JP4769423B2 - 液体攪拌デバイス - Google Patents

液体攪拌デバイス Download PDF

Info

Publication number
JP4769423B2
JP4769423B2 JP2004067945A JP2004067945A JP4769423B2 JP 4769423 B2 JP4769423 B2 JP 4769423B2 JP 2004067945 A JP2004067945 A JP 2004067945A JP 2004067945 A JP2004067945 A JP 2004067945A JP 4769423 B2 JP4769423 B2 JP 4769423B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
sound wave
stirring device
transmission unit
sound
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004067945A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005257406A (ja
Inventor
峰雪 村上
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.)
Beckman Coulter Inc
Original Assignee
Beckman Coulter Inc
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 Beckman Coulter Inc filed Critical Beckman Coulter Inc
Priority to JP2004067945A priority Critical patent/JP4769423B2/ja
Priority to EP05720386.1A priority patent/EP1724005B1/en
Priority to PCT/JP2005/004115 priority patent/WO2005087359A1/ja
Publication of JP2005257406A publication Critical patent/JP2005257406A/ja
Priority to US11/518,095 priority patent/US8079748B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4769423B2 publication Critical patent/JP4769423B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/85—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with a vibrating element inside the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/28—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes the vibrations being caused by piezoelectric elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)

Description

本発明は、液体攪拌デバイスに関する。
従来、撹拌対象液を撹拌子で撹拌する撹拌装置は、撹拌子の先端を上記撹拌対象液の水位の略中心に設定することによって、撹拌効果を向上し撹拌時間を短縮するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、超音波で対象液を撹拌する超音波発生手段を備えた化学分析装置には、超音波発生手段である圧電振動子の電極を分割し、旋回流を生じさせるように適切な位置と音波強度で音波が発生するように分割電極を駆動制御しているものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−２５８３２８号公報 特開２００１−２１５２３２号公報
しかしながら、撹拌対象の液体が微少量である場合、特許文献１の攪拌装置は、撹拌子先端の位置を撹拌対象液の略中心に配置することが難しく、微小量の液体の撹拌を行うことができない場合があるという問題があった。また、特許文献２の攪拌装置は、液量に応じて分割電極のうちどの電極を動かすか決めるために、例えば液面の高さを計算する手段や、分割電極のうち特定の電極を決定して駆動させるための制御手段が必要で、構造が複雑になるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で液体を撹拌することが可能な液体攪拌デバイスを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、液体中に流れを発生させて攪拌する液体攪拌デバイスであって、音波を発生する音波発生体と、前記音波発生体が発生した音波を伝達すると共に、少なくとも一部が前記液体と接触し、前記液体と接触する部分において前記音波を液体に向けて放出する伝達部と、を有し、前記液体に向けて放出される音波によって前記液体に局部的な流れを発生させて前記液体を攪拌することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波発生体が発生した音波は、伝達部を伝達され、液体に接触している部分で液体側へ漏洩していく。このとき、表面弾性波等の横波は、液体のような流体中を伝搬できない。このため、液体に接触している伝達部においては、横波からモード変換された縦波が液体中へ透過／伝搬していく。この部分は、気液界面近傍における液面直下の伝達部表面となるため、縦波は気液界面を効率的に変動させて液体を撹拌する。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記音波発生体は、前記伝達部の表面に形成されていることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波発生体が伝達部の表面に形成されることで、例えば、音波発生体がＩＤＴ（Inter Digital Transducers）が表面に形成された圧電体の場合、伝達部表面のごく近傍に音波エネルギーを集中させることができる。また、例えば、音波発生体が所定の角度をもって音波を伝達部に入射させる斜角振動子等の場合、伝達部表面で全反射を繰り返しながら音波を伝達させることができる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記音波発生体は、前記液体と非接触の位置に配置されていることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波発生体を設けた伝達部と接する流体は空気／大気などに代表される撹拌を行う際の雰囲気であり、両者の音響インピーダンスは著しく異なるため音波は伝達部に閉じ込められたまま伝搬する。そのため、伝搬途中での音波の損失が非常に小さくて済む。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記音波発生体は、発生する音波が表面弾性波であることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、例えば数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波交流電場を音波発生体に印加すると、周波数が表面音波速度と音波発生体の電極距離の比に等しい共鳴条件がほぼ満足される場合に表面弾性波が誘起される。表面弾性波の伝搬方向は相互に係合する電極の配列方向であり、伝達部に沿って表面弾性波が撹拌対象の液体に向かって伝搬していく。伝達部と接する流体との音響インピーダンスが大きく異なる場合、表面弾性波は伝達部表面から約一波長程度の深度領域で閉じ込められたまま伝搬方向へ進む。このため、伝達部においては、表面近傍に非常に大きなエネルギーが閉じ込められた状態となっており、液体に接触する部分から放射されるエネルギーの変換効率が優れる。音波発生体は、伝達部の表面に形成することで音波の伝搬に伴う損失が非常に小さくなり、発生した音波強度とほぼ同じ音波強度で所望する液体に対して音波を放射させる。上記態様の液体攪拌デバイスによれば、伝達部表面のごく近傍に音波エネルギーを集中させ、且つ、伝達部と液体の音響インピーダンスの違いを利用して液体に接触した際に固有の角度をもって縦波を液体中に放射させる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、前記液体中に存在する部分を除く残部が雰囲気気体と接触していることを特徴とする。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記雰囲気気体は、空気であることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、伝達部と接する流体が雰囲気気体（空気）である場合、両者の音響インピーダンスは著しく異なるため、音波を伝達部に閉じ込めたまま伝搬させる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する部分が、音響インピーダンスが不連続となる前記雰囲気気体と前記液体との気液界面に関して液体側に存在することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音響インピーダンスが不連続となる気液界面において、集中的に音波が液体中に放射されるため、界面変動を促進させることが可能である。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音響インピーダンスが、前記液体以上、前記音波発生体以下であることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波は、音響インピーダンスが高い伝達部から低い液体に向かって損失が少ない状態で透過する。