JPH0119945B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液体燃料、水、薬液、およびインク
などの液体を圧電振動子などの電気的振動子の振
動を利用して微粒化するための霧化装置に関し、
さらに詳しく言えば、電気的振動子により液室内
の液体を加振してノズルから噴射し微粒化すると
ころの噴射極霧化装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、この種の霧化装置は、特にインクジエツ
ト記録装置のインク微粒化装置として様々な構成
で提案されている。

第１図は、その基本的な構成を示す一例であ
る。第１図において、インク室１の一端には、ノ
ズル２を有するノズル板３が設けられ、ボデイー
４に接着されている。インク室１の他端には振動
板５と圧電振動子６が相互に接着されてボデイー
４に装着されている。インク室１はさらにオリフ
イス７およびパイプ８を介してインクタンク９に
接続され図のように配置されている。

圧電振動子６に第２図の如き交流パルス電圧が
供給されると圧電振動子６と振動板５とは第１図
の破線のようにたわみ振動を生じる。この振動に
よるインク室１内の圧力上昇はノズル２の近傍に
伝達され、かつ、インク室１のホーン形状のため
に圧力増巾される。この結果、ノズル２からは、
第２図の交流パルス電圧に応じてインク粒子１０
が噴射される。

このように交流電圧パルスの供給を制御するこ
とによつて、インク粒子１０の発生量や発生タイ
ミングを自由に制御できると共に、インク室１か
ら噴射されたインク粒子１０の体積相当のインク
は、ノズル２に発生する表面張力の作用によりパ
イプ８を介してインクタンク９より自給され、ポ
ンプなどの液体供給手段を必要としないという長
所を有するものであつた。

しかしながら、圧電振動子６の発生する圧力を
インク室１の液体を介し、ノズル２に増巾して伝
達する構成であるのでインク中の溶存空気が多い
とキヤビテーシヨンによる気泡がインク室１内に
発生し正常な噴霧作用を維持できず、したがつて
溶存空気を含まない特殊なインクの噴射しかでき
ないものであつた。このため汎用性に欠けた霧化
装置とならざるを得なかつた。

また、ノズル２からのインクの流出の防止は、
インクの表面張力のみに頼る構成であるため、例
えば、ボデイー４などに機械的な衝撃が加えられ
るとノズル２からは第１図に示すように塗出イン
ク１１が流れ出てしまうという欠点を有するもの
であつた。

このため、このような機械的撃からボデイー４
を保護し、かつ、取扱いも極めて慎重に行わねば
ならず、面到であつた。したがつて、このような
点からもその応用範囲が特殊なものに限定され、
汎用性に欠けるものであつた。

発明の目的 本発明は上記従来の欠点を一掃した霧化装置を
提供するものである。

その目的とするところは、溶存空気を多量に含
む液体であつてもキヤビテーシヨンの影響をほと
んど受けることなく極めて安定に液体を噴霧する
ことが可能であり、このため非常に汎用性に富ん
だ霧化装置を提供することである。

さらにもう１つの目的は、機械的な衝撃などを
受けても液体がノズルから溢れることにより装置
の汚損や損傷、あるいは危険性の発生などの不都
合を全く生じず、従つて非常に応用が容易で様々
な用途に適用することができる霧化装置を提供す
ることである。

発明の構成 本発明は液体が充填される加圧室を備えたボデ
イーと、加圧室に臨むノズルを有し前記ボデイー
に装着されたノズル板と、前記ノズル板を付勢し
た前記ノズルを加振する電気的振動子と、前記ノ
ズルより低い位置に設けられ前記ノズルからの溢
出液が流入するよう構成された液槽部と、前記液
槽部と前記加圧室とを連結する連結部とにより構
成され、前記電気的振動子により前記ノズルを加
振し前記ノズルから液体を噴霧するものである。
さらに、機械的衝撃をボデイーが受けることなど
により、前記ノズルから溢出した液体は、前記液
槽部にて回収されて連結部を介して加圧室に再び
送られる構成となつているので、霧化装置から液
体が溢れ出ることが完全に防止され、かつ、溢出
液の特別な処理を必要としない。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について図面と共に説明
する。

第３図は本発明の一実施例を示す霧化装置の断
面図である。

第３図において、霧化部１２は、内部に直径５
〜15mmで深さ１〜５mmの円筒状の加圧室１３を有
するボデイー１４と、ボデイー１４の接着され、
厚さが30μm〜100μmのノズル板１５と、外径が
５〜15mmで厚さ0.5〜２mmの円環状圧電振動子１
６とにより構成されている。ノズル板１５の中央
には球殻状の突起部が設けられ、この突起部にノ
ズル１７が複数個設けられている。このノズル１
７は直径が30μm〜100μmであり、その用途に応
じて直径と個数とを適当に選ぶことができ、また
突起部も用途によつては必ずしも必要でない。圧
電振動子１６は円環状であり、その中央の開口に
ノズル１７を有する突起部が臨むようにノズル板
に接着されている。

