JP6011959B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯電微粒子水を生成する静電霧化装置に関する。

静電霧化装置は、帯電微粒子水を生成するものであり、様々な機器に省スペースで設置することが望まれる。そのため、静電霧化装置のコンパクト化を図るための技術が、従来から提案されている。

例えば、特許文献１に記載の静電霧化装置では、対をなす熱電素子上に放電電極を接続させ、放電電極を通じて熱電素子間の通電を行うように設けることで、装置全体のコンパクト化を図っている。

特開２０１１−１５２５０２号公報

しかし、上述の静電霧化装置においては、対向電極を配置するために、放電電極を囲む筒型の筐体を備え、この筐体の先端に対向電極を支持する構造となっている。そのため、これら筐体や対向電極の分だけ装置全体が大型化し、また、装置全体の背が高くなるという問題がある。

これに対して、対向電極を備えない構造とすることも考えられるが、この場合には、静電霧化用の電界を安定的に発生させづらいという問題がある。

本発明は、前記問題点に鑑みて発明したものであって、対向電極を備えた静電霧化装置を、一層のコンパクト化及び低背化が図られたものとして提供することを、課題とする。

前記課題を解決するために、本発明を、下記構成を具備した静電霧化装置とする。

本発明は、基板と、前記基板上に対をなして実装される熱電素子と、対をなす前記熱電素子上に接続される放電電極と、前記熱電素子に接合される通電部と、前記放電電極との間で電界を形成する対向電極と、を備え、前記通電部と前記対向電極はともに、パターニングによって前記基板上に実装されるものであることを特徴とする静電霧化装置である。

前記基板は、前記熱電素子の実装箇所と前記対向電極の実装箇所との間に、排水用の溝部を有することが好ましい。

また、前記基板と前記対向電極の間に介在される絶縁層を備え、前記対向電極は、前記絶縁層上において前記放電電極を囲む環状に形成されることも好ましい。

また、前記熱電素子への通電を行う通電部と、前記対向電極の一部を覆うように積層される絶縁層とを備え、前記対向電極は、前記基板上において前記放電電極を囲む環状に形成され、前記通電部は、前記基板上において前記絶縁層を乗り越えて形成されることも好ましい。

また、前記対向電極は、前記放電電極を環状に囲むように前記基板上に実装される導電体を、周方向の複数個所で均等に分断させた形状を有することも好ましい。

また、前記放電電極は、先端側ほど小径となるテーパ状の外形を有することも好ましい。

また、前記放電電極を複数備え、前記放電電極ごとに、その放電電極を囲む前記対向電極を備えることも好ましい。

また、前記基板上に積層される防湿・絶縁コーティングを備え、前記防湿・絶縁コーティングが前記対向電極を覆い、かつ、前記防湿・絶縁コーティングから少なくとも前記放電電極の先端部が露出するように設けることも好ましい。

本発明は、基板上に対をなして実装される熱電素子と、対をなす熱電素子上に接続される放電電極と、放電電極との間で電界を形成する対向電極とを備え、この対向電極が、基板上に実装されるものである。そのため、筐体を備えずとも対向電極を備えることができ、装置全体の一層のコンパクト化及び低背化が図られるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態の静電霧化装置の要部断面図である。 同上の静電霧化装置の要部斜視図である。 本発明の第２実施形態の静電霧化装置の要部断面図である。 本発明の第３実施形態の静電霧化装置の要部断面図である。 本発明の第４実施形態の静電霧化装置の要部平面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第５実施形態の静電霧化装置の要部平面図である。 本発明の第６実施形態の静電霧化装置の要部断面図である。 本発明の第７実施形態の静電霧化装置の要部平面図である。 本発明の第８実施形態の静電霧化装置の要部断面図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１及び図２には、本発明の第１実施形態の静電霧化装置を示している。第１実施形態の静電霧化装置では、絶縁性の基板２の一面３上に、Ｐ型のペルチェ素子からなる熱電素子４と、Ｎ型のペルチェ素子からなる熱電素子４を、それぞれ実装している。熱電素子４は柱状に成形されており、この熱電素子４の基端面を基板２上に接合させ、熱電素子４の先端面を基板２から離間させて設ける。

