JP2011152501A - Electrostatic atomizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は静電霧化装置に関し、詳しくは、静電霧化用の水を結露させるための技術に関する。 The present invention relates to an electrostatic atomizer, and more particularly to a technique for condensing water for electrostatic atomization.
帯電微粒子水を発生させることのできる静電霧化装置として、冷却により生成した結露水に電圧を印加することによって帯電微粒子水を生成するものが知られている(特許文献1参照)。この静電霧化装置は図13に示すようなもので、複数対の熱電素子2を両側から回路板50で挟み込むことによって熱交換ブロック60を構成している。回路板50は、絶縁基板51の片面に回路パターン52を形成したものであって、一方の回路板50の回路パターン52によって熱電素子2の放熱側(図中下側)の端部同士を電気接続させ、他方の回路板50の回路パターン52によって熱電素子2の吸熱側(図中上側)の端部同士を電気接続させている。
As an electrostatic atomizer capable of generating charged fine particle water, one that generates charged fine particle water by applying a voltage to condensed water generated by cooling is known (see Patent Document 1). This electrostatic atomizer is as shown in FIG. 13, and a
そして、上記熱交換ブロック60の吸熱側の回路板50に高熱伝導性の冷却板70を接続させ、この冷却板70上に、放電電極1を立設させている。また、上記熱交換ブロック60の放熱側の回路板50に、専用の放熱部材71を機械的に接続させている。
A high heat
上記構成の静電霧化装置において、外部電源により熱電素子2への通電を行うと、熱電素子2の吸熱側が回路パターン52、絶縁基板51、冷却板70を経て放電電極1を冷却させ、放電電極1の表面に結露水を生成させる。放電電極1には高圧リード線80を接続させており、該高圧リード線80を介して放電電極1表面の結露水に高電圧を印加することで、静電霧化現象によって帯電微粒子水を生成させる。
In the electrostatic atomizer having the above configuration, when the
しかし、上記した従来の静電霧化装置では、装置全体が大型化するという問題がある。というのも、熱交換手段として、上記のように一対の回路板50で多数の熱電素子2を挟み込んだような大型の熱交換ブロック60が必要になり、また、この熱交換ブロック60からの放熱を効率的に行うために、さらに専用の放熱部材71を配置する必要があるからである。
However, the conventional electrostatic atomizer described above has a problem that the entire apparatus is enlarged. This is because a large
本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、熱電素子による冷却能力は確保したうえで装置全体をコンパクト化し、さらに熱電素子の接合の信頼性も確保することのできる静電霧化装置を提供することを、課題とする。 The present invention was invented in view of the above-mentioned problems, and the electrostatic atomization capable of downsizing the entire apparatus while ensuring the cooling capacity by the thermoelectric element and further ensuring the reliability of joining of the thermoelectric elements. It is an object to provide an apparatus.
上記課題を解決する本発明は、放電電極1と、放電電極1を冷却してその表面に結露水を生成する熱交換手段とを備え、放電電極1が保持する結露水に高電圧を印加して帯電微粒子水を生成する静電霧化装置である。上記熱交換手段は、対をなす熱電素子2と、熱電素子2の放熱側に機械的且つ電気的に接続される放熱用通電基板3とを備えたものである。上記放熱用通電基板3は、熱電素子2が半田接合により実装されるランド部30を有するものであり、該ランド部30の実装面32には、半田4を流入させる流入凹所35を形成している。
The present invention that solves the above-described problems includes a discharge electrode 1 and heat exchange means that cools the discharge electrode 1 to generate condensed water on the surface thereof, and applies a high voltage to the condensed water held by the discharge electrode 1. An electrostatic atomizer that generates charged fine particle water. The heat exchanging means includes a
