JPH0549067U - 給液手段付き霧化器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 霧化すべき液体を圧電振動子の霧化作用面に
安定して適量供給し、霧化動作の安定化を図る。 【構成】 圧電振動子４の霧化作用面側に多孔乃至網状
薄板７を配し、霧化すべき液体を溜めておく密閉された
タンク２２の底部を貫通させて毛細管現象を利用した吸
液部材２３を取り付け、前記多孔乃至網状薄板７又は前
記霧化作用面１０の少なくとも一方に前記吸液部材先端
部を接触させ、かつ前記タンク２２を前記霧化作用面の
中心より上部に配設した構成である。

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は、小電力で小霧化量の吸入器等の用途に適した給液手段付き霧化器に 関する。

【従来の技術】

従来、圧電磁器の厚さ方向の共振による超音波振動を利用した超音波霧化器と しては、室内加湿用の家庭用霧化器が知られている。このような室内加湿用の霧 化器は、水を入れた水槽の底部に圧電振動子を取り付け、適正水位を保ってその 表面にキャピラリーウェーブを発生させて霧化するもので、数１００cc／時、程 度の比較的大きな霧化量を実現している。 しかし、最近になって、電池駆動に適した５Ｗ以下の小電力で小霧化量の超音 波霧化器が、薬液等を喉、気管、肺等に吸入するための吸入器等の用途に要求さ れるようになってきている。 図４は、上述のような吸入器等の用途向け先に本出願人が先に提案している超 音波霧化器を示しており、円板状の圧電磁器３１の主面３２Ａ及び該主面の反対 面である対向面３２Ｂにそれぞれ電極４１,４２を形成してなる圧電振動子３４ の霧化作用面３９ (主面上に電極を形成した面）側に圧電振動子３４とほぼ同径 で円板状の多孔乃至網状薄板３７を載置し、その圧電振動子３４周縁部分の上下 両面を弾性環状支持体３５で取り囲んで多孔乃至網状薄板３７と一体に保持した ものを垂直に配置し、給液手段を介して前記薄板３７上に霧化すべき液体を供給 する構成である。そして、供給された水等の液体が、毛細管現象で圧電振動子３ ４の霧化作用面３９に広がることができるように、圧電振動子３４の霧化作用面 ３９と多孔乃至網状薄板３７下面との間に微小な隙間を設けており、この微小な 隙間は圧電振動子３４に対して僅かに遊びを持たせて多孔乃至網状薄板３７を弾 性環状支持体３５で保持することで実現している。図５に示すように、前記多孔 乃至網状薄板３７には穴径が約１０μm乃至１００μm程度の微小穴３６が多数形 成されている。 なお、前記給液手段としては、吸液帯３８Ａを用いて圧電振動子３４の下方位 置に配置された容器より霧化すべき液体を吸い上げ、垂直に配置された圧電振動 子３４の霧化作用面に供給する構成が実用的であると考えられている。 また、前記霧化作用面側の電極４１は、反対側の対向面３２Ｂの周縁部分にま で延長した折り返し電極部４１Ａを有し、圧電振動子３４を駆動するための高周 波電源と前記電極４１との接続はその折り返し電極部４１Ａにリード線をはんだ 付けする等して行い、高周波電源と前記電極４２との接続は別のリード線を当該 電極４２にはんだ付けする等して行う。 以上の構成において、圧電振動子３４を前記高周波電源に接続して、圧電磁器 ３１の厚さ方向の共振による超音波振動を行わせ、圧電振動子３４上に吸液帯３ ８Ａによって液体を供給すると、図５に示すように、その液体は毛細管現象で該 圧電振動子３４の霧化作用面３９と多孔乃至網状薄板３７内面との間の微小な隙 間に入って広がり、多孔乃至網状薄板３７の各微小穴２６に入って微小液柱を形 成し、この多数の微小液柱の先端部分が圧電振動子３４の厚さ方向の超音波振動 により霧化粒子として空中に放出される。

