JPH0433984Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は超音波霧化装置に関し、特にホーン
付超音波振動子を用いる超音波霧化装置に関す
る。

〔従来技術〕

従来のホーン付超音波振動子を用いた霧化装置
の一例が第８図及び第９図に示される。第８図に
示す例では、ホーン１の根元から液体を供給して
その先端部で霧化する。また、第９図Ａに示す例
では、ホーン１の先端に屈曲振動する振動板２を
このホーンと一体的に形成し、その振動板２が第
９図Ｂに示すように屈曲振動することを利用し
て、霧化する。

第８図に示す例では、霧化に寄与する面積は、
明らかに、ホーン１の細い先端部のみであり、し
たがつて霧化量が制限されるばかりでなく、過剰
の液体供給は霧粒子の粒径を大きくし、したがつ
て、たとえば燃料霧化などの用途には好ましくな
い。

また、第９図に示す例では、ホーン１の振動方
向と振動板２の屈曲方向とが逆相となるため、結
局、霧化に寄与できるほどの大振幅が得られるの
は、この振動板２の周端縁のみである。

これら第８図および第９図のような従来例の欠
点を補う方法として第１０図に示すような振動板
２′を用い、それによつて屈曲振動の高次モード
を利用することが考えられる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、振動板の屈曲振動に対する共振
周波数はその厚みに関係しており、したがつて、
高次モードと同一周波数で使用する場合には、そ
のような振動板２′としては非常に薄いものとな
る。したがつて、その振動板２′とホーン１との
接合部が弱くなり、そのため発熱が大きくなるな
どの別な問題が生じる。

それゆえに、この考案の主たる目的は、機械的
強度が大きくしかも霧化効率のよい、超音波霧化
装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、簡単にいえば、ホーン付超音波振
動子、およびホーンに結合されたリング状の振動
板を備え、ホーンの縦振動共振周波数をリング状
の振動子の結合振動共振周波数と同じかやや高く
設定することによつて、リング状の振動子が軸方
向たわみ振動および径方向たわみ振動の結合振動
を生じるようにされていることを特徴とする、超
音波霧化装置である。

〔作用〕

ホーン付超音波振動子の振動がホーンに伝達さ
れる。そして、そのホーンに結合されたリング状
の振動板が、その振動に応じて、軸方向たわみ振
動と径方向たわみ振動との結合振動を生じる。振
動板の上に霧化すべき液体を滴下すると、この結
合振動に応じて振動板が屈曲することによつて、
その液体が霧化される。

〔考案の効果〕

この考案によれば、リング状の振動板の軸方向
たわみ振動と径方向たわみ振動との結合振動を利
用して霧化するようにしているので、同一振幅を
有する振動を比較的大きな面積にわたつて励振で
きるため、すなわち、振動板の殆ど大部分が霧化
領域として利用できるため、霧化効率がよい。ま
た、リング状の振動板であり、したがつてその中
心部には質量が存在しないため、そのホーンと支
持体すなわち振動板との接合の強度が大きい。

さらに、一般に振動板の周波数が高いほど霧化
された液体の粒径は小さくなるので、軸方向たわ
み振動と径方向たわみ振動とを適宜調整すれば、
粒径を調整することも可能である。

この考案の上述の目的、その他の目的、特徴お
よび利点は、図面を参照して行なう以下の実施例
の詳細な説明から一層明らかとなろう。

〔実施例〕

第１図はこの考案の一実施例を示す要部斜視図
である。超音波霧化装置１０は、その下部に超音
波振動子１２が設けられる。この超音波振動子１
２は、圧電素子１２ａと圧電素子１２ｃとに挟ま
れた電極用金属板１２ｂを有するランジユバン形
振動子として構成される。この超音波振動子１２
は、金属ピン１４によつて上下の金属円柱１６と
１８との間に固定される。この超音波振動子１２
は、その上部にホーン２０が設けられたホーン付
超音波振動子として構成される。そして、ホーン
２０の先端２０ａには、このホーン２０の軸方向
と直交する方向にすなわちほぼ水平に差し渡され
た支持体２２が取り付けられる。この支持体２２
は特に第２図からよくわかるように、その高さな
いし厚みがホーン２０の先端２０ａに近づくほど
大きくされている。したがつて、支持体２２はホ
ーン２０からの超音波の振動方向すなわちホーン
２０の軸方向に比較的強い剛性を有する。

支持体２２の上には、その支持体２２の両端近
傍において保持されるように、リング状の振動板
２４が取り付けられる。これら支持体２２および
リング状の振動板２４は、金属やセラミツクなど
からなり、ロスの減少のためには、一体的に成型
される方がよい。

なお、この実施例および後述の実施例では、リ
ング状の振動板２４として平面円形のものについ
て説明する。しかしながら、振動板２４の平面形
状は、円形に限らず、たとえば矩形やその他の他
角形状もしくは異形のものでもよい。しかしなが
ら、いずれもホーン先端近傍には質量がなく、周
縁部に生じる軸方向たわみ振動と径方向たわみ振
動との結合振動を利用することができる。したが
つて、ここでは、平面形状の如何にかかわらず、
そのような振動板の全てを「リング状の振動板」
と呼ぶことにする。

リング状の振動板２４の上方には、近接して、
滴下器２６が設けられる。この滴下器２６はその
中央の比較的太いパイプ２８と、この太いパイプ
２８の先端に取り付けられ、このパイプ２８の軸
方向に直交する平面内において放射状に配置され
た細いパイプ３０，３０，……を有する。そし
て、このパイプ３０の先端に形成された孔から、
第３図Ａに示すようにして、振動板２４上に霧化
すべき液体を滴下する。

