超音波霧化装置及び霧化用振動子
【課題】 使用する圧電素子を高い信頼性で保護でき、使用する液体の制限が少ない超音波霧化装置、及びこれに用いる霧化用振動子を提供する。
【解決手段】 超音波霧化装置２０は、霧化用振動子１０を超音波振動させて、この超音波により液体ＷＴを霧化する。霧化用振動子１０は、圧電セラミックスからなる圧電素子１１と、この圧電素子１１のうち、液体ＷＴに対向する液体対向面１７を含む被着面１４を被覆した絶縁樹脂膜１５と、を有し、液体対向面１７が液体ＷＴに対向して、絶縁樹脂膜１５が液体ＷＴに接する形態に配置されてなる。絶縁樹脂膜１５は、モノマを、圧電素子１１の被着面１４に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる。
【解決手段】 超音波霧化装置２０は、霧化用振動子１０を超音波振動させて、この超音波により液体ＷＴを霧化する。霧化用振動子１０は、圧電セラミックスからなる圧電素子１１と、この圧電素子１１のうち、液体ＷＴに対向する液体対向面１７を含む被着面１４を被覆した絶縁樹脂膜１５と、を有し、液体対向面１７が液体ＷＴに対向して、絶縁樹脂膜１５が液体ＷＴに接する形態に配置されてなる。絶縁樹脂膜１５は、モノマを、圧電素子１１の被着面１４に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を超音波により霧化する超音波霧化装置、及びこれに用いる霧化用振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電セラミックスからなる霧化用圧電素子を用いた超音波霧化装置として、室内加湿用の家庭用霧化器や少量の薬液等を霧化する医療用霧化器など様々な用途のものが知られている。例えば、室内加湿用の家庭用霧化器として、水を入れた水槽の底部に圧電素子を取り付けたものが知られている。
このようなものでは、例えば、特許文献１，２に記載されているように、霧化する液体が圧電素子に直接触れないように、ステンレス等の金属板を圧電素子に接着し、この金属板を液体と圧電素子との間に介在させるなどの形態とすることが多い。また、金属板に代えて、フッ素樹脂等の樹脂をコーティングしたり、金属板にさらに油膜を塗布し、樹脂膜を貼り付ける場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３０１０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２７１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、使用する液体によっては、金属板自身が溶解・腐食する虞もある（例えば、ＳＵＳ板に次亜塩素酸水を用いる場合）など、用いる金属板の材質によって、使用できる液体の制限がされる場合があった。また、前述の特許文献１，２に記載のような、樹脂のコーティングでは、樹脂層にピンホールができやすく、ここから滲入した液体により、金属板や電極層が腐食する虞があった。また油膜の塗布と樹脂膜の貼り付けでは、これらを強固に保持することができず、超音波振動であるいは手指や工具が触れることで、樹脂膜等がずれたり剥がれたりして、結局、金属板に腐食が生じる虞があるなど、これらの手法でも信頼性が十分でなかった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、使用する圧電素子を高い信頼性で保護でき、使用する液体の制限が少ない超音波霧化装置、及びこれに用いる霧化用振動子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】
【０００６】
その解決手段は、霧化用振動子を超音波振動させて、この超音波により上記液体を霧化する超音波霧化装置であって、上記霧化用振動子は、圧電セラミックスからなる圧電素子と、上記圧電素子のうち、上記液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、上記液体対向面が上記液体に対向して、上記絶縁樹脂膜が上記液体に接する形態に配置されてなり、上記絶縁樹脂膜は、モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる超音波霧化装置である。
【０００７】
本件発明の超音波霧化装置では、霧化用振動子として、圧電素子の被着面上に絶縁樹脂膜を備えたものを用い、しかも、従来のように金属板を介在させず、絶縁樹脂膜が液体に接するようにしている。さらに、この絶縁樹脂膜は、モノマを被着面に堆積、重合させて樹脂化したパラキシリレン系ポリマからなる。
このようにして形成したパラキシリレン系ポリマからなる絶縁樹脂膜には、ピンホールが無い。このため、絶縁樹脂膜に接した液体がこの絶縁樹脂膜を通って圧電素子（その電極層）にまで滲入することがない。また、密着強度が高く、超音波振動によって、あるいは手指や工具が触れることによって絶縁樹脂膜が剥がれることもない。さらに、パラキシリレン系ポリマは、耐薬品性が高く、多くの薬液に対して安定であるため、超音波霧化装置で使用する液体の制限を低減できる。
【０００８】
なお、パラキシリレン系ポリマとしては、パリレン（登録商標）が挙げられる。また、モノマを、霧化用振動子の被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化して、パラキシリレン系を形成するには、例えば、キシリレンモノマの二量体（ダイマ）を真空中で加熱し、熱分解させて気化したモノマを得、これを圧電素子にまで導いて、その表面上に堆積させ、モノマ同士を重合させ、樹脂化するとよい。
