(57)【要約】【課題】表面弾性波を完全反射させることで、所定位置にある液体又は粉粒体の移動を容易に実現できるとともに、表面弾性波を一部反射させることで、異なる位置にある各液体又は各粉粒体の移動を容易に実現可能な表面弾性波発生装置を得る。【解決手段】表面弾性波発生装置１は、一方の面２ａに凹部２ｂが形成された圧電基板２と、圧電基板２の一方の面２ａに形成されるとともに、凹部２ｂを介して粉粒体Ｐに伝搬可能な表面弾性波を発生可能な電極層３と、を備え、凹部２ｂの深さは、表面弾性波が凹部２ｂにおいて完全反射可能に構成されていることを特徴とするものである。【選択図】図１
2013063397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に凹部が形成された圧電基板と、
前記圧電基板の一方の面に形成されるとともに、前記凹部を介して液体又は粉粒体に伝搬可能な表面弾性波を発生可能な電極層と、を備え、
前記凹部の深さは、
前記表面弾性波が前記凹部において完全反射又は一部反射可能に構成されていることを特徴とする表面弾性波発生装置。
【請求項２】
前記凹部に伝搬可能な表面弾性波の振幅ＡＩ、前記凹部において反射可能な表面弾性波の振幅ＡＲ、該表面弾性波の反射率ζ、前記圧電基板の結晶面方位に対する傾斜角θ、及び、前記凹部の深さｄの関係が、以下の関係式（１），（２）で表されることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波発生装置。
【数１】
2013063397.tif 000010
【数２】
2013063397.tif 000011
【請求項３】
前記凹部の深さが、
前記表面弾性波の周波数の一波長に相当することを特徴とする請求項１又は２に記載の表面弾性波発生装置。
【請求項４】
前記凹部が、
前記電極層から前記表面弾性波を伝搬可能な伝搬面を備え、
前記伝搬面が、
２つの平面が交わる線で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の表面弾性波発生装置。
【請求項５】
前記凹部が、
前記電極層から前記表面弾性波を伝搬可能な伝搬面を備え、
前記伝搬面が、
前記凹部の内側に向かう凸状の２つの曲面が交わる線で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の表面弾性波発生装置。
【請求項６】
前記溝の深さが、
前記表面弾性波の周波数の一波長よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面弾性波発生装置。
【請求項７】
前記圧電基板が、
前記圧電基板及び前記電極層の積層方向に対して直交する方向に一定間隔を隔てて形成された複数の凹部を備えることを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波（SAW：Surface acoustic wave）を利用した表面弾性波発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表面弾性波を利用して液体を移動させながら混合する液体混合装置が開示されており、この液体混合装置は、表面弾性波を伝搬可能な伝搬部材２と、表面弾性波を発生可能な櫛歯電極５とを有している（例えば、特許文献１の図１〜図３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５４１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の液体混合装置では、表面弾性波の反射によって、伝搬経路内の所定位置にある液体を制御して移動させたり、伝搬経路内において異なる位置にある各液体を同時に制御して移動させたりすることは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、表面弾性波の反射によって、所定位置にある液体又は粉粒体の移動を容易に実現できる、或いは、異なる位置にある各液体又は各粉粒体の移動を容易に実現可能な表面弾性波発生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）  本発明の表面弾性波発生装置は、一方の面に凹部が形成された圧電基板と、前記圧電基板の一方の面に形成されるとともに、前記凹部を介して液体又は粉粒体に伝搬可能な表面弾性波を発生可能な電極層と、を備え、前記凹部の深さは、前記表面弾性波が前記凹部において完全又は一部反射可能に構成されていることを特徴とするものである。ここでの「完全反射」とは、凹部において表面弾性波のエネルギーの大半（例えば９０％以上）を反射させることを含む。