JP2000167464A - Device for injecting superfine droplet - Google Patents
Device for injecting superfine dropletInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、瞬時の磁界の変化
に応答して変位する超磁歪材料を利用し、シリンダ内に
充填した液体を、微小な１個の液滴として噴射させるよ
うにしたことを特徴とする超微小液滴の噴射装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention utilizes a giant magnetostrictive material which is displaced in response to an instantaneous change in a magnetic field, and ejects a liquid filled in a cylinder as one minute droplet. The present invention relates to an apparatus for ejecting ultra-fine droplets.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、微少な液体を噴射する装置と
しては、手動操作する注射器が知られている。前記注射
器は、先端に針を有するシリンダと、シリンダ内を往復
移動するピストンとを有し、ピストンの往復動によって
先端の針から液体を噴射させるようにしたものである。2. Description of the Related Art Conventionally, a manually operated syringe has been known as a device for ejecting a minute liquid. The syringe has a cylinder having a needle at the tip and a piston reciprocating in the cylinder, and ejects liquid from the needle at the tip by reciprocation of the piston.
【０００３】こうした注射器の他、工業的には、燃料噴
射、インク噴射、潤滑油噴射等があり、この工業的液体
噴射方法を大きく分類すると、次の３種類がある。 （１）ノズルの付いた容器に液体を充填し、この容器を
加圧することにより液体をノズルから液柱として注出さ
せるとともに、この液柱に振動を与えることにより周期
的乱れを生じさ、液柱から液滴へと変化させることによ
って液滴を連続的に生じさせる方法（以下、振動法とい
う）である。こうした振動法は、例えば、特公平６−２
０５２８号公報や特公平３−３９７３０号公報に記載さ
れている。振動法においては、例えば、振動数を１０Ｋ
Ｈｚ程度にすれば、１００μｍ程度の水滴が連続的に生
成される。 （２）ノズルの付いた容器に液体を充填し、この容器に
衝撃的な圧力を加えることによってノズルから液体を噴
射させる方法（以下、衝撃圧法という）である。こうし
た衝撃圧法は、例えば、特開平１０−１８９３９号公報
や特公昭５１−３８３２３号公報に記載されている。先
の注射器もこの衝撃圧法に属するものである。 （３）燃料噴射弁のように、噴射口に設置した弁を瞬時
に開閉することによって、加圧された液体を微少量だけ
噴射させる方法（以下、弁座開閉法という）である。こ
うした弁座開閉法は、例えば、特開平８−１７７６７７
号公報に記載されている。In addition to such syringes, there are industrial types such as fuel injection, ink injection, and lubricating oil injection. These industrial liquid injection methods are roughly classified into the following three types. (1) A container with a nozzle is filled with a liquid, and the container is pressurized to discharge the liquid from the nozzle as a liquid column, and the liquid column is vibrated to generate periodic turbulence. This is a method in which droplets are continuously generated by changing from columns to droplets (hereinafter referred to as a vibration method). Such a vibration method is described in, for example,
No. 0528 and Japanese Patent Publication No. 3-39730. In the vibration method, for example, a frequency of 10K
When the frequency is set to about Hz, water drops of about 100 μm are continuously generated. (2) A method of filling a container with a nozzle with a liquid and applying a shocking pressure to the container to eject the liquid from the nozzle (hereinafter referred to as an impact pressure method). Such an impact pressure method is described in, for example, JP-A-10-18939 and JP-B-51-38323. The above syringe also belongs to this impact pressure method. (3) A method of injecting a very small amount of pressurized liquid by instantaneously opening and closing a valve installed at an injection port like a fuel injection valve (hereinafter, referred to as a valve seat opening and closing method). Such a valve seat opening and closing method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-177677.
No., published in Japanese Unexamined Patent Publication No.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た振動法は、連続的な液滴の噴射方法であって、任意の
１個の液滴をつくるための技術ではない。However, the above-described vibration method is a method for continuously ejecting droplets, and is not a technique for forming an arbitrary single droplet.
【０００５】また、上述した衝撃圧法においては、直径
が数μｍから数十μｍの液滴を１個つくるための条件
や、その条件を満たすために必要なアクチュエータの能
力について、前述の公報に何らの記載もない。これら公
報に記載された方法に基づいて液滴をつくった場合に
は、噴射される液滴の直径が数十μｍより大きくなり、
また、大きな液滴から分離した衛星滴が形成される可能
性がある。[0005] In the above-mentioned impact pressure method, there is no description about the conditions for producing one droplet having a diameter of several μm to several tens μm and the capability of an actuator required to satisfy the condition. There is no description. When droplets are formed based on the methods described in these publications, the diameter of the droplets to be ejected becomes larger than several tens of μm,
Also, satellite droplets separated from large droplets can form.
【０００６】さらに、上述した弁座開閉法において、瞬
時に弁を開閉させるためには、当該弁に働く慣性力に打
ち勝つだけの力が必要となるはずである。しかしなが
ら、前述の公報には、数μｍから数十μｍの直径の液滴
を１個つくるための条件や、その条件を満たすために必
要なアクチュエータの能力についての記載がない。Furthermore, in the above-mentioned valve seat opening and closing method, in order to open and close the valve instantly, a force that overcomes the inertial force acting on the valve must be required. However, the above-mentioned publication does not describe the conditions for forming one droplet having a diameter of several μm to several tens of μm and the capability of the actuator required to satisfy the conditions.
【０００７】このように微小な液滴をつくる従来技術に
は、微小な液滴をつくるための具体的な条件や各種アク
チュエータの能力について具体的な記載がなく、これら
の技術からは、たとえ通常の創作力を働かせたとして
も、直径が数μｍから数十μｍの液滴を確実に１個つく
ることは極めて困難である。[0007] In the prior art for producing such minute droplets, there is no specific description about the specific conditions for producing minute droplets and the capabilities of various actuators. It is extremely difficult to reliably produce one droplet having a diameter of several μm to several tens μm even if the creative force of the above is used.
【０００８】一方、超磁歪材料は、大きな負荷を受けて
も磁界の強さに応じて伸び縮みする、磁界の時間的変化
に対しても応答性が良い、という特徴をもっている。こ
の超磁歪材料の伸び縮みを利用したアクチュエータとし
ては、例えば特開平７−３１７９３８号公報や特開平１
０−１４５８９２号公報などがある。On the other hand, the giant magnetostrictive material is characterized in that it expands and contracts according to the strength of the magnetic field even under a large load, and has a good response to a temporal change of the magnetic field. An actuator utilizing the expansion and contraction of this giant magnetostrictive material is disclosed in, for example, JP-A-7-317938 and JP-A-1
No. 0-145892.
【０００９】しかし、これら公報には、超磁歪材料をマ
イクロ秒（μｓ）単位の時間で変位させることについて
の記載はなく、マイクロ秒単位での駆動技術もない。However, these publications do not describe displacing the giant magnetostrictive material in microseconds (μs), and there is no driving technique in microseconds.
【００１０】本出願人は先に、特許第２８９９６８９号
（以下、先行特許という）において、超磁歪材料をマイ
クロ秒で駆動できることを明らかにし、さらに、棒状を
成す超磁歪材料の全長を有効に利用して駆動する方法を
提案した。そしてマイクロポンプ等において使用するこ
とが可能であることを示唆してきた。The present applicant has previously disclosed in Japanese Patent No. 2899689 (hereinafter referred to as a prior patent) that the giant magnetostrictive material can be driven in microseconds, and furthermore, effectively utilizes the entire length of the bar-shaped giant magnetostrictive material. Then a method of driving was proposed. It has been suggested that it can be used in micropumps and the like.
【００１１】しかしながら、微小な液滴をつくるための
条件が不明確であったこと、並びに先行特許だけでは棒
状を成す超磁歪材料の内部を弾性波が往復し、超磁歪材
料の軸端部に繰り返して変位が現れるという問題があっ
て、微小な液滴を１個だけつくることができなかった。[0011] However, the conditions for forming minute droplets are unclear, and only in the prior patents alone, elastic waves reciprocate inside the rod-shaped giant magnetostrictive material, and are generated at the axial ends of the giant magnetostrictive material. There was a problem that displacement appeared repeatedly, and it was not possible to form only one minute droplet.
