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JPH0852216A - 超音波吸入装置 - Google Patents

超音波吸入装置

Info

Publication number
JPH0852216A
JPH0852216A JP21197394A JP21197394A JPH0852216A JP H0852216 A JPH0852216 A JP H0852216A JP 21197394 A JP21197394 A JP 21197394A JP 21197394 A JP21197394 A JP 21197394A JP H0852216 A JPH0852216 A JP H0852216A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
piezoelectric vibrator
electrode
composite
diaphragm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21197394A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Toda
耕司 戸田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP21197394A priority Critical patent/JPH0852216A/ja
Publication of JPH0852216A publication Critical patent/JPH0852216A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0638Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced by discharging the liquid or other fluent material through a plate comprising a plurality of orifices
    • B05B17/0646Vibrating plates, i.e. plates being directly subjected to the vibrations, e.g. having a piezoelectric transducer attached thereto
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0653Details
    • B05B17/0676Feeding means
    • B05B17/0684Wicks or the like

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  • Special Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸入する粒子の微小性、均一性および生成効
率に優れ、低消費電力で低電圧駆動が可能な自励発振駆
動回路を備えた超音波吸入装置を提供する。 【構成】 圧電振動子1と振動板2とから成る複合体を
自励発振駆動回路10を用いて駆動させると圧電振動子
1が振動し、その振動は振動板2に伝搬される。保液材
4と接触する振動板2の下面に供給される液体は振動板
2の振動に伴い振動板2に設けられている貫通孔14を
通して霧化され、霧吐出口7から排出される。 【効果】 構造が簡単で、小型軽量で、吸入する際に生
理的苦痛を伴わない。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は圧電振動子および振動板
から成る複合体により発生させた弾性振動によって水ま
たは薬液若しくはその他の液体を霧化し、その霧を鼻ま
たは口から吸入する超音波吸入装置に関する。
【従来の技術】従来の吸入装置は水を加熱して水蒸気と
しその水蒸気を吸入する形式のもの、前記水蒸気に薬液
の蒸気を混入させてその混合蒸気を吸入する形式のも
の、スプレーにより液体を霧化してその霧を吸入する形
式のもの、超音波振動により液体の液面から発生させた
液体粒子を吸入する形式のものが挙げられる。水を加熱
して発生させた水蒸気を吸入し、または水蒸気と薬液の
蒸気との混合蒸気を吸入する形式の吸入装置では、蒸気
を得るためには液体の温度を上昇させる必要があり、吸
入するには温度が上昇するまで待たなければならない。
また、スプレーにより液体を霧化してその霧を吸入する
形式の吸入装置では、スプレーを操作する際に一定の圧
力を要し、しかも霧の勢いが強すぎることもあり、さら
に、その霧の粒子が大きく粒子の大きさも均一でないこ
とから、その霧を鼻から吸入する場合には生理的苦痛を
伴うこともあった。超音波振動により液体の液面から発
生させた液体粒子を吸入する形式の吸入装置では、粒子
の微小化および均一化が難しく、また、粒子を効率よく
発生させることも難しく、装置の小形化が困難であっ
た。本願の発明者が特願平3−18292号で出願した
