JPH0642426A

JPH0642426A - 小滴発生器

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Publication number: JPH0642426A
Application number: JP5108219A
Authority: JP
Inventors: John L Dressler; ローレンスドレッスラージョン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1994-02-15
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: US5248087A; DE69321025T2; EP0568936A1; DE69321025D1; JP3345459B2; EP0568936B1

Abstract

(57)【要約】【目的】流体噴流から小滴流を発生する小滴発生装置
を提供する。【構成】小滴発生装置は上端、出口部及び内空部を有
するハウジングからなる。出口部は少なくとも１つの分
与用オリフィスを有する。音響変換器は、内空部内にお
いて配置されかつハウジングの出口部から所定距離だけ
離れた第１部分を有する。音響変換器の第１部分及びハ
ウジングの出口部は、その間にて流体を流すマニホール
ドを画定する。流体源手段は、ハウジング及び音響変換
器の何れか一方に接続され加圧流体をマニホールドへ供
給する。流体はマニホールドからオリフィスを介して流
体流として通過する。駆動機構は音響変換器の第１部分
をして音響エネルギーをマニホールド内の流体に分与
し、流体を霧化するに十分な流体流の速度及び圧力の摂
動を生ぜしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体小滴発生器に関し、
特に、流体を小滴流へ霧化するに十分な高振幅速度の摂
動を流体流へ生ぜしめることができる高エネルギー音響
小滴発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】噴流又は板状流体流の霧化は、その工程
において、ほとんどの場合、その流体にエネルギーを付
与する必要がある。付与されるエネルギーは、当初の流
体マスが小滴に分割されるように、液体の表面エネルギ
ーの増加へ変換される。液体の表面エネルギーが増加す
るにつれて、液体の表面積は増加する。エネルギーは霧
化のために、液体の運動エネルギーの現象から又は外部
源から供給される。

【０００３】流体の霧化のための1つの従来技術には、
タービンエンジンの燃焼器中で燃焼用燃料のような低速
移動中の流体に対して高速な空気流を衝突させる方法が
ある。この技術では、注入される運動エネルギーが流体
をフィラメント状に分断して小滴を形成する役割を果
す。このように、注入空気の運動エネルギーの部分は霧
化流体の表面エネルギーの増加に変わる。

【０００４】タービンエンジン内の燃料を霧化するのに
用いられる従来の空気注入方法は、高速度空気源が霧化
に必要なので、エンジンが動作している時のみ有効であ
る。さらに、高温でエンジンを動作させることは高いエ
ンジン動作効率をもたらすが、霧化のためにエンジンへ
過剰空気が加えられるので、それを達成するのが難しく
なる。更に、注入空気を用いた霧化では、時間及び空間
的に燃料噴霧が一様な分布とはならない。結果として、
燃焼器には燃焼器から燃料空気混合気体が出てしまう前
に前記燃料が燃焼することを確実にするに十分必要なよ
り長い時間を要することになる。燃料噴流の一様でない
分布はさらに燃料空気混合気体の不均一な燃焼を生ぜし
め、ＮＯｘ汚染物がエンジンから生じることが多くな
る。

【０００５】他の霧化技術の従来例としては、不安定波
長で、循環流体噴流の音響励起を生ぜしめる方法があ
る。レイリーは1878年に、循環流体噴流がその噴流環境
よりも長い軸波長を有する振幅の対称摂動に対して不安
定であることを説明した。この従来技術はこのレイリー
論理に基づいている。この方法は、循環噴流上に小さな
振幅音響摂動を配置してその摂動が噴流の周囲よりも長
い波長を有してその摂動が噴流の周囲よりも長い波長を
有しているようにするものである。設けられた摂動部は
表面張力からの入力エネルギーにより成長し、噴流を分
裂させ励起周波数で小滴を形成する。この方法はエネル
ギーをほとんど流体に付与しない。よって、流体の表面
積及び表面エネルギーは分裂の前後で低いものとなる。
さらに、この方法で得られ小滴の大きさは元の噴流の直
径の約2倍の径を有することになる。よって、小さな径
の小滴が必要な場合には小さなノズル又はオリフィスが
必要となる。しかしながら、小さなノズルは流体に運ば
れた粒子によって容易に塞がれてしまう。結果としてこ
の方法では所望の小さな小滴を得るには不利となる。ま
た、この方法では板状流体の霧化を達成することはでき
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、高速空気
を要しないで霧化をなすために、液体流にエネルギーを
付与することができる装置が必要である。さらに、当初
流体流の表面積及び表面エネルギーよりも大きなそれを
有する小滴流へ流体流を霧化する音響エネルギーを導入
でき、かつ板状流体の霧化を促進できる装置も望まれて
いる。

