JPS6340593B2 - - Google Patents

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JPS6340593B2
JPS6340593B2 JP57196439A JP19643982A JPS6340593B2 JP S6340593 B2 JPS6340593 B2 JP S6340593B2 JP 57196439 A JP57196439 A JP 57196439A JP 19643982 A JP19643982 A JP 19643982A JP S6340593 B2 JPS6340593 B2 JP S6340593B2
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JP
Japan
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nozzle
vibrator
atomization
vibration
piezoelectric vibrator
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Application number
JP57196439A
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Japanese (ja)
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JPS5987066A (en
Inventor
Naoyoshi Maehara
Shinichi Nakane
Kazushi Yamamoto
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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
Priority to JP19643982A priority Critical patent/JPS5987066A/en
Publication of JPS5987066A publication Critical patent/JPS5987066A/en
Publication of JPS6340593B2 publication Critical patent/JPS6340593B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • 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

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

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、灯油・軽油などの液体燃料、水、薬
液、記録用インクなど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、圧電セラミツクなど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ところの超音波
振動を利用した霧化装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an atomization device for atomizing liquid fuels such as kerosene and light oil, water, liquid chemicals, recording ink, etc. In other words, the present invention relates to an atomization device that uses ultrasonic vibration to atomize liquid using ultrasonic vibration of an electric vibrator such as a piezoelectric ceramic.

従来の構成とその問題点 従来、この種の霧化装置には様々の構成のもの
が提案されている。
Conventional configurations and their problems Conventionally, various configurations of this type of atomization device have been proposed.

例えば第1図aに示す構成は最も代表的なもの
であり、ステンレスなどより成るホーン1に圧電
セラミツク2を接着し、ホーン1により圧電セラ
ミツク2の振動を増巾する構成とすると共に液槽
3からポンプ4にて液体をホーン1の先端に供給
するようにしたものである。ホーン1の先端に送
られた液体5は、ホーン1の先端の振動によりい
わめるキヤピラリーウエーブを発生し、図のよう
に霧化粒子6となつて飛散するものである。
For example, the configuration shown in FIG. 1a is the most typical one, in which a piezoelectric ceramic 2 is bonded to a horn 1 made of stainless steel or the like, and the vibration of the piezoelectric ceramic 2 is amplified by the horn 1. A pump 4 is used to supply liquid to the tip of the horn 1. The liquid 5 sent to the tip of the horn 1 generates a so-called capillary wave due to the vibration of the tip of the horn 1, and scatters as atomized particles 6 as shown in the figure.

第2図の従来の霧化装置として第1図bに示す
ものがあり、液槽7の底面に圧電セラミツク8を
装着し、超音波振動エネルギーを直接液中に照射
する構成となつている。液中に照射された超音波
エネルギーにより図のように液面に液柱9を形成
し、液面に発生するキヤピラリーウエーブにより
霧化粒子10が飛散するものである。
As a conventional atomizing device shown in FIG. 2, there is one shown in FIG. 1b, in which a piezoelectric ceramic 8 is attached to the bottom of a liquid tank 7, and ultrasonic vibration energy is directly irradiated into the liquid. Ultrasonic energy irradiated into the liquid forms a liquid column 9 on the liquid surface as shown in the figure, and atomized particles 10 are scattered by capillary waves generated on the liquid surface.

上記第1、第2の従来の霧化装置は振動振中の
増巾の有無の差はあるが基本的に超音波振動によ
るキヤピラリーウエーブを利用するという点で、
いわゆる超音波霧化装置の代表例である。
The above first and second conventional atomization devices basically utilize capillary waves generated by ultrasonic vibration, although there are differences in the presence or absence of amplification during vibration.
This is a typical example of a so-called ultrasonic atomization device.

一方、近年インクジエツト記録装置に利用した
霧化装置であつて、上記第1、第2の従来の霧化
装置とはその微粒化のメカニズムを異にするとこ
ろの第3の従来の霧化装置として第1図cのよう
な構成のものがある。これは、インク室11の一
端にオリフイス12を設け、他端に圧電振動子1
3と振動板14よりなる振動体を設ける構成とし
たものであり、圧電振動子13の振動による圧力
波をオリフイス12に伝え、オリフイス12より
インク微粒子15を噴射するものであり、噴射さ
れたインクに相当する体積のインクは、パイプ1
6より自動的に補充される構成となつている。
On the other hand, as a third conventional atomizing device that has been used in inkjet recording devices in recent years, the mechanism of atomization is different from the first and second conventional atomizing devices. There is a structure as shown in Fig. 1c. This has an orifice 12 at one end of the ink chamber 11, and a piezoelectric vibrator 1 at the other end.
3 and a diaphragm 14, the pressure wave caused by the vibration of the piezoelectric vibrator 13 is transmitted to the orifice 12, and the ink fine particles 15 are ejected from the orifice 12, and the ejected ink is A volume of ink corresponding to
It is configured to be automatically replenished from 6 onwards.

このように従来から様々の構成の霧化装置が提
案されているけれども、以下に述べるようにそれ
ぞれ欠点を有し、特殊な用途に限定されざるを得
ないものであつた。
Although atomizing devices with various configurations have been proposed in the past, each of them has drawbacks as described below and has been limited to special uses.

