JPS6314654B2 - - Google Patents

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JPS6314654B2
JPS6314654B2 JP8580982A JP8580982A JPS6314654B2 JP S6314654 B2 JPS6314654 B2 JP S6314654B2 JP 8580982 A JP8580982 A JP 8580982A JP 8580982 A JP8580982 A JP 8580982A JP S6314654 B2 JPS6314654 B2 JP S6314654B2
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JP
Japan
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vibrating body
atomization
piezoelectric vibrator
nozzle
vibration
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Application number
JP8580982A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58202070A (en
Inventor
Naoyoshi Maehara
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP57085809A priority Critical patent/JPS58202070A/en
Publication of JPS58202070A publication Critical patent/JPS58202070A/en
Publication of JPS6314654B2 publication Critical patent/JPS6314654B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0638Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced by discharging the liquid or other fluent material through a plate comprising a plurality of orifices
    • B05B17/0646Vibrating plates, i.e. plates being directly subjected to the vibrations, e.g. having a piezoelectric transducer attached thereto

Landscapes

  • Special Spraying Apparatus (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は灯油・軽油等の液体燃料、水、薬液、
記録用インク等の液体の霧化装置に関し、さらに
詳しく言えば、圧電振動子等の電気的振動子の超
音波振動を利用したいわゆる超音波霧化装置に関
するものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention is applicable to liquid fuels such as kerosene and light oil, water, chemical liquids,
The present invention relates to an atomizing device for a liquid such as recording ink, and more specifically, to a so-called ultrasonic atomizing device that utilizes ultrasonic vibrations of an electric vibrator such as a piezoelectric vibrator.

従来、超音波霧化装置には種々の形態の霧化装
置が提案されている。
Conventionally, various types of atomization devices have been proposed as ultrasonic atomization devices.

最も一般的な霧化装置としてホーン型超音波霧
化装置がある。
The most common atomization device is a horn-type ultrasonic atomization device.

この霧化装置はホーン型超音波振動子に圧電振
動子を取り付け、圧電振動子の振動振中をホーン
にて増巾し、ホーン先端の振巾最大面に液体をポ
ンプなどで供給し、霧化するものである。しかし
ながら、この霧化装置は安定なホーン振動子の共
振状態を保証・維持するために、その高い加工精
度と面倒な固定条件の確保が必要であり、液体供
給ポンプを要するため、装置全体が大型化、高価
格化せざるを得なかつた。
This atomization device attaches a piezoelectric vibrator to a horn-type ultrasonic vibrator, uses a horn to amplify the vibration of the piezoelectric vibrator, and supplies liquid to the maximum amplitude surface at the tip of the horn using a pump, etc. It is something that becomes. However, in order to guarantee and maintain a stable resonance state of the horn oscillator, this atomization device requires high processing precision and complicated fixing conditions, and requires a liquid supply pump, making the entire device large. It had no choice but to become more expensive and more expensive.

また、20c.c./分程度の霧化量を得るのに要する
電力は5〜10ワツトであるにもかかわらず、霧化
粒子の粒径バラツキ、微粒化能力等の霧化性能は
十分なものではなかつた。
In addition, although the power required to obtain an atomization amount of about 20 c.c./min is 5 to 10 watts, the atomization performance, such as the particle size variation of the atomized particles and the atomization ability, is insufficient. It wasn't something.

第2の超音波霧化装置はいわゆる超音波加湿器
に実用化されているもので、液槽の底部に圧電振
動子を設け、液面近傍に超音波エネルギーを照
射・集中させ、液面に液柱を形成し、液面での一
種のキヤビテーシヨン現象を利用して霧化するも
のである。
The second type of ultrasonic atomizer is a so-called ultrasonic humidifier, which is equipped with a piezoelectric vibrator at the bottom of the liquid tank and irradiates and concentrates ultrasonic energy near the liquid surface. It forms a liquid column and uses a type of cavitation phenomenon at the liquid surface to atomize it.

この霧化装置は、ポンプ等の液体供給手段を必
要とせず、しかも、微粒化能力に優れものである
が圧電振動子の超音波エネルギーによる直接霧化
形態をとつているため、霧化に要するエネルギー
が極めて大きく、20c.c./分程度の霧化量を得るの
に50〜60ワツトを要した。しかも、超音波振動周
波数は、1〜2MHzの高い周波数が必要であるた
め、その駆動回路は極めて高価になり、かつ、電
波障害発生の可能性が極めて高いものであつた。
また、霧化量の安定性が極めて乏しく、液温・液
面高さ、液体物性による霧化量変動が著しく、そ
の補償は極めて面倒で複雑であつた。
This atomization device does not require a liquid supply means such as a pump, and has excellent atomization ability, but because it directly atomizes using the ultrasonic energy of a piezoelectric vibrator, it does not require a liquid supply means such as a pump. The energy was extremely large, requiring 50 to 60 watts to achieve an atomization rate of about 20 c.c./min. Moreover, since the ultrasonic vibration frequency requires a high frequency of 1 to 2 MHz, the drive circuit thereof is extremely expensive and the possibility of radio wave interference is extremely high.
Further, the stability of the atomization amount is extremely poor, and the atomization amount fluctuates significantly depending on the liquid temperature, liquid level height, and liquid physical properties, and compensation thereof is extremely troublesome and complicated.

