(57)【要約】【課題】空焚き防止機能を有し、製造工程において規格化が容易な架橋型超音波霧化装置を提供すること。【解決手段】入力電気信号が入力用圧電基板１に印加されると、第１弾性振動が励振される。第１弾性振動は多孔性非金属板７に伝搬される。このとき、多孔性非金属板７に液体が存在すれば、その液体が霧化される。第１弾性振動は、また、出力用圧電基板４において第２弾性振動を発生させる。第２弾性振動は、遅延電気信号として検出された後、再び入力電気信号として入力用圧電基板１に印加される。しかし、多孔性非金属板７に液体が存在しなければ、出力用圧電基板４において第２弾性振動が発生しない。従って、多孔性非金属板７に液体が供給されていない状態での駆動を防止すること、すなわち空焚き防止が可能となる。【選択図】      図１
2004223380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の２つの圧電基板と、第一、第二、第三および第四電極と、多孔性非金属板と、増幅器から成る架橋型超音波霧化装置であって、前記２つの圧電基板の１つを入力用圧電基板とし、もう１つを出力用圧電基板として使用し、前記第一および第二電極は、前記入力用圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられ、前記第三および第四電極は、前記出力用圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられており、前記多孔性非金属板は、前記入力用および出力用圧電基板を架橋するような形状で設けられ、前記第一および第二電極の間に入力電気信号が印加されることにより、前記入力用圧電基板に第１弾性振動が励振され、前記第１弾性振動が前記多孔性非金属板に伝搬されることにより、前記多孔性非金属板の貫通孔に供給されている液体が霧化され、それと同時に、前記液体が前記貫通孔に供給されている時にだけ第２弾性振動が前記出力用圧電基板に生じ、前記第２弾性振動は、前記第三および第四電極によって遅延電気信号として検出され、前記遅延電気信号は、前記増幅器によって増幅された後、前記入力電気信号として再び前記第一および第二電極の間に印加される架橋型超音波霧化装置。
【請求項２】
前記入力電気信号の周波数は、前記入力用および出力用圧電基板の複合体の共振周波数とほぼ等しい請求項１に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項３】
前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状は四角形で、前記多孔性非金属板は前記第二電極上の縁と前記第四電極上の縁に固着されている請求項１または２に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項４】
前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状は正四角形で、前記多孔性非金属板は前記第二電極上の縁と前記第四電極上の縁に固着されている請求項１または２に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項５】
柱状の圧電基板と、第一および第二電極と、多孔性非金属板と、振動反射体から成る架橋型超音波霧化装置であって、前記第一および第二電極は、前記圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられ、前記多孔性非金属板は、前記圧電基板および前記振動反射体を架橋するような形状で設けられ、前記第一および第二電極の間に入力電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に弾性振動が励振され、前記弾性振動が前記多孔性非金属板に伝搬されることにより、前記多孔性非金属板の貫通孔に供給されている液体が霧化され、前記振動反射体は前記弾性振動を前記多孔性非金属板に向けて反射させる架橋型超音波霧化装置。
【請求項６】
前記第二電極が電気的に絶縁する２つの電極から成り、前記第一電極と、絶縁する前記２つの電極の一方との間に前記入力電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に前記弾性振動が励振され、前記弾性振動は、液体の霧化に費やされるとともに、前記第一電極と、絶縁する前記２つの電極のもう一方との間で遅延電気信号として検出され、前記遅延電気信号は再び前記入力電気信号として前記第一電極と、絶縁する前記２つの電極の前記一方との間に印加される請求項５に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項７】
前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状は四角形である請求項５または６に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項８】
