JPH05154425A - 微小液滴の生成方法および装置 - Google Patents

微小液滴の生成方法および装置

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JPH05154425A
JPH05154425A JP32466991A JP32466991A JPH05154425A JP H05154425 A JPH05154425 A JP H05154425A JP 32466991 A JP32466991 A JP 32466991A JP 32466991 A JP32466991 A JP 32466991A JP H05154425 A JPH05154425 A JP H05154425A
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JP
Japan
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droplets
liquid
orifice hole
atomizing head
vibrating
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JP32466991A
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English (en)
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Jun Hirose
潤 廣瀬
Minoru Wakabayashi
稔 若林
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • B05B3/1007Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B3/1021Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with individual passages at its periphery

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  • Special Spraying Apparatus (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小径であっても、あるいは高粘度溶液から
であっても確実に均一な液滴を生成することができる微
小液滴の生成方法および装置を提供する。 【構成】 オリフィス穴13から流出する平滑流液体噴
流に規則的な振動を加えるとともに、上記平滑流液体噴
流をその噴出方向が放射方向となるように回転させなが
ら液滴6の生成を行う。このための装置を、内部に液室
11、周壁122にオリフィス穴13を形成するととも
に、中心軸X回りに回転可能に配置した微粒化ヘッド1
と、この微粒化ヘッド1を規則的に振動させる加振手段
4と、上記微粒化ヘッド1を回転させる駆動手段2とに
より構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、均一な微小液滴の生
成方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、微小液滴の生成方法および装置と
しては、オリフィス穴から流出する平滑流液体噴流に規
則的な振動を加えることにより、上記噴流を分断して液
滴を発生させるものが一般に知られている(例えば、特
公昭56−33134号公報、特開昭62−23793
5号公報もしくは特公昭64−2414号公報参照)。
この方法の原理は、Rayleigh,L.(Proc.Lond.Math.Soc.,
10 4,1878) やWeber,C.(Angew.Math.Mech.,11 136,193
1)、らの液体柱の不安定性に関する研究により知られて
いる。これは、液体柱に生じた微小な初期乱れが経時的
に成長し、液体柱の直径を超えたときに分断され、これ
により乱れの成長に応じた液滴が生成されるというもの
である。これによると、液体柱状噴流に周期的な微小乱
れを加えることにより、粒子径のそろった均一な液滴が
生成されることになる。つまり、上記従来の方法では、
平滑流液体噴流に規則的な振動を加えることにより、そ
の噴流の表面に周期的な微小乱れを発生させるようにし
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の微小液滴の
生成方法においては、振動を加える方法として、オリフ
ィス穴を振動させる、あるいは液体を直接振動させるな
どがあるが、いずれも上記オリフィス穴が振幅程度にし
か移動することができないために、連続して生成される
液滴がほぼ同じ運動軌跡をたどる。このため、液滴径が
微小になると、外部流体からの抵抗を受けて減速され、
ついには液滴同士が衝突して合体したり変形したりする
ことになる。つまり、液滴の終末速度がオリフィス穴か
らの液体の噴出速度より減速されるような微小な液滴を
生成する場合においては、上記従来の技術では、液滴同
士の衝突により合体、変形が生じ、このため液滴径のそ
ろった均一な液滴を生成するのが困難であるという問題
がある。
【0004】また高分子溶液などの高粘度の溶液を上記
従来の技術により微粒化する場合には、その溶液の粘弾
性的な特性によって生成された液滴が細く糸を曳く現象
(曳糸性)を示すことがある。この曳糸性により液滴間
が糸状に連結された状態になると、これを硬化剤などと
反応させてゲル状もしくは固形粒子にしても、糸部分が
残ってしまい、得られる粒子は細い突起を有する非球形
