JP3673893B2

JP3673893B2 - 液滴吐出装置

Info

Publication number: JP3673893B2
Application number: JP29441299A
Authority: JP
Inventors: 寿一廣田; 孝生大西; 幸久武内
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP2001113737A; US6443366B1; EP1092541A3; EP1092541A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を吐出することにより、上記液体を処理する各種機械に使用される液滴吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から特定の分野において、液体を微細粒子として吐出する装置としては、例えば、特開平６−４００３０号公報等に開示されているインクジェット吐出装置が知られている。しかしながら、このような吐出装置は、使用の際に周囲環境の温度、圧力等の変動が少なく、比較的定常的な条件下の事務所、学校等で使用されるので、操作環境の大幅な変動に曝されることはない。
一方で、半導体などの製造の際に副原料として、各種化学物質の微粉末が使用されており、機械的粉砕手段のみでは、粉末度に関する要求水準を満たすことができず、新たな粉末の製造手段の開発が熱望されている。そのような方法の一つとして、原料を、乾燥室内などの反応槽内に微細な粒子としてより安定的に供給できる方法の採用が急務となっている。そのような方法に採用可能な装置として、数百ｎｍ〜数十μｍ径の粒子として液体を少量から多量まで作動レンジが広くてもより安定的に、且つ制御性良く滴下できる装置の出現が強く求められているのが現状である。そして、運転条件等の変動などにより、該装置の運転時の吐出空間の環境が激しく変動することや、その環境変動により液体の状態が変わって気泡を生じて液体の流動性を損なうことがしばしばあり、吐出空間の環境や液体の状態などが変動しても、供給液体を所望の微細な粒子として所望量供給できる装置が提供できる状況に至っていないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、吐出空間の環境が、激しく且つ突然に変動し又は液体の状態により気泡が存在するような条件下でも、変動する周囲環境に応じて液体の吐出条件を絶えず最適な条件に調整し、少量から多量まで作動レンジが広くても安定的に液体を吐出できる構造を備えた原料その他の液体吐出装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、液体貯蔵タンクと、該液体貯蔵タンクの液体を吐出する液体吐出手段と、該液体吐出手段から液体が吐出される空間を有する反応槽とを備える液滴吐出装置において、
該液体吐出手段は、該反応槽に開口する流路の終端に設けられた吐出口と、該吐出口の開度を調整できる開度手段と、積層形成された振動室に導入された液体に振動を付与する振動手段とを備え、該液体貯蔵タンクの内圧と該反応槽の内圧をそれぞれＰ１、Ｐ３とした時、Ｐ１≧Ｐ３であることにより、振動手段で振動された液体流が吐出口の空気接面から反応槽の内圧に吸引、霧化する液滴吐出装置である。
これにより、流路内の液体に気泡が存在していても、安定的に且つ制御性良く流体が吐出され、振動手段で微振動が付与された液体流が微粒子化しており、吐出口の空気接面から反応槽の内圧に吸引されて生じる霧化は、微細な噴霧状態を継続できる。また、液体貯蔵タンクの内圧と反応槽の内圧とが同じな場合は、振動手段で微細動のみでも少量の噴霧は行えるので、大容量から少量までの幅広レンジの噴霧量に対応することができる。
なお、反応槽の内圧Ｐ３を液体貯蔵タンクの内圧Ｐ１以下に設定する手段としては、反応槽に通風すること等によって行われ、場合によっては反応槽の、吐出口を開口させる部分の断面積を他の部分より狭くすることにより効率的に負圧にしても良い。
【０００６】
