JP5021925B2

JP5021925B2 - 粉体と液体の多様な混合微粒化が可能な渦流式微粒化ノズル

Info

Publication number: JP5021925B2
Application number: JP2005284126A
Authority: JP
Inventors: 正明池田; 大祐池田
Original assignee: 株式会社アトマックス; 正明池田; 大祐池田
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2007090253A

Description

この発明は、噴霧する対象となる液体又は粉体を多種態様に選択して混合することにより、多種多様な微粒化噴霧を行う渦流式微粒化ノズルについての技術である。

従来の微粒化ノズルには、下記特許文献１に示すように、２種類の液体を混合し微粒化する二流体ノズルがある（図８を参照）。

即ち、前記二流体ノズルにおいては、ノズルボデー４の側面において、対向するように開口された二箇所の液体挿入口１０より投入された二種類の液体は、一次気体通路９を介して圧縮気体挿入口８より送りこまれた一次気体により、内部混合室１１において混合かつ一次破砕された一次混合流体となる（図８（ａ）を参照）。そして、前記一次混合流体は、圧縮気体の導入圧と二次気体が引き起こした負圧（圧縮気体挿入口８、二次気体通路１２、旋回導孔１４、渦流室１５と通渦し、気体噴射口１６から高速旋回渦流気体となって先細り円錐形に噴出した二次気体が引き起こした負圧）によって液体噴出口へと吸引されて噴出し、ノズル前方において前記二次気体と外部混合することで、二次破砕即ち微粒化され前方へと噴霧されていた（図８（ｂ）を参照）。

特公昭６２−２０１６６５号公報

従来より微粒化ノズルを使用した微粒化噴霧の作業には、粉体である粒子状物質等を液体に混入し、噴霧により対象物に塗布したり対象物をコーティングする作業があった。従って、前述した二流体ノズルにおいて、２つの液体挿入口のうち一つから液体の代わりに粉体を挿入し、液体と粉体の混合噴霧に使用することが考えられた。しかし、従来の二流体ノズル（図８を参照）は、あくまで液体同士の混合噴霧を想定したものであったため、粉体を液体に混入しながら微粒化噴霧の作業をしようとすると以下のような問題があった。

即ち、図８より従来の二流体ノズルを使用した場合、液体と粉体は、圧縮気体挿入口８からの圧縮気体の導入圧と二次気体が引き起こした負圧により、又は負圧に加え各液体挿入口１０（本ケースでは片方が粉体挿入口となる）にかけられた導入圧によって内部混合室１１へと送り込まれるが、いずれの場合においても、液体と粉体が内部混合室１１へと噴出する際の噴出圧は、液体の方が強くなりやすくなっていた。

従って、液体は、噴出する勢いの強さから対向側の粉体供給口侵入してしまうことで、粉体が内部混合室１１へと噴出出来なくなること、又は液体が、前記粉体供給口１０をぬらした結果、粉体が粉体供給口内壁に付着して固まることから目詰まりを起こし、混入する粉体が内部混合室１１へ導入されなくなる第１の問題が有った。

更に、従来の二流体ノズルには液体挿入口が２箇所に限定していたため、３種類以上の流体を混合しながらの噴霧には使用できない第２の問題があった。

従って、特定の粉体を液体に混入し又は、３種類以上の粉体と液体とを混合して噴霧する場合には、噴霧前に予め混合液を作る手間が必要となり、各流体を混合しながら噴霧作業をすることが困難であるという問題があった。

以上に記載した問題に鑑み、本発明においては、１又は複数種の粉体を１又は複数種の液体に途切れること無く混入しながら、前記混入した液体を微粒化して噴霧することにより、多種多様な噴霧作業を可能とする渦流式微粒化ノズルを提供することにある。

