JP2007275796A - 静電霧化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高電圧印加板を確実に位置決めした状態で保持できて、高電圧印加板と放電電極を確実に接触でき、しかもペルチェモジュールの冷却部の熱が外部に漏れ出すことを防止できて、ペルチェモジュールの冷却効率を向上できる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】一端が開口した有底筒状の収納筒体18内にペルチェモジュール1を収納し、ペルチェモジュールの冷却部2を収納筒体の底部18aの内面に当接し、放電電極4を収納筒体の底部に形成した電極挿通孔22から外部に突出してその放電部4aを収納筒体の外部に配置し、保持孔14aを形成した高電圧印加板14を収納筒体の底部上に配置して、高電圧印加板の保持孔で放電電極の突出基部を保持して高電圧印加板と放電電極とを電気的に接続し、高電圧印加板の一部を収納筒体から突出した支持部31で支持して、高電圧印加板と収納筒体の底部との間に断熱用の隙間32を形成する。
【選択図】図1

Description

本発明は静電霧化現象により帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置に関するものである。
例えば特許文献1には従来の静電霧化装置が開示されている。この種の静電霧化装置は図4に示すように、放電電極4と、放電電極4に対向して位置する対向電極13と、放電電極4に水を供給する供給手段とを備え、放電電極4と対向電極13との間に高電圧を印加することで放電電極4の表面に保持される水を霧化させ、該放電電極4の放電部4aで粒子径がナノメートルサイズで強いマイナスの電荷を持つ帯電微粒子水を発生させる。この帯電微粒子水の粒径は3〜数十nm程度であって、人体の角質細胞の大きさである70nmよりも小さな粒径であるため、この帯電微粒子水の暴露により角質層表面の奥までも水分が十分に補給されて、高い保湿効果が得られるようになっている。また、脱臭効果や毛髪の保湿効果等の他の効果も得られるようになっているので、多様な商品に備えることで多様な効果が得られるものである。
このものは上記水の供給手段として霧化させる水を自動的に生成するペルチェモジュール1を備えている。ペルチェモジュール1は回路部分9を冷却部2及び放熱部3で挟持してなり、電圧を印加することで冷却部2を冷却すると共に放熱部3から放熱できるようになっている。そしてこの冷却部2を放電電極4に接続することで、放電電極4を冷却して空気中の水分を基に放電電極4の表面に結露水を生成し、この結露水を放電電極4で霧化される水として利用する。
またペルチェモジュール1の回路部分9は水や湿気により短絡する恐れがあるため、水や湿気が浸入しない密閉空間Sに収納する必要がある。図4では一端が開口した有底筒状の収納筒体18内に前記ペルチェモジュール1を収納し、該ペルチェモジュール1の冷却部2の回路部分9とは反対側の面を冷却側封止用樹脂24を介して収納筒体18の底部18aの内面に当接し、放電電極4を収納筒体18の底部18aに形成した電極挿通孔22から外部に突出してその放電部4aを収納筒体18の外部に配置し、これにより収納筒体18内の密閉空間Sにペルチェモジュール1の回路部分9を収納している。
ところで上記図4に示す静電霧化装置にあっては、放電電極4及び対向電極13間に高電圧を印加する高電圧印加板14に保持孔14aを形成し、該保持孔14aに収納筒体18から突出した放電電極4の突出基部を保持することで放電電極4を高電圧印加板14に電気的に接続している。そしてこの高電圧印加板14は収納筒体18の底部18a上に確実に位置決めされた状態で保持して高電圧印加板14と保持孔14aに挿通した放電電極4とを確実に接触させるために、収納筒体18の底部18a上にぴったりと面で接触した状態で支持している。しかしこの場合、高電圧印加板14と収納筒体18の接触面積が大きくなって、ペルチェモジュール1の冷却部2の熱が収納筒体18の底部18aから高電圧印加板14を介して外部に漏れ出し、ペルチェモジュール1の冷却効率が低下してしまうという問題が生じる。
特開2006−826号公報
