JPS58109157A - 霧化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、灯油や軽油等の液体燃料、水、薬液等の液体
の霧化装置に関するものであり、さらに詳しく言えば、
圧電振動子等の電気的振動子を利用した霧化装置に関す
るものである。

従来、この種の霧化装置には種々のものが提案されてお
り、（１）　　振幅増幅型超音波霧化装置、（２）液柱
型超音波霧化装置等が代表的である。（１）の超音波霧
化装置は、ホーン型の振動子をジュラルミン等で構成し
て圧電振動子を装着し、その超音波振動振幅をホーン型
振動子で増幅すると共に、振幅増幅されたホーン型振動
子の先端にポンプ等で液体を供給・滴下し霧化するもの
である。（２）は、加湿器等に実用化されているもので
あり、液槽底部に圧電素子を設けて振動させ、その超音
波エネルギーを液面近傍に集中して一種のキャビテーシ
ョン現象を利用して霧化するものである。

壕だ、近年インクジェット記録装置に用いられているイ
ンクの霧化装置として第１図に示すようなものがある。

これは、インク室１の一端に圧電素子２を設け、他端に
オリフィス３を設けて、インク滴４を噴射し、インクの
霧化を行うものである。

しかしながら、これら従来の霧化装置には以下のような
不都合があった。

（１）の霧化装置はホーン型振動子と圧電振動子との良
好な機械的共振状態を得ることが難しく、高い加工精度
が要求される上に固定方法も面倒であり、極めて高価で
あった。またポンプ等の液体供給手段を必要とし一層高
一価で、構成が大型化した霧化装置とならざるを得なか
った。さらに、例えば、２０ＣＧ／分程度の霧化量を得
るのに５〜１゜Ｗａ　ｔ　ｔ　ｓ程度の電力を必要とす
るにもかかわらず、霧化粒子の粒径やその均一性などの
霧化性能は十分なものではなかった。、１ （２）の霧化装置はポンプを必要とせず、また霧化性能
は優れているが、２０ＣＣ／分程度の霧化量を得るのに
３０〜５０Ｗａｔｔｓの電力を要し、しかも１〜２ＭＨ
ｚ　　という極めて高い周波数の超音波エネルギーを必
要とするため、その駆動回路が非常に高価となる上に、
不要輻射レベルが著しく高く、電波障害が発生するとい
う重大な欠点を有していた。さらに、霧化される液体の
温度や液面と圧電素子の距離のわずかな変動などによっ
て霧化動作の安定性が著しく阻害されるという不都合が
あった。

また（３）の霧化装置は、均一液滴列を発生させるため
には極めて都合の良い構成であり、かつ圧電素子３の消
費電力は、極めて小さいという長所を有するものである
が、圧電素子２の振動をオリフィス３に伝えて液滴４を
噴射するという構成であるため、霧化される液体中の溶
存空気が極めて小ないものでない場合には、溶存空気が
圧電素子２の超音波振動により気泡化して安定な霧化動
作を維持できないとい′う欠点があった。したがって、
通常の液体燃料や水などは極めて低い周波数（例えば１
〜５ＫＨｚ程度）でしか噴霧することができず、かつ、
不安定な状態の発生を完全に防止することは不可能であ
った。

すなわち、この霧化装置は、極めて低消費電力でコンパ
クトな構成であるにもかかわらず、溶存空気の極めて少
ない液体しか霧化することができないというものであっ
た。

本発明は上記従来の霧化装置の欠点を一掃した霧化装置
を提供せんとするものである。

第１の目的は、装置の構成が極めて簡単かつコンパクト
であり、従って低コストな霧化装置を実現することであ
る。

第２の目的は、消費電力が著しく小さいにもかかわらず
霧化粒子径や粒径分布等の霧化性能に優れた霧化装置を
実現することである。

第３の目的は、溶存空気を多量に含む液体であっても極
めて安定な霧化動作を行うことができる霧化装置を実現
することである。

本発明は上記目的を達成するために以下のような構成に
より成るものである。

すなわち、液体を充填するだめの加圧室を設けられた基
体と、開口部が設けられた電気的振動子と、曲面部にノ
ズルが設けられたノズル板とを備え、前記ノズルが、前
記加圧室と前記開口部とに臨むように、前記電気的振動
子と前記ノズル板とを前記基体に装着すると共に、前記
開口部に臨むノズル板に平坦部を設け、前記電気的振動
子により前記ノズルを加振す、るよう構成したものであ
り、前記電気的振動子による前記ノズルの加振により、
前記加圧室に充填された液体を加圧あるいは加速し、前
記ノズルより前記液体を自給しながら噴射して霧化する
ものである。

