JP4915567B2 - 弾性表面波霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波を用いた霧化装置に関する。

従来、弾性表面波が伝搬している圧電材料などからなる基板の表面に液体を供給すると、液体が弾性表面波のエネルギを受け取って流動したり、振動したりして、微小粒子となって飛翔する現象が知られている。この現象を利用して液体を霧化する装置が種々提案されている。このような装置における霧化の原理として、例えば、基板表面を伝搬している弾性表面波（レイリー波）が、液体内部に進入してその表面を伝搬する表面張力波（キャピラリ波）となり、その結果、液体の表面から霧が発生するとの説明が成されている。なお、超音波振動によって発生するキャビテーション効果による霧化なども考えられる。

このような弾性表面波霧化装置において、安定した霧化を小電力で効率的に行うためには、液体を薄く延ばすと共に、液体供給量と噴霧量とのバランスを良好に保つことが必要である。そこで、弾性表面波が伝搬する振動面の一部に振動面との間に隙間を形成するカバーを設け、前記隙間に供給した液体が隙間から弾性表面波の振動源の方向に出るようにした霧化装置がある。この装置では、カバーに達した弾性表面波が、薄く広がった液体にキャピラリ波を生じさせ、そこから霧化が行われるとされている（例えば、特許文献１参照）。

また、無数の貫通孔を有する多孔薄板を、弾性表面波が伝搬する振動面の上方に、振動面との間に微小間隙をあけて配置し、振動面と多孔薄板とが成す微小間隙内に液体を供給するようにした霧化装置がある。この装置では、表面弾性波による振動が微小間隙内の液体を介して多孔薄板に伝達され、多孔薄板の振動によって、貫通孔に浸透した微量の液が霧化され、噴霧されるので、小電力の電池駆動で噴霧が可能とされている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−２３２１１４号公報 特許第３３４１０２３号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に示されるような弾性表面波霧化装置においては、液体を薄く延ばすことはできるが、霧化に関与しない液体が、依然として弾性表面波の伝搬面に多量に存在するので、これらの液体によって弾性表面波のエネルギが無駄に消費されてしまい、霧化の効率が悪いという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、液体供給量と霧化量のバランスを保ち、より少ない消費電力で大量の微細粒子を安定して噴霧できる弾性表面波霧化装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、一対の櫛形電極が形成された圧電材料から成り、前記櫛形電極に高周波電圧を印加することにより弾性表面波が生成される振動子と、前記振動子の表面に液体を供給する液体供給手段と、を備え、前記液体供給手段によって前記振動子の表面に供給される液体を前記表面に生成される弾性表面波によって霧化する弾性表面波霧化装置において、前記液体供給手段は、前記振動子の表面に対向して配置され、供給液体を前記振動子の表面に膜状に分布させるための膜形成隙間を形成する液膜形成部材を備え、前記液膜形成部材の膜形成隙間の形状が、前記振動子の表面に生成される弾性表面波の進行方向に直交する幅方向の長さよりも、前記弾性表面波の進行方向の長さを短く形成されており、前記液体供給手段は、局在した供給点から前記膜形成隙間に液体を供給し、前記液膜形成部材は、前記供給点から離れるほど弾性表面波の進行方向下流側に位置するように前記膜形成隙間を形成しているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の弾性表面波霧化装置において、前記液膜形成部材は、前記振動子の表面との相対位置を変化させることにより前記膜形成隙間の形状を変化させて霧化量を調整するものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の弾性表面波霧化装置において、前記液膜形成部材は、弾性表面波進行方向に沿って複数設けられ、前記液体供給手段は、弾性表面波進行方向の上流側の液膜形成部材に対して液体を供給し、前記上流側の液膜形成部材部分で霧化できずに弾性表面波によって搬送された液体が下流側の膜形成部材に対して供給されるものである。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載の弾性表面波霧化装置において、前記振動子は、弾性表面波の進行方向線上に互いに離間し対向して形成された前記櫛形電極の２つの対を備え、前記液膜形成部材は前記櫛形電極の２つの対の間に設けられ、前記膜形成隙間に供給する液体が両側の櫛形電極からの弾性表面波によって霧化されるものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の弾性表面波霧化装置において、前記櫛形電極の２つの対の間に前記液膜形成部材を複数設け、前記液体供給手段は、前記複数の液膜形成部材による膜形成隙間に液体を供給するものである。

請求項６の発明は、請求項５に記載の弾性表面波霧化装置において、前記複数の液膜形成部材が一体的に構成されているものである。

請求項７の発明は、請求項６に記載の弾性表面波霧化装置において、前記振動子は、前記櫛形電極の２つの対から成る組を弾性表面波進行方向を異ならせて複数組備えるものである。

