JP2008517756A - 噴霧する液体を加圧する手段を備える噴霧器 - Google Patents

Abstract

本発明は、液体（４３）を放出する毛細管（４０−１）および放出ノズル（４０−２）を備える噴霧ヘッド（４０）、噴霧ヘッドに液体（４３）を供給するリザーバ（４２）、液体の液滴を噴霧ジェットにして放出するために、噴霧ヘッドを振動する振動手段（４４）を備える、液体を噴霧する装置（３０）に関する。本発明によれば、装置（３０）は、振動していない場合に、それより上で液体が噴霧ヘッドを通って流れる第１の閾値圧力より高く、振動している場合に、それより上で液体が噴霧ヘッドを通って流れる第２の閾値圧力より低い圧力を噴霧サイクル中に噴霧ヘッド（４０）への入口のところで液体に加える手段を備える。上述のことは、噴霧流れを増加させ、姿勢および振動の変化に対する影響の受け易さを軽減する利点を有する。

Description

本発明は、液体を放出する毛細管およびノズルを備える噴霧ヘッドと、パイプによって噴霧ヘッドに連結された、噴霧ヘッドに液体を供給する液体供給タンクと、液体の液滴を噴霧ジェットで噴出するように噴霧ヘッドを振動駆動する振動手段と、振動手段に励振信号を加える励振手段とを備える、液体を噴霧する装置に関する。

上述のタイプの噴霧装置が、インクジェットプリントヘッドの製造と関連して国際出願第９９／４６１２６号パンフレット（米国特許第６，４６０，９８０号明細書）に記載されている。

そうした装置は、その他の様々な適用がなされる可能性があるが、たとえば、特に、欧州特許出願第０７１４７０９号、または国際出願第００／７８４６７号ハンフレットに記載されるような、空気を加湿し、または冷却する目的で、あるいは浄化、脱臭、消毒をする製品、香水等を拡散させる目的で空気中に液体を噴霧することへの適用がなされる。本発明は、特にそのような用途に関連する。

図１は、そのような装置の典型的な構造を概略的に表す。装置１０は、噴霧ヘッド２０、噴霧される液体２２を含む中間のタンク２１、同様に液体２２を含む主タンク２４、タンク２１を噴霧ヘッド２０に連結するパイプ２５、タンク２１をタンク２４に連結する、電気ポンプ２７を備えるパイプ２６を備える。実質的に水平な噴霧ヘッド２０は、毛細管２０−１および液体を放出する放出ノズル２０−２を備える。それは、全体的に管状の針の形を有し、その内径は１ミリメートル以下であり、その長さは数センチメートルであり、その本体は毛細管２０−１を形成し、その先細になった遠位端は放出ノズル２０−２を形成する。噴霧ヘッド２０は、一般的には共振する圧電型変換器２８である振動手段に機械的に連結され、その変換器は、励振回路ＥＸＣＴによって供給される交流信号Ｓｖにより電気的に動力供給される。励振回路ＥＸＣＴは、噴霧サイクルを定める制御回路ＣＮＴＣＴによって駆動され、その継続時間は、意図される用途によって変わる。

通常の動作状態では、中間のタンク２１の液体のレベルは、噴霧ヘッド２０の長手方向軸からの高さＨ１にある。タンク２１は、大気圧Ｐａｔｍに曝されるので、噴霧ヘッド２０への入口のところのパイプ２５内ある液体２２は、大気圧に曝され、そこに高さＨ１の液柱によってかけられる静圧と等しい超過圧力Ｐｈｌが加えられ、その場合Ｐｈ１＝ρ＊ｇ＊Ｈ１、ρは液体の密度、ｇは重力である。

励振信号Ｓｖが変換器２８に加えられると、噴霧ヘッドは共振を開始し、腹がその端部２０−２に現れる。液体２２の液滴２２−２は、噴霧ヘッドの先細になった区域の平面に実質的に垂直な方向に放出され、一種の液滴の霧または「噴霧ジェット」を形成する。噴霧の間、噴霧ヘッド２０は、毛細管作用によって、および重力（静水学的な超過圧力の効果）によって液体を供給される。噴霧ジェットの範囲を増加させるために、ファン（図示されない）のような空気を循環させる空気循環手段を設けることができる。

空転している場合、噴霧ヘッドが振動駆動されないと、液体２２は毛細管作用によって噴霧ヘッド内に保持され、液体に作用する表面張力のため、噴霧ヘッドの端部に液体２２の凸メニスカス２２−１が出現することにより静圧が相殺される。臨界超過圧力の閾値Ｓｈ１の上では、メニスカス２２−１は壊れ、液体２２は噴霧ヘッドを通って流れる。

それは上記のことから生じるので、中間タンク２１の液体のレベルは、静圧が閾値Ｓｈ１の下に維持されるように正確に制御されなければならず、その圧力は、一般に非常に低く、５０から１５０Ｐａ程度である。

したがって、最適な高さＨ１は、閾値Ｓｈ１、および液体の物理化学的な性質、特に粘度、密度、表面張力、ならびに噴霧ヘッドの毛細管の内径に依存する。アルコール溶液または水溶液と噴霧ヘッドを用いると、この高さは、５ｍｍから１５ｍｍの程度で全般的に低く、その噴霧ヘッドの毛細管は、０．６ｍｍ程度の内径を有する。高さＨ１は、回路ＣＮＴＣＴによって実質的に一定に保たれ、その回路は、タンク２１に配置されたレベル検出器２３によって液体のレベルを監視し、随時ポンプ２７を作動させる。

