JPS6311063B2 - - Google Patents

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JPS6311063B2
JPS6311063B2 JP57020030A JP2003082A JPS6311063B2 JP S6311063 B2 JPS6311063 B2 JP S6311063B2 JP 57020030 A JP57020030 A JP 57020030A JP 2003082 A JP2003082 A JP 2003082A JP S6311063 B2 JPS6311063 B2 JP S6311063B2
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JP
Japan
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atomization
nozzle plate
nozzle
piezoelectric vibrator
vibration
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Application number
JP57020030A
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Japanese (ja)
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JPS58137462A (en
Inventor
Naoyoshi Maehara
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to CA000419570A priority patent/CA1206996A/en
Priority to US06/458,881 priority patent/US4605167A/en
Priority to DE8383300242T priority patent/DE3368115D1/en
Priority to EP83300242A priority patent/EP0084458B1/en
Priority to AU10541/83A priority patent/AU540267B2/en
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Publication of JPS6311063B2 publication Critical patent/JPS6311063B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0638Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced by discharging the liquid or other fluent material through a plate comprising a plurality of orifices
    • B05B17/0646Vibrating plates, i.e. plates being directly subjected to the vibrations, e.g. having a piezoelectric transducer attached thereto

Landscapes

  • Special Spraying Apparatus (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

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,記録用インク等の液体を微粒化するための霧
化装置に関するものであり、さらに詳しく言えば
圧電セラミツク,水晶等の圧電振動子の超音波振
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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an atomization device for atomizing liquid fuels such as kerosene and light oil, water, chemicals, recording ink, etc. More specifically, the present invention relates to an atomization device for atomizing liquids such as kerosene and light oil, water, chemicals, and recording inks. The present invention relates to a so-called ultrasonic atomization device that atomizes liquid using ultrasonic vibrations of a piezoelectric vibrator such as a crystal.

従来、超音波霧化装置には種々の形式のものが
提案されている。
Conventionally, various types of ultrasonic atomization devices have been proposed.

最も代表的な従来の超音波霧化装置としては、
ホーン型超音波霧化装置がある。この形式のもの
はホーン型に形成した振巾増巾用振動子の一端に
圧電振動子や磁歪振動子を装着し、振巾増巾され
た他端にポンプ等で液体を供給・滴下して霧化す
るものである。この霧化装置は、安定な振動を保
証するために、ジユラルミン等で形成したホーン
型振動子を用いているが、その高い加工精度や、
精密な固定条件を要求される上に、ポンプ等の液
体供給装置を必要とするため霧化装置全体が極め
て大型化・高価格化せざるを得ないものであつ
た。また、微粒化性能も十分なものではなく、粒
径が比較的大きくかつ粒径のバラツキも大きなも
のであつた。さらに、20c.c./分程度の霧化量を得
るのに5〜10ワツトの電力を要するものであり、
駆動回路も比較的高価であつた。
The most typical conventional ultrasonic atomization device is
There is a horn type ultrasonic atomizer. In this type, a piezoelectric vibrator or magnetostrictive vibrator is attached to one end of a horn-shaped vibrator for increasing the amplitude, and liquid is supplied and dripped by a pump or the like to the other end of the vibrator for increasing the amplitude. It is atomized. This atomization device uses a horn-shaped vibrator made of duralumin etc. to ensure stable vibration, but its high processing accuracy,
In addition to requiring precise fixing conditions, it also requires a liquid supply device such as a pump, which makes the entire atomization device extremely large and expensive. Further, the atomization performance was not sufficient, and the particle size was relatively large and the variation in particle size was large. Furthermore, it requires 5 to 10 watts of power to obtain an atomization amount of about 20 c.c./min.
The drive circuit was also relatively expensive.

第2の超音波霧化装置として、いわゆる液柱型
超音波霧化装置がある。この霧化装置は、液槽の
底面に圧電振動子を設け、1〜2MHzの超音波エ
ネルギーを液中に直接入射し、液面近傍に集中さ
せ一種のキヤビテーシヨン現象により液体の微粒
化を行うものであり、例えば加湿器等に実用化さ
れている。しかしながら、この霧化装置は微粒化
性態に優れるものの霧化量の安定化が極めて困難
であり、液体の物性・性質に大きく左右されるの
はもちろんのこと、液面の高さ等による霧化特性
の変動が著しいものであつた。さらに超音波エネ
ルギーにより直接微粒化を行うものであるので、
霧化に要するエネルギーは著しく大きく20c.c./分
程度の霧化量を得るに要する電力は40〜60ワツト
と極めて大きいものであつた。したがつて、1〜
2MHzで40〜60ワツトの駆動電力を発生するため
の駆動回路も極めて高価であり、その上、不要輻
射が著しく大きいという欠点を有するものであつ
た。
As the second ultrasonic atomizer, there is a so-called liquid column type ultrasonic atomizer. This atomization device has a piezoelectric vibrator installed on the bottom of the liquid tank, and directs ultrasonic energy of 1 to 2 MHz into the liquid, concentrating it near the liquid surface and atomizing the liquid through a type of cavitation phenomenon. It has been put into practical use, for example, in humidifiers. However, although this atomization device has excellent atomization properties, it is extremely difficult to stabilize the amount of atomization, and the amount of atomization depends not only on the physical properties and properties of the liquid, but also on the height of the liquid level, etc. The variation in chemical properties was remarkable. Furthermore, since it directly atomizes the particles using ultrasonic energy,
The energy required for atomization was extremely large, and the electric power required to obtain an atomization amount of about 20 c.c./min was extremely large, ranging from 40 to 60 watts. Therefore, 1~
The drive circuit for generating a drive power of 40 to 60 watts at 2MHz is also extremely expensive, and has the disadvantage of extremely large amounts of unnecessary radiation.

