流体喷射装置的制造方法_4

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提高隔膜400的耐久性。由于在入口流路503与流体室501的连接部上形成有切口状的连接开口部509,因此,考虑当隔膜400被以高频率驱动时,在连接开口部509附近会发生应力集中,从而发生疲劳破坏。因此,通过设置具有无切口部且连续的开口部的加固板410,可以使得隔膜400不发生应力集中。
[0148]而且,在上壳体500的外周隅部开设4个位置的螺栓孔500a,上壳体500与下壳体301在该螺丝孔位置上被螺纹接合。
[0149]另外,尽管未图示,但可以将加固板410与隔膜400接合,层叠并固定为一体。作为固定方法,可以是使用粘合剂粘接的方法,也可以是固相扩散接合及焊接等方法,但更优选使加固板410和隔膜400在接合面上密合的方法。
[0150]脉动发生部的操作
[0151]接下来,参照图1至图5,对本实施方式的脉动发生部100的操作进行说明。利用本实施方式的脉动发生部100的流体吐出,通过入口流路503侧的惯性LI (有时称为“合成惯性LI”)与出口流路511侧的惯性L2(有时称为“合成惯性L2”)的差来进行。
[0152]〈惯性〉
[0153]首先,对惯性进行说明。
[0154]当以P表示流体的密度、以S表示流路的截面积、以h表示流路的长度时,惯性L用L= P Xh/S表示。当以ΔP表示流路的压力差、以Q表示流过流路的流体的流量时,通过使用惯性L使流路中的运动方程式变形,可以导出ΛΡ = LXdQ/dt这一关系。
[0155]也就是说,惯性L表示对流量的时间变化的影响程度,惯性L越大,流量的时间变化越小,惯性L越小,流量的时间变化越大。
[0156]而且,涉及多条流路的并联连接、多条形状不同的流路的串联连接的合成惯性,可以通过与电路的电感的并联连接、或串联连接同样地合成每个流路的惯性而算出。
[0157]另外,入口流路503侧的惯性LI,由于连接流路504的直径相对于入口流路503的直径设定得足够大,因此,惯性LI可在入口流路503的范围内算出。这时,由于连接泵700与入口流路503的连接管25具有柔软性,因此,也可以从惯性LI的计算中删除。
[0158]而且,对于出口流路511侧的惯性L2,由于连接流路201的直径远比出口流路511的直径大,且流体喷射管200的管部(管壁)的厚度薄,因此对惯性L2的影响是轻微的。因此,出口流路511侧的惯性L2可以与出口流路511的惯性替换。
[0159]另外,流体喷射管200的管壁的厚度具有对流体的压力传播的足够的刚性。
[0160]而且,在本实施方式中,入口流路503的流路长度及截面积、出口流路511的流路长度及截面积被设定为,使得入口流路503侧的惯性LI比出口流路511侧的惯性L2更大。
[0161]〈流体的喷射〉
[0162]接下来,对脉动发生部100的操作进行说明。
[0163]流体通过泵700以规定压力供给入口流路503。其结果,当压电元件401不工作时,流体利用泵700的吐出力与入口流路503侧整体的流体阻力值的差流动到流体室501中。
[0164]在这里,如果驱动信号被输入到压电元件401中,压电元件401急剧伸长,则流体室501中的压力若在入口流路503侧及出口流路511侧的惯性L1、L2具有足够的大小的情况下,会迅速上升而达到几十个大气压。
[0165]由于该流体室501中的压力远比利用泵700对入口流路503施加的压力大,因此,从入口流路503侧流入流体室501中的流体会因该压力而减少,从出口流路511的流出会增加。
[0166]由于入口流路503的惯性LI比出口流路511的惯性L2大,由于从出口流路511吐出的流体的增加量比流体从入口流路503流入流体室501的流量的减少量大,因此,流体会在连接流路201以脉动状吐出,也就是说,会发生脉动流。这个吐出时的压力波动在流体喷射管200中传播,流体从前端的喷嘴211的流体喷射开口部212被喷射出。
[0167]在这里,由于喷嘴211的流体喷射开口部212的直径比出口流路511的直径小,因此,流体进一步被作为高压、高速的脉动状液滴而喷射出。
[0168]另一方面,流体室501中,由于从入口流路503流入的流体量的减少与从出口流路511流出的流体的流出量的增加这一相互作用,压力上升后立即成为负压状态。其结果,由于泵700的压力和流体室501中的负压状态二者的作用,经过规定时间后,入口流路503的流体会以与压电元件401操作前相同的速度向流体室501中回流。
[0169]入口流路503中的流体的流动回流之后,如果压电元件401有伸展,则可以从喷嘴211继续喷射脉动流。
[0170]〈气泡的排除〉
[0171]接下来,对流体室501中的气泡的排除操作进行说明。
[0172]如上所述,入口流路503通过在流体室501的周围盘旋并尽可能接近流体室501的这种路径连通到流体室501。而且,出口流路511设置在流体室501的大致回转体形状的回转轴附近。
[0173]因此,从入口流路503流入流体室501的流体会沿着内周侧壁508而在流体室501中旋转。然后,流体被离心力按压到流体室501的内周侧壁501a侧,流体所含的气泡集中在流体室501的中心部,其结果,气泡被从出口流路511排出。
