JPH05208152A - 超音波霧化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動系のパワーロスを低減させると共に、製作
および組立を容易に行うことができ、かつ、霧化部の液
供給分布の均一性および噴霧の安定性を確保する。 【構成】シリンダ２と、該シリンダ２内に固定される振
動子ホーン３と、該振動子ホーン３に超音波振動を付与
せしめる電気・音響変換素子４と、前記シリンダ２の外
周に嵌合され前記シリンダ２との間に液供給路６を形成
するスリーブ部材５と、前記振動子ホーン３の先端に形
成される霧化部３ａと、前記振動子ホーン３の１側のノ
ード部において前記シリンダ２との間に設けられる弾性
体９ａと、前記振動子ホーン３の霧化部３ａ側において
前記シリンダ２との間に設けられる弾性体９ｂとを有
し、二つの弾性体９ａ、９ｂにより振動子ホーン３をシ
リンダ２に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、供給される液体燃料の
如き液体物質（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、懸濁溶液等の液状物をも含むも
のとして用いる。）を超音波振動を利用して霧化するた
めの超音波霧化装置に関し、特に、（イ）自動車、船外
機、携帯用動力装置、民生用ヒートポンプ装置の駆動装
置等に用いられる内燃機関に適用される超音波霧化装
置、（ロ）ガスタービン用燃料噴射ノズル、（ハ）工業
用、営業用及び家庭用のボイラ、加熱炉、暖房用バー
ナ、（ニ）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（セラミック造
粒）、噴霧塗装装置、反応促進器、および（ホ）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
等に好適に用いられる超音波霧化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波により液体物質を極めて小さな液
滴粒径に霧化する超音波霧化装置として、例えば、シリ
ンダ内に振動子ホーンを配設し、シリンダの外周にスリ
ーブ部材を嵌合し、シリンダとスリーブ部材との間に形
成される環状のノズル部から、振動子ホーンの先端霧化
部の全周に液を供給し液体を微粒化する方式のものが知
られている。この方式においては、従来、振動子ホーン
一側のノード部（振動しない部位）に固定用のフランジ
を一体に形成し、該フランジをシリンダに固定、支持す
る方法が一般的に行われている。

【０００３】前記振動子ホーンのノード部は、理論的に
は、固定してもパワーロスにはならない点が存在する。
しかし、実際には、前記固定用のフランジは点でなく幅
を持つために、また、同一材料でも音速が異なるため
に、その結果、前記固定用フランジに振動が生じその分
だけ振動系のパワーロスが生じるという問題を有してい
る。また、フランジの切削加工に精度が要求されるため
コスト高になると共に、フランジの締め付けを均一に行
う必要性があるため組立性が劣るという問題を有してい
る。

【０００４】さらに、液体がシリンダと振動子ホーンと
の間に侵入するため、起動性が悪化するとともに、振動
子ホーンの超音波振動により液体内に気泡が発生し、こ
の気泡が先端霧化部から噴出する結果、噴霧の安定性が
損なわれるという問題を有している。

