使用弹性表面波的雾或者微小气泡的产生方法以及雾或者微小气泡产生装置的制作方法

专利名称：使用弹性表面波的雾或者微小气泡的产生方法以及雾或者微小气泡产生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生微米或者纳米级的雾或者微小气泡的方法以及装置。
背景技术：
以往，为了产生气泡的直径为微米以下的纳米级这样的微小气泡，进行了使气液混合流体引起旋流，通过液中产生的剪应力将液体中包含的气体细分化的处理。例如，公知有一种将来自涡流泵的气液混合流体从圆筒的内圆周切线方向对该圆筒供给，在圆筒内的旋转中使气泡微细化的装置(例如参照日本专利第4118939号)。而且，公知有一种若向正在传播弹性表面波的由压电材料等构成的基板的表面供给液体，则液体接受弹性表面波的能量而流动或振动，成为微小粒子而飞翔的现象。提出了各种利用该现象对液体进行雾化的装置，公知有一种将从喷墨单元排出的液滴向弹性表面波的传播面供给来进行雾化的方法(例如参照日本特开平11-114467号公报)。但是，在上述的日本专利第4118939号所示那样的微小气泡的产生方法中，需要用于使液体高压化的泵等，设备的小型化很困难。另外，在日本特开平11-114467号公报所示那样的雾的产生方法中，需要高精度稳定地供给用于进行雾化的液滴，使得构成变得复杂。而且，能够实现小型化且同时产生纳米级的雾和微小气泡、或者仅产生所希望的一方的方法或装置并未被人知晓。

发明内容
本发明为了解决上述课题而提出，其目的在于，提供一种以简单且小型的设备构成，能够应用于种类繁多的液体，且能够使雾或者微小气泡的一方或者两方稳定地产生的雾或者微小气泡的产生方法以及雾或者微小气泡产生装置。本发明的一个方式涉及雾或者微小气泡的产生方法，将在表面具备用于激发弹性表面波的由多个电极构成的激发单元的压电基板，以其表面与气体和液体彼此的界面交叉的方式配置成将压电基板的一部分放入到液体中，通过激发单元在表面激发弹性表面波， 按照激发出的弹性表面波存在于界面的上下的方式使弹性表面波沿着表面传播，弹性表面波在界面的上侧即气体侧产生雾，或者在界面的下侧即液体侧产生微小气泡。根据这样的构成，无论进行产生旋流等的机械方式动作与否，由于通过由一个压电基板形成的弹性表面波进行雾的产生和微小气泡的产生这两方，所以可通过简单并且小型的设备构成，节省空间并且低成本地产生雾或者微小气泡。而且，由于构成简单，所以能够用于种类繁多的液体。本发明的一个方式涉及微小气泡产生装置，是在气液界面或者液体中使用弹性表面波产生雾或者微小气泡的雾或者微小气泡产生装置，具有压电基板，其在表面设有用于激发弹性表面波的由多个电极构成的激发单元；和基板保持部，其保持压电基板，以便将压电基板的一部分放入到液体中，使其表面与气体和液体彼此的界面交叉，在压电基板的表面激发的弹性表面波存在于界面的上下，沿着表面在气体侧以及液体侧传播。根据这样的构成，由于只要按照与气液界面交叉的方式设置压电基板即可，所以能够提供简单且小型的设备构成的雾或者微小气泡产生装置。另外，由于构成、原理简单， 所以液体选择的限制少，能够用于种类繁多的液体。


图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的雾或者微小气泡的产生方法的雾或者微小气泡产生装置的剖视图。图2是该装置的立体图。图3是表示该方法的步骤的流程图。图4是表示该装置的变形例的立体图。图5(a)是表示该装置的其他变形例的立体图，图5(b)是其侧视图。图6 (a)、(b)是表示第一实施方式的其他变形例所涉及的微小气泡的产生方法的装置剖视图。图7是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的微小气泡的产生方法的装置剖视图。图8是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾的产生方法的装置剖视图。图9是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图10(a)、(b)是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图11是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图12是表示该方法的变形例的装置剖视图。图13是表示该方法的其他变形例的装置剖视图。图14是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图15是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置立体图。图16是该装置的俯视图。图17是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图18是表示该方法的变形例的装置剖视图。图19是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图20是该装置的剖视图。图21是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图22是表示第一实施方式的另一变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图23是表示该方法的变形例的装置剖视图。图M是表示第二实施方式所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图25是表示第二实施方式的变形例所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图沈是表示该方法的变形例的装置剖视图。图27是表示该方法的其他变形例的装置剖视图。图观是表示该方法的另一变形例的装置剖视图。图四是表示第三实施方式所涉及的雾和微小气泡的产生方法的装置剖视图。图30是表示第三实施方式的变形例所涉及的微小气泡的产生方法的装置剖视图。图31是表示该方法的变形例的装置剖视图。