図２に表された周知の改善によれば、ポンプを全く使用する必要がなく、装置は、連通管の原理に従ってパイプ２６´によって主タンク２４´に連結された中間のタンク２１´を備える。タンク２４´が密閉され、大気圧より低い圧力Ｐ１に曝される一方で、タンク２１´が大気圧Ｐａｔｍに曝され、それによってタンク２４´が完全に空になりタンク２１´に入るのを防ぐ。静力学的な均衡が達成されると、タンク２４´内の液体２２のレベルは、タンク２１´内の液体のレベルの上になる。タンク２１´内の液体のレベルがパイプ２６´の高レベルよりも低くなると、ある程度の空気がタンク２４´に入り、ある程度の液体がタンク２１´内に移される。空気がタンク２４´の上方部分に入るように、補助パイプ２７´を設けることもできる。したがって、タンク２１´内の液体の高さは、自動的に調整される。

この改善にもかかわらず、直前に説明した噴霧装置は、様々なその他の欠点を有する。

特に装置は、液体を中間のタンクに移動させる釣合いの変化、ならびに、たとえば外部環境によって伝達される振動など、同様な効果を生じるその他の現象に非常に影響を受けやすい。そのような釣合いの変化または振動は、液滴が噴霧ヘッドの端部のところを流れるようにする可能性がある。実際に、高さＨ１が低いと、中間タンクの液体の表面の動きが臨界の閾値Ｓｈ１の超過を招くおそれがあり、したがって、噴霧ヘッドの端部にあるメニスカス２２−１を壊す。

次に、本発明は、噴霧器搭載の車両（列車、コーチ、自動車等）の生産、または可搬式噴霧器の生産などの、そうした釣合いの変化、およびそうした振動が頻繁である用途を提供することを目標とする。
国際出願第９９／４６１２６号パンフレット（米国特許第６，４６０，９８０号明細書） 欧州特許出願第０７１４７０９号 国際出願第００／７８４６７号パンフレット

したがって、本発明の第１の目的は、釣合いの変化、およびタンク内の液体のレベルに作用するその他の現象にほとんど影響を受けない噴霧装置をもたらすことである。

典型的な噴霧器装置の別の欠点は、その噴霧流れが、噴霧される液体の性質に依存することである。したがって、同じ噴霧ヘッドに対して、水溶液の液体とアルコール溶液の液体の間で２から１０の範囲の割合で異なる流量が観察できる。例として、２００ｋＨｚで振動駆動される内径が０．６ｍｍで長さが２７ｍｍの噴霧ヘッドでは、（空気処理製品が溶かされる）本質的に水から作られる液体の場合、１分間当り１から３グラム程度の流量を得ることが可能になるが、水、エチルアルコール、およびジプロピレングリコールベースの溶液の場合、１分間当り０．１から０．６グラム程度の流量を得ることしか可能にならない。

したがって、本発明の別の目的は、ある種の溶液の、特にアルコール溶液の噴霧流れを大幅に増加させることである。

より一般的には、本発明の１つの目的は、噴霧ヘッドを交換せずに噴霧流れを増加または減少させることができるように噴霧流れを制御することである。

本発明の少なくとも１つの目的は、上述のタイプの噴霧装置を設けることによって達成され、その装置は、噴霧サイクル中に、噴霧ヘッドが振動駆動されない場合に噴霧ヘッドを通って液体がその上を流れる第１の圧力閾値より高く、噴霧ヘッドが振動駆動される場合に、噴霧ヘッドを通って液体がその上を流れる第２の圧力閾値より低い圧力を噴霧ヘッドの入口で液体に加える手段を備える。

１つの実施形態では、噴霧ヘッドへの入口で、大気圧に対して１，０００Ｐａから３，０００Ｐａ程度の超過圧力が液体に加えられる。

１つの実施形態によれば、その高さが、第１の閾値よりも高く、第２の閾値よりも低い圧力を加える手段は液柱を備え、その高さは、タンク内の液体の高さ、およびタンクの底部と噴霧ヘッドの間の高さの合計に等しい。

１つの実施形態によれば、タンクの形状は、タンク内の液体の最高の高さがタンクの底部と噴霧ヘッドの間の高さの５分の１より少なくなっている。

１つの実施形態によれば、第１の閾値よりも高く、第２の閾値よりも低い圧力を加える手段は、噴霧ヘッドに液体を供給するために、液体供給タンクにある液体を加圧する手段を備える。

噴霧ヘッドに液体を供給するタンクは、たとえば押しつぶされる変形可能なポケットである。

１つの実施形態によれは、装置は、タンクと噴霧ヘッドの間のパイプに配置された流れまたは圧力リミッタを備える。

１つの実施形態によれば、第１の閾値よりも高く、第２の閾値よりも低い圧力を加える手段は、噴霧ヘッドが振動駆動されない場合に弁を閉じ、噴霧ヘッドが振動駆動される場合に弁を開けるように、タンクと噴霧ヘッドの間のパイプに配置された弁、および弁制御手段を備える。

１つの実施形態によれば、流れまたは圧力リミッタは、弁に一体化できる。

１つの実施形態によれば、装置は、停止によって中断される噴霧サイクルを定めるように、励振手段を制御する制御手段を備え、停止中に励振信号は振動手段に加えられず、その場合に、制御手段は、噴霧サイクルを微小の停止によって分離される複数の噴霧の微小のサイクルに細分するように構成され、その微小の停止中に励振信号は振動手段に加えられない。

１つの実施形態によれば、励振手段を制御する制御手段は、１００ミリ秒から数秒程度の継続時間の噴霧サイクルを定めるように構成され、１ミリ秒から数十ミリ秒程度の継続時間の噴霧の微小のサイクルを含む。

１つの実施形態によれば、励振手段を制御する制御手段は、噴霧サイクルの継続時間よりも長い継続時間の停止の間、噴霧サイクルを中断するように構成される。

１つの実施形態によれば、弁制御手段は、微小の停止中に弁を閉じない。

１つの実施形態では、弁制御手段は、噴霧ヘッドが振動を止める前に噴霧ヘッドが含む液体の全部または一部を空にするように、噴霧サイクルが終わる前に弁を閉じるように構成される。

