KR20200062200A - 분무화용 진동자, 분무화 유닛, 분무화 장치 및 분무화 장치의 구동 방법 - Google Patents

분무화용 진동자, 분무화 유닛, 분무화 장치 및 분무화 장치의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

저장 탱크의 액위에 따라 적합한 분무화를 실현할 수 있는 분무화용 진동자, 분무화 유닛, 분무화 장치 및 분무화 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 분무화용 진동자(10)는, 판상의 압전 진동자(11), 및 압전 진동자(11)의 일면(11b)과 타면(11a)의 각각에 마련된 전극을 구비하고, 일면(11b)에 마련된 전극이 압전 진동자(11)의 중앙부에 배치된 중심 전극(21), 및 중심 전극(21)의 외주를 둘러싸며 중심 전극(21)과 전기적으로 분리하여 배치된 환상의 외주 전극(22)을 구비하고 있다.

Description

분무화용 진동자, 분무화 유닛, 분무화 장치 및 분무화 장치의 구동 방법
본 발명은, 분무화용 액체에 초음파 진동을 주어 분무화하는 분무화용 진동자, 이 분무화용 진동자를 구비하는 분무화 유닛, 이러한 분무화 유닛을 구비한 분무화 장치 및 분무화 장치의 구동 방법에 관한 것이다. 특히, 분무화에 수반하여 분무화용 액체의 수위(액위)가 저하되는 저장 탱크에 설치하는데 적합한 분무화용 진동자에 관한 것이다.
종래부터, 액체를 분무화하는 방식으로서 초음파 진동 방식이 채용되고 있다. 초음파 진동 방식을 채용한 분무화 장치는 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크의 바닥부에 초음파 진동자가 설치되어 있다. 이 초음파 진동자에 고주파 전압을 인가하면, 저장 탱크 내의 분무화용 액체가 고주파 진동에 의해 미립자화된다. 미립자화된 액체는 송풍 팬 등에 의해 외부에 안개로 송출된다. 이러한 분무화 장치는, 예를 들면 가습기로서 실용화되고 있다.
상술한 초음파 진동 방식을 채용한 분무화 장치에서는, 초음파 진동자로부터 저장 탱크의 액면까지의 거리, 즉 분무화용 액체의 액위에 의해 분무화량이 변화된다. 이 경우, 저장 탱크의 액면 높이(액위)를 분무화량이 피크가 되는 부근에 유지하기 위해, 안개가 되어 소비된 만큼의 분무화용 액체를 저장 탱크에 공급하는 보충 탱크가 필요하다. 예를 들면, 상기 분무화 장치로서 특허문헌 1에 개시된 미스트 발생 장치가 있다.
일본 특허 공개 평05-208151호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 분무화 장치에서는 저장 탱크 외에 보충 탱크가 필요하여 분무화 장치의 전체 구성이 복잡해지고, 형상(디자인) 설계의 자유도도 제한된다는 과제가 있었다. 한편, 보충 탱크를 없애면, 분무화용 액체의 소비에 의해 저장 탱크의 액위를 분무화량이 피크가 되는 높이로 유지할 수 없게 되어, 저장 탱크의 액위에 의해 분무화량이 크게 변화된다는 과제가 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하는 것으로, 저장 탱크의 액위에 따라 적합한 분무화를 실현할 수 있으며, 보충 탱크를 생략할 수 있는 분무화용 진동자, 이 분무화용 진동자를 구비한 분무화 유닛, 이러한 분무화 유닛을 구비한 분무화 장치 및 분무화 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 발명에 따른 분무화용 진동자는, 판상의 압전 진동자 및 상기 압전 진동자의 일면과 타면의 각각에 마련된 전극을 구비한 분무화용 진동자로서, 상기 압전 진동자의 상기 일면에 마련된 전극이 상기 압전 진동자의 중앙부에 배치된 중심 전극 및 상기 중심 전극의 외주를 둘러싸며 상기 중심 전극과 전기적으로 분리하여 배치된 환상의 외주 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제2 발명에 따른 분무화용 진동자는, 상기 외주 전극이 환상 간극부를 사이에 두고 적어도 2개 이상의 환상 전극으로 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.
제3 발명에 따른 분무화용 진동자는, 원판상의 압전 진동자 및 상기 압전 진동자의 일면과 타면의 각각에 마련된 원 형상의 전극을 구비한 분무화용 진동자로서, 상기 압전 진동자의 상기 일면에 마련된 전극이 상기 압전 진동자의 중앙부에 배치된 중심 전극 및 상기 중심 전극과 동심상으로 전기적으로 분리하여 배치된 원환상의 외주 전극을 구비한 것을 특징으로 한다.
제4 발명에 따른 분무화용 진동자는, 상기 외주 전극이 동심상으로 마련된 원환상의 간극부를 사이에 두고 적어도 2개 이상의 원환상의 전극으로 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.
제5 발명에 따른 분무화용 진동자는, 판상의 압전 진동자 및 상기 압전 진동자의 일면과 타면의 각각에 마련된 전극을 구비한 분무화용 진동자로서, 상기 압전 진동자의 상기 일면에 마련된 전극이 상기 압전 진동자의 상기 일면 내의 중심에 대하여 편심하여 배치된 중심 전극 및 상기 중심 전극의 외주를 둘러싸며 상기 중심 전극과 전기적으로 분리하여 배치된 환상의 외주 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제6 발명에 따른 분무화용 진동자는, 제5 발명에 따른 상기 압전 진동자가 원판상인 것을 특징으로 한다.
