超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器
【課題】周波数帯域の低い圧電素子を用いることで熱による圧電素子の損傷を防止するとともに、霧化した液体の噴霧距離を向上させた超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器を提供する。
【解決手段】超音波霧化装置１０は、２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの周波数帯域の超音波を発生するＰＺＴ振動子１３と、ＰＺＴ振動子１３の振動と共振することで共振波を発生する共振体１４と、共振体１４のＰＺＴ振動子１３側とは反対側に取り付けられ、共振体１４からの共振波が内部を固体伝搬し、この共振波と固有振動数を一致させた突起部１５とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】超音波霧化装置１０は、２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの周波数帯域の超音波を発生するＰＺＴ振動子１３と、ＰＺＴ振動子１３の振動と共振することで共振波を発生する共振体１４と、共振体１４のＰＺＴ振動子１３側とは反対側に取り付けられ、共振体１４からの共振波が内部を固体伝搬し、この共振波と固有振動数を一致させた突起部１５とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して液体を霧化することのできる超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器に関し、特に周波数帯域の低い圧電素子を用いた超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から超音波霧化技術によって液体を霧化する超音波霧化装置が存在する。このような超音波霧化装置は、圧電素子であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）振動子にパルス電圧を印加し、ＰＺＴ振動子を発振させることによって、超音波を発生させて液体を霧化している。また、このような超音波霧化装置は、薬剤や消毒液を霧化する等の医療用途（たとえば、ネブライザ（吸入器））に用いられたり、室内空気を加湿する等の空調用途に用いられたり、用途が多岐にわたる。
【０００３】
そのようなものとして、「圧電振動子に舌片状の振動板を固着してなる超音波励振器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おいて、前記液体を収容する貯液室と、該貯液室から前記液体を導き出し前記振動板上に滴下させる手段とが備えてあり、前記振動板には多数の穴が設けてある」ようにした超音波霧化装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、「圧電体からなる超音波振動子、液体を収容する液体容器、及び一端が液体容器に挿入され、他端が超音波振動子の振動端面の全面に接触する吸水帯からなる」ようにした超音波霧化器が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４４６２１号（第２、３ページ、第１、２図）
【特許文献２】特開２００３−１８１３４７号公報（第３ページ、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の超音波霧化装置は、霧化粒径を決定するための多数の穴を設けた振動板に直接液体を滴下させて、この液体を霧化するようにしたものである。しかしながら、この超音波霧化装置は、時間の経過とともに振動板に設けた多数の穴に液体中の埃やゴミ、カルキ分等が詰まり、この穴が塞がってしまうという問題があった。この問題は、霧化した液体を安定して供給することができないということに繋がってしまう。また、１００ｋＨｚ以上の高い周波数で液体を霧化させているために、強い振幅が発生し、振動板が熱で損傷してしまうという問題があった。したがって、振動板が熱で損傷するのを防止するためには、常に振動板を液体で濡らしておかなければならなかった。
【０００６】
特許文献２に記載の超音波霧化器は、吸水帯で水を吸い上げ、超音波振動子に直接供給して、この液体を霧化するようにしたものである。しかしながら、この超音波霧化器は、液体中に含まれている雑菌やカルキ分によって吸水帯が使用途上で液体の吸収ができなくなってしまうという問題があった。また、特許文献１に記載の超音波霧化装置と同様に、１００ｋＨｚ以上の高い周波数で液体を霧化させている場合には、振動板が熱で損傷してしまうという問題があった。さらに、ファンを設けて噴霧距離を得られるようにできるものの、霧化した液体が広範囲に拡散してしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、周波数帯域の低い圧電素子を用いることで熱による圧電素子の損傷を防止するとともに、霧化した液体の噴霧距離を向上させた超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超音波霧化装置は、超音波によって液体を霧化する超音波霧化装置であって、圧電素子で構成され、所定の周波数帯域の超音波を発生する振動子と、前記振動子に取り付けられ、前記振動子の振動と共振することで共振波を発生する共振体と、前記共振体の前記振動子側とは反対側に取り付けられ、前記共振体からの共振波が内部を固体伝搬し、この共振波と固有振動数を一致させた突起部とを備えたことを特徴とする。また、本発明に係る設備機器は、上記の超音波霧化装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る超音波霧化装置は、所定の周波数帯域の超音波を発生する振動子と、この振動子の振動と共振することで共振波を発生する共振体と、この共振体からの共振波と固有振動数を一致させた突起部とを備えたので、突起部の先端表面で液体（源水）を効率よく霧化し、噴霧させることができる。また、振動子に入手し易い周波数帯域を発生するものを使用できるので、振動子の発振で発生する熱によって振動子が損傷されてしまうのを防止することができる。さらに、本発明に係る設備機器は、上記の超音波霧化装置を備えているので、超音波霧化装置の効果を全部有することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る超音波霧化装置１０の概略構成を示す縦断面図である。図１に基づいて、超音波霧化装置１０の構成について説明する。この超音波霧化装置１０は、超音波を発生することによって水や薬剤等の液体（以下、単に源水２３と称する）を霧化させ、霧化した液体（以下、単に霧化液体２４と称する）を所望の場所に噴霧供給することができるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１１】