前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状は正四角形である請求項５または６に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項９】
前記入力電気信号の周波数は、前記圧電基板自体の共振周波数とほぼ等しい請求項１または５に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項１０】
前記多孔性非金属板の比重は、前記圧電基板の比重よりも小さい請求項１または５に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項１１】
前記多孔性非金属板は高分子化合物の板で成る請求項１または５に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項１２】
前記多孔性非金属板はシリコンウェファーで成る請求項１または５に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項１３】
前記圧電基板は圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向はその厚さ方向と平行である請求項１または５に記載の架橋型超音波霧化装置。
【請求項１４】
前記多孔性非金属板に液体供給手段が備えられ、前記液体供給手段は液体吸収物質で成る請求項１または５に記載の架橋型超音波霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空焚き防止機能を有する多孔性非金属板を用いることにより、効率の良い霧化を実現するだけでなく、製造工程において規格化が容易な架橋型超音波霧化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波霧化装置の代表的なものとして、ボルト締ランジュバン型振動子による霧化装置やネブライザーが挙げられる。これらの霧化装置は、装置の規模、霧化効率、粒子の微小性、回路構成または駆動電源コストのいずれかにおいて問題を有していた。これらの問題点を解決する超音波霧化装置が、本願発明者により特許２６９８４８３で開示されている。この超音波霧化装置は、圧電磁器および電極から成る圧電振動子と、振動板から成る複合体に弾性振動を発生させ、その振動板に供給された液体を霧化する機能を有している。しかしながら、この超音波霧化装置は複雑な駆動回路と高い直流電圧の電源を必要とした。さらに、温度変化等の使用条件に影響を受け易いという問題があった。これは、複合体の共振周波数が温度に対応して変動するからである。超音波霧化装置の駆動回路は、複合体の共振周波数に追随して周波数を変える手段が求められる。そこで、複合体の共振周波数の自動追尾機能を具備した自励発振方式の駆動回路を備えた超音波霧化装置が、本願発明者により特許３１１１２０２で開示された。この超音波霧化装置の駆動回路によれば、圧電振動子の所要駆動電圧より低い電圧の直流電源から電力を受けて所要駆動電圧の高周波交流電力を出力できる。しかし、この超音波霧化装置における自励発振回路がその機能を果たすためには、圧電振動子はある程度の厚さを必要とした。すなわち、極微小な粒径を有する霧を発生させしかも低消費電力で低電圧駆動を実現するためには圧電振動子の厚さが薄い複合体では不可能であった。そこで、圧電振動子の厚さに左右されることなく自励発振駆動を可能にする複合体を備えた超音波霧化装置が、本願発明者により特開平０７−１１６５７４で開示された。しかし、この超音波霧化装置では圧電振動子自身の励振によって発生する圧電気を帰還電圧として再利用するときの効率が悪く、その効率の悪い分がそのまま消費電力の増加に反映されていた。そこで、電源効率が良い駆動回路を備えた超音波霧化装置が、本願発明者により特開平０８−２８１１６５で開示された。しかしながら、この超音波霧化装置を含めた従来の霧化装置では、液体が振動板に供給されているいないにかかわらず、電源を切らない限り装置が作動し続けることから、空焚きを引き起こす可能性があった。その結果、装置の寿命の短縮、消費電力の増大、装置自身の発熱の危険性等の問題を抱えていた。さらに、振動板の材質や大きさ等の課題が解決されていなかったことから、製造工程での複合体の規格化が困難であった。このことは、回路構成の規格化にも影響を及ぼしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、微小で均一な粒子の霧化が可能で、しかも連続的に安定な霧化ができ、温度変化等による駆動周波数のずれを克服することができ、空焚き防止機能を有し、低電圧で低消費電力駆動が可能で、小型軽量で、耐久性に優れ、製造工程において規格化が容易な架橋型超音波霧化装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の架橋型超音波霧化装置は柱状の２つの圧電基板と、第一、第二、第三および第四電極と、多孔性非金属板と、増幅器から成る架橋型超音波霧化装置であって、前記２つの圧電基板の１つを入力用圧電基板とし、もう１つを出力用圧電基板として使用し、前記第一および第二電極は、前記入力用圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられ、前記第三および第四電極は、前記出力用圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられており、前記多孔性非金属板は、前記入力用および出力用圧電基板を架橋するような形状で設けられ、前記第一および第二電極の間に入力電気信号が印加されることにより、前記入力用圧電基板に第１弾性振動が励振され、前記第１弾性振動が前記多孔性非金属板に伝搬されることにより、前記多孔性非金属板の貫通孔に供給されている液体が霧化され、それと同時に、前記液体が前記貫通孔に供給されている時にだけ第２弾性振動が前記出力用圧電基板に生じ、前記第２弾性振動は、前記第三および第四電極によって遅延電気信号として検出され、前記遅延電気信号は、前記増幅器によって増幅された後、前記入力電気信号として再び前記第一および第二電極の間に印加される。
【０００５】
請求項２に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記入力電気信号の周波数が前記入力用および出力用圧電基板の複合体の共振周波数とほぼ等しい。
【０００６】
請求項３に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状が四角形で、前記多孔性非金属板は前記第二電極上の縁と前記第四電極上の縁に固着されている。
【０００７】
請求項４に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状が正四角形で、前記多孔性非金属板は前記第二電極上の縁と前記第四電極上の縁に固着されている。
【０００８】
請求項５に記載の架橋型超音波霧化装置は柱状の圧電基板と、第一および第二電極と、多孔性非金属板と、振動反射体から成る架橋型超音波霧化装置であって、前記第一および第二電極は、前記圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられ、前記多孔性非金属板は、前記圧電基板および前記振動反射体を架橋するような形状で設けられ、前記第一および第二電極の間に入力電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に弾性振動が励振され、前記弾性振動が前記多孔性非金属板に伝搬されることにより、前記多孔性非金属板の貫通孔に供給されている液体が霧化され、前記振動反射体は前記弾性振動を前記多孔性非金属板に向けて反射させる。
【０００９】
請求項６に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記第二電極が電気的に絶縁する２つの電極から成り、前記第一電極と、絶縁する前記２つの電極の一方との間に前記入力電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に前記弾性振動が励振され、前記弾性振動は、液体の霧化に費やされるとともに、前記第一電極と、絶縁する前記２つの電極のもう一方との間で遅延電気信号として検出され、前記遅延電気信号は再び前記入力電気信号として前記第一電極と、絶縁する前記２つの電極の前記一方との間に印加される。
【００１０】
請求項７に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状が四角形である。
【００１１】
請求項８に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記圧電基板の前記一方および前記もう一方の端面の形状が正四角形である。
【００１２】
請求項９に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記入力電気信号の周波数が前記圧電基板自体の共振周波数とほぼ等しい。
【００１３】
請求項１０に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記多孔性非金属板の比重が前記圧電基板の比重よりも小さい。
【００１４】
請求項１１に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記多孔性非金属板が高分子化合物の板で成る。
【００１５】
請求項１２に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記多孔性非金属板がシリコンウェファーで成る。
【００１６】
請求項１３に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記圧電基板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向はその厚さ方向と平行である。
【００１７】
請求項１４に記載の架橋型超音波霧化装置は、前記多孔性非金属板に液体供給手段が備えられ、前記液体供給手段は液体吸収物質で成る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
