JPS6246228B2 - - 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、記録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、圧電セラミツ
クの様な圧電振動子等の電気的振動子を利用した
超音波霧化装置に関するものである。

従来、この種の超音波霧化装置は、種々の形式
のものが提案されている。

最も代表的で古くから提案されている超音波霧
化装置は、ホーン型超音波霧化装置であり、ホー
ン型振動子に圧電振動子等を取り付け、ホーンに
より、その振動振巾を増巾する構成としたもので
あつて、ホーン先端の振巾最大面にポンプ等で液
体を供給し霧化するものである。

第２の超音波霧化装置は、加湿器等に実用化さ
れている形式のものであり、液槽底面に圧電振動
子を設け、液面近傍に超音波エネルギーを照射・
集中させ、液面近傍での一種のキヤビテーシヨン
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利用さ
れているもので第１図に示すような超音波霧化装
置がある。これは、図のように、インク室１の一
端にノズル２を、他端に圧電振動子３を設け、圧
電振動子３の振動により発生する圧力をノズル２
に伝え、インク滴４を噴射し微粒化するものであ
る。

しかしながら、これら従来の超音波霧化装置に
は以下のような欠点があつた。

第１の超音波霧化装置は、安定な超音波振動の
励起と維持のためにホーン型振動子の高い加工精
度と面倒な取付条件を要し、さらに、ポンプ等の
液体供給手段を要するため装置全体が大型化、高
価格化せざるを得なかつた。また、20c.c.／分程度
の霧化量を得るのに要する電力は、５〜10ワツト
であり、かつ微粒化能力、粒径バラツキ、霧化パ
ターン等の霧化性能も十分なものではなかつた。

第２の超音波霧化装置は、液体供給手段が不要
であり微粒化能力に優れるものであつたが、圧電
振動子の超音波エネルギーにより直接霧化する形
式のものであるので、20c.c.／分程度の霧化量を得
るに要する電力は、50〜60ワツトと、極めて大き
く、かつ１〜2MHzの高周波電力を必要とするた
め電波障害発生の可能性が高いという欠点を有し
ていた。また、液体の温度、液面高さ、液物性に
よる霧化性能変動が著しく、その補償は極めて面
倒で複雑なものとならざるを得なかつた。

第３の超音波霧化装置は、ポンプ機能を有し、
比較的小さい均一粒径の霧化粒子が得られ、しか
も電力消費が著しく小さいという長所を有してい
るが、インク室のインク（液体）を介してノズル
２に圧電振動子３の発生する超音波振動を伝達す
る構成であるため、溶存空気の多い一般的な液体
を霧化しようとすると超音波キヤビテーシヨンに
より溶存空気の気泡化が生じ、霧化動作維持が不
可能であるという欠点を有していた。また、ノズ
ル２の目づまり等の故障時は霧化装置全体を交換
することが必要であつた。また、第１〜第３の超
音波霧化装置全てにとつて言えることであるけれ
ども、霧化装置の霧化特性、すなわち振動特性は
霧化装置全体を組立後に調整管理することが必要
であり、生産工程も面倒で、かつ、不良品による
損益も大きくならざるを得ないものであつた。

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

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、微粒化能力、粒径バラツキ、霧
化パターン等の霧化性能に優れ、かつ、溶存空気
を多く含む一般的液体であつても安定に霧化する
ことができる汎用性の高い霧化装置を提供するこ
とである。

さらに第３の目的は、生産工程が簡単で特性管
理が容易であり、かつ保守・点検が極めて容易な
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の以下のよう
な構成により成るものである。すなわち、ノズル
を設けたノズル部と電気的振動子とより成る振動
体と、前記振動体の外周を支える固定部とにより
振動部を構成し、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すると共に、前記振動部
をボデイーに装着して液体を充填するための加圧
室を形成するよう構成し、かつ、前記振動体の振
動がほぼ周辺固定振動となるよう前記固定部を構
成したものであり、固定部にて周辺固定された振
動体の振動によりノズルの加振により加圧室に充
填された液体をノズルより噴射し微粒化するもの
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
た温風機の断面図である。図において、温風機ケ
ース５の上面に設けられた操作部６より制御部７
に運転指令が与えられると、制御部７は、モータ
８を起動し送風フアン９が回動する。したがつ
て、吸込口１０より燃焼空気が矢印のように吸い
込まれ、オリフイス１１を通り負圧発生部１２に
負圧力（例えば30〜50mmH₂O）を発生して旋回器
１３に送られる。旋回器１３より霧化室１４に矢
印のような旋回気流となつて送られ、燃焼室１５
を通り排気筒１６より排気される。

