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公開番号2025006925
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023107976
出願日2023-06-30
発明の名称流体デバイス
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B01J 19/10 20060101AFI20250109BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】流体から微粒子を効率よく回収可能な流体デバイスを提供する。
【解決手段】流体デバイスは、超音波を用いて流体に含まれる微粒子を捕捉するものであり、流体が流れる流路を有する本体と、本体の流路を形成する流路壁に設けられZ方向に超音波を送信して定在波を形成する超音波印加部と、を備え、本体は、超音波素子が配置される部分を捕捉部として、Z方向に直交するX方向に沿って捕捉部内に流体を流入させる流入部と、定在波により捕捉された微粒子を含む濃縮流体が捕捉部から流出する第一流出部と、濃縮流体よりも微粒子の濃度が低い希釈流体が捕捉部から流出する第二流出部と、を有し、流入部は、捕捉部のX方向の負側に設けられ、第一流出部は、捕捉部のX方向の正側に設けられ、第二流出部は、捕捉部のX方向の負側で流入部と異なる位置に設けられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
超音波を用いて流体に含まれる微粒子を捕捉する流体デバイスであって、
前記流体が流れる流路を有する本体と、
前記本体の前記流路を形成する流路壁に設けられ、第一方向に超音波を送信して、前記流路内に定在波を形成する超音波素子と、を備え、
前記本体は、前記超音波素子が配置される部分を捕捉部として、
前記第一方向に交差する第二方向に沿って前記捕捉部内に前記流体を流入させる流入部と、
前記定在波により捕捉された前記微粒子を含む濃縮流体が前記捕捉部から流出する第一流出部と、
前記濃縮流体よりも前記微粒子の濃度が低い希釈流体が前記捕捉部から流出する第二流出部と、を有し、
前記流入部は、前記捕捉部の前記第二方向の負側に設けられ、
前記第一流出部は、前記捕捉部の前記第二方向の正側に設けられ、
前記第二流出部は、前記捕捉部の前記第二方向の負側で前記流入部と異なる位置に設けられている、流体デバイス。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記第一流出部は、前記捕捉部を挟んで前記流入部に対向する位置に設けられている、
請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項３】
前記第一流出部の孔径は、前記流入部の孔径よりも大きい、
請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項４】
前記第二流出部の孔径は、前記流入部の孔径よりも大きい、
請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項５】
第二流出部の孔径は、前記第一流出部の孔径よりも大きい、
請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項６】
前記流入部は、前記捕捉部を前記第二方向に沿って見た場合に、前記捕捉部の中央に設けられている、
請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項７】
前記第二流出部は複数設けられ、前記捕捉部の前記第二方向の負側において、前記流入部に対して対称となる位置に設けられている、
請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項８】
前記第二流出部は、前記第一方向に沿って、前記流入部の中心に対して点対称となる位置にそれぞれ設けられている、
請求項７に記載の流体デバイス。
【請求項９】
前記本体の前記流路を形成する前記流路壁に設けられ、前記捕捉部の前記第一方向及び前記第二方向に直交する第三方向に沿って超音波を送信し、前記第三方向に沿って定在波を形成する第二超音波素子を備え、
前記第二流出部は、前記捕捉部の前記負側において、前記流入部に対して回転対称となる位置にそれぞれ設けられている、
請求項７に記載の流体デバイス。
【請求項１０】
前記超音波素子は、前記第二方向に沿って前記捕捉部を見た場合に、節の位置が前記第一流出部と重なる前記定在波を形成する、
請求項１に記載の流体デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体デバイスに関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、流体中の微粒子を音響集束させる流体デバイスが知られている。例えば、非特許文献１に開示される流体デバイスは、流路内に超音波素子から超音波を送信して定在波を形成させる。これにより、流路を流れる流体に含まれた微粒子が、定在波の圧力勾配によって、定在波の節の位置で捕捉される。捕捉された微粒子は、流路の１つの出口（濃縮流体出口）に流され、希釈された流体がもう１つの出口（希釈流体出口）に流される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