ここで、開度手段は、反応槽に開口する弁座に、流路端部における壁部の薄膜部に設けられた弁体を近接させて流路の内径を変化させる弁構造を有し、流路の内径を狭める流路内側の突設物材は弁座及び弁体のどちらに設けても良い。また、流路端部における壁部の薄膜部外側に設けられた押圧部材は、積層アクチュエータや、陰陽極の櫛歯間に圧電体を配置する形式又は陰陽極の櫛形配列と平行に圧電体を配置する形式の櫛形電極構造を有した薄膜アクチュエータ、ソレノイドコイルなどを用いることができ、特に、請求項２に係る発明のように、液体吐出手段は、少なくとも一面を他の面より薄肉に形成された壁面を有する流路からなり、開度手段は、流路端部における薄肉壁部の少なくとも一部に設けられた圧電／電歪素子の歪みを利用して流路の断面積を変化させることが望ましい。これにより、低い消費電力で制御性良く吐出でき、また製造コストを低減できる。
また、流路における壁部の薄膜部が開度の調整をするために大きな変位をできるように、変位方向に直交する方向に流路の端部を幅広に形成し、その中央に、流路の端部として吐出口を設けても良い。
【０００７】
ここで、振動手段は、積層アクチュエータや陰陽極の間に圧電体を挟持する構造である薄膜アクチュエータを、流路における壁部の薄膜部外側に設けることができ、特に、請求項３に係る発明のように、液体吐出手段は、少なくとも一面を他の面より薄肉に形成された壁面を有する流路からなり、振動手段は、流路における薄肉壁部の少なくとも一部に設けられた圧電／電歪素子の歪みを利用して液体に微振動を付与することが望ましい。これにより、振幅の大きい振動手段を低コストで提供できるだけでなく、低電圧で高周波駆動させることができる。
なお、壁部の薄膜部外側に設ける振動手段の配置は、吐出口を囲む形状であって中央に開度手段の挿通穴を設けて、吐出口の外周に沿うように配置するほか、矩形の振動部材を吐出口近傍に配置しても良い。その際、矩形の振動部材の数は一つでも、一つ以上の複数個でも良く、複数個の場合は、吐出口の周りに放射状に配置しても良い。また、振動手段は、振動を効率良く液体に伝達するため、開度手段に比較してより多くの薄肉上壁の部分に形成されていても良く、更には、吐出口に振動が集中するように振幅の方向を吐出口に向けるように吐出口から離れた振動部材は壁面に対し斜めに配置しても良い。
【０００８】
また、請求項４に係る発明のように、吐出口は、反応槽に開口する形状を長孔に形成して吐出面積及び噴霧量を増加させることが望ましい。
【０００９】
また、請求項５に係る発明のように、液体貯蔵タンクと液体吐出手段との間に、液体貯蔵タンクに逆止弁を介して連結され液面を一定にして一定容積を有する機能を持つフロート槽を配置することが望ましい。これにより、液体貯蔵タンクからの液体の背圧が一定となるので、加圧されて吐出口から液漏れすることを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液滴吐出装置を実施する形態及びその製造方法を詳細に説明する。
図１は液滴吐出装置１を中央で縦に切断した端面図であり、図２は図１の液滴吐出装置１の斜視図である。
液滴吐出装置１は、液体貯蔵タンクに連通し弁６を備えるフロート槽２と、フロート槽２の液体を吐出する液体吐出手段４と、液体吐出手段４から液体が吐出される空間を有しその液体を回収する反応槽３を備えている。また、反応槽３には液体又は細粒を回収するための送風がされており、液体貯蔵タンク又はフロート槽２の内圧Ｐ１及び反応槽３の内圧Ｐ３は、大気圧と等圧なＰ１＝Ｐ３又は強い送風のためにＰ１＞Ｐ３となる関係に保たれている。
液体吐出手段４は、反応槽３に開口する流路７の終端に設けられた吐出口４１と、吐出口４１の開度を調整できる開度手段８と、流路７内に導入された液体に振動を付与する振動手段９とを備えているから、その振動手段９で振動された液体流が吐出口４１の空気接面から反応槽３の内圧に吸引されて霧化されている。流路７の終端には幅広な空間を有する振動室７１が形成され、その上壁７２は薄板状に形成され、その一部には下方方向へ弁体７３が突設され、その弁体７３に対向した下壁７４には反応槽３に開口する開口部７５が穿設され、開口部７５の周縁は弁体７３が最下位置まで下降したときには接触する弁座７６を設けることにより、弁体７３と弁座７６との隙間が吐出口４１となる。