(57)【要約】【課題】より均一な大きさとなった液滴などの微粒流体を生成できる微粒流体生成装置を提供する。【解決手段】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とする。さらに、吐出体を第１配管内に同軸状に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体を送流する第１配管と、
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。
【請求項２】
前記吐出体を前記第１配管内に同軸状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の微粒流体生成装置。
【請求項３】
前記振動手段は、前記吐出体を少なくとも長さ方向に振動させることを特徴とする請求項２に記載の微粒流体生成装置。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記吐出体の先端を閉塞する閉塞壁に設けたことを特徴とする請求項３に記載の微粒流体生成装置。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記吐出体の筒状の周面壁に設けたことを特徴とする請求項３に記載の微粒流体生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。）。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開２００７−０２３１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る微粒流体生成装置の縦断面模式図である。
【図２】他の実施形態に係る微粒流体生成装置の縦断面模式図である。
【図３】他の実施形態に係る微粒流体生成装置の縦断面模式図である。
【図４】他の実施形態に係る微粒流体生成装置の横断端面模式図である。
【図５】従来の液滴生成装置の概略模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
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
【図１】
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【図２】
2008246277.tif 000004
【図３】
2008246277.tif 000005
【図４】
2008246277.tif 000006
【図５】
2008246277.tif 000007