第3の超音波霧化装置として、第1図に示すよ
うな霧化装置が提案されている。これは、液室1
の一端にオリフイス2を設け、他端に圧電振動子
3を設ける構成として、圧電振動子3の振動によ
りオリフイス2から液滴4を噴射し、微粒化する
ものであつて、近年インクジエツト記録装置等に
応用がなされているものである。この霧化装置
は、構成が簡単でコンパクトでありポンプ等の液
体供給装置を必要とせず、オリフイス2の直径に
より定まる粒径の均一微粒化が可能であり、しか
も、噴霧方向が極めて安定である上に、霧化に要
するエネルギーが著しく小さいという特徴を有す
るものであつたが、圧電振動子3の超音波振動に
よる圧力波を、液室1内の液体中を通つてオリフ
イス2に伝達することが必要であり、このため液
室1内には低圧力点が生じ、いわゆるキヤビテー
シヨン現象が生じざるを得なかつた。一搬的な液
体の中にはかなりの液存空気が存在しており、第
1図のような装置で微粒化を行うとすると、前述
のキヤビテーシヨン現象による溶存空気の気泡化
が極めて顕著であり、このため、安定な霧化動作
を維持することが不可能であつた。従つて、第1
図の装置による液体の微粒化は、液体中の溶存空
気を除去してから行うよう構成することが必要で
あり霧化装置の構成が極めて面倒であつた。そし
てこの欠点のために、前述した種々の長所を有す
るにもかかわらず広範な応用化が難しく、一部の
限定された実用化のみが行われていた。
As a third ultrasonic atomizer, an atomizer as shown in FIG. 1 has been proposed. This is liquid chamber 1
An orifice 2 is provided at one end and a piezoelectric vibrator 3 is provided at the other end, and droplets 4 are ejected from the orifice 2 by the vibration of the piezoelectric vibrator 3 and atomized. It has been applied to This atomization device has a simple and compact configuration, does not require a liquid supply device such as a pump, can uniformly atomize particles with a particle size determined by the diameter of the orifice 2, and is extremely stable in the spray direction. The above feature is that the energy required for atomization is extremely small, but the pressure wave caused by the ultrasonic vibration of the piezoelectric vibrator 3 is transmitted through the liquid in the liquid chamber 1 to the orifice 2. Therefore, a low pressure point is generated in the liquid chamber 1, and a so-called cavitation phenomenon inevitably occurs. There is a considerable amount of air remaining in a transitory liquid, and if atomization is carried out using the device shown in Figure 1, the formation of dissolved air into bubbles due to the cavitation phenomenon described above will be extremely noticeable. Therefore, it has been impossible to maintain stable atomization operation. Therefore, the first
The atomization of the liquid by the device shown in the figure must be configured to be performed after removing air dissolved in the liquid, and the configuration of the atomization device is extremely troublesome. Due to this drawback, despite having the various advantages mentioned above, it is difficult to apply it widely, and only a limited number of practical applications have been carried out.

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。
The present invention aims to provide an ultrasonic atomization device that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks.

第1の目的は構成が極めて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。
The first object is to provide an atomizing device which is extremely simple and compact in construction and therefore inexpensive.

第2の目的は消費電力が極めて小さく、かつ微
粒化性能に優れた霧化装置を提供することであ
る。
The second objective is to provide an atomization device with extremely low power consumption and excellent atomization performance.

さらに、第3の目的は、溶存気体を含む液体で
あつても極めて安定に霧化動作を行うことができ
広範な用途に簡単に応用することができる霧化装
置を提供することである。
Furthermore, a third object is to provide an atomization device that can perform an extremely stable atomization operation even for liquids containing dissolved gases, and that can be easily applied to a wide range of applications.

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。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

すなわち、液体を充填するための加圧室を有す
る基体と、前記加圧室に臨むノズルを有するノズ
ル板と、前記ノズル板に装着され中央に開口を備
えた圧電振動子とを備え、前記圧電振動子の前記
ノズル板との接着面およびその接着面との対向面
に電極を設けると共に、前記圧電振動子が横効果
振動するよう構成し、かつ、前記ノズル板又は基
体と前記接着面に対向する電極との間に交流電圧
を印加する構成としたものであり、この構成によ
り、上記1〜3の目的を達成し、従来の欠点を一
掃した霧化装置を提供することができるものであ
る。
That is, the piezoelectric vibrator includes a base body having a pressurized chamber for filling a liquid, a nozzle plate having a nozzle facing the pressurized chamber, and a piezoelectric vibrator attached to the nozzle plate and having an opening in the center. Electrodes are provided on the adhesive surface of the vibrator with the nozzle plate and on the surface facing the adhesive surface, and the piezoelectric vibrator is configured to vibrate in a transverse effect, and the piezoelectric vibrator is configured to face the nozzle plate or the base body and the adhesive surface. With this structure, it is possible to achieve the above objectives 1 to 3 and provide an atomization device that eliminates the conventional drawbacks. .