超音波吸入装置は、構造が極めて単純で小型化が容易で
あり、吸入する霧の粒子も微小かつ均一にすることが可
能であった。ところで、この超音波吸入装置がこのよう
に小型であるにもかかわらず、該超音波吸入装置を駆動
するためには比較的複雑な回路構成を必要とするととも
に比較的高い直流電圧の電源を必要とした。また、温度
変化等の使用条件に影響を受け易いという面で問題があ
った。さらに、消費電力に関し効率の面で問題があっ
た。そのうえ、回路を構成する部品の数、該部品の重
量、該部品の価格にも問題があった。つまり、前記超音
波吸入装置が小型でその性能が良ければ良いほど、その
超音波吸入装置を駆動するための回路も小型で高性能で
ある必要がある。そのためには駆動回路として高周波の
高電圧を発生させるような構造が必要とされ、しかも圧
電振動子および振動板から成る複合体の共振周波数に追
随して周波数を変えることができるような構造が求めら
れる。
【発明が解決しようとする課題】従来の吸入装置では、
使用する際に温度上昇を必要とすること、吸入する際に
生理的苦痛を伴うこと、吸入する粒子の微小性および均
一性が乏しいこと、粒子の生成効率が悪いこと、駆動す
るために比較的複雑な回路構成を必要とするとともに高
い直流電圧の電源を必要とすること等の難点があった。
本発明の目的は、使用方法が簡便で温度上昇などの手段
を必要とせず、吸入する際に生理的苦痛を伴うことがな
く、吸入する霧の粒子の微小性および均一性にすぐれ、
粒子の生成効率が良く、小型で高性能な自励発振駆動回
路を備えることにより装置の小型化を促進するとともに
低消費電力で低電圧駆動を可能にする超音波吸入装置を
提供することにある。
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の超音波
吸入装置は、圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有する
振動板を固着して成る複合体と、該複合体に水または薬
液若しくはその他の液体を供給する手段と、前記複合体
に弾性振動を発生させその弾性振動によって前記液体を
霧化する手段とを備えて成り、前記液体霧化手段によっ
て発生させた霧を鼻または口から吸入させる超音波吸入
装置において、前記振動板における前記貫通孔の一方の
開口面積と他方の開口面積とが異なり、前記圧電振動子
は圧電磁器並びに電極PおよびQから成り、前記電極P
およびQは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面のそ
れぞれに形成されており、前記電極Pは1組のすだれ状
電極で成り、前記液体霧化手段は、前記すだれ状電極の
2つの端子TP1およびTP2のうちの一方の端子TP1と電
極Qにおける端子TQとの間に前記圧電振動子の共振周
波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加することにより、
前記複合体を駆動する自励発振駆動回路を備え、前記自
励発振駆動回路は、直流電源と前記端子TP1との間に接
続されている昇圧用のコイルと、出力電圧端子が前記端
子TP1に接続され入力電圧端子が前記端子TP2に接続さ
れることにより前記端子TP2に現われる圧電気を帰還電
圧として受けるトランジスタとを備え、前記自励発振駆
動回路は、前記トランジスタを増幅素子とし前記複合体
を共振回路とする発振回路を構成し、前記圧電振動子の
共振周波数は前記複合体の共振周波数にほぼ等しいこと
を特徴とする。請求項2に記載の超音波吸入装置は、前
記圧電振動子が長さと幅の寸法比が1に近くしかも1に
等しくない矩形状の板であって、前記振動板は前記圧電
振動子の前記電極Pを有する端面または前記圧電振動子
の前記電極Qを有する端面上に一体的に連なって固着さ
れていることを特徴とする。請求項3に記載の超音波吸
入装置は、前記圧電振動子が長さと幅と厚さのうちの長
さと幅の寸法比、長さと厚さの寸法比または幅と厚さの
寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形状の角柱で
あって、前記振動板は前記圧電振動子の前記電極Pを有
する端面または前記圧電振動子の前記電極Qを有する端
面上に一体的に連なって固着されていることを特徴とす
る。請求項4に記載の超音波吸入装置は、前記液体供給
手段が前記複合体に供給する前記液体の温度を体温また
は他の所定の温度に制御する手段を含むことを特徴とす
る。請求項5に記載の超音波吸入装置は、前記液体供給
手段が前記複合体を支持する支持具と、前記液体を収容
する貯液室と、多数の貫通孔を有する吸液能力の大きい
物質から成り前記液体を吸収する保液材とを備え、前記
支持具は前記複合体を固定物に対し所定位置に保持し、
前記支持具のうち少なくとも前記複合体に接触する部分
は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い発
泡スチロールその他の物質から成り、前記振動板は前記
保液材と接触して前記保液材に吸収されている前記液体
を霧化することを特徴とする。請求項6に記載の超音波
