WO2000001492A1 - Nozzle for liquid injection device and method of manufacturing the nozzle - Google Patents

Description

明 細 書 液体吐出装置用ノズル及びその製造方法 技術分野

本発明は、 液体吐出装置用のノズル、 同ノズルの製造法、 及び同ノズルを有す る液体吐出装置に関する。 背景技術

従来から、 液体を微細粒子として吐出させる装置として液体吐出装置が知られ ており、 例えば、 特開平 6— 4 0 0 3 0号公報等に開示されている。 しかしなが ら、 その使用態様によっては、 液体の吐出孔、 即ち、 ノズル先端部近傍に於いて、 吐出液体の蒸発、 乾燥、 同液体に含まれる固体成分の濃縮などを目的とし、 或い は、 吐出液体の瞬時の移動を促進するために強制的に送風することがあり、 これ らの装置に於いてはノズルの先端部が、 図 3に示すように一体成形された装置の 外枠と同一の高さで形成されている為に、 該外枠に沿い吐出した液体が自身の持 つ表面張力により薄い皮膜を形成しやすい。

一旦、 この様な被膜が形成されると次に吐出される液体と相互に作用し合い、 吐出液体のノズル近傍での気化や、 吐出粒子の飛散等により、 或いはこれらの現 象の総合作用として、 吐出される粒子が大きくなつたり、 小さくなつたりして、 均一な粒子としての液体の吐出を妨げたげられることが屡々起こる。 場合によつ ては、 被膜となった吐出された液体が乾燥し、 ノズルの穴近傍にこびりつくこと もある。 この様な場合には、 ノズルの口径そのものが本来非常に狭いために、 ノ ズル先端部に乾燥した吐出液体がこびりつき、 円滑な液体の吐出操作が妨げられ たり、 最悪の場合には、 ノズルが完全な目詰まりしてしまい所望とする作動、 例 えば、 乾燥粉体を製造する場合には目的とする粒度を有する粉末を製造すること ができないなどの障害が発生している。

従って、 本発明の目的は、 ノズル先端部近傍に液体が付着することにより、 ノ ズル近傍での気化や、 吐出粒子の飛散等により均一な粒子としての液体の吐出が 妨げられたり、 ノズル先端部に乾燥した吐出液体がこびりつき、 円滑な液体の吐 出操作が妨げられたり、 ノズルが完全な目詰まりを起こしてしまい所望とする作 動ができなくなる等の障害を起こさないセラミック製液体吐出装置用のノズルを 提供しょうとするものである。 発明の開示

本発明は、 以上の課題に鑑みてなされたものであり、 液体吐出装置用ノズルの 先端部分に突出部を形成させることにより上記の目的を達成できることを見いだ して本発明を完成させたものである。

即ち、 本発明によれば、 第 1にセラミック製液体吐出装置用のノズルに於いて、 ノズルの先端部分が突出部を形成していることを特徴とするノズルが、

第 2に、 上記突出部が、 その内面は吐出口に向かって絞りテーパ状の形状を形 成し、 上記突出部の液体吐出方向に直交する断面に於いて、 断面形状がほぼ円形 形状であることを特徴とする液体吐出装置用ノズルが提供される。

また、 第 3に、 ノズルを設ける液体吐出装置の底部として使用するセラミック 製のグリーンシ一ト 1 1をダイ 2と、 パンチ 4を収納したストリツバ一 3との間 に配置し、 パンチ 4を動かしてノズルを構成する穴部を設け、 次いで突出部外形 を反転させたキヤビティを有するダイ 2 ' と、 パンチ 5を収納したストリッパ一 3 ' との間に、 パンチ 5のグリーンシート 1 1への挿入方向が上記パンチ 4をグ リーンシートへ挿入した方向と逆方向になるようにグリーンシートを配置し、 パ ンチ 5を動かしてノズル外形を得、 該グリーンシートを焼成することを特徴とす る先端部に突出部を有するノズルの製造方法が、

