JPH08281165A - Ultrasonic atomizing device - Google Patents
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子に振動板を
固着して成る複合体により発生させた弾性振動により液
体を霧化する超音波霧化装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic atomizing device for atomizing a liquid by elastic vibration generated by a composite body in which a vibration plate is fixed to a piezoelectric vibrator.
【従来の技術】従来の超音波霧化装置としては、ボルト
締ランジュバン型振動子を応用した超音波霧化装置およ
びネブライザーが挙げられる。ボルト締ランジュバン型
振動子による霧化装置は数１０ｋＨｚという周波数の超
音波を利用したもので、多量の霧を発生しうるという長
所を有するが、構造が複雑で装置が大がかりであるとい
う短所をあわせもつ。一方、ネブライザーは、ＭＨｚ領
域の超音波を利用したもので、粒子が微小で均一性に優
れるという長所を有するものの、霧化効率が悪く低電力
で多量の霧を発生させるのが難しいという短所をもつ。
つまり、従来の超音波霧化装置では、装置の規模、霧化
効率、多量霧化、粒子の微小性または駆動電源コストの
いずれかにおいて難点があった。しかも、装置を駆動す
るために複雑な回路構成を必要とし、また、回路を構成
する部品の数、部品の重量および部品の価格にも問題が
あった。圧電磁器と電極とから成る圧電振動子に振動板
を固着して成る複合体において超音波の弾性振動を発生
させ、その振動板に液体を接触させてその液体を霧化す
る超音波霧化装置が本願発明者により特願平２ー３３９
１８１、３ー８４７３０等で出願されている。これらの
超音波霧化装置は比較的複雑な駆動回路を必要とし、ま
た、比較的高い直流電圧の電源を必要とした。さらに、
温度変化等の使用条件に影響を受け易いという面で問題
があった。これは、複合体の共振周波数がその複合体の
温度に応じて変動するからである。超音波霧化装置の駆
動回路は高周波の高電圧を発生させしかも複合体の共振
周波数を追尾する必要がある。つまり、駆動回路は共振
周波数、電圧、電力などの諸元を満足すると同時に、複
合体の共振周波数に追随して周波数を変える手段が求め
られる。そこで、複合体の共振周波数の自動追尾機能を
具備した自励発振方式の駆動回路を備えた超音波霧化装
置が本願発明者により特願平４ー９３４３７で出願され
た。この超音波霧化装置の駆動回路によれば、圧電振動
子の所要駆動電圧より低い電圧の直流電源から電力を受
けて所要駆動電圧の高周波交流電力を出力できる。しか
し、この超音波霧化装置における自励発振回路がその機
能を果たすためには、圧電振動子はある程度の厚さを必
要とした。すなわち、極微小な粒径を有する霧を発生さ
せしかも低消費電力で低電圧駆動を実現するためには圧
電振動子の厚さが薄い複合体では不可能であった。そこ
で、圧電振動子の厚さに左右されることなく自励発振駆
動を可能にする複合体を備えた超音波霧化装置が本願発
明者により特願平５−２８７７３３で出願された。しか
し、この超音波霧化装置では圧電振動子自身の励振によ
って発生する圧電気を帰還電圧として再利用するときの
効率が悪く、その効率の悪い分がそのまま消費電力の増
加に反映されていた。2. Description of the Related Art Conventional ultrasonic atomizers include ultrasonic atomizers and nebulizers to which a bolted Langevin type vibrator is applied. The atomization device using a bolted Langevin type oscillator uses ultrasonic waves with a frequency of several tens of kHz, and has the advantage of being able to generate a large amount of fog, but also has the disadvantage of a complicated structure and large-scale device. Hold. On the other hand, the nebulizer uses ultrasonic waves in the MHz range and has the advantage that the particles are minute and has excellent uniformity, but it has the disadvantage that atomization efficiency is poor and it is difficult to generate a large amount of fog with low power. Hold.
That is, the conventional ultrasonic atomization device has problems in terms of the scale of the device, atomization efficiency, large amount atomization, fineness of particles, or drive power supply cost. In addition, a complicated circuit structure is required to drive the device, and there are problems in the number of parts forming the circuit, the weight of the parts, and the price of the parts. Ultrasonic atomization device for generating elastic vibration of ultrasonic waves in a complex in which a vibration plate is fixed to a piezoelectric vibrator composed of a piezoelectric ceramic and an electrode, and bringing the liquid into contact with the vibration plate to atomize the liquid Japanese Patent Application No. 2-339
181, 3-84730, etc. These ultrasonic atomizers required relatively complicated drive circuits and also required a relatively high DC voltage power supply. further,
There is a problem in that it is easily affected by usage conditions such as temperature changes. This is because the resonant frequency of the composite varies with the temperature of the composite. The drive circuit of the ultrasonic atomizer is required to generate a high frequency high voltage and to track the resonance frequency of the composite. That is, the driving circuit is required to satisfy the specifications such as the resonance frequency, the voltage, and the electric power, and at the same time, to change the frequency by following the resonance frequency of the composite. Then, the inventors of the present application filed Japanese Patent Application No. 4-93437 for an ultrasonic atomizer equipped with a self-excited oscillation type drive circuit having an automatic tracking function of the resonance frequency of the complex. According to the drive circuit of the ultrasonic atomizing device, it is possible to receive electric power from the DC power supply having a voltage lower than the required drive voltage of the piezoelectric vibrator and output high frequency AC power having the required drive voltage. However, in order for the self-excited oscillation circuit in this ultrasonic atomization device to fulfill its function, the piezoelectric vibrator needs a certain thickness. That is, in order to generate fog having an extremely small particle size and realize low voltage driving with low power consumption, it was not possible with a composite body having a thin piezoelectric vibrator. Therefore, the present inventor filed a patent application in Japanese Patent Application No. 5-287733, which is provided with an ultrasonic atomizing device provided with a composite that enables self-excited oscillation drive regardless of the thickness of the piezoelectric vibrator. However, in this ultrasonic atomizer, the efficiency of reusing the piezoelectricity generated by the excitation of the piezoelectric vibrator itself as the feedback voltage is poor, and the inefficiency is directly reflected in the increase in power consumption.
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は霧化効
率がよく、多量霧化ができ、粒子の微小性かつ均一性に
優れ、装置が小型かつ軽量であり、構造が簡単で、低消
費電力で低電圧駆動が可能で構造が簡単な自励発振駆動
回路を備え、長時間の連続使用が可能で持ち運びに便利
な超音波霧化装置を提供することにある。DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the present invention is to achieve a high atomization efficiency, a large amount of atomization, an excellent fineness and uniformity of particles, a small and lightweight device, a simple structure and a low structure. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic atomization device which has a self-excited oscillation drive circuit which can be driven at a low voltage with power consumption and has a simple structure, which can be continuously used for a long time and which is convenient to carry.
