JP3626222B2 - 弾性表面波を用いた超音波霧化器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、弾性表面波を用いた超音波霧化器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平均粒径１０μｍ以下の比較的均一な液体の微粒化の方法として、超音波振動を用いることが知られている。粒径は周波数の２／３乗に比例して小さくなることから、高い周波数の超音波振動系を採用することが、細かな噴霧とするには適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高い周波数の超音波振動系を採用したものは、現在まだ実用化されていないのが現状である。
【０００４】
本発明は、かかる状況に鑑みて、１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚ程度の高周波で動作する、小型の弾性表面波を用いた超音波霧化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、弾性表面波を用いた超音波霧化器であって、一対の櫛形電極が形成される圧電材料からなる板状の振動子と、前記一対の櫛形電極に接続され、弾性表面波を生ぜしめる高周波電源と、該板状の振動子とギャップを介して前記板状の振動子の一部に配置され、ギャップ端にスリットが形成されるカバーと、前記ギャップに液体を供給する手段とを備え、前記一対の櫛形電極に高周波が印加されて振動によってキャピラリ波が生じ、前記液体が前記スリットから供給されて霧化されるとともに、前記振動によって前記液体の供給を促すことを特徴とする。
【０００６】
また、具体的に、
（１）前記一対の櫛形電極に略６０Ｖで９〜１０ＭＨｚの高周波を印加してなる。
【０００７】
（２）前記振動子とカバーは同じ材料の圧電材料からなる。
【０００８】
（３）前記ギャップを前記振動子とカバー間に薄い金属箔を敷くことにより設けてなる。
【０００９】
（４）前記ギャップが略１０μｍである。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、上記したように、この超音波霧化器では、板状の振動子に形成された一対の櫛形電極に、９〜１０ＭＨｚの高周波が印加されて、振動によってキャピラリ波が生じ、液体が、振動子とカバーのギャップ端の狭いスリットから供給されるので、そこから霧化が行われる。また、超音波振動のＯＮ／ＯＦＦにより、液体の供給を促すことができる。
【００１１】
また、高い周波数の採用により、超音波霧化器の小型化を図ることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施例を示す弾性表面波を用いた超音波霧化器の基本構成を示す斜視図、図２はその弾性表面波を用いた超音波霧化器の振動子の平面図、図３はその超音波霧化器の振動子の櫛形電極の構造を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、振動子１の一方側には一対の櫛形電極２が形成される。振動子１の他方端には、振動子１の縁に沿って、１０μｍ程度のステンレス箔３を形成し、そのステンレス箔３上にカバー４を設ける。そのカバー４の上方にはチューブ６を設けて、液体供給口７より、カバー４と振動子１とのギャップ（ステンレス箔３が敷かれることにより１０μｍが保たれる）に液体を供給する。
【００１５】
ここで、波数を一致させるようにするために、振動子１とカバー４はどちらも同じ材料からなる、１２８°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 ：ニオブ酸リチウムを用いるのが望ましい。
【００１６】
カバー４と振動子１の間に供給された液体は、振動子１に伝わる弾性表面波によって摩擦駆動され、一対の櫛形電極２の方向に動き、カバー４と振動子１のスリット５から出てくる。液体を通してカバー４にも弾性表面波が励振されているため、カバー４も摩擦駆動を助けている。その後、薄く広がり、液面上にはその振動子１上の弾性表面波による振動によって、キャピラリ波が生じ、そこから霧化が行われている。
【００１７】
ここで、図２に示すように、振動子１として１２８°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 を用い、そのサイズは２０ｍｍ×５５ｍｍとし、また、図３に示すように、一対の櫛形電極２は、両側に全長３５ｍｍ、１ｍｍ幅の端子（導出パッド部は、３ｍｍ×５ｍｍ）２１を設け、その先端側に櫛形電極部２２を形成し、互いに交互に組み合わせる。その櫛形電極部２の電極は線幅７５μｍ、ピッチ３００μｍであり、総面積は１０ｍｍ×１５ｍｍにした。
【００１８】
その一対の櫛形電極２に高周波電源８から、周波数が１０ＭＨｚ程度の高周波を印加するように構成した。
【００１９】
図４は本発明の実施例を示す振動子のアドミタンス周波数特性図である。
【００２０】
この図において、横軸は周波数（ＭＨｚ）、左縦軸はアドミタンスＹ、右縦軸は位相θを示している。
【００２１】
この図に示すように、構造上、振動子上に液体など吸収剤がのっていない時は、反射波などの存在により、ピークが多数存在するが、液体をのせると反射波は吸収され、ピークは１つになる。ここでは、液体として、水をのせた場合のものである。この時の共振周波数は９．５４ＭＨｚであった。
【００２２】
図５は本発明の実施例を示す入力電圧と振動子の振幅の関係を示す図である。
【００２３】
この図において、横軸は入力電圧（Ｖ）、縦軸は振幅（ｎｍ）を示している。
