JP5099410B2 - 超音波霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は超音波霧化装置に係り、例えば水や薬液などの液体を霧化する超音波霧化装置に関する。

従来、水や薬液などの液体を霧化する超音波霧化装置としては、例えば特許第３３４２０９５号公報（特許文献１）に示す構成が知られている。

すなわち、圧電振動子に固着された穴あき振動板にスポンジ、繊維束その他の親水性保液材を接触させ、その振動板から液体を霧化する超音波噴霧装置において、その保液材の一端を吸液端として液体の供給源に浸ける一方、その保液材の他端を霧化端として圧縮コイルスプリングや板スプリング等のスプリングによってその振動板に接触させ、その吸液端から吸い上げられた液体をその霧化端の表面からその振動板に供給する構成を有している。

このような超音波霧化装置では、振動板と保液材との接触の度合を常に一定に保つことにより安定的な霧化を得ようとするものである。
特許第３３４２０９５号公報

しかしながら、上述した特許文献１のような超音波霧化装置は、スプリングによってその振動板と保液材間の安定した接触状態を実現しようとしたものであるが、実際には、それら振動板と保液材との間の押圧力が大きくなり易く、長時間の使用によって保液材の霧化端がばらけたり、又はスプリングの押圧が強すぎて振動板にひびが入る場合がある一方、スプリングの押圧力を適切な状態に調節することが困難で、それら振動板と保液材間の安定した接触状態を確保し難いのが現状であり、改善が望まれていた。

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、簡単な構成によって安定した霧化機能の得られる超音波霧化装置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請求項１に係る超音波霧化装置は、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、広がり振動する圧電セラミックスと、多数の小孔を有し、前記圧電セラミックスに当該端部が固定された被振動板と、前記圧電セラミックスを固定するリング板状の支持部材とを備えた超音波振動ユニットと、
霧化される液体を前記被振動板へ導く吸水部と、
前記超音波振動ユニットを収容する円筒型のガイド部材と、
を備え、
前記支持部材は、前記ガイド部材の内径より僅かに小さい外径を有するとともに、前記ガイド部材内に横置きした状態で上下方向に変位自在に収容され、
前記超音波振動ユニットの自重により、前記被振動板が前記吸水部の端面に当接することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る超音波霧化装置は、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、広がり振動する圧電セラミックスと、多数の小孔を有し、前記圧電セラミックスに当該端部が固定された被振動板と、前記圧電セラミックスを固定する支持部材とを備えた超音波振動ユニットと、
霧化される液体を前記被振動板へ導く吸水部と、
前記超音波振動ユニットの水平方向の変位を規制する棒状のガイド部材と、
を備え、
前記支持部材は、前記ガイド部材が厚さ方向に挿通する挿通孔を有するとともに、前記ガイド部材に挿通された状態で上下方向に変位自在に支持され、
前記超音波振動ユニットの自重により、前記被振動板が前記吸水部の端面に当接することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る超音波霧化装置では、上記ガイド部材が第１および第２の電極の少なくとも一方の電極と電気的に接続される給電部を備える構成も可能である。

本発明の請求項２に係る超音波霧化装置では、上記ガイド部材が一対の棒状体からなり、一方の棒状体は、前記第１の電極と電気的に接続される給電部を備え、他方の棒状体は、前記第２の電極と電気的に接続される給電部を備える構成も可能である。

本発明の請求項２に係る超音波霧化装置では、上記ガイド部材における少なくとも外周面が導電性を有する構成も可能である。

本発明の請求項２に係る超音波霧化装置では、上記支持部材に前記ガイド部材の外周面に電気的に接続される集電ブラシを備える構成も可能である。

本発明の請求項１に係る超音波霧化装置によれば、支持部材は、当該支持部材より僅かに小径のガイド部材によって水平方向の変位が規制されるとともに、上下方向に変位自在に支持され、また、超音波振動ユニットの自重により、被振動板が吸水部の端面に当接する構成としたため、簡易な構成で霧化効率を安定させることができる。また、支持部材 がリング板状であるため、超音波振動ユニットの軽量化を図ることができ、吸水部の端面へ付加される荷重を低減することにより、霧化効率の低減を防止することができる。
さらに、支持部材の自重を調整することにより、吸水部の端面へ付加される荷重を調整することも可能となる。

本発明の請求項２に係る超音波霧化装置によれば、支持部材は、当該支持部材を厚さ方向に挿通する棒状のガイド部材によって水平方向の変位が規制されるとともに、上下方向に変位自在に支持され、また、超音波振動ユニットの自重により、被振動板が吸水部の端面に当接する構成としたため、簡易な構成で霧化効率を安定させることができる。また、支持部材の自重を調整することにより、吸水部の端面へ付加される荷重を調整することも可能となる。

