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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-26
(45)【発行日】2022-06-03
(54)【発明の名称】液体ジェット射出装置
(51)【国際特許分類】
B05C 5/00 20060101AFI20220527BHJP
B05C 11/10 20060101ALI20220527BHJP
B41J 2/04 20060101ALI20220527BHJP
【ＦＩ】
B05C5/00 101
B05C11/10
B41J2/04
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020525798
(86)(22)【出願日】2019-06-20
(86)【国際出願番号】 JP2019024531
(87)【国際公開番号】W WO2019244984
(87)【国際公開日】2019-12-26
【審査請求日】2020-12-10
(31)【優先権主張番号】P 2018119345
(32)【優先日】2018-06-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】504132881
【氏名又は名称】国立大学法人東京農工大学
(73)【特許権者】
【識別番号】391040870
【氏名又は名称】紀州技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田川 義之
(72)【発明者】
【氏名】栗田 雅章
(72)【発明者】
【氏名】鳥居 慎士
【審査官】鏡 宣宏
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１８２０８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平７－２３６８５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１５４１２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１７４９２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平４－２４７２６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２７７５１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０５Ｂ １／００－１７／０８
Ｂ０５Ｃ １／００－２１／００
Ｂ０５Ｄ １／００－７／２６
Ｂ４１Ｊ ２／００－２／５２５
Ｂ４１Ｍ ５／００－５／５２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
両端部が開口し、少なくとも内面に対する接触角が９０度未満である液体が内部に配置された吐出部と、前記吐出部の一端部に連通し、前記吐出部における前記一端部から液面までの液体ジェットの射出方向の長さよりも前記射出方向の長さが長く、前記吐出部の前記射出方向から見た断面積よりも大きい断面積を有し、少なくとも前記一端部が開口した底面の側に前記液体が配置された圧力発生部と、
前記圧力発生部を構成する容器を移動させる移動機構と、
前記容器の移動を停止させるストッパと、を備え、
前記移動機構による前記容器の移動が前記ストッパによって停止されて、前記圧力発生部に撃力を付与する液体ジェット射出装置。
【請求項2】
前記吐出部の一端部は、前記底面と一致している請求項１記載の液体ジェット射出装置。
【請求項3】
前記吐出部の一端部側には、前記底面に向って傾斜したテーパ面が形成されている請求項２記載の液体ジェット射出装置。
【請求項4】
前記吐出部の一端部は、前記圧力発生部の底面の中央に開口している請求項１～３のいずれか１項に記載の液体ジェット射出装置。
【請求項5】
前記圧力発生部には、前記底面側に前記液体が配置されると共に、前記底面側と反対側には音響インピーダンスが前記液体の音響インピーダンスの１倍以上１．５倍以下で当該液体と混合及び化学反応しない圧力発生媒体が配置されている請求項１～４のいずれか１項記載の液体ジェット射出装置。
【請求項6】
内部に前記液体が貯留された補給部と、前記補給部の液体貯留部分と前記圧力発生部の液体貯留部分とを連通させる液体供給路と、
を有する補給装置をさらに備える請求項１～５のいずれか１項記載の液体ジェット射出装置。
【請求項7】
前記吐出部の他端部が下向きに開口された液体ジェット射出装置において、前記補給装置は、前記補給部に貯留された前記液体の水頭圧及び当該液体の表面張力の作用、又は当該液体の表面張力の作用により前記圧力発生部に当該液体を供給する請求項６記載の液体ジェット射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、液体ジェット射出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液体ジェットは、従来からインクジェットプリンタ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。
【0003】
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。
【0004】
この点に着目し、さらに、容器の内部に貯留された液体の内部に一端が挿入され、他端が液体の外部になるように内管の接触角が９０度未満とされた細管が配置され、容器内の細管外の液位と細管内の液位差によって、容器内の液体に撃力が付与されて初速度が付与された場合に、細管の液面から射出される液体ジェットの射出速度を調整可能にしたものが国際公開２０１６／１８２０８１号に提案されている。
【0005】
このように構成されることにより、液体ジェットの射出速度が容器内の液体の初速度に対する増速率を増大させることが可能になり、従来のインクジェット方式で不可能されていた高粘度の液体を射出することが可能とした。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記先行技術では、容器内の細管外の液面と細管内の液面の液位差を大きくして増速率を増大させると、細管内の液面（液体ジェットの射出位置）から細管の端部までの距離が増加する。このため、液体ジェットの射出方向に僅かなずれを生じた場合でも、射出液体が細管の内面に付着するおそれがあった。
【0007】
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、高粘度液体が射出可能で、且つノズルに対する液体の付着を抑制可能な液体ジェット射出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、第１の態様に係る液体ジェット射出装置は、両端部が開口し、少なくとも内面に対する接触角が９０度未満である液体が内部に配置された吐出部と、前記吐出部の一端部に連通し、前記吐出部における前記一端部から液面までの液体ジェットの射出方向の長さよりも前記射出方向の長さが長く、前記吐出部の前記射出方向から見た断面積よりも大きい断面積を有し、少なくとも前記一端部が開口した底面の側に前記液体が配置された圧力発生部と、前記圧力発生部を構成する容器を移動させる移動機構と、前記容器の移動を停止させるストッパと、を備え、前記移動機構による前記容器の移動が前記ストッパによって停止されて、前記圧力発生部に撃力を付与する。
【0009】
この液体ジェット射出装置は、両端部が開口した吐出部の一端部が圧力発生部の底面に連通している。この圧力発生部の少なくとも底面側に液体が配置されており、吐出部の内部まで浸入し、吐出部の内部で表面張力により液面を形成する。
【0010】
この際、吐出部の内面に対する液体の接触角が９０度未満であるため、吐出部内の液面は、圧力発生部の底面側と反対側に向かって凹んだ凹面形状に形成される。この状態で撃力付与手段から圧力発生部に撃力を付与することにより、吐出部内の凹面形状の液面で流れが収束し、液面の中央部分から吐出部の開口よりも細く長い液体ジェットが射出される。