以下本発明の一実施例について図面と共に説明する。

第２図は本発明の霧化装置の一実施例を適用した温風暖
房機の構成を示す断面図である。

図において、１０は温風暖房機のケースであり、上面に
は操作部１１が設けられ、制御部１２に操作指令を与え
るよう構成されている。

灯油はカートリッジタンク１３より液面が略一定に維持
される固定タンク１４に送られる。そして固定タンク１
４は、パイプ１６により霧化部１６と連通され、霧化部
１６はパイプ１７にて、送風ファン１８の上流に設けら
れた負圧発生部１９と連通されている。

送風ファン１８が制御部１２により起動されると、吸込
口２ｏより燃焼空気が吸い込まれ、オリフィス２１．負
圧発生部１９．第１空気路２２を通り、第１空気室２３
．第２空気室２４に送られる。燃焼空気の１部は第２空
気路２６に設けられた空気加熱ヒータ２６にて熱風とな
り、旋回器２７により旋回気流となって第１霧化室２８
に供給される。

従って、霧化部１６が取付けられた壁面２９を有する第
２霧化室３ｏにはＰｌ　　の正圧力が、そして、負圧発
生部１９には−Ｐ２の負圧力が発生する。

第２霧化室３ｏと固定タンク１４はパイプ３１で連通さ
れており、このため固定タンク１４内の灯油液面Ａには
Ｐ　の正圧力Ｉ’ｌｌ、ｆ印加される。

以上の結果、液面Ａと同一高さにあったパイプ１５内の
液面Ｂは、前記正圧力Ｐ　と負圧力−Ｐ２とにより、パ
イプ１７内の液面Ｃの位置まで上昇し霧化部１６内は、
後述のように灯油で充填されるのである。

次に制御部１２は送風ファン１８を起動した後一定時間
をおいてから霧化部１６を付勢し、霧化部１６は第２霧
化室３０．第１霧化室２８に霧化粒子３２を噴霧する。

従って霧化粒子３２は旋回器２７より送られる旋回熱風
によりガス化し、気化混合室３３に送られ第１空気室２
３の噴出口３４から噴出される１次空気と混合されオリ
フィス３６を通って燃焼室３６に達する。そして点火器
３７にて点火され、第２空気室２４より炎口３８を通っ
て燃焼室３６に噴出する２次空気の周りに沢山の小さい
火炎３９を形成して燃焼する。４０は火炎検知器である
。この後、気化混合室３３が燃焼熱により十分昇温され
ると制御部１２は、空気加熱ヒータ２６の通電を停止す
る。また４１は対流ファンであり、吸込口１：４２より
室内空気を吸込み、吹出口４３より温風を吐出するもの
である。４４は排気口であり燃焼排ガスを吹出口４３か
らの温風吐出方向とは全く異る方向に吐出するよう構成
されており、吹出口４３より吐出される温風中に排気ガ
スが混合されるのを防止している。

ここで、霧化部１６についてさらに詳しく説明する。第
３図は、霧化部１６の構成断面図であり第２図と同符号
は相当物である。

霧化部１６は、直径１０〜１５ｆ＋ｌＩｎ、深さ２〜６
−程度の加圧室５ｏを有する基体５１に、直径４０〜１
００μｍの複数個のノズル６２を曲面部６３に設けた厚
さ５０　ｐｍ〜１ｏｏμｍ程度のノズル板５４が半田付
され、ノズル５２が加圧室５ｏに臨むよう構成されてい
る。そして、ノズル板５４には、中央に開口部６６を設
けられた厚さ０．６〜１胡直径１０〜１５ｍｍ程度の円
板状の圧電素子５６が半田付されている。ノズル板６４
の開口部６５に臨む部分には、平坦部６７が設けられ、
曲面部５３のまわりを平坦部５７が囲んだ構成となって
おりノズル６２は、曲面部６３に設けられ、かつ、開口
部６５と、加圧室６０に臨むように構成されている。ノ
ズル６２は、１個でも複数個でもよく、また、平坦部５
７に設けられてもよい。

基体６１は、カバー６８にビス６９で固定され、カバー
６８はビス６ｏで壁面２９に固定されている。

カバー６８は圧電素子６６を機械的ショックや、輻射熱
などから保護するだめのものである。

６１．６２はリード線であり、圧電素子５６０両側に設
けた電極（図示せず）に対して電気的に接続されている
。すなわち、リード線ぼけ片側の電極に半田付され、他
方６２は、ビス５９’により基体６１に固定され、基体
６１とノズル板６４を介してもう一方の電極に接続され
ている。

