JPH0130544B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、灯油や軽油などの液体燃料、水、薬
液、記録インク等の種々の液体を微粒化するため
の霧化装置に関し、さらに詳しく言えば、圧電振
動子などの電気的振動子の振動により液体を噴射
し微粒化する噴霧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主にインクジエツト
記録装置のインク微粒化装置として様々な構成が
提案されており、さらに近年では第１図に示すよ
うな構成の霧化装置が提案されている。

第１図において、液室１の一端には複数のノズ
ル２が図のように設けられ、その他端には、振動
板３と圧電振動子４とが相互に接着されてボデイ
−５に取りつけられている。

液室１はパイプ６にてタンク７に接続され、さ
らにパイプ８が図のように設けられている。

タンク７は、パイプ９により圧力ポンプ１０に
接続され、圧力ポンプ１０の発生する圧力P₁₀が
液面Ａに印加されるよう構成されている。

圧力ポンプ１０が作動されて圧力P₁₀が液面Ａ
に加えられるとパイプ６内の液面Ｂは押し上げら
れてパイプ８内の液面Ｃとなつてつりあい図のよ
うな状態となる。すなわち、液面ＢとＣの高さの
差をｈ、液体の密度をρとするとき、P₁₀＝ρ・
ｈとなつてつりあうのである。

次に圧電振動子４に第２図に示すような交流電
圧が加えられ、振動板３と圧電振動子４より成る
バイモルフ振動体は図の破線のようなたわみ振動
を生じる。このためみ振動による圧力波は液室１
内の液体を伝搬しながら増幅されてノズル２に達
し、図のように液滴１１が噴射される構成となつ
ている。

しかしながら、このような従来の霧化装置には
次のような問題点があつた。

タンク７から液室１への液体の充填を行う作用
をはたす圧力ポンプ１０の発生する圧力P₁₀は、
前述したようにP₁₀＝ρ・ｈの関係を満たすこと
により第１図の状態、つまり液室１が液体で満た
された状態を実現することができる。ところが、
P₁₀が変動したり、液体の密度ρが変化したりす
ることにより、 ｈ＝p₁₀／ρ＞h′ （h′は液面Ｂとパイプ８の先端の高さの差） となると、パイプ８の先端から液体が溢れ出して
しまうという不都合や、ノズル２から液体が溢出
してしまうという不都合を生じるという欠点を有
していた。また、逆に ｈ＝P₁₀／ρ＜h″ （h″は液室１の上端と液面Ｂの高さの差） となると液室１内に空気が存在することになり、
圧電振動子４による圧力波が有効にノズル２に伝
達されなくなつてしまうという不都合を生じるも
のであつた。

発明の目的 本発明はこのような従来の欠点を一掃した霧化
装置を提供せんとするものであり、液室からの液
体の溢出や液室内に空気層が生じ液体で満たされ
ないなどの不都合を完全に防止し、安全で良好な
噴霧動作を保証することができ、しかも簡単に液
室への液体の充填を行うことができる霧化装置を
提供することを目的とするものである。

発明の構成 本発明は、上記目的を達成するために以下に述
る構成により成るものである。

すなわち、加圧室と、加圧室に臨むノズルと、
加圧室に接続された液体供給路および排気路と、
排気路に接続され加圧室に液体を充填するための
負圧力を発生する負圧発生手段と、加圧室の液体
を加振してノズルより噴霧する電気的振動子とを
備えると共に、前記負圧力の大きさを前記液体の
密度等に応じて任意に調節するための負圧調節手
段とを備える構成としたものであり、この構成に
より、液体を簡単に加圧室に充填でき、かつ、加
圧室内の液体の静圧、および排気路内の液面の高
さを従来のような不都合のない良好な状態に維持
するものである。

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、内部に直径が
５〜15mm、深さ１〜５mmの円筒状の加圧室１３を
有するボデイ−１４と、直径30μｍ〜100μｍのノ
ズル１５を複数個備え、厚さ30μｍ〜100μｍのノ
ズル板１６と、中央に開口１７を有し、直径５〜
15mm、厚さ0.5〜２mmの圧電振動子１８とにより
構成され、それらは図のように相互に接着されて
いて、ビス１９にて取付板２０に固定されてい
る。加圧室１３は液体供給路２１にて液面Ｄを略
一定に維持するレベラー２２に接続され、レベラ
ー２２はタンク（図示せず）にパイプ２３にて接
続されていて液体供給系が構成されている。

