JP7417191B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射装置に関する。

従来から、対象物に対して液体を噴射させる様々な液体噴射装置が使用されている。このような液体噴射装置のうち、液体が大きなエネルギーを有した状態で対象物に対して該液体を噴射させることを目的とした液体噴射装置がある。例えば、特許文献１には、純水と窒素ガスとを衝突させて純水の液滴を形成してこれを噴出させる基板処理装置が開示されている。

特開２００９－８８０７９号公報

しかしながら、特許文献１の基板処理装置は、特許文献１にも記載される下記の表１で表されるように純水の流量に対する窒素ガスの流量が多くなっている。なお、表１の比較例として挙げられている構成でも、純水の流量に対する窒素ガスの流量の比率が０．５以上となっている。このように、気体の流量に対して液体の流量が多い場合や、気体の流量に対して液体の流量が少ない場合であっても気体の流量に対する液体の流量が０．５以上となっている場合などにおいては、液体の液滴が拡散し、大きなエネルギーを有した状態で対象物に対して液体を噴射させることが困難な場合があった。

上記課題を解決するための本発明の液体噴射装置は、液体を噴射するノズルと、液体に対して気流を導入する気流導入部材と、液体の圧力を調整する送液ポンプと、前記気流導入部材による気流の導入圧力を調整する圧力ポンプと、前記送液ポンプ及び前記圧力ポンプの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、液体の噴射圧力に対する前記気流の導入圧力の比率が０．００５以上０．１１以下となることを特徴とする。

実施例１の液体噴射装置を表す概略図。 液体の噴射圧力と気流の導入圧力とを変更した場合の液滴の状態を表す写真。 好ましい状態の液滴を形成できる条件において、液滴化距離を最小にできる場合の、液体の噴射圧力と、気流の導入圧力と、の関係を表すグラフ。 好ましい状態の液滴を形成できる条件において、液滴化距離を最小にできる場合の、液体の噴射圧力と液体の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率との関係を表すグラフ。 好ましい状態の液滴を形成できる条件において、液体の噴射圧力ごとの、気流の導入圧力と液滴化距離との関係を表すグラフ。 好ましい状態の液滴を形成できる条件において、液体の噴射圧力ごとの、液体の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率と液滴化距離との関係を表すグラフ。 好ましい状態の液滴を形成できる条件において、液滴化距離を最小にできる場合の、レイノルズ数と気流の導入圧力との関係を表すグラフ。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の液体噴射装置は、液体を噴射するノズルと、液体に対して気流を導入する気流導入部材と、液体の圧力を調整する送液ポンプと、前記気流導入部材による気流の導入圧力を調整する圧力ポンプと、前記送液ポンプ及び前記圧力ポンプの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、液体の噴射圧力に対する前記気流の導入圧力の比率が０．００５以上０．１１以下となることを特徴とする。

本態様によれば、液体の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率が０．００５以上０．１１以下となる条件で送液ポンプ及び圧力ポンプを駆動する。すなわち、気体の流量に対する液体の流量が液滴の拡散を抑制する状態となるように、液体を噴射させることができる。

本発明の第２の態様の液体噴射装置は、前記第１の態様において、前記制御部は、前記気流の導入圧力が０．０１［ＭＰａ］以上０．１５［ＭＰａ］以下の範囲となるように前記圧力ポンプを駆動することを特徴とする。

本態様によれば、気流の導入圧力が０．０１［ＭＰａ］以上０．１５［ＭＰａ］以下の範囲となるように圧力ポンプを駆動する。気流の導入圧力が低すぎると液滴化距離が長くなる傾向があり、気流の導入圧力が高すぎると液滴が拡散する傾向があるが、気流の導入圧力を上記範囲とすることで液滴化距離が長くなることを抑制しつつ液滴が拡散することを抑制できる。

本発明の第３の態様の液体噴射装置は、前記第１または第２の態様において、前記制御部は、液体の噴射圧力に応じて前記気流の導入圧力を調整することを特徴とする。

本態様によれば、制御部は液体の噴射圧力に応じて気流の導入圧力を調整する。このため、液体の噴射圧力に応じて液滴化距離が長くなることを抑制しつつ効果的に液滴が拡散することを抑制できる。