以下に各請求項に係る課題解決手段と生ずる作用を説明する。

請求項１の発明は、外部から液体を導入する液体供給口と、ノズルの先端部から後端部に延びて前記液体供給口からノズル先端へ向かって液体を通渦させる液体通路管と、該液体通路管の先端に開口し、前記液体を外部へ噴出される液体噴出口と、前記液体通路管の外周を囲みつつ軸方向へ伸長したリング状の気体通路管に対して垂直方向から連通する気体供給口と、前記気体通路管を通渦した気体を高速旋回気流とするスパイラル溝と、ノズル先端部内側に設けられ、前記高速旋回気流を渦流化する渦流室と、前記高速旋回渦流を先細り円錐状に焦点を結ぶようにノズル前方へ噴出させ、外部混合により前記液体を微粒化する気体噴出口と、を備えた渦流式微粒化ノズルにおいて、ノズルの後端部から前記液体通路管に連通し、外部から粉体を供給する粉体供給口がノズルの後端部に設けられ、１以上の前記液体供給口と１以上の前記粉体供給口からなる複数の流体供給口が、ノズルの外周側面に形成され、かつ前記液体通路管と直交するように前記液体通路管の中間部にそれぞれ連通し、前記複数の流体供給口は、それぞれ軸方向にずらして配置され、前記複数の流体供給口のうち少なくとも一部が前記液体供給口として使用され、前記液体通路管は、全ての前記液体供給口より上流において前記全ての粉体供給口に連通し、前記液体通路管内部にて液体に粉体を混入しつつ、混入された液体を微粒化することを特徴としている。

従ってこの場合には、ノズル前方で発生する高速旋回渦流気体が引き起こした強い負圧により、液体供給口から導入された液体は、液体通路管の上流へ向かって逆流することがない。一方、粉体供給口は、液体供給口より上流で連通しているため、液体と同様に液体通路管上に導入された粉体は、導入された液体に混入され、混入後の液体は上流へ逆襲すること無く、即ち、液体供給口の上流に設けられた粉体供給口へ侵入すること無く液体噴出口へと吸引される。また、ノズルの外周側面に設けられた流体供給口がそれぞれ軸方向にずらして配置されているため、液体と粉体は、同一の円周断面上から液体通路管に供給されない。更に、噴霧作業時には、ノズルに設けた液体供給口及び粉体供給口の数に応じ、液体通路管内部において粉体が液体へと混入されることとなる。またこの場合には、導入された液体が逆流し、液体通路管最上流にある粉体供給口へ侵入することが無く、強い負圧により液体噴出口へ吸引される。

請求項２の発明は、請求項１記載の渦流式微粒化ノズルにおいて、前記複数の流体供給口が、選択して閉鎖可能に形成されたこと、を特徴としている。

この場合には、微粒化噴霧において混合される薬剤の種類が減少する。

請求項１に係る発明においては、前記導入された液体は、前記粉体供給口へ侵入したり、ぬらしたりすることが無い。従って、液体が粉体の供給を阻害したり、粉体が固化して目詰まりを起こし、粉体が液体通路管へ導入されなくなるという第１の問題が解決される。従って、噴霧前に予め粉体を混入した液体を作っておかなくても、液体を粉体に混入しながら微粒化噴霧の作業をすることが出来るようになる。

また、液体通路管上において一又は複数設けられる粉体供給口は、全ての液体供給口より上流に設けられているため、液体が逆流し、粉体供給口へ侵入することが無い。また、ノズル外周側面の流体供給口が軸方向にずれて配置されているため、噴出する液体が勢いの強さから対向側の粉体供給口に侵入するということが無い。従って、粉体供給口の目詰まりによる第１の問題が解決される。また、３種類以上の流体を混合しながら噴霧作業することが可能となり、第２の問題が解決される。

また、液体供給口から液体通路管の最上流に設けられたノズル後端部へ向かって液体が逆流し、粉体供給口へ侵入することがないため、混入する粉体が従来の内部混合室１１へ導入されなくなる第１の問題が解決し、液体を粉体に混入しながら微粒化噴霧の作業をすることが出来るようになる。

