JPH0438460B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、一般には超音波による液体物質の微
粒化技術に関するものであり、特にデイーゼルエ
ンジン及びガソリンエンジンのような内燃機関又
はボイラー及びバーナ等の外燃機関用の燃料の霧
化、微粒化用に、更には粉末薬品を製造するため
の乾燥用に好適に使用し得る超音波霧化装置に関
するものである。本発明は、このように種々の用
途において液体物質（本明細書では「液体物質」
とは、液体燃料の如き液体は勿論のこと、薬品製
造用液体のような溶液あるいはスラリーをも包含
する意味で用いる）の微粒化に適用し得るが、以
後本発明は主としてデイーゼルエンジン及びガソ
リンエンジンのような内燃機関のための液体燃料
の超音波による霧化、微粒化に関連して説明す
る。 背景技術 周知のように、この種の超音波霧化装置は、例
えば電気／音響変換素子や高周波発振器のごとき
装置から成る超音波振動発生手段と、該超音波振
動発生手段によつて駆動され、供給される液体燃
料などの液体物質を霧化する超音波振動子ホーン
とを具備しているものであるが、前記液体物質を
霧化するに際しての霧化流量の大小、霧化液滴の
粒径の大小等の超音波振動子ホーンの霧化特性の
良／不良が、前記超音波霧化装置を利用した燃焼
装置の性能に種々の影響を及ぼす原因となる。例
えば、前記超音波振動子ホーンにおける霧化特性
が悪いと、前記燃焼装置において適確な空燃比制
御が行なえなかつたり、燃焼状態が悪化して排気
ガス中に含まれる炭化水素や一酸化炭素の量が増
大したり、ススの量も増大する等という不具合が
生ずることとなる。このような燃焼装置における
不具合を解消するには、上述したごとき超音波振
動子ホーンの霧化特性を改善する必要がある。 これまで、好ましい燃焼状態を得るために燃焼
装置に対して、超音波振動を適用して、供給され
る液体燃料を霧化し、それによつて燃焼効率を改
善する多くの試みがなされてきている。しかし、
これ等の試みがなされた超音波霧化装置のうち、
例えば、内燃機関に供給される全燃料を実際的な
寸法の超音波霧化装置により負荷等必要に応じ
て、霧化特性を悪化させることなく、良好な霧化
効率で霧化、微粒化できる程の処理量（例えば約
10c.c.／sec）を有しているものは少ない。これま
で、主として内燃機関への適用をねらつた超音波
による燃料霧化装置としては、例えば、コツテル
の特開昭49−37017号がある。 このコツテルの特許に開示されているような装
置では、内燃機関に適用した場合には、内燃機関
の負荷変動に応じて、必要とされる燃料を燃焼に
好ましい微細な霧化粒径で、短時間に多量に、有
効かつ効率的に霧化するのが困難である。すなわ
ち、多量の液体の霧化に必要とされる十分な振幅
を得るのが難しい。さぜならば、同装置は中実型
で質量が大きく高振幅を確保しようとすると、高
い応力が発生し材質的にもたないからである。さ
らに、この装置を使用して供給される燃料を霧化
するのに要する電力消費量は大きいという欠点が
ある。これは超音波振動発生手段から発生される
超音波エネルギが超音波振動子ホーンを振動さ
せ、この超音波振動子ホーンの振動により、供給
される燃料を超音波振動子ホーンの霧化部分で霧
化するのに使用されるので、燃料を霧化するため
には、質量の大きい中実の超音波振動子ホーンの
場合、大きな振幅を得るためには大きな超音波エ
ネルギが必要となり、したがつて、多量の燃料を
霧化するのには、大きなエネルギが必要であり、
その結果、ホーンに加わる応力が高くなりすぎて
多量の燃料を効率的に霧化するのが困難となる。
さらに超音波振動発生手段か、中実の超音波振動
子ホーンの霧化部分へ伝達され、供給される燃料
を霧化するために使用される超音波エネルギ（例
えば、振幅エネルギ）は、超音波振動子ホーンが
中実であるために、質量による減衰などを考慮し
なければ超音波振動発生手段から与えられた、始
めの超音波エネルギ（例えば、振幅エネルギ）の
大きさと、ほぼ同じ大きさであり、この超音波エ
ネルギが、一層、有効かつ効果的に使用されてい
るとはいい難い。なぜならば、供給される燃料
を、超音波振動子ホーンの霧化部分で霧化するの
に要する振幅エネルギはこの霧化部分に供給され
た燃料に与える有効振幅によつて決まるので、超
音波振動発生手段からのエネルギが、有効振幅を
大きくするように、有効的に使用されているとは
言えないからである。（ここで、有効振幅とは液
体の霧化に必要な振幅であつて、液体が供給され
る霧化面に垂直な方向の振幅部分であり、絶対振
幅×sinθで表わされるものである。その際、θは
霧化面の中心軸に対する角度を示す）。したがつ
て、超音波振動発生手段からの超音波エネルギに
よつて燃料を微細粒径で効果的、かつ有効的に霧
化しているとは言えず、燃料を霧化するための電
力消費量が、前述したように、大きくなるという
欠点を招いている。 なお、超音波振動子ホーンが中実であるため
に、質量が大きく、質量による超音波エネルギの
減衰の影響も大きく無視できない。 さらに、このコツテルの装置ではスリーブノズ
ルを使用しているので、燃料の供給時に燃料が超
音波振動子ホーンの側壁を伝わりながら下方の燃
料を霧化する霧化部分へ供給されるので、燃料と
超音波振動子ホーンとの接触面積が大きくこの接
触面積部分で、大きな電力ロスが発生する。 さらに、コツテルの装置では、作業中にスリー
ブ下端外周面に液溜が生長し、この生長した液溜
りは落下し、巨大粒径が発生して効率良く供給さ
れる多量の燃料を完全に微細粒径で霧化している
とは言えない。 また、コツテルの装置では超音波振動子ホーン
とスリーブとを組立てるとき、これらは偏心しや
すく、一担、偏心すると、燃料を霧化して周囲方
向へ飛翔する噴霧パターンが片寄り、均一な好ま
しい燃料状態を得ることが困難になるという欠点
がある。 したがつて、本発明は、コツテルの装置のよう
な従来の超音波振動霧化装置における上述したご
とき問題点を改善するために創案されたものであ
つて、その目的は、例えば内燃機関などの負荷変
動に応じて、短時間で多量に液体物質を効率的に
霧化することができる超音波霧化装置を提供する
ことである。 本発明の他の目的は、液体物質を霧化する際
に、均一で極めて微細粒径の霧化液滴に霧化する
ことができる超音波霧化装置を提供することであ
る。 本発明の他の目的は、液体物質を霧化する際
に、使用される電力消費量が少なくてすむ超音波
霧化装置を提供することである。 本発明の他の目的は、液体物質を超音波霧化装
置の霧化部分に供給する際、少なくとも１つの液
体物質供給機構から液体物質を霧化部分に効率的
に供給することができる超音波霧化装置を提供す
ることである。 本発明の他の目的は、超音波霧化装置の霧化部
分に与えられる液体物質と該霧化部分の表面との
親和性を変化させ、均一で極めて微細粒径の液滴
に霧化するという霧化特性のより一層の向上を図
ることができる超音波霧化装置を提供することで
ある。 本発明の他の目的は、設定された適正な霧化量
を越えて液体物質が超音波霧化装置の霧化部分に
供給された場合でも、液体物質の霧化が可能であ
る超音波霧化装置を提供することである。 本発明の他の目的は、液体物質が供給される超
音波霧化装置の霧化部分に向けて流入する燃焼用
空気流によつて、霧化部分に供給された液体物質
に乱れが生じたり、あるいは霧化液滴どうしの付
着による大液滴の発生などの霧化特性の悪化を招
くことのない超音波霧化装置を提供することであ
る。 本発明の他の目的は、液体物質が供給される超
音波霧化装置の霧化部分の冷却効果を向上せしめ
ることによつて、超音波霧化装置の共振条件を改
善することができる超音波霧化装置を提供するこ
とである。 本発明の他の目的は、組み立てが容易で、か
つ、取扱いの容易な超音波霧化装置を提供するこ
