JP2020081995A - 噴霧ノズル - Google Patents

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【課題】粗い粒子の霧を、空気を混入せずに作り出せるようにして空気孔に起因した不具合を生じさせないようにした噴霧ノズルを実現して提供する。【解決手段】ストレート孔2aと先細テーパの孔2bを有する本体2と、旋回中子3と、本体2を固定するユニオンナット4を有する噴霧ノズルである。旋回中子3は、ねじれ通路孔7を複数備える旋回流生成ピース5と通過流量を決める通路孔6aを備えた流量調整板6とからなり、噴霧対象の液体が、通路孔6a、ねじれ通路孔7、先細テーパの孔2bに順を追って流れ、空気混入無しで粗い霧が生成されて噴射されるものになっている。【選択図】図2

Description

この発明は、栽培植物に対して水などの液体を散布、供給するための噴霧ノズル、中でも、空気を混入せずに空気混入型のノズルと同様に、液体を比較的粗い粒子の霧にして噴射することを可能にした噴霧ノズルに関する。
液体を霧化して噴射する噴霧ノズルの従来例として、例えば、下記特許文献1に示されたもの(同文献の図1参照)がある。その噴霧ノズルの詳細を図14に示す。
図14の噴霧ノズル20は、軸心部に液体通路22を有するホルダ21と、そのホルダ21の先端に配置する噴板23と、その噴板23をホルダ21に固定するキャップ24と、ホルダ21と噴板23との間を封止するシール部材25を有する。
また、ホルダ21で保持して前記噴板23とホルダ21との間に配置する流体衝突部26aを備えた遮板26と、オリフィス28を有するオリフィス板27と、液体を供給する噴管(図示せず)に螺合させて前記噴管にホルダ21を固定するユニオンナット29をさらに備えたものになっている。
ホルダ21の根元側には、外部に通じた空気孔30が設けられている。この噴霧ノズル20は、オリフィス板27のオリフィス28から噴き出す液体と空気孔30を通して外部から吸い込まれた空気がホルダ21の液体通路22内で混合され、空気の混入された流体が遮板26に衝突して流体衝突部26aの周囲の穴から遮板26の前方に流れ、噴板23の中心の噴孔23aから外部に噴射される。
図示の噴霧ノズル20の空気孔30は、粒子径の大きい(粗い)霧を作り出す目的で設置されている。液体と空気を噴出する直前に混入することで、粒子径の大きい霧を作り出している。
農薬などの薬剤は、微粒子の霧にして噴射されるが、液体肥料や水などの供給では、平均粒子径が例えば500μmを超えるような比較的粗い粒子の霧にして噴射する方法が多用されている。
微粒子の霧の噴射に比べて粒子径の粗い霧の噴射は、噴射距離を長くとることができ、また、液体を目標箇所に集中させて効率的に供給することができ、散布の効率化面で有利である。
特開2018−51427号公報
液体を粗い霧にして噴射する従来の噴霧ノズルは、液体に空気を混入することで霧の粒子径を大きく(粗く)している。
そのために、ホルダに対する空気孔の設置が不可避であるが、空気孔のある噴霧ノズルは、空気孔からノズルの内部に異物が入り込んで空気の吸い込みが悪化することが考えられる。
空気の吸い込みが悪いと、噴霧対象の液体に対する空気の混入状態が乱れ、良好な噴射がなされなくなる。
また、ノズルの内部に入り込んだ異物によって噴板の中心の噴孔が塞がれることも考えられ、このときには、ノズルの先端部まで移動した液体が逆流して前記空気孔から外部に漏れ出す。
この発明は、上記の現状技術に鑑みてなされたものであって、粗い粒子の霧を空気を混入せずに作り出せるようにして空気孔に起因した不具合を生じさせないようにした噴霧ノズルを実現して提供することを課題としている。
上記の課題を解決するため、この発明においては、下記の噴霧ノズルを提供する。その噴霧ノズルは、
