JPS6340148B2 - - Google Patents
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- JPS6340148B2 JPS6340148B2 JP9923080A JP9923080A JPS6340148B2 JP S6340148 B2 JPS6340148 B2 JP S6340148B2 JP 9923080 A JP9923080 A JP 9923080A JP 9923080 A JP9923080 A JP 9923080A JP S6340148 B2 JPS6340148 B2 JP S6340148B2
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- Japan
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Links
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
- B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
- B05B17/06—Apparatus 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
- B05B17/0607—Apparatus 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
- B05B17/0615—Apparatus 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 at the free surface of the liquid or other fluent material in a container and subjected to the vibrations
Landscapes
- Air Humidification (AREA)
- Special Spraying Apparatus (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液体に超音波を印加し微粒化（霧化）
するための装置にかかり、微粒子容量の上限、不
安定性、微粒化効率等を改善した大電力駆動によ
る液体微粒化機能を有する装置を提供しようとす
るものである。
するための装置にかかり、微粒子容量の上限、不
安定性、微粒化効率等を改善した大電力駆動によ
る液体微粒化機能を有する装置を提供しようとす
るものである。
従来からの超音波による液体微粒化（霧化）装
置は、主に水や薬液を対象としたものが多く、こ
れらは室内の加湿や殺菌を目的として使用される
ものであつた。また最近では、各種燃料油の微粒
化の一方法として、高い周波数（１〜2MHz）を
用いる超音波微粒化（霧化）方法が注目されてい
る。たとえば灯油などの燃料油の微粒化量が水に
比べて約1/3程度に減少するため、現在の機器で
は１時間あたりの発熱量に換算すると1400Kcal
程度の燃焼出力しか得ることができない。したが
つて、各種暖房機器に用いるためには、前記燃焼
出力を４〜５倍程度に向上させる必要がある。ま
た、燃焼特性上、常に一定量の微粒子を安定して
供給する必要があるが、通常運転において超音波
発生素子から液中に放射される超音波の反射波、
あるいは定常波等が振動子にもどり、前記振動子
に悪影響をあたえて液中での初期運転時からの振
動動作に変化を生じる。この反射波、定常波が液
体のゆらぎに応じて変化すると、微粒量が大きく
増減し、そのため燃焼出力がゆれ動き、低出力暖
房時等には、最悪の場合、失火するという欠点が
あつた。また、現在の振動子では、20〜30W前後
の電気入力で電気―機械変換効率が飽和するため
に、それ以上の大電力を振動子に印加すると、微
粒子の量が増えずに誘電的損失や機械的損失等が
増加して、ただちに振動子が発熱して、その温度
が上昇し、共振周波数が低下してしまう。さらに
電気入力を増加した場合、ますます振動子が柔ら
かくなつてヒステリシス現象をともない、微粒子
の量は短時間に大きな増減のサイクルを行なうこ
とになる。燃焼出力を現在の４〜５倍程度に向上
させる一つの方法として、超音波振動子への電気
入力を同倍率で増大させることが考えられるが、
