JP3928648B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの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。

静電霧化装置とは、放電極に水を供給するとともに該放電極に高電圧を印加することで、放電極に保持される水を霧化させ、ナノメータサイズで高い電荷を持つ帯電微粒子水を発生させるものである（特許文献１参照）。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。

しかし、上記の特許文献１に示されたような従来の静電霧化装置は、水の供給手段として、水を充填させる水タンクや、この水タンク内の水を毛細管現象により放電極にまで搬送させる水搬送部を備えた構造であり、この為に使用者とっては水タンク内に継続的に水を供給する手間が強いられるという問題があった。また、上記の従来の静電霧化装置においては、水タンク内に補給する水が水道水のようなＣａ，Ｍｇ等の不純物を含む水であった場合には、この不純物が空気中のＣＯ_２と反応して析出するＣａＣＯ_３，ＭｇＯ等が帯電微粒子水の発生を妨げるという問題があった。

そこで、上記問題を解決するために本出願人はまず、水の供給手段として、水タンクを備える代わりにペルチェユニットを備え、ペルチェユニットにより空気を冷却させることで空気中の水分を基に水を生成させ、ここで生成された水を水搬送部を通じて放電極にまで搬送させる構成を考えた。上記構成によれば、水を補給する手間が不要になるとともに、得られた水にはＣａ，Ｍｇ等の不純物が含まれないことからＣａＣＯ_３，ＭｇＯ等の析出が防止されるからである。

更に本出願人は、ペルチェユニットへの通電を開始してから、生成された水を放電極に搬送して帯電微粒子水を発生させるまでも間に少なくとも数分程度の時間がかかるといった問題を解決するために、ペルチェユニットの冷却側に備えてある冷却板に放電極を立設させて該放電極を冷却させる構成を考えた。上記構成によれば、空気中の水分を基にして放電極に直接水を生成させることができるので、冷却を開始してから素早い時間で帯電微粒子水を発生可能になるからである。

ところが、上記のような、ペルチェユニットの冷却板に放電極を立設して該放電極に直接水を生成させる構成の静電霧化装置にあっては、放電極で生成された水がペルチェユニット側に侵入することで下記の問題が生じる。これは、絶縁体である冷却板の放電極との接合部分やペルチェユニット内の回路部分に水が付着した場合には、これらの付着部分においてマイグレーションを生じ、結果的に、放電極とペルチェユニットとの間の絶縁不良や、回路部分での短絡を生じる恐れがあるといった問題である。加えて、ペルチェユニット内の電気回路と放電極との間に水が貯まることで絶縁破壊を生じる恐れがあるといった問題もある。なお、ここでのマイグレーションとは、電流、電圧の存在下で、絶縁体の水の吸着に伴って金属材料が絶縁体の内部に移行する現象である。つまり、放電極と冷却板との接合部分にあっては、水の吸着に伴って、放電極を成す導電性の金属材料が冷却板を成す絶縁材料の表面又は内部に移行する現象であり、ペルチェユニット内の回路部分にあっては、水の吸着に伴って、回路を形成する金属材料が冷却板や放熱板を成す絶縁材料の表面又は内部に移行する現象である。
特許第３２６０１５０号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、ペルチェユニットの冷却板に放電極を立設した構造にすることで、水補給や付着物除去の手間を不要にするとともに帯電微粒子水を素早く発生させることが可能であり、しかも、水の侵入によって放電極とペルチェユニットとの間の絶縁性が破壊されることやペルチェユニット内の回路で短絡を生じることが確実に防止された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を、冷却板２及び放熱板３を有するペルチェユニット１と、該ペルチェユニット１の冷却板２上に立設される放電極４とを具備し、ペルチェユニット１の冷却板２により放電極４を冷却して該放電極４上に空気中の水分を基に水を生成させるとともに、放電極４に高電圧を印加することで、放電極４に保持される水を霧化させて帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置であって、開口を有する収容枠体１７を具備し、上記収容枠体１７に貫設してある貫通孔２０に放電極４を挿通させた状態で上記収容枠体１７内に冷却板２を収容するとともに上記収容枠体１７の開口縁部１８ｃを放熱板３に固着させ、収容枠体１７と冷却板２とを接着させ且つ貫通孔２０を封止するシール層Ｌを設けることで、収容枠体１７と放熱板３とで囲まれる密閉空間Ｓを形成したものとする。

上記構成の静電霧化装置にあっては、静電霧化に供する水は放電極４に直接生成されるので使用者自身が水を補給する手間が不要であるとともに、生成された水には水道水のようなＣａやＭｇ等の不純物が含まれないことからＣａＣＯ_３やＭｇＯ等の析出付着が防止される。また、水は放電極４に直接生成されるので、運転開始後に帯電微粒子水を発生させるまでの時間が短くて済むという利点や、水を充填させておく為のタンクや、タンク内の水を放電極４にまで搬送する為の搬送手段が不要であるから装置全体がコンパクト化されるという利点がある。