具体实施例方式以下，参照附图，对使用本发明的实施方式所涉及的弹性表面波的雾或者微小气泡的产生方法以及雾或者微小气泡产生装置进行说明。(第一实施方式)图1、图2、图3针对第一实施方式进行表示。如图1、图2所示，在雾或者微小气泡产生装置1 (以下称为主装置1)中，主装置1是将表面S上具有多个梳齿状的电极21的压电基板2作为用于激发弹性表面波W的激发单元，并以该表面S与气体和液体10彼此的界面IOa(液面)交叉的方式将压电基板2的一部分放入到液体10中而配置的装置，利用电极21在表面S激发弹性表面波W，按照弹性表面波W存在于界面IOa的上下的方式使弹性表面波W沿着表面S传播，弹性表面波W在界面IOa的上侧即气体侧产生雾M,在界面IOa 的下侧即液体10侧产生微小气泡B。液体10被盛放于液体容器11。以下，对各构成详细进行说明。压电基板2是长方形的板材，以其长边方向为上下方向的方式通过基板保持部20 将一部分放入到液体10中并垂直保持。压电基板2例如是由LiNb03(铌酸锂)那样的压电体自身构成的基板。另外，压电基板2也可以是在非压电基板的表面形成有压电薄膜、例如PZT薄膜(铅、锆、钛合金薄膜)而成的基板，在其表面的压电体薄膜的表面部分，弹性表面波W被激发。因此，压电基板2只要是在表面具备激发弹性表面波W的压电体部分的基板即可。而且，作为主装置1的压电基板2，其形状并不局限于长方形，能够设定为任意的形状。另外，表面S并不限于平面，可以设定为任意的曲面。压电基板2并不限定于具有一定厚度的板状，可以是任意形状，只要是具有使弹性表面波W传播的表面S的基板即可。梳齿状的电极21是使相互为不同极性的2个梳形的电极相互啮合地形成在压电基板2的表面S的电极(交叉指电极，IDT 叉指换能器)。电极21的彼此相邻的梳状齿属于相互不同极性的电极，以所要激发的弹性表面波W的波长的一半长度的间距排列。通过从高频电压施加用的电路E向电极21的相互不同极性的电极间施加高频(例如MHz频带) 电压，而由梳形电极将电能电气机械转换成波的机械能，在压电基板2的表面S激发弹性表面波W。激发出的弹性表面波W的振幅根据施加到电极21的电压的大小决定。激发出的弹性表面波W的波束的长度与电压的施加时间的长度对应。由电极21激发出的弹性表面波W成为与一对梳形电极的齿交叉的宽度对应的宽度的波，向与梳状齿垂直的方向χ传播。 这样的弹性表面波W具有对存在于表面S的液体，带来使之向弹性表面波W的传播方向移动那样的力的性质。在固体表面传播的弹性表面波W与超声波、例如使用压电元件等而产生并在固体、流体中三维传播的超声波相比，能够容易稳定地激发为高频率的波动。通过使该频率高且波长短的弹性表面波W向液体10传播，能够在弹性表面波W所通过的气液界面IOa处， 使气体侧产生直径为微米级或从亚微米(submicron)到纳米级的微小的雾M，而且，通过还在液体侧传播的弹性表面波W，能够使该液体10中产生直径为微米级或从亚微米到纳米级的微小气泡B。根据主装置1的构成，能够使雾M和微小气泡B同时产生。可以认为微小气泡B由溶解在液体10中的气体生成。鉴于此，也可以预先将用于成为微小气泡的气体过饱和地溶解于液体中，使该气体的微小气泡容易产生。为了增加气体的可溶解量，可以具有保冷装置对液体10进行保冷，将液体10的温度维持得较低。另外， 认为当弹性表面波W从气体侧向液体10侧传播通过气液界面IOa时，从气体侧向液体侧卷进气体，可以认为微小气泡B还由该被卷进的气体生成。液体10能够使用自来水、纯净水等水、还可以使用乙醇等有机溶剂、其他任意的液体。其中，在没有对电极21充分地实施绝缘保护的情况下，液体10被限定为电气绝缘性的液体。鉴于此，为了进行电极21的电气绝缘、压电基板2的防腐蚀，可以在压电基板2表面设置绝缘层、保护层。优选这些层不会引起弹性表面波W的传播损失。气体除了大气中的空气之外，还能够使用氧、臭氧等那样的单一气体或所希望的任意气体。如图3所示，能够以简单的步骤同时产生雾M和微小气泡B。即，将压电基板2配置成其一部分放入到液体10中(#1)，然后激发弹性表面波W (把)。使弹性表面波W沿着压电基板2的气体侧的表面S以及液体10侧的表面S传播(#3)。于是，通过在气体侧传播的弹性表面波W，在气液界面IOa处使气体侧产生雾M,通过液体10中传播的弹性表面波W，使液体10中产生微小气泡B (#4)。以下，在产生雾M和微小气泡B的期间，只要重复上述步骤 (#1 #4)即可。根据本实施方式，由于利用一个压电基板2进行雾M的产生和微小气泡B的产生双方，所以能够以简单且小型的设备构成，省空间且低成本地产生雾M和微小气泡B。另外， 由于构成简单，所以能够应用于很多种类的液体。图4、图5表示了第一实施方式的变形例。如图4所示，压电基板2还可以设置成将电极21放入到液体10中。其中，对于电极21，设电极21彼此电绝缘，或者液体10是电气绝缘性的液体、在液体中没有短路的问题。在本变形例的情况下，弹性表面波W沿着表面 S，从液体10的内部通过气液界面IOa向气体侧传播。在通过气液界面IOa时，取代上述气体的卷进，产生液体10向气体侧的卷起。通过这样的液体的卷起，与图1的情况相比，雾M 的产生效率提高。另外，还能够如图5(a)、(b)所示，将压电基板2上的弹性表面波W的行进方向(χ 方向)与气液界面IOa平行地配置。在这样的构成中，雾M或微小气泡B由于通过弹性表面波W在其传播方向上接受驱动力，所以雾M或微小气泡B能更稳定地产生。即，其原因在于，由于雾M或微小气泡B在产生的同时依次从压电基板2周边脱离，分别相互迅速地分CN 102458627 A说明书5/12 页
