JP2017145982A - 超音波霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動子の清掃が容易で、小型化が可能な超音波霧化装置を提供する。【解決手段】超音波霧化装置１は、互いに着脱自在なベースユニット３０と霧化ユニット１０とで構成され、霧化ユニット１０が、霧化用の液体を貯留可能な液タンク室１２と、液タンク室１２から液体の補充を受け、超音波振動子１８により液体が霧化される霧化室１４とを有し、霧化室１４の底部には超音波振動子１８が配設されて構成される。【選択図】図３

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、すなわち霧化液を貯留した容器の底部などに超音波振動子を配するものがある。このタイプの超音波霧化装置では、霧化液を貯留した容器、すなわち霧化用液タンク（霧化室）の底部に配された超音波振動子が振動すると、液体中で液体微粒子が超音波の伝播方向に振動し、振動エネルギーが液面に集中して液柱が立ち、その液柱の先端部が破断して液体微粒子が飛散して霧が発生する。

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保つため、特許文献１にも示されるように、霧化液を充填した補充用液タンク（給水タンク６）を別に用意し、この補充用液タンクから霧化用液タンクに霧化液を補充するとともに、霧化液の補充量を調整するものがある。

特開昭６３−２３１１２４号公報

しかしながら、霧化用液タンクを備える装置本体に対して補充用の液タンクを着脱自在な構成とした場合、一般に、噴霧効率の問題から霧化装置の上部に設けられる液体微粒子（霧）の放出口と補充用液タンクが干渉するため、それぞれにスペースを用意する必要があり、霧化装置の小型化が難しくなる。家庭用加湿器として、霧化装置を使用する場合は特に問題となる。
また、補充用液タンクから霧化用液タンクへの霧化液の供給路を、補充用の液タンクの着脱に伴って分離／接続が可能な構造にする必要があり、また、この供給路から液漏れが生じないようにするため、構成が複雑化する。
また、霧化用液タンクを備える装置本体に超音波振動子が配置されるため、超音波振動子の清掃時には、装置本体に内蔵されている電源装置や駆動回路などが実装された回路基板が水に触れないように注意する必要があり、清掃が面倒である。
さらに、使用後に補充用液タンク内の霧化液が空になっても、装置本体側の霧化用液タンク内に液体が残り、長時間そのまま放置された場合には、この残液にカビや雑菌発生することがあるため、霧化用液タンクの残液を排出させることが望ましいが、回路基板が水に触れないように処置する必要があり、コストおよび手間がかかる、という問題があった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、霧化液の補充、超音波振動子の清掃、残液の排出の際にも液漏れの心配が無く、容易に、霧化用液タンク（霧化室）を清潔に維持することができ、さらに小型化が可能な超音波霧化装置を提供することにある。

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、
互いに着脱自在なベースユニットと霧化ユニットとで構成され、
前記霧化ユニットが、
霧化用の液体を貯留可能な液タンク室と、
前記液タンク室から前記液体の補充を受け、超音波振動子により前記液体が霧化される霧化室とを有し、
前記霧化室の底部に前記超音波振動子が配設されたものである。

本発明に係る超音波霧化装置は、互いに着脱自在なベースユニットと霧化ユニットとで構成され、霧化ユニットは、液タンク室と霧化室とを有し、霧化室の底部には超音波振動子が設けられるので、ベースユニットから霧化ユニットを取り外した状態で全ての残液を排水でき、超音波振動子を容易に清掃・乾燥させることができる。これにより、ベースユニットに設けられた電源装置、超音波振動子駆動用の電力供給回路などを実装した回路基板を濡らすことなく、残液の排出や超音波振動子の清掃をすることができる。また、液タンク室が霧化室とともに霧化ユニットに一体化されているので、液タンク単体を着脱自在とした典型的な超音波霧化装置において必要とされていた、液タンクから霧化室への給水路を液タンクの着脱に伴って分離／接続する複雑な構造が不要になる。これにより、給水路の分離／接続する部位からの液漏れの心配がなくなり、さらに、装置全体の全体的な小型・軽量化を実現できる。

