JP2023064255A - 液滴噴射装置 - Google Patents

液滴噴射装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023064255A
JP2023064255A JP2021174419A JP2021174419A JP2023064255A JP 2023064255 A JP2023064255 A JP 2023064255A JP 2021174419 A JP2021174419 A JP 2021174419A JP 2021174419 A JP2021174419 A JP 2021174419A JP 2023064255 A JP2023064255 A JP 2023064255A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
cross
flow path
diameter
nozzle hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021174419A
Other languages
English (en)
Inventor
祥一 ▲高▼砂
Shoichi Takasuna
博一 関野
Hiroichi Sekino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2021174419A priority Critical patent/JP2023064255A/ja
Priority to CN202211303313.5A priority patent/CN116020677A/zh
Priority to US17/972,694 priority patent/US20230128464A1/en
Publication of JP2023064255A publication Critical patent/JP2023064255A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/08—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape of pulsating nature, e.g. delivering liquid in successive separate quantities ; Fluidic oscillators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00—Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/02—Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication
    • A61C17/0202—Hand-pieces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00—Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/02—Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication
    • A61C17/028—Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication with intermittent liquid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/085—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to flow or pressure of liquid or other fluent material to be discharged

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

Figure 2023064255000001
【課題】好ましい液滴の状態で液体を噴射する。
【解決手段】液体３を液滴化して噴射する液滴噴射装置２５であって、内部に液体３が流通する流路１０を有する本体２７と、少なくとも１つのノズル孔１３を有する噴射ノズル１１と、を備え、ノズル孔の数をＮ、ノズル孔の径をｒ（ｍ）、液体３と接する流路の断面の周長Ｌ（ｍ）とすると、以下の式を満たす。このような構成の液滴噴射装置２５を使用して、液体を噴射することで、好ましい液滴の状態で液体を噴射することが可能になる。 【数１】
Figure 2023064255000168
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴噴射装置に関する。
従来から、洗浄機器や美容機器など、液体を液滴の状態で噴射する様々な液滴噴射装置が使用されている。例えば、特許文献１には、連続流に泡を形成することで噴霧状の液体を吐出できる発泡ノズル構造が開示されている。
特表平４－５０００３８号公報
液体を液滴の状態で噴射する液滴噴射装置においては、例えば、洗浄機器や美容機器などに使用される場合、液滴を対象物や人の皮膚に衝突させることで対象物を破砕すること、人の皮膚を洗浄することなどが行われる。このような場合、液滴噴射装置の噴射ノズルから液体を直進性良く液滴として噴射されることが必要となる。しかしながら、特許文献１で開示される発泡ノズル構造では、噴射された液体は空気と混合されて泡状になり、噴霧状の液体として吐出される。噴霧状の液体として吐出される構成では、液体を直進性良く液滴として噴射させることができず、好ましい液滴の状態で液体が噴射されるとは言えない場合がある。
上記課題を解決するため、本発明に係る液滴噴射装置は、液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ（ｍ）、前記液体と接する前記流路の断面の周長Ｌ（ｍ）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000002
上記課題を解決するための別の本発明に係る液滴噴射装置は、液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、前記流路は断面形状が円形であり、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ（ｍ）、前記流路の径Ｒ（ｍ）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000003
上記課題を解決するためのさらに別の本発明に係る液滴噴射装置は、液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、前記流路は断面形状が矩形であり、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ、前記流路の断面の一辺の長さａ、前記流路の断面の他の一辺の長さｂとすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000004
本発明の実施形態１に係る液滴噴射装置の全体概略構成図。 流路の断面が円形の場合の噴射ノズルの概略図。 縦軸にｓの値、横軸に温度を取ったグラフ。 縦軸にｓの値、横軸に媒質を取ったグラフ。 流路の断面が長方形の場合の噴射ノズルの概略図。 流路の断面が正方形の場合の噴射ノズルの概略図。 流路の断面が多角形の場合の噴射ノズルの概略図。 ノズル孔が複数（２つ）形成されている場合の噴射ノズルの概略図。 ノズル孔が複数（４つ）形成されている場合の噴射ノズルの概略図。 ノズル孔が複数（７つ）形成されている場合の噴射ノズルの概略図。
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、本発明に係る第１の態様の液滴噴射装置は、液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ（ｍ）、前記液体と接する前記流路の断面の周長Ｌ（ｍ）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000005