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、凹部の深さを所定の深さにすることによって、表面弾性波が完全又は一部反射可能に構成することができる。すなわち、凹部における表面弾性波の完全反射によって、所定位置にある液体又は粉粒体の移動を容易に実現できる、或いは、凹部における表面弾性波の一部反射と他部透過とによって、異なる位置にある各液体又は各粉粒体の移動、若しくは、異なる位置にある液体と粉粒体との移動を容易に実現できる。さらに言い換えれば、例えば、表面弾性波を完全反射させるような深さの凹部とすることで、所定位置にある液体又は粉粒体の移動を容易に実現できる。また、表面弾性波を一部反射、させるような深さの凹部とすることで、異なる位置にある各液体又は各粉粒体の移動、若しくは、異なる位置にある液体と粉粒体との移動を容易に実現することができる。
【０００８】
（２）  上記（１）の表面弾性波発生装置において、前記凹部に伝搬可能な表面弾性波の振幅ＡＩ、前記凹部において反射可能な表面弾性波の振幅ＡＲ、該表面弾性波の反射率ζ、前記圧電基板の面方位に対する角度θ、及び、前記凹部の深さｄの関係が、以下の関係式（１），（２）で表されることが好ましい。ここでの「角度θ」とは、圧電基板の面方位に対して直交する方向に延びるとともに、面方位を含まない圧電基板の円形部分の中心を通過する直線に対する傾斜角を含む。また、ここでの「角度θ」は、前記圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板（１２７．８度  ｙ回転  ｘ伝搬）である場合、凹部において表面弾性波を完全反射させる場合には、上記角度θを６０°に設定することが好ましく、凹部において表面弾性波を一部反射させる場合には、上記角度θを３０°に設定することが好ましい。
【数１】
2013063397.tif 000003
【数２】
2013063397.tif 000004
【０００９】
上記（２）の構成によれば、上記関係式（１），（２）に基づいて、移動対象となる液体又は粉粒体の位置に応じて、移動対象に伝搬される表面弾性波の向きを最適な方向に合わせることができる。
【００１０】
（３）  上記（１）又は（２）の表面弾性波発生装置においては、前記凹部の深さが、前記表面弾性波の周波数の一波長に相当することが好ましい。ここでの「凹部の深さ」は、１００μｍに設定することが好ましい。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、凹部の深さを表面弾性波の周波数の一波長に相当する長さに設計することで、圧電基板の一方の面の近傍を伝搬する表面弾性波のエネルギー大半（例えば９０％以上）を凹部において液体又は粉粒体の位置に応じて反射させることができる。
【００１２】
（４）  上記（３）の表面弾性波発生装置においては、前記凹部が、前記電極層から前記表面弾性波を伝搬可能な伝搬面を備え、前記伝搬面が、２つの平面が交わる線で形成されていることが好ましい。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、伝搬面を２つの平面が交わる線で形成された凹凸状に構成することで、伝搬面に当たった表面弾性波のエネルギーの大半を液体又は粉粒体の位置に合わせて様々な方向に散乱させることができる。ここでの「凹凸面」とは、圧電基板を機械加工する際の裂け目又は割れ目などのクラックを利用できる。
【００１４】
（５）  上記（３）の表面弾性波発生装置においては、前記凹部が、前記電極層から前記表面弾性波を伝搬可能な伝搬面を備え、前記伝搬面が、前記凹部の内側に向かう凸状の２つの曲面が交わる線で形成されていることが好ましい。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、伝搬面を凹部の内側に向かう凸状の２つの曲面が交わる線で形成された凹凸状に構成することで、伝搬面に当たった表面弾性波のエネルギーの大半を液体又は粉粒体の位置に合わせて様々な方向に散乱させることができる。ここでの「凹凸面」は、圧電基板を機械加工する際の裂け目又は割れ目などのクラックを利用できる。
【００１６】
（６）  上記（１）又は（２）の表面弾性波発生装置においては、前記溝の深さが、前記表面弾性波の周波数の一波長よりも短いことが好ましい。ここでの「凹部の深さ」は、１０μｍに設定することが好ましい。
【００１７】
上記（６）の構成によれば、凹部の深さを表面弾性波の周波数の一波長よりも短い長さに設計することで、圧電基板の一方の面の近傍を伝搬する表面弾性波のエネルギーを液体又は粉粒体の位置に応じて効率的に透過させることができる。
【００１８】
