JPS648592B2 - - 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、さらに詳しく言えば、圧電振動子などの電
気的振動子を用いて加圧室に充填された液体を加
振し、ノズルより噴射し微粒化するところのいわ
ゆる圧電噴霧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古くから用
いられており、周知の如く様々の構成のものが提
案されている。

また、近年では、第１図に示すような構成のも
のが提案され、極めて低消費電力でありながら、
その粒径の均一性、微粒化能力などの霧化性能に
優れた霧化装置が実現されている。

第１図において、霧化部１は、直径が５〜15
mm、厚さ0.5〜２mmで、開口２を有する圧電セラ
ミツク３と、直径30μｍ〜100μｍのノズル４が複
数個設けられ、突起部５を有するノズル板６と、
直径５〜15mm、深さ0.5〜10mmの加圧室７を有す
るボデイー８とを図のように相互に接着して構成
され、ビス９にて取付板１０に取付られている。
加圧室７の下方は、供給パイプ１１によりレベラ
ー１２に接続され、一方、上方はパイプ１３にて
フアン１４の吸込口１５に接続されている。

レベラー１２は、液面Ａが略一定に制御される
よう構成されており、このため供給パイプ１１の
液面Ｂも液面Ａと同一高さとなつている。フアン
１４を起動すると、その吸込口１５には負圧力−
Ｐが発生し、この負圧力−Ｐは、排気パイプ１３
を介して加圧室７、および供給パイプ１１内の液
面Ｂに印加される。この時、ノズル４から加圧室
７に対して空気の流入が生じるけれども、ノズル
４の直径が小さいため、フアン１４の発生する負
圧力−Ｐは、ほとんどそのまま液面Ｂに印加さ
れ、よつて液面Ｂは吸い上げられて上昇する。そ
して、図のように加圧室７を液体で充填してさら
に上昇し、液面Ｃの位置となつてつりあう。

このときの液面Ｂから液面Ｃまでの高さをｈ、
液体の比重をρとするとき、負圧力−Ｐは、 Ｐ＝ρ・ｈ なる関係式を満たすものである。

圧電セラミツク３は、ノズル板６との接着面、
およびその対向面（第１図の左右の面）に図示し
ていないが電極が設けられており、この電極間に
第２図に示した波形の交流電圧が印加される。

この交流電圧の極性に応じて、圧電セラミツク
３はその直径方向（第１図の上下方向）に伸縮歪
を生じるが、圧電セラミツク３は、ノズル板６と
接着されているので第１図中に破線で示したよう
なたわみ振動を生じ、ノズル板６の中央部、すな
わち開口２の内部は大きく振動する。この結果、
加圧室７内の液体は大きく加振されて加圧され、
図に示すように液滴１６となつて噴射される。ま
た、噴射された液滴１６に相当する体積だけ加圧
室２内の液体が減少するが、ノズル４からの空気
の流入は液体の表面張力によつて阻止され、この
ため供給パイプ１１からは、噴射によつて減少し
た体積分だけ自動的に吸い上げられて補充され、
一種の自吸ポンプ作用をはたす。

このように、非常に簡単で、コンパクトな構成
で液体の噴霧を行うことができ、かつ20c.c./min
の割合で液体を噴霧するに要する電力は、約
0.3W程度と非常に小さいという極めて優れた特
徴を有するものであつたが、以下に述べるような
不都合があつた。

第１図における圧電セラミツク３、およびノズ
ル板６より成る振動体の動作をさらに詳しく説明
すると第３図ａ，ｂ，ｃおよびｄのようになる。

すなわち、第３図ａに示した圧電セラミツク３
とノズル板６は、接着層１７により相互に接着さ
れ、さらにノズル板６は接着層１８にてボデイー
８に接着されている。このような構成において、
圧電セラミツク３は、図中の矢印のような径方向
振動を行い、このためノズル板６は図中の破線の
ようなたわみ振動を生じるのであるが、この振動
の状態は、第３図ｂ，ｃに示したような２つの部
分に分割して考えることができる。