また、請求項１に記載した発明にかかる微粒化ノズルは、渦流式であるため、ノズル先端部に発生する高速旋回渦流気体による液体の微粒化効果が大きいことから、液体噴出口の内径が大きくとも液体の微粒化をすることが可能である。従って、液体通路管と、該液体通路管に連通する粉体供給口の内径を調整すれば、粒径の大きな粉体を混入しても、目詰まりなく微粒化して噴霧することが可能となっている。更に、請求項２の微粒化ノズルにおいて、ノズルの外周側面に形成される液体供給口又は粉体供給口のいずれかを閉鎖すれば、液体のみ又は粉体のみを単体で噴霧することや複数の液体を混合又は複数の粉体を混合して噴霧することも可能となる。

以下、図面１〜８を参照して本願発明の好適な実施形態（以降は単に実施例という）について説明する。

図１は、実施例１に係る渦流式微粒化ノズルの外観を表す斜視図、図２は、実施例１に係る微粒化ノズルの分解斜視図、図３は、実施例１に係る微粒化ノズルのＡ−Ａ’断面図、図４は、実施例１に係るノズル先端の構成が異なる場合のＡ−Ａ’断面図。図５（ａ）は、実施例１に係る微粒化ノズルのＢ−Ｂ’断面図、同図（ｂ）は、実施例１に係る微粒化ノズルのＣ−Ｃ’断面図、同図（ｃ）は実施例１に係る微粒化ノズルのリング部近傍を表す斜視図、図６は、微粒化ノズルによる噴霧状況を表す軸方向断面図、図７は、実施例２に係る渦流式微粒化ノズルの軸方向断面図、図８は、従来技術に係る微粒化ノズルの軸方向断面図である。

まず、図１を参照しながら、実施例１に係る渦流式微粒化ノズルの外観構成について説明する。図１に示す符号２０は、本発明に係る微粒化ノズル本体を示している。外観構成上において渦流式微粒化ノズル本体２０は、先端に開口部を有する噴板キャップ３０が締付リング４０によって、ノズルボディ２１に固定（図２を参照）されて形成されている。またノズルボディ２１の先端には、液体噴出口２２が開口し、かつ該液体噴出口２２の開口周縁部２２ａ及び前記噴板キャップ３０の開口部３１により協働して形成される円環状の気体噴出口２３が、前記液体噴出口２２を取り囲むように開口している。

次に図２においてこの微粒化ノズル２０を構成する部材を説明する。まずノズルボディ２１の構成は、先端部に液体噴出口２２が設けられると共に、ノズル先頭に向かって先細りのテーパー形状を備えかつスパイラル溝２５が形成されたリング部２４が前記液体噴出口２２を取り囲むように設けられている。また、ノズルボディ２１の中間部には雄ネジ部２７が設けられた細筒部２６が形成されている。

ここで、噴板キャップ３０は、図２より先端部に前記液体噴出口２２と協働した気体噴出口２３の形成に必要な大きさの内径を有する開口部３１を備え、後端部にフランジ部３２を備えている。また噴板キャップ３０は、内部を中空状に、かつ前記リング部２４の形状に対応した先細りのテーパー状に形成することにより、前記リング部２４の上から被せるものとする。そして、内側に雌ネジ部４１が形成された締付リング４０を噴板キャップ３０の上から被せて、前記フランジ部３２を押さえつつノズルボディ２１の雄ネジ部２７へ螺合して固定する。

更にノズルボディ２１の中間部から後端部へかけての外周側壁には、外部からノズル内部へ液体Ｒを供給するための液体供給口２８及び気体Ｔを供給するための気体供給口２９（後ほど図３にて説明）が形成され、後端部には、外部から粉体Ｐを混入するための粉体供給口３４が形成されている（後ほど図３にて説明）。またノズルボディ２１の後端部の外周側壁には、ノズルの組み立て時にスパナ等の工具を当てるためのナット部３５が形成されている。尚、各供給口２８，２９，３４の開口部内側には、液体等供給用チューブ等の先端を取り付けるため、例えば、チューブ先端部に設けた継手等を螺合出来るように、雌ネジ部等を形成しておくことが望ましい。