【００１２】本発明は、前述の先行特許に関連してなさ
れたもので、微小な液滴をつくるための条件を明らかに
するとともに、棒状を成す超磁歪材料の内部を弾性波が
往復し、超磁歪材料の軸端部に繰り返して変位が現れる
という問題を解決して、シリンダ内に充填した液体を微
小な１個の液滴として噴射させる装置を提供することを
目的としている。The present invention has been made in connection with the above-mentioned prior patent, and clarifies the conditions for forming fine droplets, and elastic waves reciprocate inside a rod-shaped giant magnetostrictive material. It is an object of the present invention to solve the problem that a displacement repeatedly appears at the shaft end of a giant magnetostrictive material, and to provide a device for ejecting a liquid filled in a cylinder as one minute droplet.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダ内に
収納した棒状を成す超磁歪材料の周りにコイルを巻成
し、該コイルに電流を瞬間的に流すことにより前記超磁
歪材料に瞬間磁界を作用させて該超磁歪材料の軸端部に
弾性波による瞬時の過渡的変位を発生させ、その超磁歪
材料の瞬時変位の作用で前記シリンダ内に充填した液体
を微小な１個の液滴として該シリンダの端部ノズルから
噴射させるようにした超微小液滴の噴射装置において、
下式（１）および（２）を満たす時間ｔ［ｓ］だけ前記
コイルに電流を流すようにしたことを特徴とする。 Ｔ ＜ ｄ（ρ×ｄ／（３×γ））１／２ ［ｓ］・・・ （１） Ｌ ＝ （Ｔ−ｔ）×Ｃ ［ｍ］ ・・・ （２） 但し、ｄはノズル先端の直径［ｍ］ ρは液体の密度［ｋｇ／ｍ３ ］ γはノズル先端と液体との表面張力［Ｎ／ｍ］ Ｌは磁歪によって伸縮する超磁歪材料の軸方向長さ
［ｍ］ Ｔは液体に圧力をかけてから液滴がノズル先端から離れ
るまでの時間［ｓ］ Ｃは超磁歪材料内部を進行する弾性波の速度［ｍ／ｓ］According to the present invention, a coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an electric current is instantaneously passed through the coil to instantaneously apply a current to the giant magnetostrictive material. By applying a magnetic field, an instantaneous transient displacement is generated at the axial end of the giant magnetostrictive material by an elastic wave, and the liquid filled in the cylinder is converted into one minute liquid by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material. In a jetting device for ultra-fine droplets that are ejected from the end nozzle of the cylinder as droplets,
A current is applied to the coil for a time t [s] satisfying the following equations (1) and (2). T <d (ρ × d / (3 × γ)) 1/2 [s] (1) L = (Tt) × C [m] (2) where d is the tip of the nozzle Ρ is the density of the liquid [kg / m 3 ] γ is the surface tension between the nozzle tip and the liquid [N / m] L is the axial length [m] of the giant magnetostrictive material that expands and contracts due to magnetostriction The time from when pressure is applied to the liquid until the droplet separates from the nozzle tip [s] C is the velocity of the elastic wave traveling inside the giant magnetostrictive material [m / s]
【００１４】また本発明は、シリンダ内に収納した棒状
を成す超磁歪材料の周りにコイルを巻成し、該コイルに
電流を瞬間的に流すことにより前記超磁歪材料に瞬間磁
界を作用させて該超磁歪材料の軸端部に弾性波による瞬
時の過渡的変位を発生させ、その超磁歪材料の瞬時変位
の作用で前記シリンダ内に充填した液体を微小な１個の
液滴として該シリンダの端部ノズルから噴射させるよう
にした超微小液滴の噴射装置において、前記シリンダ内
の超磁歪材料と液体との間に該超磁歪材料に対して離接
可能にピストンを介在させ、前記超磁歪材料の軸端部に
発生した瞬時の過渡的変位により当該ピストンを押し進
めて前記シリンダ内に充填した液体を前記端部ノズルか
ら噴射させるとともに、少なくとも前記過渡的変位が弾
性波となって反対側の端面に到達し、さらに反射して戻
ってきた際に、前記ピストンを前記超磁歪材料の軸端か
ら離れた位置に配置させるようにしたことを特徴とす
る。According to the present invention, a coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an instantaneous magnetic field is applied to the giant magnetostrictive material by instantaneously flowing a current through the coil. An instantaneous transient displacement is generated at the axial end of the giant magnetostrictive material by an elastic wave, and the liquid filled in the cylinder is converted into one minute droplet by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material. In a jetting device for a micro-droplet configured to be jetted from an end nozzle, a piston is interposed between a giant magnetostrictive material and a liquid in the cylinder so as to be able to be separated from and contacted with the giant magnetostrictive material, With the instantaneous transient displacement generated at the shaft end of the magnetostrictive material, the piston is pushed forward to eject the liquid filled in the cylinder from the end nozzle, and at least the transient displacement becomes an elastic wave and is opposed. Of reaching the end surface, further reflected and when returned, characterized in that the piston has to be located away from the axial end of said super magnetostrictive material.
【００１５】また本発明は、シリンダ内に収納した棒状
を成す超磁歪材料の周りにコイルを巻成し、該コイルに
電流を瞬間的に流すことにより前記超磁歪材料に瞬間磁
界を作用させて該超磁歪材料の軸端部に弾性波による瞬
時の過渡的変位を発生させ、その超磁歪材料の瞬時変位
の作用で前記シリンダ内に充填した液体を微小な１個の
液滴として該シリンダの端部ノズルから噴射させるよう
にした超微小液滴の噴射装置において、前記シリンダ内
に超磁歪材料より大きな質量の支持棒を収納し該支持棒
と液体との間に超磁歪材料を設置し、超磁歪材料にシー
ルを施し超磁歪材料自体をピストンとすることによって
前記超磁歪材料の端部に発生した瞬時の過渡的変位によ
り該ピストンを押し進め、前記シリンダ内に充填した液
体を前記端部ノズルから噴射させるようにしたことを特
徴とする。According to the present invention, a coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an instantaneous magnetic field is applied to the giant magnetostrictive material by instantaneously flowing a current through the coil. An instantaneous transient displacement is generated at the axial end of the giant magnetostrictive material by an elastic wave, and the liquid filled in the cylinder is converted into one minute droplet by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material. In an apparatus for ejecting ultra-fine droplets ejected from an end nozzle, a supporting rod having a mass larger than the giant magnetostrictive material is housed in the cylinder, and the giant magnetostrictive material is installed between the supporting rod and the liquid. By applying a seal to the giant magnetostrictive material and making the giant magnetostrictive material itself a piston, the piston is pushed forward by an instantaneous transient displacement generated at the end of the giant magnetostrictive material, and the liquid filled in the cylinder is filled with the end. Noz Characterized in that so as to eject from.
【００１６】これらの発明において、前記シリンダ内に
は、液体を充填する液体貯留部に、液体供給路を接続す
ることが好ましい。In these inventions, it is preferable that a liquid supply path is connected to a liquid storage section for filling liquid inside the cylinder.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】針のように細いノズルから液体を
押し出して微小な液滴をつくるためには、いくつかの条
件が必要である。まず、図１のように、ノズル先端から
ゆっくりと液体を押し出し、重力で液滴を落下させる場
合の条件について考察する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to extrude a liquid from a nozzle as thin as a needle to form fine droplets, several conditions are required. First, as shown in FIG. 1, a condition in which a liquid is slowly pushed out from a nozzle tip and a droplet is dropped by gravity will be considered.
【００１８】ノズル先端から落下する液滴の直径をｄ
［ｍ］、液体の密度をρ［ｋｇ／ｍ３ ］とすると、この
液滴の質量はρ×πｄ３ ／６［ｋｇ］であり、その液
滴に働く重力Ｗ［Ｎ］は下式（ａ）のようになる。 Ｗ ＝ ９．８×ρ×πｄ３ ／６ ［Ｎ］ ・・・ （ａ）Let the diameter of the droplet falling from the nozzle tip be d
[M], the density of the liquid is ρ [kg / m3 ]
The mass of the droplet is ρ × πd3/ 6 [kg] and the liquid
The gravity W [N] acting on the droplet is as shown in the following equation (a). W = 9.8 × ρ × πd3/ 6 [N] (a)
【００１９】一方、ノズル先端の直径をｄｏ ［ｍ］、
ノズル先端と空気と液体の境界に働く表面張力をγ［Ｎ
／ｍ］とすると、ノズル先端が液滴を引きつける力Ｆ
［Ｎ］は下式（ｂ）となる。 Ｆ ＝ πｄｏ γ［Ｎ］ ・・・ （ｂ）Meanwhile, the diameter of the nozzle tip d o [m],
The surface tension acting on the boundary between the nozzle tip and the air and liquid is γ [N
/ M], the force F at which the nozzle tip attracts the droplet
[N] is given by the following equation (b). F = πd o γ [N] ··· (b)
【００２０】液滴がノズル先端から落下するときには、
Ｆ＝Ｗが成立するので、上式（ａ）および（ｂ）より下
式（c ）を得る。 πｄｏ γ ＝ ９．８×ρ×πｄ３ ／６ ・・・ （ｃ）When a droplet falls from the tip of the nozzle,
Since F = W holds, the following equation (c) is obtained from the above equations (a) and (b). πd o γ = 9.8 × ρ × πd 3/6 ··· (c)
【００２１】いま、液体が水の場合について具体的な計
算をしてみる。水の密度、表面張力をそれぞれρ＝１０
３ ［ｋｇ／ｍ３ ］、γ＝７２．８×１０−３［Ｎ／
ｍ］とすると、上式（ｃ）はさらに下式（ｄ）のように
なる。 ｄｏ ＝ ２２．４×１０３ ×ｄ３ ［ｍ］ ・・・ （ｄ）Now, a specific calculation will be made for the case where the liquid is water. The density and surface tension of water are respectively ρ = 10
3 [kg / m 3 ], γ = 72.8 × 10 −3 [N /
m], the above equation (c) becomes the following equation (d). d o = 22.4 × 10 3 × d 3 [m] ··· (d)
【００２２】ここで、上式（ｄ）において、ノズルの直
径ｄｏ が、１×１０−３［ｍ］、０．１×１０
−３［ｍ］、０．０１×１０−３［ｍ］のように変化す
ると、ノズル先端から落下する水滴の直径ｄは、それぞ
れ３．５４×１０−３［ｍ］、１．６５×１０
−３［ｍ］、０．７６×１０−３［ｍ］となる。つま
り、ノズルの直径を細くしても、そのノズル先端から落
下する水滴はノズルの直径に比例して小さくならない。
これは、水滴が小さくなると、重力は水滴の直径の３乗
で小さくなるが、表面張力は１乗で小さくなり、結果的
には重力に比べて表面張力が大きくなるためである。[0022] In the above formula (d), the diameter d o of the nozzle is, 1 × 10 -3 [m] , 0.1 × 10
−3 [m] and 0.01 × 10 −3 [m], the diameter d of the water droplet falling from the nozzle tip becomes 3.54 × 10 −3 [m] and 1.65 × 10 3 , respectively.
−3 [m], 0.76 × 10 −3 [m]. That is, even if the diameter of the nozzle is reduced, the water droplet falling from the tip of the nozzle does not decrease in proportion to the diameter of the nozzle.
