JP2009072717A - 静電霧化装置及びそれを備えた加熱送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電液体微粒子の粒子径のさらなる微細化を図り、かつ構成の小型化ならびに簡素化を図ることを課題とする。
【解決手段】放電電極３１に電圧を印加して、印加した電圧で形成される電界により生じる放電により放電電極３１に供給された水を静電霧化する静電霧化装置において、放電電極３１に印加するパルス電圧を発生する高電圧発生回路２を有し、高電圧発生回路２は、入力される交流信号をパルス信号に変換する高圧制御回路２１と、この高圧制御回路２１で得られたパルス信号を、放電電極３１に印加するパルス電圧の電圧値まで昇圧するイグナイタ２２を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯電液体微粒子を生成する静電霧化装置、及びこの静電霧化装置を備えて加熱された空気を送風する送風手段を備えた加熱送風装置に関する。

従来のこの種の装置としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載された液体微粒子化装置で採用されている技術では、液体に埋没した吐出電極と、この吐出電極と対向する位置で液体外に配設された対向電極を備え、パルス幅が制御されたパルス電圧を吐出電極に供給して駆動することで、粒子径の異なる微粒子の生成を１個単位で制御でき、粒子径のばらつきの少ない微少な粒径の粒子を高密度かつ低電圧で生成することができる。
特開平１１−３００９７５号公報

上記従来の液体微粒子化装置において、パルス幅の制御やパルス電圧の調整だけでは、高電界による静電霧化の機能を向上させるには不十分であり、帯電量を増量し、粒子径の微細化を図り、静電霧化機能のさらなる向上が求められていた。

また、上記従来の装置では、パルス供給器から与えられるパルスを用いて電極駆動制御器で吐出電極に印加するパルス電圧を生成しているので、パルス供給器が必要になり部品点数が増加することに加えて、回路構成も複雑になるといった不具合を招いていた。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、帯電液体微粒子の粒子径のさらなる微細化を図り、微細化による作用を高めることに加えて、構成の小型化ならびに簡素化を図った静電霧化装置を提供することにある。

また、他の目的は、加熱された空気を送風することに加えて、微細化した帯電液体微粒子を吐出できる加熱送風装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る静電霧化装置は、放電電極に電圧を印加して、印加した電圧で形成される電界により生じる放電により前記放電電極に供給された液体を静電霧化する静電霧化装置において、前記放電電極に印加するパルス電圧を発生する電圧発生手段を有し、前記電圧発生手段は、入力される交流信号をパルス信号に変換する変換手段と、前記変換手段で得られたパルス信号を、前記放電電極に印加するパルス電圧の電圧値まで昇圧するイグナイタを備えてなることを第１の特徴とする。

また、本発明に係る静電霧化装置は、第１の特徴の静電霧化装置において、前記放電電極に印加されるパルス電圧の電流値を制限する電流制限手段を有することを第２の特徴とする。

本発明に係る静電霧化装置を備えた加熱送風装置は、第１の特徴の静電霧化装置または第２の特徴の静電霧化装置と、温風を吐出する加熱送風手段とを有することを特徴とする。

本発明に係る第１の特徴の静電霧化装置では、帯電液体微粒子の粒子径のさらなる微細化を図り、微細化による作用を高めることに加えて、構成の小型化ならびに簡素化を図ることができる。

本発明に係る第２の特徴の静電霧化装置では、安定して帯電液体微粒子を発生させることが可能となる。

本発明に係る静電霧化装置を備えた加熱送風装置では、温風を送出できることに加えて、微細化された帯電液体微粒子を吐出することが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る静電霧化装置の構成を示す図である。

図１において、静電霧化装置は、整流回路１、高電圧発生回路２、放電部３、水供給部４、コンデンサ５（５ａ，５ｂ）ならびに抵抗６（６ａ，６ｂ）を備えて構成されている。

整流回路１は、商用等の交流電源７から与えられる交流を全波整流又は半波整流し、全波整流した場合には例えば図２の電圧波形図においてＶ１で示すような整流信号を高電圧発生回路２に与える。

高電圧発生回路２は、高圧制御回路２１、昇圧トランスとして機能するイグナイタ２２ならびに平滑・整流回路２３を備えて構成され、整流回路１から与えられた整流電圧Ｖ１を昇圧して高電圧のパルス信号を発生する。

