(57)【要約】【課題】製造ロット間又は同一ロット間で噴霧量のバラツキの発生が抑制され、所定の噴霧量で液体を噴霧することができる、超音波霧化装置及びその噴霧量の調整方法を提供する。【解決手段】液体貯留部１４と、圧電振動子１１と、微細孔１１３ａを有する振動板１２と、制御部３０とを備える超音波霧化装置１において、振動板１２の微細孔の内径誤差にかかわらず液体の全噴霧量が一定になるように、制御部３０によって圧電振動子１１への通電のオン−オフを行い、圧電振動子１１の振動によって液体貯留部１４からの液体を振動板１２で霧化して噴霧粒子を噴霧する。【選択図】  図１
2013138989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する液体貯留部と、
通電によって超音波振動を生じる圧電振動子と、
厚さ方向に貫通した微細孔を有し、前記圧電振動子の振動によって前記液体を霧化して噴霧粒子を噴霧する振動板と、
前記振動板の微細孔の内径誤差にかかわらず液体の全噴霧量が一定になるように、前記圧電振動子への通電のオン−オフを行う制御部と、
を備えていることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項２】
前記液体貯留部から前記振動板に前記液体を供給する液体供給部をさらに備えている請求項１に記載の超音波霧化装置。
【請求項３】
通電によって超音波振動を生じる圧電振動子と、厚さ方向に貫通した多数の微細孔を有し、前記圧電振動子の振動によって液体を霧化して噴霧粒子を所定の噴霧時間噴霧する振動板とを備える超音波霧化装置による液体の噴霧量を所定の量に調整する方法であって、
前記噴霧時間を、前記振動板の微細孔の実寸内径に基づいて設定して、超音波霧化装置による液体の噴霧量を所定の量に調整することを特徴とする、噴霧量の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水、薬液等の液体を超音波振動によって霧化する超音波霧化装置及びその噴霧量の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有効成分を含有した薬液等の液体を室内又は屋外の空間に噴霧する手段として、超音波霧化装置が知られている。超音波霧化装置は、通電により超音波振動を生じる圧電振動子と、この圧電振動子に接触し、多数の微細孔を有する振動板とを有しており、微細孔に液体を供給し、圧電振動子の振動によって振動板に超音波振動を生じさせることで、液体を霧化するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
有害生物の防除を目的として、前記超音波霧化装置を用い、有害生物防除成分を有効成分として含有した薬液を目的の空間に噴霧する場合、超音波霧化装置によって単位体積の空間内に単位時間あたりに噴霧される薬液の量（噴霧量）は、噴霧される薬液中の有害生物防除成分の量が有害生物の防除に十分な量となるように設定されている。かかる薬液の噴霧量を、超音波霧化装置の振動板の微細孔の設計上の内径及び微細孔の数によって調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８８５１５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、微細孔は、マイクロメートルオーダーであることから、形成される微細孔の実寸内径を設計上の内径に一致するように制御することが困難である。したがって、製造ロット又は同一ロット間によっては、同じ液体を用いた場合であっても、超音波霧化装置による実際の噴霧量が所定量にならないことがある。これに対して、製造精度を向上させ、誤差をなくすことが考えられるが、振動板の製造に手間がかかることから、装置の製造コストが高くなる。
【０００６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、製造ロット間又は同一ロット間で噴霧量のバラツキの発生が抑制され、所定の噴霧量で液体を噴霧することができる、超音波霧化装置及びその噴霧量の調整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】
