JP2017144428A - 超音波霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間、高い霧化量を維持可能な超音波霧化装置を提供する。
【解決手段】この超音波霧化装置１は、霧化用の液体２を貯留する液タンク１０の底部に保持具２２を介して固定され、この保持具の開口部２２ａから液タンクの液中に露出する振動面１８ａを有する超音波振動子１８を備え、液タンクに貯留された霧化用の液体を超音波振動子の超音波振動で霧化することによって、液タンクの液面高さが変化する超音波霧化装置であって、超音波振動子の振動面に対して直交する方向に沿って配置され、振動面に対向し、液タンク内の液中で開口する下方側開口部２４２と、気中で開口する上方側開口部２４３とを備えた管状部２４１を有し、超音波振動子より放出された超音波振動を下方側開口部から導入し、管状部内の液面に向けて伝播させる筒状体２４とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体を超音波振動によって霧化する超音波霧化装置に関する。

液体から微細な液滴を生成する（霧化する）装置として超音波振動子を用いた超音波霧化装置が知られている。この超音波霧化装置は、霧化用の液体を貯留した容器の底部などに超音波振動子を配する。超音波振動子が振動すると、超音波振動子の振動面から放射された超音波振動が伝播方向に在する液体を振動させる。この超音波振動の振動エネルギーが液面に集中した場合、液面の液体微粒子を激しく振動させて液面（気液境界面）を持ち上げて液柱を形成し、その液柱の先端部が破断して液体微粒子が気中に放出され、霧が発生する。

このような超音波霧化装置では、安定した霧化および霧化量（単位時間当たりの霧化量）の増大を図るための様々な改良が行われている。例えば、特許文献１では、霧化用液タンクである容器の底部に超音波振動子を保持する保持具の上部に先細の円錐形状の筒体を液中内に配置することによって、超音波振動子から発生する超音波振動を筒体内を通過させて集中させている。

特開２００９−２８５８２号公報

上記のように霧化用液タンクの底部に超音波振動子を配置したタイプの霧化装置では、超音波振動子と液面との距離が所定範囲から超えると霧化効率が低下し、所定範囲を大きく超えると霧化できなくなる。そのため、超音波振動子と液面との距離を所定範囲にできるだけ長い時間維持するために、特許文献１にも示されるように、補充用の液タンクを別に用意し、この補充用の液タンクから霧化用液タンクに霧化液を補充し、霧化容器の液面高さが常に一定になるようにするものがある。

しかしながら、高い霧化量を維持しながら長時間駆動するために補充用の液タンクを別に用意する場合には、補充用の液タンクを配置するスペースを用意する必要があるので、霧化装置の小型化が難しい。これは、家庭用加湿器として霧化装置を利用する場合、大きな問題となる。また、補充用の液タンクから霧化用液タンクへの霧化液の供給機構が必要になるため、構成が複雑化しやすい。さらに、霧化用液タンクの液面高さを一定に維持する機構を霧化用液タンク内に設ける必要があるため、その機構等が邪魔になって霧化用液タンクや超音波振動子の掃除が面倒である。

また、より高い霧化量を得るため、超音波振動子を高いパワーで駆動する場合、霧化に利用されない振動（多くは、直上以外へ伝播する振動）すなわち、漏れ振動が液タンク内で乱反射し、液面に形成される液柱のバランスを崩す場合がある。特に、補充用の液タンクを使用せず、液面高さが変化する霧化装置においては、液面高さの変化に応じて、振動波の乱反射の状況も変化するため、液タンクの内部形状や駆動方式の調整が必要になる場合があるなどの問題があった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、長時間、高い霧化量を維持可能な超音波霧化装置を提供することにある。特に、霧化用の液体の補充用タンクを搭載しないタイプの超音波霧化装置に適する。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る超音波霧化装置は、霧化用の液体を貯留する液タンクの底部に保持具を介して固定され、この保持具の開口部から前記液タンクの液中に露出する振動面を有する超音波振動子を備え、前記液タンクに貯留された霧化用の液体を前記超音波振動子の超音波振動で霧化することによって、前記液タンクの液面高さが変化する超音波霧化装置であって、前記超音波振動子の振動面に対して直交する方向に沿って配置され、前記振動面に対向し、前記液タンク内の液中で開口する下方側開口部と、気中で開口する上方側開口部とを備えた管状部を有し、前記超音波振動子より放出された超音波振動を前記下方側開口部から導入し、管状部内の液面に向けて伝導させる筒状体とを具備する。

