JP2009028582A - 超音波霧発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動エネルギを有効利用して安定的な霧化量を実現できるようにする。
【解決手段】超音波振動子５を超音波振動させて液体１１を霧化し、霧２５を生成する。超音波振動子５を保持する保持具９の上部には、先細の円錐形状の筒体２０を設置し、超音波振動子５から発生する超音波振動を筒体２０内を通過させて集中させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を霧化させる超音波霧発生装置に関する。

超音波霧発生装置として、容器内の液体中に設置した超音波振動子により液体を振動させて霧を発生させるものがある（例えば、下記特許文献１参照）。

この超音波振動子による霧発生原理は、液体中の超音波振動を強力にして音の放射圧を高め、高い周波数の指向性により音圧を中心付近に集中させることで液体を押しあげて液柱をつくり、液柱の表面で発生した表面波が干渉を起こし、液体を衝突及び引きちぎり合わせ、発生するエネルギが表面張力に打ち勝つことにより、液体を微粒子化して空中に飛散させるものである。

特開２００６−７０１９号公報

ところで、超音波振動により霧を発生させる装置では、液体中を伝播した超音波振動は、その指向性だけに頼って液面付近で音圧を集中させて液体を押し上げ、液体を微粒子化して空中に飛散させるものであり、実際の超音波振動のベクトル方向は全てが液面で集束するようには伝播しないため、集束しなかった超音波振動分のエネルギは霧化には使用されず、全くの無駄となるばかりか、液面や容器の壁面で無作為に乱反射を繰り返し、本来霧化に重要となる集束振動にも影響を与えたり、不要に液面を揺らしたりして、安定的な霧化量を実現できなくなる。

また、上記の不具合を解消するべく、液柱を強力にして霧化量を安定させるためには、強力な超音波エネルギが必要になり、小型化や低コスト化が難しくなるという問題がある。

これを解決する方法として、前記した特許文献１には、超音波振動子に対向する天面に凹部を形成することにより、超音波振動子の振動エネルギをより中心に集中させるようにしているが、この方法では、凹部に到達する超音波振動については有効に利用することができるものの、それ以外の凹部に到達しない超音波振動は無駄となってしまう。

また、超音波振動子自身をお椀型に曲げて超音波の進行方向を集束させる方法もあるが、お椀型の超音波振動子は製造コストが高く、また製造も難しいなどの問題があるほか、やはり超音波振動は素直に集束する方向のみではないため、集束する方向以外の超音波振動は無駄となる。

そこで、本発明は、超音波振動エネルギを有効利用して安定的な霧化量を実現できるようにすることを目的とする。

請求項１の発明は、液体中に超音波振動子を設け、この超音波振動子を超音波振動させることで前記液体を霧化する超音波霧発生装置において、前記超音波振動子に対向する側の前記液体中に、該液体中を前記超音波振動子から離れる方向に向けて伝播する超音波振動を集中させる筒体からなる集中機構を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波霧発生装置であって、前記筒体は、前記超音波振動子から離れるに従って内部の通路が狭くなる先細形状であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の超音波霧発生装置であって、前記筒体は、前記超音波振動子側の基部側から先端側にかけて内面が凸となるよう湾曲していることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置であって、前記筒体の音響インピーダンスを、前記液体の音響インピーダンスより大きくしたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置であって、前記筒体の前記超音波振動子側の基部側に、筒体の外部と連通する連通路を設けたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置であって、前記超音波振動子を、前記液体とは別の液体を封入した液体封入容器内に設置し、この液体封入容器は、前記超音波振動子により発生する超音波振動子の進行方向前方に、前記別の液体中を伝播する超音波振動によって超音波振動可能な振動伝達膜を備え、この振動伝達膜の前記超音波振動子と反対側の面が前記液体に接触していることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の超音波霧発生装置であって、前記筒体を、前記超音波振動子と前記振動伝達膜との間の前記別の液体中に設けたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６に記載の超音波霧発生装置であって、前記筒体を、前記振動伝達膜の前記超音波振動子と反対側の前記液体中に設けたことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置であって、前記筒体は、前記超音波振動子からの超音波振動が前記液体の液面に対して傾斜して進行するよう前記液面に対して傾斜していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、超音波振動子から発生した液体中の超音波振動が、筒体の内部を伝播することによって集中して液面に向けて進行するので、霧化に必要な超音波振動エネルギを有効利用して安定した霧化量を確保することができる。