吸入装置は、前記液体供給手段が前記複合体を支持する
支持具と、前記液体を収容する貯液室と、前記振動板か
ら微小な間隙を隔てて対面する補助板と、前記貯液室か
ら前記間隙に前記液体を供給するためのチューブを備
え、前記支持具は前記複合体および前記補助板を所定の
位置に保持し、前記支持具のうち少なくとも前記複合体
に接触する部分は前記圧電振動子に比べて音響インピー
ダンスが低い発泡スチロールその他の物質から成り、前
記振動板は前記間隙に供給された前記液体を霧化するこ
とを特徴とする。
【作用】本発明の超音波吸入装置は圧電振動子および振
動板から成る複合体と、その複合体に水または薬液若し
くはその他の液体を供給する手段と、複合体に弾性振動
を発生させその弾性振動によって液体を霧化する手段と
を備えた簡単な構造を有する。振動板には多数の微小な
貫通孔が設けられており、振動板におけるその貫通孔の
一方の開口面積と他方の開口面積とは異なる。圧電振動
子は圧電磁器並びに電極PおよびQから成り、電極Pお
よびQは圧電磁器の厚さ方向に垂直な両端面のそれぞれ
に形成されている。電極Pは1組のすだれ状電極で成
り、そのすだれ状電極には2つの端子TP1およびTP2
設けられている。電極Qには端子TQが設けられてい
る。前記液体霧化手段は、端子TP1とTQとの間に圧電
振動子の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧を印加す
ることにより、複合体を駆動する自励発振駆動回路を備
えている。本発明の超音波吸入装置の使用時、この自励
発振駆動回路が駆動され圧電振動子には圧電振動子の共
振周波数にほぼ等しい周波数の電圧が印加され、圧電振
動子は励振される。このとき、圧電振動子の共振周波数
が複合体の共振周波数とほぼ等しい構造が採用されるこ
とにより、圧電振動子が効率よく励振される。このよう
にして、電極Pが1組のすだれ状電極で成る構造を採用
することにより、超音波吸入装置の小型化が可能となる
ばかりでなく、自励式駆動が可能となることから電池で
の駆動も容易になり、さらに、温度などの環境変化に対
応しうる形で低消費電力で低電圧での駆動が可能とな
る。この圧電振動子の励振は振動板を振動させ、前記液
体供給手段によって振動板に供給された液体は、振動板
に設けられている貫通孔を通過することにより効率的に
微細な粒子の霧にされる。この際、振動板における貫通
孔の液体の入口側の開口面積が出口側の開口面積よりも
大きくなるような構造を採用することにより、霧の粒子
の大きさをより小さくすることが可能となる。このよう
にして、貫通孔の作用による霧化は粒子の微小性、均一
性を促し、しかも霧化効率を増大させることができる。
従って、本発明の超音波吸入装置を用いれば生理的苦痛
を伴うことなく効率の良い吸入が実現できる。その上、
霧化効率が高いから多量の霧化が低消費電力で実現で
き、あわせて装置の小型化も容易にできる。前記液体霧
化手段における自励発振駆動回路は、直流電源と端子T
P1との間に接続された昇圧用のコイルを備えている。ま
た、出力電圧端子が端子TP1に接続され入力電圧端子が
端子TP2に接続されたトランジスタを備えている。この
トランジスタは端子TP2に現われる圧電気を帰還電圧と
して受けるためのものである。このようにして、前記自
励発振駆動回路は、トランジスタを増幅素子とし、圧電
振動子および振動板から成る複合体を共振回路とする発
振回路を構成しており、圧電振動子の共振周波数に周波
数を自動的に追尾できるようにしている。そのうえ、コ
イルの逆起電圧を利用した回路を備えることにより、電
源電圧より高い電圧で圧電振動子を駆動できるようにし
ている。この逆起電圧回路はコイルの特性を利用するこ
とで高電圧を発生させるもので、トランスの使用と比較
して価格、重量および容積の点で有利である。また、回
路構成が簡単で小型であり、電源効率及び周波数特性が
良い等の特徴をもたらすことができる。図13は3端子
方式の自励回路の構成図を示している。3端子方式と
は、圧電振動子との接続のために3つの端子を有し、各
端子を互いに独立した目的に利用する方式である。圧電
振動子の片側の電極は電圧を印加するドライブ電極D
と、増幅器に電力の一部をフィードバックするためのフ
ィードバック電極Fに分割されており、もう一方の電極
はグランド電極Gとして接地されている。本発明の超音
波吸入装置では圧電振動子における電極Pが1組のすだ
れ状電極で成り、このすだれ状電極がドライブ電極Dお
よびフィードバック電極Fに相当し、端子TP1がドライ
ブ電極Dに設けられた端子に相当し、端子TP2がフィー
ドバック電極Fに設けられた端子に相当する。また、電
極Qがグランド電極Gに相当し、端子TQがグランド電
極Gに設けられた端子に相当する。本発明が示すように
すだれ状電極を用いれば、圧電振動子の厚さが厚い場合
にも薄い場合にも自励発振駆動が可能である。図13に
おけるこの方式は、パワーアンプで180°だけ位相の
シフトをすることから、圧電振動子のドライブ電極Dと
フィードバック電極F間で位相が180°シフトする周
波数で自励発振する。圧電振動子として長さと幅の寸法