【００２４】
この図に示すように、７０Ｖ0-P 以上（振動速度１．６ｍ／ｓ以上）になると比例関係が崩れるが、それ以下ではほぼ比例関係を保っている。
【００２５】
ここでは、電圧６０Ｖ0-P 、振動速度１．２ｍ／ｓで霧化を行っている。
【００２６】
実験を、ｆ＝９．５４ＭＨｚ，Ｖ＝６０ＶP-P 、バースト周波数１ＫＨｚで行った。バースト波駆動を行ったのは、電極、液体の超音波エネルギーの吸収による温度上昇を避けるためである。
【００２７】
噴霧は広がった液体のさらに薄い縁の部分から出ている。そして、そこにはキャピラリ波がはっきりと観測される。噴霧量は約０．０７ｍｌ／ｍｉｎである。噴霧粒子は数μｍ程度のものが得られているが、一部かなり大きな粒子（数十μｍ程度）も見られた。
【００２８】
これは、バースト波をかけていることによって低い周波数成分が生じ、そのために生まれた噴霧であると思われる。
【００２９】
また、上記実施例では、振動子としてニオブ酸リチウムを用いたが、他の圧電材料、例えば、タンタル酸リチウムを用いるようにしてもよい。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、振動子に形成された一対の櫛形電極に、９〜１０ＭＨｚの高周波が印加されて、振動によってキャピラリ波が生じ、液体が、振動子とカバーのギャップ端の狭いスリットから噴出されるので、そこから霧化が行われる。また、表面張力により、超音波振動のＯＮ／ＯＦＦにより、液体の供給を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す弾性表面波を用いた超音波霧化器の基本構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示す弾性表面波を用いた超音波霧化器の振動子の平面図である。
【図３】本発明の実施例を示す超音波霧化器の振動子の櫛形電極の構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す振動子のアドミタンス周波数特性図である。
【図５】本発明の実施例を示す入力電圧と振動子の振幅の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 振動子
２ 一対の櫛形電極
３ ステンレス箔
４ カバー
５ スリット
６ チューブ
７ 液体供給口
８ 高周波電源
２１ 端子
２２ 櫛形電極部
【産業上の利用分野】
本発明は、弾性表面波を用いた超音波霧化器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平均粒径１０μｍ以下の比較的均一な液体の微粒化の方法として、超音波振動を用いることが知られている。粒径は周波数の２／３乗に比例して小さくなることから、高い周波数の超音波振動系を採用することが、細かな噴霧とするには適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高い周波数の超音波振動系を採用したものは、現在まだ実用化されていないのが現状である。
【０００４】
本発明は、かかる状況に鑑みて、１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚ程度の高周波で動作する、小型の弾性表面波を用いた超音波霧化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、弾性表面波を用いた超音波霧化器であって、一対の櫛形電極が形成される圧電材料からなる板状の振動子と、前記一対の櫛形電極に接続され、弾性表面波を生ぜしめる高周波電源と、該板状の振動子とギャップを介して前記板状の振動子の一部に配置され、ギャップ端にスリットが形成されるカバーと、前記ギャップに液体を供給する手段とを備え、前記一対の櫛形電極に高周波が印加されて振動によってキャピラリ波が生じ、前記液体が前記スリットから供給されて霧化されるとともに、前記振動によって前記液体の供給を促すことを特徴とする。
【０００６】
また、具体的に、
（１）前記一対の櫛形電極に略６０Ｖで９〜１０ＭＨｚの高周波を印加してなる。
【０００７】
（２）前記振動子とカバーは同じ材料の圧電材料からなる。
【０００８】
（３）前記ギャップを前記振動子とカバー間に薄い金属箔を敷くことにより設けてなる。
【０００９】
（４）前記ギャップが略１０μｍである。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、上記したように、この超音波霧化器では、板状の振動子に形成された一対の櫛形電極に、９〜１０ＭＨｚの高周波が印加されて、振動によってキャピラリ波が生じ、液体が、振動子とカバーのギャップ端の狭いスリットから供給されるので、そこから霧化が行われる。また、超音波振動のＯＮ／ＯＦＦにより、液体の供給を促すことができる。
【００１１】
また、高い周波数の採用により、超音波霧化器の小型化を図ることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施例を示す弾性表面波を用いた超音波霧化器の基本構成を示す斜視図、図２はその弾性表面波を用いた超音波霧化器の振動子の平面図、図３はその超音波霧化器の振動子の櫛形電極の構造を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、振動子１の一方側には一対の櫛形電極２が形成される。振動子１の他方端には、振動子１の縁に沿って、１０μｍ程度のステンレス箔３を形成し、そのステンレス箔３上にカバー４を設ける。そのカバー４の上方にはチューブ６を設けて、液体供給口７より、カバー４と振動子１とのギャップ（ステンレス箔３が敷かれることにより１０μｍが保たれる）に液体を供給する。