請求項２の発明によれば、超音波振動子から発生した液体中の超音波振動が先細形状の筒体の内部を伝播することで、液面に向けて伝播する超音波振動をより確実に集中させることができる。

請求項３の発明によれば、超音波振動子から発生した液体中の超音波振動が、内面が凸となるよう湾曲した筒体の内部を伝播することで、音波振動が出口側で増幅されて振動エネルギが大きくなり、霧化量を増大させることができる。

請求項４の発明によれば、筒体の音響インピーダンスを大きくすることで、筒体内面での超音波振動の反射率が高くなって超音波振動のロスが低減し、筒体内の液体中を伝播する超音波振動を高効率に集中させることができる。

請求項５の発明によれば、連通路から筒体内に液体が流入するので、超音波振動子の無負荷発振や霧化量の不安定を防ぐことができる。

請求項６の発明によれば、超音波振動子の無負荷発振や霧化量の不安定を防止できるとともに、液体封入容器に封入した液体を超音波伝播経路に用いることができるため、霧化させるための液体を減少させることができる。

請求項９記載の発明によれば、液面に到達して反射する超音波振動は超音波振動子方向へ進行するのが抑制され、本来霧化に必要な振動が上記反射した超音波振動によって邪魔されることなく安定的な霧化を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施形態を示す超音波霧発生装置の断面図である。

この超音波霧発生装置は、容器１の例えば円形の底部３に開口部３ａを形成し、この開口部３ａに超音波振動子５を設置している。

超音波振動子５は、一般的にチタン酸ジルコン酸鉛系材料（ＰＺＴ）で作った円板形のものが用いられる。このような超音波振動子５は、ある周波数で共振するように厚みを制御しており、一般的には（１／２）λの厚みであり、例えば１ＭＨｚ駆動用であれば２ｍｍ程度、１．６ＭＨｚ駆動用であれば１．２ｍｍ程度としている。

また、超音波振動子５は、液体を霧化する際に直接液体に接すると、疲労破壊や腐食などにより劣化するため、通常は図２（ａ）に示すように、超音波振動子５の表面にＮｉなどの金属膜７を被覆するか、図２（ｂ）のように板状もしくはキャップ状のホーン８を被せている。

本実施形態では、図１に示すように、金属膜７を被覆したものを採用しており、この金属膜７を被覆した超音波振動子５を、図１のように保持具９内に収容固定し、該保持具９を前記した容器１の底部３に固定している。

保持具９は、底部３の開口部３ａ側に貫通孔９ａを設けて容器１内の液体１１に金属膜７を露出させ、金属膜７と反対側にも貫通孔９ｂを設けてリード線１３，１５をこの貫通孔９ｂから外部に引き出している。

なお、超音波振動子５の表裏両面には、薄電極１７，１９を設けており、表側の薄電極１７は裏側に端部を回り込ませて、これら各薄電極１７，１９に前記したリード線１３，１５をそれぞれ接続している。

上記した金属膜７やホーン８は、超音波振動子５の振動を妨げないように設計されており、金属膜７においては０．１ｍｍ以下の薄膜に設計し、またホーン８は、接続した超音波振動子５の周波数で１波長共振するように設計することにより、超音波振動子５と合わせた超音波振動ブロックとして所望の周波数で高効率に共振するよう設計する。

そして、前記した保持具９の上部には、その貫通孔９ａを覆うようにして筒体２０を取り付けている。すなわち、この筒体２０は、下部を容器１における底部３の開口部３ａに挿入し、その下端２０ａを、保持具９の貫通孔９ａの周縁に固定しており、液体中を超音波振動子５から離れる方向に向けて伝播する超音波振動を集中させる集中機構を構成している。