[0174]因此,即使由于压电元件401而在流体室501发生微小的容积变化,压力波动也不会因气泡受到阻碍,且可获得足够的压力上升。
[0175]根据本实施方式,由于流体以规定的压力通过泵700被供给入口流路503,并且,即使在停止了脉动发生部100的驱动的状态下,流体也能被供给入口流路503和流体室501,因此,即便不进行启动加注操作,也能够开始初始操作。
[0176]而且,由于流体从比出口流路511的直径缩小的流体喷射开口部212喷出,因此,液压比出口流路511中增高,从而使得高速的流体喷射成为可能。
[0177]而且,由于流体喷射管200具有的刚性可将从流体室501流出的流体的脉动传递到流体喷射开口部212,因此,具有不会妨碍来自从脉动发生部100的流体的压力传播,并可以喷射所需的脉动流这一效果。
[0178]而且,由于将入口流路503的惯性设定为比出口流路511的惯性大,因此,与从入口流路503流向流体室501的流体的流入量的减少程度相比,在出口流路511则会发生更大程度的流出量的增加,从而在流体喷射管200中可以进行脉动状的流体吐出。因此,也可以不在入口流路503侧设置止回阀,这样既可以达到简化脉动发生部100的构造的效果,同时可以使内部的清洗变得容易,且可以排除起因于使用止回阀的对耐久性的担心。
[0179]另外,通过将入口流路503和出口流路511 二者的惯性设定得足够大,如果突然降低流体室501的容量,则可以使流体室501中的压力急剧上升。
[0180]而且,通过形成为使用作为容积改变装置的压电元件401和隔膜400而发生脉动的构造,可以简化脉动发生部100的构造,并实现小型化。而且,可以将流体室501的容积变化的最大频率调整为IKHz以上的高频率,从而最适于高速脉动流的喷射。
[0181]而且,脉动发生部100通过利用入口流路503使流体室501中的流体发生回旋流,可以依靠离心力将流体室501中的流体推向流体室501的外周方向,使回旋流的中心部,即,使大致回转体形状的轴附近的流体所含的气泡集中,并从设置在大致回转体形状的轴的附近将气泡从出口流路511排除。由此,可以防止气泡滞留在流体室501中所导致的压力振幅的降低,并可以继续脉动发生部100的稳定的驱动。
[0182]而且,由于使入口流路503形成为通过在流体室501的周围旋转并接近流体室501这样的路径连通到流体室501,可以使得流体无需采用用于在流体室501的内部旋转的专用的构造就能够发生回旋流。
[0183]而且,由于在流体室501的密封面505的外周缘部形成沟形的入口流路503,因此,可以无需增加部件数目就能形成作为回旋流发生部的入口流路503。
[0184]而且,通过在隔膜400的上表面配备加固板410,由于隔膜400将加固板410的开口部外周作为支点驱动,因此,难以发生应力集中,从而可以提高隔膜400的耐久性。
[0185]另外,如果使加固板410与隔膜400的接合面的角部圆化,则能够进一步缓和隔膜400的应力集中。
[0186]而且,如果将加固板410和隔膜400层叠并粘合为一体,不仅可以提高脉动发生部100的组装性,还能具有加固隔膜400的外周缘部的效果。
[0187]而且,由于在从泵700提供流体的入口侧的连接流路504与入口流路503的连接部上设置有滞留流体的流体贮存部507,因此,可以抑制连接流路504的惯性对入口流路503的影响。
[0188]而且,由于在上壳体500与下壳体301的接合面上的离开隔膜400的外周方向的位置上配备有环状的填料450,因此,可以防止流体从流体室501的泄漏,并防止流体室501中的压力降低。
[0189]流路的无法关闭检测处理
[0190]如上所述,本实施方式涉及的流体喷射装置I以使得流体容纳部765中的流体的压力达到规定的目标压力值的方式进行控制。而且,当流体容纳部765中的压力相对于目标压力值进入粗窗口的范围内时,流体喷射装置I为可将流体以脉动状从脉动发生部100喷射的状态。
[0191]然而,当连接管25没有被安装到夹管阀750上时,及连接管25从夹管阀750脱落时,或夹管阀750发生故障而无法关闭连接管25时,即使泵控制部710控制为使得流体容纳部765中的压力接近目标压力值,由于流体容纳部765中的流体会从脉动发生部100的前端的喷嘴211流出,因此,流体容纳部765中的压力还是会降低。
[0192]因此,本实施方式涉及的流体喷射装置I可以通过以下所述的构成及方法,检测流体的流路无法由夹管阀750关闭的情况。
[0193]参照图6至图10,对由本实施方式涉及的流体喷射装置I执行的流路的无法关闭的检测处理进行具体的说明。
[0194]首先,参照图6,对泵控制部(按压控制部)710的构成进行说明。
[0195]泵控制部710被构成为具有:CPU(中央处理单元)711、存储器712、AD (模拟/数字)转换器713。
[0196]泵控制部710从压力传感器722中获取流体容器760的流体容纳部765中的压力所对应的电平的检测信号,对流体按压部731进行控制。例如,泵控制部710在被输入了滑块调整开关781的接通信号时,以通过对流体按压部731输出规定的驱动信号(移动指令)来驱动电机730,使得上述压力成为目标压力值的方式进行控制。流体
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