【０００９】
さらに、上述の超音波霧化装置であって、前記圧電素子は、板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、前記絶縁樹脂膜は、上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなり、上記第１主面を前記液体に向けて、上記圧電素子を配置してなる超音波霧化装置とすると良い。
【００１０】
本発明の超音波霧化装置において、圧電素子の第１電極層は、圧電セラミックス板の第１主面から第２主面まで延びている。このため、第２主面には、第１電極層（の一部）と第２電極層の両者が配置されている。その一方、絶縁樹脂膜が、被着面をなす第１主面、側面、これらに形成された第１電極層を被覆している。
このため、第１主面を確実に絶縁樹脂膜で覆う一方、第１電極層及び第２電極層への電気的接続は、第２主面上で容易に行うことができる。
【００１１】
さらに、上記いずれかに記載の超音波霧化装置であって、前記圧電セラミックス板は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に、周波数１〜５ＭＨｚの電気信号を加えたとき、厚み方向に共振する寸法にされてなる超音波霧化装置とするのが好ましい。
このような高周波（１〜５ＭＨｚ）の超音波を液体に加えることにより、直径が極めて小さい（例えば、３μｍφ程度）液滴を容易に発生させることができる。
【００１２】
さらに、上述のいずれかに記載の超音波霧化装置であって、前記液体は、次亜塩素酸水であり、上記液体の触れる部材を、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料で構成してなる超音波霧化装置とすると良い。
【００１３】
次亜塩素酸水は、ノロウィルスなどのウィルスやＯ１５７などの細菌の消毒のために用いられる薬剤である。
しかしながら、次亜塩素酸水は酸性を示し、金属を腐食しやすい。前述したように、従来、霧化用振動子に金属板を接着し、この金属板を液体に接するようにして用いる超音波霧化装置が知られているが、金属板にＳＵＳを用いた場合でも、液体に次亜塩素酸水を用いた場合には、そのｐＨなどによっては、短時間でＳＵＳ板が腐食され使用困難となる場合がある。次亜塩素酸水によるＳＵＳ板の腐食が、超音波振動により促進されるためであると考えられる。従って、次亜塩素酸水の霧化を、長期に亘って可能とする超音波霧化装置が求められていた。
【００１４】
これに対し、本発明の超音波霧化装置では、ＳＵＳなどの金属板を用いること無く、圧電素子と液体（次亜塩素酸水）との間には、パラキシリレン系ポリマからなる絶縁樹脂膜が介在し、この絶縁樹脂膜が液体（次亜塩素酸水）と接している。このため、従来のように金属板が腐食することがない。しかも前述したようにピンホールが無いため、次亜塩素酸水がこの絶縁樹脂膜に滲入することがないので、圧電素子に形成した電極層が腐食することも防止できる。
さらに、本発明の超音波霧化装置では、液体の触れる部材を、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料で構成してなるので、各部材が次亜塩素酸水に接触して腐食することがない。かくして、次亜塩素酸水に触れる、霧化用振動子及び他の部材について腐食することなく使用することができるから、次亜塩素酸水の霧化を長期に亘って行うことができる。
なお、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料としては、例えば、ＡＢＳ，ＰＰ，ＰＥなどのプラスチックが挙げられる。
【００１５】
他の解決手段は、超音波霧化装置に用いる霧化用振動子であって、圧電セラミックスからなる圧電素子と、上記圧電素子のうち、霧化する液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、上記絶縁樹脂膜は、モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる霧化用振動子である。
【００１６】
本件発明の霧化用振動子は、圧電素子の被着面上に、液体に接する絶縁樹脂膜を備える。さらに、この絶縁樹脂膜は、モノマを被着面に堆積、重合させて樹脂化したパラキシリレン系ポリマからなる。
このようにして形成したパラキシリレン系ポリマからなる絶縁樹脂膜には、ピンホールが無い。このため、絶縁樹脂膜に接した液体がこの絶縁樹脂膜を通って圧電素子（その電極層）にまで滲入することがない。また、密着強度が高く、超音波振動によって、あるいは手指や工具の接触によって絶縁樹脂膜が剥がれることもない。さらに、パラキシリレン系ポリマは、耐薬品性が高く、多くの薬液に対して安定であるため、この霧化用振動子を用いた超音波霧化装置で使用する液体の制限を低減できる。
【００１７】
さらに、上述の霧化用振動子であって、前記圧電素子は、板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、前記絶縁樹脂膜は、上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなる霧化用振動子とすると良い。
【００１８】
本発明の霧化用振動子において、圧電素子の第１電極層は、圧電セラミックス板の第１主面から第２主面まで延びている。このため、第２主面には、第１電極層（の一部）と第２電極層の両者が配置されている。その一方、絶縁樹脂膜が、第１主面、側面、及びこれらの形成された第１電極層を被覆している。
