JPS632223B2 - - Google Patents

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
たものを見うけられる。

例えば、(1)ホーン型の振動子の圧電素子をボル
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ような超音波霧
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で噴射すること
が出来る霧化装置がある。

しかし、上記従来の霧化装置は以下に示すよう
な欠点を有していた。

(1)の霧化装置は、ホー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。

また、これらのセラミツク圧電体駆動では、周
囲温度変化と、セラミツク体内部の温度上昇によ
り固有の機械的振動数がずれるのを、電流検出に
より移相器の中心周波数を偏位させて補償する方
式が特公昭50−13657号公報「セラミツク体の駆
動方式」にあつたが、これは素子に印加される電
圧と電流を同相にすべく温度の補正を加えるもの
で構成が複雑となる。

発明の目的 本発明は、このような従来の霧化装置の欠点を
排し、構成が簡単でしかもコンパクト、かつ、低
消費電力であり、構成によるユニツトとしての温
度補償を実施することにより、最適な駆動条件で
液滴を噴霧する霧化装置を提供することを目的と
する。

発明の構成 本発明の霧化装置は、噴霧される液体を充填す
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、前記ノズル部を加振する
電気的振動子と、前記電気的振動子に駆動信号を
与え、しかも、周囲温度に対して負の温度特性を
有する構成の周波数発生部とから構成されてい
る。

上記のような本発明の構成では、電気的振動子
の機械的固有振動数の温度偏位に加えて、加圧室
の寸法が温度により変化するので、霧化部ユニツ
ト全体としての共振周波数のずれが発生する。後
述するように、周囲温度上昇に伴つて加圧室内径
が増加し、霧化部ユニツトとしての共振波長が伸
びる、つまり、共振周波数が低下する。これを補
償するために、温度係数が負の駆動周波数を印加
し、最適霧化状態を維持するのである。

実施例の説明 次に本発明の霧化装置の霧化部を第１図の断面
図に基づいて説明する。

１は液体を充填する加圧室で、２は前記加圧室
を形成するボデイである。３は噴霧される液体を
前記加圧室に供給する供給部、４は負圧等の利用
により加圧室１中に液体を満たすと共に所定位置
まで引き上げ、さらに、駆動時に加圧室１中に発
生する気体を排出する排出部である。５は前記加
圧室に臨むよう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５の中央には
液滴吐出用の微細な孔６（例えば、径が80μm程
度）を有する球面状の突起７が形成されている。

さらにノズル部５には、円環状の電気的振動
子、ここではセラミツク圧電体８が装着されてい
る。この圧電体８は厚さ方向に分極処理されてお
り、ノズル部５との接合面及び反対側の面には電
極が形成されている。９は圧電体８へ駆動信号を
伝達するための導線で、一方は圧電体８の電極面
へハンダ付けされ、他方はビス１０でボデイ２に
接続されている。駆動信号により圧電体８の機械
的振動が励起されると、ノズル部５も付勢されて
加振されるので、結果として加圧室１内の液体が
霧化粒子１１となつて孔６から噴出される。とこ
ろでボデイ２は、取付板１２からビス１３で固定
されている。

次に第２図で、ノズル部５の加振状態をさらに
詳しく説明する。Ａは第１図の断面図と同様で、
同一番号は同じ機能を有する構成物を表わしてい
る。ｋは中心軸の位置を、−r₂，−r₁，＋r₁，＋r₂は
それぞれ中心からの偏位を示している。圧電体８
に駆動信号が印加されると、ａ，ｂの矢印で示す
ような径方向の振動を発生する。この圧電体８の
径方向振動によりノズル部６には、図の実線及び
破線で示したような振動が励起される。７は球面
状の突起部が最も大きく振動し、ここに形成され
ている細孔６から加圧室１内の液が微粒子となつ
て飛び出る。Ｂでは、横軸に中心ｃからの距離
と、縦軸にノズル部６各部の振幅変位量δをと
り、各点の振幅の程度を示している。前述したよ
うに、突起部７が最も大きく励振されている様子
がわかる。

図中ＡのＤは加圧室１の内径を表わしている。
周囲温度変化により、ボデイーを構成している材
料（例えば金属）の特性に依存してボデイー自体
も膨張・収縮を行う。温度が上昇すれば、ボデイ
ー全体として膨張傾向にあるから、前述の内径寸
法Ｄは大きくなる。加圧室の内径寸法Ｄ、つま
り、振動部の外径とを考えられる寸法と、機械的
固有振動数rとの関係は、次のように示される。

