JP3304401B2 - Ultrasonic atomizer - Google Patents

Ultrasonic atomizer

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JP3304401B2
JP3304401B2 JP19347392A JP19347392A JP3304401B2 JP 3304401 B2 JP3304401 B2 JP 3304401B2 JP 19347392 A JP19347392 A JP 19347392A JP 19347392 A JP19347392 A JP 19347392A JP 3304401 B2 JP3304401 B2 JP 3304401B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06Apparatus 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
    • B05B17/0607Apparatus 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
    • B05B17/0638Apparatus 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 spray being produced by discharging the liquid or other fluent material through a plate comprising a plurality of orifices
    • B05B17/0646Vibrating plates, i.e. plates being directly subjected to the vibrations, e.g. having a piezoelectric transducer attached thereto

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、超音波励振器により発
生させた弾性振動により液体を霧化する超音波霧化装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic atomizer for atomizing a liquid by elastic vibration generated by an ultrasonic exciter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の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、構造が複雑で装置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 Conventional ultrasonic atomizers include an ultrasonic atomizer using a bolted Langevin type vibrator and a nebulizer. The atomization device using the 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 has the disadvantage that the structure is complicated and the device is large-scale. Have. On the other hand, nebulizers 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. Have.
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】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
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide atomization efficiency, large-volume atomization, fine and uniform particle size, small and lightweight device, simple structure, and low driving power cost. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic atomizing device that can be satisfied from any aspect of the invention.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の超音波
霧化装置は、圧電振動子に振動体を固着してなる超音波
励振器と液体供給手段とを有して成り、該液体供給手段
から該振動体に供給した液体を該超音波励振器で発生さ
せた弾性振動により霧化する超音波霧化装置において、
前記圧電振動子は、圧電磁器と、該圧電磁器の厚さ方向
に垂直な両端面にそれぞれ形成されている膜状の電極A
およびBから成り、前記圧電磁器ならびに前記電極Aお
よびBでなる前記圧電振動子全体の形状は、互いにほぼ
平行な第1及び第2の板面を有する板状であり、前記振
動体は、厚さ一定の板状体でなり、前記圧電振動子にお
ける前記第1または第2の板面に一体的に連なって固着
されていて、該圧電振動子の端部に固着された固着部
と、前記圧電振動子における前記第1又は第2の板面の
方向に向けて延伸する振動部とから成り、前記振動部
は、板状体が曲げられた湾曲部を少なくとも一部分の領
域に有する湾曲構造であり、該湾曲部には多数の穴が設
けてあり、該湾曲部の片側面に前記液体供給手段から前
記液体の供給を受け、前記圧電振動子が振動するとき該
圧電振動子に対し前記固着部を固定端とする形で振動
し、前記液体供給手段は、大気に開放された空間におい
て前記湾曲部に前記液体を供給することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic atomizing apparatus comprising: an ultrasonic exciter having a vibrator fixed to a piezoelectric vibrator; and a liquid supply means. In an ultrasonic atomizing device that atomizes the liquid supplied from the supply unit to the vibrating body by elastic vibration generated by the ultrasonic exciter,
The piezoelectric vibrator includes a piezoelectric ceramic and film-shaped electrodes A formed on both end surfaces perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic.
And B, the entire shape of the piezoelectric vibrator including the piezoelectric ceramic and the electrodes A and B is a plate shape having first and second plate surfaces substantially parallel to each other, and the vibrating body has a thickness of A fixed plate-shaped body, fixedly and integrally fixed to the first or second plate surface of the piezoelectric vibrator, and a fixed portion fixed to an end of the piezoelectric vibrator; A vibrating portion extending in the direction of the first or second plate surface of the piezoelectric vibrator, wherein the vibrating portion has a curved structure having a curved portion in which a plate-like body is bent in at least a partial region. The curved portion has a large number of holes, and receives the liquid from the liquid supply means on one side surface of the curved portion, and secures the piezoelectric vibrator to the piezoelectric vibrator when the piezoelectric vibrator vibrates. Vibrates in such a manner that the portion has a fixed end, and the liquid supply means And supplying the liquid to the curved portion in a space open to the atmosphere.

【0005】請求項2に記載の超音波霧化装置は、湾曲
部の表面をなす曲面が樋状の円柱面であることを特徴と
する。
An ultrasonic atomizer according to a second aspect is characterized in that the curved surface forming the surface of the curved portion is a trough-shaped cylindrical surface.

