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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-22
(45)【発行日】2024-07-30
(54)【発明の名称】流体デバイス
(51)【国際特許分類】
B01J 19/00 20060101AFI20240723BHJP
B06B 1/06 20060101ALI20240723BHJP
B06B 1/20 20060101ALI20240723BHJP
B01J 19/10 20060101ALI20240723BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20240723BHJP
【ＦＩ】
B01J19/00 321
B06B1/06 Z
B06B1/20
B01J19/10
B81B3/00
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020129406
(22)【出願日】2020-07-30
(65)【公開番号】P2022026104
(43)【公開日】2022-02-10
【審査請求日】2023-05-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】小島 力
(72)【発明者】
【氏名】小野木 智英
(72)【発明者】
【氏名】清瀬 摂内
(72)【発明者】
【氏名】宮坂 満
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 美緒
【審査官】塩谷 領大
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００７／０１３２８７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１９１２５２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００１－５２６１０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３３９８７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３４２６５４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｊ １９／００－１９／３２
Ｂ０６Ｂ １／００－ ３／０４
Ｂ８１Ｂ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体が流通する第１流路と、前記第１流路内の前記流体の流通方向に直交する第１方向において前記第１流路との間に間隔を空けて形成された圧力室と、
前記第１方向に沿って形成され、前記第１流路と前記圧力室とを連通する第１連通路と、
前記圧力室内に流入した前記流体に接触して当該流体に超音波を送信することで、前記第１流路内の前記流体に対して前記第１方向に沿って第１定在波を発生させる超音波送信部と、を備え、
前記第１方向における前記第１流路の寸法をＬとし、前記第１定在波のモード次数をｎとし、前記第１方向における前記第１連通路の寸法をＷ ｒ とし、前記流通方向および前記第１方向のそれぞれに対して直交する第２方向における前記第１連通路の寸法をｄ ｒ とするとき、
【数1】
【請求項2】
請求項１に記載の流体デバイスにおいて、前記流通方向および前記第１方向のそれぞれに対して直交する第２方向における前記第１流路の寸法は、前記第１方向における前記第１流路の寸法よりも小さい
ことを特徴とする流体デバイス。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の流体デバイスにおいて、前記第１連通路は、前記第１流路のうち、前記第１定在波における任意の腹に対応する腹領域に接続される
ことを特徴とする流体デバイス。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体デバイスにおいて、前記超音波送信部は、１以上の超音波素子を備えており、
前記超音波素子は、
前記流体に接触する流体接触面を有する振動部と、
前記振動部に設けられ、前記振動部を前記流体接触面の法線方向に撓み振動させる圧電素子と、を備える
ことを特徴とする流体デバイス。
【請求項5】
請求項４に記載の流体デバイスにおいて、前記第１連通路の前記第１方向に直交する流路断面積をＳｒとし、前記１以上の超音波素子の前記流体接触面の合計面積をＳｂとし、振動時における前記振動部の最大変位量をδとし、前記第１定在波のモード次数をｎとするとき、
【数2】
【請求項6】
請求項４または請求項５に記載の流体デバイスにおいて、前記超音波素子は、前記流体接触面の前記法線方向が前記第１方向に沿うように配置される
ことを特徴とする流体デバイス。
【請求項7】
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の流体デバイスにおいて、前記振動部の厚みをｔとし、前記流体の媒質の音速をＣとし、前記振動部内を伝達する縦波の平均音速をＣ’とし、前記第１方向における前記第１流路の寸法をＬとし、前記第１定在波のモード次数をｎとするとき、
【数3】
【請求項8】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の流体デバイスにおいて、前記第１方向において前記圧力室との間に間隔を空けて配置され、前記流体が流通する第２流路と、
前記第１方向に沿って形成され、前記第２流路と前記圧力室とを連通する第２連通路と、をさらに備え、
前記超音波送信部は、前記圧力室内に流入した前記流体に接触して前記流体に超音波を送信することで、前記第２流路内に前記第１方向に沿って第２定在波をさらに発生させる
ことを特徴とする流体デバイス。
【請求項9】
請求項８に記載の流体デバイスにおいて、前記第２流路は、前記圧力室に対して前記第１流路とは反対側に配置される
ことを特徴とする流体デバイス。
【請求項10】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の流体デバイスにおいて、前記第１方向において前記第１連通路との間に間隔を空けて配置され、前記流体が流通する第２流路と、
前記第１方向に沿って形成され、前記第１流路と前記第２流路とを連通する第２連通路と、をさらに備え、
前記超音波送信部は、前記圧力室内に流入した前記流体に接触して前記流体に超音波を送信することで、前記第２流路内に前記第１方向に沿って第２定在波をさらに発生させる
ことを特徴とする流体デバイス。
【請求項11】
請求項１０に記載の流体デバイスにおいて、前記第２流路は、前記第１流路に対して前記圧力室とは反対側に配置される
ことを特徴とする流体デバイス。
【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。
【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、流路が形成された流路基板（ガラス基板）と、流路基板に設けられた圧電素子とを備えている。圧電素子で生じた超音波は、流路基板を介して流路内に伝達され、流路内の流体に定在波を生じさせる。流体中の微粒子は、定在波により形成される流体の圧力勾配により、流路内の所定範囲に収束する。
例えば、非特許文献１に開示される流体デバイスは、流路が形成された流路基板（ガラス基板）と、流路基板に設けられた圧電素子とを備えている。圧電素子で生じた超音波は、流路基板を介して流路内に伝達され、流路内の流体に定在波を生じさせる。流体中の微粒子は、定在波により形成される流体の圧力勾配により、流路内の所定範囲に収束する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】太田亘俊（Nobutoshi Ota）、他６名、"マイクロ流体デバイスの薄化によるマイクロナノ粒子の音響集束の強化（Enhancement in acoustic focusing of micro and nanoparticles by thinning a microfluidic device）"、２０１９年１２月、ロイヤルソサエティー・オープンサイエンス（Royal Society Open Science）、第６巻、第２号、記事番号１８１７７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上述の非特許文献１に記載の流体デバイスでは、流体の音響インピーダンスと、流路基板の音響インピーダンスとの差が大きいため、圧電素子で生じた超音波が流路基板から流体に伝搬される際、流路基板と流体との境界において大部分の超音波が反射してしまう。これにより、流路内に大きな音響パワーの定在波を発生させることが困難になってしまう。その結果、圧電素子に加えられる駆動電圧や駆動周波数を増大させることが必要になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の流体デバイスは、流体が流通する第１流路と、前記第１流路内の前記流体の流通方向に直交する一方向において前記第１流路との間に間隔を空けて形成された圧力室と、前記一方向に沿って形成され、前記第１流路と前記圧力室とを連通する第１連通路と、前記圧力室内に流入した前記流体に接触して当該流体に超音波を送信することで、前記第１流路内の前記流体に対して前記一方向に沿って第１定在波を発生させる超音波送信部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態の流体デバイスの一部を模式的に示す断面図。
