JPH0352130Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は超音波霧化装置に関し、特にホーン
付超音波振動子を用いる超音波霧化装置に関す
る。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) This invention relates to an ultrasonic atomization device, and particularly to an ultrasonic atomization device using an ultrasonic vibrator with a horn.

（従来技術） 従来のホーン付超音波振動子を用いた霧化装置
の一例が第８図および第９図に示される。第８図
に示す例では、ホーン１の根元から液体を供給し
てその先端部で霧化する。また、第９図に示す例
では、ホーン１の先端に屈曲振動する振動板２を
このホーンと一体的に形成し、その振動板２が第
９図Ｂに示すように屈曲振動することを利用し
て、霧化する。(Prior Art) An example of an atomizing device using a conventional horn-equipped ultrasonic vibrator is shown in FIGS. 8 and 9. In the example shown in FIG. 8, liquid is supplied from the base of the horn 1 and atomized at its tip. In the example shown in FIG. 9, a diaphragm 2 that bends and vibrates is integrally formed at the tip of the horn 1, and the diaphragm 2 bends and vibrates as shown in FIG. 9B. and atomize.

第８図に示す例では、霧化に寄与する面積は、
明らかに、ホーン１の細い先端部のみであり、し
たがつて霧化量が制限されるばかりでなく、過剰
の液体供給は霧粒子の粒径を大きくし、したがつ
てたとえば燃料霧化などの用途には好ましくな
い。 In the example shown in Figure 8, the area contributing to atomization is
Obviously, not only is the narrow tip of the horn 1 thus limiting the amount of atomization, but excessive liquid supply increases the particle size of the mist particles, thus reducing the efficiency of e.g. fuel atomization. Not suitable for use.

また、第９図に示す例では、ホーン１の振動方
向と振動板２の屈曲方向とが逆相となるため、結
局霧化に寄与できるほどの大振幅が得られるの
は、この振動板２の周端縁のみである。 In addition, in the example shown in FIG. 9, the vibration direction of the horn 1 and the bending direction of the diaphragm 2 are in opposite phase, so it is the diaphragm 2 that obtains a large amplitude that can contribute to atomization. Only the peripheral edge of

これら第８図および９図のような従来例の欠点
を補う方法として第１０図に示すような振動板
２′を用い、それによつて屈曲振動の高次モード
を利用することが考えられる。 As a method of compensating for the drawbacks of the conventional examples shown in FIGS. 8 and 9, it is conceivable to use a diaphragm 2' as shown in FIG. 10, thereby utilizing a higher order mode of bending vibration.

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、振動板の屈曲振動に対する共振
周波数はその厚みに関係しており、したがつて高
次モードと同一周波数で使用する場合には、その
ような振動板２′としては非常に薄いものとなる。
したがつて、その振動板２′とホーン１との接合
部が弱く、そのため発熱が大きくなるなどの別な
問題が生じる。(Problem to be solved by the invention) However, the resonant frequency of the diaphragm for bending vibration is related to its thickness, so when using such a diaphragm at the same frequency as the higher-order mode, 2' is extremely thin.
Therefore, the joint between the diaphragm 2' and the horn 1 is weak, which causes other problems such as increased heat generation.

それゆえに、この考案の主たる目的は、機械的
強度が大きくしかも霧化効率のよい、超音波霧化
装置を提供することである。 Therefore, the main purpose of this invention is to provide an ultrasonic atomization device that has high mechanical strength and high atomization efficiency.

（問題点を解決するための手段） この考案は、簡単にいえば、ホーン付超音波振
動子、ホーンの先端にこのホーンの軸と直交する
方向に形成される支持体、および支持体の端部近
傍に支持されて軸方向にたわみ振動を生じるリン
グ状の振動板を備える、超音波霧化装置である。(Means for solving the problem) Simply put, this invention consists of an ultrasonic transducer with a horn, a support formed at the tip of the horn in a direction perpendicular to the axis of the horn, and an end of the support. This is an ultrasonic atomizer equipped with a ring-shaped diaphragm that is supported near the center and generates flexural vibration in the axial direction.