ストレート孔と、そのストレート孔の先端に連なる先細テーパの孔とを有する筒で構成された本体と、この本体の前記ストレート孔に組み込まれる旋回中子と、前記本体を噴管の端末に固定するユニオンナット(キャップ)を有し、
前記旋回中子は、同一方向に傾いたねじれ通路孔を軸心と同心の円上に複数備える旋回流生成ピースと、その旋回流生成ピースの前記ねじれ通路孔の入口側に配置される流量調整板とからなり、
前記流量調整板は、液体の単位時間当たりの通過流量を決める通路孔を各々のねじれ通路孔に対応させた位置に備え、
噴霧対象の液体が、前記通路孔、前記ねじれ通路孔、前記先細テーパの孔に順を追って流れるように構成されている。
前記旋回流生成ピースは、複数個の分割ピースを軸方向に重ねて構成したものが好ましい。
また、前記流量調整板が、前記旋回流生成ピースとの合わせ面に断面非円形の凸部を有し、その凸部を前記旋回流生成ピースの後面に形成した嵌合用の凹部に圧入して前記流量調整板の保持を前記旋回流生成ピースで行なうのも好ましい。
この発明の噴霧ノズルは、噴霧対象の液体が前記複数のねじれ通路孔を通過して旋回流(螺旋状の渦流)となり、その旋回流となった各々のねじれ通路孔からの液体が前記先細テーパの孔内で衝突合流して前記先細テーパの孔の先端から外部に噴射される。
各々のねじれ通路孔を通過して旋回流となった液体は、本体の孔が先細テーパになっていることから、本体の先端に向かうに従って旋回径が縮小し、これにより、隣り合う旋回流が移動の途中に衝突して合流する。
その衝突・合流が起こることで、空気を混入しなくても液体が粗い粒子の霧となって噴射される。
前記ねじれ通路孔は、前記旋回流生成ピースの最外周部よりも軸心側に偏った位置に設ける。そのねじれ通路孔に換えて一方向にねじれたねじれ溝を前記旋回中子の外周面に複数設けたものは、微細な粒子の霧が生成されてその霧が円錐状に拡散して噴射される。
ねじれ通路孔を旋回流生成ピースの径方向途中に設けた旋回中子を採用した噴霧ノズルでは粗い粒子の霧が生成され、また、ねじれ溝を外周に設けた旋回中子では微細な粒子の霧が生成されるのは、旋回中子を通過した液体の流れ方と衝突・合流の仕方の違いによるのではないかと推測される。
前記ねじれ溝を通って旋回流となった液体は、前記先細テーパの孔の内周面に添って移動して合流する。これに対し前記ねじれ通路孔を通って旋回流となった液体は、前記先細テーパの孔の内周面から離れた位置で旋回しながら流れて合流する。
この流れ状態の相違と、流れる位置の相違により、生成される霧が微細な粒子になったり粗い粒子になったりすると思われる。
なお、複数個の分割ピースを軸方向に重ねて構成した旋回流生成ピースは、前記ねじれ通路孔が軸方向に分割されるので、旋回流生成ピースの軸方向寸法が大きくなっても金型によるねじれ通路孔の成形が容易に行なえる。
金型のねじれ通路孔成形部が長すぎると、そのねじれ通路孔成形部の破損や成形体からの抜き取り不能の問題が生じるが、分割ピースを複数個組み合わせた旋回流生成ピース
では、その問題が起こらない。
また、前記流量調整板を旋回流生成ピースで保持するものは、流量調整板と前記旋回流生成ピースを一体の部品として取り扱うことができ、噴管に対する噴霧ノズルの着脱がしやすい。
流量調整板の保持具を別途設ける必要もなく、噴霧ノズルの構造の簡素化も図れる。
この発明の噴霧ノズルの一形態を示す断面図である。 図1の噴霧ノズルの使用例を示す断面図である。 図1の噴霧ノズルに採用した旋回中子を前面側から見た斜視図である。 図1の噴霧ノズルに採用した旋回中子を後面側から見た斜視図である。 図1の噴霧ノズルに採用した旋回中子の平面図である。 図1の噴霧ノズルに採用した旋回中子の底面図である。 図1の噴霧ノズルに採用した旋回中子の分解斜視図である。 図1の噴霧ノズルに採用した旋回中子を、その中子の一部を切り欠いた状態にして示す斜視図である。 粒子径の細かな霧を生じさせる旋回中子の斜視図である。 図9の旋回中子を図1の噴霧ノズルの本体と組み合わせた噴霧ノズルの斜視図である。 図1の噴霧ノズルによる粗い霧の噴射パターンを示す写真である。 図9の噴霧ノズルによるきめ細かな霧の噴射パターンを示す写真である。 旋回中子を外したときの噴射パターン(直射)を示す写真である。 空気混入型噴霧ノズルの従来例を示す断面図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面の図1〜図8に基づいて説明する。この発明の噴霧ノズルの一形態を図1に示す。同図の噴霧ノズル1は、本体2と、旋回中子3と、ユニオンナット(キャップ)4を組み合わせたものになっている。