This is because the smaller the water droplet, the smaller the gravity is the cube of the diameter of the water droplet, but the smaller the surface tension is the first power, and as a result, the surface tension is larger than the gravity.
【００２３】ノズルの直径をあまり細くすると、逆に粘
性抵抗が大きくなり、水がノズルを通り難くなるという
問題が発生する。すなわち、重力で小さな水滴をつくる
には限界がある。If the diameter of the nozzle is too small, on the other hand, the viscous resistance increases, which causes a problem that water hardly passes through the nozzle. That is, there is a limit to creating small water droplets by gravity.
【００２４】したがって、ノズルから液体を押し出して
微小な液滴をつくるためには、重力より更に大きな強制
力で液体を押し出さなければならないということにな
る。しかしながら、ただ単にノズルに圧力をかけるだけ
では液体は連続的に流れ出るだけで液滴にはならない。
水道水が蛇口から流れ出るのと同じ原理である。液滴に
するためには、液体に圧力をかけ、液体がノズルから噴
射した瞬間に、液体にかけた圧力を急速に下げ、液体が
連続して流れ出ないようにしなければならない。そのと
き、先に噴射した液体は、後ろから押す力を受けなくな
るので、飛び出た勢いだけでノズル先端から噴射するこ
とになる。Therefore, in order to extrude the liquid from the nozzle to form fine droplets, it is necessary to extrude the liquid with a greater force than the gravity. However, simply applying pressure to the nozzles causes the liquid to flow continuously and not into droplets.
This is the same principle that tap water flows out of a tap. In order to form droplets, pressure must be applied to the liquid, and the pressure applied to the liquid must be rapidly reduced at the moment when the liquid is ejected from the nozzle, so that the liquid does not continuously flow. At that time, the liquid ejected earlier does not receive the pushing force from behind, and is ejected from the tip of the nozzle only by the momentum that has come out.
【００２５】いま、どのくらいの勢いで液体を押し、ど
のくらいの時間の後に液体にかけた圧力を下げれば、液
滴がノズルから噴射するのかを概算してみる。Now, it will be roughly estimated how fast the liquid is pushed and how long after which the pressure applied to the liquid is reduced to cause the droplet to be ejected from the nozzle.
【００２６】図２のように、内径ｄ［ｍ］のノズル先端
から、これと同じ直径の液滴が噴射すると仮定する。衝
撃力によって液滴が得た速度をＶ［ｍ／ｓ］とすると、
この液滴の運動エネルギーは、その液滴の質量にＶ２
／２を掛けたものであるから、ρ×πｄ３Ｖ ２／１２
［Ｎ・ｍ］である。As shown in FIG. 2, the tip of the nozzle having an inner diameter d [m]
Therefore, it is assumed that a droplet having the same diameter is ejected. Opposition
When the speed at which the droplet is obtained by the impact force is V [m / s],
The kinetic energy of this drop is V2
/ 2 multiplied by ρ × πd3V 2/ 12
[N · m].
【００２７】一方、液滴がノズルから噴射してノズルか
ら完全に離れるまでの間、すなわち、液滴が距離ｄ
［ｍ］だけ進む間、液滴はノズルから引き戻す仕事を受
ける。直径ｄ［ｍ］のノズルが液滴を引きつける力はπ
ｄγ［Ｎ］である。On the other hand, until the droplet is ejected from the nozzle and completely separates from the nozzle, that is, the droplet has a distance d.
While traveling by [m], the droplet receives the job of being pulled back from the nozzle. The force at which a nozzle with a diameter of d [m] attracts a droplet is π
dγ [N].
【００２８】したがって、液滴が距離ｄ［ｍ］だけ進む
間にノズルが液滴を引き戻す仕事は、πｄγ×ｄ［Ｎ・
ｍ］となる。Therefore, the work of the nozzle pulling back the droplet while the droplet advances by the distance d [m] is πdγ × d [N ·
m].
【００２９】液滴の運動エネルギーが、ノズルから引き
戻す仕事より大きければ、液滴はノズルから噴射するこ
とができので、計算式は以下に示すように、 ρ×πｄ３Ｖ２／１２ ＞ πｄγ×ｄ となる。すなわち、下式（ｅ）を得る。 Ｖ ＞ （１２×γ／（ρ×ｄ））１／２ ［ｍ／ｓ］ ・・・ （ｅ ）The kinetic energy of the droplet is larger than the work of returning from the nozzle, since droplets can be ejected from the nozzle, calculation is as follows, ρ × πd 3 V 2/ 12> πdγ × d. That is, the following equation (e) is obtained. V> (12 × γ / (ρ × d)) 1/2 [m / s] (e)
【００３０】次に、液体が衝撃力を受けて液滴が出来始
めてから、液滴がノズル先端から完全に離れるまでの時
間Ｔ［ｓ］を求める。この時間Ｔは、液滴がおよそ液滴
の直径ｄ［ｍ］だけ進むに要する時間と考えられるの
で、液滴の初速をＶ［ｍ／ｓ］、液滴がノズルから離れ
て飛び出る速度をｖ［ｍ／ｓ］とすると、液滴の平均速
度は（Ｖ＋ｖ）／２［ｍ／ｓ］であるから、下式（ｆ）
のようになる。 Ｔ ＝ ２×ｄ／（Ｖ＋ｖ） ［ｓ］ ・・・ （ｆ） ｖ＞０の条件と、（ｅ）式を（ｆ）式に代入すると、下
式（ｇ）が得られる。 Ｔ ＜ ｄ（ρ×ｄ／（３×γ））１／２ ［ｓ］ ・・・ （ｇ）Next, a time T [s] from the time when the liquid starts receiving the impact force to form a droplet and the time when the droplet completely separates from the tip of the nozzle is obtained. Since the time T is considered to be the time required for the droplet to travel approximately by the diameter d [m] of the droplet, the initial speed of the droplet is V [m / s], and the speed at which the droplet pops away from the nozzle is v. [M / s], the average velocity of the droplet is (V + v) / 2 [m / s].
become that way. T = 2 × d / (V + v) [s] (f) By substituting the condition of v> 0 and the expression (e) into the expression (f), the following expression (g) is obtained. T <d (ρ × d / (3 × γ)) 1/2 [s] (g)
【００３１】以上の計算を要約すると、液滴をノズルか
ら噴射するためには、液体に圧力をかけて（ｅ）式を満
たすような速度を液体に与え、（ｇ）式を満たすような
時間の後に、液体にかける圧力を下げなければならな
い。To summarize the above calculations, in order to eject a droplet from a nozzle, a pressure is applied to the liquid to give the liquid a velocity that satisfies the equation (e), and a time that satisfies the equation (g). After the pressure applied to the liquid must be reduced.
【００３２】いま、ガラスノズルから水滴を噴射させる
場合、水の密度、表面張力をそれぞれρ＝１０３ ［ｋ
ｇ／ｍ３ ］、γ＝７２．８×１０−３［Ｎ／ｍ］とし
て具体的な計算をすると、以下の通りである。直径ｄ＝
１×１０−３［ｍ］の水滴を噴射させるためには、少な
くとも０．９３［ｍ／ｓ］以上の速度で水をガラスノズ
ルから押し出し、少なくとも２×１０ −３秒後に水にか
けた圧力を下げなければならない。直径ｄ＝０．１×１
０−３［ｍ］の水滴を噴射させるためには、少なくとも
３［ｍ／ｓ］以上の速度で水をガラスノズルから押し出
し、少なくとも６７×１０ −６秒後に水にかけた圧力を
下げなければならない。直径ｄ＝０．０１×１０
−３［ｍ］の水滴を噴射させるためには、少なくとも
９．３［ｍ／ｓ］以上の速度で水をガラスノズルから押
し出し、少なくとも２×１０−６秒後に水にかけた圧力
を下げなければならない。Now, water droplets are ejected from the glass nozzle.
In this case, the density of water and the surface tension are each ρ = 103[K
g / m3], Γ = 72.8 × 10-3[N / m]
The specific calculation is as follows. Diameter d =
1 × 10-3[M]
Water at a speed of at least 0.93 [m / s]
Extrude at least 2 × 10 -3In seconds
The beam pressure must be reduced. Diameter d = 0.1 × 1
0-3In order to eject water droplets of [m], at least
Water is extruded from the glass nozzle at a speed of 3 [m / s] or more.
And at least 67 × 10 -6Seconds later the pressure on the water
I have to lower it. Diameter d = 0.01 × 10
-3In order to eject water droplets of [m], at least
Water is pushed from the glass nozzle at a speed of 9.3 [m / s] or more.
Exposed, at least 2 × 10-6Pressure applied to water after seconds
Must be lowered.
【００３３】液体にかける圧力のオン・オフ動作を連続
的に、すなわち、振動的に行うとき、例えば、直径０．
１×１０−３［ｍ］の水滴を６７×１０−６秒周期で連
続的に生成するとき、その周波数は約１５ＫＨｚとな
る。さらに、直径０．０１×１０−３［ｍ］の水滴を２
×１０−６秒周期で連続的に生成しようとすると、周波
数は５００ＫＨｚとなる。振動法によって連続的に液滴
を生成する特公平６−２０５２８号公報や特公平３−３
９７３０号公報に記載されている実験結果も、オーダ的
に（ｅ）式、（ｇ）式に近いものである。When the ON / OFF operation of the pressure applied to the liquid is performed continuously, that is, in an oscillating manner, for example, when the diameter is 0.5 mm.