【図3】比較例の流体デバイスを模式的に示す断面図。
【図4】第２実施形態の流体デバイスの一部を模式的に示す断面図。
【図6】第３実施形態の流体デバイスの一部を模式的に示す断面図。
【図7】第４実施形態の流体デバイスの一部を模式的に示す断面図。
【図8】変形例の流体デバイスの一部を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
［第１実施形態］
以下、図１および図２を参照し、第１実施形態の流体デバイス１０について説明する。
図１は、第１実施形態の流体デバイス１０の一部を模式的に示す断面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ線矢視断面図である。
流体デバイス１０は、内部に流路２０などが形成された流路基板３０と、流路基板３０に設けられた超音波送信部４０とを備える。
この流体デバイス１０では、超音波送信部４０が、流路２０を流通する流体Ｓに対して超音波を加えることで、流体Ｓの流通方向に直交する一方向に沿って、任意のモード次数の定在波ＳＷを発生させる。流体Ｓ中に分散している微粒子Ｍは、流路２０内を流通する過程で、定在波ＳＷにより形成される圧力勾配の影響を受け、流路２０内の所定範囲に収束する。
このような流体デバイス１０では、例えば、流路２０のうち、微粒子Ｍが収束される範囲の流体Ｓを選択的に流通させる濃縮用流路と、それ以外の範囲の流体Ｓを選択的に流通させる排出用流路とを設けることにより、流体Ｓにおける微粒子Ｍの濃度を濃縮することができる。
以下、図１および図２を参照し、第１実施形態の流体デバイス１０について説明する。
図１は、第１実施形態の流体デバイス１０の一部を模式的に示す断面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ線矢視断面図である。
流体デバイス１０は、内部に流路２０などが形成された流路基板３０と、流路基板３０に設けられた超音波送信部４０とを備える。
この流体デバイス１０では、超音波送信部４０が、流路２０を流通する流体Ｓに対して超音波を加えることで、流体Ｓの流通方向に直交する一方向に沿って、任意のモード次数の定在波ＳＷを発生させる。流体Ｓ中に分散している微粒子Ｍは、流路２０内を流通する過程で、定在波ＳＷにより形成される圧力勾配の影響を受け、流路２０内の所定範囲に収束する。
このような流体デバイス１０では、例えば、流路２０のうち、微粒子Ｍが収束される範囲の流体Ｓを選択的に流通させる濃縮用流路と、それ以外の範囲の流体Ｓを選択的に流通させる排出用流路とを設けることにより、流体Ｓにおける微粒子Ｍの濃度を濃縮することができる。
【0008】
【0009】
［流体デバイス１０の構成］
図１および図２を参照し、流体デバイス１０の概略構成を説明する。
流路基板３０は、内部に流路２０（第１流路）、圧力室５１および連通路５２（第１連通路）が形成された基板である。この流路基板３０は、例えば、流路２０、圧力室５１および連通路５２に対応する溝部を有する一対の基板を互いに接合することで作成できる。流路基板３０を構成する各基板としては、特に限定されないが、例えばガラス基板やシリコン基板を利用できる。
なお、図示を省略するが、流路基板３０には、流体Ｓを流路２０に注入するための注入口と、流路２０から流体Ｓを排出するための１以上の排出口とが設けられる。
図１および図２を参照し、流体デバイス１０の概略構成を説明する。
流路基板３０は、内部に流路２０（第１流路）、圧力室５１および連通路５２（第１連通路）が形成された基板である。この流路基板３０は、例えば、流路２０、圧力室５１および連通路５２に対応する溝部を有する一対の基板を互いに接合することで作成できる。流路基板３０を構成する各基板としては、特に限定されないが、例えばガラス基板やシリコン基板を利用できる。
なお、図示を省略するが、流路基板３０には、流体Ｓを流路２０に注入するための注入口と、流路２０から流体Ｓを排出するための１以上の排出口とが設けられる。
【0010】
本実施形態において、流路基板３０に形成される流路２０の断面は矩形であり、流路２０の深さ方向は、流路基板３０の厚み方向に一致する。また、流路２０を流れる流体Ｓの流通方向は、流路２０の深さ方向に直交し、流路２０の幅方向は、流路２０の深さ方向および流体Ｓの流通方向のそれぞれに直交する。
以下、流体Ｓの流通方向をＸ方向とし、流路２０の幅方向をＹ方向とし、流路２０の深さ方向をＺ方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、互いに直交する。
以下、流体Ｓの流通方向をＸ方向とし、流路２０の幅方向をＹ方向とし、流路２０の深さ方向をＺ方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、互いに直交する。
【0011】
流路基板３０は、Ｚ方向の一方側において流路２０の壁部を構成する上側壁部３１と、Ｚ方向の他方側において流路２０の壁部を構成する下側壁部３２と、Ｙ方向の両側において流路２０の壁部を構成する側方壁部３３，３４とを有する。
【0012】
圧力室５１は、流路基板３０内に形成された流体Ｓの貯留室であり、Ｙ方向において流路２０との間に間隔を空けて形成されている。本実施形態では、圧力室５１は、流路２０のＹ方向一方側の側方壁部３３の内部に形成されているが、Ｙ方向他方側の側方壁部３４に形成されてもよい。
連通路５２は、流路基板３０の側方壁部３３の内部に形成され、圧力室５１と流路２０とを連通する流路である。連通路５２は、Ｙ方向に沿って形成され、流路２０の側部に接続されている。
流路２０は、連通路５２を介して圧力室５１に接続されており、流路２０を流通する流体Ｓは、圧力室５１内に流入する。圧力室５１内は、流体Ｓにより満たされる。
連通路５２は、流路基板３０の側方壁部３３の内部に形成され、圧力室５１と流路２０とを連通する流路である。連通路５２は、Ｙ方向に沿って形成され、流路２０の側部に接続されている。
流路２０は、連通路５２を介して圧力室５１に接続されており、流路２０を流通する流体Ｓは、圧力室５１内に流入する。圧力室５１内は、流体Ｓにより満たされる。
【0013】
本実施形態では、流路基板３０の側方壁部３３のうち、圧力室５１の壁部となる部分をＹ方向に貫通する貫通孔３３１が設けられている。
超音波送信部４０は、この貫通孔３３１を塞ぐように流路基板３０に設けられることにより、圧力室５１の壁部の一部を成す。
超音波送信部４０は、この貫通孔３３１を塞ぐように流路基板３０に設けられることにより、圧力室５１の壁部の一部を成す。
【0014】
超音波送信部４０は、素子基板４１と、素子基板４１に支持される振動膜４２と、振動膜４２に設けられる圧電素子４３と、を備えている。
素子基板４１は、Ｓｉ等の半導体基板で構成される。本実施形態の素子基板４１は、流路基板３０の貫通孔３３１内において、素子基板４１の厚み方向がＹ方向に沿うように配置され、素子基板４１の外周面は、流路基板３０の貫通孔３３１の内周面に対して液密に接している。
また、素子基板４１には、素子基板４１の厚み方向に沿って素子基板４１を貫通する開口部４１１が設けられている。
素子基板４１は、Ｓｉ等の半導体基板で構成される。本実施形態の素子基板４１は、流路基板３０の貫通孔３３１内において、素子基板４１の厚み方向がＹ方向に沿うように配置され、素子基板４１の外周面は、流路基板３０の貫通孔３３１の内周面に対して液密に接している。
また、素子基板４１には、素子基板４１の厚み方向に沿って素子基板４１を貫通する開口部４１１が設けられている。
【0015】
振動膜４２は、例えばＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜など、複数種類の膜を積層した積層体等より構成されている。この振動膜４２は、振動部４２１の厚み方向がＹ方向に沿うように配置され、素子基板４１の一面に設けられると共に、開口部４１１の一方側（流路２０側とは反対側）を閉塞する。
また、振動膜４２のうち、素子基板４１の厚み方向から見た際に開口部４１１と重なる部分は、超音波の送信を行う振動部４２１を構成する。振動部４２１が有する一対の面のうち、開口部４１１側に面する面は、圧力室５１から開口部４１１内に流入する流体Ｓに接する流体接触面４２２となる。すなわち、振動部４２１は、圧力室５１内の流体Ｓに接する流体接触面４２２を有する。
ここで、振動膜４２は、振動膜４２の厚み方向（流体接触面４２２の法線方向）がＹ方向に沿うように配置される。
また、振動膜４２のうち、素子基板４１の厚み方向から見た際に開口部４１１と重なる部分は、超音波の送信を行う振動部４２１を構成する。振動部４２１が有する一対の面のうち、開口部４１１側に面する面は、圧力室５１から開口部４１１内に流入する流体Ｓに接する流体接触面４２２となる。すなわち、振動部４２１は、圧力室５１内の流体Ｓに接する流体接触面４２２を有する。
ここで、振動膜４２は、振動膜４２の厚み方向（流体接触面４２２の法線方向）がＹ方向に沿うように配置される。
【0016】
圧電素子４３は、振動部４２１に対して流体接触面４２２とは反対側の面に設けられている。この圧電素子４３は、図示を省略するが、振動部４２１上に下部電極、圧電膜および上部電極が順に積層されることにより構成されている。
【0017】
このような超音波送信部４０では、振動部４２１と当該振動部４２１上に配置された圧電素子４３とにより、超音波素子４４が構成される。