ユニオンナット4は、本体2を噴管(図示せず)の端末の管継手11(図2参照)に固定するものである。
本体2は、内径の一定したストレート孔2aと、そのストレート孔2aの先端に連なる先細テーパの孔2bを有する筒(図のそれは、後方の円筒部と、先端側の切頭円錐部とからなる筒)で構成されている。前記ストレート孔2aは、前記円筒部の内側にあり、そのストレート孔2aに旋回中子3が組み込まれる。本体2には、外部から空気を導入する空気孔は存在しない。
前記円筒部の後端外周には、ユニオンナット4を係止させる鍔2cが設けられ、さらに、その鍔2cの後面には、内端がストレート孔2aに開放する係止用凹部2dが設けられている。
係止用凹部2dは、ストレート孔2aの軸心を基準にして2個が対称位置に設けられている。
旋回中子3は、旋回流生成ピース5と流量調整板6とで構成されている。
旋回流生成ピース5は、同一方向に傾いたねじれ通路孔7を軸心と同心の円上に複数個有する。例示の旋回流生成ピース5には、計4個のねじれ通路孔7が周方向に定ピッチで設けられている。
ねじれ通路孔7は、噴霧ノズル1のサイズによっては、その数が2個でも設置の効果が現れる。そのねじれ通路孔7は、その数を適宜に増やすことができるが、スペース面での設置制約があるので、1つの噴霧ノズルに対する設置数の上限は10個程度になると思われる。
例示の旋回流生成ピース5は、2個の分割ピース5−1、5−2を軸方向に重ねたものになっている。このように、1つの旋回流生成ピース5を、軸方向に切り離された複数個の分割ピースで構成すると、ひとつの旋回流生成ピース5に設けるねじれ通路孔7が軸方向に複数に分断される。そのために、各々の分割ピースに設ける分断されたねじれ通路孔の金型による成形を、加工規制を受けずに行なうことができる。
分割ピース5−1、5−2は、両分割ピースの合わせ面の片方(図は分割ピース5−2の前面)の中心に設けた締結用の突起5aと複数の位置決めピン5bを、前記合わせ面の他方(図は分割ピース5−1の後面)に対応させて設けた凹部5cとピン孔5dに嵌合させて一体に連結される。
突起5aの凹部5cに対する嵌合と、位置決めピン5bのピン孔5dに対する嵌合は、共に圧入によってなされているが、位置決めピン5bのピン孔5dに対する嵌合は、締り嵌めでなくてもよい。
分割ピース5−1の前面の中心部には、円柱5eが突出して設けられている。その円柱5eは、ねじれ通路孔7の各々を通り抜けた液体の、通り抜け直後の合流を阻止する働きをする。
前記円柱5eが中心部にあると、ねじれ通路孔7を通り抜けた液体は、円柱5eの表面に添って旋回しながら流れ、ねじれ通路孔7を通過するときに受けた旋回力を弱めずに維持する。
これにより、隣り合うねじれ通路孔7を通り抜けた液体の移動中の衝突が効果的になされ、低吐出圧のときにも液体が粗い粒子の霧となってノズルから噴出される。
分割ピース5−1の後端外周には、本体2に設けた係止用凹部2dに対応させた突起5fが設けられている。その突起5fを係止用凹部2dに入り込ませることで、ストレート孔2aの内部における旋回中子3の回転が阻止されるようになっている。
流量調整板6は、ねじれ通路孔7の入口側(旋回流生成ピース5の後方)に配置される。この流量調整板6は、小径の通路孔6aを複数個有する。