ケース１８の下部は液槽部１９を形成するよう
構成され、この液槽部１９の上部に霧化部１２が
ビス２０にて図のように固定され一体化されてい
る。

加圧室１３は、連結体２１にて液槽部１９の連
結され液体が液槽部１９より供給される構成とな
つている。液槽部１９は供給口２２によりパイプ
２３を介して液面Ａを略一定に維持するレベラー
２４と接続されており、したがつて液槽部１９内
の液面Ｂも図のように液面Ａの高さに維持されて
いる。

また、２５はノズル１７の断面積よりも小さい
開口面積（液体が通過する開口１つ当りの面積）
の開口を複数個設けたフイルタであり、液槽部１
９の上側が開放された構成であるため液槽部１９
内の液中にゴミなどが混入しやすい構造であると
いう欠点を補うものであつて、ノズル１７の目づ
まりを防止するものである。すなわち、ノズル１
７の断面積より小さいメツシユのフイルタであ
る。

一方、加圧室１３は排気管２６が設けられ、ケ
ース１８の排気口２７とパイプ２８で接続されて
いる。排気口２７は、さらにパイプ２９で、送風
フアン３０の吸込側に設けられた負圧発生部３１
に接続されている。

送風フアン３０が起動されると負圧発生部３１
には、例えば一Ｐ＝−30mmH₂Oの負圧力が発生
し、この負圧力により液面Ｂと同一高さにあつた
連結管２１内の液面Ｃは上昇し、パイプ２８内の
液面Ｄとなつてつりあう。液面Ｃの上昇過程にお
いてノズル１７から加圧室１３への空気の流入が
生じるけれでも、ノズル１７の断面積が小さいた
めに、前述の液面Ｃの上昇作用は何ら妨げられ
ず、第３図のような液面Ｄの位置までスムーズに
液面Ｃを上昇させることができ、送風フアン３０
の発生する負圧カーＰにて、加圧室１３に液体を
極めて簡単に充填することができる。

このような状態が実現されてから、リード線３
２，３３間に第４図ａ，ｂ又はｃのような交流電
圧が供給される。リード線３３は、ビス３３′に
てケース１８に接続されているので、ボデイー１
４、ノズル板１５を介して圧電振動子１６のノズ
ル板１５との接着面に設けられた電極（図示せ
ず）に電気的に接続され、一方、リード線３２は
前述の電極と反対側の面に設けられた電極（図示
せず）に接続されている。

したがつて、環状の円板形をした圧電加圧室１
６の両面の電極間に第４図ａ，ｂ、又はｃのよう
な交流電圧が供給されることになる。

圧電振動子１６は、この交流電圧の極性に応じ
てその直径方向に伸縮歪を生じ、この結果ノズル
板１５は第３図中の破線に示すようなたわみ振動
を生じる。ノズル板１５の中央部は、極めて大き
く加振され、あたかもノズル１７の近傍のみが励
振されているようなたわみ振動となる。

加圧室１３内の液体は、ノズル１７の近傍が大
きく加振されるノズル板１５のたわみ振動によ
り、加圧されて圧力上昇するので、ノズル１７よ
り液滴３４となつて図のように噴射される。

第５図はノズル板１５の振動振幅分布を示すも
のであり、ノズル１７の近傍のみが大きく加振さ
れていることを示している。なお、第３図と同符
号のものは相当する構造物である。

このようにノズル１７の近傍のみの液体が加振
されるので液体が溶存空気を多く含む一般的な液
体（例えば灯油や市水など）であつてもきわめて
安定にノズル１７から噴霧することができる。そ
れは以下のような理由によるものである。すなわ
ち、加圧室１３内の圧力変動の最大点はノズル１
７の近傍であり、しかも、この圧力変動最大点こ
そがキヤビテーシヨンの最も発生しやすいところ
であるから、キヤビテーシヨン核が大きく成長し
て噴霧動作に影響を与える前に、ノズル１７より
噴射されてしまうのである。つまり、ノズル１７
近傍のみを大きく加振するよう構成されているた
めに、上述したように溶存空気を多量に含む液体
であつても安定に噴霧することができるのであ
る。

次に、液槽部１９の作用、効果について説明す
る。

まず圧電振動子１６が第４図に示すような交流
電圧を加えられたときのノズル板１５の振動振巾
δについて第６図および第７図を参照して説明す
る。

第６図ａは第４図ｂと同様に一定の周期で断続
された交流電圧であり圧電振動子１６に供給され
る。一方、同図ｂはこの時のノズル板１５のノズ
ル１７近傍の振動振巾δの応答を示している。