제7 발명에 따른 분무화용 진동자는, 상기 외주 전극이 간극부를 사이에 두고 상기 중심 전극의 외주를 순서대로, 층상으로 둘러싸는 적어도 2개 이상의 전극으로 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.
제8 발명에 따른 분무화용 유닛은, 제1, 제3, 제5 또는 제6의 어느 하나의 발명에 따른 분무화용 진동자 및 상기 분무화용 진동자를 구동하는 구동부를 구비하고, 상기 구동부는 상기 외주 전극으로의 통전을 온/오프하는 스위치부, 및 저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 스위치부의 온/오프를 전환하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제9 발명에 따른 분무화용 유닛은, 제2, 제4 또는 제7의 어느 하나의 발명에 따른 분무화용 진동자 및 상기 분무화용 진동자를 구동하는 구동부를 구비하고, 상기 구동부는 상기 복수의 외주 전극의 각각에 대응하여 마련되고, 상기 대응된 외주 전극으로의 통전을 온/오프하는 스위치부, 및 저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 스위치부의 온/오프를 전환하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
제10 발명에 따른 분무화 장치는, 제8 발명에 따른 분무화 유닛, 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크 및 상기 저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단을 구비한 분무화 장치로서, 상기 분무화용 진동자는 상기 저장 탱크의 바닥부에 설치되고, 상기 제어부는 상기 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 상기 저장 탱크의 액위가 소정값까지 저하되었을 때 상기 스위치부를 온에서 오프로 전환하는 것을 특징으로 한다.
제11 발명에 따른 분무화 장치는, 제9 발명에 따른 분무화 유닛, 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크 및 상기 저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단을 구비한 분무화 장치로서, 상기 분무화용 진동자는 상기 저장 탱크의 바닥부에 설치되고, 상기 제어부는 상기 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 상기 저장 탱크의 액위가 저하됨에 따라 상기 스위치부를 온에서 오프로 전환한 외주 전극을 중앙부를 향하여 단계적으로 증가시키는 것을 특징으로 한다.
제12 발명에 따른 분무화 장치의 구동 방법은, 제1, 제3, 제5 또는 제6의 어느 하나의 발명에 따른 분무화용 진동자가 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크의 바닥부에 설치된 분무화 장치의 구동 방법으로서, 상기 저장 탱크의 액위가 소정값까지 저하되었을 때 상기 외주 전극으로의 통전을 정지하는 것을 특징으로 한다.
제13 발명에 따른 분무화 장치의 구동 방법은, 제2, 제4 또는 제7의 어느 하나의 발명에 따른 분무화용 진동자가 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크의 바닥부에 설치된 분무화 장치의 구동 방법으로서, 상기 저장 탱크의 액위가 저하됨에 따라, 통전이 정지되는 외주 전극을 중앙부를 향하여 단계적으로 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 분무화용 진동자에 의하면, 저장 탱크의 액위가 고액위에 있을 때에는, 중심 전극과 외주 전극의 쌍방으로 통전하여 고액위에 따른 분무화를 행하며, 분무화용 액체의 소비에 수반하여 저장 탱크의 액위가 저하되었을 때에는, 외주 전극으로의 통전을 정지하고 중심 전극에만 통전함으로써 저액위에 따른 분무화가 가능하다. 이 때문에, 저장 탱크의 액위가 저하되어도, 적합한 분무화를 실현할 수 있으므로, 보충 탱크가 필요하지 않으며 안정된 분무화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용한 분무화 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 실시 형태의 분무화용 진동자의 개략 단면도이다.
도 3은 도 2의 분무화용 진동자의 타면쪽을 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 6은 제3 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 7은 제4 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 8은 그 외의 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 9는 그 외의 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 10은 그 외의 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 11은 그 외의 실시 형태에 따른 분무화용 진동자의 일면쪽을 나타내는 도면이다.
도 12는 제1 실시 형태에 따른 분무화용 진동자에서, 중심 전극에만 통전시킨 경우와 중심 전극과 외주 전극의 쌍방에 통전시킨 경우의 액위에 대한 분무화량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 13은 고액위 모드와 저액위 모드를 전환했을 때의 액위에 대한 분무화량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 고액위 모드, 중액위 모드 및 저액위 모드의 3개 분무화 모드에서의 액위에 대한 분무화량의 변화를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 분무화용 진동자, 분무화 유닛, 분무화 장치, 분무화 장치의 구동 방법의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 여기서는, 본 발명의 분무화용 진동자, 분무화 유닛을 구비한 분무화 장치를 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 분무화용 진동자(10)를 구비한 분무화 장치(1)의 개략 구성도이다. 본 실시 형태에 따른 분무화 장치(1)는 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크(2) 및 저장 탱크(2) 내에 저장된 분무화용 액체(W)를 분무화하는 분무화 유닛(3)을 구비하고 있다.
저장 탱크(2)는 분무화용 액체(W)를 저장하는 탱크로서, 바닥부(바닥면)(2A)에는 분무화 유닛(3)의 분무화용 진동자(10)가 장착되는 관통공(4)이 형성되어 있다. 저장 탱크(2)는, 예를 들면 합성 수지나 금속 재료 등에 의해 구성된다. 본 실시 형태에서, 저장 탱크(2)는 도시 생략한 분무화 장치 본체에 수용되며, 소정의 지지 수단을 통하여 지지되어 있고, 상기 분무화 장치 본체에 착탈 가능하게 되어 있다. 저장 탱크(2)는 소정 시간 분무화용 액체(W)를 보충하지 않고 연속해서 분무화 가능한 용량을 저장할 수 있는 것이 바람직하다.