本発明の超音波霧化装置は、液体を貯留する液体貯留部と、
通電によって超音波振動を生じる圧電振動子と、
厚さ方向に貫通した微細孔を有し、前記圧電振動子の振動によって前記液体を霧化して噴霧粒子を噴霧する振動板と、
前記振動板の微細孔の内径誤差にかかわらず液体の全噴霧量が一定になるように、前記圧電振動子への通電のオン−オフを行う制御部と、
を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の超音波霧化装置は、前記制御部によって、前記振動板の微細孔の内径誤差にかかわらず液体の全噴霧量が一定になるように、前記圧電振動子への通電のオン−オフが行われるため、製造ロット間又は同一ロット間での誤差によって微細孔の実寸内径が設計上の内径と異なっていたとしても、製造ロット間又は同一ロット間で全噴霧量を一定にすることができる。したがって、本発明の超音波霧化装置によれば、製造ロット間又は同一ロット間での噴霧量のバラツキの発生が抑制され、所定の噴霧量での液体の噴霧が可能となる。
【０００９】
本発明の超音波霧化装置は、前記液体貯留部から前記振動板に前記液体を供給する液体供給部をさらに備えていることが好ましい。
この場合、液体を上方に効率よく噴霧することができる。
【００１０】
本発明の噴霧量の調整方法は、通電によって超音波振動を生じる圧電振動子と、厚さ方向に貫通した多数の微細孔を有し、前記圧電振動子の振動によって液体を霧化して噴霧粒子を所定の噴霧時間噴霧する振動板とを備える超音波霧化装置による液体の噴霧量を所定の量に調整する方法であって、
前記噴霧時間を、前記振動板の微細孔の実寸内径に基づいて設定して、超音波霧化装置による液体の噴霧量を所定の量に調整することを特徴とする。
【００１１】
本発明の噴霧量の調整方法は、噴霧時間を、振動板の微細孔の実寸内径に基づいて設定するため、製造ロット間又は同一ロット間で全噴霧量を一定にすることができる。したがって、本発明の噴霧量の調整方法によれば、製造ロット間又は同一ロット間での噴霧量のバラツキの発生が抑制され、所定の噴霧量での液体の噴霧が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の超音波霧化装置及び噴霧量の調整方法によれば、製造ロット間又は同一ロット間で噴霧量のバラツキの発生が抑制され、所定の噴霧量で液体を噴霧することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波霧化装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示される超音波霧化装置の噴霧部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本発明の超音波霧化装置について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波霧化装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示される超音波霧化装置１は、有害生物防除成分を含有する液体を霧化して噴霧する霧化部１０と、霧化部１０に高周波電圧を印加する発振回路２０と、この発振回路２０を介した圧電振動子１１への通電のオン−オフを行う制御部３０と、電源４０とを備えている。
【００１５】
霧化部１０は、図２に示されるように、圧電振動子１１の超音波振動に伴って振動板１２に超音波振動を生じさせることによって前記液体を霧化する霧化部本体１３と、前記液体を貯留する液体貯留部１４と、液体貯留部１４から霧化部本体１３の振動板１２に前記液体を供給する液体供給部１５と、霧化部本体１３を液体貯留部１４に固定する取付部材１６とを備えている。
【００１６】
