JP5067727B2 - 超音波振動ユニット - Google Patents

Description

本発明は超音波振動ユニットに係り、例えば水や薬液などの液体を霧化する霧化装置に用いて好適する超音波振動ユニットの改良に関する。

従来、超音波振動ユニットを用い水や薬液などの液体を霧化する霧化装置としては、例えば図１７に示す構成が知られている。

すなわち、装置本体を兼ねた貯液部１の内側下部に例えば水３を溜め、貯液部１の上部内側に設けた支持部材５に超音波振動ユニット７の片側を支持させ、スポンジなどからなり貯液部１内の水３を上方へ供給する円錐柱状の供給部９を貯液部１の内底から超音波振動ユニット７まで延ばしてなる構成を有している。特許第２５９９８４４号公報（特許文献１）はこの種のものである。

超音波振動ユニット７は、例えば図１８Ａ、Ｂに示すように、対向面に電極１１ａ、１１ｂを形成した方形の板状圧電セラミックス１３の一方の端に被振動板１５を部分的に重ねて固着し、電極１１ａ、１１ｂには端子１７ａ、１７ｂ（同図Ｂでは図示せず。）を接続し、被振動板１５には多数の小孔１９を厚み方向に貫通形成するとともに、絶縁性の弾性体からなるチップ状の支持体２１を介して半割状の絶縁性ケース２３（いずれも同図Ａでは図示せず。）で圧電セラミックス１３を挟むように覆ってなる構成を有している。

なお、被振動板１５の小孔１９は微細なものであり、図１８Ａでは図示を省略するとともに、同図Ｂでは誇張して示した。

このような超音波振動ユニット７は、図１７のようにケース２３を支持部材５に固定し、端子１７ａ、１７ｂを介して電極１１ａ、１１ｂに所定の交流駆動電圧を印加して圧電セラミックス１３に長さ（広がり）振動を発生させ、この振動に基づき被振動板１５を振動させ、供給部９によって貯液部１下部から被振動板１５まで給水された水３を多数の小孔１９を介して霧化して外部へ送出するものである。なお、図１７中の符号２５は水３の出入れ口を塞ぐ止栓である。
特許第２５９９８４４号公報

しかしながら、上述した超音波振動ユニット７では、単に、半割状の絶縁性ケース２３にて圧電セラミックス１３を挟む構成であるから、供給部９によって貯液部１下部から被振動板１５まで給水された水３や多数の小孔１９から送出される霧がケース２３内に入り易く、薄い圧電セラミックス１３の周囲に付着し易い。

そのため、付着した水等によって圧電セラミックス１３の電極１１ａ、１１ｂ間を短絡させるおそれがあり、駆動効率の維持向上や安全性の観点から解決が望まれている。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、振動源としての圧電セラミックスの電極間が液体によって短絡され難く、駆動効率の維持向上や安全性の確保が容易な超音波振動ユニットの提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成は、厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有する板状の圧電セラミックスと、この圧電セラミックスの一端辺側に直接又は間接的に部分的に重ねてせり出すように配設された被振動板と、その圧電セラミックスの少なくとも第１および第２の面の略全面を覆い、圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースとを有し、その第１のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第１の面との間に、第１の電極を覆うとともに、圧電セラミックスに圧接する板状の絶縁性弾性体を配設し、第２のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第２の面との間に、圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持されることを特徴とする。

また、本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成は、厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有する板状の圧電セラミックスと、この圧電セラミックスの一端辺側に直接又は間接的に部分的に重ねてせり出すように配設された被振動板と、その圧電セラミックスの少なくとも第１および第２の面の略全面を覆い、圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースとを有し、その第１のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第１の面との間に、第１の電極を囲むとともに、圧電セラミックスに圧接する枠状又は環状の絶縁性弾性体を配設し、第２のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第２の面との間に、圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持されることを特徴とする。

また、本発明の第１の構成において、上前記ケースは、被振動板よりもこの長さ方向に大きく形成されるとともに厚さ方向に貫通する窓部を有し、その被振動板は窓部を横切るように延設配置される構成も可能である。

また、本発明の第１の構成において、上記被振動板の先端部を上記ケースに弾性的に支持される構成も可能である。

本発明の超音波振動ユニットに係る第２の構成は、厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有し、中央部に貫通孔を有するリング板状の圧電セラミックスと、この圧電セラミックスの貫通孔を塞ぐようにその圧電セラミックスの第１又は第２の面に直接又は間接的に部分的に重ねて配設された被振動板と、その圧電セラミックスの少なくとも第１および第２の面の略全面を覆い、前記圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースとを有し、その第１のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第１の面との間に、第１の電極を覆うとともに、圧電セラミックスに圧接する板状の絶縁性弾性体を配設し、第２のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第２の面との間に、圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持されることを特徴とする。