本発明の静電霧化装置によれば、熱電素子2に接続した放熱用通電基板3によって、熱電素子2の放熱と通電を共に行う構成であるから、放電電極1を冷却するための熱交換手段、ひいては装置全体が大幅にコンパクト化される。そして、実装面32に設けた流入凹所35に半田4の一部が流入することで、半田4全体が実装面32上にバランスよく保持される。これにより、半田4による熱電素子2のセルフアライメント性が向上し、結果として熱電素子2の接合の信頼性が確保される。
According to the electrostatic atomizer of the present invention, the heat dissipation
また、本発明の静電霧化装置において、上記流入凹所35は、半田4の濡れ広がり性を向上させるための微小な凹所であることが好ましい。このようにすることで、半田4によるセルフアライメント性が一層確保される。また、半田4の層内にボイドが生じることも抑制され、ボイドによる冷却性能の低下が防止される。
Further, in the electrostatic atomizer of the present invention, the inflow recess 35 is preferably a minute recess for improving the wetting and spreading property of the
このとき、上記流入凹所35は複数の凹溝36を組み合わせたものであることが好ましく、さらには、上記複数の凹溝36がランド部30の実装面32の中心から放射状に形成されたものであることが好ましい。このようにすることで、半田4の濡れ広がり性をさらに向上させることができる。
At this time, the
また、上記放熱用通電基板3は、基板本体31とランド部30とをランド支持部34で一体に連結したものであり、上記流入凹所35は、ランド部30からランド支持部34にまで延長されていることが好ましい。このようにすることで、熱電素子2を半田接合した際の半田4の余剰分をランド支持部34側に逃がすことができ、その結果、半田接合される熱電素子2の配置精度を向上させることができる。
Further, the heat-dissipating energizing
また、本発明の静電霧化装置において、上記流入凹所35は、ランド部30の実装面32の中央に形成した半田溜まり用の凹穴39であってもよい。このようにすることで、実装面32上で溶融した半田4がこの凹穴39を中心として溜まるようになり、半田4の表面張力が、熱電素子2の接合面の中心を実装面32の中心へと引き込むように作用する。これによりセルフアライメント性が向上し、結果として熱電素子2の位置精度が向上する。
Moreover, in the electrostatic atomizer of the present invention, the inflow recess 35 may be a
また、本発明の静電霧化装置においては、上記ランド部30の周縁に、実装面32よりも凹んだ半田逃がし部40を形成していることが好ましい。このようにすることで、熱電素子2を半田接合した際の半田4の余剰分を周縁部分へと円滑に逃がすことができ、その結果、半田接合される熱電素子2の配置精度を向上させることができる。
Moreover, in the electrostatic atomizer of this invention, it is preferable to form the
そして、本発明の静電霧化装置においては、対をなす熱電素子2の吸熱側同士を、放電電極1または放電電極1の表面に形成した回路パターンを介して電気接続させることで、熱電素子2と放電電極1を一体化させてあることが好ましい。このようにすることで、多数の熱電素子2を配置せずとも放電電極1を高効率で冷却することができ、装置全体のさらなるコンパクト化や省エネルギー化が実現される。
And in the electrostatic atomizer of this invention, the heat absorption side of the
本発明の静電霧化装置によれば、熱交換手段として、対をなす熱電素子と、熱電素子の放熱側に機械的且つ電気的に接続される放熱用通電基板とを備え、さらに、放熱用通電基板が有するランド部の実装面に流入凹所を設けているので、放電電極に結露水を生成するための冷却能力を確保したうえで装置全体をコンパクト化し、熱電素子の接合に対する信頼性も確保することができるという効果を奏する。 According to the electrostatic atomizer of the present invention, the heat exchange means includes a thermoelectric element that forms a pair, and a heat dissipation current-carrying substrate that is mechanically and electrically connected to the heat dissipation side of the thermoelectric element. Since the inflow recess is provided on the mounting surface of the land part of the current carrying substrate, the entire device is made compact while ensuring the cooling capacity to generate dew condensation water on the discharge electrode, and the reliability for joining thermoelectric elements The effect that can also be secured.
本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。 The present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings.
