JPH0373340B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、水、液体燃料、薬液等の種々の液体
を微粒化する為の噴霧装置に関し、さらに詳しく
言えば、圧電振動子等の電気的振動子の超音波振
動により加圧室の液体を加振してノズルより噴射
し微粒化する方式の超音波噴霧装置に関するもの
である。

従来の技術 このような方式の超音波噴霧装置に関する従来
の技術として、古くはプリンター等に利用されて
いるインクジエツト技術があり、最近ではそのイ
ンクジエツト技術を改良し、加圧室に臨むノズル
を有するノズル板を圧電振動子で振動させ、その
振動により生じる音圧によつて加圧室の液体をノ
ズルから噴霧するようにした技術がある（例えば
特開昭58−122070号公報や、電子通信学会技術研
究報告US84−４，P.23−30）。第８図は、上記従
来技術の後者の例を示す噴霧装置の断面図であ
る。

同図に於て、噴霧部１は、直径が0.08mmのノズ
ル２を複数個有し、厚さが0.05mmのノズル板３
と、外径が５−15mmで、厚さが0.5−2.0mm程度の
開口４を有する円環状圧電セラミツク５と、深さ
が数mmの円筒状加圧室６を有するボデイー７とよ
り構成され、パイプ８と９により各々タンク１０
と吸引フアン１１に接続されている。

吸引フアン１１の発生する負圧力によりパイプ
８の液面はタンク１０の液面１２と同一の位置か
ら高さhsだけ吸い上げられ図の液面１３となつて
つりあう。

圧電セラミツク５の図の左右の面には電極が設
けられており（図示せず）、この電極間に20−
100KHzの交流電圧が供給されるとノズル板３と
圧電セラミツク５とは図の破線のようにたわみ振
動する。この結果、加圧室６内のノズル２の近傍
には強い音圧が発生し、ノズル２からは液滴１４
が交流電圧の極性に応じて噴射され微粒化される
ものである。

このような噴射機構で動作する噴霧装置は、イ
ンクジエツト装置と違つて溶存空気を多量に含む
液体であつても極めて安定に噴霧することがで
き、電力消費が著しく少く、しかも非常にコンパ
クトで簡単な構造であるという長所を有している
が、加圧室６の圧力（静圧）がノズル２の前方の
圧力（即ち大気圧）より低いことが不可欠であ
る。もしそうでないならば、ノズル２から液体が
溢れ出てしまつた正常に加圧室６内のノズル２の
近傍に音圧を発生し噴射することができないから
である。

第９図は、第８図の噴霧装置の加圧室６内に圧
力Pcに対する液体の噴霧量ｑの変化を示す特性
図である。図より明らかなように加圧室６内の圧
力Pcが大気圧より大きくなると（Pc＞Ｏとなる
と）、噴霧量ｑは激減してしまい正常な液体の噴
射ができなくなるのである。このような状態にな
るのを防止するために、吸引フアン１１の負圧力
により液体を加圧室６に充填する構成とし、加圧
室６内の圧力Pcを大気圧より小さくしているの
である。

発明が解決しようとする問題点 このように従来の噴霧装置は液体を加圧室６に
充填するための負圧力Psを発生させるための吸
引フアン１１が必要であつた。この負圧力Psは、
吸上高さhsが例えば50mmで液体が水の場合、50mm
Aq必要である。従つて、吸引フアン１１は極め
て大型のフアンとなり、装置全体が非常に大きく
高価なものになり、かつ騒音発生が著しいうえに
噴霧装置が転倒した場合にはパイプ９から液体が
溢れ出てしまい、噴霧装置やその周辺を汚損する
ばかりでなく液体の種類によつては非常に危険で
あるという不都合があつた。また、平均噴霧量ｑ
の調節のために圧電セラミツク５に供給する電圧
を断続制御した場合には、タンク１０の液面１２
の高さの変化による液面１３の変動によつて、噴
霧量ｑが著しく変動するという欠点を有してい
た。これは液体の流れの慣性によるものである。

問題点を解決するための手段 本発明はこのような従来の噴霧装置の欠点を解
決するためになされたものであり以下に述べる手
段により構成されている。

即ち、加圧室を有すボデイーと、加圧室に臨む
ノズルと、加圧室の液体を加振してノズルより噴
霧する電気的振動子と、液体に位置あるいは圧力
等のエネルギーを与える液体付勢手段と、加圧室
と液体付勢手段とを接続する供給管と、大気開放
端が加圧室より低い位置に設けられ他端が加圧室
に接続された排出管とを備え、排出管を液体が流
れることにより失われるエネルギーが加圧室と大
気開放端との位置（高さ）の差により与えられる
エネルギーより小さくなるよう供給管と排出管の
圧損および加圧室と大気開放端との位置関係を構
成したものである。