第１の本発明の架橋型超音波霧化装置は、柱状の２つの圧電基板と、第一、第二、第三および第四電極と、多孔性非金属板と、増幅器から成る簡単な構造を有する。２つの圧電基板の１つは入力用圧電基板として、もう１つは出力用圧電基板として使用される。第一および第二電極は、入力用圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられ、第三および第四電極は、出力用圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられている。多孔性非金属板は、入力用および出力用圧電基板を架橋するような形状で設けられている。
【００１９】
もしも、第一および第二電極の間に入力電気信号が印加されると、入力用圧電基板に第１弾性振動が励振される。第１弾性振動は多孔性非金属板に伝搬される。このとき、多孔性非金属板の貫通孔に液体が存在すると、その液体が霧化される。それと同時に、第２弾性振動が出力用圧電基板に生じる。第２弾性振動は、第三および第四電極によって遅延電気信号として検出される。遅延電気信号は、増幅器によって増幅された後、入力電気信号として再び第一および第二電極の間に印加される。このようにして、自励発振型の霧化装置が構成される。また、多孔性非金属板の貫通孔に液体が存在しなければ、多孔性非金属板における第１弾性振動が散乱されることから、出力用圧電基板において第２弾性振動が発生しない。その結果、遅延電気信号も発生しないので、入力電気信号が第一および第二電極の間に再び印加されることはない。このようにして、空焚き防止機能を備えた霧化装置が構成される。
【００２０】
第１の本発明の架橋型超音波霧化装置では、入力電気信号の周波数が入力用および出力用圧電基板の複合体の共振周波数とほぼ等しくなるような構造を採用することが可能である。このときの複合体の形状は、入力用圧電基板の長さまたは幅が２倍になった構造と同等である。
【００２１】
第１の本発明の架橋型超音波霧化装置では、圧電基板の一方およびもう一方の端面の形状が四角形の構造、すなわち、圧電基板が四角柱で成る構造が可能である。さらに、圧電基板の一方およびもう一方の端面の形状が正四角形の構造、すなわち、圧電基板が正六面体で成る構造が可能である。これらの場合、多孔性非金属板は第二電極上の縁と第四電極上の縁に固着されている。
【００２２】
第２の本発明の架橋型超音波霧化装置は、柱状の圧電基板と、第一および第二電極と、多孔性非金属板と、振動反射体から成る構造を有する。このとき、圧電基板の一方およびもう一方の端面の形状が、四角形または正四角形で成る構造が可能である。第一および第二電極は、圧電基板の厚さ方向に垂直な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられている。多孔性非金属板は、圧電基板および振動反射体を架橋するような形状で設けられている。もしも、第一および第二電極の間に、圧電基板自体の共振周波数とほぼ等しい周波数を有する入力電気信号が印加されると、圧電基板に弾性振動が励振される。弾性振動は多孔性非金属板に伝搬される。このとき、多孔性非金属板の貫通孔に液体が存在すると、その液体が霧化される。また、振動反射体は弾性振動を多孔性非金属板に向けて反射させる。このようにして、エネルギーの損失を抑制することが可能となる。
【００２３】
第２の本発明の架橋型超音波霧化装置では、第二電極が電気的に絶縁する２つの電極から成る構造が可能である。もしも第一電極と、絶縁する２つの電極の一方との間に入力電気信号が印加されると、圧電基板に弾性振動が励振される。弾性振動は、液体の霧化に費やされるとともに、第一電極と、絶縁する２つの電極のもう一方との間で遅延電気信号として検出される。この遅延電気信号は再び入力電気信号として第一電極と、絶縁する２つの電極の一方との間に印加される。このようにして、自励発振型の霧化装置が構成される。
【００２４】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、多孔性非金属板の比重が圧電基板の比重よりも小さい構造を採用することができる。
【００２５】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、多孔性非金属板が高分子化合物の板で成る構造を採用することができる。
【００２６】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、多孔性非金属板がシリコンウェファーで成る構造を採用することができる。
【００２７】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、圧電基板が圧電セラミックで成り、圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行である構造を採用することができる。
【００２８】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、液体吸収物質で成る液体供給手段が多孔性非金属板に備えられた構造を採用することができる。
【００２９】
【実施例】
