(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波を生成する弾性表面波基板を備え、
前記基板の表面に供給される液体を該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、
前記基板の表面の一部に他部よりも表面粗さの大きい粗面領域が形成され、前記粗面領域によって該粗面領域の内外に疎水性の差が作られており、
前記粗面領域に供給された液体が該領域内に保持されるようにしたことを特徴とする弾性表面波霧化装置。
【請求項２】
前記粗面領域に接するように配置され、液体を含浸する液体供給材を備え、
前記液体供給材から液体を弾性表面波によって広がりの促進をしつつ霧化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。
【請求項３】
前記粗面領域に液面が接触するように液体を収容する液体容器を備え、
前記液面から液体を弾性表面波によって広がりの促進をしつつ霧化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。
【請求項４】
前記粗面領域は、液体を広げる方向に粗さの方向性を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の弾性表面波霧化装置。
【請求項５】
前記粗面領域は、表面粗さの異なる複数の粗面領域からなり、
前記複数の粗面領域のうち互いに隣接する粗面領域は、液体を広げる方向側の粗面領域のほうが表面粗さが大きいことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の弾性表面波霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を用いた霧化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性表面波が伝搬している圧電材料などからなる弾性表面波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振動しつつ流動し、微小粒子となって飛翔する現象が知られており、この現象により液体を霧化する装置が知られている。弾性表面波は、通常、弾性表面波基板上に設けた交差指電極（Interdigital transducer:  IDT）に高周波電圧が印加されることによって、その基板表面に生成される。
【０００３】
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には、基板表面に液体を薄く広げることが必要である。図８に示されるような従来の弾性表面波霧化装置７０において、弾性表面波基板７１上に供給された液体７６は、弾性表面波によって流動して広がる。しかし、液体７６が広がる範囲を限定することは困難であり、液体７６が微少粒子７７に霧化する前に基板７１の外周に達すると、液体７６が基板外に漏れて損失するとともに、装置７０周辺が落下した液体７６で汚損する。
【０００４】
また、液体が交差指電極（以下、電極という）に達すると、電極に付着して電極に腐食、短絡、断線などの損傷が生じる。そこで、電極の上に絶縁性の保護膜を薄層に形成したり、電極が形成された基板表面と弾性表面波を伝搬する基板表面との間を疎水処理した弾性表面波霧化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記の装置において、保護膜の形成や疎水処理は高コストとなり、形成した保護膜や疎水化膜は耐久性の問題もある。
【０００６】
また、液体を基板の外周や電極に達する前に完全に霧化させるために、基板に液体を供給する量とタイミング等を制御する弾性表面波霧化装置も考えられるが、そのような装置は、制御をする分、高コストとなる。
【特許文献１】特開平１１−１１４４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、簡単かつ低コストな構成により、基板上の一部領域に液体を保持し、液体が電極に付着したり基板外に漏れたりすることを防ぐことができ、耐久性が高まると共に、その領域内で弾性表面波によって液体の広がりを促進して効率的に霧化することが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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、弾性表面波を生成する弾性表面波基板を備え、前記基板の表面に供給される液体を該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、前記基板の表面の一部に他部よりも表面粗さの大きい粗面領域が形成され、前記粗面領域によって該粗面領域の内外に疎水性の差が作られており、前記粗面領域に供給された液体が該領域内に保持されるようにしたものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弾性表面波霧化装置において、前記粗面領域に接するように配置され、液体を含浸する液体供給材を備え、前記液体供給材から液体を弾性表面波によって広がりの促進をしつつ霧化するものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の弾性表面波霧化装置において、前記粗面領域に液面が接触するように液体を収容する液体容器を備え、前記液面から液体を弾性表面波によって広がりの促進をしつつ霧化するものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の弾性表面波霧化装置において、前記粗面領域は、液体を広げる方向に粗さの方向性を有するものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の弾性表面波霧化装置において、前記粗面領域は、表面粗さの異なる複数の粗面領域からなり、前記複数の粗面領域のうち互いに隣接する粗面領域は、液体を広げる方向側の粗面領域のほうが表面粗さが大きいものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、基板表面の一部に粗面領域を形成するという簡単かつ安価な構成によって、液体が粗面領域に保持され、液体が電極に付着したり基板外に漏れたりすることを防ぐことができ、耐久性が高まると共に、粗面領域内で弾性表面波によって液体が薄く広がるので効率的な霧化ができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、液体供給材に含浸された液体が弾性表面波基板に生成される弾性表面波によって粗面領域内で広がりが促進されるので、液体送り機構が不要となり、液体の過供給に起因する霧化の効率低下を低減できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、液体を液面から直接に粗面領域に供給することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、粗面領域が液体を広げる方向に粗さの方向性を有するので、液体を効率良く広げて霧化することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、隣接する粗面領域間の表面張力の差によって、液体を容易に広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波霧化装置について図１を参照して説明する。弾性表面波霧化装置１０（以下、霧化装置という）は、弾性表面波を生成するための電極１２が形成された弾性表面波基板１１（以下、基板という）を備える。電極１２は、離間して対向する一対の交差指電極であり、圧電材料などから成る基板１１の表面に形成され、高周波電源１３に電気的に接続される。基板１１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、基板１１は、非圧電基板の表面に圧電体薄膜、例えば、ＰＺＴ薄膜（鉛、ジルコニューム、チタン合金薄膜）などを形成したものでもよい。その圧電体薄膜の表面部分において、弾性表面波が生成される。
【００１９】
霧化装置１０は、基板１１の表面１９の一部に表面粗さの大きい粗面領域１４が形成されている。粗面領域１４の粗面１５は、粗面化処理により形成された面である。粗面化処理は、種々の処理方法があり、例えば、研磨剤を表面に吹き付けるサンドブラストなどがある。粗面化処理がされていない粗面領域１４外は、表面粗さが粗面１５よりも小さい平滑面１８となっている。粗面領域１４は、基板１１の外周より内側の表面１９上に形成される。また、電極１２は、粗面領域１４の外、すなわち、平滑面１８上に設けられる。
【００２０】
上記構成において、電極１２に高周波電源１３から高周波（例えば、ＭＨｚ帯）電圧を印加することにより、電気的エネルギが波の機械的エネルギに変換されて、基板１１の表面１９にレイリー波と呼ばれる弾性表面波が生成される。基板１１の表面１９に供給された液体１６は、弾性表面波によって流動すると共に、微小粒子１７に霧化する。すなわち、弾性表面波によって液体１６を広がりの促進をしつつ霧化することができる。なお、液体１６は、例えば、水などであり、霧化装置１０の霧化対象であって構成要素ではない。
【００２１】
粗面の作用について図２及び図３を参照して説明する。ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などの表面１９は、粗面化処理をしなければ、鏡面状態の平滑面１９ａであり、疎水性である。図２に示すように、液体は、平滑面１９ａ上では表面張力が大きく、レンズ状の液滴１６ａが形成されて保持される。一方、図３に示すように、表面粗さが大きい粗面１９ｂでは、毛細管現象によって表面１９の疎水性が失われ、液体１６ｂは粗面１９ｂ上を広がる。
【００２２】
本発明は、このような疎水性の差を利用するものであり、基板１１の表面１９の一部に粗面領域１４を形成し、その粗面領域１４の内外に疎水性の差を作り、粗面領域１４に供給された液体１６が粗面領域１４内に保持されるようにしている。
【００２３】
このように、基板１１の表面１９の一部に粗面領域１４を形成するという低コストで耐久性を有する構成によって、液体１６が粗面領域１４に保持され、液体１６が電極１２に付着したり基板１１外に漏れたりすることを防ぐことができると共に、粗面領域１４内で弾性表面波によって液体１６が広がるのが促進されるので効率的な霧化ができる。
【００２４】
粗面領域１４は、基板１１の外周より内側に形成されるので、液体１６が基板１１の外周から漏れ出すことがない。また、電極１２を粗面領域１４の外に設けられるので、液体１６が電極１２に付着して損傷することがない。
【００２５】
従って、本発明は、電極１２を保護するための疎水処理が不要であり、疎水処理の耐久性の問題は生じない。また、液体１６を表面上に広げるために、基板の表面に親水化処理で親水化膜を形成する場合には、親水化膜が剥がれるという耐久性の問題が生じる。しかし、本発明では粗面領域１４の粗面１５は、剥がれることはなく、効果が長期間持続する。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る霧化装置について図４を参照して説明する。本実施形態の霧化装置２０は、液体供給材２２が粗面領域１４に接するように配置され、液体１６を含浸する。その他の構成は、第１の実施形態の霧化装置１０と同様である。液体供給材２２は、液体を含浸するものであり、フェルト、紙、多孔質材料など、液体を含浸することができる材料から適宜選択される。
【００２７】
上記構成において、霧化装置２０は、液体供給材２２から液体１６を弾性表面波によって粗面領域１４内で広がりを促進しつつ霧化する。
【００２８】
液体供給材２２に含浸された液体１６が基板１１に生成される弾性表面波によって広がりが促進されるので、液体送り機構が不要となり、液体１６の供給が簡易であり、液体１６の過供給に起因する霧化の効率低下を低減できる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態に係る霧化装置について図５を参照して説明する。本実施形態の霧化装置３０は、粗面領域１４に液面が接触するように液体１６を収容する液体容器３２を備えており、その他の構成は、第２の実施形態の霧化装置２０と同様である。基板１１は、液体容器３２に斜め上方から挿入されている。
【００３０】
上記構成において、基板１１の粗面領域１４が液体容器３２内の液体１６に接触した状態で、基板１１に弾性表面波が生成される。これにより、液体１６は、液面からを基板１１の粗面領域１４内を広がりつつ霧化する。
【００３１】
本実施形態においては、液体１６を液面から直接に粗面領域１４に供給することができる。また、液体容器３２を透光性にすると液体１６の残存量を容易に視認できる。
【００３２】
次に、本発明の第４の実施形態に係る霧化装置について図６を参照して説明する。本実施形態の霧化装置４０は、粗面領域４４が液体を広げる方向に粗さの方向性を有しており、その他の構成は、第２の実施形態の霧化装置２０と同様であり、液体供給材２２が粗面領域４４に接するように配置される。表面を粗さの方向性を有するように粗らす方法は、例えば、回転するベルト状の研磨材を用いるベルトサンダー法や、回転するワイヤーバフを用いるブラッシ法などがあり、対象物の表面に方向性のある筋模様が形成される。
【００３３】
上記の構成において、液体供給材２２に含浸された液体１６は、粗面領域４４の粗さの方向性に沿って、弾性表面波によって広がりが促進される。粗面領域４４が液体を広げる方向に粗さの方向性を有するので、その方向性によって液体の効率良く広げることができる。本実施形態の粗面領域４４を前記の第３又は第４の実施形態と組み合わせて実施することも可能である。
【００３４】
次に、本発明の第５の実施形態に係る霧化装置について図７を参照して説明する。本実施形態の霧化装置５０において、粗面領域は、表面粗さの異なる複数の粗面領域５４及び５５からなり、互いに隣接する第１の粗面領域５４及び第２の粗面領域５５は、液体１６を広げる方向側の粗面領域５５のほうが表面粗さが大きく、その他の構成は、第２の実施形態の霧化装置２０と同様であり、液体供給材２２が粗面領域５４に接するように配置される。
【００３５】
上記の構成において、液体は、液体供給材２２から第１の粗面領域５４内を第２の粗面領域５５に向かって弾性表面波によって広がりが促進され、第２の粗面領域５５との境界に達すると、表面粗さの大きい第２の粗面領域５５のほうが表面張力が小さいので、第２の粗面領域５５に容易に広がる。粗面領域が表面粗さの異なる３以上の粗面領域からなる場合も同様であり、液体を広げる方向に段階的に表面粗さを大きくすれば、その方向に液体の容易に広げることができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、粗面をエッチングにより弾性表面波基板の表面に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の斜視図。
【図２】物体表面上に存在する液体において表面張力が大きい際の液体の断面形状の説明図。
【図３】物体表面上に存在する液体において物体表面が粗面である場合の液体の断面形状の説明図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の斜視図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の斜視図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の斜視図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の斜視図。
【図８】従来の弾性表面波霧化装置の斜視図。
【符号の説明】
【００３８】
１０、２０、３０、４０、５０  弾性表面波霧化装置
１１  弾性表面波基板
１２  電極
１４、４４、５４、５５  粗面領域
１５  粗面
１６  液体
２２  液体供給材
３２  液体容器
【図１】
0005362210.tif 000002
【図２】
0005362210.tif 000003
【図３】
0005362210.tif 000004
【図４】
0005362210.tif 000005
【図５】
0005362210.tif 000006
【図６】
0005362210.tif 000007
【図７】
0005362210.tif 000008
【図８】
0005362210.tif 000009