JP2599844B2 - Ultrasonic generator - Google Patents

Ultrasonic generator

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JP2599844B2
JP2599844B2 JP17748791A JP17748791A JP2599844B2 JP 2599844 B2 JP2599844 B2 JP 2599844B2 JP 17748791 A JP17748791 A JP 17748791A JP 17748791 A JP17748791 A JP 17748791A JP 2599844 B2 JP2599844 B2 JP 2599844B2
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vibrating
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ultrasonic
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耕司 戸田
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耕司 戸田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子に振動板を
固着してなる超音波発生素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic wave generating element having a vibration plate fixed to a piezoelectric vibrator.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波発生素子の応用例の1つとして超
音波霧化装置がある。従来の超音波発生素子を用いた超
音波霧化装置としては、ボルト締ランジュバン型振動子
を応用した超音波霧化装置およびネブライザーが挙げら
れる。ボルト締ランジュバン型振動子による霧化装置は
数10kHzという周波数の超音波を利用したもので、多
量の霧を発生しうるという長所を有するが、構造が複雑
で素子が大がかりであるという短所をあわせもつ。一
方、ネブライザーは、MHz領域の超音波を利用したもの
で、粒子が微小で均一性に優れるという長所を有するも
のの、霧化効率が悪く低電力で多量の霧を発生させるの
が難しいという短所をもつ。つまり、従来の超音波霧化
装置では、霧化効率、多量霧化、粒子の微小性または駆
動電源コストのいずれかにおいて難点があった。
2. Description of the Related Art An ultrasonic atomizer is one of the applications of ultrasonic generators. Examples of the ultrasonic atomizing device using the conventional ultrasonic wave generating element include an ultrasonic atomizing device and a nebulizer to which a bolted Langevin type vibrator is applied. The atomization device using a bolted Langevin type vibrator uses ultrasonic waves with a frequency of several tens of kHz and has the advantage of generating a large amount of fog, but also has the disadvantage of a complicated structure and a large element Have. Nebulizers, on the other hand, use ultrasonic waves in the MHz range and have the advantage of fine particles and excellent uniformity, but have the disadvantage of poor atomization efficiency and the difficulty of generating large amounts of fog with low power. Hold. That is, the conventional ultrasonic atomizer has a problem in atomization efficiency, mass atomization, fineness of particles, or driving power supply cost.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波発生素子
を用いた超音波霧化装置では、霧化効率、低電力での多
量霧化、粒子の微小性または駆動電源コストのいずれか
において難点があった。
A conventional ultrasonic atomizing apparatus using an ultrasonic generating element has a disadvantage in atomizing efficiency, large-volume atomization with low power, fineness of particles, or driving power supply cost. was there.

【0004】本発明の目的は、霧化効率、多量霧化、粒
子の微小性かつ均一性、装置が小型かつ軽量であるこ
と、構造が簡単であることおよび駆動電源コストのどの
面からみても満足のできる超音波霧化装置のための超音
波発生素子を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an atomizing efficiency, a large amount of atomization, fine and uniform particle size, a small and lightweight device, a simple structure, and a low driving power cost. It is to provide an ultrasonic generating element for a satisfactory ultrasonic atomizing device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の超音波
発生素子は、圧電振動子に振動板を固着してなる超音波
発生素子において、前記振動板にはその厚さ方向に貫通
する多数の穴が設けてあり、前記圧電振動子は柱状の圧
電磁器と、該圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面に形成
されている電極とから成り、前記穴における前記振動板
の一方の開口面積と他方の開口面積とが異なることを特
徴とする。
An ultrasonic wave generating element according to claim 1 is an ultrasonic wave generating element in which a vibration plate is fixed to a piezoelectric vibrator, and the vibration plate penetrates in the thickness direction thereof. A large number of holes are provided, and the piezoelectric vibrator includes a columnar piezoelectric ceramic, and electrodes formed on both end surfaces perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic, and one of the vibration plates in the hole. The opening area is different from the other opening area.

【0006】請求項2に記載の超音波発生素子は、前記
振動板が、前記圧電振動子の電極を有する少なくとも一
つの端面上に一体的に連なって固着されており、前記圧
電振動子の外方に向けて前記圧電振動子の該端面にほぼ
平行に突出する振動部を有し、前記穴は前記振動部に設
けられていることを特徴とする。
According to another aspect of the ultrasonic wave generating element of the present invention, the vibrating plate is integrally and fixedly adhered to at least one end surface of the piezoelectric vibrator, the end surface having electrodes of the piezoelectric vibrator. A vibrating part projecting substantially in parallel to the end face of the piezoelectric vibrator toward the side, and the hole is provided in the vibrating part.

【0007】請求項3に記載の超音波発生素子は、前記
圧電振動子の共振周波数が、前記圧電振動子と前記振動
板との複合体における2つの共振周波数の中間値にほぼ
等しいことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic generating element, a resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to an intermediate value between two resonance frequencies in a composite body of the piezoelectric vibrator and the vibration plate. And

【0008】請求項4に記載の超音波発生素子は、前記
圧電振動子が、長さと幅の寸法比が1に近くしかも1に
等しくない矩形状の板であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic generating element, the piezoelectric vibrator is a rectangular plate whose dimensional ratio between length and width is close to 1 and not equal to 1.

【0009】請求項5に記載の超音波発生素子は、前記
圧電振動子が、厚さと幅の寸法比が1に近くしかも1に
等しくない矩形状の角柱であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the ultrasonic generating element, the piezoelectric vibrator is a rectangular prism having a dimensional ratio of thickness to width close to 1 and not equal to 1.

【0010】請求項6に記載の超音波発生素子は、前記
一方の端面に形成されている電極が互いに絶縁された2
つの部分に分割されていることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the ultrasonic wave generating element, the electrodes formed on the one end face are insulated from each other.
It is divided into two parts.

【0011】請求項7に記載の超音波発生素子は。前記
圧電磁器が、該圧電磁器の分極軸に平行に貫通された貫
通穴を有し、前記振動板は、前記貫通穴の開口を覆う位
置または該貫通穴の内部に前記分極軸に垂直な端面にほ
ぼ平行に少なくとも1箇所に設けてあり、前記振動板の
周縁は前記圧電振動子に固着されており、前記圧電振動
子に固着されている固着部分に囲まれている部分の振動
板は振動部を成し、前記穴は前記振動部に設けられてい
ることを特徴とする
An ultrasonic generating element according to a seventh aspect is provided. The piezoelectric ceramic has a through hole penetrating in parallel with the polarization axis of the piezoelectric ceramic, and the vibration plate has an end surface perpendicular to the polarization axis at a position covering the opening of the through hole or inside the through hole. The vibrating plate is fixed to at least one place substantially in parallel with the piezoelectric vibrator, and a peripheral edge of the vibrating plate is fixed to the piezoelectric vibrator. And the hole is provided in the vibrating part.