본 실시의 형태에서 분무화용 액체(W)는 수돗물을 이용하지만, 분무화용 액체(W)는 수돗물 등의 물에 한정되지 않으며, 물약이나 방향액 등의 분무화 대상이 되는 것이면 어떠한 액체여도 무방하다.
또한, 저장 탱크(2) 내에는 저장된 분무화용 액체(W)의 액위를 검출하기 위한 액위 센서(액위 검출 수단)(5)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에서, 액위 센서(5)는 저장 탱크(2) 내의 분무화용 액체(W)의 액위를 검출할 수 있으면, 어떠한 방식의 센서를 채용해도 무방하다. 액위 센서(5)는 예를 들면, 정전 용량식, 중량식, 광학식, 레이저식, 전파식, 초음파식, 플로트식을 들 수 있다. 한편, 본 발명에서 액위 센서 방식은 이에 한정되지 않는다.
분무화 유닛(3)은 분무화용 진동자(10) 및 분무화용 진동자(10)를 구동하기 위한 구동부(60)를 구비하고 있다. 우선, 분무화용 진동자(10)에 대하여 도 2의 분무화용 진동자(10)의 개략 단면도를 참조하여 설명한다.
분무화용 진동자(10)는 판상의 압전 진동자(11) 및 압전 진동자(11)를 사이에 두고 형성된 한 쌍의 층상의 전극(12, 20)을 구비하고 있다. 본 실시 형태 에서, 압전 진동자(11)는 원판상을 띠고 있으며, 압전 진동자(11)의 분무화용 액체(W) 쪽의 면(「타면」이라고도 칭한다.)(11a)에는, 원 형상이며 압전 진동자(11)보다 약간 작은 직경의 전극(12)이 압전 진동자(11)와 동심상으로 도금 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 분무화용 액체(W)와 반대쪽의 면(「일면」이라고도 칭한다.)(11b)에는, 원 형상이며 압전 진동자(11)보다 약간 작은 직경의 전극(20)이 압전 진동자(11)와 동심상으로 도금 등에 의해 형성되어 있다. 여기서는, 원판상의 압전 진동자를 예로 들어 설명하고 있지만, 본 발명에 따른 압전 진동자는 원판상에 한정되는 것은 아니며, 판상이면 특별히 문제되지 않는다. 한편, 전극(20)의 상세에 대해서는 후술한다.
압전 진동자(11)는 소정 두께의 압전 세라믹 등의 압전 재료를 두께 방향으로 분극하여 구성되어 있다. 압전 진동자(11)는 전극(12, 20)을 통하여 인가되는 고주파 전압(「고주파 구동 신호」라고도 칭한다.)의 방향에 따라 수축, 신장하기 때문에 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환할 수 있다. 압전 세라믹으로서는, 페로브스카이트형 산화물, 예를 들면, 티탄산지르콘산납(PZT)이나, 니오븀산티탄산지르콘산납(PZTN) 등을 들 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 실시 형태에서, 분무화용 진동자(10)는 타면(11a)에 배치된 전극(12)이 저장 탱크(2)의 분무화용 액체(W) 쪽이 되도록, 전극(12)을 상측으로 하여 저장 탱크 바닥부(2A)에 형성된 관통공(4)에 탄성 패킹(14)을 개재하여 끼워넣어져 있다. 탄성 패킹(14)은 예를 들면, 실리콘 고무 등의 탄성 재료를 환상으로 형성함으로써 구성되어 있다. 탄성 패킹(14)은 그 내주면에 전극(12, 20)을 구비한 압전 진동자(11)를 지지하는 환상의 지지홈을 구비하고 있을 수 있다. 이 구성을 채용함으로써, 전극(12, 20)을 구비한 압전 진동자(11)는 주연부가 탄성 패킹(14)으로 지지된 상태로 저장 탱크(2)의 바닥부(2A)에 형성된 관통공(4)에 끼워넣어져 있다..
압전 진동자(11)의 타면(11a)에 배치된 전극(12)은 탄성 패킹(14)이 장착된 상태로 압전 진동자(11)의 일면(11b) 쪽으로부터 급전을 가능하게 하기 위해, 압전 진동자(11)의 일면(11b) 쪽에 인출된 혀 모양의 접속부(12A)를 구비하고 있다. 또한, 상기 전극(12)은 상술한 바와 같이 압전 진동자(11)의 외경보다 약간 작은 직경으로 형성되어 있고, 전극(12)이 직접 분무화용 액체(W)에 접촉되는 것을 방지하는 목적에서, 압전 진동자(11)의 타면(11a)에는 전극(12)을 피복하는 보호층(15)이 형성되어 있다. 상기 보호층(15)은, 예를 들면 스텐레스 강철이나 티탄 등의 금속박에 의해 구성되어 있을 수 있으며, 도금에 의한 금속 보호막이나 수지에 의한 코팅 피막에 의해 구성될 수 있다. 한편, 도 3에는 보호층(15)이 형성되기 전 상태의 압전 진동자(11)의 타면(11a) 쪽을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 분무화용 진동자의 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 대해 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 4 내지 도 7에서, 도면 중의 사선은 전극의 표면을 나타내기 위한 것으로, 전극의 단면을 나타내는 것은 아니다. 한편, 상술한 분무화용 진동자(10)는 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서는 각각 분무화용 진동자(10A~10D)로서 설명한다. 또한, 상술한 전극(20)은, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서는 각각 전극(20A~20D)로서 설명한다. 도 4는 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)의 일면(11b) 쪽을 나타내는 도면이다.