しかも、本例の静電霧化装置にあっては上記の密閉空間Ｓ内に冷却板２を収容させることができるので、放電極４側で生成された水が上記密閉空間Ｓ内に侵入することが確実に防止される。これにより、冷却板２の放電極４との接合部分やペルチェユニット１内の回路部分に水が付着することがないので、マイグレーションを生じて結果的に放電極４とペルチェユニット１内の回路との絶縁不良を生じるといった問題や、ペルチェユニット１内の回路部分で短絡を生じるといった問題が解消される。また、放電極４とペルチェユニット１内の回路との間に水が貯まることで絶縁破壊を生じるといった問題も解消されるものである。

また、上記構成の静電霧化装置が、放電極４と対向して位置する対向電極１３を備え、放電極４と対向電極１３との間に高電圧を印可することで、放電極４に保持される水を霧化させて帯電微粒子水を発生させるものであることも好適である。このようにした場合には、放電極４と対向電極１３との間の放電電流を確認することができるので、その電流値に基づいて放電霧化を安定制御することが可能である。

また、上記のシール層Ｌを、収容枠体１７の少なくとも貫通孔２０を囲む底壁１８ａ部分よりも、弾性係数が低くなるように設けることも好適である。このようにすれば、収容枠体１７の底壁１８ａ部分と冷却板２との間に介在するシール層Ｌのクッション性によって、ペルチェユニット１内で生じる熱応力を緩和することができる。

また、上記の収容枠体１７の外表面に、貫通孔２０から突出する放電極４の基端側部分４ａを封止し且つ上記シール層Ｌと接合される外側シール層Ｌ′を積層させることも好適である。このように、外側シール層Ｌ′をシール層Ｌ上に積層されるように設けることで、収容枠体１７内への水の侵入を更に確実に防止することができる。

また、上記の外側シール層Ｌ′を断熱性に設けることも好適である。このようにすることで、冷却板２の影響で外側シール層Ｌ′の表面温度が低下することを抑制し、外側シール層Ｌ′表面での過剰結露を防止することができる。

また、上記の収容枠体１７よりも熱伝導率の高い材質から成る伝熱部材２８を、収容枠体１７の外表面と近接又は接触するように放熱板３に立設させることも好適である。このようにすることで、高温となっている放熱板３からの熱によって伝熱部材２８を加熱し、伝熱部材２８からの熱伝導によって収容枠体１７の表面温度を上昇させることができる。これにより、収容枠体１７の表面での過剰結露を防止することが可能である。

また、上記の収容枠体１７の外表面の貫通孔２０を囲む部分に貯水部２２を形成することも好適である。このようにすることで、放電極４等で生成された水の余剰分は貯水部２２内に貯められることとなり、収容枠体１７外に水が漏出して外部の制御回路等に短絡を生じるといった事態が防止されるものである。

なお、以上述べた各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜組合せ可能である。

本発明は、ペルチェユニットの冷却板に放電極を立設した構造にすることで、水補給や付着物除去の手間を不要にするとともに帯電微粒子水を素早く発生させることが可能であり、しかも、水の侵入により放電極とペルチェユニットとの間の絶縁性が破壊されることやペルチェユニット内の回路で短絡を生じることを確実に防止するという効果を奏する。

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。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示している。本例の静電霧化装置は、冷却板２と放熱板３とを有するペルチェユニット１を用いたもので、上記冷却板２上に放電極４を立設して冷却自在としている。

上記ペルチェユニット１は、絶縁性であり且つ熱伝導率の高い材料（本例ではアルミナ）から成りその片面側に電気回路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（本例では８対）列設してある焼結材又は熔製材から成るペルチェ素子７を両回路基板５間で挟持するとともに、隣接するペルチェ素子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、ペルチェ入力リード線８を介して為されるペルチェ素子７への通電によって一方の回路基板５（即ち、これが冷却側の回路基板５となる）から他方の回路基板５（即ち、これが放熱側の回路基板５となる）に向けて熱が移動するように設けたものである。

本例の静電霧化装置は、上記冷却側の回路基板５によって、絶縁性であり且つ熱伝導率の高い冷却板２を形成し、上記放熱側の回路基板５によって、同じく絶縁性であり且つ熱伝導率の高い放熱板３を形成したものであって、平面視における放熱板３の縦横寸法を冷却板２の縦横寸法よりも充分大きく形成することで、後述のように放熱板３と接合される絶縁性の収容枠体１７と該放熱板３との間に、冷却板２やペルチェ素子７を密閉可能としている。寸法として具体的には、冷却板２の縦横寸法が５．１×５．１ｍｍであり厚さが０．６５ｍｍであるのに対して、放熱板３の縦横寸法は２８×２０ｍｍであり厚さが０．５ｍｍである。なお、ペルチェ素子７の縦横寸法は０．６５×０．６５ｍｍであり高さが１ｍｍである。