この超音波素子４４では、圧電素子４３が図示を省略する駆動部に接続されており、この駆動部から圧電素子４３に駆動信号が入力されると、下部電極と上部電極との間に電圧が印加され、圧電膜が伸縮する。これにより、振動部４２１は、振動部４２１の短辺方向の寸法Ｗ（開口部４１１の開口幅）などに応じた所定の発振周波数で、流体接触面４２２の法線方向に撓み振動する。振動部４２１の撓み振動は、流体Ｓの粗密波に変換されることで超音波の伝搬が行われる。
振動部４２１から圧力室５１内の流体Ｓに伝搬された超音波は、振動部４２１を中心に放射状に拡散され、このうちＹ方向に向かって進む超音波が、圧力室５１から連通路５２を介して流路２０内に到達し、流路２０の内壁で反射を繰り返すことで、流路２０内に定在波ＳＷ（第１定在波）を発生させる。
この超音波素子４４では、圧電素子４３が図示を省略する駆動部に接続されており、この駆動部から圧電素子４３に駆動信号が入力されると、下部電極と上部電極との間に電圧が印加され、圧電膜が伸縮する。これにより、振動部４２１は、振動部４２１の短辺方向の寸法Ｗ（開口部４１１の開口幅）などに応じた所定の発振周波数で、流体接触面４２２の法線方向に撓み振動する。振動部４２１の撓み振動は、流体Ｓの粗密波に変換されることで超音波の伝搬が行われる。
振動部４２１から圧力室５１内の流体Ｓに伝搬された超音波は、振動部４２１を中心に放射状に拡散され、このうちＹ方向に向かって進む超音波が、圧力室５１から連通路５２を介して流路２０内に到達し、流路２０の内壁で反射を繰り返すことで、流路２０内に定在波ＳＷ（第１定在波）を発生させる。
【0018】
ここで、流路２０内において、Ｙ方向に定在波ＳＷを発生させるため、流路２０のＹ方向の寸法である流路幅［ｍ］Ｌは、以下の式（１）を満たす。
なお、ｎは、定在波ＳＷのモード次数であり、Ｃは、流体Ｓの媒質の音速［ｍ／ｓ］であり、Ｆは、圧電素子４３の駆動周波数［Ｈｚ］である。なお、駆動周波数Ｆは、上述した振動部４２１の発振周波数に対応する。
【数1】
【0019】
上記式（１）によれば、仮に、媒質が水である場合の媒質の音速Ｃを１５００ｍ／ｓとし、定在波ＳＷのモード次数ｎを１とし、圧電素子４３の駆動周波数Ｆを６００ｋＨｚとする場合、流路幅Ｌは、１．２５ｍｍに設定される。
【0020】
また、流路２０内において、Ｚ方向の定在波が発生することを抑えるため、流路２０のＺ方向の寸法である流路深さＨ［ｍ］は、以下の式（２）を満たす。
すなわち、流路深さＨは、上記（１）により算出される定在波ＳＷのモード次数ｎが１である場合の流路幅Ｌよりも小さい。すなわち、上記式（１），（２）によれば、流路２０は、流路深さＨが流路幅Ｌよりも小さくなるように形成される。
【数2】
【0021】
あるいは、流路２０内において、Ｚ方向の定在波が発生することを抑えるため、流路深さＨは、上記式（２）を満たさずに、上記式（１）により設定された流路幅Ｌよりも著しく大きく設定されてもよい。この場合、Ｚ方向に高次モードの定在波が発生する可能性があるが、このような高次モードの定在波は、Ｙ方向に発生する定在波ＳＷと比較して音響パワーが小さくなるため、その影響を無視することができる。
【0022】
［振動部４２１の厚み］
圧電素子４３が駆動される際、振動部４２１に撓み振動を生じさせる横波だけでなく、振動部４２１の内部を伝搬される縦波が発生する。
仮に、振動部４２１の厚みｔが、縦波の波長λよりも大きい場合、振動部４２１内に縦波が支配的になり、振動部４２１から流体Ｓへの超音波の伝搬効率が低下してしまう。すなわち、音響インピーダンスのマッチングが取れていない状態と等しくなってしまう。
また、仮に、振動部４２１の厚みｔが縦波の波長λよりも小さい場合であっても、縦波は振動膜４２内に若干ながら発生する。特に、振動部４２１の厚みｔがλ／４と等しい場合には、振動部４２１が縦波の音響整合層として機能し、振動部４２１内で発生する縦波が流体Ｓへ伝搬され易くるが、縦波での音響射出の場合、横波での音響射出の場合と比較して、振動部４２１から流体Ｓへの超音波の伝搬効率が低下してしまう。
圧電素子４３が駆動される際、振動部４２１に撓み振動を生じさせる横波だけでなく、振動部４２１の内部を伝搬される縦波が発生する。
仮に、振動部４２１の厚みｔが、縦波の波長λよりも大きい場合、振動部４２１内に縦波が支配的になり、振動部４２１から流体Ｓへの超音波の伝搬効率が低下してしまう。すなわち、音響インピーダンスのマッチングが取れていない状態と等しくなってしまう。
また、仮に、振動部４２１の厚みｔが縦波の波長λよりも小さい場合であっても、縦波は振動膜４２内に若干ながら発生する。特に、振動部４２１の厚みｔがλ／４と等しい場合には、振動部４２１が縦波の音響整合層として機能し、振動部４２１内で発生する縦波が流体Ｓへ伝搬され易くるが、縦波での音響射出の場合、横波での音響射出の場合と比較して、振動部４２１から流体Ｓへの超音波の伝搬効率が低下してしまう。
【0023】
そこで、本実施形態において、振動部４２１は、厚みｔが縦波の波長λの１／４よりも小さくなるように形成される。すなわち、振動部４２１の厚みｔ［ｍ］は、以下の式（３）を満たす。
なお、振動部４２１の厚みｔは、流体接触面４２２に対する法線方向に沿った振動部４２１の寸法であり、振動膜４２の膜厚に相当する。
【数3】
【0024】
上記式（３）における縦波の波長λ［ｍ］は、以下の式（４）で表される。
上記式（４）において、Ｃ’は、振動部４２１内に発生する縦波の平均音速［ｍ／sec］であり、Ｆは、圧電素子４３の駆動周波数［Ｈｚ］である。
上記式（４）によれば、上記式（３）は、以下の式（５）で表される。
【数4】
上記式（４）によれば、上記式（３）は、以下の式（５）で表される。
【数5】
【0025】
また、上記式（５）における駆動周波数Ｆは、上述したように、以下の式（１）を満たす。
上記式（１）において、Ｌは、流路幅［ｍ］であり、ｎは、定在波ＳＷのモード次数であり、Ｃは、流体Ｓの媒質の音速［ｍ／s］であり、Ｆは、圧電素子４３の駆動周波数［Ｈｚ］である。
上記式（１）、（５）によれば、振動部４２１の厚みｔは、以下の式（６）を満たす。
【数6】
上記式（１）、（５）によれば、振動部４２１の厚みｔは、以下の式（６）を満たす。
【数7】
【0026】
また、本実施形態の振動膜４２は、複数の膜の積層体である。すなわち、本実施形態の振動部４２１は、複数の膜により構成される。この場合、振動部４２１に発生する縦波の平均音速Ｃ’は、以下の方法により算出される。
ここで、振動部４２１を構成する膜の数をｍとし、振動部４２１を構成する各膜の厚みをｔk（k＝１，２，・・・ｍ）とし、振動部４２１を構成する各膜における縦波音速の平均をＣk（k＝１，２，・・・ｍ）とする場合、以下の式（７）が成り立つ。
ここで、振動部４２１を構成する膜の数をｍとし、振動部４２１を構成する各膜の厚みをｔk（k＝１，２，・・・ｍ）とし、振動部４２１を構成する各膜における縦波音速の平均をＣk（k＝１，２，・・・ｍ）とする場合、以下の式（７）が成り立つ。
【数8】
【0027】
また、振動部４２１の厚みｔは、以下の式（８）により表される。
よって、上記式（７），（８）によれば、振動部４２１に発生する縦波の平均音速Ｃ’は、以下の式（９）により表される。
【数9】
【数10】
【0028】
また、振動部４２１の厚みｔは、振動部４２１から流体Ｓへの超音波の伝搬効率を向上させる観点から考えると、上記式（６）を満たしつつ、より小さい値であることが望ましい。
ただし、振動部４２１の厚みｔが小さくなり過ぎると、振動部４２１の厚み方向への応力勾配が大きくなるため、圧電素子４３が駆動される際、振動部４２１に破損が生じる可能性が高くなる。
そこで、本実施形態では、振動部４２１の短辺方向の寸法Ｗと振動部４２１の厚みｔを変化させて圧電素子４３を駆動させる実験を行った結果、振動部４２１の厚みｔが、以下の式（１０）を満たすことが好ましい。
上記式（１０）において、Ｗは、振動部４２１の短辺方向の寸法［ｍ］であり、Ｅ’は、ポアソン比を０．３としたときの振動部４２１の平均ヤング率［Ｐａ］であり、ｎは、定在波ＳＷのモード次数であり、Ｃは、流体Ｓの媒質の音速［ｍ／sec］である。振動部４２１の厚みｔが上記式（１０）の左辺で求められる厚みよりも薄くなると、振動部４２１が破損する可能性が高くなる。
ただし、振動部４２１の厚みｔが小さくなり過ぎると、振動部４２１の厚み方向への応力勾配が大きくなるため、圧電素子４３が駆動される際、振動部４２１に破損が生じる可能性が高くなる。
そこで、本実施形態では、振動部４２１の短辺方向の寸法Ｗと振動部４２１の厚みｔを変化させて圧電素子４３を駆動させる実験を行った結果、振動部４２１の厚みｔが、以下の式（１０）を満たすことが好ましい。
【数11】
【0029】
なお、上述したように、本実施形態の振動部４２１は、複数（ｍ）の膜により構成される。この場合、振動部４２１の平均ヤング率Ｅ’は、以下の式（１１）により表すことができる。
また、上記式（１１）におけるαは、以下の式（１２）によって定義される。
【数12】
【数13】
【0030】
上記式（１１），（１２）において、ｍは、振動部４２１を構成する膜の数であり、Ｅi（i＝１、２、・・・ｍ）は、ポアソン比を０．３としたときの振動部４２１を構成する各膜のヤング率である。
また、ｄiは、以下の式（１３）によって表わされる。
上記式（１３）において、ｔkは、振動部４２１を構成する各膜の厚み（k＝１，２，・・・ｍ）である。すなわち、ｄiは、振動部４２１を構成する各膜の厚みｔkをi番目まで足し合わせた値である。
また、ｄiは、以下の式（１３）によって表わされる。