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超音波
霧化装置は、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有する
振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性振動
により、前記振動板に供給された液体を霧化する超音波
霧化装置において、前記圧電振動子は圧電磁器、電極
Ｄ，ＦおよびＧから成り、前記電極ＤおよびＦは前記圧
電磁器の厚さ方向に垂直な一方の端面に形成され、前記
電極Ｇは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直なもう一方の端
面に形成されており、前記電極ＤおよびＦは互いに絶縁
されており、前記電極Ｄ，ＦおよびＧにはそれぞれ端子
ＴD，ＴFおよびＴGが設けられ、前記端子ＴDとＴGとの
間に前記圧電振動子の共振周波数とほぼ等しい周波数の
電圧を印加することにより、前記複合体を駆動する回路
が備えてあり、前記圧電振動子は長さと幅の寸法比が１
に近くしかも１に等しくない矩形状の板または長さと幅
と厚さのうちのどれか２つの寸法比が１に近くしかも１
に等しくない矩形状の角柱であって、前記振動板は前記
圧電振動子の前記電極Ｇを有する端面上における前記圧
電振動子の幅方向に沿った部分に一体的に連なって固着
されていて、前記端子ＴDおよびＴFは前記圧電振動子の
前記電極ＤおよびＦを有する端面上における前記圧電振
動子の幅方向に沿った部分に設けられており、前記圧電
振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数にほぼ等
しいことを特徴とする。請求項２に記載の超音波霧化装
置は、前記駆動回路が、直流電源と前記端子ＴDとの間
に接続されている昇圧用のコイルと、出力端子が前記端
子ＴDに接続され入力端子が前記端子ＴFに接続されるこ
とにより前記端子ＴFに現われる圧電気を帰還電圧とし
て受けるトランジスタとを備え、前記駆動回路は、前記
トランジスタを増幅素子とし前記複合体を共振素子とす
る発振回路を構成することを特徴とする。請求項３に記
載の超音波霧化装置は、前記圧電磁器の一方の端面上に
おける前記電極Ｄの面積が前記電極Ｆの面積のほぼ３倍
から４倍であることを特徴とする。請求項４に記載の超
音波霧化装置は、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有
する振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性
振動により、前記振動板に供給された液体を霧化する超
音波霧化装置において、前記圧電振動子は圧電磁器、す
だれ状電極Ｐおよび電極Ｇから成り、前記すだれ状電極
Ｐおよび前記電極Ｇは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な
両端面のそれぞれに形成されており、前記すだれ状電極
Ｐの互いに絶縁する部分ＰDおよびＰFにはそれぞれ端子
ＴDおよびＴFが設けられ、前記電極Ｇには端子ＴGが設
けられており、前記端子ＴDとＴGとの間に前記圧電振動
子の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加するこ
とにより、前記複合体を駆動する回路が備えてあり、前
記圧電振動子は長さと幅の寸法比が１に近くしかも１に
等しくない矩形状の板または長さと幅と厚さのうちのど
れか２つの寸法比が１に近くしかも１に等しくない矩形
状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前記
電極Ｇを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向
に沿った部分に一体的に連なって固着されていて、前記
端子ＴDおよびＴFは前記圧電振動子の前記すだれ状電極
Ｐを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向に沿
った部分に設けられており、前記圧電振動子の共振周波
数は前記複合体の共振周波数にほぼ等しいことを特徴と
する。請求項５に記載の超音波霧化装置は、前記駆動回
路が、直流電源と前記端子ＴDとの間に接続されている
昇圧用のコイルと、出力端子が前記端子ＴDに接続され
入力端子が前記端子ＴFに接続されることにより前記端
子ＴFに現われる圧電気を帰還電圧として受けるトラン
ジスタとを備え、前記駆動回路は、前記トランジスタを
増幅素子とし前記複合体を共振素子とする発振回路を構
成することを特徴とする。請求項６に記載の超音波霧化
装置は、前記圧電磁器の一方の端面上における前記部分
ＰDの面積が前記部分ＰFの面積のほぼ２倍であることを
特徴とする。請求項７に記載の超音波霧化装置は、前記
振動板に前記液体を供給する手段が、前記複合体を支持
する支持具と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大きい
物質から成る保液材とを含み、前記支持具は前記複合体
を固定物に対し所定位置に保持し、前記支持具のうち少
なくとも前記圧電振動子に接触する部分は前記圧電振動
子に比べて音響インピーダンスが低い発泡スチロールそ
の他の物質から成り、前記支持具のうち少なくとも前記
振動板に接触する部分は前記振動板に比べて音響インピ
ーダンスが低い発泡スチロールその他の物質から成り、
前記振動板は常時または間欠的に前記保液材と接触し
て、前記保液材に吸収されている前記液体を霧化するこ
とを特徴とする。An ultrasonic atomizing device according to a first aspect of the present invention uses an elastic vibration generated by a composite body in which a vibration plate having a large number of minute through holes is fixed to a piezoelectric vibrator. In the ultrasonic atomizer for atomizing the liquid supplied to the vibrating plate, the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric ceramic and electrodes D, F and G, and the electrodes D and F are in a thickness direction of the piezoelectric ceramic. Is formed on one end surface perpendicular to the electrode, the electrode G is formed on the other end surface perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic, and the electrodes D and F are insulated from each other. F and G are provided with terminals T D , T F and T G , respectively, and by applying a voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator between the terminals T D and T G , The circuit that drives the complex is equipped with Dimensional ratio of the piezoelectric vibrator length and width 1
Rectangular plate not closer to 1 and not equal to 1 or any two of length, width and thickness have a dimension ratio close to 1 and 1
A rectangular prism that is not equal to, and the vibrating plate is integrally and continuously fixed to a portion along the width direction of the piezoelectric vibrator on the end surface of the piezoelectric vibrator having the electrode G, The terminals T D and T F are provided in a portion along the width direction of the piezoelectric vibrator on the end face having the electrodes D and F of the piezoelectric vibrator, and the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is the composite frequency. It is characterized by being approximately equal to the resonant frequency of the body. The ultrasonic atomizing device according to claim 2, wherein the drive circuit has a step-up coil connected between a DC power supply and the terminal T D , and an output terminal connected to the terminal T D for input. and a transistor receiving piezoelectric appearing at the terminals T F by the terminal is connected to the terminal T F as a feedback voltage, the drive circuit includes a resonance element of said complex and amplifying element the transistor oscillator It is characterized in that it constitutes a circuit. An ultrasonic atomizing device according to a third aspect of the invention is characterized in that the area of the electrode D on one end face of the piezoelectric ceramic is approximately 3 to 4 times the area of the electrode F. The ultrasonic atomization device according to claim 4, wherein the liquid supplied to the vibrating plate by elastic vibration generated by a composite body in which a vibrating plate having a large number of minute through holes is fixed to a piezoelectric vibrator. In the ultrasonic atomization device for atomizing the piezoelectric vibrator, the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric ceramic, a comb-shaped electrode P and an electrode G, and the comb-shaped electrode P and the electrode G are both ends perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic. are formed on each side, the interdigital each of the parts P D and P F are isolated from each other of the electrode P terminals T D and T F is provided, the said electrode G and the terminal T G provided , A circuit for driving the composite by applying a voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator between the terminals T D and T G , the piezoelectric vibrator having a length The width dimension ratio is close to 1 and Or a rectangular prism whose dimensional ratio of any two of length, width and thickness is not equal to 1 and which is not equal to 1 and is not equal to 1. The end faces having the electrodes G are integrally and fixedly attached to the portions along the width direction of the piezoelectric vibrator, and the terminals T D and T F are the end faces having the interdigital electrodes P of the piezoelectric vibrator. It is provided in a portion along the width direction of the piezoelectric vibrator above, and the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to the resonance frequency of the composite body. The ultrasonic atomizing device according to claim 5, wherein the drive circuit has a step-up coil connected between a DC power source and the terminal T D , and an output terminal connected to the terminal T D for input. and a transistor receiving piezoelectric appearing at the terminals T F by the terminal is connected to the terminal T F as a feedback voltage, the drive circuit includes a resonance element of said complex and amplifying element the transistor oscillator It is characterized in that it constitutes a circuit. An ultrasonic atomizing device according to a sixth aspect of the invention is characterized in that the area of the portion P D on one end face of the piezoelectric ceramic is approximately twice the area of the portion P F. The ultrasonic atomizing device according to claim 7, wherein the means for supplying the liquid to the vibrating plate is made of a support for supporting the composite and a material having a large liquid absorption capacity having a large number of through holes. A liquid material, the support holds the complex in a predetermined position with respect to a fixed object, and at least a portion of the support that contacts the piezoelectric vibrator has a lower acoustic impedance than the piezoelectric vibrator. Styrofoam or other substance, at least the portion of the support member that contacts the diaphragm is made of Styrofoam or other substance having a lower acoustic impedance than the diaphragm.
The vibrating plate constantly or intermittently contacts the liquid retaining material to atomize the liquid absorbed in the liquid retaining material.
