JPS6356828B2 - - Google Patents

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
液などの液体を微粒化するための霧化装置に関
し、さらに詳しくは、圧電振動子などの電気的振
動子の振動を利用して液体を噴射して微粒化する
ところの電気噴射型霧化装置に関するものであ
る。

従来の構成とその問題点 従来、この種の負圧発生手段は、いわゆるイン
クジエツト記録装置に主として用いられ、イン
ク・オン・デマンド型インクジエツトとして知ら
れている。このインク微粒化装置は、古くから
様々な構成の装置が提案されており、第１図にそ
の代表的な構造を示す。

第１図において、インクジエツトヘツド１は、
内部に、第１および第２インク室２，３を有し、
第１インク室２の一端は、圧電振動子４と振動板
５とにより成る振動部で終端され、一方他端は、
第１オリフイス６にて第２インク室３と接続され
ている。この第２インク室には、第１オリフイス
６と同軸の位置に第２オリフイス７が設けられ、
さらに、第２インク室３は、パイプ８にて、イン
クタンク９と接続されている。

第１図のように第１、および第２インク室２、
および３が、インクで満たされた状態において、
圧電振動子４に第９図のような電気パルスが与え
られ、圧電振動子２は振動板５と共に図の破線で
示すように左右方向にたわみ振動を生じる。

この結果、振動板５の近くに発生した圧力波が
第１オフイス６、そして第２オリフイス７へと伝
えられ、インク微粒子１０が噴射されるのであ
る。

しかしながら、このような構成のインク微粒化
装置は、第１、および第２のインク室２、および
３に対して、インクを充填する作業が極めて面倒
であつた。すなわち、インク室２，３へのインク
の充填は充填用ビス１１を設け、充填時はこのビ
スを除いて充填し、その後閉栓するようにしてい
た。もちろん、図示していないが第１インク室２
にも同様のビスを設けて、インク室２へのインク
充填作業を行つていた。

このようなインク室２，３へのインク充填作業
を行う構成であつたため、インク充填作業の自動
化が困難であり、このため不使用時もインク室
２，３にインクを充填したままで長期間放置する
場合が多かつた。したがつて、オリフイス７の目
づまりが生じたり、あるいは、インク室２，３の
インクが変質するなどの欠点を有していた。この
ような欠点を有していたため、この種の霧化装置
は、インクジエツト記録装置にのみ実用化されて
おり、均一性に富んだ微粒子を発生することがで
き、噴射タイミングの制御性に優れ、しかも低消
費電力であるという長所を有するにもかかわら
ず、非常に限定された特殊な分野（例えばフアク
シミリなどの情報端末機器分野）にしか適用する
ことができなかつた。

発明の目的 本発明は、上記従来の欠点を一掃し、使い勝手
に優れ、汎用性に富んだ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、粒径の均一性、霧化パ
ターンの安定性などの霧化性能に優れるにもかか
わらず低消費電力であり、しかも、霧化能力や霧
化タイミングが制御しやすい霧化装置を提供する
ことである。

さらに第３の目的は、極めて簡単な構成で液体
を安定に、しかも確実に充填することができ、こ
のため液体の充填の自動化が容易で実用性に富ん
だ霧化装置を提供することである。

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
べる構成より成るものである。

すなわち、加圧室と、前記加圧室に臨むノズル
と、前記加圧室の液体を加振して前記ノズルより
噴霧する電気的振動子と、前記ノズルに略等しい
かそれより低い位置に液面を有し、前記加圧室に
接続された液体供給系と、前記加圧室に接続され
前記液面に負圧力を印加して前記加圧室に液体を
充填する負圧発生手段とを備え、前記負圧力を前
記液面に徐々に印加して前記加圧室に液体を充填
するよう構成したものであり、この構成により、
加圧室に対して、液体を極めて安定に、しかも確
実に充填し、良好な霧化性能で前記ノズルより液
体を噴霧することが可能な霧化装置を実現するこ
とができる。

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。

第２図は本発明の一実施例を示す霧化装置の断
面図である。

第２図において、霧化部１２は、内部に直径が
５〜15mm、深さ１〜５mm、の円筒状の加圧室１３
を有するボデイー１４と、中央の突起部１５に直
径30μｍ〜100μｍのノズル１６を複数個設けた厚
さ30μｍ〜100μｍのノズル板１７と、中央に開口
１８を有し、外径５〜15mm、厚さ0.5〜２mmの圧
電振動子１９とにより構成されている。圧電振動
子１９、ノズル板１７、およびボデイー１４は、
図のように配置され相互に装着されている。

