音波発生素子、容器及び攪拌装置
【課題】単独であっても液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させることが可能な音波発生素子、容器及び攪拌装置を提供すること。
【解決手段】圧電基板１４ａと、圧電基板上に配置された発音部１４ｂ，１４ｃとを有する音波発生素子１４、容器及び攪拌装置。音波発生素子１４は、複数の発音部が、電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複する。マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と、マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器は、マイクロ流路と分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に音波発生素子が設けられている。
【解決手段】圧電基板１４ａと、圧電基板上に配置された発音部１４ｂ，１４ｃとを有する音波発生素子１４、容器及び攪拌装置。音波発生素子１４は、複数の発音部が、電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複する。マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と、マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器は、マイクロ流路と分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に音波発生素子が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波発生素子、容器及び攪拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音波発生手段が発生する音波によってマイクロ流路内を流れる液体を混合する液体混合装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この液体混合装置は、前記音波発生手段が発生する音波の音軸を前記マイクロ流路の中心から変位させており、液体中へ漏れ出す音波によって生ずる音響流によって液体を混合している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、マイクロ流路を流れる液体を適切に混合するためには、液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させる必要があることから、液体混合装置は、音波発生手段を複数設けなければならない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、単独であっても液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させることが可能な音波発生素子及び容器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、本発明の音波発生素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に配置された発音部とを有する音波発生素子であって、前記複数の発音部が、電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の音波発生素子は、上記の発明において、前記複数の発音部は、駆動周波数に応じて各発音部の電気的入力信号に対する振動の応答強度の比率が変化することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の音波発生素子は、上記の発明において、前記複数の発音部は、前記駆動周波数に応じて音波を発生する発音部が切り替わることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の音波発生素子は、上記の発明において、液体の分析項目、前記液体の性状又は液量の情報をもとに前記音波発生素子に入力する前記駆動周波数が変更されることを特徴とする。
【００１０】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の容器は、マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と、前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器であって、前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に前記音波発生素子が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の容器は、上記の発明において、複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の攪拌装置は、マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器の、前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に接するように設けられた前記音波発生素子と、前記音波発生素子を駆動する駆動部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の音波発生素子は、複数の発音部は、それぞれの中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複し、本発明の容器は、マイクロ流路と分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に音波発生素子が設けられている。このため、本発明によれば、単独であっても液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させることが可能な音波発生素子及びマイクロ流路を備えた容器を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の音波発生素子、容器及び攪拌装置にかかる実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。図２は、図１に示す容器の平面図である。図３は、図２のＡ部を拡大した断面図である。
【００１６】
容器１は、図１に示すように、基板２とカバー３とによってマイクロ流路４とマイクロ流路４の中央から分岐した分岐マイクロ流路５が形成されており、底面には攪拌装置１０の単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４が接している。容器１は、攪拌装置１０と共に液体薬品の混合或いは試薬と検体等を含む液体試料の混合に用いるいわゆるマイクロ流路デバイスを構成している。
【００１７】
マイクロ流路４及び分岐マイクロ流路５は、図１及び図２に示すように、それぞれ容器１の側面に流入口となる開口４ａ，４ｂと流出口となる開口５ａを有している。分岐マイクロ流路５は、図３に示すように、開口４ａ，４ｂから供給され、マイクロ流路４内を層流で流れる異なる液体を内部で分子拡散によって混合させる。但し、容器１は、攪拌装置１０によってこの攪拌性能を向上させている。
【００１８】
ここで、表面弾性波素子１４は、分岐マイクロ流路５がマイクロ流路４から分岐する分岐部近傍の基板２底面に液体やジェル等の音響整合層を介して離接自在に接している。しかし、図３は、表面弾性波素子１４の配置を明示するため、容器１の上方から見た状態を実線で描いている。また、マイクロ流路４及び分岐マイクロ流路５を含め以下の説明において使用するマイクロ流路を示す図面は、マイクロ流路の配置を示すことを主目的とするため、流路の幅は、流路間の相対幅を含めて正確に描いていない。
【００１９】
攪拌装置１０は、図１に示すように、駆動部１１と表面弾性波素子１４を有している。
【００２０】
駆動部１１は、表面弾性波素子１４を駆動し、分岐マイクロ流路５内を層流で流れる異なる液体を強制的に攪拌するものであり、信号発生器１２と駆動制御回路１３を有している。このとき、駆動部１１は、複数の発音部１４ｂ，１４ｃが周波数の異なる音波を同時に発生するように、共通する共振周波数帯内で駆動信号の周波数を制御する。
【００２１】
信号発生器１２は、駆動制御回路１３から入力される制御信号に基づいて発振周波数を変更可能な発振回路を有しており、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力する。
【００２２】
駆動制御回路１３は、メモリとタイマを内蔵した電子制御手段（ＥＣＵ）が使用され、信号発生器１２の作動を制御することにより、信号発生器１２が表面弾性波素子１４へ出力する駆動信号の電圧や電流を制御する。駆動制御回路１３は、信号発生器１２の作動を制御することにより、例えば、表面弾性波素子１４が発する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御回路１３は、内蔵したタイマに従って信号発生器１２が発振する高周波信号の周波数を変化させることができる。
【００２３】
表面弾性波素子１４は、単独の音波発生素子であり、図４に示すように、圧電基板１４ａの表面に櫛型電極（ＩＤＴ）１４０ｂ，１４０ｃからなる発音部１４ｂ，１４ｃが間隔を置いて形成され、一組の入力端子１４ｅとの間がバスバー１４ｆによって並列接続されている。表面弾性波素子１４は、液体やジェル等の音響整合層を介して離接自在に接している。発音部１４ｂ，１４ｃは、駆動制御部１１から入力された駆動信号を表面弾性波（音波）に変換する発音部である。また、表面弾性波素子１４は、入力端子１４ｅと駆動制御部１１との間が接続されている。
【００２４】
このとき、発音部１４ｂ，１４ｃは、共振周波数帯の一部が重複している。即ち、発音部１４ｂ，１４ｃは、図５に示すように、発音部１４ｂの基本波の中心周波数がｆc1、発音部１４ｃの基本波の中心周波数がｆc2（ｆc1＜ｆc2）（ＭＨｚ）であり、それぞれの中心周波数における電気的入力信号に対する振動の応答強度の−３ｄＢの応答強度値となる半値幅Δｆc1，Δｆc2を共振周波数帯と定義し、その共振周波数帯の一部が重複している。また、発音部１４ｂ，１４ｃは、入力反射係数(ｄＢ)に関し、図６に点線で示す周波数特性を個別に有しており、実線が２つを合わせた周波数特性を示している。更に、発音部１４ｂ，１４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されている。これについては、後述する。
【００２５】
ここで、圧電基板１４ａとしては、例えば、ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶を使用することができる。また、発音部１４ｂ，１４ｃは、入力端子１４ｅやバスバー１４ｆと共にフォトリソグラフィの技術によって圧電基板１４ａ上に形成する。なお、図４に示す表面弾性波素子１４を含め、以下の説明で使用する表面弾性波素子を示す図面は、構成の概略を示すことを主目的とするため、発音部を構成する複数の櫛型電極の線幅、ピッチ又は圧電基板１４ａ上の位置は必ずしも正確に描いていない。
