WO2016182081A1 - 液体ジェット射出装置及び液体ジェット射出方法 - Google Patents

液体ジェット射出装置及び液体ジェット射出方法 Download PDF

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義之 田川
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid jet injection apparatus and a liquid jet injection method.
  • Liquid jets are conventionally used in inkjet printers (for example, “series“ digital printer technology ”inkjet, Tokyo Denki University Press, (2008), Imaging Society of Japan, (ISBN978-4-501-62340-1 C3072) (hereinafter“ (Refer to Non-Patent Document 1))) and microfabricated devices.
  • Most of such liquid jet injection apparatuses are apparatuses that inject a liquid jet having a diameter equal to or larger than the inner diameter of the injection pipe.
  • a piezo ink jet method or a bubble jet (registered trademark) method used in an ink jet printer is applicable, and both are methods for extruding liquid from ejection holes (nozzles). For this reason, the diameter of the ejected droplet is equal to or larger than the diameter of the ejection hole.
  • Non-Patent Document 3 “See Kiyama Keijin, Noguchi Yuto, Tagawa Yoshiyuki“ Production of Liquid Jets with Impact ”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 80, No. 814, 2014” (hereinafter referred to as “Non-Patent Document 4”)) .
  • the rate of increase of the jet speed of the jet with respect to the initial speed is as low as about 2 times, and it is difficult to generate a liquid jet using a high viscosity liquid. Therefore, there is a need for a method of generating a microjet having a high speed increase rate.
  • the present disclosure has been made in view of the background as described above, and an object thereof is to provide a liquid jet injection device having a high acceleration rate.
  • This disclosure includes the following aspects.
  • a liquid jet ejection apparatus comprising: an adjustment mechanism that shifts a position along the generation mechanism; and a generation mechanism that generates a pressure wave in the transmission medium so that the liquid jet is ejected from the ejection liquid in the narrow tube.
  • the liquid surface of the injection liquid in the thin tube is recessed toward the side opposite to the bottom side of the container. It is formed in a concave shape.
  • a pressure wave is generated in a transmission medium arranged outside the narrow tube in the container by the generating mechanism so as to eject a liquid jet to the ejected liquid in the narrow tube.
  • a pressure wave is propagated from the transmission medium to the ejected liquid, the flow is concentrated on the concave liquid surface in the narrow tube, and a liquid jet that is narrower and longer than the narrow tube is ejected from the central portion of the liquid surface.
  • the ejection speed of the liquid jet can be adjusted.
  • the liquid level inside the narrow tube closer to the bottom of the container than the interface outside the thin tube, the liquid surface of the thin tube is ejected from the thin tube compared to the case where the position of the interface outside the thin tube is the same position.
  • the speed of the liquid jet can be increased.
  • the transmission medium is disposed between the transmission liquid and the ejection liquid at least at the outside of the capillary tube on the bottom side in the container, and at the end of the capillary tube or the capillary tube.
  • a liquid jet ejecting apparatus comprising: a separating material that separates the two and propagates a pressure wave from the transmission liquid to the ejection liquid.
  • the transmission medium is separated at least by the separation material capable of propagating the pressure wave between the transmission liquid disposed outside the narrow tube in the container and the ejection liquid disposed in the narrow tube. . Therefore, when a pressure wave is generated in the transmission liquid by the generation mechanism, the pressure wave is propagated to the ejection liquid through the separating material, and a liquid jet is ejected from the liquid level of the ejection liquid in the narrow tube.
  • the transmission liquid which is a transmission medium
  • the transmission medium can be easily arranged in the container.
  • the separation material is a film body formed at the end of the narrow tube or inside the narrow tube, the pressure wave propagated from the transmission liquid is efficiently propagated to the injection liquid. be able to.
  • the separating material is a plug formed inside the narrow tube, but the acoustic impedance is 1 to 1.5 times the acoustic impedance of the ejection liquid,
  • the pressure wave propagated from the transmission liquid can be efficiently propagated to the ejection liquid.
  • the transmission medium is the injection liquid
  • the same injection liquid can be disposed regardless of inside or outside the narrow tube in the container. Therefore, the position of the liquid surface outside the narrow tube and the liquid surface inside the narrow tube is shifted in the axial direction of the thin tube by the adjusting mechanism, and the generating mechanism is driven. As a result, a pressure wave is generated in the ejection liquid outside the narrow tube, propagates to the ejection liquid in the narrow tube, and a liquid jet can be ejected from the liquid level of the ejection liquid in the narrow tube.
  • the transmission medium is a solid whose acoustic impedance is 1 to 1.5 times the acoustic impedance of the injection liquid. Therefore, the pressure wave is suppressed from being attenuated at the interface between the transmission medium and the ejection liquid, and the pressure wave is efficiently propagated to the ejection liquid in the narrow tube. As a result, the liquid jet is ejected from the liquid level of the ejected liquid.
  • the interface of the transmission medium does not fluctuate, so that the liquid level difference between the interface outside the narrow tube and the liquid level in the narrow tube can be adjusted only by the amount of the injected liquid in the narrow tube.
  • the injection direction of the liquid jet ejected from the narrow tube can be arbitrarily set such as downward.
  • the liquid level in the narrow tube is moved along the axial direction of the narrow tube by the liquid level displacement mechanism in the narrow tube, thereby causing the interface between the liquid level in the narrow tube and the outside of the narrow tube. Move in the opposite direction along the axial direction of the capillary tube. Thereby, the position of the liquid surface in the narrow tube and the interface outside the narrow tube can be easily shifted along the axial direction of the narrow tube.
  • the liquid level inside the narrow tube and the outside of the narrow tube are moved by moving the interface of the transmission medium outside the narrow tube in the container along the axial direction of the thin tube by the liquid level displacement mechanism in the narrow tube. Are moved in the opposite directions along the axial direction of the thin tube. Thereby, the position of the liquid surface in the narrow tube and the interface outside the narrow tube can be easily shifted along the axial direction of the narrow tube.
  • the adjustment mechanism provides the liquid jet ejection device according to [3] or [6], which is an ejection liquid supply mechanism that supplies the ejection liquid into the narrow tube.
  • the liquid level in the thin tube and the thin tube can be simply adjusted by adjusting the amount of the injection liquid supplied into the thin tube by the injection liquid supply mechanism.
  • the liquid level difference can be arbitrarily set at the outer interface.
  • the generation mechanism is a striking force imparting mechanism that imparts striking force to the container on the bottom side of the container with respect to the liquid level of the ejected liquid in the narrow tube.
  • One liquid jet injection device is provided.
  • the impact applying mechanism applies impact to the container on the bottom side of the container with respect to the liquid level in the narrow tube, so that the liquid jet is ejected.
  • a pressure wave can propagate to the liquid. That is, the pressure wave can be propagated to the liquid in the narrow tube with a simple configuration.
  • the generation mechanism is a laser irradiation mechanism that irradiates the transmission medium with laser on the bottom side of the container with respect to the liquid level of the ejection liquid in the narrow tube [2] to [5], [7] , [8], and [9] subordinate to [3].
  • the laser is irradiated from the laser irradiation means to the transmission medium, that is, the transmission liquid outside the narrow tube or the injection liquid on the bottom side of the container with respect to the liquid level in the narrow tube, so Bubbles are generated in the transfer liquid or the injection liquid, and a pressure wave due to the generation of the bubbles is propagated to the injection liquid in the narrow tube. That is, the pressure wave can be propagated to the ejected liquid in the narrow tube with a simple configuration.
  • the generation mechanism is any one of [1] to [9], which is an explosion mechanism that causes an explosion to act on the transmission medium on the bottom side of the container with respect to the liquid level of the injection liquid in the narrow tube.
  • a liquid jet injection device is provided.
  • the explosion mechanism causes an explosion to act on the transmission medium on the bottom side of the container with respect to the liquid level in the narrow tube, thereby generating a pressure wave in the transmission medium and injection in the narrow tube.
  • a pressure wave propagates through the liquid. That is, the pressure wave can be propagated to the ejected liquid in the narrow tube with a simple configuration.
  • the generation mechanism is any one of [1] to [9], in which an ultrasonic wave is applied to the transmission medium on the bottom side of the container with respect to the liquid level of the ejection liquid in the narrow tube. Or a single liquid jet injection device.
  • the ultrasonic wave applying mechanism causes the transmission medium to act on the transmission medium on the bottom side of the container with respect to the liquid level in the narrow tube, thereby generating a pressure wave in the transmission medium, A pressure wave is propagated to the injected liquid inside. That is, the pressure wave can be propagated to the ejected liquid in the narrow tube with a simple configuration.
  • a transmission medium is disposed on the bottom side of the container, both ends are opened, one end is inserted into the transmission medium of the container, and the other end is in contact with at least the inner surface in a narrow tube disposed outside the transmission medium.
  • a liquid jet injection method comprising: a second step.
  • the liquid surface of the injection liquid in the thin tube is recessed toward the side opposite to the bottom side of the container. It is formed in a concave shape.
  • a pressure wave is applied to the transmission medium arranged outside the narrow tube inside the container by the generating mechanism with the liquid level of the injection liquid inside the narrow tube and the interface of the transmission medium outside the narrow tube inside the container being shifted in the axial direction of the thin tube. Is generated.
  • the ejection speed of the liquid jet can be adjusted by shifting the position of the liquid surface in the thin tube and the interface outside the thin tube in the container in the direction of the thin tube axis. For example, by placing the liquid level inside the narrow tube closer to the bottom of the container than the interface outside the thin tube, the liquid surface of the thin tube is ejected from the thin tube compared to the case where the position of the interface outside the thin tube is the same position. The speed of the liquid jet can be increased.
  • the liquid jet injection device concerning a 1st embodiment it is a mimetic diagram explaining the state of the liquid level before a metal rod collision.
  • the liquid jet injection apparatus which concerns on 1st Embodiment it is a schematic diagram explaining the state of the liquid level at the time of a metal rod collision.
  • FIG.6 is a graph showing the relationship between the initial velocity of a thin tube and the jet velocity in the liquid jet injection apparatus which concerns on 1st Embodiment. It is the graph which put together the graph of FIG.6, FIG.8, FIG.10. 6 is a graph showing the relationship between the jet speed of a liquid having a viscosity in a range of 1-1000 mm 2 / s and the initial speed of a thin tube in the liquid jet injection apparatus according to the first embodiment.
  • the liquid jet injection device concerning a 1st embodiment, it is a graph which shows the relation between a viscosity and an acceleration rate. It is a graph which shows the relationship between a liquid level (liquid level) height and speed increase rate ratio.
  • the graph which showed the relation between the initial velocity of a thin tube, and the jet velocity on Drawing 6 in piles It is a schematic block diagram of the liquid jet injection apparatus which concerns on 3rd Embodiment.
  • the liquid jet injection apparatus which concerns on 1st Embodiment it is a figure which shows the liquid level state in the thin tube before injection
  • a liquid jet injection device concerning a 1st embodiment it is a figure showing a liquid level state in a thin tube immediately after injection.
  • liquid jet injection device when the inside diameter of a thin tube differs, it is a graph which shows the relation between the 1st liquid level difference and the 2nd liquid level difference, and the rate of increase.
  • It is a schematic block diagram of the liquid jet injection apparatus which concerns on 4th Embodiment. It is a schematic block diagram of the liquid jet injection apparatus which concerns on 5th Embodiment. It is a schematic block diagram of the liquid jet injection apparatus which concerns on 6th Embodiment. It is a schematic block diagram of the liquid jet injection apparatus which concerns on 7th Embodiment. It is a schematic block diagram of the liquid jet injection apparatus which concerns on 8th Embodiment.
  • the liquid jet ejection apparatus 10 includes a stand 12, a test tube 14 supported by the stand 12, a narrow tube 16 disposed inside the test tube 14, a coil gun 18 that applies a striking force to the test tube 14, and a thin tube 16. And a syringe pump 20 for increasing / decreasing the internal pressure.
  • test tube 14 corresponds to the container of the present disclosure
  • coil gun 18 corresponds to a striking mechanism as a generation mechanism of the present disclosure
  • syringe pump 20 corresponds to the adjustment mechanism of the present disclosure.
  • the stand 12 includes a base 24, a support bar 26 erected from the base 24, a support ring 28 that is fixed to the support bar 26 and supports the test tube 14 movably upward, and a support ring of the support bar 26. And a support ring 30 that is fixed above 28 and supports the narrow tube 16 so as to be movable upward.
  • a shock absorber 32 is attached to the lower portion of the support ring 30 in order to prevent the test tube 14 that is raised by the impact described later from being damaged by colliding with the support ring 30.
  • test tube 14 The upper end of the test tube 14 is hermetically closed with a cap 34, and a liquid (silicon oil) 36 is placed inside.
  • the test tube 14 is supported by the stand 12 so that the cap 34 is placed on the support ring 28 so as to be movable upward.
  • the narrow tube 16 is a tube body that is thinner than the test tube 14 and that has an upper end and a lower end that are open.
  • the thin tube 16 has good wettability (the contact angle with the liquid 36 is less than 90 degrees), and is formed of, for example, a glass tube.
  • the upper end of the thin tube 16 is clamped by a clamp 38. Since the clamp 38 is placed on the support ring 30, the narrow tube 16 is supported by the stand 12 so as to be movable upward.
  • the lower end of the thin tube 16 supported by the stand 12 passes through the cap 34 and reaches the vicinity of the bottom of the test tube 14. As a result, the lower end of the thin tube 16 is inserted into the liquid 36 of the test tube 14, and the upper end is located above the liquid 36.
  • a connecting pipe 40 communicating with the syringe pump 20 is connected to the upper end of the thin pipe 16.
  • the connecting pipe 40 has flexibility.
  • a coil gun 18 is disposed on the base 24 of the stand 12.
  • the coil gun 18 includes a cylindrical tube 42 mounted on a base, a coil 44 wound around the outer periphery on the lower end side of the cylindrical tube 42, and a steel material (JIS standard) accommodated so as to be movable up and down in the cylindrical tube 42. And a cylindrical metal rod 46 made of SS400).
  • the cylindrical tube 42 extends from the base 24 to the lower end of the test tube 14. Therefore, when the metal rod 46 is fired upward by energizing the coil 44, the metal rod 46 collides with the bottom of the test tube 14.