とである。 発明の要約 上記目的は、本発明に係る超音波霧化装置によ
つて達成される。要約すれば本発明は、超音波振
動発生手段と、前記超音波振動発生手段に一端側
が接続されると共に、他端側は、先端に行くに従
つて径が大きくなる拡径部を有する超音波振動子
ホーンとを備え、液体物質供給機構から前記拡径
部に供給される液体物質を前記拡径部で露化する
超音波霧化装置において、前記拡径部に先端側か
ら中空部を形成し、この中空部は、前記超音波振
動子ホーンの軸線方向に対して垂直に取つた各平
面内の横断面積が、ほぼ一定になるように形成さ
れることを特徴とする超音波霧化装置である。 このように略円錐形状の中空部を拡径部に形成
することによつて、従来の装置で生じていた前述
諸問題点を解消し得ることを見い出した。つま
り、質量の大きい従来の超音波振動子ホーンに比
較して本発明の超音波霧化装置では、超音波振動
子ホーンの質量が小さくなると共に後に詳述する
たわみ振動の発生も可能となり、したがつて、従
来の装置と異なり小さな振動エネルギでも超音波
振動子ホーンの拡径部で液体物質を微細に霧化す
ることができる。ここで、本発明の超音波振動子
ホーンにおけるたわみ振動の発生は、従来の超音
波振動子ホーンには見られないものであり、この
たわみ振動の発生と超音波振動子ホーンの質量の
小ささとが、本発明の超音波霧化装置をして、従
来の超音波霧化装置よりも液体物質を一層微細
に、かつ、多量に霧化させることを可能にしてい
る。 すなわち、コツテルの装置のような従来の装置
では、液体物質を霧化するのに大きなエネルギが
必要であつたものが、中空部が形成された本発明
の超音波霧化装置によれば、小さなエネルギで液
体物質を霧化することができると共に印加される
振動も、たわみ振動を発生させることにより霧化
面で極めて有効に使用されることになる。 その結果、霧化面の寸法が同一で且つ該霧化面
において同一振幅を得ようとする場合には、本発
明による超音波振動子ホーンの方が中空部を形成
しない従来のものと比較して超音波発生手段に給
電する電力が少なくて済むこと、換言すれば、超
音波振動発生手段に同一電力を給電したときに
は、同一形状、同一寸法の霧化面を有する振動子
ホーンにおいて、中空部を形成した本発明の超音
波振動子ホーンの方が中実型の従来の超音波振動
子ホーンよりも霧化面において液体物質を霧化す
るために大振幅が得られ、液体物質を一層微細
に、かつ、多量に霧化できることが本発明者等に
よつて見出された。 したがつて、本発明の超音波霧化装置によれ
ば、従来の超音波霧化装置に比較して、霧化面に
おいて大振幅が容易に得られるので、本発明の超
音波霧化装置は、従来の超音波霧化装置に比較し
て同一の霧化量を得るためには少ない電力消費で
すみ、換言すれば、同一の電力供給であれば、本
発明の超音波振動子ホーンの方が、従来の超音波
振動子ホーンに比較して、多量の液体物質の霧化
が可能となると共に液体物質を一層小さな粒径で
霧化することができる。 その結果、本発明の超音波霧化装置を内燃機関
の燃料噴射装置として用いられた場合には、多量
の燃料を必要とする負荷変動等にも迅速に応答で
きると共に微細粒径の霧化液滴により内燃機関の
燃焼室で好ましい燃焼状態を得ることが可能とな
る。 さらに中空部の前記各平面内の横断面積がほぼ
一定になるように形成されていることにより、本
発明による超音波霧化装置の拡径部の霧化面にか
かる応力は低下し、さらに、前述したたわみ振動
を利用することによりさらに振幅を下げられ、こ
のことと超音波振動子ホーンの質量の小ささと相
侯つて、本発明の超音波霧化装置は小さいエネル
ギ印加で多量の液体物質を霧化することができる
ので、応力負担が大きくなる従来の装置とは異な
り、本発明による超音波霧化装置の拡径部は、小
さい応力負担ですみ、したがつて、材料強度的に
好ましい。 その結果、本発明の超音波振動子ホーンはチタ
ン、ステンレス鋼、銅、アルミニウムおよびこれ
等の合金等のみならずセラミツクス等を含む各種
の材料から選択することができる。 ここで、本発明の好ましい実施態様では、前記
した超音波振動子ホーンの各平面内における断面
積は、材料強度の観点から、すなわち応力集中を
さけるため、ほぼ一定になるようにすることが必
要であるが、場合によりこの断面積が±40％の範
囲内で変動しても、上記した本発明の利点を享受
できる。また、前記中空部を形成することによつ
て形成される前記拡径部の肉厚は、この拡径部の
先端部において、拡径部先端半径の20％以下であ
り、これによつて、軸線方向に印加される振動に
関し半径方向の振動が生じやすくなり、たわみ振
動を発生させる結果となる。このような中空部の
形成は従来の装置には見られないものである。ま
た、前記拡径部の先端は、最大振幅となるように
設定されており、これによつて、印加される振動
を有効に使用して、供給される液体物質を効果的
に霧化することができる。さらに、前記拡径部の
外周面形状は、円錐形状であるか、または円錐曲
面（ラツパ型）形状であるように形成され、これ
によつて、供給される液体物質を霧化する実質的
な有効霧化面積を拡大することができる。そし
て、前記中空部の頂角は、前記拡径部の頂角より
も0°〜30°大きいように形成され、これによつて、
中空部を例えば、円錐形状に容易に形成すること
ができる。 そして、本発明による超音波霧化装置では、前
記超音波振動子ホーンの小径に形成されている小
径部から大径に形成されている大径部となる端部
に到る区間に設定されている液体物質を霧化する
ための霧化域の一部から前記小径部にかけての領
域に、粗面加工が施されていても良く、これによ
つて超音波振動子ホーンの霧化面の表面と供給さ
れる液体物質との親和性を改善し、霧化粒径を均
一で、一層小さくすることができる。また、前記
超音波振動子ホーンの大径に形成されている大径
部となる端部に、鍔部を形成することができる。
これによつて、鍔のない場合の超音波霧化装置の
適正霧化量、換言すれば限界霧化量に比してさら
に広い範囲まで液体物質を霧化することができ、
霧化量を増大することができる。 さらに、本発明による超音波霧化装置では、前
記超音波振動子ホーンの大径に形成されている大
径部となる端部に隣接してその外周部に、前記超
音波振動子ホーンの大径の端部に向けて流入する
空気流を弱めるための噴気流を発生させる噴気流
発生部を設けることができる。これによつて、外
部から超音波振動子ホーンの霧化面に向けて流入
する燃焼用空気流により該振動子ホーンに供給さ
れた液体物質が該振動子ホーンの霧化面よりも下
流側に流されたり、或いは前記霧化面に付着して
いる液面が乱されたりして大液滴が発生したりす
るなどの霧化特性の悪化を防ぐことができる。さ
らに、前記超音波振動子ホーンは、前記超音波振
動子ホーンと該超音波振動子ホーンを囲包したケ
ーシングとで形成される間〓部に沿つて流れ込む
空気を前記中空部へと導く空気導入路を形成する
ことができる。これによつて、振動子ホーンの大
径部におけるススの生成が抑制できると共に振動
子ホーンの冷却効果も向上でき、その結果、超音
波振動発生手段と超音波振動子ホーンとの共振条
件のズレをも防止することができる。 さらに、本発明の超音波霧化装置は、前記超音
波振動発生手段と前記超音波振動子ホーンとは接
離自在に接続されても良く、また、前記超音波振
動発生手段と、これに接離自在に接続される前記
超音波振動子ホーンとの接続部は、振動の腹とな
るように設定することができ、そして、前記超音
波振動子ホーンの中空部には、アレンキソケツト
又は溝部を形成することができる。これによつ
て、超音波霧化装置の霧化特性に悪影響を与える
ことなく、コンパクトで容易に組み立てることが
でき、したがつて、取り扱いが容易になる。 また、本発明の超音波霧化装置では、前記超音
波振動子ホーンの拡径部に液体物質を供給する噴
