JP2022128918A - 皮膚洗浄用液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】皮膚の洗浄を効果的に行うことができるようにすること。【解決手段】噴射ノズル孔1を有する液体噴射ノズル11と、液体3を加圧して液体噴射ノズルに送る加圧液体供給部27と、加圧液体供給部の動作を制御して噴射ノズル孔1から噴射される液体3を連続流5から液滴7に分裂した状態で飛翔させる制御部4とを備える皮膚洗浄用液体噴射装置25であって、噴射ノズル孔1のノズル孔径dは0.01mm~0.03mmであり、制御部4は、噴射ノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになるように加圧液体供給部27の供給圧力を制御する。【選択図】図1
Description
本発明は、顔その他の皮膚に向かって液体を高圧で噴射して洗浄する皮膚洗浄用液体噴射装置に関する。
この種の皮膚洗浄用液体噴射装置の一例として、特許文献1に記載のものがある。この文献には、手持ち部の先端部に、開口を外方に向けて設けられたカップがあり、ポンプの吐出口から圧送されて来る水を霧状にしてカップ内部を介して開口に向かって噴射する噴射部を肌に当てて使用する皮膚洗浄器が開示されている。
しかしながら、上記文献の皮膚洗浄器は、噴射する水を霧化させて皮膚にあてるため、十分な押圧力が得られず、皮膚の洗浄、特に皮脂腺から出る皮脂や汚れを効果的に洗浄することが難しいという課題がある。
上記課題を解決するため、本発明に係る皮膚洗浄用液体噴射置は、噴射ノズル孔を有する液体噴射ノズルと、液体を加圧して前記噴射ノズルに送る加圧液体供給部と、前記加圧液体供給部の動作を制御して前記噴射ノズル孔から噴射される前記液体を連続流から液滴に分裂した状態で飛翔させる制御部と、を備える皮膚洗浄用液体噴射装置であって、前記噴射ノズル孔のノズル孔径は0.01mm~0.03mmであり、前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sになるように前記加圧液体供給部の供給圧力を制御することを特徴とする。
以下、本発明について先ず概略的に説明する。
上記課題を解決するため、本発明に係る皮膚洗浄用液体噴射装置の第1の態様は、噴射ノズル孔を有する液体噴射ノズルと、液体を加圧して前記液体噴射ノズルに送る加圧液体供給部と、前記加圧液体供給部の動作を制御して前記噴射ノズル孔から噴射される前記液体を連続流から液滴に分裂した状態で飛翔させる制御部と、を備える皮膚洗浄用液体噴射装置であって、前記噴射ノズル孔のノズル孔径は0.01mm~0.03mmであり、前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sになるように前記加圧液体供給部の供給圧力を制御することを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る皮膚洗浄用液体噴射装置の第1の態様は、噴射ノズル孔を有する液体噴射ノズルと、液体を加圧して前記液体噴射ノズルに送る加圧液体供給部と、前記加圧液体供給部の動作を制御して前記噴射ノズル孔から噴射される前記液体を連続流から液滴に分裂した状態で飛翔させる制御部と、を備える皮膚洗浄用液体噴射装置であって、前記噴射ノズル孔のノズル孔径は0.01mm~0.03mmであり、前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sになるように前記加圧液体供給部の供給圧力を制御することを特徴とする。
液滴のサイズは、非粘性の線形理論からノズル孔径dの約1.88倍になることが知られている。噴射ノズル孔のノズル孔径dを0.01mm~0.03mmにした場合、それを計算すると液滴のサイズは0.0188mm~0.0564mmとなる。更に、噴射ノズル孔の平滑さや環境状態等によって液滴サイズは多少ばらつくことを考慮すると、液滴のサイズは、平均液滴径としては約0.02mm~0.1mmとなる。
また、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sに決まると、飛翔する前記液滴速度も決まる。液滴速度は、前記噴射速度とほぼ同じになるので、10m/s~60m/sになる。
更に、液体の噴射速度が速くなれば、液体の流量(ml/min)は増す関係にある。従って、液体の噴射速度が決まると、ノズル孔径dの前記範囲0.01mm~0.03mmに対応する液体の流量(ml/min)が決まるので、前記連続流から液滴が生成される個数(個/s)も決まることになる。前記噴射速度が10m/s~60m/sでは、液体の流量(ml/min)は約0.05~2.3であり、毎秒生成される液滴の数である液滴数(個/s)は約104~107個の範囲になる。
