JP2009045553A - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対向電極の端子板部にリード線を接続する際に応力が作用しても、応力を緩和して対向電極をハウジングから剥がす力が作用しないようにできる。
【解決手段】 放電電極１と、放電電極１に結露させる冷却手段２と、冷却手段２を密閉空間内に収容し且つ放電電極１を保持するためのハウジング３と、ハウジング３に設置される対向電極４とを備え、対向電極４と放電電極１との間に高電圧を印加することで放電電極１に保持される水分を静電霧化させる静電霧化装置５である。対向電極４を、放電電極１に対向する電極部及びハウジング３への固定部を備えた対向電極本体４ａと、該対向電極本体４ａの外端から一体に突出する端子板部４ｃとで構成する。端子板部４ｃが、対向電極本体４ａの固定部のハウジング３への取付け固定方向から見て、対向電極本体４ａの外端から折り曲げ部４ｂを介して突出している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、帯電微粒子水を発生させるための静電霧化装置に関するものである。

従来から帯電微粒子水を発生させるための静電霧化装置として特許文献１が知られている。この特許文献１に示された従来の静電霧化装置５は、図１３に示すように、放電電極１と、放電電極１を冷却して空気中の水分を該放電電極１に結露させることにより水分を供給する冷却手段２と、冷却手段２を密閉空間内に収容するためのハウジング３と、放電電極１に対向して位置するようにハウジング３に設置される対向電極４とを備えたもので、放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加することで放電電極１に保持される水分を静電霧化させるようになっている。

対向電極４は図１３に示すように嵌め込み孔４ｆを有しており、ハウジング３に設けた対向電極取付け用突部４０ａに嵌め込み孔４ｆを嵌め込んで取付けてあり、このようにハウジング３に取付けた対向電極４に半田付けなどによりリード線（ＧＮＤ線）を接続している。

上記のような従来例においては、対向電極４にリード線を直接半田付けにより接続する際、対向電極４に対向電極４のハウジング３への嵌め込み取付け部に引き剥がし方向に力が加わると、対向電極４のハウジング３への取付けの信頼性が損なわれ、対向電極４の位置ずれやがたつきが生じるおそれがあり、放電電極１と対向電極４の電極部との距離関係の精度が保てず、静電霧化の精度が安定しないという問題がある。
特開２００６−８２６号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、対向電極の端子板部にリード線を半田付け等により接続する際に応力が作用しても、上記応力を緩和して対向電極をハウジングから剥がす力が作用しないようにでき、精度良く静電霧化が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、放電電極１と、放電電極１を冷却して空気中の水分を該放電電極１に結露させることにより水分を供給する冷却手段２と、冷却手段２を密閉空間内に収容し且つ放電電極１を保持するためのハウジング３と、放電電極１に対向して位置するようにハウジング３に設置される対向電極４とを備え、対向電極４と放電電極１の間に高電圧を印加することで放電電極１に保持される水分を静電霧化させる静電霧化装置５において、前記対向電極４を、放電電極１に対向する電極部及びハウジング３への固定部を備えた対向電極本体４ａと、該対向電極本体４ａの外端から一体に突出する端子板部４ｃとで構成し、上記端子板部４ｃが、対向電極本体４ａの固定部のハウジング３への取付け固定方向から見て、対向電極本体４ａの外端から折り曲げ部４ｂを介して突出していることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、対向電極４の端子板部４ｃにリード線（ＧＮＤ線）を接続するときに、放電電極本体４ａの固定部のハウジング３への取付け方向と反対方向の応力が端子板部４ｃに作用しても、端子板部４ｃが、対向電極本体４ａの固定部のハウジング３への取付け固定方向から見て、対向電極本体４ａの外端から折り曲げ部４ｂを介して突出しているので、端子板部４ｃに作用した上記折り曲げ部４ｂで緩和し、対向電極本体４ａの取付け部分において対向電極本体４ａをハウジング３から剥がす力が作用せず、対向電極本体４ａのハウジング３への取付けの信頼性が高くなる。