第3の超音波霧化装置は、近年インクジエツト
記録装置のインク微粒化装置に用いられているも
ので、第1図に示すような構成のものである。
The third ultrasonic atomization device has been used in ink atomization devices of inkjet recording devices in recent years, and has a configuration as shown in FIG.

すなわち、インク室1の一端にノズル2を設け
他端に圧電振動子3を設ける構成とし、圧電振動
子3の超音波振動による圧力波をノズル2に伝え
てノズル2より液滴4を噴射霧化するものであ
る。この霧化装置は、ポンプ等の液体供給手段を
必要とせず、しかも極めて低消費電力であり、微
粒化液滴の粒径はかなり小さくすることができ、
かつ均一性に富んだものであつた。
That is, a nozzle 2 is provided at one end of the ink chamber 1 and a piezoelectric vibrator 3 is provided at the other end, and pressure waves caused by ultrasonic vibrations of the piezoelectric vibrator 3 are transmitted to the nozzle 2 to spray droplets 4 from the nozzle 2 into mist. It is something that becomes. This atomization device does not require a liquid supply means such as a pump, has extremely low power consumption, and can make the particle size of atomized droplets considerably small.
It was also highly uniform.

しかしながら、圧電振動子3の振動をインク室
1内のインク(液体)を介してノズル2に伝達す
る構成であるため、溶存空気の極めて少ない液体
でないと、いわゆる超音波キヤビテーシヨンによ
る溶存空気の気泡化が生じ、安定霧化動作維持が
不可能であるという欠点を有していた。
However, since the structure is such that the vibration of the piezoelectric vibrator 3 is transmitted to the nozzle 2 via the ink (liquid) in the ink chamber 1, if the liquid does not have an extremely small amount of dissolved air, the dissolved air will become bubbles due to so-called ultrasonic cavitation. This has the disadvantage that stable atomization cannot be maintained.

一般的な液体は溶存気体を多量に含んでおり、
この霧化装置で霧化するためには溶存気体を除去
することが必要となり、極めて面倒で高価になら
ざるを得なかつた。
Common liquids contain large amounts of dissolved gas,
In order to atomize with this atomizer, it is necessary to remove dissolved gas, which is extremely troublesome and expensive.

本発明は上記従来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。
The present invention aims to provide an atomizing device that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks.

第1の目的は、構成が簡単でコンパクトであり
従つて低価格な霧化装置を提供することである。
The first object is to provide an atomization device that is simple and compact in construction and therefore inexpensive.

第2の目的は微粒化能力、粒径バラツキ、霧化
パターン等のいわゆる霧化性能に優れ、かつ、極
めて低消費電力な霧化装置を実現することであ
る。
The second objective is to realize an atomization device that has excellent atomization performance such as atomization ability, particle size variation, and atomization pattern, and has extremely low power consumption.

さらに第3の目的は、溶存気体を多量に含む液
体であつても極めて安定に霧化することができ汎
用性に富んだ霧化装置を実現することである。
A third objective is to realize a highly versatile atomizing device that can atomize extremely stably even liquids containing a large amount of dissolved gas.

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。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

すなわち、液体を充填するための加圧室と、前
記加圧室に臨むよう設けたノズルと、前記ノズル
を加振する振動体と、前記振動体を付勢する電気
的振動子とを備え、前記振動体の少なくとも1部
が前記加圧室に臨むよう構成すると共に、前記振
動体が前記加圧室に対して実質的に基本振動モー
ドで振動する構成としたものであり、この構成に
より前記振動体の前記加圧室に臨む部分は振動の
節を発生することなく振動して前記ノズルを加振
し、前記ノズルから液滴を噴霧するものである。
That is, it includes a pressurizing chamber for filling liquid, a nozzle provided facing the pressurizing chamber, a vibrating body that vibrates the nozzle, and an electric vibrator that energizes the vibrating body, At least a portion of the vibrating body is configured to face the pressurizing chamber, and the vibrating body is configured to vibrate substantially in a fundamental vibration mode with respect to the pressurizing chamber. A portion of the vibrating body facing the pressurizing chamber vibrates without generating vibration nodes to vibrate the nozzle and spray droplets from the nozzle.

以下本発明の一実施例について図面と共に説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図は本発明の一実施例の霧化装置を灯油の
霧化装置として適用した温風機の構成を示す断面
図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a hot air fan to which an atomizing device according to an embodiment of the present invention is applied as a kerosene atomizing device.

第2図において、外ケース5の上面に操作部6
が設けられ、制御部7に運転指令を与える。
In FIG. 2, an operating section 6 is mounted on the top surface of the outer case 5
is provided to give an operation command to the control section 7.

