JP2017096667A - Liquid suction device and liquid suction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波振動によって液体を吸引する液体吸引装置及び液体吸引方法に関する。 The present invention relates to a liquid suction device and a liquid suction method for sucking a liquid by ultrasonic vibration.
従来から、水槽内の液体を外部へ移動させるためには、例えば、空気の陰圧効果を利用する場合などの方法が知られている。 Conventionally, in order to move the liquid in the water tank to the outside, for example, a method using the negative pressure effect of air is known.
しかしながら、本願発明者は、従来から知られた上記方法以外の方法として、超音波振動の利用を研究し、特に液体と気体とを区別して液体のみを吸引させることができる方法を発明した。 However, the inventor of the present application has studied the use of ultrasonic vibration as a method other than the above-described methods, and invented a method that can specifically suck a liquid by distinguishing between a liquid and a gas.
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、超音波振動を利用して液体のみを吸引させることができる液体吸引装置及び液体吸引方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a liquid suction device and a liquid suction method that can suck only liquid using ultrasonic vibration.
第1の発明は、液体を吸引する液体吸引装置であって、液体が通過する液体通過部と、前記液体通過部に対して超音波振動を付与する超音波振動付与部と、を有することを特徴とする。 1st invention is a liquid suction device which attracts | sucks a liquid, Comprising: It has a liquid passage part which a liquid passes, and an ultrasonic vibration provision part which provides an ultrasonic vibration with respect to the said liquid passage part Features.
この場合、前記超音波振動付与部は、前記液体通過部に設けられた圧電素子と、前記圧電素子に高周波パルス電流を供給可能な高周波パルス電源と、を含むことが好ましい。 In this case, it is preferable that the ultrasonic vibration applying unit includes a piezoelectric element provided in the liquid passage unit and a high-frequency pulse power source capable of supplying a high-frequency pulse current to the piezoelectric element.
特に、前記超音波振動付与部は、前記液体通過部が共振するように発振周波数を制御することが好ましい。 In particular, the ultrasonic vibration applying unit preferably controls the oscillation frequency so that the liquid passage unit resonates.
第2の発明は、液体を吸引する液体吸引方法であって、液体が通過する液体通過部に対して超音波振動を付与し、前記液体通過部を液体に接触させて液体を吸引することを特徴とする。 A second invention is a liquid suction method for sucking a liquid, wherein ultrasonic vibration is applied to a liquid passage portion through which the liquid passes, and the liquid passage portion is brought into contact with the liquid to suck the liquid. Features.
この場合、前記液体通過部が共振するように発振周波数を制御することが好ましい。 In this case, it is preferable to control the oscillation frequency so that the liquid passage part resonates.
本発明によれば、超音波振動を利用して液体のみを吸引させることができる。 According to the present invention, it is possible to suck only liquid using ultrasonic vibration.
次に、本発明の本実施形態に係る液体吸引装置及び液体吸引方法について、図面を参照して説明する。 Next, a liquid suction device and a liquid suction method according to this embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、液体吸引装置10は、例えば、液体が通過する液体通過部12と、液体通過部12に対して超音波振動を付与する超音波振動付与部14と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 1, the
液体通過部12とは、例えば、液体が通過することが可能な構成を有する部材である。液体通過部12は、例えば、液体が通過できるように、大気圧と連通した中空部を有している構造が好ましい。なお、液体通過部12の材質、形状、構造などは限定されない。
The
超音波振動付与部14は、液体通過部12に超音波振動させるための外力を与える部材である。なお、超音波振動を与える構成及び原理などは限定されない。
The ultrasonic
ここで、超音波振動付与部14によって液体通過部12に超音波振動が発生すると、液体通過部12が浸漬されている液体に対して液体通過部12から超音波が照射される。なお、超音波振動は縦振動である。
Here, when ultrasonic vibration is generated in the
特に、超音波振動付与部14は、液体通過部12が共振するように発振周波数を調整することが好ましい。これにより、液体通過部12の先端が約10μm程度伸縮する。
In particular, the ultrasonic
液体通過部12が超音波振動することにより、液体通過部12と液体Lとの間に発生する管摩擦抵抗が低下する。詳細には、液体通過部12の長手方向だけではなく、径方向に対しても液体通過部12が振動しており、液体通過部12と液体Lとの実粘性抵抗が下がる。
When the
特に、液体通過部12の先端から離れる液体通過部12の部分では、超音波振動が減衰する分だけ液体通過部12の振幅が低下するため、管摩擦抵抗が上がる。これにより、液体通過部12の先端から離れた部位での液体の逆流が抑制される。換言すれば、液体が液体通過部12の内部を進めば進むほど、液体Lの逆流が抑制される効果が出る。
In particular, in the portion of the
なお、ここでの「超音波」の定義として、概ね20kHz以上の周波数の音を意味し、詳細には20kHz以上100kHz以下の周波数の音を意味するものとして使用される概念である。 The definition of “ultrasound” here means a sound having a frequency of approximately 20 kHz or more, and specifically, a concept used to mean a sound having a frequency of 20 kHz or more and 100 kHz or less.