また、端子板部４ｃが、対向電極本体４ａの固定部のハウジング３への取付け固定方向から見て、対向電極本体４ａの外端から異なる方向に折り曲げた２つ以上の折り曲げ部４ｂを介して突出していることが好ましい。

このような構成とすることで、端子板部４ｃに作用した上記応力を異なる方向への２つ以上の折り曲げ部４ｂで緩和し、よりいっそう対向電極本体４ａの取付け部分において対向電極本体４ａをハウジング３から剥がす力が作用せず、対向電極本体４ａのハウジング３への取付けの信頼性が高くなる。

本発明は、上記のように、対向電極を、放電電極に対向する電極部及びハウジングへの固定部を備えた対向電極本体と、該対向電極本体の外端から一体に突出する端子板部とで構成し、端子板部が、対向電極本体の固定部のハウジングへの取付け固定方向から見て、対向電極本体の外端から折り曲げ部を介して突出しているので、対向電極の端子板部にリード線を半田付け等により接続する際に応力が作用しても、折り曲げ部により上記応力を緩和して対向電極本体のハウジングへの取付け部分において対向電極本体を剥がす力が作用しないようにでき、これにより対向電極の位置ずれやがたつきが生じるおそれがなく、放電電極と対向電極との距離関係を高精度にできて、安定して精度良く放電電極に供給された水分を静電霧化させることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

まず、図１乃至図１１に示す実施形態に基づいて本発明の一実施形態を説明する。本発明においてハウジング３は、ハウジング本体部６と、ハウジング本体部６とは別体の対向電極保持部７とを分離可能に組み合わせることで構成してある。

ハウジング本体部６はＰＢＴ樹脂やポリカーボネート樹脂やＰＰＳ樹脂や液晶ポリマー等の絶縁材料を用いて形成してあり、ハウジング本体部６には下面が開口した凹所１２ａが形成してあり、該凹所１２ａが冷却手段収容部１２となっている。また、ハウジング本体部６の凹所１２ａの底部（つまり、ハウジング本体部６の上面部）の中央には放電電極１を挿通するための孔３０が設けてある。

図７、図９に示すように、冷却手段収容部１２を構成する凹所１２ａ内には冷却手段２を構成するペルチェユニット２ａが収容される。ペルチェユニット２ａは、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからなる絶縁板の片面側に回路を形成してある一対のペルチェ回路板１５を、互いの回路が向き合うように対向させ、多数列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子１６を両ペルチェ回路板１５間で挟持すると共に隣接する熱電素子１６同士を両側の回路で電気的に接続させ、両側の回路にはそれぞれペルチェ端子３６を接続し、該ペルチェ端子３６に接続したペルチェ入力リード線を介してなされる熱電素子１６への通電により一方のペルチェ回路板１５側から他方のペルチェ回路板１５側に向けて熱が移動するように設けたものである。更に、上記一方の側（以下、冷却側という）のペルチェ回路板１５の外側には熱伝導性グリース、熱伝導性接着剤、導電性ペースト等の熱伝導性膜３１を介して放電電極１の後端部の大径部３２を接触させた状態で放電電極１を孔３０に挿通して放電電極１の後端部を残してハウジング本体部６の上方に突出させてある。

また、凹所１２ａ内にペルチェユニット２ａを収容した状態で、凹所１２ａの下端の開口を放熱板１９により遮蔽してあり、ペルチェユニット２ａの上記他方の側（以下、放熱側という）のペルチェ回路板１５の外側を熱伝導性グリース、熱伝導性接着剤、導電性ペースト等の熱伝導性膜３１を介して上記放熱板１９が当接してある。放熱板１９には必要に応じて放熱フィンを設けてもよい。

上記のように冷却手段２であるペルチェユニット２ａを冷却手段収容部１２である凹所１２ａに収容した状態で放熱板１９で凹所１２ａの開口を閉じることで冷却手段２を密閉空間内に収容することになる。ここで、密閉空間の密閉性をより確実にするためにエポキシ樹脂等の封止部材３４を用いて部材間を封止するようにしてある。また、一対のペルチェ端子３６は図２、図４のように冷却手段収容部１２の外に露出して取付けられる。