  • the syringe pump 20 has a liquid level LS1 outside the narrow tube 16 (hereinafter, also referred to as “liquid level LS1 outside the narrow tube 16”) and a liquid level LS2 inside the narrow tube 16 in a predetermined first liquid level in the test tube 14 described later. It is driven to have a difference l u .
  • the liquid 36 in the thin tube 16 corresponds to the ejection liquid of the present disclosure
  • the liquid 36 outside the thin tube 16 in the test tube 14 corresponds to the transmission medium (transmission liquid) of the present disclosure.
  • the liquid 36 corresponds to both the ejection liquid and the transmission medium (transmission liquid) of the present disclosure.
  • the syringe pump 20 is driven to pressurize the gas portion in the narrow tube 16 to a predetermined pressure.
  • the pressure of the gas portion inside the narrow tube 16 increases more than the pressure of the gas portion outside the narrow tube 16 of the test tube 14, and the liquid level LS2 inside the narrow tube 16 becomes lower than the liquid level LS1 outside the narrow tube 16 (FIG. 3A).
  • the liquid jet MJ is thinner than the inner diameter of the thin tube 16 from the central portion of the liquid surface LS2 in the thin tube 16 of the liquid 36 formed in a concave shape.
  • the tip is injected in a shape that is narrow to about 1/5 of the inner diameter of the tube and the tip portion swells in a spherical shape. By this injection, the liquid level LS2 is lowered downward, while the injected liquid jet MJ is further extended.
  • the “liquid jet MJ” described in the series of embodiments refers to a liquid that is sufficiently narrower than the liquid surface LS2 (inner diameter of the thin tube 16) and is ejected from the liquid surface LS2 in a convergent and elongated shape. It does not matter whether the liquid jet MJ has an elongated shape when it reaches the object to be ejected or whether liquid droplets are separated from the tip portion.
  • the analysis model according to the embodiment is an analysis model when the liquid jet injection device 10 ejects the liquid jet MJ.
  • the analysis model according to the comparative example is an analysis model in the case where the liquid jet MJ is ejected from the test tube 14 with the configuration in which the thin tube 16 is removed from the liquid jet ejection device 10.
  • ⁇ Kinematic viscosity (mm 2 / s) of the liquid 36 (hereinafter sometimes simply referred to as “viscosity”)
  • the initial velocity U 0 given to the liquid 36 is determined using the density ⁇ ,
  • P is a pressure impulse, and is expressed by the following equation using the pressure p and the time ⁇ during which the impact force lasts.
  • ⁇ 0 is the rate of increase of the jet velocity V jet with respect to the initial velocity U 0 (of the test tube 14) given to the liquid 36 in the test tube 14 when no thin tube is inserted in the test tube 14.
  • the pressure impulse gradient ⁇ P / ⁇ z at the bottom surface of the test tube 14 changes to the pressure impulse gradient ⁇ P ′ / ⁇ z ′ within the narrow tube with the lower end surface of the thin tube 16 as a boundary.
  • the pressure impulse gradient ⁇ P ′ / ⁇ z ′ in the narrow tube 16 is the pressure impulse gradient ⁇ P / ⁇ z at the bottom surface of the test tube 14, the first liquid level difference l u , and the second liquid level difference.
  • the initial velocity U 1 applied to the liquid 36 inside the narrow tube 16 is increased by ((l u / l m ) +1) times compared to the initial velocity U 0 applied to the liquid 36 outside the narrow tube 16.
  • the jet velocity V jet generated in the narrow tube 16 is proportional to the initial velocity U 1 of the liquid 36 in the narrow tube, as in the equation (3).
  • ⁇ ⁇ is the rate of increase of the jet velocity V jet with respect to the initial velocity U 1 given to the liquid 36 in the capillary 16 when the capillary 16 is inserted into the test tube 14.
  • ⁇ is a rate of increase of the jet velocity V jet with respect to the initial velocity U 0 (of the test tube 14) given to the liquid 36 in the test tube 14 when the thin tube 16 is inserted into the test tube 14.
  • the thin tube 16 is inserted into the test tube 14, and a liquid level difference is provided between the liquid level LS1 outside the thin tube 16 and the liquid level LS2 inside the narrow tube 16.
  • the liquid level LS1 is made higher than the liquid level LS2.
  • the initial speed U 1 applied to the liquid 36 in the narrow tube 16 can be increased as compared with the initial speed U 0 of the test tube 14 alone.
  • the jet velocity V jet generated in the narrow tube 16 can also be increased as compared with the comparative example (only the test tube 14).
  • the rate of increase ⁇ of the jet velocity V jet can be increased by increasing the first liquid level difference l u or decreasing the second liquid level difference l m .
  • liquid jet injection apparatus 10 As the liquid jet injection apparatus 10 according to the example, one having the same configuration as that shown in FIG. 1 was used.
  • the test tube 14 is made of borosilicate glass (hard glass, Marum Co., Ltd., A ⁇ 16.5) and has a hemispherical bottom surface.
  • silicone oil (Sigma Ardlich co.) was used as the liquid 36.
  • Open circles indicate viscosities of 1 mm 2 / s
  • open triangles indicate 10 mm 2 / s
  • open squares indicate 100 mm 2 / s. The experiment was performed 5 times under the same conditions, and the average value was used for the plot and the standard deviation was used for the error bar. The same applies to FIGS. 6 to 12 below.
  • the white triangle indicates a viscosity of 10 mm 2 / s
  • the white circle indicates a viscosity of 100 mm 2 / s
  • the white square indicates a viscosity of 500 mm 2 / s.
  • the experiment was performed 5 times under the same conditions, and the average value was used for the plot and the standard deviation was used for the error bar.
  • the black triangle is a calculated value at each viscosity of 10 mm 2 / s, the black circle is 100 mm 2 / s, and the black square is 500 mm 2 / s.
  • FIG. 7 shows the relationship between the rate of acceleration ⁇ and the second liquid level difference l m .
  • the pressure impulse gradient ⁇ P ′ / ⁇ z ′ in the narrow tube 16 is included in the transition region, and the analysis model cannot be applied, and is excluded from the experimental condition.
  • FIG. 7 shows the result obtained by fitting the equation (8) to the experimental result.
  • the tendency of the experimental result is well represented by the equation (8). Therefore, the speed increasing rate ⁇ and the second liquid level difference l m are inversely proportional.
  • FIG. 8 shows the relationship between the jet velocity V jet and the initial velocity U 1 given to the liquid 36 in the narrow tube 16 by arranging this result according to the equation (7).
  • the jet velocity V jet increases as the initial velocity U 1 applied to the liquid 36 in the capillary 16 increases.
  • the result of fitting with Expression (7) is shown by a straight line in FIG. It can be confirmed that the experimental result can be expressed well by the equation (7) at each viscosity ⁇ . That is, it was confirmed that the experimental result satisfies the formula (7) and the experimental result can be explained by the model.
  • this result is arranged by equation (7), and the relationship between the jet velocity V jet and the initial velocity U 1 applied to the liquid 36 in the narrow tube 16 is shown in FIG.
  • the jet velocity V jet increases as the initial velocity U 1 applied to the liquid 36 in the capillary 16 increases.
  • the result of fitting with Expression (7) is shown by a straight line in FIG. It can be confirmed that the experimental result can be expressed well by the equation (7) at each viscosity ⁇ . That is, it was confirmed that the experimental result satisfies the formula (7) and the experimental result can be explained by the model.
  • FIG. 11 shows all the results of FIGS. 6, 8, and 10. Further, the result of fitting the experimental result with the equation (7) is shown by a straight line in FIG. For each viscosity, the tendency of the experimental result is well represented by the equation (7). Therefore, even when the first liquid level difference l u , the second liquid level difference l m , and the third liquid level difference l b are changed, all the experimental results can be explained by the model.
  • black circles, black triangles, black squares, and black diamonds show viscosities of 5, 50, 500, and 1000 mm 2 / s, respectively.
  • White circles, white triangles, and white squares are the same as in FIG.
  • the initial velocity U 1 applied to the liquid 36 in the narrow tube 16 is calculated from Equation (6).
  • the result of fitting with Expression (7) is indicated by each line.
  • the tendency of the experimental result is well represented by the equation (7).
  • the jet velocity V jet and the initial velocity U 1 applied to the liquid 36 in the narrow tube 16 maintain a proportional relationship. Therefore, the experimental result satisfies the formula (7).
  • the rate of increase ⁇ ⁇ (inclination angle of the line in FIG. 12) decreases when the viscosity ⁇ exceeds 10 mm 2 / s.
  • the relationship between the viscosity ⁇ and the speed increase rate ⁇ ⁇ will be discussed below.
  • FIG. 13 shows the relationship between the viscosity ⁇ and the speed increase rate ⁇ .
  • Numerical calculation neglecting viscosity ⁇ (Author: Peters, I. R., Tagawa, Y., Oudalov, N., van der Meer, D., Sun, C., Prosperetti, A., and Lohse, D., The rate of acceleration obtained by the paper title: Highly focused supersonic microjets: numerical simulations, journal name: Journal of Fluid Mechanics, 719, pp. 587-605, published in January 2013) is shown in FIG.
  • the speed increase rate ⁇ obtained from the experimental results is in good agreement with the speed increase rate obtained by numerical calculation. Therefore, in the viscosity range of 1 to 10 mm 2 / s, the influence of the viscosity ⁇ on the speed increasing rate ⁇ is small and considered to be negligible.
  • the rate of increase ⁇ ⁇ decreases with increasing viscosity ⁇ . Therefore, it is considered that the viscosity ⁇ contributes to the decrease in the rate of increase ⁇ ⁇ in the range of the viscosity of 50 to 1000 mm 2 / s.
  • cavitation is considered to occur when a large acceleration is applied to the liquid and the local pressure in the liquid becomes equal to or lower than the vapor pressure of the liquid 36.
  • an incompressible liquid 36 and that the momentum of the liquid 36 changes during the time scale ⁇ t i .
  • the position where the pressure drops most due to this momentum change is the bottom surface of the test tube.
  • cavitation bubbles can be generated immediately after the momentum change using the atmospheric pressure P atm , the vapor pressure Pv of the liquid 36, and the density ⁇ of the liquid 36.
  • Non-Patent Document 4 It is described in Non-Patent Document 4 that the above is satisfied.
  • the liquid jet is increased by intentionally generating cavitation using the relationship between the initial velocity U 0 and the liquid level height l (l u + l m + l b ). It is conceivable to apply speeding up to the present invention.
  • the narrow tube 16 is inserted inside the test tube 14, and the contact angle ⁇ of the narrow tube 16 with respect to the liquid 36 is less than 90 degrees, so that the inside of the narrow tube 16.
  • the formed liquid surface LS2 into a concave surface, the flow is focused on the liquid surface LS2 when the impact force acts on the test tube 14 from the metal rod 46.
  • a tapered elongated liquid jet MJ that is accelerated from the vicinity of the central axis of the liquid surface LS2 is ejected.
  • the jet velocity V jet of the liquid jet injection device 10 can be controlled.
  • the jet velocity V jet can be reduced with respect to the initial velocity U 0 by making the liquid level LS2 in the narrow tube 16 higher than the liquid level LS1 outside the narrow tube 16.
  • the liquid jetting apparatus 10 has less components of the syringe pump 20 or the like for applying a first liquid level difference l u of Coilgun 18 and the liquid surface LS1 and the liquid level LS2 imparting impulsive force to the liquid 36, device
  • the configuration is simplified. Therefore, the operability is high as compared with an apparatus using a laser or the like.
  • the high-viscosity liquid can be ejected by overcoming the energy loss due to the viscous force of the high-viscosity liquid (for example, 1000 mm 2 / s).
  • liquid jet injection device 10 can be used for an ink jet or a needleless syringe.
  • the liquid jet injection device 10 can discharge a high-speed liquid jet MJ and can control the jet velocity V jet , so that it can control the drug arrival position such as subcutaneous and muscle, and can be applied to a needleless syringe. Conceivable.
  • connection pipe 40 is connected to the upper end of the thin tube 16 in the liquid jet injection device 10, when the injection target of the liquid jet MJ is arranged, for example, the injection target is replaced with the connection pipe 40. It is considered that a pressure regulation chamber having a space that can be disposed may be provided.
  • the upper part of the thin tube 16 of the liquid jet injection apparatus 100 is open to the atmosphere.
  • the test tube 14 is connected to the syringe pump 20 by a connecting tube 40.
  • the syringe pump 20 is driven to depressurize the gas portion outside the narrow tube 16 in the test tube 14, thereby raising the liquid level LS1 outside the narrow tube 16, and the first liquid level difference between the liquid level LS1 and the liquid level LS2. l u can be attached.
  • the liquid jet injection device 100 can inject the long and narrow liquid jet MJ having a high speed increase rate ⁇ from the liquid level LS2 in the narrow tube 16 in the same manner as the liquid jet injection device 10 according to the first embodiment.
  • the liquid jet injection apparatus 100 connects the outside of the thin tube 16 of the test tube 14 to the syringe pump 20 to open the upper end of the thin tube 16 to the atmosphere, the liquid jet MJ to be ejected is disposed above the thin tube 16. There is a peculiar effect that it becomes easy to arrange the.
  • liquid 36 in 16 initial velocity U 1 of the (viscosity 1 mm 2 / s, see black circles in FIG. 15), were examined the relationship between the jet velocity V jet liquid jet MJ. As shown in FIG. 15, it was confirmed that there is a proportional relationship in this case as well as in the first embodiment.
  • a liquid jet ejection apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Constituent elements similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Only differences from the first embodiment will be described.
  • the liquid jet injection apparatus 200 arranges a liquid 36 to be injected into the inside of the narrow tube 16, and gelatin which is an example of a solid as a transmission medium inside the test tube 14 (outside the thin tube 16). 202 is arranged.
  • the gelatin 202 is caused to flow into the test tube 14 so that the gelatin 202 does not flow into the thin tube 16, and the gelatin 202 is solidified by increasing the pressure inside the test tube 14.
  • the liquid 36 is supplied from 204 into the narrow tube 16. Therefore, by controlling the amount of the liquid 36 supplied from the liquid supply device 204 to the thin tube 16, the interface LS 3 of the gelatin 202 in the test tube 14 (corresponding to the liquid level LS 1 of the first embodiment) and the inside of the thin tube 16.
  • a first interface difference l u ′ with the liquid level LS2 of the liquid 36 can be set.