１つの実施形態によれば、装置は、噴霧ヘッドを周期的に濡らすように、微小サイクルの継続時間よりも少なくとも１，０００倍長い継続時間の停止によって分離される、噴霧の微小サイクルを含む作動待機モードに切り替えるスイッチ手段を備える。

１つの実施形態によれば、装置は、噴霧ヘッドに液体を供給するタンクの下に配置された主タンク、および主タンクからの液体を、噴霧ヘッドに液体を供給するタンクに注ぐ手段を備える。

１つの実施形態によれば、装置は、空気を加湿しまたは冷却する目的で、あるいは浄化、脱臭、もしくは消毒する製品、または香水、またはこれらの製品の組合せを拡散させる目的で、空気内への液体の噴霧に適用される。

１つの実施形態によれば、装置は、噴霧ジェットを拡散させる通気手段を備える。

本発明のこれらの目的およびその他の目的、特徴、ならびに利点は、それには限定されないが添付の図に関連して与えられる本発明の様々な態様および本発明による噴霧装置の以下の説明により詳細に説明されるであろう。

（本発明の第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、噴霧ヘッドへの入口で加えられる液体を、上述のタイプの噴霧ヘッドが動作している際に、すなわち振動駆動される際に、噴霧ヘッドが空転している場合に液体が流れるのを防ぐ超過されない限度として、以前の手法で考察された閾値Ｓｈ１よりも明らかに高い超過圧力に曝すことができるという所見に基づいている。これに反して、噴霧ヘッドの超過圧力の上昇は、毛細管内の液体の移動を促進することにより噴霧された液体の流量を有利に増加させ、次いでそれは、それより上で液体が噴霧ヘッドから再び流れ始める第２の超過圧力閾値Ｓｈ２を超過しないことを条件として、「圧力パイプライン」のような働きをする。次に、噴霧ヘッドが振動駆動される間、それより上で液体が流れる第２の超過圧力の閾値Ｓｈ２は、第１の超過圧力の閾値Ｓｈ１よりも明らかに高い。第１の閾値は、ほぼ約５０から１５０Ｐａ程度、すなわち大気圧の約０．０５から０．１５％である一方で、閾値Ｓｈ２はほぼ１，０００から３，０００Ｐａ（すなわち大気圧の約１から３％）程度であり、噴霧ヘッドの寸法および噴霧される液体の性質に依存することが実験から分かった。

したがって、本発明によれば、
１）第１の超過圧力の閾値Ｓｈ１は、噴霧ヘッドが空転している場合、超過してはならない値に定められる。
２）第２の超過圧力の閾値Ｓｈ２は、噴霧ヘッドが振動駆動される場合、超過してはならない値に定められる。
３）噴霧ヘッドが振動駆動される場合、噴霧ヘッドの液体は、閾値Ｓｈ１よりも高いが閾値Ｓｈ２よりも低い超過圧力に曝される。
４）噴霧ヘッドが空転している場合、噴霧ヘッドの液体は、０の超過圧力または少なくとも閾値Ｓｈ１よりも低い超過圧力に曝される。

本発明の第１の実施形態は、様々な様式で実施できる。たとえば、噴霧ヘッドに供給する液体のタンクは、噴霧ヘッドが振動駆動される場合にガスカートリッジまたは小型圧縮機によって超過圧力をかけられ、次いで噴霧ヘッドが空転状態の場合に減圧される。タンクは、液体の上に位置する空気またはガスを加熱することによって、または液体の上に位置する空気またはガスを加熱するようにタンク全体を加熱することによって、または液体の一部分のみを加熱することによって超過圧力をかけることもできる。液体のタンクは、求められる超過圧力を液体にかけるばねで駆動される機械システムによって超過圧力をかけられることも可能である。

第１の好ましい実施形態によれば、液体供給タンクは、ばねまたは任意のその他の手段によって加えられる耐力に曝され、定められた表面積のプレートによって押しつぶされる変形可能なポケットである。

さらに、噴霧ヘッドが空転している場合に液体のタンクを減圧する代わりに、タンクと噴霧ヘッドを連結するパイプ内に弁を配置することができる。この場合、噴霧ヘッドが空転している場合に弁が閉鎖されることを条件として、タンク内で超過圧力を一定に保つことができる。

図３は、第２の好ましい実施形態に一致する噴霧装置３０を概略的に表し、超過圧力Ｓｈ２は、液柱によってかけられる静圧であり、その高さＨ２は、導入部に表現された典型の高さＨ１よりも高い。

装置３０は、たとえば管状の針などの典型的な噴霧ヘッド４０を備え、その本体４０−１は毛細管を形成し、その毛細管の遠位端４０−２は放出ノズルを形成するように先細になっている。噴霧ヘッド４０は、パイプ４１を介して単一のタンク４２に連結され、そのタンク４２は、噴霧される液体４３を含む。タンク４２は、大気圧Ｐａｔｍに曝され、ここでは、装置の主タンクと噴霧ヘッドに供給する供給タンクの両方を形成する。噴霧ヘッドは、２００ｋＨｚで振動する信号などの信号Ｓｖによって励振される、共振する圧電型変換器４４などの振動手段に機械的に連結される。励振信号Ｓｖは、制御回路ＣＮＴＣＴによって駆動される励振回路ＥＸＣＴによって供給される。

本発明によれば、タンク４２は、タンク内の液体４３の表面が噴霧ヘッドの長手方向軸線から高さＨ２にあるように配置され、高さＨ２は、噴霧ヘッドへの入口でパイプ４１内の液体が、大気圧Ｐａｔｍに関連してｐ＊ｇ＊Ｈ２に等しい超過圧力ｐｈ２を
Ｓｈ１＜ Ｐｈ２ ＜ Ｓｈ２
となるように、すなわち圧力Ｐｒ２に
Ｐａｔｍ ＋ Ｓｈｌ ＜Ｐｒ２ ＜ Ｐａｔｍ ＋ Ｓｈ２
となるように曝されるように選択され、
Ｓｈ１およびＳｈ２は、上述の第１および第２の超過圧力の閾値であり、Ｐａｔｍ＋Ｓｈ１は、第１の超過圧力閾値Ｓｈ１に対応する第１の圧力閾値であり、Ｐａｔｍ＋Ｓｈ２は、第２の超過圧力閾値Ｓｈ２に対応する第２の圧力閾値であり、Ｐｒ２は、噴霧ヘッドへの入口での液体の圧力であり、Ｐｈ２は、大気圧に関連して加えられる超過圧力である（または、一般的に言って、噴霧ヘッドの出口で支配する圧力に関連して加えられる超過圧力はここでは大気圧である）。