（７）  上記（６）の表面弾性波発生装置においては、前記圧電基板が、前記圧電基板及び前記電極層の積層方向に対して直交する方向に一定間隔を隔てて形成された複数の凹部を備えることが好ましい。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、圧電基板に複数の凹部を平行且つ等間隔に刻むことで、圧電基板の一方の面の近傍を透過する表面弾性波の回折を利用することができる。これにより、各凹部の接続部分で遮られた表面弾性波を、該接続部分を回り込んで伝搬させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面弾性波発生装置１の要部構成を示す斜視図である。
【図２】表面弾性波発生装置１の駆動機構を示した模式図である。
【図３】圧電基板２の面方位ＯＦに対する角度θと、電力の入り易さη、及び、波の伝わり易さτとの関係を示した説明図である。
【図４】（ａ）は、圧電基板２の面方位ＯＦに対する角度θと、電力の入り易さηとの関係を示した説明図であって、（ｂ）は、表面弾性波の進行方向の決定例を示した説明図である。
【図５】（ａ）は、レイリー波の移動を示した説明図であって、（ｂ）は、圧電基板２の凹部２ｂの形状を説明するための側面視図である。
【図６】表面弾性波発生装置１の動作により生じた粉粒体の移動を観察するための実験機構を示した模式図である。
【図７】高解像度カメラの記録結果を示した写真であって、（ａ）は、時刻ｔ＝０（sec.）の時点における粉粒体Ｐの状態を示し、（ｂ）は、時刻ｔ＝３０（sec.）の時点における粉粒体Ｐの状態を示すものである。
【図８】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る表面弾性波発生装置２１の要部構成を示す斜視図であって、（ｂ）は、圧電基板２２の凹部２２ｂの形状を説明するための側面視図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る表面弾性波発生装置３１の要部構成を示す斜視図であって、（ｂ）は、圧電基板３２の凹部３２ｂの形状を説明するための側面視図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る表面弾性波発生装置４１の要部構成を示す斜視図であって、（ｂ）は、圧電基板４２の凹部４２ｂの形状を説明するための側面視図である。
【図１１】表面弾性波発生装置４１の動作により生じた粉粒体の移動を観察するための実験機構を示した模式図である。
【図１２】高解像度カメラの記録結果を示した写真であって、（ａ）は、時刻ｔ＝０（sec.）の時点における粉粒体Ｐ２の状態を示し、（ｂ）は、時刻ｔ＝２（sec.）の時点における粉粒体Ｐ２の状態を示すものである。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る表面弾性波発生装置５１の要部構成を示す斜視図である。
【図１４】圧電基板の凹部と、櫛歯電極と、の位置関係（レイアウト）の変形例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図７を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る表面弾性波発生装置について説明する。なお、図１においては、駆動回路４及び振動計５の図示を省略している。
【００２２】
（表面弾性波発生装置１の構成）
図１及び図２に示すように、表面弾性波発生装置１は、圧電基板（piezoelectric substrate）２と、櫛型電極（interdigital transducer）３と、駆動回路４と、振動計５と、を備えているものである。なお、表面弾性波発生装置１による制御対象となる粉粒体Ｐは、図１に示すように、圧電基板２の一方の面２ａにおける所定位置に配置されているものである。
【００２３】
（圧電基板２の構成）
圧電基板２は、表面弾性波を伝搬可能な圧電材料からなるものであり、図１に示すように、一方の面２ａに凹部２ｂが形成されているものである。該凹部２ｂの深さは、表面弾性波が凹部２ｂにおいて完全反射可能に構成されているものである。ここでの「完全反射」とは、凹部２ｂにおいて表面弾性波のエネルギーの大半（例えば９０％以上）を反射させることを含む。従って、図５（ｂ）に示すように、凹部２ｂの深さを１００μｍとした場合には、櫛歯電極３から伝搬された入射波（incident SAW）のエネルギーの９０％以上が凹部２ｂにおいて反射波（reflected SAW）として反射して粉粒体Ｐに向けて伝搬されるとともに、１０％以下の残りのエネルギーが透過波（transmitted SAW）として凹部２ｂで反射することなく伝搬されるものである。なお、圧電基板２としては、例えば、ニオブ酸リチウム（化学式：ＬｉＮｂＯ３）などの圧電体結晶であって、カットアングル及び伝播が、１２７.８ ゜回転Ｙカット、及び、Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３ウェハを用いることができるが、これに限られない。