制御部7は、送風モータ8を起動し、送風フア
ン9が起動される。従つて燃焼空気は吸気口10
より図の矢印のように吸い込まれ、オリフイス1
1負圧発生部12を通つて旋回器13に送られ
る。さらに旋回器13より霧化室14に図の矢印
の如く旋回気流となつて送られ、燃焼室15、排
気筒16を通つて排気される。
The control unit 7 starts the blower motor 8, and the blower fan 9 is started. Therefore, the combustion air flows through the intake port 10.
It is sucked in as shown by the arrow in the figure, and the orifice 1
1 is sent to the swirler 13 through the negative pressure generating section 12. Further, the swirling air is sent from the swirler 13 to the atomization chamber 14 as a swirling airflow as shown by the arrow in the figure, and is exhausted through the combustion chamber 15 and the exhaust pipe 16.

一方灯油は、タンク17よりパイプ18を経て
液面高さを図中Aに示す位置に制御するレベラ1
9に送られる。レベラ19はパイプ20にて霧化
部21と連通され、さらに霧化部21は、パイプ
22にて負圧発生部12と連通されている。
On the other hand, kerosene is passed from the tank 17 through the pipe 18 to the leveler 1 that controls the liquid level to the position shown at A in the figure.
Sent to 9th. The leveler 19 is communicated with the atomizing section 21 through a pipe 20, and the atomizing section 21 is further communicated with the negative pressure generating section 12 through a pipe 22.

パイプ20内の液面は、運転停止時は図のBの
位置にあり、レベラ19の制御液面Aと一致して
いるが、送風フアン9の起動による燃焼空気の流
れのために発生する負圧発生部12の負圧力(例
えば−20〜30mmH2O)により、吸い上げられ霧
化部21内に灯油を満たし、さらに上昇してパイ
プ22内の液面位置cに達する。
The liquid level inside the pipe 20 is at position B in the figure when the operation is stopped, and it matches the control liquid level A of the leveler 19, but the negative level that occurs due to the flow of combustion air due to the activation of the blower fan 9 The kerosene is sucked up by the negative pressure (for example, −20 to 30 mmH 2 O) of the pressure generating portion 12 and fills the atomizing portion 21, and further rises to reach the liquid level position c in the pipe 22.

以上の動作は、運転指令後3〜5秒程度で終了
し霧化部21内は灯油が満たされ霧化開始準備が
完了する。
The above operation is completed in about 3 to 5 seconds after the operation command is given, and the atomization section 21 is filled with kerosene and preparations for starting atomization are completed.

次に制御部7は内蔵する霧化部21の駆動回路
を起動し、第3図a,b又はcのような交流電圧
を霧化部21に供給する。a〜c図の交流電圧供
給形態は霧化すべき量の大小に応じて適宜選択す
ることができる。
Next, the control section 7 starts up the built-in drive circuit of the atomization section 21 and supplies the alternating current voltage as shown in FIG. 3 a, b, or c to the atomization section 21. The AC voltage supply form shown in figures a to c can be appropriately selected depending on the size of the amount to be atomized.

この交流電圧の供給により霧化部21は起動
し、霧化室14に霧化粒子23を噴霧する。霧化
粒子23は、旋回気流と混合され、点火器24に
て点火されて着火し、火炎は火炎センサ26にて
検知される。27は対流フアンである。
The atomization unit 21 is activated by the supply of this alternating voltage, and atomizes the atomization particles 23 into the atomization chamber 14 . The atomized particles 23 are mixed with the swirling airflow, ignited by the igniter 24, and ignited, and the flame is detected by the flame sensor 26. 27 is a convection fan.

このようにして本発明の一実施例を適用した温
風機は極めて構成が簡略化され、かつ制御性の良
好なものとすることができる。
In this way, a hot air fan to which an embodiment of the present invention is applied can be extremely simplified in configuration and have good controllability.

次に霧化部21についてさらに詳しく説明す
る。第4図は霧化部21の断面図であつて第2図
と同符号は相当物である。
Next, the atomizing section 21 will be explained in more detail. FIG. 4 is a sectional view of the atomizing section 21, and the same symbols as in FIG. 2 are equivalent.

霧化部21は内部に直径が10〜15mmの円筒形で
深さ2〜5mm程度の加圧室28を有するボデイー
29にパイプ20および22を接続して構成され
ており、パイプ20,22と加圧室28とは連通
され図のようになつている。ボデイー29は霧化
室14の壁面にビス30,31で固定されてい
る。
The atomizing section 21 is constructed by connecting pipes 20 and 22 to a body 29 which has a cylindrical pressurizing chamber 28 with a diameter of 10 to 15 mm and a depth of about 2 to 5 mm. It communicates with the pressurizing chamber 28 as shown in the figure. The body 29 is fixed to the wall surface of the atomization chamber 14 with screws 30 and 31.

32は外径が10〜15mm、厚さ0.5〜2mm程度の
圧電振動子であり、中央に円形の開口33を設け
た環状円板である。図示していないが円板両側に
は電極が設けられ、リード線34,35にて第3
図a〜cに示した交流電圧が供給される。
32 is a piezoelectric vibrator having an outer diameter of 10 to 15 mm and a thickness of about 0.5 to 2 mm, and is an annular disk having a circular opening 33 in the center. Although not shown, electrodes are provided on both sides of the disk, and a third electrode is provided with lead wires 34 and 35.
The alternating current voltages shown in Figures a to c are supplied.