【考案が解決しようとする課題】

ところで、図４の基本構成では、霧化作用面３９に対する霧化すべき液体の給 液手段として吸液帯３８Ａを利用し、圧電振動子３４の下方位置に配置された容 器より霧化すべき液体を吸い上げる旨述べたか、この構造であると、吸液帯３８ Ａの吸液量を大きくしにくい問題があり、とくに圧電振動子３４の霧化作用面を 水平にした場合には必要な吸液量を確保するのが困難になるきらいがあった。 一方、図４の仮想線に示す如く、給液パイプ３８Ｂを用いて霧化動作時に液体 を滴下供給する構成も考えられるが、圧電振動子３４による液体霧化量以上に液 体が供給されてしまう現象、すなわち液体の過供給になる恐れがある。圧電振動 子の霧化作用面への液体供給が過供給になると、圧電振動子への入力電力が数Ｗ 程度であるため、霧化が停止してしまう。 本考案は、上記の点に鑑み、霧化すべき液体を圧電振動子の霧化作用面に安定 して適量供給し、霧化動作の安定化を図った給液手段付き霧化器を提供すること を目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案の給液手段付き霧化器は、圧電振動子の霧 化作用面側に多孔乃至網状薄板を配し、霧化すべき液体を溜めておく密閉された タンクの底部を貫通させて毛細管現象を利用した吸液部材を取り付け、前記多孔 乃至網状薄板又は前記霧化作用面の少なくとも一方に前記吸液部材先端部を接触 させ、かつ前記タンクを前記霧化作用面の中心より上部に配設した構成としてい る。また、前記タンクは、その底部に小さな貫通穴を設けるか、あるいは前記吸 液部材の周囲の隙間のみで外部の大気と連通可能とすればよい。

【作用】

本考案の給液手段付き霧化器においては、圧電振動子の霧化作用面中心よりも 上方に置かれる密閉されたタンク及び該タンク底部を貫通した吸液部材からなる 給液手段を用いており、吸液部材の毛細管現象により霧化すべき液体をタンクか ら吸液部材先端まで浸透させ、さらに吸液部材先端が接している多孔乃至網状薄 板又は前記霧化作用面の少なくとも一方を経て圧電振動子の霧化作用面と多孔乃 至網状薄板下面との間の微小な隙間に供給している。そして、霧化作用面と多孔 乃至網状薄板下面との間の微小な隙間に供給された液体は、さらに毛細管現象で 広がって多孔乃至網状薄板の各微小穴に入って微小な液柱を形成し、この多数の 微小な液柱の先端部分が圧電振動子の厚さ方向の超音波振動により霧化粒子とし て空中に放出される。このとき、液体が霧化作用面で霧化されると、霧化された 量と実質的に同量の液体が吸液部材から供給され、液体が供給されるのに伴い、 前記タンク内の空気が存在する空間は大きくなって減圧し、大気圧によりタンク の底部に設けられた小さな貫通穴あるいは吸液部材の周囲の隙間から空気が吸入 され、前記空間が大気圧と等しくなるように維持される。この際、タンク底部の 小さな貫通穴あるいは前記吸液部材の周囲の隙間を表面張力によって液体の滴下 が妨げられるような極めて小さなものに設定しておくことによって、外部からタ ンク内に空気は入ることができるが、タンク内の液体は、液体の表面張力により 前記貫通穴あるいは吸液部材の周囲の隙間からタンク外部に流出しないようにで きる。従って、前記給液手段による液体の供給は、霧化作用面で霧化された分と 実質的に同量だけ供給され、霧化量に比例して過不足なく安定して供給するため 、霧化動作が安定し、液体の過供給に起因する霧化停止も回避できる。さらに、 圧電振動子の霧化作用面は、水平、垂直、傾斜配置のいずれでも差し支えなく、 霧化器設計上の自由度が大きくなる。