第1の霧化装置は、霧化粒子の微粒化性能や粒
径の均一性、霧化パターンの安定性などのいわゆ
る霧化性能が十分なものではなく、さらにポンプ
4による液体供給系が極めて面倒であつた。また
安定なホーン1の振動を保証するためにはホーン
1の高い加工精度と面倒な固定条件とが要求され
た。このため、装置全体が大型化・高価格化せざ
るを得なかつた。また、例えば20c.c./minの霧化
量を得るに要する電力は、5〜10wattsと大きい
ものであつた。
The first atomization device does not have sufficient atomization performance, such as atomization performance of atomized particles, uniformity of particle size, and stability of atomization pattern, and furthermore, the liquid supply system using the pump 4 is extremely poor. It was troublesome. Furthermore, in order to ensure stable vibration of the horn 1, high machining accuracy and complicated fixing conditions for the horn 1 are required. For this reason, the entire device had to become larger and more expensive. Further, the power required to obtain an atomization amount of, for example, 20 c.c./min was as large as 5 to 10 watts.

第2の霧化装置はポンプなどを必要としないけ
れども、超音波による直接霧化を行うため、液体
の物性や液面高さによる霧化特性の変動が著しく
この補償は困難を極めるものであつた。
Although the second atomization device does not require a pump or the like, since direct atomization is performed using ultrasonic waves, the atomization characteristics vary significantly depending on the physical properties of the liquid and the height of the liquid level, making compensation for this extremely difficult. Ta.

霧化に要する電力は著しく大きく、20c.c./min
の霧化量を得るのに50〜100wattsを要し、しか
も1〜2MHzという極めて高い周波数での動作が
必要であつた。このため、著しく高価なものにな
らざるを得ず、さらに電波障害に発生する可能性
が高いという重大な欠点を有するものであつた。
The power required for atomization is extremely large, 20c.c./min.
It required 50 to 100 watts to obtain the amount of atomization and required operation at an extremely high frequency of 1 to 2 MHz. Therefore, it has to be extremely expensive and has the serious disadvantage of being highly likely to cause radio wave interference.

第3の霧化装置は、いわゆる超音波エネルギー
による霧化ではないために、霧化に要する電力は
著しく小さく、かつ、非常にコンパクトな構成で
あつたが、圧電振動子13の振動によるインク室
11内の圧力上昇をオリフイス12にインクを介
して伝達するという構成であるため、インク中の
溶存空気がいわゆるキヤビテーシヨンにより気泡
化し、安定な霧化ができないという欠点を有して
いた。したがつてインクは溶存空気を除いたもの
を使用せざるを得ず、それゆえ極めて汎用性に欠
けるものであつた。
Since the third atomization device does not atomize using so-called ultrasonic energy, the power required for atomization is extremely small and has a very compact configuration. Since the pressure increase in the ink is transmitted to the orifice 12 through the ink, the dissolved air in the ink becomes bubbles due to so-called cavitation, and stable atomization cannot be achieved. Therefore, it is necessary to use an ink that does not contain dissolved air, and therefore, it is extremely lacking in versatility.

発明の目的 本発明は、上記従来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。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention aims to provide an atomizing device that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks.

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。
The first object is to provide an atomizing device that is simple in construction, compact and therefore inexpensive.

第2の目的は微粒化・粒径の均一性、霧化パタ
ーンの安定性などのいわゆる霧化性能にすぐれ、
しかも霧化量の制御や霧化タイミングの制御など
の制御性にすぐれた霧化装置を提供することであ
る。
The second purpose is to have excellent atomization performance such as atomization, uniformity of particle size, and stability of atomization pattern.
Moreover, it is an object of the present invention to provide an atomization device that has excellent controllability such as control of the amount of atomization and control of the timing of atomization.

第3の目的は、溶存空気を多量に含む一般的な
液体であつてもキヤビテーシヨンの影響をほとん
ど受けることなく安定に霧化することができる霧
化装置を提供することである。
A third object is to provide an atomization device that can stably atomize even a general liquid containing a large amount of dissolved air without being affected by cavitation.

発明の構成 本発明は、上記目的を達成するために以下に述
る構成より成るものである。
Configuration of the Invention In order to achieve the above object, the present invention has the configuration described below.

すなわち、ノズルを有するノズル板と板状の電
気的振動子とより成るたわみ振動体と、液体が充
填される加圧室を有するボデイーとを備え、前記
加圧室に臨むように前記たわみ振動体を前記ボデ
イーに装着すると共に、前記ノズルの振動と前記
電気的振動子の振動とが互いにほぼ逆位相となる
2次もしくはそれ以上の高次のたわみ振動モード
にて前記たわみ振動体を付勢し、前記ノズルを加
振する構成としたものであり、前記電気的振動子
の振動によりたわみ振動体のたわみ振動を励起し
て前記ノズルを加振し、前記ノズルより前記加圧
室の液体を噴射し微粒化するものである。
That is, the flexible vibrating body includes a nozzle plate having a nozzle and a plate-shaped electric vibrator, and a body having a pressurizing chamber filled with liquid, and the flexible vibrating body faces the pressurizing chamber. is attached to the body, and the flexural vibrator is energized in a second or higher order flexural vibration mode in which the vibrations of the nozzle and the vibrations of the electric vibrator are substantially opposite in phase to each other. , the nozzle is configured to vibrate, and the vibration of the electric vibrator excites the flexural vibration of the flexural vibrator to vibrate the nozzle, and the liquid in the pressurized chamber is injected from the nozzle. and atomizes it.

