JPS648585B2 - - 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
液などの種々液体を微粒化するための霧化装置に
関し、さらに詳しく言えば、圧電振動子などの電
気的振動子の振動を利用してノズルから液滴を噴
射して微粒化する形式の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、この種の霧化装置は主にインクジエツト
記録装置のインク微粒化装置として様々の形態の
ものが提案されており、第１図にその代表的な構
成を示す。

第１図において、第１インク室１の一端には、
振動板２および圧電振動子３が相互に接着されて
ボデイー４に装着され、これと対向する第１イン
ク室１の他端にオリフイス５が設けられている。
オリフイス５は、第１インク室１と第２インク室
６を連結しており、第２インク室６のオリフイス
５と対向する他端には第２オリフイス７が設けら
れている。また、第２インク室６は、パイプ８に
てインクタンク９に接続されており、インクが供
給されるように構成されている。第２オリフイス
７は、空気室１０に臨んでおり、空気室１０の第
２オリフイス７に対向する他端には、第３オリフ
イス１１が設けられている。また空気室１０は、
パイプ１２にてコンプレツサ１３と接続されてお
り、圧縮空気が図中の矢印のように送られて第３
オリフイス１１より流出するように構成されてい
る。

このような構成において圧電振動子３に対して
第２図に示すような交流パルス電圧が与えられる
と、圧電振動子３と振動板２とよりなる非対称バ
イモルフ振動体は、第１図中の破線のようなたわ
み振動を生じ、この結果、オリフイス５そして第
２オリフイス６へと振動板２からの圧力波が伝達
される。したがつて第２オリフイス７からは、第
３オリフイス１１を通つて噴射される液滴、すな
わちインク微粒子１４が噴射される。コンプレツ
サ１３から空気室１０に送られる空気は、前述し
たように第３オリフイス１１を通つて流れるの
で、インク微粒子１４の飛翔速度を早め方向を安
定化する作用を果す。

このような構成によりインク微粒子１４を交流
パルス電圧により発生する構成とし、インクジエ
ツト記録装置に使用されていたが、以下に示すよ
うな問題点を有していた。

すなわち、インク微粒子１４は、圧電振動子３
などの振動による圧力波が第１インク室１および
第２インク室６のインクを介して第２オリフイス
７に伝達されることによつて噴射される構成であ
る。このため、インク中に溶存空気が存在してい
るとこれが気泡化して正常なインク噴射ができな
いという結果を生じてしまうものであり、溶存空
気の非常に少ない特殊処理したインクを使用する
ことが必要であつた。

また、圧電振動子３の冷却は、自然放熱に頼ら
ざるを得ず、このため必要な機械的な力を発生す
るに要する大きさ以上に圧電振動子３を大きくす
ることが要求された。さらに、高温環境下での使
用は、圧電振動子３の特性の劣下や信頼性の低下
を引き起すため不可能であつた。

またコンプレツサ１３により空気室１０に送ら
れる空気はインク微粒子１４の飛翔特性を向上さ
せるためのものであるので本質的に圧電振動子３
やボデイー４を冷却する作用を期待することが困
難であつた。

