(57)【要約】  貯液タンクの液位に応じて好適な霧化が実現できる霧化用振動子、霧化ユニット、霧化装置及び霧化装置の駆動方法を提供することを目的とする。この目的を達成するため、本発明の霧化用振動子１０は、板状の圧電振動子１１と、圧電振動子１１の一方の面１１ｂと他方の面１１ａのそれぞれに設けられた電極とを備え、一方の面１１ｂに設けられた電極が、圧電振動子１１の中央部に配置された中心電極２１と、中心電極２１の外周を取り囲み、中心電極２１と電気的に分離して配置された環状の外周電極２２とを備えている。
2019065711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電振動子と、前記圧電振動子の一方の面と他方の面のそれぞれに設けられた電極と、を備えた霧化用振動子であって、
前記圧電振動子の前記一方の面に設けられた電極が、前記圧電振動子の中央部に配置された中心電極と、前記中心電極の外周を取り囲み、前記中心電極と電気的に分離して配置された環状の外周電極とを備えたことを特徴とする霧化用振動子。
【請求項２】
前記外周電極は、環状の隙間部を介して、少なくとも２つ以上の環状の電極に電気的に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の霧化用振動子。
【請求項３】
円板状の圧電振動子と、前記圧電振動子の一方の面と他方の面のそれぞれに設けられた円形状の電極とを備えた霧化用振動子であって、
前記圧電振動子の前記一方の面に設けられた電極が、前記圧電振動子の中央部に配置された中心電極と、前記中心電極と同心状に、かつ、電気的に分離して配置された円環状の外周電極とを備えたことを特徴とする霧化用振動子。
【請求項４】
前記外周電極は、同心状に設けられた円環状の隙間部を介して、少なくとも２つ以上の円環状の電極に電気的に分離されていることを特徴とする請求項３に記載の霧化用振動子。
【請求項５】
板状の圧電振動子と、前記圧電振動子の一方の面と他方の面のそれぞれに設けられた電極と、を備えた霧化用振動子であって、
前記圧電振動子の前記一方の面に設けられた電極が、前記圧電振動子の当該一方の面内の中心に対して偏心して配置された中心電極と、前記中心電極の外周を取り囲み、前記中心電極と電気的に分離して配置された環状の外周電極とを備えたことを特徴とする霧化用振動子。
【請求項６】
前記圧電振動子が円板状であることを特徴とする請求項５に記載の霧化用振動子。
【請求項７】
前記外周電極は、隙間部を介して、前記中心電極の外周を順に、層状に取り囲む少なくとも２つ以上の電極に電気的に分離されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の霧化用振動子。
【請求項８】
請求項１、請求項３、請求項５又は請求項６のいずれか一項に記載の霧化用振動子と、
前記霧化用振動子を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記外周電極への通電をＯＮ・ＯＦＦするスイッチ部と、
貯液タンクの液位を検出する液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記スイッチ部のＯＮ・ＯＦＦを切り替える制御部と、を備えたことを特徴とする霧化ユニット。
【請求項９】
請求項２、請求項４又は請求項７のいずれか一項に記載の霧化用振動子と、
前記霧化用振動子を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記複数の外周電極のそれぞれに対応して設けられ、当該対応した外周電極への通電をＯＮ・ＯＦＦするスイッチ部と、
貯液タンクの液位を検出する液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記スイッチ部のＯＮ・ＯＦＦを切り替える制御部と、を備えたことを特徴とする霧化ユニット。
【請求項１０】
請求項８に記載の霧化ユニットと、霧化用液体を貯留する貯液タンクと、前記貯液タンクの液位を検出する液位検出手段とを備えた霧化装置において、
前記霧化用振動子は、前記貯液タンクの底部に設置され、
前記制御部は、前記液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記貯液タンクの液位が所定値まで低下したときに、前記スイッチ部をＯＮからＯＦＦに切り替えることを特徴とする霧化装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の霧化ユニットと、霧化用液体を貯留する貯液タンクと、前記貯液タンクの液位を検出する液位検出手段とを備えた霧化装置において、
前記霧化用振動子は、前記貯液タンクの底部に設置され、
