JP2011078923A - 噴霧器および噴霧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精油等の液体から微細なミストを生成することが可能であるとともに、ミスト噴出孔近辺で発生し、目詰まりの原因となる固化物（スケール）の清拭、除去が容易な噴霧器を提供する。
【解決手段】上部に塞栓１４を有する液体の貯槽１と、貯槽の塞栓１４にミスト放出口が設けられ、圧縮空気を通す内管２１と液体流路を形成する外管２２の二重管からなり、内管は下部において圧縮空気発生源に連結される給気口２１ａを有し、上部には空気噴出孔２１ｂを備え、外管は下部において貯槽１内に開口する吸液口２２ａを有し、上部にはミスト噴出孔２２ｃを備え、外管内周壁と内管外周壁との間に液体流路２２ｂを形成し、空気噴出孔から噴出される空気流により、液体流路を介して貯槽１内の液体を吸引するとともに、空気噴出孔２１ｂの周縁に形成される液面薄膜をミスト化し、生成されたミストをミスト噴出孔の干渉によりさらに微細化する構成としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、噴霧器に関し、特に植物精油が主体の芳香成分のミスト発生に適した噴霧器およびこれを用いた噴霧装置に関するものである。

噴霧装置には、大別してディフューザーに代表される液柱を直角方向から空気流で破砕してミスト化するタイプと、ネブライザーに代表される液膜を内側から空気流で破砕してミスト化するタイプがある（特許文献１および２参照）。また、超音波振動子を用い水溶液をミスト化するタイプがある（特許文献３参照）。

このうち、ディフューザーは一般にアロマテラピーの際に植物精油をミスト化するために利用されている。この装置は、細管から円柱状に吸い上げられた精油を直角方向（円柱の側面方向）から空気流で叩いて破砕しているため、生成するミストの粒径が大きく、白く霧状に見えるほど粗大なミストとなる。一方、嗅覚細胞は極めて微細な構造を持っており、分子レベルの芳香成分を感知するため、粗大なミストの状態では、嗅覚細胞に直接作用することはなく、ミストから芳香成分が蒸発し、分子状に拡散してはじめて芳香として嗅覚細胞に作用する。

しかしながら、粗大なミストは比表面積が小さく、ミスト表面からの蒸発速度が遅いため、十分な分子状の芳香成分を満遍なく拡散させ、広範な空間において人に匂いを感知させるには、多量の植物精油を放散する必要があり、無駄な植物精油の消費を余儀なくされる欠点があった。また、特に大きなサイズのミストは空気中における沈降速度が速いため、ディフューザーの近辺に落下し、遠くまで拡散しにくい欠点があり、特に広い空間においては芳香効果が弱いという問題があった。更に、設置したディフューザー近くに落下、付着したミストが床面、壁面や調度具などを汚したり損傷したりする問題もあった。

一方、ネブライザーは主に気管支系の疾患者に対して薬剤の吸入を行う装置であり、形成される液膜を垂直方向から空気流で破砕するためディフューザーよりも微細なミストを生成し得る。しかし、特許文献１および２の装置は、薬剤を霧状にして効率よく吸入させることを目的として、水溶性の薬剤を含む霧状液を均一に体内に送り込むことを念頭に置いたものであり、１段のミスト生成機構でミスト化を行っているため、ミストの粒子径は可視可能な範囲にとどまり、精油のミスト化に適用するには十分なものではなかった。

また、超音波振動子を利用した噴霧装置は、液体に超音波振動エネルギーを与え、その振動加速度で液体の表面張力を減少させて液表面の分裂を行なうことによって、液体を霧化（微粒化）すると考えられている。このような噴霧装置は、植物精油を微量添加した水溶液ないしエマルジョンであれば、３〜５μｍ程度のある程度細かいミストを生成することができるが、植物精油自体をミスト化する場合には、表面張力の減少が困難であるため、その微細なミストを得ることが困難である。また、微量の植物精油を添加した水溶液ないしエマルジョンをミスト化する場合、純粋な植物精油のミストと同等の芳香作用を得るためには、当然噴霧量を多くする必要がある。このため、液体を収容する貯槽を大きくする必要が生じ、装置が大型化してしまう問題もあった。