以下本発明の一実施例について図面と共に説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

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。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a hot air fan to which an atomizing device according to an embodiment of the present invention is applied.

第2図において、温風機のケース5の上面には
操作部6が設けられ、制御部7に運転指令を与え
るように構成されている。燃料である灯油は、カ
ートリツジタンク8から液面Aが略一定に保たれ
る固定タンク9に送られる。固定タンク9は、パ
イプ10にて霧化部11に連結され、霧化部11
はパイプ12にて燃焼室空気通路の一部に設けら
れた負圧発生部13に連結されている。パイプ1
0内の灯油の液面Bは、運転停止時は、液面Aと
同一レベルにあり図のようになつている。
In FIG. 2, an operating section 6 is provided on the upper surface of a case 5 of the warm air fan, and is configured to give an operation command to a control section 7. Kerosene, which is a fuel, is sent from the cartridge tank 8 to a fixed tank 9 where the liquid level A is kept substantially constant. The fixed tank 9 is connected to the atomizing section 11 through a pipe 10.
is connected by a pipe 12 to a negative pressure generating section 13 provided in a part of the combustion chamber air passage. pipe 1
The liquid level B of kerosene in 0 is at the same level as the liquid level A when the operation is stopped, as shown in the figure.

操作部6より運転開始指令が制御部7に送られ
ると、燃焼空気を送風する送風フアン14が起動
され燃焼用空気が吸込口15からオリフイス16
を通り、第1空気路17を通つて第1空気室1
8,第2空気室19に送られる。第1空気室18
の囲りには気化混合部20が、第2空気室19の
囲りには燃焼室21が設けられ、それぞれ旋回気
流孔22,炎孔23より空気が噴出し、図のよう
な空気の流れができるように構成されている。2
4は排気孔である。また、燃焼空気の一部は第2
空気路25を通り、ヒータ26にて熱風化されて
旋回器27に送られ、第1霧化室28内に図のよ
うな旋回熱風気流を発生する。送風フアン14と
ヒータ26が起動されて一定時間が経過すると、
第2霧化室29に発生する正圧力がパイプ30に
て液面Aに印加され、かつ、負圧発生部13に発
生する負圧力がパイプ12にて霧化部11に印加
されるために、液面Bは上昇して霧化部11内を
通加し、パイプ11内の液面cの位置に上昇して
つりあい、結果として霧化部11内は灯油で充填
された状態となる。次に制御部7は霧化部11を
起動し、霧化部11は第1霧化室28,第2霧化
室29に霧化粒子31を噴霧する。霧化粒子31
は、前記旋回器27より送られる熱風と混合して
気化混合室20に送られてガス化し、燃焼室21
に予混合ガスとなつて送られる。そして、点火器
32にて点火され、炎口23から噴出する2次空
気のまわりで燃焼し、火炎33を形成する。34
はフレームロツドであり、燃焼状態の検出を行う
ものであり、必要に応じて空燃比の調節を行うこ
とができる。ヒータ26は、気化混合室20の温
度が十分高くなり、霧化粒子31のガス化が十分
可能になつた時点で通電停止される。35は対流
フアンであり、図のように吸込口36より室内空
気を吸い込み、吹出口37より温風を吐出するも
のである。
When an operation start command is sent from the operation unit 6 to the control unit 7, the blower fan 14 that blows combustion air is started, and the combustion air is sent from the suction port 15 to the orifice 16.
through the first air passage 17 to the first air chamber 1
8, sent to the second air chamber 19. First air chamber 18
A vaporization mixing section 20 is provided around the second air chamber 19, and a combustion chamber 21 is provided around the second air chamber 19. Air is ejected from the swirling air flow holes 22 and flame holes 23, respectively, and the air flows as shown in the figure. It is configured so that it can be done. 2
4 is an exhaust hole. Also, part of the combustion air is
The air passes through the air path 25, is hot-aired by the heater 26, and sent to the swirler 27, generating a swirling hot-air flow in the first atomization chamber 28 as shown in the figure. When the blower fan 14 and heater 26 are started and a certain period of time has elapsed,
Because the positive pressure generated in the second atomization chamber 29 is applied to the liquid level A through the pipe 30, and the negative pressure generated in the negative pressure generation section 13 is applied to the atomization section 11 through the pipe 12, , the liquid level B rises and the inside of the atomizing part 11 is applied, and it rises to the position of the liquid level C in the pipe 11 and becomes balanced, and as a result, the inside of the atomizing part 11 becomes filled with kerosene. Next, the control section 7 starts the atomization section 11, and the atomization section 11 sprays the atomized particles 31 into the first atomization chamber 28 and the second atomization chamber 29. Atomized particles 31
is mixed with the hot air sent from the swirler 27, sent to the vaporization mixing chamber 20, where it is gasified, and the mixture is sent to the combustion chamber 21.
The premixed gas is sent to Then, it is ignited by the igniter 32 and combusts around the secondary air ejected from the flame port 23 to form a flame 33. 34
is a flame rod that detects the combustion state and can adjust the air-fuel ratio as necessary. The heater 26 is turned off when the temperature of the vaporization mixing chamber 20 becomes sufficiently high and the atomized particles 31 can be sufficiently gasified. A convection fan 35 sucks indoor air through an inlet 36 and discharges warm air through an outlet 37, as shown in the figure.