【0012】請求項8に記載の超音波発生素子は、前記
圧電振動子の共振周波数のうちの1つが前記圧電振動子
と前記振動板との複合体の共振周波数のうちの1つにほ
ぼ等しいことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, one of the resonance frequencies of the piezoelectric vibrator is substantially equal to one of the resonance frequencies of a composite of the piezoelectric vibrator and the vibration plate. It is characterized by

【0013】請求項9に記載の超音波発生素子は、前記
圧電振動子が矩形状または円環状で、前記圧電振動子の
分極軸の方向の長さと、前記端面の外縁と内縁との最短
距離との比はほぼ1に等しいことを特徴とする。
In the ultrasonic wave generating element according to claim 9, the piezoelectric vibrator is rectangular or annular, and the length in the direction of the polarization axis of the piezoelectric vibrator and the shortest distance between the outer edge and the inner edge of the end face. Is characterized in that the ratio to and is approximately equal to 1.

【0014】[0014]

【作用】請求項1に記載の超音波発生素子を用いた超音
波霧化装置の使用時、前記圧電振動子には前記圧電振動
子と前記振動板との複合体の共振周波数にほぼ等しい周
波数の交流信号が印加され、前記圧電振動子は励振され
る。前記圧電振動子の励振は前記振動板を振動させ、前
記振動板に供給された液体は前記振動板に設けられてい
る多数の穴の効果により霧化される。前記圧電振動子は
圧電磁器とその圧電磁器の厚さ方向に垂直な両面に形成
されている電極とからなり、交流電圧は該電極を介して
前記圧電振動子に印加される。本発明の超音波発生素子
ではこのように簡単な構造の圧電振動子を採用し、その
圧電振動子に対し振動板を所定の位置に設けた。従っ
て、本発明の超音波発生素子を用いた超音波霧化装置は
装置の小型化が可能で、しかも高い効率で液体を霧化す
ることができる。その上、振動板に設けられている穴の
一方の開口面積と他方の開口面積とが異なることによ
り、霧の粒子の微小性、均一性を促すことができる。ま
た、振動板を複数個用いることにより、超音波霧化装置
の霧の粒子の微小性を向上できる。
When the ultrasonic atomizer using the ultrasonic generator according to claim 1 is used, the piezoelectric vibrator has a frequency substantially equal to a resonance frequency of a complex of the piezoelectric vibrator and the vibration plate. Is applied, and the piezoelectric vibrator is excited. Excitation of the piezoelectric vibrator causes the vibrating plate to vibrate, and the liquid supplied to the vibrating plate is atomized by the effect of a large number of holes provided in the vibrating plate. The piezoelectric vibrator comprises a piezoelectric ceramic and electrodes formed on both surfaces of the piezoelectric ceramic perpendicular to the thickness direction, and an alternating voltage is applied to the piezoelectric vibrator via the electrodes. In the ultrasonic generating element of the present invention, a piezoelectric vibrator having such a simple structure is employed, and a vibration plate is provided at a predetermined position with respect to the piezoelectric vibrator. Therefore, the ultrasonic atomizing device using the ultrasonic wave generating element of the present invention can downsize the device and can atomize the liquid with high efficiency. In addition, since the opening area of one of the holes provided in the diaphragm is different from the opening area of the other hole, the fineness and uniformity of the mist particles can be promoted. Further, by using a plurality of diaphragms, the fineness of the particles of the mist of the ultrasonic atomizing device can be improved.

【0015】請求項2に記載の超音波発生素子は、前記
振動板が前記圧電振動子の電極を有する少なくとも一つ
の面上に一体的に連なって固着されていることにより、
前記振動板は前記固着部を固定端とする片持ち梁の形で
振動するから、前記振動板に液体を供給した場合、該液
体はその弾性振動により霧化され、その振動板の垂直上
方に向けて霧として放散される。前記振動部の振動と前
記振動部に設けられている穴の作用との相乗効果によっ
て液体の霧化作用は促進され、霧の発生量が増加しかつ
粒子の径が均一になる。
According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic generating element, the vibrating plate is integrally and continuously fixed on at least one surface of the piezoelectric vibrator having electrodes.
Since the diaphragm vibrates in the form of a cantilever having the fixed portion as a fixed end, when liquid is supplied to the diaphragm, the liquid is atomized by its elastic vibration, and is vertically above the diaphragm. It is released as a fog toward. Due to the synergistic effect of the vibration of the vibrating part and the function of the hole provided in the vibrating part, the atomizing action of the liquid is promoted, and the amount of generated mist increases and the particle diameter becomes uniform.

【0016】請求項3に記載の超音波発生素子では、前
記圧電振動子の共振周波数が前記圧電振動子と前記振動
板との複合体における2つの共振周波数の中間値にほぼ
等しいから、その共通の共振周波数の電圧を前記圧電振
動子に印加することにより、前記振動板は効率的に励振
される。従って前記振動板に液体を供給した場合、霧化
効率が促進され、霧の発生量はさらに増大する。
In the ultrasonic wave generating element according to claim 3, since the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to the intermediate value of the two resonance frequencies in the composite of the piezoelectric vibrator and the vibration plate, they are common. By applying a voltage having the resonance frequency of 1 to the piezoelectric vibrator, the diaphragm is efficiently excited. Therefore, when liquid is supplied to the diaphragm, atomization efficiency is promoted, and the amount of mist generated further increases.

【0017】請求項4に記載の超音波発生素子では、前
記圧電振動子が長さと幅の寸法比が1に近くてしかも1
に等しくない矩形状の板であることにより、前記圧電振
動子と前記振動板との複合体の結合振動が増強される。
従って、本発明の超音波発生素子を用いた超音波霧化装
置の霧化効率が促進される。
In the ultrasonic wave generating device according to the fourth aspect, the piezoelectric vibrator has a dimension ratio of length to width close to 1 and 1
By virtue of the rectangular plate not being equal to, the coupled vibration of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibration plate is enhanced.
Therefore, the atomization efficiency of the ultrasonic atomizer using the ultrasonic generating element of the present invention is promoted.

【0018】請求項5に記載の超音波発生素子では、前
記圧電振動子が厚さと幅の寸法比が1に近くてしかも1
に等しくない矩形状の角柱であることにより、前記圧電
振動子と前記振動板との複合体の結合振動が増強され
る。従って、本発明の超音波発生素子を用いた超音波霧
化装置の霧化効率が促進される。
In the ultrasonic wave generating device according to the fifth aspect, the piezoelectric vibrator has a dimensional ratio of thickness to width close to one, and moreover, one.
Due to the rectangular prism not equal to the above, the combined vibration of the composite body of the piezoelectric vibrator and the vibration plate is enhanced. Therefore, the atomization efficiency of the ultrasonic atomizing device using the ultrasonic wave generating element of the present invention is promoted.

【0019】請求項6に記載の超音波発生素子では、前
記一方の端面に形成されている電極が互いに絶縁された
2つの部分に分割されていることから、一方の前記部分
に設けられている電極を自励式電源のための電極として
用いることができる。従って、本発明の超音波発生素子
では低消費電力でしかも安定で効率のよい弾性振動を発
生させることができるから、本発明の超音波発生素子を
用いた超音波霧化装置の霧化効率が促進される。
In the ultrasonic wave generating device according to the sixth aspect, since the electrode formed on the one end face is divided into two parts insulated from each other, it is provided on one of the parts. The electrodes can be used as electrodes for self-excited power supplies. Therefore, the ultrasonic generating element of the present invention can generate stable and efficient elastic vibration with low power consumption, so that the atomizing efficiency of the ultrasonic atomizing apparatus using the ultrasonic generating element of the present invention is improved. Be promoted.