そして、弁体７３の上壁７２を挟んだ上方向には上壁７２を上下方向へ押し下げる開度手段８の下端部が当接し、開度手段８の上端は、振動室７１の上方を覆う基枠１１に固定されている。開度手段８は、陰陽極電極に挟持された圧電膜が多層積層された積層アクチュエータからなっている。また、開度手段８の周囲には、同様に下端を上壁７２に接触させ、上端を基枠１１に固定された積層アクチュエータからなる振動手段９が設けられている。振動手段９は、開度手段８より振動の振幅量は少なくて良いため、積層アクチュエータの積層数が少なくても良い。なお、図中の積層アクチュエータは、圧電体が延びる方向の歪みを利用する圧電縦効果を利用するタイプであるが、圧電体が縮む方向の歪みを利用した圧電横効果を利用するタイプであっても良い。
これにより、液滴を吐出するには、まず液滴の吐出量に応じて開度手段８の圧電／電歪素子８３を調整することにより吐出口４１の隙間大きさを変えることにより吐出量を調整する。そして、振動室７１の上壁７２を振動手段９の圧電／電歪素子９３に通電して振動を付与することで振動室７１を満たした液体流は、吐出口４１の空気接面から反応槽３の負圧に吸引、霧化されていく。
なお、開度手段８に印加／通電される信号は、必要とされる液滴の吐出量に応じて出力されるが、振動手段９に印加／通電される信号は、数十ｋＨｚ以上の高周波域の信号である。また振動手段９の必要に応じて数十Ｈｚの低周波で変調されている場合もある。
【００１１】
図３以下は、他の実施形態を示す。図３には開度手段８の弁体７３について他の形態を示したものである。ここで弁体７３は、その形状を開口部７５の端縁と同一にし、弁体７３が最下位置まで下降して弁体７３の先端が開口部７５に挿通されたときに吐出口４１の遮断性を増すことができる。
【００１２】
図４は、開口部７５の外側に、微細孔が複数個形成された薄板７７を設置している。これにより、反応槽３の内圧Ｐ３が急激に変化した時や信号印加直後の過渡期等に、万が一霧化が劣る液滴が吐出口４１より出された場合の霧化性能の劣化を防ぐことができる。また、微細孔が複数個形成された薄板７７は、用途又は液性等に適した開口率を有するメッシュ等でも良い。
【００１３】
図５以下は、図２に相当する図面で他の実施形態を示す。図１に示す吐出口４１は上壁７２に弁体７３を突設し、開度手段８により弁体７３を下方向へ押し下げるのに対し、図５に示すものは、開口部７５の周縁に上方向へ突設した弁座７６を形成し、開口部８によりを上壁７２と平面を共通にした弁体７３を押し下げている。
また、図１及び図２に示す振動手段９は、直方体状に形成される積層物を複数個開度手段８を中心に放射状に配置しているのに対し、図６に示すものは、円柱状の開度手段８を中心としてそれを囲む形状で、管体状の振動手段９を配置している。更に、吐出口４１の開口部７５の形状は振動室７１の幅方向に広がった長孔形状に形成され、開口部７５の外側には、微細孔が複数個穿設された薄板７７が取り付けられている。そして、図７は、図２に示すものに対して図５に示す吐出口４１及び図６に示す振動手段９、開口部７５、薄板７７を併用したものである。なお、微細孔の大きさは開口部７５に対し大きく図示している。
【００１４】
次に、図８は開度手段８及び振動手段９の他の実施形態を示しており、図１に示す開度手段８及び振動手段９は図８（ａ）に示すように陰陽極電極８１，８２に挟持された圧電／電歪膜８３，９３が多層積層された積層アクチュエータからなっている他に、図８（ｂ）に示すように櫛型極板の櫛歯を交互に噛み合わせた隙間に圧電／電歪素子８３，９３を充填したり、図８（ｃ）に示すように平板状の陽極及び陰極の間に圧電／電歪膜を挟持したり、また、図８（ｄ）に示すように櫛型極板の櫛歯を交互に隙間を保って噛み合わせ、その電極板の下方に圧電／電歪膜８３，９３を挟持したりする手段がある。
【００１５】
図９は、開度手段８と振動手段９を一つの積層アクチュエータで兼用した実施形態を表している。このように一つのアクチュエータで開度を調整するとともに振動を付与する場合は、振動に対する印加／通電信号を、開度の調整命令に相当する印加／通電信号に重複して送られる。
【００１６】
