JPS648588B2 - - 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、軽油などの液体燃料、水、薬
液などの液体を噴霧するための霧化装置に関し、
さらに詳しく言えば、圧電セラミツクなどの電気
的振動子により加圧室に充填された液体を加振し
てノズルより噴霧する構成の圧電噴霧装置に関す
るものである。

従来例の構成とその問題点 従来、この種の霧化装置は主にインクジエツト
記録装置のインク噴射装置として種々の構造のも
のが実用化されているが、これらはよく知られて
いるように単一液滴列を電気信号に応じて発生さ
せ、文字などを印字するものであつた。従つて、
特殊処理したインクを微量に噴射することができ
るのみであり、前述した産業分野で利用され得る
ような霧化装置ではなかつた。しかしながら、近
年、第１図に示したような噴霧装置が提案されて
いる。同図において、加圧室１を有するボデイー
２の一端には、ノズル３を複数個設けられたノズ
ル板４が装着され、加圧室１の断面積の大きい他
端には、振動板５と圧電セラミツク６が相互に接
着されて図のようにボデイー２に装着されてい
る。加圧室１の上下には図のように供給管７と排
気管８が接続されており、それぞれ、タンク９と
フアン１０の吸込口１１に接続されている。

フアン１０の停止時は、供給管７内の液面Ａは
タンク液面Ｂと同一高さであるが、フアン１０が
起動されると、その吸込口１１には負圧力が発生
する。この負圧力によつて液面Ａが吸い上げら
れ、排気管８の液面Ｃとなつてつりあう結果、加
圧室１内は、図のように液体で満たされるのであ
る。

次に圧電セラミツク６の電極（図示せず）に第
２図に示した交流電圧が供給される。

圧電セラミツク６の振動板５との接着面、およ
びそれに対向する面に設けられた電極間に第２図
に示した交流電圧が供給されると、圧電セラミツ
ク６および振動波５は、図中の破線のようなたわ
み振動を生じ加圧室１内の液体を加振する。

この加振による液体の圧力上昇は、ノズル３の
近傍では、加圧室１のホーン形状のために増巾さ
れて高い圧力となり、この結果、ノズル３から図
のように微小液滴１２が噴射されるものであつ
た。

このような霧化装置は、その構造がコンパクト
で、かつ、極めて少ない消費電力で動作できるも
のである上に、噴霧量の調節が交流電圧の制御を
行うのみで簡単に行えるという非常にすぐれた特
徴を有するものであつたが、次に述べる欠点を有
していた。

加圧室１への液体の充填は、フアン１０の発生
する負圧力によつて行われる構成であるため、こ
の負圧力―Ｐと液面ＡおよびＣ間の高さｈとがつ
り合うように液面Ｃの高さが決定される。すなわ
ち、液体の密度（比量）をρとすると、Ｐ＝ρ×
ｈとなつてつり合うのである。

このため、フアン１０の発生する負圧力−Ｐ
は、例えば、液体を水とし、ｈ＝50mmを得ようと
すると、 −Ｐ＝−50mmH₂O の負圧力が必要となり、かなりの高圧力発生能力
を有するフアンが必要であつた。このため、フア
ン１０は、高速のものが必要となるので騒音が発
生したり、大型になつたりするという欠点を有し
ていた。また、吸上高さｈは、液体の密度ρによ
つて変化すると共に、液面Ａの位置はタンク９の
液面Ｂの高さによつて決まるので、液面Ｃの高さ
は、液体の密度ρやタンク９の液面Ｂの高さによ
つて影響を受け、極端な場合には、液面Ｃが、加
圧室１内まで低下したり、逆に、上昇しすぎてフ
アン１０の吸込口１１に液体が流入してしまつた
りするという不都合があつた。

また、第１図のような状態から急にフアン１０
を停止すると加圧室１内の液体には、排気管８内
の液体による圧力（正圧力）が加えられることと
なる。すなわちノズル３から液面Ｃまでの高さを
hhとするとき、ノズル３近傍の液体の内圧Pin
は、 Pin＝ρ×hh となる。

このため、ノズル３から液体が溢れ出たり、溢
れ出た液体により、噴霧動作が不安定になつたり
するという欠点を有していた。

発明の目的 本発明はこのような従来の欠点を一掃した霧化
装置を提供するものである。

第１の目的は、コンパクトな構成で、しかも液
体タンクと加圧室の高さの差や、液体の密度など
にかかわらず、確実に加圧室に液体を充填し、極
めて低電力で安定に噴霧することができる霧化装
置を提供することである。