本発明の超音波霧化装置において、上記ガイド部材が一対の棒状体からなり、一方の棒状体は、その第１の電極と電気的に接続される給電部を備え、他方の棒状体は、その第２の電極と電気的に接続される給電部を備える構成では、給電構成が簡素化される。

本発明の超音波霧化装置において、上記ガイド部材における少なくとも外周面が導電性を有する構成では、特に、給電構成が簡素化される。

本発明の超音波霧化装置において、上記支持部材に、そのガイド部材の外周面に電気的に接続される集電ブラシを備える構成では、給電部の電気的接続が確実である。

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は本発明に係る超音波霧化装置を示す断面図である。

図１において、例えば貯液部１はビンや缶その他の公知の容器であり、霧化するための例えば水や薬液等の液体３が溜められている。

細長い柱状の吸水部５は、スポンジや繊維からなり、下端を貯液部１の内底部に当接するとともに上端が外部に突出するように貯液部１の開口部７から差し込まれ、貯液部１内に貯水された液体３を吸液、保水するとともに、上端に液体３を供給するものである。

貯液部１の開口部７近傍の外周には、円筒型のガイド部材９が開口部７を囲むように固定されている。

このガイド部材９内には、このガイド部材９の内径より僅かに小径の外径を有しガイド部材９内側形状と同じ外形のリング板状の絶縁性支持部材１１が変位自在に収容されている。

すなわち、支持部材１１は、筒型のガイド部材９内をこの軸方向を横切るように横置きされるとともに軸方向（上下方向）に変位可能に、かつ水平方向の移動が規制された状態で収納されている。

支持部材１１の片面すなわち裏面には、偏平なリング板状の圧電セラミックス１３と、この圧電セラミックス１３の貫通孔１５を横切ってそれに重ねられた円板状の被振動板１７とからなる超音波振動ユニット１９が止着されている。

圧電セラミックス１３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の材料から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１３は、図２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に金などの導電材料からなる第１の電極２１ａが、第２の面（図中下面）ｄ２には同様な第２の電極２１ｂが圧電セラミックス１３の外形形状より若干小さなリング帯状に形成され、図示しない給電用リード線が各々接続されている。

被振動板１７は、例えばニッケル材料などの薄い金属材料板や樹脂板からなり、その外周端部を圧電セラミックス１３の第２の面ｄ２に重ね、従来公知の手法、例えば接着剤にて固着されている。

被振動板１７には、微細な小孔２３がその厚み方向に複数（無数）貫通形成されている。これら小孔２３は、圧電セラミックス１３との当接面（上面）側の直径を対向面（下面）側の直径より小さくして先細りとなっている。図１では小孔２３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。

被振動板１７において、貯液部１の開口部７から若干上部にて、支持部材１１および圧電セラミックス１３を含めた自重により、その中央部が柱状の吸水部５の上端面に載置されるように圧接されている。

このような超音波振動ユニット１９は、リード線を介して第１、第２の電極２１ａ、２１ｂ間に例えば１３３ＫＨｚで２０Ｖｐ−ｐの交流駆動電圧を印加すると、圧電セラミックス１３が長さ方向（径方向）すなわち広がり振動する。

そして、圧電セラミックス１３に支持された被振動板１７は、圧電セラミックス１３の振動によって振動変形（たわみ変形）して超音波振動することになる。

そのため、図２に示すように、貯液部１から水等を吸水部５で被振動板１７に給水すると、多数の小孔２３を介して液体３が霧化されて貫通孔１５から送出される。

このような本発明に係る超音波霧化装置では、液体３を溜めた貯液部１内に、その液体３を吸液、保水する柱状の吸水部５を差し込んで上端を外部に突出させ、円筒型のガイド部材９を貯液部１の開口部７近傍の外周に配置し、このガイド部材９内には、ガイド部材９の内径より僅かに小径の外径を有するリング板状の支持部材１１を横置きした状態で変位自在に収容し、小孔２３を有する円板状の被振動板１７でリング板状の圧電セラミックス１３の貫通孔１５を横切って塞ぐとともに、この圧電セラミック１３を支持部材１１の裏面に固定し、それら支持部材１１および圧電セラミックス１３を含めた自重により、その被振動板１７の中央部を吸水部５の上端面に載置されるように圧接させた構成を有している。

