JPS6258788B2

JPS6258788B2 -

Info

Publication number: JPS6258788B2
Application number: JP22426782A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakane; Naoyoshi Maehara; Kazushi Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-12-20
Filing date: 1982-12-20
Publication date: 1987-12-08
Also published as: JPS59112865A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、灯油や軽油等の液体燃料・水・薬溶
液・記録液等を、電気的振動子を用いて霧化する
液体の霧化装置に関する。

従来例の構成とその問題点従来から液体の霧化装置には、種々のものが提
案されており、圧電素子等の電気的振動子を用い
たものも多く見うけられる。

例えば、(1)ホーン型の振動子に圧電素子をボル
ト締め、又は接着し、圧電素子の機械的振動振幅
をホーン型振動子で増幅し、ホーン先端の振幅拡
大面に液体を供給、滴下して霧化する振幅増幅型
超音波霧化装置、あるいは、(2)近年インクジエツ
ト記録装置に実用化されている超音波霧化粒子列
を噴射するもので、液室の一端に圧電振動子を設
け、他端にオリフイスを設けた構成で、圧電振動
子の振動による液室内の圧力上昇を液体を介して
オリフイスに伝え、その結果オリフイスより霧化
粒子をかなりの飛散速度をもつて噴射することが
出来る霧化装置がある。

しかし、上記従来の超音波霧化装置は種々の欠
点を有していた。

(1)の霧化装置は、ホーン型振動子の高い加工精
度と、液体を供給するポンプ等が必要となるため
高価とならざるを得ない上、霧化面への液体供給
方法が複雑であつた。また、20c.c.／minの霧化量
を得るためには、５〜10ワツトとかなり大きな消
費電力が必要な上、その霧化能力も十分なもので
はなかつた。

(2)の霧化装置は、インクジエツトに利用されて
いる事実からも明らかなように、構成が簡単で動
作も安定という長所を有していたが、振動子の振
動による液室内の圧力上昇を液体を介してオリフ
イスに伝達する構成であるため、溶存空気を多量
に含む一般的な液体を使用した場合には、液室内
にキヤビテーシヨン気泡が発生し、この気泡のた
めに安定した霧化動作を維持できないという欠点
を有していた。そこで、一般の液体を霧化するに
は溶存空気を脱気しなければならず、極めて汎用
性に欠けていた。

発明の目的本発明はこのような従来の欠点を除去するもの
で、コンパクトな構成で、しかも、低消費電力で
十分な霧化量を得ると共に、安定な霧化動作を維
持する霧化装置の提供を目的とする。

発明の構成この目的を達成するために本発明は、液体を充
填する加圧室を備えたボデイーと、前記加圧室に
液体を供給するための供給部と、前記加圧室に臨
むように設けたノズル部と、前記ノズル部を付勢
して前記ノズルを加振する電気的振動子とで霧化
器を構成し、前記電気的振動子の所定の機械的共
振周波数を自動追尾し電気的振動エネルギーを伝
達する発振駆動部と、液体あるいは周囲の温度検
知手段と、前記温度検知手段の信号で前記電気的
振動子の振動時間と停止時間との比を制御するデ
ユーテイー制御部とで霧化装置を構成している。

この基本構成により、霧化器として安定な霧化
動作を維持すると共に、電気−機械変換効率のよ
い所定の機械的共振周波数での発振動作を行い、
かつ、液体あるいは周囲の温度変化に対して、電
気的振動子の振動時間と停止時間の比を制御する
ことにより常に所定の霧化量を確保する。

実施例の説明第１図で本発明の一実施例である霧化器につい
て説明する。液体を充填する加圧室１を備えたボ
デイー２は、ビス３で取付板４に固定されてい
る。液体は供給パイプ５を介して前記加圧室１に
入り、実霧化時には気体排出用のパイプ６の途中
まで満たされる。７は加圧室１の一面に臨んで配
されたノズル部で、外周はボデイー２に接合され
ている。ノズル部７の中央には、液滴吐出用の微
細なノズルを有する球面状の突起８が形成されて
いる。さらにノズル部７には、円環状の電気的振
動子、ここでは圧電素子９が装着されている。こ
の圧電素子９は厚さ方向に分極された圧電セラミ
ツクで、ノズル部７との接合面及び反対側の面に
は電極を有している。１０は、圧電素子９へ駆動
信号を伝達するリード線で、一方は圧電素子９の
片面へハンダ付けされ、他方はボデイー２へビス
１１で接続されている。駆動信号により圧電素子
９の機械的振動が励起されるとノズル部７も付勢
されて加振するので、結果として加圧室１内の液
体が霧化粒子１２となつて吐出される。