比が1に近くしかも1に等しくない矩形板状構造、すな
わち圧電振動子の厚さが薄い板状の構造を採用すること
により、圧電振動子と振動板との複合体の結合振動が増
強され、霧化効率が促進される。また、振動板が圧電振
動子の電極Pを有する端面または圧電振動子の電極Qを
有する端面上に一体的に連なって固着されていることに
より、振動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端
とする形で振動する。従って、振動板に供給された液体
はその弾性振動により霧化され、その振動板に垂直な上
方に向けて霧として効率よく放散される。しかも、効率
のよい自励発振駆動が可能となる。圧電振動子として長
さと幅と厚さのうちの長さと幅の寸法比、長さと厚さの
寸法比または幅と厚さの寸法比が1に近くしかも1に等
しくない矩形角柱状構造、すなわち圧電振動子の厚さが
厚い角柱状の構造を採用することにより、圧電振動子と
振動板との複合体の結合振動が増強され、霧化効率が促
進される。また、振動板が圧電振動子の電極Pを有する
端面または圧電振動子の電極Qを有する端面上に一体的
に連なって固着されていることにより、振動板は圧電振
動子と振動板との接合部を固定端とする形で振動する。
従って、振動板に供給された液体はその弾性振動により
霧化され、その振動板に垂直な上方に向けて霧として効
率よく放散される。しかも、効率のよい自励発振駆動が
可能となる。圧電振動子および振動板から成る複合体へ
の液体供給手段は、その複合体に供給する液体の温度を
体温または他の所定の温度に制御する手段を含むことか
ら、霧化する霧の温度を体温または他の所定の温度に設
定することができる。従って病人の治療目的にも安心し
て使用できる。圧電振動子および振動板から成る複合体
への液体供給手段は、その複合体を支持する支持具と、
液体を収容する貯液室と、多数の貫通孔を有する吸液能
力の大きい物質から成る保液材とを備える。保液材は貯
液室から液体を吸い上げその液体を振動板に供給する。
支持具は複合体を固定物に対し所定位置に保持してい
る。この際、支持具と複合体との接触面積をできるだけ
少なくする方が望ましいが、支持具のうち少なくとも複
合体に接触する部分として発泡スチロール等のような圧
電振動子に比べて音響インピーダンスが低い物質を採用
することにより、圧電振動子の励振が支持具自身や固定
物または液体中に伝搬し散失されるのを抑制でき、効率
良く振動板を振動させることができるので、霧化効率を
増大させることができる。このようにして、振動板が常
時または間欠的に保液材と接触することにより、その保
液材に吸収されている液体を効率よく霧化することが可
能となる。さらに、液体を供給する手段が、振動板から
微小な間隙を隔てて対面する補助板と、貯液室からその
間隙に液体を供給するためのチューブを備えることによ
り、保液材を用いなくても液体を振動板に供給すること
が可能となる。
【実施例】図1は本発明の超音波吸入装置の第1の実施
例を示す断面図である。本実施例は圧電振動子1、振動
板2、支持具3、保液材4、貯液室5および電源部6を
含み、それらが本体内部に納められている。本体には霧
吐出口7が設けられ、霧吐出口7は円筒状をなしてお
り、その先端の直径は付け根の部分の直径よりも小さ
い。貯液室5の外壁にはヒータ8が、貯液室5の内部に
は攪拌器9が装着されている。ヒータ8および攪拌器9
は電源部6によって操作され、貯液室5に供給される液
体の温度を体温または所定の温度に設定することが可能
となる。電源部6には、ヒータ8および攪拌器9を操作
する回路の他に、自励発振駆動回路10が備えられてい
る。但し、図1では自励発振駆動回路10が省いて描か
れている。振動板2は圧電振動子1の一方の端面に圧電
振動子1と一体的に連なって固着されている。振動板2
の下端面には保液材4の上端部が接触していて、保液材
4によって吸い上げられた液体は振動板2に供給され、
振動板2の上方へ霧化される。図2は霧吐出口7に取り
付ける口用吸入口11および吸入マスク12を示す斜視
図である。但し、上図が口用吸入口11を下図が吸入マ
スク12を示す。口用吸入口11および吸入マスク12
はそれぞれ自由に折れ曲がることが可能な弾力性に富む
高分子樹脂で成るホースを含み、そのホースの先端内面
を霧吐出口7の外壁に装着することにより使用可能な状
態となる。図2において、矢印は霧吐出口7への装着方
向を示す。口用吸入口11を使用すれば口からの吸入が
可能となり、吸入マスク12を使用すれば鼻および口か
らの同時吸入が可能となる。図3は図1の超音波吸入装
置の部分断面図である。図3では圧電振動子1、振動板
2、支持具3および保液材4が示される。図4は圧電振
動子1および振動板2から成る複合体の平面図である。
圧電振動子1は圧電磁器13、すだれ状電極Pおよび電
極Q(図4では描かれていない)から成る。圧電磁器1
3は矩形板状のTDK72A材(製品名)で成り、その
長さは17mm、幅は20mm、厚さは1mmである。
圧電磁器13の分極軸の方向は厚さ方向に一致してお
り、この厚さ方向に垂直な両端面のそれぞれにすだれ状