各々の通路孔6aは、液体の単位時間当たりの通過流量を決めるオリフィスに似た孔であって、各々のねじれ通路孔7に対応させた位置に設けられている。その通路孔6aの通路断面積は、ねじれ通路孔7の断面積よりも小さい。
例示の流量調整板6は、旋回流生成ピース5で保持するものになっている。図示の流量調整板6には、旋回流生成ピース5との合わせ面に断面非円形(図のそれは角軸)の凸部6bが形成されている。
また、旋回流生成ピース5の分割ピース5−2には、前記凸部6bに対応させた嵌合用の凹部5gが形成されており、その凹部5gに凸部6bを圧入することで、流量調整板6の保持が旋回流生成ピース5によってなされるようになっている。
流量調整板6に設けた通路孔6aは、凹部5gに凸部6dを圧入したときに旋回中子3のねじれ通路孔7に連通するところに位置決めされる。
なお、図6からわかるように、流量調整板6に設けた通路孔6aは、ねじれ通路孔7の片方のねじれた側面側(通路孔6aの中心を延長した線が接する側)に偏らせている。これにより、通路孔6aを通過した液体は、ねじれ通路孔7のねじれた側面に沿い易くなり、ねじれ通路孔7に流入した液体に安定して旋回力が加わる。
以上の通りに構成された噴霧ノズル1は、噴霧用の液体が通される噴管に装着して使用される。
例示の噴霧ノズルの使用の一例を図2に示す。図中11は、噴管(図示せず)の末端に設けられる管継手である。この管継手11に、ユニオンナット4を螺合させて本体2の内部に旋回中子3を組み込んだ噴霧ノズル1が接続される。
図2の符号12は、本体2と管継手11との間に介在した接続界面シール用のパッキン、符号13は、パッキン12と管継手11との間に介在した金網のフィルタである。
噴管から管継手11に流れた水などの液体は、流量調整板6の通路孔6aから旋回中子3のねじれ通路孔7に流れ、そのねじれ通路孔7を通過することで一方向への旋回力が付与される。
そのため、ねじれ通路孔7を通過した液体は、旋回流となって本体2の先細テーパの孔
2b内を本体2の先端に向かって移動する。
そして、孔2bの内径が次第に細くなっていることから、隣り合うねじれ通路孔7を通過した液体が移動の途中に互いに近づいて衝突・合流する。
これにより、衝突・合流した液体は先細テーパの孔2bの軸心部でもひねりが加えられた旋回流となって先細テーパの孔2bの先端に至り、粗い粒子の霧となって孔2bの先端から噴出される。
図9は、一定のねじれ角(リード角)を有するねじれ溝16を、外周に周方向に定ピッチで複数条設けた旋回中子15を示している。
図示の旋回中子15は、図1の噴霧ノズル1に設けた旋回中子3の旋回流生成ピース5と同一サイズの単一の部材として構成されている。
この旋回中子15には、突起15aが設けられている。その突起15aは、図1の噴霧ノズル1の本体2に設けられている係止用凹部2dに対応させた位置にある。
図示の旋回中子15は、前記突起15aを係止用凹部2dに入り込ませることで図1の噴霧ノズル1の本体2に相対回転不可に組み込むことができる。このため、図1の噴霧ノズルの旋回中子3との置き換えが可能である。
この図9の旋回中子15を、図1の噴霧ノズル1の本体2と組み合わせた噴霧ノズル1Aの全体図を図10に示す。
この噴霧ノズル1Aは、きめの細かな霧を生成して円錐状に噴射することができる。よって、図1の噴霧ノズル1は、旋回中子15を別途用意しておくことで、旋回中子3と15の置き換えによる2パターンの噴射形態の選択が可能である。
図1の噴霧ノズル1と図10の噴霧ノズル1Aによる噴射パターンの相違を図11、図12に示す。また、旋回中子を使用しない場合の噴射パターンを図13に示す。
図11は、図1の噴霧ノズル1による粗い霧の噴射状態を、また、図12は図10の噴霧ノズル1Aによるきめ細かな霧の噴射状態をそれぞれ示している。
旋回中子を使用しない図13の噴射パターンは、水の拡散が無い直射になっている。
なお、図11〜図13の噴射試験に利用した噴霧ノズルの寸法は、本体2の先細テーパの孔2bの長さ(図1のL):約26mm、その先細テーパの孔2bの最大部内径:12mm、その先細テーパの孔2bの先端の最小部内径:3mm、旋回中子3の直径:12mmである。先細テーパの孔2bのテーパ角(図2のα):20°である。