そのため、圧電セラミックス１３に駆動電圧を印加することにより、圧電セラミックス１３の振動変形を介した被振動板１７の振動により、貯液部１からの液体３を被振動板１７の多数の小孔２３から霧化することができるうえ、支持部材１１および圧電セラミックス１３を含めた自重、特に支持部材１１の自重調節が簡単で、吸水部５の上端に対する被振動板１７の押圧力が大きくなり難く、吸水部５の上端面に対する被振動板１７の接触圧力を適切なものとすることが容易となる。

従って、長時間の使用によって吸水部５の上端がばらける等の変形を生じ難く、経時的に吸水部５と被振動板１７との間の安定した接触状態を確保し易い。しかも自重の微調整も容易で、良好な霧化効率が得られる。

ところで、上述したガイド部材９は支持部材１１の外周を囲む筒型である必要はなく、例えば、支持部材１１の外周を対向して挟むように対をなす扇形のガイド部材片であっても良い。

また、上記ガイド部材９には、圧電セラミックス１３の第１および第２の電極２１ａ、２１ｂの双方、又は少なくとも一方の電極と電気的に接続される電極（給電部）を備える構成も可能である。

次に、本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態を説明する。

図３は、本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態の要部を示す要部断面図である。

図３において、図１の支持部材１１と同様な円板状の支持部材２５は、外周に近い対角位置に１対の挿通孔２７ａ、２７ｂが貫通形成されており、支持手段（図示せず。）に固定されて上下方向に並行に延びる１対のガイド棒（ガイド部材）２９ａ、２９ｂが図４に示すように、各々挿通孔２７ａに遊びを持って挿通されている。

なお、それ以外の貯液部１、吸水部５、圧電セラミックス１３、被振動板１７等の構成や配置は図１に係る構成と同様である。

そのため、支持部材２５や圧電セラミックス１３等がガイド棒２９ａ、２９ｂに支持されながら、その自重によって被振動板１７の中央部に吸水部５の上端面が圧接され、図１の構成と同様に、貯液部１の液体３を霧化することができるうえ、支持部材２５および圧電セラミックス１３を含めた自重を適当に調節することにより、吸水部５の上端面に対する被振動板１７の接触圧力の適切なものとすることが容易となる。

さらに、ガイド棒２９ａ、２９ｂが一対の棒状体からなるから、ガイド棒２９ａ、２９ｂの外周には、圧電セラミックス１３の第１の電極２１ａとの間で適当な手段によって電気的に接続される導電部（給電部）２９ｃを形成し、他方のガイド棒２９ｂにも、第２の電極２１ｂと電気的に接続される導電部（給電部）２９ｄを形成すると、支持部材２５の各々挿通孔２７ａ、２７ｂにガイド棒２９ａ、２９ｂが挿通すれば、ガイド棒２９ａ、２９ｂを介して圧電セラミックス１３に駆動電圧を印加することが可能となる。

しかも、支持部材２５には、図３に示すように、そのガイド棒２９ａ、２９ｂの外周面に電気的に接続される集電ブラシ２９ｅを備えれば、ガイド棒２９ａ、２９ｂと圧電セラミックス１３の第１、第２の電極２１ａ、２１ｂとの電気的接続がより確実となる。なお、導電部（給電部）２９ｃ、２９ｄには、不図示の交流駆動電圧発生装置が接続されている。

また、図５〜図７に示す構成は、本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態の要部を示す要部斜視図および要部断面図である。

すなわち、図５に示す構成は、方形板状の支持部材３１の一辺近傍に、方形の圧電セラミックス３３を貼り付け、この圧電セラミックス３３に被振動板３５を片持ち支持するように固定するとともに、支持部材３１に貫通形成した挿通孔３７にガイド棒３９を挿通させたものである。

なお、それ以外の貯液部１、吸水部５の構成や配置は図１に係る構成と同様である。

このように、被振動板３５を圧電セラミックス３３に片持ち支持するように固定する構成においても、支持部材３５や圧電セラミックス３３等がガイド棒３９に支持されながら、その自重によって被振動板３５の中央部に吸水部５の上端面が圧接され、図１の構成と同様に、貯液部１の液体３を霧化することができるうえ、支持部材３５および圧電セラミックス３３を含めた自重を適当に調節することにより、吸水部５の上端面に対する被振動板３５の接触圧力の適切なものとすることが容易となる。

さらに、図６および図７に示す構成は、長方形の支持部材４１に窓部４３を貫通形成し、図５のように、支持部材４１に、圧電セラミックス３３を貼り付けるとともにこの圧電セラミックス３３に被振動板３５（図６では見えない。）を片持ち支持させ、その窓部４３を被振動板３５で塞ぐように配置した構成を有している。

