CN112292213B - 液体射流射出装置 - Google Patents

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Abstract

液体射流射出装置包括：吐出部，两端部开口，至少相对于内面的接触角未满90度的液体被配置在内部；压力产生部，与所述吐出部的一端部连通，具有比所述吐出部的剖面面积大的剖面面积，与从所述吐出部的所述一端部到液面的液体射流的射出方向的长度相比，所述射出方向的长度长，在至少所述一端部开口的底面的一侧配置有所述液体；以及冲击力赋予构件，对所述压力产生部赋予冲击力。

Description

液体射流射出装置
技术领域
本公开是关于液体射流射出装置。
背景技术
液体射流从以往被利用在喷墨打印机、微加工设备等的各种的领域。大多数这样的液体射流的射出装置是射出与射出管内径同程度以上的直径的液体射流的装置。例如，适用在喷墨打印机使用的压电(piezo)喷墨方式、泡沫喷射(注册商标)方式，均是将液体从射出孔(喷嘴)压出的方式。因此，被射出的液滴的直径成为射出孔的直径以上。
与此相对，若在短时间内对射出管的具有凹面形状的液面赋予大的加速度，则能够从射出管射出射出管的内径的1/5左右的细的液体射流。若能够适用如此的细的液体射流，则能够解决在喷墨打印机等的压出方式中成为问题的堵塞的问题。
着眼于此点，进一步，在国际公开专利2016/182081号提出了，以一端被插入被贮留在容器的内部的液体的内部，另一端成为液体的外部的方式配置有内管的接触角被设为未满90度的细管，根据容器内的细管外的液位与细管内的液位差，在对容器内的液体赋予冲击力而被赋予初速度的情况下，可调整从细管的液面被射出的液体射流的射出速度。
根据如此构成，可使液体射流的射出速度相对于容器内的液体的初速度的增速率增大，可射出在以往的喷墨方式不可进行的高黏度的液体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题
在上述先前技术中，若将容器内的细管外的液面与细管内的液面的液位差变大而使增速率增大，则从细管内的液面(液体射流的射出位置)到细管的端部的距离增加。因此，即便在液体射流的射出方向产生小幅度的偏移的情况，也有可能射流液体附着在细管的内面。
本公开是鉴于如以上的背景而成，目的在于提供可射出高黏度液体，并且可抑制对于喷嘴的液体的附着的液体射流射出装置。
解决问题的方案
为了达成上述目的，第一方案的液体射流射出装置包括：吐出部，两端部开口，至少相对于内面的接触角未满90度的液体被配置在内部；压力产生部，与所述吐出部的一端部连通，具有比所述吐出部的剖面面积大的剖面面积，与从所述吐出部的所述一端部到液面的液体射流的射出方向的长度相比，所述射出方向的长度长，在至少所述一端部开口的底面的一侧配置有所述液体；以及冲击力赋予构件，对所述压力产生部赋予冲击力。
此液体射流射出装置是两端部开口的吐出部的一端部与压力产生部的底面连通。在此压力产生部的至少底面侧配置有液体，浸入到吐出部的内部，在吐出部的内部通过表面张力形成液面。
此时，由于相对于吐出部的内面的液体的接触角未满90度，吐出部内的液面形成为朝向与压力产生部的底面侧为相反侧凹陷的凹面形状。在此状态下，从冲击力赋予构件对压力产生部赋予冲击力，由此在吐出部内的凹面形状的液面流动聚集，从液面的中央部分射出比吐出部的开口细长的液体射流。
在此，由于将压力产生部的剖面面积设为比吐出部的剖面面积大，并且与从吐出部的一端部(压力产生部侧端部)到液面的液体射流的射出方向长度(以下，称为″射出方向长度″)相比，压力产生部的射出方向长度长，能够使得形成浸入吐出部的液面的液体的速度(以下，称为″吐出部液体速度″)大于从冲击力赋予构件对于被配置在压力产生部的液体赋予的速度(以下，称为″压力产生部液体速度″)。即，能够将相对于压力产生部液体速度的吐出部液体速度(液体射流的射出速度)的增速率变大。
尤其，将相对于从吐出部的一端部到液面的射出方向长度的压力产生部的射出方向长度的比变大，由此能够使增速率增加。
因此，通过保持将吐出部的射出方向长度变短，使压力产生部的射出方向长度增加，由此能够将相对于压力产生部液体速度的吐出部液体速度(液体射流的射出速度)的增速率变大。其结果，可将液体射流的射出速度高速化，可射出高黏度液体。
另外，由于保持将吐出部的射出方向长度变短，即便液体射流的射出方向小幅度地偏移，也防止或抑制射出液体附着在吐出部的内面。
即，可进行高黏度液体的射出，并且能够防止或抑制向吐出部的内面的液体的附着。
第二方案的液体射流射出装置也可以是，在第一方案的液体射流射出装置中，所述吐出部的一端部与所述底面一致。
此液体射流射出装置是在压力产生部的底面侧开口的吐出部的一端部与底面一致。即，吐出部在压力产生部的底面开口，不从底面突出到压力产生部的内部。在吐出部的一端从压力产生部的底面突出到内部的情况，被贮留在压力产生部的底面侧的液体移动到吐出部的内部时的压力损失增大。然而，在第二方案记载的发明中，吐出部的一端部与压力产生部的底面一致，即，吐出部不从压力产生部的底面突出，抑制压力产生部的底面侧的液体移动到吐出部时的压力损失。其结果，能够将相对于压力产生部液体速度的吐出部液体速度(液体射流的射出速度)的增速率变大。
第三方案的液体射流射出装置也可以是，在第二方案的液体射流射出装置中，在所述吐出部的一端部侧，形成有朝向所述底面倾斜的锥面。
此液体射流射出装置是，在吐出部的一端在压力产生部的底面开口的液体射流射出装置中，由于在吐出部的一端侧，形成有朝向底面倾斜的锥面，进一步抑制从压力产生部的底面侧流入吐出部的液体的压力损失。
其结果，能够将相对于压力产生部液体速度的吐出部液体速度(液体射流的射出速度)的增速率变大。