前記制御部は、前記液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記貯液タンクの液位が低下するにしたがって、前記スイッチ部をＯＮからＯＦＦに切り替えた外周電極を中央部へ向けて段階的に増加させることを特徴とする霧化装置。
【請求項１２】
請求項１、請求項３、請求項５又は請求項６のいずれか一項に記載の霧化用振動子が、霧化用液体を貯留する貯液タンクの底部に設置された霧化装置の駆動方法であって、
前記貯液タンクの液位が所定値まで低下したときに、前記外周電極への通電を停止することを特徴とする霧化装置の駆動方法。
【請求項１３】
請求項２、請求項４又は請求項７のいずれか一項に記載の霧化用振動子が、霧化用液体を貯留する貯液タンクの底部に設置された霧化装置の駆動方法であって、
前記貯液タンクの液位が低下するにしたがって、通電が停止される外周電極を中央部へ向けて段階的に増加させることを特徴とする霧化装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、霧化用液体に超音波振動を与えて霧化する霧化用振動子、当該霧化用振動子を備えた霧化ユニット、当該霧化ユニットを備えた霧化装置及び霧化装置の駆動方法に関する。特に、霧化に伴い霧化用液体の水位（液位）が低下する貯液タンクに設置するのに好適な霧化用振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体を霧化させる方式として、超音波振動方式が採用されている。超音波振動方式を採用した霧化装置は、霧化用液体を貯留する貯液タンクの底部に超音波振動子が設置されている。この超音波振動子に高周波電圧を印加すると、貯液タンク内の霧化用液体が高周波振動によって微粒子化する。微粒子化した液体は、送風ファン等によって外部に霧として送出される。このような霧化装置は、例えば、加湿器として実用化されている。【０００３】
上述した超音波振動方式を採用した霧化装置では、超音波振動子から貯液タンクの液面までの距離、すなわち、霧化用液面の液位によって霧化量が変化する。この場合、貯液タンクの液面高さ（液位）を霧化量がピークとなる付近に維持するため、霧となって消費した分の霧化用液体を貯液タンクに供給する補充タンクが必要となる。例えば、当該霧化装置として特許文献１に開示されたミスト発生装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２０８１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された霧化装置では、貯液タンクの他に補充タンクが必要となり、霧化装置の全体構成が複雑化し、形状（デザイン）設計の自由度も制限されるといった課題があった。他方、補充タンクを廃止すると、霧化用液体の消費によって貯液タンクの液位を霧化量がピークとなる高さに維持できなくなり、貯液タンクの液位によって霧化量が大きく変化するといった課題があった。【０００６】
そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、貯液タンクの液位に応じて好適な霧化が実現でき、補充タンクの廃止が可能な霧化用振動子、当該霧化用振動子を備えた霧化ユニット、当該霧化ユニットを備えた霧化装置及び霧化装置の駆動方法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】
【０００７】
第１の発明に係る霧化用振動子は、板状の圧電振動子と、前記圧電振動子の一方の面と他方の面のそれぞれに設けられた電極と、を備えた霧化用振動子であって、前記圧電振動子の前記一方の面に設けられた電極が、前記圧電振動子の中央部に配置された中心電極と、前記中心電極の外周を取り囲み、前記中心電極と電気的に分離して配置された環状の外周電極とを備えたことを特徴とする。【０００８】
第２の発明に係る霧化用振動子は、前記外周電極が、環状の隙間部を介して、少なくとも２つ以上の環状の電極に電気的に分離されていることを特徴とする。【０００９】
第３の発明に係る霧化用振動子は、円板状の圧電振動子と、前記圧電振動子の一方の面と他方の面のそれぞれに設けられた円形状の電極とを備えた霧化用振動子であって、前記圧電振動子の前記一方の面に設けられた電極が、前記圧電振動子の中央部に配置された中心電極と、前記中心電極と同心状に、かつ、電気的に分離して配置された円環状の外周電極とを備えたことを特徴とする。【００１０】
第４の発明に係る霧化用振動子は、前記外周電極が、同心状に設けられた円環状の隙間部を介して、少なくとも２つ以上の円環状の電極に電気的に分離されていることを特徴とする。【００１１】
第５の発明に係る霧化用振動子は、板状の圧電振動子と、前記圧電振動子の一方の面と他方の面のそれぞれに設けられた電極と、を備えた霧化用振動子であって、前記圧電振動子の前記一方の面に設けられた電極が、前記圧電振動子の当該一方の面内の中心に対して偏心して配置された中心電極と、前記中心電極の外周を取り囲み、前記中心電極と電気的に分離して配置された環状の外周電極とを備えたことを特徴とする。【００１２】