放熱板３（即ち放熱側の回路基板５）の、電気回路６を形成してある側と反対側の面には、平面視において放熱板３よりも更に大きな縦横寸法となるように熱伝導率の高い材料（本例ではアルミニウム）を用いて形成した放熱フィン１１を接続させている。放熱板３と放熱フィン１１との間には、熱伝導グリースを介在させることが好適である。

放熱フィン１１の放熱板３と接続される側の面（図中の上面１１ａ）の、放熱板３との接続部分を囲む周縁部分には、左右一対の支持体１２を立設させている。上記支持体１２は、絶縁性の材料（本例ではＰＢＴ）を用いて円柱状に形成したものであり、両支持体１２の先端部に対向電極１３を支持させている。対向電極１３は、電気伝導率の高い材料（本例ではＳＵＳ）を用いたものであり、内径８ｍｍ、外径１２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである平面視リング状の本体部１３ａと、この本体部１３ａから延設される一対の接続部１３ｂとで形成され、各接続部１３ｂがそれぞれ支持体１２に固定される構造になっている。

放電極４は、電気伝導率及び熱伝導率の高い材料（本例ではＣｕ）を用いて直径０．５ｍｍの細長い円柱形状に形成したものであり、表面にＮｉ鍍金を施した後にＡｕ鍍金を施している。冷却板２（即ち冷却側の回路基板５）の電気回路６を形成してある側と逆側の面には、その中央位置に接合用の凹凸部分（図示せず）を設けており、この凹凸部分に、放電極４の基端に形成してある直径１ｍｍの基台部（図示せず）を位置決めして半田付けすることで、放電極４と冷却板２とを接合させている。上記半田としては熱伝導率の高い半田を用いる。放電極４と冷却板２の接合用に接着剤を用いる場合には、当然に熱伝導率の高い接着剤を用いる。上記接合状態において、支持体１２に支持される対向電極１３は放電極４の先端から高さ３ｍｍの位置に設置されるものであり、対向電極１３の一方の接続部１３ｂと、一端側が放電極４に電気的に接続された高電圧リード１４の他端側とを、高圧印加部１５及び電流計１６を介して電気的に接続させている。

なお、冷却板２及び放熱板３の電気回路６は、ＭｏＭｎから成る厚さ１０μｍの下地層に厚さ４μｍのＮｉ／Ａｕ鍍金を施したものであり、冷却板２側の放電極４接合用の凹凸形状は、上記下地層と同様の凸条部を設けることで形成したものである。

収容枠体１７は、矩形状の底壁１８ａの周縁から図中下方に側周壁１８ｂを延設して成る容器状の主体部１８と、主体部１８の底壁１８ａの周縁から上記側周壁１８ｂとは反対方向に延設される周壁１９とから成る部材であり、底壁１８ａの中央部分には直径３ｍｍの貫通孔２０を貫設している。換言すれば、上記収容枠体１７は、両端の貫通した筒状部材（即ち、上記周壁１９及び側周壁１８ｂ）の内周面からその内部空間を二分する隔壁（即ち、上記底壁１８ａ）を延設した構造である。この収容枠体１７は、絶縁性であり且つ遮水性の高い材料（本例ではＰＢＴ）を用いて一体成形される。

そして、上記の開口を有する容器状の主体部１８を被せて該主体部１８内に冷却板２やペルチェ素子７を収容するとともに底壁１８ａの貫通孔２０に放電極４を挿通して主体部１８外に突出させ、側周壁１８ｂの先端に形成される開口縁部１８ｃを放熱板３と突き合せる。この状態で、主体部１８の開口縁部１８ｃと放熱板３との間、及び、主体部１８の底壁１８ａと冷却板２との間を、絶縁性であり且つ遮水性の高いエポキシ系の接着剤２１を介して固着させることで、収容枠体１７の主体部１８と放熱板３とで囲まれる囲まれる密閉空間Ｓ内に冷却板２やペルチェ素子７を収容することができる。ここで、底壁１８ａと冷却板２との間の０．５ｍｍ程度の隙間に配される接着剤２１は、底壁１８ａと冷却板２とを接着させると同時に放電極４を挿通させてある貫通孔２０を完全に封止する、絶縁性のシール層Ｌを成すものである。

上記の如く、本例の静電霧化装置は、電気回路６を介して電気的に接続される多数のペルチェ素子７の冷却側に、絶縁性であり且つ熱伝導率の高い材料から成る冷却板２を連結させ、放熱側には同じく絶縁性であり且つ熱伝導率の高い材料から成る放熱板３を連結させることで構成されるペルチェユニット１を、放電極４に水を供給する為の手段として用いたものであって、このペルチェユニット１の冷却板２上に熱伝導率の高い半田或いは接着剤を介して立設される熱伝導率の高い柱状の放電極４と、放電極４の先端と対向して位置する対向電極１３と、放電極４と対向電極１３との間に高電圧を印加する高圧印加部１５とを具備しているので、ペルチェユニット１内のペルチェ素子７への通電により該ペルチェユニット１の冷却板２を介して放電極４自体を冷却し、放電極４の表面上に空気中の水分を基にして水を生成させるとともに、高圧印加部１５によって、放電極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極４と対向電極１３との間に高電圧（本例では４．５ｋＶ）を印加させることで、放電極４上に直接生成されて保持される水を先端側に引き寄せるとともに先端部分で静電霧化現象により霧化させ、ナノメータサイズで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、対向電極１３のリング状を成す本体部１３ａの中央穴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。

