation of the ultrasonic vibrator is suppressed by the atomizing liquid, the ultrasonic wave capable of stably atomizing the liquid is provided. An atomization apparatus and equipment provided with the same are provided.
本発明に係る超音波霧化装置は、超音波によって液体を霧化する超音波霧化装置であって、圧電素子で構成され、超音波を発生する振動子と、前記振動子の外周面に設けられ、この振動子の発振を抑制する粘着層とを備えたことを特徴とする。また、本発明に係る設備機器は、上記の超音波霧化装置を備えたことを特徴とする。 An ultrasonic atomizing device according to the present invention is an ultrasonic atomizing device that atomizes a liquid by ultrasonic waves. The ultrasonic atomizing device includes a piezoelectric element that generates ultrasonic waves, and an outer peripheral surface of the vibrator. And an adhesive layer that suppresses oscillation of the vibrator. Moreover, the equipment according to the present invention includes the above-described ultrasonic atomizer.
本発明に係る超音波霧化装置は、圧電素子で構成され、超音波を発生する振動子の外周面に粘着層を設けるので、振動子の発振を予め抑制することが可能であり、振動子から発生する超音波のピークを有する範囲を比較的平坦な特性傾向にすることができ、この範囲内で液体を霧化することができる。したがって、液体を安定的に霧化することが可能になっている。また、本発明に係る設備機器は、上記の超音波霧化装置を備えているので、超音波霧化装置の効果を全部有することになる。 The ultrasonic atomizing apparatus according to the present invention includes a piezoelectric element, and an adhesive layer is provided on the outer peripheral surface of the vibrator that generates ultrasonic waves. Therefore, the vibration of the vibrator can be suppressed in advance. It is possible to make the range having the peak of the ultrasonic wave generated from a relatively flat characteristic tendency, and it is possible to atomize the liquid within this range. Therefore, it is possible to stably atomize the liquid. Moreover, since the installation apparatus which concerns on this invention is equipped with said ultrasonic atomizer, it has all the effects of an ultrasonic atomizer.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る超音波霧化装置10の概略構成を示す概略構成図である。図1に基づいて、超音波霧化装置10の構成について説明する。この超音波霧化装置10は、超音波を発生することによって水や薬剤等の液体を霧化させるものである。また、図1(a)が超音波霧化装置10の縦断面図を、図1(b)が超音波霧化装置10の平面図をそれぞれ示している。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of an
この超音波霧化装置10は、霧化液体を安定的に供給することができるということを特徴としている。図1(a)に示すように、超音波霧化装置10は、支持部11と、台座12と、PZT振動子13とが順に積層されて構成されている。このPZT振動子13の外周面(つまり、PZT振動子13の周囲端部)には、粘着層15が設けられている。また、PZT振動子13及び台座12は、周囲を構造体14で覆われている。そして、この構造体14の台座12側とは反対側の表面(以下、単に上側表面と称する)に粘着層15の形状に応じた形状の保持部16が形成されている(図2参照)。なお、支持部11及び構造体14を一体的に形成してもよい。
The
支持部11は、超音波霧化装置10が設置される設備機器の筐体等に超音波霧化装置10を取り付けるためのものである。この支持部11は、図1(b)に示すように平面形状が円形状となっている。なお、支持部11を円形状に限定するものではなく、超音波霧化装置10が取り付けられる設備機器に応じた形状となっていればよい。台座12は、支持部11の一方の側(図面上側)に取り付けられており、PZT振動子13を固定するためのものである。この台座12も、支持部11と同様に平面形状が円形状となっているが、平面形状を円形状に限定するものではない。