また、本発明によれば、電磁弁４５の入力部をタンク４２に連結する第１のパイプ区域４１−１と電磁弁４５の出力部を噴霧ヘッド４０への入口に連結する第２のパイプ区域４１−２との間に、電磁弁４５がパイプ４１内に配置される。電磁弁４０は「常時閉」のタイプであり、制御回路ＣＮＴＣＴによって供給される開閉信号Ｓｇによって駆動される。電磁弁がその間に開いたままになる、非常に短い停止を含む変換器４４の励振モードと関連して下記に述べられるものに従って、電磁弁は、噴霧ヘッドが空転状態である場合に閉じられ（噴霧ヘッドがタンクから分離される）、噴霧ヘッドが振動駆動される場合に回路ＣＮＴＣＴによって開かれる。

空転している場合、噴霧ヘッド４０への入口で液体の超過圧力は０であり、電磁弁は、装置がスイッチを切られていても、下記に述べられる作動待機モードになっていてもタンクに含まれる液体が流れるのを防ぐ。

噴霧ヘッド４０が振動駆動されている場合、噴霧ヘッドへの入口で液体に加えられる超過圧力Ｐｈ２により、たとえば、水溶液またはアルコール溶液など様々な液体に関する噴霧流量を毛細管作用および閾値Ｓｈ１の下の静水学的な超過圧力だけに基づいた動作と比較して大幅に増加させることが可能になる。

別の利点として、超過圧力Ｐｈ２により、液滴の出口速度を、すなわち噴霧ジェットの運動エネルギを上昇させることが可能になり、それは、長さを増加させ、したがって噴霧ジェットの範囲を増加させる効果がある。したがって、５から３０ｃｍ、またはさらにそれ以上の長さを有する噴霧ジェットが得られる。ある種の用途では、これによって、噴霧ジェットを運び、分散させるために、（たとえばファンによって供給される）空気流れを使用しないことが可能になる。

超過圧力Ｐｈ２、液体の粘度、および噴霧ヘッドの性質の範囲に応じて、図３に概略的に点線で表された流れリミッタまたは圧力リミッタ４６を電磁弁４５と噴霧ヘッド４０への入口の間に配置できる。

１つの実施形態では、流れまたは圧力リミッタは、電磁弁と一体化されて、マイクロエンジニアリングの技術によって製造される電磁弁リミッタブロック(solenoid valve-limiter block)を形成する。

これは、調整可能な内径を有する毛細管、または液体の流れが流量を制限する圧力損失を生じる動的制御の流量調整器などの、調整され、またはパラメータで表すことのできる毛細管効果の流れリミッタであることができる。これは、たとえば、噴霧ヘッドへの入口での超過圧力を閾値Ｓｈ２の下に維持することを可能にするニードルおよびばね調整器などの圧力調整器であることもできる。

そのような流れまたは圧力リミッタにより、パイプの中の流れを噴霧ヘッドの噴霧容量に対応する値に調整することが可能になり、タンクと噴霧ヘッドの間に、非常に小さくない内径と、同様に非常に小さくない電磁弁の開口表面（それは、どのような流れリミッタまたは圧力リミッタもない場合にあまりにも大きくなる）とを有するパイプを設けることが可能になる。別の利点は、流量が噴霧ヘッドによって確立された制限を超えることなく電磁弁が開くとすぐに、噴霧ヘッドに存在する液体に超過圧力が急速に及ぼされることである。

液体の加圧および流量の調整は、噴霧ヘッド４０の噴霧容量に適合されなければならない。これらの条件が満たされる場合、得られる噴霧流量は、典型的な液体供給によって得られる流量よりも１０から２０倍大きくすることができる。例として、０．６ｍｍの内径、２００ ｋＨｚでの振動駆動、および１，２００Ｐａ（すなわち大気圧の約１．２％）の超過圧力Ｐｈ２の噴霧ヘッドの場合、噴霧流量は、単純な毛細管作用による０．５ｍｇ／ｓの代わりに５０ｍｇ／ｓに達する可能性がある。噴霧された滴は、下記に述べられるより速い流量のある種の条件で１０から５０マイクロメートル程度、またはそれ以上の直径を有する。

本発明の別の利点は、停止した場合および動作中の両方において、タンク内の液体の動き（タンクの傾斜または振動）に耐える噴霧器を製造することが可能になることである。実際に、液体の高さＨ２は、タンク４２の底部と噴霧ヘッド４０の長手方向軸との間の高さｈ１と、タンク４２の液高さｈ２の合計と等しいことが図３で理解できる。次に、閾値Ｓｈ１とＳｈ２の間の超過圧力、たとえば、１，０００Ｐａから３，０００Ｐａ程度の超過圧力を得ることは、水溶液またはアルコール溶液の場合に１００から３００ｍｍ程度の高さＨ２を有することを意味する。これらの条件において、液体の動きおよび液体の漸進的な消費による高さｈ２の変動によって、超過圧力Ｐｈ２が閾値Ｓｈ２をこえることにならないように、どのような場合においても、そのような変動が高さｈ１に関して無視できるように、タンクの形状は、その高さよりも大きくなるように選択できる。実際には、高さｈ２は、高さｈ１の１／５よりも低くなることが好ましい。