【０００７】この要望は本発明の方法及び装置に適合
し、すなわち、本発明によれば流体の小滴流への霧化を
なすために速度の摂動の形態で液体流にエネルギーを付
与することができる高いエネルギー音響小滴発生装置が
提供される。エネルギーが液体流に付与されるので、得
られる小滴流の表面積及び表面エネルギーは当初の流体
流よりも大きなものとなる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明によ
れば、小滴発生器は流体噴流を小滴流に分断することが
できる。かかる小滴発生装置は上端、出口部及び内空部
を有するハウジングからなる。出口部は少なくとも1つ
の分与用オリフィスを有する。音響変換器は、内空部内
において配置されかつハウジングの出口部から所定距離
だけ離れた第1部分（底面）を有する。音響変換器の第1
部分及びハウジングの出口部は、その間にて流体を流す
マニホールドを画定する。流体源手段は、ハウジング及
び音響変換器の何れか一方に接続され加圧流体をマニホ
ールドへ供給する。流体はマニホールドからオリフィス
を介して流体流として通過する。駆動手段は音響変換器
の第1部分をして音響エネルギーをマニホールド内の流
体に分与し、流体を霧化するに十分な流体流の速度の摂
動を生ぜしめる。

【０００９】音響変換器は、音響変換器を固定するため
にハウジングの上端に固定接続する載置部と、音響変換
器の第1部分を画定するピストンと、載置部及びピスト
ン間に配置されピストンをハウジングの出口部に対して
振動せしめ、音響エネルギーをマニホールド内の流体に
分与し、流体を霧化するに十分な流体流の速度の摂動を
生ぜしめる圧電変換手段と、載置部、ピストン及び圧電
変換手段を互いに固定する接続手段と、からなる。圧電
変換手段は少なくとも2つの圧電変換素子からなる。

【００１０】載置部は中央段付孔を有する。圧電変換素
子の各々はこれらを貫通する中央孔を有し、一方、ピス
トンは少なくともそれを貫通する中央ネジ孔を有する。
接続手段は、載置部及び圧電変換素子中において中央段
付孔を通して伸長し、ピストン中の中央ネジ孔とネジ留
め結合して載置部、圧電変換素子及びピストンを互いに
結合させるボルトからなる。

【００１１】ボルトはその伸長方向に貫通する中央通路
を有する。ピストンはその外面から伸長しかつボルトの
中央通路に連通する少なくとも1つの付加孔を有する。
流体源手段は、流体をボルト内にボルトと連通し流体を
中央通路及びピストン中の少なくとも1つの付加孔を通
してマニホールドへ供給する。駆動手段は音響変換器を
その固有振動数で駆動する。これは、音響変換器の第1
部分（ピストン）の大きい振幅を生ぜしめ、音響変換器
の第1部分が音響エネルギー及び周期的圧力をマニホー
ルド内にて流体に付与し、流体流中及びその上に大きい
振幅速度及び圧力の摂動を生ぜしめる。

【００１２】本発明の第１の実施例においては、ハウジ
ングは、その上端及び出口部を画定する第1及び第2端を
有する中空本体部する。中間ノズル板は中空本体部の第
2端（出口部）に接続されている。ノズル板はノズル保
持板に接続され、オリフィスがそこに形成される。ノズ
ル板及び中間ノズル板はハウジングの出口部を画定す
る。

【００１３】本発明の第２の実施例においては、流体流
から小滴を発生する小滴発生方法を提供する。かかる方
法は、上端及び少なくとも1つの分与用オリフィスを有
する出口部並びに内空部を有するハウジングを提供し、
内空部内において配置されかつハウジングの出口部から
所定距離だけ離れた第1部分を有し、かつ第1部分及びハ
ウジングの出口部の間にて流体を流すマニホールドを画
定する音響変換器を提供し、流体がマニホールドからオ
リフィスを介して流体流として通過するように内空部及
びマニホールドへ加圧流体を供給し、そして音響変換器
を駆動し、音響変換器の第１部分をして音響エネルギー
をマニホールド内の流体に分与し、これによって流体の
霧化に十分な流体流中の振幅速度及び圧力の摂動を生ぜ
しめる。

【００１４】好ましくは、音響変換器を製造する方法
は、載置部とハウジングの第１端に固定接続し、音響変
換器の第１部分を画定するようにピストンを配置し、ハ
ウジングの出口部に対してピストンを振動せしめ、音響
エネルギーをマニホールド内の流体に付与するように載
置部及びピストンの間に圧電変換手段を配置し、そして
載置部、ピストン及び圧電変換手段を互いに接続する。
圧電変換手段は少なくとも２つの圧電変換素子であって
もよい。

