超音波ミストユニット

何のためのものか

液の表面を高い周波数で震わせて粒をはがす部品です。超音波で霧を立てるの仕組みで、加圧の系を持たずに細かい霧が作れます。Lakhiar ら 2020 は1.7MHz・107kHz・28kHzの3種で系を作り分けました。ただし出てくる霧はほとんど速度を持たないので、同じ論文の系では12Vの軸流ファンを別に入れて、霧を槽の全体へ広げています。

選ぶときに見るところ

見るのは周波数と霧の量、そして霧をどう運ぶかです。周波数が高いほど粒は細かくなり、そのぶん小さすぎる霧は届かない側へ寄ります。振動子1個が作れる霧の量は限られるので、槽の大きさに対して個数で決めます。必要な液面の深さが型ごとに決まっていて、これを外すと霧が出ません。送風と組で考える部品です。

使いかたと手入れ

液面を決められた高さに保つのが日々の仕事です。振動子の表面には養液の塩が析出し、霧の量が落ちてきます。加湿器を霧のもとにした報告（Cai ら 2023、Plant Methods）では、使う前と後に家庭用漂白剤を10倍に薄めて30分以上まわして消毒していました。水が本体に入ると止まるため、同じ報告は予備の一台を用意しています。

無いとどうなるか

霧を作る部品が無ければ、何も始まりません。止まっても静かなので、気づいたら霧が出ていないになりやすいのがこの型です。送風だけが止まった場合は霧が槽の底にたまり、根が底の水に浸かっているへ進みます。塩が付いて霧の量が落ちた状態は動いて見えるので、同じ棚で育ちが揃わないから気づくことがあります。

解説動画: How Ultrasonic Spray Nozzles Work | Ultrasonic Atomization Explained／Sono-Tek Corporation

圧ではなく震わせる: 動画は、超音波の噴霧が圧力ではなく高い周波数の振動で液を粒にする方式だと説明します。電気を振動に変えるのが圧電素子で、その振動は金属の本体を伝わって先端の霧化面まで届きます。液を高い圧で押す必要も、砕くための圧縮空気も要らず、低い圧力と少ない流量のまま霧が立つのが出発点です。

表面の波から粒が飛ぶ: 霧化面に液が届くと、薄い液膜の中に定在する毛細管波が立ちます。振れ幅が大きくなるにつれて波の山が不安定になり、山の先から小さな粒が跳ね出て霧になります。動画は、粒を作っているのが流れの乱れやせん断ではなく振動の周波数そのものだと述べ、そこが加圧して砕く方式との違いだと押さえます。

周波数で粒径が決まる: 周波数で決まる仕組みなので、出る粒の大きさがよくそろうのが特徴だと動画は言います。周波数が高いほど粒は小さくなり、低いほど大きくなります。例として挙がるのは120kHz で数十µmという値です。細かければ届くわけではないという話は小さすぎる霧は届かないの側が受け持ちます。

霧はゆっくり進む: 圧縮空気で加速されるのではなく震える面の上で直に粒ができるため、出た霧は速度が低いままゆっくり的へ向かいます。動画は、そのおかげで狙った場所に置きやすく、外へ逃げて無駄になる分が減ると述べます。薄い膜を作る用途や、強く吹き付けたくない材料で効くところだと説明されます。

動く部品が無い: この方式は機械的に動く部品を持たず、震え続けていることで霧化面に物がたまりにくいと動画は言います。そのため粒子が混じった液でも詰まりにくいと述べます。霧の形を細い線や広い扇に整えるときは、補助の空気や動かす仕組みを足します。用途は半導体・燃料電池・医療機器などで、仕組みそのものは超音波で霧を立てるです。