JPS6220856B2

JPS6220856B2 -

Info

Publication number: JPS6220856B2
Application number: JP56205426A
Authority: JP
Inventors: Naoyoshi Maehara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1981-12-18
Publication date: 1987-05-09
Also published as: JPS58109157A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、灯油や軽油等の液体燃料、水、薬液
等の液体の霧化装置に関するものであり、さらに
詳しく言えば、圧電振動子等の電気的振動子を利
用した霧化装置に関するものである。

従来、この種の霧化装置には種々のものが提案
されており、(1) 振幅増幅型超音波霧化装置、(2)
液柱型超音波霧化装置等が代表的である。(1)の
超音波霧化装置は、ホーン型の振動子をジユラル
ミン等で構成して圧電振動子を装着し、その超音
波振動振幅をホーン型振動子で増幅すると共に、
振幅増幅されたホーン型振動子の先端にポンプ等
で液体を供給・適下し霧化するものである。(2)
は、加湿器等に実用化されているものであり、液
槽底部に圧電素子を設けて振動させ、その超音波
エネルギーを液面近傍に集中して一種のキヤビテ
ーシヨン現象を利用して霧化するものである。

また、近年インクジエツト記録装置に用いられ
ているインクの霧化装置として第１図に示すよう
なものがある。これは、インク室１の一端に圧電
素子２を設け、他端にオリフイス３を設けて、イ
ンク滴４を噴射し、インクの霧化を行うものであ
る。

しかしながら、これら従来の霧化装置には以下
のような不都合があつた。

(1)の霧化装置はホーン型振動子と圧電振動子と
の良好な機械的共振状態を得ることが難しく、高
い加工精度が要求される上に固定方法も面倒であ
り、極めて高価であつた。またポンプ等の液体供
給手段を必要とし一層高価で、構成が大型化した
霧化装置とならざるを得なかつた。さらに、例え
ば、20c.c.／分程度の霧化量を得るのに５〜
10Watts程度の電力を必要とするにもかかわら
ず、霧化粒子の粒径やその均一性などの霧化性能
は十分なものではなかつた。

(2)の霧化装置はポンプを必要とせず、また霧化
性能は優れているが、20c.c.／分程度の霧化量を得
るのに30〜50Wattsの電力を要し、しかも１〜
2MHzという極めて高い周波数の超音波エネルギ
ーを必要とするため、その駆動回路が非常に高価
となる上に、不要輻射レベルが著しく高く、電波
障害が発生するという重大な欠点を有していた。
さらに、霧化される液体の温度や液面と圧電素子
の距離のわずかな変動などによつて霧化動作の安
定性が著しく阻害されるという不都合があつた。

また(3)の霧化装置は、均一液滴列を発生させる
ためには極めて都合の良い構成であり、かつ圧電
素子３の消費電力は、極めて小さいという長所を
有するものであるが、圧電素子２の振動をオリフ
イス３に伝えて液滴４を噴射するという構成であ
るため、霧化される液体中の溶存空気が極めて小
ないものでない場合には、溶存空気が圧電素子２
の超音波振動により気泡化して安定な霧化動作を
維持できないという欠点があつた。したがつて、
通常の液体燃料や水などは極めて低い周波数（例
えば１〜5KHz程度）でしか噴霧することができ
ず、かつ、不安定な状態を完全に防止することは
不可能であつた。

すなわち、この霧化装置は、極めて低消費電力
でコンパクトな構成であるにもかかわらず、溶存
空気の極めて少ない液体しか霧化することができ
ないというものであつた。

本発明は上記従来の霧化装置の欠点を一掃した
霧化装置を提供せんとするものである。

第１の目的は、装置の構成が極めて簡単かつコ
ンパクトであり、従つて低コストな霧化装置を実
現することである。

第２の目的は、消費電力が著しく小さいにもか
かわらず霧化粒子径や粒径分布等の霧化性能に優
れた霧化装置を実現することである。

第３の目的は、溶存空気を多量に含む液体であ
つても極めて安定な霧化動作を行うことができる
霧化装置を実現することである。

本発明は上記目的を達成するために以下のよう
な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を設け
られた基体と、開口部が設けられた電気的振動子
と、曲面部にノズルが設けられたノズル板とを備
え、前記ノズルが、前記加圧室と前記開口部とに
臨むように、前記電気的振動子と前記ノズル板と
を前記基体に装着すると共に、前記開口部に臨む
ノズル板に平坦部を設け、前記電気的振動子によ
り前記ノズルを加振するよう構成したものであ
り、前記電気的振動子による前記ノズルの加振に
より、前記加圧室に充填された液体を加圧あるい
は加速し、前記ノズルより前記液体を自給しなが
ら噴射して霧化するものである。