霧化に用いる振動としては、この実施例におい
ては、振動板２４の軸方向たわみ振動と径方向た
わみ振動によつて生じる結合振動を利用する。た
とえば、リング状の振動板２４として、厚み0.74
mm、外径37mm、内径25mmのものを用い、また、ホ
ーン２０として半波長共振（＝28kHz）のもの
を用いて超音波振動子１２を駆動すると、リング
状の振動板２４には、第４図に示すように、軸方
向たわみ振動の３次振動と径方向たわみ振動の基
本振動との結合によつて、たとえば27kHz付近で
非常にＱの高い共振が得られる。これが軸方向た
わみ振動と径方向たわみ振動との結合振動であ
る。このような結合振動は、従来はスプリアス振
動として処理されていたものであるが、この考案
は、これを積極的に利用することによつて霧化効
率の向上を図るものである。

なお、霧化に利用しない振動すなわちスプリア
ス振動は、リング状の振動板２４の半径などを調
整することによつて、殆ど影響ない程度にまで抑
制することができる。

このようにして、リング状の振動板２４の結合
振動によつて、第３図Ｂに示すように、パイプ３
０から滴下された液体が霧化される。この実施例
においては、その霧の粒子は非常に小さく、たと
えば40μｍ〜60μｍ程度であつた。また、振動板
２４の結合振動を利用するため、その振動板のど
の位置でもその振動の強度が殆ど同じであり、し
たがつて均一な粒径の霧化が可能である。

さらに、一般に振動板の周波数が高いほど霧化
された液体の粒径は小さくなるので、軸方向たわ
み振動と径方向たわみ振動とを適宜調整すれば、
粒径を調整することも可能である。

また、上述の実施例では、３次モードの軸方向
たわみ振動と径方向のたわみ振動の基本振動との
結合したモードを利用した。しかしながら、他の
任意の高次モードも利用可能である。この場合に
も、先の実施例と同様に、ホーンの縦振動共振周
波数を1とし、リング状振動板２４の結合振動周
波数2としたとき、1を2と同じかそれよりもや
や高く設定する。すなわち、ホーン２０の共振周
波数をリング状の振動板２４において所望とする
他の結合モードの周波数と同じかそれよりもやや
高く選定すればよい。

なお、実施例では、先端部が細くなつているホ
ーンを用いたが、第５図で示す円筒型ホーンであ
つてもよい。この第５図実施例では、円筒型ホー
ン２０の径方向に対向する位置から１対の支持体
２２が上方に延び、この支持体２２によつてリン
グ状振動板２４がその上端に支持される。すなわ
ち、上述の第１図実施例では、棒状の支持体２２
を用いたが、支持体２２としては、この第５図実
施例に示すようなものであつてもよいのである。
そして、この実施例によつても、先の実施例と同
様の動作および効果が期待できることはいうまで
もない。

上述のように、この考案の超音波霧化装置１０
においては、軸方向たわみ振動と径方向たわみ振
動との結合振動を励振するようにしているので、
軸方向たわみ振動だけに比べて、次のような効果
がある。

すなわち、軸方向たわみ振動だけを利用する場
合には、第６図に示すように、たとえば４次軸方
向たわみ振動の場合、最大振幅点は振動板２４の
幅の中央で、計８箇所である。これに対して、こ
の考案の軸方向たわみ振動と径方向たわみ振動と
の結合振動を利用する場合には、第７図に示すよ
うに、たとえば４次軸方向たわみと径方向たわみ
との結合振動となり、最大振幅点は振動板２４の
幅の両端部で計16箇所である。したがつて、この
考案の結合振動の場合には、軸方向たわみ振動の
場合に比べ、滴下器２６から液体を滴下する位置
が２倍になり、その結果、２倍近くの液量を霧化
することができる。なお、第６図及び第７図に示
す＋および−は、＋の部分が振動板２４の面に対
して垂直方向にたわむとき、−の部分はその反対
方向にたわむことを示す。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す要部斜視図
である。第２図は支持体と振動板との関係を示す
図であり、第２図Ａはその平面図、第２図Ｂは正
面図を示す。第３図Ａは振動板上への液体の滴下
状態を示す図解図であり、第３図Ｂは霧化される
状態を示す図解図である。第４図は振動板の結合
振動の周波数特性を示すグラフである。第５図は
この考案の他の実施例として円筒型ホーンを用い
たものを示す図であり、第５図Ａはその要部斜視
図、第５図ＢはＡ−A′で切断したときの断面図、
第５図ＣはＢ−B′で切断したときの断面図であ
る。第６図は振動板の軸方向たわみ振動の状態を
示す図解図である。第７図は振動板の結合振動の
状態を示す図解図である。第８図はこの考案の背
景となる従来の超音波霧化装置の一例を示す図で
ある。第９図はこの考案の背景となる従来の超音
波霧化装置の他の例を示す図であり、第９図Ａは
その全体図を示し、第９図Ｂは振動板の屈曲振動
の状態を示す図である。第１０図は従来の振動板
のさらに他の例を示す図である。 図において、１０は超音波霧化装置、２０はホ
ーン、２２は支持体、２４は振動板、２６は滴下
器を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ホーン付超音波振動子、および 前記ホーンに結合されたリング状の振動板を備
   え、 前記ホーンの縦振動共振周波数を前記リング状
   の振動子の結合振動共振周波数と同じかやや高く
   設定することによつて、前記リング状の振動子が
   軸方向たわみ振動および径方向たわみ振動の結合
   振動を生じるようにされていることを特徴とす
   る、超音波霧化装置。