JPH0141381B2 - - 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
動子を利用して液体を加振し、ノズルから液滴を
噴射する液体の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、インクジユツト記
録装置に応用されており、第１図はその代表的な
構成を示す断面図である。

第１図において、第１インク室１の左右には第
１ノズル２、第２ノズル３が互いに同一軸となる
ように設けられ、第２ノズル３を介して第２イン
ク室４と接続されている。第２インク室４はホー
ン状に構成され、ホーン底部に相当する第２イン
ク室４の一端は、振動板５と圧電振動子６とが相
互に接着されて設けられ、これらはバイモルフ振
動体を構成している。第１インク室１は、パイプ
７にてタンク８と接続されインクが供給されるよ
う構成されている。第１図のように、第１および
第２インク室１，４がインクで満たされた状態に
おいて圧電振動子６には、第２図に示すような交
流パルス電圧が供給され、圧電振動子６と振動板
５とは第１図の破線のよなたわみ振動を生じる。
このたわみ振動により、第２インク室４のインク
中を圧力波が第２ノズル３に向つて伝達され、こ
の圧力はさらに第１インク室１を介して第１ノズ
ル２の近傍のインクに伝達される。この結果、第
１ノズル２からはインク滴９が噴射されるのであ
る。また、第１インク室１から噴射されたインク
滴９に相当する第１インク室１内のインクの体積
減少分は、第１ノズル２に発生するインクの表面
張力によつてパイプ７から吸い上げられることに
より自然に補充される。

このように、均一で微小なインク滴９を噴射す
ることが可能であり、噴射方向も安定で、かつ、
噴射タイミングの制御も簡単であるという長所を
有していたが、以下に述べるような欠点を有して
いた。

すなわち、第１インク室１および第２インク室
４へのインクの充填作業が極めて面倒であつた。

インクの充填作業は第１図に示すように第２イ
ンク室４に排気口１０を設け、タンク８からイン
クに加圧して第１および第２インク室１および４
にインクを充填することによつて空気を除き、第
１ノズル２や排気口１０からインクが溢れる状態
にしておいてビス１１で閉栓するという方法をと
つていた。このようにインク充填作業は極めて面
倒であつたのでこの工程を自動化することは固難
であつた。したがつて、長期間噴霧動作を停止し
たままで放置する場合でも第１および第２インク
室１および４にインクを満したままの状態となら
ざるを得なかつた。このため、第１ノズル２の目
づまりやインク室１，４内のインクの変質が生じ
易いという不都合があつた。

また、インク中の溶在空気が気泡化して第２イ
ンク室４内にたまつたり、機械的な衝撃などによ
り第１ノズル２から空気が混入したりした場合、
これらの気泡を簡単に排出して噴霧動作を安定に
維持することができなかつた。したがつてインク
中の溶存空気を除去しておくことや、機械的衝撃
や振動から注意深く保護することが必要であり極
めて面倒であつた。

このような欠点を有するものであつたので、イ
ンクジエツト記録装置などの極めて特殊な用途に
しか適用されず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
提供せんとするものである。

その目的とするところは極めて簡単に液体を加
圧室に充填したり、除去したりすることができ、
しかもこの充填工程において液体が溢れ出るとい
う不都合が全くなく、したがつてこれらの工程の
自動化が容易であると共にキヤビテーシヨン気泡
などを簡単に排除して溶存空気を多量に含む液体
でも安定な噴霧動作を維持することができ、した
がつて汎用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、前記従来の欠点を一掃し、上記目的
を達成するために以下に述べる構成により成るも
のである。

すなわち、液体を充填するための加圧室と、前
記加圧室に臨むように設けたノズルと、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気
的振動子と、前記加圧室に接続され、液面の高さ
を略一定に維持する液面制御手段と、排気管によ
り前記加圧室に接続され、かつ、前記加圧室と同
等かもしくはそれより低い位置に配置され負圧力
を発生する負圧発生手段とを備え、前記液面から
前記排気管の最も高い部分までの高さをｈ、前記
液体の密度をρ、前記負圧力の最大値を−Pmと
するとき、 ｜−Pm｜≦｜ｈ・ρ｜ となるよう構成したものであり、この構成により
本発明の霧化装置は、前記負圧力の発生・停止を
制御するのみで、極めて簡単に加圧室への液体の
充填あるいは除去を行うことができ、しかも、前
述のように｜−Pm｜≦｜ｈ・ρ｜となるよう構
成することにより、前記負圧力の大きさの変動に
かかわらず液体を加圧室に充填する際、液体が排
気管から溢出することがないようにすることがで
き安全で確実な加圧室への液体の充填ができる。

