JP2008104927A - Device for sorting fine particle in fluid - Google Patents

Device for sorting fine particle in fluid Download PDF

Info

Publication number
JP2008104927A
JP2008104927A JP2006288792A JP2006288792A JP2008104927A JP 2008104927 A JP2008104927 A JP 2008104927A JP 2006288792 A JP2006288792 A JP 2006288792A JP 2006288792 A JP2006288792 A JP 2006288792A JP 2008104927 A JP2008104927 A JP 2008104927A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fine particle
fluid
nozzle
flow path
fine particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006288792A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yokota
博 横田
Yutaka Narita
裕 成田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
Original Assignee
Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kurabo Industries Ltd, Kurashiki Spinning Co Ltd filed Critical Kurabo Industries Ltd
Priority to JP2006288792A priority Critical patent/JP2008104927A/en
Publication of JP2008104927A publication Critical patent/JP2008104927A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine particle sorting device which selectively recovers fine particles contained in a fluid, or selectively recovers a fluid from which fine particles have been removed. <P>SOLUTION: The fine particle sorting device comprises a flow channel 20b through which a fluid flows, a fine particle monitoring mechanism for predicting the path of the fine particles in the fluid, and a nozzle 17 for selectively recovering the fine particles, or selectively recovering the fluid while avoiding the fine particles from the prediction by the fine particle monitoring mechanism. When image analysis by the fine particle monitoring mechanism shows that a bubble comes near to the tip end of the suction nozzle 17, a pump 14 is stopped so as not to suck the bubble from the suction nozzle 17. After the bubble passes the tip end of the nozzle and the possibility of sucking the bubble disappears, the pump 14 is actuated to suck the fluid again. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、液体中に浮遊する気泡や微粒子を除去してそれらを含まない液体を連続して供給できる装置、気体中の微粒子を除去してそれを含まない気体を連続して供給できる装置、又は液体や気体中の微粒子を選別してそれらを選択的に連続供給する装置に関するものである。   The present invention is a device that can continuously supply a liquid that does not contain bubbles and fine particles that are removed from the bubbles by removing bubbles and fine particles that are floating in the liquid, a device that can remove the fine particles in the gas and continuously supply a gas that does not contain them. Alternatively, the present invention relates to an apparatus for selecting fine particles in liquid or gas and selectively supplying them.

半導体装置の微細加工などの製造ラインで用いられる流体中に気泡や微粒子が混入していた場合、重大な不具合を発生させることがある。
また、インクジェット記録装置に用いるインク中に気泡が混入すると、プリンタの印字画面はかすれる状況になってしまい、カラープリンタの場合は色が異なるトラブルにもなる。この場合、インク流路中及びインク室内の気泡を検知する方法として、(1)インクに圧力変動を生じさせ、その圧力変化分を検知するもの、(2)インクに音波(例えば、超音波)を印加し、その振幅減少分(減衰分)を検知するもの、(3)インクに電圧を印加し、電圧変化分を検知するもの、(4)インクに光を照射し、光の反射率あるいは透過率を検知するものが挙げられる。また、(5)インク流路及びインク室の形状とインクの量によって固有に存在する共振周波数の変動を検知する方法等が挙げられている(特許文献1参照。)。
If bubbles or fine particles are mixed in a fluid used in a production line such as microfabrication of a semiconductor device, a serious problem may occur.
In addition, if bubbles are mixed in ink used in the ink jet recording apparatus, the printing screen of the printer becomes faded, and in the case of a color printer, there is a problem of different colors. In this case, as a method for detecting air bubbles in the ink flow path and in the ink chamber, (1) a pressure fluctuation is generated in the ink and the pressure change is detected, and (2) a sound wave (for example, an ultrasonic wave) is applied to the ink. (3) A voltage is applied to the ink to detect a voltage change, (4) The ink is irradiated with light, and the light reflectance or The thing which detects the transmittance | permeability is mentioned. In addition, (5) a method of detecting a fluctuation in resonance frequency inherently present depending on the shape of the ink flow path and the ink chamber and the amount of ink is cited (see Patent Document 1).

しかし、これらの方法はインク室内の気泡を検知する方法であり、気泡を除去してインクのみを回収する方法ではない。また、インク成分に電界を加えることでインク成分を変質させるなどの問題点もある。   However, these methods are methods for detecting bubbles in the ink chamber, and are not methods for removing bubbles and collecting only ink. There is also a problem that the ink component is altered by applying an electric field to the ink component.

液体が満たされた配管内に空気が混じって気泡が生じると、管路の途中に配置されたポンプに気泡が吸い込まれ、ポンプが空回りしてしまうことがある。
このような気泡を除去する装置として気泡検知装置及び気泡除去装置が挙げられている(特許文献2参照。)。この気泡検知装置は電極を使用しているが、検知と除去の両方に関して100%の確実性はなく、また、ポンプの空回り防止を目的とした大きな気泡を除去する際には充分であるが、インクジェット記録装置において微粒子を除去する装置としては使うことができない。
When air is mixed in a pipe filled with liquid and air bubbles are generated, the air bubbles are sucked into a pump disposed in the middle of the pipe and the pump may be idle.
As a device for removing such bubbles, a bubble detection device and a bubble removal device are cited (see Patent Document 2). This bubble detection device uses electrodes, but there is no 100% certainty for both detection and removal, and it is sufficient for removing large bubbles for the purpose of preventing the pump from spinning around. It cannot be used as an apparatus for removing fine particles in an ink jet recording apparatus.

微量な流体を扱うマイクロポンプ内に混入した気泡を送液する装置も提案されている(特許文献3参照。)。しかし、この装置は気泡混入防止を目的としたものであって、気泡が混入しにくいという実現レベルであり、実際に気泡などの微粒子を除去したり選別したりする装置ではない。   There has also been proposed an apparatus for feeding bubbles mixed in a micropump that handles a small amount of fluid (see Patent Document 3). However, this device is intended to prevent air bubbles from being mixed, and is a realization level in which air bubbles are difficult to be mixed. It is not a device that actually removes or sorts fine particles such as air bubbles.

特開2000−296614号公報JP 2000-296614 A 特開平7−243895号公報JP-A-7-243895 特開2006−4834号公報JP 2006-4834 A

これまでの気泡除去装置は、大きなサイズの気泡を対象にしていたり、気泡の混入防止を目的としているだけであり、流体に混入している微粒子等を除去して回収したり、又は微粒子を選択的に回収する装置ではない。   The conventional bubble removal devices are aimed at large-sized bubbles, and are only for the purpose of preventing bubbles from being mixed. Remove and collect fine particles mixed in the fluid, or select fine particles. It is not a device for automatic recovery.

そこで本発明は、流体中に含まれる微粒子を選択的に回収し、又は微粒子を除去した流体を選択的に回収する微粒子選別装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fine particle sorting apparatus that selectively collects fine particles contained in a fluid or selectively collects a fluid from which fine particles have been removed.

本発明の流体中の微粒子選別装置は、流体が流れる流路と、流体中の微粒子の進行経路を予測する微粒子監視機構と、微粒子監視機構による予測に基づいて微粒子を選択的に回収し、又は微粒子を避けて流体を選択的に回収する微粒子選別機構とを備えている。   The fine particle sorting apparatus in the fluid of the present invention selectively collects the fine particles based on the flow path through which the fluid flows, the fine particle monitoring mechanism for predicting the traveling path of the fine particles in the fluid, and the prediction by the fine particle monitoring mechanism, or And a fine particle sorting mechanism that selectively collects fluid while avoiding fine particles.

流体の一例は液体であり、その場合の微粒子としては気泡も含まれる。   An example of the fluid is a liquid, and the fine particles in that case include bubbles.

流体の他の例として気体を用いることもできる。   Gas can also be used as another example of the fluid.

微粒子選別装置を流体を選択的に回収する装置として用いる場合、その微粒子選別機構の一例は、固定された先端部から流体を吸入するノズル機構と、その先端部周辺の流体に対し、微粒子がノズル機構に吸入されない位置まで移動する変位を生じさせる流体移動機構と、からなるものである。   When the fine particle sorting apparatus is used as a device for selectively recovering fluid, an example of the fine particle sorting mechanism is a nozzle mechanism for sucking fluid from a fixed tip portion, and the fine particle nozzles for the fluid around the tip portion. And a fluid movement mechanism that causes displacement to move to a position where the mechanism is not sucked.

流体移動機構による微粒子を移動させる変位は、液流又は気流により生じるものである。   The displacement for moving the fine particles by the fluid moving mechanism is caused by a liquid flow or an air flow.

流体移動機構は、電場若しくは磁場を印加させる方法、圧電素子により音波を発生させる方法、及びヒータ若しくはペルチェ素子によって加熱させ若しくは冷却させることによって形状記憶合金を変形させる方法、のいずれかによって流体を移動させることができる。   The fluid movement mechanism moves the fluid by any one of a method of applying an electric field or a magnetic field, a method of generating a sound wave by a piezoelectric element, and a method of deforming a shape memory alloy by heating or cooling by a heater or a Peltier element. Can be made.

微粒子選別機構の他の例としては、先端部から流体を吸入し、その先端部が移動可能に支持されたノズル機構と、そのノズル機構の移動を駆動するノズル駆動機構とからなるものを挙げることができる。   As another example of the fine particle sorting mechanism, a mechanism including a nozzle mechanism that sucks fluid from the tip and is supported so as to be movable, and a nozzle drive mechanism that drives the movement of the nozzle mechanism. Can do.

ノズル駆動機構は、圧電素子、電磁ソレノイド、静電気、形状記憶合金、エアー圧力又は液体圧力のいずれかによるアクチュエータによってノズル機構の移動を駆動することができる。   The nozzle drive mechanism can drive the movement of the nozzle mechanism by an actuator based on any one of a piezoelectric element, an electromagnetic solenoid, static electricity, a shape memory alloy, air pressure, or liquid pressure.

本発明の微粒子選別装置は、流体が流れる流路から分岐した複数の分岐流路と、各分岐流路の流体中の微粒子の有無を監視する微粒子監視機構と、各分岐流路がそれぞれ2つずつに分岐した各一方の流路を合流させて1つの流路とした微粒子含有流路と、各分岐流路からの各他方の流路を合流させて1つの流路とした微粒子非含有流路と、各分岐流路のそれぞれの分岐点に設けられ、微粒子監視機構による監視に基づいて流路の切換えを行なう流路切換え機構とを備えている。   The fine particle sorting apparatus of the present invention includes a plurality of branch flow channels branched from a flow channel through which fluid flows, a fine particle monitoring mechanism for monitoring the presence or absence of fine particles in the fluid in each branch flow channel, and two each of the branch flow channels. Particulate-containing flow that merges each flow path branched into one flow path into a single flow path and a flow path that does not contain fine particles into a single flow path that merges the other flow paths from each branch flow path. And a flow path switching mechanism that is provided at each branch point of each branch flow path and switches the flow path based on monitoring by the fine particle monitoring mechanism.

各流路及び流路切換え機構は、共通の基板に微細加工(例えばマイクロマシン技術)により形成することができる。   Each channel and the channel switching mechanism can be formed on a common substrate by microfabrication (for example, micromachine technology).

上記微粒子選別装置の一例は、流路は基板にエッチング技術により形成された溝であり、流路切換え機構はエッチング技術により形成され、弁と弁座の役目を果たし、その開閉は磁気、静電気、音波又は光波のいずれかを使用することによりなされるものを挙げることができる。   An example of the fine particle sorting apparatus is that the flow path is a groove formed in the substrate by an etching technique, the flow path switching mechanism is formed by an etching technique, and serves as a valve and a valve seat. Mention may be made of using either sound waves or light waves.

微粒子監視機構の一例は、流路内の微粒子の位置を経時的に撮像する撮像装置と、その撮像結果に基づいて微粒子の進行経路を算出する演算手段とを含むものである。   An example of the fine particle monitoring mechanism includes an image pickup device that picks up the position of the fine particles in the flow passage with time, and a calculation unit that calculates the traveling path of the fine particles based on the image pickup result.

流体中の微粒子にピントを合わせるため、撮像装置は、被写界深度が上記流路の奥行きよりも長くなるように調整されていることが好ましい。   In order to focus on the fine particles in the fluid, the imaging device is preferably adjusted so that the depth of field is longer than the depth of the flow path.

