JP2006087984A - 気泡噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 気泡噴射装置10は、噴射部11、圧電/電歪素子12、圧力調整手段13、液体Wの圧力Pwを検出する圧力センサ14及び電気制御装置15を備える。噴射部11は、一端が気体噴射口11a2を構成する気体噴射孔11a1を備えた板体11aと、同板体に連続する壁11bと、を含み同板体と同壁とにより同気体が供給される気体供給空間11cを形成している。この気体供給空間11cには、圧力調整手段によって、検出された圧力Pwに応じた圧力に圧力が調整された気体GSが供給される。一方、電気制御装置15は圧電/電歪素子12に駆動信号を送り圧電/電歪素子12を変形させ、板体11aを振動させる。この結果、気体噴射孔11a1から微小気泡が噴射される。
【選択図】 図1
Description
一端が気体噴射口を構成する気体噴射孔としての貫通孔を備えてなり少なくとも同気体噴射口が液槽内の液体中に露呈される板体と、同板体に連続する壁と、を含み同板体と同壁とにより同気体が供給される気体供給空間を形成する噴射部と、
駆動信号に応答して前記板体を振動させる圧電/電歪素子と、
前記駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記気体噴射口近傍に前記気体と前記液体との気液界面が形成されるように前記気体供給空間内の気体の圧力を調整する圧力調整手段と、
を備え、
前記圧電/電歪素子によって前記板体を振動させることにより前記液槽内の液体中に前記気体を前記気体噴射孔から微細気泡として噴射するように構成されている。
前記噴射部は、少なくとも前記壁の外面の一部が外気に露呈されるように配置され、
前記圧電/電歪素子は、前記外気中に露呈された前記壁の外面の一部に固定されていることが好適である。
前記板体の気体噴射口近傍における前記液槽内の液体の圧力に基づいて前記気体の圧力を調整するように構成されることが好適である。
前記駆動信号発生手段は、
前記板体が前記液体に向けて変位した後に反対方向に変位する噴射動作を行うように前記駆動信号を発生することが好適である。
前記駆動信号発生手段は、
前記圧電/電歪素子が圧縮及び伸長を複数回行うことにより前記気体噴射孔の一つから一つの気泡が噴射される噴射動作を間欠的に行うように前記駆動信号を発生することが好適である。
前記板体が、前記噴射動作における振動よりも短い周期且つ小さい振幅の微小振動を同噴射動作における振動に重畳して行うように前記駆動信号を発生することが好適である。
前記板体の気体噴射口近傍における前記液槽内の液体の圧力に基づいて前記噴射動作における前記板体の振幅を変更する駆動信号を発生するように構成されることが好適である。
<第1実施形態>
本発明の一実施形態に係る気泡噴射装置10は、その縦断面図である図1に示したように、液体(ここでは水)Wを貯留する液槽ESの底に配置され、液体Wの中に微小な気泡を発生させる装置である。気泡噴射装置10は、噴射部11と、圧電/電歪素子12と、圧力調整手段13と、圧力検出手段14と、電気制御装置15とを備えている。
板体11aは、セラミックスからなる薄い板であって液槽ESの底の一部をなすように配置されている。図1の1−1線に沿った平面にて液槽ESを切断した断面図である図2に示したように、板体11aの平面視における形状は互いに直交するX軸及びY軸方向に沿った辺を有する長方形である。板体11aには気体噴射孔11a1として機能する貫通孔が複数の箇所(ここでは、四箇所)に形成されている。気体噴射孔11a1の一端は気体噴射口11a2を構成している。気体噴射口11a2は、液槽ES内の液体W中に露呈されるように配置されている。
次に、本発明の第2実施形態に係る気泡噴射装置20について図5及び図6を参照しながら説明する。この気泡噴射装置20は、第1実施形態の圧電/電歪素子12を圧電/電歪素子21に置換した点のみにおいて同第1実施形態の気泡噴射装置10と相違している。従って、以下、この相違点を中心に説明する。なお、図5及び図6において、気泡噴射装置10が備える構成部材と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態に係る気泡噴射装置30について図7及び図8を参照しながら説明する。この気泡噴射装置30は、噴射部31が液槽ESに対して弾性変形可能な部材33a(又は弾性変形可能な部分33a1)を介して支持されるとともに、その弾性部材又は弾性部分を振動させるように圧電/電歪素子32が固定されている点において第1実施形態の気泡噴射装置10と相違している。従って、以下、この相違点を中心に説明する。なお、図7及び図8において、気泡噴射装置10が備える構成部材と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