また、本発明の超音波振動ユニットに係る第２の構成は、厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有し、中央部に貫通孔を有するリング板状の圧電セラミックスと、この圧電セラミックスの貫通孔を塞ぐようにその圧電セラミックスの第１又は第２の面に直接又は間接的に部分的に重ねて配設された被振動板と、その圧電セラミックスの少なくとも前記第１および第２の面の略全面を覆い、前記圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースとを有し、その第１のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第１の面との間に、第１の電極の外周および内周を囲むとともに、圧電セラミックスに圧接する環状の絶縁性弾性体を配設し、第２のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第２の面との間に、圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持されることを特徴とする。

そのような手段を備えた本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成では、第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有する板状の圧電セラミックスの一端辺側に、被振動板を直接又は間接的に部分的に重ねてせり出すように配設し、厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースによってその圧電セラミックスの少なくとも第１および第２の面の略全面を覆い、その第１のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第１の面との間に、第１の電極を覆うとともに、圧電セラミックスに圧接する板状の絶縁性弾性体を配設し、第２のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第２の面との 間に、圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持される。このため、このような超音波振動ユニットを霧化装置などに用いた場合、圧電セラミックスの電極間が液体によって短絡され難く、駆動効率の維持向上や安全性の確保が容易である。また、第１の電極が板状の絶縁性弾性体で覆われるため、当該電極の保護が図れ、また、ケースが厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されるため、組み立てが容易であり、さらに、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持されるため、圧電セラミックスをケース内の所定位置に保持することができる。

本発明の第１の構成において、圧電セラミックスの第１の電極の周囲を囲む枠状又は環状の絶縁性弾性体を配設する構成でも、同様の効果を達成することができる。さらに、上述した利点に加えて、絶縁性弾性体の材料消費量が少なく安価となる。

本発明の第１の構成において、そのケースに設けた窓部をその被振動板が横切るように延設配置される構成では、被振動板の保護を図ることが可能である。

本発明の第１の構成において、その被振動板の先端部をそのケースに弾性的に支持させる構成では、被振動板の振動を妨げることなく、被振動板のねじり変形やたわみ変形を防止する効果も期待できる。

本発明の超音波振動ユニットに係る第２の構成では、第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有するリング板状の圧電セラミックスに対し、この圧電セラミックスの貫通孔を塞ぐように被振動板を直接又は間接的に部分的に重ねて配設し、厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースによってその圧電セラミックスの少なくとも第１および第２の面の略全面を覆い、その第１のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第１の面との間に、第１の電極を覆うとともに、圧電セラミックスに圧接する板状の絶縁性弾性体を配設し、第２のケース部材の裏面と圧電セラミックスの第２の面との間に、圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持される。このため、かかる超音波振動ユニットを霧化装置などに用いた場合、圧電セラミックスの電極間が液体によって短絡され難く、駆動効率の維持向上や安全性の確保が容易である。また、第１の電極が板状の絶縁性弾性体で覆われるため、当該電極の保護が図れ、また、ケースが厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されるため、組み立てが容易であり、さらに、圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持されるため、圧電セラミックスをケース内の所定位置に保持することがで きる。

本発明の第２の構成において、圧電セラミックスの第１の電極の外周および内周を囲む環状の絶縁性弾性体を配設する構成でも、同様の効果を達成することができる。さらに、上述した利点に加えて、絶縁性弾性体の材料消費量が少なく安価となる。

以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。

図１、図２は本発明に係る超音波振動ユニットの第１の構成を示す断面図および分解斜視図である。

図１および図２において、超音波振動ユニット２７は、板状の圧電セラミックス２９と、これに部分的に重ねてせり出すように配設された被振動板３１と、圧電セラミックス２９に重ねられた金属製の端子板３３ａ、３３ｂと、これに重ねられた絶縁性弾性板３５ａ、３５ｂ（第１および第２の絶縁性弾性体）および全体を覆うケース３７を有して構成されている。尚、端子板３３ａ、３３ｂとして、例えばＦＰＣ（可撓性プリント基板）等を用いてもよい。

圧電セラミックス２９は、従来公知の超音波圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛やこの鉛をモリブデンに代えた材料から概略矩形に近似した薄板状に成形されるとともに厚み方向の分極が施されている。

圧電セラミックス２９は、図３に示すように、その厚さ方向で対面する第１の面（図中上面）ｄ１には、銀、銅、ニッケルなどの導電材料からなる第１の電極３９ａが、第２の面（図中下面）ｄ２には同様な第２の電極３９ｂが圧電セラミックス２９の外形形状より若干小さな形状で形成されている。

これら第１および第２の電極３９ａ、３９ｂには、これらより若干小さな形状の端子板３３ａ、３３ｂが電気的に接触した状態で重ねられるとともに、一部がリード部として延設されている。

