JPH0134098B2 - - 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・軽油などの液体燃料、水、薬
液など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加振してノズルより
噴霧する形式の噴射型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主としてインクジエ
ツト記録装置のインク噴射装置に用いられてお
り、単一の微粒子列を発生させることができるも
のであつて、様々な構成のものが提案されてい
る。また、単一の液滴列ではなく、複数のノズル
から多量の液滴を噴霧するよう構成した霧化装置
も提案されている。

第１図は、その構成を示す断面図である。

第１図において、霧化部１は、直径が５〜15
mm、深さが１〜５mm程度の円筒形の加圧室２を有
するボデイー３と、直径30μｍ〜100μｍのノズル
４を複数個有し、厚さ30μｍ〜100μｍの金属製の
ノズル板５と、開口６を有し、直径５〜15mm、厚
さ0.5〜２mmの円板状圧電振動子７とにより構成
され、図のように装着されている。８は、取付板
で、ビス９にて霧化部１が固定されている。加圧
室２には供給口１０と排気口１１がその上下に設
けられ、供給管１２および排気管１３に接続され
ている。供給管１２は液面Ａの高さが略一定に制
御されるレベラー１４に接続され、排気管１３は
フアン１５の吸込側に接続されている。したがつ
て供給管１２内の液面１３は、フアン１５が停止
している時は、液面Ａと同じ高さにある。

フアン１５が起動されると、フアン１５の吸込
側には負圧力−Ｐが発生し、この負圧力−Ｐは排
気管１３、加圧室２を介して液面Ｂに伝えられ
る。この時、ノズル４からのわずかな空気の流入
があるが、負圧力−Ｐはほとんどそのまま液面Ｂ
に伝達される。このため、液面Ｂは上昇して加圧
室２を通り、さらに上昇して排気管内の液面Ｃと
なつてつりあうのである。

液面Ｂから液面Ｃまでの高さをh₁とし、液体の
比重をρとするとき、 h₁＝Ｐ／ρ となつてつりあつている。

この状態で、圧電振動子７に交流電圧が供給さ
れる。圧電振動子７のノズル板５との接着面と、
それに対向する面には電極（図示せず）が設けら
れており、この電極間に、第２図ａ又はｂのよう
な交流電圧が供給される。

このため圧電振動子７は交流電圧の極性に応じ
てその径方向に伸縮歪を生じる。この径方向の歪
は圧電振動子７がノズル板５と接着されているの
で、たわみ振動に変換され、図中の破線のような
たわみ振動を生じる。ノズル板４のたわみ振動に
より加圧室２内の液体は加圧されてノズル４より
噴射され液滴１６が図のように噴射される。

ノズル４から噴射された液体に相当する容積の
液体は、供給管１２より吸い上げられて加圧室２
内に補充され、自給作用をはたすことができる。
なぜならば、ノズル４が小口径であるためノズル
４に発生する液体の表面張力によつて、ノズル４
からの空気流入が阻止されるからである。

第２図ａのような交流電圧を圧電振動子７に供
給したとき、この霧化装置は、約20c.c.／mmの割合
で液体を噴霧することが可能であつて、このとき
わずか0.3ワツト程度の入力電力でよく、非常に
高効率の噴霧動作を行うことができるものであつ
た。しかも、極めて均一性にすぐれ、かつ、小粒
径の液滴を自給しながら噴霧できるものであつ
た。

また、平均噴霧量の調節は第２図ｂに示すよう
に、交流電圧の供給時間t₁と、その繰り返し時間
t₂との時間比、すなわちデユーテイーＤを調節す
ることにより簡単に行うことができるものであつ
た。しかしながら、このデユーテイーＤを調節す
ることにより平均噴霧量ｇを調節した場合、第３
図の実線ａに示すようにデユーテイＤに比例せ
ず、非直線的な特性であつた。すなわち、時間比
t₁／t₂に比例するならば、第３図の一点鎖線ｂの
ようになるべきであるにもかかわらず、前述の実
線ａのような特性を示し、しかも、圧電振動子７
に供給する交流電圧の大きさや、その周波数を変
化した場合、第３図の実線ａで示した特性が、同
図ｃ又はｄのように変化し、安定で、かつ、デユ
ーテイーＤに比例した噴霧量ｇの調節が困難であ
つた。