霧化部本体１３は、通電によって超音波振動を生じる前記圧電振動子１１と、圧電振動子１１の振動によって前記液体を霧化する前記振動板１２と、圧電振動子１１の上面及び振動板１２の下面にそれぞれに添わせた円環状の弾性部材としての一対の弾性リング１０２と、この一対の弾性リング１０２を介して圧電振動子１１及び振動板１２を弾性的に挟み込んで保持するケーシング１０３とを備えている。
【００１７】
圧電振動子１１は、中央部に開口部１１１が形成された円形薄板状の圧電セラミックスによって構成されている。この圧電振動子１１は、厚さ方向に分極されており、両面に形成された電極（図示せず）に高周波電圧を印加することにより、径方向への超音波振動を生じる。圧電振動子１１は、例えば、厚さが０．１〜４．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍであり、発振周波数が３０〜５００ｋＨｚである圧電振動子であればよい。
【００１８】
前記振動板１２は、例えばニッケルからなる円形の薄板からなる。この振動板１２は、圧電振動子１１の開口部１１１を覆った状態で、図１において圧電振動子１１の下面に対して当該圧電振動子１１と同心に接合（固着）されている。この振動板１２は、例えば、厚さが０．０２〜２．０ｍｍ、外径が６〜６０ｍｍである。振動板１２の外径は、圧電振動子１１の開口部１１１の内径寸法より大きくなるように、圧電振動子１１の大きさに応じて適宜選択される。
【００１９】
振動板１２における圧電振動子１１の開口部１１１に臨む部分には、厚さ方向に貫通した多数の微細孔１１３ａが形成されている。この微細孔１１３ａの孔径（実寸内径）は、用いられる液体の粘度に応じて適宜設定することができる。かかる微細孔１１３ａの孔径（実寸内径）は、霧化される液体が水道水である場合、好ましくは２〜１００μｍ、より好ましくは３〜３０μｍである。
【００２０】
振動板１２の中央部には、その頂部から裾部へかけて曲面で構成された凸状部１１３が設けられている。この凸状部１１３は、上方（液体の噴霧方向）へ膨出したドーム状である。振動板１２の中央部をかかる形状とすることによって、液体をより拡散しやすくすることができる。この凸状部１１３は圧電振動子１１の径方向への伸縮（振動）に伴って、上下方向の超音波振動を生じる。
前記振動板１２には、当該振動板１２に前記液体を供給するための液体供給部１５が接触又は近接している。
【００２１】
弾性リング１０２は一対のみ設けられている。かかる一対の弾性リング１０２は、ケーシング１０３と圧電振動子１１の上面との間、及びケーシング１０３と振動板１２の下面との間で弾性変形した状態で、それぞれ圧電振動子１１及び振動板１２と同心状に、前記上面及び下面に対して接触している。
この弾性リング１０２としては、線径０．５〜３ｍｍ、より好ましくは線径０．５〜２．０ｍｍのＯリングが好適に用いられる。
【００２２】
また、弾性リング１０２の硬さは２０〜９０ ＩＲＨＤ、より好ましくは３０〜９０ ＩＲＨＤである。これにより、圧電振動子１１及び振動板１２を適度な弾力で保持して、圧電振動子１１及び振動板１２が過度に振動するのを効果的に抑制することができる。このため、液体をより安定的に霧化させることができる。
なお、圧電振動子１１の上面に接触させた弾性リング１０２と、振動板１２の下面に接触させた弾性リング１０２とは、平均径[（内径＋外径）／２]、線径、硬さ等が同一のものが好ましく、特に平均径については同じものがよい。
【００２３】
弾性リング１０２の素材としては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、水素化ニトリルゴム等が挙げられる。
【００２４】
ケーシング１０３は、上下に分離可能に二つ割りされた中空円環状のものであり、合成樹脂によって形成されている。このケーシング１０３の上下面の開口部１３１の内径は、圧電振動子１１及び振動板１２それぞれとの間で弾性リング１０２を挟み込んで支持できるように、当該弾性リング１０２の内径よりも小さくなっている。前記弾性リング１０２はケーシング１０３の内面に対しても接触している。
【００２５】