口ノズルを備えた液体物質供給機構が、前記超音
波振動子ホーンの小径部と拡径部の開始部分の境
界又は境界よりもやや上方の位置に液体物質を供
給するように、所定の角度を有して、配設されて
いる。 このように、本発明の噴口ノズルを備えた液体
物質供給機構により、従来の超音波振動子ホーン
の側壁を燃料が伝わるスリーブノズル方式の燃料
供給装置と異なり、噴霧パターンを安定させるこ
とができ、低流量から大流量まで安定して液体物
質を供給することができる。 本発明のひとつの実施態様では、有効霧化面積
を増大するために、前記液体物質供給機構から前
記超音波振動子ホーンに供給される液体物質の所
定角度が、複数設定され得る等ということが行な
われるが、詳細については、後述される実施例を
参照されたい。 発明の作用 本発明の超音波霧化装置は、超音波発生手段を
駆動手段によつて駆動し、この駆動によつて、超
音波発生手段から超音波が発生し、この発生した
超音波が、超音波発生手段に接続された中空部を
有する超音波振動子ホーンに伝達され、そして超
音波振動子ホーンの拡径部にたわみ振動を発生さ
せ、このとき、液体物質供給機構から超音波振動
子ホーンに供給される液体物質が拡径部に流下し
て霧化域に達すると、超音波振動子ホーンに伝達
された超音波振動と共に超音波振動子ホーンの拡
径部に発生するたわみ振動により霧化域の液体物
質は、極めて微細粒径で効率的に霧化され、この
霧化された微細粒径の霧化液滴が、拡径部から周
囲方向へ飛翔する。 実施例 以下、本発明について図面を参照しつつ詳細に
説明する。 第１図は、本発明の第１の実施例に従う超音波
霧化装置２０を示したものである。本発明の超音
波霧化装置は、前述したように、デイーゼルエン
ジン、ガソリンエンジンのような内燃機関又はボ
イラー、バーナのような外燃機関等の燃料霧化装
置その他種々の用途の霧化装置に適用し得るが以
下に一例を述べる。超音波霧化装置２０は、既に
周知のように、電気／音響変換素子と該電気／音
響変換素子を駆動する高周波発信器とから成る超
音波振動発生手段と、前記電気／音響変換素子に
よつて駆動される超音波振動子ホーン１０と、前
記超音波振動子ホーン１０に例えば液体燃料のご
とき液体物質を供給して該液体物質を前記超音波
振動子ホーン１０によつて霧化させる液供給管２
２のごとき液体物質供給機構と、前記液供給管２
２の液供給孔を包持するとともに前記超音波振動
子ホーン１０を囲包するケーシング２１を備えて
いる。 かくして、本発明の超音波霧化装置は、超音波
発生手段を駆動手段（図示せず）によつて駆動
し、この駆動によつて、超音波発生手段から超音
波が発生し、この発生した超音波が、超音波発生
手段に接続された超音波振動子ホーンに伝達さ
れ、このとき、液体物質供給機構から超音波振動
子ホーンに供給される液体物質が拡径部に流下し
て霧化域に達すると、超音波振動子ホーンに伝達
された超音波振動により霧化域の液体物質は霧化
され、拡径部から周囲方向へ霧化液滴が飛翔す
る。 超音波振動子ホーン１０について更に説明する
と、第１図において、超音波振動子ホーン１０
は、超音波振動発生手段を構成している電気／音
響変換素子と接続されている側の端部（第１図上
側）から該振動子ホーン１０の軸線方向に沿つて
円柱状に小径部が形成されており、前記電気／音
響変換素子と反対側の端部（第１図下側）は大径
に形成されていて前記小径部から大径部に到る区
間は、ほぼ円錐形状を呈するように拡径形に形成
されている。この拡径形に形成されている形状
は、曲面形状を有する、所謂末広がり形状を呈す
るように形成される場合もある（この場合は、ラ
ツパ形状になるであろう）。前記超音波振動子ホ
ーン１０の拡径形に形成されている部分（以下単
に「拡径部１ａ」という）の外周面と前記振動子
ホーン１０の小径部の外周面との境界には応力集
中を防ぐようにＲ部が付けられ、かつこの境界近
傍所定位置には、前述した液体物質供給機構であ
る液供給管２２の液供給孔から供給される液体物
質の供給軸線が好適に設定されている。この液体
物質供給機構については、後に、述べる。更に前
記超音波振動子ホーン１０の拡径部１ａの外周面
は、前記液供給管２２の液供給孔から供給される
液体物質を霧化するための霧化部分、すなわち霧
化面２となつている。 さらに、本発明においては、第１図を参照して
明らかなように、前記超音波振動子ホーン１０の
拡径部１ａから該振動子ホーン１０の軸線方向に
向つて該振動子ホーン１０の小径部の一部まで達
するとともに前記大径部に開口している中空部３
が形成されている。 この中空部３の形成について、第２図を参照し
て、さらに述べると、本発明の超音波霧化装置で
は、超音波振動子ホーン１０の端部３における振
動が最大振幅となるようにするため、この中空部
３は、前記振動子ホーン１０の前記電気／音響変
換素子と反対側の端部３ａ（第１図下側）が振動
の腹であるように形成されている。このとき、前
記振動子ホーン１０の軸線に対し垂直に中空部３
を横切る平面l₁で切りとられることによつて中空
部３の内周面３ｃと外周面３ｄとの間に形成され
るドーナツ状の断面積Ｓは、終端部３ｂから端部
３ａに行くに従つてやや減少するか、又は終端部
３ｂから端部３ａに到るまでほぼ一定であるよう
に中空部３が形成されている。この断面積Ｓは、
前述した如くほぼ一定の値に対し±40％まで許容
される。 上記した断面積Ｓを有するように中空部３を形
成する簡便な方法としては、外周面３ｄの傾斜に
沿つて前記振動子ホーン１の軸線に向かつて形成
される拡径形ホーンの頂角、すなわち外周面３ｄ
の頂角をθ₁とし、内周面３ｃの傾斜に沿つて前記
振動子ホーン１０の軸線に向かつて形成される中
空部３の頂角、すなわち内周面３ｃの頂角をθ₂と
したときに、頂角θ₂が頂角θ₁よりも0°〜30°、好ま
しくは５〜10°大きな角度を持つて円錐形状また
は円錐曲面形状（ラツパ形状）に中空部３を形成
すれば良い。なお、拡径部が円錐形状であつても
ラツパ形状であつても本発明の超音波振動子ホー
ンの性能に関しては実質的に差異はないが、拡径
部がラツパ形状の場合、拡径部の頂角としては拡
径部の中央（拡径部の開始部分からその先端に至
る外周面の中点）における接線が振動子ホーンの
軸線に向つて形成する角度をもつて代用する。そ
してこの角度は円錐形状のホーンの場合と同様に
30°〜60であることが好ましい。 また、中空部３の内周面３ｃと外周面３ｄとの
間の肉厚、すなわち拡径部１ａの肉厚は、拡径部
１ａの端部３ａにおいて、半径ｄの20％以下にさ
れている。すなわち、中空部３を形成することに
よつて形成されるこの拡径部１ａの肉厚を半径ｄ
の20％以下にするのは、後で述べる半径方向の振
動を生じやすくするための観点からである。 このように超音波振動子ホーン１０の大径部か
ら小径部にかけて上述したような中空部３を形成
することにより、縦軸に振幅をとり、横軸に入力
電力をとつて示された第１図ａから明白に理解さ
れるように、霧化面２の寸法が同一で且つ該霧化
面２において同一振幅を得ようとする場合には、
本発明の一実施例に従う超音波振動子ホーン１０
の方が中空部３を形成しない従来のものと比較し
て超音波振動発生手段に給電する電力が少なくて
済むこと、換言すれば、超音波振動発生手段に同
一電力を給電したときには、同一形状、同一寸法
の霧化面を有する振動子ホーンにおいて、中空部
３を形成した方の超音波振動子ホーン１０の方が
そうでない超音波振動子ホーンよりも霧化面にお
いて液体物質を霧化するために大振幅が得られる
ことが本発明者等によつて見出された。なお、第
１図ａにおいて、上記記載から容易に理解される
ように、曲線Ａが本発明の超音波霧化装置によつ
て得られる曲線で、曲線Ｂが従来の超音波霧化装
置によつて得られる曲線である。 このことは、本発明の超音波振動子ホーン１０
によれば、従来の中空部を形成していない超音波