ここでの静電霧化現象とは、放電極４と対向電極１３との間に印加した電圧により放電極４に保持される水が帯電し、この帯電した水にクーロン力が働くことで該水の液面が局所的に円錐形状（テイラーコーン）を成すように盛り上がり、円錐形状となった水の先端に電荷が集中して高密度となった電荷の反発力で弾けるようにして水が分裂、飛散（レイリー分裂）して静電霧化を行う現象であると考えられる。

つまり、本例の静電霧化装置においては、使用者自身が水を補給する手間が不要であるとともに、生成された水には不純物が含まれないことから放電極４におけるＣａＣＯ_３やＭｇＯ等の析出付着が防止されるものである。しかも、水が放電極４に直接生成されるので静電霧化装置の運転を開始（即ち、ペルチェ素子７への通電を開始）してから帯電微粒子水を発生させるまでの時間が短くて済むという利点や、水を充填させておく為のタンクや、タンク内の水を放電極４にまで搬送する為の搬送手段を備える必要がないので装置全体がコンパクト化されるという利点がある。

加えて、本例の静電霧化装置にあっては上記の如く、底壁１８ａと側周壁１８ｂとを有する容器状の主体部１８の該底壁１８ａの中央に貫通孔２０を貫設して成る収容枠体１７を具備しており、この収容枠体１７の側周壁１８ｂの先端に形成される開口縁部１８ｃ側から放電極４や冷却板２やペルチェ素子７を収容枠体１７内に収容するとともに、該放電極４を貫通孔２０に挿通させてその先端側を収容枠体１７外に突出させた状態で、上記収容枠体１７の主体部１８の開口縁部１８ｃを放熱板３上に接着剤２１を介して固着させ、更に、収容枠体１７の主体部１８の底壁１８ａと冷却板２とを接着させると同時に貫通孔２０を封止する、絶縁性であり且つ遮水性の高いシール層Ｌを該収容枠体１７内に設けることで、開口を有する容器状の収容枠体１７と該開口を塞ぐ平板状の放熱板３とで囲まれる密閉空間Ｓを形成しており、この密閉空間Ｓ内に冷却板２やペルチェ素子７が密閉されるものである。

つまり、本例にあっては放電極４側で生成された水が上記密閉空間Ｓ内に侵入することが収容枠体１７やシール層Ｌにより確実に防止されるので、絶縁体である冷却板２の放電極４との接合部分やペルチェユニット１内の回路部分に水が付着することがない。したがって、水の付着によるマイグレーションを生じて、結果的に放電極４とペルチェユニット１内の回路との絶縁不良を生じるといった事態や、ペルチェユニット１内の回路部分で短絡を生じるといった事態が防止される。また、放電極４とペルチェユニット１内の回路との間に水が貯まることで絶縁破壊を生じるといった事態も防止される。

加えて、本例の静電霧化装置にあっては上記の如く、収容枠体１７の容器状を成す主体部１８の底壁１８ａの外表面の、貫通孔２０を囲む周縁部分から周壁１９を延設することで、放電極４の突出部分の周囲に、周壁１９に囲まれて成る凹状の貯水部２２を形成しているので、放電極４に生成された水の余剰分は貯水部２２内に貯留されることとなる。つまり、収容枠体１７外に水が漏出して外部の制御回路等に短絡を生じるといった事態が防止されるものである。

なお、本例の放電極４における水の生成は、放電極４の冷却により周囲の空気が結露点以下にまで冷却されることで空気中の水分が結露して生成されるものが主であるが、ペルチェユニット１の冷却能力が強過ぎる場合には空気中の水分が放電極４に氷結してしまうことがあり、この場合には氷結した氷を溶解させることで水を生成することができる。溶解手段としてはペルチェユニット１への通電を低下又は停止させて放電極４の温度を上昇させることや、極性の逆転によりペルチェユニット１の冷却側と放熱側を一時的に入換えて放電極４を加熱することが適当である。

図３、図４、図５、図６には、本例の静電霧化装置において更に、放電極４とペルチェユニット１内の電気回路６との間の絶縁破壊を更に確実に防止しようとする各種の変形例を示している。

図３（ａ）に示すものは、冷却板２のシール層Ｌと接着される側の面（図中上面）を凹凸面２３とし、接着剤２１から成るシール層Ｌと冷却板２との密着性をアンカー効果によって向上させた変形例であり、図３（ｂ）に示すものは、冷却板２のシール層Ｌと接着される側の面にカップリング剤２４を塗布しておき、このカップリング剤２４の介在により冷却板２とシール層Ｌとの密着性を向上させた変形例である。いずれの変形例にあっても、冷却板２とシール層Ｌとの界面の密着性が劣化し難くなり、界面に水が貯まって絶縁が破壊されるという事態が更に確実に防止される。また、図３（ａ）のように冷却板２に凹凸面２３を設けた場合にあっては、共に絶縁体である冷却板２とシール層Ｌとの界面を通る絶縁沿面距離が長くなり、この点においても絶縁破壊は防止されるものである。上記凹凸面２３を設けるには、冷却板２の回路基板５を成形する際の型に、鏡面とならない程度の凹凸形状をエッチングにより設けておけばよい。

