電子デバイス及びこれを備えた膜濾過装置
【課題】水晶振動子を備えた小型で耐圧性の高い電子デバイス及びこれを備えた膜濾過装置を提供する。
【解決手段】水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂により包埋する。中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成された水晶振動子１は、内部に空間が形成されているため特に耐圧性が低いが、水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂８により包埋するといった構成により、小型で耐圧性の高い電子デバイス１００を提供することができる。
【解決手段】水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂により包埋する。中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成された水晶振動子１は、内部に空間が形成されているため特に耐圧性が低いが、水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂８により包埋するといった構成により、小型で耐圧性の高い電子デバイス１００を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子を備えた電子デバイス及びこれを備えた膜濾過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水晶振動子を用いて無線通信を行う電子デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。この水晶振動子には、リード型や表面実装型のものがあり、それぞれ中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成されている。
【０００３】
図６は、表面実装型の水晶振動子１の一構成例を示した斜視図である。この水晶振動子１は、薄い箱状の中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成されている。中空部材２には、開口部４１を有する中空状の本体４と、この本体４の開口部４１を塞ぐ蓋５が備えられ、本体４内に、導電性接着剤などを用いて水晶チップ３を水平にマウントした後、本体４の開口部４１を蓋５で塞ぐことにより、水晶振動子１が形成される。
【０００４】
この例では、本体４及び蓋５がいずれもセラミックスにより形成されている。本体４は、セラミックスにより形成するのが主流であるが、蓋５は、セラミックスに限らず、金属などの他の材料で形成される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は、排水や海水などの原水（原液）を濾過して、浄化された透過水（透過液）を得るために用いられる膜濾過装置に、上記のような水晶振動子を適用し、無線通信を行うことを考えた。例えば、耐圧容器内に膜エレメントを収容することにより形成された膜濾過装置の耐圧容器内に、当該耐圧容器内に充填される原水や透過水の性状を検知するためのセンサと、当該センサからの信号を耐圧容器の外部に無線で送信する無線通信装置とを設け、当該無線通信装置に水晶振動子を適用することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記のような膜濾過装置では、耐圧容器内に最大１０ＭＰａといった高い圧力で原水が充填されるため、水晶振動子の耐圧性が問題となる。すなわち、水晶振動子は、中空部材内に水晶チップを配置するための空間が形成されているため特に耐圧性が低く、水晶振動子の耐圧性を向上するための工夫が必要となる。
【０００８】
高圧環境下である耐圧容器内に水晶振動子を設けるという着想自体、一般的に考えられるものではないが、仮にそのような構成を採用する場合には、水晶振動子が実装された電子デバイス全体を耐圧性の高いケース内に収容する構成に想到するのが通常と考えられる。しかしながら、電子デバイス全体をケース内に収容することにより形成された部品は、比較的大型となり、その分大きな配置スペースを耐圧容器内に確保する必要がある。
【０００９】
上記のように電子デバイス全体をケース内に収容した部品を耐圧容器内に配置するために、膜エレメントを小型化したり、耐圧容器を大型化したりすることも考えられるが、膜エレメントや耐圧容器などの部材は、既にモジュール化され、システム全体としての造水コストを低減しているため、規格の変更によってシステム全体のコストを増大させることになり好ましくない。また、膜エレメントを小型化することに関しては、１本当たりの膜エレメントからの造水量が減少するため、生産性を考慮すると好ましくない。また、造水システムに多数用いられる上記電子デバイスをそれぞれケース内に収容すると、コストが高くなるといった問題もある。
【００１０】
以上のような課題は、膜濾過装置に限らず、水晶振動子を備えた電子デバイスを高圧環境下で使用する場合には、他の装置においても生じる課題である。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水晶振動子を備えた小型で耐圧性の高い電子デバイス及びこれを備えた膜濾過装置を提供することを目的とする。また、本発明は、水晶振動子を備えた低コストで耐圧性の高い電子デバイス及びこれを備えた膜濾過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】
【００１２】
本発明に係る電子デバイスとしては、少なくとも一部がセラミックスからなる中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成された水晶振動子と、前記水晶振動子を保持する回路基板とを備え、前記水晶振動子及び前記回路基板が樹脂により包埋された構成が挙げられる。
【００１３】
このような構成によれば、水晶振動子の中空部材の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子及び回路基板を樹脂により包埋するといった簡単な構成で、耐圧性を向上することができる。中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成された水晶振動子は、内部に空間が形成されているため特に耐圧性が低いが、本願発明者が行った実験結果によれば、上記のような構成を採用することにより耐圧性が大幅に向上することが分かった。
【００１４】
このように、水晶振動子の中空部材の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子及び回路基板を樹脂により包埋するといった構成により、耐圧性の高いケース内に電子デバイスを収容するような構成と比較して、小型かつ低コストで、耐圧性の高い電子デバイスを提供することができる。
【００１５】
本発明において、前記回路基板に保持され、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュールを備え、前記無線通信モジュールが樹脂により包埋されていることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、水晶振動子及び回路基板だけでなく、水晶振動子の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュールも樹脂で包埋することにより、無線通信を行うことができる耐圧性の高い電子デバイスを小型かつ低コストで提供することができる。