r∝１／D² つまり、寸法の二乗に反比例しており、寸法Ｄ
が増大すれば共振周波数は低下するのである。ま
た、図の霧化部としての温度に対する共振周波数
の変化は、圧電体８の特性自体によるものより
も、前述した加圧室１内径の変化によるものの方
が約一桁大きいので、振動体ユニツトとしての機
械的共振周波数は負の温度係数を持つのである。
第３図で、振動体ユニツトとして構成された中の
圧電体８に通電される電流の周波数特性、及び、
実霧化量の周波数特性を示す。Ａで＝rは共振
周波数を表わし、周波数増加と共に全体として電
流値も増大傾向にあるので、容量性の負荷である
ことが分かる。Ｂは霧化量で、前述の共振点より
も少し高い周波数＝r₁で最大値を示している。
最大霧化周波数はＡにおいて、共振及び反共振点
の中間の周波数となつている。Ａ，Ｂそれぞれの
実線は周囲温度T_a＝20℃での特性、破線はT_a＝
40℃での特性を示している。温度の高いT_a＝40
℃の方が加圧室１内径が増大するので、最大霧化
量発生周波数が低い方にシフトしている。この周
波数r₁が、最適霧化状態に合致している。

第４図では、周囲温度T_aに対する前記最大霧
化量発生周波数r₁の変化ａと、圧電体８両端の
容量変化ｂの例を示している。周波数r₁は温度
に対して負の特性を示し、この例ではΔr₁−
50Hz／degであり、圧電体８の等価容量は温度に
対して逆に増加している。

第５図は、第４図で示した周波数r₁の温度特
性を補償する周波数発生部を含む、圧電体８駆動
のブロツク構成図である。前述周波数発生部１４
は、雰囲気温度を検知する温度センサ１５と、前
記温度センサ１５の信号に依存してr₁を発生す
る発振器１６とで構成され、出力部１７を介して
圧電体８へ駆動信号を伝達している。

第６図は、負の温度係数を有する駆動周波数発
生部を含む別の実施例で、第５図と同一番号のも
のは同じ機能を有する要素である。１８は圧電体
８へ流れる電流を検出する電流検出部であり、そ
の信号は、位相比較部１９で電気的振動子への印
加電圧波形信号（例えば、正弦波）と位相が比較
され、所定位相になるように発振器１６へ信号を
送つている。発振器１６は、前記位相比較器から
の信号と、温度センサ１５からの信号を受け、所
定の駆動発振周波数を発生している。

ところで、第５図、第６図では温度センサ１５
を別に示しているが、発振器１６の構成要素部品
中に周囲温度補償要素を持たせても良いのであ
る。

第７図は、圧電体８の共振信号を正帰還・増幅
して発振させる自励発振系を例に挙げた実施例で
ある。２０は交流を整流平滑して作られた直流電
源部、２１は帰還された共振信号を増幅し電気的
振動子８に印加するSEPP構成の増幅部、２２は
圧電体８の共振信号を取り出す検出部でその信号
は２３のフイルタを介し、２４のパスコンを介し
て前記増幅部に正帰還されている。この正帰還増
幅発振系自体で温度補償は成されるが、さらに、
フイルター部の温度特性を、霧化部の負の温度係
数に合致させれば、最適霧化状態を維持しつつ発
振を続行出来る。

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) 負圧力等の利用により加圧室に液体が充填さ
れ霧化動作が開始されれば、燃料の自給作用が
得られるので、霧化ユニツトとしての構成がコ
ンパクトかつ簡単な上、低消費電力化が図れ
る。例えば、20c.c.／minの霧化動作に１ワツト
程度の電力で済む。

(2) 霧化部の構成要素である加圧室の寸法変化に
大きく起因する機械的共振周波数のずれが、所
定の負の温度係数を有する周波数発生部によつ
て補正されるので、広範囲な温度変化に対して
も常に最適な霧化動作が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す霧化部の断面
図、第２図Ａは霧化部の断面図、同Ｂはノズル各
部の振幅変位量を示す図、第３図Ａ，Ｂはそれぞ
れ駆動周波数に対する電流及び霧化量の特性図、
第４図は霧化部ユニツトとしての周囲温度に対す
る最大霧化量周波数と圧電体両端の容量特性図、
第５図は圧電体駆動ブロツク構成図、第６図は圧
電体駆動ブロツク図の別の一実施例を示す図、第
７図は自励発振系の一実施例を示す図である。 １……加圧室、２……ボデイ、３……供給部、
５……ノズル部、８……圧電体（電気的振動子）、
１４……周波数発生部、１５……温度センサ、１
６……発振器。

Claims (1)

1. 【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部と、前記ノ
   ズル部を加振する電気的振動子と、前記電気的振
   動子駆動用の周波数発生部とを備え、前記周波数
   発生部は負の温度係数を有する構成とした霧化装
   置。 ２ 周囲温度検出用の温度センサと、この温度セ
   ンサの信号に依存して発振周波数を可変する発振
   器にて前記温度係数が負の周波数発生部を構成し
   た特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ３ 電気的振動子の共振信号を正帰還及び増幅す
   る系にて温度特性が負の周波数発生部を構成した
   特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ４ 発振器を構成する電気回路要素を周囲温度検
   出用の温度センサと兼用した特許請求の範囲第２
   項記載の霧化装置。