図1、図2には、本発明の実施形態における一例の静電霧化装置を概略的に示している。本例の静電霧化装置は、熱電素子2をP型とN型で一対備え、両熱電素子2の吸熱側に、放電電極1を接合させたものである。熱電素子2としては、BiTe系のペルチェ素子を用いる。熱電素子2の配置は一対に限定されず、P型とN型を複数対備えた配置であってもよい。
1 and 2 schematically show an example of an electrostatic atomizer in an embodiment of the present invention. The electrostatic atomizer of this example includes a pair of
放電電極1は、平板状の基台部1aの中央部分から柱状の放電部1bを突設した形状であり、真鍮、アルミニウム、銅、タングステン、チタン等の導電性の金属からなる。なお、放電電極1の材質は金属に限定されず、電気伝導性の高い材質であれば、導電性の樹脂、カーボン等の他の材質を用いてもよい。
The discharge electrode 1 has a shape in which a
導電性材料からなる放電電極1の基台部1aの底面には、各熱電素子2の吸熱側を、半田又は導電性接着剤で直接的に接合させ、放電電極1と各熱電素子2を一体化させている。つまり、対をなす熱電素子2の吸熱側同士が、冷却対象である放電電極1を介して電気接続され、N型の熱電素子2からP型の熱電素子2への通電によって、該放電電極1が冷却される構造である。
The heat absorption side of each
一対の熱電素子2のそれぞれの放熱側には、導電性および熱伝導性の材料(例えばアルミニウム、銅等)からなる放熱用通電基板3を、半田4を介して一体に接続させている。放熱用通電基板3は、熱電素子2の通電方向(図中の上下方向)がその厚み方向となるように配置した薄板状の部材である。
On each heat dissipation side of the pair of
一対の放熱用通電基板3は、筒状をなす筐体10の側周壁10aに貫通し、熱電素子2が実装される側の端部を、側周壁10aで囲まれる収納空間S内に突出させた状態で、保持される。筐体10は、絶縁性材料からなる。各放熱用通電基板3の筐体10から外側に突出した側の端部同士は、直流電源20を介して電気接続され、熱交換用の電気回路6を形成する。
The pair of heat-dissipating current-carrying
つまり、筒状をなす筐体10は、その収納空間Sに放電電極1と熱電素子2と放熱用通電基板3の端部とを収容するものであり、筐体10の底壁部分には、各放熱用通電基板3が有する入熱面33を外部に露出させる入熱開口部10bを貫設している。入熱面33は、半田接合用のビーム入射等を行う部分であり、詳しくは後述する。
That is, the
さらに、本例の静電霧化装置では、放電電極1の放電部1bと対向する位置(図中上方の位置)に、対向電極11を配している。対向電極11は、中央に放出孔12を貫通形成したリング状のものである。対向電極11には、高電圧を印加するための電圧印加部7を電気的に接続させている。本例では対向電極11を筐体10で支持しているが、筐体10とは別の構造で支持してあってもよい。
Furthermore, in the electrostatic atomizer of this example, the
上記構成からなる本例の静電霧化装置においては、以下のようにして帯電微粒子水を生成する。 In the electrostatic atomizer of the present example configured as described above, charged fine particle water is generated as follows.
つまり、直流電源20によって、放電電極1を通じてN型の熱電素子2からP型の熱電素子2に電流が流れるように電圧を印加すると、各熱電素子2の吸熱によって放電電極1が直接的に冷却され、該放電電極1の表面上に結露水が生成される。ここで、対向電極11側に接続させてある電圧印加部7によって、該対向電極11に対してプラスの高電圧を印加すると、放電電極1と対向電極11との間に電界が形成される。この電界により、放電部1bが保持する結露水に対してマイナスの高電圧が印加され、該結露水を基にして帯電微粒子水が生成される。
That is, when a voltage is applied by the
このとき、各熱電素子2からの放熱は、各熱電素子2の放熱側に半田接合される放熱用通電基板3を通じて、効率的に行われる。そのため、本例の静電霧化装置では、特別な放熱部材を別途装着することなく、一対の熱電素子2と一対の放熱用通電基板3を機械的且つ電気的に接合させたコンパクトな構造によって、効率的な放熱(ひいては放電電極1の効率的な冷却)が可能になっている。また、放熱用通電基板3を通じての放熱が筐体10を介しても行われ、さらに効率的な放熱が可能となっている。
At this time, the heat radiation from each
なお、対向電極11を備えない場合であっても、放電電極1の結露水に静電霧化現象を生じさせ、帯電微粒子水を生成することは可能である。具体的には、放電電極1、熱電素子2、放熱用通電基板3および直流電源20をつなぐ電気回路6中に、該回路全体にマイナスの高電圧を印加するための高圧印加部(図示略)を接続する。これによれば、高電圧印加部によって電気回路6全体にマイナスの高電圧を印加したうえで、電気回路6中の直流電源20によって両熱電素子2間にオフセット電圧を印加し、電流を流すことができる。両熱電素子2間の通電により放電電極1を冷却するとその表面に結露水が生成され、高電圧印加部によって放電電極1に印加されたマイナスの高電圧が、放電電極1表面の結露水に静電霧化現象を生じさせる。
Even when the
また、対をなす熱電素子2同士を放電電極1自体で電気接続させるのでなく、図示はしないが、例えば絶縁性材料からなる放電電極1の基台部1a表面に回路パターンを形成しておき、該回路パターンを介して電気接続させる構成であってもよい。この場合であっても、放電電極1と熱電素子2をコンパクトに一体化させることができる。