加圧室１３にはさらに排気路２４が接続され、
排気路２４は負圧発生部２５に接続されている。
負圧発生部２５は、負圧力発生手段である吸引ポ
ンプ２６と負圧発生部２５に発生する負圧力−Ｐ
の大きさを調節するための負圧調節手段であるダ
ンパ部２７とにパイプ２８および２９にて接続さ
れており、吸引ポンプ２６により吸引される空気
は図中の矢印のようにダンパ部２７の開度に応じ
た空気量Ｑで流れる。

吸引ポンプ２６の停止時は、負圧発生部２５の
圧力は大気圧と等しく−Ｐ＝Ｏであり、したがつ
て液体供給路２１内の液面Ｅは液面Ｄと同一高さ
にある。吸引ポンプ２６が起動されると、吸引ポ
ンプ２６により吸引される空気量Ｑと負圧発生部
２５に発生する負圧力−Ｐの大きさとの関係は、
第４図中の曲線l₁上でダンパ部２７の開度θ＝θ₁
に応じた点αとなりＱ＝Q₁、−Ｐ＝P₁となる。

この負圧力−P₁によりノズル１５より多少の
空気の流入が生じ排気路２４内を図中の矢印のよ
うに流れるけれども、この空気量はノズル１５が
小孔径であるので著しく少なく、このため、液面
Ｅには、ほぼ−P₁に等しい圧力が印加される。
従つて液面Ｅは上昇して加圧室１３を液体で充満
してさらに上昇し、排気路２４内の所定の位置の
液面Ｆとなつてつりあう。

このつりあう位置と液面Ｅとの高さの差ｈは、
液体の密度をρとするとき、 −Ｐ＝−P₁＝−ρ・ｈ を満たすものであり、この条件を満たすように、
ダンパ部２７の開度θを調節して第４図における
点αの位置とすることができる。

ダンパ部２７の作用は極めて重要である。例え
ば、吸引ポンプ２６が電源の電圧や周波数などの
変化によりその吸引能力の変化を生じ、第４図の
曲線l₂又はl₃のようになつた時を考えると明らか
である。すなわち、ダンパ部２７の開度θの調節
ができない時は、第４図の動作点αは、曲線l₂，
l₃に応じて点α′，α″に変化し、このため、負圧発
生部の負圧力−Ｐは、−P′₁又は−P″₁となり、第
３図中のh₁より低い位置に液面Ｆが低下して加圧
室１３内に空気層が生じたり、h₂より高い位置に
液面Ｆが上昇して排気路２４を通つて液体が溢れ
出たりするという不都合を生じてしまう。ところ
が、ダンパ部２７の開度θの調節によりl₂，l₃に
応じてθ＝θ₂、θ＝θ₃と調節し、Ｑ＝Q₂又はＱ＝
Q₃とすることによつて動作点αをβ又はγに移
動して負圧力−Ｐ＝−P₁に維持し、結果として
液面Ｆの高さｈを一定に保ち、前述した不都合の
発生を防止することができる。

また、吸引ポンプ２７の吸引能力の変化に対し
てのみならず、液体の種類の変化による密度ρの
変化に対しても同様にして−Ｐを調節し好ましい
液面の高さｈに調節することができる。

このようにして、良好な液面Ｆになるように液
体を加圧室１３に簡単に、しかも確実に充填する
ことができる。

次に圧電振動子１８に対して第５図ａ，ｂ又は
ｃのような交流電圧が噴霧すべき平均噴霧量に応
じて供給される。圧電振動子１８はノズル板１６
との接着面とその対向面に図示していないけれど
も電極が設けられており、上記交流電圧の極性に
応じた直径方向の伸縮歪を生じ、この伸縮歪は、
圧電振動子１８とノズル板１６とが相互に接着さ
れているので図中の破線で示すようなたわみ振動
に変換される。このため、ノズル１５の近傍が大
きく加振されるたわみ振動を生じることとなり、
加圧室１３内の液体はノズル１５の近傍のみが加
圧されて図のような液滴３０となつて噴射され霧
化されるのである。