本態様によれば、上記式を満たすように、ノズル孔の数と、ノズル孔の径と、流路の断面の周長と、を決定する。このように決定された液滴噴射装置とすることで、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第２の態様の液滴噴射装置は、第１の態様において、前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000006
本態様によれば、ノズル孔の径が１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合に、一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第３の態様の液滴噴射装置は、第１の態様において、前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000007
本態様によれば、ノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第４の態様の液滴噴射装置は、第１の態様において、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000008
本態様によれば、一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第５の態様の液滴噴射装置は、第４の態様において、前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000009
本態様によれば、ノズル孔の径が１００μｍ以上１ｍｍ以下以下の場合に、洗浄機器や美容機器などで一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第６の態様の液滴噴射装置は、第４の態様において、前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
Figure 2023064255000010
本態様によれば、ノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、洗浄機器や美容機器などで一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第７の態様の液滴噴射装置は、第４の態様において、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000011
本態様によれば、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第８の態様の液滴噴射装置は、第７の態様において、前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000012
本態様によれば、ノズル孔の径が１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第９の態様の液滴噴射装置は、第７の態様において、前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、前記流路の断面積Ａｃ（ｍ２）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000013
本態様によれば、ノズル孔の径が１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１０の態様の液滴噴射装置は、第７の態様において、前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000014
本態様によれば、ノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１１の態様の液滴噴射装置は、第７の態様において、前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、前記流路の断面積Ａｃ（ｍ２）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000015
本態様によれば、ノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、流路の断面形状にかかわらず、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１２の態様の液滴噴射装置は、液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、前記流路は断面形状が円形であり、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ（ｍ）、前記流路の径Ｒ（ｍ）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000016
本態様によれば、流路の断面形状が円形である場合に、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１３の態様の液滴噴射装置は、第１２の態様において、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000017
本態様によれば、流路の断面形状が円形である場合に、一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１４の態様の液滴噴射装置は、第１３の態様において、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000018
本態様によれば、流路の断面形状が円形である場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１５の態様の液滴噴射装置は、第１３の態様において、前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であるとき、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000019
本態様によれば、流路の断面形状が円形であってノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下である場合に、一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１６の態様の液滴噴射装置は、液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、前記流路は断面形状が矩形であり、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ、前記流路の断面の一辺の長さａ、前記流路の断面の他の一辺の長さｂとすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000020
本態様によれば、流路の断面形状が矩形である場合に、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１７の態様の液滴噴射装置は、第１６の態様において、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000021
本態様によれば、流路の断面形状が矩形である場合に、一般的に使用されるほとんどの液体を用いて、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１８の態様の液滴噴射装置は、第１７の態様において、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000022
本態様によれば、流路の断面形状が矩形である場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第１９の態様の液滴噴射装置は、第１６の態様において、前記断面形状は正方形であり、前記正方形の一辺の長さｐとすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000023
本態様によれば、流路の断面形状が正方形である場合に、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
第２０の態様の液滴噴射装置は、第１８または第１９の態様において、前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、前記流路の断面積Ａｃ（ｍ２）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする。