また、上記した超音波振動子５を保持する保持具９及び筒体２０は、水平面（液面１１ａ）に対して角度θだけ傾斜して設置してあり、したがって超音波振動子５についても水平面（液面１１ａ）に対して角度θ傾斜しており、これにより、液体１１の液面１１ａで反射した超音波振動が超音波振動子５へ向けて進行するのを抑制している。

なお、筒体２０は、上記した傾斜によってその中心軸線が水平面（液面１１ａ）に対して直角ではなく傾斜している。

また、上記した筒体２０は、超音波振動子５から離れるに従って内部の通路が狭くなる先細形状としており、全体として円錐形状を呈している。

前記した容器１は、底部３の外周縁から上方に延びる円筒部２１を備え、円筒部２１の上部は開口しており、この開口部２３から、超音波振動により微粒化した液体、すなわち霧２５が外部に放出される。

円筒部２１の図１中で左側の側部には、給水タンク２７を取り付け、給水タンク２７の容器１側の下部には、給水管２９を下方に向けて突出させて設け、この給水管２９の下端を、容器１の底部３から側方に膨出した膨出部３１の上部開口３１ａに挿入している。

また、特に図示していないが、容器１内には、容器１内の液体１１の水位（液面１１ａ）を検出する水位センサを設ける一方、給水管２９には電磁弁を設け、水位センサによって容器１内の液体１１の水位が常に一定となるよう前記した電磁弁を開閉制御するものとする。

これにより、容器１内の液体１１の水位が、超音波振動による霧生成に最適なものとなり、超音波振動子５の無負荷運転を抑制するとともに、超音波振動がその指向性により最適な位置で集中して発生し、液面を押し上げ安定した霧化量を確保できる。

また、円筒部２１の給水タンク２７を設けた位置と反対側には霧搬送空気導入通路３３を連通接続し、この霧搬送空気導入通路３３に送風ファン３５を設置している。なお、霧搬送空気導入通路３３の容器１内の開口部３３ａは、液面１１ａに向けて開口している。

霧搬送空気導入通路３３に送風ファン３５を設けることで、超音波振動によって生成した霧２５が、温度や重力により落下するのを抑制し、この霧２５を開口部２３の上方に向けて搬送する。

次に作用を説明する。超音波振動子５から発生した超音波振動は、金属膜７（またはホーン８）を伝達し、液体１１中を伝播して液面１１ａに到達する。

ここで、本実施形態では、超音波振動子５から発生した超音波振動は、その前方の液体１１中に配置してある筒体２０内を伝播することになる。この際筒体２０は下端２０ａに対して先端２０ｂ側ほど内部の通路面積が小さくなっているので、筒体２０内を伝播する超音波振動は、図３の矢印で示すように、筒体２０の内壁面２０ｃにて反射しつつ案内されるようにして筒体２０の中心軸に向けて集中する。

このようにして、伝播する超音波振動は、液面１１ａへ到達して液面１１ａを振動させ、液体１１中における超音波振動が強力となって音の放射圧が高まり、指向性をもった集中から液柱を発生させ、液柱表面に発生する表面波の干渉から液体１１の衝突や引きちぎり合いが生じ、これが液体１１の表面張力に打ち勝つことで液体１１を微粒子化して霧化させる。

そして、この霧化により生成された霧２５は、室内などに対する加湿、医療現場での治療、美容、野菜など生鮮品に対する保冷（保温）などの処理に使用する。

本実施形態では、前記したように、超音波振動子５から発生した超音波振動を、先細形状の筒体２０により液面１１ａに向けて進行する際に集中（集束）させるようにしているので、超音波振動子５から発生する超音波エネルギが集中することになり、無駄なエネルギを削減して霧化エネルギとして有効利用でき、安定的な霧化量を実現することができる。

この際、本実施形態では、安定的な霧化量を実現するために、超音波エネルギを特に強力にする必要がなく、したがって超音波霧発生装置として小型化や低コスト化を達成できる。

