JPS6366265B2 - - 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、軽油等の液体燃料、水、薬
液、インク等の種々の液体を微流化するための霧
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た霧化装置に関す
るものである。

従来例の構成とその問題点 従来、この種の霧化装置には種々の形式のもの
が提案されており、ホーン型振動子を用いて振巾
増巾し振動面に液体を供給して霧化するものや、
液槽の底面に圧電振動子を設け液面に超音波エネ
ルギーを照射して霧化するものなどが古くから検
討されている。これらは、いわゆる超音波霧化装
置と呼ばれるものであり、超音波振動により液表
面に発生するキヤピラリー波を利用して霧化する
ものである。このような超音波霧化装置に対し、
近年は、第１図に示すような構成の霧化装置が検
討され、主にインクジエツト記録装置に用いられ
ている。

第１図において、インク室１の一端にオリフイ
ス２が設けられ、他端に圧電振動子３が振動板４
と共に設けられている。インク室１は、パイプ５
にて、インクタンク６に接続され、インクが供給
される構成となつている。

圧電振動子３の振動により、インク室１を介し
てオリフイス２に圧力波が伝達され、図のよう
に、霧化粒子７を噴射するものである。

このような構成の霧化装置は、前述したいわゆ
る超音波霧化装置に比べ、コンパクトな構成であ
り、しかも非常に小さい電力で霧化することが可
能であり（約1/10〜1/100）、また、霧化粒子の噴
霧パターンが安定で、噴射タイミング制御が容易
であるという長所を有していたが、オリフイス２
は数十μｍと小さいので、インク室１へのインク
の充填が難しく、インク室１内に気泡が残りやす
かつた。そして、少しでもインク室１内に気泡が
残つていると安定な霧化粒子の噴射ができず、こ
ため、前述した初期のインク充填はもちろんのこ
と、その後の霧化装置の取扱いも極めて面倒であ
り、かつ、インク液への空気の溶存量が多いと、
キヤビテーシヨン気泡が発生するなどの欠点もあ
つたので、汎用性に欠ける霧化装置とならざるを
得なかつた。

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。

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、霧化装置の粒径が均一で、しか
も安定な噴霧パターンを実現でき、かつ制御性に
富んだ霧化装置を提供することである。

さらに、第３の目的は、霧化装置の動作開始や
停止が非常に簡単で、しかも安定な霧化動作を保
証することができる液体供給システムを備えた霧
化装置を実現し、汎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、加圧室にノズルを臨ませ、前記加圧
室の液体を電気的振動子で加振して前記ノズルよ
り噴霧する構成とし、かつ液体供給部と負圧発生
部とを前記加圧室に接続する構成とすると共に、
前記負圧発生部の発生する負圧力により前記液体
供給部の液体を加圧室に充填する構成とし、前記
負圧発生部の動作が停止したとき、前記加圧室か
ら液体供給部へ逆流する逆流液体の体積を吸収
し、液面を前記ノズルより低い位置に保つように
前記液体供給部を構成したものである。

実施例の説明 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図に於て霧化部８は、壁面９にビス１０に
て固定されている。霧化部８は直径５〜15mm、深
さ１〜５mmの円柱状の加圧室１１を有するボデイ
ー１２と、厚さ30μｍ〜100μｍのノズル板１３
と、電気的振動子として直径５〜15μｍ、厚さ0.5
〜２mmの円板形の圧電振動子１４とから構成され
ている。ボデイー１２、ノズル板１３、圧電振動
子１４は図のように相互に接着されている。

ノズル板１３の中央にはノズル１５がいくつか
設けられていて、その直径は30μｍ〜100μｍ程度
である。このノズル１５は、圧電振動子１４の中
央に設けられた直径２〜６mm程度の開口１６に臨
むように構成されており、従つて圧電振動子１４
はリング状の円板である。

圧電振動子１４は図の左右の両面に電極（図示
せず）が設けられており、この電極間に、第３図
ａ〜ｃの如き交流電圧を印加することにより、そ
の径方向に伸縮歪を生じる。圧電振動子１４は片
面がノズル板１３に接着されて非対称バイモルフ
振動体を形成しているのでたわみ振動を生じ、こ
の結果、ノズル板１３は図の鎖線のようなたわみ
振動を行う。開口１６に臨む、ノズル板１３の一
部であるノズル部１７はノズル１５と共に大きく
図の左右方向にたわみ振動を行うので、加圧室１
１内の液体はノズル１５の近傍のみで加振されて
ノズル１５より噴霧され、霧化粒子１８となる。

液体供給部は、固定タンク１９、カートリツジ
タンク２０を中心に構成され、パイプ２１にて加
圧室１１と接続されている。

また、２２は送風フアンであつて、この回路２
３の吸込側に設けられたオリフイス２４の下流の
負圧発生点２５に負圧が発生するよう構成されて
おり、これらは負圧発生部を形成している。この
負圧発生部は、パイプ２６にて加圧室１１と接続
されている。

図のように、固定タンク１９の液面Ａは、ノズ
ル１５より低い位置になるように構成されている
ので、霧化動作開始前はパイプ２１内の液面Ｂも
液面Ａと同一の高さである。

送風フアン２２を起動し、負圧発生部が作動す
ると負圧発生点２５に負圧力−Ｐが発生し、液面
Ｂに印加され、液面Ｂは吸い上げられて上昇し、
加圧室１１を液体で充填してさらに上昇し、パイ
プ２６内に液面Ｃとなつてつり合う。このとき、
ノズル１５からの空気の流入は、液体の表面張力
により阻止され、第２図の状態を維持することが
できる。

そして、加圧室１１の内圧P₁₁は、液面Ｂから
の高さをｈ、液体の密度をρとすると P₁₁＝−ρ・ｈ となり、ノズル１５の内外の圧力関係は、加圧室
１１側が、P₁₁＝−ρhだけ低い圧力となる。この
圧力関係は、ノズル１５からの液体の溢出を阻止
するだけでなく、ノズル部１７の振動による安定
な霧化粒子１８の噴射を保証する上で極めて重要
である。なぜならば、加圧室１１側の内圧が正圧
であると、ノズル部１７の安定な振動の励起が困
難な場合が多く、かつ、第３図ｂ、又はｃのよう
なデユーテイー制御を行つた場合、ノズル１５か
らの液体の溢出が顕著に生じるからである。

このような圧力関係で、液体が加圧室１１に充
填された後、前述したように圧電振動子１４が付
勢され、図のように液滴（霧化粒子）１８を、第
３図ａ〜ｃの印加電圧に応じて噴射する。

噴射された液体に相当する体積の液体は、パイ
プ２１より加圧室１１に自吸されていくので、ポ
ンプなどの液体供給要素を必要としない。

このような霧化動作により、極めて安定な霧化
パターンで、しかも自由なタイミングで液体を霧
化することが可能であり、しかし、20c.c.／minの
液体（例えば灯油）を霧化するに要する圧電振動
子１４への入力電力は0.5ワツト以下であるので、
非常に低電力な霧化装置を実現できる。

次に霧化動作停止時について説明する。

霧化動作停止時においては、まず、圧電振動子
１４への電力供給が停止され、ついで、負圧発生
部の動作が停止される。すなわち、本実施例で
は、送風フアン２２動作が停止され、負圧発生点
２５に発生していた負圧力−Ｐが−Ｐ＝０とな
る。この結果、液面Ｃは、下降しようとするわけ
であるが、液面Ｂから液面Ｃまでの間のパイプ２
１、加圧室１１、およびパイプ２６内に充填され
ていた液体の体積分だけ吸収して液体を加圧室１
１から固定タンク１９側へ逆流させることが必要
となる。

なぜならば、もしこの液体の逆流を可能としな
ければ液面Ｃは下降することができず、加圧室１
１内は、この結果正圧となつてしまい、ノズル１
５からの液体の溢出の可能性が著しく高くなつて
しまうからである。すなわち、ノズル１５から液
面Ｃまでの高さをh′とすると、ノズル１５の左右
の圧力差は、P′₁₁＝ρ・h′だけ、加圧室１１側が
正圧となり、この圧力によりわずかの衝撃などで
ノズル１５から液体が流出してしまうという不都
合を生じるのである。

そこで、本実施例では、固定タンク１９内に空
間部２７を設け、この空間部２７の容積が前述し
た加圧室１１より逆流してくる液体の体積よりも
大きくなるよう構成している。

