JPS59173162A - 霧化装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、液体燃料、水、薬液、およびインクなどの液
体を圧電振動子などの電気的振動子の振動を利用して微
粒化するための霧化装置に関し、さらに詳しく言えば、
電気的振動子により液室内の液体を加振してノズルから
噴射し微粒化するところ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、特にインクジェット記録装
置のインク微粒化装置として様々な構成で提案されてい
る。

第１図は、その基本的な構成を示す一例である。

第１図において、インク室１の一端には、ノズル２を有
するノズル板３か設けられ、ボディー４に接着されてい
る。インク室１の他端には振動板５と圧電振動子６が相
互に接着されてボディー４に装着されている。インク室
１はさらにオリフィス７およびパイプ８を介してインク
タンク９に接続され図のように配置されている。

圧電振動子６に第２図の如き交流パルス電圧が供給され
ると圧電振動子６と振動板５とは第１図の破線のように
たわみ振動を生じる。この振動によるインク室１内の圧
力上昇はノズル２の近傍に伝達され、かつ、インク室１
のホーン形状のために圧力増巾される。この結果、ノズ
ル２からは、第２図の交流パルス電圧に応じてインク粒
子１゜が噴射される。

このように交流電圧パルスの供給を割部］することによ
って、インク粒子１０の発生量や発生タイミングを自由
に制四ｊできると共に、インク室１から噴射されたイン
ク粒子１０の体積相当のインクは、ノズル２に発生する
表面張力の作用によりバイブ８を介してインクタンク９
より自給され、ポンプなどの液体供給手段を必要としな
いという長所を有するものであった。

しかしながら、圧電振動子６の発生する圧力をインク室
１の液体を介し、ノズル２に増沖して伝達する構成であ
るのでインク中の溶存空気が多いとキャビテーションに
よる気泡がインク室１内に発生し正常な噴霧作用を維持
できず、したがって溶存空気を含まない特殊なインクの
噴射しかできないものであった。このだめ汎用性に欠け
た霧化装置とならざるを得なかった。

また、ノズル２からのインクの流出の防止は、インクの
表面張力のみに頼る構成であるため、例えば、ボディー
４などに機械的な衝撃が加えられると７、ズル２からは
第１図に示すように塗出インク１１が流れ出てしまうと
いう欠点を有するものであった。

このため、このような機械的′衝撃からボディー４を保
護し、かつ、取扱いも極めて慎重に行わねばならず、面
到であった。しだがって、このような点からもその応用
範囲が特殊なものに限定され、汎用性に欠けるものであ
った。

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。

その目的とするところは、溶存空気を多量に含む液体で
あってもキャビテーションの影響をほとんど受けること
なく極めて安定に液体を噴霧することが可能であり、こ
のため非常に汎用性に富んだ霧化装置を提供することで
ある。

さらにもう１つの目的は、機械的な衝撃などを受けても
液体がノズルから溢れることにより装置の汚損や損傷、
あるいは危険性の発生などの不都合を全く生じず、従っ
て非常に応用が容易で様々な用途に適用することができ
る霧化装置を提供することである。

発明の構成 本発明は液体が充填される加圧室を備えたボディーと、
加圧室に臨むノズルを有し前記ボディーに装着されたノ
ズル板と、前記ノズル板を付勢して前記ノズルを加振す
る電気的振動子と、前記ノズルより低い位置に設けられ
前記ノズルからの浴出液が流入するよう構成された液槽
部と、前記液槽部と前記加圧室とを連結する連結部とに
より構成され、前記電気的振動子により前記ノズルを加
振し前記ノズルから液体を噴霧するものである。

さらに、機械的衝撃をボディーが受けることなどにより
、前記ノズルから浴出した液体は、前記液槽部にて回収
されて連結部を介して加圧室に再び送られる構成となっ
ているので、霧化装置から液体が溢れ出ることが完全に
防止され、かつ、浴出液の特別な処理を必要としない。

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０ 第３図は本発明の一実施例を示す霧化装置の断面図であ
る。

第３図において、霧化部１２は、内部に直径５〜１５ｍ
ｍで深さ１〜６ｍｍの円筒状の加圧室１３を有するボデ
ィー１４と、ボディー１４に接着され、厚さが３０μｎ
ｌ−１００μｍのノズル板１５と、外径が５〜１５門で
厚さ０．５〜２Ｍの円環状圧電振動子１６とによシ構成
されている。ノズル板１５の中央には球殻状の突起部が
設けられ、この突起部にノズル１７が複数個設けられて
いる。このノズル１７は直径が３０μｍ〜１ｏ○μｍで
あり、その用途に応じて直径と個数とを適当に選ぶこと
ができ、また突起部も用途によっては必ずしも必要でな
い。圧電振動子１６は円環状であり、その中央の開口に
ノズ・ル１７を有する突起部が臨むように、ノズル板に
接着されている。