このため、第１主面を確実に絶縁樹脂膜で覆う一方、第１電極層及び第２電極層への電気的接続は、第２主面上で容易に行うことができる。
【００１９】
さらに、上記いずれかに記載の霧化用振動子であって、前記圧電セラミックス板は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に、周波数１〜５ＭＨｚの電気信号を加えたとき、厚み方向に共振する寸法にされてなる霧化用振動子とするのが好ましい。
このように高周波で共振する霧化用振動子を用いれば、直径の極めて小さい（例えば、３μｍφ程度）の液滴を容易に発生できる超音波霧化装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態にかかる霧化用振動子の縦断面図である。
【図２】実施形態にかかる超音波霧化装置の構造および使用状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を、図１，図２を参照して説明する。
図１に示す、本実施形態の霧化用振動子１０は、圧電素子１１と、これに被着された絶縁樹脂膜１５とからなる。このうち、圧電素子１１は、円板形状で、圧電セラミックスからなる圧電セラミックス板１２、この圧電セラミックス板１２の一方の主面である第１主面１２Ａ上に形成された第１電極層１３Ａ、及び、他方の主面である第２主面１２Ｂ上に形成された第２電極層１３Ｂを有している。なお、第１電極層１３Ａは、圧電セラミックス板１２の第１主面１２Ａ上に拡がるほか、側面１２Ｃを経由して第２主面１２Ｂ上にまで延びている。このため、第２主面１２Ｂ上には、第２電極層１３Ｂが拡がるほか、第１電極層１３Ａも形成されている。
【００２２】
また、絶縁樹脂膜１５は、圧電セラミックス板１２の第１主面１２Ａ及び側面１２Ｃを覆うように形成されている。さらに詳細には、第１主面１２Ａ及び側面１２Ｃのほか、第１主面１２Ａ上と側面１２Ｃ上とに形成された第１電極層１３Ａの上面１３Ａ１を被着面１４として、この被着面１４上に形成されている。なお、後述するように、被着面１４の中央部分が、液体ＷＴに対向する液体対向面１７となる。
【００２３】
この絶縁樹脂膜１５は、パラキシリレン系ポリマからなる。この絶縁樹脂膜１５は、以下のようにして形成する、即ち、キシリレン系モノマの二量体（ダイマ）を、真空中で加熱して熱分解させて、気化したキシリレンモノマを生成し、これを圧電素子１１にまで導いて、その被着面１４上に堆積させる。すると、堆積したキシリレンモノマ同士が互いに重合して樹脂化し、パラキシリレン系ポリマとなる。なお、その厚みを１５μｍとした。
なお、絶縁樹脂膜１５の厚みは、５μｍ以上とするのが好ましい。５μｍを下回ると、膜性能が低下するからである。一方、厚みを２０μｍ以下とするのが好ましい。厚みを２０μｍを越えて増しても、特性の向上が見込めず、コストアップとなるからである。
【００２４】
ついで、この霧化用振動子１０を用いた超音波霧化装置２０について、図２を参照して説明する。この超音波霧化装置２０は、主として、ＡＢＳ樹脂からなり、液体ＷＴ（本実施形態では、次亜塩素酸水）を収容する液体容器２１と、前述の霧化用振動子１０と、これを駆動する駆動回路２５とからなる。
このうち、液体容器２１の底部２１Ｂには、開口が設けられている。この容器２１内において、開口２１Ｈには、同じくＡＢＳ樹脂からなり、中空で、外形が円錐台形状のホーン２２が取り付けられている。一方、容器２１の下面２１Ｋ側（図２において下方）には、周縁を絶縁ゴムからなる振動子保持具２３で挟持された霧化用振動子１０が配置されており、コ字状の振動子固定具２４で振動子保持具２３を液体容器２１に固定することによって、霧化用振動子１０も容器２１に固定されている。
【００２５】
なお、この霧化用振動子１０と振動子保持具２３は、両者で、開口２１Ｈを下面２１Ｋ側から、液密に閉塞する形態に配置されている。また、霧化用振動子１０の下面１０Ｋ側から、２本のリード線ＬＷが取り出されている。各リード線ＬＷの一方端は、具体的には、第２主面１２Ｂに形成された第２電極層１３Ｂ、およびこの第２主面１２Ｂまで延ばされた第１電極層１３Ａにそれぞれ接続している。一方、リード線ＬＷの他方端は、それぞれ駆動回路２５に接続されている。
さらに、霧化用振動子１０、振動子固定具２４、駆動回路２５は、液体容器２１と筐体２７とで構成される空間内に収容されている。このため、これらは、液体ＷＴ（霧ＷＫ）から隔離されている。
【００２６】
そして、駆動回路２５で発生する２．４ＭＨｚの高周波電圧を、リード線ＬＷを通じて霧化用振動子１０（圧電素子１１）に印加すると、圧電素子１１が共振して超音波振動して、これに接する液体ＷＴ中に超音波が放射される。放射された超音波は、開口２１Ｈ及びホーン２２を通じて、図中上方に放出され、液体ＷＴが盛り上がって液柱ＷＣを生じさせる。そしてその先端では、液体ＷＴの一部が霧化されて霧ＷＫ（液滴）となって放出される。
ここで、高周波電圧の周波数を、２．４ＭＨｚとした。このため、霧（液滴）ＷＫの粒径を、３μｍ程度のごく小さなものとし、これを安定して発生させることができる。
【００２７】
ところで、本実施形態の超音波霧化装置２０では、図１を参照すると容易に理解できるように、霧化用振動子１０（圧電素子１１）は、第１電極層１３Ａの上面１３Ａ１（被着面１４）のうち、振動子保持具２３より内側の中央部分である液体対向面１７が、液体ＷＴと対向している。そしてこの液体対向面１７と、液体ＷＴとの間に、絶縁樹脂膜１５が介在し、この絶縁樹脂膜１５が液体ＷＴに接している。
【００２８】