この超音波霧化装置によれば、液タンクの液中に露出する超音波振動子の振動面に対して、直交する方向に沿うように、すなわち、振動面の真上に筒状体を配置し、この筒状体の一部を構成する管状体の上方側開口部が気中に開口しているので、超音波振動子から放出され、筒状体内の液中に伝播される振動エネルギーは、筒状体内の気液境界面（液面）で収斂され、この筒状体内の気中に液柱を形成する。従って、筒状体内で形成された液柱は、筒状体の壁面によって筒状体外の液面から分離されているので、上述した漏れ振動による液タンク内の乱反射に影響を受けない。これにより、液タンク内の霧化液が大きく増減しても安定的な霧化を維持することができる。
なお、前記超音波振動子は、鉛直方向に対して、傾斜して配置することができる。このとき、前記筒状体は、前記超音波振動子の振動面に直交する方向に沿って配置されるため、鉛直方向に対して傾斜して配置される。

本発明に係る超音波霧化装置において、前記筒状体の管状部の内径は、少なくとも一部が、前記開口部の径以下とすることが好ましい。更に、管状部全体を前記開口部の径以下とすることが好ましい。加えて、上記管状部の下方側開口部は、対向する超音波振動子に向かって拡径する略漏斗状とすることが更に好ましい。このような構成をとることによって、筒状体内に伝播された超音波振動が、管状体の内壁に反射しながら液面に向けて収斂されるので、液面高さが大きくなっても振動エネルギーが分散しづらく、安定した霧化が可能になる。

本発明に係る超音波霧化装置において、前記筒状体の管状部は、上方側開口部に向かって径が小さくなる切頭錐体形である。この場合、前記管状部の上方側開口部の径が前記保持具の前記開口部の径より小さいものであってよい。

本発明に係る超音波霧化装置は、前記液タンク内の気中にエアーを導入する送風装置をさらに具備し、前記筒状体は、前記送風装置によって導入されたエアーを前記筒状体内の気中に水平一方向より導入するエアー導入口を備えるものであってよい。
前記エアー導入口は、筒状体の筒壁に沿って上下に延びるスリット状であってよい。

本発明に係る超音波霧化装置では、筒状体に、送風ファンなどの送風装置によって導入されたエアーを前記筒状体内の気中に一方向より導入するエアー導入口を設けたので、このエアー導入口を通じて、筒状体内に形成される液柱に向けてエアーが一方向より吹き付けられ、液柱が風圧で傾く。液柱が傾くことによって、液柱の最頂点に達した液体が重力で液面に落下する際、液柱の傾いた側に液体が落下するので、落下した液体が既に霧化されている液滴を巻き込んで落としてしまう量を低減することができる。すなわち、安定して高い霧化量を維持することができる。

本発明に係る超音波霧化装置において、前記筒状体は、超音波振動により筒状体に立ち上がる液柱の高さ位置に、前記液柱を水平方向、すなわち筒状体外に放出させる放出口を備えるものであってよい。

本発明に係る超音波霧化装置では、筒状体内の液面で収斂された超音波振動の一部が、放出口を通じて筒状体外に放出されることにより、当該液面で形成される液柱が放出口に向けて倒れこむ形となる。これにより、送風装置によるエアーを液柱に当てて強制的に液柱を傾斜させる必要がない。これにより、送風装置の配置、導風およびエアーの流路の制約を少なくすることができる。

本発明に係る超音波霧化装置において、前記筒状体は、前記液タンク内の液面高さに合せて上下に移動可能に構成されたものであってよい。

さらに、本発明に係る超音波霧化装置において、前記筒状体が前記液タンク内の液面高さに合せて上下に移動可能に構成される場合に、前記筒状体の下方側開口部の径が液面付近の内径よりも大きく、前記筒状体の上方側開口部の径が液面付近の内径以上であってよい。これにより、下方側開口部から液面付近の内径に向けて収斂された超音波振動は、液面付近の内径よりも大きい径を有する上方側開口部に向けて拡散に変化するため、液タンクの液面より上方に形成される液柱には、超音波振動の収斂作用が働かないので、より効率のよい霧化が可能となる。