圧電振動子32は接着層36にて厚さ30μm〜
100μm程度のノズル板37と相互に接着されてお
り、ノズル板37の中央部には直径30μm〜
100μm程度のノズル38が複数個設けられてい
る。したがつて、ノズル板37と圧電振動子32
とは相互に装着されて一体化され円環状の振動体
を形成している。圧電振動子32が後述のように
その径方向伸縮歪を生じるので、この振動体は環
状円板形の非対称バイモルフ振動体と考えること
ができる。この振動体によりノズル板37の中央
部(すなわち圧電振動子32の開口33に臨む部
分)が加振され、その結果ノズル38が加振され
る構成となつている。ノズル板37は、さらに接
着層39にて固定部40に接着され固定部40は
その外周に設けたネジ部41にてボデイー29に
装着されている。
The piezoelectric vibrator 32 has an adhesive layer 36 with a thickness of 30 μm or more.
It is mutually bonded to the nozzle plate 37 with a diameter of about 100 μm, and the center part of the nozzle plate 37 has a diameter of 30 μm to
A plurality of nozzles 38 each having a diameter of about 100 μm are provided. Therefore, the nozzle plate 37 and the piezoelectric vibrator 32
are attached to each other and integrated to form an annular vibrating body. Since the piezoelectric vibrator 32 causes expansion and contraction strain in its radial direction as described later, this vibrating body can be considered as an annular disk-shaped asymmetric bimorph vibrating body. This vibrating body vibrates the central portion of the nozzle plate 37 (that is, the portion facing the opening 33 of the piezoelectric vibrator 32), and as a result, the nozzle 38 is vibrated. The nozzle plate 37 is further bonded to a fixing part 40 with an adhesive layer 39, and the fixing part 40 is attached to the body 29 with a threaded part 41 provided on its outer periphery.

したがつて、前記圧電振動子32とノズル板3
7より成る振動体が固定部40に固定され、さら
にボデイー29にネジ止め固定されているのであ
る。
Therefore, the piezoelectric vibrator 32 and the nozzle plate 3
The vibrating body consisting of 7 is fixed to the fixed part 40 and further fixed to the body 29 by screws.

圧電振動子32は、リード線34,35を介し
て制御部7より第3図a〜cのような交流電圧が
印加されると、その径方向に伸縮歪を生じて振動
する。このため、圧電振動子32とノズル板37
とより成る振動体は、固定部40にて周辺固定さ
れた環状円板のたわみ振動を生じ、この結果、ノ
ズル板37の中央部(開口33に臨む部分)が加
振されてたわみ振動を行い、ノズル38はその軸
方向(第4図の左右方向)に加振される。
When the piezoelectric vibrator 32 is applied with an alternating current voltage as shown in FIGS. 3 a to 3 c from the control unit 7 via the lead wires 34 and 35, it vibrates with expansion and contraction strain occurring in its radial direction. Therefore, the piezoelectric vibrator 32 and the nozzle plate 37
The vibrating body made of the above generates a flexural vibration of an annular disk whose periphery is fixed by the fixed part 40, and as a result, the central part of the nozzle plate 37 (the part facing the opening 33) is excited and flexurally vibrates. , the nozzle 38 is vibrated in its axial direction (horizontal direction in FIG. 4).

この結果ノズル38より霧化粒子23を噴射す
ることができる。42は気泡であり、前記振動体
の振動により発生するものであつて静圧差による
気泡の浮力により図のようにパイプ22に排出さ
れる。
As a result, the atomized particles 23 can be sprayed from the nozzle 38. Reference numeral 42 indicates bubbles, which are generated by the vibration of the vibrating body, and are discharged into the pipe 22 as shown in the figure by the buoyancy of the bubbles due to the static pressure difference.

第5図は上記した振動体の振動状態を説明する
ものであり第4図と同符号は相当物である。
FIG. 5 is for explaining the vibration state of the above-mentioned vibrating body, and the same reference numerals as in FIG. 4 are equivalents.

第5図は圧電振動子30が径方向に縮小歪を生
じた時を示しており液滴がノズル38より離れる
と共に加圧室28内は振動体が図のように歪を生
じることにより負圧となるがノズル38に発生す
る灯油の表面張力によりノズル38からの加圧室
28への空気流入は阻止され、この結果、パイプ
20より灯油が吸い上げられ、自給ポンプ作用を
発揮する。
FIG. 5 shows a case where the piezoelectric vibrator 30 is subjected to a reduction strain in the radial direction. As the droplet leaves the nozzle 38, the inside of the pressurizing chamber 28 is under negative pressure due to the vibrating body being strained as shown in the figure. However, the surface tension of the kerosene generated in the nozzle 38 prevents air from flowing into the pressurizing chamber 28 from the nozzle 38, and as a result, the kerosene is sucked up from the pipe 20, exerting a self-sufficient pump action.

また、圧電振動子32が逆方向に歪を生じ径方
向に伸張すると、図の破線のような状態となり、
この結果ノズル38の近傍の圧力上昇が発生して
液滴23が噴射される。
Furthermore, if the piezoelectric vibrator 32 is strained in the opposite direction and expanded in the radial direction, it will be in a state as shown by the broken line in the figure.
As a result, a pressure increase near the nozzle 38 occurs, and the droplet 23 is ejected.

