JP6375157B2 - 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関する。

平板状の圧電振動子の一端辺の側に被振動板を部分的に重ねて固着した超音波振動ユニットが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００６−６１７８５号公報

しかしながら、上記した従来例においては、圧電振動子を収容する筐体については、特に考慮されておらず、超音波振動ユニットは、美観性や圧電振動子への液体の付着を防止する観点から、圧電振動子を筐体内に収容することが望ましい。

本発明は、上記実情を考慮して案出されたものであり、圧電振動子を筐体内に収容するのに好適な、従来にはない新たな振動構造の超音波振動ユニットを提供することを目的とする。

第１の態様に係る超音波振動ユニットは、圧電振動子と、前記圧電振動子の通電時の伸縮方向に延在し、その一部が前記圧電振動子に接合され、前記圧電振動子の伸縮に基づき、前記圧電振動子との接合部に生じるたわみ振動により、前記圧電振動子に接合されない非接合部がその厚さ方向に振動する被振動板と、を有している。

この超音波振動ユニットでは、圧電振動子と被振動板との接合部に生じるたわみ振動により、非接合部をその厚さ方向に振動させることができるため、従来にはない新たな振動構造の超音波振動ユニットを提供することができる。

第２の態様は、第１の態様に係る超音波振動ユニットにおいて、前記被振動板の振動時における振動の節となる位置を保持する保持部を備えている。

この超音波振動ユニットでは、保持部が、被振動板における振動の節の位置を保持しているので、被振動板の振動効率の低下を抑制することができる。

第３の態様は、第２の態様に係る超音波振動ユニットにおいて、前記圧電振動子を収容する筐体を有し、前記被振動板は、前記保持部に対して前記圧電振動子の反対側の部分が前記筐体から露出している。

この超音波振動ユニットでは、圧電振動子が筐体に収容されており、被振動板のうち保持部に対して圧電振動子の反対側の部分が筐体から露出している。つまり、圧電振動子が外部に露出していない。このため、超音波振動ユニットの美観性を向上させることができる。

第４の態様は、第２の態様又は第３の態様に係る超音波振動ユニットにおいて、前記被振動板が、前記圧電振動子に接合されると共に前記保持部に保持される支持部材と、前記支持部材に接合され前記圧電振動子の振動により霧化対象を霧化する微細孔領域を有する多孔板とを有している。

この超音波振動ユニットでは、被振動板が支持部材と多孔板とを有しているので、支持部材の大きさや厚みをたわみ振動等を考慮のうえ、自由に設計することができる。また、被振動板において、支持部材が保持部に保持されているので、多孔板が保持部に保持されることはない。このため、多孔板の長寿命化が図れる。さらに、多孔板を構成する材料を可及的に少なくすることができるので、コスト面でも有利である。

第５の態様は、第２〜第４の態様の何れか１態様に係る超音波振動ユニットにおいて、前記保持部をシール部材としている。
この超音波振動ユニットでは、保持部がシール部材であるため、圧電振動子側への霧化対象の浸入を防止できる。このため、圧電振動子を霧化対象から保護することができ、圧電振動子をコーティング等により保護しなくてもよい。

以上説明したように、第１の態様に係る超音波振動ユニットによれば、従来にはない新たな振動構造の超音波振動ユニットを提供することができる。

第２の態様に係る超音波振動ユニットによれば、被振動板の振動効率を維持することができる、という優れた効果が得られる。

第３の態様に係る超音波振動ユニットによれば、超音波振動ユニットの美観性を向上させることができる、という優れた効果が得られる。

第４の態様に係る超音波振動ユニットによれば、被振動板において、支持部材の設計の自由度を高めつつ、多孔板の長寿命化が図れるとともに、コスト面でも有利である、という優れた効果が得られる。

第５の態様に係る超音波振動ユニットによれば、保持部がシール部材であるため、圧電振動子側への霧化対象の浸入を防止でき、圧電振動子を霧化対象から保護することができる、という優れた効果が得られる。

