(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を霧化する霧発生手段と、
マイクロ波によって大気圧プラズマを生成するプラズマ発生手段と、を備え、
前記霧発生手段によって生成される霧が当該霧発生時に付与された流速のもとで通過する際に滞在する空間と前記プラズマ発生手段によって生成されるプラズマが滞在する空間とが互いに重なるように、前記霧発生手段における霧化する領域である霧化領域を前記プラズマが滞在する空間に向けて前記霧発生手段とプラズマ発生手段とを配置したことを特徴とする霧化装置。
【請求項２】
前記霧発生手段は、
弾性表面波が生成されて伝搬する基板と、
前記基板上の前記弾性表面波の伝搬領域に液体を供給する液供給部と、を備え、
前記液供給部によって供給される液体を前記弾性表面波によって霧化することを特徴とする請求項１に記載の霧化装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生手段は、
前記基板上に形成されたマイクロ波を導波するための複数の導体と、
前記導体の終端部に形成された放電部と、を備え、
前記放電部においてプラズマを生成することを特徴とする請求項２に記載の霧化装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生手段としてマイクロ波ストリップ線路または同軸ケーブルの２つの導体の終端部が形成する放電電極間を放電空間とするマイクロ波放電素子を備え、
前記マイクロ波放電素子は、該マイクロ波放電素子が生成するプラズマと前記霧発生手段が生成する霧とが相互作用するように、前記基板上の空間に適宜の姿勢で設置可能とされていることを特徴とする請求項２に記載の霧化装置。
【請求項５】
前記基板の表面には溝が形成されており、
前記液供給部は、前記溝の一端側に投入された液体を毛細管現象によって前記弾性表面波の伝搬領域に供給することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の霧化装置。
【請求項６】
前記液供給部は、冷却することにより空気中の蒸気を結露または氷結させて液体を供給する冷却手段を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電した粒子を生成する霧化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、帯電微粒子を生成する霧化装置として静電霧化装置が知られている。静電霧化装置は、液体の表面に高電圧の電極を対向させたとき液体が帯電して液体の表面から帯電した粒子が飛び出てくる現象を用いるものである。静電霧化装置によってナノメータサイズの帯電粒子を含む霧が得られ、霧による加湿の他に、帯電粒子とともに活性化された粒子による脱臭、除菌などに幅広く応用されている。
【０００３】
ところが、静電霧化装置は、霧化のために印加する高電圧によって付加的に帯電粒子や活性化された粒子を生成するものであり、より積極的に帯電微粒子や活性化された粒子を生成する霧化装置が望まれている。帯電粒子を生成する装置としてプラズマ生成装置があり、大気中でプラズマを生成する装置として、マイクロ波ストリップ線路の終端部にプラズマを生成する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、霧を生成する装置として、ベルヌーイの定理を用いる霧吹き、超音波振動を用いる霧化器などの他に、弾性表面波を用いる霧化装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０７８２９号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したようなプラズマ生成装置と霧化装置とを組み合わせて帯電微粒子を生成する霧化装置は知られていない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、従来よりも制御性良く効率的に帯電微粒子を生成することができる小型の霧化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、本発明の霧化装置は、液体を霧化する霧発生手段と、マイクロ波によって大気圧プラズマを生成するプラズマ発生手段と、を備え、霧発生手段によって生成される霧が当該霧発生時に付与された流速のもとで通過する際に滞在する空間とプラズマ発生手段によって生成されるプラズマが滞在する空間とが互いに重なるように、霧発生手段における霧化する領域である霧化領域をプラズマが滞在する空間に向けて霧発生手段とプラズマ発生手段とを配置したことを特徴とする。