【００１５】
ここで、波数を一致させるようにするために、振動子１とカバー４はどちらも同じ材料からなる、１２８°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 ：ニオブ酸リチウムを用いるのが望ましい。
【００１６】
カバー４と振動子１の間に供給された液体は、振動子１に伝わる弾性表面波によって摩擦駆動され、一対の櫛形電極２の方向に動き、カバー４と振動子１のスリット５から出てくる。液体を通してカバー４にも弾性表面波が励振されているため、カバー４も摩擦駆動を助けている。その後、薄く広がり、液面上にはその振動子１上の弾性表面波による振動によって、キャピラリ波が生じ、そこから霧化が行われている。
【００１７】
ここで、図２に示すように、振動子１として１２８°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 を用い、そのサイズは２０ｍｍ×５５ｍｍとし、また、図３に示すように、一対の櫛形電極２は、両側に全長３５ｍｍ、１ｍｍ幅の端子（導出パッド部は、３ｍｍ×５ｍｍ）２１を設け、その先端側に櫛形電極部２２を形成し、互いに交互に組み合わせる。その櫛形電極部２の電極は線幅７５μｍ、ピッチ３００μｍであり、総面積は１０ｍｍ×１５ｍｍにした。
【００１８】
その一対の櫛形電極２に高周波電源８から、周波数が１０ＭＨｚ程度の高周波を印加するように構成した。
【００１９】
図４は本発明の実施例を示す振動子のアドミタンス周波数特性図である。
【００２０】
この図において、横軸は周波数（ＭＨｚ）、左縦軸はアドミタンスＹ、右縦軸は位相θを示している。
【００２１】
この図に示すように、構造上、振動子上に液体など吸収剤がのっていない時は、反射波などの存在により、ピークが多数存在するが、液体をのせると反射波は吸収され、ピークは１つになる。ここでは、液体として、水をのせた場合のものである。この時の共振周波数は９．５４ＭＨｚであった。
【００２２】
図５は本発明の実施例を示す入力電圧と振動子の振幅の関係を示す図である。
【００２３】
この図において、横軸は入力電圧（Ｖ）、縦軸は振幅（ｎｍ）を示している。
【００２４】
この図に示すように、７０Ｖ0-P 以上（振動速度１．６ｍ／ｓ以上）になると比例関係が崩れるが、それ以下ではほぼ比例関係を保っている。
【００２５】
ここでは、電圧６０Ｖ0-P 、振動速度１．２ｍ／ｓで霧化を行っている。
【００２６】
実験を、ｆ＝９．５４ＭＨｚ，Ｖ＝６０ＶP-P 、バースト周波数１ＫＨｚで行った。バースト波駆動を行ったのは、電極、液体の超音波エネルギーの吸収による温度上昇を避けるためである。
【００２７】
噴霧は広がった液体のさらに薄い縁の部分から出ている。そして、そこにはキャピラリ波がはっきりと観測される。噴霧量は約０．０７ｍｌ／ｍｉｎである。噴霧粒子は数μｍ程度のものが得られているが、一部かなり大きな粒子（数十μｍ程度）も見られた。
【００２８】
これは、バースト波をかけていることによって低い周波数成分が生じ、そのために生まれた噴霧であると思われる。
【００２９】
また、上記実施例では、振動子としてニオブ酸リチウムを用いたが、他の圧電材料、例えば、タンタル酸リチウムを用いるようにしてもよい。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、振動子に形成された一対の櫛形電極に、９〜１０ＭＨｚの高周波が印加されて、振動によってキャピラリ波が生じ、液体が、振動子とカバーのギャップ端の狭いスリットから噴出されるので、そこから霧化が行われる。また、表面張力により、超音波振動のＯＮ／ＯＦＦにより、液体の供給を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す弾性表面波を用いた超音波霧化器の基本構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示す弾性表面波を用いた超音波霧化器の振動子の平面図である。
【図３】本発明の実施例を示す超音波霧化器の振動子の櫛形電極の構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す振動子のアドミタンス周波数特性図である。
【図５】本発明の実施例を示す入力電圧と振動子の振幅の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 振動子
２ 一対の櫛形電極
３ ステンレス箔
４ カバー
５ スリット
６ チューブ
７ 液体供給口
８ 高周波電源
２１ 端子
２２ 櫛形電極部
Claims (5)
- （ａ）一対の櫛形電極が形成される圧電材料からなる板状の振動子と、
（ｂ）前記一対の櫛形電極に接続され、弾性表面波を生ぜしめる高周波電源と、
（ｃ）前記板状の振動子とギャップを介して前記板状の振動子の一部に配置され、ギャップ端にスリットが形成されるカバーと、
（ｄ）前記ギャップに液体を供給する手段とを備え、
（ｅ）前記一対の櫛形電極に高周波が印加されて振動によってキャピラリ波が生じ、前記液体が前記スリットから供給されて霧化されるとともに、前記振動によって前記液体の供給を促すことを特徴とする弾性表面波を用いた超音波霧化器。 - 前記一対の櫛形電極に略６０Ｖで９〜１０ＭＨｚの高周波を印加してなる請求項１記載の弾性表面波を用いた超音波霧化器。
- 前記振動子とカバーは同じ材料の圧電材料からなる請求項１記載の弾性表面波を用いた超音波霧化器。