  • the difference in position in the axial direction of the thin tube 16 is the difference between the first interface difference l u ′ in the axial direction of the thin tube 16 between the liquid level LS2 in the thin tube 16 and the lower surface of the thin tube 16 (on the bottom side of the test tube 14).
  • the difference is defined as a second interface difference l m ′, and the difference in the axial direction of the narrow tube 16 between the bottom surface of the test tube 14 and the lower end surface of the narrow tube 16 is defined as a third interface difference l b ′ (see FIG. 16).
  • gelatin 202 used has a mass moisture content of 95%.
  • One end of the thin tube 16 is inserted into the test tube 14 and the other end is open to the atmosphere. That is, since the solidified gelatin 202 is arranged inside the test tube 14, the syringe pump 20 and the like for providing the first interface difference l u ′ between the liquid level LS1 and the liquid level LS2 as in the first embodiment are unnecessary. It is a thing. Further, a pipe 206 for supplying the liquid 36 from the liquid supply device 204 is communicated with the position of the thin tube 16 where the liquid 36 is disposed.
  • the liquid jet MJ ejection direction (open end of the thin tube 16) is vertically upward, but is not limited thereto. That is, the present invention can be applied even in the horizontal direction or vertically downward.
  • the liquid jet ejection device 200 can eject an elongated liquid jet MJ having a high speed increase rate ⁇ from the liquid level LS2 in the narrow tube 16 as in the liquid jet ejection device 10 according to the first embodiment.
  • the liquid jet injection device 200 since the moisture content of the gelatin 202 disposed in the test tube 14 is 95%, the difference between the acoustic impedance of the gelatin 202 and the acoustic impedance of the liquid 36 is small. Accordingly, a decrease in the energy transfer rate at the interface between the gelatin 202 in the test tube 14 and the liquid 36 in the narrow tube 16 is suppressed, and the liquid jet MJ can be ejected satisfactorily.
  • the gelatin 202 to be used is most preferably the one having the same acoustic impedance as that of the liquid 36, but may be slightly deviated. It has been confirmed that the liquid jet MJ is ejected from the liquid jet ejection device 200 until the acoustic impedance of the gelatin 202 is at least about 1.5 times the acoustic impedance of the liquid 36.
  • the solidified gelatin 202 is disposed in the test tube 14, so that the liquid 36 flows out from the test tube 14 even when the injection direction of the microjet is set to the horizontal direction or the vertical direction downward. Is prevented. Furthermore, since the thin tube 16 is sufficiently thin, the liquid level LS2 is maintained by the surface tension of the liquid 36, and the outflow of the liquid from the thin tube 16 is prevented. Therefore, the installation direction of the liquid jet ejection device 200 is not limited, and the liquid jet MJ can be ejected in any direction (for example, horizontal direction or vertical direction downward).
  • the liquid level LS ⁇ b> 1 is maintained by the surface tension of the liquid 36 if the difference between the inner diameter of the test tube 14 and the outer diameter of the thin tube 16 is made sufficiently small. It is conceivable that.
  • the effect of the tube wall on the liquid 36 in the test tube 14 increases, and the pressure impulse gradient of the liquid 36 in the test tube 14 decreases, so the rate of increase ⁇ of the liquid jet MJ is small. There is a risk.
  • the liquid jet injection apparatus 200 since the gelatin 202 in the test tube 14 is solidified, the liquid 36 is tested even if the difference between the inner diameter of the test tube 14 and the outer diameter of the thin tube 16 is sufficiently large. There is no risk of outflow from the tube 14. Therefore, the pressure impulse gradient of the gelatin 202 in the test tube 14 can be made sufficiently large, and the liquid jet MJ having a high speed increase rate ⁇ can be injected well.
  • the position of the interface LS3 of the gelatin 202 inside the test tube 14 becomes constant, so that the first interface difference can be obtained simply by setting the position of the liquid level LS2 of the liquid 36 in the narrow tube 16.
  • l u ' can be set. That is, the first interface difference l u ′ can be set only by controlling the amount of liquid supplied from the liquid supply device 204 to the thin tube 16. Therefore, a mechanism for supplying a negative pressure or a positive pressure to the narrow tube 16 or the test tube 14 is not required, and the configuration of the liquid jet ejection device 200 is further simplified.
  • the end of the narrow tube 16 opposite to the test tube 14 side is opened to the atmosphere, and the arrangement of the injection target is facilitated.
  • the liquid 36 ejected as the liquid jet MJ may be disposed only in the narrow tube 16. That is, the amount of the liquid 36 required for the ejection of the liquid jet MJ can be suppressed. In particular, there is a great merit that the amount of liquid 36 used can be suppressed when expensive liquid 36 or the like is ejected.
  • the liquid 36 used in the liquid jet ejection apparatus 200 when the liquid 36 used in the liquid jet ejection apparatus 200 is replaced, the liquid 36 is disposed only inside the narrow tube 16, and therefore, after discharging the liquid 36 inside the narrow tube 16, another liquid is supplied to the narrow tube 16. You only need to supply the inside. That is, there is an advantage that the amount of the exchange liquid can be small because the gelatin 202 arranged in the test tube 14 does not need to be exchanged.
  • the present invention is not limited to this. Any solid material that does not flow and has an acoustic impedance that satisfies the acoustic impedance of the liquid 36 and the above conditions can be applied to the present embodiment.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the gelatin 202 is disposed throughout the test tube 14, but from the viewpoint of preventing the liquid 36 from flowing out regardless of the injection direction of the liquid jet MJ, for example, the gelatin is only in the vicinity of the interface LS3.
  • a configuration in which 202 is formed to prevent the liquid 36 from flowing out may be employed.
  • the structure which provides the cover body in the position of the liquid level LS1 (refer FIG. 1) of the test tube 14, and suppresses the outflow of the liquid 36 is also considered.
  • a liquid different from the liquid 36 in the narrow tube 16 is arranged in the test tube 14 (outside the narrow tube 16). It is possible to do.
  • the liquid jet injection apparatus 300 is formed by forming a film body 302 at the lower end of the thin tube 16. Thereby, in the test tube 14, the inside of the thin tube 16 and the outside of the thin tube 16 are separated.
  • a liquid 36 ejected as a liquid jet is disposed in the narrow tube 16, and a liquid 304 (for example, water) different from the liquid 36 is disposed outside the narrow tube 16 in the test tube 14.
  • the film body 302 and the liquid 304 correspond to a film body and a transmission liquid which are examples of the transmission medium of the present disclosure.
  • the liquid 36 is supplied from the liquid supply device 204 into the narrow tube 16. Therefore, by controlling the amount of the liquid 36 supplied from the liquid supply device 204 to the thin tube 16, the liquid level LS4 of the liquid 304 in the test tube 14 (corresponding to the liquid level LS1 of the first embodiment) and the inside of the thin tube 16
  • the first liquid level difference l u between the liquid 36 and the liquid level LS2 can be set.
  • gelatin used for the film body 302 has a mass water content of 95%.
  • the injection direction of the liquid jet MJ (open end of the thin tube 16) is vertically upward, but is not limited to this. That is, the present invention can be applied even in the horizontal direction or vertically downward.
  • the liquid jet ejection device 300 can eject an elongated liquid jet MJ having a high speed increase rate ⁇ from the liquid level LS2 in the narrow tube 16 as in the liquid jet ejection device 10 according to the second embodiment.
  • the liquid jet injection apparatus 300 separates the liquid 36 and the liquid 304 by the film body 302 formed at the lower end of the narrow tube 16, the pressure wave is propagated from the liquid 304 to the film body 302, so that the film The body 302 deforms and efficiently propagates the pressure wave to the liquid 36. That is, a decrease in energy transfer rate at the interface between the liquid 304 and the film body 302 in the test tube 14 and the interface between the film body 302 and the liquid 36 in the narrow tube 16 is suppressed, and the liquid jet MJ can be ejected satisfactorily. .
  • the material of the film body 302 is not particularly limited.
  • the first interface difference l u can be set only by setting the position of the liquid level LS2. That is, it is possible to set the first interface difference l u only by controlling the amount of liquid in the liquid 36 supplied from the liquid supply apparatus 204 to the pipette 16. Therefore, a mechanism for supplying a negative pressure or a positive pressure to the thin tube 16 or the test tube 14 is not required, and the configuration of the liquid jet ejection apparatus 300 is further simplified.
  • the end of the narrow tube 16 opposite to the test tube 14 side is opened to the atmosphere, and the arrangement of the injection target is facilitated.
  • the liquid 36 ejected as the liquid jet MJ may be disposed only in the narrow tube 16. That is, the amount of the liquid 36 required for the ejection of the liquid jet MJ can be suppressed. In particular, there is a great merit that the amount of liquid 36 used can be suppressed when expensive liquid 36 or the like is ejected.
  • the liquid 36 used in the liquid jet ejection apparatus 300 when the liquid 36 used in the liquid jet ejection apparatus 300 is replaced, the liquid 36 is disposed only inside the narrow tube 16, and therefore, after the liquid 36 inside the narrow tube 16 is discharged, another liquid is passed through the narrow tube 16. You only need to supply the inside. That is, there is an advantage that a small amount of replacement liquid is required because the liquid 304 disposed inside the test tube 14 does not have to be replaced.
  • the liquid 304 is used as an example of the transmission medium outside the narrow tube 16 in the test tube 14, and therefore, the liquid jet ejection device 300 transmits the test tube 14 outside the narrow tube 16 regardless of the shape of the container. There is also an advantage that the arrangement of the medium becomes easy.
  • the film body 302 may be formed inside the thin tube 16.
  • the liquid jet injection device 350 has substantially the same configuration as the liquid jet injection device 100 of the second embodiment, except that a plug 352 made of gelatin is arranged inside the thin tube 16.
  • a plug 352 made of gelatin is arranged inside the thin tube 16.
  • the side opposite to the bottom of the test tube 14 and the bottom side of the test tube 14 are separated from the plug 352 in the narrow tube 16.
  • the liquid 36 ejected to the opposite side of the bottom of the test tube 14 from the plug body 352 is arranged in the narrow tube 16, and the narrow tube 16 is arranged on the bottom side of the test tube 14 and inside the test tube 14 from the plug body 352.
  • a liquid 304 different from the liquid 36 is disposed outside the liquid crystal 16.
  • the gelatin used for the plug 352 is 95% in mass water content. Further, the plug 352 can be moved up and down along the axial direction inside the narrow tube 16 while the liquid 36 and the liquid 304 are separated.
  • the liquid jet ejection device 350 can eject an elongated liquid jet MJ having a high speed increase rate ⁇ from the liquid level LS2 in the narrow tube 16 in the same manner as the liquid jet ejection device 10 according to the second embodiment.
  • the water content of gelatin constituting the plug body 352 disposed inside the narrow tube 16 is 95%. Therefore, the acoustic impedance of the plug body 352 and the acoustic impedance of the liquids 36 and 304 are reduced. The difference is small. Therefore, a decrease in the energy transfer rate at the interface between the liquid 304 and the plug 352 in the test tube 14 and the interface between the plug 352 and the liquid 36 in the narrow tube 16 is suppressed, and the liquid jet MJ can be ejected satisfactorily. .
  • the gelatin used for the plug 352 is most preferably the same as the liquids 36 and 304, but may be slightly deviated. It has been confirmed that the liquid jet MJ is ejected from the liquid jet ejection device 350 until the acoustic impedance of gelatin is at least about 1.5 times the acoustic impedance of the liquids 36 and 304.
  • the plug body 352 disposed inside the narrow tube 16 is movable in the axial direction of the narrow tube 16. Therefore, by driving the syringe pump 20 to increase / decrease the gas portion outside the narrow tube 16 in the test tube 14, the liquid level LS ⁇ b> 2 of the liquid 36 in the thin tube 16 and the liquid 304 outside the narrow tube 16 in the test tube 14.
  • the first interface difference l u can be set by moving the surface LS4 in the relatively opposite direction. That is, the first interface difference l u can be set between the liquid level LS2 of the different liquid 36 and the liquid level LS4 of the liquid 304 only by driving the syringe pump 20. Therefore, the configuration of the liquid jet ejection device 350 is simplified.
  • the end of the narrow tube 16 opposite to the test tube 14 side is opened to the atmosphere, and the arrangement of the injection target is facilitated.
  • the liquid 36 ejected as the liquid jet MJ is more opposite to the bottom of the test tube 14 than the plug body 352 in the thin tube 16. It only needs to be placed on the side. That is, the amount of the liquid 36 required for the ejection of the liquid jet MJ can be suppressed. In particular, there is a great merit that the amount of liquid 36 used can be suppressed when expensive liquid 36 or the like is ejected.
  • the liquid 36 used in the liquid jet ejection device 350 when the liquid 36 used in the liquid jet ejection device 350 is replaced, the liquid 36 is disposed only inside the narrow tube 16, and therefore, after the liquid 36 inside the narrow tube 16 is discharged, another liquid is discharged into the narrow tube 16. You only need to supply the inside. That is, there is an advantage that a small amount of replacement liquid is required because the liquid 304 disposed inside the test tube 14 does not have to be replaced.
  • the liquid jet injection device 350 since the liquid 304 is used as a pressure wave transmission medium outside the narrow tube 16 in the test tube 14, the liquid tube is transmitted outside the narrow tube 16 of the test tube 14 regardless of the shape of the container such as the test tube 14. There is also an advantage that the arrangement of the medium becomes easy.
  • the present invention is not limited to this. Any solid material that does not flow and has an acoustic impedance that satisfies the acoustic impedance of the liquid 36 and the above conditions can be applied to the present embodiment.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the liquid jet ejection device 400 is replaced with a pulse that is an example of a laser irradiation mechanism in place of the coil gun 18 that is an example of a striking mechanism as a generation mechanism in the liquid jet ejection device 100 of the second embodiment.
  • the laser irradiation device 402 is disposed on the side of the bottom of the test tube 14.
  • the pulse laser irradiation device 402 is a device that has a built-in condenser lens and irradiates the pulse laser by condensing the pulse laser below the narrow tube 16 inside the test tube 14.
  • the liquid jet injection device 400 As shown in FIG. 21, in the liquid jet injection device 400, the liquid 36 is injected into the test tube 14, and the syringe pump 20 is operated to cause a predetermined liquid level difference between the first liquid level LS1 and the second liquid level LS2. Is set. In this state, the pulse laser 404 is irradiated from the pulse laser irradiation device 402 toward the test tube 14.
