CN113399141B - 液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连续喷射液体并使喷射出的连续状态的液体液滴化且向对象物喷射液滴化了的液体的结构的液体喷射装置，提高了该液体喷射装置的作业性。液体喷射装置(1)具备：喷嘴(22)，其喷射液体(4)；液体输送管(24)，其与喷嘴连接；脉动生成部(26)，其使与液体输送管连接的液体室(266)的容积发生变化；泵(6)，其向液体输送管输送液体；控制部(5)，其对脉动生成部以及泵的驱动进行控制，在将液体室的容积变化量设为V[mm³]、将通过泵所实现的向液体输送管的液体的流量设为Q[mL/min]、将通过脉动生成部而实现的向液体施加脉动的频率设为f[kHz]时，控制部对脉动生成部以及泵进行驱动，以使Vf/Q成为0.3以上。

Description

液体喷射装置

技术领域

本发明涉及一种液体喷射装置。

背景技术

一直以来，使用着对对象物喷射液体的各种各样的液体喷射装置。在这样的液体喷射装置中，存在一种目的在于在液体具有较大的能量的状态下对对象物喷射该液体的液体喷射装置。例如，在专利文献1中，公开了一种使液化气体和高压液体混合喷出的表面处理装置。

然而，专利文献1的表面处理装置存在需要进行液化气体的温度管理、保管液化气体所需的设备大型化等问题，作业性较低。另外，作为对对象物喷射液体的液体喷射装置，存在如下结构的液体喷射装置，所述结构为，连续喷射液体并且使被喷射的连续状态的液体液滴化，且将液滴化的液体喷射至对象物上的结构。这种结构的液体喷射装置具有材料管理简便且易于小型化这样的优点。然而，这种结构的液体喷射装置会存在从喷射部到对象物的优选的间隔变长的情况。这是因为，在这种结构的液体喷射装置中，虽然优选为，对象物存在于被喷射的连续状态的液体进行液滴化的液滴化位置处，但是有时会因为液体的喷射条件等原因而使液滴化位置成为与喷射部远离的位置。当从喷射部到对象物的间隔变长时，由于必须确保较宽的作业空间等，从而使作业性降低。

专利文献1：日本特开平9-285744号公报

发明内容

用于解决上述课题的本发明的液体喷射装置，其特征在于，具备：喷嘴，其喷射液体；液体输送管，其与所述喷嘴连接；脉动生成部，其使与所述液体输送管连接的液体室的容积发生变化；泵，其向所述液体输送管输送液体；控制部，其对所述脉动生成部以及所述泵的驱动进行控制，在将所述液体室的容积变化量设为V[mm³]、将所述泵所实现的向所述液体输送管的液体的流量设为Q[mL/min]、将所述脉动生成部所实现的向液体施加脉动的频率设为f[kHz]时，所述控制部以使Vf/Q成为0.3以上的方式对所述脉动生成部以及所述泵进行驱动。

附图说明

图1为表示实施例一的液体喷射装置的示意图。

图2为表示实施例一的液体喷射装置的喷射部的剖视图。

图3为表示从实施例一的液体喷射装置喷射出的液体且被液滴化为优选的状态的液滴的照片。

图4为表示从实施例一的液体喷射装置喷射出的液体且在脉动不足的状态下被液滴化了的液滴的照片。

图5为表示从实施例一的液体喷射装置喷射出的液体且在脉动过剩的状态下被液滴化了的液滴的照片。

图6为表示Vf/Q与液滴化距离之间的关系的曲线图。

图7为表示实施例二的液体喷射装置的喷射部的剖视图。

具体实施方式

首先，对本发明进行简要说明。

用于解决上述课题的本发明的第一方式的液体喷射装置的特征在于，具备：喷嘴，其喷射液体；液体输送管，其与所述喷嘴连接；脉动生成部，其使与所述液体输送管连接的液体室的容积发生变化；泵，其向所述液体输送管输送液体；控制部，其对所述脉动生成部以及所述泵的驱动进行控制，在将所述液体室的容积变化量设为V[mm³]、将所述泵所实现的向所述液体输送管的液体的流量设为Q[mL/min]、将所述脉动生成部所实现的向液体施加脉动的频率设为f[kHz]时，所述控制部以使Vf/Q成为0.3以上的方式对所述脉动生成部以及所述泵进行驱动。

根据本方式，以使Vf/Q成为0.3以上的方式驱动脉动生成部以及泵。当在这样的条件下驱动脉动生成部以及泵时，能够使连续状态的液体在优选的状态下被液滴化，并且能够将从喷嘴到液滴化位置为止的喷距设为20mm以下这样的较短的距离。因此能够提高液体喷射装置的作业性。

