JP2022530329A - 超音波霧化シート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

超音波霧化シートは、圧電セラミックシートおよび少なくとも１つの複合板を含み、前記複合板は圧電セラミックシートの一側に固定されており、前記複合板は基材および導電層を含み、前記導電層は圧電セラミックシートに接触されており、前記基材上に霧化穴が設けられており、前記基材は高分子膜とする。本願で提供される超音波霧化シートは、圧電セラミックシートと複合板からなるもので、複合板は基材および導電層を含み、基材は高分子膜とする。従来のステンレス薄片に比べると、圧電セラミックシートへの変形に対する強度の要求が低くて、圧電セラミックシートで小さいエネルギーを生じていれば高分子膜を振り動かして変形させ得る。また、穴開けの難度も低下させ、金属残物の飛びもなく、金属残物による液体通過効率の悪影響をなくし、そして、金属の切れ裂きが生じ易いという問題も解決する。なお、金属残物除去のための長時間洗浄が要らないため、方法プロセスが簡単化され、重金属による汚染が回避される。特に重要なのは、医療分野で応用する場合、高分子膜はステンレス薄片より安全である。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波霧化の技術分野に関し、具体的には超音波霧化シート及びその製造方法に関する。

従来、網穴型霧化駆動技術がすでに成熟しつつあり、多くの業界では超音波霧化技術を応用している。超音波霧化技術の応用によって、例えばエネルギー消費の大幅低減、霧粒の縮小、霧粒の良好な一貫性などが実現され、従来の様々な欠陥を克服している。

図１に示すように、従来の超音波霧化シートの主要な構成は、圧電セラミックシート１０と、中心部に大量のミクロンレベルの小穴を有するステンレス金属薄片２０と、圧電セラミックシート１０の１つの電極上に半田付けられた導電ワイヤ３０と、ステンレス金属薄片２０上に半田付けられた他の導電ワイヤ４０とを含み、圧電セラミックシート１０とステンレス金属薄片２０とが粘着剤を介して接続されている。

その動作原理は下記のとおりである。
圧電セラミックシート１０の両電極間に電圧を加えると、拡張性の変形を引き起こす。駆動電圧が交流信号である場合、圧電セラミックシート１０において周波数が交流信号と一致する繰り返し変形を発生する。圧電セラミックシート１０の平面上に一層の金属薄片材料を粘着させる。圧電セラミックシート１０の電極上に電圧を加えると、圧電セラミックシート１０で生じた変形が粘着材料を介して金属薄片平面上に伝達される。この時、金属薄片材料の円形位置に１つの応力点が生じられる。金属薄片材料の中心部においてパンチや他の方法により１つのドーム面を形成すれば、圧電セラミックシート１０の変形が金属薄片平面上に伝達されて中心位置で引上げ応力を生じると、平面方向に垂直に変位が生じる。

この時に、金属薄片の底面と液体とを接触させれば、金属薄片が絶えずに液体を打つ。液体の圧縮率が高くないため、金属薄片の中心で液体を打つと液体の表面において大きい圧力を発生する。金属薄片中心のドーム面に穴を開けている場合、金属薄片が液体の表面を打つと液体の一部が圧力を受けて液体内に一定の圧力を生じる。液体の圧力が開口の位置から解放することで、一部分の液体が穴の位置から押し出しされて、それで霧化が実現される。

しかし、従来の超音波霧化シートは一般的に以下の欠点がある。
１）変形エネルギーが、ステンレス金属薄片上に伝達され、かつステンレス金属材料の硬度が高いため、圧電セラミックシート１０の変形に対する強度の要求が高い。圧電セラミックシート１０はより大きなエネルギーを生じてステンレス金属薄片を振り動かして変形を発生させる必要がある。

２）粘着剤は人力による粘着剤のディスペンサー方式を採用するので、圧電セラミックシート１０とステンレス金属薄片との粘着後の粘着剤形状が予測できなくなるため、模式図を使ってその位置と形状を識別することが不便である。そして、他の１つの電極の導電ワイヤは、ステンレス金属薄片上に半田付けられるので、粘着剤の導電率に対して要求があり、粘着剤は良好な導電性を有すべきである。変形エネルギーの伝達キャリアとしては、化学的な粘着剤となり、且つ粘着剤の導電性は、金属材料の比でなく、一定の抵抗を持っていて、電流の伝達ロスをもたらす。

３）ミクロンレベルの網穴はステンレス金属薄片上に加工する必要があるので、穴開け設備の功率に対して高い要求があり、金属薄片の表面に円錐形状の穴を形成するために穴開け設備には十分なエネルギーがある必要がある。また金属薄片の熱伝導速度が速いので、穴開けの過程では、熱の伝搬ムラによって多くの金属残物が生じられ、一部の金属残物が半熔融状態を呈し穴の内壁に付着するので、網穴の内壁とエッジが非常に荒くて、液体通過の効率に影響する。そして、霧化シートの工作過程では金属薄片の繰り返し変形によって容易に粗い表面に応力集中点が出来ることで、金属薄片に切れ裂けが生じる恐れがある。穴開け過程で生じる金属残物が多いため、穴開け後、金属薄片を長時間に清潔する必要があり、それで大量の重金属粒子含有の廃水が生じられる。

４）導電ワイヤの半田付け過程で生じる高温で、圧電セラミックシート１０の一部区域の圧電特性を失効させやすい。常規の圧電セラミックシート１０の失効温度は２５０℃にすぎない。導電ワイヤの半田付け過程における部分的温度が３８０℃まで達する。したがって、圧電セラミックシート１０の一部区域が、高温のために圧電特性を失効させられる。製品全体の一貫性が悪い。