また、演算手段は被写界深度が流路の奥行きよりも短く調整されており、撮像装置から得られた画像情報を元に微粒子の進行経路を3次元的に算出することもできる。   Further, the computing means is adjusted so that the depth of field is shorter than the depth of the flow path, and the traveling path of the fine particles can be calculated three-dimensionally based on the image information obtained from the imaging device.

本発明の微粒子選別装置は、微粒子監視機構と微粒子選別機構を備えているので、流体中の微粒子を選択的に回収したり、流体中の微粒子を避けて流体を選択的に回収したりすることができる。   Since the fine particle sorting apparatus of the present invention includes a fine particle monitoring mechanism and a fine particle sorting mechanism, the fine particles in the fluid can be selectively collected or the fluid can be selectively collected while avoiding the fine particles in the fluid. Can do.

流体が液体である場合、例えば、インクジェットや医薬品等に混入している気泡を除去したり回収したりすることが可能となる。   When the fluid is a liquid, for example, it is possible to remove or collect bubbles mixed in an ink jet or a medicine.

流体が気体である場合、半導体製造プロセスに用いるガス中の微粒子を除去してから、製造工程で利用することが可能となる。そして、気体中の微粒子に対して、微粒子を除去したり、微粒子の形状を判別したりして、特定の微粒子だけを捕捉し集めることができるようになる。   When the fluid is a gas, it can be used in the manufacturing process after removing fine particles in the gas used in the semiconductor manufacturing process. Then, by removing fine particles from the fine particles in the gas or determining the shape of the fine particles, only specific fine particles can be captured and collected.

流体を選択的に回収する微粒子選別機構において、固定された先端部から流体を吸入するノズル機構と、その先端部周辺の流体に対し、微粒子がノズル機構に吸入されない位置まで移動する変位を生じさせる流体移動機構とからなるようにすれば、ノズルの位置を固定したままで微粒子を除去できるため、微粒子監視機構による監視が容易になる。   In a fine particle sorting mechanism that selectively collects fluid, a nozzle mechanism that sucks fluid from a fixed tip portion and a displacement that moves to a position where the fine particle is not sucked by the nozzle mechanism are generated with respect to the fluid around the tip portion. If the fluid moving mechanism is used, the fine particles can be removed while the position of the nozzle is fixed, so that monitoring by the fine particle monitoring mechanism becomes easy.

流体移動機構として、電場若しくは磁場を印加させる方法、圧電素子により音波を発生させる方法、及びヒータ若しくはペルチェ素子によって加熱させ若しくは冷却させることによって形状記憶合金を変形させる方法を用いることができる。
電場を印加させる方法は、流体と微粒子に電荷の差異がある場合に有効であり、電荷が安定であることが条件である。その条件としては、流体と微粒子の少なくとも一方が不導電体であることである。イオンを含まない液体、例えばCH基からなる有機溶剤などは、電気伝導度が低く電荷を帯びやすいので使用に向いている。電場を用いる方法は、電場で分離する過程の前に、電荷印加工程があり、そこで印加電荷量、極性を調整できるという効果がある。
As a fluid movement mechanism, a method of applying an electric field or a magnetic field, a method of generating a sound wave by a piezoelectric element, and a method of deforming a shape memory alloy by heating or cooling by a heater or a Peltier element can be used.
The method of applying an electric field is effective when there is a difference in charge between the fluid and the fine particles, and the condition is that the charge is stable. The condition is that at least one of the fluid and the fine particles is a non-conductor. Liquids that do not contain ions, such as organic solvents composed of CH groups, are suitable for use because they have low electrical conductivity and are easily charged. The method using an electric field has a charge application step before the process of separating by an electric field, and there is an effect that the applied charge amount and polarity can be adjusted there.

磁場を印加させる方法は、磁性流体あるいは微粒子が鉄粉などで構成されている場合などに有効である。磁性体が含まれる溶媒と、そうでない微粒子が存在する系の場合、外部磁場は明らかに溶媒を動かすが、微粒子は溶媒の動きによって追随し、直接的に力が働かないために、運動の応答遅れが生じる。その時間遅れを利用するという方法もある。また、磁力に応答する微粒子とそうでない微粒子の分離という手段でも使用できる。   The method of applying a magnetic field is effective when the magnetic fluid or the fine particles are composed of iron powder or the like. In the case of a system that contains a solvent containing magnetic material and a fine particle that does not, the external magnetic field clearly moves the solvent, but the fine particle follows the movement of the solvent, and the force does not act directly. There is a delay. There is also a method of using the time delay. It can also be used as a means for separating fine particles that respond to magnetic force and fine particles that are not.

圧電素子による音波による方法は、力学的な物性であるために電場、磁場の物性の差異に関係しない流体の移動ということで特長がある。力学的物性とは、比重、粘度、微粒子形状、音速であり、その特性差による音波エネルギーを流体の局所移動を可能とする。
ヒータ若しくはペルチェ素子によって加熱させ若しくは冷却させることによって形状記憶合金を変形させる方法は、直接的に形状記憶合金の温度によって位置変位を生じさせる方法なので、どんな流体にでも適応できる。
A method using a sound wave by a piezoelectric element has a feature in that it is a movement of a fluid irrespective of a difference in physical properties between an electric field and a magnetic field because of a dynamic physical property. The mechanical properties are specific gravity, viscosity, fine particle shape, and sound velocity, and enable local movement of the fluid by sonic energy due to the characteristic difference.
The method of deforming the shape memory alloy by heating or cooling with a heater or a Peltier element is a method in which the position displacement is caused directly by the temperature of the shape memory alloy, and thus can be applied to any fluid.

微粒子選別機構の他の例として、先端部から流体を吸入し、その先端部が移動可能に支持されたノズル機構と、そのノズル機構の移動を駆動するノズル駆動機構とからなるものを用いれば、微粒子に対して迅速に対応することが可能となり、より確実に微粒子を除去したり選択的したりできるようになる。   As another example of the fine particle sorting mechanism, if a fluid is sucked from the tip portion, and a nozzle mechanism that is supported so that the tip portion is movable, and a nozzle drive mechanism that drives the movement of the nozzle mechanism, It becomes possible to respond quickly to the fine particles, and the fine particles can be removed or selected more reliably.

ノズル駆動機構として、圧電素子、電磁ソレノイド、静電気、形状記憶合金、エアー圧力又は液体圧力のいずれかによるアクチュエータによってノズル機構の移動を駆動するものを用いることができる。
圧電素子を用いる方法は、数十ミクロン以下の変位では簡単な方法であり、速い応答性を得ることができる。
電磁ソレノイドによる方法は、圧電素子の変位以上を求めるときに有効であり、変位の正確度、制御性能が良い。
静電気による方法は、デバイスがあまり開発されていないのでノズル移動機構の設計自由度に制限があるが、強力な磁場下の条件でも確実に動作できるデバイスであるため、磁場の存在下でも安定な装置の必要性のある場合、例えば人体に埋め込むような装置に採用することができる。これは、患者として、MRI(Magnetic Resonance Imaging:磁気共鳴画像)装置などの強力な磁場下に入った場合でも、高信頼性で作動を続けることが要求されるからである。
As the nozzle driving mechanism, a piezoelectric element, an electromagnetic solenoid, static electricity, a shape memory alloy, a mechanism that drives the movement of the nozzle mechanism by an actuator of air pressure or liquid pressure can be used.
The method using a piezoelectric element is a simple method with a displacement of several tens of microns or less, and a quick response can be obtained.
The method using an electromagnetic solenoid is effective for obtaining a displacement greater than or equal to the displacement of the piezoelectric element, and has good displacement accuracy and control performance.
The method using static electricity has a limited device flexibility because the device has not been developed so much, but it is a device that can operate reliably even under strong magnetic field conditions, so it is stable even in the presence of a magnetic field. For example, it can be employed in a device that is embedded in a human body. This is because the patient is required to continue operation with high reliability even when the patient enters a strong magnetic field such as an MRI (Magnetic Resonance Imaging) apparatus.

形状記憶合金による方法は、その温度による位置変位を利用するものであり、温度伝搬遅れによるため時間応答性が悪いということはあるが、簡単な機構系であるため、信頼性が高い。
エアー圧による方法は、微細化に難があるが、数ミリ以上のノズル機構系の場合は、簡単で信頼性が高い。また、アクチュエータの種類や製造メーカもたくさんあり、設計自由度があり、コストを低くすることができる。液体圧力は基本的に圧力媒体をエアーから液体にしただけであるが、具体的には油圧アクチュエータがある。この場合、微細化は難しいが、強力な力でノズルを動かす必要のある場合には有用である。例えば、ノズルが非常に粘度の高い液体内にあり、確実にそれを動かす必要のある場合などである。
The shape memory alloy method uses position displacement due to its temperature, and may be poor in time response due to temperature propagation delay, but is highly reliable because it is a simple mechanism system.
The method using air pressure is difficult to miniaturize, but is simple and highly reliable in the case of a nozzle mechanism system of several millimeters or more. In addition, there are many types and manufacturers of actuators, and there is a degree of freedom in design, and costs can be reduced. The liquid pressure is basically only the pressure medium changed from air to liquid, but specifically there is a hydraulic actuator. In this case, miniaturization is difficult, but it is useful when it is necessary to move the nozzle with a strong force. For example, if the nozzle is in a very viscous liquid and it needs to be moved reliably.

複数の分岐流路と、流体中の微粒子の有無を監視する微粒子監視機構と、各分岐流路の各一方の流路が合流して1つの流路とした微粒子含有流路と、各分岐流路の各他方の流路が合流して1つの流路とした微粒子非含有流路と、微粒子監視機構による監視に基づいて流路の切換えを行なう流路切換え機構と、を備えるようにしてもよい。
複数流路にすると、流量を増加させることができる。流路幅は、検知する微粒子、気泡のサイズにより決定される。流路深さもカメラ等の撮像装置の被写体深度の能力で限定される。そのため、ひとつの流路の流量には上限があるので、それ以上の流量を必要とする場合には複数流路にするのがよい。
A plurality of branch flow channels, a fine particle monitoring mechanism for monitoring the presence or absence of fine particles in the fluid, a fine particle-containing flow channel in which one flow channel of each branch flow channel is combined into one flow channel, and each branch flow And a flow path switching mechanism for switching the flow path based on the monitoring by the fine particle monitoring mechanism. Good.
When a plurality of channels are used, the flow rate can be increased. The channel width is determined by the size of the detected fine particles and bubbles. The channel depth is also limited by the ability of the subject depth of the imaging device such as a camera. For this reason, there is an upper limit for the flow rate of a single flow path, and when a flow rate higher than that is required, a plurality of flow paths are preferable.

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
[実施例1]
図1は本発明の一実施例を説明する概略図であり、(A)は微粒子選別装置の全体構成図、(B)は(A)のa部分(セル部分)における断面図、(C)と(D)は(B)のb部分(ノズル先端部)における拡大断面図であり、(C)は気泡の進行経路を矢印で示した図、(D)は気泡を避けてノズル17を動かす動作を説明する図である。
Examples of the present invention will be described in detail below.
[Example 1]
1A and 1B are schematic views for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 1A is an overall configuration diagram of a fine particle sorting apparatus, FIG. 1B is a cross-sectional view of a portion (cell portion) of FIG. And (D) are enlarged cross-sectional views of the portion b (nozzle tip portion) of (B), (C) is a diagram showing the path of the bubble with an arrow, and (D) is to move the nozzle 17 while avoiding the bubble. It is a figure explaining operation | movement.

流体としての液体はタンク11内に蓄えられており、ポンプ13による送液によって流路内を矢印方向に循環している。この時、液体は一定流量で循環されていることが望ましい。
セル15は液体が循環する流路中に設けられており、セル15の上部からは液体を回収するためのノズル17が挿入されている。ノズル17による液体の回収は後段に接続されているポンプ14によって行なわれる。
A liquid as a fluid is stored in the tank 11 and is circulated in the direction of the arrow in the flow path by liquid feeding by the pump 13. At this time, the liquid is desirably circulated at a constant flow rate.
The cell 15 is provided in a flow path through which the liquid circulates, and a nozzle 17 for collecting the liquid is inserted from the upper part of the cell 15. Liquid recovery by the nozzle 17 is performed by a pump 14 connected to a subsequent stage.