When water droplets of 1 × 10 −3 [m] are continuously generated at a period of 67 × 10 −6 seconds, the frequency is about 15 KHz. Furthermore, water droplets having a diameter of 0.01 × 10 −3 [m]
If it is attempted to generate continuously at a cycle of × 10 −6 seconds, the frequency will be 500 KHz. Japanese Patent Publication No. Hei 6-20528 and Japanese Patent Publication No. Hei 3-3, which continuously generate droplets by the vibration method.
The experimental results described in Japanese Patent No. 9730 are similar to the equations (e) and (g) in order.
【００３４】上記の例のように、細いノズルから微小な
液滴を噴射させるためには、液体に圧力をかけてノズル
から噴射する液体の速度が（ｅ）式で与えられる条件を
満たし、液体がノズル先端から出始めてから（ｇ）式で
与えられるＴ［ｓ］後に、液体にかける圧力を下げるこ
とのできるアクチュエータを提供することが必要にな
る。In order to eject fine droplets from a thin nozzle as in the above example, the speed of the liquid ejected from the nozzle by applying pressure to the liquid satisfies the condition given by equation (e), It is necessary to provide an actuator capable of reducing the pressure applied to the liquid after T [s] given by the equation (g) from the time when the liquid begins to emerge from the nozzle tip.
【００３５】こうしたアクチュエータとして、例えば、
図３に示すものについて考察してみる。このアクチュエ
ータは、軸方向の磁界の変化に対して軸方向に伸び縮み
する棒状を成す超磁歪材料と、この超磁歪材料の全長に
わたって巻成したコイルとを備えて構成したものであ
る。As such an actuator, for example,
Consider what is shown in FIG. This actuator includes a bar-shaped giant magnetostrictive material that expands and contracts in the axial direction in response to a change in the magnetic field in the axial direction, and a coil wound over the entire length of the giant magnetostrictive material.
【００３６】コイルに電流が流れた瞬間、超磁歪材料の
各部は軸方向に伸びようとする。しかしながら、各部の
伸びは、瞬時に軸端の変位となって現れるわけではな
い。軸端から離れた部分の材料の伸びは、材料内部を弾
性波となって進行し、軸端に到達するまでに時間を要す
る。例えば、超磁歪材料Terfenol-D（商品名）の内部を
進行する弾性波の速度は約１７００ｍ／ｓであり、１μ
ｓで１．７ｍｍ進行する。At the moment when a current flows through the coil, each part of the giant magnetostrictive material tends to extend in the axial direction. However, the elongation of each part does not instantly appear as a displacement of the shaft end. The elongation of the material at a portion away from the shaft end progresses as an elastic wave inside the material, and it takes time to reach the shaft end. For example, the velocity of an elastic wave traveling inside the giant magnetostrictive material Terfenol-D (trade name) is about 1700 m / s, and 1 μm.
s progresses by 1.7 mm.
【００３７】いま、１７ｍｍの長さを有した棒状を成す
Terfenol-Dに対して、その全長にわたってコイルを巻い
たものを用意する。このコイルに電流を流した瞬間、軸
端には変位が現れ始めるが、反対側の軸端付近の材料の
伸びが弾性波となって伝わってくるまでの時間、すなわ
ち、棒の全長を弾性波が伝わるまでの１０μｓの時間、
軸端には最初の瞬間に発生した各部の伸びが持続的にや
って来る。さらに、この端面の変位は弾性波となって反
対側の端面に向かって進行し、この反対側の端面で反射
して戻ってくる。Now, a rod having a length of 17 mm is formed.
For Terfenol-D, prepare a coil wound over its entire length. At the moment when a current is passed through this coil, displacement starts to appear at the shaft end, but the time until the elongation of the material near the opposite shaft end is transmitted as an elastic wave, that is, the entire length of the rod is an elastic wave Time of 10 μs until
Elongation of each part that occurred at the first moment comes continuously to the shaft end. Further, the displacement of this end face becomes an elastic wave and travels toward the opposite end face, and is reflected and returned by this opposite end face.
【００３８】このように、最初に電流を流した瞬間の材
料の伸びは、２０μｓ周期の波となって減衰しながら棒
の中を行ったり来たりする。これは、過渡振動、あるい
は、材料の固有振動といわれるもので、長さ１７ｍｍの
棒状のTerfenol-Dの場合、固有振動数は５０ＫＨｚとい
うことになる。As described above, the elongation of the material at the moment when the current is first applied flows back and forth in the rod while attenuating as a wave having a period of 20 μs. This is called a transient vibration or a natural vibration of a material. In the case of a 17 mm long bar-shaped Terfenol-D, the natural frequency is 50 KHz.
【００３９】この過渡振動振幅は、時間とともに減衰し
て小さくなる。コイルに流れる電流が持続していれば、
材料各部の伸びは持続して残る。通常、コイルに流す電
流の変化は過渡振動に比べてはるかにゆっくりしてい
る。したがって、電流の時間的周期がｍｓオーダであれ
ば、超磁歪材料もｍｓオーダの電流周期に応じた伸び縮
みをする。This transient vibration amplitude attenuates with time and becomes smaller. If the current flowing through the coil is sustained,
The elongation of each part of the material remains. Usually, the change in the current flowing through the coil is much slower than the transient oscillation. Therefore, if the time period of the current is on the order of ms, the giant magnetostrictive material also expands and contracts according to the current period on the order of ms.
【００４０】しかしながら、前述のように、微小な液滴
をつくるためには、液体にかける圧力をμｓの瞬時にオ
ン・オフさせる必要がある。そのためには超磁歪材料内
を進行する弾性波による過渡的変位を利用せざるを得な
い。この場合、超磁歪材料の軸方向長さとコイルの軸方
向長さとが問題となる。However, as described above, in order to form fine droplets, the pressure applied to the liquid must be turned on and off instantaneously in μs. For this purpose, a transient displacement due to an elastic wave traveling in the giant magnetostrictive material must be used. In this case, the axial length of the giant magnetostrictive material and the axial length of the coil pose a problem.
【００４１】前述の例のように、長さ１７ｍｍの棒状を
成すTerfenol-Dの全長にコイルを巻いて電流を流した場
合には、いかに瞬時に電流を流してもの１０μｓの時
間、軸端には変位が持続することになり、１０μｓより
短い時間に変位をオン・オフさせることはできない。As in the above-described example, when a coil is wound around the entire length of Terfenol-D having a length of 17 mm and a current is applied, no matter how instantaneously the current is applied, a time of 10 μs is applied to the shaft end. Means that the displacement lasts, and the displacement cannot be turned on / off in less than 10 μs.
【００４２】いま、棒状を成す超磁歪材料の全長にわた
って巻いたコイルに瞬時の電流を流したとき、軸端に現
れる過渡的な変位が持続する時間をＴ′［ｓ］、超磁歪
材料の軸方向長さをＬ［ｍ］、超磁歪材料内部を進行す
る弾性波の速度をＣ［ｍ／ｓ］とすると、三者の関係は
下式（ｈ）のようになる。 Ｔ′ ＝ Ｌ／Ｃ ［ｓ］ ・・・ （ｈ）Now, when an instantaneous current is applied to the coil wound over the entire length of the bar-shaped giant magnetostrictive material, the time during which the transient displacement appearing at the shaft end is maintained is T '[s], Assuming that the length in the direction is L [m] and the velocity of the elastic wave traveling inside the giant magnetostrictive material is C [m / s], the relationship between the three is as shown in the following equation (h). T '= L / C [s] (h)
【００４３】実際にはコイルに電流が流れている間の時
間が存在するので、軸端に現れる過渡的な変位の持続時
間Ｔは、コイルに電流が流れている間の瞬時の時間をｔ
［ｓ］とすると、 Ｔ ＝ ｔ ＋ Ｌ／Ｃ ［ｓ］ ・・・ （ｉ） あるいは、 Ｌ ＝ （Ｔ−ｔ）×Ｃ ［ｍ］ ・・・ （ｊ） となる。Since there is actually a time during which a current flows through the coil, the duration T of the transient displacement appearing at the shaft end is represented by the instantaneous time while the current flows through the coil, t.
Assuming that [s], T = t + L / C [s] (i) or L = (T−t) × C [m] (j).
【００４４】（ｉ）式におけるＴ［ｓ］は、（ｆ）式に
おけるＴ［ｓ］と同じ、あるいはそれよりも小さな値で
なければならない。また、（ｊ）式において、当然なが
らＬ＞０であり、ｔ［ｓ］は、軸端に現れる過渡的な変
位の持続時間Ｔ［ｓ］より短くなければならない。T [s] in equation (i) must be equal to or smaller than T [s] in equation (f). In equation (j), naturally L> 0, and t [s] must be shorter than the duration T [s] of the transient displacement appearing at the shaft end.
【００４５】超磁歪材料の長さが（ｊ）式で与えられる
Ｌ［ｍ］よりも長く、超磁歪材料の軸端に現れる過渡的
な変位の持続時間が長すぎる場合には、コイルの軸方向
長さを短くすることにより磁束線の軸方向長さを短くし
て、磁歪によって伸びる超磁歪材料の軸方向長さがＬ
［ｍ］以下になるようにすればよい。但し、磁束の軸方
向長さは、超磁歪材料の寸法、透磁率、コイル寸法、コ
イル位置、電流周波数等によって変化するため、実験と
解析によって磁束の軸方向長さを求める必要がある。If the length of the giant magnetostrictive material is longer than L [m] given by the equation (j) and the duration of the transient displacement appearing at the shaft end of the giant magnetostrictive material is too long, the coil shaft By reducing the axial length of the magnetic flux lines by shortening the axial length, the axial length of the giant magnetostrictive material that is elongated by magnetostriction is L.
[M] or less. However, since the axial length of the magnetic flux changes depending on the dimensions, permeability, coil size, coil position, current frequency, etc. of the giant magnetostrictive material, it is necessary to obtain the axial length of the magnetic flux by experiment and analysis.