５）ステンレス金属薄片は理想的な半田付け材料ではないが、表面と半田との間で溶接性が悪いため、ステンレス金属薄片上に導電ワイヤを半田付ける際の溶接性を向上するために、事前に酸性化学薬剤を使ってステンレス金属薄片の突出した部分の箇所を腐食させることにより、部分的表面を荒くさせる必要がある。しかし、半田付け過程では材料そのものの溶接性が悪いため、やはり半田付けの強度が高くなくて、不良な接触をもたらしやすく、導電性に影響するとともに脱離もし易い。また酸性化学薬剤の使用過程では危険性が大きく、かつ形成した汚染物が処理し難く、その方法は環境保護の要求を満たせない。

６）実際の製品製造過程では、製造プロセスが過大で、複雑であり、且つ一部の方法は製造の自動化が実現し難いという欠陥がある。

本出願の発明は上記した従来技術の問題に鑑みなされたもので、圧電セラミックシートの変形に対する強度要求が低く、霧化孔の加工の難易度が低く、製品の品質が安定している超音波霧化シートを提供することである。

上記技術問題を解決するために、本発明は、
超音波霧化シートであって、
圧電セラミックシートおよび少なくとも１つの複合板を含み、前記複合板は圧電セラミックシートの一側に固定されており、前記複合板は基材および導電層を含み、前記導電層は圧電セラミックシートに接触されており、前記基材上に霧化穴が設けられており、前記基材は高分子膜とする。

上記技術方案では、さらに、
前記基材はＰＩ膜（ポリイミド樹脂膜、Polyimide Film）とし、前記導電層は銅箔とする。
上記技術方案では、さらに、
前記基材はＰＩ膜、前記導電層はステンレスシートとする。

上記技術方案では、さらに、
２つの複合板を含み、それぞれは第１の複合板と第２の複合板であり、前記第１の複合板の基材は第１のＰＩ膜とし、前記導電層は第１の銅箔とし、前記第１の銅箔は圧電セラミックシートの一側に固定されており、前記第２の複合板の基材は第２のＰＩ膜とし、前記導電層は第２の銅箔とし、前記第２の銅箔は圧電セラミックシートの他側に固定されており、前記第２のＰＩ膜上に霧化穴が設けられており、前記第１の銅箔の一部は圧電セラミックシートの第１の電極となり、前記第２の銅箔の一部は圧電セラミックシートの第２の電極となる。

上記技術方案では、さらに、
前記第１の複合板はさらに第３のＰＩ膜を含み、前記第３のＰＩ膜は前記第１の電極上に固定されており、前記第２の複合板はさらに第４のＰＩ膜を含み、前記第４のＰＩ膜は前記第２の電極上に固定されており、前記第３のＰＩ膜と第４のＰＩ膜とが固定接続されている。

上記技術方案では、さらに、
前記第２の複合板はさらに第５のＰＩ膜を含み、前記第５のＰＩ膜は第２の銅箔上を覆っているとともに、圧電セラミックシートの中心キャビティに対向している。

上記技術方案では、さらに、
前記複合板は１つであり、それは第３の複合板であり、前記第３の複合板の基材は第６のＰＩ膜とし、その導電層は第３の銅箔とし、前記第３の銅箔は圧電セラミックシートの底面に固定されており、前記第６のＰＩ膜上に霧化穴が設けられており、前記第３の銅箔の一部は圧電セラミックシートの第１の電極となり、前記圧電セラミックシートの頂面に第２の電極となる第４の銅箔が設けられている。

上記技術方案では、さらに、
前記基材は、圧電セラミックシートの中心キャビティを覆い得る円形部と、および円形部に接続されるリア部と、を含み、前記導電層は環形部および環形部に接続されるリア部を含み、前記基材の円形部と導電層の環形部とが接続され、前記基材のリア部と導電層のリア部とが接続されている。

上記技術方案では、さらに、
前記基材の円形部上に霧化穴エリア５１１が設けられ、霧化穴エリア５１１内にミクロンレベルの霧化穴５１０が設けられている。

上記技術方案では、さらに、
前記霧化穴エリア５１１は圧電セラミックシート３側へ突出するドーム形凸台５１２である。

上記技術方案では、さらに、
前記導電層は鉛フリー錫半田層を介して圧電セラミックシートに固定接続されている。

上記技術方案では、さらに、
前記導電層は加圧熱固導電粘着膜を介して圧電セラミックシートに固定接続されている。

上記技術方案では、さらに、
前記霧化穴５１０の圧電セラミックシート３側の内径は圧電セラミックシート３と反対側の内径より小径とする。

上記技術方案では、さらに、
霧化穴５１０の圧電セラミックシート３側の内径は２μｍ～８μｍとし、前記霧化穴５１０の圧電セラミックシート３と反対側の内径は２０μｍ～６０μｍとする。

上記技術方案では、さらに、
超音波霧化シートの製造方法であって、
Ｓ１：第２の複合板の第２のＰＩ膜に対してレーザーで穴開けを行って、霧化穴を形成するステップと、
Ｓ２：鉛フリー錫半田をスクリーン印刷或いは粘着剤ディスペンサー方法によって圧電セラミックシートの頂面と底面にプリントして、鉛フリー錫半田層を形成するステップと、
Ｓ３：第１の複合板と第２の複合板をそれぞれ初歩に圧電セラミックシートの頂面と底面に粘着させるステップと、
Ｓ４：リフローハンダ設備によって第１の複合板、第２の複合板、圧電セラミックシートを固化させるステップと、
を含む。

本発明は以下の有益な効果を有する。
本願で提供される超音波霧化シートは、圧電セラミックシートと複合板からなるもので、複合板は基材および導電層を含み、基材は高分子膜とする。従来のステンレス薄片に比べると、圧電セラミックシートへの変形に対する強度の要求が低くて、圧電セラミックシートで小さいエネルギーを生じていれば高分子膜を振り動かして変形させ得る。