本発明の第４の態様の液体噴射装置は、前記第３の態様において、前記制御部は、前記ノズル中の液体のレイノルズ数に基づいて前記気流の導入圧力を調整することを特徴とする。

ノズル中の液体のレイノルズ数が異なれば、液滴が拡散することを抑制するための好ましい気流の導入圧力は異なる。本態様によれば、ノズル中の液体のレイノルズ数に基づいて気流の導入圧力を調整することができる。このため、ノズル中の液体のレイノルズ数に応じて液滴化距離が長くなることを抑制しつつ効果的に液滴が拡散することを抑制できる。

本発明の第５の態様の液体噴射装置は、前記第４の態様において、前記制御部は、前記ノズル中の液体が層流となるレイノルズ数のときよりも前記ノズル中の液体が乱流となるレイノルズ数のときのほうが低くなるように前記気流の導入圧力を調整することを特徴とする。

ノズル中の液体が層流であるか乱流であるかで、液滴が拡散することを抑制するための好ましい気流の導入圧力は大きく異なる。本態様によれば、ノズル中の液体が層流となるレイノルズ数のときよりもノズル中の液体が乱流となるレイノルズ数のときのほうが低くなるように気流の導入圧力を調整することができる。このため、ノズル中の液体の状態に応じて液滴化距離が長くなることを抑制しつつ特に効果的に液滴が拡散することを抑制できる。

本発明の第６の態様の液体噴射装置は、前記第４または第５の態様において、前記制御部は、前記ノズル中の液体が層流となるレイノルズ数の場合、前記ノズル中の液体のレイノルズ数が閾値以下か前記閾値を超えるかに基づいて、前記気流の導入圧力を調整することを特徴とする。

本態様によれば、ノズル中の液体が層流である場合、ノズル中の液体のレイノルズ数が閾値以下か閾値を超えるかに基づいて液体の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率が小さいように気流の導入圧力を調整することができる。このため、液滴化距離が長くなることを抑制しつつ効果的に液滴が拡散することを抑制できる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
最初に、実施例１の液体噴射装置１の概要について図１を参照して説明する。図１に示す液体噴射装置１は、液体４を連続的に噴射するノズル２３を有する噴射部２と、液体４を貯留する液体容器６と、ノズル２３から噴射される連続状態の液体４ａに対して気流を導入する気流導入部材３３を有する気流発生部３と、制御部５と、を備えている。なお、図１では、内部構成がわかりやすいように、気流導入部材３３を断面図として表している。

液体噴射装置１は、噴射部２から液体４を噴射させ、対象物に衝突させることにより、各種作業を行う。各種作業とは、例えば、洗浄、バリ取り、剥離、はつり、切除、切開、破砕等が挙げられる。以下、液体噴射装置１の各部について詳述する。

［噴射部］
液体噴射装置１の噴射部２は、ノズル２３と、液体搬送管２１と、送液ポンプ２２と、を備えている。このうち、ノズル２３は、液体４を対象物に向けて噴射させる。また、液体搬送管２１は、液体容器６からノズル２３までの液体４の流路である。そして、送液ポンプ２２は、ノズル２３から噴射方向Ｄに噴射される液体４の噴射圧力を調整する。

以下、噴射部２について詳述する。ノズル２３は、液体搬送管２１の先端部に装着されている。ノズル２３は、その内部に、液体４が通過するノズル流路を備えている。液体搬送管２１内をノズル２３に向かって搬送されてきた液体４は、ノズル流路を介して細流状に成形され、連続状態の液体４ａとして噴射される。なお、ノズル２３は、液体搬送管２１とは別の部材であっても、一体であってもよい。

ノズル２３から噴射される連続状態の液体４ａは、詳細は後述する気流導入部材３３の内部において気流が吹き付けられて液滴４ｂに変化する。なお、ノズル２３から噴射される連続状態の液体４ａが液滴４ｂに変化するまでの距離、いわゆる液滴化距離は、気流導入部材３３の形状や気流の吹き付け条件などによって変化するが、液滴化距離をどのような距離にするかは適宜調整してもよい。液滴化距離を変えることで、ノズル２３から噴射された液体４が対象物に与えるエネルギーが最も大きくなる位置である液滴化位置４ｃの位置を変えることができる。液滴化距離を短くすることで、狭い作業空間でも効率的に作業ができるので作業性が向上する。