离，所以例如能够抑制微小气泡B彼此结合而消失这样的情况。此外，弹性表面波W的行进方向(X方向)和气液界面IOa的角度(换言之，与垂直于表面S的轴的旋转角度相关的压电基板2的姿势)并不局限于上述那样的直角方向或平行方向，能够设定为任意的角度。而且，该角度也可以通过设置角度变动装置而在主装置1的使用中适当地变动。通过该角度变动，能够将气体卷进液体中，或者反之将液体卷起到气体中，来使雾M和微小气泡B的产生比率动态地变动。图6(a)、(b)表示了第一实施方式的其他变形例。如图6(a)所示，本变形例是在将电极21配置在气体侧的第一实施方式的压电基板2中包含表面S的至少与界面IOa交叉的交叉区域的区域，设置有与表面S紧贴的罩22的例子。主装置1通过使由电极21激发出的弹性表面波W沿着表面S从气体侧向液体10中传播，能够不使雾M产生地在离开界面IOa的液体10的内部侧产生微小气泡B。罩22用于缓和通过界面IOa时的边界线条件变动的影响、抑制弹性表面波W的传播损失，使微小气泡B高效率地产生。鉴于此，为了抑制界面IOa处的波的衰减、可靠地确保液体10中的弹性表面波W的振动强度，需要罩22是不引起弹性表面波W的传播损失的部件。作为罩22的材料，能够使用具有某种程度的弹性并不妨碍压电基板2的振动的材料、与压电基板2同样的压电材料。根据本变形例，由于弹性表面波W从气体侧向液体10侧传播，能够利用罩22抑制通过界面IOa时的弹性表面波W的传输损耗，所以可以高能效地产生微小气泡B。而且，由于弹性表面波W在离开界面IOa的液体10的内部侧与液体10接触，所以能够不产生雾M 地选择性产生微小气泡B。并且，由于微小气泡B离开界面IOa地产生，所以能够减少向气体侧散逸。另外，也可以如图6 (b)的变形例所示那样，将罩22设置到覆盖电极21的区域。在该构成中，由于弹性表面波W从被激发的时刻起在由罩22覆盖的表面S传播，所以与上述图6 (a)的情况不同，弹性表面波W不通过气体与罩22间的边界，不产生这样的通过边界时的损失。即，根据该变形例，由于弹性表面波W向液体10中传播时的边界条件的变化仅是来自罩22的出口侧端面处的一个位置，所以能够进一步抑制弹性表面波W的传输损耗。图7表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在第一实施方式中，设置了对压电基板2的气体侧的部分进行覆盖的容器12，在由容器12和液体10形成的空间中封闭雾M的例子。容器12无需形成密闭空间，只要是至少能够将雾M封闭在所希望的范围内的容器即可，例如可以是在上方具有开口的容器。另外，在电极21没有被充分地绝缘处理的情况下，可以对容器12设置排气口，强制性地进行排气，以便不因充满的雾M而发生电极 21间的短路。根据本变形例，由于具有容器12所以产生的雾M不向外部逸出，能够仅利用微小气泡B。图8表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在第一实施方式中，将与压电基板2的表面S接近对置的平板13设置在与界面IOa交叉的位置的例子。平板13例如是上边和下边水平的矩形板。在平板13与压电基板2的表面S之间，使液体10的液面、即气体和液体10的界面IOa的高度因表面张力而上升(也存在根据液体10的种类、液体接触面等状况而使液面下降那样的液体)。这里，为了设定表面S和平板13的间隔d，赋予平板13的上边距液面IOa的高度H、液体10的表面张力T、接触角Φ、密度P以及重力加速度g。根据这些值求出间隔d0 = 2TcoS(j5/(P gH)，将压电基板2和平板13的间隔d设定为小于间隔d0 (d< d0)。通过隔开上述那样的间隔d，将平板13相对于表面S进行配置，使得不从压电基板 2和平板13之间向外部(下方)产生微小气泡B。这基于下述现象若平板13的上边的高度H成为某个一定值以上，则由于在压电基板2和平板13之间的液体空间产生的微小气泡 B相互作为结合体而上浮，所以在下方的液体10中不出现微小气泡B。由于高度H作为从界面IOa到上方的高度，所以若将平板13从界面IOa向下方延长，则即使平板13的高度低于上述的高度H，在下方也不会出现微小气泡B。根据本变形例，由于通过将压电基板2和平板13的间隙d充分缩窄，在该间隙d中微小气泡B的移动空间被限定，微小气泡B彼此作为结合体上浮，所以能够抑制液体10中的微小气泡B的产生，仅使雾M向外部产生。由于在这样的间隙d中，通过液体10的表面张力液面的高度被保持成比其他部分上升，所以即使其他部分的液面的高度发生变化，也能够在相对于压电基板2的同一高度位置稳定地产生雾M。