  • the pulse laser 404 is focused inside the test tube 14 below the narrow tube 16 to generate bubbles 406 inside the liquid 36. Due to the generation of the bubbles 406, the pressure wave generated in the liquid 36 propagates inside the narrow tube 16, and the liquid jet MJ is ejected from the liquid level LS2.
  • the pulse laser 404 may be condensed and irradiated on the test tube 14, so that the test tube is generated each time the pressure wave is generated. There is an advantage that the apparatus is stable without moving 14.
  • the liquid jet injection device 500 is an explosion device that is an example of an explosion mechanism in place of the coil gun 18 that is an example of an impact applying mechanism as a generation mechanism in the liquid jet injection device 100 of the second embodiment. 502 is provided.
  • the explosion device 502 includes an explosion chamber 506 defined by a film body 504 made of gelatin at the bottom of the test tube 14 below the narrow tube 16.
  • the explosive device 502 further includes an explosive supply device 508 that communicates with the explosive chamber 506 and supplies powder explosives to the explosive chamber 506, and a detonator 510 for exploding the explosive provided in the explosive chamber 506. And an exhaust hole (not shown) provided in the explosion chamber 506.
  • the liquid jet injection device 500 As shown in FIG. 22, in the liquid jet injection device 500, the liquid 36 is injected into the test tube 14, and the syringe pump 20 is operated to cause a predetermined liquid level difference between the first liquid level LS1 and the second liquid level LS2. Is set. In this state, a predetermined amount of powder explosive is supplied from the explosive supply device 508 to the explosion chamber 506 and the detonator 510 is driven to cause an explosion in the explosion chamber 506. The shock wave caused by the explosion propagates to the liquid 36 through the film body 504, and the liquid jet MJ is ejected from the liquid level LS2 of the liquid 36 in the narrow tube 16.
  • the liquid jet ejection device 600 is an example of an ultrasonic wave application mechanism in place of the coil gun 18 which is an example of an impact force application mechanism as a generation mechanism in the liquid jet injection device 100 of the second embodiment.
  • An ultrasonic generator 602 is provided.
  • the ultrasonic generator 602 is disposed on the bottom side of the test tube 14 and irradiates the lower end side of the thin tube 16 with ultrasonic waves.
  • liquid jet injection device 600 The operation of the liquid jet injection device 600 will be described.
  • the liquid 36 is injected into the test tube 14, and a predetermined liquid level difference is set between the first liquid level LS1 and the second liquid level LS2. Then, the ultrasonic generator 602 is driven, and ultrasonic waves are irradiated toward the lower end portion of the thin tube 16. This ultrasonic wave propagates to the liquid 36 in the narrow tube 16 and is focused on the liquid level LS2. As a result, the liquid jet MJ is ejected from the liquid level LS2.
  • the liquid jet injection apparatus 600 only has to irradiate the liquid 36 with ultrasonic waves, so that there is an advantage that the test tube 14 does not move each time a pressure wave is generated, and the apparatus is stabilized.
  • the coil gun 18 has been described as an example of the striking force application mechanism.
  • the coil gun 18 is limited as long as the striking force can be imparted to the test tube 14 as a container by striking. Is not to be done.
  • a mechanism using a striking force imparting mechanism is disclosed as the generating mechanism.
  • a laser irradiation mechanism or an explosion shown as an example in the sixth to eighth embodiments is disclosed. It may be replaced with a mechanism or an ultrasonic application mechanism.
  • the transmission medium disposed outside the thin tube 16 of the test tube 14 that is a container needs to be a liquid, so the first, second, fourth, and fifth embodiments. Applicable only to
  • the adjustment mechanism is an example of a liquid level displacement mechanism inside the thin tube or an interface displacement mechanism outside the thin tube that pressurizes and depressurizes the gas portion inside the thin tube 16 or the gas portion outside the thin tube 16. It has been disclosed that using a certain syringe pump 20, as long as the first liquid level difference l u can impart capillary 16 out of the liquid surface LS1, LS4 and (interfacial LS3) into LS2 in capillary 16, a syringe pump It is not limited to 20.
  • a portion of the test tube 14 outside the thin tube 16 is sealed with a rubber plug or the like, and a liquid portion LS1, LS4 outside the thin tube 16 is obtained by decompressing the gas portion outside the thin tube 16 by inserting an injection needle into the rubber plug. It is conceivable to give the first liquid level difference l u to the liquid level LS2 in the narrow tube 16.
  • the liquid surface outside the narrow tube 16 of the narrow tube 16 or the test tube 14 is pressed with a lid body that is displaced in the axial direction of the narrow tube 16 to It is also conceivable to give the first liquid level difference l u to the surfaces LS1, LS4 and the liquid level LS2 in the narrow tube 16. However, it is desirable that it is excellent in terms of ease of operation and safety.
  • the example of the transmission medium arranged outside the narrow tube 16 is gelatin 202 as in the third embodiment, or the film body 302 is formed at the lower end of the narrow tube 16 as in the fourth embodiment
  • the interface LS3 outside the thin tube 16 or the liquid level LS4 is held constant, so that the ejection liquid supply that adjusts the liquid amount of the liquid 36 supplied into the thin tube 16
  • a mechanism such as the liquid supply device 204 may be provided as an adjustment mechanism.
  • the test tube 14 and the thin tube 16 are arranged in the vertical direction and the liquid jet MJ is injected vertically upward.
  • the present invention is not limited to this. It is not a thing.
  • the test tube 14 and the thin tube 16 are arranged in the horizontal direction, and the liquid level LS2 in the thin tube 16 is configured to be closer to the bottom side of the test tube 14 than the liquid level LS1 outside the thin tube 16 (the liquid level LS1 and the liquid
  • the liquid jet MJ having a high acceleration rate can be ejected in the horizontal direction.
  • the distance between the inner wall of the test tube 14 and the outer wall of the thin tube 16 and the inner diameter d of the thin tube 16 are sufficiently small, and the liquid levels LS1 and LS2 are adjusted to the test tube by the action of surface tension. It is necessary to maintain a concave shape that is recessed toward the side opposite to the bottom side of 14.
  • the liquid 36 which is silicon oil if the distance between the inner wall of the test tube 14 and the outer wall of the thin tube 16 is 500 ⁇ m or less and the inner diameter d of the thin tube 16 is 1 mm or less, the test tube 14 is inclined from the vertical direction. It has been confirmed that the liquid levels LS1 and LS2 are maintained in a concave shape that is recessed toward the side opposite to the bottom side of the test tube 14 even if it is made to do so.
  • the striking force is applied to the bottom of the test tube 14, but the present invention is not limited to this.
  • a configuration may be adopted in which a striking force is applied to the side surface of the test tube 14 on the bottom side of the test tube 14 relative to the liquid level LS2 in the narrow tube 16.
  • the conversion efficiency for converting from a constant impact force to the acceleration of the liquid 36 in the thin tube 16 is high, and the conversion efficiency is the highest. This is a case in which an impact is applied to the bottom of the.
  • the striking force is applied to the test tube 14 via the metal rod 46 in order to inject the liquid jet MJ
  • the present invention is not limited to this.
  • Any structure that can apply a large acceleration to the liquid 36 in the narrow tube 16 in a short time may be used.
  • a soft object such as a rubber material or a urethane material collides with the test tube 14.
  • the contact time between the rubber material and the test tube 14 becomes long, this does not correspond to the so-called “impulse force”, but the liquid 36 in the narrow tube 16 is applied to the liquid 36 for a short time (10 ⁇ 4 s or less).
  • a large acceleration 100 m / s 2 or more
  • the liquid jet MJ can be ejected from the liquid level LS2.
  • one thin tube is arranged for one test tube, but a plurality of thin tubes are arranged inside one test tube. good.
  • the liquid jet MJ is ejected from each thin tube by applying a striking force or the like to one test tube. That is, a plurality of liquid jets MJ can be ejected.
  • liquid jet ejection device when used as a needleless syringe, gelatin 202 is used as a transmission medium filled outside the thin tube 16 as in the third embodiment.
  • gelatin 202 is used as a transmission medium filled outside the thin tube 16 as in the third embodiment.
  • a combination of the types using the powder explosive shown in the sixth embodiment can be considered as the generation mechanism.
  • the narrow tube is obtained.
  • the liquid 36 that is a chemical solution may be ejected from 16 as a liquid jet.
  • the speed increase rate ⁇ it is possible to adjust the speed increase rate ⁇ and change it to the position where the chemical solution reaches, for example, the skin surface, in the skin tissue, under the skin, or the muscle. is there.
  • liquid 36 that is a chemical solution is disposed only in the narrow tube 16, it is easy to change the chemical solution, and the amount of the chemical solution that is wasted can be reduced.
  • test tube 14 and the like are supported by the stand 12, but when used as a needleless syringe, the test tube 14 is used without the stand 12 and the liquid jet ejection direction is also medical. It is possible to respond arbitrarily according to the posture of the person receiving the act.
  • a transmission medium is disposed on the bottom side of a container, and both ends are opened, one end is inserted into the transmission medium of the container, and the other end is disposed outside the transmission medium.
  • a pressure wave is generated in the transmission medium in the container in a state where the position of the interface of the transmission medium outside the thin tube in the container is adjusted along the axial direction of the thin tube, and the drug in the thin tube is
  • a second step of ejecting at least a portion of the liquid jet toward the patient's skin surface is
  • the first aspect of the present disclosure includes a container in which liquid is stored on the bottom side, both ends are opened, one end is inserted into the liquid of the container, the other end is disposed outside the liquid, and at least the inner surface A narrow tube with a liquid contact angle of less than 90 degrees, and a liquid level difference forming means for positioning the liquid surface in the thin tube closer to the bottom of the container than the liquid surface outside the thin tube in the container;
  • a liquid microjet high-speed ejection device comprising acceleration applying means for applying acceleration to the liquid in the thin tube so that the liquid microjet is ejected from the liquid in the thin tube.
  • the second aspect of the present disclosure is the first aspect of the present disclosure in which the acceleration applying unit is a striking force applying unit that applies a striking force to the container on the bottom side of the container with respect to the liquid level in the narrow tube.
  • the acceleration applying unit is a striking force applying unit that applies a striking force to the container on the bottom side of the container with respect to the liquid level in the narrow tube.
  • a liquid microjet high-speed injection device is provided.
  • the third aspect of the present disclosure provides the liquid microjet high-speed ejection device according to the first or second aspect of the present disclosure, wherein the liquid level difference forming unit is a pressurizing unit that pressurizes a gas portion in the narrow tube. To do.
  • the liquid level difference forming means is a pressure reducing means for decompressing a gas portion outside the capillary tube in the container.