【0020】請求項7に記載の超音波発生素子では、前
記圧電磁器は前記圧電磁器の分極軸に平行に貫通された
貫通穴を有し、前記振動板は、前記貫通穴の開口を覆う
位置または該貫通穴の内部に前記分極軸に垂直な端面に
ほぼ平行に少なくとも1箇所に設けられていることか
ら、前記圧電振動子の振動エネルギーは効率良く前記振
動板に伝搬し、前記振動板を振動させるので、本発明の
超音波発生素子を用いた超音波霧化装置の霧化効率を増
大させることができる。前記圧電振動子に固着されてい
る固着部分に囲まれた部分の振動板は振動部を成すこと
により、該振動部は前記圧電振動子と一体となった結合
振動をするから、前記振動部に供給された液体はその結
合振動により霧化され、前記振動板に垂直な上方に向け
て霧として放散される。前記振動部の振動と、前記振動
部に設けられている穴の作用との相乗効果によって、前
記振動部に供給された液体の霧化効率は促進され、霧の
発生量は増大しかつ粒子の径が均一になる。
[0020] In the ultrasonic generating element according to claim 7, the piezoelectric ceramic has a through-hole penetrating in parallel with the polarization axis of the piezoelectric ceramic, and the diaphragm covers an opening of the through-hole. Alternatively, the vibration energy of the piezoelectric vibrator is efficiently propagated to the vibration plate because the vibration energy is provided in at least one position substantially parallel to the end surface perpendicular to the polarization axis inside the through hole, and the vibration plate is Since it vibrates, the atomization efficiency of the ultrasonic atomization device using the ultrasonic wave generation element of the present invention can be increased. The vibrating part forms a vibrating part, and the vibrating part performs combined vibration integrated with the piezoelectric vibrator by forming a vibrating part. The supplied liquid is atomized by the combined vibration, and is emitted as a mist toward the upper side perpendicular to the diaphragm. Due to the synergistic effect of the vibration of the vibrating part and the action of the hole provided in the vibrating part, the atomization efficiency of the liquid supplied to the vibrating part is promoted, the amount of mist generated increases, and The diameter becomes uniform.

【0021】請求項8に記載の超音波発生素子では、前
記圧電振動子の共振周波数のうちの1つが前記圧電振動
子と前記振動板との複合体の共振周波数のうちの1つに
ほぼ等しくなるときの電圧が前記圧電振動子に印加され
ることにより、本発明の超音波発生素子を用いた超音波
霧化装置の霧化効率が促進され霧の発生量はさらに増加
する。
In one embodiment, one of the resonance frequencies of the piezoelectric vibrator is substantially equal to one of the resonance frequencies of a composite of the piezoelectric vibrator and the vibration plate. When the voltage is applied to the piezoelectric vibrator, the atomization efficiency of the ultrasonic atomizer using the ultrasonic generating element of the present invention is promoted, and the amount of mist generated further increases.

【0022】請求項9に記載の超音波発生素子では、前
記圧電振動子が矩形状または円環状で、前記圧電振動子
の分極軸の方向の長さと、前記端面の外縁と内縁との最
短距離との比がほぼ1に等しい構造を採用することによ
り、前記圧電振動子と前記振動板との複合体の結合振動
が増強される。従って、本発明の超音波発生素子を用い
た超音波霧化装置の霧化効率がさらに増大する。
According to a ninth aspect of the present invention, the piezoelectric vibrator has a rectangular or annular shape, and has a length in a direction of a polarization axis of the piezoelectric vibrator and a shortest distance between an outer edge and an inner edge of the end face. By employing a structure having a ratio of approximately equal to 1, the combined vibration of the composite body of the piezoelectric vibrator and the vibration plate is enhanced. Therefore, the atomization efficiency of the ultrasonic atomizer using the ultrasonic generator of the present invention is further increased.

【0023】[0023]

【実施例】図1は本発明の超音波発生素子の一実施例を
示す側面図である。本実施例が示すように本発明の超音
波発生素子は銅箔からなる端子P,Qが取り付けられて
いる圧電振動子1と、振動板2とから成る複合体であ
る。圧電振動子1は矩形板状の圧電磁器3を有し、圧電
磁器3の材質はTDK72A材(製品名)で、その長さ
は22mm、幅は20mm、厚さは1mmである。TDK72
A材は電気機械結合係数が大きいことから、ここでの実
施例に用いている。圧電磁器3の分極軸の方向は厚さ方
向に一致しており、この厚さ方向に垂直な両面にAu電
極4およびAu電極5が形成されている。Au電極4は
圧電磁器3の一方の面を覆い、Au電極5は圧電磁器3
のもう一方の面をおおっている。Au電極4には端子P
が取り付けられ、Au電極5には端子Qが取り付けられ
ている。端子Pおよび端子Qは圧電磁器3の幅方向に沿
う一方の縁部に配置されている。圧電振動子1の一方の
面には、舌片状の振動板2が取り付けられている。
1 is a side view showing an embodiment of an ultrasonic wave generating element of the present invention. As shown in this embodiment, the ultrasonic wave generating element of the present invention is a composite body including the piezoelectric vibrator 1 to which terminals P and Q made of copper foil are attached, and the vibrating plate 2. The piezoelectric vibrator 1 has a piezoelectric ceramic 3 having a rectangular plate shape. The material of the piezoelectric ceramic 3 is TDK72A (product name), its length is 22 mm, its width is 20 mm, and its thickness is 1 mm. TDK72
Material A is used in the embodiment here because it has a large electromechanical coupling coefficient. The direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic 3 coincides with the thickness direction, and the Au electrode 4 and the Au electrode 5 are formed on both surfaces perpendicular to this thickness direction. The Au electrode 4 covers one surface of the piezoelectric ceramic 3, and the Au electrode 5
Covers the other side of the. The Au electrode 4 has a terminal P
Are attached, and a terminal Q is attached to the Au electrode 5. The terminals P and Q are arranged at one edge of the piezoelectric ceramic 3 along the width direction. A tongue-shaped diaphragm 2 is attached to one surface of the piezoelectric vibrator 1.

【0024】図2は前記超音波発生素子の平面図であ
る。振動板2はニッケル製で、細長い板状の固着部6に
おいて圧電振動子1と一体に連なって固着されており、
圧電振動子1より突出している部分の振動板2が振動部
7をなしている。固着部6はAu電極4を介して圧電振
動子1に接着剤で接着されている。振動板2は長さ20
mm、幅20mm、厚さ0.05mmである。固着部6は長さ
20mm、幅3mm、厚さ0.05mmである。振動部7は圧
電振動子1の幅方向に沿う縁部から外方に向けて圧電振
動子1の板面に平行に伸び突出している。振動部7は長
さ17mm、幅20mm、厚さ0.05mmである。
FIG. 2 is a plan view of the ultrasonic wave generating element. The vibrating plate 2 is made of nickel, and is fixed integrally with the piezoelectric vibrator 1 at the long and thin plate-shaped fixing portion 6.
A portion of the vibrating plate 2 protruding from the piezoelectric vibrator 1 forms a vibrating portion 7. The fixing portion 6 is bonded to the piezoelectric vibrator 1 via an Au electrode 4 with an adhesive. The diaphragm 2 has a length of 20
mm, width 20 mm, and thickness 0.05 mm. The fixed portion 6 has a length of 20 mm, a width of 3 mm and a thickness of 0.05 mm. The vibrating portion 7 extends and protrudes outward from an edge portion along the width direction of the piezoelectric vibrator 1 in parallel to the plate surface of the piezoelectric vibrator 1. The vibrating section 7 has a length of 17 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.05 mm.