本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、高電圧印加板を確実に位置決めした状態で保持できて、高電圧印加板と放電電極を確実に接触でき、しかもペルチェモジュールの冷却部の熱が外部に漏れ出すことを防止できて、ペルチェモジュールの冷却効率を向上できる静電霧化装置を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明に係る静電霧化装置は、熱電素子7を備えた回路部分9を冷却部2及び放熱部3で挟み込んでなるペルチェモジュール1と、ペルチェモジュール1の冷却部2上に立設した放電電極4を具備し、冷却部2により放電電極4を冷却することで空気中の水分を基に放電電極4の表面に結露水を生成し、該放電電極4に高電圧を印加することで前記結露水を放電電極4の放電部4aで霧化させる静電霧化装置において、一端が開口した有底筒状の収納筒体18内に前記ペルチェモジュール1を収納し、該ペルチェモジュール1の冷却部2を収納筒体18の底部18aの内面に当接し、放電電極4を収納筒体18の底部18aに形成した電極挿通孔22から外部に突出してその放電部4aを収納筒体18の外部に配置し、保持孔14aを形成した高電圧印加板14を収納筒体18の底部18a上に配置して、該高電圧印加板14の保持孔14aで前記収納筒体18から外部に突出した放電電極4の突出基部を保持して高電圧印加板14と放電電極4とを電気的に接続し、該高電圧印加板14の一部を収納筒体18から突出した支持部31で支持して、高電圧印加板14と収納筒体18の底部18aとの間に断熱用の隙間32を形成して成ることを特徴とする。
上記のようにペルチェモジュール1の冷却部2を収納筒体18の底部18aの内面に当接することで、電極挿通孔22から水や湿気等がペルチェモジュール1を収納した収納筒体18内に侵入することを防止できる。また高電圧印加板14を収納筒体18から突出した支持部31で点状に支持し、高電圧印加板14と収納筒体18との間に断熱用の隙間32を形成したことで、高電圧印加板14を収納筒体18の底部18a上に確実に位置決めした状態で保持でき、高電圧印加板14と放電電極4を確実に接触させることができる。また高電圧印加板14と収納筒体18との接触面積を小さくして収納筒体18から高電圧印加板14を介して熱が漏れることを防止できる。
また請求項2は請求項1において、前記支持部31は、収納筒体18の底部18aから突出した突起31aからなり、該突起31a上に高電圧印加板14を載置して成ることを特徴とする。高電圧印加板14を所定位置に配置する際の当たりとして突起31aを利用でき、高電圧印加板14を所定の位置に確実に配置できる。また高電圧印加板14の保持孔14aに近い位置を支持できて、高電圧印加板14と放電電極4とをより確実に接触させることができる。
また請求項3は請求項1において、前記支持部31は、収納筒体18の底部18aの外周部から突出して収納筒体18の底部18aの中央部を囲む囲み部19からなり、該囲み部19に高電圧印加板14を部分的に埋設して支持して成ることを特徴とする。囲み部19を収納筒体18の底部18a上の水が収納筒体18の外側に流れ出ることを防止する堰として利用でき、またこの囲み部19で支持部31を構成することで、収納筒体18に高電圧印加板14を点状に支持する部分を別途形成する必要がなくて、コストを削減できる。
また請求項4は請求項1において、前記有底筒状の収納筒体18の開口18c側の端部に外方に向けて突出するフランジ部12を周設し、該フランジ部12を放熱部3に固着し、前記支持部31はフランジ部12から突出した突部31bからなり、該突部31b上に高電圧印加板14を載置して成ることを特徴とする。高電圧印加板14を所定位置に配置する際の当たりとして突部31bを利用でき、高電圧印加板14を所定の位置に確実に配置できる。
本発明では、ペルチェモジュールの冷却部を収納筒体の底部の内面に当接することで、電極挿通孔から水や湿気がペルチェモジュールを収納した収納筒体内に侵入することを防止でき、ペルチェモジュールの回路部分における短絡を防止できる。また高電圧印加板を収納筒体から突出した支持部で点状に支持し、高電圧印加板と収納筒体との間に断熱用の隙間を形成したことで、高電圧印加板を収納筒体の底部上に確実に位置決めした状態で保持でき、高電圧印加板と放電電極を確実に接触させることができる。また高電圧印加板と収納筒体との接触面積を小さくして収納筒体から高電圧印加板を介して熱が漏れることを防止でき、これによりペルチェモジュールの冷却効率を向上できる。