第 4に、 ストリッパ一 3またはストリッパー 3 ' がグリーンシート 1 1の直前 で機械的に停止し、 次いでパンチ 4またはパンチ 5のみを動かしてダリン一シ一 トを加工することを特徴とする先端部に突出部を有するノズルの製造方法が、 第 5に、 グリン一シートが平均粒径約 0 . 2 m〜l . 0 // mのセラミック粉 末から調製されたものであるノズルの製造方法が提供される。

更に、 上記第 1又は第 2として記載のノズルを有する液体吐出装置が提供され る。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係る突出部を有するノズルの構造を示す為のノズル部の一部 断面図である。

図 2 (a) (b) は、 本発明に係る突出部を有するノズルのグリーンシートを 製造する工程を模式的に示す図面で、 図 2 (a) は、 グリーンシート 1 1をダイ 2と、 パンチ 4を収納したストリッパー 3との間に配置する工程を、 図 2 (b) はグリーンシート 1 1にノズルを構成する穴部を設ける工程を、 図 2 (c) はノ ズルに突出部を設ける工程を、 図 2 (d) は上記工程終了後の本願に係るノズル が形成されたグリーンシート 1 1の部分拡大図である。

図 3は、 従来例に係るノズルの先端構造を示すための部分拡大図である。

図 4は、 本発明に係る突出部を有するノズルを装着した液体吐出装置の構成を 示す模式図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明に係る液体吐出装置用のノズル 1 2は、 図 1に示したように、 その先端 部分が突出部 1 2 a、 1 2 bを形成しており、 上記突出部の内面は吐出口に向か つて絞りテ一パ状の形状を形成している。

本発明に係るノズルは、 ノズルの内口径 d ,が 2 5 ^m〜 3 0 0 ^m、 グリーン シートの厚さ t ,が 5 0 nm〜 2 0 0 mで、 同内口径に対する同厚さのァスぺク ト比 （ t t/d 以下単にアスペクト比という） が 0. 5〜2. 5である。

本発明に係るノズルの製造方法は、 図 2 (a) に示すように、 ノズルを設ける 液体吐出装置の底部として使用するセラミック製のグリーンシート 1 1をダイ 2 と、 パンチ 4を収納したストリッパー 3との間に配置し、 図 2 (b) に示すよう にパンチ 4を動かしてノズルを構成する穴部を設け、 図 2 (c) に示すように、 突出部外形を反転させたキヤビティを有するダイ 2 ' と、 パンチ 5を収納したス 卜リッパー 3 ' との間に、 パンチ 5のグリーンシート 1 1への挿入方向が上記パ ンチ 4をグリーンシー卜へ挿入した方向と逆方向になるようにグリーンシートを 配置し、 パンチ 5を動かしてノズル外形を得、 この様にして得られたグリーンシ ートを焼成することより成る。

図 2 ( c ) に於いて、 パンチ 5を最下点まで移動させたとき、 パンチ 5の側部 とダイ 2 ' の p点との間のクリアランスは、 狭ければ狭い程よいが、 グリーンシ 一トを形成するセラミック粉末の粒子の最大粒径の 2倍ないし 5倍程度の幅、 即 ち、 グリーンシートの強度が極端な低下を示す厚さの範囲内であればよい。 グリ ーンシート打ち抜き時には、 真空吸引すると打ち抜きカスが打ち抜かれたグリ一 ンシートの穴に付着したり、 グリーンシートの上面にまであがることが防止でき る。 更にパンチ先端部へのパンチカス付着防止にも効果がある。 このときのダイ の形状は、 打ち抜き方向に対してテーパ状に広がっていると更に効果的である。 ストリッパー 3またはストリッパ一 3 ' がグリーンシート 1 1の直前で機械的に 停止し、 次いでパンチ 4またはパンチ 5のみを動かしてグリン一シートを加工す る様に構成するとよりいっそう精度よく製造することが可能となる。