セル15は例えばガラス製であり、その内部形状としては、厚みが2mm、横幅が10mm、縦幅が20mmである。19及び21は継ぎ手であり、セル15とフッ素系樹脂チューブ20a,20bとを連結するためのものである。
ノズル17はガラス製であり、ノズル先端の内径は約100μmである。
ノズル17は微粒子監視機構による進行経路の予測に基づいて、ノズル駆動機構(アクチュエータ23)により流体中の微粒子を避けるように、ノズル先端部がほぼ左右に移動可能になっている。微粒子監視機構については後述する。
The cell 15 is made of glass, for example, and has an internal shape of 2 mm in thickness, 10 mm in width, and 20 mm in length. Reference numerals 19 and 21 denote joints for connecting the cell 15 and the fluororesin tubes 20a and 20b.
The nozzle 17 is made of glass, and the inner diameter of the nozzle tip is about 100 μm.
The nozzle 17 has a nozzle tip that can move substantially to the left and right so as to avoid particles in the fluid by the nozzle drive mechanism (actuator 23) based on the prediction of the travel path by the particle monitoring mechanism. The fine particle monitoring mechanism will be described later.

アクチュエータ23はコイル25と磁石27により構成されている。ノズル17はフッ素製のパッキン29を支点として回動可能に支持されている。コイル25に所定の電流を流すことで、ノズル17の先端部がセル15内を動く。
ノズル17で吸引した液体は、柔軟性を有するチューブ31とポンプ14を経て、回収用チューブ43から回収されるようになっている。このチューブ31は、例えばフッ素系ゴム製のものを使用することができる。
The actuator 23 includes a coil 25 and a magnet 27. The nozzle 17 is rotatably supported with a fluorine packing 29 as a fulcrum. By supplying a predetermined current to the coil 25, the tip of the nozzle 17 moves in the cell 15.
The liquid sucked by the nozzle 17 is recovered from the recovery tube 43 via the flexible tube 31 and the pump 14. The tube 31 can be made of, for example, fluorine rubber.

同実施例におけるノズル駆動機構の他の例として、同じ箇所に圧電素子を用い、所定の電圧で伸び縮みさせるアクチュエータ、空気圧で制御するアクチュエータ、形状記憶合金を適当な温度に加温して制御するマイクロヒータ、又は加熱もしくは冷却ができるマイクロペルチェ素子で形状記憶合金の温度を制御し、駆動するものを挙げることができる。   As another example of the nozzle drive mechanism in the embodiment, a piezoelectric element is used at the same location, and an actuator that expands and contracts at a predetermined voltage, an actuator that is controlled by air pressure, and a shape memory alloy are heated to an appropriate temperature and controlled. Examples include a micro heater or a micro Peltier element that can be heated or cooled to control and drive the temperature of the shape memory alloy.

[微粒子監視機構]
撮像装置としてのカメラは、吸引ノズル先端部を画像の上部にし、その少し下部でピントが合うように設置されている。Z軸方向の被写界深度を±500μmに設定すると、少なくとも直径10μmサイズの気泡を捉えることができる。図1(B)のbがその画像エリアである。撮像エリアの大きさは例えば1.8mm×2.5mmである。1秒間に30画像取得し、気泡の有無、気泡の位置、気泡の速度を、その連続画像より求めることができる。画像データはコンピュータに送られ、オンラインで解析を行い、微粒子の進行経路を予測する。微粒子監視機構による予測に基づいて、微粒子選別機構としての吸引ノズル17を1次元、2次元又は3次元に動かして、気泡を避けるように吸引していく。
[Particle monitoring mechanism]
A camera as an imaging device is installed so that the tip of the suction nozzle is at the top of the image and the focus is slightly below. When the depth of field in the Z-axis direction is set to ± 500 μm, bubbles having a diameter of at least 10 μm can be captured. In FIG. 1B, b is the image area. The size of the imaging area is, for example, 1.8 mm × 2.5 mm. 30 images are acquired per second, and the presence / absence of bubbles, the position of bubbles, and the velocity of bubbles can be obtained from the continuous images. The image data is sent to a computer and analyzed on-line to predict the path of fine particles. Based on the prediction by the fine particle monitoring mechanism, the suction nozzle 17 as the fine particle selection mechanism is moved one-dimensionally, two-dimensionally or three-dimensionally, and suction is performed so as to avoid bubbles.

次に演算手段により演算する微粒子の移動モデルとノズルの動作について図1(C)及び(D)を参照しながら説明する。
図1(D)では以下の説明のために座標を指定する。
ノズル17の先端の中心をX軸、Y軸のゼロ点とし、座標(X,Y)として(0,0)で表す。ここがノズル17のホームポジションである。図の下方向はY軸のプラス方向である。また、紙面垂直方向の手前方向をZ軸のプラス方向とする。
(D)では、ノズル17の先端はパッキン29を中心に円運動を行なうが、ふれ角が微少の場合は、直線と見なすことができる。その直線をノズル走査線と呼ぶことにする。
Next, the movement model of the fine particles calculated by the calculation means and the operation of the nozzle will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1D, coordinates are designated for the following explanation.
The center of the tip of the nozzle 17 is the zero point of the X axis and Y axis, and is expressed as (0, 0) as coordinates (X, Y). This is the home position of the nozzle 17. The downward direction in the figure is the positive direction of the Y axis. Further, the front direction perpendicular to the paper surface is defined as the positive direction of the Z axis.
In (D), the tip of the nozzle 17 performs a circular motion around the packing 29, but can be regarded as a straight line when the deflection angle is very small. The straight line is called a nozzle scanning line.

気泡の位置座標は、時間tでの画像から(x(t),y(t))と表記する。
複数個の気泡を指定する場合、1個目の位置座標を(x1(t),y1(t))とし、i個目の位置座標を(xi(t),yi(t))と表す。気泡は、通常は「円」でその形状を代表できるが、実際は楕円になったり、変形した形状になったりすることがある。ここでの説明では、円、楕円、その他の形状でも、その形状の重心になるところをその位置座標として表す。そして、ある時間t1における画像と、その後の時間t2における画像から、気泡の速度を求める。
The position coordinates of the bubbles are expressed as (x (t), y (t)) from the image at time t.
When a plurality of bubbles are designated, the first position coordinate is represented as (x1 (t), y1 (t)), and the i-th position coordinate is represented as (xi (t), yi (t)). Bubbles can usually be represented by “circles”, but in reality they may be elliptical or deformed. In the description here, even in a circle, an ellipse, and other shapes, the position coordinates are represented as the position coordinates. Then, the bubble velocity is obtained from the image at a certain time t1 and the image at the subsequent time t2.

時間tのときの気泡iの速度を(vi(t),wi(t))と表す。次に、泡の形状を指定するパラメータとして、気泡を「円」に近似する。このとき、気泡を避けるという目的から、気泡の大きさは最大円の半径pで指定する。つまり、実際の気泡が例えば楕円形状であっても、その重心を中心とした円により、その楕円がその円にすっぽりと納まる最小円でもって、それを円形状と見なす。そのときの最小円の半径がpである。
次に、必要ならば気泡の形状を楕円近似し、長径qと短径rを指定して、その長軸の角度をsで指定する。ここで、楕円の長径軸とX軸とのなす角度をsとする。sは、−πから+πラジアンの値をとる。また、時間tにおける気泡iの形状データは、(pi(t))、又は(pi(t),qi(t),ri(t),si(t))で表される。必要ならばさらに気泡の形状を特定するパラメータを付け加えるようにしてもよい。
The velocity of bubble i at time t is expressed as (vi (t), wi (t)). Next, the bubble is approximated to a “circle” as a parameter for designating the shape of the bubble. At this time, the size of the bubble is designated by the radius p of the maximum circle for the purpose of avoiding the bubble. That is, even if an actual bubble has an elliptical shape, for example, a circle whose center is the center of gravity of the bubble is the smallest circle that fits in the circle and is regarded as a circular shape. The radius of the minimum circle at that time is p.
Next, if necessary, the shape of the bubble is approximated to an ellipse, the major axis q and the minor axis r are designated, and the major axis angle is designated by s. Here, s is an angle formed between the major axis of the ellipse and the X axis. s takes a value from -π to + π radians. The shape data of the bubble i at time t is represented by (pi (t)) or (pi (t), qi (t), ri (t), si (t)). If necessary, a parameter for specifying the bubble shape may be added.

以上、気泡としては、時間毎の位置データ(xi(t),yi(t))と、速度データ(vi(t),wi(t))と、形状データ(pi(t),qi(t),ri(t),si(t))とが、コンピュータ(演算手段)により付加される。
そして、気泡がカメラ(微粒子監視機構)の被写界深度を外れ、明らかにノズルのZ軸方向から外れた場合は、その時点でコンピュータによる気泡の捕捉を中止し、逆に途中からカメラの被写界深度内に入り、ノズルに接近する可能性がでてきた気泡は、その時点から上記データが付加され、コンピュータにより捕捉される。
As described above, as the bubbles, position data (xi (t), yi (t)) for each time, velocity data (vi (t), wi (t)), and shape data (pi (t), qi (t) ), ri (t), si (t)) are added by a computer (calculation means).
If the bubble deviates from the depth of field of the camera (particulate monitoring mechanism) and clearly deviates from the Z-axis direction of the nozzle, the capture of the bubble by the computer is stopped at that point, and conversely, Bubbles that have entered the depth of field and are likely to approach the nozzle are added with the data from that point and captured by the computer.

また、一つの気泡が分離したり、複数の気泡が一つに結合したりする場合がある。その場合は演算手段が気泡の形状より、別の気泡であるか、一つの気泡であるかを判断し、上記データの登録の更新を行う。   In addition, one bubble may be separated or a plurality of bubbles may be combined into one. In that case, the calculation means determines whether it is another bubble or one bubble from the bubble shape, and updates the registration of the data.

ノズルが3次元に移動する場合を説明する。気泡のZ軸方向の計測がカメラの被写界深度との関係でノズル先端とZ軸方向とに大きな差がある場合、ノズル先端にカメラのピントを合わせているために、気泡の画像がぼけることがある。そのぼけ具合から、Z軸の位置座標を推測することができる。また、画像取得と気泡の流れ速度との間に時間的な余裕がある場合は、カメラの焦点位置をずらすことにより、気泡のZ軸位置を求めることも可能である。   A case where the nozzle moves in three dimensions will be described. If there is a large difference between the nozzle tip and the Z-axis direction in the measurement of the bubble in the Z-axis direction due to the depth of field of the camera, the bubble image is blurred because the camera is focused on the nozzle tip. Sometimes. From the degree of blur, the position coordinate of the Z axis can be estimated. Further, when there is a time allowance between the image acquisition and the bubble flow velocity, the bubble Z-axis position can be obtained by shifting the focal position of the camera.

最新の画像取得時間をt0とし、その後時間Tでの気泡iの位置は、次の式
T=t0 + Δt (1−1)
xi(T) = xi(t0 + Δt) = xi(t0) + vi(t0)・Δt (1−2)
yi(T) = yi(t0 + Δt) = yi(t0) + wi(t0)・Δt (1−3)
で推測できる。
Let t0 be the latest image acquisition time, and then the position of bubble i at time T is
T = t0 + Δt (1-1)
xi (T) = xi (t0 + Δt) = xi (t0) + vi (t0) · Δt (1-2)
yi (T) = yi (t0 + Δt) = yi (t0) + wi (t0) · Δt (1-3)
Can be guessed.

ここで、yi(Tc)=0 になる時間Tcが、気泡iの重心がノズル走査線を横切る時間である。気泡にはサイズがあるので、yi(Td)=pi(t0)になる時間Tdには、気泡の一部がノズル走査線を横切っている。また、ノズル走査線を通過して、完全に離れてしまう時間Teは、yi(Te)=-pi(t0)を解くことで得られる。   Here, the time Tc when yi (Tc) = 0 is the time when the center of gravity of the bubble i crosses the nozzle scanning line. Since the bubble has a size, a part of the bubble crosses the nozzle scanning line at time Td when yi (Td) = pi (t0). Further, the time Te that completely passes through the nozzle scanning line can be obtained by solving yi (Te) = − pi (t0).