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Abstract

液体ジェット射出装置は、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、を備えている。

Description

液体ジェット射出装置及び液体ジェット射出方法
　本発明は、液体ジェット射出装置及び液体ジェット射出方法に関する。
　液体ジェットは、従来からインクジェットプリンタ（例えば、「シリーズ「デジタルプリンタ技術」インクジェット,東京電気大学出版局,（2008），日本画像学会，（ISBN978-4-501-62340-1 C3072）（以下、「非特許文献１」という）参照）やマイクロ加工デバイス等の様々な分野で利用されている。このような液体ジェットの射出装置の大部分は、射出管内径と同程度以上の径の液体ジェットを射出する装置である。例えば、インクジェットプリンタで用いられるピエゾインクジェット方式やバブルジェット（登録商標）方式が該当し、いずれも液体を射出孔（ノズル）から押し出す方式である。このため、射出された液滴の径は、射出孔の径以上となる。
　これに対して、射出管の凹面形状を有する液面に、短時間で大きな加速度を与えると、射出管から射出管の内径の１／５程度の細い液体ジェットを射出することができる。このような細い液体ジェットを適用できれば、インクジェットプリンタ等の押し出し方式で問題となる目詰まりの問題を解消することができる。
このように細い液体ジェットの生成方法として、液体を充填したマイクロ管にレーザを照射する方法がある（例えば、「Tagawa, Y., Oudalov, N., Visser, C. W., Peters, I. R., van der Meer, D., Sun, C., Prosperetti,A. and Lohse, D., Highly focused supersonic microjets, Physical Review X , Vol. 2, (2012),031002.（以下、「非特許文献２」という）参照）。
　また、他の生成方法として、液体を充填した試験管を自由落下させ、床との衝突により生じる撃力を用いるものがある（例えば、「Antkowiak, A., Bremond, N., Dizes,S. L and Villermaux, E., Short-term dynamics of a density interface following an impact, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 577, (2007), pp. 241-250.（以下、「非特許文献３」という）や「木山景仁、野口悠斗、田川義之「撃力による液体ジェットの生成」,日本機械学会論文集,Vol.80,No.814,2014」（以下、「非特許文献４」という）参照）。
　上記従来の液体ジェットでは、射出されたジェット速度の初期速度に対する増速率が２倍程度と低く、高粘度液体を用いた液体ジェットを生成することが困難であった。したがって、増速率が高いマイクロジェットの生成方法が求められている。
　本開示は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、増速率が高い液体ジェット射出装置を提供することを目的とする。
　本開示は、以下の態様を含む。
　［１］　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を提供する。
　［１］の液体ジェット射出装置によれば、細管の内面に対する射出液体の接触角が９０度未満であるため、細管内の射出液体の液面は、容器の底部側と反対側に向かって凹んだ凹面形状に形成される。この状態で細管内の射出液体に対して液体ジェットを射出するように、発生機構により容器内の細管外に配置された伝達媒体に圧力波を発生させる。この結果、伝達媒体から射出液体に圧力波が伝播され、細管内の凹面形状の液面で流れが集束し、液面の中央部分から細管よりも細く長い液体ジェットが射出される。
　この際、調整機構によって細管内の液面と容器内における細管外の界面（以下、「細管外の界面」という場合がある）を細管の軸方向で位置をずらすことによって、液体ジェットの射出速度を調整することができる。例えば、細管内の液面を細管外の界面よりも容器の底部側に位置させることによって、細管の液面と細管外の界面の位置が同一位置だった場合と比較して、細管から射出される液体ジェットの速度を高くすることができる。
　［２］　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［１］の液体ジェット射出装置を提供する。
　［２］の液体ジェット射出装置によれば、伝達媒体が少なくとも容器内の細管外に配置された伝達液体と細管内に配置された射出液体が圧力波を伝播可能な分離材で分離されている。したがって、発生機構によって伝達液体に圧力波が発生した場合には、分離材を介して射出液体に圧力波が伝播され、細管内の射出液体の液面から液体ジェットが射出される。
　一方、射出液体と伝達液体とは分離材で分離されているため、伝達液体は射出液体と異なる液体を用いることができる。すなわち、射出液体の使用量を低減することができる。また、容器内の細管外に伝達媒体である伝達液体を配置しているため、容器内に伝達媒体(伝達液体)の配置が容易である。
　［３］　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［２］の液体ジェット射出装置を提供する。
　［３］の液体ジェット射出装置によれば、分離材が細管の端部又は細管の内部に形成された膜体であるため、伝達液体から伝播された圧力波を射出液体に効率的に伝播することができる。
　［４］　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［２］の液体ジェット射出装置を提供する。
　［４］の液体ジェット射出装置によれば、分離材が細管の内部に形成された栓体であるが、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倍以下であるため、伝達液体から伝播された圧力波を射出液体に効率的に伝播することができる。
　［５］　前記伝達媒体は、前記射出液体である［１］の液体ジェット射出装置を提供する。
　［５］の液体ジェット射出装置によれば、伝達媒体が射出液体であるので、容器内の細管内、細管外を問わず、同一の射出液体を配置することができる。そこで、調整機構で細管外の液面と細管内の液面の位置を細管の軸方向でずらし、発生機構を駆動する。これにより、細管外の射出液体に圧力波が発生し、細管内の射出液体に伝播して、細管内の射出液体の液面から液体ジェットを射出することができる。
　［６］　前記伝達媒体は、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［１］の液体ジェット射出装置を提供する。
　［６］の液体ジェット射出装置によれば、伝達媒体は音響インピーダンスが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。したがって、伝達媒体と射出液体との界面で圧力波が減衰されることが抑制されて、圧力波が効率的に細管内の射出液体に伝播される。この結果、射出液体の液面から液体ジェットが射出される。
　伝達媒体が固体である場合には、伝達媒体の界面が変動しないため、細管外の界面と細管内の液面の液位差が細管内の射出液体の液量のみで調整可能となる。
　さらに、細管外の伝達媒体が固体であるため、細管から射出される液体ジェットの射出方向を下方向等、任意に設定できる。
　［７］　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［４］又は［５］記載の液体ジェット射出装置を提供する。
　［７］の液体ジェット射出装置によれば、細管内液面変位機構によって細管内の射出液体の液面を細管の軸方向に沿って移動させることにより、細管内の液面と細管外の界面が、細管の軸方向に沿って相対的に反対方向に移動する。これにより、細管内の液面と細管外の界面を細管の軸方向に沿って位置を簡単にずらすことができる。
　［８］　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［４］又は［５］の液体ジェット射出装置を提供する。
　［８］の液体ジェット射出装置によれば、細管内液面変位機構によって容器内の細管外の伝達媒体の界面を細管の軸方向に沿って移動させることにより、細管内の液面と細管外の界面が、細管軸方向に沿って相対的に反対方向に移動する。これにより、細管内の液面と細管外の界面を細管の軸方向に沿って位置を簡単にずらすことができる。
　［９］　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［３］又は［６］の液体ジェット射出装置を提供する。
　［９］の液体ジェット射出装置によれば、伝達媒体の界面が変動しないため、射出液体供給機構により細管内に供給される射出液体の液量を調整するだけで、細管内の液面と細管外の界面に液位差を任意に設定できる。
　［１０］　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［１］～［９］のいずれか１つの液体ジェット射出装置を提供する。
　［１０］の液体ジェット射出装置によれば、撃力付与機構が細管内の液面よりも容器の底部側で容器に撃力を付与することで、液体ジェットを射出されるように細管内の液体に圧力波を伝播することができる。すなわち、簡単な構成で細管内の液体に圧力波を伝播することができる。
　［１１］　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［２］～［５］、［７］、［８］、及び［３］に従属する［９］のいずれか１つの液体ジェット射出装置。
　［１１］の液体ジェット射出装置によれば、細管内の液面よりも容器の底部側で伝達媒体、すなわち細管外の伝達液体又は射出液体にレーザ照射手段からレーザを照射することで、細管外の伝達液体又は射出液体に気泡を発生させ、この気泡の発生による圧力波が細管内の射出液体に伝播される。すなわち、簡単な構成で細管内の射出液体に圧力波を伝播することができる。
　［１２］　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［１］～［９］のいずれか１つの液体ジェット射出装置を提供する。
　［１２］の液体ジェット射出装置によれば、爆発機構が細管内の液面よりも容器の底部側で伝達媒体に爆発を作用させることで、伝達媒体に圧力波を発生させ、細管内の射出液体に圧力波が伝播される。すなわち、簡単な構成で細管内の射出液体に圧力波を伝播することができる。
　［１３］　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［１］～［９］のいずれか１つの液体ジェット射出装置を提供する。
　［１３］の液体ジェット射出装置によれば、超音波付与機構が細管内の液面よりも容器の底部側で伝達媒体に超音波を作用させることで、伝達媒体に圧力波を発生させ、細管内の射出液体に圧力波が伝播される。すなわち、簡単な構成で細管内の射出液体に圧力波を伝播することができる。
　［１４］　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前記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を提供する。
　［１４］の液体ジェット射出方法によれば、細管の内面に対する射出液体の接触角が９０度未満であるため、細管内の射出液体の液面は、容器の底部側と反対側に向かって凹んだ凹面形状に形成される。
　細管内の射出液体の液面と容器内における細管外の伝達媒体の界面とを細管の軸方向で位置をずらした状態で、発生機構により容器内の細管外に配置された伝達媒体に圧力波を発生させる。
　この結果、伝達媒体から射出液体に圧力波が伝播され、細管内の凹面形状の液面で流れが集束し、液面の中央部分から細管よりも細く長い液体ジェットが射出される。
　ところで、細管内の液面と容器内における細管外の界面との位置を細管軸方向にずらすことによって、液体ジェットの射出速度を調整することができる。例えば、細管内の液面を細管外の界面よりも容器の底部側に位置させることによって、細管の液面と細管外の界面の位置が同一位置だった場合と比較して、細管から射出される液体ジェットの速度を高くすることができる。
第１の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。 第２の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。 第１実施の形態に係る液体ジェット射出装置において、メタルロッド衝突前の液面の状態を説明する模式図である。 第１実施の形態に係る液体ジェット射出装置において、メタルロッド衝突時の液面の状態を説明する模式図である。 第１実施の形態に係る液体ジェット射出装置において、メタルロッド衝突後の液面の状態を説明する模式図である。 比較例に係る試験管のみの装置でマイクロジェットを射出する模式図と圧力力積勾配を示した図である。 第１の実施形態に係る液体ジェット射出装置で液体ジェットを射出する模式図と圧力力積勾配を示す図である。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における試験管における細管外の液面と細管内の液面の第１液位差と増速率との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における細管の初期速度とジェット速度との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における細管内の液面と細管の下端面との第２液位差と増速率との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における細管の初期速度とジェット速度との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における細管の下端面と試験管の底面との第３液位差と増速率との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における細管の初期速度とジェット速度との関係を示すグラフである。 図６、図８、図１０のグラフをまとめたグラフである。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置において、粘度が１－１０００ｍｍ２／ｓの範囲の液体のジェット速度と細管の初期速度との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る液体ジェット射出装置において、粘度と増速率との関係を示すグラフである。 液面（液面）高さと増速率比との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る液体ジェット射出装置において、細管の初期速度とジェット速度との関係を図６上に重ねて示したグラフである。 第３の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。 第１の実施形態に係る液体ジェット射出装置において、射出前の細管内の液面状態を示す図である。 第１の実施形態に係る液体ジェット射出装置において、射出直後の細管内の液面状態を示す図である。 第１の実施形態に係る液体ジェット射出装置において、射出直後からさらに微小時間経過後の細管内の液面状態を示す図である。 第１の実施形態に係る液体ジェット射出装置において、細管の内径が異なる場合の、第１液位差及び第２液位差と増速率との関係を示すグラフである。 第４の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。 第５の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。 第６の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。 第７の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。 第８の実施形態に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［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。
　本実施形態では、試験管１４が本開示の容器に、コイルガン１８が本開示の発生機構としての撃力付与機構）に、シリンジポンプ２０が本開示の調整機構にそれぞれ相当する。
　スタンド１２は、基台２４と、基台２４から立設された支持棒２６と、支持棒２６に固定され試験管１４を上方へ移動自在に支持する支持環２８と、支持棒２６の支持環２８よりも上方に固定され細管１６を上方に移動自在に支持する支持環３０とを備える。なお、支持環３０の下部には、後述する撃力によって上昇する試験管１４が支持環３０と衝突することにより破損することを回避するために、ショックアブソーバ３２が取り付けられている。