被振動板３１は、例えばニッケル材料などの導電材料板から圧電セラミックス２９の一端辺と同じ幅寸法で長方形に形成され、圧電セラミックス２９に例えば第１の電極３７ａを介して間接的に重ねられて固着され、圧電セラミックス２９に片持ち支持されて先端が開放自由端となっている。

なお、被振動板３１は、圧電セラミックス２９に直接的に重ねる構成も当然可能である。

被振動板３１には、微細な小孔４１がその厚み方向に複数（無数）貫通形成されており、これら小孔４１は圧電セラミックス２９との当接面（図中下面）側の直径を対向面側の直径より大きくして先細りとなっている。図１では小孔４１の図示を省略するとともに、図２では誇張して図示されている。

絶縁性弾性板３５ａ、３５ｂは、共に例えば合成ゴムやエラストマーなどの弾力性の良好な絶縁性材料から圧電セラミックス２９の外形形状とほぼ同形状で薄板状に形成されており、圧電セラミックス２９の両対向面にて端子板３３ａ、３３ｂの上から第１および第２の電極３９ａ、３９ｂに重ねられている。

すなわち、弾性板３５ａ、３５ｂは、圧電セラミックス２９の第１および第２の電極３９ａ、３９ｂよりはみ出るような大きさに形成され、電極３９ａ、３９ｂを覆っている。

ケース３７は、絶縁性合成樹脂から枠形で半割状に成形された第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂからなり、圧電セラミックス２９の外形形状と同じ収納内形状を有している。

第１のケース部材３７ａ（図中上側）は第１の弾性板３５ａおよび被振動板３１の一部が嵌る深さを有し、第２のケース部材３７ｂ（図中下側）は第２の弾性板３５ｂおよび圧電セラミックス２９がはまる深さを有するとともに、圧電セラミックス２９から延設される被振動板３１のため第１のケース部材３７の一部が切り欠かれている。

なお、図では第１のケース部材３７ａが第２のケース部材３７ｂより明らかに厚みが薄く図示されているが、圧電セラミックス２９や被振動板３１は１ｍｍ程度又はそれより薄いから、製品化した場合には外観上の厚み寸法はほぼ同じである。

それら第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂは、弾性板３５ａ、３５ｂの上から圧電セラミックス２９を若干押圧するようにして互いに開口端面を重ねて接着剤など適当な手段にて固着一体化されるとともに、被振動板３１を突出させるようにして圧電セラミックス２９全体を被覆している。

そのため、第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂの裏面と圧電セラミックス２９の上記第１および第２の面ｄ１、ｄ２との間にあって、それら第１および第２の電極３９ａ、３９ｂ全体が隠れるように弾性板３５ａ、３５ｂにて圧接した状態で覆われ、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂは、弾性板３５ａ、３５ｂによって防水的にシールされた状態なっている。

すなわち、弾性板３５ａ、３５ｂが、水等の付着による第１および第２の電極３９ａ、３９ｂ間の短絡を防止する短絡防止機能を有している。

また、圧電セラミックス２９は、弾性板３５ａ、３５ｂを介して第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂで挟持されて、ケース部材３７の所定の位置に保持されている。

このような超音波振動ユニット２７は、端子板３３ａ、３３ｂを介して例えば１３３ＫＨｚで２０Ｖｐ−ｐの交流電圧を圧電セラミックス２９に印加すると、動作説明図である図４に示すように、圧電セラミックス２９が長さ方向（図３中の矢符）に振動するから、圧電セラミックス２９に端部を支持された被振動板３１には振動波が生じる。

なお、図４では分かり易くするために、被振動板３１の振動形態を誇張して概略的に示したものである。

このように、本発明の超音波振動ユニット２７は、圧電セラミックス２９の厚さ方向の対向面である第１および第２の面ｄ１、ｄ１に第１および第２の電極３９ａ、３９ｂをその圧電セラミックス２９の外形形状より若干小さな形状で形成し、その圧電セラミックス２９の一端辺に被振動板３１を部分的に重ねられて固着してその先端を開放自由端とし、被振動板３１には微細な小孔４１を多数形成し、その圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ１には第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの全体が隠れるように絶縁性弾性板３５ａ、３５ｂを重ねて覆い、第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂにてそれら弾性板３５ａ、３５ｂの上から圧電セラミックス２９を押圧するようにして覆うとともに、被振動板３１を第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂの接合部から突出させた構成となっている。

そのため、第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂ内の弾性板３５ａ、３５ｂが防水的にシールされた状態なり、水等などが第１および第２の電極３９ａ、３９ｂに接触し難く、それら第１および第２の電極３９ａ、３９ｂ間の短絡が防止される。