【００４６】以下、本発明の実施の形態を図４に基づい
て説明する。超微小液滴の噴射装置１では、ガラスパイ
プ、ステンレスパイプ等の非磁性材質からなるシリンダ
２の一端部に液体の貯留部３を設けるとともに、微細な
噴射孔を有した噴射ノズル４を形成する。シリンダ２の
内部には、棒状を成した超磁歪材料からなるアクチュエ
ータ５を移動可能に収納し、噴射ノズル４に向くアクチ
ュエータ５の端部にピストン６を離接可能に設けるとと
もに、前記貯留部３に液体７を充填する。アクチュエー
タ５の他端部と端部のストッパ９との間には、スプリン
グ８を介在させてアクチュエータ５をスプリング８によ
り前進するように付勢する。シリンダ２の外周には、ア
クチュエータ５の長さの途中で、ピストンに近い位置に
コイル１０を巻成している。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the ultra-fine droplet ejecting apparatus 1, a liquid reservoir 3 is provided at one end of a cylinder 2 made of a non-magnetic material such as a glass pipe or a stainless steel pipe, and an ejection nozzle 4 having fine ejection holes is formed. I do. An actuator 5 made of a giant magnetostrictive material in the form of a rod is movably housed in the cylinder 2, and a piston 6 is provided at an end of the actuator 5 facing the injection nozzle 4 so as to be able to be separated from and connected to the storage part 3. Is filled with the liquid 7. A spring 8 is interposed between the other end of the actuator 5 and a stopper 9 at the end to urge the actuator 5 to move forward by the spring 8. A coil 10 is wound around the outer circumference of the cylinder 2 at a position close to the piston in the middle of the length of the actuator 5.
【００４７】前記ピストン６に圧力を瞬間的に作用さ
せ、３〜１０［ｍ／ｓ］以上の速度で液体７を押し出
し、２〜６０［μｓ］以下の瞬時にその圧力を下げて数
μｍ〜１００μｍ程度の直径の超微小の液滴を噴射させ
るという課題を解決するために、本発明は、瞬時の磁界
の時間的変化に対して伸縮する超磁歪材料をアクチュエ
ータとして用いている。The pressure is instantaneously applied to the piston 6 to extrude the liquid 7 at a speed of 3 to 10 [m / s] or more, and the pressure is reduced instantaneously to 2 to 60 [μs] to several μm to In order to solve the problem of ejecting ultra-fine droplets having a diameter of about 100 μm, the present invention uses a giant magnetostrictive material that expands and contracts with an instantaneous change in magnetic field with time as an actuator.
【００４８】いま、前記コイルに瞬間的に電流を流すこ
とによって、アクチュエータ５の軸端に時間Ｔ［ｓ］だ
け過渡的な変位が発生するように、アクチュエータ５の
一部分で、Ｌ＝（Ｔ−ｔ）×Ｃ［ｍ］で計算される軸方
向長さＬ［ｍ］だけが磁界の作用によって伸びるよう
に、コイルの軸方向長さと、電流を流す時間ｔ［ｓ］と
が設定してある。但し、Ｃ［ｍ／ｓ］は超磁歪材料内部
を進行する弾性波の速度である。Now, when a current is instantaneously applied to the coil, a transient displacement occurs at the shaft end of the actuator 5 for a time T [s], so that L = (T− The axial length of the coil and the current flowing time t [s] are set so that only the axial length L [m] calculated by t) x C [m] is extended by the action of the magnetic field. . Here, C [m / s] is the velocity of an elastic wave traveling inside the giant magnetostrictive material.
【００４９】したがって、前記コイル１０に瞬間的な電
流を流せば、超磁歪材料からなるアクチュエータ５の軸
端がＴ［ｓ］の時間、瞬間的に変位し、さらにその変位
によってシリンダ２内のピストン６が押され、ピストン
６が液体７を押し出すようになる。Therefore, when an instantaneous current is applied to the coil 10, the axial end of the actuator 5 made of a giant magnetostrictive material is instantaneously displaced for a time T [s], and further, the piston in the cylinder 2 is displaced by the displacement. 6 is pushed, so that the piston 6 pushes out the liquid 7.
【００５０】ピストン６がＴ［ｓ］の瞬時、アクチュエ
ータ５によって押し出された後、アクチュエータ５の軸
端変位が弾性波となって反対側の軸端面に向かって去っ
て行くと、ピストン６はアクチュエータ５と離隔した状
態になる。続いて、反対側の端面から反射して戻ってき
た弾性波は減衰しており、その弾性波による軸端変位は
もはやピストン６に接触することがない。After the piston 6 is pushed out by the actuator 5 at the moment of T [s], the displacement of the shaft end of the actuator 5 becomes an elastic wave and moves toward the opposite shaft end surface. 5 is separated. Subsequently, the elastic wave reflected back from the opposite end face is attenuated, and the axial end displacement due to the elastic wave no longer contacts the piston 6.
【００５１】しかる後、アクチュエータ５は後部のスプ
リング８によって押され、分離したピストン６に追いつ
いて、ピストン６とアクチュエータ５とが再び接触した
状態に戻る。ピストン６とアクチュエータ５とが接触す
るまでに要する時間は、アクチュエータ５内部を往復す
る弾性波が減衰して消滅するまでの時間よりはるかに長
い。Thereafter, the actuator 5 is pushed by the spring 8 at the rear, catches up with the separated piston 6, and returns to a state where the piston 6 and the actuator 5 are in contact again. The time required for the piston 6 to contact the actuator 5 is much longer than the time required for the elastic wave reciprocating inside the actuator 5 to attenuate and disappear.
【００５２】超磁歪材料は、大きな負荷を受けても磁界
の強さに応じて大きな歪みを生じる特徴を持っている。
しかし、実際に２〜６０［μｓ］の瞬時に、液体を噴射
ノズルから３〜１０［ｍ／ｓ］以上の速度で噴射させる
ことができるか推定する必要がある。The giant magnetostrictive material is characterized in that even if a large load is applied, a large strain is generated according to the strength of the magnetic field.
However, it is necessary to estimate whether the liquid can be actually ejected from the ejection nozzle at a speed of 3 to 10 [m / s] or more at an instant of 2 to 60 [μs].
【００５３】超磁歪材料の実用的な歪み量は、０．１〜
１．０×１０−３程度である。この歪みを変位で表す
と、たとえば、棒状を成す超磁歪材料が軸方向に１．０
×１０ −３だけ磁歪で伸びるということは、長さ１０ｍ
ｍのもので１０μｍ伸びることを意味する。つまり、μ
ｍオーダの伸びしか得られないのが通常である。The practical strain amount of the giant magnetostrictive material is 0.1 to
1.0 × 10-3It is about. Express this strain as displacement
For example, when a giant magnetostrictive material in the form of a bar
× 10 -3Only stretch by magnetostriction is 10m in length
m means extending 10 μm. That is, μ
Usually, only an elongation of the order of m is obtained.
【００５４】静的な歪み、静的な変位について述べた
が、動的な歪み、動的な変位についても同様である。す
なわち、超磁歪材料の歪み速度は非常に速いが、変位の
速度はそれほど速くはない。このことを計算によって以
下に示す。Although the static distortion and the static displacement have been described, the same applies to the dynamic distortion and the dynamic displacement. That is, the strain rate of the giant magnetostrictive material is very fast, but the rate of displacement is not so fast. This is shown below by calculation.
【００５５】いま、ある瞬間、超磁歪材料がひずんだと
き、その歪みは、弾性波となって瞬時に軸方向に伝わっ
ていく。この弾性波の進行速度をＣ［ｍ／ｓ］とする
と、瞬時の微小時間Δｔ［ｓ］の間に、弾性波はＣ・Δ
ｔ［ｍ］だけ進む。すなわち、微小時間Δｔ［ｓ］の間
に、Ｃ・Δｔ［ｍ］の長さの材料が歪むことを意味して
いる。At a certain moment, when the giant magnetostrictive material is distorted, the distortion is instantaneously transmitted in the axial direction as an elastic wave. Assuming that the traveling speed of the elastic wave is C [m / s], the elastic wave is C · Δ during the instantaneous minute time Δt [s].
Advance by t [m]. That is, it means that the material having the length of C · Δt [m] is distorted during the minute time Δt [s].
【００５６】歪みの大きさをεとすると、Ｃ・Δｔ
［ｍ］の長さの超磁歪材料は、Ｃ・Δｔ・ε［ｍ］だけ
変位する。Δｔ［ｓ］の時間にＣ・Δｔ・ε［ｍ］変位
すると、その変位速度は、Ｃ・Δｔ・ε／Δｔ＝Ｃ・ε
［ｍ／ｓ］である。いま、ε＝１．０×１０−３とする
と、超磁歪材料Terfenol-Dの変位速度Ｃ・εは１．７ｍ
／ｓとなる。すなわち、磁歪によって棒状のTerfenol-D
を軸方向に伸ばしたとき、軸端の変位速度はせいぜい
１．７ｍ／ｓ程度である。超磁歪材料は瞬時に変位する
が、超磁歪材料自身では、３〜１０［ｍ／ｓ］以上の速
度が出せない。Assuming that the magnitude of the distortion is ε, C · Δt
A giant magnetostrictive material having a length of [m] is displaced by C · Δt · ε [m]. When C · Δt · ε [m] is displaced at the time of Δt [s], the displacement speed becomes C · Δt · ε / Δt = C · ε
[M / s]. Now, assuming that ε = 1.0 × 10 −3 , the displacement speed C · ε of the giant magnetostrictive material Terfenol-D is 1.7 m.
/ S. In other words, Terfenol-D
Is extended in the axial direction, the displacement speed of the shaft end is at most about 1.7 m / s. Although the giant magnetostrictive material is instantaneously displaced, the giant magnetostrictive material itself cannot produce a speed of 3 to 10 [m / s] or more.