本実施形態に係る超音波振動ユニットを示す模式的な断面図である。 （Ａ）圧電振動子が伸縮していない状態を示す模式的な断面図である。（Ｂ）圧電振動子が伸びることにより、被振動板との接合部にたわみ振動（たわみ変形）が生じている状態を示す模式的な断面図である。 第２実施形態に係る超音波振動ユニットを示す模式的な断面図である。 第２実施形態の変形例に係る超音波振動ユニットを示す模式的な断面図である。 第３実施形態に係る超音波振動ユニットを示す模式的な断面図である。 第４実施形態に係る超音波振動ユニットを示す模式的な断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。

［第１実施形態］
図１において、本実施形態に係る超音波振動ユニット１０は、霧化対象の一例たる液体を霧化する霧化装置に用いられるものであり、圧電振動子１２と、被振動板１４と、筐体１６と、保持部１８と、を有している。

圧電振動子１２は、高周波電圧を印加することにより振動する、例えば円環板状に形成されたセラミック製の超音波振動子である。圧電振動子１２には、一対のリード線（図示せず）が取り付けられる。一方のリード線はホット側の電線であり、圧電振動子１２の厚さ方向の一方の面に薄膜状の電極（図示せず）を介して接続される。他方のリード線はアース側の電線であり、圧電振動子１２の厚さ方向の他方の面に薄膜状の電極（図示せず）を介して接続される。

被振動板１４は、圧電振動子１２の通電時の伸縮方向に延在し、その一部が圧電振動子１２に接合されている。この被振動板１４は、圧電振動子１２の伸縮に基づき、圧電振動子１２との接合部１４Ａに生じるたわみ振動により、圧電振動子１２に接合されていない非接合部１４Ｂがその厚さ方向に振動するようになっている。

被振動板１４は、支持部材３４と、多孔板３６とを有している。支持部材３４は、圧電振動子１２に接合される、例えば円盤状に形成された金属板であり、圧電振動子１２の厚さ方向の一方の面に固定されている。被振動板１４の厚さは、圧電振動子１２の通電時の伸縮により、圧電振動子１２との接合部１４Ａがたわみ振動するような厚さに設定されている。また、被振動板１４は、圧電振動子１２の下面全体に接合されており、接合部１４Ａの面積は該下面の面積と同等となっている。従って、図１に示されるように、被振動板１４の接合部１４Ａの径方向の長さは、被振動板が圧電振動子の下面のごく一部に接合される従来構造（図示せず）と比較して、より長く確保されている。支持部材３４の中心には、例えば円形の貫通孔３４Ｂが形成されている。被振動板１４において、後述する保持部１８に保持されるのは、この支持部材３４である。
なお、被振動板１４は、圧電振動子１２の下面全体に接合されている必要はなく、圧電振動子１２との接合部１４Ａがたわみ振動できる範囲で接合されていればよい。

多孔板３６は、支持部材３４に接合される部材である。この多孔板３６は、例えば円盤状に形成され、支持部材３４の貫通孔３４Ｂを跨いで、該貫通孔３４Ｂの周縁に接合されている。多孔板３６は、圧電振動子１２の振動により液体を霧化する微細孔領域２４を有している。この微細孔領域２４には、多数の微細な貫通孔（図示せず）が形成されている。貫通孔の大きさは用途によって異なり、２〜８０μｍ程度である。なお、貫通孔の大きさは、この範囲に限定されるものではない。微細孔領域２４は、圧電振動子１２の作動による被振動板１４の振動時に、該微細孔領域２４に直接又は給液手段を介して供給される液体（図示せず）を通過させて霧化することが可能となっている。

多孔板３６の中央には、その厚さ方向の一方、例えば上方（液体の霧化方向）にドーム状に隆起した凸部３６Ａが形成されている。この凸部３６Ａは、支持部材３４の貫通孔３４Ｂの例えば上方に位置している。微細孔領域２４は、この凸部３６Ａに設けられている。