粒子となる。したがって上記従来技術には、高粘度溶液
を対象とする場合、完全な均一球形粒子を得ることは困
難であるという問題がある。
【0005】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、微小径であっても、あるいは高粘度溶
液からであっても確実に均一な液滴を生成することがで
きる微小液滴の生成方法および装置を提供することを目
的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の方法として請求項1では、オリフィス穴から流出する
平滑流液体噴流に規則的な振動を加えることにより液滴
群を生成させる微小液滴の生成方法において、上記平滑
流液体噴流の流出方向が放射方向となるようにオリフィ
ス穴を構成する部分を回転させながら上記生成を行うよ
うに構成した。
【0007】また上記方法を実施するための装置として
請求項2では、内部に液室、周壁部にこの液室の液体を
外部に噴流させるオリフィス穴がそれぞれ形成されると
ともに、このオリフィス穴の形成方向と異なる方向の軸
の回りに回転可能に配置された微粒化ヘッドと、上記噴
流に規則的な振動を加える加振手段と、上記微粒化ヘッ
ドを上記軸の回りに回転させる駆動手段とから構成し
た。
【0008】
【作用】上記請求項1によれば、オリフィス穴を構成す
る部分が回転して平滑流液体が放射方向に噴出されるた
めに、生成される個々の液滴が互いに異なる方向に飛び
出してそれらの運動軌跡が互いに変わり、液滴同士が衝
突することはない。しかも連続して生成される個々の液
滴の間隔が前進するにしたがって大きくなるために、曳
糸性に起因する糸状連結部が分断され、分断後は液体の
表面張力により糸状部が吸収されて球状となる。
【0009】また上記請求項2によれば、上記請求項1
の方法により液滴が生成される。
【0010】
【実施例】図1において、生成装置は微粒化ヘッド1
と、この微粒化ヘッド1を中心軸(図1の垂直軸X)回
りに回転作動させるモータ2と、上記微粒化ヘッド1内
の微粒化対象液体3を振動させる加振手段4とから基本
構成されている。
【0011】上記微粒化ヘッド1は、内部に液室11が
形成された筒状の密閉容器12により構成され、この密
閉容器12は上記垂直軸X回りに回転可能に図示しない
支持部により支持されている。上記密閉容器12には、
その上面121を貫通して上記加振手段4の振動棒41
が上記液室11の下部まで挿入されるとともに、周壁1
22に複数のオリフィス穴13が上記垂直軸Xを中心と
して放射方向に貫通形成されている。上記オリフィス穴
13の内径は、生成する液滴の大きさなどに応じて微小
径(例えば、20μm〜数mm)に設定される。また上
記密閉容器12の下面には、軸体14が垂直軸Xに沿っ
て設けられている。この軸体14は、上記モータ2によ
り垂直軸X回りに回転されるようにそのモータ2と連結
され、この軸体14を介して上記微粒化ヘッド1が回転
作動される。
【0012】上記加振手段4は、上記振動棒41と、図
示しない振動発生源と、この振動発生源と振動棒41と
を接続する振動伝達部42とから構成されている。上記
振動棒41には上端部411と下端部412とに開口す
る液体供給通路5が貫通形成され、この液体供給通路5
を通して微粒化対象液体が微粒化ヘッド1の液室11内
に供給される。この振動棒41と密閉容器12との間に
はOリングなどのシール部材15が介在され、このシー
ル部材15によって両者間が互いに摺動可能にシールさ
れる。また上記振動発生源は圧電素子、磁歪素子もしく
は電磁素子などの素子により構成され、これらの素子と
上記振動伝達部42とが一つの共振体を形成するように
構成されている。
【0013】上記加振手段4による加振は、振動数が好
ましくは1〜60kHz の範囲になるように行われ、なか
でも10〜60kHz の範囲での加振が特に大きい効果を
得ることができる。
【0014】上記構成の生成装置を用いて均一な微小液
滴を生成するには、まず微粒化対象液体を液体供給通路
5を通して液室11内に一定流量で注入する。この微粒
化対象液体としては、例えば金属あるいは高分子化合物
の溶融液、ゾル状の天然高分子物質もしくは無機化合物
を含む液体、化学反応により硬化する物質を含む液体、
およびこれらに不溶もしくは難溶性の微小固体粒子を含
むスラリーなどが用いられる。
【0015】つぎに、加振手段4およびモータ2を駆動
させ、上記液室11内の液体3に振動棒41により周期
的な圧力変化を与えるとともに、微粒化ヘッド1を垂直
軸X回りに回転させる。これにより、上記微粒化ヘッド
1は振動棒41の回りに回転し、液室11内の液体3は
オリフィス穴13から外周囲に噴出する。このオリフィ
ス穴13から噴出した液柱61は加えられた振動により
分裂して液滴6となり、この液滴6は遠心力により外周
方向に飛び出す。この飛び出した液滴6は、図2に示す
ように微粒化ヘッド1が垂直軸X回りに回転しているた
めに、互いに隣接する個々の液滴6の飛び出し方向が互
いに異なり、しかも互いの液滴間隔が進むにつれて徐々
に拡がる。
【0016】このように、この実施例では、個々の液滴
6を互いに異なる方向に飛び出させることができ、これ
により、たとえ液滴の終末速度が噴出速度より遅くなる
よう微小な液滴であっても、その液滴同士の衝突を確実
に防止することができ、均一な微小液滴を生成すること
ができる。したがって従来方法による液滴生成に際し
て、例えば10〜60kHz の高振動数により行われる場
合には、分断されて生成される液滴の間隔が特に小さく
なるために液滴同士の衝突が特に発生しやすいが、この
実施例ではその衝突を確実に防止することができるため
に、その効果は特に大きい。