제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)는 원판상의 압전 진동자(11)의 일면(11b) 쪽에 마련된 전극(20A)이 원 형상의 중심 전극(21) 및 이 중심 전극(21)의 외주를 둘러싸도록 상기 중심 전극(21)과 동심상으로 배치된 원환상의 외주 전극(22)을 구비하고 있다.
원 형상의 중심 전극(21)은 압전 진동자(11)보다 소경이고, 압전 진동자(11)의 중앙부에 동심상으로 마련되어 있다. 또한, 원 형상의 외주 전극(22)은 내경이 중심 전극(21)의 외경보다 약간 크고, 외경이 전극(12)과 대략 동일한 지름이거나 또는 약간 작고, 중심 전극(21)과 동심상으로 배치되어 있다. 중심 전극(21) 및 외주 전극(22)은 원환상의 간극부(23)를 사이에 두고 전기적으로 분리되어 있다.
중심 전극(21) 및 외주 전극(22)의 외주연에는 급전용 배선(24, 25)이 각각 접속되어 있고, 또한 전극(12) 측의 접속부(12A)에는 급전용 배선(26)이 접속되어 있다. 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)는 개폐 스위치(27)를 닫힘(ON)에서 열림(OFF)으로 전환하여 외주 전극(22)으로의 통전을 정지하면, 압전 진동자(11)의 구동 영역이 지름 방향으로 축소되도록 구성되어 있다. 즉, 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)는, 전극(12), 중심 전극(21) 및 외주 전극(22)에 통전시키면, 압전 진동자(11) 중 중심 전극(21) 및 외주 전극(22)으로 덮인 압전 진동자(11)의 거의 전체면이 구동 영역이 된다. 한편, 전극(12) 및 중심 전극(21)으로의 통전을 유지하고, 외주 전극(22)으로의 통전을 정지하면, 압전 진동자(11) 중 중심 전극(21)으로 덮인 압전 진동자(11)의 중앙 영역이 구동 영역이 된다.
이와 같이, 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)에 의하면, 외주 전극(22)으로의 통전을 개폐 스위치(27)로 제어함으로써, 하나의 분무화용 진동자로 그 구동 영역을 지름 방향으로 2단계(대경, 소경)로 전환할 수 있다.
도 5는 제2 실시 형태의 분무화용 진동자(10B)의 일면(11b) 쪽을 나타내는 도면이다. 제2 실시 형태의 분무화용 진동자(10B)는 일면(11b)에 마련된 전극(20B)에 접속되는 급전용 배선의 접속을 고려한 것이다. 구체적으로는, 제2 실시 형태의 분무화용 진동자(10B)는 압전 진동자(11)의 일면(11b)에 마련된 전극(20B)이 원 형상의 전극 본체를 가지는 중심 전극(31) 및 이 중심 전극(31)과 동심상으로 배치된 원환상의 외주 전극(32)을 구비하고 있다.
중심 전극(31)은 급전용 배선(33)을 접속하기 위한 접속편(31A)이 전극 본체로부터 지름 방향으로 압전 진동자(11)의 외연까지 연장되어 있다. 외주 전극(32)은 접속편(31A)과의 전기적인 절연을 도모하기 위해 환상부의 일부가 지름 방향으로 파여 있다. 한편, 외주 전극(32)과 같이 환상부의 일부가 지름 방향으로 파여 있어도, 전체적으로 원환상을 띠고 있으면 본 발명의 외주 전극에 포함된다.
중심 전극(31)의 접속편(31A) 및 외주 전극(32)의 노치부(32A)의 근방에는 급전용 배선(33, 34)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 제2 실시 형태의 분무화용 진동자(10B)에 의하면, 일면(11b)에 마련된 전극(20B)으로의 급전용 배선(33, 34)을 한 곳에 모을 수 있다는 이점이 있다. 한편, 제2 실시 형태의 분무화용 진동자(10B)에서, 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 6은 제3 실시 형태의 분무화용 진동자(10C)의 일면(11b) 쪽을 나타내는 도면이다. 제3 실시 형태의 분무화용 진동자(10C)는 일면(11b)에 마련된 전극(20C)을 구성하는 중심 전극(41)의 외경이 제1 실시 형태의 중심 전극(21)보다 약간 작게 구성되어 있다. 또한, 중심 전극(41)과 동심상으로 배치된 원환상의 외주 전극이 원환상의 간극부(44)를 사이에 두고 지름 방향으로 전기적으로 2개로 분리된 제1 외주 전극(42) 및 제2 외주 전극(43)으로 구성되어 있다.
중심 전극(41), 제1 외주 전극(42) 및 제2 외주 전극(43)에는 급전용 배선(45, 46, 47)이 각각 접속되어 있다.