実施例の説明 以下本発明の一実施例について図面と共に説明
する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS 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
た温機の構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a warm machine 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17の上面に
は操作部18が設けられ、制御部19に運転指令
を与える。運転開始指令が与えられると制御部1
9は送風フアンモータ20を起動し、送風フアン
モータ20は、送風フアン21、吸引フアン22
を回転させる。したがつて燃焼空気が吸気筒23
より矢印のように吸い込まれ、オリフイス24、
負荷発生部25を通つてフラワー26に送られ、
スラワー26より旋回気流となつて霧化室27に
送られる。そして保炎口29より燃焼室30に送
られ排気筒31より排気される。
In FIG. 2, an operating section 18 is provided on the top surface of a case 17 of the warm air fan, and provides an operation command to a control section 19. When a command to start operation is given, the control unit 1
9 starts the blower fan motor 20, and the blower fan motor 20 starts the blower fan 21 and the suction fan 22.
Rotate. Therefore, the combustion air flows into the intake cylinder 23.
It is sucked in like an arrow, and the orifice 24,
It is sent to the flower 26 through the load generation section 25,
The swirling airflow is sent from the slurry 26 to the atomization chamber 27. Then, it is sent to the combustion chamber 30 through the flame holding port 29 and exhausted from the exhaust pipe 31.

一方、灯油はタンク32よりパイプ33を経て
レベラー34に送られ、レベラー34から霧化部
35にパイプ36を経て送られる構成となつてい
る。レベラー34は運転停止時は灯油の液面をパ
イプ36内の位置Aに制御するものである。
On the other hand, kerosene is sent from the tank 32 via a pipe 33 to a leveler 34, and from the leveler 34 to an atomization section 35 via a pipe 36. The leveler 34 controls the liquid level of kerosene to a position A in the pipe 36 when the operation is stopped.

吸引フアン22の吐出側は連通部37にて負圧
発生部25に連結され、吸込側は、パイプ38に
て霧化部35と連結されている。したがつて運転
が開始されると負圧発生部25に発生する負圧力
(ΔP1)と吸引フアン22の両端間に発生する負
圧力差(ΔP2)との和負圧力(−ΔP=−ΔP1
ΔP2)が吸引部39に発生し、この負圧力(−
ΔP)はパイプ38、霧化部35を介してパイプ
36内の液面Aに印加される。この結果、パイプ
36内の液面Aは上昇し、霧化部35内を灯油で
充填してパイプ38内の液面Bとなつてつりあう
のである。このようにして運転停止時は空であつ
た霧化部35内は灯油で満たされる。
The discharge side of the suction fan 22 is connected to the negative pressure generation section 25 through a communication section 37, and the suction side is connected to the atomization section 35 through a pipe 38. Therefore, when the operation is started, the sum of the negative pressure (ΔP 1 ) generated in the negative pressure generator 25 and the negative pressure difference (ΔP 2 ) generated between both ends of the suction fan 22 (−ΔP=− ΔP 1
ΔP 2 ) is generated in the suction part 39, and this negative pressure (-
ΔP) is applied to the liquid level A in the pipe 36 via the pipe 38 and the atomizing section 35. As a result, the liquid level A in the pipe 36 rises, filling the atomizing section 35 with kerosene and becoming balanced with the liquid level B in the pipe 38. In this way, the inside of the atomizing section 35, which was empty when the operation was stopped, is filled with kerosene.

次に制御部19は内蔵する発振器40を起動し
て霧化部35を付勢すると共に点火器41を起動
するにしたがつて、霧化室27の壁面42に取付
られた霧化部35からは、霧化粒子43が噴霧さ
れ、燃焼空気と混合して保炎口29より吐出され
る。そして、点火器41にて点火されて火炎43
を形成し燃焼する。なお44は火炎センサ、45
は対流フアンである。
Next, the control unit 19 activates the built-in oscillator 40 to energize the atomizing unit 35 and activates the igniter 41. The atomized particles 43 are atomized, mixed with combustion air, and discharged from the flame holding port 29. Then, it is ignited by the igniter 41 and a flame 43
forms and burns. In addition, 44 is a flame sensor, 45
is a convection fan.

このようにして、本発明の一実施例の霧化装置
を適用した温風機は極めて簡単な構成となる。
In this way, the hot air fan to which the atomizing device of one embodiment of the present invention is applied has an extremely simple configuration.

次に、霧化部35についてさらに詳しく説明す
る。第3図は霧化部35の詳細な構成を示す断面
図であり、第2図と同符号は相当物である。
Next, the atomizing section 35 will be explained in more detail. FIG. 3 is a sectional view showing the detailed structure of the atomizing section 35, and the same reference numerals as in FIG. 2 are equivalent.

第3図において、霧化部35は直径が約5〜15
mm深さ2〜5mmの加圧室46を有するボデイー4
7と、ボデイー47がビス48にて固定されるケ
ース49などにより構成され、ケース49はビス
5051にて壁面42に固定されている。加圧室
46の一面にノズル板52が設けられ、ノズル板
52の外周はボデイー47に半田付されている。
このノズル板52は、厚さが30μm〜100μmの金
属性の薄板で構成され、中央部に突起部53が設
けられており、この突起部53に直径が30μm〜
100μmのノズル54が複数個設けられている。
In FIG. 3, the atomizing section 35 has a diameter of approximately 5 to 15 mm.
Body 4 having a pressurizing chamber 46 with a depth of 2 to 5 mm
7 and a case 49 to which the body 47 is fixed with screws 48, and the case 49 is fixed to the wall surface 42 with screws 5051. A nozzle plate 52 is provided on one surface of the pressurizing chamber 46, and the outer periphery of the nozzle plate 52 is soldered to the body 47.
This nozzle plate 52 is made of a thin metal plate with a thickness of 30 μm to 100 μm, and a projection 53 is provided in the center, and the projection 53 has a diameter of 30 μm to 100 μm.
A plurality of 100 μm nozzles 54 are provided.