【作用】本発明の超音波霧化装置の使用時、圧電振動子
には圧電振動子と振動板との複合体の共振周波数にほぼ
等しい周波数を有する電気信号が印加され圧電振動子は
励振される。圧電振動子の励振は振動板を振動させ、振
動板に供給された液体は振動板に設けられている多数の
微小な貫通孔を通して霧化される。貫通孔を通しての霧
化は粒子の微小性、均一性を促し、しかも霧化効率を増
大させることができる。また、霧化効率が高いことから
多量の霧化が低消費電力で実現できるだけでなく装置の
小型化も容易にできる。自励式駆動が可能で電池での駆
動も容易なことから温度などの環境変化に対応しうる形
で低消費電力での駆動が可能となる。本発明の超音波霧
化装置では圧電振動子が圧電磁器、電極Ｄ，ＦおよびＧ
から成る構造を採用できる。電極ＤおよびＦは圧電磁器
の厚さ方向に垂直な一方端面に形成され、電極Ｇは圧電
磁器の厚さ方向に垂直なもう一方の端面に形成されてい
る。電極ＤおよびＦにはそれぞれ端子ＴDおよびＴFが設
けられている。電極Ｇには端子ＴGが設けられている。
このような簡単な構造の圧電振動子の採用により、超音
波霧化装置の小型化が可能となるばかりでなく霧化効率
の向上をもたらし、さらに、自励式駆動が可能となるこ
とから低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。圧電
振動子として長さと幅の寸法比が１に近くしかも１に等
しくない矩形状の板または長さと幅と厚さのうちのどれ
か２つの寸法比が１に近くしかも１に等しくない矩形状
の角柱を採用することにより、複合体の結合振動が増強
され、霧化効率が促進される。また、振動板が圧電振動
子の電極Ｇを有する端面上における圧電振動子の幅方向
に沿った部分に一体的に連なって固着されていることに
より、振動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端
として振動する。従って、振動板に供給された液体はそ
の弾性振動により霧化され、その振動板に垂直な上方に
向けて霧として効率よく放散される。本発明の超音波霧
化装置では、端子ＴDとＴGとの間に圧電振動子の共振周
波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより複
合体を駆動する回路が備えられている。この駆動回路に
は、直流電源と端子ＴDとの間に昇圧用のコイルが接続
されている。また、出力端子が端子ＴDに接続され入力
端子が端子ＴFに接続されたトランジスタを備えてい
る。このトランジスタは端子ＴFに現われる圧電気を帰
還電圧として受けるためのものである。このようにし
て、駆動回路には、トランジスタを増幅素子とし複合体
を共振素子とする発振回路が構成されており、複合体の
共振周波数に追随して周波数を変える機能が備えられて
いる。そのうえ、コイルの逆起電圧を利用した機能が備
えられていることにより、電源電圧より高い電圧で圧電
振動子を駆動することが可能である。この逆起電圧回路
はコイルの特性を利用することで高電圧を発生させるも
ので、トランスの使用と比較して価格、重量および容積
の点で有利である。また、回路構成が簡単で小型であ
り、電源効率及び周波数特性が良い等の特徴をもたらす
ことができる。本発明の超音波霧化装置では、端子ＴD
およびＴFは圧電振動子の電極ＤおよびＦを有する端面
上における圧電振動子の幅方向に沿った部分に設けられ
ている。つまり、端子ＴDおよびＴFが圧電振動子の幅方
向に沿った部分に配置されるように電極ＤおよびＦが配
置されている。また、圧電磁器の一方の端面上における
電極Ｄの面積は電極Ｆの面積のほぼ３倍から４倍であ
る。このような構造を採用することにより、圧電振動子
自身の励振によって発生し端子ＴFに現われる圧電気を
帰還電圧として再び端子ＴDに供給し利用するときの効
率を向上させることができる。従って、電源効率をさら
に向上させることが可能となる。本発明の超音波霧化装
置では圧電振動子が圧電磁器、すだれ状電極Ｐおよび電
極Ｇから成る構造を採用することができる。すだれ状電
極の採用により電源効率はいっそう向上するが、圧電磁
器の一方の端面上におけるすだれ状電極の部分Ｐ Dの面
積が部分ＰFの面積のほぼ２倍になるような構造を採用
することにより、電源効率は最も向上する。従って、さ
らなる低消費電力、低電圧駆動が可能となる。振動板に
液体を供給する手段は複合体を支持する支持具と、多数
の貫通孔を有する吸液能力の大きい物質から成る保液材
とを含む。保液材は液体を吸収して振動板に供給する。
支持具は複合体を固定物に対し所定位置に保持してい
る。この際、支持具と複合体との接触面積をできるだけ
少なくする方が望ましいが、支持具のうち少なくとも圧
電振動子に接触する部分には発泡スチロール等のような
圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い物質を採
用し、支持具のうち少なくとも振動板に接触する部分に
は発泡スチロール等のような振動板に比べて音響インピ
ーダンスが低い物質を採用することにより、圧電振動子
の励振が支持具自身や固定物に伝搬し散失されるのを抑
制でき、効率良く振動板を振動させることができる。従
って、霧化効率を増大させることができる。また、振動
板が常時または間欠的に保液材と接触することにより、
その保液材に吸収されている液体を効率よく霧化するこ
とが可能となる。When the ultrasonic atomizing device of the present invention is used, the piezoelectric vibrator
Is almost equal to the resonance frequency of the composite of the piezoelectric vibrator and the diaphragm.
When an electric signal having an equal frequency is applied, the piezoelectric vibrator
Be excited. Excitation of the piezoelectric vibrator vibrates the diaphragm,
The liquid supplied to the moving plate is
It is atomized through minute through holes. Fog through the through hole
Atomization promotes fineness and uniformity of particles, and also increases atomization efficiency.
Can be bigger. Also, since the atomization efficiency is high
A large amount of atomization can be realized with low power consumption and
It can be easily miniaturized. Self-excited drive is possible and drive with battery
A shape that can respond to environmental changes such as temperature because it is easy to move
Thus, driving with low power consumption is possible. Ultrasonic fog of the present invention
In the device, the piezoelectric vibrator is a piezoelectric ceramic, electrodes D, F and G.
The structure consisting of can be adopted. Electrodes D and F are piezoelectric ceramics
Is formed on one end surface perpendicular to the thickness direction of the
It is formed on the other end face perpendicular to the thickness direction of the porcelain.
It Terminals T are provided on electrodes D and F, respectively.DAnd TFSet up
Have been killed. Terminal T for electrode GGIs provided.
By adopting a piezoelectric vibrator with such a simple structure,
Not only the wave atomizer can be downsized, but also atomization efficiency
Of the self-excited drive.
Therefore, low power consumption and low voltage driving are possible. Piezoelectric
As a vibrator, the dimensional ratio of length and width is close to 1 and even 1
A non-rectangular plate or one of length, width and thickness
A rectangular shape in which the size ratio of the two is close to 1 and not equal to 1
By adopting the prism, the coupling vibration of the complex is enhanced.
And the atomization efficiency is promoted. In addition, the diaphragm vibrates piezoelectrically.
Width direction of the piezoelectric vibrator on the end face having the child electrode G
That it is fixed to the part along the line
Therefore, the vibration plate is fixed at the joint between the piezoelectric vibrator and the vibration plate.
Vibrates as. Therefore, the liquid supplied to the diaphragm is
Is atomized by the elastic vibration of the
It is efficiently dissipated as a fog toward. Ultrasonic fog of the present invention
The terminal TDAnd TGThe resonance circumference of the piezoelectric vibrator between
Applying a voltage with a frequency almost equal to the wave number
A circuit is provided to drive the coalescence. In this drive circuit
Is a DC power supply and terminal TDA coil for boosting is connected between
Has been done. The output terminal is terminal TDInput connected to
Terminal is terminal TFFeatures a transistor connected to
It This transistor has a terminal TFThe piezoelectricity that appears in
It is intended to be received as a return voltage. Like this
In the drive circuit, a transistor is used as an amplification element
The oscillation circuit is composed of
It has the function of changing the frequency by following the resonance frequency.
There is. In addition, it has a function that utilizes the back electromotive force of the coil.
By virtue of the fact that the piezoelectric
It is possible to drive the oscillator. This back electromotive force circuit
Generates high voltage by utilizing the characteristics of coil
So price, weight and volume compared to the use of transformers
Is advantageous in that. In addition, the circuit configuration is simple and compact.
And features such as good power supply efficiency and frequency characteristics
be able to. In the ultrasonic atomizing device of the present invention, the terminal TD
And TFIs an end face having electrodes D and F of the piezoelectric vibrator
It is provided on the upper part of the piezoelectric vibrator along the width direction.
ing. That is, the terminal TDAnd TFIs the width of the piezoelectric vibrator
The electrodes D and F are arranged so as to be arranged in the portion along the direction.
Is placed. Also, on one end face of the piezoelectric ceramic
The area of the electrode D is about 3 to 4 times that of the electrode F.
It By adopting such a structure, the piezoelectric vibrator
It is generated by its own excitation and is generated at terminal TFPiezoelectricity that appears in
The terminal T is again used as the feedback voltage.DEffect of supplying and using
The rate can be improved. Therefore, the power efficiency is further reduced.
It is possible to improve. Ultrasonic atomizing device of the present invention
In the installation, the piezoelectric vibrator is the piezoelectric ceramic, the interdigital transducer P and the electric
A structure composed of the pole G can be adopted. Interdigital
Power efficiency is further improved by using poles, but
Of the interdigital transducer P on one end face of the container DFace of
Product is PFAdopted a structure that is almost twice the area of
By doing so, the power supply efficiency is most improved. Therefore,
It enables low power consumption and low voltage driving. On the diaphragm
The liquid supply means includes a support for supporting the composite,
Retaining Material Consisting of a Material with Large Liquid Absorption Capability Having Through Holes
Including and The liquid retaining material absorbs the liquid and supplies it to the diaphragm.