電極Pおよび電極Qが形成されている。電極Qはアルミ
ニウム薄膜で成り、圧電磁器13の一方の端面のほぼ全
域を覆っている。すだれ状電極Pはアルミニウム薄膜で
成り、6対の電極指を有するもので、電極周期長は2m
m、電極交叉幅は4.8mmである。電極Qには端子T
Qが取り付けられ、すだれ状電極Pには端子TP1および
P2が取り付けられている。振動板2はステンレス製
で、長さ23mm、幅20mm、厚さ0.05mmであ
る。振動板2は一方の板面の長さ方向の端部において長
さ2mm、幅20mmの接合領域を有し、該接合領域は
電極Qを介して圧電振動子1に固着されている。図5は
振動板2を板面に垂直な平面で切断したときの部分拡大
断面図である。振動板2にはその厚さ方向に貫通する微
細な多数の貫通孔14が設けられている。図5では貫通
孔14の縦断面形状および寸法が示されている。貫通孔
14の形状はすり鉢状で、等しいピッチで配列されてお
り、一方の開口面積は他方の開口面積より大きい。開口
面積が大きい方を液体の入口側としその直径は80μm
で、開口面積が小さい方を出口側としその直径は7μm
である。図6は振動板2の部分拡大平面図である。但
し、振動板2を貫通孔14の出口側から見たときのもの
で、貫通孔14の形状、配列および寸法が示されてい
る。図1の超音波吸入装置の駆動時、圧電振動子1と振
動板2との複合体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有
する電気信号を端子TP1を介して圧電振動子1に入力す
ると、圧電振動子1に圧電的に振動が励振される。振動
板2を圧電振動子1の一方の端面上に一体的に連なって
固着させる構造を採用していることから、圧電振動子1
の振動に伴って振動板2は圧電振動子1との接合領域を
固定端とする片持ち梁の形で振動される。この振動は屈
曲振動であり液体の霧化に有効に機能する。支持具3の
圧電振動子1との接触部は圧電振動子1に比べて音響イ
ンピーダンスが低い発泡スチロール等で成り、圧電振動
子1からの超音波が支持具3自身に伝搬し散失されるの
を防いでいる。保液材4は圧電振動子1に比べて音響イ
ンピーダンスが低くしかも吸液能力が大きいスポンジ等
で成り、圧電振動子1からの超音波が保液材4を介して
液体中に伝搬し散失するのを防いでいる。このようにし
て、振動板2は効率良く振動される。振動板2の振動に
伴い、保液材4によって吸い上げられた液体は毛細管現
象により貫通孔14に導かれる。液体が貫通孔14を通
過するとき、貫通孔14における液体の通過面積はその
入口側から出口側に向けて減少するから、液体は貫通孔
14によって絞り作用を受け、微小でかつ均一な粒子と
なって振動板2の上部に流出し、効率良く霧化され、霧
吐出口7を介して口用吸入口11または吸入マスク12
から噴出される。図7は自励発振駆動回路10の一実施
例を示す構成図である。図7においてD、FおよびGは
それぞれドライブ電極D、フィードバック電極Fおよび
グランド電極Gを示し、ドライブ電極Dおよびフィード
バック電極Fが1組のすだれ状電極Pに対応し、グラン
ド電極Gが電極Qに対応している。端子TP1およびTP2
はそれぞれドライブ電極Dおよびフィードバック電極F
に設けられた端子に相当し、端子TQはグランド電極G
に設けられた端子に相当する。端子TP1を介して圧電振
動子1に電圧を引加することにより圧電振動子1に励振
された振動は、その大部分が振動板2に伝搬され、残部
がその振動に応じて圧電振動子1に引加された電圧とは
逆相の電圧として端子TP2から出力される。この動作の
繰り返しによって正帰還の自励発振が生じる。つまり、
複合体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する電気信
号が雰囲気温度の変化に追随して安定して圧電振動子1
に供給される。このようにして、常に自らの最適の発振
状態を維持することを可能にしている。従って、他励駆
動の際に問題となる発熱等により複合体の共振周波数が
偏移して発振条件が悪くなるという問題点が解決され
る。また、1つのコイルL1、1つのトランジスタTr
2つの抵抗R1およびR2、および1つのダイオードDと
いう極く少ない部品で回路を構成することが可能であ
る。しかも、部品点数が少ないにもかかわらず、直流電
源を利用することができ電力効率もよいことから、電源
の小型化対応を可能にしている。図7の自励発振駆動回
路10に直流電源からたとえば0〜10Vの直流電圧を
印加すると、コイルL1 の値を調整することにより、ド
ライブ電極Dに最大で約60Vp-p の交流電圧を印加さ
せることができる。このときフィードバック電極Fから
約1Vp-p の電気信号が取り出される。このようにし
て、自励発振駆動回路10では直流電源電圧の約6倍の
交流電圧を圧電振動子1に印加することが可能である。
図1の超音波吸入装置においては6V以上の直流電圧を
ドライブ電極Dに印加することにより霧化動作が確認で
きた。霧の粒子は極微小でしかも均一であった。しか
も、図1の超音波吸入装置によれば、長時間にわたり極
微小の霧を安定に供給できる。図8は圧電振動子1と振
