JP2010269278A - 弾性表面波霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器への液体の補給や容器の交換などの手間となる作業を省くことができる、弾性表面波霧化装置を提供すること。
【解決手段】弾性表面波を生成する基板部１１と基板部１１に水を供給する水供給部１３とを備え、水供給部１３により供給される水を弾性表面波によって霧化する弾性表面波霧化装置１であって、水供給部１３は冷却することで空気中の水分を結露または氷結させて水を生成する水生成手段１４を備える構成とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波を用いた霧化装置に関する。

弾性表面波は、通常、圧電材料などからなる基板上に設けた交差指電極（Interdigital Transducer：ＩＤＴ）に高周波電圧が印加されることによって、その基板表面に生成される。弾性表面波が伝搬している基板の表面に液体を供給すると、液体は弾性表面波のエネルギを受け取って振動しつつ流動し微小粒子となって飛翔する。従来、この現象により液体を霧化する弾性表面波霧化装置が知られている。

弾性表面波霧化装置において液体を霧化するには、まず霧化の対象となる液体を弾性表面波が伝搬する基板に供給することが必要である。従来、基板に液体を供給するには、供給する液体を予め容器に収容し、その容器から液体を供給していた（特許文献１など）。

特開２００８−１０４９６６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、使用者は、事前に容器へ液体を補給したり液体供給後の空となった容器を液体が補給されたものに交換したりしなければならない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、容器への液体の補給や容器の交換などの手間となる作業を省くことができる弾性表面波霧化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、弾性表面波を生成する基板部と基板部に水を供給する水供給部とを備え、水供給部により供給される水を弾性表面波によって霧化する弾性表面波霧化装置であって、水供給部は冷却することで空気中の水分を結露または氷結させて水を生成する水生成手段を備える構成とする。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水生成手段は基板部を冷却することにより基板部に水を生成することが好ましい。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水供給部の水が生成される面が基板部の上位に配置され、水供給部に生成される水を重力により基板部に供給することが好ましい。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水供給部は、水供給部に生成される水を基板部に搬送する搬送手段を備えることが好ましい。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、搬送手段が振動部であり、振動部により水供給部を振動させることで基板部に水を供給することが好ましい。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、搬送手段が送風部であり、送風部により基板部に水を供給することが好ましい。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、搬送手段が毛細管現象により水を搬送する搬送部であり、水生成手段は搬送部を冷却することにより水を生成することが好ましい。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水生成手段はペルチェユニットであることが好ましい。

本発明の弾性表面波霧化装置は、水供給部は冷却することで空気中の水分を結露または氷結させて水を生成する水生成手段を備える構成とすることで、空気中の水分を液化することで水を生成するため、容器に液体を事前に補給したり液体供給後の空となった容器を交換したりする手間となる作業を省略することができる。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水生成手段は基板部を冷却することにより基板部に水を生成することで、生成した水を基板部まで移動させる必要がなくなり基板部に直接水が供給されることになる。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水供給部の水が生成される面が基板部の上位に配置され、水供給部に生成される水を重力により基板部に供給することで、動力を設けることなく水を基板部に供給することができる。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水供給部は、振動部や送風部、毛細管現象により水を搬送する搬送部をはじめとする搬送手段を備えることで、水の搬送を促進し滞りなく水を基板部に供給することができる。

また、本発明の弾性表面波霧化装置において、水生成手段はペルチェユニットであることで、効率よく空気中の水分を冷却することができる。また、弾性表面波霧化装置を小型化することができる。

本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の図１中のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る弾性表面波霧化装置の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る弾性表面波霧化装置に備わる水供給部の図５中のＢ−Ｂ矢視断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波霧化装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１および図２は第１の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示す。

弾性表面波霧化装置１は、基板部１１を備える。基板部１１は、高周波電圧の印加によって弾性表面波を励振する交差指電極１２を有する。水生成手段としてのペルチェユニット１４により生成された水１５が水供給部１３によって供給される。そして、基板部１１表面に生成される弾性表面波によって水１５が霧化される。以下、各構成を詳細に説明する。

基板部１１は、例えば、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）のような圧電体からなり、平面視が長方形の板状である。また、基板部１１は、その長手方向の一端側（図１の左方側）に交差指電極１２を備えている。

交差指電極１２は、それぞれ互いに異なる電極に属している櫛形電極１２ａ、１２ｂから構成されている。櫛形電極１２ａ、１２ｂの歯のそれぞれのピッチは励振する弾性表面波の波長の大きさに等しく、櫛形電極１２ａ、１２ｂを互いに噛み合わせて配置されている。