加圧室１３は、パイプ２０にて液面Ａを略一定
に制御するレベラ２１に接続されると共に、モー
タ２２にて駆動される。フアン２３の吸込側２４
（すなわち負圧力発生側）にパイプ２５にて接続
されている。

次に動作を説明する。

霧化動作停止時において、送風フアン２３は停
止しているので吸込側２４の圧力P₂₄は、P₂₄＝０
mmH₂Oであり、従つて、パイプ２０内の液面Ｂ
は、液面Ａと同一高さである。この高さは、霧化
動作の安定性を損わない範囲でノズル１６よりも
低い位置に選ぶことができる。このように設定す
ることにより、ノズル１６から液体が流出するこ
とを防止でき、かつ、安定な霧化動作が実現でき
る。霧化動作開始時は、まずモータ２２が起動さ
れフアン２３が回転する。

このとき、フアン２３の発生する吸込圧力P₂₄
は、モータ２２、フアン２３の持つ慣性のため
に、急激な立ち上りを生じず、第３図に示すよう
に、一定の時定数を持つて、徐々に発生する負圧
力の大きさを増大していく。

したがつて、第３図に示したように徐々にその
大きさを増加していく負圧力P₂₄が、パイプ２０
内の液面Ｂに印加されるので、液面Ｂは上昇し加
圧室１３を経てパイプ２５内まで上昇する。この
場合、液面がパイプ２５内の位置Ｃでつり合うよ
うにP₂₄を選ぶことができる。この液面Ｂの上昇
過程において、ノズル１６から加圧室１３への空
気の流入が発生するが、この流入速度は、前述し
た圧力P₂₄の大きさにより決定され、P₂₄の負圧力
の大きさが大きいと極めて速い流速となる。しか
しながら第３図に示したように、P₂₄の大きさは、
徐々に上昇していく構成であるため、液面Ｂが上
昇してノズル１６の位置を通過する時刻t₁には、
P₂₄の大きさは未だ低く、このためノズル１６か
らの流入空気の流速は小さい。したがつて、ノズ
ル１６に発生する液体の表面張力により空気の流
入が阻止され、液面Ｂがノズル１６よりも高い位
置に上昇するとノズル１６からの空気流入は完全
に阻止されるのである。

第２図の実施例に従つてさらに具体的に説明す
る。第２図に於て、ノズル１６と液面Ｂの高さを
約10mmとし、モータ２２、フアン２３より成る送
風機の発生する負圧力が、P₂₄＝−50mmH₂Oであ
り、その時定数が３〜５秒程度のものを用いる
と、液面Ｂがノズル１６を通過する時刻（第３図
に於るt₁）は、実験によるとモータ２２を起動後
0.5〜２秒程度となる。すなわち、液面Ｂがノズ
ル１６を通過する迄の時間である0.5〜２秒程度
の間は、P₂₄は、液面Ｂをノズル１６より上の位
置に吸い上げるに要する最小限度の圧力（例えば
−10〜20mmH₂O）以下に保たれているわけであ
る。

したがつて、ノズル１６からの空気流入速度は
小さく、液面Ｂがノズル１６を通過すると同時に
ノズル１６に発生する液体の表面張力によつてノ
ズル１６からの空気の流入が阻止され安定で確実
な液体の充填が実現できる。

しかしながら、例えば第４図に示すように、圧
力P₂₄を急激に液面Ｂに印加したとすると、次の
ような不都合が生じる。

すなわち、前述したようにノズル１６から加圧
室１３への空気流入速度はP₂₄の大きさにより決
まるので、第４図のように最初から液面ＢにP₂₄
の最大値を印加した場合、液面Ｂが上昇してノズ
ル１６を通過する際に、ノズル１６からの空気流
入を液体の表面張力で阻止することができなくな
つてしまう程の速い速度になつてしまうのであ
る。

第５図は、このような不都合を説明するもので
あり、第３図と同符号のものは、同一構造物であ
る。第５図において、液面Ｂが上昇し、ノズル１
６の高さまで達したとき、P₂₄は最大値になつて
いるのでノズル１６から加圧室１３への空気流入
速度は極めて速く、液体の表面張力により空気流
入を阻止することができず、この結果図のように
空気２６がノズル１６から流入して気泡２７とな
つてパイプ２５へと浮上していくという状況が発
生する。そして、この気泡は、非常に大きいので
図のようにパイプ２５内で液体を分断する程の気
泡栓２８および２９となつて一種の閉栓状態を作
つてしまう。