ケース１８の下部は液槽部１９を形成するよう構成され
、との液槽部１９の上部に霧化部１２がビス２０ＶＣて
図のよう例固定され一体化されている。

加圧室１３ｉｄ、連結管２１にて液槽部１９と連結され
液体が液槽部１９より供給される構成となっている。液
槽部１９は供給口２２によりパイプ２３を介して液面Ａ
を略一定に維持するレベラー２４と接続されており、し
たがって液槽部１９内の液面Ｂも図のように液面Ａの高
さに維持されている。

また、２５はノズル１７の断面積よりも小さい開口面積
（液体が通過する開口１つ当シの面積）の開口を複数個
設けたフィルタであり、液槽部１９の上側が開放された
構成であるため液槽部１９内の液中にゴミなどが混入し
やすい構造であるという欠点を補うものであって、ノズ
ル１７の目づま９を防止するものである。すなわち、ノ
ズル１７の断面積よシ小さいメツシュのフィルタである
。

一方、加圧室１３Ｉ′ｉ排気管２６が設けられ、ケース
１８の排気口２７とパイプ２８で接続されている。排気
口２７は、さらにパイプ２９で、送風ファン３０の吸込
側に設けられた負圧発生部３１に接続されている。

送風ファン３０が起動されると負圧発生部３１には、例
えば−Ｐ−−３０１７１ｆｆｉＨ２０の負圧力が発生し
、この負圧力により液面Ｂと同一高さにあった連結管２
１内の液面Ｃは上昇し、パイプ２８内の液面りとなって
つシあう。液面Ｃの上昇過程においてノズル１７から加
圧室１３への空気の流入が生じるけれでも、ノズル１７
の断面積が小さいために、前述の液面Ｃの上昇作用は倒
ら妨げられず、第３図のような液面りの位置までスムー
ズに液面℃を上昇させることができ、送風ファン３００
発生する負圧力−Ｐにて、加圧室１３に液体を極めて簡
単に充填することができる。

このような状態が実現されてから、リード線３２゜３３
間に第４図ａ、ｂ又はＣのような交流電圧が供給される
。リード線３３は、ビス３３′にてケース１８に接続さ
れているので、ボディー１４．ノズル板１５を介して圧
電振動子１６のノズル板１５との接着面に設けられた電
極（図示せず）に電気的に接続され、一方、リード線３
２は前述の電極と反対側の面に設けられた電極（図示せ
ず）に接続されている。

しだがって、環状の円板形をした圧電振動子１６の両面
の電極間に第４図ａ、ｂ、又はＣのような交流電圧が供
給されることになる。

圧電振動子１６は、この交流電圧の極性に応じてその直
径方向に伸縮歪を生じ、この結果ノズル板１５は第３図
中の破線に示すようなたわみ振動を生じる。ノズル板１
５の中央部は、極めて大きく加振され、あたかもノズル
１７の近傍のみが励振されているようなたわみ振動とな
る。

加圧室１３内の液体は、ノズル１７の近傍が大きく加振
されるノズル板１５のたわみ振動によシ、加圧されて圧
力上昇するので、ノズル１７よシ液滴３４となって図の
ように噴射される。

第５図はノズル板１５（７）振動振幅分布を示すもので
あり、ノズル１７の近傍のみが大きく加振されているこ
とを示している。なお、第３図と同符号のものは相当す
る構造物である。

このようにノズル１７の近傍のみの液体が加振されるの
で液体が溶存空気を多く含む一般的な液体（例えげ灯油
や市水など）であってもきわめて安定にノズル１７から
噴霧することができる。それは以下のような理由による
ものである。すなわち、加圧室１３内の′圧力変動の最
大点はノ１ズル１７の近傍であり、しかも、この圧力変
動最大点こそがキャビテーションの最も発生しやすいと
ころであるから、キャビテーンヨン核が大きく成長して
噴霧動作に影響を与える前に、ノズル１７より噴射され
てしまうのである。つ壕り、ノズル１７近傍のみを大き
く加振するよう構成されているために、上述したように
溶存空気を多量に含む液体であっても安定に噴霧するこ
とができるのである。

次に、液槽部１９の作用、効果について説明する。

まず圧電振動子１６が第４図に示すような交流電圧を加
えられたときのノズル板１５の振動振巾δについて第６
図および第７図を参照して説明する。

第６図ａは第４図すと同様に△定の周期で断続された交
流電圧であり圧電振動子１６に供給される。一方、同図
ｂＨこの時のノズル板１６のノズル１７近傍の振動振巾
δの応答を示している。

すなわち、ノズル板１６の振動振幅δは、ノズル板１５
や圧電振動子１６のもつ慣性などのために、圧電振動子
１６の駆動電圧Ｖの断続に対して一定の時定数を持った
１次遅れの応答を示すのである。

一方、第７図は、ノズル板１５の振巾δ、すなわち、ノ
ズル１７の近傍の振巾δに対する噴霧状態を示す区分図
であり、縦軸は噴霧される粒子の重量Ｗ（すなわち体積
）を表わしている。

振巾δがδ〈δ、である領域工は全く噴霧しない領域、
δ１〈δ〈δ２の領域■は、ノズル１７から液滴を噴射
することができず、かつノズル１７から液体がわずかづ
つ溢れ出る領域、そして、δ〉δ２の領域■は振巾δと
粒子重量Ｗとがほぼ比例する領域である。

第７図における領域■、すなわちδ１〈δ〈δ２である
領域は、ノズル１７から液体が粒子となって飛翔せずに
わずかに溢れでる領域であり、このことを考慮して、第
６図すを参照すれば、以下のような不都合を生じざるを
得ないことがわかる。

すなわち、圧電振動子１６に対し、駆動電圧Ｖが印加さ
れたり、印加停止されたシしたとき、振巾δは、その過
渡時において、第６図す中に示す贅およびｔｆ　の期間
、上記第７図に示した領域■（すなわちδ１〈δ〈δ２
）を通らざるを得ないのである。

このようにノズルから液体が噴射されずに溢れでるとい
う現象は、ノズル板１５を圧電振動子１６にて加振する
構成とした場合、ノズル１７自身が振動する構成である
ので、どうしても生じ易い現象である。

そこで、第３図に示すように、上述した現象により生じ
るノズル１７からの浴出液３６が流入するように、ノズ
ル１７よシ低い位置に液槽部１９を設けるのである。こ
のようにして、前述した過渡現象によりノズル１７から
溢れ出る液体は、液槽部１９に回収され、しかも液槽部
１９が加圧室１３に連結管２１に連結されているので、
溢れ出た液体が再度加圧室１３に送られて噴霧される構
成となっている。このだめ、浴出液の特別な処畑を必要
としないのである。

ケース１８の噴射口３６からは、霧化粒子３４が噴射さ
れるので噴射口３６は、外界に開放せざるを得す、した
がって噴射口３６から液拍部１９内の液１体にゴミなど
の混入する可能性が大きい。

そこでフィルタ２６を図のように構成することによシ、
完全にゴミなどが加圧室に混入してノズル１７を目づま
シさせてしまうという不都合を防止することができる。

さらにまた、霧化部１２に対して、機械的衝撃が加えら
れ、ノズル１７から液体が溢れても、前述の場合と同様
に浴出液３５とな−って液槽部１９に回収、されるので
装置から液体が溢れ出て、外部装置を汚損したり、損傷
したシすることや、発火性液体などの場合に生じる危険
な状態の発生を完全に防止することができる。したがっ
て非常に使いやすく、汎用性の高い霧化装置を提供する
ことができる。

この霧化装置は、さらに極めてコンパクトであり、かつ
構造が簡単である上に、非常に低消費電力であるという
利点を有しており、２０ｃｃ／ｍｉｎの灯油を噴霧する
ために圧電振動子１６が消゛費する電力は約０．３Ｗで
ある。

また、噴霧された液体に相当する体積の液体に、ノズル
１７に発生する液体の表面張力の作用にょシ、液槽部１
９から自然に加圧室１３に吸い上げられ、かつ、液槽部
１９へは、パイプ２３を介してレベラ２４よシ自然に供
給されるので、特別な液体供給用のポンプなどを必要と
せず、このため装置全体の構造をさらに簡単でコンパク
トとし、かつ低価格なものとすることができる。

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３図と同符号は相当する構造物である。

図において、圧電振動子１６は図の矢印のようにその厚
さ方向に振動し、この振動により、ノズル板１６は図の
破線のようなたわみ振動を生じる。

したがって、ノズル１７は犬きく加振、されて液滴３４
が噴射される。また、ノズル板１５は突起部を有してい
ないので、液滴３４ばすべてほぼ直線状に噴射される。

液槽部１９は、ボディー１４内に図のように設けられ、
完全に霧化部１２内に一体化されており、第３図の実施
例のような組立工程を必要とする構造でないのでょシコ
ンパクト化が可能である。

このように本発明は、電気的振動子１６によシノズル１
７を加振する構成とし、ノズル１７よシ低い位置に液槽
部１９を設け、ノズルからの浴出液３５が流入する構成
とすると共に加圧室１３と液槽部１９とを連結部２１で
連結する構成により実現することができるものであり、
第３図および第８図に示した実施例に限定されることな
く他にも様々な実施態様をとることが可能である。

