JP2011147913A - 霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した霧化量を容易に設定し、維持することができる霧化装置を提供する。
【解決手段】 本発明の霧化装置は、一方端５ａがオリフィス１の裏面側近傍に配置されるとともに、他方端５ｂが液体タンク４の液体収納部４ａ内に配置され、液体を吸収すると、膨潤するとともに、毛細管現象により他方端５ｂ側から一方端５ａ側へ液体を供給する柱状の給液芯５を備え、給液芯５が液体を吸収した際の膨潤による圧力により、給液芯５の一方端５ａがオリフィス１の裏面を所定の圧力で押圧するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を霧化する霧化装置に関し、さらに詳しくは、安定した霧化量を容易に設定し、維持することができる霧化装置に関する。

従来から、加湿、芳香、消臭、殺虫、洗浄、成膜などの用途で、液体を霧化する霧化装置が実用化されている。

この霧化装置は、たとえば、オリフィスと呼ばれる、微細なノズル孔を有する金属などからなる薄板を振動させておき、オリフィスの裏面側に液体を供給することにより、ノズル孔からオリフィスの表面側に液体を噴霧するものである。オリフィスは、たとえば、圧電振動体により振動される。

そして、オリフィスの裏面側に液体を供給する方法としては、大きく分けて２つの方法が採用されている。ひとつは、液体タンクからオリフィスの裏面側に、ポンプで液体を送り出したり、あるいはファンで液体を吸い上げたりする、液体移送のための動力を用いる方法である。もうひとつは、たとえば、多孔質スポンジなどの給液芯を用い、給液芯の一方端をオリフィスの裏面側に圧接させるとともに、他方端を液体タンクに含浸させることにより、毛細管現象を利用して、液体タンクからオリフィスの裏面側に液体を供給する方法である。

たとえば、特許文献１（特開平６−６３４７４号公報）には、動力で液体を移送する霧化装置が開示されており、具体的には、ファンを回転させ、液体タンクから液体を吸い上げて供給する方法が開示されている。

一方、特許文献２（特表２００６−５２３５３２号公報）、特許文献３（特開平５−３０５２５７号公報）および特許文献４（特開平５−３２９４１１号公報）には、給液芯を用いて毛細管現象を利用して、オリフィスに液体を供給する霧化装置が開示されている。

図６に、特許文献２（特表２００６−５２３５３２号公報）に開示された、霧化装置５００を示す。

霧化装置５００は、中央に開口を有する円板形状の圧電振動体１０１を備え、その開口に、複数の微細なノズル孔（図示せず）を有する円板形状の金属製のオリフィス１０２が取り付けられている。圧電振動体１０１は、１対の電極（図示せず）を備えており、その電極間に所定の周波数の交流電圧を印加することにより、たとえば超音波で周方向に伸縮する。そして、圧電振動体１０１が伸縮することにより、圧電振動体１０１に取付けられたオリフィス１０２の中央領域が上下方向に振動する。なお、霧化装置５００においては、オリフィス１０２は、噴霧効率を向上させるために、裏面側に空間を備えたドーム形状をしている。ただし、この空間は必ずしもオリフィスに必須のものではない。

また、霧化装置５００は、多孔質スポンジなどからなる給液芯１０３を備える。給液芯１０３は、一方端１０３ａを露出させてプラグ１０４に固定され、他方端１０３ｂが液体タンク１０５に収容された液体１０６に含浸されている。そして、プラグ１０４が給液タンク１０５に取付けられている。給液芯１０３は、タンク１０５に収容された液体１０６を、毛細管現象により、その一方端１０３ａに供給する。

そして、給液芯１０３の一方端１０３ａは、所定の圧力で、オリフィス１０２の下面に圧接されている。なお、バネハウジング１０７に収容されたバネ１０８は、圧電振動体１０１の上表面を弾性的に押圧するためのものである。

霧化装置５００は、圧電振動体１０１の電極間に交流電圧を印加することにより、オリフィス１０２が上下方向に振動し、給液芯１０３の一方端１０３ａに供給された液体を霧化し、オリフィス１０２の表面側に噴霧する。

特開平６−６３４７４号公報 特表２００６−５２３５３２号公報 特開平５−３０５２５７号公報 特開平５−３２９４１１号公報

しかしながら、上述した、従来の霧化装置には、次のような問題があった。

まず、特許文献１に開示されるような、ポンプやファンといった動力を用いて、オリフィス近傍に液体タンクから液体を供給する霧化装置は、装置自体が複雑で製造コストの高いものになってしまう、また使用時に、別途、液体供給のための電力が必要であるという問題があった。

一方、特許文献２〜４に開示されるような、給液芯の毛細管現象を用いて、オリフィス近傍に液体タンクから液体を供給する霧化装置は、構造が簡単で、しかも使用時に液体供給のための電力が不要であるという利点はあるが、給液芯をオリフィスに適切な圧力で圧接させなければならず、その調整が非常に難しいという問題があった。