この動作を第3図a〜cのような交流電圧に応
じて繰り返すので、霧化パターンが安定で、粒径
が小さく均一な霧化を行うことができ、しかも霧
化量調節が簡単な霧化装置とすることができる。
また灯油の吸い上げ作用を有するのでポンプ等の
液体供給手段が不要である。
This operation is repeated according to the alternating current voltage as shown in Figure 3 a to c, so that the atomization pattern is stable, the particle size is small, and uniform atomization can be performed, and the amount of atomization can be easily adjusted. It can be used as a conversion device.
Furthermore, since it has the effect of sucking up kerosene, a liquid supply means such as a pump is not required.

第5図より明らかなように、加圧室28内にお
ける液体中の圧力変化の最大点はノズル38の近
傍でありこのため、溶存空気を多量に含む液体で
あつても超音波キヤビテーシヨンによる溶存空気
の気泡化が生じる以前にノズル38から噴射され
てしまうので、気泡の発生を極めて少なくするこ
とができる。また、図のようにわずかに気泡42
が加圧室28内に発生するけれども、極端に大き
な気泡に成長し、ノズル板37と圧電振動子32
より成る円環状の振動体に接触しなければ、霧化
動作にはほとんど影響を与えることがなく極めて
安定な霧化動作を実現することができる。
As is clear from FIG. 5, the maximum point of pressure change in the liquid in the pressurizing chamber 28 is near the nozzle 38, and therefore, even if the liquid contains a large amount of dissolved air, the dissolved air due to ultrasonic cavitation is Since the liquid is injected from the nozzle 38 before the bubbles form, the generation of bubbles can be extremely reduced. Also, as shown in the figure, there may be slight air bubbles 42.
Although bubbles are generated in the pressurizing chamber 28, they grow into extremely large bubbles, and the nozzle plate 37 and piezoelectric vibrator 32
If the vibrator does not come into contact with the annular vibrating body, the atomizing operation will be hardly affected and an extremely stable atomizing operation can be achieved.

なぜならば、ノズル板37と圧電振動子32よ
り成る円環状の振動体が、第5図のようなたわみ
振動を行い、加圧室28に対して基本モードのた
わみ振動を行つているかぎりは、すくなくともこ
の円環状の振動体上には振動の節、すなわち節円
が発生せず、このためこの振動体に気泡42が接
触することがないからである。
This is because, as long as the annular vibrating body made up of the nozzle plate 37 and the piezoelectric vibrator 32 performs the flexural vibration as shown in FIG. This is because, at least, no vibration nodes, ie, nodal circles, are generated on this annular vibrating body, and therefore, the air bubbles 42 do not come into contact with this vibrating body.

もちろん、ノズル板37と固定部39の接合
部、すなわち振動体の周辺に気泡43が溜まるこ
とも生じ得るが、この場合には極端に大きな気泡
が溜まることがない限り振動体の振動に与える悪
影響はなく、また、もし図のように気泡43が溜
まつても大気泡に成長する以前に、加圧室28内
の静圧分布と気泡43の浮力とにより、パイプ2
2に排出されてしまうのである。
Of course, air bubbles 43 may accumulate at the joint between the nozzle plate 37 and the fixed part 39, that is, around the vibrating body, but in this case, unless extremely large bubbles accumulate, it will have an adverse effect on the vibration of the vibrating body. Moreover, even if the air bubbles 43 accumulate as shown in the figure, the static pressure distribution in the pressurizing chamber 28 and the buoyancy of the air bubbles 43 cause the pipe 2 to collapse before they grow into large air bubbles.
It will be discharged in 2nd place.

このように、少なくとも円環状の振動体の加圧
室28に臨む部分に振動の節が発生しない基本モ
ードで振動体を振動させる構成とすることにより
溶存気体の多い液体であつても極めて安定に霧化
することができる。
In this way, by configuring the vibrating body to vibrate in the fundamental mode in which no vibration nodes occur at least in the part of the annular vibrating body facing the pressurizing chamber 28, even liquids with a large amount of dissolved gas can be made extremely stable. Can be atomized.

しかしながら、加圧室28に臨む振動体に節が
発生するような高次モードで振動体を振動させる
と以下のような不都合を生じる。
However, if the vibrating body facing the pressurizing chamber 28 is vibrated in a higher order mode in which nodes are generated, the following problems will occur.

第6図は上記不都合を説明する霧化部21の断
面図であり、第5図と同符号は相当物である。
FIG. 6 is a sectional view of the atomizing section 21 for explaining the above-mentioned disadvantage, and the same reference numerals as in FIG. 5 are equivalent.

