JP5861121B2 - Surface acoustic wave atomizer - Google Patents

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Description

本発明は、弾性表面波霧化装置に関する。   The present invention relates to a surface acoustic wave atomizer.

従来、一対の櫛形電極が形成された圧電材料から成り、櫛形電極によって弾性表面波が生成される基板を備え、液体供給手段によって基板の表面に供給される液体を弾性表面波によって霧化する弾性表面波霧化装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この弾性表面波霧化装置は、弾性表面波の波面に沿う細長い液体分布を表面張力により形成して液体供給量と霧化量のバランスを保つことにより、霧化に関与しない液体の存在を抑制し、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を意図している。   Conventionally, it is made of a piezoelectric material in which a pair of comb-shaped electrodes is formed, and includes a substrate on which surface acoustic waves are generated by the comb-shaped electrodes, and the elasticity that atomizes the liquid supplied to the surface of the substrate by the liquid supply means by the surface acoustic waves A surface wave atomizer is known (see, for example, Patent Document 1). This surface acoustic wave atomizer suppresses the presence of liquids that are not involved in atomization by forming a slender liquid distribution along the surface of the surface acoustic wave by surface tension to maintain the balance between the liquid supply amount and the atomization amount. In addition, it is intended to stably spray a large amount of fine particles with less power consumption.

特開2008−104974号公報JP 2008-104974 A

しかしながら、上述したような弾性表面波霧化装置においては、液体の供給については考慮しているものの、弾性表面波の発生側すなわち櫛形電極側の構成については、なお改善の余地があると考えられる。   However, in the surface acoustic wave atomization apparatus as described above, although the supply of liquid is taken into consideration, it is considered that there is still room for improvement in the configuration of the surface acoustic wave generation side, that is, the comb electrode side. .

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、波の振幅が大きく、かつ広がりが少ない状態の弾性表面波を生成して伝搬させ、エネルギ効率良く安定して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。   The present invention solves the above-mentioned problems, and generates and propagates a surface acoustic wave having a large wave amplitude and a small spread with a simple configuration, and stably atomizes with high energy efficiency. It is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave atomization device capable of performing the above.

上記課題を達成するために、本発明の弾性表面波霧化装置は、圧電材料から成る基板と、基板の表面に弾性表面波を生成するため基板上に設けられた一対の櫛形電極と、基板の表面に生成される弾性表面波によって霧化する液体を基板上に供給する液体供給部と、を備え、液体供給部は、基板の表面に対向して配置され、基板上に供給される液体を液体の表面張力によって膜状に分布させるための供給部材を備え、供給部材は、基板の表面から一様の高さを隔てて基板の表面に対向し、基板の表面との間に隙間空間を形成する面を有し、一対の櫛形電極は、互いの櫛歯を噛み合わされており、櫛歯の互いの噛み合わせ長は、櫛形電極によって生成される弾性表面波の波長の10倍以下とされ、供給部材は、基板の表面に生成される弾性表面波の進行方向に直交する方向における隙間空間を形成する面の長さが櫛歯の互いの噛み合わせ長と同等以下となるように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a surface acoustic wave atomization apparatus according to the present invention includes a substrate made of a piezoelectric material, a pair of comb electrodes provided on the substrate to generate surface acoustic waves on the surface of the substrate, and a substrate. A liquid supply unit that supplies a liquid atomized by surface acoustic waves generated on the surface of the substrate to the substrate, and the liquid supply unit is disposed to face the surface of the substrate and is supplied to the substrate And a supply member for distributing the film in a film shape by the surface tension of the liquid, the supply member is opposed to the surface of the substrate at a uniform height from the surface of the substrate, and a gap space is formed between the surface and the surface of the substrate. The pair of comb electrodes are meshed with each other, and the meshing length of the comb teeth is not more than 10 times the wavelength of the surface acoustic wave generated by the comb electrodes. is, the supply member, the surface acoustic wave generated on the surface of the substrate Wherein the length of the surface to form a clearance space in the direction perpendicular to the traveling direction is configured to be equal to or less than the length meshing of each other of the comb teeth.