Figure 2023064255000024
本態様によれば、流路の断面形状が矩形であってノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下である場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体を用いて、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。或いは、流路の断面形状が正方形であってノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下である場合に、好ましい液滴の状態で液体を噴射することができる。
＜液滴噴射装置の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態の液滴噴射装置２５について、図１に基づいて詳細に説明する。液滴噴射装置２５は、顔、腕、手、足、背中等の皮膚の洗浄に適した皮膚洗浄用液滴噴射装置である。ただし、液滴噴射装置２５が皮膚洗浄用のものに限定されないことは勿論である。
図１に示したように、本実施形態に係る液滴噴射装置２５は、液体３を噴射する少なくとも１つのノズル孔１３を有する噴射ノズル１１と、液体３を加圧して噴射ノズル１１に送る加圧液体供給部２７と、加圧液体供給部２７の動作を制御してノズル孔１３から噴射される液体３を連続流５から液滴７に分裂した状態で皮膚などの対象物９に向けて飛翔させる制御部４とを備える。
液滴噴射装置２５は、液体３を噴射する噴射ノズル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２７であるポンプユニットと、液体タンク６と加圧液体供給部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、加圧液体供給部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。加圧液体供給部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。即ち、前記供給圧力が制御される。ここで、加圧液体供給部２７は、内部に液体３が流通する流路１０を有する本体に対応する。
なお、液滴噴射装置２５は、制御部４の制御によって様々な条件で液体３を噴射部２から噴射させることができる。以下に、液滴噴射装置２５の好ましい構成例について説明する。
＜安定的な液滴噴射のための２条件＞
最初に、前提として、安定的な液滴噴射のための２条件について説明する。噴流工学Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１（１９９６）８６－９８などに記載されるように、１つのノズル孔１から噴射される液体噴流の態様は、ジェット数Ｊｅを用いて以下のように分類可能なことが知られている。
１．滴下領域（Ｊｅ≦０．１）
２．平滑流領域（０．１＜Ｊｅ＜１０）
３．波状流領域（１０≦Ｊｅ≦４００）
４．噴霧流領域（４００＜Ｊｅ）
噴射された液体噴流から直進性が高く、粒径のばらつきも小さい液滴流が安定的に形成されるには、平滑流領域または波状流領域で液体３を噴射する必要があることがわかっている。つまり、０．１＜Ｊｅ≦４００を満たすように各パラメーターを設定する必要がある。ここで、ジェット数Ｊｅは、以下の式（１）のように表される。なお、ρは液体の密度（ｋｇ／ｍ３）、σは液体の表面張力（Ｎ／ｍ）、ｖは液体噴流の速度（ｍ／ｓ）、ｒはノズル孔径（ｍ）、ρａは外気の密度（ｋｇ／ｍ３）をそれぞれ表している。
Figure 2023064255000025
また、多くの液滴７を狙った場所へ的確に命中させるためには、生成された液滴７が高い直進性を有している必要がある。直進性の高い液滴７の生成には、液滴７の元となる液体噴流の直進性が欠かせない。ノズル孔１３から噴射された液体噴流が直進性を有するためには、流路１０内を流れる液体３が層流の状態でノズル孔１３から噴射される必要がある。配管のような流路１０内を流れる流体の態様はレイノルズ数Ｒｅの値に基づいて判断され、一般的に、Ｒｅ≦２３００のとき、流路１０内の流れは層流であるとされる。ここで、レイノルズ数Ｒｅは以下の式（２）のように表される。なお、Ｑは体積流量（ｍ３／ｓ）、Ａｃは流路断面積（ｍ２）、ＤＨは水力直径（ｍ）、νは動粘性係数（ｍ２／ｓ）、μは粘性係数（Ｐａ・ｓ）をそれぞれ表している。
Figure 2023064255000026
＜流路が円形の場合の制御例＞
以下に、流路１０の形状が円形の場合における制御部４による液体３の噴射制御例について説明する。ここで、図２は、左側の図が液滴７の吐出方向から見た概略図であり、右側の図が左側の図に対応する側面断面図である。図２では以下のパラメーターを視覚的にわかるように概略的に表現している。なお、流路１０の形状が円形とは、噴射ノズル１１と隣接する部分における流路１０の断面形状が円形であることを意味し、図２の左側の図で表されるように、流路内壁１０２の断面形状が円形であることを意味する。ただし、流路外壁１０１の形状に特に限定はない。
流路１０が円管の場合、水力直径は流路１０の直径に等しいので、流路１０の直径である流路径をＲ（ｍ）とすると、下記式（３）が得られる。
Figure 2023064255000027
ここで、式（３）を式（２）に代入すると、下記式（４）が得られる。
Figure 2023064255000028
また、流路１０とノズル孔１３の間で連続の式が成り立つので、体積流量Ｑは下記式（５）を満たす。ここで、Ｖは流路１０内の流速（ｍ／ｓ）、Ａはノズル孔１３の総断面積（ｍ２）を表している。
Figure 2023064255000029
また、同じ形状のノズル孔１３が複数形成されている場合、ノズル孔１３の総断面積Ａは下記式（６）の関係を満たす。ここで、Ｎはノズル孔数、Ａｎは１つのノズル孔１３の断面積（ｍ２）である。
Figure 2023064255000030
また、流路１０の断面およびノズル孔１３の断面は円形であるので、Ａｃ及びＡｎはＲ及びｒを用いてそれぞれ以下の式（７）及び式（８）のように表される。
Figure 2023064255000031
Figure 2023064255000032
ここで、式（６）から式（８）の各式を式（５）に代入することで、下記式（９）が得られる。
Figure 2023064255000033
Figure 2023064255000034
続いて、液体噴流から直進性の高く、粒径のばらつきの少ない液滴７が安定して生成されるための流路１０及びノズル孔１３の条件を求める。式（１）を変形すると、下記式（１０）が得られる。
Figure 2023064255000035
 ここで、下記式（１１）のように、式（１０）の右辺をｋとおく。
Figure 2023064255000036
上述の通り、噴射された液体噴流から直進性が高く、粒径のばらつきも小さい液滴流が安定的に形成されるには、Ｊｅ≦４００を満たす必要があるので、この条件を式（１０）に代入すると、下記式（１２）が得られる。
Figure 2023064255000037
また、式（９）の両辺を２乗して変形すると、下記式（１３）が得られる。
Figure 2023064255000038
Figure 2023064255000039
ここで、式（１０）の両辺をそれぞれ式（１３）で割ると、下記式（１４）が得られる。
Figure 2023064255000040
Figure 2023064255000041
一方、式（４）に式（５）を代入して整理すると、下記式（１５）が得られる。
Figure 2023064255000042
Figure 2023064255000043
 ここで、下記式（１６）のように、式（１５）の右辺をｌとおく。
Figure 2023064255000044
式（１５）の両辺を２乗して式（１４）に代入し、下記式（１８）のようにｍを定義して整理すると、Ｒ＞０より下記式（１７）が得られる。式（１７）は、流路径Ｒがｍを比例定数として、ノズル孔の径ｒの３／２乗に比例することを表している。
Figure 2023064255000045
Figure 2023064255000046
ここで、式（１１）及び式（１６）を式（１８）に代入し、下記式（２０）のようにｓを定義して整理すると、下記式（１９）のように表される。
Figure 2023064255000047
