JPS599726Y2 - 超音波霧化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は圧電振動子を高周波振動させ超音波を液体中に
発射して、液体を霧化する超音波霧化装置に関するもの
であり、特に始動用スイッチを投入した瞬間に圧電振動
子に過渡電流が流れ圧電振動子が劣化するのを防止でき
る超音波霧化装置を提供するものである。

超音波霧化装置は、第１図ａ，ｌ）に示すように霧化す
べき液体１の下部に取付けられた圧電振動子２を発振回
路３によって駆動し、超音波４を液面に向けて放射する
ことにより液体１を微粒子状に霧化させるものである。

第１図ａに示すように、圧電振動子２の駆動用発振回路
３が始動するとき液面６は水平であり、圧電振動子２か
ら放射された最初の超音波４は水平な液面６で全反射さ
れて反射超音波５となり、圧電振動子２を逆に励振する
。

もしこの動作開始の瞬間に発生する反射超音波５が大き
なエネルギーを持つものであれば圧電振動子２にはこの
反射超音波５によって大きな過渡電流が流れる。

第２図は始動用スイッチを入れた瞬間からの時間と圧電
振動子２に流れる電流との関係を示す図であり、始動用
スイッチを投入した瞬間には第２図に示すように大きな
過渡電流９が圧電振動子２に流れることがわかる。

このような圧電振動子２の許容電流範囲より大きい過渡
電流８は圧電振動子２の劣化を早めることになる。

一方、第１図ｂに示すようにいったん霧動動作開始され
、水面６に水柱７が形威されると、振動子２から放射さ
れる超音波４のエネルギーは霧化エネルギーとして消費
されるとともに水面６が波打っているため超音波４の液
面反射波は乱反射波８となり、圧電振動子２から放射さ
れる超音波４のエネルギーが大きくても圧電振動子２に
はほとんど影響を与えない。

すなわち第２図において１０は始動用スイッチを投入し
て一定時間を経た後に圧電振動子２に流れる電流を示し
ており、圧電振動子２に流れる許容電流の範囲内の大き
さである。

以上により、第１図ａに示す超音波霧化装置の圧電振動
子２から放射される超音波４のエネルギーを最初だけご
く弱くしてやれば反射超音波５による過渡電流が発生せ
ず圧電振動子２の劣化を防ぐことができることになる。

次に以上の現象を従来の超音波霧化装置の基本回路を示
す第３図および同回路各部の電圧波形を示す第４図を用
いて具体的に説明する。

第３図において１１ ａと１１ ｂは交流電源入力端子
、１２ ａ ，１２ ｂ ，１２ Ｃ ，１２ ｄは整
流回路を構或するダイオード、１３は雑音除去用の容量
が０．０２μＦ程度のコンデンサ、１４は整流回路の出
力端子、１５と１６はトランジスタ１７にバイアス電圧
を与える分圧抵抗である。

１８，１９．２０はコンデンサ、２１は抵抗、２２は振
動子であり、これらはコルピツツ発振回路を構或する。

２３はチョークコイルである。２４はトランジスタ１７
のコレクタ端子である。

２５は始動用スイッチであり、このスイッチ２５を投入
すると圧電振動子２２は振動を始める。

上記構成よりなる超音波霧化装置の回路において、電源
入力端子１１ ａと１ｌ ｂには第４図ａに示すような
単相交流電圧が印加され、ダイオード１２ａ〜１２ｄよ
り構威される整流回路によって第４図ｂに示す全波整流
電圧に変換される。

この電圧は発振回路の電圧電源となっている。

すなわち、この電圧は整流回路の出力端子１４に現われ
、抵抗１５．１６で分圧され、トランジスタ１７のバイ
アス電圧となる。

またトランジスタ１７のコレクタ端子２４には、トラン
ジスタ１７、コンデンサ１８，１９，２０、抵抗２１，
圧電振動子２２で構威される発振回路により発生した高
周波電圧が第４図ｂに示す電源電圧で変調された第４図
Ｃに示す電圧波形が現われる。

いま上記状態において始動用スイッチ２５を投入し、そ
の時間が第４図ｂに示す時間１１（電圧波形位相角が０
゜または１８０゜の整数倍の時）付近の場合には、整流
回路の出力端子１４には最初小さな電圧しか現われない
ため第３図の圧電振動子２２の発振出力は最初小さく、
そのため第２図の過渡電流９は比較的小さい。

しかし、始動用スイッチ２５を投入する時間が第４図ｂ
に示す時間ｔ２（電波形の位相角が９０゜または９０゜
の奇数倍のとき）付近の場合には、第１図ａにおいて最
初に大きなエネルギーの超音波４が放射されるため、強
力なエネルギーの反射超音波が圧電振動子２２（第１図
では２）に当り、第２図の過渡電流９は非常に大きくな
る。

このように始動用スイッチ２５の投入する時間がたまた
ま時間ｔ１付近の場合は、過渡電流９が比較的小さくな
るが、その他の大部分の場合は圧電振動子２２の許容電
流を越える大きな過渡電流が流れ、圧電振動子２２を劣
化させることになる。