前記液体の流量(ml/min)の数値「約0.05~2.3」は、前記噴射ノズル孔が1つの場合についてのものである。従って、前記噴射ノズル孔が複数の場合は前記数値に孔数をかけたものになる。これは以下の説明においても同様である。
また、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sに決まると、飛翔する前記液滴速度も決まる。液滴速度は、前記噴射速度とほぼ同じになるので、10m/s~60m/sになる。
更に、液体の噴射速度が速くなれば、液体の流量(ml/min)は増す関係にある。従って、液体の噴射速度が決まると、ノズル孔径dの前記範囲0.01mm~0.03mmに対応する液体の流量(ml/min)が決まるので、前記連続流から液滴が生成される個数(個/s)も決まることになる。前記噴射速度が10m/s~60m/sでは、液体の流量(ml/min)は約0.05~2.3であり、毎秒生成される液滴の数である液滴数(個/s)は約104~107個の範囲になる。
前記液体の流量(ml/min)の数値「約0.05~2.3」は、前記噴射ノズル孔が1つの場合についてのものである。従って、前記噴射ノズル孔が複数の場合は前記数値に孔数をかけたものになる。これは以下の説明においても同様である。
本発明者らは、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の液滴速度で飛翔させて皮膚に当てることで、皮膚の洗浄を効果的に行えることを後述するように確認した。
本態様によれば、前記噴射ノズル孔のノズル孔径は0.01mm~0.03mmであり、前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sになるように前記加圧液体供給部の供給圧力を制御する。
これにより、毎秒約104~107個生成され、平均液滴径として約0.02mm~0.1mmの範囲の液滴が、10m/s~60m/sの速さで飛翔して皮膚に次々に当たることになるので、皮膚の洗浄を効果的に行うことができる。また、このような超音波並みの周波数での液滴衝突によって肌に物理刺激を作用させるため、肌状態(保湿、弾力)の改善が期待できる。
本態様によれば、前記噴射ノズル孔のノズル孔径は0.01mm~0.03mmであり、前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sになるように前記加圧液体供給部の供給圧力を制御する。
これにより、毎秒約104~107個生成され、平均液滴径として約0.02mm~0.1mmの範囲の液滴が、10m/s~60m/sの速さで飛翔して皮膚に次々に当たることになるので、皮膚の洗浄を効果的に行うことができる。また、このような超音波並みの周波数での液滴衝突によって肌に物理刺激を作用させるため、肌状態(保湿、弾力)の改善が期待できる。
本発明の第2の態様に係る皮膚洗浄用液体噴射装置は、第1の態様において、毎秒生成される液滴の数である液滴数(個/s)は毎秒約104~107個の範囲にあることを特徴とする。
本態様によれば、毎秒生成される液滴の数である液滴数(個/s)は毎秒約104~107個の範囲にあるので、第1の態様の効果を効果的に得ることができる。
本発明の第3の態様に係る皮膚洗浄用液体噴射装置は、第1の態様又は第2の態様において、前記制御部は、前記供給圧力を0.1MPa~1.5MPaの範囲で調整可能であることを特徴とする。
本態様によれば、前記制御部は、前記供給圧力を0.1MPa~1.5MPaの範囲で調整可能であるので、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の速度で飛翔させて皮膚に当てることを容易に実現することができる。
本発明の第4の態様に係る皮膚洗浄用液体噴射装置は、第1の態様から第3の態様のいずれか一つの態様において、前記液体噴射ノズルは、複数の前記噴射ノズル孔を有することを特徴とする。
本態様によれば、前記液体噴射ノズルは、複数の前記噴射ノズル孔を有するので、皮膚の洗浄範囲を広めることができる。
本発明の第5の態様に係る皮膚洗浄用液体噴射装置は、第1の態様から第4の態様のいずれか一つの態様において、前記液体の粘度は0.7mPa・s~20mPa・sであることを特徴とする。
本態様によれば、前記液体の粘度は0.7mPa・s~20mPa・sであるので、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の速度で飛翔させて皮膚に当てることを確実に行うことができる。