次に図３によって微粒化ノズル２０の内部構造について説明する。ノズルボディ２１の内部には、先端部に液体噴出口２２を設けた液体通路管３６が形成され、該液体通路管３６には、後端部から粉体供給口３４が連通し、更に後述する液体Ｒを供給する液体供給口２８がノズルボディ２１の外周側面より連通している（図５（ｂ）を参照）。

尚、図３よりノズルボディ２１は、先端にリング部２４が形成され、かつリング部２４の中心に中空状の筒部２１１を備えたボディ先端部材２１ａと、液体供給口２８等が設けられ、中心が中空状のボディ基礎部材２１ｂとの組み合わせから構成されている。また、ボディ先端部材２１ａにおける筒部２１１の外周には、位置決め用のフランジ部２１２が設けられ、ボディ基礎部材２１ｂの先端部中心には、嵌合孔２１３が設けられ、筒部２１１の後端部は、嵌合孔２１３に対してフランジ部２１２がボディ基礎部材２１ｂの先端面に当接するまで挿入し、嵌合することで固定されている。このとき、ボディ先端部材２１ａ及びボディ基礎部材２１ｂの双方の中空部分が協働して液体通路管３６が形成されている。

また、ボディ先端部材２１ａは、図３におけるリング部２４と中空状の筒部２１１を別部材としたボディ先端部材２１ａ’として構成することも考えられる。即ち、図４に示すように外周に位置決め用のフランジ部２１４を備えた中空筒材２１５の先端部からコイルばね２１６と、中心に貫通孔を備えた別体のリング部材２４０を順に通すことによりボディ先端部材２１ａ’を構成することも出来る。尚、ノズル本体２０の組み立てにおいて、リング部材２４０は、噴板キャップ３０により上から押し付けられる力と、圧縮されたコイルばね２１６により下から押し戻される反力により、噴板キャップ３０の上部内壁に押し付けられるように保持されている。

更に図３より、後述する気体Ｔを供給する気体供給口２９は、ノズルボディ２１の外周側面に開口し、円周方向断面がリング状に形成（図５（ａ）を参照）され、前記液体通路管３６を囲むように形成された、気体通路管３７に連通している。更に気体通路管３７は、順番に、空洞部３８、前記リング部２４に形成されたスパイラル溝２５、渦流発生室Ｗ及び気体噴出口２３へと連通している。

尚、前記空洞部３８は、リング部２４の下面とボディ先端部材２１ａにおける筒部２１１の外周壁面及び噴板キャップ３０の内周壁面に囲まれるように形成された領域である。一方、前記渦流発生室Ｗ（図３、図５（ｃ）を参照）は、液体噴出口２２の開口周縁部外壁面２２ａ、スパイラル溝２５に連通するリング状溝部３９並びに噴板キャップの上部内壁面３３によって囲まれるように形成された領域である。

次に図６により、実施例１の微粒化ノズル２０を使用した際の気体Ｔの流れについて説明する。気体供給口２９より導入された気体Ｔは、円周方向断面が円環状に形成された（図５（ａ）を参照）気体通路管３７の内壁面に衝突しながら、気体噴出口２３へ向かってらせん状に進行することにより、リング部下面の空洞部３８において整流された状態を保ちつつ各スパイラル溝２５へ等しく侵入する。スパイラル溝２５に侵入した気体Ｔは、高速旋回気流となり前記渦流発生室Ｗにおいて渦流化され、高速旋回渦流気体Ｔ’となって環状の気体噴出口２３より噴出する。

このとき、前記高速旋回渦流気体Ｔ’は、ノズル前方に焦点Ｆを結ぶ先細り円錐形状に噴出し、かつ液体通路管３６の内部に対して、後述する液体ＰＲを液体噴出口２２へ向かって吸引する強力な負圧を発生させる。