液体搬送管２１は、その内部に、液体４が液流方向Ｆ１に通過する液体流路を有する管体である。前述したノズル流路は、該液体流路に連通している。液体搬送管２１は、直管であっても、一部または全部が湾曲した湾曲管であってもよい。

ノズル２３及び液体搬送管２１は、液体４を噴射する際に変形しない程度の剛性を有していればよい。ノズル２３の構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。液体搬送管２１の構成材料としては、例えば、金属材料、樹脂材料等が挙げられる。

送液ポンプ２２は、液体搬送管２１の途中または端部に設けられる。液体容器６に貯留された液体４は、送液ポンプ２２によって吸引され、所定の圧力でノズル２３に供給される。また、送液ポンプ２２には、配線７２を介して制御部５が電気的に接続されている。送液ポンプ２２は、制御部５から出力される駆動信号に基づいて、供給する液体４の流量を変更する機能を有する。送液ポンプ２２の流量は、一例として、１［ｍＬ／ｍｉｎ］以上１００［ｍＬ／ｍｉｎ］以下であるのが好ましく、２［ｍＬ／ｍｉｎ］以上５０［ｍＬ／ｍｉｎ］以下であるのがより好ましい。送液ポンプ２２は、実際の流量を測定する測定部が設けられていてもよい。

なお、送液ポンプ２２は、必要に応じて逆止弁を内蔵していてもよい。このような逆止弁を備えていることにより、液体４が液体搬送管２１を逆流してしまうのを防止することができる。なお、逆止弁は、液体搬送管２１の途中に独立して設けられていてもよい。

［液体容器］
液体容器６は、液体４を貯留する。液体容器６に貯留された液体４は、液体搬送管２１を介してノズル２３に供給される。液体４としては、例えば水が好ましく用いられるが、有機溶剤等であってもよい。また、水や有機溶剤には、任意の溶質が溶解していてもよく、任意の分散質が分散していてもよい。液体容器６は、密閉された容器であってもよく、開放された容器であってもよい。

［気流発生部］
気流発生部３は、気流導入部材３３と、気流導入部材３３に繋がる気流導入管３１と、圧力ポンプ３２と、を備えている。このうち、気流導入部材３３は、ノズル２３から噴射される連続状態の液体４ａに対して気流を導入する。また、気流導入管３１は、気流導入部材３３に向けて気流方向Ｆ２に気体を供給するための気体の流路である。そして、圧力ポンプ３２は、気流導入管３１を介して気流導入部材３３に気流を導入するためのポンプであり、気流導入部材３３による気流の導入圧力を調整する。

以下、気流導入部材３３について詳述する。気流導入部材３３は、気流導入管３１の先端部に装着されている。気流導入部材３３は、その内部に、気体が通過する気体流路３３ａ及び３３ｂを備えている。図１で表されるように、気流導入部材３３は気体室３３ｃを備えており、気体流路３３ａ及び３３ｂにおいて気体は気流方向Ｆ２に送られ気体室３３ｃに導入される。

気体室３３ｃにおいて、ノズル２３から噴射される連続状態の液体４ａに対して気流が導入される。気流導入部材３３は、気体室３３ｃに繋がるとともに噴射方向Ｄに沿って延びる排出口３３ｄを備えており、ノズル２３から噴射された液体４は排出口３３ｄから排出される。また、気体室３３ｃに気体流路３３ａ及び３３ｂから供給された気体も、ノズル２３から噴射された液体４と同様、排出口３３ｄから排出される。

［制御部］
制御部５は、配線７２を介して送液ポンプ２２と電気的に接続されている。また、制御部５は、配線７３を介して圧力ポンプ３２と電気的に接続されている。制御部５は、送液ポンプ２２を制御する送液ポンプ制御部５２と、圧力ポンプ３２を制御する圧力ポンプ制御部５３と、送液ポンプ２２及び圧力ポンプ３２の制御プログラムなど様々なデータを記憶している記憶部５１と、を有している。

