JP2001347218A - 微少液滴の濡れ性制御方法およびこれに用いる装置 - Google Patents

微少液滴の濡れ性制御方法およびこれに用いる装置

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JP2001347218A
JP2001347218A JP2000172559A JP2000172559A JP2001347218A JP 2001347218 A JP2001347218 A JP 2001347218A JP 2000172559 A JP2000172559 A JP 2000172559A JP 2000172559 A JP2000172559 A JP 2000172559A JP 2001347218 A JP2001347218 A JP 2001347218A
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droplet
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wettability
surface tension
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Naoyuki Aoyama
尚之 青山
Koji Shinno
弘司 新野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液滴の濡れ性を振動により制御することができ
る方法およびそれに用いる装置を提供する。 【解決手段】微少量の液滴Aを支持部1の表面10に置
く。液滴Aは、その性質に応じて、固有の表面張力波の
周波数fを持っている。つぎに、ピエゾ素子によって構
成された振動部2に交流電圧を印可して、周波数fcで
液滴Aを振動させる。ここで、表面張力波の周波数fと
振動周波数fcとがf≒fcになると、液滴Aに共振を
発生させることができる。これにより、液滴Aと表面1
0との濡れ性(接触角)を変化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微少液滴の濡れ性
制御方法およびこれに用いる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開2000−102761公報には、
表面処理によって、表面と液体との濡れ性を変化させる
技術が記載されている。しかしながら、振動によって能
動的に微少液滴の濡れ性を制御できる技術は見あたらな
い。ここで微少液滴(単に液滴と略称することがあ
る。)とは、その容量が微少であるために、表面張力に
よってその外形が維持されている液体を称する。液滴の
例としては、物体の表面に置かれたごく微少量の液体で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液滴
の濡れ性を振動により制御することができる方法および
それに用いる装置を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の微少液滴
の濡れ性制御方法は、表面上に置かれた微少液滴の表面
張力波にほぼ等しい周波数の振動を前記液滴に加えるこ
とにより、前記表面と前記液滴との濡れ性を制御する構
成となっている。
【0005】請求項2記載の微少液滴の濡れ性制御方法
は、請求項1記載の濡れ性制御方法において、前記表面
張力波の周波数は複数存在しており、前記液滴に加える
振動の周波数は、前記複数の表面張力波の周波数におけ
るいずれかのものである構成となっている。
【0006】請求項3記載の微少液滴の濡れ性制御方法
は、表面上に置かれた微少液滴に振動を加えることで前
記表面と前記液滴との濡れ性を制御する方法であって、
前記液滴に加える振動の周波数を変化させて行くこと
で、前記振動の周波数におけるいずれかの値において、
前記液滴の表面張力波と前記液滴に加える振動との共振
を発生させ、これにより、前記表面と前記液滴との濡れ
性を制御する構成となっている。
【0007】請求項4記載の微少液滴の濡れ性制御装置
は、微少液滴を支持する表面上を有する支持部と、前記
液滴の表面張力波の周波数に近い周波数で前記液滴を振
動させる振動部とを備えた構成となっている
【0008】請求項5記載の微少液滴の濡れ性制御装置
は、請求項4記載の濡れ性制御装置において、前記表面
と前記液滴との接触角は70°以上に設定されているも
のとなっている。
【0009】請求項6記載の微少液滴の濡れ性制御装置
は、請求項4または5記載の濡れ性制御装置において、
前記振動部における振動を、ピエゾ素子によって発生さ
せている構成となっている。
【0010】請求項7記載の微少液体の濡れ性制御装置
は、請求項4〜6のいずれか1項記載の濡れ性制御装置
において、前記振動部における振動周波数を可変とし
た。
【0011】請求項8は、請求項1〜3のいずれか1項
記載の濡れ性制御方法または請求項4〜7のいずれか1
項記載の濡れ性制御装置において、前記振動の波形を非
対称としたものである。ここで、非対称波形とは、例え
ば鋸波状である。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態に係る微少液
滴の濡れ性制御方法およびこれに用いる装置を、添付の
図面に基づいて説明する。まず、濡れ性制御装置につい
て説明する。この装置は、微少液滴Aを支持する表面1
0を有する支持部1と、支持部1を振動させる振動部2
とを主体として備えている。支持部1の表面10は、こ
の実施形態では、表面10と液滴Aとの接触角が70°
以上(より好ましくは90°以上)となるように、表面
10の撥水性(親水性)および液滴Aの組成が選択され
ている。支持部1としては、液滴Aを載せる機能があれ
ば良く、その機械的構成は任意かつ容易なのでこれ以上
の説明は説明する。振動部2は、ピエゾ素子によって構
成されている。振動部2には、ピエゾ素子を目的の周波