一方灯油はタンク１７よりパイプ１８を経てレ
ベラ１９に送られ、レベラ１９は灯油面をＡの位
置に制御する。霧化部２０は、パイプ２１、パイ
プ２２によりそれぞれレベラ１９と負圧発生部１
２と連通されている。パイプ２１内の液面Ｂは運
転停止時は液面Ａと一致しているが、負圧発生部
１２に発生した負圧力により吸い上げられ、霧化
部２０内を灯油で充満して図のｃの印置まで上昇
する。

次に、制御部７は内蔵する霧化部２０の駆動回
路を起動し、30kHz〜50kHz程度の交流電圧を霧
化部２０に供給する。したがつて霧化部２０は霧
化動作を開始し、霧化室１４に霧化粒子２３を噴
霧する。霧化粒子２３は旋回気流と混合し、点火
器２４にて点火され火炎２５を形成して燃焼す
る。２６は火炎センサ、２７は対流フアンであ
る。以上の説明から明らかなように本発明の一実
施例の霧化装置を適用して温風機を構成すると極
めて構成の簡単な温風機とすることができる。

次に霧化部２０についてて第３図を参照してさ
らに詳しく説明する。第３図において第２図と同
符号は相当物である。霧化部２０は、内部に直径
が10〜15mm、深さが２〜５mmの円筒型の加圧室２
８を有するボデイー２９を外カバー３０にビス３
１で固定して構成されている。外カバー３０はビ
ス３２，３３で霧化室１４の壁面に固定されてい
る。直径10〜15mm、厚さ0.5〜２mmの円形圧電振
動子であり、中央に開口３５を設けている。その
両面は図示していないが電極が設けられており、
リード線３６，３７を介して制御部７より交流電
圧が供給されその径方向の伸縮振動を行う。圧電
振動子３４は、中央に直径30μｍ〜100μｍのノ
ズル３８を複数個有する厚さ30μｍ〜100μｍの
ノズル板３９に接着層４０にて接着され、ノズル
板３９は接着層４１にて円環状の固定部４２に接
着されている。固定部４２の外周にはネジ部４３
が設けられており、ボデイー２９に設けられたメ
ネジ部に固定されている。４４，４５はパイプ２
１，２２のネジ部である。このような構成の霧化
部２０は圧電振動子３４の径方向伸縮振動により
ノズル３８がその軸方向に加振されて霧化粒子２
３を噴霧する。

第４図ａ，ｂ，ｃは圧電振動子３４、ノズル板
３９および固定部４２で構成される振動部の振動
を説明する説明図である。第４図において第３図
と同符号は相当物である。第４図ｂは、圧電振動
子３４がその径方向に伸張歪を生じたときの状態
を示し、図中の破線は圧縮歪を生じたときの状態
を示している。このような第４図ｂに示した振動
部の振巾δの分布は、第４図ａに示すようであ
り、ノズル３８の近傍は極めて大きく、その外周
は徐々に小さくなり固定部４２は振動しない状態
となつている。したがつて、ノズル３８の軸方向
振巾が極めて大きく、他の部分は小さく押えられ
るので、第３図のようにノズル３８からの霧化粒
子２３の噴出が行われ、かつ、ノズル３８に発生
する表面張力によりパイプ２１からの灯油の吸い
上げが行われるけれども溶存空気の気泡化は極め
て少なく、第３図に示すような小気泡４６が発生
するのみである。そして霧化作用と灯油の吸い上
げ作用とはほとんどノズル３８の近傍の状態（圧
力変化）で決定されてしまうので、気泡４６が霧
化動作に対してほとんど影響を与えないのであ
る。

このような霧化動作は、第４図ｂのような振動
部の振動状態により決定されてしまい、第４図ｃ
にモデル化して示すようにノズル板３９と圧電振
動子３４より成る振動体４７と固定部４２とによ
り決定されると考えることができる。すなわち第
４図ｃに示すように、振動体４７が固定部４８に
より周辺固定のたわみ振動を行うよう固定部４２
を構成すれば、このような動作を実現することが
できるのである。最も簡単な周辺固定条件を確立
するためには、固定部４２の質量を振動体４７、
（すなわち圧電振動子３４とノズル板３９）の質
量より十分大きくすればよい。このように、周辺
固定の振動をノズル板３９と圧電振動子３４より
成る振動体３７に励起させることにより、ノズル
３８の近傍のみが振巾が大きく、他の部分は、振
巾が小さい振動を励起し、安定な霧化動作と灯油
の吸い上げ作用とを、溶存空気の多い灯油であつ
ても実現することができる。