第四方案的液体射流射出装置也可以是，在第一～第三的任一个方案的液体射流射出装置中，所述吐出部的一端部在所述压力产生部的底面的中央开口。
此液体射流射出装置是由于吐出部的一端部在压力产生部的底面的中央开口，抑制液体沿着压力产生部的底面移动而流入吐出部时的液体的压力损失。其结果，能够将相对于压力产生部液体速度的吐出部液体速度(液体射流的射出速度)的增速率变大。
第五方案的液体射流射出装置也可以是，在第一～第四的任一个方案的液体射流射出装置中，在所述压力产生部，在所述底面侧配置有所述液体，并且在与所述底面侧为相反侧，配置有声阻抗为所述液体的声阻抗的1倍以上1.5倍以下，不与所述液体混合以及产生化学反应的压力产生介质。
此液体射流射出装置是在压力产生部内的底面侧配置有液体，在与底面侧为相反侧配置有与液体不同的压力产生介质。此压力产生介质的声阻抗被设为液体的声阻抗的1倍以上1.5倍以下。因此，在冲击力从冲击力赋予构件赋予到压力产生部的情况，抑制压力产生介质与液体的界面的能量传递效率的降低，吐出部的液体作为液体射流被射出。
如此，通过冲击力被赋予到压力产生部，也使用压力产生介质作为在压力产生部产生压力的介质，由此能够节省被配置在压力产生部的液体。
另外，由于压力产生介质不与液体混合，也不产生化学反应，被射出的液体射流(液体)的品质不降低。
第六方案的液体射流射出装置也可以是，在第一～第五的任一个方案的液体射流射出装置中，还包括：补给装置，包含：补给部，其内部贮留所述液体；以及液体供给路径，使所述补给部的液体贮留部分与所述压力产生部的液体贮留部分连通。
在此液体射流射出装置中，即便从吐出部射出液体射流，压力产生部的液体相应地减少，也可从补给装置的补给部经由液体供给路径将液体补给到压力产生部。即，可进行液体射流的连续射出。
第七方案的液体射流射出装置也可以是，在第六方案的液体射流射出装置中，在所述吐出部的另一端部向下开口的液体射流射出装置中，所述补给装置通过被贮留在所述补给部的所述液体的水头压力以及所述液体的表面张力的作用、或所述液体的表面张力的作用，将所述液体供给到所述压力产生部。
此液体射流射出装置是吐出部的另一端部向下开口，即向下射出液体射流的液体射流射出装置。对于此液体射流射出装置，补给装置可通过被贮留在补给部的液体的水头压力与液体的表面张力的作用，或以液体的表面张力的作用，将液体供给到压力产生部。即，能够不需要机械性的作用等，可从补给装置将液体供给到压力产生部，可从吐出部连续地射出液体射流。
发明效果
根据第一～第四方案的液体射流射出装置，可防止或抑制堵塞的同时，射出增速率大的液体射流。
根据第五方案的液体射流射出装置，能够抑制压力产生部的液体使用量。
根据第六或第七方案的液体射流射出装置，可连续地射出液体射流。
附图说明
图1是第一实施方式的液体射流射出装置的概略构成图。
图2是说明在第一实施方式的液体射流射出装置中，容器的止动件碰撞后的状态的概略构成图。
图3是说明在第一实施方式的液体射流射出装置中，容器的止动件碰撞前的状态的示意图。
图4是说明在第一实施方式的液体射流射出装置中，容器的止动件碰撞后的状态的示意图。
图5是表示以第一实施方式的液体射流射出装置射出液体射流的示意图与压力冲量梯度(pressure impulse gradient)的图。
图6是在使第一实施方式的液体射流射出装置的压力产生室的轴方向长度变化的情况下，针对压力冲量与Z轴方向距离的关系，表示理论值与数值计算的结果的图。
图7是在使第一实施方式的液体射流射出装置的喷嘴的轴方向长度变化的情况下，针对压力冲量与Z轴方向距离的关系，表示理论值与数值计算的结果的图。
图8是在使第一实施方式的液体射流射出装置的压力产生室内的墨水的初始速度变化的情况下，针对压力冲量与Z轴方向距离的关系，表示理论值与数值计算的结果的图。
图9是在使第一实施方式的液体射流射出装置的喷嘴的内径变化的情况下，针对压力冲量与Z轴方向距离的关系，表示理论值与数值计算的结果的图。
图10是在使第一实施方式的液体射流射出装置的墨水的动黏度(kineticviscosity)变化的情况下，针对压力冲量与Z轴方向距离的关系，表示理论值与数值计算的结果的图。
图11是第一实施方式的变化的液体射流射出装置的概略构成图。
图12是第一实施方式的其他变化的液体射流射出装置的概略构成图。
图13是第二实施方式的液体射流射出装置的概略构成图。
图14是第三实施方式的液体射流射出装置的概略构成图。
图15是第三实施方式的变化的液体射流射出装置的概略构成图。
图16是参考例的液体射流射出装置的概略构成图。
具体实施方式
以下，参照图式，详细地说明本公开的实施方式。
[第一实施方式]
(装置构成)
首先，参照图1，针对第一实施方式的液体射流射出装置10进行说明。液体射流射出装置10包括：在内部填充(配置)液体的例子即墨水11，并在下端部形成有后述的喷嘴28的容器12；使容器12在上下方向移动的移动机构14；移动到下方的容器12撞击从而使其停止的止动件16；将墨水11供给到容器12的内部的补给装置18。
容器12形成为圆筒形，包括上壁20、底壁22、在上壁20与底壁22之间连结并在其之间环绕的周壁24。
在容器12中，被上壁20、底壁22、周壁24包围的部分成为配置有墨水11的压力产生室26。此压力产生室26相当于″压力产生部″。
另外，底壁22形成有在其中央部贯通上下的喷嘴28。此喷嘴28相当于″吐出部″。
喷嘴28，如图1所示，喷嘴28的与轴(上下)方向正交的方向剖面面积(以下，仅称为″剖面面积″)形成为小于构成压力产生室26的底壁22的部分(以下，称为″底面22A”)的面积(压力产生室26的剖面面积)。