基板２の一面３上には、一対の通電部６がパターニングされている。熱電素子４は、この通電部６の端部に一対一で接合される。図２に示すように、一対の通電部６は、それぞれの熱電素子４が接合される箇所から、同一方向にむけて延長される。この延長方向は、熱電素子４が並設される方向とは略直交する方向である。

対をなす熱電素子４の先端面には、導電性の接続部８を介して、球状の放電電極１０が接合される。この接続部８は、半田等の導電性接着剤からなる。なお、熱電素子４と放電電極１０との間に、冷却板等の他の導電性部材を更に介在させてもよい。放電電極１０の形状も球状に限定されず、柱状等の他の形状であってもよい。

このように、第１実施形態の静電霧化装置では、基板２の一面３上に対をなす通電部６がパターニングされ、この通電部６の端部にそれぞれ熱電素子４が実装され、さらに、対をなす熱電素子４によって放電電極１０が基板２から離間して支持される。放電電極１０は、各熱電素子４に対して電気的及び機械的に接続される。したがって、図示略のペルチェ制御部によって一対の通電部６間に電圧を印加すれば、放電電極１０を介して一対の熱電素子４間で通電がなされる。この通電により、各熱電素子４において基端側が放熱側、先端側が冷却側となるように熱移動が生じ、放電電極１０が冷却される。放電電極１０には、冷却によって表面に結露水が生じ、この結露水が、静電霧化用に供される水Ｗとなる。

さらに、第１実施形態の静電霧化装置では、対向電極１２を備え、この対向電極１２と放電電極１０との間で、静電霧化用の電界を安定的に形成するように設けている。ここで形成される電界は、図１中にて概略的な電気力線で示すような電界である。

対向電極１２は、基板２の一面３上において導電体をパターニングすることで、平面視において放電電極１０を囲むように形成される。ここでの平面視とは、基板２の一面３側をその垂直方向から視たときである。図２に示すように対向電極１２は、円環形状の一部（ここでは略半部）を切り欠いた形状、つまり円弧形状を有する。対向電極１２は、その周方向のいずれの箇所であっても、放電電極１０との距離が略同一に設定されている。一対の平行なライン状に形成される通電部６は、対向電極１２の前記切り欠き部分を通じて、対向電極１２で囲まれる内側領域から外側領域にまで引き出される。

第１実施形態の静電霧化装置では、図示略の電圧印加部によって対向電極１２に正の高電圧を印加することで、この対向電極１２と放電電極１０との間に、静電霧化用の電界を形成する。この電界を印加された水Ｗは、放電電極１０において静電霧化現象を生じ、ナノメータサイズ（例えば３ｎｍ〜１００ｎｍ程度）の粒径を含む帯電微粒子水として、外部（図中上方）へと放出される。

なお、ここでの電圧印加は、対向電極１２と放電電極１０との間に静電霧化用の電界が形成されるものであればよく、放電電極１０側に負の高電圧を印加させる手段を用いてもよいし、対向電極１２と放電電極１０の両方に適宜電圧を印加させる手段を用いてもよい。

このように、第１実施形態の静電霧化装置では、基板２の一面３上に通電部６、熱電素子４、放電電極１０及び対向電極１２が実装されるので、装置全体が、非常にコンパクトで低背のユニットとなる。そして、このような低背のユニットであるにも関わらず、放電電極１０と対向電極１２との間では静電霧化用の電界が安定的に形成される。

基板２上に実装する対向電極１２は、ここでは半円弧状の形状を有しているが、平面視において放電電極１０を囲み、且つ、通電部６が引き出される切り欠き部分を有するものであれば、他の形状であってもよい。

次に、本発明の第２実施形態の静電霧化装置について、図３に基づいて説明する。なお、第１実施形態の静電霧化装置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する。