【0025】図3は図2における振動部7の部分拡大平
面図、図4は板面に垂直な平面で切断したときに現れる
振動部7の断面図である。振動部7にはその厚さ方向に
貫通する微細な多数の穴8が設けられている。穴8の形
状はすり鉢状であって、一方の開口面積が他方の開口面
積より大きいものをここでの実施例で用いていて、一方
の開口を入口側とし、他方を出口側としている。入口側
の直径は0.1mm、出口側の直径は0.02mmであっ
て、穴8は等しいピッチで配列されている。
FIG. 3 is a partially enlarged plan view of the vibrating portion 7 in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the vibrating portion 7 which appears when cut along a plane perpendicular to the plate surface. The vibrating portion 7 is provided with a large number of fine holes 8 penetrating in the thickness direction thereof. The hole 8 has a mortar shape, and one having an opening area larger than the other opening area is used in this embodiment, and one opening is used as an inlet side and the other is used as an outlet side. The diameter on the inlet side is 0.1 mm and the diameter on the outlet side is 0.02 mm, and the holes 8 are arranged at an equal pitch.

【0026】図5は長さ20mm、幅5mm、厚さ6mmの圧
電振動子11と、長さ10.5mm、幅5mm、厚さ0.0
4mmの振動部17と長さ1.5mm、幅5mm、厚さ0.0
4mmの固着部18を有する振動板16とを備えた超音波
発生素子の一実施例を示す斜視図である。振動部17に
はその厚さ方向に貫通する微細な多数の穴が設けられて
いて、その穴の形状は図3および図4の穴8と同様であ
るが、入口側の直径は0.06mm、出口側の直径は0.
01mmである。圧電磁器12の分極軸に垂直な両面には
電極13、14、15が形成されている。電極13およ
び14は同一面上に設けられていて互いに絶縁状態にあ
る。電極13は圧電磁器の長さ方向の先端から15mmの
部位を覆い、圧電振動子11に交流電圧を印加するため
の電極として用いられる。電極14は電極13から1mm
離れた残りの部分を覆い、自励式電源のための電極とし
て用いられる。本実施例を用いた超音波霧化装置は、周
波数が約100kHzで霧化量が最大となり、霧の粒子も
微小かつ均一になることが確認された。
FIG. 5 shows a piezoelectric vibrator 11 having a length of 20 mm, a width of 5 mm and a thickness of 6 mm, and a length of 10.5 mm, a width of 5 mm and a thickness of 0.0.
4mm vibrating part 17 and length 1.5mm, width 5mm, thickness 0.0
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of an ultrasonic wave generating element including a vibration plate 16 having a fixing portion 18 of 4 mm. The vibrating portion 17 is provided with a large number of fine holes penetrating in its thickness direction, and the shape of the holes is the same as the hole 8 in FIGS. 3 and 4, but the diameter on the inlet side is 0.06 mm. The diameter on the outlet side is 0.
It is 01 mm. Electrodes 13, 14, 15 are formed on both surfaces of the piezoelectric ceramic 12 perpendicular to the polarization axis. The electrodes 13 and 14 are provided on the same surface and are insulated from each other. The electrode 13 covers a portion 15 mm from the longitudinal end of the piezoelectric ceramic, and is used as an electrode for applying an AC voltage to the piezoelectric vibrator 11. Electrode 14 is 1 mm from electrode 13
Covers the rest of the distance and is used as an electrode for a self-excited power supply. It was confirmed that the ultrasonic atomizer using this example had the maximum amount of atomization at a frequency of about 100 kHz, and the fog particles were fine and uniform.

【0027】図6は図1に示す超音波発生素子が超音波
霧化装置に応用された場合の一実施例を示す断面図であ
る。本実施例は図1に示す超音波発生素子と、貯液室2
1と、保液材22と支持台23とから成る。図6には圧
電振動子1に交流電圧を供給する電源回路が併せて示し
てあり、使用時には貯液室21は適量の液体で満たして
おく。保液材22の先端は振動板2の下面と接触してい
る。保液材22の末端は貯液室21の下端に固定されて
いて、貯液室21内の液体を吸い上げ振動板2に接触す
ることにより振動板2の下面に液体を供給している。
FIG. 6 is a sectional view showing an embodiment in which the ultrasonic generator shown in FIG. 1 is applied to an ultrasonic atomizer. In this embodiment, the ultrasonic wave generating element shown in FIG.
1, a liquid retaining material 22 and a support 23. FIG. 6 also shows a power supply circuit for supplying an AC voltage to the piezoelectric vibrator 1, and the liquid storage chamber 21 is filled with an appropriate amount of liquid during use. The tip of the liquid retaining material 22 is in contact with the lower surface of the diaphragm 2. The end of the liquid retaining material 22 is fixed to the lower end of the liquid storage chamber 21, and sucks the liquid in the liquid storage chamber 21 and contacts the vibration plate 2 to supply the liquid to the lower surface of the vibration plate 2.