Figure 2023064255000048
式（２０）より、ｓは液体３の物性値および外気の密度ρａで決まることが分かる。ここで、外気の密度ρａは温度０℃で約１．２９３（ｋｇ／ｍ３）であり、温度が変化してもほとんど変わらない。したがって、ρａは定数と見なせる。よって、ｓは液体３の物性によって決まる定数である。
なお、式（１９）より以下が言える。
Figure 2023064255000049
 すなわち、ｍはＪｅ１／２に比例し、Ｒｅに反比例することがわかる。よって、Ｊｅ１／２／Ｒｅが最小となるのは、ジェット数Ｊｅが最小となり、かつ、レイノルズ数Ｒｅが最大となる条件のときであることがわかる。
上記の通り、噴射された液体噴流から直進性が高く、粒径のばらつきも小さい液滴流が安定的に形成されるには、０＜Ｒｅ≦２３００かつ０．１＜Ｊｅ≦４００を満たす必要があるので、下記式（２１）のようになる。
Figure 2023064255000050
また、Ｊｅ１／２／Ｒｅの値はＲｅが小さくなるにつれて無限に大きくなっていく。ここで、Ｒｅの下限値を考えてみる。空気の流れを考えたとき、空気の流れが層流である条件は、一般的にＲｅ＜０．１であると言われている。液体３のレイノルズ数は気体のレイノルズ数より大きくなる傾向にあるので、液体３の流れにおいてＲｅ＜０．１の範囲は実質的に考慮しなくてもよいと考えられる。そこで、実質的なレイノルズ数の最小値をＲｅ＝０．１と設定すると、Ｊｅ及びＲｅの値の実質的な最大値は、Ｊｅ＝４００かつＲｅ＝０．１のときであると考えられ、下記式（２２）のように表すことができる。
Figure 2023064255000051
ここで、式（２１）および式（２２）の大小関係を式（１９）に適用すると、下記式（２３）のようになる。
Figure 2023064255000052
そして、式（２３）を式（１７）に適用すると、下記式（２４）が得られる。式（２４）から、流路径Ｒはノズル孔の径ｒ及び流路１０を流れる液体３の物性で決定できることがわかる。
Figure 2023064255000053
続いて、ｓが取り得る数値範囲について検討する。下記の表１は水の各物性値と計算して求めたｓの値を温度ごとに示したものであり、図３は縦軸に各温度における水のｓの値、横軸に温度を取ったグラフである。
Figure 2023064255000054
表１から常圧下における液体の水（０℃～１００℃）におけるｓの値は温度が上昇するにつれて単調に増加することが見て取れる。故に、液体の水のｓの値は凡そ下記式（２５）で表される範囲に収まる。
Figure 2023064255000055
また、下記表２は市販の化粧水や育毛剤などの各種液体３と加熱して液化させたガラスの物性値、それらを用いて求めたｓの値をまとめた表であり、図４は縦軸に表２に記載の媒質及び水０℃と水１００℃におけるｓの値、横軸に媒質を取ったグラフである。
Figure 2023064255000056
表１及び表２より、ガラスを除いた各種液体のsの値は凡そ下記式（２６）の範囲に収まることがわかる。
Figure 2023064255000057
つまり、一般人が容易に入手可能な液体３を液滴噴射装置２５で利用することを想定した場合、液滴噴射装置２５の流路１０内を流すことになる液体３のsの値は、式（２５）及び式（２６）の範囲を合わせた下記式（２７）に示す範囲にほぼ収まるものと推測される。
Figure 2023064255000058
よって、一般的に利用される液滴噴射装置２５において最低限必要とされるｍの値は、ｓの値を式（２７）の最小値よりもやや小さい値であるｓ＝０．１００×１０４に設定すると、下記式（２８）のようになる。そして、式（２８）を満たすようなｍの値を設定したうえで、液滴噴射装置２５の流路径Ｒ及びノズル孔の径ｒを設計すれば、様々な種類の溶液を液滴状にして対象物９に噴射することが可能となる。
Figure 2023064255000059
Figure 2023064255000060
ここで、液滴噴射装置２５は対象物９の洗浄や破砕などの用途が想定されるため、ある程度の可搬性が求められる。しかし、式（１７）から分かるように、ｍの値を大きくすると、それに比例して流路径Ｒも大きくなっていく。式（２８）を満たす数値範囲であればｍの値はいくらでも大きく取れるが、ｍの値を大きくするほどそれだけ流路１０も際限なく大型化してしまう。液滴噴射装置２５の大型化は可搬性の設計思想と相反するものであるため、流路径Ｒが必要以上に大きくならないようにｍの上限値を絞ることが好ましい。表１及び表２の液体３の中で最も噴射しにくい液体３は、ｓの値が最大となる１００℃の水であり、そのときのｓの値は凡そ１６．４×１０４である。表２から水以外の各種の化粧水や育毛剤のｓの値はこれよりも小さな値となっていることがわかる。そこで、ｓの値を式（２７）の最大値よりもやや大きい値であるｓ＝２０．０×１０４に設定すれば、一般用途で使用が期待されるほぼ全ての液体３を液滴化して噴射できるものと推測される。つまり、液滴噴射装置２５を一般用途に限定した場合のｍの実質的な上限値は下記式（２９）のように表される。
Figure 2023064255000061
Figure 2023064255000062
故に、一般用途を想定した場合の液滴噴射装置２５において必要とされるｍの値の範囲は、下記式（３０）のようになる。
Figure 2023064255000063
そして、式（３０）を式（１７）に適用すると流路径Ｒの範囲は限定され、下記式（３１）のようになる。
Figure 2023064255000064
ここで、式（３１）の各辺を２乗し整理すると、下記式（３２）が得られる。下記式（３２）を満たすようにノズル孔数Ｎ、流路径Ｒ及びノズル孔の径ｒを設定すれば、一般用途で使用が想定されるほぼ全ての液体３を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置２５は、液滴化した液体３による衝撃力を利用した洗浄機器として使用できる。すなわち、下記式３２を満たすような構成とすることで、流路１０の断面形状が円形である場合に、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000065
ここで、表２の２０℃、３０℃、４０℃の各温度における水と、液体Ｔおよび液体Ｕを実際に噴射し、安定して液滴化できた条件における各種パラメーターの実測値を表３に示す。
Figure 2023064255000066
表３を見てわかる通り、実験で得られた各パラメーターからＪｅ及びＲｅの値は本発明で計算の前提とした値の範囲に収まっている。また、これらの液体を安定して液滴化して噴射できた流路およびノズル孔１３の設計値から求めたＲ２／（Ｎ２・ｒ３）の値は、式（３２）を満足していることがわかる。よって、式（３２）は実際の液滴噴射に必要な条件を適切に示していることがわかる。
ここで、１つのノズル孔１３（Ｎ＝１）を用いた液滴噴射装置２５において、ノズル孔の径ｒを具体的に設定した場合に式（３２）で許容される流路径Ｒの最小値と最大値を表４に示す。
Figure 2023064255000067
ところで、表２及び表３における液体Ｕは、本明細書で物性値を示した液体３の中で最も動粘性係数νの値が大きい液体である。液体Ｕは各種パラメーターを実測した液体３の中でＪｅ及びＲｅともに最大の値を示すが、それでもＪｅ＝７３．７６、Ｒｅ＝４．８６程度であり、Ｊｅの上限値であるＪｅ＝４００及びＲｅの上限値であるＲｅ＝２３００と比較してかなり小さい。また、表２及び表３における液体Ｔは、本明細書で物性値を示した液体３の中で最も動粘性係数νの値が小さい液体である。液体ＴのＪｅ及びＲｅの値はそれぞれＪｅ＝５．０２、Ｒｅ＝２．５７である。
つまり、式（３２）の導出に利用した０．１＜Ｊｅ≦４００と０．１＜Ｒｅ≦２３００という数値範囲は広すぎる場合がある。そこで、Ｊｅ及びＲｅの範囲をより絞ることで、実際の液滴噴射装置２５に好適かつ現実的な流路径Ｒの範囲を求める。ここでは、表３で示した実験により得られたＪｅ及びＲｅの値をもとに、Ｊｅ及びＲｅの範囲を１≦Ｊｅ≦１００、１≦Ｒｅ≦１００に設定する。そうすると、式（２１）及び式（２２）は下記式（３３）及び下記式（３４）のように書き直され、結果的に式（２３）に対応する下記式（３５）が得られる。
Figure 2023064255000068
Figure 2023064255000069
Figure 2023064255000070
ここで、式（３５）に式（２７）のｓの範囲を適用すると、ｍの範囲は下記式（３６）のように絞ることができる。