このような気泡栓の発生は、加圧室１３内にも
気泡が残るという結果を生じ、加圧室１３内から
確実に空気を排除し、液体を充填することが不可
能となるのである。そして、もし、このような不
都合により、加圧室１３内に空気が残つていると
後述するような安定な噴霧動作ができないという
重大な問題を生じてしまうのである。

このように、液面Ｂに印加される負圧力の大き
さを徐々に増大する構成とすることにより、液面
Ｂが上昇してノズル１６を通過する時刻t₁に於け
るノズル１６から加圧室１３への空気流入速度を
小さく押え、液体の表面張力によりノズル１６か
らの空気流入を阻止し、安定で確実な加圧室１３
への液体の充填を実現することができる。

前述したように加圧室１３内に液体が充填され
てから圧電振動子１９に対して、第１０図ａ，ｂ
又はｃのような交流電圧が供給される。圧電振動
子１９の両面（第２図の左右の面）には図示して
いないが電極が設けられており、この電極間に交
流電圧が印加されるのである。この圧電振動子１
９はノズル板１７と接着されバイモルフ振動体と
なつているので、第２図の左右方向にたわみ振動
を生じ、この結果ノズル１６は、極めて大きく図
の左右方向に加振される。

従つて、加圧室１３内の液体はノズル１６より
図のように液滴３０となつて噴射されて微粒化さ
れる。このような噴霧メカニズムにて噴射される
ので霧化液滴３０の粒径はノズル１６の大きさと
圧電振動子１９の駆動電圧の大きさおよび周波数
などで決まる。また、噴射方向が一定でかつ安定
であり、第１０図に示すように電気的手段による
制御で簡単に平均霧化量や、霧化タイミングを制
御できる。また噴射に要するエネルギーは非常に
小さく、例えば20c.c.／mm程度の霧化量を得るに要
する圧電振動子１９の消費電力は、0.1〜0.2ワツ
ト程度である。

さらに、噴射された液体に相当する体積の液体
はノズル１６に発生する液体の表面張力による吸
引作用により、パイプ２０より自然に吸い上げら
れるので、一種のポンプ作用をも果すことができ
る。

このように、フアン２３およびモータ２２の有
する慣性を利用して、負圧力P₂₄の大きさを徐々
に大きくしていき、液面Ｂに印加する負圧力が
徐々にその大きさを増大していく構成とすること
により、非常に安定に、しかも確実に加圧室に液
体を充填し、噴霧動作の安定性や霧化性能に優
れ、制御性に富んだ霧化装置を実現することがで
き、液体充填の自動化が簡単で実用性に富んだも
のとすることができる。

また、前述した説明から明らかなように、液面
Ｂに印加する負圧力の大きさを連続的に徐々に大
きくしていくかわりに、段階的に大きくしていく
構成であつてもよい。

第６図は、この負圧力のレベルを２段階で大き
くしていく構成を採用した他の実施例を示すもの
であり、第３図と同符号のものは、相当する役割
を果す構造物である。

第６図において、負圧発生手段は、コンプレツ
サ３１にて構成され、その吸込口３２の圧力P₃₂
は負圧力である。

また、パイプ２５に接続されたパイプ３３は、
一端が電磁弁３４にて開閉制御される構成となつ
ており、さらに、オリフイス３５が図の位置に設
けられている。起動時において、コンプレツサ３
１が動作すると、第７図に示すように、吸込口圧
力P₃₂は、ｔ＝t₀において一定の負圧力を発生す
る。しかしながら、このとき、電磁弁３４がパイ
プ３３の一端を開放しているので、オリフイス３
５を空気が流れることにより圧力差が生じ、液面
Ｂに印加されるパイプ３３内の圧力P₃₃は、第７
図の破線のように低い圧力レベルとなる。したが
つて液面Ｂは上昇していくけれども、ノズル１６
の高さより少し高い液面B′に達したところでつ
り合い、ｔ＝t₂までこの状態が保たれる。このた
め、ｔ＝t₁において液面Ｂが上昇してノズル１６
を通過するとき、ノズル１６からの空気の流入速
度は小さく、この結果、ノズル１６から加圧室１
３への空気の流入は液体の表面張力によつて完全
に阻止される。

次にｔ＝t₂において電磁弁３４が閉じられるの
でP₃₃＝P₃₂となり、液面B′は上昇して液面Ｃの位
置となりつつあうのである。

このような構成により、液面Ｂに印加される負
圧力の大きさは、第７図の破線で示すP₃₃の如く
２段階状に増大されるので、第５図に示したよう
な不都合を生じることなく極めて安定に、しかも
確実に加圧室に液体を充填し、良好な噴霧動作を
実現することができる。

