流体设备的制作方法

1.本发明涉及流体设备。


背景技术：

2.以往，已知有使流体中的微粒子声音聚焦的流体设备。
3.例如，非专利文献1所公开的流体设备具备：流路基板(玻璃基板)，形成有流路；以及压电元件，设置于流路基板。由压电元件产生的超声波经由流路基板被传递到流路内，使流路内的流体产生驻波。流体中的微粒子通过由驻波形成的流体的压力梯度而收敛于流路内的规定范围。
4.现有技术文献
5.非专利文献
6.非专利文献1：太田亘俊(nobutoshi ota)，其他6名，“微流体设备减薄对于微纳米粒子的声音聚焦的增强(enhancement in acoustic focusing of micro and nanoparticles by thinning a microfluidic device)”，2019年12月，皇家学会开放科学(royal society open science)，第6卷，第2号，报道号181776


技术实现要素：

7.但是，在上述非专利文献1所记载的流体设备中，流体的声音阻抗与流路基板的声音阻抗之差较大，因此由压电元件产生的超声波在从流路基板向流体传播时，大部分的超声波在流路基板与流体的边界反射。由此，难以在流路内产生较大的声音功率的驻波。其结果为，需要增大施加于压电元件的驱动电压、驱动频率。
8.本公开的流体设备具备：第一流路，供流体流通；压力室，在与所述第一流路内的所述流体的流通方向正交的第一方向上与所述第一流路之间隔开间隔地形成；第一连通路，沿着所述第一方向形成，将所述第一流路与所述压力室连通；以及超声波发送部，通过与流入所述压力室内的所述流体接触而向该流体发送超声波，从而使所述第一流路内的所述流体沿着所述第一方向产生第一驻波。
附图说明
9.图1是示意性地表示第一实施方式的流体设备的一部分的剖视图。
10.图2是图1的a-a线向视剖视图。
11.图3是示意性地表示比较例的流体设备的剖视图。
12.图4是示意性地表示第二实施方式的流体设备的一部分的剖视图。
13.图5是图4的b-b线向视剖视图。
14.图6是示意性地表示第三实施方式的流体设备的一部分的剖视图。
15.图7是示意性地表示第四实施方式的流体设备的一部分的剖视图。
16.图8是示意性地表示变形例的流体设备的一部分的剖视图。
17.附图标记说明
18.10、10a、10b、10c、10d、10e
…
流体设备，20
…
流路，20a、20c
…
第一流路，20b、20d
…
第二流路，30
…
流路基板，31
…
上侧壁部，32
…
下侧壁部，33
…
侧方壁部，311、331
…
贯通孔，34
…
侧方壁部，40、40a
…
超声波发送部，41
…
元件基板，411
…
开口部，42
…
振动膜，421
…
振动部，422
…
流体接触面，43
…
压电元件，44
…
超声波元件，51
…
压力室，52
…
连通路，52a、52c
…
第一连通路，52b、52d
…
第二连通路，a
…
波腹，h
…
流路深度，l
…
流路宽度，m
…
微粒子，n
…
波节，ra
…
波腹区域，rn
…
波节区域，s
…
流体，sw
…
驻波，t
…
厚度，w
…
尺寸。
具体实施方式
19.[第一实施方式]
[0020]
以下，参照图1以及图2对第一实施方式的流体设备10进行说明。
[0021]
图1是示意性地表示第一实施方式的流体设备10的一部分的剖视图，图2是图1的a-a线向视剖视图。
[0022]
流体设备10具备在内部形成有流路20等的流路基板30以及设置于流路基板30的超声波发送部40。
[0023]
在该流体设备10中，超声波发送部40通过对在流路20中流通的流体s施加超声波，从而沿着与流体s的流通方向正交的一个方向产生任意的模式次数的驻波sw。分散于流体s中的微粒子m在流路20内流通的过程中受到由驻波sw形成的压力梯度的影响，收敛于流路20内的规定范围。
[0024]
在这样的流体设备10中，例如，通过设置使流路20中的微粒子m收敛的范围的流体s选择性地流通的浓缩用流路和使除此以外的范围的流体s选择性地流通的排出用流路，能够浓缩流体s中的微粒子m的浓度。
[0025]
需要说明的是，在图1中，示意性地例示了通过1次模式的驻波sw收敛的微粒子m的情形。另外，在图2中，省略微粒子m的图示，将在流路20内产生的驻波sw作为压力波形示出。
[0026]
[流体设备10的结构]
[0027]
参照图1以及图2对流体设备10的简易结构进行说明。
[0028]
流路基板30是在内部形成有流路20(第一流路)、压力室51以及连通路52(第一连通路)的基板。该流路基板30例如可以通过将具有与流路20、压力室51以及连通路52对应的槽部的一对基板相互接合来制作。作为构成流路基板30的各基板，没有特别限定，例如可以利用玻璃基板、硅基板。
[0029]
需要说明的是，虽然省略图示，但在流路基板30上设置有用于将流体s注入到流路20中的注入口以及用于将流体s从流路20排出的一个以上的排出口。