前記霧化ユニットは、前記液タンク室から前記霧化室への前記液体の連通路の開閉を前記霧化室内の液面の高さに応じて切り替える弁部をさらに有するものであってよい。
これにより、霧化室内の液面の高さを一定に維持することができ、霧化効率を一定に保つことができる。

前記ベースユニットは、前記霧化室の前記液面より上の空間にエアーを供給する送風装置を有するものであってよい。
これにより、送風装置の電源装置や回路基板を濡らすことなく、全ての残液を排水し、また、超音波振動子を清掃・乾燥させることができる。

前記霧化室の上部に噴霧口が設けられ、前記霧化室の前記液面より上に、前記霧化により生じた液滴を前記噴霧口に導く円筒状の空間が形成され、前記霧化ユニットが、前記送風装置から供給されたエアーを渦状にして前記円筒状の空間に導入するスクロール風路をさらに有するものであってよい。

前記ベースユニットが、電源装置と、前記超音波振動子に駆動電力を供給する駆動回路とをさらに有するものであってよい。

以上のように、本発明によれば、超音波振動子の清掃が容易で補充用液タンク（液タンク室）内の液体と一緒に霧化室内の液体も容易に排除可能であるとともに、小型化が可能な超音波霧化装置を提供することができる。

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の超音波霧化装置１のＡ−Ａ断面図である。 第１の実施形態の超音波霧化装置１における霧化ユニット１０とベースユニット３０との分離状態を示す図であって、図１に示す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２の実施形態の超音波霧化装置１Ａの構成を示す図であって、図１に示すＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。 図４の超音波霧化装置１ＡのＢ−Ｂ断面図である。 第１の実施形態の変形例である超音波霧化装置１Ｂを示す斜視図である。 図６の超音波霧化装置１Ｂの構成を示す図であって、図１に示すＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。 図６の超音波霧化装置１Ｂの霧化ユニット１０から着脱ユニット５４を取り出した状態を示す図であって、図１に示すＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。

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、霧化ユニット１０とベースユニット３０とを有する。霧化ユニット１０はベースユニット３０の上に着脱自在に載置される。

ベースユニット３０は、天板３１、底板３２および側板３３により構成される。ベースユニット３０内には、電源装置、超音波振動子１８に駆動電力を供給する駆動回路、および送風ファン３６に駆動電力を供給する駆動回路などが実装された回路基板３５が配設される。ベースユニット３０の底板３２の下面の複数個所には、例えばゴム底脚などの底脚部３７が設けられる。また、ベースユニット３０の底部には送風ファン３６が配設される。なお、送風ファン３６は、超音波霧化装置１の外部から吸気して、霧化ユニット１０内に送風できればよいので、必ずしもベースユニット３０の外壁面に設置する必要はなく、例えば、電源装置の冷却を兼ねるように設置してもよい。

ベースユニット３０の天板３１の上面には、霧化ユニット１０内の液タンク室１２の底部に設けられた給水弁１５（弁部）を開閉操作するための弁操作部４０を支持するボス形状の保持部３８が設けられる。また、ベースユニット３０の天板３１には、送風ファン３６によって外部より導入したエアーａを通過させるための通風口２５ａが開設される。

一方、霧化ユニット１０は、天板２１、霧化室底板２２、側板２３、隔壁板２４および底板２５によって構成される。霧化ユニット１０には、上記の天板２１、霧化室底板２２、側板２３および隔壁板２４によって、液タンク室１２、霧化室１４および通風路１６が一体に設けられる。

液タンク室１２は、霧化用の液体（以下、「霧化液２」と呼ぶ。）を貯留する室である。液タンク室１２の天板つまり霧化ユニット１０の天板２１には外部からの霧化液２の給水用の給水口２１ａが設けられる。この給水口２１ａは着脱自在なキャップ３によって塞がれる。一方、液タンク室１２の底部の霧化室１４との隔壁板２４には、液タンク室１２内の霧化液２を霧化室１４に供給するための連通口１１（連通路）が設けられる。この連通口１１は、給水弁１５によって開閉される。