熱電素子１６に通電すると、放電電極１が冷却され、放電電極１の空気と接する面に空気中の水分（湿気）が結露して放電電極１に結露水が生成するようになっている。

また、ハウジング本体部６の上面部には環状突起１０が突設してあり、ハウジング本体部６の上面部には更に外側環状突起１４が突設してあり、更に、外側環状突起１４の上面又は外側環状突起１４よりも外側位置に高電圧印加板８を固定するための位置固定部となる１乃至複数の取付け用突起２９が突設してあり、この取付け用突起２９に高電圧印加板８の取付け孔３７を嵌め込んで取付けてあり、また、高電圧印加板８の一端部の電極嵌め込み部３８が放電電極１に嵌め込んであり、また、高電圧印加板８の先端部にはリード線接続部９が設けてある。

高電圧印加板８は図１０に示すようなもので、１乃至複数の取付け孔３７を有する固定片８ａの一端部から上方又は斜め上方に向けて前向き片８ｂを一体に突設させ、前向き片８ｂの突出先端部から平面視で固定片８ａに対して直角に先端片８ｃが一体に突設してあって該先端片８ｃがリード線接続部９となっている。したがって、高電圧印加板８のハウジング３への固定部分である固定片８ａとリード線接続部９とが同一平面上にない構成となっている。また、固定片８ａから下方又は斜め下方に向けて後向き片８ｄを一体に突設させ、該後向き片８ｄの後端から平面視で先端片８ｃの突出方向と反対方向に後端片８ｅが一体に突設してあり、該後端片８ｅに電極嵌め込み部３８が設けてある。

そして、高電圧印加板８の電極嵌め込み部３８を放電電極１に嵌め込んだ状態で取付け用突起２９に高電圧印加板８の取付け孔３７を嵌め込んで取付けるのであるが、高電圧印加板８のハウジング３への固定部分と先端部のリード線接続部９とが同一平面上になく、また、前向き片８ｂの存在によりリード線接続部９がハウジング本体部６の上面部に対して浮いた状態となっている。したがって、高電圧印加板８のハウジング本体部６への固定部分からリード線接続部９までの部位はばね性を有しており、このばね性によりリード線接続部９にかかる応力を緩和してハウジング本体部６との固定部分にかかる応力を緩和して固定部分における固定の信頼性を向上させることができると共に、放電電極１側に応力が作用して放電電極１が破損したり、あるいは放電電極１とペルチェ回路板１５側との接合部分の剥離を防止することができるようになっている。

上記のように高電圧印加板８を取付けた状態で、図１、図２、図３、図５に示すようにハウジング本体部６のペルチェ端子３６を配置した部分とは反対側にリード線接続部９が位置するように取付ける。

また、図示していないが、接続部の接触信頼性を向上させるため、環状突起１０が形成する凹部に封止樹脂を充填し、放電電極１と高電圧印加板８の接触部周囲を封止樹脂で固めてもよい。

対向電極保持部７はＰＢＴ樹脂やポリカーボネート樹脂やＰＰＳ樹脂や液晶ポリマー等の絶縁材料を用いて形成してあり、筒状部４０の下部両側に下方に向けてＬ状をした一対の脚部４１が垂設してあり、一対の脚部４１の下端部にはそれぞれ外側方に向けて固定部４２が一体に連出してある。

また、一対の脚部４１間には底板部４３が設けてあり、該底板部４３の中心部に孔４４が設けてあって、該孔４４の周縁部から底板部４３の上面側に円錐台筒状をした断熱性を有するキャップ部４５が上方に向けて突設してあり、底板部４３の下面側には上記孔４４から外側に離れた位置で孔４４を囲むように嵌め込み突部１１が下方に向けて突設してある。

対向電極保持部７の上端部（実施形態においては筒状部４０の上端開口縁部）には対向電極取付け用突部４０ａが複数突設してあり、中央に円状をした中央開口を有する対向電極４に設けた複数の嵌め込み孔４ｆを上記対向電極取付け用突部４０ａに嵌め込んで対向電極保持部７に対向電極４を取付けてある。

