CN114950750A

CN114950750A - 液体喷射喷嘴以及液体喷射装置

Info

Publication number: CN114950750A
Application number: CN202210158291.1A
Authority: CN
Inventors: 关野博一; 大西康宪; 濑户毅
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-02-21
Also published as: US20220266268A1; JP2022128909A; CN114950750B

Abstract

本发明涉及液体喷射喷嘴以及喷射装置，使液滴在距离喷射喷嘴孔100mm～150mm的长距离上直进性良好地飞行。一种液体喷喷嘴(11)具有喷射喷嘴孔(1)，使从喷射喷嘴孔(1)喷射的液体(3)的连续流(5)液滴化而生成的液滴(7)喷射至对象物(9)，喷射喷嘴孔(1)的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，作为液体(3)流入喷射喷嘴孔(1)内的入口的液体流入口(21)的口径D相对于喷嘴孔径d的比D/d为5～150的范围。

Description

液体喷射喷嘴以及液体喷射装置

技术领域

本发明涉及以高压向对象物喷射液体，进行规定的处理的液体喷射喷嘴及液体喷射装置。

背景技术

以往，已知有超声波喷水装置，使用压电元件将高压水的连续流液滴化，并使其碰撞对象物，由此进行对象物的切断、清洗等处理(专利文献1)。

另外，已知有通过在连续流中形成泡，从而可以喷出喷雾状的液体的发泡喷嘴结构(专利文献2)。就该发泡喷嘴结构，各肋的形成为圆弧形的后方边缘具有半径R的整体形成为圆形。在此，公开了将半径R的槽的宽度设为S，其比R:S＝1:2～1:4。

专利文献1：日本特表2007-523751号公报

专利文献2：日本特表平4-500038号公报

然而，上述任意文献中都没有考虑关于使从喷射喷嘴孔的喷射口喷射的液体的连续流分裂而成的液滴在距离所述喷射口100mm～150mm的长距离上直进性良好地飞行的记载。

另外，专利文献2的发泡喷嘴结构中，喷雾会向各方向偏转，因此虽然能够可靠地进行雾状的喷射，但无法直线地喷射液滴，因此有难以实现均匀的清洗力及局部清洗的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明涉及的液体喷喷嘴的特征在于，具有喷射喷嘴孔，并使从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物，所述喷射喷嘴孔的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，作为所述液体流入所述喷射喷嘴孔内的入口的液体流入口的口径D相对于喷嘴孔径d的比D/d为5～150的范围。

另外，本发明涉及的液体喷射装置的特征在于，具备使喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物的液体喷射喷嘴，所述液体喷射装置具备将液体加压并供给于所述液体喷射喷嘴的液体供给部，对于所述液体喷射喷嘴而言，所述喷射喷嘴孔的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，作为所述液体流入所述喷射喷嘴孔内的入口的液体流入口的口径D相对于喷嘴孔径d的比D/d为5～150的范围。

附图说明

图1为具备本发明涉及的实施方式1的液体喷射喷嘴的液体喷射装置的整体概略构成图。

图2为同实施方式1的液体喷射喷嘴的主要部分扩大截面图。

图3为同实施方式1的D/d为125的情况下的液滴的飞行轨迹的高速摄像图像(A)和解析图像(B)。

图4为同实施方式1的D/d为97的情况下的液滴的飞行轨迹的高速摄像图像(A)和解析图像(B)。

图5为同实施方式1的D/d为13的情况下的液滴的飞行轨迹的高速摄像图像(A)和解析图像(B)。

图6为同实施方式1的D/d为8的情况下的液滴的飞行轨迹的高速摄像图像(A)和解析图像(B)。

图7为实施方式2的液体喷射喷嘴的主要部分扩大截面图。

附图标记说明

1：喷射喷嘴孔；2：喷射部；3：液体；4：控制部；5：连续流；6：液体罐；7：液滴；8：凹曲面锥形部；9：对象物；10：流路；11：液体喷射喷嘴；12：液体吸引管；13：端面；14：送液管；15：中心；17：中心轴；19：液滴直进维持结构；21：液体流入口；23：直线部；25：液体喷射装置；27：加压液体供给部(泵单元)；F：液体喷射方向。

具体实施方式

以下，首先对本发明进行概略性说明。

为了解决上述问题，本发明的第1方式涉及的液体喷射喷嘴的特征在于，具有喷射喷嘴孔，并使从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物，所述喷射喷嘴孔的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，作为所述液体流入所述喷射喷嘴孔内的入口的液体流入口的口径D相对于喷嘴孔径d的比D/d为5～150的范围。