また、第２図ｂのような時間比制御を行うこと
により、第４図に示すようにノズル４から液体が
溢れ出てしまい、圧電振動子７を濡らしたり、極
端な場合には、下方にしずく１７となつて滴下し
たりするという不都合生じ、装置の信頼性低下や
汚損が発生しやすいという欠点があつた。

さらにまた、フアン１５の発生する負圧力を零
にすると（−Ｐ＝０）、液面Ｃが低下して液面Ｂ
に達するまでの間に、やはり、第４図のようにし
ずく１７が滴下するという不都合が生じやすかつ
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。

第１の目的は、コンパクトで低消費電力であ
り、しかも良好な噴霧性能でありながら、非常に
簡単にかつ確実にその平均噴霧量を調節すること
ができ、しかも時間比Ｄに対しほぼ比例して調節
することができる霧化装置を提供することであ
る。

第２の目的は、平均噴霧量を調節した時や、動
作を停止させた時にノズルから液体が溢れ出て装
置の汚損などを生じる恐れのない安全性・信頼性
に富んだ霧化装置を提供することである。

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べ
る構成により成つている。

すなわち、液体が充填される加圧室と、加圧室
に臨むノズルと、加圧の液体を加振してノズルか
ら噴霧する電子的振動子と、供給管および排気管
により加圧室にそれぞれ接続された液体供給系お
よび負圧発生手段とを備え、負圧発生手段の発生
する負圧力により液体を加圧室に充填し、かつ、
時間比制御により噴霧量制御を行う構成とすると
共に、排気管内の液面が加圧室の上端から約30mm
もしくはそれ以下の高さとなるよう構成したもの
であり、この構成により、電気的振動子に供給さ
れる交流電圧の時間比制御（デユーテイー制御）
によつて、非常に安定でかつ時間比に比例した噴
霧量で噴霧動作を行うことができる。

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５図は、本発明の霧化装置の一実施例を示す
断面図であつて、第１図と同符号のものは相当す
る構造物である。

図において、フアン１５の発生する負圧力を−
P′、液面Ｂから液面Ｃまでの高さをh′₁、液面Ｂ
から加圧室の上端１７までの高さをh′₃、液体の
比重をρとするとき、排気管内の液柱の高さh′₂
は h′₂＝P′−h′3・ρ／ρ＝P′／ρ−h′3 である。

このh′₂は、第１図に示した従来例におけるh2
に比べて、十分小さくなるよう構成されている。
このh′₂は、負圧力−P′又は液面Ｂの高さを調節
することによつて調節することが可能であり、第
５図のように加圧室の上端１７に液面Ｃが近くな
るような構成とすることができる。

次に、このh′₂のを小さくすることによる効果
を説明する。

第６図は、第５図の霧化装置を用い、第２図ｂ
のように圧電振動子７への交流電圧供給を時間比
制御したものであつて、時間比Ｄに対する噴霧量
の減少割合（Ｄ＝１のときの噴霧量に対する）を
示すものである。

同図において、実線ａ，ｂおよびｃは、それぞ
れh′₂を、150mm、100mm、30mmに調節したときの
時間比Ｄに対する噴霧量減少割合を示す曲線であ
り、h′₂を30mm程度か、もしくはそれ以下にして、
液面Ｃを加圧室２の上端１７に近い位置にするこ
とにより、理論値を示す同図中の一点鎖線ｄとほ
とんど同等の曲線ｃとすることが可能であること
を示している。

第７図は、時間比Ｄを一定に保ちつつh′₂を変
化させた時の噴霧量減少割合の変化を示したもの
であり、h′₂を小さくして加圧室２の上端に近づ
けることにより、噴霧量減少割合が理論値に近づ
いていくことを示している。

このように、排気管１３内の液面Ｃの高さを加
圧室２の上端１７に近い位置となるように構成す
ることにより、時間比Ｄを調節することによる噴
霧量の比例制御を良好な直線性をもつて実現する
ことが可能である。

