JPH04265172A - 超音波帯電噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体を微粒子化しつつ
電荷を印加し、または微粉末の固体物質に電荷を印加し
て噴射し、要すれば所望の表面に沈着させ、被覆、塗装
する超音波帯電噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体、たとえば水、塗料等を、電荷を印
加しつつ微粒子化して噴射する装置としては、グリッド
方式、カップ方式、圧縮空気利用方式、超音波利用方式
等がある。

【０００３】グリッド方式は、初期の静電塗装機に応用
されたものである。これは、圧縮空気をノズルから噴き
出したとき生ずる塗料微粒子を、高電圧でコロナ放電を
行っている雰囲気中に噴射し、該微粒子を帯電させるも
のである。実用に供せられたときもあったが、塗装効率
、塗装面の仕上がり等に種々の問題があり、現在では、
ほとんど使用されていない。すなわち、圧縮空気装置は
時間的に圧力が変動するので、得られる微粒子および塗
料の配分にむらができる。圧縮空気は相当高圧なものを
必要とし、噴射ガンの性質上パターンが変動する等の欠
点をもっている。

【０００４】現在静電塗装機と呼ばれる多くの装置は、
カップを回転させ、かつこのカップに１０万ボルト程度
の負電圧を与えて、塗料を微粒子化するものである。し
かし、この方式は、塗料の性質（導電率、誘電率、粘度
）によって、微粒子が影響され、水性塗料では比抵抗の
関係で、ほとんど霧化できないという欠点がある。

【０００５】圧縮空気利用方式は、グリッド方式のグリ
ッドを使用しないように工夫されたものであるが、高電
位を与えた場合、洩糸現象を伴ううえ、強力なコンプレ
ッサーを必要とする。

【０００６】超音波利用方式は、超音波振動により塗料
等の流体を霧化するものであるから、振動面に高電圧を
与えておけば、微粒子を帯電させ、塗料の場合は、目的
物を静電塗装することができる。図１および図２は、そ
の代表的な形状構造を示す。しかしながら、振動子に高
電圧を与えるので、超音波振動回路の絶縁がむづかしい
という理由からか、実用化されるに至っていない（村崎
：静電気応用装置、工業電子装置シリーズ１５　　日刊
工業新聞社　　１０３〜１０５頁）。従って、例えばオ
ゾン水を霧化し、電荷を印加して、オゾン処理を行う場
合等においては、流体を超音波発振機により一旦霧化し
たうえで、当該霧化した微粒子流体を、イオン化電極を
用いて発生させた電界雰囲気中を通過させて電荷を印加
させる必要があった。

【０００７】粉末の散布装置としては、静電粉末散布機
、静電粉末塗装機がある。これは、圧縮空気を使う静電
塗装法から発展したもので、粉末を多量に噴射できるよ
うに噴射ガンを製作し、噴射された粉末がノズル直前の
イオンチャンバーを通過する間に帯電させるものである
。この装置は、農薬散布（ＢＨＣ、ＤＤＴ等）にも使用
されており、前記村崎：静電気応用装置１３９頁にその
一例が記載されている。しかしこの種の装置においては
、構造操作が複雑であり、寸法、重量も大きく、かつ電
荷の印加が不充分であるため、帯電散布の効果は少ない
。

【０００８】また気管支等に薬液を供給する従来の吸入
器（ネブライザ）においては、小型設備により霧化流体
に電荷を印加することが困難であるため、帯電装置を設
けたものは実用化されていない。従って、薬液の粒子は
患部表面近辺までは近接するが、帯電されていないため
、その大部分は患部に付着することなく呼吸によりはき
出されて再び体外に戻る結果となり、効率的な治癒が困
難であった。

【０００９】

【本発明が解決しようとする問題】本発明は、前述の超
音波利用方式の噴射装置の改良に関するものであり、液
体物質に電荷を与えこれを霧化して、所望の空間に供給
し、更に必要に応じ所望の表面に沈着させ、これを被覆
し、または塗布する構造および操作において小型で単純
な構造の装置を提供するものである。本発明の装置は更
に、固体物質の微粉体に電荷を与えつつ、噴射散布させ
る装置としても有用である。

【００１０】

【問題を解決するための手段】請求項１および２の発明
は、超音波発振機における超音波振動子（磁歪式振動子
または電歪式振動子）と、金属製のホーン（エキスポネ
ンシル）の間に機械的インピーダンスの低い特性をもつ
絶縁体（アイソレータ）を設け、該ホーンを給電装置（
高圧直流電源）と接続したうえで、該ホーン中に設けた
管に、液体または微粉末の固体物質を供給することによ
り、流体微粒子ないし固体物質微粉末を、荷電させて、
噴霧状に噴出する装置を提供するものである。

【００１１】請求項３および４の発明は、超音波発振機
におけるホーンを、機械的インピーダンスの低い非金属
材質で形成し、該ホーンを直流電源を接続させることに
より、液体微粒子または固体物質の微粉末を帯電させて
噴射する装置を提供するものである。