E. Benes、他１０名、“ULTRASONIC SEPARATION OF SUSPENDED PARTICLES”、Reprint Proc. of the 2001 IEEE International Ultrasonics Symposium, a Joint Meeting with the World Congress on Ultrasonics, Atlanta, Georgia, USA, Oct. 7-10, 2001、ｐ６４９－６５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１のような従来の流体デバイスでは、流体デバイスの一方側（－Ｘ側）に流体流入口が設けられ、他方側（＋Ｘ側）に濃縮流体出口及び希釈流体出口の双方が設けられる。この場合、流体流入口から＋Ｘ側に向かって流体デバイスに流入した流体は、Ｘ方向のみならず、Ｘ方向に直交するＺ方向、つまり、超音波素子で定在波を形成する方向に対しての速度成分が大きくなる。ここで、流体中の微粒子に係る力として、Ｚ方向に対する速度成分による力が、定在波の音響放射力による力よりも大きい場合、定在波の節で捕捉された微粒子数が音響放射力に抗して移動し、希釈流体出口から流出する微粒子数が多くなる。したがって、従来の流体デバイスでは、希釈流体出口にさらに流体デバイスを接続して多段構成とし、微粒子の補足効率を向上させる必要があり、その分、コスト高となったり、装置全体が大型化してしまったりするとの課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の第一態様の流体デバイスは、超音波を用いて流体に含まれる微粒子を捕捉する流体デバイスであって、前記流体が流れる流路を有する本体と、前記本体の前記流路を形成する流路壁に設けられ、第一方向に超音波を送信して、前記流路内に定在波を形成する超音波素子と、を備え、前記本体は、前記超音波素子が配置される部分を捕捉部として、前記第一方向に交差する第二方向に沿って前記捕捉部内に前記流体を流入させる流入部と、前記定在波により捕捉された前記微粒子を含む濃縮流体が前記捕捉部から流出する第一流出部と、前記濃縮流体よりも前記微粒子の濃度が低い希釈流体が前記捕捉部から流出する第二流出部と、を有し、前記流入部は、前記捕捉部の前記第二方向の負側に設けられ、前記第一流出部は、前記捕捉部の前記第二方向の正側に設けられ、前記第二流出部は、前記捕捉部の前記第二方向の負側で前記流入部と異なる位置に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第一実施形態の流体デバイス、及び流体デバイスにおける微粒子及び流体の流れを模式的に示した断面図。
第一実施形態の流体デバイスの本体を示す斜視図。
第一実施形態の流体デバイスの本体の三面図。
図３のＡ－Ａ線で切断した場合の本体の断面図。
第一実施形態の超音波印加部の一例を示す概略断面図。
第一実施形態の流体デバイスを流れる流体の流速及び流れ方向を示す図。
図６のＢ－Ｂ線の各Ｘ座標位置での流速Ｚ成分を示す図。
図６のＢ－Ｂ線の各Ｘ座標位置での流速Ｘ成分を示す図。
比較例の流体デバイスの概略、及び流体の流れを示す図。
第二実施形態の流体デバイスを示す斜視図。
変形例１の流体デバイスの本体を示す斜視図。
変形例１の流体デバイスの本体に流体を流入させた場合の流体の流速及び流れ方向の分布を示す図。
変形例１の流体デバイスの流入部のＸ方向の延長上における流速Ｚ成分を示す図。
変形例２の流体デバイスの本体を示す斜視図。
変形例２の流体デバイスの本体を示す斜視図。
変形例２の流体デバイスの本体を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態の流体デバイスについて説明する。
（流体デバイスの構成）
図１は、第一実施形態の流体デバイス１０、及び流体デバイス１０における微粒子及び流体の流れを模式的に示した断面図である。図２は、流体デバイス１０の本体２０のみを示した斜視図であり、図３は、当該本体２０の三面図（正面図、平面図、側面図）であり、図４は、図３のＡ－Ａ線で切断した場合の本体２０の断面図である。
流体デバイス１０は、ブロック状の本体２０と、本体２０に固定される超音波印加部３０（超音波素子）と、本体２０に固定される流路壁部４０と、を備える。
【０００８】
本体２０は、図２から図４に示すように、中央部２１と、中央部２１の一方側に設けられる負側壁部２２と、中央部２１の他方側に設けられる正側壁部２３とを備える。ここで、負側壁部２２から正側壁部２３に向かう方向をＸ方向とし、Ｘ方向に交差（本例では直交）する方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に交差（本例では直交）する方向をＹ方向とする。また、中央部２１をＺＹ平面で切断した場合の中心点（重心点）を通りＸ方向に平行な軸をＸ軸とする。なお、Ｚ方向は本開示の第一方向に相当し、Ｘ方向は第二方向に相当し、Ｙ方向は第三方向に相当する。
【０００９】
本体２０の中央部２１は、負側壁部２２の＋Ｘ側の面と、正側壁部２３の－Ｘ側の面とを連結する４本の架橋部２１１により構成されている。具体的には、負側壁部２２及び正側壁部２３の互いに対向する面（Ｘ軸に直交する面）は略矩形状を有し、これらの矩形角部を架橋するように４つの架橋部２１１が設けられる。これらの架橋部２１１と負側壁部２２と正側壁部２３とにより、中央部２１には、Ｙ方向で対向する位置、及び、Ｚ方向に対向する位置のそれぞれに、開口部２１１Ａが形成される。これらの開口部２１１Ａには、それぞれ、超音波印加部３０または流路壁部４０が配置される。例えば、本実施形態では、中央部２１の＋Ｚ側に超音波印加部３０が配置されて＋Ｚ側の開口部２１１Ａを閉塞し、中央部２１の－Ｚ側に超音波印加部３０に対して平行となる流路壁部４０が配置されて－Ｚ側の開口部２１１Ａを閉塞する。また、中央部２１の±Ｙ側の開口部２１１Ａのそれぞれに、流路壁部４０が配置されて開口部２１１Ａを閉塞する。
【００１０】
さらに、本体２０の中央部２１を挟んで配置される負側壁部２２及び正側壁部２３は、Ｘ軸に直交する壁面を有し、互いに対向する。このため、中央部２１は、１つの超音波印加部３０と、３つの流路壁部４０と、負側壁部２２の＋Ｘ側の壁面と、正側壁部２３の－Ｘ側の壁面とに囲われることで、ＹＺ平面での断面視が矩形状となる空間が形成される。この空間は流体が導入される流路の一部を構成する捕捉部２１Ｓとなる。詳細は後述するが、超音波印加部３０から送信される超音波によって定在波ＳＷ（図１参照）が形成されることで、捕捉部２１Ｓを流れる流体中の微粒子が捕捉される。
なお、本実施形態では、本体２０の３つの開口部２１１Ａに、本体２０とは別部材となる流路壁部４０を設ける構成を例示しているが、流路壁部４０が本体２０に一体構成されていてもよい。すなわち、開口部２１１Ａが形成されず、中央部２１に、流路壁部４０に相当する壁が架橋部２１１間に亘って架橋部２１１に連続して設けられる構成としてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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