第６の発明に係る霧化用振動子は、第５の発明における前記圧電振動子が円板状であることを特徴とする。【００１３】
第７の発明に係る霧化用振動子は、前記外周電極が、隙間部を介して、前記中心電極の外周を順に、層状に取り囲む少なくとも２つ以上の電極に電気的に分離されていることを特徴とする。【００１４】
第８の発明に係る霧化ユニットは、第１、第３、第５又は第６のいずれかの発明に係る霧化用振動子と、前記霧化用振動子を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記外周電極への通電をＯＮ・ＯＦＦするスイッチ部と、貯液タンクの液位を検出する液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記スイッチ部のＯＮ・ＯＦＦを切り替える制御部と、を備えたことを特徴とする。【００１５】
第９の発明に係る霧化ユニットは、第２、第４又は第７のいずれかの発明に係る霧化用振動子と、前記霧化用振動子を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記複数の外周電極のそれぞれに対応して設けられ、当該対応した外周電極への通電をＯＮ・ＯＦＦするスイッチ部と、貯液タンクの液位を検出する液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記スイッチ部のＯＮ・ＯＦＦを切り替える制御部と、を備えたことを特徴とする。【００１６】
第１０の発明に係る霧化装置は、第８の発明に係る霧化ユニットと、霧化用液体を貯留する貯液タンクと、前記貯液タンクの液位を検出する液位検出手段とを備えた霧化装置において、前記霧化用振動子は、前記貯液タンクの底部に設置され、前記制御部は、前記液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記貯液タンクの液位が所定値まで低下したときに、前記スイッチ部をＯＮからＯＦＦに切り替えることを特徴とする。【００１７】
第１１の発明に係る霧化装置は、第９の発明に係る霧化ユニットと、霧化用液体を貯留する貯液タンクと、前記貯液タンクの液位を検出する液位検出手段とを備えた霧化装置において、前記霧化用振動子は、前記貯液タンクの底部に設置され、前記制御部は、前記液位検出手段からの出力信号に基づいて、前記貯液タンクの液位が低下するにしたがって、前記スイッチ部をＯＮからＯＦＦに切り替えた外周電極を中央部へ向けて段階的に増加させることを特徴とする。【００１８】
第１２の発明に係る霧化装置の駆動方法は、第１、第３、第５又は第６のいずれかの発明に係る霧化用振動子が、霧化用液体を貯留する貯液タンクの底部に設置された霧化装置の駆動方法であって、前記貯液タンクの液位が所定値まで低下したときに、前記外周電極への通電を停止することを特徴とする。【００１９】
第１３の発明に係る霧化装置の駆動方法は、第２、第４又は第７のいずれかの発明に係る霧化用振動子が、霧化用液体を貯留する貯液タンクの底部に設置された霧化装置の駆動方法であって、前記貯液タンクの液位が低下するにしたがって、通電が停止される外周電極を中央部へ向けて段階的に増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の霧化用振動子によれば、貯液タンクの液位が高液位にあるときは、中心電極と外周電極の双方に通電して、高液位に応じた霧化を行い、霧化用液体の消費に伴い貯液タンクの液位が低下したときは、外周電極への通電を停止し、中心電極にのみ通電することで、低液位に応じた霧化ができる。このため、貯液タンクの液位が低下しても、好適な霧化が実現できるため、補充タンクを要することなく、安定した霧化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用した霧化装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態の霧化用振動子の概略断面図である。
【図３】図２の霧化用振動子の他方の面側を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図６】第３実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図７】第４実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図８】その他の実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図９】その他の実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図１０】その他の実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図１１】その他の実施形態に係る霧化用振動子の一方の面側を示す図である。