【0006】請求項3に記載の超音波霧化装置は、前記
液体供給手段は、前記液体を吸収する保液材を備え、前
記保液材は、音響インピーダンスが前記圧電振動子より
低く、スポンジその他の吸液能力が大きい物質でなり、
前記湾曲部における凹部側に一部分で接触することによ
り該湾曲部に前記液体を供給することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic atomizing apparatus, the liquid supply means includes a liquid retaining material that absorbs the liquid, the liquid retaining material has a lower acoustic impedance than the piezoelectric vibrator, and a sponge. Other substances with high liquid absorption capacity,
The liquid is supplied to the curved portion by partially contacting the concave side of the curved portion.

【0007】請求項4に記載の超音波霧化装置は、前記
穴における前記振動部の一方の開口面積と他方の開口面
積とが互いに異なることを特徴とする。また、請求項5
に記載の超音波霧化装置は、前記圧電振動子の共振周波
数は、該圧電振動子と前記振動体との複合体における共
振周波数にほぼ等しいことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic atomizing device, one opening area and another opening area of the vibrating portion in the hole are different from each other. Claim 5
The ultrasonic atomizer described in (1) is characterized in that a resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to a resonance frequency of a complex of the piezoelectric vibrator and the vibrator.

【0008】[0008]

【作用】本発明の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体との複合体の共振
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
前記振動体を振動させる。前記振動体に供給された液体
は前記振動部に設けられている穴を通して霧化される。
穴を通しての霧化は粒子の微小性、均一性を促し、しか
も霧化効率を増大させることができる。また、霧化効率
が高いことから多量の霧化が低消費電力で実現できるだ
けでなく装置の小型化も容易にできる。自励式駆動も可
能で電池での駆動も容易なことから環境変化に対応しう
る形で低消費電力での駆動が可能となる。また、前記振
動部の少なくとも一部分は湾曲構造を成していることか
ら霧の存在域の発散を可能ならしめることができる。
When the ultrasonic atomizer of the present invention is used, an AC signal having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibrating body is applied to the piezoelectric vibrator, and the piezoelectric vibrator is subjected to the piezoelectric vibration. The child is excited. Excitation of the piezoelectric vibrator causes the vibrating body to vibrate. The liquid supplied to the vibrator is atomized through a hole provided in the vibrator.
Atomization through holes promotes fineness and uniformity of particles, and can increase atomization efficiency. In addition, since the atomization efficiency is high, a large amount of atomization can be realized with low power consumption and the size of the apparatus can be easily reduced. Since self-excited driving is possible and driving with batteries is easy, driving with low power consumption is possible in a form that can respond to environmental changes. Further, since at least a part of the vibrating part has a curved structure, it is possible to diverge the fog existing area.

【0009】前記圧電振動子は圧電磁器と、前記圧電磁
器の厚さ方向に垂直な両端面にそれぞれ形成されている
電極A,Bとから成る。交流電圧は該電極A,Bを介し
て前記圧電振動子に印加され、前記圧電振動子は励振さ
れる。このような簡単な構造の圧電振動子の採用により
超音波霧化装置を小型化でき、しかもこの装置では高い
効率で液体を霧化することができる。
The piezoelectric vibrator comprises a piezoelectric ceramic and electrodes A and B formed on both end surfaces perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic. An AC voltage is applied to the piezoelectric vibrator via the electrodes A and B, and the piezoelectric vibrator is excited. The adoption of the piezoelectric vibrator having such a simple structure makes it possible to reduce the size of the ultrasonic atomizing device, and furthermore, this device can atomize the liquid with high efficiency.

【0010】前記振動体は前記圧電振動子の前記電極A
またはBを有する少なくとも1つの端面上に一体的に連
なって固着されていることにより、前記振動部は前記固
着部を固定端とする形で振動するから、前記振動部に供
給された液体はその弾性振動により霧化され前記振動部
の上方に向けて霧として放散される。
The vibrating body is the electrode A of the piezoelectric vibrator.
Alternatively, since the vibrating portion vibrates in a form having the fixed portion as a fixed end by being integrally and continuously fixed on at least one end surface having B, the liquid supplied to the vibrating portion is It is atomized by the elastic vibration and is emitted as mist upward of the vibrating part.