筐体１６は、圧電振動子１２を収容する部材であり、例えば樹脂を用いて構成されている。この筐体１６は、被振動板１４の厚さ方向の一方側に位置する基部２６と、該厚さ方向の他方側に位置する蓋部２８とを有している。基部２６の中央には、液体（図示せず）を通すための貫通部２６Ａが形成されている。基部２６及び蓋部２８は、圧電振動子１２とは接触していない。

蓋部２８の中央には、被振動板１４の例えば微細孔領域２４を露出させるための貫通部２８Ａが形成されている。貫通部２６Ａ，２８Ａは、同等の内径を有し、かつ同軸上に配置されている。蓋部２８における貫通部２８Ａの周囲は、環状の厚肉部２８Ｂとなっている。厚肉部２８Ｂは、その周囲の一般部２８Ｃと比較して厚く形成された部位である。この厚肉部２８Ｂは、圧電振動子１２の内周面よりも径方向内側において、被振動板１４側（基部２６の内面側）に突出している。蓋部２８の外面では、厚肉部２８Ｂと一般部２８Ｃは面一であり、境目はない。基部２６にも同様に、厚肉部２６Ｂと一般部２６Ｃが設けられている。

保持部１８は、被振動板１４の振動時における振動の節Ｎとなる位置を保持する部材である。この保持部１８は、筐体１６と被振動板１４との間に設けられ、圧電振動子１２から離れた位置で被振動板１４を保持すると共に、被振動板１４の露出側と圧電振動子１２側との間を区画している。換言すれば、被振動板１４は、保持部１８に対して、圧電振動子１２と反対側の部分、具体的には多孔板３６が位置する中央部が筐体１６から露出している。具体的には、保持部１８は、例えばリング状のシール部材であり、基部２６の厚肉部２６Ｂと被振動板１４との間、及び蓋部２８の厚肉部２８Ｂと被振動板１４との間に夫々設けられている。保持部１８が振動の節Ｎを保持することを模式的に示すため、図面では保持部１８が断面三角形のエッジ状に描かれている。保持部１８をエッジ状とすると、保持部１８が被振動板１４に当接する領域を狭くして、被振動板１４の振動効率の低下を抑制することができる。保持部１８としてＯリングを使用する場合には、保持部１８の断面は略円形となる。振動の節Ｎは、振動時の振幅がほぼ０の部位である。節Ｎの位置は、被振動板１４を実際に振動させる等して、容易に求めることができる。

超音波振動ユニット１０は、圧電振動子１２の伸縮に基づいて被振動板１４をたわみ振動させるようになっている。本実施形態では、圧電振動子１２は、その径方向に伸縮し、被振動板１４は、その厚さ方向にたわみ振動するようになっている。

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。まず、図２において、圧電振動子１２による被振動板１４のたわみ振動（たわみ変形）について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）では、簡単のため、被振動板１４は、圧電振動子１２の下面の全面に接合され、圧電振動子１２と被振動板１４の長さは互いに等しく描かれている。なお、図２（Ａ）は、圧電振動子１２が伸縮していない状態を示している。
図２（Ｂ）に示されるように、圧電振動子１２が伸びると、圧電振動子１２は、接合部１４Ａを介して被振動板１４と一体となっているため、圧電振動子１２と被振動板１４は、一体となってたわみ変形（湾曲）する。
また、圧電振動子１２が縮むと、圧電振動子１２と被振動板１４は、一体となって上記伸びの時とは反対方向にたわみ変形（湾曲）する。