제3 실시 형태의 분무화용 진동자(10C)에 의하면, 제1 외주 전극(42), 제2 외주 전극(43)으로의 통전을 개폐 스위치(48, 49)로 제어함으로써, 하나의 분무화용 진동자로 그 구동 영역을 지름 방향으로 3단계(대경, 중경, 소경)로 전환할 수 있다. 한편, 제3 실시 형태의 분무화용 진동자(10C)에서, 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 7은 제4 실시 형태로서의 분무화용 진동자(10D)의 일면(11b) 쪽을 나타내는 도면이다. 제4 실시 형태의 분무화용 진동자(10D)는 일면(11b)에 마련된 전극(20D)에 접속되는 급전용 배선의 접속을 고려한 것이다. 구체적으로는, 제4 실시 형태의 분무화용 진동자(10D)는 압전 진동자(11)의 일면(11b)에 마련된 전극(20D)은 원 형상의 전극 본체를 가지는 중심 전극(51)과, 이 중심 전극(51)과 동심상으로 배치된 제1 외주 전극(52) 및 제2 외주 전극(53)을 구비하고 있다.
중심 전극(51)은 급전용 배선(54)을 접속하기 위한 접속편(51A)이 전극 본체로부터 지름 방향으로 압전 진동자(11)의 외연까지 연장되어 있다. 제1 외주 전극(52)은 접속편(51A)과의 전기적인 절연을 도모하기 위해, 환상부의 일부가 지름 방향으로 파인 노치부(52B)를 구비하고 있다. 또한, 제2 외주 전극(53)은 후술하는 접속편(52A)과의 전기적인 절연을 도모하기 위해, 제1 외주 전극(52)의 노치부(52B)보다 큰 폭으로 환상부의 일부가 지름 방향으로 파인 노치부(53A)를 구비하고 있다. 한편, 제1 외주 전극(52) 및 제2 외주 전극(53)과 같이 환상부의 일부가 지름 방향으로 파여 있어도, 전체적으로 원환상을 띠고 있으면 본 발명의 원환상의 외주 전극에 포함된다.
제1 외주 전극(52)의 노치부(52B)의 단부에는 급전용 배선(55)을 접속하기 위한 접속편(52A)이 지름 방향으로 압전 진동자(11)의 외연까지 연장되어 있다. 중심 전극(51)의 접속편(51A), 제1 외주 전극(52)의 접속편(52A) 및 제2 외주 전극(53)의 노치부(53A)의 근방에는 급전용 배선(54, 55, 56)이 각각 접속되어 있다.
이와 같이, 제4 실시 형태의 분무화용 진동자(10D)에 의하면, 일면(11b)에 마련된 전극(20D)으로의 급전용 배선(54, 55, 56)을 한 곳에 모을 수 있다는 이점이 있다. 한편, 제4 실시 형태의 분무화용 진동자(10D)에서, 제3 실시 형태의 분무화용 진동자(10C)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
상술한 각 실시의 형태에서는, 중심 전극의 중심을 압전 진동자(11)의 중심에 마련한 것을 예시했지만, 중심 전극의 중심은 압전 진동자(11)의 중심과 반드시 일치할 필요는 없으며, 외주 전극이 중심 전극과 전기적으로 분리한 상태로 상기 중심 전극의 주위를 둘러싸는 것이면 무방하다. 즉, 중심 전극의 중심은 압전 진동자의 면내 중심에 대하여 편심하여 배치되고, 외주 전극이 이 중심 전극의 외주를 둘러싸도록 배치함으로써, 중심 전극의 편심에 수반하여 압전 진동자의 면내 중심에 대해서 편심된 것일 수도 있다.
중심 전극 및 외주 전극을 편심하여 배치한 예를 도 8 내지 도 11에 나타낸다. 각 도면에 나타내는 중심 전극 및 외주 전극은, 도 5에 나타낸 제2 실시 형태의 분무화용 진동자(10B)의 중심 전극(31) 및 외주 전극(32)을, 압전 진동자(11)의 일면(11b)의 면내 중심(P1)에 대하여 편심한 것이다. 구체적으로, 도 8은 외주 전극(32)의 직경을 100%로 했을 때 중심 전극(31)의 중심(P2)을 압전 진동자(11)의 면내 중심(P1)으로부터 접속편(31A)이 형성된 방향으로 3% 편심한 것을 나타낸다. 도 9는 마찬가지로 중심 전극(31)의 중심(P2)을 접속편(31A)이 형성된 방향과는 반대로 3% 편심한 것, 도 10은 중심 전극(31)의 중심(P2)을 접속편(31A)이 형성된 방향과는 반대 방향으로 6% 편심한 것, 도 11은 중심 전극(31)의 중심(P2)을 접속편(31A)이 형성된 방향과는 반대 방향으로 최대한 편심한 것을 나타낸다.
또한, 상술한 실시 형태에서, 외주 전극은 1개 또는 2개 마련되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 외주 전극은 중심 전극측으로부터 순서대로 배치되는 제1 외주 전극 내지 제n 외주 전극(n≥2의 정수)으로 이루어지고, 제1 외주 전극 내지 제n 외주 전극은 동일 면 내에서 그 내측에 인접하여 위치하는 외주 전극을 둘러싸도록 이간 배치된 것일 수도 있다. 이에 따라, 외주 전극을 구성하는 각 전극은 중심 전극의 외주를 순서대로 층상으로 둘러싼다.
