JP6482658B2 - 液体ジェット射出装置及び液体ジェット射出方法 - Google Patents
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Description
[第1実施形態]
(装置構成)
先ず、図1を参照して本発明の第1実施形態に係る液体ジェット射出装置10について説明する。液体ジェット射出装置10は、スタンド12と、スタンド12に支持された試験管14と、試験管14の内部に配置される細管16と、試験管14に撃力を付与するコイルガン18と、細管16の内部気圧を加減圧するシリンジポンプ20とを備える。
このように構成される液体ジェット射出装置10の作用を説明する。
先ず、液体ジェット射出装置10が発生する液体ジェットMJのジェット速度Vjetに関する物理モデルについて説明する。図4Aに示すように、試験管14に細管を入れてない場合の試験管14内の液体36に与える(試験管14の)初期速度U0とジェット速度Vjetとの関係を考える。
上記作用および解析モデルに基づく考察を確認するため、以下の実験を行った。
図5に増速率β(=Vjet/U0)と第1液位差luとの関係を示す。白抜き丸は1mm2/s、白抜き三角は10mm2/s、白抜き四角は100mm2/sの各粘度を示す。実験は同一条件下で5回行い、プロットに平均値を、エラーバーに標準偏差を用いた。以下、図6〜図12で同様である。
図7に増速率βと第2液位差lmとの関係を示す。ただし、実験条件がlm=1mmでは、細管16内の圧力力積勾配∂P’/∂z’が遷移領域に含まれ、解析モデルが適用できなくなるため、実験条件から除外している。
図9に増速率βと第3液位差lbとの関係を示す。各粘度νにおいて、増速率βは、第3液位差lbが変化してもほぼ一定である。これは、モデルと整合する。
図11に図6、図8、図10の結果を全て示す。また、式(7)で実験結果をフィッティングした結果を図11に直線で示す。各粘度において、式(7)により実験結果の傾向が良く表されている。したがって、第1液位差lu、第2液位差lm、第3液位差lbをそれぞれ変化させた場合でも、モデルによって実験結果を全て説明できる。
図12に、粘度1〜1000mm2/sの範囲の液体36のジェット速度Vjetと細管16内の液体36に与える初期速度U1との関係を示す。図12では、黒塗り丸、黒塗り三角、黒塗り四角、黒塗りひし形がそれぞれ5、50、500、1000mm2/sの粘度を示す。白抜き丸、白抜き三角、白抜き四角は、図5と同様である。なお、細管16内の液体36に与える初期速度U1は、式(6)より算出する。ここで、式(7)でフィッティングした結果を各線で示す。各粘度において、式(7)により実験結果の傾向が良く表されている。ジェット速度Vjetと細管16内の液体36に与える初期速度U1は、比例関係を保つ。したがって、実験結果は式(7)を満たす。
非特許文献4には、流体塊(直径d、高さl)の液面を凹面形状とした場合のジェット速度Vjetは、接触角θが一定であれば、式(9)に示すように、流体塊に与えられる初期速度U0のみに依存し、流体塊の直径d及び高さlに依存しないことが記載されている。
以上のように、本実施形態に係る液体ジェット射出装置10は、試験管14の内側に細管16を挿入し、細管16の液体36に対する接触角θを90度未満にすることによって細管16内部に形成された液面LS2を凹面形状とすることによって、メタルロッド46から撃力が試験管14に作用したとき液面LS2に流れが集束される。この結果、液面LS2の中心軸近辺から増速した先細形状の細長い液体ジェットMJが射出される。
本発明の第2実施形態に係る液体ジェット射出装置について図2を参照して説明する。第1実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第1実施形態と異なる点のみを説明する。
本発明の第3実施形態に係る液体ジェット射出装置について図16を参照して説明する。第1実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第1実施形態と異なる点のみを説明する。
本発明の第4実施形態に係る液体ジェット射出装置について図19を参照して説明する。第2、第3実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第3実施形態と異なる点のみを説明する。
本発明の第5実施形態に係る液体ジェット射出装置について図20を参照して説明する。第2、第4実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第2実施形態、第4実施形態と異なる点のみを説明する。
本発明の第6実施形態に係る液体ジェット射出装置について図21を参照して説明する。第2実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第2実施形態と異なる点のみを説明する。