【0011】前記振動部へ前記液体を供給する手段は、
液体を吸収し該液体を前記振動部に供給する保液材を備
える。前記保液材が前記振動部における湾曲構造の凹部
に接触していることから、前記凹部に供給された液体は
前記振動部に設けられている穴を通して前記湾曲構造の
凸部に向けて霧化される。穴を通しての霧化は粒子の微
小性、均一性を促ししかも霧化効率を増大させることが
できるばかりでなく霧化される霧の方向を発散できる。
The means for supplying the liquid to the vibrating section includes:
A liquid retaining material for absorbing the liquid and supplying the liquid to the vibrating section; Since the liquid retaining material is in contact with the concave portion of the curved structure in the vibrating portion, the liquid supplied to the concave portion is atomized toward the convex portion of the curved structure through a hole provided in the vibrating portion. Is done. Atomization through the holes promotes fineness and uniformity of the particles and can not only increase the atomization efficiency but also diverge the direction of the atomized fog.

【0012】前記穴における前記振動部の一方の開口面
積が他方の開口面積より大きいことからその一方の開口
を入口側とし他方を出口側とすることにより、前記穴の
液体の通過面積が入口側から出口側に向けて減少する。
従って、前記液体が前記穴を通過するときに前記液体は
前記穴によって絞り作用を受ける。その結果、前記絞り
作用と前記振動部の振動との相乗効果によって液体の霧
化作用が促進され、霧の発生量が増加しかつ粒子の径が
均一になる。
Since one opening area of the vibrating portion in the hole is larger than the other opening area, by setting one opening as the inlet side and the other as the outlet side, the liquid passage area of the hole is reduced to the inlet side. And decrease toward the exit side.
Thus, as the liquid passes through the hole, the liquid is squeezed by the hole. As a result, the synergistic effect of the throttling action and the vibration of the vibrating section promotes the atomization action of the liquid, increasing the amount of mist generated and making the particle diameter uniform.

【0013】前記圧電振動子の共振周波数が該圧電振動
子と前記振動体との複合体における共振周波数にほぼ等
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、前記振動体は効率的に励振され、霧化効率が促
進され、霧の発生量はさらに増大する。
When a voltage at which the resonance frequency of the piezoelectric vibrator becomes substantially equal to the resonance frequency of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibrating body is applied to the piezoelectric vibrator, the vibrating body is efficiently operated. And the atomization efficiency is promoted, and the amount of fog generated further increases.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明の超音波霧化装置の一実施例を
示す斜視図である。本実施例は圧電振動子1、振動体2
および保液材3から成る。圧電振動子1には銅箔から成
る端子が導電性接着剤によって固着されている。圧電振
動子1には振動体2が設けられている。図1では圧電振
動子1に交流電圧を供給する電源回路および端子が省い
て描かれている。振動体2の中央付近は湾曲している。
保液材3は振動体2の湾曲した凹部に接触していて、使
用時には保液材3からその凹部に液体を供給する。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an ultrasonic atomizer according to the present invention. In this embodiment, the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2
And a liquid retaining material 3. A terminal made of copper foil is fixed to the piezoelectric vibrator 1 with a conductive adhesive. A vibrating body 2 is provided on the piezoelectric vibrator 1. In FIG. 1, a power supply circuit for supplying an AC voltage to the piezoelectric vibrator 1 and terminals are omitted. The vicinity of the center of the vibrating body 2 is curved.
The liquid retaining material 3 is in contact with the curved concave portion of the vibrating body 2 and supplies the liquid from the liquid retaining material 3 to the concave portion in use.