【0011】
ここで、圧力発生部の断面積を吐出部の断面積よりも大きく、かつ吐出部における一端部（圧力発生部側端部）から液面までの液体ジェットの射出方向の長さ（以下、「射出方向長さ」という）よりも圧力発生部の射出方向長さが長くしているため、圧力発生部に配置された液体に対して撃力付与手段から付与される速度（以下、「圧力発生部液体速度」という）よりも、吐出部に浸入し液面を形成した液体の速度（以下、「吐出部液体速度」という）を大きくすることができる。すなわち、圧力発生部液体速度に対する吐出部液体速度（液体ジェットの射出速度）の増速率を大きくすることができる。
【0012】
特に、吐出部の一端部から液面までの射出方向長さに対する圧力発生部の射出方向長さの比を大きくすることによって、増速率を増加させることができる。
【0013】
したがって、吐出部の射出方向長さを短くしたままで、圧力発生部の射出方向長さを増加させることで、圧力発生部液体速度に対する吐出部液体速度（液体ジェットの射出速度）の増速率を大きくすることができる。この結果、液体ジェットの射出速度を高速化することが可能となり、高粘度液体を射出することが可能となる。
【0014】
また、吐出部の射出方向長さを短くしたままなので、液体ジェットの射出方向が僅かにずれても、吐出部の内面に射出液体が付着することが防止又は抑制される。
【0015】
すなわち、高粘度液体の射出可能であると共に、吐出部の内面への液体の付着を防止又は抑制することができる。
【0016】
第２の態様に係る液体ジェット射出装置は、第１の態様に係る液体ジェット射出装置において、前記吐出部の一端部は、前記底面と一致しても良い。
【0017】
この液体ジェット射出装置は、圧力発生部の底面側に開口されている吐出部の一端部が、底面と一致している。すなわち、吐出部は、圧力発生部の底面に開口しており、底面から圧力発生部の内部に突出していない。圧力発生部の底面から内部に吐出部の一端が突出している場合には、圧力発生部の底面側に貯留された液体が吐出部の内部に移動する際の圧力損失が増大する。しかしながら、請求項２記載の発明では、吐出部の一端部が圧力発生部の底面と一致しており、すなわち、吐出部が圧力発生部の底面から突出しておらず、圧力発生部の底面側の液体が吐出部に移動する際の圧力損失が抑制される。この結果、圧力発生部液体速度に対する吐出部液体速度（液体ジェットの射出速度）の増速率を大きくすることができる。
【0018】
第３の態様に係る液体ジェット射出装置は、第２の態様に係る液体ジェット射出装置において、前記吐出部の一端部側には、前記底面に向って傾斜したテーパ面が形成されていても良い。
【0019】
この液体ジェット射出装置は、吐出部の一端が圧力発生部の底面に開口された液体ジェット射出装置において、吐出部の一端側には底面に向って傾斜したテーパ面が形成されているため、圧力発生部の底面側から吐出部に流入する液体の圧力損失が一層抑制される。
【0020】
この結果、圧力発生部液体速度に対する吐出部液体速度（液体ジェットの射出速度）の増速率を大きくすることができる。
【0021】
第４の態様に係る液体ジェット射出装置は、第１～第３のいずれか一態様に係る液体ジェット射出装置において、前記吐出部の一端部は、前記圧力発生部の底面の中央に開口していても良い。
【0022】
この液体ジェット射出装置は、吐出部の一端部が圧力発生部の底面の中央に開口しているため、圧力発生部の底面に沿って液体が移動し吐出部に流入する際の液体の圧力損失が抑制される。この結果、圧力発生部液体速度に対する吐出部液体速度（液体ジェットの射出速度）の増速率を大きくすることができる。
【0023】
第５の態様に係る液体ジェット射出装置は、第１～第４のいずれか一態様に係る液体ジェット射出装置において、前記圧力発生部には、前記底面側に前記液体が配置されると共に、前記底面側と反対側には音響インピーダンスが前記液体の音響インピーダンスの１倍以上１．５倍以下で当該液体と混合及び化学反応しない圧力発生媒体が配置されていても良い。
【0024】
この液体ジェット射出装置は、圧力発生部内の底面側に液体が配置され、底面側と反対側に液体と異なる圧力発生媒体が配置されている。この圧力発生媒体の音響インピーダンスは、液体の音響インピーダンスの１倍以上１．５倍以下とされている。したがって、撃力付与手段から圧力発生部に撃力が付与された場合には、圧力発生媒体と液体との界面におけるエネルギ伝達効率の低下が抑制され、吐出部の液体が液体ジェットとして射出される。
【0025】
このように、撃力が圧力発生部に付与されることにより、圧力発生部で圧力を発生する媒体として圧力発生媒体も使用することにより、圧力発生部に配置される液体を節約することができる。
【0026】
なお、圧力発生媒体は、液体と混合せず、化学反応も生じないため、射出される液体ジェット（液体）の品質が低下することはない。
【0027】
第６の態様に係る液体ジェット射出装置は、第１～第５のいずれか一態様に係る液体ジェット射出装置において、内部に前記液体が貯留された補給部と、前記補給部の液体貯留部分と前記圧力発生部の液体貯留部分とを連通させる液体供給路と、を有する補給装置をさらに備えていても良い。
【0028】
この液体ジェット射出装置では吐出部から液体ジェットが射出され、圧力発生部の液体がその分減少しても、補給装置の補給部から液体供給路を介して圧力発生部に液体を補給可能である。すなわち、液体ジェットの連続射出が可能とされる。
【0029】
第７の態様に係る液体ジェット射出装置は、第６の態様に係る液体ジェット射出装置において、前記吐出部の他端部が下向きに開口された液体ジェット射出装置において、前記補給装置は、前記補給部に貯留された前記液体の水頭圧及び当該液体の表面張力の作用、又は当該液体の表面張力の作用により前記圧力発生部に当該液体を供給しても良い。
【0030】
この液体ジェット射出装置は、吐出部の他端部が下向きに開口された、すなわち下向きに液体ジェットが射出される液体ジェット射出装置である。この液体ジェット射出装置に対して、補給装置は補給部に貯留された液体の水頭圧と液体の表面張力の作用により、又は液体の表面張力の作用で圧力発生部に液体を供給可能とされている。すなわち、機械的な作用等を要することなく、補給装置から圧力発生部に液体を供給可能であり、吐出部から液体ジェットを連続的に射出可能にできる。
【発明の効果】
【0031】
第１～第４態様に係る液体ジェット射出装置によれば、目詰まりを防止又は抑制しつつ、増速率が大きい液体ジェットを射出可能である。
【0032】
第５態様に係る液体ジェット射出装置によれば圧力発生部における液体使用量を抑制することができる。
【0033】
第６又は第７態様に係る液体ジェット射出装置によれば、液体ジェットを連続的に射出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】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。
【図2】第１実施の形態に係る液体ジェット射出装置において、容器のストッパ衝突後の状態を説明する概略構成図である。
【図3】第１実施の形態に係る液体ジェット射出装置において、容器のストッパ衝突前の状態を説明する模式図である。
【図4】第１実施の形態に係る液体ジェット射出装置において、容器のストッパ衝突後の状態を説明する模式図である。
【図5】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。
【図6】第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における圧力発生室の軸方向長さを変化させた場合に、圧力力積とＺ軸方向距離の関係について理論値と数値計算結果を示したグラフである。
【図7】第１実施形態に係る液体ジェット射出装置におけるノズルの軸方向長さを変化させた場合に、圧力力積とＺ軸方向距離の関係について理論値と数値計算結果を示したグラフである。
【図8】第１実施形態に係る液体ジェット射出装置における圧力発生室内のインクの初期速度を変化させた場合に、圧力力積とＺ軸方向距離の関係について理論値と数値計算結果を示したグラフである。
【図9】第１実施形態に係る液体ジェット射出装置におけるノズルの内径を変化させた場合に、圧力力積とＺ軸方向距離の関係について理論値と数値計算結果を示したグラフである。