本発明の第6の態様に係る皮膚洗浄用液体噴射装置は、第5の態様において、前記液体の表面張力は、20mN/m~74mN/mであることを特徴とする。
本態様によれば、前記液体の表面張力は、20mN/m~74mN/mであるので、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の速度で飛翔させて皮膚に当てることを一層確実に行うことができる。
本発明の第7の態様に係る皮膚洗浄用液体噴射装置は、第5の態様又は第6の態様において、前記液体は、精製水、芳香蒸留水、化粧水、微弱酸性水、抗炎症成分の少なくとも一つを含む水または殺菌成分を含む調合水であることを特徴とする。
本態様によれば、第1の態様の効果を効果的に得ることができる。
本態様によれば、第1の態様の効果を効果的に得ることができる。
[実施形態1]
以下に、本発明に係る実施形態1の皮膚洗浄用液体噴射装置について、図1から図5に基づいて詳細に説明する。この皮膚洗浄用液体噴射装置は、顔、腕、手、足、背中等の皮膚の洗浄に適用することが可能である。
以下に、本発明に係る実施形態1の皮膚洗浄用液体噴射装置について、図1から図5に基づいて詳細に説明する。この皮膚洗浄用液体噴射装置は、顔、腕、手、足、背中等の皮膚の洗浄に適用することが可能である。
図1に示したように、本実施形態に係る皮膚洗浄用液体噴射装置25は、噴射ノズル孔1を有する液体噴射ノズル11と、液体3を加圧して液体噴射ノズル11に送る加圧液体供給部27と、加圧液体供給部27の動作を制御して噴射ノズル孔1から噴射される液体3を連続流5から液滴7に分裂した状態で飛翔させる制御部4とを備える。
具体的には、液体3を噴射する液体噴射ノズル11を有する噴射部2と、噴射する液体3を貯留する液体タンク6と、加圧液体供給部であるポンプユニット27と、液体タンク6とポンプユニット27とをつなぐ液体3の流路10を成す液体吸引チューブ12と、ポンプユニット27と噴射部2とをつなぐ同じく流路10を成す送液チューブ14とを備える。
ポンプユニット27は、制御部4によって、送液チューブ14を通って噴射部2に送液される液体3の圧力等のポンプ動作が制御される。
具体的には、液体3を噴射する液体噴射ノズル11を有する噴射部2と、噴射する液体3を貯留する液体タンク6と、加圧液体供給部であるポンプユニット27と、液体タンク6とポンプユニット27とをつなぐ液体3の流路10を成す液体吸引チューブ12と、ポンプユニット27と噴射部2とをつなぐ同じく流路10を成す送液チューブ14とを備える。
ポンプユニット27は、制御部4によって、送液チューブ14を通って噴射部2に送液される液体3の圧力等のポンプ動作が制御される。
<液体噴射ノズル>
液体噴射ノズル11は、本実施形態では、1つの噴射ノズル孔1を有し、噴射ノズル孔1から高圧の液体3が直進するように噴射されるものである。図1中の部分拡大図において、符号Fは液体噴射方向を示す。
噴射ノズル孔1から噴射された高圧の液体3は、噴射直後は連続流5であるが、液体3の表面張力によって直ぐに液滴化して液滴7の群に分裂する。液滴7の前記群は、液体噴射方向Fに一直線に並んで飛翔する。その飛翔する液滴7の群を皮膚9に次々に当てることで皮膚の洗浄が実行される。
尚、図1中の部分拡大図は、図面を解り易くするために、液滴7及び連続流5の寸法が他の部材に対して大きく拡大され、相対的な寸法関係は無視されている。
液体噴射ノズル11は、本実施形態では、1つの噴射ノズル孔1を有し、噴射ノズル孔1から高圧の液体3が直進するように噴射されるものである。図1中の部分拡大図において、符号Fは液体噴射方向を示す。
噴射ノズル孔1から噴射された高圧の液体3は、噴射直後は連続流5であるが、液体3の表面張力によって直ぐに液滴化して液滴7の群に分裂する。液滴7の前記群は、液体噴射方向Fに一直線に並んで飛翔する。その飛翔する液滴7の群を皮膚9に次々に当てることで皮膚の洗浄が実行される。
尚、図1中の部分拡大図は、図面を解り易くするために、液滴7及び連続流5の寸法が他の部材に対して大きく拡大され、相対的な寸法関係は無視されている。
図2に示したように、本実施形態では、液体噴射ノズル11は、噴射ノズル孔1と、噴射ノズル孔1より径が大きくて噴射ノズル孔1に接続する液体流路29とを有し、噴射ノズル孔1から噴射された連続流5が液滴化して生じる液滴7(図1)を皮膚9に当てる。噴射ノズル孔1は円筒形状である。
図2において、符号22は噴射口を示す。噴射ノズル孔1は直径dの円筒形状であり、噴射口22は直径がdの円形である。