图9表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在第一实施方式中，通过改变表面S和界面IOa的交叉的角度θ，来改变雾M或者微小气泡B的产生比例的例子。根据这样的构成，由于通过使交叉的角度θ例如在0< θ < π的范围内变化，能够使被界面IOa和压电基板2的表面S围起的空间在气体侧和液体10侧分别发生变化，所以能够改变雾M和微小气泡B的产生量、雾M和微小气泡B的产生比率。例如，若图中的角度θ变小、表面S变得更朝上且表面S和界面IOa更接近平行，则液体10侧的空间变窄，微小气泡 B间的结合体容易产生，结果微小气泡B减少。该情况下，由于气体侧的空间变宽，而且由于液体10在表面S上更薄更广、容易产生雾Μ，所以雾M的产生效率提高。另外，若反过来图中的角度θ变大，则变为相反的动作。角度θ可以在使用主装置1前预先通过手动设定， 也可以在使用中根据使用状况动态地自动变化。使角度θ变化的机构可以通过圆弧状的长孔等可变动，或者与马达组合而容易地组装到基板保持部20中。另外，在本变形例中，表示了表面S和界面IOa的交叉的角度θ，但也可以与垂直于表面S的轴的旋转角度组合地变化(参照图5和其说明)。图10(a)、(b)表示了第一实施方式的另一变形例。如图10(a)所示，本变形例是在第一实施方式中，将压电基板2的表面S以至少覆盖电极21的方式由绝缘体23进行覆盖的例子。绝缘体23由硬的材料、即不吸收弹性表面波W那样的材料构成。这样的绝缘体 23通过将与压电基板2同样的压电材料、例如LiNb03(铌酸锂)的薄板，或其他绝缘材料、 例如硅基板的薄板等与表面S接合而设置在表面S。另外，可以替代对薄板进行接合，而在表面S上形成PZT等压电薄膜，来设置绝缘体23。绝缘体23的厚度为弹性表面波W在其外表面传播的厚度。而且，绝缘体23在无需覆盖表面S的整个面，在仅使电极21的局部进行绝缘的情况下，绝缘体23的厚度无需设为弹性表面波W在其外表面传播的厚度。根据本变形例，由于构成激发单元的电极21被绝缘，所以即使是导电性的液体， 也能够稳定地产生雾M、微小气泡B。而且，由于电极21具备绝缘体23，所以能够避免电极间发生短路之类的难以预料的情况，可操作性良好且容易地产生雾M、微小气泡B。另外，还能够如图10 (b)所示，以将压电基板2的电极21侧浸入到导电性的液体中的状态配置压电基板2。图11、图12、图13表示了第一实施方式的另一变形例。如图11所示，本变形例是在第一实施方式中，将压电基板2的板厚设为薄至由电极21激发的弹性表面波W在表面S 传播，同时弹性表面波Wr在与表面S对置的背面Sr传播的板厚。压电基板2的厚度例如只要比弹性表面波W的波长的1/4薄即可。作为压电基板2，能够使用PZT等压电薄膜。这样的薄压电基板2通过具备以边框的方式对其周边加以保持的周边加强部，能够形成为可稳定使用的装置。形成为这样的膜片构造的压电基板能够利用硅基板等的蚀刻技术等形成。 根据本变形例，能够使表面S和背面Sr两面产生雾M、微小气泡B，可高效产生较多的雾M、 微小气泡B。另外，如图12所示，能够将压电基板2设定为在表面S和与表面S对置的背面Sr 具有作为激发单元的电极21，在上述两面S、Sr激发弹性表面波W、fe。该变形例与图11所示的例子不同，无需将压电基板2的厚度变薄，能够设定为任意的厚度。而且，通过将压电基板2的两面的相同极性的电极21利用贯通压电基板2的通孔(through hole)连接，能够将与高频电压施加用的电路E的连接布线汇集到单面上。根据这样的变形例，由于通过提高每个压电基板的输入功率的上限值，能够投入更多的功率，所以可使输入功率的上限值增加，能够产生更多的雾M、微小气泡B。另外，如图13所示，能够在压电基板2的两面S、Sr分别设置电极21，以两面S、Sr 上的弹性表面波W、Wr相互为同相的方式进行激发。该变形例也与图11所示的例子不同， 无需将压电基板2的厚度变薄，虽然优选变薄，但能够设定为任意的厚度。根据这样的变形例，由于压电基板2上的电场分布在表面S和背面Sr相互对称，基于电压振动引起的压电基板2的压缩和伸长在表面背面协调地进行，所以能够将投入给电极21的电力有效地电机械转换成波动的机械能，可有效地更强地激发弹性表面波W、Wr,能够产生更多的雾M、微小气泡B。图14表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在第一实施方式中，在压电基板2的与表面S对置的位置具有冲击波产生装置14的例子，使由弹性表面波W产生的雾 M和微小气泡B被从冲击波产生装置14发出的冲击波SW压碎，变为比雾M更微小的雾Ml、 比微小气泡B更微小的气泡Bi。冲击波产生装置14只要是能够对雾M和微小气泡B照射冲击波SW的装置即可。例如，可以将压电基板2本身兼用作冲击波产生装置14的冲击波发送源来产生冲击波SW，使冲击波SW在表面S的前方的气体中以及液体10中传播。该情况下，也可以不另外设置冲击波发送源。另外，也可以在通过该兼用无法得到冲击波SW的足够强度的情况下，进一步另外设置使用超声波发送器等的冲击波产生装置14，施加来自两者的冲击波。根据本变形例，无需引起旋流那样的如流体运动产生的设备等，能够通过简单的构成，将微小气泡B变为更微小的气泡Bi。冲击波SW的传播方向并不限于表面S的正面方向，可以是上下左右倾斜的任意方向，只要是能够对雾M、微小气泡B照射冲击波SW的方向即可。另外，也可以向雾M和微小气泡B中的任意一方照射冲击波SW。而且，还可以按照将冲击波SW集中在特定焦点位置的方式曲面形成发送面，或者按多个发送面的每一个进行波的相位控制。