（作用） ホーン付超音波振動子の振動がホーンの先端に
伝達される。そして、そのホーンの先端に形成さ
れた支持体によつて支えられたリング状の振動板
が軸方向たわみ振動を生じる。振動板の上に霧化
すべき液体を滴下すると、振動板の軸方向たわみ
振動に応じて振動板が屈曲することによつて、そ
の液体が霧化される。(Function) The vibration of the horn-equipped ultrasonic vibrator is transmitted to the tip of the horn. A ring-shaped diaphragm supported by a support formed at the tip of the horn generates axial deflection vibration. When a liquid to be atomized is dropped onto the diaphragm, the diaphragm bends in response to the axial deflection vibration of the diaphragm, thereby atomizing the liquid.

（考案の効果） この考案によれば、リング状の振動板の軸方向
たわみ振動を利用して霧化するようにしているた
め、同一振幅を有する振動を比較的大きな面積に
わたつて励振できるため、すなわち、振動板の殆
ど大部分が霧化領域として利用できるため、霧化
効率がよい。また、リング状の振動板でありした
がつてその中心部には質量が存在せず、しかもそ
のリング状の振動板がホーンと直交する方向の支
持体によつて支持されているため、そのホーンと
支持体すなわち振動板との接合の強度が大きい。(Effects of the invention) According to this invention, since atomization is performed using the axial deflection vibration of the ring-shaped diaphragm, vibrations having the same amplitude can be excited over a relatively large area. In other words, most of the diaphragm can be used as an atomization area, resulting in good atomization efficiency. Also, since it is a ring-shaped diaphragm, there is no mass in its center, and the ring-shaped diaphragm is supported by a support in a direction perpendicular to the horn. The strength of the bond between the support body or the diaphragm is high.

この考案の上述の目的、その他の目的、特徴お
よび利点は、図面を参照して行なう以下の実施例
の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

（実施例） 第１図はこの考案の一実施例を示す要部斜視図
である。超音波霧化装置１０は、その下部に第８
図または第９図に示す超音波振動子が設けられか
つその上部にホーン１２が設けられたホーン付超
音波振動子を用いる。そして、ホーン１２の先端
１２ａには、このホーン１２の軸方向と直交する
方向にすなわちほぼ水平に差し渡された支持体１
４が一体的に取り付けられる。この支持体１４は
特に第２図からよくわかるように、幅が比較的狭
くかつその高さないし厚みがホーン１２の先端１
２ａに近づくほど大きくされている。したがつ
て、支持体１４はホーン１２からの超音波の振動
方向すなわちホーン１２の軸方向に比較的強い剛
性を有する。(Embodiment) FIG. 1 is a perspective view of essential parts showing an embodiment of this invention. The ultrasonic atomizer 10 has an eighth
An ultrasonic transducer with a horn is used, which is provided with the ultrasonic transducer shown in FIG. At the tip 12a of the horn 12, a support 1 is provided which extends in a direction perpendicular to the axial direction of the horn 12, that is, approximately horizontally.
4 are integrally attached. As can be clearly seen in particular from FIG.
The closer it gets to 2a, the larger it becomes. Therefore, the support body 14 has relatively strong rigidity in the vibration direction of the ultrasonic waves from the horn 12, that is, in the axial direction of the horn 12.

支持体１４の上には、その支持体１４の両端近
傍において保持されるように、リング状の振動板
１６が取り付けられる。この支持体１４によつて
支持される振動板１６の位置は、後述の軸方向た
わみ振動の最大振幅位置である。これら支持体１
４およびリング状の振動板１８は、金属やセラミ
ツクなどからなり、ロスの減少のためには、一体
的に成型される方がよい。 A ring-shaped diaphragm 16 is attached to the support 14 so as to be held near both ends of the support 14 . The position of the diaphragm 16 supported by the support body 14 is the maximum amplitude position of axial deflection vibration, which will be described later. These supports 1
4 and the ring-shaped diaphragm 18 are made of metal, ceramic, etc., and are preferably integrally molded to reduce loss.