第２の目的は、ノズルや排気管などから液体が
溢出するという不都合を完全に防止し、機器の汚
損や、噴霧動作の不安定さの発生を生じることが
ない霧化装置を提供することである。

発明の構成 本発明は上記目的を達成するために次のような
構成により成るものである。

すなわち、加圧室を有するボデイーと、加圧室
に臨むノズルと、加圧室の液体を加振してノズル
から噴霧する電気的振動子と、液体を貯蔵するタ
ンクと、液体送輸手段とを備えると共に、加圧室
に供給口と排出口とを設け、両口をそれぞれタン
クと液体送輸手段とに接続する構成として加圧室
に液体を充填するようにしたものである。したが
つて、液体送輸手段により、液体が、タンクから
供給口、加圧室、排出口、そして液体送輸手段へ
と送輸されるので加圧室が液体で充填され、そし
て電気的振動子の加振によりノズルから噴霧され
て微粒化される。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について図面と共に説
明する。

第３図は、本発明の一実施例を示す霧化装置の
断面図である。

第３図において、霧化部１３は、内部に直径が
５〜15mm、深さ１〜５mm程度の円筒状の加圧室１
４を有するボデイー１５と、直径30μm〜100μm
程度のノズル１６を複数個備え、厚さ30μm〜
100μm程度のノズル板１７と、外径５〜15mm、厚
さ0.5〜２mmで開口１８を有する円板状圧電振動
子１９とを、図のように相互に接着して構成され
ており、ビス２０にて取付板２１に固定されてい
る。

加圧室１４には、供給口２２と排出口２３が設
けられ、それぞれ供給管２４と排出管２５とに接
続されている。供給口２４は、液体を貯蔵するタ
ンク２６に接続され、一方排出管２５は液体送輸
手段であるプランジヤー型の電気駆動のポンプ２
７に接続されている。したがつて、液体はタンク
２６から供給管２４を介して供給口２２を通つて
加圧室１４に送られ、さらに排出口２３を通り排
出管２５を介してポンプ２７に流れる構成となつ
ており、送輸用のポンプ２７の作動によつてタン
ク２６から吸い上げられて送輸される。ポンプ２
７の出口側は、吐出管２８が接続され、吐出管２
８は、図のようにタンク２６にその先端が接続さ
れている。

タンク２６に液面Ｂまで液体が満たされたと
き、供給管２４内の液面Ａは図のようにＢと同一
高さにある。ポンプ２７が起動されると、その吸
引力によつて液面Ａは上昇し、加圧室１４内が液
体で満たされる。そして、液面Ａはさらに上昇し
て排出管２５内も液体で満たされ、さらに吐出管
２８に液体が吐出される。このようにして、ポン
プ２７の作動により、タンク２６の液体が吸い上
げられて図の矢印のような液体循環系が構成され
るのである。

この状態において、加圧室１４内の圧力は、ポ
ンプ２７の液体送輸能力と、タンク２６と霧化部
１３の位置（高さ）関係、および、供給管２４、
排出管２５、吐出管２８の流路抵抗によつて決定
される一定の負圧力となる。このため、ノズル１
６からの液体の流出は防止される。

圧電振動子１９は図示していないが電極が設け
られており、ノズル板１７との接着面およびそれ
と対向する面に電極が構成されている。

この電極間に第４図ａ，ｂ、又はｃのような交
流電圧が供給されると、圧電振動子１９は電圧の
極性に応じてその直径方向に伸縮歪を生じる。圧
電振動子１９がノズル板１７と接着されているの
で、この径方向伸縮歪は図中に破線で示すような
たわみ振動に変換され、結果として、ノズル１６
がその軸方向、すなわち第３図の左右方向に振動
する。したがつて、加圧室１４内の液体は加振さ
れて圧力上昇し、ノズル１６より液滴２９となつ
て飛翔する。

このような噴霧動作を行うために要する圧電振
動子１９の消費電力は、例えば灯油を10c.c.／min
の割合で噴霧するとき、約0.3Watts程度であり、
非常に低電力で、しかもキヤビテーシヨン気泡の
影響を受けることなく安定に噴霧することができ
る。なぜならば、キヤビテーシヨンによりノズル
板１７の中央付近で生じた気泡（図示せず）は、
図中に示すような振動モードのために加圧室１４
内の外周方向に向つてはじき飛ばされ、しかも図
中の矢印のような液体の流れのために、加圧室１
４より排出管２５、ポンプ２７、そして吐出管２
８を通つてタンク２６内の空気中に放出されるの
である。このようなスムーズな気泡の排出を実現
するためには、加圧室１４からポンプ２７の入口
までの間に気泡がたまり易いところをなくしてお
くことが必要であり、排出管２５は、ポンプ２７
に向うに従つてその高さが少なくとも低くならな
い（つまり水平又は徐々に高くなる）ように構成
されている。