【００１７】
本発明において、前記中空部材には、前記回路基板に取り付けられ、開口部を有する中空状の本体と、当該本体の開口部を塞ぐ蓋とが備えられ、前記蓋がセラミックスにより形成されていることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、圧力の影響を比較的受けやすい蓋の部分がセラミックスにより形成され、その蓋の外側が樹脂で覆われることにより、耐圧性を効果的に向上することができる。
【００１９】
本発明において、前記樹脂は、ヤング率が０．３ＧＰａ以上であり、厚みが２ｍｍ以上になるように成形されていることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、ヤング率が０．３ＧＰａ以上の剛性が比較的高い樹脂を用いることにより、最低厚みを２ｍｍにまで抑えることができるので、より小型で耐圧性の高い電子デバイスを提供することができる。
【００２１】
本発明に係る膜濾過装置としては、濾過膜で原液を濾過することにより透過液を生成する膜エレメントと、前記膜エレメントを収容し、その内部に原液が充填される耐圧容器とを備え、前記電子デバイスが前記耐圧容器内に設けられた構成が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子デバイスの一例を示す概略側面図である。
【図２】図１の電子デバイスを備えた膜濾過装置の一例を示すブロック図である。
【図３】膜濾過装置の一例を示した概略断面図である。
【図４】図３の膜エレメントの内部構成の一部を示した斜視図である。
【図５】膜濾過装置の他の例を示した概略断面図である。
【図６】表面実装型の水晶振動子の一構成例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子デバイス１００の一例を示す概略側面図である。この電子デバイス１００は、水晶振動子１をタイミングデバイスとして備え、当該水晶振動子１を用いて無線通信を行う無線通信装置である。ただし、本発明は、無線通信装置に限らず、水晶振動子１を備えた各種電子デバイスに採用することができる。
【００２４】
図１に示した電子デバイス１００には、回路基板６が備えられており、当該回路基板６の実装面上に表面実装型の水晶振動子１が保持されている。回路基板６は、例えばガラスエポキシ基板からなる。水晶振動子１の発振周波数は、例えば８ＭＨｚ又は１６ＭＨｚなどであってもよい。また、発振周波数の異なる複数の水晶振動子１が回路基板６に保持された構成であってもよい。
【００２５】
水晶振動子１は、図６を用いて既に説明した通り、薄い箱状の中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成されている。中空部材２には、開口部４１を有する中空状の本体４と、この本体４の開口部４１を塞ぐ蓋５が備えられ、本体４が回路基板６の実装面に取り付けられている。本体４内に、導電性接着剤などを用いて水晶チップ３を水平にマウントした後、本体４の開口部４１を平板状の蓋５で塞ぐことにより、水晶振動子１が形成される。
【００２６】
中空部材２は、その少なくとも一部がセラミックスにより形成されており、この例では、本体４及び蓋５がいずれもセラミックスにより形成されたセラミックスパッケージである。ただし、中空部材２の一部に金属などの他の材料が用いられることにより、本体４又は蓋５のいずれか一方のみがセラミックスにより形成された構成であってもよい。
【００２７】
回路基板６には、水晶振動子１に対して電気的に接続され、水晶振動子１の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュール７が実装されている。具体的には、水晶振動子１の発振周波数をクロック周波数として、そのクロック周波数に応じた伝送速度でデータが無線で送信又は受信されるようになっている。この無線通信モジュール７により送受信される電波の周波数帯は、例えば１３．５６ＭＨｚ又は２．４ＧＨｚなどであってもよい。
【００２８】
回路基板６には、上記水晶振動子１及び無線通信モジュール７の他にも、図示しない抵抗、コンデンサ、インダクタ、演算素子（ＣＰＵ、ＭＰＵなど）、制御用マイコン、整流素子、アンテナ、メモリ、オペアンプ、信号変換素子（アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータなど）、イメージング素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）が実装され、互いに電気的に接続されている。
【００２９】
本実施形態では、回路基板６と、当該回路基板６に実装されている各種電気部品とが、樹脂８で一体的に包埋されることにより、電子デバイス１００の外表面が樹脂８により形成されている。これにより、水晶振動子１、回路基板６及び無線通信モジュール７は、いずれも樹脂８により包埋された状態となっている。ここで、「包埋」とは、対象物を密着して覆うことを意味しており、防水性が高い上、対象物との間に空間がないため、対象物との間に空間がある場合と比べて外部からの圧力に対する耐圧性が高い。
【００３０】
樹脂８の成形方法としては、例えば射出成形、押出成形、インサート成形、注型成形、真空注型成形などを挙げることができるが、これらの成形方法に限られるものではない。インサート成形などで使用される樹脂８としては、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ナイロン６（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリルサルフォン（ＰＡＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）などが挙げられる。注型成形で使用される樹脂８としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などが挙げられる。また、上記のような樹脂８にガラス繊維や炭素繊維、充填剤などの添加物を添加することにより、強度を向上させてもよい。
【００３１】
本実施形態では、水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂により包埋するといった簡単な構成で、耐圧性を向上することができる。中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成された水晶振動子１は、内部に空間が形成されているため特に耐圧性が低いが、本願発明者が行った実験結果によれば、上記のような構成を採用することにより耐圧性が大幅に向上することが分かった。以下、その実験結果を表１を用いて説明する。
【表１】
【００３２】
（実施例１）
回路基板６上に、表面実装型の水晶振動子１、周波数帯が２．４ＧＨｚの無線通信モジュール７、コンデンサ、抵抗、制御用マイコン、整流素子などを実装し、全体を樹脂８で包埋することにより電子デバイス１００を形成した。水晶振動子１の発振周波数は、８ＭＨｚとした。水晶振動子１の中空部材２は、蓋５も含めて全体をセラミックスにより形成した。樹脂８としては、ヤング率が０．４５ＭＰａのウレタン樹脂を用い、水晶振動子１の上面（蓋５の上面）からの厚みＤが７ｍｍとなるように成形した。
【００３３】
上記のようにして形成された電子デバイス１００を１０ＭＰａの水圧下に１００時間投入した後、その動作確認、及び、水晶振動子１単体の外形変化の観察を行った。その結果、表１に示すように、水晶振動子１に外形変化は確認されず、正常に無線通信を行うことができた。
