TWI566838B - Ultrasonic compound rotary atomization mechanism - Google Patents

Description

超音波複合旋轉霧化機構

本發明為有關一種霧化技術，尤指一種複合霧化技術的機構。

讓液體細微化形成懸浮粒子稱之為霧化，常用於農業、環境消暑與油漆噴塗之中。習知霧化技術包含超音波霧化技術、旋轉霧化技術與高壓霧化技術等等，其中超音波霧化技術，如美國公開第US2009061089號專利，其為利用超音波震動，使液體受到震動方向的推力，表面會生成井字狀的毛細波紋，當聲波強度繼續增加，這些紋路會漸漸升高形成細小的液柱，並且出現奇異點後斷裂，而頂端形成液滴噴出，超音波霧化技術適用霧化黏度適中的液體，相較旋轉霧化技術與高壓霧化技術來說，其噴塗利用率相較為大，可以節省材料使用，然而其最大的缺點為霧化量相較為小，生產效率較低。

而旋轉霧化技術，如美國公告第US8602326號專利，旋轉霧化原理主要利用高速旋轉盤，使塗料液體產生離心力，拉扯開液體內聚力，產生喉部奇異點，斷裂後產生霧化，因此提高轉速產生液柱密度越高，能將塗料霧化更細，且能對應更黏稠塗料，旋轉霧化技術的霧化量中等，適用於霧化黏度大的液體，相較超音波霧化技術與高壓霧化技術來說，其噴塗利用率相較為適中，然而其缺點在於機台設備具有高轉速高耗損的特性，機台設備的壽命較低。

另高壓霧化技術，如台灣公告申請第I374066號專利，為加壓液體讓液體高速通過一噴嘴，藉由該噴嘴的流道設計，讓液體產生撞擊而霧化，相較超音波霧化技術與旋轉霧化技術來說，高壓霧化技術的霧化量相較為大，可適用於霧化黏度大的液體，然而其噴塗利用率相較為小，且使用上有孔徑小易阻塞的問題。

如上所述的各種技術，皆可產生霧化的效果，然而高壓霧化技術由於噴塗利用率小，通常適用於成本低廉的液體，如水、一般漆料等等，而不適用於高成本機能性材料。超音波霧化技術具有使用耗損率低的特性，相當適用於高成本機能性材料，然而其生產效率低，難以滿足產能上的需求，另超音波霧化技術雖可霧化黏稠液體，然而，超音波霧化需要較高的振動頻率才能霧化黏稠液體，但超音波霧化的振動頻率越高，其霧化的效率越低(單位時間的霧化量)，且成本高昂並壽命較低，顯然其霧化效率無法滿足使用上的需求。相較來說，旋轉霧化技術的噴塗利用率適中，亦適用於黏度大的液體，然而旋轉霧化技術的霧化效率正比於旋轉轉速，黏稠液體相較於黏度較低的液體如水，黏稠液體需要較高的轉速才能達到相同的霧化效率，其缺點在於機件具有高轉速高耗損的特性，較高的轉速代表較貴的設置成本、較低的壽命與較低的可靠度，無法滿足使用上的需要。

本發明的主要目的，在於揭露一種超音波複合旋轉霧化機構，同時利用兩種霧化原理，以產生相乘作用的霧化效果而增加霧化效率，滿足使用上的需要。

為達上述目的，本發明為一種超音波複合旋轉霧化機構，其包含一殼體與一穿過該殼體且相對該殼體具轉動自由度的超音波本體，其中該殼體具有一入口端與一出口端；而該超音波本體與該殼體的相對位置設置一驅使該超音波本體相對該殼體旋轉的動力元件，且該超音波本體具有一設置一出口與一入口的供料流道、設置於該超音波本體上的一震動元件與一位於該出口且末端緊鄰出口端的震動旋轉杯，該供料流道的出口緊鄰該出口端，而該供料流道的入口緊鄰該入口端。

據此，要霧化的液體，可以由該入口端經由該入口通過該供料流道，並經由該出口進入該震動旋轉杯，而該震動旋轉杯可以藉由該震動元件產生超音波震動，以利用慣性力拉扯該液體的液滴內聚力將之細化，同時利用該動力元件可以讓該震動旋轉杯高速旋轉，以產生離心作用將液體塗料霧化，其同時利用旋轉霧化與超音波霧化的技術對液體塗料進行霧化，而具加乘作用可增加霧化效率，不但可以增加產能同時降低機台設備的負擔，進而滿足使用上的需求。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請參閱「圖1」、「圖2」與「圖3」所示，本發明為一種超音波複合旋轉霧化機構，其包含一殼體10與一穿過該殼體10且相對該殼體10具轉動自由度的超音波本體20，其中該殼體10在結構上可以具有一入口端11與一出口端12，且該殼體10可以具有螺鎖在一起的一上殼體101與一下殼體102而減少製造難易程度，且該上殼體101與該下殼體102之間設置一殼體止水環103，可避免水氣進入該殼體10內。