また、筒体２０を設けることで、液面１１ａや容器１の内面などで乱反射した超音波振動から、霧化するための振動を保護できるため、霧化に必要な液柱を安定させ、結果として安定した霧化量を確保できるものであり、超音波霧発生装置として低消費電力化や小型化に寄与することができる。

また、液面１１ａに到達した超音波振動は、液体１１と空気層との間での音響インピーダンスの違いから反射するが、本実施形態では、超音波振動子５及び筒体２０が液面１１ａに対して傾斜しているので、反射する超音波振動は超音波振動子５に向けて進行するのが抑制され、本来霧化に必要な振動が上記反射した超音波振動によって邪魔されることなく安定的な霧化を行うことができる。

なお、超音波振動子５や筒体２０の前記図１に示した傾斜角度θは、水平面（液面１１ａ）に対して３°〜１０°程度でよく、好ましくは５°〜７°程度がよい。

図４は、筒体２０を設けていない場合の前記図３に対応する図で、超音波振動子５から発生した超音波振動は、集束して霧化に利用される振動のほか、集束しない無駄な振動も発生している。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施形態を示す超音波霧発生装置の断面図である。この実施形態は、図１に示した第１の実施形態における筒体２０に代えて、筒体３０を設けている。

この筒体３０は、下端３０ａに対して先端３０ｂ側の内部の通路面積を小さくしている点は図１，図３のものと同様であるが、内壁面３０ｃが内側に凸となるように、超音波振動子５側の基部側に相当する下端３０ａから先端３０ｂ側にかけて湾曲している。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

このように、超音波振動子５から発生した液体１１中の超音波振動が、内面が凸となるよう湾曲した筒体３０の内部を伝播することで、音波の反射がスムーズとなり、音波振動が出口側で増幅され、液柱の強度が増して振動エネルギが大きくなり、霧化量を増大させることができる。

この際、上記内壁面３０ｃが内側に凸となる形状として、軸方向の断面積の変化が指数関数で表されるエクスポーネンシャル型や、双曲線関数で表されるカテノイダル型としたり、あるいは下端３０ａ近傍の湾曲部３０ｄの湾曲度合いを大きくし、先端側に向けて湾曲度合いを徐々に小さくする形状とすることで、内壁面３０ｃで反射した超音波振動のロスが少なくなり、高効率な霧化が実現できる。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施形態を示す、前記図３のＡ部を拡大した説明図である。この実施形態は、筒体４０を、その音響インピーダンスが液体１１の音響インピーダンスよりも大きくなるような材質としている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

このように、本実施形態での筒体４０の材質の選定には、材質の密度ρに音波の伝播速度Ｃを乗じた音響インピーダンスを考慮する。

ここで、液体１１の音響インピーダンスをρ_１Ｃ_１、筒体４０の音響インピーダンスをρ₂Ｃ₂とすると、音波の反射率γは次式のように計算される。

γ＝｛（ρ_１Ｃ_１−ρ₂Ｃ₂）／（ρ_１Ｃ_１＋ρ₂Ｃ₂）｝²
ここで例えば、ρ_１Ｃ_１＝１，ρ_２Ｃ_２＝２とした場合には、γ＝０．１１で、ρ_１Ｃ_１＝１，ρ_２Ｃ_２＝１０とした場合には、γ＝０．６７となる。

このように、筒体４０の音響インピーダンスρ₂Ｃ₂を、液体１１の音響インピーダンスρ_１Ｃ_１よりも大きくするに伴って、音波の反射率γが大きくなり、従って、図６に示すように筒体４０の内壁面４０ｃに入射する振動Ｑに対し、反射する振動Ｑ_１が通過する振動Ｑ₂よりも多くなり、筒体４０の内壁面４０ｃで効率よく超音波振動を反射させることができる。