【図１２】第１実施形態に係る霧化用振動子において、中心電極のみに通電した場合と、中心電極と外周電極の双方に通電した場合の液位に対する霧化量の変化を示す図である。
【図１３】高液位モードと低液位モードとを切り替えたときの液位に対する霧化量の変化を示す図である。
【図１４】高液位モード、中液位モード及び低液位モードの３つの霧化モードにおける液位に対する霧化量の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る霧化用振動子、霧化ユニット、霧化装置、霧化装置の駆動方法の実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、本発明の霧化用振動子、霧化ユニットを備えた霧化装置を例に挙げて説明する。
【００２３】
図１は本実施の形態に係る霧化用振動子１０を備えた霧化装置１の概略構成図である。本実施の形態に係る霧化装置１は、霧化用液体を貯留する貯液タンク２と、貯液タンク２内に貯留された霧化用液体Ｗを霧化する霧化ユニット３とを備えている。
【００２４】
貯液タンク２は、霧化用液体Ｗを貯留するタンクであって、底部（底面）２Ａには、霧化ユニット３の霧化用振動子１０が取り付けられる貫通孔４が形成されている。貯液タンク２は、例えば、合成樹脂や金属材料などによって構成される。本実施の形態において、貯液タンク２は、図示しない霧化装置本体に収容され、所定の支持手段を介して保持されており、当該霧化装置本体に着脱自在とされている。貯液タンク２は、所定時間、霧化用液体Ｗを補充することなく連続して霧化可能な容量を貯留できることが好ましい。
【００２５】
本実施の形態において霧化用液体Ｗは、水道水を用いるが、霧化用液体Ｗは、水道水等の水に限定されるものではなく、薬液や、芳香液等の霧化の対象となるものであれば、いずれの液体であってもよい。
【００２６】
また、貯液タンク２内には、貯留された霧化用液体Ｗの液位を検出するための液位センサ（液位検出手段）５が設けられている。本実施の形態において、液位センサ５は、貯液タンク２内の霧化用液体Ｗの液位を検出することができれば、いずれの方式のセンサを採用してもよい。液位センサ５は、例えば、静電容量式、重量式、光学式、レーザー式、電波式、超音波式、フロート式を挙げることができる。なお、本発明において、液位センサの方式はこれに限定されるものではない。
【００２７】
霧化ユニット３は、霧化用振動子１０と、霧化用振動子１０を駆動するための駆動部６０とを備えている。まず、霧化用振動子１０について、図２の霧化用振動子１０の概略断面図を参照して説明する。
【００２８】
霧化用振動子１０は、板状の圧電振動子１１と、圧電振動子１１を挟むように形成された一対の層状の電極１２、２０とを備えている。本実施の形態において、圧電振動子１１は円板状を呈しており、圧電振動子１１の霧化用液体Ｗ側となる面側（「他方の面」とも称する。）１１ａには、円形状で、圧電振動子１１よりも僅かに小径の電極１２が圧電振動子１１と同心状にめっき等で形成されている。また、霧化用液体Ｗと反対側となる面（「一方の面」とも称する。）１１ｂには、円形状で、圧電振動子１１よりも僅かに小径の電極２０が圧電振動子１１と同心状にめっき等で形成されている。ここでは、円板状の圧電振動子を例に挙げて説明しているが、本発明に係る圧電振動子は、円板状に限定されるものではなく、板状であれば特に問題ない。なお、電極２０の詳細については、後述する。
【００２９】
圧電振動子１１は、所定の厚さの圧電セラミックスなどの圧電材料を厚さ方向に分極して構成されている。圧電振動子１１は、電極１２、２０を介して印加される高周波電圧（「高周波駆動信号」とも称する。）の向きによって、収縮、伸張するため、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換することができる。圧電セラミックスとしては、ペロブスカイト型の酸化物、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴＮ）などを挙げることができるが、本発明はこれに限定されない。
【００３０】
本実施の形態において、霧化用振動子１０は、他方の面１１ａに配置された電極１２が貯液タンク２の霧化用液体Ｗ側となるように、電極１２を上側として貯液タンク底部２Ａに形成された貫通孔４に弾性パッキン１４を介して嵌め込まれている。弾性パッキン１４は、例えば、シリコンゴムなどの弾性材料を環状に形成することにより構成されている。弾性パッキン１４は、その内周面に、電極１２、２０を備えた圧電振動子１１を保持する環状の保持溝を備えていてもよい。この構成を採用することにより、電極１２、２０を備えた圧電振動子１１は、周縁部が弾性パッキン１４で保持された状態で、貯液タンク２の底部２Ａに形成された貫通孔４に嵌め込まれている。
