(57)【要約】  【課題】静電霧化装置に比べて低コスト化が可能で且つナノメータサイズの液滴を生成可能な超音波霧化装置を提供する。  【解決手段】対象液体Ａを所定空間へ供給する液体供給手段１と、液体供給手段１により所定空間へ供給された対象液体Ａへ超音波を作用させる超音波発生手段たる超音波発生素子２とを備えている。超音波発生素子２は、シリコン基板からなる基板２１と、基板２１の厚み方向の一表面側に形成され基板２１に比べて熱伝導率が十分に小さな多孔質シリコン層からなる断熱層２２と、断熱層２２上に形成され断熱層２２よりも熱伝導率および導電率それぞれが大きな金属薄膜からなる発熱体２３とを備えて発熱体２３への交流電流の通電に伴う発熱体２３と媒体との熱交換により超音波を発生する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発生する超音波発生素子を備え超音波発生手段から発生する超音波を利用して対象液体を霧化する超音波霧化装置であって、超音波発生手段が、基板と、基板の厚み方向の一表面側に形成された多孔質半導体層からなる断熱層と、断熱層上に形成され断熱層よりも熱伝導率および導電率それぞれが大きな発熱体とを備えて発熱体への交流電流の通電に伴う発熱体と媒体との熱交換により超音波を発生する超音波発生素子であることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項２】
超音波を発生する超音波発生素子を備え超音波発生手段から発生する超音波を利用して対象液体を霧化する超音波霧化装置であって、超音波発生手段が、基板と、基板の厚み方向の一表面側に形成された多孔質半導体層からなる発熱体を備えて発熱体への交流電流の通電に伴う発熱体と媒体との熱交換により超音波を発生する超音波発生素子であることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項３】
前記対象液体へ照射する電子線の量を可変な電子放出手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波霧化装置。
【請求項４】
前記対象液体を霧化することで生成された液滴の群へ照射する電子線の量を可変な電子放出手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波霧化装置。
【請求項５】
前記電子放出手段は、下部電極と、表面電極と、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加したときに作用する電界により電子が通過する電子通過層とを備え表面電極を通して電子が放出される電子源であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の超音波霧化装置。
【請求項６】
前記電子通過層は、前記下部電極の厚み方向に沿って形成された複数の柱状の半導体結晶と、半導体結晶間に介在する多数のナノメータオーダの半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜とを有することを特徴とする請求項５記載の超音波霧化装置。
【請求項７】
前記対象液体が水であり、前記超音波発生手段から発生させる超音波の周波数が１０ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【請求項８】
前記超音波発生手段から発生させる超音波の周波数を調整する周波数調整手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の超音波霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して液体を霧化する超音波霧化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば空気清浄機や加湿器などに内蔵され液体を霧化する霧化装置として、超音波を利用して液体を霧化する超音波霧化装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。一般に、超音波霧化装置は、超音波を発生する超音波発生手段として圧電素子を備えており、超音波発生手段から出力された超音波を霧化対象の液体（以下、対象液体と称す）へ作用させてキャビテーションを生じさせ、対象液体を霧化する（ミストと呼ばれる液滴を生成する）ようになっている。なお、超音波霧化装置では、対象液体を霧化した際に、所謂レナード効果によりマイナスイオンが発生する。
【０００３】
また、対象液体を霧化する霧化装置としては、超音波霧化装置の他に、上記特許文献１などに開示されているように対象液体に静電界を作用させレイリー分裂を起こさせることで対象液体を霧化する静電霧化装置が知られている。この種の静電霧化装置としては、例えば、対象液体を入れた容器と、容器から対象液体を吸い上げるキャピラリ（細管）と、キャピラリの備えた電極と接地極との間に高電圧（例えば、数ｋＶ〜数十ｋＶの電圧）を印加する高電圧電源とを有しているものが知られている。
【０００４】
ところで、上述の静電霧化装置では、ナノメータサイズの液滴を生成することが可能であるとともに、マイナスイオンの生成も可能であり、抗カビ、抗ウイルス、抗菌、脱臭などの作用がある。また、上述の静電霧化装置では、マイクロメータサイズの液滴では除去不可能な、室内の壁面等に付着した臭い成分や、カビ、ウイルス、菌などを除去できるという利用があった。
【特許文献１】特開２００３−７９７１４号公報（段落番号〔００２２〕〜〔００４３〕、図１〜図１０参照）