【００３４】
（比較例１）
水晶振動子１の中空部材２の蓋５を金属で形成した以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。すなわち、実施例１と同様、樹脂８のヤング率は０．４５ＭＰａであり、水晶振動子１の上面からの厚みＤは７ｍｍである。この実験の結果、表１に示すように、蓋５の中央部には凹みが確認され、中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。
【００３５】
（比較例２）
樹脂８の厚みＤを２０ｍｍとした以外は、比較例１と同様の条件で実験を行った。すなわち、比較例１と同様、水晶振動子１の中空部材２の蓋５は金属製であり、樹脂８のヤング率は０．４５ＭＰａである。この実験の結果、表１に示すように、蓋５の中央部には凹みが確認され、中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。この比較例２と比較例１との比較から、樹脂８の厚みＤがある程度大きければ、それ以上大きくしても耐圧性は向上しないことが分かる。
【００３６】
（比較例３）
樹脂８をヤング率５ＧＰａのエポキシ樹脂とし、その厚みＤを６ｍｍとした以外は、比較例１と同様の条件で実験を行った。すなわち、比較例１と同様、水晶振動子１の中空部材２の蓋５は金属製である。この実験の結果、表１に示すように、中空部材２全体の厚みの減少が確認され、当該中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。
【００３７】
（比較例４）
樹脂８の厚みＤを２５ｍｍとした以外は、比較例３と同様の条件で実験を行った。すなわち、比較例３と同様、水晶振動子１の中空部材２の蓋５は金属製であり、樹脂８のヤング率は５ＧＰａである。この実験の結果、表１に示すように、目視では確認できないものの、中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。この比較例４と比較例３との比較からも、樹脂８の厚みＤがある程度大きければ、それ以上大きくしても耐圧性は向上しないことが分かる。
【００３８】
上記実施例１のように、水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部（この例では、蓋５）をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂８により包埋するといった構成により、耐圧性の高いケース内に電子デバイスを収容するような構成と比較して、小型かつ低コストで、耐圧性の高い電子デバイス１００を提供することができる。樹脂８は、２層以上積層された構成であってもよい。
【００３９】
特に、中空部材２の本体４における最も面積の大きい面には、より大きな圧力が作用するため、この面をセラミックスで形成することが好ましい。本実施形態のような表面実装型の水晶振動子１に例示されるように、中空部材２の本体４における最も面積の大きい面に開口部４１が形成され、その開口部４１が蓋５により覆われた構成では、当該蓋５の部分が圧力の影響を受けやすい。したがって、圧力の影響を比較的受けやすい蓋５の部分がセラミックスにより形成され、その蓋５の外側が樹脂８で覆われることにより、耐圧性を効果的に向上することができる。中空部材２の蓋５（中空部材２の本体４における最も面積の大きい面）の面積は、一般的に９０ｍｍ２以下（例えば、１２．８ｍｍ×７．０ｍｍなど）であり、このような面積範囲であれば、最大１０ＭＰａの圧力環境下においても、本実施形態のような構成を採用することにより耐圧性を良好に発揮することができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、水晶振動子１及び回路基板６だけでなく、水晶振動子１の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュール７も樹脂８で包埋することにより、無線通信を行うことができる耐圧性の高い電子デバイス１００を小型かつ低コストで提供することができる。
【００４１】
樹脂８は、ヤング率が０．３ＧＰａ以上であり、厚みＤが２ｍｍ以上になるように成形されていることが好ましい。このように、ヤング率が０．３ＧＰａ以上の剛性が比較的高い樹脂８を用いることにより、最低厚みＤを２ｍｍにまで抑えることができるので、より小型で耐圧性の高い電子デバイスを提供することができる。なお、樹脂８のヤング率は、２ＧＰａ以上であればより好ましく、３ＧＰａ以上であればさらに好ましい。
【００４２】
図２は、図１の電子デバイス１００を備えた膜濾過装置５０の一例を示すブロック図である。膜濾過装置５０には、上述のような水晶振動子１及び無線通信モジュール７を備えた電子デバイス１００の他に、１つ又は複数のセンサ９が設けられている。センサ９は、回路基板６に実装されていてもよいし、回路基板６とは別個に設けられていてもよい。
【００４３】
センサ９は、膜濾過装置５０内の液体の性状を検知するものであり、電導度センサ、流量センサ、圧力センサなどを例示することができる。ただし、液体の性状を検知するセンサ９であれば、その特性に応じて、公知の物理センサ、化学センサ、スマートセンサ（情報処理機能付きセンサ）などの各種センサを採用することができる。センサ９により検知される液体の性状としては、例えば流量、圧力、電導度、温度、汚染状況（イオン濃度など）を挙げることができる。
【００４４】
無線通信モジュール７は、外部通信装置３０１との間で無線通信を行うことができ、センサ９からの信号を外部通信装置３０１へ無線で送信することができる。したがって、センサ９により検知した液体の性状に関するデータを無線通信モジュール７から外部通信装置３０１へ送信することにより、膜濾過装置５０の外部で液体の性状を監視し、その監視結果に応じて膜濾過装置５０のメンテナンスを行うことができる。
【００４５】
以下では、上述の電子デバイス１００を備えた膜濾過装置５０の具体的構成について説明するが、膜エレメントを収容する耐圧容器内に電子デバイス１００が設けられたような構成であれば、以下に説明するような構成に限られるものではなく、他の各種構成を有する膜濾過装置に電子デバイス１００を適用することができる。
【００４６】
図３は、膜濾過装置５０の一例を示した概略断面図である。また、図４は、図３の膜エレメント１０の内部構成の一部を示した斜視図である。この膜濾過装置５０は、膜エレメント１０を耐圧容器４０内に一直線上に複数配置することにより構成されている。
【００４７】
耐圧容器４０は、ベッセルと呼ばれる樹脂製の筒体であり、例えばＦＲＰ(Fiberglass Reinforced Plastics)により形成される。この例では、耐圧容器４０は、円筒状に形成されている。
【００４８】
耐圧容器４０の一端部には、排水や海水などの原水（原液）が流入する原水流入口４８が形成されており、当該原水流入口４８から流入する原水が複数の膜エレメント１０で濾過されることにより、浄化された透過水（透過液）と、濾過後の原水である濃縮水（濃縮液）とが得られる。耐圧容器４０の他端部には、透過水が流出する透過水流出口４６と、濃縮水が流出する濃縮水流出口４４とが形成されている。
【００４９】
図４に示すように、膜エレメント１０は、濾過膜１２と供給側流路材１８と透過側流路材１４とが積層された状態で中心管２０の周囲にスパイラル状に巻回されることにより形成されたＲＯ(Reverse Osmosis：逆浸透)エレメントである。
【００５０】