このように、圧電振動子１２が伸縮したとき、被振動板１４の接合部１４Ａが圧電振動子１２と一体となってたわみ変形するため、通電時の圧電振動子１２の伸縮により、被振動板１４の接合部１４Ａが圧電振動子１２と一体となってたわみ振動する。図１に示されるように、このたわみ振動により、被振動板１４のうち圧電振動子１２に接合されない非接合部１４Ｂがその厚さ方向に振動する。被振動板１４における多孔板３６は、振動の腹（振幅が最も大きくなる位置）に位置している。多孔板３６に供給される液体（図示せず）は、多孔板３６の振動により微細孔領域２４を通過する際に霧化される。微細孔領域２４は、多孔板３６においてドーム状に隆起した凸部３６Ａに形成されているので、液体を霧化する場合の霧化効率を向上させることができる。

この超音波振動ユニット１０では、圧電振動子１２が筐体１６に収容されており、被振動板１４のうち保持部１８に対して圧電振動子１２の反対側の部分が筐体１６から露出している。つまり、圧電振動子１２が外部に露出していない。つまり、保持部１８が、被振動板１４の露出側と圧電振動子１２側との間を区画している。このため、超音波振動ユニット１０の美観性を向上させることができる。

また、超音波振動ユニット１０では、被振動板１４が支持部材３４と多孔板３６とを有しているので、支持部材３４の大きさや厚みをたわみ振動等を考慮のうえ、自由に設計することができる。また、被振動板１４において、支持部材３４が保持部１８に保持されているので、多孔板３６が保持部１８に保持されることはない。このため、被振動板１４において、支持部材３４の設計の自由度を高めつつ、多孔板３６の長寿命化を図ることができる。また、多孔板３６を構成する材料を可及的に少なくすることができるので、コスト面でも有利である。

本実施形態では、保持部１８が、被振動板１４における振動の節Ｎの位置を保持しているので、保持部１８が被振動板１４の振動の妨げとなることをできる限り抑制することができる。このため、該被振動板１４の振動効率の低下を抑制することができる。

更に、超音波振動ユニット１０では、保持部１８がシール部材であるため、該超音波振動ユニット１０により液体を霧化する場合において、被振動板１４の露出側から非露出側、即ち圧電振動子１２側への液体の浸入が防止できる。圧電振動子１２を液体から保護することができるため、該圧電振動子１２をコーティング等により保護しなくてもよい。

［第２実施形態］
図３において、本実施形態に係る超音波振動ユニット２０では、被振動板１４における支持部材３４の中央に、その厚さ方向の一方、例えば上方（液体の霧化方向）に隆起した凸部３４Ａが形成されている。多孔板３６は、この凸部３４Ａに接合されている。

本実施形態では、支持部材３４において凸部３４Ａの曲げ剛性が比較的高いため、支持部材３４がたわみ振動したときに、凸部３４Ａの曲げ変形を抑制しつつ、該凸部３４Ａを振動させることができる。多孔板３６は、該凸部３４Ａに接合されているので、多孔板３６の曲げ変形も抑制される。このため、多孔板３６の耐久性を向上させることができる。

他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

［第２実施形態の変形例］
図４において、本実施形態に係る超音波振動ユニット２０Ａでは、多孔板３６は、上述したドーム状に隆起した凸部３６Ａがない平坦状であり、支持部材３４の中央に形成された貫通孔３４Ｂの上方が微細孔領域２４となっている。
他の部分については、第２実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

［第３実施形態］
図５において、本実施形態に係る超音波振動ユニット３０では、被振動板１４が例えば平面視が矩形に構成され、例えば平面視が略矩形の圧電振動子１２が該被振動板１４の長手方向の一端に接合されている。被振動板１４が矩形であることから、圧電振動子１２に近い側と遠い側に保持部１８が設けられている。２箇所の保持部１８の間には、基部２６の貫通部２６Ａ及び蓋部２８の貫通部２８Ａが位置している。保持部１８は、被振動板１４における振動の節Ｎとなる位置に設けられている。