この絶縁樹脂膜１５は、前述のように、溶剤等を用いることなく、真空中でモノマを堆積させこれを重合して形成するので、この絶縁樹脂膜１５自身にピンホールが形成され難い。このため、この絶縁樹脂膜１５に接した水や次亜塩素酸水などの液体ＷＴが、この絶縁樹脂膜１５を通って圧電素子１１の第１電極層１３Ａにまで滲入し、これを腐食したり絶縁を低下させるなどの不具合を生じさせることがない。また、絶縁樹脂膜１５（パラキシリレン系ポリマ）は、圧電セラミックス板１２や第１電極層１３Ａとの密着強度が高く、霧化用振動子１０を超音波振動させても、これによって絶縁樹脂膜１５が剥がれることもない。
【００２９】
さらに、本実施形態の霧化用振動子１０には、従来のように、金属板や接着層を備えない。このため、この超音波霧化装置２０において、液体ＷＴが無くなって空炊き（無負荷駆動）状態となっても、接着層が剥がれるなどの不具合を生じることもない。また、空炊きの場合、金属板等の無い分、負荷が小さく、圧電素子１１の昇温も抑えられ、その劣化を抑制することができる。
また、絶縁樹脂膜１５（パラキシリレン系ポリマ）は、次亜塩素酸水をはじめとして、各種の耐薬品性の高く、多くの薬液に対して安定である。このため、本実施形態では、液体ＷＴとして、次亜塩素酸水を用いているが、長期間（例えば数１０００時間）に亘って安定して霧化を行うことができるなど、この超音波霧化装置２０で使用する液体ＷＴの制限を低減できる。さらに、金属板を用いないので、圧電素子１１から見た負荷が軽いため、効率よく液体ＷＴを霧化することができるから、霧化量を向上させた超音波霧化装置となる。
しかも、超音波霧化装置２０では、液体ＷＴが触れる液体容器２１、ホーン２２についても、次亜塩素酸水に耐性を有する材質（ＡＢＳ樹脂）で構成したので、これらが腐食して不具合を生じさせることもない。
【００３０】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、ホーン２２を用いた例を示したが、用いなくとも良い。また、容器２１に液体ＷＴを収容して、この液体ＷＴを霧化する形態の超音波霧化装置２０を示したが、例えばスポンジやメッシュを用いて液体を供給し、これを霧化用振動子で霧化する形態としても良い。また、霧化用振動子１０として、単板の圧電セラミックス板１２からなる圧電素子１１を用いた例を示した。しかし、積層型の圧電素子を用いても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 霧化用振動子
１０Ｋ 下面
１１ 圧電素子
１２ 圧電セラミックス板
１２Ａ 第１主面
１２Ｂ 第２主面
１２Ｃ 側面
１３Ａ 第１電極層
１３Ａ１ （第１電極層の）上面
１３Ｂ 第２電極層
１４ 被着面
１５ 絶縁樹脂膜
１７ 液体対向面
２０ 超音波霧化装置
２１ 液体容器
２１Ｂ （液体容器の）底部
２１Ｈ 開口
２２ ホーン
２２Ｈ ホーン開口
２３ 振動子保持具
２４ 振動子固定具
２５ 駆動回路
２７ 筐体
ＷＴ 霧化用液体
ＷＣ 液柱
ＷＫ 霧(霧化された液体)
ＬＷ リード線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を超音波により霧化する超音波霧化装置、及びこれに用いる霧化用振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電セラミックスからなる霧化用圧電素子を用いた超音波霧化装置として、室内加湿用の家庭用霧化器や少量の薬液等を霧化する医療用霧化器など様々な用途のものが知られている。例えば、室内加湿用の家庭用霧化器として、水を入れた水槽の底部に圧電素子を取り付けたものが知られている。
このようなものでは、例えば、特許文献１，２に記載されているように、霧化する液体が圧電素子に直接触れないように、ステンレス等の金属板を圧電素子に接着し、この金属板を液体と圧電素子との間に介在させるなどの形態とすることが多い。また、金属板に代えて、フッ素樹脂等の樹脂をコーティングしたり、金属板にさらに油膜を塗布し、樹脂膜を貼り付ける場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３０１０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２７１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、使用する液体によっては、金属板自身が溶解・腐食する虞もある（例えば、ＳＵＳ板に次亜塩素酸水を用いる場合）など、用いる金属板の材質によって、使用できる液体の制限がされる場合があった。また、前述の特許文献１，２に記載のような、樹脂のコーティングでは、樹脂層にピンホールができやすく、ここから滲入した液体により、金属板や電極層が腐食する虞があった。また油膜の塗布と樹脂膜の貼り付けでは、これらを強固に保持することができず、超音波振動であるいは手指や工具が触れることで、樹脂膜等がずれたり剥がれたりして、結局、金属板に腐食が生じる虞があるなど、これらの手法でも信頼性が十分でなかった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、使用する圧電素子を高い信頼性で保護でき、使用する液体の制限が少ない超音波霧化装置、及びこれに用いる霧化用振動子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】
【０００６】