作 用 本発明の上記手段から成る構成により、吸引フ
アンを用いることなく液体を加圧室に充填しつつ
液体の流れを形成して加圧室内の空気を排出し、
しかも、加圧室内の圧力をノズル前方の圧力（大
気圧）より低い圧力に維持して電気的振動子によ
る安定な噴霧動作を実現せしめるという作用を発
揮するものである。

実施例 第１図は本発明の実施例を示す噴霧装置の断面
図である。

第１図に於て、第８図と同符号のものは相当す
る構造物であり説明を省略する。同図に於て、加
圧室６は排出管１５と供給管１６とが接続されて
おり、排出管１５の先端である大気開放端１７は
加圧室６の中心よりh1だけ低い位置になるよう
構成されている。一方、供給管１６の他端は第１
液槽１８に接続され、第１液槽１８の液面１９は
加圧室６の中心よりh2だけ高い位置になるよう
構成されている。即ち、第１液槽１８は位置（高
さ）のエネルギーを液槽内の液体に与え、図中の
矢印のような供給管１６を経て加圧室６から排出
管１５へと液体を流すものであり、液体付勢手段
を形成している。

排出管１５の大気開放端１７より低い位置に液
面２０を有する第２液槽２１が設けられ、大気開
放端１７より流出した液体は図のように第２液槽
２１に流入するようになつている。

ここで排出管１５と供給管１６の構成について
説明する。図のように排出管１５の断面積は供給
管１６の断面積より十分大きく構成されており、
このため両管１５，１６内を流れる液体の流速差
は非常に大きくなつている。従つて、水頭（h1
＋h2）のエネルギーを与えられた液体は、その
ほとんどのエネルギーを供給管１６の内圧損とし
て消費してしまう。一方、大気開放端１７と液面
１９との間の加圧室６の位置はh1／（h1＋h2）
であり、従つて加圧室６内の液体は、このh1／
（h1＋h2）に相当する位置のエネルギーを持つて
いることになる。

この位置エネルギーは排出管１５内を液体が流
れることによつて消費されるエネルギー（排出管
１５内圧損）より大きく、このため加圧室６内は
一種のサイフオンに於る負圧部のような状態とな
つて大気圧（ノズル２の前方圧力）より低い圧力
となるのである。

第２図ａ，ｂは、第１図に於ける液体流路内の
圧力（静圧）Pstの位置変化と、液体流路とをモ
デル化した図である。管の入口損失や曲り損失等
を無視した同図ａに於て、同図ｂに於る排出管１
５と供給管１６の断面積が等しく、かつ、それら
の長さの比がh1とh2の比と等しければ、圧力
（静圧）Pstの位置変化は動水勾配を示す直線Ａと
一致し加圧室６内は大気圧に等しくなる。しかる
に、排出管１５の断面積が供給管１６の断面積よ
り大きいので、圧力（静圧）Pstは同図ａのよう
になり図中に示したhdに相当するエネルギー分
だけ大気圧より低い圧力（静圧）Pstとなりこれ
が加圧室６内圧力pcとなるのである。

第１図に於て、排出管１５の先端は液面２０よ
り上であり、このため排出管１５の大気開放端１
７はその先端と一致しているが、もし排出管１５
の先端が液面２０より下に有る場合は排出管１５
の液面２０に一致する位置がこの場合の大気開放
端となることは明らかである。ただし液面２０の
高さの変動が大きいような場合は、排出管１５の
先端を液面２０より上にした方が噴霧動作の安定
性を保証するうえで有利である。

このような構成により、液体吸引専用フアンを
用いることなく液体流路系だけで加圧室６内の空
気を排出し液体を充填しながら流すことができ、
しかも、加圧室６内圧力Pcを大気圧以下の任意
圧力として安定な噴霧動作を保証することができ
るので、簡単でコンパクトな構成でありかつ安価
であるうえに低騒音な噴霧装置を実現することが
できる。また、加圧室６が液体流路系だけと接続
されているので転倒などの異常の場合に対する液
体の流出防止構成が簡単であるという長所を有し
ている。