また、図４（ａ）に示すように、収容枠体１７の主体部１８の底壁１８ａのシール層Ｌと接着される側の面（図中下面）を凹凸面２５とし、接着剤２１から成るシール層Ｌと収容枠体１７との密着性をアンカー効果によって向上させてもよいし、また、図３（ｂ）に示すように、上記底壁１８ａのシール層Ｌと接着される側の面にカップリング剤２６を塗布しておき、このカップリング剤２６の介在により収容枠体１７とシール層Ｌとの密着性を向上させてもよい。いずれの場合においても収容枠体１７とシール層Ｌとの界面の密着性が劣化し難くなり、界面に水が貯まって絶縁が破壊されるという事態が更に確実に防止される。また、図４（ａ）のように収容枠体１７に凹凸面２５を設けた場合にあっては、共に絶縁体である収容枠体１７とシール層Ｌとの界面を通る絶縁沿面距離が長くなり、この点においても絶縁破壊は防止される。上記凹凸面２５を設けるには、収容枠体１７を成形する際の型に、エッチングにより鏡面とならない程度の凹凸形状を設けておけばよい。

図５に示すものは、収容枠体１７の主体部１８の開口部分の縦横寸法が１１．５×１１．５ｍｍであるのに対して、冷却板２の縦横寸法を１０．５×１０．５ｍｍに設定した変形例である。このように、冷却板２が収容枠体１７の主体部１８内に収容される状態において上記冷却板２と上記主体部１８との間の縦横方向の隙間が０．５ｍｍ程度の僅かな隙間となるように寸法を設定することで、シール層Ｌを成す接着剤２１を、上記主体部１８の底壁１８ａと冷却板２との隙間だけでなく、側周壁８と冷却板２との隙間（即ち、冷却板５の側方）に至るまでの広範囲に充填させることができる。これにより、シール層Ｌを介した冷却板２と収容枠体１７との密着性が向上し、シール層Ｌと冷却板２との界面やシール層Ｌと収容枠体１７との界面に水が貯まって絶縁が破壊されるという事態が防止される。また、上記界面を通る絶縁沿面距離も長くなり、この点においても絶縁破壊は防止される。

図６に示すものは、収容枠体１７の主体部１８の底壁１８ａ内面から、貫通孔２０を囲む周壁２７を０．５ｍｍの高さで突設した変形例である。上記周壁２７は、上記主体部１８内に冷却板２が収容されて貫通孔２０から放電極４が突出する状態において、縦横方向の僅かな隙間を介して冷却板２を囲むように形成しているので、シール層Ｌを成す接着剤２１を、上記底壁１８ａと冷却板２との隙間だけでなく、周壁２７と冷却板２との隙間（即ち、冷却板５の側方）に至るまでの広範囲に充填させることができる。これにより、シール層Ｌを介した冷却板２と収容枠体１７との密着性が向上し、シール層Ｌと冷却板２との界面やシール層Ｌと収容枠体１７との界面に水が貯まって絶縁が破壊されるという事態が防止されるとともに、上記界面を通る絶縁沿面距離も長くなり、この点においても絶縁破壊は防止される。

図７、図８には、本例の静電霧化装置において更に、収容枠体１７自体に結露水が生じることを抑制した変形例を示している。

図７（ａ）に示すものは、収容枠体１７よりも充分に熱伝導率が高い材質（本例ではＣｕ）を用いて形成した伝熱部材２８を、収容枠体１７の外表面（即ち、側周壁１８ｂ及び周壁１９の外表面）と近接するように放熱板３上の収容枠体１７を囲む位置に立設させた変形例であり、図７（ｂ）に示すものは上記伝熱部材２８を収容枠体１７の外表面と接触するように放熱板３上の収容枠体１７を囲む位置に立設させた変形例である。上記伝熱部材２８は、板状を成す立壁部２８ａと、立壁部２８ａの端縁から直交方向に延設されるフランジ部２８ｂとから成る厚さ１ｍｍの断面Ｌ字状の部材であり、フランジ部２８ｂの底面を放熱板３に固着させることで、立壁部２８ａの壁面を収容枠体１７の外表面に近接又は接触させる構造である。