通过本方式，所述喷射喷嘴孔的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，作为所述液体流入所述喷射喷嘴孔内的入口的液体流入口的口径D相对于喷嘴孔径d的比D/d为5～150的范围，由此可以使所述液滴直进性良好地飞行，并能够使所述液滴在距离所述喷射喷嘴孔的喷出侧的端面100mm～150mm的长距离上直进性良好地飞行。

本发明的第2方式涉及的液体喷射喷嘴的特征在于，第1方式中，所述喷射喷嘴孔的液体喷射方向上的直线部的长度L与所述喷嘴孔径d的比L/d为0.5～5的范围。

通过本方式，所述喷射喷嘴孔的液体喷射方向上的直线部的长度L与所述喷嘴孔径d的比L/d为0.5～5的范围。由此，可以进一步精度良好地实现第1方式的效果。

本发明的第3方式涉及的液体喷射喷嘴的特征在于，具有喷射喷嘴孔，并使从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物，在从所述喷射喷嘴孔的喷出侧的端面到规定的距离之间，使所述液滴的中心的飞行轨迹在距离所述喷射喷嘴孔的中心轴半径0.5mm以内的范围内。

通过本方式，抑制液滴的抖动并使其直线地飞行，由此可以使液滴重复撞击对象物的同一位置，因此能够实现对象物的局部清洗。

本发明的第4方式涉及的液体喷射装置具备使喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物的液体喷射喷嘴，具备将液体加压并供给于所述液体喷射喷嘴的加压液体供给部，且所述液体喷射喷嘴为第1方式至第3方式中的任一方式。

通过本方式，作为液体喷射装置，能够得到与第1方式至第3方式中的任一方式相同的效果。

本发明的第5方式涉及的液体喷射装置的特征在于，第4方式中，所述加压液体供给部以从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的喷射压力为0.2MPa～10MPa的供给压力供给所述液体。

通过本方式，所述加压液体供给部以从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的喷射压力为0.2MPa～10MPa的供给压力供给所述液体。由此，以进一步精度良好地得到与第1方式至第3方式中的任一方式相同的效果。

实施方式1

以下，基于图1至图6，对具备本发明涉及的实施方式1的液体喷射喷嘴的液体喷射装置进行详细说明。该液体喷射装置为要求能够使液滴在距离喷射喷嘴孔的喷出侧的端面100mm～150mm的长距离上直进性良好地飞行的装置(例如、精密机械部件的清洗装置)。

需要说明的是，液体喷射装置并不限定于上述的装置，还可以应用于面部等皮肤的清洗中使用的装置。

如图1所示，本实施方式涉及的液体喷射装置25具备：具有喷射液体3的液体喷射喷嘴11的喷射部2、贮存喷射液体3的液体罐6、作为加压液体供给部的泵单元27、连接液体罐6与泵单元27并构成液体3的流路10的液体吸引管12、连接泵单元27与喷射部2并同样地构成流路10的送液管14。

泵单元27由控制部4来控制通过送液管14向喷射部2送液的液体3的压力等的泵动作。

液体喷射喷嘴

液体喷射喷嘴11具有一个或多个喷射喷嘴孔1，从喷射喷嘴孔1喷射高压的液体3。喷射喷嘴孔1的孔形状为圆形。图1中的部分扩大图中，符号F表示液体喷射方向。需要说明的是，为了容易理解附图，图1中的部分扩大图中，相对于其他构件，液滴5及连续流7的尺寸被扩大，无视实际上的相对尺寸关系。

从喷射喷嘴孔1喷射的高压的液体3在刚刚喷射后为连续流5，通过液体3的表面张力，迅速液滴化并分裂成液滴7的组。通过使该液滴7的组陆续地喷射至对象物9来施行规定的处理。

为了使液滴7能够在液体喷射方向F上、从喷射喷嘴孔1的喷出侧的端面13、经100mm～150mm的长距离、直进性良好地飞行，液体喷射喷嘴11具备液滴直进维持结构19。

如图2所示，本实施方式中，液滴直进维持结构19构成为：喷射喷嘴孔1的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，喷嘴孔径d相对于作为液体3流入喷射喷嘴孔1内的入口的液体流入口21的口径D的比D/d在5～150的范围。图2示出喷射喷嘴孔1为一个的结构。

液体流入口21的口形状在喷射喷嘴孔1为一个的情况下形成为圆形，为多个的情况下形成为椭圆形。需要说明的是，液体流入口21的口形状并不限定于圆形和椭圆形，也可以为正方形、长方形等。在液体流入口21的口形状为圆形以外的情况下，液体流入口21的口径D为正方形的一边、长方形的短边的尺寸。