対向電極４は図１１に示すようなもので、円状をした中央開口（中央開口の縁が電極部４ｇとなっている）を有するドーナツ板状をした対向電極本体４ａを周方向に複数等分した位置に固定部となる嵌め込み孔４ｆが設けてあり、更に、対向電極本体４ａの外端縁から折り曲げ部４ｂを介して端子板部４ｃが突設してある。

添付図面に示す実施形態においては、２つの折り曲げ部４ｂ（４ｂ１、４ｂ２）を介して端子板部４ｃが突設した例を示してあり、第１の折り曲げ部４ｂ１は図１１において対向電極本体４ａの外端から図１１の矢印イ方向に突出する第１の突出片４ｄと、この第１の突出片４ｄの先端から図１１の矢印ロ方向に突出する第２の突出片４ｅとで構成されてイ→ロ方向に折り曲げられたもの（図１１の実施形態では９０度折り曲げられている）であり、第２の折り曲げ部４ｂ２は図１１において矢印ロ方向に突出する第２の突出片４ｅと、第２の突出片４ｅの先端から図１１の矢印ハ方向に突出する端子板部４ｃとで構成されてロ→ハ方向に折り曲げられたもの（図１１の実施形態では９０度折り曲げられている）である。そして、図１１に示す実施形態においては第１の突出片４ｄと端子板部４ｃとの突出方向は平行で且つ逆方向となっており、また、第１の突出片４ｄの突出基部は対向電極取付け用突部４０ａが嵌め込まれる嵌め込み孔４ｆよりも外側に位置している。

なお、上記実施形態では端子板部４ｃが、対向電極本体４ａの固定部のハウジング３への取付け固定方向から見て、対向電極本体４ａの外端から異なる方向に折り曲げた２つの折り曲げ部４ｂ（４ｂ１、４ｂ２）を介して突出している例で説明したが、対向電極本体４ａの固定部のハウジング３への取付け固定方向から見て、対向電極本体４ａの外端から異なる方向に折り曲げた３つ以上の折り曲げ部４ｂを介して突出してもよく、また、対向電極本体４ａの外端から上記矢印ロ方向に突出する第２の突出片４ｅを突出させ、更に、第２の折り曲げ部４ｂ２の先端から矢印ハ方向に端子板部４ｃを突出するようにしてもよい（この場合は、折り曲げ部４ｂは１つでロ→ハ方向に折り曲げられている）。

上記の構成の対向電極４を保持した対向電極保持部７を前述のハウジング本体部６に位置決めして組み合わせることでハウジング３を構成するものである。組み合わせるに当っては、対向電極保持部７の一対の脚部４１をハウジング本体部６の両側部に上方から被せるようにして組み合わせて位置決めし、この位置決め状態で対向電極保持部７の固定部４２を放熱板１９に固着具４６で固着することで、ハウジング本体部６を対向電極保持部７と放熱板１９とで挟持することで、ハウジング本体部６と対向電極保持部７とが位置決め状態で組み合わせ結合されることになる。

この組み合わせ状態で、ハウジング本体部６の上面部の環状突起１０と外側環状突起１４との間に対向電極保持部７の嵌め込み突部１１が嵌め込まれ、高電圧印加板８の電極嵌め込み部３８の放電電極１への嵌め込み接続部分からのペルチェ端子３６、放熱板１９への沿面距離、空間距離を長く取って絶縁距離を確保しながら、全体的に小型化が図れるようにしている。

対向電極保持部７には図８に示すように底板部４３に高電圧印加板８を通すための切欠き部４３ａが設けてあり、電極嵌め込み部３８を放電電極１に嵌め込んだ高電圧印加板８が、上記のようにハウジング本体部６に対向電極保持部７を組み合わせた際に、上記切欠き部４３ａから対向電極保持部７の外に導出されるようになっている。