Further, the
以下においては、本例の静電霧化装置が具備する放熱用通電基板3の構成について、さらに詳述する。
Hereinafter, the configuration of the heat dissipation current-carrying
熱電素子2に対する通電と該熱電素子2からの放熱とを一部材で行う放熱用通電基板3は、長尺矩形状の基板本体31の長尺方向端部に、熱電素子2を実装するためのランド部30を形成したものである。ランド部30は平面視正方形状の外形を有し、該ランド部30よりも幅狭のランド支持部34によって、基板本体31と一体に連結されている。図3に示すように、ランド支持部34は、ランド部30の外形をなす一辺30aの中央部分から延設されている。
A heat-dissipating current-carrying
このランド部30の片面側が、熱電素子2の放熱側端部を半田接合する実装面32となり、もう片面側が入熱面33となる。つまり、実装面32と入熱面33は、板状であるランド部30の表裏の位置にあり、ともに矩形状に形成されている。ランド部30の実装面32には流入凹所35を形成している。この流入凹所35は、実装面32上での半田4によるセルフアライメント性を向上させるものである。なお、実装面32を示す平面図中では、流入凹所35となる部分に斜線を付している。
One side of the
上記の放熱用通電基板3では、ランド部30の実装面32上で熱電素子2を半田接合するにあたっては、筐体10の入熱開口部10b(図2等参照)を通じて入熱面33に高エネルギービームを入射させる等して、実装面32を加熱して半田4を溶融させる。
In the heat dissipation current-carrying
実装面32上で溶融された半田4は、熱電素子2に対してこれを実装面32で所定姿勢に保持させるような表面張力を作用させる。つまり、実装面32上において、半田4によるセルフアライメント性が発揮される。このとき、上記流入凹所35に半田4の一部が流入することで、半田4全体が実装面32上にバランスよく保持される。これにより、結果として、半田4による熱電素子2のセルフアライメントが良好に行われる。
The
特に、本例では上記流入凹所35を、微小幅である複数の凹溝36を平行配置することで形成しており、各凹溝36内での毛細管現象によって、半田4の実装面32全体への濡れ広がり性が確保されている。
In particular, in this example, the
そして、半田4の濡れ広がり性を確保したことで、半田4の層内にボイドが生じることを抑制している。半田4の層内にボイドができると、結果的にセルフアライメント性が低下するという問題や、熱電素子2による冷却性能の低下につながるという問題があるが、本例では上述のようにボイド生成が抑制されるので、これらの問題が解決される。各凹溝36の幅は50μm〜100μm程度、深さは10μm〜100μm程度とすることが好ましい。
Further, by ensuring the wet spreading property of the
ところで、実装面32上の流入凹所35としては、上記した以外の形状であっても構わない。以下においては、流入凹所35の各種変形例について、図に基づいて説明する。
By the way, the
図4に示す変形例では、図3に示したものと比べて、各凹溝36の断面形状を相違させている。つまり、図3に示す凹溝36は矩形状の断面となるよう凹設したものであるが、図4(a)に示す凹溝36では半円状の断面となるよう凹設し、図4(b)に示す凹溝36では三角形状の断面となるよう凹設している。その他、凹溝36の断面形状として多様なものが選択可能である。また、これら凹溝36が実装面32上にて平行配置される方向についても、適宜選択が可能である。
In the modification shown in FIG. 4, the cross-sectional shape of each
図5に示す変形例では、各凹溝36を単に平行に配列するのではなく、別方向に伸びる凹溝36同士が交差するように設けている。図5(a)の例では、平行に配列した複数の凹溝36と、これら凹溝36と90度相違する方向に伸びるように平行に配列した他の複数の凹溝36とを、格子状に交差させている。図5(b)の例では、複数の凹溝36を、ランド部30の実装面32の中心から放射状に形成している。これら変形例によれば、半田4の濡れ広がり性がさらに向上するので、半田4によるセルフアライメント性が一層向上する。
In the modification shown in FIG. 5, the
図6に示す変形例では、図5(a)の変形例においてさらに、流入凹所35をなす多数の凹溝36のうち一部(図示例では二つ)を、ランド部30からランド支持部34にまで一直線状に延長させている。これら凹溝36からの延長部分37により、図6(b)に示すように、熱電素子2を半田接合した際の半田4の余剰分は、凹溝36内での毛細管現象によって延長部分37に逃がされる。その結果、半田接合される熱電素子2の配置(素子高さ等)の精度が向上する。
In the modification shown in FIG. 6, in addition to the modification of FIG. 5A, a part (two in the illustrated example) of the many recessed
上記例のような延長部分37を形成するにあたって、図7のような格子状の凹溝36の一部から一直線状に延長する形状としてもよい。図6の例の場合には、格子状に交差する各凹溝36を、矩形状であるランド部30の四辺に対して平行または直角に伸ばしているが、図7の例の場合には、ランド部30の四辺に対して斜めに伸ばしている。
In forming the
図8に示す変形例は、凹溝36以外の形態で微小な流入凹所35を形成した例である。具体的には、平面視円形状の微細穴38を分散配置することで、実装面32上の流入凹所35を形成している。微細穴38の形状は特に限定されないが、深さは10μm〜100μm程度、実装面32上での開口径は50μm〜150μm程度とすることが好ましい。