【０００８】
この霧化装置において、霧発生手段は、弾性表面波が生成されて伝搬する基板と、基板上の弾性表面波の伝搬領域に液体を供給する液供給部と、を備え、液供給部によって供給される液体を弾性表面波によって霧化するものとしてもよい。
【０００９】
この霧化装置において、プラズマ発生手段は、基板上に形成されたマイクロ波を導波するための複数の導体と、導体の終端部に形成された放電部と、を備え、放電部においてプラズマを生成するものとしてもよい。
この霧化装置において、プラズマ発生手段としてマイクロ波ストリップ線路または同軸ケーブルの２つの導体の終端部が形成する放電電極間を放電空間とするマイクロ波放電素子を備え、マイクロ波放電素子は、該マイクロ波放電素子が生成するプラズマと霧発生手段が生成する霧とが相互作用するように、基板上の空間に適宜の姿勢で設置可能とされていてもよい。
【００１０】
この霧化装置において、基板の表面には溝が形成されており、液供給部は、溝の一端側に投入された液体を毛細管現象によって弾性表面波の伝搬領域に供給するものとしてもよい。
【００１１】
この霧化装置において、液供給部は、冷却することにより空気中の蒸気を結露または氷結させて液体を供給する冷却手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の霧化装置によれば、大気圧プラズマと霧を、専用のプラズマ発生手段と霧発生手段とによってそれぞれ別個に生成して互いの共通空間に滞在させるので、それぞれを制御性良く効率的に生成でき、帯電微粒子を効率良く生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る霧化装置についてのブロック構成図、（ｂ）は同装置の斜視図。
【図２】（ａ）は同装置の変形例の斜視図、（ｂ）は同装置の他の変形例の斜視図。
【図３】（ａ）は同装置のさらに他の変形例の斜視図、（ｂ）は同変形例の断面図。
【図４】同変形例におけるプラズマ発生手段の斜視図。
【図５】同変形例におけるプラズマ発生手段の他の例の斜視図。
【図６】同変形例におけるプラズマ発生手段のさらに他の例の斜視図。
【図７】同変形例におけるプラズマ発生手段のさらに他の例の斜視図。
【図８】（ａ）は同装置のさらに他の変形例の斜視図、（ｂ）は同変形例の断面図。
【図９】（ａ）は同変形例におけるプラズマ発生手段の変形例の断面図、（ｂ）は同プラズマ発生手段の変形例の斜視図。
【図１０】（ａ）は同プラズマ発生手段の他の変形例の断面図、（ｂ）は同変形例の斜視図。
【図１１】同装置のさらに他の変形例の斜視図。
【図１２】（ａ）は同変形例における溝のＸ方向断面図、（ｂ）は同溝のＹ方向断面図。
【図１３】同変形例における溝の他の例のＹ方向断面図。
【図１４】同装置のさらに他の変形例の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る霧化装置について、図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る霧化装置を示す。霧化装置１は、図１（ａ）に示すように、液体を霧化する霧化部２（霧発生手段）と、マイクロ波によって大気圧プラズマを生成するプラズマ生成部３（プラズマ発生手段）と、を備えている。霧化部２とプラズマ生成部３とは、霧化部２によって生成される霧２ａが滞在する空間とプラズマ生成部３によって生成されるプラズマ３ａが滞在する空間とが、互いに共通の流通空間４において重なるように配置されている。流通空間４に滞在した霧２ａとプラズマ３ａとは、互いに相互作用して、帯電した霧の粒子と共に、活性化した霧の粒子が生成される。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、霧化部２は、例えば超音波振動子から成る霧化器２１を備えて上方に向けて霧２ａを生成する。