【図10】第１実施形態に係る液体ジェット射出装置におけるインクの動粘度を変化させた場合に、圧力力積とＺ軸方向距離の関係について理論値と数値計算結果を示したグラフである。
【図11】第１の実施形態のバリエーションに係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。
【図12】第１の実施形態の他のバリエーションに係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。
【図13】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。
【図14】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。
【図15】第３の実施形態のバリエーションに係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。
【図16】参考例に係る液体ジェット射出装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、図面を参照して、本開示の実施形態を詳細に説明する。
【0036】
［第１実施形態］
（装置構成）
先ず、図１を参照して第１実施形態に係る液体ジェット射出装置１０について説明する。液体ジェット射出装置１０は、内部に液体の一例であるインク１１が充填（配置）され、下端部に後述するノズル２８が形成された容器１２と、容器１２を上下方向に移動させる移動機構１４と、下方に移動した容器１２が突き当たることによって停止させるストッパ１６と、容器１２の内部にインク１１を供給する補給装置１８と、を備えている。
（装置構成）
先ず、図１を参照して第１実施形態に係る液体ジェット射出装置１０について説明する。液体ジェット射出装置１０は、内部に液体の一例であるインク１１が充填（配置）され、下端部に後述するノズル２８が形成された容器１２と、容器１２を上下方向に移動させる移動機構１４と、下方に移動した容器１２が突き当たることによって停止させるストッパ１６と、容器１２の内部にインク１１を供給する補給装置１８と、を備えている。
【0037】
容器１２は、円筒形に形成されており、上壁２０と、底壁２２と、上壁２０と底壁２２との間を結び周回している周壁２４とを備えている。
【0038】
容器１２において、上壁２０、底壁２２、周壁２４で囲まれた部分が、インク１１が配置される圧力発生室２６となる。この圧力発生室２６が、「圧力発生部」に相当する。
【0039】
また、底壁２２は、その中央部に上下に貫通するノズル２８が形成されている。このノズル２８が「吐出部」に相当する。
【0040】
ノズル２８は、図１に示すように、ノズル２８の軸（上下）に直交する方向（水平方向）の断面積（以下、単に「断面積」という）が、圧力発生室２６を構成する底壁２２の部分（以下、「底面２２Ａ」という）の面積（圧力発生室２６の断面積）と比較して小さく形成されている。
【0041】
また、ノズル２８の圧力発生室側端部から液面までの軸方向長さ（後述するｌｍ）よりも圧力発生室２６の軸方向長さ（後述するｌｔ）が長くなる（ｌｔ／ｌｍ＞１）ように設定されている。さらに、圧力発生室２６とノズル２８は、同軸上に配置されている。なお、この軸方向が「液体ジェットの射出方向」に相当する。
【0042】
この圧力発生室２６には、インク１１が充填されている。インク１１とノズル２８の内周面との接触角θは９０度未満に設定されている。したがって、圧力発生室２６からノズル２８に浸入したインク１１は、ノズル２８内で上向きに凸（下向きに凹）なメニスカス（液面ＬＳ）を形成している。
【0043】
一方、容器１２の上方には、容器１２を上下動させる移動機構１４が設けられている。移動機構１４は、容器１２の上壁２０の中央部から上方向に延在するロッド３２と、容器１２の上部に配設され、ロッド３２が貫通するソレノイド３４とを備えている。すなわち、ソレノイド３４が駆動されることにより、ロッド３２が上下動し、容器１２を上下動させる構成である。なお、通常時（液体ジェット射出時以外）には、容器１２は、ストッパ１６から所定距離上方に離れて位置している。
【0044】
なお、容器１２の周壁２４の上部には、圧力発生室２６の内部と外部とを連通する開口部３５が形成されている。
【0045】
また、容器１２の底壁２２の下方には、ストッパ１６が配設されている。
【0046】
ストッパ１６は、中央部にノズル２８の断面積よりも大きい孔部３６が形成されたドーナツ形状の円板部３８と、容器１２と同軸上に配置され、容器１２（周壁２４）の外径よりも内径が大きい周壁４０とを有する。
【0047】
さらに、容器１２の下端とストッパ１６の円板部３８の上面である突き当て面３８Ａとの間隔は、ソレノイド３４によるロッド３２のストロークよりも小さく設定されている。したがって、ソレノイド３４の駆動により容器１２が下降された場合には、容器１２の底壁２２がストッパ１６の円板部３８の突き当て面３８Ａに突き当てられる構成である。
【0048】
この移動機構１４とストッパ１６が、「撃力付与手段」に相当する。
【0049】
なお、ストッパ１６の円板部３８の下方には、被射出体である用紙４２が配置されている。この用紙４２にノズル２８から射出された後述する液体ジェットＭＪが着弾する構成である。また、用紙４２は、図示しない紙送り機構によって紙送りされる構成とされている。
【0050】
補給装置１８は、図１に示すように、容器１２の側方に配置された補給部としての補給タンク４４と、補給タンク４４から圧力発生室２６に連通された液体供給路としての補給チューブ４６とを有する。
【0051】
補給タンク４４は、上部が開放されたタンクであり、内部にインク１１が貯留されている。また、図示しない調整手段によって、インク１１の液面５０は、圧力発生室２６の底面２２Ａよりも上方となるように、維持されている。調整手段としては、例えば、インク１１の供給に応じて補給タンク４４を上昇させる機構を設けることが考えられる。
【0052】
また、補給チューブ４６は、可撓性を有し、一端が容器１２の周壁２４に形成された開口部３５に接続され、他端が補給タンク４４に貯留されたインク１１の内部に配置されている。
【0053】
（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。
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。
【0054】
先ず、ソレノイド３４を駆動することによりロッド３２を所定速度で下降させる。容器１２の底壁２２とストッパ１６の突き当て面３８Ａとの間隔（上下方向長さ）は、ロッド３２のストロークより短く設定されているため、容器１２の底壁２２がストッパ１６の突き当て面３８Ａに衝突する。
【0055】
この衝突によって容器１２に撃力が作用する。この際、ノズル２８の内部では、図２に示すように、インク１１の接触角θが９０度未満であるため凹面形状に形成されていたメニスカス（液面ＬＳ）が水平面形状となり、その中心部分からノズル２８よりも細い液体ジェットＭＪが吐出（射出）される。
【0056】
この液体ジェットＭＪは、撃力付与による圧力発生室２６内のインク１１の初期速度Ｕ０に対するノズル２８内のインク１１の初期速度Ｕ０´の増速率（＝Ｕ０´／Ｕ０）が大きく、結果として後述するジェット速度Ｖjetの増速率β（＝Ｖjet/Ｕ０）が大きくなる。
【0057】
このように、増速率βを高くすることによって、一定のエネルギを付与されたインク１１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（非常に早い液体ジェット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のインク１１に付与された場合に、増速率の低い液体ジェットで射出できなかった高粘度のインク１１も射出できる。
【0058】
（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を説明する際に用いるパラメータについて説明する。
以下、液体ジェット射出装置１０によって射出される液体ジェットＭＪを解析する解析モデルを説明する際に用いるパラメータについて説明する。
