(57)【要約】【課題】本発明は液体が滴下された領域を自動的に洗浄する機構を備え、複数の種類の液体を混ざり合うことなく連続的に霧化させることのできる超音波霧化装置を提供する。【解決手段】本発明の超音波霧化装置においては、霧化させたい液体を滴下して弾性表面波により液体を霧化させる、洗浄液を滴下して弾性表面波により洗浄液を霧化あるいは流動させることで洗浄を行う、という動作を交互に行うことにより、液体が滴下される領域を清浄に保ち、複数の種類の液体を混ざり合うことなく連続的に霧化させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の概同一の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、液滴が滴下される部分を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項２】
少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の別々の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、圧電材料表面上を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項３】
少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の概同一の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、液滴が霧化されて微粒子化した際に微粒子を装置外部へ拡散させないための覆いと、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、液滴が滴下される部分を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項４】
少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の別々の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、液滴が霧化されて微粒子化した際に微粒子を装置外部へ拡散させないための覆いと、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、圧電材料表面上を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の超音波霧化装置を用いた匂い再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子を用いた超音波霧化装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
基材上に弾性表面波を発生させるとともに、基材上に発生された弾性表面波を受信する弾性表面波素子は、従来からよく知られている。
【０００３】
弾性表面波とは、通常のバルク波と呼ばれる縦波や横波と異なり、物質表面にそのエネルギーの多くを集中して伝播する弾性波のことである。弾性表面波の例としては、レーリー波、セザワ波、擬セザワ波、ラブ波等が挙げられる。
【０００４】
弾性表面波素子の中でも最もよく知られた構造として、平面型の弾性表面波素子がある。平面型の表面弾性波素子においては、平坦な基材上に配置された平坦な圧電材料上に一対の櫛型電極が設けられている。この櫛型電極に高周波を印加すると弾性表面波が発生して圧電材料表面を伝播する。
【０００５】
このような平面型の弾性表面波素子の応用例のひとつとして、弾性表面波によって液体を霧化させる超音波霧化装置が挙げられる。
【０００６】
超音波霧化装置の一例としては、櫛型電極に高周波を印加して弾性表面波を発生させて圧電材料表面を伝播させ、この弾性表面波の伝播経路上に液滴を滴下することで弾性表面波のエネルギーを液滴に伝え、これにより液滴を霧化、飛翔させる、という構成の装置が挙げられる（特許文献１参照）。
【０００７】
このような超音波霧化装置を利用することによって、水、水溶液、有機液体、オイル、各種処理液、薬液、インク、匂い物質など各種の液体を、粒径数十〜数百μｍ程度の微粒子に霧化させることが可能になる。このような超音波霧化装置は、従来のインクジェット法などと比較してより粒径の小さい微粒子を得ることができること、揮発性の低い液体であっても容易に霧化できること、などの特徴を有しており、表面処理装置、印刷機、医療機器、匂い再生装置など広範な用途への応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１４４６７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】月刊ディスプレイ  ２０１０年９月号  Ｖｏ；１６，Ｎｏ．９、ｐｐ．７２−７９（ＩＳＳＮ  １３４１−３９６１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような超音波霧化装置で複数の種類の液体を連続して霧化させる場合、先に滴下された液体が残った状態で別の種類の液体が滴下されると、異なる種類の液体が同時に霧化されてしまう現象（以下「コンタミネーション」と略記する）の発生が懸念される。特に、超音波霧化装置を匂い再生装置として応用することを考えた場合、コンタミネーションが発生すると複数の匂い物質が混ざり合った状態で霧化されてしまい、所望の匂いを再現することができず好ましくない。コンタミネーションを防ぐためには、液体を滴下して霧化させた後、液体が滴下された領域を機械的に洗浄あるいは清拭する機構を備える必要があるが、そのためには装置が大型化、複雑化することが予想される。