この霧化装置の噴霧量は、第４図ａ，ｂ、又は
ｃのように圧電振動子１９に供給する交流電圧を
制御するのみで、簡単に調節することが可能であ
る。

ポンプ２７は、液体をタンク２６から吸い上げ
て加圧室１４に充填する作用のみを果すだけでよ
いから、例えば、50〜100mm程度の高さを吸い上
げる能力だけを有し、しかもその送輸能力の精度
は粗いものでよい。なぜなら、霧化部１３の噴霧
量は、ほとんど圧電振動子１９への供給電力によ
つて決定され、噴霧された液体に相当する体積の
液体は、ノズル１６に発生する液体の表面張力に
よつて供給管２４より自然に吸い上げられてくる
ためである。従つて非常に低電力で低コストかつ
コンパクトなポンプ２７を用いて第３図のような
霧化装置を構成することによつて、タンクと加圧
室の高さの差や液体の密度の変化などによつて、
加圧室１４に空気層が発生したり、装置外に液体
が溢出したりすることが全くなく、しかも極めて
安定な噴霧動作を行うことができる霧化装置を提
供することができる。また、上記の説明から明ら
かなように、加圧室１４内の圧力は、常にノズル
１６の外気圧力より低い圧力下におかれているの
でノズル１６から外部に液体が溢れ出ることも全
く生じない構成であり、ノズルから液体が溢れ出
て外部を汚損したり、また、溢出液により噴霧動
作が不安定になつたりすることがない霧化装置と
することができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す霧化装置の
断面図であり、第３図と同符号は相当する構造体
であり説明を省略する。

同図において、供給口２２、排出口２３は、共
に加圧室１４のノズル板１７に対向する底面に設
けられボデイー１５の単一面上で排出管２５、供
給管２４と接続できるよう構成されている。ま
た、吐出管２８は、タンク２６の液面Ｂより低い
位置でタンク２６と接続されている。したがつ
て、ポンプ２７の起動前には吐出管２８内にも液
面A′が存在するが、このようにしても第３図の
場合と同様の作用を果すことが可能である。

第６図は、本発明のさらに他の実施例を示す霧
化装置の断面図であり、第３図および第５図と同
符号は相当する構造体である。

同図において、供給口２２は加圧室１４のノズ
ル板１７に対向する面の中央に設けられ、かつ上
向に噴霧するように構成されており、ポンプ２７
で図中矢印のように液体が流れるようにすること
によつて、キヤビテーシヨンによる気泡（図示せ
ず）は、このような構成であつても確実に排出口
より排気され、安定な噴霧動作を維持することが
可能である。

第７図は、もう１つの他の実施例を示す霧化装
置の断面図であつて、第３図と同符号は相当する
構造体を示すものである。

同図において、排出管２５は、ポンプ２７の入
口までの間、ポンプ２７に近い程高い位置となる
よう斜めに構成されており、キヤビテーシヨン気
泡（図示せず）が、よりスムーズに排出されるよ
うにしたものである。また、タンク２６の液面Ｂ
は加圧室１４よりも少し高い位置となつており、
従つて、ポンプの起動前は、排出管２５内に液面
A″が存在することになる。この場合Ｂをあまり
ノズル１６より高くするとノズル１６から液体が
溢れ出るが、液体の表面張力の作用によりノズル
から液体が溢れ出ない範囲で、（または、溢れ出
てもよい場合には）このような構成をとることが
できる。

もちろん、このような構成の場合でも、ポンプ
２７が作動した場合には、供給管２４の流路抵抗
による圧損により、加圧室１４内の圧力がノズル
１６の外気圧力より低い圧力となるよう構成され
ているので、安定な噴霧を行うことができ、しか
も、噴霧動作中は、液体が外部に溢れ出ることが
完全に防止されるのである。

このように、本発明は、第３図、第５図〜第７
図に示すような様々な実施態様をとることが可能
であり、さらにまた、場合によつては例えば第３
図において、吐出管２８の出口をタンク２６に戻
さないような構成をとることも可能であつて、さ
らに数多くの実施形態が考えられることは明らか
であろう。