交差指電極１２に電源から高周波（例えば、ＭＨｚ帯）電圧を印加されることにより、交差指電極１２によって電気的エネルギが波の機械的エネルギに変換されて、基板部１１の表面にレイリー波と呼ばれる弾性表面波が励振される。励振された弾性表面波の振幅は、交差指電極１２に印加する電圧の大きさで決まる。また、励振された弾性表面波の波束の長さは、電圧の印加時間の長さに対応する。

交差指電極１２によって励振された弾性表面波は、櫛形電極１２ａ、１２ｂの歯に垂直でかつ基板部１１表面に沿った方向（方向ｘ）に伝搬する。弾性表面波は、基板部１１の表面に存在する水１５に対して、弾性表面波の伝搬方向に移動させるような力を及ぼす性質がある。

水供給部１３は、水生成手段としてのペルチェユニット１４を備え基板部１１と一体に設けられている。

ペルチェユニット１４は、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからなる絶縁板５０の片面側に電気回路５２が形成されている一対のペルチェ回路基板５１を、互いの電気回路５２が向き合うように対向配置された構成となっている。また、多数列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子５３を両ペルチェ回路基板５１間で挟持した構成となっている。そして、隣接する熱電素子５３同士は電気回路５２で電気的に接続されている。なお、ペルチェ回路基板５１としてはエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる絶縁板５０に電気回路５２を形成したものや、これらの樹脂に熱伝導性の高いフィラーを含有させたものを用いることができる。

ペルチェユニット１４は、一方の面が冷却面２１、他方の面が放熱面２２となるように板状に形成されている。そして、ペルチェユニット１４の冷却面２１は基板部１１の交差指電極１２が形成された面の反対面と貼り合わせられている。

熱電素子５３に電流を流すと、冷却面２１側のペルチェ回路基板５１ａ側から放熱面２２側のペルチェ回路基板５１ｂ側に向けて熱が移動する。このため、ペルチェユニット１４の冷却面２１と一体に配置されている基板部１１が冷却され基板部１１の周囲に存在する空気が冷却される。そして、基板部１１の周囲に存在する空気中の水分が液化され基板部１１に結露することで水１５が生成され、この結果、基板部１１に水１５が供給されることになる。

なお、空気中の水分を固化し基板部１１に氷結させてもよい。このときは、一旦熱電素子５３への通電を停止し、固化された空気中の水分を液化し水に戻すことにより、基板部１１に水１５を供給することができる。

ペルチェユニット１４にて水１５を生成することで、効率よく基板部１１に水１５を供給することができる。また、使用者は容器に液体を事前に補給したり液体供給後の空となった容器を交換したりする必要がなくなり、これらの手間となる作業を省略することができる。

また、本実施形態では、水供給部１３は基板部１１の交差指電極１２が形成された面の反対面と貼り合わせて基板部１１と一体に配置されている。このような構成とすることで、ペルチェユニット１４が直接基板部１１を冷却することができる。このため、生成した水１５を移動させることなく、基板部１１に直接水１５が供給される。

ペルチェユニット１４を用いると、効率よく空気中の水分を冷却することができる。また、弾性表面波霧化装置１を小型化することができる。

なお、水生成手段の一例としてペルチェユニット１４を示したがこれに限られることはなく、その他にも、例えばヒートポンプなどを用いることができる。

以下に述べる各実施形態は、上述した第１の実施形態と同様の構成については同一符号を付して詳しい説明を省略し、相違する構成について詳述する。

（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示す。

水供給部１３は、水１５が生成される面が上面となるように基板部１１の端部と接触して配置されている。また、基板部１１に対して角度αを有している。なお、角度αとは、基板部１１表面に対して水供給部１３における水が生成する面が成す角度のことをいう。なお、角度αは、基板部１１への水１５の生成や搬送および装置の小型化のことを考慮すると、１５度〜４５度であることが好ましい。また、水供給部１３には、水１５を搬送するための搬送手段として水供給部１３を振動させる振動部としてのバイブレーター装置１６を備えている。

ペルチェユニット１４に備わる熱電素子５３に電流を流すと、水生成手段としてのペルチェユニット１４により空気中の水分が結露され、水供給部１３表面に水１５が生成される。