しかも、圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ２と第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂとの間にあって、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂをこれより大きな形状の弾性板３５ａ、３５ｂによって大きく覆ってなるから、短絡防止機能が確実に機能する。

上述した第１の構成において、短絡防止の機能を発揮する弾性板３５ａ、３５ｂは、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂ全体を大きく覆う板状であったが、本発明ではこれに限定されない。

例えば、図５および図６に示すように、板状の弾性板３５ａ、３５ｂに代えて、圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ２よりも小さく形成された第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの周囲を囲む矩形の枠状の絶縁性弾性枠４３ａ、４３ｂ（第３および第４の弾性体）を配設し、圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ２と第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂ裏面との間で圧接するようその間に介在させた構成も可能である。

なお、他の構成は上述した図１および図２の構成と同様であり、弾性枠４３ａ、４３ｂも弾性板３５ａ、３５ｂと同様な材料から形成され、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂ間の短絡防止機能を発揮する。

このような構成においても、圧電セラミックス２９に形成された第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの外周が、圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ２と第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂ裏面との間で圧接された弾性枠４３ａ、４３ｂによって防水的にシールされるから、それら第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの間の短絡が防止され、また、弾性枠４３ａ、４３ｂが板状ではなく枠状であるから、その材料消費量が少なく安価である。

なお、この実施の形態にあっては、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂが矩形状であるため、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの周囲を囲む絶縁性弾性枠４３ａ、４３ｂも矩形の枠状としているが、例えば、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂを円形状とした場合には、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの周囲を囲む絶縁性弾性枠４３ａ、４３ｂも環状の形状とすることもできる。

また、図７に示すように、板状の弾性板３５ａ、３５ｂに加えて、第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂの被振動板３１の突出側において、第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂの端面と被振動板３１との間に細い絶縁性弾性棒４５ａ、４５ｂ（第５および第６の弾性体）を圧接するようその間に介在させた構成も可能である。

この構成においても、上述した図１および図２の構成と同様であり、弾性棒４５ａ、４５ｂも弾性板３５ａ、３５ｂと同様な材料から形成され、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂ間の短絡防止機能を発揮する。

このような構成においては、圧電セラミックス２９に固着された被振動板３１側が、弾性棒４５ａ、４５ｂによって第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂと被振動板３１との間が防水的にシールされるから、ケース３７内への水等の侵入が阻止され、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの間の短絡が防止される。

なお、弾性板３５ａ、３５ｂに加えて弾性棒４５ａ、４５ｂを用いれば、より高い短絡防止機能を確保できるが、絶縁性弾性板３５ａ、３５ｂを省略して弾性棒４５ａ、４５ｂのみによっても、短絡防止機能を確保できる利点がある。

さらに、図示はしないが、図７の構成において、第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂの被振動板３１側の合わせ部（辺）を、第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの被振動板３１側の辺より被振動板３１側に延出し、その延出端と圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ２との間に、絶縁性弾性棒４５ａ、４５ｂを介在させるようにして圧電セラミックス２９に圧接させて防水シールとする構成も可能であり、このような構成でも同様な効果を得ることができる。

そして、第１の構成において、上述した半割状の第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂからなるケース３７も、圧電セラミックス２９のみを覆う形状に限定されない。

例えば、図８〜図１０に示すように、圧電セラミックス２９のみを覆う部分から一体的にコ字状に延設させた第１および第２のケース部材４７ａ、４７ｂによって窓部４９を有するケース４７を形成し、その窓部４９を横切るように被振動板３１を圧電セラミックス２９から突出させるとともに、被振動板３１の突出先願部を第１および第２のケース部材４７ａ、４７ｂの延設先端辺で、弾性片５１で弾性的に挟持する構成も可能である。

このような構成の超音波振動ユニット２７では、被振動板３１が窓部４９を横切るように圧電セラミックス２９から突出されるとともに、被振動板３１の突出先願部が第１および第２のケース部材４７ａ、４７ｂの延設先端辺で絶縁性弾性片５１で弾性的に挟持されるから、被振動板３１に他の部材などが不用意に接触し難くなって安定的な動作確保が容易に可能となる。

しかも、上述した図１６に示したように、柱状の供給部９が被振動板３１に圧接した状態にあっても、被振動板３１の大きな変形が抑えられ、被振動板３１に対する供給部９の圧接状態が良好に確保され、確実な霧化動作を確保できる利点がある。

もっとも、被振動板３１の突出先願部を第１および第２のケース部材４７ａ、４７ｂにて僅かな間隔を置いて配置して弾性片５１を省略させたり、被振動板３１の突出先願部を第１および第２のケース部材４７ａ、４７ｂの間に配置させなくとも、被振動板３１に他の部材などを不用意に接触し難くすることは可能である。