樹脂製の網状部材からなる矩形形状の透過側流路材１４の両面には、同一の矩形形状からなる濾過膜１２が重ね合わせられ、その３辺が接着されることにより、１辺に開口部を有する袋状の膜部材１６が形成される。そして、この膜部材１６の開口部が中心管２０の外周面に取り付けられ、樹脂製の網状部材からなる供給側流路材１８とともに中心管２０の周囲に巻回されることにより、上記膜エレメント１０が形成される。上記濾過膜１２は、例えば不織布層上に多孔性支持体及びスキン層（緻密層）が順次に積層されることにより形成される。
【００５１】
上記のようにして形成された膜エレメント１０の一端側から原水を供給すると、原水スペーサとして機能する供給側流路材１８により形成された原水流路を介して、膜エレメント１０内を原水が通過する。その際、原水が濾過膜１２により濾過され、原水から濾過された透過水が、透過水スペーサとして機能する透過側流路材１４により形成された透過水流路内に浸透する。
【００５２】
その後、透過水流路内に浸透した透過水が、当該透過水流路を通って中心管２０側に流れ、中心管２０の外周面に形成された複数の通水孔（図示せず）から中心管２０内に導かれる。これにより、膜エレメント１０の他端側から、中心管２０を介して透過水が流出するとともに、供給側流路材１８により形成された原水流路を介して濃縮水が流出することとなる。
【００５３】
図３に示すように、耐圧容器４０内に収容されている複数の膜エレメント１０は、隣接する膜エレメント１０の中心管２０同士が管状のインターコネクタ（連結部）４２で連結されている。したがって、原水流入口４８から流入した原水は、当該原水流入口４８側の膜エレメント１０から順に原水流路内に流れ込み、各膜エレメント１０で原水から濾過された透過水が、インターコネクタ４２により接続された１本の中心管２０を介して透過水流出口４６から流出する。一方、各膜エレメント１０の原水流路を通過することにより透過水が濾過されて濃縮された濃縮水は、濃縮水流出口４４から流出する。
【００５４】
この図３の例では、膜エレメント１０の両端部に端部部材２００が設けられている。これらの端部部材２００は、巻回された膜部材１６の軸線方向の両端部に対向するように取り付けられている。これにより、各端部部材２００は、巻回された膜部材１６が軸線方向にずれることによってテレスコープ状になるのを防止するためのテレスコープ防止部材として機能する。
【００５５】
端部部材２００は、その外周面が膜エレメント１０の外周面に対応する形状を有しており、当該端部部材２００の外周面は、耐圧容器４０の内周面に近接して対向している。この例では、端部部材２００が各膜エレメント１０の両端部に、着脱可能に設けられており、当該端部部材２００に上述の電子デバイス１００が設けられている。
【００５６】
センサ９は、端部部材２００に設けられていてもよいし、中心管２０又は膜部材１６などの他の部材に設けられていてもよい。センサ９としては、耐圧容器４０内の透過水又は原水の性状を検知するセンサを設けることができ、透過水の電導度を検知する電導度センサ、透過水の流量を検知する流量センサ、原水の圧力を検知する圧力センサなどを例示することができる。
【００５７】
耐圧容器４０の外部における端部部材２００に対向する位置には、外部ユニット３００が設けられている。この外部ユニット３００には、上述の外部通信装置３０１が設けられており、端部部材２００に設けられている電子デバイス１００の無線通信モジュール７との間で無線通信を行うことができる。外部ユニット３００は、耐圧容器４０と一体的に形成されていてもよいし、耐圧容器４０とは別個に設けられていてもよい。
【００５８】
このような構成を有する膜濾過装置５０では、耐圧容器４０内に最大１０Ｍｐａという高い圧力で原水が充填されるため、水晶振動子１の耐圧性が問題になるとともに、電子デバイス１００の配置スペースとして耐圧容器４０内に大きなスペースを確保することが難しいという問題があるが、本実施形態のように耐圧性の高い小型の電子デバイス１００を用いることにより、それらの問題を解消することができる。
【００５９】
図５は、膜濾過装置５０の他の例を示した概略断面図である。この膜濾過装置５０は、図３に示した膜濾過装置５０と同様、膜エレメント１０を耐圧容器４０内に一直線上に複数配置することにより構成されている。膜エレメント１０の具体的構成は、図４を用いて説明した構成と同様である。
【００６０】
この図５の例では、膜エレメント１０とは別体である内部ユニット４００が設けられている。内部ユニット４００は、その外周面が膜エレメント１０の外周面に対応する形状を有しており、当該内部ユニット４００の外周面は、耐圧容器４０の内周面に近接して対向している。この例では、内部ユニット４００が、インターコネクタ４２に取り付けられており、当該内部ユニット４００に上述の電子デバイス１００が設けられている。インターコネクタ４２は、各膜エレメント１０の中心管２０に対して着脱可能であり、これにより、内部ユニット４００が着脱可能となっている。
【００６１】
センサ９は、内部ユニット４００に設けられていてもよいし、膜エレメント１０又はインターコネクタ４２などの他の部材に設けられていてもよい。センサ９としては、耐圧容器４０内の透過水又は原水の性状を検知するセンサを設けることができ、透過水の電導度を検知する電導度センサ、透過水の流量を検知する流量センサ、原水の圧力を検知する圧力センサなどを例示することができる。
【００６２】
耐圧容器４０の外部における内部ユニット４００に対向する位置には、外部ユニット５００が設けられている。この外部ユニット５００には、上述の外部通信装置３０１が設けられており、内部ユニット４００に設けられている電子デバイス１００の無線通信モジュール７との間で無線通信を行うことができる。外部ユニット５００は、耐圧容器４０と一体的に形成されていてもよいし、耐圧容器４０とは別個に設けられていてもよい。
【００６３】
このような構成を有する膜濾過装置５０においても、図３に示した膜濾過装置５０と同様に、耐圧容器４０内に最大１０Ｍｐａという高い圧力で原水が充填されるため、水晶振動子１の耐圧性が問題になるとともに、電子デバイス１００の配置スペースとして耐圧容器４０内に大きなスペースを確保することが難しいという問題があるが、本実施形態のように耐圧性の高い小型の電子デバイス１００を用いることにより、それらの問題を解消することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 水晶振動子
２ 中空部材
３ 水晶チップ
４ 本体
５ 蓋
６ 回路基板
７ 無線通信モジュール
８ 樹脂
９ センサ
１０ 膜エレメント
４０ 耐圧容器
５０ 膜濾過装置
１００ 電子デバイス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子を備えた電子デバイス及びこれを備えた膜濾過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水晶振動子を用いて無線通信を行う電子デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。この水晶振動子には、リード型や表面実装型のものがあり、それぞれ中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成されている。
【０００３】
図６は、表面実装型の水晶振動子１の一構成例を示した斜視図である。この水晶振動子１は、薄い箱状の中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成されている。中空部材２には、開口部４１を有する中空状の本体４と、この本体４の開口部４１を塞ぐ蓋５が備えられ、本体４内に、導電性接着剤などを用いて水晶チップ３を水平にマウントした後、本体４の開口部４１を蓋５で塞ぐことにより、水晶振動子１が形成される。