【００３１】
圧電振動子１１の他方の面１１ａに配置された電極１２は、弾性パッキン１４が装着された状態で、圧電振動子１１の一方の面１１ｂ側からの給電ができるようにするため、圧電振動子１１の一方の面１１ｂ側に引き出された舌片の接続部１２Ａを備えている。また、当該電極１２は、上述したように圧電振動子１１の外径よりも僅かに小径に形成されており、電極１２が直接、霧化用液体Ｗに接触することを防止する目的で、圧電振動子１１の他方の面１１ａには、電極１２を被覆する保護層１５が形成されている。当該保護層１５は、例えばステンレス鋼やチタンなどの金属箔により構成されていてもよく、めっきによる金属保護膜や、樹脂によるコーティング被膜により構成してもよい。なお、図３には保護層１５が形成される前の状態の圧電振動子１１の他方の面１１ａ側を示す。
【００３２】
以下に、本発明に係る霧化用振動子の第１実施形態〜第４実施形態について図４〜図７を参照して説明する。図４〜図７において、図中の斜線は、電極の表面を示すために付しており、電極の断面を示すものではない。なお、上述した霧化用振動子１０は、第１実施形態〜第４実施形態では、それぞれ霧化用振動子１０Ａ〜１０Ｄとして説明する。また、上述した電極２０は、第１実施形態〜第４実施形態では、それぞれ電極２０Ａ〜２０Ｄとして説明する。図４は第１実施形態の霧化用振動子１０Ａの一方の面１１ｂ側を示す図である。
【００３３】
第１実施形態の霧化用振動子１０Ａは、円板状の圧電振動子１１の一方の面１１ｂ側に設けられた電極２０Ａが、円形状の中心電極２１と、この中心電極２１の外周を取り囲むように、当該中心電極２１と同心状に配置された円環状の外周電極２２とを備えている。
【００３４】
円形状の中心電極２１は、圧電振動子１１よりも小径で、圧電振動子１１の中央部に同心状に設けられている。また、円環状の外周電極２２は、内径が中心電極２１の外径よりも僅かに大きく、外径が電極１２と略同径か又は僅かに小さく、中心電極２１と同心状に配置されている。中心電極２１と外周電極２２とは、円環状の隙間部２３を介して電気的に分離されている。
【００３５】
中心電極２１及び外周電極２２の外周縁には、給電用配線２４、２５がそれぞれ接続されており、また、電極１２側の接続部１２Ａには、給電用配線２６が接続されている。第１実施形態の霧化用振動子１０Ａは、開閉スイッチ２７をＯＮ（閉）からＯＦＦ（開）に切り替えて、外周電極２２への通電を停止すると、圧電振動子１１の駆動域が径方向に縮小するように構成されている。すなわち、第１実施形態の霧化用振動子１０Ａは、電極１２、中心電極２１及び外周電極２２に通電すると、圧電振動子１１のうち、中心電極２１及び外周電極２２で覆われた圧電振動子１１の略全面が駆動域となる。一方、電極１２、中心電極２１への通電を維持し、外周電極２２への通電を停止すると、圧電振動子１１のうち、中心電極２１で覆われた圧電振動子１１の中央領域が駆動域となる。
【００３６】
このように、第１実施形態の霧化用振動子１０Ａによれば、外周電極２２への通電を開閉スイッチ２７で制御することで、１つの霧化用振動子でその駆動域を径方向に２段階（大径、小径）に切り替えることができる。
【００３７】
図５は第２実施形態の霧化用振動子１０Ｂの一方の面１１ｂ側を示す図である。第２実施形態の霧化用振動子１０Ｂは、一方の面１１ｂに設けられた電極２０Ｂに接続する給電用配線の接続を考慮したものである。具体的には、第２実施形態の霧化用振動子１０Ｂは、圧電振動子１１の一方の面１１ｂに設けられた電極２０Ｂが、円形状の電極本体を有する中心電極３１と、この中心電極３１と同心状に配置された円環状の外周電極３２とを備えている。
【００３８】
中心電極３１は、給電用配線３３を接続するための接続片３１Ａが電極本体から径方向に圧電振動子１１の外縁まで延出している。外周電極３２は、接続片３１Ａとの電気的な絶縁を図るため、環状部の一部が径方向に切り欠かれている。なお、外周電極３２のように、環状部の一部が径方向に切り欠かれていても、全体として円環状を呈していれば、本発明の外周電極に含まれる。
【００３９】
中心電極３１の接続片３１Ａ及び外周電極３２の切欠部３２Ａの近傍には、給電用配線３３、３４がそれぞれ接続されている。このように、第２実施形態の霧化用振動子１０Ｂによれば、一方の面１１ｂに設けられた電極２０Ｂへの給電用配線３３、３４を一か所にまとめることができる利点がある。なお、第２実施形態の霧化用振動子１０Ｂにおいて、第１実施形態の霧化用振動子１０Ａと同一の構成には、同一の符号を付して説明は省略する。
【００４０】
図６は第３実施形態の霧化用振動子１０Ｃの一方の面１１ｂ側を示す図である。第３実施形態の霧化用振動子１０Ｃは、一方の面１１ｂに設けられた電極２０Ｃを構成する中心電極４１の外径が第１実施形態の中心電極２１よりも若干小さく構成されている。また、中心電極４１と同心状に配置された円環状の外周電極が、円環状の隙間部４４を介して径方向に電気的に２つに分離した、第１外周電極４２と第２外周電極４３とから構成されている。