【特許文献２】実用新案登録第２５５３５９２号公報（第３頁右欄第２１行〜第４６行、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の静電霧化装置では、高電圧電源が必要なので、高電圧を発生する高電圧回路などのコストが高くなるとともに取り扱いに注意が必要であった。また、静電霧化装置では、オゾンの発生に伴う異臭の発生などの懸念があり、これらの問題を解決するための対策を含めた装置全体のコストが高くなってしまうとともに、装置全体のサイズが大きくなってしまう。
【０００６】
これに対して、従来の超音波霧化装置では、超音波発生手段である圧電素子の駆動電圧が比較的低いので、静電霧化装置に比べて装置全体の低コスト化および小型化を図ることができる。しかしながら、対象液体が水の場合において室内の壁面等に付着した臭い成分や、カビ、ウイルス、菌などを除去するためには液滴の粒径をナノメータサイズとする必要があるが、従来の超音波霧化装置のように超音波発生手段として圧電素子を用いたものでは、図１０に示すように、生成される液滴の粒径は３μｍ程度までしか小さくすることができなかった。また、上述の静電霧化装置や従来の超音波霧化装置は、マイナスイオンの量をコントロールできないものであった。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、静電霧化装置に比べて低コスト化が可能で且つ粒径がナノメータサイズの液滴を生成可能な超音波霧化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、超音波を発生する超音波発生素子を備え超音波発生手段から発生する超音波を利用して液体を霧化する超音波霧化装置であって、超音波発生手段が、基板と、基板の厚み方向の一表面側に形成された多孔質半導体層からなる断熱層と、断熱層上に形成され断熱層よりも熱伝導率および導電率それぞれが大きな発熱体とを備えて発熱体への交流電流の通電に伴う発熱体と媒体との熱交換により超音波を発生する超音波発生素子であることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、超音波発生手段が、基板と、基板の厚み方向の一表面側に形成された多孔質半導体層からなる断熱層と、断熱層上に形成され断熱層よりも熱伝導率および導電率それぞれが大きな発熱体とを備えて発熱体への交流電流の通電に伴う発熱体と媒体との熱交換により超音波を発生する超音波発生素子であることにより、従来のように超音波発生手段が圧電素子により構成されている超音波霧化装置に比べて周波数のより高い超音波を発生することが可能であり、しかも、静電霧化装置に比べてより低い電圧で駆動することができるので、静電霧化装置に比べて低コスト化が可能で且つ粒径がナノメータサイズの液滴を生成することが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、超音波を発生する超音波発生素子を備え超音波発生手段から発生する超音波を利用して対象液体を霧化する超音波霧化装置であって、超音波発生手段が、基板と、基板の厚み方向の一表面側に形成された多孔質半導体層からなる発熱体を備えて発熱体への交流電流の通電に伴う発熱体と媒体との熱交換により超音波を発生する超音波発生素子であることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、超音波発生手段が、基板と、基板の厚み方向の一表面側に形成された多孔質半導体層からなる発熱体を備えて発熱体への交流電流の通電に伴う発熱体と媒体との熱交換により超音波を発生する超音波発生素子であることにより、従来のように超音波発生手段が圧電素子により構成されている超音波霧化装置に比べて周波数のより高い超音波を発生することが可能であり、しかも、静電霧化装置に比べてより低い電圧で駆動することができるので、静電霧化装置に比べて低コスト化が可能で且つ粒径がナノメータサイズの液滴を生成することが可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記対象液体へ照射する電子線の量を可変な電子放出手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、電子放出手段から前記対象液体へ照射する電子線の量を調整することによりマイナスイオンの量を制御することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記対象液体を霧化することで生成された液滴の群へ照射する電子線の量を可変な電子放出手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、電子放出手段から液滴へ照射する電子線の量を調整することによりマイナスイオンの量を制御することができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、前記電子放出手段は、下部電極と、表面電極と、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加したときに作用する電界により電子が通過する電子通過層とを備え表面電極を通して電子が放出される電子源であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、表面電極と下部電極との間に印加する電圧により電子線の量を制御性良く調整することができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記電子通過層は、前記下部電極の厚み方向に沿って形成された複数の柱状の半導体結晶と、半導体結晶間に介在する多数のナノメータオーダの半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜とを有することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記電子放出手段として低真空中や大気中への電子放出が可能で小型化および低コスト化が可能な電子源を用いるので、前記電子放出手段を設けたことによる装置全体の大型化およびコストアップを抑制することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６発明において、前記対象液体が水であり、前記超音波発生手段から発生させる超音波の周波数が１０ＭＨｚ以上であることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記対象液体である水から粒径がナノメータサイズの液滴を生成することができ、室内の壁面などに付着した臭い成分、カビ、ウイルス、菌なども除去可能となる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記超音波発生手段から発生させる超音波の周波数を調整する周波数調整手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、前記超音波発生手段から発生させる超音波の周波数を調整することで液滴の粒径をマイクロメータサイズからナノメータサイズまで制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１、２の発明では、従来のように超音波発生手段が圧電素子により構成されている超音波霧化装置に比べて周波数のより高い超音波を発生することが可能であり、しかも、静電霧化装置に比べてより低い電圧で駆動することができるので、静電霧化装置に比べて低コスト化が可能で且つ粒径がナノメータサイズの液滴を生成することが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施形態１）
以下、本実施形態の超音波霧化装置は、図１（ａ）に示すように、対象液体Ａを所定空間へ供給（放出）する液体供給手段１から所定空間へ供給された対象液体Ａへ、超音波を発生する超音波発生素子２から超音波２ａを作用させることで対象液体Ａを霧化して多数の液滴（ミスト）Ｂを生成するものである。なお、対象液体Ａとしては、水や、所望の機能を有する機能水（例えば、殺菌作用を有する液体、抗ウイルス作用を有する液体、抗カビ作用を有する液体、脱臭作用を有する液体、芳香作用を有する液体、人体に有用なビタミン、ミネラルなどの成分を含む液体など）を使用用途に応じて適宜採用すればよい。
【００２６】
超音波発生素子２は、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板からなる基板２１と、基板２１の厚み方向の一表面側に形成され基板２１に比べて熱伝導率が十分に小さな多孔質シリコン層からなる断熱層２２と、断熱層２２上に形成され断熱層２２よりも熱伝導率および導電率それぞれが大きな金属薄膜（例えば、金薄膜など）からなる発熱体２３とを備えて発熱体２３への交流電流の通電に伴う発熱体２３と媒体との熱交換により超音波を発生する。ここに、本実施形態では、超音波発生素子２が対象液体Ａへ作用させる超音波を発生する超音波発生手段を構成している。また、上記媒体が空気であり、超音波発生素子２では、発熱体２３へ交流電流を通電することにより発熱体２３が発熱し、発熱体２３近傍の空気との間で効率的な熱交換が起こり、空気の膨張・圧縮の結果、超音波が発生する。なお、発熱体２３は平面形状が適宜パターニングされ、通電用の一対のパッド（図示せず）が接続されている。また、本実施形態では、多孔質シリコン層が多孔質半導体層を構成している。
【００２７】
本実施形態の超音波発生素子２では、図示しない周波数可変の交流電源からパッド間に印加する交流電圧（駆動電圧）の周波数を調整することにより、発生する超音波の周波数を変化させることができ、超音波霧化装置の使用用途に応じて液滴のサイズをマイクロメータサイズからナノメータサイズまで制御することが可能となる。なお、本実施形態では、周波数可変の交流電源が、超音波発生手段から発生させる超音波の周波数を調整する周波数調整手段を構成している。また、超音波発生素子２の駆動電圧は数Ｖ〜数十Ｖ程度である。
【００２８】
ここに、超音波発生素子２により発生する超音波の周波数ｆ（Ｈｚ）と、発熱体２３が１周期当たりに熱交換する空気層の厚さｄ（ｍ）、超音波発生素子２により発生する超音波の波長λ（ｍ）との関係はそれぞれ図２中の「イ」、「ロ」のような関係（すなわち、ｄ∝ｆ−０．５、λ∝ｆ−１）になり、「イ」の直線と「ロ」の直線とが交差する周波数である５ＧＨｚが超音波発生素子２の理論的な周波数限界となる。したがって、超音波発生素子２からは、１０ＭＨｚ以上の超音波も発生させることができる。
【００２９】