請求項８の発明は、請求項７に記載の弾性表面波霧化装置において、前記互いに組を成す櫛形電極の対を弾性表面波の進行方向に直交する幅方向に沿って互い反対向きにずらして形成したものである。

請求項１の発明によれば、液膜形成部材が形成する膜形成隙間の形状が、弾性表面波の進行方向に直交する幅方向の長さよりも、前記弾性表面波の進行方向の長さを短く形成されているので、この膜形成隙間に液体を膜状に分布させて表面張力によって保持させると、弾性表面波がこの分布した液体を通過する距離よりも、弾性表面波の波面が液体と相互作用する距離が長くなり、従って、広い面積で効率的に霧化することができる。すなわち、弾性表面波の波面に沿って細長い液体分布を形成する液膜形成部材によって、液体供給量と霧化量のバランスを保つと共に、霧化に関与しない液体の存在を抑えることができ、より少ない消費電力で大量の微細粒子を安定して噴霧することができる。

また、弾性表面波の進行方向上流側から供給された液体が、弾性表面波によって、膜形成隙間に沿って下流側に輸送される。この輸送は、霧化に使われなかった弾性表面波エネルギによって、液体供給量を自動調整するように行われるので、液体供給量と霧化量のバランスを安定に保って、液膜の薄い範囲を広げることができ、より少ない消費電力で大量の微細粒子を噴霧できる。

請求項２の発明によれば、弾性表面波を生成するための電源電圧値を変化することなく容易に霧化量を調整することができる。

請求項３の発明によれば、新たな液体の供給点を設けることなく、コンパクトな構造で大量に霧化することができる。また、上流側の液膜形成部材部分で消費されなかった弾性表面波を下流側の液膜形成部材部分で利用できるので、エネルギ効率良く霧化できる。

請求項４の発明によれば、１つの液膜形成部材の両側から伝搬する弾性表面波によって霧化できるので、片側からだけの場合に比べて、より強力かつ大量に霧化できる。

請求項５の発明によれば、複数の液膜形成部材部分および各部材間の表面領域において、弾性表面波のエネルギを液体に吸収させて霧化することができるので、エネルギと液体を無駄にすることなく、安定に効率良く液体を霧化できる。

請求項６の発明によれば、液膜形成部材、従って膜形成隙間を振動子の表面上でひと繋がりのものとすることができるので、液膜形成部材に沿って効率良く液を広げることができ、より大量の霧化ができる。また、部品点数を減らすことができる。

請求項７の発明によれば、膜状に分布させた液体に対して、周囲から弾性表面波を送り込むことができるので、コンパクトで強力な霧化が可能となる。

請求項８の発明によれば、膜状に分布させた液体に対して、弾性表面波を周囲から渦巻き状に送り込むようにすることにより、渦巻き状に分布した弾性表面波によって、液体を、液膜形成部材に沿って広げることができ、さらには、循環させることができるので、より大量の液体を、効率的かつ安定に霧化できる。

以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波霧化装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）（ｂ）は第１の実施形態に係る弾性表面波霧化装置を示し、図２はその要部断面を示す。弾性表面波霧化装置１は、一対の櫛形電極２１が形成され、その櫛形電極２１に高周波電圧を印加することにより弾性表面波が生成される振動子２と、振動子２の表面Ｓに液体を供給する液体供給手段３と、を備え、液体供給手段３によって振動子２の表面Ｓに供給される液体４を表面Ｓに生成される弾性表面波ｗによって液体４の微粒子４１として飛翔させて霧化する装置である。弾性表面波霧化装置１は、例えば、小電力の乾電池によって駆動する医療用の吸霧器として用いられる。この場合、霧化される液体４は、水や、水に薬品を溶かした薬液などである。また、弾性表面波霧化装置１を比較的大電力で駆動する場合は、例えば、乾燥防止用の湿度調整装置として用いられる。

液体供給手段３は、供給液体を溜める液体容器３１と、液体容器３１から液体を導出する液導出部材３２と、振動子２の表面Ｓに対向して配置され、液導出部材３２を介して供給される供給液体４を振動子２の表面に膜状に分布させるための膜形成隙間Ｇを形成する液膜形成部材３０と、を備えている。液膜形成部材３０の膜形成隙間Ｇは、その形状が、振動子２の表面Ｓに生成される弾性表面波ｗの進行方向ｘに直交する幅方向ｙの長さａよりも、弾性表面波ｗの進行方向ｘの長さｂを短くして形成されている。以下、詳細説明する。