また、穴開けの難度も低下させ、金属残物の飛びもなく、金属残物による液体通過効率の悪影響をなくし、そして、金属で切れ裂きが生じられやすいという問題も解決する。なお、金属残物除去のための長時間洗浄が要らないため、方法プロセスが簡単化され、重金属の汚染が回避される。特に重要なのは、医療分野で応用する場合、高分子膜はステンレス薄片より安全である。

従来の超音波霧化シートの構造を示す図である。 本願の第1の実施例に係る超音波霧化シートの立体構成模式図である。 本願の第1の実施例に係る超音波霧化シートの断面模式図である。 本願の一つの実施例に係る超音波霧化シートの霧化穴の構成模式図的である。 本願の第２の実施例に係る超音波霧化シートの断面模式図である。 本発明の一つの実施例に係る超音波霧化シートの製造方法のプロセスを示す大略模式図である。 本発明の一つの実施例に係る超音波霧化シートのより具体的な製造方法のプロセスを示す模式図である。 従来型超音波霧化シートの製造方法のプロセスを示す模式図である。 鉛フリー錫半田による超音波霧化シートの製造方法を示す構成模式図である。 ＳＭＴ粘着剤による超音波霧化シートの製造方法を示す構成模式図である。

本分野の当業者が理解すべきは、従来の技術の部分で述べたように、従来技術の超音波霧化シートは、ステンレス金属薄片とし、硬度が高いため、圧電セラミックに変形に対する強度の要求が高い。ステンレス金属薄片上に霧化穴を加工する場合、穴開け設備の功率への要求が高い。金属薄片の熱伝導速度が速いので、穴開けの過程では熱の伝搬ムラにより多くの飛ぶ金属残物を生じ、且つ部分の金属残物が半熔融状態を呈し穴の内壁に付着するので、その網穴の内壁とエッジが非常に荒くて、液体通過の効率に影響する。

そして、霧化シートの工作過程では金属薄片の繰り返し変形によって容易に粗い表面に応力集中点を形成するので、金属薄片に切れ裂けが生じる恐れがある。穴開け過程で生じる金属残物が多いため、穴開け後、金属薄片を長時間掛けて洗浄する必要があり、それで大量の重金属粒子含有の廃水が生じる。

このため、本願の発明は、圧電セラミックシートおよび少なくとも１つの複合板を含み、前記複合板は圧電セラミックシートの一側に固定されており、前記複合板は基材および導電層を含み、前記導電層は圧電セラミックシートに接触されており、前記基材上に霧化穴が設けられており、前記基材は高分子膜とする、超音波霧化シートを提供する。?

本願で提供される超音波霧化シートは、圧電セラミックシートと複合板からなるもので、複合板は基材および導電層を含み、基材は高分子膜とする。従来のステンレス薄片に比べると、圧電セラミックシートへの変形に対する強度の要求が低くて、圧電セラミックシートで小さいエネルギーを生じていれば高分子膜を振り動かして変形させ得る。また、穴開けの難度も低下させ、金属残物の飛びもなく、金属残物による液体通過効率への悪影響をなくし、そして、金属薄片で切れ裂きが生じられやすいという問題も解決する。

なお、金属残物除去のための長時間洗浄が要らないため、製造方法のプロセスが簡単化され、重金属の汚染が回避される。特に重要なのは、医療分野で応用する場合、高分子膜はステンレス薄片より安全である。
なお、基材プラス導電層という構成の複合板を直接的に利用すれば、製造方法を簡単化でき、自動化生産の実現に貢献している。
本出願の上記目的、特徴、有益効果をより明確に分かりやすくするために、以下に添付の図面を参照して本出願の具体的な実施形態について詳細に説明する。説明した実施形態は、全ての実施形態ではなく、本出願の一部の実施形態であることは明らかである。本出願の実施例に基づいて、当業者は、創造的な労働がなされていないことを前提として取得される他のすべての実施形態は、本出願の保護の範囲に属する。

本出願の説明では、用語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「縦」、「水平」、「内」、「外」などが示す方位または位置関係は、図面に基づく方位または位置関係であり、本明細書の説明および簡略化のためだけに用いられ、説明を容易にするためである。指示または暗示ではなく、特定の方位を有する装置または要素が特定の方位で構成され、操作されなければならないということではなく、本出願に対する制限としては理解できない。さらに、用語「第1」、「第2」、「第3」は説明の目的だけに用いられ、相対的な重要性を示すかまたは示唆すると理解してはならない。

本出願の説明では、特に明確な規定と限定がない限り、用語「設置」、「接続」、「連結」は広義的な理解をすべきであり、例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、または一体的に接続されてもよい。機械接続でもいいし、電気接続でもよい。直接接続しても良いし、中間媒体を介して間接的に接続しても良いし、2つの素子内部の接続であっても良い。当業者にとって、上記の用語の本明細書における具体的な意味は、具体的には理解され得る。

図２は本願の第１の実施例に係る超音波霧化シートの立体構成模式図であり、図３は本願の第１の実施例に係る超音波霧化シートの断面模式図である。

図２と図３に示すように、本実施例で提供される超音波霧化シートは、圧電セラミックシート３、第１の複合板１および第２の複合板５を含み、前記第１の複合板１と第２の複合板５はいずれもＦＰＣ材料とする。ＦＰＣ材料は統合部分を採用している。その製成については、直接的に購入し、そしてそれに霧化穴を加工してもよい。
圧電セラミックシート３は環形とし、それに通電させると、規則的変形を発生することが可能である。