【0059】
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。
【0060】
【0061】
ｌt：圧力発生室２６の底面２２Ａから上面２０Ａまでの軸方向距離（第１長さ）（ｍｍ）。
ｌｍ：ノズル２８の圧力発生室側端部（圧力発生室２６の底面２２Ａ）からノズル２８内のメニスカス形成位置の液面ＬＳまでの軸方向距離（第２長さ）（ｍｍ）。
ｌｍ：ノズル２８の圧力発生室側端部（圧力発生室２６の底面２２Ａ）からノズル２８内のメニスカス形成位置の液面ＬＳまでの軸方向距離（第２長さ）（ｍｍ）。
【0062】
ｄ：ノズル２８の内径（ｍｍ）。
ν：インク１１の動粘度（ｍｍ２／ｓ）（本明細書で「粘度」といった場合には、「動粘度」を意味する）。
ν：インク１１の動粘度（ｍｍ２／ｓ）（本明細書で「粘度」といった場合には、「動粘度」を意味する）。
【0063】
(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。
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。
【0064】
撃力によって容器１２内のインク１１が急激に加速される場合、急激な変化の間のインク１１の速度及び圧力発生室２６を構成する壁付近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、圧力発生室２６内のインク１１に与える初期速度Ｕ０は、密度ρを用いて、
【0065】
【数1】
…（１）
【0066】
となる。ここで、Πは圧力力積であり、ｚは管軸方向の距離である。この圧力力積Πは、圧力ｐ、撃力が持続する時間τを用いて次式で表される。
【0067】
【数2】
…（２）
【0068】
容器１２の底壁２２がストッパ１６の突き当て面３８Ａに衝突した際、容器１２（圧力発生室２６）には、図５に示すように、圧力力積勾配∂Π/∂ｚが生じる。圧力力積勾配∂Π/∂ｚは、管軸方向の距離ｚに拘らず一定である。
【0069】
撃力が容器１２に作用することにより発生する圧力力積は、圧力発生室２６の上面２０Ａから底面２２Ａまで一定の勾配（第１勾配）で増加すると共に、ノズル２８内でメニスカス面（液面ＬＳ）に向って一定の勾配（第２勾配）で減少する（メニスカス位置で０となる）（図５参照）。
【0070】
容器１２の圧力発生室２６での圧力力積勾配∂Π/∂ｚは、ノズル２８の上端、すなわち圧力発生室２６の底面２２Ａを境界としてノズル内で圧力力積勾配∂Π´/∂ｚ´に変化する。
【0071】
ノズル内のインク１１の圧力力積勾配∂Π´/∂ｚ´は、図５に示すような幾何学的な関係により、圧力発生室２６における圧力力積勾配∂Π/∂ｚ、第１長さｌｔ、第２長さｌｍを用いて、
【0072】
【数3】
…（３）
【0073】
となる。ノズル２８内のインク１１に与える初期速度Ｕ０´は、式（１）と同様に
【0074】
【数4】
…（４）
【0075】
となる。式（１）、式（３）及び式(４)より、ノズル２８内のインク１１に与える初期速度Ｕ０´は、
【0076】
【数5】
…（５）
【0077】
となる。式（５）よりノズル２８内のインク１１に与える初期速度Ｕ０´は、圧力発生室２６のインク１１に与える初期速度Ｕ０と比較して（ｌｔ／ｌｍ）倍増速される。ノズル２８で発生するジェット速度（液体ジェットＭＪの射出速度）Ｖjetは、細管内のインク１１の初期速度Ｕ０´に比例し、
【0078】
【数6】
…（６）
【0079】
となる。
【0080】
このように、容器１２内でノズル２８の上部に、ノズル２８の断面積よりも断面積が大きく（ノズル２８の内径ｄよりも内径Ｄが大きく（Ｄ／ｄ＞１））第２長さｌｍよりも第１長さｌｔが長い（ｌｔ／ｌｍ＞１）圧力発生室２６を設けることで、ノズル２８内のインク１１に与える初期速度Ｕ０´を圧力発生室２６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、ノズル２８で生成されるジェット速度Ｖjetも増速させることができる。
【0081】
すなわち、第１長さｌｔを増加させる、あるいは第２長さ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。
【0082】
（数値計算）
上記作用および解析モデルに基づく考察を確認するため、以下の数値計算を行った。
上記作用および解析モデルに基づく考察を確認するため、以下の数値計算を行った。
【0083】
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。
【0084】
各数値設定は、以下の通りである。
【0085】
第１長さｌt＝４０（ｍｍ）、
第２長さｌｍ＝１．５（ｍｍ）、
圧力発生室の内径Ｄ＝１０（ｍｍ）
ノズルの内径ｄ＝２（ｍｍ）、
圧力発生室内のインクの初期速度Ｕ０＝１．２５（ｍ／ｓ）、
インク１１の動粘度ν：１００（ｍｍ２／ｓ）、
である。
第２長さｌｍ＝１．５（ｍｍ）、
圧力発生室の内径Ｄ＝１０（ｍｍ）
ノズルの内径ｄ＝２（ｍｍ）、
圧力発生室内のインクの初期速度Ｕ０＝１．２５（ｍ／ｓ）、
インク１１の動粘度ν：１００（ｍｍ２／ｓ）、
である。
【0086】
この条件下で、第１長さｌt、第２長さｌｍ、ノズルの内径ｄ、インク１１の動粘度νのいずれか一つを変化させた理論値と数値計算結果を図６～図１０に示す。なお、理論値とは、上記解析モデルで示したものである（図５参照）。
【0087】
１．第１長さｌtを変化させた場合
【0088】
第１長さｌtの長さを４０ｍｍ、８０ｍｍと変化させた場合の容器内部のインクに作用する圧力力積分布の理論値と数値計算結果を図６に示す。太線が数値計算結果であり、細線が理論値である。
【0089】
図６に示すように、第１長さｌtの長さを４０ｍｍ、８０ｍｍと変化させた場合であっても、容器１２の底面２２Ａ近傍（圧力発生室２６とノズル２８との接続部分）以外は、数値計算結果が理論値と良く一致していることがわかる。また、第１長さｌtを増加させると、理論通り圧力力積勾配が増大することも確認された。
【0090】
理論から導かれるノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´と数値計算結果のノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´とを比較すると、
ｌt = ４０ ｍｍ の場合、理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
ｌt = ８０ ｍｍ の場合、理論値 ６６．７ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ４４．１ ｍ/ｓ、
である。
ｌt = ４０ ｍｍ の場合、理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
ｌt = ８０ ｍｍ の場合、理論値 ６６．７ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ４４．１ ｍ/ｓ、
である。
【0091】
２．第２長さｌｍを変化させた場合
【0092】
第２長さｌｍの長さを１．５ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させた場合の容器内部のインクに作用する圧力力積分布の理論値と数値計算結果を図７に示す。太線が数値計算結果であり、細線が理論値である。
【0093】
図７に示すように、第２長さｌｍの長さを１．５ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと変化させた場合であっても、容器１２の底面２２Ａ近傍（圧力発生室２６とノズル２８との接続部分）以外は、数値計算結果が理論値に良く一致していることがわかる。また、第２長さｌｍを増加させると、理論通り圧力力積勾配が減少することも確認された。
【0094】
理論から導かれるノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´と数値計算結果のノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´とを比較すると、