【００１５】好ましくは、載置部、圧電変換素子、及び
ピストンは上記した第１の発明の如き孔群を有してい
る。載置部、ピストン、及び圧電変換手段を互いに接続
する工程は、ボルトを載置部及び圧電変換素子における
孔に通して、ピストンの孔にそのボルトをネジ込んで圧
電変換素子、載置部及びピストンを互いに接続する。ボ
ルトはその伸長方向に貫通する中央通路を有する。ピス
トンはその外面から伸長しかつ、ボルトを通って伸長す
る中央通路に連通する少なくとも1つの付加孔を有す
る。流体を内空部及びマニホールドへ供給する工程は、
ボルト内にボルトと連通し流体を中央通路及びピストン
中の少なくとも1つの付加孔を通してマニホールドへ供
給することで達成される。

【００１６】音響変換器を駆動する工程は、音響変換器
の固有振動数で駆動し、音響変換記の第１部分を大きく
振動させて、その第１部分が音響エネルギー及び周期的
圧力をマニホールド内の流体に付与し、流体流中及びそ
の上に大きい振幅速度及び圧力の摂動を生ぜしめる。

【００１７】

【作用】したがって、本発明によれば、流体の小滴流へ
の霧化をなすために速度圧力の摂動の形態で流体へエネ
ルギーを付与する音響小滴発生方法及び装置が提供され
る。本発明によれば、その直径が当初の流体流よりも２
倍以内の小さい小滴を霧化することができるように循環
液体流にエネルギーを付与する音響小滴発生装置が提供
される。本発明によれば、霧化するために板状流体へエ
ネルギーを付与する音響小滴発生装置が提供される。本
発明によれば、その表面積及び表面エネルギーが当初の
流体流よりも大きい小滴流へ流体からの霧化をなすこと
ができるように循環液体流にエネルギーを付与する音響
小滴発生装置が提供される。これらの本発明の効果は以
下の記載から明らかになるであろう。

【００１８】

【実施例】本発明による小滴発生器は図1及び2に示さ
れ、その全体は参照符号１０で示される。小滴発生器１
０は、実質的に円柱状の中空の本体部２２及び出口部２
４を有するハウジング２０からなる。本体部２２の上端
２２ａはハウジング２０の第1端を画定し、出口部２４
はハウジング２０の第2端を画定する。ハウジング２０
の本体部２２には音響変換器３０が接続されている。音
響変換器３０は、ハウジング２０の内空部２６内に配置
されたピストン３２（以下音響変換器３０の第1部分と
もいう）を有し、ピストン３２はハウジング２０の出口
部２４の入口面２４ａから所定距離（例えば0.010〜0.0
25インチ（1インチ＝2.54cm））だけ離れている。ピス
トン３２及び入口面２４ａの間には流体を流すためのマ
ニホールド４０を画定される。駆動部５０は、音響変換
器３０そしてピストン３２を駆動するために音響変換器
３０に接続され、マニホールド４０内の流体に音響エネ
ルギーを与えるので、図１に示すように、流体を小滴流
６０へ霧化するに十分な出射流体流上の高振幅速度の摂
動を生ぜしめる。エネルギーが小滴流６０に付加されて
いるので、小滴６０の表面積及び表面エネルギーは小滴
を形成する当初液体のそれらより大きくなる。

【００１９】流体源６２は、音響変換器３０へ加圧流体
を供給するために流体供給管６４を介して音響変換器３
０へ通じている。音響変換器３０へ供給される流体は音
響変換器３０から内空部２６へさらにマニホールド４０
へ通過する。流体はノズル板７２内に形成されたノズル
すなわちオリフィス７０を介して小滴発生器１０から外
へ出るが、オリフィス７０はハウジング２０の出口部２
４の第1区間からなる。本発明の第1の実施例によればオ
リフィス７０はノズル板７２内において間隔をあけた円
形開口の直線状に配列されて形成されている（図7参
照）。

【００２０】図２、３及び４において、音響変換器３０
は、ハウジング２０の本体部２２にボルト３３ａによっ
て固定接続される載置部３３を有している。載置部３３
及びピストン３２の間には、それら間に電極３５を挾む
２つの圧電変換素子３４が配置されている。電極３５
は、図１に示すように駆動部５０に接続するために本体
部２２内のスロット２８を通って伸長している。以下に
詳述するように、駆動部５０は、ピストン３２をハウジ
ング２０の出口部２４に対して振動せしめるために音響
変換器３０を駆動し、音響エネルギーをマニホールド４
０内の流体に分与して流体を霧化する。