図３は、第１実施形態の静電霧化装置と同様の箇所で切断した断面図である。第２実施形態の静電霧化装置では、基板２の一面３側に、排水用の溝部２０を形成している。溝部２０は、その全部又は一部が反対面側にまで貫通した構造であってもよいし、非貫通の構造であってもよい。

溝部２０は、基板２の一面３のうち、対をなす熱電素子４と放電電極１０のブロックが実装される箇所と、このブロックを囲むように対向電極１２が実装される箇所との間の領域に、形成される。熱電素子４と対向電極１２との間に溝部２０が介在することで、放電電極１０に結露水が過剰に生じたときにはその過剰分を溝部２０に逃がすことができる。これにより、放電電極１０と対向電極１２との間の絶縁破壊や漏電が抑えられる。

次に、本発明の第３実施形態の静電霧化装置について、図４に基づいて説明する。なお、第１実施形態の静電霧化装置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する。

図４に示すように、第３実施形態の静電霧化装置では、絶縁性の基板２の一面３上において、通電部６、熱電素子４及び放電電極１０を、第１実施形態と同様の形態で実装し、更にその上に絶縁層３０を積層させている。対向電極１２は、絶縁層３０の表面に導電体をパターニングすることで形成している。

絶縁層３０は、通電部６と、熱電素子４の基端側の一部を覆うように、基板２の一面３上に形成される。これにより、通電部６と対向電極１２の間には、絶縁層３０が介在されることになる。

絶縁層３０の介在により、対向電極１２を放電電極１０まわりに環状に形成した場合でも、対向電極１２と通電部６との絶縁性を確保したうえで、通電部６を対向電極１２の外側領域にまで引き出すことができる。

そして、対向電極１２を環状に形成できることから、放電電極１０とこれを囲む対向電極１２との間で、静電霧化用の電界が周方向にバランスよく発生する。そのため、放電電極１０において静電霧化が安定的に生じやすくなる。また、電気力線が放電電極１０から鉛直方向に伸びやすくなり、生成された帯電微粒子水が外部にむけて勢いよく放出されるという効果も得られる。対向電極１２は円環状に形成されることが好ましいが、環状であればよく、円形状には限定されない。

次に、本発明の第４実施形態の静電霧化装置について、図５、図６に基づいて説明する。図５は第４実施形態の静電霧化装置の平面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線断面図である。なお、第１実施形態の静電霧化装置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する。

第４実施形態の静電霧化装置では、基板２の一面３上において対向電極１２を環状に形成し、この対向電極１２の周方向の一部を覆うように絶縁層４０を積層させている。この一面３上において、第１実施形態と同様の形態で通電部６、熱電素子４及び放電電極１０を実装させる。但し、通電部６については、絶縁層４０の部分を乗り越えるようにしてパターニングされる。

第４実施形態の静電霧化装置では、対向電極１２と通電部６との間に絶縁層４０が介在されるので、対向電極１２を環状に形成した場合でも、この対向電極１２と通電部６との絶縁性を確保したうえで通電部６を対向電極１２の外側領域にまで引き出すことができる。

対向電極１２は環状であるから、第１実施形態のように対向電極１２を弧状に形成した場合に比して、放電電極１０との間で、静電霧化用の電界が周方向にバランスよく発生しやすくなる。そのため、放電電極１０において静電霧化が安定的に生じやすくなる。また、電気力線が放電電極１０から鉛直方向に伸びやすくなり、生成された帯電微粒子水が外部にむけて勢いよく放出されるという効果も得られる。対向電極１２は円環状に形成されることが好ましいが、環状であればよく、円形状に限定されない。

次に、本発明の第５実施形態の静電霧化装置について、図７に基づいて説明する。なお、第１実施形態の静電霧化装置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する。

