JP2532006B2 - 超音波霧化器 - Google Patents
超音波霧化器Info
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- piezoelectric ceramic
- atomization
- ultrasonic
- piezoelectric vibrator
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- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
- B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
- B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
- B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小電力で小霧化量の吸
入器等の用途に適した超音波霧化器に関する。
入器等の用途に適した超音波霧化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電磁器の厚さ方向の共振による
超音波振動を利用した超音波霧化器としては、室内加湿
用の家庭用霧化器が知られている。このような室内加湿
用の霧化器は、液体を収納する容器の底部に圧電磁器を
用いた圧電振動子を取り付け、圧電磁器の超音波放射面
より所定水位に液体を満たしたものである。この場合、
前記超音波放射面からの水位が充分に高い一定の液面の
ときに霧化量最大となり、例えば１.７ＭＨzの周波数で
振動子径約２０mmの場合、水位３０〜４０mmで霧化最大
点を得る。また、霧化を最大とするための圧電振動子の
駆動条件は、厚み方向の共振点ｆrよりも高い所、すな
わち圧電振動子が誘導性成分となる点での駆動であっ
た。この結果、自励発振回路を用いる場合は、例えば特
公昭５６−４０６４０号に示すような圧電振動子を誘導
性成分として用いるコルピッツ型の発振回路を基本とし
ていた。このように液体を満たした液体収納容器底部に
圧電振動子を配した超音波霧化器では入力電力３０Ｗで
約５００〜６００cc/時の霧化量が実現できている。
超音波振動を利用した超音波霧化器としては、室内加湿
用の家庭用霧化器が知られている。このような室内加湿
用の霧化器は、液体を収納する容器の底部に圧電磁器を
用いた圧電振動子を取り付け、圧電磁器の超音波放射面
より所定水位に液体を満たしたものである。この場合、
前記超音波放射面からの水位が充分に高い一定の液面の
ときに霧化量最大となり、例えば１.７ＭＨzの周波数で
振動子径約２０mmの場合、水位３０〜４０mmで霧化最大
点を得る。また、霧化を最大とするための圧電振動子の
駆動条件は、厚み方向の共振点ｆrよりも高い所、すな
わち圧電振動子が誘導性成分となる点での駆動であっ
た。この結果、自励発振回路を用いる場合は、例えば特
公昭５６−４０６４０号に示すような圧電振動子を誘導
性成分として用いるコルピッツ型の発振回路を基本とし
ていた。このように液体を満たした液体収納容器底部に
圧電振動子を配した超音波霧化器では入力電力３０Ｗで
約５００〜６００cc/時の霧化量が実現できている。
【０００３】しかし、最近になって霧化粒子の粒径はそ
のままで、電池駆動に適した５Ｗ以下の小電力で小霧化
量（１cc/分程度）の超音波霧化器が、薬液を喉、気
管、肺等に吸入するための吸入器等の用途に要求される
ようになっている。
のままで、電池駆動に適した５Ｗ以下の小電力で小霧化
量（１cc/分程度）の超音波霧化器が、薬液を喉、気
管、肺等に吸入するための吸入器等の用途に要求される
ようになっている。
【０００４】吸入器としては、従来、実公昭６３−３８
９５０号に示すような、円錐状のホーンを変形したもの
に圧電振動子を貼り付けたものや、λ／２（λ：超音波
の波長）のホーンに圧電振動子を貼り付けたものを用
い、それらのホーン先端側にて液体を霧化するものが実
用化されている。この種の構造を持つ霧化器を図６及び
図７に従来例として示す。これらの図において、円錐状
のホーン（カプラー）１１の小径端面側に共振板１２を
形成した超音波振動体の大径端面に圧電振動子１３が貼
り付けられており、吸水帯１４で吸い上げられた液体を
前記共振板１２の超音波振動で霧化するようになってい
る。
９５０号に示すような、円錐状のホーンを変形したもの
に圧電振動子を貼り付けたものや、λ／２（λ：超音波