従来の振動子では前述したように振動子が発熱し
て、最悪の場合には破壊をおこし、目的とした微
粒子の増加がはかれなかつた。
置は、主に水や薬液を対象としたものが多く、こ
れらは室内の加湿や殺菌を目的として使用される
ものであつた。また最近では、各種燃料油の微粒
化の一方法として、高い周波数（１〜2MHz）を
用いる超音波微粒化（霧化）方法が注目されてい
る。たとえば灯油などの燃料油の微粒化量が水に
比べて約1/3程度に減少するため、現在の機器で
は１時間あたりの発熱量に換算すると1400Kcal
程度の燃焼出力しか得ることができない。したが
つて、各種暖房機器に用いるためには、前記燃焼
出力を４〜５倍程度に向上させる必要がある。ま
た、燃焼特性上、常に一定量の微粒子を安定して
供給する必要があるが、通常運転において超音波
発生素子から液中に放射される超音波の反射波、
あるいは定常波等が振動子にもどり、前記振動子
に悪影響をあたえて液中での初期運転時からの振
動動作に変化を生じる。この反射波、定常波が液
体のゆらぎに応じて変化すると、微粒量が大きく
増減し、そのため燃焼出力がゆれ動き、低出力暖
房時等には、最悪の場合、失火するという欠点が
あつた。また、現在の振動子では、20〜30W前後
の電気入力で電気―機械変換効率が飽和するため
に、それ以上の大電力を振動子に印加すると、微
粒子の量が増えずに誘電的損失や機械的損失等が
増加して、ただちに振動子が発熱して、その温度
が上昇し、共振周波数が低下してしまう。さらに
電気入力を増加した場合、ますます振動子が柔ら
かくなつてヒステリシス現象をともない、微粒子
の量は短時間に大きな増減のサイクルを行なうこ
とになる。燃焼出力を現在の４〜５倍程度に向上
させる一つの方法として、超音波振動子への電気
入力を同倍率で増大させることが考えられるが、
従来の振動子では前述したように振動子が発熱し
て、最悪の場合には破壊をおこし、目的とした微
粒子の増加がはかれなかつた。
ここでまず、従来の主に水、薬液、あるいは各
種燃料油等の微粒化（霧化）装置について第１図
を用いて説明する。超音波振動子１は、ゴム等か
らなる弾性体２を用いて、その振動を疎外されな
いように、固定板４により容器３に取付けられて
いる。ねじ５，５′は固定板４を容器３に固定す
るためのものである。６は微粒化（霧化）される
液体である。
種燃料油等の微粒化（霧化）装置について第１図
を用いて説明する。超音波振動子１は、ゴム等か
らなる弾性体２を用いて、その振動を疎外されな
いように、固定板４により容器３に取付けられて
いる。ねじ５，５′は固定板４を容器３に固定す
るためのものである。６は微粒化（霧化）される
液体である。
超音波振動子１に20〜30W程度の電力を印加す
ると、微粒化（霧化）される液体６の上部が降起
し、その先端付近から微粒子（霧化）が生じる。
ると、微粒化（霧化）される液体６の上部が降起
し、その先端付近から微粒子（霧化）が生じる。
超音波エネルギーを有効に作用させるために
は、微粒化（霧化）液体６と振動子１の音響イン
ピーダンスを整合させることが重要であるが、一
般に用いられている超音波振動子の表面には劣化
防止のために約10μm程度の厚さの金属薄膜がほ
どこされているが、この程度ほどの厚みでは音響
インピーダンスがセラミツクスの値とあまりかわ
りなく、ほぼ22×105（ｇ／cm2・Ｓ）程度である。
これに対して、微粒（霧化）対象液体、たとえば
水、灯油等ではその音響インピーダンスが約１〜
３×105（ｇ／cm2・Ｓ）程度であるので、振動子１
との整合が悪く、それに加える電気入力を増大さ
せても、振動子からのエネルギーが液中に能率よ
く出て行かずに熱に変わり、このために振動子１
がまたたくまに高温度となり、弾性コンプライア
ンスが増加して機械的な損失が急増する。たとえ
ば、外径20mmの振動子の表面温度は、30W印加時
で80℃に達し、50W印加時では110℃にも達した。
は、微粒化（霧化）液体６と振動子１の音響イン
ピーダンスを整合させることが重要であるが、一
般に用いられている超音波振動子の表面には劣化
防止のために約10μm程度の厚さの金属薄膜がほ
どこされているが、この程度ほどの厚みでは音響
インピーダンスがセラミツクスの値とあまりかわ
りなく、ほぼ22×105（ｇ／cm2・Ｓ）程度である。
これに対して、微粒（霧化）対象液体、たとえば
水、灯油等ではその音響インピーダンスが約１〜
３×105（ｇ／cm2・Ｓ）程度であるので、振動子１
