JPS5966380A - 超音波アトマイザ - 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、振幅変換器（ホーン又は軟管とも称せられる
□）と機械的に結合された圧電変換器素子と、振幅変換
器の自由端部に設けられたアトマイザディスクとを具備
する超音波アトマイザ（噴霧器）に関する。

噴霧化のための圧電超音波振動子は公知である。例えば
、公知技術として、□雑誌［テヒニッンエ　インフオル
マチオーネン　フユア　ディインドウストリＪ１９７８
年１１月、ＶＡＬＶＯ社、ハンブルグ版をあげることが
できる。問題′麺なっている形式の超音波アトマイザは
、通常、層・。・□、勿１．。１オヤ４．□ｅｒ　（Ｎ
　！Ｍ　ｄ８’　　）　　Ｉｃ　＠ア　　　　□：、的
に固定結合さ、す不“る圧電変換器素、子を有す−る。

圧電変換器素子では、電、気エネ３計イが機械エネルギ
に変換される。ホーンでは、振幅の伸張が行なわれる。

更に、できる限り大きい振幅　　１を得るために、アト
マイザをその直列共振の近傍で振動させることが必要で
ある。

冒頭で記述した形式の他の・超音波ア゛トマイザは、米
国特許第３４００８９２号明細書及びドイツ連邦共和国
特許第２８□３１５５３号明細書、　　□同第２１０Ｏ
′８３号病細書痴ら公知′Ｃある。

米国特許第３　’　４”　”ＯＯ’８９”２号明細書）
から−の１倍（′ｌ１、イツ、邦共ｆＤｌ］特許第２８
辷□；二５３号明細書及び同第２　ｙ、３．、．７　［
］　８３号明細書）の長さの一幅変換器と協働する。、
・但、、し１勺は・アトマイザディスクの振動波長であ
る。

従来技術の超音波アトマイザは、例えば以下　　□の点
で、不充分であることが判った。

第１に、切欠き応力が生ずるために、従来技術の超音波
アトマイザの耐用年数が短がい、ということである。こ
れは、超音波アトマイザの適切な設計によって゛解決す
べき問題である。

第２に、公知の超音波アト・マイザの固有液体充填量が
小さすぎることである。これは、振幅変換器全体が振動
し、外方に向がって曲げ振幅の増大する曲げ素子が存在
しないこと、に問題がある。かような事情から、従来で
は、比較的大きい振動子が必要であった。

第３に、公知の超音波アトマイザは、キャビテーション
による飛沫効果を特徴としている。

この場合問題となるのは、段付軟管として構成された振
幅変換器の振幅が、液体供給の領域で、大きいというこ
とである。そのために、好ましくない飛沫が惹起される
。

従って、上記の各点を勘案すると、超音波アトマイザは
、まず、下記の要件を充足しなければならない： 第１に、超音波アトマイザは長い耐用年数をもつもので
なければならない。

第２に・固有液体充填計を達成刀きる門う腎、。

なっていなければならない。

第３に、キャビテーション自由度が存今し全問題ＶＣな
っている超音波アトマイザの応用旨！１□囲を、できる
限り広範囲かつ多面的にするため　　　：に、既述のよ
うな特性が、室温だけで々く、例えばｆ　４　／Ｌ／　
／＜七″）場合９．１：うな′ｌ血めて高℃）卑　　　
：。

度０もと７も・存在する２とが必要勺さ些る・　　　　
□市販〒−１，ている公知の超音波アトマイザは５．、
′既述の前提を充足］−ないが、充足しても充分とは言
い酸い。公知の超音波アトマイザ（この、つに関早てｄ
、前掲文献参照）では、なるほど良好　　　１な振動特
性が認められるが、しかしその代償として耐用年数があ
きらが（Ｃ短がくなる。（−げに。

よる破壊の発生）。類似の公知技術１は、トイど連邦共
ｆＱ国特許出願公告第２９０．４８６１号公報にも記載
されている。

本発明の課題は、良好な鳴動特性を有するだけでなく、
必要な長い耐用年数をもつ超音波アトマイザを提供する
ことである。

本発明によればこの課ｉ項は次のようにしで解決される
。、すなわち冒頭で記述した形式の超音波アトマイザ（
Ｃおいて、アトマイザディスク・振幅変換器の［装動系
が、変換器素子と同じ共振周波数（たとえば約６　ｏ　
ｋＨｚ　）を有するように、アトマイザディスクと振幅
変換器とを互いに調整し、変換器素子と振幅変換器との
間の横断面移行部及び振幅変換器とアトマイザディスク
との間の横断面移行部牙、切欠応力が小さいように構成
しゾでのである。