実施例の説明 以下本発明の実施例について図面と共に説明す
る。

第３図は、本発明の原理的作用を説明する霧化
装置の断面図である。

第３図に於いて、霧化部１２は、そのボデイー
１３の内部に直径が５〜15mmで深さが１〜５mmの
円筒状の加圧室１４が設けられ、その円形の一面
は厚さが30μｍ〜100μｍのノズル板１５でおおわ
れており、ノズル板１５はボデイー１３に接着さ
れている。

ノズル板１５の中央には、突起部１６が設けら
れこの突起部１６には、直径が30μｍ〜100μｍの
ノズル１７が複数個設けられている。

さらにノズル板１５には、厚さ0.5〜２mmで直
径が５〜15mmの円板状の圧電振動子１８が接着さ
れて非対称バイモルフ振動体を形成している。圧
電振動子１８の中央には、円形の開口１９が設け
られ、この開口１９にノズル１７が臨んでいる。
加圧室１４は、供給管２０にて液面Ａを略一定に
制御する機能を備えたレベラー２１と接続されて
液体が供給される構成となつている。さらに加圧
室１４は排気管２２により送風フアン２３の風路
２４に接続されている。風路２４は吸込側入口に
フイルタ２５が設けられ、その下流側にオリフイ
ス２６が設けられている。従つて送風フアン２３
がモータ２７によつて起動されると図中の矢印の
ように空気が流れ、オリフイス２６の下流の負圧
発生部２８には負圧力（−Ｐ）が発生する。この
負圧力−Ｐにより、供給管２０内の液面Ｂは吸い
上げられて上昇し、加圧室１４を液体で満たして
排気管２２の液面ＣまたはＤの位置となつてつり
あう。この液面Ｂの吸い上げ過程において、ノズ
ル１７からはわずかに空気が流入するけれでも、
その空気流入量が少ないので前述のように液面Ｂ
をＣ又はＤの高さまで吸い上げることができる。
吸い上げられた液面は、送風フアン２３の回転数
の変動や霧化部１２の噴霧量の大きさ、すなわち
供給管２０を液体が流れることによる圧力損失の
大きさなどによりその高さが、前述の如くＣ又は
Ｄのように変動する。したがつてこの霧化装置の
構成はこの点を補い得るよう構成されている。

すなわち、−Ｐの負圧力により吸い上げられた
液面Ｄの液面Ａ（すなわちＢ）からの高さをh′と
し液体の密度をρとすると液面Ｄの高さのつりあ
いは｜−Ｐ｜＝｜h′・ρ｜となる。

したがつて液面Ｄの高さh′は h′＝｜−Ｐ｜／ρ となり、負圧力−Ｐの変動により変動することが
わかる。

排気管２２の最も高い部分２９の液面Ａからの
高さをｈとするときh′＝｜−Ｐ｜／ρ＞ｈとなる
ような負圧力−Ｐが生じると液面Ｄはさらに上昇
して風路２４内に液体が溢れ出てしまい装置の汚
損や劣下を生じるばかりでなく、液体の種類によ
つては、使用者にとつて危険な場合も十分考えら
れる。そこで負圧力−Ｐの大きさの最大値を−
Pmとするとき｜−Pm｜≦｜ｈ・ρ｜を満たす
よう構成することにより、上述した不都合を解消
することができる。

この原理的を示す構成図においては、フイルタ
２５が完全に閉そく状態になつたときの負圧力、
すなわち送風フアン２３の吸込側締切り圧力−
Pmに対して｜−Pm｜≦｜ｈ・ρ｜となるよう
構成している。例えば、液体が灯油でρ≒0.8で
あり、送風フアン２３の締切り圧力−Pm＝−50
mmH₂Oであるとき、 ｈ≧｜−Pm｜／ρ＝62.5mm となるようｈを構成し、フイルタ２５が完全に目
づまりを生じた時でも風格２４内に液体（灯油）
が溢出しないようになつている。