ところで、加圧室１へ供給される液体は、霧化
器設置構成で前記気体排出用のパイプ６途中まで
充填してもよいが、別手段として、霧化器の設置
構成では加圧室１及び排気パイプ６中は空で、液
滴吐出シーケンスに入る前に例えば排気パイプ６
を通じて負圧を加え、液体を加圧室１に充填する
と共に排気パイプ６途中まで引き上げてもよい。
後者の方法によれば、ノズルで液体中の不純物等
が固化し、液滴を噴出できないという不具合が生
じない。

次に第２図で霧化装置の構成をブロツクで説明
する。１３は発振駆動部で、電気的振動子９の所
定の機械的共振周波数を自動追尾すると共に、前
記周波数での電気的振動エネルギーを前記電気的
振動子９に伝達し、前述の霧化器の霧化動作を続
行させる。また、１４は吐出すべき液体、あるい
は、周囲の温度を検知する温度検知手段でこの温
度検知手段の信号を入力し、１５のデユーテイー
制御部で前記電気的振動子９の振動時間と停止時
間との比を制御し、温度に対する霧化能力の補償
を行つている。

上記の霧化動作を説明するための各特性を第３
図に示す。ａは、電気的振動子９の両端電圧V₀
が、所定のV₂時における駆動周波数と、前記電
気的振動子９に流れる電流との関係を表したｉ−
特性図で、印加する駆動電圧の周波数が、＝
_１に極大点、＝_３に極小点がある。＝
_３は、_１と_２のほぼ中間周波数である。ｂ
は、V₀＝V₂時の駆動周波数と霧化量の関係を示
し、＝_２が霧化量ピークである。機械的共振
点は、＝_２であり、電気−機械エネルギー変
換効率が最も良い周波数である。また、＜
₀₁、＞₀₃の領域は、前述ノズル部の振幅動作
が不安定な範囲で、噴霧特性も不安定になる。ｃ
は、駆動周波数を機械的共振点＝_２に固定し
た状態で、印加電圧レベルを変化させたときの霧
化量特性である。V₀＜V₁、V₀＜V₃の両領域は、
駆動周波数が安定であつても、霧化動作が不安定
となる範囲で、低電圧側では前述の霧化器の微少
な組立てばらつきによつて生ずる不安定動作範
囲、また、高電圧側は液体中の溶存空気が振動に
よつて極端に多く発生し吐出液滴の不安定動作を
引き起こしている。

このように、霧化器として効率良く安定に振動
させるためには、機械的共振点での発振（＝
_２）を維持すると共に、印加電圧もV₁V₀V₃
の所定値に保持する必要がある。また、機械的共
振点は周囲温度に依つて変動し、温度の上昇と共
に低下する傾向がある。そして、霧化量も周囲の
温度変化に伴つてそのレベルが変動する。そこ
で、前述１３の発振駆動部は、前記機械的共振点
（＝_２）での発振を続行させるべく、共振周
波数を自動的に追尾し、安定霧化動作を実現して
いる。さらに、１４，１５の温度検知手段とデユ
ーテイー制御部は、温度によつて変化する霧化量
を所定の値に保持するため作動し、振動時間と停
止時間の比を可変することで霧化量の補償と共
に、霧化量制御を実施している。

次に、本発明の発振駆動部のさらに詳しい構成
を説明する前に、第４図で、振動の機械的共振点
付近での、電気的振動子９に加わる電圧と、前記
振動子９に流れる電流との位相関係を示す。ａ
は、第３図ａと同様である。ｂは、前記電流と電
圧との位相差を示し、電流位相が進んでいる様子
を示すと共に、機械的共振点＝_２で位相差が
最小になつている様子がわかる。

第５図は、発振駆動部の具体的構成例で、前述
の図と同一番号のものは、同様の機能を有する構
成物である。１６は、電気的振動子９に流れる電
流を検出する電流検出器であり、１７の位相比較
器では、前記電流検出器１６からの通電電流信号
と、振動子９に印加される電圧信号を取り込み、
それらの位相差に依存した信号を１８の発振器に
出力している。発振器１８では、前記位相比較器
の信号を受けて、位相差が最小となるように発振
周波数を制御し、その信号を駆動部１９を介して
電気的振動子９に伝達している。２０は、１５の
デユーテイー制御部の出力信号にて動作するスイ
ツチ手段で、このスイツチの閉状態が電気的振動
子９の振動時間であり、また、閉状態が停止時間
である。