図１は本発明の架橋型超音波霧化装置の第１の実施例を示す斜視図である。本実施例は入力用圧電基板１、第一電極２、第二電極３、出力用圧電基板４、第三電極５、第四電極６、多孔性非金属板７、増幅器８および液体供給手段９から成る。第一電極２、第二電極３、第三電極５、第四電極６、増幅器８および液体供給手段９は図１では描かれていない。入力用圧電基板１および出力用圧電基板４は、それぞれ圧電セラミックで成り、厚さ（Ｔ）は１  ｍｍ、長さ（Ｌ）は２０  ｍｍ、幅（Ｗ）は１７  ｍｍであって、分極軸の方向は厚さ方向と平行である。入力用圧電基板１および出力用圧電基板４としては、圧電性の高分子化合物もまた好都合である。多孔性非金属板７は、入力用圧電基板１および出力用圧電基板４を架橋するような形状で設けられている。多孔性非金属板７は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の硬い板で成り、その音響インピーダンスは入力用圧電基板１および出力用圧電基板４よりも低く、また、多くの貫通孔を有し、各貫通孔の出口は入口よりも小さい。このようにして多孔性非金属板７は、安価であるばかりでなく人体に無害である。多孔性非金属板７としては、ＰＥＴ製の板の他に、比重が入力用圧電基板１および出力用圧電基板４よりも小さい物質を採用することが可能である。また、多孔性非金属板７としてシリコンウェファーを使用することもできる。
【００３０】
図２は図１の架橋型超音波霧化装置の断面図である。増幅器８は図２では描かれていない。液体供給手段９は液体吸収物質で成り、多孔性非金属板７に液体を供給する。第一電極２、第二電極３、第三電極５および第四電極６はアルミニウム薄膜で成り、第一電極２および第二電極３は、入力用圧電基板１の厚さ方向に平行な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられている。第三電極５および第四電極６は、出力用圧電基板４の厚さ方向に平行な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられている。多孔性非金属板７は第二電極３上の縁と、第四電極６上の縁に固着されている。
【００３１】
図３は図１の架橋型超音波霧化装置のもう１つの断面図である。液体供給手段９は図３では描かれていない。もしも入力電気信号が第一電極２および第二電極３の間に印加されると、第１弾性振動が入力用圧電基板１に励振される。このとき、入力用圧電基板１の分極軸の方向が厚さ方向と平行であることにより、入力用圧電基板１に効率よく第１弾性振動が励振される。
【００３２】
入力用圧電基板１自体には３つのタイプの共振周波数がある。すなわち、入力用圧電基板１の幅（Ｗ）方向、長さ（Ｌ）方向および厚さ（Ｔ）方向に沿った共振周波数である。さらに、入力用圧電基板１および出力用圧電基板４の複合体の共振周波数も存在する。この入力用圧電基板１および出力用圧電基板４の複合体とは、入力用圧電基板１の長さ（Ｌ）が２倍になったもの、または幅（Ｗ）が２倍になったものと同等な構造を有するものである。このようにして、入力電気信号の周波数が幅（Ｗ）方向または長さ（Ｌ）方向に沿った共振周波数とほぼ等しいとき、または入力用圧電基板１および出力用圧電基板４の複合体の幅方向または長さ方向に沿った共振周波数とほぼ等しいときに、第１弾性振動は入力用圧電基板１に効率よく励振される。この場合、入力用圧電基板１自体の共振周波数が、入力用圧電基板１および多孔性非金属板７の複合体の共振周波数とほぼ等しいことが確認されている。同様にして、入力用圧電基板１および出力用圧電基板４の複合体の共振周波数が、入力用圧電基板１と、多孔性非金属板７と、出力用圧電基板４の３つの素子から成る図１の複合体の共振周波数とほぼ等しいことが確認されている。すなわち、入力電気信号の周波数は多孔性非金属板７による影響をほとんど受けないことが判る。その結果、製造過程において規格化された製品を作ることが容易になる。
【００３３】
入力用圧電基板１に励振された第１弾性振動は、多孔性非金属板７に伝搬される。このとき、もしも多孔性非金属板７の貫通孔に液体供給手段９から液体が供給されていると、その液体が多孔性非金属板７の貫通孔の出口から外部に向けて霧化される。このとき、多孔性非金属板７の貫通孔により、微小で均一な霧の粒子が放出される。入力用圧電基板１に励振された第１弾性振動は、また、出力用圧電基板４において第２弾性振動を発生させる。第２弾性振動は、遅延電気信号として第三電極５および第四電極６の間で検出され、この遅延電気信号は増幅器８で増幅される。増幅された電気信号は、再び入力電気信号として第一電極２および第二電極３の間に印加される。このようにして、自励発振型の霧化装置が構成され、その結果、温度変化などに影響されやすい駆動周波数のずれを克服することが可能となるばかりでなく、連続して安定な霧化装置を提供することが可能となる。また、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【００３４】
上記で述べたように、もしも液体が多孔性非金属板７の貫通孔に供給されていると、その液体は効果的に霧化される。しかしながら、液体が多孔性非金属板７の貫通孔に供給されていなければ、多孔性非金属板７における第１弾性振動が散乱されることから、出力用圧電基板４において第２弾性振動が発生しない。その結果、遅延電気信号も発生しないので、入力電気信号が第一電極２および第二電極３の間に再び印加されることはない。このようにして、多孔性非金属板７を採用することにより、多孔性非金属板７に液体が供給されていない状態での駆動を防止すること、すなわち空焚き防止が可能となる。
