超音波霧化ユニット
【課題】圧電振動子に印加する電圧を大きく高めたり、ファンを用いたりすることなく、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することができる超音波霧化ユニットを提供する。
【解決手段】圧電振動子１１によって振動板１２を超音波振動させて液体を霧化する環状の霧化部材１を有する。この霧化部材１に接触させた一対の円環状の弾性リング２を介してケーシングによって弾性的に挟持している。霧化部材１の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性リング２と前記霧化部材１の片面との径方向の最大対向幅Ｌ１が、前記圧電振動子１１の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅Ｌ２に対して４０％である。
【解決手段】圧電振動子１１によって振動板１２を超音波振動させて液体を霧化する環状の霧化部材１を有する。この霧化部材１に接触させた一対の円環状の弾性リング２を介してケーシングによって弾性的に挟持している。霧化部材１の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性リング２と前記霧化部材１の片面との径方向の最大対向幅Ｌ１が、前記圧電振動子１１の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅Ｌ２に対して４０％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水や薬液等の液体を超音波振動によって霧化する超音波霧化ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波霧化装置に使用される超音波霧化ユニットとして、圧電振動子に振動板を取り付けた霧化部材を、弾性素材からなる弾性部材を介してケーシングで弾性的に挟持した構造のものが提供されている（例えば特許文献１参照）。
図５は、特許文献１に記載された超音波霧化ユニットの一例を示す断面図であり、図６はその分解斜視図である。この超音波霧化ユニットは、中央部に開口１０１ａを有する圧電振動子１０１に振動板１０２を取り付けた霧化部材１００と、この霧化部材１００の両面にそれぞれ添わせた一対の弾性部材１０３と、前記霧化部材１００及び弾性部材１０３を収容した保持部材としてのケーシング１０４とを備えている。
【０００３】
前記圧電振動子１０１は円形薄板状の圧電セラミックスからなり、その上下面に設けられた電極１０１ｂに高周波電圧を印加することにより、径方向に伸縮する超音波振動を生じる。また、前記振動板１０２は、金属からなる円形薄板状のものであり、圧電振動子１０１の開口１０１ａを覆った状態で当該圧電振動子１０１の下面に取り付けられている。この振動板１０２の前記開口１０１ａに臨む部分には、多数の微細孔１０２ａが形成されている。
【０００４】
前記一対の弾性部材１０３は、ゴムからなる円環平板状のものであり、それぞれ霧化部材１００の両面に面接触した状態で密着している。また、前記ケーシング１０４は、中央部が開口した中空円板状のものであり、その内部において、一対の弾性部材１０３を介して前記霧化部材１００を弾性的に挟み込んで保持している。このケーシング１０４は上下に分離可能に二分割されている。
【０００５】
前記従来の超音波霧化ユニットによれば、前記圧電振動子１０１に高周波電圧を印加し、当該圧電振動子１０１を超音波振動させて、前記振動板１０２を超音波振動させることにより、当該振動板１０２の微細孔１０２ａ部分に供給された液体を霧化させて、噴霧することができる。
【０００６】
なお、特許文献１には、前記薄板状の弾性部材１０３に代えて、一対の輪ゴム状の第１の弾性部材１０５と、この第１の弾性部材１０５よりも外径が大きい一対の第２の弾性部材１０６とを用い、これら各弾性部材１０５，１０６を、霧化部材１００の両面の外周縁と開口縁とにそれぞれ添わせたものも記載されている（図７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８１１７０号公報（図１２〜図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来の超音波霧化ユニットは、霧化させる液体の種類や使用環境等に応じて、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することが要求される場合がある。この場合、圧電振動子１０１に印加する電圧を大きく高めたり、送風ファンを用いたりすることにより、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することが行われている。
【０００９】
しかし、圧電振動子１０１に印加する電圧を大きく高めると、高周波電圧を発生させる駆動回路が大きくなったり、振動板１０２の振幅が大きくなってその寿命が短くなったりするという問題がある。また、送風ファンを用いた場合には、液体の微粒子が過度に拡散したり、装置が大型化したりするという問題がある。
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、圧電振動子に印加する電圧を大きく高めたり、ファンを用いたりすることなく、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することができる超音波霧化ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る超音波霧化ユニットは、中央部が開口した円形薄板状の圧電振動子と、厚さ方向に貫通した多数の微細孔を有し、前記開口に臨んだ状態で前記圧電振動子の片面に添わせた振動板とを備え、前記圧電振動子によって前記振動板を超音波振動させて液体を霧化する霧化部材と、
前記霧化部材の両面のそれぞれに添わせた状態で当該霧化部材と同心状に配置された一対の円環状の弾性部材と、
前記一対の弾性部材を介して前記霧化部材を弾性的に挟み込んで保持する保持部材と、を備える超音波霧化ユニットであって、
前記霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最大対向幅が、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して４０％であることを特徴とする。
【００１１】
このような構成の超音波霧化ユニットによれば、円環状の弾性部材と霧化部材の片面との前記径方向の最大対向幅が、圧電振動子の前記径方向幅に対して４０％であるので、霧化部材の振動が抑制されるのを防止することができる。このため、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、遠方まで噴霧することができる。
【００１２】
すなわち、本願発明者は、従来の超音波霧化ユニットが、霧化された液体の微粒子を遠方まで噴霧することができない原因について鋭意研究した結果、従来の超音波霧化ユニットは、径方向の幅寸法が大きい円環平板状の弾性部材を霧化部材の両面全体に添わせたり、輪ゴム状の二対の弾性部材を圧電振動子の両面の開口縁及び外周縁に添わせたりしていることから、当該弾性部材によって圧電振動子（霧化部材）の振動が一部抑制されていることに原因あることを見出し、かかる知見に基づいて本願発明を完成したものである。
【００１３】
前記超音波霧化ユニットにおいて、前記振動板が、その中央部に噴霧側に突出する凸状部または噴霧側と反対側に突出する凸状部を有していてもよい。
【００１４】
前記凸状部は、その基端部の直径をＲ１とし、前記圧電振動子の中央部の開口の直径をＲ２としたときに、Ｒ１とＲ２の関係が
Ｒ１≦（４／５）・Ｒ２
であるのが好ましい。
これは、Ｒ１とＲ２の関係がＲ１＞（４／５）・Ｒ２となると、前記振動板のうち、前記圧電振動子の中央部の開口に臨む部分の平面部の径方向寸法が小さくなり過ぎるため、前記圧電振動子の超音波振動に伴い、前記平面部がたわみ変形し難くなって、霧化された液体の微粒子をより効果的に遠方まで噴霧することができなくなるからである。
【００１５】
前記超音波霧化ユニットにおいて、前記振動板が、平板状ではなく、その中央部に噴霧側に突出する凸状部を有するのが好ましい。
この場合、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、当該凸状部を有しない振動板に比べて、より効果的に遠方まで噴霧することができる。
【００１６】
前記超音波霧化ユニットは、前記円環状の弾性部材がＯリングであるのが好ましい。
この場合、Ｏリングを霧化部材に対して線状に接触させることができるので、霧化部材の振動が抑制されるのをより効果的に防止することができる。このため、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。
【００１７】
前記Ｏリングの線径は、０．５〜２．０ｍｍの範囲であるのが好ましい。
この場合、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。
【００１８】