[0030]
在本实施方式中，形成于流路基板30的流路20的截面为矩形，流路20的深度方向与流路基板30的厚度方向一致。另外，在流路20中流动的流体s的流通方向与流路20的深度方向正交，流路20的宽度方向与流路20的深度方向以及流体s的流通方向分别正交。
[0031]
以下，将流体s的流通方向设为x方向，将流路20的宽度方向设为y方向，将流路20的深度方向设为z方向。x、y、z方向相互正交。
[0032]
流路基板30具有：在z方向的一侧构成流路20的壁部的上侧壁部31；在z方向的另一侧构成流路20的壁部的下侧壁部32；以及在y方向的两侧构成流路20的壁部的侧方壁部
33、34。
[0033]
压力室51是形成在流路基板30内的流体s的储存室，在y方向上与流路20之间隔开间隔地形成。在本实施方式中，压力室51形成于流路20的y方向一侧的侧方壁部33的内部，但也可以形成于y方向另一侧的侧方壁部34。
[0034]
连通路52形成于流路基板30的侧方壁部33的内部，是将压力室51与流路20连通的流路。连通路52沿着y方向形成，与流路20的侧部连接。
[0035]
流路20经由连通路52与压力室51连接，在流路20中流通的流体s流入压力室51内。压力室51内被流体s充满。
[0036]
在本实施方式中，在流路基板30的侧方壁部33中，设置有沿y方向贯通成为压力室51的壁部的部分的贯通孔331。
[0037]
超声波发送部40以堵塞该贯通孔331的方式设置于流路基板30，由此构成压力室51的壁部的一部分。
[0038]
超声波发送部40具备：元件基板41；被元件基板41支承的振动膜42；以及设置于振动膜42的压电元件43。
[0039]
元件基板41由si等半导体基板构成。本实施方式的元件基板41在流路基板30的贯通孔331内以元件基板41的厚度方向沿着y方向的方式配置，元件基板41的外周面与流路基板30的贯通孔331的内周面液密地接触。
[0040]
另外，在元件基板41设置有沿着元件基板41的厚度方向贯通元件基板41的开口部411。
[0041]
振动膜42例如由sio2膜以及zro2膜等层叠了多种膜的层叠体等构成。该振动膜42以振动部421的厚度方向沿着y方向的方式配置，设置于元件基板41的一个面，并且将开口部411的一侧(流路20侧的相反侧)封闭。
[0042]
另外，振动膜42中的从元件基板41的厚度方向观察时与开口部411重叠的部分构成进行超声波的发送的振动部421。振动部421所具有的一对面中的面向开口部411侧的面成为与从压力室51流入开口部411内的流体s接触的流体接触面422。即，振动部421具有与压力室51内的流体s接触的流体接触面422。
[0043]
在此，振动膜42以振动膜42的厚度方向(流体接触面422的法线方向)沿着y方向的方式配置。
[0044]
压电元件43相对于振动部421设置于流体接触面422的相反侧的面。虽然省略了图示，但该压电元件43通过在振动部421上依次层叠下部电极、压电膜以及上部电极而构成。
[0045]
在这样的超声波发送部40中，由振动部421和配置在该振动部421上的压电元件43构成超声波元件44。
[0046]
在该超声波元件44中，压电元件43与省略图示的驱动部连接，当从该驱动部向压电元件43输入驱动信号时，在下部电极与上部电极之间被施加电压，使得压电膜伸缩。由此，振动部421以与振动部421的短边方向的尺寸w(开口部411的开口宽度)等相应的规定的振荡频率向流体接触面422的法线方向挠曲振动。振动部421的挠曲振动通过被转换为流体s的疏密波来进行超声波的传播。
[0047]
从振动部421向压力室51内的流体s传播的超声波以振动部421为中心呈放射状扩散，其中朝向y方向前进的超声波从压力室51经由连通路52到达流路20内，反复被流路20的
内壁反射，从而在流路20内产生驻波sw(第一驻波)。
[0048]
在此，在流路20内，为了在y方向上产生驻波sw，流路20的y方向的尺寸即流路宽度l[m]满足以下的式(1)。
[0049][0050]
需要说明的是，n是驻波sw的模式次数，c是流体s的介质的音速[m/s]，f是压电元件43的驱动频率[hz]。需要说明的是，驱动频率f与上述的振动部421的振荡频率对应。
[0051]
根据上述式(1)，假设在介质为水的情况下的介质的音速c为1500m/s，驻波sw的模式次数n为1，压电元件43的驱动频率f为600khz的情况下，流路宽度l被设定为1.25mm。
[0052]
另外，为了抑制在流路20内产生z方向的驻波，流路20的z方向的尺寸即流路深度h[m]满足以下的式(2)。
[0053][0054]
即，流路深度h比通过上述(1)计算出的驻波sw的模式次数n为1时的流路宽度l小。即，根据上述式(1)、(2)，流路20形成为流路深度h比流路宽度l小。
[0055]