【００２６】
以上のように構成される容器１は、開口４ａ，４ｂから異なる液体をマイクロ流路４内へ供給すると、異なる液体との間に界面を保持しつつ分岐マイクロ流路５内を層流で流れ、異なる液体を内部で分子拡散によって混合しながら開口５ａから流出する。
【００２７】
このとき、駆動部１１が入力端子１４ｅを介して表面弾性波素子１４に駆動信号を入力すると、表面弾性波素子１４は、入力される駆動信号の周波数に応じて発音部１４ｂ又は発音部１４ｃが駆動され、表面弾性波（バルク波）を誘起する。誘起された表面弾性波（バルク波）は、音響整合層から基板２内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料中へ縦波となって漏れ出してゆく。この結果、容器１は、分岐マイクロ流路５内に液体試料中の発音部１４ｂ又は発音部１４ｃに対応する位置を起点として左斜め上方と右斜め上方に向かう２つの音響流が生じ（図９参照）、前記分子拡散の効果が促進される。
【００２８】
ここで、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂ，１４ｃのそれぞれの中心周波数における電気インピーダンスを外部電気系と同じ５０Ωとなるように設計しておく。このとき、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂ，１４ｃの電気インピーダンスをそれぞれＺ1，Ｚ2として等価回路を示すと図７に示すようになる。このため、例えば、駆動部１１が表面弾性波素子１４に周波数ｆc1の駆動信号を入力すると、図８に示すように、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝５０Ω、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝５００Ωとなる。従って、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂが強く励振されるのに対し、発音部１４ｃの励振が弱くなる。
【００２９】
ここで、発音部１４ｂ，１４ｃが励振されて発生した音波は、図９に示すように、それぞれ圧電基板１４ａ、基板２を伝搬し、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌsとの固−液界面において縦波にモード変換されて液体試料Ｌs中に放射される。この放射された縦波が液体試料中を伝搬するのに伴って音響流が生ずる。このとき、発音部１４ｂ，１４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されており、発音部１４ｂが励振されて発生した音波Ｗ1に起因する音響流をＳ11とし、発音部１４ｃが励振されて発生した音波Ｗ2に起因する音響流をＳ12とする。
【００３０】
すると、図示のように、発音部１４ｂが発生した音波Ｗ1に起因する音響流Ｓ11のうち液体試料Ｌs中に左斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11は、発音部１４ｃが発生した音波Ｗ2に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方と左斜め上方へ生ずる２つの音響流Ｓ12に挟まれた位置に発生する。このため、２つの音響流Ｓ12は、左斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11と一体化して断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1となる。一方、発音部１４ｂが発生した音波Ｗ1に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11は、単独の流れであり、音響流Ｓ1に比べて断面積が小さく、流速が遅い流れである。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆc1で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、非対称な音響流Ｓ1と音響流Ｓ2（＝Ｓ11）が生ずる。
【００３１】
一方、例えば、駆動部１１が表面弾性波素子１４に周波数ｆc2の駆動信号を入力すると、図１０に示すように、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝２００Ω、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝５０Ωと略逆になる。このため、表面弾性波素子１４は、前記とは逆に、発音部１４ｂの励振が弱いのに対し、発音部１４ｃが強く励振される。
【００３２】
従って、発音部１４ｂ，１４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されているので、図１１に示すように、発音部１４ｃが発生した音波Ｗ2に起因する音響流Ｓ22のうち液体試料Ｌs中に右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ22は、発音部１４ｂが発生した音波Ｗ1に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方と左斜め上方へ生ずる２つの音響流Ｓ21に挟まれた位置に発生する。このため、２つの音響流Ｓ21は、右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ22と一体化して断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3となる。一方、発音部１４ｃが発生した音波Ｗ2に起因して液体試料Ｌs中に左斜め上方へ生ずる音響流Ｓ22は、単独の流れであり、音響流Ｓ3に比べて断面積が小さく、流速が遅い流れである。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆc2で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、非対称な音響流Ｓ3と音響流Ｓ4（＝Ｓ22）が生ずる。
【００３３】
ここで、中心周波数ｆc1，ｆc2及び入力反射係数(ｄＢ)に関し、図１２に示す周波数特性の発音部１４ｂ，１４ｃを有する表面弾性波素子１４を用いた攪拌装置１０を使用して自動分析装置で使用する反応容器内のイオン交換水を攪拌した。このとき、駆動周波数Ｆ＝ｆc1で表面弾性波素子１４を駆動した場合に発生した音響流の流速分布と、駆動周波数Ｆ＝ｆc2で表面弾性波素子１４を駆動した場合に発生した音響流の流速分布をそれぞれ図１３に示す。
【００３４】
図１３は、表面弾性波素子１４をそれぞれ中心周波数ｆc1（＝７８．３ＭＨｚ）と中心周波数ｆc2（＝７９．２ＭＨｚ）で駆動した際の、前記反応容器に収容されたイオン交換水中の音響流の流速（ｍｍ／ｓ）分布をＰＩＶによって視覚化した図であり、縦軸及び横軸は、表面弾性波素子１４を取り付けた反応容器の側壁内面と底壁上面の交線を基準とした側壁に沿った上方向への距離（ｍｍ）と側壁の垂直方向への距離（ｍｍ）をそれぞれ示している。
【００３５】
なお、図中、θは、側壁の垂直面に対して音響流がなす角度を示している。また、ＰＩＶは、画像処理流速測定法（Particle Image Velocimetry）であり、通常、目に見えない流れにトレーサ等のマーカを付加し、目に見えるようにする流れの可視化技術に画像処理・画像解析技術を加え、流れ場の瞬時・多点の速度情報を得る方法である。
【００３６】
一方、表面弾性波素子１４を発音部１４ｂの中心周波数ｆc1よりも低い駆動周波数Ｆ＝ｆ1（＜ｆc1）で駆動すると、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝２００Ω、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝∞となる。このため、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂのみが弱く励振される。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆ1で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流Ｓ5,Ｓ6が生ずる。
【００３７】
また、表面弾性波素子１４を発音部１４ｂの中心周波数ｆc1と発音部１４ｃの中心周波数ｆc2の中間の駆動周波数Ｆ＝ｆ2（ｆc1＜ｆ2＜ｆc2）で駆動すると、発音部１４ｂ及び発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ1，Ｚ2＝1００Ω、となる。このため、表面弾性波素子１４は、電気インピーダンスが５０Ωと２００Ωの間の強さに発音部１４ｂ及び発音部１４ｃがそれぞれ略同じ程度に励振される。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆ2で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、音響流Ｓ7,Ｓ8と流速は略等しいが、断面積が僅かに大きい対称な音響流Ｓ7,Ｓ8が生ずる。
【００３８】
一方、表面弾性波素子１４を発音部１４ｃの中心周波数ｆc2よりも高い駆動周波数Ｆ＝ｆ3（＞ｆc2）で駆動すると、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝∞、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝２００Ωとなる。このため、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｃのみが弱く励振される。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆ3で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流Ｓ9,Ｓ10が生ずる。
【００３９】
従って、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中に生ずる音響流を駆動周波数Ｆ＝ｆ1，ｆc1，ｆ2，ｆc2，ｆ3ごとに示すと図１４のようになる。なお、外部電気系の電気インピーダンスが他の値、例えば、７０Ωの場合には、発音部１４ｂ，１４ｃの中心周波数における電気インピーダンスが７０Ωとなるように設計しておけばよい。
【００４０】
従って、攪拌装置１０は、予め駆動周波数の違いによる液体試料の攪拌状態を実測しながら攪拌が最良となる駆動周波数を液体試料との組合せ表として作成して駆動制御回路１３に記憶させておく。そして、攪拌装置１０は、容器１に供給される液体試料をもとに自動的に駆動周波数を選択し、駆動制御回路１３に出力する。これにより、攪拌装置１０は、供給される液体試料に最適な周波数で表面弾性波素子１４を駆動するようにすることができる。
【００４１】