前記超音波霧化ユニットにおいて、霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最小対向幅は、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して５％であるのが好ましい。
この場合、前記対向幅の割合が５％以上であるので、弾性部材によって霧化部材を安定的に支持することができる。このため液体を安定的に霧化させることができる。
【００１９】
また、前記超音波霧化ユニットにおいては、圧電振動子の厚みが０．１〜４．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍであり、前記振動板の厚みが０．０２〜２．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍであり、前記微細孔の孔径が３〜１５０μｍであるのが好ましい。
この超音波霧化ユニットによれば、サイズが比較的小さい前記霧化部材において、霧化された液体の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。
【００２０】
前記円環状の弾性部材の硬さは、２０〜９０ ＩＲＨＤであるのが好ましく、この場合は、霧化部材を効果的に保持することができるので、液体をより安定的に霧化させることができる。
なお、本願においてＩＲＨＤの値は、国際ゴム硬さＭ法に準拠した値を示している。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る超音波霧化ユニットによれば、圧電振動子に印加する電圧を大きく高めたり、ファンを用いたりすることなく、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明に係る超音波霧化ユニットの一実施形態を示す断面図である。
【図２】前記超音波霧化ユニットの分解斜視図である。
【図３】前記超音波ユニットの要部を示す断面図である。
【図４】他の実施形態を示す概略断面図である。
【図５】従来の超音波霧化ユニットを示す断面図である。
【図６】前記従来例の分解斜視図である。
【図７】他の従来例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明に係る超音波霧化ユニットの実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、この発明に係る超音波霧化ユニットの一実施形態を示す断面図である。この超音波霧化ユニットは、圧電振動子１１によって振動板１２を超音波振動させて、水や薬液等の液体を霧化する霧化部材１と、前記霧化部材１の両面にそれぞれに添わせた円環状の弾性部材としての一対の弾性リング２と、この一対の弾性リング２を介して前記霧化部材１を弾性的に挟み込んで保持する保持部材としてのケーシング３とを備えている。前記振動板１２には、当該振動板１２に薬剤等の液体を供給するための吸液芯４を接触又は近接させている。
【００２５】
前記霧化部材１の圧電振動子１１は、中央部に開口１１aが形成された円形薄板状の圧電セラミックスによって構成されている。この圧電振動子１１は、厚さ方向に分極されており、両面に形成された図示しない電極に高周波電圧を印加することにより、径方向への微細振動を生じる。この圧電振動子１１は、例えば、厚みが０．１〜４．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍのサイズの小さいものであって、高周波電圧の周波数（駆動周波数）として、３０〜５００ＫＨｚのものが選定されている。
【００２６】
前記振動板１２は、例えばニッケルからなる円形薄板状のものである。この振動板１２は、圧電振動子１１の開口１１ａを覆った状態で、図１において圧電振動子１１の下面に対して当該圧電振動子１１と同心に接合（固着）されている。この振動板１２は、例えば、厚みが０．０２〜２．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍのものであり、その外径は圧電振動子１１の開口１１aの内径寸法より大きく、そのサイズは圧電振動子１１のサイズに対応させて適宜選択される。
【００２７】
前記振動板１２の前記開口１１ａに臨む部分には、厚さ方向に貫通した多数の微細孔１３ａが形成されている。この微細孔１３ａの孔径は３〜１５０μｍである。また、前記振動板１２の中央部には、その頂部から裾部へかけて曲面で構成された凸状部１３が設けられている。この凸状部１３は上方（液体の噴霧方向）へ膨出したドーム状のものである。この凸状部１３は圧電振動子１１の径方向への伸縮（振動）に伴って、上下方向に超音波振動する。前記凸状部１３の立ち上り部である基端部の直径をＲ１とし、前記圧電振動子１１の中央開口１１ａの直径（内径）をＲ２としたときに、Ｒ１とＲ２の関係が
Ｒ１≦（４／５）・Ｒ２
である。これにより、前記圧電振動子１１の超音波振動に伴い、前記凸状部１３の周囲の平面部をたわみ変形し易くすることができる。このため、霧化された液体の微粒子をより遠方まで噴霧することができる。
【００２８】
前記弾性リング２は一対のみ設けられている。この一対の弾性リング２は、前記ケーシング３と前記霧化部材１の上面との間及び前記ケーシング３と前記霧化部材１の下面との間で弾性変形した状態で、それぞれ前記霧化部材１と同心状にて当該霧化部材１の上面及び下面に対して接触している。
この弾性リング２としては、線径０．５〜３ｍｍ、より好ましくは線径０．５〜２．０ｍｍのＯリングが好適に用いられる。このような線径のＯリングを用いると、前記弾性リング２を霧化部材１に対して細い線状に接触させることができるので、霧化された液体の微粒子をより効果的に遠方まで噴霧することができる。
【００２９】
また、前記弾性リング２の硬さは２０〜９０ ＩＲＨＤ、より好ましくは３０〜９０ ＩＲＨＤである。これにより、霧化部材１を適度な弾力で保持して、当該霧化部材１が過度に振動するのを効果的に抑制することができる。このため、液体をより安定的に霧化させることができる。
なお、霧化部材１の上面に接触させた弾性リング２と、下面に接触させた弾性リング２とは、平均径[（内径＋外径）／２]、線径、硬さ等が同一のものが好ましく、特に平均径については同じものがよい。
【００３０】
図３に示すように、前記霧化部材１の中心を挟んだ径方向の片側において、前記弾性リング２と前記霧化部材１の片面との径方向の対向幅Ｌ１（以下「弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１」という）の、前記圧電振動子１１の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅Ｌ２（以下「圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２」という）に対する割合は、４０％以下、より好ましくは３５％以下に設定されている。これにより、霧化部材１の振動が抑制されるのを効果的に防止することができる。
弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１は、霧化部材１に対する弾性リング２の投影幅である。弾性リングがＯリングの場合には、対向幅L１は当該Ｏリングの線径であり、弾性リングが角リングの場合には、対向幅L１は当該角リングの径方向幅である。
前記圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２に対する弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１の割合[（Ｌ１／Ｌ２）×１００）（％）]は、例えば同じサイズの圧電振動子１１において、弾性リング２の線径を細くしたり、太くしたりすることにより容易に設定することができる。
【００３１】
前記圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２に対する弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１の割合[（Ｌ１／Ｌ２）×１００）（％）]の下限値は、霧化部材１を安定的に支持できる範囲で適宜選択される。この割合は５％以上、より好ましくは１０％以上である。この場合、一対の弾性リング２によって霧化部材１を安定的に支持できるので、液体を安定的に霧化させることができる。
なお、前記弾性リング２の素材としては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、水素化ニトリルゴム等を挙げることができる。
【００３２】
ケーシング３は、上下に分離可能に二つ割りされた中空円環状のものであり、全体が合成樹脂によって形成されている。このケーシング３の上下面の開口３１の内径は、霧化部材１との間で前記弾性リング２を挟み込んで支持できるように、当該弾性リング２の内径よりも小さくなっている。前記弾性リング２はケーシング３の内面に対しても接触している。
【００３３】