そして、
Tc=t0 + Δtc (2−1)
Td=t0 + Δtd (2−1)
Te=t0 + Δte (2−1)
と表すと
Δtc=-yi(t0)/ wi(t0) (3−1)
Δtd=[ pi(t0)-yi(t0)]/ wi(t0) (3−1)
Δte=[-pi(t0)-yi(t0)]/ wi(t0) (3−1)
となる。
And
Tc = t0 + Δtc (2-1)
Td = t0 + Δtd (2-1)
Te = t0 + Δte (2-1)
.DELTA.tc = -yi (t0) / wi (t0) (3-1)
Δtd = [pi (t0) -yi (t0)] / wi (t0) (3-1)
Δte = [-pi (t0) -yi (t0)] / wi (t0) (3-1)
It becomes.

これを用いると、Δtd≦Δt≦Δte では、
xi(t0 + Δt) = xi(t0) + vi(t0)・Δt -{(pi(t0)2 -[(vi(t0)・(Δt-Δtc)]2}1/2 (4−1)
から
xi(t0 + Δt) = xi(t0) + vi(t0)・Δt +{(pi(t0)2 -[(vi(t0)・(Δt-Δtc)]2}1/2 (4−1)
が、ノズル走査線に気泡が通過する領域である。
Using this, if Δtd ≦ Δt ≦ Δte,
xi (t0 + Δt) = xi (t0) + vi (t0) · Δt-{(pi (t0) 2 -[(vi (t0) · (Δt-Δtc)] 2 } 1/2 (4-1)
From
xi (t0 + Δt) = xi (t0) + vi (t0) · Δt + {(pi (t0) 2 -[(vi (t0) · (Δt-Δtc)] 2 } 1/2 (4-1)
Is a region where bubbles pass through the nozzle scanning line.

次に同実施例の動作を説明する。
図1(C)は気泡の移動を示した説明図である。ポンプ13は、カメラで撮影しているエリアにて、気泡ができるかぎり等速直線運動になるように一定流量を流すように設定しており、カメラ画像取得間隔とそれの画像処理時間と下記の吸引ノズル制御時間が充分間に合うように、流速を選定する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
FIG. 1C is an explanatory view showing the movement of bubbles. The pump 13 is set to flow at a constant flow rate so that bubbles are in a constant linear motion as much as possible in the area photographed by the camera. The camera image acquisition interval and its image processing time are as follows. Select the flow rate so that the suction nozzle control time is sufficient.

また、吸引ノズル17の位置を固定して、吸引ノズル17からの液吸引速度を制御する機能を備えてもよい。粒子監視機構による画像解析より、吸引ノズル17の先端に気泡が近づいてきた場合、ポンプ14を停止させ、吸引ノズル17から気泡を吸引しないようにする。そして、回収用チューブ43内に気泡が入らないようにする。気泡がノズル先端を通過して、気泡を吸い込む可能性がなくなれば、ポンプ14を動作させて、再び液を吸引する。   Further, a function of fixing the position of the suction nozzle 17 and controlling the liquid suction speed from the suction nozzle 17 may be provided. According to the image analysis by the particle monitoring mechanism, when a bubble approaches the tip of the suction nozzle 17, the pump 14 is stopped so that the bubble is not sucked from the suction nozzle 17. Then, air bubbles are prevented from entering the collection tube 43. If the bubbles pass through the nozzle tip and there is no possibility of sucking the bubbles, the pump 14 is operated to suck the liquid again.

これを、横軸を時間Δtとし、縦軸をxi(t0+Δt)のノズル走査線とし、気泡が通過するところをハッチングしたのが図2(A)である。この場合、気泡を「円」とコンピュータ上で認識させていても、ノズル走査線を横切る気泡の速度方向により、楕円形状になるときがある。図2(A)は、時間t0時点から時間Δt後にノズル走査線のどの位置に気泡が来るかを予測したマップである。このハッチングした以外のところに連続した曲線を作成して、そこでノズル先端を動かすようにすれば、予測が確かであれば、ノズル先端は気泡を避けることができる。   In FIG. 2A, the horizontal axis is time Δt, the vertical axis is the nozzle scanning line of xi (t0 + Δt), and the area where bubbles pass is hatched. In this case, even if the bubbles are recognized as “circles” on the computer, they may be elliptical depending on the velocity direction of the bubbles crossing the nozzle scanning line. FIG. 2A is a map in which the position of the bubble on the nozzle scanning line is predicted after the time Δt from the time t0. If a continuous curve is created in a place other than the hatched area and the nozzle tip is moved there, if the prediction is certain, bubbles can be avoided at the nozzle tip.

しかし、現実には、気泡の位置によっては、連続した曲線を作成できない場合や、ノズル駆動系も質量があり、有限の力による駆動であるため、加速度には自ずと限界がある場合もある。加速度である曲線の2次微分値と、速度である1次微分値はある範囲内であることと、ノズル駆動範囲は、ホームポジションから限られた範囲内でしか動作できないことから、曲線の縦軸値には制限がある。これらの制限を考慮して、できるかぎり連続になるように曲線をコンピュータにより作成する。   However, in reality, depending on the position of the bubble, a continuous curve cannot be created, or the nozzle drive system has a mass and is driven by a finite force, so the acceleration may naturally be limited. Since the second derivative value of the curve that is acceleration and the first derivative value that is the speed are within a certain range, and the nozzle drive range can only operate within a limited range from the home position, Axis values are limited. Taking these restrictions into consideration, a curve is created by a computer so as to be as continuous as possible.

ノズルをあまりにも高速に動かすと、ノズル先端付近の液に乱流を起こし、気泡の軌道を不用意に変化させることになる。また、極端に早い動作(例えば音速を超える速度)になれば、局所的に真空状態になり、脱気となり新たな気泡を生むことになる。そのような高速な動きは防止することと、ノズル部のX軸方向の動きに対して、満たされている媒質に擾乱を起こしにくい流線型の構造にすることが望ましい。   If the nozzle is moved too fast, turbulence will occur in the liquid near the nozzle tip, causing the bubble trajectory to be inadvertently changed. Moreover, if it becomes extremely fast operation (for example, speed exceeding a sound speed), it will be in a vacuum state locally and will be deaerated and a new bubble will be produced. It is desirable to prevent such a high-speed movement and to adopt a streamline structure that hardly disturbs the filled medium with respect to the movement of the nozzle portion in the X-axis direction.

図2(B)は、気泡1から気泡4までが存在する場合のノズル先端の軌道として曲線を作成した例である。図2(B)は時間t0で、図2(C)はt1である。気泡1から気泡4は、時間とともに座標を変える。そして、t1では、気泡1と気泡2は、ノズル先端を過ぎ去っているので、もはやノズル17の先端軌道を計算するのに関係なくなっている。それに代わり図2(C)では、新たに気泡5が発生しており、それを考慮した曲線がその時点で作成される。   FIG. 2B is an example in which a curve is created as the trajectory of the nozzle tip when bubbles 1 to 4 are present. 2B is time t0, and FIG. 2C is t1. The coordinates of bubbles 1 to 4 change with time. At t1, the bubbles 1 and 2 have passed the nozzle tip, so they are no longer relevant for calculating the tip trajectory of the nozzle 17. Instead, in FIG. 2C, a new bubble 5 is generated, and a curve taking that into consideration is created at that time.

この連続曲線は、画像取得毎に更新される。図3の場合は、どうしても連続曲線ができない場合の例であり、気泡1又は気泡3にノズル先端が接触してしまう。その場合は所定の警報を外部に出すと同時に、ポンプ14を停止させ、液体の吸引を停止させる。そして、気泡のない位置にノズル先端を強制的に移動させ、そこから連続曲線を作成して、液吸引を再開する。   This continuous curve is updated every time an image is acquired. The case of FIG. 3 is an example in which a continuous curve cannot be made, and the tip of the nozzle comes into contact with the bubble 1 or the bubble 3. In that case, a predetermined alarm is given to the outside, and at the same time, the pump 14 is stopped and the suction of the liquid is stopped. Then, the tip of the nozzle is forcibly moved to a position free of bubbles, a continuous curve is created therefrom, and liquid suction is resumed.

以上の方法は、ノズル先端を動かす連続曲線の作成をコンピュータにて計算で求めるが、その計算にコンピュータ負荷が大きくなる場合は、次の方法で行い、その負荷を軽くすることができる。最新の画像から泡の位置、その形状を求めることは、先の例と同じであるが、それぞれの気泡に対して、次のようなポテンシャル関数を求める。   In the above method, the creation of a continuous curve for moving the nozzle tip is obtained by calculation with a computer. When the calculation increases the computer load, the following method can be used to reduce the load. Obtaining the position and shape of the bubble from the latest image is the same as the previous example, but the following potential function is obtained for each bubble.

Ui = pi3 /[(xi -xn)2 +(yi -yn)2]1/2 (5−1)
ここで、(xi,yi)は気泡iの位置であり、(xn,yn)は最新の画像取得時のノズル先端の位置である。また、piは、気泡の半径である。ノズル位置は、図1(D)の座標系では、yn=0である。
piを3乗しているのは、力学上の万有引力の質量を想定しているためだけで、それでなくてはならない必要はない。このUiを気泡の数だけ足し合わせ、それをUとすると、
U=U1+U2+U3+…+Um (5−1)
である。
Ui = pi 3 / [(xi -xn) 2 + (yi -yn) 2 ] 1/2 (5-1)
Here, (xi, yi) is the position of the bubble i, and (xn, yn) is the position of the nozzle tip at the time of the latest image acquisition. Pi is the radius of the bubble. The nozzle position is yn = 0 in the coordinate system of FIG.
The reason why pi is raised to the third power is only to assume a mass of gravitational gravitation in terms of mechanics, and it need not be. Add this Ui by the number of bubbles and let it be U.
U = U1 + U2 + U3 + ... + Um (5-1)
It is.

これをノズル位置(xn、yn)=(xn、0)において、次の偏微分関数を求める。そうすると、
F=−∂U/∂x (6−1)
となる。
これが、Uというポテンシャル関数から求められるX軸方向の力に相当する。例えて言うと、気泡が電荷を持っていると考え、ノズル先端にも同符号の電荷があると考えると、気泡の電荷量はそのサイズの3乗に比例するということになる。その状態で、ノズル先端には各気泡から斥力が働く。
The following partial differential function is obtained for this at the nozzle position (xn, yn) = (xn, 0). Then
F = −∂U / ∂x (6-1)
It becomes.
This corresponds to the force in the X-axis direction obtained from the potential function U. For example, if it is considered that the bubble has an electric charge and the electric charge of the same sign is also present at the nozzle tip, the charge amount of the bubble is proportional to the cube of its size. In this state, repulsive force acts on each nozzle tip from each bubble.

ただ、斥力は距離の2乗に反比例するため、ノズル先端から遠くにある気泡からの力は弱く、近い気泡の影響が大きくなる。Fはノズル先端にかける力となる。この場合、ノズルの動く速度のマイナスに比例する摩擦力に相当する力を先の力Fに付加して、ノズル先端の振動を防止することが望ましい。そうすると、
F=−∂U/∂x−f×(dxn/dt) (6−1)
となる。
However, since the repulsive force is inversely proportional to the square of the distance, the force from the bubbles far from the nozzle tip is weak, and the influence of the nearby bubbles becomes large. F is a force applied to the nozzle tip. In this case, it is desirable to add a force corresponding to a frictional force proportional to the minus of the moving speed of the nozzle to the previous force F to prevent vibration of the nozzle tip. Then
F = −∂U / ∂x−f × (dxn / dt) (6-1)
It becomes.

ここで、dxn/dtは、ノズル先端のx軸方向の速さで、fはパラメータである。
fは、ノズルの質量とノズルを制御する力により、最適な値を設定する。fが大きくなると、ノズル先端の動きの応答性は悪くなるが、滑らかな動きになる。
このようにすることにより、さほど複雑な計算をすることなしに、ノズル先端は気泡を避けて動くようになる。
Here, dxn / dt is the speed of the nozzle tip in the x-axis direction, and f is a parameter.
f is set to an optimum value by the mass of the nozzle and the force for controlling the nozzle. As f increases, the responsiveness of the movement of the nozzle tip deteriorates, but the movement becomes smooth.
By doing so, the nozzle tip moves while avoiding bubbles without performing complicated calculations.