発明の目的 本発明は、上記従来の問題点を解消した霧化装
置を提供するもので、溶存空気を多量に含む一般
的な液体であつても安定に噴霧することができ、
かつ、圧電振動子などの電気的振動子の良好な冷
却が可能であつて、高温環境下でも安定に動作
し、高い信頼性を保証することができ、汎用性の
高い霧化装置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は、液体が充填される加圧室を有するボ
デイーと、ノズル板と、ノズル板を付勢する電気
的振動子とよりなる霧化部と、霧化部を収納する
ケースと、送風手段とを備え、前記ケースに噴出
口を設けてノズルを臨ませると共に、前記ケース
に空気供給口を設けて前記送風手段に接続し、前
記噴出口から、液滴と空気とを噴出せしめるよう
構成したものであり、電気的振動子によりノズル
板を付勢してノズルを加振し液滴を噴射する構成
により一般の液体を安定に噴霧することができ、
かつ、電気的振動子の良好な冷却が可能なため、
高温環境下での安定性、高信頼性を達成すること
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３図において、ボデイー１５は図のように直
径が５〜15mm、深さが１〜５mmの加圧室１６を有
し、加圧室１６の円形の一面は、厚さ30μm〜
100μmのノズル板１７で覆われている。ノズル板
１７の中央は、突起部１８が設けられ、この突起
部１８には直径30μm〜100μmの複数のノズル１
９が設けられている。ノズル板１７には、中央に
開口２０を有する直径５〜15mm、厚さ0.5〜２mm
の圧電振動子２１が装着されている。圧電振動子
２１のノズル板１７との接着面とこれに対向する
面とには図示していないが電極が設けられ、この
電極間に後述するような交流電圧が供給されるよ
うに構成されている。このボデイー１５、ノズル
板１７、および圧電振動子２１より成る霧化部２
２は、ビス２３にてケース２４に固定されてい
る。

ケース２４は、液体供給口２５が設けられパイ
プ２６で液面Ａを略一定に維持するレベラー２７
に接続されており、従つてケース２４内下部の液
槽２８の液面Ｂも液面Ａと同一高さとなる。ボデ
イー１５に設けられたパイプ２９は図のように液
槽２８内に挿入され、加圧室１６に連結されてい
る。さらに、パイプ３０は図のように加圧室１６
と、送風モータ３１にて駆動される送風フアン３
２の吸込側に設けられた負圧発生部３３とを連結
するように構成されている。

送風フアン３２によりオリフイス３４から吸い
込まれた空気は図中の矢印のように流れ、ケース
２４に設けられた複数の空気供給口３５，３６か
らケース２４内に供給される。ケース２４には、
噴出口３７、および空気流出口３８が設けられて
おり、ケース２４内に送られた空気は、遮へい部
３９によつて定められる割合で前記噴出口３７お
よび空気流出口３８に分流されてケース２４より
流出するよう構成されている。

次はこの構造の霧化装置の動作について説明す
る。

送風フアン３２の作動により負圧力―Ｐが負圧
発生部３３に発生すると、この負圧力―Ｐはパイ
プ３０にて加圧室１６およびパイプ２９内の液面
B′に印加される。この負圧力―Ｐによつてノズ
ル１９から流入する空気は少ないので、ほとんど
―Ｐの圧力に等しい負圧力が液面B′に印加され
ることになり、液面B′は上昇してパイプ３０内
の液面Ｃとなつてつりあう。すなわち、液面
B′と液面Ｃの高さの差をｈ、液体の比重をρと
するとＰ＝ρ・ｈとなつてつりあう。

このような状態になつてから、圧電振動子２１
には、第４図ａ，ｂ又はｃのような交流電圧が噴
霧すべき噴霧量に応じて供給される。

圧電振動子２１は、その厚み方向に分極された
圧電セラミツクであり、供給される交流電圧の極
性に応じてその直径方向に伸縮歪を生じる。圧電
振動子２１はその片側がノズル板１７に接着され
ているので、非対象バイモルフ振動体となつてい
る。したがつて、この圧電振動子２１の伸縮歪は
たわみ振動に変換され、図中の破線で示すような
ノズル板１７のたわみ振動を生じる。このたわみ
振動はノズル１９の近傍のみが大きく加振される
構成であるので、溶存空気を多く含んだ一般的な
液体であつても、キヤビテーシヨンによる気泡に
より噴霧動作を阻げられることがなく、霧化装置
の安定な動作を保証することができる。

すなわち、従来のように、圧電振動子により発
生した圧力波が液体を介してノズルに伝達される
ような構成でないので、キヤビテーシヨン気泡の
発生する場所が少なく、しかも、最もキヤビテー
シヨンが発生しやすいところ、すなわち、圧力変
化の最大点がノズルの近傍であるので、キヤビテ
ーシヨン気泡が大きく成長する以前に噴出されて
しまい、結果として、もしキヤビテーシヨンが生
じても安定に動作することができるのである。