- 前記ギャップを前記振動子とカバー間に薄い金属箔を敷くことにより設けてなる請求項１記載の弾性表面波を用いた超音波霧化器。
- 前記ギャップが略１０μｍである請求項１記載の弾性表面波を用いた超音波霧化器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02242294A JP3626222B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 弾性表面波を用いた超音波霧化器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02242294A JP3626222B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 弾性表面波を用いた超音波霧化器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07232114A JPH07232114A (ja) | 1995-09-05 |
| JP3626222B2 true JP3626222B2 (ja) | 2005-03-02 |
Family
ID=12082250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02242294A Expired - Fee Related JP3626222B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 弾性表面波を用いた超音波霧化器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3626222B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11717845B2 (en) | 2016-03-30 | 2023-08-08 | Altria Client Services Llc | Vaping device and method for aerosol-generation |
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|---|---|---|---|---|
| KR100341538B1 (ko) | 1997-10-06 | 2002-06-24 | 타테이시 요시오 | 분무 장치 |
| JP4742892B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2011-08-10 | パナソニック株式会社 | 冷蔵庫 |
| JP2006255896A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Tohoku Univ | マイクロインジェクタおよびマイクロインジェクタの製造方法 |
| JP4159574B2 (ja) * | 2005-06-21 | 2008-10-01 | 株式会社カイジョー | 脱気装置およびこれを用いた超音波洗浄装置 |
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| JP2008104966A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Seiko Epson Corp | 霧化装置、吸引装置 |
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| JP5253574B2 (ja) | 2009-06-22 | 2013-07-31 | パナソニック株式会社 | 弾性表面波を用いる霧または微細気泡の発生方法および霧または微細気泡発生装置 |
| JP2012143726A (ja) * | 2011-01-13 | 2012-08-02 | Panasonic Corp | 弾性表面波霧化装置 |
| DE102014222680A1 (de) * | 2014-11-06 | 2016-05-12 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Vorrichtung zur flüssigkeitszerstäubung und verfahren zu ihrer herstellung |
| WO2019198162A1 (ja) * | 2018-04-10 | 2019-10-17 | 日本たばこ産業株式会社 | 霧化ユニット |
| JP7145468B2 (ja) * | 2019-08-08 | 2022-10-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | マイクロ流体装置 |
-
1994
- 1994-02-21 JP JP02242294A patent/JP3626222B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11717845B2 (en) | 2016-03-30 | 2023-08-08 | Altria Client Services Llc | Vaping device and method for aerosol-generation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07232114A (ja) | 1995-09-05 |
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