との整合が悪く、それに加える電気入力を増大さ
せても、振動子からのエネルギーが液中に能率よ
く出て行かずに熱に変わり、このために振動子１
がまたたくまに高温度となり、弾性コンプライア
ンスが増加して機械的な損失が急増する。たとえ
ば、外径20mmの振動子の表面温度は、30W印加時
で80℃に達し、50W印加時では110℃にも達した。
本発明は上述の問題点を解決した超音波微粒化
装置にかかり、以下その実施例について第２図、
第３図、第４図を用いて説明する。
装置にかかり、以下その実施例について第２図、
第３図、第４図を用いて説明する。
従来、振動子を用いたときの音響インピーダン
スの比が前述したように22：１ないし22：３と大
きかつたのに対して、本発明では振動子（セラミ
ツクス）の液体と接する面に、両者の音響インピ
ーダンスの中間値となる８×105（ｇ／cm2・Ｓ）程
度の金属板、たとえば0.1〜0.7mmの厚みを有する
アルミニウム等を固着することにより、セラミツ
クスと液体両者のインピーダンスの整合を約８：
１ないし８：３と大幅に改善した。このことによ
りエネルギーの伝達効率が前記したように飛躍的
に向上した。
スの比が前述したように22：１ないし22：３と大
きかつたのに対して、本発明では振動子（セラミ
ツクス）の液体と接する面に、両者の音響インピ
ーダンスの中間値となる８×105（ｇ／cm2・Ｓ）程
度の金属板、たとえば0.1〜0.7mmの厚みを有する
アルミニウム等を固着することにより、セラミツ
クスと液体両者のインピーダンスの整合を約８：
１ないし８：３と大幅に改善した。このことによ
りエネルギーの伝達効率が前記したように飛躍的
に向上した。
また、従来の装置では振動子１の液体と接する
面積に限りがあり、振動子の自己発熱はこの接面
からの液中への放熱のみであり、駆動時、振動子
がまたたくまに高い温度となつたが、本発明で
は、第２図に示すように、振動子７の表面に接着
したアルミニウム板８端を、容器９に締結部品１
０を用いて、超音波振動子７の振動を疎外するこ
となく、直接に容器９に固定することによつて、
アルミニウム板８を介して振動子７の駆動時に発
生する熱が液体１１に放散させ、50W印加時でも
振動子７の温度を常に約40℃程度以下とすること
ができた。
面積に限りがあり、振動子の自己発熱はこの接面
からの液中への放熱のみであり、駆動時、振動子
がまたたくまに高い温度となつたが、本発明で
は、第２図に示すように、振動子７の表面に接着
したアルミニウム板８端を、容器９に締結部品１
０を用いて、超音波振動子７の振動を疎外するこ
となく、直接に容器９に固定することによつて、
アルミニウム板８を介して振動子７の駆動時に発
生する熱が液体１１に放散させ、50W印加時でも
振動子７の温度を常に約40℃程度以下とすること
ができた。
また、振動子７の液体と接する面近傍に設けら
れた無反射体１２は、その内側表面に前記振動子
７の発生する波長、および波長の1/2、たとえば
約0.5〜1.5mmに比べて大きい凹凸を有している。
これは、超音波振動子７の駆動時に起きるポアソ
ン結合により生じるところの横方向振動成分等の
液中における影響を完全に相殺し、液中における
超音波ビームをほぼ一定方向にそろえて、超音波
エネルギーの作用点への到達効率を高めるための
ものである。そして、その内側表面を発生する波
長、および波長の1/2、たとえば約0.5〜1.5mmに
比べて大きい凹凸状構成としたことにより、実際
動作時に超音波発生素子から液中に放射される超
音波ビームの反射波、定常波等が振動子に悪影響
をあたえるということは皆無となつた。またキヤ
ビテイシヨンによつて生じた気泡群が前記内側表
面の凹凸近傍にトラツプされることにより、容器
９は無限大負荷に近づき、超音波エネルギーは作
用せず、このため、伝播損失がほとんどないとい
うよい結果を得た。
れた無反射体１２は、その内側表面に前記振動子
７の発生する波長、および波長の1/2、たとえば
約0.5〜1.5mmに比べて大きい凹凸を有している。
これは、超音波振動子７の駆動時に起きるポアソ
ン結合により生じるところの横方向振動成分等の
液中における影響を完全に相殺し、液中における
超音波ビームをほぼ一定方向にそろえて、超音波
エネルギーの作用点への到達効率を高めるための
ものである。そして、その内側表面を発生する波
長、および波長の1/2、たとえば約0.5〜1.5mmに