さらに、長期間の使用に伴い、植物精油が噴霧器の流路中で沈着したり、不純物混入による目詰まりを生じたりする場合があるが、これらの噴霧器は、多くの場合噴霧部の構造が一体的で分解できないため、沈着・混入した汚れを除去することが困難であった。

特開平１１−１２８３４８号公報 特表２０００−５０４６０３号公報 特開２００７−６１８１５号公報

本発明の目的は、植物精油主体の芳香成分から微細なミストを発生させることのできる噴霧器を提供することにある。

また本発明の他の目的は、ミスト噴出孔近辺で発生し、目詰まりの原因となる固化物（スケール）の清拭、除去が容易な噴霧器を提供することにある。

すなわち、上記課題を達成した本発明の噴霧器は、上部に塞栓を有する液体の貯槽と、貯槽内に設けられたミスト生成部材とを備え、貯槽の塞栓にミスト放出口が設けられ、ミスト生成部材が圧縮空気を通す内管と液体流路を形成する外管の二重管からなり、内管は下部において圧縮空気発生源に連結される給気口を有し、上部には空気噴出孔を備え、外管は下部において貯槽内に開口する吸液口を有し、上部にはミスト噴出孔を備え、外管内周壁と内管外周壁との間に液体流路を形成し、空気噴出孔から噴出される空気流により、液体流路を介して貯槽内の液体を吸引するとともに、空気噴出孔の周縁に形成される液面薄膜をミスト化し、生成されたミストをミスト噴出孔の干渉によりさらに微細化し、ミスト噴出口から放出する構成としている。

また本発明の噴霧器は、内管の空気噴出孔の上端開口部と外管のミスト噴出孔の下端開口部が空間Ｓを構成するように同心円的に配置されており、空気噴出孔の口径φD１とミスト噴出孔の口径φD２が式（１）を満たす構造としている。
［数２］
空気噴出孔の口径φD１＜ミスト噴出口の口径φD２…式（１）

また本発明の噴霧器は、さらに、ミスト噴出孔の上方に分離部を設け、ミスト噴出孔から噴出される微細ミストをミスト放出口に送り、粗大ミストを貯槽内の液体に還す構造としている。

また本発明の噴霧器は、前記分離部が、塞栓の下部に一体的に設けられ、ミスト放出口に連通するミスト流入口を備えた構成としている。

また本発明の噴霧器は、前記分離部が、外管の上部に一体的に延設された構成としている。

また本発明の噴霧器は、さらに、貯槽のミスト放出口の上方に拡散部材を設け、放出されるミストを所望の方位に偏向拡散する構造としている。

また本発明の噴霧器は、貯槽が、上部に塞栓を着脱自在に備えるとともに、底部に圧縮空気発生源受容部を備え、該受容部に圧縮空気発生源の継ぎ手ノズルを挿着することにより、貯槽に固定された内管と圧縮空気発生源とを着脱自在に連結する構成としている。

また本発明の噴霧器は、内管の上端部の外周壁が、球面状または円錐状に形成されて傾斜をなしており、傾斜角度に基づき空気噴出孔周縁に形成される液面薄膜の厚さを規制するものである。

また本発明の噴霧器は、外管が貯槽底部に着脱自在に取り付けられた構造としている。

本発明の噴霧装置は、上記噴霧器とこれに圧縮空気を供給する圧縮空気発生源とを備えた構成としている。

また本発明の噴霧装置は、上記噴霧器を複数個備え、各噴霧器への圧縮空気の供給を独立して調整可能なバルブを介して、各噴霧器の内管を一つの圧縮空気発生源に連結した構成としている。