【０００４】
この例では、本体４及び蓋５がいずれもセラミックスにより形成されている。本体４は、セラミックスにより形成するのが主流であるが、蓋５は、セラミックスに限らず、金属などの他の材料で形成される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は、排水や海水などの原水（原液）を濾過して、浄化された透過水（透過液）を得るために用いられる膜濾過装置に、上記のような水晶振動子を適用し、無線通信を行うことを考えた。例えば、耐圧容器内に膜エレメントを収容することにより形成された膜濾過装置の耐圧容器内に、当該耐圧容器内に充填される原水や透過水の性状を検知するためのセンサと、当該センサからの信号を耐圧容器の外部に無線で送信する無線通信装置とを設け、当該無線通信装置に水晶振動子を適用することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記のような膜濾過装置では、耐圧容器内に最大１０ＭＰａといった高い圧力で原水が充填されるため、水晶振動子の耐圧性が問題となる。すなわち、水晶振動子は、中空部材内に水晶チップを配置するための空間が形成されているため特に耐圧性が低く、水晶振動子の耐圧性を向上するための工夫が必要となる。
【０００８】
高圧環境下である耐圧容器内に水晶振動子を設けるという着想自体、一般的に考えられるものではないが、仮にそのような構成を採用する場合には、水晶振動子が実装された電子デバイス全体を耐圧性の高いケース内に収容する構成に想到するのが通常と考えられる。しかしながら、電子デバイス全体をケース内に収容することにより形成された部品は、比較的大型となり、その分大きな配置スペースを耐圧容器内に確保する必要がある。
【０００９】
上記のように電子デバイス全体をケース内に収容した部品を耐圧容器内に配置するために、膜エレメントを小型化したり、耐圧容器を大型化したりすることも考えられるが、膜エレメントや耐圧容器などの部材は、既にモジュール化され、システム全体としての造水コストを低減しているため、規格の変更によってシステム全体のコストを増大させることになり好ましくない。また、膜エレメントを小型化することに関しては、１本当たりの膜エレメントからの造水量が減少するため、生産性を考慮すると好ましくない。また、造水システムに多数用いられる上記電子デバイスをそれぞれケース内に収容すると、コストが高くなるといった問題もある。
【００１０】
以上のような課題は、膜濾過装置に限らず、水晶振動子を備えた電子デバイスを高圧環境下で使用する場合には、他の装置においても生じる課題である。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水晶振動子を備えた小型で耐圧性の高い電子デバイス及びこれを備えた膜濾過装置を提供することを目的とする。また、本発明は、水晶振動子を備えた低コストで耐圧性の高い電子デバイス及びこれを備えた膜濾過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】
【００１２】
本発明に係る電子デバイスとしては、少なくとも一部がセラミックスからなる中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成された水晶振動子と、前記水晶振動子を保持する回路基板とを備え、前記水晶振動子及び前記回路基板が樹脂により包埋された構成が挙げられる。
【００１３】
このような構成によれば、水晶振動子の中空部材の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子及び回路基板を樹脂により包埋するといった簡単な構成で、耐圧性を向上することができる。中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成された水晶振動子は、内部に空間が形成されているため特に耐圧性が低いが、本願発明者が行った実験結果によれば、上記のような構成を採用することにより耐圧性が大幅に向上することが分かった。
【００１４】
このように、水晶振動子の中空部材の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子及び回路基板を樹脂により包埋するといった構成により、耐圧性の高いケース内に電子デバイスを収容するような構成と比較して、小型かつ低コストで、耐圧性の高い電子デバイスを提供することができる。
【００１５】
本発明において、前記回路基板に保持され、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュールを備え、前記無線通信モジュールが樹脂により包埋されていることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、水晶振動子及び回路基板だけでなく、水晶振動子の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュールも樹脂で包埋することにより、無線通信を行うことができる耐圧性の高い電子デバイスを小型かつ低コストで提供することができる。
【００１７】
本発明において、前記中空部材には、前記回路基板に取り付けられ、開口部を有する中空状の本体と、当該本体の開口部を塞ぐ蓋とが備えられ、前記蓋がセラミックスにより形成されていることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、圧力の影響を比較的受けやすい蓋の部分がセラミックスにより形成され、その蓋の外側が樹脂で覆われることにより、耐圧性を効果的に向上することができる。
【００１９】
本発明において、前記樹脂は、ヤング率が０．３ＧＰａ以上であり、厚みが２ｍｍ以上になるように成形されていることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、ヤング率が０．３ＧＰａ以上の剛性が比較的高い樹脂を用いることにより、最低厚みを２ｍｍにまで抑えることができるので、より小型で耐圧性の高い電子デバイスを提供することができる。
【００２１】
本発明に係る膜濾過装置としては、濾過膜で原液を濾過することにより透過液を生成する膜エレメントと、前記膜エレメントを収容し、その内部に原液が充填される耐圧容器とを備え、前記電子デバイスが前記耐圧容器内に設けられた構成が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子デバイスの一例を示す概略側面図である。
【図２】図１の電子デバイスを備えた膜濾過装置の一例を示すブロック図である。
【図３】膜濾過装置の一例を示した概略断面図である。
【図４】図３の膜エレメントの内部構成の一部を示した斜視図である。
【図５】膜濾過装置の他の例を示した概略断面図である。
【図６】表面実装型の水晶振動子の一構成例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子デバイス１００の一例を示す概略側面図である。この電子デバイス１００は、水晶振動子１をタイミングデバイスとして備え、当該水晶振動子１を用いて無線通信を行う無線通信装置である。ただし、本発明は、無線通信装置に限らず、水晶振動子１を備えた各種電子デバイスに採用することができる。
【００２４】