吸液芯４は直径が例えば３〜４．５ｍｍの不織布で構成されており、その頂部が、振動板１２の凸状部１３に近接又は接触している。この吸液芯４の下部側は、芳香剤や殺菌剤、殺虫剤等の薬液を入れたタンク（図示せず）に浸漬されており、当該薬液を毛細管現象によって前記凸状部１３に供給することができる。
【００３４】
以上の構成の超音波霧化ユニットによれば、圧電振動子１１に高周波電圧を印加して振動板１２の凸状部１３を振動させることにより、吸液芯４を介して前記凸状部１３に供給された薬液が、毛細管現象によって当該凸状部１３の微細孔１３ａに導入され、霧化された状態で上方に噴霧される。
この際、前記弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１が前記圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２に対して４０％以下であるため、前記弾性リング２によって霧化部材１の振動が抑制されるのを防止することができる。このため、霧化部材１によって霧化された薬液の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。例えば、凸型振動板を用いた本発明の超音波霧化ユニット及び従来の超音波霧化ユニット[（Ｌ１／Ｌ２）×１００＝１００％]について、それぞれ同じ条件で薬液の微粒子を上方へ噴射させたところ、従来の超音波霧化ユニットの最大噴射高さが１０〜１５ｃｍであるのに対して、本発明の超音波霧化ユニットの最大噴射高さは、従来品の２〜３倍になることが確認されている。
【００３５】
なお、前記円環状の弾性部材２としては、前記Ｏリングに代えて、断面形状が楕円、四角形、三角形あるいは菱形等のリングであってもよく、また、Ｄ字型、Ｘ字型、Ｔ字型などのリングであってもよい。
また、この円環状の弾性部材は、周方向に完全につながって連続している必要はなく、周方向に一箇所切れ目が入っていてもよく、周方向に数箇所間欠的に切れ目が入っていてもよい。
前記振動板１２の凸状部１３は、頂部が曲面で構成されたドーム状のみならず、当該頂部が平面で構成された円錐台状であってもよく、その形状は任意である。
さらに、前記実施の形態においては、振動板１２として凸状部１３を噴霧方向に突出させた凸型振動板を例示したが、凸状部１３を噴霧方向と反対方向に突出させて凹状部２３とした凹型振動板であってもよい（図３の点線参照）。この他、前記振動板１２は、中央部に凸状部及び凹状部を有しない平板型振動板であってもよい。
【００３６】
本実施の形態においては、円形薄板状の振動板１２が圧電振動子１１の開口１１aを完全に覆うものを例示したが、矩形薄板状の振動板を用い、この振動板を圧電振動子１１の開口１１aを跨ぐように掛け渡し、当該振動板の両端部を圧電振動子１１の一方の面に固着するようにしてもよい。
また、この発明に係る超音波霧化ユニットは、図４に示すように、吸液芯４を使用することなく薬液を収容する容器７から薬液を直接振動板１２に供給するものにも適用して実施することができる。
［効果確認試験］
【００３７】
（１）効果確認試験１
＜実施例Ａ１〜Ａ１２＞
実施例Ａ１〜Ａ１２として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例の超音波霧化ユニットは、図１に示すものと同じ構造のものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
凸型振動板
・凸状部の基端部の直径３ｍｍ
・微細孔の孔径１０μｍ
・厚み０．０４ｍｍ（ニッケル製）、
ii．円環状の弾性部材
表１に示すサイズのＯリング（硬さ５０ ＩＲＨＤ）
＜比較例Ａ１〜Ａ３＞
比較例Ａ１〜Ａ３として、前記実施例Ａ１〜Ａ１２と同じ構造でサイズの異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例のＯリングのサイズを表１に示す。
なお、表１に示す対向割合（％）は、Ｏリングの線径（＝Ｏリングと霧化部材との対向幅Ｌ1）を圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）で割り、１００をかけた値である。この点は、Ｏリングに関して他の表においても同様である。
＜試験条件及び結果＞
【００３８】
実施例Ａ１〜Ａ１２及び比較例Ａ１〜Ａ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して電圧３５Ｖｐ−ｐ、高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、噴霧液を上方へ向けて噴射したときの実施例及び比較例の最大噴霧高さを測定した。
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。この効果確認試験の結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１より、実施例Ａ１〜Ａ１２は比較例Ａ１〜Ａ３に比べて噴霧高さが高くなることが明らかである。すなわち、Ｏリングと霧化部材との対向幅（Ｌ１）の最大値が、圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）に対して４０％以下である場合に、霧化部材によって霧化された薬液の微粒子を、効果的に遠方まで噴霧できることが明らかである。
【００４１】
（２）効果確認試験２
＜実施例Ｂ１〜Ｂ１２＞
実施例Ｂ１〜Ｂ１２として、振動板の微細孔の孔径を６μｍにした以外は前記実施例Ａ１〜Ａ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜比較例Ｂ１〜Ｂ３＞
比較例Ｂ１〜Ｂ３として、振動板の微細孔の孔径を６μｍにした以外は前記比較例Ａ１〜Ａ３と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
【００４２】
＜試験条件及び結果＞
実施例Ｂ１〜Ｂ１２及び比較例Ｂ１〜Ｂ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。
この効果確認試験の結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２より、振動板の微細孔の孔径が６μｍである実施例Ｂ１〜Ｂ１２についても、比較例Ｂ１〜Ｂ３に比べて噴霧高さが高くなることが明らかである。
【００４５】
（３）効果確認試験３
＜実施例Ｃ１〜Ｃ１２＞
実施例Ｃ１〜Ｃ１２として、振動板の微細孔の孔径を１２μｍにした以外は前記実施例Ａ１〜Ａ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜比較例Ｃ１〜Ｃ３＞
比較例Ｃ１〜Ｃ３として、振動板の微細孔の孔径を１２μｍにした以外は前記比較例Ａ１〜Ａ３と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜試験条件及び結果＞
【００４６】
実施例Ｃ１〜Ｃ１２及び比較例Ｃ１〜Ｃ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。
この効果確認試験の結果を表３に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
表３より、振動板の微細孔の孔径が１２μｍである実施例Ｃ１〜Ｃ１２についても、比較例Ｃ１〜Ｃ３に比べて噴霧高さが高くなることが明らかである。
【００４９】
（４）効果確認試験４
＜実施例Ｄ１〜Ｄ９＞
実施例Ｄ１〜Ｄ９として、硬さが異なるＯリングを用いた以外は前記実施例Ａ１、実施例Ａ５及び実施例Ａ９とそれぞれ同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜試験条件及び結果＞
【００５０】
実施例Ｄ１〜Ｄ９の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。
この効果確認試験の結果を表４に示す。なお、参考までに表１の実施例Ａ１、実施例Ａ５及び実施例Ａ９の試験結果も表４に併記する。
【００５１】
【表４】
【００５２】
表４より、Ｏリングのサイズが同じ超音波霧化ユニットについては、噴霧高さがほぼ同じであることが明らかである。従って、Ｏリングの硬さは噴霧高さにほとんど影響しないことが分かる。
【００５３】
（５）効果確認試験５
＜実施例Ｅ１〜Ｅ１２＞
実施例Ｅ１〜Ｅ１２として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例Ｅ１〜Ｅ１２の超音波霧化ユニットは、凹型振動板を用いた以外は図１に示すものと同じ構造のものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
凹型振動板
・凹状部の基端部の直径３ｍｍ
・微細孔の孔径１０μｍ
・厚み０．０４ｍｍ（ニッケル製）
ii．円環状の弾性部材
表５に示すサイズのＯリング（硬さ５０ ＩＲＨＤ）
＜比較例Ｅ１〜Ｅ３＞
比較例Ｅ１〜Ｅ３として、前記実施例Ｅ１〜Ｅ１２と同じ構造でサイズが異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例のＯリングのサイズを表５に示す。
＜試験条件及び結果＞
【００５４】