動板2との複合体におけるドライブ電極Dとグランド電
極Gとの間のアドミタンスの振幅と周波数との関係を示
す特性図である。アドミタンスは周波数がほぼ94.1
kHzのときにピークを示し、このピークの近傍で最大
霧化量が得られた。図9は図8におけるアドミタンスの
位相と周波数との関係を示す特性図である。位相が零の
ときの周波数が共振周波数を示すことから、共振周波数
のうちの1つがほぼ94.1kHzであることがわか
る。また、この94.1kHzの共振周波数は圧電振動
子1単体の共振周波数とほぼ一致していることが確認さ
れた。図10は圧電振動子1と振動板2との複合体にお
ける共振周波数付近でのサセプタンスとコンダクタンス
との関係を示す特性図、すなわち共振周波数付近でのア
ドミタンスサークルを示す図である。サセプタンスが零
のときのコンダクタンスの最大値は94.2kHzで起
こり、この値は圧電振動子1と振動板2との複合体にお
ける共振周波数とほぼ一致している。図11は本発明の
超音波吸入装置の第2の実施例を示す断面図である。但
し、図11では圧電振動子15、振動板16、支持具1
7、補助板18、貯液室19およびチューブ20のみが
描かれている。圧電振動子15は圧電振動子1と同様な
材質を成す。振動板16は振動板2と同様な材質を成
し、圧電振動子15の一方の端面に圧電振動子15と一
体的に連なって固着されている。補助板18は振動板1
6から微小な間隙を隔てた位置にあり、振動板16と対
面している。貯液室19の中の液体はチューブ20によ
って補助板18と振動板16との間隙に供給される。支
持具17は圧電振動子15と補助板18とチューブ20
とを本体に固定させている。図12は圧電振動子15お
よび振動板16から成る複合体の斜視図である。圧電振
動子15は圧電磁器21、すだれ状電極Pおよび電極Q
から成る。圧電磁器21は矩形角柱状のTDK72A材
(製品名)で成り、その長さは10mm、幅は5mm、
厚さは6mmである。圧電磁器21の分極軸の方向は厚
さ方向に一致しており、この厚さ方向に垂直な両端面の
それぞれにすだれ状電極Pおよび電極Qが形成されてい
る。電極Qはアルミニウム薄膜で成り、圧電磁器21の
一方の端面のほぼ全域を覆っている。すだれ状電極Pは
アルミニウム薄膜で成り、6対の電極指を有するもの
で、電極周期長は1mm、電極交叉幅は3.8mmであ
る。電極Qには端子TQが取り付けられ、すだれ状電極
Pには端子TP1およびTP2が取り付けられている。振動
板16はステンレス製で、長さ12mm、幅5mm、厚
さ0.05mmである。振動板16は一方の板面の長さ
方向の端部において長さ1.5mm、幅5mmの接合領
域を有し、該接合領域は電極Qを介して圧電振動子1に
固着されている。振動板16にはその厚さ方向に貫通す
る微細な多数の貫通孔14が設けられており、その形状
はすり鉢状で、等しいピッチで配列されており、一方の
開口面積は他方の開口面積より大きい。開口面積が大き
い方を液体の入口側としその直径は80μmで、開口面
積が小さい方を出口側としその直径は7μmである。図
11の超音波吸入装置の駆動時、圧電振動子15と振動
板16との複合体の共振周波数にほぼ等しい周波数を有
する電気信号を端子TP1を介して圧電振動子15に入力
すると、圧電振動子15に圧電的に振動が励振される。
振動板16を圧電振動子15の一方の端面上に一体的に
連なって固着させる構造を採用していることから、圧電
振動子15の振動に伴って振動板16は圧電振動子15
との接合領域を固定端とする片持ち梁の形で振動され
る。この振動は屈曲振動であり液体の霧化に有効に機能
する。支持具17の圧電振動子15との接触部は圧電振
動子15に比べて音響インピーダンスが低い発泡スチロ
ール等で成り、圧電振動子15からの超音波が支持具1
7自身に伝搬し散失されるのを防いでいる。貯液室19
からチューブ20によって補助板18と振動板16との
間隙に供給された液体は振動板16の振動に伴い毛細管
現象により貫通孔14に導かれる。液体が貫通孔14を
通過するとき、貫通孔14における液体の通過面積はそ
の入口側から出口側に向けて減少するから、液体は貫通
孔14によって絞り作用を受け、微小でかつ均一な粒子
となって振動板16の上部に流出し、効率良く霧化され
る。
【発明の効果】本発明の超音波吸入装置は複合体と液体
供給手段と液体霧化手段とを備える。複合体は圧電振動
子および振動板から成り、圧電振動子は圧電磁器、すだ
れ状電極Pおよび電極Qから成る。すだれ状電極には2
つの端子TP1およびTP2が設けられ、電極Qには端子T
Qが設けられている。液体霧化手段は、端子TP1とTQ
の間に圧電振動子の共振周波数とほぼ等しい周波数の電
圧を印加することにより複合体を駆動する自励発振駆動
回路を備えている。この自励発振駆動回路の駆動時、圧
電振動子には圧電振動子の共振周波数にほぼ等しい周波
数の電圧が印加され、圧電振動子は励振され、この圧電
振動子の励振は振動板を振動させる。このとき、圧電振
動子の共振周波数が複合体の共振周波数とほぼ等しい構
造が採用されることにより、圧電振動子が効率よく励振
される。このようにして、電極Pとしてすだれ状電極を