本実施形態では、液体流路29も円筒形状に形成されている。尚、液体流路29は、円筒形状に限定されず、多角筒形状でもよい。
図2において、符号22は噴射口を示す。噴射ノズル孔1は直径dの円筒形状であり、噴射口22は直径がdの円形である。
本実施形態では、液体流路29も円筒形状に形成されている。尚、液体流路29は、円筒形状に限定されず、多角筒形状でもよい。
<ノズル孔径と液滴のサイズ>
本実施形態では、噴射ノズル孔1のノズル孔径dは0.01mm~0.03mmの範囲で作られる。
一部重複の説明になるが、液滴7のサイズ(以下、「液滴径」とも言う)は、非粘性の線形理論からノズル孔径dの約1.88倍になることが知られている。噴射ノズル孔1のノズル孔径dを0.01mm~0.03mmにした場合、それを計算すると液滴7のサイズは0.0188mm~0.0564mmとなる。更に、噴射ノズル孔1の孔壁面20の平滑さや環境状態等によって液滴7のサイズは多少ばらつくことを考慮すると、液滴7のサイズは、平均液滴径としては約0.02mm~0.1mmとなる。
ここで、複数の液滴7は、実際には完全な球形ではなく楕円形等に変形しているものがほとんどであるので、「平均液滴径」は、最も長い径部分と最も短い径部分に基づく平均値として求めることになる。
本実施形態では、噴射ノズル孔1のノズル孔径dは0.01mm~0.03mmの範囲で作られる。
一部重複の説明になるが、液滴7のサイズ(以下、「液滴径」とも言う)は、非粘性の線形理論からノズル孔径dの約1.88倍になることが知られている。噴射ノズル孔1のノズル孔径dを0.01mm~0.03mmにした場合、それを計算すると液滴7のサイズは0.0188mm~0.0564mmとなる。更に、噴射ノズル孔1の孔壁面20の平滑さや環境状態等によって液滴7のサイズは多少ばらつくことを考慮すると、液滴7のサイズは、平均液滴径としては約0.02mm~0.1mmとなる。
ここで、複数の液滴7は、実際には完全な球形ではなく楕円形等に変形しているものがほとんどであるので、「平均液滴径」は、最も長い径部分と最も短い径部分に基づく平均値として求めることになる。
<噴射圧力、噴射速度>
また、本実施形態に係る皮膚洗浄用液体噴射装置25では、加圧液体供給部であるポンプユニット27は、噴射ノズル孔1から噴射される液体3の噴射圧力が0.1MPa~1.5MPaとなる供給圧力で液体3を供給するように構成される。
制御部4は、噴射ノズル孔1から噴射される液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになるように加圧液体供給部27の供給圧力を制御する。前記供給圧力が0.1MPa~1.5MPaの範囲では、液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになる状態を実現しやすい。尚、液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになればよいので、前記噴射圧力は0.1MPa~1.5MPaの範囲に限定されない。
また、本実施形態に係る皮膚洗浄用液体噴射装置25では、加圧液体供給部であるポンプユニット27は、噴射ノズル孔1から噴射される液体3の噴射圧力が0.1MPa~1.5MPaとなる供給圧力で液体3を供給するように構成される。
制御部4は、噴射ノズル孔1から噴射される液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになるように加圧液体供給部27の供給圧力を制御する。前記供給圧力が0.1MPa~1.5MPaの範囲では、液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになる状態を実現しやすい。尚、液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになればよいので、前記噴射圧力は0.1MPa~1.5MPaの範囲に限定されない。
本実施形態では、皮膚洗浄用の液体噴射装置であるので、噴射ノズル孔1の噴射口22から約10mm以内、又は20mm以内の距離で噴射された連続流5が液滴7に分裂するように、即ち液滴化距離が約10mm以内、又は20mm以内になるように、ノズル孔径dに合わせて前記供給圧力が設定される。
尚、液体噴射ノズル11内に、噴射される連続流5に対して加振する構造を設けておき、前記供給圧力の制御に加えて、前記加振することで前記液滴化距離を調整してもよい。
尚、液体噴射ノズル11内に、噴射される連続流5に対して加振する構造を設けておき、前記供給圧力の制御に加えて、前記加振することで前記液滴化距離を調整してもよい。