振動子ホーンに比較して、同一の霧化量を得るた
めに、少ない電力消費ですむということを意味
し、換言すれば、同一の電力供給であれば、本発
明の超音波振動子ホーン１０の方が、従来の超音
波振動子ホーンに比較して、多量の液体物質の霧
化が可能となるものである。 さらに、本発明の超音波振動子ホーン１０で
は、液体物質を効果的に微細粒径で霧化するのに
必要な大振幅を得ることができる。したがつて、
霧化面２において、前述したように従来のものに
比較して、大振幅が容易に得られるので、液体物
質を一層小さな粒径で霧化することが容易である
と共に容易に多量に霧化することができる。 上記のことについて述べると、中空部３を形成
することによつて、超音波振動子ホーン１０の質
量が小さくなり、それ故、超音波振動子ホーン１
０の霧化面２で、供給される液体物質を霧化する
のに必要な振動エネルギ、すなわち超音波振動子
ホーン１０を振動させるための振動エネルギは、
超音波振動子ホーン１０の中空部分の質量が小さ
くなつた分だけ振動エネルギが小さくてすむと共
に霧化面２の薄い肉厚のために霧化面２がフレキ
シブル性を有し、かつ霧化面２の端部３ａが、最
大振幅を得ることができるように、振動の腹にな
るように設定されており、そして超音波振動発生
手段からの振動エネルギが、超音波振動子ホーン
１０の軸線方向とこの軸線方向に対して傾斜角度
を有する霧化面方向（半径方向）へと伝えられ、
その結果、霧化面２で複合振動が生じ（以下、た
わみ振動と称する）、このたわみ振動が、霧化面
２における大振幅を容易に生ぜしめ、したがつ
て、このたわみ振動の大振幅が、液体物質を霧化
するのに必要な有効振幅として有効に働き、霧化
面２に供給される液体物質を微細粒径をもつて霧
化するのにきわめて効果的に作用すると共に多量
の液体物質を容易に霧化するのにも効果的に作用
し、その結果、電力消費が少なくてすむものであ
る。 すなわち、たわみ振動を考慮すれば、霧化面２
に生じる、液体物質を微細に霧化するのに必要な
有効振幅は、増大するので、同じ量の振動エネル
ギが霧化面２に与えられると、本発明の超音波霧
化装置では、従来の超音波霧化装置に比較して、
多量の液体物質を極めて微細粒径で霧化すること
ができる。ここで、液体物質を霧化するのに必要
な有効振幅は、絶対振幅でなく、霧化面に垂直な
方向の振幅成分であり、この有効振幅は絶対振幅
×sinθで表わされるものである。 換言すれば、たわみ振動のために、霧化面に生
じる有効振幅は増大し、これが、液体物質を多量
に、かつ微細に霧化するのに有効に作用するの
で、同じ量の液体物質を霧化するのに、たて振動
振幅を小さくすることができ、その結果、超音波
振動子ホーンにかかる応力を軽減することがで
き、超音波振動子ホーンに用いる材料強度の観点
からも選択の範囲が広がる。そして、霧化面とな
る拡径部のドーナツ状の断面積が、中空部３の任
意の位置で、ほぼ一定になるように形成されてい
るので、応力集中を招くことなく、材料強度の観
点からも好ましい。例えば、一例として、これま
で超音波振動子ホーンに用いられていた材質を、
チタニウムからアルミニウムに変更しても、本発
明の構成による超音波振動子ホーンの霧化特性を
損なうことなく、充分な耐久性が得られることが
見出された。 また、拡径形の超音波振動子ホーンの拡径部１
ａの頂角が小さい場合、液体物質を霧化するのに
必要な有効振幅は、絶対振幅でなく、霧化面に垂
直な方向の振幅成分であり、この有効振幅は、絶
対振幅×sinθで表わされるので、これまでは、液
体物質の霧化には超音波振動発生手段から大振幅
が必要であつたのに、本発明の超音波霧化装置で
は、たわみ振動のため液体物質を霧化するのに必
要な有効振幅を効果的に生ぜしめるので、超音波
振動子ホーンの拡径部１ａの頂角が小さい場合で
も、超音波振動発生手段からの小さい振幅によつ
て液体物質の霧化が行なえるようになつた。 このたわみ振動について、第３図を参照して、
さらに述べると、この第３図は、超音波振動子ホ
ーン１０の先端部を拡大して一部を示したもの
で、振動が印加される前の静止時には、該超音波
振動子ホーン１０の先端は、位置ａにあり、ま
た、該超音波振動子ホーン１０の収縮時には、該
超音波振動子ホーン１０の先端は、位置a′にあ
り、さらに、該超音波振動子ホーン１０の伸長時
には、該超音波振動子ホーン１０の先端は、位置
a″にある。したがつて、該超音波振動子ホーン１
０の先端部半径ｄは、該超音波振動子ホーン１０
の収縮時に大きくなり、該超音波振動子ホーン１
０の伸張時に小さくなる。その結果、該超音波振
動子ホーン１０の霧化面２には、超音波振動発生
手段から印加される通常の絶対振幅となる縦振動
に加えて、該超音波振動子ホーン１０の軸線方向
に対して半径方向の振動が誘起されると共にこれ
が加えられ、これによつて霧化面２は、これらの
振動が合成された複合の振動、すなわちたわみ振
動を行なうことになる。霧化面２におけるこのた
わみ振動の発生により、前述したように有効振幅
が増大し、これによつて、霧化面２に供給される
液体物質の霧化を、微細粒径をもつて多量に霧化
することが容易になるものである。 このような本発明の超音波霧化装置によつて得
られた霧化液滴の平均粒径と霧化量を、従来の超
音波霧化装置によつて得られたそれと比較するた
めに示された図が、第３図ａであり、この第３図
ａでは、縦軸に平均粒径、横軸に霧化量をとつて
示してあり、本発明のものが直線Ａで示され、従
来のものが直線Ｂで示されている。この第３図ａ
から明らかなように、本発明による超音波霧化装
置の方が従来のものよりも、平均粒径が小さい上
に霧化量がはるかに大きい。 ここで、本発明の超音波霧化装置の霧化面２に
おける有効振幅について述べるために本発明の超
音波振動子ホーン１０の一例の先端部の一部を第
４図に示し、拡径部１ａの外周面３ｄに、先端部
すなわち端部３ａから仮想の点位置を、それぞ
れ、Ｐ，Ｏ，Ｎ，Ｍ，Ｌ，Ｋ，Ｊ，Ｉ，Ｈ，Ｇ，
Ｆ，Ｅ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａとして考える。なお、有
効振幅は、霧化面２に垂直な方向の振幅成分であ
り、縦振動の絶対振幅×sinθで表わされる。 このとき外周面３ｄは、超音波振動子ホーン１
０の軸線方向に対して傾斜した、例えば本実施例
では、約25°の角度で配設されており、後述する
噴孔ノズルから供給される液体物質は、超音波振
動子ホーン１０上の点位置Ｈに当るように15°〜
75°の噴孔ノズルの傾斜角をもつて供給される。
このようにした各点位置の有効振幅は、縦軸に振
幅、横軸に超音波振動子ホーン上の点位置をとつ
て表示された第５図に示すように、点位置Ｄでノ
ード（節）となる縦振幅を表わす曲線Ｘの振幅
を、超音波振動子ホーン１０に与えたときに、点
位置Ｊから急激に大きくなつて先端部の点位置Ｐ
で振幅が最大となる曲線Ｙを描く。 なお、曲線Ｙを点位置方向に横切る直線Ｚの上
側になる有効振幅は、液体物質の霧化可能振幅で
あり、その下側になる有効振幅は、霧化不可能振
幅であり、したがつて、第５図から明らかなよう
に、この場合はほぼ点位置Ｌから液体物質の霧化
が始まる。 なお、前述した霧化面２におけるたわみ振動の
発生は、極めて大きい効果を有す。例えば、同じ
量に液体物質を霧化するのには、従来の中空部が
形成されていない、したがつて、たわみ振動の発
生しない超音波霧化装置に比較して、本発明の超
音波霧化装置の方が、超音波振動発生手段から小
さい振動エネルギで霧化することが可能である。
このことは、消費電力が少なくてすむということ
を意味し、同じ消費電力を使用すれば、従来の超
音波霧化装置と比較して、一層多くの液体物質を
霧化することが可能である。したがつて、超音波
振動発生手段から霧化面２へ振幅の小さい、すな
わち小さい振動エネルギ供給で液体物質を霧化す
ることができるため、超音波振動子ホーンへの応