図１に示すように、超音波霧化装置１０は、支持部１１と、台座１２と、ＰＺＴ振動子１３と、共振体１４と、突起部１５と、共振板１６とが順に積層されており、台座１２、ＰＺＴ振動子１３、共振体１４、突起部１５及び共振板１６が霧化用ダクト２０の内部に配置されるように構成されている。そして、支持部１１が霧化用ダクト２０の底部を構成している。この超音波霧化装置１０は、超音波によって源水２３を霧化し、霧化液体２４を突起部１５の先端表面に設けた共振板１６から噴霧させ、霧化液体２４を超音波振動波に乗せることで噴霧距離を向上させることを特徴としている。また、超音波霧化装置１０は、霧化させるための源水２３を所定時間に所定量供給（たとえば、点滴供給）することで源水２３を霧化し、この霧化液体２４を噴霧するようになっている。
【００１２】
支持部１１は、霧化用ダクト２０の底面を構成するとともに、超音波霧化装置１０が設置される設備機器の筐体等に取り付けられるためのものである。この支持部１１の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、支持部１１の平面形状は、超音波霧化装置１０が取り付けられる設備機器に応じて決定すればよいのである。台座１２は、霧化用ダクト２０内において支持部１１に取り付けられており、ＰＺＴ振動子１３を固定するためのものである。この台座１２の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、台座１２の平面形状は、支持部１１の平面形状と同様に超音波霧化装置１０が取り付けられる設備機器に応じて決定すればよいのである。
【００１３】
ＰＺＴ振動子１３は、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電素子であり、正電極端子部１７及び負電極端子部１８を介してパルス電圧が印加され、発振するようになっている。つまり、ＰＺＴ振動子１３は、パルス電圧が印加されることによって、所定の周波数帯域（一般的な周波数帯域である２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ）の音波（超音波）を発生する機能を有しているのである。つまり、ＰＺＴ振動子１３の周波数帯域を一般的な周波数帯域とすることによって、この帯域以上の周波数帯域での熱処理等の問題の発生を防止することができる。
【００１４】
このＰＺＴ振動子１３の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、ＰＺＴ振動子１３の平面形状は、支持部１１及び台座１２の平面形状と同様に超音波霧化装置１０が取り付けられる設備機器に応じて決定すればよいのである。なお、図１では、正電極端子部１７及び負電極端子部１８が、支持部１１及び台座１２を貫通し、ＰＺＴ振動子１３に接続されるようになっている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、支持部１１及び台座１２を貫通しなくてもＰＺＴ振動子１３に接続されていればよい。
【００１５】
共振体１４は、ＰＺＴ振動子１３の台座１２側とは反対側に取り付けられており、ＰＺＴ振動子１３を保護するとともに、ＰＺＴ振動子１３の発振によって共振するようになっている。つまり、共振体１４は、ＰＺＴ振動子１３の発振によって発生する超音波の周波数の一次振動モード（図１で示す破線Ａ）で、共振現象を起こし、ＰＺＴ振動子１３の発振を増幅させるようになっているのである。また、共振体１４は、内部空間を有し、この内部空間にＰＺＴ振動子１３及び台座１２を配置するように側面の下端部が支持部１１に取り付けられるようになっている。この共振体１４の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、共振体１４の平面形状は、ＰＺＴ振動子１３の平面形状に応じて決定すればよいのである。
【００１６】
なお、共振体１４は、金属で構成されていればよく、材質を特に限定するものではない。つまり、共振体１４の材質は、超音波霧化装置１０の用途、特に源水２３に応じて決定するとよい。源水２３に薬剤（たとえば、Ｈ2Ｏ2（過酸化水素水）等）を用いることで、超音波霧化装置１０を殺菌用として使用するのであれば、共振体１４をその薬剤による腐食を防止できるような金属材料（たとえば、ニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）の合金等）で構成するとよい。そうすれば、薬剤による腐食の進行を防止することができる。
【００１７】
突起部１５は、図１に示すように縦断面形状が台形状として構成されており、共振体１４の上側表面（ＰＺＴ振動子１３が取り付けられている側の反対側の表面）に設けられている。また、図１では、突起部１５の先端表面には、共振板１６が設けられている。突起部１５は、共振体１４と同様に金属製であればよく、材質を特に限定するものではない。なお、突起部１５と共振体１４とを別体として形成し、突起部１５を共振体１４に取り付けるようにしてもよく、突起部１５と共振体１４とを一体的に形成してもよい。また、突起部１５を共振体１４と別体として構成する場合には、共振体１４からの共振波を通過させるような粘性材で突起部１５を共振体１４に取り付けるとよい。
【００１８】
突起部１５は、共振体１４で発生した共振波が内部を固体伝搬する過程で、この共振波の一次共振モード（破線Ｂ）により複数回の「腹」と「節」が出現するようになっている。つまり、突起部１５の固有振動数を共振体１４で増幅された超音波（共振波）の一次振動モード（破線Ａ）に一致させることによって、突起部１５内部を固体伝搬する過程で超音波加振力を更に増幅させるようになっているのである。また、突起部１５の高さを、この突起部１５の固有振動数の一次共振モード（破線Ｂ）の「腹」と一致するように決定しているので、突起部１５の先端表面に設けた共振板１６で源水２３を効率よく霧化し、噴霧することが可能になる。
【００１９】
さらに、図１に示すように、突起部１５の先端表面に共振板１６を設けている場合にあっては、突起部１５の内部を固体伝搬した超音波の一次共振モード（破線Ｂ）で共振現象を起こし、突起部１５の内部を固体伝搬してきた超音波を更に増幅させることができる。したがって、共振板１６の表面で効率よく源水２３を霧化させることができるのである。なお、共振板１６も、超音波を通過させるような粘性材を使用して突起部１５の先端表面に取り付けるとよい。また、共振板１６を設けずに、突起部１５の先端表面から霧化液体２４を直接噴霧させるようにしてもよい。
【００２０】
図１に示すように、突起部１５の縦断面形状が台形状となるように突起部１５の全体形状を構成するとよい。つまり、突起部１５の先端表面に共振波の一次共振モード（破線Ｂ）が固体伝搬するような形状で突起部１５を構成するとよいのである。このように、突起部１５の縦断面形状を台形状とするには、たとえば突起部１５の全体を円錐台形状や、角錐台形状（三角錐台や四角錐台、六角錐台等）として構成すればよい。また、突起部１５の底面の形状は、共振体１４の平面形状（特に、突起部１５を取り付ける表面の平面形状）に応じて決定するとよい。
【００２１】
共振板１６は、上述したように突起部１５の先端表面に取り付けられており、突起部１５の内部を固体伝搬してきた超音波によって共振するようになっている。つまり、共振板１６は、突起部１５から伝搬した超音波の一次共振モード（破線Ｂ）で、共振現象を起こすようになっているのである。この共振板１６の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、共振板１６の平面形状は、突起部１５の先端表面の平面形状に応じて決定するとよい。なお、共振板１６は、金属で構成されていればよく、材質を特に限定するものではない。つまり、共振板１６の材質は、共振体１４と同様に超音波霧化装置１０の用途、特に源水２３に応じて決定するとよい。