液体貯留部１４は、例えば、上部に開口部１４１を有する有底円筒状の容器から構成されている。かかる液体貯留部１４には、前記液体が入れられている。液体貯留部１４の素材としては、ガラスや合成樹脂等が挙げられる。
【００２６】
液体供給部１５は、例えば不織布からなる直径が３〜４．５ｍｍの円柱状のものであり、その頂部が、振動板１２の凸状部１１３に近接又は接触している。この液体供給部１５の下部側は、液体貯留部１４内の液体に浸漬されており、前記液体を毛細管現象によって前記凸状部１１３に供給することができる。
【００２７】
取付部材１６は、円筒状のものであり、液体貯留部１４の開口部１４１近傍の外周に、この開口部１４１を囲むように設けられている。
この取付部材１６の内周には、霧化部本体１３が固着されている。
【００２８】
発振回路２０は、図１に示されるように、持続した交流を作る電気回路である。圧電振動子１１の両面に設けられた電極（図示せず）に電気的に接続されている。また、発振回路２０は、制御部３０に電気的に接続されている。
【００２９】
制御部３０は、発振回路２０への通電のタイミングの情報を記憶するメモリ３１と、この情報に基づいて発振回路２０への通電のオン−オフを管理する通電管理部３２とから構成されている。
【００３０】
メモリ３１に記憶される情報は、振動板１２の微細孔１１３ａの実寸内径に基づいて設定された情報であり、かつ予め定められた噴霧量の液体を噴霧するのに要する噴霧時間となるように発振回路２０への通電を行うための情報である。かかる情報は、製造時等に、メモリ３１にプリセットされる。
【００３１】
通電管理部３２は、電源４０及びメモリ３１の双方と電気的に接続されており、電源４０から電流を受領するとともに、メモリ３１に記憶された前記情報に基づいて発振回路２０への通電のオン−オフを行う。これにより、振動板１２の微細孔１１３ａの内径誤差にかかわらず液体の全噴霧量が一定になるように発振回路２０への通電のオン−オフを行うことが可能となっている。ここで、「全噴霧量」とは、予め設定した噴霧時間内に噴霧される液体の総量を意味する。
【００３２】
なお、弾性部材としての弾性リング１０２は、前記Ｏリングに代えて、断面形状が楕円、四角形、三角形あるいは菱形等のリングであってもよく、また、Ｄ字型、Ｘ字型、Ｔ字型等のリングであってもよい。また、この弾性リング１０２は、周方向に完全につながって連続している必要はなく、周方向に一箇所切れ目が入っていてもよく、周方向に数箇所間欠的に切れ目が入っていてもよい。
【００３３】
振動板１２の凸状部１１３は、頂部が曲面で構成されたドーム状のみならず、この頂部が平面で構成された円錐台状であってもよく、その形状は任意である。
さらに、前記実施形態においては、振動板１２として凸状部１１３を噴霧方向に突出させた凸型振動板を例示したが、凸状部１１３を噴霧方向と反対方向に突出させて凹状部とした凹型振動板であってもよい。また、振動板１２は、中央部に凸状部及び凹状部を有しない平板型振動板であってもよい。
【００３４】
前記実施形態においては、円形薄板状の振動板１２が圧電振動子１１の開口部１１１を完全に覆うものを例示したが、矩形薄板状の振動板を用い、この振動板を圧電振動子１１の開口部１１１を跨ぐように掛け渡し、振動板の両端部を圧電振動子１１の一方の面に固着するようにしてもよい。
また、超音波霧化装置は、液体供給部１５を有さず液体貯留部１４から前記液体を直接振動板１２に供給するものであってもよい。
【００３５】
つぎに、本発明の噴霧量の調整方法について、説明する。
本発明の噴霧量の調整方法は、通電によって超音波振動を生じる圧電振動子と、厚さ方向に貫通した多数の微細孔を有し、圧電振動子の振動によって液体を霧化して噴霧粒子を所定の噴霧時間噴霧する振動板とを備える超音波霧化装置による液体の噴霧量を所定の量に調整する方法であって、噴霧時間を、前記振動板の微細孔の実寸内径に基づいて設定して、超音波霧化装置による液体の噴霧量を所定の量に調整することを特徴とする。
かかる噴霧量の調整方法は、例えば、超音波霧化装置の製造時（組み立て前、最終調整時等）に実施することができる。
【００３６】