力負荷を軽減することができ、材料強度の観点か
ら超音波振動子ホーンに用いられる材質の選択も
広がる。また、超音波振動発生手段から振幅等、
同じ振動エネルギを霧化面２に与えると、本発明
の超音波霧化装置によれば、その霧化面２でたわ
み振動が発生するために、供給される液体物質を
一層大きな有効振幅、すなわち一層大きな振動エ
ネルギで霧化することができ、したがつて一層の
微細粒径で液体物質を霧化することが可能とな
る。 ここで、上述した第１図に示すような本発明の
超音波振動子ホーンの一例Ａと、中空部が形成さ
れていない従来の超音波振動子ホーンＢとの振動
特性の比較を行なつたものを表１に示す。

【表】 この表１から明らかなように、ホーン先端部に
おける縦振巾（片振）が12.5μmとなるような入
力振巾を与えたときに、従来の超音波振動子ホー
ンＢの場合は、その絶対振巾が12.5μmのままで
あり、横方向（半径方向）の振巾はなく、すなわ
ちたわみ振動が実質的に発生していないのに対
し、本発明の超音波振動子ホーンＡの場合は、そ
の絶対振幅が13.3μm、横方向の振巾が4.6μmとな
り、たわみ振動がかなり発生していることがわか
る。また、縦振巾拡大率すなわち入力振巾に対す
る縦振巾の増幅率については、従来のホーンＢの
場合は2.69であるのに対し、本発明のホーンＡの
場合は9.19であり、本発明の超音波振動子ホーン
により非常に効率よくかつ大きな振巾を得ること
が可能となつたことがわかる。更にホーン中に発
生する最大応力については、従来のホーンＢの場
合は23.3Kg／mm²であるのに対し、本発明のホーン
Ａの場合は6.88Kg／mm²であり、従来のものに較べ
て約1/3となつており、本発明の超音波振動子ホ
ーンに生じる最大応力の方が従来の中空部を形成
しない超音波振動子ホーンに生じる最大応力より
もはるかに小さく、材料強度の観点からも好まし
いということがわかる。 第６図は、前述した第１図の構成において液体
物質の霧化領域である霧化面２′を大きくするた
め、中空部３′が形成されている拡径部上流を、
更に太くした超音波振動子ホーン１０′を示した
ものである。このように拡径部分の上流の直径を
大きくすることによつて、霧化面２′の霧化面積
を大きくすることができ、したがつて、液体物質
の霧化を微細粒径で一層、多量に行なうことが可
能となる。すなわち、このように霧化面積を増す
ことによつて、供給される液体物質の、霧化面の
単位面積当りで霧化する霧化量を小さくすること
ができ、これによつて、供給される液体物質に与
えられる振動エネルギは大きくなるので、供給さ
れる液体物質を一層小さい粒径でもつて、多量に
霧化することが可能となるものである。 次に第１図及び第６図に示す本発明による超音
波霧化装置の拡径部の頂角の角度について、さら
に述べる。 上記したこれらの超音波霧化装置が、例えばガ
ソリンエンジンのような内燃機関の吸気管等にア
トマイザとして用いられる場合には、狭い吸気管
の管壁に多くの霧化液滴を付着させないようにす
るため、すなわち、霧化液滴を過度な広角角度を
もつて周囲方向に拡散させないようにするため拡
径部の頂角は、好適な範囲に設定される必要があ
る。 しかし、拡径部の頂角を小さくした場合には、
霧化面において、有効振幅発生のメカニズムを考
慮しても明らかなように、霧化に必要な程の大振
幅を得るのが極めて困難であり、また、例え、そ
のような大振幅を得ることができたとしても拡径
部および軸部にかかる応力が大きくなり、材料強
度的に問題が生ずる。したがつて、たわみ振動を
発生させ、有効振幅を効果的に利用して、供給さ
れる液体物質を一層の微細粒径で、かつ多量に霧
化する本発明の超音波霧化装置の拡径部の頂角に
は、好ましい角度範囲があり、第７図ａ，ｂ及び
ｃに示すように、供給される液体物質を一層の微
細粒径をもつて多量に霧化するのに好ましい本発
明の有効振幅を生じさせるためには、拡径部の頂
角は、約30°〜60°の範囲であるのが良好な結果を
もたらし、好ましくは約30°〜45°であつた。これ
によつて、好ましい霧化パターンが得られ、液滴
も吸気管管壁に多量に付着せず、したがつて液体
物質すなわち、液体燃料の供給に体する内燃機関
の応答性も損なわれることがない。 上記したことについてさらに説明を加える。本
発明の超音波振動子ホーンにおいて、拡径部の頂
角が大きいものは、液体物質を霧化する有効振幅
が大きいため、供給された液体物質によつて、超
音波振動子ホーンの霧化面に形成される液膜の厚
さが厚くても霧化が可能であり、同一振幅、同一
霧化処理量、同一供給液速度等の条件下では、拡
径部の頂角の大きい超音波振動子ホーンの方が、
霧化面に液体物質が到着すると、液膜が厚くても
直ちに霧化を開始し、霧化粒径は粗くなるが、一
方、拡径部の頂角が小さいものは、液体物質を霧
化する有効振幅が小さいため、霧化面に形成され
る液膜がより薄くないと霧化せず、液膜は超音波
振動子ホーンの拡径部外周面上で移動しつつ薄く
なり霧化が開始され、粒径が細くなる。 一方、有効霧化面積は、拡径部の頂角が小さい
ものほど大きくなり、供給される液体物質の単位
面積当りの霧化処理量が少なくなる。このこと
は、霧化面上の霧化されるべき液体物質に与える
振動エネルギが小さくても液体物質を霧化するこ
とができるということを意味する。 したがつて、多量の液体物質を処理する場合に
は、拡径部の頂角の小さい方が、有効霧化面積の
観点から好ましい。そして前述したように、本発
明のたわみ振動を発生させ、有効振幅を効果的に
利用して、供給される液体物質を一層の微細粒径
で、かつ多量に霧化するためには、拡径部の頂角
は、上述したように、約30°〜60°の範囲であるの
が良好で、好ましくは約30°〜45°である。 以上の実施例では、本発明による超音波振動子
ホーンの拡径部の外周面形状は、円錐形状として
述べてきたが、この拡径部の外周面形状が円錐曲
面形状、すなわちラツパ形状の場合にも本発明は
適用することができる。 このような円錐曲面形状、すなわちラツパ形状
の拡径部は、第７図ｄに示すように、小径に形成
されている小径部から大径に形成されている端部
に至る区間における拡径部の外周面を前記拡径部
の軸心に沿つて切断したときに曲線を呈するよう
に設定する。そして、この場合、拡径部の外周面
の中央部における接線が超音波振動子ホーンの軸
線に向つて形成する角度、すなわち拡径部の頂角
は、前述した円錐形の場合と同様に約30〜60°の
範囲であることが好ましいという事実を見出し
た。 次に、液体物質供給機構から液体物質を超音波
振動子ホーンに供給する液体物質供給機構につい
て述べる。 第８図ａ，ｂ，ｃは、本発明の超音波振動子ホ
ーン１０に液体物質を供給する液体物質供給機構
を示している。 この液体物質供給機構は、通常は、超音波振動
子ホーン１０の小径部と拡径部１ａの開始部分の
境界近傍の超音波振動子ホーンの小径部の外周面
よりやや斜め上方に、この外周面からわずかに離
されて、少なくとも１個の噴口ノズル５も（本実
施例では、８個の噴口ノズルが配設されている）
を備えている。なお、第８図ｃに示されているよ
うに、液体物質供給機構の噴孔ノズル５から超音
波振動子ホーン１０への液体物質を供給する超音
波振動子ホーン上の位置は、一般的には、超音波
振動子ホーン１０の小径部の直径をＵとし、超音
波振動子ホーン１０の小径部と拡径部１ａとの境
界位置、すなわち拡径部１ａの開始部分と、この
開始部分より上方の液体物質供給機構より供給さ
れる液体物質供給点との間の距離をＶとしたと
き、Ｖ／Ｕが０〜１までの範囲内であるのが好ま
しい。Ｖ／Ｕが０とは、Ｖ＝０，即ち、液体物質
供給位置が拡径部１ａの開始部分に位置すること
を意味する。なお、液体物質の供給速度、液体物
質の種類、粘度、表面張力によつては上記境界位
置より下方、すなわち拡径部に液体物質を供給す