第１の複合板１は、第１のＰＩ膜１１、第１の銅箔１２および第３のＰＩ膜１３を含む。
ＰＩ膜とは、ポリイミド系薄膜であり、その変性材料であってもよく、例えば熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）あるいは類似性能の高分子系薄膜材料であってもよい。
前記第１のＰＩ膜１１と第１の銅箔１２は形状が同様であり、いずれも環形部と矩形部を含み、第１のＰＩ膜１１の環形部と第１の銅箔１２の環形部とが固定接続されている。
前記第１の銅箔１２の環形部は圧電セラミックシート３の頂面上に固定されており、第１の銅箔１２の矩形部は圧電セラミックシート３の第１の電極となり得る。具体的には、第１の銅箔１２は第１の鉛フリー錫半田層２を介して圧電セラミックシート３に固定接続されている。

前記第３のＰＩ膜１３は第１の銅箔１２の矩形部、即ち第１の電極上に固定されており、かつ第３のＰＩ膜１３と第１のＰＩ膜１１それぞれ第１の銅箔１２の相対面上に位置されている。

第２の複合板５は第２のＰＩ膜５１、第２の銅箔５２および第４のＰＩ膜５３を含む。
第２のＰＩ膜５１の環形部と第２の銅箔５２の環形部とが固定接続されている。
前記第２の銅箔５２の形状は第１の銅箔１２と相同であり、環形部と矩形部を含み、第２の銅箔５２の環形部は圧電セラミックシート３の底面に固定されており、第２の銅箔５２の矩形部は圧電セラミックシート３の第２の電極となり得る。具体的には、第２の銅箔５２は第２の鉛フリー錫半田層４を介して圧電セラミックシート３に固定接続されている。

第１の鉛フリー錫半田層２と第２の鉛フリー錫半田層４は、下記の作用を有する。
＜半田付け作用＞
環形の圧電セラミックとＦＰＣの銅箔とを一体に半田付け接続させる。一般的な場合は、低温鉛フリー半田を採用し、半田付け温度は１８０℃より高くない。

＜導電作用＞
電圧がＦＰＣの銅箔から圧電セラミックの金属電極上へ伝達され、錫は金属材料として非常に良好な導電性を持つ。

＜変形エネルギーの伝達作用＞
環形の圧電セラミックの通電過程で生じる変形エネルギーを銅箔およびＰＩ膜上へ伝達し、ＰＩ膜の網穴箇所に製品表面に垂直な変形移動を発生させる。

前記第２のＰＩ膜５１は圧電セラミックシート３の中心キャビティを覆い得る円形部および円形部に接続されるリア部を含み、第２のＰＩ膜５１の円形部と第２の銅箔５２の環形部とが固定接続され、第２のＰＩ膜５１のリア部と第２の銅箔５２の矩形部とが固定接続されている。前記基材の円形部上に霧化穴エリア５１１が設けられ、霧化穴エリア５１１内にミクロンレベルの霧化穴５１０が設けられている。

前記第４のＰＩ膜５３は第２の銅箔５２の矩形部、即ち第２の電極上に固定されており、且つ第４のＰＩ膜５３と第２のＰＩ膜５１はそれぞれ第２の銅箔５２の相対面上に位置されている。第４のＰＩ膜５３と第３のＰＩ膜１３とを圧着貼合させている。これによって第１の複合板１と第２の複合板５とを一体に接続させることに寄与するので、超音波霧化シートの安定性を向上し、使用寿命を延長する。また、第１の電極と第２の電極との間の絶縁のために用いられてもよい。なお、さらに第１の複合板１と第２の複合板５の導電面を平行にさせ得るので、交流信号のカップリング能力を持って、製品の電磁波空間放射を有効に低下させることができる。

本実施例に係る超音波霧化シートの動作原理は下記のとおりである。
一定周波数の交流電圧を第１の銅箔１２と第２の銅箔５２上に加える。交流電圧の周波数は１０８ＫＨｚとされる。この時に、電圧が、第１の銅箔１２と第２の銅箔５２を介して圧電セラミックシート３に印加する。圧電セラミックシート３は外部電場に制御されながら、周波数の一致する規則的変形を発生および入力し、変形エネルギーが鉛フリー錫半田を介して第１の銅箔１２と第２の銅箔５２上へ伝達される。

第２の銅箔５２と第２のＰＩ膜５１そのものが一体に圧着されているため、第２の銅箔５２の変形エネルギーが第２のＰＩ膜５１上に集中してくる。第２のＰＩ膜５１の霧化エリアにおいて周波数の一致する往復移動を発生し、かつ移動方向が超音波霧化シートの表面に垂直になる。この時に、第２のＰＩ膜５１の下面が、霧化すべき液体に触って、液体は第２のＰＩ膜５１の押出作用により霧化穴５１０の位置に沿って噴射し、水ミストを生成する。

図４は本願の一つの実施例に係る超音波霧化シートの霧化穴の構成模式図的である。
図４に示すように、前記霧化穴５１０の圧電セラミックシート３側の内径は圧電セラミックシート３と反対側の内径より小径とする。具体的には、霧化穴５１０の圧電セラミックシート３側の内径は２μｍ～８μｍとし、前記霧化穴５１０の圧電セラミックシート３と反対側の内径は２０μｍ～６０μｍとする。

本実施例で提供される超音波霧化シートは、下記の利点がある。
１）本実施例で提供される超音波霧化シートは、第２のＰＩ膜５１は高分子プラスチック材料の一種類であるため、良好な可塑性を有する。レーザー穴開け設備によって穴開けを行う時は、非常に小さなエネルギーだけで済む。該材料はレーザーによる穴開け過程において完全に揮発することができ、穴開け後の表面が滑らかに成れる。穴からの液体の流通過程では、抵抗が小さくて、出霧効率が高い。

２）第２のＰＩ膜５１は穴開け過程では完全に揮発し得るので穴開け方法以降で洗浄が必要ではない。穴のエッジが滑らかであり、材料そのものの疲労寿命が金属より優秀なので、霧化シート工作過程における繰り返し変形は明確な応力集中点を招くことがなく、材料の切れ裂きの恐れがなく、霧化シートの全体としての工作寿命はすごく延長され得る。