第３図は本発明の他の実施例であり、第１図と
同符号のものは相当する構造物であり説明を省略
する。

第３図に於て、第１液槽１８はポンプ２２を介
して第２液槽２１とパイプ２３，２４によつて接
続されており、第１液槽１８から大気開放端１７
に流出した液体は第２液槽２１よりポンプ２２に
より第１液槽１８に汲み上げられる構成になつて
いる。第１液槽１８には図のようにリターンパイ
プ２５よりリターンするように構成されており、
このため液面１９はポンプ２２の汲み上げ能力に
かかわらず一定に保たれる。従つて、供給管１６
より加圧室６に供給される液体の圧力（エネルギ
ー）はh2のみにより決定され、ポンプ２２は極
めて簡単なものでよく低価格なものを用いること
ができる。

供給管１６の途中にオリフイス２６が設けられ
ており、このため供給管１６の流路抵抗を小さく
してその長さや曲りの程度に関係なく加圧室６の
内圧Pcを一定に保つことができる。また、オリ
フイス２６を設けることにより、ノズル板３の振
動によりキヤビテーシヨンによる気泡２７が発生
するような場合であつても排出管１７内の液体の
流速を高めるためにその管径を小さくし、結果と
して良好に気泡を排出することができるようにす
ることが可能である。

また、この実施例の場合も加圧室６の内圧Pc
はh1のみによつて定まり液面２１から噴霧器１
までの高さh3には無関係である。

大気開放端１７は図のように傾斜断面形状にな
つており、このようにすることにより気泡２７が
液体の表面張力で大気開放端１７に溜るのを防止
することができる。

第４図は本発明のさらに他の実施例であり、第
３図と同符号のものは相当する構造物であつて説
明を省略する。

第４図に於て、ポンプ２２は供給管１６の途中
に挿入されている。このため、ポンプ２２の吐出
圧は多少安定であることが必要であるけれども第
３図に於る第１液槽１８を省略できるという長所
がある。

第５図は本発明のもう１つ他の実施例であり、
第３図と同符号のものは相当する構造物であつて
説明を省略する。

第５図に於て、噴霧器１のボデイー７には、オ
リフイス２６と圧力平滑室２８、弁２９，３０、
吐出室３１、振動板３２及び第２圧電セラミツク
３３が一体に設けられておりコンパクトな構造を
実現することができる。振動板３２及び第２圧電
セラミツク３３は図のようにたわみ振動をするの
で弁２９，３０と共にポンプ作用を果す。このた
め簡単な構造で第４図の実施例と同様に良好な動
作を行うことができる。従つて、装置全体の構成
をコンパクト化することができる。

第６図は本発明のさらにもう１つ他の実施例で
あり、第３図と同符号のものは相当する構造物で
あつて説明を省略する。

この実施例の場合はボデイー７にオリフイス２
６のみが一体化されている。このため液体付勢手
段として、応用例に応じた種々の手段を任意に選
ぶことができる。

第７図は本発明のさらに又もう１つ他の実施例
であり、第３図と同符号のものは相当する構造物
であつて説明を省略する。

第７図に於て、モータ３４は噴霧器１から噴霧
された液滴１４を搬送あるいは混合するための空
気を送風するフアン３５と、液体を付勢して圧送
するための液槽２１内に設けられたスクリユー３
６を同軸で駆動するよう構成されている。従つ
て、上述したように送風フアン３５を有するよう
な用途の場合、このような構成を採用することに
より別個に液体付勢手段を必要とせず装置全体の
構成を簡単化することが可能である。

発明の効果 以上に述べたように本発明によれば、加圧室を
有するボデイーと、加圧室に臨むノズルと、加圧
室の液体を噴霧する電気的振動子と、液体に位置
又は圧力等のエネルギーを与える液体付勢手段
と、加圧室と液体付勢手段とを接続する供給管
と、大気開放端が加圧室より低い位置に設けられ
他端が加圧室に接続された排出管とを備え、液体
が排出管を流れる時のエネルギー損失が加圧室と
大気開放端との位置差のエネルギーより小さくな
るよう構成したので、吸引用フアン等の吸引手段
を用いないで、加圧室に液体を流しつつ加圧室の
内圧Pcをノズル前方の圧力より低く維持し、結
果として、安定な噴霧動作を保証することが可能
である。従つて、大型の吸引用フアン等の吸引手
段を必要としないため、噴霧装置を著しく小形・
コンパクト化し、かつ低コストなものにすること
ができる。また、吸引圧力を発生させる必要がな
いので騒音が著しく少なく、かつ、噴霧装置が転
倒する等の異常事態であつても、液体が吸引用フ
アン内に流出して装置の内外を汚損したり、危険
な状態が発生したりするといつた不都合を生じな
い優れた噴霧装置を提供することができる。さら
に、排出管の一端を大気開放端とすることによ
り、液槽の液面と加圧室との高さに無関係に加圧
室の内圧を一定化し、液槽の液面高さ変動にかか
わらず噴霧量を所定値に保つことが可能であり、
非常に使い勝手の良い噴霧装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す噴霧装置の断
面図、第２図ａ，ｂは同装置の液体流路の内圧
Pstの分布説明図、及び同装置の液体流路をモデ
ル化した構成図、第３図は液体付勢手段の液体付
勢エネルギーの大きさを安定化した本発明の他の
実施例を示す噴霧装置の断面図、第４図は液体付
勢手段を液体加圧手段で構成した本発明のさらに
他の実施例を示す噴霧装置の断面図、第５図は液
体付勢手段をボデイーに一体化した本発明のもう
一つ他の実施例を示す噴霧装置の断面図、第６図
はオリフイスをボデイーに設けたさらにもう一つ
他の実施例を示す噴霧装置の断面図、第７図は噴
霧液滴搬送用フアンと液体付勢手段とを兼用した
さらにまたもう一つ他の実施例を示す噴霧装置の
断面図、第８図は従来の噴霧装置の構成を示す断
面図、第９図は同装置の加圧室内圧Pcと噴霧量
ｑとの関係を示す説明図である。 ２……ノズル、３……ノズル板、５……電気的
振動子、６……加圧室、７……ボデイー、１５…
…排出管、１６……供給管、１７……大気開放
端、１８……第１液槽（液体付勢手段）、２１…
…第２液槽、２２……ポンプ（液体付勢手段）、
２６……オリフイス、２９，３０……弁、３１…
…吐出室、３２……振動板、３３……第２圧電セ
ラミツク、２９，３０，３１，３２，３３……液
体付勢手段、３４……モータ、３５……フアン、
３６……スクリユー、３４，３６……液体付勢手
段。

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、前記加圧室に臨むように設けられたノズル
   と、前記加圧室の液体を加振し前記ノズルより噴
   霧する電気的振動子と、液体に位置、圧力等のエ
   ネルギーを与える液体付勢手段と、前記加圧室と
   前記液体付勢手段とを接続する供給管と、大気開
   放端が前記加圧室より低い位置に設けられ他端が
   前記加圧室に接続された排出管とを備え、前記排
   出管を液体が流れる事により失われるエネルギー
   が前記加圧室と前記大気開放端の位置差により与
   えられるエネルギーより小さくなるよう構成した
   噴霧装置。 ２ 排出管の大気開放端から流出した液体を液槽
   に溜め、液体付勢手段により液体を循環するよう
   構成した特許請求の範囲第１項記載の噴霧装置。 ３ 排出管の大気開放端が液槽の液面より高い位
   置になるよう構成した特許請求の範囲第２項記載
   の噴霧装置。 ４ 供給管の断面積を排出管の断面積より小さく
   なる構成とした特許請求の範囲第１項記載の噴霧
   装置。 ５ 加圧室と液体付勢手段との間にオリフイスを
   設ける構成とした特許請求の範囲第１項記載の噴
   霧装置。 ６ オリフイスをボデイーに一体に組み込む構成
   とした特許請求の範囲第５項記載の噴霧装置。 ７ 液体の表面張力により、排出管内がその大気
   開放端迄液体充填状態を維持する事ができる断面
   積となるよう排出管を構成した特許請求の範囲第
   １項記載の噴霧装置。 ８ 排出管の大気開放端の切口形状を傾斜断面形
   状とした特許請求の範囲第７項記載の噴霧装置。 ９ ボデイーと、液体付勢手段とを一体に組み込
   む構成とした特許請求の範囲第１項記載の噴霧装
   置。 １０ 加圧室の下方に供給管を接続し、上方に排
   出管を接続する構成とした特許請求の範囲第１項
   記載の噴霧装置。 １１ 液体が充填される加圧室を有するボデイー
   と、前記加圧室に臨むように設けられたノズル
   と、前記加圧室の液体を加振し前記ノズルより噴
   霧する電気的振動子と、液体に位置、圧力等のエ
   ネルギーを与える液体付勢手段と、前記加圧室と
   前記液体付勢手段とを接続する供給管と、大気開
   放端が前記加圧室より低い位置に設けられ他端が
   前記加圧室に接続された排出管と、前記ノズルよ
   り噴霧された液滴と混合する空気を送風する送風
   機を備え、前記排出管を液体が流れる事により失
   われるエネルギーが前記加圧室と前記大気開放端
   の位置差により与えられるエネルギーより小さく
   なるよう構成すると共に、前記液体付勢手段と前
   記送風機とを兼用させる構成とした噴霧装置。