ｌｍ= １．５ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し 数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
ｌｍ= ５ ｍｍ の場合，理論値 １０ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ８．４ ｍ/ｓ、
ｌｍ= １０ ｍｍ の場合，理論値 ５ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ４．５ ｍ/ｓ、
である。
ｌｍ= １．５ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し 数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
ｌｍ= ５ ｍｍ の場合，理論値 １０ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ８．４ ｍ/ｓ、
ｌｍ= １０ ｍｍ の場合，理論値 ５ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ４．５ ｍ/ｓ、
である。
【0095】
３．圧力発生室内のインクの初期速度Ｕ０を変化させた場合
【0096】
圧力発生室内のインクの初期速度Ｕ０を１．２５ｍ／ｓ、２．５ｍ／ｓと変化させた場合の容器内部のインクに作用する圧力力積分布の理論値と数値計算結果を図８に示す。太線が数値計算結果であり、細線が理論値である。
【0097】
図８に示すように、圧力発生室内のインクの初期速度Ｕ０を１．２５、２．５ｍ／ｓと変化させた場合であっても、容器１２の底面２２Ａ近傍（圧力発生室２６とノズル２８との接続部分）以外は、数値計算結果が理論値にほぼ一致していることがわかる。また、圧力発生室内のインクの初期速度Ｕ０を増加させると、理論通り圧力力積勾配が増大することも確認された。
【0098】
理論から導かれるノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´と数値計算結果のノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´とを比較すると、
Ｕ０ = １．２５ ｍ/ｓ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
Ｕ０ = ２．５ ｍ/ｓ の場合，理論値 ６６．７ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ４３．８ ｍ/ｓ、
である。
Ｕ０ = １．２５ ｍ/ｓ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
Ｕ０ = ２．５ ｍ/ｓ の場合，理論値 ６６．７ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ４３．８ ｍ/ｓ、
である。
【0099】
４．ノズルの内径ｄを変化させた場合
【0100】
ノズルの内径ｄを０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍと変化させた場合の容器内部のインクに作用する圧力力積分布の理論値と数値計算結果を図９に示す。太線が数値計算結果であり、細線が理論値である。
【0101】
理論では、ノズルの内径ｄは、無視できるほど小さいと仮定されているため、ノズルの内径ｄが大きくなるほどノズル内の圧力力積勾配は理論値から外れてくると考えられる。
【0102】
図９に示すように、ノズルの内径ｄを０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍと変化させた場合には、ｄが増加するほど理論値から外れることが確認された。
【0103】
理論から導かれるノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´と数値計算結果のノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´とを比較すると、
d = ０．５ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２９．３ ｍ/ｓ、
d = １．０ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２６．４ ｍ/ｓ、
d = １．５ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
である。
d = ０．５ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２９．３ ｍ/ｓ、
d = １．０ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２６．４ ｍ/ｓ、
d = １．５ ｍｍ の場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
である。
【0104】
５．インクの動粘度νを変化させた場合
【0105】
インクの動粘度νを１００ｍｍ２／ｓ、１０００ｍｍ２／ｓと変化させた場合の容器内部のインクに作用する圧力力積分布の理論値と数値計算結果を図１０に示す。太線が数値計算結果であり、細線が理論値である。
【0106】
理論では、インクの動粘度は無視されているため、インクの動粘度νが大きくなるほどノズル内の圧力力積勾配は理論値から外れてくると考えられる。
【0107】
図１０に示すように、インクの動粘度νを１００ｍｍ２／ｓ、１０００ｍｍ２／ｓと変化させた場合、インクの動粘度が増加するほど僅かであるが理論値から外れることが確認された。
【0108】
理論から導かれるノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´と数値計算結果のノズル２８内のインク１１に付与された初期速度Ｕ０´とを比較すると、
ν = １００ｍｍ２／ｓの場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
ν = １０００ｍｍ２／ｓの場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 １９．９ ｍ/ｓ、
である。
ν = １００ｍｍ２／ｓの場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 ２１．６ ｍ/ｓ、
ν = １０００ｍｍ２／ｓの場合，理論値 ３３．３ ｍ/ｓ に対し数値計算結果 １９．９ ｍ/ｓ、
である。
【0109】
（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、容器１２（圧力発生室２６）の底壁２２に、圧力発生室２６の断面積よりも断面積が小さいノズル２８を形成し、ノズル２８の内周面がインク１１に対する接触角θを９０度未満とすることによって、上向きに凹んだメニスカス（液面）がノズル２８に形成されている。この状態で、容器１２をストッパ１６に衝突させる（容器１２に撃力を付与する）ことで、液面ＬＳの中心軸近辺から増速した先細形状の細長い液体ジェットＭＪが射出される。
以上のように、本実施形態に係る液体ジェット射出装置１０は、容器１２（圧力発生室２６）の底壁２２に、圧力発生室２６の断面積よりも断面積が小さいノズル２８を形成し、ノズル２８の内周面がインク１１に対する接触角θを９０度未満とすることによって、上向きに凹んだメニスカス（液面）がノズル２８に形成されている。この状態で、容器１２をストッパ１６に衝突させる（容器１２に撃力を付与する）ことで、液面ＬＳの中心軸近辺から増速した先細形状の細長い液体ジェットＭＪが射出される。
【0110】
特に、液体ジェット射出装置１０では、容器１２においてノズル２８の上部に、第２長さｌｍよりも第１長さｌｔが長く（ｌｔ＞ｌｍ）、ノズル２８の断面積（内径ｄ）よりも断面積（内径Ｄ）の大きい（Ｄ＞ｄ）圧力発生室２６を設けている。これにより、容器１２に撃力が作用した時に圧力発生室２６内のインク１１の初期速度Ｕ０に対してノズル２８内のインク１１の初期速度Ｕ０´を増速させることができる。この結果、ノズルのみ備えた（圧力発生室のない）液体ジェット射出装置と比較して、ノズル２８内から射出される液体ジェットＭＪの射出速度も増加される。