振幅変換器が、アトマイザディスクも含めて、振＠波長
（＝）の最小〒。ｉ−〜最大ｈ−’６の長さを有するよ
うにすれば、好適な結果が得られる。

この鴇合τ・−７である１、ただしＣは音速であり、ｆ
は振動周波数である。

本発明の超音波アトマイザの４８質は、アトマイザディ
スクが１つもしくは複数の節回路をもたずに、屈曲振動
を実行するこ々、しかも振動振幅がディスクの縁部（τ
むかつて著しく増大し、中央で所宇の最小値をとること
にある６つディスク中央における振動振幅の最小値は、
液体が粘着性’Ｆ’？＝するかい寸だアトマイズが行な
われない場合に生ずる。本発明（Ｃより達成されるこの
よう（Ｃ有利な！侍杵ｔｙ基づいて、アトマイザディス
クのｆｌｔ給領域における飛沫効果が回付され、他方で
（ｄアトマイザディスクの表面全体（てわたり液体が良
好に分配、される、。

本発明の基本的思想の有利な構成によれば、振幅変換器
・アトマイザディスクの振動系を、次のよう（・τして
、切欠応力の小さい好才しい構成とすることが゛こ゛き
る；叩ち変換器素子と４辰幅変換器との間の横断面移行
部及び振幅変換器とアトマイザディスクとの間の横断面
移行部が、比較的、即ち振幅変換器の直径若しくは−Ｙ
アトマイザディスク内径との相対で、大きい半径分有す
るよう（〆こするのである。、 本発明の有利な実施例１は、晶”ｎ’ｌ”　Ｎ７−求範
囲の”ｒｒＹ−属項の記載及び図面、図面の説明から明
らかである。図は、超音波アトマイザの実施例の縦断面
及び測面をそれぞれ半分ずつ示す。

圧電変換器部分１０け、電気振動エネルギを機械振動エ
ネルギ（Ｃ変換する。圧電変換器部分１０ば２つのセラ
ミックディスクから成る。圧電変換器部分の２つのセラ
ミックディスク１０の間に（ｄ１電極２１があり、電極
２１は外方（（向かう図示されていない電気端子を有す
る。円筒形状軸方向切欠部２２を有する圧電ディスク１
０、２１日：、ジャーナル部分２３ＶｒＣ同心状に載置
される。ジャーナル部分２３は、その上側自由端部に、
ねじ部２４を脣する。ジャーナル部分２５け、下方向に
向かって階役状（Ｃ幅広となり、変換器素子１２に達す
る。変換器素子１２は、５つの圧電ディスク１０．２１
に対する下側の頓１方向ストッパとして作用する。上側
では、圧電ディスク１０．２１が、ナツト１１によりｌ
ｌｌｌ１１方向で固定され、る。ナラｌ−１１１ねじ部
２４上にねじ込せれる。

図から明らがなように、変換２に素イ１２ば・異方向の
接続孔１３を有する。接続孔＋５嬬：、アトマイズすべ
き液体を振幅変庚器１５内の軸方向孔１４に供給する働
き分する。、 図示された液体供給の形式は、１ぐ）の実施例（・です
ぎない。、本発明の範囲内で１．振幅変換器１５の中央
孔１４に液体を供給１″るための他の方法も考えうる。

例えば軸方向の液体供給も可能である１、。

図示さ才した超ネー波アトマイザ金保持する方法として
、種々のものが（但しここでは詳細に図示してない）考
乏−うる。例えば、超音波アトマイザ５：適当な保持装
置（Ｃ接合することができる。

更（・でＶから明らかなよう（・で、振幅変換器１５（
は、部分＋２．２３．７４と一体的に連結されている１
゜［層幅変換器１５ｉｄ：、ぞの端部が、や（ｄ、リ一
体的に、アトマイザディスク１６に連結されている、っ
部分＋５．Ｉ６にｊ／ｌＪ：、既述の孔１４が、中央で
１ｉｆｔ方向に用油している５、アトマイズすべき液体
は、アトマイザディスク１６の表面１７に搬送される。

アトマイザディスク１６の高周波振動によシ、液体は、
アトマイザディスク１６で、微細にアトマイズされる。

図から更に明らかなように、変換器素子１２と振幅変換
器１５との間の横断面移行部１８及び振幅変換器１５と
アトマイザブ１スク１６との間の横断面移行部１９は、
比較的大きい半径を有し、それぞれ半径２　ｍｍ　（移
行部１８）、半径１．５　ｍｍ　（移行部１９）である
。