The support holds the composite in place with respect to the fixture.
It At this time, the contact area between the support and the composite should be minimized.
It is desirable to use less, but at least the pressure of the support
For parts that come into contact with the vibrator, such as Styrofoam
A material with a lower acoustic impedance than the piezoelectric vibrator is used.
At least the part of the support that contacts the diaphragm.
Compared with diaphragms such as Styrofoam, acoustic impedance
Piezoelectric vibrator by adopting a substance with low impedance
Suppresses the vibrations of the
Therefore, the diaphragm can be vibrated efficiently. Obedience
Therefore, the atomization efficiency can be increased. Also vibration
When the plate constantly or intermittently contacts the liquid retaining material,
The liquid absorbed in the liquid retaining material can be efficiently atomized.
And are possible.
【実施例】図１は本発明の超音波霧化装置の一実施例を
示す断面図である。本実施例は圧電振動子１、振動板
２、支持具３、支持具４、保液材５、貯液室６および自
励式の駆動回路７から成る。駆動回路７は電源室に設け
られている。但し図１では、駆動回路７は省いて描かれ
ている。振動板２は圧電振動子１の一方の端面に圧電振
動子１と一体的に連なって固着されている。振動板２の
下端面には保液材５の上端部が接触していて、保液材５
によって吸い上げられた液体は振動板２に供給され、振
動板２の上方へ霧化される。図２は圧電振動子１および
振動板２から成る複合体を示す斜視図である。圧電振動
子１は圧電磁器８、すだれ状電極Ｐおよび電極Ｇから成
る。圧電磁器８は矩形板状のＴＤＫ７２Ａ材（製品名）
で成り、その長さは１７ｍｍ、幅は２０ｍｍ、厚さは１
ｍｍである。圧電磁器８の分極軸の方向は厚さ方向に一
致しており、この厚さ方向に垂直な両端面のそれぞれに
すだれ状電極Ｐおよび電極Ｇが形成されている。電極Ｇ
はアルミニウム薄膜で成り、圧電磁器８の一方の端面の
ほぼ全域を覆っている。すだれ状電極Ｐはアルミニウム
薄膜で成り、６対の電極指を有するもので、電極周期長
は２ｍｍ、電極交叉幅は４．８ｍｍである。電極Ｇには
端子ＴGが取り付けられ、すだれ状電極Ｐは部分ＰDおよ
びＰFから成り、部分ＰDおよびＰFにはそれぞれ端子ＴD
およびＴFが取り付けられている。振動板２はステンレ
ス製で、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍ
である。振動板２の一方の板面の端部（長さ２ｍｍ、幅
２０ｍｍ）は圧電振動子１に固着され、残部（長さ１８
ｍｍ、幅２０ｍｍ）は圧電振動子１の外部に張り出して
いる。図３は図２の複合体の平面図である。部分ＰDの
面積は部分ＰFの面積のほぼ２倍である。図４は振動板
２を板面に垂直な平面で切断したときの部分拡大断面図
である。振動板２にはその厚さ方向に貫通する微細な多
数の貫通孔９が設けられている。貫通孔９の形状はすり
鉢状で、等しいピッチで配列されており、一方の開口面
積は他方の開口面積より大きい。開口面積が大きい方を
液体の入口側としその直径は８０μｍで、開口面積が小
さい方を出口側としその直径は７μｍである。図１の超
音波霧化装置の駆動時、圧電振動子１と振動板２との複
合体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電気信号
を端子ＴDおよびＴGを介して圧電振動子１に入力する
と、圧電振動子１に圧電的に振動が励振される。振動板
２を圧電振動子１の一方の端面上に一体的に連なって固
着させる構造を採用していることから、圧電振動子１の
振動に伴って振動板２は圧電振動子１との接合領域を固
定端とする形で振動される。支持具３の圧電振動子１と
の接触部は圧電振動子１に比べて音響インピーダンスが
低い発泡スチロール等で成り、支持具４の振動板２との
接触部は振動板２に比べて音響インピーダンスが低い発
泡スチロール等で成る。これは、圧電振動子１からの超
音波が支持具３および支持具４に伝搬し散失されるのを
防ぐためである。保液材５は圧電振動子１に比べて音響
インピーダンスが低くしかも吸液能力が大きいスポンジ
等で成り、圧電振動子１からの超音波が保液材５を介し
て液体中に伝搬し散失するのを防いでいる。振動板２の
振動に伴い、保液材５によって吸い上げられた液体は毛
細管現象により貫通孔９に導かれる。液体が貫通孔９を
通過するとき、貫通孔９における液体の通過面積はその
入口側から出口側に向けて減少するから、液体は貫通孔
９によって絞り作用を受け、微小でかつ均一な粒子とな
って振動板２の上部に流出し、効率良く霧化される。図
５は駆動回路７の一実施例を示す構成図である。端子Ｔ
DおよびＴGを介して圧電振動子１に電圧を引加すること
により圧電振動子１に励振された振動は、その大部分が
振動板２に伝搬されるとともに、圧電振動子１の振動に
応じて圧電振動子１に引加された電圧とは逆相の電圧と
して端子ＴFおよびＴGから出力される。この動作の繰り
返しによって正帰還の自励発振が生じる。つまり、複合
体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電気信号が
雰囲気温度の変化に追随して安定して圧電振動子１に供
給される。このとき、部分ＰDの面積が部分ＰFの面積の
ほぼ２倍になるような構造を採用することにより、圧電
振動子１の励振によって発生し端子ＴFに現われる圧電
気を帰還電圧として再び端子ＴDに供給し利用するとき
の効率を向上させることができる。従って、電源効率が
向上する。このようにして、常に自らの最適の発振状態
を維持することを可能にし、他励駆動の際に問題となる
発熱等により複合体の共振周波数が偏移して発振条件が
悪くなるという問題点が解決される。また、１つのコイ
ルＬ1、１つのトランジスタＴr1、２つの抵抗Ｒ1および
Ｒ2、および１つのダイオードＤ1という極く少ない部品
で回路を構成することが可能である。しかも、部品点数
が少ないにもかかわらず、直流電源Ｖdcを利用すること
ができ電力効率もよいことから、電源の小型化対応を可
能にしている。図５の駆動回路７に直流電源Ｖdcからた
とえば０〜１０Ｖの直流電圧を印加すると、コイルＬ1
の値を調整することにより、端子ＴDに最大で約６０Ｖ
p-pの交流電圧を印加させることができる。このとき端
子ＴFから約１Ｖp-pの電気信号が取り出される。このよ
うにして、駆動回路７では直流電源電圧の約６倍の交流
電圧を圧電振動子１に印加することが可能である。図１
の超音波霧化装置においては６Ｖ以上の直流電圧を印加
することにより霧化動作が確認できた。霧の粒子は極微
小でしかも均一であった。図１の超音波霧化装置によれ
ば、長時間にわたり極微小の霧を安定に霧化できる。図
６は複合体における端子ＴDとＴGとの間のアドミタンス
ピークと、部分ＰFの面積を１とした場合の部分ＰDの面
積比との関係を示す特性図である。但し、図６のアドミ
タンスピークは圧電振動子１の共振周波数近傍での値を
示す。アドミタンスピークは部分ＰDの面積が部分ＰFの
面積のほぼ２倍のときに最大値を示す。図７は霧化量
と、部分ＰFの面積を１とした場合の部分ＰDの面積比と
の関係を示す特性図である。但し、図７の霧化量は直流
電源Ｖdcの電圧が９Ｖのときの値を示す。霧化量は部分
ＰDの面積が部分ＰFの面積のほぼ２倍のときに最大値の
１５ｍｌを示し、この値は図６のアドミタンスピークの
最大値に対応している。図８は霧化効率と、部分ＰFの
面積を１とした場合の部分ＰDの面積比との関係を示す
特性図である。但し、図８の霧化効率は直流電源Ｖdcの
電圧が９Ｖのときの値を示す。霧化効率は部分ＰDの面
積が部分ＰFの面積のほぼ２倍のときに最大値の２２．
５ｍｌ／ｈｗを示し、この値は図６のアドミタンスピー
クの最大値に対応している。図９は圧電振動子１単体ま
たは複合体における端子ＴDとＴGとの間のアドミタンス
の位相と周波数との関係を示す特性図である。点線は圧
電振動子１単体の場合を示し、実線は複合体の場合を示
す。但し、図９では振動板２における圧電振動子１との
固着部分を除く張り出し部分の長さが２２ｍｍの場合
と、１７．９ｍｍの場合の２通りを示す。振動板２の張
り出し部分の長さが１７．９ｍｍの場合において、複合
体の共振周波数の１つ（９２．５ｋＨｚ）が圧電振動子
１単体の共振周波数と一致している。このとき、霧化効
率は最大値を示した。図１０は霧化量と直流電源Ｖdcの
電圧との関係を示す特性図である。但し、図１０では振
動板２の張り出し部分の長さが１７．９ｍｍの場合を示
す。図１１は複合体のもう一つの実施例を示す斜視図で
ある。本実施例の複合体は圧電振動子１０および振動板
１１から成る。圧電振動子１０は圧電磁器１２、すだれ
状電極Ｐおよび電極Ｇから成る。圧電磁器１２は矩形角
柱状のＴＤＫ９１Ａ材（製品名）で成り、その長さは１
０ｍｍ、幅は５ｍｍ、厚さは６ｍｍである。圧電磁器１
２の分極軸の方向は厚さ方向に一致しており、この厚さ
方向に垂直な両端面のそれぞれにすだれ状電極Ｐおよび
電極Ｇが形成されている。電極Ｇには端子ＴGが取り付
けられ、すだれ状電極Ｐの部分ＰDおよびＰFにはそれぞ
れ端子ＴDおよびＴFが取り付けられている。振動板２は
ステンレス製で、長さ１１ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．０
４ｍｍである。振動板２の一方の板面の端部（長さ１．
５ｍｍ、幅５ｍｍ）は圧電振動子１に固着され、残部
（長さ９．５ｍｍ、幅５ｍｍ）は圧電振動子１の外部に
張り出している。部分ＰDの面積は部分ＰFの面積のほぼ
２倍である。図１１の複合体を用いた場合にも図２の複
合体を用いた場合と同様な霧化効果が見られた。図１２
は複合体のさらにもう一つの実施例を示す斜視図であ
る。本実施例の複合体は圧電振動子１３および振動板２
から成り、圧電振動子１３は圧電磁器８、電極Ｄ，Ｆお
よびＧから成る。電極Ｄ，ＦおよびＧにはそれぞれ端子
ＴD，ＴFおよびＴGが取り付けられている。電極Ｄの面
積は電極Ｆの面積のほぼ４倍である。 図１３は霧化量
と、電極Ｆの面積を１とした場合の電極Ｄの面積比との
関係を示す特性図である。但し、図１３は振動板２の張
り出し部分の長さが１８ｍｍの場合を示す。また、直流
電源Ｖdcの電圧が１２，１１，１０，９，８または７Ｖ
の場合を示す。霧化量は直流電源Ｖdcの電圧が１２Ｖ
で、電極Ｄの面積が電極Ｆの面積のほぼ４倍のときに最
大値の５．７ｍｌを示した。1 is a sectional view showing an embodiment of an ultrasonic atomizing device of the present invention. This embodiment includes a piezoelectric vibrator 1, a diaphragm 2, a support 3, a support 4, a liquid retaining material 5, a liquid storage chamber 6 and a self-excited drive circuit 7. The drive circuit 7 is provided in the power supply chamber. However, in FIG. 1, the drive circuit 7 is omitted. The vibrating plate 2 is integrally fixed to one end surface of the piezoelectric vibrator 1 so as to be continuous with the piezoelectric vibrator 1. The lower end surface of the diaphragm 2 is in contact with the upper end of the liquid retaining material 5,
The liquid sucked up by is supplied to the diaphragm 2 and atomized above the diaphragm 2. FIG. 2 is a perspective view showing a composite body including the piezoelectric vibrator 1 and the diaphragm 2. The piezoelectric vibrator 1 comprises a piezoelectric ceramic 8, a comb-shaped electrode P and an electrode G. The piezoelectric ceramic 8 is a rectangular plate-shaped TDK72A material (product name)
