JP2008246277A - Particulate fluid producing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微粒流体生成装置に関するものであり、特に、第1の液体中に微少量の第2の液体または気体を吐出させて、微粒流体を生成する微粒流体生成装置に関するものである。 The present invention relates to a fine fluid generator, and more particularly, to a fine fluid generator that generates a fine fluid by discharging a small amount of a second liquid or gas into a first liquid.
近年、医薬品分野、食品分野、化粧品分野、その他の分野において微粒流体を製造する必要性が高まっている。この微粒流体は、一般的には、原料となる液体または気体を微小な開口径を有するノズルから適宜の液体中に吐出させることにより形成されている。 In recent years, there has been an increasing need to produce a fine fluid in the pharmaceutical field, food field, cosmetic field, and other fields. This fine fluid is generally formed by discharging a liquid or gas as a raw material from a nozzle having a minute opening diameter into an appropriate liquid.
特に、微粒流体となる液体または気体のノズルからの離脱を促進するために、ノズルあるいは微粒流体となる液体または気体に超音波振動を印加することが提案されている。 In particular, it has been proposed to apply ultrasonic vibration to the liquid or gas that becomes the nozzle or the fine fluid in order to promote the separation of the liquid or gas that becomes the fine fluid from the nozzle.
具体的には、図5に模式的に示すように、微粒流体である液滴を形成するための微小な貫通孔100を複数設けた平板110を第1配管120の側面の一部に設けるとともに、平板110の他側面には第1配管120内の第1の液体とは混ざり合わない第2の液体を送給する第2配管130を接続し、この第2配管130から送給された第2の液体を平板110の貫通孔100から第1配管120内に吐出させている(例えば、特許文献1参照。)。
Specifically, as schematically shown in FIG. 5, a
第1配管120では、第1の液体を所定の流速で送流させており、第1配管120内に吐出された第2の液体を移動する第1の液体で持ち運ぶことにより第2の液体に剪断を生じさせ、所定の大きさの液滴を生成している。
In the
さらに、平板110はバイブレータ140によって超音波振動させており、貫通孔100から吐出された第2の液体に剪断を生じさせやすくしている。バイブレータ140は、第2配管130の先端部に装着し、第2配管130の先端ごと振動させることにより、比較的簡潔な構造で平板を振動可能としている。
しかしながら、複数の貫通孔を設けた平板を単に振動させて微粒流体である液滴を生成した場合には、平板自体の撓みの影響が加わることによって平板の各位置における振幅が異なりやすく、生成された液滴の大きさのバラツキが大きくなりやすくなっていた。 However, when a flat plate provided with a plurality of through holes is simply vibrated to generate a droplet, which is a fine fluid, the amplitude at each position of the flat plate is likely to be different due to the influence of the deflection of the flat plate itself. The variation in the size of the droplets tends to increase.
本発明者らは、より均一な大きさとなった液滴などの微粒流体を生成すべく研究開発を行い、本発明を成すに至ったものである。 The present inventors have conducted research and development to produce a fine fluid such as droplets having a more uniform size, and have achieved the present invention.
すなわち、本発明の微粒流体生成装置では、第1の液体を送流する第1配管と、この第1配管内の第1の液体中に第2の液体を吐出する貫通孔を振動させて、第1の液体中に第2の液体を所定量ずつ断続的に吐出させる吐出器と、この吐出器に第2の液体を送給する第2配管とを備えた微粒流体生成装置において、吐出器は、先端が閉塞され、所定位置に貫通孔が設けられた筒状の吐出体と、この吐出体を振動させる振動手段とを備えることとした。 That is, in the fine fluid generator of the present invention, the first pipe for sending the first liquid and the through-hole for discharging the second liquid into the first liquid in the first pipe are vibrated, In a microfluidic fluid generating apparatus comprising: a discharger that intermittently discharges a second liquid into a first liquid by a predetermined amount; and a second pipe that supplies the second liquid to the discharger. Is provided with a cylindrical discharge body whose front end is closed and a through-hole is provided at a predetermined position, and vibration means for vibrating the discharge body.
さらに、本発明の微粒流体生成装置では、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、
(1)吐出体を第1配管内に同軸状に配置したこと。
(2)振動手段は、吐出体を少なくとも長さ方向に振動させること。
(3)貫通孔は、吐出体の先端を閉塞する閉塞壁に設けたこと。
(4)貫通孔は、吐出体の筒状の周面壁に設けたこと。
Furthermore, the fine fluid generator of the present invention is also characterized by the following points. That is,
(1) The discharge body is arranged coaxially in the first pipe.