霧化室１４は、霧化液２の液相空間を形成する部分を含む下側部１４Ｄと、霧化液２の気相空間を形成する部分を含み、霧化ユニット１０の天板２１に回転自在に装着された噴霧ノズル４の噴霧口４ａに開口する上側部１４Ｕとを有する。霧化室１４の下側部１４Ｄの底部（霧化室底板２２）には超音波振動子１８が固定される。超音波振動子１８は、直上に上側部１４Ｕが位置するように、下側部１４Ｄの底部（霧化室底板２２）に保持具１８ａを介して固定される。なお、超音波振動子１８は鉛直方向に対して７−１０度程度に傾斜させて保持することとしてもよい。保持具１８ａ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。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層などで構成される。超音波振動子１８は、各電極層の間に駆動回路によって高周波電圧が印加されることによって積層方向に振動する。

霧化室１４の下側部１４Ｄには、連通口１１の高さ位置まで霧化液２が貯えられる。霧化室１４の下側部１４Ｄに貯えられた霧化液２は、下側部１４Ｄの底部（霧化室底板２２）に配置された超音波振動子１８から放出される超音波によって霧化され、発生した霧状の霧化液（液滴ｂ）は霧化室１４の上側部１４Ｕを噴霧口４ａに向けて上昇し、噴霧ノズル４の噴霧口４ａより外部に放出される。

また、霧化ユニット１０内の通風路１６は、一端がベースユニット３０の天板３１に設けられた通風口２５ａに連通し、他端が霧化室１４内の液面近傍の空間１４Ｍに開口するように設けられる。送風ファン３６によって外部よりベースユニット３０内に導入されたエアーａは、通風路１６によって霧化室１４内の液面近傍の空間１４Ｍに導入され、超音波振動子１８から放出される超音波によって発生した液滴ｂを伴って上側部１４Ｕを噴霧口４ａに向けて上昇し、噴霧ノズル４の噴霧口４ａより外部に放出される。

なお、この超音波霧化装置１においては、ベースユニット３０に電源装置、超音波振動子１８に駆動電力を供給する駆動回路などが実装された回路基板３５が配設され、ベースユニット３０に着脱可能な霧化ユニット１０に超音波振動子１８が配設されている。このため、ベースユニット３０と霧化ユニット１０の装着時に双方対向する部分には、ベースユニット３０に対する霧化ユニット１０の着脱に伴って両ユニットの配線の接続と切り離しが可能な図示せぬ接点構造が設けられている。

［給水弁１５および弁操作部４０］
次に、給水弁１５と、これを開閉操作する弁操作部４０の構成について説明する。
液タンク室１２と霧化室１４とを隔てる隔壁板２４には連通口１１が設けられる。液タンク室１２には、この連通口１１に液タンク室１２内側から嵌り込んで連通口１１を塞いだり、連通口１１から液タンク室１２内側に離脱して連通口１１を開口させたりする給水弁１５が配置される。給水弁１５は霧化液２よりも比重の大きい材料からなる球状の弁体である。給水弁１５は、液タンク室１２内の底部に設けられた弁体拘束部１７によって、連通口１１を開閉させる範囲で上下に移動可能なように保持される。

一方、液タンク室１２の下方には、給水弁１５を開閉操作する弁操作部４０が配設される。弁操作部４０は、ベースユニット３０の天板３１上面に設けられたボス形状の保持部３８に保持される。保持部３８の凹部には衝撃吸収のための例えばコイルバネなどの弾性部材４１が収容される。保持部３８の凹部に収容された弾性部材４１の上には給水弁操作子４２が支持される。給水弁操作子４２は、保持部３８の凹部に収容された弾性部材４１の上に乗る基部４２ａと、基部４２ａから上方に突出して設けられ、給水弁１５と先端面で干渉して連通口１１を開閉させるためのピン部４２ｂとを有する

（液タンク室１２から霧化室１４への給水）
図３に示すように、霧化ユニット１０がベースユニット３０から分離された状態において、給水弁操作子４２はベースユニット３０の保持部３８による支えを失ったことで、給水弁１５からの荷重と自重により可動範囲の最下点に移動して定位する。このとき、給水弁操作子４２のピン部４２ｂの先端面に乗っている給水弁１５も下降して連通口１１を閉鎖する。