このような構成により、送風フアン２３を起
動・停止して負圧力−Ｐの発生・停止を行い加圧
室１４への液体の充填又は除去を極めて簡単に、
しかも排気管２２から液体が溢れ出ることもなく
安全かつ確実に行うことができる。

送風フアン２３が起動されて第３図のように加
圧室１４が液体で満たされると、圧電振動子１８
には第４図ａ，ｂ又はｃのような交流電圧が供給
される。圧電振動子１８はノズル板１５との接着
面とそれに対向する面（第３図の左右の面）に電
極が設けられ（図示せず）ており、交流電圧の正
負極性に応じてその直径方向に伸縮歪を生じる。
この径方向の伸縮歪は、圧電振動子１８がノズル
板１５と接着された非対称バイモルフ構造である
ためにたわみ運動に変換されて図中の破線で示す
ようなたわみ振動を生じる。圧電振動子１８の開
口１９に臨むノズル板の中央部は、突起部１６を
一種の剛体性の負荷としつつ、圧電振動子１８の
たわみ変位に比べて非常に大きな変位で振動す
る。このため、ノズル１７が大きく加振されて加
圧室１４内の液体を噴霧粒子３０として加圧噴射
する。この噴霧粒子３０の粒径はノズル１７の直
径と交流電圧の大きさ、および周波数によつて決
定されるので、非常に均一性に富み、小粒径の噴
霧粒子３０を極めて安定した噴霧パターンで噴霧
することができ、しかも交流電圧の供給を第４図
ａ，ｂ又はｃのように制御するだけで噴射タイミ
ングや平均噴射霧量を制御することができる。噴
霧する液体が溶存空気を多量に含む液体（例えば
灯油や水道水など）の場合には、加圧室１４内に
キヤビテーシヨンによる小気泡が発生する。しか
しながら加圧室１４は排気管２２にて負圧発生部
２８と接続されて第３図のような構成となつてい
るのでキヤビテーシヨン気泡は加圧室１４から排
気管２２へとその内圧の低い方に向つて自然に排
出されてしまう。

従つて、液体が溶存空気を多量に含む一般的な
液体であつても、キヤビテーシヨン気泡による噴
霧停止が生じることなく安定に噴霧動作を維持す
ることができるので汎用性の高い霧化装置とする
ことができる。

噴霧粒子３０の体積に相当する加圧室１４内の
液体の体積減少分はノズル１７に発生する液体の
表面張力によつて供給管２０から液体が吸い上げ
られることで補われるので霧化部１２は自給ポン
プの作用を噴霧作用と同時に発揮することができ
他にポンプなどを必要としない。

また、圧電振動子の消費電圧は非常に小さく、
灯油を20c.c.／minで噴霧するのに約300ｍＶであ
つた。

第５図は、前述した原理的作用を、負圧発生手
段が加圧室と略同等かもしくはそれより低い位置
にあつても実現するようにした本発明の一実施例
を示す霧化装置の断面図であり、第３図と同符号
は相当する構成要素である。

同図において、負圧発生部２８は加圧室１４と
略同等の位置になつており、結果として液面Ｃ又
はＤよりも低い位置に、負圧発生部２８が位置し
ている。しかしながら、第３図の原理的作用を示
す構成図と同様に排気管の最も高い部分２９の液
面Ｂからの高さｈが ｜−Pm｜≦｜ｈ・ρ｜ となるよう構成されている。

したがつて、オリフイス２４の閉そくなどによ
り送風フアン２３の締切り圧力−Pmが負圧発生
部２８に発生しても、液体が排気管２２より溢れ
出るという不都合を防止することができ、安全で
確実な加圧室１４への液体の充填ができる。また
ノズル板１５には突起部がないので噴霧粒子３０
は図のようにほぼ直接的に噴射される。

第６図は、本発明の霧化装置の一実施例を適用
した燃焼装置の断面図であり、第３図と同符号は
相当する構成要素である。

第６図において、燃焼空気は吸込口のフイルタ
２５およびオリフイス２６を通つて送風フアン２
３により吸い込まれ、燃焼筒３１の小孔群３２よ
り図中の矢印のように噴出し、排気筒３３より排
気される。