本発明の噴霧器は、芳香成分や消臭成分等の有効成分を含有する液体を、微細なミストにして噴霧することができ、特に植物精油主体の液体からもサブミクロンの微細なミストを生成することが可能である。この微細なミストは、空気中での滞留時間が長く、拡散距離が長いため、広い空間においても、少量の液体で有効成分による作用を効果的に発現させ、これを長時間持続させることができる。特に植物精油の場合、ミストの比表面積が大きく芳香成分が速やかに蒸発するため、芳香作用を速やかに広範囲で得ることができる。また、塞栓および外管が脱着分解可能なため、結晶等が析出し、閉塞する可能性のある噴霧液の流路を完全に洗浄することができ、容易に噴霧性能を回復できる。

分離部が貯槽の塞栓に一体的に設けられた本発明噴霧器の実施形態を示す正面断面図である。 分離部が外管に一体的に延設された本発明噴霧器の実施形態を示す正面断面図である。 同実施形態の分離部が一体的に延設された外管を示す拡大図で、（ａ）は上から順に上面図、正面図、底面図、（ｂ）は（ａ）の正面図の９０度反転した側面図、（ｃ）は（ａ）の正面図の断面図である。 本発明噴霧器を用いた噴霧装置を模式的に示す側面図である。 本発明噴霧器のミスト生成部材におけるミスト微細化機構を示す模式図である。 本発明噴霧器の分離部によるミスト分離機構を示す模式図である。 本発明噴霧器によるミスト微細化機能を示す想定グラフである。 本発明噴霧装置の制御回路ブロック図である。 本発明噴霧装置の制御設定動作フローである。 ４つの噴霧器を使用した本発明噴霧装置のシステム図である。 同噴霧装置の制御タイミングと芳香の様子を模式的に表した図である。（Ａ）は４種類の精油を一定時間で切替えて噴霧させた場合における各精油のミストの空間濃度を表し、（Ｂ）は４種類の精油のうち数種類または全部を同時に噴霧し、またそれぞれの精油の噴霧強度（噴霧量）を変えることにより空間中のミストの混合割合を変化させる様子を表している。 ４つの噴霧器を使用した本発明噴霧装置の別の実施形態のシステム図である。

以下、本発明の噴霧装置の実施態様を、図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施態様に何ら制約されるものではない。

図１は、本発明噴霧器の好適な実施形態を示す図である。この図面において、噴霧器Ａは、基本的に、貯槽１と内管２１および外管２２からなるミスト生成部材２とから構成されている。

ミスト生成部材２において、内管２１は、下部に給気口２１ａ、上部に空気噴出孔２１ｂを有し、これらと内管内部の空気流路が連通している。この内管２１に同心円的に、内管２１の外周壁と外管２２の内周壁とが所定の間隔をもつように外管２２が外挿されている。外管２２は、下部に吸液口２２ａ、上部にミスト噴出孔２２ｃを有しており、内管２１の外周壁と外管２２の内周壁とから液体流路２２ｂを形成する。また、内管２１と外管２２は、空気噴出孔２１ｂの上端開口部とミスト噴出孔３ｃの下端開口部との間に、ミスト発生に必要な空間Ｓを構成するように配置される。空気噴出孔２１ｂとミスト噴出孔２２ｃとは、それぞれの口径φD１とD２が下記式（１）を満たすように設けられる。
［数３］
空気噴出孔の口径φD１＜ミスト噴出口の口径φD２…式（１）

貯槽１は、上部の貯槽開放端１１に塞栓１４が螺着された構造となっており、内部に噴霧液Lが貯められる。本実施形態においては、分離部４が塞栓１４に一体的に形成されており、塞栓１４の下面の略中央部に分離部４が凸設されている。凸設部の周壁には、ミスト流入口４ａが設けられている。また、塞栓１４には、内部にミスト流路１５ａおよびミスト放出口１５ｂを備えたミスト放出口部材１５が螺着されており、ミスト流路１５ａおよびミスト放出口１５ｂは、分離部４のミスト流出口４ａに連通している。ミスト放出口部材１５の上部には、拡散部材５が一体的に設けられている。ミスト放出口は、塞栓１４に一体に備えられていてもよいが、本実施形態のように別体の部材とし、上下に移動可能とすることによってミスト流入口４ａの開口度を調整することができ、また分解洗浄が容易となる。また、本実施形態においては、貯槽１に塞栓１４が着脱自在に備えられており、これにより噴霧液の補充や分解洗浄を容易に行い得るが、塞栓１４を貯槽１に固定し、噴霧液が無くなった後は噴霧器ごと交換するカートリッジタイプとすることも可能である。