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音響インピーダンスが、前記音波発生体から音波を前記液体に放出する部分に向かって減少することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波は、音響インピーダンスが高い音波発生体側から、低い液体と接している側に向かって損失が少ない状態で透過する。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する部分の音響インピーダンスが、前記雰囲気気体における音響インピーダンスと比べて、前記雰囲気気体と接触している部分の音響インピーダンスに近いことを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、伝達部と接する流体が空気／大気などの場合、両者の音響インピーダンスは著しく異なるため、音波は固体基板表面に閉じ込められたまま伝搬する。これに対して、伝達部と接する流体が、撹拌対象となる液体である場合、両者の音響インピーダンスは比較的近いものとなるため、音波は液体側へ漏洩する。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する液中部分での音波を伝達する方向における音波の透過率が、音波が前記雰囲気気体へ漏れ出す雰囲気気体中における音波の透過率よりも大きいことを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、伝達部に非常に大きなエネルギーを閉じ込めたまま液体に接触する部位へと音波が伝搬する。すなわち、伝搬によるエネルギー損失を抑え、液体に接触する部位まで高いエネルギーを維持するため、液体に接触する部分から液体へ放射されるエネルギーの変換効率が優れる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する部分が、前記気液界面の位置に応じて変化することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、複雑な位置制御装置を設けなくとも、気液界面近傍で効果的に液体を撹拌する。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記音波を前記液体に向けて放出する方向は、重力と逆向きの方向成分を有することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、下方から上方に向かう流れを発生することができるため、下方に沈殿しやすい成分の撹拌を効率よく行える。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する位置が前記気液界面であることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、気液界面近傍で縦波が液体中に放射されるため、界面変動を促進させることが可能である。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、圧電体で構成されていることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波発生体で発生した音波の伝搬に伴う損失を効果的に抑制する。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する部分が、前記音波発生体と異なる位置に存在することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、伝達部は、音波を放出する部分と音波発生体の位置が異なり、音波発生体が存在する部分が攪拌対象の液体に触れないので、液体のコンタミネーションが全くなくなる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、更に、前記音波発生体の周波数、振幅、駆動時間、または駆動時刻を制御する制御装置を有することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、制御装置は、例えば音波発生体に印加する数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波交流電場の波形、振幅、印加時間、タイミング等を制御し、撹拌対象液の種類、液量などに応じてこれらのパラメータを組み合わせて最適な駆動振動を与えることにより、効率的な撹拌を実現する。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、更に、前記伝達部は、前記音波発生体から発生した音波を検出する音波検出器が設けられ、前記検出した音波検出器が音波を信号処理する処理器を有することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、伝達部が液体に接触したか否かを音波検出器で検出することで、液体が容器に入っているかどうかの検出器として利用することができる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、更に、音波を信号処理する処理器が設けられ、前記音波発生体は、前記伝達部を伝達されて端面で反射した音波の反射波を受波し、受波した音波を前記処理器に出力することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、伝達部に音波検出器を別途設ける必要がなく、且つ、液体に入っているかどうかの検出器として利用することができる。音波発生体は、斜角振動子などであってもよい。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、前記液体と接触し、音波を前記液体に向けて放出する部分における幅が、前記音波発生体が設けられた部分の幅よりも狭いことを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波発生体で発生した音波が伝達部内で反射増幅され、音波を液体に向けて放出する部分における音波強度が増幅される。また、音波を放出する部分に向けて細くなっているため、撹拌対象の液体へ挿入し易くなる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、前記音波発生体が設けられた部分から、音波を前記液体に放出する部分に向けて幅が連続的に減少又は単調に減少することを特徴とする。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、前記音波発生体が設けられた部分から、音波を前記液体に放出する部分に向けて幅が線形的又は指数関数的に減少することを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波は進行に連れて伝達部内部で反射を繰り返し、共鳴効果が高まる。即ち、液体中に放射されるモード変換された縦波振幅が増幅され、液体の撹拌効果が高まる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記音波発生体は、発生した音波を前記伝達部の所定位置で収束するように円弧状に形成されていることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、音波のエネルギーを所定位置に集中できるため、非常に大きいエネルギーの縦波を液体中に放射でき、対象液の撹拌効果が高まる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、更に、前記伝達部は、収束した音波を案内する導波路が設けられ、前記音波発生体は、発生した音波を前記導波路の入り口で収束させることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、導波路上で表面弾性波のエネルギーが集中、増幅されるため、液体攪拌デバイスの先端のみならず導波路上のいずれの位置においても強力な縦波が液体中に放射される。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、更に、前記伝達部は、前記音波発生体が発生した音波を増幅する反射器が設けられていることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、表面弾性波の共鳴状態を高めて、エネルギーを増幅できるため、非常に大きい振幅の縦波が液体中に放射され、液体の撹拌効果が高まる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、少なくとも一部が前記液体を保持する容器の一部であることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、液体を保持した容器の外部に液体攪拌デバイスを配置できる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する部分が、前記容器の一部であることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、直接液体に接触させる必要がなくなり、例えば、生化学検査に用いる場合には液体攪拌デバイスのコンタミネーションが防止される。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記容器と前記雰囲気気体との界面は、音響インピーダンスが不連続となることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、雰囲気気体と容器との界面から音波が放出されることはない。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する部分が、重力方向に延在していることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、容器内へ挿入して配置したり、容器の外部に接触させて配置したりする等、種々の配置形態を採用でき、使用上の自由度が高くなる。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記伝達部は、音波を前記液体に向けて放出する部分が、水平方向に延在していることを特徴とする。