【0111】
特に、ノズル２８の軸方向長さ（第２長さ）ｌｍに対する圧力発生室２６の軸方向長さ（第１長さ）ｌｔの比（ｌｔ／ｌｍ）を調整することで、圧力発生室２６内のインク１１の初期速度Ｕ０に対するノズル２８内のインク１１の初期速度Ｕ０´の増速率を簡単に調整することができる。すなわち、液体ジェットＭＪのジェット速度Ｖjetを簡単に調整することができる。
【0112】
例えば、第２長さｌｍに対する第１長さｌｔの比（ｌｔ／ｌｍ）を増加させることで、容器１２に撃力が作用した時に圧力発生室２６内のインク１１の初期速度Ｕ０に対してノズル２８内のインク１１の初期速度Ｕ０´を増速させることができる。この結果、ノズル２８内から射出される液体ジェットＭＪの射出速度も増加される。したがって、粘度の高いインク１１を射出可能となる。
【0113】
すなわち、既存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射出可能となる。しかも、容器１２に対する撃力の付与によってノズル２８の内径の５分の１程度の細長い液体ジェットＭＪがノズル２８から射出されるため、用紙４２に高精細な印字などが可能となる。
【0114】
また、圧力発生室２６内のインク１１の初期速度Ｕ０に対するノズル２８内のインク１１の初期速度Ｕ０´の増速率は、第１長さｌｔと第２長さｌｍの比に基づくため、圧力発生室２６（容器１２）の長さを変更することで、簡単に増速率の調整が可能である。
【0115】
換言すると、ノズル２８の軸方向長さ（第２長さ）ｌｍを短くしても、簡単に増速率を増加させることができる。したがって、液体ジェット射出装置１０において、ノズル２８の軸方向長さ（第２長さ）ｌｍを短く設定することができる。したがって、粘度の高いインク１１をノズル２８から射出する場合であっても、液体ジェットＭＪの射出方向の僅かなずれにより、ノズル２８の内周面にインク１１が付着し、ノズル２８が目詰まりすることが防止又は抑制される。また、液面ＬＳ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、液面ＬＳにおけるインク１１の目詰まり等を抑制できる。すなわち、液体ジェット射出装置１０では、高粘度のインク１１を射出する場合であっても、ノズル２８の内周面に対するインク１１の付着及びノズル２８の目詰まりを防止又は抑制することができる。
【0116】
また、ノズル２８の軸方向長さ（第２長さ）ｌｍが短くて良いため、液体ジェットＭＪの射出位置（液面ＬＳ）から着弾位置（用紙４２）までの距離が短くて済み、容器製造時の製造精度をさほど厳しくしなくても、インク１１の着弾精度を確保することができる。
【0117】
ただし、第２長さｌｍがあまりにも短くなると、ノズル２８にインク１１のメニスカスがきれいに形成されなくなるので、第２長さｌｍはノズル２８の内径ｄの半分以上（ｌｍ＞ｄ／２）であることが好ましい。換言すると、第２長さｌｍをノズル２８の内径ｄの半分以上（ｌｍ＞ｄ／２）とすることによって、ノズル２８の内周面に対するインク１１の接触角θが９０°未満であれば、ノズル２８に上向きに凹んだメニスカスを良好に形成することができる。
【0118】
さらに、液体ジェット射出装置１０は、容器１２にノズル２８とノズル２８よりも断面積が大きい圧力発生室２６を連続して形成し、この容器１２に移動機構１４とストッパ１６を用いて撃力を付与すれば良いので、簡単な構造で構成することができる。
【0119】
さらに、ノズル２８の上端が圧力発生室２６の底面２２Ａに一致しているため、底面２２Ａに突起が設けられている場合と比較して、圧力発生室２６のインク１１が底面２２Ａ側からノズル２８内に流入する場合のインク１１の圧力損失が抑制され、液体ジェットＭＪの射出速度を一層向上させることができる。
【0120】
特に、ノズル２８の上端が底面２２Ａの中央に位置しているため、圧力発生室２６のインク１１がノズル２８内に流入する場合の圧力損失が抑制され、液体ジェットＭＪの射出速度を一層向上させることができる。
【0121】
さらに、補給装置１８は、補給タンク４４内のインク１１の液面位置が容器１２の底面２２Ａよりも高く維持されているため、水頭圧とインク１１の表面張力の作用によって圧力発生室２６に良好にインク１１を供給することができる。すなわち、機械的作用を用いることなく、補給タンク４４から圧力発生室２６にインク１１を供給することができる。
【0122】
これにより、液体ジェット射出装置１０では、粘度の高いインク１１でも用紙４２に連続的に射出することが可能となる。
【0123】
（バリエーション）
本実施形態の液体ジェット射出装置１０のバリエーションとして、図１１に示すように、液体ジェット射出装置１０Ａを構成することもできる。
本実施形態の液体ジェット射出装置１０のバリエーションとして、図１１に示すように、液体ジェット射出装置１０Ａを構成することもできる。
【0124】
液体ジェット射出装置１０Ａは、ノズル２８の圧力発生室側端部に、底面２２Ａに向って傾斜したテーパ面５１を設けたものである。
【0125】
このように形成することによって、圧力発生室２６からノズル２８に流入するインク１１の圧力損失が一層抑制され、液体ジェットＭＪの射出速度を一層向上させることができる。
【0126】
また、他のバリエーションとして、図１２に示すように、液体ジェット射出装置１０Ｂを構成することもできる。
【0127】
液体ジェット射出装置１０Ｂは、ロッド３２の上端部に円板状の係止板５２が設けられている。また、ロッド３２の係止板５２とソレノイド３４の間に、液体ジェット射出装置１０と略同様でロッド３２が挿通可能なストッパ５４が設けられている。ストッパ５４の形状は、サイズを除けば第１実施形態のストッパ１６と同様なので、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0128】
液体ジェット射出装置１０Ｂでは、ソレノイド３４の駆動によりロッド３２が下方に移動し、ロッド３２の上端に設けられた係止板５２がストッパ５４の突き当て面３８Ａに衝突することにより、容器１２に撃力が付与される。これにより、ノズル２８の液面ＬＳから液体ジェットＭＪが射出される。
【0129】
このように、液体ジェット射出装置１０Ｂでは、ストッパ５４を容器１２の上部側に移動させることで、ストッパ５４を小型化することができると共に、ノズル２８と用紙４２との間に介在するものをなくし、すっきりした構成とすることができる。
【0130】
［第２実施形態］
【0131】
本開示の第２実施形態に係る液体ジェット射出装置について図１３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。
【0132】
図１３に示すように、液体ジェット射出装置１００は、インク１１が充填される圧力発生室２６内に空気１０２が挿入された可撓性及び弾性を有する袋１０４が挿入されている。
【0133】
液体ジェット射出装置１００では、ソレノイド３４が駆動されることによりロッド３２を所定速度で下降させる。この結果、ロッド３２に取り付けられた容器１２が所定速度でストッパ１６に衝突する。この衝突によって容器１２に撃力が作用する。これにより、ノズル２８の内部では、インク１１の接触角θが９０度未満であるため凹面形状に形成されていた液面ＬＳが水平面形状となり、その中心部分からノズル２８よりも細い液体ジェットＭＪが吐出（射出）される。
【0134】
この際、容器１２に対する撃力の作用によって圧力発生室２６内に配置された袋１０４（の中の空気１０２）が膨張し、圧力発生室２６からノズル２８へのインク１１の移動を補助する。
【0135】
このように、液体ジェット射出装置１００では、圧力発生室２６のインク１１中に空気１０２が挿入された袋１０４が挿入されており、撃力付与時に袋１０４が膨張することによって、高粘度のインク１１を使用した場合でも圧力発生室２６との粘性損失に抗してノズル２８にインク１１を確実に供給可能となる。
【0136】
すなわち、高粘度の液体を使用した場合にも、ノズル２８から確実に液体ジェットを射出可能となる。