このようにノズル１５の近傍のみが大きく加振
される構成であるのでキヤビテーシヨンによる気
泡核は大気泡に成長する前にノズル１５より噴射
されてしまう結果となり、このため溶存空気を多
量に含む液体であつてもキヤビテーシヨン気泡の
影響を受けることなく安定に噴霧することができ
る。さらに噴霧された液体に相当する体積の液体
はノズル１５に発生する液体の表面張力作用によ
り液体供給路２１より自然に自吸され、自給ポン
プ作用を果すことができる。

したがつて、非常に簡単な構成でありながら、
様々な条件に対して簡単に、しかも過不足なく液
体を確実に加圧室１３に充填して噴霧することが
できる霧化装置を実現することが可能である。

第６図は、本発明の他の実施例を示す霧化装置
の断面図であつて第３図と同符号のものは相当す
る構造体であり説明を省略する。

第６図において、負圧発生部２５に負圧力−Ｐ
を発生する負圧発生手段は、送風フアン３１とそ
れを駆動するモータ３２より成り、送風空気は、
吸込口３３より吸い込まれ、負圧力−Ｐの大きさ
を調節する負圧調節手段と送風フアン３１の送風
する送風空気量を調節する流量調節手段とを兼用
したダンパ３４を通つて図中の矢印のように流れ
る。ダンパ３４は図に示すようにフアン３１の能
力や噴霧される液体の種類などに応じてそのオリ
フイス３５の大きさの異るダンパに取りかえられ
るよう着脱自在に構成され、負圧力−Ｐを調節す
ることができる。

送風フアン３１による送風空気は、さらに取付
板２０の通気孔３６，３７を通り、噴出口３８よ
り図のように噴出して、噴霧液滴３０と混合しそ
れらを搬送するよう構成されている。

このような極めて簡単な構成により、送風フア
ン３１の起動により容易に加圧室１３に液体を充
填し、しかもダンパ３４を調節することにより液
面Ｆの高さh₁＜ｈ＜h₂の適当な値とすることが可
能であり、液体の溢出や加圧室１３内の空気だま
りの発生を防止し、安全で確実な噴霧動作を行う
ことができる霧化装置を実現することが可能であ
る。

第７図は本発明のさらに他の実施例の霧化装置
を適用した燃焼装置の構成を示す断面図である。
第７図において第６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７図において灯油はレベラー２２よりパイプ
２１′にて液面E′を有する液槽３９に送られる構
成となつており、燃焼用の送風フアン３１により
発生する負圧力−Ｐにより液面Ｅが液面Ｆに吸い
上げられて加圧室１３が灯油で満たされるよう構
成されている。

燃焼空気は、吸込口３３より吸い込まれ、送風
量調節ダンパ４０により決定される送風量の空気
が送風路４１、噴出口３８を通つて噴霧液滴３０
と混合し、ヒータ４２を有する気化部４３に送ら
れると共に、２次空気路４４を通つて送られ、１
次燃焼室４５、２次燃焼室４６にて火炎４７を形
成して燃焼する。なお４８は熱交換器、４９は排
気筒である。

負圧力−Ｐは、負圧調節ダンパ５０により次の
ようにして調節される。バイパス路５１よりバイ
パスする空気量はオリフイス５２により送風量調
節ダンパ４０にて調節される空気量に比べて十分
少ないように構成されている。したがつて送風フ
アン３１の上流の第１負圧発生部２５′の負圧力
−P′は送風量調節ダンパ４０の開度によつて決定
される。

第５図ａ，ｂ又はｃのように圧電振動子１８へ
の供給電圧を調節して噴霧量を調節し燃焼量を変
化させたとき、燃焼空気量Q_Bを追従させ空燃比
を一定にすることが必要であり、送風量調節ダン
パ４０を調節すると第８図に示すように送風量
Q_BがQ_B1からQ_B2まで変化する。このとき負圧力
−P′とQ_Bとの関係は曲線ｌ上を移動する軌跡と
なる。

したがつて、この−P′の大きさは図のように変
化し、−P′₁から−P′₂まで変化してしまい、この
負圧力のみが直接液面Ｆに印加されている構成の
場合には、液面Ｆの高さの過度の変動が生じ灯油
の溢出などの不都合が発生する場合がある。