冷却板２の影響で収容枠体１７が冷却されて表面に過剰な結露水を生じれば、この結露水によって絶縁破壊や短絡を生じる恐れがあるのだが、これに対して上記伝熱部材２８を備えることで過剰結露を防止している。つまり、放熱板３によって伝熱部材２８全体をフランジ部２８ｂ側から加熱させ、立壁部２８ａの接触又は輻射による熱伝導によって収容枠体１７の温度を上昇させ、該収容枠体１７の過剰結露を防止するものである。なお、図７（ｂ）のように伝熱部材２８の立壁部２８ａを収容枠体１７に接触させる構造の場合には、この立壁部２８ａを、収容枠体１７の外表面に被覆される厚さ０．１ｍｍ以下の皮膜により構成しても構わない。

図８に示すものは、収容枠体１７の外表面（即ち、側周壁１８ｂ及び周壁１９の外表面）を断熱材２９で覆った変形例である。ペルチェユニット１への通電により冷却板２を冷却した際に、断熱材２９の表面温度は収容枠体１７の表面温度に比して高くなるので、上記断熱材２９を収容枠体１７の外表面と接触するように放熱板３上に立設させておくことで収容枠体１７の温度低下を抑制し、収容枠体１７の過剰結露を防止するものである。

図９には、本例の静電霧化装置において更に、収容枠体１７と放熱板３とで囲まれる密閉空間Ｓ内での結露を防止した変形例を示している。図示例は、収容枠体１７の主体部１８の開口縁部１８ｃから外方に向けて１ｍｍの長さで鍔部１８ｄを延設したものであり、この鍔部１８ｄと放熱板３とを接着剤２１を介して密着させることで、収容枠体１７を放熱板３に固着させている。上記構成によれば、接着剤２１の収容枠体１７側との接着面積も放熱板３側との接着面積も増大するので、結果的に収容枠体１７と放熱板３との接着性を大幅に増大させて密閉空間Ｓ内に水分を含む空気が侵入することを防止し、収容枠体１７の主体部１８内での結露水の発生を防止するものである。

上記鍔部１８ｄと放熱板３との接着性を更に向上させる為には、例えば図３、図４で示したものと同様の凹凸形状やカップリング剤を、鍔部１８ｄ側の接着面と放熱板３側の接着面の少なくとも一方に設けることも好適であるし、また、放熱板３側の接着面にガラスコーティングを施すことも好適である。

図１０には、本発明の静電霧化装置において更に、ペルチェユニット１内で生じる熱応力を緩和させる構造とした変形例を示している。図示例は、主体部１８の開口縁部１８ｃと放熱板３との間、及び、主体部１８の底壁１８ａと冷却板２との間を密着状態で固定させる為に、エポキシ系の接着剤２１の代わりに、絶縁性であり且つクッション性を有するシリコン系の接着剤３０を用いたものである。即ち、図示例の主体部１８の底壁１８ａと冷却板２との間にあっては、シリコン系の接着剤３０から成る厚さ０．５ｍｍ程度のシール層Ｌを介して両者１８ａ，２を接着させるとともに貫通孔２０を封止している。収容枠体１７を成すＰＢＴの弾性係数が約１０ＧＰａであるの対して、シリコン系の接着剤３０の弾性係数は約０．１ＧＰａと大幅に低いので、ペルチェ素子７の接合部分に熱応力が生じても接着剤３０のクッション性により上記熱応力を緩和することができる。なお、上記接着剤３０は、収容枠体１７うち少なくとも主体部１８の底壁１８ａよりも低い弾性係数を有するものであればよい。

図１１、図１２、図１３、図１４、図１５には、本例の静電霧化装置において更に、ペルチェユニット１内で生じる熱応力を緩和させ、且つ、収容枠体１７内への水の侵入を確実に防止するようにした変形例を示している。

図１１に示すものは、主体部１８の開口縁部１８ｃと放熱板３とを接着させる為にエポキシ系の接着剤２１を用いる一方で、主体部１８の底壁１８ａと冷却板２とを接着させて貫通孔２０を封止する為に、絶縁性であり且つクッション性を有するシリコン系の接着剤３０から成るシール層Ｌを用いた変形例である。そして、図示例にあっては上記のシール層Ｌ上に更に外側シール層Ｌ′を積層させることで、収容枠体１７内への水の侵入を確実に防止している。外側シール層Ｌ′は、収容枠体１７の主体部１８の底壁１８ａの周壁１９で囲まれる外表面全体を覆うように充填される、絶縁性であり且つ遮水性の高いエポキシ系の封止樹脂９から成り、貫通孔２０を通じて収容枠体１７外に突出する放電極４の基端側部分４ａを封止するとともに貫通孔２０内にまで侵入し、該貫通孔２０内にて下側のシール層Ｌと接合されるものである。

図示例にあっては、シール層Ｌを成すシリコン系の接着剤３０が収容枠体１７と比して大幅に低い弾性係数を有しており、充分なクッション性を有するので、ペルチェ素子７の接合部分に熱応力が生じてもシール層Ｌのクッション性により上記熱応力を緩和することができる。しかも、エポキシ系の接着剤２１や封止樹脂９は確実に遮水を為すので、主体部１８の開口縁部１８ｃと放熱板３との間に介在される接着剤２１と、エポキシ系の封止樹脂９から成りシール層Ｌ上に積層される外側シール層Ｌ′とで、収容枠体１７内への水の侵入が確実に防止されるものである。