さらに、ノズル板52には直径5〜15mm、厚さ
0.5〜2mmの円板状圧電振動子55が半田付され
ている。圧電振動子55の中央には開口56が設
けられ、この開口56にノズル54が臨んでい
る。圧電振動子55の両面(図の左右両端)には
図示していないが数μm程度の電極層が設けら
れ、この電極層とノズル板52が半田付されてい
る。圧電振動子55は、この電極方向に分極処理
された圧電セラミツクであり、リード線57,5
8により第4図a,b又はcのように交流電圧が
霧化すべき量に応じて供給される。もちろん圧電
振動子に供給される電圧は、交流電圧でなく同図
d,eのような直流パルス電圧であつてもよい。
供給された交流電圧の極性に応じて圧電振動子5
5はその径方向に伸縮歪を生じるが、この径方向
伸縮歪は、ノズル板52と圧電振動子55とが半
田付されているためにたわみ振動に変換される。
すなわち、ノズル板52と圧電振動子55とによ
り非対称バイモルフ振動体が形成され、たわみ振
動体となるのである。このため、ノズル54も図
の左右方向に加振され、加圧室46内の灯油はノ
ズル54より霧化粒子43となつて噴射され微粒
化されるのである。この霧化粒子43の粒径はノ
ズル54の直径と、圧電振動子55に供給される
交流電圧の繰り返し周波数および電圧の大きさと
によつて決定されるため、均一性にすぐれ、しか
も小さい霧化粒子とすることが可能であり、さら
に霧化パターンも突起部53の形状とノズル54
の配置とによつて自由に設定することができ、か
つ安定なパターンとなる。霧化粒子の発生タイミ
ングや霧化量の制御は、第4図a〜cに示すよう
に交流電圧の供給タイミングを制御するのみで極
めて簡単にかつ確実に制御することができ、非常
に良好な制御性を有している。霧化粒子43の噴
射はノズル54が加圧室46側(第3図の右方
向)に変位を生じたとき行われ、一方反対側(第
3図の左方向)に変位したとき、加圧室46内へ
は、霧化粒子43となつて噴射された灯油の体積
に相当する体積の灯油がパイプ36から吸い上げ
られる。なぜならば、ノズル54に発生する灯油
の表面張力により、ノズル54から加圧室への空
気流入が阻止されるからである。
Furthermore, the nozzle plate 52 has a diameter of 5 to 15 mm and a thickness of 5 mm to 15 mm.
A disk-shaped piezoelectric vibrator 55 of 0.5 to 2 mm is soldered. An opening 56 is provided in the center of the piezoelectric vibrator 55, and a nozzle 54 faces the opening 56. Although not shown, electrode layers of approximately several micrometers are provided on both surfaces of the piezoelectric vibrator 55 (both left and right ends in the figure), and the nozzle plate 52 is soldered to the electrode layers. The piezoelectric vibrator 55 is a piezoelectric ceramic polarized in the direction of the electrodes, and the lead wires 57, 5
8, an alternating current voltage is supplied according to the amount to be atomized, as shown in FIG. 4a, b or c. Of course, the voltage supplied to the piezoelectric vibrator may not be an alternating current voltage but a direct current pulse voltage as shown in d and e of the figure.
According to the polarity of the supplied AC voltage, the piezoelectric vibrator 5
5 causes expansion and contraction strain in its radial direction, but this radial expansion and contraction strain is converted into flexural vibration because the nozzle plate 52 and the piezoelectric vibrator 55 are soldered.
That is, the nozzle plate 52 and the piezoelectric vibrator 55 form an asymmetric bimorph vibrating body, which becomes a flexural vibrating body. Therefore, the nozzle 54 is also vibrated in the left-right direction in the figure, and the kerosene in the pressurizing chamber 46 is injected from the nozzle 54 as atomized particles 43 and atomized. Since the particle size of the atomized particles 43 is determined by the diameter of the nozzle 54 and the repetition frequency and voltage magnitude of the AC voltage supplied to the piezoelectric vibrator 55, excellent uniformity and small atomization can be achieved. The atomization pattern also depends on the shape of the protrusion 53 and the nozzle 54.
The pattern can be set freely and is stable depending on the arrangement of the patterns. The generation timing of atomized particles and the amount of atomization can be controlled extremely easily and reliably by simply controlling the supply timing of AC voltage, as shown in Fig. 4 a to c, and the control is very good. It has controllability. The atomized particles 43 are sprayed when the nozzle 54 is displaced toward the pressurizing chamber 46 (to the right in FIG. 3), and when the nozzle 54 is displaced to the opposite side (to the left in FIG. 3), the nozzle 54 is pressurized. A volume of kerosene corresponding to the volume of the kerosene injected as atomized particles 43 is sucked up into the chamber 46 from the pipe 36 . This is because the surface tension of the kerosene generated in the nozzle 54 prevents air from flowing into the pressurizing chamber from the nozzle 54.