さらに、本発明に係る超音波霧化装置において、前記筒状体は、前記液タンク内の液面高さに合せて、鉛直方向に対して傾斜方向に移動可能に構成されたものであってよい。

以上のように、本発明によれば、液面高さが変化しても、高い霧化量を維持可能な超音波霧化装置とすることができる。これにより、霧化用の液体の補充用タンクを搭載しないタイプの超音波霧化装置において、霧化用の液体タンクの大容量化が可能となる。

本発明に係る第１の実施形態の超音波霧化装置１の外観を示す斜視図である。 図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る第２の実施形態の超音波霧化装置１Ａであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図 本発明に係る第３の実施形態の超音波霧化装置１Ｂであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。 図４に示す超音波霧化装置１Ｂの筒状体２４ＢのＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係る第４の実施形態の超音波霧化装置１Ｃであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。 図６に示す超音波霧化装置１Ｃの筒状体２４ＣのＣ−Ｃ断面図である。 本発明に係る第５の実施形態の超音波霧化装置１Ｄであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。 図８に示す超音波霧化装置１Ｄの筒状体２４Ｄおよびガイド３０のＤ−Ｄ断面図である。 本発明に係る第６の実施形態の超音波霧化装置１Ｅであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。 本発明に係る第７の実施形態の超音波霧化装置１Ｆであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。 第５の実施形態の変形例である超音波霧化装置１Ｄ１の断面図である。 第５の実施形態の他の変形例である超音波霧化装置１Ｄ２の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る第１の実施形態の超音波霧化装置１の外観を示す斜視図、図２は図１の超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面図である。

これらの図に示すように、この超音波霧化装置１は、霧化用の液体２を貯留する液タンク１０を有する。霧化用の液体２は、例えば水道水などであってよい。液タンク１０は、基部１２の上に載置され、着脱自在に保持される。液タンク１０の上端は開口部１４となっており、この開口部１４は液タンク１０に対して着脱自在な蓋体１６によって開放および閉鎖される。蓋体１６には噴霧口１６ａが設けられる。この噴霧口１６ａには、図示せぬ噴霧ノズルをセットすることが可能であり、霧化された液体微粒子を任意の方向へ送出することができる。

この超音波霧化装置１は、液体２の補充用タンクを備えないタイプであり、蓋体１６を外すことによって液タンク１０の上端の開口部１４を開放させ、霧化用の液体２をそこから液タンク１０内に供給できる。

液タンク１０の底部には、例えば円板状などに形成された超音波振動子１８が配置される。この超音波振動子１８は、液タンク１０の底部に設けられた底部開口部２０に保持具２２を介して固定される。保持具２２は、例えば、リング状に形成された弾性部材などにより構成される。保持具２２はより具体的には、超音波振動子１８の外縁部の表面および周面と水密に密着しつつ超音波振動子１８を保持し、超音波振動子１８の外縁部以外の表面を振動面１８ａとして液タンク１０内の液中（液体２の貯留領域）に露出させる開口部２２ａを有する。

なお、保持具２２は、超音波振動子１８の表面全体を振動面１８ａとして液タンク１０内の液中（液体２の貯留領域）に露出させるように構成されたものであってもよい。

超音波振動子１８は、例えば、圧電セラミックなどの圧電素子と、この圧電素子の両側面に設けられた電極板などで構成される。圧電素子は、各電極層の間に図示せぬ駆動回路によって生成された高周波電圧が印加されることによって厚み方向に振動する。

液タンク１０内には、例えば円筒形などの管状部２４１から構成された筒状体２４が、管状部２４１の中心軸３３を鉛直方向（超音波振動子１８の振動面１８ａに対して直交する方向）に向けた姿勢で、液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａの真上に配置される。また、筒状体２４の上端および下端は各々開口し、下方側開口部２４２は液タンク１０内の液中（液体２の貯留領域）に位置し、上方側開口部２４３は液タンク１０内の気中（液体２の貯留領域より上の領域）に位置する。そして下方側開口部２４２は、液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａに対向する。

筒状体２４は、例えば、上下全長にわたって同じ径（内径ｄ２）を有する円筒形の管状部２４１で構成されてよい。この場合、筒状体２４の内径ｄ２は、液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａの外径ｄ１（保持具２２の開口部の径）以下とされる。