以下本発明の一実施例について図面と共に説明
する。

第２図は本発明の霧化装置の一実施例を適用し
た温風暖房機の構成を示す断面図である。

図において、１０は温風暖房機のケースであ
り、上面には操作部１１が設けられ、制御部１２
に操作指令を与えるよう構成されている。

灯油はカートリツジタンク１３より液面が略一
定に維持される固定タンク１４に送られる。そし
て固定タンク１４は、パイプ１５により霧化部１
６と連通され、霧化部１６はパイプ１７にて、送
風フアン１８の上流に設けられた負圧発生部１９
と連通されている。

送風フアン１８が制御部１２により起動される
と、吸込口２０より燃焼空気が吸い込まれ、オリ
フイス２１、負圧発生部１９、第１空気路２２を
通り、第１空気室２３、第２空気室２４に送られ
る。燃焼空気の１部は第２空気路２５に設けられ
た空気加熱ヒータ２６にて熱風となり、旋回器２
７により旋回気流となつて第１霧化室２８に供給
される。

従つて、霧化部１６が取付けられた壁面２９を
有する第２霧化室３０にはP₁の正圧力が、そし
て、負圧発生部１９には−P₂の負圧力が発生す
る。第２霧化室３０と固定タンク１４はパイプ３
１で連通されており、このため固定タンク１４内
の灯油液面ＡにはP₁の正圧力が印加される。

以上の結果、液面Ａと同一高さにあつたパイプ
１５内の液面Ｂは、前記正圧力P₁と負圧力−P₂と
により、パイプ１７内の液面Ｃの位置まで上昇し
霧化部１６内は、後述のように灯油で充填される
のである。

次に制御部１２は送風フアン１８を起動した後
一定時間をおいてから霧化部１６を付勢し、霧化
部１６は第２霧化室３０、第１霧化室２８に霧化
粒子３２を噴霧する。従つて霧化粒子３２は旋回
器２７より送られる旋回熱風によりガス化し、気
化混合室３３に送られ第１空気室２３の噴出口３
４から噴出される１次空気と混合されたオリフイ
ス３５を通つて燃焼室３６に達する。そして点火
器３７にて点火され、第２空気室２４より炎口３
８を通つて燃焼室３６に噴出する２次空気の周り
に沢山の小さい火炎３９を形成して燃焼する。４
０は火炎検知器である。この後、気化混合室３３
が燃焼熱により十分昇温されると制御部１２は、
空気加熱ヒータ２６の通電を停止する。また４１
は対流フアンであり、吸込口４２より室内空気を
吸込み、吹口４３より温風を吐出するものであ
る。４４は排気口であり燃焼排ガスを吹出口４３
からの温風吐出方向とは全く異る方向に吐出する
よう構成されており、吹出口４３より吐出される
温風中に排気ガスが混合されるのを防止してい
る。

ここで、霧化部１６についてさらに詳しく説明
する。第３図は、霧化部１６の構成断面図であり
第２図と同符号は相当物である。

霧化部１６は、直径10〜15mm、深さ２〜５mm程
度の加圧室５０を有する基体５１に、直径40〜
100μｍの複数個のノズル５２を曲面部５３に設
けた厚さ50μｍ〜100μｍ程度のノズル板５４が
半田付され、ノズル５２が加圧室５０に臨むよう
に構成されている。そして、ノズル板５４には、
中央に開口部５５を設けられた厚さ0.5〜１mm直
径10〜15mm程度の円板状の圧電素子５６が半田付
されている。ノズル板５４の開口部５５に臨む部
分には、平坦部５７が設けられ、曲面部５３のま
わりを平坦部５７が囲んだ構成となつておりノズ
ル５２は、曲面部５３に設けられ、かつ、開口部
５５と、加圧室５０に臨むように構成されてい
る。ノズル５２は、１個でも複数個でもよく、ま
た、平坦部５７に設けられてもよい。基体５１
は、カバー５８にビス５９で固定され、カバー５
８はビス６０で壁面２９に固定されている。