本発明の第7実施形態に係る液体ジェット射出装置について図22を参照して説明する。第2実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第2実施形態と異なる点のみを説明する。
本発明の第8実施形態に係る液体ジェット射出装置について図23を参照して説明する。第2実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第2実施形態と異なる点のみを説明する。
以上、第1〜第8実施形態に係る液体ジェット射出装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、本開示の第1態様は、液体が底部側に貯留された容器と、両端が開口され、一端が前記容器の液体内に挿入され、他端が液体外に配置されると共に、少なくとも内面に対する前記液体の接触角が90度未満とされた細管と、前記細管内の液面を前記容器内で細管外の液面よりも前記容器の底部側に位置させる液位差形成手段と、前記細管内の液体から液体マイクロジェットが射出されるように、前記細管内の液体に加速度を付与する加速度付与手段と、を備える液体マイクロジェット高速射出装置を提供する。
Claims (14)
- 両端が開口された筒状体であり、少なくとも内面に対する接触角が90度未満である射出液体が内部に配置された細管と、
前記細管の一端が配置された底部側に、前記射出液体に圧力を伝達可能となるように伝達媒体が配置された容器と、
前記細管内の前記射出液体の液面と前記容器内で細管外の前記伝達媒体の界面とを前記細管の軸方向に沿って位置をずらす調整機構と、
前記細管内の前記射出液体から液体ジェットが射出されるように、前記伝達媒体に圧力波を発生させる発生機構と、
を備える液体ジェット射出装置。 - 前記伝達媒体は、前記容器内の底部側で少なくとも前記細管外に配置される伝達液体と、前記細管内又は前記細管の端部において前記伝達液体と前記射出液体の間に配置されて両者を分離させ、前記伝達液体から前記射出液体に圧力波を伝播する分離材と、を備える請求項1記載の液体ジェット射出装置。
- 前記分離材は、前記細管内又は前記細管の端部に形成された膜体である請求項2記載の液体ジェット射出装置。
- 前記分離材は、前記細管内に変位可能に配置され、音響インピーダンスが前記射出液体の音響インピーダンスの1倍以上1.5倍以下とされた栓体である請求項2記載の液体ジェット射出装置。
- 前記伝達媒体は、前記射出液体である請求項1記載の液体ジェット射出装置。
- 前記伝達媒体は、音響インピーダンスが前記射出液体の音響インピーダンスの1倍以上1.5倍以下である固体である請求項1記載の液体ジェット射出装置。
- 前記調整機構は、前記細管内の前記射出液体の前記液面を前記細管の軸方向に沿って変位させる細管内液面変位機構である請求項4又は5記載の液体ジェット射出装置。
- 前記調整機構は、前記容器内において前記細管外の前記伝達媒体の前記界面を前記細管の軸方向に沿って変位させる細管外界面変位機構である請求項4又は5記載の液体ジェット射出装置。
- 前記調整機構は、前記細管内に前記射出液体を供給する射出液体供給機構である請求項3又は6記載の液体ジェット射出装置。
- 前記発生機構は、前記細管内の前記射出液体の液面よりも前記容器の底部側で前記容器に撃力を付与する撃力付与機構である請求項1〜9のいずれか1項記載の液体ジェット射出装置。
- 前記発生機構は、前記細管内の前記射出液体の液面よりも前記容器の底部側で前記伝達媒体にレーザを照射するレーザ照射機構である請求項2〜5、7、8、及び請求項3に従属する請求項9のいずれか1項に記載の液体ジェット射出装置。
- 前記発生機構は、前記細管内の前記射出液体の液面よりも前記容器の底部側で前記伝達媒体に爆発を作用させる爆発機構である請求項1〜9のいずれか1項記載の液体ジェット射出装置。
- 前記発生機構は、前記細管内の前記射出液体の液面よりも前記容器の底部側で前記伝達媒体に超音波を作用させる超音波付与機構である請求項1〜9のいずれか1項記載の液体ジェット射出装置。
- 容器の底部側に伝達媒体を配置すると共に、両端が開口され、一端が前記容器の伝達媒体内に挿入され、他端が伝達媒体外に配置された細管内に、少なくとも内面に対する接触角が90度未満である射出液体を前記伝達媒体から圧力伝達可能となるように細管の内部に配置する第1工程と、
前記細管内の前記射出液体の液面と前記容器内で細管外の前記伝達媒体の界面とを前記細管の軸方向に沿って位置をずらした状態で、前記容器内の前記伝達媒体に圧力波を発生させて前記細管内の前記射出液体から液体ジェットが射出させる第2工程と、
を備える液体ジェット射出方法。
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