【００５７】液体を噴射するノズルの内径をｄ、シリン
ダの内径をＤとすると、液体が非圧縮性で、各部の弾性
変形がないと仮定すると、シリンダ内のピストンを速度
Ｖｃで押した場合、ノズルからはＶｃ×（Ｄ／ｄ）２
の速度で飛び出すことになる。（Ｄ／ｄ）２ ＝１００
程度は容易につくることができるので、これによって、
必要な速度を出すことが可能となる。Assuming that the inside diameter of the nozzle for ejecting the liquid is d and the inside diameter of the cylinder is D, assuming that the liquid is incompressible and there is no elastic deformation of each part, when the piston in the cylinder is pressed at the speed Vc, Vc × (D / d) 2 from the nozzle
It will jump out at the speed of. (D / d) 2 = 100
Because the degree can be easily made,
The required speed can be achieved.
【００５８】瞬時にピストンを動かすには大きな力を要
する。超磁歪材料はどのくらいの質量のピストンを動か
すことができるか試算する必要がある。A large force is required to move the piston instantaneously. It is necessary to estimate how much mass of a giant magnetostrictive material can move a piston.
【００５９】静止している質量Ｍ［ｋｇ］のものを、ｔ
［ｓ］後に、Ｖｃ［ｍ／ｓ］にするためには、Ｍ・Ｖｃ
／ｔ［Ｎ］の力を要する。前述のように、ピストンの速
度は液滴の飛び出す速度の１／１００程度でもよい。し
たがって、いま、ピストンの速度Ｖｃを０．１［ｍ／
ｓ］、ピストンの質量が１×１０−３［ｋｇ］とする
と、１×１０−３秒後に０．１［ｍ／ｓ］の速度にする
ためには０．１［Ｎ］の力が必要となり、また、２×１
０−６秒後に０．１［ｍ／ｓ］にするためには、５０
［Ｎ］の力がいる。A stationary mass M [kg] is defined as t
After [s], to make Vc [m / s], M · Vc
/ T [N]. As described above, the speed of the piston may be about 1/100 of the speed at which the droplets fly out. Therefore, the speed Vc of the piston is now 0.1 [m /
s], assuming that the mass of the piston is 1 × 10 −3 [kg], a force of 0.1 [N] is required to achieve a speed of 0.1 [m / s] after 1 × 10 −3 seconds. And also 2 × 1
0 -6 seconds to 0.1 in order to [m / s] is 50
There are [N] powers.
【００６０】超磁歪材料の発生応力はふつう、２０×１
０６ ［Ｎ／ｍ２ ］程度である。直径２ｍｍの棒状の
ものでも６３［Ｎ］の力を出すことができるので、超磁
歪材料は、十分に力を出すことができる。The generated stress of the giant magnetostrictive material is usually 20 × 1
0 is about 6 [N / m 2]. Since a bar having a diameter of 2 mm can generate a force of 63 [N], the giant magnetostrictive material can sufficiently generate a force.
【００６１】前記した実施形態の超微小液滴の噴射装置
１では、超磁歪材料からなるアクチュエータでピストン
を押し出す形態であったが、超磁歪材料からなるアクチ
ュエータ自体をピストンとする構成の超微小液滴の噴射
装置を図５に示し、本発明の他の実施の形態として説明
する。In the apparatus 1 for ejecting ultra-fine droplets of the above-described embodiment, the piston is pushed out by the actuator made of the giant magnetostrictive material. An apparatus for ejecting small droplets is shown in FIG. 5 and will be described as another embodiment of the present invention.
【００６２】超微小液滴の噴射装置１では、非磁性材質
からなるシリンダ２の一端部に液体の貯留部３を設ける
とともに微細な噴射孔を有した噴射ノズル４を形成す
る。シリンダ２の内部には、軸方向長さの短い超磁歪材
料からなるアクチュエータ５にシール６′を施したもの
を移動可能に収納し、液体７がシリンダ２から漏れない
よう、また、アクチュエータ５が液体７に触れないよう
に液体の貯留部３を仕切っている。すなわち、シール
６′とアクチュエータ５とは、前記ピストン６とアクチ
ュエータ５とを一体とした働きをしている。アクチュエ
ータ５の他端部には、アクチュエータ５より大きな質量
を持ち、アクチュエータ５の瞬時変位による反力を十分
に受ける能力のある支持棒１２を設ける。この支持棒１
２はストッパー９とスプリング８とにより前進するよう
に付勢されている。シリンダ２の外周には、アクチュエ
ータ５の位置にコイル１０を巻成した構成となってい
る。In the ultra-fine droplet ejecting apparatus 1, a liquid storing section 3 is provided at one end of a cylinder 2 made of a non-magnetic material, and an ejecting nozzle 4 having fine ejecting holes is formed. An actuator 5 made of a giant magnetostrictive material having a short axial length and provided with a seal 6 ′ is movably accommodated in the cylinder 2 so that the liquid 7 does not leak from the cylinder 2. The liquid storage section 3 is partitioned so as not to touch the liquid 7. That is, the seal 6 ′ and the actuator 5 work integrally with the piston 6 and the actuator 5. At the other end of the actuator 5, a support rod 12 having a larger mass than the actuator 5 and capable of sufficiently receiving a reaction force due to an instantaneous displacement of the actuator 5 is provided. This support rod 1
2 is urged by a stopper 9 and a spring 8 to move forward. A coil 10 is wound around the outer periphery of the cylinder 2 at the position of the actuator 5.
【００６３】上記構成の超微小液滴の噴射装置１によれ
ば、コイル１０に瞬間的な電流を流すことによって発生
する磁界が超磁歪材料のアクチュエータ５を瞬間的に伸
長させる。このとき、アクチュエータ５は支持棒１２と
瞬間的に衝突するが、質量的に軽いアクチュエータ５の
方が前進し、貯留部３内の液体を瞬時に押し出す。アク
チュエータ５と分離した支持棒１２が、後部のスプリン
グ８によって押され、再びアクチュエータ５と接触状態
に戻る作用は、先の実施形態のものと同様である。According to the ultra-fine droplet ejecting apparatus 1 having the above-described configuration, the magnetic field generated by applying an instantaneous current to the coil 10 causes the actuator 5 of the giant magnetostrictive material to instantaneously extend. At this time, the actuator 5 instantaneously collides with the support rod 12, but the actuator 5, which is lighter in mass, moves forward and immediately pushes out the liquid in the reservoir 3. The operation of the support rod 12 separated from the actuator 5 being pushed by the rear spring 8 and returning to the contact state with the actuator 5 again is the same as that of the previous embodiment.
【００６４】前記した２例の実施形態の超微小液滴の噴
射装置１では、液体の貯留部３に充填した液体７が噴射
して全量が消費すると、これを補充することができな
い。そこで、液体を補充できる構成の超微小液滴の噴射
装置を図６に示し、本発明の他の実施の形態として説明
する。In the ultra-fine droplet ejecting apparatus 1 of the above-described two embodiments, when the liquid 7 filled in the liquid storage section 3 is ejected and consumed in its entirety, it cannot be replenished. Therefore, an apparatus for ejecting ultra-fine droplets having a configuration capable of replenishing a liquid is shown in FIG. 6 and will be described as another embodiment of the present invention.
【００６５】この実施形態の超微小液滴の噴射装置１で
は、非磁性材質からなるシリンダ２の一端部に液体の貯
留部３を設けるとともに、微細な噴射孔を有する噴射ノ
ズル４を形成する。シリンダ２の内部には、棒状を成し
た超磁歪材料からなるアクチュエータ５を移動可能に収
納し、ピストン６の代わりにダイヤフラム６″を設けて
液体の貯留部３を仕切るとともに、この貯留部３に液体
の供給路１１を接続している。先のスプリング８は不要
である。供給路１１の基端には逆止弁を設けてもよい
が、逆止弁がなくてもよい。すなわち、ダイヤフラム
６″で発生した圧力波の進行方向に対して直角方向にあ
る供給路１１の方向に押し出される液体の量はわずかで
あり、大部分の液体は、圧力波の進行方向にある噴射ノ
ズル４に向かって押し出されるためである。その他の構
成は先の実施形態と同一の構成であるから、同一の符号
を付してそれぞれの詳細説明を省略する。In the apparatus 1 for jetting ultra-fine droplets of this embodiment, a liquid reservoir 3 is provided at one end of a cylinder 2 made of a nonmagnetic material, and an injection nozzle 4 having fine injection holes is formed. . Inside the cylinder 2, a rod-shaped actuator 5 made of giant magnetostrictive material is movably housed, and a diaphragm 6 ″ is provided in place of the piston 6 to partition the liquid reservoir 3. The liquid supply path 11 is connected to the liquid supply path 11. The spring 8 is unnecessary, and a check valve may be provided at the base end of the supply path 11, but the check valve may not be provided. A small amount of liquid is pushed out in the direction of the supply channel 11 which is perpendicular to the direction of travel of the pressure wave generated at 6 ″, and most of the liquid is ejected to the injection nozzle 4 in the direction of travel of the pressure wave. It is because it is pushed out. Other configurations are the same as those of the previous embodiment, and therefore, the same reference numerals are given and the detailed description thereof is omitted.