或者，为了抑制在流路20内产生z方向的驻波，流路深度h也可以不满足上述式(2)，而设定为明显大于通过上述式(1)设定的流路宽度l。在该情况下，存在在z方向上产生高次模式的驻波的可能性，但这样的高次模式的驻波与在y方向上产生的驻波sw相比，声音功率小，因此能够忽略其影响。
[0056]
[振动部421的厚度]
[0057]
在压电元件43被驱动时，不仅产生使振动部421产生挠曲振动的横波，还产生在振动部421的内部传播的纵波。
[0058]
假设在振动部421的厚度t比纵波的波长λ大的情况下，在振动部421内纵波占据主导地位，超声波从振动部421向流体s的传播效率降低。即，与未取得声音阻抗的匹配的状态相同。
[0059]
另外，即使在假设振动部421的厚度t比纵波的波长λ小的情况下，也会在振动膜42内产生一些纵波。特别是，在振动部421的厚度t与λ/4相等的情况下，振动部421作为纵波的声音匹配层发挥功能，在振动部421内产生的纵波容易向流体s传播，但在纵波发射声音的情况下，与在横波发射声音的情况相比，超声波从振动部421向流体s的传播效率降低。
[0060]
因此，在本实施方式中，振动部421形成为厚度t比纵波的波长λ的1/4小。即，振动部421的厚度t[m]满足以下的式(3)。
[0061][0062]
需要说明的是，振动部421的厚度t是沿着相对于流体接触面422的法线方向的振动部421的尺寸，相当于振动膜42的膜厚。
[0063]
上述式(3)中的纵波的波长λ[m]由以下的式(4)来表示。
[0064][0065]
在上述式(4)中，c’是在振动部421内产生的纵波的平均音速[m/sec]，f是压电元
件43的驱动频率[hz]。
[0066]
根据上述式(4)，上述式(3)由以下的式(5)来表示。
[0067][0068]
另外，如上所述，上述式(5)中的驱动频率f满足以下的式(1)。
[0069][0070]
在上述式(1)中，l是流路宽度[m]，n是驻波sw的模式次数，c是流体s的介质的音速[m/s]，f是压电元件43的驱动频率[hz]。
[0071]
根据上述式(1)、(5)，振动部421的厚度t满足以下的式(6)。
[0072][0073]
另外，本实施方式的振动膜42是多个膜的层叠体。即，本实施方式的振动部421由多个膜构成。在该情况下，在振动部421产生的纵波的平均音速c’通过以下的方法计算。
[0074]
在此，在将构成振动部421的膜的数量设为m，将构成振动部421的各膜的厚度设为tk(k＝1、2、
…
m)，将构成振动部421的各膜中的纵波音速的平均值设为ck(k＝1、2、
…
m)的情况下，以下的式(7)成立。
[0075][0076]
另外，振动部421的厚度t由以下的式(8)来表示。
[0077][0078]
因此，根据上述式(7)、(8)，在振动部421产生的纵波的平均音速c’由以下的式(9)来表示。
[0079][0080]
另外，从提高超声波从振动部421向流体s的传播效率的观点考虑，振动部421的厚度t优选为满足上述式(6)并且为更小的值。
[0081]
但是，如果振动部421的厚度t过小，则振动部421的朝向厚度方向的应力梯度变大，因此在压电元件43被驱动时，振动部421产生破损的可能性变高。
[0082]
因此，在本实施方式中，进行了使振动部421的短边方向的尺寸w和振动部421的厚度t变化来驱动压电元件43的实验，其结果为，振动部421的厚度t优选满足以下的式(10)。
[0083][0084]
在上述式(10)中，w是振动部421的短边方向的尺寸[m]，e’是将泊松比设为0.3时的振动部421的平均杨氏模量[pa]，n是驻波sw的模式次数，c是流体s的介质的音速[m/sec]。如果振动部421的厚度t比通过上述式(10)的左边求出的厚度薄，则振动部421破损的可能性变高。
[0085]
需要说明的是，如上所述，本实施方式的振动部421由多个(m)膜构成。在该情况
下，振动部421的平均杨氏模量e’能够通过以下的式(11)来表示。
[0086][0087]
另外，上述式(11)中的α由以下的式(12)来定义。
[0088][0089]
在上述式(11)、(12)中，m是构成振动部421的膜的数量，ei(i＝1、2、
…
m)是构成泊松比为0.3时的振动部421的各膜的杨氏模量。
[0090]
另外，di由以下的式(13)来表示。
[0091][0092]
在上述式(13)中，tk是构成振动部421的各膜的厚度(k＝1、2、
…
m)。即，di是将构成振动部421的各膜的厚度tk相加到第i个而得到的值。
[0093]
在此，假设在本实施方式的流体设备10具有以下记载的结构的情况下，通过上述的式(6)以及式(10)，振动部421的厚度t优选在以下的式(14)的范围内。
[0094]
振动部的短边方向的尺寸w：19μm
[0095]
流路宽度l：375μm
[0096]
流体s的介质的音速c：1500m/s
[0097]
驻波sw的模式次数n：1
[0098]
振动膜42：sio2膜和zro2膜的2层结构