【0015】図2は圧電振動子1と振動体2とから成る
複合体の一実施例を示す側面図、図3は図2の複合体の
平面図である。圧電振動子1は矩形板状の圧電磁器11
を有し、圧電磁器11の材質はTDK72A材(製品
名)で、その長さは10mm、幅は9mm、厚さは1m
mである。TDK72A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11
の分極軸の方向は厚さ方向に一致しており、この厚さ方
向に垂直な両端面に電極D,FおよびGが形成されてい
る。電極DおよびF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Dは圧電磁器11の長さ方向の先
端から4.5mmの部位を覆い、電極Fは電極Dから1
mm離れた残りの部分を覆っている。電極Dには端子P
が取り付けられ、電極Fには端子Qが取り付けられ、電
極Gには端子Rが取り付けられている。圧電振動子1の
一方の端面には、中央部が湾曲した舌片状の振動体2が
取り付けられている。振動板2はニッケル製で、細長い
板状の固着部12において圧電振動子1と一体的に連な
って固着されており、圧電振動子1より突出している部
分の振動体2が振動部13をなしている。固着部12は
電極Fを介して圧電振動子1に接着剤で接着されてい
る。振動体2は長さ10.5mm、幅9mm、厚さ0.
05mmである。固着部12は長さ1.5mm、幅9m
m、厚さ0.05mmである。振動部13は圧電振動子
1の幅方向に沿う縁部から外方に向けて突出している。
振動部13は長さ9mm、幅9mm、厚さ0.05mm
である。
FIG. 2 is a side view showing an embodiment of a composite including the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2, and FIG. 3 is a plan view of the composite of FIG. The piezoelectric vibrator 1 is a rectangular plate-shaped piezoelectric ceramic 11.
The piezoelectric ceramic 11 is made of TDK72A (product name), its length is 10 mm, its width is 9 mm, and its thickness is 1 m
m. The TDK72A material has a large electromechanical coupling coefficient, and is therefore used in the examples here. Piezoelectric ceramic 11
The direction of the polarization axis coincides with the thickness direction, and electrodes D, F and G are formed on both end faces perpendicular to the thickness direction. The electrodes D and F are provided on the same surface and are insulated from each other. The electrode D covers a portion 4.5 mm from the longitudinal end of the piezoelectric ceramic 11, and the electrode F is
It covers the remaining part which is separated by mm. The electrode D has a terminal P
Are attached, a terminal Q is attached to the electrode F, and a terminal R is attached to the electrode G. A tongue-shaped vibrating body 2 having a curved central portion is attached to one end face of the piezoelectric vibrator 1. The vibrating plate 2 is made of nickel, and is integrally fixed to the piezoelectric vibrator 1 at an elongated plate-shaped fixing portion 12, and the vibrating body 2 protruding from the piezoelectric vibrator 1 forms the vibrating portion 13. ing. The fixing portion 12 is bonded to the piezoelectric vibrator 1 via an electrode F with an adhesive. The vibrator 2 has a length of 10.5 mm, a width of 9 mm, and a thickness of 0.1 mm.
05 mm. The fixing part 12 is 1.5 mm long and 9 m wide.
m, thickness 0.05 mm. The vibrating portion 13 protrudes outward from an edge along the width direction of the piezoelectric vibrator 1.
The vibrating part 13 has a length of 9 mm, a width of 9 mm, and a thickness of 0.05 mm
It is.

【0016】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13の断面を示す図である。振動部13に
はその厚さ方向に貫通する微細な多数の穴20が設けら
れている。図4では穴20の縦断面形状および寸法が示
されている。穴20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0.01mmであって、穴20は等しいピッチで
配列されている。
FIG. 4 is a view showing a cross section of the vibrating section 13 which appears when the vibration section 13 is cut along a plane perpendicular to the plate surface. The vibrating section 13 is provided with a large number of fine holes 20 penetrating in the thickness direction. FIG. 4 shows the vertical cross-sectional shape and dimensions of the hole 20. The shape of the hole 20 is mortar-shaped, and one having an opening area larger than the other opening area is used in this embodiment, and one opening is an inlet side and the other is an outlet side. The diameter on the inlet side is 0.1 mm and the diameter on the outlet side is 0.01 mm, and the holes 20 are arranged at an equal pitch.

【0017】図5は振動部13の部分拡大平面図であ
る。図5では穴20の形状および配列ならびに寸法が示
されている。
FIG. 5 is a partially enlarged plan view of the vibrating section 13. FIG. FIG. 5 shows the shape, arrangement and dimensions of the holes 20.