その解決手段は、霧化用振動子を超音波振動させて、この超音波により上記液体を霧化する超音波霧化装置であって、上記霧化用振動子は、圧電セラミックスからなる圧電素子と、上記圧電素子のうち、上記液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、上記液体対向面が上記液体に対向して、上記絶縁樹脂膜が上記液体に接する形態に配置されてなり、上記絶縁樹脂膜は、モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる超音波霧化装置である。
【０００７】
本件発明の超音波霧化装置では、霧化用振動子として、圧電素子の被着面上に絶縁樹脂膜を備えたものを用い、しかも、従来のように金属板を介在させず、絶縁樹脂膜が液体に接するようにしている。さらに、この絶縁樹脂膜は、モノマを被着面に堆積、重合させて樹脂化したパラキシリレン系ポリマからなる。
このようにして形成したパラキシリレン系ポリマからなる絶縁樹脂膜には、ピンホールが無い。このため、絶縁樹脂膜に接した液体がこの絶縁樹脂膜を通って圧電素子（その電極層）にまで滲入することがない。また、密着強度が高く、超音波振動によって、あるいは手指や工具が触れることによって絶縁樹脂膜が剥がれることもない。さらに、パラキシリレン系ポリマは、耐薬品性が高く、多くの薬液に対して安定であるため、超音波霧化装置で使用する液体の制限を低減できる。
【０００８】
なお、パラキシリレン系ポリマとしては、パリレン（登録商標）が挙げられる。また、モノマを、霧化用振動子の被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化して、パラキシリレン系を形成するには、例えば、キシリレンモノマの二量体（ダイマ）を真空中で加熱し、熱分解させて気化したモノマを得、これを圧電素子にまで導いて、その表面上に堆積させ、モノマ同士を重合させ、樹脂化するとよい。
【０００９】
さらに、上述の超音波霧化装置であって、前記圧電素子は、板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、前記絶縁樹脂膜は、上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなり、上記第１主面を前記液体に向けて、上記圧電素子を配置してなる超音波霧化装置とすると良い。
【００１０】
本発明の超音波霧化装置において、圧電素子の第１電極層は、圧電セラミックス板の第１主面から第２主面まで延びている。このため、第２主面には、第１電極層（の一部）と第２電極層の両者が配置されている。その一方、絶縁樹脂膜が、被着面をなす第１主面、側面、これらに形成された第１電極層を被覆している。
このため、第１主面を確実に絶縁樹脂膜で覆う一方、第１電極層及び第２電極層への電気的接続は、第２主面上で容易に行うことができる。
【００１１】
さらに、上記いずれかに記載の超音波霧化装置であって、前記圧電セラミックス板は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に、周波数１〜５ＭＨｚの電気信号を加えたとき、厚み方向に共振する寸法にされてなる超音波霧化装置とするのが好ましい。
このような高周波（１〜５ＭＨｚ）の超音波を液体に加えることにより、直径が極めて小さい（例えば、３μｍφ程度）液滴を容易に発生させることができる。
【００１２】
さらに、上述のいずれかに記載の超音波霧化装置であって、前記液体は、次亜塩素酸水であり、上記液体の触れる部材を、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料で構成してなる超音波霧化装置とすると良い。
【００１３】
次亜塩素酸水は、ノロウィルスなどのウィルスやＯ１５７などの細菌の消毒のために用いられる薬剤である。
しかしながら、次亜塩素酸水は酸性を示し、金属を腐食しやすい。前述したように、従来、霧化用振動子に金属板を接着し、この金属板を液体に接するようにして用いる超音波霧化装置が知られているが、金属板にＳＵＳを用いた場合でも、液体に次亜塩素酸水を用いた場合には、そのｐＨなどによっては、短時間でＳＵＳ板が腐食され使用困難となる場合がある。次亜塩素酸水によるＳＵＳ板の腐食が、超音波振動により促進されるためであると考えられる。従って、次亜塩素酸水の霧化を、長期に亘って可能とする超音波霧化装置が求められていた。
【００１４】
これに対し、本発明の超音波霧化装置では、ＳＵＳなどの金属板を用いること無く、圧電素子と液体（次亜塩素酸水）との間には、パラキシリレン系ポリマからなる絶縁樹脂膜が介在し、この絶縁樹脂膜が液体（次亜塩素酸水）と接している。このため、従来のように金属板が腐食することがない。しかも前述したようにピンホールが無いため、次亜塩素酸水がこの絶縁樹脂膜に滲入することがないので、圧電素子に形成した電極層が腐食することも防止できる。
さらに、本発明の超音波霧化装置では、液体の触れる部材を、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料で構成してなるので、各部材が次亜塩素酸水に接触して腐食することがない。かくして、次亜塩素酸水に触れる、霧化用振動子及び他の部材について腐食することなく使用することができるから、次亜塩素酸水の霧化を長期に亘って行うことができる。
なお、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料としては、例えば、ＡＢＳ，ＰＰ，ＰＥなどのプラスチックが挙げられる。
【００１５】