【００３５】
図４は入力電気信号の周波数と、挿入損失との関係を示す特性図である。約６７ｋＨｚでのピークは、入力用圧電基板１および出力用圧電基板４の複合体の幅方向に沿った共振周波数に対応する。なお、このときの複合体は、入力用圧電基板１の長さ（Ｌ）が２倍になったものと同等な構造を有するものである。
【００３６】
図５は入力電気信号の周波数と、挿入損失との関係を示す特性図である。約１０５  ｋＨｚおよび２３３  ｋＨｚでのピークは、入力用圧電基板１の長さ（Ｌ）方向に沿った第１および第２の共振周波数に対応する。また、約１３０  ｋＨｚおよび２６８  ｋＨｚでのピークは、入力用圧電基板１の幅（Ｗ）方向に沿った第１および第２の共振周波数に対応する。
【００３７】
図６は入力電気信号の周波数と、挿入損失との関係を示す特性図である。約３８０  ｋＨｚでのピークは、入力用圧電基板１の幅（Ｗ）方向に沿った第３の共振周波数に対応する。約６７５  ｋＨｚでのピークは、入力用圧電基板１の長さ（Ｌ）方向に沿った第３の共振周波数に対応する。
【００３８】
図４〜６における各ピークでの共振周波数と、入力電気信号の周波数がほぼ等しいときに、第１弾性振動が入力用圧電基板１に効率よく励振されることが確認されている。
【００３９】
図７は本発明の架橋型超音波霧化装置の第２の実施例を示す斜視図である。本実施例は圧電基板１０、第一電極１１、第二電極１２、多孔性非金属板１３、振動反射体１４および液体供給手段９から成る。第一電極１１、第二電極１２および液体供給手段９は図７では描かれていない。圧電基板１０は入力用圧電基板１と同様な材質で成る四角柱で、厚さ（Ｔ）は４  ｍｍ、長さ（Ｌ）および幅（Ｗ）はともに５  ｍｍであって、分極軸の方向は厚さ方向と平行である。つまり、圧電基板１０の厚さ方向に平行な両端面の形状は正四角形である。多孔性非金属板１３は、多孔性非金属板７と同様な材質で成り、圧電基板１０および振動反射体１４を架橋するような形状で設けられている。振動反射体１４は、シリコンウェファーで成り、多孔性非金属板１３よりも高い音響インピーダンスを有し、多孔性非金属板１３の支持体としての機能を兼ね備えている。
【００４０】
図８は図７の架橋型超音波霧化装置の断面図である。液体供給手段９は多孔性非金属板１３に液体を供給する。第一電極１１および第二電極１２は、アルミニウム薄膜で成り、圧電基板１０の厚さ方向に平行な一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられている。多孔性非金属板１３は第一電極１１の縁と、振動反射体１４の溝の中に固着されている。もしも入力電気信号が第一電極１１および第二電極１２の間に印加されると、弾性振動が圧電基板１０に励振される。弾性振動は多孔性非金属板１３に伝搬される。このとき、もしも多孔性非金属板１３の貫通孔に液体供給手段９から液体が供給されていると、その液体が多孔性非金属板１３の貫通孔の出口から外部に向けて霧化される。一方、弾性振動は振動反射体１４で多孔性非金属板１３に向けて反射される。このようにして、エネルギーの損失を抑制することが可能となる。
【００４１】
図９は本発明の架橋型超音波霧化装置の第３の実施例を示す断面図である。本実施例は、自励発振回路１６が用いられていることと、第二電極１２の代わりに２つの電気的に絶縁された電極１５ａおよび１５ｂが用いられていることを除いて、図８と同様な構造を有する。もしも入力電気信号が第一電極１１および電極１５ａの間に印加されると、弾性振動が圧電基板１０に励振される。弾性振動は多孔性非金属板１３に伝搬される。このとき、もしも多孔性非金属板１３の貫通孔に液体供給手段９から液体が供給されていると、その液体が多孔性非金属板１３の貫通孔の出口から外部に向けて霧化される。一方、弾性振動は振動反射体１４で多孔性非金属板１３に向けて反射される。このようにして、エネルギーの損失を抑制することが可能となる。圧電基板１０における弾性振動は、また、第一電極１１および電極１５ｂの間で遅延電気信号として検出される。遅延電気信号は、自励発振回路１６を経由して、第一電極１１および電極１５ａの間に入力電気信号として再び印加される。このようにして、自励発振型の霧化装置が構成される。
【００４２】
【発明の効果】
第１の本発明の架橋型超音波霧化装置は、入力用および出力用圧電基板と、第一、第二、第三および第四電極と、多孔性非金属板と、増幅器から成る。第一および第二電極は入力用圧電基板に、第三および第四電極は出力用圧電基板にそれぞれ設けられている。多孔性非金属板は、入力用および出力用圧電基板を架橋するような形状で設けられている。もしも、第一および第二電極の間に入力電気信号が印加されると、入力用圧電基板に第１弾性振動が励振される。第１弾性振動は多孔性非金属板に伝搬される。このとき、多孔性非金属板の貫通孔に液体が存在すると、その液体が霧化されるのと同時に、第２弾性振動が出力用圧電基板に生じる。第２弾性振動は、第三および第四電極によって遅延電気信号として検出され、増幅器によって増幅された後、入力電気信号として再び第一および第二電極の間に印加される。このようにして、自励発振型の霧化装置が構成される。また、多孔性非金属板の貫通孔に液体が存在しなければ、入力電気信号が第一および第二電極の間に再び印加されることはない。このようにして、空焚き防止機能を備えた霧化装置が構成される。