ところで、本実施形態における超音波発生素子２では、基板２１として単結晶のシリコン基板を用いており、断熱層２２を多孔質シリコン層により構成しているので、基板１の一部をフッ化水素水溶液中で陽極酸化することにより断熱層２２を形成することができ、断熱層２２上に金属薄膜を蒸着法やスパッタ法などにより堆積して当該金属薄膜をリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングすることによって発熱体２３を形成することができるから、いわゆるシリコンプロセスを利用して超音波発生素子２を容易に製造することができる。なお、断熱層２２は、多孔質シリコン層に限らず、例えば、多結晶シリコン層をフッ化水素水溶液中で陽極酸化することにより形成した多孔質多結晶シリコン層や、シリコン以外の半導体材料からなる多孔質半導体層でもよい。
【００３０】
しかして、本実施形態の超音波霧化装置では、対象液体Ａへ作用させる超音波を発生する超音波発生手段として上述の図１（ｂ）の構成を有する超音波発生素子２を用いていることにより、従来のように超音波発生手段が圧電素子により構成されている超音波霧化装置に比べて周波数のより高い超音波を発生することが可能であり、しかも、静電霧化装置に比べてより低い電圧で駆動することができるので、静電霧化装置に比べて低コスト化が可能で且つ粒径がナノメータサイズの液滴を生成することが可能となる。なお、対象液体Ａが水である場合に液滴Ｂの粒径をナノメータサイズとするには、上述の図１０から分かるように超音波の周波数が１０ＭＨｚ以上となるように超音波発生素子２を駆動すればよい。また、上述の静電霧化装置では、高電圧電源が必要なので、高電圧を発生する高電圧回路などのコストが高くなるとともに取り扱いに注意が必要であったり、オゾンの発生に伴う異臭の発生などの懸念があったが、本実施形態の超音波霧化装置では、超音波発生素子２の駆動電圧が数Ｖ〜数十Ｖ程度なので、これらの問題への対策を施す必要がないという利点がある。
【００３１】
また、本実施形態の超音波霧化装置では、粒径がナノメータサイズの液滴を生成することが可能であるとともに、いわゆるレナード効果によるマイナスイオンの発生も期待でき、抗カビ、抗ウイルス、抗菌、脱臭などの作用がある。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態の超音波霧化装置は、図３に示すように、対象液体Ａを入れる上面開口した直方体状の容器３と、容器３の下方に容器３から離間して配置された超音波発生素子２とを備えており、超音波発生素子２が実施形態１と同じ構成を有している点に特徴がある。なお、超音波発生素子２は実施形態１にて説明した発熱体２３（図１（ｂ）参照）が容器３の底面に対向するように配置してある。
【００３３】
しかして、本実施形態の超音波霧化装置においても、超音波発生手段として実施形態１と同じ構成の超音波発生素子２を用いているので、従来のように超音波発生手段が圧電素子により構成されている超音波霧化装置に比べて周波数のより高い超音波を発生することが可能であり、しかも、静電霧化装置に比べてより低い電圧で駆動することができるので、静電霧化装置に比べて低コスト化が可能で且つ粒径がナノメータサイズの液滴を生成することが可能となる。
【００３４】
（実施形態３）
本実施形態の超音波霧化装置の構成は実施形態２と略同じであり、図４に示すように、超音波発生素子２が容器３の一部を構成している点に特徴がある。ここに、超音波発生素子２の構成は上記各実施形態と同じである。本実施形態では、矩形枠状のフレーム３１と、矩形板状の超音波発生素子２とで容器３を構成しており、超音波発生素子２の発熱体２３（図１（ｂ）参照）が対象液体Ａと直接接触することになるので、実施形態１にて説明した媒体が対象液体Ａとなる。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
しかして、本実施形態の超音波霧化装置では、超音波発生素子２から発生する超音波を対象液体Ａへ空気を介さずに直接作用させることができるので、実施形態２の超音波霧化装置に比べて超音波エネルギのロスを少なくすることができるから、超音波エネルギの利用効率を高めることができ、低消費電力化を図れる。
【００３６】
（実施形態４）
本実施形態の超音波霧化装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図５（ａ）に示すように、対象液体Ａへ照射する電子線の量を可変な電子放出手段たる電子源４を備えている点が相違する。ここに、図５中の矢印４ａは電子源４から放出された電子線を示している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
電子源４は、図５（ｂ）に示すように、導電性基板としてのｎ形シリコン基板５の主表面（一表面）側に強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に単層構造ないし多層構造の金属薄膜からなる表面電極７が形成されている。ここに、表面電極７の厚さは１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度に設定されている。また、ｎ形シリコン基板５の裏面にはオーミック電極８が形成されており、ｎ形シリコン基板５とオーミック電極８とで下部電極４１を構成している。なお、図５（ｂ）に示した例では、強電界ドリフト層６が電子通過層を構成しているが、ｎ形シリコン基板５と強電界ドリフト層６との間にノンドープの半導体層（例えば、多結晶シリコン層）を介在させて半導体層と強電界ドリフト層６とで電子通過層を構成するようにしてもよい。
【００３８】
強電界ドリフト層６は、後述のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを行うことにより形成されており、図６に示すように、少なくとも、下部電極４１の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜である多数のシリコン酸化膜（絶縁膜）６４とから構成されると考えられる。ここに、各グレイン５１は、下部電極４１の厚み方向に延びている（つまり、ｎ形シリコン基板５の厚み方向に延びている）。
