(57)【要約】【課題】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。【解決手段】液体を吸引する液体吸引装置１０であって、液体が通過する液体通過部１２と、前記液体通過部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、を有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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液体吸引装置。
【請求項２】
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、を含むことを特徴とする請求項１に記載の液体吸引装置。
【請求項３】
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を特徴とする請求項１又は２に記載の液体吸引装置。
【請求項４】
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液体吸引方法。
【請求項５】
前記液体通過部が共振するように発振周波数が制御されることを特徴とする請求項４に記載の液体吸引方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液体吸引装置の概念図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る液体吸引装置の第１実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
圧電素子１８としては、本多電子株式会社のＨＥＣ−１５６０Ｐ４Ｂを用いた。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
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
【図１】
2017096667.tif 000003
【図２】
2017096667.tif 000004