すなわち、第３図中の開口２より外側の部分に
相当する駆動側振動体１９と、開口２より内側の
部分に相当する被駆動側振動体２０とに分けて考
えることができ、振動体１９により振動体２０が
励振されて第３図ａのような振動姿態を生じるの
である。第３図ｄは、この振動状態に於る振巾δ
の分布を示したものであり、位置r₁からr₂までの
振巾δは非常に小さく実質的には、ノズル板６の
中央部である被駆動側振動体２０のみがたわみ振
動しているように考えることができる。すなわ
ち、圧電セラミツク３の径方向歪により生じる径
方向の力によりノズル板６の中央部の振動体２０
がたわみ振動を生じると考えることができるので
ある。

したがつて、圧電セラミツク３の径方向の歪に
対する外周固定端２１，２２（すなわち、加圧室
７の内径に沿つた接着層１８の端部）は、安定で
効率的な振動を行う上で極めて重要であり、径方
向の力に対する固定端２１，２２（すなわち、固
定外周）の、中心軸に対する位置的な均一性、お
よび固定する力（強さ）の均一性が極めて重要で
ある。

つまり、第３図ｂにおいて、固定端２１，２５
を振動体１９の外周に沿つて見た場合、中心軸か
らの距離r₂が均一であることと、固定部２３，２
４の固定する力が全周にわたつて均一であること
とが安定で効率的な振動を保証するために極めて
重要な要素である。

この点で、第３図ａに示したような従来の構造
では、第４図ａのように圧電セラミツク３の径方
向の位置ずれが生じたり、第４図ｂのような接着
層１８の円周上での不均一性による固定力の不均
一性（図の左右での厚さの不均衡）が生じたりす
るという欠点があつた。

この構造的な欠点のために、第４図ｃのような
偏よつた振幅分布を生じ、不安定で効率の悪い噴
霧動作を行うことが多かつた。従つて、このよう
な不都合の発生をできるだけ少なくするためには
製造が面倒となり、しかも性能ばらつきが大きく
ならざるを得ないという欠点があつた。

発明の目的 本発明はこのような従来の欠点を一掃した霧化
装置を提供するものであり、簡単な構成で非常に
安定かつ効率の良い噴霧動作を行うことができる
霧化装置を提供することを目的とするものであ
る。

さらに、他の目的は、製造が簡単でかつ性能の
ばらつきが小さく、大量生産が極めて容易な霧化
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
る構成により成るものである。

すなわち、開口を設けた板状の電気的振動子
と、前記開口に臨むように電気的振動子に装着さ
れたノズル板と、液体が充填される加圧室を有し
前記ノズル板が前記加圧室に臨むように前記電気
的振動子を装着されたボデイーとを有すると共
に、前記電気的振動子の外周側面を固定する外周
固定部を設ける構成としたものであり、板状電気
的振動子の面に沿つた振動エネルギーを安定に効
率良く開口に臨むノズル板に伝えてたわみ振動を
生じさせ、加圧室の液体を噴霧させるものであ
る。

実施例の説明 第５図は本発明の一実施例を示す霧化装置の断
面図であつて、第１図および第４図と同符号のも
のは相当する構造物である。

第５図に於て、圧電セラミツク３とノズル板６
は接着層１７にて接着されて振動体を形成し、こ
の振動体は、その外周でボデイー８に接着されて
いる。第６図は、振動体の外周部の状態を拡大し
た断面図である。第６図において、ノズル板６
は、加圧室７の外壁を形成する軸方向固定部２３
に、接着層１８にて接着され、ノズル板６の外周
側面および圧電セラミツク３の外周側面は、径方
向固定部２４に接着層１８′にて接着されている。

圧電セラミツク３の外径をr₃とするとき、径方
向固定部２４の内径r₄は、r₄がr₃よりわずかに大
きくなるよう構造的に加工されているので、圧電
セラミツク３の径方向の伸縮歪により発生する力
は、圧電セラミツク３の円周上で均一なものとな
り、開口２内のノズル板６の中央部に対して軸対
称性に富んだ振動エネルギーとして伝達すること
ができる。

このため、ノズル板６と圧電セラミツク３とに
より構成された振動体は、第３図ｄに示したよう
な軸対称性に富んだ振動振幅分布を示し、安定で
かつ極めて効率のよい噴霧動作を行うことができ
る。

さらに、接着層１８′のばらつきは、ボデイー
８の機械的加工精度により極めて小さく押えるこ
とができるので、組立時の位置ずれなどの問題が
解消され製造工程を非常に容易にすることができ
る。

径方向固定部２４の高さ（図の上下方向）は、
圧電セラミツク３の厚さより小さくなるよう構成
されており、圧電セラミツク３の上下に設けられ
た電極（図示せず）間の電気的絶縁が保たれるよ
うになつている。