上記態様の液体攪拌デバイスによれば、容器底面から気液界面に向けて縦波を液体中に放射できるため、比重の重い溶液または試料の沈殿を妨げると共に、界面変動を促進させられる。
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、所定の容積を有する容器に保持された液体中に流れを発生させて攪拌する液体攪拌デバイスであって、音波を発生する音波発生体と、前記音波発生体が発生した音波を受けて伝達すると共に、異なる音響インピーダンスを有する２つの物質に接触する伝達部と、を有し、前記伝達部は、当該伝達部表面において、前記接触する物質の間の界面と交わる部分から前記液体に向けて音波を放出する部分を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明において、前記液体の容積は、所定の範囲で変動することを特徴とする。
本発明にかかる液体攪拌デバイスは、簡易な構造で液体を撹拌することが可能な液体攪拌デバイスを提供することができるという効果を奏する。
（実施の形態１）
以下、本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態１を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、液体攪拌デバイスとして基板上に圧電振動子を設けた攪拌子の概略構成を示す斜視図である。図２は、液体を保持した所定の容積を持つ容器内に攪拌子を配置した使用状態を示す図である。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、容器内の対象液量が増加し、液面が変化した場合の作用を説明する図である。
攪拌子２は、図１に示すように、基板２ａ表面の伝達部２ｂに表面弾性波発生手段としてすだれ状あるいは櫛型電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducers）３ａ，３ｂからなる圧電振動子３が設けられている。櫛型電極３ａ，３ｂは、交流電源Ｓから高周波交流電場が印加される。攪拌子２は、図２に示すように、容器４の開口４ａから容器４内に保持された液体Ｌqに接触／挿入され、圧電振動子３が重力方向液体Ｌqの上方又は液体Ｌqに接触しない位置に配置される。撹拌子２は、少なくとも先端が容器４底面まで届く長さを有していれば良い。圧電振動子３は、半導体製造技術により製作され、例えば数μｍのピッチで配列された櫛型電極３ａ，３ｂが交互に係合され、隣接する櫛型電極３ａ，３ｂ間は、発生する表面弾性波の波長をλとしたとき、λ／４となるように設定されている。
ここで、本発明において、伝達部２ｂとは、音波（表面弾性波）を伝達する基板の表面部分をいい、図３に示すように、少なくとも一部が液体Ｌqと接触し、圧電振動子３が発生した音波（表面弾性波）を、液体Ｌqと接触する部分において液体Ｌqに向けて放出する部分を含む。攪拌子２においては、伝達部２ｂは、音波（表面弾性波）を伝達する基板２ａの表面部分をいい、図３に示すように、液体Ｌqと接触し、圧電振動子３が発生した音波（表面弾性波）を、液体Ｌqと接触する部分において液体Ｌqに向けて放出する作用部Ｐを含む。また、伝達部の説明において使用される基板なる用語は、本発明においては、例えば半導体製造技術におけるシリコンやガラスなどの固体基板、またはこれらの固体基板上の、例えば金属層や絶縁層を意味する。この他、伝達部の説明において使用される基板なる用語は、例えばニオブ酸リチウム結晶、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ: lead zirconate titanate）などの圧電性の固体基板、さらにはこれらの圧電性基板上の一部に例えば石英層や金属層を設けたものや、容器４の壁面も包含する。
次に、図２，図３を用いて攪拌子２の作用を説明する。図２に示すように、容器４の開口４ａから容器内に保持された液体Ｌqに攪拌子２を接触／挿入させる。このとき、攪拌子２は、少なくとも先端が撹拌対象である液体Ｌqに接触していれば良い。この状態で、電源例えば数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波交流電場を圧電振動子３に印加する。すると、攪拌子２は、周波数が表面音波速度と圧電振動子３の電極３ａ，３ｂ間隔（λ／４）の比に等しい共鳴条件がほぼ満足される場合に、基板２ａの圧電性領域に表面弾性波が誘起される。
誘起された表面弾性波の伝搬方向は、相互に係合する櫛型電極３ａ，３ｂの配列方向であり、図３に示すように、基板２ａの圧電振動子３側の表面に沿って伝搬する表面弾性波が、基板２ａが液体Ｌqと接触している気液界面近傍で撹拌対象の液体Ｌqに向かって点線で示すように放出され、液体Ｌq中を伝搬していく。このとき、一般に、固体基板と接する流体との音響インピーダンスが大きく異なる場合、表面弾性波は固体基板の表面から約一波長程度の深度領域で閉じ込められたまま伝搬方向へ進むが、固体基板と接する流体の音響インピーダンスが近い場合には表面弾性波は固体基板から流体側へと漏れ出ていく現象が発生する。即ち、気液界面のような音響インピーダンスが異なる２つの物質の界面と、伝達部である固体基板が交わる場合、固体基板と音響整合がより取れている方に、表面弾性波のエネルギーが伝搬する。
攪拌子２においては、基板２ａと接する流体は、基板２ａ上部では空気／大気などに代表される撹拌を行う際の雰囲気（空気）であり、両者の音響インピーダンスは著しく異なる。このため、基板２ａが空気と接している液体Ｌq上方では、表面弾性波は、基板２ａ表面、即ち、伝達部２ｂに閉じ込められたまま伝搬する。一方、基板２ａが接する流体が撹拌対象となる液体Ｌqである場合、両者の音響インピーダンスは比較的近いものとなる。このため、攪拌子２は、基板２ａが液体Ｌqに接触している部分、即ち、液体Ｌq中においては、表面弾性波からモード変換された縦波が液体Ｌq側へ漏洩して放出される。攪拌子２は、図２に示すように、液体Ｌq側へ漏れ出した点線で示すモード変換された縦波によって、反時計回りの矢印で示す局部的な流れを発生させて液体Ｌqを攪拌する。
ここで、伝達部２ｂは、音響インピーダンスが、圧電振動子３から音波を液体に放出する部分に向かって減少している。また、伝達部２ｂの音響インピーダンスをＩB、液体Ｌqの音響インピーダンスをＩL、空気の音響インピーダンスをＩA、圧電振動子３の音響インピーダンスをＩTとすると、これらの音響インピーダンスの間には、ＩT＞≧ＩB≧ＩL＞ＩAの関係がある。更に、伝達部２ｂは、空気中にある部分の空気との音響インピーダンスの差と比べて、液体Ｌq中の部分における液体Ｌqとの音響インピーダンスの差は小さい。また、伝達部２ｂは、音波を液体Ｌqに向けて放出する液中部分での音波を伝達する方向における音波の透過率が、音波が空気へ漏れ出す空気中における音波の透過率よりも大きい。
表面弾性波等の横波は、液体のような流体中を伝搬することができない。このため、攪拌子２と液体の界面では次式のスネルの法則に則り横波→縦波へとモード変換が行われる。
Sinθi／Ｖs＝Sinθlt／Ｖl ………(1)
ここで、θiは攪拌子２と流体の界面へ入射する表面弾性波の入斜角、θltは流体へ透過／漏洩する縦波の透過角、Ｖsは攪拌子２における表面弾性波の音速、Ｖlは流体における縦波音速である。
すなわち、攪拌子２においては、モード変換された縦波が液体Ｌq中へ透過／伝搬していくことになる。このとき、表面弾性波が攪拌子２から液体Ｌq側へと漏れ出す部分は、気液界面近傍における液面直下に存在する基板２ａの表面（＝作用部Ｐ）となるため、モード変換された縦波は気液界面を効率的に変動させることができる。例えば、モード変換された縦波が数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度であれば、液体Ｌqに流れまたは気液界面の変動を発生させることが可能である。一方、モード変換された縦波が数ミリ秒〜数十ミリ秒程度のパルスの繰り返し音波であれば、音響放射圧の効果を利用して気液界面の変動を発生させ、付随的に発生する渦流れによって液体Ｌqを撹拌することができる。また、モード変換された縦波が少なくとも数十ミリ秒以上の連続音波であれば、液体Ｌq中に音響流が発生し液体Ｌqを撹拌することができる。
なお、(1)式より、表面弾性波からモード変換された縦波は、図５に示すように、攪拌子２に対してある角度θltをもって液体中へ透過／漏洩していく。表面弾性波がレイリー波の場合θi＝９０°となり透過／漏洩角度は各音速の比（Ｖl／Ｖs）で決まるため、攪拌子２の表面弾性波の音速を適宜選択することで所望する進行方向へ縦波を放射することができる。
ところで、攪拌子２においては、表面弾性波が基板２ａから液体Ｌq側へ漏洩していく部分は、基板２ａと接する界面を有する流体の音響インピーダンスにのみ依存する。このため、攪拌子２においては、図４に示すように、表面弾性波が基板２ａから液体Ｌq側へ漏洩していく作用部Ｐは、気液界面の位置、言い換えると、液体Ｌqの量で変化する。従って、攪拌子２は、撹拌対象の液体ごとに液量が大幅に異なり、例えば図４に示したように、気液界面が図３に示す場合よりも高さＨ1増加しても、気液界面の近くで局部的な流れを発生させて液体Ｌqを攪拌する。このように、攪拌子２は、伝達部２ｂの音波を液体に放出する部分が重力方向に延在しているので、少なくとも伝達部２ｂの一部が液体Ｌqと接触していればよく、また、液体の増減に合わせて上下位置を調整する必要がないため、位置検出器や位置制御等のコントローラが不要であり、簡易な構造で液体を撹拌することができる。
さらに、実施の形態１の攪拌子２は、(1)撹拌対象の液体へ作用する力の強度は表面弾性波の振幅により調整可能、(2)作用時間、例えばパルスの種々の長さを電子的に容易に設定可能、(3)ソフトウエアでの制御が可能、(4)液体に入れる部分に凹凸がないので洗浄が容易である、(5)表面弾性波の発生及び伝搬は圧電振動子３の櫛型電極３ａ，３ｂの交差領域に限定されるので撹拌子２の保持等が容易、といった利点を有する。
なお、攪拌子２は、各種の変形、変更が可能である。例えば、圧電振動子３は、基板２の片側表面のみならず裏面側に設けられていてもよく、撹拌の際には複数個の撹拌子を同時に使用しても良い。