本実施形態では、噴射ノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになるように制御部4によって制御される。具体的には、前記液滴化距離の条件を前提にして、液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになるように、ノズル孔径dに合わせて前記供給圧力が設定される。
噴射速度Vが10m/s~60m/sに決まると、飛翔する液滴7の速度Sも決まる。液滴速度Sは、空気抵抗の影響等が表れるまで噴射速度Vと同じになるので、液滴7は速度がほぼ10m/s~60m/sで飛翔する。
噴射速度Vが10m/s~60m/sに決まると、飛翔する液滴7の速度Sも決まる。液滴速度Sは、空気抵抗の影響等が表れるまで噴射速度Vと同じになるので、液滴7は速度がほぼ10m/s~60m/sで飛翔する。
更に、液体3の噴射速度Vが決まると、ノズル孔径dの前記範囲0.01mm~0.03mmに対応する液体3の流量(ml/min)が決まるので、連続流5から液滴7が生成される個数(個/s)も決まることになる。噴射速度Vが10m/s~60m/sでは、液体の流量(ml/min)は約0.05~2.3であり、毎秒生成される液滴の数である液滴数(個/s)は毎秒約104~107個の範囲になる。
本実施形態では、液体3は水(主に精製水)が使われるが、芳香蒸留水、化粧水、微弱酸性水、抗炎症成分を含む水、殺菌成分を含む調合水が使われてもよい。
液体3の粘度は、液温が20℃~40℃の範囲で、0.7mPa・s~20mPa・sの範囲のものがよい。
更に液体3の表面張力が、液温が20℃~40℃の範囲で、20mN/m~74mN/mの範囲のものがよい。
なお、前記液体3には,皮膚の炎症を抑えるビタミンB2やB6成分、抗炎症成分であるイブプロフェンピコノールやグリチルリチン酸ニカリウム成分、殺菌成分であるレゾルシン,イソプロピルメチルフェノール及びエタノール成分が含まれる。
液体3として、前記粘度及び表面張力の範囲のものを用いれば、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の液滴速度で飛翔させて皮膚に当てることを確実に行うことができる。
液体3の粘度は、液温が20℃~40℃の範囲で、0.7mPa・s~20mPa・sの範囲のものがよい。
更に液体3の表面張力が、液温が20℃~40℃の範囲で、20mN/m~74mN/mの範囲のものがよい。
なお、前記液体3には,皮膚の炎症を抑えるビタミンB2やB6成分、抗炎症成分であるイブプロフェンピコノールやグリチルリチン酸ニカリウム成分、殺菌成分であるレゾルシン,イソプロピルメチルフェノール及びエタノール成分が含まれる。
液体3として、前記粘度及び表面張力の範囲のものを用いれば、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の液滴速度で飛翔させて皮膚に当てることを確実に行うことができる。
<具体的な説明>
図3は、ノズル孔径dが0.024mmで、液体3の供給圧力が0.3MPaの場合の噴射状態、即ち液滴7の飛翔軌跡を高速度カメラを用いて撮影して得た高速撮影画像図である。
図4は、ノズル孔径dが0.024mmで、液体3の供給圧力が1.3MPaの場合の噴射状態に対する同高速撮影画像図である。
いずれも、液滴化距離が約10mm以内であることが解る。
図3は、ノズル孔径dが0.024mmで、液体3の供給圧力が0.3MPaの場合の噴射状態、即ち液滴7の飛翔軌跡を高速度カメラを用いて撮影して得た高速撮影画像図である。
図4は、ノズル孔径dが0.024mmで、液体3の供給圧力が1.3MPaの場合の噴射状態に対する同高速撮影画像図である。
いずれも、液滴化距離が約10mm以内であることが解る。
表1は、ノズル孔径dが0.024mmの液体噴射ノズル11で、供給圧力(MPa)を0.2~1.1までほぼ段階的に変えた5通りの供給圧力で液体3を噴射させた場合の、各供給圧力に対応する液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、毎秒生成する液滴の数である液滴数(個/s)を示している。表1中の各数値は、後述する高速撮影画像図に対する解析処理を行って求めた解析値である。液滴速度(m/s)は、液体3の噴射速度Vを実測することで、その実測値と同じであるとして求めてもよい。
表1から、液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、及び液滴数(個/s)の全てが、本発明が想定する範囲に入っていることが解る。