Figure 2023064255000071
Figure 2023064255000072
ここで、式（３２）と同様の形に書き直すと、下記式（３７）が得られる。
Figure 2023064255000073
Figure 2023064255000074
式（３７）も表３に示した実験値をもとに求めたＲ２／（Ｎ２・ｒ３）の値をすべて含む数値範囲になっている。すなわち、式（３７）を満たすような構成とすることで、流路１０の断面形状が円形である場合に、一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。１つのノズル孔１３（Ｎ＝１）を用いた液滴噴射装置２５において、ノズル孔の径ｒを具体的に設定した場合に式（３７）で許容される流路径Ｒの最小値と最大値を表５に示す。
Figure 2023064255000075
さらに、液滴噴射装置２５が例えば水のみを用いて皮膚の洗浄を行うことに特化する場合、式（３７）の範囲でも過剰であることが表３の結果から分かる。これは、水のｓの値が式（２３）に示したｓの値の範囲より狭いことに起因する。さらに、皮膚洗浄の用途で液滴噴射装置２５が使われる場合、その液滴が当たる対象は人の皮膚であるから、６０℃～１００℃のような高温の水が利用されることはない。よって、水を用いた皮膚洗浄を目的とする液滴噴射装置２５の場合、噴射されるのは温度が２０℃～４０℃程度の水に限定される。この条件では、表１よりｓの値は下記式（３８）の範囲に絞られる。
Figure 2023064255000076
さらに、上記の温度範囲における水のＪｅ及びＲｅの範囲は表３より１≦Ｊｅ≦１５、１≦Ｒｅ≦１０に設定できるので、下記式（３９）及び下記式（４０）のように表すことができ、この条件下でのｍの範囲は下記式（４１）のようになる。
Figure 2023064255000077
Figure 2023064255000078
Figure 2023064255000079
Figure 2023064255000080
ここで、式（３２）及び式（３７）と同様の形に書き直すと、下記式（４２）が得られる。
Figure 2023064255000081
Figure 2023064255000082
式（４２）が表３に示した２０℃～４０℃の水の実験値をもとに求めたＲ２／（Ｎ２・ｒ３）の値をすべて含む数値範囲になっている。すなわち、式（４２）を満たすような構成とすることで、流路１０の断面形状が円形である場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。１つのノズル孔１３（Ｎ＝１）を用いた液滴噴射装置２５において、ノズル孔の径ｒを具体的に設定した場合に式（３７）で許容される流路径Ｒの最小値と最大値を表６に示す。
Figure 2023064255000083
＜流路が矩形の場合の制御例＞
続いて、流路１０の断面が円形ではなく、矩形状の場合について説明する。ここで、図５は、左側の図が液滴７の吐出方向から見た概略図であり、右側の図が左側の図に対応する側面断面図である。図５では以下のパラメーターを視覚的にわかるように概略的に表現している。なお、流路形状が矩形とは、噴射ノズル１１と隣接する部分における流路１０の断面形状が矩形であることを意味し、図５の左側の図で表されるように、流路内壁１０２の断面形状が矩形であることを意味する。ただし、流路外壁１０１の形状に特に限定はない。流路１０の断面形状の影響を受けるのは、式（３）で示した水力直径ＤＨである。水力直径ＤＨの定義式を下記式（４３）に示す。ここで、Ｌは流路１０の濡れ縁長さであり、別の表現をすると、流路１０の断面における流路内壁１０２の周長である。
Figure 2023064255000084
断面が長辺ａ（ｍ）、短辺ｂ（ｍ）の矩形の場合、Ａｃ＝ａｂ、Ｌ＝２（ａ＋ｂ）なので、ＤＨは下記式（４４）のように表される。
Figure 2023064255000085
式（４４）を式（２）に代入すると、下記式（４５）が得られる。
Figure 2023064255000086
流路１０の断面が矩形でも流路１０とノズル孔１３の間で連続の式が成り立つので、式（５）を満たす。また、ノズル孔１３の条件は流路１０が円形の場合と同様なので、ノズル孔１３の総断面積Ａは式（６）を満たし、１つのノズル孔１３の断面積Ａｎは式（８）を満たす。よって、下記式（４６）が導かれる。
Figure 2023064255000087
Figure 2023064255000088
また、式（４６）の両辺を２乗して式を変形すると、下記式（４７）が得られる。
Figure 2023064255000089
Figure 2023064255000090
そして、式（１０）の両辺をそれぞれ式（４７）で割ると、下記式（４８）が得られる。
Figure 2023064255000091
Figure 2023064255000092
一方、式（４５）をさらに変形すると、下記式（４９）が得られる。
Figure 2023064255000093
Figure 2023064255000094
Figure 2023064255000095
そして、式（４９）の両辺を２乗して式（４８）に代入して整理すると、下記式（５０）が得られる。
Figure 2023064255000096
Figure 2023064255000097
これ以降の計算は流路１０が円形の場合と同じである。つまり、式（１７）におけるＲが２（ａ＋ｂ）／πに置き換わっただけである。これは、流路１０の断面が円形の場合の流路内壁１０２の周長がπＲであったところが、流路１０の断面が矩形となったことで流路内壁１０２の周長が２（ａ＋ｂ）に変わったことに対応している。よって、流路１０の断面形状が矩形の場合、式（３２）に対応する式（５１）は以下のようになる。
Figure 2023064255000098
ここで、式（５１）の形を整えると、π２が略９．８７であることより下記式（５２）のようになる。このように、式（５２）を満たすような構成とすることで、流路１０の断面形状が矩形である場合に、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000099
Figure 2023064255000100
なお、同様に、式（３７）に対応する式（５４）は、下記式（５３）を経て以下のようになる。このように、式（５４）を満たすような構成とすることで、一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000101
Figure 2023064255000102
Figure 2023064255000103
さらに、同様に、式（４２）に対応する式（５５）は以下のようになる。このように、式（５４）を満たすような構成とすることで、流路１０の断面形状が矩形である場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000104
Figure 2023064255000105
Figure 2023064255000106
ここで、流路１０の断面形状が正方形の場合について説明する。図６は、左側の図が液滴７の吐出方向から見た概略図であり、右側の図が左側の図に対応する側面断面図である。図６では以下のパラメーターを視覚的にわかるように概略的に表現している。なお、流路形状が正方形とは、噴射ノズル１１と隣接する部分における流路１０の断面形状が正方形であることを意味し、図６の左側の図で表されるように、流路内壁１０２の断面形状が正方形であることを意味する。ただし、流路外壁１０１の形状に特に限定はない。流路１０の断面形状が正方形の場合、一辺の長さをｐ（ｍ）とすると、ｐ＝ａ＝ｂが成り立つので、式（５２）、式（５４）、式（５５）のａ＋ｂを２ｐに直すことができ、下記式（５６）から下記式（５８）が得られる。このように、式（５８）を満たすような構成とすることで、流路１０の断面形状が正方形である場合に、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000107
Figure 2023064255000108
Figure 2023064255000109
Figure 2023064255000110
Figure 2023064255000111
Figure 2023064255000112
＜流路の断面形状を一般化した場合の制御例＞