【００４３】
第１の本発明の架橋型超音波霧化装置では、入力電気信号の周波数が入力用および出力用圧電基板の複合体の共振周波数とほぼ等しくなるような構造を採用することが可能である。このときの複合体の形状は、入力用圧電基板の長さまたは幅が２倍になった構造と同等である。このような周波数を有する入力電気信号を印加することにより効率の良い霧化を実現できる。
【００４４】
第１の本発明の架橋型超音波霧化装置では、圧電基板の一方およびもう一方の端面の形状が四角形または正四角形で成る構造を採用することが可能である。これらの構造においては、多孔性非金属板は第二電極上の縁と第四電極上の縁に固着され、その結果、効率の良い霧化を実現することができる。
【００４５】
第２の本発明の架橋型超音波霧化装置は、圧電基板と、第一および第二電極と、多孔性非金属板と、振動反射体から成る構造を有する。第一および第二電極は、圧電基板の一方およびもう一方の端面にそれぞれ設けられ、それらの端面の形状としては四角形または正四角形が採用されている。多孔性非金属板は、圧電基板および振動反射体を架橋するような形状で設けられている。もしも、第一および第二電極の間に、圧電基板自体の共振周波数とほぼ等しい周波数を有する入力電気信号が印加されると、圧電基板に弾性振動が励振される。弾性振動は多孔性非金属板に伝搬される。このとき、多孔性非金属板の貫通孔に液体が存在すると、その液体が霧化される。また、振動反射体は弾性振動を多孔性非金属板に向けて反射させる。このようにして、エネルギーの損失を抑制することが可能となる。
【００４６】
第２の本発明の架橋型超音波霧化装置では、第二電極が電気的に絶縁する２つの電極から成る構造が可能である。もしも第一電極と、絶縁する２つの電極の一方との間に入力電気信号が印加されると、圧電基板に弾性振動が励振される。弾性振動は、液体の霧化に費やされるとともに、第一電極と、絶縁する２つの電極のもう一方との間で遅延電気信号として検出される。この遅延電気信号は再び入力電気信号として第一電極と、絶縁する２つの電極の一方との間に印加される。このようにして、自励発振型の霧化装置が構成される。
【００４７】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、多孔性非金属板の比重が圧電基板の比重よりも小さい構造を採用することができる。また、多孔性非金属板が高分子化合物の板で成る構造を採用することができる。さらに、多孔性非金属板がシリコンウェファーで成る構造を採用することができる。
【００４８】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、圧電基板が圧電セラミックで成り、圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行である構造を採用することができる。
【００４９】
本発明の架橋型超音波霧化装置では、液体吸収物質で成る液体供給手段が多孔性非金属板に備えられた構造を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の架橋型超音波霧化装置の第１の実施例を示す斜視図。
【図２】図１の架橋型超音波霧化装置の断面図。
【図３】図１の架橋型超音波霧化装置のもう１つの断面図。
【図４】入力電気信号の周波数と、挿入損失との関係を示す特性図。
【図５】入力電気信号の周波数と、挿入損失との関係を示す特性図。
【図６】入力電気信号の周波数と、挿入損失との関係を示す特性図。
【図７】本発明の架橋型超音波霧化装置の第２の実施例を示す斜視図。
【図８】図７の架橋型超音波霧化装置の断面図。
【図９】本発明の架橋型超音波霧化装置の第３の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１    入力用圧電基板
２    第一電極
３    第二電極
４    出力用圧電基板
５    第三電極
６    第四電極
７    多孔性非金属板
８    増幅器
９    液体供給手段
１０    圧電基板
１１    第一電極
１２    第二電極
１３    多孔性非金属板
１４    振動反射体
１５ａ    電極
１５ｂ    電極
１６    自励発振回路
【図１】
2004223380.tif 000003
【図２】
2004223380.tif 000004
【図３】
2004223380.tif 000005
【図４】
2004223380.tif 000006
【図５】
2004223380.tif 000007
【図６】
2004223380.tif 000008
【図７】
2004223380.tif 000009
【図８】
2004223380.tif 000010
【図９】
2004223380.tif 000011