また、上述した第１の構成において、圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ２側のいずれか一方の面において、弾性板３５ａ、３５ｂ、弾性枠４３ａ、４３ｂ、弾性棒４５ａ、４５ｂのいずれか一方を配設しても本発明の目的達成が可能である。

なお、上述した実施の形態にあっては、端子板３３ａ、３３ｂとして金属製の材料を用い、かつ、この端子板３３ａ、３３ｂを絶縁性の弾性板３５ａ、３５ｂで覆うものを例示したが、例えば、端子板３３ａ、３３ｂとして導電性の弾性体を用い、かつ、この導電性の弾性体からなる端子板を、弾性板３５ａ、３５ｂに代えて絶縁性の材料で例えばコーティングしてもよい。

また、圧電セラミックス２９の第１および第２の電極３９ａ、３９ｂ間の短絡が防止できる構成であれば、ケース３７を金属性としてもよく、この場合には、ケース３７が放熱効果を発揮することができる。

次に本発明に係る超音波振動ユニットの第１の構成の変形例について、図１１の断面図を用いて説明する。

上述した超音波振動ユニット２７においては、圧電セラミックス２９に設けた端子板３３ａ、３３ｂがケース３７の端面から外部に延出する構成を例示したが、この変形例においては、ケース３７の上面および下面に端子３３ｃ、３３ｄを設けている。

端子３３ｃ、３３ｄは頂面がお椀状の曲面を有するリベット状のもので、端子３３ｃは第１のケース部材３７ａに形成された貫通孔に進退可能に配設されており、また、端子３３ｄが第２のケース部材３７ｂに形成された貫通孔に進退可能に配設されている。

端子３３ｃの底部中央部と第１の電極３９ａとの間には、導電性部材からなるつる巻ばね１００ａが縮装されており、また、端子３３ｄの底部中央部と第２の電極３９ｂとの間には、導電性部材からなるつる巻ばね１００ｂが縮装されている。

これらのつる巻ばね１００ａ、１００ｂによって、第１の電極３９ａと端子３３ｃとの電気的接続、および第２の電極３９ｂと端子３３ｄとの電気的接続が図られている。

また、第１のケース部材３７ａと圧電セラミックス２９との間には、弾性枠４３ａが配設され、第２のケース部材３７ｂと圧電セラミックス２９との間には、弾性枠４３ｂが配設されおり、圧電セラミックス２９は、弾性枠４３ａ、４３ｂで弾性的に保持されている。

このような構成においても、圧電セラミックス２９に形成された第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの外周が、圧電セラミックス２９の第１および第２の面ｄ１、ｄ２と第１および第２のケース部材３７ａ、３７ｂ裏面との間で圧接された弾性枠４３ａ、４３ｂによって防水的にシールされるから、それら第１および第２の電極３９ａ、３９ｂの間の短絡が防止されるし、弾性枠４３ａ、４３ｂが板状ではなく枠状であるから、その材料消費量が少なく安価である。

次に、本発明に係る霧化装置用超音波振動ユニットの第２の構成を説明する。

図１２および図１３は、本発明に係る霧化装置用超音波振動ユニットの第２の構成を示す断面図および分解斜視図である。

図１２および図１３において、超音波振動ユニット５３は、中央部に貫通孔５５を有するリング板状の圧電セラミックス５７と、貫通孔５５を塞ぐようにして圧電セラミックス５７に部分的に重ねて配設された円板状の被振動板５９と、これらに重ねられた絶縁性弾性板６１ａ、６１ｂ（第７、第８の弾性体）および全体を覆うケース６３を有して構成されている。

圧電セラミックス５７は、図１の圧電セラミックス２９と同じ材料から薄いリング板状に成形されるとともに厚み方向分極が施されている。

圧電セラミックス５７は、その厚さ方向で対面する第１の面ｄ１には、銀、銅、ニッケルなどの導電材料からなる第１の電極６５ａが、第２の面ｄ２には同様な第２の電極６５ｂが、各々圧電セラミックス５７の幅形状より若干小さな環状帯状に形成されており、これら第１および第２の電極６５ａ、６５ｂには、適宜、端子板（図示省略）が電気的に接触した状態で重ねられる。

被振動板５９は、例えばニッケル材料などの導電材料板からなり、圧電セラミックス５７に例えば第２の電極６５ａを介して間接的に重ねられて固着されているが、圧電セラミックス５７に直接的に重ねる構成も当然可能であるし、微細な小孔６７が形成されているのも、上述した被振動板３１と同様である。

弾性板６１ａ、６１ｂは、共に上述した弾性板３５ａ、３５ｂと同様な弾力性材料から圧電セラミックス５７の形状や幅とほぼ同様にリング板状に形成され、水等による第１および第２の電極６５ａ、６５ｂ間の短絡を防止するものであり、圧電セラミックス５７の両対向面にて第１および第２の電極６５ａ、６５ｂに重ねられている。