【００２１】ボルト３８（以下接続手段ともいう）はピ
ストン３２，載置部３３，圧電変換素子３４及び電極３
５を互いに接続して音響変換器３０を形成するように用
いられる。ボルト３８は、載置部３３において中央段付
孔３３ｂを通して、各圧電変換素子３４においては中央
孔３４ａを、さらに電極３５内においては中央孔３５ａ
を貫通して通されている。ボルト３８の上部３８ａは、
載置部３３内の中央段付孔３３ｂに着座し、一方、下部
３８ｂはピストン３２内の中央ネジ孔３２ａにネジ込み
結合している。

【００２２】音響変換器３０はさらにハウジング２０の
本体部２２へピストン３２を封止するオーリング３９を
有しているので、流体を保持する封止室４２が形成され
る。ピストン３２の少なくとも一部分は封止室４２内に
配置され、封止室４２の区画はマニホールド４０によっ
て画定されている。ボルト３８は、図２の破線に示すよ
うに、その中に伸長する中央通路３８ｃを有している。
ピストン３２は、ボルト３８を通って伸長する中央通路
３８ｃに連通しかつピストン３２の外面３２ｃから伸長
する付加孔３２ｂを、有している。流体供給管６４は、
コネクタ６５を介して載置部３３に接続され、ボルト３
８内の中央通路３８ｃに連通して、液体を、ピストン３
２内の中央通路３８ｃ及び付加孔３２ｂを介して封止室
４２を通ってマニホールド４０へ供給する。流体源６２
は液体を流体供給管６４を通して１０〜６０psiの圧力
で好ましく供給する。

【００２３】本発明の実施例においては、ノズル保持板
７４はノズル板７２とハウジング２０の本体部２２との
間に配置されている。ノズル保持板７４はハウジング２
０の出口部２４の第2区画を画定し、その上部面はハウ
ジング２０の出口部２４の入口面２４ａを画定する。ノ
ズル保持板７４は中央開口７４ａを有し、これを通して
液体はノズル板７２内のオリフィス７０を通して外へ出
る前に通過する。ボルト７６は、ノズル板７２及びノズ
ル保持板７４内の対応開口を通過してハウジング２０の
本体部２２内にある対応穴２２ｂへネジ込み結合され、
ノズル板７２及びノズル保持板７４を本体部２２へ固定
している。接着剤（図示せず）例えばエポキシ樹脂をノ
ズル保持板７４とノズル板７２との間に配し、ノズル板
７２をノズル保持板７４へさらに固定封止することもで
きる。ノズル保持板７４はノズル板７２の剛直さを増加
せしめるように作用する。さらに、ノズル板７２はピス
トン３２の振動性効果の有効な変換を達成し、流体を周
期的に圧縮するので、マニホールド４０内の流体中の圧
力の摂動が形成される。また、図示しないが、ノズル板
７２はボルト７６を介してハウジング２０の本体部２２
へ直接取り付けることもできる。

【００２４】駆動部５０は図８に示す駆動回路５２を好
ましく有し、これは米国特許第3,868,698号（インクジ
ェットレコーダのための励起制御装置、1975年2月25日
発効）に開示されているので、ここで参考として挙げ
る。簡単には駆動回路５２は、差動増幅器５３、電力増
幅器５４、負荷抵抗５５並びに差動増幅器５３の負入力
端子５３ａ及び正入力端子５３ｂへの負及び正帰還ルー
プからなる。負帰還ループは差動増幅器５３の出力端子
５３ｃから負入力端子５３ａへ巡っている。よって負帰
還ループは負荷抵抗５５を有しその出力側にて2つの分
岐に分かれている。これら2つの負分岐の一方は1つだけ
の抵抗５６を有し、一方、他の分岐はピーク検出器５７
ａ、差動増幅器５７ｂ及び電圧依存抵抗５７ｃからな
る。正帰還ループは出力端子５３ｃからＲ−Ｃ網を介し
て正入力端子５３ｂへ巡っている。正帰還ループは抵抗
５８ａ及び抵抗５８ｂ並びにウィーンブリッジ配置(wie
n bridgearrangement)に接続されたコンデンサ５９ａ及
びコンデンサ５９ｂを有している。駆動回路５２は音響
変換器の固有振動数で音響変換器３０を駆動し、それが
小滴発生器１０の動作中に生じる熱又は他の要因により
通常変化するようにその周波数を追従する働きをする。