【0028】図6の超音波霧化装置の駆動時、圧電振動
子1と振動板2との複合体における2つの共振周波数の
中間値にほぼ等しい周波数を有する交流信号を端子Pお
よび端子Qを介して圧電振動子1に印加する。このと
き、その交流信号の周波数は圧電振動子1の共振周波数
にほぼ一致している。圧電振動子1は励振され、振動板
2はその固着部6を固定端とする片持ち梁の形で振動さ
れる。圧電振動子1を貯液室21に固定させている支持
台23は発泡スチロール製で、圧電振動子1に比べて音
響インピーダンスが低いことからここでの実施例に用い
ている。支持台23が発泡スチロール製であることによ
り、圧電振動子1からの超音波が支持台23自身に伝搬
し散失されるのが抑制され、振動板2は効率良く振動さ
れる。一方、貯液室21の中の液体は保液材22によっ
て吸い上げられ振動板2の下面に達している。保液材2
2はスポンジ製で吸液能力が大きいばかりでなく、圧電
振動子1に比べて音響インピーダンスが低いことからこ
こでの実施例に用いている。保液材22がスポンジ製で
あることにより、圧電振動子1からの超音波が保液材2
2を介して液体中に伝搬し散失するのが抑制され、振動
板2は効率良く振動される。振動部7に生じる弾性振動
が液体の霧化に有効に機能する。振動部7の振動に伴
い、振動板2の下面に供給された液体は毛細管現象によ
り各穴8に導かれる。前記液体が各穴8を通過すると
き、各穴8の液体の通過面積はその入口側から出口側に
向けて減少するから、前記液体は穴8によって絞り作用
を受け振動部7の上面に流出する。その結果、前記絞り
作用、振動部7の屈曲振動により、穴8から流出した液
体は効率良く霧化される。本実施例の超音波霧化装置に
よれば、印加電圧が9.8Vのときに周波数が114.
6kHzで霧化量が最大となり、そのときの消費電力は2
94mW、電流は30mAである。また電源を含む装置全体
においては消費電力は588mW、電流は60mAである。
When the ultrasonic atomizer of FIG. 6 is driven, an AC signal having a frequency substantially equal to an intermediate value between two resonance frequencies in the composite of the piezoelectric vibrator 1 and the diaphragm 2 is applied to the terminals P and Q. To the piezoelectric vibrator 1. At this time, the frequency of the AC signal substantially matches the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 1. The piezoelectric vibrator 1 is excited, and the vibrating plate 2 is vibrated in the form of a cantilever having the fixed portion 6 as a fixed end. The support 23 for fixing the piezoelectric vibrator 1 to the liquid storage chamber 21 is made of polystyrene foam, and has a lower acoustic impedance than that of the piezoelectric vibrator 1 and is used in this embodiment. Since the support 23 is made of polystyrene foam, the propagation of the ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 to the support 23 itself and the loss of the ultrasonic wave are suppressed, and the diaphragm 2 is vibrated efficiently. On the other hand, the liquid in the liquid storage chamber 21 is sucked up by the liquid retaining material 22 and reaches the lower surface of the diaphragm 2. Liquid retaining material 2
2 is made of sponge and used not only in the liquid absorbing ability but also in the acoustic impedance is lower than that of the piezoelectric vibrator 1 in this embodiment. Since the liquid retaining material 22 is made of sponge, the ultrasonic waves from the piezoelectric vibrator 1 are transmitted by the liquid retaining material 2.
The vibration plate 2 is suppressed from propagating through the liquid and dissipating, and the diaphragm 2 is efficiently vibrated. The elastic vibration generated in the vibrating portion 7 effectively functions for atomizing the liquid. Along with the vibration of the vibrating portion 7, the liquid supplied to the lower surface of the vibrating plate 2 is guided to each hole 8 by the capillary phenomenon. When the liquid passes through the holes 8, the passage area of the liquid in the holes 8 decreases from the inlet side to the outlet side, so that the liquid is subjected to the throttling action by the holes 8 and flows out to the upper surface of the vibrating portion 7. I do. As a result, the liquid that has flowed out of the hole 8 is efficiently atomized by the throttle action and the bending vibration of the vibrating section 7. According to the ultrasonic atomizing device of the present embodiment, the frequency is 114.V when the applied voltage is 9.8V.
The amount of atomization becomes maximum at 6kHz, and the power consumption at that time is 2
94 mW, current is 30 mA. The power consumption of the entire apparatus including the power supply is 588 mW, and the current is 60 mA.

【0029】図7は図1の実施例が示す超音波発生素子
において、振動部7の長さを変化させていったときの振
動部7の長さと霧化量との関係を示す特性図である。振
動部の長さが17mmのときに霧化量は最大値27.5ml
/minを示す。また図8は振動部7の長さと霧の噴出の高
さとの関係を示す特性図である。ただしこのときの高さ
は斜方向に噴出したものを鉛直上方の値に換算したもの
である。振動部7の長さが17mmのときに霧の高さは1
12cmの最大値に達した。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the vibrating section 7 and the amount of atomization when the length of the vibrating section 7 is changed in the ultrasonic wave generating element shown in the embodiment of FIG. is there. The maximum amount of atomization is 27.5 ml when the length of the vibrating part is 17 mm.
Indicates / min. Further, FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the vibrating portion 7 and the height of ejection of mist. However, the height at this time is a value obtained by converting what is ejected in an oblique direction into a value vertically upward. When the vibrating part 7 has a length of 17 mm, the fog height is 1
The maximum value of 12 cm was reached.

【0030】図9は図1の実施例の圧電振動子1のイン
ピーダンスの位相と周波数との関係を示す特性図であ
り、図10は図1の実施例の圧電振動子1と振動板2と
の複合体についてのインピーダンスの位相と周波数との
関係を示す特性図である。位相が0度のときの周波数の
値が共振周波数を示すので、図9においては圧電振動子
1は4つの共振周波数を有する。faは4つの共振周波
数のうちの2つの共振周波数の中間値を示す。図10で
はfa付近のピークが2つに分かれ、共振周波数fb1
,fb2 を生じ、その中間値f0 が霧化量が最大にな
るときの周波数を示し、f0 はほぼfaと一致する。な
お、振動部7の長さを短くするにつれfb1,fb2 は
高周波側に偏移し、faから遠ざかるので霧化量は減少
する。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the phase and frequency of the impedance of the piezoelectric vibrator 1 of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 10 shows the piezoelectric vibrator 1 and the diaphragm 2 of the embodiment shown in FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between impedance phase and frequency for the composite of FIG. Since the value of the frequency when the phase is 0 degree indicates the resonance frequency, the piezoelectric vibrator 1 has four resonance frequencies in FIG. fa represents an intermediate value of two resonance frequencies among the four resonance frequencies. In FIG. 10, the peak near fa is divided into two, and the resonance frequency fb1
, Fb2, and the intermediate value f0 indicates the frequency at which the amount of atomization is maximized, and f0 substantially coincides with fa. As the length of the vibrating portion 7 is shortened, fb1 and fb2 shift to the high frequency side and move away from fa, so the atomization amount decreases.

【0031】図11は圧電振動子60と振動板70(本
図には描かれていない)とから成る超音波発生素子の一
実施例を示す斜視図、図12は図11の実施例の超音波
発生素子を下面方向から見たときの平面図である。本実
施例は図6の超音波霧化装置における支持台23に取り
付けられた図1の超音波発生素子に代えて用いられる。
圧電振動子60は、分極軸に垂直な両面をそれぞれ端面
とし前記分極軸に平行に貫通された穴を有する円柱状の
圧電磁器61を有し、圧電磁器61の材質はTDK72
A材(製品名)で、直径24mm、厚さ6mmで、前記貫通
穴も円柱状であり、その直径は12mmである。TDK7
2A材は電気機械結合係数が大きいことからここでの実
施例に用いている。前記両端面にはそれぞれAu電極6
2およびAu電極63が形成されている。Au電極62
には端子Pが取り付けられ、Au電極63には端子Qが
取り付けられている。
FIG. 11 is a perspective view showing an embodiment of an ultrasonic wave generating element comprising a piezoelectric vibrator 60 and a vibrating plate 70 (not shown in this figure), and FIG. It is a top view when the sound wave generation element is seen from the lower surface direction. This embodiment is used in place of the ultrasonic wave generating element of FIG. 1 attached to the support base 23 in the ultrasonic atomizing device of FIG.
The piezoelectric vibrator 60 has a columnar piezoelectric ceramic 61 having a hole penetrated in parallel with the polarization axis with both ends perpendicular to the polarization axis as end faces, and the material of the piezoelectric ceramic 61 is TDK72.
Material A (product name) has a diameter of 24 mm and a thickness of 6 mm, and the through-hole is also cylindrical, and its diameter is 12 mm. TDK7
The 2A material has a large electromechanical coupling coefficient and is used in the embodiment here. Au electrodes 6 are provided on both end surfaces, respectively.
2 and an Au electrode 63 are formed. Au electrode 62
Is connected to a terminal P, and a terminal Q is mounted to the Au electrode 63.