而為了讓該超音波本體20相對該殼體10具轉動自由度，該殼體10與該超音波本體20之間可以設置至少一讓該超音波本體20相對該殼體10具轉動自由度的滾珠軸承30，且為了轉動穩定性的考量，該滾珠軸承30可以為二個且分別位於該超音波本體20的兩端。

該超音波本體20與該殼體10的相對位置設置一驅使該超音波本體20相對該殼體10旋轉的動力元件40，該動力元件40可以包含一設置於該超音波本體20上的永久磁鐵41與一設置於該殼體10上的無刷馬達磁圈42，且為了供給電源驅動該動力元件40，該殼體10可以設置一顯露且穿透該殼體10並電性連接該無刷馬達磁圈42的無刷馬達接點13，該無刷馬達接點13可以連接外部電源(圖未示)，而讓該動力元件40取得所需的電力。

該超音波本體20具有一設置一出口211與一入口212的供料流道21、設置於該超音波本體20上的一震動元件22與一位於該出口211且末端緊鄰出口端12的震動旋轉杯23，該供料流道21的出口211緊鄰該出口端12，而該供料流道21的入口212緊鄰該入口端11。其中該震動元件22可以為一壓電陶瓷221，其在輸入交流電之後即可快速擺動而產生震動，且為了供給該壓電陶瓷221所需的電力，該殼體10與該超音波本體20之間可以設置一電性連接該壓電陶瓷221的旋轉電極14，該旋轉電極14與該壓電陶瓷221之間為以線路(圖未繪製)電性連接，藉由該旋轉電極14即可供給該壓電陶瓷221所需的電力。

在實際實施結構上，為了保護該震動元件22，該超音波本體20可以具有一柱體24與罩覆該柱體24的一保護殼25，該柱體24與該保護殼25之間形成一供該震動元件22設置的容置空間26，且該供料流道21貫穿該柱體24並於該柱體24的兩側形成該入口212與該出口211。又為了避免水氣進入該容置空間26而損害該震動元件22，該柱體24與該保護殼25之間，可以於該震動元件22的兩側分別設置一讓該容置空間26形成密封環境的O形環27。此外該保護殼25可以具有螺鎖在一起的一上保護殼251與一下保護殼252，該上保護殼251與該下保護殼252鎖合之後，即形成該保護殼25，且該上保護殼251與該下保護殼252之間可以設置一保護殼止水環253，可以避免外部的水氣進入該保護殼25中。

又請一併參閱「圖4」所示，要霧化的液體60，為由該入口端11經由該入口212通過該供料流道21，並經由該出口211進入該震動旋轉杯23，即可藉由該震動旋轉杯23的旋轉與震動而霧化形成懸浮粒子61，且為了增加霧化的效率，該供料流道21的孔徑由該入口212朝該出口211逐漸縮小，藉由逐漸縮小的設計，可以增加該供料流道21內的液體60流速，進而增加霧化效率，或者該內表面231亦可以設置有複數條紋232，藉由該些條紋232減少該液體60產生喉部奇異點所需的轉速。

另該震動旋轉杯23可以具有連接該出口211的一內表面231，且該內表面231的輪廓可以為選自半球形與錐形的任一種，圖示為以繪製錐形代表之，且該內表面231的邊緣可以緊鄰該出口端12。另外本創作為了控制霧化的氣流方向，該殼體10內可以設置至少一導流裝置50，該導流裝置50具有一朝向該出口端12的氣嘴51，該氣嘴51可以吹出一導引氣流52，以藉由該導引氣流52將該液體60霧化形成的懸浮粒子61快速帶走。

綜上所述，本發明至少具有以下優點：

1.該震動旋轉杯可以藉由該震動元件產生超音波震動，以利用慣性力拉扯該液體的液滴內聚力將之細化，同時利用該動力元件可以讓該震動旋轉杯高速旋轉，以產生離心作用將液體塗料霧化，其同時利用旋轉霧化與超音波霧化的技術對液體塗料進行霧化，而具加乘作用，可增加霧化效率，不但可以增加產能同時降低機台設備的負擔，機台設備不要需要極高的轉速或振動頻率，即可讓霧化效率滿足使用上的需求。