【実施例】

以下、本考案に係る給液手段付き霧化器の実施例を図面に従って説明する。 図１は本考案の第１実施例であって、圧電振動子を水平に配置した例を示す。 図において、１は円板状の圧電磁器であり、該圧電磁器１の主面２Ａ及び該主面 の反対面である対向面２Ｂにそれぞれ電極３Ａ，３Ｂがめっき等で形成されて圧 電振動子４を構成している。該圧電振動子４は、ホルダ１８にゴム等の弾性環状 支持体５を介して固定されており、弾性環状支持体５は、圧電振動子４を水平に 保持するために内周側に振動子配置溝６を有している。そして、該振動子配置溝 ６に前記圧電振動子４が圧入等で(必要に応じて接着剤を併用して)固定される。 ここで、液体によって電極３Ａ,３Ｂ間が電気的に短絡されるのを防止するため に、振動子配置溝６の内周面部は前記圧電振動子４の外周面に水密に密着してい る。 前記弾性環状支持体５で水平状態で支持された圧電振動子４の霧化作用面（主 面上に電極を形成した面）１０側には、例えば導電性を有する多孔乃至網状薄板 ７が配置されている。該多孔乃至網状薄板７は、圧電振動子４の直径よりも小さ い幅を持つ帯状で多数の微小穴８を有するもので、先端部を先細りに形成し、そ の先細り部９を圧電振動子４の霧化作用面１０の中央部分に接触させている。ホ ルダ１８の上部に取付板１１を螺子１２により固定し、該取付板１１に、当該多 孔乃至網状薄板７の上部を折り曲げて螺子１４及びナット１５によって取り付け ることにより、湾曲した状態で当該多孔乃至網状薄板７の先細り部９は霧化作用 面側電極３Ａに電気的に接触している。また、多孔乃至網状薄板７の中間部分( 霧化作用面側電極３Ａに電気的に接触している領域に隣接した領域)は、圧電振 動子４の霧化作用面１０に微小間隔で対向している。なお、前記多孔乃至網状薄 板７はステンレス等で、その肉厚は数１０μmであり、これに形成された多数の 微小穴８の穴径は約１０μm乃至１００μm程度である（肉厚や穴径は図５で説明 した薄板３７と同様）。 前記圧電振動子４の霧化作用面側電極３Ａは導電性の多孔乃至網状薄板７、該 薄板７に接続されたリード線を介して高周波電源に電気的に接続され、対向電極 ３Ｂもリード線（又は電極３Ｂに圧接する接続金具等）で高周波電源に接続され ている。 給液手段２０は、霧化すべき水あるいは薬液等の液体２１を溜めておき、圧電 振動子側に適量供給するものである。この給液手段２０は、霧化すべき液体２１ を溜めておくタンク２２、及び液体２１をタンク２２から毛細管現象にて吸液し て圧電振動子側に供給する吸液部材２３を備えている。前記タンク２２は、樹脂 製の有底円筒形状であり、後端の開口部にはシリコンゴム等の弾性体で形成され た着脱自在の密閉キャップ２５が嵌合されるようになっている。前記タンク２２ の底部２４の中央には、内周が前記吸液部材２３を挿入固定するための貫通穴２ ６となったスリーブ部２４Ａが一体に形成されており、該貫通穴２６の周囲近傍 には外部とタンク２２内とを連通させる空気穴２７が複数個形成されている。前 記空気穴２７は、外部の大気と連通可能だが、液体２１をタンク２２外部に流出 させないように表面張力が働く大きさ(直径１mm以下)に形成されている。前記吸 液部材２３は、例えば細い樹脂繊維２８を多数束ねたものであり、該吸液部材２ ３は前記貫通穴２６に挿通固定され、その上端部はタンク２２内の液体２１に浸 っている。前記空気穴２７を形成した場合は、吸液部材２３の周囲と貫通穴２６ の内面の隙間は水密にシールしておくことが好ましい。 このように構成された給液手段２０は、そのタンク２２が圧電振動子４の霧化 作用面１０の中心より上部に位置する如くホルダ１８の上方に支持され（支持機 構の図示省略）、吸液部材２３の下端部分は、圧電振動子４の霧化作用面１０上 の多孔乃至網状薄板７の先端を含む領域に当接させている。このように、多孔乃 至網状薄板７及び霧化作用面１０と当接している吸液部材２３の先端は、接触面 積を大きくするために斜面状に形成されている。なお、霧化動作の妨げとならな いように、タンク２２が霧化作用面１０の真上に位置することは避けることが望 ましい。 