【0018】図1の超音波霧化装置の駆動時、圧電振動
子1と振動体2との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圧電振動子1に印加すると圧電
振動子1が励振される。このとき、その交流信号の周波
数は圧電振動子1単体の共振周波数のうちの1つにほぼ
一致している。振動体2を圧電振動子1の少なくとも一
方の端面上に一体的に連なって固着させる構造を採用し
ていることから、圧電振動子1の励振に伴って振動体2
はその固着部12を固定端とする形で振動され、振動部
13の弾性振動が液体の霧化に有効に機能する。保液材
3は吸液能力が大きくかつ圧電振動子1に比べて音響イ
ンピーダンスが低いものをここでの実施例に用いてい
る。これは圧電振動子1からの超音波が保液材3を介し
て液体中に伝搬し散失するのを抑制し、振動体2を効率
良く振動させるためである。保液材3によって吸収され
た液体は保液材3と接触している部分の振動体2に達し
毛細管現象により各穴20に導かれる。前記液体が各穴
20を通過するとき各穴20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2
0によって絞り作用を受け、微小でかつ均一な粒子とな
って穴20の出口側に流出する。その結果、前記絞り作
用、振動部13の弾性振動により穴20から流出した液
体は効率良く霧化される。なお、振動部13の中央部が
湾曲していることから、霧の噴出方向を分散することが
できる。
When the ultrasonic atomizer shown in FIG. 1 is driven, when an AC signal having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the complex of the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2 is applied to the piezoelectric vibrator 1, the piezoelectric vibrator 1 is driven. Is excited. At this time, the frequency of the AC signal substantially matches one of the resonance frequencies of the piezoelectric vibrator 1 alone. Since a structure is adopted in which the vibrating body 2 is integrally connected to and fixed to at least one end face of the piezoelectric vibrator 1, the vibrating body 2 is excited with the piezoelectric vibrator 1.
Is vibrated in such a manner that the fixing portion 12 is used as a fixed end, and the elastic vibration of the vibrating portion 13 effectively functions for atomizing the liquid. The liquid retaining material 3 having a large liquid absorbing capacity and a low acoustic impedance as compared with the piezoelectric vibrator 1 is used in this embodiment. This is to prevent the ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 from propagating into the liquid via the liquid retaining material 3 and being lost, and to vibrate the vibrating body 2 efficiently. The liquid absorbed by the liquid retaining material 3 reaches the vibrating body 2 in a portion in contact with the liquid retaining material 3 and is guided to each hole 20 by capillary action. When the liquid passes through each hole 20, the liquid passage area of each hole 20 decreases from the inlet side to the outlet side.
The particles are subjected to a squeezing action by 0 and become fine and uniform particles and flow out to the exit side of the hole 20. As a result, the liquid flowing out of the hole 20 due to the throttle action and the elastic vibration of the vibrating section 13 is efficiently atomized. In addition, since the center part of the vibrating part 13 is curved, it is possible to disperse the mist ejection directions.

【0019】図6は圧電振動子1と振動体2との複合体
における電極DとGとの間のアドミタンスの振幅および
位相の周波数特性を示す図である。図6において点線は
圧電振動子1単体の特性を示し、実線は圧電振動子1と
振動体2との複合体の特性を示す。圧電振動子1単体の
主な共振点をf1 ,f2 ,f3 とすると、前記複合体で
はf2 とf3 との間に新たに2つの共振点fa ,fb が
生じていることが確認できる。fo は霧化量が最大にな
るときの周波数を示す。fo は231kHzであり前記
複合体の共振点fb とほぼ一致しているが、振動部13
の長さを短くするに従いfb は高周波側へ偏移する。こ
のfb がf3 の近傍に存在し位相変化の振幅が最大とな
るとき最大の霧化効果が得られる。このようにして圧電
振動子と振動体との複合体における共振周波数が圧電振
動子単体の共振周波数にほぼ等しくなるような構造を採
用することにより、圧電振動子と振動体との複合体の結
合振動が増強するから霧の発生量はさらに増加する。
FIG. 6 is a diagram showing the frequency characteristics of the amplitude and phase of the admittance between the electrodes D and G in the composite of the piezoelectric vibrator 1 and the vibrator 2. In FIG. 6, the dotted line indicates the characteristics of the piezoelectric vibrator 1 alone, and the solid line indicates the characteristics of the composite of the piezoelectric vibrator 1 and the vibrator 2. Assuming that the main resonance points of the piezoelectric vibrator 1 alone are f1, f2 and f3, two new resonance points fa and fb are newly generated between f2 and f3 in the composite. fo indicates the frequency at which the amount of atomization is maximized. fo is 231 kHz, which substantially coincides with the resonance point fb of the composite,
Fb shifts toward the high frequency side as the length of the fb decreases. When fb is near f3 and the amplitude of the phase change is maximum, the maximum atomization effect is obtained. In this way, by adopting a structure in which the resonance frequency of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibrating body is substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator alone, the coupling of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibrating body is achieved. Since the vibration is increased, the amount of fog generated further increases.