어느 경우나 가장 외측에 위치하는 제n 외주 전극(외주 전극(22, 32, 43, 53))의 외경은 압전 진동자(11)의 타면(11a)에 마련된 전극(12)의 외경과 동일하거나, 그 이하인 것이 바람직하다.
또한, 각 실시 형태에서, 중심 전극과 외주 전극의 간격 및 외주 전극끼리의 간격은 전기적인 절연이 생기는 거리이면 특별히 한정되지 않지만, 압전 진동자(11)에 압전 효과를 생기게 하는 점에서 상기 간격은 좁을수록 바람직하다.
다음으로, 도 1을 참조하여 본 실시 형태의 분무화 유닛(3)에 대해 설명한다. 분무화 유닛(3)은 분무화용 진동자(10) 및 분무화용 진동자(10)를 구동하는 구동부(60)를 구비하고 있다. 구동부(60)는 분무화용 진동자(10)의 전극(12, 20)에 고주파 구동 신호를 출력하고, 제어부(6), 고주파 발진부(7) 및 개폐 스위치(27)(48, 49)를 가지는 스위치부(8)를 구비하고 있다.
제어부(6)는 액위 센서(5)가 접속되어 있고, 액위 센서(5)로부터의 출력에 기초하여, 스위치부(8)의 개폐 스위치(27)(48, 49)의 「닫힘(ON)」, 「열림(OFF)」을 전환하는 명령 신호를 스위치부(8)에 출력한다.
고주파 발진부(7)는 도시 생략한 외부 전원(예를 들면, 50Hz의 상용 전원)에 접속되고, 외부 전원으로부터 고주파 구동 신호를 생성하여 분무화용 진동자(10)의 전극(12, 20)에 출력한다.
스위치부(8)에서는, 제어부(6)로부터의 명령 신호에 기초하여, 개폐 스위치(27)(48, 49)가 「닫힘(ON)」, 「열림(OFF)」 의 어느 하나로 전환된다. 상술한 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A) 및 제2 실시 형태의 분무화용 진동자(10B)를 이용한 분무화 유닛(3)의 경우, 개폐 스위치(27)가 「열림(OFF)」 시에는 고주파 발진부(7)로부터 출력되는 고주파 구동 신호가 중심 전극(21) 또는 중심 전극(31)에만 공급된다. 상술한 제3 실시 형태의 분무화용 진동자(10C) 및 제4 실시 형태의 분무화용 진동자(10D)를 이용한 분무화 유닛(3)의 경우, 개폐 스위치(48, 49)가 「열림(OFF)」 시에는 고주파 발진부(7)로부터 출력되는 고주파 구동 신호가 중심 전극(41 또는 51)에만 공급된다. 그리고, 개폐 스위치(49)만이 「열림(OFF)」 시에는 고주파 발진부(7)로부터 출력되는 고주파 구동 신호가 중심 전극(41 또는 51)과 제1 외주 전극(42 또는 52)에만 공급된다. 한편, 도 1에서, 고주파 발진부(7)로부터 분무화용 진동자(10)의 전극(12)으로의 급전용 배선은 도시 생략하였다.
분무화용 진동자(10)에 의한 분무화용 액체(W)의 분무화량은 압전 진동자(11)의 타면(11a)으로부터 분무화용 액체(W)의 액면까지의 거리, 즉 저장 탱크(2)의 액위에 의해 변동한다. 도 12에 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)에서, 중심 전극(21)에만 통전시킨 경우 및 중심 전극(21)과 외주 전극(22)의 쌍방에 통전시킨 경우의 액위에 대한 분무화량의 변화를 나타낸다. 도 12에서 파선은 중심 전극(21)에만 통전시킨 경우를 나타내고, 실선은 중심 전극(21)과 외주 전극(22)의 쌍방에 통전시킨 경우를 나타낸다.
도 12로부터 분무화용 진동자(10)에서는, 통전되는 전극 지름에 의해 분무화량의 피크를 나타내는 액위가 다른 것을 알 수 있다. 분무화용 진동자(10)는 중심 전극(21)과 외주 전극(22)의 쌍방에 통전시키면(통전시키는 전극 지름이 크면) 비교적 높은 액위에서 분무화량이 피크가 되고, 중심 전극(21)에만 통전시키면(통전시키는 전극 지름이 작으면) 비교적 낮은 액위에서 분무화량이 피크가 된다. 또한, 중심 전극(21)과 외주 전극(22) 쌍방에 통전시켰을 때의 분무화량과 중심 전극(21)에만 통전시켰을 때의 분무화량이 액위(L)(예를 들면, 50mm)를 경계로 역전된다.
따라서, 본 실시의 형태에서는 저장 탱크(2)의 액위(L)(예를 들면, 50mm)를 문턱값으로 하고, 액위 센서(5)로부터의 출력에 기초하여 제어부(6)가 분무화용 진동자(10)의 전극(20A)으로의 통전을 단계적으로 전환한다. 구체적으로, 제어부(6)는 액위 센서(5)로부터의 출력에 기초하여 분무화에 수반하여 저장 탱크(2)의 액위가 문턱값(L)이 되었을 때, 외주 전극(22)으로의 통전을 정지한다.
다음으로, 제1 실시 형태의 분무화용 진동자(10A)를 이용한 분무화 장치(1)의 실시 형태를 도 13을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에서, 액위 센서(5)에 의해 검출된 저장 탱크(2)의 액위가 문턱값(L)을 넘은 경우의 분무화 모드를 「고액위 모드」라고 하고, 저장 탱크(2)의 액위가 문턱값(L) 이하가 된 경우의 분무화 모드를 「저액위 모드」라고 한다. 이 분무화 모드의 전환은 액위 센서(5)로부터의 출력에 기초하여 제어부(6)에 의해 행해진다.