【数14】
【0031】
ここで、仮に、本実施形態の流体デバイス１０が以下に記載の構成を有する場合、上述した式（６）および式（１０）により、振動部４２１の厚みｔは、以下の式（１４）の範囲であることが好ましい。
振動部の短片方向の寸法Ｗ：１９μｍ
流路幅Ｌ：３７５μｍ
流体Ｓの媒質の音速Ｃ：１５００ｍ／ｓ
定在波ＳＷのモード次数ｎ：１
振動膜４２：ＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜との２層構造
ＳｉＯ２膜の膜厚ｔ１：０．３５μｍ
ＺｒＯ２膜の膜厚ｔ２：０．１５μｍ
ＳｉＯ２のヤング率Ｅ１：７５ＧＰａ
ＺｒＯ２のヤング率Ｅ２：１９０ＧＰａ
ＳｉＯ２の音速Ｃ１：５９００ｍ／ｓ
ＺｒＯ２の音速Ｃ２：４６５０ｍ／ｓ
振動部の短片方向の寸法Ｗ：１９μｍ
流路幅Ｌ：３７５μｍ
流体Ｓの媒質の音速Ｃ：１５００ｍ／ｓ
定在波ＳＷのモード次数ｎ：１
振動膜４２：ＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜との２層構造
ＳｉＯ２膜の膜厚ｔ１：０．３５μｍ
ＺｒＯ２膜の膜厚ｔ２：０．１５μｍ
ＳｉＯ２のヤング率Ｅ１：７５ＧＰａ
ＺｒＯ２のヤング率Ｅ２：１９０ＧＰａ
ＳｉＯ２の音速Ｃ１：５９００ｍ／ｓ
ＺｒＯ２の音速Ｃ２：４６５０ｍ／ｓ
【数15】
【0032】
［連通路５２の配置］
流路２０の内部にＹ方向の定在波ＳＷが生じた場合、音圧が最大になる腹Ａと、音圧が０になる節ＮとがＹ方向に沿って周期的に現れる。なお、流路２０のＹ方向の両端部のそれぞれは腹Ａとなる。
例えば、図２に示すように、１次モードの定在波ＳＷが生じた場合、流路２０のＹ方向中央部に節Ｎが現れ、流路２０のＹ方向両端部のそれぞれに腹Ａが現れる。この場合、流体Ｓ中に分散している微粒子Ｍは、流路２０内を流通する過程で、定在波ＳＷの節Ｎに対応する範囲、すなわち流路２０のＹ方向中央部へ収束する（音響集束）。
流路２０の内部にＹ方向の定在波ＳＷが生じた場合、音圧が最大になる腹Ａと、音圧が０になる節ＮとがＹ方向に沿って周期的に現れる。なお、流路２０のＹ方向の両端部のそれぞれは腹Ａとなる。
例えば、図２に示すように、１次モードの定在波ＳＷが生じた場合、流路２０のＹ方向中央部に節Ｎが現れ、流路２０のＹ方向両端部のそれぞれに腹Ａが現れる。この場合、流体Ｓ中に分散している微粒子Ｍは、流路２０内を流通する過程で、定在波ＳＷの節Ｎに対応する範囲、すなわち流路２０のＹ方向中央部へ収束する（音響集束）。
【0033】
ここで、流路２０のＹ方向の範囲を、定在波ＳＷの節Ｎに対応する節領域ＲＮと、定在波ＳＷの腹Ａに対応する腹領域ＲＡとに分ける。
なお、流路２０の流路幅をＬ、定在波ＳＷのモード次数をnとするとき、各節領域ＲＮは、各節Ｎの中心からＹ方向に±Ｌ／４ｎまでの範囲とし、各腹領域ＲＡは、それ以外の範囲とする。
この場合、連通路５２は、流路２０のうち、定在波ＳＷにおける任意の腹Ａに対応する腹領域ＲＡに接続される。これにより、圧力室５１から連通路５２を介して流路２０に伝達される超音波は、流路２０内の腹領域ＲＡに加えられる。
なお、図２は、１次モードの定在波ＳＷを例示しているが、本実施形態で発生させる定在波ＳＷは、１次モード以上であればよい。定在波ＳＷにおける腹領域ＲＡおよび節領域ＲＮは、流路２０内に発生させる定在波ＳＷのモード次数や流路２０のＹ方向の寸法などに基づいて決定できる。
なお、流路２０の流路幅をＬ、定在波ＳＷのモード次数をnとするとき、各節領域ＲＮは、各節Ｎの中心からＹ方向に±Ｌ／４ｎまでの範囲とし、各腹領域ＲＡは、それ以外の範囲とする。
この場合、連通路５２は、流路２０のうち、定在波ＳＷにおける任意の腹Ａに対応する腹領域ＲＡに接続される。これにより、圧力室５１から連通路５２を介して流路２０に伝達される超音波は、流路２０内の腹領域ＲＡに加えられる。
なお、図２は、１次モードの定在波ＳＷを例示しているが、本実施形態で発生させる定在波ＳＷは、１次モード以上であればよい。定在波ＳＷにおける腹領域ＲＡおよび節領域ＲＮは、流路２０内に発生させる定在波ＳＷのモード次数や流路２０のＹ方向の寸法などに基づいて決定できる。
【0034】
［圧力室および連通路の各構成］
本実施形態では、１つの圧力室５１に対して２つの連通路５２がＸ方向に間隔をあけて設けられており、各連通路５２が圧力室５１と流路２０とを連通している。これにより、各連通路５２のＸ方向の寸法は、圧力室５１のＸ方向の寸法よりも小さい。なお、連通路５２の数は、２つに限られず、１つ以上であればよい。
また、連通路５２のＺ方向の寸法は、圧力室５１のＺ方向の寸法以下であり、かつ、流路２０のＺ方向の寸法以下である。
本実施形態では、１つの圧力室５１に対して２つの連通路５２がＸ方向に間隔をあけて設けられており、各連通路５２が圧力室５１と流路２０とを連通している。これにより、各連通路５２のＸ方向の寸法は、圧力室５１のＸ方向の寸法よりも小さい。なお、連通路５２の数は、２つに限られず、１つ以上であればよい。
また、連通路５２のＺ方向の寸法は、圧力室５１のＺ方向の寸法以下であり、かつ、流路２０のＺ方向の寸法以下である。
【0035】
ここで、圧力室５１および連通路５２は、圧力室５１内および連通路５２内の流体Ｓに定在波を生じさせずに、流路２０内の流体Ｓに定在波を生じさせるため、以下の式（１５）を満たすように構成される。
上記式（１５）において、Ｌｒは、連通路５２のＹ方向の寸法［ｍ］であり、Ｌｐは、圧力室５１のＹ方向の寸法［ｍ］であり、Ｍは自然数であり、ｎは、定在波ＳＷのモード次数であり、Ｌは、流路２０のＹ方向の寸法（流路幅）［ｍ］である（図１参照）。
【数16】
【0036】
また、流体デバイス１０は、以下の式（１６）～（１８）を満たすように構成される。
上記式（１６），（１７）において、Ｗｒは、連通路５２のＸ方向の幅［ｍ］であり、Ｌは、流路幅［ｍ］であり、ｎは、定在波ＳＷのモード次数であり、ｄｒは連通路５２のＺ方向の深さ［ｍ］である。
上記式（１６），（１７）が満たされる場合、連通路５２から流路２０内に照射された超音波が流路２０の壁面で反射されて連通路５２に戻ってきたとき、超音波のビーム幅が連通路５２の幅Ｗｒよりも大きくなる。すなわち、超音波のビーム幅が連通路５２の幅Ｗｒよりも大きく広がった状態になる。
また、上記の式（１８）において、Ｓｒは、全ての連通路５２のＹ方向に直交する流路断面積［ｍ２］であり、Ｌは、流路幅［ｍ］であり、ｎは、定在波ＳＷのモード次数であり、Ｓｂは、振動部４２１の流体接触面４２２の面積［ｍ２］であり、δは、振動時における振動部４２１の変位量［ｍ］である。
上記式（１８）が満たされる場合、連通路５２がＹ方向に面する流路２０内の範囲の体積を定在波ＳＷのモード次数ｎで割った値が、振動部４２１の撓み振動によって生じる圧力室５１の体積の最大変動量以上になる。
【数17】
上記式（１６），（１７）が満たされる場合、連通路５２から流路２０内に照射された超音波が流路２０の壁面で反射されて連通路５２に戻ってきたとき、超音波のビーム幅が連通路５２の幅Ｗｒよりも大きくなる。すなわち、超音波のビーム幅が連通路５２の幅Ｗｒよりも大きく広がった状態になる。
また、上記の式（１８）において、Ｓｒは、全ての連通路５２のＹ方向に直交する流路断面積［ｍ２］であり、Ｌは、流路幅［ｍ］であり、ｎは、定在波ＳＷのモード次数であり、Ｓｂは、振動部４２１の流体接触面４２２の面積［ｍ２］であり、δは、振動時における振動部４２１の変位量［ｍ］である。
上記式（１８）が満たされる場合、連通路５２がＹ方向に面する流路２０内の範囲の体積を定在波ＳＷのモード次数ｎで割った値が、振動部４２１の撓み振動によって生じる圧力室５１の体積の最大変動量以上になる。
【0037】
［本実施形態の効果］
以上に説明したように、本実施形態の流体デバイス１０は、流体Ｓが流通する流路２０と、流路２０内の流体Ｓの流通方向（Ｘ方向）に直交する第１方向（Ｙ方向）において流路２０との間に間隔を空けて形成された圧力室５１と、Ｙ方向に沿って形成され、流路２０と圧力室５１とを連通する連通路５２と、圧力室５１内に流入した流体Ｓに接触して当該流体Ｓに超音波を送信することで、流路２０内の流体Ｓに対してＹ方向に沿って定在波ＳＷを発生させる超音波送信部４０と、を備える。
以上に説明したように、本実施形態の流体デバイス１０は、流体Ｓが流通する流路２０と、流路２０内の流体Ｓの流通方向（Ｘ方向）に直交する第１方向（Ｙ方向）において流路２０との間に間隔を空けて形成された圧力室５１と、Ｙ方向に沿って形成され、流路２０と圧力室５１とを連通する連通路５２と、圧力室５１内に流入した流体Ｓに接触して当該流体Ｓに超音波を送信することで、流路２０内の流体Ｓに対してＹ方向に沿って定在波ＳＷを発生させる超音波送信部４０と、を備える。
【0038】
このような構成では、超音波送信部４０が流体Ｓに接触するため、超音波送信部４０から流体Ｓまでの超音波の伝搬経路に流路基板３０が介在しない。これにより、超音波送信部４０から流体Ｓへ超音波がダイレクトに伝達され、流路２０内に定在波ＳＷを発生させることが容易になる。
【0039】
ここで、本実施形態の流体デバイス１０に対する比較例の流体デバイス１０Ａを図３に示す。なお、この比較例では、本実施形態に対応する構成について、本実施形態と同じ符号が付されている。
比較例の流体デバイス１０Ａは、本実施形態のような圧力室５１および連通路５２を備えず、超音波送信部４０が流路２０内の流体Ｓに面している。このような比較例では、流路２０内で反射された超音波が超音波送信部４０にまでダイレクトに帰ってくる。このため、超音波送信部４０から送信される超音波は、流路２０内で反射されて帰ってくる超音波に撃ち負けることで弱まってしまい、流路２０内の超音波の音響パワーを重畳させることが困難である。すなわち、流路２０内の超音波の音響パワーは、最初に送信された超音波の音響パワーによって決定されてしまい、音響パワーの継ぎ足しが困難である。