の波長）のホーンに圧電振動子を貼り付けたものを用
い、それらのホーン先端側にて液体を霧化するものが実
用化されている。この種の構造を持つ霧化器を図６及び
図７に従来例として示す。これらの図において、円錐状
のホーン（カプラー）１１の小径端面側に共振板１２を
形成した超音波振動体の大径端面に圧電振動子１３が貼
り付けられており、吸水帯１４で吸い上げられた液体を
前記共振板１２の超音波振動で霧化するようになってい
る。
【０００５】また、図８は他の従来例であって、λ／２
のホーン１５の大径端面に圧電振動子１６が貼り付けら
れ、吸水帯１４で吸い上げられた液体をホーン１５の先
端面の超音波振動で霧化するようになっている。
のホーン１５の大径端面に圧電振動子１６が貼り付けら
れ、吸水帯１４で吸い上げられた液体をホーン１５の先
端面の超音波振動で霧化するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図６乃
至図８に示した従来例では、霧化点（霧化に寄与する
面積）が吸水帯１４が接している部分の周辺に限られる
ため狭くて、効率が悪く、圧電振動子の超音波振動の
振幅を金属ブロックであるホーン１１，１５で増幅する
ため、ホーンの加工精度の問題や、圧電振動子と金属の
ホーン間の接着性の問題が発生する（金属ホーンと圧電
磁器とは熱膨張係数がかなり異なる）。
至図８に示した従来例では、霧化点（霧化に寄与する
面積）が吸水帯１４が接している部分の周辺に限られる
ため狭くて、効率が悪く、圧電振動子の超音波振動の
振幅を金属ブロックであるホーン１１，１５で増幅する
ため、ホーンの加工精度の問題や、圧電振動子と金属の
ホーン間の接着性の問題が発生する（金属ホーンと圧電
磁器とは熱膨張係数がかなり異なる）。
【０００７】本発明は、上記の点に鑑み、液体霧化に寄
与する霧化面積が広く、圧電磁器の超音波振動を有効に
霧化に利用でき、しかも振幅拡大のためのホーンを必要
としない超音波霧化器を提供することを目的とする。
与する霧化面積が広く、圧電磁器の超音波振動を有効に
霧化に利用でき、しかも振幅拡大のためのホーンを必要
としない超音波霧化器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超音波霧化器は、圧電磁器上に網状薄板を
載置し、前記圧電磁器と前記網状薄板との隙間に液体を
供給し、前記圧電磁器の厚さ方向の共振による超音波振
動で前記液体を霧化する構成としている。
に、本発明の超音波霧化器は、圧電磁器上に網状薄板を
載置し、前記圧電磁器と前記網状薄板との隙間に液体を
供給し、前記圧電磁器の厚さ方向の共振による超音波振
動で前記液体を霧化する構成としている。
【０００９】
【作用】本発明の超音波霧化器においては、霧化すべき
液体は毛細管現象によって圧電磁器上に広がって網状薄
板の各微小穴に入り、微小な液柱を形成し、この微小な
液柱の先端部分が圧電磁器の厚さ方向の共振による超音
波振動で霧化され霧化粒子として空中に放出される。こ
のような霧化は圧電磁器の超音波放射面の殆ど全面で行
われるから、圧電磁器の超音波振動を有効に霧化のエネ
ルギーに変えることができ、効率が良好である。また、
金属ホーンを用いる必要がなく、小型軽量化に適し、ホ
ーンに対する圧電磁器の剥がれ等の問題も生じない。
液体は毛細管現象によって圧電磁器上に広がって網状薄
板の各微小穴に入り、微小な液柱を形成し、この微小な
液柱の先端部分が圧電磁器の厚さ方向の共振による超音
波振動で霧化され霧化粒子として空中に放出される。こ
のような霧化は圧電磁器の超音波放射面の殆ど全面で行
われるから、圧電磁器の超音波振動を有効に霧化のエネ
ルギーに変えることができ、効率が良好である。また、
金属ホーンを用いる必要がなく、小型軽量化に適し、ホ
ーンに対する圧電磁器の剥がれ等の問題も生じない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明に係る超音波霧化器の実施例を
図面に従って説明する。
図面に従って説明する。
【００１１】図１及び図２で本発明の第１実施例を説明
する。これらの図において、１は円板状圧電磁器であ
り、この超音波放射面には超音波放射側電極２Ａが、超
音波放射面に対向する対向面には対向電極２Ｂがそれぞ
れめっき等で形成されて圧電振動子ＴＤを構成してい
る。円板状圧電磁器１の超音波放射面側には多数の微小
穴６を形成した網状薄板３が重ねて載置され、円板状圧
電磁器１と共に弾性環状保持体４の挿置溝５に配設され
ている。ここで重要なことは、図２のように圧電磁器１