以下、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に示す本例の静電霧化装置は、熱電素子7を備えた回路部分9を冷却部2と放熱部3とで挟持して成るペルチェモジュール1を用いたもので、冷却部2上に放電電極4を立設して冷却自在としている。
ペルチェモジュール1は、絶縁性で且つ熱伝導率の高い材料(例えばアルミナや窒化アルミニウム)から成り片面側に電気回路6を形成してある一対の平板状の回路基板5を、互いの電気回路6側が向い合うように対向させ、少なくとも1対(例えば8対)列設してあるBiTe系の熱電素子7を両回路基板5間で挟持すると共に、隣接する熱電素子7同士が両側の電気回路6で電気的に接続されるように半田付けし、ペルチェ入力回路線8を介して為される熱電素子7への通電によって一方の回路基板5(これが冷却側の回路基板5aとなる)から他方の回路基板5(これが放熱側の回路基板5bとなる)に向けて熱が移動するように設けている。即ち、上記ペルチェモジュール1の回路部分9は両側の電気回路6及び熱電素子7で形成されている。
ペルチェモジュール1の冷却部2は、冷却側の回路基板5aと、回路基板5aの電気回路6を設けてある側と反対側の面に熱伝導性膜16(例えば熱伝導性グリースや、熱伝導性シート、熱伝導性接着剤等)を挟んだ状態で積層してある冷却板10とで二層構造で形成されている。冷却板10としては絶縁性で且つ熱伝導率の高い耐電圧用材料(例えばアルミナや窒化アルミニウム)が用いられる。
ペルチェモジュール1の放熱部3は、放熱側の回路基板5bと、回路基板5bの電気回路6を設けてある側と反対側の面に熱伝導性膜16(例えば熱伝導性グリースや、熱伝導性シート、熱伝導性接着剤等)を挟んだ状態で積層してある放熱フィン11とで形成されている。放熱フィン11としては例えばアルミニウムのような熱伝導率の高い材料が用いられる。なお同様の材料を用いて放熱フィン11を板状に(即ち放熱板として)形成してあっても構わない。
放電電極4は電気伝導率及び熱伝導率の高い材料(例えばアルミニウムや銅系の合金)を用いて細長い円柱形状に形成したものであり、先端部に鋭く尖った放電部4aを形成し、放電部4aと反対側の基端部に他よりも大径の大径部4bを形成している。放電電極4の表面にはAuやNi等の表面処理が施してあっても良い。冷却部2の回路部分9を挟む側の面と反対側の面(即ち冷却板10の回路基板5aと接続される側の面とは反対側の面)には、その中央位置に接合箇所を設けており、この接合箇所に放電電極4の基端面である大径部4bの片面を接着させることで放電電極4を冷却部2に立設させている。ここで用いる接着剤20は熱伝導率の高いものである。
放熱部3は平面視で冷却部2よりも大きく、放熱部3の回路部分9を挟む側の面(即ち放熱側の回路基板5bの電気回路6を設けてある側の面)の冷却部2よりも外方に突出した外周部には密閉枠17を固着している。この密閉枠17の収納筒体18と放熱部3とで囲まれる密閉空間S内に冷却部2や回路部分9が収容される構造であり、以下、この構造について詳述する。
密閉枠17は例えばLCP樹脂やPBT樹脂のような絶縁性であり且つ遮水性の高い樹脂で一体成形したものであり、一端を開口すると共に他端側を底部18aで閉塞した有底筒状の収納筒体18で主体を構成している。収納筒体18は平面視矩形状の底部18aの外周縁から下方に向けて周壁部18bを延出してあり、また同部からは周壁部18bとは反対側の上方に向けて囲み部19を延出している。囲み部19は収納筒体18の底部18aの中央部を囲んでおり、底部18a上の水が収納筒体18の外側に流れ出ることを防止する堰となる。収納筒体18の軸方向における開口18c側の端部には外方に向けて突出するフランジ部12を全周に亘って一体に設けてあり、フランジ部12の上面の収納筒体18を挟んだ両側からは一対の柱状の支持体21を一体に立設している。また収納筒体18の底部18aの中央には放電電極4を挿通するための電極挿通孔22を厚み方向に貫設している。なお収納筒体18と支持体21は別体であっても良いものとする。