なお、この実施例および後述の実施例では、リ
ング状の振動板１６として平面円形のものについ
て説明する。しかしながら、振動板１６の平面形
状は、円形に限らず、たとえば矩形やその他の多
角形状もしくは異形のものでもよい。しかしなが
ら、いずれもホーン先端近傍には質量がなく、周
縁部に生じる軸方向たわみ振動を利用することが
できる。したがつて、ここでは、平面形状の如何
にかかわらず、そのような振動板の全てを「リン
グ状の振動板」と呼ぶことにする。 In this embodiment and the embodiments to be described later, a ring-shaped diaphragm 16 having a circular planar shape will be described. However, the planar shape of the diaphragm 16 is not limited to a circle, and may be, for example, a rectangle, other polygons, or irregular shapes. However, in both cases, there is no mass near the tip of the horn, and it is possible to utilize the axial deflection vibration generated at the peripheral edge. Therefore, all such diaphragms will be referred to herein as "ring-shaped diaphragms" regardless of their planar shape.

リング状の振動板１６の上方には、近接して、
滴下器２０が設けられる。この滴下器２０はその
中央の比較的太いパイプ２２と、この太いパイプ
２２の先端に取り付けられ、このパイプ２２の軸
方向に直交する平面内において放射状に配置され
た細いパイプ２４，２４，………を有する。そし
て、このパイプ２４の先端に形成された孔から、
第３図に示すようにして、振動板１６上に霧化す
べき液体を滴下する。 Above and adjacent to the ring-shaped diaphragm 16,
A dropper 20 is provided. This dripper 20 has a relatively thick pipe 22 in the center, and thin pipes 24, 24, attached to the tip of the thick pipe 22, arranged radially in a plane perpendicular to the axial direction of the pipe 22, . . . It has... From the hole formed at the tip of this pipe 24,
As shown in FIG. 3, the liquid to be atomized is dropped onto the diaphragm 16.

この実施例においては、第４図の実線１６′で
示すような振動姿態を呈する振動板１６の軸方向
たわみ振動を利用する。この軸方向たわみ振動の
共振周波数は、次式で与えられる。 In this embodiment, the axial deflection vibration of the diaphragm 16 exhibiting a vibration state as shown by the solid line 16' in FIG. 4 is utilized. The resonant frequency of this axial deflection vibration is given by the following equation.

ω²n＝EIn²（１−n²）²／ρAr⁴（１＋n²＋ν） ただし、ω：2πf、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面２
次モーメント、ｎ：モード次数、ｒ：平均半径、
ν：ポアツソン比である。 ω ² n=EIn ² (1−n ² ) ² /ρAr ⁴ (1+n ² +ν) where ω: 2πf, E: Young's modulus, I: cross section 2
Next moment, n: mode order, r: average radius,
ν: Poisson's ratio.

ホーン１２として半波長共振（ｆ＝46.7kHz）
のものを取りつけて超音波振動子（図示せず）を
駆動すると、リング状の振動板１６は、第５図に
示すように、36kHz〜37kHz付近で非常にＱの高
い共振が得られる。これが軸方向たわみ振動であ
る。 Half wavelength resonance (f=46.7kHz) as horn 12
When the ring-shaped diaphragm 16 is attached and an ultrasonic transducer (not shown) is driven, the ring-shaped diaphragm 16 can resonate with a very high Q in the vicinity of 36 kHz to 37 kHz, as shown in FIG. This is axial deflection vibration.

なお、霧化に利用しない振動すなわちスプリア
ス振動は、リング状の振動板１６の半径などを調
整することによつて、殆ど影響ない程度にまで抑
制することができる。 Incidentally, vibrations that are not used for atomization, that is, spurious vibrations, can be suppressed to a level where they have almost no effect by adjusting the radius of the ring-shaped diaphragm 16, etc.

このようにして、リング状の振動板１６の軸方
向たわみ振動によつて、第６図に示すように、パ
イプ２４から滴下された液体が霧化される。この
実施例においては、その霧の粒子は非常に小さ
く、たとえば40μm〜60μm程度であつた。また、
振動板１６の軸方向たわみ振動を利用するため、
その振動板のどの位置でもその振動の強度が殆ど
同じであり、したがつて均一な粒径の霧化が可能
である。 In this way, the liquid dripped from the pipe 24 is atomized by the axial deflection vibration of the ring-shaped diaphragm 16, as shown in FIG. In this example, the fog particles were very small, for example on the order of 40 μm to 60 μm. Also,
In order to utilize the axial deflection vibration of the diaphragm 16,
The intensity of the vibration is almost the same at any position on the diaphragm, so atomization with uniform particle size is possible.