更に図６により、実施例１の微粒化ノズルを使用した際の粉体Ｐ及び液体Ｒの流れについて説明する。液体に混入する粉体Ｐは、前記高速旋回渦流気体Ｔ’の負圧により液体通路管２２の最上流に設けられた粉体供給口３４から液体通路管３６内へと供給され、液体通路管３６内を液体噴出口に向かって吸引される。一方液体Ｒは、粉体Ｐと同様に前記負圧により、液体供給口２８から液体通路管３６内に供給（図５（ｂ）を参照）される。このとき、液体は、液体通路管３６の内壁面に衝突する際に一次破砕され、かつ粉体Ｐが混入される。このとき粉体Ｐと液体Ｒは液体通路管内においてよく混和された一次液体ＰＲとなって液体噴出口２２へ向かって吸引され、液体噴出口２２からノズル前方へと噴出する。尚、粉体Ｐ及び液体Ｒの流れは、粉体供給口３４と液体供給口２８に負圧とは別の導入圧をそれぞれ加えた場合であっても変わらない。

更に図６により、実施例１の微粒化ノズル２０における一次液体ＰＲの微粒化について説明する。液体噴出口２２より噴出した一次液体ＰＲは、気体噴出口２３より先細り円錐形状に噴出した高速旋回渦流気体Ｔ’と、ノズル前方に生じる焦点Ｆにおいて衝突することにより二次破砕され、微粒化された液体ＰＲＴ’となって前方へ噴霧される。

次に図７により、実施例２に係る渦流式微粒化ノズルについて説明する。実施例２に係る微粒化ノズルは、実施例１の微粒化ノズルにおいて、１箇所しか設けられていなかった、液体通路管の中間部において連通する流体供給口（実施例１では液体供給口２８）を複数（図７では２ヶ所）設けたものである。

即ち、実施例２の渦流式微粒化ノズル５０は、液体通路管５２の中間部において連通する流体供給口（液体又は粉体用）を複数設けることにより、例えば、流体供給口１（符号５３）を粉体供給口とし、流体供給口２（符号５４）を液体供給口とした場合には、液体通路管５２内において、噴霧する特定の液体に２種類の粉体を混入しながら微粒化噴霧の作業をすることが出来る。また、流体供給口１、２を共に液体供給口とすることで、２種類の液体を混合しながら更に特定の粉体を混入しつつ微粒化噴霧の作業をすることが出来る。

尚、図７に示すとおり、実施例２の渦流式微粒化ノズル５０は、流体供給口（５３,５４）は２つしか設けていない。しかし、ノズルボディ５１の長さＬについては、流体供給口（５３,５４）が気体供給口５５及び気体通路管５６に干渉しないように長目に形成すること、及び目詰まり防止の観点から粉体供給口より上流から液体を供給しないことを条件として、流体供給口の数は、混合したい液体及び混入したい粉体の種類の数に応じて３つ以上設けることが出来る。
その場合、1種類の液体に３種類以上の粉体を混入すること、３種類以上の液体を混合しつつ1種類の粉体を混入すること又は複数の液体を混合しながら複数の粉体を混入すること等の作業を行いながら微粒化噴霧をすることが出来る。

また、実施例２の微粒化ノズルでは、従来技術（図８（ａ）を参照）のように、ノズルボディ５１における複数（２以上）の流体供給口を同一の円周方向断面上に設けることも考えられる。しかし、同一の円周方向断面上から粉体と液体を供給すれば、従来技術と同様に粉体供給口に目詰まりが発生すると考えられる。従って、流体供給口を同一の円周断面上に設ける場合は、各供給口から供給する流体を液体又は粉体のいずれかに一方に統一するか、図７に示すように、各流体供給口を軸方向にずらして配置することが望ましい。尚、ボディ先端部材２１ａは、実施例１と同様に後端部をボディ基礎部材５１ｂの先端部に設けられた嵌合孔５１３へ挿入し、勘合することで固定されている。また、図４と同様にボディ先端部材２１ａの代わりに、ボディ先端部材２１ａ’を使用することも出来る。