また、上述した説明から明らかなように固定部
４２により振動体４７の周辺固定振動を可能とす
ることにより、ボデイー２９との機械的結合状態
が霧化動作に与える影響をほとんどなくすること
ができるので生産工程が大巾に簡単化される。す
なわち霧化特性を左右するため十分な生産工程管
理を必要とする部分を第４図ｂに示す振動部のみ
に集約することができ、生造工程，品質管理工程
を合理化することができ、かつ特性測定等におい
ても、その固定条件による影響をなくすることが
できるから、非常に扱いが容易となる。また装着
層４０，４１の接着条件の管理が、ボデイー２９
と分離されているので極めて容易になるという長
所も有している。

その上、ノズル３８の目づまり、特性劣下等の
不都合発生時においては、ボデイー２９はそのま
まで振動体のみを交換・チエツクすることが可能
となり、かつ、再組立時に組立状態の差による特
性変化もほとんどないものとすることができるの
で、保守・点検等も極めて容易なものとすること
ができる。

第５図は本発明の霧化装置の他の実施例を示す
振動部の断面図であり、第３図と同符号は相当物
である。この実施例における振動部は、振動体で
あるノズル板３９と固定部４２の接着層４１を圧
電振動子３４とノズル板３９の接着層４０とをノ
ズル板３９に対して同じ側になるように構成した
ものであり、接着面が片面となる点で接着工程上
有利である。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示す霧化
装置の振動部の構成を示す断面図であり、第５図
と同符号は相当物である。この実施例ではノズル
３８が平面上に設けられており、図のように直線
的に霧化粒子２３を噴霧することができる。

第３図、第５図、および第６図の実施例のよう
な霧化装置は、前述したように溶存空気を多く含
む液体でも自給して吸い上げながら安定に霧化す
ることが可能であり、しかも、20c.c.／分程度の霧
化量を得るのに要する電力は、0.1ワツト程度で
よく極めて省エネルギー性の高い霧化装置とする
ことができる。

以上に述べたように本発明によれば、ノズルを
有するノズル部と電気的振動子とより成る振動体
と固定部とにより振動部を構成し、前記電気的振
動子によりノズルを加振するよう構成すると共に
前記振動部をボデイーに装着して液体を充填する
ための加圧室を形成するよう構成し、かつ、前記
振動体の振動がほぼ周辺固定振動となるように固
定部を構成したから、構造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、微粒化
能力、粒径バラツキ、霧化パターン等の霧化性能
に優れ、溶存空気の多い液体でも安定に霧化動作
を行うことができる霧化装置を実現することがで
きる。特に、振動体の周辺固定振動が可能となる
ように固定部を構成することにより、霧化特性の
安定化を容易に行うことができ、生産工程が簡単
化され、品質管理が容易な霧化装置とすることが
可能であり、さらに霧化装置の保守・点検も極め
て容易なものとすることができるので、その工業
的価値は極めて大きいものである。

【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図は本
発明の霧化装置の一実施例を適用した温風機の断
面図、第３図は同霧化装置の一実施例の断面図、
第４図ａは同霧化装置の振動部の振巾分布図、ｂ
は同振動部の断面図、ｃは同振動部のモデル化し
た動作説明図、第５図は本発明の他の実施例を示
す霧化装置の振動部の断面図、第６図は本発明の
さらに他の実施例を示す振動部の断面図である。 ２８……加圧室、２９……ボデイー、３４……
電気的振動子（圧電振動子）、３８……ノズル、
３９……ノズル部（ノズル板）、４２……固定
部、４７（３４，３９）……振動体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ノズルを設けたノズル部と電気的振動子とよ
   り成る振動体と、前記振動体の外周を支える固定
   部とにより振動部を構成し、前記振動部をボデイ
   ーに装着して液体を充填する加圧室を形成すると
   ともに、前記振動体の振動がほぼ周辺固定振動と
   なるよう前記固定部を構成した霧化装置。 ２ 振動体の質量よりも固定部の質量を大きくす
   ることにより振動体の振動がほぼ周辺固定振動と
   なるようにした特許請求の範囲第１項に記載の霧
   化装置。 ３ 振動部とボデイーとを分離可能に装着した特
   許請求の範囲第１項に記載の霧化装置。 ４ 電気的振動子を円板状の圧電振動子で構成
   し、ノズル部を金属板で構成した振動体とすると
   共に、固定部を円環状に構成し、前記固定部の外
   周を前記ボデイーに装着する構成とした特許請求
   の範囲第１項に記載の霧化装置。