本発明噴霧器において考え得るミスト生成機構を図５〜７を参照して以下に説明する。まず、給気口２１ａよりポンプなどの圧縮空気発生源から導入された圧縮空気は、空気噴出孔２１ｂから上方へ吐出され、さらにミスト噴出孔２２ｃを抜けて貯槽１内部へ吐出される。圧縮空気がミスト噴出孔２２ｃから吐出されると、空間Ｓは負圧となる。このため、吸液口２２ａから浸入した噴霧液が液体流路２２ｂをとおり上方に吸い上げられ、空気噴出孔２１ｂの上部開口面に沿って円形の液膜が形成され、これが吐出される空気により引きちぎられて一次ミスト化される（図７の（１））。内管２１の上端部の外周壁は、球面状または円錐状に形成されて傾斜をなしており、この傾斜角度に基づき空気噴出孔２１ｂの上端開口部周縁に形成される液面薄膜の厚さが規制される。すなわち、このような傾斜により、液体流路２２ｂから液面が上昇しやすくなって液面の厚みが薄くなるため、空気噴出孔２１ｂの上端開口部周縁では非常に薄い液面薄膜が形成され、傾斜のないものと比較してより微細なミストの生成が促される。

このようにして生成される一次ミストは、空間Ｓ中に噴出される。噴出された一次ミストはこの内周壁面に衝突し、その衝撃およびオリフィス効果による空気流のシェアによりさらに引きちぎられ、さらに微細な二次ミストを生成する（図７の（２）および（３））。この二次ミストは、ミスト噴出孔２２ｃから上方に噴出され、その上方に設けられた分離部４の分離板４ｃに衝突する。ここで、二次ミストのうち、粒子径の大きい粗大ミスト（図７の（２））は主として慣性力が大きいため跳ね返って貯槽に戻り、あるいは分離板４ｃ上で合一するなどして貯槽内部の噴霧液Lに還流すると考えられ、微細なミスト（図７の（３））のみが空気流に乗ってミスト流出口４ａから、ミスト流路１５ａを通り、拡散部材５によって水平方向に分散されて、ミスト放出口１５ｂから系外に放出される（図６参照）。このように、本発明の噴霧器では３段階の微粒子化機構により極めて微細なミストが生成される。

導入する圧縮空気の空気圧や噴霧液の粘性に依存するため一概には特定できないが、例えば、粘度１〜１０×１０^−３Ｐａ・ｓ（２０℃）の噴霧液を使用し、圧縮空気の空気圧が５〜１０ｋＰａである場合、ミストをより微細化できることから、空気噴出孔２１ｂの口径φD１を０．６〜１．０ｍｍ、ミスト噴出孔２２ｃの口径φD２を０．９〜３．０ｍｍとし、これらの比を１．５〜３．０（D２／D１）の範囲とすることが好ましく、また、空気噴出孔２１ｂの上端開口部とミスト噴出孔２２ｃの下端開口部との距離を３〜１０ｍｍの範囲とすることが好ましい。また同様の観点から、内管２１の外周壁と外管２２の内周壁との間隔は０．５〜１ｍｍの範囲、ミスト噴出孔２２ｃの上端開口部と分離板４ｃとの距離は、５〜１０ｍｍの範囲とすることがそれぞれ好適である。ポンプの能力は、吐出圧１０ＫＰａにおいて、２０００〜３０００ｍＬ／分程度が好適である。

内管２１は圧入、焼き嵌めなどにより貯槽底部１２に固定されている。一方、外管２２は、貯槽底部１２に螺着されており、着脱可能となっている。貯槽底部１２には、空気発生源受容部１３が備えられている。この受容部１３に圧縮空気導入用の継ぎ手を挿入することにより、内管２１とポンプなどの圧縮空気発生源とを着脱自在に連結することができる。