一方、燃料である灯油は、タンク（図示せず）
よりパイプ３４を通つてレベラー２１に送られ
る。霧化部１２は供給管２０にてレベラー２１
と、そして排気管２２にて負圧発生部２８と接続
されているので前述のように、灯油の液面Ｂは上
昇して液面ＣないしはＤの位置となつてつりあ
う。このときフイルタ２５が閉そくしたりしてい
ても、送風フアン２３の締切り圧力−Pmが｜−
Pm｜≦｜ｈ・ρ｜となるよう排気管２２の最も
高い部分２９と液面Ａとの位置関係が構成されて
いるので灯油が負圧発生部２８に溢れ出るという
不都合を生じず安全性が保たれる。このように霧
化部１２内の加圧室が灯油で満たされてから、第
４図ａ，ｂ又はｃのような交流電圧が霧化部１２
の圧電振動子に供給され灯油の粒子３０が噴霧さ
れる。

噴霧粒子３０は点火器３４にて点火され、小孔
群３２から噴出する空気と混合しながら拡散燃焼
し、火炎３５を形成する。なお、３６は熱交換器
である。燃焼量の調節は霧化部１２の噴霧量を調
節するのみで簡単に調節できるので発熱量の制御
が極めて容易である。

このように本発明の霧化装置を燃焼装置に適用
すると構造が簡単で制御し易い燃焼装置とするこ
とができる。

また不使用時は霧化部１２内の加圧室に灯油を
充填したままにせず、送風フアン２３を停止させ
るのみで極めて簡単に灯油を加圧室から抜き去る
ことができるので加圧室内で灯油が変質したり、
ノズルが目づまりを生じたりすることを防止でき
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圧室の液体を加振して
ノズルから噴霧する構成とし、加圧室を液面制御
手段と加圧室と同等かもしくはそれより低い位置
に配置された負圧発生手段とに供給管および排気
管でそれぞれ接続する構成とすると共に負圧発生
手段の発生する負圧力の最大値を−Pm、液面制
御手段の液面から排気管の最も高い部分までの高
さをｈ液体の密度をρとするとき、｜−Pm｜≦
｜ｈ・ρ｜となるよう構成したので極めて簡単に
液体を加圧室に充填したり、除去したりすること
ができ、かつ、この充填時に液体が加圧室より低
い位置にある負圧発生手段に向つて排気管より溢
れ出るという不都合を完全に防止することができ
る。したがつて、液体の加圧室への充填作業の自
動化が極めて容易な霧化装置を提供することがで
きる。さらにキヤビテーシヨンによる気泡が発生
しても自動的に排気管に排出されるので溶存空気
を多く含んだ液体であつても安定な噴霧動作を維
持することができ、加圧室への確実な液体充填作
業の自動化ができることとあいまつて汎用性に優
れた霧化装置を提供することができる。

【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図は同
装置の駆動電圧波形図、第３図は本発明の一実施
例を示す霧化装置の断面図、第４図ａ，ｂおよび
ｃは平均噴霧量に応じた同装置の駆動電圧波形図
第５図は本発明の他の実施例を示す霧化装置の断
面図、第６図は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。 １４……加圧室、１７……ノズル、１８……電
気的振動子（圧電振動子）、２１……液面制御手
段（レベラー）、２２……排気管、２３……負圧
発生手段（送風フアン）、２９……排気管の最も
高い部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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前記ノズルより噴霧する電気
   的振動子と、前記加圧室に接続され、液面を略一
   定に維持する液面制御手段と、排気管により前記
   加圧室に接続され、かつ前記加圧室と略同等かも
   しくはそれより低い位置に配置された負圧力を発
   生する負圧発生手段とを備え、前記液面から前記
   排気管の最も高い部分までの高さをｈ、前記液体
   の密度をρ、前記負圧力の大きさの最大値を−
   Pmとするとき、｜−Pm｜≦｜h.ρ｜となるよう構
   成した霧化装置。 ２ 負圧発生手段を送風手段にて構成し、前記送
   風手段の吸込側に排気管を接続する構成としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の霧
   化装置。 ３ 送風手段の吸込側の締切り圧力を−Pmとす
   るとき、｜−Pm｜≦｜ｈ・ρ｜となるよう構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の霧化装置。