高圧制御回路２１は、整流回路１から与えられた整流信号を受け、この整流信号に基づいて商用の交流電圧の周波数よりは高い周波数であってイグナイタ２２の入力に適した、すなわちイグナイタによる昇圧動作に適したパルス状の信号、例えば図２の電圧波形図においてＶ２で示すようなパルス信号を生成し、生成したパルス信号をイグナイタ２２に与える。

イグナイタ２２は、１次コイル側が高圧制御回路２１に接続され、２次コイル側が平滑・整流回路２３に接続され、高圧制御回路２１から与えられたパルス電圧を昇圧して、２次側コイルで予め設定された正または負の高電圧、例えば−３ｋＶ〜−４ｋＶ程度の範囲の高電圧のパルス電圧を発生し、発生したパルス電圧を平滑・整流回路２３に与える。

平滑・整流回路２３は、イグナイタ２２の２次コイル側に接続され、交流電源７の周波数によりも高い周波数の昇圧後のパルス電圧を受けて、このパルス電圧を平滑化して整流し、パルス信号の周波数を交流電源７と同程度の周波数にまで低下させたパルス信号、例えば図２の電圧波形図においてＶ３で示すような負電圧のパルス信号を生成し、生成したパルス信号を放電部３に供給する。

放電部３は、放電電極３１と、この放電電極３１との間で高電界を作り出す他方の集電電極となる例えばグランド電極３２とを備え、高電界による放電により帯電（例えばマイナスに帯電）した微粒子水（イオンミスト、以下単にイオンミストと呼ぶ）、や帯電（例えばマイナスに帯電）イオン（以下、単にイオンと呼ぶ）を発生し、静電霧化が行われる。

なお、この実施例１ならびに以下に説明する実施例では、微粒子化する液体を水として説明するが、微粒子化する液体は水に限らず、例えば水に他の物質を添加混入して生成された液体であってもかまわない。

放電電極３１は、平滑・整流回路２３の高圧出力側の端子に接続され、平滑・整流回路２３で得られた高圧のパルス電圧が印加される。グランド電極３２は、放電電極３１と所定の間隔を隔てて配置されて接地電位が与えられ、放電電極３１との間で高電界を形成し、放電を行う。

水供給部４は、放電部３で行われる静電霧化で使用される水分を放電電極３１に供給する。水供給部４は、例えば水分を貯蔵するタンクを備え、このタンクに貯蔵された水分を放電電極３１に供給するように構成され、もしくは放電電極３１を露点以下の温度に冷却して放電電極３１に結露水を得る冷却手段として例えばペルチェモジュールで構成されている。

なお、先に触れたように、水以外の液体を静電霧化する場合には、例えばその液体を予め作成しておき、作成した液体を水に代えてタンクに貯蔵するようにすればよい。

コンデンサ５は、平滑・整流回路２３の低圧出力側の端子と交流電源７との間に直列接続された２つのコンデンサ５ａ、５ｂで構成され、高周波でインピーダンスの低い低インピーダンス素子として平滑・整流回路２３の低圧出力側の端子と交流電源７との間を接続する。

抵抗６は、平滑・整流回路２３の低圧出力側の端子と交流電源７との間に直列接続された２つの抵抗６ａ、６ｂで構成され、回路を安定動作させる素子として平滑・整流回路２３の低圧出力側の端子と交流電源７との間を接続する。

図１に示す高圧制御回路２１ならびに平滑・整流回路２３は、例えば図３に示すように構成される。

図３において、高圧制御回路２１は、抵抗２１１、予め設定された基準電圧に至るスイッチングする例えばサイダックで構成されたスイッチング素子２１２ならびにコンデンサ２１３備えて構成され、平滑・整流回路２３は、ダイオード２３１ならびにコンデンサ２３２を備えて構成されている。高圧制御回路２１は、整流回路１から整流信号が入力されると、抵抗２１１を介してコンデンサ２１３が充電され、充電電圧が基準電圧に到達するとスイッチング素子２１２がオフからオンにスイッチングして通電し、コンデンサ２１３に充電された充電電圧がスイッチング素子２１２を介してイグナイタ２２に印加され、その後コンデンサ２１３の電圧が基準電圧以下となりスイッチング素子２１２がオフする。このような動作を繰り返すことで、先の図２にＶ２で示すようなパルス信号が生成される。