振動子２を構成する圧電材料は、例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）のような圧電体そのものからなる基板である。また、圧電材料は、非圧電基板の表面に圧電薄膜、例えば、ＰＺＴ薄膜（鉛、ジルコニューム、チタン合金薄膜）を形成したものでもよい。その表面の圧電体薄膜の表面部分において、弾性表面波が励振される。従って、振動子２を構成する圧電材料は、弾性表面波が励振される圧電体部分を表面に備えた基板であればよい。

一対の櫛形電極２１は、圧電材料の表面に２つの櫛形の電極を互いに噛み合わせて形成した電極（ＩＤＴ：インター・ディジタル・トランスジューサ）である。櫛形電極２１のｙ方向の幅は、安定した弾性表面波ｗを生成するには、波長λの２０倍程度にする必要があることがわかっているが、それ以下でもよい。櫛形電極２１の互いに隣り合う櫛の歯は互いに異なる電極に属し、励振する弾性表面波ｗの波長λの半分の長さのピッチで配列されている。

２つの櫛形電極２１に高周波電圧印加用の電気回路２３から高周波（例えば、ＭＨｚ帯）電圧を印加することにより、櫛形電極２１によって電気的エネルギが波の機械的エネルギに変換されて、振動子２の表面にレイリー波と呼ばれる弾性表面波ｗが励振される。励振された弾性表面波ｗの振幅は、櫛形電極２１に印加する電圧の大きさで決まる。励振された弾性表面波ｗの波束の長さは、電圧の印加時間の長さに対応する。

櫛形電極２１によって励振された弾性表面波ｗは、一対の櫛形電極２１の歯が交差した幅に対応する幅の波となって、櫛の歯に垂直な方向ｘに伝搬（以下、進行ともいう）する。櫛形電極２１は、その両側に伝搬する弾性表面波を生成するので、図１（ａ）に示すように、櫛形電極２１の左方に反射用櫛形電極２２が配置されている。反射用櫛形電極２２は、弾性表面波を全反射する、いわゆる反射器を構成する。櫛形電極２１は、この反射用櫛形電極２２と組み合わされて、ｘ方向にのみ伝搬する弾性表面波ｗを生成する、いわゆる一方向性電極を構成する。なお、一方向性電極の構成は、本実施形態に示したものに限られない。

液膜形成部材３０と、膜形成隙間Ｇの形状を説明する。液膜形成部材３０は、細長い部材であって、図２に示すように、振動子２の表面Ｓに対向する面を表面Ｓから一様な距離ｇだけ隔てて、表面Ｓに近接して配置されている。液膜形成部材３０と表面Ｓとの互いの対向面、および距離ｇによって定義される空間が、膜形成隙間Ｇを形成している。液体４は、この膜形成隙間Ｇに自身の表面張力によって保持されると共に、距離ｇで定まる厚さに規制されて、表面Ｓ上に膜状に分布する。なお、表面張力によって保持された液体は、霧化によって消費されると、表面張力によって自動的に液体を補充するように動作する。

ところで、弾性表面波ｗによる霧化は、液体４の表面を伝搬する、いわゆる表面張力波（キャピラリ波）によって、液体４の表面から液滴が離脱飛翔することによって行われる。従って、液体４の膜厚が厚いと弾性表面波のエネルギが液体４の表面に到達する前に減衰してしまい、霧化することができない。そこで、できるだけ液体の膜厚を薄くする必要がある。膜厚は、上述の距離ｇを調整することによって最適化することができる。

また、液膜形成部材３０によって覆われている膜形成隙間Ｇの上部からは霧化しないので、この部分を減らすことによって、効率的かつ安定に霧化することができる。これを説明する。液膜形成部材３０が形成する膜形成隙間Ｇの形状は、ｙ方向の長さａを櫛形電極２１の幅と大体同じ長さとし、ｘ方向の長さｂを波長λの１０倍以下とされている。つまり、これらの長さａ，ｂは、ｂ＜ａ、の関係を満たしている。

上述のような形状の膜形成隙間Ｇにより、弾性表面波ｗの進行方向ｘの、液膜形成部材３０によって覆われた液体４の量を少なくし、幅方向ｙに薄く延ばして液体４の有効表面積を増大させることができるので、弾性表面波ｗのエネルギ損失を抑制し、液体４の供給量を少なくすることができると共に、効率的に大量の微細な粒に霧化することができる。

膜形成隙間Ｇに液体４を供給する手段について説明する。また、液体供給手段３として、液体４の微小量を送るポンプを備えてもよく、毛細管現象を利用する方法としてもよい。毛細管現象を利用する場合に、液膜形成部材３０を親水性部材にしたり、液膜形成部材３０の表面に親水性薄膜をコーティングしたりすることが有効である。