このため、攪拌装置１０は、表面弾性波素子１４を駆動する駆動信号の駆動周波数を駆動部１１で切り替え、例えば、発音部１４ｂの中心周波数である周波数ｆc1の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力する。すると、容器１は、図１５に示すように、分岐マイクロ流路５内に断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1と、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ2とによって開口４ａに向かう逆流が発生する。この結果、容器１は、分岐マイクロ流路５内に非対称な流れ場が発生し、界面が崩れるので、開口５ａに向かう間における攪拌効果が増加し、分子拡散に要する分岐マイクロ流路５の長さを短縮することができる。
【００４２】
一方、例えば、発音部１４ｃの中心周波数である周波数ｆc2の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力すると、容器１は、図１６に示すように、分岐マイクロ流路５内に断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3と、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ4とによって開口４ｂに向かう逆流が発生する。この結果、容器１は、分岐マイクロ流路５内に非対称な流れ場が発生し、界面が崩れるので、開口５ａに向かう間における攪拌効果が増加し、分子拡散に要する分岐マイクロ流路５の長さを短縮することができる。
【００４３】
このように、表面弾性波素子１４は、単独であっても液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させることができる。このため、容器１は、複数の発音部１４ｂ，１４ｃが周波数の異なる音波を同時に発生するように、駆動周波数Ｆを駆動部１１によって周波数帯（ｆ1〜ｆ3）内で制御し、或いは時分割で駆動周波数Ｆを周波数ｆc1と周波数ｆc2に切り替えることにより、常に１以上の発音部を駆動して分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌsを音響流と前記分子拡散とによって攪拌することができるので、攪拌効率が向上し、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。
【００４４】
ここで、表面弾性波素子１４は、図１７に示すように、発音部１４ｂ，１４ｃが分岐マイクロ流路５に沿って流路の中央に位置するように基板２の底面に接してもよい。また、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂと発音部１４ｃの位置を入れ替えてもよい。このように配置すると、表面弾性波素子１４は、図１４に示す音響流とは異なる分布の音響流を発生させることができる。
【００４５】
また、容器１は、マイクロ流路４の開口４ａ，４ｂを流入口、分岐マイクロ流路５の開口５ａを流出口として使用した。しかし、容器１は、表面弾性波素子１４が液体試料中に発生させる音響流の態様に応じて開口４ａ，４ｂや開口５ａの使用は任意であり、例えば、マイクロ流路４の開口４ａと分岐マイクロ流路５の開口５ａを流入口、マイクロ流路４の開口４ｂを流出口として使用してもよい。
【００４６】
更に、容器１は、表面弾性波素子１４を容器１の底面にエポキシ樹脂等の音響整合層を介して取り付けて構成しても良い。この場合、表面弾性波素子１４は、入力端子１４ｅと駆動制御部１１との間で離接自在に接続され、駆動信号が入力される。このように容器１を構成しても同様の効果が得られる。
【００４７】
（実施の形態２）
次に、本発明のマイクロ流路を備えた容器にかかる実施の形態２について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態１の容器は、２つの開口から流入する液体試料を１つの開口から攪拌させて流出させたのに対し、実施の形態２の容器は、２つの開口から流入する液体試料を攪拌し、濃度に応じて３つの開口から流出させる。
【００４８】
図１８は、実施の形態２に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。図１９は、図１８に示す容器の平面図である。図２０は、図１９のＢ部を拡大した断面図である。なお、実施の形態２のマイクロ流路を備えた容器は、実施の形態１の攪拌装置を使用しているので、攪拌装置については同じ符号を使用している。
【００４９】
容器２０は、図１８に示すように、基板２１とカバー２２とによってマイクロ流路２３と分岐マイクロ流路２４，２５，２６が形成されている。容器２０は、マイクロ流路２３から分岐マイクロ流路２４，２５，２６が分岐する分岐部近傍の基板２１とカバー２２の側面に攪拌装置１０の表面弾性波素子１４が取り付けられている。
【００５０】
マイクロ流路２３は、図１８及び図１９に示すように、基板２１とカバー２２の一側に直線に沿って形成され、両端に流入口となる開口２３ａ，２３ｂが形成されている。分岐マイクロ流路２４，２５，２６は、マイクロ流路２３の中間の分岐部から３方へ略等しい角度で側方へ分岐している。分岐マイクロ流路２４，２５，２６は、容器２０の側面に開口し、流出口となる開口２４ａ，２５ａ，２６ａを端部に有している。
【００５１】
以上のように構成される容器２０は、開口２３ａ，２３ｂから異なる液体をマイクロ流路２３内へ供給すると、異なる液体との間に界面を保持しつつ層流で流れる。このとき、開口２３ａ，２３ｂから供給される液体の流量が同じであれば、図２０に示すように、開口２３ａから流入した液体試料Ｌs1は、濃度を保持して分岐マイクロ流路２４へ流入する。開口２３ｂから流入した液体試料Ｌs2は、濃度を保持して分岐マイクロ流路２６へ流入する。そして、分岐マイクロ流路２５へは、開口２３ａから流入した液体試料Ｌs1と開口２３ｂから流入した液体試料Ｌs2が等量ずつ流入する。そして、分岐マイクロ流路２５内では、液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2が界面を保持して開口２５ａへ流れ、流下する間に分子拡散によって混合される。
【００５２】
このとき、駆動部１１が入力端子１４ｅを介して表面弾性波素子１４に駆動信号を入力すると、表面弾性波素子１４は、入力される駆動信号の周波数に応じて発音部１４ｂ又は発音部１４ｃが駆動され、表面弾性波（バルク波）を誘起する。誘起された表面弾性波（バルク波）は、音響整合層から基板２１内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料中へ縦波となって漏れ出してゆく。この結果、容器２０は、分岐マイクロ流路２４，２５，２６内に液体試料中の発音部１４ｂ又は発音部１４ｃに対応する位置を起点として分岐マイクロ流路２４，２６に並行する２つの非対称な音響流が生じて液体試料Ｌs1，Ｌs2が攪拌される。
【００５３】
このとき、攪拌装置１０は、単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４を駆動する信号の周波数を駆動部１１で切り替え、例えば、周波数ｆc1の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力する。すると、容器２０は、図２１に示すように、分岐マイクロ流路２４と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1（図１４参照）と、分岐マイクロ流路２６と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ2（図１４参照）とが非対称に発生する。
【００５４】
このため、容器２０は、開口２３ａから液体試料Ｌs1を流入し、開口２３ｂから液体試料Ｌs2を流入させると、非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2によって液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の界面が崩れる。この結果、容器２０は、分岐マイクロ流路２４に液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液Ｌmが供給される。このとき、分岐マイクロ流路２６には液体試料Ｌs2が流入し、分岐マイクロ流路２５には分岐マイクロ流路２４よりも混合比率の小さい液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液が流入する。
【００５５】
一方、例えば、周波数ｆc2の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力すると、容器２０は、図２２に示すように、分岐マイクロ流路２６と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3（図１４参照）と、マイクロ流路２４と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ4（図１４参照）とが非対称に発生する。このため、容器２０は、開口２３ａから液体試料Ｌs1を流入し、開口２３ｂから液体試料Ｌs2を流入させると、非対称な音響流Ｓ3，Ｓ4によって分岐マイクロ流路２６に液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液Ｌmが供給される。このとき、分岐マイクロ流路２４には液体試料Ｌs1が流入し、分岐マイクロ流路２５には分岐マイクロ流路２６よりも混合比率の大きい液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液が流入する。
【００５６】
このため、容器２０は、表面弾性波素子１４を駆動する信号の周波数を切り替えることにより、分岐マイクロ流路２４，２５，２６のそれぞれに流入する液体試料の濃度比率を変化させることができる。
【００５７】
ここで、容器２０は、実施の形態１の容器１と同様に、表面弾性波素子１４が液体試料中に発生させる音響流の態様に応じ、マイクロ流路２３の開口２３ａ，２３ｂ及び分岐マイクロ流路２４，２５，２６の開口２４ａ，２５ａ，２６ａの流出口や流出口としての使用は任意である。
【００５８】
（変形例）
次に、混合液が供給されるマイクロ流路を変更することができる容器２０の特性を利用した変形例としてマイクロソータとして使用する容器を以下に説明する。
【００５９】
容器３０は、図２３及び図２４に示すように、基板３１とカバー３２とによってマイクロ流路３３と分岐マイクロ流路３４，３５，３６が形成されている。容器３０は、マイクロ流路３３上部のカバー３２上面に粒子検出器３７が設置され、マイクロ流路３３の端部から分岐マイクロ流路３４，３５，３６に分岐する分岐部近傍の基板３１とカバー３２の側面に攪拌装置１０の表面弾性波素子１４が液体やジェル等の音響整合層を介して接している。
【００６０】
マイクロ流路３３は、図２３及び図２４に示すように、基板３１とカバー３２の一側に直線に沿って形成され、液体試料の流入口となる開口３３ａが一端に形成されている。分岐マイクロ流路３４，３５，３６は、マイクロ流路３３の他端から３方へ略等しい角度で側方へ分岐している。分岐マイクロ流路３４，３５，３６は、容器３０の側面に開口し、液体試料の流出口となる開口３４ａ，３５ａ，３６ａを端部に有している。