このように大きい半径２．０ｒａｎ、１．５　ａｍによ
り、横断面移行部１８．，１９ば、切欠き応力の小さい
構成となる。その結果的げによる破壊の発生が回避され
、かくて長い耐用年数が保証される。

振動系振幅変換器１．５／アトマイザデイスク１６の実
効長りは、振動波長オの工〜−一であ４　　　　１０　
　　　’１０ る。図示した実施例では、長さり、ｉ４１　’６　ｍｍ
である。この賜金、振幅変換器１５は６覇の直径ＤＡを
有する。アトマイザディスク１６の全直径Ｄ２ＩＳ’、
　１２　ｔｔａｎである。アトマイザディスク１６の表
面１７への液体孔１４の移行部２０にも、比較的大きい
移行半径を設けである。液体供給孔１４、の直径ｄの実
例値をもとにして、移行半径２０を例えば１．５鴫とす
ることができる。その、結果、アトマイザディスク１乙
の表面１７では、液体孔１４の最終直径が３閣となる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の超音波アトマイザの実施例を、一部切欠
して示す側面略図である。 、１０・・・圧電変偉器部分、１１・・・ナツト、１２
・・・変換器素子、１　・・・・横方向接続ろ 孔、１４・・・軸方向孔、１５・・・振、幅変換器、１
６・・・アトマイザディづり、１７・・・・表面、１８
，１９．２０・・・移行部、２１・・・電極、２２・・
・円筒形状軸方向切″“２３−−−　；−ｖ−１−ｙｂ
＠３．２“、、−、、−′ｈ　、　　□′し部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）振幅変換器に機械的に結合された圧電変換器素子
   と、振幅変換器の自由端部に設けられたアトマイザディ
   スクとを具備する超音波アトマイザにおいて、 アトマイザディスク・振幅変換器（１６，＋５）のｉ辰
   動系が変換器素子（１２）と同Ｉ〕共・：貌周波数を有
   するように、アトマイザディスク（１６）と振幅変換器
   （１５）とを互いに調整し、変換器素子（１２）と４辰
   幅賓換器（１５）との間の横断面移行部（１日）及び振
   幅変換器（１５）とアトマイザディスク（１６）との間
   の横断面移行部（１９）ヲ、切欠応力が小さいように構
   成したこと？特徴とするｍＷ彼アトマイザ４、（２）振
   幅変換器（１５）が、アトマイザディスクル最大−の長
   さくＬ）を有する＠許請求範０ 囲第（１）項記載の超音波アトマイザ。 （３）　　変換器素子（１２）と振幅変換器（１５）と
   の間の横断面移行部（１８）及び振幅変換器（１５）と
   アトマイザディスク（１６）との間の横断面移行部（１
   ９）が、比較的、即ち振幅変１器若Ｌ＜Ｕアトマイザデ
   ィスクの直径との相対で、大きい半径を有する特許請求
   範１１１第（１）項又は第（２）項記載の超音波アトマ
   イザ。 （４）　　変換器素子（１２）と振幅変１負器（１５）
   との間の横断面移行部（１８）の半径が、２胴に等しい
   か又（は実質上２　ｍｍであり、振幅変換器（＋５）　
   、！−アトマイザディスク（１６）との間の’４’ｉ’
   ７ｉ：ｒｆＴ１ｎ”ｌ　’Ｆｇ行部（１９）の）１′径
   か、１．５　＋ｎｍに等しいか又汁実質上１５鼠である
   特許請求範囲第（１）頃〜第（３）項のうちいずれか１
   項に記載の超音波アトマイサ。 （５）振幅変換器（１５）の直径が６　ｍｍで、アトマ
   イザディスク（１６）の直径が１２　ｍｍで、アトマイ
   ザディスク（１６）の厚さが１勺１馴である際、振幅変
   換器・アトマイザディスク（１６゜１５）の振動系の長
   さくＬ）が約１６膿である特許請求範囲第′（１）項□
   〜第（４）項のうちいずれが　□１項に：記載の超：音
   波アトマイザ。　　、・（６）　　外半径（１９）と表
   面（１７）との間で連続的に縮小する横□断面をも□ち
   軸方向（Ｃ貫通する液体供給孔（１４）を具備する振幅
   変換器（１５）が、移行半径によってアトマイザディス
   ク（１６）に移行する特許請求範囲第（１）項〜第（５
   ）項のうちいずれか１項に記載の超音波アトマイザ。