３）本実施例で提供される超音波霧化シートは、材料を減少させるだけでなく、大幅に製造のプロセスを減少させる。製品の製造コストを低降させ、単位時間の生産能力を向上する。

４）第２のＰＩ膜５１そのものが、非常に立派な耐化学薬剤性と、非常に立派な生体適合性を持っているので、霧化シートの応用範囲を拡大でき、かつ医療分野への応用場合、その安全性は非常に立派である。

＜医療分野の安全性＞
従来のステンレス金属薄片は、穴を開けた後、自身の強度を低下させたので、疲労作用の下であれば、破裂のリスクがある。一旦ステンレス金属薄片が破裂したら、生じた砕屑が霧化液体とともに人体に入り込んで、体の健康をひどく損なうことがある。これに対しては、本実施例の第２のＰＩ膜５１は、容易に破裂することがないし、破裂が発生したとしても、人体に入った後、身体を損なうこともない。

図５は本願の第２の実施例に係る超音波霧化シートの断面模式図である。
図５に示すように、本願の第２の実施例で提供される超音波霧化シートは、第１の実施例と大体同様であり、いずれも圧電セラミックシート３、第１の複合板１および第２の複合板５を含み、前記第１の複合板１と第２の複合板５はいずれもＦＰＣ材料とする。

第１の実施例と比べると、第２の実施例で提供される超音波霧化シートの相違の第一は、前記第２の複合板５はさらに第５のＰＩ膜５４を含む。
第５のＰＩ膜５４は環形とする。前記第５のＰＩ膜５４は第２の銅箔５２の環形部に覆設されており、第５のＰＩ膜５４と第２のＰＩ膜５１はそれぞれ第２の銅箔５２の相対向面上に位置されている。

第２の銅箔５２の環形部の内径寸法は圧電セラミックシート３の内径寸法より小径とし、第５のＰＩ膜５４の外径寸法は圧電セラミックシート３の内径寸法より小径とするとともに、ドーム形凸台５１２の直径より大径とする。このようにすると、第２の銅箔５２の円環面積をさらに大きくさせるようにできる。そして、増加部分の第２の銅箔５２において腐食の不都合を生じないように第５のＰＩ膜５４によってその部分の余分面積を遮蔽するとする。それによって、圧電セラミックシート３の変形エネルギーはより大いに第２の銅箔５２を経て伝達し得るという利点を得られる。

第１の実施例と比べると、第２の実施例に係る超音波霧化シートの相違の第二は、以下のとおりである。
第１の銅箔１２は第１の加圧熱固化導電粘着膜を介して圧電セラミックシート３に固定接続され、第２の銅箔５２は第２の加圧熱固化導電粘着膜を介して圧電セラミックシート３に固定接続されている。加熱固化導電粘着膜はＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、表面実装技術）粘着剤とする。

鉛フリー錫半田層に代わって、ＳＭＴ粘着剤を使用している。スクリーン印刷、或いは粘着剤ディスペンサー等の設備によってＳＭＴ粘着剤を圧電セラミックシート３の両面に塗覆する。ついでに、圧電セラミックシート３と第１の複合板１および第２の複合板５とを予備的に粘着させる。そして、それらをリフロー半田設備中に配置して、さらなる固化をさせる。最終的に、本発明と動作が完全に一致する製品を得られる。

その動作原理は、前文で説明したのと同様であると理解してもよいが、ただ粘着材料は鉛フリー錫半田に代わってＳＭＴ粘着剤を用いるが、製造プロセスはまったく不変とする。改良方法の利点は、製品の製造コストをさらに低減させ得ることである。ＳＭＴ粘着剤材料の操作温度が鉛フリー錫半田より低温としているので、圧電セラミックシート３の半田付け過程における影響をさらに小さくさせる。そして、電極が被覆されない圧電セラミックシート３を採用してもよく、圧電セラミックシート３の購入コストを低減させる。また、ＳＭＴ粘着剤は絶縁性の粘着剤であるため、製造過程では電極のショートという不都合が発生する恐れがなく、粘着剤の溢れが生じたとしても、製品の性能へ影響を与えず、生産方法のフォールトトレラント（耐障害性）を向上している。

特に重要なのは、ＳＭＴ粘着剤を圧着させる際にして、第２のＰＩ膜５１は引締って、このように引締り状態にあるＰＩ膜の平坦度が最も良く、かつ霧化シートのエネルギー変換効率もさらに向上している。

第１の実施例と比べると、第２の実施例で提供される超音波霧化シートの相違の第三は、第２のＰＩ膜５１にドーム形凸台５１２が設けられていることである。
第２のＰＩ膜５１の円形部上に霧化穴エリア５１１が設けられており、前記霧化穴エリア５１１は圧電セラミックシート３側へ突出するドーム形凸台５１２であり、霧化穴エリア５１１内にミクロンレベルの霧化穴５１０が設けられている。

第２のＰＩ膜５１は高分子プラスチック材料の一種類であり、良好な可塑性を有するので、加熱等の手段により容易に塑形させ得るので、ドーム形凸台５１２の成形が容易となる。
一定周波数の交流電圧を第１の銅箔１２と第２の銅箔５２上に加える。交流電圧の周波数は１０８ＫＨｚとする。この時に、電圧が第１の銅箔１２と第２の銅箔５２を介して圧電セラミックシート３に印加する。圧電セラミックシート３は外部電場に制御されながら、周波数の一致する規則的変形を発生し、変形エネルギーが鉛フリー錫半田を介して第１の銅箔１２と第２の銅箔５２上へ伝達される。第２の銅箔５２と第２のＰＩ膜５１そのものが一体に圧着させるため、第２の銅箔５２の変形エネルギーが第２のＰＩ膜５１上に集中してくる。第２のＰＩ膜５１の円心位置に１つのドーム形凸台５１２が設けられ、霧化穴５１０はドーム形凸台５１２の区域内に位置する。この時に、ドーム形凸台５１２の区域において周波数の一致する往復移動を発生し、かつ、移動方向が超音波霧化シートの表面に垂直となる。