【００１２】本発明の装置は、水、オゾン水、薬液（農
薬、肥料、その他の化学物質の溶液を含む。）の有効な
散布に極めて有用であるほか、静電塗装機や医薬用吸入
機（ネブライザ）としても有用性を有する。また粉末の
固体の物質（ＢＨＣ、ＤＤＴ、粉末塗料、接着剤等）の
散布にも有用性を有する。更には、液体、粉体の燃料を
帯電させて、燃焼室に噴射する装置としても応用可能で
ある。

【００１３】

【実施例】本発明の装置は、公知の超音波発振器の改良
に関するものである。公知の超音波発振機は図１および
図２に示すとおり、磁歪振動子Ａと金属製のホーンによ
り構成される。超音波振動子としては、磁歪式振動子が
用いられる場合と、電歪式振動子が用いられる場合があ
る。図１は振動子Ａとして磁歪振動子を使用する超音波
発振機を示す。磁歪振動子Ａは、マグネット２、コイル
３、フェライト４およびエキサイタ５より構成される。 次にホーンＢには、液体、粉体を誘導する導管６および
、その先端に位置する霧化液体または粉体の噴射孔７が
設けられる。ホーンＢは、縦断面円錐状の形状を有して
いる。

【００１４】図２に示す超音波発生装置は、振動子Ａと
して、電歪振動子を使用するものを示す。振動子Ａは、
電極２１ａ、２１ｂ……、これらにより挟持されたフェ
ライト２２ａ、２２ｂ……およびエキサイタ２３より構
成されている。ホーンＢの構造は、図１に示す磁歪式超
音波発生装置のものと、実質的に同じである。

【００１５】図３は、本発明の装置の一実施例の縦断面
図である。振動子ＡおよびホーンＢの構造は、図１およ
び図２の公知の装置と基本的に異ならない。超音波振動
子Ａ（磁歪振動子または電極振動子）とホーンＢとの間
に、絶縁体（アイソレータ）３１を設ける。絶縁体３１
は、絶縁性のほか、機械的インピーダンスの低い特性を
もつ材質である。具体的には、セラミック、ガラス、お
よびプラスチックが好適である。絶縁体３１は、図３に
示すように、その表面を波型に構成し、または表面にリ
ング状の溝を切っておくのが好適である。これにより、
有効界面の距離を大にし、絶縁効果を拡大することがで
きる。振動子Ａと絶縁体３１の接合、および絶縁体３１
とホーンＢの接合は、それぞれ接着剤（例えば、エポキ
シ系接着剤）によってもよく、またねじ切りによって止
めてもよい。

【００１６】ホーンＢは、円錐形でもよいが、双曲線カ
ーブを以って形成するのが、好適である。材質は、金属
（例えば、アルミニウム、真鍮、砲金、鉄）である。ホ
ーンＢは給電線３５により高圧直流電源３６（６０００
〜３００００ボルト）に接続されている。（−）電極に
接続するのが好適である。反対符号の電極（＋）は、ア
ースされる。ホーンＢに設けられた導管３２は、１〜３
ｍｍまたはそれ以上程度の直径である。ホーンＢのほぼ
中心部において屈曲し、ホーンの中心線に沿って、液体
ないし粉体を、導管端末にある噴射孔３３に移動させ得
るようになっている。ホーンＢの部分に生ずる振動系の
節に該当する部分に、導管３２の入口および、電極に接
続する給電線３５との接続部３４を設ける。これにより
、導管３２の入口部および接続部３４における給電線の
振動を最少にすることが可能となる。

【００１７】図４は、本発明の装置のもう１つの実施例
を示す縦断面図である。この実施例においては、ホーン
Ｂは、機械的インピーダンスの低い材質（例えば、セラ
ミック、ガラス、プラスチック）により形成される。そ
の形状・構造は、図３に示す実施例のものと本質的に異
ならない。ただし、導管４１は、導電性の金属性のもの
を用い、給電線と接続する。導管４１を非導電性物質で
形成する場合は、導電性材質の網または板を以って、導
管４１の周辺の全部または一部を囲むようにする。しか
して、給電線との接続点は、この導電性の部材上に設け
る。超音波振動子Ａの構造は図３に示す実施例のものと
基本的に同じである。

【００１８】図５は、図３に示す実施例におけるホーン
Ｂの先端に振動板５１を設けた実施例を示す。振動板５
１は、図に示すとおり円板状であってもよく、また半球
形の形状のものでもよい。振動板１０を設けることによ
り噴霧の飛散角度を大とすることができる。振動板５１
は、導電性物質（金属、ある種のプラスティック）でも
よく、機械的インピーダンスの低い非導電性物質でもよ
い。後者の場合は、電極膜５２ａを設ける必要がある。 電極膜５２ａを設ける方法としては、網状の（金属、カ
ーボン）部材５２ａを、振動板５１に埋め込んでもよく
、また、振動板５１の噴霧側側面、またはその反対の表
面に、導電性物質を塗布して形成してもよい（５２ｂ）
。金属の振動板５１を用いる場合は、この振動板は、金
属性ホーンＢと電気的に接続する。非電導性物質の電動
板を用いる場合は、その電極膜５２ａあるいは５２ｂと
ホーンＢとを電気的に接続する。