【００６１】
粒子検出器３７は、マイクロ流路３３を流下してくる液体試料中に含まれる粒子成分の表面反応結果（発光強度），大きさ（粒径），組成，移動速度等の性状に起因して粒子成分が出射する光を検出する、例えば、フォトディテクタ等の光学測定手段である。粒子検出器３７は、粒子成分の性状に応じて得られる光信号を検出し、検出信号を駆動制御回路１３へ出力する。ここで、駆動制御回路１３は、粒子検出器３７から入力される検出信号をもとに単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４の駆動周波数を選択し、信号発生器１２が発振する高周波信号の周波数を変化させる。
【００６２】
以上のように構成される容器３０は、開口３３ａから供給される液体試料中に含まれる粒子成分からの光信号を粒子検出器３７が検出しない場合、表面弾性波素子１４が駆動されない。このとき、図２５に示すように、マイクロ流路３３を流下してくる粒子成分Ｐを含む液体試料Ｌsは、分岐マイクロ流路３４，３５，３６へ分岐されて流下する。
【００６３】
そして、粒子検出器３７から入力される検出信号をもとに駆動制御回路１３が駆動周波数をＦ＝ｆc1と選択した場合、表面弾性波素子１４が周波数ｆc1で駆動される。この結果、容器３０は、図２６に示すように、分岐マイクロ流路３４と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1（図１４参照）と、分岐マイクロ流路３６と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ2（図１４参照）が非対称に発生する。これにより、マイクロ流路３３を流下してくる反応後の粒子成分Ｐ1を含む液体試料Ｌsは、非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2によって分岐マイクロ流路３４へ流れる流量が分岐マイクロ流路３５，３６へ流れる流量よりも増加する。従って、容器３０は、表面弾性波素子１４を周波数ｆc1で駆動することにより、粒子成分Ｐ1を含む液体試料Ｌsの分岐マイクロ流路３４への流量を増加させることができる。
【００６４】
一方、粒子検出器３７から入力される検出信号をもとに駆動制御回路１３が駆動周波数をＦ＝ｆc2と選択した場合、表面弾性波素子１４が周波数ｆc2で駆動される。この結果、容器３０は、図２７に示すように、分岐マイクロ流路３６と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3（図１４参照）と、分岐マイクロ流路３４と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ4（図１４参照）が非対称に発生する。これにより、マイクロ流路３３を流下してくる反応後の粒子成分Ｐ2を含む液体試料Ｌsは、非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2によって分岐マイクロ流路３６へ流れる流量が分岐マイクロ流路３４，３５へ流れる流量よりも増加する。従って、容器３０は、表面弾性波素子１４を周波数ｆc2で駆動することにより、粒子成分Ｐ2を含む液体試料Ｌsの分岐マイクロ流路３６への流量を増加させることができる。
【００６５】
このように、容器３０は、表面弾性波素子１４の駆動周波数を変更することにより、粒子成分Ｐ1を含む液体試料Ｌsが多く流れる流路と粒子成分Ｐ2を含む液体試料Ｌsが多く流れる流路を切り替えることができるので、マイクロソータとして使用することができる。
【００６６】
また、容器３０は、表面弾性波素子１４を側面にエポキシ樹脂等の音響整合層を介して取り付けて構成しても良い。この場合、表面弾性波素子１４は、入力端子１４ｅと駆動制御部１１との間で離接自在に接続され、駆動信号が入力される。このように容器３０を構成しても同様の効果が得られる。
【００６７】
尚、本発明の表面弾性波素子は、共振周波数帯の一部が重複し、隣り合う発音部による音響流の起点が交互に位置するように発音部を形成してもよい。このため、単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４は、図２８に示すように、中心周波数ｆc1，ｆc2の発音部１４ｂ，１４ｃに加えて中心周波数ｆc3（ｆc1＜ｆc2＜ｆc3）（ＭＨｚ）の発音部１４ｄを並列接続してもよい。このような表面弾性波素子１４を使用すると、液体試料中に生じる音響流をより複雑にすることができる。
【００６８】
従って、このような表面弾性波素子１４を使用すると、攪拌装置１０は、表面弾性波素子１４を駆動する周波数を適宜変更することにより、液体試料中に種々の態様の音響流を発生させることができるので、過剰なエネルギー消費を抑えつつ液体試料を液量に応じて効率良く攪拌することができ、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。
【００６９】
また、表面弾性波素子１４は、無線で駆動しても良いし、バルク波の他に表面弾性波を使用して液体試料を攪拌してもよい。
【００７０】
なお、本発明の「単独の音波発生素子」とは、上述したように、一つの発音部から発生する音波に起因して音響流の起点が二箇所に存在し、複数の発音部が隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されて、実質的に一つの音波発生素子として一体的に機能するようなあらゆる構成を意味する。したがって、複数の発音部がそれぞれ別体の圧電基板上に設けられていても、一体的に機能することで１つの音波発生素子として機能し得る構成を含む場合には本発明で言う「単独の音波発生素子」と称することが可能である。用途に応じて、複数の発音部の形状や配置（寸法、位置）等を適宜最適化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。
【図２】図１に示す容器の平面図である。
【図３】図２のＡ部を拡大した断面平面図である。
【図４】本発明の音波発生素子の斜視図である。
【図５】一部が重複する発音部の共振周波数帯を示す図である。
【図６】図４の表面弾性波素子の発音部が有する中心周波数及び入力反射係数に関する周波数特性図である。
【図７】図４の表面弾性波素子の等価回路図である。
【図８】図７の表面弾性波素子を一方の発音部の中心周波数で駆動した場合の等価回路図である。
【図９】図８の場合に各発音部が発生する音波と、音波によって液体試料中に生ずる音響流を説明する断面図である。
【図１０】図７の表面弾性波素子を他方の発音部の中心周波数で駆動した場合の等価回路図である。
【図１１】図１０の場合に各発音部が発生する音波と、音波によって液体試料中に生ずる音響流を説明する断面図である。
【図１２】表面弾性波素子が有する二つの発音部が有する中心周波数及び入力反射係数の一例を示す周波数特性図である。
【図１３】図１２に示す周波数特性を有するそれぞれの発音部を中心周波数で駆動した場合に発生する音響流の流速分布を視覚化した図である。
【図１４】図４の表面弾性波素子を駆動した場合に、分岐マイクロ流路内の液体試料中に生ずる音響流を駆動周波数ごとに示した断面図である。
【図１５】一方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図３に対応した断面平面図である。
【図１６】他方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図３に対応した断面平面図である。
【図１７】容器の基板底面に取り付ける表面弾性波素子の他の取り付け方を示す図３に対応した断面平面図である。
【図１８】実施の形態２に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。
【図１９】図１８に示す容器の平面図である。
【図２０】図１９のＢ部を拡大した断面平面図である。
【図２１】一方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２０に対応した断面平面図である。
【図２２】他方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２０に対応した断面平面図である。
【図２３】実施の形態２の変形例としてマイクロソータとして使用する容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す容器の平面図である。
【図２５】表面弾性波素子の駆動停止時にマイクロ流路を流下してくる粒子成分Ｐを含む液体試料Ｌsの分岐マイクロ流路への流れを示す図２４のＣ部を拡大した断面平面図である。
【図２６】一方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２５に対応した断面平面図である。
【図２７】他方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２５に対応した断面平面図である。
【図２８】表面弾性波素子の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 容器
２ 基板
３ カバー
４ マイクロ流路
４ａ，４ｂ 開口
５ 分岐マイクロ流路
５ａ 開口
１０ 攪拌装置
１１ 駆動部
１２ 信号発生器
１３ 駆動制御回路
１４ 表面弾性波素子
１４ａ 圧電基板
１４ｂ，１４ｃ 発音部
１４０ｂ，１４０ｃ 櫛型電極（ＩＤＴ）
１４０ｄ 櫛型電極（ＩＤＴ）
１４ｅ 入力端子
１４ｆ バスバー
２０ 容器
２１ 基板
２２ カバー
２３ マイクロ流路
２４，２５，２６ 分岐マイクロ流路
２３ａ，２３ｂ 開口
２４ａ，２５ａ，２６ａ 開口
３０ 容器
３１ 基板
３２ カバー
３３ マイクロ流路
３３ａ 開口
３４，３５，３６ 分岐マイクロ流路
３４ａ，３５ａ，３６ａ 開口
３７ 粒子検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波発生素子、容器及び攪拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音波発生手段が発生する音波によってマイクロ流路内を流れる液体を混合する液体混合装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この液体混合装置は、前記音波発生手段が発生する音波の音軸を前記マイクロ流路の中心から変位させており、液体中へ漏れ出す音波によって生ずる音響流によって液体を混合している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、マイクロ流路を流れる液体を適切に混合するためには、液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させる必要があることから、液体混合装置は、音波発生手段を複数設けなければならない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、単独であっても液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させることが可能な音波発生素子及び容器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、本発明の音波発生素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に配置された発音部とを有する音波発生素子であって、前記複数の発音部が、電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の音波発生素子は、上記の発明において、前記複数の発音部は、駆動周波数に応じて各発音部の電気的入力信号に対する振動の応答強度の比率が変化することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の音波発生素子は、上記の発明において、前記複数の発音部は、前記駆動周波数に応じて音波を発生する発音部が切り替わることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の音波発生素子は、上記の発明において、液体の分析項目、前記液体の性状又は液量の情報をもとに前記音波発生素子に入力する前記駆動周波数が変更されることを特徴とする。
