(57)【要約】【課題】回路の駆動電圧や振動子の特性が多少ばらついても、ほぼ一定の霧化量を確保することができ、かつ、安価に製作可能な超音波霧化器を提供する。【解決手段】超音波霧化器は、超音波霧化器の駆動を制御する駆動回路１０と、この駆動回路１０に電源電圧を供給する電源１１と、圧電素子１２と超音波ホーン１３からなる超音波振動子１４と、噴霧すべき液体（Ｌ）を貯蔵する噴霧液槽１５と、噴霧液槽１５から超音波振動子１４に対して液体（Ｌ）を供給する繊維束１６とを備えている。繊維束１６は、超音波振動子の霧化作用面１３ａの中央近傍から外れた位置に配置されることが、また、繊維束１６には木綿の撚り糸を採用することが好適である。さらに、超音波振動子１４の支持体を金属とし、この支持体から超音波振動子の電力を得ることによって信号線を削減し、コストダウンを実現した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収納した容器から引き出された繊維束を超音波振動子の霧化作用面側に配置することにより、毛細管現象によって繊維束から供給される液体を超音波振動子によって霧化させることを特徴とする超音波霧化器。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波霧化器において、
前記繊維束は、超音波振動子の霧化作用面の中央近傍から外れた位置に配置されることを特徴とする超音波霧化器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波霧化器において、
前記繊維束は糸であることを特徴とする超音波霧化器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の超音波霧化器において、
前記超音波振動子の支持体を金属とし、この支持体から超音波振動子の電力を得ることを特徴とする超音波霧化器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波霧化器、特に、超音波振動子に対して液体を供給する媒体として繊維束を用いたことを特徴とする超音波霧化器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、超音波振動子を用いた超音波霧化器として、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。室内加湿用の家庭用霧化器の場合は、水を入れた水槽の底部に圧電振動子を取り付けたものが一般的であり、１時間当たり数１００ｃｃ程度の比較的大きな霧化量を実現している。一方、少量の薬液等を霧化する医療用霧化器の場合は、電池駆動に適した５Ｗ以下の小電力で駆動されるものが一般的である。このような用途に好適な超音波霧化器の構造は、例えば、液体の入った容器にスポンジを挿入し、このスポンジの上端側面を超音波振動子のホーン部分に接触させることによって、容器内の液体を霧化させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０５−２１２３３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、超音波霧化器の用途が拡大するなかで、霧化量の精度（単位時間当たりの噴霧量の維持、安定した噴霧量の確保など）に対する要求がますます厳しくなっており、従来の超音波霧化器では、このような要求に応えることができなくなっている。すなわち、従来の超音波霧化器は、超音波振動子の駆動電圧を制御して超音波振動子の振幅を調整し、霧化量の調整を行っていた。しかしながら、霧化量を一定にすることを目的として駆動電圧を一定値に設定したとしても、霧化量は超音波振動子の個々の特性に依存してしまうことから、装置間で霧化量に差が生じないように超音波霧化器を製作することは非常に困難であった。たとえ、超音波振動子に厳しい規格を設定して製作を行ったとしても、駆動電圧に変動が生じた場合には霧化量を一定に保つことは難しい。また、このような厳格な規格を設けて超音波振動子を製作したのでは、製造コストの増大を招く原因となってしまう。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、回路の駆動電圧や振動子の特性が多少ばらついたとしても、ほぼ一定の霧化量を確保することができ、かつ、安価に製作できることを特徴とする超音波霧化器を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本発明に係る超音波霧化器は、液体を収納した容器から引き出された繊維束を超音波振動子の霧化作用面側に配置することにより、毛細管現象によって繊維束から供給される液体を超音波振動子によって霧化させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る超音波霧化器において、前記繊維束は、超音波振動子の霧化作用面の中央近傍から外れた位置に配置されることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る超音波霧化器において、前記繊維束は糸であることが好適である。