この弾性表面波霧化装置において、櫛歯の互いの噛み合わせ長は、櫛形電極によって生成される弾性表面波の波長の5倍以上とされていることが好ましい。   In this surface acoustic wave atomization device, it is preferable that the meshing length of the comb teeth is 5 times or more the wavelength of the surface acoustic wave generated by the comb electrode.

この弾性表面波霧化装置において、供給部材は、膜状に分布した液体に櫛形電極が常態的に曝されることがないように、櫛形電極から離間して備えられていることが好ましい。
この弾性表面波霧化装置において、櫛歯の互いの噛み合わせ長は、一対の櫛形電極の各櫛歯において一定であることが好ましい。
この弾性表面波霧化装置において、一対の櫛形電極は、一方向性電極を構成するための反射用の電極を備えていることが好ましい。
In this surface acoustic wave atomizer supply member, so as not that a comb-shaped electrode in the liquid distributed in a film shape is normally to exposure, it is preferable that provided at a distance from the comb-shaped electrode.
In this surface acoustic wave atomization device, it is preferable that the meshing length of the comb teeth is constant in each comb tooth of the pair of comb-shaped electrodes.
In this surface acoustic wave atomizer, the pair of comb electrodes preferably include a reflective electrode for constituting a unidirectional electrode.

本発明の弾性表面波霧化装置によれば、開口幅を適正化することにより、櫛形電極によって生成される弾性表面波が広がらず、かつ大きい振幅が維持されるので、基板の表面における霧化領域を限定でき、かつエネルギ効率良く霧化することができる。   According to the surface acoustic wave atomization device of the present invention, by making the opening width appropriate, the surface acoustic waves generated by the comb-shaped electrode are not spread and a large amplitude is maintained. The region can be limited and atomization can be performed efficiently.

図1(a)は本発明の一実施形態に係る弾性表面波霧化装置についての平面図であり、図1(b)は同側面図であり、図1(c)は同装置の霧化領域の要部断面図である。Fig.1 (a) is a top view about the surface acoustic wave atomizer based on one Embodiment of this invention, FIG.1 (b) is the side view, FIG.1 (c) is atomization of the apparatus It is principal part sectional drawing of an area | region. 図2(a)は一対の櫛形電極における櫛歯の噛み合わせ長が長い(開口幅が広い)場合の平面図であり、図2(b)は同噛み合わせ長が短い(開口幅が狭い)場合の平面図である。FIG. 2A is a plan view of a pair of comb-shaped electrodes when the meshing length of comb teeth is long (opening width is wide), and FIG. 2B is a plan view when the meshing length is short (opening width is narrow). FIG. 図3は弾性表面波霧化装置における弾性表面波の振幅と櫛形電極の開口幅との関係を、櫛形電極からの距離を変えた3点について示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amplitude of the surface acoustic wave and the opening width of the comb electrode at three points with different distances from the comb electrode in the surface acoustic wave atomizer. 図4(a)は開口幅D=2.5λの場合の弾性表面波の実測による振幅の分布図であり、図4(b)は開口幅D=5λの場合の分布図であり、図4(c)は開口幅D=10λの場合の分布図であり、図4(d)は開口幅D=20λの場合の分布図である。4A is a distribution diagram of amplitudes obtained by actually measuring surface acoustic waves when the aperture width D = 2.5λ, and FIG. 4B is a distribution diagram when the aperture width D = 5λ. FIG. 4C is a distribution diagram when the opening width D = 10λ, and FIG. 4D is a distribution diagram when the opening width D = 20λ.

以下、本発明の一実施形態に係る弾性表面波霧化装置について、図面を参照して説明する。図1(a)(b)(c)は弾性表面波霧化装置1を示す。弾性表面波霧化装置1は、圧電材料から成る基板2と、基板2の表面Sに弾性表面波Wを生成するため基板2上に設けられた一対の櫛形電極21と、表面Sに生成される弾性表面波Wによって霧化する液体を基板2上に供給する液体供給部3と、を備えている。弾性表面波Wは、櫛形電極21に高周波電圧を印加することにより生成される。一対の櫛形電極21を備えた基板2は弾性表面波Wを生成する振動子を構成する。また、表面Sには、反射用の櫛形電極22が櫛形電極21に隣接配置されている。ここで、説明のため、櫛形電極21の櫛歯の長手方向を方向Yとし、櫛歯に垂直な方向を方向X(右方向)とし、方向Xにおける原点X=0を、方向X側の最外の櫛歯の最外位置とする。   Hereinafter, a surface acoustic wave atomization apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A, 1B, and 1C show a surface acoustic wave atomizer 1. FIG. The surface acoustic wave atomization apparatus 1 is generated on a surface 2 of a substrate 2 made of a piezoelectric material, a pair of comb electrodes 21 provided on the substrate 2 to generate a surface acoustic wave W on the surface S of the substrate 2, and the surface S. And a liquid supply unit 3 for supplying the liquid atomized by the surface acoustic wave W to the substrate 2. The surface acoustic wave W is generated by applying a high frequency voltage to the comb electrode 21. The substrate 2 provided with a pair of comb-shaped electrodes 21 constitutes a vibrator that generates a surface acoustic wave W. Further, on the surface S, a reflective comb electrode 22 is disposed adjacent to the comb electrode 21. Here, for the sake of explanation, the longitudinal direction of the comb teeth of the comb-shaped electrode 21 is defined as direction Y, the direction perpendicular to the comb teeth is defined as direction X (right direction), and the origin X = 0 in the direction X is set to the maximum on the direction X side. The outermost position of the outer comb teeth.

基板2は、例えば、LiNbO(ニオブ酸リチウム)のような圧電体そのものからなる圧電材料で構成される。この圧電材料は、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。一対の櫛形電極21は、圧電材料の表面に2つの櫛形の電極の各櫛歯部分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の互いに隣り合う櫛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。The substrate 2 is made of a piezoelectric material made of a piezoelectric body itself such as LiNbO 3 (lithium niobate), for example. This piezoelectric material may be one in which a piezoelectric thin film, for example, a PZT thin film (lead, zirconium, titanium alloy thin film) is formed on the surface of a non-piezoelectric substrate. A surface acoustic wave is excited in the surface portion of the piezoelectric thin film on the surface. The pair of comb-shaped electrodes 21 are electrodes (IDT: inter-digital transducer) formed by meshing each comb-tooth portion of two comb-shaped electrodes on the surface of the piezoelectric material. Comb teeth adjacent to each other of the comb-shaped electrode 21 belong to different electrodes, and are arranged at a pitch having a length half the wavelength λ of the surface acoustic wave W to be excited.

一対の櫛形電極21の櫛歯の互いの噛み合わせ長、すなわち櫛歯が交差した幅は、櫛形電極21によって生成される弾性表面波Wの幅を規定する寸法であり、この噛み合わせ長によって、櫛形電極21の開口幅Dが定義される。この開口幅D(噛み合わせ長)は、櫛形電極21によって生成される弾性表面波の波長λの5倍乃至10倍とされる。なお、櫛形電極21の各櫛歯は互いに同じ長さを有し、櫛歯の互いの噛み合わせ長は各櫛歯において一定である。この開口幅Dについては、詳細に後述する(図2、図3、図4参照)。   The mutual meshing length of the comb teeth of the pair of comb-shaped electrodes 21, that is, the width at which the comb teeth intersect is a dimension that defines the width of the surface acoustic wave W generated by the comb-shaped electrode 21. The opening width D of the comb electrode 21 is defined. The opening width D (engagement length) is 5 to 10 times the wavelength λ of the surface acoustic wave generated by the comb electrode 21. The comb teeth of the comb-shaped electrode 21 have the same length, and the meshing length of the comb teeth is constant in each comb tooth. The opening width D will be described in detail later (see FIGS. 2, 3, and 4).

液体供給部3は、液体容器31と、液体容器31から液体4を導出して表面Sに供給する液導出部材32と、基板2の表面Sに対向配置され、液体を膜状に分布させるための供給部材30と、を備えている。供給部材30は、基板2上に供給される液体4を液体4の表面張力によって基板2の表面Sに膜状に分布させるための隙間空間Gを形成する。供給部材30は、細長い部材であって、基板2の表面Sとの間に隙間空間Gを形成する面を有し、その面は基板2の表面Sから一様の高さgを隔てて、表面Sに近接して対向している。また、供給部材30は、その長手方向を基板2の表面Sに生成される弾性表面波Wの進行方向Xに直交する方向Yに向けており、方向Yにおける長さ(隙間空間Gを形成する面の長さ)が開口幅Dと同等以下となるように、構成されている。言い換えると、隙間空間Gは、弾性表面波Wの進行方向Xに直交する幅方向Yの幅が開口幅Dと同等以下となるように形成される。また、供給部材30は、方向Yにおける隙間空間Gの全幅が櫛形電極21から望む開口幅Dの大略内部に収まるように配置されている。液体4は、この隙間空間Gに自身の表面張力によって保持されることにより、表面S上に膜状に分布する。従って、方向Yにおける液体4の分布は、開口幅Dの大略内部に収まる。供給部材30は、液体4を漏出させる細孔を有するパイプを用いて構成したり、表面に微細構造を有して毛細管現象によって液体4を輸送する部材、例えば棒材、板材などを用いて構成したりすることができる。   The liquid supply unit 3 is disposed opposite to the liquid container 31, the liquid deriving member 32 for deriving the liquid 4 from the liquid container 31 and supplying the liquid 4 to the surface S, and the surface S of the substrate 2. The supply member 30 is provided. The supply member 30 forms a gap space G for distributing the liquid 4 supplied onto the substrate 2 on the surface S of the substrate 2 in a film shape by the surface tension of the liquid 4. The supply member 30 is an elongated member and has a surface that forms a gap space G with the surface S of the substrate 2, and the surface is spaced from the surface S of the substrate 2 by a uniform height g, Opposite the surface S. Further, the supply member 30 has its longitudinal direction directed in a direction Y orthogonal to the traveling direction X of the surface acoustic wave W generated on the surface S of the substrate 2, and the length in the direction Y (the gap space G is formed). The length of the surface is equal to or smaller than the opening width D. In other words, the gap space G is formed such that the width in the width direction Y orthogonal to the traveling direction X of the surface acoustic wave W is equal to or less than the opening width D. Further, the supply member 30 is disposed so that the entire width of the gap space G in the direction Y is substantially within the opening width D desired from the comb-shaped electrode 21. The liquid 4 is distributed in the form of a film on the surface S by being held in the gap space G by its own surface tension. Accordingly, the distribution of the liquid 4 in the direction Y is approximately within the opening width D. The supply member 30 is configured using a pipe having pores through which the liquid 4 leaks, or a member that has a fine structure on the surface and transports the liquid 4 by capillary action, such as a bar or plate. You can do it.

次に、弾性表面波霧化装置1の動作を説明する。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、基板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。櫛形電極21によって励振された弾性表面波Wは、開口幅Dに基づく幅で生成され、櫛形電極21の両側方向すなわち、方向Xおよびその反対方向(左方向)に伝搬する。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。左方向に伝搬する弾性表面波は、櫛形電極21の左方に設けられた反射用の櫛形電極22によって反射されて戻される。反射用の櫛形電極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、この反射用の櫛形電極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。   Next, the operation of the surface acoustic wave atomizer 1 will be described. By applying a high-frequency (for example, MHz band) voltage from the electric circuit 23 for applying a high-frequency voltage to the comb-shaped electrode 21, the electrical energy is converted into wave mechanical energy by the comb-shaped electrode 21, and is applied to the surface of the substrate 2. A surface acoustic wave W called a Rayleigh wave is excited. The surface acoustic wave W excited by the comb-shaped electrode 21 is generated with a width based on the opening width D and propagates in both directions of the comb-shaped electrode 21, that is, the direction X and the opposite direction (left direction). The amplitude of the excited surface acoustic wave W is determined by the magnitude of the voltage applied to the comb electrode 21. The surface acoustic wave propagating in the left direction is reflected and returned by the reflective comb electrode 22 provided on the left side of the comb electrode 21. The reflective comb electrode 22 constitutes a so-called reflector that totally reflects the surface acoustic wave. The comb-shaped electrode 21 is combined with the reflective comb-shaped electrode 22 to form a so-called unidirectional electrode that generates a surface acoustic wave W that propagates only in the X direction. The configuration of the unidirectional electrode is not limited to that shown in this embodiment.

液体4は、液体供給部3によって基板2の表面Sに供給され、表面Sを伝搬して来た弾性表面波Wによって霧化され、微粒子41となって飛翔する。表面張力によって保持された液体4は、霧化によって消費されると、表面張力の作用により、液導出部材32を介して自動的に補充される。弾性表面波Wによる霧化は、液体4の表面を伝搬する表面張力波(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、弾性表面波の振幅をできるだけ高くすると共にエネルギを液体4に集中して供給すること、および、できるだけ液体4の膜厚を薄くすることが必要である。液体4への高いエネルギの集中は開口幅Dの適正設計によって行うことができ、液体4の膜厚は上述の高さgを調整することによって、さらには、表面Sの粗度や液体との親和性などを調整することによって最適化することができる。   The liquid 4 is supplied to the surface S of the substrate 2 by the liquid supply unit 3, atomized by the surface acoustic wave W that has propagated through the surface S, and fly as fine particles 41. When the liquid 4 held by the surface tension is consumed by atomization, it is automatically replenished via the liquid lead-out member 32 by the action of the surface tension. Atomization by the surface acoustic wave W is performed by the droplets leaving and flying from the surface of the liquid 4 by surface tension waves (capillary waves) propagating on the surface of the liquid 4. Therefore, if the film thickness of the liquid 4 is thick, the energy of the surface acoustic wave is attenuated before reaching the surface of the liquid 4 and cannot be atomized. Therefore, it is necessary to increase the amplitude of the surface acoustic wave as much as possible, concentrate and supply energy to the liquid 4, and make the liquid 4 as thin as possible. Concentration of high energy on the liquid 4 can be performed by an appropriate design of the opening width D, and the film thickness of the liquid 4 can be further adjusted by adjusting the above-described height g, and further by adjusting the roughness of the surface S and the liquid. It can be optimized by adjusting affinity and the like.

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。   The surface acoustic wave atomizer 1 is used as, for example, a medical atomizer that is driven by a low-power dry battery. In this case, the atomized liquid 4 is water or a chemical solution in which a chemical is dissolved in water. Moreover, when driving the surface acoustic wave atomizer 1 with comparatively high electric power, it is used as a humidity adjusting device for preventing drying, for example.

次に、開口幅Dを、波長λの5倍乃至10倍とすることについて説明する。開口幅Dの適正化は、基板2の表面Sにおける霧化領域つまり液体4が存在して霧化が行われる領域の位置の適正化と共に行われる。すなわち、櫛形電極21が液体4に常態的に曝されると電極の劣化が進むので、霧化領域は櫛形電極21からある程度離間して設定する必要がある。また、霧化領域が櫛形電極21から離れ過ぎると、弾性表面波の広がりや減衰によって霧化の効率が悪くなるので、霧化領域は櫛形電極21から離れ過ぎないように設定する必要がある。このように霧化領域を設定することを前提として、以下のように開口幅Dの設定が行われる。霧化領域は、供給部材30によって形成される隙間空間Gの形状および配置によって設定される。   Next, description will be made on setting the aperture width D to 5 to 10 times the wavelength λ. The optimization of the opening width D is performed together with the optimization of the position of the atomization region on the surface S of the substrate 2, that is, the region where the liquid 4 is present and atomization is performed. That is, when the comb-shaped electrode 21 is normally exposed to the liquid 4, the deterioration of the electrode proceeds. Therefore, the atomization region needs to be set apart from the comb-shaped electrode 21 to some extent. If the atomization region is too far from the comb-shaped electrode 21, the efficiency of atomization deteriorates due to the spread or attenuation of the surface acoustic wave. On the premise of setting the atomization region in this way, the opening width D is set as follows. The atomization region is set by the shape and arrangement of the gap space G formed by the supply member 30.

図2(a)(b)に示すように櫛形電極21の櫛歯の互いの噛み合わせ長を変えて開口幅Dを変えた基板2を作成し、レーザドップラ振動計によって櫛形電極21の方向X側における弾性表面波の振幅Aの分布を測定し、図3、図4に示す測定結果が得られた。測定に用いた基板2は、開口幅Dを、D=1λ,2.5λ,5λ,10λ,20λの5段階に変えたものである。図3に示す振幅Aのグラフは、一対の櫛形電極21の中心軸上における、X=0λ,25λ,50λの3点における測定値を任意単位で示している。ここで、X=0λ、すなわちX=0における振幅Aは、比較のために表示されているものであり、上述したように、櫛形電極21を保護する観点から、このX=0の近傍領域を霧化領域とすることはない。また、図4(a)(b)(c)(d)は、それぞれ、D=2.5λ,5λ,10λ,20λについて振幅Aの面分布を、互いに同じ広さの測定領域について示している。その測定領域の大きさは、方向Xで70λ、方向Yで20λである。また、櫛形電極21に印加した高周波電圧の周波数はMHz帯であり、20MHzから400MHzにおいて同様の測定結果が得られている。   As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a substrate 2 having a different opening width D by changing the meshing length of the comb teeth of the comb electrode 21 is prepared, and the direction X of the comb electrode 21 is measured by a laser Doppler vibrometer. The distribution of the amplitude A of the surface acoustic wave on the side was measured, and the measurement results shown in FIGS. 3 and 4 were obtained. The substrate 2 used for the measurement has the opening width D changed to five stages of D = 1λ, 2.5λ, 5λ, 10λ, and 20λ. The amplitude A graph shown in FIG. 3 shows measured values at three points of X = 0λ, 25λ, and 50λ on the central axis of the pair of comb-shaped electrodes 21 in arbitrary units. Here, the amplitude A at X = 0λ, that is, X = 0, is displayed for comparison. As described above, from the viewpoint of protecting the comb-shaped electrode 21, the vicinity region of X = 0 is determined. The atomization area is not used. 4A, 4B, 4C, and 4D show the surface distribution of the amplitude A for D = 2.5λ, 5λ, 10λ, and 20λ, respectively, for the measurement areas having the same width. . The size of the measurement area is 70λ in the direction X and 20λ in the direction Y. The frequency of the high-frequency voltage applied to the comb-shaped electrode 21 is in the MHz band, and similar measurement results are obtained from 20 MHz to 400 MHz.

図3に示す振幅Aは、X=25λ,50λの2点における測定値に注目すると、開口幅Dの増加に対して増加して減少する山形の変化を示し、方向Xにおける位置が遠いほど低くなる傾向を示している。なお、X=25λ,50λの2点における2曲線の平均曲線を求めてみると、より滑らかな山形形状が見られる。このような振幅Aの変化は、櫛形電極21における開口幅Dの範囲内の各点で生成される弾性表面波が、広がりながら方向Xに向けて伝搬する際に、互いに干渉する結果と理解される。また、図4により、波の干渉による振幅Aの高まりと、波の伝搬と広がりに伴う振幅Aの減衰の様子が見られる。図3において、開口幅Dが10λを超えた領域で、振幅Aが単調減少している。また、図4(d)に示すように、開口幅Dが広すぎる場合、弾性表面波は、広がった状態で生成された小さい振幅値のまま伝搬推移している。これに対し、開口幅Dが10λ以下においては、全般的に大きい振幅値の状態が得られている。これらの測定結果から、開口幅Dを、波長λの10倍以下、すなわち、D≦10λとすることが好ましいと結論される。   When attention is paid to the measured values at two points of X = 25λ and 50λ, the amplitude A shown in FIG. 3 shows a change in a mountain shape that increases and decreases as the aperture width D increases, and decreases as the position in the direction X increases. It shows a tendency to become. When an average curve of two curves at two points of X = 25λ and 50λ is obtained, a smoother mountain shape is seen. Such a change in the amplitude A is understood as a result of the surface acoustic waves generated at each point within the range of the opening width D in the comb electrode 21 interfering with each other when propagating in the direction X while spreading. The Further, FIG. 4 shows that the amplitude A increases due to wave interference, and that the amplitude A attenuates as the wave propagates and spreads. In FIG. 3, the amplitude A monotonously decreases in the region where the opening width D exceeds 10λ. In addition, as shown in FIG. 4D, when the opening width D is too wide, the surface acoustic wave propagates and transitions with a small amplitude value generated in a spread state. On the other hand, when the opening width D is 10λ or less, generally a large amplitude value is obtained. From these measurement results, it is concluded that the aperture width D is preferably not more than 10 times the wavelength λ, that is, D ≦ 10λ.

また、開口幅Dが5λより狭い場合、図3、図4(a)に示すように、X=0近傍、すなわち最外の櫛歯近傍では大きな振幅値が得られるものの、伝搬に伴う広がりが大きいので、開口幅Dを波長λの5倍以上とすることがより好ましいと結論される。このように伝搬に伴う広がりが大きい場合、広がった状態の弾性表面波を用いることも考えられるが、霧化領域における振幅Aを十分大きくするために発生源のエネルギ密度を高くすると、櫛形電極21への負荷が過大になるので好ましくない。以上をまとめると次のようになる。弾性表面波霧化を効率良く行うために振幅Aを大きく維持する必要があり、開口幅Dを狭めることにより波の振幅Aを高め、開口幅Dを狭めることによって生じる波の広がりを、開口幅Dに対する適切な下限値以上に設定することにより回避することができる。つまり、開口幅DをD≦10λとすることにより波の振幅Aを高め、5λ≦Dとすることにより波の広がりを回避することができる。これにより、弾性表面波霧化装置1は、エネルギ効率良く安定して霧化することができる。また、隙間空間Gを、基板2の表面Sに生成される弾性表面波Wの進行方向に直交する幅方向の長さを開口幅Dと同等以下となるように形成することにより、弾性表面波Wの広がりに見合った幅で分布する液体4を霧化でき、液体4の有効利用を図ることができる。開口幅Dの範囲は、波長λの5倍乃至10倍が好ましいが、この範囲よりも数波長分広い範囲とすることも許容される。   When the opening width D is narrower than 5λ, a large amplitude value is obtained in the vicinity of X = 0, that is, in the vicinity of the outermost comb teeth, as shown in FIGS. Since it is large, it is concluded that it is more preferable to set the aperture width D to 5 times the wavelength λ or more. When the spread due to propagation is large in this way, it is conceivable to use a surface acoustic wave in a spread state. However, if the energy density of the source is increased to sufficiently increase the amplitude A in the atomization region, the comb-shaped electrode 21 is used. This is not preferable because the load on the battery becomes excessive. The above is summarized as follows. In order to efficiently perform the surface acoustic wave atomization, it is necessary to maintain the amplitude A large. By narrowing the opening width D, the amplitude A of the wave is increased, and the spread of the wave generated by narrowing the opening width D is defined as the opening width. This can be avoided by setting it to an appropriate lower limit value or more for D. That is, the amplitude A of the wave is increased by setting the opening width D to D ≦ 10λ, and the spread of the wave can be avoided by setting 5λ ≦ D. Thereby, the surface acoustic wave atomization apparatus 1 can be atomized efficiently and efficiently. Further, by forming the gap space G so that the length in the width direction orthogonal to the traveling direction of the surface acoustic wave W generated on the surface S of the substrate 2 is equal to or less than the opening width D, the surface acoustic wave The liquid 4 distributed with a width commensurate with the spread of W can be atomized, and the liquid 4 can be effectively used. The range of the aperture width D is preferably 5 to 10 times the wavelength λ, but it may be wider than this range by several wavelengths.

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、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ことから、櫛形電極21を間欠的に励振することにより、パルス状の弾性表面波Wを生成して、パルス状に霧化することもできる。パルス動作により、パワーを集中して濃度の濃い霧を発生させることができる。また、液体4の供給は、供給部材30を用いることに代えて、液体4を表面Sに滴下することや、基板2の一部を液体中に浸して液面と表面Sとの界面における表面張力による這い上がり現象を用いたりすることで行ってもよい。   The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, the length of the wave packet of the excited surface acoustic wave W corresponds to the length of voltage application time, so that the comb-shaped electrode 21 is intermittently excited to generate a pulsed surface acoustic wave W. Then, it can be atomized in a pulse shape. By the pulse operation, the power can be concentrated and a dense fog can be generated. Further, the supply of the liquid 4 is performed by dropping the liquid 4 on the surface S instead of using the supply member 30, or by immersing a part of the substrate 2 in the liquid and the surface at the interface between the liquid surface and the surface S. You may carry out by using the creeping phenomenon by tension.

本願は日本国特許出願2010−165379に基づいており、その内容は、上記特許出願の明細書及び図面を参照することによって結果的に本願発明に合体されるべきものである。   This application is based on the Japan patent application 2010-165379, The content should be united with this invention as a result by referring the specification and drawing of the said patent application.

1 弾性表面波霧化装置
2 基板
21 櫛形電極
22 櫛形電極(反射用の電極)
3 液体供給部
30 供給部材
g 高さ
D 開口幅(噛み合わせ長)
G 隙間空間
S 表面
W 弾性表面波
λ 波長
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface acoustic wave atomizer 2 Substrate 21 Comb electrode 22 Comb electrode (reflection electrode)
3 Liquid supply part 30 Supply member g Height D Opening width (engagement length)
G Gap space S Surface W Surface acoustic wave λ Wavelength

Claims (5)

弾性表面波霧化装置において、
圧電材料から成る基板と、
前記基板の表面に弾性表面波を生成するため該基板上に設けられた一対の櫛形電極と、
前記基板の表面に生成される弾性表面波によって霧化する液体を該基板上に供給する液体供給部と、を備え、
前記液体供給部は、前記基板の表面に対向して配置され、該基板上に供給される液体を該液体の表面張力によって膜状に分布させるための供給部材を備え、
前記供給部材は、前記基板の表面から一様の高さを隔てて該基板の表面に対向し、該基板の表面との間に隙間空間を形成する面を有し、
前記一対の櫛形電極は、互いに噛み合わされた櫛歯を有し、前記櫛歯の互いの噛み合わせ長が、該櫛形電極によって生成される弾性表面波の波長の10倍以下とされ
前記供給部材は、前記基板の表面に生成される弾性表面波の進行方向に直交する方向における前記隙間空間を形成する面の長さが前記櫛歯の互いの噛み合わせ長と同等以下となるように構成されていることを特徴とする弾性表面波霧化装置。
In the surface acoustic wave atomizer,
A substrate made of piezoelectric material;
A pair of comb electrodes provided on the substrate to generate surface acoustic waves on the surface of the substrate;
A liquid supply unit for supplying a liquid to be atomized by the surface acoustic wave generated on the surface of the substrate onto the substrate;
The liquid supply unit includes a supply member that is disposed to face the surface of the substrate and distributes the liquid supplied onto the substrate in a film shape by the surface tension of the liquid,
The supply member is opposed to the surface of the substrate with a uniform height from the surface of the substrate, and has a surface that forms a gap space with the surface of the substrate,
The pair of comb electrodes have comb teeth meshed with each other, and the meshing length of the comb teeth is set to be 10 times or less the wavelength of the surface acoustic wave generated by the comb electrodes ;
In the supply member, the length of the surface forming the gap space in the direction orthogonal to the traveling direction of the surface acoustic wave generated on the surface of the substrate is equal to or less than the meshing length of the comb teeth. A surface acoustic wave atomization device characterized by comprising:
前記櫛歯の互いの噛み合わせ長は、前記櫛形電極によって生成される弾性表面波の波長の5倍以上とされてい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。   2. The surface acoustic wave atomization device according to claim 1, wherein the meshing length of the comb teeth is at least five times the wavelength of the surface acoustic wave generated by the comb electrode. 前記供給部材は、膜状に分布した液体に前記櫛形電極が常態的に曝されることがないように、前記櫛形電極から離間して備えられていることを特徴とする請求項または請求項に記載の弾性表面波霧化装置。 The supply member, so as not to have the comb-shaped electrode in the liquid distributed in a film shape is normally to exposure, claim 1 or claim, characterized in that provided at a distance from the comb-shaped electrode 2. The surface acoustic wave atomization apparatus according to 2. 前記櫛歯の互いの噛み合わせ長は、前記一対の櫛形電極の各櫛歯において一定であることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の弾性表面波霧化装置。 The mutual interdigitated length of the comb teeth, the surface acoustic wave atomizer according to any one of claims 1 to 3 characterized in that it is a constant in the comb teeth of the pair of comb-shaped electrodes . 前記一対の櫛形電極は、一方向性電極を構成するための反射用の電極を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の弾性表面波霧化装置。 The pair of comb-shaped electrodes, the surface acoustic wave atomizer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises an electrode for reflection for constituting the unidirectional electrode .
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