【００１０】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の容器は、マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と、前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器であって、前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に前記音波発生素子が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の容器は、上記の発明において、複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の攪拌装置は、マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器の、前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に接するように設けられた前記音波発生素子と、前記音波発生素子を駆動する駆動部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の音波発生素子は、複数の発音部は、それぞれの中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複し、本発明の容器は、マイクロ流路と分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に音波発生素子が設けられている。このため、本発明によれば、単独であっても液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させることが可能な音波発生素子及びマイクロ流路を備えた容器を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の音波発生素子、容器及び攪拌装置にかかる実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。図２は、図１に示す容器の平面図である。図３は、図２のＡ部を拡大した断面図である。
【００１６】
容器１は、図１に示すように、基板２とカバー３とによってマイクロ流路４とマイクロ流路４の中央から分岐した分岐マイクロ流路５が形成されており、底面には攪拌装置１０の単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４が接している。容器１は、攪拌装置１０と共に液体薬品の混合或いは試薬と検体等を含む液体試料の混合に用いるいわゆるマイクロ流路デバイスを構成している。
【００１７】
マイクロ流路４及び分岐マイクロ流路５は、図１及び図２に示すように、それぞれ容器１の側面に流入口となる開口４ａ，４ｂと流出口となる開口５ａを有している。分岐マイクロ流路５は、図３に示すように、開口４ａ，４ｂから供給され、マイクロ流路４内を層流で流れる異なる液体を内部で分子拡散によって混合させる。但し、容器１は、攪拌装置１０によってこの攪拌性能を向上させている。
【００１８】
ここで、表面弾性波素子１４は、分岐マイクロ流路５がマイクロ流路４から分岐する分岐部近傍の基板２底面に液体やジェル等の音響整合層を介して離接自在に接している。しかし、図３は、表面弾性波素子１４の配置を明示するため、容器１の上方から見た状態を実線で描いている。また、マイクロ流路４及び分岐マイクロ流路５を含め以下の説明において使用するマイクロ流路を示す図面は、マイクロ流路の配置を示すことを主目的とするため、流路の幅は、流路間の相対幅を含めて正確に描いていない。
【００１９】
攪拌装置１０は、図１に示すように、駆動部１１と表面弾性波素子１４を有している。
【００２０】
駆動部１１は、表面弾性波素子１４を駆動し、分岐マイクロ流路５内を層流で流れる異なる液体を強制的に攪拌するものであり、信号発生器１２と駆動制御回路１３を有している。このとき、駆動部１１は、複数の発音部１４ｂ，１４ｃが周波数の異なる音波を同時に発生するように、共通する共振周波数帯内で駆動信号の周波数を制御する。
【００２１】
信号発生器１２は、駆動制御回路１３から入力される制御信号に基づいて発振周波数を変更可能な発振回路を有しており、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力する。
【００２２】
駆動制御回路１３は、メモリとタイマを内蔵した電子制御手段（ＥＣＵ）が使用され、信号発生器１２の作動を制御することにより、信号発生器１２が表面弾性波素子１４へ出力する駆動信号の電圧や電流を制御する。駆動制御回路１３は、信号発生器１２の作動を制御することにより、例えば、表面弾性波素子１４が発する音波の特性（周波数，強度，位相，波の特性）、波形（正弦波，三角波，矩形波，バースト波等）或いは変調（振幅変調，周波数変調）等を制御する。また、駆動制御回路１３は、内蔵したタイマに従って信号発生器１２が発振する高周波信号の周波数を変化させることができる。
【００２３】
表面弾性波素子１４は、単独の音波発生素子であり、図４に示すように、圧電基板１４ａの表面に櫛型電極（ＩＤＴ）１４０ｂ，１４０ｃからなる発音部１４ｂ，１４ｃが間隔を置いて形成され、一組の入力端子１４ｅとの間がバスバー１４ｆによって並列接続されている。表面弾性波素子１４は、液体やジェル等の音響整合層を介して離接自在に接している。発音部１４ｂ，１４ｃは、駆動制御部１１から入力された駆動信号を表面弾性波（音波）に変換する発音部である。また、表面弾性波素子１４は、入力端子１４ｅと駆動制御部１１との間が接続されている。
【００２４】
このとき、発音部１４ｂ，１４ｃは、共振周波数帯の一部が重複している。即ち、発音部１４ｂ，１４ｃは、図５に示すように、発音部１４ｂの基本波の中心周波数がｆc1、発音部１４ｃの基本波の中心周波数がｆc2（ｆc1＜ｆc2）（ＭＨｚ）であり、それぞれの中心周波数における電気的入力信号に対する振動の応答強度の−３ｄＢの応答強度値となる半値幅Δｆc1，Δｆc2を共振周波数帯と定義し、その共振周波数帯の一部が重複している。また、発音部１４ｂ，１４ｃは、入力反射係数(ｄＢ)に関し、図６に点線で示す周波数特性を個別に有しており、実線が２つを合わせた周波数特性を示している。更に、発音部１４ｂ，１４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されている。これについては、後述する。
【００２５】
ここで、圧電基板１４ａとしては、例えば、ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶を使用することができる。また、発音部１４ｂ，１４ｃは、入力端子１４ｅやバスバー１４ｆと共にフォトリソグラフィの技術によって圧電基板１４ａ上に形成する。なお、図４に示す表面弾性波素子１４を含め、以下の説明で使用する表面弾性波素子を示す図面は、構成の概略を示すことを主目的とするため、発音部を構成する複数の櫛型電極の線幅、ピッチ又は圧電基板１４ａ上の位置は必ずしも正確に描いていない。
【００２６】
以上のように構成される容器１は、開口４ａ，４ｂから異なる液体をマイクロ流路４内へ供給すると、異なる液体との間に界面を保持しつつ分岐マイクロ流路５内を層流で流れ、異なる液体を内部で分子拡散によって混合しながら開口５ａから流出する。
【００２７】
このとき、駆動部１１が入力端子１４ｅを介して表面弾性波素子１４に駆動信号を入力すると、表面弾性波素子１４は、入力される駆動信号の周波数に応じて発音部１４ｂ又は発音部１４ｃが駆動され、表面弾性波（バルク波）を誘起する。誘起された表面弾性波（バルク波）は、音響整合層から基板２内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料中へ縦波となって漏れ出してゆく。この結果、容器１は、分岐マイクロ流路５内に液体試料中の発音部１４ｂ又は発音部１４ｃに対応する位置を起点として左斜め上方と右斜め上方に向かう２つの音響流が生じ（図９参照）、前記分子拡散の効果が促進される。
【００２８】
ここで、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂ，１４ｃのそれぞれの中心周波数における電気インピーダンスを外部電気系と同じ５０Ωとなるように設計しておく。このとき、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂ，１４ｃの電気インピーダンスをそれぞれＺ1，Ｚ2として等価回路を示すと図７に示すようになる。このため、例えば、駆動部１１が表面弾性波素子１４に周波数ｆc1の駆動信号を入力すると、図８に示すように、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝５０Ω、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝５００Ωとなる。従って、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂが強く励振されるのに対し、発音部１４ｃの励振が弱くなる。
【００２９】
ここで、発音部１４ｂ，１４ｃが励振されて発生した音波は、図９に示すように、それぞれ圧電基板１４ａ、基板２を伝搬し、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌsとの固−液界面において縦波にモード変換されて液体試料Ｌs中に放射される。この放射された縦波が液体試料中を伝搬するのに伴って音響流が生ずる。このとき、発音部１４ｂ，１４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されており、発音部１４ｂが励振されて発生した音波Ｗ1に起因する音響流をＳ11とし、発音部１４ｃが励振されて発生した音波Ｗ2に起因する音響流をＳ12とする。
【００３０】
