WO2010150629A1 - 弾性表面波を用いる霧または微細気泡の発生方法および霧または微細気泡発生装置 - Google Patents

弾性表面波を用いる霧または微細気泡の発生方法および霧または微細気泡発生装置 Download PDF

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正紀 岡野
茂喜 藤原
陽平 石上
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パナソニック電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for generating mist or fine bubbles on the order of micrometers or nanometers.
  • the present invention solves the above-described problem, and can be applied to a wide variety of liquids with a simple and small device configuration, and can generate one or both of mist and fine bubbles stably. It is an object to provide a method for generating fine bubbles and a mist or fine bubble generating device.
  • a mist or microbubble generation method including a piezoelectric substrate having excitation means including a plurality of electrodes for exciting a surface acoustic wave on a surface, the surface of which is an interface between a gas and a liquid.
  • excitation means including a plurality of electrodes for exciting a surface acoustic wave on a surface, the surface of which is an interface between a gas and a liquid.
  • a portion of the piezoelectric substrate is placed in the liquid so that it intersects the surface, and surface acoustic waves are excited on the surface by the excitation means, and the surface acoustic waves thus excited are elastic along the surface so that they exist above and below the interface.
  • Surface waves are propagated, and surface acoustic waves generate mist on the gas side above the interface, or generate fine bubbles on the liquid side below the interface.
  • both the generation of mist and the generation of fine bubbles are performed by the surface acoustic wave generated by one piezoelectric substrate without using a mechanical operation such as generating a swirling flow.
  • this equipment configuration it is possible to generate mist or fine bubbles at a low cost and at a low cost.
  • the configuration since the configuration is simple, it can be applied to a wide variety of liquids.
  • a fine bubble generating apparatus is a mist or fine bubble generating apparatus that generates mist or fine bubbles using a surface acoustic wave in a gas-liquid interface or in a liquid, for exciting the surface acoustic wave.
  • a piezoelectric substrate provided with excitation means consisting of a plurality of electrodes, and a part of the piezoelectric substrate placed in a liquid, the surface intersects with the interface between gas and liquid, and elastic is excited on the surface of the piezoelectric substrate
  • a substrate holding unit that holds the piezoelectric substrate so that surface waves exist above and below the interface and propagate along the gas side and the liquid side.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a mist or microbubble generator showing a method for generating mist or microbubbles according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the apparatus.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of this method.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a modification of the apparatus.
  • FIG. 5A is a perspective view showing another modification of the device, and FIG. 5B is a side view thereof.
  • 6 (a) and 6 (b) are device cross-sectional views illustrating a method for generating fine bubbles according to another modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is an apparatus cross-sectional view showing a method for generating fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a mist or microbubble generator showing a method for generating mist or microbubbles according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of
  • FIG. 8 is an apparatus cross-sectional view showing a fog generation method according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is an apparatus cross-sectional view showing a method for generating mist and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views of the apparatus showing a method for generating mist and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 11 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method for generating fog and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 12 is an apparatus cross-sectional view showing a modified example of the method.
  • FIG. 13 is an apparatus cross-sectional view showing another modification of the method.
  • FIG. 14 is an apparatus cross-sectional view showing a method for generating fog and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 15 is an apparatus perspective view showing a method for generating fog and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view of the apparatus.
  • FIG. 17 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method for generating fog and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 18 is a sectional view of an apparatus showing a modification of the method.
  • FIG. 19 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method of generating fog and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 20 is a sectional view of the apparatus.
  • FIG. 20 is a sectional view of the apparatus.
  • FIG. 21 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method for generating fog and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 22 is an apparatus cross-sectional view showing a method for generating fog and fine bubbles according to still another modification of the first embodiment.
  • FIG. 23 is a sectional view of an apparatus showing a modification of the method.
  • FIG. 24 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method for generating mist and fine bubbles according to the second embodiment.
  • FIG. 25 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method for generating fog and fine bubbles according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 26 is an apparatus cross-sectional view showing a modification of the method.
  • FIG. 27 is an apparatus cross-sectional view showing another modification of the method.
  • FIG. 28 is an apparatus sectional view showing still another modification of the method.
  • FIG. 29 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method for generating fog and fine bubbles according to the third embodiment.
  • FIG. 30 is an apparatus cross-sectional view illustrating a method for generating fine bubbles according to a modification of the third embodiment.
  • FIG. 31 is a sectional view of an apparatus showing a modification of the method.
  • First embodiment 1 1, 2 and 3 show the first embodiment.
  • the present device 1 in the mist or fine bubble generating device 1 (hereinafter referred to as the present device 1), the present device 1 has a plurality of comb-like shapes as excitation means for exciting the surface acoustic wave W.
  • the surface acoustic wave W is excited on the surface S by the electrode 21, and the surface acoustic wave W is propagated along the surface S so that the surface acoustic wave W exists above and below the interface 10a.
  • the mist M is generated on the gas side above the interface 10a, and the fine bubbles B are generated on the liquid 10 side below the interface 10a.
  • the liquid 10 is placed in a liquid container 11.
  • each component will be described in detail.
  • the piezoelectric substrate 2 is a rectangular plate material, and is partially held in the liquid 10 by the substrate holding unit 20 so that the longitudinal direction thereof is the vertical direction.
  • the piezoelectric substrate 2 is a substrate made of a piezoelectric body itself such as LiNbO 3 (lithium niobate), for example.
  • the piezoelectric substrate 2 may be a non-piezoelectric substrate having a piezoelectric thin film, for example, a PZT thin film (lead, zirconium, titanium alloy thin film) formed on the surface thereof. W is excited.
  • the piezoelectric substrate 2 may be any substrate provided with a piezoelectric portion on the surface where the surface acoustic wave W is excited.
  • the shape of the piezoelectric substrate 2 of the present apparatus 1 is not limited to a rectangle, and may be an arbitrary shape.
  • the surface S is not limited to a flat surface and can be an arbitrary curved surface.
  • the piezoelectric substrate 2 is not limited to a plate shape having a constant thickness, but may be any shape as long as it has a surface S for propagating the surface acoustic wave W.
  • the comb-like electrode 21 is an electrode (interstitial finger electrode, IDT: inter digital transducer) formed by engaging two comb-shaped electrodes having different polarities with each other on the surface S of the piezoelectric substrate 2.
  • the comb teeth adjacent to each other of the electrodes 21 belong to electrodes having different polarities, and are arranged at a pitch having a length that is half the wavelength of the surface acoustic wave W to be excited.
  • a high-frequency (for example, MHz band) voltage from an electric circuit E for applying a high-frequency voltage between the electrodes 21 having different polarities the electric energy is electromechanically converted into wave mechanical energy by the comb-shaped electrode.
  • the surface acoustic wave W is excited on the surface S of the piezoelectric substrate 2.
  • the amplitude of the excited surface acoustic wave W is determined by the magnitude of the voltage applied to the electrode 21.
  • the length of the wave surface wave of the excited surface acoustic wave W corresponds to the length of voltage application time.
  • the surface acoustic wave W excited by the electrode 21 becomes a wave having a width corresponding to the width at which the teeth of the pair of comb electrodes intersect, and propagates in the direction x perpendicular to the teeth of the comb.
  • Such a surface acoustic wave W has a property of exerting a force to move the liquid existing on the surface S in the propagation direction of the surface acoustic wave W.
  • the surface acoustic wave W propagating on the surface of the solid is generated with ultrasonic waves, for example, a piezo element, and has a higher frequency easily and stably than the ultrasonic wave propagating three-dimensionally in the solid or fluid. It can be excited as a wave.
  • a fine mist M By propagating the surface acoustic wave W having a high frequency and a short wavelength toward the liquid 10, a fine mist M having a diameter of micron order or submicron to nanometer order at the gas-liquid interface 10a through which the surface acoustic wave W passes.
  • the fine bubbles B are considered to be generated from the gas dissolved in the liquid 10. Therefore, a gas that should become fine bubbles in the liquid may be dissolved in supersaturation in advance so that the fine bubbles of the gas can be easily generated.
  • a cold insulator may be provided to cool the liquid 10 and keep the temperature of the liquid 10 low.
  • the surface acoustic wave W propagates from the gas side to the liquid 10 side and passes through the gas-liquid interface 10a, it is considered that the gas is entrained from the gas side to the liquid side. It is thought that it is also generated from.
  • the liquid 10 may be water such as tap water or pure water, an organic solvent such as alcohol, or any other liquid.
  • an insulating layer or a protective layer may be provided on the surface of the piezoelectric substrate 2 in order to electrically insulate the electrode 21 and prevent corrosion of the piezoelectric substrate 2. It is desirable that these do not cause propagation loss of the surface acoustic wave W.
  • a simple gas such as oxygen or ozone or a desired arbitrary gas can be used.
  • the mist M and the fine bubbles B can be generated simultaneously by a simple procedure. That is, a part of the piezoelectric substrate 2 is placed in the liquid 10 (# 1), and the surface acoustic wave W is excited (# 2). The surface acoustic wave W is propagated along the gas-side surface S and the liquid 10-side surface S of the piezoelectric substrate 2 (# 3). Then, the mist M is generated on the gas side at the gas-liquid interface 10a by the surface acoustic wave W propagating on the gas side, and the fine bubbles B are generated in the liquid 10 by the surface acoustic wave W propagating in the liquid 10 ( # 4).
  • the steps (# 1 to # 4) may be repeated while the mist M and the fine bubbles B are generated.
  • the mist M and the fine bubbles B can be easily combined with a simple and small device configuration, space saving, and low cost. Can be generated.
  • the configuration is simple, it can be applied to a wide variety of liquids.
  • the piezoelectric substrate 2 can be placed with the electrode 21 in the liquid 10.
  • the electrodes 21 it is assumed that the electrodes 21 are electrically insulated from each other, or the liquid 10 is an electrically insulating liquid, and there is no short circuit problem in the liquid.
  • the surface acoustic wave W propagates along the surface S from the inside of the liquid 10 to the gas side through the gas-liquid interface 10a.
  • the liquid 10 is wound up to the gas side instead of the above-described gas entrainment. By such a liquid winding, the generation efficiency of the mist M is improved as compared with the case of FIG.
  • the traveling direction (x direction) of the surface acoustic wave W in the piezoelectric substrate 2 can be arranged parallel to the gas-liquid interface 10a.
  • the mist M and the fine bubbles B receive a driving force in the propagation direction by the surface acoustic wave W, the mist M and the fine bubbles B are generated more stably. That is, the mist M and the fine bubbles B are sequentially separated from the periphery of the piezoelectric substrate 2 as they are generated, and are quickly separated from each other. For example, the fine bubbles B are prevented from being combined and disappearing. It is.
  • the angle between the traveling direction (x direction) of the surface acoustic wave W and the gas-liquid interface 10a is the perpendicular direction as described above.
