(57)【要約】  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。
2016182081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【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（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。【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）。【０００５】
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）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。【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、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、以下の態様を含む。【０００９】
［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。【００１０】
［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。【００１１】
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。【００１２】
［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。【００１３】
［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。【００１４】
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。【００１５】
［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。【００１６】
［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。【００１７】
［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。【００１８】
［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。【００１９】
［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。【００２０】
［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。【００２１】
［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。【００２２】
［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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
［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。【００２６】
［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。【００２７】
［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。【００２８】
［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。【００２９】
［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。【００３０】
［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。【００３１】
［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。【００３２】
［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。【００３３】
［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。【００３４】
［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。【００３５】
［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。【００３６】
［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。【００３７】
［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。【００３８】
［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。【００３９】
［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。【００４０】
［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。【００４１】
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。【００４２】
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。【００４３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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３Ａ】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。
【図３Ｂ】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。
【図３Ｃ】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。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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５】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。
【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７】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。
【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９】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。
【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１１】図６、図８、図１０のグラフをまとめたグラフである。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】液面（液面）高さと増速率比との関係を示すグラフである。
【図１５】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。
【図１６】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１７Ａ】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。
【図１７Ｂ】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。
【図１７Ｃ】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【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。
【００５４】
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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
パラメータは、以下の通りである（図３Ａ、図４Ａ、図４Ｂ参照）。
【００６３】
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）
【００６４】
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）
【００６５】
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）
【００６６】
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）
【００６７】
Ｄ：試験管１４の内径（ｍｍ）
【００６８】
ｄ：細管１６の内径（ｍｍ）
【００６９】
ν：液体３６の動粘度（ｍｍ２／ｓ）（以下、単に「粘度」という場合がある）
【００７０】
(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。
【００７１】
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、
【００７２】
【数１】
2016182081.tif 000003
【００７３】
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。
【００７４】
【数２】
2016182081.tif 000004
【００７５】
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、
【００７６】
【数３】
2016182081.tif 000005
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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、
【００８０】
【数４】
2016182081.tif 000006
【００８１】
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
【００８２】
【数５】
2016182081.tif 000007
【００８３】
となる。式（１）、式（４）及び式(５)より、細管１６内の初期速度Ｕ１は、
【００８４】
【数６】
2016182081.tif 000008
【００８５】
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、
【００８６】
【数７】
2016182081.tif 000009
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
なお、液体３６の粘度νは、増速率βνにのみ影響を及ぼす。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
【表１】
2016182081.tif 000010
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
【数８】
2016182081.tif 000011
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
【数９】
2016182081.tif 000012
【０１２３】
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。
【０１２４】
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、
【０１２５】
【数１０】
2016182081.tif 000013
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
（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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
［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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
［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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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）。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
この液体ジェット射出装置２００の作用について説明する。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
［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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
この液体ジェット射出装置３００の作用について説明する。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
なお、膜体３０２は、特に材料を限定するものではない。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
［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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
この液体ジェット射出装置３５０の作用について説明する。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
［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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
この液体ジェット射出装置４００の作用について説明する。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
［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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
この液体ジェット射出装置５００の作用について説明する。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
［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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
この液体ジェット射出装置６００の作用について説明する。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
［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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
［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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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