送液ポンプ制御部５２は、送液ポンプ２２に駆動信号を出力する。この駆動信号により、送液ポンプ２２の駆動が制御される。これにより、例えば所定の圧力および所定の駆動時間で、ノズル２３に液体４を供給することができる。また、圧力ポンプ制御部５３は、圧力ポンプ３２に駆動信号を出力する。この駆動信号により、圧力ポンプ３２の駆動が制御される。これにより、例えば所定の圧力および所定の駆動時間で、気流導入部材３３に気体を供給することができる。

このような制御部５の機能は、演算装置、メモリー、外部インターフェース等のハードウェアによって実現される。このうち、演算装置としては、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等が挙げられる。また、メモリーとしては、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク等が挙げられる。

［制御部による具体的な制御方法］
次に、本実施例の液体噴射装置１を用いてどのように制御部５が送液ポンプ２２及び圧力ポンプ３２の駆動を制御するかについて、図２から図７を参照して説明する。

最初に、図２を参照して、液滴４ｂの好ましい液滴状態について説明する。図２は、以下の条件で射出させた場合の写真であり、図中の横方向が噴射方向Ｄに対応する液滴４ｂの写真である。液体４のノズル２３からの液体流量が２０［ｍＬ／ｍｉｎ］で液体４のノズル２３からの噴射圧力が１．１［ＭＰａ］である場合に、気流導入部材３３への気流の導入圧力を０．００［ＭＰａ］、０．０４［ＭＰａ］、０．１２［ＭＰａ］及び０．１５［ＭＰａ］としたときの条件の写真。液体４のノズル２３からの液体流量が３０［ｍＬ／ｍｉｎ］で液体４のノズル２３からの噴射圧力が２．４［ＭＰａ］である場合に、気流導入部材３３への気流の導入圧力を０．００［ＭＰａ］、０．０４［ＭＰａ］、０．１２［ＭＰａ］及び０．１５［ＭＰａ］としたときの条件の写真。液体４のノズル２３からの液体流量が４０［ｍＬ／ｍｉｎ］で液体４のノズル２３からの噴射圧力が４．０［ＭＰａ］である場合に、気流導入部材３３への気流の導入圧力を０．００［ＭＰａ］、０．０４［ＭＰａ］、０．１２［ＭＰａ］及び０．１５［ＭＰａ］としたときの条件の写真。液体４のノズル２３からの液体流量が５０［ｍＬ／ｍｉｎ］で液体４のノズル２３からの噴射圧力が６．１［ＭＰａ］である場合に、気流導入部材３３への気流の導入圧力を０．００［ＭＰａ］、０．０４［ＭＰａ］、０．１２［ＭＰａ］及び０．１５［ＭＰａ］としたときの条件の写真。

上記のように、本実施例の液体噴射装置１は、ノズル２３から噴射された液体４に対して気流を導入することが可能な構成の気流導入部材３３を備えている。本実施例の液体噴射装置１は、圧力ポンプ３２の駆動を止め、図２で表されるように、気流導入部材３３への気流の導入圧力を０．００［ＭＰａ］とすることも可能である。ただし、気流導入部材３３への気流の導入圧力を０．００［ＭＰａ］とすると、液滴化距離を短くすることが困難であり、液滴化位置４ｃのノズル２３からの距離が長くなる。液滴化位置４ｃのノズル２３からの距離が長くなると、作業空間を広くとらなくてはならなくなるなど、作業性が低下する。

図２で表されるように、液体４の噴射圧力が１．１［ＭＰａ］、液体４の噴射圧力が２．４［ＭＰａ］、液体４の噴射圧力が４．０［ＭＰａ］、液体４の噴射圧力が６．１［ＭＰａ］、のいずれの場合においても、気流の導入圧力を０．００［ＭＰａ］、０．０４［ＭＰａ］及び０．１２［ＭＰａ］としたときは、液滴４ｂが概ね拡散することなく整列した状態で噴射されており好ましい液滴状態となる。一方、液体４の噴射圧力が１．１［ＭＰａ］、液体４の噴射圧力が２．４［ＭＰａ］、液体４の噴射圧力が４．０［ＭＰａ］、液体４の噴射圧力が６．１［ＭＰａ］、のいずれの場合においても、気流の導入圧力を０．１５［ＭＰａ］としたときは、液滴４ｂが多少拡散し始めた状態で噴射されており好ましい液滴状態から外れ始めている。