第５実施形態の静電霧化装置では、絶縁性の基板２の一面３上において、通電部６、熱電素子４及び放電電極１０を第１実施形態と同様の形態で実装している。但し、通電部６においては、それぞれの熱電素子４の接合箇所から互いに逆方向にむけて延長させている。この延長方向は、熱電素子４が並設される方向と略並行な方向である。

対向電極１２は、円環形状のうち二箇所に切り欠き部分５０を設けた形状、つまり、放電電極１０を中心として一対の円弧を点対称に配置した形状を有する。この切り欠き部分５０を通じて、一対の通電部６がそれぞれ、対向電極１２の内側領域から外側領域に引き出される。

換言すれば、この対向電極１２は、放電電極１０を円環状に囲むように基板２の一面３上に実装される導電体を、周方向に１８０°ずれた二箇所で分断させた形状である。

対向電極１２は全体として略円環状に形成されるので、第１実施形態の場合に比べて、静電霧化用の電界が放電電極１０との間で周方向にバランスよく発生しやすくなる。そのため、放電電極１０での静電霧化が安定的に生じやすくなり、また、電気力線が放電電極１０から鉛直方向に伸びやすくなるので、生成された帯電微粒子水が外部にむけて勢いよく放出されるという効果も得られる。対向電極１２は、放電電極１０を環状に囲むように実装される導電体を、周方向の複数個所で均等に分断させた形状であればよく、前述の形状には限定されない。

次に、本発明の第６実施形態の静電霧化装置について、図８に基づいて説明する。なお、第１実施形態の静電霧化装置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する。

図８に示すように、第６実施形態の静電霧化装置では、絶縁性の基板２の一面３上において、通電部６、熱電素子４、放電電極１０及び対向電極１２を、第１実施形態と同様の形態で実装している。但し、ここで実装する放電電極１０は、第１実施形態のような球型ではなく、先端側ほど小径となるテーパ状の外形を有している。

より具体的に述べると、放電電極１０は、先側ほど小径となるように成形された円錐台状のテーパ部６０と、このテーパ部６０の先端部分に一体に成形される半球部６２とを有する。

放電電極１０は、テーパ部６０のうち最も大径となる基端面にて、接続部８を介して、一対の熱電素子４に対して機械的に且つ電気的に接続される。そして、放電電極１０の半球部６２に保持される水Ｗにおいて、静電霧化が生じる。

第６実施形態の静電霧化装置によれば、基板２の一面３上にパターニングされた対向電極１２との間において、放電電極１０のテーパ部６０から放電を生じることが抑制される。すなわち、放電電極１０のうち、対向電極１２との間で放電が生じる箇所を、放電電極１０先端の半球部６２により一層集中させることができる。

なお、この放電電極１０は、先端側ほど小径となるテーパ状の外形を有するものであればよく、前記の形状には限定されない。

次に、本発明の第７実施形態の静電霧化装置について、図９に基づいて説明する。なお、第１実施形態の静電霧化装置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する。

図９に示すように、第７実施形態の静電霧化装置では、絶縁性の基板２の一面３上に、Ｐ型とＮ型で対をなす熱電素子４を、二対実装している。都合四つの熱電素子４は、図示の並設方向ａに沿って一直線状に並設される。

各熱電素子４が一対一で接合される通電部６は、熱電素子４の並設方向ａと直交する方向に延長されている。これら通電部６のうち、一方の対のＰ型の熱電素子４が接合される通電部６と、他方の対のＮ型の熱電素子４が接合される通電部６とは、並設方向ａに隣接し、一体にパターニングされている。

放電電極１０は、熱電素子４の先端面に一対一で接合されている。この実施形態では、図示のように都合四つの放電電極１０が、並設方向ａに沿って一直線状に並設される。対をなす熱電素子４間の通電は、放電電極１０とは別の通電部材７０を介して行われる。この通電部材７０は、対をなす熱電素子４の先端部間に架設される通電ワイヤーである。