すると、図示のように、発音部１４ｂが発生した音波Ｗ1に起因する音響流Ｓ11のうち液体試料Ｌs中に左斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11は、発音部１４ｃが発生した音波Ｗ2に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方と左斜め上方へ生ずる２つの音響流Ｓ12に挟まれた位置に発生する。このため、２つの音響流Ｓ12は、左斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11と一体化して断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1となる。一方、発音部１４ｂが発生した音波Ｗ1に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11は、単独の流れであり、音響流Ｓ1に比べて断面積が小さく、流速が遅い流れである。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆc1で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、非対称な音響流Ｓ1と音響流Ｓ2（＝Ｓ11）が生ずる。
【００３１】
一方、例えば、駆動部１１が表面弾性波素子１４に周波数ｆc2の駆動信号を入力すると、図１０に示すように、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝２００Ω、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝５０Ωと略逆になる。このため、表面弾性波素子１４は、前記とは逆に、発音部１４ｂの励振が弱いのに対し、発音部１４ｃが強く励振される。
【００３２】
従って、発音部１４ｂ，１４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されているので、図１１に示すように、発音部１４ｃが発生した音波Ｗ2に起因する音響流Ｓ22のうち液体試料Ｌs中に右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ22は、発音部１４ｂが発生した音波Ｗ1に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方と左斜め上方へ生ずる２つの音響流Ｓ21に挟まれた位置に発生する。このため、２つの音響流Ｓ21は、右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ22と一体化して断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3となる。一方、発音部１４ｃが発生した音波Ｗ2に起因して液体試料Ｌs中に左斜め上方へ生ずる音響流Ｓ22は、単独の流れであり、音響流Ｓ3に比べて断面積が小さく、流速が遅い流れである。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆc2で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、非対称な音響流Ｓ3と音響流Ｓ4（＝Ｓ22）が生ずる。
【００３３】
ここで、中心周波数ｆc1，ｆc2及び入力反射係数(ｄＢ)に関し、図１２に示す周波数特性の発音部１４ｂ，１４ｃを有する表面弾性波素子１４を用いた攪拌装置１０を使用して自動分析装置で使用する反応容器内のイオン交換水を攪拌した。このとき、駆動周波数Ｆ＝ｆc1で表面弾性波素子１４を駆動した場合に発生した音響流の流速分布と、駆動周波数Ｆ＝ｆc2で表面弾性波素子１４を駆動した場合に発生した音響流の流速分布をそれぞれ図１３に示す。
【００３４】
図１３は、表面弾性波素子１４をそれぞれ中心周波数ｆc1（＝７８．３ＭＨｚ）と中心周波数ｆc2（＝７９．２ＭＨｚ）で駆動した際の、前記反応容器に収容されたイオン交換水中の音響流の流速（ｍｍ／ｓ）分布をＰＩＶによって視覚化した図であり、縦軸及び横軸は、表面弾性波素子１４を取り付けた反応容器の側壁内面と底壁上面の交線を基準とした側壁に沿った上方向への距離（ｍｍ）と側壁の垂直方向への距離（ｍｍ）をそれぞれ示している。
【００３５】
なお、図中、θは、側壁の垂直面に対して音響流がなす角度を示している。また、ＰＩＶは、画像処理流速測定法（Particle Image Velocimetry）であり、通常、目に見えない流れにトレーサ等のマーカを付加し、目に見えるようにする流れの可視化技術に画像処理・画像解析技術を加え、流れ場の瞬時・多点の速度情報を得る方法である。
【００３６】
一方、表面弾性波素子１４を発音部１４ｂの中心周波数ｆc1よりも低い駆動周波数Ｆ＝ｆ1（＜ｆc1）で駆動すると、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝２００Ω、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝∞となる。このため、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂのみが弱く励振される。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆ1で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流Ｓ5,Ｓ6が生ずる。
【００３７】
また、表面弾性波素子１４を発音部１４ｂの中心周波数ｆc1と発音部１４ｃの中心周波数ｆc2の中間の駆動周波数Ｆ＝ｆ2（ｆc1＜ｆ2＜ｆc2）で駆動すると、発音部１４ｂ及び発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ1，Ｚ2＝1００Ω、となる。このため、表面弾性波素子１４は、電気インピーダンスが５０Ωと２００Ωの間の強さに発音部１４ｂ及び発音部１４ｃがそれぞれ略同じ程度に励振される。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆ2で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、音響流Ｓ7,Ｓ8と流速は略等しいが、断面積が僅かに大きい対称な音響流Ｓ7,Ｓ8が生ずる。
【００３８】
一方、表面弾性波素子１４を発音部１４ｃの中心周波数ｆc2よりも高い駆動周波数Ｆ＝ｆ3（＞ｆc2）で駆動すると、発音部１４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝∞、発音部１４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝２００Ωとなる。このため、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｃのみが弱く励振される。このため、表面弾性波素子１４を駆動周波数Ｆ＝ｆ3で駆動した場合、巨視的に見ると、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中には、断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流Ｓ9,Ｓ10が生ずる。
【００３９】
従って、分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌs中に生ずる音響流を駆動周波数Ｆ＝ｆ1，ｆc1，ｆ2，ｆc2，ｆ3ごとに示すと図１４のようになる。なお、外部電気系の電気インピーダンスが他の値、例えば、７０Ωの場合には、発音部１４ｂ，１４ｃの中心周波数における電気インピーダンスが７０Ωとなるように設計しておけばよい。
【００４０】
従って、攪拌装置１０は、予め駆動周波数の違いによる液体試料の攪拌状態を実測しながら攪拌が最良となる駆動周波数を液体試料との組合せ表として作成して駆動制御回路１３に記憶させておく。そして、攪拌装置１０は、容器１に供給される液体試料をもとに自動的に駆動周波数を選択し、駆動制御回路１３に出力する。これにより、攪拌装置１０は、供給される液体試料に最適な周波数で表面弾性波素子１４を駆動するようにすることができる。
【００４１】
このため、攪拌装置１０は、表面弾性波素子１４を駆動する駆動信号の駆動周波数を駆動部１１で切り替え、例えば、発音部１４ｂの中心周波数である周波数ｆc1の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力する。すると、容器１は、図１５に示すように、分岐マイクロ流路５内に断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1と、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ2とによって開口４ａに向かう逆流が発生する。この結果、容器１は、分岐マイクロ流路５内に非対称な流れ場が発生し、界面が崩れるので、開口５ａに向かう間における攪拌効果が増加し、分子拡散に要する分岐マイクロ流路５の長さを短縮することができる。
【００４２】
一方、例えば、発音部１４ｃの中心周波数である周波数ｆc2の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力すると、容器１は、図１６に示すように、分岐マイクロ流路５内に断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3と、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ4とによって開口４ｂに向かう逆流が発生する。この結果、容器１は、分岐マイクロ流路５内に非対称な流れ場が発生し、界面が崩れるので、開口５ａに向かう間における攪拌効果が増加し、分子拡散に要する分岐マイクロ流路５の長さを短縮することができる。
【００４３】
このように、表面弾性波素子１４は、単独であっても液体中に生ずる音響流を複数の態様に変化させることができる。このため、容器１は、複数の発音部１４ｂ，１４ｃが周波数の異なる音波を同時に発生するように、駆動周波数Ｆを駆動部１１によって周波数帯（ｆ1〜ｆ3）内で制御し、或いは時分割で駆動周波数Ｆを周波数ｆc1と周波数ｆc2に切り替えることにより、常に１以上の発音部を駆動して分岐マイクロ流路５内の液体試料Ｌsを音響流と前記分子拡散とによって攪拌することができるので、攪拌効率が向上し、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。
【００４４】
ここで、表面弾性波素子１４は、図１７に示すように、発音部１４ｂ，１４ｃが分岐マイクロ流路５に沿って流路の中央に位置するように基板２の底面に接してもよい。また、表面弾性波素子１４は、発音部１４ｂと発音部１４ｃの位置を入れ替えてもよい。このように配置すると、表面弾性波素子１４は、図１４に示す音響流とは異なる分布の音響流を発生させることができる。
【００４５】
また、容器１は、マイクロ流路４の開口４ａ，４ｂを流入口、分岐マイクロ流路５の開口５ａを流出口として使用した。しかし、容器１は、表面弾性波素子１４が液体試料中に発生させる音響流の態様に応じて開口４ａ，４ｂや開口５ａの使用は任意であり、例えば、マイクロ流路４の開口４ａと分岐マイクロ流路５の開口５ａを流入口、マイクロ流路４の開口４ｂを流出口として使用してもよい。
【００４６】