(2) The vibration means vibrates the discharge body at least in the length direction.
(3) The through hole is provided in the blocking wall that blocks the tip of the discharge body.
(4) The through hole is provided in the cylindrical peripheral wall of the discharge body.
本発明の微粒流体生成装置では、第1の液体を送流する第1配管と、この第1配管内の第1の液体中に第2の液体または気体を吐出する貫通孔を振動させて、第1の液体中に第2の液体または気体を所定量ずつ断続的に吐出させる吐出器と、この吐出器に第2の液体または気体を送給する第2配管とを備えた微粒流体生成装置において、吐出器は、先端が閉塞され、所定位置に貫通孔が設けられた筒状の吐出体と、この吐出体を振動させる振動手段とを備えることによって、吐出体に生じる撓みの影響を小さくして、吐出体の振動状態にバラツキが生じることを抑制できるので、吐出体から吐出されて形成される微粒流体の大きさの均一化を図ることができる。 In the fine fluid generating apparatus of the present invention, the first pipe for sending the first liquid and the through-hole for discharging the second liquid or gas into the first liquid in the first pipe are vibrated, A fine fluid generating apparatus comprising: a discharger that intermittently discharges a second liquid or gas into a first liquid by a predetermined amount; and a second pipe that supplies the second liquid or gas to the discharger. The discharge device includes a cylindrical discharge body whose tip is closed and a through-hole is provided at a predetermined position, and vibration means that vibrates the discharge body, thereby reducing the influence of bending generated on the discharge body. And since it can suppress that variation arises in the vibration state of a discharge body, the size of the fine fluid formed by being discharged from a discharge body can be made uniform.
本発明の微粒流体生成装置では、第1の液体を送流する第1配管と、この第1配管内の第1の液体中に第2の液体または気体を吐出する吐出器と、この吐出器に第2の液体または気体を送給する第2配管とを備えた微粒流体生成装置であり、特に、吐出器は、先端が閉塞され、所定位置に貫通孔が設けられた筒状の吐出体と、この吐出体を振動させる振動手段とを備えているものである。 In the fine fluid generating apparatus of the present invention, a first pipe for sending the first liquid, a discharger for discharging the second liquid or gas into the first liquid in the first pipe, and the discharger And a second pipe for feeding a second liquid or gas to the microfluidic fluid generating device, and in particular, the discharger has a cylindrical discharge body with a closed end and a through hole at a predetermined position. And a vibrating means for vibrating the discharge body.
このように、第2の液体を吐出する貫通孔を備えた吐出体を筒状としたことによって、吐出体自体を撓みにくくすることができるので、吐出体に加えた振動エネルギーのロスを小さくすることができるとともに、吐出体を一様に振動させることができるので、吐出体から吐出されて形成された微粒流体の大きさの均一化できる。 Thus, since the discharge body provided with the through hole for discharging the second liquid has a cylindrical shape, the discharge body itself can be made difficult to bend, so that the loss of vibration energy applied to the discharge body is reduced. In addition, since the ejection body can be vibrated uniformly, the size of the fine fluid formed by ejection from the ejection body can be made uniform.
特に、吐出体を第1配管内に同軸状に配置した場合には、第1の液体の流れを大きく乱すことなく第2の液体または気体を吐出させることができるので、貫通孔からの第2の液体または気体の分離を安定的に行うことができるので、形成された微粒流体の大きさの均一化しやすくすることができる。 In particular, when the discharge body is coaxially arranged in the first pipe, the second liquid or gas can be discharged without greatly disturbing the flow of the first liquid, so the second from the through hole. Since the liquid or gas can be stably separated, the size of the formed fine fluid can be easily made uniform.
しかも、吐出体を振動させる振動手段は、吐出体を少なくとも長さ方向に振動させることによって、吐出体から吐出された第2の液体または気体に、吐出体の周囲を流れる第1の液体による剪断作用を生じさせやすく、微粒流体のさらなる微細化を図ることができる。 In addition, the vibration means for vibrating the discharge body shears the second liquid or gas discharged from the discharge body by the first liquid flowing around the discharge body by vibrating the discharge body at least in the length direction. It is easy to produce an action, and further refinement of the fine fluid can be achieved.
さらに、貫通孔を吐出体の先端を閉塞する閉塞壁に設けた場合には、微細な貫通孔を容易に形成できる。 Furthermore, when the through hole is provided in the blocking wall that closes the tip of the discharge body, a fine through hole can be easily formed.