第５図は、第４図の説明内容を実現する構成ブ
ロツクである。

また、第６図で、別の発振駆動部の具体的な構
成例を説明する。前述と同一番号のものは、同様
の機能を有する構成要素である。電流検出器１６
からの信号を増幅部２１にて増幅し、２２のイン
ダクタを介して電気的振動子９に伝達している。
この系は、２２はインダクタによつて決まる所定
のインダクタンス分と、電気的振動子９の等価並
列容量とが主となつて決定される周期での発振を
持続する自励発振構成を成している。前記インダ
クタを所定の値とし、系の発振周波数を、電気的
振動子９の所定の略共振点付近に合わせれば、安
定霧化動作が維持される。そして、温度変化に対
しては、等価並列容量変化が共振点変動をほぼ追
随する。また、機械的共振点での自励発振系で
は、周波数、及び、電力の飛躍を生ずる引き込み
現象が発生する場合もあり、このときにはルーズ
な結合状態を構成して、自励発振系の安定動作を
保持することができる。

第７図は、デユーテイー制御部の具体的ブロツ
ク構成ａと、その波形ｂを示している。ａでは、
三角波発生器２３の信号と、レベル設定器２４の
信号が、比較器２５で比較され、その結果が所定
のHigh／Low信号となつて表われ、２０のスイ
ツチ手段の開閉状態を制御している。スイツチ手
段としては、アナログスイツチや、トランジスタ
等が電気回路中の開閉手段としてよく用いられ
る。

ｂは、第７図ａの各部の電位変化を示し、t₁か
らt₂、及び、t₃からt₄の期間では、High出力信号
が発生している。

ところで、第５図の実施例では、振動子９への
印加電圧と通電電流をそのまま位相比較器に入力
しているが、印加電圧が矩形波のような場合に
は、電気的振動子９が容量性のためにその電流波
形は容量負荷の特性を示す。そこで、電圧と電
流、それぞれの基本周波数を取り出すフイルタ部
を介して位相比較器に入力すれば、位相差の検出
も可能となる。これは、インダクタを介して第５
図の構成にした発振駆動部にても同様である。

発明の効果本発明の霧化装置によれば次のような効果が得
られる。

(1) 温度等の環境変動、あるいは、霧化器構成の
経時的変化によつて機械的共振点がずれても、
常に自動的に共振点での発振周波数を追尾する
ので、効率がよく、しかも安定霧化動作の電子
霧化装置を実現できる。

(2) 温度変化等による噴霧量の変動を、デユーテ
イー制御部で補償するので、常に所定の霧化量
が得られる。

(3) 霧化装置全体としてコンパクトな構成である
と共に、インダクタ結合では一層の低消費電力
化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部の構成を示す
断面図、第２図は本発明の一実施例の霧化装置の
構成を示すブロツク図、第３図ａは駆動周波数と
電流、ｂは駆動周波数と霧化量・ｃは駆動電圧と
霧化量のそれぞれの関係を示す特性図、第４図
ａ，ｂは特性図、第５図は本発明の一実施例を示
すブロツク構成図、第６図は本発明の他の実施例
を示すブロツク構成図、第７図ａはデユーテイー
制御部の具体的構成を示す図・ｂはデユーテイー
制御部各部の電圧波形図である。１……加圧室、２……ボデイー、５……供給
部、７……ノズル部、９……電気的振動子、１３
……発振駆動部、１４……温度検知手段、１５…
…デユーテイー制御部、１６……電流検出器、１
７……位相比較器、１８……発振器、１９……駆
動部、２１……増幅部、２２……インダクタ。

Claims

【特許請求の範囲】１液体を充填する加圧室を備えたボデイーと、
前記加圧室に液体を供給するための供給部と、前
記加圧室に臨むように設けたノズルを有するノズ
ル部と、前記ノズル部を付勢して前記ノズルを加
振する電気的振動子と、前記電気的振動子の略共
振周波数を自動追尾し電気的振動エネルギーを伝
達する発振駆動部と、液体あるいは周囲の温度検
知手段と、前記温度検知手段の信号で前記電気的
振動子の振動時間と停止時間との比を制御するデ
ユーテイー制御部とから構成された霧化装置。２電気的振動子に流れる電流を検出する電流検
出器と、前記電気的振動子に加わる駆動電圧と前
記電流検出器によつて検出される駆動電流のそれ
ぞれの基本周波数の位相差に依存して出力信号を
発生する位相比較器と、前記位相比較器の出力信
号に依存して発振周波数を可変する発振器と、前
記発振器の信号を伝達する駆動部とから構成され
た前記発振駆動部を有する特許請求の範囲第１項
記載の霧化装置。３電気的振動子に流れる電流を検出する電流検
出器と、前記電流検出器の信号を増幅する増幅部
と、前記増幅部からの信号を前記電気的振動子に
伝達する所定のインダクタとから構成された前記
発振駆動部を有する特許請求の範囲第１項記載の
霧化装置。