比べて大きい凹凸状構成としたことにより、実際
動作時に超音波発生素子から液中に放射される超
音波ビームの反射波、定常波等が振動子に悪影響
をあたえるということは皆無となつた。またキヤ
ビテイシヨンによつて生じた気泡群が前記内側表
面の凹凸近傍にトラツプされることにより、容器
９は無限大負荷に近づき、超音波エネルギーは作
用せず、このため、伝播損失がほとんどないとい
うよい結果を得た。
このような構成の装置によると、特に従来装置
において生じていた定常波、液体と空気の境界面
からの振動子への反射波等の影響、および噴流作
用により生じるところの液体のゆらぎ、うねりに
応じて起きる不定期な干渉等、これらの微粒化作
用の大きな不安定要素が最少限度にとどめられ、
さらに超音波振動子をアルミニウム板との貼合せ
構造としたことにより、100W程度までの電力で
の連続大容量微粒化（霧化）運転が可能となつ
た。
において生じていた定常波、液体と空気の境界面
からの振動子への反射波等の影響、および噴流作
用により生じるところの液体のゆらぎ、うねりに
応じて起きる不定期な干渉等、これらの微粒化作
用の大きな不安定要素が最少限度にとどめられ、
さらに超音波振動子をアルミニウム板との貼合せ
構造としたことにより、100W程度までの電力で
の連続大容量微粒化（霧化）運転が可能となつ
た。
第３図は無反射体として発条１３を用いた例を
示す。これも第２図に示した無反射体１２と同様
の効果を有するものである。なお、発条１３の線
径は超音波の波長より大とする。
示す。これも第２図に示した無反射体１２と同様
の効果を有するものである。なお、発条１３の線
径は超音波の波長より大とする。
第４図は容器９に設置された振動子７の近傍に
超音波の終端体１４を設けた例を示している。こ
の終端体１４の内側表面下方は凹凸状に整形され
ており、この上方は半球面形状に形成されて超音
波の反射体を構成している。これは、超音波の伝
播部近傍に超音波の無反射体を設け、かつその上
部に反射面を合わせて設けることにより、効率よ
く作用点にエネルギーを伝達させるものであり、
第２図に示した無反射体１２と同様あるいはそれ
以上の効果を得たものである。
超音波の終端体１４を設けた例を示している。こ
の終端体１４の内側表面下方は凹凸状に整形され
ており、この上方は半球面形状に形成されて超音
波の反射体を構成している。これは、超音波の伝
播部近傍に超音波の無反射体を設け、かつその上
部に反射面を合わせて設けることにより、効率よ
く作用点にエネルギーを伝達させるものであり、
第２図に示した無反射体１２と同様あるいはそれ
以上の効果を得たものである。
このように、本発明の超音波微粒化装置によれ
ば、従来装置において生じていた定常波および液
体と空気の境界面からの振動子への反射波等の影
響、噴流作用により生じるところの液体のゆら
ぎ、うねりに応じて起きる不定期な干渉等、これ
ら微粒化作用の大きな不安定要素が最少限度にと
どめられたことによりきわめて安定な微粒子量を
得ることができる。また同時に微粒化（霧化）液
体による超音波の散乱を抑制することにより、微
粒化（霧化）効率をさらに向上させることができ
る。さらに、振動子と液体との音響インピーダン
スをより整合させることにより、振動子から液体
へのエネルギー伝達効率を大幅に高め、さらに大
電力駆動時の超音波振動子の軟化による微粒化
（霧化）効率の低下、および振動子の破壊を解決
して、水や薬液、各種燃料油の大容量微粒化（霧
化）や、大電力での連続駆動等を合わせて実現し
たものであり、たとえば安定した微粒化（霧化）
でかつ大容量の微粒子を必要とする各種の暖房機
器や、また１〜10μmの微粒子を多量に得られる
ことにより、多量の粒子の空中浮遊時間を１台の
装置できわめて長くすることが可能となり、呼吸
器系疾患の治療や、大きな建物や室内の殺菌、あ
るいは温室等の植物に寄生する害虫の多量駆除、
さらには短い時間にて栄養剤等の多量散布が可能
である等、多方面にわたりその効果を有するもの
である。
ば、従来装置において生じていた定常波および液
体と空気の境界面からの振動子への反射波等の影
響、噴流作用により生じるところの液体のゆら
ぎ、うねりに応じて起きる不定期な干渉等、これ
ら微粒化作用の大きな不安定要素が最少限度にと
どめられたことによりきわめて安定な微粒子量を
得ることができる。また同時に微粒化（霧化）液
体による超音波の散乱を抑制することにより、微
