(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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が先端に有する実装面には、半田を流入させるための流入凹所を形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と、放電電極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において、上記熱交換手段は、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たものであり、上記放熱用通電基板は、熱電素子が半田接合により実装されるランド部を有するものであり、該ランド部の実装面には、半田を流入させる流入凹所を形成していることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
上記流入凹所は、半田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を特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項３】
上記流入凹所は、複数の凹溝を組み合わせたものであることを特徴とする請求項２に記載の静電霧化装置。
【請求項４】
上記複数の凹溝は、ランド部の実装面の中心から放射状に形成されたものであることを特徴とする請求項３に記載の静電霧化装置。
【請求項５】
上記放熱用通電基板は、基板本体とランド部とをランド支持部で一体に連結したものであり、上記流入凹所は、ランド部からランド支持部にまで延長されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
【請求項６】
上記流入凹所は、ランド部の実装面の中央に形成した半田溜まり用の凹穴であることを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項７】
上記ランド部の周縁に、実装面よりも凹んだ半田逃がし部を形成してい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。
【請求項８】
対をなす熱電素子の吸熱側同士を、放電電極または放電電極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、熱電素子と放電電極を一体化させ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０００８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における一例の静電霧化装置の要部斜視図である。
【図２】同上の静電霧化装置の概略断面図である。
【図３】同上の静電霧化装置に備える放熱用通電基板の要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は放熱用通電基板に備えた流入凹所の変形例を示す側面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は流入凹所の別の変形例示す平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は流入凹所の別の変形例を示す平面図である。
【図７】流入凹所の別の変形例を示す平面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は流入凹所の別の変形例を示す平面図である。
【図９】流入凹所の別の変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は流入凹所の別の変形例を示す平面図である。
【図１１】ランド部に半田逃がし部を設けた変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１２】図１１のランド部に熱電素子を実装した様子を示す側面図である。
【図１３】従来の静電霧化装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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