カバー５８は圧電素子５６を機械的シヨツク
や、輻射熱などから保護するためのものである。

６１，６２はリード線であり、圧電素子５６の
両側に設けた電極（図示せず）に対して電気的に
接続されている。すなわち、リード線６′は片側
の電極に半田付され、他方６２は、ピス５９′に
より基体５１に固定され、基体５１とノズル板５
４を介してもう一方の電極に接続されている。

前述の如く、送風フアン１８の起動により灯油
の液面Ｂは、液面Ｃの位置となり、図のように加
圧室５０は灯油が充填される。

この状態に達してから、制御部１２に設けられ
た振動子駆動回路が起動され、霧化量に応じて第
４図ａ，ｂ、又はｃのような交流電圧が圧電素子
５６に供給され、第３図のようにノズル５２より
霧化粒子３２が噴射される。第５図は圧電素子５
６の動作による霧化動作を説明するための霧化部
１６の構造図であり、第３図と同符号は相当物で
ある。第４図ａ，ｂ、又はｃのような交流電圧の
正の半サイクル電圧が圧電素子５６に印加される
と、圧電素子５６は図中の矢印のようにその直径
方向に収縮し、ノズル板５４に接着（半田付）さ
れていることから、加圧室５０側に鼓状のたわみ
を生じる。逆に負の半サイクル電圧が印加された
ときには、圧電素子５６は、直径方向に伸張し、
前述と反対方向（カバー５８側）にたわみを生じ
る。すなわち、前記正負の交流電圧印加に応じて
圧電素子５６は第５図の実線、および破線で示す
ようにたわみ振動を生じるのである。この圧電素
子５６のたわみ振動により、圧電素子５６の開口
５５に臨むノズル板が第５図に示すようにたわみ
振動を励起されて振動する。

したがつて、極めて小さい圧電素子５６の振動
によつて、ノズル板５４の開口部５５に臨む部分
の（すなわち、平坦部５７と曲面部５３とより成
る円板の）共振状態が励起され、第５図に示すよ
うな霧化粒子３２の噴射が可能となる。この共振
状態の振動モードは、駆動周波数により種々の高
次モードとなり得る。従つて、必ずしも第５図の
如き低次の振動モードとは限らない。このような
極めて小さい圧電素子５６の振動による前述の第
５図のような霧化動作が可能であるということ
は、灯油等のように溶存空気の多い液体の安定な
噴霧を実現するために極めて重要である。なぜな
らば、圧電素子５６の振動エネルギーが大きくな
るとその超音波振動による溶存空気の気泡化が著
しくなり、振動エネルギーの損失となる上に、発
生した気泡による霧化動作の不安定さの発生とい
う不都合を生じるからである。また、第５図のよ
うな霧化動作においては、特に、ノズル５２の近
傍での振動加速度が最大となり、この加速度の最
大点近傍の灯油が霧化粒子３２となつて噴霧され
るため、次のような利点を有する。すなわち超音
波振動により発生するキヤビテーシヨン気泡が、
大きく成長する以前にノズル５２より噴出され、
噴霧動作に対し影響を与えないのである。また、
加圧室５０内のノズル５２の近傍以外の部分にお
ける加振度は、ノズル５２近傍に比べて著しく小
さく、気泡発生が生じにくく、従つて極めて安定
な霧化動作を行わせることができるのである。ま
た電圧印加時は、ノズル５２からの空気流入が灯
油の表面張力により防止され、結果として灯油を
パイプ１５から吸い上げることができる。さらに
負の半サイクルノズル板５４に設けた曲面部５３
は、前記の如きノズル板の共振周波数を自由に設
定するために極めて重要である。すなわち、曲面
部５３はその曲面構造のために剛性を生じ、見か
け上、ノズル板５４の直径を小さくする役割を果
すのである。従つて、この曲面部５３を変えるこ
とにより、必要に応じた共振周波数で動作するよ
うに構成することが可能であり、かつ、安定で効
率的な圧電素子５６の振動モードを実現すること
ができる。さらに、本実施例の如く、ノズル５２
を複数個設ける場合には、各ノズル５２から噴射
される霧化粒子３２の噴射方向を分散せしめるこ
とができ、かつ、この分散の角度を自由に選ぶこ
とができるものである。

開口部５５に臨むノズル板の平坦部５７は、前
述したように、第５図の如き、ノズル板のたわみ
振動を生じさせ、かつ、特に、ノズル５２近くで
の振動加速度を他の部分（加圧室５０内の）に比
べて、著しく大きくし、前述の理由による安定霧
化動作を可能にするために重要である。

