WO2005087359A1

WO2005087359A1 - 液体攪拌デバイス

Info

Publication number: WO2005087359A1
Application number: PCT/JP2005/004115
Authority: WO
Inventors: Miyuki Murakami
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-09-22
Also published as: JP4769423B2; US20070002678A1; EP1724005B1; EP1724005A1; EP1724005A4; JP2005257406A; US8079748B2

Abstract

　液体中に流れを発生させて攪拌する液体攪拌デバイス（２）は、音波を発生する音波発生体（３）と、音波発生体（３）が発生した音波を伝達すると共に、少なくとも一部が液体と接触し、液体と接触する部分において音波を液体に向けて放出する伝達部（２ｂ）とを有し、液体に向けて放出される音波によって液体に局部的な流れを発生させて液体を攪拌する。音波発生体（３）は、伝達部（２ｂ）の表面に形成され、液体と非接触の位置に配置されている。音波発生体（３）は、発生する音波が表面弾性波である。液体攪拌デバイス（２）は、簡易な構造で液体を撹拌することができる。

Description

明細書

液体攪拌デバイス

技術分野

[0001] 本発明は、液体攪拌デバイスに関する。

背景技術

[0002] 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)。

[0003] 特許文献 1：特開平 6— 258328号公報

特許文献 2 :特開 2001— 215232号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 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ぐ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カゝ決めるために、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。

[0005] 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。

課題を解決するための手段

[0006] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にカゝかる液体攪拌デバィスのー態様は、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。

[0007] 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 z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。

[0008] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0009] 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、音波発生体力 DT (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ェネルギー^^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つ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。

[0010] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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、ることを特徴とする。

[0011] 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 Z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。

[0012] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0013] 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力つて伝搬していく。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、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。

[0014] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0015] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、て、前記雰囲気気体は、空気であることを特徴とする。

[0016] 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。

[0017] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0018] 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。

[0019] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0020] 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!、伝達部から低!、液体に向力つて損失が少な、状態で透過する。

[0021] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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力つて減少することを特徴とする。

[0022] 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!、音波発生体側から、低ヽ液体と接してヽる側に向カゝつて損失が少なヽ状態で透過する。

[0023] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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、る部分の音響インピーダンスに近ヽことを特徴とする。

[0024] 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 Z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。

[0025] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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、ことを特徴とする。

[0026] 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、伝搬によるェ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。

[0027] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。 [0028] 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。

[0029] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0030] 上記態様の液体攪拌デバイスによれば、下方力上方に向力う流れを発生することができるため、下方に沈殿しやす、成分の撹拌を効率よく行える。

[0031] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0032] 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。

[0033] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、て、前記伝達部は、圧電体で構成されて!ヽることを特徴とする。

[0034] 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。

[0035] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0036] 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ヨンが全くなくなる。

[0037] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0038] 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。

[0039] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0040] 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さる。

[0041] 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。

[0042] 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ぐ且つ、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。

[0043] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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、ことを特徴とする。

[0044] 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つているため、撹拌対象の液体へ挿入し易くなる。

[0045] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0046] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。 [0047] 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。

[0048] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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、ることを特徴とする。

[0049] 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 t¾まる。

[0050] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0051] 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 1ヽても強力な縦波が液体中に放射される。

[0052] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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、ることを特徴とする。

[0053] 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。

[0054] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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

[0055] 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。

[0056] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0057] 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ヨンが防止される。

[0058] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0059] 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力音波が放出されることはない。

[0060] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0061] 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。

[0062] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

[0063] 上記態様の液体攪拌デバイスによれば、容器底面力ゝ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。

[0064] また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にカゝ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力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。 [0065] また、本発明に力かる液体攪拌デバイスの一態様は、上記の発明にお、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。

発明の効果

[0066] 本発明にカゝ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できるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0067] [図 1]図 1は、実施の形態 1の液体攪拌デバイスとして圧電基板上に IDTを設けた攪拌子の概略構成を示す斜視図である。

[図 2]図 2は、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 3]図 3は、図 2の A部拡大図である。

[図 4]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。

[図 5]図 5は、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

Z漏洩する縦波の透過角との関係を示す図である。

[図 6]図 6は、実施の形態 1に係る攪拌子の変形例を示す図である。

[図 7]図 7は、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。

[図 8]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]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タ波の伝搬の様子を示す拡大図である。

[図 10]図 10は、伝達部における波の伝搬を示す図である。

[図 11]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。

[図 12]図 12は、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。

[図 13]図 13は、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。

[図 14]図 14は、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。

[図 15]図 15は、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。

[図 16]図 16は、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。

[図 17]図 17は、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。

[図 18-1]図 18— 1は、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 18-2]図 18— 2は、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。

[図 19]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]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。

[図 21]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]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]図 23は、更に他の変形例を示す概略図である。

[図 24]図 24は、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 25]図 25は、図 24に示す攪拌子の変形例を示す正面図である。

[図 26]図 26は、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

[図 27]図 27は、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

[図 28]図 28は、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

発明を実施するための最良の形態

(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!/、て詳細に説明する。図 1は、液体攪拌デバイスとして圧電基板上に IDT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。

[0070] 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 Z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 mのピッチで配列された櫛型電極 3a, 3bが交互に係合され、発生する表面弾性波の波長をえとしたとき、隣接する電極の間隔が λ Ζ4に設定されている。

[0071] ここで、本発明におヽて、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ヽて液体 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ヽて液体 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。