The
PZT振動子13は、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電素子であり、正電極端子部17及び負電極端子部18を介してパルス電圧が印加され、発振するようになっている。つまり、PZT振動子13は、平面形状が円形状で構成されており、パルス電圧が印加されることによって、所定の周波数帯域(一般的な周波数帯域である20kHz〜80kHzの周波数帯域)の音波(超音波)を発生する超音波振動子としての機能を有しているのである。ここでは、1つのPZT振動子13を超音波霧化装置10に設けている場合を例に示しているが、複数のPZT振動子13を超音波霧化装置10に設けるようにしてもよい。複数のPZT振動子13を積層させたバイモルフ構造とすれば、PZT振動子13の発振をより強力にすることができる。
The
なお、図1では、正電極端子部17及び負電極端子部18が、支持部11及び台座12を貫通し、PZT振動子13に接続されるようになっている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、支持部11及び台座12を貫通しなくてもPZT振動子13に接続されていればよい。このPZT振動子13も、支持部11及び台座12と同様に平面形状が円形状となっているが、平面形状を円形状に限定するものではなく、多角形状であってもよい。
FIG. 1 shows an example in which the positive
構造体14は、上側表面にPZT振動子13の周囲端部の形状に応じた形状の保持部16が形成されており、この保持部16に粘着層15を設けることでPZT振動子13の外周を保持するようになっている。また、構造体14は、平面形状が円形状に構成されており、PZT振動子13を保持するとともに、内部空間を有し、この内部空間に台座12を収容するように側面の下端部が支持部11に取り付けられるようになっている。なお、この構造体14として金属製の共振体を用いてもよい。
In the
共振体を構造体14として利用すれば、PZT振動子13の発振によって共振させることでき、PZT振動子13の発振によって発生する超音波の周波数の一次振動モード(図1(a)で示す破線A)で、共振現象を起こし、PZT振動子13の発振を増幅させることができる。また、共振体である構造体14でPZT振動子13の露出した表面を覆うようにすれば、PZT振動子13を液体に直接接触させることなく、PZT振動子13を保護することが可能になる。
If a resonator is used as the
なお、構造体14を構成する材質を特に限定するものではない。たとえば、金属製の共振体を構造体14として利用するのであれば、超音波霧化装置10の用途、特に霧化させる液体に応じて材質を決定するとよい。液体に薬剤(たとえば、H2O2(過酸化水素水)等)を用いることで、超音波霧化装置10を殺菌用として使用するのであれば、構造体14をその薬剤による腐食を防止できるような金属材料(たとえば、ニッケル(Ni)と銅(Cu)の合金等)で構成するとよい。そうすれば、薬剤による腐食の進行を防止することができる。
In addition, the material which comprises the
粘着層15は、PZT振動子13の外周面に設けられ、PZT振動子13の発振を強制的に抑制するものである。したがって、この粘着層15は、防振性能を有する材料で構成するのが望ましい。たとえば、防振性能を有する粘着材(たとえば、ゴムやウレタン等)によって、粘着層15を構成するとよい。そして、粘着層15は、構造体14の上側表面に設けられている保持部16にPZT振動子13を固着するようになっている。つまり、PZT振動子13の発振を抑制するために、構造体14にPZT振動子13を固着する機能を有しているのである。
The
図2は、構造体15に形成されている保持部16を説明するための縦断面図である。図2に基づいて、構造体15に形成されている保持部16について説明する。構造体15の上側表面に形成されている保持部16は、PZT振動子13の外周面に設けた粘着層15を介して、PZT振動子13を保持するためのものである。したがって、保持部16は、PZT振動子13の外径よりも大きな径を有するように形成するとよい。また、図2に示すように、保持部16の構造体15壁面は湾曲するように形成することで、粘着層14を収容し易くなっている。なお、構造体14の上側表面を単にくり抜いて保持部16を形成してもよく、保持部16の構造体15壁面を階段形状に形成してもよい。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining the holding
図3は、PZT振動子13の音響特性を表すグラフである。図3に基づいて、超音波霧化装置10の動作を説明するとともに、PZT振動子13の音響特性を粘着層15を設けた場合と、設けていない場合とで比較しながら説明する。この図3では、横軸が周波数(Hz)を、縦軸が尖鋭度(Q)をそれぞれ示している。また、実線Aが粘着層15を設けていない場合のPZT振動子13の尖鋭度曲線を、波線Bが粘着層15を設けた場合のPZT振動子13の尖鋭度曲線をそれぞれ示している。
FIG. 3 is a graph showing the acoustic characteristics of the