一般に、液体１１として使用する水の音響インピーダンスは１．４４×１０⁶［Ｐａ・ｓ／ｍ］であり、アルミニウムは１４×１０⁶［Ｐａ・ｓ／ｍ］、鋼は３９×１０⁶［Ｐａ・ｓ／ｍ］である。このため、これらアルミニウムや鋼を使用することで、筒体４０の音響インピーダンスρ₂Ｃ₂が、液体１１の音響インピーダンス値をρ_１Ｃ_１よりも大きくなり、音波の反射率γを大きくすることができる。

なお、筒体４０の材質として樹脂を用いることもできるが、ＰＰなどの耐熱で硬い材質を選定することが望ましい。

このように、筒体４０の音響インピーダンスを液体１１の音響インピーダンスより大きくすることで、筒体４０の内壁面４０ｃでの超音波振動の反射率が高くなって超音波振動のロスが低減し、筒体４０内の液体中を伝播する超音波振動を高効率に集中させることができる。

図７（ａ）は、前記した第1の実施形態から第３の実施形態による筒体２０，３０，４０を使用した場合（実線）と使用しない場合（破線）とで、図７（ｂ）に示すように簡略化して示した超音波霧発生装置全体を、水平面に対して角度α傾けた状態で設置した場合の霧化量変化率を示している。

なお、図７（ｂ）中で、装置本体３７の上端部には左上方に向けて霧３９を噴出する霧噴出口４１を設けている。ここで、図７（ｂ）は、超音波霧発生装置全体を右に１５°傾けた場合を示している。

この右に１５°傾けた場合には、図７（ａ）に示すように、霧化量変化率は、破線で示す筒体を設けていない比較例が、水平に設置した場合に比較して３０％以上変化しているのに対し、実線で示す筒体を設けている本実施形態では殆ど変化がなく、霧化量が安定している。

同様にして、図７（ｂ）中で紙面手前側に１５°傾けた場合及び、図７（ｂ）中で紙面奥側に１５°傾けた場合についても、霧化量変化率は、破線で示す筒体を設けていない比較例が、水平に設置した場合に比較して３０％以上変化しているのに対し、実線で示す筒体を設けている本実施形態では殆ど変化がなく、霧化量が安定したものとなる。

霧発生装置は通常水平に設置されるのが望ましいが、使用環境によっては、上記したように水平面に対して傾く場合があり、このような場合であっても、本実施形態のように筒体を使用することで、霧化量を安定化させることができる。

なお、図７では筒体の材質にＳＵＳを用い、超音波振動子にはφ１８ｍｍ、周波数１．６ＭＨｚ、振動子傾斜角θ＝７°のタイプを用いた。

図８（ａ）は、前記図１に示した円錐形状の筒体２０の形状変化による霧化量の変化を示している。具体的には、図８（ｂ）で示すように下部の大径部の直径（内径）をＤａ、上部の小径部の直径（内径）をＤｂとし、下部の直径Ｄａを一定（１８ｍｍ）として上部の直径Ｄｂを９ｍｍ，１２ｍｍ，１５ｍｍ，１８ｍｍと変化させている。

これによれば、小径Ｄｂが９ｍｍの場合の除き、筒体を設けたほうが、円錐形状に限らず（Ｄａ＝Ｄｂの場合も含め）、筒体を設けない場合に対して霧化量を増やすことができる。特に、小径Ｄｂを１５ｍｍとした場合が最も霧化量が多くなる。

図９は、本発明の第４の実施形態を示す超音波霧発生装置の断面図である。この実施形態は、図１に示した第１の実施形態における筒体２０に代えて、筒体５０を設けている。

この筒体５０は、図１０に拡大して示すように、筒体５０の下端５０ａに切欠５０ｅを円周方向に沿って適宜複数設けることで、筒体５０と保持具９のとの間に、筒体５０の外部と内部とを連通する連通路４３を形成している。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

これにより、筒体５０の外部における容器１内の液体１１が、上記した連通路４３を通って筒体５０の内部に入り込み、筒体５０内を常に液体１１で満たすことができ、筒体５０内の空気層の発生を抑えることができる。