採用することにより、装置の小型化が可能となるばかり
でなく、自励式駆動が可能となる。従って、電池での駆
動も容易になり、さらに、温度などの環境変化に対応し
うる形で低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。振
動板における貫通孔の液体の入口側の開口面積が出口側
の開口面積よりも大きくなるような構造を採用すること
により、液体供給手段によって振動板に供給された液体
は貫通孔を通過することにより効率的に微細な粒子の霧
にされ、しかも霧化効率が増大される。従って、本発明
の超音波吸入装置を用いれば生理的苦痛を伴うことなく
吸入できる。また、振動板に供給する液体の温度を体温
または他の所定の温度に制御する構造を採用することに
より、霧化する霧の温度を体温または他の所定の温度に
設定することができる。さらに、液体として水、薬液そ
の他の液体を使用することができるので、病人の治療目
的にも安心して使用できる。液体霧化手段における自励
発振駆動回路は、直流電源と端子TP1との間に接続され
た昇圧用のコイルと、出力電圧端子が端子TP1に接続さ
れ入力電圧端子が端子TP2に接続されたトランジスタと
を備えている。このトランジスタは端子TP2に現われる
圧電気を帰還電圧として受けるためのものである。この
ようにして、自励発振駆動回路は、トランジスタを増幅
素子とし複合体を共振回路とする発振回路を構成してお
り、圧電振動子の共振周波数に周波数を自動的に追尾で
きるようにしている。そのうえ、コイルの逆起電圧を利
用した回路を備えることにより、電源電圧より高い電圧
で圧電振動子を駆動できるようにしている。この逆起電
圧回路はコイルの特性を利用することで高電圧を発生さ
せるもので、トランスの使用と比較して価格、重量およ
び容積の点で有利であり、また、回路構成が簡単で小型
であり、電源効率および周波数特性に優れる。圧電振動
子として長さと幅の寸法比が1に近くしかも1に等しく
ない矩形板状構造を採用することにより、圧電振動子と
振動板との複合体の結合振動が増強され、霧化効率が促
進される。また、振動板が圧電振動子の電極Pを有する
端面または電極Qを有する端面上に一体的に連なって固
着されていることにより、振動板は圧電振動子と振動板
との接合部を固定端とする形で振動する。従って、振動
板に供給された液体はその弾性振動により霧化され、そ
の振動板に垂直な上方に向けて霧として効率よく放散さ
れる。しかも、効率のよい自励発振駆動が可能となる。
圧電振動子として長さと幅と厚さのうちの長さと幅の寸
法比、長さと厚さの寸法比または幅と厚さの寸法比が1
に近くしかも1に等しくない矩形角柱状構造を採用する
ことにより、圧電振動子と振動板との複合体の結合振動
が増強され、霧化効率が促進される。また、振動板が圧
電振動子の電極Pを有する端面または電極Qを有する端
面上に一体的に連なって固着されていることにより、振
動板は圧電振動子と振動板との接合部を固定端とする形
で振動する。従って、振動板に供給された液体はその弾
性振動により霧化され、その振動板に垂直な上方に向け
て霧として効率よく放散される。しかも、効率のよい自
励発振駆動が可能となる。液体供給手段は複合体を支持
する支持具と、液体を収容する貯液室と、多数の貫通孔
を有する吸液能力の大きい物質から成る保液材とを備え
る。保液材は貯液室から液体を吸い上げその液体を振動
板に供給する。支持具は複合体を固定物に対し所定位置
に保持する。この際、支持具のうち少なくとも複合体に
接触する部分として発泡スチロール等のような圧電振動
子に比べて音響インピーダンスが低い物質を採用するこ
とにより、圧電振動子の励振が支持具自身や固定物また
は液体中に伝搬し散失されるのを抑制でき、効率良く振
動板を振動させることができるので、霧化効率を増大さ
せることができる。このようにして、振動板が常時また
は間欠的に保液材と接触することにより、その保液材に
吸収されている液体を効率よく霧化することが可能とな
る。さらに、液体供給手段が、振動板から微小な間隙を
隔てて対面する補助板と、貯液室からその間隙に液体を
供給するためのチューブを備えることにより、保液材を
用いなくても液体を振動板に供給することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波吸入装置の第1の実施例を示す
断面図。
【図2】霧吐出口7に取り付ける口用吸入口11および
吸入マスク12を示す斜視図。
【図3】図1の超音波吸入装置の部分断面図。
【図4】圧電振動子1および振動板2から成る複合体の
平面図。
【図5】振動板2を板面に垂直な平面で切断したときの
部分拡大断面図。
【図6】振動板2の部分拡大平面図。
【図7】自励発振駆動回路10の一実施例を示す構成
図。
【図8】圧電振動子1と振動板2との複合体におけるド
ライブ電極Dとグランド電極Gとの間のアドミタンスの
振幅と周波数との関係を示す特性図。
【図9】図8におけるアドミタンスの位相と周波数との
関係を示す特性図。
【図10】圧電振動子1と振動板2との複合体における
共振周波数付近でのサセプタンスとコンダクタンスとの
関係を示す特性図。