The modification shown in FIG. 8 is an example in which a
図8(a)の例では微細穴38を比較的ランダムに配置しているが、図8(b)、図8(c)の例では、互いに直交する2方向に一定寸法を隔てながら規則的に配置している。図8(c)の例のように、複数配してある微細穴38のうち、端側にある微細穴38が実装面32の端縁にかかる形状であってもよい。
In the example of FIG. 8A, the fine holes 38 are arranged relatively randomly, but in the examples of FIG. 8B and FIG. 8C, the fine holes 38 are regularly spaced in two directions orthogonal to each other. Is arranged. As in the example of FIG. 8C, among the plurality of
図9に示す変形例では、実装面32上でのセルフアライメント性を向上させる流入凹所35として、毛細管現象を生じさせる微小幅の凹溝36や微細穴38ではなく、実装面32の中央に、半田溜まり用の凹穴39を設けている。
In the modification shown in FIG. 9, the
凹穴39は、深さが50μm〜150μm程度、開口径が0.2mm〜0.6mm程度のものであり、実装面32上で溶融した半田4がこの凹穴39を中心として溜まることで、半田4の表面張力が、熱電素子2の接合面の中心を実装面32の中心に引き込むように作用する。つまり、実装面32中央に凹穴39が設けてあることでセルフアライメント性が向上し、その結果として、熱電素子2の位置精度が向上する。凹穴39の開口形状は図示の円形状に限らず、矩形状等の他の形状であってもよい。
The
図10に示す変形例は、図9の変形例で備えた凹穴39と、他の変形例で備えた微細な凹溝36とを組み合わせることで、実装面32上の流入凹所35を形成したものである。図10(a)の例では、円形状に開口する凹穴39から、微小幅の凹溝36を放射状に延設している。また、図10(b)と図10(c)の例では、正方形状に開口する凹穴39と、格子状に交差する多数の凹溝36とを組み合わせている。
The modification shown in FIG. 10 forms the
図11に示す変形例は、実装面32全体に図5(a)の凹溝36を設けることに加えて、ランド部30の実装面32側の周縁に、実装面32よりも凹んだ半田逃がし部40を形成している。半田逃がし部40はランド部30周縁のエッジをテーパ状に面取りした形状となっているが、半田4を逃がすものであれば別の形状であってもよい。
In the modified example shown in FIG. 11, in addition to providing the entire mounting
この例によれば、図12に示すように、熱電素子2を半田接合した際の半田4の余剰分は、ランド部30周縁の半田逃がし部40に逃がされ、その結果、半田接合される熱電素子2の配置(素子高さ等)の精度が向上する。ここでは凹溝36と半田逃がし部40を連通させているが、連通しない構造であってもよい。また、凹溝36等は設けず、半田逃がし部40だけを設けた構造であってもよい。
According to this example, as shown in FIG. 12, the surplus portion of the
以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記各例の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。 The present invention has been described above based on the embodiments shown in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments of the above-described examples, and may be appropriately used in each example as long as it is within the intended scope of the present invention. It is possible to change the design of the above and to apply a combination of the configurations of the examples as appropriate.
1 放電電極
2 熱電素子
3 放熱用通電基板
4 半田
30 ランド部
31 基板本体
32 実装面
33 入熱面
34 ランド支持部
35 流入凹所
36 凹溝
39 凹穴
40 半田逃がし部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
2. The thermoelectric element and the discharge electrode are integrated by electrically connecting the heat absorption sides of the thermoelectric elements forming a pair via a discharge electrode or a circuit pattern formed on the surface of the discharge electrode. The electrostatic atomizer as described in any one of -7.
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