しかも、図７に示すように、支持部材４１の対向部にガイド壁（ガイド部材）４５を配置して、圧電セラミックス３３を含む支持部材４１を上下でスライド可能に構成したものである。

このような構成においても、その自重によって被振動板３７の中央部に吸水部５の上端面が圧接され、図１の構成と同様に、貯液部１の液体３を霧化することができるうえ、支持部材３５および圧電セラミックス３３を含めた自重を適当に調節することにより、吸水部５の上端面に対する被振動板３５の接触圧力の適切なものとすることが容易となる。

なお、支持部材４１を挟むガイド壁４５は、これに限定されず、支持部材４１の外周を囲む枠型のガイドであっても良い。

また、図８に示すように、支持部材２５にリング状のフェルト板からなる当接部材４７を取り付け、ガイド部材であるガイド棒２９ａ、２９ｂを当接部材４７に貫通させ、当接部材４７とガイド棒２９ａ、２９ｂを弾性的に当接する構成も可能である。なお、他の構成は図３と同様であるから、説明を省略する。

このような構成では、当接部材４７とガイド棒２９ａ、２９ｂを弾性的に当接するから、圧電セラミックス１３の自重を軽減して霧化効率を向上させることが可能である。なお、当接部材はガイド部材側に設けることも可能である。

本発明に係る超音波霧化装置の実施の形態を示す要部断面図である。 図１に示す圧電セラミックスの横断面図である。 本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態を示す要部断面図である。 図３の支持部材を示す斜視図である。 本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態を示す要部斜視図である。 本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態を示す要部斜視図である。 本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態を示す要部断面図である。 本発明に係る超音波霧化装置の他の実施の形態を示す要部断面図である。

符号の説明

１ 貯液部
３ 液体
５ 吸水部
７ 開口部
９ ガイド部材
１１、２５、３１、４１ 支持部材
１３、３３ 圧電セラミックス
１５ 貫通孔
１７、３５ 被振動板
１９ 超音波振動ユニット
２１ａ 第１の電極
２１ｂ 第２の電極
２３ 小孔
２７ａ、２７ｂ、３７ 挿通孔
２９ａ、２９ｂ ガイド棒（ガイド部材）
２９ｃ、２９ｄ 導電部（給電部）
２９ｅ ブラシ
４３ 窓部
４５ ガイド（ガイド部材）
４７ 当接部材
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の電極を有し、広がり振動する圧電セラミックスと、多数の小孔を有し、前記圧電セラミックスに当該端部が固定された被振動板と、前記圧電セラミックスを固定するリング板状の支持部材とを備えた超音波振動ユニットと、
   霧化される液体を前記被振動板へ導く吸水部と、
   前記超音波振動ユニットを収容する円筒型のガイド部材と、
   を備え、
   前記支持部材は、前記ガイド部材の内径より僅かに小さい外径を有するとともに、前記ガイド部材内に横置きした状態で上下方向に変位自在に収容され、
   前記超音波振動ユニットの自重により、前記被振動板が前記吸水部の端面に当接することを特徴とする超音波霧化装置。
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の電極を有し、広がり振動する圧電セラミックスと、多数の小孔を有し、前記圧電セラミックスに当該端部が固定された被振動板と、前記圧電セラミックスを固定する支持部材とを備えた超音波振動ユニットと、
   霧化される液体を前記被振動板へ導く吸水部と、
   前記超音波振動ユニットの水平方向の変位を規制する棒状のガイド部材と、
   を備え、
   前記支持部材は、前記ガイド部材が厚さ方向に挿通する挿通孔を有するとともに、前記ガイド部材に挿通された状態で上下方向に変位自在に支持され、
   前記超音波振動ユニットの自重により、前記被振動板が前記吸水部の端面に当接することを特徴とする超音波霧化装置。
3. 前記ガイド部材は、第１および第２の電極の少なくとも一方の電極と電気的に接続される給電部を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波霧化装置。
4. 前記ガイド部材は、一対の棒状体からなり、一方の棒状体は前記第１の電極と電気的に接続される給電部を備え、他方の棒状体は前記第２の電極と電気的に接続される給電部を備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波霧化装置。
5. 前記ガイド部材は、少なくとも外周面が導電性を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波霧化装置。
6. 前記支持部材に、前記ガイド部材の外周面に電気的に接続される集電ブラシを備えたことを特徴とする請求項５に記載の超音波霧化装置。

Images