支持板33aは板体であり、その外形は平面視において長方形であり、中央に略正方形の穴を有している。支持板33aの内周部は(側壁31bを介して)板体31aの外周部と連接されている。支持板33aの上面は板体31aの上面と同一面上に存在し、液槽ESの底の一部をなすように配置されている。支持板33aの厚みは、板体31aの外周部との接続部において他の部分より小さくなっている。この厚みが小さい部分は、弾性変形可能な薄肉部33a1となっている。支持板33aの外周部(側壁31b)は外周壁33bと連接している。外周壁33bは支持板33aの外周から立設されている。外周壁33bの外周部は液槽ESの底壁に固定されている。
次に、本発明の第4実施形態に係る気泡噴射装置40について図9を参照しながら説明する。この気泡噴射装置40は、気泡噴射装置10の板体11aと圧電/電歪素子12とを一体化させた点のみにおいて、気泡噴射装置10と相違している。即ち、気泡噴射装置40においては、噴射板として機能する気体噴射孔41aを備えた板体が圧電/電歪素子41により構成され、その気体噴射孔41aの一端である気体噴射口41bが液体W中に露呈されている。
次に、本発明の第5実施形態に係る気泡噴射装置50について図10を参照しながら説明する。この気泡噴射装置50は、気泡噴射装置10の板体11aに代わる板体51を備えている。この板体51は、気体噴射孔11a1と同様の気体噴射孔51aを複数個備えている。そして、その気体噴射孔51aの一端に形成される気体噴射口51bの周囲であって板体51の面上(液体Wに露呈する側の面上)に液体Wと濡れ性が良好な親液層52が形成されている。
ところで、気泡噴射装置10の圧電/電歪素子12は、実際には図11に示したように、素子の上面及び下面に一対の対向する上部電極12U及び下部電極12Lが形成され、これらの電極間に圧電素子駆動電圧信号が付与されることにより収縮及び伸長する素子であった。これに対し、本発明の第6実施形態に係る気泡噴射装置60は、図12に示したように、このような圧電/電歪素子12に代えて圧電/電歪素子62を採用した装置である。
次に、上述した各板体に形成される各気体噴射孔の変形例について図13及び図14を参照しながら説明する。この変形例に係る気体噴射孔11a1’は、その中心軸(気体噴射方向、Z軸正方向)に直交する平面にて切断した断面である図13に示したように、周部に複数の溝mzを有している。即ち、この変形例は、気体噴射孔11a1’を構成する板体11aの貫通孔の側壁面に気体噴射方向に延びる溝mzが複数形成されたものである。
次に、上述した圧電/電歪素子の駆動方法(圧電素子駆動電圧信号)の第1変形例について図15を参照しながら説明する。なお、以下の圧電/電歪素子駆動方法は、上述した各実施形態に適用可能であるが、ここでは、便宜上、第1実施形態を例にとって説明する。
次に、上述した圧電/電歪素子の駆動方法(圧電素子駆動電圧信号)の第2変形例について図16を参照しながら説明する。
次に、上述した圧電/電歪素子の駆動方法(圧電素子駆動電圧信号)の第3変形例について図17を参照しながら説明する。
圧電/電歪素子の駆動方法(圧電素子駆動電圧信号)の第4変形例は、上述した各圧電素子駆動電圧信号(第3変形例においては基本噴射信号)の振幅を、圧力センサ14が検出する液槽ESの底における液体Wの圧力Pw(従って、気体噴射口11a2近傍の液体圧力)に基づいて変化させ、これにより、噴射動作における板体11aの振幅を変更する方法である。この場合、例えば、圧力Pwが大きいほど、板体11aの振幅を大きくするとよい。
Claims (17)
- 一端が気体噴射口を構成する気体噴射孔としての貫通孔を備えてなり少なくとも同気体噴射口が液槽内の液体中に露呈される板体と、同板体に連続する壁と、を含み同板体と同壁とにより同気体が供給される気体供給空間を形成する噴射部と、