本発明の噴霧器を長期間使用した後、もしくは使用後長期間放置した場合は、外管２２、塞栓１４およびミスト放出口部材１５を取り外し、液体流路２２ｂおよびミスト流路１５ａを洗浄することが可能であり、目詰まり等を洗浄し噴霧性能を回復できる。内管２１、外管２２、貯槽１、塞栓１４、ミスト放出口部材１５等は好適にはステンレススチール、アルミニウム等の材料から形成される。

図２は、本発明の噴霧装置の別の実施形態を示す図である。分離部４が外管２２の上部に一体的に延設されており、塞栓１４の下面中央部はフラットに形成されている。それ以外の構成は上記実施態様と同様である。

図３は、本実施形態における、分離部４が一体的に形成された外管２２を示す図である。分離部４には、ミスト噴出孔２２ｃおよび貯槽１内部の空間に連通するミスト吐出孔４ｂと、外管２２の上面と略平行に分離板４ｃとが設けられている。上記と同様にして外管２２のミスト噴出孔２２ｃから噴出した二次ミストは分離板４ｃに衝突し、このうち大きめの粗大ミストはその慣性力が大きいため、空気流に乗らず、もしくは分離板４ｃ表面で合一して液槽に戻り、空気流に乗りやすい微細なミストのみがミスト放出口１５ｂより貯槽１外に放出されると考えられる。このように外管２２に分離部４を一体に設けた場合には、塞栓１４に分離部を設ける必要はない。

図４は、本発明噴霧装置の実施形態を示す図であり、筐体Ｄ内において、本発明の噴霧器Ａとこれに圧縮空気を供給する圧縮空気発生源ＣがチューブＢを介して連結されている。また、筐体Ｄの表面には、噴霧装置の設定を示す表示具・スイッチＥが設けられている。

また本発明の噴霧装置の制御回路ブロック図を図８、および制御設定フロー図の例を図９に示す。図８に示すように、タイマスイッチ、パワースイッチ等がマイコンに接続され、ポンプのオン／オフを制御し、筐体に設けられた表示具によりその設定が表示される（図４参照）。このようにポンプのパワーやタイマーを設定し、間欠運転における作動時間や全体の作動時間を調整することによって、噴霧量をきめ細かく調整することが可能である。例えば、図９に示すような処理を実行させることにより、パワー設定で、１分間あたりに噴霧する時間を数秒から連続運転まで調整し、またタイマー設定で、この噴霧動作の一日あたりの繰り返し継続時間を、２時間、４時間、８時間又は連続２４時間等に調整することができ、使用中にタイマー設定を変えずにパワー設定のみを変更することも可能である。また、スタートスイッチを押した時刻に毎日噴霧を開始させることもできる。

図１０は、本発明の噴霧装置の別の実施形態を示す図であり、一つの筐体に本発明の噴霧器を複数個備えており、各噴霧器の内管が一つの圧縮空気発生源に連結されている。各噴霧装置には電磁弁が設けられ、それぞれがプログラム制御ユニットにより制御され、各噴霧器への圧縮空気の供給を独立して調整可能としている。これによって、各噴霧装置に収納された複数の噴霧液を様々に組み合わせ空間中に噴霧することができる。

例えば、噴霧器Ａ〜Ｄにそれぞれ４種類の精油を収納し、図１１（Ａ）に示すように各噴霧器を一定時間毎に切替えて噴霧させた場合には、切替え時に噴霧された新たな芳香成分と空間中に残存する芳香成分とが混合されて経時的に変化していく芳香を付与することが可能となる。また図１１（Ｂ）のように、噴霧器Ａ〜Ｄを全てあるいはこれらの一部を同時に噴霧させ、またそれぞれの噴霧強度（噴霧量）を調整することによって、様々な芳香に変化させたり、強度を変えたりすることができる。このように、極めて速い拡散性能を有する微細なミストを生成し得る本発明の噴霧器を複数用いることにより、種々の芳香成分の組み合わせから所望の芳香に調香し、これを所望のタイミングおよび強さで噴霧することが可能となる。なお、圧縮空気供給源を複数個備えていてもよく、また圧縮空気の供給方法も上記に限らず、例えば図１２に示すように、本発明の噴霧器４つを使用する際に各噴霧器に圧縮空気発生源を連結し、プログラム制御ユニットから直接、それら圧縮空気発生源を制御し、噴霧時間・噴霧強度（噴霧量）を調整することも可能である。

