JPS5832770Y2 - 超音波液体霧化装置 - Google Patents

超音波液体霧化装置

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JPS5832770Y2
JPS5832770Y2 JP281579U JP281579U JPS5832770Y2 JP S5832770 Y2 JPS5832770 Y2 JP S5832770Y2 JP 281579 U JP281579 U JP 281579U JP 281579 U JP281579 U JP 281579U JP S5832770 Y2 JPS5832770 Y2 JP S5832770Y2
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liquid
ultrasonic
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circuit
atomization device
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JP281579U
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勲 甲斐
洋人 山本
英冶 中井
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オムロン株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 この考案は超音波液体霧化装置に関し、特に例えば液槽
内の液体が所定量以下になり渇水によって超音波振動子
が熱破壊したり、温度異常により熱破壊するような異常
状態における霧化発生動作を停止させて装置を保護する
ような、超音波液体霧化装置に関する。
最近、室内を加湿する加湿器や霧化液を吸入することに
より気管支系疾病を治療するような医療用吸入器や美顔
器等においては、超音波で液体を霧化するものが用いら
れている。
このような超音波液体霧化装置は、液槽内に水などの液
体が無くなるかまたは一定量以下になると、液体が無い
にもかかわらず超音波振動子が超音波発振動作して熱を
発生し、それによって超音波振動子が極く短時間(たと
えば2.3分)で熱破壊することがある。
また、超音波振動子を励振させるための超音波発振回路
には、比較的大容量のパワートランジスタが用いられて
いるが、このパワートランジスタの冷却は通常超音波振
動子や該パワートランジスタを取付けている取付部材の
ある一部を液槽内に露出させておき、液体で取付部材を
冷却することによって超音波振動子およびパワートラン
ジスタを冷却している。
このため、液槽内の液体が所定量以下になると、超音波
振動子のみならず、パラ−トランジスタも熱破壊するこ
とになる。
従来では、超音波霧化装置の液槽内の液体が所定量以下
になったことを検出するために、液槽内にフロートを浮
かべておき、フロートが一定高さの液面以下になったこ
とを検出すると超音波発振動作を停止するように構成し
ていた。
ところが、フロートで液槽内の液面高さを検出して液量
を検出するのは、フロートの形状が比較的大きいため、
超音波液体霧化装置の形状が必然的に大形化し、超音波
液体霧化装置の本体を斜めに置いた場合では誤検出し易
く、シかも液面の高さの変化により機械的に検出してい
るため信頼性が乏しいという欠点があった。
また、上述の欠点を解消するために、液槽内のインピー
ダンス変化を利用する回路を用いて、液槽内に液体があ
るときインピーダンスが比較的小さく、かつ液体が無く
なったときインピーダンスが比較的大きくなることを利
用してインピーダンス変化による液体の有無検出回路が
用いられていた。
しかしながら、インピーダンス変化による液体有無検出
回路は、比較的大きな2つの電極を必要とするため使用
者が誤って手で触れると危険であり、回路構成が極めて
複雑であり、部品点数が多く、製作が複雑であり、かつ
従って極めて高価になるという問題点があった。
それゆえに、この考案の主たる目的は、液槽内の液体を
静電容量で検出することによって、信頼性が極めて高く
、シかも安価にして液槽内の液体を検出でき、異常状態
において霧化動作を確実に停止制御できるような、超音
波液体霧化装置を提供することである。
この考案の他の目的は、液槽内の液体の量を検出するの
に、比較的小さな電極で検出できるようにして、検出レ
ベルが極めて高精度となりかつ装置本体の形状を極めて
小形化できるような超音波液体霧化装置を提供すること
である。
この考案のさらに他の目的は、液槽内の渇水検出に合わ
せて温度異常を検出することによって、液体霧化動作を
停止させて装置の保護を図れるような超音波液体霧化装
置を提供することである。
この考案を要約すれば、液槽内の液体が所定量以下であ
ることを検出するために、所定量の液体に対応する液面
位置に電極を設け、液面レベルが電極配設位置よりも低
下したとき、電極に関連して設けられる静電容量検出回
路の静電容量が変化するように構成し、静電容量変化に
基づいて超音波発振動作を停止制御するようにしたもの