また、攪拌子２は、図６に示すように、圧電振動子３を制御装置５によって制御してもよい。制御装置５は、例えば圧電振動子３に印加する数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波交流電場の波形、振幅、印加時間、タイミング等を制御する。攪拌子２は、制御装置５を設けることにより、例えば撹拌対象の液体の種類、液量などに応じてこれらのパラメータを適宜組み合わせて最適な駆動振動を与え、効率的な撹拌を実現することができる。このとき、圧電振動子３は、図７に示すように、引き出し電極３ｃを設けても良い。このようにすると、攪拌子２は、伝達部２ｂに損傷を与えるリスクを低くでき、電力供給のアクセスを容易にすることが出来る。
（実施の形態２）
次に、本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態２を図面に基づいて詳細に説明する。図８は、本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態２に関する基本構成を示す概略図である。図９は、図８の液体攪拌デバイスにおける漏洩弾性表面波とバルク波の伝搬の様子を示す拡大図である。図１０は、伝達部における波の伝搬を示す図である。図１１は、容器内の対象液量が増加し、液面が変化した場合の作用を説明する図である。
実施の形態２に係る液体攪拌デバイス１０は、図８に示すように、攪拌子２と、容器４と、音響整合層６とを有し、基板２ａ、容器４の壁面及び音響整合層６によって伝達部を形成している。攪拌子２は、音響整合層６を介して容器４の側面に近接して設けられている。攪拌子２は、例えばニオブ酸リチウム結晶、水晶、リチウムタンタレートなどの圧電性結晶基板を最適な結晶方位で切断した基板２ａ使用している。圧電振動子３は、容器４と反対側の面であって、液体Ｌqよりも上方または液体Ｌqの気液界面と同程度の位置に設けられている。音響整合層６は、攪拌子２と容器４とを音響インピーダンス的に整合するもので、エポキシ樹脂等の接着剤やシェラックが使用されるが、ジェルや液体などであってもよい。
このとき、攪拌子２と、音響整合層６、容器４の順序に音響インピーダンスが減少、すなわち、音波を伝達する伝達部の音響インピーダンスが、音波を液体に向かって放出する部分に向かって単調減少してゆくように構成されていることが望ましい。このように構成することで、液体攪拌デバイス１０は、音波のエネルギーの損失が少なくなる。
次に、実施の形態２に係る液体攪拌デバイスの作用を説明する。液体攪拌デバイス１０は、例えば、圧電性結晶基板としてニオブ酸リチウム結晶を特定の結晶方位で切断した基板を撹拌子２の基板２ａとして用い、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波交流電場を圧電振動子３に印加すると、周波数が表面音波速度と圧電振動子３の櫛型電極３ａ，３ｂ間の距離との比に等しい共鳴条件がほぼ満足される場合に、撹拌子２に漏洩表面弾性波が誘起される。漏洩表面弾性波とは、レイリー波と同様に固体基板表面にエネルギーを集中しているが、伝搬に伴ってエネルギーを物質内部へバルク波として放射するような波動が知られている。図９は、図８のＢ部におけるこのような漏洩弾性表面波ＷLとその伝搬に伴って放射されるバルク波ＷBの伝搬の様子を示す。
漏洩表面弾性波の伝搬方向は相互に係合する櫛型電極３ａ，３ｂの配列方向であり、図８に示す液体攪拌デバイス１０における圧電振動子３側の表面に沿って表面弾性波が撹拌対象の液体に向かって伝搬していく。一方、バルク波ＷBは、図９に示すように、撹拌子２の基板２ａ中に放射される。その進行角度θgは、切断した基板２ａにおける結晶方位に依存する。このため、進行角度θgが全反射角となるように切断結晶方位を選択すれば、バルク波は、図１０に示すように、基板２ａ、音響整合層６、容器４の壁面を伝達部２ｂとして伝搬していく。このとき、伝達部２ｂと、容器４の壁面と接する流体Ｌqとの音響インピーダンスが大きく異なる場合には、バルク波ＷBは伝達部に閉じ込められたまま伝搬する。しかし、前記伝達部と、容器４の壁面と接する流体Ｌqとの音響インピーダンスが近い場合には、図１０に示すように、バルク波ＷBが容器４壁面の作用部Ｐから流体側へと点線で示すように漏れ出ていく現象が発生する。液体攪拌デバイス１０は、図８に示すように、容器４の壁面から漏れ出す点線で示すバルク波ＷBによって局部的な流れを発生させ、時計廻りの矢印で示すように液体Ｌqを攪拌する。
液体Ｌqのような流体中では横波は伝搬できないため、容器４の壁面と液体の界面では(1)式のスネルの法則に則り横波→縦波へとモード変換が行われる。すなわち、容器４の壁面においてはモード変換された縦波が液体中へ透過／伝搬していくことになる。このように、縦波が液面直下の容器壁面から液体中へ透過／伝搬するため、モード変換された縦波は気液界面を効率的に変動させることができる。例えば、モード変換された縦波が数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度であれば、流体Ｌqに流れまたは気液界面の変動を発生させることが可能である。一方、モード変換された縦波が数ミリ秒〜数十ミリ秒程度のパルスの繰り返し音波であれば、音響放射圧の効果を利用して界面変動を発生させ、付随的に発生する渦流れによって流体Ｌqを撹拌することができる。また、モード変換された縦波が少なくとも数十ミリ秒以上の連続音波であれば、流体Ｌq中に音響流が発生し流体Ｌqを撹拌することができる。
ところで、実施の形態２に係る液体攪拌デバイス１０によれば、縦波が液面直下の容器壁面から液体中へ透過／伝搬する部分は、流体の音響インピーダンスにのみ依存する。このため、液体攪拌デバイス１０においては、図１１に示すように、縦波が液面直下の容器壁面から液体中へ透過／伝搬する作用部Ｐは、気液界面の位置、言い換えると、液体Ｌqの量で変化する。従って、液体攪拌デバイス１０は、撹拌対象の液体ごとに液量が大幅に異なり、例えば図１１に示すように、気液界面が図８に示す場合よりも高さＨ2低下しても、撹拌子２の上下方向の位置を変更する必要がない。このため、液体攪拌デバイス１０は、位置検出器および位置制御用のコントローラが不要である。
さらに、実施の形態２の液体攪拌デバイス１０は、(1)撹拌対象の液体へ作用する力の強度は漏洩表面弾性波の振幅により調整可能、(2)作用時間、例えばパルスの種々の長さを電子的に容易に設定可能、(3)ソフトウエアでの制御が可能、(4)攪拌子２は攪拌対象の液体に触れないので攪拌子２に因るコンタミネーションが全くなくなる、といった利点を有する。
なお、実施の形態２の液体攪拌デバイス１０は、各種の変形、変更が可能である。例えば、図１２に示すように、圧電振動子３は、液体攪拌デバイス１０の設計や液体Ｌqの攪拌方向等によっては、攪拌子２下部の容器４の底面よりも下方に設けても良い。また、撹拌子２は、攪拌対象となる液体Ｌqの密度や液体Ｌqの攪拌方向等によっては、図１３に示すように、容器４の底面に伝達部が水平方向に延在するように配置されていても構わない。図１２，図１３のような態様においては、雰囲気気体と容器との界面が、音響インピーダンスが異なる２つの界面となる。また、液体攪拌デバイス１０は、図１４に示すように、複数個の撹拌子２を容器４の異なる壁面に設け、複数の圧電振動子３を制御装置５によってアトランダムに駆動させることにより、液体Ｌqを効率よく攪拌させることできる。
このとき、撹拌子２は、図１５に示すように、圧電振動子３を基板２ａの容器４側に設けると共に、引き出し電極３ｃを設けても良い。圧電振動子３を容器４側に設けると、外面に設けた場合に比べ、縦波の液体中への透過／伝搬が早くなる。また、引き出し電極３ｃを設けると、圧電振動子３への電力供給が容易になる。ここで、撹拌子２は、容器４に対して鉛直方向に設けると液体に鉛直方向の流れが発生する。これに対して、複数個の撹拌子２を容器４の壁面に水平方向に設けると、縦波が液体中へ水平方向に透過／伝搬するため、液体に水平方向の流れが発生する。このため、複数個の撹拌子２は、目的とする流れに応じて種々に組み合わせて配置すればよい。
更に、液体攪拌デバイス１０は、圧電振動子３を設けた撹拌子２に代えて、図１６に示す撹拌子７のように、楔７ａに斜角振動子７ｂを取り付け、斜角振動子７ｂが発生した超音波（縦波）を容器４の壁面で全反射させることで、容器４の壁面のみが伝達部となるように構成してもよい。これにより、液体攪拌デバイス１０は、図１７に示すように、容器４壁面の作用部Ｐから液体Ｌqに点線で示すように漏れ出す超音波によって、液体Ｌqに時計廻りに局部的な流れを発生させて液体Ｌqを攪拌することができる。更に、実施の形態２に挙げた液体攪拌デバイス１０及びその変形は、音波を液体に放出する部分が、音波発生体の設けられた面と異なる面に設けられているので、音波発生体が液体に触れる可能性が更に少なくなる。
（実施の形態３）
次に、本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態３を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態３に係る液体攪拌デバイスは、容器４が傾斜配置されている。図１８−１は、撹拌子と液体とが直接接触して撹拌する際の本発明に係る液体攪拌デバイスの基本構成を示す概略図である。図１８−２は、液体攪拌デバイスによって引き起こされる界面変動の一例を示す図である。図１９は、実施の形態３に係る液体攪拌デバイスの第１の変形例を示す概略図である。図２０は、実施の形態３に係る液体攪拌デバイスの第２の変形例を示す概略図である。
液体攪拌デバイス１５は、所定の角度で傾けられた容器４に撹拌子２がセットされている。このとき、撹拌子２の圧電振動子３で発生した表面弾性波は、基板２ａが液体Ｌqに接触している部分において、モード変換されて縦波となる。モード変換された縦波は、撹拌子２に対して前記スネルの法則に従って角度θltをもって液体中へ透過／漏洩していく。例えば、表面弾性波がレイリー波で、固体基板がニオブ酸リチウムで液体Ｌqが水の場合、透過／漏洩角度θltは約２２°となる。