このようなノズル板１７のたわみ振動により加
圧室１６内の液体は加圧されてノズル１９より噴
霧され、図のように圧電振動子２１に供給される
電圧の周波数に等しい液滴発生周波数で液滴４０
を発生し、かつ、突起部１８の形状に応じた方向
に飛翔する。

この液滴４０は、遮へい部３９により適度な流
速と流量に調節された空気が図の矢印のように噴
出口３７に送られるので、非常に良好な飛翔特
性、ならびに空気との混合特性を示す。すなわ
ち、液滴４０が次に処理されるべき工程の種類や
条件に応じた空気との混合比や、飛翔速度を得る
ことができる。

また、空気供給口３５，３６から供給される空
気は、ボデイー１５や圧電振動子２１を直接又は
関接的に冷却してから、噴出口３７と空気流出口
３８に分流してケース２４から流れ出るよう構成
されている。

したがつて、圧電振動子２１は、放熱面積を大
きくして自然放熱効果を促進する必要がないの
で、必要最小限度の大きさでも温度上昇による性
能低下を生じず、非常にコンパクトな構成とする
ことができる。また、高温環境下においても十分
な冷却を保証することができるので安定な動作を
保証することが可能である。

圧電振動子２１とノズル板１７およびボデイー
１５とは相互に接着される構成となつているが、
これらの材質は一般的には同一材料とすることが
できない。したがつて、過大な熱衝撃が加えられ
ると接着面の信頼性低下を生じる可能性が高いけ
れども、前述した構成により、圧電振動子２１な
どの過大な温度上昇が防止されるのでこの点に関
しても高い信頼性を保証することができる。

前述した圧電振動子２１およびノズル板１７の
動作によりノズル１９から微小で均一な粒径の液
滴４０が、駆動電圧に応じて噴霧され、この噴霧
動作は送風フアン３２の送風空気による有効な冷
却作用と搬送作用とによつて高性能・高安定性お
よび高信頼性が保証される。さらに、噴霧された
液体に相当する体積の液体が、ノズル１９に発生
する液体の表面張力の作用に基づいてパイプ２９
より自吸されるのでポンプ等を必要とせず、極め
て構造が簡単でコンパクトとなる。

第５図は、第３図の本発明の一実施例の霧化装
置を燃焼装置に適用した例を示す。第３図と同符
号は相当する構造体であり説明を省略する。第５
図において、灯油は、カートリツジタンク４１か
ら液面Ａを略一定に維持するレベラータンク２７
に供給され、前述したように送風フアン３２の起
動により霧化部２２内の加圧室に充填される。制
御部４２により霧化部２２の圧電振動子に第４図
ａ，ｂ又はｃのような交流電圧が噴霧すべき量に
応じて供給されると、灯油の微粒子４０が噴霧さ
れ、燃焼用１次空気と共に噴出口３７から気化室
４３に噴出される。４４はヒータであり300〜400
℃となつているのでここで微粒子４０は飛翔途中
に完全なガス状となり、１次空気と混合してバー
ナ４５に送られ炎口４６より噴出する。そして点
火器４７にて点火されて火炎４８を形成して燃焼
する。

また、ケース２４内で霧化部２７を冷却した空
気の１部は空気流出口３８からパイプ４９を通つ
て燃焼室５０に送られ燃焼用２次空気となる。

なお、５１はフレームロツド、５２は対流フア
ンである。このように本発明の霧化装置は液体燃
料の噴霧装置として用いても、良好な冷却作用を
有しているので性能劣下や信頼性の低下を引き起
すことなく、しかも、非常に簡単でコンパクトな
構造の燃焼装置を実現することができる。

第６図は、本発明の他の実施例を示す霧化装置
の断面図であつて、第３図と同符号のものは相当
する構造体であり説明を省略する。

第６図において霧化部２２のノズル板１７は突
起部が設けられておらず平板状であり、したがつ
てノズル１９より噴霧される液滴４０は互いに平
行に飛翔する液滴群となる。