2.利用加乘的霧化原理，使霧化粒徑更多更細小，可提昇塗佈膜層之緻密性與成膜厚度控制。

3.藉由該保護殼與O形環的設置，有效保護該震動元件免於水氣的破壞，有效增加使用壽命。

4.該保護殼與該殼體為分離設計，有效降低製造的難度與成本，滿足實際使用之需求。

5.利用該導流裝置的設置，產生導引氣流，有效控制懸浮粒子的流向，方便噴漆、塗佈作業的進行。

6.藉由讓該供料流道的孔徑由該入口朝該出口逐漸縮小以及該內表面具有該些條紋的設計，有效提升霧化效率。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧殼體
101‧‧‧上殼體
102‧‧‧下殼體
103‧‧‧殼體止水環
11‧‧‧入口端
12‧‧‧出口端
13‧‧‧無刷馬達接點
14‧‧‧旋轉電極
20‧‧‧超音波本體
21‧‧‧供料流道
211‧‧‧出口
212‧‧‧入口
22‧‧‧震動元件
221‧‧‧壓電陶瓷
23‧‧‧震動旋轉杯
231‧‧‧內表面
232‧‧‧條紋
24‧‧‧柱體
25‧‧‧保護殼
251‧‧‧上保護殼
252‧‧‧下保護殼
253‧‧‧保護殼止水環
26‧‧‧容置空間
27‧‧‧O形環
30‧‧‧滾珠軸承
40‧‧‧動力元件
41‧‧‧永久磁鐵
42‧‧‧無刷馬達磁圈
50‧‧‧導流裝置
51‧‧‧氣嘴
52‧‧‧導引氣流
60‧‧‧液體
61‧‧‧懸浮粒子

圖1，為本發明一實施例之立體結構圖。 圖2，為本發明一實施例之立體結構分解圖。 圖3，為本發明一實施例之剖視結構圖。 圖4，為本發明一實施例之使用示意圖。

10‧‧‧殼體

101‧‧‧上殼體

102‧‧‧下殼體

103‧‧‧殼體止水環

11‧‧‧入口端

12‧‧‧出口端

13‧‧‧無刷馬達接點

14‧‧‧旋轉電極

20‧‧‧超音波本體

21‧‧‧供料流道

211‧‧‧出口

212‧‧‧入口

22‧‧‧震動元件

221‧‧‧壓電陶瓷

23‧‧‧震動旋轉杯

231‧‧‧內表面

232‧‧‧條紋

24‧‧‧柱體

25‧‧‧保護殼

251‧‧‧上保護殼

252‧‧‧下保護殼

253‧‧‧保護殼止水環

26‧‧‧容置空間

27‧‧‧O形環

30‧‧‧滾珠軸承

40‧‧‧動力元件

41‧‧‧永久磁鐵

42‧‧‧無刷馬達磁圈

50‧‧‧導流裝置

51‧‧‧氣嘴

Claims (18)

1. 一種超音波複合旋轉霧化機構，其包含： 一殼體，該殼體具有一入口端與一出口端；以及 一穿過該殼體且相對該殼體具轉動自由度的超音波本體，該超音波本體與該殼體的相對位置設置一驅使該超音波本體相對該殼體旋轉的動力元件，且該超音波本體具有一設置一出口與一入口的供料流道、設置於該超音波本體上的一震動元件與一位於該出口且末端緊鄰出口端的震動旋轉杯，該供料流道的出口緊鄰該出口端，而該供料流道的入口緊鄰該入口端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該殼體與該超音波本體之間設置至少一讓該超音波本體相對該殼體具轉動自由度的滾珠軸承。
3. 如申請專利範圍第2項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該滾珠軸承為二個且分別位於該超音波本體的兩端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該動力元件包含一設置於該超音波本體上的永久磁鐵與一設置於該殼體上的無刷馬達磁圈。
5. 如申請專利範圍第4項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該殼體設置一顯露且穿透該殼體並電性連接該無刷馬達磁圈的無刷馬達接點。
6. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該超音波本體具有一柱體與罩覆該柱體的一保護殼，該柱體與該保護殼之間形成一供該震動元件設置的容置空間，且該供料流道貫穿該柱體並於該柱體的兩側形成該入口與該出口。
7. 如申請專利範圍第6項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該柱體與該保護殼之間於該震動元件的兩側分別設置一讓該容置空間形成密封環境的O形環。
8. 如申請專利範圍第6項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該保護殼具有螺鎖在一起的一上保護殼與一下保護殼。
9. 如申請專利範圍第8項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該上保護殼與該下保護殼之間設置一保護殼止水環。
10. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該供料流道的孔徑由該入口朝該出口逐漸縮小。
11. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該震動元件為一壓電陶瓷。
12. 如申請專利範圍第11項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該殼體與該超音波本體之間設置一電性連接該壓電陶瓷的旋轉電極。
13. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該震動旋轉杯具有連接該出口的一內表面。
14. 如申請專利範圍第13項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該內表面的輪廓為選自半球形與錐形的任一種。
15. 如申請專利範圍第13項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該內表面設置有複數條紋。
16. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該殼體內設置一導流裝置，該導流裝置具有一朝向該出口端的氣嘴。
17. 如申請專利範圍第1項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該殼體具有螺鎖在一起的一上殼體與一下殼體。
18. 如申請專利範圍第17項所述之超音波複合旋轉霧化機構，其中該上殼體與該下殼體之間設置一殼體止水環。