「고액위 모드」에서는 액위 센서(5)로부터의 출력에 기초하여, 제어부(6)는 스위치부(8)의 개폐 스위치(27)를 「닫힘(ON)」상태로 한다. 고주파 발진부(7)는 스위치부(8)를 통하여 고주파 구동 신호를 중심 전극(21)과 외주 전극(22)의 쌍방으로 출력한다. 이에 따라, 분무화용 진동자(10A)는 고액위에 따른 적합한 분무화를 행할 수 있다.
분무화에 수반하여 분무화용 액체(W)가 소비되어 저장 탱크(2) 내의 분무화용 액체(W)의 액위가 저하되어 문턱값(L)이 되면, 액위 센서(5)로부터의 출력에 기초하여 분무화 모드가 「고액위 모드」에서 「저액위 모드」로 전환된다.
「저액위 모드」에서는, 액위 센서(5)로부터의 출력에 기초하여, 제어부(6)는 스위치부(8)의 개폐 스위치(27)를 「열림(OFF)」 상태로 한다. 고주파 발진부(7)는 스위치부(8)를 통하여 고주파 구동 신호를 중심 전극(21)에만 출력한다. 이에 따라, 분무화용 진동자(10A)는 저액위에 따른 적합한 분무화를 행할 수 있다. 한편, 「저액위 모드」에서 분무화용 액체(W)를 보충하여 저장 탱크(2)의 액위가 문턱값(L)을 넘으면 「고액위 모드」로 전환하고, 고주파 발진부(7)는 스위치부(8)를 통하여 고주파 구동 신호를 중심 전극(21)과 외주 전극(22)의 쌍방으로 출력한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 분무화 장치(1)에 의하면, 저장 탱크(2)의 액위가 문턱값(L) 이하가 되면, 외주 전극(22)으로의 통전을 정지하고 중심 전극(21)에만 통전시키기 때문에, 액위에 따라 적합한 분무화를 실현할 수 있다. 이 때문에, 분무화에 수반하여 저장 탱크(2)의 액위가 크게 저하되어도 분무화량의 감소를 일정한 범위 내로 억제할 수 있어, 보충 탱크를 필요로 하지 않으며 안정된 분무화를 실현할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는 「고액위 모드」와 「저액위 모드」의 2개의 분무화 모드를 설정하여, 1개의 분무화용 진동자에서 통전하는 전극 지름을 액위에 따라 2 단계로 전환하여 액위에 따른 분무화를 실현하고 있다. 도 14는 「고액위 모드」, 「중액위 모드」 및 「저액위 모드」의 3개의 분무화 모드에서의 액위에 대한 분무화량의 변화를 나타내는 도면이다. 제3(제4) 실시 형태와 같이, 제1 외주 전극(42(52)) 및 제2 외주 전극(43(53))의 2개의 외주 전극을 구비한 분무화용 진동자(10C(10D))를 이용한 경우는, 「고액위 모드」, 「중액위 모드」 및 「저액위 모드」의 3개의 분무화 모드를 설정할 수 있다.
「고액위 모드」에서는, 중심 전극(41(51)), 제1 외주 전극(42(52)) 및 제2 외주 전극(43(53))에 통전시킨다. 「중액위 모드」에서는 제2 외주 전극(43(53))으로의 통전을 정지하고, 중심 전극(41(51)) 및 제1 외주 전극(42(52))에 통전시킨다. 「저액위 모드」에서는 제1 외주 전극(42(52)) 및 제2 외주 전극(43(53))으로의 통전을 정지하고, 중심 전극(41(51))에만 통전시킨다.
그리고, 저장 탱크(2)의 액위가 제1 문턱값(L1)이 되었을 때 「고액위 모드」로부터 「중액위 모드」로 전환하고, 저장 탱크(2)의 액위가 제1 문턱값보다 낮은 제2 문턱값(L2)이 되었을 때, 「중액위 모드」에서 「저액위 모드」로 전환한다. 한편, 이 실시 형태에서 스위치부(8)는, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 개폐 스위치(48, 49)의 2개의 스위치로 구성된다.
이 실시 형태에 의하면, 도 14로부터 분명한 바와 같이 각각의 액위에 따라 적합한 분무화를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 분무화용 진동자, 분무화 유닛, 분무화 장치 및 분무화 장치의 구동 방법은, 보조 탱크가 없는 분무화 장치에 한정되지 않으며, 보조 탱크를 구비한 분무화 장치에 사용할 수 있다. 본 발명에 의하면, 보조 탱크를 구비한 분무화 장치에서는 보조 탱크가 비워진 후 저장 탱크의 액위에 따라 적합한 분무화를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 분무화용 진동자는 저장 탱크의 액위에 따라 적합한 분무화를 실현할 수 있기 때문에, 저장 탱크의 액위를 일정하게 유지하기 위한 보충 탱크를 마련하지 않은 분무화 장치에 특히 유용하다.