【0032】圧電振動子60の下端面の前記貫通穴の開
口を覆う位置には、円板状の振動板70が取り付けられ
ている。振動板70はニッケル製で、輪状の固着部72
によって圧電振動子60と一体的に連なって固着されて
おり、固着部72に囲まれた振動板70が振動部71を
なしている。固着部72はAu電極63を介して圧電振
動子60に固着されている。振動板70の直径は14m
m、厚さ0.05mmである。振動部71の直径は前記貫
通穴の直径と一致しており12mmであり、厚さは0.0
5mmである。振動部71にはその厚さ方向に貫通する微
細な多数の穴が設けられていて、その穴の寸法と形状は
図3および図4の穴8と同一である。なお、圧電振動子
60と振動版70とから成る複合体は振動部71が保液
材22に接するような状態で支持板23に取り付けられ
ている。
A disk-shaped diaphragm 70 is attached to the lower end surface of the piezoelectric vibrator 60 at a position covering the opening of the through hole. The diaphragm 70 is made of nickel and has a ring-shaped fixing portion 72.
The vibrating plate 70, which is integrally connected to the piezoelectric vibrator 60 and is fixed to the piezoelectric vibrator 60, is surrounded by the fixing portion 72 to form the vibrating portion 71. The fixed portion 72 is fixed to the piezoelectric vibrator 60 via the Au electrode 63. Diameter of diaphragm 70 is 14m
m, thickness is 0.05 mm. The vibrating portion 71 has a diameter of 12 mm, which corresponds to the diameter of the through hole, and has a thickness of 0.0
It is 5 mm. The vibrating portion 71 is provided with a large number of fine holes penetrating in the thickness direction, and the size and shape of the holes are the same as those of the holes 8 in FIGS. 3 and 4. The composite including the piezoelectric vibrator 60 and the vibrating plate 70 is attached to the support plate 23 in such a manner that the vibrating part 71 is in contact with the liquid retaining material 22.

【0033】図11および図12に示す超音波発生素子
を図1の超音波発生素子のかわりに備えた図6の超音波
霧化装置の駆動時、前記複合体の共振周波数にほぼ等し
い周波数を有する交流信号を端子Pおよび端子Qを介し
て圧電振動子60に印加する。圧電振動子60は励振さ
れ、固着部72に囲まれた振動部71は圧電振動子60
と一体となって結合振動する。この振動部71の結合振
動が液体の霧化に有効に機能する。
When the ultrasonic atomizing device shown in FIG. 6 is provided with the ultrasonic generating element shown in FIGS. 11 and 12 instead of the ultrasonic generating element shown in FIG. 1, a frequency substantially equal to the resonance frequency of the complex is changed. The AC signal that it has is applied to the piezoelectric vibrator 60 via the terminals P and Q. The piezoelectric vibrator 60 is excited, and the vibrating part 71 surrounded by the fixing part 72 is
And vibrate together. The combined vibration of the vibrating portion 71 effectively functions to atomize the liquid.

【0034】図13は3種類の形状の図11の複合体に
ついての印加電圧と周波数およびそのときの消費電力と
電流との関係を表にして示した特性図である。I型とI
I型は圧電振動子の下端に振動板が固着されている。I
II型はII型と同寸法ではあるが、振動板は圧電振動
子の上端面に固着されている。II型は図11及び図1
2に示す圧電振動子60と振動板70との複合体であ
る。印加電圧が10.7Vのときには周波数が290.
6kHzで霧化量が最大となり、そのときの消費電力は3
20mW、電流は30mAである。また、電源を含む素子全
体においては消費電力は642mW、電流は60mAであ
る。なお、II型と同構造で上部にも振動板を設けた場
合には、II型での特性が保持されたままで霧化率は減
少するものの、極めて微細な霧の発生に有効であること
が確認された。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the applied voltage and frequency and the power consumption and current at that time for the composite body of FIG. 11 having three shapes. Type I and I
In the I type, a vibration plate is fixed to the lower end of the piezoelectric vibrator. I
The type II has the same dimensions as the type II, but the diaphragm is fixed to the upper end surface of the piezoelectric vibrator. Type II is shown in FIG. 11 and FIG.
This is a composite body of the piezoelectric vibrator 60 and the vibration plate 70 shown in FIG. When the applied voltage is 10.7V, the frequency is 290.
The atomization amount becomes maximum at 6kHz, and the power consumption at that time is 3
20mW, current is 30mA. The power consumption of the entire device including the power source is 642 mW and the current is 60 mA. It should be noted that if a diaphragm is provided on the upper part of the same structure as the II type, the atomization rate decreases while maintaining the characteristics of the II type, but it is effective for generating extremely fine mist. confirmed.

【0035】なお、液体供給手段として本実施例の他
に、液体を振動板2または振動板70の上に滴下させた
場合、あるいは液体供給チューブを用いて振動板2また
は振動板70の下面に液体を供給した場合にも、本実施
例と同様な霧化効果が見られた。
As a liquid supply means, in addition to the present embodiment, when a liquid is dropped on the vibration plate 2 or the vibration plate 70, or on the lower surface of the vibration plate 2 or the vibration plate 70 using a liquid supply tube. Even when the liquid was supplied, the same atomization effect as in this example was observed.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の超音波発生素子によれば、圧電
振動子として圧電磁器とその圧電磁器の厚さ方向に垂直
な両面に形成されている電極とからなる簡単な構造を採
用することにより、素子を小型化できる。さらに、振動
板に供給された液体は振動板に設けられている多数の穴
の効果により効率よく霧化され、霧化される霧の粒子の
微小性、均一性に優れ、しかも低消費電力での駆動が可
能である。
According to the ultrasonic wave generating element of the present invention, as the piezoelectric vibrator, a simple structure including a piezoelectric ceramic and electrodes formed on both surfaces perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic is adopted. Thereby, the element can be downsized. Furthermore, the liquid supplied to the diaphragm is efficiently atomized by the effect of the number of holes provided in the diaphragm, and the atomized mist particles are excellent in fineness and uniformity, with low power consumption. Can be driven.

【0037】振動部に設けられた多数の穴の一方の開口
面積と他方の開口面積とが異なる構造の採用により、霧
の粒子の微小性、均一性をさらに促進させることができ
る。
By adopting a structure in which one opening area of the numerous holes provided in the vibrating portion and the other opening area are different, the fineness and uniformity of the particles of the fog can be further promoted.