また、貫通孔を吐出体の筒状の周面壁に設けた場合には、より多くの貫通孔を形成できることによって、微粒流体の生成効率を向上させることができる。 Further, when the through holes are provided in the cylindrical peripheral wall of the discharge body, the generation efficiency of the fine fluid can be improved by forming more through holes.
なお、第1配管では、吐出体の下流側の内径を吐出体部分の内径よりも小さくしたことによって、吐出体の下流側において吐出体が存在しなくなることにより第1の液体に圧力の低い領域が局部的に形成されることを抑制して、吐出体の周囲の圧力を均一化することにより、貫通孔から吐出される第2の液体の吐出量にバラツキが生じることを抑制して、より均一な微粒流体を生成可能とすることができる。 Note that, in the first pipe, the inner diameter on the downstream side of the discharge body is made smaller than the inner diameter of the discharge body portion, so that the discharge body does not exist on the downstream side of the discharge body, so that the first liquid has a low pressure region. By suppressing the local formation of the liquid and making the pressure around the discharge body uniform, the variation in the discharge amount of the second liquid discharged from the through hole can be suppressed, and more A uniform fine fluid can be generated.
以下において、本発明の実施形態を図面に基づいて詳説する。図1は、本発明の実施形態の微粒流体生成装置A1の断面概略模式図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fine fluid generator A1 according to an embodiment of the present invention.
微粒流体生成装置A1は、第1の液体を送流する第1配管10と、この第1配管10内の第1の液体中に第2の液体を吐出する吐出器20と、この吐出器20に第2の液体を送給する第2配管30とを備えている。
The fine fluid generating apparatus A1 includes a
第1配管10には、本実施形態では、吐出器20を装着するためにL字状に屈曲させた屈曲部11を設けており、屈曲部11の上流側に位置する上流側配管10uを、屈曲部11の下流側である下流側配管10dに略直角状に接続している。
In the present embodiment, the
この屈曲部11には、下流側配管10dの長手方向に沿って円筒状の装着ガイド12を設けている。装着ガイド12の内周面には雌ネジ(図示せず)を設け、後述するように吐出器20を装着可能としている。
The
吐出器20は、筒状の周面壁21aと、この周面壁21aの先端開口を閉塞する閉塞壁21bとで構成された吐出体21と、この吐出体21を振動させる振動手段であるピエゾ素子22と、吐出体21とピエゾ素子22とを第2配管30の先端に装着するための装着具23とを備えている。
The
本実施形態では、吐出体21は略円筒状とし、ピエゾ素子22は、吐出体21と略同一の直径を有するリング状とし、装着具23は、内部に吐出体21及び吐出体21に嵌め入れ可能とした円筒状としている。また、本実施形態では、吐出体21は金属製であって、特にステンレス製としている。なお、吐出体21は略円筒状に限定するものではなく、四角筒状や多角筒状などとしてもよく、さらには先端に向けて漸次拡径したり、あるいは先端に向けて漸次縮径したりしてもよい。また、ピエゾ素子22はリング状に限定されるものではなく、適宜の形状としてよい。また、ピエゾ素子22は、吐出体21の基端部への配設に限定されるものではなく、適宜の位置に配設してもよい。
In the present embodiment, the
吐出体21の周面壁21aには、基端縁の外周面に、装着具23と係合させるためのフランジ24を突設している。
On the
また、吐出体21の閉塞壁21bには複数の貫通孔25を設け、第2配管30によって吐出器20に送給された第2の液体を第1配管10内の第1の液体中に吐出可能としている。平板状の閉塞壁21bに貫通孔25を設けることにより、微細な貫通孔25を容易に形成することができる。
A plurality of through
貫通孔25の大きさは、生成する微粒流体の大きさを勘案して適宜の大きさとすることができ、微細とした微粒流体を生成する場合には、例えば十数μm〜数百μmとすることができる。貫通孔25の形状は、円形に限定するものではなく、三角形や四角形の貫通孔としてもよいし、あるいはスリット状の貫通孔としてもよい。また、貫通孔25は、孔径が一定の貫通孔に限定するものではなく、孔径を漸次大きくした拡開状の貫通孔などの異形断面孔としてもよい。貫通孔25の配設数は、第1の液体及び第2の液体の送給量を勘案しながら適宜の数とすることができる。なお、複数の貫通孔25を配設する場合には、各貫通孔25間の間隔をできるだけ大きくすることが望ましい。
The size of the through-