【０００９】
またさらに、本発明に係る超音波霧化器において、前記超音波振動子の支持体を金属とし、この支持体から超音波振動子の電力を得ることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態における超音波霧化器の概略構成を例示する図である。
【００１１】
本実施の形態における超音波霧化器は、駆動部として、超音波霧化器の駆動を制御する駆動回路１０と、この駆動回路１０に電源電圧を供給する電源１１と、この電源１１から電力を供給されて振動する超音波振動子１４とを有している。なお、超音波振動子１４は、圧電素子１２と超音波ホーン１３から構成されている。さらに、本実施の形態における超音波霧化器は、液体供給部として、噴霧すべき液体（Ｌ）を貯蔵する噴霧液槽１５と、噴霧液槽１５から超音波振動子１４に対して液体（Ｌ）を供給する繊維束１６とを備えている。
【００１２】
駆動回路１０からの発振信号は、圧電素子１２と超音波ホーン１３の間に印加されるように接続されている。超音波ホーン１３は先端が円筒形状であり、その先端部の平面が振動面となって霧化作用面１３ａを構成し、霧を発生させる役割を担っている。
【００１３】
超音波ホーン１３の霧化作用面１３ａに液体を供給するのが繊維束１６である。この繊維束１６は、下端が噴霧液槽１５内に垂れ下がっており、上端が超音波ホーン１３の霧化作用面１３ａに接触している。ただし、繊維束１６は、常に霧化作用面１３ａに接触してもよいし、通常は離れており超音波振動子１４の超音波ホーン１３が振動したときに霧化作用面１３ａに接触するように設置してもよい。噴霧液槽１５内に貯蔵された噴霧すべき液体（Ｌ）は、繊維束１６を伝って上昇し、超音波ホーン１３の霧化作用面１３ａに供給されることになる。液体（Ｌ）が繊維束１６を上昇する原理については、既知の毛細管現象によるものであるから説明を省略する。繊維束１６によって超音波ホーン１３の霧化作用面１３ａに供給された液体（Ｌ）は、超音波ホーン１３の振動によって霧化され、噴霧されることになる。
【００１４】
なお、超音波ホーン１３の霧化作用面１３ａに液体（Ｌ）を供給する繊維束１６は、噴霧液槽１５から霧化作用面１３ａに至るまでの間をパイプ１７によって覆われているので、液体（Ｌ）の蒸発が防止され、効率よく液体（Ｌ）の供給を図ることができるようになっている。
【００１５】
ここで、超音波ホーン１３と繊維束１６の位置関係について説明する。超音波ホーン１３の振動によって液体（Ｌ）は霧化されるのであるが、本発明者らが実施した実験によって、液体（Ｌ）の霧化は超音波ホーン１３の霧化作用面１３ａのほぼ中央近傍で行われることが明らかとなっている。したがって、効率よく液体（Ｌ）の霧化を行うためには、繊維束１６を超音波ホーン１３の霧化作用面１３ａの中央近傍から外れた位置に配置することが好適である。
【００１６】
また、本発明者らによる実験等の鋭意努力によって、最も安定した霧化量を得ることができる繊維束１６として糸を用いることが好ましく、さらにより好ましくは木綿の撚り糸を用いることが好適であるという知見を得た。超音波振動子１４への液体供給媒体として木綿の撚り糸を用いたのは、糸の太さ、材質、撚り方などによって単位時間当たりの最大液体供給量が一定となるため、安定した霧化量を確保することができるからである。この特性について、図２を用いて説明すると、糸の種類（Ａ，Ｂ，Ｃ）によって糸の最大液体伝達量は異なっており、いくら超音波振動子１４の駆動電圧を上昇してもこの最大液体伝達量以上の液体（Ｌ）を霧化することは不可能である。あらかじめ装置の駆動電圧を糸の液体伝達量の飽和領域（ａ）に設定することによって、一定の霧化量（ｂ１，ｂ２，ｂ３）を得ることができる。したがって、糸の種類を選定することによって、駆動電圧の変動や超音波振動子１４の特性に多少の差が生じたとしても、所望の霧化量を得ることができるのである。
【００１７】
また、液体の供給媒体として糸を選択することが好適であることの別の理由として、振動している振動子先端の霧化作用面１３ａに対して糸１６を直接接触させたとしても、糸１６であれば超音波振動子１４にとって大きな負荷にはならないという点がある。例えば、比較的硬質な液体供給媒体を用いて超音波振動子１４の霧化作用面１３ａに液体（Ｌ）を供給した場合には、両者の接触する力が強いと超音波振動子１４に与える負荷が大きいので振動の発生を抑制してしまうことになる。逆に、両者が少しでも離れてしまうと液体（Ｌ）の供給が停止してしまうので、霧化ができなくなってしまうことになる。つまり、比較的硬質な液体供給媒体を用いたのでは、液体供給媒体と霧化作用面１３ａとの非常に微妙な位置調整が必要となってしまうのである。しかしながら、液体供給媒体に糸１６を用いた場合には、糸１６はコシが弱いので超音波振動子１４に接触しても振動特性に影響を及ぼすことはない。また、糸１６と霧化作用面１３ａとの位置調整も比較的容易に設定することが可能であるので、糸を用いることによって高い精度の霧化量を容易に得ることができることになる。