この例では気泡サイズについては考慮していないが、それを考慮したポテンシャル関数Uを用いることが望ましい。また、距離に反比例したポテンシャルを想定したが、それは、荷電斥力、あるいは万有引力からの類推だけであり、距離に反比例したポテンシャルは、距離の2乗に反比例する力を導き出すためである。ポテンシャル関数として、距離の2乗に反比例した関数でもよいし、距離により小さくなる、できれば連続でなめらかな関数であればよい。   In this example, the bubble size is not taken into consideration, but it is desirable to use a potential function U that takes that into consideration. In addition, the potential inversely proportional to the distance is assumed because it is only an analogy from the charged repulsive force or universal gravitational force, and the potential inversely proportional to the distance derives a force inversely proportional to the square of the distance. The potential function may be a function that is inversely proportional to the square of the distance, or may be a function that becomes smaller and becomes smoother if possible.

[実施例2]
実施例1は、液中の気泡であったが、今度は、気体中の微粒子の分離について記載する。気体中に浮遊するパーティクル(例えば、金属微粒子)から、特定のものだけを選り分けたいという場合、次のように行う。
例としては、春先に発生する花粉症に対して、空気中に漂う微粒子のなかから特定の花粉だけを採取して、時間あたりの採取量から、その測定点での花粉症患者に対するダメージを計測する場合などである。花粉のサイズは、20μmから40μmであり、植物の種類によりその形が異なる。
[Example 2]
Example 1 was bubbles in the liquid, but now we will describe the separation of particulates in the gas. When it is desired to select only specific particles from particles (for example, metal fine particles) floating in the gas, the following is performed.
As an example, for hay fever that occurs in early spring, only specific pollen is collected from fine particles floating in the air, and the damage to the hay fever patient at that measurement point is measured from the amount collected per hour. This is the case. The size of the pollen is 20 μm to 40 μm, and its shape varies depending on the type of plant.

図4(A)は菊、(B)はミモザ、(C)はネリネの電子顕微鏡写真である。
実施例1の流体は液体であったが、流体が気体の場合、気体に浮遊するパーティクルの特定のものだけをカメラ画像にて捉えたとき、そのポテンシャルエネルギーUiから求める力を斥力ではなく引力にする。その場合、実施例1のポテンシャル関数の符号を変えるだけでよい。そうすると、ノズル先端は、特定したパーティクルに引き寄せられる動作をすることになり、特定のパーティクルだけを吸引することができる。
4A is an electron micrograph of chrysanthemum, FIG. 4B is mimosa, and FIG. 4C is nerine.
Although the fluid of Example 1 was a liquid, when the fluid is a gas, when only a specific particle floating in the gas is captured in the camera image, the force obtained from the potential energy Ui is not a repulsive force but an attractive force. To do. In that case, it is only necessary to change the sign of the potential function of the first embodiment. Then, the nozzle tip performs an operation of being attracted to the specified particle, and only the specific particle can be sucked.

また、不用意に他のパーティクルを吸引しないように、ポンプは、特定されたパーティクルがノズル先端近傍に来てから動作させるようにする。花粉のサイズは、20μmから40μmであるが、その構造を特定するためには、実施例1よりも画像を拡大する必要がある。
図1(C)及び(D)の画像エリアは0.3mm×0.4mmとする。また、ブラウン運動により、液中よりも激しく花粉が動きまわるので、画像取得は100画像/秒の高速撮影として、測定部の温度を下げてブラウン運動を少なくする工夫を行う。
In order not to suck other particles carelessly, the pump is operated after the identified particles come near the nozzle tip. The size of the pollen is 20 μm to 40 μm, but it is necessary to enlarge the image as compared with Example 1 in order to specify the structure.
The image areas in FIGS. 1C and 1D are 0.3 mm × 0.4 mm. In addition, since the pollen moves more intensely than in the liquid due to Brownian motion, the image acquisition is performed at a high speed of 100 images / second, and the temperature of the measurement unit is lowered to reduce Brownian motion.

[実施例3]
図5は本発明のさらに他の実施例を示す概略図であり、(A)は全体構成図、(B)は(A)のb部分における拡大断面図である。
実施例1とは気泡を避ける手段が異なっている。吸引ノズル17は固定され、その先端近傍には流体移動機構として一対の圧電素子33(33a,33b)が設置され、一方の圧電素子33aが伸びれば、他方の圧電素子33bが縮むように制御される。
圧電素子33の伸縮により、気泡に対しノズル17の中心軸に直交する方向(図面の左右方向:X方向)に力をかけ、吸引ノズル17の軸位置から気泡の軌道を軸外に外させる。圧電素子33の動作は、実施例1におけるノズル17の移動の代わりに圧電素子の動きになるだけで、基本的な制御は実施例1と同じである。
[Example 3]
5A and 5B are schematic views showing still another embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is an overall configuration diagram, and FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view at a portion b of FIG.
Unlike Example 1, the means for avoiding bubbles is different. The suction nozzle 17 is fixed, and a pair of piezoelectric elements 33 (33a, 33b) is installed in the vicinity of the tip as a fluid movement mechanism. When one piezoelectric element 33a is extended, the other piezoelectric element 33b is controlled to be contracted. .
By expanding and contracting the piezoelectric element 33, a force is applied to the bubble in a direction perpendicular to the central axis of the nozzle 17 (left and right direction in the drawing: X direction), and the orbit of the bubble is removed from the axial position of the suction nozzle 17. The operation of the piezoelectric element 33 is merely the movement of the piezoelectric element instead of the movement of the nozzle 17 in the first embodiment, and the basic control is the same as in the first embodiment.

この実施例は、圧電素子33の伸縮によりその近傍点の液を動かし、気泡を避けるという方法であるが、圧電素子33は、印加する電圧を短時間のパルスにすることにより液の音波を発生させることが可能である。音波を微粒子に直接放射して、音波の進行方向に押す力、すなわち音響放射圧を使うこともできるが、放射方向の制御が難しいので、現実には次に述べる音波の定在波を形成して、そこからの力を利用するのが効率的である。   In this embodiment, the liquid at the neighboring point is moved by expansion and contraction of the piezoelectric element 33 to avoid bubbles, but the piezoelectric element 33 generates a sound wave of the liquid by making the applied voltage into a short-time pulse. It is possible to make it. Although it is possible to use a force that directly radiates sound waves to the fine particles and pushes them in the traveling direction of the sound waves, i.e., acoustic radiation pressure, it is difficult to control the radiation direction. It is efficient to use the power from there.

(1)左右一対の圧電素子33から同一周波数の音波を液に定常的に与えて、圧電素子間に定在波音場を形成する。(2)音波の伝搬方向には1/4波長間隔で音圧の節と腹が交互に存在する。(3)音波の波長に比べて充分に小さな微少物体は、その音圧の腹から節に向かう力を受け、音圧の節に捕捉される物理現象がある。   (1) A sound wave having the same frequency is constantly applied to the liquid from the pair of left and right piezoelectric elements 33 to form a standing wave sound field between the piezoelectric elements. (2) Sound pressure nodes and antinodes are alternately present at intervals of ¼ wavelength in the sound wave propagation direction. (3) A minute object that is sufficiently smaller than the wavelength of a sound wave receives a force from the antinode of the sound pressure toward the node, and has a physical phenomenon that is captured by the node of the sound pressure.

この方法を使って、気泡を音波により、左右に動かすことが可能となる。具体的には、ノズル17の付近に流れてきた気泡を、定在波によりトラップして、その後、音波の位相を変えることにより気泡を左右に移動させる。ノズル先端に入らないコース(進行経路)に来れば、音波の強度をゼロにして、トラップを解除する。その他、音波の波長、強度を調整して、ノズル付近から気泡が外れるように制御することも可能である。
この実施例では一対の圧電素子を用いたが、片方のみの圧電素子であってもよい。
Using this method, the bubbles can be moved left and right by sound waves. Specifically, the bubbles flowing near the nozzle 17 are trapped by a standing wave, and then the bubbles are moved left and right by changing the phase of the sound wave. If you come to a course that does not enter the nozzle tip (traveling path), the sound wave intensity is set to zero and the trap is released. In addition, it is also possible to control so that bubbles are removed from the vicinity of the nozzle by adjusting the wavelength and intensity of the sound wave.
In this embodiment, a pair of piezoelectric elements is used, but only one of the piezoelectric elements may be used.

[実施例4]
次に本発明のさらに他の実施例を説明する。
図6(A)は微粒子選別装置の全体構成図であり、(B)は(A)のa部分における拡大断面図である。
気泡を除去すべき液体はタンク11内に貯蔵され、ポンプ13により流路内を矢印方向に循環されている。
[Example 4]
Next, still another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6A is an overall configuration diagram of the fine particle sorting apparatus, and FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view of the portion a in FIG.
The liquid from which bubbles are to be removed is stored in the tank 11 and circulated in the direction of the arrow in the flow path by the pump 13.

タンク11に繋がるチューブ20bは、透明の細い8本のチューブ35a〜35hに分岐している。各チューブ35a〜35hの内径は1mm、外径は2mmであり、気泡が入れば外部からすぐに視認することができる。また、材質はフッ素系樹脂である。この実施例4では、1台のカメラで8本のチューブ35a〜35hを、ピントが合った状態で撮影できるように平たく設置する。また、チューブ1本毎に、流路切換え機構としての3方弁37a〜37hが取り付けられている。   The tube 20b connected to the tank 11 is branched into eight transparent thin tubes 35a to 35h. Each tube 35a to 35h has an inner diameter of 1 mm and an outer diameter of 2 mm, and can be immediately recognized from the outside if bubbles are introduced. The material is a fluorine-based resin. In the fourth embodiment, the eight tubes 35a to 35h are installed flat so that a single camera can shoot in a focused state. In addition, three-way valves 37a to 37h as flow path switching mechanisms are attached to each tube.

8本のチューブ35a〜35hは、それぞれ三方弁37a〜37hを備えた分岐点で2本ずつに分岐し、各一方の分岐チューブは液を回収するための1本の微粒子含有チューブ(流路)39へと結合されており、三方弁37a〜37hを介した他方のチューブは回収用チューブ43に結合されている。19a、19b及び21は継ぎ手であり、チューブを連結するためのものである。   The eight tubes 35a to 35h are branched into two at the branch points provided with the three-way valves 37a to 37h, respectively, and one of the branch tubes is one microparticle-containing tube (flow path) for collecting the liquid. 39, and the other tube via the three-way valves 37 a to 37 h is connected to the collection tube 43. 19a, 19b and 21 are joints for connecting the tubes.

カメラ画像により、どのチューブに気泡が入り込み、それがどの位置で、どの程度の速度で移動しているかを監視する。気泡が3方弁37a〜37hの近辺に来たとき、3方弁を切り替え、気泡を別方向(例えば、微粒子含有チューブ39側)へと流す。その後、気泡が除去されれば3方弁37a〜37hを元の微粒子非含有チューブ(流路)40側に戻し、チューブ43から流体のみを回収する。
回収用チューブ43から出る液体は気泡が完全に除去された液体である。カメラ画像は、3方弁37a〜37hの気泡なし配管側、つまりチューブ40への配管も監視しており、何らかのトラブルで気泡がその配管に流れた場合は警報信号を出すようにしてもよい。
From the camera image, it is monitored which bubble enters the tube and at which position the bubble moves and at what speed. When the air bubbles come near the three-way valves 37a to 37h, the three-way valve is switched to flow the air bubbles in another direction (for example, the fine particle-containing tube 39 side). Thereafter, if the bubbles are removed, the three-way valves 37a to 37h are returned to the original particle-free tube (flow path) 40 side, and only the fluid is recovered from the tube 43.
The liquid exiting from the collection tube 43 is a liquid from which bubbles have been completely removed. The camera image also monitors the piping side without bubbles of the three-way valves 37a to 37h, that is, the piping to the tube 40, and may output an alarm signal when bubbles flow into the piping due to some trouble.