また、図１（ａ）（ｂ）に示した液導出部材３２は、極細パイプとすることができる。
その端部は、膜形成隙間Ｇに対向して開口させて直接その膜形成隙間Ｇに液体４を供給する構造や、液膜形成部材３０の一部に液体４を垂らすと共に液膜形成部材３０を介して膜形成隙間Ｇに液体４を供給する構造とすることができる。また、毛細管現象を利用する場合、液導出部材３２の一部、特に端部などに、毛細管現象によって液体４を導く繊維部材や多孔部材を取り付けるようにしてもよい。これらの部材は、交換可能とすることが清潔さを保つために有効である。

膜形成隙間Ｇに液体４を供給する点（液供給点）は、液膜形成部材３０によって形成される膜形成隙間Ｇの一部に少なくとも１箇所以上設ける。その位置は、膜形成隙間Ｇの中央であっても端であってもよい。液膜形成部材３０の長さを、膜形成隙間Ｇの長さａや櫛形電極２１の幅よりも長くし、端から液体４を供給すれば、弾性表面波ｗの進行を妨げることなく、また、霧化を邪魔することがない。

上述のような膜形成隙間Ｇを形成する液膜形成部材３０を備えた弾性表面波霧化装置１によれば、膜形成隙間Ｇに液体４を膜状に分布させて表面張力によって保持させることにより、弾性表面波ｗがこの分布した液体４を通過する距離よりも、弾性表面波ｗの波面が液体４と相互作用する距離が長くなり、従って、広い面積で効率的に霧化することができる。すなわち、弾性表面波ｗの波面に沿って細長い液体分布を形成する液膜形成部材３０によって、液体供給量と霧化量のバランスを保つと共に、霧化に関与しない液体４の存在を抑えることができ、より少ない消費電力で大量の微細粒子を安定に噴霧できる。

次に、図３（ａ）〜（ｇ）、図４（ａ）（ｂ）を参照して、第１の実施形態の弾性表面波霧化装置１に用いられる液膜形成部材３０の種々の変形例を説明する。これらの図に示す液膜形成部材３０は、振動子２の表面Ｓと表面Ｓに対向する液膜形成部材３０の面とによって膜形成隙間Ｇを形成し、膜形成隙間Ｇに表面張力によって液体４を保持する。これらの液膜形成部材３０は、保持される液体４が、薄く分布され、また、液膜形成部材３０によって覆われる表面積を抑制して、液滴が離脱飛翔する表面積を広くされることを意図するものである。

また、図３（ａ）（ｂ）に示す液膜形成部材３０は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、振動子２の表面Ｓに向けて開口する複数の微小貫通孔３３を有する中空部材を用いて、中空部に液体を通すと共に微小貫通孔３３から液体を供給するものである。このような液膜形成部材３０によって、容易に安定に液体を供給することができる。

（第２の実施形態）
図５（ａ）（ｂ）は第２の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示し、図６（ａ）（ｂ）は前記弾性表面波霧化装置１の変形例を示す。この第２の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、上述の実施形態の弾性表面波霧化装置１とは、液膜形成部材３０、従って膜形成隙間Ｇの表面Ｓに対する平面構造が異なっており、他の点は同様である。すなわち、弾性表面波霧化装置１において、液体供給手段３（図１（ａ）（ｂ）参照、以下同様）は、局在した供給点Ｐから膜形成隙間Ｇに液体を供給し、液膜形成部材３０は、供給点Ｐから離れるほど弾性表面波ｗの進行方向下流側、すなわち方向ｘ側に位置するように膜形成隙間Ｇを形成している。

図５（ａ）（ｂ）に示す弾性表面波霧化装置１の液膜形成部材３０は、端部に供給点Ｐが配置された直線形状であって、櫛形電極２１に対して斜めに配置されている。また、図６（ａ）（ｂ）に示す弾性表面波霧化装置１の液膜形成部材３０は、その中央部に供給点Ｐが配置され、供給点Ｐの位置で上流側に屈曲した形状となっている。そして、これらの液膜形成部材３０の形状に対応して、膜形成隙間Ｇが振動子２の表面Ｓに形成される。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、弾性表面波ｗの進行方向上流側から供給された液体が、弾性表面波ｗによって、膜形成隙間Ｇに沿って下流側に輸送される。この輸送は、霧化に使われなかった弾性表面波エネルギによって、液体供給量を自動調整するように行われるので、液体供給量と霧化量のバランスを安定に保って、液膜の薄い範囲を広げることができ、より少ない消費電力で大量の微細粒子を噴霧できる。