本发明的第二方式的液体喷射装置的特征在于，在所述第一方式中，所述控制部以使f成为5[kHz]以上且小于15[kHz]的方式来驱动所述脉动生成部。

根据本方式，以使f成为5[kHz]以上且小于15[kHz]的方式来驱动脉动生成部。通过在这样的条件下驱动脉动生成部，从而能够对数据的偏差变大而有损可靠性这种情况进行抑制。

本发明的第三方式的液体喷射装置的特征在于，在所述第一或者第二方式中，所述脉动生成部具有构成所述液体室的至少一部分的具有可挠性的壁部和向所述壁部施加力的压电元件。

根据本方式，通过构成液体室的至少一部分的具有可挠性的壁部和向壁部施加力的压电元件，从而能够形成以较高的频率向液体施加脉动的机构。

本发明的第四方式的液体喷射装置的特征在于，在所述第一或者第二方式中，所述脉动生成部具有构成所述液体室的至少一部分的壁部和发热元件。

根据本方式，通过构成液体室的至少一部分的壁部和发热元件，从而能够简单地形成向液体施加脉动的机构。

以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行说明。

实施例一

首先，参照图1，对作为本发明的液体喷射装置1的实施例一的液体喷射装置1A的概要进行说明。图1所示的液体喷射装置1A具备：喷射部2、对液体4进行贮留的液体容器8、连接喷射部2和液体容器8的液体供给管7、泵6和控制部5。液体喷射装置1A通过使液体从喷射部2喷射并与对象物碰撞，从而实施各种作业。作为各种作业，可以列举例如清洗、去毛刺、剥离、表面清理、切除、切开、破碎等。以下，参照图1及图2，对液体喷射装置1A的各部进行详细说明。

喷射部

如图2所示，液体喷射装置1A的作为喷射部2的喷射部2A具备喷嘴22、液体输送管24和脉动生成部26。其中，喷嘴22朝向对象物喷射液体4。此外，液体输送管24为连接喷嘴22和脉动生成部26的流道。该液体输送管24将液体4从脉动生成部26输送到喷嘴22。而且，脉动生成部26对从液体容器8经由液体供给管7而被供给的液体4赋予流量脉动。通过以这种方式向液体4赋予脉动，从而使从喷嘴22喷射的液体4的流速周期性地发生变动。由此，能够缩短从喷嘴22喷射的连续状态的液体4a到变化为液滴4b为止的距离、即所谓的液滴化距离。即，本实施例的喷射部2A成为能够对液滴化位置4c相对于喷嘴22的距离进行变更的结构。另外，液滴化位置4c为，从喷嘴22喷射的液体4施加到喷射对象上的冲击压力变得最大的位置。

以下，对喷射部2A的各部进行详细叙述。喷嘴22被安装在液体输送管24的顶端部处。喷嘴22在其内部具备供液体4通过的喷嘴流道220。在喷嘴流道220中，其顶端部的截面面积小于基端部的截面面积。在液体输送管24内朝向喷嘴22而被输送过来的液体4经由喷嘴流道220而被形成为细流状并被喷射。另外，喷嘴22既可以是与液体输送管24独立的部件，也可以是一体的。

液体输送管24为连接喷嘴22和脉动生成部26的管体，并且在其内部具备对液体4进行输送的液体流道240。上文所述的喷嘴流道220经由液体流道240而与液体供给管7连通。液体供给管7既可以为直管，也可以为一部分或者全部弯曲了的弯曲管。

喷嘴22以及液体输送管24只需具有在喷射液体4时不变形的程度的刚性即可。作为喷嘴22的构成材料，可以列举例如金属材料、陶瓷材料、树脂材料等。作为液体输送管24的构成材料，可以列举例如金属材料、树脂材料等，尤其优选使用金属材料。

喷嘴流道220的截面面积根据作业内容、对象物的材质等而被适当选择。作为一个示例，在喷嘴流道220的截面为圆形的情况下，优选为，截面的内径在0.01mm以上1.00mm以下，更加优选为0.02mm以上0.30mm以下。此外，喷嘴流道220的截面不是圆形的情况下的截面面积只需与截面为圆形的情况下的截面的内径在该优选的范围内以及在比之更加优选的范围内的截面面积相当即可。