[実施例5]
次に本発明のさらに他の実施例を説明する。
図7はチップタイプの粒子選別装置の概略図であり、(A)は上面図、(B)は(A)の左側面図、(C)は(A)のEF断面図、(D)は(A)の右側面図、(E)は(A)のCD断面図、(F)は(A)のAB断面図である。
この実施例は実施例4の8本の細いチューブ35a〜35hと3方弁37a〜37hをガラス基板上に形成したものである。
[Example 5]
Next, still another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a schematic view of a chip-type particle sorting apparatus, (A) is a top view, (B) is a left side view of (A), (C) is an EF cross-sectional view of (A), and (D) is (A) is a right side view, (E) is a CD sectional view of (A), and (F) is an AB sectional view of (A).
In this example, the eight thin tubes 35a to 35h and the three-way valves 37a to 37h of Example 4 are formed on a glass substrate.

ガラスチップ51は5層の構造になっており、基板p4にフッ酸等のエッチングにより流路を形成し、その上下に基板p3,p5を貼り付けることにより作製される。基板p3の上面には基板p1と基板p2が貼り付けられる。
流路が交差する交差部52は、(C)に示すように5層の内の中央である基板p3に穴53が開いていて、その両側の基板p2の流路と基板p4の流路が繋がるようになっている。
The glass chip 51 has a five-layer structure, and is formed by forming a flow path by etching with hydrofluoric acid or the like on the substrate p4 and attaching the substrates p3 and p5 on the upper and lower sides thereof. A substrate p1 and a substrate p2 are attached to the upper surface of the substrate p3.
As shown in (C), the crossing portion 52 where the flow paths intersect has a hole 53 in the substrate p3 which is the center of the five layers, and the flow path of the substrate p2 and the flow path of the substrate p4 on both sides thereof. It is supposed to be connected.

54は2流路間にまたがるブロック(弁)であり、流路切換え機構として機能する。
ブロックの材質は、流路を形成しているものと同材料のガラスでもよいが、すべり運動をするので、摩擦係数が低く、堅さが異なる材質の方がすべり特性がよい。例えばフッ素樹脂を用いるのがよい。また、ガラス材質の場合は、フッ酸エッチングと研磨技術により微細なブロックを作製することができるし、フッ素樹脂などは、厚みが等しい薄膜を、レーザにより切断することによりこのブロックを作製できる。ガラスチップにこのブロックを設置させる作業は、マイクロスコープとピンセットによる人間による操作でも可能であるが、量産時は、マイクロ電子デバイス作製技術を応用したマイクロマニュピレータによるロボット操作で設定する。
A block (valve) 54 spans between the two flow paths and functions as a flow path switching mechanism.
The material of the block may be glass of the same material as that forming the flow path, but because of the sliding motion, a material having a lower coefficient of friction and a different hardness has better sliding characteristics. For example, a fluororesin is preferably used. In the case of a glass material, a fine block can be produced by hydrofluoric acid etching and polishing techniques, and for a fluororesin or the like, this block can be produced by cutting a thin film having the same thickness with a laser. The operation of installing this block on the glass chip can be done by human operation with a microscope and tweezers, but in mass production, it is set by robot operation with a micromanipulator applying microelectronic device fabrication technology.

基板p1は基板p2を被うガラス基板である。ガラスチップ51のサイズは、例えば3.8mm×6.0mmの矩形で、全体の厚みは0.85mmである。基板p1の厚みは0.35mm、基板p2の厚みは0.1mm、基板p3の厚みは0.15mm、基板p4の厚みは0.1mm、基板p5の厚みは0.15mmである。AB断面の流路幅は0.05mmである。   The substrate p1 is a glass substrate that covers the substrate p2. The size of the glass chip 51 is, for example, a rectangle of 3.8 mm × 6.0 mm, and the overall thickness is 0.85 mm. The thickness of the substrate p1 is 0.35 mm, the thickness of the substrate p2 is 0.1 mm, the thickness of the substrate p3 is 0.15 mm, the thickness of the substrate p4 is 0.1 mm, and the thickness of the substrate p5 is 0.15 mm. The channel width of the AB cross section is 0.05 mm.

次に同実施例の動作を説明する。
気泡を除去すべき液体は、圧力をかけて、入口55からガラスチップ51内を通過させる。
ガラスチップ51には、エッチング技術により細い流路が形成されており、各流路には実施例4の3方弁に相当する機能(ブロック54)が設けられているので、微粒子や気泡は出口56,57のいずれかから選択的に除去され、又は回収される。
除去すべき気泡や微粒子のサイズがより小さくなる場合、実施例4の構成では除去に限界が発生することがあるが、この実施例5では、流路はミクロンオーダーから、ナノメータサイズまでの拡張が可能となるので、微粒子のサイズが小さい場合にも対応できる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The liquid from which bubbles are to be removed passes through the glass chip 51 from the inlet 55 under pressure.
The glass chip 51 is formed with a narrow flow path by an etching technique, and each flow path is provided with a function (block 54) corresponding to the three-way valve of the fourth embodiment. 56 or 57 is selectively removed or recovered.
When the size of bubbles and fine particles to be removed is smaller, the configuration of Example 4 may limit the removal, but in Example 5, the flow path is expanded from the micron order to the nanometer size. Therefore, it is possible to cope with the case where the size of the fine particles is small.

図8は、実施例5で説明したガラスチップ51のIN側とOUT側に、実施例3で用いたチューブ20b,20a,43を取り付けた例である。金属体61の枠内にガラスチップ51を設置して、継ぎ手21,19a,19bで挟み込むようにして、液体シールを実現している。このときのカメラ画像エリアは3.1mm×5.1mmの矩形とする。また、チューブサイズは、IN側、OUT側ともに外径0.5mm、内径0.3mmである。   FIG. 8 is an example in which the tubes 20b, 20a, and 43 used in the third embodiment are attached to the IN side and the OUT side of the glass chip 51 described in the fifth embodiment. A glass chip 51 is installed in the frame of the metal body 61, and is sandwiched between the joints 21, 19a, 19b, thereby realizing a liquid seal. The camera image area at this time is a rectangle of 3.1 mm × 5.1 mm. The tube size is 0.5 mm in outer diameter and 0.3 mm in inner diameter on both the IN side and the OUT side.

流路内の3方弁に相当するところには、図7(F)に示すように、基板p5と基板p4の間にブロック54が挿入される。ブロック54が圧電素子58によって矢印方向に動くので、ブロック54が流路を開けたり閉じたりして3方弁の役目を果たす。(F)の56は、圧電素子58をガラスチップ51に固定する部材である。   As shown in FIG. 7F, a block 54 is inserted between the substrate p5 and the substrate p4 at a place corresponding to the three-way valve in the flow path. Since the block 54 is moved in the direction of the arrow by the piezoelectric element 58, the block 54 opens and closes the flow path and serves as a three-way valve. (F) 56 is a member for fixing the piezoelectric element 58 to the glass chip 51.

ブロック54と圧電素子58の結合は物理的接着でもよいし、一方が磁石で他方が磁力に感応する材料でもよい。また、この例ではブロックを動かすのに圧電素子を使ったが、圧電素子58を形状記憶合金によって形成し、近傍点のヒータに相当する箇所に通電することにより温度を変化させ、矢印方向に移動させるようにしてもよい。   Bonding between the block 54 and the piezoelectric element 58 may be physical bonding, or one may be a magnet and the other may be a material sensitive to magnetic force. In this example, a piezoelectric element is used to move the block. However, the piezoelectric element 58 is formed of a shape memory alloy, and the temperature is changed by energizing a portion corresponding to the heater at a nearby point, and the element moves in the direction of the arrow. You may make it make it.

[実施例6]
次に本発明のさらに他の実施例を説明する。
図9は実施例5で示したガラスチップ51の変形例であり、(A)は上面図、(B)は(A)のABにおける断面図である。
実施例6と実施例5では、流路切換え機構としてのブロック54が異なっているが、他の流路構成は同じである。
[Example 6]
Next, still another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a modification of the glass chip 51 shown in Example 5, (A) is a top view, and (B) is a cross-sectional view taken along AB in (A).
In the sixth embodiment and the fifth embodiment, the block 54 as the flow path switching mechanism is different, but the other flow path configurations are the same.

この実施例では、弁としてのブロック54に隣接してLED(発光ダイオード)63を備え、LEDのオン/オフによって流路の開閉を駆動するようにした。また、LEDの代わりに光の圧力によってブロック54を動かすようにしても良いし、基板p5上に別の溝を形成し、そこにエアーあるいは、適当な液体などの媒質の圧力を加えることにより、ブロック54をピストン運動させるしくみを用いても良い。   In this embodiment, an LED (light emitting diode) 63 is provided adjacent to the block 54 serving as a valve, and the opening / closing of the flow path is driven by turning on / off the LED. Further, the block 54 may be moved by the pressure of light instead of the LED, or another groove is formed on the substrate p5, and the pressure of a medium such as air or an appropriate liquid is applied thereto, A mechanism for moving the block 54 in a piston motion may be used.

[実施例7]
次に本発明のさらに他の実施例を説明する。
図10は実施例5で示したガラスチップ51の変形例であり、上面図を示している。
流路切換え機構の弁として、圧電素子アクチュエータ65(65a、65b)を用いた場合であり、PZTアクチュエータが使われている。このPZT(Lead zirconate titanate)は、もっとも一般的な圧電素子で、PbとZrとTiの酸化物であり、頭文字からPZTと呼ばれている。その圧電素子を利用したアクチュエータをPZTアクチュエータと呼ぶ。
この場合、ガラス基板の所定箇所にPZTを埋め込むか、又は蒸着により基板p4上にPZTを形成し、電圧印加のための配線を形成する。これらは半導体装置製造分野における作製技術を用いることができる。弁の役割は、PZTのゆがみにより、流路を細くし閉じられることでなされる。この場合は、気泡側流路67と気泡なし流路69の両方を閉じることも可能である。
[Example 7]
Next, still another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 shows a modification of the glass chip 51 shown in the fifth embodiment and shows a top view.
This is a case where the piezoelectric element actuator 65 (65a, 65b) is used as a valve of the flow path switching mechanism, and a PZT actuator is used. This PZT (Lead zirconate titanate) is the most common piezoelectric element, and is an oxide of Pb, Zr, and Ti, and is called PZT from the beginning. An actuator using the piezoelectric element is called a PZT actuator.
In this case, PZT is embedded in a predetermined portion of the glass substrate, or PZT is formed on the substrate p4 by vapor deposition, and wiring for applying a voltage is formed. For these, a manufacturing technique in the field of semiconductor device manufacturing can be used. The valve functions by narrowing and closing the flow path due to the distortion of the PZT. In this case, both the bubble side channel 67 and the bubbleless channel 69 can be closed.

カメラ情報により気泡の有無、気泡の位置、そしてそれらの速度を演算手段により計測するが、それにより、弁の開閉タイミングを調整して、気泡は気泡液体流路(微粒子含有流路)67に、液体のみの流体は気泡なし流路(微粒子非含有流路)69に切り分けられる。そのタイミングは、コンピュータにより制御されるが、学習能力を保持して、最適なタイミングで開閉できる機能を持たす。しかし、コンピュータの最適制御状態で、気泡の分離を行っても、制御が誤って、気泡なし流路69に気泡が入り込んでしまうことも発生する。   The presence / absence of bubbles, the position of bubbles, and their velocity are measured by the camera information by the camera information, whereby the opening / closing timing of the valve is adjusted, and the bubbles are transferred to the bubble liquid channel (particle-containing channel) 67, A liquid-only fluid is cut into a bubble-free channel (particle-free channel) 69. Although the timing is controlled by a computer, it has a function of maintaining learning ability and opening and closing at an optimal timing. However, even if the bubbles are separated in the optimal control state of the computer, the control may be erroneously performed and bubbles may enter the bubble-free channel 69.