まず、霧化液体の放射について簡単に説明する。上述したように、PZT振動子13に電圧が印加されると、PZT振動子13が発振し、PZT振動子13の露出した表面から超音波が発生する。この超音波によって、PZT振動子13の露出した表面に存在する液体を霧化し、放射させる。なお、共振体で構造体14を構成する場合には、PZT振動子13から発生する超音波の一次振動モードによって発生する共振体の共振現象を利用することができる。つまり、共振現象により、一次共振モードの共振周波数を有する共振波が構造体14から発生し、この共振波によって、液体を霧化し、放射させることができるのである。
First, radiation of the atomized liquid will be briefly described. As described above, when a voltage is applied to the
このとき、PZT振動子13の露出した表面に存在する液体の重量によって、PZT振動子13の発振が抑制され、PZT振動子13の本来の音響特性が得られないことになる。尖鋭度(Q)は、PZT振動子13の発振状態を表す音響特性の傾向を示すものであり、確実な発振現象が発生しているときは、急峻なピークを有する傾向を示す(図3で示す実線A)。そして、尖鋭度(Q)が急峻なピークを有する範囲(図3で示すFc)であるときに、液体が霧化されるようになっている。つまり、液体によってPZT振動子13の発振が抑制されてしまうと、急峻なピークが発生しないことになり、霧化液体量の減少、又は、液体の霧化そのものが停止してしまうことになるのである。
At this time, the oscillation of the
そこで、この実施の形態に係る超音波霧化装置10では、PZT振動子13の外周面に粘着層15を設け、PZT振動子13の発振を予め抑制することとしている。つまり、図3で示す破線Bのように、ピークを有する範囲(図3で示すFr)を広くしているのである。このように、ピークを有する範囲を比較的平坦な特性傾向を示すようにしておけば、この範囲内で液体を霧化することができる。すなわち、液体の重量によってPZT振動子13の発振が抑制されたとしても、急峻なピークを有する範囲が広いので、この範囲内において液体を霧化することが可能なのである。したがって、超音波霧化装置10は、液体を安定的に霧化することができるのである。
Therefore, in the
さらに言えば、粘着層14によってPZT振動子13の発振を予め抑制するようにしておけば、PZT振動子13の有する音響特性におけるピークを有する範囲を予め比較的平坦な特性傾向を示すようにすることができるので、液体がPZT振動子13の露出した表面に供給され、この液体の重量によって音響特性が変化したとしても、予め広くしてある範囲内において所定量の霧化液体の量を確保することができるのである。したがって、超音波霧化装置10では、液体を安定的に霧化することができるのである。
Furthermore, if the oscillation of the
なお、PZT振動子13に直接液体が接触するために、液体によってはPZT振動子13がさびたり腐食したりすることがあり、PZT振動子13が損傷してしまうことになる場合がある。そこで、PZT振動子13の露出した表面は、耐腐食性のある、たとえばニッケル(Ni)と銅(Cu)の合金による電極処理を行うようにしておくことが望ましい。また、PZT振動子13の露出した表面にシリコン膜を成膜してもよい。さらに、複数のPZT振動子13を積層させたバイモルフ構造とすれば、PZT振動子13の発振をより強力にすることができる。
Since the liquid directly contacts the
PZT振動子13の発振を予め抑制するために、超音波霧化装置10にPZT振動子13を保持する構造体14を設けている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。極端な例を挙げれば、構造体14でPZT振動子13を保持しなくても、粘着層14のみによってPZT振動子13の発振を予め抑制することができればよい。ただし、PZT振動子13の発振を確実に抑制するためには、粘着層14だけでなく、保持部16が形成された構造体14を設けて、PZT振動子13を保持することが望ましい。
In order to suppress the oscillation of the
図4は、超音波霧化装置10の設置例を説明するための説明図である。図4に基づいて、超音波霧化装置10の設置例について説明する。図4では、超音波霧化装置10を霧化用ダクト20内に設置した場合を例に示している。図4に示すように、超音波霧化装置10が液体を放射する際には、源水タンク21から霧化用の液体(以下、単に源水22と称する)が霧化用ダクト20内に供給される。そして、この源水22が、霧化用ダクト20の内部におけるPZT振動子13の露出した表面まで達すると源水22の霧化が開始されることになる。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an installation example of the
つまり、PZT振動子13に接続されている正電極端子部17及び負電極端子部18を介してPZT振動子13にパルス電圧が印加され、PZT振動子13が発振し超音波が発生する。このPZT振動子13で発生した超音波によって、PZT振動子13の露出した表面を満たしている源水22が霧化されることになる。霧化用ダクト20は、超音波導波管として機能するものであり、超音波霧化装置10から発生した超音波振動波が霧化用ダクト20内に伝搬していることになる。したがって、霧化用ダクト20に超音波霧化装置10を設置することによって、霧化用ダクト20外部からの空気の伝搬がなくなり、超音波の減衰を低減することができる。