【００２４】
（凹部２ｂの構成）
ここで、凹部２ｂに伝搬可能な表面弾性波の振幅ＡＩ、凹部２ｂにおいて反射可能な表面弾性波の振幅ＡＲ、該表面弾性波の反射率ζ、圧電基板２の面方位ＯＦ（orientation flat）に対する角度θ、及び、凹部２ｂの深さｄの関係は、以下の関係式（１），（２）で表されるものである。ここでの角度θとは、図２に示すように、面方位ＯＦに対して直交する方向に延びるとともに、面方位ＯＦを含まない圧電基板２の円形部分Ｃの中心Ｏを通過する直線Ｌ１に対する傾斜角を示すものである。
【数３】
2013063397.tif 000005
【数４】
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【００２５】
（櫛歯電極３の構成）
櫛型電極（電極層）３は、表面弾性波を発生可能なＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔなどの金属、又は、これらの金属の合金からなるものであり、図１に示すように、圧電基板２の一方の面２ａにフォトリソグラフィーなどを用いて形成されているものである。櫛歯電極３は、図１に示すように、直線状の基端部３ａと、該基端部３ａに対して略直交する方向に夫々櫛歯状に延びる複数本の細幅状の櫛歯部３ｂと、を備えている。なお、櫛型電極（電極層）３は、２層以上の金属又は合金からなるものであってもよい。
【００２６】
（駆動回路４の構成）
駆動回路４は、櫛歯電極３を駆動可能な駆動エネルギーＰＡを生成可能であって、信号発生器４７と、増幅器４８と、電力計４９と、を備えているものである。信号発生器４７は、例えば、１９．２ＭＨｚの正弦波１０００周期から構成された１ｋＨｚの突発的な駆動信号を生成可能となっている。増幅器４８は、信号発生器４７で発生した駆動信号を所定の増幅率で増幅可能であって、増幅した駆動信号を入射エネルギーＰＩとして櫛歯電極３に出力可能となっている。電力計４９は、増幅器４８から櫛歯電極３への入射エネルギーＰＩと、櫛歯電極３から増幅器４８への反射エネルギーＰＲとを電力値（Ｗ）として測定可能であって、以下の式（３）に示すように、入射エネルギーＰＩと反射エネルギーＰＲの差分を駆動エネルギーＰＡとして測定可能となっている。
【数５】
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【００２７】
（振動計５の構成）
振動計５は、ドップラー効果の振動数変化を利用したものであって、凹部２ｂに伝搬可能な表面弾性波の振幅ＡＩ、及び、凹部２ｂにおいて反射可能な表面弾性波の振幅ＡＲを測定可能となっている。
【実施例１】
【００２８】
次に、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（圧電基板２の面方位ＯＦに対する角度θと、電力の入り易さη、及び、波の伝わり易さτとの関係）
本発明者は、図１及び図２に示した構成について、圧電基板２の面方位ＯＦに対する角度θと、電力の入り易さ（power transmissivity）η（％）、及び、波の伝わり易さ（amplitude／applied power）τ（ｐｍ／Ｗ）との関係についての実験を行った。なお、電力の入り易さηは、駆動エネルギーＰＡを入射エネルギーＰＩで除すことにより得られる数値であって、以下の式（４）で表すことができる。また、波の伝わり易さτは、凹部２ｂに伝搬可能な表面弾性波の振幅ＡＩを駆動エネルギーＰＡで除すことにより得られる数値であって、以下の式（５）で表すことができる。
【数６】
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【数７】
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【００３０】
本実験において、本発明者は、圧電基板２として、カットアングルが１２７.８
゜回転Ｙカットであって、伝搬方向がＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３ウェハを使用した。また、本発明者は、櫛歯電極３として、ＬｉＮｂＯ３ウェハの一方の面にパターン形成され、ストリップ線（上記実施形態における櫛歯部３ｂに相当する部分）のピッチ幅２００μｍ、開口５ｍｍ、２０対のストリップ線からなるＡｌ／Ｃｒの２層構造の櫛型電極を使用した。さらに、本発明者は、信号発生器４７として、周波数１９．２ＭＨｚ及び１００周期からなる正弦波で構成された１ｋＨｚの周波数を有する突発的な駆動信号を生成可能なものを使用し、増幅器４８による駆動信号の増幅、及び、増幅された駆動信号の櫛歯電極３への出力を試みた。
【００３１】
そして、本発明者は、増幅された駆動信号が櫛歯電極３に出力された際に、表面弾性波が発生することを確認した。この際、本発明者は、電力計４９を用いて、駆動エネルギーＰＡを電圧値（Ｖ）としてではなく電力値（Ｗ）として測定した。そして、本発明者は、表面弾性波がＬｉＮｂＯ３ウェハの面方位ＯＦに対して直交する方向に延びる直線Ｌ１に対する角度θの方向に伝搬することを確認した。ここで、表面弾性波の振幅ＡＩは、上述した振動計５を用いて測定している。
【００３２】
図３に示すように、圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板（１２７．８度  ｙ回転  ｘ伝搬）である場合、本発明者は、電力の入り易さηが、上記角度θの増加に伴って減少することを見出した。他方、本発明者は、圧電基板がＬｉＮｂＯ３基板（１２７．８度  ｙ回転  ｘ伝搬）である場合、波の伝わり易さτが、上記角度θが０°と６０°の場合において、高い値（高い伝搬性）を示すことを見出した。
【００３３】
（表面弾性波発生装置１の作製例）
次に、表面弾性波発生装置１の作製例について説明する。図４（ａ）は、圧電基板２の面方位ＯＦに対する角度θと、電力の入り易さηとの関係を示すものである。なお、図４（ａ）においては、説明の都合上、面方位ＯＦに対して直交する方向に延びるとともに、面方位ＯＦを含まない圧電基板２の円形部分Ｃの中心Ｏ（後述するＸＹ二次元座標系の原点Ｏ）を通過する直線Ｌ１（図中の破線）をＸ軸と定義するものである。同様に、該中心Ｏを通過し、且つ、Ｘ軸に対して直交する方向（面方位ＯＦと平行な方向）に延びる直線Ｌ２（図中の破線）をＹ軸と定義するものである。また、図４（ａ）においては、図３に示す上記実験結果に基づき、波の伝わり易さτとして最も高い値が得られた直線Ｌ１（Ｘ軸）に対する角度θ＝０°，６０°を細い実線で示すとともに、その他の角度θ＝３０°，９０°を太い実線で示すものである。
【００３４】
（表面弾性波の進行方向の決定例）
そこで、本発明者は、図４（ｂ）に示すように、櫛歯電極３を、上記角度θが０°となる位置、つまり、波の伝わり易さτとして最も高い値が得られた位置に配置した。換言すれば、本発明者は、櫛歯電極３の形成位置を、櫛歯電極３から圧電基板２の凹部２ｂに伝搬される表面弾性波の進行方向を示す角度θが０°となる位置、つまり、波の伝わり易さτとして最も高い値が得られた位置に決定した。
【００３５】
さらに、本発明者は、圧電基板２の凹部２ｂの直線Ｌ２（Ｙ軸）に対する傾斜角δ（＝θ／２）を３０°に決定することにより、圧電基板２の凹部２ｂの奥行き方向を直線Ｌ２（Ｙ軸）に対して３０°の方向に決定した。したがって、本発明者は、圧電基板２の凹部２ｂの形成位置を、圧電基板２の凹部２ｂで完全反射した表面弾性波の進行方向を示す角度θが６０°となる位置、つまり、波の伝わり易さτとして最も高い値が得られた位置に決定した。これら一連の工程により、圧電基板２の凹部２ｂで完全反射させる表面弾性波の進行方向を決定できた。
【００３６】
（凹部２ｂの深さｄの決定例）
他方で、本発明者は、理論上、表面弾性波が圧電基板２の一方の面２ａの近傍を伝搬し、図５（ａ）に示すように、深さ方向では一方の面２ａからレイリー波の一波長以内に相当する深さに表面弾性波のエネルギーの９０％以上が含まれていることに着目した。その結果、本発明者は、図５（ｂ）に示すように、圧電基板２の凹部２ｂの深さｄを表面弾性波の周波数の一波長に相当する１００μｍに決定した。
【００３７】
（表面弾性波発生装置１の動作例）
次に、表面弾性波発生装置１の動作例について説明する。図６は、表面弾性波発生装置１の動作により生じた粉粒体の移動を観察するための実験機構を示しているものである。本動作例では、凹部２ｂの各パラメータとして、凹部２ｂの直線Ｌ２（Ｙ軸）に対する傾斜角δ（＝θ／２）を３０°とし、凹部２ｂで完全反射した表面弾性波の進行方向を示す角度θを６０°とし、凹部２ｂの深さｄの寸法を１００μｍとし、凹部２ｂの奥行きＬの寸法を２０ｍｍとした。さらに、櫛歯電極３の各パラメータとして、ストリップ線のピッチ幅２００μｍ、開口５ｍｍ、２０対のストリップ線からなるＡｌ／Ｃｒの２層構造の櫛型電極を使用した。加えて、信号発生器４７は、周波数１９．２ＭＨｚ及び１００周期からなる正弦波で構成された１ｋＨｚの突発的な周波数を有する駆動信号を生成可能なものを使用した。そして、本実験において、駆動回路４から櫛歯電極３に供給された駆動エネルギーＰＡは、１．７Ｗとなっている。
【００３８】
本実験において、櫛歯電極３から圧電基板２の凹部２ｂに伝搬される表面弾性波が、面方位ＯＦに対して直交する方向（上記角度θ＝０°となる方向）に伝搬することを確認することができた。また、櫛歯電極３から２０ｍｍの距離Ｄを隔てた位置に形成された凹部２ｂにおいて表面弾性波が反射することを確認することができた。さらに、反射した表面弾性波が、圧電基板２の一方の面２ａにおける所定位置にある銅製の粉粒体Ｐに到達したことを確認することもできた。なお、この粉粒体Ｐは、比重が８．９であり、直径が約１０μｍの平均的な粒子からなるものである。
【００３９】
そして、上記反射した表面弾性波によってエネルギーが付与された粉粒体Ｐが、上記反射した表面弾性波の上流側、すなわち、凹部２ｂに向かって移動することを確認することができた。なお、この粉粒体Ｐの移動は、図６に示す高解像度カメラ（High-definition camera）６によって記録されており、その記録結果の写真を図７（ａ），（ｂ）に示す。図７に示すように、本記録結果は、表面弾性波発生装置１が粉粒体Ｐを移動可能であることを表すものである。上記反射した表面弾性波による粉粒体Ｐの移動速度は約０．４ｍｍ／秒となっている。
【００４０】
上記構成によれば、凹部２ｂの深さを表面弾性波が完全反射できるように構成し、凹部２ｂで表面弾性波を完全反射させることで、圧電基板２の一方の面２ａにおける所定位置にある粉粒体Ｐの移動を容易に実現することができる。
【００４１】
また、上記構成によれば、上記関係式（１），（２）に基づいて、移動対象となる粉粒体Ｐの位置に応じて、移動対象に伝搬される表面弾性波の向きを最適な方向に合わせることができる。
【００４２】
また、上記構成によれば、凹部２ｂの深さを表面弾性波の周波数の一波長λに相当する長さに設計することで、圧電基板２の一方の面２ａの近傍を伝搬する表面弾性波のエネルギー大半（例えば９０％以上）を凹部２ｂにおいて粉粒体Ｐの位置に応じて反射させることができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
以下、図８を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る表面弾性波発生装置について説明する。なお、第１実施形態の部位３〜５と、本実施形態の部位２３〜２５（図示していない部位がある）とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００４４】
（表面弾性波発生装置２１の構成）
図８（ａ）に示すように、表面弾性波発生装置２１は、圧電基板２２と、櫛型電極（電極層）２３と、を備えているものである。なお、図８（ａ）においては、駆動回路２４及び振動計２５の図示を省略している。
【００４５】
（圧電基板２２の構成）
圧電基板２２は、表面弾性波を伝搬可能な圧電材料からなるものであり、図８（ａ）に示すように、一方の面２２ａに凹部２２ｂが形成されているものである。該凹部２ｂの深さは、表面弾性波が凹部２２ｂにおいて完全反射可能に構成されているものである。凹部２２ｂは、図８（ｂ）に示すように、櫛歯電極２３から表面弾性波を伝搬可能な伝搬面２２ｃを備えており、該伝搬面２２ｃは、２つの平面Ｆ１，Ｆ２が交わる線で形成されているものである。
【００４６】
上記構成によれば、第１実施形態に係る表面弾性波発生装置と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、上記構成によれば、伝搬面２２ｃを２つの平面Ｆ１，Ｆ２が交わる線で形成された凹凸状に構成することで、伝搬面２２ｃに当たった表面弾性波のエネルギーの大半を粉粒体Ｐの位置に合わせて様々な方向に散乱させることができる。
【００４８】
＜第３実施形態＞
以下、図９を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る表面弾性波発生装置について説明する。なお、第１実施形態の部位３〜５と、本実施形態の部位３３〜３５（図示していない部位がある）とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００４９】
（表面弾性波発生装置３１の構成）
図９（ａ）に示すように、表面弾性波発生装置３１は、圧電基板３２と、櫛型電極（電極層）３３と、を備えているものである。なお、図９（ａ）においては、駆動回路３４及び振動計３５の図示を省略している。
【００５０】
（圧電基板３２の構成）
圧電基板３２は、表面弾性波を伝搬可能な圧電材料からなるものであり、図９（ａ）に示すように、一方の面３２ａに凹部３２ｂが形成されているものである。該凹部３２ｂの深さは、表面弾性波が凹部３２ｂにおいて完全反射可能に構成されているものである。凹部３２ｂは、図９（ｂ）に示すように、櫛歯電極３３から表面弾性波を伝搬可能な伝搬面３２ｃを備えており、該伝搬面３２ｃは、凹部３２ｂの内側に向かう凸状の２つの曲面Ｃ１，Ｃ２が交わる線で形成されているものである。