【０００５】上記問題を解決するために、本出願人は、
特開平３−２２４６５４号公報において、振動子ホーン
を２箇所のノード部で弾性体（Ｏリング）により固定さ
せ、振動子ホーンをシリンダに柔軟性を持たせて固定、
支持させることにより、振動系のパワーロスを低減させ
るとともに、振動子ホーンとシリンダの先端部との間
に、耐油性の液状ゴム等からなるシール材を充填するこ
とにより、振動子ホーンとシリンダとの間の空間内に液
体が入り込むことにより生じる起動性の悪化および気泡
の発生を防止し、噴霧の安定性を確保できる超音波霧化
装置を提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波霧化装置においては、振動子ホーンの先端部
をシール材により固定しているために、振動系のパワー
ロスが大きく、かつ、超音波振動によりシール材の耐久
性が低下し、起動性の悪化および気泡の発生が生じ、噴
霧の安定性を確保できないという問題を有している。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するものであっ
て、振動系のパワーロスを低減させると共に、製作およ
び組立を容易に行うことができ、かつ、霧化部の液供給
分布の均一性および噴霧の安定性を確保することができ
る超音波霧化装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超音波霧化装置は、シリンダ２と、該シリ
ンダ２内に固定される振動子ホーン３と、該振動子ホー
ン３に超音波振動を付与せしめる電気・音響変換素子４
と、前記シリンダ２の外周に嵌合され前記シリンダ２と
の間に液供給路６を形成するスリーブ部材５と、前記振
動子ホーン３の先端に形成される霧化部３ａと、前記振
動子ホーン３の１側のノード部において前記シリンダ２
との間に設けられる弾性体９ａと、前記振動子ホーン３
の霧化部３ａ側において前記シリンダ２との間に設けら
れる弾性体９ｂとを有し、二つの弾性体９ａ、９ｂによ
り振動子ホーン３をシリンダ２に固定することを特徴と
する。なお、上記構成に付加した番号は、理解を容易に
するために図面と対比させるためのもので、これにより
本発明の構成が何ら限定されるものではない。

【０００９】

【作用】本発明においては、例えば図１に示すように、
振動子ホーン３をシリンダ２内に挿入したとき、振動子
ホーン３を弾性体９ａ、９ｂにより簡単に固定、支持す
ることができると共に、振動子ホーン３とシリンダ２の
同芯性が容易に出せることになる。また、振動子ホーン
３とシリンダ２先端部との間には、弾性体９ｂが存在す
るため両者の空間１０内に液体が侵入するのを防止する
ことができ、起動性を損なうことなく、気泡の発生を防
止し噴霧の安定性を確保できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は、本発明の超音波霧化装置の１実施例を
示す一部断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って矢印方
向に見た断面図である。

【００１１】超音波霧化装置１は、シリンダ２と、シリ
ンダ２内に固定、支持される振動子ホーン３と、振動子
ホーン３に超音波振動を付与せしめる電気・音響変換素
子４と、シリンダ２の外周に嵌合、圧入固定されるスリ
ーブ部材５から構成される。シリンダ２とスリーブ部材
５との間には、環状の液供給路６が形成され、該液供給
路６に液供給管７から液体が供給される。電気・音響変
換素子４は、電極４ａ、４ｂを有し振動子ホーン３の後
方部３ｂに取り付けられる。

【００１２】振動子ホーン３の先端には霧化部３ａが形
成される。この霧化部３ａの形状は、図に示す半球形状
の他、ロッド状で先端エッジ部にＲを形成したもの、拡
径形状、バット形状等の形状が採用される。この霧化部
３ａの上部に前記液供給路６の先端部が配置され、液供
給路６から液体が霧化部３ａに供給され超音波振動によ
り微細液滴に霧化される。このように、液供給路６がシ
リンダ２とスリーブ部材５との間に形成され、振動子ホ
ーン３の振動による影響がないため、そのクリアランス
を０．０５〜０．１ｍｍ程度と極めて小さくしても噴霧
量が不安定となることがない。

【００１３】振動子ホーン３の後方部３ｂにおけるノー
ド部（振動しない部分）には、凹溝３ｃが形成され、該
凹溝３ｃ内にＯリングからなる弾性体９ａが嵌合され
る。また、シリンダ２の先端部にも凹溝が形成され、該
凹溝内にＯリングからなる弾性体９ｂが嵌合される。従
って、振動子ホーン３をシリンダ２内に挿入したとき、
振動子ホーン３を弾性体９ａ、９ｂにより簡単に固定、
支持することができると共に、振動子ホーン３とシリン
ダ２の同芯性が容易に出せることになる。また、振動子
ホーン３とシリンダ２先端部との間には、弾性体９ｂが
存在するため両者の空間１０内に液体が侵入するのを防
止することができ、起動性を損なうことなく、気泡の発
生を防止し噴霧の安定性を確保することができる。