ピエゾ素子22は、図示しない通電手段で通電されることにより、吐出体21を周面壁21aの長さ方向に振動させている。なお、吐出体21を振動させる振動手段はピエゾ素子22に限定するものではなく、モータを用いたバイブレータ等であってもよい。また、ピエゾ素子22による吐出体21の振動は、少なくとも周面壁21aの長さ方向に振動させる成分を含んでいればよく、周面壁21aの径方向や周面方向に振動させてもよい。
The
円筒状とした装着具23は、吐出体21に設けられているフランジ24と係合する突片26を一方の端縁の内側面に設けている。本実施形態では、突片26は装着具23の内周面に沿ってリング状に設けている。
The
また、装着具23の内周面には雌ネジ(図示せず)を設け、この雌ネジを用いて後述するように吐出器20を第2配管30に装着可能としている。
Further, a female screw (not shown) is provided on the inner peripheral surface of the mounting
さらに、装着具23の外周面には、第1配管10における屈曲部11の装着ガイド12に設けられている雌ネジと螺合する雄ネジ(図示せず)を設けており、この雄ネジを装着ガイド12の雌ネジに螺合させることにより吐出器20を第1配管10に装着可能としている。
Furthermore, on the outer peripheral surface of the mounting
第2配管30には、先端にリング状のピエゾ素子22の中空部、及び円筒状の吐出体21の周面壁21aの中空部に嵌入可能とした嵌入部31を設けるとともに、この嵌入部31の基端部分にピエゾ素子22と当接してピエゾ素子22を支持するフランジ状の支持壁32を設けている。
The
特に、支持壁32の外周面には雄ネジ(図示せず)を形成し、この雄ネジと装着具23の内周面の雌ネジとを螺合させることにより吐出器20を第2配管30に装着可能としている。
In particular, a male screw (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the
したがって、微粒流体生成装置A1では、第2配管30の嵌入部31にピエゾ素子22と吐出体21を装着し、次いで装着具23を第2配管30の支持壁32に螺着することにより吐出器20を第2配管30に装着し、この吐出器20の装着具23を第1配管10における屈曲部11の装着ガイド12に螺着することにより、吐出体21を第1配管10内に同軸状に配置している。特に、本実施形態では、吐出器20を介して第2配管30を第1配管10の屈曲部11に装着した際に、第2配管30と下流側配管10dとを同一直線状に配置して装着している。
Therefore, in the fine fluid generator A1, the
第1配管10及び第2配管30には、それぞれ第1の液体及び第2の液体を送給するための送給ポンプ(図示せず)を設けており、所定の流量で第1の液体及び第2の液体を送給している。
The
本実施形態では、第1の液体は純水とし、第2の液体はドデカン液80重量%と界面活性剤20重量%とを混合した混合液としている。ピエゾ素子22は、数十kHz以上の周波数で周面壁21aの長さ方向に振動させた。
In the present embodiment, the first liquid is pure water, and the second liquid is a mixed liquid in which 80% by weight of dodecane liquid and 20% by weight of a surfactant are mixed. The
このように、第2の液体を吐出する貫通孔25が設けられた吐出体21を筒状とすることにより、吐出体21の振動状態にバラツキが生じることを抑制できるので、吐出体21の貫通孔25から吐出された第2の液体または気体からなる微粒流体の大きさを均一化することができる。
As described above, since the
しかも、吐出体21を少なくとも周面壁21aの長さ方向に振動させることによって、吐出体21の貫通孔25から吐出された第2の液体に吐出体21の周囲を流れる第1の液体による剪断作用を生じさせやすく、より微細とした微粒流体を生成しやすくすることができる。
Moreover, the shearing action of the first liquid flowing around the
さらに、第1配管10には、吐出体21の下流側の内径を吐出体21部分の内径よりも小さくした縮径部13を設けておくことにより、吐出体21の下流側において吐出体21が存在しなくなることにより第1の液体に圧力の低い領域が局部的に形成されることを抑制できる。したがって、吐出体21の周囲における第1の液体の圧力をほぼ一定とすることができるので、貫通孔25から第1の液体中に吐出される第2の液体の吐出量にバラツキが生じることを抑制でき、より均一な微粒流体を生成可能とすることができる。
Further, the
前述した実施形態では、吐出体21は周面壁21aと閉塞壁21bとを一体的に形成しているが、一体的に形成する場合に限定するものではなく、図2に示すように別体の周面壁21a'と閉塞壁21b'とで吐出体21'を構成してもよい。
In the above-described embodiment, the
図2に示す微粒流体生成装置A2では、吐出体21'以外は図1の微粒流体生成装置A1と同じであり、同一構成部分には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
2 is the same as the microfluidic fluid generating device A1 of FIG. 1 except for the
本実施形態の微粒流体生成装置A2では、吐出体21'は、ピエゾ素子22によって加えられた超音波振動を伝播させる円筒状の周面壁21a'と、この周面壁21a'の前端に当接させた閉塞壁21b'と、この閉塞壁21b'を周面壁21a'に当接させた状態に支持するための円筒状の外周面壁21c'とで構成している。
In the microfluidic fluid generating device A2 of the present embodiment, the