ここで、前記「所定の量」とは、噴霧対象の液体の種類に応じて定められる量である。例えば、液体が有害生物防除成分を含有する薬液である場合、前記「所定の量」は、噴霧される薬液中の有害生物防除成分の量が有害生物の防除に十分な量となるように定められる。
噴霧時間は、前記実寸内径の所定数の微細孔を有する振動板１２を備える超音波霧化装置によって単位体積の空間内に単位時間あたりに噴霧される液体の量が前記所定の量となる時間に設定される。
【００３７】
本方法では、まず、振動板１２の微細孔の内径を測定する。
つぎに、得られた実寸内径に基づいて、噴霧時間を設定する。
その後、前記噴霧時間に合わせて発振回路２０への通電を行うための通電のタイミングの情報を制御部３０のメモリ３１にインプットする。メモリ３１への前記情報のインプットは、製造時において、超音波霧化装置１の組み立て前に行ってもよく、組み立て後、動作の最終調整時に行ってもよい。
【００３８】
このようにして調整された超音波霧化装置では、前記振動板の微細孔の内径誤差にかかわらず液体の全噴霧量が一定になるように、前記圧電振動子への通電のオン−オフを行うことができるようになっており、製造ロットを問わず、単位体積の空間内に単位時間あたりに噴霧される液体の噴霧量が所定の量に調整される。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００４０】
（製造例１）
超音波霧化装置の作製
以下の仕様の超音波霧化装置を作製した。本実施例の超音波霧化装置は、下記（５）の設定を除き、図１に示される超音波霧化装置と同じ構造を有する装置である。なお、凸状部の微細孔内径については、設計上の内径を８μｍに設定し、設計上の内径に対する実寸内径の仮想誤差範囲を４〜１２μｍに設定した。
（１）  圧電振動子１１：外径１５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの圧電セラミックス
（２）  振動板：凸型振動板
厚さ０．０４ｍｍ（ニッケル製）
凸状部の基端部の直径３ｍｍ
凸状部の微細孔内径（設計上の内径）：８μｍ（設定）
凸状部の微細孔内径（実寸内径の仮想誤差範囲）：４〜１２μｍ（表１及び２中の実施例１〜４及び比較例１〜４参照）
（３）  印加電圧：４０Ｖｐ−ｐ
（４）  圧電振動子１１（超音波励振機）の周波数：１１０ｋＨｚ
（５）  圧電振動子１１（超音波励振機）への通電設定：５〜１８０秒間の間隔での断続的駆動と、１回あたりの駆動時間が０．１〜１０秒間の連続駆動とを自由に選択して設定可能
【００４１】
（試験例１）
液体（エクソンモービル社製、商品名：エクソールＤ１１０）を、製造例１で得られた実施例１〜４及び比較例１〜４の各超音波霧化装置の液体貯留部に入れ、開放系空間内に設置した。そして、各超音波霧化装置に、表１及び２に示された噴霧時間液体を噴霧させた。このとき、噴霧量を、液体貯留部の質量変化〔（噴霧前の液体貯留部の質量）−（噴霧後の液体貯留部の質量）〕に基づいて算出した。その結果を表１及び２に示す。なお、表中、「ｓｐｒａｙ」は、一回の噴霧を意味する。
【００４２】
【表１】
2013138989.tif 000003
【００４３】
【表２】
2013138989.tif 000004
【００４４】
表１及び２に示された結果から、実施例１〜４に示されるように、微細孔内径（実寸内径）に応じて噴霧時間を変えて設定することにより、内径誤差にかかわらず液体の全噴霧量を略一定にすることができることがわかる。これに対して、噴霧時間を一定にした場合（比較例１〜４）、この噴霧時間中に噴霧された液体の全噴霧量は一定していないことがわかる。
したがって、これらの結果から、微細孔の実寸内径に基づいて噴霧時間を設定することにより、噴霧量を所定の量に一定にすることができることがわかる。
【符号の説明】
【００４５】
１        超音波霧化装置
１１      圧電振動子
１２      振動板
１４      液体貯留部
１５      液体供給部
３０      制御部
１１３ａ  微細孔
【図１】
2013138989.tif 000005
【図２】
2013138989.tif 000006