【００２２】
霧化用ダクト２０は、筒状に構成されており、超音波導波管として機能するようになっている。そして、内側に、台座１２、共振体１４、ＰＺＴ振動子１３、突起部１５及び共振板１６が配置されている。ＰＺＴ振動子１３で発生する超音波によって、共振体１４及び突起部１５の全体も加振しており、この超音波による振動波（以下、単に超音波振動波と称する）が共振体１４及び突起部１５の全体からも放射されている（図３で示す破線Ｄ）。したがって、霧化用ダクト２０内には、超音波振動波が伝搬していることになり、霧化用ダクト２０の内径及び霧化用ダクトの高さ（深さ）で決定する共鳴現象により、霧化用ダクト２０内に伝搬した超音波振動波が更に増幅される。
【００２３】
このように、霧化用ダクト２０を装着することによって、霧化用ダクト２０の外部からの空気の伝搬がなくなり、超音波振動波の減衰を低減することができる。したがって、霧化用ダクト２０を設けることによって、共振板１６の表面（共振板１６を設けていない場合にあっては突起部１５の先端表面）から発生する超音波振動波の減衰を低減することができ、霧化液体２４の噴霧距離を長くすることが可能となる。なお、霧化用ダクト２０の内径及び霧化用ダクト２０の高さは、超音波振動波による共鳴現象を考慮して決定するとよい。
【００２４】
また、この超音波霧化装置１０には、霧化用タンク２１と、送風ファン２５とが設けられている。この霧化用タンク２１及び送風ファン２５は、霧化用ダクト２０に取り付けられている。霧化用タンク２１には、源水２３を共振板１６の表面に供給するための流水口２２が設けられている。この流水口２２の液体出口は、共振板１６の表面の近傍に配置されている。また、霧化用タンク２１には、源水２３を共振板１６の表面に所定量供給できるように弁装置が備えられている（図３で詳細に説明する）。
【００２５】
送風ファン２５は、共振板１６の表面の近傍に配置されており、霧化液体２４を遠くに飛ばすための機能を有している。つまり、送風ファン２５から吹き出される流体（空気）の流れに霧化液体２４を乗せて、霧化用ダクト２０内を浮遊させることができるのである。この超音波霧化装置１０では、霧化液体２４の噴霧距離を長くすることが可能であるが、霧化用ダクト２０及び送風ファン２５を設けることで、更に噴霧距離を長くすることが可能になっている。なお、送風ファン２５は、霧化液体２４を飛ばすことができるものであればよく、種類を特に限定するものではない。つまり、送風ファン２５は、取り付けられる霧化用ダクト２０の形状に応じて種類（たとえば、軸流ファンや遠心ファン等）を決定するとよい。
【００２６】
ここで、霧化液体２４の噴霧について簡単に説明する。上述したように、ＰＺＴ振動子１３から発生する超音波の一次振動モード（破線Ａ）によって、共振体１４が共振現象を起こす。共振体１４の共振現象により、一次共振モード（破線Ｂ）の共振周波数を有する共振波が共振体１４から発生する。そして、この共振波が突起部１５の内部を固体伝搬し、共振板１６に伝搬する。このとき、共振板１６の表面には、霧化用タンク２１から源水２３が流水口２２を介して所定量供給されている。この源水２３は、共振板１６に伝搬した共振波によって霧化され、噴霧される。
【００２７】
この噴霧された霧化液体２４は、霧化用ダクト２０が設けられていなくても、噴霧されることになるが、霧化用ダクト２０を設けることで、霧化用ダクト２０内に伝搬している超音波振動波によって噴霧距離を向上させることができる。また、共振板１６の表面の近傍には、送風ファン２５が設けられているので、この送風ファン２５から供給される空気によって霧化液体２４の噴霧距離を更に向上させることが可能になっている。このような原理に基づいて霧化液体２４を噴霧しているのである。
【００２８】
この超音波霧化装置１０では、突起部１５の高さを突起部１５の固有振動数の一次共振モード（破線Ｂ）の「腹」と一致するようにしているので、共振体１４で発生した共振波が突起部１５に伝搬し、この突起部１５の内部を共振波が固体伝搬することによって、突起部１５の先端表面からは増幅された共振波が発生することになる。また、突起部１５の先端表面に共振板１６を設けているので、この共振板１６の共振現象によって、突起部１５を固体伝搬してきた共振波を更に増幅させることができる。
【００２９】
すなわち、この実施の形態に係る超音波霧化装置１０では、ＰＺＴ振動子１３から発生した超音波が共振体１４で増幅され、この共振波の一次共振モード（破線Ｂ）により複数回の「腹」と「節」が出現し、このうちの「腹」と一致する位置で突起部１５の高さを決定するために共振体１４で発生した共振波が突起部１５の内部を固体伝搬する過程で更に増幅され、突起部１５の先端表面には、突起部１５の内部を固体伝搬してきた共振波と共振する共振板１６を設けているために、共振波が更に増幅されるようになっているので、源水２３を効率よく霧化することが可能になっている。
【００３０】
また、この実施の形態に係る超音波霧化装置１０は、圧電素子を構成するＰＺＴ振動子１３が入手し易い２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ程度の周波数帯域を発生するものでよく、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の共振現象を利用することで振幅も大きくなり、発生する超音波の音圧レベルも高いというメリットがある。さらに、ＰＺＴ振動子１３の発生周波数が２０〜８０ｋＨｚと比較的低いために、この帯域以上の周波数帯域で発生するＰＺＴ振動子１３の熱処理等の問題も生じないために、ＰＺＴ振動子１３を常に源水２３で濡らしておく必要がない。したがって、源水２３を供給できない等の場合が発生しているときであっても、ＰＺＴ振動子１３の熱による損傷を防止することができる。
【００３１】
図２は、ＰＺＴ振動子１３をバイモルフ（複合板）構造とした状態を示す主要部の縦断面図である。図２に基づいて、バイモルフ構造としたＰＺＴ振動子１３から発生する超音波の周波数の一次振動モード（図２で示す破線Ｃ）について説明する。この超音波霧化装置１０では、ＰＺＴ振動子１３をバイモルフ型の圧電素子として機能させている。つまり、厚み方向に分極されたＰＺＴ振動子１３ａ及びＰＺＴ振動子１３ｂを積層させ、貼り合わせて、パルス電圧を印加するようになっているのである。
【００３２】
ＰＺＴ振動子１３をバイモルフ構造としてパルス電圧を印加すると、一方の圧電素子（ＰＺＴ振動子１３ａ）は縮み、他方の圧電素子（ＰＺＴ振動子１３ｂ）は伸び、全体としては変位が大きくなる。つまり、ＰＺＴ振動子１３ａ及びＰＺＴ振動子１３ｂのそれぞれにパルス電圧を印加すると、伸縮方向を逆にすることができ、全体として大きな変位が発生するのである。その結果、ＰＺＴ振動子１３全体から発生する超音波の周波数の一次振動モード（破線Ｃ）が大きくなるである。
【００３３】
図３は、超音波霧化装置１０の制御例を示す説明図である。図３に基づいて、超音波霧化装置１０の制御の一例について説明する。制御コントロール部３０は、周波数発信回路部３１からパルス電圧を周期的に繰り返し発信させ、正電極端子部１７及び負電極端子部１８を介してＰＺＴ振動子１３に印加する。そうすると、ＰＺＴ振動子１３は、発振し、所定の周波数帯域の超音波を発生する。このＰＺＴ振動子１３の発振で共振体１４の全体が共振現象を起こし、共振体１４の全体から共振波が発生する。この共振波は、突起部１５の内部を固体伝搬する過程で超音波加振力を更に増幅されて突起部１５の先端表面に到達する。