対向電極１２は、放電電極１０に対して一対一で形成される。各対向電極１２は、対応する放電電極１０を囲むように円弧形状にパターニングされた導電体であり、並設方向ａに沿って一直線状に並設される。隣接する対向電極１２はその端部同士が一体化されており、都合四つの対向電極１２が、基板２の一面３上において一体にパターニングされている。

第７実施形態の静電霧化装置では、結露水を生成するために、一方の対のＮ型の熱電素子４が接合される通電部６と、他方の対のＰ型の熱電素子４が接合される通電部６との間に、図示略のペルチェ制御部によって電圧を印加する。これにより、各熱電素子４において先端側が冷却され、各熱電素子４に接合される放電電極１０の表面に結露水が生じる。

また、第７実施形態の静電霧化装置では、静電霧化を生じさせるために、一体にパターニングされた対向電極１２に対して、正の高電圧を印加する。これにより、各対向電極１２と、その対向電極１２が囲む箇所に位置する放電電極１０との間に、静電霧化用の電界が形成される。

このように、第７実施形態の静電霧化装置によれば、都合四つ備えた放電電極１０から大量の帯電微粒子水を生成することができ、しかも装置全体は低背化されたものとなる。

次に、本発明の第８実施形態の静電霧化装置について、図１０に基づいて説明する。なお、第１実施形態の静電霧化装置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する。

図１０に示すように、第８実施形態の静電霧化装置では、絶縁性の基板２の一面３上に、通電部６、熱電素子４、放電電極１０及び対向電極１２を、第１実施形態と同様の形態で実装している。そして、この基板２の一面３上に、さらに防湿・絶縁コーティング８０を積層させている。

この防湿・絶縁コーティング８０は、基板２と通電部６との接合箇所や、基板２と対向電極１２との接合箇所は勿論のこと、通電部６全体、対向電極１２全体、更には各熱電素子４のうち基端側の一部を覆うように、基板２の一面３上に形成されている。つまり、基板２の一面３上に積層された防湿・絶縁コーティング８０から、各熱電素子４のうち先端側の一部が露出し、さらに接続部８及び放電電極１０が露出した状態にある。

第８実施形態の静電霧化装置では、基板２の一面３側が防湿・絶縁コーティング８０で覆われることから、マイグレーションの発生が抑制され、信頼性が向上する。また、放電電極１０で過剰に結露水が生じたときにも、その余剰分の水によって絶縁破壊や漏電を生じることが抑えられ、安全性が向上する。

以上、説明したように、本発明の第１〜第８実施形態の静電霧化装置は、基板２と、基板２上に対をなして実装される熱電素子４と、対をなす熱電素子４上に接続される放電電極１０と、放電電極１０との間で電界を形成する対向電極１２とを備える。対向電極１２は、基板２上に実装されるものである。

したがって、この静電霧化装置によれば、従来のように筒状に筐体を備えずとも、基板２上に実装するかたちで対向電極１２を備え、この対向電極１２との間で静電霧化用の電界を安定的に形成することができる。そのため、静電霧化装置全体が、より一層コンパクト化及び低背化されたものとなる。

また、本発明の第２実施形態の静電霧化装置において、基板２は、熱電素子４の実装箇所と対向電極１２の実装箇所との間に、排水用の溝部２０を有する。これにより、放電電極１０で過剰に結露水が生じたときにも、この過剰な結露水を原因として絶縁破壊や漏電を生じることが抑えられる。

また、本発明の第３実施形態の静電霧化装置においては、基板２と対向電極１２の間に介在される絶縁層３０を備える。対向電極１２は、絶縁層３０上において放電電極１０を囲む環状に形成される。これにより、放電電極１０とこれを囲む対向電極１２との間で、静電霧化用の電界を周方向にバランスよく発生させることができる。延いては、放電電極１０において静電霧化を安定的に生じさせることや、生成した帯電微粒子水を勢いよく放出させることが可能となる。