図３の分離状態から霧化ユニット１０をベースユニット３０の上に装着する際には、霧化ユニット１０の給水弁操作子４２の基部４２ａがベースユニット３０の保持部３８に乗るように両ユニット１０、３０の位置を合わせる。霧化ユニット１０をベースユニット３０上に下ろして行くと、給水弁操作子４２が保持部３８によって押し上げられて可動範囲の最上点に移動する。このとき給水弁操作子４２がピン部４２ｂの先端面で給水弁１５を押し上げて連通口１１から給水弁１５を離脱させて連通口１１を開状態にする。

連通口１１が開状態にあるとき、霧化室１４から液タンク室１２へ移動する空気に代えて、液タンク室１２から霧化室１４に霧化液２が供給される。霧化室１４内の霧化液２の水位が連通口１１の高さに到達したところで、液タンク室１２内と霧化室１４内の間での空気の流通がなくなることによって、連通口１１を通じての液タンク室１２から霧化室１４への霧化液２の供給が止まる。稼働中は、霧化室１４で霧化されることによって消費された液量分が液タンク室１２から連通口１１を通じて霧化室１４に継続して供給される。

なお、ピン挿通穴２２ａとピン部４２ｂとの隙間から霧化室１４内の霧化液２が漏れ出ないように、ピン挿通穴２２ａとピン部４２ｂとの間には弾性を有する防漏部材５０を介在させてある。防漏部材５０は、ピン挿通穴２２ａに下から挿入された給水弁操作子４２のピン部４２ｂの形状に倣って弾性変形することにより、ピン部４２ｂと給水弁１５とを干渉させる。

このように、本実施形態の超音波霧化装置１では、液タンク室１２内に霧化液２が残っている限り、霧化室１４内の水位は一定に維持される。すなわち、液タンク室１２内の霧化液２の量と無関係に霧化効率を一定に維持することができる。

また、図３に示したように、この超音波霧化装置１では、超音波振動子１８が底部に固定された霧化室１４と液タンク室１２とを一体に有する霧化ユニット１０が、電源装置および駆動回路などの電子回路が実装された回路基板３５を有するベースユニット３０に対して着脱自在である。

このため、ベースユニット３０から霧化ユニット１０を取り外した状態で超音波振動子１８の清掃および排水をすることができる。液タンク室１２のキャップ３を外して給水口２１ａを開放させ、霧化ユニット１０を逆さまにすれば、容易に、液タンク室１２の霧化液２を排出できると同時に、給水弁１５が重力で弁体拘束部１７内で移動して連通口１１が開状態となることによって、霧化室１４に残った霧化液２も液タンク室１２の給水口２１ａから排水することができる。これにより、ベースユニット３０に設けられた電源装置および駆動回路などが実装された回路基板３５を濡らすことなく、超音波振動子１８を容易に清掃することができ、霧化室１４内を乾燥させて清潔な状態に維持することができる。

さらに、本実施形態の超音波霧化装置１では、液タンク室１２が霧化室１４とともに霧化ユニット１０に一体化されているので、液タンク単体を着脱自在な構造の典型的な超音波霧化装置において必要な、液タンクから霧化室への給水路を液タンクの着脱に伴って分離／接続する複雑な構造が不要になる。これにより、液タンクから霧化室への給水路の分離／接続する部位からの水漏れがなく、また、全体的な小型・軽量化を実現できる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明に係る第２の実施形態の超音波霧化装置１Ａの構成を示す図であって、図１に示すＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図、図５は図４の超音波霧化装置１ＡのＢ−Ｂ断面図である。
この超音波霧化装置１Ａは、第１の実施形態の超音波霧化装置１の構成に、送風ファン３６によって外部から通風路１６を通じて霧化室１４内の液面近傍の空間１４Ｍに供給されたエアーａを渦状にして、霧化室１４の上側部１４Ｕに形成された円筒状の空間に下から導入するスクロール風路４５を追加したものである。本実施形態の超音波霧化装置１Ａによれば、上側部１４Ｕ内をエアーが渦状に通過することで、霧化室14Ｕ内に浮遊する液滴ｂを効率よく噴霧口４ａまで搬送し、さらに、噴霧口４ａから外部に遠くまで液滴ｂを搬送することができる。なお、本実施形態においては、風路を渦状に形成したスクロール風路４５を用いたが、霧化室１４に、渦状の気流が形成できればよいので、たとえば、通風路１６の開口を上側部１４Ｕの下方位置（液柱付近）の隔壁板２４の内壁に沿うように設けることで渦状の気流を形成することができる。