前述の如く、送風ファン１８の起動により灯油の液面Ｂ
は、液面Ｃの位置となシ、図のように加圧室５ｏは灯油
が充填される。

この状態に達してから、制御部１２に設けられた振動子
駆動回路が起動され、霧化量に応じて第４図ａ、ｂ、又
はＣのような交流電圧が圧電素子５６に供給され、第３
図のようにノズル５２より霧化粒子３２が噴射される。

第６図は圧電素子５６の動作による霧化動作を説明する
だめの霧化部１６の構造図であり、第３図と同符号は相
当物である第４図ａ、ｂ、又はＣのような交流電圧の正
の半サイクル電圧が圧電素子６６に印加されると、圧電
素子６ｅは図中の矢印のようにその直径方向に収縮し、
ノズル板６４に接着（半田付）されていることから、加
圧室６０側に鼓状のたわみを生じる。逆に負の半サイク
ル電圧が印加されたときには、圧電素子６６は、直径方
向に伸張し、前述と反対方向（カバー６８側）にたわみ
を生じる。すなわち、前記正負の交流電圧印加に応じて
圧電素子６６は第５図の実線、および破線で示すように
たわみ撮動を生じるのである。この圧電素子５ｅのたわ
み振動により、圧電素子６６の開口６５に臨むノズル板
が第６図に示すようにたわみ振動を励起されて振動する
。

したがって、極めて小さい圧電素子６６の振動によって
、ノズル板６４の開、口部６６に臨む部分の（すなわち
、平坦部６Ｔと曲面部６３とより成る円板の）共振状態
が励起され、第５図に示すような霧化粒子３２の噴射が
可能となる。この共振状、　　態の振動モードは、駆動
周波数により種々の高次モードとなシ得る。従って、必
ずしも第５図の如き低次の振動モードとは限らない。こ
のような極めて小さい圧電素子６６の振動による前述の
第６図のような霧化動作が可能であるということは、灯
油等のように溶存空気の多い液体の安定な噴霧を実現す
るために極めて重要である。なぜならば、圧電素子６６
の振動エネルギーが大きくなるとその超音波振動による
溶存空気の気泡化が著しくなシ、振動エネルギーの損失
となる上に、発生した気泡による霧化動作の不安定さの
発生という不都合を生じるからである。また、第６図の
ような霧化動作においては、特に、ノズル５２の近傍で
の振動加速度が最大となシ、この加速度の最大点近傍の
灯油が霧化粒子３２となって噴霧されるため、次のよう
な利点を有する。すなわち超音波振動により発生するキ
ャビテーション気泡が、大きく成１、　ζ′ｌ 長する以前にノズル５２よシ噴出され、噴霧動作に対し
影響を与えないのである。また、加圧室６゜内のノズル
６２の近傍以外の部分における加振塵は、ノズル６２近
傍に比べて著しく小さく、気泡発生が生じにくり、従っ
て極めて安定な霧化動作を行わせることができるのであ
る。また電圧印加時は、ノズル５２からの空気流入が灯
油の表面張力により防止され、結果として灯油をバイブ
１６から吸い上げることができる。さらに負の半サイク
ルノズル板６４に設けた曲面部５３は、前記の如きノズ
ル板の共振周波数を自由に設定するために極めて重要で
ある。すなわち、曲面部６３はその曲面構造のために剛
性を生じ、見かけ上、ノズル板６４の直径を小さくする
役割を果すのである。

従って、この曲面部５３を変えることにより、必要に応
じた共振周波数で動作するように構成することが可能で
あり、かつ、安定で効率的な圧電素子５６の撮動モード
を実現することができる。さらに、本実施例の如く、ノ
ズル５２を複数個設ける場合には、各ノズル６２から噴
射される霧化粒子３２の噴射方向を分散せしめることが
でき、かつ、この分散の角度を自由に選ぶことができる
ものである。

開口部６５に臨むノズル板の平坦部６７は、前述したよ
うに、第６図の如き、ノズル板の円板振動を生じさせ、
かつ、特に、ノズル５２近くでの振動加速度を他の部分
（加圧室６ｏ内の）に比べて、著しく大きくし、前述の
理由による安定霧化動作を可能にするために重要である
。