さらに、流路１０の断面形状を特定せず、一般化して考えてみる。ここで、図７は、左側の図が液滴７の吐出方向から見た概略図であり、右側の図が左側の図に対応する側面断面図である。図７では以下のパラメーターを視覚的にわかるように概略的に表現している。なお、図７は流路１０の断面形状が多角形である場合の一例を表している。流路１０の断面形状は多角形に限定されるものではなく、任意の曲線部を有していてもよい。水力直径ＤＨの定義式である式（４３）を式（２）にそのまま代入すると、下記式（５９）が得られる。
Figure 2023064255000113
流路１０の断面形状に関係なく流路１０とノズル孔１３の間で式（５）は成立する。また、ノズル孔１３の条件は流路の断面形状が円形の場合及び流路の断面形状が矩形の場合と同様なので、ノズル孔１３の総断面積Ａは式（６）を満たし、１つのノズル孔１３の断面積Ａｎは式（８）を満たす。よって、下記式（６０）が導かれる。
Figure 2023064255000114
Figure 2023064255000115
また、式（６０）の両辺を２乗して式変形すると、下記式（６１）が得られる。
Figure 2023064255000116
Figure 2023064255000117
また、式（１０）の両辺をそれぞれ式（６１）で割ると、下記式（６２）が得られる。
Figure 2023064255000118
Figure 2023064255000119
一方、式（５９）をさらに変形すると、下記式（６３）が得られる。
Figure 2023064255000120
Figure 2023064255000121
Figure 2023064255000122
ここで、式（６３）の両辺を２乗して式（６２）に代入して整理すると、下記式（６４）が得られる。
Figure 2023064255000123
Figure 2023064255000124
これ以降の計算は流路１０の断面形状が円形の場合と同じである。つまり、式（１７）におけるＲがＬ／πに置き換わっただけである。実際、流路１０の断面形状が円形の場合、流路内壁１０２の周長Ｌ＝πＲなので、式（６４）の左辺はＬ／π＝πＲ／π＝Ｒとなって式（１７）が求まる。さらには、流路１０の断面形状が矩形の場合、流路内壁１０２の周長Ｌ＝２（ａ＋ｂ）なので、式（６４）の左辺はＬ／π＝２（ａ＋ｂ）／πとなって式（５０）が求まる。要するに、ジェット数Ｊｅ及びレイノルズ数Ｒｅの定義式のみから、流路１０の断面形状とは無関係に流路内壁１０２の周長Ｌがノズル孔の径ｒの３／２乗に比例することが導かれる。また、この時の比例定数がｍπであることも同時に分かる。さらに、「噴射された液体３が液滴化する」及び「流路１０内の流れが層流である」という２つの条件から流路１０の断面における流路内壁１０２の周長Ｌとノズル孔の径ｒの３／２乗との比の値が取り得る範囲を限定できることも示している。この事実をもとに式（３２）、式（３７）、式（４２）を一般化すると下記式（６５）から下記式（６７）が求まる。なお、ここでは、π２を９．８７として計算している。
Figure 2023064255000125
Figure 2023064255000126
Figure 2023064255000127
 式（６５）を満たせば、ノズル孔の径ｒとノズル孔の数Ｎを決定するだけで、液滴噴射装置２５が直進性を有する液滴７を安定的に噴射するための流路１０を任意の形状で設計することができる。別の表現をすると、上記式（６５）を満たすように、ノズル孔の数Ｎと、ノズル孔の径ｒと、流路の断面の周長Ｌと、を決定し、このように決定された液滴噴射装置２５とすることで、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。なお、流路の断面の周長Ｌは、噴射ノズル１１と隣接する部分における流路１０の断面の周長を意味する。なお、ノズル孔の数Ｎに特に限定はなく、図８から図１０で表されるように、様々なノズル孔の数Ｎとすることができる。
Figure 2023064255000128
Figure 2023064255000129
Figure 2023064255000130
 また、式（６６）を満たせば、ノズル孔の径ｒとノズル孔の数Ｎを決定するだけで、水や市販の各種液体３を安定的に液滴化して噴射可能な液滴噴射装置２５の流路１０を任意の形状で設計することができる。別の表現をすると、上記式（６６）を満たすように、ノズル孔の数Ｎと、ノズル孔の径ｒと、流路の断面の周長Ｌと、を決定し、このように決定された液滴噴射装置２５とすることで、一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000131
Figure 2023064255000132
Figure 2023064255000133
 さらに、式（６７）を満たせば、ノズル孔の径ｒとノズル孔の数Ｎを決定するだけで、皮膚の洗浄に好適な２０℃以上４０℃以下の水を安定的に液滴化して噴射可能な液滴噴射装置２５の流路１０を任意の形状で設計することができる。別の表現をすると、上記式（６７）を満たすように、ノズル孔の数Ｎと、ノズル孔の径ｒと、流路の断面の周長Ｌと、を決定し、このように決定された液滴噴射装置２５とすることで、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
ここで、表３のデータに流路の断面の周長Ｌと該Ｌを用いて求めたＬ２／（Ｎ２・ｒ２）の値を追加したものを表７に示す。
Figure 2023064255000134
表７に示す通り、すべての液体でＬ２／（Ｎ２・ｒ２）の値が式（６５）及び式（６６）の範囲に含まれていることが分かる。さらに、２０℃以上４０℃以下の水におけるＬ２／（Ｎ２・ｒ２）の値は、すべて式（６７）の範囲に含まれていることも分かる。つまり、式（６５）から式（６７）は実験値を適切に示していると言える。
＜流路の断面積について＞
続いて、ノズル孔の径ｒを具体的に設定したときに式（６５）から式（６７）で許容される流路の断面の周長Ｌ及び流路の断面積Ａｃを計算する。流路の断面の周長Ｌの範囲は式（６５）から式（６７）に基づいて直接決定できる。また、流路の断面の周長Ｌの範囲が決まれば、それに対応する流路の断面積Ａｃの最大値も自動的に決まる。これは、断面の周長Ｌの値を一定にして図形の形状を任意に変えた場合、円形の時に面積が最大となることを利用している。つまり、流路の断面の周長Ｌの最大値Ｌｍａｘに対応する円形の面積が、流路の断面積Ａｃの最大値Ａｃｍａｘになる。流路の最大周長Ｌｍａｘ、断面形状が円形である円管の最大径Ｒｍａｘのとき、Ｌｍａｘ＝Ｒｍａｘとなるので、流路の最大断面積ＡｃｍａｘはＡｃｍａｘ＝πＲｍａｘ２／４＝Ｌｍａｘ２／４πとなる。また、流路１０の断面形状が矩形の場合、流路１０の断面積が最大となるのは断面形状が正方形の時であり、その値はＡｃｒｍａｘ＝Ｌｍａｘ２／１６となる。式（６５）から式（６７）に基づいて計算される最小周長Ｌｍｉｎ、最大周長Ｌｍａｘ、最小周長Ｌｍｉｎに対応する円形の円管の最小径Ｒｍｉｎ、最大周長Ｌｍａｘ対応する円形の円管の最大径Ｒｍａｘ、断面形状が矩形の時の流路の最大断面積Ａｃｒｍａｘ及び流路の最大断面積Ａｃｍａｘを表８から表１０にそれぞれ示す。
Figure 2023064255000135
Figure 2023064255000136
Figure 2023064255000137
＜ノズル孔の径が１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合＞
ノズル孔の数Ｎ、流路の断面の周長Ｌ（ｍ）、流路の断面積をＡｃ（ｍ２）とするとき、Ｌを表８から求めた下記式（６８）の範囲内に収めれば、ほぼ全ての液体３を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置２５は、液滴化した液体３による衝撃力を利用した洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（６８）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合に、一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000138
また、Ｌを表９から求めた下記式（６９）の範囲内に収めれば、一般人が容易に入手可能なほぼ全ての液体３を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置は、液滴化した液体３による衝撃力を利用した一般用途に適した可搬性を有する洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（６９）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合に、洗浄機器や美容機器などで一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000139