の超音波放射面と網状薄板３の下面間には毛細管現象で
霧化すべき水、薬液等の液体Ｗが広がることができるよ
うに微小な隙間Ｇが存在することであり、この微小な隙
間Ｇは圧電磁器１に対して僅かに遊びを持たせて網状薄
板３を保持体４で保持することで実現できる。前記網状
薄板３はステンレスで、その肉厚は数１０μmであり、
これに形成された多数の微小穴６の穴径Ｄは約１０μm
乃至１００μm程度である。なお、７は圧電磁器１上に
霧化すべき液体を適量滴下させる給水細管である。
する。これらの図において、１は円板状圧電磁器であ
り、この超音波放射面には超音波放射側電極２Ａが、超
音波放射面に対向する対向面には対向電極２Ｂがそれぞ
れめっき等で形成されて圧電振動子ＴＤを構成してい
る。円板状圧電磁器１の超音波放射面側には多数の微小
穴６を形成した網状薄板３が重ねて載置され、円板状圧
電磁器１と共に弾性環状保持体４の挿置溝５に配設され
ている。ここで重要なことは、図２のように圧電磁器１
の超音波放射面と網状薄板３の下面間には毛細管現象で
霧化すべき水、薬液等の液体Ｗが広がることができるよ
うに微小な隙間Ｇが存在することであり、この微小な隙
間Ｇは圧電磁器１に対して僅かに遊びを持たせて網状薄
板３を保持体４で保持することで実現できる。前記網状
薄板３はステンレスで、その肉厚は数１０μmであり、
これに形成された多数の微小穴６の穴径Ｄは約１０μm
乃至１００μm程度である。なお、７は圧電磁器１上に
霧化すべき液体を適量滴下させる給水細管である。
【００１２】図３は第１実施例に示した圧電磁器１に電
極２Ａ，２Ｂを形成してなる圧電振動子ＴＤを駆動する
ための駆動回路の具体例を示す。この図において、Ｑは
発振用トランジスタ、Ｔ1は昇圧トランス、Ｔ2は同調用
トランスであり、同調用トランスＴ2の一次巻線Ｎ1は圧
電振動子ＴＤに直列に挿入され、二次巻線Ｎ2にはコン
デンサＣ1が並列に接続されて圧電磁器１の厚さ方向の
共振周波数に同調する同調回路（並列共振回路）を構成
している。また、Ｃ2は直流阻止用コンデンサ、Ｒはベ
ースバイアス抵抗、Ｅは６〜１２Ｖの直流電源（例えば
電池）である。
極２Ａ，２Ｂを形成してなる圧電振動子ＴＤを駆動する
ための駆動回路の具体例を示す。この図において、Ｑは
発振用トランジスタ、Ｔ1は昇圧トランス、Ｔ2は同調用
トランスであり、同調用トランスＴ2の一次巻線Ｎ1は圧
電振動子ＴＤに直列に挿入され、二次巻線Ｎ2にはコン
デンサＣ1が並列に接続されて圧電磁器１の厚さ方向の
共振周波数に同調する同調回路（並列共振回路）を構成
している。また、Ｃ2は直流阻止用コンデンサ、Ｒはベ
ースバイアス抵抗、Ｅは６〜１２Ｖの直流電源（例えば
電池）である。
【００１３】この図３の駆動回路は自励発振回路であ
り、第１実施例の構成では圧電振動子ＴＤを厚さ方向の
共振点ｆrに近い点で駆動する方が霧化効率が高い点に
鑑み、電流帰還型の回路構成である。図３の回路でトラ
ンジスタＱがオンすると、圧電振動子ＴＤに電圧が加わ
って圧電振動子の共振周波数に等しい振動が発生し、同
調用トランスＴ2により選択された所望の共振電流（厚
さ方向の共振によるもの）がトランジスタＱに帰還さ
れ、トランジスタＱは再度オンとなる。この回路は振動
子電流Ｉtが最大、すなわち圧電振動子ＴＤの共振点ｆr
に近い点で発振が持続することとなる。
り、第１実施例の構成では圧電振動子ＴＤを厚さ方向の
共振点ｆrに近い点で駆動する方が霧化効率が高い点に
鑑み、電流帰還型の回路構成である。図３の回路でトラ
ンジスタＱがオンすると、圧電振動子ＴＤに電圧が加わ
って圧電振動子の共振周波数に等しい振動が発生し、同
調用トランスＴ2により選択された所望の共振電流（厚
さ方向の共振によるもの）がトランジスタＱに帰還さ
れ、トランジスタＱは再度オンとなる。この回路は振動
子電流Ｉtが最大、すなわち圧電振動子ＴＤの共振点ｆr
に近い点で発振が持続することとなる。
【００１４】さて、図３の如き駆動回路で図１の第１実
施例の圧電振動子ＴＤの電極２Ａ，２Ｂ間に高周波電圧
（例えば２.４ＭＨz）を印加して圧電振動子ＴＤに厚さ
方向の共振による超音波振動を行わせておき、かつ給水
細管７より霧化すべき水、薬液等の液体を圧電磁器縁部
に滴下すると、滴下した液体は図２のように毛細管現象
で圧電磁器１の超音波放射面と網状薄板３の下面間の微
小な隙間Ｇに入って広がり網状薄板３の各微小穴６に入
って微小液柱を形成する。そして、多数の微小液柱の先
端部分が圧電磁器１の厚さ方向の超音波振動で霧化され
て霧化粒子として空中に放出される。
