JP2012011319A - 霧化器及び噴霧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の使用開始時の電源オンの後、速やかに噴霧が開始され、且つ耳障りな雑音を抑制した霧化器及び噴霧装置を構成する。
【解決手段】霧化器１０は、振動板１１とこの振動板１１を振動させる振動子１２とを備え、振動板１１の第１の面が液体に接し、当該液体に振動を与えて、第１の面とは反対側の第２の面から霧を発生させる。この霧化器１０には、振動板１１の第１の面に対して一定間隙を隔てて対向して、振動板１１の第１の面に接する液体の流動性を低減する近接対向部材１４を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は水などの液体を霧化する霧化器及びそれを備えた噴霧装置に関するものである。

超音波振動子を備えた噴霧装置が特許文献１に開示されている。
図１は特許文献１に示されている噴霧装置の霧化器部分の断面図である。この噴霧装置のフレームの上端に載置部が形成されていて、載置部の上面の凹部６８にドーナツ形状の下部パッキン７０が載置されている。下部パッキン７０の開口７２には給水棒５６の上端が挿入されている。

下部パッキン７０の上面には、上方に突出する断面三角形でかつ平面的にはドーナツ形状の全周に亘る環状のシール部７４が形成され、このシール部７４の上に、円盤形状の超音波振動子７６が載置されている。超音波振動子７６は圧電セラミックに電圧を印加することによって高周波（超音波）振動を発生させるものであり、その中心部に振動部７６ａが形成されている。

下部パッキン７０の開口７２と重なる位置に形成された開口８０を有する上部パッキン７８が下部パッキン７０に接着されている。上部パッキン７８の上記した傾斜部８６と上述の突起８４との間において、断面三角形状でかつ平面環状のシール部８８が下方に突出して形成される。

給水棒５６はコイルばねによって押し上げられ、給水棒５６の上端が下部パッキン７０の開口７２を通して、振動子７６の中心部下面に安定的に当接する。給水棒５６は、たとえばフェルト素材であり、タンクの内の水を徐々にかつ間断なくその上端に導き上げる。給水棒５６の上端に達した水は振動子７６によって霧化され、上部パッキン７８の開口８０を通って放出（噴霧）される。

図１に示される従来の噴霧装置においては、霧化器に押し当てた給水棒（棒状の繊維物）の毛管現象を利用して水を持ち上げ、霧化器に水を供給している。このように、給水棒を霧化器に押し当てて水を供給する構造では、給水棒の毛細管現象を利用して水を吸い上げて霧化器に水を供給するやり方であるため、霧化器に水が到達するのに非常に時間がかかり、機器の使用開始時に電源をオンしてから実際に霧化が開始されるまでに非常に長時間を要するという欠点があった。また、給水棒が霧化器の振動を阻害するので、超音波振動子の振動ロスが大きく、大きな霧化量を得難いという問題があった。

そこで、特許文献２のように、給水棒の毛管現象に頼らず、ファンにより負圧を発生させ水を超音波振動子に供給する構造を適用することが考えられる。

特開２００９−１６８３２８号公報 特開平６−６３４７４号公報

しかしながら、図１に示される従来の霧化器に備えられている超音波振動子は、２０ｋＨｚ以上の可聴域、特に９ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ付近に共振点をもっているものがあり、超音波振動子の振動が水に伝わり、非常に耳障りな雑音として聞こえてしまう、という新たな問題が生じる。図１に示される従来の噴霧装置においては、霧化器に給水棒が当接していたため、霧化器の可聴域における共振が生じなくなり、耳障りな雑音はほとんど聞こえない状態であった。すなわち、給水棒を用いないで霧化対象の液体を霧化器にアクティブに供給する構造にすると雑音の問題が顕在化する。

本発明は、装置の使用開始時の電源オンの後、速やかに噴霧が開始され、且つ耳障りな雑音を抑制した霧化器及び噴霧装置を提供することを目的としている。

本発明の霧化器は、振動板とこの振動板を振動させる振動子とを備え、前記振動板の第１の面が液体に接し、当該液体に振動を与えて、第１の面とは反対側の第２の面から霧を発生させる霧化器において、前記振動板の第１の面に対して一定間隙を隔てて対向して、前記振動板の第１の面に接する液体の流動性を抑制する近接対向部材を備えている。

前記振動板は、周囲が保持部で挟み込まれて保持され、前記近接対向部材は例えば前記保持部で前記振動板と共に挟み込まれるパッキンである。

本発明の噴霧装置は、前記霧化器と、液体貯留部と、この液体貯留部から前記霧化器まで液体を輸送する液体輸送路と、前記液体貯留部から前記霧化器の方向へ前記液体輸送路を介して液体が流れる方向に、前記貯留部の液面に圧力を加えるブロアまたは前記液体輸送路中の液体に圧力を加えるポンプと、を備える。