プラズマ生成部３は、２つの互いに対向した放電電極３１に、マイクロ波源１０からのマイクロ波を供給して、電極３１間に大気圧プラズマ３ａを生成する。電極３１間の空間は、プラズマ３ａと霧２ａとが、共に滞在し、または通過する共通の流通空間４となっている。霧化部２で発生した霧２ａは、霧化時に付与された流速のもとで上方の流通空間４に流入し、流通空間４におけるプラズマ３ａを通過することにより、霧２ａの粒子が帯電され活性化されて、活性化粒子２ｂが生成される。また、流通空間４からは、プラズマ３ａの生成時に活性化した粒子や帯電粒子が、活性化粒子２ｂと共に流出してくる。
【００１６】
図２（ａ）（ｂ）は、霧化装置１の変形例を示す。図２（ａ）の霧化装置１は、霧化部２として、霧吹きノズル２２を有する霧吹きを用いるものである。霧２ａは、ノズル２２から吹き出されるときの流速のもとで流通空間４におけるプラズマ３ａを通過することにより、活性化されて活性化粒子２ｂが生成される。図２（ｂ）の霧化装置１は、霧化部２として、静電霧化器を用いるものである。静電霧化器は、ニードル状の電極２３と、電極２３の軸上前方に配置されたリング状の電極２４と、両電極２３，２４間に高電圧を印加する高電圧源２５を備えている。電極２３は、その表面が、液容器中の液体２０を毛細管現象によってにニードル先端に吸い上げるように表面処理されている。両電極２３，２４間に高電圧が印加されている状態でニードル先端に液体２０が供給されると、ニードル先端に集中している電界によって液体２０の表面から液体２０の霧が発生し、上方に設定された流通空間４に流入し、上記同様に活性化粒子２ｂが生成される。
【００１７】
この実施形態によれば、霧化部２とマイクロ波によるプラズマ生成部３とによって、別個に生成した霧２ａと大気圧プラズマ３ａとを互いの共通空間である流通空間４に滞在させるので、低電圧で効率良く帯電微粒子を生成することができる。霧２ａと大気圧プラズマ３ａとは、その生成量を別個に制御することができるので、所望の液体の帯電粒子や活性粒子を得ることが容易となる。また、そのような霧化装置１の設計が容易である。
【００１８】
図３乃至図７は、霧化装置１のさらに他の変形例を示す。この変形例は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、霧化部２として弾性表面波霧化器５を備え、プラズマ生成部３としてマイクロストリップ線路の終端部でマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波放電素子６を備えている。弾性表面波霧化器５は、弾性表面波Ｗが生成されて伝搬する基板５１と、基板５１上の弾性表面波Ｗの伝搬領域（霧化領域５３）に液体５４ａを供給する液供給部材５４（液供給部）と、を備え、液体５４ａを弾性表面波Ｗによって霧化する。液供給部材５４は、例えば、極細パイプや表面を粗面化した棒材などで構成して毛細管現象などを利用して液体５４ａを輸送し、霧化領域５３に適量ずつ液体５４ａを滴下する。基板５１は、圧電材料、例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）のような圧電体そのものから構成され、その表面Ｓには弾性表面波Ｗを生成するための一対の櫛形電極５２が形成されている。基板５１は、弾性表面波Ｗが存在する表面Ｓ部分のみに圧電体材料を備えた基板とすることもできる。例えば、基板５１は、非圧電性基板の表面に圧電薄膜、例えば、ＰＺＴ薄膜（鉛、ジルコニューム、チタン合金薄膜）を形成したものでもよい。
【００１９】
櫛形電極５２は、圧電材料の表面に２つの櫛形の電極を互いに噛み合わせて形成した電極（ＩＤＴ：インター・ディジタル・トランスジューサ）である。一対の櫛形電極５２の互いに隣り合う櫛の歯は互いに異なる電極に属し、生成される弾性表面波Ｗの波長λの半分の長さのピッチでＸ方向に沿って配列されている。櫛形電極５２に高周波電圧印加用の電気回路５０から高周波（例えば、ＭＨｚ帯）電圧を印加することにより、櫛形電極５２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５１の表面Ｓに弾性表面波Ｗが生成される。弾性表面波Ｗの振幅は、櫛形電極５２に印加する電圧の大きさで決まる。弾性表面波Ｗは、櫛形電極５２の歯が交差した幅に対応する幅の波となって、櫛の歯に垂直な方向に伝搬する。櫛形電極５２は、その両側に互いに逆向きに伝搬する弾性表面波を生成するので、基板表面に反射器を備えて、Ｘ方向にのみ伝搬する弾性表面波Ｗを生成する、いわゆる一方向性電極として構成してもよい。