【００３４】
一方、制御コントロール部３０は、設定されている所定の時間や利用者から要求された所定の時間に基づいて、霧化用タンク２１から所定量の源水２３を共振板１６の表面に供給するために弁制御部３３に霧化用タンク２１に設けられている弁装置の開閉を指示する。弁制御部３３は、制御コントロール部３０からの指示に基づいて、弁装置の開閉を制御し、源水２３を共振板１６の表面に所定量供給する。そして、突起部１５の先端表面に到達した共振波は、共振板１６で更に増幅されることで、この共振板１６の表面に供給された源水２３を霧化する。
【００３５】
さらに、超音波霧化装置１０には、超音波導波管として機能する霧化用ダクト２０が設けられているために、霧化用ダクト２０内には、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の共振現象、霧化用ダクト２０の共鳴現象により超音波振動波（図３で示す破線Ｄ）が繰り返し強力に発生していることになる。また、霧化用ダクト２０は、外部からの空気の伝搬をなくし、超音波振動波（破線Ｄ）の減衰を低減している。すなわち、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の全体から発生した超音波振動波（破線Ｄ）が粗密を繰り返しながら、霧化用ダクト２０内を伝搬することになるのである。
【００３６】
この超音波振動波（破線Ｄ）に、霧化液体２４が乗ることで、霧化液体２４の噴霧距離を長くすることができる。霧化用ダクト２０に設けることによって、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の全体から発生する超音波振動波（破線Ｄ）の減衰を低減することができ、霧化用ダクト２０のダクト長を長くしても、超音波振動波（破線Ｄ）が長い距離でも伝搬することになる。また、制御コントロール部３０は、霧化液体２４の噴霧距離を長くするために、送風ファン制御部３２に送風ファン２５の駆動を指示する。したがって、霧化液体２４は、この送風ファン２５の駆動によって、霧化用ダクト２０の外部まで噴霧されることになる。
【００３７】
したがって、超音波霧化装置１０が設置される設備機器に応じて、霧化用ダクト２０の形状を変形させれば、送風ファン２５との併用によって、霧化液体２４を供給させたい位置に関わらず所定量の霧化液体２４を供給させることができる。すなわち、超音波霧化装置１０が設置される設備機器の用途に応じて、霧化用ダクト２０及び送風ファン２５の着脱を決定するとよいのである。なお、ＰＺＴ振動子１３を単板構造ではなく、図２で示したようなバイモルフ構造とすれば、更に強力な超音波を発生することができる。
【００３８】
この実施の形態に係る超音波霧化装置１０を設置可能な設備機器としては、たとえばエアコンや冷凍装置等の空気調和装置の室内ユニットや、ネブライザ（吸入器）、脱臭器、噴霧器、加湿器、冷蔵庫等がある。すなわち、源水２３を霧化して噴霧させる必要性のある設備機器であれば、超音波霧化装置１０を設置することができるのである。また、室内ユニットに超音波霧化装置１０を備える場合には、室内ユニット内の殺菌用途に使用することができ、冷蔵庫に超音波霧化装置１０を備える場合には、庫内の食品を乾燥させないように使用することもできる。なお、超音波霧化装置１０を設置する設備機器に応じて、霧化用ダクト２０を設置すればよい。
【００３９】
また、実施の形態では、圧電素子としてＰＺＴ振動子１３を一例として説明したが、これに限定するものではない。たとえば、セラミック型の圧電素子や高分子型の圧電素子等の圧電素子であってもよい。また、霧化用ダクト２０は、超音波導波管として機能させればよく、円筒状や角柱状に構成し、内部を円柱状にくり抜くようにしてもよい。また、超音波霧化装置１０が設置される設備機器に応じて、霧化用ダクト２０の形状を変形させたり、内径を小さくしたりするとよい。
【００４０】
図３では、制御コントロール部３０と、周波数発信回路部３１と、送風ファン制御部３２と、弁制御部３３とがそれぞれ別に設けられている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、制御コントロール部３０と、周波数発信回路部３１と、送風ファン制御部３２と、弁制御部３３とを１つの制御部として機能させてもよい。また、制御コントロール部３０、送風ファン制御部３２及び弁制御部３３は、マイクロコンピュータ等で構成するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施の形態に係る超音波霧化装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】ＰＺＴ振動子をバイモルフ構造とした状態を示す主要部の縦断面図である。
【図３】超音波霧化装置の制御例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 超音波霧化装置、１１ 支持部、１２ 台座、１３ ＰＺＴ振動子、１３ａ ＰＺＴ振動子、１３ｂ ＰＺＴ振動子、１４ 共振体、１５ 突起部、１６ 共振板、１７ 正電極端子部、１８ 負電極端子部、２０ 霧化用ダクト、２１ 霧化用タンク、２２ 流水口、２３ 源水、２４ 霧化液体、２５ 送風ファン、３０ 制御コントロール部、３１ 周波数発信回路部、３２ 送風ファン制御部、３３ 弁制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して液体を霧化することのできる超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器に関し、特に周波数帯域の低い圧電素子を用いた超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から超音波霧化技術によって液体を霧化する超音波霧化装置が存在する。このような超音波霧化装置は、圧電素子であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）振動子にパルス電圧を印加し、ＰＺＴ振動子を発振させることによって、超音波を発生させて液体を霧化している。また、このような超音波霧化装置は、薬剤や消毒液を霧化する等の医療用途（たとえば、ネブライザ（吸入器））に用いられたり、室内空気を加湿する等の空調用途に用いられたり、用途が多岐にわたる。
【０００３】
そのようなものとして、「圧電振動子に舌片状の振動板を固着してなる超音波励振器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おいて、前記液体を収容する貯液室と、該貯液室から前記液体を導き出し前記振動板上に滴下させる手段とが備えてあり、前記振動板には多数の穴が設けてある」ようにした超音波霧化装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、「圧電体からなる超音波振動子、液体を収容する液体容器、及び一端が液体容器に挿入され、他端が超音波振動子の振動端面の全面に接触する吸水帯からなる」ようにした超音波霧化器が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４４６２１号（第２、３ページ、第１、２図）