比較例の流体デバイス１０Ａは、本実施形態のような圧力室５１および連通路５２を備えず、超音波送信部４０が流路２０内の流体Ｓに面している。このような比較例では、流路２０内で反射された超音波が超音波送信部４０にまでダイレクトに帰ってくる。このため、超音波送信部４０から送信される超音波は、流路２０内で反射されて帰ってくる超音波に撃ち負けることで弱まってしまい、流路２０内の超音波の音響パワーを重畳させることが困難である。すなわち、流路２０内の超音波の音響パワーは、最初に送信された超音波の音響パワーによって決定されてしまい、音響パワーの継ぎ足しが困難である。
【0040】
これに対して、本実施形態の流体デバイス１０は、流路２０とは別に形成された圧力室５１と、流路２０と圧力室５１とを連通する連通路５２と、を備え、超音波送信部４０は、圧力室５１内の流体Ｓに接触するように配置される。
このような構成によれば、流路２０の壁面で反射された超音波の一部は、連通路５２を介して超音波送信部４０にまで帰ってくるが、当該超音波の残りの部分は、流路２０の壁面で再度反射する。このため、超音波送信部４０から送信される超音波が流路２０で反射されて帰ってくる超音波によって弱まることを抑制し、圧力室５１内の圧力を高め、流路２０内に音響パワーを継ぎ足すことができる。
よって、本実施形態では、流路２０内に大きな音響パワーの定在波を容易に発生させることができる。これにより、圧電素子４３に加える駆動電圧および駆動周波数を従来よりも低く設定することができると共に、定在波ＳＷを発生させる流路２０の幅を従来よりも広く構成することができる。その結果、流体デバイス１０を用いて処理できる流体Ｓの体積流量を大量化することができる。
このような構成によれば、流路２０の壁面で反射された超音波の一部は、連通路５２を介して超音波送信部４０にまで帰ってくるが、当該超音波の残りの部分は、流路２０の壁面で再度反射する。このため、超音波送信部４０から送信される超音波が流路２０で反射されて帰ってくる超音波によって弱まることを抑制し、圧力室５１内の圧力を高め、流路２０内に音響パワーを継ぎ足すことができる。
よって、本実施形態では、流路２０内に大きな音響パワーの定在波を容易に発生させることができる。これにより、圧電素子４３に加える駆動電圧および駆動周波数を従来よりも低く設定することができると共に、定在波ＳＷを発生させる流路２０の幅を従来よりも広く構成することができる。その結果、流体デバイス１０を用いて処理できる流体Ｓの体積流量を大量化することができる。
【0041】
本実施形態において、流体デバイス１０は、上記式（１６），（１７）を満たすように構成されることで、超音波のビーム幅が連通路５２の幅Ｗｒよりも大きく広がった状態になるため、振動部４２１に帰ってくる超音波の割合を抑制する効果を好適に発揮することができる。これにより、超音波送信部４０から送信される超音波が弱まることを好適に抑制できる。
【0042】
本実施形態において、Ｚ方向（流通方向および第１方向のそれぞれに直交する第２方向）における流路２０の寸法（流路深さＨ）は、Ｙ方向における流路２０の寸法（流路幅Ｌ）よりも小さい。
これにより、流路２０内において、Ｚ方向に定在波が発生することを抑え、Ｙ方向の定在波ＳＷを好適に発生させることができる。
これにより、流路２０内において、Ｚ方向に定在波が発生することを抑え、Ｙ方向の定在波ＳＷを好適に発生させることができる。
【0043】
本実施形態において、連通路５２は、流路２０のうち、定在波ＳＷにおける任意の腹Ａに対応する腹領域ＲＡに接続される。
このような構成では、超音波送信部４０から送信される超音波が連通路５２を介して流路２０内の腹領域ＲＡに加えられるため、流路２０内における定在波ＳＷの発生効率を向上させることができる。
このような構成では、超音波送信部４０から送信される超音波が連通路５２を介して流路２０内の腹領域ＲＡに加えられるため、流路２０内における定在波ＳＷの発生効率を向上させることができる。
【0044】
本実施形態において、超音波送信部４０は、超音波素子４４を備えており、超音波素子４４は、流体Ｓに接触する流体接触面４２２を有する振動部４２１と、振動部４２１に設けられ、振動部４２１を流体接触面４２２の法線方向に撓み振動させる圧電素子４３と、を備える。
このような構成では、振動部４２１の撓み振動が流体Ｓの粗密波に変換されることで、流体Ｓに対して超音波を効率的に送信することができる。
このような構成では、振動部４２１の撓み振動が流体Ｓの粗密波に変換されることで、流体Ｓに対して超音波を効率的に送信することができる。
【0045】
本実施形態において、流体デバイス１０は、上記式（１８）が成り立つように構成される。ここで、連通路５２がＹ方向に面する流路２０内の範囲の体積を定在波ＳＷのモード次数ｎで割った値は、連通路５２内の媒質の体積変動に相当する。当該値が振動部４２１の撓み振動によって生じる圧力室５１の体積の最大変動量以上になることで、振動膜４２の変形による圧力室５１内の媒質の体積変動は、連通路５２内の媒質の体積変動として排出されるため、圧力室５１内の圧力上昇を抑えることが可能になる。よって、振動膜４２や圧電素子４３が破損することを抑制できる。
【0046】
本実施形態において、超音波素子４４は、流体接触面４２２の法線方向がＹ方向に沿うように配置される。
このような構成によれば、超音波素子４４からの超音波の主な送信方向と、流路２０内で定在波ＳＷを合成する超音波の伝搬方向とが一致する。これにより、定在波ＳＷの形成効率をより向上させることができる。
このような構成によれば、超音波素子４４からの超音波の主な送信方向と、流路２０内で定在波ＳＷを合成する超音波の伝搬方向とが一致する。これにより、定在波ＳＷの形成効率をより向上させることができる。
【0047】
本実施形態において、流体デバイス１０は、上記式（６）が成り立つように構成される。すなわち、流体Ｓに接触する振動部４２１の厚みが振動部４２１に生じる縦波の波長λの１／４よりも小さくなるように形成される。
このような構成によれば、振動部４２１内での縦波の発生や振動部４２１から流体Ｓへの縦波の伝搬が抑制され、振動部４２１と、振動部４２１に接する流体Ｓとの間の音響インピーダンスのマッチングが取れたことに等しい状態になる。その結果、超音波素子４４から流体Ｓへの超音波の伝搬効率を向上させることができる。
このような構成によれば、振動部４２１内での縦波の発生や振動部４２１から流体Ｓへの縦波の伝搬が抑制され、振動部４２１と、振動部４２１に接する流体Ｓとの間の音響インピーダンスのマッチングが取れたことに等しい状態になる。その結果、超音波素子４４から流体Ｓへの超音波の伝搬効率を向上させることができる。
【0048】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する場合がある。
次に、第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する場合がある。
【0049】
図４は、第２実施形態の流体デバイス１０Ｂの一部を模式的に示す上面図であり、図５は、図４のＢ－Ｂ線矢視断面図である。図４および図５に示すように、第２実施形態の流体デバイス１０Ｂは、第１実施形態と比べて、圧力室５１に対する超音波送信部４０の配置が主に異なる。
具体的には、第２実施形態の流路基板３０には、第１実施形態の側方壁部３３における貫通孔３３１の替わりに、流路基板３０の上側壁部３１のうち圧力室５１の壁部となる部分をＺ方向に貫通する貫通孔３１１が設けられている。
超音波送信部４０は、流路基板３０の貫通孔３１１を塞ぐように流路基板３０に設けられることにより、圧力室５１の壁部の一部を成している。
超音波送信部４０の素子基板４１は、流路基板３０の貫通孔３１１内において、素子基板４１の厚み方向がＺ方向に沿うように配置され、素子基板４１の外周面は、流路基板３０の貫通孔３１１の内周面に対して液密に接している。
具体的には、第２実施形態の流路基板３０には、第１実施形態の側方壁部３３における貫通孔３３１の替わりに、流路基板３０の上側壁部３１のうち圧力室５１の壁部となる部分をＺ方向に貫通する貫通孔３１１が設けられている。
超音波送信部４０は、流路基板３０の貫通孔３１１を塞ぐように流路基板３０に設けられることにより、圧力室５１の壁部の一部を成している。
超音波送信部４０の素子基板４１は、流路基板３０の貫通孔３１１内において、素子基板４１の厚み方向がＺ方向に沿うように配置され、素子基板４１の外周面は、流路基板３０の貫通孔３１１の内周面に対して液密に接している。
【0050】
また、第１実施形態では、１つの圧力室５１に対して２つの連通路５２が設けられているが、第２実施形態では、１つの圧力室５１に対して１つの連通路５２が設けられている。この連通路５２のＸ方向の寸法は、圧力室５１のＸ方向の寸法に等しい。また、連通路５２のＺ方向の寸法は、圧力室５１のＺ方向の寸法よりも小さく、かつ、流路２０のＺ方向の寸法よりも小さい。
このような第２実施形態の流体デバイス１０Ｂにおいても、圧力室５１および連通路５２は、上述の式（１５）～（１７）を満たすように構成される。
このような第２実施形態の流体デバイス１０Ｂにおいても、圧力室５１および連通路５２は、上述の式（１５）～（１７）を満たすように構成される。
【0051】
［第２実施形態の効果］