ここで、流れまたは圧力リミッタを設けることから生じる別の利点は、たとえば液体がタンク内に移動する場合の高さｈ２の変動、または液体が温度上昇に曝される場合のタンク内の液の拡張による超過圧力の変動が、液体に及ぼされる超過圧力に関してよりいっそう無視できるように、噴霧ヘッドへの入口での超過圧力閾値Ｓｈ２を超えることなく、流れまたは圧力リミッタから上流の、パイプへの入口での超過圧力をたとえば、３，０００Ｐａから５，０００Ｐａのよりいっそう高い値にできることであることが留意されるであろう。

１つの実施形態では、タンク４２は、たとえばラックピニオンシステムなどの高さ調整可能な固定システムによって維持され、それによって、（個々の液体の密度が異なる可能性があるので）製造者によって設けられた高さｈ１を調整するために調整用の計算盤を参照することにより、使用者が使用される液体に応じて高さＨ２を調整できるようにする。高さｈ１の調整は、意図された用途による定められた流量をプログラムできるように電気的に制御されたラックを設けることにより、マイクロプロセッサによって制御することもできる。この場合、高さ／流量比率の計算盤が、各タイプの液体に関してマイクロプロセッサのプログラムメモリに保存することができる。１つの実施形態では、タンクは機械的または電子的に調整可能な検出閾値を有するレベル検出装置を備える。最後に、本発明により、噴霧ヘッドに供給する中間のタンクを設けることがもはや必須ではないので、噴霧器の構造を単純化することも可能になる。しかし、当業者は、本発明が、特に液体を再充填するカートリッジを使用することを可能にするために、中間のタンクを設けることを排除せず、それによって、装置の構造を合理化する目的で、またはさらに、これらのタンクを装置の構造そのものの外側に置くために、噴霧ヘッドに液体を供給する液体供給タンクと別個の主タンクを形成することに留意するであろう。したがって、１つの実施形態では、噴霧ヘッドに供給するタンクの下に外部タンクが配置され、噴霧ヘッドに供給するタンクは、ポンプまたは液体を注ぐ任意のその他の手段によって（たとえば、外部タンクを加圧することによって）液体を再充填される。

（本発明の第２の実施形態）
浄化、脱臭、もしくは消毒する製品、または香水を噴霧することを伴う用途では、長い停止によって分離された短い噴霧サイクルが一般に定められる。噴霧サイクルの継続時間は一般に、約百ミリ秒から数百ミリ秒のものであり、数秒以上であることはほとんどない。停止の継続時間は一般に、サイクルの継続時間よりもはるかに長く、しばしば数十秒から数十分である。

この目的のために、典型的な噴霧器の制御回路は、図３Ａに表わされるテンプレート信号Ｓｅを定め、それはたとえば、噴霧ヘッドが振動駆動されなければならない場合に噴霧サイクルの継続時間を表す時間ｔ１の間、１の状態であり、噴霧ヘッドが空転しなければならない場合に停止の継続時間を表す時間ｔ２の間０の状態になる。また、以前の手法では、図３Ｂに示されるように、励振信号Ｓｖが噴霧サイクルの継続時間ｔ１の間全体に、変換器４４に加えられ、したがってそのサイクルは「連続的な噴霧サイクル」に本質がある。

本発明は、ここで、同じく非常に短い空転期間によって分離された、非常に短い噴霧期間を提供することにより、噴霧される液体、特に様々なにおいおよび芳香で活性の物質を拡散するのに使用される平均噴霧流量、特にアルコール溶液の平均噴霧流量を大幅に増加させることが可能になるという所見に基づいている。したがって、本発明によれば、噴霧サイクルは、励振信号Ｓａのパルス列を変換器４４に加えることによって、複数の非常に短い噴霧期間に細分される。用語を単純化するために、非常に短い噴霧期間を噴霧の「微小のサイクル」（または変換器励振の微小のサイクル）と呼び、それに対応する非常に短い空転期間を「微小の停止」と呼ぶ。

噴霧サイクルおよび微小のサイクルの継続時間を制御するために、本発明（図３）による装置３０の回路ＣＮＴＣＴおよびＥＸＣＴは、図４Ａに表わされるテンプレート信号Ｓｅ、および図４Ｂに表されるサブテンプレート信号Ｓｓｅを使用する。噴霧サイクルの時間ｔ３の間、信号Ｓｅは１の状態であり、停止の時間ｔ４の間、０の状態である。信号Ｓｓｅは、信号Ｓｅが０の状態の場合０の状態であり、信号Ｓｅが１の状態の場合１の状態の一連の方形波を有する。１の状態の方形波は、噴霧の微小のサイクルの継続時間に対応する継続時間ｔ５を有し、時間間隔ｔ６によって分離され、その間、信号Ｓｓｅは微小の停止に対応して０の状態である。継続時間ｔ５およびｔ６は同一であり、たとえば、それぞれ５０ミリ秒であることができる。図４ｃに示されるように、励振信号Ｓｖは、信号Ｓｓｅが１の状態の場合に変換器４４に加えられ、信号Ｓｓｅが０の状態の場合に変換器に加えられない。それぞれの継続時間ｔ６の微小の停止の間、液体４３は、噴霧ヘッドが再び駆動される場合、噴霧ヘッドが流れの限界まで液体を大幅に「最充填」され、次の噴霧の微小のサイクルの間、噴霧される液体の量が、以前の手法による連続的な噴霧サイクルにわたって同じ時間間隔の間、噴霧される量よりも多くなるように、噴霧ヘッドに流れ込み続ける。

したがって、そのような細分された噴霧が、低い表面張力の液体（たとえば、エタノール）、または水よりも高い粘度を有する、パイプ内でより遅く伝わる（特にジプロピレングリコールなどの重質のアルコールなどの）液体の場合に特に有利である。