また、図２で表されるように、気流の導入圧力が同じ条件であれば、液体４の噴射圧力が大きいほど、液滴４ｂは拡散することなく整列しやすくなる。図２では、液体４の噴射圧力が１．１［ＭＰａ］で気流の導入圧力を０．１２［ＭＰａ］である場合、すなわち、液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率が０．１１以下となる条件において、液滴４ｂが概ね拡散することなく整列した状態で噴射されており好ましい液滴状態となっていることがわかる。このため、液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率が０．１１以下となる条件であれば、液滴４ｂが概ね拡散することなく整列した状態で噴射されており好ましい液滴状態となる。

ここで、液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率の好ましい下限値について図４を用いて説明する。図４で表されるように、液体４の噴射圧力が１６ＭＰａ弱のところにあるプロットにおいては、噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率は０．００５強となっている。また、図２の液体４の噴射圧力が６．１［ＭＰａ］で気流の導入圧力が０．０４［ＭＰａ］の写真、すなわち、「気流の導入圧力／液体の噴射圧力」＝０．０４／６．１＝０．００６５の写真において、拡散噴流が発生し始めている。そこで、液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率の好ましい下限値は、０．００５となる。

上記より、本実施例の液体噴射装置１において、制御部５は、液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率が０．００５以上０．１１以下となる条件であって、かつ、液滴化距離を短縮するために気流の導入圧力をゼロとはしない条件で、送液ポンプ２２及び圧力ポンプ３２を駆動する。このため、本実施例の液体噴射装置１は、気体の流量に対する液体４の流量が液滴４ｂの拡散を抑制する状態となるように、液体４を噴射させることができる。なお、液滴化距離を短縮するために気流の導入圧力をゼロとはしない条件とは、別の表現をすると、連続状態でノズル２３から噴射された液体４が気流を導入しない場合よりも液滴化距離が短くなる条件である。

次に、図２に加えて図３を参照して、さらに好ましい制御部５による具体的な制御方法について説明する。図３においては、好ましい状態の液滴４ｂを形成できる条件において、液滴化距離を最小にできる場合の、液体４の噴射圧力と気流の導入圧力との関係を円形のドットで表している。図３で表されるように、液体４の噴射圧力を約１［ＭＰａ］から約１６［ＭＰａ］まで振った場合における気流の導入圧力は、概ね０．１［ＭＰａ］近傍となっている。別の表現をすると、液体４の噴射圧力を振った場合における好ましい気流の導入圧力は、０．０１［ＭＰａ］以上１．００［ＭＰａ］以下の範囲であり、さらに好ましくは、０．０８［ＭＰａ］以上０．１５［ＭＰａ］未満の範囲である。

上記より、制御部５は、気流の導入圧力が０．０１［ＭＰａ］以上１．００［ＭＰａ］以下の範囲となるように圧力ポンプ３２を駆動することができる。上記のように、気流の導入圧力が低すぎると液滴化距離が長くなる傾向があり、気流の導入圧力が高すぎると液滴４ｂが拡散する傾向があるが、気流の導入圧力を上記範囲とすることで液滴化距離が長くなることを抑制しつつ液滴４ｂが拡散することを抑制できる。

また、制御部５は、気流の導入圧力が０．１５［ＭＰａ］未満となるように圧力ポンプ３２を駆動することができる。図２で表されるように、気流の導入圧力が高すぎると液滴４ｂの拡散を抑制する効果が低下する場合があるが、気流の導入圧力が０．１５［ＭＰａ］未満となるように圧力ポンプ３２を駆動することで、液滴４ｂが拡散することを特に効果的に抑制できる。

また、制御部５は、例えば、液体４の噴射圧力が高くなるほど気流の導入圧力を高くする、或いは、液体４の噴射圧力が高くなるほど気流の導入圧力を低くするなど、液体４の噴射圧力に応じて気流の導入圧力を調整することができる。このため、本実施例の液体噴射装置１は、液体４の噴射圧力に応じて気流の導入圧力を好ましい条件に調整することができるので、液体４の噴射圧力に応じて液滴化距離が長くなることを抑制しつつ効果的に液滴４ｂが拡散することを抑制できる。