第１の実施例および第２の実施例では、いずれも２つの複合板を備えているが、実際には、一の複合板を備えてもよく、この場合、第３の複合板と記す。前記第３の複合板の基材は第６のＰＩ膜とし、導電層は第６の銅箔とし、前記第６の銅箔は圧電セラミックシートの 底面に固定され、前記第６のＰＩ膜上に霧化穴が設けられており、前記第６の銅箔の一部は圧電セラミックシートの第１の電極となり、前記圧電セラミックシートの頂面上に第２の電極が設けられている。

第１の実施例、第２の実施例および第３の実施例では、複合板の基材はＰＩ膜とし、導電層は銅箔とし、即ちいずれもＦＰＣ材料である。実際には、他の実施例では、複合板はさらに、基材はＰＩ膜、また導電層はステンレスシートの構成としてもよく、或いは他の類似の高分子膜プラス金属導電層材料としてもよい。金属導電層材料はチタン合金等の合金材料としてもよい。

本願で提供される超音波霧化シートと従来型超音波霧化シートの構成差異を分析したが、部品と材料の点から行ったものは、表１のように得られた。
（表１）本発明の霧化シートと従来型の霧化シートの使用材料対照表

表１によれば、本発明の超音波霧化シートと従来の超音波霧化シートの材料は、主要材料でも、補助材料でも、良好な成熟な製造方法を有する。本発明で使用される材料はいずれも環境保護の規範に合わせるものである一方、従来の超音波霧化シートは、環境保護方法に合わせない化学薬剤を用いるとともに、従来型の超音波霧化シートは２倍の材料種と多い。材料種類の複雑程度は、従来型超音波霧化シートの製造プロセスのさらなる複雑さを招く。

図６は本発明の一実施例に係る超音波霧化シートの製造方法のプロセスを示す大略模式図である。
図６に示すように、本願に係る超音波霧化シートの製造方法は、下記を含む。
Ｓ１：第２の複合板の第２のＰＩ膜に対してレーザーで穴開けを行って、霧化穴を形成する。
Ｓ２：鉛フリー錫半田をスクリーン印刷或いは粘着剤ディスペンサー方法によって圧電セラミックシートの頂面と底面にプリントして、鉛フリー錫半田層を形成する。
Ｓ３：第１の複合板と第２の複合板をそれぞれ予備的に圧電セラミックシートの頂面と底面に粘着させる。
Ｓ４：リフローハンダ設備によって第１の複合板、第２の複合板、圧電セラミックシートを固化させる。
Ｓ５：検査。検査が合格になると、超音波霧化シートを得られる。

図７は本願の一実施例に係る超音波霧化シートのより具体的な製造方法のプロセスを示す模式図である。図８は従来型超音波霧化シートの製造方法のプロセスを示す模式図である。
図７と図８の対比によれば、本願で提供される超音波霧化シートは、材料を減少させるだけでなく、大幅に生産製造のプロセスを減少させる。製品の製造コストを低降させ、単位時間の生産能力を向上する。具体的な差異は以下のとおりである。
従来型の超音波霧化シートの製造過程における洗浄とベーキング方法は、洗浄設備とベーキング設備がいずれも流れ生産設備でないので、生産ラインで一定の数量を累積した後、人手によって設備へ移動する必要がある。そして設備の中で連続的に作業すれば、その方法によってショートボード効果をもたらし、生産ラインに大量の中継用保管場所が必要となり、且つ人手の必要量が大きい。

従来型超音波霧化シートの製造過程における導電ワイヤの半田付けは、溶接工に重大に依存する。ステンレス金属材料の溶接性が悪いため、半田付けそのものの効率が高くなくなり、半田付け過程で生じる高温によって圧電セラミックを壊しやすい。
従来型超音波霧化シートの製造方法は、大量の中継用保管場所が必要で、且つ、プロセスが複雑すぎて、サイトの需要量が大きく、生産能力を増加させると、利用率が著しく低下する。
従来型超音波霧化シートは、生産設備の種類への要求が多いので、生産ラインの構築コストが高く、設備減価償却により高コストとなる。

これに対して、本発明の超音波霧化シートの製造方法は、一部のプロセスにおいてロボットを用いることにより生産ラインの自動化が実現され得るので、生産ラインの完全的な流れ生産が実現可能である。すべての工程は同じリズムで動作され得るので、単位時間の生産効率が大きくあげられる。空間への要求が極めて低い。生産能力に対してフレキシブル的な管理を図れる。生産能力をさらに増加させると、空間利用率が向上し、サイトの使用費用が低下する。最も重要なのは、新規の霧化シートは生産の過程では生じる汚染物が極少であり、非常にエコ的な製造方法であり得る。新規の霧化シート製造方法は設備種類への需求が極めて少なく、レーザー穴開け設備およびリフローハンダ設備だけで済み、生産ラインの構築コストは著しく低下する。

本発明の超音波霧化シートと従来型の超音波霧化シートの個々特点を対比して、本発明の霧化シートと従来型霧化シートの対照表は、表２のように得られる。
（表２）本発明の霧化シートと従来の霧化シートの対照表

表２によれば、本発明は、超音波霧化シートの材料、構成応用上で改良することで、生産方法上のさらなる改良をもたらし、最終的に、従来の製品より、性能がすぐれ、生産方法がよりエコとなる新製品を得られる。