このように、本発明の一実施例を適用した石油
燃焼機(温風機)は、極めて構成が簡略化される
ものである。
In this way, the oil combustion machine (warm air machine) to which one embodiment of the present invention is applied has an extremely simplified configuration.

次に霧化部11についてさらに詳しく説明する
第2図は、霧化部11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。
Next, FIG. 2, which will explain the atomizing section 11 in more detail, is a sectional view showing a more detailed configuration of the atomizing section 11, and the same reference numerals as in FIG. 2 are equivalents.

霧化部11は加圧室38を有する基体39が固
定部40にビス(図示せず)にて固定され、固定
部40はビス41,42にて第2霧化室29の壁
43に固定されている。加圧室38は直径10〜15
mm、深さ1〜5mm程度の円筒状の部屋であり、供
給口44,排気口45にてそれぞれパイプ10,
12と連通されている。加圧室38の一面に、厚
さ30μm〜100μm程度のノズル板46が設けられ、
ノズル板46の装着部47は、接着層を兼ねた電
極48にて直径10〜15mm,厚さ0.5〜2mm程度の
圧電セラミツク49が装着されている。またノズ
ル板47の非装着部50は、圧電セラミツク49
の中央に設けた開口51に臨むよう設けられてお
り、非装着部50には曲面部52が設けられてい
る。曲面部52には直径30μm〜100μm程度の
ノズル53が複数個設けられ、ノズル53は加圧
室38に臨んでいる。圧電セラミツク49にはも
う片方の電極54が設けられ、電極54にはリー
ド線55が半田付されている。リード線56はビ
ス41にて固定部40に接続され、ノズル板46
等を介して電極48に電気的に接続されている。
57は接着層,58はシール材である。
In the atomizing part 11, a base body 39 having a pressurizing chamber 38 is fixed to a fixing part 40 with screws (not shown), and the fixing part 40 is fixed to the wall 43 of the second atomizing chamber 29 with screws 41 and 42. has been done. The pressurizing chamber 38 has a diameter of 10 to 15
It is a cylindrical room with a depth of about 1 to 5 mm, and has a supply port 44 and an exhaust port 45 with pipes 10 and 10, respectively.
It is connected to 12. A nozzle plate 46 with a thickness of about 30 μm to 100 μm is provided on one side of the pressurizing chamber 38,
A piezoelectric ceramic 49 having a diameter of 10 to 15 mm and a thickness of about 0.5 to 2 mm is attached to a mounting portion 47 of the nozzle plate 46 using an electrode 48 which also serves as an adhesive layer. In addition, the non-attached portion 50 of the nozzle plate 47 is made of piezoelectric ceramic 49.
The non-mounting part 50 is provided with a curved surface part 52. A plurality of nozzles 53 each having a diameter of approximately 30 μm to 100 μm are provided on the curved surface portion 52 , and the nozzles 53 face the pressurizing chamber 38 . The other electrode 54 is provided on the piezoelectric ceramic 49, and a lead wire 55 is soldered to the electrode 54. The lead wire 56 is connected to the fixing part 40 with a screw 41, and the nozzle plate 46
It is electrically connected to the electrode 48 via etc.
57 is an adhesive layer, and 58 is a sealing material.

前記リード線55,56により制御部7より第
4図a〜cのような交流電圧が霧化すべき量に応
じて圧電セラミツク49に印加され圧電セラミツ
ク49の超音波振動により図のような霧化粒子3
1の噴射霧化を行うことができる。
Through the lead wires 55 and 56, the control unit 7 applies AC voltages as shown in FIGS. 4a to 4c to the piezoelectric ceramic 49 according to the amount to be atomized, and the ultrasonic vibrations of the piezoelectric ceramic 49 produce the atomization as shown in the figure. particle 3
1 spray atomization can be performed.

次に霧化動作について説明する。 Next, the atomization operation will be explained.

圧電セラミツク49のような圧電振動子はその
圧電効果が2種類あり、縦効果および横効果と呼
ばれており、圧電セラミツク49の分極方向に歪
を生じるものを縦効果,分極方向と直角方向に歪
を生じるものを横効果と呼んでいる。
A piezoelectric vibrator such as the piezoelectric ceramic 49 has two types of piezoelectric effects, called the longitudinal effect and the transverse effect, and those that cause strain in the polarization direction of the piezoelectric ceramic 49 are called the longitudinal effect and those that cause strain in the direction perpendicular to the polarization direction. What causes distortion is called a lateral effect.