図１２に示すものは、図１０の変形例と同様に、主体部１８の開口縁部１８ｃと放熱板３との間のシール層Ｌをシリコン系の接着剤３０で形成するとともに、主体部１８の底壁１８ａと冷却板２とを同じくシリコン系の接着剤３０で接着させた変形例であり、更に、接着剤３０から成るシール層Ｌ上を図１１の変形例と同様のエポキシ系の封止樹脂９から成る外側シール層Ｌ′で封止させるとともに、収容枠体１７と放熱板３との間の接着剤３０の周囲を、同様のエポキシ系の封止樹脂９から成る外側シール層Ｌ′で封止したものである。

図示例の放熱板３上の収容枠体１７の周囲部分には、収容枠体１７の主体部１８の側周壁１８ｂを囲む周壁状の第二枠体３１を固定させており、収容枠体１７と第二枠体３１との間にエポキシ系の封止樹脂９を充填させることで、収容枠体１７と放熱板３との間の接着剤３０の周囲を封止する上記の外側シール層Ｌ′を形成している。

図示例にあっては、シール層Ｌを成すシリコン系の接着剤３０と、収容枠体１７と放熱板３との間の接着剤３０とが、収容枠体１７と比して大幅に低い弾性係数を有していて充分なクッション性を有するので、ペルチェ素子７の接合部分に熱応力が生じても両側の接着剤３０のクッション性により上記熱応力を緩和することができる。しかも、両側の接着剤３０を封止する外側シール層Ｌ′はいずれもエポキシ系の封止樹脂９から形成されていて確実に遮水を為すので、収容枠体１７内への水の侵入は確実に防止されるものである。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すものは、図１２に示した変形例のシール層Ｌに積層される外側シール層Ｌ′を、下記の各構成により断熱性に設けたものである。

図１３（ａ）には、外側シール層Ｌ′を、断熱性材料から成る断熱層３２と、断熱層３２上に積層される樹脂層３３とで形成した変形例を示している。上記断熱層３２は、収容枠体１７の主体部１８の、貫通孔２０を穿設してある底壁１８ａの周壁１９で囲まれる外表面全体を覆うように充填される多孔質な断熱性材料から成り、貫通孔２０から収容枠体１７外に突出する放電極４の基端側部分４ａを封止するとともに貫通孔２０内にまで侵入し、該貫通孔２０内にて下側のシール層Ｌと接合される構成である。また、上記樹脂層３３は、断熱層３２の周壁１９で囲まれる外表面全体を覆うように充填されるエポキシ系の封止樹脂９から成る。

図１３（ｂ）には、外側シール層Ｌ′を、断熱性の空気層３４と、空気層３４上に積層される樹脂層３３とで形成した変形例を示している。上記空気層３４は、収容枠体１７の主体部１８の底壁１８ａ外表面上に載置される支持脚３５ａと、支持脚３５ａにより上記底壁１８ａから所定間隔を隔てて支持される平板３５ｂとから成る空気枠３５内に空気が封入されることで形成される。この平板３５ｂは、放電極４が貫通する貫通孔３５ｃを中央に有し、この貫通孔３５ｃ内に放電極４が嵌合した状態で周壁１９内に隙間無く嵌合するものである。また、上記樹脂層３３は、空気枠３５の平板３５ｂ上に積層されるものである。

図１３（ａ）、（ｂ）の変形例のいずれにあっても、断熱性に設けた外側シール層Ｌ′の外表面（即ち、冷却板２から遠い側の表面）の温度が冷却板２の影響で低下することが抑制されるので、外側シール層Ｌ′の外表面（図示例では樹脂層３３の外表面）の過剰結露が防止されることとなる。

図１４に示すものは、収容枠体１７の主体部１８の底壁１８ａ外表面に、貫通孔２０を囲む筒壁３６を突設し、該筒壁３６内を、シール層Ｌ上に積層される外側シール層Ｌ′で封止した変形例である。この筒壁３６は内径３ｍｍ、外径４ｍｍ、高さ３ｍｍの円柱型であり、周壁１９よりも内側に形成されている。上記筒壁３６を備えることで、外側シール層Ｌ′を図１１〜図１３のように主体部１８の底壁１８ａ全体に形成しなくても済む。これにより、収容枠体１７の弾力性を確保してペルチェユニット１内で生じる熱応力を緩和させることができるとともに、外側シール層Ｌ′形成に必要な樹脂量を抑制することができる。図１４（ａ）には、エポキシ系の封止樹脂９を筒壁３６内に充填させて外側シール層Ｌ′を形成した変形例を示している。また、図１４（ｂ）には、エポキシ系の封止樹脂９を筒壁３６内に充填させた後に断熱性材料を充填させて外側シール層Ｌ′を形成した変形例を示している。図１４（ｂ）の場合、外側シール層Ｌ′は樹脂層３３上に断熱層３２を積層させた断熱性のシール層となる。