第6図において、ノズル板37と圧電振動子3
2より成る円環状の振動体の加圧室28に臨む部
分には、図のように振動の節、すなわち節円が生
じている。すなわち、円環状の振動体は、その円
環の中心円近くに節円が生じるような高次モード
の振動を行つているのである。円環の中央の開口
(圧電振動子32の開口33に相当する)を省略
し、環状円板をモデル化した円板としてその振動
姿態を示すと第7図a,bのようになる。第7図
aは、その平面図、bは断面図を示すものであ
り、円板たわみ振動の2次モード振動を示してい
る。一方、第5図に示した円環状の振動体の振動
姿態と同様に単純な円板モデルの振動として示す
と第8図a,bのようになり、円板たわみ振動の
1次モードと考えることができ、この説明図から
明らかなように、振動体に節円を生じない振動モ
ードで振動させることが重要なのである。このよ
うな節円が、加圧室28に臨む円環状の振動体上
に発生すると、キヤビテーシヨン気泡42は第6
図に示すように節円上に吸い寄せられて大気泡4
4となり、しかもこの気泡44は円環状の振動体
(ノズル板37と圧電振動子32の重なり部分)
に接触しながら成長していく。これは、このよう
な振動モードによる加圧室28内の音圧分布によ
るものであり、このようなモードで円環状の振動
体が振動するかぎりは避けることが不可能であ
る。気泡44が大きく成長してくると円環状の振
動体の振動条件に著しい影響を与え、安定な振動
状態の維持が困難となつてしまい、ついには完全
に振動が停止し、ノズル38からの噴霧が停止し
てしまう。すると気泡44は図の矢印のように上
昇してパイプ22に排出され、再び正常な振動が
励起され噴霧が再開されるのである。このような
現象は、噴霧状態の不規則な脈動現象となつて現
れるので霧化パターンや霧化量の不安定さを生じ
てしまう結果となるのである。
In FIG. 6, the nozzle plate 37 and the piezoelectric vibrator 3
As shown in the figure, nodes of vibration, that is, nodal circles, are generated in the portion of the annular vibrating body consisting of 2 facing the pressurizing chamber 28. In other words, the annular vibrating body vibrates in a higher order mode in which a nodal circle is generated near the center circle of the annular ring. If the opening at the center of the ring (corresponding to the opening 33 of the piezoelectric vibrator 32) is omitted and the vibration mode is shown as a disk modeled on the annular disk, the vibration state will be as shown in FIGS. 7a and 7b. FIG. 7a is a plan view thereof, and FIG. 7b is a cross-sectional view thereof, showing the second mode vibration of the disk deflection vibration. On the other hand, if the vibration state of the annular vibrating body shown in Fig. 5 is expressed as a vibration of a simple disk model, it becomes as shown in Fig. 8 a and b, which is considered to be the first mode of disk flexural vibration. As is clear from this explanatory diagram, it is important to vibrate the vibrating body in a vibration mode that does not produce nodal circles. When such a nodal circle occurs on the annular vibrating body facing the pressurizing chamber 28, the cavitation bubble 42 becomes the sixth
As shown in the figure, air bubbles 4 are attracted to the nodal circle.
4, and this bubble 44 is an annular vibrating body (overlapping part of the nozzle plate 37 and piezoelectric vibrator 32).
Growing up through contact with This is due to the sound pressure distribution within the pressurizing chamber 28 in such a vibration mode, and cannot be avoided as long as the annular vibrating body vibrates in such a mode. As the bubbles 44 grow larger, they significantly affect the vibration conditions of the annular vibrating body, making it difficult to maintain a stable vibration state, and eventually the vibrations stop completely and the spray from the nozzle 38 stops. will stop. Then, the bubbles 44 rise as shown by the arrow in the figure and are discharged into the pipe 22, and normal vibrations are excited again and spraying is restarted. Such a phenomenon appears as an irregular pulsation phenomenon in the spray state, resulting in instability of the atomization pattern and the amount of atomization.

前述したような気泡44による不都合は、振動
体(ノズル板37と圧電振動子32よりなる円環
状部分)に気泡44が触れることにより振動体の
機械的インピーダンスが変化するためであり、こ
の振動体に節を生じないような基本モードで振動
体を振動させることにより上記不都合を解消する
ことができる。また、この円環状の振動体を構成
する部分以外のノズル板37に気泡が触れた場合
は、振動体の振動に対する影響は小さく、あまり
問題とならない。これは、円環状振動体の機械イ
ンピーダンスに与える影響が小さいためであると
考えられ、このことは、円環状の振動体(圧電振
動子32とノズル板37との重なり部分)上にさ
え、節円が生じなければよいことを意味するもの
である。
The disadvantage caused by the bubbles 44 as described above is because the mechanical impedance of the vibrating body changes when the bubbles 44 touch the vibrating body (the annular portion consisting of the nozzle plate 37 and the piezoelectric vibrator 32). The above-mentioned inconvenience can be overcome by vibrating the vibrating body in a fundamental mode that does not produce any nodes. Furthermore, if air bubbles touch a part of the nozzle plate 37 other than the part constituting the annular vibrating body, the effect on the vibration of the vibrating body is small and does not cause much of a problem. This is thought to be because the effect of the annular vibrating body on the mechanical impedance is small, and this means that even on the annular vibrating body (the overlapping part of the piezoelectric vibrator 32 and the nozzle plate 37), there are no nodes. This means that no yen should be created.

このように、第5図に示したように、加圧室2
8に臨む円環状の振動体上に節の発生しない基本
モードで振動体を振動させる構成とすることが安
定な噴霧を行う上で極めて重要である。
In this way, as shown in FIG.
In order to perform stable spraying, it is extremely important to have a configuration in which the annular vibrating body facing 8 is vibrated in a fundamental mode in which no nodes occur.