【００１９】かくして液体または、微粉末固体物質は、
噴射孔から振動板５１の表面に移動し、振動板の円心か
ら振動板５１の実質的全表面に拡がって霧状になって放
散する。振動板５１を用いる場合は、広角度の放散が行
われる。これに対し、振動板を使用しないものは、狭角
度遠距離の噴射に適する。

【００２０】図６は、図４の実施例におけるホーンＢの
先端に振動板６１を設けた実施例を示す。振動板６１の
形状は円弧状をなし、構造的には図５に示す実施例のも
のと基本的に変わるところはない。金属機械的インピー
ダンスの低いまたは非金属の材質より形成する。振動板
６１の場合は、ホーンＢの導管６２または、導管の周縁
に設けられた導電性の網状または板状の部材より成る電
極膜５２ａあるいは５２ｂ（図５の実施例において記述
したもの）と、電気的に接続する。

【００２１】図７は、本発明の装置と、送風装置の組合
せの一例を示す。ダクト８１の空気吸入面に、プレフィ
ルタ８２が設けられ、モータ８３により駆動するファン
８４により吸入される空気中の塵埃類を除去する。前記
ファン８４により送られる空気の流れは、本発明の超音
波帯電噴霧装置８５から放散する帯電し霧化した液体ま
たは固体物質の超微粒子を、所望の空間をより高速によ
り遠距離まで移動させ、あるいは、所望の表面へより短
時間に到着させる。

【００２２】上記各実施例について共通する事項を補足
するならば、超音波振動子Ａとして、磁歪振動子Ａを使
用する方式は、比較的大型の噴霧装置に適する。２ＫＨ
ｚないし２０ＭＨｚの周波数の電流が、エキサイタから
与えられる。水の霧化放散の場合は、２８ＫＨｚ程度が
最適である。電歪振動子を使用する方式は、比較的小型
の噴霧装置に適する。ホーンまたはホーン中の導管への
給電は、６ＫＶ〜３０ＫＶの高電圧の直流電源を用いる
。

【００２３】

【発明の効果】超音波発振機を応用して、流体を霧化帯
電させることは、超音波絶縁回路の絶縁がむずかしく実
用化は困難とされて来たが、（前掲村崎：静電気応用装
置１０５頁）、本発明は、その困難を解決して、小型で
、粒子径が小で、かつ噴出量の大きい帯電微粒子の噴射
装置を提供するものである。

【００２４】本件発明の装置は、オゾン水、液体ないし
水溶の農薬、肥料等の霧化散布に適している。噴射、放
散する液体粒子は帯電により、所望の表面に均一に付着
し、被覆、塗布する。この場合、その表面を霧化粒子と
反対符号の電荷により印加しておくことが好適である。 従って、小型冷蔵庫、花の貯蔵室、園芸・農業用ハウス
、シイタケ栽培室等に適するほか、室内の加湿器、空調
機としても、有用性をもつ。また静電塗装にも適してい
る。加えて、本件発明の装置を医療用の吸入機（ネブラ
イザ）に使用するならば、薬液を微粒子化して帯電させ
たうえで、例えば、気管支等に供給することにより、円
滑かつ効果的に患部への供給が可能となる。（気道抵抗
を生ずることなく、９０％以上が、気管支表面にはりつ
く。）本発明の装置は、更に微粉化された固体物質を、
均一に帯電させたうえで、所望の面上に付着させ、被覆
、塗布することにも適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の超音波発振機の磁歪式の１例を示す縦断
面図。

【図２】同じく電歪式の１例を示す縦断面図。

【図３】本発明の実施例を示す縦断面図。

【図４】同じく他の実施例を示す縦断面図。

【図５】図３に示したホーンの他の例を示す縦断面図。

【図６】同じく他のホーンの実施例を示す縦断面図。

【図７】本発明に用いられる送風装置の１例を示した縦
断面図。

【符号の説明】

Ａ…振動子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　６、３２、４１、６２…導管 Ｂ…ホーン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　７、３３…噴射孔 ２…マグネット　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　３１…絶縁体３…コイル　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　５１、６１…振動板 ４、２２ａ、２２ｂ…フエライト　　　　　　５１ａ、
５１ｂ…電極膜 ５、２３…エキサイタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　超音波発振器において、振動子と金属
   性のホーンとの間に、機械的インピーダンスの低い絶縁
   体を設け、該ホーンは、給電装置に電気的に接続してい
   ることを特徴とする液体微粒子または固体物質微粉末の
   超音波帯電噴射装置。
2. 【請求項２】　　ホーンの噴射孔の先端に、振動板を設
   けたことを特徴とする請求項１の超音波帯電噴射装置。
3. 【請求項３】　　超音波発振器において、ホーンは機械
   的インピーダンスの低い非電導性材質で形成されており
   、かつ該ホーンは、給電線により直流電極に接続してい
   ることを特徴とする液体微粒子または固体物質微粉末の
   超音波帯電噴射装置。
4. 【請求項４】　　ホーンの噴射孔の先端に、振動板を設
   けたことを特徴とする請求項３の超音波帯電噴射装置。