すなわち、給液芯の一方端が、適切な圧力よりも大きな圧力でオリフィスに圧接した場合には、給液芯が圧電振動体およびオリフィスの振動を阻害してしまい、霧化量が少なくなってしまう。また、逆に、給液芯の一方端が、適切な圧力よりも小さな圧力でオリフィスに圧接した場合には、オリフィスにおいて十分に液体を霧化することができず、同じく霧化量が少なくなってしまう。そのため、給液芯とオリフィスとは、適切な圧力で圧接するように、厳密に位置調整をおこなう必要があり、製造が煩雑で時間を要するものになり、製造コストが高くなってしまうという問題があった。

本発明は、上述した従来の霧化装置が有する問題を解決するためになされたものである。

その手段として、本発明の霧化装置は、液体を収容するための液体収納部を有する液体タンクと、複数のノズル孔が表裏間を貫通して形成された薄板状のオリフィス、および、オリフィスが取り付けられ、オリフィスを振動させる振動手段とからなる霧化手段と、液体タンクから霧化手段に液体を供給する給液手段とを備えた構成とし、その給液手段が、少なくとも霧化手段の近傍に配置され、液体を吸収すると膨潤する材質からなり、霧化装置の使用の際には、液体を吸収して膨潤による圧力により霧化手段を所定の圧力で押圧する、給液芯を備えるようにした。

本発明の霧化装置は、上記構成とし、液体を吸収した際の給液芯の膨潤による圧力により、給液芯が霧化手段を所定の圧力で押圧するようにしたため、霧化装置を製造する際に、給液芯と霧化手段との位置関係、すなわち両者の圧接の圧力を厳密に調整することなく、霧化量を容易に設定することができる。したがって、製造が容易で、かつ製造時間が短縮されたものになっている。また、使用中に、給液芯の一方端の霧化手段への圧接の圧力が変動することがないため、液体タンクに収容した液体がなくなるまで、安定した霧化量を維持することができる。

本発明の第１実施形態にかかる霧化装置１００を示す断面図である。 図１に示す本発明の第１実施形態にかかる霧化装置１００の使用状態を示す説明図（断面図）である。 本発明の第２実施形態にかかる霧化装置２００を示す断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる霧化装置３００を示す断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる霧化装置４００を示す断面図である。 従来の霧化装置５００を示す断面図である。

以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。
［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態にかかる霧化装置１００を示す。なお、図１は霧化装置１００の断面図である。

霧化装置１００は、複数の微細なノズル孔１ａが形成されたオリフィス１を備える。オリフィス１は、たとえば、電鋳製で、材質がNi系合金からなり、直径３ｍｍ、厚さ５０μｍの円板形状からなる。また、ノズル孔１ａとしては、たとえば、直径５〜１０μｍの孔が、８５個形成されている。

オリフィス１は、振動板２に取り付けられている。振動板２は、たとえば、４２Ni製で、直径１０ｍｍ、厚さ２５０μｍの円板形状からなり、中央に開口２ａが形成されており、オリフィス１はその開口２ａに、下側から取り付けられている。

振動板２は、圧電振動体３に取り付けられている。圧電振動体３は、圧電体セラミックからなり、両端に開口を有する円筒の圧電体３ａを備え、図示しないが、圧電振動体３を駆動するための１対の電極が、圧電体３ａの円筒の内周面および外周面に形成されている。圧電体３ａは、たとえば、高さ２．６ｍｍ、外径が９．６ｍｍ、円筒の内径が８．０ｍｍからなる。そして、振動板２は、圧電体３ａの上側の開口に取り付けられている。また、圧電体３ａを構成する圧電体セラミックは、全周にわたって、内周面と外周面との間が分極されている。分極方向は、内周面から外周面の方向であっても良いし、逆に、外周面から内周面の方向であっても良い。

霧化装置１００は、振動板２と圧電振動体３とで振動手段を構成し、この振動手段に、さらにオリフィス１が取り付けられることにより霧化手段を構成する。

霧化装置１００において、圧電振動体３の圧電体３ａに形成された１対の電極間に、所定の周波数の交流電圧を印加すると、圧電振動体３は、たとえば超音波で周方向に伸縮する。そして、圧電振動体３が周方向に伸縮することにより、振動板２も周方向に伸縮し、さらにオリフィス１が上下方向に振動する。

霧化装置１００は、上面に、霧化される液体を収容する液体収納部４ａが形成された液体タンク４を備える。液体収納部４ａは、その底面に凹部４ｂが形成されている。液体収納部４ａには、蓋部材（図示せず）を設けるようにしても良い。そして、圧電振動体３が，液体タンク４の上縁部分に取り付けられている。なお、液体収納部４ａに蓋部材を設けた場合は、その蓋部材に圧電振動体３を取り付けるようにしても良い。

