JPS6246227B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、灯油・軽油等の液体燃料、水、薬液
インク等の液体を微粒化するための霧化装置に関
し、さらに詳しく言えば圧電振動子等の電気的振
動子の超音波振動を利用して液体を微粒化するい
わゆる超音波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)ホーン型振動子に圧電振動子を装着
し、その振動振幅を増幅すると共に、ホーン先端
の振動増幅された面に液体を供給して霧化するも
の、(2)液槽底部に圧電振動子を設け、液槽の液面
近傍に直接超音波エネルギーを照射集中して液柱
を生じさせ、一種のキヤビテーシヨンを利用して
霧化するもの、(3)インクジエツト記録装置に利用
されているものであつて、第１図に示すように、
インク室１の一端にオリフイス２を設け、他端に
圧電振動子３を設ける構成とし、圧電振動子３の
振動によるインク室１内の圧力上昇をオリフイス
２に増幅して伝え、オリフイス２より液滴４を噴
射微粒化するものなどがある。

しかしながら、これら従来の超音波霧化装置に
は種々の欠点があり工業的応用に不都合を生じて
いた。

(1)の超音波霧化装置は、安定な霧化動作を維持
するために、ホーン振動子の高い加工精度や面倒
な取付条件を要求されるものであり、かつ、ポン
プ等を必要とし、しかも粒径やそのバラツキ等の
霧化特性も十分なものではなく、さらに消費電力
も20c.c.／分程度の霧化量を得るのに５〜10ワツト
を要するものであつた。したがつて、装置全体が
大型化・高価格化せざるを得ないものであつた。

(2)の超音波霧化装置はポンプを必要とせず、霧
化特性もかなり良好であるけれども、霧化動作に
要する超音波エネルギーは20c.c.／分程度の霧化量
を得るのに50〜60ワツトであり、しかも、１〜
2MHzの高周波であることが必要であつた。した
がつて、その駆動回路が極めて高価となる上に、
液体の温度などによる霧化量変動や霧化動作の変
動が大きく、しかも、不要輻射レベルが極めて大
きいので電波障害が発生しやすいという欠点を有
していた。

(3)の霧化装置はコンパクトで、しかも霧化粒子
の均一性に富んだものであり、消費電力も小さい
という長所を有するものであつたが、圧電振動子
３の振動をインク室１を介してオリフイス２に伝
達するという構成であるため、いわゆる超音波キ
ヤビテーシヨンによりインク中の溶存空気が気泡
化し、このため正常な霧化動作維持ができないと
いう欠点を有していた。従つて、この霧化装置は
溶存空気を除去した液体しか正常に霧化すること
ができず、このため広範な応用ができなかつた。

本発明は上記従来の欠点を一掃した霧化装置を
実現するためになされたものである。

第１の目的は構成が簡単でコンパクトであり、
従つて低価格な霧化装置を提供することである。

第２の目的は低消費電力であるにもかかわらず
霧化特性に優れ、しかも霧化量制御が容易な霧化
装置を実現することである。

さらに、第３の目的は溶存気体を多量に含む液
体であつても、極めて安定な霧化動作を実現する
ことができ、従つて極めて汎用性に富んだ霧化装
置を提供することである。

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と、前
記加圧室に臨んで設けたノズルと、電気的振動子
を含み前記ノズルを加振する振動体と、前記加圧
室内の気体を排気する排気口とを有すると共に、
前記加圧室と前記排気口との間に前記振動体に接
触しない気泡集積部を設ける構成としたものであ
り、前記加圧室内の気泡を前記振動体に接触しな
いように前記気泡集積部に集積して前記排気口よ
り排気しつつ、前記ノズルを加振して前記ノズル
から液体を噴射微粒化するものである。

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図は本発明の一実施例の霧化装置を適用し
た温風機の構成を示す断面図である。

第２図において、温風機のケース１０の上面に
操作部１１が設けられ、制御部１２に操作指令を
送る。タンク１３よりパイプ１４，レベラ１５，
パイプ１６を通つて、灯油が霧化部１７に送られ
るよう構成されており、灯油の液面は、運転停止
時において、レベラ１５の制御液面Ａに制御され
るのでパイプ１６内の位置Ｂに制御されている。

運転が開始されると、モータ１８が起動され、
燃焼フアン１９が回転される。従つて燃焼空気は
吸気口２０よりオリフイス２１，負圧発生部２２
を通り、旋回器２３にて旋回気流となつて図の矢
印のように霧化混合室２４に送られ、燃焼室２５
を通つて排気筒２６より排気される。