第６図は、この平坦部６７を無くした構成を示すもので
あり、第３図と同符号は相当物であるが、この場合には
、加圧室６ｏ内において、ノズル５２近傍での振動加速
度が、他の部分より著しく大きくなるという状態での噴
霧が不可能となる。なぜならば、曲面部６３が、開口部
６６全面を覆ってしまっているため、第６図のようなた
わみ振動を発生し得ないからである。

したがってノズル６２近傍と他の部分との振動加速度の
差が平坦部６７を設けた場合に比べて小さくなり、第６
図のように、超音波振動エネルギーによるキャビテーシ
ョン気泡が著しく発生し、振動エネルギーの損失となる
ばかりでなく、場合によっては、不安定な霧化動作も生
じるという不都合をきたす恐れがあるのである。

す々わち、第６図により説明したように、平坦部５７を
設け、かつ曲面部６３を設けることにより、自由な動作
周波数で、かつ効率的で、安定な・１駆動作を実現する
ことができ、しかも、消費電力を著しく小さいものにす
ることができる。例えば、第３図に示した実施例におい
ては、約３０〜５０ＫＨｚの動作周波数で、３０　ＣＱ
／ｍｉｎ　　（約１６０００′ＶｃＩＶｈの燃焼量に相
当）の灯油を霧化するのに必要な圧電素子６６の消費電
力は約５０ｍＷ程度であり、極めて簡単で低価格な駆動
回路を用いることができ、しかも電波障害等の発生を完
全に防止することができる。

第６図に示した霧化動作から明らかなように、第４図ａ
、ｂ、又はＣのような交流電圧による圧電素子のたわみ
振動の繰りかえしによシ、灯油はパイプ１６より自給さ
れ６つ噴霧される。このため、ポンプ等の灯油供給手段
を全く必要とせず、霧化装置を極めて簡単な構成で、か
つ低価格に実現することができるものである。

以上のように本発明は、ノズル板と前記電気的振動子と
を基体に装着すると共に、電気的振動子の開口部に臨む
ノズル板に平坦部を設け、前記電気的振動子により前記
ノズルを加振するよう構成したから、極めて構成が簡単
でコンパクトであり、従って低価格であると共に、非常
に低消費電力であるにもかかわらず霧化性能に優れた霧
化装置を実現することができる。特に、電気的振動子の
開口部にノズル板の曲面部と平坦部とを臨ませ、そこに
設けたノズルを加振するという構成により、溶存空気を
多量に含む液体であっても、極めて安定に、しかも効率
良く霧化することが可能な霧化装置を実現することがで
きる。

なお、ノズルを複数個設けた場合には、霧化粒子の飛散
方向の分散効果により、霧化粒子の再結合による霧化粒
子径バラツキの増大等の不都合をも防止することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の構成を示す断面図、第２図は
本発明の一実施例の霧化装置を適用したｔノ％咳汚倣の
惧戟ケホす断面図、第３図は同霧化装置の構成を示す断
面図、第４図ａ、ｂおよびＣは電気的振動子の駆動電圧
波形図、第５図は同霧化装置の動作説明のための構成断
面図、第６図は同霧化装置の構成を説明するだめの構成
断面図である。 ６ｏ・・・・・・加圧室、５１・・・・・・基体、５２
・・・・・・ノズル、５３・・・・・・曲面部、６４・
・・・・・ノズル板、５６・・・・・・開口部、５６・
・・・・・電気的振動子、６７・・・・・・平坦部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名ＩＩ
図 ！ 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液体を充填する加圧室を有する基体と、開口部を
   有する電気的振動子と、曲面部にノズルが設けられたノ
   ズル板とを備え、前記ノズルが前記開口部と前記加圧室
   に臨むように前記電気的振動子と前記ノズル板とを前記
   基体に装着すると共に、前記開口部に臨むノズル板に平
   坦部を設け、前記電気的振動子により前記ノズルを加振
   するよう構成したき←艶吟會台→→霧化装置。 （２）電気的振動子を円板状の圧電振動子で構成し、開
   口部を円形とした特許請求の範囲第１項記載の霧化装置
   。 （３）曲面部に複数個のノズルを設けた特許請求の範囲
   第１項記載の霧化装置。 （４）電気的振動子を径方向に振動させることにより前
   記ノズルを加振する構成とした特許請求の範囲第２項記
   載の霧化装置。 （６）開口部と前記加圧室とが前記ノズル板を中心に対
   向する構成とした特許請求の範囲第１項記載の霧化装置
   。