  • any angle can be used. Further, this angle may be appropriately changed during use of the apparatus 1 by providing an angle changing device. By this angle variation, the generation ratio of the mist M and the fine bubbles B can be dynamically varied by entraining the gas in the liquid or conversely winding the liquid in the gas.
  • FIG. 6A and 6 (b) show another modification of the first embodiment.
  • the surface S in the piezoelectric substrate 2 of the first embodiment in which the electrode 21 is disposed on the gas side, the surface S includes a surface including at least an intersection region with the interface 10a.
  • a cover 22 in close contact with S is provided.
  • the apparatus 1 propagates the surface acoustic wave W excited by the electrode 21 from the gas side into the liquid 10 along the surface S, so that the mist M is not generated and the inner side of the liquid 10 away from the interface 10a.
  • the fine bubbles B can be generated.
  • the cover 22 is for mitigating the influence of fluctuations in boundary conditions when passing through the interface 10a, suppressing the propagation loss of the surface acoustic wave W, and generating the fine bubbles B with high efficiency. Therefore, the cover 22 is required not to cause the propagation loss of the surface acoustic wave W in order to suppress the attenuation of the wave at the interface 10a and to ensure the vibration strength of the surface acoustic wave W in the liquid 10. .
  • a material for the cover 22 a material that has a certain degree of elasticity and does not hinder the vibration of the piezoelectric substrate 2, or a piezoelectric material equivalent to the piezoelectric substrate 2 can be used.
  • the transmission loss of the surface acoustic wave W when the surface acoustic wave W propagates from the gas side to the liquid 10 side and passes through the interface 10a can be suppressed by the cover 22; Can be generated. Further, since the surface acoustic wave W contacts the liquid 10 on the inner side of the liquid 10 away from the interface 10a, the fine bubbles B can be selectively generated without generating the mist M. Further, since the fine bubbles B are generated away from the interface 10a, it is possible to reduce the dissipation to the gas side.
  • the cover 22 may be provided up to the region covering the electrode 21.
  • the boundary between the gas and the cover 22 is defined as an elastic surface. The wave W does not pass through and no loss occurs when passing through such a boundary. That is, according to this modification, the change in the boundary condition when the surface acoustic wave W propagates toward the liquid 10 is only one place on the end surface on the outlet side from the cover 22. Transmission loss is further suppressed.
  • FIG. 7 shows still another modification of the first embodiment.
  • a container 12 that covers the gas side portion of the piezoelectric substrate 2 is provided, and the mist M is confined in a space formed by the container 12 and the liquid 10.
  • the container 12 does not need to form a sealed space, and may be any container that can confine at least the mist M within a desired range.
  • the container 12 may be a container having an opening upward.
  • the container 12 may be provided with an exhaust port or forcibly exhausted so that the short circuit between the electrodes 21 does not occur due to the filled fog M. .
  • the generated mist M since the generated mist M has the container 12, it does not jump out and only the fine bubbles B can be used.
  • FIG. 8 shows still another modification of the first embodiment.
  • a flat plate 13 that is close to and faces the surface S of the piezoelectric substrate 2 is provided at a position that intersects the interface 10a.
  • the flat plate 13 is, for example, a rectangular plate whose upper side and lower side are horizontal.
  • the flat plate 13 raises the liquid surface of the liquid 10, that is, the height of the interface 10 a between the gas and the liquid 10 by surface tension with the surface S of the piezoelectric substrate 2 (depending on the situation such as the type of the liquid 10 and the liquid contact surface). Some liquids lower the liquid level).
  • the distance d0 2T cos ⁇ / ( ⁇ gH) is obtained from these values, and the distance d between the piezoelectric substrate 2 and the flat plate 13 is set to be less than the distance d0 (d ⁇ d0).
  • the fine bubbles B are not generated from between the piezoelectric substrate 2 and the flat plate 13 to the outside (downward). This is because when the height H of the upper side of the flat plate 13 exceeds a certain value, the fine bubbles B generated in the liquid space between the piezoelectric substrate 2 and the flat plate 13 are combined and floated together, so that the lower liquid 10 is based on the phenomenon that fine bubbles B do not appear. Since the height H is the height above the interface 10a, when the flat plate 13 is extended downward from the interface 10a, even if the height of the flat plate 13 is lower than the above-mentioned height H, the fine bubbles B appear below. Disappear.
  • the gap d between the piezoelectric substrate 2 and the flat plate 13 sufficiently narrow, the movement space of the fine bubbles B is limited in the gap d, and the fine bubbles B are combined and floated together. Therefore, it is possible to suppress the generation of the fine bubbles B in the liquid 10 and generate only the mist M to the outside.
  • the piezoelectric substrate can be used even if the liquid level of the other part changes.
  • the fog M can be stably generated at the same height position with respect to 2.
  • FIG. 9 shows still another modification of the first embodiment.
  • the generation ratio of the mist M or the fine bubbles B is changed by changing the angle ⁇ of the intersection between the surface S and the interface 10a in the first embodiment.
  • the space surrounded by the interface 10a and the surface S of the piezoelectric substrate 2 is changed between the gas side and the liquid 10 by changing the angle of intersection ⁇ within a range of 0 ⁇ ⁇ , for example. Since it can be changed in each of the sides, the generation amount of the mist M and the fine bubbles B and the generation ratio of the mist M and the fine bubbles B can be changed.
  • the angle ⁇ in the figure becomes smaller and the surface S becomes more upward and the surface S and the interface 10a become more parallel, the space on the liquid 10 side becomes narrower, and the combined coalescence between the fine bubbles B occurs. As a result, the fine bubbles B are reduced. In this case, since the space on the gas side is widened, and the liquid 10 spreads thinner on the surface S and the mist M is easily generated, the generation efficiency of the mist M is increased. Conversely, when the angle ⁇ in the figure increases, the operation is reversed.
  • the angle ⁇ may be manually set in advance before using the apparatus 1 or may be automatically and dynamically changed according to the use state during use.
  • the mechanism for changing the angle ⁇ can be easily incorporated into the substrate holding unit 20 by changing it with an arc-shaped slot or by combining it with a motor.
  • the angle ⁇ of intersection between the surface S and the interface 10a is shown, but it may be changed in combination with a rotation angle around an axis perpendicular to the surface S (see FIG. 5 and the description thereof). reference).
  • FIGS. 10A and 10B show still another modification of the first embodiment.
  • the surface S of the piezoelectric substrate 2 is covered with an insulator 23 so as to cover at least the electrode 21 in the first embodiment.
  • the insulator 23 is made of a hard material, that is, a material that does not absorb the surface acoustic wave W.
  • Such an insulator 23 is formed by joining a surface S to a piezoelectric material equivalent to the piezoelectric substrate 2, for example, a thin plate of LiNbO 3 (lithium niobate) or another insulating material, for example, a thin plate of a silicon substrate. Is provided.
  • a piezoelectric thin film such as PZT can be formed on the surface S to form the insulator 23.
  • the insulator 23 has a thickness at which the surface acoustic wave W propagates on its outer surface.
  • the insulator 23 does not need to cover the entire surface S, and when only the electrode 21 is insulated, the insulator 23 has a thickness that allows the surface acoustic wave W to propagate on the outer surface. There is no need.
  • the electrode 21 constituting the excitation means is insulated, the mist M and the fine bubbles B can be stably generated even with a conductive liquid. Moreover, since the electrode 21 includes the insulator 23, an unexpected situation where the electrodes are short-circuited can be avoided, and the mist M and the fine bubbles B can be easily generated with good operability. Further, as shown in FIG. 10B, the piezoelectric substrate 2 can be disposed in a state where the electrode 21 side of the piezoelectric substrate 2 is immersed in a conductive liquid.
  • FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13 show still another modification of the first embodiment.
  • the thickness of the piezoelectric substrate 2 is set so that the surface acoustic wave W due to the electrode 21 propagates through the surface S and the back surface Sr facing the surface S.
  • the thickness is made thin so that the surface acoustic wave Wr propagates.
  • the thickness of the piezoelectric substrate 2 may be made thinner than 1/4 of the wavelength of the surface acoustic wave W, for example.
  • a piezoelectric thin film such as PZT can be used as the piezoelectric substrate 2.
  • Such a thin piezoelectric substrate 2 is provided with a peripheral reinforcing portion that holds the periphery of the thin piezoelectric substrate 2 like a frame, whereby a device that can be used stably can be obtained.
  • the piezoelectric substrate formed in such a diaphragm structure can be formed using an etching technique such as a silicon substrate. According to this modification, the mist M and the fine bubbles B can be generated on both the front surface S and the back surface Sr, and many mists M and fine bubbles B can be generated efficiently.
  • the piezoelectric substrate 2 includes electrodes 21 as excitation means on the back surface Sr facing the front surface S together with the front surface S, and excites surface acoustic waves W and Wr on both surfaces S and Sr. It can be.
  • it is not necessary to reduce the thickness of the piezoelectric substrate 2, and can be an arbitrary thickness.
  • the connection wiring with the electric circuit E for applying the high frequency voltage can be concentrated on one surface. According to such a modification, it is possible to input more power by increasing the upper limit value of the input power per piezoelectric substrate. Therefore, by increasing the upper limit value of the input power, more fog M and fine bubbles B can be generated.
  • electrodes 21 may be provided on both surfaces S and Sr of the piezoelectric substrate 2 to excite the surface acoustic waves W and Wr on both surfaces S and Sr so that they are in phase with each other.
  • the electric field distribution in the piezoelectric substrate 2 is symmetric with respect to the front surface S and the back surface Sr, and compression and expansion of the piezoelectric substrate 2 due to voltage vibration are performed in a coordinated manner on the front and back sides.
  • the electric power to be input can be efficiently electromechanically converted into wave mechanical energy, the surface acoustic waves W and Wr can be efficiently and strongly excited, and more fog M and fine bubbles B can be generated.
  • FIG. 14 shows still another modification of the first embodiment.
  • the shock wave generating device 14 is provided at a position facing the surface S of the piezoelectric substrate 2 in the first embodiment, and the mist M and the fine bubbles B generated by the surface acoustic wave W are converted into shock waves.
  • the shock wave SW emitted from the generator 14 is crushed to make the mist M1 finer than the mist M, and the finer bubble B1 than the fine bubble B.
  • the shock wave generator 14 may be any device that can irradiate the fog M and the fine bubbles B with the shock wave SW.
  • the shock wave SW may be generated by using the piezoelectric substrate 2 itself as a shock wave transmission source of the shock wave generator 14 to propagate the shock wave SW in the gas in front of the surface S and in the liquid 10. .
  • a shock wave generator 14 using an ultrasonic transmitter or the like may be additionally provided to apply shock waves from both.
  • a device for generating a fluid motion that causes a swirling flow or the like is not required, and the fine bubbles B can be made into finer bubbles B1 with a simple configuration.