霧化部１７はパイプ２７にて負圧発生部２２に
連通されており、負圧発生部２２に発生した負圧
力（例えば30〜50mmＡｇ）が霧化部１７に伝達さ
れる。このため液面Ｂは上昇して液面Ｃの位置と
なり、霧化部１７内は灯油が満たされるのであ
る。

次に制御部１２は点火器２８を作動し、後述す
るように霧化部１７に交流電圧を供給して霧化部
を付勢する。したがつて、霧化部１７は霧化混合
室２４に霧化粒子２９を噴霧し、点火器２８にて
点火されて火炎３０を形成し燃焼する。火炎３０
の状態は火炎検知器３１にて検知される。なお３
２は対流フアン、３３は霧化混合室２４の壁面で
ある。

次に霧化部１７についてさらに詳しく説明す
る。第３図は霧化部１７のさらに詳しい構成を示
す断面図であり、第２図と同符号は相当物であ
る。霧化部１７のケース３４はビス３５，３６で
壁面３３に固定され、ケース３４にボデイー３７
がビス３８にて固定されている。ボデイー３７に
は、直径が10〜15mm，深さ２〜５mmの加圧室３９
が設けられ、排気口４０，供給口４１にてパイプ
２７と１６にそれぞれ連通している。加圧室３９
の一面は、開口部４２を有する圧電振動子４３を
接着剤４４にて接着されたノズル板４５と、ノズ
ル板４５の外周を固定する固定部４６とで閉じら
れている。ノズル板４５と固定部４６とは接着層
４７にて接着され、固定部４６はネジ部４８にて
ボデイー３７に装着されている。４９，５０は圧
電振動子４３の電極であり、リード線５１，５２
と直接およびノズル板４５等を介して電気的に接
続されている。ノズル板４５の中央部には、複数
個のノズル５３が設けられ、その直径は30〜100
μｍ程度である。また圧電振動子４３はその直径
が10〜15mm，厚さ0.5〜２mm程度の円環状であ
り、ノズル板は厚さが30μｍ〜100μｍ程度の薄
板である。

圧電振動子４３には制御部１２より第４図ａ，
ｂ又はｃのような交流電圧が霧化量に応じてリー
ド線５１，５２により供給され、この結果圧電振
動子４３はその径方向に、印加電圧極生に応じて
伸縮歪を生じて振動する。したがつて、第３図に
おけるノズル板４５の位置X₁からX₂までの間
（すなわち、固定部４６の内側）の部分は、第５
図ａ又はｂのようにその駆動周波数に応じてたわ
み振動を生じ、１つの振動体を形成する。この結
果、ノズル５３はその軸方向に加振され、第３図
に示すようにノズル５３より、その駆動周波数に
等しい周波数で霧化粒子２９を噴射微粒化する。
ノズル５３から噴射された液体に相当する加圧室
３９内の圧力低下によりパイプ１６からは、灯油
が自吸され、一種のポンプ作用を果すことができ
る。なぜならば、ノズル５３に発生する灯油の表
面張力により、ノズル５３からの空気流入が生じ
ないからである。

このような霧化動作において、特に、第４図ｂ
又はｃのような断続制御（デユーテイー制御）を
行つて霧化量調節を行う場合、第３図に示すよう
に、ノズル板４５と圧電振動子４３より成る振動
体の超音波振動に帰因するキヤビテーシヨン気泡
５４の発生が増加する。そして、この気泡５４は
成長・結合して大気泡５５となり、第３図のよう
に、位置X₁より上方の気泡集積部５６に溜ま
り、ある程度大きくなると図の矢印のように上昇
して排気口４０を通り排気される。

すなわち、加圧室３９の外周（X₁，X₂よりも
外側）が、気泡集積部５６となつており、この気
泡集積部５６はノズル板４５と圧電振動子４３よ
り成る振動体に接触しない構成となつている。第
６図はこの効果を説明するものであり、第３図と
同符号は相当物である。第６図において、大気泡
５５が発生してノズル板４５に図のように接触す
ると、ノズル板４５と圧電振動子４３より成る振
動体の振動は、この大気泡５５の影響を受けて安
定性を失い、第５図ａ又はｂのような安定振動を
維持できなくなる。これは、大気泡５５が振動体
に接触しないで溜まることが可能である部分、す
なわち、第３図に示した気泡集積部５６がないた
めである。

このように気泡集積部５６を設けることによ
り、ノズル５３を加振するための振動体の振動に
より若干発生する気泡を、振動体に接触しないで
集積して排気するよう構成することにより、極め
て安定な噴霧動作が可能となり、噴霧方向の変動
や、噴射距離の変動、噴霧量の変動などを防止す
ることができる。