図１に示した電子デバイス１００には、回路基板６が備えられており、当該回路基板６の実装面上に表面実装型の水晶振動子１が保持されている。回路基板６は、例えばガラスエポキシ基板からなる。水晶振動子１の発振周波数は、例えば８ＭＨｚ又は１６ＭＨｚなどであってもよい。また、発振周波数の異なる複数の水晶振動子１が回路基板６に保持された構成であってもよい。
【００２５】
水晶振動子１は、図６を用いて既に説明した通り、薄い箱状の中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成されている。中空部材２には、開口部４１を有する中空状の本体４と、この本体４の開口部４１を塞ぐ蓋５が備えられ、本体４が回路基板６の実装面に取り付けられている。本体４内に、導電性接着剤などを用いて水晶チップ３を水平にマウントした後、本体４の開口部４１を平板状の蓋５で塞ぐことにより、水晶振動子１が形成される。
【００２６】
中空部材２は、その少なくとも一部がセラミックスにより形成されており、この例では、本体４及び蓋５がいずれもセラミックスにより形成されたセラミックスパッケージである。ただし、中空部材２の一部に金属などの他の材料が用いられることにより、本体４又は蓋５のいずれか一方のみがセラミックスにより形成された構成であってもよい。
【００２７】
回路基板６には、水晶振動子１に対して電気的に接続され、水晶振動子１の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュール７が実装されている。具体的には、水晶振動子１の発振周波数をクロック周波数として、そのクロック周波数に応じた伝送速度でデータが無線で送信又は受信されるようになっている。この無線通信モジュール７により送受信される電波の周波数帯は、例えば１３．５６ＭＨｚ又は２．４ＧＨｚなどであってもよい。
【００２８】
回路基板６には、上記水晶振動子１及び無線通信モジュール７の他にも、図示しない抵抗、コンデンサ、インダクタ、演算素子（ＣＰＵ、ＭＰＵなど）、制御用マイコン、整流素子、アンテナ、メモリ、オペアンプ、信号変換素子（アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータなど）、イメージング素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）が実装され、互いに電気的に接続されている。
【００２９】
本実施形態では、回路基板６と、当該回路基板６に実装されている各種電気部品とが、樹脂８で一体的に包埋されることにより、電子デバイス１００の外表面が樹脂８により形成されている。これにより、水晶振動子１、回路基板６及び無線通信モジュール７は、いずれも樹脂８により包埋された状態となっている。ここで、「包埋」とは、対象物を密着して覆うことを意味しており、防水性が高い上、対象物との間に空間がないため、対象物との間に空間がある場合と比べて外部からの圧力に対する耐圧性が高い。
【００３０】
樹脂８の成形方法としては、例えば射出成形、押出成形、インサート成形、注型成形、真空注型成形などを挙げることができるが、これらの成形方法に限られるものではない。インサート成形などで使用される樹脂８としては、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ナイロン６（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリルサルフォン（ＰＡＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）などが挙げられる。注型成形で使用される樹脂８としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などが挙げられる。また、上記のような樹脂８にガラス繊維や炭素繊維、充填剤などの添加物を添加することにより、強度を向上させてもよい。
【００３１】
本実施形態では、水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂により包埋するといった簡単な構成で、耐圧性を向上することができる。中空部材２内に水晶チップ３が配置されることにより形成された水晶振動子１は、内部に空間が形成されているため特に耐圧性が低いが、本願発明者が行った実験結果によれば、上記のような構成を採用することにより耐圧性が大幅に向上することが分かった。以下、その実験結果を表１を用いて説明する。
【表１】
【００３２】
（実施例１）
回路基板６上に、表面実装型の水晶振動子１、周波数帯が２．４ＧＨｚの無線通信モジュール７、コンデンサ、抵抗、制御用マイコン、整流素子などを実装し、全体を樹脂８で包埋することにより電子デバイス１００を形成した。水晶振動子１の発振周波数は、８ＭＨｚとした。水晶振動子１の中空部材２は、蓋５も含めて全体をセラミックスにより形成した。樹脂８としては、ヤング率が０．４５ＭＰａのウレタン樹脂を用い、水晶振動子１の上面（蓋５の上面）からの厚みＤが７ｍｍとなるように成形した。
【００３３】
上記のようにして形成された電子デバイス１００を１０ＭＰａの水圧下に１００時間投入した後、その動作確認、及び、水晶振動子１単体の外形変化の観察を行った。その結果、表１に示すように、水晶振動子１に外形変化は確認されず、正常に無線通信を行うことができた。
【００３４】
（比較例１）
水晶振動子１の中空部材２の蓋５を金属で形成した以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。すなわち、実施例１と同様、樹脂８のヤング率は０．４５ＭＰａであり、水晶振動子１の上面からの厚みＤは７ｍｍである。この実験の結果、表１に示すように、蓋５の中央部には凹みが確認され、中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。
【００３５】
（比較例２）
樹脂８の厚みＤを２０ｍｍとした以外は、比較例１と同様の条件で実験を行った。すなわち、比較例１と同様、水晶振動子１の中空部材２の蓋５は金属製であり、樹脂８のヤング率は０．４５ＭＰａである。この実験の結果、表１に示すように、蓋５の中央部には凹みが確認され、中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。この比較例２と比較例１との比較から、樹脂８の厚みＤがある程度大きければ、それ以上大きくしても耐圧性は向上しないことが分かる。
【００３６】
（比較例３）
樹脂８をヤング率５ＧＰａのエポキシ樹脂とし、その厚みＤを６ｍｍとした以外は、比較例１と同様の条件で実験を行った。すなわち、比較例１と同様、水晶振動子１の中空部材２の蓋５は金属製である。この実験の結果、表１に示すように、中空部材２全体の厚みの減少が確認され、当該中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。
【００３７】
（比較例４）
樹脂８の厚みＤを２５ｍｍとした以外は、比較例３と同様の条件で実験を行った。すなわち、比較例３と同様、水晶振動子１の中空部材２の蓋５は金属製であり、樹脂８のヤング率は５ＧＰａである。この実験の結果、表１に示すように、目視では確認できないものの、中空部材２の厚みが０．２ｍｍ程度減少した。また、動作確認の結果、正常に無線通信を行うことはできなかった。この比較例４と比較例３との比較からも、樹脂８の厚みＤがある程度大きければ、それ以上大きくしても耐圧性は向上しないことが分かる。
【００３８】
上記実施例１のように、水晶振動子１の中空部材２の少なくとも一部（この例では、蓋５）をセラミックスで形成するとともに、水晶振動子１及び回路基板６を樹脂８により包埋するといった構成により、耐圧性の高いケース内に電子デバイスを収容するような構成と比較して、小型かつ低コストで、耐圧性の高い電子デバイス１００を提供することができる。樹脂８は、２層以上積層された構成であってもよい。
【００３９】
特に、中空部材２の本体４における最も面積の大きい面には、より大きな圧力が作用するため、この面をセラミックスで形成することが好ましい。本実施形態のような表面実装型の水晶振動子１に例示されるように、中空部材２の本体４における最も面積の大きい面に開口部４１が形成され、その開口部４１が蓋５により覆われた構成では、当該蓋５の部分が圧力の影響を受けやすい。したがって、圧力の影響を比較的受けやすい蓋５の部分がセラミックスにより形成され、その蓋５の外側が樹脂８で覆われることにより、耐圧性を効果的に向上することができる。中空部材２の蓋５（中空部材２の本体４における最も面積の大きい面）の面積は、一般的に９０ｍｍ２以下（例えば、１２．８ｍｍ×７．０ｍｍなど）であり、このような面積範囲であれば、最大１０ＭＰａの圧力環境下においても、本実施形態のような構成を採用することにより耐圧性を良好に発揮することができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、水晶振動子１及び回路基板６だけでなく、水晶振動子１の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュール７も樹脂８で包埋することにより、無線通信を行うことができる耐圧性の高い電子デバイス１００を小型かつ低コストで提供することができる。
【００４１】
樹脂８は、ヤング率が０．３ＧＰａ以上であり、厚みＤが２ｍｍ以上になるように成形されていることが好ましい。このように、ヤング率が０．３ＧＰａ以上の剛性が比較的高い樹脂８を用いることにより、最低厚みＤを２ｍｍにまで抑えることができるので、より小型で耐圧性の高い電子デバイスを提供することができる。なお、樹脂８のヤング率は、２ＧＰａ以上であればより好ましく、３ＧＰａ以上であればさらに好ましい。
【００４２】
図２は、図１の電子デバイス１００を備えた膜濾過装置５０の一例を示すブロック図である。膜濾過装置５０には、上述のような水晶振動子１及び無線通信モジュール７を備えた電子デバイス１００の他に、１つ又は複数のセンサ９が設けられている。センサ９は、回路基板６に実装されていてもよいし、回路基板６とは別個に設けられていてもよい。
【００４３】
センサ９は、膜濾過装置５０内の液体の性状を検知するものであり、電導度センサ、流量センサ、圧力センサなどを例示することができる。ただし、液体の性状を検知するセンサ９であれば、その特性に応じて、公知の物理センサ、化学センサ、スマートセンサ（情報処理機能付きセンサ）などの各種センサを採用することができる。センサ９により検知される液体の性状としては、例えば流量、圧力、電導度、温度、汚染状況（イオン濃度など）を挙げることができる。
【００４４】
無線通信モジュール７は、外部通信装置３０１との間で無線通信を行うことができ、センサ９からの信号を外部通信装置３０１へ無線で送信することができる。したがって、センサ９により検知した液体の性状に関するデータを無線通信モジュール７から外部通信装置３０１へ送信することにより、膜濾過装置５０の外部で液体の性状を監視し、その監視結果に応じて膜濾過装置５０のメンテナンスを行うことができる。
【００４５】
以下では、上述の電子デバイス１００を備えた膜濾過装置５０の具体的構成について説明するが、膜エレメントを収容する耐圧容器内に電子デバイス１００が設けられたような構成であれば、以下に説明するような構成に限られるものではなく、他の各種構成を有する膜濾過装置に電子デバイス１００を適用することができる。
【００４６】
図３は、膜濾過装置５０の一例を示した概略断面図である。また、図４は、図３の膜エレメント１０の内部構成の一部を示した斜視図である。この膜濾過装置５０は、膜エレメント１０を耐圧容器４０内に一直線上に複数配置することにより構成されている。
【００４７】
耐圧容器４０は、ベッセルと呼ばれる樹脂製の筒体であり、例えばＦＲＰ(Fiberglass Reinforced Plastics)により形成される。この例では、耐圧容器４０は、円筒状に形成されている。
【００４８】
耐圧容器４０の一端部には、排水や海水などの原水（原液）が流入する原水流入口４８が形成されており、当該原水流入口４８から流入する原水が複数の膜エレメント１０で濾過されることにより、浄化された透過水（透過液）と、濾過後の原水である濃縮水（濃縮液）とが得られる。耐圧容器４０の他端部には、透過水が流出する透過水流出口４６と、濃縮水が流出する濃縮水流出口４４とが形成されている。
【００４９】
図４に示すように、膜エレメント１０は、濾過膜１２と供給側流路材１８と透過側流路材１４とが積層された状態で中心管２０の周囲にスパイラル状に巻回されることにより形成されたＲＯ(Reverse Osmosis：逆浸透)エレメントである。
【００５０】
樹脂製の網状部材からなる矩形形状の透過側流路材１４の両面には、同一の矩形形状からなる濾過膜１２が重ね合わせられ、その３辺が接着されることにより、１辺に開口部を有する袋状の膜部材１６が形成される。そして、この膜部材１６の開口部が中心管２０の外周面に取り付けられ、樹脂製の網状部材からなる供給側流路材１８とともに中心管２０の周囲に巻回されることにより、上記膜エレメント１０が形成される。上記濾過膜１２は、例えば不織布層上に多孔性支持体及びスキン層（緻密層）が順次に積層されることにより形成される。
【００５１】
上記のようにして形成された膜エレメント１０の一端側から原水を供給すると、原水スペーサとして機能する供給側流路材１８により形成された原水流路を介して、膜エレメント１０内を原水が通過する。その際、原水が濾過膜１２により濾過され、原水から濾過された透過水が、透過水スペーサとして機能する透過側流路材１４により形成された透過水流路内に浸透する。
【００５２】
その後、透過水流路内に浸透した透過水が、当該透過水流路を通って中心管２０側に流れ、中心管２０の外周面に形成された複数の通水孔（図示せず）から中心管２０内に導かれる。これにより、膜エレメント１０の他端側から、中心管２０を介して透過水が流出するとともに、供給側流路材１８により形成された原水流路を介して濃縮水が流出することとなる。
【００５３】
図３に示すように、耐圧容器４０内に収容されている複数の膜エレメント１０は、隣接する膜エレメント１０の中心管２０同士が管状のインターコネクタ（連結部）４２で連結されている。したがって、原水流入口４８から流入した原水は、当該原水流入口４８側の膜エレメント１０から順に原水流路内に流れ込み、各膜エレメント１０で原水から濾過された透過水が、インターコネクタ４２により接続された１本の中心管２０を介して透過水流出口４６から流出する。一方、各膜エレメント１０の原水流路を通過することにより透過水が濾過されて濃縮された濃縮水は、濃縮水流出口４４から流出する。
【００５４】
この図３の例では、膜エレメント１０の両端部に端部部材２００が設けられている。これらの端部部材２００は、巻回された膜部材１６の軸線方向の両端部に対向するように取り付けられている。これにより、各端部部材２００は、巻回された膜部材１６が軸線方向にずれることによってテレスコープ状になるのを防止するためのテレスコープ防止部材として機能する。
【００５５】
端部部材２００は、その外周面が膜エレメント１０の外周面に対応する形状を有しており、当該端部部材２００の外周面は、耐圧容器４０の内周面に近接して対向している。この例では、端部部材２００が各膜エレメント１０の両端部に、着脱可能に設けられており、当該端部部材２００に上述の電子デバイス１００が設けられている。