（第３の実施形態）
図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は第３の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示し、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は前記弾性表面波霧化装置１の変形例を示す。この第３の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、上述の実施形態の弾性表面波霧化装置１とは、液膜形成部材３０、従って膜形成隙間Ｇの表面Ｓに対する立体構造が異なっており、他の点は同様である。すなわち、弾性表面波霧化装置１において、液体供給手段３は、局在した供給点Ｐから膜形成隙間Ｇに液体を供給し、液膜形成部材３０は、供給点Ｐから離れるに従って隙間が狭くなるように膜形成隙間Ｇを形成している。

図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す弾性表面波霧化装置１の液膜形成部材３０は、端部に供給点Ｐが配置された外形が直線形状であって、表面Ｓとの隙間が、供給点Ｐのところで大きくされている。また、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す弾性表面波霧化装置１の液膜形成部材３０は、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した液膜形成部材３０を、さらに、上述の第２の実施形態の液膜形成部材３０と同様に、櫛形電極２１に対して斜めにして、配置されている。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、表面張力と毛細管現象とによって、供給点Ｐに供給された液体を供給点Ｐから離れた部分に輸送することができるので、液膜の供給を強制的に送る手段が不要になり、コンパクトな構造で液膜の薄い範囲を広げ大量に効率的に霧化することができる。

（第４の実施形態）
図９（ａ）（ｂ）は第４の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示し、図１０（ａ）（ｂ）、図１１（ａ）（ｂ）は前記弾性表面波霧化装置１の変形例を示す。これらの弾性表面波霧化装置１は、液膜形成部材３０を、振動子２の表面Ｓとの相対位置を変化させて膜形成隙間Ｇの空間形状を変化させる不図示の隙間変化手段を備えており、この点が上述の第１の実施形態の弾性表面波霧化装置１と異なり、他の点は同様である。

上述の隙間変化手段は、膜形成隙間Ｇの空間形状、すなわち表面Ｓに対する配置や膜形成隙間Ｇの容積を変化させることにより、その膜形成隙間Ｇに保持させる液体の量、厚み、表面積等を変化させて霧化量を調整する。

図９（ａ）（ｂ）に示す液膜形成部材３０は、表面Ｓとの距離が変化されるものであり、図１０（ａ）（ｂ）、図１１（ａ）（ｂ）に示す液膜形成部材３０は、表面Ｓに対する平面的配置、従って櫛形電極２１との平行度が変化されるものである。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、弾性表面波ｗを生成するための電源電圧値を変化することなく容易に霧化量を調整することができる。一般に、霧化量の調整方法として、弾性表面波の振幅を増大させる方法がある。振幅の調整は櫛形電極への入力電源の電圧調整で行われるが、電圧を大きくし過ぎると圧電材料に熱が蓄積して振動子２が割れることがある。また、振幅調整によって霧化量を微小調整することは難しい。

本実施形態の弾性表面波霧化装置１では、液膜形成部材３０の位置や姿勢を変えることにより、液体を薄く広げて霧化量を増やしたり、逆に減らしたりして、微小に霧化量を調整することができる。また、霧化中に液膜形成部材３０の位置や姿勢を調整することにより、表面Ｓ上における発熱場所を変えることができるので、熱の局在によって振動子２を割ってしまうことを回避できる。

（第５の実施形態）
図１２（ａ）（ｂ）は第５の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示し、図１３は弾性表面波霧化装置１の要部を示し、図１４は前記弾性表面波霧化装置１の変形例を示す。この第５の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、上述の第１の実施形態の弾性表面波霧化装置１において、液膜形成部材３０、従って膜形成隙間Ｇを複数備えたものであり、他の点は同様である。すなわち、弾性表面波霧化装置１において、液膜形成部材３０は、弾性表面波進行方向ｘに沿って２つ設けられている。弾性表面波進行方向ｘの上流側の液膜形成部材３０に対して液体４を供給し、上流側の液膜形成部材３０部分で霧化できずに弾性表面波によって搬送された液体４が下流側の液膜形成部材３０に対して供給される。

図１４に示す弾性表面波霧化装置１は、上流側の液膜形成部材３０と表面Ｓとの隙間ｇ１よりも、下流側の液膜形成部材３０と表面Ｓとの隙間ｇ２の方が狭く、ｇ２＜ｇ１、とされている。このような構成により、下流の液膜形成部材３０が、より少ない液体を捕捉し易くなる。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、新たな液体の供給点を設けることなく、コンパクトな構造で大量に霧化することができる。また、上流側の液膜形成部材３０部分で消費されなかった弾性表面波ｗを下流側の液膜形成部材３０部分、または液体４の輸送途中において利用できるので、エネルギ効率良く霧化できる。液膜形成部材３０は、２つ以上設けることができる。