超音波振動ユニット３０では、圧電振動子１２が被振動板１４の長手方向の一端に接合されているが、圧電振動子１２は外部に露出していない。また、保持部１８は、被振動板１４における振動の節Ｎとなる位置に設けられているので、該保持部１８が被振動板１４の振動の妨げとなることをできる限り抑制することができる。このため、被振動板１４の振動効率を維持しつつ、超音波振動ユニット３０の美観性を向上させることができる。

他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

［第４実施形態］
図６において、本実施形態に係る超音波振動ユニット４０では、被振動板１４が例えば円盤状の金属板で構成されている。被振動板１４の中央には、その厚さ方向の一方、例えば上方（液体の霧化方向）にドーム状に隆起した凸部１４Ｃが形成されている。微細孔領域２４は、この凸部１４Ｃに設けられている。

本実施形態では、被振動板１４にドーム状の凸部１４Ｃが形成されており、該凸部１４Ｃの下面側の凹部で液体を拘束し易い。液体を霧化するための微細孔領域２４は、該凸部１４Ｃに設けられているので、超音波振動ユニット４０により液体を霧化する場合の霧化効率を向上させることができる。

他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

例えば、被振動板１４の構成は、各実施形態に記載したものに限られない。被振動板１４は、平坦な支持部材３４（図１）に、図４に示すような平坦状の多孔板を接合したものでもよい。また、図６に示される被振動板１４から凸部１４Ｃを除いて、該被振動板１４を平坦に形成してもよい。被振動板１４は、微細孔領域２４を有していなくてもよい。

保持部１８が、被振動板１４における振動の節Ｎとなる位置を保持するものとしたが、これに限られず、被振動板１４の振動効率への影響が少なければ、保持部１８が振動の節Ｎ以外の位置に設定されていてもよい。
また、上述したいずれの実施形態においても、圧電振動子１２の端部と被振動板１４の端部とが面一のものを例示したが、被振動板１４の端部が圧電振動子１２の端部よりも僅かに突き出ていてもよい。
さらに、上述したいずれの実施形態においても、超音波振動ユニットをメッシュ型の霧化装置に適用したものを例示したが、本発明に係る超音波振動ユニットの適用範囲は任意である。また、霧化対象の一例として、液体を挙げたが、霧化対象は液体に限られるものではなく、粉体、粘性体等であってもよい。

１０ 超音波振動ユニット
１２ 圧電振動子
１４ 被振動板
１４Ａ 接合部
１４Ｂ 非接合部
１６ 筐体
１８ 保持部
２０ 超音波振動ユニット
２０Ａ 超音波振動ユニット
２４ 微細孔領域
３０ 超音波振動ユニット
３４ 支持部材
３６ 多孔板
４０ 超音波振動ユニット
Ｎ 節

Claims (4)

1. 圧電振動子と、
   前記圧電振動子の通電時の伸縮方向に延在し、その一部が前記圧電振動子に接合され、前記圧電振動子の伸縮に基づき、前記圧電振動子との接合部に生じるたわみ振動により、前記圧電振動子に接合された接合部と前記圧電振動子に接合されない非接合部とがその厚さ方向に振動し、微細孔領域で霧化対象を霧化する被振動板と、
   前記圧電振動子から離れ且つ前記圧電振動子よりも前記微細孔領域側で、前記非接合部のうち前記被振動板の振動時における振動の節となる位置を保持する保持部と、
   前記圧電振動子を収容する筐体と、
   を有し、
   前記圧電振動子及び前記接合部が、前記筐体と接触しないで振動する超音波振動ユニット。
2. 前記被振動板は、前記保持部に対して前記圧電振動子と反対側の部分が前記筐体から露出している請求項１に記載の超音波振動ユニット。
3. 前記被振動板は、前記圧電振動子に接合されると共に前記保持部に保持される支持部材と、前記支持部材に接合され前記微細孔領域を有する多孔板とを有する請求項１又は請求項２に記載の超音波振動ユニット。
4. 前記保持部がシール部材である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超音波振動ユニット。

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