With a length of 17 mm, a width of 20 mm and a thickness of 1
mm. The direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic 8 coincides with the thickness direction, and the interdigital electrodes P and the electrodes G are formed on both end surfaces perpendicular to the thickness direction. Electrode G
Is made of an aluminum thin film and covers almost the entire one end surface of the piezoelectric ceramic 8. The interdigital electrode P is made of an aluminum thin film and has six pairs of electrode fingers, and has an electrode cycle length of 2 mm and an electrode crossing width of 4.8 mm. The terminal T G attached to the electrode G, interdigital electrodes P consists portion P D and P F, portion P D and P respectively in F terminal T D
And T F are attached. The diaphragm 2 is made of stainless steel, and has a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.05 mm.
Is. One end (length 2 mm, width 20 mm) of one plate surface of the vibration plate 2 is fixed to the piezoelectric vibrator 1, and the remaining portion (length 18 mm).
mm, width 20 mm) is projected to the outside of the piezoelectric vibrator 1. FIG. 3 is a plan view of the composite of FIG. The area of the portion P D is almost twice the area of the portion P F. FIG. 4 is a partially enlarged sectional view of the diaphragm 2 taken along a plane perpendicular to the plate surface. The diaphragm 2 is provided with a large number of fine through holes 9 penetrating in the thickness direction thereof. The through holes 9 have a mortar shape and are arranged at equal pitches, and one opening area is larger than the other opening area. The larger opening area is the inlet side of the liquid and its diameter is 80 μm, and the smaller opening area is the outlet side, and its diameter is 7 μm. When the ultrasonic atomizer of FIG. 1 is driven, an electric signal having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the complex of the piezoelectric vibrator 1 and the diaphragm 2 is applied to the piezoelectric vibrator 1 via the terminals T D and T G. When input, a piezoelectric vibration is excited in the piezoelectric vibrator 1. Since the vibrating plate 2 is integrally fixed to one end surface of the piezoelectric vibrator 1, the vibrating plate 2 is bonded to the piezoelectric vibrator 1 as the piezoelectric vibrator 1 vibrates. It is vibrated with the area as the fixed end. The contact portion of the support tool 3 with the piezoelectric vibrator 1 is made of expanded polystyrene, which has a lower acoustic impedance than the piezoelectric vibrator 1, and the contact portion of the support tool 4 with the diaphragm 2 has an acoustic impedance lower than that of the diaphragm 2. It is made of low styrofoam. This is to prevent the ultrasonic waves from the piezoelectric vibrator 1 from propagating to the support tool 3 and the support tool 4 and being scattered. The liquid retaining material 5 is made of a sponge or the like having a lower acoustic impedance than the piezoelectric vibrator 1 and a large liquid absorbing ability, and ultrasonic waves from the piezoelectric vibrator 1 are propagated through the liquid retaining material 5 into the liquid and dissipated. To prevent it. With the vibration of the diaphragm 2, the liquid sucked up by the liquid retaining material 5 is guided to the through hole 9 by the capillary phenomenon. When the liquid passes through the through-hole 9, the passing area of the liquid in the through-hole 9 decreases from the inlet side to the outlet side thereof, so that the liquid is subjected to the throttling action by the through-hole 9 to form fine and uniform particles. Then, it flows out to the upper part of the diaphragm 2 and is efficiently atomized. FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the drive circuit 7. Terminal T
Most of the vibrations excited in the piezoelectric vibrator 1 by applying a voltage to the piezoelectric vibrator 1 via D and TG are propagated to the vibration plate 2 and the vibration of the piezoelectric vibrator 1 is also increased. Correspondingly, it is output from the terminals T F and T G as a voltage having a phase opposite to that of the voltage applied to the piezoelectric vibrator 1. By repeating this operation, positive feedback self-excited oscillation occurs. That is, an electric signal having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the composite body is stably supplied to the piezoelectric vibrator 1 following changes in the ambient temperature. At this time, by adopting a structure in which the area of the portion P D is almost twice the area of the portion P F , the piezoelectricity generated by the excitation of the piezoelectric vibrator 1 and appearing at the terminal T F is again used as the feedback voltage. It is possible to improve the efficiency in supplying and using the terminal T D. Therefore, the power supply efficiency is improved. In this way, it is possible to always maintain its own optimum oscillation state, and the resonance frequency of the composite deviates due to heat generation, etc., which is a problem during separately-excited driving, and the oscillation conditions deteriorate. Is solved. It is also possible to configure the circuit of one coil L 1, a single transistor T r1, 2 two resistors R 1 and R 2, and one diode very few parts of D 1. Moreover, although the number of parts is small, the DC power supply V dc can be used and the power efficiency is high, which enables downsizing of the power supply. When a DC voltage of, for example, 0 to 10 V is applied from the DC power supply V dc to the drive circuit 7 of FIG. 5, the coil L 1
By adjusting the value, approximately 60V at maximum terminal T D
An alternating voltage of pp can be applied. At this time, an electric signal of about 1 V pp is taken out from the terminal T F. In this way, the drive circuit 7 can apply an AC voltage that is about six times the DC power supply voltage to the piezoelectric vibrator 1. FIG.