粒化（霧化）効率をさらに向上させることができ
る。さらに、振動子と液体との音響インピーダン
スをより整合させることにより、振動子から液体
へのエネルギー伝達効率を大幅に高め、さらに大
電力駆動時の超音波振動子の軟化による微粒化
（霧化）効率の低下、および振動子の破壊を解決
して、水や薬液、各種燃料油の大容量微粒化（霧
化）や、大電力での連続駆動等を合わせて実現し
たものであり、たとえば安定した微粒化（霧化）
でかつ大容量の微粒子を必要とする各種の暖房機
器や、また１〜10μmの微粒子を多量に得られる
ことにより、多量の粒子の空中浮遊時間を１台の
装置できわめて長くすることが可能となり、呼吸
器系疾患の治療や、大きな建物や室内の殺菌、あ
るいは温室等の植物に寄生する害虫の多量駆除、
さらには短い時間にて栄養剤等の多量散布が可能
である等、多方面にわたりその効果を有するもの
である。
第１図は従来の超音波微粒化装置の一例を示す
断面図、第２図、第３図、および第４図はそれぞ
れ本発明にかかる超音波微粒化装置の実施例の断
面図である。 ７…超音波振動子、８…アルミニウム板、９…
容器、１０…締結部品、１１…液体、１２…筒状
の無反射体、１３…発条、１４…超音波終端体。
断面図、第２図、第３図、および第４図はそれぞ
れ本発明にかかる超音波微粒化装置の実施例の断
面図である。 ７…超音波振動子、８…アルミニウム板、９…
容器、１０…締結部品、１１…液体、１２…筒状
の無反射体、１３…発条、１４…超音波終端体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 微粒化すべき液体内に、超音波発生素子近傍
に、内側表面に超音波の波長に比して大きい凹凸
を有する筒状体を配置するとともに、前記超音波
発生素子の前記液体を接する面に音響インピーダ
ンスが両者の値の中間値となる金属板を一体化し
てなることを特徴とする超音波微粒化装置。 ２ 筒状体が超音波の波長に比して大きい線径か
らなる発条であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の超音波微粒化装置。 ３ 筒状体が超音波の波長に比して大きい凹凸表
面と、半球状の球面を有することを特許請求の範
囲第１項に記載の超音波微粒化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9923080A JPS5724666A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Ultrasonic atomizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9923080A JPS5724666A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Ultrasonic atomizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5724666A JPS5724666A (en) | 1982-02-09 |
| JPS6340148B2 true JPS6340148B2 (ja) | 1988-08-09 |
Family
ID=14241866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9923080A Granted JPS5724666A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Ultrasonic atomizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5724666A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0562179U (ja) * | 1992-01-24 | 1993-08-13 | ジェコー株式会社 | 回転ソレノイド |
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1980
- 1980-07-18 JP JP9923080A patent/JPS5724666A/ja active Granted
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