以上の第２実施形態によれば、第１実施形態の流体デバイス１０と同様の効果を奏することができる。
また、第２実施形態において、超音波送信部４０は、振動膜４２の厚み方向が流路基板３０の厚み方向（Ｚ方向）に沿うように配置されるため、振動膜４２や圧電素子４３を形成する際にＭＥＭＳ技術を容易に利用することができる。
以上の第２実施形態によれば、第１実施形態の流体デバイス１０と同様の効果を奏することができる。
また、第２実施形態において、超音波送信部４０は、振動膜４２の厚み方向が流路基板３０の厚み方向（Ｚ方向）に沿うように配置されるため、振動膜４２や圧電素子４３を形成する際にＭＥＭＳ技術を容易に利用することができる。
【0052】
また、第２実施形態では、流路基板３０に対する超音波送信部４０の配置範囲が流路２０の形成範囲に限られないため、流路基板３０に対する超音波送信部４０の配置範囲を広くとることが容易である。このため、後述する変形例に記載のように、超音波送信部４０に複数の超音波素子４４を設けることが容易になる。
【0053】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。
図６は、第３実施形態の流体デバイス１０Ｃの一部を模式的に示す断面図である。図６に示すように、第３実施形態の流体デバイス１０Ｃは、上述の第１，第２実施形態と比べて流路２０の数が異なる。すなわち、第３実施形態の流体デバイス１０Ｃは、流路基板３０内に形成された２つの流路である第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂを備える。
次に、第３実施形態について説明する。
図６は、第３実施形態の流体デバイス１０Ｃの一部を模式的に示す断面図である。図６に示すように、第３実施形態の流体デバイス１０Ｃは、上述の第１，第２実施形態と比べて流路２０の数が異なる。すなわち、第３実施形態の流体デバイス１０Ｃは、流路基板３０内に形成された２つの流路である第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂを備える。
【0054】
具体的には、第３実施形態の第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂは、Ｙ方向において圧力室５１の両側に配置される。換言すると、第１流路２０Ａは、Ｙ方向において圧力室５１との間に間隔を空けて配置され、第２流路２０Ｂは、Ｙ方向において圧力室５１との間に間隔を空け、かつ、Ｙ方向において、圧力室５１に対して第１流路２０Ａとは反対側に配置される。
なお、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂは、それぞれ、上述の第１，第２実施形態で説明した流路２０と同様の構成を有する。例えば、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂは、それぞれ、上述した式（１）および式（２）を満たすように形成される。
なお、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂは、それぞれ、上述の第１，第２実施形態で説明した流路２０と同様の構成を有する。例えば、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂは、それぞれ、上述した式（１）および式（２）を満たすように形成される。
【0055】
また、第３実施形態の流体デバイス１０Ｃは、圧力室５１と第１流路２０Ａとを連通する第１連通路５２Ａと、圧力室５１と第２流路２０Ｂとを連通する第２連通路５２Ｂと、を備える。
第３実施形態における第１連通路５２Ａおよび第２連通路５２Ｂは、それぞれ、Ｙ方向に沿って形成され、上述の第２実施形態で説明した連通路５２と同様の構成を有する。例えば、第１連通路５２Ａおよび第２連通路５２Ｂは、それぞれ、上述の式（１５）～式（１７）を満たすように構成される。
第３実施形態における第１連通路５２Ａおよび第２連通路５２Ｂは、それぞれ、Ｙ方向に沿って形成され、上述の第２実施形態で説明した連通路５２と同様の構成を有する。例えば、第１連通路５２Ａおよび第２連通路５２Ｂは、それぞれ、上述の式（１５）～式（１７）を満たすように構成される。
【0056】
このような構成において、超音波送信部４０から圧力室５１内に送信された超音波は、振動部４２１を中心に放射状に拡散され、このうちＹ方向の一方側に向かって進む超音波が、圧力室５１から第１連通路５２Ａを介して第１流路２０Ａ内に到達し、第１流路２０Ａの内壁で反射を繰り返すことで、第１流路２０Ａ内にＹ方向の第１定在波を発生させる。また、Ｙ方向の他方側に向かって進む超音波は、圧力室５１から第２連通路５２Ｂを介して第２流路２０Ｂ内に到達し、第２流路２０Ｂの内壁で反射を繰り返すことで、第２流路２０Ｂ内にＹ方向の第２定在波を発生させる。
【0057】
［第３実施形態の効果］
以上の第３実施形態によれば、第１、第２実施形態の流体デバイス１０と同様の効果を奏することができる。
なお、第３実施形態では、第１、第２実施形態の流路２０に発生する定在波ＳＷと比べて、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂのそれぞれで発生する定在波の音波エネルギーは小さくなる。
だだし、第３実施形態によれば、１つの圧力室５１から２つの流路である第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂに超音波を伝搬させることができるため、流路基板３０における流路密度を向上させることができる。
以上の第３実施形態によれば、第１、第２実施形態の流体デバイス１０と同様の効果を奏することができる。
なお、第３実施形態では、第１、第２実施形態の流路２０に発生する定在波ＳＷと比べて、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂのそれぞれで発生する定在波の音波エネルギーは小さくなる。
だだし、第３実施形態によれば、１つの圧力室５１から２つの流路である第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂに超音波を伝搬させることができるため、流路基板３０における流路密度を向上させることができる。
【0058】
また、第３実施形態において、第２流路２０Ｂは、圧力室５１に対して第１流路２０Ａとは反対側に配置される。ここで、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂは、それぞれ圧力室５１に対してＹ方向に並ぶ必要がある。第３実施形態では、例えば第１流路２０Ａおよび第２流路２０ＢがＺ方向に重ねて配置されるような比較例と比べて、流体デバイス１０のＺ方向の厚みなどを抑えることができ、流体デバイスを小型化することが容易になる。
【0059】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。
図７は、第４実施形態の流体デバイス１０Ｄの一部を模式的に示す断面図である。図７に示すように、第４実施形態の流体デバイス１０Ｄは、上述の第３実施形態と同様、流路基板３０内に形成された２つの流路である第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄを有する。ただし、第４実施形態における第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄの各配置は、第３実施形態における第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂの各配置とは異なる。
次に、第４実施形態について説明する。
図７は、第４実施形態の流体デバイス１０Ｄの一部を模式的に示す断面図である。図７に示すように、第４実施形態の流体デバイス１０Ｄは、上述の第３実施形態と同様、流路基板３０内に形成された２つの流路である第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄを有する。ただし、第４実施形態における第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄの各配置は、第３実施形態における第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂの各配置とは異なる。
【0060】
第４実施形態では、第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄが圧力室５１のＹ方向の片側に配置される。換言すると、第１流路２０Ｃは、Ｙ方向において圧力室５１との間に間隔を空けて配置され、第２流路２０Ｄは、Ｙ方向において第１流路２０Ｃの間に間隔を空け、かつ、Ｙ方向において、第１流路２０Ｃに対して圧力室５１とは反対側に配置される。
なお、第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄは、それぞれ、上述の第１，第２実施形態で説明した流路２０と同様の構成を有する。例えば、第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄは、それぞれ、上述した式（１）および式（２）を満たすように形成される。
なお、第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄは、それぞれ、上述の第１，第２実施形態で説明した流路２０と同様の構成を有する。例えば、第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄは、それぞれ、上述した式（１）および式（２）を満たすように形成される。
