JP6987481B1

JP6987481B1 - 超音波霧化装置

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Publication number: JP6987481B1
Application number: JP2020551452A
Authority: JP
Inventors: 容征織田; 孝浩平松
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: EP3909689A4; TWI773008B; KR102549199B1; TW202130421A; EP3909689A1; WO2021144952A1; CN113412162B; US20220203390A1; JPWO2021144952A1; CN113412162A; KR20210109589A

Abstract

本発明は、耐久性の向上を図った超音波霧化装置を提供することを目的とする。そして、本発明の超音波霧化装置（１０１）において、セパレータカップ（１２）及び４つの超音波振動子（２）は「４つの反射波（Ｗ２）が４つの超音波振動子（２）のいずれにも受信されない」という反射波回避条件を満足するように設けられる。具体的には、セパレータカップ（１２）の底面（ＢＰ１）は設定曲率（Ｋ１）が従来の設定曲率（Ｋ６）より大きく設定される。さらに、４つの超音波振動子（２）それぞれの水槽（１０）の底面の中心点（Ｃ１０）から距離（Ｄ１）が従来の距離（Ｄ６）より長く設定される。

Description

本発明は、超音波振動子を用いて原料溶液を微細なミストに霧化（ミスト化）し、当該ミストを外部に搬送する超音波霧化装置に関するものである。

電子デバイスの作製の現場において、超音波霧化装置が利用されることがある。当該電子デバイス製造の分野では、超音波霧化装置は、超音波振動子から発振される超音波を利用して溶液をミスト化し、ミスト化された溶液を搬送ガスによって外部へと送り出す。当該外部に搬送された原料溶液ミストが基板に噴霧されることにより、基板上には、電子デバイス用の薄膜が成膜される。

成膜で使用する原料溶液に様々な溶媒が使用されており、超音波振動子が腐食することを防止するため、原料溶液と超音波振動子とが接触しないダブルチャンバー方式が用いられる。ダブルチャンバー方式では、超音波振動子と原料溶液とを隔てるべく、底面に超音波振動子が設けられ水槽とは別に、原料溶液を収容するセパレータカップが用いられる。セパレータカップは、超音波を透過させる必要があるが、その一部は反射する。なお、水槽には超音波伝達溶媒が収容されている。

上記したダブルチャンバー方式の超音波霧化装置として例えば特許文献１で開示された霧化装置がある。

国際公開第２０１５／０１９４６８号

水槽の底面に設けられた超音波振動子より超音波が不活性な液体である超音波伝達溶媒を通ってセパレータカップの底面に入射される（当たる）際、透過波と反射波とが生じる。透過波はセパレータカップの底面を透過して原料溶液に入射され、反射波は水槽の底面に向かう。

反射波を生じさせることなく、全てを透過波とするためには、超音波伝達溶媒及びセパレータ（の底面）の構成材料として、同一の音響インピーダンスを有する構成材料を用いる必要がある。しかし、両者の構成材料の音響インピーダンスを完全に一致させることは実用上極めて困難であり、必然的に反射波が発生してしまう。

反射波は水槽の底面側に向けて照射されるため、反射波の受信に伴い、水槽（の底面）が溶融したり、水槽の底面に設けた超音波振動子が故障したりするため、超音波霧化装置の寿命を縮めてしまう原因となっている。このため、従来の超音波霧化装置は、耐久性が悪いという問題点があった。

本発明では、上記のような問題点を解決し、耐久性の向上を図った超音波霧化装置を提供することを目的とする。

この発明における超音波霧化装置は、超音波霧化装置であって、原料溶液を収容するセパレータカップを下方に有する容器と、前記容器内において前記セパレータカップの上方に設けられ、内部が空洞の内部空洞構造体と、内部に超音波伝達媒体を収容する水槽とを備え、前記水槽及び前記セパレータカップは、前記セパレータカップの底面が前記超音波伝達媒体に浸るように位置決めされ、前記水槽の底面に設けられる少なくとも一つの超音波振動子をさらに備え、前記少なくとも一つの超音波振動子から送信される少なくとも一つの入射波の一部が前記セパレータカップの底面で反射することにより少なくとも一つの底面反射波が得られ、前記セパレータカップ及び前記少なくとも一つの超音波振動子は、反射波回避条件を満足するように設けられ、前記反射波回避条件は、「前記少なくとも一つの底面反射波が前記少なくとも一つの超音波振動子のいずれにも受信されない」条件であり、前記セパレータカップの底面は、中央が下方に突出した球面状に形成され、前記少なくとも一つの超音波振動子は複数の超音波振動子を含み、前記少なくとも一つの入射波は複数の入射波を含み、前記少なくとも一つの底面反射波は複数の底面反射波を含み、前記反射波回避条件は、「前記複数の底面反射波が前記複数の超音波振動子のいずれにも送信されない」条件であり、前記複数の超音波振動子は前記水槽の底面の基準点から同一距離になるように、互いに離散して配置され、前記水槽の底面は、前記複数の底面反射波を受信する複数の反射波受信領域を有し、前記超音波霧化装置は、前記複数の反射波受信領域に設けられた複数の超音波吸収部材をさらに備え、前記複数の反射波受信領域は前記複数の超音波振動子の形成領域と異なる領域である。

請求項１記載の本願発明である超音波霧化装置において、セパレータカップ及び少なくとも一つの超音波振動子は、上記反射波回避条件を満足するように設けられる。

その結果、請求項１記載の本願発明である超音波霧化装置は、少なくとも一つの超音波振動子が少なくとも一つの底面反射波を受信することに起因する故障等の悪影響が生じることはないため、耐久性の向上を図ることができる。

この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

この発明の実施の形態１である超音波霧化装置の構成を模式的に示す説明図である。一の超音波振動子の周辺構造の詳細を示す説明図（その１）である。一の超音波振動子の周辺構造の詳細を示す説明図（その２）である。従来のセパレータカップにおける底面の曲率半径を模式的に示す説明図である。セパレータカップの底面の曲率半径と超音波振動子の配置態様とを示す説明図である。実施の形態１のセパレータカップの底面の曲率半径と超音波振動子の配置態様とを示す説明図である。実施の形態１の水槽の底面における４つの超音波振動子の配置態様を示す平面図である。図７のＡ−Ａ断面を示す超音波振動子の断面図である。この発明の実施の形態２である超音波霧化装置の構成を模式的に示す説明図である。この発明の実施の形態３である超音波霧化装置の構成を模式的に示す説明図である。従来の超音波霧化装置の構成を模式的に示す説明図である。

＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である超音波霧化装置１０１の構成を模式的に示す説明図である。

図１に示すように、超音波霧化装置１０１は、容器１、ミスト化器である超音波振動子２、内部空洞構造体３及びガス供給部４を備えている。容器１は上部カップ１１及びセパレータカップ１２が接続部５により結合された構造を呈している。また、超音波振動子２は主要部として超音波振動板２２を有している。

上部カップ１１は、内部に空間が形成される容器であれば、どのような形状であっても良い。超音波霧化装置１０１では、上部カップ１１は略円筒形状であり、上部カップ１１内には、平面視円状に形成された側面に囲まれた空間が形成されている。一方、セパレータカップ１２内には、原料溶液１５が収容される。

超音波振動子２は内部の超音波振動板２２から、セパレータカップ１２内の原料溶液１５に対して超音波を印加することにより、原料溶液１５をミスト化（霧化）している。４つの超音波振動子２（図１は２個のみ示す）は、水槽１０の底面に配設されている。図１では模式的に示しているが超音波振動子２の上方は開放されている。なお、超音波振動子２の数は、４つに限定されず、１つでも２つ以上であってもよい。

内部空洞構造体３は、内部に空洞を有する構造体である。容器１の上部カップ１１の上面部には、開口部が形成されており、図１に示すように、当該開口部を介して、内部空洞構造体３が上部カップ１１内に挿通されるように配設されている。ここで、開口部に内部空洞構造体３が挿通されている状態において、内部空洞構造体３と上部カップ１１との間は密閉されている。つまり、内部空洞構造体３と上部カップ１１の上記開口部との間は、シールされている。

内部空洞構造体３の形状は、内部に空洞が形成される形状のものであれば、どのような形状を採用しても良い。図１の構成例では、内部空洞構造体３は、底面を有さない、フラスコ形状の断面形状を有している。より具体的に、図１に示す内部空洞構造体３では、管部３Ａと、円錐台部３Ｂと、円筒部３Ｃとから構成されている。

管部３Ａは、円筒形状の管路部であり、当該管部３Ａは、上部カップ１１の上面に設けられた開口部から挿通されるように、上部カップ１１外から上部カップ１１内へと至っている。より具体的には、管部３Ａは、上部カップ１１の外側に配設される上管部と、上部カップ１１に内に配設される下管部とに区分される。そして、上管部は、上部カップ１１の上面外側から取り付けられ、下管部は、上部カップ１１の上面内側から取り付けられており、これらが取り付けられている状態において、上管部と下管部とは、上部カップ１１の上面に配設された開口部を通じて、連通している。管部３Ａの一方端は、上部カップ１１の外に存する、たとえば、原料溶液ミストＭＴを利用して薄膜を成膜する薄膜成膜装置内へと接続される。他方、管部３Ａの他方端は、上部カップ１１内において、上記円錐台部３Ｂの上端側に接続される。

円錐台部３Ｂは、外観（側壁面）が円錐台形状であり、内部には空洞が形成されている。上記円錐台部３Ｂは、上面及び底面が開放されている。つまり、内部に形成されている空洞を閉じており、かつ、上面及び底面を有さない。円錐台部３Ｂは、上部カップ１１内に存しており、円錐台部３Ｂの上端側は、上記の通り、管部３Ａの他方端と接続（連通）されており、当該円錐台部３Ｂの下端部側は、円筒部３Ｃの上端側と接続されている。

ここで、円錐台部３Ｂは、上端側から下端側に向けて、末広がりの断面形状を有する。つまり、円錐台部３Ｂの上端側の側壁の径が最も小さく（管部３Ａの径と同じ）、円錐台部３Ｂの下端側の側壁の径が最も大きく（円筒部３Ｃの径と同じ）、円錐台部３Ｂの側壁の径は、上端側から下端側に向けて、滑らかに大きくなる。

円筒部３Ｃは、円筒形状を有する部分であり、当該円筒部３Ｃの上端側は、上記の通り、円錐台部３Ｂの下端側と接続（連通）されており、円筒部３Ｃの下端側は、上部カップ１１の底面に面している。ここで、図１の構成例では、円筒部３Ｃの下端側は、解放されている（つまり、底面を有さない）。

ここで、図１の構成例では、内部空洞構造体３における、管部３Ａから円錐台部３Ｂを経て円筒部３Ｃへと延びる方向の中心軸は、上部カップ１１の円筒形状の中心軸と略一致している。なお、内部空洞構造体３は一体構造であっても、図１に示すように、管部３Ａの一部を構成する上管部、管部３Ａの他部を構成する下管部、円錐台部３Ｂ及び円筒部３Ｃの各部材を組み合わせて構成されても良い。図１の構成例では、上部カップ１１の外上面に上管部の下端部が接続され、上部カップ１１の内上面に下管部の上端部が接続され、当該下管部の下端部に、円錐台部３Ｂ及び円筒部３Ｃから成る部材が接続されることにより、複数の部材から成る内部空洞構造体３が構成されている。

上記形状の内部空洞構造体３が上部カップ１１の内部に挿通されるように配設されることにより、上部カップ１１内は、二つの空間に区分される。一つ目の空間は、内部空洞構造体３の内部に形成される空洞部である。以下、この空洞部を「ミスト化空間３Ｈ」と称する。ミスト化空間３Ｈは、内部空洞構造体３の内側面により囲まれた空間となる。

二つ目の空間が、上部カップ１１の内面と内部空洞構造体３の外側面とにより形成される空間である。以下、この空間を「ガス供給空間１Ｈ」と称する。このように、上部カップ１１内はミスト化空間３Ｈとガス供給空間１Ｈとに区画される。

また、ミスト化空間３Ｈとガス供給空間１Ｈとは円筒部３Ｃの下方開口部を介してつながっている。

また、図１の構成例では、内部空洞構造体３の形状と上部カップ１１の形状とから分かるように、ガス供給空間１Ｈは、上部カップ１１の上部側が最も広く、上部カップ１１の下側に進むに連れて、狭くなっている。つまり、管部３Ａの外側面と上部カップ１１の内側面とにより囲まれる部分のガス供給空間１Ｈが最も広く、円筒部３Ｃの外側面と上部カップ１１の内側面とに囲まれる部分のガス供給空間１Ｈが最も狭くなっている。

ガス供給部４は、上部カップ１１の上面に配設されている。ガス供給部４からは、超音波振動子２によりミスト化された原料溶液ミストＭＴ（図１参照）を、内部空洞構造体３の管部３Ａを介して外部へと搬送するためのキャリアガスＧ４が供給される。キャリアガスＧ４として、たとえば高濃度の不活性ガスを採用することができる。また、図１に示すように、ガス供給部４には、供給口４ａが設けられており、容器１内に存する供給口４ａから、キャリアガスＧ４が容器１のガス供給空間１Ｈ内に供給される。

ガス供給部４から供給されたキャリアガスＧ４は、ガス供給空間１Ｈ内に供給され、当該ガス供給空間１Ｈ内に充満した後、円筒部３Ｃの下方開口部を介して、ミスト化空間３Ｈへと導入される。

実施の形態１の超音波霧化装置１０１では、容器１のセパレータカップ１２は、カップ状であり、内部に原料溶液１５を収容している。セパレータカップ１２の底面ＢＰ１は側面部から中央に向かって傾斜しており、“０”でない設定曲率Ｋ１を有する球面状に形成されている。

このように、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１は、中央が下方に突出した設定曲率Ｋ１で規定される球面状に形成される。セパレータカップ１２の底面ＢＰ１を球面状に形成する目的の一つとして、原料溶液ミストＭＴの生成時に原料溶液１５の気泡が底面ＢＰ１付近に溜まるのを防止する気泡滞留防止目的がある。

また、水槽１０内は超音波伝達媒体である超音波伝達水９で充填されている。超音波伝達水９は、水槽１０の底面に配設された超音波振動子２の超音波振動板２２から発生した超音波振動を、セパレータカップ１２内の原料溶液１５へと伝達する機能を有している。

つまり、超音波伝達水９は、超音波振動子２から印加された超音波（の入射波Ｗ１）の振動エネルギーをセパレータカップ１２内に伝達できるように、水槽１０内に収容されている。

前述したように、セパレータカップ１２は、ミスト化される原料溶液１５が収容されており、原料溶液１５の液面１５Ａは、接続部５の配設位置よりも下側に位置している（図１参照）。

そして、セパレータカップ１２は底面ＢＰ１全体が超音波伝達水９に浸るように、セパレータカップ１２及び水槽１０は位置決め設定されている。すなわち、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１は、水槽１０の底面に接することなく、水槽１０の底面の上方に配置されて、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１と水槽１０の底面との間に超音波伝達水９が存在する。

このような構成の超音波霧化装置１０１において、４つの超音波振動子２それぞれの超音波振動板２２から超音波振動が印加させると、超音波による４つの入射波Ｗ１が超音波伝達水９及びセパレータカップ１２の底面ＢＰ１を透過し、透過波Ｗ１１としてセパレータカップ１２内の原料溶液１５に侵入する。

すると、液面１５Ａから液柱６が立上り、原料溶液１５は、液粒及びミストへと移行し、ミスト化空間３Ｈ内で原料溶液ミストＭＴが得られる。ガス供給空間１Ｈ内で生成された原料溶液ミストＭＴは、ガス供給部４から供給されたキャリアガスＧ４によって管部３Ａの上部開口部を介して外部に供給される。

実施の形態１の超音波霧化装置１０１において、４つの超音波振動子２（少なくとも一つの超音波振動子）から送信される４つの入射波（少なくとも一つの入射波；複数の入射波）の一部がセパレータカップ１２の底面ＢＰ１の底面で反射することにより、４つの反射波Ｗ２（少なくとも一つの底面反射波）が得られる。

超音波霧化装置１０１のセパレータカップ１２及び４つの超音波振動子２は、以下の反射波回避条件を満足するように設けられる。

上記反射波回避条件は、「４つの反射波Ｗ２が４つの超音波振動子２のいずれにも受信されない」条件である。なお、ここで、「受信されない」とは、４つの反射波Ｗ２の伝搬経路に４つの超音波振動子２が配置されていないことを意味する。以下、上記反射波回避条件について詳述する。

図１１は従来の超音波霧化装置２００の構成を模式的に示す説明図である。図１１において、実施の形態１の超音波霧化装置１０１と同様な箇所は同一符号を付して説明を要略する。

超音波霧化装置１０１の容器１に対応する容器５１は上部カップ１１及びセパレータカップ６２の組合せ構造により構成される。

また、超音波霧化装置２００では、容器５１のセパレータカップ６２の底面ＢＰ６は側面部から中央に向かって緩やかに傾斜しており、設定曲率Ｋ６（＜Ｋ１）で規定される球面状に形成されている。設定曲率Ｋ６は上記気泡滞留防止目的が達成できる程度に比較的小さな値に設定されている。

従来の超音波霧化装置２００において、４つの超音波振動子２から送信される４つの入射波の一部がセパレータカップ６２の底面ＢＰ６の底面で反射することにより、４つの反射波Ｗ２が得られる。

従来の超音波霧化装置２００において、セパレータカップ６２の底面ＢＰ６の設定曲率Ｋ６は、設定曲率Ｋ１よりかなり小さく、かつ、４つの超音波振動子２は水槽１０の底面の中心から比較的近くに近接配置されている。４つの超音波振動子２が上述したように近接配置されるのは、４つの入射波Ｗ１を確実にセパレータカップ６２内の原料溶液１５に到達させるためである。

このため、超音波霧化装置２００のセパレータカップ６２及び４つの超音波振動子２は、実施の形態１のように上記反射波回避条件を満足することはできなかった。すなわち、４つの反射波Ｗ２が４つの超音波振動子２に確実に受信されていた。なぜなら、セパレータカップ６２の底面ＢＰ６の形状及び４つの超音波振動子２の配置態様から、必然的に反射波Ｗ２の反射角（入射波Ｗ１の入射角）が小さくなるからである。

（反射波回避条件についての考察）
以下、上記反射波回避条件について考察する。なお、上述した図１及び図１１並びに以降に示す図に示す入射波Ｗ１、反射波Ｗ２〜Ｗ４はそれぞれ模式的に示している。実際には、後に詳述する超音波振動板２２の面積が、超音波出力サイズとなる。一方、図面上では、超音波振動板２２の中心点からの超音波出力を矢印で模式的に示している。また、超音波の入射波Ｗ１，反射波Ｗ２〜Ｗ４は、それぞれ直進性を有しており、ビーム状となっている。

図２及び図３は一の超音波振動子２の周辺構造の詳細を示す説明図である。同図に示すように、水槽１０の底面に埋め込まれる態様で超音波振動子２が設けられている。超音波振動子２の上方には開放領域ＯＰ２を有している。この際、超音波振動板２２から原料溶液１５の液面１５Ａまでの液面高さＨ１５に設定される。

超音波振動子２内部の超音波振動板２２が振動することにより超音波が印加される。したがって、液面高さＨ１５は、正確には超音波振動板２２の中心から液面１５Ａまでの高さとなる。なお、冷却パイプ２９は超音波伝達水９を冷却すべく、内部に冷却水を流している。

超音波振動子２の超音波振動板２２は外径が約２０ｍｍの円盤状を呈しており、超音波振動板２２の振動により円盤状の超音波振動板２２と同じサイズの超音波が発生する。超音波は指向性が高く、近距離音場限界距離ＤＬ内では広がることなく進み、近距離音場限界距離ＤＬを超えると一定角度で広がる。なお、近距離音場限界距離ＤＬは以下の式(1)で求められる。

ＤＬ＝（（ＥＤ）^２／λ−λ）／４…(1)
なお、式(1)において、「ＥＤ」は超音波振動板２２の外径、「λ」は音の速さ（水中では１５００ｍ／ｓｅｃ）である。

上述した近距離音場限界距離ＤＬ等の要因から、液面高さＨ１５は３０〜４０ｍｍにすると原料溶液ミストＭＴの霧化量を最大レベルにできることが経験的に知られている。このため、セパレータカップ１２（６２）の底面ＢＰ１（ＢＰ６）と超音波振動子２の超音波振動板２２との距離は必然的に短くなる。

図４は従来のセパレータカップ６２における底面ＢＰ６の曲率半径ｒ６を模式的に示す説明図である。同図に示すように、底面ＢＰ６の断面形状は仮想の中心点Ｃ６から比較的長い曲率半径ｒ６の円弧状に形成されており、設定曲率Ｋ６（＝１／ｒ６）は十分に小さい。

さらに、水槽１０の底面の中心点Ｃ１０（基準点）から４つの超音波振動子２それぞれの超音波振動板２２の中心位置まで同一の距離Ｄ６に設定される。この距離Ｄ６は比較的短い。

したがって、従来の超音波霧化装置２００が上記反射波回避条件を満足することは実質的に不可能となる。なぜなら、上記反射波回避条件についての考慮がなされておらず、上記気泡滞留防止目的を考慮したセパレータカップ６２の底面ＢＰ６の設定曲率Ｋ６を大きくする必要性はないからである。加えて、設定曲率Ｋ６を大きくすると、液面高さＨ１５の制約から、原料溶液１５に収容する原料溶液１５の量が少なくなるというマイナス要素が存在するため、上記気泡滞留防止目的を満足する範囲で設定曲率Ｋ６を小さくすることが望ましい。

したがって、図３及び図４に示すように、設定曲率Ｋ６が比較的小さく設定されている、従来のセパレータカップ６２の底面ＢＰ６では、必ず反射波Ｗ２が超音波振動子２の一部領域ＲＳで受信されてしまう。

図５はセパレータカップ１２の底面ＢＰ１の曲率半径ｒ１と超音波振動子２の配置態様を示す説明図である。

同図に示すように、底面ＢＰ１の断面形状は仮想の中心点Ｃ１から比較的短い曲率半径ｒ１の円弧状に形成されており、設定曲率Ｋ１（＝１／ｒ６）は設定曲率Ｋ６と比較して十分に大きい。

しかしながら、超音波振動子２それぞれの超音波振動板２２の中心位置までの距離Ｄ６が比較的短い状態では、４つの超音波振動子２（超音波振動板２２）は、平面視して底面ＢＰ１の中央部から比較的近い位置に配置されることになる。

４つの超音波振動子２の上述した配置状態では、反射波Ｗ２の反射角（入射波Ｗ１の入射角）を大きくすることができず、依然として上記反射波回避条件を満足できない可能性がある。すなわち、図５に示すように、各超音波振動子２（超音波振動板２２）の入射波Ｗ１が底面ＢＰ１で反射されて得られる反射波Ｗ２は超音波振動子２で受信されてしまう可能性がある。

なお、図５で示す４つの超音波振動子２の配置状態でも、図５で示す曲率半径ｒ１よりさらに短い曲率半径ｒｘにして、底面ＢＰ１の球面を規定する設定曲率Ｋｘを設定曲率Ｋ１より大きく設定することにより、上記反射波回避条件を満足させることは可能である。

図６は実施の形態１のセパレータカップ１２の底面ＢＰ１の曲率半径ｒ１と超音波振動子２の配置態様とを示す説明図である。図７は水槽１０の底面における４つの超音波振動子２の配置態様を示す平面図である。図７において水槽１０の底面の平面形状が円状の構成を示している。なお、斜線領域は水槽１０の側面を示している。

図６に示すように、底面ＢＰ１の断面形状は仮想の中心点Ｃ１から比較的短い曲率半径ｒ１の円弧状に形成されており、設定曲率Ｋ１は設定曲率Ｋ６と比較して十分に大きい。

さらに、図７に示すように、水槽１０の底面において、基準点である中心点Ｃ１０を中心とした距離Ｄ１（＞Ｄ６）の外周円に沿って、４つの超音波振動板２２を環状に点在して均等間隔（９０度間隔）になるように、４つの超音波振動子２が配設されている。

このように、４つの超音波振動子２（超音波振動板２２）は、水槽１０の底面の基準点である中心点Ｃ１０から同一距離Ｄ１になるように、互いに離散して配置される。

さらに、水槽１０の底面の中心点Ｃ１０からの距離Ｄ１を従来の距離Ｄ６に比べ長くしている。その結果、４つの超音波振動板２２はそれぞれ中心点Ｃ１０から遠くなり、かつ、４つの超音波振動子２の間隔も十分大きくなっている。

図８は図７のＡ−Ａ断面を示す超音波振動子２の断面図である。同図に示すように、超音波振動子２内の超音波振動板２２は、基台２４の上部に設けられた支持ラバー２３よって少し傾いて固定されている。具体的には、水槽１０の底面に対し７度程度傾いている。

すなわち、各超音波振動子２の超音波振動板２２は、中心点Ｃ１０から遠ざかる方向側に少し傾いている。このように、４つの超音波振動板２２は、水槽１０の底面に対し“０”でない所定の角度を有している。

このように、実施の形態１では、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１の設定曲率Ｋ１を従来の設定曲率Ｋ６に比べて大きくし、４つの超音波振動子２（超音波振動板２２）それぞれの水槽１０の底面の中心点Ｃ１０からの距離Ｄ１を従来の距離Ｄ６より長くするという技術的改良を行っている。

したがって、上記技術的改良を行うことにより、上記反射波回避条件を満足するように、底面ＢＰ１の設定曲率Ｋ１及び４つの超音波振動板２２の中心点Ｃ１０からの距離Ｄ１を設定することができる。

その結果、図６に示すように、反射波Ｗ２の反射角（入射波Ｗ１の入射角）を従来に比べ大きくすることができる結果、反射波Ｗ２が超音波振動子２に受信されない効果を達成することができる。

なお、図６では説明の都合上、１つの超音波振動子２に関する入射波Ｗ１と反射波Ｗ２を示しているが、他の３つの超音波振動子２においても、反射波Ｗ２が受信されることはない。その理由は以下の通りである。

４つの超音波振動子２はそれぞれ中心点Ｃ１０から同一距離Ｄ１に配置されており、かつ、４つの超音波振動板２２の傾きも中心点Ｃ１０から遠ざかる方向側に共通に７度程度傾いている。このため、４つの超音波振動板２２から送信される４つの入射波Ｗ１に関し、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１に対する入射波Ｗ１の入射角（反射波Ｗ２の反射角）は同じになる。したがって、４つの反射波Ｗ２が４つの超音波振動子２（超音波振動板２２）に受信されることはない。

このように、実施の形態１の超音波霧化装置１０１において、セパレータカップ１２及び４つの超音波振動子２は上記反射波回避条件を満足するように設定される。具体的には、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１は設定曲率Ｋ１（＞Ｋ６）に設定され、４つの超音波振動子２それぞれの水槽１０の底面の中心点Ｃ１０から距離Ｄ１（＞Ｄ６）に設定される。

このため、超音波霧化装置１０１において、４つの超音波振動子２が、４つの反射波Ｗ２（少なくとも一つの底面反射波）を受信することに起因する故障等の悪影響が生じることはないため、超音波霧化装置１０１の耐久性の向上を図ることができる。

さらに、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１は中央が下方に突出する球面状に形成されている。このため、球面を規定する設定曲率Ｋ１を従来の設定曲率Ｋ６より十分大きくして、４つの反射波Ｗ２の反射角（４つの入射波Ｗ１の入射角）を大きくすることにより、上記反射波回避条件を満足させることができる。

加えて、設定曲率Ｋ１によって球面が規定される底面ＢＰ１を有するセパレータカップ１２に対し、４つの超音波振動子２はそれぞれ水槽１０の底面の中心点Ｃ１０から同じ距離Ｄ１になるように、互いに離散して配置される。

したがって、距離Ｄ１を従来の距離Ｄ６より十分長くすることにより上記反射波回避条件を満足させることができる。

＜実施の形態２＞
図９はこの発明の実施の形態２である超音波霧化装置１０２の構成を模式的に示す説明図である。図９において、実施の形態１の超音波霧化装置１０１と同様な構成部は、同一符号を付して説明を適宜省略し、実施の形態２の特徴箇所を中心に説明する。

同図に示すように、水槽１０Ｂの底面の表面に４つの反射波Ｗ２に対応して４つの超音波吸収部材２５（図９は２個のみ示す）が設けられる。４つの超音波吸収部材２５は水槽１０Ｂの表面領域を形成するように、水槽１０Ｂの底面の一部に埋め込まれている。実施の形態２の水槽１０Ｂと実施の形態１の水槽１０との相違点は４つの超音波吸収部材２５の有無である。

４つの超音波吸収部材２５は、水槽１０Ｂの底面において、４つの反射波Ｗ２を受信する４つの反射波受信領域に設けられる。図２〜図６に示した水槽１０の底面と同様に、水槽１０Ｂの底面は所定の厚みを有している。したがって、水槽１０Ｂの底面において、４つの反射波受信領域それぞれの上部に凹部を設け、各凹部に超音波吸収部材２５が埋め込まれている。

なお、超音波吸収部材２５の構成材料としてウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム及びエチレンゴムを含む各種ゴム材が考えられる。

このように、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、水槽１０Ｂの底面における４つの反射波受信領域（複数の反射波受信領域）に４つの超音波吸収部材２５（複数の超音波吸収部材）を設けたことを特徴としている。

４つの反射波受信領域は、４つの超音波振動子２（超音波振動板２２）の配置、超音波振動板２２の傾き、セパレータカップ１２の底面ＢＰ１の鏡面を規定する設定曲率Ｋ１等から予め認識することができる。

このように、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、水槽１０Ｂの底面に設けた４つの超音波吸収部材２５（複数の超音波吸収部材）によって、４つの反射波Ｗ２（複数の底面反射波）が４つの超音波吸収部材２５以外の水槽１０Ｂの底面に入射される現象を確実に回避して、水槽１０Ｂの底面を保護することができる。

その結果、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１よりも高い耐久性を有することができる。

＜実施の形態３＞
（基本構成）
図１０はこの発明の実施の形態３である超音波霧化装置１０３の構成（変形例を含む）を模式的に示す説明図である。図１０において、実施の形態１の超音波霧化装置１０１と同様な構成部は、同一符号を付して説明を適宜省略し、実施の形態３の特徴箇所を中心に説明する。なお、図１０では後述する変形例として超音波吸収部材２７を併せて示している。

同図に示すように、水槽１０Ｃの底面の表面に４つの反射波Ｗ２に対応して４つの超音波反射部材３２（図１０は２個のみ示す）が設けられる。４つの超音波反射部材３２は水槽１０Ｃの表面領域を形成するように、水槽１０Ｃの底面の一部に埋め込まれている。実施の形態３の基本構成に関し、実施の形態３の水槽１０Ｃと実施の形態１の水槽１０との相違点は４つの超音波反射部材３２の有無である。

４つの超音波反射部材３２は、水槽１０Ｃの底面において、４つの反射波Ｗ２を受信する４つの反射波受信領域に設けられる。水槽１０Ｃの底面において、４つの反射波受信領域それぞれの上部に凹部を設け、各凹部に超音波反射部材３２が埋め込まれている。

このように、実施の形態３の超音波霧化装置１０３の気温構成は、水槽１０Ｃの底面における４つの反射波受信領域（複数の反射波受信領域）に４つの超音波反射部材３２（複数の超音波反射部材）を設けたことを特徴としている。

なお、超音波反射部材３２の構成材料としてステンレスや銅などが考えられる。

このように、実施の形態３の超音波霧化装置１０３の基本構成は、水槽１０Ｃの底面に設けた４つの超音波反射部材３２（複数の超音波反射部材）によって、４つの反射波Ｗ２（複数の底面反射波）が４つの超音波反射部材３２以外の水槽１０Ｃの底面に入射される現象を確実に回避して、水槽１０Ｃの底面を保護することができる。

その結果、実施の形態３の超音波霧化装置１０３の基本構成は、実施の形態１よりも高い耐久性を有することができる。

なお、４つの反射波Ｗ２が４つの超音波反射部材３２で反射することにより４つの二次反射波Ｗ３（複数の二次反射波）が得られる。

実施の形態３の４つの超音波反射部材３２の表面は、水槽１０Ｃの底面に対し“０”でない所定の角度を有し、すなわち、水槽１０の底面の中心点Ｃ１０の方向に傾いている。

さらに、超音波反射部材３２の表面の所定の角度は、４つの二次反射波Ｗ３はセパレータカップ１２の底面ＢＰ１を介して二次透過波Ｗ３１として原料溶液１５に入射されるように設定される。

このように、実施の形態３の４つの超音波反射部材３２の基本構成は、水槽１０Ｃの底面に対し“０”でない所定の角度を有するため、所定の角度を調整することにより、４つの二次反射波Ｗ３の一部を二次透過波Ｗ３１として確実に原料溶液１５に入射することができる。

その結果、実施の形態３の超音波霧化装置１０３は、４つの入射波Ｗ１による４つの透過波Ｗ１１に加え、４つの二次反射波Ｗ３による４つの二次透過波Ｗ３１が原料溶液１５に入射する分、生成される原料溶液ミストＭＴの霧化量の増加を図るという、霧化量増加効果を奏する。

（変形例）
また、実施の形態３の超音波霧化装置１０３において、４つの二次反射波Ｗ３の一部がセパレータカップ１２の底面ＢＰ１の底面で反射することにより、４つの三次反射波Ｗ４が得られる。

そこで、水槽１０Ｃの底面の表面に４つの三次反射波Ｗ４に対応して４つの超音波吸収部材２７（図１０は２個のみ示す）が設けられる。４つの超音波吸収部材２７は水槽１０Ｃの表面領域を形成するように、水槽１０Ｃの底面の一部に埋め込まれている。実施の形態３の変形例における水槽１０Ｃと実施の形態１の水槽１０との相違点は４つの超音波反射部材３２及び４つの超音波吸収部材２７の有無である。なお、超音波吸収部材２７の構成材料として、実施の形態２の超音波吸収部材２５と同様な構成材料が考えられる。

４つの超音波吸収部材２７は、水槽１０Ｃの底面において、４つの三次反射波Ｗ４を受信する４つの三次反射波受信領域に設けられる。水槽１０Ｃの底面において、４つの三次反射波受信領域それぞれの上部に凹部を設け、各凹部に超音波吸収部材２７が埋め込まれている。

このように、実施の形態３の超音波霧化装置１０３の変形例は、水槽１０Ｃの底面における４つの三次反射波受信領域（複数の三次反射波受信領域）に４つの超音波吸収部材２７（複数の超音波反射部材）をさらに設けたことを特徴としている。

上述した実施の形態３の変形例は、水槽１０Ｃの底面に設けた４つの超音波吸収部材２７（複数の超音波反射部材）によって、４つの三次反射波Ｗ４（複数の三次反射波）が４つの超音波吸収部材２７以外の水槽１０Ｃの底面に入射される現象を確実に回避して、水槽１０Ｃの底面を保護することができる。

その結果、実施の形態３の超音波霧化装置１０３の変形例は、実施の形態３の基本構成よりも高い耐久性を有することができる。

＜セパレータカップ１２の構成材料＞
実施の形態１〜実施の形態３それぞれのセパレータカップ１２の構成材料として、超音波を透過しやすいポリプロピレン（ＰＰ）が一般的であるが、ＰＴＦＥに代表されるフッ素樹脂を採用しても良い。すなわち、セパレータカップ１２は、構成材質がフッ素樹脂である底面ＢＰ１を有しても良い。

フッ素樹脂は幅広い溶媒（原料溶液１５の溶媒）に対して比較的高い耐性を有する特性がある。このため、超音波霧化装置１０１（〜１０３）のセパレータカップ１２は原料溶液１５に対して比較的高い耐性を発揮することができる。

一方、フッ素樹脂はＰＰと比較して超音波の透過性に劣る。したがって、超音波霧化装置１０１〜１０３それぞれにおいて、実用レベルの超音波特性を得るべく、底面ＢＰ１の厚みを０．５ｍｍ以下、望ましくは０．３ｍｍ以下にすることが考えられる。

また、４つの超音波反射部材３２を有する、実施の形態３の超音波霧化装置１０３は、霧化量増加効果を有する分、フッ素樹脂が超音波の透過性に劣る点を改善することができる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１容器
２超音波振動子
３内部空洞構造体
４ガス供給部
９超音波伝達媒水
１０，１０Ｂ，１０Ｃ水槽
１２，６２セパレータカップ
１５原料溶液
２２超音波振動板
２５，２７超音波吸収部材
３２超音波反射部材
１０１〜１０３超音波霧化装置
ＢＰ１，ＢＰ６底面

Claims

超音波霧化装置であって、
原料溶液を収容するセパレータカップを下方に有する容器と、
前記容器内において前記セパレータカップの上方に設けられ、内部が空洞の内部空洞構造体と、
内部に超音波伝達媒体を収容する水槽とを備え、前記水槽及び前記セパレータカップは、前記セパレータカップの底面が前記超音波伝達媒体に浸るように位置決めされ、
前記水槽の底面に設けられる少なくとも一つの超音波振動子をさらに備え、
前記少なくとも一つの超音波振動子から送信される少なくとも一つの入射波の一部が前記セパレータカップの底面で反射することにより少なくとも一つの底面反射波が得られ、
前記セパレータカップ及び前記少なくとも一つの超音波振動子は、反射波回避条件を満足するように設けられ、
前記反射波回避条件は、「前記少なくとも一つの底面反射波が前記少なくとも一つの超音波振動子のいずれにも受信されない」条件であり、
前記セパレータカップの底面は、中央が下方に突出した球面状に形成され、
前記少なくとも一つの超音波振動子は複数の超音波振動子を含み、前記少なくとも一つの入射波は複数の入射波を含み、前記少なくとも一つの底面反射波は複数の底面反射波を含み、前記反射波回避条件は、「前記複数の底面反射波が前記複数の超音波振動子のいずれにも送信されない」条件であり、
前記複数の超音波振動子は前記水槽の底面の基準点から同一距離になるように、互いに離散して配置され、
前記水槽の底面は、前記複数の底面反射波を受信する複数の反射波受信領域を有し、
前記超音波霧化装置は、
前記複数の反射波受信領域に設けられた複数の超音波吸収部材をさらに備え、
前記複数の反射波受信領域は前記複数の超音波振動子の形成領域と異なる領域である、
超音波霧化装置。
超音波霧化装置であって、
原料溶液を収容するセパレータカップを下方に有する容器と、
前記容器内において前記セパレータカップの上方に設けられ、内部が空洞の内部空洞構造体と、
内部に超音波伝達媒体を収容する水槽とを備え、前記水槽及び前記セパレータカップは、前記セパレータカップの底面が前記超音波伝達媒体に浸るように位置決めされ、
前記水槽の底面に設けられる少なくとも一つの超音波振動子をさらに備え、
前記少なくとも一つの超音波振動子から送信される少なくとも一つの入射波の一部が前記セパレータカップの底面で反射することにより少なくとも一つの底面反射波が得られ、
前記セパレータカップ及び前記少なくとも一つの超音波振動子は、反射波回避条件を満足するように設けられ、
前記反射波回避条件は、「前記少なくとも一つの底面反射波が前記少なくとも一つの超音波振動子のいずれにも受信されない」条件であり、
前記セパレータカップの底面は、中央が下方に突出した球面状に形成され、
前記少なくとも一つの超音波振動子は複数の超音波振動子を含み、前記少なくとも一つの入射波は複数の入射波を含み、前記少なくとも一つの底面反射波は複数の底面反射波を含み、前記反射波回避条件は、「前記複数の底面反射波が前記複数の超音波振動子のいずれにも送信されない」条件であり、
前記複数の超音波振動子は前記水槽の底面の基準点から同一距離になるように、互いに離散して配置され、
前記水槽の底面は、前記複数の底面反射波を受信する複数の反射波受信領域を有し、
前記超音波霧化装置は、
前記複数の反射波受信領域に設けられた複数の超音波反射部材をさらに備え、
前記複数の反射波受信領域は前記複数の超音波振動子の形成領域と異なる領域である、
超音波霧化装置。
請求項２記載の超音波霧化装置であって、
前記複数の底面反射波が前記複数の超音波反射部材で反射することにより複数の二次反射波が得られ、
前記複数の超音波反射部材の表面は、前記水槽の底面に対し“０”でない所定の角度を有し、
前記複数の二次反射波は前記セパレータカップの底面を介して前記原料溶液に入射されることを特徴とする、
超音波霧化装置。
請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、
前記セパレータカップの底面の構成材質はフッ素樹脂である、
超音波霧化装置。