このため、撹拌子２及び容器４をこの透過／漏洩角度θltである約２２°よりも大きい傾斜角度で設置すると、図１８−１に示すように、鉛直上方の成分を持った縦波が、撹拌子２から点線で示すように気液界面に向けて液体中に放射される。このため、液体攪拌デバイス１５においては、撹拌子２及び容器４を鉛直に配置した場合に比べて、界面変動を促進させることが可能である。このとき、縦波が数ミリ秒程度のパルスの繰り返し音波であれば、音響放射圧の効果で液体の界面が撹拌子２の気液界面側に引き寄せられ、それまで空気と接していた部分が液体と接することになるので、図１８−２に示すように、更なる界面変動を引き起こすことが可能である。
なお、液体攪拌デバイス１５は、各種の変形、変更が可能である。例えば、液体攪拌デバイス１５は、図１９に示すように、音響整合層６を介して攪拌子２を容器４の側面に近接して設け、基板２ａ、容器４の壁面及び音響整合層６によって伝達部を形成した構成としてもよい。また、液体攪拌デバイス１５は、図２０に示すように、楔７ａに斜角振動子７ｂを取り付けた撹拌子７を容器４の壁面に設置した構成であっても構わない。
（実施の形態４）
次に、本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態４を図２１〜図２３に基づいて説明する。実施の形態４に係る液体攪拌デバイスは、容器４における液体の有無を検出できるようにしたものである。図２１は、実施の形態４に係る液体攪拌デバイスを示す概略図である。図２２は、図２１に示す液体攪拌デバイスの変形例を示す概略図である。図２３は、更に他の変形例を示す概略図である。
液体攪拌デバイス２０は、攪拌子２に音波検出器８を設けると共に、圧電振動子３にパルスを発生させるパルサー３ｄと、音波検出器８が検出した音波を処理する処理器９とを有している。音波検出器８は、圧電振動子３と同様に構成され、圧電振動子３が発生した表面弾性波を検出する。処理器９は、音波検出器８から出力された信号を処理して攪拌子２が液体Ｌqに接触した否かを検知する。このとき、実施の形態１，２で説明したように、攪拌子２と、攪拌子２に接する流体との音響インピーダンスが大きく異なる場合、液体攪拌デバイスにおいては、圧電振動子３で発生した表面弾性波は基板２ａの表面から約一波長程度の深度領域で閉じ込められたまま伝搬する。これに対し、基攪拌子２と、攪拌子２に接する流体との音響インピーダンスが近い場合には表面弾性波は基板２ａから流体側へと漏れ出ていく。
このとき、液体攪拌デバイス２０においては、撹拌子２が、液体Ｌqとどこも音響的に接触していなければ、圧電振動子３で発生した表面弾性波は基板２ａを液体側に進行して音波検出器８で検出される。これに対し、液体攪拌デバイス２０において、撹拌子２が、先端、もしくはそれよりも上方で液体Ｌqに接触した場合には、表面弾性波は撹拌子２から流体側へと漏れ出ていくため音波検出器８では何も検出されない。
従って、上記の作用を利用すれば、液体攪拌デバイス２０は、撹拌子２が液体Ｌqに接触したかを検知することで、容器に液体が入っているかどうかの検知器として利用することができる。液体攪拌デバイス２０においては、音波検出器８を、例えば容器４の底面への衝突防止など、撹拌子２の位置決めに利用することができる。
また、図２２に示す液体攪拌デバイス２５は、音波検出器８を設けた攪拌子２を音響整合性層６を介して容器４の外側に設けたものである。液体攪拌デバイス２５は、音波検出器８を容器４に液体Ｌqが満たされたか否かの検出器として利用することができる。一方、図２３に示す液体攪拌デバイス３０は、例えば、攪拌子２に音波検出器８を設けないものである。液体攪拌デバイス３０は、圧電振動子３に短いパルスを加えると、攪拌子２が液体Ｌqに接触していなければ攪拌子２の端面で音波が反射し、一定の時間だけ遅れて圧電振動子３が送波したパルスのエコーを検知することができる。このため、攪拌子２は、音波検出器８を別途設ける必要がなく、且つ液体が容器に入っているかどうかが分かる。
（実施の形態５）
次に、本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態５を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態５の液体攪拌デバイスは、圧電振動子の出力を増幅して液体に放射するものである。図２４は、先端に向かって幅が連続的に狭くなるように形成された基板を有する攪拌子の正面図である。図２５は、図２４に示す攪拌子の変形例を示す正面図である。
攪拌子３５は、図２４に示すように、圧電振動子３６の櫛型電極３６ａ，３６ｂの長さは一定で、基板３５ａが先端に向かって幅が線形的に狭くなるように構成されている。一方、攪拌子４０は、図２５に示すように、圧電振動子４１の櫛型電極４１ａ，４１ｂの長さは一定で、基板４０ａが先端に向かって幅が指数関数的に狭くなるように構成されている。攪拌子３５，４０によれば、圧電振動子３６，４１で発生した表面弾性波は基板３５ａ，４０ａの先端に進むに連れて基板３５ａ，４０ａの内部で反射を繰り返す。このため、攪拌子３５，４０は、表面弾性波の共鳴効果が高められ、液体中に放射されるモード変換された縦波振幅を増幅することができるため、液体の撹拌効果を向上させることができる。また、攪拌子３５，４０は、音波を液体に向かって放出する先端部分の幅が、圧電振動子３６を設けた部分の幅よりも小さいことから、容器が小さくても使用することができるという利点がある。
また、図２６に示すに示す攪拌子４５は、幅が先端に向かって線形的に狭くなるように基板４５ａが形成されると共に、圧電振動子４６の櫛型電極４６ａ，４６ｂが円弧状に形成されている。攪拌子４５は、圧電振動子４６で発生した表面弾性波は先端の点Ｆで焦点を結ぶように、櫛型電極４６ａ，４６ｂの曲率が設定されている。一方、図２７に示す攪拌子５０は、基板５０ａに導波路５２が設けられ、圧電振動子５１で発生した表面弾性波が導波路５２の入口の点Ｆで焦点を結ぶように、櫛型電極５１ａ，５１ｂが円弧状に形成されている。このため、攪拌子４５，５０は、圧電振動子４６，５１で発生した表面弾性波を伝達部の所定の位置で集束させることで、表面弾性波のエネルギーを点Ｆに集中させて増幅することができるため、非常に大きい振幅の縦波を液体中に放射でき、液体の撹拌効果を高めることができる。ここで、導波路５２としては、金属や溝を使用する。
ここで、実施の形態５で述べた液体攪拌デバイスは、液体の攪拌の用途のみならず、粉体などの液体以外の流動体を動かす用途や、液滴、細胞などの微粒子の搬送など、小さい部分に効率よく音波を伝える用途に用いることが出来る。なお、伝達部の幅は、少なくとも連続的または単調に減少してゆくことが、音波を集束させると言う点では好ましい。
（実施の形態６）
次に、本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態６を図２８に基づいて詳細に説明する。図２８は、表面弾性波をグレーティングで増幅する攪拌子の正面図である。
攪拌子５５は、図２８に示すように、基板５５ａの圧電振動子５６に近接してから、櫛型電極５１ａ，５１ｂの配列ピッチλに対して（λ／2）周期でグレーティング５７が設けられている。グレーティング５７は、反射係数の小さな反射エレメントであって、Bragg周波数で累積効果により大きな反射係数を得るもので、例えばアルミニウム薄膜のような導体ストリップを用いる。攪拌子５５は、グレーティング５７を圧電振動子５６に近接して設けることで、圧電振動子５６で発生した表面弾性波の共鳴状態を高めることができる（表面弾性波のエネルギーを増幅できる）ため、非常に大きい振幅の縦波を液体中に放射でき、液体の撹拌効果を高めることができる。
以上のように、本発明にかかる液体攪拌デバイスは、液体の攪拌に有用であり、特に、液面高さが変動するような液体の攪拌に適している。
実施の形態１の液体攪拌デバイスとして基板上に圧電振動子を設けた攪拌子の概略構成を示す斜視図である。 液体を保持した容器内に攪拌子を配置した使用状態を示す図である。 図２のＡ部拡大図である。 容器内の対象液量が増加し、液面が変化した場合の作用を説明する図である。 攪拌子と流体の界面へ入射する表面弾性波の入斜角と、流体へ透過／漏洩する縦波の透過角との関係を示す図である。 実施の形態１に係る攪拌子の変形例を示す図である。 実施の形態１に係る攪拌子の他の変形例を示す図である。 本発明に係る液体攪拌デバイスの実施の形態２に関する基本構成を示す概略図である。 図８の液体攪拌デバイスにおける漏洩弾性表面波とバルク波の伝搬の様子を示す拡大図である。 伝達部における波の伝搬を示す図である。 容器内の対象液量が増加し、液面が変化した場合の作用を説明する図である。 実施の形態２に係る液体攪拌デバイスの第１の変形例を示す図である。 実施の形態２に係る液体攪拌デバイスの第２の変形例を示す図である。 実施の形態２に係る液体攪拌デバイスの第３の変形例を示す図である。 実施の形態２に係る液体攪拌デバイスの第４の変形例を示す図である。 実施の形態２に係る液体攪拌デバイスの第５の変形例を示す図である。 第５の変形例に係る液体攪拌デバイスにおいて、容器壁面の作用部から超音波が液体に漏れ出す様子を示す拡大図である。 実施の形態３に係る液体攪拌デバイスの基本構成を示す概略図である。 図１８−１の液体攪拌デバイスによって引き起こされる界面変動の一例を示す図である。 実施の形態３に係る液体攪拌デバイスの第１の変形例を示す概略図である。 実施の形態３に係る液体攪拌デバイスの第２の変形例を示す概略図である。 実施の形態４に係る液体攪拌デバイスを示す概略図である。 図２１に示す液体攪拌デバイスの変形例を示す概略図である。 更に他の変形例を示す概略図である。 実施の形態５に係る液体攪拌デバイスを示す正面図である。 図２４に示す攪拌子の変形例を示す正面図である。 実施の形態５に係る液体攪拌デバイスの他の例を示す正面図である。 実施の形態５に係る液体攪拌デバイスの他の例を示す正面図である。 実施の形態６に係る液体攪拌デバイスを示す正面図である。
符号の説明
２ 攪拌子
２ａ 基板
２ｂ 伝達部
３ 圧電振動子
３ａ，３ｂ 櫛型電極
３ｃ 引き出し電極
４ 容器
５ 制御装置
６ 音響整合層
７ 撹拌子
７ａ 楔
７ｂ 斜角振動子
８ 音波検出器
９ 処理器
１０，１５ 液体攪拌デバイス
２０，２５ 液体攪拌デバイス
３０，３５ 液体攪拌デバイス
３５ａ 基板
３６ 圧電振動子
４０，４５ 液体攪拌デバイス
４１，４６ 圧電振動子
５０，５５ 液体攪拌デバイス
５１，５６ 圧電振動子
５２ 導波路
５７ グレーティング
Ｐ 作用部