ることもできる。 この範囲内であれば、液体物質の霧化のために
超音波振動子ホーンの周壁を介して拡径部１ａへ
液体物質を流下せしめる時に、液膜状態で流下せ
しめることができ、したがつて、霧化に好ましい
均一な薄膜を霧化面で形成することができるの
で、本発明による超音波振動子ホーン１０は、何
らかの支障も生じることなく、液体物質を霧化す
るのに充分に作動することができる。 逆に、拡径部１ａの部分に、液体物質を液体物
質供給機構から直接に供給すると、霧化面となる
拡径部１ａが振動しているために、霧化面で均一
な薄膜を形成することができず、しかも、霧化さ
れずに、液滴のまま霧化面からはねとばされるこ
とがある。したがつて、液体物質供給機構を構成
する噴口ノズル５は、前記超音波振動子ホーンの
小径部と拡径部の開始部分の境界又は境界よりも
上方の位置（但しＶ／Ｕ＝０〜１の範囲）に液体
物質を供給するように、所定の角度を有して配設
されていれば良い。そして、液体物質供給機構の
噴口ノズル５から液体物質を超音波振動子ホーン
１０の外周面に供給する液体物質供給角度θ_aは、
第８図ｃで示すように、15°〜75°の範囲が好まし
い。この範囲は、燃料を供給する噴孔ノズル５の
サイズ、液体物質の供給速度、液体物質の種類、
粘度、表面張力により若干異なるが、本発明者等
がガソリン、ケロシン、デイーゼル油、スラリー
等全てについて研究を行なつたところ、良好な結
果をもたらすものであることが確認できた。 この液体物質供給角度θ_aが小さすぎると、液体
物質の広がり幅８ａが小さく、霧化面２上に液体
物質を充分行きわたらせ霧化作用に対し霧化面２
を有効に使うためには、噴孔ノズル５の数を増加
させなければならず、さらに、この場合には供給
された液体物質の速度が拡径部で遅くならず、供
給される液体物質を霧化する上で霧化部に悪影響
を及ぼす等の問題点が生じる。 また、液体物質供給角度θ_aが大きすぎると、供
給される液体物質の速度が高くなつた場合、液体
物質のはね又は液体物質の盛り上がり８ｂが大き
くなり、水平位置の場合には液垂れが生じるおそ
れもある。 この液体物質供給機構に噴口ノズル５を用いる
ことによつて、噴霧パターンを安定させることが
できると共に低流量から大流量まで安定して液体
物質を供給することができる。 上述したような本発明の超音波霧化装置の他の
実施例を説明する。 他の実施例として第９図に示されている超音波
振動子ホーンがある。これは、本発明の超音波振
動子ホーン１０の小径に形成されている小径部か
ら大径に形成されている大径部となる端部に到る
区間に設定されている液体物質を霧化するための
霧化域の一部から前記小径部にかけての領域に、
例えばサンドブラスト処理のような粗面加工が施
されている。この領域におけるこのような粗面加
工により、液体物質供給機構から超音波振動子ホ
ーン１０の霧化面に与えられる液体物質と該振動
子ホーンの霧化面を構成している金属の表面との
親和性と該超音波振動子ホーンの霧化特性との関
連性に基づいて、第１０図に示すように、霧化量
の小流量域から中流量域にかけて、霧化粒径を均
一にして、かつ、一層小さくでき、霧化特性のよ
り一層の向上を図ることができる。なお、第１０
図は、縦軸に平均粒径、横軸に霧化量をとつて示
したもので、曲線Ｘがサンドブラスト処理が行な
われた本発明の超音波霧化装置によるもので、曲
線Ｙが研摩処理が行なわれた本発明の超音波霧化
装置によるものである。この場合のサンドブラス
ト処理は、砂あるいは金属粒子（メツシユ 60
＃）をエアガンにて数秒〜数分吹き付けて粗面加
工を施こし、光学顕微鏡（反射型）により観察し
粗さ計で測定したところ、その表面粗さ（JIS
B0601）は、Ba＝２〜6μmの範囲であつた。 第１１図は、さらに他の実施例の超音波振動子
ホーンを示す。第１１図に示されるように、この
超音波霧化装置は、超音波振動子ホーン１０の大
径に形成されている大径部（例えば、直径32mm）
となる端部に、例えばθ₂＝80°の傾斜角θ₂（鍔部と
超音波振動子ホーンの軸線とのなす角度）を有す
る鍔部１１を形成したものである。なお、拡径部
である霧化面の傾斜角θ₁（拡径部と超音波振動子
ホーンの軸線とのなす角度）は、例えばθ₁＝30°
の角度である。これによつて、縦軸に平均粒径、
横軸に霧化量をとつて示した第１２図で示される
ように、鍔なしの場合には、霧化面で液体物質を
霧化する限界霧化量の範囲が１２ｂで示されるの
に対し、鍔を形成した場合には、この限界霧化量
の範囲１２ｂを越える霧化範囲１２ａの広い範囲
まで霧化することが可能で霧化量をさらに増大す
ることができる。そして、この場合には、θ₁とθ₂
の間には先に例示した如くθ₂＞θ₁の関係が保たれ
ることが必要である。 第１３図は、さらに他の実施例の超音波振動子
ホーンを示す。第１３図に示されるように、この
超音波霧化装置は、前記超音波振動子ホーンの大
径に形成されている大径部となる端部に隣接して
その外周部に、前記超音波振動子ホーンの大径の
端部に向けて流入する空気流を弱めるための噴気
流を発生させる噴気流発生部１３ａが設けられて
いる。これによつて、外部から超音波振動子ホー
ンの霧化面に向けて流入する燃焼用空気流により
該振動子ホーンに供給された液滴が該振動子ホー
ンの霧化面より下流側に流されたり、或いは前記
霧化面に付着している液面が乱されたりして大液
滴が発生したりするなどの霧化特性の悪化を防ぐ
ことができる。 第１４図は、さらに他の実施例の超音波霧化装
置の一部を示す。第１４図に示されるように、こ
の超音波霧化装置は、超音波振動子ホーンと該超
音波振動子ホーンを囲包したケーシングとで形成
される間〓部に沿つて流れ込む空気を超音波振動
子ホーンに形成された中空部へと導く空気導入路
１４ａが形成されている。 これによつて、振動子ホーンの中空部における
ススの生成が抑制できると共に振動子ホーンの冷
却効果も向上でき、これによつて超音波振動発生
手段と超音波振動子ホーンとの共振条件のズレを
も防止することができる。 第１５図は、さらに他の実施例の超音波霧化装
置を示す。第１５図に示されるように、この超音
波霧化装置は、超音波振動発生手段３０ａとこれ
に接離自在に接続される超音波振動子ホーン１０
との接続部３１ａは振動の腹となるように設定さ
れると共に、超音波振動子ホーンの中空部３に
は、アレンキソケツト３２ａ又は溝部が形成され
ている。これによつて、超音波霧化装置の霧化特
性に悪影響を与えることなく、コンパクトで容易
に組み立てることができ、したがつて、取り扱い
が容易になる。 第１６図は、さらに他の実施例の超音波霧化装
置に一部を示す。第１６図、第１７図及び第１８
図に示されるように、この超音波霧化装置は、前
記超音波振動子ホーン１０の拡径部１ａに液体物
質を供給する液体物質供給機構１７ａが前記超音
波振動子ホーン１０の外周部近傍に複数個配設さ
れており（第１７図参照）、前記各々の液体物質
供給機構から前記超音波振動子ホーン１０に向け
て供給される液体物質の供給軸線、本実施例で
は、それぞれAx及びAy、と前記超音波振動子ホ
ーン１０の軸心とのなす角度、本実施例では、そ
れぞれ角度θx及び角度θyは、複数個設定されて
いる。ここで、超音波振動子ホーン１０の大径に
形成される大径部を、例えば直径32mmとしたとき
に、角度θx及び角度θyは、それぞれ、例えば40°
及び20°である。 これによつて、液体物質供給機構から超音波振
動子ホーンの拡径部外周面に対し供給される液体
物質の霧化可能域B₁及びB₂が多段となり（第１
８図参照）、したがつて拡径形の超音波振動子ホ
ーンの拡径部外周面における霧化可能域の割合を
大きく設定することができ、霧化粒径のより一層
の微細化を図るとともに霧化量のより一層の増大
化を図ることによつて霧化特性のより一層の改善
を図ることができるものである。以上述べてきた
上記他の実施例では、図示の如く、超音波振動子