【0061】
また、第４実施形態の流体デバイス１０Ｄは、圧力室５１と第１流路２０Ｃとを連通する第１連通路５２Ｃと、第１流路２０Ｃと第２流路２０Ｄとを連通する第２連通路５２Ｄと、を備える。
第４実施形態における第１連通路５２Ｃおよび第２連通路５２Ｄは、それぞれ、Ｙ方向に沿って形成され、上述の第２実施形態で説明した連通路５２と同様の構成を有する。例えば、第１連通路５２Ｃおよび第２連通路５２Ｄは、それぞれ、上述の式（１５）～式（１７）を満たすように構成される。
第４実施形態における第１連通路５２Ｃおよび第２連通路５２Ｄは、それぞれ、Ｙ方向に沿って形成され、上述の第２実施形態で説明した連通路５２と同様の構成を有する。例えば、第１連通路５２Ｃおよび第２連通路５２Ｄは、それぞれ、上述の式（１５）～式（１７）を満たすように構成される。
【0062】
このような構成において、超音波送信部４０は、圧力室５１内の流体Ｓに超音波を送信する。振動部４２１から圧力室５１内の流体Ｓに伝搬された超音波は、振動部４２１を中心に放射状に拡散され、このうちＹ方向の一方側に向かって進む超音波が、圧力室５１から第１連通路５２Ｃを介して第１流路２０Ｃ内に到達し、第１流路２０Ｃの内壁で反射を繰り返すことで、第１流路２０Ｃ内にＹ方向の第１定在波を発生させる。
また、第１流路２０Ｃ内に到達した超音波のうちの一部は、さらに第２連通路５２Ｄを介して第２流路２０Ｄ内に到達し、第２流路２０Ｄの内壁で反射を繰り返すことで、第２流路２０Ｄ内にＹ方向の第２定在波を発生させる。
また、第１流路２０Ｃ内に到達した超音波のうちの一部は、さらに第２連通路５２Ｄを介して第２流路２０Ｄ内に到達し、第２流路２０Ｄの内壁で反射を繰り返すことで、第２流路２０Ｄ内にＹ方向の第２定在波を発生させる。
【0063】
［第４実施形態の効果］
以上の第４実施形態によれば、第１、第２実施形態の流体デバイス１０と同様の効果を奏することができる。
なお、第４実施形態では、第１、第２実施形態の流路２０に発生する定在波ＳＷと比べて、第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄのそれぞれで発生する定在波の音波エネルギーは小さくなる。
だだし、第４実施形態によれば、１つの圧力室５１から２つの流路である第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄに超音波を伝搬させることができるため、流路基板３０における流路密度を向上させることができる。
以上の第４実施形態によれば、第１、第２実施形態の流体デバイス１０と同様の効果を奏することができる。
なお、第４実施形態では、第１、第２実施形態の流路２０に発生する定在波ＳＷと比べて、第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄのそれぞれで発生する定在波の音波エネルギーは小さくなる。
だだし、第４実施形態によれば、１つの圧力室５１から２つの流路である第１流路２０Ｃおよび第２流路２０Ｄに超音波を伝搬させることができるため、流路基板３０における流路密度を向上させることができる。
【0064】
また、第４実施形態において、第２流路２０Ｄは、圧力室５１に対して第１流路２０Ｃとは反対側に配置される。このような構成によれば、圧力室５１から第１流路２０Ｃに伝搬された超音波を、さらに第２流路２０Ｄに向かって効率的に伝搬させることができる。
【0065】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、および各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、および各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【0066】
（変形例１）
上記各実施形態では、超音波送信部４０が１個の超音波素子４４を有する例を説明しているが、超音波送信部４０は、複数の超音波素子４４を有してもよい。
例えば、図８は、上記第２実施形態の変形例に係る流体デバイス１０Ｅを模式的に示す断面図である。この流体デバイス１０Ｅは、複数の超音波素子４４を含んで構成された超音波送信部４０Ａを有する。この超音波送信部４０Ａでは、素子基板４１に対して複数の開口部４１１がアレイ状に設けられており、素子基板４１に設けられる振動膜４２のうちの各開口部４１１に重なる部分が振動部４２１を構成する。また、各振動部４２１と、各振動部４２１に設けられた圧電素子４３とによって、複数の超音波素子４４が構成される。各超音波素子４４は、圧力室５１内の流体Ｓに接触する流体接触面４２２を有する。このような変形例によれば、圧力室５１内の圧力を向上させることが容易になる。
なお、超音波送信部４０が複数の超音波素子４４を有する場合、上記式（１６）および式（１７）におけるＳｂは、複数の超音波素子４４の流体接触面４２２の合計面積とする。
上記各実施形態では、超音波送信部４０が１個の超音波素子４４を有する例を説明しているが、超音波送信部４０は、複数の超音波素子４４を有してもよい。
例えば、図８は、上記第２実施形態の変形例に係る流体デバイス１０Ｅを模式的に示す断面図である。この流体デバイス１０Ｅは、複数の超音波素子４４を含んで構成された超音波送信部４０Ａを有する。この超音波送信部４０Ａでは、素子基板４１に対して複数の開口部４１１がアレイ状に設けられており、素子基板４１に設けられる振動膜４２のうちの各開口部４１１に重なる部分が振動部４２１を構成する。また、各振動部４２１と、各振動部４２１に設けられた圧電素子４３とによって、複数の超音波素子４４が構成される。各超音波素子４４は、圧力室５１内の流体Ｓに接触する流体接触面４２２を有する。このような変形例によれば、圧力室５１内の圧力を向上させることが容易になる。
なお、超音波送信部４０が複数の超音波素子４４を有する場合、上記式（１６）および式（１７）におけるＳｂは、複数の超音波素子４４の流体接触面４２２の合計面積とする。
【0067】
（変形例２）
上記各実施形態で説明した超音波送信部４０の具体的構成は、様々な変形が可能である。
例えば、素子基板４１は、流路基板３０の貫通孔３１１，３３１の外側に配置されてもよい。この場合、素子基板４１の開口部４１１が流路基板３０の貫通孔３１１，３３１に重なるように配置され、素子基板４１の下面が流路基板３０に対して液密に接着される。
また、超音波送信部４０は、素子基板４１を備えず、振動膜４２は、流路基板３０に設けられてもよい。この場合、振動膜４２のうち流路基板３０の貫通孔３１１，３３１に重なる部分が振動部４２１を構成する。
上記各実施形態で説明した超音波送信部４０の具体的構成は、様々な変形が可能である。
例えば、素子基板４１は、流路基板３０の貫通孔３１１，３３１の外側に配置されてもよい。この場合、素子基板４１の開口部４１１が流路基板３０の貫通孔３１１，３３１に重なるように配置され、素子基板４１の下面が流路基板３０に対して液密に接着される。
また、超音波送信部４０は、素子基板４１を備えず、振動膜４２は、流路基板３０に設けられてもよい。この場合、振動膜４２のうち流路基板３０の貫通孔３１１，３３１に重なる部分が振動部４２１を構成する。
【0068】
（変形例３）
上記各実施形態では、流体Ｓの流通方向に直交する第１方向として、流路２０の幅方向（Ｙ方向）に定在波ＳＷを発生させるが、流路２０の深さ（Ｚ方向）に定在波ＳＷを発生させてもよい。この場合、上記各実施形態で説明したＹ方向をＺ方向に置き換えた構成が可能である。
上記各実施形態では、流体Ｓの流通方向に直交する第１方向として、流路２０の幅方向（Ｙ方向）に定在波ＳＷを発生させるが、流路２０の深さ（Ｚ方向）に定在波ＳＷを発生させてもよい。この場合、上記各実施形態で説明したＹ方向をＺ方向に置き換えた構成が可能である。
【0069】
［本開示のまとめ］
本開示の一態様に係る流体デバイスは、流体が流通する第１流路と、前記第１流路内の前記流体の流通方向に直交する第１方向において前記第１流路との間に間隔を空けて形成された圧力室と、前記第１方向に沿って形成され、前記第１流路と前記圧力室とを連通する第１連通路と、前記圧力室内に流入した前記流体に接触して当該流体に超音波を送信することで、前記第１流路内の前記流体に対して前記第１方向に沿って第１定在波を発生させる超音波送信部と、を備える。
このような構成では、超音波送信部が流体に接触するため、超音波送信部から流体までの超音波の伝搬経路に他の部材が介在しない。これにより、超音波送信部から流体へ超音波がダイレクトに伝達され、流路内に定在波を発生させることが容易になる。
また、流路の壁面で反射された超音波の一部は、連通路を介して超音波送信部にまで帰ってくるが、当該超音波の残りの部分は、流路の壁面で再度反射する。このため、超音波送信部から送信される超音波が流路で反射されて帰ってくる超音波により弱まることを抑制し、圧力室内の圧力を高め、流路内に音響パワーを継ぎ足すことができる。
以上の構成によれば、流路内に大きな音響パワーの定在波を容易に発生させることができる。これにより、超音波送信部に加える駆動電圧および駆動周波数を従来よりも低く設定することができると共に、定在波を発生させる流路の幅を従来よりも広く構成することができる。その結果、流体デバイスを用いて処理できる流体Ｓの体積流量を大量化することができる。