このようにして、圧電振動子55に交流電圧を
供給するのみで灯油を自給しながら霧化すること
ができるのである。
In this way, kerosene can be self-sufficient and atomized by simply supplying alternating current voltage to the piezoelectric vibrator 55.

前述したように霧化動作のメカニズムが超音波
エネルギーにより発生するキヤピラリーウエーブ
を利用したものではないので、圧電振動子55の
消費電力は著しく小さく、20c.c./minの霧化量を
得るに要する圧電振動子の入力電力は0.1〜
0.2wattsである。
As mentioned above, since the mechanism of the atomization operation does not utilize the capillary wave generated by ultrasonic energy, the power consumption of the piezoelectric vibrator 55 is extremely small, and an atomization amount of 20 c.c./min is obtained. The input power of the piezoelectric vibrator required is 0.1~
It is 0.2watts.

次に、ノズル板52と圧電振動子55より成る
たわみ振動体の動作について、さらに詳しく説明
する。第5図a,bにおいて、第3図と同符号は
相当物である。
Next, the operation of the flexible vibrating body made up of the nozzle plate 52 and the piezoelectric vibrator 55 will be explained in more detail. In FIGS. 5a and 5b, the same symbols as in FIG. 3 are equivalent.

第5図a,bに破線で示すようにたわみ振動体
の振動モードはノズル54と圧電振動子55の振
動位相が逆位相となるものであり、第5図a中に
示した太線矢印のようになつている。しかも、第
5図cに示すように振動振巾δの径方向分布は、
ノズル54の近傍の振巾が大きく、圧電振動子5
5の振巾が非常に小さいものとなつている。した
がつて、たわみ振動体の振動によるキヤビテーシ
ヨン発生の可能性が最も大きいのがノズル54の
近傍となり、かつノズル54近傍の灯油は溶存空
気が過大気泡化する前にノズル54から噴射され
てしまうので、灯油のように溶存空気を多量に含
む液体であつてもキヤビテーシヨン気泡の影響を
ほとんど受けることなく、安定に噴射し、微粒化
することができる。また、圧電振動子55近傍で
のキヤビテーシヨンの発生は、ノズル54と圧電
振動子55との振動位相が逆位相であるために、
第5図a,bの細線矢印で示すような灯油の流れ
が発生してキヤビテーシヨン発生を抑制する方向
(すなわち減圧を抑制する方向)に作用するので
ほとんどこの部分でのキヤビテーシヨンによる溶
存空気の気泡化は防止されしかも、ノズル54の
近傍で気泡が発生することがあつてもこの気泡は
灯油の流れに沿つて加圧室46の別周方向に排除
されパイプ38より排出されてしまう。したがつ
て、この振動モードで振動させるよう構成するこ
とにより安定な圧電振動子の動作が保証されるの
である。
As shown by the broken lines in FIG. 5a and b, the vibration mode of the flexural vibrator is such that the vibration phases of the nozzle 54 and the piezoelectric vibrator 55 are opposite to each other, as indicated by the bold line arrows in FIG. 5a. It's getting old. Furthermore, as shown in Figure 5c, the radial distribution of the vibration amplitude δ is
The amplitude near the nozzle 54 is large, and the piezoelectric vibrator 5
5 has a very small swing width. Therefore, the possibility of cavitation occurring due to the vibration of the flexural vibrator is greatest in the vicinity of the nozzle 54, and the kerosene in the vicinity of the nozzle 54 is injected from the nozzle 54 before the dissolved air becomes excessively bubbly. Even liquids containing a large amount of dissolved air, such as kerosene, can be stably injected and atomized without being affected by cavitation bubbles. Cavitation occurs near the piezoelectric vibrator 55 because the vibration phases of the nozzle 54 and the piezoelectric vibrator 55 are opposite to each other.
The flow of kerosene as shown by the thin arrows in Figure 5 a and b occurs and acts in the direction of suppressing the occurrence of cavitation (that is, the direction of suppressing depressurization), so that most of the dissolved air becomes bubbles due to cavitation in this area. Moreover, even if bubbles are generated in the vicinity of the nozzle 54, the bubbles are removed along the flow of kerosene in a different circumferential direction of the pressurizing chamber 46 and are discharged from the pipe 38. Therefore, by configuring the piezoelectric vibrator to vibrate in this vibration mode, stable operation of the piezoelectric vibrator is guaranteed.

第6図aはノズル54と圧電振動子55とが同
位相の振動モードでたわみ振動するようにした場
合の動作を説明するもので第3図と同符号は相当
物である。第6図a中に矢印で示したようにノズ
ル54と圧電振動子55とが同位相で振動する場
合も、第6図bに示すようにその振巾δの径方向
の分布は、ノズル54近傍が大きく、圧電振動子
55の振巾は非常に小さいものとなる。しかしな
がら、このような振動モードで振動させた場合に
は、第6図aに示すように溶存空気の気泡化が目
立つようになり気泡59が圧電振動子55の近傍
や加圧室46の壁面等に発生し、霧化粒子の噴射
状態に乱れを生じ安定な霧化パターンの維持が不
可能となる。
FIG. 6a illustrates the operation when the nozzle 54 and the piezoelectric vibrator 55 flexurally vibrate in the same phase vibration mode, and the same reference numerals as in FIG. 3 correspond to the same components. Even when the nozzle 54 and the piezoelectric vibrator 55 vibrate in the same phase as shown by the arrows in FIG. 6a, the radial distribution of the amplitude δ is The vicinity is large, and the amplitude of the piezoelectric vibrator 55 is very small. However, when vibrating in such a vibration mode, as shown in FIG. This causes disturbance in the spraying state of atomized particles, making it impossible to maintain a stable atomization pattern.