そこで、送風量調節ダンパ４０に連動して負圧
調節ダンパ５０を調節するよう構成したものであ
り、オリフイス５２を流れる空気量をQ_Bが減少
するにつれて増大させるように両ダンパを連動構
成している。したがつてオリフイス５２における
圧力損失△Ｐは、Q_Bの減少と共に増加し、第８
図の曲線l′となる。

第７図の構成から明らかなように、第２負圧発
生部２５の負圧力−Ｐとオリフイス５２の圧力損
失△Ｐ、および第１負圧発生部の負圧力−P′との
関係は −P′＝−（Ｐ＋△Ｐ）であり、 従つて−Ｐ＝−（P′−△Ｐ）となる。

このため両ダンパ４０および５０を適当に構成
することによつて第８図のように曲線ｌとl′の差
をQ_Bにかかわらず一定とし、−ＰをQ_Bの変動にか
かわらず一定に保つことができる。

このように構成することにより、燃焼量を調節
するためにQ_Bを調節しても液面Ｆの高さは一定
に維持され、灯油の溢出などの不都合により生じ
る危険性をなくし、しかも簡単に灯油を加圧室に
充填することができる。以上のような構成によ
り、本発明の一実施例の霧化装置を適用した燃焼
装置は極めて簡単な構成でありながら安全性が高
く、しかも使い勝手の良い燃焼装置とすることが
できる。

発明の効果 以上の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で加振して液体を噴霧する
構成とし、かつ加圧室に排気路と液体供給路とを
接続すると共に、液体を加圧室に充填するための
負圧力を発生する負圧発生手段を排気路に接続
し、負圧力の大きさを液体の密度などに応じて任
意に調節する負圧調節手段を設ける構成としたの
で、極めて簡単な構成により加圧室への液体の充
填を非常に容易に行うことができ、しかも液体の
密度などに応じて負圧力が任意に調節可能である
ため種々の条件下においても液体の溢出などの不
都合を生じず、かつ確実に加圧室を液体で満た
し、安定な噴霧動作を保証することが可能な霧化
装置を提供することができ、その工業的価値は極
めて多大なものである。

【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
装置の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図は同
霧化装置の液面高さを説明するための負圧力と空
気量の関係図、第５図ａ，ｂおよびｃは、同霧化
装置の噴霧量の大小に応じた圧電振動子の駆動電
圧波形図、第６図は本発明の他の実施例の霧化装
置の断面図、第７図はさらに他の実施例の霧化装
置を適用した燃焼装置の断面図、第８図は同燃焼
装置の空気量と負圧力の関係の説明図である。 １３……加圧室、１５……ノズル、１８……電
気的振動子、２１……液体供給路、２４……排気
路、２６……負圧発生手段（吸引ポンプ）、２７
……負圧調節手段（ダンパ部）、３１，３２……
負圧発生手段（３１……送風フアン、３２……モ
ータ）、３４……負圧調節手段（ダンパ）、５０…
…負圧調節手段（負圧調節ダンパ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加圧室と、前記加圧室に臨むように設けられ
   たノズルと、前記加圧室に接続された液体供給路
   および排気路と、前記排気路に接続され前記加圧
   室に液体を充填するための負圧力を発生する負圧
   発生手段と、前記加圧室の液体を加振して前記ノ
   ズルより噴霧する電気的振動子とを備えると共
   に、前記負圧力の大きさを前記液体の密度等に応
   じて任意に調節するための負圧調節手段とを備え
   た霧化装置。 ２ 負圧発生手段は、ノズルより噴霧された液滴
   と混合される気体を送風する送風手段と兼用して
   構成されている特許請求の範囲第１項記載の霧化
   装置。 ３ 負圧発生手段を送風手段で構成し、前記送風
   手段の吸込流路に気体流量を調節する流量調節手
   段を設け、前記流量調節手段により負圧調節手段
   を構成した特許請求の範囲第１項記載の霧化装
   置。 ４ 流量調節手段を、送風手段により送風される
   気体の総量を調節する総風量調節手段と兼用した
   特許請求の範囲第２項又は第３項記載の霧化装
   置。 ５ 送風手段の送風する気体の送風量を調節する
   風量調節手段を設け、負圧調節手段と前記風量調
   節手段とを連動制御する構成とした特許請求の範
   囲第２項記載の霧化装置。