以上の第１実施例の構成において、水平配置された前記圧電振動子４の電極３ Ａ,３Ｂ間に高周波電源より高周波電圧(１ＭＨz〜３ＭＨzが適している)を印加 して、圧電振動子４に厚さ方向の共振による超音波振動を行わせるとともに、給 液手段２０のタンク２２に液体２１を入れ、密閉キャップ２５を嵌合してタンク ２２を密閉状態とすると、吸液部材２３の毛細管現象により液体２１はタンク２ ２内から吸液部材先端まで浸透し、さらに吸液部材先端が接している多孔乃至網 状薄板７及び霧化作用面１０を経由して霧化作用面１０と多孔乃至網状薄板７下 面との間の微小な隙間部分に毛細管現象で広がり、多孔乃至網状薄板７の各微小 穴８に入って圧電振動子４の厚さ方向の超音波振動により霧化粒子として空中に 放出される（霧化の動作原理は図５で説明したのと実質的に同じ）。このとき、 液体２１が霧化作用面１０で霧化されると、霧化された量と実質的に同量の液体 が吸液部材２３から供給され、液体が供給されるのに伴い、前記タンク内の空気 が存在する空間は大きくなって減圧し、大気圧によりタンク２２の底部に設けら れた小さな空気穴２７から空気が吸入され、前記空間が大気圧と等しくなるよう に維持される。このようにして、安定した霧化動作を継続でき、液体２１の過供 給に起因する霧化停止も回避できる。この第１実施例の場合は、水平面内の霧化 作用面１０に垂直な上方向に向けて、１〜２Ｗ程度の小電力で粒径５〜１０μm の細かい霧を毎分１〜２cc発生させることができる。 高周波電圧の印加を停止して圧電振動子４の霧化動作を停止したときは、霧化 作用面１０と多孔乃至網状薄板７下面との間の微小な隙間に液体２１が広がり、 かつ吸液部材２３に液体２１が充分含まれた状態にてバランスし、タンク２２か らの過剰な液体の流出は生じない。 また、タンク底部の小さな空気穴２７は表面張力によって液体の滴下が妨げら れるような極めて小さなものに設定しておくことによって、空気穴２７から直接 液体２１が漏れ出すこともない。 なお、タンク２２内への液体２１の補給は、前記密閉キャップ２５を外して行 うことができる。 図２は本考案の第２実施例を示している。この場合、圧電振動子４を弾性環状 支持体５で取り囲んでホルダ１８に設け多孔乃至網状薄板７と一体的にホルダ１ ８にて保持した前記第１実施例と同様構造のものを垂直に配置し、それに対して 給液手段２０を、タンク２２が圧電振動子４の霧化作用面１０の中心より上部に なるように配設し、吸液部材２３の先端部分が、垂直に配置されている圧電振動 子４の霧化作用面１０中央の多孔乃至網状薄板７の先端を含む領域に接触するよ うに配置している。 前記給液手段２０の吸液部材２３から供給された液体２１は、霧化作用面１０ と多孔乃至網状薄板７の内面間の微小な隙間に毛細管現象により浸透して広がり 、多孔乃至網状薄板７の各微小穴８に入り、図５で説明したのと同様の動作によ り霧化される。 この第２実施例の構成による霧化は、圧電振動子４が垂直に配置されているの で、霧化作用面１０に垂直な横方向に細かい霧を発生させることができる。なお 、その他の構成及び作用は前記第１実施例と同様である。 図３は、給液手段の変形例であって、内部が中空の注射針状のものを１本用い た構成を示す。この図において、５０は毛細管現象利用した吸液部材として細管 であって、タンク２２の底部２４中央のスリーブ部２４Ｂを貫通する如く水密に 取り付けられている。その他は第１実施例に示した給液手段と同じである。 なお、前記第１及び第２実施例では、霧化すべき液体２１の供給において、吸 液部材２３の先端部分を霧化作用面１０中央の多孔乃至網状薄板７の先端を含む 領域に当接させて行っているが、吸液部材２３の先端部分を多孔乃至網状薄板７ 上に当接させて、液体２１を該薄板の微小穴８を通して霧化作用面１０と多孔乃 至網状薄板７の内面間に供給する構成としてもよい。 また、前記吸液部材２３は樹脂繊維を束ねて形成したが、羊毛や化繊などの繊 維、ガラス繊維等の適当な繊維状物を用いてもよい。また、吸液部材２３は、内 部が中空の中空繊維を束ねて形成してもよい。 なお、前記タンク２２の貫通穴２６を挿通している吸液部材２３の周囲に自然 に生じる隙間を利用し、空気穴２７を設けない構成としてもよい。 また、圧電振動子４の電極３Ａ,３Ｂについて、前記第１及び第２実施例では 霧化作用面１０に霧化作用側電極３Ａ、対向面２Ｂには対向電極３Ｂをそれぞれ 設ける構成としたが、図４に示した基本構成のように、霧化作用面側電極は、反 対側の対向面の周縁部分にまで延長した折り返し電極部を有する構成とし、導電 性の多孔乃至網状薄板７を利用して通電する代わりに、その折り返し電極部を利 用して通電するようにしても差し支えない。