一般的に言って、この噴霧方法により、流量および液滴の寸法の減少の両方の点から噴霧プロセスの効率を向上させることが可能になる。

したがって、変換器４４の所与の励振時間の間に噴霧される液体の量は、この励振時間が噴霧ヘッドに連続的に適用された場合よりも、この励振時間が微小なサイクルに細分された場合に高くなる。当業者は、微小な停止が所与の量の液体を噴霧するための全体の時間を延長するので、単位時間当たりの平均流量が必ずしも増加しないことに留意するであろう。しかし、「励振時間の単位」当りの平均流量、すなわち変換器４４の同じ励振時間の間に噴霧される液体の量が上昇する。

より良く理解するために、図４Ａから図４Ｃに表されるように、継続時間ｔ３の細分された噴霧サイクル中に噴霧される液体の量が、図３Ａ、３Ｂに表されるように、継続時間ｔ１の典型的な連続的な噴霧サイクル中に噴霧される液体の量と同一になるように、本発明による噴霧方法を実施することが望まれることが想定されるであろう。この場合、比率ｔ３／ｔ１は、下記の関係によって与えられる。
ｔ３／ｔｌ ＝ ［ （ｔ５＋ｔ６） ／ｔ５］ ／ （Ｄ２／Ｄ１）
その場合、項「（ｔ５＋ｔ６） ／ｔ５」は、サブテンプレート信号Ｓｓｅの継続時間ｔ５＋ｔ６と微小サイクルの継続時間ｔ５との間の比率であり、微小のサイクル中の液体の平均流量が連続的な噴霧サイクル中の液体の平均の流量に等しい場合、微小の停止を考慮に入れるようになされる必要があるサイクル時間の修正を表す。項Ｄ２／Ｄ１は、微小のサイクル中の「励振時間の単位」当りの平均流量Ｄ２と、連続的な噴霧サイクル中の「励振時間の単位」当り平均流量Ｄ１との間の比率であり、本発明によってもたらされる利点を示す。

したがって、たとえば、継続時間ｔ１の連続的な噴霧サイクルを１（ｔ５＝ｔ６）のデューティーサイクルを有する微小サイクルに細分することは、原則的に、細分された噴霧サイクルの継続時間ｔ３が、２＊ｔ１に等しくなるようにサイクルの継続時間に２をかけることによって相殺される。しかし、噴霧ヘッドの流量が改善されると、項Ｄ２／Ｄ１が、たとえば１．５に等しくなるなど、１より大きくなり、同じ容量の液体が噴霧されるように、細分された噴霧サイクルの継続時間ｔ３が、（２／１．５） ＊ｔ１に等しくなる。

さらに、噴霧される液体の量が、多くの噴霧サイクルをカバーする長期間にわたって一定になるように望まれることを想定すると、サイクルの周期性が一定（ｔｌ＋ｔ２ ＝ ｔ３＋ｔ４）に保たれるように、最初の継続時間ｔ２に関連してｔ３−ｔ１に等しい継続時間によって、細分された噴霧サイクルの間の停止の継続時間ｔ４が短縮される。

最後に、消費される電気の量が噴霧ヘッドの励振時間に比例するので、本発明による噴霧方法により、噴霧ヘッドの性能、すなわち所与の消費される電気の量に関して噴霧される液体の量を改善することが可能になる。したがって、本発明は噴霧装置がバッテリまたは単電池（ｃｅｌｌ）駆動の場合、その装置の自立性を向上させることが可能になる。

本発明による噴霧方法の別の利点は、細分されたサイクルでの所与の量の液体の噴霧中の変換器４４の平均の温度上昇が、連続的なサイクルでの同じ量の液体の噴霧のための変換器の温度上昇よりも明らかに低くなるように、微小の停止により変換器４４を冷却することが可能になることである。

本発明のこの第２の実施形態が、本発明の第１の実施形態から独立に、すなわち噴霧ヘッドへの入口で液体に超過圧力Ｐｈ２を加えることなく、実施できることが当業者によって理解されるであろう。実験に基づく所見によれば、細分された噴霧の平均流量は、水／アルコールの組合せ（たとえば、水／エタノールまたは水／ジプロピレングリコールなど）によって、および噴霧ヘッドに水を供給する典型的な条件において、連続的な噴霧での平均流量と比較して２０％から５０％だけ増加される。

しかし、この本発明の第２の実施形態は、それぞれの利点を結びつけるように、本発明の第１の態様と有利に結びつけることができる。この場合、電磁弁４５は、微小の停止中に開いたままになり、液体４３が微小の停止中に噴霧ヘッドに流れ込むことができるように、細分された噴霧サイクルの最後にのみ再び閉じられ、その停止の継続時間は、液体に加えられた超過圧力によりさらに短くなるように選択される。

図５は、制御回路ＣＮＴＣＴおよび励振回路ＥＸＣＴの実施形態の例を概略的に示す。

回路ＣＮＴＣＴは、マイクロプロセッサＭＰ、アプリケーションプログラムがその中に保存されるプログラムメモリＰＭＥＭ、クロック信号発生装置ＣＫＧＥＮ、およびたとえば噴霧器を始動または停止するためにマイクロプロセッサＭＰと外界との間を接続する回路ＩＣＴを備える。発生装置ＣＫＧＥＮは、マイクロプロセッサにクロック信号Ｈ０を供給する。ここで回路ＩＣＴは、手動の入／切スイッチＳＷ１、および本発明の第３の態様によれば、噴霧器を下記に述べる作動待機状態に切り替えるのに使用される手動スイッチＳＷ２を備える。回路ＩＣＴから来る信号は、マイクロプロセッサのポートＰ１、Ｐ２に加えられる。後者は、電磁弁４５を制御する制御信号Ｓｇを供給するポートＰ３、およびテンプレート信号Ｓｅ（図４Ａ）を供給するポートＰ４も備える。マイクロプロセッサの別のポートはさらに、噴霧ジェットを分散させるために供給される（図示されない）ファンを制御する制御信号を供給する働きをすることもできる。