（第６の実施形態）
図１５（ａ）（ｂ）は第６の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示し、図１６は弾性表面波霧化装置１の要部を示す。この第６の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、上述の第１の実施形態の弾性表面波霧化装置１において、櫛形電極２１を液膜形成部材３０の両側に設けたものであり、他の点は同様である。すなわち、弾性表面波霧化装置１において、振動子２は、弾性表面波の進行方向線上（図１５（ａ）のｘ軸方向）に互いに離間し対向して形成された櫛形電極２１の２つの対（２１Ａ，２１Ｂ）を備え、液膜形成部材３０は櫛形電極２１Ａ，２１Ｂの間に設けられ、膜形成隙間Ｇに供給する液体４が両側の櫛形電極２１Ａ，２１Ｂからの（ｘ１，ｘ２方向からの）弾性表面波ｗ１，ｗ２によって霧化される。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、１つの液膜形成部材３０の両側から伝搬する弾性表面波によって液体４を霧化できるので、片側からだけの場合に比べて、より強力かつ大量に霧化できる。

（第７の実施形態）
図１７（ａ）（ｂ）は第７の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示し、図１８は弾性表面波霧化装置１の要部を示す。この第７の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、上述の第６の実施形態の弾性表面波霧化装置１において、液膜形成部材３０を複数設けるものであり、他の点は同様である。すなわち、弾性表面波霧化装置１において、櫛形電極２１Ａ，２１Ｂの間に液膜形成部材３０を２つ設け、液体供給手段３は、それぞれの液膜形成部材３０による膜形成隙間Ｇに液体４を供給する。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、複数の液膜形成部材３０部分および各部材間の表面領域において、弾性表面波ｗ１，ｗ２のエネルギを液体４に吸収させて霧化することができるので、エネルギと液体を無駄にすることなく、安定に効率良く液体４を霧化できる。

図１８において、左からｘ１方向に進行する弾性表面波ｗ１は、左方の液膜形成部材３０に供給された液体４を霧化する。右からｘ２方向へ進行する弾性表面波ｗ２は右方の液膜形成部材３０に供給された液体４を霧化する。左右の液膜形成部材３０に供給された液体４の量に過多がある場合、多い方の液体４が分離されて少ない方の液膜形成部材３０に向けて輸送される。このように、液体４が自動的に動いて液体量のバランスが取られると共に、離された液体４が、移動中に霧化されるので、安定に効率良く霧化できる。

（第８の実施形態）
図１９（ａ）（ｂ）は第８の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示し、図２０（ａ）〜（ｇ）は弾性表面波霧化装置１で用いられる液膜形成部材３０の変形例を示す。この第８の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、上述の第７の実施形態の弾性表面波霧化装置１において、液膜形成部材３０を一体化したものであり、他の点は同様である。一体化した液膜形成部材３０の他の例として、図２０（ａ）〜（ｇ）に示すようなものがあげられる。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、液膜形成部材３０、従って膜形成隙間Ｇを振動子２の表面Ｓ上でひと繋がりのものとできるので、液膜形成部材３０に沿って液体を広げることができ、より大量の霧化ができる。また、液膜形成部材３０の部品点数を減らすことができる。

（第９の実施形態）
図２１は第９の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示す。この第９の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、液膜形成部材３０を取り囲むように櫛形電極２１を複数設けたものであり、他の点は上述の第８の実施形態の弾性表面波霧化装置１などと同様である。

図２１に示す弾性表面波霧化装置１における振動子２は、櫛形電極２１Ａ，２１Ｃの組、および櫛形電極２１Ｂ，２１Ｄの組という２つの組を、弾性表面波進行方向を異ならせて備えている。つまり、各櫛形電極２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄは、それぞれ、ｘ１，ｙ２，ｘ２，ｙ１方向に進行する弾性表面波ｗ１，ｗ４，ｗ２，ｗ３を生成する。これらの弾性表面波ｗ１，ｗ４，ｗ２，ｗ３は、振動子２の中央部分に設けられた液膜形成部材３０による膜形成隙間Ｇ（不図示）に向けて進行する。