In the ultrasonic atomizer of No. 2, the atomization operation could be confirmed by applying a DC voltage of 6 V or more. The fog particles were extremely small and uniform. According to the ultrasonic atomizer of FIG. 1, it is possible to stably atomize a very small amount of fog over a long period of time. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the admittance peak between the terminals T D and T G in the composite and the area ratio of the portion P D when the area of the portion P F is 1. However, the admittance peak in FIG. 6 indicates a value near the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 1. The admittance peak shows a maximum value when the area of the portion P D is almost twice the area of the portion P F. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the atomization amount and the area ratio of the part P D when the area of the part P F is 1. However, the atomization amount in FIG. 7 shows a value when the voltage of the DC power supply V dc is 9V. The atomization amount shows a maximum value of 15 ml when the area of the part P D is almost twice the area of the part P F , and this value corresponds to the maximum value of the admittance peak in FIG. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the atomization efficiency and the area ratio of the portion P D when the area of the portion P F is 1. However, the atomization efficiency in FIG. 8 shows a value when the voltage of the DC power supply V dc is 9V. The atomization efficiency is 22.times.the maximum value when the area of the part P D is almost twice the area of the part P F.
5 ml / hw is shown, and this value corresponds to the maximum value of the admittance peak in FIG. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the phase and frequency of the admittance between the terminals T D and T G in the piezoelectric vibrator 1 alone or in the composite. The dotted line shows the case of the piezoelectric vibrator 1 alone, and the solid line shows the case of the composite body. However, FIG. 9 shows two cases in which the length of the protruding portion of the vibration plate 2 excluding the portion fixed to the piezoelectric vibrator 1 is 22 mm and the length is 17.9 mm. When the length of the overhanging portion of the diaphragm 2 is 17.9 mm, one of the resonance frequencies (92.5 kHz) of the composite matches the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 1 alone. At this time, the atomization efficiency showed the maximum value. FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the atomization amount and the voltage of the DC power supply V dc . However, FIG. 10 shows the case where the length of the protruding portion of the diaphragm 2 is 17.9 mm. FIG. 11 is a perspective view showing another embodiment of the composite body. The composite body of this embodiment includes a piezoelectric vibrator 10 and a diaphragm 11. The piezoelectric vibrator 10 includes a piezoelectric ceramic 12, a comb-shaped electrode P and an electrode G. The piezoelectric ceramic 12 is made of a rectangular prismatic TDK91A material (product name), and its length is 1
The width is 0 mm, the width is 5 mm, and the thickness is 6 mm. Piezoelectric ceramic 1
The direction of the polarization axis of 2 coincides with the thickness direction, and the interdigital electrodes P and the electrodes G are formed on both end faces perpendicular to this thickness direction. A terminal T G is attached to the electrode G, and terminals T D and T F are attached to the portions P D and P F of the interdigital transducer P, respectively. The diaphragm 2 is made of stainless steel and has a length of 11 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 0.0.
It is 4 mm. One plate surface end of the diaphragm 2 (length 1.
5 mm, width 5 mm) is fixed to the piezoelectric vibrator 1, and the remaining portion (length 9.5 mm, width 5 mm) projects to the outside of the piezoelectric vibrator 1. The area of the portion P D is almost twice the area of the portion P F. When the composite body of FIG. 11 was used, the same atomization effect as when the composite body of FIG. 2 was used was observed. 12
FIG. 6 is a perspective view showing yet another embodiment of the composite body. The composite body of this embodiment includes the piezoelectric vibrator 13 and the diaphragm 2.
The piezoelectric vibrator 13 is composed of a piezoelectric ceramic 8 and electrodes D, F and G. Terminals T D , T F and T G are attached to the electrodes D, F and G, respectively. The area of the electrode D is almost four times the area of the electrode F. FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the atomization amount and the area ratio of the electrode D when the area of the electrode F is 1. However, FIG. 13 shows a case where the length of the protruding portion of the diaphragm 2 is 18 mm. In addition, the voltage of the DC power supply V dc is 12, 11, 10, 9, 8 or 7V.
Shows the case. The amount of atomization is 12 V for the DC power supply V dc
Then, when the area of the electrode D was almost four times the area of the electrode F, the maximum value of 5.7 ml was shown.
【発明の効果】本発明の超音波霧化装置では、圧電振動
子が圧電磁器、電極Ｄ，ＦおよびＧから成る構造を採用
できる。電極Ｄ，ＦおよびＧにはそれぞれ端子ＴD，ＴF
およびＴGが設けられている。このような簡単な構造の
圧電振動子の採用により、超音波霧化装置の小型化が可
能となるばかりでなく霧化効率の向上をもたらす。さら
に、自励式駆動が可能となることから低消費電力で低電
圧での駆動が可能となるばかりでなく、温度などの環境
変化に対応しうる形での低消費電力、低電圧での駆動が
可能となる。圧電振動子として長さと幅の寸法比が１に
近くしかも１に等しくない矩形状の板または長さと幅と
厚さのうちのどれか２つの寸法比が１に近くしかも１に
等しくない矩形状の角柱を採用することにより、圧電振
動子と振動板との複合体の結合振動が増強され、霧化効
率が促進される。また、複合体における共振周波数が圧
電振動子単体の共振周波数とほぼ等しくなるような構造
を採用することにより、複合体の結合振動が増強され、
霧化効率が促進される。さらに、振動板が圧電振動子の
電極Ｇを有する端面上における圧電振動子の幅方向に沿
った部分に一体的に連なって固着されていることによ
り、振動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端と
して振動する。従って、振動板に供給された液体はその
弾性振動により、振動板に設けられている多数の微小な
貫通孔を通して霧化され振動板の上方に向けて霧として
放散される。複合体を駆動するための回路には、直流電
源と端子ＴDとの間に接続された昇圧用のコイルと、出
力端子が端子ＴDに接続され入力端子が端子ＴFに接続さ
れたトランジスタとが備えられている。駆動回路には、
トランジスタを増幅素子とし複合体を共振素子とする発
振回路が構成されており、複合体の共振周波数に追随し
て周波数を変える機能が備えられている。そのうえ、コ
イルの逆起電圧を利用した機能が備えられていることに
より、電源電圧より高い電圧で圧電振動子を駆動するこ
とが可能である。このようにして、本発明の超音波霧化
装置では回路構成が簡単で小型であり、電源効率及び周
波数特性が良い。本発明の超音波霧化装置では、端子Ｔ
DおよびＴFが圧電振動子の電極ＤおよびＦを有する端面
上における圧電振動子の幅方向に沿った部分に設けられ
た構造、つまり、端子ＴDおよびＴFが圧電振動子の幅方
向に沿った部分に配置されるように電極ＤおよびＦが配
置された構造が採用されている。さらに、圧電磁器の一
方の端面上における電極Ｄの面積が電極Ｆの面積のほぼ
３倍から４倍になるような構造が採用されている。この
ような構造を採用することにより、圧電振動子自身の励
振によって発生し端子ＴFに現われる圧電気を帰還電圧
として再び端子ＴDに供給し利用するときの効率を向上
させることができる。従って、電源効率をさらに向上さ
せることが可能となる。本発明の超音波霧化装置では、
圧電振動子が圧電磁器、すだれ状電極Ｐおよび電極Ｇで
成る構造を採用することが可能である。すだれ状電極の
採用により電源効率はいっそう向上する。この場合、す
だれ状電極の部分ＰDの面積が部分ＰFの面積のほぼ２倍
になるような構造を採用することにより、電源効率は最
も向上する。従って、さらなる低消費電力、低電圧駆動
が可能となる。振動板に液体を供給する手段が複合体を
支持する支持具と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大
きい物質から成る保液材とを含むことにより、長時間に
わたり安定な霧化を実現することができる。支持具およ
び保液材として複合体の振動が伝搬しにくいような材質
が採用されることにより、効率良く振動板が振動され、
効率よく液体を霧化することが可能となる。In the ultrasonic atomizing device of the present invention, a structure in which the piezoelectric vibrator is composed of piezoelectric ceramics and electrodes D, F and G can be adopted. Electrodes D, F and G have terminals T D and T F , respectively.