【考案の効果】 以上説明したように、本考案の給液手段付き霧化器によれば、霧化すべき液体 の供給について、霧化作用面で霧化された分と実質的に同量だけ供給でき、霧化 量に比例して過不足なく安定して供給できるため、霧化動作の安定化を図り得る 。また、圧電振動子の霧化作用面の配置が水平乃至垂直でも霧化すべき液体を安 定して供給できるため、霧化器の構造が多様化でき、特に小電力で小霧化量の超 音波霧化器に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る給液手段付き霧化器の第１実施例
を示す正断面図である。

【図２】本考案の第２実施例を示す一部を断面とした正
面図である。

【図３】給液手段の変形例を示す正断面図である。

【図４】先に本出願人が提案した超音波霧化器を示す正
断面図である。

【図５】図４における動作を説明するための要部拡大断
面図である。

【符号の説明】

１ 圧電磁器 ３Ａ,３Ｂ 電極 ４ 圧電振動子 ７ 多孔乃至網状薄板 １０ 霧化作用面 ２０ 給液手段 ２１ 液体 ２２ タンク ２３ 吸液部材 ２４ 底部 ２７ 空気穴

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子の霧化作用面側に多孔乃至網
   状薄板を配し、霧化すべき液体を溜めておく密閉された
   タンクの底部を貫通させて毛細管現象を利用した吸液部
   材を取り付け、前記多孔乃至網状薄板又は前記霧化作用
   面の少なくとも一方に前記吸液部材先端部を接触させ、
   かつ前記タンクを前記霧化作用面の中心より上部に配設
   したことを特徴とする給液手段付き霧化器。
2. 【請求項２】 前記タンクは、その底部に設けた小さな
   貫通穴あるいは前記吸液部材の周囲の隙間のみで外部の
   大気と連通可能である請求項１記載の給液手段付き霧化
   器。
3. 【請求項３】 前記吸液部材が繊維状物又は細管を束ね
   たものである請求項１記載の給液手段付き霧化器。
4. 【請求項４】 前記吸液部材が１本の細管である請求項
   １記載の給液手段付き霧化器。