【特許文献２】特開２００３−１８１３４７号公報（第３ページ、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の超音波霧化装置は、霧化粒径を決定するための多数の穴を設けた振動板に直接液体を滴下させて、この液体を霧化するようにしたものである。しかしながら、この超音波霧化装置は、時間の経過とともに振動板に設けた多数の穴に液体中の埃やゴミ、カルキ分等が詰まり、この穴が塞がってしまうという問題があった。この問題は、霧化した液体を安定して供給することができないということに繋がってしまう。また、１００ｋＨｚ以上の高い周波数で液体を霧化させているために、強い振幅が発生し、振動板が熱で損傷してしまうという問題があった。したがって、振動板が熱で損傷するのを防止するためには、常に振動板を液体で濡らしておかなければならなかった。
【０００６】
特許文献２に記載の超音波霧化器は、吸水帯で水を吸い上げ、超音波振動子に直接供給して、この液体を霧化するようにしたものである。しかしながら、この超音波霧化器は、液体中に含まれている雑菌やカルキ分によって吸水帯が使用途上で液体の吸収ができなくなってしまうという問題があった。また、特許文献１に記載の超音波霧化装置と同様に、１００ｋＨｚ以上の高い周波数で液体を霧化させている場合には、振動板が熱で損傷してしまうという問題があった。さらに、ファンを設けて噴霧距離を得られるようにできるものの、霧化した液体が広範囲に拡散してしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、周波数帯域の低い圧電素子を用いることで熱による圧電素子の損傷を防止するとともに、霧化した液体の噴霧距離を向上させた超音波霧化装置及びそれを備えた設備機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超音波霧化装置は、超音波によって液体を霧化する超音波霧化装置であって、圧電素子で構成され、所定の周波数帯域の超音波を発生する振動子と、前記振動子に取り付けられ、前記振動子の振動と共振することで共振波を発生する共振体と、前記共振体の前記振動子側とは反対側に取り付けられ、前記共振体からの共振波が内部を固体伝搬し、この共振波と固有振動数を一致させた突起部とを備えたことを特徴とする。また、本発明に係る設備機器は、上記の超音波霧化装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る超音波霧化装置は、所定の周波数帯域の超音波を発生する振動子と、この振動子の振動と共振することで共振波を発生する共振体と、この共振体からの共振波と固有振動数を一致させた突起部とを備えたので、突起部の先端表面で液体（源水）を効率よく霧化し、噴霧させることができる。また、振動子に入手し易い周波数帯域を発生するものを使用できるので、振動子の発振で発生する熱によって振動子が損傷されてしまうのを防止することができる。さらに、本発明に係る設備機器は、上記の超音波霧化装置を備えているので、超音波霧化装置の効果を全部有することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る超音波霧化装置１０の概略構成を示す縦断面図である。図１に基づいて、超音波霧化装置１０の構成について説明する。この超音波霧化装置１０は、超音波を発生することによって水や薬剤等の液体（以下、単に源水２３と称する）を霧化させ、霧化した液体（以下、単に霧化液体２４と称する）を所望の場所に噴霧供給することができるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１１】
図１に示すように、超音波霧化装置１０は、支持部１１と、台座１２と、ＰＺＴ振動子１３と、共振体１４と、突起部１５と、共振板１６とが順に積層されており、台座１２、ＰＺＴ振動子１３、共振体１４、突起部１５及び共振板１６が霧化用ダクト２０の内部に配置されるように構成されている。そして、支持部１１が霧化用ダクト２０の底部を構成している。この超音波霧化装置１０は、超音波によって源水２３を霧化し、霧化液体２４を突起部１５の先端表面に設けた共振板１６から噴霧させ、霧化液体２４を超音波振動波に乗せることで噴霧距離を向上させることを特徴としている。また、超音波霧化装置１０は、霧化させるための源水２３を所定時間に所定量供給（たとえば、点滴供給）することで源水２３を霧化し、この霧化液体２４を噴霧するようになっている。
【００１２】
支持部１１は、霧化用ダクト２０の底面を構成するとともに、超音波霧化装置１０が設置される設備機器の筐体等に取り付けられるためのものである。この支持部１１の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、支持部１１の平面形状は、超音波霧化装置１０が取り付けられる設備機器に応じて決定すればよいのである。台座１２は、霧化用ダクト２０内において支持部１１に取り付けられており、ＰＺＴ振動子１３を固定するためのものである。この台座１２の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、台座１２の平面形状は、支持部１１の平面形状と同様に超音波霧化装置１０が取り付けられる設備機器に応じて決定すればよいのである。
【００１３】
ＰＺＴ振動子１３は、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電素子であり、正電極端子部１７及び負電極端子部１８を介してパルス電圧が印加され、発振するようになっている。つまり、ＰＺＴ振動子１３は、パルス電圧が印加されることによって、所定の周波数帯域（一般的な周波数帯域である２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ）の音波（超音波）を発生する機能を有しているのである。つまり、ＰＺＴ振動子１３の周波数帯域を一般的な周波数帯域とすることによって、この帯域以上の周波数帯域での熱処理等の問題の発生を防止することができる。
【００１４】
このＰＺＴ振動子１３の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、ＰＺＴ振動子１３の平面形状は、支持部１１及び台座１２の平面形状と同様に超音波霧化装置１０が取り付けられる設備機器に応じて決定すればよいのである。なお、図１では、正電極端子部１７及び負電極端子部１８が、支持部１１及び台座１２を貫通し、ＰＺＴ振動子１３に接続されるようになっている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、支持部１１及び台座１２を貫通しなくてもＰＺＴ振動子１３に接続されていればよい。
【００１５】
共振体１４は、ＰＺＴ振動子１３の台座１２側とは反対側に取り付けられており、ＰＺＴ振動子１３を保護するとともに、ＰＺＴ振動子１３の発振によって共振するようになっている。つまり、共振体１４は、ＰＺＴ振動子１３の発振によって発生する超音波の周波数の一次振動モード（図１で示す破線Ａ）で、共振現象を起こし、ＰＺＴ振動子１３の発振を増幅させるようになっているのである。また、共振体１４は、内部空間を有し、この内部空間にＰＺＴ振動子１３及び台座１２を配置するように側面の下端部が支持部１１に取り付けられるようになっている。この共振体１４の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、共振体１４の平面形状は、ＰＺＴ振動子１３の平面形状に応じて決定すればよいのである。