ここで、使用する対向電極保持部７の形状の異なるものを選択してハウジング本体部６に組み合わせることで、放電電極１の先端から対向電極４の電極部分までの距離の異なるもの（つまり、印加電圧を簡単に変えたり）、あるいは、ハウジング３の外観形状を簡単に変えたりできるものである。

上記のような構成の静電霧化装置５は放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加することができるように高電圧印加部（図示せず）に接続したリード線がそれぞれ放電電極１と対向電極４とに接続される。この場合、放電電極１側においては、放電電極１に接続する高電圧印加板８のリード線接続部９に接続されるもので、リード線接続部９は一対の脚部４１間の開口部から導出してある。

この高電圧印加板８の先端部のリード線接続部９にリード線を接続するには、例えば、リード線の先端部にファストン端子を設け、該ファストン端子をリード線接続部９に嵌め込んで接続したり、あるいは、リード線接続部９にリード線を接続して半田付けで固着したりして取付けるものである。このリード線接続部９へのリード線の接続の際に、リード線接続部９に応力が作用しても、リード線接続部９にかかる応力を前向き片８ｂが弾性変形をして該応力を緩和し（例えば、図１０（ｂ）の矢印のようにリード線接続部９に応力が作用すると前向き片８ｂが図１０（ｂ）の破線のように弾性変形して応力を緩和し）、高電圧印加板８のハウジング本体部６への取付け部分である取付け用突起２９への取付け孔３７の嵌め込み部分に応力が作用せず高電圧印加板８の固定の信頼性を向上させることができると共に、放電電極１側に応力が作用して放電電極１が破損したり、あるいは放電電極１とペルチェ回路板１５側との接合部分の剥離を防止し、静電霧化が精度良く行えるようになっている。なお、リード線接続部９にリード線を接続して半田付けする場合には、高電圧印加板８として図１２のようにリード線接続部９を構成する先端片８ｃの突出長さを短くしたものであってもよい。

また、対向電極４に設けた端子板部４ｃにリード線（ＧＲＤ線）を接続するには、例えば、リード線の先端部にファストン端子を設け、該ファストン端子を端子板部４ｃに嵌め込んで接続したり、あるいは、端子板部４ｃにリード線を接続して半田付けで固着したりして取付けるものである。この端子板部４ｃへのリード線の接続の際に、端子板部４ｃに嵌め込み孔４ｆの対向電極取付け用突部４０ａへの嵌め込み取付け方向と反対方向の応力が作用しても、前述のように対向電極本体４ａの外端縁から異なる方向への２つ以上の折り曲げ部４ｂ１、４ｂ２を介して端子板部４ｃが連出してあるので、端子板部４ｃに作用した上記応力を異なる方向への２つ以上の折り曲げ部４ｂ１、４ｂ２で緩和し、嵌め込み孔４ｆの対向電極取付け用突部４０ａへの嵌め込み取付け位置に対向電極４をハウジング本体部６から剥がす力が作用せず、対向電極４のハウジング本体部６への取付けの信頼性が高くなり、更に、添付図面に示すように、第１の突出片４ｄと端子板部４ｃとの突出方向は平行で且つ逆方向となる関係に構成すると、全体的に小型化することが可能となる。

上記のような構成の静電霧化装置５は、前述のように熱電素子１６に通電して放電電極１を冷却することで、空気中の水分が放電電極１の先端部に結露して水が供給される。そして、高電圧印加部から放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加すると、高電圧の印加により放電電極１側が負電極となって放電電極１の先端部に供給された水が帯電し、帯電した水にクーロン力が働き、水の液面が局所的に円錐形状に盛り上がってテイラーコーンが形成され、このテイラーコーンの先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となり、テイラーコーンの先端部分の水が大きなエネルギー（高密度となった電荷の反発力）を受けて表面張力を超えてはじけるようにして水が分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して静電霧化を行い、活性種（ラジカル）を含むナノメータサイズの帯電微粒子水が発生する。