施例の圧電振動子ＴＤの電極２Ａ，２Ｂ間に高周波電圧
（例えば２.４ＭＨz）を印加して圧電振動子ＴＤに厚さ
方向の共振による超音波振動を行わせておき、かつ給水
細管７より霧化すべき水、薬液等の液体を圧電磁器縁部
に滴下すると、滴下した液体は図２のように毛細管現象
で圧電磁器１の超音波放射面と網状薄板３の下面間の微
小な隙間Ｇに入って広がり網状薄板３の各微小穴６に入
って微小液柱を形成する。そして、多数の微小液柱の先
端部分が圧電磁器１の厚さ方向の超音波振動で霧化され
て霧化粒子として空中に放出される。
【００１５】この第１実施例の場合、網状薄板３の存在
によって非常に薄く均一な液体の膜が圧電磁器１の超音
波放射面と網状薄板下面間に得られるため、霧化に寄与
する面積が広く圧電磁器１の超音波振動を霧化エネルギ
ーに効率的に変換でき、圧電振動子ＴＤへの入力電力
３.５Ｗで２cc/分の霧化量が得られている。さらに、金
属ホーン等は不要であり、小型軽量化にも適する。
によって非常に薄く均一な液体の膜が圧電磁器１の超音
波放射面と網状薄板下面間に得られるため、霧化に寄与
する面積が広く圧電磁器１の超音波振動を霧化エネルギ
ーに効率的に変換でき、圧電振動子ＴＤへの入力電力
３.５Ｗで２cc/分の霧化量が得られている。さらに、金
属ホーン等は不要であり、小型軽量化にも適する。
【００１６】図４は本発明の第２実施例を示す。この場
合、給水細管の代わりに吸水部材を帯状に形成した吸水
帯２１を用いて網状薄板３の縁部分上に適量の水、薬液
等の液体を供給するようにしている。その他の構成は前
述の第１実施例と同じである。
合、給水細管の代わりに吸水部材を帯状に形成した吸水
帯２１を用いて網状薄板３の縁部分上に適量の水、薬液
等の液体を供給するようにしている。その他の構成は前
述の第１実施例と同じである。
【００１７】図５は本発明の第３実施例を示す。この場
合、圧電磁器１に電極２Ａ，２Ｂを形成した圧電振動子
ＴＤ及びこの超音波放射面に重ねて載置された網状薄板
３は下部が水、薬液等の液体Ｗに浸るように配置され
る。但し、圧電振動子ＴＤの裏側に液体が浸入しないよ
うに弾性環状保持体４は液体Ｗに浸る部分が防水構造と
なっていることが望ましい。なお、その他の構造は前述
の第１実施例と同じである。
合、圧電磁器１に電極２Ａ，２Ｂを形成した圧電振動子
ＴＤ及びこの超音波放射面に重ねて載置された網状薄板
３は下部が水、薬液等の液体Ｗに浸るように配置され
る。但し、圧電振動子ＴＤの裏側に液体が浸入しないよ
うに弾性環状保持体４は液体Ｗに浸る部分が防水構造と
なっていることが望ましい。なお、その他の構造は前述
の第１実施例と同じである。
【００１８】図５の第３実施例では、液中に浸った網状
薄板３と圧電磁器１の超音波放射面との微小な隙間から
毛細管現象で液体が上昇して前記超音波放射面のほぼ全
域に広がり、第１実施例の場合と同様に広い霧化面積で
効率的な霧化ができる。しかも、給水手段を別個に設け
る必要性が無い利点もある。
薄板３と圧電磁器１の超音波放射面との微小な隙間から
毛細管現象で液体が上昇して前記超音波放射面のほぼ全
域に広がり、第１実施例の場合と同様に広い霧化面積で
効率的な霧化ができる。しかも、給水手段を別個に設け
る必要性が無い利点もある。
【００１９】なお、上記図２では、網状薄板３の微小穴
６として下部に向かって穴径が広がったテーパー穴の場
合を図示しているが、上から下まで同一穴径となったス
トレートな穴でも差し支えない。
６として下部に向かって穴径が広がったテーパー穴の場
合を図示しているが、上から下まで同一穴径となったス
トレートな穴でも差し支えない。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液体霧化に寄与する霧化面積が広く、圧電磁器の超音波
振動を有効に霧化に利用できる効率の高い超音波霧化器
を構成でき、しかも振幅拡大のためのホーンを必要とし
ないので、小型軽量であるという効果があり、とくに電
池を電源とする吸入器等の用途に使用すれば効果が大き
い。
液体霧化に寄与する霧化面積が広く、圧電磁器の超音波
振動を有効に霧化に利用できる効率の高い超音波霧化器
を構成でき、しかも振幅拡大のためのホーンを必要とし
ないので、小型軽量であるという効果があり、とくに電
池を電源とする吸入器等の用途に使用すれば効果が大き
い。
【図１】本発明に係る超音波霧化器の第１実施例を示す
正断面図である。
正断面図である。
【図２】第１実施例の動作を説明するための要部拡大断
面図である。
面図である。