筒状体２４の下端（下方側開口部２４２）は、液タンク１０内の霧化用の液体２が超音波振動子１８の振動面１８ａに接触できるように、超音波振動子１８から離間した位置にセットする。筒状体２４の上方側開口部２４３は蓋体１６に設けられた噴霧口１６ａに連通させてあり、この場合、筒状体２４内で発生させた霧は液タンク１０内の気中を通すことなく外部に放出される。

典型的には、超音波振動子１８が図示せぬ駆動回路により印加される高周波電圧によって振動すると、超音波振動子１８の振動面１８ａの上面から超音波振動が液体２を放射方向に伝播する。この超音波振動によって液面に伝播された振動エネルギーが液面、すなわち気液境界面を振動させる。この振動によって、液体に溶存している空気が膨出し、気液境界面に空気と液体の混合域が形成される。この混合域が液面を持ち上げて、液柱３が形成される。そして、この液柱３の先端部の表面張力が大幅に低下することで、この先端部が破断し、細かく粉砕された液体微粒子（以下、「液滴４」と呼ぶ。）が液体２から膨出した空気とともに飛散する。これら飛散した液滴４は霧となって蓋体１６に設けられた噴霧口１６ａより外部に放出されるのである。

本実施形態の超音波霧化装置１では、管状部２４１の中心軸３３を鉛直方向（超音波振動子１８の振動面１８ａに対して直交する方向）に沿った姿勢で、液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａの直上に筒状体２４が配置されていることから、超音波振動子１８の振動面１８ａの上面から放射されて液中を伝播する超音波振動は、筒状体２４の下方側開口部２４２から入り、管状部２４１の内壁面を反射しつつ筒状体２４内の液面に向けて伝播される。このとき、超音波振動は、筒状体２４外へ拡散しないので、より遠くまで伝播することができる。すなわち、液面高さが大きく（高く）ても、振動エネルギーを維持したまま液面に届くので、液面をより強く振動させることができる。

このため、液補充タンクを備えない超音波霧化装置１においては、液タンク１０に霧化用の液体２を大量に充填することで、超音波振動子１８の振動面１８ａと液面との距離が遠く、すなわち液面高さが大きくなっても、筒状体２４内の液面に十分な振動エネルギーを届けることができるので、液面高さによる霧化量の減少を抑えることができるのである。また、筒状体２４内に形成された液柱３から液滴４とともに液体２から膨出した空気が生じるため、筒状体２４内に上昇気流が発生し、筒状体２４の上方側開口部２４３に噴霧口１６ａが連結されている場合には、効率よく液滴４を外部に放出することができる。
従って、液補充タンクを用いることなく長時間使用が可能になる。さらに、液補充タンクから液タンクへの霧化用の液体２の供給路が不要になるため、超音波振動子１８の清掃が容易になるという効果も得られる。

また、筒状体２４の管状部２４１の内径ｄ２を液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａの外径ｄ１（保持具２２の開口部の径）以下としたことによって、超音波振動子１８の振動面１８ａの厚み方向振動をそのまま筒状体２４の下方側開口部２４２に取り込むことができ、効率が良い。この場合、超音波振動子１８の振動面１８ａへの液体２の供給を阻害しない範囲で、上記下方側開口部２４２を振動面１８ａに近接させることがより好ましい。

また、下方側開口部２４２を下方に向かって拡径する漏斗状としてもよい。この場合、超音波振動子１８の振動面１８ａの上面から放射される超音波振動をより多く管状部２４１に導入することができる。
また、上記筒状体２４の管状部２４１は、部分的な狭窄部を有することとしてもよい。この場合、狭窄部により超音波振動の偏向や収斂を行うことができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明に係る第２の実施形態の超音波霧化装置１Ａであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。
この超音波霧化装置１Ａでは、上に行くほど径が小さくなる切頭錐体形の管状部を有する筒状体２４Ａが用いられる。この筒状体２４Ａに関しても、管状部の中心軸３３を鉛直方向（超音波振動子１８の振動面１８ａに対して直交する方向）に沿う姿勢で、液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａの直上に配置される点は第１の実施形態と同様である。

この筒状体２４Ａの下端は液タンク１０の底面に当接させてある。液タンク１０内の液体２を超音波振動子１８の振動面１８ａの上面および筒状体２４Ａ内外で流通させるために、筒状体２４Ａの下部には複数の連通口２４４が設けられる。