上記密閉枠17を収納筒体18の開口18c側から被せて該収納筒体18内にペルチェモジュール1の冷却部2や回路部分9を収容すると共に、収納筒体18の底部18aの電極挿通孔22に放電電極4を挿通させてその先端側を収納筒体18(密閉空間S)外に突出させ、放電電極4の放電部4aを収納筒体18の外部に配置する。そしてこの状態で、収納筒体18の底部18aと冷却部2の冷却板10の対向面同士を冷却側封止用樹脂24を介して当接して接着させ、且つ放熱部3の回路基板5bの外周部と同部に対向するフランジ部12を放熱側封止用樹脂25を介して当接して接着させる。これによりフランジ部12と放熱部3の間、収納筒体18の底部18aと冷却板10の間は共に封止用樹脂24、25によって完全に封止されて、収納筒体18とペルチェモジュール1の放熱部3で囲まれた密閉空間Sが形成され、この密閉空間S内にペルチェモジュール1の冷却部2や回路部分9が封止状態で収納される。従って密閉枠17の収納筒体18と放熱部3との間に形成される密閉空間S内に冷却部2と回路部分9を収容でき、放電電極4上に生成された水や湿気等が回路部分9にまで浸入して短絡を生じる等の不具合が防止されるようになっている。なお上記冷却側封止用樹脂24及び放熱側封止用樹脂25は絶縁性であり且つ遮水性の高いエポキシ樹脂等の熱硬化性接着剤にて構成され、予め所定位置に熱硬化性接着剤を挟み込んでこの状態で加熱することで硬化させるものである。
また本例にあっては上記密閉枠17のフランジ部12の放熱側封止用樹脂25で接着した部分よりも外側の部分に厚み方向に貫通するねじ挿通孔27を設けてあり、各ねじ挿通孔27に挿通させた挟み込みねじ28の先端側を、放熱部3の放熱フィン11に凹設してあるねじ穴29に捻じ込むことで、挟み込みねじ28のヘッド部分を介して密閉枠17のフランジ部12を放熱部3に押し付け、且つ収納筒体18側の底部18aを冷却部2に押し付け、これにより収納筒体18の底部18aと放熱部3とで冷却部2及び回路部分9を挟持している。つまり、フランジ部12と放熱部3との対向面間に放熱側封止用樹脂25を挟み、且つ収納筒体18の底部18aと冷却部2との対向面間に冷却側封止用樹脂24を挟みながら上記挟み込みねじ28を捻じ込んでいき、両封止用樹脂24、25を強く挟持させた状態で加熱をすることで、密閉枠17の放熱側固着及び冷却側固着が高い気密信頼性で且つ短時間で行われるものである。
上記密閉枠17に設けてある両支持体21の先端には、電気伝導率の高い金属材料を用いてリング状に形成した対向電極13の両側を支持させる。対向電極13は放電電極4の放電部4aから所定距離を隔てた位置に支持され、一端側が放電電極4に電気的に接続される高電圧印加板14の他端側と上記対向電極13とを、高電圧印加部15を介して電気的に接続させている。即ち本例にあっては、これら対向電極13や高電圧印加板14、高電圧印加部15によって、放電電極4に高電圧を印加させる高電圧印加手段を形成している。
上記高電圧印加板14は金属又は導電性プラスチック製であり、一端側に他端側よりも段落した被支持部14bを備えている。被支持部14bには保持孔14aを厚み方向に貫設してあり、該保持孔14aは収納筒体18の底部18aから突出した放電電極4と略同径で、放電電極4の突出基部から先端に至る部分を挿通可能にしてある。
一方、収納筒体18からは上記高電圧印加板14の一部を部分的に支持する支持部31を対向電極13側に向けて突出している。支持部31は、収納筒体18の底部18aの外面の1乃至3箇所に一体に設けた突起31aからなる。図示例では突起31aを収納筒体18の底部18aの両側に設け、これら2つの突起31aを収納筒体18の周方向に離している。