第3図に示した圧電セラミツク49は第5図に
示すように、ドーナツ状の円板構造であり、圧電
セラミツク49単体では図の矢印のように、第4
図のような交流電圧に応じて歪を生じ、いわゆる
径方向振動を生じるものであり、前述した圧電振
動子の横効果を利用したものである。
The piezoelectric ceramic 49 shown in FIG. 3 has a donut-shaped disk structure as shown in FIG.
As shown in the figure, distortion occurs in response to an alternating current voltage, resulting in so-called radial vibration, and utilizes the transverse effect of the piezoelectric vibrator described above.

すなわち、横効果の利用により、第3図に示す
ような電極構造で、しかもノズル板46の面に平
行な振動を行わせることができるのである。
In other words, by utilizing the transverse effect, vibration parallel to the surface of the nozzle plate 46 can be generated with the electrode structure shown in FIG.

ノズル板46と圧電セラミツク49とが接着さ
れているので、ノズル板46の構造や駆動周波数
によつて第6図a又はbなどのようなたわみ振動
を含む径方向の振動によりノズル53はその軸方
向に加振される。この結果第3図に示したように
ノズル53より霧化粒子31が噴射されるのであ
る。このようにノズル53を圧電振動子の横効果
による振動にて加振するよう構成することにより
加圧室38内の圧力の最大変化点すなわち、加速
度の最大点が、ノズル53のごく近傍になるた
め、溶存気体の多い灯油などの液体であつても安
定に噴霧することができる。したがつて、霧化部
11は圧電セラミツク49を横効果による振動に
て振動させることにより第6図a又はbの状態
と、図と反対の状態との繰り返しによるノズル5
3の軸方向振動を生じさせ、結果としてノズル5
3からの霧化粒子31の噴霧と、パイプ10から
の自給とを行うことができる。第6図aは又はb
の状態のとき、ノズル53に発生する灯油の表面
張力により、ノズル53からの空気の流入が防止
されるため、加圧室38内の圧力低下が生じてパ
イプ10より灯油が吸い上げられ、自給ポンプの
役割を果すのである。
Since the nozzle plate 46 and the piezoelectric ceramic 49 are bonded, depending on the structure of the nozzle plate 46 and the driving frequency, the nozzle 53 is caused to vibrate in the radial direction, including flexural vibration as shown in FIG. It is excited in the direction. As a result, atomized particles 31 are ejected from the nozzle 53 as shown in FIG. By configuring the nozzle 53 to be vibrated by the vibration caused by the transverse effect of the piezoelectric vibrator in this way, the point of maximum change in pressure within the pressurizing chamber 38, that is, the point of maximum acceleration, becomes very close to the nozzle 53. Therefore, even liquids such as kerosene containing a large amount of dissolved gas can be stably sprayed. Therefore, the atomizing section 11 vibrates the piezoelectric ceramic 49 by vibration due to the transverse effect, thereby causing the nozzle 5 to repeat the state shown in FIG. 6 a or b and the opposite state.
3, resulting in axial vibration of nozzle 5.
The atomized particles 31 can be atomized from the pipe 10 and self-supplied from the pipe 10. Figure 6 a or b
In this state, the surface tension of the kerosene generated in the nozzle 53 prevents air from flowing in from the nozzle 53, causing a pressure drop in the pressurizing chamber 38, causing kerosene to be sucked up from the pipe 10, and the self-sufficient pump It plays the role of

このような第6図a又はbの如き振動により灯
油を安定に霧化することが可能であるが、図より
明らかなように、圧電セラミツク49と接着され
たノズル板46の装着部47もやはりノズル53
の軸方向に沿つてわずかの振動を生じる。第6図
a,bではモデル化して示したので明示されてい
ないが、実際のノズル53の軸方向振巾は装着部
47の最大振巾部りもかなり大きいものとなつて
おり、このため前述した加圧室38内の最大加速
度点が、ノズル53のごく近傍に集中しており、
それゆえ溶存空気の多い液体であつても安定に噴
霧することができるのである。すなわち、第6図
a,bの状態の振動は、非装着部50のたわみ振
動を負荷とする圧電セラミツク49の横効果振動
であると考えてよく、このためノズル53の軸方
向に沿う振巾に比べ圧電セラミツク49の同方向
振巾が十分小さい状態で霧化できるのであり、こ
のため、上述した効果を得ることができるのであ
る。しかしながら、装着部47にも第6図a,b
のようにノズル53の軸方向に沿う振動が少し存
在するため、圧電セラミツク49の駆動電圧をあ
まり大きくすると、加圧室38内にキヤビラーシ
ヨンによる気泡が発生する。加圧室38内に気泡
が発生しても霧化特性に与える影響は小さいが多
少の噴射方向の変動も許されないような霧化装置
の実現には不都合を生じる場合もある。
Although it is possible to stably atomize kerosene by such vibrations as shown in FIG. Nozzle 53
produces a slight vibration along the axial direction of the Although it is not shown explicitly in FIGS. 6a and 6b because it is shown as a model, the actual axial width of the nozzle 53 and the maximum width of the mounting portion 47 are quite large, and therefore the above-mentioned The maximum acceleration point in the pressurized chamber 38 is concentrated in the vicinity of the nozzle 53,
Therefore, even liquids containing a large amount of dissolved air can be stably sprayed. That is, the vibration in the states shown in FIGS. 6a and 6b can be considered to be a transverse effect vibration of the piezoelectric ceramic 49 whose load is the deflection vibration of the non-mounted part 50, and therefore the vibration width along the axial direction of the nozzle 53 is Compared to this, atomization can be performed with the amplitude in the same direction of the piezoelectric ceramic 49 being sufficiently small, and therefore the above-mentioned effect can be obtained. However, the mounting portion 47 also has
Since there is a slight vibration along the axial direction of the nozzle 53 as shown in FIG. Even if bubbles are generated in the pressurizing chamber 38, the effect on the atomization characteristics is small, but it may be inconvenient in realizing an atomization device that does not allow even slight variations in the injection direction.