脉动生成部26具备框体261、被设置在框体261内的压电元件262以及加强板263、隔膜264。框体261呈箱状，并且包括第一壳体261a、第二壳体261b以及第三壳体261c各个部位。第一壳体261a以及第二壳体261b分别呈具备从基端贯穿至顶端的贯穿孔的筒状。而且，在第一壳体261a的基端侧的开口与第二壳体261b的顶端侧的开口之间，夹持有隔膜264。隔膜264为例如具有可挠性的膜状的部件。

第三壳体261c呈板状。而且，在第二壳体261b的基端侧的开口处，粘固有第三壳体261c。由第二壳体261b、第三壳体261c以及隔膜264形成的空间为收纳室265。在收纳室265中收纳有压电元件262以及加强板263。压电元件262的基端与第三壳体261c连接，压电元件262的顶端经由加强板263而与隔膜264连接。

此外，第一壳体261a所具有的贯穿孔从基端贯穿至顶端。这样的贯穿孔包括，贯穿孔的截面面积相对较大的基端侧的区域和贯穿孔的截面面积相对较小的顶端侧的区域。其中，在贯穿孔的截面面积相对较小的区域内，从顶端侧的开口插入有液体输送管24。此外，在贯穿孔的截面面积相对较大的区域内，成为从基端侧覆盖有隔膜264的状态。而且，由贯穿孔的截面面积相对较大的区域和隔膜264所形成的空间为液体室266。

而且，液体室266与液体输送管24之间的空间为出口流道267。另一方面，在液体室266连通有与出口流道267不同的入口流道268。入口流路268的一端与液体室266连通，而在另一端上则插入有液体供给管7。由此，液体供给管7的内部流道与入口流道268、液体室266、出口流道267、液体流道240以及喷嘴流道220连通。其结果为，经由液体供给管7而被供给至入口流道268的液体4依次经过液体室266、出口流道267、液体流道240以及喷嘴流道220而被喷射。

从压电元件262经由框体261而引出了配线291。经由该配线291而使压电元件262和控制部5电连接。压电元件262根据从控制部5供给的驱动信号S，并基于逆压电效应，而以如图2中由箭头标记B1所示那样沿着X轴反复进行伸长以及收缩的方式进行振动。当压电元件262伸长时，隔膜264向第一壳体261a侧被按压。因此，液体室266的容积减少，从而使液体室266内的液体4在出口流道267中被加速。另一方面，当压电元件262收缩时，隔膜264向第三壳体261c侧被拉伸。因此，液体室266的容积扩大，从而使入口流道268内的液体4减速或逆流。

压电元件262既可以为进行伸缩振动的元件，也可以为进行弯曲振动的元件。压电元件262例如具备压电体和被设置在压电体上的电极。作为压电体的构成材料，可以列举例如，锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、钨酸钠、氧化锌、钛酸锶钡(BST)、钽酸锶铋(SBT)、偏铌酸铅、钪铌酸铅等压电陶瓷等。

压电元件262能够用可以使隔膜264发生位移的任意的元件或者机械要素来代替。作为所涉及的元件或者机械要素，可以列举例如，磁伸缩元件、电磁致动器、电机与凸轮的组合等。另外，框体261只需具有在液体室266内的压力上升或者下降时不变形的程度的刚性即可。

此外，虽然图2所示的脉动生成部26被设置在液体输送管24的基端部处，但是其位置并不被特别限定。例如，脉动生成部26也可以被设置在液体输送管24的中途。

液体容器

液体容器8对液体4进行贮留。被贮留在液体容器8内的液体4经由液体供给管7而被供给至喷射部2A。作为液体4，虽然优选为例如使用水，但是也可以为有机溶剂等。此外，在水、有机溶剂中，既可以溶解任意的溶质，也可以使任意的分散质分散。液体容器8既可以为被密闭的容器，也可以为被开放的容器。

泵

泵6被设置在，液体供给管7的中途或者端部处。被贮留在液体容器8内的液体4通过泵6而被抽吸，并且以预定的压力而被供给至喷射部2A。此外，在泵6上，经由配线292而电连接有控制部5。泵6具有基于从控制部5输出的驱动信号而变更所供给的液体4的流量的功能。作为一个示例，泵6的流量优选为1[mL/min]以上且100[mL/min]以下，更加优选为2[mL/min]以上且50[mL/min]以下。此外，在泵6上设置有对实际的流量进行测量的测量部6a。

另外，泵6也可以根据需要而内置有单向阀。通过具备这样的单向阀，从而能够防止在脉动生成部26中随着被赋予给液体4的脉动而导致液体4在液体供给管7中逆流的情况。另外，单向阀还可以被独立地设置在液体供给管7的中途、或者入口流道268中。