【0038】振動板を圧電振動子の電極を有する少なく
とも一つの面上に一体的に連なって固着させる構造の採
用により、振動部は固着部を固定端とする形で振動する
から、強い弾性振動の状態にある振動部に供給された液
体は垂直上方に向けて霧化される。振動部の振動と振動
部に設けられている穴の作用との相乗効果により液体の
霧化作用は促進され、霧の発生量は増加しかつ粒子の径
は微小で均一になる。
By adopting a structure in which the vibrating plate is integrally connected and fixed to at least one surface having the electrodes of the piezoelectric vibrator, the vibrating part vibrates with the fixed part as a fixed end, so that a strong elastic vibration is generated. The liquid supplied to the vibrating section in the state of (1) is atomized vertically upward. Due to the synergistic effect of the vibration of the vibrating part and the function of the holes provided in the vibrating part, the atomization action of the liquid is promoted, the amount of generated fog increases, and the particle diameter becomes minute and uniform.

【0039】圧電振動子と振動板との複合体における2
つの共振周波数の中間値が圧電振動子単体の共振周波数
にほぼ等しくなるような構造および圧電振動子としてそ
の長さと幅の寸法比が1に近くてしかも1に等しくない
矩形板状構造を採用することにより、圧電振動子と振動
板との複合体の結合振動が増強するから、霧の発生量は
さらに増加する。
2 in a composite of a piezoelectric vibrator and a diaphragm
A structure in which the intermediate value of the two resonance frequencies is substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator alone, and a rectangular plate-like structure in which the dimension ratio between the length and the width is close to 1 and not equal to 1 are used as the piezoelectric vibrator. As a result, the combined vibration of the composite body of the piezoelectric vibrator and the diaphragm is enhanced, so that the amount of fog generated further increases.

【0040】圧電振動子としてその厚さと幅の寸法比が
1に近くてしかも1に等しくない矩形状の角柱構造を採
用することにより、圧電振動子と振動板との複合体の結
合振動が増強するから、霧の発生量はさらに増加する。
また、圧電磁器の厚さ方向に垂直な一方の面上に互いに
絶縁状態にある2つの電極を設けることにより一方の電
極を自励式電源のための電極として用いることができる
から、安定で効率がよく低消費電力駆動が可能な霧化装
置を提供できる。
By adopting a rectangular prismatic structure in which the dimensional ratio of thickness to width is close to 1 and not equal to 1 as the piezoelectric vibrator, the combined vibration of the composite of the piezoelectric vibrator and the diaphragm is enhanced. Therefore, the amount of fog generated further increases.
In addition, by providing two electrodes that are insulated from each other on one surface perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic, one electrode can be used as an electrode for a self-excited power supply, so that stability and efficiency are improved. It is possible to provide an atomizing device that can be driven with low power consumption.

【0041】圧電磁器として、その圧電磁器の分極軸に
平行に貫通された貫通穴を有する柱状構造を採用し、ま
た振動板を貫通穴の内部やその開口を覆う位置に圧電磁
器の分極軸に垂直な端面にほぼ平行に設けた構造を採用
することにより、圧電振動子の励振は効率よく振動板を
振動させるので、振動板に供給された液体の霧化効率を
増大できる。振動板を複数個用いれば霧の粒子の微小性
をさらに向上できる。振動板を圧電振動子の貫通穴の内
部やその開口を覆う位置に一体的に連なって固着させる
構造を採用することにより、振動部は圧電振動子と一体
となって結合振動するから、この結合振動の状態にある
振動部に接触する液体は垂直方向上方に向けて霧化され
る。振動部に設けられた穴による作用と、振動部の振動
との相乗効果により、液体の霧化作用は促進され、霧の
発生量が増加しかつ粒子の径が均一になる。
As the piezoelectric ceramic, a columnar structure having a through-hole penetrated in parallel with the polarization axis of the piezoelectric ceramic is employed. By adopting the structure provided substantially parallel to the vertical end surface, the vibration of the piezoelectric vibrator vibrates the vibrating plate efficiently, so that the atomization efficiency of the liquid supplied to the vibrating plate can be increased. The use of a plurality of diaphragms can further improve the fineness of the fog particles. By adopting a structure in which the vibrating plate is integrally connected and fixed to the inside of the through hole of the piezoelectric vibrator and to the position covering the opening, the vibrating part vibrates integrally with the piezoelectric vibrator. The liquid in contact with the vibrating portion in the vibrating state is atomized vertically upward. Due to the synergistic effect of the action of the hole provided in the vibrating part and the vibration of the vibrating part, the atomizing action of the liquid is promoted, the amount of generated fog increases, and the particle diameter becomes uniform.

【0042】圧電振動子と振動板との複合体の共振周波
数のうちの一つが圧電振動子単体の共振周波数のうちの
一つにほぼ等しくなるような構造、および圧電振動子と
してその分極軸の方向の長さと、端面の外縁と内縁との
最短距離との比がほぼ1に等しい矩形状または円環状構
造を採用することにより、圧電振動子と振動板との複合
体の結合振動が増強されるから、霧化効率をさらに増大
させることができる。
A structure in which one of the resonance frequencies of the composite of the piezoelectric vibrator and the diaphragm is substantially equal to one of the resonance frequencies of the single piezoelectric vibrator, and the polarization axis of the piezoelectric vibrator is By adopting a rectangular or annular structure in which the ratio of the length in the direction and the shortest distance between the outer edge and the inner edge of the end face is approximately 1, the coupling vibration of the composite of the piezoelectric vibrator and the diaphragm is enhanced. Therefore, the atomization efficiency can be further increased.

【0043】印加電圧を増加させるとそれについて圧電
振動子と振動板との複合体の結合振動が増強されるか
ら、霧化量も増加するので、目的に応じて電圧を変えれ
ば霧化量を自由に変えることができる。
When the applied voltage is increased, the combined vibration of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibration plate is increased, so that the atomization amount is also increased. Therefore, if the voltage is changed according to the purpose, the atomization amount is increased. You can change it freely.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の超音波発生素子の一実施例を示す側面
図。
FIG. 1 is a side view showing one embodiment of an ultrasonic wave generating element of the present invention.

【図2】図1の超音波発生素子の平面図。FIG. 2 is a plan view of the ultrasonic generator of FIG. 1;

【図3】図2の振動部7の部分拡大平面図。FIG. 3 is a partially enlarged plan view of a vibrating section 7 of FIG. 2;

【図4】板面に垂直な平面で切断したときに現れる振動
部7の断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a vibrating section 7 appearing when cut along a plane perpendicular to the plate surface.

【図5】本発明の超音波発生素子の一実施例を示す斜視
図。
FIG. 5 is a perspective view showing one embodiment of the ultrasonic wave generating element of the present invention.

【図6】図1に示す超音波発生素子が超音波霧化装置に
応用された場合の一実施例を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an embodiment in which the ultrasonic wave generating element shown in FIG. 1 is applied to an ultrasonic atomizing device.

【図7】図1に示す超音波発生素子において、振動部7
の長さを変化させていったときの振動部7の長さと霧化
量との関係を示す特性図。
FIG. 7 is a diagram showing a vibration unit 7 in the ultrasonic generator shown in FIG.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between the length of the vibrating section 7 and the amount of atomization when the length of the vibrating portion 7 is changed.

【図8】図1に示す超音波発生素子において、振動部7
の長さと霧の噴出の高さとの関係を示す特性図。
8 is a diagram showing a vibration unit 7 in the ultrasonic wave generating element shown in FIG.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between the length of the mist and the height of the mist ejection.