　試験管１４は、上端がキャップ３４で気密に閉塞されており、内部に液体（シリコンオイル）３６が入れられている。試験管１４は、キャップ３４が支持環２８上に載置されることで、上方へ移動自在にスタンド１２に支持されている。
　細管１６は、試験管１４よりも細く、上端と下端が開口している管体である。細管１６は、濡れ性の良い（液体３６との接触角が９０度未満である）、例えばガラス管から形成されている。細管１６は、その上端側をクランプ３８で挟持されている。クランプ３８が支持環３０に載置されていることにより、細管１６はスタンド１２に上方への移動自在に支持されている。スタンド１２に支持された細管１６の下端は、キャップ３４を貫通して試験管１４の底部近傍まで到達している。この結果、細管１６の下端は試験管１４の液体３６内に挿入されており、上端は液体３６よりも上部に位置している。また、細管１６の上端には、シリンジポンプ２０と連通する接続管４０が接続されている。なお、接続管４０は可撓性を有する。
　スタンド１２の基台２４上には、コイルガン１８が配置されている。コイルガン１８は基台上に載置された円筒管４２と、円筒管４２の下端側外周に巻回されたコイル４４と、円筒管４２内を上下に移動自在に収容されている鋼材（ＪＩＳ規格　ＳＳ４００）からなる円柱形のメタルロッド４６とを備える。円筒管４２は基台２４から試験管１４の下端まで延在している。したがって、コイル４４に通電することによりメタルロッド４６が上方に発射されると、メタルロッド４６が試験管１４の底部に衝突するものである。
　シリンジポンプ２０は、後述する試験管１４における細管１６外の液面ＬＳ１（以下、「細管１６外の液面ＬＳ１」という場合がある）と細管１６内の液面ＬＳ２が所定の第１液位差ｌｕとなるように駆動されるものである。
　なお、本実施形態では、細管１６内の液体３６が本開示の射出液体に、試験管１４において細管１６外の液体３６が本開示の伝達媒体（伝達液体）に相当する。換言すれば、本実施形態では、液体３６が本開示の射出液体と伝達媒体（伝達液体）とのいずれにも相当する。
（作用）
　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、試験管１４及び細管１６の底部側に液体３６が配置した後、シリンジポンプ２０を駆動して細管１６内の気体部分を所定圧力まで加圧する。この結果、細管１６内の気体部分の圧力が試験管１４の細管１６外の気体部分の圧力よりも増加し、細管１６内の液面ＬＳ２が細管１６外の液面ＬＳ１よりも低くなる（図３Ａ参照）。
　この状態でコイルガン１８のコイル４４に通電することにより、電磁誘導によって円筒管４２内のメタルロッド４６が上方に射出され、試験管１４の底部に激突する（図３Ｂ参照）。円筒管４２上に位置していた試験管１４は、この撃力により上方に飛び上がる（図３Ｃ参照）。この際、細管１６の内部では、液体３６の接触角が９０度未満であるため凹面形状に形成されていた液面ＬＳ２が水平面形状となり、その中心部分から細管１６よりも細い液体ジェットＭＪが吐出（射出）される。
　すなわち、液体ジェットＭＪは、図１７Ａ～図１７Ｃに示すように、凹面形状に形成されていた液体３６の細管１６内の液面ＬＳ２の中心部分から細管１６の内径よりも細く、例えば、細管１６の内径の１／５程度に細く、先端部分が球状に膨らんだ形状で射出される。この射出により、液面ＬＳ２は下方に低下する一方、射出された液体ジェットＭＪは、さらに伸びていく。
　このように、一連の実施形態で説明する「液体ジェットＭＪ」とは、液面ＬＳ２（細管１６の内径）よりも十分に細く、集束した細長い形状で液面ＬＳ２から射出されるものをいう。なお、液体ジェットＭＪは、被射出体に到達したときに細長形状であるか、先端部分から液滴が分離されているかは問わない。
　この液体ジェットＭＪは、後述する初期速度Ｕ０に対する後述するジェット速度Ｖjetの増速率β（＝Ｖjet/Ｕ０）が大きい。
　このように、増速率βの高い液体ジェットＭＪを射出することによって、一定のエネルギを付与された液体３６から液体ジェットＭＪに高い割合でエネルギを集約できる（非常に速い液体ジェットＭＪを射出できる）。したがって、一定のエネルギが液体ジェット射出装置１０の液体３６に付与された場合に、従来の液体ジェットで射出できなかった高粘度の液体３６も射出できる。
（パラメータ）　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や実験結果を説明する際に用いるパラメータについて説明する。
　実施例に係る解析モデルは、液体ジェット射出装置１０で液体ジェットＭＪを射出する場合の解析モデルである。比較例に係る解析モデルは、液体ジェット射出装置１０から細管１６を除いた構成で、試験管１４から液体ジェットＭＪを射出する場合の解析モデルである。
　パラメータは、以下の通りである（図３Ａ、図４Ａ、図４Ｂ参照）。
ｌ：試験管１４の底面（半球状の頂部）と細管１６外の液面ＬＳ１との距離（液面高さ）（ｍｍ）
ｌｕ：細管１６内の液面ＬＳ２と細管１６外の液面ＬＳ１との距離（第１液位差）（ｍｍ）（但し、細管１６内の液面ＬＳ２が低い（試験管１４の底部側の）場合を正としている）
ｌｍ：細管１６の下端面と細管１６内の液面ＬＳ２との距離（第２液位差）（ｍｍ）
ｌｂ：試験管１４の底面（半球状の頂部）と細管１６の下端面との距離（第３液位差）（ｍｍ）
Ｄ：試験管１４の内径（ｍｍ）
ｄ：細管１６の内径（ｍｍ）
ν：液体３６の動粘度（ｍｍ２／ｓ）（以下、単に「粘度」という場合がある）
(解析モデル)
　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。
　撃力によって液体３６が急激に加速される場合、急激な変化の間の液体３６の速度及び試験管１４との管壁付近の境界の速度は大きくない。したがって、ナビエ・ストークス方程式の速度と空間微分だけ含む項は、他項に比べ十分に小さく無視できる。このとき、ナビエ・ストークス方程式から、液体３６に与える初期速度Ｕ０は、密度ρを用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
となる。ここで、Ｐは圧力力積であり、圧力ｐ、撃力が持続する時間τを用いて次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　試験管１４の底部とメタルロッド４６が衝突した際、試験管１４の底面から液面ＬＳ１には、圧力力積勾配∂Ｐ/∂ｚが生じる。圧力力積勾配∂Ｐ/∂ｚは、管軸方向の距離ｚに拘らず一定である。初期速度Ｕ０を得た液面ＬＳ１は、流れの集束により集束形状のジェットして射出される。このとき、ジェット速度Ｖjetは、試験管１４の初期速度Ｕ０に比例し、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
となる。ここでβ０は、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に与えられる（試験管１４の）初期速度Ｕ０に対するジェット速度Ｖjetの増速率である。
　次に、細管１６を試験管１４に挿入した場合（図４Ｂ参照）の初期速度とジェット速度との関係を考える。
　試験管１４の底面での圧力力積勾配∂Ｐ/∂ｚは、細管１６の下端面を境界として細管内で圧力力積勾配∂Ｐ’/∂ｚ’に変化する。ここで、細管１６内の圧力力積勾配∂Ｐ’/∂ｚ’は、試験管１４の底面での圧力力積勾配∂Ｐ/∂ｚ、第１液位差ｌｕ、第２液位差ｌｍ用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
となる。細管１６内の液体３６に与える初期速度Ｕ１は、式（１）と同様に
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
となる。式（１）、式（４）及び式(５)より、細管１６内の初期速度Ｕ１は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
となる。式（６）より細管１６内の液体３６に与える初期速度Ｕ１は、細管１６外の液体３６に与える初期速度Ｕ０と比較して（（ｌｕ／ｌｍ）＋１）倍増速される。細管１６で発生するジェット速度Ｖjetは、式（３）と同様に細管内の液体３６の初期速度Ｕ１に比例し、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
となる。ここでβνは、細管１６を試験管１４に挿入した場合の細管１６内の液体３６に与えられる初期速度Ｕ１に対するジェット速度Ｖjetの増速率である。また、βは、細管１６を試験管１４に挿入した場合の試験管１４内の液体３６に与えられる（試験管１４の）初期速度Ｕ０に対するジェット速度Ｖjetの増速率である。
　式（３）及び式（７）より、増速率β０、βνが等しい場合、細管１６のジェット速度Ｖjetは、試験管１４内に細管１６を挿入していない場合と比較して（（ｌｕ／ｌｍ）＋１）倍増速される。なお、図４Ａ、図４Ｂにおける液体３６の粘度が等しい場合には、増速率β０、βνは通常等しい。
　このように、試験管１４内に細管１６を挿入し、細管１６外の液面ＬＳ１と細管１６内の液面ＬＳ２に液位差を設ける、ここでは液面ＬＳ１を液面ＬＳ２よりも高くすることによって、細管１６内の液体３６に与える初期速度Ｕ１を試験管１４のみの初期速度Ｕ０と比較して増速させることができる。これにより、細管１６で生成されるジェット速度Ｖjetも比較例（試験管１４のみ）と比較して増速させることができる。
　すなわち、第１液位差ｌｕを増加させる、あるいは第２液位差ｌｍを減少させることでジェット速度Ｖjetの増速率βを高めることができる。
　なお、液体３６の粘度νは、増速率βνにのみ影響を及ぼす。
（実験）
　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。
　実施例に係る液体ジェット射出装置１０は、図１に示したものと同様の構成のものを用いた。
　試験管１４は、ホウケイ酸ガラス製（硬質ガラス、株式会社マルエム社、Ａ・１６．５）であり、底面が半球状である。液体３６は、シリコンオイル（Sigma Ardlich co.）を用いた。
　実験には、高速度カメラ（FASTCAM SA-X,Photron co.）と光源（LLUB White Led BACKLIGHT,Phlox co.）を用いた。撮影速度は２５０００ｆｐｓであった。
　なお、実験では、高速度カメラで液体ジェットＭＪが液面ＬＳ２の水平より突出開始したことが確認された時間をｔ＝０ｍｓとする。ｔ＝０ｍｓからｔ＝０．３２ｍｓまで高速度カメラで確認されたジェット先端の変位の時間変化を直線近似し、その傾きをジェット速度Ｖjetとする。
　さらに、同様にｔ＝０ｍｓからｔ＝０．３２ｍｓまで高速度カメラで確認された試験管１４の変位の時間変化を直線近似し、その傾きを液体３６に与える初期速度Ｕ０とする。
　実験は、表１に示すようにそれぞれの範囲内の粘度の液体３６を試験管１４内に入れて、細管１６から射出される液体ジェットＭＪのジェット速度Ｖjetを測定した。上段は、液体３６の粘度のみを変化させたものであり、その下３段は、液体３６の粘度と共に第１～第３液位差ｌｕ、ｌｍ、ｌｂのいずれか一つを変化させたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
１．ジェット速度Ｖjetと第１液位差ｌｕの関係
　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。
　各粘度νにおいて、増速率βは、第１液位差ｌｕの増加に伴い増加している。また、式（７）より、増速率βと第１液位差ｌｕは、線形関係であると予想できる。そこで、線形フィッティングした結果を直線で示す。各粘度νで、直線により実験結果を良く表せることが確認できる。
　この結果を式（７）により整理し、ジェット速度Ｖjetと細管１６内の液体３６に与えられる初期速度Ｕ１との関係を図６に示す。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。各粘度νにおいて、ジェット速度Ｖjetは、細管１６内の液体３６に与える初期速度Ｕ１の増加に伴い増加している。ここで、式（７）で線形フィッティングした結果を図６に直線で示す。各粘度νで、式（７）により実験結果を良く表せることが確認できる。すなわち、実験結果は式（７）を満たし、上記モデルによって実験結果を説明できることが確認できた。
　なお、図５に示すように、試験管１４に与えた初期速度Ｕ０に対して最大約１２倍のジェット速度Ｖjetが確認された。これは、従来の装置（試験管１４のみの装置）を用いた場合、初期速度Ｕ０に対するジェット速度が約１．７倍であることと比較して、大幅に増速したことになる。
　なお、表１における細管１６の内径ｄが０．５ｍｍ、液体３６の粘度νが１０、１００、５００ｍｍ２／ｓの場合についても、同様の実験条件で第１液位差ｌｕを変化させて、「（ｌｕ／ｌｍ）＋１」と増速率βの関係を求めた。その結果を図１８に示す。
　なお、図１８では、白抜き三角は１０ｍｍ２／ｓ、白抜き丸は１００ｍｍ２／ｓ、白抜き四角は５００ｍｍ２／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。黒塗り三角は、１０ｍｍ２／ｓ、黒塗り丸は１００ｍｍ２／ｓ、黒塗り四角は５００ｍｍ２／ｓの各粘度における計算値である。
　線形フィッティングした結果を直線で示す。各粘度νで、直線により実験結果、計算結果を良く表せることが確認できる。
２．ジェット速度Ｖjetと第２液位差ｌｍの関係
　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。
　各粘度νにおいて、増速率βは、第２液位差ｌｍの増加に伴い減少している。ここで、式（７）より、増速率βと第２液位差ｌｍは、反比例関係であると予想できる。そこで、増速率βは、フィッティングパラメータＡ、Ｂを用いて式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　式（８）を実験結果にフィッティングしたものを図７に示す。各粘度νで、式（８）により実験結果の傾向が良く表されている。したがって、増速率βと第２液位差ｌｍは、反比例関係である。
　この結果を式（７）により整理し、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との関係を図８に示す。各粘度νにおいて、ジェット速度Ｖjetは、細管１６内の液体３６に与える初期速度Ｕ１の増加に伴い増加している。ここで、式（７）でフィッティングした結果を図８に直線で示す。各粘度νで、式（７）により実験結果を良く表せることが確認できる。すなわち、実験結果は式（７）を満たし、モデルによって実験結果を説明できることが確認できた。
　なお、粘度ν＝１０ｍｍ２／ｓ、細管１６内の液体３６に与える初期速度Ｕ１＝８．２５ｍ／ｓにおいて、実験における最高速度であるジェット速度Ｖjet＝１４．３ｍ／ｓを計測した。
３．ジェット速度Ｖjetと第３液位差ｌｂの関係
　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。
　ここで、この結果を式（７）により整理し、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との関係を図１０に示す。各粘度νにおいて、ジェット速度Ｖjetは、細管１６内の液体３６に与える初期速度Ｕ１の増加に伴い増加している。ここで、式（７）でフィッティングした結果を図１０に直線で示す。各粘度νで、式（７）により実験結果を良く表せることが確認できる。すなわち、実験結果は式（７）を満たし、モデルによって実験結果を説明できることが確認できた。
４．ジェット速度Ｖjetと第１液位差ｌｕ、第２液位差ｌｍ、第３液位差ｌｂの関係
　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。
５．ジェット速度Ｖjetと粘度νの関係
　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。
　なお、本実験において、図１２に示すように、高粘度（１０００ｍｍ２／ｓ）の液体３６から先細形状のジェットが生成できることが確認された。
　一方、増速率βν（図１２における線の傾斜角度）は粘度νが１０ｍｍ２／ｓを超えると減少している。粘度νと増速率βνとの関係について以下、考察する。
　図１３に粘度νと増速率βνとの関係を示す。粘度νを無視した数値計算（著者：Peters, I. R., Tagawa, Y., Oudalov, N., van der Meer, D., Sun, C., Prosperetti, A., and Lohse, D.、論文タイトル：Highly focused supersonic microjets: numerical simulations、雑誌名：Journal of Fluid Mechanics, 719号, pp. 587-605，2013年1月掲載）によって得た増速率を図１３に破線で示す。粘度１～１０ｍｍ２／ｓの範囲で、実験結果より得られた増速率βνは、数値計算で得た増速率と良く一致している。したがって、粘度１～１０ｍｍ２／ｓの範囲では、粘度νが増速率βνに与える影響は小さく、無視できると考えられる。