表1から、液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、及び液滴数(個/s)の全てが、本発明が想定する範囲に入っていることが解る。
また、表1の右半分は、同じ液体噴射ノズル11を用いて実際に顔の皮膚の洗浄を行った場合の、5通りの各供給圧力に対応する評価結果を示している。◎は肌の強さによらず大部分の人に適切な洗浄ができる、●は洗浄力が◎より強く、肌が強い人に適用できる、〇は洗浄力が◎より弱く、肌が弱い人には適切である、ことを表している。△は洗浄力が〇より弱く、更に肌の弱い人には使える可能性はあるが、洗浄効率は下がる。
表1から理解できるように、前記サイズ範囲の液滴7を前記範囲の液滴速度で飛翔させて皮膚に当てることで、皮膚の洗浄を効果的に行えるということができる。肌の強さに合わせて供給圧力を選定すれば、肌の適切な状態を保ったまま、所望の洗浄を行うことが可能と言える。
表1から理解できるように、前記サイズ範囲の液滴7を前記範囲の液滴速度で飛翔させて皮膚に当てることで、皮膚の洗浄を効果的に行えるということができる。肌の強さに合わせて供給圧力を選定すれば、肌の適切な状態を保ったまま、所望の洗浄を行うことが可能と言える。
<解析値の求め方>
図5は、図3等と同様にして撮影した代表的な噴射状態の高速撮影画像図から、噴射および液滴特性を評価するために二値化処理の画像処理を行った解析画像図を示す。画像処理にはフリーソフト(ImageJ)を用いた。画像処理では、撮影画像を二値化処理し、解析領域として液滴化している範囲を選択し、解析領域内にある液滴個数、各液滴のエリア数、各液滴の中心座標を求めた。
連続流5が完全に液滴7に分裂して飛翔した状態を撮影した高速度カメラの画像から2~3枚の画像を選択し、着目した液滴7について選択した画像を比較することで液滴7の移動距離を算出し、これを撮影時間間隔で除して、液滴速度Sを求めた。
また、解析領域の寸法(長さ)をその領域に在る液滴7の個数で除して液滴7同士の間の距離を平均距離として求め、先に求めた液滴速度Sを液滴7同士の平均距離で除して、1秒間当たりに生成する液滴7の個数、即ち液滴数(個/s)を求めた。
また、各液滴7のエリア数から各液滴7の投影面積を求め、これを球体の投影面積と仮定して、各液滴7の径からその平均値として液滴径(mm)を求めた。
また、各液滴7の飛翔方向である液体噴射方向Fと直交する方向の座標の最大と最小の差分から、飛翔する液滴7全体の中心軸ずれ量を求めた。
図5は、図3等と同様にして撮影した代表的な噴射状態の高速撮影画像図から、噴射および液滴特性を評価するために二値化処理の画像処理を行った解析画像図を示す。画像処理にはフリーソフト(ImageJ)を用いた。画像処理では、撮影画像を二値化処理し、解析領域として液滴化している範囲を選択し、解析領域内にある液滴個数、各液滴のエリア数、各液滴の中心座標を求めた。
連続流5が完全に液滴7に分裂して飛翔した状態を撮影した高速度カメラの画像から2~3枚の画像を選択し、着目した液滴7について選択した画像を比較することで液滴7の移動距離を算出し、これを撮影時間間隔で除して、液滴速度Sを求めた。
また、解析領域の寸法(長さ)をその領域に在る液滴7の個数で除して液滴7同士の間の距離を平均距離として求め、先に求めた液滴速度Sを液滴7同士の平均距離で除して、1秒間当たりに生成する液滴7の個数、即ち液滴数(個/s)を求めた。
また、各液滴7のエリア数から各液滴7の投影面積を求め、これを球体の投影面積と仮定して、各液滴7の径からその平均値として液滴径(mm)を求めた。
また、各液滴7の飛翔方向である液体噴射方向Fと直交する方向の座標の最大と最小の差分から、飛翔する液滴7全体の中心軸ずれ量を求めた。
ノズル孔径dが0.024mmでの液滴径(mm)、即ち液滴7のサイズは、上記の解析値では約0.05mm~0.06mmであった。液滴径(mm)の平均値は0.055mmであった。ノズル孔径dの2倍強であり、液滴径(mm)は非粘性の線形理論からノズル孔径dの約1.88倍になると言われていることと整合している。
また、液体ノズル孔1の噴射口22から10mm以内に連続流5から液滴7に分裂することも前記撮影画像から確認した。具体的には、液滴化距離は、供給圧力が0.3MPaでは約3mm、1.3MPaでは約8mmであった。
また、液体ノズル孔1の噴射口22から10mm以内に連続流5から液滴7に分裂することも前記撮影画像から確認した。具体的には、液滴化距離は、供給圧力が0.3MPaでは約3mm、1.3MPaでは約8mmであった。