筒状体２４Ａの少なくとも最小内径（上方側開口部２４３の径ｄ３）は、液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａの外径ｄ１よりも小さいものとされる。

この実施形態では、筒状体２４Ａの下端を液タンク１０の底面に当接させているが、筒状体２４Ａの下端部に連通口２４４を設けることで、液体２が少なくなっても超音波振動子１８の振動面１８ａの液切れが生じないようにしている。この場合、連通口２４４の形状は、上記振動面１８ａの上面から放射される超音波振動の漏れが少ない形状が望ましい。例えば、連通口２４４は振動面１８ａからみて保持具２２の影になる位置に設けることが好ましい。当然ながら、本実施例の筒状体２４Ａにおいても、第１の実施形態の筒状体２４のように、筒状体２４の下端を液タンク１０の底面から離間させ、下方側開口部２４２と液タンク１０の底面との間に隙間を設けることとしてもよい。この場合には連通口２４４は不要である。

（第３の実施形態）
図４は、本発明に係る第３の実施形態の超音波霧化装置１Ｂであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。
この超音波霧化装置１Ｂにおいて、液タンク１０の一側面には液タンク１０内の気中にエアーを導入する送風装置２６が設けられる。筒状体２４Ｂには、送風装置２６から導入されたエアー流路２６ａを筒状体２４Ｂ内の気中に導入するためのエアー導入口２４５が設けられる。

図５に示すように、エアー導入口２４５は、例えば、送風装置２６により液タンク１０内に導入されるエアー流路２６aに向かって開口し、送風装置２６により導入されたエアーの勢いを殺すことなく筒状体２４Ｂ内に導入可能に設けられることが好ましい。これによりエアー導入口２４５を通じて、筒状体２４Ｂ内に導入されたエアーは、筒状体２４Ｂ内に形成される液柱３をその風圧によって傾ける。液柱３が傾くことによって、液柱３の最頂点に達した液体２が重力で液面に落下する際、液柱３の傾いた側に液体２が落下するので、落下した液体２が既に霧化されている液滴４を巻き込んで落としてしまう量を低減することができる。これにより、霧化量を増大させることができる。

なお、エアー導入口２４５は、筒状体２４Ｂの軸方向に延びるスリット状であることが好ましい。スリット状とすることによって、液面高さが変化しても、一方向から筒状体２４Ｂ内にエアーを導入することができるので、液柱３を傾斜させる効果を奏することができる。エアー導入口２４５は、必ずしも、筒状体２４Ｂの側面における送風装置２６に対向する部位に設けられる必要はない。これは、送風装置２６により、外部から液タンク１０の気中にエアーが導入され、液タンク１０から外部にエアーを排出する排出口が噴霧口１６ａしかない場合、液タンク１０の気中に導入されたエアーは、エアー導入口２４５を通って噴霧口１６ａを通過する流路が構成されるためである。

（第４の実施形態）
図６は、本発明に係る第４の実施形態の超音波霧化装置１Ｃであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。図７は、図６に示す超音波霧化装置１Ｃの筒状体２４ＣのＣ−Ｃ断面図である。

この超音波霧化装置１Ｃでは、筒状体２４Ｃの一側面に、筒状体２４Ｃ内に形成された液柱３の一部が放出される放出口２４６が設けられる。この放出口２４６は、筒状体２４Ｃの軸方向に延びるスリット状であることが好ましい。さらに、この放出口２４６に向けて、超音波振動子１８をわずかに傾斜配置することが更に望ましい。

この放出口２４６に液柱３が接触することにより、この放出口２４６より、気液境界面が漏れでることになり、液柱３のバランスが崩れ、液柱３が傾く。これにより、液柱３の最頂点に達した液体２が重力で液面に落下する際、液柱３の傾いた側に液体２が落下するので、落下した液体２が既に霧化されている液滴４を巻き込んで落としてしまう量を低減することができる。