第7図a〜eは第5図、第6図の振動モードに
ついてさらに詳しく説明するものであり、第3図
と同符号は相当物である。
FIGS. 7a to 7e explain the vibration modes in FIGS. 5 and 6 in more detail, and the same reference numerals as in FIG. 3 correspond to the vibration modes shown in FIGS.

第7図aにおいて、圧電振動子55とノズル板
52より構成されるたわみ振動体は、第7図b,
cに示すように2つの部分にわけて考えることが
できる。同図cの中央ノズル板52′が開口56
の内周に沿う固定部60で周辺固定されてたわみ
振動を行い、一方同図bのように圧電振動子55
とノズル板52より成る非対称バイモルフ振動体
61がボデイー47による固定部62にて周辺固
定されてたわみ振動していると考えることができ
るのである。なぜならば、同図bの振動部分61
の振動振巾δと同図cの振動部分52′の振動振
巾δ′とはそのレベルに著しく大きな差があるから
である。
In Fig. 7a, the flexural vibrating body composed of the piezoelectric vibrator 55 and the nozzle plate 52 is shown in Fig. 7b,
It can be divided into two parts as shown in c. The central nozzle plate 52' in FIG.
The periphery of the piezoelectric vibrator 55 is fixed at a fixing part 60 along the inner circumference of the piezoelectric vibrator 55 to perform flexural vibration, while the piezoelectric vibrator 55
It can be considered that the asymmetric bimorph vibrating body 61 consisting of the nozzle plate 52 and the nozzle plate 52 is fixed at the periphery by the fixing part 62 of the body 47 and flexibly vibrates. This is because the vibrating part 61 in figure b
This is because there is a significantly large difference in level between the vibration amplitude δ of the vibration amplitude δ and the vibration amplitude δ′ of the vibration portion 52′ shown in FIG.

同図bの振動部分61は、同図cの振動部分5
2′を負荷とする励振源であり、これらの2つの
振動体の共振周波数を一致させ機械インピーダン
スの整合をとることが効率的な霧化動作を実現す
る上で重要である。
The vibrating part 61 in figure b is the vibrating part 5 in figure c.
2' is an excitation source as a load, and it is important to match the resonance frequencies of these two vibrating bodies and match the mechanical impedances in order to achieve efficient atomization operation.

ところで、これらの2つの振動体61,52′
を集中質量m2およびm1でおきかえてモデル化し
て表わすと第7図d,eのように一次元での振動
系として考えることができる。すなわち、m1
52′に相当し、1/2m2は61の左右の振動部分
である。a1およびa2をそれぞれm1およびm2の振
動加速度とすると、第5図の振動モード第7図e
に、第6図の振動モードは第7図dに相当する。
By the way, these two vibrating bodies 61, 52'
When expressed as a model by replacing the lumped masses m 2 and m 1 , it can be considered as a one-dimensional oscillating system as shown in Fig. 7d and e. That is, m 1 corresponds to 52', and 1/2 m 2 is the left and right vibration portion of 61. If a 1 and a 2 are vibration accelerations of m 1 and m 2 , respectively, then the vibration mode of Fig. 5, Fig. 7 e
The vibration mode in FIG. 6 corresponds to FIG. 7d.

第7図d,eにおいてそれぞれ固定端62に発
生する振動方向の力FS、FS′を考えると、 同図dにおいて FS=m2a2+m1a1 同図eおいて FS′=m2a2−m1a1 となり FS′<FS となることは明白でありm1とm2との機械インピ
ーダンスの整合の良さによつては、FS′はFSに比
べて著しく小さいものとすることができる。この
ことは、構造の簡単化と動作の安定化に対して極
めて重要である。
Considering the forces F S and F S ' in the vibration direction generated on the fixed end 62 in Figure 7 d and e, respectively, F S = m 2 a 2 + m 1 a 1 in Figure 7 d and F S in Figure 7 e. ′=m 2 a 2 −m 1 a 1 , and it is clear that F S ′<F S. Depending on the quality of the mechanical impedance matching between m 1 and m 2 , F S ′ becomes F S It can be made significantly smaller than that. This is extremely important for simplifying the structure and stabilizing the operation.

すなわち、前述したFS′が非常に小さいために、
第5図に示した2次の振動モードでの動作を行う
場合は第6図に示した1次の振動モードの場合と
比較して、ボデイー47に要求される振動的性性
能が非常に低レベルなものでよいことになる。
In other words, since F S ′ mentioned above is very small,
When operating in the secondary vibration mode shown in FIG. 5, the vibration performance required of the body 47 is extremely low compared to the case of the primary vibration mode shown in FIG. It will be fine if it is of a certain level.

つまり、たわみ振動体の振動エネルギーはボデ
イー47に非常に伝達されにくくなり、ボデイー
47からみたたわみ振動体の機械インピーダンス
が高くなるわけである。
In other words, the vibration energy of the flexural vibrator is extremely difficult to be transmitted to the body 47, and the mechanical impedance of the flexural vibrator as seen from the body 47 becomes high.