更に、容器１は、表面弾性波素子１４を容器１の底面にエポキシ樹脂等の音響整合層を介して取り付けて構成しても良い。この場合、表面弾性波素子１４は、入力端子１４ｅと駆動制御部１１との間で離接自在に接続され、駆動信号が入力される。このように容器１を構成しても同様の効果が得られる。
【００４７】
（実施の形態２）
次に、本発明のマイクロ流路を備えた容器にかかる実施の形態２について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態１の容器は、２つの開口から流入する液体試料を１つの開口から攪拌させて流出させたのに対し、実施の形態２の容器は、２つの開口から流入する液体試料を攪拌し、濃度に応じて３つの開口から流出させる。
【００４８】
図１８は、実施の形態２に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。図１９は、図１８に示す容器の平面図である。図２０は、図１９のＢ部を拡大した断面図である。なお、実施の形態２のマイクロ流路を備えた容器は、実施の形態１の攪拌装置を使用しているので、攪拌装置については同じ符号を使用している。
【００４９】
容器２０は、図１８に示すように、基板２１とカバー２２とによってマイクロ流路２３と分岐マイクロ流路２４，２５，２６が形成されている。容器２０は、マイクロ流路２３から分岐マイクロ流路２４，２５，２６が分岐する分岐部近傍の基板２１とカバー２２の側面に攪拌装置１０の表面弾性波素子１４が取り付けられている。
【００５０】
マイクロ流路２３は、図１８及び図１９に示すように、基板２１とカバー２２の一側に直線に沿って形成され、両端に流入口となる開口２３ａ，２３ｂが形成されている。分岐マイクロ流路２４，２５，２６は、マイクロ流路２３の中間の分岐部から３方へ略等しい角度で側方へ分岐している。分岐マイクロ流路２４，２５，２６は、容器２０の側面に開口し、流出口となる開口２４ａ，２５ａ，２６ａを端部に有している。
【００５１】
以上のように構成される容器２０は、開口２３ａ，２３ｂから異なる液体をマイクロ流路２３内へ供給すると、異なる液体との間に界面を保持しつつ層流で流れる。このとき、開口２３ａ，２３ｂから供給される液体の流量が同じであれば、図２０に示すように、開口２３ａから流入した液体試料Ｌs1は、濃度を保持して分岐マイクロ流路２４へ流入する。開口２３ｂから流入した液体試料Ｌs2は、濃度を保持して分岐マイクロ流路２６へ流入する。そして、分岐マイクロ流路２５へは、開口２３ａから流入した液体試料Ｌs1と開口２３ｂから流入した液体試料Ｌs2が等量ずつ流入する。そして、分岐マイクロ流路２５内では、液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2が界面を保持して開口２５ａへ流れ、流下する間に分子拡散によって混合される。
【００５２】
このとき、駆動部１１が入力端子１４ｅを介して表面弾性波素子１４に駆動信号を入力すると、表面弾性波素子１４は、入力される駆動信号の周波数に応じて発音部１４ｂ又は発音部１４ｃが駆動され、表面弾性波（バルク波）を誘起する。誘起された表面弾性波（バルク波）は、音響整合層から基板２１内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料中へ縦波となって漏れ出してゆく。この結果、容器２０は、分岐マイクロ流路２４，２５，２６内に液体試料中の発音部１４ｂ又は発音部１４ｃに対応する位置を起点として分岐マイクロ流路２４，２６に並行する２つの非対称な音響流が生じて液体試料Ｌs1，Ｌs2が攪拌される。
【００５３】
このとき、攪拌装置１０は、単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４を駆動する信号の周波数を駆動部１１で切り替え、例えば、周波数ｆc1の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力する。すると、容器２０は、図２１に示すように、分岐マイクロ流路２４と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1（図１４参照）と、分岐マイクロ流路２６と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ2（図１４参照）とが非対称に発生する。
【００５４】
このため、容器２０は、開口２３ａから液体試料Ｌs1を流入し、開口２３ｂから液体試料Ｌs2を流入させると、非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2によって液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の界面が崩れる。この結果、容器２０は、分岐マイクロ流路２４に液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液Ｌmが供給される。このとき、分岐マイクロ流路２６には液体試料Ｌs2が流入し、分岐マイクロ流路２５には分岐マイクロ流路２４よりも混合比率の小さい液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液が流入する。
【００５５】
一方、例えば、周波数ｆc2の駆動信号を表面弾性波素子１４に入力すると、容器２０は、図２２に示すように、分岐マイクロ流路２６と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3（図１４参照）と、マイクロ流路２４と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ4（図１４参照）とが非対称に発生する。このため、容器２０は、開口２３ａから液体試料Ｌs1を流入し、開口２３ｂから液体試料Ｌs2を流入させると、非対称な音響流Ｓ3，Ｓ4によって分岐マイクロ流路２６に液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液Ｌmが供給される。このとき、分岐マイクロ流路２４には液体試料Ｌs1が流入し、分岐マイクロ流路２５には分岐マイクロ流路２６よりも混合比率の大きい液体試料Ｌs1と液体試料Ｌs2の混合液が流入する。
【００５６】
このため、容器２０は、表面弾性波素子１４を駆動する信号の周波数を切り替えることにより、分岐マイクロ流路２４，２５，２６のそれぞれに流入する液体試料の濃度比率を変化させることができる。
【００５７】
ここで、容器２０は、実施の形態１の容器１と同様に、表面弾性波素子１４が液体試料中に発生させる音響流の態様に応じ、マイクロ流路２３の開口２３ａ，２３ｂ及び分岐マイクロ流路２４，２５，２６の開口２４ａ，２５ａ，２６ａの流出口や流出口としての使用は任意である。
【００５８】
（変形例）
次に、混合液が供給されるマイクロ流路を変更することができる容器２０の特性を利用した変形例としてマイクロソータとして使用する容器を以下に説明する。
【００５９】
容器３０は、図２３及び図２４に示すように、基板３１とカバー３２とによってマイクロ流路３３と分岐マイクロ流路３４，３５，３６が形成されている。容器３０は、マイクロ流路３３上部のカバー３２上面に粒子検出器３７が設置され、マイクロ流路３３の端部から分岐マイクロ流路３４，３５，３６に分岐する分岐部近傍の基板３１とカバー３２の側面に攪拌装置１０の表面弾性波素子１４が液体やジェル等の音響整合層を介して接している。
【００６０】
マイクロ流路３３は、図２３及び図２４に示すように、基板３１とカバー３２の一側に直線に沿って形成され、液体試料の流入口となる開口３３ａが一端に形成されている。分岐マイクロ流路３４，３５，３６は、マイクロ流路３３の他端から３方へ略等しい角度で側方へ分岐している。分岐マイクロ流路３４，３５，３６は、容器３０の側面に開口し、液体試料の流出口となる開口３４ａ，３５ａ，３６ａを端部に有している。
【００６１】
粒子検出器３７は、マイクロ流路３３を流下してくる液体試料中に含まれる粒子成分の表面反応結果（発光強度），大きさ（粒径），組成，移動速度等の性状に起因して粒子成分が出射する光を検出する、例えば、フォトディテクタ等の光学測定手段である。粒子検出器３７は、粒子成分の性状に応じて得られる光信号を検出し、検出信号を駆動制御回路１３へ出力する。ここで、駆動制御回路１３は、粒子検出器３７から入力される検出信号をもとに単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４の駆動周波数を選択し、信号発生器１２が発振する高周波信号の周波数を変化させる。
【００６２】
以上のように構成される容器３０は、開口３３ａから供給される液体試料中に含まれる粒子成分からの光信号を粒子検出器３７が検出しない場合、表面弾性波素子１４が駆動されない。このとき、図２５に示すように、マイクロ流路３３を流下してくる粒子成分Ｐを含む液体試料Ｌsは、分岐マイクロ流路３４，３５，３６へ分岐されて流下する。
【００６３】
そして、粒子検出器３７から入力される検出信号をもとに駆動制御回路１３が駆動周波数をＦ＝ｆc1と選択した場合、表面弾性波素子１４が周波数ｆc1で駆動される。この結果、容器３０は、図２６に示すように、分岐マイクロ流路３４と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1（図１４参照）と、分岐マイクロ流路３６と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ2（図１４参照）が非対称に発生する。これにより、マイクロ流路３３を流下してくる反応後の粒子成分Ｐ1を含む液体試料Ｌsは、非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2によって分岐マイクロ流路３４へ流れる流量が分岐マイクロ流路３５，３６へ流れる流量よりも増加する。従って、容器３０は、表面弾性波素子１４を周波数ｆc1で駆動することにより、粒子成分Ｐ1を含む液体試料Ｌsの分岐マイクロ流路３４への流量を増加させることができる。
【００６４】
一方、粒子検出器３７から入力される検出信号をもとに駆動制御回路１３が駆動周波数をＦ＝ｆc2と選択した場合、表面弾性波素子１４が周波数ｆc2で駆動される。この結果、容器３０は、図２７に示すように、分岐マイクロ流路３６と並行であって、断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3（図１４参照）と、分岐マイクロ流路３４と並行であって、断面積が小さく、流速が遅い音響流Ｓ4（図１４参照）が非対称に発生する。これにより、マイクロ流路３３を流下してくる反応後の粒子成分Ｐ2を含む液体試料Ｌsは、非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2によって分岐マイクロ流路３６へ流れる流量が分岐マイクロ流路３４，３５へ流れる流量よりも増加する。従って、容器３０は、表面弾性波素子１４を周波数ｆc2で駆動することにより、粒子成分Ｐ2を含む液体試料Ｌsの分岐マイクロ流路３６への流量を増加させることができる。
【００６５】
このように、容器３０は、表面弾性波素子１４の駆動周波数を変更することにより、粒子成分Ｐ1を含む液体試料Ｌsが多く流れる流路と粒子成分Ｐ2を含む液体試料Ｌsが多く流れる流路を切り替えることができるので、マイクロソータとして使用することができる。