（第５の実施形態）
図８は、本発明に係る第５の実施形態の超音波霧化装置１Ｄであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。図９は、図８に示す超音波霧化装置１Ｄの筒状体２４Ｄおよびガイド３０のＤ−Ｄ断面図である。
本実施形態の超音波霧化装置１Ｄは、フロート型の筒状体２４Ｄを採用したものである。つまり筒状体２４Ｄには浮き（フロート）２８が設けられ、筒状体２４Ｄは液タンク１０内の液中に浮力によって浮いた状態で配置される。浮き２８はリング状をなし、筒状体２４Ｄの外周に設けられた溝状のフロート保持部２４７に嵌め込んで固定される。

また、この超音波霧化装置１Ｄには、液タンク１０の底部に配置された超音波振動子１８の振動面１８ａに対する筒状体２４Ｄの水平方向の位置がずれないよう、液タンク１０内にガイド３０が配置される。このガイド３０は、液タンク１０内で筒状体２４Ｄが鉛直方向のみに移動するようにガイドする。そしてガイド３０の内周面と、筒状体２４Ｄの外周に固定されたリング状の浮き２８の外周面とが互いに摺接しつつ干渉することによって目的のガイド作用が得られるように、ガイド３０の内径はリング状の浮き２８を含めた筒状体２４Ｄの最大外径よりも僅かに大きいものとされる。

ガイド３０は、例えば、蓋体１６の下面に上の一端が支持される。このためガイド３０が蓋体１６とともに取り外れるので、超音波振動子１８の振動面１８ａなどの清掃時にガイド３０が清掃の邪魔になることがない。また、ガイド３０は、液体２の通過を妨げない構造を有する。ガイド３０の構造としては、例えば、図９に示すように、互いに円周方向に間隔を置いて平行に配設された断面円形の複数の棒材３１を、互いに垂直方向に間隔を置いて平行に配設された複数のリング部材３２を用いて連結し、一体化したものなどが挙げられる。

なお、本実施形態では、半円錐形の筒状の筒状体２４Ｄを採用したが、例えば、円筒状などの筒状体を採用してもよい。また、その他の上記のいずれかの実施形態の筒状体を採用することも可能である。また、棒材３１からなるガイド３０に代えて、円筒部材を用いることも可能である。

（第５の実施形態の変形例）
図１２は、第５の実施形態の変形例である超音波霧化装置１Ｄ１を示す断面図である。
この変形例の超音波霧化装置１Ｄ１では、筒状体２４Ｇの下方側開口部２５１の径ｄ１１が液面付近の内径ｄ１０よりも大きく、筒状体２４Ｇの上方側開口部２５２の径ｄ１２が液面付近の内径ｄ１０より大きいものとなっている。これにより、内径ｄ１０から上方側開口部２５２の径ｄ１２では、下方側開口部２５１の径ｄ１１から内径ｄ１０にかけて生じる超音波振動の収斂効果が働かない。すなわち、液タンク１０の液面より上方に押し上げられた液柱（気液境界面）では、溶存している空気の膨出が阻害されないため、霧化量の低下を防ぐことができる。

図１３は、第５の実施形態の更なる変形例である超音波霧化装置１Ｄ２を示す断面図である。
この変形例の超音波霧化装置１Ｄ２では、図１２に超音波霧化装置１Ｄ１の筒状体２４Ｇの液タンクの液面付近の内径ｄ１０を上下方向に延ばして、ほとんど、径変化のない、ストレート部２５３を形成したものである。液面を一定に保持する機構（例えば、補助タンクによる液体の供給）のない超音波霧化装置では、液タンク１０の水位が変化するため、液タンク１０の液面の水位が高い場合（超音波振動子１８と液面の距離が遠い場合）は、液面まで伝播する超音波振動が弱くなるため、液柱３が低くなり、液タンク１０の液面の水位が低い場合（超音波振動子１８と液面の距離が近い場合）は、液面まで伝播する超音波振動が強くなるため、液柱３が高くなる。そして、この超音波振動は、筒状体２４Ｇの浮力にも作用し、超音波振動が強い場合は、筒状体２４Ｇをより強く押上げる。本実施形態においては、ストレート部２５３を備えるため、筒状体２４Ｇの浮き沈みによる液柱３の発生位置をストレート部２５３内に収めることができる。従って、本実施形態にかかる超音波霧化装置１Ｄ２では、液タンク１０の液面変化の大きい場合であっても、強い霧化を維持することができる。