回路ＥＸＣＴは、２つの周波数分割器回路ＤＩＶ１、ＤＩＶ２、２つの入力Ａ１、Ａ２を備えるＡＮＤ論理ゲート、およびここでは、圧電変換器４４（図３）の仕様に一致する電圧Ｖ１およびＶ２によって電源供給される演算増幅器ＡＭＰである電圧アダプタを備える。周波数分割器ＤＩＶ１、ＤＩＶ２は、出力周波数およびデューティーサイクルの両方においてマイクロプロセッサによってプログラム可能である（マイクロプロセッサに伴う機能リンクは、点線での矢印によって図式化されている）。分割器ＤＩＶ１は、クロック信号ＨＯを受け取り、たとえば２００ｋＨｚで変換器４４を励振するための励振周波数で振動する信号Ｈｖを供給するマイクロプロセッサによってプログラムされる。信号Ｈｖは、ゲートＡ２の入力に加えられ、分割器ＤＩＶ２の入力のところで加えられる。後者は、ロジック方形波によって形成される信号Ｈｓｅを供給するためのマイクロプロセッサによってプログラムされ、その継続時間およびデューティーサイクルの性質は、サブテンプレート信号Ｓｓｅ（図４Ｂ）に対して所望された性質と同一である。信号Ｈｓｅおよびテンプレート信号Ｓｅは、ゲートＡ１の入力に加えられ、その出力は、サブテンプレート信号Ｓｓｅを供給する。したがって、信号Ｓｓｅは、信号Ｓｅが１の状態の場合に信号Ｈｓｅをコピーし、信号Ｓｅが０の状態の場合に０にされる。信号Ｓｓｅは、ゲートＡ２の第２の入力に加えられ、その出力は、論理信号Ｓｖ１を供給する。信号Ｓｖ１は、増幅器ＡＭＰの入力に加えられ、その出力は、信号Ｓｖを供給する。したがって、信号Ｓｖは、信号Ｈｖの周波数で振動する信号であり、そのエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）はサブテンプレート信号Ｓｓｅに従い、その増幅度は、信号Ｈｖが１の状態の場合Ｖ１に等しく、信号Ｈｖが０の状態の場合Ｖ２に等しい。一般に、電圧Ｖ１およびＶ２は、使用される圧電変換器のタイプに応じて、＋２０Ｖおよび−２０Ｖ、または＋４０Ｖおよび０Ｖ（グランド）である。

スイッチＳＷ２が作動待機位置に切り替えられた場合、マイクロプロセッサＭＰは、たとえば３０分の非常に長い停止によって分離される、変換器４４にたとえば５０から１００ミリ秒の非常に短い励振の微小サイクルを加える。そのような作動待機モードの利点は、それによって大量の液体を消費せず、かつ多くのエネルギを使用せずにそれが噴霧ヘッド４０の端部（図３の放出ノズル４０−２）が周期的に濡れるようにすることが可能になることである。それによって、噴霧ヘッドの乾燥が防止され、液体の消費の点で噴霧器の自立性を保つことが可能になるが、消費される電気エネルギの点でも噴霧器がバッテリまたは単電池によって電力供給される場合、この点は重要である。

図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、電磁弁の制御に関連する本発明の１つの態様を示し、それぞれ、テンプレート信号Ｓｅ、サブテンプレート信号Ｓｓｅ、および電磁弁を制御する制御信号Ｓｇを表し、ここでは電磁弁を開かなければならない場合に１に設定される。本発明のこの態様によれば、制御回路ＣＮＴＣＴは、テンプレート信号Ｓｅによって定められるような噴霧サイクルの終わりの前に、すなわちテンプレート信号Ｓｅが０に変わる前に、経過時間ｄｔ１の間電磁弁を閉じる（信号Ｓｇは０に設定される）。経過時間ｄｔ１は、たとえば、最後の噴霧の微小サイクル（信号Ｓｓｅが１の状態）が行われる間パイプがこれ以上液体を供給されないように、１０から１００ミリ秒程度である。そのような早期の閉鎖の効果は、少なくとも部分的に噴霧ヘッドを空にし、かつ変換器の励振が止まった場合に誤った滴が形成されるのを防ぐことであり、本発明の第２の態様とは独立に、すなわち噴霧サイクルが細分されたかどうかにかかわらずもたらされる。

同様にして、噴霧サイクルの始めには、電磁弁を開く前に、制御回路ＣＮＴＣＴによって、経過時間ｄｔ２が経過できるようにする。これによって、液体が励振の開始のところで流れるのを防ぐように、液体が噴霧ヘッドに達する前に、噴霧ヘッドを安定した振動状態にもっていくことが可能になる。

本発明の様々なその他の別の実施形態が可能であることが、当業者によって理解されるであろう。特に、噴霧の微小のサイクルおよび微小の停止の継続時間は、１ミリ秒から数十ミリ秒に変えることができる。これらの継続時間は、使用者が噴霧器に導入される液体の性質および所望の噴霧流量を特定することを使用者に示唆するように、製造業者によってプログラムメモリＰＭＥＭ内に保存された計算盤に従って制御回路ＣＮＴＣＴのマイクロプロセッサＭＰによってプログラムすることができる。この目的のために、インターフェース回路ＩＣＴは、上述されたものよりも複雑であり、単純なスイッチでなく電子インターフェース手段を備えることができる。この回路は、たとえばモデムを介して遠隔式に動作させることもできる。最後に、内部制御信号として上記に述べられた信号ＳｅおよびＳｓｅは、サイクルの継続時間がサブプログラムによって計測される場合、ソフトウェア変数であることができる。

たとえば、欧州特許出願第ＥＰ０７１４７０９号に記載されるような液体を噴霧する噴霧装置の生産、またはオドピーク(odor peaks)を放出する数個の噴霧ヘッドの組合せを備える、国際出願第００／７８４６７号パンフレットに記載された装置の生産などの、本発明の異なる適用を行うことができる。