霧化装置１００は、給液手段として、毛細管現象を利用した、たとえば、スポンジ（海綿）、フェルト、布、メッシュ膜、不織紙などからなる給液芯５を備える。本実施形態では、給液芯５のとして、柱状のフェルトを用いた。給液芯５は、一方端５ａがオリフィス１の裏面側近傍に配置されるとともに、他方端５ｂが液体タンク４の凹部４ｂに挿入されている。なお、液体タンク４の液体収納部４ａに蓋部材を設けた場合は、その蓋部材に孔を設け、その孔に給液芯を挟持させるようにすることができる。

給液芯５は、液体タンク４内に収容された液体（図１においては図示せず）を吸収すると、膨潤するとともに、毛細管現象により液体を他方端５ｂ側から一方端５ａ側へ供給する。

なお、変形例として、液体タンク４の液体収納部４ａ内に流体ポンプを配置し、その流体ポンプに連結された送液管によって、給液芯５に液体を送るようにしても良い。また、液体タンク４の液体収納部４ａを気密に保った構造にし、液体収納部４ａに流体ポンプによって流体を送り、収納された液体の液面に圧力を加えることにより、液体内部に一端を配置した送液管によって、給液芯５に液体を送るようにしても良い。さらに、液体タンク４の液体収納部４ａとオリフィス１近傍に配置された給液芯５との間を、細径のガラス管の束からなる送液管でつなぎ、給液芯５まで液体を送るようにしても良い。

上記の構造からなる第１実施形態にかかる霧化装置１００は、たとえば、予め
オリフィス１、振動板２、圧電振動体３に必要な加工を施したうえで、オリフィス１を振動板２に取付け、次に、振動板２を圧電振動体３に取付け、次に、凹部４ｂに給液芯５を挿入したうえで、圧電振動体３を液体タンク４の上縁部分に取付けることにより製造することができる。

第１実施形態にかかる霧化装置１００は、たとえば、図２に示す方法で使用される。なお、図２は、使用状態を説明するための断面図である。

まず、図２に示すように、液体タンク４の液体収納部４ａに、噴霧したい液体６を収容する。そして、液体収納部４ａに液体６を収容すると、給液芯５は、液体６を吸収し、図２において矢印で示すように、全方向に膨潤する。この結果、給液芯５の一方端５ａは、設計した所望の圧力でオリフィス１の裏面を押圧する。そして、給液芯５は、毛細管現象により、他方端５ｂ側から一方端５ａ側へ液体６を供給する。

次に、圧電振動体３の圧電体３ａに形成された１対の電極（図示せず）間に、所定の周波数の交流電圧を印加する。この結果、圧電振動体３は、たとえば超音波で周方向に伸縮する。そして、圧電振動体３が周方向に伸縮することにより、振動板２も周方向に伸縮し、さらにオリフィス１が上下方向に振動する。そして、オリフィス１が上下方向に振動することにより、給液芯５の一方端５ａに供給された液体が、霧化され、オリフィス１の表面側に、振動板２の開口２ａを通って噴霧される。

以上、本発明の第１実施形態にかかる噴霧装置１００の構造と、製造方法の一例と、使用方法の一例とについて説明した。しかしながら、本発明がこれらの内容に限定されることはなく、発明の主旨に沿って、種々の変更を加えることができる。

たとえば、オリフィス１の材質や、オリフィス１に形成されるノズル孔の直径や個数は任意であり、上述した内容には限定されない。

また、オリフィス１を振動させる振動手段も上述した内容には限定されず、圧電振動体３を備えたものではなく、たとえば、電磁的な振動源を備えたものであってもよい。また、圧電振動体を備える場合であっても、その圧電体が上述のように円筒形状である必要はなく、たとえば、中央に開口を有する平板状であってもよい。さらに、振動板２は必ずしも必要ではなく、圧電体の開口部に、直接、オリフィス１を取り付けるようにしてもよい。

さらに、給液芯５は、霧化手段のいずれかの部分を押圧すれば良く、オリフィス１ではなく、振動板２を押圧するようにしても良い。この場合には、オリフィス１は、振動板２の下側ではなく、上側に取り付ければ良い。
［第２実施形態］
図３に、本発明の第２実施形態にかかる霧化装置２００を示す。なお、図３は霧化装置２００の断面図である。

第２実施形態にかかる霧化装置２００においては、第１実施形態にかかる霧化装置１００に用いた給液芯５に代えて、給液芯１５を用い、その給液芯１５を、径方向の変形を拘束するように、たとえばプラスチック製からなる管７に収容したうえで、液体タンク４の液体収納部４ａの底面に形成された凹部４ｂに挿入した。なお、管７の壁面には、管の内外に液体を流通させるための複数の孔を形成しておくことが望ましい。霧化装置２００のその他の構成については、第１実施形態にかかる霧化装置１００と同様にした。