すなわち、ノズル板１５の振動振幅δは、ノズ
ル板１５や圧電振動子１６のもつ慣性などのため
に、圧電振動子１６の駆動電圧Ｖの断続に対して
一定の時定数を持つた１次遅れの応答を示すので
ある。

一方、第７図は、ノズル板１５の振巾δ、すな
わち、ノズル１７の近傍の振巾δに対する噴霧状
態を示す区分図であり、縦軸は噴霧される粒子の
重量ｗ（すなわち体積）を表わしている。

振巾δがδ＜δ₁である領域は全く噴霧しない
領域、δ₁＜δ＜δ₂の領域は、ノズル１７から液
滴を噴射することができず、かつノズル１７から
液体がわずかづつ溢れ出る領域、そして、δ＞δ₂
の領域は振巾δと粒子重量ｗとがほぼ比例する
領域である。

第７図における領域、すなわちδ₁＜δ＜δ₂で
ある領域は、ノズル１７から液体が粒子となつて
飛翔せずにわずかに溢れでる領域であり、このこ
とを考慮して、第６図ｂを参照すれば、以下のよ
うな不都合を生じざるを得なことがわかる。

すなわち、圧電振動子１６に対し、駆動電圧Ｖ
が印加されたり、印加停止されたりしたとき、振
巾δは、その過渡時において、第６図ｂ中に示す
t_rおよびt_fの期間、上記第７図に示した領域
（すなわちδ₁＜δ＜δ₂）を通らざるを得ないので
ある。

このようにノズルから液体が噴射されずに溢れ
でるという現象は、ノズル板１５を圧電振動子１
６にて加振する構成とした場合、ノズル１７自身
が振動する構成であるので、どうしても生じ易い
現象である。

そこで、第３図に示すように、上述した現象に
より生じるノズル１７からの溢出液３５が流入す
るように、ノズル１７より低い位置に液槽部１９
を設けるのである。このようにして、前述した過
渡現象によりノズル１７から溢れ出る液体は、液
槽部１９に回収され、しかも液槽部１９が加圧室
１３に連結管２１に連結されているので、溢れ出
た液体が再度加圧室１３に送られて噴霧される構
成となつている。このため、溢出液の特別な処理
を必要としないのである。

ケース１８の噴射口３６からは、霧化粒子３４
が噴射されるので噴射口３６は、外界に開放せざ
るを得ず、したがつて噴射口３６から液槽部１９
内の液体にゴミなどの混入する可能性が大きい。
そこでフイルタ２５を図のように構成することに
より、完全にゴミなどの加圧室に混入してノズル
１７を目づまりさせてしまうという不都合を防止
することができる。

さらにまた、霧化部１２に対して、機械的衝撃
が加えられ、ノズル１７から液体が溢れても、前
述の場合と同様に溢出液３５となつて液槽部１９
に回収されるので装置から液体が溢れ出て、外部
装置を汚損したり、損傷したりすることや、発火
性液体などの場合に生じる危険な状態の発生を完
全に防止することができる。したがつて非常に使
いやすく、汎用性の高い霧化装置を提供すること
ができる。

この霧化装置は、さらに極めてコンパクトであ
り、かつ構造が簡単である上に、非常に低消費電
力であるという利点を有しており、20c.c.／minの
灯油を噴霧するために圧電振動子１６が消費する
電力は約0.3Wである。

また、噴霧された液体に相当する体積の液体
は、ノズル１７に発生する液体の表面張力の作用
により、液槽部１９から自然に加圧室１３に吸い
上げられ、かつ、液槽部１９へは、パイプ２３を
介してレベラ２４より自然に供給されるので、特
別な液体供給用のポンプなどを必要とせず、この
ため装置全体の構造をさらに簡単でコンパクトと
し、かつ低価格なものとすることができる。

第８図は本発明の他の実施例を示す霧化装置の
断面図であり、第３図と同符号は相当する構造物
である。

図において、圧電振動子１６は図の矢印のよう
にその厚さ方向に振動し、この振動により、ノズ
ル板１５は図の破線のようなたわみ振動を生じ
る。したがつて、ノズル１７は大きく加振されて
液滴３４が噴射される。また、ノズル板１５は突
起部を有していないので、液滴３４はすべてほぼ
直線状に噴射される。液槽部１９は、ボデイー１
４内に図のように設けられ、完全に霧化部１２内
に一体化されており、第３図の実施例のような組
立工程を必要とする構造でないのでよりコンパク
ト化が可能である。