なお、支持体１４は第１図または第２図に示す
ように振動板１６をその２点において支持するも
のに限らず、たとえば第７図に示すように４点に
おいて支持するものであつてもよい。 Note that the support body 14 is not limited to one that supports the diaphragm 16 at two points as shown in FIG. 1 or FIG. 2, but may be one that supports the diaphragm 16 at four points as shown in FIG. good.

さらには３点支持など任意の支持方法が考えら
れる。しかしながら、いずれの場合も振動板１６
を支持する位置は軸方向たわみ振動の最大振幅部
分に配置されるべきであることは勿論である。 Furthermore, any supporting method such as three-point support may be considered. However, in either case, the diaphragm 16
Of course, the supporting position should be located at the maximum amplitude portion of the axial flexural vibration.

また、上述の実施例では、高次モードとして４
次モードを利用した。しかしながら、８次モード
も利用可能である。この場合には、振動板１６の
半径をあまり変えずに同一周波数で励振しようと
すれば、振動板１６の厚みは薄くてよい。 In addition, in the above embodiment, 4 is used as a higher order mode.
I used the following mode. However, an 8th order mode is also available. In this case, if the diaphragm 16 is to be excited at the same frequency without changing its radius much, the diaphragm 16 may be thin.

さらに、支持方法を工夫すれば、３次モードあ
るいは６次モードなどの高次モードによる励振も
可能である。 Furthermore, if the supporting method is devised, it is possible to excite in higher-order modes such as the third-order mode or the sixth-order mode.

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

第１図はこの考案の一実施例を示す要部斜視図
である。第２図は支持体と振動板との関係を示す
図であり、第２図Ａはその平面図、第２図Ｂは正
面図を示す。第３図は振動板上への液体の滴下状
態を示す図解図である。第４図は振動板の振動姿
態を示す図解図である。第５図は振動板の軸方向
たわみ振動の振動特性を示すグラフである。第６
図は霧化される状態を示す図解図である。第７図
は振動板と支持体との関係の他の例を示す図であ
り、第７図Ａは平面図、第７図Ｂは正面図を示
す。第８図はこの考案の背景となる従来の超音波
霧化装置の一例を示す図である。第９図はこの考
案の背景となる従来の超音波霧化装置の他の例を
示す図であり、第９図Ａはその全体図を示し、第
９図Ｂは振動板の屈曲振動の状態を示す図であ
る。第１０図は従来の振動板のさらに他の例を示
す図である。 図において、１０は超音波霧化装置、１２はホ
ーン、１４は支持体、１６は振動板、２０は滴下
器を示す。 FIG. 1 is a perspective view of essential parts showing an embodiment of this invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the support body and the diaphragm, FIG. 2A is a plan view thereof, and FIG. 2B is a front view thereof. FIG. 3 is an illustrative view showing a state in which liquid is dripped onto the diaphragm. FIG. 4 is an illustrative view showing the vibration state of the diaphragm. FIG. 5 is a graph showing the vibration characteristics of the axial deflection vibration of the diaphragm. 6th
The figure is an illustrative view showing the state of atomization. FIG. 7 is a diagram showing another example of the relationship between the diaphragm and the support body, with FIG. 7A showing a plan view and FIG. 7B showing a front view. FIG. 8 is a diagram showing an example of a conventional ultrasonic atomization device which is the background of this invention. Fig. 9 is a diagram showing another example of the conventional ultrasonic atomization device which is the background of this invention, Fig. 9A shows its overall view, and Fig. 9B shows the state of bending vibration of the diaphragm. FIG. FIG. 10 is a diagram showing still another example of a conventional diaphragm. In the figure, 10 is an ultrasonic atomizer, 12 is a horn, 14 is a support, 16 is a diaphragm, and 20 is a dropper.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 ホーン付超音波振動子、 前記ホーンの先端にこのホーンの軸と直交する
方向に形成される支持体、および 前記支持体の端部近傍に支持されて軸方向にた
わみ振動を生じるリング状の振動板を備える、超
音波霧化装置。[Claims for Utility Model Registration] An ultrasonic transducer with a horn, a support formed at the tip of the horn in a direction perpendicular to the axis of the horn, and an ultrasonic transducer supported near the end of the support in the axial direction. An ultrasonic atomizer equipped with a ring-shaped diaphragm that generates flexural vibrations.