また、Ｌを表１０から求めた下記式（７０）の範囲内に収めるように流路１０及びノズル孔１３を設計すれば、２０℃以上４０℃以下の水を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置２５は、液滴化した水による衝撃力を利用した洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（７０）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000140
さらに、Ａｃを表１０から求めた下記式（７１）を満たすように流路１０及びノズル孔１３を設計すれば、２０℃以上４０℃以下の水を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置２５は、液滴化した水による衝撃力を利用した洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（７１）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１００μｍ以上１ｍｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000141
＜ノズル孔の径が１μｍ以上１００μｍ以下の場合＞
ノズル孔の数Ｎ、流路の断面の周長Ｌ（ｍ）、流路の断面積をＡｃ（ｍ２）とするとき、Ｌを表８から求めた下記式（７２）の範囲内に収めれば、ほぼ全ての液体３を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置２５は、液滴化した液体３による衝撃力を利用した洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（７２）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000142
また、Ｌを表９から求めた下記式（７３）の範囲内に収めれば、一般人が容易に入手可能なほぼ全ての液体３を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置は、液滴化した液体３による衝撃力を利用した一般用途に適した可搬性を有する洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（７３）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、洗浄機器や美容機器などで一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000143
また、Ｌを表１０から求めた下記式（７４）の範囲内に収めるように流路１０及びノズル孔１３を設計すれば、２０℃以上４０℃以下の水を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置２５は、液滴化した水による衝撃力を利用した洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（７４）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000144
さらに、Ａｃを表１０から求めた下記式（７５）を満たすように流路１０及びノズル孔１３を設計すれば、２０℃以上４０℃以下の水を液滴化して噴射できるので、当該流路１０及びノズル孔１３を有する液滴噴射装置２５は、液滴化した水による衝撃力を利用した洗浄機器として使用できる。別の表現をすると、このように式（７５）を満たすような構成とすることで、ノズル孔の径ｒが１μｍ以上１００μｍ以下の場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、流路１０の断面形状にかかわらず、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000145
一方、表１０に基づいて、下記式（７６）を満たすように流路１０及びノズル孔１３を設計すれば、流路の断面形状が円形であってノズル孔の径ｒが１μｍ以上１００μｍ以下である場合に、一般的に使用されるほとんどの液体３を用いて、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000146
さらに、表１０に基づいて、下記式（７７）を満たすように流路１０及びノズル孔１３を設計すれば、流路１０の断面形状が矩形であってノズル孔の径ｒが１μｍ以上１００μｍ以下である場合に、２０℃以上４０℃以下の水やそれに類似する特性の液体３を用いて、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。或いは、流路１０の断面形状が正方形であってノズル孔の径ｒが１μｍ以上１００μｍ以下である場合に、好ましい液滴７の状態で液体３を噴射することができる。
Figure 2023064255000147
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…対象物、１０…流路、１１…噴射ノズル、１２…液体吸引チューブ、１３…ノズル孔、１４…送液チューブ、２５…液滴噴射装置、２７…加圧液体供給部（本体）、１０１…流路外壁、１０２…流路内壁

Claims (20)

  1. 液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、
    内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、
    前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ（ｍ）、前記液体と接する前記流路の断面の周長Ｌ（ｍ）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000148
  2. 請求項１に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000149
  3. 請求項１に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000150
  4. 請求項１に記載の液滴噴射装置であって、
    以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000151
  5. 請求項４に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000152
  6. 請求項４に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000153
  7. 請求項４に記載の液滴噴射装置であって、
    以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000154
  8. 請求項７に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000155
  9. 請求項７に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、前記流路の断面積Ａｃ（ｍ２）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000156
  10. 請求項７に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000157
  11. 請求項７に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、前記流路の断面積Ａｃ（ｍ２）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000158
  12. 液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、
    内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、