このような構成において、高電圧発生回路２で発生するパルス信号の電圧は、放電部３における放電によりイオンミストが発生し、かつその電圧値で放電電極３１に印加された際にリークが発生しない程度の電圧、印加時間によって異なるが例えば−３．３ｋＶ程度の高電圧（イオンミスト吐出電圧）に設定される。

このような高電圧が放電電極３１に印加されると、放電電極３１とグランド電極３２との間で高電界が発生する。一方、放電電極３１には、水供給部４から水分が供給される。このような状態において、放電電極３１にパルス信号が印加されている期間では、放電電極３１に供給された水分は、放電電極３１とグランド電極３２との間に発生した高電界により先に説明したように静電霧化され、イオンミストが生成される。生成されたイオンミストは帯電して電荷を有しているので、放電電極３１とグランド電極３２との間の高電界によって放電電極３１からグランド電極３２側に移動し、移動する際にファン等の送風手段からの送風により外部に効率よく吐出される。なお、生成されたイオンミストは、送風によらずとも吐出は可能であり、送風を利用することで吐出効率を高めることができる。

このように、上記実施例１では、放電電極３１にパルス信号を印加することで、放電動作におけるリーク電流を招くことなく、放電電極３１とグランド電極３２との間で高電界を発生させることが可能となる。高電界の発生が可能となることで、吐出される粒子の１個当たりの放電エネルギーが増加し、高電界下での静電霧化によりイオンミストの帯電量を増大させることができる。また、放電動作における電界の強さと、一定の粒径まで微細化された粒子の個数との関係は 例えば図４に示すような特性を示すので、高電界にすることで一定粒径例えば５ナノメータ程度にまで微細化されたイオンミストの個数を増量することができる。

また、従来に比べてさらに電界を高める手法として、放電電極に印加される印加電圧を上げることが考えられるが、印加電圧を上げるとリーク電流が発生するおそれがある。そこで、この実施例１で説明したように、印加電圧を連続的な一定電圧の信号から断続的なパルス信号に代えることで、リーク電流を回避しつつ印加電圧を上げることが可能となる。

一方、この実施例１で採用しているパルス信号を入力するイグナイタではなく、高周波の正弦波を入力するような一般的な昇圧トランスを用いてパルス信号を生成しようとした場合には、昇圧トランスの入力に適した高周波で断続的な信号を高圧制御回路２１から昇圧トランスに供給する必要がある。したがって、このような信号を生成するための回路構成が必要になり、部品点数が増加して回路規模が大きくなることに加えて、回路構成が複雑化するおそれがある。

これに対して、この実施例１では、一般的な昇圧トランスに代えてパルス状の信号を入力して昇圧するイグナイタを採用することで、一般的な昇圧トランスを用いた場合に比べて構成の小型化ならびに簡素化を図ることができる。また、図５に示すように、リーク電流を招かずに放電電極に印加することが可能な最大電圧の出力時間（印加時間）は、イグナイタを採用した場合には一般的な昇圧トランスを用いた場合（高圧トランス方式）に比べて短くすることが可能となり、これにより印加電圧を高く設定して高電界を発生させることができる。

放電電極に一定の電圧を連続して印加する場合には、印加電圧は先に説明したようにリーク電流を回避するためにパルス信号を印加する場合に比べて低く設定されていたので、イオンミストを発生させてその作用効果を得るためには、イオンミストを発生させるに要する放電電流値が必要になっていた。この放電電流値は、例えば毛髪にイオンミストを作用させた際に作用効果を得る場合を想定すると、例えば図６のトランス式出力特性（一定電圧印加時の電圧−電流特性）の髪の毛の作用効果の出るポイントで示す電流値となり、図６のイグナイタ式出力特性（パルス電圧印加時の電圧−電流特性）の髪の毛の作用効果の出るポイントで示す電流値に比べて大きくなり、消費電流の増大を招いていた。

これに対して、この実施例１では、高電圧が容易に得られるので、イオンミストを発生させるに要する放電電流を少なくすることが可能となり、消費電流を削減することができる。

図７は本発明の実施例２に係る静電霧化装置の構成を示す図である。

図７において、この実施例２の特徴とするところは、高電圧発生回路２の平滑・整流回路２３と放電部３の放電電極３１との間に例えば抵抗等から構成される電流制限回路８を設け、この電流制限回路８を介して高電圧発生回路２で得られた高電圧のパルス信号を放電電極３１に印加することで、放電電極３１に印加されるパルス信号の電流を制限したことにある。

このような電流制限回路８を採用して放電電極３１に印加されるパルス信号の電流を制限することで、先の実施例１で得られる効果に加えて、安定してイオンミストを発生させることが可能となる。

図８は先の図１または図７に示す静電霧化装置を備えた加熱送風装置の一例としてのヘヤードライヤーの概略構成を示す図である。

図８において、ヘアードライヤーはハウジング８１によって本体部が形成され、ハウジング８１の下壁部にはハンドル部８２が下方に向けて突出するように一体に設けられいる。ハウジング８１内には、空気取り入れ口８７から空気を吸入するファン８４と、ファン８４を回転駆動するモータ８３が配置されている。また、モータ８３の下流側には、ヒータ８６を備えてヒータ８６に選択的に通電することでファン８４によって送風された空気を選択的に加熱して温風を発生し、発生した温風が吹き出し口８８から外部に送風される加熱部８５が設けられている。

ハンドル部８２には、モータ８３のオン／オフ、ヒータ８６のオン／オフ、静電霧化装置のオン／オフならびにヘヤードライヤーの他の機能を切り換えるスイッチ８９が設けられている。

ハウジング８１の上壁部前方には、図１または図７に示す静電霧化装置を構成する、整流回路１（図示せず）を含む高電圧発生回路２、放電部３、ならびに水供給部４が配置され、放電部３で生成されたイオンミストは、ファン８４によって生成されて導入通路９０に導入された送風によって、吹き出し口８８から吹き出る送風の方向と同方向へ吹き出される。

ハウジング８１内の、空気取り入れ口８７とファン８４との間の上壁側には、コンデンサ５が配置され、配線（図示せず）により高電圧発生回路２に接続されている。

このように、先の図１に示す実施例１または図７に示す実施例２の静電霧化装置を加熱送風装置としてのドライヤーに搭載することで、上述したように、ドライヤーから吹き出されるイオンミストを微粒子化することが可能となり、さらにイオンミストの帯電量を増加させることができることに加えて、微粒子化されたイオンミストを増量することが可能となる。これにより、毛髪内部へのイオンミストの浸透力を高めることができ、毛髪に与えるしっとり効果を向上することができる。

また、放電電極３１に印加するパルス信号の電圧振幅を、帯電イオンの吐出電圧とイオンミストの吐出電圧との間に設定することで、毛髪への効果因子、すなわちさらさら効果をもたらすイオンと、しっとり効果をもたらすイオンミストの一方または双方を、静電霧化装置が動作している間は常に吹き出すことが可能となる。

本発明の実施例１に係る静電霧化装置の構成を示す図である。 静電霧化装置の電圧波形を示す図である。 高圧制御回路２１、平滑・整流回路２３の回路構成を示す図である。 静電霧化時の電界と微細化された液体微粒子の個数との関係を示す図である。 放電電極に印加される印加電圧の電圧波形を示す図である。 放電電極に印加される電圧と放電時の放電電流との関係を示す図である。 本発明の実施例２に係る静電霧化装置の構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る静電霧化装置を備えた加熱送風装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…整流回路
２…高電圧発生回路
３…放電部
４…水供給部
５，２１３，２３２…コンデンサ
６，２１１…抵抗
７…交流電源
８…電流制限回路
２１…高圧制御回路
２２…イグナイタ
２３…平滑・整流回路
３１…放電電極
３２…グランド電極
８１…ハウジング
８２…ハンドル部
８３…モータ
８４…ファン
８５…加熱部
８６…ヒータ
８７…空気取り入れ口
８８…吹き出し口
８９…スイッチ
９０…導入通路
２１２…スイッチング素子
２３１…ダイオード

Claims (3)

1. 放電電極に電圧を印加して、印加した電圧で形成される電界により生じる放電により前記放電電極に供給された液体を静電霧化する静電霧化装置において、
   前記放電電極に印加するパルス電圧を発生する電圧発生手段を有し、
   前記電圧発生手段は、入力される交流信号をパルス信号に変換する変換手段と、
   前記変換手段で得られたパルス信号を、前記放電電極に印加するパルス電圧の電圧値まで昇圧するイグナイタを備えてなる
   ことを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記放電電極に印加されるパルス電圧の電流値を制限する電流制限手段
   を有することを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
3. 請求項１または２に記載の静電霧化装置と、
   温風を吐出する加熱送風手段と
   を有することを特徴とする静電霧化装置を備えた加熱送風装置。

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