【００６６】上記のように構成した超微小液滴の噴射装
置１によれば、前記コイル１０に瞬間的な電流を流す
と、これによって発生する磁界が超磁歪材料のアクチュ
エータ５を瞬間的に伸長させる。さらにこの超磁歪材料
の伸長によりダイヤフラム６″が押圧されて変形するた
め、貯留部３内の液体が瞬時に押し出される。アクチュ
エータ５が戻るとダイヤフラム６″も戻るので液体の貯
留部３が減圧するが、噴射ノズル４から外気が逆流する
より先に、供給路１１から貯留部３に減圧した分だけの
液体が補充される。つまり、供給路１１のパイプ直径に
比べて噴射ノズルの直径がはるかに小さく、粘性抵抗力
の違いによって供給路１１から液体が供給されるように
なる。According to the ultra-fine droplet ejecting apparatus 1 configured as described above, when an instantaneous current is applied to the coil 10, the magnetic field generated thereby instantaneously causes the actuator 5 of the giant magnetostrictive material to act. Extend. Further, since the diaphragm 6 "is pressed and deformed by the elongation of the giant magnetostrictive material, the liquid in the storage portion 3 is instantly pushed out. When the actuator 5 returns, the diaphragm 6" also returns, so that the liquid storage portion 3 is depressurized. However, before the outside air flows backward from the injection nozzle 4, the liquid is replenished by the reduced pressure from the supply path 11 to the storage unit 3. That is, the diameter of the injection nozzle is much smaller than the diameter of the pipe of the supply path 11, and the liquid is supplied from the supply path 11 due to the difference in the viscous resistance.
【００６７】したがって、貯留部３には常に定量の液体
が充填され、噴射した液体の量だけが補充されることに
なり、実用的に利用することができる。Therefore, the reservoir 3 is always filled with a fixed amount of liquid, and only the amount of the ejected liquid is replenished, so that it can be used practically.
【００６８】実際に試作した液滴噴射装置の実施例を以
下に説明する。内径２．１８ｍｍ、外径２．７７ｍｍの
ガラスパイプの一端を直径３０μｍまで細くし，充填し
た水をピストンで押し出し、顕微鏡下において、超微小
な水滴を噴射するのである。ピストンを押す超磁歪材料
は直径２ｍｍ、長さ３０ｍｍである。駆動コイルとして
は、ガラスパイプの外側でピストンに近いところに、直
径０．４ｍｍの銅線を軸方向長さ２．４ｍｍとなるよう
に２８回巻いてある。An embodiment of the actually manufactured droplet ejecting apparatus will be described below. One end of a glass pipe having an inner diameter of 2.18 mm and an outer diameter of 2.77 mm is reduced to a diameter of 30 μm, filled water is extruded with a piston, and ultra-fine water droplets are jetted under a microscope. The giant magnetostrictive material pushing the piston is 2 mm in diameter and 30 mm in length. As the driving coil, a copper wire having a diameter of 0.4 mm is wound 28 times around the outside of the glass pipe near the piston so as to have a length of 2.4 mm in the axial direction.
【００６９】超磁歪材料におよそ１．０×１０−３程度
の歪みを発生させるためには、磁場の強さをおよそ５０
０エールステッドにする必要がある。上記の液滴噴射装
置の場合、コイルに１６アンペアの電流を流すと、コイ
ル内部の磁場の強さがおよそ５００エールステッドにな
る。参考として、超磁歪材料Terfenol-Dの磁歪特性を図
７に示す。In order to generate a strain of about 1.0 × 10 −3 in the giant magnetostrictive material, the strength of the magnetic field is set to about 50 × 10 −3.
Must be 0 Oersted. In the case of the above-described droplet ejecting apparatus, when a current of 16 amps is applied to the coil, the strength of the magnetic field inside the coil becomes about 500 Oersted. For reference, FIG. 7 shows the magnetostriction characteristics of the giant magnetostrictive material Terfenol-D.
【００７０】上記コイルに電圧３５ボルトで５μｓのパ
ルス電流を流すと、直径ほぼ３０μｍの水滴をノズル先
端から噴射することができた。When a pulse current of 5 μs was applied to the coil at a voltage of 35 volts, a water droplet having a diameter of approximately 30 μm could be jetted from the nozzle tip.
【００７１】[0071]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
ンダ内に収納した棒状を成す超磁歪材料の周りにコイル
を巻成し、該コイルに電流を瞬間的に流すことにより前
記超磁歪材料に瞬間磁界を作用させて超磁歪材料の軸端
部に弾性波による瞬時の過渡的変位を発生させ、その超
磁歪材料の瞬時変位の作用でシリンダ内に充填した液体
を微小な１個の液滴として該シリンダの端部ノズルから
噴射させるようにした超微小液滴の噴射装置において、
端部ノズル先端の直径をｄ［ｍ］、液体の密度をρ［ｋ
ｇ／ｍ３ ］、ノズル先端と液体との表面張力をγ［Ｎ
／ｍ］、磁歪によって伸縮する超磁歪材料の軸方向長さ
をＬ［ｍ］、液体に圧力をかけてから液滴がノズル先端
から離れるまでの時間をＴ［ｓ］、超磁歪材料内部を進
行する弾性波の速度をＣ［ｍ／ｓ］とした場合、Ｔ＜ｄ
（ρ×ｄ／（３×γ））１／２ ［ｓ］およびＬ＝（Ｔ
−ｔ）×Ｃ［ｍ］を満たす時間ｔ［ｓ］だけ前記コイル
に電流を流すようにしているため、数μｍから１００μ
ｍ程度の径の液滴（ナノリットルからピコリットル程度
の体積）を噴射することができるようになる。As described above, according to the present invention, a coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an electric current is instantaneously passed through the coil to produce the giant magnetostrictive material. A momentary magnetic field acts on the shaft end of the giant magnetostrictive material to generate an instantaneous transient displacement due to elastic waves, and the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material causes the liquid filled in the cylinder to become one minute liquid. In a jetting device for ultra-fine droplets that are ejected from the end nozzle of the cylinder as droplets,
The diameter of the tip of the end nozzle is d [m], and the density of the liquid is ρ [k
g / m 3 ], and the surface tension between the nozzle tip and the liquid is γ [N
/ M], the axial length of the giant magnetostrictive material that expands and contracts due to magnetostriction is L [m], the time from when pressure is applied to the liquid until the droplet separates from the nozzle tip is T [s], and the inside of the giant magnetostrictive material is When the speed of the traveling elastic wave is C [m / s], T <d
(Ρ × d / (3 × γ)) 1/2 [s] and L = (T
−t) Since current is caused to flow through the coil for a time t [s] that satisfies × C [m], several μm to 100 μm
A droplet having a diameter of about m (volume of about nanoliter to picoliter) can be ejected.
【００７２】また、本発明では、シリンダ内に収納した
棒状を成す超磁歪材料の周りにコイルを巻成し、該コイ
ルに電流を瞬間的に流すことにより前記超磁歪材料に瞬
間磁界を作用させて該超磁歪材料の軸端部に弾性波によ
る瞬時の過渡的変位を発生させ、その超磁歪材料の瞬時
変位の作用で前記シリンダ内に充填した液体を微小な１
個の液滴として該シリンダの端部ノズルから噴射させる
ようにした超微小液滴の噴射装置において、前記シリン
ダ内の超磁歪材料と液体との間に該超磁歪材料に対して
離接可能にピストンを介在させ、前記超磁歪材料の軸端
部に発生した瞬時の過渡的変位により当該ピストンを押
し進めて前記シリンダ内に充填した液体を前記端部ノズ
ルから噴射させるとともに、少なくとも前記過渡的変位
が弾性波となって反対側の端面に到達し、さらに反射し
て戻ってきた際に、前記ピストンを前記超磁歪材料の軸
端から離れた位置に配置させるようにしているため、棒
状を成す超磁歪材料の内部を弾性波が往復し、超磁歪材
料の軸端部に繰り返して変位が現れるという問題を解決
することが可能となり、数μｍから１００μｍ程度の径
の液滴を噴射することができるようになる。Further, in the present invention, a coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an instantaneous magnetic field is applied to the giant magnetostrictive material by instantaneously flowing a current through the coil. In this way, an instantaneous transient displacement due to elastic waves is generated at the axial end of the giant magnetostrictive material, and the liquid filled in the cylinder is reduced to a minute by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material.
In an ultra-fine droplet ejecting device which is ejected as individual droplets from an end nozzle of the cylinder, the super-magnetostrictive material can be separated from and contacted between the giant magnetostrictive material and the liquid in the cylinder. A piston is interposed, and the piston is pushed forward by an instantaneous transient displacement generated at the axial end of the giant magnetostrictive material to eject liquid filled in the cylinder from the end nozzle, and at least the transient displacement When the piston reaches an opposite end face as an elastic wave, and further returns after being reflected, the piston is arranged at a position away from the axial end of the giant magnetostrictive material. It is possible to solve the problem that the elastic wave reciprocates inside the giant magnetostrictive material and the displacement repeatedly appears at the axial end of the giant magnetostrictive material, and it is possible to eject droplets having a diameter of several μm to 100 μm. And be able to.