このように本発明は、電気的振動子１６により
ノズル１７を加振する構成とし、ノズル１７より
低い位置に液槽部１９を設け、ノズルからの溢出
液３５が流入する構成とすると共に加圧室１３と
液槽部１９とを連結部２１で連結する構成により
実現することができるものであり、第３図および
第８図に示した実施例に限定されることなく他に
も様々な実施態様をとることが可能である。

第９図は、第３図に示した本発明の一実施例の
霧化装置を適用した燃焼装置の断面図である。

第９図において第３図と同符号のものは相当す
る構造物であり説明を省略する。

第３図の実施例の説明と同様にして、灯油の霧
化粒子３４が噴射され、フアン３０にて送られ旋
回器３７にて旋回気流となつた空気と混合され
る。そして点火器３８にて点火されるが、旋回器
３７から送られる空気は少ないので火炎は瞬間
に、第２の旋回器３９より送られる気流中に移行
し、ここで火炎４０を形成して保炎し燃焼をつづ
ける。なお４１は熱交換器である。

このようにして本発明の霧化装置の一実施例を
燃焼装置に適用することができ、非常に簡単な構
造で、コンパクトな燃焼装置を実現することが可
能である。このような構造の燃焼装置は、本発明
霧化装置が前述したように灯油のように溶存空気
を多量に含む液体であつても極めて安定に噴射す
ることが可能であること、およびノズル１７を振
動させることにより発生しやすいノズル１７から
の溢出液３５を液槽部１９に流入せしめ、この液
槽部１９を加圧室１３と連結部２１で連結するよ
う構成したから、溢出灯油による機器の汚損や、
危険な状態（たとえば火炎）などの発生を完全に
防止することができることにより、はじめて実現
できるものである。

発明の効果 以上に述べたように、本発明によれば、加圧室
にノズルを臨ませ電気的振動子にて加振する構成
とし、ノズルより低い位置にノズルからの溢出液
が流入する液槽部を設け、この液槽部と加圧室と
を連結部で連結するよう構成したから、極めて簡
単でコンパクトな構成により、溶存空気を多量に
含む一般的な液体（灯油や水など）を非常に安定
に噴霧することが可能であり、しかも、ノズルを
加振することにより生じ易いノズルからの溢出液
が装置外に流出することを完全に防止できるので
装置の損傷や汚損、さらには液体の種類によつて
は生じる可能性のある火災などの危険な状態を完
全になくすることができる。もちろん、機械的な
衝撃を装置が受けて、ノズルから液体が溢れ出て
も、上記の構造上の効果により、装置外に流出す
ることが全くないことは明らかである。

このように、本発明の霧化装置は、一般的な液
体を非常に安定に、しかも、ノズルからの溢出液
が装置外に溢れ出ることなく噴霧することがで
き、かつ、機械的衝撃を受けても安定で安全な霧
化動作を保証できるので、汎用性が高く、その上
極めて使い易い霧化装置を提供することができ、
その工業的な価値は非常に大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の断面図、第２図は同
霧化装置を構成する圧電振動子の駆動電圧波形
図、第３図は本発明の一実施例の霧化装置の断面
図、第４図ａ，ｂおよびｃは同霧化装置を構成す
る圧電振動子の駆動電圧波形図、第５図は同霧化
装置のノズル板の振動振巾δの分布図、第６図ａ
は同霧化装置の圧電振動子の駆動電圧波形図、同
図ｂは同駆動電圧波形に対する同ノズル板の振動
振巾δの応答図、第７図は同ノズル板の振動振巾
δの大きさに対する噴霧状態の領域区分図、第８
図は本発明の他の実施例を示す霧化装置の断面
図、第９図は第３図の霧化装置を適用した燃焼装
置の断面図である。 １３…加圧室、１４…ボデイー、１５…ノズル
板、１６…電気的振動子、１７…ノズル、１９…
液槽部、２１…連結部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室を有するボデイー
   と、前記加圧室に臨むノズルを有し、前記ボデイ
   ーに装着されたノズル板と、前記ノズル板を付勢
   して前記ノズルを加振する電気的振動子と、前記
   ノズルより低い位置に設けられ、前記ノズルから
   の溢出液が流入するよう構成された液槽部と、前
   記液槽部と前記加圧室とを連結する連結部とを備
   えた霧化装置。 ２ 連結部をボデイーに一端が接続された連結管
   で構成し、前記連結管の他端を前記液槽の液面下
   に位置せしめる構成とした特許請求の範囲第１項
   記載の霧化装置。 ３ 連結管の先端にノズルの断面積と略等しいか
   それより小さい開口面積のメツシユのフイルタ部
   を設けた特許請求の範囲第２項記載の霧化装置。