【００１４】次に本発明の実験結果について説明する。
振動子ホーン３を支持するＯリングからなる弾性体９
ａ、９ｂの内、振動子ホーン３の先端側における弾性体
９ｂは、液体が直接接触するほか、振動子ホーン３の振
動部に接触しているために、Ｏリング自体への負担が大
きく、また、振動子ホーン３へ与える影響も大きい。そ
こで、Ｏリングとして、バイトン［Ｈｓ（硬度）＝５
０、７０］、シリコン（Ｈｓ＝５０）、ペンダントゴム
（Ｈｓ＝７０）、フロロシリコン（Ｈｓ＝５０）の５種
類について灯油を用いて実験を行った。表１は各種Ｏリ
ング材の振動特性への影響を示し、各数値は平均値を示
している。

【００１５】

【表１】

【００１６】以上の結果、バイトン（Ｈｓ＝５０、７
０）は、いずれの硬度でも共振アドミタンスが１よりも
低く、他の材質に比較して振動しにくい状態となってい
ることがわかる。また、無負荷出力、消費電流の面から
みると、ペンダントゴムが他の材質に比較して大きくな
っており、使用時の消費電力が大きくなることがわか
る。さらに、初期状態と噴霧状態の消費電流を比較する
と、バイトンおよびペンダントゴムでは噴霧を行うとそ
の値が減少し負荷が下がり、これに対して、シリコンで
は逆に噴霧時の方が消費電流が大きくなり、負荷が増加
していることがわかる。これは、灯油によりシリコンが
膨潤するためと考えられる。

【００１７】表２は各種Ｏリング材の噴霧性能への影響
を相対評価で示している。

【００１８】

【表２】

【００１９】以上の結果、バイトンでは起動性、耐久性
に問題があり、シリコンでは発熱、シール性、耐油性、
耐久性、消費電流に問題があり、ペンダントゴム、フロ
ロシリコンでは発熱、消費電流に問題があることがわか
った。しかしながら、起動性および耐油性、耐久性は、
超音波霧化装置として必要最低限の仕様であるので、消
費電流、発熱に多少問題は残すものの、その他の前記優
れた性能面からペンダントゴムおよびフロロシリコンが
最も実用的であることがわかった。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、従来例と比較して振動子ホーンの先端部を固定
することなく、かつ、振動子ホーンの支持部を３箇所か
ら２箇所に減らすことができるため、振動系のパワーロ
スを低減させると共に、製作および組立を容易に行うこ
とができる。

【００２１】また、振動子ホーンとシリンダ先端部との
間は、弾性体により液体が侵入するのを防止するため、
従来のシール材による固定と比較して耐久性が著しく向
上するとともに、起動性を損なうことなく、気泡の発生
を防止し霧化面への液供給分布の均一性および噴霧の安
定性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波霧化装置の１実施例を示す一部
断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って矢印方向に見た断面図

【符号の説明】

１…超音波霧化装置、２…シリンダ、３…振動子ホー
ン、３ａ…霧化部 ４…電気・音響変換素子、５…スリーブ部材、６…液供
給路 ９ａ、９ｂ…弾性体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダと、該シリンダ内に固定される振
   動子ホーンと、該振動子ホーンに超音波振動を付与せし
   める電気・音響変換素子と、前記シリンダの外周に嵌合
   され前記シリンダとの間に液供給路を形成するスリーブ
   部材と、前記振動子ホーンの先端に形成される霧化部
   と、前記振動子ホーンの１側のノード部において前記シ
   リンダとの間に設けられる弾性体と、前記振動子ホーン
   の霧化部側において前記シリンダとの間に設けられる弾
   性体とを有し、前記二つの弾性体により振動子ホーンを
   シリンダに固定することを特徴とする超音波霧化装置。