本発明は、このような不都合を防止するために
次に述べるような構成をとることができ、この構
成により溶存空気を多量に含む一般的な液体の噴
霧をも極めて良好に行い得るようにすることがで
きることを見い出した。
In order to prevent such inconveniences, the present invention can take the following configuration, and with this configuration, even general liquids containing a large amount of dissolved air can be sprayed extremely well. I found out that it is possible.

第7図a,bはこのような目的を達成すること
ができる構成をとり圧電セラミツク49に横効果
による振動を行わせた場合の圧電セラミツク49
とノズル板46の非装着部50との振動の様子を
示したものである。
FIGS. 7a and 7b show the piezoelectric ceramic 49 in a case where the piezoelectric ceramic 49 is vibrated by a transverse effect with a configuration capable of achieving such a purpose.
This figure shows the state of vibration between the nozzle plate 46 and the non-attached portion 50 of the nozzle plate 46.

第7図a,bより明らかなように圧電セラミツ
ク49をノズル板46の装着部47に接着層48
にて接着した状態において圧電セラミツク49は
ほとんどその直径方向の振動のみを行い、一方ノ
ズル板46の非装着部50は、ノズル53の軸方
向の振動、すなわち、たわみ振動を行つているの
である。(第6図a,bの動作も実際は第7図a,
bに近いと考えてよい。)このように圧電セラミ
ツク49が横効果による振動を行い、この振動を
励振源としてノズル板46の非装着部50がたわ
み振動を行い、結果としてノズル53がその軸方
向に加振されるように構成することにより、加圧
室38内の圧力変化の最大点をノズル53の近傍
のみに集中することができ、この結果キヤビテー
シヨン気泡が発生する以前に灯油をノズル53か
ら噴射することができるので、溶存気体の多い液
体の噴霧動作も極めて安定に持続することができ
るのである。
As is clear from FIGS. 7a and 7b, a piezoelectric ceramic 49 is attached to an adhesive layer 48 on a mounting portion 47 of a nozzle plate 46.
In the bonded state, the piezoelectric ceramic 49 vibrates almost only in its diametrical direction, while the non-attached portion 50 of the nozzle plate 46 vibrates in the axial direction of the nozzle 53, that is, flexural vibration. (The operations in Fig. 6 a, b are actually Fig. 7 a,
It can be considered that it is close to b. ) In this way, the piezoelectric ceramic 49 vibrates due to the transverse effect, and this vibration is used as an excitation source to cause the non-mounted part 50 of the nozzle plate 46 to flexurally vibrate, and as a result, the nozzle 53 is vibrated in its axial direction. With this configuration, the maximum point of pressure change in the pressurizing chamber 38 can be concentrated only in the vicinity of the nozzle 53, and as a result, kerosene can be injected from the nozzle 53 before cavitation bubbles are generated. The spraying operation of a liquid containing a large amount of dissolved gas can also be maintained extremely stably.

第8図はこの励振関係を明らかにするためのブ
ロツク図であり、圧電セラミツク49は、ノズル
板46の非装着部50を負荷として横効果による
振動を行い、非装着部50は、圧電セラミツク4
9による励振によりノズル53の軸方向のたわみ
振動を行うものであることを示している。
FIG. 8 is a block diagram for clarifying this excitation relationship. The piezoelectric ceramic 49 vibrates due to the transverse effect with the non-mounted part 50 of the nozzle plate 46 as a load, and the non-mounted part 50
9 shows that the nozzle 53 is subjected to flexural vibration in the axial direction by the excitation.

このような振動関係を良好に実現せしめるため
には、非装着部50を負荷とした圧電セラミツク
49の横効果振動の共振周波数と、負荷である非
装着部50のたわみ振動の共振周波数とが略一致
した構成にすることが極めて重要であり、このよ
うな構成にすることにより、圧電振動子49はほ
とんど横効果による径方向の振動のみを行い、か
つ、ノズル板46の非装着部50はたわみ振動を
行い、結果としてノズル53がその軸方向に加振
され、従つて、加圧室38内のノズル53のごく
近傍以外には、キヤビテーシヨン気泡が発生する
ような圧力変動の大きい点が生じないという極め
て好ましい霧化動作を実現することができるので
ある。従つて、溶存気体を多量に含む灯油のよう
な液体であつても、極めて安定に噴霧することが
できるのである。
In order to achieve such a good vibration relationship, the resonant frequency of the transverse effect vibration of the piezoelectric ceramic 49 with the non-mounted part 50 as a load and the resonance frequency of the flexural vibration of the non-mounted part 50, which is the load, must be approximately equal to each other. It is extremely important to have the same configuration. By adopting such a configuration, the piezoelectric vibrator 49 vibrates only in the radial direction due to the transverse effect, and the non-mounted portion 50 of the nozzle plate 46 does not flex. As a result, the nozzle 53 is vibrated in its axial direction, and therefore, there are no points with large pressure fluctuations that would generate cavitation bubbles except in the immediate vicinity of the nozzle 53 in the pressurizing chamber 38. This makes it possible to achieve an extremely favorable atomization operation. Therefore, even a liquid such as kerosene containing a large amount of dissolved gas can be sprayed extremely stably.