なお、図１２の変形例の超音波霧化装置１Ｄ１および図１３の変形例の超音波霧化装置１Ｄ２では、筒状体２４Ｇの上方側開口部２５２の径ｄ１２を液面付近の内径ｄ１０より大きくしたが、筒状体２４Ｇの上方側開口部２５２の径ｄ１２を液面付近の内径ｄ１０と同等にしてよい。

（第６の実施形態）
図１０は、本発明に係る第６の実施形態の超音波霧化装置１Ｅであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。
本実施形態の超音波霧化装置１Ｅでは、フロート型の筒状体２４Ｅ内の液面に傾斜した液柱３を発生させるために、超音波振動子１８の振動面１８ａを液タンク１０の底部に斜めに配置したものである。筒状体２４Ｅには、浮き（フロート）２８が設けられ、筒状体２４Ｅは液タンク１０内の液中に浮力によって浮いた状態に配置される。浮き２８はリング状をなし、筒状体２４Ｅの外周に設けられた溝状のフロート保持部２４７に嵌め込んで固定される。

筒状体２４Ｅは、管状部２４１の中心軸３３が、液タンク１０内の液中に露出した超音波振動子１８の振動面１８ａの中心点からその振動面１８ａに直交する方向（傾斜方向）に伸びる直線と一致するように配置される。

また、本実施形態の超音波霧化装置１Ｅでは、筒状体２４Ｅを傾斜方向にガイドするための傾斜ガイド３４が設けられる。この傾斜ガイド３４は、上記の第５の実施形態の超音波霧化装置１Ｄに用いられたガイド３０と基本的には同様の構成を有し、断面円形の複数の棒材３５と、これらの複数の棒材３５を連結する複数のリング部材３６などで構成される。

本実施形態の超音波霧化装置１Ｅでは、傾斜ガイド３４内において筒状体２４Ｅの所定の傾斜姿勢を維持させるために、例えば、筒状体２４Ｅの上下の外周面の部位に、傾斜ガイド３４の内周面と摺接しつつ干渉するガイド受け３７が設けられる。なお、これらのガイド受け３７は、筒状体２４Ｅに一体に設けられたものであってもよい。

なお、本実施形態では、切頭錐体形の筒状体２４Ｅを採用したが、例えば、円筒状の筒状体を採用してもよい。また、その他の上記のいずれかの実施形態の筒状体を採用することも可能である。

（第７の実施形態）
図１１は、本発明に係る第７の実施形態の超音波霧化装置１Ｆであって、図１に示す超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。

本実施形態の超音波霧化装置１Ｆは、筒状体２４Ｆ内の液面に対して傾斜した液柱３を発生させるために、振動面１８ａが鉛直方向に対して、３から１０度程度傾斜した状態で、上記超音波振動子１８を液タンク１０の底部にゴムなどの弾性部材からなる保持具２２にて液密に配置し、さらに、上記超音波振動子１８の振動面１８ａに対して、直交する方向に沿った姿勢で、筒状体２４Ｆを配置するとともに、上方側開口部２４３が蓋体１６の噴霧口１６ａに接続される。そして、この筒状体２４Ｆの上方側開口部２４３には、当該筒状体２４Ｆの径方向一方に膨出する収容部２４３ａを有し、この収容部２４３ａは、上記振動面１８ａの傾斜方向に設けられている。すなわち、収容部２４３ａは、超音波振動子１８の振動面１８ａに対して直交方向に生じる液注３の傾斜する方向に一致するように配置される。

なお、本実施形態における筒状体２４Ｆは、上記収容部２４３ａを除く概形が、上方側開口部２４３から下方側開口部２４２に向けて窄まる、弱い（１から３度程度）テーパー状に形成しており、さらに、下方側開口部２４２は、対向する超音波振動子１８に向かって拡径する略漏斗状とされ、この漏斗状部２４２ａは、中心軸３３に対して、鋭角をなすように形成されることが好ましい。

振動子１８ａを傾斜配置した場合、筒状体２４Ｆ内で、傾斜した液柱３が生じるが、筒状体２４Ｆの内径が細い場合、液柱３の頂部は、筒状体２４Ｆの内壁面に接触し易い。このため、液柱３内で生じた液滴４が筒状体の内壁面に接触することで、再び液化し、霧化量の減少を生じる。本実施形態の超音波霧化装置１Ｆでは、筒状体２４Ｆ内に生じる液柱３の少なくとも頂部が収容部２４３ａに収容されることで、霧化量の減少を抑えることができる。さらに、液柱３の頂部が筒状体の内壁に接触することで生じる気泡の破裂音も抑えることができる。