控制部

控制部5经由配线291而与喷射部2A电连接。此外，控制部5经由配线292而与泵6电连接。图1所示的控制部5具有压电元件控制部51、泵控制部52和对喷射部2A以及泵6的控制程序等各种数据进行存储的存储部53。

压电元件控制部51向压电元件262输出驱动信号S。通过该驱动信号S而对压电元件262的驱动进行控制。由此，能够以例如预定的频率以及预定的位移量而使隔膜264发生位移。泵控制部52向泵6输出驱动信号。通过该驱动信号，从而对泵6的驱动进行控制。由此，能够以例如预定的压力以及预定的驱动时间而向喷射部2A供给液体4。另外，控制部5还能够协调地控制泵6的驱动和压电元件262的驱动。

这样的控制部5的功能通过运算装置、存储器、外部接口等硬件来实现。其中，作为运算装置，可以列举例如，CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、DSP(DigitalSignal Processor：数字信号处理器)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)等。此外，作为存储器，可以列举ROM(Read Only Memory：只读存储器)、闪存ROM、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、硬盘等。

控制部所实施的具体的控制方法

接下来，除了图1以及图2之外再参照图3至图7，对利用本实施例的液体喷射装置1A如何使控制部控制喷射部2A以及泵6的驱动进行说明。

首先，参照图3至图5，对液滴4b的优选的液滴状态进行说明。如上所述那样，本实施例的液体喷射装置1A通过由脉动生成部26向液体4赋予脉动，从而使从喷嘴22喷射的连续状态的液体4a变化为液滴4b。在此，图3为表示被液滴化为优选的状态的液滴4b的照片。通过利用脉动生成部26来对液体4赋予适当的脉动，从而能够形成如图3所表示的大致固定的间隔、且大致固定的液滴尺寸的、大致球形的液滴4b。

另一方面，图4为表示在脉动不足的状态下被液滴化了的液滴4b的照片，图5为表示在脉动过剩的状态下被液滴化了的液滴4b的照片。如在图4以及图5中所表示的那样，关于在脉动不足的状态下或脉动过剩的状态下被液滴化了的液滴4b，液滴4b间的间隔变得不再固定，并且液滴尺寸也变得偏差较大，且形状也没有成为球形。相对于在图3中所表示的那样的液滴4b能够有效地执行清洗、去毛刺、剥离、表面清理、切除、切开、破碎等各种作业的情况，在图4以及图5中所表示的那样的液滴4b则会使这样的各种作业的效率性下降。

在此，将液体室266的容积变化量设为V[mm³]、将由泵6所实现的向液体输送管24的液体4的流量设为Q[mL/min]、将由脉动生成部26向液体4施加脉动的频率设为f[kHz]。而且，将容积变化量V除以成为液滴体积的Q/f而获得的值即Vf/Q与液滴化距离之间的关系表示在图6中。此外，在图6中，划分为液滴在稳定的状态下被喷射的区域和液滴在不稳定的状态下被喷射的区域。在图6中，成为如图3中所表示那样的优选的液滴状态并且液滴化距离成为小于20mm这样的优选的液滴化距离时的实验结果被表示为圆型的点。此外，不是优选的液滴状态时的实验结果用四边形的点来表示。由于液滴化距离越短，则从喷嘴22喷射出的液体4施加到喷射对象上的冲击压力变得最大的位置越近，因此使液体喷射装置的作业性提高。另外，不施加脉动的情况下的液滴化距离在使不施加脉动这一条件以外的条件与图6的实验条件一致的情况下成为大概20mm至50mm左右。

如图6中所表示的那样，通过将Vf/Q设为0.3以上，从而能够将液滴化距离设为20mm以下，很明显，与不施加脉动的情况相比而能够缩短液滴化距离。此外，如图6中所表示的那样，能够对液滴在不稳定的状态下被喷射的情况进行抑制。

如上所述那样，本实施例的液体喷射装置1A具备喷射部2A，所述喷射部2A具有对液体4进行喷射的喷嘴22、将液体4输送至喷嘴22的液体输送管24、通过使与液体输送管24连接的液体室266的容积发生变化从而向液体4施加脉动的脉动生成部26。此外，还具备向液体输送管24输送液体4的泵6和对脉动生成部26以及泵6的驱动进行控制的控制部5。而且，通过控制部5的控制而使脉动生成部26以及泵6以使Vf/Q成为0.3以上的方式进行驱动。通过以使Vf/Q成为0.3以上的方式驱动脉动生成部26以及泵6，从而能够使连续状态的液体4a液滴化为如在图3中所表示那样的优选的状态的液滴4b，并且使从喷嘴22至液滴化位置4c的作为喷距的液滴化距离成为20mm以下这样的较短的距离。因此，本实施例的液体喷射装置1A的作业性变高。