【0020】図7は圧電振動子1と振動体2との複合体
において、振動部13の長さを変化させていったときの
振動部13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振動部13の湾曲部
の最も高い地点からの高さを表す。振動部13の長さが
9mmのときに霧の高さは55cmの最大値に達した。
FIG. 7 shows the relationship between the length of the vibrating portion 13 and the height of the mist when the length of the vibrating portion 13 is changed in the composite of the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2. It is a characteristic diagram. However, the height at this time represents the height from the highest point of the curved portion of the vibrating portion 13. When the length of the vibration part 13 was 9 mm, the height of the mist reached the maximum value of 55 cm.

【0021】図8は圧電振動子1と振動体2との複合体
において、振動部13の長さを変化させていったときの
振動部13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9mmのときに霧化量は578cc
/hの最大値に達した。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the vibrating section 13 and the amount of atomization when the length of the vibrating section 13 is changed in a composite of the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2. It is. The atomization amount is 578cc when the length of the vibrating part is 9mm
/ H was reached.

【0022】図9は圧電振動子1と振動体2との複合体
において、振動部13の長さを変化させていったときの
振動部13の長さと消費電力との関係を示す特性図であ
る。振動部の長さが9mmのときには消費電力はほぼ1
Wであった。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the vibrating section 13 and the power consumption when the length of the vibrating section 13 is changed in the composite of the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2. is there. When the length of the vibrating part is 9 mm, the power consumption is almost 1
W.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の超音波霧化装置によれば振動部
に設けられた穴を通過しながら液体が霧化されるので、
霧の粒子の微小性、均一性を促すことができる。さら
に、振動部の少なくとも一部分は湾曲構造を成している
ことから霧の存在域の発散を可能ならしめることができ
る。霧化効率が高いことから多量の霧化が低消費電力で
実現できるだけでなく装置の小型化も容易にできる。自
励式駆動も可能で電池での駆動も容易なことから環境変
化に対応しうる形で低消費電力での駆動が可能となる。
According to the ultrasonic atomizing apparatus of the present invention, the liquid is atomized while passing through the hole provided in the vibrating section.
The fineness and uniformity of the fog particles can be promoted. Further, since at least a part of the vibrating portion has a curved structure, it is possible to diverge the fog existing area. Since the atomization efficiency is high, a large amount of atomization can be realized with low power consumption and the size of the apparatus can be easily reduced. Since self-excited driving is possible and driving with batteries is easy, driving with low power consumption is possible in a form that can respond to environmental changes.

【0024】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端面に形成されている電極とか
ら成る簡単な構造を採用することにより、装置を小型化
できしかも高い効率で液体を霧化することができ低消費
電力での駆動が可能となる。
By adopting a simple structure comprising a piezoelectric ceramic as a piezoelectric vibrator and electrodes formed on both end surfaces perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic, the apparatus can be reduced in size and with high efficiency. The liquid can be atomized and can be driven with low power consumption.

【0025】振動体を圧電振動子の少なくとも一方の端
面上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、振動部は固着部を固定端とする形で振動するか
ら、前記振動部に供給された液体はその弾性振動により
霧化され前記振動部の上方に向けて霧として放散され
る。
By adopting a structure in which the vibrating body is integrally connected to and fixed to at least one end face of the piezoelectric vibrator, the vibrating portion vibrates with the fixed portion as a fixed end. The supplied liquid is atomized by its elastic vibration and is scattered upward as mist above the vibrating part.

【0026】印加電圧を増加させるとそれにつれて霧化
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。
As the applied voltage increases, the amount of atomization also increases. Therefore, if the voltage is changed according to the purpose, the amount of atomization can be freely changed.

【0027】振動部へ液体を供給する手段として液体を
吸い上げ振動部に供給するための保液材を備え、その保
液材としてスポンジその他の吸液能力が大きくしかも音
響インピーダンスが圧電振動子よりも低い物質を採用す
ることにより、液体の供給を無駄なく効率良く行うこと
ができるばかりでなく圧電振動子からの超音波の液中へ
の伝搬が遮断され圧電振動子の励振の保液材自身への伝
搬も抑制されるので、圧電振動子の励振は効率よく振動
板を振動させることができる。従って液体の霧化効率を
高めしかも低消費電力での液体の多量霧化を可能にし、
あわせて装置の小型化も容易に実現できる。
As means for supplying liquid to the vibrating section, a liquid retaining material for sucking up liquid and supplying the liquid to the vibrating section is provided. As the liquid retaining material, a sponge or other liquid absorbing ability is large and the acoustic impedance is higher than that of the piezoelectric vibrator. By using a low substance, not only can the liquid be supplied efficiently without waste, but also the propagation of the ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator into the liquid is blocked, and the liquid retaining material for the excitation of the piezoelectric vibrator is used. Is also suppressed, and the excitation of the piezoelectric vibrator can vibrate the diaphragm efficiently. Therefore, it is possible to increase the atomization efficiency of liquid and to atomize a large amount of liquid with low power consumption.
In addition, the size of the apparatus can be easily reduced.