実施例Ｅ１〜Ｅ１２及び比較例Ｅ１〜Ｅ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して電圧４５Ｖｐ−ｐ、高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、実施例及び比較例の最大噴霧高さを測定した。
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。この効果確認試験の結果を表５に示す。
【００５５】
【表５】
【００５６】
表５より、Ｏリングと霧化部材との対向幅（Ｌ１）の最大値が、圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）に対して４０％以下である場合に、霧化部材によって霧化された薬液の微粒子を、効果的に遠方まで噴霧することができることが分かる。ただし、その噴霧高さは、実施例Ｅ１〜Ｅ１２よりも、凸型振動板を用いた前記実施例Ａ１〜Ａ１２の方が高いことが認められた。
【００５７】
（６）効果確認試験６
振動板の微細孔の孔径を６μｍ及び１２μｍにした以外は前記実施例Ｅ１〜Ｅ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製して、効果確認試験５と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、振動板の微細孔の孔径が６μｍ及び１２μｍである場合でも、噴霧高さは、実施例Ｅ１〜Ｅ１２と同等であることが確認された。
【００５８】
（７）効果確認試験７
ＩＲＨＤ硬さが３０、８０及び９０であるＯリングを用いた以外は前記実施例Ｅ１〜Ｅ１２とそれぞれ同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製して、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、Ｏリングのサイズが同じ超音波霧化ユニットについては、噴霧高さがほぼ同じであった。従って、凹型振動板を用いた超音波霧化ユニットについても、Ｏリングの硬さは噴霧高さにほとんど影響しないことが確認された。
【００５９】
（８）効果確認試験８
＜実施例Ｆ１〜Ｆ１２＞
実施例Ｆ１〜Ｆ１２として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例の超音波霧化ユニットは、平板型振動板を用いた以外は図１に示すものと同じ構造のものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
・平板型振動板
・厚み０．０４ｍｍ（ニッケル製）
ii．円環状の弾性部材
表６に示すサイズのＯリング（硬さは５０ ＩＲＨＤ）
＜比較例Ｆ１〜Ｆ３＞
比較例Ｆ１〜Ｆ３として、前記実施例Ｆ１〜Ｆ１２と同じ構造でサイズが異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例のＯリングのサイズを表６に示す。
＜試験条件及び結果＞
【００６０】
実施例Ｆ１〜Ｆ１２及び比較例Ｆ１〜Ｆ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して電圧４５Ｖｐ−ｐ、高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、実施例及び比較例の最大噴霧高さを測定した。
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。効果確認試験結果を表６に示す。
【００６１】
【表６】
【００６２】
表６より、弾性リングと霧化部材との対向幅（Ｌ１）の最大値が、圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）に対して４０％以下である場合に、霧化部材によって霧化された薬液の微粒子を、効果的に遠方まで噴霧することができることが分かる。ただし、噴霧高さは、凸型振動板を用いた実施例Ａ１〜Ａ１２及び凹型振動板を用いた実施例Ｅ１〜Ｅ１２の方が、実施例Ｆ１〜Ｆ１２よりも高いことが認められた。
【００６３】
（９）効果確認試験９
振動板の微細孔の孔径を６μｍ及び１２μｍにした以外は前記実施例Ｆ１〜Ｆ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製し、効果確認試験５と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、振動板の微細孔の孔径が６μｍ及び１２μｍである場合でも、噴霧高さは、実施例F１〜F１２と同等であることが確認された。
【００６４】
（１０）効果確認試験１０
ＩＲＨＤ硬さが３０、８０及び９０であるＯリングを用いた以外は前記実施例Ｆ１〜Ｆ１２とそれぞれ同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製し、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、Ｏリングのサイズが同じ超音波霧化ユニットについては、噴霧高さがほぼ同じであった。従って、平板型振動板を用いた超音波霧化ユニットについても、Ｏリングの硬さは噴霧高さにほとんど影響しないことが確認された。
【００６５】
（１１）効果確認試験１１
実施例Ｇ１〜Ｇ６として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例の超音波霧化ユニットは、振動板として凸型振動板、凹型振動板及び平板型振動板を用い、弾性リングとして角リングを用いたものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
ａ．凸型振動板
・凸状部の基端部の直径３ｍｍ
ｂ．凹型振動板
・凹状部の基端部の直径３ｍｍ
ｃ．平板型振動板
・ａ〜ｃの各振動板の厚み ０．０４ｍｍ（ニッケル製）
・ａ〜ｃの各振動板の微細孔の口径 １０μｍ
ii．円環状の弾性部材
表７に示すサイズの断面角形の角リング（硬さ５５ ＩＲＨＤ）
＜比較例G１〜G３＞
比較例G１〜G３として、前記実施例G１〜G６と同じ構造でサイズが異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例の角リングのサイズを表７に示す。
＜試験条件及び結果＞
【００６６】
実施例G１〜G６及び比較例G１〜G３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して以下の電圧で高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、噴霧液を上方へ向けて噴射したときの実施例G１〜G６及び比較例G１〜G３の最大噴霧高さを測定した。
凸型振動板：３５Ｖｐ−ｐ
凹型振動板：４５Ｖｐ−ｐ
平板型振動板：４５Ｖｐ−ｐ
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。この効果確認試験の結果を表７に示す。
なお、表７に示す対向割合（％）は、角リングの径方向幅（＝角リングと霧化部材との対向幅Ｌ1）を圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）で割り、１００をかけた値である。
【００６７】
【表７】
【００６８】
表７より、実施例Ｇ１〜Ｇ６は比較例Ｇ１〜Ｇ３に比べて噴霧高さが高いことが明らかである。従って、弾性リングとして断面形状が四角形の角形リングを用いた場合でも、Ｏリングを用いた場合と同様な効果を奏することが分かる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 霧化部材
１１ 圧電振動子
１１ａ 開口
１２ 振動板
１３ 凸状部
１３ａ 微細孔
２ 弾性リング（弾性部材）
３ ケーシング（保持部材）
Ｌ１ 弾性リングと霧化部材との対向幅
Ｌ２ 圧電振動子の径方向幅
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水や薬液等の液体を超音波振動によって霧化する超音波霧化ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波霧化装置に使用される超音波霧化ユニットとして、圧電振動子に振動板を取り付けた霧化部材を、弾性素材からなる弾性部材を介してケーシングで弾性的に挟持した構造のものが提供されている（例えば特許文献１参照）。
図５は、特許文献１に記載された超音波霧化ユニットの一例を示す断面図であり、図６はその分解斜視図である。この超音波霧化ユニットは、中央部に開口１０１ａを有する圧電振動子１０１に振動板１０２を取り付けた霧化部材１００と、この霧化部材１００の両面にそれぞれ添わせた一対の弾性部材１０３と、前記霧化部材１００及び弾性部材１０３を収容した保持部材としてのケーシング１０４とを備えている。
【０００３】
前記圧電振動子１０１は円形薄板状の圧電セラミックスからなり、その上下面に設けられた電極１０１ｂに高周波電圧を印加することにより、径方向に伸縮する超音波振動を生じる。また、前記振動板１０２は、金属からなる円形薄板状のものであり、圧電振動子１０１の開口１０１ａを覆った状態で当該圧電振動子１０１の下面に取り付けられている。この振動板１０２の前記開口１０１ａに臨む部分には、多数の微細孔１０２ａが形成されている。