此外，本实施例的液体喷射装置1A能够通过控制部5的控制而以使f成为5[kHz]以上且小于15[kHz]的方式驱动脉动生成部26。通过在这样的条件下驱动脉动生成部26，从而能够对数据的偏差变大而有损可靠性这样的情况进行抑制。

在此，如上所述那样，在本实施例的液体喷射装置1A中，脉动生成部26具有作为壁部的隔膜264和向隔膜264施加力的压电元件262，所述壁部为构成液体室266的至少一部分的具有可挠性的壁部。如此，本实施例的液体喷射装置1A形成了如下的结构，即，通过构成液体室266的至少一部分的具有可挠性的隔膜264和向该隔膜264施加力的压电元件262，从而以较高的频率向液体4施加脉动的结构。然而，本发明并不限于这样的结构。以下，对与本实施例的液体喷射装置1A不同的结构的液体喷射装置1的实施例进行说明。

实施例二

以下，参照图7，对作为本发明的液体喷射装置1的实施例二的液体喷射装置1B进行说明。另外，图7为与实施例一的液体喷射装置1中的图2相对应的图，并且在图7中，用相同的符号来表示与上述实施例一共同的构成部件，并省略详细的说明。在此，本实施例的液体喷射装置1B具有与上文所说明的实施例一的液体喷射装置1A相同的特征，并且除了在下文中所说明的部位以外，设为与实施例一的液体喷射装置1A相同的结构。具体而言，除了喷射部2中的脉动生成部26的结构以外，设为与实施例一的液体喷射装置1A相同的结构。

如图7所表示的那样，本实施例的液体喷射装置1B作为喷射部2而具备喷射部2B，所述喷射部2B能够通过使连接有配线291的发热元件269驱动而生成脉动，从而喷射液体4。具体而言，在本实施例的液体喷射装置1B中，脉动生成部26具有构成液体室266的至少一部分的壁部270和发热元件269。而且，通过控制部5的控制而使发热元件269发热且使液体4发泡，从而通过其体积增加来向液体4施加脉动。通过该发泡而引起的体积增加量相当于容积变化量V。即，本实施例的液体喷射装置1B通过这样的简单的结构而形成向液体4施加脉动的结构。

本发明并不限于上述的实施例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构来实现。关于记载于发明内容一栏中的各个方式中的技术性的特征所对应的实施例中的技术性的特征，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了达成上述效果的一部分或全部，而能够适当地实施替换或者组合。此外，如果该技术性的特征在本说明书中并未作为必须的部件而被说明，则能够适当地删除。

符号说明

1…液体喷射装置；1A…液体喷射装置；1B…液体喷射装置；2…喷射部；2A…喷射部；2B…喷射部；4…液体；4a…连续状态的液体；4b…液滴；4c…液滴化位置；5…控制部；6…泵；6a…测量部；7…液体供给管；8…液体容器；22…喷嘴；24…液体输送管；26…脉动生成部；51…压电元件控制部；52…泵控制部；53…存储部；220…喷嘴流道；240…液体流道；261…框体；261a…第一壳体；261b…第二壳体；261c…第三壳体；262…压电元件；263…加强板；264…隔膜(壁部)；265…收纳室；266…液体室；267…出口流道；268…入口流道；269…发热元件；270…壁部；291…配线；292…配线。

Claims (4)

1.一种液体喷射装置，其特征在于，具备：

喷嘴，其喷射液体；

液体输送管，其与所述喷嘴连接；

脉动生成部，其使与所述液体输送管连接的液体室的容积发生变化；

泵，其向所述液体输送管输送液体，

在将所述液体室的容积变化量设为V[mm³]、将通过所述泵而实现的向所述液体输送管的液体的流量设为Q[mL/min]、将通过所述脉动生成部而实现的向液体施加脉动的频率设为f[kHz]时，使Vf/Q为0.3以上，从而使从所述喷嘴喷射的所述液体液滴化。

2.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，

f为5[kHz]以上且小于15[kHz]。

3.如权利要求1或2所述的液体喷射装置，其中，

所述脉动生成部具有构成所述液体室的至少一部分的具有可挠性的壁部和向所述壁部施力的压电元件。

4.如权利要求1或2所述的液体喷射装置，其中，

所述脉动生成部具有构成所述液体室的至少一部分的壁部和发热元件。

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