【００１６】
なお、共振体１４は、金属で構成されていればよく、材質を特に限定するものではない。つまり、共振体１４の材質は、超音波霧化装置１０の用途、特に源水２３に応じて決定するとよい。源水２３に薬剤（たとえば、Ｈ2Ｏ2（過酸化水素水）等）を用いることで、超音波霧化装置１０を殺菌用として使用するのであれば、共振体１４をその薬剤による腐食を防止できるような金属材料（たとえば、ニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）の合金等）で構成するとよい。そうすれば、薬剤による腐食の進行を防止することができる。
【００１７】
突起部１５は、図１に示すように縦断面形状が台形状として構成されており、共振体１４の上側表面（ＰＺＴ振動子１３が取り付けられている側の反対側の表面）に設けられている。また、図１では、突起部１５の先端表面には、共振板１６が設けられている。突起部１５は、共振体１４と同様に金属製であればよく、材質を特に限定するものではない。なお、突起部１５と共振体１４とを別体として形成し、突起部１５を共振体１４に取り付けるようにしてもよく、突起部１５と共振体１４とを一体的に形成してもよい。また、突起部１５を共振体１４と別体として構成する場合には、共振体１４からの共振波を通過させるような粘性材で突起部１５を共振体１４に取り付けるとよい。
【００１８】
突起部１５は、共振体１４で発生した共振波が内部を固体伝搬する過程で、この共振波の一次共振モード（破線Ｂ）により複数回の「腹」と「節」が出現するようになっている。つまり、突起部１５の固有振動数を共振体１４で増幅された超音波（共振波）の一次振動モード（破線Ａ）に一致させることによって、突起部１５内部を固体伝搬する過程で超音波加振力を更に増幅させるようになっているのである。また、突起部１５の高さを、この突起部１５の固有振動数の一次共振モード（破線Ｂ）の「腹」と一致するように決定しているので、突起部１５の先端表面に設けた共振板１６で源水２３を効率よく霧化し、噴霧することが可能になる。
【００１９】
さらに、図１に示すように、突起部１５の先端表面に共振板１６を設けている場合にあっては、突起部１５の内部を固体伝搬した超音波の一次共振モード（破線Ｂ）で共振現象を起こし、突起部１５の内部を固体伝搬してきた超音波を更に増幅させることができる。したがって、共振板１６の表面で効率よく源水２３を霧化させることができるのである。なお、共振板１６も、超音波を通過させるような粘性材を使用して突起部１５の先端表面に取り付けるとよい。また、共振板１６を設けずに、突起部１５の先端表面から霧化液体２４を直接噴霧させるようにしてもよい。
【００２０】
図１に示すように、突起部１５の縦断面形状が台形状となるように突起部１５の全体形状を構成するとよい。つまり、突起部１５の先端表面に共振波の一次共振モード（破線Ｂ）が固体伝搬するような形状で突起部１５を構成するとよいのである。このように、突起部１５の縦断面形状を台形状とするには、たとえば突起部１５の全体を円錐台形状や、角錐台形状（三角錐台や四角錐台、六角錐台等）として構成すればよい。また、突起部１５の底面の形状は、共振体１４の平面形状（特に、突起部１５を取り付ける表面の平面形状）に応じて決定するとよい。
【００２１】
共振板１６は、上述したように突起部１５の先端表面に取り付けられており、突起部１５の内部を固体伝搬してきた超音波によって共振するようになっている。つまり、共振板１６は、突起部１５から伝搬した超音波の一次共振モード（破線Ｂ）で、共振現象を起こすようになっているのである。この共振板１６の平面形状は、たとえば円形状や多角形状として構成するとよい。つまり、共振板１６の平面形状は、突起部１５の先端表面の平面形状に応じて決定するとよい。なお、共振板１６は、金属で構成されていればよく、材質を特に限定するものではない。つまり、共振板１６の材質は、共振体１４と同様に超音波霧化装置１０の用途、特に源水２３に応じて決定するとよい。
【００２２】
霧化用ダクト２０は、筒状に構成されており、超音波導波管として機能するようになっている。そして、内側に、台座１２、共振体１４、ＰＺＴ振動子１３、突起部１５及び共振板１６が配置されている。ＰＺＴ振動子１３で発生する超音波によって、共振体１４及び突起部１５の全体も加振しており、この超音波による振動波（以下、単に超音波振動波と称する）が共振体１４及び突起部１５の全体からも放射されている（図３で示す破線Ｄ）。したがって、霧化用ダクト２０内には、超音波振動波が伝搬していることになり、霧化用ダクト２０の内径及び霧化用ダクトの高さ（深さ）で決定する共鳴現象により、霧化用ダクト２０内に伝搬した超音波振動波が更に増幅される。
【００２３】
このように、霧化用ダクト２０を装着することによって、霧化用ダクト２０の外部からの空気の伝搬がなくなり、超音波振動波の減衰を低減することができる。したがって、霧化用ダクト２０を設けることによって、共振板１６の表面（共振板１６を設けていない場合にあっては突起部１５の先端表面）から発生する超音波振動波の減衰を低減することができ、霧化液体２４の噴霧距離を長くすることが可能となる。なお、霧化用ダクト２０の内径及び霧化用ダクト２０の高さは、超音波振動波による共鳴現象を考慮して決定するとよい。
【００２４】
また、この超音波霧化装置１０には、霧化用タンク２１と、送風ファン２５とが設けられている。この霧化用タンク２１及び送風ファン２５は、霧化用ダクト２０に取り付けられている。霧化用タンク２１には、源水２３を共振板１６の表面に供給するための流水口２２が設けられている。この流水口２２の液体出口は、共振板１６の表面の近傍に配置されている。また、霧化用タンク２１には、源水２３を共振板１６の表面に所定量供給できるように弁装置が備えられている（図３で詳細に説明する）。
【００２５】
送風ファン２５は、共振板１６の表面の近傍に配置されており、霧化液体２４を遠くに飛ばすための機能を有している。つまり、送風ファン２５から吹き出される流体（空気）の流れに霧化液体２４を乗せて、霧化用ダクト２０内を浮遊させることができるのである。この超音波霧化装置１０では、霧化液体２４の噴霧距離を長くすることが可能であるが、霧化用ダクト２０及び送風ファン２５を設けることで、更に噴霧距離を長くすることが可能になっている。なお、送風ファン２５は、霧化液体２４を飛ばすことができるものであればよく、種類を特に限定するものではない。つまり、送風ファン２５は、取り付けられる霧化用ダクト２０の形状に応じて種類（たとえば、軸流ファンや遠心ファン等）を決定するとよい。
【００２６】
ここで、霧化液体２４の噴霧について簡単に説明する。上述したように、ＰＺＴ振動子１３から発生する超音波の一次振動モード（破線Ａ）によって、共振体１４が共振現象を起こす。共振体１４の共振現象により、一次共振モード（破線Ｂ）の共振周波数を有する共振波が共振体１４から発生する。そして、この共振波が突起部１５の内部を固体伝搬し、共振板１６に伝搬する。このとき、共振板１６の表面には、霧化用タンク２１から源水２３が流水口２２を介して所定量供給されている。この源水２３は、共振板１６に伝搬した共振波によって霧化され、噴霧される。