ここで、図４は、好ましい状態の液滴４ｂを形成できる条件において、液滴化距離を最小にできる場合の、液体４の噴射圧力と液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率との関係を表すグラフである。図４中では、「液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率」を、「気流の導入圧力／液体の噴射圧力」で表している。図４のグラフに基づき、制御部５は、例えば、液体４の噴射圧力が２［ＭＰａ］以下の条件である場合は液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０６以上とすることができる。また、例えば、液体４の噴射圧力が２［ＭＰａ］から５［ＭＰａ］までの範囲の条件である場合は液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０２以上０．０７以下の範囲内とすることができる。また、例えば、液体４の噴射圧力が５［ＭＰａ］から１０［ＭＰａ］までの範囲の条件である場合は液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０１以上０．０３以下の範囲内とすることができる。さらに、例えば、液体４の噴射圧力が１０［ＭＰａ］以上の条件である場合は液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０１以下とすることができる。

次に、液滴化距離を短縮する制御方法について図５及び図６を参照して説明する。図５は気流の導入圧力に対する液滴化距離の変化を液体の導入圧力毎に表したものである。図５で表されるように、気流の導入圧力を大きくすると、液滴化距離は短縮される傾向にある。このため、液滴化距離を短縮するという観点のみで考えると、気流の導入圧力を大きくすることが好ましい。しかしながら、上記のように、気流の導入圧力を大きくすると、液滴４ｂが拡散し易くなる。また、気流の導入圧力が大きい値であるほど、気流の導入圧力をさらに大きくした場合の液滴化距離の短縮度合いは小さくなり、気流の導入圧力を大きくすることによる液滴化距離の短縮効果は小さくなる。

また、図６で表されるように、同じ液滴化距離となる液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を比較すると、液体４の噴射圧力が大きい場合ほど小さくなる。ここで、好ましい液滴化距離を５０ｍｍ以下とした場合、液滴化距離を好ましい距離まで短縮させるためには、液体４の噴射圧力が６．１［ＭＰａ］のときは液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０２以上とすることが好ましい。同様に、液体４の噴射圧力が４．０［ＭＰａ］のときは液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０３以上とすることが好ましく、液体４の噴射圧力が２．４［ＭＰａ］のときは液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０４以上とすることが好ましく、液体４の噴射圧力が１．１［ＭＰａ］のときは液体４の噴射圧力に対する気流の導入圧力の比率を０．０７以上とすることが好ましい。

次に、液滴化距離を短縮する制御方法について図７を参照してレイノルズ数の観点から説明する。図７は、好ましい状態の液滴４ｂを形成できる条件において、液滴化距離を最小にできる場合の、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数と気流の導入圧力との関係を表している。図７で表されるように、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が１０００以下の範囲と、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が１０００を超えて２０００未満の範囲と、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が２０００以上の範囲とで、好ましい液滴状態で液滴化距離を最小にできる気流の導入圧力が変化する。

そこで、本実施例の液体噴射装置１においては、制御部５は、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数に基づいて気流の導入圧力を調整することができる。図７で表されるように、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が異なれば、液滴化距離を短縮しつつ液滴４ｂが拡散することを抑制するための好ましい気流の導入圧力は異なる。本実施例の液体噴射装置１は、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数に基づいて気流の導入圧力を調整することができるので、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数に応じて液滴化距離が長くなることを抑制しつつ効果的に液滴４ｂが拡散することを抑制できる。なお、例えば、レイノルズ数と気流の導入圧力との関係テーブルを記憶部５１に記憶させておくことで、制御部５は該関係テーブルに基づいて簡単に送液ポンプ２２及び圧力ポンプ３２の駆動を制御することができる。

レイノルズ数が低い値から２３００に近づくとノズル２３中の液体４は層流から乱流に変化する。このため、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が１０００を超えて２０００未満の範囲と、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が２０００以上の範囲とで、好ましい液滴状態で液滴化距離を最小にできる気流の導入圧力が変化すると考えられる。そこで、制御部５は、ノズル２３中の液体４が層流となるレイノルズ数である２０００未満のときよりもノズル２３中の液体４が乱流となるレイノルズ数２０００以上のときのほうが低くなるように気流の導入圧力を調整することができる。