第６図は、この平坦部５７を無くした構成を示
すものであり、第３図と同符号は相当物である
が、この場合には、加圧室５０内において、ノズ
ル５２近傍での振動加速度が、他の部分より著し
く大きくなるという状態での噴霧が不可能とな
る。なぜならば、曲面部５３が、開口部５５全面
を覆つてしまつているため、第５図のようなたわ
み振動を発生し得ないからである。

したがつてノズル５２近傍と他の部分との振動
加速度の差が平坦部５７を設けた場合に比べて小
さくなり、第６図のように、超音波振動エネルギ
ーによるキヤビテーシヨン気泡が著しく発生し、
振動エネルギーの損失となるばかりでなく、場合
によつては、不安定な霧化動作も生じるという不
都合をきたす恐れがあるのである。

すなわち、第６図により説明したように、平坦
部５７を設け、かつ曲面部５３を設けることによ
り、自由な動作周波数で、かつ効率的で、安定な
霧化動作を実現することができ、しかも、消費電
力を著しく小さいものにすることができる。例え
ば、第３図に示した実施例においては、約30〜
50KHzの動作周波数で、30c.c.／min（約
15000kcal／ｈの燃焼量に相当）の灯油を霧化す
るのに必要な圧電素子５６の消費電力は約50mW
程度であり、極めて簡単で低価格な駆動回路を用
いることができ、しかも電波障害等の発生を完全
に防止することができる。

第５図に示した霧化動作から明らかなように、
第４図ａ，ｂ、又はｃのような交流電圧による圧
電素子のたわみ振動の繰りかえしにより、灯油は
パイプ１５より自給されつつ噴霧される。このた
め、ポンプ等の灯油供給手段を全く必要とせず、
霧化装置を極めて簡単な構成で、かつ低価格に実
現することができるものである。

以上のように本発明は、ノズル板と前記電気的
振動子とを基体に装着すると共に、電気的振動子
の開口部に、ノズル板の曲面部、その周りに続く
平坦部を相対向させ、前記電気的振動子により前
記ノズル板をたわみ振動させる構成としたから、
極めて構成が簡単でコンパクトであり、従つて低
価格であると共に、非常に低消費電力であるにも
かかわらず霧化性能に優れた霧化装置を実現する
ことができる。特に、電気的振動子の開口部に、
曲面部、その周りに続く平坦部を相対向させ、ノ
ズル板をたわみ振動させるという構成により、溶
存空気を多量に含む液体であつても、極めて安定
に、しかも効率良く霧化することが可能な霧化装
置を実現することができる。

なお、ノズルを複数個設けた場合には、霧化粒
子の飛散方向の分散効果により、霧化粒子の再結
合による霧化粒子径バラツキの増大等の不都合を
も防止することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の構成を示す断面図、
第２図は本発明の一実施例の霧化装置を適用した
温風暖房機の構成を示す断面図、第３図は同霧化
装置の構成を示す断面図、第４図ａ，ｂおよびｃ
は電気的振動子の駆動電圧波形図、第５図は同霧
化装置の動作説明のための構成断面図、第６図は
同霧化装置の構成を説明するための構成断面図で
ある。５０……加圧室、５１……基体、５２……ノズ
ル、５３……曲面部、５４……ノズル板、５５…
…開口部、５６……電気的振動子、５７……平坦
部。

Claims

【特許請求の範囲】１液体を充填する加圧室を有する基体と、開口
部を有する電気的振動子と、曲面部にノズルが設
けられたノズル板とを備え、前記ノズルが前記開
口部と前記加圧室に臨むように前記電気的振動子
と前記ノズル板とを前記基体に装着すると共に、
前記曲面部、この曲面部の周りに続く平坦部を前
記開口部に相対向させ、前記電気的振動子により
前記ノズル板をたわみ振動せしめる構成とした霧
化装置。２電気的振動子を円板状の圧電振動子で構成
し、開口部を円形とした特許請求の範囲第１項記
載の霧化装置。３曲面部に複数個のノズルを設けた特許請求の
範囲第１項記載の霧化装置。４電気的振動子を径方向に振動させることによ
り前記ノズル板をたわみ振動させる構成とした特
許請求の範囲第２項記載の霧化装置。