如后所述，通过实测确认：通过相对于液体流入口21的口径D的喷嘴孔径d的“比D/d为5～150的范围”，可以实现所述直进性。

喷射压力

另外，本实施方式涉及的液体喷射装置25中，作为加压液体供给部的泵单元27构成为以从喷射喷嘴孔1喷射的液体3的喷射压力成为0.2MPa～10MPa的供给压力供给液体3。

如后所述，通过实测确认：通过在该“喷射压力为0.2MPa～10MPa”的范围内，可以实现所述直进性。

图2的结构的液体喷射喷嘴11为易于形成被喷射的液体3难以接触喷射喷嘴孔1的孔壁面(直线部23)的缩流的结构。若将液体3以缩流的状态喷射，则难以受到所述孔壁面的面粗糙度的影响，容易形成均匀大小的液滴7。

另外，图2的结构的液体喷射喷嘴11在喷射喷嘴孔1的液体流出侧具有向液体喷射方向F进行扩径的锥形部16。该锥形部16是为了容易不降低其机械强度地形成喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm那样的极细的喷嘴孔而设置的。此处，锥形部16的角度为90度，但可以在容易形成喷射喷嘴孔1的范围内增大或减小所述角度。

以下，举出关于具体的结构的实测例，对通过本实施方式的液滴直进维持结构19实现液滴7的所述直进性的方法进行说明。

实测例1

图3示出：使用喷射喷嘴孔1的喷嘴径d为0.024mm、液体流入口21的口径D为3.0mm、比D/d为125的液体喷射喷嘴11，观测从喷射喷嘴孔1向液体喷射方向F喷射的连续流5形成的液滴7的飞行轨迹的结果。在距离喷射喷嘴孔1的喷出侧的端面13 10mm的位置对飞行的液滴7进行该观测。使用该结果，如下所记地确认液滴7的直进性的水平。作为从喷射喷嘴孔1喷射的液体3的喷射压力的供给压力设定为1.3MPa。液体3从喷射喷嘴孔1成为缩流并被喷射。

图3的(A)为使用高速摄像机拍摄液滴7的飞行轨迹而得到的高速摄像图像，图3的(B)为对图3的(A)的所述摄像图像进行图像处理得到的解析图像。图像处理使用免费软件(ImageJ)。图像处理中，对摄像图像进行二值化处理，选择液滴化的范围作为解析区域，解析各液滴7的中心15的坐标，求出与作为飞行方向的液体喷射方向F正交的方向的坐标的最大与最小的差值。然后，以所述求出的差值作为中心轴17的偏离量、即距离喷射喷嘴孔1的中心轴17的半径r。

液滴7的中心15相对于喷射喷嘴孔1的中心轴17的偏离量、即半径r的最大值为0.2mm，确认液滴7的直进性良好。另外，在使液滴7着落在位于距离喷射喷嘴孔1的喷出侧的端面13 150mm的位置的对象物9时，确认到液滴7的着落范围窄至：距离中心轴27直径小于0.3mm，以面积计小于0.1mm²。由此，确认该液体喷射喷嘴11在局部的清洗中是有效的。

实测例2

图4示出：使用喷射喷嘴孔1的喷嘴径d为0.031mm、液体流入口21的口径D为3.0mm、比D/d为97的液体喷射喷嘴11，观测从喷射喷嘴孔1喷射连续流5形成的液滴7的飞行轨迹的结果。使用该结果，与实测例1同样地，确认液滴7的直进性的水平。作为从喷射喷嘴孔1喷射的液体3的喷射压力的供给压力与实测例1相同，设定为1.3MPa。液体3从喷射喷嘴孔1成为缩流并被喷射。

图4的(A)为使用高速摄像机拍摄液滴7的飞行轨迹而得到的高速摄像图像，图4的(B)为对图4的(A)的所述摄像图像进行与实测例1相同的图像处理而得到的解析图像。

液滴7的中心15相对于喷射喷嘴孔1的中心轴17的偏离量、即半径r的最大值为0.01mm以内，可以确认液滴7的直进性良好。另外，确认液滴7的着落范围窄至：距离中心轴27直径小于0.3mm。由此，确认该液体喷射喷嘴11在局部的清洗中是有效的。

实测例3

图5示出：使用喷射喷嘴孔1的喷嘴径d为0.08mm、液体流入口21的口径D为1.0mm、比D/d为13的液体喷射喷嘴11，观测从喷射喷嘴孔1喷射连续流5形成的液滴7的飞行轨迹的结果。使用该结果，与实测例1同样地，确认液滴7的直进性的水平。作为从喷射喷嘴孔1喷射的液体3的喷射压力的供给压力设定为6MPa(以喷射速度计约100m/s)。液体3从喷射喷嘴孔1成为缩流并被喷射。