[0099]
sio2膜的膜厚t1：0.35μm
[0100]
zro2膜的膜厚t2：0.15μm
[0101]
sio2的杨氏模量e1：75gpa
[0102]
zro2的杨氏模量e2：190gpa
[0103]
sio2的音速c1：5900m/s
[0104]
zro2的音速c2：4650m/s
[0105]
0.5
×
10-6
(m)≤t＜685
×
10-6
(m)
…
式(14)
[0106]
[连通路52的配置]
[0107]
在流路20的内部产生了y方向的驻波sw的情况下，声压成为最大的波腹a和声压成为0的波节n沿着y方向周期性地出现。需要说明的是，在流路20的y方向的两端部分别出现波腹a。
[0108]
例如，如图2所示，在产生了1次模式的驻波sw的情况下，在流路20的y方向中央部出现波节n，在流路20的y方向两端部分别出现波腹a。在该情况下，分散于流体s中的微粒子m在流路20内流通的过程中，向与驻波sw的波节n对应的范围，即流路20的y方向中央部收敛(声音聚焦)。
[0109]
在此，将流路20的y方向的范围分为与驻波sw的波节n对应的波节区域rn以及与驻波sw的波腹a对应的波腹区域ra。
[0110]
需要说明的是，在将流路20的流路宽度设为l、将驻波sw的模式次数设为n时，各波节区域rn设为从各波节n的中心到y方向的
±
l/4n的范围，各波腹区域ra设为除此以外的范
围。
[0111]
在该情况下，连通路52与流路20中的、与驻波sw中的任意的波腹a对应的波腹区域ra连接。由此，从压力室51经由连通路52向流路20传递的超声波被施加于流路20内的波腹区域ra。
[0112]
需要说明的是，图2例示了1次模式的驻波sw，但在本实施方式中产生的驻波sw只要是1次模式以上即可。驻波sw中的波腹区域ra以及波节区域rn可以基于在流路20内产生的驻波sw的模式次数、流路20的y方向的尺寸等来决定。
[0113]
[压力室以及连通路的各结构]
[0114]
在本实施方式中，相对于一个压力室51在x方向上隔开间隔地设置有两个连通路52，各连通路52将压力室51与流路20连通。由此，各连通路52的x方向的尺寸比压力室51的x方向的尺寸小。需要说明的是，连通路52的数量不限于两个，只要是一个以上即可。
[0115]
另外，连通路52的z方向的尺寸为压力室51的z方向的尺寸以下，并且为流路20的z方向的尺寸以下。
[0116]
在此，压力室51以及连通路52构成为，不使压力室51内以及连通路52内的流体s产生驻波，而使流路20内的流体s产生驻波，因此满足以下的式(15)。
[0117][0118]
在上述式(15)中，lr是连通路52的y方向的尺寸[m]，lp是压力室51的y方向的尺寸[m]，m是自然数，n是驻波sw的模式次数，l是流路20的y方向的尺寸(流路宽度)[m](参照图1)。
[0119]
另外，流体设备10构成为满足以下的式(16)至(18)。
[0120][0121]
wr≤0.3
×dr
…
式(17)
[0122][0123]
在上述式(16)、(17)中，wr是连通路52的x方向的宽度[m]，l是流路宽度[m]，n是驻波sw的模式次数，dr是连通路52的z方向的深度[m]。
[0124]
在满足上述式(16)、(17)的情况下，从连通路52照射到流路20内的超声波被流路20的壁面反射而返回到连通路52时，超声波的波束宽度比连通路52的宽度wr大。即，成为超声波的波束宽度比连通路52的宽度wr更大地扩展的状态。
[0125]
另外，在上述的式(18)中，sr是所有的连通路52的与y方向正交的流路截面积[m2]，l是流路宽度[m]，n是驻波sw的模式次数，sb是振动部421的流体接触面422的面积[m2]，δ是振动时的振动部421的位移量[m]。
[0126]
在满足上述式(18)的情况下，连通路52面向y方向的流路20内的范围的体积除以驻波sw的模式次数n而得到的值成为因振动部421的挠曲振动而产生的压力室51的体积的最大变动量以上。
[0127]
[本实施方式的效果]
[0128]
如以上所说明的那样，本实施方式的流体设备10具备：流路20，供流体s流通；压力
室51，在与流路20内的流体s的流通方向(x方向)正交的第一方向(y方向)上与流路20之间隔开间隔地形成；连通路52，沿着y方向形成，将流路20与压力室51连通；以及超声波发送部40，通过与流入压力室51内的流体s接触而向该流体s发送超声波，从而使流路20内的流体s沿着y方向产生驻波sw。
[0129]
在这样的结构中，由于超声波发送部40与流体s接触，因此在从超声波发送部40到流体s的超声波的传播路径中不存在流路基板30。由此，从超声波发送部40向流体s直接传递超声波，容易在流路20内产生驻波sw。
[0130]
在此，将相对于本实施方式的流体设备10的比较例的流体设备10a在图3中示出。需要说明的是，在该比较例中，对与本实施方式对应的结构标注与本实施方式相同的附图标记。