另外，以压力产生室26的轴方向长度(后述的lt)比喷嘴28的从压力产生室侧端部到液面的轴方向长度(后述的lm)长(lt/lm＞1)的方式设定。此外，压力产生室26与喷嘴28被配置在同轴上。另外，此轴方向相当于″液体射流的射出方向″。
在此压力产生室26，填充墨水11。墨水11与喷嘴28的内周面的接触角θ被设定为未满90度。因此，从压力产生室26浸入喷嘴28的墨水11在喷嘴28内形成向上凸(向下凹陷)的弯月面(meniscus)(液面LS)。
另一方面，在容器12的上方，设置有使容器12上下移动的移动机构14。移动机构14包括：从容器12的上壁20的中央部向上方向延伸的杆32：以及被设置在容器12的上部，并供杆32贯通的螺线管34。即，通过驱动螺线管34，上下移动杆32，使容器12上下移动的构成。另外，在通常时(液体射流射出时以外)，容器12位于距离止动件16既定距离上方。
另外，在容器12的周壁24的上部，形成有连通压力产生室26的内部与外部的开口部35。
另外，在容器12的底壁22的下方，设置有止动件16。
止动件16具有：在中央部形成有比喷嘴28的剖面面积大的孔部36的圆环形状的圆板部38；以及被配置在与容器12同轴上，内径比容器12(周壁24)的外径大的周壁40。
此外，容器12的下端与止动件16的圆板部38的上面即与抵接面38A的间隔被设定为比通过螺线管34的杆32的行程小。因此，在通过螺线管34的驱动而容器12被下降的情况下，为容器12的底壁22抵接到止动件16的圆板部38的抵接面38A的构成。
此移动机构14与止动件16相当于″冲击力赋予构件″。
另外，在止动件16的圆板部38的下方，配置有被射出体即用纸42。为从喷嘴28被射出的后述的液体射流MJ命中此用纸42的构成。另外，用纸42被设为通过未图示的送纸机构进行送纸的构成。
补给装置18，如图1所示，具有被配置在容器12的侧方的补给容器44即补给部、以及从补给容器44连通到压力产生室26的补给管46即液体供给路径。
补给容器44为上部被敞开的容器，墨水11被贮留在内部。另外，通过未图示的调整构件，墨水11的液面50是以成为比压力产生室26的底面22A上方的方式维持。作为调整构件，例如，考虑设置根据墨水11的供给而使补给容器44上升的机构。
另外，补给管46具有可挠性，一端连接到形成在容器12的周壁24的开口部35，另一端被配置在被贮留在补给容器44的墨水11的内部。
(作用)
说明如此构成的液体射流射出装置10的作用。
首先，驱动螺线管34由此使杆32以既定速度下降。由于容器12的底壁22与止动件16的抵接面38A的间隔(上下方向长度)被设定为比杆32的行程短，容器12的底壁22碰撞到止动件16的抵接面38A。
通过此碰撞，冲击力作用在容器12。此时，在喷嘴28的内部中，如图2所示，本来由于墨水11的接触角θ未满90度而形成为凹面形状的弯月面(液面LS)成为水平面形状，从其中心部分吐出(射出)比喷嘴28细的液体射流MJ。
此液体射流MJ中，相对于通过赋予冲击力的压力产生室26内的墨水11的初始速度U0的喷嘴28内的墨水11的初始速度U0′的增速率(＝U0’/U0)变大，其结果为，后述的射流速度Vjet的增速率β(＝Vjet/U0)变大。
如此，提高增速率β，由此能够以高的比例将能量从被赋予固定的能量的墨水11聚集到液体射流MJ(能够非常快地射出液体射流MJ)。因此，在固定的能量被赋予到液体射流射出装置10的墨水11的情况，也能够射出以增速率低的液体射流无法射出的高黏度的墨水11。
(参数)
以下，针对在说明解析被液体射流射出装置10射出的液体射流MJ的解析模型时使用的参数进行说明。
实施例的解析模型为以液体射流射出装置10射出液体射流MJ的情况的解析模型。
参数是如以下(参照图3、图4)。
lt：从压力产生室26的底面22A到上面20A的轴方向距离(第一长度)(mm)。
lm：从喷嘴28的压力产生室侧端部(压力产生室26的底面22A)到喷嘴28内的弯月面形成位置的液面LS的轴方向距离(第二长度)(mm)。
d：喷嘴28的内径(mm)。
v：墨水11的动黏度(mm2/s)(在本说明书称为″黏度″的情况，指的是″动黏度″)。
(解析模型)
首先，针对与液体射流射出装置10产生的液体射流MJ的射流速度Vjet有关的物理模型进行说明。
通过冲击力，容器12内的墨水11被急剧地加速的情况下，急剧的变化期间的墨水11的速度以及构成压力产生室26的壁附近的速度不大。因此，仅包含纳维叶-斯托克斯方程式(Navier-Stokes equations)的速度与空间微分(space differential)的项是与其他项相比充分地小而能够忽略。此时，根据纳维叶-斯托克斯方程式，赋予压力产生室26内的墨水11的初始速度U0使用密度ρ，成为下式。
[数1]
Figure GDA0002850144830000111
在此，
Figure GDA00028501448300001111
为压力冲量，z为管轴方向的距离。此压力冲量
Figure GDA00028501448300001112
是使用压力p、冲击力持续的时间τ，以下式表示。
[数2]
Figure GDA0002850144830000112
容器12的底壁22碰撞到止动件16的抵接面38A时，在容器12(压力产生室26)中，如图5所示，产生压力冲量梯度
Figure GDA0002850144830000113
Figure GDA0002850144830000114
压力冲量梯度
Figure GDA0002850144830000115
是无关管轴方向的距离z而为固定。
通过冲击力对容器12作用而产生的压力冲量是从压力产生室26的上面20A到底面22A以固定的梯度(第一梯度)增加，并且在喷嘴28内朝向弯月面(液面LS)以固定的梯度(第二梯度)减少(在弯月面位置成为0)(参照图5)。