【００５１】
上記構成によれば、第１実施形態に係る表面弾性波発生装置と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、上記構成によれば、伝搬面３２ｃを凹部３２ｂの内側に向かう凸状の２つの曲面Ｃ１，Ｃ２が交わる線で形成された凹凸状に構成することで、伝搬面３２ｃに当たった表面弾性波のエネルギーの大半を粉粒体Ｐの位置に合わせて様々な方向に散乱させることができる。
【００５３】
＜第４実施形態＞
以下、図１０〜図１２を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る表面弾性波発生装置について説明する。なお、第１実施形態の部位３〜５，４７〜４９と、本実施形態の部位４３〜４５，４４７〜４４９（図示していない部位がある）とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００５４】
（表面弾性波発生装置４１の構成）
図１０（ａ）に示すように、表面弾性波発生装置４１は、圧電基板４２と、櫛型電極（電極層）４３と、を備えているものである。なお、図１０（ａ）においては、駆動回路４４及び振動計４５の図示を省略している。また、表面弾性波発生装置４１による制御対象となる各粉粒体Ｐ１，Ｐ２は、図１０（ａ）に示すように、圧電基板４２の一方の面４２ａにおいて異なる位置にそれぞれ配置されているものである。
【００５５】
（圧電基板４２の構成）
圧電基板４２は、表面弾性波を伝搬可能な圧電材料からなるものであり、図１０（ａ）に示すように、一方の面４２ａに凹部４２ｂが形成されているものである。図１０（ｂ）に示すように、該凹部４２ｂの深さは、表面弾性波が凹部４２ｂにおいて一部反射可能に構成されているものである。従って、図１０（ｂ）に示すように、凹部４２ｂの深さを１００μｍ（図５（ｂ）参照）よりも浅い１０μｍとした場合には、櫛歯電極４３から伝搬される入射波のエネルギーの大半が凹部４２ｂにおいて反射することなく透過波とともに粉粒体Ｐ２に向けて伝搬されるとともに、凹部４２ｂにおいて反射した残りのエネルギーは反射波として粉粒体Ｐ１に向けて伝搬されるものである。
【実施例２】
【００５６】
次に、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（表面弾性波発生装置４１の動作例）
次に、表面弾性波発生装置４１の動作例について説明する。図１１は、表面弾性波発生装置４１の動作により生じた粉粒体の移動を観察するための実験機構を示しているものである。本動作例では、凹部４２ｂの各パラメータとして、図６に示した実験機構と同様の作製手順で、凹部４２ｂの直線Ｌ２（Ｙ軸）に対する傾斜角δ（＝θ／２）を１５°とし、凹部４２ｂで一部反射した表面弾性波の進行方向を示す角度θを３０°とした。さらに、凹部４２ｂの深さｄの寸法を表面弾性波の周波数の一波長よりも短い１０μｍとし、凹部４２ｂの奥行きＬの寸法を２０ｍｍとした。さらに、櫛歯電極４３の各パラメータとして、ストリップ線のピッチ幅２００μｍ、開口５ｍｍ、２０対のストリップ線からなるＡｌ／Ｃｒの２層構造の櫛型電極を使用した。加えて、信号発生器４４７は、周波数１９．２ＭＨｚ及び１００周期からなる正弦波で構成された１ｋＨｚの突発的な周波数を有する駆動信号を生成可能なものを使用した。そして、本実験において、駆動回路４４から櫛歯電極４３に供給された駆動エネルギーＰＡは、１．７Ｗとなっている。
【００５８】
表面弾性波発生装置４１を動作させた結果、凹部４２ｂにおいて一部反射した表面弾性波が粉粒体Ｐ１に到達したことを確認するとともに、凹部４２ｂを透過した表面弾性波も粉粒体Ｐ２に到達したことを確認することができた。なお、これらの粉粒体Ｐ１，Ｐ２は、比重が８．９、直径が約１０μｍの平均的な粒子からなるものである。
【００５９】
具体的に上述の動作結果を説明すると、上記透過した表面弾性波によってエネルギーが付与された粉粒体Ｐ２が、上記透過した表面弾性波の上流側、すなわち、凹部４２ｂに向かって移動することを確認することができた。なお、この粉粒体Ｐ２の移動は、図１１に示す高解像度カメラ４６によって記録されており、その記録結果を図１２（ａ），（ｂ）に示す。図１２に示すように、本記録結果は、表面弾性波発生装置４１が粉粒体Ｐ２を移動可能であることを表すものである。
【００６０】
上記構成によれば、凹部４２ｂの深さを表面弾性波が一部反射可能に構成することで、異なる位置にある各粉粒体Ｐ１，Ｐ２の移動を容易に実現することができる。
【００６１】
また、上記構成によれば、上記関係式（１），（２）に基づいて、移動対象となる各粉粒体Ｐ１，Ｐ２の位置に応じて、移動対象に伝搬される表面弾性波の向きを最適な方向に合わせることができる。
【００６２】