このため、ボデイー47の構造が簡単なもので
あつても安定なたわみ振動体のたわみ振動保証す
ることができると共に、ボデイー47への振動エ
ネルギーの伝達が少ないために、第6図aのよう
に加圧室46のいたるところでキヤビテーシヨン
気泡59が発生することが防止され、安定な霧化
動作を簡単な構造で保証することができるのであ
る。
Therefore, even if the structure of the body 47 is simple, stable flexural vibration of the flexural vibrator can be guaranteed, and since the transmission of vibrational energy to the body 47 is small, as shown in Fig. 6a, Cavitation bubbles 59 are prevented from being generated throughout the pressurizing chamber 46, and stable atomization operation can be guaranteed with a simple structure.

またボデイー47からみたたわみ振動体の機械
インピーダンスが高いということはボデイー47
の取付条件がたわみ振動体に与える影響を非常に
小さいものにするので、非常に取扱いが容易な霧
化装置を実現することが可能である。
Also, the fact that the mechanical impedance of the deflection vibrator is high when viewed from the body 47 means that the body 47
Since the mounting conditions have a very small influence on the deflection vibrator, it is possible to realize an atomization device that is extremely easy to handle.

このように、ノズル板52と圧電振動子55と
の振動位相が互いに逆位相となる2次もしくはそ
れ以上の高次の振動モードで付勢する構成によ
り、ノズル54、および圧電振動子55近傍での
キヤビテーシヨン気泡の発生を抑止するような加
圧室46内の液体の流れを生じさせることがで
き、かつ、ボデイー47からみたたわみ振動体の
機械インピーダンスを高くし、簡単なボデイー構
造でもボデイー47自身に振動が伝達されて加圧
室内にキヤビテーシヨン気泡が発生したり、ボデ
イーの取付条件で振動状態が変化したりするとい
う不都合を防止することができ、溶存空気を多量
に含む液体であつても極めて安定に霧化すること
ができる。
In this way, the configuration in which the nozzle plate 52 and the piezoelectric vibrator 55 are energized in a second-order or higher-order vibration mode in which the vibration phases are opposite to each other allows the nozzle 54 and the piezoelectric vibrator 55 to be energized in the vicinity. It is possible to generate a liquid flow in the pressurizing chamber 46 that suppresses the generation of cavitation bubbles, and to increase the mechanical impedance of the deflection vibrating body when viewed from the body 47, so that even with a simple body structure, the body 47 itself It is possible to prevent problems such as cavitation bubbles occurring in the pressurized chamber due to vibration being transmitted to the pressurized chamber, or vibration conditions changing depending on the mounting conditions of the body. Can be stably atomized.

第8図は、本発明の霧化装置の他の実施例を示
す断面図であり、第3図と同符号は相当物であ
る。この実施例では、ノズル板52は突起部が設
けられず、従つてノズル54より複数個の直進す
る液滴列が発生される。
FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment of the atomizing device of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 3 correspond to the same ones. In this embodiment, the nozzle plate 52 is not provided with a protrusion, so that the nozzle 54 generates a plurality of straight-advance droplet arrays.

第9図は、さらに本発明の他の実施例を示す断
面図であり、第3図と同符号は相当物である。こ
の実施例では排気パイプは設けられておらず、ノ
ズル54は1個のみ設けられていて、単一の液滴
列を生成することできる。
FIG. 9 is a sectional view showing still another embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 3 are equivalent. In this embodiment, no exhaust pipe is provided and only one nozzle 54 is provided, which is capable of producing a single droplet train.

第10図は、さらにもう一つの本発明の実施例
を示す断面図であり第3図と同符号は相当物であ
る。この実施例では圧電振動子55がたわみ振動
の腹にのみ設けられており、圧電振動子55上に
振動の節が発生しない振動モードでありさえすれ
ばよいことを示している。またパイプ36の直径
は、加圧室46の直径とほとんど同じであるが、
本質的に加圧室46の形状が本発明に影響するも
のでないことを示している。
FIG. 10 is a sectional view showing yet another embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 3 are equivalent. In this embodiment, the piezoelectric vibrator 55 is provided only at the antinode of the flexural vibration, indicating that it is only necessary to use a vibration mode in which no vibration nodes occur on the piezoelectric vibrator 55. Moreover, the diameter of the pipe 36 is almost the same as the diameter of the pressurizing chamber 46,
This shows that the shape of the pressurizing chamber 46 essentially does not affect the present invention.

このように、本発明の技術思想を逸脱しない範
囲で様々な実施態様をとることができるものであ
る。
As described above, various embodiments can be taken without departing from the technical idea of the present invention.

発明の効果 以上のように本発明によれば、加圧室に液体を
充填し、前記加圧室にノズル板と電気的振動子と
より成るたわみ振動体を臨ませるようボデイーに
装着する構成とし、ノズルと電気的振動子との振
動の位相が逆位相となる2次もしくはそれ以上の
高次の振動モードで前記たわみ振動体を付勢して
ノズルを加振するよう構成したから、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
り、しかも極めて低消費電力であるにもかかわら
ず微粒化、粒径の均一性、霧化パターンの安定
性、霧化動作の制御性に優れた霧化装置を提供す
ることが可能である。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a pressurizing chamber is filled with liquid, and a flexible vibrating body consisting of a nozzle plate and an electric vibrator is attached to a body so as to face the pressurizing chamber. , the structure is such that the bending vibrator is energized to excite the nozzle in a secondary or higher-order vibration mode in which the phases of the vibrations of the nozzle and the electric vibrator are opposite to each other. It is simple and compact, therefore low-priced, and has excellent atomization, uniformity of particle size, stability of atomization pattern, and controllability of atomization operation despite extremely low power consumption. It is possible to provide an atomization device.