【０００４】
前記一対の弾性部材１０３は、ゴムからなる円環平板状のものであり、それぞれ霧化部材１００の両面に面接触した状態で密着している。また、前記ケーシング１０４は、中央部が開口した中空円板状のものであり、その内部において、一対の弾性部材１０３を介して前記霧化部材１００を弾性的に挟み込んで保持している。このケーシング１０４は上下に分離可能に二分割されている。
【０００５】
前記従来の超音波霧化ユニットによれば、前記圧電振動子１０１に高周波電圧を印加し、当該圧電振動子１０１を超音波振動させて、前記振動板１０２を超音波振動させることにより、当該振動板１０２の微細孔１０２ａ部分に供給された液体を霧化させて、噴霧することができる。
【０００６】
なお、特許文献１には、前記薄板状の弾性部材１０３に代えて、一対の輪ゴム状の第１の弾性部材１０５と、この第１の弾性部材１０５よりも外径が大きい一対の第２の弾性部材１０６とを用い、これら各弾性部材１０５，１０６を、霧化部材１００の両面の外周縁と開口縁とにそれぞれ添わせたものも記載されている（図７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８１１７０号公報（図１２〜図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来の超音波霧化ユニットは、霧化させる液体の種類や使用環境等に応じて、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することが要求される場合がある。この場合、圧電振動子１０１に印加する電圧を大きく高めたり、送風ファンを用いたりすることにより、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することが行われている。
【０００９】
しかし、圧電振動子１０１に印加する電圧を大きく高めると、高周波電圧を発生させる駆動回路が大きくなったり、振動板１０２の振幅が大きくなってその寿命が短くなったりするという問題がある。また、送風ファンを用いた場合には、液体の微粒子が過度に拡散したり、装置が大型化したりするという問題がある。
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、圧電振動子に印加する電圧を大きく高めたり、ファンを用いたりすることなく、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することができる超音波霧化ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る超音波霧化ユニットは、中央部が開口した円形薄板状の圧電振動子と、厚さ方向に貫通した多数の微細孔を有し、前記開口に臨んだ状態で前記圧電振動子の片面に添わせた振動板とを備え、前記圧電振動子によって前記振動板を超音波振動させて液体を霧化する霧化部材と、
前記霧化部材の両面のそれぞれに添わせた状態で当該霧化部材と同心状に配置された一対の円環状の弾性部材と、
前記一対の弾性部材を介して前記霧化部材を弾性的に挟み込んで保持する保持部材と、を備える超音波霧化ユニットであって、
前記霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最大対向幅が、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して４０％であることを特徴とする。
【００１１】
このような構成の超音波霧化ユニットによれば、円環状の弾性部材と霧化部材の片面との前記径方向の最大対向幅が、圧電振動子の前記径方向幅に対して４０％であるので、霧化部材の振動が抑制されるのを防止することができる。このため、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、遠方まで噴霧することができる。
【００１２】
すなわち、本願発明者は、従来の超音波霧化ユニットが、霧化された液体の微粒子を遠方まで噴霧することができない原因について鋭意研究した結果、従来の超音波霧化ユニットは、径方向の幅寸法が大きい円環平板状の弾性部材を霧化部材の両面全体に添わせたり、輪ゴム状の二対の弾性部材を圧電振動子の両面の開口縁及び外周縁に添わせたりしていることから、当該弾性部材によって圧電振動子（霧化部材）の振動が一部抑制されていることに原因あることを見出し、かかる知見に基づいて本願発明を完成したものである。
【００１３】
前記超音波霧化ユニットにおいて、前記振動板が、その中央部に噴霧側に突出する凸状部または噴霧側と反対側に突出する凸状部を有していてもよい。
【００１４】
前記凸状部は、その基端部の直径をＲ１とし、前記圧電振動子の中央部の開口の直径をＲ２としたときに、Ｒ１とＲ２の関係が
Ｒ１≦（４／５）・Ｒ２
であるのが好ましい。
これは、Ｒ１とＲ２の関係がＲ１＞（４／５）・Ｒ２となると、前記振動板のうち、前記圧電振動子の中央部の開口に臨む部分の平面部の径方向寸法が小さくなり過ぎるため、前記圧電振動子の超音波振動に伴い、前記平面部がたわみ変形し難くなって、霧化された液体の微粒子をより効果的に遠方まで噴霧することができなくなるからである。
【００１５】
前記超音波霧化ユニットにおいて、前記振動板が、平板状ではなく、その中央部に噴霧側に突出する凸状部を有するのが好ましい。
この場合、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、当該凸状部を有しない振動板に比べて、より効果的に遠方まで噴霧することができる。
【００１６】
前記超音波霧化ユニットは、前記円環状の弾性部材がＯリングであるのが好ましい。
この場合、Ｏリングを霧化部材に対して線状に接触させることができるので、霧化部材の振動が抑制されるのをより効果的に防止することができる。このため、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。
【００１７】
前記Ｏリングの線径は、０．５〜２．０ｍｍの範囲であるのが好ましい。
この場合、霧化部材によって霧化された液体の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。
【００１８】
前記超音波霧化ユニットにおいて、霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最小対向幅は、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して５％であるのが好ましい。
この場合、前記対向幅の割合が５％以上であるので、弾性部材によって霧化部材を安定的に支持することができる。このため液体を安定的に霧化させることができる。
【００１９】
また、前記超音波霧化ユニットにおいては、圧電振動子の厚みが０．１〜４．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍであり、前記振動板の厚みが０．０２〜２．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍであり、前記微細孔の孔径が３〜１５０μｍであるのが好ましい。
この超音波霧化ユニットによれば、サイズが比較的小さい前記霧化部材において、霧化された液体の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。
【００２０】
前記円環状の弾性部材の硬さは、２０〜９０ ＩＲＨＤであるのが好ましく、この場合は、霧化部材を効果的に保持することができるので、液体をより安定的に霧化させることができる。
なお、本願においてＩＲＨＤの値は、国際ゴム硬さＭ法に準拠した値を示している。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る超音波霧化ユニットによれば、圧電振動子に印加する電圧を大きく高めたり、ファンを用いたりすることなく、液体の微粒子をより遠くまで噴霧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明に係る超音波霧化ユニットの一実施形態を示す断面図である。
【図２】前記超音波霧化ユニットの分解斜視図である。
【図３】前記超音波ユニットの要部を示す断面図である。
【図４】他の実施形態を示す概略断面図である。
【図５】従来の超音波霧化ユニットを示す断面図である。
【図６】前記従来例の分解斜視図である。
【図７】他の従来例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明に係る超音波霧化ユニットの実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、この発明に係る超音波霧化ユニットの一実施形態を示す断面図である。この超音波霧化ユニットは、圧電振動子１１によって振動板１２を超音波振動させて、水や薬液等の液体を霧化する霧化部材１と、前記霧化部材１の両面にそれぞれに添わせた円環状の弾性部材としての一対の弾性リング２と、この一対の弾性リング２を介して前記霧化部材１を弾性的に挟み込んで保持する保持部材としてのケーシング３とを備えている。前記振動板１２には、当該振動板１２に薬剤等の液体を供給するための吸液芯４を接触又は近接させている。