　一方、粘度５０～１０００ｍｍ２／ｓの範囲では、増速率βνは粘度νの増加に伴い低下している。したがって、粘度５０～１０００ｍｍ２／ｓの範囲では、粘度νは増速率βνの低下に寄与していると考えられる。
（キャビテーション効果）
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　また、図１４に示すように、ｌ≧５０．０ｍｍかつＵ０＝１．５ｍ／ｓ、２．０ｍ／ｓ、２．４ｍ／ｓでは、ジェットが大幅に増速され、キャビテーションに関連する現象によって生じていると考えられることが記載されている。
　ここで、キャビテーションは、液体に大きな加速度が加わり、液中の局所圧力が液体３６の蒸気圧以下になる場合に発生すると考えられることが記載されている。非圧縮性液体３６を仮定し、時間スケールΔｔｉの間に液体３６の運動量が変化するとする。この運動量変化により、最も圧力が低下する位置は試験管の底面である。試験管の底面における圧力を考えると、運動量変化直後にキャビテーション気泡を発生しうるのは、大気圧Ｐatm、液体３６の蒸気圧Ｐｖ、液体３６の密度ρを用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
が満たされた場合であることが非特許文献４に記載されている。
　この条件（式（１０））を満たすように、初期速度Ｕ０と液面高さｌ(ｌｕ＋ｌｍ＋ｌｂ)の関係を用いて意図的にキャビテーションを発生させることにより、液体ジェットを増速させることを本発明に適用することが考えられる。
（まとめ）
　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。
　特に、細管１６内の液面ＬＳ２と細管１６外の液面ＬＳ１に第１液位差ｌｕをつける、ここでは、液面ＬＳ２を液面ＬＳ１よりも低く設定することによって、増速率βを増加させることができる。この結果、一定の撃力に対して高速な液体ジェットを射出できる。
　また、細管１６内の液面ＬＳ２と細管１６外の液面ＬＳ１との第１液位差ｌｕを変更することによって、増速率βを変化させてジェット速度Ｖjetを変化させることができる。すなわち、液体ジェット射出装置１０のジェット速度Ｖjetを制御することができる。
　例えば、細管１６内の液面ＬＳ２を細管１６外の液面ＬＳ１よりも高くすることによって、初期速度Ｕ０に対してジェット速度Ｖjetを減速させることも可能であると考えられる。
　さらに、液体ジェット射出装置１０は、液体３６に撃力を付与するコイルガン１８や液面ＬＳ１と液面ＬＳ２の第１液位差ｌｕを付けるためのシリンジポンプ２０等の構成要素が少なく、装置構成が簡略化される。したがって、レーザ等を用いる装置と比較して操作性が高い。
　このように、増速率βの高い高速な液体ジェットＭＪを射出することによって、一定のエネルギを付与された液体３６から高い割合で液体ジェットＭＪにエネルギを集約できる。すなわち、速い液体ジェットＭＪを射出できるため、高粘度液体（例えば１０００ｍｍ２／ｓ）の粘性力によるエネルギ損失に打ち勝って高粘度液体が射出できる。
　なお、このような液体ジェット射出装置１０は、インクジェットや無針注射器への利用が考えられる。
　例えば、インクジェットに適用する場合、液面ＬＳ２の中央部分から細長い液体ジェットＭＪを射出しているため、インクの目詰まり等を抑制できる。したがって、従来のインクジェットプリンタでは不可能であった粘度の高い顔料系のインクを吐出可能となる。また、細管１６から細長い液体ジェットＭＪが吐出されるため、高精細な印字などが可能となる。
　一方、液体ジェット射出装置１０は、高速な液体ジェットＭＪを吐出可能であると共に、そのジェット速度Ｖjetを制御可能なので、皮下や筋肉等の薬剤到達位置を制御でき、無針注射器への適用が考えられる。
　なお、液体ジェット射出装置１０は、細管１６の上端に接続管４０が接続されているため、液体ジェットＭＪの被射出体の配置する場合には、例えば、接続管４０に換えて被射出体が配置できるような空間を有する圧力調整室を設ければ良いと考えられる。
［第２実施形態］
　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。
　図２に示すように、液体ジェット射出装置１００の細管１６の上部は、大気開放されている。一方、試験管１４は、接続管４０によってシリンジポンプ２０に接続されている。
　したがって、シリンジポンプ２０を駆動して試験管１４内の細管１６外の気体部分を減圧することによって、細管１６外の液面ＬＳ１を上昇させ、液面ＬＳ１と液面ＬＳ２の第１液位差ｌｕをつけることができる。
　このように、液体ジェット射出装置１００は、第１実施形態に係る液体ジェット射出装置１０と同様に、増速率βの高い細長い液体ジェットＭＪを細管１６内の液面ＬＳ２から射出することができる。
　また、液体ジェット射出装置１００は、試験管１４の細管１６外側をシリンジポンプ２０と接続することによって、細管１６の上端を大気開放しているため、細管１６の上部に液体ジェットＭＪの被射出体を配置することが容易になるという特有の効果がある。
　なお、第１実施形態と同様にして、細管１６外の液面ＬＳ１と細管１６内の液面ＬＳ２に液位差を設け、メタルロッド４６で撃力を試験管１４に作用させることによって、細管１６内の液体３６（粘度１ｍｍ２／ｓ、図１５の黒塗り丸参照）の初期速度Ｕ１と、液体ジェットＭＪのジェット速度Ｖjetとの関係を調べた。図１５に示すように、この場合も、第１実施形態と同様に、比例関係があることが確認された。
［第３実施形態］
　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。
　図１６に示すように、液体ジェット射出装置２００は、細管１６の内部に射出される液体３６を配置し、試験管１４の内部（細管１６の外部）には伝達媒体として固体の一例であるゼラチン２０２を配置したものである。
　具体的には、細管１６にゼラチン２０２が流入しないようにして試験管１４の内部にゼラチン２０２を流入させ、試験管１４内部の圧力を高めてゼラチン２０２を凝固させた後、後述する液体供給装置２０４から細管１６内に液体３６を供給するものである。したがって、液体供給装置２０４から細管１６に供給する液体３６の量を制御することにより、試験管１４におけるゼラチン２０２の界面ＬＳ３（第１実施形態の液面ＬＳ１に相当するもの）と細管１６内の液体３６の液面ＬＳ２との第１界面差ｌｕ’を設定することができる。
　ここで、第１実施形態の第１液位差ｌｕ、第２液位差ｌｍ、第３液位差ｌｂに対応して、ゼラチン２０２の界面ＬＳ３と細管１６内の液面ＬＳ２との細管１６の軸方向における位置の差を第１界面差ｌｕ’細管１６内の液面ＬＳ２と細管１６の下端（試験管１４の底面側の）面との細管１６の軸方向における位置の差を第２界面差ｌｍ’、試験管１４の底面と細管１６の下端面との細管１６の軸方向における位置の差を第３界面差ｌｂ’とする（図１６参照）。
　なお、使用されるゼラチン２０２は、質量含水率が９５％のものを使用している。
　細管１６は、一端が試験管１４の内部に挿入され、他端が大気開放されている。すなわち、凝固したゼラチン２０２を試験管１４の内部に配置したため、第１実施形態のように液面ＬＳ１と液面ＬＳ２との第１界面差ｌｕ’を設けるためのシリンジポンプ２０等を不要としたものである。また、細管１６の液体３６が配置される位置には、液体供給装置２０４から液体３６を供給する配管２０６が連通されている。
　なお、図１６上では、液体ジェットＭＪの射出方向（細管１６の開放端）は鉛直上方となっているが、これに限定されるものではない。すなわち、水平方向や鉛直下方の場合でも適用可能である。
　この液体ジェット射出装置２００の作用について説明する。
　液体ジェット射出装置２００は、第１実施形態に係る液体ジェット射出装置１０と同様に、増速率βの高い細長い液体ジェットＭＪを細管１６内の液面ＬＳ２から射出することができる。
　特に、液体ジェット射出装置２００は、試験管１４内に配置されたゼラチン２０２の含水率が９５％であるため、ゼラチン２０２の音響インピーダンスと液体３６の音響インピーダンスの差が小さい。したがって、試験管１４内のゼラチン２０２と細管１６内の液体３６の界面におけるエネルギ伝達率の低下が抑制され、液体ジェットＭＪを良好に射出することができる。
　なお、使用されるゼラチン２０２は、液体３６と音響インピーダンスが等しいものが最も好ましいが、多少ずれていても良い。ゼラチン２０２の音響インピーダンスが液体３６の音響インピーダンスの少なくとも１．５倍程度までは、液体ジェット射出装置２００から液体ジェットＭＪが射出されることが確認されている。
　なお、音響インピーダンスＺは、媒質、ここではゼラチン２０２の密度ρと媒質中の音速ｃを用いて、Ｚ＝ρｃで表される。したがって、本実施形態では、ゼラチン２０２の密度及び音速のカタログ値から音響インピーダンスを算出している。
　また、液体ジェット射出装置２００では、試験管１４に凝固したゼラチン２０２を配置しているため、マイクロジェットの射出方向を水平方向や鉛直方向下向きにした場合でも液体３６が試験管１４から流出することが防止される。さらに、細管１６は十分に細いため、液体３６の表面張力によって液面ＬＳ２が維持され、細管１６からの液体の流出は防止される。したがって、液体ジェット射出装置２００の設置方向が限定されず、液体ジェットＭＪをいずれの方向（例えば、水平方向や鉛直方向下向き）にも射出できる。
　なお、試験管１４に液体３６が配置されている場合には、試験管１４の内径と細管１６の外径の差を十分に小さくすれば、液体３６の表面張力によって液面ＬＳ１が維持されると考えられる。しかしながら、試験管１４の液体３６に対する管壁の影響（粘性散逸によるエネルギー損失）が大きくなり、試験管１４内の液体３６の圧力力積勾配が小さくなるため、液体ジェットＭＪの増速率βが小さくなるおそれがある。これに対して、液体ジェット射出装置２００では、試験管１４内のゼラチン２０２が凝固しているため、試験管１４の内径と細管１６の外径の差を十分に大きくしても液体３６が試験管１４から流出するおそれがない。したがって、試験管１４内のゼラチン２０２の圧力力積勾配を十分に大きくとることができ、増速率βの高い液体ジェットＭＪを良好に射出できる。
　さらに、ゼラチン２０２が凝固しているため、試験管１４内部のゼラチン２０２の界面ＬＳ３の位置が一定となるため、細管１６内の液体３６の液面ＬＳ２の位置を設定するだけで第１界面差ｌｕ’を設定することができる。すなわち、液体供給装置２０４から細管１６に供給される液体量を制御するだけで第１界面差ｌｕ’を設定することができる。したがって、細管１６や試験管１４に負圧や正圧を供給する機構が不要となり、液体ジェット射出装置２００の構成が一層簡略化される。
　また、これに伴って細管１６の試験管１４側と反対側の端部が大気開放されることになり、被射出体の配置が容易になった。
　さらに、液体ジェット射出装置２００では、試験管１４内にゼラチン２０２を配置したため液体ジェットＭＪとして射出される液体３６を細管１６内にのみ配置すれば良い。すなわち、液体ジェットＭＪの射出に要する液体３６の量を抑制することができる。特に、高価な液体３６等を射出する場合に液体３６の使用量を抑制できるメリットが大きい。
　さらに、液体ジェット射出装置２００の使用する液体３６を交換する場合、細管１６の内部のみに液体３６を配置しているので、細管１６の内部の液体３６を排出した後、別の液体を細管１６の内部に供給するだけで良い。すなわち、試験管１４の内部に配置したゼラチン２０２を交換しなくて良いので、交換液量が少量で済むというメリットがある。
　なお、本実施形態では、試験管１４にゼラチン２０２が配置される例で説明したが、これに限定されるものではない。固体、すなわち流動しない物質で、音響インピーダンスが液体３６の音響インピーダンスと上記条件を満たすものであれば、本実施形態に適用することができる。例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等が考えられる。
　また、液体ジェット射出装置２００では、試験管１４の全体にゼラチン２０２を配置したが、液体ジェットＭＪの射出方向に拘らず液体３６の流出を防止するという観点からは、例えば界面ＬＳ３の付近のみゼラチン２０２の層を形成して液体３６の流出を防止する構成でも良い。あるいは、試験管１４の液面ＬＳ１（図１参照）の位置に蓋体を設けて液体３６の流出を抑える構成も考えられる。
　さらに、液体ジェット射出装置２００において液体ジェットＭＪの射出に使用する液体３６の量を抑制するという観点からは、試験管１４内（細管１６の外部）に細管１６内の液体３６と異なる液体を配置することが考えられる。
　この場合には、異なる液体は、液体３６と混合しないこと、液体３６と化学反応を生じないことが必要である。
　また、液体ジェットＭＪの射出方向が鉛直下向きの場合でも試験管１４から液体が流出しないためには、試験管１４の内径と細管１６の外径の差が小さい（液体の表面張力で流出防止できる）ことが必要である。
　さらに、第１界面差ｌｕ’を設定するためには、試験管１４と細管１６に圧力差を作用させることが必要となる。なお、このように構成した場合には、液体３６のみを交換することによって、異なる液体を射出することも可能になる。
［第４実施形態］
　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。
　図１９に示すように、液体ジェット射出装置３００は、細管１６の下端に膜体３０２を形成したものである。これにより、試験管１４内において、細管１６内と細管１６外が分離されることになる。
　したがって、細管１６内には、液体ジェットとして射出される液体３６が配置されると共に、試験管１４内において細管１６外には液体３６と異なる液体３０４（例えば、水）が配置される。この膜体３０２と液体３０４が、本開示の伝達媒体の一例である膜体と伝達液体に相当する。
　具体的には、液体供給装置２０４から細管１６内に液体３６を供給するものである。したがって、液体供給装置２０４から細管１６に供給する液体３６の量を制御することにより、試験管１４における液体３０４の液面ＬＳ４（第１実施形態の液面ＬＳ１に相当するもの）と細管１６内の液体３６の液面ＬＳ２との第１液位差ｌｕを設定することができる。
　なお、膜体３０２に使用されるゼラチンは、質量含水率が９５％のものを使用している。
　また、図１９では、液体ジェットＭＪの射出方向（細管１６の開放端）は鉛直上方となっているが、これに限定されるものではない。すなわち、水平方向や鉛直下方の場合でも適用可能である。
　この液体ジェット射出装置３００の作用について説明する。
　液体ジェット射出装置３００は、第２実施形態に係る液体ジェット射出装置１０と同様に、増速率βの高い細長い液体ジェットＭＪを細管１６内の液面ＬＳ２から射出することができる。
　特に、液体ジェット射出装置３００は、細管１６の下端に形成された膜体３０２で液体３６と液体３０４を分離させているため、液体３０４から膜体３０２に圧力波が伝播されることにより、膜体３０２が変形して液体３６に圧力波を効率的に伝播する。すなわち、試験管１４内の液体３０４と膜体３０２の界面、及び膜体３０２と細管１６内の液体３６の界面におけるエネルギ伝達率の低下が抑制され、液体ジェットＭＪを良好に射出することができる。
　なお、膜体３０２は、特に材料を限定するものではない。
　また、細管１６の下端に形成された膜体３０２の位置が固定されているため、試験管１４において細管１６外に配置される液体３０４の量を一定とすれば、細管１６内の液体３６の液面ＬＳ２の位置を設定するだけで第１界面差ｌｕを設定することができる。すなわち、液体供給装置２０４から細管１６に供給される液体３６の液体量を制御するだけで第１界面差ｌｕを設定することができる。したがって、細管１６や試験管１４に負圧や正圧を供給する機構が不要となり、液体ジェット射出装置３００の構成が一層簡略化される。
　また、これに伴って細管１６の試験管１４側と反対側の端部が大気開放されることになり、被射出体の配置が容易になった。
　さらに、液体ジェット射出装置３００では、細管１６の下端に形成された膜体３０２が形成されているため、液体ジェットＭＪとして射出される液体３６を細管１６内にのみ配置すれば良い。すなわち、液体ジェットＭＪの射出に要する液体３６の量を抑制することができる。特に、高価な液体３６等を射出する場合に液体３６の使用量を抑制できるメリットが大きい。
　さらに、液体ジェット射出装置３００の使用する液体３６を交換する場合、細管１６の内部のみに液体３６を配置しているので、細管１６の内部の液体３６を排出した後、別の液体を細管１６の内部に供給するだけで良い。すなわち、試験管１４の内部に配置した液体３０４を交換しなくて良いので、交換液量が少量で済むというメリットがある。
　また、液体ジェット射出装置３００では、試験管１４において細管１６外に伝達媒体の一例として液体３０４を用いているため、試験管１４等の容器形状に拘らず、試験管１４の細管１６外に伝達媒体の配置が容易になるというメリットもある。
　なお、本実施形態では、細管１６の下端に膜体３０２が形成される例で説明したが、細管１６の内部に膜体３０２が形成されていても良い。
［第５実施形態］