その結果、超音波振動子５の無負荷発振を防止してその故障や霧化不安定となる要因を排除することができる。

なお、連通路４３は、なるべく超音波振動子５に近い方が、超音波振動の不要な伝播を防ぐことができるので望ましく、切欠５０ｅの高さ寸法は５ｍｍ以内程度が望ましい。

また、上記した連通路４３として、筒体５０の下部側面に、切欠５０ｅに代えて貫通孔を設けてもよく、あるいは保持具９側に切欠などを設けることで、筒体５０の外部と内部とを連通する連通路としてもよい。

図１１，図１２は、超音波振動子５を含む超音波振動ブロックと筒体２０，３０を傾斜させている前記した図３，図５に対し、傾斜させずに水平に設置したものであり、このような構成を採用しても、筒体２０，３０による前記した超音波振動の集中効果を得ることができる。

図１３は、本発明の第５の実施形態を示す超音波霧発生装置の断面図である。この実施形態は、保持具９の貫通孔９ａを含む部分及び筒体２０を、液体封入容器４５内に設置している。

液体封入容器４５は、保持具９を取り付ける底部４７と、底部４７の外側の端部から上方に延びる側部４９とを有して全体としてほぼＬ字形状を呈し、内部に前記した液体１１とは別の液体（不凍液が望ましい）５１を収容し、上部には空気層５３を設ける。このような液体封入容器４５は、ＰＰＳなどの耐熱材料で構成することが望ましい。

底部４７の下壁５３に、保持具９を前記図１のものと同様に水平に対して傾斜させて取り付ける一方、底部４７の上壁５５に、筒体２０に対向させた状態で振動伝達膜としての膜板５７を取り付ける。

その他の構成は、第１の実施形態と同様である。ただし、図１に示してある霧搬送空気導入通路３３と送風ファン３５については、本実施形態では、容器１における円筒部２１の図１３中で紙面に直交する表側もしくは裏側に取り付けるものとする。

膜板５７の材質は、液体封入容器４５とは別のシリコンゴムやＡＢＳ，ＰＰ，ＰＡ，ＰＥＴ，塩化ビニールなど、液体１１の音響インピーダンスに近い物質を適宜用いることができ、その厚さは２ｍｍ程度とする。

また、膜板５７の材質として、音響インピーダンスは液体１１とは大きく異なるものの厚さを０．０２ｍｍ程度にしてＳＵＳを用いることで、耐久性を向上させることもできる。

上記図１３に示した第５の実施形態によれば、超音波振動子５から発生した超音波振動は、筒体２０内で第１の実施形態と同様にして集中して進行し、その際、膜板５７を通して液面１１ａに達する。これにより、第１の実施形態と同様に、超音波振動子５から発生する超音波エネルギが集中することになり、無駄なエネルギを削減して霧化エネルギとして有効利用でき、安定的な霧化量を実現することができる。

また、本実施形態によれば、超音波振動子５が、容器１内の液体１１とは別の、液体封入容器４５内の液体５１中に常に接触する状態となるので、超音波振動子５の空打ち（無負荷発振）を防止してその故障を防ぐことができるとともに、封入した液体５１を超音波伝達路に用いることができるため、霧化させるために注入する容器１内の液体１１を、第１の実施形態に比較して少量にすることができ、容器１の小型化に寄与することができる。

また、液体封入容器４５内には空気層５３を設けているので、封入する液体５１が膨張しても液体封入容器４５の破損を防止できる。

図１４（ａ），（ｂ）は、上記した図１３の第５の実施形態の変形例を示す。図１４（ａ）は、液体封入容器４５の一部を、図１３の筒体２０に相当する筒体６０で構成している。この場合の筒体６０は、その上端６０ｂを膜板５７の外周縁部に固定し、下端６０ａの液体５１内に位置する部位に、筒体６０内と、筒体６０外部の液体封入容器４５内とを連通する連通路となる切欠６０ｅを設けている。