第２実施形態にかかる霧化装置２００においては、液体を吸収した給液芯１５は、管７に規制されて、上下方向に大きく膨潤する。この結果、給液芯１５の一方端１５ａは、より安定的に、オリフィス１の裏面を押圧することができる。
［第３実施形態］
図４に、本発明の第３実施形態にかかる霧化装置３００を示す。なお、図４は霧化装置３００の断面図である。

第２実施形態にかかる霧化装置３００においては、第１実施形態にかかる霧化装置１００に用いた給液芯５に代えて、膨潤率の異なる２種類の材質を用いた給液芯２５を使用した。すなわち、給液芯２５は、一方端２５ａ側の第１部分２５ｘと、他方端２５ｂ側の第２部分２５ｙとで、膨潤率の異なる材質が用いられており、第１部分２５ｘの膨潤率が、第２部分２５ｙの膨潤率よりも高くなっている。なお、膨潤率とは、一定体積の材質に、一定量の液体を吸収させた場合に、増加する体積の率をいう。霧化装置３００のその他の構成については、第１実施形態にかかる霧化装置１００と同様にした。

なお、変形例として、給液芯２５の第２部分２５ｙに代えて、細径のガラス管の束、流体ポンプに連結された送液管などを用いるようにしても良い。

第３実施形態にかかる霧化装置３００においては、液体を吸収した給液芯２５は、主に一方端２５ａが膨潤するため、給液芯２５の一方端２５ａがオリフィス１の裏面を押圧する圧力を、より厳密に設定することができる。
［第４実施形態］
図５に、本発明の第４実施形態にかかる霧化装置４００を示す。なお、図５は霧化装置４００の断面図である。

第４実施形態にかかる霧化装置４００においては、オリフィス１１を振動板２の上側に取付け、給液芯５が振動板２を押圧するようにした。霧化装置４００のその他の構成については、第１実施形態にかかる霧化装置１００と同様にした。

給液芯５がオリフィスを押圧するのではなく、振動板２を押圧するようにしても、本発明の霧化装置は良好に機能する。

１、１１：オリフィス
１ａ、１１ａ：ノズル孔
２：振動板
２ａ：開口
３：圧電振動体
３ａ：圧電体
４：液体タンク
４ａ：液体収納部
４ｂ：凹部
５、１５、２５：給液芯（給液手段）
５ａ、１５ａ、２５ａ：一方端
５ｂ、１５ｂ、２５ｂ：他方端
２５ｘ：第１部分
２５ｙ：第２部分
６：液体

Claims (10)

1. 液体を収容するための液体収納部を有する液体タンクと、
   複数のノズル孔が表裏間を貫通して形成された薄板状のオリフィス、および、当該オリフィスが取り付けられ、当該オリフィスを振動させる振動手段とからなる霧化手段と、
   前記液体タンクから前記霧化手段に液体を供給する給液手段と、を備えた霧化装置であって、
   前記給液手段は、少なくとも前記霧化手段の近傍に配置された給液芯を備え、当該給液芯は、液体を吸収すると膨潤する材質からなり、当該霧化装置を使用する際には、液体を吸収し、膨潤による圧力により前記霧化手段を所定の圧力で押圧することを特徴とする霧化装置。
2. 前記給液芯が、前記霧化手段の前記オリフィスを押圧することを特徴とする、請求項１に記載された霧化装置。
3. 前記給液芯が、スポンジ、フェルト、布、メッシュ膜、不織紙の少なくとも１つを材料にすることを特徴とする、請求項１または２に記載された霧化装置。
4. 前記給液芯が、さらに筒状の管に収容されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された霧化装置。
5. 前記給液芯が、前記霧化手段近傍部分と、その他の部分とで膨潤率の異なる材質からなり、一方端の膨潤率が、その他の部分の膨潤率よりも高いことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載された霧化装置。
6. 前記液体タンクの前記液体収納部の底面に凹部が形成され、当該凹部に前記給液芯が挿入されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された霧化装置。
7. 前記給液手段が、前記給液芯と、当該給液芯に接続された送液管とで構成されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された霧化装置。
8. 前記振動手段が、圧電振動体を備えることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載された霧化装置。
9. 前記圧電振動体が、両端に開口を有する円筒の圧電体を備え、当該圧電体を駆動するための１対の電極が、前記圧電体の円筒の内周面および外周面に形成され、さらに前記圧電体の円筒の一方端の開口に、中央に開口を有する振動板が取り付けられて、前記振動手段が構成されていることを特徴とする、請求項８に記載された霧化装置。
10. 前記振動板の前記開口に、前記オリフィスが取り付けられて、前記霧化手段が構成されていることを特徴とする、請求項９に記載された霧化装置。