液体中に超音波が照射されると、液体中の音波の音圧サイクル、つまり高速な正・負の圧力が液体に交互にかかり、瞬間的に負圧時に液体が引き裂かれて空洞が生じる現象が起きる。そして、次の瞬間、その空洞は正圧時に液圧とともに圧縮消滅し、非常に強い衝撃波となって周囲に大きな圧力を作用させる。そして、この空洞がキャビテーションである。 When ultrasonic waves are applied to a liquid, the sound pressure cycle of the sound waves in the liquid, that is, a high-speed positive / negative pressure is alternately applied to the liquid, and the liquid is instantaneously torn at the time of negative pressure, creating a cavity. Happens. Then, at the next moment, the cavity is compressed and extinguished together with the hydraulic pressure at the positive pressure, and becomes a very strong shock wave and exerts a large pressure on the surroundings. This cavity is cavitation.
また同時に、超音波には物質の境界面で反射する性質を備えている。例えば、媒体の密度をρ、それを伝播する音の速度をC、固有音響インピーダンスZ0として表すと、固有音響インピーダンスZ0はρ×Cで決定される。固定では、ρとCがともに大きく、その結果、固有音響インピーダンスZ0も大きい。逆に気体では、固有音響インピーダンスZ0が小さくなる。 At the same time, the ultrasonic waves have a property of reflecting at the interface between substances. For example, the density of the medium [rho, to represent the speed of sound propagating it C, as specific acoustic impedance Z 0, specific acoustic impedance Z 0 is determined by the [rho × C. When fixed, both ρ and C are large, and as a result, the specific acoustic impedance Z 0 is also large. The gas Conversely, the specific acoustic impedance Z 0 becomes smaller.
一般に、固有音響インピーダンスZ0が大きく異なる物質の界面では超音波が反射し、隣の相に進入することができない。例えば、超音波は、水から空気へ、あるいは逆に空気から水へ進入することができず、界面で反射される。 In general, an ultrasonic wave is reflected at an interface between substances having greatly different specific acoustic impedances Z 0, and cannot enter an adjacent phase. For example, ultrasonic waves cannot enter water to air, or vice versa, and are reflected at the interface.
これらの性質を利用することにより、液体中に照射された超音波が液体に強い衝撃波を与えると共に、行き場を失った超音波が空気との界面ではなく液体通過部12との界面に到達する。
By utilizing these properties, the ultrasonic wave irradiated in the liquid gives a strong shock wave to the liquid, and the ultrasonic wave that has lost its destination reaches the interface with the
ここで、液体通過部12の中空部によっていわゆる毛細管現象を誘発することが可能であり、その毛細管現象と衝撃波のエネルギーとの相乗効果の他に、音響インピーダンスの差、液体通過部12の伸縮、液体通過部12の粘性抵抗の差などの相乗効果が重なって、液体に液体通過部12の中空部の入口に向かう力が作用する。この結果、液体が液体通過部12の中空部の入口から流れ込み、液体通過部12の中空部を流れてその出口から排水される。
Here, it is possible to induce a so-called capillary phenomenon by the hollow part of the
他方、液体通過部12が液体に浸漬されていない状態では、空気中に超音波を照射することにより超音波が拡散するので、液体通過部12の中空部の入口に戻る空気がほとんど存在しない。また、空気に対する毛細管現象も生じない。このため、空気を吸引することはできない。
On the other hand, in a state where the
本実施形態に係る液体吸引装置10及び液体吸引方法によれば、空気の陰圧を利用せず、超音波振動する液体通過部12を液体に浸漬させるだけで、液体を吸引することが可能になる。
According to the
ここで、本実施形態の液体吸引装置10及び液体吸引方法の用途又は応用技術として、例えば、医療用吸引装置に適用することが可能である。具体的には、本原理を医療用吸引装置に応用して、身体の周辺組織を傷めず体液だけを吸引することが可能である。
Here, as a use or application technique of the
また、化学・薬学系の用途として、気体と液体とが混在する媒体から液体だけを吸引することが可能である。上述した通り、本実施形態の液体吸引装置10は液体を吸引し、気体を吸引しない性質があることから、液体だけを分離して輸送する装置として応用することも可能である。
In addition, as a chemical / pharmaceutical application, it is possible to suck only liquid from a medium in which gas and liquid are mixed. As described above, the
(実施例)
次に、実施例について説明する。実施例では、本願発明者が実験して液体の吸引効果を確認した。
(Example)
Next, examples will be described. In the examples, the inventors of the present application experimented to confirm the liquid suction effect.