【0017】しかも、その互いに隣接する液滴間隔をそ
の液滴が進むにつれて拡げることができ、これにより、
たとえ上記液体3が高分子を溶解したような曳糸性を示
す液体であっても、互いに隣接する液滴間の糸状連結部
を分断することができる。この分断により糸状部は液滴
の表面張力により吸収されるために、互いに独立した球
状の均一液滴を生成することができる。
【0018】なお上記実施例における他の態様を以下に
示す。
【0019】イ.上記実施例では、微粒化ヘッドの周壁
に所定径の穴を貫通形成することによりオリフィス穴を
形成しているが、これに限らず、例えば、図3に示すよ
うに所定内径を有する管13aを微粒化ヘッドの周壁1
22aに貫通するように固定することによりオリフィス
穴を形成するようにしてもよい。すなわち、上記オリフ
ィス穴はいわゆるノズルなどを含む概念により把握され
る。
【0020】ロ.上記実施例では、振動発生源として圧
電素子などを用いて構成しているが、これに限らず、試
験例2において示すように電磁コイルを用いて構成して
もよい。この場合には、振動棒をこの振動発生源の可動
部に直接連結すればよい。
【0021】ハ.上記実施例では、オリフィス穴を複数
個形成しているが、これに限らず、例えば、一つのみ形
成してもよい。
【0022】ニ.上記実施例では、加振状態により液室
内の液体に圧力変動を与えるように構成しているが、こ
れに限らず、例えば、微粒化ヘッド自体を振動させるこ
とによりオリフィス穴を振動させるように構成してもよ
い。
【0023】ホ.上記実施例ではオリフィス孔を回転軸
に対して垂直方向に構成しているが、これに限らず、例
えば回転軸に対して60°や45°の角度で構成しても
よい。
【0024】試験例1 微粒化対象液体としてアルギン酸ナトリウムをその濃度
が1.5重量%となるように水に溶解した溶液を用い、
微粒化ヘッドを直径100mm、オリフィス穴を内径6
0μmにそれぞれ形成するとともに、振動発生源として
圧電素子を用いて図1に示す生成装置を形成した。この
生成装置により、振動棒の振動数を20kHz 、微粒化ヘ
ッドの回転数を1000rpm に設定して液滴の生成を行
ったところ、粒子径がほぼ113μmの均一な液滴を安
定して得ることができた。
【0025】試験例2 微粒化対象液体としてポリビニールアルコールをその濃
度が8重量%となるように水に溶解した溶液を用い、微
粒化ヘッドを直径100mm、オリフィス穴を内径10
0μmにそれぞれ形成するとともに、振動発生源として
電磁コイル型振動発生機を用いて図1に示す生成装置を
形成した。この生成装置により、振動棒の振動数を5kH
z 、微粒化ヘッドの回転数を500rpm に設定して液滴
の生成を行ったところ、図4に示すように曳糸性の影響
のない粒子径がほぼ215μmの均一な液滴6を安定し
て得ることができた。
【0026】比較例 上記試験例2における液滴の生成を微粒化ヘッドを回転
させることなく位置固定した状態で行った。その結果、
図5に示すように得られた液滴6aは球形とはならず、
糸状部が残った不均一な形状となり、均一な球形液滴を
得ることはできなかった。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
1の微小液滴の生成方法によれば、オリフィス穴を構成
する部分が回転して平滑流液体が放射方向に噴出される
ために、生成される個々の液滴が互いに異なる方向に飛
び出してそれらの運動軌跡が互いに変わり、液滴同士を
衝突を確実に防止することができ、確実に均一な微小液
滴を生成することができる。しかも連続して生成される
個々の液滴の間隔が前進するにしたがって大きくなるた
めに、曳糸性に起因する糸状連結部が分断され、分断後
は液体の表面張力により糸状部が吸収されて球状とな
る。
【0028】また請求項2によれば、上記請求項1によ
る液滴の生成を容易かつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の方法を実施するための生成装置の実
施例を示す断面説明図である。
【図2】液滴の飛び出し状態を説明する拡大横断面説明
図である。
【図3】オリフィス穴の他の態様を示す断面説明図であ
る。
【図4】試験例2で生成した液滴を固化乾燥して得られ
た粒子の拡大図である。
【図5】比較例で生成した液滴を固化乾燥して得られた
粒子の拡大図である。
【符号の説明】
1 微粒化ヘッド 2 モータ 3 液体 4 加振手段 6 液滴 11 液室 13,13a オリフィス穴

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オリフィス穴から流出する平滑流液体噴
    流に規則的な振動を加えることにより液滴群を生成させ
    る微小液滴の生成方法において、上記平滑流液体噴流の
    流出方向が放射方向となるようにオリフィス穴を構成す
    る部分を回転させながら上記生成を行うことを特徴とす
    る微小液滴の生成方法。
  2. 【請求項2】 内部に液室、周壁部にこの液室の液体を
    外部に噴流させるオリフィス穴がそれぞれ形成されると
    ともに、このオリフィス穴の形成方向と異なる方向の軸
    の回りに回転可能に配置された微粒化ヘッドと、上記噴
    流に規則的な振動を加える加振手段と、上記微粒化ヘッ
    ドを上記軸の回りに回転させる駆動手段とから構成され
    ていることを特徴とする微小液滴の生成装置。
JP32466991A 1991-12-09 1991-12-09 微小液滴の生成方法および装置 Pending JPH05154425A (ja)

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