[0131]
比较例的流体设备10a不具备本实施方式那样的压力室51以及连通路52，超声波发送部40面向流路20内的流体s。在这样的比较例中，在流路20内被反射的超声波直接返回到超声波发送部40。因此，从超声波发送部40发送的超声波被在流路20内反射而返回的超声波击败而变弱，难以使流路20内的超声波的声音功率重叠。即，流路20内的超声波的声音功率由最初发送的超声波的声音功率决定，难以补足声音功率。
[0132]
与此相对，本实施方式的流体设备10具备与流路20分开形成的压力室51以及将流路20与压力室51连通的连通路52，超声波发送部40以与压力室51内的流体s接触的方式配置。
[0133]
根据这样的结构，被流路20的壁面反射的超声波的一部分经由连通路52返回到超声波发送部40，但该超声波的剩余部分被流路20的壁面再次反射。因此，能够抑制从超声波发送部40发送的超声波由于在流路20中反射而返回的超声波而变弱，能够提高压力室51内的压力，在流路20内补足声音功率。
[0134]
因此，在本实施方式中，能够在流路20内容易地产生较大的声音功率的驻波。由此，能够将施加于压电元件43的驱动电压以及驱动频率设定得比以往低，并且能够使产生驻波sw的流路20的宽度构成为比以往宽。其结果为，能够使可以使用流体设备10进行处理的流体s的体积流量大量化。
[0135]
在本实施方式中，流体设备10构成为满足上述式(16)、(17)，从而成为超声波的波束宽度比连通路52的宽度wr更大地扩展的状态，因此能够适当地发挥抑制返回到振动部421的超声波的比例的效果。由此，能够适当地抑制从超声波发送部40发送的超声波变弱。
[0136]
在本实施方式中，z方向(与流通方向以及第一方向分别正交的第二方向)上的流路20的尺寸(流路深度h)比y方向上的流路20的尺寸(流路宽度l)小。
[0137]
由此，在流路20内，能够抑制在z方向上产生驻波，能够适当地产生y方向的驻波sw。
[0138]
在本实施方式中，连通路52与流路20中的、与驻波sw中的任意的波腹a对应的波腹区域ra连接。
[0139]
在这样的结构中，从超声波发送部40发送的超声波经由连通路52被施加于流路20内的波腹区域ra，由此能够提高流路20内的驻波sw的产生效率。
[0140]
在本实施方式中，超声波发送部40具备超声波元件44，超声波元件44具备：振动部421，具有与流体s接触的流体接触面422；以及压电元件43，设置于振动部421，使振动部421
向流体接触面422的法线方向挠曲振动。
[0141]
在这样的结构中，通过将振动部421的挠曲振动转换为流体s的疏密波，能够高效地对流体s发送超声波。
[0142]
在本实施方式中，流体设备10构成为使得上述式(18)成立。在此，连通路52面向y方向的流路20内的范围的体积除以驻波sw的模式次数n而得到的值相当于连通路52内的介质的体积变动。通过该值成为因振动部421的挠曲振动而产生的压力室51的体积的最大变动量以上，从而由振动膜42的变形引起的压力室51内的介质的体积变动作为连通路52内的介质的体积变动而被排出，由此能够抑制压力室51内的压力上升。因此，能够抑制振动膜42、压电元件43破损。
[0143]
在本实施方式中，超声波元件44以流体接触面422的法线方向沿着y方向的方式配置。
[0144]
根据这样的结构，来自超声波元件44的超声波的主要的发送方向与在流路20内合成驻波sw的超声波的传播方向一致。由此，能够进一步提高驻波sw的形成效率。
[0145]
在本实施方式中，流体设备10构成为使得上述式(6)成立。即，与流体s接触的振动部421的厚度形成为比在振动部421产生的纵波的波长λ的1/4小。
[0146]
根据这样的结构，能够抑制振动部421内的纵波的产生、从振动部421向流体s的纵波的传播，成为与取得振动部421和与振动部421接触的流体s之间的声音阻抗的匹配相同的状态。其结果为，能够提高超声波从超声波元件44向流体s的传播效率。
[0147]
[第二实施方式]
[0148]
接着，对第二实施方式进行说明。以下，有时对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略或简化其说明。
[0149]
图4是示意性地表示第二实施方式的流体设备10b的一部分的俯视图，图5是图4的b-b线向视剖视图。如图4以及图5所示，第二实施方式的流体设备10b与第一实施方式相比，主要是超声波发送部40相对于压力室51的配置不同。
[0150]
具体而言，在第二实施方式的流路基板30上，代替第一实施方式的侧方壁部33中的贯通孔331，而设置在z方向上贯通流路基板30的上侧壁部31中成为压力室51的壁部的部分的贯通孔311。
[0151]
超声波发送部40以堵塞流路基板30的贯通孔311的方式设置于流路基板30，由此构成压力室51的壁部的一部分。
[0152]