上述した典型的な噴霧装置を概略的に示す図である。 図１の装置の上述した周知の別の実施形態を示す図である。 本発明による噴霧装置を概略的に示す図である。 以前の慣例による噴霧サイクルの制御に伴う電気信号を表す図である。 以前の手法による噴霧サイクルの制御に含まれる電気信号を表す図である。 本発明による噴霧サイクルの制御に伴う電気信号を表す図である。 本発明による噴霧サイクルの制御に伴う電気信号を表す図である。 本発明による噴霧サイクルの制御に伴う電気信号を表す図である。 図３のブロック形式に表される制御および励振回路の構造を概略的に表す図である。 図４Ａと同様の図である。 図４Ｂと同様の図である。 本発明による噴霧サイクルの制御に伴う電気信号を表す図である。

符号の説明

１０ 装置
２０ 噴霧ヘッド
２０−１ 毛細管
２０−２ 放出ノズル
２１ 中間のタンク
２１´ 中間のタンク
２２ 噴霧される液体
２２−１ メニスカス
２２−２ 液滴
２３ レベル検出器
２４ 主タンク
２４´ 主タンク
２５ パイプ
２６ パイプ
２６´ パイプ
２７ 電気ポンプ
２７´ 補助パイプ
２８ 圧電型変換器
３０ 装置
４０ 噴霧ヘッド
４０−１ 本体
４０−２ 遠位端
４１ パイプ
４１−１ 第１のパイプ区域
４１−２ 第２のパイプ区域
４２ タンク
４３ 液体
４４ 圧電型変換器
４５ 電磁弁
４６ 圧力リミッタ

Claims (18)

1. 液体を噴霧する装置であって、
   液体を放出する毛細管およびノズル、ならびにパイプによって噴霧ヘッドに連結された、前記噴霧ヘッドに液体を供給する液体供給タンクを備える噴霧ヘッドと、
   前記噴霧ヘッドが噴霧ジェットで液体の液滴を放出するように、前記噴霧ヘッドを振動駆動する振動手段、および前記振動手段に励振信号を加える励振手段と、
   前記噴霧ヘッドが振動駆動されない場合に、それより上で前記液体が前記噴霧ヘッドを通って流れる第１の圧力閾値より高く、前記噴霧ヘッドが振動駆動される場合に、それより上で前記液体が前記噴霧ヘッドを通って流れる第２の圧力閾値より低い圧力を噴霧サイクル中に前記噴霧ヘッドへの入口で前記液体に加える手段と、を備えることを特徴とする装置。
2. 前記噴霧ヘッドへの入口で、大気圧に対して１，０００Ｐａから３，０００Ｐａ程度の超過圧力が前記液体に加えられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の閾値よりも高く、前記第２の閾値よりも低い圧力を加える前記手段が液柱を備え、その高さが、前記タンク内の液体の高さ、および前記タンクの底部と前記噴霧ヘッドの間の高さの合計に等しいことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記タンクの形状が、前記タンク内の前記液体の最高の高さが前記タンクの前記底部と前記噴霧ヘッドの間の高さの５分の１より少ないようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記第１の閾値よりも高く、前記第２の閾値よりも低い圧力を加える前記手段が、前記噴霧ヘッドに液体を供給するために、前記液体供給タンクに存在する前記液体を加圧する手段を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
6. 前記噴霧ヘッドに液体を供給する前記タンクが、押しつぶされる変形可能なポケットであることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記タンクと前記噴霧ヘッドの間のパイプに配置された流れまたは圧力リミッタを備えることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の装置。
8. 前記第１の閾値よりも高く、前記第２の閾値よりも低い圧力を加える前記手段が、
   前記タンクと前記噴霧ヘッドの間の前記パイプ内に配置された弁と、
   前記噴霧ヘッドが振動駆動されない場合に前記弁を閉じ、前記噴霧ヘッドが振動駆動される場合に前記弁を開けるように前記弁を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の装置。
9. 前記流れまたは圧力リミッタが、前記弁に一体化されることを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の装置。
10. 停止によって中断される噴霧サイクルを定めるように、励振手段を制御する制御手段を備え、その停止中には前記励振信号が前記振動手段に加えられず、その場合に前記制御手段が、噴霧サイクルを微小の停止によって分離される複数の噴霧の微小のサイクルに細分するように構成され、その微小の停止中には前記励振信号が前記振動手段に加えられないことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記励振手段を制御する前記制御手段が、１００ミリ秒から数秒程度の継続時間の噴霧サイクルを定めるように構成され、１ミリ秒から数十ミリ秒程度の継続時間の噴霧の微小サイクルを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記励振手段を制御する前記制御手段が、前記噴霧サイクルの前記継続時間よりも長い継続時間の停止のために前記噴霧サイクルを中断するように構成されることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の装置。
13. 前記弁を制御する前記制御手段が、前記微小の停止中に前記弁を閉じないことを特徴とする請求項８、および請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載の装置。
14. 前記弁を制御する前記制御手段が、前記噴霧ヘッドが振動を止める前にその手段が含む前記液体の全部または一部を空にするように、噴霧サイクルが終わる前に前記弁を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項８、および請求項１０から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記噴霧ヘッドを周期的に濡らすように、前記微小サイクルの前記継続時間よりも少なくとも１，０００倍長い継続時間の停止によって分離される、噴霧の微小サイクルを含む作動待機モードに切り替えるスイッチ手段を備えることを特徴とする、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の装置。
16. 前記噴霧ヘッドに液体を供給する前記タンクの下に配置された主タンク、および前記主タンクからの液体を、前記噴霧ヘッドに液体を供給するタンクに注ぐ手段を備えることを特徴とする、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の装置。
17. 空気を加湿または冷却する目的で、あるいは浄化、脱臭、もしくは消毒する製品、または香水、またはこれらの製品の組合せを空気内に拡散させる目的で、空気内に液体を噴霧するように装置が構成されることを特徴とする、請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の装置。
18. 前記噴霧ジェットを拡散させる通気手段を備えることを特徴とする、請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載の装置。

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