【００２５】音響変換器３０は1以上の固有振動数を通
常有している。また、それは1以上の周波数で圧電変換
素子３４を駆動可能である。更に数個の周波数を同時に
圧電変換素子３４に付してもよい。音響変換器３０はそ
の固有振動数によって駆動されるので、ピストン３２の
底面３２ｄの移動振幅は結合された圧電変換素子３４の
移動振幅よりもより大である。また、ピストン３２の底
面３２ｄは充分な音響エネルギーをマニホールド４０内
の流体に分与し、流体上に大きな振幅速度の摂動を生ぜ
しめて流体の小滴流への霧化をなす。

【００２６】第２実施例として図９、１０及び１１に示
すように、ノズル板８０は構成されている。ノズル板８
０はノズル８２を有するように形成され、これを通して
マニホールド４０内の流体は小滴発生器１０から外へ出
る。ノズル板８０は米国特許第4,528,070号に記載され
た方法によって形成でき、ここで参考として挙げてお
く。ノズル板８０は第１ニッケル層８４及び第２ニッケ
ル層８６からなり、さらにそれらの間にベリリウム銅中
間層８８が配されている（図１１の（Ａ）及び（Ｂ）参
照）。

【００２７】図１０、１１（Ａ）及び１１（Ｂ）に示す
ように、第１ニッケル層８４は入口スロット８４ａが形
成されて、これを通して流体はまずマニホールド４０か
ら外へ出るように通過する。第２ニッケル層８６は出口
スロット８６ａが形成され、これを通して流体は入口ス
ロット８４ａを通った後、小滴発生器１０から外へ出
る。図１０に示すように、入口スロット８４ａは出口ス
ロット８６ａから角度θ（＝約4°）だけ回転されてい
る。入口スロット８４ａは長さ約0.220インチ、幅約0.0
06インチを有し、出口スロット８６ａは長さ約0.210イ
ンチ、幅約0.0015インチ有している。第１ニッケル層８
４、第２ニッケル層８６及びベリリウム銅中間層８８を
有するノズル板８０の厚さは約0.010インチである。

【００２８】本発明によるノズル板８０を有する小滴発
生器１０によって形成される小滴流は図１２に示されて
いる。小滴発生器１０は、厚さ約0.25インチのノズル保
持板７４を有している。小滴発生器１０に供給される流
体は水に対するグリコールの成分で4：6の重量比のもの
である。流体は約３３．６psiの圧力で小滴発生器１０
へ供給される。音響変換器３０は約 9.78ＫＨｚの周波
数で駆動され、これは音響変換器３０の固有振動数にほ
ぼ等しい。図示するように、小滴発生器１０から出る流
体はまず複数の水平のフィラメント状に分裂せしめられ
て多数の小滴となる。

【００２９】図１３及び１４に、第３の実施例としてノ
ズル板９０の一部分を示す。ノズル板９０はノズル９２
を有し、これを通してマニホールド４０内の流体は小滴
発生器１０から外へ出る。ノズル板９０は米国特許第4,
528,070号開示の方法によって形成されてもよい。ノズ
ル板９０は第１ニッケル層９４及び第２ニッケル層９６
を有し、さらにそれら間に配されたベリリウム銅中間層
９８を有する（図14参照）。

【００３０】図１３及び１４において、第１ニッケル層
９４は入口スロット９４ａが形成され、これを通して流
体がまず通過してマニホールド４０から外へ出るように
なっている。第２ニッケル層９６は出口スロット９７が
形成され、これを通して流体が入口スロット９４ａを通
過した後、小滴発生器１０から外へ出るようになってい
る。入口スロット９４ａは約3.4°の角度α（図13と合
成して）だけ出口スロット９７から回転されている。入
口スロット９４ａは長さ約 0.210インチ、幅約0.006イ
ンチを有している。出口スロット９７は複数の摂動凸部
９７ａを有しており、各々は約0.040インチに等しい長
さＬ₁を有している。出口スロット９７は長さ約0.240イ
ンチ、さらには第１幅Ｗ₁の0.003インチ及び第２幅Ｗ₂
の0.0015インチを有している。第１ニッケル層９４、第
２ニッケル層９６及びベリリウム銅中間層９８を有する
ノズル板９０の厚さは約0.010インチである。

【００３１】本発明によるノズル板９０を有する小滴発
生器１０によって形成された小滴流は図１５に示されて
いる。小滴発生器１０は厚さ約0.25ンチのノズル保持板
７４を有している。小滴発生器１０に供給された流体は
重量比4：6の水：グリコールからなる。流体は圧力約３
３.６psiで小滴発生器１０へ供給される。音響変換器３
０は約５．５５ＫＨｚの周波数で駆動され、これは音響
変換器３０の固有振動数にほぼ等しい。図示するよう
に、板状流体が小滴発生器１０から出るので、それは水
平フィラメント状に分裂し複数の小滴となる。