そして高電圧印加板14を移動して保持孔14aに収納筒体18の底部18aから突出した放電電極4を先端側から挿通し、囲み部19の内側に配置した高電圧印加板14の被支持部14bを上記突起31上に載置する。これにより高電圧印加板14の被支持部14bは3点以下で収納筒体18上に点状に支持され、同時に高電圧印加板14の保持孔14aの内周面で放電電極4の突出基部が保持されて同部で高電圧印加板14と放電電極4とが電気的にも接続される。そしてこのように高電圧印加板14を放電電極4に接続することで、高電圧印加板14の被支持部14bは収納筒体18の底部18a上に突起31aを介して支持されて、高電圧印加板14とこれに対向する収納筒体18との間に断熱用の隙間32が形成される。なお高電圧印加板14の被支持部14bよりも一段高い他端側は収納筒体18の囲み部19の上方を通って収納筒体18の囲み部19よりも外側に突出し、この位置で高電圧印加部15に電気的に接続されるものである。
上記構成から成る本例の静電霧化装置においては、収納筒体18のフランジ部12を超えて外部にまで伸びるペルチェ入力回路線8を通じて熱電素子7への通電を行うことで、ペルチェモジュール1の冷却部2を介して放電電極4自体を冷却し、放電電極4の表面上に空気中の水分を基にして帯電微粒子水の基となる結露水を生成できる。ここで、高電圧印加部15によって放電電極4側がマイナス電極となって電荷が集中するように放電電極4と対向電極13との間に高電圧を印加させると、放電電極4の表面に直接生成されて保持される水を放電部4a側に引き寄せると共に放電部4aで静電霧化現象により霧化させ、ナノメータサイズの粒径で且つ高い電荷を持つ帯電微粒子水を発生させることができる。この帯電微粒子水は、リング状をなす対向電極13の中央孔13aを通過して静電霧化装置の外部へと放出されるものである。
そして本発明では既述したように高電圧印加板14の一部を収納筒体18から突出した支持部31のみで部分的に支持し、高電圧印加板14と収納筒体18の底部18aとの間に断熱用の隙間32を形成したので、高電圧印加板14と収納筒体18との接触面積を小さくでき、収納筒体18から高電圧印加板14を介して熱が漏れることを防止できる。従って密閉空間Sを封止するために冷却部2を収納筒体18の底部18aの内面に当接したものにおいて、該冷却部2の負の熱が収納筒体18を介して高電圧印加板14側に伝わることを防止でき、これによりペルチェモジュール1の冷却効率を向上できる。また本例では高電圧印加板14を収納筒体18上に点状に支持するにあたって、支持部31を収納筒体18の底部18aに突設した突起31aで構成し、該突起31a上に高電圧印加板14を載置したので、高電圧印加板14を所定位置に配置する際の当たりとして突起31aを利用できて、高電圧印加板14を所定の位置に確実に配置できる。また高電圧印加板14の保持孔14aに近い位置を支持できて、保持孔14aの内周面と放電電極4の外周面とをより確実に接触させることができる。
次に、本発明の実施形態における他例の静電霧化装置を図2に基づいて説明する。なお本例の構成のうち上記した一例の構成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し、特徴的な構成についてのみ異符合を付して以下に詳述する。
本例の静電霧化装置にあっては、支持部31を前述の収納筒体18の底部18aから突出した囲み部19で構成している。高電圧印加板14は平板状でその一端側に保持孔14aを形成した被支持部14bを備え、他端側を高電圧印加部15に電気的に接続してある。被支持部14bは部分的に囲み部19の1乃至3箇所の部位にインサート成形により埋設している。図示例では被支持部14bの一部を部分的に囲み部19の両側に埋設してあり、これら2箇所の埋設部位は収納筒体18の周方向に離れている。
そして密閉枠17の収納筒体18を開口18c側から被せて該収納筒体18内にペルチェモジュール1の冷却部2や回路部分9を収容する際に、収納筒体18の囲み部19に一体的に接続した高電圧印加板14の保持孔14aに冷却部2上に立設した放電電極4を先端側から挿通して、放電電極4が保持孔14aに保持される。またこの場合も、高電圧印加板14と収納筒体18との間に断熱用の隙間32が形成される。
このように本例では高電圧印加板14を収納筒体18上に点状に支持するにあたって、支持部31を収納筒体18の底部18aの外周部から突出した囲み部19に高電圧印加板14を部分的に埋設したので、収納筒体18に高電圧印加板14を点状に支持する部分を別途形成する必要がなくて、コストを削減できる。