本発明によれば、振動板と近接対向部材との間隙に存在する液体の流動性が抑制されて、その部分の液体の剛性が高まる。そのため、振動板の基本波振動モードが抑制されて高次の振動モードで霧化が行われる。

図１は特許文献１に示されている噴霧装置の霧化器部分の断面図である。 図２は第１の実施形態に係る噴霧装置１０１の断面図である。 図３は霧化器部分の構造を示す一部破断斜視図である。 図４は振動板１１の平面図である。 図５（Ａ）は振動板１１及び振動子１２の断面構造を示す図である。図５（Ｂ）は振動板１１の基本振動モードの例を示す図、図５（Ｃ）は振動板１１の高次振動モードの例を示す図である。 図６は第２の実施形態に係る噴霧装置の霧化器３０の断面図である。 図７はパッキン２２の斜視図である。 図８は第３の実施形態に係る噴霧装置１０３の概略断面図である。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る噴霧装置１０１の断面図である。この噴霧装置１０１は、霧化器１０と、液体貯留部２と、この液体貯留部２から霧化器１０まで液体を輸送する液体輸送路３と、ブロア１を備えている。ブロア１は液体貯留部２内の液体Ｗの液面に圧力を加えることによって、液体貯留部２から霧化器１０の方向へ液体輸送路３を介して液体の水頭差を利用して輸送する。液体輸送路３は毛管現象を利用する給水棒ではなく、中空の管である。
この例では、液体貯留部２に貯留する液体Ｗは除菌・脱臭効果のある活性酸素を含んだ電解水である。具体的には、液体貯留部２内に電気分解用の電極を設けていて、水道水の電気分解により、水道水に含まれる塩化物イオン(Cl-)を使用して、「次亜塩素酸(HCIO)」と「OHラジカル」という２種類の活性酸素を生成する。この電解水を室内に噴霧することによって室内の空気を除菌・脱臭する。
図３は霧化器部分の構造を示す一部破断斜視図である。霧化器１０は液体輸送路３の先端部に設けられている。液体輸送路３の先端には、霧化器１０を設置する台座部１３が形成されている。霧化器１０が霧化器ホルダー１７に保持された状態で台座部１３に設置されている。

霧化器１０は、振動板１１、振動子１２、下部パッキン１９、上部パッキン２０、及びカバー部材２１を備えている。振動板１１は円板状の金属板であり、この金属板の中央部には例えば直径０．１ｍｍ以下の多数の霧化孔が形成されている。振動子１２はリング状の圧電素子であり、振動板１１に対して同心位置に貼付されている。振動板１１は、その周辺部が下部パッキン１９と上部パッキン２０とを介して、霧化器ホルダー１７とカバー部材２１とによって挟持されている。

前記圧電素子である振動子１２の上面には電極が形成されていて、この電極と振動板１１との間に交流電圧が印加されることにより振動板１１が拡がり振動する。この振動子１２が振動板１１に貼付されていることにより、振動板１１は屈曲振動する。

台座部１３は例えば比較的硬質のＡＢＳ樹脂等からなる成型体が好ましい。この台座部１３の上部には、振動板１１の裏面（第１の面）に対して近接させて近接対向部材１４が形成されている。具体的には、振動板１１の中央部に対向する位置に近接させて近接対向部材１４が形成されている。この近接対向部材１４の上端面と振動板１１との間隙は、近接対向部材１４の上端面と振動板１１の裏面との間に位置する液体の流動性が抑制される程度の距離が好ましく、例えば約０．５ｍｍとなるように各部材の各寸法を定めている。なお、液体の流動性が抑制されるとは、液体輸送路３から振動板１１の裏面への液体の供給を妨げるものではなく、振動板１１の振動方向に対して、液体が疑似的に剛体のように振舞う状態を示す。

台座部１３、霧化器ホルダー１７、及び下部パッキン１９により、振動板１１の下部に形成される空間には、液体輸送路３を輸送される電解水が満たされる。そのため、振動板１１と近接対向部材１４との間隙にも電解水が満たされる。また、台座部１３には、液体輸送路３とは別に空気排出孔１５が形成されており、空気排出孔１５の入り口には防水通気シート１６が形成されている。振動板１１の下部の空間に電解水が満たされた状態で、振動板１１を振動させると、キャビテーション現象により気泡が発生することがある。この気泡は振動板１１の霧化孔を塞いでしまうと、霧化を妨げる恐れがある。そこで、入り口が防水通気シート１６で覆われた空気排出孔１５を形成することによって、電解水を外部に漏らさずに、気泡を効率よく排出することができる。