外周面壁21c'には、先端縁の内周面に内側に向けて突出させた係止爪27'を設けており、外周面壁21c'の基端側から外周面壁21c'内に挿入した閉塞壁21b'と係合可能としている。
The outer
閉塞壁21b'の挿入後、外周面壁21c'には周面壁21a'を挿入して、周面壁21a'の先端縁と係止爪27'とで閉塞壁21b'を挟持固定している。
After the insertion of the blocking
周面壁21a'は、外周面壁21c'の内周面に内接する形状としており、本実施形態ではどちらも金属製としてピエゾ素子22によって加えられた超音波振動をできるだけ減衰させることなく閉塞壁21b'に伝播させている。
The
外周面壁21c'の基端縁の外周面には、装着具23と係合させるためのフランジ24'を突設している。
On the outer peripheral surface of the base end edge of the outer
本実施形態では、閉塞壁21b'は多孔質体を平板状に整形した多孔板とし、この多孔板に設けられている微細な孔から第2の液体を吐出可能としている。多孔板の孔を用いることにより、極めて微細な貫通孔を設けたことに相当し、より微細とした微粒流体を生成可能とすることができる。
In the present embodiment, the blocking
貫通孔25は閉塞壁21bに設けるだけでなく、図3に示すように、吐出体21"の周面壁21a"に設けてもよい。なお、図3に示す微粒流体生成装置A3では、吐出体21"以外は図1の微粒流体生成装置A1と同じであり、同一構成部分には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
The through
吐出体21"の周面壁21a"に貫通孔25"を設けた場合には、閉塞壁21b"と比較して周面壁21a"の方が面積が広いため、より多くの貫通孔25"を設けることができ、微粒流体の生成効率を向上させることができる。
When the through-
特に、吐出体21"の周面壁21a"に貫通孔25"を設けた場合には、図3に示すように、第1配管10の上流側配管10uを、第1配管10の下流側配管10dに単に略直角状に接続するのではなく、図4の端面模式図に示すように、上流側配管10uを断面を円形とした下流側配管10dの接線方向に沿って設けるけることにより、下流側配管10d内において第1の液体に吐出体21"の周面壁21a"に沿ったスパイラル状の流れを生成することができる。
In particular, when a through
この第1の液体のスパイラル流によって、貫通孔25"から吐出された第2の液体に剪断作用を生じさせやすくすることができるので、より微細とした微粒流体を生成しやすくすることができる。
The spiral flow of the first liquid can easily cause a shearing action to occur in the second liquid discharged from the through
A1 微粒流体生成装置
10 第1配管
10u 上流側配管
10d 下流側配管
11 屈曲部
12 装着ガイド
13 縮径部
20 吐出器
21 吐出体
21a 周面壁
21b 閉塞壁
22 ピエゾ素子
23 装着具
24 フランジ
25 貫通孔
26 突片
30 第2配管
31 嵌入部
32 支持壁
A1 Fine fluid generator
10 First piping
10u upstream piping
10d Downstream piping
11 Bend
12 Installation guide
13 Reduced diameter section
20 Dispenser
21 Discharge body
21a Perimeter wall
21b Blocking wall
22 Piezo elements
23 Wearing equipment
24 Flange
25 Through hole
26 Projection
30 Second piping
31 Insertion
32 Support wall
Claims (5)
この第1配管内の前記第1の液体中に第2の液体または気体を吐出する貫通孔を振動させて、前記第1の液体中に前記第2の液体または気体を所定量ずつ断続的に吐出させる吐出器と、
この吐出器に前記第2の液体または気体を送給する第2配管と
を備えた微粒流体生成装置において、
前記吐出器は、先端が閉塞され、所定位置に前記貫通孔が設けられた筒状の吐出体と、この吐出体を振動させる振動手段とを備えたことを特徴とする微粒流体生成装置。 A first pipe for sending the first liquid;
A through-hole for discharging the second liquid or gas into the first liquid in the first pipe is vibrated to intermittently pass the second liquid or gas into the first liquid by a predetermined amount. A dispenser for dispensing;
In the microfluidic fluid generating device including the second pipe for feeding the second liquid or gas to the discharger,
The discharge device includes a cylindrical discharge body whose tip is closed and the through hole is provided at a predetermined position, and vibration means for vibrating the discharge body.
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