【００１１】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、液体が滴下された領域を自動的に洗浄する機構を備えた超音波霧化装置であり、より簡単な機構で、コンタミネーションを防ぎながら複数の種類の液体を霧化させることを特徴としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に対応する発明は、少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の概同一の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、液滴が滴下される部分を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置である。
【００１３】
また、請求項２に対応する発明は、少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の別々の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、圧電材料表面上を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置である。
【００１４】
また、請求項３に対応する発明は、少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の概同一の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、液滴が霧化されて微粒子化した際に微粒子を装置外部へ拡散させないための覆いと、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、液滴が滴下される部分を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置である。
【００１５】
また、請求項４に対応する発明は、少なくとも圧電材料表面上に設けられた二組の櫛型電極と、前記櫛型電極によって発生する弾性表面波の伝播経路上の別々の箇所に液滴を滴下するための二組の液体滴下装置と、液滴が霧化されて微粒子化した際に微粒子を装置外部へ拡散させないための覆いと、を有しており、前記二組の液体滴下装置の内の一方からは、圧電材料表面上を洗浄するための洗浄液が滴下されることを特徴とする超音波霧化装置である。
【００１６】
また、請求項５に対応する発明は、請求項１から４のいずれかに記載の超音波霧化装置を用いた匂い再生装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、液体が滴下された領域を洗浄する機構を備えた超音波霧化装置を用いることにより、簡単な機構で、コンタミネーションを防ぎながら、複数の種類の液体を連続的に霧化させることが可能となる。特に、本発明に記載の超音波霧化装置を匂い再生装置として用いた場合、従来の技術と比較して、複数の匂い物質を、混ざり合うことなく連続的に霧化、提示させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る超音波霧化装置の斜視図および断面図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る超音波霧化装置の断面図である。
【図３】本発明の実施形態３の発明に係る超音波霧化装置の斜視図および断面図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る超音波霧化装置の断面図である。
【図５】本発明の実施形態５に係る超音波霧化装置の断面図である。
【図６】本発明の実施形態６に係る超音波霧化装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る超音波霧化装置の構成および実施の形態について、図面を参照しながら説明を行う。
【実施形態１】
【００２０】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態１に係る超音波霧化装置の斜視図および断面図である。図１に示したように、本発明の超音波霧化装置は、平板状に切り出された圧電材料１１の表面に、櫛型電極１２および１３を設けた構造となっている。圧電材料１１は、水晶、ランガサイト、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、などのような材料からなる。また櫛型電極１２および１３は、銅、銀、金、白金、クロムなどのような金属材料からなり、圧電材料１１の表面に蒸着、スパッタ、リソグラフィー、印刷、無電解めっきなどのような公知の技術を適宜組み合わせることにより形成される。
【００２１】
櫛型電極１２および１３はそれぞれ、圧電材料１１の外部に設けられた高周波電源３１および３２に接続されており、弾性表面波を発生させて圧電材料１１の表面を伝播させることができる。なお、図１において櫛型電極１２および１３は、圧電材料１１上で対向するように設けられているが、必ずしもこの形態に限定される必要はない。櫛型電極１２および１３において発生する弾性表面波の伝播する方向が、圧電材料１１上において交わるように設計されていればよい。
【００２２】
また圧電材料１１に対して鉛直な方向の上部には、液体滴下装置２１および２２が設けられている。液体滴下装置２１および２２は、液体を任意の量、任意のタイミングで圧電材料１１上に滴下できるような機能を有している。また、液体滴下装置２１および２２から滴下される液体は、圧電材料１１上において櫛型電極１２と櫛型電極１３との中間点付近に滴下されるようにしてもよい。液体滴下装置２１および２２には、電磁弁、ダイヤフラムバルブ、インクジェット素子、電気浸透流ポンプなどのような素子を用いてもよい。
【００２３】
なお、液体滴下装置２１および２２のうちの一方からは霧化させたい液体が、もう一方からは圧電材料１１上において前記液体が滴下される領域を洗浄するための洗浄液が供給される。洗浄液としては、霧化させたい液体を溶解することができる溶媒、例えば水、メタノール、エタノール、アセトン、クロロホルム、ベンゼン、トルエン、などのような液体を適宜選択して用いてよい。
【００２４】
例として、はじめに液体滴下装置２２からｎ−ブタノールを圧電材料１１上に滴下し、次に液体滴下装置２１から洗浄液としてアセトンを滴下し、さらに液体滴下装置２２から酢酸ブチルを滴下する場合を考える。
【００２５】
まず、液体滴下装置２２から所望の量のｎ−ブタノールを圧電材料１１上に滴下し、櫛型電極１３に高周波電源３２から高周波を印加する。このとき櫛型電極１３において弾性表面波が発生する。弾性表面波は圧電材料１１上において櫛型電極１３から櫛型電極１２の方向へと伝播する。この伝播経路上にはｎ−ブタノールが滴下されているため、ｎ−ブタノールは弾性表面波のエネルギーにより霧化される。
【００２６】
次に、液体滴下装置２１から洗浄液として適当な量のアセトンを圧電材料１１上に滴下する。櫛型電極１２に高周波電源３１から高周波を印加し、櫛型電極１２から櫛型電極１３の方向へ弾性表面波を伝播させる。伝播経路上にはアセトンが滴下されており、弾性表面波のエネルギーにより霧化される。このとき、圧電材料１１上にｎ−ブタノールが残っていてもアセトンにより溶解され、弾性表面波のエネルギーによりアセトンとともに霧化されるため、圧電材料１１上が洗浄されることが期待できる。
【００２７】
なお、櫛型電極１２および１３の設計、あるいは高周波電源３１および３２から印加される高周波の周波数、などを適宜調整することによって、櫛型電極１２および１３において発生する弾性表面波のエネルギーを利用して、液体を霧化させるだけでなく、液体を弾性表面波の伝播方向に沿って流動させることが可能になる。これを利用して、例えば液体滴下装置２２から滴下したｎ−ブタノールを櫛型電極１３で発生する弾性表面波のエネルギーによって霧化し、液体滴下装置２１から滴下したアセトンを櫛型電極１２で発生する弾性表面波のエネルギーによって流動、圧電材料１１上を櫛型電極１２から櫛型電極１３の方向へ進ませ、そのまま圧電材料１１の外部へ排出させることによって圧電材料１１上の洗浄を行ってもよい。
【００２８】
その後、液体滴下装置２２から所望の量の酢酸ブチルを圧電材料１１上に滴下する。櫛型電極１３に高周波電源３２から高周波を印加し、櫛型電極１３から櫛型電極１２の方向へ弾性表面波を伝播させると、弾性表面波のエネルギーによって酢酸ブチルが霧化される。このとき、圧電材料１１上は前記のアセトンの滴下によって洗浄されているので、酢酸ブチルは先に霧化されたｎ−ブタノールとコンタミネーションを起こすことがなく、純粋な酢酸ブチルを霧化させることが可能になる。
【００２９】
このように、液体滴下装置２２から霧化させたい液体を滴下して櫛型電極１３からの弾性表面波により液体を霧化させる、液体滴下装置２１から洗浄液を滴下して櫛型電極１２からの弾性表面波により洗浄液を霧化あるいは流動させることで圧電材料１１上を洗浄する、という動作を交互に行うことにより、圧電材料１１上を清浄に保ち、液体滴下装置２２から滴下される液体をコンタミネーションを起こすことなく霧化させることが可能になる。
【実施形態２】
【００３０】
図２は、本発明の実施形態２に係る超音波霧化装置の断面図である。図２に示した超音波霧化装置では、図１の超音波霧化装置と比較して、液体滴下装置２１および２２がそれぞれ、櫛型電極１２および１３により近接して設けられている点が異なっている。
【００３１】
図２に示した超音波霧化装置においても、液体滴下装置２２から霧化させたい液体を滴下して櫛型電極１３からの弾性表面波により液体を霧化させる、液体滴下装置２１から洗浄液を滴下して櫛型電極１２からの弾性表面波により洗浄液を霧化あるいは流動させることで圧電材料１１上を洗浄する、という動作を交互に行う点は図１の超音波霧化装置と同様である。ただし、液体滴下装置２１および２２がそれぞれ、櫛型電極１２および櫛型電極１３により近接して設けられているため、櫛型電極１２および櫛型電極１３で発生する弾性表面波のエネルギーをそれぞれ、液体滴下装置２１から滴下される洗浄液、および液体滴下装置２２から滴下される霧化させたい液体により効率よく伝達させ、エネルギーの損失を低減させることが可能になる。
【００３２】
なお、図１および図２の超音波霧化装置においては、液体滴下装置２１および２２は圧電材料１１に対して鉛直な方向に設けられているが、必ずしもこの形態に限定される必要はなく、任意の形態、例えば圧電材料１１に対して平行な方向、圧電材料１１に対して斜めの方向、などに配置されていて、霧化させたい液体および洗浄液を圧電材料１１上に滴下できるような形態を有していてもよい（図示せず）。
【実施形態３】
【００３３】
図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態３に係る超音波霧化装置の斜視図および断面図である。図３に示した超音波霧化装置は、図１に示した超音波霧化装置に加えて、圧電材料１１の上部に、圧電材料１１と平行して、覆い２３が設けられた構造を有している。覆い２３は、金属、樹脂、セラミックなどの材料からなり、圧電材料１１のうち、櫛型電極１３と、液体滴下装置２２から液体が滴下される領域付近を覆うように設けられている。また覆い２３には、図３に示したように、液体滴下装置２１および２２を貫通させるような切り欠き２４、あるいは開口部（不図示）を有していてもよい。
【００３４】
図３に示した超音波霧化装置においても、液体滴下装置２２から霧化させたい液体を滴下して櫛型電極１３からの弾性表面波により液体を霧化させる、液体滴下装置２１から洗浄液を滴下して櫛型電極１２からの弾性表面波により洗浄液を霧化あるいは流動させることで圧電材料１１上を洗浄する、という動作を交互に行う点は図１および図２の超音波霧化装置と同様である。ただし、圧電材料１１のうち、櫛型電極１３と、液体滴下装置２２から液体が滴下される領域付近は覆い２３によって覆われているため、液体滴下装置２２から滴下された液体は櫛型電極１３からの弾性表面波により霧化され、装置の外部へと拡散するのに対して、液体滴下装置２１から滴下された洗浄液は、櫛型電極１２からの弾性表面波により霧化されても、覆い２３が存在するため、装置の外部へと拡散することを防止することができる。これにより、液体滴下装置２２から滴下される霧化させたい液体のみを効率よく霧化させ、装置の外部へ拡散させることが可能になる。またこのとき、圧電材料１１と覆い２３との間に排気装置（不図示）などを設ければ、より確実に、液体滴下装置２１から滴下された洗浄液が霧化されて装置の外部へと拡散することを防止することができる。
【実施形態４】
【００３５】
上記図３に示した実施形態３に係る超音波霧化装置においては、液体滴下装置２１および２２は圧電材料１１に対して鉛直な方向の上部に設けられているが、必ずしもこの形態に限定される必要は無く、任意の形態、例えば図４に示すように、液体滴下装置２１ａおよび２２ａが圧電材料１１に対して平行な方向に配置されていて、霧化させたい液体および洗浄液を圧電材料１１上に滴下できるような形態を有していてもよい。
【実施形態５】
【００３６】
図５は、本発明の実施形態５に係る超音波霧化装置の断面図である。図５に示した超音波霧化装置では、図３に示した実施形態３に係る超音波霧化装置と比較して、液体滴下装置２１および２２がそれぞれ、櫛型電極１２および１３により近接して設けられており、液体滴下装置２２のみが、覆い２３に設けられた切り欠き２４を貫通している点が異なっている。
【００３７】
図５に示した超音波霧化装置においても、液体滴下装置２２から霧化させたい液体を滴下して櫛型電極１３からの弾性表面波により液体を霧化させる、液体滴下装置２１から洗浄液を滴下して櫛型電極１２からの弾性表面波により洗浄液を霧化あるいは流動させることで圧電材料１１上を洗浄する、という動作を交互に行う点は図１、図２および図３の超音波霧化装置と同様である。ただし、液体滴下装置２１および２２がそれぞれ、櫛型電極１２および櫛型電極１３により近接して設けられているため、櫛型電極１２および櫛型電極１３で発生する弾性表面波のエネルギーをそれぞれ、液体滴下装置２１から滴下される洗浄液、および液体滴下装置２２から滴下される霧化させたい液体により効率よく伝達させ、エネルギーの損失を低減させることが可能になる。
【００３８】
また、図５の超音波霧化装置においても、櫛型電極１２および１３の設計、あるいは高周波電源３１および３２から印加される高周波の周波数、などを適宜調整することによって、液体滴下装置２２から滴下した液体を櫛型電極１３で発生する弾性表面波のエネルギーによって霧化し、液体滴下装置２１から滴下した洗浄液を櫛型電極１２で発生する弾性表面波のエネルギーによって流動させて圧電材料１１の外部へ排出してもよい。このような設計を行えば、液体滴下装置２２から滴下される霧化させたい液体のみを効率よく霧化させ、装置の外部へ拡散させることが可能になる。
【実施形態６】
【００３９】
上記図５に示した実施形態５に係る超音波霧化装置においては、液体滴下装置２１および２２は圧電材料１１に対して鉛直な方向の上部に設けられているが、必ずしもこの形態に限定される必要は無く、任意の形態、例えば図６（ａ）および（ｂ）に示すように、液体滴下装置２１ｂおよび２２ｂが圧電材料１１に対して平行な方向に配置されていて、霧化させたい液体および洗浄液を圧電材料１１上に滴下できるような形態を有していてもよい。またこのとき、図６（ａ）に示すように圧電材料１１と液体滴下装置２２ｂとの間に覆い２３が配置されていてもよいし、図６（ｂ）に示すように圧電材料１１と覆い２３との間に液体滴下装置２２ｂが配置されていてもよい。
【００４０】
上記したように液体が滴下された領域を洗浄する機構を備えた超音波霧化装置を用いることにより、簡単な機構で、コンタミネーションを防ぎながら、複数の種類の液体を連続的に霧化させることが可能となる。上記実施形態に示した超音波霧化装置は、表面処理装置、印刷機、医療機器、匂い再生装置など広範な用途への応用が期待でき、特に匂い再生装置として用いた場合、従来の技術と比較して、複数の匂い物質を、混ざり合うことなく連続的に霧化、提示させることが可能になる。
【符号の説明】
【００４１】
１１…圧電材料、１２、１３…櫛型電極、２１、２１ａ、２１ｂ、２２、２２ａ、２２ｂ…液体滴下装置、２３……覆い、２４…切り欠き、３１、３２…高周波電源。
【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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