図１５に示すものは、収容枠体１７の主体部１８上に周壁１９を立設せず、その代わりに、主体部１８の周囲を囲むように放熱板３上に立設される周壁状の第二枠体３１を主体部１８よりも充分に高く設定するとともに、第二枠体３１と収容枠体１７との間に、エポキシ系の封止樹脂９を収容枠体１７全体が埋没するまで充填させて外側シール層Ｌ′を形成した変形例である。この場合の封止樹脂９としては、放電極４及び放熱板３との接着性が良好で水を通し難いものであればよく、収容枠体１７や第二枠体３１との接着性は重要でない。

上記構成にあっては、収容枠体１７の材質として水を通過させ難い材質を選択する必要が無くなるので、収容枠体１７の製造コストを下げることができる。また、収容枠体１７と放熱板３との接着性も重要でないことから、接着剤のコスト削減という効果や、組み立て時の管理が容易となって生産性が向上するという効果もある。

次に、本発明の実施形態における他例の静電霧化装置について、図１６に基づいて説明する。なお、本例の構成のうち既述した一例の静電霧化装置と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略し、一例とは相違する特徴的な構成についてのみ以下に詳述する。

本例の静電霧化装置は、一例のような対向電極１３を備えることなく、放電極４に対して高電圧を印加させることで帯電微粒子水を発生させるものである。即ち、本例の静電霧化装置は、放電極４側がマイナス電極となって電荷が集中するように、一例よりも更に高い電圧（本例では６ｋＶ）を印加する高圧印加部３７を具備し、この電圧印加により、放電極４上に保持される水を先端側に引き寄せるとともに静電霧化現象により霧化させて帯電微粒子水を外部の放出する構造になっている。図示のペルチェ電源３８は、放電極４上に結露水が生じる程度にペルチェ素子７に電流を流すものであり、高圧印加部３７のＧＮＤ側のリード線は上記ペルチェ電源３８のＧＮＤ側に接続させている。

本例の静電霧化装置にあっては、一例のように対向電極１３を備えたものと比べて装置全体を小型化することができる。また、放電極４から放出される帯電微粒子水が対向電極１３に付着するといった問題もないので、大気中に放出可能な帯電微粒子水の量を増加させることができる。これに対して、対向電極１３を具備する一例の静電霧化装置にあっては、電流計１６（図１参照）を用いて放電極４と対向電極１３との間の放電電流を確認することが可能なので、その電流値に基づいて静電霧化現象を安定制御することができるという利点がある。

なお、本例にあっても図３〜図１５に示した各変形例の構成が適用可能であることは勿論である。

本発明の実施形態における一例の静電霧化装置の説明図である。 同上の静電霧化装置を示す斜視図であり、（ａ）は収容枠体を外した状態、（ｂ）は収容枠体を取付けた状態を示している。 （ａ）、（ｂ）は同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 同上の静電霧化装置の変形例を示す説明図である。 本発明の実施形態における他例の静電霧化装置の説明図である。

符号の説明

１ ペルチェユニット
２ 冷却板
３ 放熱板
４ 放電極
４ａ 基端側部分
１３ 対向電極
１７ 収容枠体
１８ｃ 開口縁部
２０ 貫通孔
２２ 貯水部
２８ 伝熱部材
Ｌ シール層
Ｌ′ 外側シール層
Ｓ 密閉空間

Claims (7)

1. 冷却板及び放熱板を有するペルチェユニットと、該ペルチェユニットの冷却板上に立設される放電極とを具備し、ペルチェユニットの冷却板により放電極を冷却して該放電極上に空気中の水分を基に水を生成させるとともに、放電極に高電圧を印加することで、放電極に保持される水を霧化させて帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置であって、開口を有する収容枠体を具備し、上記収容枠体に貫設してある貫通孔に放電極を挿通させた状態で上記収容枠体内に冷却板を収容するとともに上記収容枠体の開口縁部を放熱板に固着させ、収容枠体と冷却板とを接着させ且つ貫通孔を封止するシール層を設けることで、収容枠体と放熱板とで囲まれる密閉空間を形成したものであることを特徴とする静電霧化装置。
2. 放電極と対向して位置する対向電極を備え、放電極と対向電極との間に高電圧を印可することで、放電極に保持される水を霧化させて帯電微粒子水を発生させるもの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。
3. シール層を、収容枠体の少なくとも貫通孔を囲む底壁部分よりも、弾性係数が低くなるように設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電霧化装置。
4. 収容枠体の外表面に、貫通孔から突出する放電極の基端側部分を封止し且つ上記シール層と接合される外側シール層を積層させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
5. 外側シール層を、断熱性に設けることを特徴とする請求項４に記載の静電霧化装置。
6. 収容枠体よりも熱伝導率の高い材質から成る伝熱部材を、収容枠体の外表面と近接又は接触するように放熱板に立設させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
7. 収容枠体の外表面の貫通孔を囲む部分に、貯水部を形成す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。
   

Images