Claims (30)

  1. 容器内の液体中に流れを発生させて攪拌する液体攪拌デバイスであって、
    前記液体攪拌デバイスは、
    音波を発生する音波発生体と、
    前記音波発生体が発生した音波を伝達する伝達部と
    を含み、
    前記伝達部の少なくとも一部は、前記液体と接触することが可能なように構成されており、前記伝達部の少なくとも一部が前記液体と接触している場合には、前記伝達部は、前記液体と接触する部分において前記音波を液体に向けて放出することによって、前記液体に局部的な流れを発生させ、これにより、前記液体を攪拌し、
    前記液体攪拌デバイスは、
    前記容器内に液体が入っているかどうかを検知する検知手段を
    をさらに含み、
    前記検知手段は、音波検出器と、前記音波検出器の出力に接続された処理器とを含み、
    前記音波検出器は、前記伝達部が前記液体と接触している場合には、前記音波発生体から発生した音波を検出せず、前記伝達部が前記液体と接触していない場合には、前記音波発生体から発生した音波を検出するように構成されており、
    前記処理器は、前記音波検出器からの出力に応じて、前記容器内に液体が入っているかどうかを検知するように構成されている、液体攪拌デバイス。
  2. 前記音波検出器は、前記伝達部のうち前記液体と接触することが可能な部分に配置されている、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  3. 前記音波発生体および前記音波検出器は、前記容器の外側に配置されている、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  4. 前記音波発生体は、前記伝達部に設けられており、
    前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分の幅が、前記伝達部のうち前記音波発生体が設けられている部分の幅よりも狭い、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  5. 前記伝達部の幅は、前記音波発生体が設けられている部分から、音波を前記液体に向けて放出する部分に向けて、連続的に減少又は単調に減少する、請求項４に記載の液体攪拌デバイス。
  6. 前記伝達部の幅は、前記音波発生体が設けられている部分から、音波を前記液体に向けて放出する部分に向けて、線形的又は指数関数的に減少する、請求項５に記載の液体攪拌デバイス。
  7. 前記音波発生体は、発生した音波を前記伝達部の所定位置で収束するように円弧状に形成されている、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  8. 前記伝達部は、収束した音波を案内する導波路を含み、
    前記音波発生体は、発生した音波を前記導波路の入り口で収束させる、請求項７に記載の液体攪拌デバイス。
  9. 前記音波発生体は、前記伝達部の表面に形成されている、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  10. 前記音波発生体は、前記液体と非接触の位置に配置されている、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  11. 前記音波発生体は、発生する音波が表面弾性波である、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  12. 前記伝達部は、前記液体中に存在する部分を除く残部が雰囲気気体と接触している、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  13. 前記雰囲気気体は、空気である、請求項１２に記載の液体攪拌デバイス。
  14. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分が、音響インピーダンスが不連続となる前記雰囲気気体と前記液体との気液界面に関して液体側に存在する、請求項１２に記載の液体攪拌デバイス。
  15. 前記伝達部の音響インピーダンスが、前記液体の音響インピーダンス以上であり、かつ、前記音波発生体の音響インピーダンス以下である、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  16. 前記伝達部の音響インピーダンスが、前記音波発生体から音波を前記液体に放出する部分に向かって減少する、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  17. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分の音響インピーダンスが、前記雰囲気気体における音響インピーダンスよりも、前記雰囲気気体と接触している部分の音響インピーダンスに近い、請求項１２に記載の液体攪拌デバイス。
  18. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する液中部分での音波を伝達する方向における音波の透過率が、音波が前記雰囲気気体へ漏れ出す雰囲気気体中における音波の透過率よりも大きい、請求項１２に記載の液体攪拌デバイス。
  19. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分が、前記雰囲気気体と前記液体との気液界面の位置に応じて変化する、請求項１２に記載の液体攪拌デバイス。
  20. 前記音波を前記液体に向けて放出する方向は、重力と逆向きの方向成分を有する、請求項１２に記載の液体攪拌デバイス。
  21. 前記伝達部が音波を前記液体に向けて放出する位置が、前記雰囲気気体と前記液体との気液界面である、請求項１２に記載の液体攪拌デバイス。
  22. 前記伝達部は、圧電体で構成されている、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  23. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分が、前記音波発生体と異なる位置に存在する、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  24. 前記音波発生体の周波数、振幅、駆動時間、または駆動時刻を制御する制御装置をさらに含む、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  25. 前記伝達部は、前記音波発生体が発生した音波を増幅する反射器を含む、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  26. 前記伝達部の少なくとも一部が、前記容器の一部である、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  27. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分が、前記容器の一部である、請求項２６に記載の液体攪拌デバイス。
  28. 前記容器と前記雰囲気気体との界面は、音響インピーダンスが不連続となる、請求項２６に記載の液体攪拌デバイス。
  29. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分が、重力方向に延在している、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
  30. 前記伝達部のうち音波を前記液体に向けて放出する部分が、水平方向に延在している、請求項１に記載の液体攪拌デバイス。
JP2004067945A 2004-03-10 2004-03-10 液体攪拌デバイス Expired - Fee Related JP4769423B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004067945A JP4769423B2 (ja) 2004-03-10 2004-03-10 液体攪拌デバイス
EP05720386.1A EP1724005B1 (en) 2004-03-10 2005-03-09 Liquid agitating device
PCT/JP2005/004115 WO2005087359A1 (ja) 2004-03-10 2005-03-09 液体攪拌デバイス
US11/518,095 US8079748B2 (en) 2004-03-10 2006-09-08 Liquid agitating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004067945A JP4769423B2 (ja) 2004-03-10 2004-03-10 液体攪拌デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005257406A JP2005257406A (ja) 2005-09-22
JP4769423B2 true JP4769423B2 (ja) 2011-09-07