超声波发送部40的元件基板41在流路基板30的贯通孔311内以元件基板41的厚度方向沿着z方向的方式配置，元件基板41的外周面与流路基板30的贯通孔311的内周面液密地接触。
[0153]
另外，在第一实施方式中，相对于一个压力室51设置有两个连通路52，但在第二实施方式中，相对于一个压力室51设置有一个连通路52。该连通路52的x方向的尺寸与压力室51的x方向的尺寸相等。另外，连通路52的z方向的尺寸比压力室51的z方向的尺寸小，并且比流路20的z方向的尺寸小。
[0154]
在这样的第二实施方式的流体设备10b中，压力室51以及连通路52也满足上述的式(15)至(17)。
[0155]
[第二实施方式的效果]
[0156]
根据以上的第二实施方式，能够起到与第一实施方式的流体设备10相同的效果。
[0157]
另外，在第二实施方式中，超声波发送部40以振动膜42的厚度方向沿着流路基板30的厚度方向(z方向)的方式配置，因此在形成振动膜42、压电元件43时能够容易地利用mems技术。
[0158]
另外，在第二实施方式中，超声波发送部40相对于流路基板30的配置范围不限于流路20的形成范围，因此容易扩大超声波发送部40相对于流路基板30的配置范围。因此，如后述的变形例所述，容易在超声波发送部40设置多个超声波元件44。
[0159]
[第三实施方式]
[0160]
接着，对第三实施方式进行说明。
[0161]
图6是示意性地表示第三实施方式的流体设备10c的一部分的剖视图。如图6所示，第三实施方式的流体设备10c与上述的第一、第二实施方式相比，流路20的数量不同。即，第三实施方式的流体设备10c具备形成于流路基板30内的两个流路即第一流路20a以及第二流路20b。
[0162]
具体而言，第三实施方式的第一流路20a以及第二流路20b在y方向上配置于压力室51的两侧。换言之，第一流路20a在y方向上与压力室51之间隔开间隔地配置，第二流路20b在y方向上与压力室51之间隔开间隔，并且在y方向上相对于压力室51配置于第一流路20a的相反侧。
[0163]
需要说明的是，第一流路20a以及第二流路20b分别具有与在上述的第一、第二实施方式中说明的流路20相同的结构。例如，第一流路20a以及第二流路20b分别满足上述的式(1)以及式(2)。
[0164]
另外，第三实施方式的流体设备10c具备将压力室51与第一流路20a连通的第一连通路52a以及将压力室51与第二流路20b连通的第二连通路52b。
[0165]
第三实施方式中的第一连通路52a以及第二连通路52b分别沿着y方向形成，具有与在上述的第二实施方式中说明的连通路52相同的结构。例如，第一连通路52a以及第二连通路52b分别满足上述的式(15)至式(17)。
[0166]
在这样的结构中，从超声波发送部40向压力室51内发送的超声波以振动部421为中心呈放射状扩散，其中朝向y方向的一侧前进的超声波从压力室51经由第一连通路52a到达第一流路20a内，在第一流路20a的内壁反复反射，由此在第一流路20a内产生y方向的第一驻波。另外，朝向y方向的另一侧前进的超声波从压力室51经由第二连通路52b到达第二流路20b内，并在第二流路20b的内壁反复反射，由此在第二流路20b内产生y方向的第二驻波。
[0167]
[第三实施方式的效果]
[0168]
根据以上的第三实施方式，能够起到与第一、第二实施方式的流体设备10相同的效果。
[0169]
需要说明的是，在第三实施方式中，与在第一、第二实施方式的流路20中产生的驻波sw相比，在第一流路20a以及第二流路20b中分别产生的驻波的声波能量变小。
[0170]
但是，根据第三实施方式，能够使超声波从一个压力室51向两个流路即第一流路20a以及第二流路20b传播，因此能够提高流路基板30中的流路密度。
[0171]
另外，在第三实施方式中，第二流路20b相对于压力室51配置于第一流路20a的相
反侧。在此，第一流路20a以及第二流路20b需要分别相对于压力室51在y方向上排列。在第三实施方式中，例如与第一流路20a以及第二流路20b在z方向上重叠配置的比较例相比，能够抑制流体设备10的z方向的厚度等，容易使流体设备小型化。
[0172]
[第四实施方式]
[0173]
接着，对第四实施方式进行说明。
[0174]
图7是示意性地表示第四实施方式的流体设备10d的一部分的剖视图。如图7所示，第四实施方式的流体设备10d与上述的第三实施方式同样地具有形成于流路基板30内的两个流路即第一流路20c以及第二流路20d。但是，第四实施方式中的第一流路20c以及第二流路20d的各配置与第三实施方式中的第一流路20a以及第二流路20b的各配置不同。
[0175]
在第四实施方式中，第一流路20c以及第二流路20d配置于压力室51的y方向的单侧。换言之，第一流路20c在y方向上与压力室51之间隔开间隔地配置，第二流路20d在y方向上与第一流路20c之间隔开间隔，并且在y方向上相对于第一流路20c配置于压力室51的相反侧。
[0176]