【００３２】図16及び17に、本発明による第３の実施例
におけるノズル板１００の一部分を示す。ノズル板１０
０はノズル１０２を有し、これを通してマニホールド４
０内の流体は小滴発生器１０から外へ出る。ノズル板１
００は米国特許第4,528,070号開示の方法によっても形
成される。ノズル板１００は第１ニッケル層１０４及び
第２ニッケル層１０６を有し、図17に示すようにそれら
の間に配されたベリリウム銅中間層１０８を有する。

【００３３】図１６及び１７に示すように、第１ニッケ
ル層１０４は入口スロット１０４ａを有するように形成
され、これを通して流体はまず通過し、マニホールド４
０から外へ出る。第２ニッケル層１０６は出口スロット
１０７を有するように形成されこれを通して小滴発生器
１０から出る。入口スロット１０４ａは長さ約0.210イ
ンチ、幅約0.0015インチを有する。出口スロット１０７
は複数の摂動凸部１０７ａを有し、各々は０．０１０イ
ンチの長さＬ₃を有する。出口スロット１０７は長さ約
0.210インチ、第１幅Ｗaの約0.002インチ並びに第２幅
Ｗbの約0.0015インチを有する。入口スロット１０４ａ
は出口スロット１０７から約0.001インチの距離Ｄだけ
離れて偏位している。第１ニッケル層１０４、第２ニッ
ケル層１０６及びベリリウム銅中間層１０８を有するノ
ズル板１００の厚さは約 0.010インチである。

【００３４】本発明によるノズル板１００を有する小滴
発生器１０によって形成される小滴流は図１８に示され
る。小滴発生器１０は厚さ約0.25インチを有するノズル
保持板７４を有する。小滴発生器１０に供給された流体
は重量比と4：6の水：グリコールである。流体は約３
３．６psiの圧力で小滴発生器１０へ供給される。音響
変換器３０は約９．６４ＫＨｚの周波数で駆動され、こ
れは音響変換器３０の固有振動数にほぼ等しい。図示す
るように流体は、複数の小滴に分裂しつつ、ノズル１０
２の垂線からある角度方向へ出る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によって、流体を小滴流へ霧化す
るために速度の摂動の形態において流体流へエネルギー
を分与できる装置及び方法が得られる。エネルギーは流
体流へ分与されるので、流体は初期流の表面積及び表面
エネルギーよりも大きいそれらを有する小滴流へ霧化す
る。

【００３６】本発明の小滴発生器は農業用噴霧器、噴射
乾燥器、燃料噴射器へ応用できる。上記発明は明らかに
変形できるものであって、例えば音響変換器はピストン
の大振幅振動を生ぜしめるように高圧で駆動してもよ
い。また、数個の圧電変換素子の対を用いることがで
き、各組は異なる周波数で駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による小滴発生器の側面図である。