W: 분무화용 액체 1: 분무화 장치
2: 저장 탱크 2A: 바닥면
3: 분무화 유닛 5: 액위 센서(액위 검출 수단)
6: 제어부 7: 고주파 발진부
10, 10A, 10B, 10C, 10D: 분무화용 진동자
11: 압전 진동자 11a: 타면
11b: 일면 12: 전극(타면쪽)
12A: 접속부 20, 20A, 20B, 20C, 20D: 전극(일면쪽)
21: 중심 전극(제1 실시 형태)
22: 외주 전극(제1 실시 형태)
23, 44: 간극부
24, 25, 26, 33, 34, 45, 46, 47, 54, 55, 56: 급전용 배선
27, 48, 49: 개폐 스위치
31: 중심 전극(제2 실시 형태)
31A, 51A, 52A: 접속편 32: 외주 전극(제2 실시 형태)
32A, 52B, 53A: 노치부 41: 중심 전극(제3 실시 형태)
42: 제1 외주 전극(제3 실시 형태)
43: 제2 외주 전극(제3 실시 형태)
51: 중심 전극(제4 실시 형태)
52: 제1 외주 전극(제4 실시 형태)
53: 제2 외주 전극(제4 실시 형태)
60: 구동부

Claims (13)

  1. 판상의 압전 진동자 및 상기 압전 진동자의 일면과 타면의 각각에 마련된 전극을 구비한 분무화용 진동자로서,
    상기 압전 진동자의 상기 일면에 마련된 전극이 상기 압전 진동자의 중앙부에 배치된 중심 전극 및 상기 중심 전극의 외주를 둘러싸며 상기 중심 전극과 전기적으로 분리하여 배치된 환상의 외주 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 분무화용 진동자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외주 전극은 환상 간극부를 사이에 두고 적어도 2개 이상의 환상 전극으로 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 분무화용 진동자.
  3. 원판상의 압전 진동자 및 상기 압전 진동자의 일면과 타면의 각각에 마련된 원 형상의 전극을 구비한 분무화용 진동자로서,
    상기 압전 진동자의 상기 일면에 마련된 전극이 상기 압전 진동자의 중앙부에 배치된 중심 전극 및 상기 중심 전극과 동심상으로 전기적으로 분리하여 배치된 원환상의 외주 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 분무화용 진동자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외주 전극은 동심상으로 마련된 원환상의 간극부를 사이에 두고 적어도 2개 이상의 원환상의 전극으로 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 분무화용 진동자.
  5. 판상의 압전 진동자 및 상기 압전 진동자의 일면과 타면의 각각에 마련된 전극을 구비한 분무화용 진동자로서,
    상기 압전 진동자의 상기 일면에 마련된 전극이 상기 압전 진동자의 상기 일면 내의 중심에 대하여 편심하여 배치된 중심 전극 및 상기 중심 전극의 외주를 둘러싸며 상기 중심 전극과 전기적으로 분리하여 배치된 환상의 외주 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 분무화용 진동자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압전 진동자가 원판상인 것을 특징으로 하는 분무화용 진동자.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 외주 전극은 간극부를 사이에 두고 상기 중심 전극의 외주를 순서대로, 층상으로 둘러싸는 적어도 2개 이상의 전극으로 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 분무화용 진동자.
  8. 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 한에 기재된 분무화용 진동자 및 상기 분무화용 진동자를 구동하는 구동부를 구비하고,
    상기 구동부는 상기 외주 전극으로의 통전을 온/오프하는 스위치부 및
    저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 스위치부의 온/오프를 전환하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분무화 유닛.
  9. 제2항, 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 기재된 분무화용 진동자 및 상기 분무화용 진동자를 구동하는 구동부를 구비하고,
    상기 구동부는 상기 복수의 외주 전극의 각각에 대응하여 마련되고, 상기 대응된 외주 전극으로의 통전을 온/오프하는 스위치부 및
    저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 스위치부의 온/오프를 전환하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 분무화 유닛.
  10. 제8항에 기재된 분무화 유닛, 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크 및 상기 저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단을 구비한 분무화 장치로서,
    상기 분무화용 진동자는 상기 저장 탱크의 바닥부에 설치되고,
    상기 제어부는 상기 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 상기 저장 탱크의 액위가 소정값까지 저하되었을 때 상기 스위치부를 온에서 오프로 전환하는 것을 특징으로 하는 분무화 장치.
  11. 제9항에 기재된 분무화 유닛, 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크 및 상기 저장 탱크의 액위를 검출하는 액위 검출 수단을 구비한 분무화 장치로서,
    상기 분무화용 진동자는 상기 저장 탱크의 바닥부에 설치되고,
    상기 제어부는 상기 액위 검출 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 상기 저장 탱크의 액위가 저하됨에 따라 상기 스위치부를 온에서 오프로 전환한 외주 전극을 중앙부를 향하여 단계적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 분무화 장치.
  12. 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 분무화용 진동자가 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크의 바닥부에 설치된 분무화 장치의 구동 방법으로서,
    상기 저장 탱크의 액위가 소정값까지 저하되었을 때 상기 외주 전극으로의 통전을 정지하는 것을 특징으로 하는 분무화 장치의 구동 방법.
  13. 제2항, 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 기재된 분무화용 진동자가 분무화용 액체를 저장하는 저장 탱크의 바닥부에 설치된 분무화 장치의 구동 방법으로서,
    상기 저장 탱크의 액위가 저하됨에 따라, 통전이 정지되는 외주 전극을 중앙부를 향하여 단계적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 분무화 장치의 구동 방법.
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