【００２５】
前記霧化部材１の圧電振動子１１は、中央部に開口１１aが形成された円形薄板状の圧電セラミックスによって構成されている。この圧電振動子１１は、厚さ方向に分極されており、両面に形成された図示しない電極に高周波電圧を印加することにより、径方向への微細振動を生じる。この圧電振動子１１は、例えば、厚みが０．１〜４．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍのサイズの小さいものであって、高周波電圧の周波数（駆動周波数）として、３０〜５００ＫＨｚのものが選定されている。
【００２６】
前記振動板１２は、例えばニッケルからなる円形薄板状のものである。この振動板１２は、圧電振動子１１の開口１１ａを覆った状態で、図１において圧電振動子１１の下面に対して当該圧電振動子１１と同心に接合（固着）されている。この振動板１２は、例えば、厚みが０．０２〜２．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍのものであり、その外径は圧電振動子１１の開口１１aの内径寸法より大きく、そのサイズは圧電振動子１１のサイズに対応させて適宜選択される。
【００２７】
前記振動板１２の前記開口１１ａに臨む部分には、厚さ方向に貫通した多数の微細孔１３ａが形成されている。この微細孔１３ａの孔径は３〜１５０μｍである。また、前記振動板１２の中央部には、その頂部から裾部へかけて曲面で構成された凸状部１３が設けられている。この凸状部１３は上方（液体の噴霧方向）へ膨出したドーム状のものである。この凸状部１３は圧電振動子１１の径方向への伸縮（振動）に伴って、上下方向に超音波振動する。前記凸状部１３の立ち上り部である基端部の直径をＲ１とし、前記圧電振動子１１の中央開口１１ａの直径（内径）をＲ２としたときに、Ｒ１とＲ２の関係が
Ｒ１≦（４／５）・Ｒ２
である。これにより、前記圧電振動子１１の超音波振動に伴い、前記凸状部１３の周囲の平面部をたわみ変形し易くすることができる。このため、霧化された液体の微粒子をより遠方まで噴霧することができる。
【００２８】
前記弾性リング２は一対のみ設けられている。この一対の弾性リング２は、前記ケーシング３と前記霧化部材１の上面との間及び前記ケーシング３と前記霧化部材１の下面との間で弾性変形した状態で、それぞれ前記霧化部材１と同心状にて当該霧化部材１の上面及び下面に対して接触している。
この弾性リング２としては、線径０．５〜３ｍｍ、より好ましくは線径０．５〜２．０ｍｍのＯリングが好適に用いられる。このような線径のＯリングを用いると、前記弾性リング２を霧化部材１に対して細い線状に接触させることができるので、霧化された液体の微粒子をより効果的に遠方まで噴霧することができる。
【００２９】
また、前記弾性リング２の硬さは２０〜９０ ＩＲＨＤ、より好ましくは３０〜９０ ＩＲＨＤである。これにより、霧化部材１を適度な弾力で保持して、当該霧化部材１が過度に振動するのを効果的に抑制することができる。このため、液体をより安定的に霧化させることができる。
なお、霧化部材１の上面に接触させた弾性リング２と、下面に接触させた弾性リング２とは、平均径[（内径＋外径）／２]、線径、硬さ等が同一のものが好ましく、特に平均径については同じものがよい。
【００３０】
図３に示すように、前記霧化部材１の中心を挟んだ径方向の片側において、前記弾性リング２と前記霧化部材１の片面との径方向の対向幅Ｌ１（以下「弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１」という）の、前記圧電振動子１１の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅Ｌ２（以下「圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２」という）に対する割合は、４０％以下、より好ましくは３５％以下に設定されている。これにより、霧化部材１の振動が抑制されるのを効果的に防止することができる。
弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１は、霧化部材１に対する弾性リング２の投影幅である。弾性リングがＯリングの場合には、対向幅L１は当該Ｏリングの線径であり、弾性リングが角リングの場合には、対向幅L１は当該角リングの径方向幅である。
前記圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２に対する弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１の割合[（Ｌ１／Ｌ２）×１００）（％）]は、例えば同じサイズの圧電振動子１１において、弾性リング２の線径を細くしたり、太くしたりすることにより容易に設定することができる。
【００３１】
前記圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２に対する弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１の割合[（Ｌ１／Ｌ２）×１００）（％）]の下限値は、霧化部材１を安定的に支持できる範囲で適宜選択される。この割合は５％以上、より好ましくは１０％以上である。この場合、一対の弾性リング２によって霧化部材１を安定的に支持できるので、液体を安定的に霧化させることができる。
なお、前記弾性リング２の素材としては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、水素化ニトリルゴム等を挙げることができる。
【００３２】
ケーシング３は、上下に分離可能に二つ割りされた中空円環状のものであり、全体が合成樹脂によって形成されている。このケーシング３の上下面の開口３１の内径は、霧化部材１との間で前記弾性リング２を挟み込んで支持できるように、当該弾性リング２の内径よりも小さくなっている。前記弾性リング２はケーシング３の内面に対しても接触している。
【００３３】
吸液芯４は直径が例えば３〜４．５ｍｍの不織布で構成されており、その頂部が、振動板１２の凸状部１３に近接又は接触している。この吸液芯４の下部側は、芳香剤や殺菌剤、殺虫剤等の薬液を入れたタンク（図示せず）に浸漬されており、当該薬液を毛細管現象によって前記凸状部１３に供給することができる。
【００３４】
以上の構成の超音波霧化ユニットによれば、圧電振動子１１に高周波電圧を印加して振動板１２の凸状部１３を振動させることにより、吸液芯４を介して前記凸状部１３に供給された薬液が、毛細管現象によって当該凸状部１３の微細孔１３ａに導入され、霧化された状態で上方に噴霧される。
この際、前記弾性リング２と霧化部材１との対向幅Ｌ１が前記圧電振動子１１の径方向幅Ｌ２に対して４０％以下であるため、前記弾性リング２によって霧化部材１の振動が抑制されるのを防止することができる。このため、霧化部材１によって霧化された薬液の微粒子を、より遠方まで噴霧することができる。例えば、凸型振動板を用いた本発明の超音波霧化ユニット及び従来の超音波霧化ユニット[（Ｌ１／Ｌ２）×１００＝１００％]について、それぞれ同じ条件で薬液の微粒子を上方へ噴射させたところ、従来の超音波霧化ユニットの最大噴射高さが１０〜１５ｃｍであるのに対して、本発明の超音波霧化ユニットの最大噴射高さは、従来品の２〜３倍になることが確認されている。
【００３５】
なお、前記円環状の弾性部材２としては、前記Ｏリングに代えて、断面形状が楕円、四角形、三角形あるいは菱形等のリングであってもよく、また、Ｄ字型、Ｘ字型、Ｔ字型などのリングであってもよい。
また、この円環状の弾性部材は、周方向に完全につながって連続している必要はなく、周方向に一箇所切れ目が入っていてもよく、周方向に数箇所間欠的に切れ目が入っていてもよい。
前記振動板１２の凸状部１３は、頂部が曲面で構成されたドーム状のみならず、当該頂部が平面で構成された円錐台状であってもよく、その形状は任意である。
さらに、前記実施の形態においては、振動板１２として凸状部１３を噴霧方向に突出させた凸型振動板を例示したが、凸状部１３を噴霧方向と反対方向に突出させて凹状部２３とした凹型振動板であってもよい（図３の点線参照）。この他、前記振動板１２は、中央部に凸状部及び凹状部を有しない平板型振動板であってもよい。
【００３６】
本実施の形態においては、円形薄板状の振動板１２が圧電振動子１１の開口１１aを完全に覆うものを例示したが、矩形薄板状の振動板を用い、この振動板を圧電振動子１１の開口１１aを跨ぐように掛け渡し、当該振動板の両端部を圧電振動子１１の一方の面に固着するようにしてもよい。
また、この発明に係る超音波霧化ユニットは、図４に示すように、吸液芯４を使用することなく薬液を収容する容器７から薬液を直接振動板１２に供給するものにも適用して実施することができる。
［効果確認試験］
【００３７】
（１）効果確認試験１