【図２】図１に示す小滴発生器の部分断面図である。

【図３】図１に示す小滴発生器の音響変換器３０の側面
図である。

【図４】本発明の小滴発生器の分解図である。

【図５】図１に示すハウジングの側面図である。

【図６】図５の線６−６にわたる断面である。

【図７】本発明の第１実施例におけるノズル板を示す図
１の小滴発生器の端面図である。

【図８】本発明による励起駆動回路のブロック図であ
る。

【図９】本発明の第２実施例によるノズル板の平面図で
ある。

【図１０】図９に示すノズル板のスロットの拡大平面図
である。

【図１１】図１０における線１１Ａ−１１Ａ及び１１Ｂ
−１１Ｂにわたる断面図である。

【図１２】図９に示されるノズル板を用いた場合本発明
の小滴によって形成される小滴流を示す側面図である。

【図１３】本発明の第３実施例により形成されたノズル
板のスロットの拡大平面図である。

【図１４】図１３における線１４−１４にわたる断面図
である。

【図１５】図１３に示すスロットを有するノズル板を用
いた本発明の小滴発生器によって形成された小滴流を示
す側面図である。

【図１６】本発明の第４実施例により形成されたノズル
板のスロットの拡大平面図である。

【図１７】図１６における線１７−１７にわたる断面図
である。

【図１８】図１６に示すスロットを有するノズル板を用
いた本発明の小滴発生器によって形成された小滴流を示
す側面図である。

【主要部分の符号の説明】

１０小滴発生器２０ハウジング２2 本体部２２ａ上端２２ｂ対応穴２４出口部２４ａ入口面２６内空部２８スロット３０音響変換器３２ピストン３２ａ中央ネジ孔３２ｂ付加孔３２ｃ外面３２ｄ底面３３載置部３３ａ，３８，７６ボルト３３ｂ中央段付孔３４圧電変換素子３４ａ中央孔３５電極３５ａ中央孔３８ａ上部３８ｂ下部３８ｃ中央通路３９Ｏ（オー）リング４０マニホールド４２封止室５０駆動部（駆動手段）５２駆動回路５３差動増幅器５３ａ負入力端子５３ｂ正入力端子５３ｃ出力端子５４電子増幅器５５負荷抵抗５６抵抗５７ａピーク検出器５７ｂ差動増幅器５７ｃ電圧依存抵抗５８ａ，抵抗５８ｂ抵抗５９ａ，５９ｂコンデンサ６０小滴６２流体源６４流体供給管６５コネクタ７０オリフィス（ノズル）７２，８０，９０，１００ノズル板７４ノズル保持板７４ａ中央開口８２，９２，１０２ノズル８４，９４，１０４第1ニッケル層８４ａ，９４ａ，１０４ａ入口スロット８６，９６，１０６第2ニッケル層８６ａ，９７，１０７出口スロット８８，９８，１０８ベリリウム銅中間層９７ａ，１０７ａ摂動凸部９７ｂ摂動凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】小滴を発生する小滴発生装置（１０）で
あって、上端（２２ａ）及び少なくとも1つの分与用オリフィス
（７０）を有する出口部（２４）並びに内空部（２６）
を有するハウジング（２０）と、前記内空部内において配置されかつ前記ハウジング（２
０）の前記出口部（２４）から所定距離だけ離れた第1
部分を有し、かつ前記第1部分及び前記ハウジング（２
０）の出口部（２４）の間にて流体を流すマニホールド
（４０）を画定する音響変換器３０と、前記音響変換器を固定するために前記ハウジングの前記
上端に固定接続する載置部（３３）と、前記内空部内に実質的に封止され前記マニホールドを実
質的に分離し前記音響変換器の第1部分を画定するピス
トン（３２）と、前記ハウジング及び前記音響変換器の一方に接続され加
圧流体を前記マニホールドへ供給し、流体が前記マニホ
ールドから前記オリフィス（７０）を介して流体流とし
て通過させる流体源手段（６２）と、前記音響変換器に含まれ前記ハウジング及び前記ピスト
ン間に配置され前記ピストンを前記ハウジングの出口部
（２４）に対して振動せしめ、音響エネルギーを前記マ
ニホールド内の流体に分与し、流体を霧化するに十分な
流体流の速度の摂動を生ぜしめる圧電変換手段（３４）
と、前記載置部，前記ハウジング、前記ピストン及び前記圧
電変換素子を互いに固定する接続手段（３８）と、から
なり、前記マニホールドにおいて前記流体が前記ピストンによ
って前記ハウジングの固定された前記出口部に対して十
分周期的に加圧されて圧力の摂動を形成し流体の霧化を
強化することを特徴とする小滴発生器。
【請求項２】前記圧電変換手段は少なくとも2つの圧
電変換素子（３４）からなることを特徴とする請求項1
記載の小滴発生器。
【請求項３】前記載置部は中央段付孔（３３ｂ）を有
し、前記圧電変換素子の各々はこれらを貫通する中央孔
（３４ａ）を有し、前記ピストンは少なくともそれを貫
通する中央ネジ孔（３２ａ）を有し、前記接続手段（３
８）は、前記載置部及び前記圧電変換素子中において前
記中央段付孔を通して伸長し、前記ピストン中の前記中
央ネジ孔とネジ留め結合して前記載置部、前記圧電変換
素子及び前記ピストンを互いに結合させるボルトからな