第9図は本発明の霧化装置の他の実施例を示す
断面図であり、第6図と同符号は相当物である。
第9図において、ノズル板37と圧電振動子30
とより成る振動体自身は第6図と同様に節円が生
じる2次モードのたわみ振動をしており、第7図
a,bのような振動姿態を示している。
FIG. 9 is a sectional view showing another embodiment of the atomizing device of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 6 are equivalent.
In FIG. 9, a nozzle plate 37 and a piezoelectric vibrator 30
The vibrating body itself is flexurally vibrating in a second-order mode in which nodal circles are generated, as shown in FIG. 6, and exhibits vibration states as shown in FIGS. 7a and 7b.

しかしながら、加圧室28とノズル板37の間
には音波遮断部45が図のように設けられてお
り、その先端46はノズル板37の振動の節部に
接するよう構成されている。47は空間部であ
り、振動の節以外の部分が自由に振動できるよう
にするためのものであつて、これは音波吸収材等
を充填する構成であつてもよい。またノズル板3
7と音波遮断部45の先端46との間は間隙が存
在するけれども、加圧室28が大気圧より低い圧
力に保たれているので灯油が空間部46に漏れる
ことなく、また灯油の表面張力の作用により空気
が加圧室28に流入することもない。
However, a sound wave blocking part 45 is provided between the pressurizing chamber 28 and the nozzle plate 37 as shown in the figure, and its tip 46 is configured to come into contact with a vibration node of the nozzle plate 37. Reference numeral 47 denotes a space, which allows parts other than vibration nodes to vibrate freely, and this may be filled with a sound wave absorbing material or the like. Also, nozzle plate 3
Although there is a gap between 7 and the tip 46 of the sound wave blocking part 45, since the pressurized chamber 28 is maintained at a pressure lower than atmospheric pressure, kerosene does not leak into the space 46, and the surface tension of the kerosene Due to this action, air does not flow into the pressurizing chamber 28.

このような構成により、振動体自身は2次モー
ドで動作するけれども加圧室28に臨む部分は見
かけ上は基本モードで動作させることが可能とな
る。すなわち、振動体を加圧室28に対して実質
的に基本モードで振動する構成とすることができ
る。従つて、第6図の場合のように、加圧室28
内の音圧分布による大気泡44の成長とノズル板
37と圧電振動子32よりなる円環状の振動体へ
の接触を防止し、極めて安定性に富んだ霧化動作
を実現することができる。なお、気泡43は第5
図の場合と同様に振動に悪影響を与える程成長す
る以前にその浮力によりパイプ22に排気され
る。
With such a configuration, although the vibrating body itself operates in the secondary mode, the portion facing the pressurizing chamber 28 can apparently operate in the fundamental mode. That is, the vibrating body can be configured to vibrate in a substantially fundamental mode with respect to the pressurizing chamber 28. Therefore, as in the case of FIG.
It is possible to prevent the growth of air bubbles 44 due to the sound pressure distribution inside and to prevent them from coming into contact with the annular vibrating body made up of the nozzle plate 37 and piezoelectric vibrator 32, thereby achieving an extremely stable atomizing operation. Note that the bubble 43 is the fifth
As in the case shown in the figure, the particles are exhausted into the pipe 22 due to their buoyancy before they grow to the extent that they adversely affect vibration.

したがつて、振動体自身は2次モードで動作し
ても加圧室28に対して実質的に基本モードで振
動するよう構成することにより安定霧化動作が可
能である。
Therefore, even if the vibrating body itself operates in the secondary mode, stable atomization operation is possible by configuring it to vibrate in the fundamental mode with respect to the pressurizing chamber 28.

このように第5図または第9図の実施例のよう
な霧化装置により優れた霧化性能を発揮すること
ができる霧化装置を実現することが可能であり、
しかも、霧化に要するエネルギーは著しく小さい
ものとすることができる。発明者の実験によれば
その消費電力は極めて小さく20c.c./分程度の霧化
量を得るに要する消費電力は0.1ワツト程度であ
り従来の超音波霧化装置に比し、極めて省エネル
ギー性の高い霧化装置を実現することができる。
In this way, it is possible to realize an atomization device that can exhibit excellent atomization performance by using an atomization device such as the embodiment shown in FIG. 5 or FIG.
Furthermore, the energy required for atomization can be significantly reduced. According to the inventor's experiments, the power consumption is extremely low, and the power consumption required to obtain an atomization amount of about 20c.c./min is about 0.1W, making it extremely energy-saving compared to conventional ultrasonic atomization devices. It is possible to realize a high atomization device.