すなわち、弾性板６１ａ、６１ｂは、圧電セラミックス５７の第１および第２の電極６５ａ、６５ｂより大径かつはみ出るような形状で形成されてそれら第１および第２の電極６５ａ、６５ｂ全体を覆っている。

ケース６３は、上述したケース３７と同様に絶縁性合成樹脂からリング状かつ半割状に成形された第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂを合わせてなり、圧電セラミックス５７の外形形状と同じ横断面凹状の収納内形状を有している。

第１のケース部材６３ａ（図中上側）は圧電セラミックス５７と弾性板６１ａが嵌る深さを有し、第２のケース部材６３ｂ（図中下側）は弾性板６１ｂがはまる深さを有するとともに、圧電セラミックス５７の貫通孔５５を塞ぐ被振動板５９のために一部が切り欠かれている。

なお、図では第１のケース部材６３ａが第２のケース部材６３ｂより厚く図示されているが、製品化した場合には外観上の厚み寸法はほぼ同じである点も上述した実施の形態と同様である。

第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂは、弾性板６１ａ、６１ｂの上から圧電セラミックス５７を若干押圧するようにして互いに開口端面を重ねて接着剤など適当な手段にて固着一体化されるとともに、被振動板５９を突出させるようにして圧電セラミックス５７全体を被覆している。

そのため、第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂの裏面と圧電セラミックス５７の上記第１および第２の面ｄ１、ｄ２との間にあって、それら第１および第２の電極６５ａ、６５ｂが弾性板６１ａ、６１ｂで覆われ、弾性板６１ａ、６１ｂが、水滴の付着による第１および第２の電極６５ａ、６５ｂ間の短絡を防止する短絡防止機能を発揮する。

また、圧電セラミックス５７は、弾性板６１ａ、６１ｂを介して第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂで挟持されて、ケース部材６３の所定の位置に保持されている。

このような超音波振動ユニット５３においても、例えば１３３ＫＨｚで２０Ｖｐ−ｐの交流電圧を圧電セラミックス５７に印加すると、圧電セラミックス５７が径方向に振動するから、圧電セラミックス５７の貫通孔５５を塞ぐ被振動板５９にが軸方向に振動し、被振動板５９の片面に供給された液体が小孔６７で霧化される。

このように、本発明に係る超音波振動ユニット５３の第２の構成は、貫通孔５５を有するリング板状の圧電セラミックス５７の対向面である第１および第２の面ｄ１、ｄ１に第１および第２の電極６５ａ、６５ｂをその圧電セラミックス５７の幅形状より若干小さな形状で形成し、微細な小孔６７を多数形成した被振動板５９をその圧電セラミックス５７に部分的に重ねてその貫通孔５５を塞ぎ、その圧電セラミックス５７の第１および第２の面ｄ１、ｄ１には第１および第２の電極６５ａ、６５ｂを覆うように弾性板６１ａ、６１ｂを重ね、第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂにてそれら弾性板６１ａ、６１ｂの上から圧電セラミックス５７を若干押圧するようにして覆うとともに、被振動板５９を貫通孔５５に露出させる構成となっている。

そのため、第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂ内の弾性板６１ａ、６１ｂが防水的にシールされた状態なり、それら第１および第２の電極６５ａ、６５ｂ間の短絡が防止される。

しかも、圧電セラミックス５７の第１および第２の面ｄ１、ｄ２と第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂとの間にあって、第１および第２の電極６５ａ、６５ｂを弾性板６１ａ、６１ｂによって大きく覆って圧接されてなるから、短絡防止機能が確実に機能する。

この第２の構成においても、短絡防止機能を発揮する弾性板６１ａ、６１ｂは第１および第２の電極６５ａ、６５ｂ全体を大きく覆う板状に限定されない。

例えば、図１４および図１５に示すように、板状の弾性板６１ａ、６１ｂに代えて、圧電セラミックス５７の外形より小径で形成された第１および第２の電極６５ａ、６５ｂの外周および内周を囲む大小１対ずつの絶縁性弾性環６９ａ、６９ｂ（第９、第１０の弾性体）を配設し、圧電セラミックス５７の第１および第２の面ｄ１、ｄ２と第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂ両裏面との間で圧接するようその間に介在させた構成も可能である。

なお、他の構成は上述した図１２および図１３の構成と同様であり、弾性環６９ａ、６９ｂも弾性板６１ａ、６１ｂと同様な材料から形成されており、図１５中では被振動板５９の図示は省略した。