图5的(A)为使用高速摄像机拍摄液滴7的飞行轨迹而得到的高速摄像图像，图5的(B)为对图5的(A)的所述摄像图像进行与实测例1相同的图像处理而得到的解析图像。

液滴7的中心15相对于喷射喷嘴孔1的中心轴17的偏离量、即半径r的最大值为0.05mm以内，可以确认液滴7的直进性良好。另外，确认液滴7的着落范围窄至：距离中心轴27直径小于0.3mm。由此，确认该液体喷射喷嘴11在局部的清洗中是有效的。

实测例4

图6示出：使用喷射喷嘴孔1的喷嘴径d为0.12mm、液体流入口21的口径D为1.0mm、比D/d为8的液体喷射喷嘴11，观测从喷射喷嘴孔1喷射连续流5形成的液滴7的飞行轨迹的结果。使用该结果，与实测例1同样地，确认液滴7的直进性的水平。作为从喷射喷嘴孔1喷射的液体3的喷射压力的供给压力，与实测例3相同，设定为6MPa(以喷射速度计约100m/s)。液体3从喷射喷嘴孔1成为缩流并被喷射。

图6的(A)为使用高速摄像机拍摄液滴7的飞行轨迹而得到的高速摄像图像，图6的(B)为对图6的(A)的所述摄像图像进行与实测例1相同的图像处理而得到的解析图像。

液滴7的中心15相对于喷射喷嘴孔1的中心轴17的偏离量、即半径r的最大值为0.1mm以内，可以确认液滴7的直进性良好。另外，确认液滴7的着落范围窄至：距离中心轴27直径小于0.4mm。由此，确认该液体喷射喷嘴11在局部的清洗中是有效的。

另外，随着喷嘴孔径d的扩大，液滴7的尺寸也会扩大，因此能够使具有高能量的液滴7高精度地着落于对象物9。即，可以有效地进行高速(高效地)且局部的清洗。

根据所述实测例1至实测例4，作为液体喷射喷嘴11的液滴直进维持结构19，关于喷嘴孔径d为0.024mm～0.12mm的范围、且比D/d为8～125的范围者，确认到：使液滴7的中心15的飞行轨迹在距离喷射喷嘴孔1的中心轴17半径r为0.5mm以内的范围内。

关于所述范围外的喷嘴孔径d为0.01mm及0.15mm、且比D/d为5、7、150者，通过与实测例1至实测例4相同的观察进行确认。其结果，对于这些，也确认液滴7的中心15的飞行轨迹在距离喷射喷嘴孔1的中心轴17半径r为0.5mm以内的范围内。

另外，根据所述实测例1至实测例4，关于从喷射喷嘴孔喷射的液体的喷射压力为1.3MPa和6MPa者，确认液滴7的中心15的飞行轨迹在距离喷射喷嘴孔1的中心轴17半径r为0.5mm以内的范围内。

另外，关于喷射压力为0.2MPa和10MPa者，通过与实测例1至实测例4相同的观察进行确认。其结果，对于这些，也确认液滴7的中心15的飞行轨迹在距离喷射喷嘴孔1的中心轴17半径r为0.5mm以内的范围内。

进而，本实施方式中，构成为：液体喷射喷嘴11的喷射喷嘴孔1的液体喷射方向F上的直线部23的长度L与喷嘴孔径d的比L/d成为0.5～5的范围。

所述实测例1的直线部L为0.02mm，比L/d为0.8。

所述实测例2的直线部L为0.02mm，比L/d为0.6。

所述实测例3的直线部L为0.2mm，比L/d为2.5。

所述实测例4的直线部L为0.75mm，比L/d为5。

根据与实测例1至实测例4相同的观察，确认到：关于喷射喷嘴孔1中，比L/d为0.5～5的范围外者，比L/d小于0.5时，所述直进性逐渐降低的倾向升高。另一方面，比L/d为6以上时，考虑到制造不易及流路阻力增大，将比L/d的上限设为5。

实施方式1的作用的说明

接着，对通过实施方式1的液体喷射装置25的液体喷射喷嘴11将液体3向对象物9喷射的情况进行说明。

使用者将喷射部2的喷射喷嘴孔1朝向对象物9并保持在该位置。喷射喷嘴孔的喷出侧的端面与对象物的距离为100mm～150mm。并且，经由控制部4传输控制信号从而使泵单元27驱动。由此，液体罐6内的液体3通过流路10并成为被加压的状态而送至液体喷射喷嘴11内。由此，液体喷射喷嘴11内的液体3从喷射喷嘴孔1成为喷射流体，并向位于所述距离的对象物9喷射。