And T G are provided. By adopting the piezoelectric vibrator having such a simple structure, not only the ultrasonic atomizing device can be downsized but also atomization efficiency is improved. Furthermore, since self-excited driving is possible, not only driving with low power consumption and low voltage is possible, but also driving with low power consumption and low voltage that can respond to environmental changes such as temperature. It will be possible. As a piezoelectric vibrator, a rectangular plate having a length-width dimension ratio close to 1 and not equal to 1 or a rectangular plate having any two length-width-thickness dimension ratios close to 1 and not equal to 1 By adopting the prism, the combined vibration of the composite of the piezoelectric vibrator and the vibration plate is enhanced, and the atomization efficiency is promoted. Further, by adopting a structure in which the resonance frequency of the composite is substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator alone, the combined vibration of the composite is enhanced,
Atomization efficiency is promoted. Further, since the diaphragm is integrally connected and fixed to a portion along the width direction of the piezoelectric vibrator on the end surface having the electrode G of the piezoelectric vibrator, the diaphragm is composed of the piezoelectric vibrator and the diaphragm. Vibrates with the joint as the fixed end. Therefore, the liquid supplied to the vibrating plate is atomized by the elastic vibration through a large number of minute through holes provided in the vibrating plate and is diffused as a mist toward the upper side of the vibrating plate. The circuit for driving the composite includes a step-up coil connected between a DC power source and a terminal T D, and a transistor having an output terminal connected to the terminal T D and an input terminal connected to the terminal T F. And are provided. In the drive circuit,
An oscillating circuit having a transistor as an amplifying element and a complex as a resonant element is configured, and has a function of following the resonance frequency of the complex and changing the frequency. Moreover, since the function utilizing the counter electromotive voltage of the coil is provided, the piezoelectric vibrator can be driven at a voltage higher than the power supply voltage. In this way, the ultrasonic atomizing device of the present invention has a simple circuit configuration, a small size, and good power supply efficiency and frequency characteristics. In the ultrasonic atomizing device of the present invention, the terminal T
The structure in which D and T F are provided in the portion along the width direction of the piezoelectric vibrator on the end face having the electrodes D and F of the piezoelectric vibrator, that is, the terminals T D and T F are in the width direction of the piezoelectric vibrator. A structure is adopted in which the electrodes D and F are arranged so as to be arranged along the portion. Furthermore, a structure is adopted in which the area of the electrode D on one end surface of the piezoelectric ceramic is approximately three to four times the area of the electrode F. By adopting such a structure, it is possible to improve the efficiency when the piezoelectricity generated by the excitation of the piezoelectric vibrator itself and appearing at the terminal T F is supplied again to the terminal T D as a feedback voltage for use. Therefore, the power supply efficiency can be further improved. In the ultrasonic atomizing device of the present invention,
It is possible to adopt a structure in which the piezoelectric vibrator is composed of a piezoelectric ceramic, a comb-shaped electrode P and an electrode G. Power efficiency is further improved by adopting the interdigital electrodes. In this case, the power source efficiency is most improved by adopting a structure in which the area of the part P D of the interdigital electrode is almost twice the area of the part P F. Therefore, further low power consumption and low voltage driving are possible. Achieving stable atomization for a long time by including a support for supporting the composite as the means for supplying liquid to the vibrating plate and a liquid-retaining material made of a substance having a large liquid absorption capacity and having a large number of through holes can do. By adopting a material that does not easily propagate the vibration of the composite as the support and the liquid retaining material, the diaphragm vibrates efficiently,
It becomes possible to atomize the liquid efficiently.
【図１】本発明の超音波霧化装置の一実施例を示す断面
図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ultrasonic atomizing device of the present invention.
【図２】圧電振動子１および振動板２から成る複合体を
示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a composite body including a piezoelectric vibrator 1 and a diaphragm 2.
【図３】図２の複合体の平面図。FIG. 3 is a plan view of the composite body of FIG.
【図４】振動板２を板面に垂直な平面で切断したときの
部分拡大断面図。FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the diaphragm 2 taken along a plane perpendicular to the plate surface.
【図５】駆動回路７の一実施例を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing an embodiment of a drive circuit 7.
【図６】複合体における端子ＴDとＴGとの間のアドミタ
ンスピークと、部分ＰFの面積を１とした場合の部分ＰD
の面積比との関係を示す特性図。FIG. 6 shows an admittance peak between terminals T D and T G in the composite and a portion P D where the area of the portion P F is 1.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship with the area ratio of FIG.
【図７】霧化量と、部分ＰFの面積を１とした場合の部
分ＰDの面積比との関係を示す特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the atomization amount and the area ratio of the portion P D when the area of the portion P F is 1.
【図８】霧化効率と、部分ＰFの面積を１とした場合の
部分ＰDの面積比との関係を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between atomization efficiency and an area ratio of a portion P D when the area of the portion P F is 1.
【図９】圧電振動子１単体または複合体における端子Ｔ
DとＴGとの間のアドミタンスの位相と周波数との関係を
示す特性図。FIG. 9 is a terminal T of the piezoelectric vibrator 1 alone or in a composite body.
The characteristic view which shows the relationship of the phase and frequency of admittance between D and T G.
【図１０】霧化量と直流電源Ｖdcの電圧との関係を示す
特性図。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the atomization amount and the voltage of the DC power supply V dc .
【図１１】複合体のもう一つの実施例を示す斜視図。FIG. 11 is a perspective view showing another embodiment of the composite body.
【図１２】複合体のさらにもう一つの実施例を示す斜視
図。FIG. 12 is a perspective view showing still another embodiment of the composite body.
【図１３】霧化量と、電極Ｆの面積を１とした場合の電
極Ｄの面積比との関係を示す特性図。13 is a characteristic diagram showing the relationship between the atomization amount and the area ratio of the electrode D when the area of the electrode F is 1. FIG.
１ 圧電振動子 ２ 振動板 ３ 支持具 ４ 支持具 ５ 保液材 ６ 貯液室 ７ 駆動回路 ８ 圧電磁器 ９ 貫通孔 １０ 圧電振動子 １１ 振動板 １２ 圧電磁器 １３ 圧電振動子 Ｐ すだれ状電極 ＰD 部分 ＰF 部分 Ｇ 電極 Ｄ 電極 Ｆ 電極 ＴD，ＴF，ＴG 端子 Ｌ1 コイル Ｔr1 トランジスタ Ｒ1，Ｒ2 抵抗 Ｄ1 ダイオード Ｖdc 直流電源1 the piezoelectric vibrator 2 diaphragm 3 support 4 support 5 Hoekizai 6 liquid reservoir chamber 7 driving circuit 8 piezoelectric ceramic 9 through hole 10 piezoelectric vibrator 11 vibrating plate 12 piezoelectric ceramic 13 piezoelectric vibrator P interdigital electrodes P D Part P F Part G electrode D electrode F electrode T D , T F , T G terminal L 1 coil T r1 transistor R 1 , R 2 resistance D 1 diode V dc DC power supply
Claims (7)
る振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性振
動により、前記振動板に供給された液体を霧化する超音
波霧化装置において、 前記圧電振動子は圧電磁器、電極Ｄ，ＦおよびＧから成
り、 前記電極ＤおよびＦは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な
一方の端面に形成され、前記電極Ｇは前記圧電磁器の厚
さ方向に垂直なもう一方の端面に形成されており、 前記電極ＤおよびＦは互いに絶縁されており、 前記電極Ｄ，ＦおよびＧにはそれぞれ端子ＴD，ＴFおよ
びＴGが設けられ、 前記端子ＴDとＴGとの間に前記圧電振動子の共振周波数
とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより、前記
複合体を駆動する回路が備えてあり、 前記圧電振動子は長さと幅の寸法比が１に近くしかも１
に等しくない矩形状の板または長さと幅と厚さのうちの
どれか２つの寸法比が１に近くしかも１に等しくない矩
形状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前
記電極Ｇを有する端面上における前記圧電振動子の幅方
向に沿った部分に一体的に連なって固着されていて、 前記端子ＴDおよびＴFは前記圧電振動子の前記電極Ｄお
よびＦを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向
に沿った部分に設けられており、 前記圧電振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数
にほぼ等しいことを特徴とする超音波霧化装置。1. Ultrasonic atomization for atomizing a liquid supplied to the vibrating plate by elastic vibration generated by a composite body in which a vibrating plate having a large number of minute through holes is fixed to a piezoelectric vibrator. In the device, the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric ceramic and electrodes D, F and G, the electrodes D and F are formed on one end surface perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric ceramic, and the electrode G is the piezoelectric ceramic. thickness direction are formed on the other end face perpendicular, the electrode D and F are isolated from each other, the electrode D, each of the F and G terminal T D, T F and T G are provided in And a circuit for driving the composite by applying a voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator between the terminals T D and T G. The dimensional ratio of width and width is close to 1 and
Or a rectangular prism whose dimensional ratio of any two of length, width and thickness is not equal to 1 and which is not equal to 1 and is not equal to 1. The end face having the electrode G is integrally and fixedly attached to a portion along the width direction of the piezoelectric vibrator, and the terminals T D and T F are the end faces having the electrodes D and F of the piezoelectric vibrator. An ultrasonic atomization device, which is provided in a portion along the width direction of the piezoelectric vibrator above, and in which the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to the resonance frequency of the composite.