【００４１】
中心電極４１、第１外周電極４２及び第２外周電極４３には、給電用配線４５、４６、４７がそれぞれ接続されている。
【００４２】
第３実施形態の霧化用振動子１０Ｃによれば、第１外周電極４２、第２外周電極４３への通電を開閉スイッチ４８、４９で制御することで、１つの霧化用振動子でその駆動域を径方向に３段階（大径、中経、小径）に切り替えることができる。なお、第３実施形態の霧化用振動子１０Ｃにおいて、第１実施形態の霧化用振動子１０Ａと同一の構成には、同一の符号を付して説明は省略する。
【００４３】
図７は第４実施形態としての霧化用振動子１０Ｄの一方の面１１ｂ側を示す図である。第４実施形態の霧化用振動子１０Ｄは、一方の面１１ｂに設けられた電極２０Ｄに接続する給電用配線の接続を考慮したものである。具体的には、第４実施形態の霧化用振動子１０Ｄは、圧電振動子１１の一方の面１１ｂに設けられた電極２０Ｄは、円形状の電極本体を有する中心電極５１と、この中心電極５１と同心状に配置された第１外周電極５２と第２外周電極５３とを備えている。
【００４４】
中心電極５１は、給電用配線５４を接続するための接続片５１Ａが電極本体から径方向に圧電振動子１１の外縁まで延出している。第１外周電極５２は、接続片５１Ａとの電気的な絶縁を図るため、環状部の一部が径方向に切り欠かれた切欠部５２Ｂを備えている。また、第２外周電極５３は、後述する接続片５２Ａとの電気的な絶縁を図るため、第１外周電極５２の切欠部５２Ｂよりも大きな幅で環状部の一部が径方向に切り欠かれた切欠部５３Ａを備えている。なお、第１外周電極５２及び第２外周電極５３のように、環状部の一部が径方向に切り欠かれていても、全体として円環状を呈していれば、本発明の円環状の外周電極に含まれる。
【００４５】
第１外周電極５２の切欠部５２Ｂの端部には、給電用配線５５を接続するための接続片５２Ａが径方向に圧電振動子１１の外縁まで延出している。中心電極５１の接続片５１Ａ、第１外周電極５２の接続片５２Ａ及び第２外周電極５３の切欠部５３Ａの近傍には、給電用配線５４、５５、５６がそれぞれ接続されている。
【００４６】
このように、第４実施形態の霧化用振動子１０Ｄによれば、一方の面１１ｂに設けられた電極２０Ｄへの給電用配線５４、５５、５６を一か所にまとめることができる利点がある。なお、第４実施形態の霧化用振動子１０Ｄにおいて、第３実施形態の霧化用振動子１０Ｃと同一の構成には、同一の符号を付して説明は省略する。
【００４７】
上述した各実施の形態においては、中心電極の中心を、圧電振動子１１の中心に設けたものを例示したが、中心電極の中心は、圧電振動子１１の中心と必ずしも一致している必要はなく、外周電極が中心電極と電気的に分離した状態で、当該中心電極の周囲を取り囲むものであればよい。すなわち、中心電極の中心は、圧電振動子の面内中心に対して偏心して配置され、外周電極がこの中心電極の外周を取り囲むように配置することで、中心電極の偏心に伴い、圧電振動子の面内中心に対して偏心したものとしてもよい。
【００４８】
中心電極及び外周電極を偏心して配置した例を図８〜図１１に示す。各図に示す中心電極及び外周電極は、図５に示した第２実施形態の霧化用振動子１０Ｂの中心電極３１と外周電極３２とを、圧電振動子１１の一方の面１１ｂの面内中心Ｐ１に対して偏心したものである。具体的に、図８は、外周電極３２の直径を１００％としたときに中心電極３１の中心Ｐ２を、圧電振動子１１の面内中心Ｐ１から、接続片３１Ａが形成された方向に３％偏心したものを示す。図９は、同様に、中心電極３１の中心Ｐ２を接続片３１Ａが形成された方向とは反対に３％偏心したもの、図１０は中心電極３１の中心Ｐ２を接続片３１Ａが形成された方向とは反対方向に６％偏心したもの、図１１は、中心電極３１の中心Ｐ２を接続片３１Ａが形成された方向とは反対方向に最大限、偏心したものを示す。
【００４９】
また、上述した実施形態において、外周電極は、１つ又は２つ設けられているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、外周電極は、中心電極側から順に配置される第１外周電極〜第ｎ外周電極（ｎ≧２の整数。）からなり、第１外周電極〜第ｎ外周電極は、同一面内においてその内側に隣接して位置する外周電極を取り囲むように離間配置されたものとしてもよい。これにより、外周電極を構成する各電極は中心電極の外周を順に、層状に取り囲まれる。
【００５０】
いずれの場合であっても、最も外側に位置する第ｎ外周電極（外周電極２２、３２、４３、５３）の外径は、圧電振動子１１の他方の面１１ａに設けられた電極１２の外径と等しいか、それ以下であることが好ましい。
【００５１】