また、供給圧力(MPa)に係わらず液滴7の飛翔の直進性は良好であり、噴射ノズル孔1の中心軸17に対する液滴7の中心15の軸ずれの最大値は0.2mmであった。
液滴7が着弾する範囲は直径0.3mm未満(面積:0.1mm2未満)と非常に狭く、毛穴(直径約0.2mm~0.5mm)の中にも液滴7を打ち込むことができるため、毛穴の中に溜まった脂質なども軟化させて、流し出すことが可能であることが解る。
また、単位時間当たりの液滴数(個/s)は、液滴速度(m/s)の上昇に伴い増加するため、より多くの衝撃作用を発現させることができ、より効率的な洗浄が期待できるということが解る。
液滴7が着弾する範囲は直径0.3mm未満(面積:0.1mm2未満)と非常に狭く、毛穴(直径約0.2mm~0.5mm)の中にも液滴7を打ち込むことができるため、毛穴の中に溜まった脂質なども軟化させて、流し出すことが可能であることが解る。
また、単位時間当たりの液滴数(個/s)は、液滴速度(m/s)の上昇に伴い増加するため、より多くの衝撃作用を発現させることができ、より効率的な洗浄が期待できるということが解る。
表2は、ノズル孔径dが0.016mmの液体噴射ノズル11で、供給圧力(MPa)を0.2~1.5までほぼ段階的に変えた5通りの供給圧力で液体3を噴射させた場合の、各供給圧力に対応する液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、液滴数(個/s)を示している。表2中の各数値は、表1と同様に解析値である。
表2から、液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、及び液滴数(個/s)の全てが、本発明が想定する範囲に入っていることが解る。
また、表2の右半分に示した評価結果から理解できるように、前記サイズ範囲の液滴7を前記範囲の液滴速度で飛翔させて皮膚に当てることで、皮膚の洗浄を効果的に行えるということが解る。
表2からも、液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、及び液滴数(個/s)の全てが、本発明が想定する範囲に入っていることが解る。
表2から、液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、及び液滴数(個/s)の全てが、本発明が想定する範囲に入っていることが解る。
また、表2の右半分に示した評価結果から理解できるように、前記サイズ範囲の液滴7を前記範囲の液滴速度で飛翔させて皮膚に当てることで、皮膚の洗浄を効果的に行えるということが解る。
表2からも、液滴速度(m/s)、液滴径(mm)、及び液滴数(個/s)の全てが、本発明が想定する範囲に入っていることが解る。
<実施形態1の効果の説明>
(1)本実施形態によれば、噴射ノズル孔1のノズル孔径dは0.01mm~0.03mmであり、制御部4は、噴射ノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになるように加圧液体供給部27の供給圧力を制御する。
これにより、液滴7が毎秒約104~107個生成され、平均液滴径として約0.02mm~0.1mmの範囲の液滴7が、10m/s~60m/sの速さで飛翔して皮膚9に次々に当たることになるので、皮膚9の洗浄を効果的に行うことができる。
(1)本実施形態によれば、噴射ノズル孔1のノズル孔径dは0.01mm~0.03mmであり、制御部4は、噴射ノズル孔1から噴射する液体3の噴射速度Vが10m/s~60m/sになるように加圧液体供給部27の供給圧力を制御する。
これにより、液滴7が毎秒約104~107個生成され、平均液滴径として約0.02mm~0.1mmの範囲の液滴7が、10m/s~60m/sの速さで飛翔して皮膚9に次々に当たることになるので、皮膚9の洗浄を効果的に行うことができる。
〔他の実施形態〕
本発明の実施形態に係る皮膚洗浄用液体噴射装置25は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことは勿論可能である。
(1)制御部4が前記供給圧力を0.1MPa~1.5MPaの範囲で調整可能とする構造にすれば、前記供給圧力を0.1MPa~1.5MPaの範囲で調整することで、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の速さで移動させて皮膚に当てることを容易に実現することができる。
本発明の実施形態に係る皮膚洗浄用液体噴射装置25は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことは勿論可能である。