＜実施例Ａ１〜Ａ１２＞
実施例Ａ１〜Ａ１２として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例の超音波霧化ユニットは、図１に示すものと同じ構造のものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
凸型振動板
・凸状部の基端部の直径３ｍｍ
・微細孔の孔径１０μｍ
・厚み０．０４ｍｍ（ニッケル製）、
ii．円環状の弾性部材
表１に示すサイズのＯリング（硬さ５０ ＩＲＨＤ）
＜比較例Ａ１〜Ａ３＞
比較例Ａ１〜Ａ３として、前記実施例Ａ１〜Ａ１２と同じ構造でサイズの異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例のＯリングのサイズを表１に示す。
なお、表１に示す対向割合（％）は、Ｏリングの線径（＝Ｏリングと霧化部材との対向幅Ｌ1）を圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）で割り、１００をかけた値である。この点は、Ｏリングに関して他の表においても同様である。
＜試験条件及び結果＞
【００３８】
実施例Ａ１〜Ａ１２及び比較例Ａ１〜Ａ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して電圧３５Ｖｐ−ｐ、高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、噴霧液を上方へ向けて噴射したときの実施例及び比較例の最大噴霧高さを測定した。
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。この効果確認試験の結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１より、実施例Ａ１〜Ａ１２は比較例Ａ１〜Ａ３に比べて噴霧高さが高くなることが明らかである。すなわち、Ｏリングと霧化部材との対向幅（Ｌ１）の最大値が、圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）に対して４０％以下である場合に、霧化部材によって霧化された薬液の微粒子を、効果的に遠方まで噴霧できることが明らかである。
【００４１】
（２）効果確認試験２
＜実施例Ｂ１〜Ｂ１２＞
実施例Ｂ１〜Ｂ１２として、振動板の微細孔の孔径を６μｍにした以外は前記実施例Ａ１〜Ａ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜比較例Ｂ１〜Ｂ３＞
比較例Ｂ１〜Ｂ３として、振動板の微細孔の孔径を６μｍにした以外は前記比較例Ａ１〜Ａ３と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
【００４２】
＜試験条件及び結果＞
実施例Ｂ１〜Ｂ１２及び比較例Ｂ１〜Ｂ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。
この効果確認試験の結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２より、振動板の微細孔の孔径が６μｍである実施例Ｂ１〜Ｂ１２についても、比較例Ｂ１〜Ｂ３に比べて噴霧高さが高くなることが明らかである。
【００４５】
（３）効果確認試験３
＜実施例Ｃ１〜Ｃ１２＞
実施例Ｃ１〜Ｃ１２として、振動板の微細孔の孔径を１２μｍにした以外は前記実施例Ａ１〜Ａ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜比較例Ｃ１〜Ｃ３＞
比較例Ｃ１〜Ｃ３として、振動板の微細孔の孔径を１２μｍにした以外は前記比較例Ａ１〜Ａ３と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜試験条件及び結果＞
【００４６】
実施例Ｃ１〜Ｃ１２及び比較例Ｃ１〜Ｃ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。
この効果確認試験の結果を表３に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
表３より、振動板の微細孔の孔径が１２μｍである実施例Ｃ１〜Ｃ１２についても、比較例Ｃ１〜Ｃ３に比べて噴霧高さが高くなることが明らかである。
【００４９】
（４）効果確認試験４
＜実施例Ｄ１〜Ｄ９＞
実施例Ｄ１〜Ｄ９として、硬さが異なるＯリングを用いた以外は前記実施例Ａ１、実施例Ａ５及び実施例Ａ９とそれぞれ同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製した。
＜試験条件及び結果＞
【００５０】
実施例Ｄ１〜Ｄ９の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。
この効果確認試験の結果を表４に示す。なお、参考までに表１の実施例Ａ１、実施例Ａ５及び実施例Ａ９の試験結果も表４に併記する。
【００５１】
【表４】
【００５２】
表４より、Ｏリングのサイズが同じ超音波霧化ユニットについては、噴霧高さがほぼ同じであることが明らかである。従って、Ｏリングの硬さは噴霧高さにほとんど影響しないことが分かる。
【００５３】
（５）効果確認試験５
＜実施例Ｅ１〜Ｅ１２＞
実施例Ｅ１〜Ｅ１２として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例Ｅ１〜Ｅ１２の超音波霧化ユニットは、凹型振動板を用いた以外は図１に示すものと同じ構造のものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
凹型振動板
・凹状部の基端部の直径３ｍｍ
・微細孔の孔径１０μｍ
・厚み０．０４ｍｍ（ニッケル製）
ii．円環状の弾性部材
表５に示すサイズのＯリング（硬さ５０ ＩＲＨＤ）
＜比較例Ｅ１〜Ｅ３＞
比較例Ｅ１〜Ｅ３として、前記実施例Ｅ１〜Ｅ１２と同じ構造でサイズが異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例のＯリングのサイズを表５に示す。
＜試験条件及び結果＞
【００５４】
実施例Ｅ１〜Ｅ１２及び比較例Ｅ１〜Ｅ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して電圧４５Ｖｐ−ｐ、高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、実施例及び比較例の最大噴霧高さを測定した。
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。この効果確認試験の結果を表５に示す。
【００５５】
【表５】
【００５６】
表５より、Ｏリングと霧化部材との対向幅（Ｌ１）の最大値が、圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）に対して４０％以下である場合に、霧化部材によって霧化された薬液の微粒子を、効果的に遠方まで噴霧することができることが分かる。ただし、その噴霧高さは、実施例Ｅ１〜Ｅ１２よりも、凸型振動板を用いた前記実施例Ａ１〜Ａ１２の方が高いことが認められた。
【００５７】
（６）効果確認試験６
振動板の微細孔の孔径を６μｍ及び１２μｍにした以外は前記実施例Ｅ１〜Ｅ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製して、効果確認試験５と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、振動板の微細孔の孔径が６μｍ及び１２μｍである場合でも、噴霧高さは、実施例Ｅ１〜Ｅ１２と同等であることが確認された。
【００５８】
（７）効果確認試験７
ＩＲＨＤ硬さが３０、８０及び９０であるＯリングを用いた以外は前記実施例Ｅ１〜Ｅ１２とそれぞれ同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製して、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、Ｏリングのサイズが同じ超音波霧化ユニットについては、噴霧高さがほぼ同じであった。従って、凹型振動板を用いた超音波霧化ユニットについても、Ｏリングの硬さは噴霧高さにほとんど影響しないことが確認された。
【００５９】
（８）効果確認試験８
＜実施例Ｆ１〜Ｆ１２＞
実施例Ｆ１〜Ｆ１２として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例の超音波霧化ユニットは、平板型振動板を用いた以外は図１に示すものと同じ構造のものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
・平板型振動板
・厚み０．０４ｍｍ（ニッケル製）
ii．円環状の弾性部材
表６に示すサイズのＯリング（硬さは５０ ＩＲＨＤ）
＜比較例Ｆ１〜Ｆ３＞
比較例Ｆ１〜Ｆ３として、前記実施例Ｆ１〜Ｆ１２と同じ構造でサイズが異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例のＯリングのサイズを表６に示す。