第８図は、本発明のさらに他の実施例の霧化装
置を適用した燃焼装置の断面図であつて、第３図
と同符号は、相当する構造物である。

第８図において、タンク２６には、カートリツ
ジタンク３０より図のように灯油が供給される。
タンク２６と霧化部１３、およびポンプ２７と
は、図のように供給管２４、排出管２５、および
吐出管２８にて接続され、プランジヤ型の電磁駆
動されるポンプ２７の作動と共に図の矢印のよう
に灯油が循環する。これと同時に燃焼フアン３１
が起動され図の矢印のような空気の流れが発生し
てプリパージが行われる。次に霧化部１３の圧電
振動子に第４図ａ，ｂ、又はｃのような交流電圧
が供給され、霧化粒子（噴霧液滴）２９が噴霧さ
れ、点火器（図示せず）により点火されて燃焼す
る。空気噴出口３２は、燃焼筒３３の上方に多く
分布しているので、火炎３４は図のように燃焼筒
３３の上方にのみ生成され青炎燃焼する。

霧化部１３は図のように高温雰囲気中におかれ
るが、タンク２６の灯油がポンプ２７にて循環す
る構成であり、タンク２６の雰囲気温度は低く、
かつ放熱面積が霧化部１３より十分大きいため、
霧化部１３は、良好な冷却作用を受ける。すなわ
ち、十分温度の低い灯油が、ポンプ２７にて霧化
部１３を通つて循環する構成であるので、霧化部
１３の圧電振動子や接着層などがその雰囲気温度
に比べて非常に低い温度に維持されるのである。
したがつて、このような構成により、圧電振動子
の発熱による温度上昇や高温湯に霧化部１３が置
かれることによる圧電振動子などの信頼性低下を
防止し、非常に高い信頼性を保証することができ
る霧化装置を実現することが可能である。

発明の効果 以上に述べたように本発明によれば、加圧室に
ノズルを臨ませ電気的振動子により加振して噴霧
する構成とすると共に、加圧室に供給口および排
出口を設け、それぞれをタンクおよび液体送輸手
段に接続して液体を液体送輸手段により送輸する
構成として加圧室に充填するようにしたから、タ
ンクと加圧室の高さの差や液体の密度などにかか
わらず確実に加圧室に液体を充填することがで
き、極めて安定に、しかも低消費電力で液体を噴
霧することができる霧化装置を非常にコンパクト
な構成で実現することができる。

さらに、ノズルや排出管などから液体が溢出し
て装置を汚損したり、ノズル板の外面に液体が付
着して不安定な噴霧状態が生じたりするという不
都合が全くない霧化装置を実現することが可能で
ある。

また、液体が加圧室を通つて送輸されるので、
特に電気的振動子の温度上昇を防止し、高信頼性
の霧化装置を提供することができるうえに、高温
雰囲気中においても安定で信頼性の高い霧化動作
を保証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断面図、第２図は同
霧化装置の圧電セラミツクの駆動電圧波形図、第
３図は本発明の一実施例の霧化装置の断面図、第
４図ａ，ｂおよびｃは、同霧化装置の噴霧量に応
じた圧電振動子駆動電圧波形図、第５図は本発明
の他の実施例の霧化装置の断面図、第６図は同さ
らに他の実施例の霧化装置の断面図、第７図はも
う１つの他の実施例の霧化装置の断面図、第８図
はさらにもう１つの他の実施例の霧化装置を適用
した燃焼装置の断面図である。 １４…加圧室、１５…ボデイー、１６…ノズ
ル、１９…電気的振動子、２２…供給口、２３…
排出口、２６…タンク、２７…液体送輸手段（ポ
ンプ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室を有するボデイー
   と、前記加圧室に臨むように設けたノズルと、前
   記加圧室の液体を加振し前記ノズルより噴霧する
   電気的振動子と、液体を貯蔵するタンクと、液体
   を送るための液体送輸手段とを備えると共に、前
   記加圧室に供給口および排出口を設け、前記供給
   口および排出口を前記タンクおよび液体送輸手段
   にそれぞれ接続して前記加圧室に液体を充填する
   構成とした霧化装置。 ２ 液体送輸手段の液体送輸量が前記ノズルから
   噴霧される噴霧量より多くなるよう構成した特許
   請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ３ 液体送輸手段を電気ポンプで構成した特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の霧化装置。 ４ 液体送輸手段の吐出側を前記タンクに接続
   し、液体を循環させる構成とした特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の霧化装置。 ５ タンクの放熱量が前記ボデイーの放熱量より
   大きくなるよう構成し、液体の循環により前記ボ
   デイーを冷却する構成とした特許請求の範囲第４
   項記載の霧化装置。 ６ 送輸手段が前記加圧室と同等又はそれ以上高
   い位置となるよう構成した特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の霧化装置。