である。
なお、より好ましくは、液槽内の所定量以下の液体検出
とともに、温度異常を検出していずれかの検出出力があ
ったとき超音波発振動作を停止制御する。
第1図はこの考案の一実施例の超音波液体霧化装置10
の外観図である。
図において、超音波液体霧化装置10の本体11には、
その側面に霧化液吹出ノズル111が形成されるととも
に、持ち運び便利なように把手112が一体的に形成さ
れる。
この本体11には、液槽12が形成される。
この液槽12の前面部分は、好ましくは液槽内を透視で
きるように透明部材が用いられる。
この液槽12には、水などの液体が入れられるが、成る
医薬品を混合した霧化液を発生させる場合は医薬品貯留
筒13が用いられ、該医薬品貯留筒13が液槽12内へ
浸たされる。
液槽12の内壁には、水などの液体が所定量以下となっ
て超音波振動子(図示せず)を熱破壊に至らしめるのを
防止するために、所定量の液量に相当する液面位置に電
極14が配設される。
この電極14は、液面の変化を極めて精度よく検出する
ために、導電性の板状片またはピン状の形状をしたもの
が用いられる。
前記超音波液体霧化装置10の本体11の一部には、霧
化発生動作または停止動作を切換えて選択しかつ必要に
応じて霧化量を数段階に大きく切換えるための切換スイ
ッチ15と、単位時間(分)における霧化量(ml)を
調節するための霧化量調節つまみ16とが配設される。
さらに好ましくは、本体11の前面に、霧化発生状態で
あることを表わす霧化動作中表示部(例えばランプまた
は発光ダイオード)17と、液槽12内の液体が所定量
以下になったことを表示する渇水表示部(例えばランプ
または発光ダイオード)18が配設される。
第2図はこの考案の一実施例の概略を表わすブロック図
である。
第2図を参照してこの考案の概略を説明すると、可変パ
ルス発生回路20は超音波発振期間を規定するパルスa
(後述の第4図a参照)の周期T(すなわち周波数)ま
たはパルスのハイレベル期間(TH)とローレベル期間
(T1、)の比(すなわちテ゛ニーティ)を可変した可
変パルスaを導出し、駆動回路30に与える。
この駆動回路30は可変パルスaのローレベル期間(T
L)において超音波発振出力で霧化できる程度に超音波
振動子を励振させるための比較的大きな出力を導出しか
つ可変パルスaのハイレベル期間(’r、、)において
液体を霧化できない程度の比較的小さな出力の出力パル
スb(後述の第4図す参照)を発生し超音波発振回路4
0に与える。
なお、駆動回路30の出力パルスbと可変パルスaとの
極性を逆に選んでもよい。
この超音波発振回路40は整流回路を含み、交流電源5
0を受けて整流しかつこの整流出力を定電圧電源回路6
0に与える。
また、超音波発振回路40は駆動回路30から与えられ
る出力パルスbに基づいて高周波発振出力を増大または
減少し、その高周波発振出力を超音波発振子70に印加
して励磁させ、超音波を発生動作させる。
このようにして、超音波振動子70を常時励磁させてお
き、可変パルス発生回路20のパルス出力に同期して液
体を霧化できる程度の発振出力で超音波振動子70を励
振させることにより、可変パルスaの繰返し周期で超音
波振動子を霧化領域または非霧化領域となるように、繰
返して超音波発振させる。
前記定電圧回路60は超音波発振回路40から与えられ
る整流出力を定電圧化し、該定電圧出力を可変パルス発
生回路20.駆動回路30.媒体液位置換出回路80に
与える。
媒体液位置換出回路80の入力端には、前記液槽12内
の検出すべき液面位置に配設された電極14が接続され
ている。
この媒体液位置換出回路80は、電極14が液体に浸さ
れていないとき静電容量を変化し、該静電容量の変化を
検出して可変パルス発生回路20のパルス発生動作を停
止させる。
なお、より好ましくは、可変パルス発生回路20が可変
パルスaを発生している期間は、液体を霧化している状
態であるため、動作中表示回路70を作動させて前記動
作中表示部17を表示させる。
第3図はこの考案の一実施例の超音波液体霧化装置10
の具体的な回路構成を示す回路図である。
第4図および第5図はこの考案の動作を説明するための
波形図であり、特にたとえば第4図aは可変パルス発生
回路20の出力パルスaを示し、第4図すは出力レベル
を固定にした場合における駆動回路30の出力パルスb
の波形を示す。
また、第5図は駆動回路30で出力を段階的に切換可能
な場合の出力パルスbを示す波形図である。
次に、第1図ないし第5図を参照して第3図の具体的な
回路構成とともにその動作について説明する。
まず、液槽12内に所定量以上の液体がありかつ温度異
常もなく、正常に動作している場合を述べる。
前記超音波発振回路40は、全波整流回路41と平滑コ
ンデンサ42とコルピッツ発振回路43とを含む。
この全波整流回路41は交流電源50から与えられる交
流電圧を全波整流し、該整流電圧が平滑コンデンサ42
で平滑されて抵抗44を介して定電圧回路60に与えら
れる。
定電圧回路60はツェナーダイオード61とコンテ゛ン
サ62とを含み、全波整流回路41で整流された直流電
圧を定電圧化して駆動回路30.可変パルス回路20.