なお、液滴３０の噴霧動作については、第２図
の実施例と同様であり省略する。

第８図は第２図の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
８図において、灯油は、カートリツジタンク３６
より固定タンク３７に送られ、パイプ２０にて霧
化部１２に接続されている。

また霧化部１２は、パイプ２５にて、燃焼用フ
アン２３の上流側の負圧発生部３８に接続されて
いる。

フアン２３がモータ２２にて駆動されると、前
述したように負圧発生部３８に発生する負圧力の
大きさは徐々に増大し、灯油の液面Ｂは徐々に上
昇して安定に霧化部１２内の加圧室を灯油で満た
し、液面Ｃでつりあう。

次に、制御部３９により霧化部１２内の圧電振
動子が付勢され、霧化粒子３０が噴霧され、ヒー
タ４０にて完全にガス化されつつ空気と混合さ
れ、バーナ４１に送られる。そして、点火器４２
にて点火され、火炎４３を形成して燃焼するので
ある。

このように、本発明の霧化装置を適用した温風
機の構成は非常に簡単でコンパクトであり、しか
も空気ダンパ４４と連動して霧化部１２の噴霧動
作を制御し、例えば噴霧・停止の時間比制御など
により平均霧化量制御を行うことによつて、燃焼
量の調節を極めて簡単に行うことができるので操
作性に優れた温風機を実現することができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、加圧室にノズル
を臨ませ、電気的振動子にて加圧室の液体を加振
してノズルから噴霧する構成とすると共に、ノズ
ルに略等しいかそれより低い位置に液面を有する
液体供給系と、負圧発生手段とを前記加圧室に接
続し、前記負圧発生手段の発生する負圧力を徐々
に前記液面に印加して前記加圧室に液体を充填す
る構成としたから、極めて安定に、しかも確実に
加圧室に対して液体を充填し、良好な噴務を行う
ことが可能であり、非常に簡単でコンパクトであ
り低価格である上に、低消費電力の霧化装置を提
供することができる。

特に、極めて簡単な構成により、安定で確実な
加圧室への液体の充填が可能であるので、その自
動化も容易であり、このため広範囲な応用化が可
能であり、汎用性に富んだ霧化装置を実現するこ
とができるものであつて、その工業的価値は非常
に高いものである。

【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
発明の一実施例の霧化装置の断面図、第３図およ
び第４図は、同霧化装置の負圧発生部の起動状態
の説明図、第５図は同霧化装置の液体充填時の不
都合な状態を説明する断面図、第６図は本発明の
他の実施例の断面図、第７図は同装置の負圧発生
部の起動状態の説明図、第８図は、第２図の実施
例の霧化装置を使用した温風機の断面図、第９図
は、第１図の従来の霧化装置の駆動電圧パルス波
形、第１０図ａ，ｂおよびｃは、第２図の本発明
の一実施例の霧化装置の平均霧化量の大小に応じ
た駆動電圧波形である。 １３……加圧室、１６……ノズル、１９……電
気的振動子（圧電振動子）、２１……液体供給系
（レベラ）、２２，２３……負圧発生手段（２２…
…モータ、２３……送風フアン）、３１……負圧
発生手段（コンプレツサー）、３５……差圧発生
手段（オリフイス）、Ａ……液面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加圧室と、前記加圧室に臨むノズルと、前記
   加圧室の液体を加振して前記ノズルより噴射する
   電気的振動子と、前記ノズルに略等しいかそれよ
   り低い位置に液面を有し、前記加圧室に接続され
   た液体供給系と、前記加圧室に接続され、負圧力
   を前記液面に印加して前記加圧室に液体を充填す
   る負圧発生手段とを備えると共に、前記負圧発生
   手段が発生する負圧を前記液面に徐々に印加して
   前記加圧室に液体を充填するよう構成した霧化装
   置。 ２ 前記負圧発生手段は送風手段により構成され
   た特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ３ 前記負圧発生手段は、モータと、前記モータ
   にて駆動されるフアンとを含んで構成された送風
   機にて構成され、前記送風機の慣性により前記負
   圧の大きさを徐々に増大せしめる構成として前記
   液面に負圧を徐々に印加するようにした特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の霧化装置。 ４ 前記負圧発生手段と前記加圧室との間に差圧
   力発生手段を設け、前記差圧発生手段の発生する
   差圧力を徐々に減少して前記液面に負圧を徐々に
   印加するようにした特許請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の霧化装置。