【００５６】
センサ９は、端部部材２００に設けられていてもよいし、中心管２０又は膜部材１６などの他の部材に設けられていてもよい。センサ９としては、耐圧容器４０内の透過水又は原水の性状を検知するセンサを設けることができ、透過水の電導度を検知する電導度センサ、透過水の流量を検知する流量センサ、原水の圧力を検知する圧力センサなどを例示することができる。
【００５７】
耐圧容器４０の外部における端部部材２００に対向する位置には、外部ユニット３００が設けられている。この外部ユニット３００には、上述の外部通信装置３０１が設けられており、端部部材２００に設けられている電子デバイス１００の無線通信モジュール７との間で無線通信を行うことができる。外部ユニット３００は、耐圧容器４０と一体的に形成されていてもよいし、耐圧容器４０とは別個に設けられていてもよい。
【００５８】
このような構成を有する膜濾過装置５０では、耐圧容器４０内に最大１０Ｍｐａという高い圧力で原水が充填されるため、水晶振動子１の耐圧性が問題になるとともに、電子デバイス１００の配置スペースとして耐圧容器４０内に大きなスペースを確保することが難しいという問題があるが、本実施形態のように耐圧性の高い小型の電子デバイス１００を用いることにより、それらの問題を解消することができる。
【００５９】
図５は、膜濾過装置５０の他の例を示した概略断面図である。この膜濾過装置５０は、図３に示した膜濾過装置５０と同様、膜エレメント１０を耐圧容器４０内に一直線上に複数配置することにより構成されている。膜エレメント１０の具体的構成は、図４を用いて説明した構成と同様である。
【００６０】
この図５の例では、膜エレメント１０とは別体である内部ユニット４００が設けられている。内部ユニット４００は、その外周面が膜エレメント１０の外周面に対応する形状を有しており、当該内部ユニット４００の外周面は、耐圧容器４０の内周面に近接して対向している。この例では、内部ユニット４００が、インターコネクタ４２に取り付けられており、当該内部ユニット４００に上述の電子デバイス１００が設けられている。インターコネクタ４２は、各膜エレメント１０の中心管２０に対して着脱可能であり、これにより、内部ユニット４００が着脱可能となっている。
【００６１】
センサ９は、内部ユニット４００に設けられていてもよいし、膜エレメント１０又はインターコネクタ４２などの他の部材に設けられていてもよい。センサ９としては、耐圧容器４０内の透過水又は原水の性状を検知するセンサを設けることができ、透過水の電導度を検知する電導度センサ、透過水の流量を検知する流量センサ、原水の圧力を検知する圧力センサなどを例示することができる。
【００６２】
耐圧容器４０の外部における内部ユニット４００に対向する位置には、外部ユニット５００が設けられている。この外部ユニット５００には、上述の外部通信装置３０１が設けられており、内部ユニット４００に設けられている電子デバイス１００の無線通信モジュール７との間で無線通信を行うことができる。外部ユニット５００は、耐圧容器４０と一体的に形成されていてもよいし、耐圧容器４０とは別個に設けられていてもよい。
【００６３】
このような構成を有する膜濾過装置５０においても、図３に示した膜濾過装置５０と同様に、耐圧容器４０内に最大１０Ｍｐａという高い圧力で原水が充填されるため、水晶振動子１の耐圧性が問題になるとともに、電子デバイス１００の配置スペースとして耐圧容器４０内に大きなスペースを確保することが難しいという問題があるが、本実施形態のように耐圧性の高い小型の電子デバイス１００を用いることにより、それらの問題を解消することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 水晶振動子
２ 中空部材
３ 水晶チップ
４ 本体
５ 蓋
６ 回路基板
７ 無線通信モジュール
８ 樹脂
９ センサ
１０ 膜エレメント
４０ 耐圧容器
５０ 膜濾過装置
１００ 電子デバイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部がセラミックスからなる中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成された水晶振動子と、
前記水晶振動子を保持する回路基板とを備え、
前記水晶振動子及び前記回路基板が樹脂により包埋されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記回路基板に保持され、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュールを備え、
前記無線通信モジュールが樹脂により包埋されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記中空部材には、前記回路基板に取り付けられ、開口部を有する中空状の本体と、当該本体の開口部を塞ぐ蓋とが備えられ、
前記蓋がセラミックスにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記樹脂は、ヤング率が０．３ＧＰａ以上であり、厚みが２ｍｍ以上になるように成形されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
濾過膜で原液を濾過することにより透過液を生成する膜エレメントと、
前記膜エレメントを収容し、その内部に原液が充填される耐圧容器とを備え、
請求項１〜４のいずれかに記載の電子デバイスが前記耐圧容器内に設けられたことを特徴とする膜濾過装置。
【請求項１】
少なくとも一部がセラミックスからなる中空部材内に水晶チップが配置されることにより形成された水晶振動子と、
前記水晶振動子を保持する回路基板とを備え、
前記水晶振動子及び前記回路基板が樹脂により包埋されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記回路基板に保持され、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて無線通信を行う無線通信モジュールを備え、
前記無線通信モジュールが樹脂により包埋されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記中空部材には、前記回路基板に取り付けられ、開口部を有する中空状の本体と、当該本体の開口部を塞ぐ蓋とが備えられ、
前記蓋がセラミックスにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記樹脂は、ヤング率が０．３ＧＰａ以上であり、厚みが２ｍｍ以上になるように成形されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
濾過膜で原液を濾過することにより透過液を生成する膜エレメントと、
前記膜エレメントを収容し、その内部に原液が充填される耐圧容器とを備え、
請求項１〜４のいずれかに記載の電子デバイスが前記耐圧容器内に設けられたことを特徴とする膜濾過装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−４９８７８（Ｐ２０１１−４９８７８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９７１６５（Ｐ２００９−１９７１６５）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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