第9図は圧電セラミツク49を第7図a,bに
示すような構造にした場合の共振特性を示し、駆
動周波数と圧電セラミツク49に流れる電流I
との相関を示すものである。
FIG. 9 shows the resonance characteristics when the piezoelectric ceramic 49 has the structure shown in FIGS.
This shows the correlation between

本実施例の圧電セラミツク49を第3図のよう
な構成とし、灯油を加圧室38に充填した場合に
は、第9図のような共振特性を示し、例えば1
よび2のような共振点を有するものとなる。そし
て本発明者は周波数と電流との間の関係からは、
共振点2の方が1よりも霧化特性が良好であると
思われるけれども、実際は、共振点1の方が良好
な霧化特性を示し、この共振点1が、前述したよ
うに、第6図a,b又は第7図のような非装着部
50のたわみ振動を負荷とした圧電セラミツク4
9の横効果振動の共振であることを確認したので
ある。また、この場合の2は、圧電セラミツク4
9のたわみ振動の共振周波数そのものであり、こ
の時の噴霧特性は、あまり良好ではなく、前述し
た理由によるキヤビテーシヨンに基く気泡発生が
比較的多いことも同時に確認することができた。
When the piezoelectric ceramic 49 of this embodiment is configured as shown in FIG. 3 and the pressurizing chamber 38 is filled with kerosene, it exhibits resonance characteristics as shown in FIG . It will have the following. From the relationship between frequency and current, the inventor has determined that
Although it seems that resonance point 2 has better atomization characteristics than resonance point 1 , in reality, resonance point 1 shows better atomization characteristics, and as mentioned above, resonance point 1 has better atomization characteristics than resonance point 1. The piezoelectric ceramic 4 is loaded with the deflection vibration of the non-mounted part 50 as shown in Figures a and b or Figure 7.
It was confirmed that this was the resonance of the transverse effect vibration of No. 9. In addition, 2 in this case is piezoelectric ceramic 4
This is the resonance frequency of the flexural vibration of No. 9, and the spray characteristics at this time were not very good, and it was also confirmed at the same time that a relatively large number of bubbles were generated due to cavitation due to the above-mentioned reason.

従つて、圧電セラミツク49を第6図a又はb
あるいは第7図a,bのような非装着部50のた
わみ振動を負荷とした横効果振動に基づく共振周
波数で動作するよう構成することにより、溶存空
気の多い液体でも安定な噴霧を行うことが可能と
なり、特に、第7図a,bのように、圧電セラミ
ツク49の横効果による共振周波数と非装着部5
0のたわみ振動の共振周波数とを一致させる構成
として動作させることにより、より安定で良好な
噴霧が可能となることが明確となつたのである。
Therefore, the piezoelectric ceramic 49 is
Alternatively, by configuring it to operate at a resonant frequency based on transverse effect vibration with the deflection vibration of the non-mounted part 50 as a load as shown in FIGS. In particular, as shown in FIGS.
It has become clear that more stable and better spraying can be achieved by operating the device in a configuration that matches the resonance frequency of the zero deflection vibration.

このような構成による霧化動作は極めて低消費
電力で行うことができ、例えば20c.c./分程度の霧
化量を得るのに必要な圧電セラミツク49の消費
電力は、0.1ワツト程度である。しかも、霧化粒
子31の粒径は、ノズル53の直径によつて決定
されるので均一性の良好な微小粒径の霧化粒子と
することができ、かつ、噴霧パターンも安定であ
るという特徴を有しているのである。
The atomization operation with such a configuration can be performed with extremely low power consumption; for example, the power consumption of the piezoelectric ceramic 49 required to obtain an atomization amount of about 20 c.c./min is about 0.1 Watt. . Moreover, since the particle size of the atomized particles 31 is determined by the diameter of the nozzle 53, the atomized particles can have a fine particle size with good uniformity, and the spray pattern is also stable. It has.

また、前述のように構造も極めて簡単でコンパ
クトであり、灯油を自給することが可能であるの
でポンプ等を必要とせず、霧化装置全体の構成は
極めて簡単でコンパクト、かつ低価格とすること
が可能である。
In addition, as mentioned above, the structure is extremely simple and compact, and since it is possible to self-supply kerosene, there is no need for a pump, etc., and the overall configuration of the atomization device is extremely simple, compact, and low cost. is possible.