他の解決手段は、超音波霧化装置に用いる霧化用振動子であって、圧電セラミックスからなる圧電素子と、上記圧電素子のうち、霧化する液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、上記絶縁樹脂膜は、モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる霧化用振動子である。
【００１６】
本件発明の霧化用振動子は、圧電素子の被着面上に、液体に接する絶縁樹脂膜を備える。さらに、この絶縁樹脂膜は、モノマを被着面に堆積、重合させて樹脂化したパラキシリレン系ポリマからなる。
このようにして形成したパラキシリレン系ポリマからなる絶縁樹脂膜には、ピンホールが無い。このため、絶縁樹脂膜に接した液体がこの絶縁樹脂膜を通って圧電素子（その電極層）にまで滲入することがない。また、密着強度が高く、超音波振動によって、あるいは手指や工具の接触によって絶縁樹脂膜が剥がれることもない。さらに、パラキシリレン系ポリマは、耐薬品性が高く、多くの薬液に対して安定であるため、この霧化用振動子を用いた超音波霧化装置で使用する液体の制限を低減できる。
【００１７】
さらに、上述の霧化用振動子であって、前記圧電素子は、板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、前記絶縁樹脂膜は、上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなる霧化用振動子とすると良い。
【００１８】
本発明の霧化用振動子において、圧電素子の第１電極層は、圧電セラミックス板の第１主面から第２主面まで延びている。このため、第２主面には、第１電極層（の一部）と第２電極層の両者が配置されている。その一方、絶縁樹脂膜が、第１主面、側面、及びこれらの形成された第１電極層を被覆している。
このため、第１主面を確実に絶縁樹脂膜で覆う一方、第１電極層及び第２電極層への電気的接続は、第２主面上で容易に行うことができる。
【００１９】
さらに、上記いずれかに記載の霧化用振動子であって、前記圧電セラミックス板は、前記第１電極層と前記第２電極層との間に、周波数１〜５ＭＨｚの電気信号を加えたとき、厚み方向に共振する寸法にされてなる霧化用振動子とするのが好ましい。
このように高周波で共振する霧化用振動子を用いれば、直径の極めて小さい（例えば、３μｍφ程度）の液滴を容易に発生できる超音波霧化装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態にかかる霧化用振動子の縦断面図である。
【図２】実施形態にかかる超音波霧化装置の構造および使用状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を、図１，図２を参照して説明する。
図１に示す、本実施形態の霧化用振動子１０は、圧電素子１１と、これに被着された絶縁樹脂膜１５とからなる。このうち、圧電素子１１は、円板形状で、圧電セラミックスからなる圧電セラミックス板１２、この圧電セラミックス板１２の一方の主面である第１主面１２Ａ上に形成された第１電極層１３Ａ、及び、他方の主面である第２主面１２Ｂ上に形成された第２電極層１３Ｂを有している。なお、第１電極層１３Ａは、圧電セラミックス板１２の第１主面１２Ａ上に拡がるほか、側面１２Ｃを経由して第２主面１２Ｂ上にまで延びている。このため、第２主面１２Ｂ上には、第２電極層１３Ｂが拡がるほか、第１電極層１３Ａも形成されている。
【００２２】
また、絶縁樹脂膜１５は、圧電セラミックス板１２の第１主面１２Ａ及び側面１２Ｃを覆うように形成されている。さらに詳細には、第１主面１２Ａ及び側面１２Ｃのほか、第１主面１２Ａ上と側面１２Ｃ上とに形成された第１電極層１３Ａの上面１３Ａ１を被着面１４として、この被着面１４上に形成されている。なお、後述するように、被着面１４の中央部分が、液体ＷＴに対向する液体対向面１７となる。
【００２３】
この絶縁樹脂膜１５は、パラキシリレン系ポリマからなる。この絶縁樹脂膜１５は、以下のようにして形成する、即ち、キシリレン系モノマの二量体（ダイマ）を、真空中で加熱して熱分解させて、気化したキシリレンモノマを生成し、これを圧電素子１１にまで導いて、その被着面１４上に堆積させる。すると、堆積したキシリレンモノマ同士が互いに重合して樹脂化し、パラキシリレン系ポリマとなる。なお、その厚みを１５μｍとした。
なお、絶縁樹脂膜１５の厚みは、５μｍ以上とするのが好ましい。５μｍを下回ると、膜性能が低下するからである。一方、厚みを２０μｍ以下とするのが好ましい。厚みを２０μｍを越えて増しても、特性の向上が見込めず、コストアップとなるからである。
【００２４】
ついで、この霧化用振動子１０を用いた超音波霧化装置２０について、図２を参照して説明する。この超音波霧化装置２０は、主として、ＡＢＳ樹脂からなり、液体ＷＴ（本実施形態では、次亜塩素酸水）を収容する液体容器２１と、前述の霧化用振動子１０と、これを駆動する駆動回路２５とからなる。
このうち、液体容器２１の底部２１Ｂには、開口が設けられている。この容器２１内において、開口２１Ｈには、同じくＡＢＳ樹脂からなり、中空で、外形が円錐台形状のホーン２２が取り付けられている。一方、容器２１の下面２１Ｋ側（図２において下方）には、周縁を絶縁ゴムからなる振動子保持具２３で挟持された霧化用振動子１０が配置されており、コ字状の振動子固定具２４で振動子保持具２３を液体容器２１に固定することによって、霧化用振動子１０も容器２１に固定されている。
【００２５】