この生成された水１５を基板部１１に供給する場合、水供給部１３は基板部１１に対して角度αを有し基板部１１の端部と接続されているため、水供給部１３表面に存在する水１５は、重力により水供給部１３表面から基板部１１表面（方向ａ）へ移動する。この結果、水１５を基板部１１に供給することができる。また、バイブレーター装置１６により基板部１１に対して鉛直方向（方向ｚ）に水供給部１３を振動させることによって、基板部１１への水１５の供給を促進することができ、滞りなく基板部１１へ水１５を供給することができる。

なお、水供給部１３の振動方向は方向ｚを示したが、これに限られることはなく、例えば、方向ｘと平行な方向や方向ｘおよび方向ｚと垂直となる基板部１１の幅方向と平行な方向などであってもよい。そして、振動部の一例としてバイブレーター装置１６を示したがこれに限られることはなく、その他にも、例えば超音波装置などを水供給部１３に備えればよい。

また、水供給部１３が基板部１１と端部で接続し配置されている場合を示したが、水供給部１３の配置場所は基板部１１表面に生成される水１５を供給できる場所であれば、これに限られることはない。例えば、基板部１１表面の中央と接続してもよいし、基板部１１の上位に配置され基板部１１と直接接触していなくてもよい。また、水供給部１３は、水が生成される面が上面となるように配置されている場合を示したがこれに限られることはなく、例えば、水が生成される面が下面となるように配置されていてもよい。つまり、水供給部１３の水１５が生成される面が基板部１１よりも高い位置に配置され、かつ、生成される水１５が基板部１１に供給されるように配置されていればよい。

なお、本実施形態は、水供給部１３を基板部１１に対して角度αを有して配置された構成と水供給部１３がバイブレーター装置１６を備えられた構成とを組み合わせたものであるが、これに限られない。例えば、水供給部１３を基板部１１に対して角度αを有して配置された単独の構成とすることもできる。

（第３の実施形態）
図４は第３の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示す。

水供給部１３は基板部１１と隣り合い、水供給部１３の一端側と基板部１１の一端側が接続されて配置している。また、水供給部１３は、水生成手段としてのペルチェユニット１４と搬送手段として基板部１１へ水１５を搬送させるための送風部としてのファンモータ１７を備えている。

ペルチェユニット１４に電流を流すと、水生成手段としてのペルチェユニット１４により空気中の水分が結露され、水供給部１３表面に水１５が生成される。

生成された水１５に、水供給部１３から基板部１１に向かう方向（方向ｂ）へファンモータ１７によって風が送られると、生成された水１５は基板部１１側へ移動する。これにより、水１５を基板部１１に供給することができる。

ファンモータ１７を用いると、滞りなく基板部１１へ水１５を供給することができる。また、基板部１１に対して角度を設けずに水供給部１３が配置されている場合であっても、水を基板部１１まで移動させることができる。一方、基板部１１に対して角度を設けて水供給部１３が配置されている場合であっても、例えば、水１５の自重だけでは移動させることができない微小な水１５をも基板部１１まで移動させることができる。

なお、送風部の一例としてファンモータ１７を示したがこれに限られることはなく例えば、その他のファンやブロアを用いることができる。

（第４の実施形態）
図５は第４の実施形態に係る弾性表面波霧化装置１を示す。

水供給部１３は、水１５が生成する面が上面となるように基板部１１の表面中央部と接触して配置されている。また、基板部１１に対して角度αを有している。また、水供給部１３は、水生成手段としてのペルチェユニット１４と搬送手段として搬送部１８とを有している。

搬送部１８は、図６のように樹脂よりなる搬送基板３１と銅よりなる棒状部材３２とから構成されている。各棒状部材３２の断面形状は半円である。搬送基板３１の表面には複数の棒状部材３２が並列して配置されている。水供給部１３から基板部１１側に向かって水１５が搬送されるように、棒状部材３２は、棒状部材３２の長手方向と水の搬送方向とが合致するように配置されている。そして、隣接する棒状部材３２間には、水１５が搬送される方向とは略直角方向に所定間隔をもって微小な隙間３３が形成されている。なお、微小な隙間とは、液量が１ｍＬ程度の微小なときであっても毛細管現象が現れる程度の大きさの隙間のことをいい、例えば１０μｍ〜１００μｍの隙間であることが好ましい。

搬送部１８の一端側は、搬送基板３１において棒状部材３２が配置されている面とは反対面とペルチェユニット１４の冷却面２１とを貼り合わせて一体に配置されている。搬送部１８には、ペルチェユニット１４で冷却され水が生成する部分と毛細管現象により水１５が搬送される部分が存在することになる。そして、搬送部１８の他端側は、基板部１１と接触して配置されている。

ペルチェユニット１４に電流を流すと、ペルチェユニット１４により搬送基板３１と棒状部材３２が冷却される。そして、棒状部材３２の周囲に存在する空気が冷却されることにより空気中の水分が結露し、棒状部材３２の表面に水１５が生成される。

生成された水１５は、隣接する棒状部材３２間に形成された微小な隙間３３へ移動する。そして、水１５は、それぞれの微小な隙間３３を通り搬送部１８の一端側から水１５が存在していない搬送部１８の他端側へ毛細管現象により移動する。これにより、基板部１１に水１５が供給される。霧化されることにより基板部１１表面上の水１５がなくなると、搬送部１８の一端側で生成された水１５は微小な隙間３３を通り基板部１１へ送られる。このように、水１５は随時基板部１１へ供給される。

水供給部１３に毛細管現象により水１５が移動するような搬送部１８を備えることにより、滞りなく基板部１１へ水１５を供給することができる。また、本実施形態のように搬送部１８表面では水１５が搬送される方向とは略直角方向に所定間隔をもって微小な隙間３３が形成されているため、基板部１１表面に満遍なく水１５を供給することができる。

なお、本実施形態では、搬送部１８は基板部１１に対して角度αを有し配置しているが、これに限られず、角度αを有さず基板部１１と並んで配置されていてもよい。このような場合であっても毛細管現象により水１５は存在しない方へと搬送されるため、随時基板部１１へ水１５は供給される。また、搬送部１８を構成する搬送基盤３１と棒状部材３２の材質として、それぞれ樹脂と銅を示したがこれらに限られることはない。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、弾性表面波霧化装置１にはひとつの水供給部１３が備えられているが、これに限られず、複数の水供給部１３を備えられていてもよい。このような構成とすることで、一度に多量の水を生成し基板部１１に供給することができる。

また、上記各実施形態では、基板部１１はＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）のような圧電体からなる基板であったが、これに限られることなく、非圧電基板の表面に圧電薄膜、例えば、ＰＺＴ薄膜（鉛、ジルコニウム、チタン合金薄膜）を形成したものでもよい。このとき、非圧電基板の表面に形成された圧電体薄膜の表面部分において、弾性表面波が励振される。従って、基板部１１は、弾性表面波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、水を効率よく基板部１１の表面に延ばすために、例えば、金属薄膜などの親水性を有する薄膜などを基板部１１に設けることもできる。

以上、各実施形態を説明したが、本発明は、上記構成に限られることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

１ 弾性表面波霧化装置
１１ 基板部
１２ 交差指電極
１３ 水供給部
１４ 水生成手段（ペルチェユニット）
１５ 水
１６ 振動部（バイブレータ装置）
１７ 送風部（ファンモータ）
１８ 搬送部
２１ 冷却面
２２ 放熱面
５０ 絶縁板
５１ ペルチェ回路基板
５２ 電気回路
５３ 熱電素子

Claims (8)

1. 弾性表面波を生成する基板部と前記基板部に水を供給する水供給部とを備え、
   前記水供給部により供給される水を前記弾性表面波によって霧化する弾性表面波霧化装置であって、
   前記水供給部は冷却することで空気中の水分を結露または氷結させて水を生成する水生成手段を備えることを特徴とする弾性表面波霧化装置。
   
2. 前記水生成手段は前記基板部を冷却することにより前記基板部に水を生成することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波霧化装置。
   
3. 前記水供給部の水が生成される面が前記基板部の上位に配置され、
   前記水供給部に生成される水を重力により前記基板部に供給することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波霧化装置。
   
4. 前記水供給部は、
   前記水供給部に生成される水を前記基板部に搬送する搬送手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の弾性表面波霧化装置。
   
5. 前記搬送手段が振動部であり、
   前記振動部により前記水供給部を振動させることで前記基板部に水を供給することを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波霧化装置。
   
6. 前記搬送手段が送風部であり、
   前記送風部により前記基板部に水を供給することを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波霧化装置。
   
7. 前記搬送手段が毛細管現象により水を搬送する搬送部であり、
   前記水生成手段は前記搬送部を冷却することにより水を生成することを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波霧化装置。
   
8. 前記水生成手段はペルチェユニットであることを特徴とする請求項１乃至請求項７いずれか１項に記載の弾性表面波霧化装置。

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