Family

ID=34975376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004067945A Expired - Fee Related JP4769423B2 (ja) 2004-03-10 2004-03-10 液体攪拌デバイス

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8079748B2 (ja)
EP (1) EP1724005B1 (ja)
JP (1) JP4769423B2 (ja)
WO (1) WO2005087359A1 (ja)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60138934D1 (de) * 2000-02-25 2009-07-23 Hitachi Ltd Mischvorrichtung für Analysenautomat
JP4469928B2 (ja) * 2004-09-22 2010-06-02 ベックマン・コールター・インコーポレーテッド 攪拌容器
WO2006105616A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method for microfluidic mixing and mixing device
WO2007015438A1 (ja) * 2005-08-03 2007-02-08 Olympus Corporation 攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置
JP2007057318A (ja) * 2005-08-23 2007-03-08 Olympus Corp 分析装置、供給装置、攪拌装置及び攪拌方法
DE102005043034A1 (de) * 2005-09-09 2007-03-15 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Bewegung einer Flüssigkeit
WO2007043147A1 (ja) * 2005-10-05 2007-04-19 Olympus Corporation 攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置
EP1947462A1 (en) * 2005-10-14 2008-07-23 Olympus Corporation Stirring device, container, and analysis device
EP1959256A1 (en) * 2005-12-08 2008-08-20 Olympus Corporation Reaction vessel and analyzer
JP2007198796A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Olympus Corp 攪拌装置及び分析装置
WO2007088673A1 (ja) * 2006-01-31 2007-08-09 Olympus Corporation 位置検出装置、位置検出方法及び分析装置
JP2007225449A (ja) * 2006-02-23 2007-09-06 Olympus Corp 表面弾性波素子及び反応容器
JP2007232521A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Olympus Corp 攪拌装置と分析装置
JP2007232522A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Olympus Corp 攪拌装置と分析装置
JP2007232523A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Olympus Corp 攪拌装置と分析装置
EP1995597A1 (en) * 2006-03-15 2008-11-26 Olympus Corporation Stirring device and analyzer
JP2007248252A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Olympus Corp 攪拌装置及び分析装置
JP2007248298A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Olympus Corp 攪拌装置及び分析装置
JP4848823B2 (ja) * 2006-04-18 2011-12-28 パナソニック株式会社 成分分離デバイスと、この成分分離デバイスを用いた化学分析デバイス
JP2008020197A (ja) 2006-07-10 2008-01-31 Olympus Corp 攪拌装置、その異常判定方法及び分析装置
US20080049545A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 United Technologies Corporation Acoustic acceleration of fluid mixing in porous materials
JP4794404B2 (ja) * 2006-10-02 2011-10-19 ベックマン コールター， インコーポレイテッド 攪拌装置、判定回路、攪拌装置の異常判定方法及び分析装置
US8379211B2 (en) * 2006-11-14 2013-02-19 Environmental Management Corporation Apparatus for sensing precipitation density of sludge in waste water treatment tank and method therefor
JP2008307505A (ja) * 2007-06-18 2008-12-25 Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku 攪拌素子、攪拌方法、電気化学デバイス及びフローデバイス
US8372206B2 (en) * 2008-01-14 2013-02-12 Dominion Engineering, Inc. High power density ultrasonic fuel cleaning with planar transducers
CN101980769B (zh) * 2008-03-28 2013-06-12 爱科来株式会社 液体搅拌方法、液体搅拌系统以及盒
US20100008178A1 (en) * 2008-07-14 2010-01-14 Dale Fahrion Acoustic Beverage Mixer
EP3809113A1 (en) * 2009-04-14 2021-04-21 Biocartis NV Treatment of a sample with focused acoustic energy
CN102458627B (zh) * 2009-06-22 2016-04-06 松下知识产权经营株式会社 使用弹性表面波的雾以及微小气泡或者微小气泡的产生方法以及雾以及微小气泡或者微小气泡产生装置
US8893992B2 (en) * 2012-04-19 2014-11-25 General Electric Company System and method for pulverizing a substance
JP2016133425A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 東芝メディカルシステムズ株式会社 自動分析装置
TWI766942B (zh) 2017-02-13 2022-06-11 美商海科生醫有限責任公司 透過利用瞬態和穩態間隔振動移液管來混合流體或介質的設備和方法
JP7474644B2 (ja) * 2020-06-18 2024-04-25 株式会社日立ハイテク 自動化学分析装置および電気インピーダンススペクトル測定器