また、各実施の形態において、中心電極と外周電極との間隔、及び、外周電極同士の間隔は、電気的な絶縁ができる距離であれば特に限定されないが、圧電振動子１１に圧電効果を生じさせる点からは当該間隔は狭いほど好ましい。
【００５２】
次に、図１を参照して、本実施の形態の霧化ユニット３について説明する。霧化ユニット３は、霧化用振動子１０と、霧化用振動子１０を駆動する駆動部６０を備えている。駆動部６０は、霧化用振動子１０の電極１２、２０へ高周波駆動信号を出力するもので、制御部６と、高周波発振部７と、開閉スイッチ２７（４８、４９）を有するスイッチ部８とを備えている。
【００５３】
制御部６は液位センサ５が接続されており、液位センサ５からの出力に基づき、スイッチ部８の開閉スイッチ２７（４８、４９）の「閉（ＯＮ）」、「開（ＯＦＦ）」を切り替える指令信号をスイッチ部８へ出力する。
【００５４】
高周波発振部７は、不図示の外部電源（例えば５０Ｈｚの商用電源）に接続され、外部電源から高周波駆動信号を生成して、霧化用振動子１０の電極１２、２０へ出力する。
【００５５】
スイッチ部８においては、制御部６からの指令信号に基づき、開閉スイッチ２７（４８、４９）が「閉（ＯＮ）」、「開（ＯＦＦ）」のいずれかに切り替えられる。上述した第１実施形態の霧化用振動子１０Ａと第２実施形態の霧化用振動子１０Ｂを用いた霧化ユニット３の場合、開閉スイッチ２７が「開（ＯＦＦ）」のときは、高周波発振部７から出力される高周波駆動信号が、中心電極２１又は中心電極３１のみに供給される。上述した第３実施形態の霧化用振動子１０Ｃと第４実施形態の霧化用振動子１０Ｄを用いた霧化ユニット３の場合、開閉スイッチ４８、４９が「開（ＯＦＦ）」のときは、高周波発振部７から出力される高周波駆動信号が、中心電極４１又は５１のみに供給される。そして、開閉スイッチ４９のみが「開（ＯＦＦ）」のときは、高周波発振部７から出力される高周波駆動信号が、中心電極４１又は５１と、第１外周電極４２又は５２のみに供給される。なお、図１において、高周波発振部７から霧化用振動子１０の電極１２への給電用配線は不図示とした。
【００５６】
霧化用振動子１０による霧化用液体Ｗの霧化量は、圧電振動子１１の他方の面１１ａから霧化用液体Ｗの液面までの距離、すなわち、貯液タンク２の液位によって変動する。図１２に第１実施形態の霧化用振動子１０Ａにおいて、中心電極２１のみに通電した場合と、中心電極２１と外周電極２２の双方に通電した場合の液位に対する霧化量の変化を示す。図１２において破線は中心電極２１のみに通電した場合を示し、実線は中心電極２１と外周電極２２の双方に通電した場合を示す。
【００５７】
図１２から霧化用振動子１０においては、通電される電極径によって、霧化量のピークを示す液位が異なることが分かる。霧化用振動子１０は、中心電極２１と外周電極２２の双方に通電する（通電する電極径が大きい）と、比較的高い液位で霧化量がピークとなり、中心電極２１のみに通電する（通電する電極径が小さい）と、比較的低い液位で霧化量がピークとなる。また、中心電極２１と外周電極２２の双方に通電したときの霧化量と中心電極２１のみに通電したときの霧化量が、液位Ｌ（例えば５０ｍｍ）を境に逆転する。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、貯液タンク２の液位Ｌ（例えば５０ｍｍ）をしきい値とし、液位センサ５からの出力に基づき、制御部６が霧化用振動子１０の電極２０Ａへの通電を段階的に切り替える。具体的には、制御部６は、液位センサ５からの出力に基づき霧化に伴い貯液タンク２の液位がしきい値Ｌとなったときに、外周電極２２への通電を停止する。
【００５９】
次に、第１実施形態の霧化用振動子１０Ａを用いた霧化装置１の実施形態を図１３を参照して説明する。本実施形態において、液位センサ５により検出された貯液タンク２の液位がしきい値Ｌを超えている場合の霧化モードを、「高液位モード」とし、貯液タンク２の液位がしきい値Ｌ以下となった場合の霧化モードを、「低液位モード」とする。この霧化モードの切替は、液位センサ５からの出力に基づき、制御部６によって行われる。
【００６０】
「高液位モード」においては、液位センサ５からの出力に基づき、制御部６は、スイッチ部８の開閉スイッチ２７を「閉（ＯＮ）」状態とする。高周波発振部７は、スイッチ部８を介して高周波駆動信号を中心電極２１と外周電極２２の双方に出力する。これにより、霧化用振動子１０Ａは、高液位に応じた好適な霧化を行うことができる。
【００６１】
霧化に伴い霧化用液体Ｗが消費され、貯液タンク２内の霧化用液体Ｗの液位が低下してしきい値Ｌになると、液位センサ５からの出力に基づき、霧化モードが「高液位モード」から「低液位モード」へ切り替えられる。
【００６２】