容器12的在压力产生室26的压力冲量梯度
Figure GDA0002850144830000116
是将喷嘴28的上端，即压力产生室26的底面22A设为边界，在喷嘴内变化为压力冲量梯度
Figure GDA0002850144830000117
喷嘴内的墨水11的压力冲量梯度
Figure GDA0002850144830000118
是依据如图5所示般的几何学的关系，使用压力产生室26的压力冲量梯度
Figure GDA0002850144830000119
第一长度lt、第二长度lm，成为下式。
[数3]
Figure GDA00028501448300001110
赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’是与式(1)同样地成为下式。
[数4]
Figure GDA0002850144830000121
依据式(1)、式(3)以及式(4)，赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’成为下式。
[数5]
Figure GDA0002850144830000122
依据式(5)赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’与赋予压力产生室26的墨水11的初始速度U0比较，被增速(lt/lm)倍。在喷嘴28产生的射流速度(液体射流MJ的射出速度)Vjet是与细管内的墨水11的初始速度U0’成比例。
[数6]
Figure GDA0002850144830000123
在喷嘴28产生的射流速度Vjet成为上式。
如此，在容器12内在喷嘴28的上部，设置剖面面积比喷嘴28的剖面面积大(内径D比喷嘴28的内径d大(D/d＞1))且第一长度lt比第二长度lm长(lt/lm＞1)的压力产生室26，由此能够使得赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’相较于压力产生室26的初始速度U0增速。由此，也能够使在喷嘴28生成的射流速度Vjet增速。
即，使第一长度lt增加，或使第二长度lm减少由此能够提高射流速度Vjet的增速率β。
(数值计算)
为了确认基于上述作用以及解析模型的考察，进行以下的数值计算。
实施例的液体射流射出装置10使用与图1所示同样的构成。
各数值设定是如以下。
第一长度lt＝40(mm)，
第二长度lm＝1.5(mm)，
压力产生室的内径D＝10(mm)，
喷嘴的内径d＝2(mm)，
压力产生室的墨水的初始速度U0＝1.25(m/s)，
墨水11的动黏度v：100(mm2/s)。
在此条件下，在图6～图10表示使第一长度lt、第二长度lm、喷嘴的内径d、墨水11的动黏度v的任一个变化的理论值与数值计算结果。另外，理论值是以上述解析模型表示(参照图5)。
1.使第一长度lt变化的情况
在图6表示使第一长度lt的长度变化为40mm、80mm的情况的作用于容器内部的墨水的压力冲量分布的理论值与数值计算结果。粗线为数值计算结果，细线为理论值。
如图6所示，可得知：即便使第一长度lt的长度变化为40mm、80mm的情况，除了容器12的底面22A附近(压力产生室26与喷嘴28的连接部分)以外，数值计算结果与理论值非常一致。另外，也确认了：若使第一长度lt增加，则压力冲量梯度如理论增大。
若将从理论导出的赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’与数值计算结果的赋予喷嘴28内的墨水11初始速度U0’比较，
lt＝40mm的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为21.6m/s，
lt＝80mm的情况，相对于理论值66.7m/s，数值计算结果为44.1m/s。
2.使第二长度lm变化的情况
在图7表示使第二长度lm的长度变化为1.5mm、5mm、10mm的情况的作用于容器内部的墨水的压力冲量分布的理论值与数值计算结果。粗线为数值计算结果，细线为理论值。
如图7所示，可得知：即便使第二长度lm的长度变化为1.5mm、5mm、10mm的情况，除了容器12的底面22A附近(压力产生室26与喷嘴28的连接部分)以外，数值计算结果与理论值非常一致。另外，也确认了：若使第二长度lm增加，则压力冲量梯度如理论减少。
若将从理论导出的赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’与数值计算结果的赋予喷嘴28内的墨水11初始速度U0’比较，
lm＝1.5mm的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为21.6m/s，
lm＝5mm的情况，相对于理论值10m/s，数值计算结果为8.4m/s，
lm＝10mm的情况，相对于理论值5m/s，数值计算结果为4.5m/s。
3.使压力产生室内的墨水的初始速度U0变化的情况
在图8表示使压力产生室内的墨水的初始速度U0变化为1.25m/s、2.5m/s的情况的作用于容器内部的墨水的压力冲量分布的理论值与数值计算结果。粗线为数值计算结果，细线为理论值。
如图8所示，可得知：即便使压力产生室内的墨水的初始速度U0变化为1.25m/s、2.5m/s的情况，除了容器12的底面22A附近(压力产生室26与喷嘴28的连接部分)以外，数值计算结果与理论值非常一致。另外，也确认了：若使压力产生室内的墨水的初始速度U0增加，则压力冲量梯度如理论增大。