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1734975A (en) * 1927-09-02 1929-11-12 Alfred L Loomis Method and apparatus for forming emulsions and the like
DE899571C (de) * 1942-01-03 1953-12-14 Altas Werke Ag Vorrichtung zur Behandlung von Stoffen, insbesondere von Fluessigkeiten, mit Schallwellen
US2620894A (en) * 1948-03-25 1952-12-09 American Viscose Corp Deaeration of viscous and plastic materials
US3198489A (en) * 1962-02-16 1965-08-03 Birtcher Corp Compound ultrasonic transducer and mounting means therefor
US3351539A (en) * 1965-04-06 1967-11-07 Branson Instr Sonic agitating method and apparatus
JPS5756031A (en) * 1980-09-19 1982-04-03 Toshiba Corp Ultrasonic emulsifier
JPS58163425A (ja) * 1982-03-25 1983-09-28 Toshiba Corp 超音波乳化装置
JPS59199025A (ja) * 1983-04-27 1984-11-12 Toshiba Corp 超音波乳化装置
US4584475A (en) * 1984-05-29 1986-04-22 Allied Corporation Surface acoustic wave infrared line imaging array
US4602184A (en) * 1984-10-29 1986-07-22 Ford Motor Company Apparatus for applying high frequency ultrasonic energy to cleaning and etching solutions
US4726225A (en) * 1986-08-22 1988-02-23 Johnson Service Company Surface acoustic wave gas flow rate sensor with self-heating feature
JPS6438133A (en) * 1987-08-03 1989-02-08 Brother Ind Ltd Mixing device
US4930898A (en) 1988-06-27 1990-06-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Process and apparatus for direct ultrasonic mixing prior to analysis
JP3302763B2 (ja) 1993-03-03 2002-07-15 株式会社東芝 撹拌装置およびそれを用いた生化学分析装置
US5736100A (en) * 1994-09-20 1998-04-07 Hitachi, Ltd. Chemical analyzer non-invasive stirrer
US6161437A (en) * 1998-04-09 2000-12-19 Georgia Tech Research Corporation Method and apparatus for evaluating an analyte
JP3661076B2 (ja) * 1998-11-18 2005-06-15 株式会社日立製作所 化学分析装置
JP3641992B2 (ja) 2000-02-02 2005-04-27 株式会社日立製作所 化学分析装置
US6875401B1 (en) * 2000-02-23 2005-04-05 Hitachi, Ltd. Automatic analyzer
JP2001246372A (ja) * 2000-03-08 2001-09-11 Toto Ltd 浴槽水循環浄化装置
US6777245B2 (en) * 2000-06-09 2004-08-17 Advalytix Ag Process for manipulation of small quantities of matter
DE10117772C2 (de) * 2001-04-09 2003-04-03 Advalytix Ag Mischvorrichtung und Mischverfahren für die Durchmischung kleiner Flüssigkeitsmengen
JP4469928B2 (ja) * 2004-09-22 2010-06-02 ベックマン・コールター・インコーポレーテッド 攪拌容器

Also Published As

Publication number Publication date
EP1724005B1 (en) 2014-01-15
EP1724005A1 (en) 2006-11-22
EP1724005A4 (en) 2011-11-02
US20070002678A1 (en) 2007-01-04
WO2005087359A1 (ja) 2005-09-22
JP2005257406A (ja) 2005-09-22
US8079748B2 (en) 2011-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4769423B2 (ja) 液体攪拌デバイス
US8038337B2 (en) Method and device for blending small quantities of liquid in microcavities
JP3828818B2 (ja) 化学分析装置及び化学分析方法
US8303778B2 (en) Method and device for generating movement in a thin liquid film
JP4925819B2 (ja) ミクロキャビティでの少量液体の混合方法と装置
EP1912072A1 (en) Mixing device and analysis device having the mixing device
EP3816631B1 (en) Chemical analysis device
JP2007010345A (ja) 攪拌装置、攪拌方法及び攪拌装置を備えた分析装置
US6890390B2 (en) Method for ultrasonic cleaning using phased transducer arrays
JP6966337B2 (ja) 化学分析装置、及び、当該化学分析装置に用いる音波攪拌機構
JP2007248298A (ja) 攪拌装置及び分析装置
WO2013013395A1 (en) Device and method for measuring liquid level
US20070264161A1 (en) Method and Device for Generating Movement in a Thin Liquid Film
JP4406629B2 (ja) 化学分析装置
JP6975725B2 (ja) 超音波洗浄器およびこれを用いた自動分析装置
JP3115852B2 (ja) 超音波放射装置
JP4469974B2 (ja) 微量液体分取装置及び微量液体分取方法
JP6858096B2 (ja) 化学分析装置
JP2008093288A (ja) 超音波ドプラ診断装置のための感度試験装置
JP3309749B2 (ja) 超音波洗浄装置
JPH0382952A (ja) 表面波による液体音速・粘度測定方法及びその装置
RU2525473C1 (ru) Способ возбуждения и приема симметричных и антисимметричных волн в тонких волноводах
JP2023113327A (ja) 超音波ハイドロホン
CN117804878A (zh) 样本分析仪
JPS6133524A (ja) 弾性波を利用した位置標定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070309

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20100210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100309

AA91 Notification of revocation by ex officio

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971091

Effective date: 20100330

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100408

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100706

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110105

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110525

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110620

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4769423

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140624

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees