MHz MHz

9.57 MHz

SAW 素子 IDT

9.57 MHz 9.57 MHz

SAW 素子 IDT SAW 素子 SAW 素子 霧化器Wedge 霧化器Wedge

側面図 側面図

IDT 霧

SAW 素子 液体

素子 D

素子 C

(a) 霧化器の構成

1 mm1 mm

27 °

22 °

1 mm

1 mm LiNbO₃

(a) SAW 素子先端形状

図 5-1 霧化器 Wedge の SAW 素子先端形状及び構成

第 5 章 SAW 素子先端形状の工夫

5-1-2 各素子の諸特性

(1) 共振周波数

図 5-1 中の素子 C と素子 D の共振周波数を求めるため、各素子のアドミタンス

特性を測定した。その結果を図 5-2 に示す。ここで、測定は素子間に液体を挟み込ん だ状態で行った。各素子の共振周波数、コンダクタンス G、共振の鋭さ Q を表 5-1 に示す。

20

10 5 0 -5

G [ｍS]

9.5 10.0 10.5

9.0 9.5 10.0 10.5

9.0

周波数[MHz]

G G

B

15 10 5

0 -5

B [ｍS]

15

20

(a) 素子 C

20

10 5 0 -5

G [ｍS]

9.5 10.0 10.5

9.0 9.5 10.0 10.5

9.0

周波数 [MHz]

G G B

15 10 5

0 -5

B [ｍS]

15

20

(b) 素子 D

図 5-2 各素子のアドミタンス特性 表 5-1 素子 C、素子 D の諸特性

素子名 共振周波数 コンダクタンス G 共振の鋭さ Q

C 9.57 MHz 10.0 mS 81.0

D 9.57 MHz 11.0 mS 135.0

第 5 章 SAW 素子先端形状の工夫

(2) 振動振幅分布

各素子のレイリー波の伝搬方向に対する垂直方向の振動変位振幅と印加電圧との位 相差の関係を LDV により測定した。素子 C に関しては、図 5-3 中の x ^軸、y ^軸、

u ^軸、v 軸に関して測定し、素子 D に関しては、y 軸に関して測定した。測定結果

を図 5-4 に示す。ここでの駆動周波数を 9.57 MHz とし、バースト繰り返し周波

数：1 kHz、波数：1000 とした。

x y x

y

SAW 素子 表面 SAW 素子 表面

IDT

u v u v

SAW 素子 裏面 SAW 素子 裏面

図 5-3 測定軸

 

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

位置[mm]

0 30 20 10

振動振幅A[mn]

0

-180 180

位相差

θ

[°]

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

位置[mm]

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

位置[mm]

0 30 20 10

振動振幅A[mn]

0 30 20 10

振動振幅A[mn]

0

-180 180

位相差

θ

[°]

0

-180 180

位相差

θ

[°]

θ

A

(a) 素子 C y ^{軸の振動振幅分布}

 

 

 

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

位置 [mm]

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

位置 [mm]

0 30 20 10

振動振幅A[mn]

0 30 20 10

振動振幅A[mn]

0 -180

180

位相差

θ

[°]

0 -180

180

位相差

θ

[°]

θ

^A

(b) 素子 D y ^{軸の振動振幅分布}

図 5-4 (1) 各素子の振動振幅分布

第 章 素子先端形状の工夫

 

 

0 0.5 1.0 1.5 2.0

位置 [mm]

0 30 20 10

振動振幅A[mn]

0 -180

180

位相差

θ

[°]

θ

^A

5 SAW

(c) 素子 C u ^{軸の振動振幅分布}

   

 

0 0.5 1.0 1.5 2.0

位置 [mm]

0 15 10 5

振動振幅A[mn]

0 -180

180

位相差

θ

[°]

θ

A

(d) 素子 C v ^{軸の振動振幅分布} 図 5-4 (2) 各素子の振動振幅分布

図 5-4 (1) (a)、(b) より、y 軸に関しては、進行波成分と定在波成分が存在してい ることがわかる。また、素子の最先端部分では振動振幅の大きさが減少しているのが わかる。この素子を作成する際、素子先端を楔形にすることによって先端部分での振 幅の増幅を期待していたのだが、大きく予想とは異なった。しかし、(b) の 0.5 mm 以下で見られるように、明らかに振動のモードが変化していることが分かる。これは、

レイリー波の垂直成分が基板の底に到達し、反射してきた波と干渉が起こり、素子先 端部分においてはバルク波にモード変化しているのではないかと考えられる。この点 については、今後検討が必要である。各素子において位相差が 180°となっており、

さらに振動振幅分布の山と谷の現れる位置が、反対になっているということがわかる。

これは、2 枚の素子をバースト交流電圧の位相差 0°で同時に駆動させると、2 枚の 素子は非対称で振動するということである。

図 5-4 (2) (c) の u 軸に関しては、楔部分基板裏面でも振動しており、波長を計算 すると、基板裏面とほぼ同じ値となり、このことによって、基板表面を伝わってきた レイリー波が楔部分で基板裏面に回り込んでいることがわかる。また、素子先端では 表面とほぼ同じレベルの振幅が得られている。

第 5 章 SAW 素子先端形状の工夫

図 5-4 (2) (d) の v に関しては、振幅は非常に微小ではあるが、振動していること が確認できた。

5-1-3 霧化特性

「霧化器 Wedge」の霧化特性について測定した。ここでの測定条件は、各素子共に、

駆動周波数 9.57 MHz、バースト繰り返し周波数 1 kHz、波数 1000 とし、素子間隔 は最も霧化量の得られた 1.27 mm とした。霧化させる液体には水道水を用いた。

また、素子への印加電圧を高くしていくと、SAW ストリーミング力が強過ぎて、

液体が霧化する前に、液体が流されて素子裏面に回り込んでしまう。そこで、液体が 素子先端裏側に流れるのを防ぐため、先端部の裏面にグリスを塗って撥水性をもたせ た。このことにより、素子裏側に液体が流れるのを防ぐことができる。

その際、グリスが基板上の振動を吸収してしまい、振幅が小さくなってしまったり、

振動のモードが変化してしまったり、グリスの振動への影響が考えられる。しかしな がら、LDV で確認したところ、振動が弱くなったり振動のモードが変化してしまっ たりした現象はみられなかたので、本研究では素子に撥水性を持たせるためグリスを 用いることにする。

第 5 章 SAW 素子先端形状の工夫

(1) 霧化量

2 枚の素子の振動分布と霧化量の関係を、霧化器への供給電力と霧化量の関係とし て、図 5-5 に示す。

「霧化器 Wedge」を構成する素子の場合、2 節 (2) で述べたように、素子自体の 振動の位相が 180°ずれた分布となっている。したがって、SAW 素子を対向させ、2 枚の素子それぞれへ印加するバースト交流電圧の位相差が 0° のとき、2 枚の素子は 非対称に振動している。また、印加するバースト交流電圧の位相差が 180°のとき、

2 枚の素子は対称に振動している。

図 5-5 より、2 枚の素子が対称に振動しているときのほうが、非対称に振動してい

るときに比べて、およそ 1.5 倍の霧化量を得られることがわかった。

   

 

 

0 2.0 4.0 6.0 8

全供給電力 [Wh]

0 0.12 0.10 0.08 0.06

霧化量[ml/min]

0.04

0.02

対称モード

非対称モード

.0

ドキュメント内 修士論文 (ページ 40-45)