媒体液位置換出回路80に与える。
前記可変パルス発生回路20は、一定の繰返し周期でパ
ルスを発生する第1のパルス発生回路21と前記媒体液
位置換出回路80の液体のないことを表わす検出出力に
基づいて可変パルス発生を停止させるためのスイッチン
グトランジスタ22と、第1のパルス発生回路21の出
力パルスに基づいて可変周波数またはハイレベル期間と
ローレベル期間のテ゛ニーティを可変したパルスを発生
する第2のパルス発生回路23とを含む。
具体的には、第1のパルス発生回路21は抵抗211,
212の抵抗値とコンデンサ214の容量とで定まる充
電時定数でコンテ゛ンサ214が充電され、該コンデン
サ214の端子電圧が抵抗213,216を介してプロ
グラマブルユニジャンクション トランジスタ(PUT
)215のアノード−カソード間に印加される。
このPUT215はゲート入力端子に抵抗217と21
8の分圧比で定まる一定電圧がゲート電圧として印加さ
れているため、コンテ゛ンサ214の充電電圧(すなわ
ち端子電圧)が所定の電圧に達すると導通し、該コンデ
ンサ214の充電電圧がPUT215を介して放電され
て所定電位まで低下すると非導通となる。
このとき、PUT215のカソード端には、その導通期
間においてハイレベルが導出されかつ非導通期間におい
てローレベルが導出される。
このPUT215出力のパルスは、抵抗211,212
の抵抗値とコンデンサ214の容量とで定まる時定数で
一定周期毎に連続して発生される。
この第1のパルス発生回路21の出力パルスがトランジ
スタ22のベース入力として与えられる。
一方、第2のパルス発生回路23は、前記霧化量調節つ
まみ16の操作によって可変される可変抵抗器231.
抵抗232の抵抗値とコンテ゛ンサ234の容量とで決
まる時定数でコンデンサ234が充電され、該コンデン
サ234の端子電圧がPUT 235を導通させるのに
必要な電圧まで充電されると、該PUT235が導通す
るように回路構成される。
このとき、コンテ゛ンサ234の両端には、抵抗233
とトランジスタ22の並列回路が接続されているため、
第1の発振回路21の出力パルスのノ\イレベル期間に
導通するトランジスタ22の導通状態に同期して、コン
テ゛ンサ234の充電電荷が放電される。
そして、パルス発生回路21が1個のパルスを発生する
間に、第2のパルス発生回路23に含まれるコンテ゛ン
サ234の端子電圧がPUT 235を導通させるのに
必要な電圧に達し、該PUT 235を導通させる。
これによって、PUT235のカソード端には可変パル
スaが導出される。
この可変パルスaは、可変抵抗231によってその周期
(またはテ゛ニーティ)が可変されたパルスとなる。
そして、PUT235の出力パルス(すなわち可変パル
ス発生回路20の出力パルスa)が動作中表示回路90
に含まれるトランジスタ911に与えられる。
前記動作中表示回路90は、可変パルスaが与えられる
毎にトランジスタ911,912がオン−オフして前記
動作中表示発光ダイオード17に間欠的に電流を流すた
め、動作中表示発光ダイオード17が間欠的に発光表示
する。
また、トランジスタ912のエミッタ端の電圧(すなわ
ち可変パルスa)は、駆動回路30に含まれる抵抗34
を介してトランジスタ35のベース入力端に与えられる
前記駆動回路30は、後述のトランジスタ85の非導通
状態(すなわち温度が正常な場合)において常時導通す
るトランジスタ33と、可変パルスaのローレベル期間
において導通しかつハイレベル期間において非導通とな
るトランジスタ35と、該トランジスタ35のエミッタ
ーコレクタ間に接続される抵抗36と、トランジスタ3
3のコレクタと正側電源ラインとの間に接続される固定
抵抗310とかる戊る。
なお、固定抵抗310を接続した場合は、トランジスタ
35の出力電圧が一定値に制限されるが、出力電圧のレ
ベルをモード切換えによって可変したい場合は、それぞ
れ抵抗値の異なる抵抗311.312,313を選択ス
イッチ15によって切換えるようにしてもよい。