その場合、図10の場合は、両方の弁(圧電素子アクチュエータ65a,65b)を閉じて、そのパターン箇所は、しばらく使わないようにする。またトラブルの場合、所定の警報を出すことも行う。ここの例では、1つのガラスプレートに4カ所の分岐パターンが形成されているが、何百、何千のパターン形成することも可能である。その場合、気泡が間違って入り込んだパターンは両方の弁を閉じて機能を殺してしまい、その数がある設定値以上になってから、警報を出し、この装置の初期復帰動作を促すようなシステムも構築できる。   In that case, in the case of FIG. 10, both valves (piezoelectric element actuators 65a and 65b) are closed so that the pattern portion is not used for a while. In case of trouble, a predetermined alarm is also issued. In this example, four branch patterns are formed on one glass plate, but hundreds or thousands of patterns can be formed. In such a case, a pattern in which air bubbles enter by mistake closes both valves and kills the function. After the number exceeds a set value, an alarm is issued and an initial return operation of this device is promoted. Can also be built.

以上の例で重要なことは、(1)カメラにてその流路をすべて監視するため、気泡、微粒子の存在がカメラにて見えるように、少なくとも基板p1、p2、p3、p4やセル15の材料がカメラ計測の波長にて透明であるように選定しておくこと、及び(2)コストの低減やシステムの簡単さからできるかぎり1台のカメラで監視することから、流路は1平面上に形成されていることが好ましい。
また上記の実施例では可視光線のカメラを想定しているが、ガラスプレートの代わりにシリコン基板を用いてもよい。その場合は、赤外線領域で透明になるので、カメラとしては、赤外カメラを使用する。
What is important in the above example is (1) Since all the flow paths are monitored by the camera, at least the substrates p1, p2, p3, p4 and the cell 15 are observed so that the presence of bubbles and fine particles can be seen by the camera. Since the material is selected so as to be transparent at the wavelength of the camera measurement, and (2) the cost is reduced and the system is simple, monitoring is performed with one camera as much as possible. It is preferable to be formed.
In the above embodiment, a visible light camera is assumed, but a silicon substrate may be used instead of the glass plate. In that case, since it becomes transparent in the infrared region, an infrared camera is used as the camera.

本発明のように、流体中の粒子を避けて流体のみを回収したり微粒子を選択的に回収したりするためには、大きく分けて2段階の技術を要する。一つ目は、確実な微粒子の検知方法であり、二つ目はその微粒子を確実に避ける方法又は回収方法である。なお、流体が液体の場合は、微粒子に気泡も含まれる。
ここで提供する方法は、前者はカメラをセンサに用いて、気泡、微粒子の存在の有無と、その位置と、その速度を同時に計測することから構成される。
また、除去技術に関しては、二つの技術のどちらかを使用することで構成される。
As in the present invention, in order to collect only the fluid while avoiding the particles in the fluid or to selectively collect the fine particles, two steps of techniques are required. The first is a reliable method for detecting fine particles, and the second is a method for reliably avoiding or collecting the fine particles. When the fluid is a liquid, the fine particles include bubbles.
The former method is configured by simultaneously measuring the presence / absence of bubbles and fine particles, their positions, and their velocities using a camera as a sensor.
Further, the removal technique is configured by using one of two techniques.

一つ目は、先の細い吸引ノズルを移動させて、液中の気泡、微粒子、気体中の微粒子を避けて、液あるいは気体だけを吸引する方法である。また、特定の微粒子、気泡を選択に集める場合は、吸引ノズルを、それが存在する場所にすばやく移動させ、吸引して集める。吸引ノズルの移動は、カメラ画像データをもとに、コンピュータ制御により、自動的に移動させる。気泡、微粒子は、ミクロンオーダーのサイズであるため、吸引ノズルのサイズや吸引ノズルの移動距離、制御精度もミクロンオーダーであり、カメラ画像も顕微鏡画像になる。   The first is a method in which only a liquid or gas is sucked by moving a thin suction nozzle to avoid bubbles, fine particles and fine particles in a gas. Further, when collecting specific fine particles and bubbles selectively, the suction nozzle is quickly moved to a place where it exists and is collected by suction. The suction nozzle is automatically moved by computer control based on the camera image data. Since the bubbles and fine particles have a micron order size, the size of the suction nozzle, the moving distance of the suction nozzle, and the control accuracy are also in the micron order, and the camera image becomes a microscopic image.

二つ目は、複数の細い透明のチューブあるいは流路に液を通し、それらをカメラでデータ取得しておき、どのチューブに気泡または微粒子が吸い込まれたかどうかを、画像データで逐次判断できる構成にすることである。そして多数あるチューブまたは流路には、それぞれ3方弁が設置されており、気泡、微粒子が取り込まれたチューブの3方弁を開閉することにより、気泡、微粒子を別の流路に流し、もう一方の流路には、液ばかり(気体媒質の場合は気体ばかり)にする。気泡、微粒子は、ミクロンオーダーのサイズであるため、チューブや流路は、マイクロマシン技術や、半導体製造エッチング技術により作られたものであり、弁も微細なサイズであり、その制御も光や音波などを駆使したマイクロマシン技術を利用している。   Secondly, the liquid can be passed through multiple thin transparent tubes or channels, and data can be acquired with a camera, and it can be sequentially determined from the image data which tube or bubble has been sucked. It is to be. Each tube or channel has a three-way valve. By opening and closing the three-way valve of the tube that has taken in bubbles and particles, the bubbles and particles flow to another channel. In one channel, only liquid (only gas in the case of a gaseous medium) is used. Since bubbles and fine particles are of micron order size, tubes and channels are made by micromachine technology and semiconductor manufacturing etching technology, valves are also fine size, and their control is also light, sound waves, etc. It uses micromachine technology that makes full use of.

また、本発明は以下の技術分野に適用することができるのでそれらを列挙する。
(1)コーティング(精密塗工)工程での吐液・溶剤中のモノマー分離のための気泡除去、(2)分析装置用水の精度向上のための気泡除去、(3)CMP工程におけるポリシャーへの負荷軽減のための気泡除去、(4)スクリーン印刷工程での乳剤塗布における気泡除去、(5)スクリーン印刷工程での印刷インキ気泡除去、(6)インクジェットプリントでのインク気泡除去、(7)塗料や印刷インキとりわけ水系材料での気泡除去、(8)ミルを使用する製造工程でのミル効率向上のための気泡除去、(9)粘度測定における精度向上のための気泡除去、(10)塗工液製造・充填時の効率向上のための気泡除去、(11)パルプ工業・製紙工業における気泡除去、(12)紙の表面処理を行うサイズプレス工程などでの気泡除去、(13)繊維染色におけるパディング染色およびゴム・ラテックスなどの樹脂加工での薬液の気泡除去、(14)接着剤製造および塗工・不凍液製造管理での気泡除去、(15)石油精製・ボイラーでの気泡除去、(16)クリーニングや洗濯槽の気泡除去、(17)その他工業排水での気泡除去、(18)排水処理における配管の腐食防止のための気泡除去、(19)大気中・液中を浮遊する微粒子など悪影響を及ぼす気泡や異物除去、(20)金属加工における洗浄・切削時の防錆のための気泡除去、(21)金属加工における洗浄・切削時の欠陥対策のための異物除去、(22)食品加工などの廃止処理での気泡除去、(23)食品加工の発酵工程での気泡除去、(24)果汁や液体食品の毛髪(100μm)・砂異物や気泡除去、(25)果汁やその他の液状食品中における品質安定・バクテリア抽出・除去のための気泡除去、(26)食品加工での油脂中の気泡除去、(27)化粧品製品における巨大気泡の除去、(28)化粧品製品充填における効率化と均一化のための気泡除去(29)アミノ酸や抗生物質の製造における気泡除去、(30)燃料電池の気泡除去、(31)半導体およびFPD製造工程でのレジスト塗布での気泡除去。
Moreover, since this invention can be applied to the following technical fields, they are listed.
(1) Bubble removal for separation of monomer in liquid discharge and solvent in coating (precision coating) process, (2) Bubble removal for improving accuracy of water for analyzer, (3) Polisher in CMP process Bubble removal to reduce load, (4) Bubble removal in emulsion coating in screen printing process, (5) Printing ink bubble removal in screen printing process, (6) Ink bubble removal in inkjet printing, (7) Paint And bubble removal with printing inks, especially water-based materials, (8) Bubble removal to improve mill efficiency in the manufacturing process using a mill, (9) Bubble removal to improve accuracy in viscosity measurement, (10) Coating Removal of bubbles to improve efficiency during liquid production / filling, (11) Removal of bubbles in the pulp and paper industries, (12) Removal of bubbles in a size press process for surface treatment of paper, 3) Bubble removal in chemical dyeing in padding dyeing and resin processing of rubber and latex, (14) Bubble removal in adhesive production and coating / antifreeze production management, (15) Bubbles in oil refining and boilers Removal, (16) cleaning and removal of bubbles in washing tub, (17) removal of bubbles in other industrial wastewater, (18) removal of bubbles to prevent corrosion of pipes in wastewater treatment, (19) floating in the atmosphere and liquid (20) Removal of bubbles for rust prevention at the time of cleaning / cutting in metal processing, (21) Removal of foreign matters for countermeasures against defects at the time of cleaning / cutting in metal processing, ( 22) Removal of bubbles in the abolition process such as food processing, (23) Removal of bubbles in the fermentation process of food processing, (24) Removal of hair (100 μm) of fruit juice and liquid food, removal of sand foreign matter and bubbles, (25) Fruit Removal of bubbles for quality stability, bacteria extraction and removal in juice and other liquid foods, (26) Removal of bubbles in fats and oils during food processing, (27) Removal of giant bubbles in cosmetic products, (28) Cosmetic products Removal of bubbles for efficiency and uniformity in filling (29) Removal of bubbles in the production of amino acids and antibiotics, (30) Removal of bubbles in fuel cells, (31) Removal of bubbles in resist coating in semiconductor and FPD manufacturing processes .

本発明の一実施例を説明する概略図であり、(A)は微粒子選別装置の全体構成図、(B)は(A)のa部分(セル部分)における断面図、(C)と(D)は(B)のb部分(ノズル先端部)における拡大断面図であり、(C)は気泡の進行経路を矢印で示した図、(D)は気泡を避けてノズルを動かす動作を説明する図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic explaining one Example of this invention, (A) is a whole block diagram of a fine particle sorter, (B) is sectional drawing in a part (cell part) of (A), (C) and (D ) Is an enlarged cross-sectional view of the portion b (nozzle tip portion) of (B), (C) is a diagram showing the advancing path of the bubble with an arrow, and (D) explains the operation of moving the nozzle while avoiding the bubble. FIG. (A)は時間t0時点で時間Δt後にノズル走査線のどの位置に気泡が来るかを予測したマップであり、(B)は気泡1から気泡4まで存在する場合のノズル先端の軌道として曲線を作成した例であり、(C)は新たに気泡5が発生し、それを考慮した曲線がその時点で作成された図である。(A) is a map in which the position of the bubble in the nozzle scanning line is predicted after time Δt at time t0, and (B) shows a curve as the trajectory of the nozzle tip when bubbles 1 to 4 exist. This is an example of creation, and (C) is a diagram in which a new bubble 5 is generated and a curve considering it is created at that time. ノズル先端の軌道の他の例を示した図である。It is the figure which showed the other example of the track | orbit of a nozzle tip. (A)は菊、(B)はミモザ、(C)はネリネの電子顕微鏡写真である。(A) is chrysanthemum, (B) is mimosa, and (C) is an electron micrograph of nerine. 他の実施例を示す概略図であり、(A)は全体構成図、(B)は(A)のb部分における拡大断面図である。It is the schematic which shows another Example, (A) is a whole block diagram, (B) is an expanded sectional view in the b part of (A). 他の実施例を示す概略図であり、(A)は微粒子選別装置の全体構成図であり、(B)は(A)のa部分における拡大断面図である。It is the schematic which shows another Example, (A) is a whole block diagram of a fine particle sorter, (B) is an expanded sectional view in a part of (A). チップタイプの粒子選別装置の概略図であり、(A)は上面図、(B)は(A)の左側面図、(C)は(A)のEF断面図、(D)は右側面図、(E)はCD断面図、(F)はAB断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic of a chip | tip type | mold particle | grain sorting apparatus, (A) is a top view, (B) is the left view of (A), (C) is EF sectional drawing of (A), (D) is a right view. , (E) is a CD sectional view, and (F) is an AB sectional view. 同実施例で説明したガラスチップ51に、実施例3で用いたチューブを取り付けた例である。This is an example in which the tube used in Example 3 is attached to the glass chip 51 described in the same example. 実施例5で示したガラスチップ51の変形例であり、(A)は上面図、(B)は(A)のABにおける断面図である。It is a modification of the glass chip | tip 51 shown in Example 5, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in AB of (A). 実施例5で示したガラスチップ51の変形例である。It is a modification of the glass chip 51 shown in Example 5. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11 タンク
13,14 ポンプ
15 セル
17 ノズル
19,21 継ぎ手
23 アクチュエータ
25 コイル
27 磁石
29 パッキン
31 チューブ
33 圧電素子
11 Tank 13, 14 Pump 15 Cell 17 Nozzle 19, 21 Fitting 23 Actuator 25 Coil 27 Magnet 29 Packing 31 Tube 33 Piezoelectric Element