(1)制御部4が前記供給圧力を0.1MPa~1.5MPaの範囲で調整可能とする構造にすれば、前記供給圧力を0.1MPa~1.5MPaの範囲で調整することで、前記サイズ範囲の液滴を前記範囲の速さで移動させて皮膚に当てることを容易に実現することができる。
(2)上記実施形態の説明では、液体噴射ノズル11は1つの噴射ノズル孔1を有するとして説明したが、噴射ノズル孔1を複数個設ける構造にすれば、洗浄エリアを簡単に拡張することができる。その場合、噴射ノズル孔1の数は、ノズル孔径d、使用上において適正な流量及び所望の供給圧力に基づいて決定することが望ましい。例えば、液体3の回収や拭き取りの都合等から液体3の流量を15ml/min以内に抑え、供給圧力(MPa)を1まで出力可能としたい場合、ノズル孔径dが0.024mmでは凡そ20孔まで設けることができる。
また、異なるノズル孔径の噴射ノズル孔1を設けることにより、同じ液滴速度で液滴径が異なる液滴7を噴射させることができる。液滴径は衝撃圧には影響しないが、液滴数が増すほど運動エネルギーが増すため、衝突した部分を押す力が増加する。その結果、洗浄力は維持したまま、マッサージ効果を向上させることができる。
また、異なるノズル孔径の噴射ノズル孔1を設けることにより、同じ液滴速度で液滴径が異なる液滴7を噴射させることができる。液滴径は衝撃圧には影響しないが、液滴数が増すほど運動エネルギーが増すため、衝突した部分を押す力が増加する。その結果、洗浄力は維持したまま、マッサージ効果を向上させることができる。
1 噴射ノズル孔、2 噴射部、3 液体、4 制御部、5 連続流、
6 液体タンク、7 液滴、9 皮膚、10 流路、11 液体噴射ノズル、
12 液体吸引チューブ、14 送液チューブ、15 中心、17 中心軸、
21 液体流入口、22 噴射口、25 皮膚洗浄用液体噴射装置、
27 加圧液体供給部(ポンプユニット)、29 液体流路、
F 液体噴射方向、d ノズル孔径
6 液体タンク、7 液滴、9 皮膚、10 流路、11 液体噴射ノズル、
12 液体吸引チューブ、14 送液チューブ、15 中心、17 中心軸、
21 液体流入口、22 噴射口、25 皮膚洗浄用液体噴射装置、
27 加圧液体供給部(ポンプユニット)、29 液体流路、
F 液体噴射方向、d ノズル孔径
Claims (7)
- 噴射ノズル孔を有する液体噴射ノズルと、
液体を加圧して前記液体噴射ノズルに送る加圧液体供給部と、
前記加圧液体供給部の動作を制御して前記噴射ノズル孔から噴射される前記液体を連続流から液滴に分裂した状態で飛翔させる制御部と、を備える皮膚洗浄用液体噴射装置であって、
前記噴射ノズル孔のノズル孔径は0.01mm~0.03mmであり、
前記制御部は、前記噴射ノズル孔から噴射する液体の噴射速度が10m/s~60m/sになるように前記加圧液体供給部の供給圧力を制御する、
ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。 - 請求項1に記載の皮膚洗浄用液体噴射装置において、
毎秒生成される液滴の数である液滴数(個/s)は毎秒約104~107個の範囲にある、
ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。 - 請求項1又は2に記載の皮膚洗浄用液体噴射装置において、
前記制御部は、前記供給圧力を0.1MPa~1.5MPaの範囲で調整可能である、
ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の皮膚洗浄用液体噴射装置において、
前記液体噴射ノズルは、複数の前記噴射ノズル孔を有する、
ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の皮膚洗浄用液体噴射装置において、
前記液体の粘度は0.7mPa・s~20mPa・sである、
ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。 - 請求項5に記載の皮膚洗浄用液体噴射装置において、
前記液体の表面張力は、20mN/m~74mN/mである、
ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。 - 請求項5又は6に記載の皮膚洗浄用液体噴射装置において、
前記液体は、精製水、芳香蒸留水、化粧水、微弱酸性水、抗炎症成分の少なくとも一つを含む水または殺菌成分を含む調合水である、ことを特徴とする皮膚洗浄用液体噴射装置。
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