駆動信号に応答して前記板体を振動させる圧電/電歪素子と、
前記駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記気体噴射口近傍に前記気体と前記液体との気液界面が形成されるように前記気体供給空間内の気体の圧力を調整する圧力調整手段と、
を備え、
前記圧電/電歪素子によって前記板体を振動させることにより前記液槽内の液体中に前記気体を前記気体噴射孔から微細気泡として噴射する気泡噴射装置。 - 請求項1に記載の気泡噴射装置において、
前記噴射部は、
少なくとも前記壁の外面の一部が外気に露呈されるように配置され、
前記圧電/電歪素子は、
前記外気中に露呈された前記壁の外面の一部に固定された気泡噴射装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の気泡噴射装置であって、
前記噴射部は、
前記板体が弾性変形可能な部材又は部分を介して前記液槽に支持されるように構成された気泡噴射装置。 - 請求項3に記載の気泡噴射装置において、
前記圧電/電歪素子は、
前記弾性変形可能な部材又は部分を振動させる位置に固定されている気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の気泡噴射装置であって、
前記圧力調整手段は、
前記板体の気体噴射口近傍における前記液槽内の液体の圧力に基づいて前記気体の圧力を調整するように構成された気泡噴射装置。 - 請求項1に記載の気泡噴射装置であって、
前記噴射部の板体が前記圧電/電歪素子により構成されている気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記噴射部の板体がセラミックスからなる気泡噴射装置。 - 請求項7に記載の気泡噴射装置において、
前記板体と前記圧電/電歪素子とが一体焼成により形成された気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記噴射部の板体が金属からなる気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の気泡噴射装置であって、
少なくとも前記気体噴射口の周囲の前記板体の面上に前記液体と濡れ性が良好な親液層が形成された気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記圧電/電歪素子は、
層状の圧電/電歪素子部と層状の電極とが交互に多層にわたり積層された素子である気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記気体噴射孔を構成する前記板体の貫通孔の側壁面に気体噴射方向に延びる溝が複数形成された気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記駆動信号発生手段は、
前記板体が前記液体に向けて変位した後に反対方向に変位する噴射動作を行うように前記駆動信号を発生する気泡噴射装置。 - 請求項13に記載の気泡噴射装置において、
前記駆動信号発生手段は、
前記噴射動作を間欠的に行うように前記駆動信号を発生する気泡噴射装置。 - 請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記駆動信号発生手段は、
前記圧電/電歪素子が圧縮及び伸長を複数回行うことにより前記気体噴射孔の一つから一つの気泡が噴射される噴射動作を間欠的に行うように前記駆動信号を発生する気泡噴射装置。 - 請求項13乃至請求項15の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記駆動信号発生手段は、
前記板体が、前記噴射動作における振動よりも短い周期且つ小さい振幅の微小振動を同噴射動作における振動に重畳して行うように前記駆動信号を発生する気泡噴射装置。 - 請求項13乃至請求項16の何れか一項に記載の気泡噴射装置において、
前記駆動信号発生手段は、
前記板体の気体噴射口近傍における前記液槽内の液体の圧力に基づいて前記噴射動作における前記板体の振幅を変更する駆動信号を発生するように構成された気泡噴射装置。
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