なお、各部材の形状・大きさ・材質等は使用目的・吐出液体の物理化学的性質等により定まるものであり、例えば、反応槽３は、気相反応の反応装置となる場合はステンレス製又は内表面をガラスなどでライニングで形成した部材、又は液体の乾燥室となる場合はステンレス製の部材が好適である。また、振動室７１を形成する部材は、耐薬品性・耐溶媒性等の観点からセラミック材料を積層、一体焼成したものが好適であり、振動に対する耐久性の観点からは金属製であっても良く、その場合は金属を接着剤による接着、ろう付け、金属拡散法等を用いて積層、形成する。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した通り、請求項１に係る発明によれば、液滴吐出装置の液体吐出手段は、該反応槽に開口する流路の終端に設けられた吐出口と、該吐出口の開度を調整できる開度手段と、積層形成された振動室に導入された液体に振動を付与する振動手段とを備え、振動手段で振動された液体流が吐出口の空気接面から反応槽の内圧に吸引、霧化することにより、流路内の液体に気泡が存在していても安定的に且つ制御性が良く流体が吐出され、振動手段で微振動を付与された液体流が微粒子化しており、吐出口の空気接面から反応槽の内圧に吸引されて生じる霧化は、微細な噴霧状態を継続できる。また、液体貯蔵タンクの内圧と反応槽の内圧とが同じな場合は、振動手段で微細動のみでも少量の噴霧は行えるので、大容量から少量までの幅広レンジの噴霧量に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液滴吐出装置を中央で縦に切断した端面図である。
【図２】図１の斜視を示す説明図である。
【図３】開度手段の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】開口部に薄板を取り付けた実施形態を示す説明図である。
【図５】他の実施形態を示す説明図である。
【図６】他の実施形態を示す説明図である。
【図７】他の実施形態を示す説明図である。
【図８】アクチュエータの他の実施形態を示す説明図である。
【図９】開度手段と振動手段を兼用する実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・液滴吐出装置、２・・フロート槽、３・・反応槽、４・・液体吐出手段、４１・・吐出口、６・・弁、７・・流路、７１・・振動室、７２・・上壁、７３・・弁体、７４・・下壁、７５・・開口部、７６・・弁座、７７・・薄板、８・・開度手段、８１・・一方極、８２・・他方極、８３・・圧電／電歪素子、９・・振動手段、９１・・一方極、９２・・他方極、９３・・圧電／電歪素子。

Claims

液体貯蔵タンクと、該液体貯蔵タンクの液体を吐出する液体吐出手段と、該液体吐出手段から液体が吐出される空間を有する反応槽とを備える液滴吐出装置において、
該液体吐出手段は、該反応槽に開口する流路の終端に設けられた吐出口と、該吐出口の開度を調整できる開度手段と、積層形成された振動室に導入された液体に振動を付与する振動手段とを備え、該液体貯蔵タンクの内圧と該反応槽の内圧をそれぞれＰ１、Ｐ３とした時、Ｐ１≧Ｐ３であることにより、振動手段で振動された液体流が吐出口の空気接面から反応槽の内圧に吸引されて霧化することを特徴とする液滴吐出装置。
前記液体吐出手段は、少なくとも一面を他の面より薄肉に形成された壁面を有する流路からなり、前記開度手段は、流路端部における薄肉壁部の少なくとも一部に設けられた圧電／電歪素子の歪みを利用して流路の断面積を変化させた請求項１記載の液滴吐出装置。
前記液体吐出手段は、少なくとも一面を他の面より薄肉に形成された壁面を有する流路からなり、前記振動手段は、流路における薄肉壁部の少なくとも一部に設けられた圧電／電歪素子の歪みを利用して液体に微振動を付与する請求項１又は２記載の液滴吐出装置。
前記吐出口は、反応槽に開口する形状を長孔に形成した請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
前記液体貯蔵タンクと液体吐出手段との間に、液体貯蔵タンクに逆止弁を介して連結され液面を一定にして一定容積を有する機能を持つフロート槽を配置する請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出装置。