ケース２４の内部は噴霧室５３と冷却室５４に
分割されており、霧化部２２がこの２つの部屋に
またがつて配置されている。そして噴霧室５３に
は噴出口３７が設けられ、空気供給口３５′から
送風フアン３２′およびモータ３１′にて送られる
空気と噴霧液滴４０が噴出するように構成されて
いる。冷却室５４は空気供給口３５，３６から、
送風フアン３２、モータ３１により送られる空気
が供給され、ボデイー１５を冷却して空気流出口
３８，３８′より流出するよう構成されている。
この図に示されているように、送風フアン３２と
モータ３１が、ボデイー１５の冷却と負圧発生部
３３に負圧力―Ｐを発生する機能のみを果し、噴
霧液滴４０と混合してそれを搬送する空気は、全
く独立した送風フアン３２′、モータ３１′にて行
なわれるようにした構成は、特に送風フアン３
２′にて送られる混合用空気量の調節誤差の許容
幅が小さい時などに有効である。

もちろん、送風フアン３２′、モータ３１′を省
略して、送風フアン３２、モータ３１により空気
供給口３５′に空気を送るように構成することも
可能であり本発明の要旨を逸脱するものではな
く、かつ、さらに他の多くの実施態様が可能であ
ることは言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明によれば、加圧室を有する
ボデイー、ノズル板、電気的振動子により霧化部
を構成し、ノズル板を付勢することによりノズル
を加振し、液体を噴霧する構成とし、かつ、霧化
部を収納するケースと送風手段とを設け、前記ケ
ースに噴出口を設けてノズルを臨ませると共に、
空気供給口を設けて前記送風手段にて送風し、噴
出口より空気と噴霧液滴とを噴出せしめる構成と
したので、溶存空気を多量に含む一般的な液体を
極めて安定に噴霧でき、しかも、良好な冷却が可
能であるので電気的振動子の大きさを必要最小限
度のものとすることができ、非常にコンパクトな
構造とすることができる。そして、高温環境下に
おいても、その性能劣下や信頼性の低下を生じる
ことなく安定で良好な噴霧動作を行うことができ
るので、非常に汎用性に富んだ霧化装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の構成を示す断面図、
第２図は同装置の駆動電圧波形図、第３図は本発
明の霧化装置の一実施例の断面図、第４図ａ，
ｂ，ｃは同装置の噴霧量に応じた駆動電圧波形
図、第５図は同装置を適用した液体燃料燃焼装置
の断面図、第６図は本発明の他の実施例の断面図
である。 １５…ボデイー、１６…加圧室、１７…ノズル
板、１９…ノズル、２１…圧電振動子（電気的振
動子）、２２…霧化部、２４…ケース、３１，３
１′…送風モータ、３２，３２′…送風フアン（送
風手段）、３５，３５′，３６…空気供給口、３７
…噴出口、３８…空気流出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室を有するボデイー
   と、ノズルを有するノズル板と、前記ノズル板を
   付勢して前記ノズルより液滴を噴射する電気的振
   動子とよりなる霧化部と、前記霧化部を収納する
   ケースと、送風手段とを備え、前記ケースに噴出
   口を設けて前記ノズルを臨ませると共に、前記ケ
   ースに空気供給口を設けて前記送風手段に接続
   し、前記噴出口から前記液滴と空気とを噴出せし
   める構成とした霧化装置。 ２ ケースに空気流出口を設け、空気供給口から
   供給される空気を噴出口と前記空気流出口とに分
   流せしめる構成とした特許請求の範囲第１項記載
   の霧化装置。 ３ ケース内に遮へい部を設け、噴出口および空
   気流出口への空気の分流割合を調節するよう構成
   した特許請求の範囲第２項記載の霧化装置。 ４ ケースを２室に分割し、前記２室にまたがつ
   て霧化部を収納すると共に、１方の室に噴出口
   を、他室に空気流出口を設け、かつ、各々の室に
   空気供給口を設けて送風手段に接続する構成とし
   た特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。