需要说明的是，第一流路20c以及第二流路20d分别具有与在上述的第一、第二实施方式中说明的流路20相同的结构。例如，第一流路20c以及第二流路20d分别满足上述的式(1)以及式(2)。
[0177]
另外，第四实施方式的流体设备10d具备将压力室51与第一流路20c连通的第一连通路52c以及将第一流路20c与第二流路20d连通的第二连通路52d。
[0178]
第四实施方式中的第一连通路52c以及第二连通路52d分别沿着y方向形成，具有与在上述的第二实施方式中说明的连通路52相同的结构。例如，第一连通路52c以及第二连通路52d分别满足上述的式(15)至式(17)。
[0179]
在这样的结构中，超声波发送部40向压力室51内的流体s发送超声波。从振动部421向压力室51内的流体s传播的超声波以振动部421为中心呈放射状扩散，其中朝向y方向的一侧前进的超声波从压力室51经由第一连通路52c到达第一流路20c内，在第一流路20c的内壁反复反射，由此在第一流路20c内产生y方向的第一驻波。
[0180]
另外，到达第一流路20c内的超声波中的一部分进一步经由第二连通路52d到达第二流路20d内，在第二流路20d的内壁反复反射，由此在第二流路20d内产生y方向的第二驻波。
[0181]
[第四实施方式的效果]
[0182]
根据以上的第四实施方式，能够起到与第一、第二实施方式的流体设备10相同的效果。
[0183]
需要说明的是，在第四实施方式中，与在第一、第二实施方式的流路20中产生的驻波sw相比，在第一流路20c以及第二流路20d中分别产生的驻波的声波能量变小。
[0184]
但是，根据第四实施方式，能够使超声波从一个压力室51向两个流路即第一流路20c以及第二流路20d传播，因此能够提高流路基板30中的流路密度。
[0185]
另外，在第四实施方式中，第二流路20d相对于压力室51配置于第一流路20c的相反侧。根据这样的结构，能够使从压力室51向第一流路20c传播的超声波进一步向第二流路20d高效地传播。
[0186]
[变形例]
[0187]
需要说明的是，本发明并不限定于上述的各实施方式，在可以实现本发明的目的的范围内的变形、改良，以及适当组合各实施方式等而得到的结构也包含在本发明中。
[0188]
(变形例1)
[0189]
在上述各实施方式中，说明了超声波发送部40具有一个超声波元件44的例子，但超声波发送部40也可以具有多个超声波元件44。
[0190]
例如，图8是示意性地表示上述第二实施方式的变形例所涉及的流体设备10e的剖视图。该流体设备10e具有包含多个超声波元件44而构成的超声波发送部40a。在该超声波发送部40a中，相对于元件基板41呈阵列状地设置有多个开口部411，设置于元件基板41的振动膜42中的与各开口部411重叠的部分构成振动部421。另外，由各振动部421和设置于各振动部421的压电元件43构成多个超声波元件44。各超声波元件44具有与压力室51内的流体s接触的流体接触面422。根据这样的变形例，容易提高压力室51内的压力。
[0191]
需要说明的是，在超声波发送部40具有多个超声波元件44的情况下，上述式(16)以及式(17)中的sb为多个超声波元件44的流体接触面422的合计面积。
[0192]
(变形例2)
[0193]
对上述各实施方式中说明的超声波发送部40的具体结构能够进行各种变形。
[0194]
例如，元件基板41也可以配置在流路基板30的贯通孔311、331的外侧。在该情况下，元件基板41的开口部411以与流路基板30的贯通孔311、331重叠的方式配置，元件基板41的下表面液密地接合到流路基板30。
[0195]
另外，超声波发送部40也可以不具备元件基板41，振动膜42设置于流路基板30。在该情况下，振动膜42中的与流路基板30的贯通孔311、331重叠的部分构成振动部421。
[0196]
(变形例3)
[0197]
在上述各实施方式中，作为与流体s的流通方向正交的第一方向，在流路20的宽度方向(y方向)产生驻波sw，但也可以在流路20的深度(z方向)产生驻波sw。在该情况下，能够采用将上述各实施方式中说明的y方向置换为z方向的结构。
[0198]
[本公开的总结]
[0199]
本公开的一个方式所涉及的流体设备具备：第一流路，供流体流通；压力室，在与所述第一流路内的所述流体的流通方向正交的第一方向上与所述第一流路之间隔开间隔地形成；第一连通路，沿着所述第一方向形成，将所述第一流路与所述压力室连通；以及超声波发送部，通过与流入所述压力室内的所述流体接触而向该流体发送超声波，从而使所述第一流路内的所述流体沿着所述第一方向产生第一驻波。
[0200]
在这样的结构中，由于超声波发送部与流体接触，因此在从超声波发送部到流体的超声波的传播路径中不存在其他部件。由此，从超声波发送部向流体直接传递超声波，容易在流路内产生驻波。
[0201]