【0028】保液材を振動部における湾曲構造の凹部に
接触させる構造を採用することにより、その凹部に供給
された液体は振動部に設けられている穴を通過しながら
湾曲構造の凸部に向けて霧化される。穴を通しての霧化
は粒子の微小性、均一性を促ししかも霧化効率を増大さ
せることができるばかりでなく霧化される霧の方向を発
散できる。
By adopting a structure in which the liquid retaining material is brought into contact with the concave portion of the curved structure in the vibrating portion, the liquid supplied to the concave portion passes through the hole provided in the vibrating portion and passes through the convex portion of the curved structure. Atomized toward. Atomization through the holes promotes fineness and uniformity of the particles and can not only increase the atomization efficiency but also diverge the direction of the atomized fog.

【0029】振動部に設けられている穴の一方の開口面
積が他方の開口面積より大きいことから、その一方の開
口を入口側とし他方の開口を出口側とする構造の採用に
より、液体の通過面積がその穴の入口側から出口側に向
けて減少するから、液体が穴を通過するときに液体は穴
によって絞り作用を受ける。その結果、絞り作用と振動
部の振動との相乗効果によって液体の霧化作用が促進さ
れ霧の発生量が増加しかつ粒子の径が均一になる。
Since the opening area of one of the holes provided in the vibrating portion is larger than the other, the structure in which one opening is on the inlet side and the other opening is on the outlet side is used to pass the liquid. As the area decreases from the inlet side to the outlet side of the hole, the liquid is throttled by the hole as it passes through the hole. As a result, the synergistic effect of the throttling action and the vibration of the vibrating section promotes the atomization action of the liquid, thereby increasing the amount of fog generated and making the particle diameter uniform.

【0030】圧電振動子と振動体との複合体における共
振周波数が圧電振動子単体の共振周波数にほぼ等しくな
るような構造を採用することにより、圧電振動子と振動
体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。
By employing a structure in which the resonance frequency of the composite body of the piezoelectric vibrator and the vibrating body is substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator alone, the combined vibration of the composite body of the piezoelectric vibrator and the vibrating body is achieved. And the amount of fog generated further increases.

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

【図1】本発明の超音波霧化装置の一実施例を示す斜視
図。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an ultrasonic atomizer according to the present invention.

【図2】圧電振動子1と振動体2とから成る複合体の一
実施例を示す側面図。
FIG. 2 is a side view showing one embodiment of a composite including a piezoelectric vibrator 1 and a vibrating body 2;

【図3】図2の複合体の平面図。FIG. 3 is a plan view of the composite 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13の断面を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of a vibrating section 13 appearing when cut along a plane perpendicular to the plate surface.

【図5】振動部13の部分拡大平面図。FIG. 5 is a partially enlarged plan view of a vibration unit 13.

【図6】圧電振動子1と振動体2とから成る複合体にお
けるアドミタンスの振幅および位相の周波数特性を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics of amplitude and phase of admittance in a composite including a piezoelectric vibrator 1 and a vibrating body 2;

【図7】圧電振動子1と振動体2とから成る複合体にお
いて、振動部の長さを変化させていったときの振動部の
長さと霧の噴出の高さとの関係を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the vibrating part and the height of the fog ejection when the length of the vibrating part is changed in a composite including the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2.

【図8】圧電振動子1と振動体2とから成る複合体にお
いて、振動部の長さを変化させていったときの振動部の
長さと霧化量との関係を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between the length of the vibrating portion and the amount of atomization when the length of the vibrating portion is changed in a composite including the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2.