図１４（ｂ）は、図１２の筒体２０を、液体封入容器４５の外部の上壁５５上に取り付けて膜板５７を覆うようにしている。

図１４（ａ），（ｂ）のいずれの例においても、図１３の第５の実施形態と同様に、超音波振動子５が、容器１内の液体１１とは別の、液体封入容器４５内の液体５１中に常に接触する状態となるので、超音波振動子５の空打ちを防止してその故障を防ぐことができ、また図１４（ａ）においては、封入した液体５１を超音波伝達路に用いることができるため、霧化させるために注入する容器１内の液体１１を、第１の実施形態に比較して少量にすることができ、容器１の小型化に寄与することができる。

本発明の第１の実施形態を示す超音波霧発生装置の断面図である。 （ａ）は超音波振動子の表面に金属膜を被覆した例を示す超音波振動ブロックの断面図、（ｂ）は超音波振動子にキャップ状のホーンを被せた例を示す超音波振動ブロックの断面図である。 図１の要部の拡大した断面図である。 筒体を設けていない場合の図３に対応する断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す、図３に対応する超音波霧発生装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す、図３のＡ部を拡大した説明図である。 （ａ）は、第1〜第３の実施形態による筒体を使用した場合（実線）と使用しない比較例（破線）とで、超音波霧発生装置全体を水平面に対して傾けて設置した場合の霧化量変化率特性図、（ｂ）は超音波霧発生装置全体を水平面に対して傾けた状態を示す説明図である。 （ａ）は、図１に示した円錐形状の筒体の形状変化による霧化量の変化を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の形状変化させる筒体の正面図である。 本発明の第４の実施形態を示す超音波霧発生装置の断面図である。 図９の要部の拡大した断面図である。 図３に対し、超音波振動ブロックと筒体を水平に設置した例を示す断面図である。 図５に対し、超音波振動ブロックと筒体を水平に設置した例を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態を示す超音波霧発生装置の断面図である。 （ａ）は、筒体を液体封入容器の一部とした、第５の実施形態の変形例を示す要部の断面図、（ｂ）は、筒体を液体封入容器の外部に配置した、第５の実施形態の変形例を示す要部の断面図である。

符号の説明

５ 超音波振動子
１１ 液体
１１ａ 液面
２０，３０，４０，５０，６０ 筒体
３０ｄ 湾曲部
４３ 連通路
４５ 液体封入容器
５１ 別の液体
５７ 膜板（振動伝達膜）

Claims (9)

1. 液体中に超音波振動子を設け、この超音波振動子を超音波振動させることで前記液体を霧化する超音波霧発生装置において、前記超音波振動子に対向する側の前記液体中に、該液体中を前記超音波振動子から離れる方向に向けて伝播する超音波振動を集中させる筒体からなる集中機構を設けたことを特徴とする超音波霧発生装置。
2. 前記筒体は、前記超音波振動子から離れるに従って内部の通路が狭くなる先細形状であることを特徴とする請求項１に記載の超音波霧発生装置。
3. 前記筒体は、前記超音波振動子側の基部側から先端側にかけて内面が凸となるよう湾曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波霧発生装置。
4. 前記筒体の音響インピーダンスを、前記液体の音響インピーダンスより大きくしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置。
5. 前記筒体の前記超音波振動子側の基部側に、筒体の外部と連通する連通路を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置。
6. 前記超音波振動子を、前記液体とは別の液体を封入した液体封入容器内に設置し、この液体封入容器は、前記超音波振動子により発生する超音波振動子の進行方向前方に、前記別の液体中を伝播する超音波振動によって超音波振動可能な振動伝達膜を備え、この振動伝達膜の前記超音波振動子と反対側の面が前記液体に接触していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置。
7. 前記筒体を、前記超音波振動子と前記振動伝達膜との間の前記別の液体中に設けたことを特徴とする請求項６に記載の超音波霧発生装置。
8. 前記筒体を、前記振動伝達膜の前記超音波振動子と反対側の前記液体中に設けたことを特徴とする請求項６に記載の超音波霧発生装置。
9. 前記筒体は、前記超音波振動子からの超音波振動が前記液体の液面に対して傾斜して進行するよう前記液面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超音波霧発生装置。

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