また、図1の噴霧ノズル1の流量調整板6に設けた4個の通路孔6aの直径(図6のd):1mm、旋回流生成ピース5に設けたねじれ通路孔7の大きさは、その孔の内周縁の半径(図5のR1):2.1mm、その孔の外周縁の半径(図5のR2):4.8mm、その孔の広がり角(図5のβ):40°、各々のねじれ通路孔7のねじれ角(旋回中子の軸心と直交する線を基準にした傾斜角):51°である。
図10の噴霧ノズル1Aの旋回中子15の外周に設けたねじれ溝16のねじれ角は45°にした。また、2条のねじれ溝16の総通路断面積は、前記4個のねじれ通路孔7の総通路断面積と同じにした。さらに、この噴霧試験での噴霧圧は、0.5MPaにした。
上記の条件での図11の噴射パターンにおける霧の平均粒子径は567μm、図12の噴射パターンにおける霧の平均粒子径は202μmであった。
この図11と図12から、この発明の噴霧ノズルは、空気孔を設けずに粗い粒子の霧を生成して噴射できることがわかる。
なお、図1の噴霧ノズル1において生成される霧の平均粒子径は、流量調整板6に設ける通路孔6aの孔径や噴霧圧力を変えることによって変動する。
図10の噴霧ノズル1Aは、旋回中子15の外周に設けるねじれ溝16のねじれ角を小さくするほど液体が移動中によく回転して霧が細かくなる。この図10の噴霧ノズル1Aは、ねじれ溝16の数を4条にしたもの(合計通路断面積は、2条のものと同じ)も試作したが、これについても、ねじれ溝16の数が2条のものと同様に細かい霧が生成された。
1,1A 噴霧ノズル
2 本体
2a ストレート孔
2b 先細テーパの孔
2c 鍔
2d 係止用凹部
3 旋回中子
4 ユニオンナット
5 旋回流生成ピース
−1,5−2 分割ピース
5a 締結用の突起
5b 位置決めピン
5c 凹部
5d ピン孔
5e 円柱
5f 突起
5g 凹部
6 流量調整板
6a 通路孔
6b 断面非円形の凸部
7 ねじれ通路孔
11 管継手
12 パッキン
13 フィルタ
15 旋回中子
15a 突起
16 ねじれ溝
20 噴霧ノズル
21 ホルダ
22 液体通路
23 噴板
23a 噴孔
24 キャップ
25 シール部材
26 遮板
26a 流体衝突部
27 オリフィス板
28 オリフィス
29 ユニオンナット
30 空気孔

Claims (3)

  1. ストレート孔(2a)と、そのストレート孔(2a)の先端に連なる先細テーパの孔(2b)とを有する筒で構成された本体(2)と、この本体(2)の前記ストレート孔(2a)に組み込まれる旋回中子(3)と、前記本体(2)を噴管の端末に固定するユニオンナット(4)を有し、
    前記旋回中子(3)は、同一方向に傾いたねじれ通路孔(7)を軸心と同心の円上に複数備える旋回流生成ピース(5)と、その旋回流生成ピース(5)の前記ねじれ通路孔(7)の入口側に配置される流量調整板(6)とからなり、
    前記流量調整板(6)は、液体の単位時間当たりの通過流量を決める通路孔(6a)を各々のねじれ通路孔(7)に対応させた位置に備え、
    噴霧対象の液体が、前記通路孔(6a)、前記ねじれ通路孔(7)、前記先細テーパの孔(2b)に順を追って流れるように構成された噴霧ノズル。
  2. 前記旋回流生成ピース(5)が、複数個の分割ピースを軸方向に重ねて構成された請求項1に記載の噴霧ノズル。
  3. 前記流量調整板(6)が、前記旋回流生成ピース(5)との合わせ面に断面非円形の凸部(6b)を有し、その凸部(6b)を前記旋回流生成ピース(5)の後面に形成した嵌合用の凹部(5g)に圧入して前記流量調整板(6)の保持を前記旋回流生成ピース(5)で行なった請求項1又は2に記載の噴霧ノズル。
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