本開示の一態様に係る流体デバイスは、流体が流通する第１流路と、前記第１流路内の前記流体の流通方向に直交する第１方向において前記第１流路との間に間隔を空けて形成された圧力室と、前記第１方向に沿って形成され、前記第１流路と前記圧力室とを連通する第１連通路と、前記圧力室内に流入した前記流体に接触して当該流体に超音波を送信することで、前記第１流路内の前記流体に対して前記第１方向に沿って第１定在波を発生させる超音波送信部と、を備える。
このような構成では、超音波送信部が流体に接触するため、超音波送信部から流体までの超音波の伝搬経路に他の部材が介在しない。これにより、超音波送信部から流体へ超音波がダイレクトに伝達され、流路内に定在波を発生させることが容易になる。
また、流路の壁面で反射された超音波の一部は、連通路を介して超音波送信部にまで帰ってくるが、当該超音波の残りの部分は、流路の壁面で再度反射する。このため、超音波送信部から送信される超音波が流路で反射されて帰ってくる超音波により弱まることを抑制し、圧力室内の圧力を高め、流路内に音響パワーを継ぎ足すことができる。
以上の構成によれば、流路内に大きな音響パワーの定在波を容易に発生させることができる。これにより、超音波送信部に加える駆動電圧および駆動周波数を従来よりも低く設定することができると共に、定在波を発生させる流路の幅を従来よりも広く構成することができる。その結果、流体デバイスを用いて処理できる流体Ｓの体積流量を大量化することができる。
【0070】
本態様に係る流体デバイスにおいて、前記第１方向における前記第１流路の寸法をＬとし、前記第１定在波のモード次数をｎとし、前記第１方向における前記第１連通路の寸法をＷｒとし、前記流通方向および前記第１方向のそれぞれに対して直交する第２方向における前記第１連通路の寸法をｄｒとするとき、
を満たすことが好ましい。
このような構成では、超音波のビーム幅が連通路の幅よりも大きく広がった状態になるため、振動部に帰ってくる超音波の割合を抑制する効果を好適に発揮することができる。これにより、超音波送信部から送信される超音波が弱まることを好適に抑制できる。
【数18】
このような構成では、超音波のビーム幅が連通路の幅よりも大きく広がった状態になるため、振動部に帰ってくる超音波の割合を抑制する効果を好適に発揮することができる。これにより、超音波送信部から送信される超音波が弱まることを好適に抑制できる。
【0071】
本態様に係る流体デバイスにおいて、前記流通方向および前記第１方向のそれぞれに対して直交する第２方向における前記第１流路の寸法は、前記第１方向における前記第１流路の寸法よりも小さい。
これにより、第１流路内において、第２方向に定在波が発生することを抑え、第１方向の定在波を好適に発生させることができる。
これにより、第１流路内において、第２方向に定在波が発生することを抑え、第１方向の定在波を好適に発生させることができる。
【0072】
本態様に係る流体デバイスにおいて、前記第１連通路は、前記第１流路のうち、前記第１定在波における任意の腹に対応する腹領域に接続されることが好ましい。
このような構成では、超音波送信部から送信される超音波が連通路を介して流路内の腹領域に加えられるため、流路内における定在波の発生効率を向上させることができる。
このような構成では、超音波送信部から送信される超音波が連通路を介して流路内の腹領域に加えられるため、流路内における定在波の発生効率を向上させることができる。
【0073】
本態様に係る流体デバイスにおいて、前記超音波送信部は、１以上の超音波素子を備えており、前記超音波素子は、前記流体に接触する流体接触面を有する振動部と、前記振動部に設けられ、前記振動部を前記流体接触面の法線方向に撓み振動させる圧電素子と、を備えることが好ましい。
このような構成では、振動部の撓み振動が流体の粗密波に変換されることで、流体に対して超音波を効率的に送信することができる。
このような構成では、振動部の撓み振動が流体の粗密波に変換されることで、流体に対して超音波を効率的に送信することができる。
【0074】
本態様に係る流体デバイスにおいて、前記第１連通路の前記第１方向に直交する流路断面積をＳｒとし、前記１以上の超音波素子の前記流体接触面の合計面積をＳｂとし、振動時における前記振動部の最大変位量をδとし、前記第１定在波のモード次数をｎとするとき、
を満たすことが好ましい。
このような構成によれば、圧力室内の圧力の過上昇を抑制できるため、振動膜や圧電素子が破損することを抑制できる。
【数19】
このような構成によれば、圧力室内の圧力の過上昇を抑制できるため、振動膜や圧電素子が破損することを抑制できる。
【0075】
本態様に係る流体デバイスにおいて、前記超音波素子は、前記流体接触面の前記法線方向が前記第１方向に沿うように配置されてもよい。
このような構成によれば、超音波素子からの超音波の主な送信方向と、流路内で定在波を合成する超音波の伝搬方向とが一致する。これにより、定在波の形成効率をより向上させることができる。
このような構成によれば、超音波素子からの超音波の主な送信方向と、流路内で定在波を合成する超音波の伝搬方向とが一致する。これにより、定在波の形成効率をより向上させることができる。
【0076】
本態様に係る流体デバイスにおいて、前記振動部の厚みをｔとし、前記流体の媒質の音速をＣとし、前記振動部内を伝達する縦波の平均音速をＣ’とし、前記第１方向における前記第１流路の寸法をＬとし、前記第１定在波のモード次数をｎとするとき、
を満たすことが好ましい。
このような構成では、振動部内での縦波の発生や振動部から流体への縦波の伝搬が抑制され、振動部と、振動部に接する流体との間の音響インピーダンスのマッチングが取れたことに等しい状態になる。その結果、超音波素子から流体への超音波の伝搬効率を向上させることができる。
【数20】
このような構成では、振動部内での縦波の発生や振動部から流体への縦波の伝搬が抑制され、振動部と、振動部に接する流体との間の音響インピーダンスのマッチングが取れたことに等しい状態になる。その結果、超音波素子から流体への超音波の伝搬効率を向上させることができる。
【0077】
本態様に係る流体デバイスは、前記第１方向において前記圧力室との間に間隔を空けて配置され、前記流体が流通する第２流路と、前記第１方向に沿って形成され、前記第２流路と前記圧力室とを連通する第２連通路と、をさらに備え、前記超音波送信部は、前記圧力室内に流入した前記流体に接触して前記流体に超音波を送信することで、前記第２流路内に前記第１方向に沿って第２定在波をさらに発生させてもよい。
このような構成では、１つの圧力室から２つの流路である第１流路および第２流路に超音波を伝搬させることができるため、流体デバイスにおける流路密度を向上させることができる。
また、本態様に係る流体デバイスにおいて、前記第２流路は、前記圧力室に対して前記第１流路とは反対側に配置されることが好ましい。
このような構成によれば、流体デバイスを小型化することが容易になる。
このような構成では、１つの圧力室から２つの流路である第１流路および第２流路に超音波を伝搬させることができるため、流体デバイスにおける流路密度を向上させることができる。
また、本態様に係る流体デバイスにおいて、前記第２流路は、前記圧力室に対して前記第１流路とは反対側に配置されることが好ましい。
このような構成によれば、流体デバイスを小型化することが容易になる。
【0078】
本態様に係る流体デバイスは、前記第１方向において前記第１連通路との間に間隔を空けて配置され、前記流体が流通する第２流路と、前記第１方向に沿って形成され、前記第１流路と前記第２流路とを連通する第２連通路と、をさらに備え、前記超音波送信部は、前記圧力室内に流入した前記流体に接触して前記流体に超音波を送信することで、前記第２流路内に前記第１方向に沿って第２定在波をさらに発生させてもよい。
このような構成では、１つの圧力室から２つの流路である第１流路および第２流路に超音波を伝搬させることができるため、流体デバイスにおける流路密度を向上させることができる。
また、本態様に係る流体デバイスにおいて、前記第２流路は、前記第１流路に対して前記圧力室とは反対側に配置されることが好ましい。
このような構成によれば、圧力室から第１流路に伝搬された超音波を、さらに第２流路に向かって効率的に伝搬させることができる。
このような構成では、１つの圧力室から２つの流路である第１流路および第２流路に超音波を伝搬させることができるため、流体デバイスにおける流路密度を向上させることができる。
また、本態様に係る流体デバイスにおいて、前記第２流路は、前記第１流路に対して前記圧力室とは反対側に配置されることが好ましい。
このような構成によれば、圧力室から第１流路に伝搬された超音波を、さらに第２流路に向かって効率的に伝搬させることができる。
【符号の説明】
【0079】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…流体デバイス、２０…流路、２０Ａ，２０Ｃ…第１流路、２０Ｂ，２０Ｄ…第２流路、３０…流路基板、３１…上側壁部、３２…下側壁部、３３…側方壁部、３１１，３３１…貫通孔、３４…側方壁部、４０，４０Ａ…超音波送信部、４１…素子基板、４１１…開口部、４２…振動膜、４２１…振動部、４２２…流体接触面、４３…圧電素子、４４…超音波素子、５１…圧力室、５２…連通路、５２Ａ，５２Ｃ…第１連通路、５２Ｂ，５２Ｄ…第２連通路、Ａ…腹、Ｈ…流路深さ、Ｌ…流路幅、Ｍ…微粒子、Ｎ…節、ＲＡ…腹領域、ＲＮ…節領域、Ｓ…流体、ＳＷ…定在波、ｔ…厚み、Ｗ…寸法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】