ホーンの拡径部をラツパ形状として述べてきた
が、この拡径部は、前述したように、円錐形状と
しても良いことはもちろんである。 また、本発明の超音波霧化装置を、一例として
ボイラーに適用した場合に、その燃焼特性を表わ
したものが第１９図に示されている。 第１９図では、縦軸にスモークスケールNo.（こ
れはアメリカのバカラツハ社製のスモークテスタ
ーによつて測定されるものである。）、横軸に酸素
濃度をとつて、本発明の超音波霧化装置による超
音波噴霧の燃焼特性と従来の圧力噴射弁による圧
力噴霧の燃焼特性との比較結果が示されている。
ここで、スモークスケールNo.は、一定量の排ガス
中の煤塵を取り出して測定し数値表示したもの
で、煤塵量変化に対応して変化するもので、アメ
リカ規格のASTM Da15665で煤塵濃度の標準測
定法に基づくものである。 この第１９図に示されている燃焼特性は、燃料
としてケロシンを用い、超音波振動子ホーンの端
部傾斜角を25°、小径部の直径を11mm、大径部の
直径を24mmに設定したときの本発明の超音波振動
子ホーンをボイラーに適用したときに得られる超
音波噴霧の燃焼特性（第１９図でＵ及びＶによつ
て表わされる線）と従来の圧力噴射弁による圧力
噴霧の燃焼特性（第１９図でＷによつて表わされ
る線）とを比較した結果を表わすもので、第１９
図にて図示するように、前記振動子ホーンによる
超音波噴霧の燃焼特性の方がすぐれていることが
明らかであり、石油ヒータ、ボイラー等の広範な
燃焼機器への応用も可能である。 なお、本発明の用途は、上記した実施例に限ら
ず、(a)自動車用燃料噴射装置、例えば電子制御ガ
ソリン噴射弁又は電子制御デイーゼル噴射弁、(b)
ガスタービン用燃料ノズル、(c)工業用、営業用及
び家庭用のボイラ、加熱炉、暖房器用バーナ、(d)
工業用液体噴霧器、例えば食品、医薬品、農薬、
肥料等の液状物の乾燥を目的とする乾燥用噴霧
器、調温、調湿用スプレー、焼粉用噴霧器（サラ
ミツク造粒）、噴霧塗装装置、反応促進器、及び
(e)工業用以外の液体噴霧器、例えば農薬散布器、
消毒液散布器等に好適に使用することができ、換
言すると、超音波振動を用いて液体物質を霧化す
る種々の超音波霧化装置に使用することができ
る。 以上、本発明をある程度詳細にその最も好まし
い実施態様について説明したが、いうまでもない
ことではないが、その好ましい実施態様は、この
発明の精神と範囲に反することなく種々に変更す
ることができるものであり、したがつて、本発明
は何等上述実施例に限定されるものではない。 発明の効果 以上説明してきたように、本発明の超音波霧化
装置によれば、従来の装置に比較して短時間で多
量に液体物質を効率的に霧化することができ、さ
らに、その際、霧化液滴は、極めて微細粒径のも
のであり、かつ、均一である。さらに、液体物質
を霧化するのに要する電力消費量が少なくてす
み、そして、液体物質供給機構から霧化部分に液
体物質を効率的に供給することができる共に供給
する液体物質の例えば流量等の制御も容易に行な
うことができる。そして、霧化部分に生じる応力
も均一にすることができ、材料強度的にも好まし
い超音波霧化装置を得ることができる。 また、本発明の超音波霧化装置によれば、液体
物質と霧化部分の表面との親和性を変化させて一
層微細で均一な霧化液滴を得ることもでき、そし
て、鍔部を形成することにより限界霧化量以上に
液体物質を霧化することもでき、さらに、噴気流
発生部を設けることにより供給される液体物質の
乱れを防ぐこともできる。また、中空部へ導かれ
る空気導入路を設けることによりススの生成を抑
制することができると共に振動子ホーンの冷却効
果も向上できる。さらに、超音波振動発生手段と
超音波振動子ホーンとを接離自在にすることによ
り容易に組み立てることができ、取り扱いも容易
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に従う超音波霧
化装置の部分断面説明図である。第１図ａは、振
幅と入力との関係を示す図である。第２図は、第
１図の部分拡大図である。第３図は、本発明のた
わみ振動を説明するための説明図である。第３図
ａは、平均粒径と霧化量との関係を示す図であ
る。第４図は、本発明の超音波振動子ホーンの先
端部の一部を示した部分側面図である。第５図
は、第４図に示される各点位置と振幅との関係を
示す図である。第６図は、本発明の他の実施例に
従う超音波振動子の概略説明図である。第７図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは、本発明の超音波振動子ホーン
の拡径部の各種頂角を示す部分図である。第８図
ａ，ｂ，ｃは、本発明の超音波振動子ホーンに液
体物質を供給する液体物質供給機構を示す部分説
明図である。第９図は、本発明の他の実施例に従
う超音波振動子ホーンの正面図である。第１０図
は、本発明の超音波振動子ホーンに粗面加工した
ときの平均粒径と霧化量の関係を示す図である。
第１１図は、本発明の他の実施例に従う超音波振
動子ホーンの正面図である。第１２図は、本発明
の超音波振動子ホーンに鍔を付けたときの平均粒
径と霧化量の関係を示す図である。第１３図は、
本発明の他の実施例に従う超音波振動子ホーンの
正面図である。第１４図は、本発明の他の実施例
に従う超音波振動子ホーンの部分正面図である。
第１５図は、本発明の他の実施例に従う超音波振
動子ホーンを有する超音波霧化装置の正面図であ
る。第１６図は、本発明の他の実施例に従う超音
波霧化装置の部分正面図である。第１７図は、第
１６図に示される超音波霧化装置に用いられる液
体物質供給機構を示す図である。第１８図は、第
１６図に示される超音波霧化装置に、第１７図に
示される液体物質供給機構を用いて液体物質を供
給したときに得られる霧化パターンを示す図であ
る。第１９図は、本発明の超音波霧化装置による
燃焼特性と従来の圧力噴射弁による燃焼特性との
比較結果を示す図である。 １ａ……拡径部、２……霧化面、３……中空
部、３ａ……端部、３ｂ……終端部、３ｃ……内
周面、３ｄ……外周面、５……噴口ノズル、１０
……超音波振動子ホーン、２０……超音波霧化装
置、２１……ケーシング、２２……液供給管、ｄ
……半径、Ｓ……断面積、Ｕ……小径部直径、Ｖ
……距離、θ₁，θ₂……頂角、θ……液体物質供給
角度、l₁……平面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波振動発生手段と、前記超音波振動発生
   手段に一端側が接続されると共に、他端側は、先
   端に行くに従つて径が大きくなる拡径部を有する
   超音波振動子ホーンとを備え、液体物質供給機構
   から前記拡径部に供給される液体物質を前記拡径
   部で霧化する超音波霧化装置において、 前記拡径部に先端側から中空部を形成し、この
   中空部は、前記超音波振動子ホーンの軸線方向に
   対して垂直に取つた各平面における、この中空部
   の内周面と外周面との間に形成される前記超音波
   振動子ホーン内部のドーナツ状の横断面積が、ほ
   ぼ一定になるように形成されることを特徴とする
   超音波霧化装置。 ２ 前記中空部を形成することによつて形成され
   る前記拡径部の肉厚は、この拡径部の先端部にお
   いて、前記拡径部先端半径の20％以下であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音
   波霧化装置。 ３ 前記拡径部の先端は、最大振幅となるように
   設定される特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の超音波霧化装置。 ４ 前記拡径部の外周面形状は、略円錐形状であ
   る特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかの項