【００２７】
この噴霧された霧化液体２４は、霧化用ダクト２０が設けられていなくても、噴霧されることになるが、霧化用ダクト２０を設けることで、霧化用ダクト２０内に伝搬している超音波振動波によって噴霧距離を向上させることができる。また、共振板１６の表面の近傍には、送風ファン２５が設けられているので、この送風ファン２５から供給される空気によって霧化液体２４の噴霧距離を更に向上させることが可能になっている。このような原理に基づいて霧化液体２４を噴霧しているのである。
【００２８】
この超音波霧化装置１０では、突起部１５の高さを突起部１５の固有振動数の一次共振モード（破線Ｂ）の「腹」と一致するようにしているので、共振体１４で発生した共振波が突起部１５に伝搬し、この突起部１５の内部を共振波が固体伝搬することによって、突起部１５の先端表面からは増幅された共振波が発生することになる。また、突起部１５の先端表面に共振板１６を設けているので、この共振板１６の共振現象によって、突起部１５を固体伝搬してきた共振波を更に増幅させることができる。
【００２９】
すなわち、この実施の形態に係る超音波霧化装置１０では、ＰＺＴ振動子１３から発生した超音波が共振体１４で増幅され、この共振波の一次共振モード（破線Ｂ）により複数回の「腹」と「節」が出現し、このうちの「腹」と一致する位置で突起部１５の高さを決定するために共振体１４で発生した共振波が突起部１５の内部を固体伝搬する過程で更に増幅され、突起部１５の先端表面には、突起部１５の内部を固体伝搬してきた共振波と共振する共振板１６を設けているために、共振波が更に増幅されるようになっているので、源水２３を効率よく霧化することが可能になっている。
【００３０】
また、この実施の形態に係る超音波霧化装置１０は、圧電素子を構成するＰＺＴ振動子１３が入手し易い２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ程度の周波数帯域を発生するものでよく、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の共振現象を利用することで振幅も大きくなり、発生する超音波の音圧レベルも高いというメリットがある。さらに、ＰＺＴ振動子１３の発生周波数が２０〜８０ｋＨｚと比較的低いために、この帯域以上の周波数帯域で発生するＰＺＴ振動子１３の熱処理等の問題も生じないために、ＰＺＴ振動子１３を常に源水２３で濡らしておく必要がない。したがって、源水２３を供給できない等の場合が発生しているときであっても、ＰＺＴ振動子１３の熱による損傷を防止することができる。
【００３１】
図２は、ＰＺＴ振動子１３をバイモルフ（複合板）構造とした状態を示す主要部の縦断面図である。図２に基づいて、バイモルフ構造としたＰＺＴ振動子１３から発生する超音波の周波数の一次振動モード（図２で示す破線Ｃ）について説明する。この超音波霧化装置１０では、ＰＺＴ振動子１３をバイモルフ型の圧電素子として機能させている。つまり、厚み方向に分極されたＰＺＴ振動子１３ａ及びＰＺＴ振動子１３ｂを積層させ、貼り合わせて、パルス電圧を印加するようになっているのである。
【００３２】
ＰＺＴ振動子１３をバイモルフ構造としてパルス電圧を印加すると、一方の圧電素子（ＰＺＴ振動子１３ａ）は縮み、他方の圧電素子（ＰＺＴ振動子１３ｂ）は伸び、全体としては変位が大きくなる。つまり、ＰＺＴ振動子１３ａ及びＰＺＴ振動子１３ｂのそれぞれにパルス電圧を印加すると、伸縮方向を逆にすることができ、全体として大きな変位が発生するのである。その結果、ＰＺＴ振動子１３全体から発生する超音波の周波数の一次振動モード（破線Ｃ）が大きくなるである。
【００３３】
図３は、超音波霧化装置１０の制御例を示す説明図である。図３に基づいて、超音波霧化装置１０の制御の一例について説明する。制御コントロール部３０は、周波数発信回路部３１からパルス電圧を周期的に繰り返し発信させ、正電極端子部１７及び負電極端子部１８を介してＰＺＴ振動子１３に印加する。そうすると、ＰＺＴ振動子１３は、発振し、所定の周波数帯域の超音波を発生する。このＰＺＴ振動子１３の発振で共振体１４の全体が共振現象を起こし、共振体１４の全体から共振波が発生する。この共振波は、突起部１５の内部を固体伝搬する過程で超音波加振力を更に増幅されて突起部１５の先端表面に到達する。
【００３４】
一方、制御コントロール部３０は、設定されている所定の時間や利用者から要求された所定の時間に基づいて、霧化用タンク２１から所定量の源水２３を共振板１６の表面に供給するために弁制御部３３に霧化用タンク２１に設けられている弁装置の開閉を指示する。弁制御部３３は、制御コントロール部３０からの指示に基づいて、弁装置の開閉を制御し、源水２３を共振板１６の表面に所定量供給する。そして、突起部１５の先端表面に到達した共振波は、共振板１６で更に増幅されることで、この共振板１６の表面に供給された源水２３を霧化する。
【００３５】
さらに、超音波霧化装置１０には、超音波導波管として機能する霧化用ダクト２０が設けられているために、霧化用ダクト２０内には、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の共振現象、霧化用ダクト２０の共鳴現象により超音波振動波（図３で示す破線Ｄ）が繰り返し強力に発生していることになる。また、霧化用ダクト２０は、外部からの空気の伝搬をなくし、超音波振動波（破線Ｄ）の減衰を低減している。すなわち、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の全体から発生した超音波振動波（破線Ｄ）が粗密を繰り返しながら、霧化用ダクト２０内を伝搬することになるのである。
【００３６】
この超音波振動波（破線Ｄ）に、霧化液体２４が乗ることで、霧化液体２４の噴霧距離を長くすることができる。霧化用ダクト２０に設けることによって、共振体１４、突起部１５及び共振板１６の全体から発生する超音波振動波（破線Ｄ）の減衰を低減することができ、霧化用ダクト２０のダクト長を長くしても、超音波振動波（破線Ｄ）が長い距離でも伝搬することになる。また、制御コントロール部３０は、霧化液体２４の噴霧距離を長くするために、送風ファン制御部３２に送風ファン２５の駆動を指示する。したがって、霧化液体２４は、この送風ファン２５の駆動によって、霧化用ダクト２０の外部まで噴霧されることになる。
【００３７】
したがって、超音波霧化装置１０が設置される設備機器に応じて、霧化用ダクト２０の形状を変形させれば、送風ファン２５との併用によって、霧化液体２４を供給させたい位置に関わらず所定量の霧化液体２４を供給させることができる。すなわち、超音波霧化装置１０が設置される設備機器の用途に応じて、霧化用ダクト２０及び送風ファン２５の着脱を決定するとよいのである。なお、ＰＺＴ振動子１３を単板構造ではなく、図２で示したようなバイモルフ構造とすれば、更に強力な超音波を発生することができる。
【００３８】
この実施の形態に係る超音波霧化装置１０を設置可能な設備機器としては、たとえばエアコンや冷凍装置等の空気調和装置の室内ユニットや、ネブライザ（吸入器）、脱臭器、噴霧器、加湿器、冷蔵庫等がある。すなわち、源水２３を霧化して噴霧させる必要性のある設備機器であれば、超音波霧化装置１０を設置することができるのである。また、室内ユニットに超音波霧化装置１０を備える場合には、室内ユニット内の殺菌用途に使用することができ、冷蔵庫に超音波霧化装置１０を備える場合には、庫内の食品を乾燥させないように使用することもできる。なお、超音波霧化装置１０を設置する設備機器に応じて、霧化用ダクト２０を設置すればよい。