　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。
　液体ジェット射出装置３５０は、第２実施形態の液体ジェット射出装置１００と略同様の構成であるが、細管１６の内部にゼラチンから形成された栓体３５２が配置されている点が異なる。これにより、試験管１４内において、細管１６において栓体３５２よりも試験管１４の底部と反対側と試験管１４の底部側が分離されることになる。したがって、細管１６において栓体３５２よりも試験管１４の底部と反対側に射出される液体３６が配置され、細管１６において栓体３５２よりも試験管１４の底部側及び試験管１４の内部で細管１６外には液体３６と異なる液体３０４が配置されている。
　なお、栓体３５２に使用されるゼラチンは、質量含水率が９５％のものを使用している。また、栓体３５２は、液体３６と液体３０４を分離させたまま、細管１６の内部を軸方向に沿って上下に移動可能とされている。
　この液体ジェット射出装置３５０の作用について説明する。
　液体ジェット射出装置３５０は、第２実施形態に係る液体ジェット射出装置１０と同様に、増速率βの高い細長い液体ジェットＭＪを細管１６内の液面ＬＳ２から射出することができる。
　特に、液体ジェット射出装置３５０は、細管１６の内部に配設された栓体３５２を構成するゼラチンの含水率が９５％であるため、栓体３５２の音響インピーダンスと液体３６、３０４の音響インピーダンスの差が小さい。したがって、試験管１４内の液体３０４と栓体３５２の界面、及び栓体３５２と細管１６内の液体３６の界面におけるエネルギ伝達率の低下が抑制され、液体ジェットＭＪを良好に射出することができる。
　なお、栓体３５２に使用されるゼラチンは、液体３６、３０４と音響インピーダンスが等しいものが最も好ましいが、多少ずれていても良い。ゼラチンの音響インピーダンスが液体３６、３０４の音響インピーダンスの少なくとも１．５倍程度までは、液体ジェット射出装置３５０から液体ジェットＭＪが射出されることが確認されている。
　また、細管１６の内部に配置された栓体３５２は細管１６の軸方向に移動可能とされている。したがって、シリンジポンプ２０を駆動することにより試験管１４において細管１６外の気体部分を加減圧することにより、細管１６内の液体３６の液面ＬＳ２と試験管１４における細管１６外の液体３０４の液面ＬＳ４を相対的に逆方向に移動させて、第１界面差ｌｕを設定することができる。すなわち、シリンジポンプ２０を駆動するだけで、異なる液体３６の液面ＬＳ２と液体３０４の液面ＬＳ４間に第１界面差ｌｕを設定することができる。したがって、液体ジェット射出装置３５０の構成が簡略化される。
　さらに、これに伴って細管１６の試験管１４側と反対側の端部が大気開放されることになり、被射出体の配置が容易になった。
　また、液体ジェット射出装置３５０では、細管１６の内部に栓体３５２が配置されているため、液体ジェットＭＪとして射出される液体３６を細管１６内において栓体３５２よりも試験管１４の底部と反対側にのみ配置すれば良い。すなわち、液体ジェットＭＪの射出に要する液体３６の量を抑制することができる。特に、高価な液体３６等を射出する場合に液体３６の使用量を抑制できるメリットが大きい。
　さらに、液体ジェット射出装置３５０の使用する液体３６を交換する場合、細管１６の内部のみに液体３６を配置しているので、細管１６の内部の液体３６を排出した後、別の液体を細管１６の内部に供給するだけで良い。すなわち、試験管１４の内部に配置した液体３０４を交換しなくて良いので、交換液量が少量で済むというメリットがある。
　また、液体ジェット射出装置３５０では、試験管１４において細管１６外に圧力波伝達媒体として液体３０４を用いているため、試験管１４等の容器形状に拘らず、試験管１４の細管１６外に伝達媒体の配置が容易になるというメリットもある。
　なお、本実施形態では、細管１６の内部にゼラチンからなる栓体３５２が形成される例で説明したが、これに限定されるものではない。固体、すなわち流動しない物質で、音響インピーダンスが液体３６の音響インピーダンスと上記条件を満たすものであれば、本実施形態に適用することができる。例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等が考えられる。
［第６実施形態］
　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。
　液体ジェット射出装置４００は、図２１に示すように、第２実施形態の液体ジェット射出装置１００における発生機構として撃力付与機構の一例であるコイルガン１８に換えて、レーザ照射機構の一例であるパルスレーザ照射装置４０２を試験管１４の底部の側方に配置したものである。このパルスレーザ照射装置４０２は、集光レンズを内蔵しており、試験管１４の内部で細管１６の下方にパルスレーザを集光させて照射する装置である。
　この液体ジェット射出装置４００の作用について説明する。
　図２１に示すように、液体ジェット射出装置４００において、試験管１４の内部に液体３６が注入され、シリンジポンプ２０を操作して第１液面ＬＳ１と第２液面ＬＳ２に所定の液位差が設定されている。この状態で、パルスレーザ照射装置４０２から試験管１４に向けてパルスレーザ４０４が照射される。
　パルスレーザ４０４は、試験管１４の内部で細管１６の下方において集光されることにより、液体３６の内部に気泡４０６を発生させる。この気泡４０６の発生により、液体３６に生じた圧力波が細管１６の内部に伝播して、液面ＬＳ２から液体ジェットＭＪが射出される。
　このように液体ジェット射出装置４００では、液体３６に圧力波を発生させるために、試験管１４に対してパルスレーザ４０４を集光させて照射すれば良いので、圧力波を発生させる度に試験管１４が移動することがなく、装置が安定するというメリットがある。
［第７実施形態］
　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。
　液体ジェット射出装置５００は、図２２に示すように、第２実施形態の液体ジェット射出装置１００における発生機構として撃力付与機構の一例であるコイルガン１８に換えて、爆発機構の一例である爆発装置５０２を設けたものである。
　この爆発装置５０２は、試験管１４の底部において、細管１６の下方にゼラチンからなる膜体５０４で区画された爆発室５０６を備える。この爆発装置５０２には、さらに、この爆発室５０６に連通し、粉末である火薬を爆発室５０６に供給する火薬供給装置５０８と、爆発室５０６に設けられた火薬を爆発させるための雷管５１０と、爆発室５０６に設けられた図示しない排気孔とを備える。
　この液体ジェット射出装置５００の作用について説明する。
　図２２に示すように、液体ジェット射出装置５００において、試験管１４の内部に液体３６が注入され、シリンジポンプ２０を操作して第１液面ＬＳ１と第２液面ＬＳ２に所定の液位差が設定されている。この状態で、火薬供給装置５０８から爆発室５０６に粉末火薬が所定量供給されると共に、雷管５１０が駆動されることによって、爆発室５０６で爆発が生ずる。この爆発による衝撃波は、膜体５０４を介して液体３６に伝播し、細管１６内の液体３６の液面ＬＳ２から液体ジェットＭＪが射出される。
　このように液体ジェット射出装置５００では、液体３６に圧力波を発生させるために、試験管１４の底部の爆発室５０６で火薬を爆発させれば良いので、圧力波を発生させる度に試験管１４が移動することがなく、装置が安定するというメリットがある。
［第８実施形態］
　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。
　液体ジェット射出装置６００は、図２３に示すように、第２実施形態の液体ジェット射出装置１００における発生機構として撃力付与機構の一例であるコイルガン１８に換えて、超音波付与機構の一例である超音波発生装置６０２を設けたものである。
　この超音波発生装置６０２は、試験管１４の底部側に配置されており、細管１６の下端部側に超音波を照射するものである。
　この液体ジェット射出装置６００の作用について説明する。
　図２３に示すように、液体ジェット射出装置６００において、試験管１４の内部に液体３６が注入され、第１液面ＬＳ１と第２液面ＬＳ２に所定の液位差が設定されている状態で、超音波発生装置６０２が駆動され、細管１６の下端部に向けて超音波が照射される。この超音波が細管１６内の液体３６に伝播して、液面ＬＳ２で集束する。この結果、液面ＬＳ２から液体ジェットＭＪが射出される。
　このように液体ジェット射出装置６００では、液体３６に超音波照射するだけで良いので、圧力波を発生させる度に試験管１４が移動することがなく、装置が安定するというメリットがある。
［その他］
　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。
　例えば、第１～第５実施形態では、撃力付与機構の一例としてコイルガン１８を用いて説明したが、打撃によって撃力を容器である試験管１４に付与できるものであれば、コイルガン１８に限定されるものではない。例えば、試験管１４を自由落下させることにより、試験管１４に打撃による撃力を作用させることが考えられる。
　また、第１実施形態～第５実施形態では、発生機構として撃力付与機構を用いたものを開示したが、これを第６実施形態～第８実施形態に一例を示したレーザ照射機構や爆発機構や超音波付与機構と置換しても良い。ただし、レーザ照射機構に置換する場合には、容器である試験管１４の細管１６外に配置される伝達媒体が液体である必用があるため、第１、第２、第４、第５実施形態にのみ適用できる。
　第１、第２、第５～第８実施形態では、調整機構として細管１６内の気体部分又は細管１６外の気体部分を加減圧する細管内液面変位機構又は細管外界面変位機構の一例であるシリンジポンプ２０を用いたものを開示したが、細管１６外の液面ＬＳ１、ＬＳ４（界面ＬＳ３）と細管１６内のＬＳ２に第１液位差ｌｕを付与できるものであれば、シリンジポンプ２０に限定されるものではない。例えば、試験管１４の細管１６外の部分をゴム栓等で密閉し、注射針をゴム栓に差し込むことにより、細管１６外の気体部分を減圧することにより、細管１６外の液面ＬＳ１、ＬＳ４と細管１６内の液面ＬＳ２に第１液位差ｌｕを付与することが考えられる。また、気体部分を加減圧するのではなく、例えば、細管１６または試験管１４の細管１６外の部分の液面を細管１６の軸方向に変位する蓋体で押圧して、細管１６外の液面ＬＳ１、ＬＳ４と細管１６内の液面ＬＳ２に第１液位差ｌｕを付与することも考えられる。ただし、操作の容易性及び安全性の点から優れているものであることが望ましい。
　さらに、第３実施形態のように細管１６外に配置された伝達媒体の一例がゼラチン２０２の場合や、第４実施形態のように細管１６の下端に膜体３０２が形成されて細管１６外の液体３０４の液量が初期状態から変化しないものは、細管１６外の界面ＬＳ３、又は液面ＬＳ４が一定に保持されるため、細管１６内に供給する液体３６の液体量を調整する射出液体供給機構、例えば、液体供給装置２０４のようなものを調整機構として備えていれば良い。
　なお、第１～第８実施形態に係る液体ジェット射出装置では、試験管１４、細管１６を鉛直方向に配置して、鉛直上方に液体ジェットＭＪを射出する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、試験管１４、細管１６を水平方向に配置し、細管１６内の液面ＬＳ２を細管１６外の液面ＬＳ１よりも試験管１４の底部側となるように構成する（液面ＬＳ１と液面ＬＳ２に第１液位差ｌｕを付与する）ことによって、水平方向に増速率の高い液体ジェットＭＪを射出することができる。なお、この場合には、試験管１４内において、試験管１４の内壁と細管１６の外壁の距離と、細管１６の内径ｄが十分に小さく、表面張力の作用によって液面ＬＳ１、ＬＳ２が試験管１４の底部側と反対側に向かって凹んだ凹面形状に維持されることが必要である。例えば、シリコンオイルである液体３６を使用時に、試験管１４の内壁と細管１６の外壁との距離が５００μｍ以下で、細管１６の内径ｄが１ｍｍ以下であれば、試験管１４を鉛直方向から傾斜させても試験管１４の底部側と反対側に向かって凹んだ凹面形状に液面ＬＳ１、ＬＳ２が維持されることが確認されている。
　また、第１～第５実施形態に係る液体ジェット射出装置では、試験管１４の底部に撃力を付与する構成としたが、これに限定されるものではない。すなわち、細管１６内の液面ＬＳ２よりも試験管１４の底部側で試験管１４の側面に撃力を付与する構成でも良い。ただし、撃力付与位置が試験管１４の底部側の方が、一定の撃力から細管１６内の液体３６の加速度に変換される変換効率が高く、最も変換効率が高いのは、試験管１４の底部に撃力を付与する場合である。
　さらに、第１～第５実施形態では、液体ジェットＭＪを射出するためにメタルロッド４６を介して試験管１４に撃力を付与する構成としたが、これに限定されるものではい。細管１６内の液体３６に短時間で大きな加速度を付与できる構成であれば良い。例えば、メタルロッド４６の換わりにゴム材やウレタン材等の柔らかい物を試験管１４に激突させることが考えられる。この場合には、ゴム材等と試験管１４の接触時間が長くなるため、いわゆる「撃力（impulse force）」に該当しないが、細管１６内の液体３６に短時間（１０－４ｓ以下）で大きな加速度（１００ｍ／ｓ２以上）を付与することができれば、液面ＬＳ２から液体ジェットＭＪが射出可能である。
　また、第１～第８実施形態の液体ジェット射出装置では、１つの試験管に対して１つの細管を配置したもので説明したが、１つの試験管の内部に複数の細管を配置したものでも良い。この場合には、１つの試験管に対して撃力等を付与することにより、各細管から液体ジェットＭＪが射出される。すなわち、複数の液体ジェットＭＪを射出することができる。
　なお、本実施形態に係る液体ジェット射出装置を医療行為に適用する場合、例えば、無針注射器として用いる場合には、第３実施形態のように、細管１６外に充填される伝達媒体としてゼラチン２０２を用いた液体ジェット射出装置において、発生機構として例えば、第６実施形態で示した粉末火薬を用いるタイプを組み合わせたものが考えられる。
　すなわち、薬液等を所定量の液体３６を細管１６内に配置して、液面ＬＳ２と界面ＬＳ３に第１界面差ｌｕ’を設定し、爆発室５０６で粉末火薬を爆発させることにより、細管１６から薬液である液体３６を液体ジェットとして射出すればよい。この際、第１界面差ｌｕ’を調整することによって、増速率βを調整して、薬液の到達位置、例えば、皮膚表面、皮膚組織内、皮膚下、筋肉等に変更することが可能である。
　また、細管１６内にのみ薬液である液体３６を配置するため、薬液を変更することが容易であり、無駄になる薬液量を低減することができる。
　なお、図１６、図２２では、試験管１４等がスタンド１２に支持されているが、無針注射器として使用される場合には、スタンド１２無しで使用されると共に、液体ジェットの射出方向も医療行為を受けるものの姿勢に対応して任意に対応可能である。
　本開示は、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度未満である液状の薬剤を前記伝達媒体から圧力伝達可能となるように内部に配置する第１工程と、患者の薬剤到達部位に応じて前記細管内の前記薬剤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調整した状態で、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薬剤の少なくとも一部が液体ジェットとして患者の皮膚表面に向かって射出する第２工程と、を備える薬剤投入方法を提供する。
　なお、２０１５年５月１４日に出願された日本国特許出願２０１５－０９９０５４号及び２０１５年８月２５日に出願された日本国特許出願２０１５－１６６１１９号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
［付記］
　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。
　また、本開示の第２態様は、前記加速度付与手段は、前記細管内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手段である本開示の第１態様の液体マイクロジェット高速射出装置を提供する。
　さらに、本開示の第３態様は、前記液位差形成手段は、前記細管内の気体部分を加圧する加圧手段である本開示の第１又は第２態様の液体マイクロジェット高速射出装置を提供する。
　また、本開示の第４態様は、前記液位差形成手段は、前記容器内において前記細管外の気体部分を減圧する減圧手段である本開示の第１又は第２態様の液体マイクロジェット高速射出装置を提供する。

Claims (14)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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。
  14. 　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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