【００６６】
また、容器３０は、表面弾性波素子１４を側面にエポキシ樹脂等の音響整合層を介して取り付けて構成しても良い。この場合、表面弾性波素子１４は、入力端子１４ｅと駆動制御部１１との間で離接自在に接続され、駆動信号が入力される。このように容器３０を構成しても同様の効果が得られる。
【００６７】
尚、本発明の表面弾性波素子は、共振周波数帯の一部が重複し、隣り合う発音部による音響流の起点が交互に位置するように発音部を形成してもよい。このため、単独の音波発生素子である表面弾性波素子１４は、図２８に示すように、中心周波数ｆc1，ｆc2の発音部１４ｂ，１４ｃに加えて中心周波数ｆc3（ｆc1＜ｆc2＜ｆc3）（ＭＨｚ）の発音部１４ｄを並列接続してもよい。このような表面弾性波素子１４を使用すると、液体試料中に生じる音響流をより複雑にすることができる。
【００６８】
従って、このような表面弾性波素子１４を使用すると、攪拌装置１０は、表面弾性波素子１４を駆動する周波数を適宜変更することにより、液体試料中に種々の態様の音響流を発生させることができるので、過剰なエネルギー消費を抑えつつ液体試料を液量に応じて効率良く攪拌することができ、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。
【００６９】
また、表面弾性波素子１４は、無線で駆動しても良いし、バルク波の他に表面弾性波を使用して液体試料を攪拌してもよい。
【００７０】
なお、本発明の「単独の音波発生素子」とは、上述したように、一つの発音部から発生する音波に起因して音響流の起点が二箇所に存在し、複数の発音部が隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されて、実質的に一つの音波発生素子として一体的に機能するようなあらゆる構成を意味する。したがって、複数の発音部がそれぞれ別体の圧電基板上に設けられていても、一体的に機能することで１つの音波発生素子として機能し得る構成を含む場合には本発明で言う「単独の音波発生素子」と称することが可能である。用途に応じて、複数の発音部の形状や配置（寸法、位置）等を適宜最適化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。
【図２】図１に示す容器の平面図である。
【図３】図２のＡ部を拡大した断面平面図である。
【図４】本発明の音波発生素子の斜視図である。
【図５】一部が重複する発音部の共振周波数帯を示す図である。
【図６】図４の表面弾性波素子の発音部が有する中心周波数及び入力反射係数に関する周波数特性図である。
【図７】図４の表面弾性波素子の等価回路図である。
【図８】図７の表面弾性波素子を一方の発音部の中心周波数で駆動した場合の等価回路図である。
【図９】図８の場合に各発音部が発生する音波と、音波によって液体試料中に生ずる音響流を説明する断面図である。
【図１０】図７の表面弾性波素子を他方の発音部の中心周波数で駆動した場合の等価回路図である。
【図１１】図１０の場合に各発音部が発生する音波と、音波によって液体試料中に生ずる音響流を説明する断面図である。
【図１２】表面弾性波素子が有する二つの発音部が有する中心周波数及び入力反射係数の一例を示す周波数特性図である。
【図１３】図１２に示す周波数特性を有するそれぞれの発音部を中心周波数で駆動した場合に発生する音響流の流速分布を視覚化した図である。
【図１４】図４の表面弾性波素子を駆動した場合に、分岐マイクロ流路内の液体試料中に生ずる音響流を駆動周波数ごとに示した断面図である。
【図１５】一方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図３に対応した断面平面図である。
【図１６】他方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図３に対応した断面平面図である。
【図１７】容器の基板底面に取り付ける表面弾性波素子の他の取り付け方を示す図３に対応した断面平面図である。
【図１８】実施の形態２に係る容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。
【図１９】図１８に示す容器の平面図である。
【図２０】図１９のＢ部を拡大した断面平面図である。
【図２１】一方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２０に対応した断面平面図である。
【図２２】他方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２０に対応した断面平面図である。
【図２３】実施の形態２の変形例としてマイクロソータとして使用する容器を攪拌装置と共に示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す容器の平面図である。
【図２５】表面弾性波素子の駆動停止時にマイクロ流路を流下してくる粒子成分Ｐを含む液体試料Ｌsの分岐マイクロ流路への流れを示す図２４のＣ部を拡大した断面平面図である。
【図２６】一方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２５に対応した断面平面図である。
【図２７】他方の発音部の中心周波数に等しい周波数で表面弾性波素子を駆動した場合に分岐マイクロ流路内に発生する音響流を示す図２５に対応した断面平面図である。
【図２８】表面弾性波素子の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 容器
２ 基板
３ カバー
４ マイクロ流路
４ａ，４ｂ 開口
５ 分岐マイクロ流路
５ａ 開口
１０ 攪拌装置
１１ 駆動部
１２ 信号発生器
１３ 駆動制御回路
１４ 表面弾性波素子
１４ａ 圧電基板
１４ｂ，１４ｃ 発音部
１４０ｂ，１４０ｃ 櫛型電極（ＩＤＴ）
１４０ｄ 櫛型電極（ＩＤＴ）
１４ｅ 入力端子
１４ｆ バスバー
２０ 容器
２１ 基板
２２ カバー
２３ マイクロ流路
２４，２５，２６ 分岐マイクロ流路
２３ａ，２３ｂ 開口
２４ａ，２５ａ，２６ａ 開口
３０ 容器
３１ 基板
３２ カバー
３３ マイクロ流路
３３ａ 開口
３４，３５，３６ 分岐マイクロ流路
３４ａ，３５ａ，３６ａ 開口
３７ 粒子検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基板上に配置された発音部とを有する音波発生素子であって、
前記複数の発音部が、電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複することを特徴とする音波発生素子。
【請求項２】
前記複数の発音部は、駆動周波数に応じて各発音部の電気的入力信号に対する振動の応答強度の比率が変化することを特徴とする請求項１に記載の音波発生素子。
【請求項３】
前記複数の発音部は、前記駆動周波数に応じて音波を発生する発音部が切り替わることを特徴とする請求項１に記載の音波発生素子。
【請求項４】
液体の分析項目、前記液体の性状又は液量の情報をもとに前記音波発生素子に入力する前記駆動周波数が変更されることを特徴とする請求項１に記載の音波発生素子。
【請求項５】
マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と、前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器であって、
前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に請求項１〜４のいずれか一つに記載の音波発生素子が設けられていることを特徴とする容器。
【請求項６】
複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の容器。
【請求項７】
マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器の、前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に接するように設けられた請求項１〜４のいずれか一つに記載の音波発生素子と、
前記音波発生素子を駆動する駆動部と、
を有することを特徴とする攪拌装置。
【請求項８】
複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌装置。
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基板上に配置された発音部とを有する音波発生素子であって、
前記複数の発音部が、電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が異なると共に、共振周波数帯の一部が重複することを特徴とする音波発生素子。
【請求項２】
前記複数の発音部は、駆動周波数に応じて各発音部の電気的入力信号に対する振動の応答強度の比率が変化することを特徴とする請求項１に記載の音波発生素子。
【請求項３】
前記複数の発音部は、前記駆動周波数に応じて音波を発生する発音部が切り替わることを特徴とする請求項１に記載の音波発生素子。
【請求項４】
液体の分析項目、前記液体の性状又は液量の情報をもとに前記音波発生素子に入力する前記駆動周波数が変更されることを特徴とする請求項１に記載の音波発生素子。
【請求項５】
マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と、前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器であって、
前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に請求項１〜４のいずれか一つに記載の音波発生素子が設けられていることを特徴とする容器。
【請求項６】
複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の容器。
【請求項７】
マイクロ流路の一端に液体を流入させる少なくとも１つの流入口と前記マイクロ流路から分岐した分岐マイクロ流路の他端に流出口が形成された容器の、前記マイクロ流路と前記分岐マイクロ流路の分岐部の近傍に接するように設けられた請求項１〜４のいずれか一つに記載の音波発生素子と、
前記音波発生素子を駆動する駆動部と、
を有することを特徴とする攪拌装置。
【請求項８】
複数の発音部を有する音波発生素子の前記一つの発音部から発生する音波に起因してマイクロ流路内に生じる音響流の起点が容器内壁近傍の離れた二箇所に存在し、前記複数の発音部は、隣り合う発音部による前記音響流の起点が交互に位置するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１０−８８９７７（Ｐ２０１０−８８９７７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９０８３（Ｐ２００８−２５９０８３）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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