また、接着層１８は、その面積が圧電セラミツ
ク３の面積より十分小さくなるよう構成されてお
り、主として圧電セラミツク３の上下方向の位置
を決定する作用を果たすためのものであるので、
圧電セラミツクの径方向振動に対して外周を固定
する作用はあまり有していない。このため、従来
のように、この接着層１８にのみ圧電セラミツク
３の外周を固定する役割を持たせる場合に比べ、
その厚さばらつきなどに基づく圧電セラミツク３
の振動状態への影響は著しく小さくなる。したが
つて、前述したように、簡単な製造工程であつて
も、安定でかつ効率のよい噴霧動作を行うことが
できる霧化装置を実現することができる。

第７図ａ、およびｂは本発明の他の実施例を示
す霧化装置の平面図および断面図であつて、第５
図、第６図と同符号は相当する構造物である。第
７図において、ボデイー８は、締付部２５、およ
び２６が設けられており、パツキン２７を挿入し
てビス２８により締付る構成となつている。

すなわち、径方向固定部２４の内径を圧電セラ
ミツク３の外径よりわずかに大きい構成とし、圧
電セラミツク３とノズル板６を接着層１７で接着
後、図のように挿入してビス２８にて締め付けて
固定するよう構成したものであり、機械的に圧電
セラミツク３の外周を固定するようにしたもので
ある。

このような構成にすることにより、第６図にお
ける接着層１８および１８′を省略した構成とす
ることが可能であり、かつ、圧電セラミツク３の
外周側面を径方向固定部２４により確実に、しか
も中心軸に対して対称に固定し、安定で効率の良
い噴霧動作を行うことができる霧化装置を実現す
ることができる。

発明の効果 以上に述べたように本発明によれば、開口を有
する板状の電気的振動子をノズル板に装着し、ノ
ズル板が加圧室に臨むようボデイーに装着すると
共に、電気的振動子の外周側面を固定する外周固
定部を設ける構成としたので、電気的振動子の径
方向振動エネルギーを中心軸に対して対称に、し
かも非常に効率良くノズル板中央部に伝達する構
造にすることができ、したがつて極めて安定で、
かつ非常に効率の良い噴霧動作を行うことができ
る霧化装置を実現することができる。

さらに、上記構成により、接着などの組立作業
を極めて容易でかつ性能ばらつきの少ないものと
することができるので非常に安価に生産すること
が可能となり、工業生産上極めて大きい効果があ
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図は同
霧化装置の圧電セラミツクの駆動電圧波形図、第
３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは同装置の振動部拡大断面
図、モデル化した駆動側振動体の断面図、モデル
化した被駆動側振動体の断面図、振動振幅分布
図、第４図ａ，ｂは同装置の欠点を説明するため
の振動部拡大断面図、第４図ｃは同装置の振動振
幅分布図、第５図は本発明の一実施例を示す霧化
装置の断面図、第６図は同装置の振動体固定部分
の拡大断面図、第７図ａ，ｂは本発明の他の実施
例を示す霧化装置の振動体の平面図、断面図であ
る。 ２…開口、３…電気的振動子、４…ノズル、６
…ノズル板、７…加圧室、８…ボデイー、２４…
外周固定部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開口を有する板状の電気的振動子と、前記開
   口に臨むよう前記電気的振動子に装着されたノズ
   ル板と、液体が充填される加圧室を有し前記ノズ
   ル板が前記加圧室に臨むよう前記電気的振動子を
   装着されたボデイーとより成り、前記電気的振動
   子をその径方向に励振して前記ノズル板を加振し
   前記加圧室の液体をノズルより噴霧するよう構成
   すると共に、前記電気的振動子の外周側面を固定
   する外周固定部を設けた霧化装置。 ２ 加圧室の外周に円板状に構成された電気的振
   動子の外径より小さい内径の軸方向固定部と、前
   記外径より大きい内径の径方向固定部とを設け、
   前記電気的振動子を前記両固定部に接着する構成
   とした特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ３ 電気的振動子の外周側面の一部を固定するよ
   う構成した特許請求の範囲第１項記載の霧化装
   置。 ４ 電気的振動子の外周側面を機械的締付手段に
   よりボデイーに固定するよう構成した特許請求の
   範囲第１項記載の霧化装置。