「低液位モード」においては、液位センサ５からの出力に基づき、制御部６は、スイッチ部８の開閉スイッチ２７を「開（ＯＦＦ）」の状態とする。高周波発振部７は、スイッチ部８を介して高周波駆動信号を中心電極２１のみに出力する。これにより、霧化用振動子１０Ａは、低液位に応じた好適な霧化を行うことができる。なお、「低液位モード」において、霧化用液体Ｗを補充して、貯液タンク２の液位がしきい値Ｌを超えると、「高液位モード」へ切り替えられ、高周波発振部７は、スイッチ部８を介して高周波駆動信号を中心電極２１と外周電極２２の双方に出力する。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態の霧化装置１によれば、貯液タンク２の液位がしきい値Ｌ以下になると、外周電極２２への通電を停止して、中心電極２１のみに通電するため、液位に応じて好適な霧化が実現できる。このため、霧化に伴い貯液タンク２の液位が大きく低下しても、霧化量の減少を一定の範囲内に抑えることができ、補充タンクを要することなく、安定した霧化が実現できる。
【００６４】
上述した実施形態では、「高液位モード」と「低液位モード」の２つの霧化モードを設定し、１つの霧化用振動子で通電する電極径を液位に応じて２段階に切り替えて、液位に応じた霧化を実現している。図１４は、「高液位モード」、「中液位モード」及び「低液位モード」の３つの霧化モードにおける液位に対する霧化量の変化を示す図である。第３（第４）実施形態のように、第１外周電極４２（５２）及び第２外周電極４３（５３）の２つの外周電極を備えた霧化用振動子１０Ｃ（１０Ｄ）を用いた場合は、「高液位モード」、「中液位モード」及び「低液位モード」の３つの霧化モードを設定することができる。
【００６５】
「高液位モード」では、中心電極４１（５１）、第１外周電極４２（５２）及び第２外周電極４３（５３）へ通電する。「中液位モード」では、第２外周電極４３（５３）への通電を停止し、中心電極４１（５１）及び第１外周電極４２（５２）へ通電する。「低液位モード」では、第１外周電極４２（５２）及び第２外周電極４３（５３）への通電を停止し、中心電極４１（５１）のみに通電する。
【００６６】
そして、貯液タンク２の液位が第１しきい値Ｌ１となったときに、「高液位モード」から「中液位モード」へ切り替え、貯液タンク２の液位が第１しきい値よりも低い第２しきい値Ｌ２となったときに、「中液位モード」から「低液位モード」へ切り替える。なお、この実施の形態においては、スイッチ部８は、図６及び図７に示されるように、開閉スイッチ４８、４９の２つのスイッチで構成される。
【００６７】
この実施の形態によれば、図１４から明らかなように、それぞれの液位に応じて好適な霧化が実現できる。
【００６８】
本発明に係る霧化用振動子、霧化ユニット、霧化装置及び霧化装置の駆動方法は、補助タンクのない霧化装置に限定されず、補助タンクを備えた霧化装置に使用してもよい。本発明によれば、補助タンクを備えた霧化装置にあっては、補助タンクが空になった後において、貯液タンクの液位に応じて好適な霧化が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る霧化用振動子は、貯液タンクの液位に応じて好適な霧化が実現できるため、貯液タンクの液位を一定に保つための補充タンクを設けていない霧化装置において特に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｗ    霧化用液体
１    霧化装置
２    貯液タンク
２Ａ  底面
３    霧化ユニット
５    液位センサ（液位検出手段）
６    制御部
７    高周波発振部
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  霧化用振動子
１１    圧電振動子
１１ａ  他方の面
１１ｂ  一方の面
１２    電極（他方の面側）
１２Ａ  接続部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  電極（一方の面側）
２１    中心電極（第１実施形態）
２２    外周電極（第１実施形態）
２３、４４  隙間部
２４、２５、２６、３３、３４、４５、４６、４７、５４、５５、５６  給電用配線
２７、４８、４９  開閉スイッチ
３１    中心電極（第２実施形態）
３１Ａ、５１Ａ、５２Ａ  接続片
３２    外周電極（第２実施形態）
３２Ａ、５２Ｂ、５３Ａ  切欠部
４１    中心電極（第３実施形態）
４２    第１外周電極（第３実施形態）
４３    第２外周電極（第３実施形態）
５１  中心電極（第４実施形態）
５２    第１外周電極（第４実施形態）
５３    第２外周電極（第４実施形態）
６０    駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2019065711.tif 000018
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