本考案は上記の点を考慮してなされたものである。

以下本考案の実施例を図面をもとにして詳細に説明する
。

第５図は本考案の一実施例における超音波霧化装置の回
路図である。

この回路は第３図の従来の超音波霧化装置の基本回路に
おいて、圧電振動子２２に直列に感熱抵抗素子２６を接
続したものである。

感熱抵抗素子２６以外の部分においては第５図は第３図
と同一であるため、これらの部分には同じ番号を付して
ある。

この場合、感熱抵抗素子２６はその抵抗値が負の温度係
数を持つもので、温度の上昇とともに抵抗値が小さくな
るサーミスタを用いる。

すなわち、この感熱抵抗素子２６は室温の場合には比較
的大きな抵抗値を持ち、温度の上昇とともに抵抗値が徐
々に小さくなるものを用いる。

今、始動用スイッチ２５を投入した場合を考える。

始動用スイッチ２５を投入すると、最初感熱抵抗素子２
６は室温と同じ温度であるため抵抗値は比較的大きな抵
抗値を持ち、圧電振動子２２に流れる電流は制限される
。

回路動作が継続し、圧電振動子２２に高周波電流が流れ
、同様に圧電振動子２２に直列に接続された感熱抵抗素
子２６にも電流が流れ続け自己発熱をし、感熱抵抗素子
２６の温度が上昇を始める。

感熱抵抗素子２６の電流による発熱量と表面からの放熱
量が等しくなる温度まで感熱抵抗素子２６の温度は上昇
し、一定の温度で安定する。

一方感熱抵抗素子２６の抵抗値は、この一定の温度にな
るまで減少を続け、圧電振動子２２に流れる電流は徐々
に増加し、やがて定常値となり安定する。

すなわち、始動用スイッチ２５を投入した瞬間には、圧
電振動子２２に流れる電流は非常に小さな値であってそ
の後徐々に増加してゆくため、発振動作が開始されたと
きに発生する第１図ａの反射超音波５はきわめて小さい
ものになり、圧電振動子２２には始動用スイッチ２５を
投入したときの過渡電流はほとんど流れない。

第６図は本考案の一実施例である超音波霧化装置の上記
回路において、始動用スイッチ２５を投入した瞬間から
の時間と圧電振動子２２に流れる電流との関係を示す図
である。

同図において始動用スイッチ２５を投入した瞬間に圧電
振動子２２に流れる過渡電流２７はきわめて小さく、時
間の経過とともに電流が２８→２９→３０→３１の順に
大きくなって定常値に近づいていくことがわかる。

第７図に本考案の超音波霧化装置の他の実施例を示す。

この実施例は抵抗値が負の温度係数の持つ感熱抵抗素子
２６を圧電振動子２２に直列に設け、さらに感熱抵抗素
子２６に並列に可変抵抗３２を設けたものである。

この可変抵抗３２により、始動用スイッチ２５を投入し
た時および感熱抵抗素子２６が自己発熱し安定した時の
感熱抵抗素子２６と可変抵抗３１との合戊抵抗値を最適
に選ぶことができる。

第８図にさらに他の実施例を示す。

この実施例では抵抗値が正の温度係数を持つ感熱抵抗素
子２６′を圧電振動子２２に並列に設けている。

この感熱抵抗素子２６′は常温では低の抵抗値を持ち、
温度の上昇とともに抵抗値が徐々に上昇するものを選ん
でおく。

始動用スイッチ２５を投入した場合、最初感熱抵抗素子
２６′の温度は常温であり、その抵抗値は小さいため、
電流は圧電振動子２２にはわずかじか流れず大部分の電
流は感熱抵抗素子２６′を流れる。

回路動作が継続するにつれて感熱抵抗素子２６′は電流
のため自己発熱し、感熱抵抗素子２６′の温度が安定し
た時の抵抗値は大きくなっているため、圧電振動子２２
には定常の電流が流れるようになる。

本実施例の超音波霧化装置においても第６図に示すよう
に、始動用スイッチ２５を投入した瞬間に圧電振動子２
２に流れる過渡電流２７はきわめて小さくなるため、圧
電振動子２２は過渡電流２７によって劣化することはな
い。

なお、以上の説明において始動用スイッチを入れた瞬間
に圧電振動子に流れる大きな過渡電流の原因を反射超音
波によるものとして説明したが、この他に回路のインダ
クタンス戒分も過渡電流の原因となっていると考えられ
る。

しかし、ここでは説明の便宜のため過渡電流の原因を反
射超音波のみによるものとして説明した。

原因のいかんにかかわらず始動用スイッチの投入時にお
ける圧電振動子への過渡電流が問題となっている。

本考案の超音波霧化装置は始動用スイッチの投入時のこ
の過渡電流の問題を解決するものである。

以上説明したように本発明の超音波霧化装置は、従来の
超音波霧化装置の基本回路に感熱抵抗素子を付加するだ
けで実現できるものであり、始動用スイッチの投入時に
圧電振動子に流れる過渡電流を最小限に抑制して、圧電
振動子の劣化を防止するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｌ）は超音波霧化装置の動作時における断面
図、第２図は従来の超音波霧化装置の基本回路において
始動用スイッチを入れた瞬間からの時間と圧電振動子に
流れる電流との関係を示す図、第３図は従来の超音波霧
化装置の基本回路図・第４図ａ，ｌ），ｃは超音波霧化
装置の回路の各個所における電圧波形図、第５図は本考
案の一実施例における超音波霧化装置の回路図、第６図
は第５図の同装置において始動用スイッチを入れた瞬間
からの時間と圧電振動子に流れる電流との関係を示す図
、第７図は本考案の他の実施例における超音波霧化装置
の回路図、第８図は本考案のさらに他の実施例における
超音波霧化装置の回路図である。 １１ａ，１１ｂ・・・・・・交流電源入力端子、１２ａ
，１２ｂ，１２ Ｃ ，１２ ｄ・・・・・・ダイオー
ド、２２・・・・・・圧電振動子、２６．２６’・・・
・・・感熱抵抗素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 交流を整流する整流回路と、上記整流回路の出力電圧を
   電源電圧とする発振回路とを備えた超音波霧化装置であ
   って、上記発振回路の圧電振動子に抵抗値が温度によっ
   て変化する特性を持つ感熱抵抗素子を直列または並列に
   接続したことを特徴とする超音波霧化装置。