该喷射流体以当初的连续流5被表面张力分裂并成为液滴7的列的状态，直进性良好地行进，然后喷射至对象物9，从而施行规定的处理。

实施方式1的效果的说明

(1)通过本实施方式，液体喷射喷嘴11具有喷射喷嘴孔1，在使从喷射喷嘴孔1喷射的液体3的连续流5进行液滴化而生成的液滴7喷射至对象物9的液体喷射喷嘴11中，喷射喷嘴孔1的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，作为液体3流入喷射喷嘴孔1内的入口的液体流入口21的口径D相对于喷嘴孔径d的比D/d为5～150的范围。由此，可以使液滴7直进性良好地飞行。并且，能够使其在距离喷射喷嘴孔1的喷出侧的端面100mm～150mm的长距离上直进性良好地飞行。

(2)另外，通过本实施方式，喷射喷嘴孔1的液体喷射方向F上的直线部23的长度L与喷嘴孔径d的比L/d为0.5～5的范围。由此，可以实现使液滴7在所述长距离上直进性更为良好地飞行。

(3)另外，通过本实施方式，加压液体供给部27以从喷射喷嘴孔1喷射的液体的喷射压力为0.2MPa～10MPa的供给压力供给所述液体。由此，可以实现使液滴7在所述长距离上直进性更为良好地飞行。

实施方式2

接着，基于图7对本发明的实施方式2涉及的液体喷射喷嘴1进行说明。

本实施方式的液体喷射喷嘴1中，液体流入口21与喷射喷嘴孔1的入口之间形成有凹曲面锥形部8。另外，喷射喷嘴孔1的喷出口侧形成为平坦，并未设置有与实施方式1的锥形部16相当的部分。

其他构成与实施方式1相同，因此对相同部分标注相同符号，并省略其说明。另外，本实施方式的作用和效果与实施方式1相同，因此省略其说明。

实施方式3

另外，还可以设为如下构成：喷射喷嘴11具有喷射喷嘴孔1，且其为使从喷射喷嘴孔1喷射的液体3的连续流5液滴化而生成的液滴7喷射至对象物9的液体喷射喷嘴11，在从喷射喷嘴孔1的喷出侧的端面13至规定的距离之间，使液滴7的中心15的飞行轨迹在距离喷射喷嘴孔1的中心轴17半径0.5mm以内的范围内。

通过本实施方式，能够抑制液滴7的抖动并使其直线地飞行，由此可以重复使液滴7撞击对象物9的相同位置，因此可以实现对象物的局部清洗。

其他实施方式

本发明的实施方式涉及的液体喷射喷嘴1及液体喷射装置25基本具有如上所述的构成，当然在不脱离本申请发明的主旨的范围内，也可进行部分构成的变更、省略等。

上述实施方式中，对液体3从喷射喷嘴孔1成为缩流并被喷射的情况进行说明。本发明中，以缩流的状态喷射并非必要条件，因此也可应用于喷射的液体3与喷射喷嘴孔1的孔壁面(直线部23)接触的非缩流。

Claims

1.一种液体喷射喷嘴，其特征在于，具有喷射喷嘴孔，使从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物，

所述喷射喷嘴孔的喷嘴孔径d为0.01mm～0.15mm的范围，

作为所述液体流入所述喷射喷嘴孔内的入口的液体流入口的口径D相对于喷嘴孔径d的比D/d为5～150的范围。

2.根据权利要求1所述的液体喷射喷嘴，其特征在于，

所述喷射喷嘴孔的液体喷射方向上的直线部的长度L与所述喷嘴孔径d的比L/d为0.5～5的范围。

3.一种液体喷射喷嘴，其特征在于，具有喷射喷嘴孔，使从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物，

在从所述喷射喷嘴孔的喷出侧的端面到规定的距离之间，使所述液滴的中心的飞行轨迹在距离所述喷射喷嘴孔的中心轴半径0.5mm以内的范围内。

4.一种液体喷射装置，其特征在于，具备：液体喷射喷嘴，使喷射的液体的连续流液滴化而生成的液滴喷射至对象物，

所述液体喷射装置具备：加压液体供给部，将液体加压并供给至所述液体喷射喷嘴，

所述液体喷射喷嘴为权利要求1至3中任一项所述的液体喷射喷嘴。

5.根据权利要求4所述的液体喷射装置，其特征在于，

所述加压液体供给部以从所述喷射喷嘴孔喷射的液体的喷射压力为0.2MPa～10MPa的供给压力供给所述液体。