JP7079944B2 - 液体ジェット射出装置 - Google Patents
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Description
(装置構成)
先ず、図1を参照して第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、内部に液体の一例であるインク11が充填(配置)され、下端部に後述するノズル28が形成された容器12と、容器12を上下方向に移動させる移動機構14と、下方に移動した容器12が突き当たることによって停止させるストッパ16と、容器12の内部にインク11を供給する補給装置18と、を備えている。
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。
以下、液体ジェット射出装置10によって射出される液体ジェットMJを解析する解析モデルを説明する際に用いるパラメータについて説明する。
lm:ノズル28の圧力発生室側端部(圧力発生室26の底面22A)からノズル28内のメニスカス形成位置の液面LSまでの軸方向距離(第2長さ)(mm)。
ν:インク11の動粘度(mm2/s)(本明細書で「粘度」といった場合には、「動粘度」を意味する)。
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。
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、以下の数値計算を行った。
第2長さlm=1.5(mm)、
圧力発生室の内径D=10(mm)
ノズルの内径d=2(mm)、
圧力発生室内のインクの初期速度U0=1.25(m/s)、
インク11の動粘度ν:100(mm2/s)、
である。
lt = 40 mm の場合、理論値 33.3 m/s に対し数値計算結果 21.6 m/s、
lt = 80 mm の場合、理論値 66.7 m/s に対し数値計算結果 44.1 m/s、
である。
lm= 1.5 mm の場合,理論値 33.3 m/s に対し 数値計算結果 21.6 m/s、
lm= 5 mm の場合,理論値 10 m/s に対し数値計算結果 8.4 m/s、
lm= 10 mm の場合,理論値 5 m/s に対し数値計算結果 4.5 m/s、
である。
U0 = 1.25 m/s の場合,理論値 33.3 m/s に対し数値計算結果 21.6 m/s、
U0 = 2.5 m/s の場合,理論値 66.7 m/s に対し数値計算結果 43.8 m/s、
である。
d = 0.5 mm の場合,理論値 33.3 m/s に対し数値計算結果 29.3 m/s、
d = 1.0 mm の場合,理論値 33.3 m/s に対し数値計算結果 26.4 m/s、
d = 1.5 mm の場合,理論値 33.3 m/s に対し数値計算結果 21.6 m/s、
である。
ν = 100mm2/sの場合,理論値 33.3 m/s に対し数値計算結果 21.6 m/s、
ν = 1000mm2/sの場合,理論値 33.3 m/s に対し数値計算結果 19.9 m/s、
である。
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、容器12(圧力発生室26)の底壁22に、圧力発生室26の断面積よりも断面積が小さいノズル28を形成し、ノズル28の内周面がインク11に対する接触角θを90度未満とすることによって、上向きに凹んだメニスカス(液面)がノズル28に形成されている。この状態で、容器12をストッパ16に衝突させる(容器12に撃力を付与する)ことで、液面LS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。
本実施形態の液体ジェット射出装置10のバリエーションとして、図11に示すように、液体ジェット射出装置10Aを構成することもできる。
本開示の第3実施形態に係る液体ジェット射出装置について図14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。
液体ジェット射出装置200のバリエーションとして、液体ジェット射出装置200Aについて、図15を参照して説明する。なお、液体ジェット射出装置200Aが液体ジェット射出装置200と異なるのは、圧力発生室26内の液体の配置のみなので、該当部分のみ説明する。また、液体ジェット射出装置200Aにおいて、液体ジェット射出装置200と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
参考例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実施形態と異なるのは、容器12の形状のみなので、該等部分のみを説明する。
以上、第1~第3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、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、打撃によって撃力を容器12に付与できるものであれば、移動機構14とストッパ16の構成に限定されるものではない。例えば、容器12の周壁24に側方から撃力を付与する構成でも良い。
なお、本開示の第1態様は、両端部が開口し、少なくとも内面に対する接触角が90度未満である液体が内部に配置される吐出部と、前記吐出部の一端部に連通し、前記吐出部の断面積よりも大きい断面積を有し、前記吐出部における前記一端部から液面までの液体マイクロジェットの射出方向の長さよりも前記射出方向の長さが長く、少なくとも前記一端部が開口した底面の側に前記液体が配置された圧力発生部と、前記圧力発生部に撃力を付与する撃力付与手段と、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 (7)
- 両端部が開口し、少なくとも内面に対する接触角が90度未満である液体が内部に配置された吐出部と、
前記吐出部の一端部に連通し、前記吐出部における前記一端部から液面までの液体ジェットの射出方向の長さよりも前記射出方向の長さが長く、前記吐出部の前記射出方向から見た断面積よりも大きい断面積を有し、少なくとも前記一端部が開口した底面の側に前記液体が配置された圧力発生部と、
前記圧力発生部を構成する容器を移動させる移動機構と、
前記容器の移動を停止させるストッパと、を備え、
前記移動機構による前記容器の移動が前記ストッパによって停止されて、前記圧力発生部に撃力を付与する液体ジェット射出装置。 - 前記吐出部の一端部は、前記底面と一致している請求項1記載の液体ジェット射出装置。
- 前記吐出部の一端部側には、前記底面に向って傾斜したテーパ面が形成されている請求項2記載の液体ジェット射出装置。
- 前記吐出部の一端部は、前記圧力発生部の底面の中央に開口している請求項1~3のいずれか1項に記載の液体ジェット射出装置。
- 前記圧力発生部には、前記底面側に前記液体が配置されると共に、前記底面側と反対側には音響インピーダンスが前記液体の音響インピーダンスの1倍以上1.5倍以下で当該液体と混合及び化学反応しない圧力発生媒体が配置されている請求項1~4のいずれか1項記載の液体ジェット射出装置。
- 内部に前記液体が貯留された補給部と、
前記補給部の液体貯留部分と前記圧力発生部の液体貯留部分とを連通させる液体供給路と、
を有する補給装置をさらに備える請求項1~5のいずれか1項記載の液体ジェット射出装置。 - 前記吐出部の他端部が下向きに開口された液体ジェット射出装置において、
前記補給装置は、前記補給部に貯留された前記液体の水頭圧及び当該液体の表面張力の作用、又は当該液体の表面張力の作用により前記圧力発生部に当該液体を供給する請求項6記載の液体ジェット射出装置。
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