ここで、静電霧化装置５を組み込む例えば空気清浄器、ヘアードライヤ、ヘアーブラシ等の組み込み先の装置により印加電圧に制約がある場合、放電電極１と対向電極４とが目的とする印加電圧となるような距離となるようにハウジング３に保持する必要がある。このため、従来にあっては、目的の距離関係となるように放電電極１と対向電極４を保持したハウジング３を複数種類用意する必要があるが、本発明においては、ハウジング本体部６と対向電極保持部７とが別体で分離可能となっているので、対向電極保持部７の寸法が異なるものを複数種類用意することで、共通のハウジング本体部６にいずれかの対向電極保持部７を前述のように組み合わせることで、放電電極１と対向電極４との間の距離を目的の印加電圧となるように設定することができる。

また、電極間距離が長い場合は帯電微粒子水の拡散方向は鋭角で、電極間距離が短い場合は帯電微粒子水の拡散方向は広角となる。したがって、共通のハウジング本体部６に組み合わせる対向電極保持部７を選択することで、帯電微粒子水の拡散方向を異ならせることができ、静電霧化装置５の組み込み先の装置に応じて拡散方向の調整が可能となる。

更に、共通のハウジング本体部６に組み合わせる対向電極保持部７として形状の異なるものを複数用意することで、静電霧化装置５の組み込み先の装置に対応した組み込み易い形状のハウジング３とすることができ、様々な装置に静電霧化装置５を組み込むことが可能となる。

ところで、発生した帯電微粒子水はドーナツ状をした対向電極４の中央開口から外部に放出されるのであるが、この場合、対向電極保持部７の両脚部間から外部空気を対向電極保持部７内に導入して空気流を生じさせ、発生した帯電微粒子水をこの空気流により対向電極４の開口から外部に効果的に飛散して放出することができる。

また、添付図面に示す実施形態ではハウジング本体部６に流入した空気が放電電極１に当るのを放電電極１に被嵌した断熱性を有するキャップ部４５により防止し、これにより流入した空気が放電電極１に当って放電電極１の冷却効率が低下することを防止でき、結露水の生成が放電電極１の先端でのみ効率よく行え、安定して効率よく静電霧化ができるようになっている。ここで、図７に示すようにキャップ部４５を円錐台のような外面がテーパ状に形成することで、放電電極１の先端部から対向電極４の開口方向に向けてスムーズな流れを作るためより一層発生した帯電微粒子水を空気流れによりスムーズに外部に飛散させることができる。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。 同上の反対方向から見た斜視図である。 同上の平面図である。 同上の正面図である。 同上の側面図である。 同上の背面図である。 同上の図３のＸ−Ｘ線の断面図である。 同上の図３のＹ−Ｙ線の断面図である。 図７の要部拡大断面図である。 同上に用いる高電圧印加板を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は作用説明のための正面図である。 同上に用いる対向電極の平面図である。 同上に用いる高電圧印加板の他の例を示す斜視図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１ 放電電極
２ 冷却手段
３ ハウジング
４ 対向電極
４ａ 対向電極本体
４ｂ 折り曲げ部
４ｃ 端子板部
５ 静電霧化装置

Claims (2)

1. 放電電極と、放電電極を冷却して空気中の水分を該放電電極に結露させることにより水分を供給する冷却手段と、冷却手段を密閉空間内に収容し且つ放電電極を保持するためのハウジングと、放電電極に対向して位置するようにハウジングに設置される対向電極とを備え、対向電極と放電電極との間に高電圧を印加することで放電電極に保持される水分を静電霧化させる静電霧化装置において、前記対向電極を、放電電極に対向する電極部及びハウジングへの固定部を備えた対向電極本体と、該対向電極本体の外端から一体に突出する端子板部とで構成し、上記端子板部が、対向電極本体の固定部のハウジングへの取付け固定方向から見て、対向電極本体の外端から折り曲げ部を介して突出していることを特徴とする静電霧化装置。
2. 端子板部が、対向電極本体の固定部のハウジングへの取付け固定方向から見て、対向電極本体の外端から異なる方向に折り曲げた２つ以上の折り曲げ部を介して突出していることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
   
   
   
   
   
   
   

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