若将从理论导出的赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’与数值计算结果的赋予喷嘴28内的墨水11初始速度U0’比较，
U0＝1.25m/s的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为21.6m/s，
U0＝2.5m/s的情况，相对于理论值66.7m/s，数值计算结果为43.8m/s。
4.使喷嘴的内径d变化的情况
在图9表示使喷嘴的内径d变化为0.5mm、1mm、2mm的情况的作用于容器内部的墨水的压力冲量分布的理论值与数值计算结果。粗线为数值计算结果，细线为理论值。
在理论中，喷嘴的内径d被假设为小到能够忽略，因此认为喷嘴的内径d越大，喷嘴内的压力冲量梯度越从理论值偏离。
如图9所示，确认了：在使喷嘴的内径d变化为0.5mm、1mm、2mm的情况，d越增加，越从理论值偏离。
若将从理论导出的赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’与数值计算结果的赋予喷嘴28内的墨水11初始速度U0’比较，
d＝0.5mm的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为29.3m/s，
d＝1.0mm的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为26.4m/s，
d＝1.5mm的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为21.6m/s。
5.使墨水的动黏度v变化的情况
在图10表示使墨水的动黏度v变化为100mm2/s、1000mm2/s的情况的作用于容器内部的墨水的压力冲量分布的理论值与数值计算结果。粗线为数值计算结果，细线为理论值。
在理论中，墨水的动黏度被忽略，因此认为墨水的动黏度v越大，喷嘴内的压力冲量梯度越从理论值偏离。
如图10所示，确认了：使墨水11的动黏度v变化为100mm2/s、1000mm2/s的情况，虽然墨水的动黏度增加的程度很少，但从理论值偏离。
若将从理论导出的赋予喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’与数值计算结果的赋予喷嘴28内的墨水11初始速度U0’比较，
v＝100mm2/s的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为21.6m/s，
v＝1000mm2/s的情况，相对于理论值33.3m/s，数值计算结果为19.9m/s。
(总结)
如以上，本实施方式的液体射流射出装置10，在容器12(压力产生室26)的底壁22，形成剖面面积比压力产生室26的剖面面积小的喷嘴28，将喷嘴28的内周面相对于墨水11的接触角θ设为未满90度，由此向上凹陷的弯月面(液面)形成在喷嘴28。在此状态下，使容器12碰撞到止动件16(对容器12赋予冲击力)，由此从液面LS的中心轴附近射出增速的前端细形状的细长的液体射流MJ。
尤其，在液体射流射出装置10中，在容器12中喷嘴28的上部，设置第一长度lt比第二长度lm长(lt＞lm)，剖面面积(内径D)比喷嘴28的剖面面积大(D＞d)的压力产生室26。由此，能够在冲击力作用于容器12时，相对于压力产生室26内的墨水11的初始速度U0，使喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’增速。其结果，与仅包括喷嘴(无压力产生室)的液体射流射出装置比较，也增加从喷嘴28内被射出的液体射流MJ的射出速度。
尤其，调整相对于喷嘴28的轴方向长度(第二长度)lm的压力产生室26的轴方向长度(第一长度)lt的比(lt/lm)，由此能够简单地调整相对于压力产生室26内的墨水11的初始速度U0的喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’的增速率。即，能够简单地调整液体射流MJ的射流速度Vjet。
例如，使相对于第二长度lm的第一长度lt的比(lt/lm)增加，由此能够在冲击力作用于容器12时，相对于压力产生室26内的墨水11的初始速度U0，使喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’增速。其结果，也增加从喷嘴28内被射出的液体射流MJ的射出速度。因此，可射出黏度高的墨水11。
即，可射出在现有的喷墨打印机中为不可能进行的黏度高的颜料系的墨水。而且，由于通过对于容器12的冲击力的赋予，从喷嘴28射出喷嘴28的内径的五分之一左右的细长的液体射流MJ，可在用纸42进行高清晰度的印字等。
另外，由于相对于压力产生室26内的墨水11的初始速度U0的喷嘴28内的墨水11的初始速度U0’的增速率是基于第一长度lt与第二长度lm的比，变更压力产生室26(容器12)的长度，由此可简单地进行增速率的调整。
换言之，喷嘴28的轴方向长度(第二长度)lm变短，也能够简单地使增速率增加。因此，在液体射流射出装置10中，能够短地设定喷嘴28的轴方向长度(第二长度)lm。因此，即便为从喷嘴28射出黏度高的墨水11的情况，防止或抑制因液体射流MJ的射出方向的稍微的偏移，墨水11附着在喷嘴28的内周面，喷嘴28堵塞。另外，由于从液面LS的中央部分射出细长的液体射流MJ，能够抑制液面LS的墨水11的堵塞等。即，在液体射流射出装置10中，即便为射出高黏度的墨水11的情况，也能够防止或抑制对于喷嘴28的内周面的墨水11的附着以及喷嘴28的堵塞。