図４は振動板１１の平面図である。振動板１１の中央部には薄肉部１１Ｃが形成されていて、この薄肉部１１Ｃに多数の霧化孔ＭＨが形成されている。これらの霧化孔ＭＨ内に充填される微少な電解水が振動板１１の振動によって霧状となって振動板１１から離間し、振動板１１の上面へ放出（浮遊）される。

図５（Ａ）は振動板１１及び振動子１２の断面構造を示す図である。図５（Ｂ）は振動板１１の基本振動モードの例を示す図、図５（Ｃ）は振動板１１の高次（５次）振動モードの例を示す図である。ここでは、リング状の振動子１２が貼付けられた振動子１１であるため、基本振動モードは実質的には３次振動モードのような波形となる。基本振動モードの共振周波数は例えば９ｋＨｚであり、図５（Ｂ）に示すように、主に薄肉部１１Ｃが振動する。この基本振動モードは周波数が低いため霧化に殆ど寄与しない。また、この基本振動モードの周波数は可聴域であるので振幅が大きいと耳障りな雑音として聞こえることになる。霧化に寄与する高次（５次）振動モードの共振周波数は例えば１００ｋＨｚであり、図５（Ｃ）に示すように、振動板１１全体が高次振動する。

図３に示したように、振動板１１の下部には所定の間隙を隔てて近接された対向部材１４が対向していて、この間隙は例えば０．５ｍｍ程度と狭いので、前記基本振動モードの振幅は抑制される。すなわち、近接対向部材１４は比較的硬質のＡＢＳ樹脂であるので、振動板１１の振動に伴って振動することはなく、振動板１１と近接対向部材１４とで挟まれた電解水は粘性抵抗によって実効的な密度が向上し、この振動板１１と近接対向部材１４とで挟まれた電解水は擬似的に剛体のように振る舞う。したがって、振動板１１の中央部（薄肉部）の基本振動モードの振動が間隙に存在する電解水によって抑制されることにより、基本振動モード全体の振幅が抑制される。

近接対向部材１４は振動板１１の霧化孔が形成された薄肉部に対向しており、振動板１１の全面に亘って対向している訳ではないので、霧化に寄与する高次振動モードの振動は近接対向部材１４によって殆ど抑制されることはない。したがって、霧化効率が低下することなく前記雑音の問題が解消される。

なお、図２に示したブロア１は、ブロア室と、ダイヤフラムと、このダイヤフラムをベンディング振動させる圧電素子とを備えた圧電ブロアである。このような圧電ブロアであれば、流量の割には圧力が高すぎないので、振動板１１の霧化孔ＭＨから電解水が直接しみだす液漏れの問題が生じにくい。

近接対向部材を設けた場合と設けなかった場合のそれぞれの音圧と霧化量とを測定した結果を表１と表２に示す。ここでは近接対向部材１４の直径は４ｍｍ、振動板１１の薄肉部１１Ｃの直径は５ｍｍ、霧化孔ＭＨが形成されている領域の直径は２ｍｍ、近接対向部材１４と振動板１１との距離は０．５ｍｍとした。霧化器から３０ｍｍ離れた部分にマイクをおいて音をひろい、音圧に変換した。ここでは、振動子を間欠駆動した場合及び連続駆動した場合のそれぞれについて測定した。また、霧化量は、ある一定時間の水のタンクの減り量から換算した。

［表１］
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
１ｍ換算音圧(dBA) 間欠モード 連続モード
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対向部材無し １６．５ ２０．６
対向部材有り １０．８ １１．６
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［表２］
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霧化量[ml/h] 間欠モード 連続モード
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対向部材無し １２．４ ２２．６
対向部材有り １３．１ ２４．２
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表１から近接対向部材１４を設けた場合、間欠駆動及び連続駆動のいずれも音圧が大幅に低減することがわかった。一方、霧化量については、表２から、間欠駆動及び連続駆動のいずれについても実質的に測定誤差といえる範囲の違いでしかなく、ほとんど変わらないことがわかった。これは、近接対向部材を設けたとしても、電解水は連続して存在しているため、電解水は途切れることなく供給はされているが、振動板１１の振動方向（厚み方向）に対して電解水が擬似的に剛体のように振舞うことにより、音圧を低減できたものと思われる。

《第２の実施形態》
図６は第２の実施形態に係る噴霧装置の霧化器３０の断面図である。第１の実施形態で示した霧化器と異なるのは、近接対向部材の構造である。

霧化器３０は液体輸送路３の先端部に構成されている。液体輸送路３の先端には、霧化器３０を設置する台座部１３が形成されている。

霧化器３０は、振動板１１、振動子１２、パッキン２２、カバー部材２３を備えている。振動板１１と振動子１２の構造は図３に示した例と同じである。振動板１１とパッキン２２は、その周辺部が台座部１３とカバー部材２３とによって挟持されている。