次に、本発明の実施形態における更に他例の静電霧化装置を図3に基づいて説明する。なお本例の構成のうち上記した一例の構成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し、特徴的な構成についてのみ異符合を付して以下に詳述する。
本例の静電霧化装置にあっては、支持部31を収納筒体18のフランジ部12の1乃至3箇所から放熱部3と反対側に向けて一体に突出した突部31bで構成している。図示例では突部31bをフランジ部12の両側から突出してあり、両突部31bは収納筒体18の周方向に離れており、各突部31bは収納筒体18の底部18aの外周から突出した囲み部19の突端よりも更に突出している。
一方、高電圧印加板14は一端側に被支持部14bを備え、被支持部14b両側部よりも段落した中央部に保持孔14aを形成している。この高電圧印加板14を移動して保持孔14aに収納筒体18の底部18aから突出した放電電極4を先端側から挿通し、被支持部14bの両側部を各突部31b上に載置される。このように高電圧印加板14を放電電極4に接続することで、高電圧印加板14の被支持部14bは収納筒体18上に突部31bを介して点状に支持されて、高電圧印加板14とこれに対向する収納筒体18との間に断熱用の隙間32が形成される。なお被支持部14bの一段低い中央部は収納筒体18の囲み部19の内側に配置され、且つ被支持部14bの一段高い両側部は囲み部19の上方を通って収納筒体18の囲み部19よりも外側に突出し、この位置で高電圧印加部15に電気的に接続される。
このように高電圧印加板14を収納筒体18上に点状に支持するにあたって、フランジ部12から突出した突部31b上に高電圧印加板14を載置することで、高電圧印加板14を所定位置に配置する際の当たりとして突部31bを利用でき、高電圧印加板14を所定の位置に確実に配置できる。
本発明の実施形態の一例の静電霧化装置の説明図である。 他例の静電霧化装置の説明図である。 更に他例の静電霧化装置の説明図である。 従来の静電霧化装置の説明図である。
符号の説明
1 ペルチェモジュール
2 冷却部
3 放熱部
4 放電電極
4a 放電部
14 高電圧印加板
14a 保持孔
18 収納筒体
18a 底部
19 囲み部
22 電極挿通孔
31 支持部
31a 突起
31b 突部
32 隙間

Claims (4)

  1. 熱電素子を備えた回路部分を冷却部及び放熱部で挟み込んでなるペルチェモジュールと、ペルチェモジュールの冷却部上に立設した放電電極を具備し、冷却部により放電電極を冷却することで空気中の水分を基に放電電極の表面に結露水を生成し、該放電電極に高電圧を印加することで前記結露水を放電電極の放電部で霧化させる静電霧化装置において、一端が開口した有底筒状の収納筒体内に前記ペルチェモジュールを収納し、該ペルチェモジュールの冷却部を収納筒体の底部の内面に当接し、放電電極を収納筒体の底部に形成した電極挿通孔から外部に突出してその放電部を収納筒体の外部に配置し、保持孔を形成した高電圧印加板を収納筒体の底部上に配置して、該高電圧印加板の保持孔で前記収納筒体から外部に突出した放電電極の突出基部を保持して高電圧印加板と放電電極とを電気的に接続し、該高電圧印加板の一部を収納筒体から突出した支持部で支持して、高電圧印加板と収納筒体の底部との間に断熱用の隙間を形成して成ることを特徴とする静電霧化装置。
  2. 前記支持部は、収納筒体の底部から突出した突起からなり、該突起上に高電圧印加板を載置して成ることを特徴とする請求項1に記載の静電霧化装置。
  3. 前記支持部は、収納筒体の底部の外周部から突出して収納筒体の底部の中央部を囲む囲み部からなり、該囲み部に高電圧印加板を部分的に埋設して支持して成ることを特徴とする請求項1に記載の静電霧化装置。
  4. 前記有底筒状の収納筒体の開口側の端部に外方に向けて突出するフランジ部を周設し、該フランジ部を放熱部に固着し、前記支持部はフランジ部から突出した突部からなり、該突部上に高電圧印加板を載置して成ることを特徴とする請求項1に記載の静電霧化装置。
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