たとえば、正側電源ラインとトランジスタ33のコレク
タ端の間に固定抵抗310を接続した場合を考えると、
可変パルスaのローレベル期間においてトランジスタ3
5が導通し、超音波発振回路40を駆動するのに要する
比較的大きな振幅の出力を導出し、可変パルスaがハイ
レベル期間においてトランジスタ35が非導通となり、
抵抗36の抵抗値によって定まる比較的小さな振幅の出
力が超音波発振回路40に与えられる。
この駆動回路30の出力、すなわちI・ランジスタ35
が導通したとき発生される出力電圧は、超音波振動子7
0を励振して液体を霧化するのに要する出力電圧となる
ように選ばれ、トランジスタ35が非導通となったとき
に導出される出力電圧は超音波振動子70を励振させる
が液体を霧化するに至らない程度の出力電圧(すなわち
非霧化領域の電圧)となるように、抵抗36の抵抗値が
選定される。
前記駆動回路30の出力電圧は、超音波発振回路40に
含まれるコルピッツ発振回路43に与えられる。
このコルピッツ発振回路43は、発振コイル431とト
ランジスタ432と発振コイル434を直列接続し、ト
ランジスタ432と発振コイル434の直列回路に発振
コンテ゛ンサ435を並列接続し、トランジスタ432
のベースと接地ラインとの間に発振コンデンサ433を
接続し、トランジスタ432のベース−コレクタ間に超
音波振動子70とコンテ゛ンサ434の直列回路を接続
して成る。
このコルピッツ発振回路43は、駆動回路30のトラン
ジスタ35が導通したとき導出される出力電圧に応じて
比較的大きな高周波発振電圧を発生して超音波振動子7
0に印加し、超音波振動子70を強く励振させる。
また、駆動回路30のトランジスタ35が非導通のとき
、比較的小さな高周波発振電圧を発生し、超音波振動子
70を比較的弱い発振出力で励振させる。
これによって、超音波振動子70は、可変パルスaの周
期に同期しかつ可変パルスaのハイレベル期間において
比較的強い超音波出力を発生し、可変パルスaのローレ
ベル期間において比較的弱い超音波出力を発生して液体
を霧化せず、この強弱の超音波発振繰返しを可変パルス
aに同期して行なつ。
このように、超音波発振させる場合において、常時超音
波振動子70を励磁しておき、可変パルスaの繰返し同
期で液体を霧化する程度の超音波を発生したり、液体を
霧化できない程度の超音波を発生するように制御するこ
とにより、液体の霧化量を制御する場合に比較的微小の
霧化量であっても高精度に制御でき、しかも突入電流を
低減できる利点がある。
なお、駆動回路30として、抵抗311〜313を切換
スイッチ15で切換可能にした場合、駆動回路30は第
5図に示すように、抵抗値の最も大きな抵抗を切換スイ
ッチ15で選択したときに最も少ない霧化量が得られる
ように超音波発振回路40の発振出力を制限し、中程度
の抵抗値を選択したときに中程度の霧化量が得られるよ
うに超音波発振回路40の発振出力を中程度に増大させ
、最も小さな抵抗値を選択したときに最も多くの霧化量
が得られるように超音波発振回路40の発振出力を増大
させる。
次に、前述のようにして超音波発振動作している場合に
おいて、次に液槽12内の液体が所定量以下となった場
合に、超音波発振動作を停止させて装置の保護を図る場
合の動作を説明する。
前記液槽12内に、所定量以上の液体がある場合は、静
電容量が変化しないため、媒体深位置検出回路80に含
まれるハートレ発振回路82は発振動作しない。
このため、スイッチング回路83のトランジスタ831
が非導通となり、これによってトランジスタ833が導
通状態となるため、該トランジスタ833のコレクタ端
がローレベルに保持された状態となる。
このトランジスタ833のコレクタ端の電圧がローレベ
ルであることにより、トランジスタ85および可変パル
ス発生回路20に含まれるトランジスタ22には渇水検
出信号(すなわちハイレベル)が与えられない。
ところが、液槽12の液体が所定量以下になると、電極
14が液面から露出するため、ハートレ発振回路82に