Claims (14)

流体が流れる流路と、
前記流体中の微粒子の進行経路を予測する微粒子監視機構と、
前記微粒子監視機構による予測に基づいて前記微粒子を選択的に回収し、又は前記微粒子を避けて流体を選択的に回収する微粒子選別機構と、
を備えたことを特徴とする流体中の微粒子選別装置。
A flow path through which fluid flows;
A particle monitoring mechanism for predicting a traveling path of particles in the fluid;
A fine particle sorting mechanism for selectively collecting the fine particles based on prediction by the fine particle monitoring mechanism, or selectively collecting a fluid while avoiding the fine particles;
A device for sorting fine particles in a fluid.
前記流体は液体であり、前記微粒子として気泡も含まれる請求項1に記載の微粒子選別装置。   The fine particle sorting apparatus according to claim 1, wherein the fluid is a liquid, and bubbles are included as the fine particles. 前記流体は気体である請求項1に記載の微粒子選別装置。   The fine particle sorting apparatus according to claim 1, wherein the fluid is a gas. 該微粒子選別装置は流体を選択的に回収する装置であり、
前記微粒子選別機構は、固定された先端部から流体を吸入するノズル機構と、該先端部周辺の流体に対し、微粒子がノズル機構に吸入されない位置まで移動する変位を生じさせる流体移動機構と、からなるものである請求項1から3のいずれか一項に記載の微粒子選別装置。
The fine particle sorting device is a device for selectively collecting a fluid,
The fine particle sorting mechanism includes: a nozzle mechanism that sucks fluid from a fixed tip portion; and a fluid movement mechanism that causes displacement of the fluid around the tip portion to move to a position where the fine particle is not sucked by the nozzle mechanism. The fine particle sorting apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記流体移動機構による微粒子を移動させる変位は、液流又は気流により生じるものである請求項4に記載の微粒子選別装置。   The fine particle sorting apparatus according to claim 4, wherein the displacement for moving the fine particles by the fluid moving mechanism is caused by a liquid flow or an air flow. 前記流体移動機構は、電場若しくは磁場を印加させる方法、圧電素子により音波を発生させる方法、及びヒータ若しくはペルチェ素子によって加熱させ若しくは冷却させることによって形状記憶合金を変形させる方法、のいずれかによって流体を移動させる機構である請求項4又は5に記載の微粒子選別装置。   The fluid moving mechanism is a method of applying a fluid by any one of a method of applying an electric field or a magnetic field, a method of generating a sound wave by a piezoelectric element, and a method of deforming a shape memory alloy by heating or cooling by a heater or a Peltier element. 6. The fine particle sorting apparatus according to claim 4, wherein the fine particle sorting apparatus is a moving mechanism. 前記微粒子選別機構は、先端部から流体を吸入し、該先端部が移動可能に支持されたノズル機構と、該ノズル機構の移動を駆動するノズル駆動機構とからなるものである請求項1から6のいずれか一項に記載の微粒子選別装置。   7. The fine particle sorting mechanism includes a nozzle mechanism that sucks fluid from a tip portion and is supported so that the tip portion can move, and a nozzle drive mechanism that drives movement of the nozzle mechanism. The fine particle sorter according to any one of the above. 前記ノズル駆動機構は、圧電素子、電磁ソレノイド、静電気、形状記憶合金、エアー圧力又は液体圧力のいずれかによるアクチュエータによって前記ノズル機構の移動を駆動するものである請求項7に記載の微粒子選別装置。   8. The fine particle sorting apparatus according to claim 7, wherein the nozzle driving mechanism drives movement of the nozzle mechanism by an actuator based on any one of a piezoelectric element, an electromagnetic solenoid, static electricity, a shape memory alloy, air pressure, and liquid pressure. 流体が流れる流路から分岐した複数の分岐流路と、
前記各分岐流路の流体中の微粒子の有無を監視する微粒子監視機構と、
前記各分岐流路がそれぞれ2つずつに分岐した各一方の流路を合流させて1つの流路とした微粒子含有流路と、
前記各分岐流路からの各他方の流路を合流させて1つの流路とした微粒子非含有流路と、
前記各分岐流路のそれぞれの分岐点に設けられ、前記微粒子監視機構による監視に基づいて流路の切換えを行なう流路切換え機構と、
を備えたことを特徴とする流体中の微粒子選別装置。
A plurality of branch channels branched from the channel through which the fluid flows;
A fine particle monitoring mechanism for monitoring the presence or absence of fine particles in the fluid of each branch channel;
A fine particle-containing flow path that is formed by merging each of the flow paths branched into two each of the branch flow paths;
A fine particle-free flow path that joins the other flow paths from the branch flow paths into a single flow path;
A flow path switching mechanism that is provided at each branch point of each branch flow path and performs flow path switching based on monitoring by the fine particle monitoring mechanism;
A device for sorting fine particles in a fluid.
前記各流路及び前記流路切換え機構は共通の基板に微細加工により形成されたものである請求項9に記載の微粒子選別装置。   The fine particle sorting apparatus according to claim 9, wherein each flow path and the flow path switching mechanism are formed on a common substrate by microfabrication. 前記流路はマイクロチップにエッチング技術により形成された溝であり、
前記流路切換え機構はエッチング技術により形成され、弁と弁座の役目を果たし、その開閉は磁気、静電気、音波又は光波のいずれかを使用することによりなされるものである請求項10に記載の微粒子選別装置。
The flow path is a groove formed in the microchip by an etching technique,
The flow path switching mechanism is formed by an etching technique, serves as a valve and a valve seat, and is opened and closed by using any one of magnetism, static electricity, sound waves, and light waves. Fine particle sorter.
前記微粒子監視機構は前記流路内の微粒子の位置を経時的に撮像する撮像装置と、その撮像結果に基づいて微粒子の進行経路を算出する演算手段とを含むものである請求項1から8のいずれか一項に記載の微粒子選別装置。   9. The particulate monitoring mechanism includes an imaging device that captures the position of the particulate in the channel over time, and an arithmetic unit that calculates a traveling path of the particulate based on the imaging result. The fine particle sorting apparatus according to one item. 前記撮像装置は被写界深度が前記流路の奥行きよりも長くなるように調整されているものである請求項12に記載の微粒子選別装置。   The fine particle sorting apparatus according to claim 12, wherein the imaging device is adjusted so that a depth of field is longer than a depth of the flow path. 前記演算手段は被写界深度が前記流路の奥行きよりも短く調整されており、前記撮像装置から得られた画像情報を元に前記微粒子の進行経路を3次元的に算出するものである請求項12に記載の微粒子選別装置。   The computing means is such that the depth of field is adjusted to be shorter than the depth of the flow path, and the traveling path of the fine particles is calculated three-dimensionally based on image information obtained from the imaging device. Item 13. The fine particle sorting apparatus according to Item 12.
JP2006288792A 2006-10-24 2006-10-24 Device for sorting fine particle in fluid Pending JP2008104927A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006288792A JP2008104927A (en) 2006-10-24 2006-10-24 Device for sorting fine particle in fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006288792A JP2008104927A (en) 2006-10-24 2006-10-24 Device for sorting fine particle in fluid

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012242939A Division JP2013081943A (en) 2012-11-02 2012-11-02 Apparatus for sorting fine particle in fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008104927A true JP2008104927A (en) 2008-05-08

Family

ID=39438740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006288792A Pending JP2008104927A (en) 2006-10-24 2006-10-24 Device for sorting fine particle in fluid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008104927A (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06241977A (en) * 1993-02-15 1994-09-02 Hitachi Ltd Fine particle measuring instrument
JPH0747259A (en) * 1992-12-02 1995-02-21 Hitachi Ltd Apparatus for treating fine particle in fluid with ultrasonic waves
JPH09122480A (en) * 1995-11-08 1997-05-13 Hitachi Ltd Ultrasonic processing method and device therefor
JP2000325729A (en) * 1999-05-21 2000-11-28 Yokogawa Electric Corp Fine particle concentrator and fine particle analyser using that
JP2003107099A (en) * 2001-09-27 2003-04-09 Japan Science & Technology Corp Microchip and device for classifying fine particles
JP2003307484A (en) * 2002-04-16 2003-10-31 Koichi Nishino Particle feature photographing/measuring apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0747259A (en) * 1992-12-02 1995-02-21 Hitachi Ltd Apparatus for treating fine particle in fluid with ultrasonic waves
JPH06241977A (en) * 1993-02-15 1994-09-02 Hitachi Ltd Fine particle measuring instrument
JPH09122480A (en) * 1995-11-08 1997-05-13 Hitachi Ltd Ultrasonic processing method and device therefor
JP2000325729A (en) * 1999-05-21 2000-11-28 Yokogawa Electric Corp Fine particle concentrator and fine particle analyser using that
JP2003107099A (en) * 2001-09-27 2003-04-09 Japan Science & Technology Corp Microchip and device for classifying fine particles
JP2003307484A (en) * 2002-04-16 2003-10-31 Koichi Nishino Particle feature photographing/measuring apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mukhopadhyay Experimental investigations on the surface-driven capillary flow of aqueous microparticle suspensions in the microfluidic laboratory-on-a-chip systems
Yu et al. A three-dimensional dielectrophoretic particle focusing channel for microcytometry applications
US10242977B2 (en) Fluid-suspended microcomponent harvest, distribution, and reclamation
Kasagi et al. Microelectromechanical systems–based feedback control of turbulence for skin friction reduction
Konishi et al. A conveyance system using air flow based on the concept of distributed micro motion systems
Darabi et al. Design, fabrication, and testing of an electrohydrodynamic ion-drag micropump
Donald et al. An untethered, electrostatic, globally controllable MEMS micro-robot
Xie et al. High-precision automated micromanipulation and adhesive microbonding with cantilevered micropipette probes in the dynamic probing mode
CN107110761B (en) Device for real-time analysis of particles suspended in a fluid and method for analyzing said particles
Zanini et al. Autonomous micro-magnet based systems for highly efficient magnetic separation
JP2013081943A (en) Apparatus for sorting fine particle in fluid
US7358051B2 (en) Liquid flow actuation and suspension manipulation using surface tension gradients
Delettre et al. A new contactless conveyor system for handling clean and delicate products using induced air flows
JP2008104927A (en) Device for sorting fine particle in fluid
Beyrand et al. Multi-flagella helical microswimmers for multiscale cargo transport and reversible targeted binding
Gan et al. Non-contact massively parallel manipulation of micro-objects by optoelectronic tweezers
Castrejón-Pita et al. Time-Resolved Particle Image Velocimetry within the Nozzle of a Drop-on-Demand Printhead.
Decanini et al. 3D Printed Miniaturized Soft Microswimmer for Multimodal 3D Air-Liquid Navigation and Manipulation
Arai et al. Teleoperated laser manipulator with dielectrophoretic assistance for selective separation of a microbe
CN110064447B (en) Digital micro-fluidic control device adopting electric field control and control method
US20220074843A1 (en) Rotating levitated particle imaging
JP2018001098A (en) Droplet formation device and droplet formation method
Kawahara et al. Air-flow-based single-cell dispensing system
Saavedra Non-Contact Microscale Manipulation using laser-induced convection flows
Van den Tempel et al. Enhancement of contact line mobility by means of infrared laser illumination. I. Experiments

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090917

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120904

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121102

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130604