なお、この霧化用振動子１０と振動子保持具２３は、両者で、開口２１Ｈを下面２１Ｋ側から、液密に閉塞する形態に配置されている。また、霧化用振動子１０の下面１０Ｋ側から、２本のリード線ＬＷが取り出されている。各リード線ＬＷの一方端は、具体的には、第２主面１２Ｂに形成された第２電極層１３Ｂ、およびこの第２主面１２Ｂまで延ばされた第１電極層１３Ａにそれぞれ接続している。一方、リード線ＬＷの他方端は、それぞれ駆動回路２５に接続されている。
さらに、霧化用振動子１０、振動子固定具２４、駆動回路２５は、液体容器２１と筐体２７とで構成される空間内に収容されている。このため、これらは、液体ＷＴ（霧ＷＫ）から隔離されている。
【００２６】
そして、駆動回路２５で発生する２．４ＭＨｚの高周波電圧を、リード線ＬＷを通じて霧化用振動子１０（圧電素子１１）に印加すると、圧電素子１１が共振して超音波振動して、これに接する液体ＷＴ中に超音波が放射される。放射された超音波は、開口２１Ｈ及びホーン２２を通じて、図中上方に放出され、液体ＷＴが盛り上がって液柱ＷＣを生じさせる。そしてその先端では、液体ＷＴの一部が霧化されて霧ＷＫ（液滴）となって放出される。
ここで、高周波電圧の周波数を、２．４ＭＨｚとした。このため、霧（液滴）ＷＫの粒径を、３μｍ程度のごく小さなものとし、これを安定して発生させることができる。
【００２７】
ところで、本実施形態の超音波霧化装置２０では、図１を参照すると容易に理解できるように、霧化用振動子１０（圧電素子１１）は、第１電極層１３Ａの上面１３Ａ１（被着面１４）のうち、振動子保持具２３より内側の中央部分である液体対向面１７が、液体ＷＴと対向している。そしてこの液体対向面１７と、液体ＷＴとの間に、絶縁樹脂膜１５が介在し、この絶縁樹脂膜１５が液体ＷＴに接している。
【００２８】
この絶縁樹脂膜１５は、前述のように、溶剤等を用いることなく、真空中でモノマを堆積させこれを重合して形成するので、この絶縁樹脂膜１５自身にピンホールが形成され難い。このため、この絶縁樹脂膜１５に接した水や次亜塩素酸水などの液体ＷＴが、この絶縁樹脂膜１５を通って圧電素子１１の第１電極層１３Ａにまで滲入し、これを腐食したり絶縁を低下させるなどの不具合を生じさせることがない。また、絶縁樹脂膜１５（パラキシリレン系ポリマ）は、圧電セラミックス板１２や第１電極層１３Ａとの密着強度が高く、霧化用振動子１０を超音波振動させても、これによって絶縁樹脂膜１５が剥がれることもない。
【００２９】
さらに、本実施形態の霧化用振動子１０には、従来のように、金属板や接着層を備えない。このため、この超音波霧化装置２０において、液体ＷＴが無くなって空炊き（無負荷駆動）状態となっても、接着層が剥がれるなどの不具合を生じることもない。また、空炊きの場合、金属板等の無い分、負荷が小さく、圧電素子１１の昇温も抑えられ、その劣化を抑制することができる。
また、絶縁樹脂膜１５（パラキシリレン系ポリマ）は、次亜塩素酸水をはじめとして、各種の耐薬品性の高く、多くの薬液に対して安定である。このため、本実施形態では、液体ＷＴとして、次亜塩素酸水を用いているが、長期間（例えば数１０００時間）に亘って安定して霧化を行うことができるなど、この超音波霧化装置２０で使用する液体ＷＴの制限を低減できる。さらに、金属板を用いないので、圧電素子１１から見た負荷が軽いため、効率よく液体ＷＴを霧化することができるから、霧化量を向上させた超音波霧化装置となる。
しかも、超音波霧化装置２０では、液体ＷＴが触れる液体容器２１、ホーン２２についても、次亜塩素酸水に耐性を有する材質（ＡＢＳ樹脂）で構成したので、これらが腐食して不具合を生じさせることもない。
【００３０】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、ホーン２２を用いた例を示したが、用いなくとも良い。また、容器２１に液体ＷＴを収容して、この液体ＷＴを霧化する形態の超音波霧化装置２０を示したが、例えばスポンジやメッシュを用いて液体を供給し、これを霧化用振動子で霧化する形態としても良い。また、霧化用振動子１０として、単板の圧電セラミックス板１２からなる圧電素子１１を用いた例を示した。しかし、積層型の圧電素子を用いても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 霧化用振動子
１０Ｋ 下面
１１ 圧電素子
１２ 圧電セラミックス板
１２Ａ 第１主面
１２Ｂ 第２主面
１２Ｃ 側面
１３Ａ 第１電極層
１３Ａ１ （第１電極層の）上面
１３Ｂ 第２電極層
１４ 被着面
１５ 絶縁樹脂膜
１７ 液体対向面
２０ 超音波霧化装置
２１ 液体容器
２１Ｂ （液体容器の）底部
２１Ｈ 開口
２２ ホーン
２２Ｈ ホーン開口
２３ 振動子保持具
２４ 振動子固定具
２５ 駆動回路
２７ 筐体
ＷＴ 霧化用液体
ＷＣ 液柱
ＷＫ 霧(霧化された液体)
ＬＷ リード線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
霧化用振動子を超音波振動させて、この超音波により上記液体を霧化する超音波霧化装置であって、
上記霧化用振動子は、
圧電セラミックスからなる圧電素子と、
上記圧電素子のうち、上記液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、
上記液体対向面が上記液体に対向して、上記絶縁樹脂膜が上記液体に接する形態に配置されてなり、
上記絶縁樹脂膜は、
モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる
超音波霧化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波霧化装置であって、
前記圧電素子は、