また、本発明の第４実施形態の静電霧化装置は、熱電素子４への通電を行う通電部６と、対向電極１２の一部を覆うように積層される絶縁層４０とを備える。対向電極１２は、基板２上において放電電極１０を囲む環状に形成される。通電部６は、基板２上において絶縁層４０を乗り越えて形成される。これにより、放電電極１０とこれを囲む対向電極１２との間で、静電霧化用の電界を周方向にバランスよく発生させることができる。延いては、放電電極１０において静電霧化を安定的に生じさせることや、生成した帯電微粒子水を勢いよく放出させることが可能となる。

また、本発明の第５実施形態の静電霧化装置において、対向電極１２は、放電電極１０を環状に囲むように基板２上に実装される導電体を、周方向の複数個所で均等に分断させた形状を有する。これにより、放電電極１０とこれを囲む対向電極１２との間で、静電霧化用の電界を周方向にバランスよく発生させることができる。延いては、放電電極１０において静電霧化を安定的に生じさせることや、生成した帯電微粒子水を勢いよく放出させることが可能となる。

また、本発明の第６実施形態の静電霧化装置において、放電電極１０は、先端側ほど小径となるテーパ状の外形を有する。これにより、基板２上に実装される対向電極１２と、放電電極１０のテーパ部分との間で放電が生じることを抑え、放電の発生エリアを放電電極１０の先端に一層集中させることが可能となる。

また、本発明の第７実施形態の静電霧化装置では、放電電極１０を複数備えている。そして、放電電極１０ごとに、その放電電極１０を囲む対向電極１２を備えている。これにより、装置全体を低背に保ちながら、帯電微粒子水の生成量を増大させることが可能となる。

また、本発明の第８実施形態の静電霧化装置では、基板２上に積層される防湿・絶縁コーティング８０を備え、防湿・絶縁コーティング８０から少なくとも放電電極１０の先端部を露出させるように設けている。これにより、マイグレーションを抑制して信頼性を向上させることや、過剰な結露水による絶縁破壊や漏電を抑えて安全性を向上させることが可能となる。

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、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。つまり、本発明の意図する範囲内であれば、各実施形態において適宜の設計変更を行うことや、各実施形態の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

２ 基板
３ 一面
４ 熱電素子
６ 通電部
８ 接続部
１０ 放電電極
１２ 対向電極
２０ 溝部
３０ 絶縁層
４０ 絶縁層
５０ 切り欠き部分
６０ テーパ部
６２ 半球部
７０ 通電部材
８０ 防湿・絶縁コーティング
ａ 並設方向
Ｗ 水

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に対をなして実装される熱電素子と、
   対をなす前記熱電素子上に接続される放電電極と、
   前記熱電素子に接合される通電部と、
   前記放電電極との間で電界を形成する対向電極と、を備え、
   前記通電部と前記対向電極はともに、パターニングによって前記基板上に実装されるものであることを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記基板は、
   前記熱電素子の実装箇所と前記対向電極の実装箇所との間に、排水用の溝部を有することを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
3. 前記基板と前記対向電極の間に介在される絶縁層を備え、
   前記対向電極は、前記絶縁層上において前記放電電極を囲む環状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電霧化装置。
4. 前記熱電素子への通電を行う通電部と、
   前記対向電極の一部を覆うように積層される絶縁層とを備え、
   前記対向電極は、前記基板上において前記放電電極を囲む環状に形成され、
   前記通電部は、前記基板上において前記絶縁層を乗り越えて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電霧化装置。
5. 前記対向電極は、
   前記放電電極を環状に囲むように前記基板上に実装される導電体を、周方向の複数個所で均等に分断させた形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の静電霧化装置。
6. 前記放電電極は、
   先端側ほど小径となるテーパ状の外形を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
7. 前記放電電極を複数備え、
   前記放電電極ごとに、その放電電極を囲む前記対向電極を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
8. 前記基板上に積層される防湿・絶縁コーティングを備え、
   前記防湿・絶縁コーティングが前記対向電極を覆い、かつ、前記防湿・絶縁コーティングから少なくとも前記放電電極の先端部が露出するように設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の静電霧化装置。

Images