Dとの間に接続されている昇圧用のコイルと、出力端子
が前記端子ＴDに接続され入力端子が前記端子ＴFに接続
されることにより前記端子ＴFに現われる圧電気を帰還
電圧として受けるトランジスタとを備え、 前記駆動回路は、前記トランジスタを増幅素子とし前記
複合体を共振素子とする発振回路を構成することを特徴
とする請求項１に記載の超音波霧化装置。2. The drive circuit comprises a DC power supply and the terminal T.
A coil for boosting that is connected between the D, and piezoelectric appearing at the terminals T F by the output terminal is connected to said terminal T D input terminal connected to the terminal T F as a feedback voltage The ultrasonic atomization device according to claim 1, further comprising a transistor for receiving the driving circuit, wherein the drive circuit constitutes an oscillation circuit using the transistor as an amplification element and the composite as a resonance element.
記電極Ｄの面積は前記電極Ｆの面積のほぼ３倍から４倍
であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音
波霧化装置。3. The ultrasonic fog according to claim 1 or 2, wherein the area of the electrode D on one end face of the piezoelectric ceramic is approximately 3 to 4 times the area of the electrode F. Device.
る振動板を固着して成る複合体により発生させた弾性振
動により、前記振動板に供給された液体を霧化する超音
波霧化装置において、 前記圧電振動子は圧電磁器、すだれ状電極Ｐおよび電極
Ｇから成り、 前記すだれ状電極Ｐおよび前記電極Ｇは前記圧電磁器の
厚さ方向に垂直な両端面のそれぞれに形成されており、 前記すだれ状電極Ｐの互いに絶縁する部分ＰDおよびＰF
にはそれぞれ端子ＴDおよびＴFが設けられ、 前記電極Ｇには端子ＴGが設けられており、 前記端子ＴDとＴGとの間に前記圧電振動子の共振周波数
とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより、前記
複合体を駆動する回路が備えてあり、 前記圧電振動子は長さと幅の寸法比が１に近くしかも１
に等しくない矩形状の板または長さと幅と厚さのうちの
どれか２つの寸法比が１に近くしかも１に等しくない矩
形状の角柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前
記電極Ｇを有する端面上における前記圧電振動子の幅方
向に沿った部分に一体的に連なって固着されていて、 前記端子ＴDおよびＴFは前記圧電振動子の前記すだれ状
電極Ｐを有する端面上における前記圧電振動子の幅方向
に沿った部分に設けられており、 前記圧電振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数
にほぼ等しいことを特徴とする超音波霧化装置。4. Ultrasonic atomization for atomizing a liquid supplied to the vibrating plate by elastic vibration generated by a composite body in which a vibrating plate having a large number of minute through holes is fixed to a piezoelectric vibrator. In the device, the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric ceramic, a comb-shaped electrode P and an electrode G, and the comb-shaped electrode P and the electrode G are formed on both end surfaces of the piezoelectric ceramic which are perpendicular to the thickness direction. , The portions P D and P F of the interdigital transducer P which are insulated from each other
Are provided with terminals T D and T F, respectively, and the electrode G is provided with a terminal T G. Between the terminals T D and T G , the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is approximately equal to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. A circuit for driving the composite by applying a voltage is provided, and the piezoelectric vibrator has a dimensional ratio of length to width close to 1 and 1
Or a rectangular prism whose dimensional ratio of any two of length, width and thickness is not equal to 1 and which is not equal to 1 and is not equal to 1. It has been fixed to integrally connected to said portions along the width direction of the piezoelectric vibrator on the end face having the electrode G, the terminals T D and T F end surface having the interdigital electrodes P of the piezoelectric vibrator An ultrasonic atomization device, which is provided in a portion along the width direction of the piezoelectric vibrator above, and in which the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is substantially equal to the resonance frequency of the composite.
Dとの間に接続されている昇圧用のコイルと、出力端子
が前記端子ＴDに接続され入力端子が前記端子ＴFに接続
されることにより前記端子ＴFに現われる圧電気を帰還
電圧として受けるトランジスタとを備え、 前記駆動回路は、前記トランジスタを増幅素子とし前記
複合体を共振素子とする発振回路を構成することを特徴
とする請求項４に記載の超音波霧化装置。5. The drive circuit comprises a DC power supply and the terminal T.
A coil for boosting that is connected between the D, and piezoelectric appearing at the terminals T F by the output terminal is connected to said terminal T D input terminal connected to the terminal T F as a feedback voltage The ultrasonic atomization device according to claim 4, further comprising a receiving transistor, wherein the drive circuit constitutes an oscillation circuit in which the transistor is an amplifying element and the complex is a resonant element.
記部分ＰDの面積は前記部分ＰFの面積のほぼ２倍である
ことを特徴とする請求項４または５に記載の超音波霧化
装置。6. The ultrasonic atomization according to claim 4, wherein the area of the portion P D on one end face of the piezoelectric ceramic is approximately twice the area of the portion P F. apparatus.
は、前記複合体を支持する支持具と、多数の貫通孔を有
する吸液能力の大きい物質から成る保液材とを含み、 前記支持具は前記複合体を固定物に対し所定位置に保持
し、 前記支持具のうち少なくとも前記圧電振動子に接触する
部分は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低
い発泡スチロールその他の物質から成り、前記支持具の
うち少なくとも前記振動板に接触する部分は前記振動板
に比べて音響インピーダンスが低い発泡スチロールその
他の物質から成り、 前記振動板は常時または間欠的に前記保液材と接触し
て、前記保液材に吸収されている前記液体を霧化するこ
とを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６に記
載の超音波霧化装置。7. The means for supplying the liquid to the vibrating plate includes a support for supporting the composite, and a liquid retaining material having a large number of through-holes and having a large liquid absorption capacity. The tool holds the composite in a predetermined position with respect to a fixed object, and at least a portion of the support tool that is in contact with the piezoelectric vibrator is made of expanded polystyrene or another substance having a lower acoustic impedance than the piezoelectric vibrator, and At least a portion of the support member that comes into contact with the vibration plate is made of styrene foam or another substance having a lower acoustic impedance than the vibration plate, and the vibration plate constantly or intermittently contacts the liquid retaining material, The ultrasonic atomizer according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the liquid absorbed in the liquid material is atomized.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113655A JPH08281165A (en) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | Ultrasonic atomizing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113655A JPH08281165A (en) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | Ultrasonic atomizing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08281165A true JPH08281165A (en) | 1996-10-29 |
Family
ID=14617788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7113655A Pending JPH08281165A (en) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | Ultrasonic atomizing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08281165A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000037132A1 (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-29 | Omron Corporation | Sprayer |
| JP2006281170A (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Optnics Precision Co Ltd | Ultrasonic vibration unit |
| JP2008188515A (en) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Fukoku Co Ltd | Ultrasonic atomizer |
| CN114738648A (en) * | 2022-03-02 | 2022-07-12 | 上海工程技术大学 | Trace lubricating system |
-
1995
- 1995-04-14 JP JP7113655A patent/JPH08281165A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000037132A1 (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-29 | Omron Corporation | Sprayer |
| US6679436B1 (en) | 1998-12-18 | 2004-01-20 | Omron Corporation | Sprayer |
| JP2006281170A (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Optnics Precision Co Ltd | Ultrasonic vibration unit |
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| CN114738648A (en) * | 2022-03-02 | 2022-07-12 | 上海工程技术大学 | Trace lubricating system |
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