【００３９】
上述の電子源４から電子を放出させるには、例えば、表面電極７が下部電極４１に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極４１との間に駆動電源（図示せず）から電圧を印加すればよい。ここに、表面電極７と下部電極４１との間に印加する電圧を適宜に設定すれば、下部電極４１から電子通過層へ注入された電子が電子通過層をドリフトし表面電極７を通して放出される。なお、本実施形態における電子源４では、表面電極７と下部電極４１との間に印加する電圧を１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができ、当該電圧が大きいほどエミッション電流が大きくなる。
【００４０】
本実施形態における電子源４の基本構成は周知であり、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７と下部電極４１との間に表面電極７を高電位側として駆動電源から電圧を印加することにより、下部電極４１から強電界ドリフト層６へ電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図６中の矢印の向き（図６における上向き）へドリフトし、表面電極７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極４１から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極７を通して放出され、強電界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。ここに、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし放出される。なお、図５（ｂ）に示す構成の電子源４は、電子放出特性の真空度依存性が小さく、低真空中や大気中への電子放出も可能である。また、電子放出手段は、上述の電子源４に限定するものではなく、例えば、上記電子通過層として酸化若しくは窒化した単結晶シリコン層を採用した構成の電子源や、上記電子通過層として絶縁体層を採用した構成のＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）型の電子源や、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconductor）型の電子源であってもよい。
【００４１】
以下、上述の電子源４の製造方法について簡単に説明する。
【００４２】
まず、下部電極４１上にノンドープの多結晶シリコン層を例えばＬＰＣＶＤ法などにより形成した後、上述のナノ結晶化プロセスを行うことにより、多結晶シリコンの多数のグレイン５１（図６参照）と多数のシリコン微結晶６３（図６参照）とが混在する複合ナノ結晶層（以下、第１の複合ナノ結晶層と称す）を強電界ドリフト層６の形成予定部位に形成する。ここにおいて、ナノ結晶化プロセスでは、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、下部電極４１を陽極とし、電解液中において多結晶シリコン層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、５００Ｗのタングステンランプからなる光源により多結晶シリコン層の主表面に光照射を行いながら、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２の電流）を所定時間（例えば、１０秒）だけ流すことによって、多結晶シリコンのグレイン５１およびシリコン微結晶６３を含む第１の複合ナノ結晶層を形成する。
【００４３】
ナノ結晶化プロセスが終了した後に、上述の酸化プロセスを行うことで第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化することによって、図６のような構成の複合ナノ結晶層（以下、第２の複合ナノ結晶層と称す）からなる強電界ドリフト層６を形成する。酸化プロセスでは、エチレングリコールからなる有機溶媒中に０．０４ｍｏｌ／ｌの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液よりなる電解液を用い、下部電極４１を陽極とし、電解液中において第１の複合ナノ結晶層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、下部電極４１を陽極とし、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２の電流）を流し陽極と陰極との間の電圧が２０Ｖだけ上昇するまで第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化することによって、上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む第２の複合ナノ結晶層からなる強電界ドリフト層６を形成するようになっている。なお、本実施形態では、上述のナノ結晶化プロセスを行うことによって形成される第１の複合ナノ結晶層においてグレイン５１、シリコン微結晶６３以外の領域はアモルファスシリコンからなるアモルファス領域となっており、強電界ドリフト層６においてグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４以外の領域がアモルファスシリコン若しくは一部が酸化したアモルファスシリコンからなるアモルファス領域６５となっているが、ナノ結晶化プロセスの条件によってはアモルファス領域６５が孔となり、このような場合の第１の複合ナノ結晶層は多孔質多結晶シリコン層とみなすことができる。