上記収容部２４３ａは、上方側開口部２４３から下方側開口部２４２まで連続して設けてもよいが、本発明を適用する超音波霧化装置１Ｆが許容する最高水位を含む位置まで設けていればよい。通常、超音波振動によって生じる液柱３では、超音波振動が強い場合は、液柱３全体で、液滴４が生じるが、超音波振動が弱い場合には、液柱３先端のみで液滴が生じる。このため、本発明を適用する超音波霧化装置１Ｆにおいて、最も超音波振動が弱まる位置、すなわち、霧化装置が許容する最高水位位置を含むように収容部２４３ａを設けることで、筒状体２４Ｆの管状部２４１の管径をあまり大きくすることなく、霧化量の減少を最も抑えることができるのである。

なお、本実施形態では、下方側開口部２４２を漏斗状部２４２ａとし、また、筒状体２４Ｆの概形をテーパー状としたが、他の実施形態のよう漏斗状部２４２ａを設けず、また、筒状体を寸胴管や上すぼまりのテーパー状としてもよいことはもちろんである。

上記に説明した、第１から第７の実施形態においては、筒状体の水平方向断面を円断面形状としたが、必要に応じて、楕円断面形状、長円断面形状、更に、角断面形状を採用することができる。なお、電源部、駆動回路および制御回路などについては、従来公知のものを採用すればよいので記載を省略している。また、各実施形態の必要に応じて、送風装置などを設けてよいことはもちろんである。

１…超音波霧化装置
２…液体
３…液柱
４…液滴
１０…液タンク
１８…超音波振動子
１８ａ…振動面
２２…保持具
２２ａ…開口部
２４…筒状体
２６…送風装置
２６ａ…エアー流路
２８…浮き
３０…ガイド
３４…傾斜ガイド
２４１…管状部
２４２…下方側開口部
２４２ａ…漏斗状部
２４３…上方側開口部
２４３ａ…収容部
２４４…連通口
２４５…エアー導入口
２４６…放出口

Claims (9)

1. 霧化用の液体を貯留する液タンクの底部に保持具を介して固定され、この保持具の開口部から前記液タンクの液中に露出する振動面を有する超音波振動子を備え、前記液タンクに貯留された霧化用の液体を前記超音波振動子の超音波振動で霧化することによって、前記液タンクの液面高さが変化する超音波霧化装置であって、
   前記超音波振動子の振動面に対して直交する方向に沿って配置され、前記振動面に対向し、前記液タンク内の液中で開口する下方側開口部と、気中で開口する上方側開口部とを備えた管状部を有し、前記超音波振動子より放出された超音波振動を前記下方側開口部から導入し、管状部内の液面に向けて伝播させる筒状体と
   を具備する超音波霧化装置。
2. 請求項１に記載の超音波霧化装置であって、
   前記筒状体の管状部の内径は、少なくとも一部が前記開口部の径以下である
   超音波霧化装置。
3. 請求項１又は２に記載の超音波霧化装置であって、
   前記筒状体の管状部は上方側開口部に向って径が小さくなる切頭錐体形である
   超音波霧化装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、
   前記液タンクの気中にエアーを導入する送風装置をさらに具備し、前記筒状体は、前記送風装置によって導入されたエアーを前記筒状体の気中に一方向より導入するエアー導入口を備える
   超音波霧化装置。
5. 請求項４に記載の超音波霧化装置であって、
   前記エアー導入口は、前記筒状体の筒壁に沿って上下に延びるスリット状である
   超音波霧化装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、
   前記筒状体は、超音波振動により筒状体内に立ち上がる液柱の高さ位置に、前記液柱を水平方向に放出させるための放出口を備える
   超音波霧化装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、
   前記筒状体は、前記液タンク内の液面高さに合せて上下に移動可能に構成される
   超音波霧化装置。
8. 請求項７に記載の超音波霧化装置であって、
   前記筒状体の下方側開口部の径が液面付近の内径よりも大きく、前記筒状体の上方側開口部の径が液面付近の内径以上である
   超音波霧化装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、
   前記超音波振動子は、前記液タンク内の液面に対して傾斜して固定される
   超音波霧化装置。

Images