このような構成においても、圧電セラミックス５７に形成された第１および第２の電極６５ａ、６５ｂの外周および内周が、圧電セラミックス５７の第１および第２の面ｄ１、ｄ２と第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂ両裏面との間で圧接された弾性環６９ａ、６９ｂによって防水的にシールされるから、それら第１および第２の電極６５ａ、６５ｂの間の短絡が防止されるうえ、弾性環６９ａ、６９ｂがループ状であるから、その材料消費量も少なく安価である。

また、図１６に示すように、リング板状の弾性板６１ａ、６１ｂ（図１２参照）に加えて、第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂの貫通孔５５側において、第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂの端面と被振動板５９との間にリング状の絶縁性弾性環７１ａ、７１ｂ（第１１、第１２の弾性体）を圧接するようその間に介在させる構成も可能である。

その他の構成は上述した図１２および図１３の構成と同様であり、弾性環７１ａ、７１ｂも弾性板６１ａ、６１ｂと同様な材料から形成されている。

このような構成においても、弾性板６１ａ、６１ｂの短絡防止機能に加えて、圧電セラミックス５７の貫通孔５５側すなわち被振動板５９側が、弾性環７１ａ、７１ｂによって第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂと被振動板５９との間を防水的にシールするため、それら第１および第２の電極６５ａ、６５ｂの間の短絡が防止される。

なお、弾性板６１ａ、６１ｂに加えて弾性環７１ａ、７１ｂを用いれば、より高い短絡防止機能を確保できるが、弾性板６１ａ、６１ｂを省略して弾性環７１ａ、７１ｂのみによっても、短絡防止機能を確保できる利点がある。

さらに、図示はしないが、図１６の構成において、第１および第２のケース部材６３ａ、６３ｂの一部を、貫通孔５５側であって第１および第２の電極６５ａ、６５ｂより更に内側において、弾性環７１ａ、７１ｂを介在させるようにして圧電セラミックス５７に圧接させる構成も可能であり、このような構成でも同様な効果を得ることができる。

そして、第２の構成においても、圧電セラミックス５７の第１および第２の面側のいずれか一方の面において、弾性板６１ａ、６１ｂ、弾性環６９ａ、６９ｂ、７１ａ、７１ｂのいずれか一方を配設しても本発明の目的達成が可能であることは言うまでもない。

ところで、本発明に係る超音波振動ユニット２７、５３を水３や薬液などの液体を散布する霧化装置に使用する場合、液体の種類によっては被振動板３１、５９に形成する小孔４１、６５の内径や形成密度を種々に変更する必要がある一方、小孔４１、６５が微細過ぎて肉眼では分かり難く、超音波振動ユニット２７、５３がどの種類の液体用のものか判別し難い。

そこで、被振動板３１、５９の種類に対応させてケース３７、６３の色を変更させたり、被振動板３１、５９の種類に対応させた目視的に確認できる表示をケース３７、６３に付せば有用である。

また、本発明に係る超音波振動ユニット２７、５３は、粉体などを飛散させる場合など、各種の装置や用途の振動源として用いることが可能である。

本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成について実施の形態を示す断面図である。 図１に示す超音波振動ユニットの分解斜視図である。 図１に示す超音波振動ユニットにおいてケースを除いた状態を示す断面図である。 図１に示す超音波振動ユニットの動作を説明する図である。 本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成において、別の実施の形態を示す断面図である。 図５に示す超音波振動ユニットの分解斜視図である。 本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成において、別の実施の形態を示す断面図である。 本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成において、更に別の実施の形態を示す断面図である。 図８に示す超音波振動ユニットの斜視図である。 図８に示す超音波振動ユニットの平面図である。 本発明の超音波振動ユニットに係る第１の構成において、更に別の変形例を示す断面図である。 本発明の超音波振動ユニットに係る第２の構成について実施の形態を示す断面図である。 図１２に示す超音波振動ユニットの分解斜視図である。 本発明の超音波振動ユニットに係る第２の構成において、別の実施の形態を示す断面図である。 図１４に示す超音波振動ユニットの分解斜視図である。 本発明の超音波振動ユニットに係る第２の構成において、更に別の実施の形態を示す断面図である。 本発明の参考となる霧化装置を示す概略断面図である。 従来の超音波振動ユニットを示す平面図および断面図である。