特筆すべきは、圧電セラミックシートの動作原理は下記のとおりである。圧電セラミックシートの両面電極に電圧を加えれば、圧電セラミックシートを変形させ得る。また、圧電セラミックシートのセラミックそのものが非導体であるため、そこで変形が生じる原因は、電極に印加された電圧で生じる空間電場に繋がっている。したがって、圧電セラミックシートの特性というと、第１の複合板および第２の複合板は圧電セラミックシートの両面に貼合されれば、電極と接続を取っていない場合でも、第１の複合板と第２の複合板中の金属層に電圧を加えると、圧電セラミックシートの両面に１つの空間電場を形成することができ、それによって変形を発生させる、と理解してもよい。

以上の原理に基づいて、電極が被覆されない圧電セラミックシートを採用してもよく、すなわち、圧電セラミックシートの両面に金属電極の塗層が設けられず、それを第１の複合板と第２の複合板の中間に配置するとともに、絶縁性の粘着剤によってそれらを粘着させてもよい。粘着剤は、変形力の伝達作用を発揮するとともに、第１の複合板と第２の複合板を圧電セラミックシートの両面に固定する作用を発揮する。この時に、電圧を導電金属層に加えれば、圧電セラミックシートを変形させ得る。そして、変形のエネルギーは粘着剤を介して第２の複合板上へ伝達することでそのエネルギーが利用される。この応用では第１の複合板と第２の複合板の銅箔層は、圧電セラミックの電極と理解してもよい。

以上の原理に基づいて、且つ方法を簡単化させるために、以下の最適化が行われてもよい。鉛フリー錫半田に代わって「ＳＭＴ粘着剤」と呼ばれる粘着剤を使用する。スクリーン印刷、或いは粘着剤ディスペンサー等の設備によってＳＭＴ粘着剤を圧電セラミックシートの両面に塗覆する。ついでに、圧電セラミックシートと第１の複合板および第２の複合板とを予備的に粘着させる。そして、それらをリフロー半田設備中に配置して、さらに固化させる。最終的に、本発明と動作が完全に一致する製品を得られる。その動作原理は、前文で説明したのと同様であると理解してもよいが、ただ粘着材料は鉛フリー錫半田に代わってＳＭＴ粘着剤にしているが、製造プロセスはまったく不変とする。改良方法の利点は、さらに製品の製造コストを低減させ得ることである。ＳＭＴ粘着剤材料の操作温度が鉛フリー錫半田より低温であるので、圧電セラミックシートの半田付け過程における影響をさらに小さくさせる。そして、電極が被覆されない圧電セラミックシートを採用してもよく、圧電セラミックシートの購入コストを低減させる。また、ＳＭＴ粘着剤は絶縁性の粘着剤であるため、製造過程では電極ショートという不都合が発生する恐れがなく、粘着剤の溢れが生じたとしても、製品性能へ影響を与えず、生産方法のフォールトトレラントを向上する。

図９は鉛フリー錫半田による超音波霧化シートの製造方法の構成模式図である。
図１０はＳＭＴ粘着剤による超音波霧化シートの製造方法の構成模式図である。
図９および図１０においては、例えばＰＩ膜層など、製品の他の層が省略される。改良の箇所を容易に理解するために、圧電セラミックシートの電極層Ａ３、Ａ５を追加し、順序に序号を付けている。各層の明細は表３に示される。
（表３）鉛フリー錫半田による霧化シートとＳＭＴ粘着剤による霧化シートの製造対照表

表３によれば、ＳＭＴ粘着剤とするので、圧電セラミックシートへの要求を低下させ、圧電セラミックシートには導電塗層が必要としなくなり、またＳＭＴ粘着剤と圧電セラミックシートのセラミック本体はいずれも絶縁材料とし、半田付け過程では粘着剤の溢れ等によって電極の短絡故障を発生することを無くす。同時に、圧電セラミックシートの工作性能への悪影響もない。

以上より、本出願が提供する超音波霧化シート及びその製造方法は、以下の利点を有する。
１、本発明の超音波霧化シートと従来の超音波霧化シートの材料は、主要材料でも、補助材料でも、良好な成熟な製造技術を有する。本発明で使用される材料はいずれも環境保護の規範に合わせるものである一方、従来の超音波霧化シートは、環境保護技術に合わせない化学薬剤を用いるとともに、従来型の超音波霧化シートは２倍の材料種と多い。材料種類の複雑程度は、従来型超音波霧化シートの製造プロセスのさらなる複雑さを招く。

２、本実施例で提供される超音波霧化シートは、第２のＰＩ膜５１は高分子プラスチック材料の一種類であるため、良好な可塑性を有する。レーザー穴開け設備によって穴開けを行う時は、非常に小さなエネルギーだけで済む。該材料はレーザーによる穴開け過程において完全に揮発することができ、穴開け後の表面が滑らかに成れる。穴からの液体の流通過程では、抵抗が小さくて、出霧効率が高い。

３、第２のＰＩ膜５１は穴開け過程では完全に揮発し得るので穴開け工程以降で洗浄が必要ではない。穴のエッジが滑らかであり、材料そのものの疲労寿命が金属より優秀なので、霧化シート工作過程における繰り返し変形は明確な応力集中点を招くことがなく、材料の切れ裂きの恐れがなく、霧化シートの全体としての製品寿命はすごく延長され得る。

４、第２のＰＩ膜５１そのものが、非常に立派な耐化学薬剤性と、非常に立派な生体適合性を持っているので、霧化シートの応用範囲を拡大でき、かつ医療分野への応用場合、その安全性は非常に立派である。

５、本実施例で提供される超音波霧化シートは、材料を減少させるだけでなく、大幅に生産製造のプロセスを減少させる。製品の製造コストを低降させ、単位時間の生産能力を向上する。