另外，由于喷嘴28的轴方向长度(第二长度)lm可以为短，从液体射流MJ的射出位置(液面LS)到命中位置(用纸42)的距离短即可，即便容器制造时的制造精度没那么严格，也能够确保墨水11的命中精度。
但是，若第二长度lm过短，则在喷嘴28无法漂亮地形成墨水11的弯月面，因此第二长度lm较佳为喷嘴28的内径d的一半以上(lm＞d/2)。换言之，将第二长度lm设为喷嘴28的内径d的一半以上(lm＞d/2)，由此若相对于喷嘴28的内周面的墨水11的接触角θ未满90°，则能够在喷嘴28良好地形成向上凹陷的弯月面。
此外，由于液体射流射出装置10在容器12连续形成喷嘴28与剖面面积比喷嘴28大的压力产生室26，在此容器12使用移动机构14与止动件16而赋予冲击力即可，能够以简单的构造构成。
此外，由于喷嘴28的上端与压力产生室26的底面22A一致，与在底面22A设置有突起的情况比较，能够抑制压力产生室26的墨水11从底面22A侧流入喷嘴28内的情况的墨水11的压力损失，使液体射流MJ的射出速度进一步提升。
尤其，由于喷嘴28的上端位于底面22A的中央，能够抑制压力产生室26的墨水11流入喷嘴28内的情况的压力损失，使液体射流MJ的射出速度进一步提升。
此外，由于补给装置18是补给容器44内的墨水11的液面位置被维持为比容器12的底面22A高，能够通过水头压力与墨水11的表面张力的作用，将墨水11良好地供给到压力产生室26。即，不使用机械性的作用，能够将墨水11从补给容器44供给到压力产生室26。
由此，在液体射流射出装置10中，即便是黏度高的墨水11也可对用纸42连续地射出。
(变化)
作为本实施方式的液体射流射出装置10的变化，如图11所示，也能够构成液体射流射出装置10A。
液体射流射出装置10A是在喷嘴28的压力产生室侧端部，设置朝向底面22A倾斜的锥面51。
如此形成，由此能够进一步抑制从压力产生室26流入喷嘴28的墨水11的压力损失，使液体射流MJ的射出速度进一步提升。
另外，作为其他变化，如图12所示，也能够构成液体射流射出装置10B。
液体射流射出装置10B在杆32的上端部设置有圆板状的卡定板52。另外，在杆32的卡定板52与螺线管34之间，与液体射流射出装置10大致同样地，设置有杆32可穿过的止动件54。由于止动件54的形状是除了尺寸以外与第一实施方式的止动件16同样，赋予相同的参照附图标记，省略其详细的说明。
在液体射流射出装置10B中，通过螺线管34的驱动，杆32移动到下方，被设置在杆32的上端的卡定板52碰撞到止动件54的抵接面38A，由此对容器12赋予冲击力。由此，从喷嘴28的液面LS射出液体射流MJ。
如此，在液体射流射出装置10B中，使止动件54移动到容器12的上部侧，由此能够将止动件54小型化，并且没有东西介于喷嘴28与用纸42之间，能够设为简洁的构成。
[第二实施方式]
针对本公开的第二实施方式的液体射流射出装置，参照图13进行说明。针对与第一实施方式同样的构成要素，赋予相同的参照附图标记并省略其说明。另外，仅说明与第一实施方式不同的点。
如图13所示，液体射流射出装置100，在填充墨水11的压力产生室26内，插入有空气102被装入的具有可挠性以及弹性的袋104。
在液体射流射出装置100中，驱动螺线管34由此使杆32以既定速度下降。其结果，被安装在杆32的容器12以既定速度碰撞到止动件16。通过此碰撞，冲击力作用在容器12。由此，在喷嘴28的内部中，本来由于墨水11的接触角θ未满90度而形成为凹面形状的液面LS成为水平面形状，从其中心部分吐出(射出)比喷嘴28细的液体射流MJ。
此时，通过对于容器12的冲击力的作用，被配置在压力产生室26内的袋104(之中的空气102)膨胀，辅助从压力产生室26向喷嘴28的墨水11的移动。
如此，在液体射流射出装置100中，在压力产生室26的墨水11中插入有空气102被装入的袋104，在赋予冲击力时袋104膨胀，由此即便在使用高黏度的墨水11的情况，也可克服与压力产生室26的黏性损失，将墨水11确实地供给到喷嘴28。
即，即便在使用高黏度的液体的情况，也可从喷嘴28确实地射出液体射流。
另外，由于袋104可通过赋予冲击力而膨胀即可，被填充到内部的气体也可以是空气以外的气体，也可以是可通过赋予冲击力而膨胀的凝胶(gel)等。另外，也可以不使用袋104，在压力产生室26的墨水11之中直接放入空气作为气泡。
[第三实施方式]
针对本公开的第三实施方式的液体射流射出装置，参照图14进行说明。针对与第一实施方式同样的构成要素，赋予相同的参照附图标记并省略其说明。另外，仅说明与第一实施方式不同的点。
液体射流射出装置200，如图14所示，在压力产生室26的内部中，在底面22A侧配置从喷嘴28作为液体射流MJ被射出的墨水11，在上面20A侧配置明胶(Gelatin)202。此明胶202相当于″压力产生介质″。
具体来说，不以明胶202堵塞喷嘴28、开口部35，使明胶202流入容器12(压力产生室26)的内部，提高容器12内部的压力而使明胶202凝固后，从补给装置18将墨水11供给到压力产生室26以及喷嘴28内。
另外，使用的明胶202是使用质量含水率95％的明胶。
另外，补给装置18的补给管46与被设置在构成压力产生室26的周壁24的墨水配置区域的开口部35连通。
此外，在本实施方式中，如图14所示，将被贮留在补给装置18的补给容器44的墨水11的液面50设为压力产生室26的底面22A以下。
针对此液体射流射出装置200的作用进行说明。
液体射流射出装置200，与第一实施方式的液体射流射出装置10同样地，能够从喷嘴28内的液面LS射出增速率β高的细长的液体射流MJ。
尤其，液体射流射出装置200是由于被配置在容器12内的明胶202的含水率为95％，明胶202的声阻抗与墨水11的声阻抗的差小。因此，能够抑制容器12内的明胶202与喷嘴28内的墨水11的界面的能量传递率的降低，良好地射出液体射流MJ。
另外，使用的明胶202虽然最佳为声阻抗与墨水11相等，但也可以稍微偏差。已确认明胶202的声阻抗到墨水11的声阻抗的至少1.5倍左右，从液体射流射出装置200射出液体射流MJ。
另外，在液体射流射出装置200中，由于在容器12(压力产生室26)的上部侧配置明胶202，仅在压力产生室26的底面22A侧与喷嘴28连通的部分(无明胶202的部分)配置墨水11即可。即，能够抑制液体射流MJ的射出所需的墨水11的量。尤其，在射出高价的墨水11等的情况能够抑制墨水11的使用量的优点大。
尤其，即便在液体射流射出装置200中为了使增速率增加，而使第一长度lt增加的情况，若以使明胶202的配置区域增加来对应，则也有所谓不需要使墨水11的使用量增加的优点。
此外，更换液体射流射出装置200使用的墨水11的情况，只要在排出压力产生室26与喷嘴28的内部的墨水11后，将其他液体供给到压力产生室26的未配置明胶202的区域与喷嘴28的内部即可。即，由于可以不更换配置在容器12的内部的明胶202，有所谓更换液量为少量即可的优点。
另外，由于明胶202不与墨水11混合，也不产生化学反应，没有使液体射流MJ(墨水11)的品质降低的疑虑。
另外，在本实施方式中，虽然以在容器12配置有明胶202的例子进行说明，但不限定为此。若以固体(不流动的东西)，声阻抗满足墨水11的声阻抗与上述条件，则能够适用于本实施方式。例如，考虑PDMS(聚二甲基硅氧烷polydimethylsiloxane)等。
此外，在本实施方式中，如图14所示，虽然将被贮留在补给装置18的补给容器44的墨水11的液面50设为压力产生室26的底面22A以下，但可仅以墨水11的表面张力的作用，将墨水11供给到压力产生室26。
另外，也能够将高黏度的墨水11适用于液体射流射出装置200。在这个情况，与第一实施方式同样地，将补给容器44的墨水11的液面50设为底面22A以上即可。
(变化)
作为液体射流射出装置200的变化，针对液体射流射出装置200A，参照图15进行说明。另外，由于液体射流射出装置200A与液体射流射出装置200不同的地方仅压力产生室26内的液体的配置，仅说明所述部分。另外，在液体射流射出装置200A中，在与液体射流射出装置200相同的构成要素，赋予相同的参照附图标记，省略其详细的说明。
在液体射流射出装置200A中，在液体射流射出装置200在压力产生室26设置有明胶202的部分的下端(喷嘴侧端部)设置有由含水率95％的明胶构成的膜体204，在较此膜体204靠上面20A侧配置有与墨水11不同的液体206，例如水。
如此构成液体射流射出装置200A，也由此能够射出增速率高的液体射流MJ。
另外，由于以与墨水11不同的液体206填充压力产生室26的一部分，以膜体204分隔墨水11与液体206之间，能够防止墨水11与液体206混合，或产生化学反应(墨水11的品质降低)的同时，抑制在压力产生室26使用的墨水11的量。
此外，设置由含水率95％的明胶构成的膜体204，膜体204与墨水11、液体206的声阻抗的差小。因此，能够抑制在赋予冲击力时和墨水11不同的液体206与膜体204的界面、膜体204与墨水11的界面的能量传递率的降低，良好地射出液体射流MJ。
[参考例]
针对参考例的液体射流射出装置，参照图16进行说明。针对与第一实施方式同样的构成要素，赋予相同的参照附图标记并省略其说明。另外，由于与第一实施方式不同的地方仅容器12的形状，仅说明这些部分。
如图16所示，容器12被设为上壁20侧为圆筒形状，从途中朝向喷嘴28直径缩小的圆锥形状。即，容器12的喷嘴28侧被设为圆锥形状的圆锥部302，被设为其内周面构成压力产生室26的锥面302A。
另外，在容器12的圆锥部302，形成有在周方向以既定间隔向径方向外侧突出而形成的多个肋304。此肋304的底面306在径方向延伸，在容器12的向止动件16的碰撞时，底面306以抵接到抵接面38A的方式构成。
在如此构成的液体射流射出装置300中，通过螺线管34的驱动，容器12的肋304(底面306)碰撞到止动件16的抵接面38A由此对容器12赋予冲击力，从喷嘴28射出液体射流MJ。
但是，在如此构成液体射流射出装置300的情况，由于在压力产生室26有锥面302A，在使增速率增加的方面，与液体射流射出装置10比较则为不利。
[其他]
以上，虽然针对第一～第三实施方式的液体射流射出装置进行说明，但本公开不限定为此。即，若能够通过打击而对容器12赋予冲击力，则不限定为移动机构14与止动件16的构成。例如，也可以是在容器12的周壁24从侧方赋予冲击力的构成。
另外，在第一～第三实施方式中，虽然液体射流MJ的射出方向(喷嘴28的敞开端)成为垂直下方，但不限定为此。例如，也可向水平方向、垂直上方射出。另外，在此情况，喷嘴28的内径d充分地小，通过表面张力的作用，维持液面LS朝向容器12的上壁20侧凹陷的凹面形状是有必要的。另外，从补给装置18向压力产生室26的墨水11的补给，例如，考虑通过对于补给容器44的墨水11的加压等进行。
此外，在第一～第三实施方式中，虽然以喷嘴28以及压力产生室26的剖面为圆形进行说明，但本公开不限定为此。
另外，在第一～第三实施方式中，虽然设为在压力产生室26的底面22A的中央，喷嘴28的上端开口的构成，但本公开不限定为此。例如，也可以位于底面22A的径方向外侧端部。
此外，在第一～第三实施方式中，虽然对于容器12(压力产生室26)设置有一个喷嘴28，但也可以设置多个喷嘴28。例如，也可以在压力产生室26的底壁22设置三个喷嘴28。
另外，在第一～第三实施方式中，虽然为容器12的压力产生室26被堵塞，墨水11被填充到内部的构成，但压力产生室26的上部也可以被敞开。
另外，在此情况，从压力产生室26的底面22A到上部的液面的长度相当于第一长度lt。
此外，在第一～第三实施方式中，虽然设为喷嘴28的一端部281在压力产生室26的底面22A开口的构成，但也可以设为是喷嘴28的一端部281突出到压力产生室26内的构成。在此情况，第二长度lm成为从喷嘴28的一端部281到液面LS的轴方向长度，第一长度lt成为从压力产生室26的上面20A到底面22A的轴方向长度。
另外，在第一～第三实施方式中，虽然针对墨水11作为被射出的液体进行说明，但本公开不限定为此。也能够适用其他液体。例如，由于第一～第三实施方式的液体射流射出装置可射出高速的液体射流MJ，并且可控制其射流速度Vjet，考虑能够控制皮下、肌肉等的药剂到达位置，考虑对无针注射器的适用。
此外，在第一、第二实施方式中，虽然在液体射流射出装置动作中，将补给容器44的墨水11的液面50设为比压力产生室26的底面22A高的位置，但也有在结束动作后，使补给容器44的墨水11的液面50下降到喷嘴28的弯月面形成位置的情况。
另外，在第三实施方式中，虽然将被贮留在补给装置18的补给容器44的墨水11的液面50设为压力产生室26的底面22A以下，可通过墨水11的表面张力，将墨水11供给到压力产生室26，但此构成不限定为第三实施方式，能够适用于第一、第二实施方式等。
另外，2018年6月22日申请的日本专利申请2018-119345号的公开，其整体因参照而被援用于本说明书。
[附记]
另外，本公开的第一方案提供液体微射流高速射出装置，所述液体微射流高速射出装置包括：吐出部，两端部开口，至少相对于内面的接触角未满90度的液体被配置在内部；压力产生部，与所述吐出部的一端部连通，具有比所述吐出部的剖面面积大的剖面面积，与从所述吐出部的所述一端部到液面的液体微射流的射出方向的长度相比，所述射出方向的长度长，在至少所述一端部开口的底面的一侧配置有所述液体；以及冲击力赋予构件，对所述压力产生部赋予冲击力。
另外，本公开的第二方案提供本公开的第一方案的液体微射流高速射出装置，其中，所述吐出部的一端部与所述底面一致。
此外，本公开的第三方案提供本公开的第二方案的液体微射流高速射出装置，其中，在所述吐出部的一端部侧，形成有朝向所述底面倾斜的锥面。
另外，本公开的第四方案提供本公开的第一～第三方案的任一个方案的液体微射流高速射出装置，其中，所述吐出部的一端部在所述压力产生部的底面的中央开口。
此外，本公开的第五方案提供本公开的第一～第四方案的任一个方案的液体微射流高速射出装置，其中，在所述压力产生部，在所述底面侧配置有所述液体，并且在与所述底面侧为相反侧，配置有声阻抗为所述液体的声阻抗的1倍以上1.5倍以下，不与所述液体混合以及产生化学反应的压力产生介质。
另外，本公开的第六方案提供本公开的第一～第五方案的任一个方案的液体微射流高速射出装置，其中，还包括：补给装置，包含：补给部，所述液体被贮留在内部；以及液体供给路径，使所述补给部的液体贮留部分与所述压力产生部的液体贮留部分连通。
此外，本公开的第七方案提供本公开的第六方案的液体微射流高速射出装置，其中，在所述吐出部的另一端部282向下开口的液体微射流高速射出装置中，所述补给装置通过被贮留在所述补给部的所述液体的水头压力以及所述液体的表面张力的作用、或所述液体的表面张力的作用，将所述液体供给到所述压力产生部。

Claims (7)

1.一种液体射流射出装置，其特征在于，包括：
吐出部，两端部开口，至少相对于内面的接触角未满90度的液体被配置在内部；
压力产生部，与所述吐出部的一端部连通，具有比所述吐出部的剖面面积大的剖面面积，所述压力产生部具有轴方向的第一长度，在轴方向上从所述吐出部的所述一端部到液面的距离为第二长度，所述第一长度比所述第二长度长，在至少所述一端部开口的底面的一侧配置有所述液体；以及
冲击力赋予构件，通过移动和停止所述压力产生部对所述压力产生部赋予冲击力；
补给装置，其被配置成将所述液体供应到所述压力产生部中，
移动机构，所述移动机构被配置为在喷射方向上移动所述压力产生部，以及
止动件，所述止动件被配置为在朝喷射目标的喷射方向移动时与所述压力产生部邻接，以停止所述压力产生部，
其中，所述移动机构和所述止动件相当于所述冲击力赋予构件。
2.根据权利要求1所述的液体射流射出装置，其特征在于，
所述吐出部的一端部与所述底面一致。
3.根据权利要求2所述的液体射流射出装置，其特征在于，
在所述吐出部的一端部侧，形成有朝向所述底面倾斜的锥面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液体射流射出装置，其特征在于，
所述吐出部的一端部在所述压力产生部的底面的中央开口。
5.根据权利要求1所述的液体射流射出装置，其特征在于，
在所述压力产生部内部中，在所述底面侧配置有所述液体，并且在与所述底面侧为相反侧，配置有声阻抗为所述液体的声阻抗的1倍以上1.5倍以下，不与所述液体混合以及产生化学反应的压力产生介质。
6.根据权利要求1所述的液体射流射出装置，其特征在于，
所述补给装置，包含：
补给部，所述液体被贮留在内部；以及
液体供给路径，使所述补给部的液体贮留部分与所述压力产生部的液体贮留部分连通。
7.根据权利要求6所述的液体射流射出装置，其特征在于，
在所述吐出部的另一端部向下开口的液体射流射出装置中，
所述补给装置通过被贮留在所述补给部的所述液体的水头压力以及所述液体的表面张力的作用、或所述液体的表面张力的作用，将所述液体供给到所述压力产生部。
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