【図9】圧電振動子1と振動体2とから成る複合体にお
いて、振動部の長さを変化させていったときの振動部の
長さと消費電力との関係を示す特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between the length of the vibrating portion and the power consumption when the length of the vibrating portion is changed in a composite including the piezoelectric vibrator 1 and the vibrating body 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電振動子 2 振動体 3 保液材 11 圧電磁器 12 固着部 13 振動部 20 穴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 2 Vibration body 3 Liquid retention material 11 Piezoelectric ceramic 12 Fixed part 13 Vibration part 20 Hole

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電振動子に振動体を固着してなる超音波
励振器と液体供給手段とを有して成り、該液体供給手段
から該振動体に供給した液体を該超音波励振器で発生さ
せた弾性振動により霧化する超音波霧化装置において、 前記圧電振動子は、圧電磁器と、該圧電磁器の厚さ方向
に垂直な両端面にそれぞれ形成されている膜状の電極A
およびBから成り、 前記圧電磁器ならびに前記電極AおよびBでなる前記圧
電振動子全体の形状は、互いにほぼ平行な第1及び第2
の板面を有する板状であり、 前記振動体は、厚さ一定の板状体でなり、前記圧電振動
子における前記第1または第2の板面に一体的に連なっ
て固着されていて、該圧電振動子の端部に固着された固
着部と、前記圧電振動子における前記第1又は第2の板
面の方向に向けて延伸する振動部とから成り、 前記振動部は、板状体が曲げられた湾曲部を少なくとも
一部分の領域に有する湾曲構造であり、該湾曲部には多
数の穴が設けてあり、該湾曲部の片側面に前記液体供給
手段から前記液体の供給を受け、前記圧電振動子が振動
するとき該圧電振動子に対し前記固着部を固定端とする
形で振動し、 前記液体供給手段は、大気に開放された空間において前
記湾曲部に前記液体を供給することを特徴とする超音波
霧化装置。
An ultrasonic exciter comprising a vibrator fixed to a piezoelectric vibrator and liquid supply means, wherein the liquid supplied from the liquid supply means to the vibrator is supplied by the ultrasonic exciter. In an ultrasonic atomizing device that atomizes by generated elastic vibration, the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric ceramic and film-like electrodes A formed on both end surfaces perpendicular to a thickness direction of the piezoelectric ceramic.
And B, wherein the piezoelectric vibrator and the entire piezoelectric vibrator comprising the electrodes A and B have first and second substantially parallel shapes.
The vibrating body is a plate-like body having a constant thickness, and is integrally fixed to the first or second plate surface of the piezoelectric vibrator, and The piezoelectric vibrator comprises: a fixed portion fixed to an end of the piezoelectric vibrator; and a vibrating portion extending in a direction of the first or second plate surface of the piezoelectric vibrator; Is a curved structure having a curved portion in at least a partial area, the curved portion is provided with a number of holes, and receives the liquid from the liquid supply means on one side of the curved portion, When the piezoelectric vibrator vibrates, the piezoelectric vibrator vibrates with the fixed part as a fixed end, and the liquid supply unit supplies the liquid to the curved part in a space open to the atmosphere. Ultrasonic atomizer characterized by the above-mentioned.
【請求項2】湾曲部の表面をなす曲面が樋状の円柱面で
あることを特徴とする請求項1に記載の超音波霧化装
置。
2. The ultrasonic atomizer according to claim 1, wherein the curved surface forming the surface of the curved portion is a gutter-shaped cylindrical surface.
【請求項3】前記液体供給手段は、前記液体を吸収する
保液材を備え、 前記保液材は、音響インピーダンスが前記圧電振動子よ
り低く、スポンジその他の吸液能力が大きい物質でな
り、前記湾曲部における凹部側に一部分で接触すること
により該湾曲部に前記液体を供給することを特徴とする
請求項1または2に記載の超音波霧化装置。
3. The liquid supply means includes a liquid retaining material that absorbs the liquid, wherein the liquid retaining material is a sponge or another substance having a large liquid absorbing capacity, having a lower acoustic impedance than the piezoelectric vibrator, The ultrasonic atomizer according to claim 1 or 2, wherein the liquid is supplied to the curved portion by partially contacting a concave portion side of the curved portion.
【請求項4】前記穴における前記振動部の一方の開口面
積と他方の開口面積とが互いに異なることを特徴とする
請求項1,2または3に記載の超音波霧化装置。
4. An ultrasonic atomizer according to claim 1, wherein one opening area of said vibrating portion and said other opening area of said vibrating portion in said hole are different from each other.
【請求項5】前記圧電振動子の共振周波数は、該圧電振
動子と前記振動体との複合体における共振周波数にほぼ
等しいことを特徴とする請求項1,2,3または4に記
載の超音波霧化装置。
5. The ultra-compound according to claim 1, wherein a resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to a resonance frequency of a composite of the piezoelectric vibrator and the vibrating body. Sonic atomizer.
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