【００３９】
また、実施の形態では、圧電素子としてＰＺＴ振動子１３を一例として説明したが、これに限定するものではない。たとえば、セラミック型の圧電素子や高分子型の圧電素子等の圧電素子であってもよい。また、霧化用ダクト２０は、超音波導波管として機能させればよく、円筒状や角柱状に構成し、内部を円柱状にくり抜くようにしてもよい。また、超音波霧化装置１０が設置される設備機器に応じて、霧化用ダクト２０の形状を変形させたり、内径を小さくしたりするとよい。
【００４０】
図３では、制御コントロール部３０と、周波数発信回路部３１と、送風ファン制御部３２と、弁制御部３３とがそれぞれ別に設けられている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、制御コントロール部３０と、周波数発信回路部３１と、送風ファン制御部３２と、弁制御部３３とを１つの制御部として機能させてもよい。また、制御コントロール部３０、送風ファン制御部３２及び弁制御部３３は、マイクロコンピュータ等で構成するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施の形態に係る超音波霧化装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】ＰＺＴ振動子をバイモルフ構造とした状態を示す主要部の縦断面図である。
【図３】超音波霧化装置の制御例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 超音波霧化装置、１１ 支持部、１２ 台座、１３ ＰＺＴ振動子、１３ａ ＰＺＴ振動子、１３ｂ ＰＺＴ振動子、１４ 共振体、１５ 突起部、１６ 共振板、１７ 正電極端子部、１８ 負電極端子部、２０ 霧化用ダクト、２１ 霧化用タンク、２２ 流水口、２３ 源水、２４ 霧化液体、２５ 送風ファン、３０ 制御コントロール部、３１ 周波数発信回路部、３２ 送風ファン制御部、３３ 弁制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波によって液体を霧化する超音波霧化装置であって、
圧電素子で構成され、所定の周波数帯域の超音波を発生する振動子と、
前記振動子に取り付けられ、前記振動子の振動と共振することで共振波を発生する共振体と、
前記共振体の前記振動子側とは反対側に取り付けられ、前記共振体からの共振波が内部を固体伝搬し、この共振波と固有振動数を一致させた突起部とを備えた
ことを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項２】
霧化させる液体である源水を前記突起部の先端表面に所定量供給するための弁装置を備えた霧化用タンクと、
前記弁装置の開閉を制御する制御コントロール部とを設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
【請求項３】
前記突起部の先端表面を前記突起部の固有振動数の一次共振モードの腹と一致させるように突起部の高さを決定した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波霧化装置。
【請求項４】
前記振動子、前記共振体及び前記突起部を内側に配置する霧化用ダクトを設けた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項５】
前記突起部の先端表面の近傍に送風ファンを設けた
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項６】
前記突起部の先端表面に、前記突起部を固体伝搬した共振波と共振する共振板を設けた ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項７】
前記振動子、前記共振体、前記突起部及び前記共振板を超音波を通過させる粘性材により取り付けている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項８】
前記振動子を複合板構造とした
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項９】
前記請求項１〜８のいずれかに記載の超音波霧化装置を備えた
ことを特徴とする設備機器。
【請求項１】
超音波によって液体を霧化する超音波霧化装置であって、
圧電素子で構成され、所定の周波数帯域の超音波を発生する振動子と、
前記振動子に取り付けられ、前記振動子の振動と共振することで共振波を発生する共振体と、
前記共振体の前記振動子側とは反対側に取り付けられ、前記共振体からの共振波が内部を固体伝搬し、この共振波と固有振動数を一致させた突起部とを備えた
ことを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項２】
霧化させる液体である源水を前記突起部の先端表面に所定量供給するための弁装置を備えた霧化用タンクと、
前記弁装置の開閉を制御する制御コントロール部とを設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
【請求項３】
前記突起部の先端表面を前記突起部の固有振動数の一次共振モードの腹と一致させるように突起部の高さを決定した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波霧化装置。
【請求項４】
前記振動子、前記共振体及び前記突起部を内側に配置する霧化用ダクトを設けた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項５】
前記突起部の先端表面の近傍に送風ファンを設けた
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項６】
前記突起部の先端表面に、前記突起部を固体伝搬した共振波と共振する共振板を設けた ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項７】
前記振動子、前記共振体、前記突起部及び前記共振板を超音波を通過させる粘性材により取り付けている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項８】
前記振動子を複合板構造とした
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項９】
前記請求項１〜８のいずれかに記載の超音波霧化装置を備えた
ことを特徴とする設備機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２０７０５４（Ｐ２００８−２０７０５４Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４３５４５（Ｐ２００７−４３５４５）
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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