以上の点から、本発明にかかる微粒化ノズルは、例えば粉体である粒子状物質等（研磨剤その他粉状の複数薬剤等）を噴霧液（１種類又は複数の液体を混合しつつ）に混入しながら対象物に吹き付けることが出来るため、塗布具、コーティング用器具として使用でき、又は単に液体と粉体の混合装置として使用できる点で意義がある。また、実施例１では使用しない流体供給口を閉鎖することで、粉体のみの噴霧又は液体を微粒化した噴霧作業が可能であり、実施例２においても、使用しない流体供給口を閉鎖することにより、混合する薬剤の種類を減らして微粒化噴霧すること、複数の液体のみを混合して微粒化噴霧すること又は複数の粉体のみを混合して噴霧することが可能である。従って、本願発明に係るノズルは、液体、粉体の別を問わずに多種多様な混合態様又は噴霧態様を形成できる微粒化ノズルとして意義のあるものと言える。

実施例１に係る渦流式微粒化ノズルの外観を表す斜視図。実施例１に係る微粒化ノズルの分解斜視図。実施例１に係る微粒化ノズルのＡ−Ａ’断面図。実施例１に係るノズル先端の構成が異なる場合のＡ−Ａ’断面図。実施例１に係る微粒化ノズルの円周方向断面図。（ａ）実施例１に係る微粒化ノズルのＢ−Ｂ’断面図。（ｂ）実施例１に係る微粒化ノズルのＣ−Ｃ’断面図。（ｃ）実施例１に係る微粒化ノズルのリング部近傍を表す斜視図。実施例１の微粒化ノズルによる噴霧状況を表す軸方向断面図。実施例２に係る渦流式微粒化ノズルの軸方向断面図。従来技術に係る微粒化ノズルの軸方向断面図。（ａ）液体通路を表す断面図。（ｂ）気体通路を表す断面図。

符号の説明

２０渦流式微粒化ノズル本体
２２液体噴出口
２３気体噴出口
２５スパイラル溝
２８液体供給口
２９気体供給口
３４粉体供給口
３６液体通路管
５０渦流式微粒化ノズル本体
５２液体通路管
５３流体供給口１（粉体供給口）
５４流体供給口２（液体供給口）
Ｆ焦点
Ｐ粉体
Ｒ液体
Ｔ気体
Ｔ’ 高速旋回渦流気体
Ｗ渦流室

Claims

外部から液体を導入する液体供給口と、ノズルの先端部から後端部に延びて前記液体供給口からノズル先端へ向かって液体を通渦させる液体通路管と、該液体通路管の先端に開口し、前記液体を外部へ噴出される液体噴出口と、前記液体通路管の外周を囲みつつ軸方向へ伸長したリング状の気体通路管に対して垂直方向から連通する気体供給口と、前記気体通路管を通渦した気体を高速旋回気流とするスパイラル溝と、ノズル先端部内側に設けられ、前記高速旋回気流を渦流化する渦流室と、前記高速旋回渦流を先細り円錐状に焦点を結ぶようにノズル前方へ噴出させ、外部混合により前記液体を微粒化する気体噴出口と、を備えた渦流式微粒化ノズルにおいて、
ノズルの後端部から前記液体通路管に連通し、外部から粉体を供給する粉体供給口がノズルの後端部に設けられ、
１以上の前記液体供給口と１以上の前記粉体供給口からなる複数の流体供給口が、ノズルの外周側面に形成され、かつ前記液体通路管と直交するように前記液体通路管の中間部にそれぞれ連通し、
前記複数の流体供給口は、それぞれ軸方向にずらして配置され、
前記複数の流体供給口のうち少なくとも一部が前記液体供給口として使用され、
前記液体通路管は、全ての前記液体供給口より上流において前記全ての粉体供給口に連通し、
前記液体通路管内部にて液体に粉体を混入しつつ、混入された液体を微粒化すること、を特徴とした渦流式微粒化ノズル。
前記複数の流体供給口は、選択して閉鎖可能に形成されたこと、を特徴とした、請求項１記載の渦流式微粒化ノズル。