このように排気管１３内の液面Ｃの高さを加圧
室２の上端１７に近づけることにより、上述した
ような効果が得られるのは、次に述べるような理
由によるものである。

すなわち、ノズル板５が圧電振動子７によつて
加振され、加圧室２内の液体の圧力を上昇させる
ことによつてノズル４から噴射されるわけである
が、液面Ｃがあまり高いと排気管１３内の液体が
加圧室２内の液体に対して音響的な質量負荷とな
つて作用してしまう。このため、第２図ｂに示す
ような圧電振動子７に供給する交流電圧の時間比
制御を行うと、噴霧開始時においてノズルからの
噴射を妨げる作用を果し、圧電振動子７に交流電
圧が供給されても噴射しないという時間が生じる
のである。また、噴霧停止時は、逆の現象が生
じ、ノズル４から液体が溢れでるのである。

したがつて、このような不都合な現象を防止す
るため、液面Ｃを加圧室２の上端１７に近い位置
となるように構成するのである。

第５図に示すようにh′₂を小さくした構成は、
さらに、次のような効果がある。

すなわち、前述の時間比制御を行つた場合で
も、第４図に示したようなノズル４からの液体の
溢出による滴下現生がほとんどなくなり、また、
フアン１５の発生する負圧力−P′を零にしても、
この際に加圧室２側の液体からノズル４に加えら
れる正圧力が小さくなつているためノズル４から
外部に液体が溢出することがなく、したがつて、
装置や、装置周辺を汚損することがない。

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５図と同符号のものは相当する
構造物である。

同図において、供給管１２、排気管１３は、図
のように、ボデイー３に対して斜めに設けられて
いるが、同図におけるh′₂を小さくし、30mm程度
以下とすることにより、第５図の実施例の場合と
ほとんど同様の効果を得ることができる。

発明の効果 以上に述べたように本発明によれば、加圧室の
上端から約30mmもしくはそれ以下の高さに排気管
内の液面が位置するように構成して加圧室に液体
を充填し、時間比制御により噴霧量制御を行う構
成としたから、コンパクトな構成で低消費電力で
あり、優れた噴霧性能を発揮することができる上
に、極めて簡単な時間比制御により、安定に、し
かも良好な直線性が保証された噴霧量調節を行う
ことができる霧化装置を提供することが可能であ
る。

また、時間比制御を行つた時や、負圧力発生手
段を停止させた時に生じるノズルからの液体の溢
出を防止し、機器ならびにその周辺の汚損が生じ
るのを防止し、安全性、信頼性の高い霧化装置を
提供することができる。

さらにまた、上記のような効果を有するので、
液体燃料燃焼装置への適用も非常に簡単に行うこ
とができ、しかも、広範囲な燃焼量調節を可能と
することができる。

【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ａ，
ｂは同装置の圧電振動子駆動電圧波形図、第３図
は同装置の時間比制御による噴霧量調節特性図、
第４図は同装置の欠点を説明する断面図、第５図
は本発明の一実施例を示す霧化装置の断面図、第
６図は同装置の効果を説明する噴霧量調節特性
図、第７図は同装置の効果を説明する噴霧量減少
割合の変化を示す図、第８図は本発明の他の実施
例を示す霧化装置の断面図である。 ２……加圧室、４……ノズル、７……電気的振
動子（圧電振動子）、１２……供給管、１３……
排気管、１４……液体供給系（レベラー）、１５
……負圧発生手段（フアン）、１７……加圧室上
端、Ｃ……排気管内の液面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室と、前記加圧室に臨
   むノズルと、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子的振動子と、供給管および
   排気管により前記加圧室に接続された液体供給系
   および負圧発生手段とを備え、前記負圧発生手段
   の負圧力により前記加圧室に液体を充填し、か
   つ、時間比制御により噴霧量制御を行う構成とす
   ると共に、前記排気管内の液面が前記加圧室の上
   端から約30mmもしくはそれ以下の高さとなるよう
   構成した霧化装置。 ２ 加圧室の上端に前記排気管を接続した特許請
   求の範囲第１項記載の霧化装置。 ３ 液体供給系の液面が前記ノズルより低くなる
   よう構成した特許請求の範囲第１項記載の霧化装
   置。