符号の説明

１ 貯液部（装置本体）
３ 水（液体）
５ 支持部材
７、２７、５３ 超音波振動ユニット
９ 供給部
１１ａ、１１ｂ 電極
１３、２９、５７ 圧電セラミックス
１５、３１、５９ 被振動板
１７ａ、１７ｂ、３３ｃ、３３ｄ 端子
１９、４１、６７ 小孔
２１ 支持部
２３、３７、４７、６３ ケース
２５ 止栓
３３ａ、３３ｂ 端子板
３５ａ 弾性板（第１の弾性体）
３５ｂ 弾性板（第１の弾性体）
３７ａ、４７ａ、６３ａ 第１のケース部材
３７ｂ、４７ｂ、６３ｂ 第２のケース部材
３９ａ、６５ａ 第１の電極
３９ｂ、６５ｂ 第２の電極
４１、６７ 小孔
４３ａ 弾性枠（第３の弾性体）
４３ｂ 弾性枠（第４の弾性体）
４５ａ 弾性棒（第５の弾性体）
４３ｂ、６９ｂ 絶縁性弾性棒（第６の絶縁性弾性体）
４９ 窓部
５１ 絶縁性弾性片
５５ 貫通孔
６１ａ 弾性板（第７の弾性体）
６１ｂ 弾性板（第８の弾性体）
６９ａ 弾性環（第９の弾性体）
６９ｂ 弾性環（第１０の弾性体）
７１ａ 弾性環（第１１の弾性体）
７１ｂ 弾性環（第１２の弾性体）
１００ａ、１００ｂ ばね
ｄ１ 第１の面
ｄ２ 第２の面

Claims (6)

1. 厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有する板状の圧電セラミックスと、
   この圧電セラミックスの一端辺側に直接又は間接的に部分的に重ねてせり出すように配設された被振動板と、
   前記圧電セラミックスの少なくとも前記第１および第２の面の略全面を覆い、前記圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースと、
   を有し、前記圧電セラミックスの振動に基づいて前記被振動板を超音波振動させる超音波振動ユニットにおいて、
   前記第１のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第１の面との間に、前記第１の電極を覆うとともに、前記圧電セラミックスに圧接する板状の絶縁性弾性体を配設し、
   前記第２のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第２の面との間に、前記圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、
   前記圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持される、
   ことを特徴とする超音波振動ユニット。
2. 厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有する板状の圧電セラミックスと、
   この圧電セラミックスの一端辺側に直接又は間接的に部分的に重ねてせり出すように配設された被振動板と、
   前記圧電セラミックスの少なくとも前記第１および第２の面の略全面を覆い、前記圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースと、
   を有し、前記圧電セラミックスの振動に基づいて前記被振動板を超音波振動させる超音波振動ユニットにおいて、
   前記第１のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第１の面との間に、前記第１の電極の周囲を囲むとともに、前記圧電セラミックスに圧接する枠状又は環状の絶縁性弾性体を配設し、
   前記第２のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第２の面との間に、前記 圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、
   前記圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持される、
   ことを特徴とする超音波振動ユニット。
3. 前記ケースは、前記被振動板よりもこの長さ方向に大きく形成されるとともに厚さ方向に貫通する窓部を有し、前記被振動板は前記窓部を横切るように延設配置されてなる請求項１または２に記載の超音波振動ユニット。
4. 前記被振動板の先端部が前記ケースに弾性的に支持されてなる請求項３に記載の超音波振動ユニット。
5. 厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有し、中央部に貫通孔を有するリング板状の圧電セラミックスと、
   この圧電セラミックスの前記貫通孔を塞ぐように前記圧電セラミックスの前記第１又は第２の面に直接又は間接的に部分的に重ねて配設された被振動板と、
   前記圧電セラミックスの少なくとも前記第１および第２の面の略全面を覆い、前記圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースと、
   を有し、前記圧電セラミックスの振動に基づいて前記被振動板を超音波振動させる超音波振動ユニットにおいて、
   前記第１のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第１の面との間に、前記第１の電極を覆うとともに、前記圧電セラミックスに圧接する板状の絶縁性弾性体を配設し、
   前記第２のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第２の面との間に、前記圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、
   前記圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持される、
   ことを特徴とする超音波振動ユニット。
6. 厚さ方向で対面する第１および第２の面に各々第１および第２の電極を有し、中央部に貫通孔を有するリング板状の圧電セラミックスと、
   この圧電セラミックスの前記貫通孔を塞ぐように前記圧電セラミックスの前記第１又は第２の面に直接又は間接的に部分的に重ねて配設された被振動板と、
   前記圧電セラミックスの少なくとも前記第１および第２の面の略全面を覆い、前記圧電セラミックスの厚さ方向に分割された第１および第２のケース部材から形成されたケースと、
   を有し、前記圧電セラミックスの振動に基づいて前記被振動板を超音波振動させる超音波振動ユニットにおいて、
   前記第１のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第１の面との間に、前記第１の電極の外周および内周を囲むとともに、前記圧電セラミックスに圧接する環状の絶縁性弾性体を配設し、
   前記第２のケース部材の裏面と前記圧電セラミックスの前記第２の面との間に、前記圧電セラミックスに圧接する絶縁性弾性体を配設し、
   前記圧電セラミックスは、前記二つの絶縁性弾性体を介して第１および第２のケース部材で挟持される、
   ことを特徴とする超音波振動ユニット。

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