第９図は、第３図に示した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。

第９図において第３図と同符号のものは相当する構造物
であり説明を省略する。

第３図の実施例の説明と同様にして、灯油の霧化粒子３
４が噴射され、ファン３ｏにて送られ旋回器３了にて旋
回気流となった空気と混合される。

そして点火器３８にて点火されるが、旋回器３７から送
られる空気は少ないので火炎は瞬間に、第２の旋回器３
９より送られる気流中に移行し、ここで火炎４０を形成
して保炎し燃焼をつづける。

なお４１は熱交換器で東る。

このようにして本発明の霧化装置の一実施例を燃焼装置
に適用するこＡができ、非常に簡単な構造で、コンパク
トな燃焼装置を実現することが可能である。このような
構造の燃焼装置は、本発明霧化装置が前述したように灯
油のように溶存空気を多量に含む液体であっても極めて
安定に、噴射することが可能であること、およびノズル
１７を振動さ−゛ふることにより発生しやすいノズル１
７からの浴出液３５を液槽部１９に流入せしめ、この液
槽部１９を加圧室１３と連結部２１で連結するよう構成
したから、浴出灯油による機器の汚損や、危険な状態（
たとえば火災）などの発生を完全に防止することができ
ることにより、はじめて実現できるものである。

発明の効果 以上に述べたように、本発明によれば、加圧室にノズル
を臨ませ電気的振動子にて加振する構成とし、ノズルよ
り低い位置にノズルからの浴出液゛が、陣入する液槽部
を設け、この液槽部と加圧室とを連結部で連結するよう
構成したから、極めて簡単でコンパクトな構成により、
溶存空気を多量に含む一般的な液体（灯油や水など）を
非常に安定に噴霧することが可能であり、しかも、ノズ
ルを加振することにより生じ易いノズルからの浴出液が
装置外に流出することを完全に防止できるので装置の損
傷や汚損、さらには液体の種類によっては生じる可能性
のある火災などの危険な状態を完全になくすることがで
きる。もちろん、機械的な衝撃を装置が受けて、ノズル
から液体が溢れ出ても、上記の構造上の効果により、装
置外に流出することが全くないことは明らかである。

このように、本発明の霧化装置は、一般的な液体を非常
に安定に、しかも、ノズルからの浴出液が装置外に溢れ
出ることなく噴霧することができ、かつ、機械的衝撃を
受けても安定で安全な霧化動作を保証できるので、汎用
性が高く、その上極めて使い易い霧化装置を提供するこ
とができ、その工業的な価値は非常に大きいものである
。

【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図は同霧化装置
を構成する圧電振動子の駆動電圧波形図、第３図は本発
明の一実施例の霧化装置の断面図、第４図ａ、ｂおよび
Ｃは同霧化装置を構成する圧電振動子の駆動電圧波形図
、第５図は同霧化装置のノズル板の振動振巾δの分布図
、第６図ａは同霧化装置の圧電振動子の駆動電圧波形図
、同図すは同駆動電圧波形に対する同ノズル板の振動振
巾δの応答図、第７図は同ノズル板の振動振巾δの大き
さに対する噴霧状態の領域区分図、第８図は本発明の他
の実施例を示す霧化装置の断面図、第９図は第３図の霧
化装置全適用した燃焼装置の断面図である。 １３°°°゛°加圧室、１４−　゛＝ボディー、１５−
°°゛°。 ノズル板、１６−−電気的振動子、１７″゛°゛ノズ７
．．１９・・・・・液槽部、２１°°°゛゛連結部□代
理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１図 第３図 ４図 第５図 第６図 第７図 箇８図 ／ｑ？？

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液体が充填される加圧室を有するボディーと、前
   記加圧室に臨むノズルを有し、前記ボディーに装着され
   たノズル板と、前記ノズル板を付勢して前記ノズルを加
   振する電気的振動子と、前記ノズルより低い位置に設け
   られ、前記ノズルからの品出液が流入するよう構成され
   だ液槽部と、前記液槽部と前記加圧室とを連結する連結
   部とを備えた霧化装置。 ？）連結部をボディーに一端が接続された連結管で構成
   し、前記連結管の他端を前記液槽め液面下に位置せしめ
   る構成とした特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 （３）連結管の先”１ｆｉｉ　ｖＣノズルの断面積と略
   等しいがそれより小さい開口面積のメノンユのフィルタ
   部を設けた特許請求の範囲第２項記載の霧化装置。 （４）液槽部に供給口を設けて液体を供給する構成とし
   た特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の霧化装置。 （５）液槽部とボディーとを相互に装着して一体構造と
   した特許請求の範囲第１項ないし第４項記載の霧化装置
   。