６、本発明の超音波霧化シートの製造方法は、一部のプロセスにおいてロボットを用いることにより生産ラインの自動化が実現され得るので、生産ラインの完全的な流れ生産が実現可能となる。すべての工程は同じリズムで動作され得るので、単位時間の生産効率が大きくあげられる。空間への要求が極めて低い。生産能力に対してフレキシブル的な管理を図られる。生産能力をさらに増加すると、空間利用率が向上し、サイトの使用費用が低下する。最も重要なのは、新規の霧化シートは生産の過程で生じる汚染物が極少であり、非常にエコ的な製造方法であり得る。新規の霧化シート製造方法は設備種類への要求が極めて少なく、レーザー穴開け設備およびリフローハンダ設備だけで済み、生産ラインの構築コストは著しく降下される。

本出願の開示は上記のとおりであるが、本出願はこの限りではない。いかなる当業者も、本願の精神及び範囲を逸脱しない限り、様々な変更および修正が可能であるため、本願の保護範囲は、請求項に係る範囲に準ずるものとする。

圧電セラミックシート １０
ステンレス金属薄片 ２０
導電ワイヤ ３０
導電ワイヤ ４０
第１の複合板 １
第１の鉛フリー錫半田層 ２
圧電セラミックシート ３
第２の鉛フリー錫半田層 ４
第２の複合板 ５
第１のＰＩ膜 １１
第１の銅箔 １２
第３のＰＩ膜 １３
第２のＰＩ膜 ５１
第２の銅箔 ５２
第４のＰＩ膜 ５３
第５のＰＩ膜 ５４
霧化穴 ５１０
霧化穴エリア ５１１
ドーム形凸台 ５１２

Claims (15)

1. 超音波霧化シートであって、
   圧電セラミックシートおよび少なくとも１つの複合板を含み、前記複合板は圧電セラミックシートの一側に固定されており、前記複合板は基材および導電層を含み、前記導電層は圧電セラミックシートに接触されており、前記基材上に霧化穴が設けられており、前記基材は高分子膜とする、
   ことを特徴とする超音波霧化シート。
2. 前記基材はＰＩ膜とし、前記導電層は銅箔とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化シート。
3. 前記基材はＰＩ膜、前記導電層はステンレスシートとする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化シート。
4. ２つの複合板を含み、それぞれは第１の複合板と第２の複合板であり、前記第１の複合板の基材は第１のＰＩ膜とし、前記導電層は第１の銅箔とし、前記第１の銅箔は圧電セラミックシートの一側に固定されており、前記第２の複合板の基材は第２のＰＩ膜とし、前記導電層は第２の銅箔とし、前記第２の銅箔は圧電セラミックシートの他側に固定されており、前記第２のＰＩ膜上に霧化穴が設けられており、前記第１の銅箔の一部は圧電セラミックシートの第１の電極となり、前記第２の銅箔の一部は圧電セラミックシートの第２の電極となる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波霧化シート。
5. 前記第１の複合板はさらに第３のＰＩ膜を含み、前記第３のＰＩ膜は前記第１の電極上に固定されており、前記第２の複合板はさらに第４のＰＩ膜を含み、前記第４のＰＩ膜は前記第２の電極上に固定されており、前記第３のＰＩ膜と第４のＰＩ膜とが固定接続されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の超音波霧化シート。
6. 前記第２の複合板はさらに第５のＰＩ膜を含み、前記第５のＰＩ膜は第２の銅箔上を覆っているとともに、圧電セラミックシートの中心キャビティに対向している、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の超音波霧化シート。
7. 前記複合板は１つであり、それは第３の複合板であり、前記第３の複合板の基材は第６のＰＩ膜とし、その導電層は第３の銅箔とし、前記第３の銅箔は圧電セラミックシートの底面に固定されており、前記第６のＰＩ膜上に霧化穴が設けられており、前記第３の銅箔の一部は圧電セラミックシートの第１の電極となり、前記圧電セラミックシートの頂面に第２の電極となる第４の銅箔が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化シート。
8. 前記基材は、圧電セラミックシートの中心キャビティを覆い得る円形部と、および円形部に接続されるリア部と、を含み、前記導電層は環形部および環形部に接続されるリア部を含み、前記基材の円形部と導電層の環形部とが接続され、前記基材のリア部と導電層のリア部とが接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化シート。
9. 前記基材の円形部上に霧化穴エリアが設けられ、霧化穴エリア内にミクロンレベルの霧化穴が設けられている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の超音波霧化シート。
10. 前記霧化穴エリアは圧電セラミックシート側へ突出するドーム形凸台５１２である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の超音波霧化シート。
11. 前記導電層は鉛フリー錫半田層を介して圧電セラミックシートに固定接続されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化シート。
12. 前記導電層は加圧熱固導電粘着膜を介して圧電セラミックシートに固定接続されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化シート。
13. 前記霧化穴の圧電セラミックシート側の内径は圧電セラミックシートと反対側の内径より小径とする、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化シート。
14. 霧化穴の圧電セラミックシート側の内径は２μｍ～８μｍとし、前記霧化穴の圧電セラミックシートと反対側の内径は２０μｍ～６０μｍとする、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の超音波霧化シート。
15. 超音波霧化シートの製造方法であって、
    Ｓ１：第２の複合板の第２のＰＩ膜に対してレーザーで穴開けを行って、霧化穴を形成するステップと、
    Ｓ２：鉛フリー錫半田をスクリーン印刷或いは粘着剤ディスペンサー方法によって圧電セラミックシートの頂面と底面にプリントして、鉛フリー錫半田層を形成するステップと、
    Ｓ３：第１の複合板と第２の複合板をそれぞれ初歩に圧電セラミックシートの頂面と底面に粘着させるステップと、
    Ｓ４：リフローハンダ設備によって第１の複合板、第２の複合板、圧電セラミックシートを固化させるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項４に記載の超音波霧化シートの製造方法。

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