另外，被流路的壁面反射的超声波的一部分经由连通路返回到超声波发送部，但该超声波的剩余部分被流路的壁面再次反射。因此，能够抑制从超声波发送部发送的超声波由于在流路中反射而返回的超声波而变弱，能够提高压力室内的压力，在流路内补足声音功率。
[0202]
根据以上的结构，能够在流路内容易地产生较大的声音功率的驻波。由此，能够将施加于超声波发送部的驱动电压以及驱动频率设定得比以往低，并且能够使产生驻波的流
路的宽度比以往宽。其结果为，能够使可以使用流体设备进行处理的流体s的体积流量大量化。
[0203]
在本方式所涉及的流体设备中，优选的是，在将所述第一方向上的所述第一流路的尺寸设为l，将所述第一驻波的模式次数设为n，将所述第一方向上的所述第一连通路的尺寸设为wr，将与所述流通方向以及所述第一方向分别正交的第二方向上的所述第一连通路的尺寸设为dr时，满足下式：
[0204][0205]
wr≤0.3
×dr
。
[0206]
在这样的结构中，由于成为超声波的波束宽度比连通路的宽度更大地扩展的状态，因此能够适当地发挥抑制返回到振动部的超声波的比例的效果。由此，能够适当地抑制从超声波发送部发送的超声波变弱。
[0207]
在本方式所涉及的流体设备中，与所述流通方向以及所述第一方向分别正交的第二方向上的所述第一流路的尺寸比所述第一方向上的所述第一流路的尺寸小。
[0208]
由此，在第一流路内，能够抑制在第二方向上产生驻波，能够适当地产生第一方向的驻波。
[0209]
在本方式所涉及的流体设备中，优选的是，所述第一连通路与所述第一流路中的与所述第一驻波中的任意的波腹对应的波腹区域连接。
[0210]
在这样的结构中，从超声波发送部发送的超声波经由连通路被施加于流路内的波腹区域，因此能够提高流路内的驻波的产生效率。
[0211]
在本方式所涉及的流体设备中，优选的是，所述超声波发送部具备一个以上的超声波元件，所述超声波元件具备：振动部，具有与所述流体接触的流体接触面；以及压电元件，设置于所述振动部，使所述振动部向所述流体接触面的法线方向挠曲振动。
[0212]
在这样的结构中，通过将振动部的挠曲振动转换为流体的疏密波，能够高效地对流体发送超声波。
[0213]
在本方式所涉及的流体设备中，优选的是，在将所述第一连通路的与所述第一方向正交的流路截面积设为sr，将所述一个以上的超声波元件的所述流体接触面的合计面积设为sb，将振动时的所述振动部的最大位移量设为δ，将所述第一驻波的模式次数设为n时，满足下式：
[0214][0215]
根据这样的结构，能够抑制压力室内的压力的过度上升，因此能够抑制振动膜、压电元件破损。
[0216]
在本方式所涉及的流体设备中，也可以是，所述超声波元件以所述流体接触面的所述法线方向沿着所述第一方向的方式配置。
[0217]
根据这样的结构，来自超声波元件的超声波的主要的发送方向与在流路内合成驻波的超声波的传播方向一致。由此，能够进一步提高驻波的形成效率。
[0218]
在本方式所涉及的流体设备中，优选的是，在将所述振动部的厚度设为t，将所述流体的介质的音速设为c，将在所述振动部内传递的纵波的平均音速设为c’，将所述第一方
向上的所述第一流路的尺寸设为l，将所述第一驻波的模式次数设为n时，满足下式：
[0219][0220]
在这样的结构中，能够抑制振动部内的纵波的产生、从振动部向流体的纵波的传播，成为与取得振动部和与振动部接触的流体之间的声音阻抗的匹配的情况相同的状态。其结果为，能够提高超声波从超声波元件向流体的传播效率。
[0221]
也可以是，本方式所涉及的流体设备还具备：第二流路，在所述第一方向上与所述压力室之间隔开间隔地配置，供所述流体流通；以及第二连通路，沿着所述第一方向形成，将所述第二流路与所述压力室连通，所述超声波发送部通过与流入所述压力室内的所述流体接触而向所述流体发送超声波，从而在所述第二流路内沿着所述第一方向进一步产生第二驻波。
[0222]
在这样的结构中，能够使超声波从一个压力室向两个流路即第一流路以及第二流路传播，因此能够提高流体设备中的流路密度。
[0223]
另外，在本方式所涉及的流体设备中，优选的是，所述第二流路相对于所述压力室配置在所述第一流路的相反侧。
[0224]
根据这样的结构，容易使流体设备小型化。
[0225]
也可以是，本方式所涉及的流体设备还具备：第二流路，在所述第一方向上与所述第一连通路之间隔开间隔地配置，供所述流体流通；以及第二连通路，沿着所述第一方向形成，将所述第一流路与所述第二流路连通，所述超声波发送部通过与流入所述压力室内的所述流体接触而向所述流体发送超声波，从而在所述第二流路内沿着所述第一方向进一步产生第二驻波。
[0226]
在这样的结构中，能够使超声波从一个压力室向两个流路即第一流路以及第二流路传播，因此能够提高流体设备中的流路密度。
[0227]
另外，在本方式所涉及的流体设备中，优选的是，所述第二流路相对于所述第一流路配置在所述压力室的相反侧。
[0228]
根据这样的结构，能够使从压力室向第一流路传播的超声波进一步高效地朝向第二流路传播。