[0072] 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、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。

[0073] 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と接触してヽる気液界面近傍で撹拌対象の液体 Lqに向力つ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、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。

[0074] 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 Z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よりも上方では、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。

[0075] 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力つて減少している。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。

[0076] 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、。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。

Sin 0 /V =Sin 0 /V (1)

i s It 1

ここで、 Θ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、 Θ は流体へ

i It 透過 Z漏洩する縦波の透過角、 V

sは攪拌子 2における表面弾性波の音速、 V

1は流体における縦波音速である。

[0077] すなわち、攪拌子 2におヽては、モード変換された縦波が液体 Lq中へ透過 Z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一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。

[0078] なお、（1)式より、表面弾性波力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 0

Itをもって液体中へ透過 Z漏洩していく。表面弾性波がレイリ一波の場合 0 = 90° となり透過 Z漏洩角度は各音速の比

i (v 1Zv s)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。 [0079] ところで、攪拌子 2にお、ては、表面弾性波が基板 2aから液体 Lq側へ漏洩して、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 HI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ぐまた、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。

[0080] 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)ソフトウェアでの制御が可能、（4)液体に入れる部分に凹凸がな!、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。

[0081] 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ぐ撹拌の際には複数個の撹拌子を同時に使用しても良い。

[0082] 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ノ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。 [0083] (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。

[0084] 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、エポキシ榭脂等の接着剤ゃシェラックが使用されるが、ジエルや液体などであってもよ、。

[0085] 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力音波を液体に向力つて放出する部分に向力つて単調減少してゆくように構成されて、ることが望ま、。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。

[0086] 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。液体攪拌デバィス 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力 S、伝搬に伴ってエネルギーを物質内部へバルタ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弹性表面波 WLとその伝搬に伴って放射されるバルタ波 WBの伝搬の様子を示す

[0087] 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弹性波が撹拌対象の液体に向力つて伝搬していく。一方、バルタ波 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 Θ g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 Θ gが全反射角となるように切断結晶方位を選択すれば、バルタ波は、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、ノレク波 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 L q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、ノレク波 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によって矢印で示す時計廻りの局部的な流れを発生させ、液体 Lqを攪拌する。

[0088] 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 Z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力液体中へ透過 Z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一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。 [0089] 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 Z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 Z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。

[0090] 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)ソフトウェアでの制御が可能、（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ヨンが全くなくなる、といった利点を有する。

[0091] 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力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を効率よく攪枠させることでさる。

[0092] 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 Z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 Z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。

[0093] 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〖こ示す撹拌子 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 4b (図 17参照）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。

[0094] (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。

[0095] 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 L q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 Θ をもって液体中へ透過

Z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 Z漏洩角度 0 は約 22° となる。

[0096] このため、撹拌子 2及び容器 4をこの透過 Z漏洩角度 0 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。

[0097] 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

[0098] (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。

[0099] 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の表面力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。

[0100] 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。

[0101] 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ヽ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。

[0102] 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が満たされた力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、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が送波したノ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ぐ且つ液体が容器に入つているかどうかが分かる。

[0103] (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、先端に向力つ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。

[0104] 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, 40 a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、容器力 S小さくても使用することができるという利点がある。

[0105] また、図 26に示すに示す攪拌子 45は、幅が先端に向力つ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。

[0106] 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。

[0107] (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。

[0108] 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の配列ピッチえに対して（λ Ζ2)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。

産業上の利用可能性

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。

Claims

請求の範囲

[1] 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液体攪拌デバイス。

[2] 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請求項

1に記載の液体攪拌デバイス。

[3] 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!、ることを特徴とする請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[4] 前記音波発生体は、発生する音波が表面弾性波であることを特徴とする請求項 1 又は 2に記載の液体攪拌デバイス。

[5] 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、ることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の液体攪拌デバイス。

[6] 前記雰囲気気体は、空気であることを特徴とする請求項 5に記載の液体攪拌デバイス。

[7] 前記伝達部は、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、音波を前記液体に向けて放出する部分が液体側に存在することを特徴とする請求項 5に記載の液体攪拌デバイス。

[8] 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請求項 1又は 2に記載の液体攪拌デバイス。

[9] 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力つて減少することを特徴とする請求項 1又は 2に記載の液体攪拌デバイス。

[10] 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 V、る部分の音響インピーダンスに近、ことを特徴とする請求項 5に記載の液体攪拌デバイス。

[11] 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請求項 4に記載の液体攪拌デバイス。

[12] 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請求項 5に記載の液体攪拌デバイス。

[13] 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請求項 5に記載の液体攪拌デバイス。

[14] 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請求項 5に記載の液体攪拌デバイス。

[15] 前記伝達部は、圧電体で構成されて!ヽることを特徴とする請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[16] 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請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[17] 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請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[18] 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請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[19] 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請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[20] 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請求項 1 に記載の液体攪拌デバイス。

[21] 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請求項 2

0に記載の液体攪拌デバイス。

[22] 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請求項 2

1に記載の液体攪拌デバイス。

[23] 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ヽることを特徴とする請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[24] 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請求項 23に記載の液体攪拌デバイス。

[25] 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ヽることを特徴とする請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[26] 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請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[27] 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ことを特徴とする請求項 26に記載の液体攪拌デバイス。

[29] 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請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[30] 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請求項 1に記載の液体攪拌デバイス。

[31] 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液体攪拌デバイス。

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請求項 31に記載の液体攪拌デバイス。