含まれる発振コンデンサ821の静電容量が変化する。
この静電容量の変化により、発振コンデンサ821と発
振コイル823とトランジスタ822.826とから戒
るハートレ発振回路82が発振動作し、該発振出力がコ
ンデンサ828で平滑されてトランジスタ831のベー
ス入力として与えられる。
このため、トランジスタ831が導通し、かつ従ってト
ランジスタ833のベース入力がローレベルとなるため
、該トランジスタ833が非導通となる。
これによって、トランジスタ833のコレクタ端には、
ハイレベルの電圧が生じ、該ハイレベル電圧が抵抗87
1およびダイオード872を介して可変パルス発生回路
20に含まれるトランジスタ22のベース人力として与
えられる。
応じて、トランジスタ22が連続的に導通状態となり、
コンテ゛ンサ234の充電電荷を抵抗233およびトラ
ンジスタ22のコレクターエミッタを介して放電させる
コンテ゛ンサ234はPUT235を導通させるのに至
る電圧まで充電されなくなる。
これによって、可変パルス発生回路20は以後渇水検出
出力に基づいて可変パルスaの発生を停止する。
これによって、動作中表示発光ダイオード17の発光表
示も停止する。
一方、トランジスタ833のコレクタ端のハイレベル出
力によって、トランジスタ85を導通させる。
応じて、正電源ラインから渇水表示発光ダイオード18
−抵抗861−トランジスタ85のコレクターエミッタ
を介して電流が流れ、該発光ダイオード18が渇水状態
を表示する。
このとき、トランジスタ85のコレクタ端の電圧がロー
レベルに低下するため、駆動回路30に含まれるトラン
ジスタ33のベース入力端がローレベルとなり、かつ従
ってトランジスタ33が非導通となる。
応じて、駆動回路30は駆動電圧の導出を停止し、かつ
従って超音波発振回路40は発振動作を停止して超音波
発生動作を停止させる。
なお、ハートレ発振回路82の高周波発振出力が電極1
4に伝わり、修理する人などの人体に悪影響を与えるの
を防止する目的で、ハートレ発振回路82のコンテ゛ン
サ821と電極14との間に、フィルタとして働くコン
テ゛ンサに81が介挿される。
次に、温度異常が生じた場合の動作について説明する。
液槽12内に所定量以上の液体があっても、霧化量を最
大限とするように調節した状態で長時間使用した場合に
おいて、超音波発振回路40に含まれるパワートランジ
スタ432の発生熱が上昇し、パワートランジスタ43
2が熱破壊したり、超音波振動子70が熱破壊するのを
防止するために、熱異常検出回路84を設ける。
この熱異常検出回路84は、超音波振動子70またはパ
ワートランジスタ432を取付けている取付ユニットに
関連的に配設された感温制御形スイッチング素子841
を含む。
そして、熱異常が生じると、感温制御形スイッチング素
子841が導通するため、トランジスタ85のベース端
にハイレベル信号が与えられる。
応じて、トランジスタ85が導通し、トランジスタ33
を非導通に強制することにより、駆動回路30の駆動出
力電圧の発生を停止させる。
なお、この温度異常検出回路84はコンテ゛ンサ843
でミラー積分機能を果たし、正帰還をかけているため、
感温制御スイッチング素子841の配設周辺の温度が上
昇して、感温制御形スイッチング素子841の導通状態
に近づいても、そのとき生じるノイズのスパイクがコン
テ゛ンサ843で除去されるため、極めて安定に動作す
る。
また、感温制御形スイッチング素子841は所定温度以
上の状態を検出して一旦導通すると、電源を遮断するま
で導通状態を保持(すなわち温度異常検出状態を記憶し
ている)ため、−量温度上昇して超音波霧化動作を停止
させたのち、温度が所定以下まで低下しても再び駆動す
ることはなく、安全性を向上できる利点がある。
上述の実施例によれば、超音波霧化装置における液槽の
渇水状態を静電容量の変化に基づいて検出し、その出力
で霧化動作状態を停止させているため、確実に渇水状態
を検出でき、検出部の小形化かつ従って装置全体の小形
化を図れる利点がある。