图15、图16表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在第一实施方式中， 将液体10放入到俯视下为圆形形状的液体容器11的例子。优选液体容器11在从上面观察时，其内圆周壁为接近正圆的形状，但也可以是椭圆、或对矩形实施C面处理、R面处理后那样的无角的容易产生旋转流的形状。压电基板2被配置在从这样的液体容器11的中心偏心的位置。而且，其表面S与液体容器11的直径方向平行，雾M、微小气泡B的产生方向 (与表面S垂直的方向)被设为圆周方向。在这样的配置构成下产生的微小气泡B沿着液体容器11的内壁面移动，液体容器11内的液体10承受沿着内壁面的方向的运动量，在液体容器11内产生圆周方向的旋转流(一种对流)。而且，通过沿圆周方向产生液体10的流动，液体容器11的中心部处的微小气泡B通过液体10的运动而被压碎成为更微小的气泡。为了促进这样的旋转流，可以在液体容器11内具备通过外部的马达而积极地旋转的搅拌器等，或者使压电基板2本身例如沿着液体容器11的圆周方向旋转移动。主装置1例如能够从液体容器11的下部中央将包含微小气泡B的液体10以箭头 OUT所示那样导出，将该液体10用于清洗用途等。而且，为了补偿液体10的流出，只要如用箭头IN所示那样从液体容器11的上方适当地进行液体补给即可。此时，能够预先设定压电基板2中的弹性表面波的激发电力、激发频率、激发用电极数、传播面积、压电基板本身的数量等与生成微小气泡B的性能相关的各种因素，或者在使用中变更，以便液体10中的微小气泡B根据其利用目的达到恰当的气泡数密度。另外，也可以对导出的液体10的流量进行调节变更，以使微小气泡B达到适当的粒子数密度。根据本变形例，由于可以通过圆形形状的液体容器11的圆周方向的液体10的流动，使微小气泡B从压电基板2附近快速脱离，而且能够使各微小气泡B相互分离而分散， 所以可以阻止微小气泡B间的结合，抑制因结合变大而导致微小气泡B消失，能够高效地产生微小气泡B。此外，也可以使压电基板2成为俯视下从液体容器11的直径方向倾斜并且不对液体的旋转流造成阻碍的配置。图17、图18表示了第一实施方式的另一变形例。如图17所示，本变形例是在第一实施方式中，对压电基板2施加正电压的例子。即，在远离压电基板2的气体以及液体中设置对置电极15，在压电基板2和对置电极15之间施加来自直流电源V的电压，使压电基板2中的产生雾M、微小气泡B的区域相对于其周边成为正电位。相对于对置电极15(负电极)，用于对压电基板2及其周边施加正电压的压电基板2侧的正电极(未图示)优选是金属等具有同样电位的导电性材质的电极。另外，也可以在传播弹性表面波W的压电基板 2的表面S设置正电极用的电极图案。该情况下，能够实现部件个数的减少。而且，能够将电极21作为正电极共用。该情况下，只要以电极21相对于液体10总是处于正电位的方式施加高频电压即可。另外，在液体10例如是水的情况下，优选不是纯水而是含有较多离子那样的自来水或电解水。其中，作为本实施方式的变形例，在电极21侧将压电基板2放入到液体10中进行配置的情况下，需要对电极21进行绝缘处理。根据本变形例，通过使液体10中的负离子(例如OH—)附着在压电基板2、雾M和微小气泡B的表面，能够利用其同种电荷间的斥力使雾M、微小气泡B从压电基板2附近快速脱离，而且让雾M、微小气泡B分别相互分离而能够阻止雾M间的结合、或者微小气泡B间的结合。因此，能够抑制因雾M、微小气泡B的结合变大而导致的雾M、微小气泡B消失，能够有效地产生雾M、微小气泡B，并能够稳定地维持雾M、微小气泡B的状态。另外，也能够如图18所示，将施加给压电基板2的电位设为负电位。该情况下，通过气体以及液体10中正离子起到与上述同样的效果。将压电基板2设定为正电位还是负电位，只要根据液体10、雾M、微小气泡B的特性、以及它们的应用领域(利用领域和目的) 来选择决定即可。
图19、图20表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在第一实施方式中， 为了使由电极21激发出并向相互反向的2个方向传播的弹性表面波的一方发生反射，将两方的弹性表面波作为朝向一个方向(图中χ方向)的弹性表面波W传播，而在压电基板2 的表面S具备反射电极M作为反射单元的例子。反射电极M可以与电极21同样地由梳齿状的电极等构成。根据本变形例，能够将弹性表面波的传播方向限定为1个方向，来限定雾M、微小气泡B的产生位置。而且，在使作为激发单元的电极21位于气体侧地配置了压电基板2的情况下，通过使朝向气体侧的基板端部传播丝毫无助于雾、微小气泡产生的弹性表面波，被反射电极M反射而使之朝向液体10侧，能够有效利用其能量。图21表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在第一实施方式中具备滴下装置16，并通过该滴下装置16在产生微小气泡B的区域滴下界面活性物质17的例子。 界面活性物质17例如可以使用家庭用的洗涤剂等。滴下装置16构成为将界面活性物质17 从管中基于重力滴下、利用泵强制使其滴下、或者从喷雾嘴进行喷雾的装置。只要将上述的管、喷雾嘴的前端配置到压电基板2的表面S和界面IOa的交线附近，使其滴下或喷雾界面活性物质17来向液体10供给即可。液体10与微小气泡B —同通过配管等被导向规定位置而用于清洗或消毒等被消耗。鉴于此，界面活性物质17的供给量只要根据液体10的流量、液体容器的容量、与液体10的物理性质相关的要求规格等进行设定或者变更即可。根据本变形例，可以通过界面活性物质的物理化学作用，实现雾M、微小气泡B的产生稳定化。另外，例如在将雾M、液体10用于清洗的情况下，能够使可以提高清洗效果的界面活性物质以最少量、高效地附着在雾M、微小气泡B的表面。图22、图23表示了第一实施方式的另一变形例。本变形例是在管状的构造件5的内部沿着其管方向向箭头y方向流动的液体10中产生微小气泡B的例子。在管状的构造件5的内部具有气体存在的空间，该气体与液体10 —同向箭头y方向流动。在这样的管状的构造件5的内部，配置有与第一实施方式中的压电基板2同样的压电基板2。压电基板2 上产生的雾M以及微小气泡B分别从压电基板2依次脱离，沿着气体以及液体10的流动进行流动。y方向的液流可以通过位能产生，也可以另外设置泵而通过泵来产生。另外，气体的流动可以是被液流拖入而产生的流动，也可以是强制地设置压力差而产生的流动。管状的构造件5除了剖面为圆形的管和四边形的管之外，能够使用任意剖面的管等，而且可以使用水管的管、在轴向具有狭缝的管等。根据本变形例，由于能够通过液体10的流动使微小气泡B迅速从压电基板2附近脱离，而且能够使各微小气泡B相互分离，所以可阻止微小气泡B间的结合、抑制因结合变大导致微小气泡B消失，能够有效地产生微小气泡B。而且，能够以液体10中的微小气泡数的密度变得均勻的方式产生微小气泡B。可以将包含这样的微小气泡B的液体10通过管状的构造件5送到所希望的场所，用于清洗等处理。另外，也可以如图23所示，在管状的构造件5的内壁面、即收容液体10的液体容器的内壁面，设置压电基板2以及作为激发单元的电极21。对压电基板2而言，可以通过将另外形成的部件粘贴在构造件5的内壁面，也可以在构造件5的内壁面形成压电性的薄膜， 并在其上成膜电极21来形成。在本图所示的例子中，电极21的各梳齿的长边方向沿着管状构造件5的轴向设置，弹性表面波沿构造件5的圆周方向传播。电极21的配置构成并不局限于该构成，还可以成为构造件5的内壁面上的任意的朝向和构造。例如，若将电极21的各梳齿的长边方向设为构造件5的圆周方向，则弹性表面波沿着构造件5的轴向传播。根据本变形例，能够以小型的设备构成使气体和液体流动并且稳定地产生均勻且大量的微小气泡。(第二实施方式)图对表示了第二实施方式。本变形例是在第一实施方式中，设置对压电基板2的气体侧的部分进行覆盖的容器3，向由容器3和液体10形成的空间内部填充任意气体G的例子。容器3通过顶部30和从顶部30至少下垂到界面IOa附近的侧壁部32形成了近似密闭空间。设置有用于向侧壁部32导入气体G的导入管31、以及用于将雾M向容器3的外部导出的开口部33。压电基板2被基板保持部20保持于顶部30。通过将气体G封入到容器3的近似密闭空间，能够使所希望的气体G有效地溶解于液体10中的产生微小气泡B的区域，可以避免使气体G浪费地散逸而被消耗。而且，由于通过从气体侧向液体10侧传播的弹性表面波W，容器3内的气体G被卷进液体10内部，所以能够使气体G有效地溶解。根据本变形例，能够容易且高效地产生所希望的气体的微小气泡。可以认为这是由于微小气泡B由溶解于液体10中的气体生成。此外，若不设置开口部33、使侧壁部32下垂到比界面IOa更向液体10内部侧，则不将雾M向外部释放，而且，能够防止因气体G的散逸所导致的消耗，可以仅利用包含基于气体G的微小气泡B的液体10。而且，通过利用可使气体G局部化的容器3，能够实现节省空间的装置，通过将容器3设为将压电基板2和其周边密闭的最小限度的体积，能够成为更节省空间的装置。为了促进气体G溶解，可以加压以便在容器3内提高压力。气体G也可以不从外部导入，而在容器3内部产生。例如，可以利用仅使空气通过就能够提高氧浓度的富氧膜，产生氧作为气体G。图25、图26、图27、图观表示了第二实施方式的其他变形例。如图25所示，本变形例是在第一实施方式中，压电基板2被浮体4支承在距液面IOa —定高度位置的例子。浮体4俯视下具有包围压电基板2的C字形状，C字形状的打开部是为了雾M移动通过而设置的。压电基板2通过支承部件41被固定于浮体4。在上述的第一实施方式(参照图1) 中，由于压电基板2通过保持部20被固定于液体容器11，所以若液体容器11内的液体10 的液面IOa的高度上下变动，则存在雾M、微小气泡B的产生位置会上下变动的问题。根据本变形例，由于能够相对于液面IOa的高度发生变动的液体10，将压电基板2 的上下方向的位置自动地稳定维持为一定高度，所以可以使产生条件恒定，能够使雾M、微小气泡B稳定地产生。另外，由于压电基板2被设为浮起的状态，所以沿着液面IOa的水平方向的位置变更、位置保持很容易。此外，浮体4并不局限于C字形状的浮体，能够组合多个任意形状的浮体来使用。而且，对浮体4和压电基板2进行固定的支承部件41可以使用棒材、板材、盖状部件等任意形状的部件，也可以是密闭、非密闭中的任意一种，还可以将浮体4和支承部件41设为一体构造。而且，为了使浮体4和被其支承的压电基板2等相对于液体容器顺畅地垂直、水平移动，可设置针对液体容器的移动导件、限位器等。另外，如图沈、图27所示，除了由支承部件41支承压电基板2之外，还能够通过浮体4支承电路基板42，或者进一步通过浮体4还支承电源43。这里，电路基板42例如是包含用于对施加给电极21的高频电压进行控制、来控制弹性表面波W的激发的电路的电路基板，电源43包括用于控制电路基板42的电源和对电极21施加的驱动用的电源。电源43可以是电池或蓄电池，还可以是用于通过振动、光、水流等的能量进行发电的装置或电路。而且，可以采用由导电性材料构成支承部件41、浮体4，作为外部噪声抑制用的电磁波屏蔽件来使用的构成。根据这样的变形例，由于能够将电路基板42和压电基板2接近配置，所以可使电力损耗、噪声的影响最小化。而且，通过利用浮体4保持电源43，无需外部布线等，除了压电基板2之外，能够将雾M、微小气泡B的产生所需的设备类作为独立的单元来构成主装置1， 该单元的设置、增减很容易，能够容易地产生雾M、微小气泡B。另外，还能够如图28所示，将本变形例的浮体4的构成与上述的第13实施方式组合。这样的组合还能够应用于上述的图26、图27的各变形例，各组合起到气体G的导入效果和基于浮体4的高度维持的效果。(第三实施方式)图四表示了第三实施方式。本实施方式是在第一实施方式中具备气体供给管17， 通过该气体供给管17，沿着表面S从气体侧向液体10侧供给任意气体G的例子。通过沿着表面S向液体10侧供给气体G，能够向要产生微小气泡B的区域直接且有效地供给所希望的气体G并使之溶解在液体中，可有效地产生由所希望的气体G构成的微小气泡B。图30、图31表示了第三实施方式的变形例。如图30所示，本变形例是适当地进行上述图四所示的第三实施方式中的气体G的供给的例子。液体10在一部分具有开口 50的管状液体容器5中向一个方向(y方向)流动，压电基板2与开口 50接近地以其表面 S面对液体10的方式被配置在开口 50的下游侧的液体容器5的上部壁面。表面S上的电极21位于开口 50侧(上游侧)，激发从开口 50侧向下游方向传播的弹性表面波W。在开口 50设有当液体10的流速低时关闭开口 50、伴随着流速上升进行打开动作以增加相对开口 50的开度的气体供给阀51。气体供给阀51通过基于由流速增加引起的压力降低的吸引力，即与流速相应地进行打开动作R。在该气体供给阀51的外部侧(与液体10相反侧) 接触所希望的气体G，根据气体供给阀51进行动作使得开口 50开放的程度，将气体G对液体10供给。另外，也可以如图31所示，气体供给阀51通过伴随着液体10的流速上升而增加的液体10的动能进行打开动作R。根据这些变形例，能够根据液体10的流量和流速，向液体10内适当地供给用于溶解于液体10而使微小气泡B含有的任意气体G。因此，未将气体G浪费消耗，在是高价的气体的情况下，能够使装置以低成本运转。也可以使用弹簧或重物以便在液体10没有流动的情况下关闭气体供给阀51。另外，也可以将承受吸引力或动能的部位的面积变大，以便即使在流速低的情况或流量少的情况下也能够进行打开动作来供给气体G。图30、图31所示的气体供给阀51成为根据液体10的流动而直接被开闭的简单构造。也可以替代这样的构造，而成为不将承受吸引力或动能的部分与进行气体G的供给控制的部分直接连结而让它们分担任务，在两者间设置连杆机构、信号传递系统以及促动器来进行遥控的构成。此外，本发明不限于上述各实施方式以及各变形例的构成，还能够进行各种变形。 例如，能够形成为将上述的各实施方式以及各变形例的构成相互组合而成的构成。使用弹性表面波的本发明的方法以及装置尤其产生直径为亚微米的纳米级的雾、微小气泡，包含这样的雾、微小气泡的气体以及液体优选用作各种清洗液、用于加工、促进反应的化学反应液、生理溶液等。例如，能够用于加工后的机械部件、电子电路基板、硅基板等各种半导体基板、食器等的雾中清洗。压电基板2能够组合多个来使用。另外，对雾、微小气泡而言，为了更稳定地高效产生更小的雾、微小气泡，防止雾粒子间、微小气泡间的结合变大是有效的， 因此，作为粒子结合防止方式，优选如上述那样使用在压电基板2和液体10之间产生相对流速，或者使雾、气泡带电的方式。 本申请基于日本国专利申请2009-148112，其内容通过参照上述专利申请的说明书以及附图而结合到本申请发明中。
权利要求
1.一种雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，将在表面具备用于激发弹性表面波的由多个电极构成的激发单元的压电基板，以其表面与气体和液体彼此的界面交叉的方式配置成将该压电基板的一部分放入到液体中，通过上述激发单元在上述表面激发弹性表面波，按照上述激发出的弹性表面波存在于上述界面的上下的方式使该弹性表面波沿着上述表面传播，上述弹性表面波在上述界面的上侧即气体侧产生雾，或者在上述界面的下侧即液体侧产生微小气泡。
2.根据权利要求1所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，将上述压电基板配置成上述激发单元位于气体侧，在上述表面的至少包含与上述界面的交叉区域的区域，设置紧贴该表面的罩，通过使由上述激发单元激发出的弹性表面波沿着上述表面从气体侧向液体中传播，在离开上述界面的液体内部侧产生微小气泡。
3.根据权利要求2所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，上述罩设置到覆盖上述激发单元的区域为止。
4.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，设置对上述压电基板的气体侧的部分进行覆盖的容器，在由上述容器和液体形成的空间中封闭雾。
5.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，在与上述界面交叉的位置设置与上述表面接近并对置的平板。
6.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，通过改变上述表面和上述界面交叉的角度，来改变雾或者微小气泡的产生比例。
7.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，上述表面按照至少覆盖上述激发单元的方式被绝缘体覆盖。
8.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，上述压电基板的板厚被设为由上述激发单元产生的弹性表面波在与上述表面对置的背面传播的板厚。
9.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，与上述表面一同在与该表面对置的背面也具备上述激发单元，在上述两面激发弹性表面波。
10.根据权利要求9所述的微小气泡的产生方法，其特征在于，上述两面上的弹性表面波以相互的相位成为同相的方式进行激发。
11.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，通过使由弹性表面波产生的微小气泡被冲击波压碎，来形成更微小的气泡。
12.根据权利要求1 权利要求11中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，液体被放入到俯视下为圆形形状的液体容器。
13.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，上述压电基板中的产生雾或者微小气泡的区域相对于其周边被设为正电位。
14.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，上述压电基板中的产生雾或者微小气泡的区域相对于其周边被设为负电位。
15.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，上述激发单元在上述表面具有用于使弹性表面波向一个方向传播的反射单元。
16.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，向产生微小气泡的区域滴下界面活性物质。
17.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，设置有对上述压电基板的气体侧的部分进行覆盖的容器，向由上述容器和液体形成的空间内部填充任意气体。
18.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，上述压电基板被浮体支承在距液面一定高度的位置。
19.根据权利要求18所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于， 用于控制上述激发单元的电路基板被上述浮体支承。
20.根据权利要求18所述的雾和微小气泡的产生方法，其特征在于， 用于驱动上述激发单元的电源被上述浮体支承。
21.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，在管状的构造件的内部流动的液体中产生微小气泡。
22.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的雾或者微小气泡的产生方法，其特征在于，在收容液体的液体容器的内壁面设有上述压电基板以及上述激发单元。
23.根据权利要求1 权利要求3中任意一项所述的微小气泡的产生方法，其特征在于，沿着上述表面从气体侧向液体侧供给任意气体。
24.根据权利要求23所述的微小气泡的产生方法，其特征在于，上述气体的供给对液体赋予流速，通过基于与该液体的流速上升相伴的压力降低的吸引力、或者伴随着流速上升而增加的液体的动能而被打开的阀来进行。
25.一种雾或者微小气泡产生装置，在气液界面或者液体中使用弹性表面波产生雾或者微小气泡，其特征在于，具有压电基板，其在表面设有用于激发弹性表面波的由多个电极构成的激发单元；和基板保持部，其保持该压电基板，以便将上述压电基板的一部分放入到液体中，使其表面与气体和液体彼此的界面交叉，在该压电基板的表面激发出的弹性表面波存在于上述界面的上下，沿着上述表面在气体侧以及液体侧传播。
全文摘要
在雾或者微小气泡的产生方法以及雾或者微小气泡产生装置中，能够以简单且小型的设备构成应用于种类繁多的液体，可稳定地产生雾或者微小气泡中的一方或者两方。主装置(1)将在表面(S)具备多个梳齿状的电极(21)的压电基板(2)，以其表面(S)与气体和液体(10)彼此的界面(10a)交叉的方式配置成将压电基板(2)的一部分放入到液体(10)中，通过电极(21)在表面(S)激发出的弹性表面波W按照存在于界面(10a)的上下的方式沿着表面(S)传播。弹性表面波(W)在界面(10a)的上侧即气体侧产生雾(M)，在界面(10a)的下侧即液体(10)侧产生微小气泡(B)。无论进行产生旋流等的机械方式动作与否，由于通过弹性表面波(W)产生雾(M)、微小气泡(B)，所以能够以简单且小型的设备构成稳定地产生雾(M)、微小气泡(B)。
文档编号B01F3/04GK102458627SQ20108002750
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月2日 优先权日2009年6月22日
发明者冈野正纪, 石上阳平, 藤原茂喜 申请人:松下电器产业株式会社