数で振動させるための交流電圧が印加できるようになっ
ている。これにより、この実施形態では、振動部2にお
ける振動がピエゾ素子によって発生する構成となってい
る。振動部2としては、ピエゾ素子に限らず、他の振動
機構を用いることも当然に可能である。振動部2は、台
座3によって支持されている。また、この実施形態で
は、前記ピエゾ素子による振動の波形(時間−変位量の
波形)は、非対称または対称のものから選択可能であ
る。非対称な波形とは、急に上昇−ゆっくり下降−急に
上昇という波形や、ゆっくり上昇−急に下降−ゆっくり
上昇という波形であり、その例としては、図3に示すよ
うな鋸波状がある。対称な波形としては、正弦波状があ
る。このような波形は、印可する交流電圧の波形を例え
ば鋸波状や正弦波状とすれば実現できる。もちろん、本
明細書において鋸波状や正弦波状と称しているのは、数
学的に厳密な意味ではなく、これらの波形にほぼ近似で
きる波形を含む意味で用いている。また、波形として
は、これらに限定されず、方形波や一般的な三角波な
ど、他の波形であってもよい。また、振動部2における
振動周波数は、印可する交流電圧の周波数を変化させる
ことにより可変となっているが、もちろんこれに限定さ
れない。
【0013】つぎに、本発明の一実施形態に係る微少液
滴の濡れ性制御方法について説明する。まず、微少量の
液滴Aを支持部1の表面10に置く。すると、液滴A
は、それ自身の表面張力によって形状を維持する。この
とき、液滴Aの表面には、表面張力および外部振動によ
って、ごく小さな振幅の表面張力波が発生している。た
だし、予め表面張力波が生じていることは必須ではな
い。表面張力波の周波数fは、その液滴Aにおいて、表
面張力等の条件から定まる固有のものである。
【0014】ついで、振動部2に、周波数が適宜な値に
選択された交流電圧を印可して、液滴Aを振動させる。
このときの振動の周波数は、表面張力波の周波数にほぼ
等しいものとする。ただし、表面張力波の周波数を操作
前に知っている必要は必ずしもない。表面張力波の周波
数は、液滴の条件によって種々なので、予め知る必要が
あるとすれば操作はその分煩雑になる。本実施形態で
は、交流電圧の周波数を徐々に変化させることで、振動
部2の周波数を徐々に変化させて行く。表面張力波の周
波数fと振動部2の振動周波数fとがほぼ等しくなる
と、表面張力波と振動部2の振動とが共振して液滴の形
状が若干変化する。または、液滴の振動状態が変化す
る。これを確認することで、周波数f≒fcが確認でき
る。つまり、周波数を掃引していく(すなわち変動させ
ていく)ことで、いずれかの段階で液滴Aに共振を発生
させることができればよい。もちろん、表面張力波の周
波数fを何らかの方法により予め知って、これにあわせ
て振動部2を振動させることも可能である。なお、表面
張力波の周波数fは、液滴の比重、体積、粘度から理論
的には算出することが可能である。
【0015】本実施形態の方法によれば、周波数f≒f
とすることにより、液滴Aと表面10との接触角(す
なわち濡れ性)を変化させることができる。図1と図2
とを参照すれば、接触角θ(図1)から、接触角θ′
(図2)に変化させることができる。これは、表面張力
波と振動部2の振動とが共振して定在波が立つために、
液滴Aの形状が変形するからであると考えられる。
【0016】また、一般に、表面張力波の周波数は、f
,f,…fのように複数のモードを持つ。振動周
波数fを周波数f,f,…fのいずれに合わせ
るかによって、振動モード(定在波の形状)が変化する
ので、液滴Aの形状が変わり、液滴Aと表面10との接
触角を変化させうると考えられる。
【0017】さらに、本発明者らの知見によれば、振動
波形を選択することによって、共振時における接触角を
変化させうることが判った。この点を、図3および以下
の実施例によりさらに説明する。
【0018】
【実施例1】支持部1の表面10を構成する材質とし
て、高撥水性基板を用いた。ここで用いた高撥水性基板
は、ガラスエポキシ樹脂の上面にフッ素系表面処理コー
ティング剤(商品名:HIREC1550、NTTアド
バンステクノロジ株式会社製)を塗布したものである。
また、液体としては、BTB溶液で着色した0.1mol
のHCl水溶液と、0.1molのNaOH水溶液の混合
物を用いた。さらに、液滴Aに混合物B(図2参照)を
混合させた。この混合物Bは、流体の移動を調べるため
にトレーサーとして使用される周知のものでよく、例え
ば、粒径数μm程度の微粒子である。この液体を表面1
0の上に5μlだけ載せ、液滴状とした。ついで、振動
部2を、振動周波数を一方向に変化させながら振動させ
たところ、周波数700〜800Hzでの共振におい
て、液滴Aと表面10との接触角θが変化した。すなわ
ち、振動波形を、図3(a)のように、急激に上昇−徐
々に下降−急激に上昇−徐々に下降という順序の略鋸波
状としたところ、波形の右側に示すように、接触角θ′
は小さくなっていた。また、未確認であるが、振動波形
を、図3(b)のように、徐々に上昇−急激に下降−徐
々に上昇−急激に下降という順序の鋸波状とすれば、そ
の波形の右側に示すように、接触角θ′は大きくなると
考えられる。要は、波形を非対称として、図3(a)と
図3(b)のように波形を切り替えることは、接触角の
制御に有効と考えられる。図3(a)のように接触角を
変化させた上で、下記文献1〜4に示されるようなマイ
クロマシンを用いた液体捕獲手段により、液滴Aを捕獲
した。 文献1:「小型自走機械群による超精密生産機械システ
ム 第1報 自走機械の設計と試作」(1991年精密
工学会秋季大会学術講演会講演論文集、P539) 文献2:「小型自走機械群による超精密生産機械システ
ム 第38報 微少化学反応操作の自動化」(1999
年精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、P12
7) 文献3:「小型自走機械による超精密生産機械システム