また、回路構成が比較的簡単となるため、安価にして渇
水状態を検出できる利点がある。
また、液槽内の液面検出のために、電極として比較的小
さな板状片またはピンなどでもよいため、液面の変化を
極めて高精度に検出でき、電極の取付けが極めて簡単と
なる利点がある。
また、可変パルス発生回路20の可変パルス発生動作状
態を動作中表示部17で表示しておくことにより、霧化
動作状態を容易に知ることができ、渇水状態においては
霧化状態表示を消しかつ渇水異常表示部を表示させ、温
度異常においては霧化動作表示部を表示させかつ渇水異
常表示部を表示させることにより、霧化動作状態と、渇
水異常状態と、温度異常状態の3種類の異常状態を2個
の表示部で表示できる利点がある。
以上のように、この考案によれば、渇水異常状態を確実
にかつ簡単な回路構成で安価にして検出でき、しかも装
置の小形化が図れるような超音波液体霧化装置が得られ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの考案の一実施例の超音波霧化装置10の外
観図である。 第2図はこの考案の一実施例のブロック図である。 第3図はこの考案の一実施例の具体的な回路図である。 第4図および第5図はこの考案の動作を説明するための
波形図である。 図において、10は超音波液体霧化装置、11は本体、
12は液槽、14は電極、15は切換スイッチ、16は
霧化量調節つまみ、17は霧化動作中表示部、18は渇
水状態表示部、20は可変パルス発生回路、30は駆動
回路、40は超音波発振回路、50は交流電源、60は
定電圧電源回路、70は超音波振動子、80は媒体液位
置検出回路、90は動作中表示回路を示す。

Claims (4)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. (1)少なくとも、超音波発振期間を規定するためのパ
    ルスを発生するパルス発生手段と、超音波振動子と、前
    記パルス発生手段の出力パルスに同期して高周波発振動
    作しかつ該高周波発振出力を前記超音波振動子に印加し
    て超音波を発生させる発振手段とを含み、超音波出力で
    液体を霧化するための超音波液体霧化装置において、 前記超音波液体霧化装置の液槽内の液体が所定量以下に
    なったときに、静電容量が変化するように回路構成され
    、静電容量の変化に基づいて液槽内に所定量の液体のな
    い状態を検出する液体検出手段、および 前記液体検出手段出力に応じて前記パルス発生手段のパ
    ルス出力を停止制御する制御手段を備えた超音波液体霧
    化装置。
  2. (2)前記液体検出手段は、前記超音波液体霧化装置の
    液槽内における検出すべき所定量の液体に対応する液面
    位置に配設される電極と、 前記電極が液体を感知しないときに、静電容量を変化す
    る静電容量変化部とから成ることを特徴とする実用新案
    登録請求の範囲第(1)項記載の超音波液体霧化装置。
  3. (3)前記超音波液体霧化装置は、温度検出手段をさら
    に含み、 前記制御手段は、前記液体検出手段出力または前記温度
    検出手段出力のいずれかがあることに応じて、前記パル
    ス発生手段または前記発振手段の動作を停止させること
    を特徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)項または
    第(2)項に記載の超音波液体霧化装置。
  4. (4)前記超音波液体霧化装置は、前記液体検出手段出
    力または温度検出手段出力に応じて、液体のない状態お
    よび温度異常状態を表示する表示手段をさらに備えたこ
    とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)項ない
    し第(3)項のいずれかに記載の超音波液体霧化装置。
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