【００２０】
マイクロ波放電素子６は、図４に示すように、誘電体板６０と、その上の２つの導体６１とを備えている。導体６１は誘電体板６０と共にマイクロストリップ線路を形成してマイクロ波を導波する。誘電体板６０は四角形であり、２つの導体６１が誘電体板６０の端面まで延設され、その導体６１の終端部がそれぞれ放電電極３１を形成し、２つの放電電極３１間に放電空間３０が形成されている。マイクロ波源１０からのマイクロ波電力をマイクロ波放電素子６の導体６１間に供給すると、２つの電極３１と誘電体板６０の表面とに接する半空間からなる放電空間３０に、大気圧プラズマ３ａが生成される。このマイクロ波放電素子６は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、弾性表面波霧化器５の基板５１上の空間に、適宜の姿勢で設置することができる。すなわち、マイクロ波放電素子６は、それが生成するマイクロ波プラズマ３ａと弾性表面波霧化器５が生成する霧２ａとが流通空間４において相互作用するように、取付け姿勢が調整される。放電電極３１や導体６１は、液体５４ａや霧２ａから保護するために、絶縁膜で被覆することができる。また、マイクロ波放電素子６は、図５に示すように、放電空間３０を誘電体板６０の端面ではなく、誘電体板６０の上面の端部に形成することができる。
【００２１】
また、図６に示すように、マイクロ波放電素子６は、放電空間３０を誘電体板６０の上面の端部ではなく、端部から離れた上面に形成することができる。誘電体板６０の下面の通常接地側とされる幅の広い導体６１は、誘電体板６０の下面から誘電体板６０の端面を経由して誘電体板６０の上面にまで延設されている。この導体６１は、さらに、誘電体板６０の上面に沿ってその一部が突出するように延設されて成る電極３１を有している。下面の導体６１に接続されているこの電極３１は、もともと誘電体板６０の上面に形成されている他の導体６１の終端部である電極３１と対向配置されている。このマイクロ波放電素子６は、大気圧プラズマ３ａを誘電体板６０の上表面に生成する。２つの導体６１間、従って、２つの電極３１には、直流高電圧電源６２からの電圧を印加することができる。このような電圧は、電極３１間に電界を形成し、その電界からの電磁気力をプラズマ中の荷電粒子に作用させて、荷電粒子を含む気体に、例えば図中のＸ方向の流れを生じさせる。このような流れによって、大気圧プラズマ３ａを、霧２ａの滞在する空間に導くこともできる。
【００２２】
図７は、マイクロ波放電素子６のさらに他の変形例を示す。この変形例は、上述のマイクロストリップ線路の代りに、同軸ケーブルを用いて放電素子６を形成している。すなわち、同軸ケーブルの端部において、同軸ケーブルの心線を成す導体６１の終端部を円盤状に拡径して一方の電極３１とし、同軸ケーブルの外皮を成す導体６１の端部を他方の電極３１として、同軸ケーブルの端面に円形の放電空間３０を形成している。以上に示した各種のマイクロ波放電素子６は、これらを複数用いて、その放電空間３０を霧２ａに対してかざしたり、プラズマ３ａを放電空間３０から霧２ａに向けて流れさせたりして、液体５４ａの帯電微粒子を生成することができる。
【００２３】
図８乃至図１０は、霧化装置１のさらに他の変形例を示す。この変形例は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、霧化部２として弾性表面波霧化器５を備え、プラズマ生成部３として弾性表面波霧化器５の基板５１に作り込んだマイクロ波放電素子６を備えている。マイクロ波放電素子６は、上述の図６に示したマイクロ波放電素子６と同様の構成である。すなわち、弾性表面波霧化器５の基板５１が、マイクロストリップ線路を形成するための誘電体板６０として用いられている。従って、各導体６１は弾性表面波Ｗが伝搬する基板５１の表面Ｓで終端し、そこに電極３１が形成されており、放電空間３０が基板５１の表面上の空間（半空間）とされている。