図７は前記パッキン２２の斜視図である。パッキン２２は比較的硬質のゴムの成型体である。このパッキン２２はリング状の枠部とその枠部に３つの梁で支持された中央部材２２Ｃを備えている。この中央部材２２Ｃが振動板１１の中央部に対向している。この中央部材２２Ｃの上面と振動板１１との間隙は例えば約０．５ｍｍである。また、中央部材２２Ｃの直径は約３ｍｍである。第２の実施形態では中央部材２２Ｃを近接対向部材として作用させている。

図６に示したように、振動板１１の下部には所定の間隙を隔てて近接対向部材としての中央部材２２Ｃが対向していて、この間隙は例えば０．５ｍｍ程度と狭いので、振動板１１の基本振動モードの振幅は抑制される。すなわち、振動板１１と中央部材２２Ｃとで挟まれた電解水は擬似的に剛体のように振る舞う。したがって、振動板１１の中央部（薄肉部）の基本振動モードの振動はこの電解水によって抑制される。また、近接対向部材がパッキン２２に構成されているので、台座部１３に構成される液体輸送路３、空気排出孔１５、防水通気シート１６等の位置・形状等の設計の自由度を高めることができる。

《第３の実施形態》
図８は第３の実施形態に係る噴霧装置１０３の概略断面図である。この噴霧装置１０３は、ブロア１と、霧化器１０と、液体貯留部２と、ブロア１から液体貯留部２へ空気を送り込むエアーダクト４と、液体貯留部２から霧化器１０まで液体を輸送する液体輸送路３と、を備えている。また、エアーダクト４と液体貯留部２との間には液体を通さず空気を通すベントフィルタ７が設けられている。さらに、エアーダクト４から分岐したブローノズル６、及びエアーダクト４からブローノズル６へ流れる風量を調整する風量調整弁５が設けられている。霧化器１０の構成及び作用は第１の実施形態で示したものと同じである。

ブロア１は液体貯留部２内の液体Ｗの液面に圧力を加えることによって、液体貯留部２から霧化器１０の方向へ液体輸送路３を介して液体を水頭差を利用して輸送する。また、ブロア１は風量調整弁５を介してブローノズル６から所定流量の空気を噴き出す。

霧化器１０によって霧化された電解水の霧はブローノズルから吹き出された空気によって送風拡散される。この構造によって、霧化器に対して液体を供給する機能と、霧化された粒子を拡散させる送風機の機構を、一つのブロアで行うことができる。そのため、ポンプと送風デバイスを個々に搭載する構成に比較して、システムの小型化及び低コスト化が図れる。また、ブローノズル６へ流れる風量を調整する風量調整弁５が形成されているので、霧化された粒子の拡散方向を自由に調整することができる。

《他の実施形態》
図２に示した噴霧装置１０１では液体貯留部２内の液体Ｗの液面に圧力を加えるブロアを設けたが、液体輸送路３中の液体を輸送するポンプを設けてもよい。

また、振動子１２として圧電体を用いたが、例えば電磁的に振動を発生させるものであってもよい。

ＭＨ…霧化孔
Ｗ…液体
１…ブロア
２…液体貯留部
３…液体輸送路
４…エアーダクト
５…風量調整弁
６…ブローノズル
７…ベントフィルタ
１０…霧化器
１１…振動板
１１Ｃ…薄肉部
１２…振動子
１３…台座部
１４…近接対向部材
１７…霧化器ホルダー
１９…下部パッキン
２０…上部パッキン
２３…カバー部材
２２…パッキン
２２Ｃ…中央部材
３０…霧化器
１０１，１０３…噴霧装置

Claims (3)

1. 振動板とこの振動板を振動させる振動子とを備え、前記振動板の第１の面が液体に接し、当該液体に振動を与えて、第１の面とは反対側の第２の面から霧を発生させる霧化器において、
   前記振動板の第１の面に対して一定間隙を隔てて対向して、前記振動板の第１の面に接する液体の流動性を抑制する近接対向部材を備えた霧化器。
2. 前記振動板は周囲が保持部で挟み込まれて保持され、
   前記近接対向部材は前記保持部で前記振動板と共に挟み込まれるパッキンである、請求項１に記載の霧化器。
3. 請求項１又は２に記載の霧化器と、
   液体貯留部と、この液体貯留部から前記霧化器まで液体を輸送する液体輸送路と、
   前記液体貯留部から前記霧化器の方向へ前記液体輸送路を介して液体が流れる方向に、前記液体貯留部の液面に圧力を加えるブロアまたは前記液体輸送路中の液体に圧力を加えるポンプと、
   を備えた、噴霧装置。

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