図2に示すように、液体通過部12として、比較的直径の細い管状部材16が用いられる。例えばホースなどを用いることができる。
As shown in FIG. 2, a
超音波振動付与部14として、圧電素子18を用い、これを管状部材16に取り付けた。なお、圧電素子18の両側には電極20が取り付けられている。この電極20には、高周波パルス電源22が印加可能なように接続されている。
A
圧電素子18は、ドーナッツ形状であり、その内部に管状部材16が接続されている。
The
圧電素子18としては、本多電子株式会社のHEC−1560P4Bを用いた。
As the
高周波パルス電源22としては、株式会社エヌエフ回路設計ブロックのファンクションジェネレータWF1973及び高速バイポーラ電源HSA4101を用いた。
As the high-frequency
高周波パルス電源22から電極20に電圧を印加したときに、圧電素子18が伸縮と膨張を繰り返して振動し、超音波が発生する。圧電素子18の振動が管状部材16に伝達して管状部材16が振動する。特に、管状部材16の共振周波数となる高周波パルス電流を電極20に流すことにより、管状部材16に最大振幅の超音波振動が発生する。このように発生した超音波は、圧電素子18が浸漬された液体に対して照射される。
When a voltage is applied to the
なお、液体Lとして、視認し易いという理由から、墨汁を用いた。2つのビーカ24、26を用意して、一方のビーカ24に墨汁を入れ、他方のビーカ26は空にした。これを実験での初期状態とした。
Ink was used as the liquid L because it was easily visible. Two
この実施例によれば、圧電素子18が一方のビーカ24中の液体Lに浸漬されたときに液体中に超音波が照射される。この結果、液体は、圧電素子18に接続された管状部材16の内部に移動していき、管状部材16の内部を通って他方のビーカ26に注がれる現象が確認できた。
According to this embodiment, when the
なお、超音波を発生させる構成は、当該実施例の構成に限られない。例えば、電圧を加えると伸びたり縮んだりするピエゾ素子(セラミックの一種)を、金属で構成されたホーンで挟み、ボルト等で固定する構成も可能である。この構成では、ピエゾ素子とホーンの間に駆動端子とアース端子を設け、この端子に交流電圧を印加すると一方のホーンの先端部が高速振動する。このホーンの先端部に管状部材などを接続することにより、上記管状部材16に液体Lを導くことが可能である。
In addition, the structure which generate | occur | produces an ultrasonic wave is not restricted to the structure of the said Example. For example, a piezo element (a kind of ceramic) that expands or contracts when a voltage is applied is sandwiched between horns made of metal and fixed with bolts or the like. In this configuration, a drive terminal and a ground terminal are provided between the piezoelectric element and the horn, and when an AC voltage is applied to this terminal, the tip of one horn vibrates at high speed. By connecting a tubular member or the like to the tip of the horn, the liquid L can be guided to the
その他、超音波を発生させる構成は、従来から知られている技術を本発明に用いることが可能である。 In addition, a conventionally known technique can be used in the present invention for a configuration that generates ultrasonic waves.
10 液体吸引装置
12 液体通過部
14 超音波振動付与部
16 管状部材
18 圧電素子
20 電極
22 高周波パルス電源
24 ビーカ
26 ビーカ
L 液体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
液体が通過する液体通過部と、
前記液体通過部に対して超音波振動を付与する超音波振動付与部と、
を有することを特徴とする液体吸引装置。 A liquid suction device for sucking liquid,
A liquid passage part through which the liquid passes;
An ultrasonic vibration applying unit that applies ultrasonic vibration to the liquid passage unit;
A liquid suction device comprising:
液体が通過する液体通過部に対して超音波振動を付与し、前記液体通過部を液体に接触させて液体を吸引する液体吸引方法。 A liquid suction method for sucking liquid,
A liquid suction method in which ultrasonic vibration is applied to a liquid passage portion through which a liquid passes, and the liquid passage portion is brought into contact with the liquid to suck the liquid.
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