【図9】図1の実施例の圧電振動子1のインピーダンス
の位相と周波数との関係を示す特性図。
9 is a characteristic diagram showing the relationship between the phase of impedance and the frequency of the piezoelectric vibrator 1 of the embodiment of FIG.

【図10】図1の実施例の圧電振動子1と振動板2との
複合体についてのインピーダンスの位相と周波数との関
係を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between impedance phase and frequency for the composite of the piezoelectric vibrator 1 and the diaphragm 2 of the embodiment of FIG.

【図11】圧電振動子60と振動板70(本図には描か
れていない)とから成る超音波発生素子の一実施例を示
す斜視図。
FIG. 11 is a perspective view showing an embodiment of an ultrasonic wave generating element including a piezoelectric vibrator 60 and a vibrating plate 70 (not shown in FIG. 11).

【図12】図11の超音波発生素子を下面方向から見た
ときの平面図。
FIG. 12 is a plan view when the ultrasonic wave generating element of FIG. 11 is viewed from the lower surface direction.

【図13】3種類の形状の図11の複合体についての印
加電圧と周波数およびそのときの消費電力と電流との関
係を表にして示した特性図。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between an applied voltage and a frequency and power consumption and a current at that time for the composite of FIG. 11 having three shapes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電振動子 2 振動板 3 圧電磁器 4 電極 5 電極 6 固着部 7 振動部 8 穴 11 圧電振動子 12 圧電磁器 13 電極 14 電極 15 電極 16 振動板 17 振動部 18 固着部 21 貯液室 22 保液材 23 支持台 60 圧電振動子 61 圧電磁器 62 電極 63 電極 70 振動板 71 振動部 72 固着部 REFERENCE SIGNS LIST 1 piezoelectric vibrator 2 diaphragm 3 piezoelectric ceramic 4 electrode 5 electrode 6 fixed part 7 vibrating part 8 hole 11 piezoelectric vibrator 12 piezoelectric ceramic 13 electrode 14 electrode 15 electrode 16 vibrating plate 17 vibrating part 18 fixing part 21 storage chamber 22 storage Liquid material 23 Support base 60 Piezoelectric vibrator 61 Piezoelectric ceramics 62 Electrode 63 Electrode 70 Vibration plate 71 Vibrating part 72 Fixed part

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧電振動子に振動板を固着してなる超音
波発生素子において、前記振動板にはその厚さ方向に貫
通する多数の穴が設けてあり、前記圧電振動子は柱状の
圧電磁器と、該圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面に形
成されている電極とから成り、前記穴における前記振動
板の一方の開口面積と他方の開口面積とが異なることを
特徴とする超音波発生素子。
1. An ultrasonic wave generating element comprising a piezoelectric vibrator and a vibrating plate fixed to the vibrating plate, wherein the vibrating plate is provided with a large number of holes penetrating in the thickness direction thereof, and the piezoelectric vibrator is a columnar piezoelectric element. A porcelain, and electrodes formed on both end surfaces perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic, wherein one opening area and another opening area of the diaphragm in the hole are different. Sound wave generator.
【請求項2】 前記振動板は、前記圧電振動子の電極を
有する少なくとも一つの端面上に一体的に連なって固着
されており、前記圧電振動子の外方に向けて前記圧電振
動子の該端面にほぼ平行に突出する振動部を有し、前記
穴は前記振動部に設けられていることを特徴とする請求
項1に記載の超音波発生素子。
2. The piezoelectric vibrating plate is integrally and continuously fixed on at least one end face having electrodes of the piezoelectric vibrator, and the piezoelectric vibrating plate extends outward from the piezoelectric vibrator. The ultrasonic generating device according to claim 1, further comprising a vibrating portion projecting substantially parallel to an end face, wherein the hole is provided in the vibrating portion.
【請求項3】 前記圧電振動子の共振周波数は、前記圧
電振動子と前記振動板との複合体における2つの共振周
波数の中間値にほぼ等しいことを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の超音波発生素子。
3. The resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to an intermediate value between two resonance frequencies of a composite body of the piezoelectric vibrator and the vibration plate. Ultrasonic generator.
【請求項4】 前記圧電振動子は、長さと幅の寸法比が
1に近くしかも1に等しくない矩形状の板であることを
特徴とする請求項3に記載の超音波発生素子。
4. The ultrasonic generating element according to claim 3, wherein the piezoelectric vibrator is a rectangular plate whose dimensional ratio between length and width is close to 1 and not equal to 1.
【請求項5】 前記圧電振動子は、厚さと幅の寸法比が
1に近くしかも1に等しくない矩形状の角柱であること
を特徴とする請求項3に記載の超音波発生素子。
5. The ultrasonic wave generating element according to claim 3, wherein the piezoelectric vibrator is a rectangular prism having a thickness-width dimension ratio close to 1 and not equal to 1.
【請求項6】 前記一方の端面に形成されている電極は
互いに絶縁された2つの部分に分割されていることを特
徴とする請求項5に記載の超音波発生素子。
6. The ultrasonic wave generating element according to claim 5, wherein the electrode formed on the one end face is divided into two parts which are insulated from each other.
【請求項7】 前記圧電磁器は、該圧電磁器の分極軸に
平行に貫通された貫通穴を有し、前記振動板は、前記貫
通穴の開口を覆う位置または該貫通穴の内部に前記分極
軸に垂直な端面にほぼ平行に少なくとも1箇所に設けて
あり、前記振動板の周縁は前記圧電振動子に固着されて
おり、前記圧電振動子に固着されている固着部分に囲ま
れている部分の振動板は振動部を成し、前記穴は前記振
動部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載
の超音波発生素子。
7. The piezoelectric ceramic has a through hole penetrating in parallel with a polarization axis of the piezoelectric ceramic, and the vibrating plate has the polarization at a position covering an opening of the through hole or inside the through hole. A portion which is provided in at least one place substantially parallel to the end face perpendicular to the axis, the peripheral edge of the vibrating plate is fixed to the piezoelectric vibrator, and which is surrounded by a fixed portion fixed to the piezoelectric vibrator. The ultrasonic wave generating element according to claim 1, wherein the vibrating plate forms a vibrating part, and the hole is provided in the vibrating part.
【請求項8】 前記圧電振動子の共振周波数のうちの1
つは前記圧電振動子と前記振動板との複合体の共振周波
数のうちの1つにほぼ等しいことを特徴とする請求項7
に記載の超音波発生素子。
8. One of the resonance frequencies of the piezoelectric vibrator.
8. The method according to claim 7, wherein one of the resonance frequencies is substantially equal to one of the resonance frequencies of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibration plate.
The ultrasonic wave generating element according to 1.
【請求項9】 前記圧電振動子は矩形状または円環状
で、前記圧電振動子の分極軸の方向の長さと、前記端面
の外縁と内縁との最短距離との比はほぼ1に等しいこと
を特徴とする請求項7または8に記載の超音波発生素
子。
9. The piezoelectric vibrator is rectangular or annular, and the ratio of the length of the piezoelectric vibrator in the direction of the polarization axis to the shortest distance between the outer edge and the inner edge of the end face is substantially equal to 1. The ultrasonic wave generating element according to claim 7, which is characterized in that:
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