以上に述べたように本発明によれば、液体を充
填する加圧室と、加圧室に臨んで設けたノズル
と、前記ノズルを加振する振動体と、前記振動体
を付勢する電気的振動子とを備え、前記振動体の
少なくとも1部を加圧室に臨ませる構成とすると
共に、前記振動体を加圧室に対して実質的に基本
モードで振動させるよう構成したから、構成が極
めて簡単でコンパクトであり、従つて低価格であ
ると共に、霧化パターンの安定性、微粒化性能、
粒径バラツキ等の霧化性能に優れ、霧化量制御が
簡単でかつ極めて低消費電力である霧化装置を実
現することが可能である。さらにノズルを振動さ
せる構成であるため溶存気体を多く含む液体であ
つても霧化動作維持が可能であり、特に加圧室に
対して実質的に基本モードで振動体が振動する構
成とすることにより、非常に安定性に富んだ霧化
動作を実現することができるものであり、極めて
汎用性に富んだ霧化装置を提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, there is provided a pressurizing chamber filled with liquid, a nozzle provided facing the pressurizing chamber, a vibrating body that vibrates the nozzle, and an electric current that energizes the vibrating body. the vibrating body is configured such that at least a part of the vibrating body faces the pressurizing chamber, and the vibrating body is configured to vibrate in a substantially fundamental mode with respect to the pressurizing chamber. is extremely simple, compact, and therefore low-cost, and has excellent atomization pattern stability, atomization performance,
It is possible to realize an atomization device that has excellent atomization performance such as particle size variation, can easily control the amount of atomization, and has extremely low power consumption. Furthermore, since the nozzle is configured to vibrate, it is possible to maintain the atomization operation even for liquids containing a large amount of dissolved gas, and in particular, the configuration is such that the vibrating body vibrates in a substantially fundamental mode relative to the pressurized chamber. Therefore, it is possible to realize a highly stable atomizing operation, and an extremely versatile atomizing device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の超音波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を適用した温風
機の断面図、第3図a,bおよびcは霧化量の大
小に応じた圧電振動子の駆動電圧波形図、第4図
は本発明の一実施例を示す霧化装置の断面図、第
5図は同霧化装置の動作説明図、第6図は本発明
を説明するために用いた霧化装置の断面図、第7
図aおよびbは第6図の霧化装置の振動体の動作
状態を説明する図、第8図aおよびbは第5図の
霧化装置の振動体の動作状態を説明する図、第9
図は本発明の他の実施例を示す霧化装置の断面図
である。 28……加圧室、32……電気的振動子(圧電
振動子)、33……開口、30,37……振動体
(圧電振動子、ノズル板)、38……ノズル。
Fig. 1 is a sectional view showing the configuration of a conventional ultrasonic atomization device, Fig. 2 is a sectional view of a hot air fan to which an embodiment of the present invention is applied, and Fig. 3 a, b, and c show the amount of atomization. 4 is a cross-sectional view of an atomizing device showing an embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the atomizing device, and FIG. Cross-sectional view of the atomization device used to explain the invention, No. 7
Figures a and b are diagrams illustrating the operating state of the vibrating body of the atomizing device in Figure 6, Figures 8 a and b are diagrams explaining the operating state of the vibrating body of the atomizing device in Figure 5, and Figure 9
The figure is a sectional view of an atomizing device showing another embodiment of the present invention. 28... Pressure chamber, 32... Electric vibrator (piezoelectric vibrator), 33... Opening, 30, 37... Vibrating body (piezoelectric vibrator, nozzle plate), 38... Nozzle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 液体を充填する加圧室と、前記加圧室に臨ん
で設けた1つ又はそれ以上のノズルと、前記ノズ
ルを加振する振動体と、前記振動体を附勢する電
気的振動子とを備え、前記振動体の少なくとも1
部が前記加圧室に臨むよう構成すると共に、前記
振動体が前記加圧室に対して実質的に基本振動モ
ードで振動するよう構成した霧化装置。 2 ノズルをノズル板に設け、前記電気的振動子
を板状の圧電振動子で構成すると共に、前記ノズ
ル板に前記圧電振動子を装着して前記振動体とし
た特許請求の範囲第1項に記載の霧化装置。 3 圧電振動子を円形の開口部を有する円板状圧
電振動子で構成し、ノズルが前記開口部に臨むよ
う前記円板状圧電振動子を前記ノズル板に装着し
て前記振動体を円環状振動体とすると共に、前記
円環状振動体の振動が環状円板のたわみ振動とな
るよう構成した特許請求の範囲第2項記載の霧化
装置。
[Scope of Claims] 1. A pressurized chamber filled with liquid, one or more nozzles provided facing the pressurized chamber, a vibrating body that vibrates the nozzle, and a vibrating body that energizes the vibrating body. an electric vibrator, at least one of the vibrating bodies
The atomizer is configured such that a portion thereof faces the pressurizing chamber, and the vibrating body is configured to vibrate in a substantially fundamental vibration mode with respect to the pressurizing chamber. 2. Claim 1 provides that the nozzle is provided on a nozzle plate, the electric vibrator is constituted by a plate-shaped piezoelectric vibrator, and the piezoelectric vibrator is attached to the nozzle plate to form the vibrating body. The atomization device described. 3. The piezoelectric vibrator is composed of a disk-shaped piezoelectric vibrator having a circular opening, and the disk-shaped piezoelectric vibrator is mounted on the nozzle plate so that the nozzle faces the opening, and the vibrating body is shaped like a ring. 3. The atomizing device according to claim 2, wherein the atomizer is a vibrating body and is configured such that the vibration of the annular vibrating body becomes a flexural vibration of an annular disk.
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