    前記流路は断面形状が円形であり、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ（ｍ）、前記流路の径Ｒ（ｍ）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000159
  13. 請求項１２に記載の液滴噴射装置であって、
    以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000160
  14. 請求項１３に記載の液滴噴射装置であって、
    以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000161
  15. 請求項１３に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であるとき、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000162
  16. 液体を液滴化して噴射する液滴噴射装置であって、
    内部に前記液体が流通する流路を有する本体と、少なくとも１つのノズル孔を有する噴射ノズルと、を備え、
    前記流路は断面形状が矩形であり、前記ノズル孔の数をＮ、前記ノズル孔の径をｒ、前記流路の断面の一辺の長さａ、前記流路の断面の他の一辺の長さｂとすると、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000163
  17. 請求項１６に記載の液滴噴射装置であって、
    以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000164
  18. 請求項１７に記載の液滴噴射装置であって、
    以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000165
  19. 請求項１６に記載の液滴噴射装置であって、
    前記断面形状は正方形であり、前記正方形の一辺の長さｐとすると、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000166
  20. 請求項１８又は請求項１９に記載の液滴噴射装置であって、
    前記ノズル孔の径は１μｍ以上１００μｍ以下であり、前記流路の断面積Ａｃ（ｍ２）とすると、以下の式を満たすことを特徴とする液滴噴射装置。
    Figure 2023064255000167
JP2021174419A 2021-10-26 2021-10-26 液滴噴射装置 Pending JP2023064255A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021174419A JP2023064255A (ja) 2021-10-26 2021-10-26 液滴噴射装置
CN202211303313.5A CN116020677A (zh) 2021-10-26 2022-10-24 液滴喷射装置
US17/972,694 US20230128464A1 (en) 2021-10-26 2022-10-25 Droplet Jet Device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021174419A JP2023064255A (ja) 2021-10-26 2021-10-26 液滴噴射装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023064255A true JP2023064255A (ja) 2023-05-11

Family

ID=86055353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021174419A Pending JP2023064255A (ja) 2021-10-26 2021-10-26 液滴噴射装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230128464A1 (ja)
JP (1) JP2023064255A (ja)
CN (1) CN116020677A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
CN116020677A (zh) 2023-04-28
US20230128464A1 (en) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Varga et al. Initial breakup of a small-diameter liquid jet by a high-speed gas stream
Kasyap et al. Flow and breakup characteristics of elliptical liquid jets
Huang et al. Visualization of two phase flow inside an effervescent atomizer
CN106604782B (zh) 沉浸式淋浴头
Altieri et al. Mechanisms, experiment, and theory of liquid sheet breakup and drop size from agricultural nozzles
CN106163672A (zh) 用于产生均匀小液滴喷雾的具有高效率机械打散的改进的旋流喷嘴组件
Ramamurthi et al. Performance characteristics of effervescent atomizer in different flow regimes
JP6943454B2 (ja) 液体散布ノズル
Sen et al. Bubble formation and flow instability in an effervescent atomizer
Ochowiak The experimental study on the viscosity effect on the discharge coefficient for effervescent atomizers
JP2023064255A (ja) 液滴噴射装置
Lin et al. Spray penetration heights of angle-injected aerated-liquid jets in supersonic crossflows
Lin et al. Spray structures of aerated liquid fuel jets in supersonic crossflows
Lin et al. Structures of internal flow and the corresponding spray for aerated-liquid injectors
JP6990848B2 (ja) 噴射ノズルおよび噴射方法
JP2008504972A (ja) 鋼板冷却設備用冷却ヘッダー
Zhang et al. Impingement and breakup characteristics of free opposed impinging jets with unequal nozzle diameter
Comiskey et al. Friction coefficient of an intact free liquid jet moving in air
JP5672613B2 (ja) 液体霧化装置
JP2006296491A (ja) 液体噴射用発泡ノズル
US20180099256A1 (en) Nozzle for Producing Microparticles
US4378088A (en) Liquid atomizing method and apparatus
RU2346756C1 (ru) Пневматическая форсунка
RU2297864C2 (ru) Устройство пожаротушения
RU2494779C1 (ru) Пеногенератор вихревого типа

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20211105

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240716