【００７３】さらに、本発明では、シリンダ内に収納し
た棒状を成す超磁歪材料の周りにコイルを巻成し、該コ
イルに電流を瞬間的に流すことにより前記超磁歪材料に
瞬間磁界を作用させて該超磁歪材料の軸端部に弾性波に
よる瞬時の過渡的変位を発生させ、その超磁歪材料の瞬
時変位の作用で前記シリンダ内に充填した液体を微小な
１個の液滴として該シリンダの端部ノズルから噴射させ
るようにした超微小液滴の噴射装置において、前記シリ
ンダ内に超磁歪材料より大きな質量の支持棒を収納し該
支持棒と液体との間に超磁歪材料を設置し、超磁歪材料
にシールを施し超磁歪材料自体をピストンとすることに
よって前記超磁歪材料の端部に発生した瞬時の過渡的変
位により該ピストンを押し進め、前記シリンダ内に充填
した液体を前記端部ノズルから噴射させるようにしてい
るため、質量の小さな超磁歪材料を用いて、数μｍから
１００μｍ程度の径の液滴を噴射することができるよう
になる。Further, in the present invention, a coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an instantaneous magnetic field is applied to the giant magnetostrictive material by instantaneously flowing a current through the coil. In this way, an instantaneous transient displacement due to elastic waves is generated at the axial end of the giant magnetostrictive material, and the liquid filled in the cylinder is converted into one minute droplet by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material. In the apparatus for ejecting ultra-fine droplets from the end nozzle, a support rod having a mass larger than the giant magnetostrictive material is accommodated in the cylinder, and the giant magnetostrictive material is placed between the support rod and the liquid. A seal is applied to the giant magnetostrictive material, and the giant magnetostrictive material itself is used as a piston. The piston is pushed forward by an instantaneous transient displacement generated at the end of the giant magnetostrictive material, and the liquid filled in the cylinder is discharged to the end. Because it so as to jet from the nozzle, using a small giant magnetostrictive material of the mass, it is possible to inject droplets of size of about 100μm from several [mu] m.
【００７４】これらの結果、本発明によれば、試薬、医
薬等において微少量の液滴を利用する医療技術の分野、
微少量の液滴で化学反応をさせる化学技術の分野、微少
量の液滴により半導体の接着、溶着に使用する電子技術
の分野等、あらゆる技術分野に応用することができ、特
に、簡単な装置によって正確な微少量の液滴を噴射でき
るので、実用的価値の高いものとなる。As a result, according to the present invention, the field of medical technology utilizing minutely small droplets in reagents, medicines, etc.
It can be applied to all kinds of technical fields such as the field of chemical technology that makes a chemical reaction with a very small amount of droplets, and the field of electronic technology used for bonding and welding of semiconductors with a very small amount of droplets. Thus, a very small amount of liquid droplets can be ejected accurately, so that it has high practical value.
【図１】液滴が落下する状態の原理を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the principle of a state in which a droplet drops.
【図２】液滴が噴射する状態の原理を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the principle of a state in which droplets are ejected.
【図３】棒状を成す超磁歪材料にコイルを巻いた状態を
示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a state where a coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material.
【図４】本発明の実施形態を示す概略縦断面図である。FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略縦断面図であ
る。FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図６】本発明の他の実施形態を示す概略縦断面図であ
る。FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図７】超磁歪材料の一般的な磁歪特性を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing general magnetostriction characteristics of a giant magnetostrictive material.
１ 噴射装置 ２ シリンダ ３ 貯留部 ４ 噴射ノズル ５ アクチュエータ ６ ピストン ６′ シール ６″ ダイヤフラム ７ 液体 ８ スプリング ９ ストッパ １０ コイル １１ 供給路 １２ 支持棒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injection apparatus 2 Cylinder 3 Storage part 4 Injection nozzle 5 Actuator 6 Piston 6 'Seal 6 "Diaphragm 7 Liquid 8 Spring 9 Stopper 10 Coil 11 Supply path 12 Support rod
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年９月８日（１９９９．９．８）[Submission date] September 8, 1999 (1999.9.8)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図７[Correction target item name] Fig. 7
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図７】 FIG. 7
Claims (4)
材料の周りにコイルを巻成し、該コイルに電流を瞬間的
に流すことにより前記超磁歪材料に瞬間磁界を作用させ
て該超磁歪材料の軸端部に弾性波による瞬時の過渡的変
位を発生させ、その超磁歪材料の瞬時変位の作用で前記
シリンダ内に充填した液体を微小な１個の液滴として該
シリンダの端部ノズルから噴射させるようにした超微小
液滴の噴射装置において、 下式（１）および（２）を満たす時間ｔ［ｓ］だけ前記
コイルに電流を流すようにしたことを特徴とする超微小
液滴の噴射装置。 Ｔ ＜ ｄ（ρ×ｄ／（３×γ））１／２ ［ｓ］・・・ （１） Ｌ ＝ （Ｔ−ｔ）×Ｃ ［ｍ］ ・・・ （２） 但し、 ｄはノズル先端の直径［ｍ］ ρは液体の密度［ｋｇ／ｍ３ ］ γはノズル先端と液体との表面張力［Ｎ／ｍ］ Ｌは磁歪によって伸縮する超磁歪材料の軸方向長さ
［ｍ］ Ｔは液体に圧力をかけてから液滴がノズル先端から離れ
るまでの時間［ｓ］ Ｃは超磁歪材料内部を進行する弾性波の速度［ｍ／ｓ］A coil is wound around a rod-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an instantaneous magnetic field is applied to the giant magnetostrictive material by instantaneously flowing an electric current through the coil to produce the giant magnetostriction. An instantaneous transient displacement due to elastic waves is generated at the axial end of the material, and the liquid filled in the cylinder by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material is converted into a single minute droplet at the end nozzle of the cylinder. Wherein the current is supplied to the coil for a time t [s] satisfying the following equations (1) and (2). Droplet ejector. T <d (ρ × d / (3 × γ)) 1/2 [s] (1) L = (T−t) × C [m] (2) where d is the tip of the nozzle Ρ is the density of the liquid [kg / m 3 ] γ is the surface tension between the nozzle tip and the liquid [N / m] L is the axial length [m] of the giant magnetostrictive material that expands and contracts due to magnetostriction The time from when pressure is applied to the liquid until the droplet separates from the nozzle tip [s] C is the velocity of the elastic wave traveling inside the giant magnetostrictive material [m / s]
材料の周りにコイルを巻成し、該コイルに電流を瞬間的
に流すことにより前記超磁歪材料に瞬間磁界を作用させ
て該超磁歪材料の軸端部に弾性波による瞬時の過渡的変
位を発生させ、その超磁歪材料の瞬時変位の作用で前記
シリンダ内に充填した液体を微小な１個の液滴として該
シリンダの端部ノズルから噴射させるようにした超微小
液滴の噴射装置において、 前記シリンダ内の超磁歪材料と液体との間に該超磁歪材
料に対して離接可能にピストンを介在させ、前記超磁歪
材料の軸端部に発生した瞬時の過渡的変位により当該ピ
ストンを押し進めて前記シリンダ内に充填した液体を前
記端部ノズルから噴射させるとともに、少なくとも前記
過渡的変位が弾性波となって反対側の端面に到達し、さ
らに反射して戻ってきた際に、前記ピストンを前記超磁
歪材料の軸端から離れた位置に配置させるようにしたこ
とを特徴とする超微小液滴の噴射装置。2. A coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material accommodated in a cylinder, and an instantaneous magnetic field is applied to the giant magnetostrictive material by instantaneously flowing a current through the coil. An instantaneous transient displacement due to elastic waves is generated at the axial end of the material, and the liquid filled in the cylinder by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material is converted into a single minute droplet at the end nozzle of the cylinder. An apparatus for ejecting ultra-fine droplets that is ejected from a cylinder, wherein a piston is interposed between the giant magnetostrictive material and the liquid in the cylinder so that the piston can be separated from and contacted with the giant magnetostrictive material, While the piston is pushed forward by the instantaneous transient displacement generated at the shaft end and the liquid filled in the cylinder is ejected from the end nozzle, at least the transient displacement becomes an elastic wave and the opposite end face is Arrival And, when returned after further reflection, the injection device of ultra fine droplets, characterized in that the piston has to be located away from the axial end of said super magnetostrictive material.
材料の周りにコイルを巻成し、該コイルに電流を瞬間的
に流すことにより前記超磁歪材料に瞬間磁界を作用させ
て該超磁歪材料の軸端部に弾性波による瞬時の過渡的変
位を発生させ、その超磁歪材料の瞬時変位の作用で前記
シリンダ内に充填した液体を微小な１個の液滴として該
シリンダの端部ノズルから噴射させるようにした超微小
液滴の噴射装置において、 前記シリンダ内に超磁歪材料より大きな質量の支持棒を
収納し該支持棒と液体との間に超磁歪材料を設置し、超
磁歪材料にシールを施し超磁歪材料自体をピストンとす
ることによって前記超磁歪材料の端部に発生した瞬時の
過渡的変位により該ピストンを押し進め、前記シリンダ
内に充填した液体を前記端部ノズルから噴射させるよう
にしたことを特徴とする超微小液滴の噴射装置。3. A coil is wound around a bar-shaped giant magnetostrictive material housed in a cylinder, and an instantaneous magnetic field is applied to the giant magnetostrictive material by instantaneously flowing a current through the coil. An instantaneous transient displacement due to elastic waves is generated at the axial end of the material, and the liquid filled in the cylinder by the action of the instantaneous displacement of the giant magnetostrictive material is converted into a single minute droplet at the end nozzle of the cylinder. An apparatus for ejecting ultra-fine liquid droplets, wherein a support rod having a mass greater than that of the giant magnetostrictive material is accommodated in the cylinder, and the giant magnetostrictive material is disposed between the support rod and the liquid. The material is sealed and the giant magnetostrictive material itself is used as a piston to push the piston by the instantaneous transient displacement generated at the end of the giant magnetostrictive material, and eject the liquid filled in the cylinder from the end nozzle. Sa Injector ultra fine droplets, characterized in that the so that.
液体貯留部に、液体供給路を接続した請求項１から請求
項３のいずれか１項に記載の超微小液滴の噴射装置。4. The apparatus for ejecting ultra-fine droplets according to claim 1, wherein a liquid supply path is connected to a liquid storage section for filling the liquid in the cylinder.
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- 1999-09-07 JP JP25302299A patent/JP3418723B2/en not_active Expired - Lifetime
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| CN116809256B (en) * | 2023-06-28 | 2024-04-16 | 北京市农林科学院智能装备技术研究中心 | Plant protection unmanned aerial vehicle spray head device and fog drop particle size control method thereof |
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