上記のように、ノズル２３中の液体４が層流であるか乱流であるかで、液滴化距離を短縮しつつ液滴４ｂが拡散することを抑制するための好ましい気流の導入圧力は大きく異なる。本実施例の液体噴射装置１は、ノズル２３中の液体４が層流となるレイノルズ数のときよりもノズル２３中の液体４が乱流となるレイノルズ数のときのほうが低くなるように気流の導入圧力を調整することで、ノズル２３中の液体４の状態に応じて液滴化距離が長くなることを抑制しつつ特に効果的に液滴４ｂが拡散することを抑制できる。

また、制御部５は、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が１０００以下の場合と１０００を超える場合とで、気流の導入圧力を変えることができる。すなわち、制御部５は、ノズル２３中の液体４が層流となる２０００未満のレイノルズ数の場合、ノズル２３中の液体４のレイノルズ数が閾値以下か閾値を超えるかに基づいて、気流の導入圧力を調整することができる。このため、本実施例の液体噴射装置１は、液滴化距離が長くなることを抑制しつつ効果的に液滴が拡散することを抑制できる。

図７から、ノズル２３中の液体４が層流であるか乱流であるかに対応するレイノルズ数が２０００における閾値を第１閾値、ノズル２３中の液体４が層流である場合におけるレイノルズ数が１０００における閾値を第２閾値とすることができる。そして、本実施例の液体噴射装置１は、該第１閾値と該第２閾値とを基準にして、気流の導入圧力を調整することができる。さらに詳細には、本実施例の液体噴射装置１は、レイノルズ数が第２閾値以下の場合、レイノルズ数が第２閾値を超えて第１閾値未満の場合、レイノルズ数が第１閾値以上の場合、の各々の気流の導入圧力を、レイノルズ数が第１閾値以上の場合、レイノルズ数が第２閾値以下の場合、レイノルズ数が第２閾値を超えて第１閾値未満の場合、の順に大きくすることができる。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…液体噴射装置、２…噴射部、３…気流発生部、４…液体、４ａ…連続状態の液体、
４ｂ…液滴、４ｃ…液滴化位置、５…制御部、６…液体容器、２１…液体搬送管、
２２…送液ポンプ、２３…ノズル、３１…気流導入管、３２…圧力ポンプ、
３３…気流導入部材、３３ａ…気体流路、３３ｂ…気体流路、３３ｃ…気体室、
３３ｄ…排出口、５１…記憶部、５２…送液ポンプ制御部、５３…圧力ポンプ制御部、
７２…配線、７３…配線

Claims (4)

1. 液体を噴射するノズルと、
   液体に対して気流を導入する気流導入部材と、
   液体の圧力を調整する送液ポンプと、
   前記気流導入部材による気流の導入圧力を調整する圧力ポンプと、
   前記送液ポンプ及び前記圧力ポンプの駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、液体の噴射圧力に対する前記気流の導入圧力の比率が０．００５以上０．１１以下とするとともに、液体の噴射圧力に応じて、かつ、前記ノズル中の液体が層流となるレイノルズ数のときよりも前記ノズル中の液体が乱流となるレイノルズ数のときのほうが低くなるように、前記気流の導入圧力を調整することを特徴とする液体噴射装置。
2. 請求項１に記載の液体噴射装置において、
   前記制御部は、前記ノズル中の液体が層流となるレイノルズ数の場合、前記ノズル中の液体のレイノルズ数が閾値以下か前記閾値を超えるかに基づいて、前記気流の導入圧力を調整することを特徴とする液体噴射装置。
3. 液体を噴射するノズルと、
   液体に対して気流を導入する気流導入部材と、
   液体の圧力を調整する送液ポンプと、
   前記気流導入部材による気流の導入圧力を調整する圧力ポンプと、
   前記送液ポンプ及び前記圧力ポンプの駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、液体の噴射圧力に対する前記気流の導入圧力の比率が０．００５以上０．１１以下とするとともに、液体の噴射圧力に応じて、かつ、前記ノズル中の液体が層流となるレイノルズ数の場合、前記ノズル中の液体のレイノルズ数が閾値以下か前記閾値を超えるかに基づいて、前記気流の導入圧力を調整することを特徴とする液体噴射装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の液体噴射装置において、
   前記制御部は、前記気流の導入圧力が０．０１［ＭＰａ］以上０．１５［ＭＰａ］以下の範囲となるように前記圧力ポンプを駆動することを特徴とする液体噴射装置。

Images