電極３１の構成はこれに限るものではなく、電極３１を、基板５１の表面から離れた状態で形成してもよい。例えば、図９（ａ）（ｂ）、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、導体６１の終端部を、基板５１の表面から立ち上げたり、立ち上げた端部をさらに、基板５１の表面と平行に成るように屈曲させたりしてもよい。このように、電極３０を、基板５１の表面から離れた状態で形成することにより、放電空間３０を基板５１の表面の存在に影響されない位置に形成することができる。また、放電空間３０の下部の誘電体板６０の表面に凹部を形成してもよい。
【００２４】
図１１、図１２、図１３は、霧化装置１のさらに他の変形例を示す。この変形例は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、上述の図８に示した霧化装置１における液供給部の構成を変形したものである。すなわち、基板５１の表面には溝５５が形成されており、液供給部は、液供給部材５４によって溝５５の一端側に投入された液体５４ａを溝５５における毛細管現象によって、弾性表面波Ｗの伝搬領域である霧化領域５３に供給する。溝５５の方向は、弾性表面波Ｗの伝搬方向（図中Ｘ方向）に平行とするのが好ましいが、その方向からずれていてもよい。溝５５は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、有底の溝であって、その幅は液体５４ａの表面張力によって毛細管現象が生じる狭さである。弾性表面波Ｗは、溝５５に侵入すると、その底面を伝搬し、溝５５内の液体５４ａの表面から霧２ａが発生する。従って、少なくとも溝の先端部は底面に滑らかに接続する斜面で構成し、溝５５の深さは、弾性表面波Ｗの減衰が少なく必要距離を伝播できる程度とするのが好ましい。
【００２５】
また、図１３に示すように、溝５５は底のない、切り欠き溝であってもよい。液体５４ａは、溝５５内に表面張力によって供給され保持される。弾性表面波Ｗは、溝５５の開口の辺縁に沿って伝搬し、矢印ａで示すように、溝５５から染み出ている液体５４ａ部分で霧化する。このような有底の溝５５や、無底の溝５５は、基板５１の表面に複数備えることができる。
【００２６】
図１４は、霧化装置１のさらに他の変形例を示す。この変形例は、上述の図８に示した霧化装置１における液供給の構成をさらに変形したものである。すなわち、霧化装置１は、液供給部として、冷却することにより空気中の蒸気を結露または氷結させて液体を供給するペルチェ素子７（冷却手段）を、基板５１の霧化領域５３の裏面に備えている。ペルチェ素子７によって冷却される表面Ｓの領域７ａは霧化領域５３を含むように設定されている。霧化領域５３に、例えば、粗面化処理や化学処理を施すことにより、領域７ａに結露した液体が毛細管現象によって、液体の消費に連動して動的に霧化領域５３に集まるようにしてもよい。液供給部材５４は、補助的に備えてもよく、また、備えなくてもよい。
【００２７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。また、マイクロ波放電素子６の放電空間３０に磁界を印加してもよい。磁場により、プラズマを安定、高密度とすることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    霧化装置
２    霧化部（霧発生手段）
２ａ    霧
３    プラズマ生成部（プラズマ発生手段）
３ａ    プラズマ
３０    放電空間（放電部）
３１    電極（終端部）
４    流通空間
５    弾性表面波霧化器（霧発生手段）
５１    基板
５４    液供給部材（液供給部）
５５    溝（液供給部）
６    マイクロ波放電素子
６１    導体
７    ペルチェ素子（冷却手段）
Ｓ    表面
Ｗ    弾性表面波
【図１】
0005906455.tif 000002
【図２】
0005906455.tif 000003
【図３】
0005906455.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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