液膜形成部材３０は、渦巻状に一体化された形状を有し、その下部に形成される膜形成隙間Ｇも同様の形状に形成される。この、液膜形成部材３０における、各櫛形電極２１Ａ〜２１Ｄに対向する位置に液体の供給点Ｐ（不図示）を設けることにより、それぞれの液膜形成部材３０部分で液体が霧化される。液膜形成部材３０における外周部で霧化されなかった液体は、各弾性表面波ｗ１〜ｗ４によって渦巻状の液膜形成部材３０の中心部側に輸送されると共に霧化される。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、膜状に分布させた液体４に対して、周囲から弾性表面波ｗ１〜ｗ４を送り込むことができるので、コンパクトで強力な霧化が可能となる。

図２２は上述の弾性表面波霧化装置１の変形例を示す。この弾性表面波霧化装置１は、図２１の弾性表面波霧化装置１における液膜形成部材３０を回転させ、各櫛形電極２１Ａ〜２１Ｄに対向する液膜形成部材３０部分を斜めに配置して、図５（ａ）に示した第２の実施形態における弾性表面波による液体の輸送効果を組み入れたものである。この構成によると、液膜形成部材３０の最外部の端部に液体の供給点Ｐを設けて、ここから液体を供給すれば、矢印Ｒで示すように、液体が液膜形成部材３０に沿って輸送される。

（第１０の実施形態）
図２３は第１０の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示す。この第１０の実施形態の弾性表面波霧化装置１は、上述の第９の実施形態の弾性表面波霧化装置１における各櫛形電極２１Ａ〜２１Ｄを、振動子２における中心軸（液膜形成部材３０の中心軸）を外して配置し、液膜形成部材３０を略四角形とし、液体の供給点Ｐを液膜形成部材３０の角部に配置したものであり、他の点は第９の実施形態の弾性表面波霧化装置１と同様である。

この弾性表面波霧化装置１は、互いに対向して組を成す櫛形電極２１Ａ，２１Ｃ、櫛形電極２１Ｂ，２１Ｄ、を弾性表面波の進行方向に直交する幅方向に沿って互い反対向きにずらして、全体として、中央の液膜形成部材３０によって膜状に分布させれた液体に対して、弾性表面波を周囲から渦巻状に送り込む構成となっている。この構成によると、１つの供給点Ｐから供給した液体を、液膜形成部材３０の回りで循環させて広げることができる。すなわち、この構成は、上述の図２２に示した弾性表面波霧化装置１が、渦巻状の液膜形成部材３０によって液体を循環させるのに対して、渦巻状に分布する弾性表面波によって循環させるものである。

上述の循環は以下のように行われる。例えば、櫛形電極２１Ａからｘ１方向に進行する弾性表面波は、液膜形成部材３０の対向する辺３ａに保持された液体を霧化すると共に、辺３ｂに保持された液体を辺３ｂに沿ってｘ１方向に輸送する。また、櫛形電極２１Ｂからｙ２方向に進行する弾性表面波は、液膜形成部材３０の対向する辺３ｂに保持された液体を霧化すると共に、辺３ｃに保持された液体を辺３ｃに沿ってｙ２方向に輸送する。以下同様にして、液膜形成部材３０に保持された液体は、矢印Ｒで示すように、液膜形成部材３０に沿って循環する。

上述のような弾性表面波霧化装置１によれば、膜状に分布させた液体に対して、弾性表面波を周囲から渦巻き状に送り込むことができ、液体を、液膜形成部材３０に沿って広げると共に、液体を洪給しながら霧化し、霧化されない残りの液体は循環させながら搬送し、搬送中に液体を霧化することができるので、大量の液体を、効率的かつ安定に霧化することができる。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、振動子２は、弾性表面波が励振される圧電体部分を表面に備えた基板であればよいので、その面形状は、平面の他に、円柱面やさらに一般的な曲面からなる面形状とすることができる。また、霧化するための液体を膜形成隙間Ｇに表面張力によって保持できるので、膜形成隙間Ｇを水平に保つ必要がなく、任意の形状面から、液体粒子を脱離飛翔させて霧化することができる。そこで、垂直円筒の内面や外面から霧化する振動子２を備えた弾性表面波霧化装置１としてもよい。