That is, a pulse voltage is applied to the
すなわち、PZT振動子13から発生した超音波が粗密を繰り返しながら、霧化用ダクト20内を伝搬することになるのである。このように超音波霧化装置10を霧化用ダクト20に設置することによって、PZT振動子13から発生する超音波の減衰を低減することができ、霧化用ダクト20のダクト長を長くしても、超音波振動波が長い距離でも伝播することが可能となる。したがって、超音波霧化装置10が設置される設備機器の用途に応じて、霧化用ダクト20に超音波霧化装置10を設置することもできるのである。
That is, the ultrasonic wave generated from the
この実施の形態に係る超音波霧化装置10を設置可能な設備機器としては、たとえばエアコンや冷凍装置等の空気調和装置の室内ユニットや、ネブライザ(吸入器)、脱臭器、噴霧器、加湿器、冷蔵庫等がある。すなわち、液体を霧化して放射させる必要性のある設備機器であれば、超音波霧化装置10を設置することができるのである。また、室内ユニットに超音波霧化装置10を備える場合には、室内ユニット内の殺菌用途に使用することができ、冷蔵庫に超音波霧化装置10を備える場合には、庫内の食品を乾燥させないように使用することもできる。なお、超音波霧化装置10を設置する設備機器に応じて、霧化用ダクト20を設置すればよい。
As equipment that can install the
また、実施の形態では、圧電素子としてPZT振動子13を一例として説明したが、これに限定するものではない。たとえば、セラミック型の圧電素子や高分子型の圧電素子等の圧電素子であってもよい。また、霧化用ダクト20は、円筒状に構成されていてもよく、角柱状に構成し、内部を円柱状にくり抜くようにしてもよい。この場合には、支持部11も霧化用ダクト20の形状に応じた形状とするとよい。
In the embodiment, the
10 超音波霧化装置、11 支持部、12 台座、13 PZT振動子、14 構造体、15 粘着層、16 保持部、17 正電極端子部、18 負電極端子部、20 霧化用ダクト、21 源水タンク、22 源水。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
圧電素子で構成され、超音波を発生する振動子と、
前記振動子の外周面に設けられ、この振動子の発振を抑制する粘着層とを備えた
ことを特徴とする超音波霧化装置。 An ultrasonic atomizer that atomizes a liquid by ultrasonic waves,
A vibrator composed of piezoelectric elements and generating ultrasonic waves;
An ultrasonic atomizing device comprising: an adhesive layer provided on an outer peripheral surface of the vibrator and suppressing oscillation of the vibrator.
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波霧化装置。 The ultrasonic atomizer according to claim 1, wherein the adhesive layer is made of rubber or urethane.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波霧化装置。 The ultrasonic atomizer according to claim 1, further comprising: a structure that holds the vibrator via the adhesive layer.
ことを特徴とする請求項3に記載の超音波霧化装置。 The ultrasonic atomizer according to claim 3, wherein the structural body is formed of a metal resonator.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の超音波霧化装置。 The ultrasonic atomizer according to any one of claims 1 to 4, wherein the exposed surface of the vibrator is electrode-treated with a corrosive metal alloy.
ことを特徴とする設備機器。 The equipment provided with the ultrasonic atomizer in any one of the said Claims 1-5.
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2007
- 2007-02-23 JP JP2007043631A patent/JP2008207057A/en active Pending
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