板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、
上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、
上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、
前記絶縁樹脂膜は、
上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなり、
上記第１主面を前記液体に向けて、上記圧電素子を配置してなる
超音波霧化装置。
【請求項３】
請求項１及び請求項２に記載の超音波霧化装置であって、
前記液体は、次亜塩素酸水であり、
上記液体の触れる部材を、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料で構成してなる
超音波霧化装置。
【請求項４】
超音波霧化装置に用いる霧化用振動子であって、
圧電セラミックスからなる圧電素子と、
上記圧電素子のうち、霧化する液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、
上記絶縁樹脂膜は、
モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる
霧化用振動子。
【請求項５】
請求項４に記載の霧化用振動子であって、
前記圧電素子は、
板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、
上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、
上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、
前記絶縁樹脂膜は、
上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなる
霧化用振動子。
【請求項１】
霧化用振動子を超音波振動させて、この超音波により上記液体を霧化する超音波霧化装置であって、
上記霧化用振動子は、
圧電セラミックスからなる圧電素子と、
上記圧電素子のうち、上記液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、
上記液体対向面が上記液体に対向して、上記絶縁樹脂膜が上記液体に接する形態に配置されてなり、
上記絶縁樹脂膜は、
モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる
超音波霧化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波霧化装置であって、
前記圧電素子は、
板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、
上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、
上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、
前記絶縁樹脂膜は、
上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなり、
上記第１主面を前記液体に向けて、上記圧電素子を配置してなる
超音波霧化装置。
【請求項３】
請求項１及び請求項２に記載の超音波霧化装置であって、
前記液体は、次亜塩素酸水であり、
上記液体の触れる部材を、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料で構成してなる
超音波霧化装置。
【請求項４】
超音波霧化装置に用いる霧化用振動子であって、
圧電セラミックスからなる圧電素子と、
上記圧電素子のうち、霧化する液体に対向する液体対向面を含む被着面を被覆した絶縁樹脂膜と、を有し、
上記絶縁樹脂膜は、
モノマを、上記圧電素子の上記被着面に堆積させつつ、互いに重合させて樹脂化した、厚み５〜２０μｍのパラキシリレン系ポリマからなる
霧化用振動子。
【請求項５】
請求項４に記載の霧化用振動子であって、
前記圧電素子は、
板状で、第１主面、第２主面及びこれらの間を結ぶ側面を有する圧電セラミックス板と、
上記第１主面上に拡がる第１電極層であって、上記側面を経由して上記第２主面にまで延びる第１電極層と、
上記第２主面において、上記第１電極層と離間しつつ、この第２主面上に拡がり、上記第１主面上の上記第１電極層と上記圧電セラミックス板を介して対向する第２電極層と、を有し、
前記絶縁樹脂膜は、
上記第１主面、上記側面、及び、これらに形成された上記第１電極層がなす前記被着面を被覆してなる
霧化用振動子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−３６７７１（Ｐ２０１１−３６７７１Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８５３０３（Ｐ２００９−１８５３０３）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【特許番号】特許第４５１２８５０号（Ｐ４５１２８５０）
【特許公報発行日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【特許番号】特許第４５１２８５０号（Ｐ４５１２８５０）
【特許公報発行日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]