【００１８】
なお、上述した実施の形態では、超音波振動子１４の霧化作用面１３ａに対して繊維束１６を下方から設置した場合を例示した。しかしながら、本発明は、図１で例示した形態のみに限定されるものではない。例えば、図３は、本発明における別の実施の形態を示す図である。図３において、（ａ）は、別の実施の形態における超音波霧化器の外観斜視図であり、（ｂ１）は、この超音波霧化器の構造を説明するための上面図である。さらに、（ｂ２）は、（ｂ１）で示した超音波霧化器の別の形態を例示した図である。
【００１９】
図３で例示される別の実施の形態における超音波霧化器によれば、超音波振動子１４の霧化作用面１３ａに対して繊維束１６を左右に掛け渡すことによって液体（Ｌ）を供給することも可能である。本実施の形態は、例えば、ボトル３０の先端に超音波振動子１４を取り付ける場合に好適である。ボトル３０内に設置されているスポンジ３１等の液体供給媒体によって、ボトル３０内の液体（Ｌ）はボトル３０上部へと供給される。スポンジ３１の先端部には繊維束（糸）１６が接触しており、液体（Ｌ）の供給を受けている。繊維束（糸）１６は、スポンジ３１先端部から霧化作用面１３ａに至るまでの間をパイプ１７によって覆われているので、液体（Ｌ）の蒸発が防止され、効率よく液体（Ｌ）の供給を図ることができるようになっている。なお、（ｂ１）では、１本の繊維束（糸）１６を掛け渡した場合を例示しており、（ｂ２）は、さらに（ｂ１）の場合に比べて１本の繊維束（糸）１６を追加した場合を示している。このように、繊維束（糸）１６の本数や種類等を変更することによって、所望の霧化量を得ることが可能となる。
【００２０】
具体的な実施例を示すと、図１で示した超音波霧化器において、４００ｋＨｚの超音波振動子１４、繊維束１６に３本撚りの木綿糸で２０番手のものを使用し、１２μｍ以下の霧化粒径で１時間当たりの霧化量を０．０６〜２．２ｇと設定した場合に、霧化量のばらつきを±１２％程度に抑えることができた。このような厳しい条件の霧化量を実現できたのは、従来の技術で示したような超音波振動子への液体供給媒体としてスポンジを用いた場合と異なり、繊維束（糸）１６を用いたからである。繊維束（糸）１６の場合は、液体（Ｌ）を効率よく超音波振動子１４に対して供給することができるので、上記実施例に示したような条件で霧化することが可能となるのである。
【００２１】
さらに、本実施の形態における超音波霧化器では、超音波振動子１４に対して電力を供給する構造を工夫することによって、製作コストを削減し、コンパクト化をも実現した超音波霧化器を提供することが可能である。図４において、（ａ）は、本発明における超音波霧化器の構造を示す図であり、（ｂ）は、従来の超音波霧化器の構造を示している。
【００２２】
図４（ｂ）で示す従来の超音波霧化器では、超音波振動子１４、駆動回路１０、電源１１がそれぞれ２本の信号線４１によって接続されており、合計４本の信号線４１が必要であった。しかし、図４（ａ）で示されるように、本発明における超音波霧化器では、超音波振動子１４の支持体４０を金属とし、この支持体４０から超音波振動子１４の電力を得る構造とした。すなわち、電源１１を支持体４０と駆動回路１０に直接接続したので、信号線４１の数を従来の４本から１本に削減することができた。これによって、超音波霧化器自体の大きさもコンパクト化することができ、結果として、製造コストの削減を図ることができた。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、回路の駆動電圧や振動子の特性が多少ばらついたとしても、ほぼ一定の霧化量を確保することができ、かつ、安価に製作可能な超音波霧化器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における超音波霧化器の概略構成を例示する図である。
【図２】糸の種類と液体伝達量の関係を説明するための図である。
【図３】（ａ）は、別の実施の形態における超音波霧化器の外観斜視図であり、（ｂ１）は、この超音波霧化器の構造を説明するための上面図である。さらに、（ｂ２）は、（ｂ１）で示した超音波霧化器の別の形態を例示した図である。
【図４】（ａ）は、本発明における超音波霧化器の構造を示す図であり、（ｂ）は、従来の超音波霧化器の構造を示す図である。
【符号の説明】
１０  駆動回路、１１  電源、１２  圧電素子、１３  超音波ホーン、１３ａ霧化作用面、１４  超音波振動子、１５  噴霧液槽、１６  繊維束（糸）、１７  パイプ、３０  ボトル、３１  スポンジ、４０  支持体、４１  信号線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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