したがつて、加圧室１１から固定タンク１９へ
の液体の逆流が可能となり、固定タンク内の液面
Ａおよびパイプ２１内の液面Ｂは逆流液体の体積
に応じて、それぞれA′、B′の位置まで上昇する
けれども、ノズル１５よりも低い液面位置を保つ
ことが可能である。

この構成により、ノズル１５からの液体の流出
による不都合を完全に防止することができ、霧化
動作の再起動時に於ても、非常に安定な起動と霧
化動作とを実現することができる。また、当然の
ことながら、固定タンク１９からの液体の流出も
防止することができる。

第４図は、第２図の実施例の霧化装置を適用し
た温風機の断面図であり、第２図と同符号は相当
である。固定タンク１９、カートリツジタンク２
０により灯油を供給するための給油部が構成さ
れ、霧化部８とパイプ２１で接続され、霧化部８
は、さらに送風モータ２８にて駆動される吸引フ
アン２２ａ、送風フアン２２ｂにより発生する負
圧力により灯油を霧化部８内の加圧室に充填する
ため、負圧発生点２５とパイプ２６にて連結され
ている。前述したような霧化動作により噴霧され
た霧化粒子１８は送風フアン２２ｂにより送られ
る燃焼空気と共に、ヒータ２９にて加圧される構
成の気化混合部３０に導かれてガス化し、バーナ
３１に送られ、点化器３２にて点火されて、火炎
３３を形成して燃焼する。

なお、３４はフレームロツド、３５は対流フア
ン、３６はシーケンス制御、および圧電振動子１
４の駆動を行う制御部である。

このような温風機の液体燃料霧化装置に本発明
の霧化装置を適用することにより、非常に簡単な
燃焼機構で実現でき、かつ高い制御性を有し、し
かも、省エネルギー性の高い燃焼機器とすること
ができる。特に、簡単な構成で、霧化部８への灯
油の供給や停止が可能であり、しかも、動作停止
時において霧化部８から固定タンク１９への灯油
の逆流が可能であるので、霧化室３７に灯油が溢
出して再起動時に異常燃焼を引き起したり、不案
定な噴霧による異常燃焼を生じたりするという不
都合を完全に防止することができる。

第５図は、本発明の他の実施例を示す霧化装置
の断面図であり、第２図と同符号は相当物であり
説明を省略する。

図において、霧化部８のノズル部１７はその中
央部に突起部３８が設けられ、この突起部３８に
ノズル１５が複数個設けられているが、その動作
は、第２図の実施例と同様である。ただし、霧化
粒子１８は、図のように、突起部３８の形状によ
り、図のように放射状に噴霧されるものである。

また、液体供給部はレベラー３９を含んで構成
されている。

レベラー３９は、入口４０から液体が供給され
る構成であり、内部には、浮子４１と弁４２を有
している。浮子４１と弁４２は図のように支柱４
３を支点として連結棒４４にて連結されており、
浮子４１の浮力により弁４２を作動させ、入口４
０から供給される液体の供給量を制御し、液面Ａ
を略一定に制御するものである。

レベラー３９内には、空間部２７が設けられ、
その容積が、加圧室１１から逆流する液体の体積
より大きくなるよう構成されている。したがつ
て、前述した第２図の実施例の場合と同様に、負
圧発生部の動作停止時に於て、ノズル１５よりの
液体の溢出は防止され安定な再起動の保証が可能
である。

第６図は、さらに他の実施例であり、第２図と
同符号は相当物である。

図において、ノズル１５は、１つであり、図の
ように単液滴列を発生することができる。

液体供給部は、オーバフロータンク４５と、リ
ターンパイプ４６、タンク４７、汲み上げポンプ
４８より構成され、汲み上げポンプ４８の作動に
より液体は図の矢印のように循環する。したがつ
て、液面Ａは略一定に制御されるようになつてい
る。送風フアン２２が停止し、負圧発生部の動作
が停止すると、加圧室１１などに満たされていた
液体は逆流し、オーバーフロータンク４５、リタ
ーンパイプ４６を介してタンク４７にもどること
ができるので、液面B′は、液面Ｂと同一高さと
なり、第２図の実施例の場合と同様に、ノズル１
５よりも低い位置に液面B′を位置せしめること
が可能であり、ノズル１５からの液体溢出などの
不都合を防止することができる。