（その他の変形例）
図６は上記の第１の実施形態の変形例である超音波霧化装置１Ｂを示す斜視図、図７はこの超音波霧化装置１Ｂであって、図１に示す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では、超音波振動子１８の表面の清掃を容易に行うことができるように、霧化ユニット１０から、超音波振動子１８の上部に構成する部材を着脱できるようにしたものである。

より具体的には、この超音波霧化装置１Ｂでは、霧化室１４の上側部１４Ｕを構成する壁材５１、通風路１６を形成するための壁材５２、噴霧ノズル４、天板２１の一部を構成する蓋材５３が１つの着脱ユニット５４として構成されている。

図８は霧化ユニット１０から着脱ユニット５４を取り出した状態を示す図であって、図１に示すＡ−Ａ断面と同じ面で切断した断面図である。このように霧化ユニット１０から着脱ユニット５４を取り出すことで、霧化室１４の超音波振動子１８の上方に広い空間ができ、超音波振動子１８を容易に清掃することができるようになる。また、着脱ユニット５４を取り出した霧化ユニット１０を逆さまにすることによって、霧化室１４から霧化液２や清掃用水を完全に排出させることができる。これにより、超音波振動子１８を十分に清掃することができるとともに、霧化室１４内を乾燥させて清潔な状態に維持することができる。

なお、以上説明した実施形態の超音波霧化装置の構成において、送風装置としての送風ファン３６、および／または、通風路１６は必ずしも必須とするものではなく、これらを排除した構成とすることができる。また、送風装置および通風路の配置は、上記実施形態に限定されるものでなく、たとえば、送風ファン３６を電源部近傍に設け、通風路１６を超音波振動子１８の下側を通すことで、電源部及び超音波振動子１８の冷却を兼ねる構成としてもよい。

また、液タンク室１２から霧化室１４への霧化液２の連通口１１を開閉する給水弁１５および弁操作部４０についても、本発明は上記の実施形態のものに限定されるものではない。霧化室１４内の液面の高さが一定となるように、霧化室１４内の液面の高さに応じて連通口１１を開閉することができるものであればよい。

その他、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１…超音波霧化装置
２…霧化液
４ａ…噴霧口
１０…霧化ユニット
１１…連通口
１２…液タンク室
１４…霧化室
１５…給水弁
１６…通風路
１８…超音波振動子
３０…ベースユニット
３５…回路基板
３６…送風ファン
４０…弁操作部
４２…給水弁操作子
４５…スクロール風路
５０…防漏部材

Claims (5)

1. 互いに着脱自在なベースユニットと霧化ユニットとで構成され、
   前記霧化ユニットが、
   霧化用の液体を貯留可能な液タンク室と、
   前記液タンク室から前記液体の補充を受け、超音波振動子により前記液体が霧化される霧化室とを有し、
   前記霧化室の底部には、前記超音波振動子が配設された
   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、
   前記霧化ユニットが、
   前記液タンク室から前記霧化室への前記液体の連通路の開閉を前記霧化室内の液面の高さに応じて切り替える弁部をさらに有する
   超音波霧化装置。
3. 請求項１または２に記載の超音波霧化装置であって、
   前記ベースユニットが、
   前記霧化室の前記液面より上の空間にエアーを供給する送風装置を有する
   超音波霧化装置。
4. 請求項３に記載の超音波霧化装置であって、
   前記霧化室の上部に噴霧口が設けられ、
   前記霧化室の前記液面より上に、前記霧化により生じた液滴を前記噴霧口に導く円筒状の空間が形成され、
   前記霧化ユニットが、前記送風装置から供給されたエアーを渦状にして前記円筒状の空間に導入するスクロール風路をさらに有する
   超音波霧化装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、
   前記ベースユニットが、
   電源装置と、
   前記超音波振動子に駆動電力を供給する駆動回路とをさらに有する
   超音波霧化装置。

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