【0137】
なお、袋１０４は、撃力の付与によって膨張可能であれば良いので、内部に充填されるのは空気以外の気体でも良いし、撃力の付与によって膨張可能なジェル等でも良い。また、袋１０４を用いずに、圧力発生室２６のインク１１の中に気泡として空気１０２を直接入れても良い。
【0138】
［第３実施形態］
本開示の第３実施形態に係る液体ジェット射出装置について図１４を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
本開示の第３実施形態に係る液体ジェット射出装置について図１４を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
【0139】
液体ジェット射出装置２００は、図１４に示すように、圧力発生室２６の内部において、底面２２Ａ側にノズル２８から液体ジェットＭＪとして射出されるインク１１を配置し、上面２０Ａ側にはゼラチン２０２を配置したものである。このゼラチン２０２が「圧力発生媒体」に相当する。
【0140】
具体的には、ノズル２８や開口部３５をゼラチン２０２で閉塞しないようにして容器１２（圧力発生室２６）の内部にゼラチン２０２を流入させ、容器１２内部の圧力を高めてゼラチン２０２を凝固させた後、補給装置１８から圧力発生室２６及びノズル２８内にインク１１を供給するものである。
【0141】
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。
【0142】
また、補給装置１８の補給チューブ４６は、圧力発生室２６を構成する周壁２４のインク配置領域に設けられた開口部３５に連通されている。
【0143】
さらに、本実施形態では、図１４に示すように、補給装置１８の補給タンク４４に貯留されたインク１１の液面５０を圧力発生室２６の底面２２Ａ以下としている。
【0144】
この液体ジェット射出装置２００の作用について説明する。
【0145】
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をノズル２８内の液面ＬＳから射出することができる。
【0146】
特に、液体ジェット射出装置２００は、容器１２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インク１１の音響インピーダンスとの差が小さい。したがって、容器１２内のゼラチン２０２とノズル２８内のインク１１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。
【0147】
なお、使用されるゼラチン２０２は、インク１１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インク１１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。
【0148】
また、液体ジェット射出装置２００では、容器１２（圧力発生室２６）の上部側にゼラチン２０２を配置したため、圧力発生室２６の底面２２Ａ側でノズル２８に連通している部分（ゼラチン２０２のない部分）にだけインク１１を配置すれば良い。すなわち、液体ジェットＭＪの射出に要するインク１１の量を抑制することができる。特に、高価なインク１１等を射出する場合にインク１１の使用量を抑制できるメリットが大きい。
【0149】
特に、液体ジェット射出装置２００において増速率を増加させるために、第１長さｌｔを増加させた場合でも、ゼラチン２０２の配置領域を増加させることで対応すれば、インク１１の使用量を増加させずに済むというメリットがある。
【0150】
さらに、液体ジェット射出装置２００の使用するインク１１を交換する場合、圧力発生室２６とノズル２８の内部のインク１１を排出した後、別の液体を圧力発生室２６のゼラチン２０２が配置していない領域とノズル２８の内部に供給するだけで良い。すなわち、容器１２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。
【0151】
また、ゼラチン２０２は、インク１１と混合せず、化学反応も生じないので、液体ジェットＭＪ（インク１１）の品質を低下させるおそれはない。
【0152】
なお、本実施形態では、容器１２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（流動しないもの）で、音響インピーダンスがインク１１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。
【0153】
さらに、本実施形態では、図１４に示すように、補給装置１８の補給タンク４４に貯留されたインク１１の液面５０を圧力発生室２６の底面２２Ａ以下としたが、インク１１の表面張力の作用だけで圧力発生室２６にインク１１を供給可能である。
【0154】
なお、液体ジェット射出装置２００に高粘度のインク１１を適用することもできる。この場合には、第１実施形態と同様に、補給タンク４４のインク１１の液面５０を底面２２Ａ以上とすれば良い。
【0155】
（バリエーション）
液体ジェット射出装置２００のバリエーションとして、液体ジェット射出装置２００Ａについて、図１５を参照して説明する。なお、液体ジェット射出装置２００Ａが液体ジェット射出装置２００と異なるのは、圧力発生室２６内の液体の配置のみなので、該当部分のみ説明する。また、液体ジェット射出装置２００Ａにおいて、液体ジェット射出装置２００と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
液体ジェット射出装置２００のバリエーションとして、液体ジェット射出装置２００Ａについて、図１５を参照して説明する。なお、液体ジェット射出装置２００Ａが液体ジェット射出装置２００と異なるのは、圧力発生室２６内の液体の配置のみなので、該当部分のみ説明する。また、液体ジェット射出装置２００Ａにおいて、液体ジェット射出装置２００と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0156】
液体ジェット射出装置２００Ａでは、液体ジェット射出装置２００で圧力発生室２６にゼラチン２０２が配設されていた部分の下端（ノズル側端部）に含水率９５％のゼラチンからなる膜体２０４が配設されており、この膜体２０４よりも上面２０Ａ側にインク１１と異なる液体２０６、例えば水が配置されている。
【0157】
このように液体ジェット射出装置２００Ａを構成することによっても、増速率の高い液体ジェット射出装置ＭＪを射出することができる。
【0158】
また、圧力発生室２６の一部をインク１１と異なる液体２０６で充填し、インク１１と液体２０６の間を膜体２０４で区切ったため、インク１１と液体２０６が混合したり、化学反応を生ずること（インク１１の品質低下）を防止しつつ、圧力発生室２６で使用されるインク１１の量を抑制することができる。
【0159】
さらに、含水率９５％のゼラチンからなる膜体２０４を設けることで、膜体２０４とインク１１や液体２０６との音響インピーダンスの差が小さい。したがって、撃力付与時にインク１１と異なる液体２０６と膜体２０４との界面、膜体２０４とインク１１と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。
【0160】
［参考例］
参考例に係る液体ジェット射出装置について図１６を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第１実施形態と異なるのは、容器１２の形状のみなので、該等部分のみを説明する。
参考例に係る液体ジェット射出装置について図１６を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。なお、第１実施形態と異なるのは、容器１２の形状のみなので、該等部分のみを説明する。
【0161】
図１６に示すように、容器１２は、上壁２０側が円筒形状であり、途中からノズル２８に向かって縮径する円錐形状とされている。すなわち、容器１２のノズル２８側が円錐形状の円錐部３０２とされ、その内周面が圧力発生室２６を構成するテーパ面３０２Ａとされている。
【0162】