第２図、第５図および第６図に示した実施例に
おいて、負圧発生部は、送風フアン２２の吸込圧
力を利用したものであるけれども、本発明はこれ
に限定されるものではなく、吸引ポンプや、ベロ
ーフラムを用いた手動の負圧発生部であつてもよ
い。さらに、液体供給部や霧化部の構成について
も、本実施例に限定されるものではなく、他に多
くの実施態様が可能であり、負圧発生部の動作停
止時において、加圧室から液体供給部への液体の
逆流を可能とし、かつ、液面がノズルより低い位
置に保たれる構成の液体供給部であればよい。

発明の効果 本発明によれば、加圧室にノズルを臨ませ電気
的振動子により加圧室の液体を加振し前記ノズル
から噴霧する構成とし、負圧発生部、および液体
供給部を前記加圧室に接続して前記加圧室への液
体の充填を負圧発生部の発生する負圧力により行
うよう構成すると共に、前記負圧発生部の動作停
止時、前記加圧室から逆流する液体を吸収して液
体の液面を前記ノズルより低い位置に保つよう前
記液体供給部を構成したので、極めて構成が簡単
でコンパクトであり、従つて低価格であると共
に、噴霧パターンの安定性や霧化粒子の均一性に
優れ、しかも低消費電力で制御性に富んだ霧化装
置を提供することができる。

特に、負圧発生部と液体供給部とを加圧室に接
続し、動作停止時に逆流する液体を吸収して液面
をノズルより低く保つように液体供給部を構成し
たので、霧化動作の開始・停止、すなわち、加圧
室への液体の充填、非充填を極めて簡単に、しか
も気泡を残すことなく確実に行うことができ、か
つ、動作停止時にノズルからの液体の溢出や、そ
れに起因する再起動時の不安定な霧化動作の発生
を防止し、常に安定で確実な霧化動作の開始・停
止を保証することができるので、非常に汎用性に
富んだ使い勝手のよい霧化装置を提供でき、極め
て高い工業的価値を有するものである。

【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ａ〜
ｃは同霧化装置の電気的振動子の駆動電圧波形
図、第４図は同霧化装置を適用した温風機の断面
図、第５図は本発明の他の実施例の霧化装置の断
面図、第６図は同さらに他の実施例の霧化装置の
断面図である。 １１……加圧室、１４……圧電振動子（電気的
振動子）、１５……ノズル、１９……固定タンク、
２０……カートリツジタンク、２２……送風フア
ン、２３……風路、２４……オリフイス、２５…
…負圧発生点、１９，２０……液体供給部、２
２，２３，２４，２５……負圧発生部、３９……
レベラ（液体供給部）、４１……浮子、４５……
オーバーフロータンク、４６……リターンパイ
プ、４７……タンク、４８……汲上ポンプ、４
５，４６，４７，４８……液体供給部。

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する電気的振動子と、前記加
   圧室に接続された液体供給部および負圧発生部と
   を備え、前記負圧発生部の発生する負圧により前
   記加圧室に液体を充填する構成とすると共に、前
   記負圧発生部の動作停止時、前記加圧室からの逆
   流液体を吸収し液面を前記ノズルより低い位置に
   保つよう前記液体供給部を構成した霧化装置。 ２ 液体供給部は、固定タンクとカートリツジタ
   ンクとを含み、前記加圧室と前記固定タンクとを
   接続すると共に、前記固定タンク内に、前記逆流
   液体の体積より大きい容積の空間部を設け、前記
   液面が前記ノズルより低い位置になるよう前記固
   定タンクを構成とした特許請求の範囲第１項記載
   の霧化装置。 ３ 液体供給部は、浮子の浮力により液面の高さ
   を略一定に制御するレベラを含み、前記レベラと
   前記加圧室とを接続すると共に、前記レベラ内
   に、前記逆流液体の体積より大きい容積の空間部
   を設け、前記液面が前記ノズルより低い位置にな
   るよう前記レベラを構成とした特許請求の範囲第
   １項記載の霧化装置。 ４ 液体供給部は、一定の液面高さでオーバーフ
   ローするオーバーフロータンクと、前記オーバー
   フロータンクに液体を汲み上げるポンプとを含
   み、前記オーバーフロータンクと前記加圧室とを
   接続すると共に、前記オーバーフロータンクの液
   面が前記ノズルより低くなるよう前記オーバーフ
   ロータンクを構成した特許請求の範囲第１項記載
   の霧化装置。