【図11】本発明の超音波吸入装置の第2の実施例を示
す断面図。
【図12】圧電振動子15および振動板16から成る複
合体の斜視図。
【図13】3端子方式の自励回路の構成図。
【符号の説明】
1 圧電振動子 2 振動板 3 支持具 4 保液材 5 貯液室 6 電源部 7 霧吐出口 8 ヒータ 9 攪拌器 10 自励発振駆動回路 11 口用吸入口 12 吸入マスク 13 圧電磁器 14 貫通孔 15 圧電振動子 16 振動板 17 支持具 18 補助板 19 貯液室 20 チューブ 21 圧電磁器 P すだれ状電極 Q 電極 TP1,TP2,TQ 端子 L1 昇圧用コイル Tr トランジスタ R1,R2 抵抗 D ダイオード

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電振動子に多数の微小な貫通孔を有す
    る振動板を固着して成る複合体と、該複合体に水または
    薬液若しくはその他の液体を供給する手段と、前記複合
    体に弾性振動を発生させその弾性振動によって前記液体
    を霧化する手段とを備えて成り、前記液体霧化手段によ
    って発生させた霧を鼻または口から吸入させる超音波吸
    入装置において、 前記振動板における前記貫通孔の一方の開口面積と他方
    の開口面積とが異なり、 前記圧電振動子は圧電磁器並びに電極PおよびQから成
    り、 前記電極PおよびQは前記圧電磁器の厚さ方向に垂直な
    両端面のそれぞれに形成されており、 前記電極Pは1組のすだれ状電極で成り、 前記液体霧化手段は、前記すだれ状電極の2つの端子T
    P1およびTP2のうちの一方の端子TP1と電極Qにおける
    端子TQとの間に前記圧電振動子の共振周波数とほぼ等
    しい周波数の電圧を印加することにより、前記複合体を
    駆動する自励発振駆動回路を備え、 前記自励発振駆動回路は、直流電源と前記端子TP1との
    間に接続されている昇圧用のコイルと、出力電圧端子が
    前記端子TP1に接続され入力電圧端子が前記端子TP2
    接続されることにより前記端子TP2に現われる圧電気を
    帰還電圧として受けるトランジスタとを備え、 前記自励発振駆動回路は、前記トランジスタを増幅素子
    とし前記複合体を共振回路とする発振回路を構成し、 前記圧電振動子の共振周波数は前記複合体の共振周波数
    にほぼ等しいことを特徴とする超音波吸入装置。
  2. 【請求項2】 前記圧電振動子は長さと幅の寸法比が1
    に近くしかも1に等しくない矩形状の板であって、前記
    振動板は前記圧電振動子の前記電極Pを有する端面また
    は前記圧電振動子の前記電極Qを有する端面上に一体的
    に連なって固着されていることを特徴とする請求項1に
    記載の超音波吸入装置。
  3. 【請求項3】 前記圧電振動子は長さと幅と厚さのうち
    の長さと幅の寸法比、長さと厚さの寸法比または幅と厚
    さの寸法比が1に近くしかも1に等しくない矩形状の角
    柱であって、前記振動板は前記圧電振動子の前記電極P
    を有する端面または前記圧電振動子の前記電極Qを有す
    る端面上に一体的に連なって固着されていることを特徴
    とする請求項1に記載の超音波吸入装置。
  4. 【請求項4】 前記液体供給手段は前記複合体に供給す
    る前記液体の温度を体温または他の所定の温度に制御す
    る手段を含むことを特徴とする請求項1,2または3に
    記載の超音波吸入装置。
  5. 【請求項5】 前記液体供給手段は前記複合体を支持す
    る支持具と、前記液体を収容する貯液室と、多数の貫通
    孔を有する吸液能力の大きい物質から成り前記液体を吸
    収する保液材とを備え、 前記支持具は前記複合体を固定物に対し所定位置に保持
    し、 前記支持具のうち少なくとも前記複合体に接触する部分
    は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い発
    泡スチロールその他の物質から成り、 前記振動板は前記保液材と接触して前記保液材に吸収さ
    れている前記液体を霧化することを特徴とする請求項
    1,2,3または4に記載の超音波吸入装置。
  6. 【請求項6】 前記液体供給手段は前記複合体を支持す
    る支持具と、前記液体を収容する貯液室と、前記振動板
    から微小な間隙を隔てて対面する補助板と、前記貯液室
    から前記間隙に前記液体を供給するためのチューブを備
    え、 前記支持具は前記複合体および前記補助板を所定の位置
    に保持し、 前記支持具のうち少なくとも前記複合体に接触する部分
    は前記圧電振動子に比べて音響インピーダンスが低い発
    泡スチロールその他の物質から成り、 前記振動板は前記間隙に供給された前記液体を霧化する
    ことを特徴とする請求項1,2,3または4に記載の超
    音波吸入装置。
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