また、上記構成によれば、凹部４２ｂの深さを表面弾性波の周波数の一波長よりも短い長さに設計することで、圧電基板４２の一方の面４２ａの近傍を伝搬する表面弾性波のエネルギーを粉粒体Ｐ１，Ｐ２の各位置に応じて効率的に透過させることができる。
【００６３】
＜第５実施形態＞
以下、図１３を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る表面弾性波発生装置について説明する。なお、第４実施形態の部位４３〜４５と、本実施形態の部位５３〜５５（図示していない部位がある）とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００６４】
（表面弾性波発生装置５１の構成）
図１３に示すように、表面弾性波発生装置５１は、圧電基板５２と、櫛型電極（電極層）５３と、を備えているものである。なお、図１３においては、駆動回路５４及び振動計５５の図示を省略している。
【００６５】
（圧電基板５２の構成）
圧電基板５２は、表面弾性波を伝搬可能な圧電材料からなるものであり、図１３に示すように、圧電基板５２及び櫛歯電極５３の積層方向に対して直交する方向に一定間隔を隔てて形成された複数の凹部５２ｂを備えているものである。複数の凹部５２ｂの各間において圧電基板５２の一方の面５２ａの近傍を表面弾性波が通過すると、回折現象が起こるように設計されている。
【００６６】
上記構成によれば、第４実施形態に係る表面弾性波発生装置と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、上記構成によれば、圧電基板５２に複数の凹部５２ｂを平行且つ等間隔に刻むことで、複数の凹部５２ｂの各間において圧電基板５２の一方の面５２ａの近傍を通過する表面弾性波の回折を利用することができる。これにより、各凹部５２ｂの接続部分５２ｄ（図１３参照）で遮られた表面弾性波を、該接続部分５２ｄを回り込んで伝搬させることができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６９】
なお、上記第１〜第４実施形態では、圧電基板の一方の面に単数の凹部を形成する例について述べたが、複数の凹部を制御対象となる粉粒体の数に応じて適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、図１４に示すように、複数の凹部（表面弾性波を完全反射するもの及び一部反射・一部透過するもの）と櫛歯電極との組み合わせにより、複数個の粉粒体Ｐ３，Ｐ４の位置に応じたより柔軟な粉粒体の移動を実現することができる。
【００７０】
なお、上記各実施形態では、表面弾性波発生装置による制御対象を粉粒体とする例について述べたが、本発明はこれに限定されず、表面弾性波発生装置による制御対象を液体としてもよい。
【００７１】
なお、上記各実施形態では、電極層として櫛歯電極を用いたが、本発明はこれに限定されず、凹部に表面弾性波を伝搬可能な電極であれば、どのような形状の電極を用いてもよい。
【００７２】
なお、上記第２及び第３実施形態では、凹部に凹凸状の伝搬面を形成する例について述べたが、該凹凸面は、圧電基板を機械加工する際の裂け目又は割れ目などのクラックを利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１、２１、３１、４１、５１    表面弾性波発生装置
２、２２、３２、４２、５２    圧電基板
２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ    面
２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ    凹部
３、２３、３３、４３、５３    櫛歯電極（電極層）
３ａ    基端部
３ｂ    櫛歯部
４、２４、３４、４４、５４    駆動回路
５、２５、３５、４５、５５    振動計
６、４６    高解像度カメラ
２２ｃ、３２ｃ    伝搬面
４７、４４７    信号発生器
４８、４４８    増幅器
４９、４４９    電力計
５２ｄ    接続部分
Ｃ    円形部分
Ｃ１、Ｃ２    曲面
Ｆ１、Ｆ２    平面
Ｌ１、Ｌ２    直線
ＯＦ    面方位
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４    粉粒体
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図７】
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【図１２】
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