ることを特徴とする請求項1記載の小滴発生器。
【請求項４】前記ボルトはその伸長方向に貫通する中
央通路（３８ｃ）を有し、前記ピストンは前記ボルトを
貫通する前記中央通路に連通しかつその外面から伸長す
る少なくとも1つの付加孔（３２ｂ）を有し、前記流体
源手段は流体を前記ボルトを貫通する前記中央通路及び
前記ピストン中の少なくとも1つの前記付加孔を通して
前記マニホールドへ供給することを特徴とする請求項1
記載の小滴発生器。
【請求項５】前記圧電変換手段（３４）は前記音響変
換器をその固有振動数で駆動し、前記ピストンの振幅を
増幅して、前記ピストン（３２）が音響エネルギー及び
周期的圧力を前記マニホールド内にて流体に付与し、流
体流中及びその上に大きい振幅速度及び圧力の摂動を生
ぜしめることを特徴とする請求項1記載の小滴発生器。
【請求項６】前記ハウジング（２０）は、前記ハウジ
ングの前記上端を画定する第1端を有する中空本体部
と、前記中空本体部の前記出口部に固定接続され、それに形
成された前記オリフィスを有するノズル板（７２，７
４）と、を有することを特徴とする請求項1記載の小滴
発生器。
【請求項７】前記ハウジング（２０）は、前記ハウジ
ングの前記上端及び前記出口部を有する中空本体部と、前記中空本体の前記出口部に固定接続されたノズル保持
板（７４）と、前記ノズル保持板に固定接続されかつ、前記オリフィス
を有するノズル板（７２）とを有することを特徴とする
請求項1記載の小滴発生器。
【請求項８】小滴を発生する小滴発生方法であって、上端（２２ａ）及び少なくとも1つの分与用オリフィス
（７０）を有する出口部（２４）並びに内空部を有する
ハウジング（２０）を提供し、音響変換器（３０）を前記ハウジングの前記内空部内に
て固定し、前記音響変換器の1端を、これと前記ハウジングの固定
された前記出口部（２４）が流体を流すマニホールド
（４０）を画定するように、前記ハウジングの前記出口
部から所定距離だけ離してピストン（３２）を配置し、前記マニホールドへ加圧流体を供給し、前記内空部内にて前記ピストンを封止し実質的に前記マ
ニホールドを分離し、前記マニホールドから前記オリフィス（７０）を通して
流体流として流体を通過せしめ、前記音響変換器（３０）を駆動し前記ピストン（３２）
が音響エネルギーを前記マニホールド内の流体に分与
し、前記出口部（２４）に対して圧力の摂動を形成する
ように周期的に加圧し、これによって流体の霧化に十分
な流体流中の振幅速度及び圧力の摂動を生ぜしめること
を特徴とする小滴発生方法。
【請求項９】前記音響変換器（３０）を駆動する工程
は圧電変換手段（３４）を駆動することによってなされ
ることを特徴とする請求項8記載の小滴発生方法。
【請求項１０】前記マニホールド中に流体を供給する
工程は流体を前記音響変換器（３０）及び前記ピストン
（３２）を通過させる前記マニホールドへ至らせること
を特徴とする請求項8記載の小滴発生方法。
【請求項１１】前記音響変換器（３０）を駆動する工
程は、前記音響変換器の固有振動数で駆動し、前記ピス
トン（３２）の振幅を増幅して、前記ピストンが音響エ
ネルギー及び周期的圧力を前記マニホールド内にて流体
に付与し、流体流中及びその上に大きい振幅速度及び圧
力の摂動を生ぜしめることを特徴とする請求項８記載の
小滴発生方法。
【請求項１２】小滴を発生する小滴発生装置であっ
て、上端（２２ａ）及び少なくとも1つの分与用オリフィス
（７０）を有する出口部（２４）並びに内空部を有する
ハウジング（２０）と、前記ハウジングの前記内空部内に実質的に封止され、か
つ前記出口部（２４）から所定距離離れ流体を流すマニ
ホールド（４０）を画定するピストン（３２）と、前記ハウジングの一端及び前記ピストンに接続された音
響変換器（３０）と、前記内空部内において前記ピストン及び前記ハウジング
間に配置され前記マニホールドを前記ハウジングの前記
上端（２２ａ）から実質的に分離する封止手段（３９）
と、前記ハウジングの上端に固定接続された載置部（３３）
と、前記ハウジング及び前記音響変換器の一方に接続され加
圧流体を前記マニホールドへ供給し、流体が前記マニホ
ールドから前記オリフィス（７０）を介して流体流とし
て通過させる流体源手段（６２）と、前記載置部３３、前記ハウジング、前記ピストン及び前
記音響変換器を互いに固定する接続手段（３８）と、か
らなり、前記音響変換器（３０）が前記ハウジング及び前記ピス
トン間に配置され前記ピストンを前記ハウジングの出口
部（２４）に対して振動せしめ、音響エネルギーを前記
マニホールド内の流体に分与し、流体を霧化するに十分
な流体流の速度の摂動を生ぜしめ、前記マニホールドに
おいて前記流体が前記ピストンによって前記ハウジング
の固定された出口部に対して十分周期的に加圧されて圧
力の摂動を形成し流体の霧化を強化することを特徴とす
る小滴発生器。