また、液膜を広げる振動子２の表面Ｓを親水性処理することによって、より薄い液膜を形成して霧化効率を上げるようにしてもよい。また、複数の櫛形電極２１を用いる場合、これらを交互、または順番に動作、停止させることにより、熱負荷の集中を回避して高パワーで運転するようにしてもよく、また、渦巻状の液体循環を効率的に行うようにしてもよい。また、上述した複数の櫛形電極２１を用いる場合において、それぞれの櫛形電極２１Ａ，２１Ｂ等に、高周波電圧印加用の電気回路２３を接続した例を図示したが、これらの電気回路２３は、共用とすることができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図。 同上弾性表面波霧化装置の液膜形成部材を含む要部断面図。 （ａ）〜（ｇ）は同上弾性表面波霧化装置における液膜形成部材の種々の変形例を示す要部断面図。 （ａ）は同上弾性表面波霧化装置における液膜形成部材の他の変形例を示す要部縦断面図、（ｂ）は同横断面図。 （ａ）は第２の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図。 （ａ）は同上弾性表面波霧化装置の変形例を示す平面図、（ｂ）は同側面図。 （ａ）は第３の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同正面図。 （ａ）は同上弾性表面波霧化装置の変形例を示す平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同正面図。 （ａ）は第４の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図。 （ａ）は同上弾性表面波霧化装置の変形例を示す平面図、（ｂ）は同側面図。 （ａ）は同上弾性表面波霧化装置の他の変形例を示す平面図、（ｂ）は同側面図。 （ａ）は第５の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図。 同上弾性表面波霧化装置の液膜形成部材を含む要部断面図。 同上弾性表面波霧化装置の変形例を示す側面図。 （ａ）は第６の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図。 同上弾性表面波霧化装置の液膜形成部材を含む要部断面図。 （ａ）は第７の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図。 同上弾性表面波霧化装置の液膜形成部材を含む要部断面図。 （ａ）は第８の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図、（ｂ）は同側面図。 （ａ）〜（ｇ）は同上弾性表面波霧化装置の液膜形成部材の種々の変形例を示す平面図。 第９の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図。 同上弾性表面波霧化装置の変形例を示す平面図。 第１０の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の平面図。

符号の説明

１ 弾性表面波霧化装置
２ 振動子
３ 液体供給手段
４ 液体
２１，２１Ａ〜２１Ｄ 櫛形電極
３０ 膜形成部材
ｗ，ｗ１〜ｗ４ 弾性表面波
Ｇ 膜形成隙間
Ｐ 供給点
Ｓ 表面

Claims (8)

1. 一対の櫛形電極が形成された圧電材料から成り、前記櫛形電極に高周波電圧を印加することにより弾性表面波が生成される振動子と、前記振動子の表面に液体を供給する液体供給手段と、を備え、前記液体供給手段によって前記振動子の表面に供給される液体を前記表面に生成される弾性表面波によって霧化する弾性表面波霧化装置において、
   前記液体供給手段は、前記振動子の表面に対向して配置され、供給液体を前記振動子の表面に膜状に分布させるための膜形成隙間を形成する液膜形成部材を備え、
   前記液膜形成部材の膜形成隙間の形状が、前記振動子の表面に生成される弾性表面波の進行方向に直交する幅方向の長さよりも、前記弾性表面波の進行方向の長さを短く形成されており、
   前記液体供給手段は、局在した供給点から前記膜形成隙間に液体を供給し、前記液膜形成部材は、前記供給点から離れるほど弾性表面波の進行方向下流側に位置するように前記膜形成隙間を形成していることを特徴とする弾性表面波霧化装置。
2. 前記液膜形成部材は、前記振動子の表面との相対位置を変化させることにより前記膜形成隙間の形状を変化させて霧化量を調整することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波霧化装置。
3. 前記液膜形成部材は、弾性表面波進行方向に沿って複数設けられ、前記液体供給手段は、弾性表面波進行方向の上流側の液膜形成部材に対して液体を供給し、前記上流側の液膜形成部材部分で霧化できずに弾性表面波によって搬送された液体が下流側の膜形成部材に対して供給されることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波霧化装置。
4. 前記振動子は、弾性表面波の進行方向線上に互いに離間し対向して形成された前記櫛形電極の２つの対を備え、前記液膜形成部材は前記櫛形電極の２つの対の間に設けられ、前記膜形成隙間に供給する液体が両側の櫛形電極からの弾性表面波によって霧化されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弾性表面波霧化装置。
5. 前記櫛形電極の２つの対の間に前記液膜形成部材を複数設け、前記液体供給手段は、前記複数の液膜形成部材による膜形成隙間に液体を供給することを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波霧化装置。
6. 前記複数の液膜形成部材が一体的に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波霧化装置。
7. 前記振動子は、前記櫛形電極の２つの対から成る組を弾性表面波進行方向を異ならせて複数組備えることを特徴とする請求項６に記載の弾性表面波霧化装置。
8. 前記互いに組を成す櫛形電極の対を弾性表面波の進行方向に直交する幅方向に沿って互い反対向きにずらして形成したことを特徴とする請求項７に記載の弾性表面波霧化装置。

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