また、容器１２の円錐部３０２には、周方向に所定間隔で径方向外側に張り出して形成された複数のリブ３０４が形成されている。このリブ３０４の底面３０６が径方向に延在しており、容器１２のストッパ１６への衝突時に底面３０６が突き当て面３８Ａに当接するように構成されている。
【0163】
このように構成された液体ジェット射出装置３００では、ソレノイド３４の駆動により容器１２のリブ３０４（底面３０６）がストッパ１６の突き当て面３８Ａに衝突することにより容器１２に撃力が付与され、ノズル２８から液体ジェットＭＪが射出される。
【0164】
ただし、このように液体ジェット射出装置３００を構成した場合には、圧力発生室２６にテーパ面３０２Ａがあるため、増速率を増加させる面で液体ジェット射出装置１０と比較して不利になる。
【0165】
［その他］
以上、第１～第３実施形態に係る液体ジェット射出装置について説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、打撃によって撃力を容器１２に付与できるものであれば、移動機構１４とストッパ１６の構成に限定されるものではない。例えば、容器１２の周壁２４に側方から撃力を付与する構成でも良い。
以上、第１～第３実施形態に係る液体ジェット射出装置について説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、打撃によって撃力を容器１２に付与できるものであれば、移動機構１４とストッパ１６の構成に限定されるものではない。例えば、容器１２の周壁２４に側方から撃力を付与する構成でも良い。
【0166】
また、第１～第３実施形態では、液体ジェットＭＪの射出方向（ノズル２８の開放端）は鉛直下方となっているが、これに限定されるものではない。例えば、水平方向や鉛直上方にも射出可能である。なお、この場合には、ノズル２８の内径ｄが十分に小さく、表面張力の作用によって液面ＬＳが容器１２の上壁２０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。また、補給装置１８から圧力発生室２６へのインク１１の補給は、例えば、補給タンク４４のインク１１に対する加圧等によって行うことが考えられる。
【0167】
さらに、第１～第３実施形態では、ノズル２８及び圧力発生室２６の断面が円形であるとして説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。
【0168】
また、第１～第３実施形態では、圧力発生室２６の底面２２Ａの中央にノズル２８の上端が開口する構成としたが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、底面２２Ａの径方向外側端部に位置していてもよい。
【0169】
さらに、第１～第３実施形態では、容器１２（圧力発生室２６）に対して１つのノズル２８が設けられていたが、複数のノズル２８を設けても良い。例えば、圧力発生室２６の底壁２２に３つのノズル２８を設けても良い。
【0170】
また、第１～第３実施形態では、容器１２の圧力発生室２６は閉塞されており、内部にインク１１が充填されている構成であったが、圧力発生室２６の上部が開放されたものでも良い。
【0171】
なお、この場合には、圧力発生室２６の底面２２Ａから上部の液面までの長さが第１長さｌｔに相当する。
【0172】
さらに、第１～第３実施形態では、ノズル２８の一端部が圧力発生室２６の底面２２Ａに開口する構成としたが、ノズル２８の一端部が圧力発生室２６内に突出する構成としても良い。この場合には、第２長さｌｍは、ノズル２８の一端部から液面ＬＳまでの軸方向長さとなり、第１長さｌｔは圧力発生室２６の上面２０Ａから底面２２Ａまでの軸方向長さとなる。
【0173】
また、第１～第３実施形態では、射出される液体としてインク１１について説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。他の液体にも適用することができる。例えば、第１～第３実施形態の液体ジェット射出装置は、高速な液体ジェットＭＪを射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ると考えられ、無針注射器への適用が考えられる。
【0174】
さらに、第１、第２実施形態では、液体ジェット射出装置を作動中に補給タンク４４のインク１１の液面５０を圧力発生室２６の底面２２Ａよりも高い位置としているが、作動終了後には補給タンク４４のインク１１の液面５０をノズル２８のメニスカス形成位置まで下降させる場合がある。
【0175】
また、第３実施形態では、補給装置１８の補給タンク４４に貯留されたインク１１の液面５０を圧力発生室２６の底面２２Ａ以下とし、インク１１の表面張力により圧力発生室２６にインク１１を供給可能としたが、この構成は第３実施形態に限定されず、第１、第２実施形態等に適用することができる。
【0176】
なお、２０１８年６月２２日に出願された日本国特許出願２０１８－１１９３４５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。
【0177】
［付記］
なお、本開示の第１態様は、両端部が開口し、少なくとも内面に対する接触角が９０度未満である液体が内部に配置される吐出部と、前記吐出部の一端部に連通し、前記吐出部の断面積よりも大きい断面積を有し、前記吐出部における前記一端部から液面までの液体マイクロジェットの射出方向の長さよりも前記射出方向の長さが長く、少なくとも前記一端部が開口した底面の側に前記液体が配置された圧力発生部と、前記圧力発生部に撃力を付与する撃力付与手段と、を備える液体マイクロジェット高速射出装置を提供する。
なお、本開示の第１態様は、両端部が開口し、少なくとも内面に対する接触角が９０度未満である液体が内部に配置される吐出部と、前記吐出部の一端部に連通し、前記吐出部の断面積よりも大きい断面積を有し、前記吐出部における前記一端部から液面までの液体マイクロジェットの射出方向の長さよりも前記射出方向の長さが長く、少なくとも前記一端部が開口した底面の側に前記液体が配置された圧力発生部と、前記圧力発生部に撃力を付与する撃力付与手段と、を備える液体マイクロジェット高速射出装置を提供する。
【0178】
また、本開示の第２態様は、前記吐出部の一端部は、前記底面と一致している本開示の第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。
【0179】
さらに、本開示の第３態様は、前記吐出部の一端部側には、前記底面に向って傾斜したテーパ面が形成されている本開示の第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。
【0180】
また、本開示の第４態様は、前記吐出部の一端部は、前記圧力発生部の底面の中央に開口している本開示の第１～第３態様のいずれか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。
【0181】
さらに、本開示の第５態様は、前記圧力発生部には、前記底面側に前記液体が配置されると共に、前記底面側と反対側には音響インピーダンスが前記液体の音響インピーダンスの１倍以上１．５倍以下で当該液体と混合及び化学反応しない圧力発生媒体が配置されている本開示の第１～第４のいずれか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。
【0182】
また、本開示の第６態様は、内部に前記液体が貯留された補給部と、前記補給部の液体貯留部分と前記圧力発生部の液体貯留部分とを連通させる液体供給路と、を有する補給装置をさらに備える本開示の第１～第５のいずれか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。
【0183】
さらに、本開示の第７態様は、前記吐出部の他端部が下向きに開口された液体マイクロジェット高速射出装置において、前記補給装置は、前記補給部に貯留された前記液体の水頭圧及び当該液体の表面張力の作用、又は当該液体の表面張力の作用により前記圧力発生部に当該液体を供給する第６態様の液体マイクロジェット高速射出装置を提供する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