  • the propagation direction of the shock wave SW is not limited to the front direction of the surface S, and may be any direction that is oblique to the top, bottom, left, and right, as long as it can irradiate the fog M and the fine bubbles B with the shock wave SW. Further, the shock wave SW may be irradiated to either one of the mist M and the fine bubbles B. Alternatively, the transmission surface may be curved so that the shock wave SW is concentrated at a specific focal position, or the wave phase may be controlled for each of the plurality of transmission surfaces.
  • the liquid 10 is put in a circular liquid container 11 in plan view in the first embodiment.
  • the liquid container 11 preferably has a shape in which the inner peripheral wall is close to a perfect circle when viewed from the upper surface, but is a shape that easily generates a rotational flow having no corners, such as an ellipse or a rectangle subjected to C surface treatment or R surface treatment. But you can.
  • the piezoelectric substrate 2 is arranged at a position eccentric from the center of such a liquid container 11. Further, the surface S is parallel to the diameter direction of the liquid container 11, and the generation direction of the mist M and the fine bubbles B (direction perpendicular to the surface S) is the circumferential direction.
  • the fine bubbles B generated under such an arrangement move along the inner wall surface of the liquid container 11, and the liquid 10 in the liquid container 11 receives the momentum in the direction along the inner wall surface, A circumferential rotational flow (a kind of convection) is generated in the container 11. Further, when the flow of the liquid 10 is generated in the circumferential direction, the fine bubbles B in the central portion of the liquid container 11 are crushed by the movement of the liquid 10 and become finer bubbles.
  • the liquid container 11 is positively provided with a stirrer or the like that is rotated by an external motor, or the piezoelectric substrate 2 itself is disposed along the circumferential direction of the liquid container 11, for example. It may be rotated.
  • the apparatus 1 can, for example, derive the liquid 10 containing the fine bubbles B from the lower center of the liquid container 11 as indicated by the arrow OUT, and use the liquid 10 for cleaning purposes. Further, in order to compensate for the outflow of the liquid 10, the liquid may be appropriately replenished from above the liquid container 11 as indicated by an arrow IN. At this time, the surface acoustic wave excitation power, the excitation frequency, the number of excitation electrodes, the propagation area in the piezoelectric substrate 2 are set so that the fine bubbles B in the liquid 10 have an appropriate bubble number density according to the purpose of use.
  • the specifications relating to the performance of generating the fine bubbles B such as the quantity of the piezoelectric substrate itself, can be set or changed during use. Further, the flow rate of the derived liquid 10 may be adjusted and changed so that the fine bubbles B have an appropriate particle number density.
  • the fine bubbles B are quickly separated from the vicinity of the piezoelectric substrate 2 by the flow of the liquid 10 in the circumferential direction of the circular liquid container 11, and the fine bubbles B are separated from each other and dispersed. Therefore, the coupling
  • the piezoelectric substrate 2 may be arranged so as not to interfere with the rotational flow of the liquid by tilting from the diameter direction of the liquid container 11 in plan view.
  • FIGS. 17 and 18 show still another modification of the first embodiment.
  • a positive voltage is applied to the piezoelectric substrate 2 as shown in FIG. 17 in the first embodiment. That is, the counter electrode 15 is provided in a gas and a liquid separated from the piezoelectric substrate 2, and a voltage from the DC power source V is applied between the piezoelectric substrate 2 and the counter electrode 15, so that the mist M and fine bubbles in the piezoelectric substrate 2 are applied.
  • a region where B is generated is set to have a positive potential with respect to the periphery thereof.
  • the positive electrode (not shown) on the piezoelectric substrate 2 side for applying a positive voltage to the piezoelectric substrate 2 and its periphery with respect to the counter electrode 15 (negative electrode) is a conductive material having a uniform potential such as metal. Material is desirable.
  • An electrode pattern for the positive electrode may be provided on the surface S of the piezoelectric substrate 2 that propagates the surface acoustic wave W. In this case, the number of parts can be reduced.
  • the electrode 21 can be shared as a positive electrode. In this case, a high frequency voltage may be applied to the liquid 10 so that the electrode 21 is always at a positive potential.
  • the liquid 10 is preferably not tap water but tap water or electrolyzed water that contains a large amount of ions.
  • the electrode 21 needs to be insulated.
  • the negative ions (for example, OH ⁇ ) in the liquid 10 are attached to the surfaces of the piezoelectric substrate 2, the mist M, and the fine bubbles B, so that the repulsive force between the same kinds of charges causes the piezoelectric substrate 2.
  • the mist M and the fine bubbles B can be quickly separated from the vicinity, and the mist M and the fine bubbles B can be separated from each other to prevent the coupling between the mists M or the coupling between the fine bubbles B. it can.
  • the disappearance of the mist M and the fine bubbles B due to the combined thickening of the mist M and the fine bubbles B can be suppressed, the mist M and the fine bubbles B are efficiently generated, and the state of the mist M and the fine bubbles B is stably maintained. be able to.
  • the potential applied to the piezoelectric substrate 2 can be a negative potential.
  • the same effect as described above is exhibited by the gas and the positive ions in the liquid 10.
  • Whether the piezoelectric substrate 2 is set to a positive potential or a negative potential may be selected and determined according to the characteristics of the liquid 10, the mist M, the fine bubbles B, and their application fields (application fields and purposes).
  • 19 and 20 show still another modification of the first embodiment.
  • one of surface acoustic waves that are excited by the electrode 21 and propagate in two directions opposite to each other is reflected, and both surface acoustic waves are transmitted in one direction (the x direction in the figure).
  • the reflective electrode 24 can be composed of a comb-like electrode or the like, similar to the electrode 21.
  • the propagation position of the surface acoustic wave can be limited to one direction, and the generation position of the mist M and the fine bubbles B can be limited.
  • the piezoelectric substrate 2 is disposed with the electrode 21 serving as the excitation means on the gas side, a surface acoustic wave that propagates toward the gas-side substrate end and does not contribute to the generation of fog or fine bubbles is generated.
  • the energy can be effectively utilized by reflecting the light toward the liquid 10 side by the reflecting electrode 24.
  • FIG. 21 shows still another modification of the first embodiment.
  • This modification is provided with a dropping device 16 in the first embodiment, and the dropping device 16 drops the surfactant 17 into a region where the fine bubbles B are generated.
  • the surfactant 17 for example, a household detergent can be used.
  • the dropping device 16 is configured as a device for dropping the surface active substance 17 from a pipe by gravity, forcibly dropping it with a pump, or spraying it from a spray nozzle. The tips of these pipes and spray nozzles may be disposed near the intersection line between the surface S of the piezoelectric substrate 2 and the interface 10a, and the surfactant 17 may be dropped or sprayed and supplied to the liquid 10.
  • the liquid 10 is guided to a predetermined position by a pipe or the like together with the fine bubbles B and used and consumed for cleaning and disinfection. Therefore, the supply amount of the surfactant 17 may be set or changed according to the flow rate of the liquid 10, the capacity of the liquid container, the required specifications regarding the physical properties of the liquid 10, and the like.
  • this modification it is possible to stabilize the generation of the mist M and the fine bubbles B by the physicochemical action of the surfactant. Further, for example, when the mist M or the liquid 10 is used for cleaning, a surface active substance capable of improving the cleaning effect can be efficiently attached to the surface of the mist M or the fine bubbles B with a minimum amount.
  • FIG. 22 and 23 show still another modification of the first embodiment.
  • fine bubbles B are generated in the liquid 10 flowing in the direction of the arrow y along the tube direction inside the tubular structural member 5.
  • Inside the tubular structural member 5 is a space in which a gas exists, and the gas flows in the direction of the arrow y together with the liquid 10.
  • a piezoelectric substrate 2 similar to the piezoelectric substrate 2 in the first embodiment is disposed inside such a tubular structural member 5.
  • the mist M and the fine bubbles B generated in the piezoelectric substrate 2 are sequentially separated from the piezoelectric substrate 2 and flow along the flow of the gas and the liquid 10.
  • the liquid flow in the y direction may be generated by potential energy, or may be generated by a pump provided separately.
  • the gas flow may be generated by being dragged by the liquid flow, or may be generated by forcibly providing a pressure difference.
  • a pipe having an arbitrary cross section can be used in addition to a pipe having a circular cross section or a square pipe, and a pipe-like one having a slit in the axial direction can be used. .
  • the fine bubbles B can be quickly separated from the vicinity of the piezoelectric substrate 2 by the flow of the liquid 10, and the fine bubbles B can be separated from each other, thereby preventing the coupling between the fine bubbles B.
  • the disappearance of the fine bubbles B due to the bonding thickening can be suppressed, and the fine bubbles B can be generated efficiently.
  • the fine bubbles B can be generated so that the density of the number of fine bubbles in the liquid 10 is uniform.
  • the liquid 10 containing such fine bubbles B can be sent to a desired location by the tubular structural member 5 and used for processing such as cleaning.
  • the piezoelectric substrate 2 and the electrode 21 as the excitation means may be provided on the inner wall surface of the tubular structural member 5, that is, the inner wall surface of the liquid container containing the liquid 10.
  • a separately formed piezoelectric substrate 2 may be attached to the inner wall surface of the structural material 5, and a piezoelectric thin film is formed on the inner wall surface of the structural material 5, and an electrode 21 is formed thereon. It may be formed.
  • the longitudinal direction of each comb tooth of the electrode 21 is provided along the axial direction of the tubular structural member 5, and the surface acoustic wave propagates in the circumferential direction of the structural member 5.
  • the arrangement configuration of the electrode 21 is not limited to this configuration, and may be any direction or structure on the inner wall surface of the structural member 5.
  • the longitudinal direction of each comb tooth of the electrode 21 is the circumferential direction of the structural material 5
  • the surface acoustic wave propagates along the axial direction of the structural material 5. According to this modification, a uniform and large amount of fine bubbles can be stably generated with a small device configuration while flowing gas and liquid.
  • FIG. 24 shows the second embodiment.
  • a container 3 that covers a gas side portion of the piezoelectric substrate 2 is provided, and an arbitrary gas G is filled in a space formed by the container 3 and the liquid 10.
  • the container 3 forms a substantially sealed space by the ceiling portion 30 and the side wall portion 32 that hangs from the ceiling portion 30 to at least the vicinity of the interface 10a.
  • the side wall 32 is provided with an introduction pipe 31 for introducing the gas G and an opening 33 for leading the mist M to the outside of the container 3.
  • the piezoelectric substrate 2 is held on the ceiling portion 30 by the substrate holding portion 20.
  • the desired gas G can be effectively dissolved in the region where the fine bubbles B in the liquid 10 are generated, and the gas G is dissipated wastefully and consumed. Can be avoided. Further, according to the surface acoustic wave W propagating from the gas side toward the liquid 10 side, the gas G in the container 3 is entrained in the liquid 10, so that the gas G can be dissolved effectively.
  • the gas G may be pressurized so as to increase the pressure in the container 3 in order to promote dissolution.
  • the gas G may be generated inside the container 3 without being introduced from the outside.
  • oxygen may be generated as gas G by an oxygen-enriched film that can increase the oxygen concentration simply by allowing air to pass through.
  • the piezoelectric substrate 2 is supported by the floating body 4 at a certain height from the liquid surface 10a in the first embodiment.
  • the floating body 4 has a C shape surrounding the piezoelectric substrate 2 in a plan view, and the C-shaped opening is provided for the mist M to move and pass.
  • the piezoelectric substrate 2 is fixed to the floating body 4 by a support member 41.
  • the vertical position of the piezoelectric substrate 2 can be automatically and stably maintained at a constant height with respect to the liquid 10 whose height of the liquid surface 10a varies. Conditions can be made constant and fog M and fine bubbles B can be generated stably. Moreover, since the piezoelectric substrate 2 is in a floating state, it is easy to change the position in the horizontal direction and maintain the position along the liquid surface 10a.
  • the floating body 4 is not limited to a C-shaped float, and can be used by combining a plurality of arbitrarily-shaped floats.
  • the support member 41 that fixes the floating body 4 and the piezoelectric substrate 2 can be any shape such as a bar, a plate, or a lid-like member, and may be either sealed or non-sealed.
  • the member 41 may be integrated. Further, in order to smoothly move the floating body 4 and the piezoelectric substrate 2 supported by the floating body 4 vertically or horizontally with respect to the liquid container, a movement guide or a stopper for the liquid container may be provided.
  • the supporting member 41 can support the circuit board 42 by the floating body 4 in addition to the piezoelectric substrate 2, and can further support the power source 43 by the floating body 4.
  • the circuit board 42 is a circuit board including a circuit for controlling the excitation of the surface acoustic wave W by controlling the high frequency voltage applied to the electrode 21, for example, and the power source 43 controls the circuit board 42.
  • Power source for driving and power source for driving applied to the electrode 21 are included.
  • the power source 43 may be a battery or a battery, or may be a device or a circuit for generating power by energy such as vibration, light, or water flow.
  • the support member 41 and the floating body 4 may be made of a conductive material and used as an electromagnetic wave shield for suppressing external noise.
  • the circuit board 42 and the piezoelectric substrate 2 can be disposed close to each other, so that the influence of power loss and noise can be minimized. Further, by holding the power supply 43 with the floating body 4, no external wiring or the like is required, and the apparatus 1 can be configured as an independent unit including the devices necessary for generating the mist M and the fine bubbles B in addition to the piezoelectric substrate 2. The unit can be easily installed and increased, and the mist M and the fine bubbles B can be easily generated.
  • the configuration of the floating body 4 in the present modification can be combined with the above-described thirteenth embodiment. Such a combination can also be applied to the above-described modifications of FIGS. 26 and 27, and the effect of introducing the gas G and the effect of maintaining the height by the floating body 4 are exhibited for each combination.
  • FIG. 29 shows the third embodiment.
  • the gas supply pipe 17 is provided in the first embodiment, and the gas supply pipe 17 supplies the arbitrary gas G along the surface S from the gas side to the liquid 10 side.
  • the desired gas G can be directly and effectively supplied to the region where the fine bubbles B are generated, and dissolved in the liquid.
  • the fine bubbles B made of the gas G can be efficiently generated.
  • FIG. 30 and 31 show a modification of the third embodiment.
  • the present modification is adapted to adaptively supply the gas G in the third embodiment shown in FIG. 29 described above.
  • the liquid 10 flows in one direction (y direction) in a tubular liquid container 5 having a part of the opening 50, and the piezoelectric substrate 2 is close to the opening 50 and downstream of the opening 50.
  • the upper wall surface is disposed with the surface S facing the liquid 10.
  • the electrode 21 on the surface S is on the opening 50 side (upstream side), and excites a surface acoustic wave W propagating in the downstream direction from the opening 50 side.
  • the opening 50 is provided with a gas supply valve 51 that closes the opening 50 when the flow rate of the liquid 10 is low and opens so that the opening degree with respect to the opening 50 increases as the flow rate increases.
  • the gas supply valve 51 is opened by an attractive force based on a pressure drop due to an increase in flow rate, that is, adaptively according to the flow rate.
  • the desired gas G is in contact with the outside of the gas supply valve 51 (the side opposite to the liquid 10), and the gas G is changed according to the degree to which the gas supply valve 51 operates and the opening 50 is opened. Supplied to the liquid 10.
  • the gas supply valve 51 may be configured such that the opening operation R is performed by the kinetic energy of the liquid 10 that increases as the flow rate of the liquid 10 increases.
  • an arbitrary gas G to be dissolved in the liquid 10 and included in the fine bubbles B can be adaptively supplied into the liquid 10 according to the flow rate and flow velocity of the liquid 10. Therefore, the gas G is not wasted and the apparatus can be operated at a low cost in the case of an expensive gas.
  • a spring or weight may be used so that the gas supply valve 51 is closed when the liquid 10 is not flowing. Further, the area of the portion receiving the suction force or kinetic energy may be wide so that the gas G can be supplied by opening even when the flow rate is low or the flow rate is low.
  • the gas supply valve 51 shown in FIGS. 30 and 31 has a simple structure that is directly opened and closed by the flow of the liquid 10.
  • the part receiving the suction force or kinetic energy and the part for controlling the supply of the gas G are divided into roles without being directly connected, and a link mechanism, a signal transmission system and an actuator are provided between them.
  • the remote control may be used.
  • the present invention is not limited to the configurations of the above embodiments and modifications, and various modifications can be made.
  • it can be set as the structure which mutually combined the structure of each embodiment and each modification mentioned above.
  • the method and apparatus of the present invention using surface acoustic waves are particularly those that generate nanometer-order mists and fine bubbles with a submicron diameter, and such gases and liquids containing such mists and fine bubbles are various types. It can be suitably used as a cleaning solution, a chemical reaction solution for processing and reaction promotion, a physiological action solution, and the like. For example, it can be used for cleaning machine parts after processing, various semiconductor substrates such as electronic circuit boards and silicon substrates, and mist in dishes and the like.
  • a plurality of piezoelectric substrates 2 can be used in combination. Further, in order to generate mists and fine bubbles more stably and efficiently, it is effective to prevent thickening between the mist particles and between the fine bubbles. Thus, a means for generating a relative flow velocity between the piezoelectric substrate 2 and the liquid 10 or charging a mist or a bubble is preferably used.

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Abstract

　霧または微細気泡の発生方法および霧または微細気泡発生装置において、簡単かつ小型の機器構成で、広範囲の種類の液体に適用可能とし、霧または微細気泡の一方または両方を安定的に発生可能とする。本装置（１）は、複数の櫛歯状の電極（２１）を表面（Ｓ）に備えた圧電基板（２）を、その表面（Ｓ）が気体と液体（１０）の相互の界面（１０ａ）に交差するように圧電基板（２）の一部分を液体（１０）中に入れて配置し、電極（２１）によって表面（Ｓ）に励振した弾性表面波Ｗが界面（１０ａ）の上下に存在するように表面（Ｓ）に沿って伝播させる。弾性表面波（Ｗ）が、界面（１０ａ）の上側である気体側で霧（Ｍ）を発生させ、界面（１０ａ）の下側である液体（１０）側で微細気泡（Ｂ）を発生させる。旋回流を発生するなどの機械的な動作によらずに、弾性表面波（Ｗ）によって霧（Ｍ）や微細気泡（Ｂ）を発生させるので、簡単かつ小型の機器構成で霧（Ｍ）や微細気泡（Ｂ）を安定的に発生させることができる。

Description

弾性表面波を用いる霧または微細気泡の発生方法および霧または微細気泡発生装置
　本発明は、マイクロメートルまたはナノメートルオーダの霧または微細気泡を発生する方法および装置に関する。
　従来、気泡の直径がミクロン以下のナノメートルオーダという微細な気泡を発生させるために、気液混合流体に旋回流を起こし、液中に生じる剪断力によって液体に含まれる気体を細分化することが行われている。例えば、渦流ポンプからの気液混合流体を、円筒にその内周接線方向から供給し、円筒内での旋回中に気泡を微細化させる装置が知られている（例えば、特許第４１１８９３９号参照）。
　また、弾性表面波が伝播している圧電材料などからなる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流動したり、振動したりして、微小粒子となって飛翔する現象が知られている。この現象を利用して液体を霧化する装置が種々提案されており、インクジェットユニットから吐出させた液滴を弾性表面波の伝播面に供給して霧化する方法が知られている（例えば、特開平１１－１１４４６７号公報参照）。
　しかしながら、上述した特許第４１１８９３９号に示されるような微細気泡の発生方法においては、液体を高圧化するためのポンプなどが必要であり機器の小型化が困難である。また、特開平１１－１１４４６７号公報に示されるような霧の発生方法においては、霧化するための液滴を精度良く安定に供給する必要があり構成が複雑となる。また、小型化できナノメートルオーダの霧と微細気泡とを同時に発生させたり、所望の一方だけを発生させたりすることができる方法や装置は知られていない。
　本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単かつ小型の機器構成で、広範囲の種類の液体に適用でき、霧または微細気泡の一方または両方を安定的に発生させることができる霧または微細気泡の発生方法および霧または微細気泡発生装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る霧または微細気泡の発生方法は、弾性表面波を励振するための複数の電極からなる励振手段を表面に備えた圧電基板を、その表面が気体と液体の相互の界面に交差するように圧電基板の一部分を液体中に入れて配置し、励振手段によって表面に弾性表面波を励振し、励振された弾性表面波が界面の上下に存在するように表面に沿って弾性表面波を伝播させ、弾性表面波が、界面の上側である気体側で霧を発生させ、または界面の下側である液体側で微細気泡を発生させるようにしたものである。
　このような構成によれば、旋回流を発生するなどの機械的な動作によらずに、１つの圧電基板による弾性表面波によって霧の発生と微細気泡の発生の両方を行うので、簡単かつ小型の機器構成により、省スペースかつ低コストで、霧または微細気泡を発生させることができる。また、構成が簡単であるので、広範囲の種類の液体に適用することができる。
　本発明の一態様に係る微細気泡発生装置は、気液界面または液体中で弾性表面波を用いて霧または微細気泡を発生させる霧または微細気泡発生装置であって、弾性表面波を励振するための複数の電極からなる励振手段を表面に設けた圧電基板と、圧電基板の一部分を液体中に入れ、その表面が気体と液体の相互の界面に交差し、圧電基板の表面に励振される弾性表面波が界面の上下に存在して表面に沿って気体側および液体側を伝播するように圧電基板を保持する基板保持部と、を備えたものである。
　このような構成によれば、気液界面に交差するように圧電基板を備えればよいので、簡単で小型の機器構成の霧または微細気泡発生装置を提供することができる。また、構成や原理が簡単であるので、液体選択の制約が少なく、広範囲の種類の液体に適用することができる。
図１は本発明の第１の実施形態に係る霧または微細気泡の発生方法を示す霧または微細気泡発生装置の断面図である。 図２は同装置の斜視図である。 図３は同方法の手順を示すフローチャートである。 図４は同装置の変形例を示す斜視図である。 図５（ａ）は同装置の他の変形例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は同側面図である。 図６（ａ）（ｂ）は第１の実施形態の他の変形例に係る微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図７は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図８は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧の発生方法を示す装置断面図である。 図９は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図１０（ａ）（ｂ）は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図１１は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図１２は同方法の変形例を示す装置断面図である。 図１３は同方法の他の変形例を示す装置断面図である。 図１４は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図１５は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置斜視図である。 図１６は同装置の平面図である。 図１７は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図１８は同方法の変形例を示す装置断面図である。 図１９は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図２０は同装置の断面図である。 図２１は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図２２は第１の実施形態のさらに他の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図２３は同方法の変形例を示す装置断面図である。 図２４は第２の実施形態に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図２５は第２の実施形態の変形例に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図２６は同方法の変形例を示す装置断面図である。 図２７は同方法の他の変形例を示す装置断面図である。 図２８は同方法のさらに他の変形例を示す装置断面図である。 図２９は第３の実施形態に係る霧と微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図３０は第３の実施形態の変形例に係る微細気泡の発生方法を示す装置断面図である。 図３１は同方法の変形例を示す装置断面図である。
　以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波を用いる霧または微細気泡の発生方法および霧または微細気泡発生装置について、図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１、図２、図３は第１の実施形態について示す。図１、図２に示すように、霧または微細気泡発生装置１（以下、本装置１という）において、本装置１は、弾性表面波Ｗを励振するための励振手段として複数の櫛歯状の電極２１を表面Ｓに備えた圧電基板２を、その表面Ｓが気体と液体１０の相互の界面１０ａ（液面）に交差するように圧電基板２の一部分を液体１０中に入れて配置した装置であり、電極２１によって表面Ｓに弾性表面波Ｗを励振し、弾性表面波Ｗが界面１０ａの上下に存在するように表面Ｓに沿って弾性表面波Ｗを伝播させ、弾性表面波Ｗが、界面１０ａの上側である気体側で霧Ｍを発生させ、界面１０ａの下側である液体１０側で微細気泡Ｂを発生させる。液体１０は液体容器１１に入れられている。以下、各構成を詳細説明する。
　圧電基板２は、長方形の板材であって、その長手方向が上下方向となるように基板保持部２０によって液体１０中に一部を入れて垂直に保持されている。圧電基板２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、圧電基板２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く、その表面の圧電体薄膜の表面部分において、弾性表面波Ｗが励振される。従って、圧電基板２は、弾性表面波Ｗが励振される圧電体部分を表面に備えた基板であればよい。また、本装置１の圧電基板２として、その形状は、長方形に限らず、任意の形状とすることができる。また、表面Ｓは平面とは限らず任意の曲面とすることができる。圧電基板２は、一定厚みを有する板状とは限らず、任意形状であって、弾性表面波Ｗを伝播させる表面Ｓを備えるものであればよい。
　櫛歯状の電極２１は、圧電基板２の表面Ｓに互いに異極となる２つの櫛形の電極を互いに噛み合わせて形成した電極（交差指電極、ＩＤＴ：インター・ディジタル・トランスジューサ）である。電極２１の互いに隣り合う櫛の歯は互いに異なる極性の電極に属し、励振する弾性表面波Ｗの波長の半分の長さのピッチで配列されている。電極２１の互いに異極の電極間に高周波電圧印加用の電気回路Ｅから高周波（例えば、ＭＨｚ帯）電圧を印加することにより、櫛形電極によって電気的エネルギが波の機械的エネルギに電気機械変換されて、圧電基板２の表面Ｓに弾性表面波Ｗが励振される。励振された弾性表面波Ｗの振幅は、電極２１に印加する電圧の大きさで決まる。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。電極２１によって励振された弾性表面波Ｗは、一対の櫛形電極の歯が交差した幅に対応する幅の波となって、櫛の歯に垂直な方向ｘに伝播する。このような弾性表面波Ｗは、表面Ｓに存在する液体に対して、弾性表面波Ｗの伝播方向に移動させるような力を及ぼす性質がある。
　固体表面を伝播する弾性表面波Ｗは、超音波、例えば、ピエゾ素子等を用いて発生して固体や流体中を３次元的に伝播する超音波に比べて、容易に安定的に高い周波数の波動として励振することができる。この周波数が高く波長が短い弾性表面波Ｗを液体１０に向けて伝播させることにより、弾性表面波Ｗが通過する気液界面１０ａにおいて、直径がミクロンオーダやサブミクロンからナノメータオーダの微細な霧Ｍを気体側に発生することができ、また、更に液体側に伝播した弾性表面波Ｗによって、直径がミクロンオーダやサブミクロンからナノメータオーダの微細気泡Ｂをその液体１０中に発生させることができる。本装置１の構成によると、霧Ｍと微細気泡Ｂとを同時に発生させることができる。
　微細気泡Ｂは、液体１０中に溶存している気体から生成されると考えられる。そこで、液体中に微細気泡となるべき気体を予め過飽和に溶存させておき、その気体の微細気泡を発生させ易くしてもよい。気体の溶存可能量を増やすために、保冷装置を備えて液体１０を保冷し、液体１０の温度を低く維持するようにしてもよい。また、弾性表面波Ｗが、気体側から液体１０側に伝播して気液界面１０ａを通過するときに気体側から液体側に気体を巻き込むと考えられ、微細気泡Ｂは、その巻き込まれた気体からも生成されると考えられる。
　液体１０は、水道水や純水などの水、さらに、アルコール等の有機溶剤、その他の任意の液体を用いることができる。ただし、電極２１に絶縁保護を十分に施していない場合には、液体１０は電気絶縁性の液体に限られる。そこで、電極２１の電気絶縁や圧電基板２の腐食防止のため、圧電基板２表面に絶縁層や保護層を設けてもよい。これらは弾性表面波Ｗの伝播損失を起こさないようにすることが望ましい。気体は、大気中の空気の他に、酸素やオゾンなどのような単体ガスや所望の任意のガスを用いることができる。
　図３に示すように、単純な手順で霧Ｍと微細気泡Ｂとを同時に発生させることができる。すなわち、圧電基板２を、その一部を液体１０中に入れて配置し（＃１）、弾性表面波Ｗを励振する（＃２）。圧電基板２における気体側の表面Ｓ、および液体１０側の表面Ｓに沿って弾性表面波Ｗを伝播させる（＃３）。すると、気体側で伝播する弾性表面波Ｗによって、気液界面１０ａにおいて気体側に霧Ｍが発生し、液体１０中で伝播する弾性表面波Ｗによって、液体１０中に微細気泡Ｂが発生する（＃４）。以下、霧Ｍと微細気泡Ｂとを発生させる間、上記ステップ（＃１～＃４）を繰り返せばよい。
　本実施形態によれば、１つの圧電基板２で霧Ｍの発生と微細気泡Ｂの発生の両方を行うので、簡単かつ小型の機器構成、省スペース、低コストで、霧Ｍと微細気泡Ｂとを発生させることができる。また、構成が簡単であるので、広範囲の種類の液体に適用することができる。
　図４、図５は第１の実施形態の変形例を示す。図４に示すように、圧電基板２は、電極２１を液体１０中に入れて設置することもできる。ただし、電極２１について、電極２１同士が電気絶縁されているか、または液体１０が電気絶縁性の液体であって、液体中において短絡の問題がないものとする。本変形例の場合、弾性表面波Ｗは、表面Ｓに沿って、液体１０の内部から、気液界面１０ａを通過して、気体側に伝播する。気液界面１０ａの通過時に、上述した気体の巻き込みに替わって、気体側への液体１０の巻き上げが発生する。このような液体の巻き上げによって、図１の場合と比べて、霧Ｍの発生効率が向上する。
　また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、圧電基板２における弾性表面波Ｗの進行方向（ｘ方向）を気液界面１０ａに平行に配置することもできる。このような構成においては、霧Ｍや微細気泡Ｂは、弾性表面波Ｗによって、その伝播方向に駆動力を受けることから、霧Ｍや微細気泡Ｂがより安定に発生される。つまり、霧Ｍや微細気泡Ｂは、発生とともに順次圧電基板２周辺から離脱し、それぞれ互いに速やかに離間していくので、例えば、微細気泡Ｂ同士が結合して消滅するということが抑制されるからである。なお、弾性表面波Ｗの進行方向（ｘ方向）と気液界面１０ａとの角度（言い換えると、表面Ｓに垂直な軸回りの回転角度に関する圧電基板２の姿勢）は、上述のような直角方向や平行方向に限らず、任意の角度とすることができる。また、この角度は、角度変動装置を設けて、本装置１の使用中に適宜変動させるようにしてもよい。この角度変動によって、気体を液体中に巻き込んだり、逆に液体を気体中に巻き上げたりして、霧Ｍと微細気泡Ｂとの発生比率を動的に変動させることができる。
　図６（ａ）（ｂ）は第１の実施形態の他の変形例を示す。図６（ａ）に示すように、本変形例は、電極２１を気体側に配置した第１の実施形態の圧電基板２において、表面Ｓにおける少なくとも界面１０ａとの交差領域を含む領域に、表面Ｓに密着したカバー２２を設けたものである。本装置１は、電極２１によって励振した弾性表面波Ｗを表面Ｓに沿って気体側から液体１０中に伝播させることにより、霧Ｍを発生させることなく、界面１０ａから離れた液体１０の内部側で微細気泡Ｂを発生させることができる。カバー２２は、界面１０ａを通過する際の境界条件変動の影響を緩和して弾性表面波Ｗの伝播損失を抑えて、微細気泡Ｂを高い効率で発生させるためのものである。そこで、カバー２２は、界面１０ａにおける波の減衰を抑えて確実に液体１０中における弾性表面波Ｗの振動強度を確保するために、弾性表面波Ｗの伝播損失を起こさないものとする必要がある。カバー２２の材料として、ある程度の弾性を有して圧電基板２の振動を妨げないものや、圧電基板２と同等の圧電材料を用いることができる。
　本変形例によれば、気体側から液体１０側に弾性表面波Ｗが伝播して界面１０ａを通過するときの弾性表面波Ｗの伝達損失をカバー２２によって抑制できるので、エネルギ効率良く微細気泡Ｂを発生させることができる。また、弾性表面波Ｗが、界面１０ａから離れた液体１０の内部側で液体１０に接触するので、霧Ｍを発生させることなく微細気泡Ｂを選択的に発生させることができる。また、微細気泡Ｂが界面１０ａから離れて発生するので気体側に散逸するのを低減することができる。
　また、図６（ｂ）の変形例に示すように、カバー２２を、電極２１を覆う領域まで設けてもよい。この構成では、弾性表面波Ｗが励振される時点からカバー２２によって覆われた表面Ｓを伝播するので、上記図６（ａ）の場合とは異なって、気体とカバー２２間の境界を弾性表面波Ｗが通過することがなく、そのような境界を通過する際の損失が発生しない。すなわち、この変形例によれば、液体１０中に向けて弾性表面波Ｗが伝播する際の境界条件の変化が、カバー２２からの出口側端面における１ヶ所だけであるので、弾性表面波Ｗの伝達損失がさらに抑制される。
　図７は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、圧電基板２の気体側の部分を覆う容器１２を設け、容器１２と液体１０とによって形成した空間に霧Ｍを閉じ込めるものである。容器１２は、密閉空間を形成する必要はなく、少なくとも霧Ｍを所望の範囲内に閉じ込めることができるものであればよく、例えば、上方に開口を有する容器でもよい。また、電極２１が充分に絶縁処理されていない場合に、充満した霧Ｍによって電極２１間の短絡が発生しないように、容器１２に排気口を設けたり、強制的に排気したりしてもよい。本変形例によれば、発生した霧Ｍは容器１２があるので外部に飛び出さず、微細気泡Ｂのみを利用するようにすることができる。
　図８は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、圧電基板２の表面Ｓに近接して対向する平板１３を界面１０ａと交差する位置に備えたものである。平板１３は、例えば、上辺と下辺とが水平な矩形板である。平板１３は、圧電基板２の表面Ｓとの間で、液体１０の液面すなわち気体と液体１０の界面１０ａの高さを表面張力によって上昇させる（液体１０の種類や液体接触面などの状況によっては、液面を下降させるような液体もある）。ここで、表面Ｓと平板１３との間隔ｄを設定するために、平板１３の上辺の液面１０ａからの高さＨ、液体１０の表面張力Ｔ、接触角φ、および密度ρ、重力加速度ｇを与える。これらの値から間隔ｄ０＝２Ｔｃｏｓφ／（ρｇＨ）を求めて、圧電基板２と平板１３の間隔ｄを、間隔ｄ０未満（ｄ＜ｄ０）に設定する。
　上述のような間隔ｄを隔てて、平板１３を表面Ｓに対して配置することにより、微細気泡Ｂが圧電基板２と平板１３との間から外部（下方）に向けて発生しなくなる。これは、平板１３の上辺の高さＨがある一定値以上になると、圧電基板２と平板１３との間の液体空間で発生した微細気泡Ｂが互いに結合合体して浮上するので、下方の液体１０中には微細気泡Ｂが現れなくなるという現象に基づく。高さＨは、界面１０ａから上方の高さとしているので、平板１３を界面１０ａから下方に延長すると、平板１３の高さが上述の高さＨより低くても、下方に微細気泡Ｂが現れなくなる。
　本変形例によれば、圧電基板２と平板１３との隙間ｄを充分狭くしておくことにより、その隙間ｄにおいて微細気泡Ｂの移動空間が限定され、微細気泡Ｂ同士が結合合体して浮上するので、液体１０中での微細気泡Ｂの発生を押さえて霧Ｍのみを外部へ発生させることができる。このような隙間ｄにおいては、液体１０の表面張力によって液面の高さが他の部分よりも上昇して保持されるので、他の部分の液面の高さが変化しても、圧電基板２に対する同一高さ位置において霧Ｍを安定的に発生させるようにすることができる。
　図９は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、表面Ｓと界面１０ａとの交差の角度θを変えることにより、霧Ｍまたは微細気泡Ｂの発生割合を変えるものである。このような構成によれば、交差の角度θを、例えば、０＜θ＜πの範囲で変えることにより、界面１０ａと圧電基板２の表面Ｓとで囲まれる空間を、気体側と、液体１０側のそれぞれにおいて変化させることができるので、霧Ｍや微細気泡Ｂの発生量や霧Ｍと微細気泡Ｂの発生比率を変えることができる。例えば、図中の角度θが小さくなり表面Ｓがより上向きになって表面Ｓと界面１０ａとがより平行に近くなると、液体１０側の空間が狭くなり、微細気泡Ｂ間の結合合体が発生し易くなり、結果的に微細気泡Ｂが減少するようになる。この場合、気体側の空間が広くなるので、また、液体１０が表面Ｓ上により薄く広がって霧Ｍが発生し易くなるので、霧Ｍの発生効率が上がることになる。また、逆に、図中の角度θが大きくなると逆の動作となる。角度θは、本装置１の使用前に予め手動で設定してもよく、使用中に使用状況に応じて動的に自動変化させてもよい。角度θを変化させる機構は、円弧状の長穴等で可変するようにしたり、モータと組み合わせたりして、基板保持部２０に容易に組み込むことができる。また、本変形例では、表面Ｓと界面１０ａとの交差の角度θについて示したが、表面Ｓに垂直な軸回りの回転角度と組み合わせて変化させるようにしてもよい（図５とその説明を参照）。
　図１０（ａ）（ｂ）は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。図１０（ａ）に示すように、本変形例は、第１の実施形態において、圧電基板２の表面Ｓが、少なくとも電極２１を覆うように絶縁体２３によって覆われているものである。絶縁体２３は、硬い材料、つまり、弾性表面波Ｗが吸収されないような材料で構成される。このような絶縁体２３は、圧電基板２と同等の圧電材料、例えばＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）の薄板や、他の絶縁材料、例えばシリコン基板の薄板などを、表面Ｓに接合して表面Ｓに設けられる。また、薄板を接合する替わりに、表面Ｓ上にＰＺＴ等の圧電薄膜を形成して、絶縁体２３とすることができる。絶縁体２３の厚みは、その外表面を弾性表面波Ｗが伝播する厚みとする。また、絶縁体２３は、表面Ｓの全面を覆う必要はなく、電極２１の部分のみを絶縁する場合には、絶縁体２３の厚みは、その外表面を弾性表面波Ｗが伝播する厚みとする必要はない。
　本変形例によれば、励振手段を構成する電極２１が絶縁されるので、導電性の液体であっても、霧Ｍや微細気泡Ｂを安定的に発生させることができる。また、電極２１が絶縁体２３を備えているので、電極間が短絡してしまうという不測の事態を回避でき、操作性良く容易に霧Ｍや微細気泡Ｂを発生させることができる。また、図１０（ｂ）に示すように、圧電基板２の電極２１側を導電性の液体中に浸した状態で圧電基板２を配置することもできる。
　図１１、図１２、図１３は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、図１１に示すように、第１の実施形態において、圧電基板２の板厚を、電極２１による弾性表面波Ｗが表面Ｓを伝播すると共に、表面Ｓに対向する裏面Ｓｒを弾性表面波Ｗｒが伝播するように薄い板厚としたものである。圧電基板２の厚みは、例えば、弾性表面波Ｗの波長の１／４よりも薄くすればよい。圧電基板２として、ＰＺＴ等の圧電薄膜を用いることができる。このような薄い圧電基板２は、その周辺を額縁のように保持する周辺補強部を備えることにより、安定使用が可能な装置とすることができる。このようなダイヤフラム構造に形成した圧電基板は、シリコン基板などのエッチング技術などを用いて形成することができる。本変形例によれば、表面Ｓと裏面Ｓｒの両面で霧Ｍや微細気泡Ｂを発生でき、効率良く多くの霧Ｍや微細気泡Ｂを発生させることができる。
　また、図１２に示すように、圧電基板２は、励振手段としての電極２１を表面Ｓと共に表面Ｓに対向する裏面Ｓｒに備え、これら両面Ｓ，Ｓｒに弾性表面波Ｗ，Ｗｒを励振するものとすることができる。この変形例は、図１１に示したものとは異なり、圧電基板２の厚みを薄くする必要はなく、任意の厚みとすることができる。また、圧電基板２の両面の同極性の電極２１を、圧電基板２を貫通するスルーホールによって接続することにより、高周波電圧印加用の電気回路Ｅとの接続配線を片面に集約することができる。このような変形例によれば、圧電基板当たりの入力電力の上限値を高めることにより、より多くの電力を投入できるので、入力電力の上限値を増加させて、より多くの霧Ｍや微細気泡Ｂを発生させることができる。
　また、図１３に示すように、圧電基板２の両面Ｓ，Ｓｒにそれぞれ電極２１を設け、両面Ｓ，Ｓｒにおける弾性表面波Ｗ，Ｗｒが互いに同相となるように励振するものとすることができる。この変形例も、図１１に示したものとは異なり、圧電基板２の厚みを薄くする必要はなく、薄い方が好適であるが任意の厚みとすることができる。このような変形例によれば、圧電基板２における電界分布が表面Ｓと裏面Ｓｒとで互いに対称となり、電圧振動による圧電基板２の圧縮と伸長が表裏で協調して行われるので、電極２１に投入する電力を効率的に波動の機械エネルギに電気機械変換でき、弾性表面波Ｗ，Ｗｒを効率的に、より強く励振でき、より多くの霧Ｍや微細気泡Ｂを発生させることができる。
　図１４は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、圧電基板２の表面Ｓに対向する位置に衝撃波発生装置１４を備えるものであり、弾性表面波Ｗによって発生させた霧Ｍや微細気泡Ｂを、衝撃波発生装置１４から発せられる衝撃波ＳＷによって圧壊させ、霧Ｍよりもさらに微細な霧Ｍ１とし、微細気泡Ｂよりもさらに微細な気泡Ｂ１とする。衝撃波発生装置１４は、霧Ｍと微細気泡Ｂに対して衝撃波ＳＷを照射できる装置であればよい。例えば、圧電基板２そのものを衝撃波発生装置１４の衝撃波発信源として兼用して衝撃波ＳＷを発生させ、表面Ｓの前方における気体中に、および液体１０中に、衝撃波ＳＷを伝播させるようにしてもよい。この場合、衝撃波発信源を別途設置しなくともよくなる。また、この兼用によっては衝撃波ＳＷの十分な強度が得られない場合には、さらに超音波発信器等を用いる衝撃波発生装置１４を別途設けて、両者からの衝撃波を印加するようにしてもよい。本変形例によれば、旋回流を起こすような流体運動発生ようの機器などを必要とせず、簡単な構成により、微細気泡Ｂをさらに微細な気泡Ｂ１とすることができる。衝撃波ＳＷの伝播方向は、表面Ｓの正面方向とは限らず、上下左右斜めの任意の方向であって霧Ｍや微細気泡Ｂに衝撃波ＳＷを照射できる方向であればよい。また、霧Ｍと微細気泡Ｂのいずれか一方に衝撃波ＳＷを照射するものでもよい。また、衝撃波ＳＷを特定焦点位置に集中するように発信面を曲面形成したり、複数の発信面毎に波の位相制御をするようにしてもよい。
　図１５、図１６は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、液体１０が平面視で円形状の液体容器１１に入れられているものである。液体容器１１は、上面から見た際、その内周壁が真円に近い形状が望ましいが、楕円や矩形にＣ面処理、Ｒ面処理を施したような角のない回転流を発生し易い形状でもよい。圧電基板２は、このような液体容器１１の中心から偏心した位置に配置されている。また、その表面Ｓは、液体容器１１の直径方向に平行されており、霧Ｍや微細気泡Ｂの発生方向（表面Ｓに垂直な方向）が円周方向とされている。このような配置構成のもとで発生された微細気泡Ｂは、液体容器１１の内壁面に沿って移動し、液体容器１１内の液体１０が内壁面に沿った方向の運動量を受けて、液体容器１１内に、円周方向の回転流（一種の対流）が発生する。また、円周方向に液体１０の流れが発生することにより、液体容器１１の中心部における微細気泡Ｂが液体１０の運動によって圧壊してさらに微細な気泡となる。このような回転流を促進するために、積極的に、外部のモータによって回転するスターラなどを液体容器１１内に備えたり、圧電基板２そのものを、例えば、液体容器１１の円周方向に沿って回転移動させたりしてもよい。
　本装置１は、例えば、液体容器１１の下部中央から微細気泡Ｂを含む液体１０を、矢印ＯＵＴで示すように導出して、その液体１０を洗浄用途などに用いることができる。また、液体１０の流出を補うために、、矢印ＩＮで示すように液体容器１１の上方から適宜液体補給を行えばよい。このとき、液体１０中の微細気泡Ｂが、その利用目的に応じて適切な気泡数密度となるように、予め圧電基板２における弾性表面波の励振電力、励振周波数、励振用電極数、伝播面積、圧電基板そのものの数量など、微細気泡Ｂを生成する性能に関わる諸元を設定したり、使用中に変更したりすることができる。また、微細気泡Ｂが適切な粒子数密度となるように、導出する液体１０の流量を調節して変更するようにしてもよい。
　本変形例によれば、円形状の液体容器１１の円周方向の液体１０の流れによって、圧電基板２近傍から微細気泡Ｂを速やに離脱させ、また、各微細気泡Ｂを互いに離間させ分散させることができるので、微細気泡Ｂ間の結合を阻止して結合太りによる微細気泡Ｂの消失を抑制し、効率的に微細気泡Ｂを発生させることができる。なお、圧電基板２を、平面視で液体容器１１の直径方向から傾けて、液体の回転流に対して邪魔にならない配置としてもよい。
　図１７、図１８は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、図１７に示すように、圧電基板２に正電圧を印加するようにしたものである。すなわち、圧電基板２から離間した気体および液体中に対向電極１５を設け、圧電基板２と対向電極１５との間に直流電源Ｖからの電圧を印加して、圧電基板２における霧Ｍや微細気泡Ｂが発生する領域を、その周辺に対して正電位となるようにしている。対向電極１５（負電極）に対して、圧電基板２とその周辺に正電圧を印加するための圧電基板２側の正電極（不図示）は、金属等の一様な電位を持つ導電性の材質のものが望ましい。また、弾性表面波Ｗを伝播する圧電基板２の表面Ｓに正電極用の電極パターンを設けてもよい。この場合、部品点数の軽減を図ることができる。また、電極２１を正電極として共用することができる。この場合、液体１０に対して電極２１が常に正電位となるように高周波電圧を印加すればよい。また、液体１０は、例えば水の場合、純水ではなくイオンが多く含まれるような水道水や電解水が望ましい。なお、本実施形態の変形例として、電極２１側を液体１０中に入れて圧電基板２を配置する場合には、電極２１は絶縁処理されている必要がある。
　本変形例によれば、液体１０中のマイナスイオン（例えば、ＯＨ－）を圧電基板２や霧Ｍや微細気泡Ｂの表面に付着させることにより、その同種電荷間の反発力によって、圧電基板２近傍から霧Ｍや微細気泡Ｂを速やに離脱させることができ、また、霧Ｍや微細気泡Ｂをそれぞれ互いに離間せしめて霧Ｍ間の結合、または微細気泡Ｂ間の結合を阻止することができる。従って、霧Ｍや微細気泡Ｂの結合太りによる霧Ｍや微細気泡Ｂの消失を抑制でき、効率的に霧Ｍや微細気泡Ｂを発生させ、霧Ｍや微細気泡Ｂの状態を安定に維持させることができる。
　また、図１８に示すように、圧電基板２に印加する電位を負電位とすることもできる。この場合、気体および液体１０中プラスイオンによって、上述同様の効果が奏される。圧電基板２を正電位とするか負電位とするかは、液体１０や霧Ｍや微細気泡Ｂの特性、およびこれらの適用分野（利用分野や目的）に応じて選択決定すればよい。
　図１９、図２０は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、電極２１によって励振されて互いに逆向きの２方向に伝播する弾性表面波の一方を反射させて、両方の弾性表面波を一方向（図中ｘ方向）に向かう弾性表面波Ｗとして伝播させるため、反射手段として反射電極２４を圧電基板２の表面Ｓに備えるものである。反射電極２４は、電極２１と同様に櫛歯状の電極等により構成することができる。
　本変形例によれば、弾性表面波の伝播方向を１方向に限定して霧Ｍや微細気泡Ｂの発生位置を限定することができる。また、励振手段としての電極２１を気体側にして圧電基板２を配置している場合に、気体側の基板端部に向かって伝播して霧や微細気泡の発生に何ら寄与しない弾性表面波を、反射電極２４によって反射させて液体１０側に向かわせることにより、そのエネルギを有効利用することができる。
　図２１は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態において、滴下装置１６を備え、その滴下装置１６によって、微細気泡Ｂが発生する領域に界面活性物質１７を滴下するものである。界面活性物質１７は、例えば、家庭用の洗剤等を用いることができる。滴下装置１６は、界面活性物質１７をパイプから重力で滴下させたり、ポンプで強制滴下させたり、スプレノズルから噴霧したりする装置として構成される。これらのパイプやスプレノズルの先端を、圧電基板２の表面Ｓと界面１０ａとの交線近くに配置して界面活性物質１７を滴下したり噴霧したりして、液体１０に供給すればよい。液体１０は、微細気泡Ｂと共に配管等によって所定位置に導かれて洗浄や消毒などに使用され消費される。そこで、界面活性物質１７の供給量は、液体１０の流量や液体容器の容量、液体１０の物性に関する要求仕様などに応じて設定したり、変更したりすればよい。
　本変形例によれば、界面活性物質の物理化学作用によって、霧Ｍや微細気泡Ｂの発生安定化を図ることができる。また、例えば、霧Ｍや液体１０を洗浄に使用する場合に、洗浄効果を向上できる界面活性物質を、最少量で効率良く霧Ｍや微細気泡Ｂの表面に付着させることができる。
　図２２、図２３は第１の実施形態のさらに他の変形例を示す。本変形例は、管状の構造材５の内部をその管方向に沿って矢印ｙ方向に流れる液体１０中で微細気泡Ｂを発生させるものである。管状の構造材５の内部には気体の存在する空間があり、その気体は、液体１０と共に矢印ｙ方向に流れている。このような管状の構造材５の内部に、第１の実施形態における圧電基板２と同様の圧電基板２が配置されている。圧電基板２において発生する霧Ｍおよび微細気泡Ｂは、それぞれ圧電基板２から順次離脱して気体および液体１０の流れに沿って流れて行く。ｙ方向の液流は、位置エネルギによって発生するものでもよく、別途ポンプを設けてポンプによって発生するものでもよい。また、気体の流れは、液流に引きずられて発生する流れでもよく、強制的に圧力差を設けて発生させるものでもよい。管状の構造材５は、断面が円形のパイプや四角形のパイプの他に、任意断面のパイプなどを用いることができ、また樋状のもの、軸方向にスリットを有するものなどを用いることができる。
　本変形例によれば、液体１０の流れによって、圧電基板２近傍から微細気泡Ｂを速やかに離脱させ、また、各微細気泡Ｂを互いに離間させることができるので、微細気泡Ｂ間の結合を阻止して結合太りによる微細気泡Ｂの消失を抑制し、効率的に微細気泡Ｂを発生させることができる。また、液体１０中の微細気泡数の密度が均一となるように微細気泡Ｂを発生させることができる。このような微細気泡Ｂを含む液体１０を、管状の構造材５によって所望の場所まで送液し、洗浄等の処理に使用することができる。
　また、図２３に示すように、管状の構造材５の内壁面、つまり液体１０を収容する液体容器の内壁面に圧電基板２および励振手段としての電極２１を設けるようにしてもよい。圧電基板２は、別途形成したものを構造材５の内壁面に貼り付けてもよく、また、構造材５の内壁面に圧電性の薄膜を成膜し、その上に電極２１を成膜して形成するものでもよい。本図に示した例では、電極２１の各櫛歯の長手方向が管状の構造材５の軸方向に沿って設けられており、弾性表面波は構造材５の円周方向に伝播する。電極２１の配置構成は、この構成に限らず、構造材５の内壁面における任意の向きや構造とすることができる。例えば、電極２１の各櫛歯の長手方向を構造材５の円周方向とすると、弾性表面波は構造材５の軸方向に沿って伝播する。本変形例によれば、小型の機器構成で、気体と液体とを流しながら均一かつ大量の微細気泡を安定的に発生させることができる。
　（第２の実施形態）
　図２４は第２の実施形態について示す。本変形例は、第１の実施形態において、圧電基板２の気体側の部分を覆う容器３を設け、容器３と液体１０とによって形成した空間内部に任意気体Ｇを充填するものである。容器３は、天井部３０と天井部３０から少なくとも界面１０ａ近くまで垂下する側壁部３２によって略密閉空間を形成している。側壁部３２には気体Ｇを導入するための導入管３１、および、霧Ｍを容器３の外部に導出するための開口部３３が設けられている。圧電基板２は、基板保持部２０によって、天井部３０に保持されている。容器３による略密閉空間に気体Ｇを封入することにより、液体１０における微細気泡Ｂが発生される領域に所望の気体Ｇを効果的に溶存させることができ、気体Ｇを無駄に散逸させて消費することを回避できる。また、気体側から液体１０側に向けて伝播する弾性表面波Ｗによると、容器３内の気体Ｇが液体１０内部に巻き込まれるので、気体Ｇを効果的に溶存させることができる。
　本変形例によれば、容易かつ効率良く、所望気体の微細気泡を発生させることができる。これは、微細気泡Ｂが液体１０中に溶存している気体から生成されると考えられることによる。なお、開口部３３を設けないで、側壁部３２を界面１０ａより液体１０内部側まで垂下させると、霧Ｍを外部に出すことなく、また、気体Ｇの散逸による消費を防止して、気体Ｇによる微細気泡Ｂを含む液体１０のみを利用することができる。また、気体Ｇを局在化できる容器３を用いることにより省スペースの装置とすることができ、容器３を圧電基板２とその周辺を密閉する最小限の体積とすることにより、さらに省スペースの装置とすることができる。気体Ｇは溶存を促進するため容器３内で圧力を高めるように加圧してもよい。気体Ｇは、外部から導入することなく、容器３内部で発生させるようにしてもよい。例えば、空気が通過させるだけで酸素濃度を高くすることができる酸素富化膜によって酸素を気体Ｇとして発生させてもよい。
　図２５、図２６、図２７、図２８は第２の実施形態の他の変形例を示す。本変形例は、図２５に示すように、第１の実施形態において、圧電基板２が浮体４によって液面１０ａから一定高さ位置に支持されているものである。浮体４は、平面視で圧電基板２を囲むＣ字形状を有し、Ｃ字形状の開部は霧Ｍが移動通過するために設けられている。圧電基板２は、支持部材４１によって浮体４に固定されている。ところで、上述の第１の実施形態（図１参照）においては、圧電基板２が保持部２０によって液体容器１１に固定されていたので、液体容器１１内の液体１０の液面１０ａの高さが上下に変動すると、霧Ｍや微細気泡Ｂの発生位置が上下に変動してしまう問題がある。
　本変形例によれば、液面１０ａの高さが変動する液体１０に対して、圧電基板２の上下方向の位置を、自動的に安定して一定高さに維持することができるので、発生条件を一定にでき、霧Ｍや微細気泡Ｂを安定的に発生させることができる。また、圧電基板２が浮いた状態とされているので、液面１０ａに沿った水平方向の位置変更や位置保持が容易である。なお、浮体４は、Ｃ字形状の浮きに限らず、任意形状の浮きを複数組み合わせたりして用いることができる。また、浮体４と圧電基板２とを固定する支持部材４１は、棒材、板材、蓋状部材など、任意形状のもを用いることができ、密閉、非密閉のいずれでもよく、浮体４と支持部材４１とを一体構造にしてもよい。また、液体容器に対して、浮体４とこれに支持された圧電基板２などを、スムーズに垂直や水平移動させるために、液体容器に対する移動ガイドやストッパなどを設置してもよい。
　また、図２６、図２７に示すように、支持部材４１によって、圧電基板２に加え、回路基板４２を浮体４によって支持したり、さらに、電源４３も浮体４によって支持したりすることができる。ここで、回路基板４２は、例えば、電極２１に印加する高周波電圧を制御して弾性表面波Ｗの励振を制御するための回路を含む回路基板であり、電源４３は、回路基板４２を制御するための電源や電極２１に印加する駆動ための電源を含む。電源４３は、電池やバッテリでもよく、振動、光、水流などのエネルギによって発電するための装置や回路でもよい。また、支持部材４１や浮体４を、導電性の材料で構成し、外部ノイズ抑制のための電磁波シールドとして用いる構成としてもよい。
　このような変形例によれば、回路基板４２と圧電基板２とを近接配置できるので、電力損失やノイズの影響を最小化することができる。また、電源４３を浮体４で保持することにより、外部配線等が不要となり、圧電基板２に加え、霧Ｍや微細気泡Ｂの発生に必要な機器類を独立したユニットとして本装置１を構成でき、そのユニットの設置や増減が容易であり、霧Ｍや微細気泡Ｂを容易に発生させることができる。
　また、図２８に示すように、本変形例における浮体４の構成を、上述の第１３の実施形態に組み合わせることもできる。このような組合せは、上述の図２６、図２７の各変形例に対しても適用でき、各組合せについて、気体Ｇの導入効果と浮体４による高さ維持の効果が奏される。
　（第３の実施形態）
　図２９は第３の実施形態について示す。本実施形態は、第１の実施形態において、気体供給管１７を備え、その気体供給管１７によって、表面Ｓに沿って気体側から液体１０側に任意気体Ｇを供給するものである。表面Ｓに沿って液体１０側に気体Ｇを供給することにより、微細気泡Ｂが発生する領域に、直接的かつ効果的に所望の気体Ｇを供給して液体中に溶存させることができ、所望の気体Ｇから成る微細気泡Ｂを効率的に発生させることができる。
　図３０、図３１は第３の実施形態の変形例を示す。本変形例は、図３０に示すように、上述の図２９に示した第３の実施形態における気体Ｇの供給を適応的に行うようにしたものである。液体１０は、一部に開口５０を有する管状の液体容器５中を一方向（ｙ方向）に流れており、圧電基板２が、開口５０に近接して開口５０の下流側における液体容器５の上部壁面に、その表面Ｓを液体１０に臨ませて配設されている。表面Ｓ上の電極２１は、開口５０側（上流側）にあり、開口５０側から下流方向に伝播する弾性表面波Ｗを励振する。開口５０には、液体１０の流速が低い場合には開口５０を閉塞し、流速上昇に伴って開口５０に対する開度を増すように開き動作をする気体供給弁５１が設けられている。気体供給弁５１は、流速増加による圧力低下に基づく吸引力によって、すなわち流速に適応的に開動作Ｒが行われる。この気体供給弁５１の外部側（液体１０とは反対側）には、所望の気体Ｇが接しており、気体供給弁５１が動作して開口５０が開放される度合いに応じて、気体Ｇが液体１０に対して供給される。また、図３１に示すように、気体供給弁５１は、液体１０の流速上昇に伴って増加する液体１０の運動エネルギによって開動作Ｒが行われるものとしてもよい。
　これらの変形例によれば、液体１０に溶存させて微細気泡Ｂに含ませるための任意の気体Ｇを、液体１０の流量や流速に応じて液体１０内に適応的に供給することができる。従って、気体Ｇを無駄に消費することがなく、高価な気体の場合に、装置を低コストで稼働させることができる。液体１０が流れていない場合に気体供給弁５１が閉じるように、バネや錘を用いてもよい。また、流速が低い場合や流量が少ない場合であっても開動作して気体Ｇを供給できるように、吸引力や運動エネルギを受ける部位の面積を広くとってもよい。図３０や図３１に示した気体供給弁５１は、液体１０の流れによって直接的に開閉される簡単な構造となっている。このような構造に替えて、吸引力や運動エネルギを受ける部分と、気体Ｇの供給制御をする部分とを直結せずに役割分担させて、両者間にリンク機構や信号伝達系およびアクチュエータを設けて遠隔制御する構成としてもよい。
　なお、本発明は、上記各実施形態および各変形例の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、上述した各実施形態および各変形例の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。弾性表面波を用いる本発明の方法および装置は、特に、直径がサブミクロンのナノメートルオーダの霧や微細気泡を発生させるものであり、このような霧や微細気泡を含む気体および液体は、各種の洗浄液、加工や反応促進のための化学反応液、生理作用液などとして好適に用いることができる。例えば、加工後の機械部品、電子回路基板、シリコン基板等の各種半導体基板、食器などの霧中洗浄に用いることができる。圧電基板２は複数組み合わせて用いることができる。また、霧や微細気泡は、より小さいものをより安定に効率よく発生させるために、霧粒子間や微細気泡間の結合太りを防止することが有効であり、そのため粒子結合防止手段として、上述のように圧電基板２と液体１０との間に相対流速を発生させたり、霧や気泡に帯電させたりする手段が好適に用いられる。
　本願は日本国特許出願２００９－１４８１１２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。

Claims (25)

  1. 　弾性表面波を励振するための複数の電極からなる励振手段を表面に備えた圧電基板を、その表面が気体と液体の相互の界面に交差するように該圧電基板の一部分を液体中に入れて配置し、
    　前記励振手段によって前記表面に弾性表面波を励振し、
    　前記励振された弾性表面波が前記界面の上下に存在するように前記表面に沿って該弾性表面波を伝播させ、前記弾性表面波が、前記界面の上側である気体側で霧を発生させ、または前記界面の下側である液体側で微細気泡を発生させるようにしたことを特徴とする霧または微細気泡の発生方法。
  2. 　前記圧電基板を前記励振手段が気体側に位置するように配置し、前記表面における少なくとも前記界面との交差領域を含む領域に、該表面に密着したカバーを設け、前記励振手段によって励振した弾性表面波を前記表面に沿って気体側から液体中に伝播させることにより、前記界面から離れた液体内部側で微細気泡を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  3. 　前記カバーが、前記励振手段を覆う領域まで設けられていることを特徴とする請求項２に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  4. 　前記圧電基板の気体側の部分を覆う容器を設け、前記容器と液体とによって形成した空間に霧を閉じ込めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  5. 　前記表面に近接して対向する平板を前記界面と交差する位置に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  6. 　前記表面と前記界面との交差の角度を変えることにより、霧または微細気泡の発生割合を変えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  7. 　前記表面が、少なくとも前記励振手段を覆うように絶縁体によって覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  8. 　前記圧電基板の板厚は、前記励振手段による弾性表面波が前記表面に対向する裏面を伝播する板厚とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  9. 　前記励振手段を前記表面と共に該表面に対向する裏面にも備え、これら両面に弾性表面波を励振することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  10. 　前記両面における弾性表面波は互いの位相が同相となるように励振することを特徴とする請求項９に記載の微細気泡の発生方法。
  11. 　弾性表面波によって発生させた微細気泡を衝撃波によって圧壊させることにより、さらに微細な気泡とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  12. 　液体が平面視で円形状の液体容器に入れられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  13. 　前記圧電基板における霧または微細気泡が発生する領域がその周辺に対して正電位とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  14. 　前記圧電基板における霧または微細気泡が発生する領域がその周辺に対して負電位とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  15. 　前記励振手段は弾性表面波を一方向に向けて伝播させるための反射手段を前記表面に備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  16. 　微細気泡が発生する領域に界面活性物質を滴下することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  17. 　前記圧電基板の気体側の部分を覆う容器を設け、前記容器と液体とによって形成した空間内部に任意気体を充填することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  18. 　前記圧電基板が浮体によって液面から一定高さ位置に支持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  19. 　前記励振手段を制御するための回路基板が前記浮体によって支持されていることを特徴とする請求項１８に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  20. 　前記励振手段を駆動するための電源が前記浮体によって支持されていることを特徴とする請求項１８に記載の霧と微細気泡の発生方法。
  21. 　管状の構造材の内部を流れる液体中に微細気泡を発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  22. 　液体を収容する液体容器の内壁面に前記圧電基板および前記励振手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の霧または微細気泡の発生方法。
  23. 　前記表面に沿って気体側から液体側に任意気体を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の微細気泡の発生方法。
  24. 　前記気体の供給は、液体に流速を与え、該液体の流速上昇に伴う圧力低下に基づく吸引力によって、または流速上昇に伴って増加する液体の運動エネルギによって開かれる弁を介して行うことを特徴とする請求項２３に記載の微細気泡の発生方法。
  25. 　気液界面または液体中で弾性表面波を用いて霧または微細気泡を発生させる霧または微細気泡発生装置において、
    　弾性表面波を励振するための複数の電極からなる励振手段を表面に設けた圧電基板と、
    　前記圧電基板の一部分を液体中に入れ、その表面が気体と液体の相互の界面に交差し、該圧電基板の表面に励振される弾性表面波が前記界面の上下に存在して前記表面に沿って気体側および液体側を伝播するように該圧電基板を保持する基板保持部と、を備えたことを特徴とする霧または微細気泡発生装置。
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