【図３】第１実施例で用いた圧電振動子を駆動する駆動
回路の具体例を示す回路図である。
回路の具体例を示す回路図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す正断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す正断面図である。
【図６】超音波霧化器の従来例を示す側面図である。
【図７】同正面図である。
【図８】他の従来例を示す側面図である。
１ 円板状圧電磁器 ２Ａ，２Ｂ 電極 ３ 網状薄板 ４ 弾性環状保持体 ５ 挿置溝 ６ 微小穴 ７ 給水細管 ２１ 吸水帯
Claims (1)
- 【請求項１】 圧電磁器上に網状薄板を載置し、前記圧
電磁器と前記網状薄板との隙間に液体を供給し、前記圧
電磁器の厚さ方向の共振による超音波振動で前記液体を
霧化することを特徴とする超音波霧化器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3149252A JP2532006B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 超音波霧化器 |
| US07/889,067 US5299739A (en) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | Ultrasonic wave nebulizer |
| DE69210096T DE69210096T2 (de) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | Ultraschallzerstäuber |
| EP92420177A EP0516565B1 (en) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | An ultrasonic wave nebulizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3149252A JP2532006B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 超音波霧化器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04349961A JPH04349961A (ja) | 1992-12-04 |
| JP2532006B2 true JP2532006B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=15471201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3149252A Expired - Lifetime JP2532006B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 超音波霧化器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2532006B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06277590A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-04 | Daishinku Co | 超音波霧化装置 |
| EP1602414B1 (en) * | 1995-08-07 | 2008-03-05 | Omron Healthcare Co., Ltd. | Atomizer and atomizing method utilizing surface acoustic waves |
| JP4947360B2 (ja) * | 2007-04-05 | 2012-06-06 | 株式会社タムラ製作所 | 霧化装置 |
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-
1991
- 1991-05-27 JP JP3149252A patent/JP2532006B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04349961A (ja) | 1992-12-04 |
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