本発明の噴霧器および噴霧装置は、主として、芳香性植物精油の微細ミスト発生装置として説明してきたが、植物精油以外の芳香剤や類似の消臭剤用微細ミスト発生装置としても、住宅、ホテル室内、寝室、浴室、トイレなどでも、広く利用できる。加えて、本発明の噴霧器および噴霧装置は、殺虫剤、抗菌剤、殺菌剤、農薬等の噴霧にも利用でき、長期浮遊時間が好適な略密閉系のハウス内の噴霧、あるいは葉面散布など、微細ミストや使用液量の低減が要求される用途には、そのまま適用できる。特に昆虫の気門サイズよりも小さなミストを噴霧することができるため、呼吸器系に作用する殺虫剤の散布においては極めて効果的である。

Claims (11)

1. 上部に塞栓を有する液体の貯槽と、貯槽内に設けられたミスト生成部材とを備え、貯槽の塞栓にミスト放出口が設けられ、ミスト生成部材が圧縮空気を通す内管と液体流路を形成する外管の二重管からなり、内管は下部において圧縮空気発生源に連結される給気口を有し、上部には空気噴出孔を備え、外管は下部において貯槽内に開口する吸液口を有し、上部にはミスト噴出孔を備え、外管内周壁と内管外周壁との間に液体流路を形成し、空気噴出孔から噴出される空気流により、液体流路を介して貯槽内の液体を吸引するとともに、空気噴出孔の周縁に形成される液面薄膜をミスト化し、生成されたミストをミスト噴出孔の干渉によりさらに微細化し、ミスト噴出口から放出することを特徴とする噴霧器。
2. 内管の空気噴出孔の上端開口部と外管のミスト噴出孔の下端開口部が空間Ｓを構成するように同心円的に配置されており、空気噴出孔の口径φD１とミスト噴出孔の口径φD２が式（１）を満たす請求項１に記載の噴霧器。
   ［数１］
   空気噴出孔の口径φD１＜ミスト噴出口の口径φD２…式（１）
3. さらに、ミスト噴出孔の上方に分離部を設け、ミスト噴出孔から噴出される微細ミストをミスト放出口に送り、粗大ミストを貯槽内の液体に還す請求項１に記載の噴霧器。
4. 分離部が、塞栓の下部に一体的に設けられ、ミスト放出口に連通するミスト流入口を備えたものである請求項３に記載の噴霧器。
5. 分離部が、外管の上部に一体的に延設されたものである請求項３に記載の噴霧器。
6. さらに、貯槽のミスト放出口の上方に拡散部材を設け、放出されるミストを所望の方位に偏向拡散する請求項１に記載の噴霧器。
7. 貯槽が、上部に塞栓を着脱自在に備えるとともに、底部に圧縮空気発生源受容部を備え、該受容部に圧縮空気発生源の継ぎ手ノズルを挿着することにより、貯槽に固定された内管と圧縮空気発生源とを着脱自在に連結する請求項１に記載の噴霧器。
8. 内管の上端部の外周壁が、球面状または円錐状に形成されて傾斜をなしており、傾斜角度に基づき空気噴出孔の上端開口部周縁に形成される液面薄膜の厚さを規制する請求項１に記載の噴霧器。
9. 外管が貯槽底部に着脱自在に取り付けられている請求項１に記載の噴霧器。
10. 請求項１記載の噴霧器と該噴霧器に圧縮空気を供給する圧縮空気発生源とを備えた噴霧装置。
11. 請求項１記載の噴霧器を複数個備え、各噴霧器への圧縮空気の供給を独立して調整可能なバルブを介して、各噴霧器の内管を一つの圧縮空気発生源に連結した噴霧装置。

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