＜試験条件及び結果＞
【００６０】
実施例Ｆ１〜Ｆ１２及び比較例Ｆ１〜Ｆ３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して電圧４５Ｖｐ−ｐ、高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、実施例及び比較例の最大噴霧高さを測定した。
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。効果確認試験結果を表６に示す。
【００６１】
【表６】
【００６２】
表６より、弾性リングと霧化部材との対向幅（Ｌ１）の最大値が、圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）に対して４０％以下である場合に、霧化部材によって霧化された薬液の微粒子を、効果的に遠方まで噴霧することができることが分かる。ただし、噴霧高さは、凸型振動板を用いた実施例Ａ１〜Ａ１２及び凹型振動板を用いた実施例Ｅ１〜Ｅ１２の方が、実施例Ｆ１〜Ｆ１２よりも高いことが認められた。
【００６３】
（９）効果確認試験９
振動板の微細孔の孔径を６μｍ及び１２μｍにした以外は前記実施例Ｆ１〜Ｆ１２と同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製し、効果確認試験５と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、振動板の微細孔の孔径が６μｍ及び１２μｍである場合でも、噴霧高さは、実施例F１〜F１２と同等であることが確認された。
【００６４】
（１０）効果確認試験１０
ＩＲＨＤ硬さが３０、８０及び９０であるＯリングを用いた以外は前記実施例Ｆ１〜Ｆ１２とそれぞれ同じ仕様の超音波霧化ユニットを作製し、効果確認試験１と同じ条件で効果確認試験を実施した。この結果、Ｏリングのサイズが同じ超音波霧化ユニットについては、噴霧高さがほぼ同じであった。従って、平板型振動板を用いた超音波霧化ユニットについても、Ｏリングの硬さは噴霧高さにほとんど影響しないことが確認された。
【００６５】
（１１）効果確認試験１１
実施例Ｇ１〜Ｇ６として以下の仕様の超音波霧化ユニットを作製した。この実施例の超音波霧化ユニットは、振動板として凸型振動板、凹型振動板及び平板型振動板を用い、弾性リングとして角リングを用いたものである。
i．霧化部材
圧電振動子：
外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの圧電セラミックス
振動板：
ａ．凸型振動板
・凸状部の基端部の直径３ｍｍ
ｂ．凹型振動板
・凹状部の基端部の直径３ｍｍ
ｃ．平板型振動板
・ａ〜ｃの各振動板の厚み ０．０４ｍｍ（ニッケル製）
・ａ〜ｃの各振動板の微細孔の口径 １０μｍ
ii．円環状の弾性部材
表７に示すサイズの断面角形の角リング（硬さ５５ ＩＲＨＤ）
＜比較例G１〜G３＞
比較例G１〜G３として、前記実施例G１〜G６と同じ構造でサイズが異なる超音波霧化ユニットを作製した。この比較例の角リングのサイズを表７に示す。
＜試験条件及び結果＞
【００６６】
実施例G１〜G６及び比較例G１〜G３の超音波霧化ユニットを用いて、効果確認試験を実施した。この試験では、圧電振動子に対して以下の電圧で高周波周波数１１０ｋＨｚの電力を供給し、噴霧液を上方へ向けて噴射したときの実施例G１〜G６及び比較例G１〜G３の最大噴霧高さを測定した。
凸型振動板：３５Ｖｐ−ｐ
凹型振動板：４５Ｖｐ−ｐ
平板型振動板：４５Ｖｐ−ｐ
また、噴霧液として石油系溶剤（商品名「エクソールＤ１１０」）を用いた。この効果確認試験の結果を表７に示す。
なお、表７に示す対向割合（％）は、角リングの径方向幅（＝角リングと霧化部材との対向幅Ｌ1）を圧電振動子の径方向幅（Ｌ２）で割り、１００をかけた値である。
【００６７】
【表７】
【００６８】
表７より、実施例Ｇ１〜Ｇ６は比較例Ｇ１〜Ｇ３に比べて噴霧高さが高いことが明らかである。従って、弾性リングとして断面形状が四角形の角形リングを用いた場合でも、Ｏリングを用いた場合と同様な効果を奏することが分かる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 霧化部材
１１ 圧電振動子
１１ａ 開口
１２ 振動板
１３ 凸状部
１３ａ 微細孔
２ 弾性リング（弾性部材）
３ ケーシング（保持部材）
Ｌ１ 弾性リングと霧化部材との対向幅
Ｌ２ 圧電振動子の径方向幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部が開口した円形薄板状の圧電振動子と、厚さ方向に貫通した多数の微細孔を有し、前記開口に臨んだ状態で前記圧電振動子の片面に添わせた振動板とを備え、前記圧電振動子によって前記振動板を超音波振動させて液体を霧化する霧化部材と、
前記霧化部材の両面のそれぞれに添わせた状態で当該霧化部材と同心状に配置された一対の円環状の弾性部材と、
前記一対の弾性部材を介して前記霧化部材を弾性的に挟み込んで保持する保持部材と、を備える超音波霧化ユニットであって、
前記霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最大対向幅が、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して４０％であることを特徴とする超音波霧化ユニット。
【請求項２】
前記振動板が、その中央部に噴霧側に突出する凸状部を有する請求項１記載の超音波霧化ユニット。
【請求項３】
前記凸状部の基端部の直径をＲ１とし、前記圧電振動子の中央部の開口の直径をＲ２としたときに、Ｒ１とＲ２の関係が
Ｒ１≦（４／５）・Ｒ２
である請求項２記載の超音波霧化ユニット。
【請求項４】
前記円環状の弾性部材がＯリングである請求項１から３のいずれかに記載の超音波霧化ユニット。
【請求項５】
前記Ｏリングの線径が０．５から２．０ｍｍの範囲である請求項４記載の超音波霧化ユニット。
【請求項６】
前記霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最小対向幅が、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して５％である請求項１から５のいずれかに記載の超音波霧化ユニット。
【請求項７】
前記円環状の弾性部材の硬さが２０〜９０ ＩＲＨＤである請求項１から６のいずれかに記載の超音波霧化ユニット。
【請求項１】
中央部が開口した円形薄板状の圧電振動子と、厚さ方向に貫通した多数の微細孔を有し、前記開口に臨んだ状態で前記圧電振動子の片面に添わせた振動板とを備え、前記圧電振動子によって前記振動板を超音波振動させて液体を霧化する霧化部材と、
前記霧化部材の両面のそれぞれに添わせた状態で当該霧化部材と同心状に配置された一対の円環状の弾性部材と、
前記一対の弾性部材を介して前記霧化部材を弾性的に挟み込んで保持する保持部材と、を備える超音波霧化ユニットであって、
前記霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最大対向幅が、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して４０％であることを特徴とする超音波霧化ユニット。
【請求項２】
前記振動板が、その中央部に噴霧側に突出する凸状部を有する請求項１記載の超音波霧化ユニット。
【請求項３】
前記凸状部の基端部の直径をＲ１とし、前記圧電振動子の中央部の開口の直径をＲ２としたときに、Ｒ１とＲ２の関係が
Ｒ１≦（４／５）・Ｒ２
である請求項２記載の超音波霧化ユニット。
【請求項４】
前記円環状の弾性部材がＯリングである請求項１から３のいずれかに記載の超音波霧化ユニット。
【請求項５】
前記Ｏリングの線径が０．５から２．０ｍｍの範囲である請求項４記載の超音波霧化ユニット。
【請求項６】
前記霧化部材の中心を挟んだ径方向の片側における前記円環状の弾性部材と前記霧化部材の片面との径方向の最小対向幅が、前記圧電振動子の中心を挟んだ径方向の片側における径方向幅に対して５％である請求項１から５のいずれかに記載の超音波霧化ユニット。
【請求項７】
前記円環状の弾性部材の硬さが２０〜９０ ＩＲＨＤである請求項１から６のいずれかに記載の超音波霧化ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１５８２８（Ｐ２０１２−１１５８２８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２１１８（Ｐ２０１１−２４２１１８）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（０００１３６３５４）株式会社フコク (97)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（０００１３６３５４）株式会社フコク (97)
【Ｆターム（参考）】
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