第７図は、本発明の他の実施例を示す霧化装置
の構成を示す断面図であり、第３図と同符号は相
当物である。

この実施例の場合は、気泡集積部５６を加圧室
３９とは別にその上部に設けたものである。第８
図ａ，ｂに第７図のボデイー３７の平面図と正面
図を示す。

第８図より明らかなように、加圧室３９の上部
に斜線で示した気泡集積部５６が設けられてい
る。この気泡集積部５６の水平断面の長さL₁
は、圧電振動子４３の開口部４２の水平方向断面
の最長辺の長さL₂より大きくなるよう構成され
ている。これは、第７図における気泡５４がほと
んど開口部４２内に臨むノズル板のたわみ振動に
より、ノズル５３の近傍から生じるので、これを
確実に気泡集積部５６に集めるためには、前記
L₁はL₂と、少なくとも等しいがそれより長いこ
とが必要であるからである。

このように加圧室３９のノズル５３近傍で発生
した小気泡が排気口４０より排出される場合、気
泡の成長又は結合により大気泡が生じ得るので、
気泡集積部５６はこの大気泡が振動体に接触して
振動体の振動に乱れを発生されることを防止する
目的で設けられたものであり、この思想に基づき
他にも多くの実施態様をとることが可能である。

第３図に示した霧化装置により、ノズル５３の
直径と圧電振動子４３の印加電圧とによつて決定
される極めて小さくかつ均一性の優れた霧化粒子
を極めて安定に得ることができ、しかも灯油を20
c.c.／分程度の霧化量で霧化するに要する圧電振動
子４３の入力電力は100mW程度と極めて小さい
ものである。

また、その構成は極めて簡単でコンパクトであ
り、しかもポンプ作用を有するので全体構成を極
めて簡素化することができ、従来の霧化装置に比
べて大幅に低コストな霧化装置とすることができ
る。

以上に述べたように本発明によれば、液体を充
填した加圧室にノズルを臨ませ、電気的振動子を
含む振動体によりノズルを加振せしめる構成とす
ると共に、排気口を設け、前記加圧室と排気口と
の間に前記振動体に接触しない気泡集積部を設け
る構成としたので、構成が極めて簡単でコンパク
トであり、従つて低価格であると共に、霧化特性
に優れ、しかも極めて低消費電力な霧化装置を実
現することができ、特に気泡集積部を設ける構成
により、キヤビテーシヨンにより発生した若干の
気泡をも霧化動作に悪影響を及ぼすことなく加圧
室から確実に排気することが可能であり、溶存空
気を多量に含む液体や低沸点性の液体のようにキ
ヤビテーシヨンの生じやすい液体であつても極め
て安定に霧化することが可能な霧化装置を実現す
ることができ、汎用性に優れた霧化装置を提供す
ることが可能である。

【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図は本
発明の一実施例の霧化装置を適用した温風機の断
面図、第３図は同霧化装置の断面図、第４図ａ，
ｂおよびｃは同霧化装置の圧電振動子の駆動電圧
波形図、第５図ａ，ｂは同霧化装置の動作説明
図、第６図は同霧化装置の気泡集積部の効果を説
明するための霧化装置の断面図、第７図は同霧化
装置の他の実施例を示す断面図、第８図ａ，ｂは
第７図の霧化装置のボデイー構成を示す平面図と
正面図である。 ３９……加圧室、４０……排気口、４３……電
気的振動子、４５……ノズル板、４３，４５……
振動体、５３……ノズル、５６……気泡集積部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を充填するための加圧室と、前記加圧室
   に臨んで設けられたノズルと、電気的振動子を有
   し、前記ノズルを加振する振動体と、前記加圧室
   の気体を排気する排気口とを備え、前記加圧室と
   前記排気口との間に前記振動体に接触しない気泡
   集積部を設けた霧化装置。 ２ 加圧室の一部を前記振動体に接触しない構成
   とし、前記気泡集積部とした特許請求の範囲第１
   項記載の霧化装置。 ３ ノズルをノズル板に設け、前記電気的振動子
   に開口部を設けると共に、前記ノズルが前記開口
   部に臨むよう前記電気的振動子を前記ノズル板に
   装着して前記振動体を構成し、前記開口部の水平
   方向断面の最長辺と略等しいかそれよりも長い辺
   を有する水平断面を有するように前記気泡集積部
   を構成した特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の霧化装置。