【００４４】
強電界ドリフト層６を形成した後に、例えば蒸着法などによって金属薄膜からなる表面電極７を形成することにより、図５（ｂ）に示す構造の電子源４が得られる。
【００４５】
以上説明した製造方法から分かるように、電子源４は超音波発生素子２と同様にいわゆるシリコンプロセスを利用して製造することができ、しかも、超音波発生素子２と同様の材料、プロセスを利用して製造することができる。このようなプロセスで製造される電子源４は、スピント（Spindt）型電極のような電子源に比べて製造が容易で低コスト化が可能であるととともに、低真空中や大気中へも電子を安定して放出できるという利点がある。
【００４６】
なお、本実施形態における電子源４では、ｎ形シリコン基板５とオーミック電極８とで下部電極４１を構成しているが、例えば図７に示すように、絶縁性を有するガラス基板よりなる絶縁性基板９の一表面上に形成した導電性層１０を下部電極としてもよい。また、上述の電子源４では、シリコン酸化膜６４が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００４７】
しかして、本実施形態の超音波霧化装置では、電子源４から対象液体Ａへ照射する電子線の量を電子源４の駆動電圧を調整することで制御することにより、発生するマイナスイオンの量を制御することができる。  （実施形態５）
本実施形態の超音波霧化装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、対象液体Ａを霧化することで生成された液滴Ｂの群へ照射する電子線の量を可変な電子放出手段たる電子源４を備えている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、電子源４の構成は実施形態４と同じなので説明を省略する。
【００４８】
しかして、本実施形態の超音波霧化装置では、電子源４から液滴Ｂの群へ照射する電子線の量を電子源４の駆動電圧を調整することで制御することにより、発生するマイナスイオンの量を制御することができる。
【００４９】
（実施形態６）
本実施形態では、上記各実施形態１〜５のいずれかに記載の超音波霧化装置を備えた空気清浄機について説明するが、上記各実施形態１〜５のいずれかに記載の超音波霧化装置は、空気清浄機に限らず、加湿器などにも利用できる。
【００５０】
本実施形態における空気清浄機は、図９に示すように、上記各実施形態１〜５のいずれかに記載の超音波霧化装置７１、超音波霧化装置７１から発生した液滴Ｂおよびマイナスイオンを室内へ送り出すファンからなる送出手段７２、空気から塵、埃などの空気汚染物質を除去する空気清浄用フィルタからなる空気清浄部７３などを備えており、超音波霧化装置７１、送出手段７２、空気清浄部７３が装置本体７０内に収納されている。なお、超音波霧化装置７１から発生した液滴Ｂおよびマイナスイオンは装置本体７０に設けた窓部７４を通して室内へ送られるようになっている。
【００５１】
しかして、本実施形態の空気清浄機では、上記各実施形態１〜５のいずれかに記載の超音波霧化装置７１を備えていることにより、ナノメータサイズの液滴Ｂを室内へ送り出すことができるので、従来の圧電素子を利用した超音波霧化装置を備えた空気清浄機では除去できなかった室内の壁面等に付着した臭い成分、カビ、ウイルス、菌などを除去することができる。
【００５２】
ところで、上記各実施形態では、超音波発生素子２の発熱体２３を金属薄膜により構成してあるが、発熱体２３を断熱層２２の多孔質シリコン層よりも熱伝導率および導電率それぞれが大きな多孔質半導体層（例えば、多孔質シリコン層など）により構成してもよいし、断熱層２２を設けずに基板２１の上記一表面側に多孔質半導体層（例えは、多孔質シリコン層など）からなる発熱体２３を形成した構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は超音波霧化装置の概略構成図、（ｂ）は超音波発生素子の概略断面図である。
【図２】同上における超音波発生素子の動作説明図である。
【図３】実施形態２を示す超音波霧化装置の概略構成図である。
【図４】実施形態３を示す超音波霧化装置の概略構成図である。
【図５】実施形態４を示し、（ａ）は超音波霧化装置の概略構成図、（ｂ）は電子源の概略断面図である。
【図６】同上における電子源の要部概略構成図である。
【図７】同上における電子源の他の構成例を示す概略断面図である。
【図８】実施形態５を示す超音波霧化装置の概略構成図である。
【図９】実施形態６における空気清浄機の概略構成図である。
【図１０】従来例の特性説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  液体供給手段
２  超音波発生素子
２ａ  超音波
２１  基板
２２  断熱層
２３  発熱体
Ａ  対象液体
Ｂ  液滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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