特に、ノズルと電気的振動子との振動が互いに
逆位相となる振動モードでたわみ振動体を付勢す
る構成により、溶俗空気を多量に含む一般的な液
体であつてもキヤビテーシヨンの影響をほとんど
受けることなく極めて安定に霧化することができ
しかも取付条件等の影響を受けにくく取扱いが容
易であるので極めて汎用性に富んだ霧化装置を提
供することが可能であり、その工業的価値は著し
く大きいものである。
In particular, by using a configuration that energizes the flexible vibrator in a vibration mode in which the vibrations of the nozzle and the electric vibrator are in opposite phases to each other, the effects of cavitation can be minimized even with ordinary liquids containing a large amount of melt air. It is possible to provide an extremely versatile atomization device because it is able to atomize extremely stably without being affected, and is not affected by installation conditions and is easy to handle, and its industrial value is It is extremely large.

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

第1図a,bおよびc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図は同霧化装置の詳細
断面図、第4図a,b,c,dおよびeは霧化量
に応じた電気的振動子の駆動電圧波形図、第5図
aおよびbは第3図の霧化装置のたわみ振動姿態
を説明する断面図、同図cは同たわみ振動体の振
動振巾の径方向分布図、第6図aは、同たわみ振
動体の他の振動姿態を説明する断面図、同図bは
同振動姿態でのたわみ振動体の振動振巾の径方向
分布図、第7図a〜eは第5図および第6図のた
わみ振動体の振動姿態をモデル化して説明し比較
するための断面図およびモデル図、第8図は本発
明の他の実施例を示す霧化装置の断面図、第9図
は同さらに他の実施例を示す霧化装置の断面図、
第10図はもう1つの他の実施例を示す霧化装置
の断面図である。 46……加圧室、47……ボデイー、52……
ノズル板、53……突起部、54……ノズル、5
5……電気的振動子(圧電振動子)、56……開
口。
Figures 1 a, b, and c are cross-sectional views of a conventional atomizing device, Figure 2 is a cross-sectional view of a hot air fan to which an atomizing device according to an embodiment of the present invention is applied, and Figure 3 is a cross-sectional view of the same atomizing device. Detailed sectional view, Figures 4a, b, c, d, and e are drive voltage waveform diagrams of the electric vibrator according to the amount of atomization, and Figures 5a and b are flexural vibrations of the atomization device in Figure 3. FIG. 6(c) is a radial distribution diagram of the vibration amplitude of the same flexural vibrator; FIG. 6(a) is a sectional view explaining another vibration mode of the same flexural vibrator; FIG. The radial distribution diagram of the vibration amplitude of the flexural vibrator in the same vibration state, Figures 7a to 7e are cross sections for modeling, explaining, and comparing the vibration state of the flexural vibrating body in Figures 5 and 6. 8 is a sectional view of an atomizing device showing another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a sectional view of an atomizing device showing another embodiment of the present invention,
FIG. 10 is a sectional view of an atomizing device showing another embodiment. 46...pressure chamber, 47...body, 52...
Nozzle plate, 53... Protrusion, 54... Nozzle, 5
5... Electric vibrator (piezoelectric vibrator), 56... Opening.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ノズルを有するノズル板と板状電気的振動子
とより成るたわみ振動体と、加圧室を有するボデ
イーとを備え、前記加圧室に臨むよう前記たわみ
振動体を前記ボデイーに装着すると共に、前記ノ
ズルと前記電気的振動子との振動がほぼ逆位相と
なる2次もしくはそれ以上の高次のたわみ振動モ
ードで前記たわみ振動体を付勢して前記ノズルを
加振する構成とした霧化装置。 2 電気的振動子に開口を設け、前記開口に前記
ノズルが臨むよう前記たわみ振動体を構成した特
許請求の範囲第1項に記載の霧化装置。 3 電気的振動子を円板状圧電振動子で構成し、
前記たわみ振動体を円形たわみ振動体とした特許
請求の範囲第1項又は第2項記載の霧化装置。 4 ノズル板に突起部を設け、前記突起部に複数
個のノズルを設ける構成とした特許請求の範囲第
1項、第2項又は第3項に記載の霧化装置。
[Scope of Claims] 1. A flexible vibrating body consisting of a nozzle plate having a nozzle and a plate-shaped electric vibrator, and a body having a pressurizing chamber, and the flexible vibrating body is arranged so as to face the pressurizing chamber. Attached to the body, the nozzle is vibrated by energizing the flexural vibrator in a secondary or higher order flexural vibration mode in which the vibrations of the nozzle and the electric vibrator are almost in opposite phases. Atomization device configured to do this. 2. The atomization device according to claim 1, wherein the electric vibrator is provided with an opening, and the bending vibrator is configured such that the nozzle faces the opening. 3 The electric vibrator is composed of a disc-shaped piezoelectric vibrator,
3. The atomization device according to claim 1, wherein the deflection vibrating body is a circular deflection vibrating body. 4. The atomization device according to claim 1, 2, or 3, wherein a nozzle plate is provided with a protrusion, and the protrusion is provided with a plurality of nozzles.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58202070A (en) * 1982-05-20 1983-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Atomizer

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