   に記載の超音波霧化装置。 ５ 前記拡径部の外周面形状は円錐曲面形状（ラ
   ツパ形状）である特許請求の範囲第１項〜第３項
   のいずれかの項に記載の超音波霧化装置。 ６ 前記拡径部の頂角は30〜60°であり、前記中
   空部の頂角は、前記拡径部の頂角よりも0°〜30°
   大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第５項のいずれかの項に記載の超音波霧化装置。 ７ 前記超音波振動子ホーンの小径に形成されて
   いる小径部から大径に形成されている大径部とな
   る端部に到る区間に設定されている液体物質を霧
   化するための霧化域の一部から前記小径部にかけ
   ての領域に、粗面加工を施したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項〜第６のいずれかの項に記
   載の超音波霧化装置。 ８ 前記超音波振動子ホーンの大径に形成されて
   いる大径部となる端部に、鍔部を形成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項〜第７項のいず
   れかの項に記載の超音波霧化装置。 ９ 前記超音波振動子ホーンの大径に形成されて
   いる大径部となる端部に隣接してその外周部に、
   前記超音波振動子ホーンの大径の端部に向けて流
   入する空気流を弱めるための噴気流を発生させる
   噴気流発生部を設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項〜第８項のいずれかの項に記載の超
   音波霧化装置。 １０ 前記超音波振動子ホーンは、前記超音波振
   動子ホーンと該超音波振動子ホーンを囲包したケ
   ーシングとで形成される間〓部に沿つて流れ込む
   空気を前記中空部へと導く空気導入路が形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第９項のいずれかの項に記載の超音波霧化装置。 １１ 前記超音波振動発生手段と前記超音波振動
   子ホーンとは接離自在に接続されている特許請求
   の範囲第１項〜第１０項のいずれかの項に記載の
   超音波霧化装置。 １２ 前記超音波振動発生手段と、これに接離自
   在に接続される前記超音波振動子ホーンとの接続
   部は、振動の腹となるように設定されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の超
   音波霧化装置。 １３ 前記超音波振動子ホーンの中空部には、ア
   レンキソケツト等の組立治具用の溝部が形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１１項
   または第１２項に記載の超音波霧化装置。 １４ 前記拡径部に液体物質を供給する噴口ノズ
   ルを備えた前記液体物質供給機構が、前記超音波
   振動子ホーンの小径部と拡径部の開始部分の境界
   又は境界よりも上方の位置に液体物質を供給する
   ように、所定の角度を有して、配設されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超
   音波霧化装置。 １５ 前記液体物質が供給される前記超音波振動
   子ホーンの小径部と拡径部の開始部分の境界又は
   境界上方位置は、超音波振動子ホーン１０の小径
   部の直径をＵとし、拡径部１ａの開始部分と、こ
   の開始部分より上方位置の、液体物質供給機構か
   ら供給される液体物質供給点との間の距離をＶと
   したとき、Ｖ／Ｕが０〜１までの範囲内である特
   許請求の範囲第１４項に記載の超音波霧化装置。 １６ 前記所定の角度は、15°〜75°である特許請
   求の範囲第１４または第１５項に記載の超音波霧
   化装置。 １７ 前記液体物質供給機構から前記超音波振動
   子ホーンに供給される液体物質の所定角度は、複
   数個設定されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の超音波霧化装置。 １８ 前記中空部を形成することによつて形成さ
   れる前記拡径部の肉厚は、この拡径部の先端部に
   おいて、前記拡径部先端半径の20％以下であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１４項〜第１７
   項のいずれかの項に記載の超音波霧化装置。 １９ 前記拡径部の先端は、最大振幅となるよう
   に設定される特許請求の範囲第１４項〜第１８項
   のいずれかの項に記載の超音波霧化装置。 ２０ 前記拡径部の外周面形状は、略円錐形状で
   ある特許請求の範囲第１４項〜第１９項のいずれ
   かの項に記載の超音波霧化装置。 ２１ 前記拡径部の外周面形状は円錐曲面形状
   （ラツパ形状）である特許請求の範囲第１４項〜
   第１９項のいずれかの項に記載の超音波霧化装
   置。 ２２ 前記拡径部の頂角は30〜60°であり、前記
   中空部の頂角は前記拡径部の頂角よりも0°〜30°
   大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１４項
   〜第２１項のいずれかの項に記載の超音波霧化装
   置。 ２３ 前記超音波振動子ホーンの小径に形成され
   ている小径部から大径に形成されている大径部と
   なる端部に到る区間に設定されている液体物質を
   霧化するための霧化域の一部から前記小径部にか
   けての領域に、粗面加工を施したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１４項〜第２２項のいずれか
   の項に記載の超音波霧化装置。 ２４ 前記超音波振動子ホーンの大径に形成され
   ている大径部となる端部に、鍔部を形成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１４項〜第２３項
   のいずれかの項に記載の超音波霧化装置。 ２５ 前記超音波振動子ホーンの大径に形成され
   ている大径部となる端部に隣接してその外周部
   に、前記超音波振動子ホーンの大径の端部に向け
   て流入する空気流を弱めるための噴気流を発生さ
   せる噴気流発生部を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１４項〜第２４項のいずれかの項に
   記載の超音波霧化装置。 ２６ 前記超音波振動子ホーンは、前記超音波振
   動子ホーンと該超音波振動子ホーンを囲包したケ
   ーシングとで形成される間〓部に沿つて流れ込む
   空気を前記中空部へと導く空気導入路が形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１４項
   〜第２５項のいずれかの項に記載の超音波霧化装
   置。 ２７ 前記超音波振動発生手段と前記超音波振動
   子ホーンとは接離自在に接続されている特許請求
   の範囲第１４項〜第２６項のいずれかの項に記載
   の超音波霧化装置。 ２８ 前記超音波振動発生手段と、これに接離自
   在に接続される前記超音波振動子ホーンとの接続
   部は、振動の腹となるように設定されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２７項に記載の超
   音波霧化装置。 ２９ 前記超音波振動子ホーンの中空部には、ア
   レンキソケツト又は溝部が形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２７項または第２８
   項に記載の超音波霧化装置。