上記の方法により製造されたノズルは、 図 1に示したように、 ノズル穴の連通 部 1 2 dが突出部に向って絞りテーパ形状を呈しており、 突出部 1 2 a、 1 2 b は曲率が 1 0 m以下のエッジとなっている。 テ一パは 1ノ 3 0〜 1 Z 1 0程度 である。 また、 突出部 1 2 bからノズル穴の rを有する上端液体案内部 1 2 cを 経由してノズル穴の逃げ曲部 1 2 eに至るノズル穴の rを有する突出部外側逃げ 部 1 2 f は焼成時の応力によるセラミックにクラックが発生するのを防止するた めに、 適当な曲率 Rを有することが好ましい。 この様な Rとしては、 1¾ = ノ 3 〜 / 1 0である。 突出部の先端部の突き出し量は、 流路抵抗を低減させるため に設けた 1 2 cの曲率 Rに相当する長さであることが好ましい。 ノズル部の断面 形状は、 円形、 楕円形、 正方形、 長方形の何れでもよいが、 加工性の点や、 液体 の吐出効率の点などから円形が好ましい。

かくして製造したグリーンシート 1 1を用いて、 本願に係る突出部を有するノ ズルを製造するには、 通常吐出装置として一体焼成する。 一体焼成するための吐 出装置は、 例えば、 特願平 9一 3 3 5 2 1 0号明細書段落番号 0 0 1 0〜0 0 1 3に記載の方法に準じて、 製造すればよい。

上記のような形状、 寸法を有するノズルを製造するに当っては、 グリンーシー ト製造に使用するセラミック材料が、 上記のような比較的せん断力が掛かる加工 法を採用するために、 グリーンシートのせん断応力が 2〜 1 0 k g f /mm²の範 囲内にあるものが好適に使用できる。

この様なせん断応力を有するグリーンシ一トを調製するための原料として好適 なものは、 平均粒径が約 0 . 2 m〜 l . 0 t mのセラミック粉末、 例えば、 ジ ルコニァ、 アルミナ、 窒化珪素、 炭化珪素等が好適に使用できる。

上記の方法により製造されたグリーンシートを用いて本願発明に係る突出部を 有するノズルを有する液体吐出装置の製造法について、 図 4を参照しながら説明 する。

平均粒径が約 0 . 2 m〜 l . 0 μ ηιのセラミックスから調製した薄肉平板状 のグリーンシートで形成したノズル部 1 1であり、 上記のようにして作成したノ ズル孔 1 2が設けられているノズルプレート 1 3と、 同じくセラミックスのグリ ーンシートで形成され、 且つ、 窓部 2 8が設けられたスぺーサプレート 2 5と、 スぺ一サプレート 2 5の一方の側に重ね合わされて窓部 2 8を覆蓋する閉塞プレ —ト 2 3であって、 その一部に液体流入口 1 6が設けられている、 セラミックス のグリーンシー卜で形成されたプレートとを積層することによりポンプ部 2 1を 形成し、 かくして得られた構造体を一体焼成して製造する。

かくして焼成、 製造した構造体の閉塞プレート 2 3の外面上には、 下部電極 3 1、 圧電 /電歪層 3 2および上部電極 3 3からなる圧電 Ζ電歪素子 2 2を配設す る。

上記のような液体吐出装置によれば、 上部電極 3 3と下部電極 3 1との間に電 界が生じると、 圧電 Ζ電歪層 3 2が変形し、 窓部 2 8が覆蓋されて形成されたキ ャビティ （液体加圧室） 1 5の容積が減少することにより、 キヤビティ 1 5内に 充填された液体がキヤビティ 1 5に連通するノズル孔 1 2から吐出される。 以上のように、 本発明において、 液体吐出装置はその原材料として、 ジルコ二 アセラミックスで構成されていてもよく、 この場合には、 焼成後の装置そのもの は耐薬品性、 耐熱性、 靱性にも優れる為に、 例えば、 被乾燥液体の溶媒が、 ァセ トン系、 塩酸系などのセラミック材料前駆体の調製に使用する液体を用いる場合 であっても、 また、 燃焼用の液体がケロシンやガソリンであっても適用が可能で ある。