第15報 毛細管を用いた捕獲プローブの搭載」(1
995年精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、P
603) 文献4:「小型自走機械による超精密生産機械システム
第37報 微少液体の捕獲と混合」(1999年精密
工学会秋季大会学術講演会講演論文集、P126) 各文献の内容については、本実施形態の要旨ではないの
で、説明を省略する。その結果、振動波形以外の捕獲条
件を同一としたにもかかわらず、接触角θ′の変化にと
もなって、捕獲量を変化させることができた。具体的に
は捕獲量が減少した。つまり、本実施形態によって得ら
れる接触角の変化は、マイクロマシンによる液体捕獲量
の制御に利用できることが判った。
【0019】
【実施例2】支持部1の表面10を構成する材質とし
て、高撥水性基板に代えて、低撥水性基板を用いた。こ
こで低撥水性基板とは、ポリアセタール樹脂(商品名:
ポリペンコアセタールPA-N、日本ポリペンコ株式会社
製)の基板である。他の条件は実験例1と同様とした。
実験例2において、振動部2を、振動周波数を一方向に
変化させながら振動させたところ、周波数700〜80
0Hzでの共振において、液滴Aと表面10との接触角
θが変化した。その他の作用は実施例1と同様であった
ので説明を省略する。
【0020】なお、前記実施形態および実施例の記載は
単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したもの
ではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるも
のであれば、上記に限らない。
【0021】
【発明の効果】請求項1記載の方法により、液滴の濡れ
性を振動により制御することができるという効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る撹拌装置を断面視し
た概略的な説明図である。
【図2】図1の要部を拡大した説明図である。
【図3】本発明の実施例を説明するための説明図であ
る。
【符号の説明】
1 支持部 2 振動部(ピエゾ素子) 10 支持部の表面 A 液滴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D075 BB12Y CA35 DA06 DB13 DB39 DB45 DB47 EA07 5D107 AA20 CC01 CD05 DD11

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面上に置かれた微少液滴の表面張力波
    にほぼ等しい周波数の振動を前記液滴に加えることによ
    り、前記表面と前記液滴との濡れ性を制御することを特
    徴とする微少液滴の濡れ性制御方法。
  2. 【請求項2】 前記表面張力波の周波数は複数存在して
    おり、前記液滴に加える振動の周波数は、前記複数の表
    面張力波の周波数におけるいずれかのものであることを
    特徴とする、請求項1記載の微少液滴の濡れ性制御方
    法。
  3. 【請求項3】 表面上に置かれた微少液滴に振動を加え
    ることで前記表面と前記液滴との濡れ性を制御する方法
    であって、前記液滴に加える振動の周波数を変化させて
    行くことで、前記振動の周波数におけるいずれかの値に
    おいて、前記液滴の表面張力波と前記液滴に加える振動
    との共振を発生させ、これにより、前記表面と前記液滴
    との濡れ性を制御することを特徴とする微少液滴の濡れ
    性制御方法。
  4. 【請求項4】 微少液滴を支持する表面上を有する支持
    部と、前記液滴の表面張力波の周波数に近い周波数で前
    記液滴を振動させる振動部とを備えた微少液滴の濡れ性
    制御装置。
  5. 【請求項5】 前記表面と前記液滴との接触角は70°
    以上に設定されていることを特徴とする請求項4記載の
    微少液滴の濡れ性制御装置。
  6. 【請求項6】 前記振動部における振動は、ピエゾ素子
    によって発生させられていることを特徴とする請求項4
    または5記載の微少液滴の濡れ性制御装置。
  7. 【請求項7】 前記振動部における振動周波数は可変で
    あることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項記載
    の微少液体の濡れ性制御装置。
  8. 【請求項8】 前記振動の波形は、非対称、例えば鋸波
    状であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1
    項記載の微少液滴の濡れ性制御方法、または、請求項4
    〜7のいずれか1項記載の微少液滴の濡れ性制御装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004103496A (ja) * 2002-09-12 2004-04-02 Seiko Epson Corp 成膜方法、成膜装置、光学素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、半導体素子および電子機器
JP2005131497A (ja) * 2003-10-29 2005-05-26 Seiko Epson Corp 製膜方法、製膜装置、デバイス製造方法、デバイス製造装置及びデバイス並びに電子機器
US7632388B2 (en) 2005-04-12 2009-12-15 The Furukawa Electric Co., Ltd. Liquid actuator
JP2019508301A (ja) * 2015-12-09 2019-03-28 ユニヴェルシテ ド リール 基材上での1以上の液滴の滑りを増大させる方法

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