以上述べたように本発明によれば、ノズルが加
圧室に臨むよう基体に取りつけられたノズル板に
圧電振動子を装着し、圧電振動子のノズル板への
装着面とその対向面に電極を設け、かつ、この圧
電振動子を横効果振動するよう構成すると共に、
装着面に対向する電極とノズル板又は基体との間
に交流電圧を印加するという構成により、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
ると共に消費電力が著しく小さく、かつ、霧化性
能に優れた霧化装置を提供することができる。そ
して、特に、溶存気体(空気)を多量に含む液体
であつてもキヤビテーシヨンの影響を受けること
なく極めて安定に噴霧することができるので溶存
気体を除去する等の面倒な工程を必要とせずに一
般的な種々の液体を簡単にかつ安定に霧化するこ
とができる霧化装置を提供できるものである。従
つてその応用範囲は極めて広いものであり、工業
的価値は極めて多大である。
As described above, according to the present invention, a piezoelectric vibrator is attached to a nozzle plate attached to a base such that the nozzle faces a pressurizing chamber, and electrodes are provided on the surface of the piezoelectric vibrator on which it is attached to the nozzle plate and on the surface opposite thereto. is provided, and the piezoelectric vibrator is configured to vibrate with transverse effect,
By applying an AC voltage between the electrode facing the mounting surface and the nozzle plate or base, the structure is extremely simple and compact, resulting in low cost, extremely low power consumption, and excellent atomization performance. can provide an excellent atomization device. In particular, even liquids containing a large amount of dissolved gas (air) can be sprayed extremely stably without being affected by cavitation, so there is no need for troublesome processes such as removing dissolved gas. Therefore, it is possible to provide an atomizing device that can easily and stably atomize various liquids. Therefore, its application range is extremely wide and its industrial value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の超音波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
用した温風機の構成を示す断面図、第3図は同霧
化装置の断面図、第4図a〜cは同霧化装置を構
成する圧電セラミツクの霧化量に応じた駆動電圧
波形図、第5図は同圧電セラミツクの歪方向を説
明する外観斜視図、第6図a,bは同圧電セラミ
ツクとノズル板の動作説明図、第7図a,bは同
圧電セラミツクとノズル板の最も良好な動作説明
図、第8図は同圧電セラミツクと同ノズル板の非
装着部との相互関係を説明するブロツク図、第9
図は同圧電セラミツクの電流の周波数特性図であ
る。 38……加圧室、46……ノズル板、47……
装着部、49……圧電振動子、50……非装着
部、51……開口、53……ノズル。
Fig. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional ultrasonic atomizer, Fig. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a hot air fan to which the atomizer according to an embodiment of the present invention is applied, and Fig. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional ultrasonic atomizer. 4a to 4c are drive voltage waveform diagrams corresponding to the atomization amount of the piezoelectric ceramic constituting the atomizer, and FIG. 5 is an external perspective view illustrating the strain direction of the piezoelectric ceramic. , Figures 6a and b are diagrams explaining the operation of the piezoelectric ceramic and the nozzle plate, Figures 7a and b are diagrams explaining the best operation of the piezoelectric ceramic and the nozzle plate, and Figure 8 is the diagram of the piezoelectric ceramic and the nozzle. Block diagram explaining the mutual relationship with the non-mounted part of the plate, No. 9
The figure is a diagram showing the current frequency characteristics of the same piezoelectric ceramic. 38... Pressurization chamber, 46... Nozzle plate, 47...
Mounting part, 49... Piezoelectric vibrator, 50... Non-wearing part, 51... Opening, 53... Nozzle.

Claims (1)

【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、前記
加圧室に臨むノズルを有するノズル板と、前記ノ
ズル板に装着され中央に開口を備えた圧電振動子
とを備え、前記圧電振動子の前記ノズル板との接
着面および、その接着面との対向面に電極を設け
ると共に、前記圧電振動子が横効果振動するよう
構成し、かつ、前記ノズル板又は基体と前記接着
面に対向する電極との間に交流電圧を印加する構
成とした霧化装置。 2 交流電圧の周波数を圧電振動子の横効果振動
の共振周波数に略等しくなるよう構成し、かつ、
ノズル板の非装着部の共振周波数と前記圧電振動
子の共振周波数とが略一致する構成とした特許請
求の範囲第1項記載の霧化装置。
[Scope of Claims] 1. A base body having a pressurized chamber filled with liquid, a nozzle plate having a nozzle facing the pressurized chamber, and a piezoelectric vibrator attached to the nozzle plate and having an opening in the center. , electrodes are provided on a bonding surface of the piezoelectric vibrator to the nozzle plate and a surface facing the bonding surface, and the piezoelectric vibrator is configured to vibrate with a transverse effect, and the nozzle plate or the base body and the An atomization device configured to apply an AC voltage between an electrode facing the adhesive surface. 2. The frequency of the alternating current voltage is configured to be approximately equal to the resonant frequency of the transverse effect vibration of the piezoelectric vibrator, and
2. The atomization device according to claim 1, wherein the resonant frequency of the non-attached portion of the nozzle plate and the resonant frequency of the piezoelectric vibrator substantially match.
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