次に、 本発明に係るノズルを配設した上記のような構成を有する液体吐出装置 を使用して粉末を製造した例により本発明の具体的な効果を説明する。

(使用例）

特願平 9一 3 3 5 2 1 0号の願書に添付の図 3に示す構成から成る粉末製造装 置に於いて、 本願の図 4に示した液体吐出装置を装着したものを使用した。 塩化ジルコニウムのエチルアルコール溶液を、 本願の図 4に示す構造の液体吐 出装置 4 0を用い、 電磁シャツ夕一 4 1により加熱用外部ヒ一夕一 4 2を備えた 石英製加熱炉 4 3中に間欠的に噴霧し、 加熱炉 4 3中で噴霧された液滴を乾燥、 熱分解して、 ジルコ二アセラミック粉末 Aを得た。

得られたジルコ二アセラミック粉末 Aは、 平均粒径 2 0 ^ mで、 この平均粒径 に対して、 粒子径分布は、 9 2 %の粒子が士 1 0 %の範囲に入る均一なものであ つた。

粉末製造後、 ノズルの先端部における固体成分の付着状況を観察したが、 実質 的に固体成分の付着は認められなかった。 産業上の利用可能性

以上説明したように、 本発明に係るノズルは、 空気が絶えず液体の吐出方向に 対して垂直に加えられる例えば乾燥装置等に置いても、 ノズル先端部に於ける吐 出された液体が固体となって付着することが実質的にない。

即ち、 本発明に係るノズルを使用することにより、 ノズル先端部に乾燥した吐 出液体がこびりつき、 円滑な液体の吐出操作が妨げられたり、 ノズルが完全な目 詰まりを起こしてしまい所望とする作動ができなくなる等の障害を起こすことが 無いという優れた効果が発揮される。

更に、 本発明に係る突出部付きノズルを装着した液体吐出装置に於いては、 空 気が絶えず液体の吐出方向に対して垂直に加えられる様な条件下でも、 ノズル先 端部に於ける吐出された液体が固体となつて付着することが実質的にないので装 置を使用中に、 付着物を取り除くために運転を中止したりすることもなく長時間 連続して運転が可能となるという優れた効果が発揮される。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 液体吐出装置用ノズルに於いて、 ノズルの先端部分が突出部を形成してい ることを特徴とする上記ノズル。

2. 請求の範囲第 1項に於いて、

上記突出部が、 その内面は吐出口に向かって絞りテ一パ状の形状を形成し、 上記突出部の液体吐出方向に直交する断面に於いて、 断面形状がほぼ円形形状 であることを特徴とする液体吐出装置用ノズル。

3. ノズルを設ける液体吐出装置の底部として使用するセラミック製のグリ一 ンシート （1 1) をダイ （2) と、 パンチ （4) を収納したストリッパ一 （3) との間に配置し、 パンチ （4) を動かしてノズルを構成する穴部を設け、 次いで突出部外形を反転させたキヤビティを有するダイ （2' ) と、 パンチ (5) を収納したストリッパー （3' ) との間に、 パンチ （5) のグリーンシー ト （11) への挿入方向が上記パンチ （4) をグリーンシートへ挿入した方向と 逆方向になるようにグリーンシートを配置し、

パンチ （5) を動かしてノズル外形を得、 該グリーンシートを焼成することを 特徴とする先端部に突出部を有するノズルの製造方法。

4. 請求の範囲第 3項に於いて、 ストリッパ一 （3) またはストリッパー （3 ' ) がグリーンシート （1 1) の直前で機械的に停止し、 次いでパンチ （4) ま たはパンチ （5) のみを動かしてグリン一シートを加工することを特徴とする先 端部に突出部を有するノズルの製造方法。

5. 該グリン一シートが平均粒径約 0. 2 m〜l. 0 xmのセラミック粉末 から調製されたものである請求の範囲第 3項又は第 4項に記載のノズルの製造方 法。

6. 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の突出部を有するノズルを有する液体 吐出装置。

i丁正された用紙 （規則 91)