JP4345715B2 - スチーム発生器 - Google Patents

Description

本発明は、スチーム式美顔器のようなスキンケア装置としての使用に好適な、微細なスチーム粒子を生成するためのスチーム発生器に関するものである。

従来、スチーム発生器は、室内の湿度をコントロールするための加湿器として、肌に潤いを与え、細胞の代謝を促し、毛穴や肌の汚れを落とすためのスキンケア装置として、さらに鼻や喉に温かい湿った空気を提供し、花粉症や風邪の症状を緩和もしくは抑える吸入器として、広く利用されている。

例えば、イオン化スチームを生成する美顔器が提案されている（特許文献１）。この美顔器1Mは、図16に示すように、スチームを生成するために水を加熱するヒーターを備えたボイラー室3Mと、ボイラー室3Mとスチーム吐出口11Mとの間のスチーム経路6Mに配置された一対の電極50Mと、電極50M間に高電圧を印加してスチーム経路6M内に放電を発生させる高電圧印加手段60Mとを具備する、ボイラー室3Mで生成されたスチームは、スチーム経路6Mにおいて放電に曝されてイオン化される。イオン化スチームのスキンケア効果は、普通のスチームの効果よりも高いとされている。
特開昭62−38180号公報

しかしながら、スキンケア効果をさらに高める観点から、従来の美顔器には依然として改善の余地が残されている。

したがって、本発明の主たる目的は、微細なスチーム粒子を効率よく生成して、安全性とスキンケア効果の向上を実現できるスチーム発生器を提供することにある。

すなわち、本発明のスチーム発生器は、
スチーム吐出口を有するハウジングと、
液体を溜める液体タンクと、
前記液体タンクから提供される液体を加熱して、ハウジング内に設けられるチャンバー内にスチームを生成するヒーターと、
前記チャンバーとスチーム吐出口の間に設けられるスチーム経路と、
前記スチーム経路内に配置される少なくとも一対の電極と、
前記電極間に配置される少なくとも一つの中間電極と、
前記電極の各々と前記少なくとも一つの中間電極の間に放電を形成するための放電生成手段とを含み、
前記各電極と中間電極との間の距離を上記一対の電極間の距離よりも小さくし、
上記放電生成手段は、上記少なくとも一つの中間電極を電気的に浮いた状態に保ちながら、上記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段であるスチーム発生器であって、
上記一対の電極のうち少なくとも一方は、上記少なくとも一つの中間電極に面する一端が他端よりも大きい断面積を有することを特徴とする。

また、上記電極の少なくとも一方は、上記中間電極との間の放電空間に液滴が流れ込むのを防ぐストッパーを有することが好ましい。中間電極と電極との間の隙間（すなわち、放電空間）に液滴が流れ込むと、放電が不安定になったり、消失したりするおそれがある。ストッパーの形成によって、中間電極と電極との間に安定に放電を維持することができる。

上記中間電極は、上記電極間において互いから離して配置される複数の中間電極であることが好ましい。この場合、スチーム経路に生成される放電の数が増加するので、より多くの微細なスチーム粒子を効率よく生成することができる。

本発明の別の特徴及び、それによってもたらされるさらなる効果については、添付図面を参照しながら、以下の詳細な説明に基づいてより明確に理解されるだろう。

本発明によれば、スチーム室で生成されたスチーム粒子は、各電極と中間電極との間に生成された複数の放電に曝されるので、中間電極を使用せずに電極間に生成された放電にスチーム粒子を単純に曝す場合に比べ、単位時間当たりに生成される微細な凝集核(例えば、０．５〜２μｍ)の量が増加する。凝集核同士は結合し難いため、結果的にスチーム粒子の成長抑制効果が得られる。また、比較的大きなスチーム粒子(例えば数十ミクロン)がスチーム室で生成されたとしても、微細化されてスチーム出口から噴射される。したがって、大きい熱滴がスチーム吐出口から偶発的に吐出されるのを防止して、スチーム発生器の安全性を改善することができる。さらに、電極と中間電極の間の距離が電極間の距離より短いので、放電の生成に必要な絶縁破壊電圧が小さくなる。また、通常、放電を繰り返し生成することによって一対の電極の先端がダメージを受けてしまうが、一対の電極のうち少なくとも一方は、中間電極に面する一端が他端よりも大きい断面積を有するように構成されているから、長期間にわたって安定して放電を提供することができる。つまり、結果的に、これは省エネ型スチーム発生器を提供する。

まず、スチーム発生器の好ましい例であるスチーム式美容器の基本的な構成を添付図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。

図１（a）および図１（ｂ）に示すように、美容器1は、スチーム吐出口11および給水口2を有するハウジング10、ハウジング10内に収容される貯水タンク3、給水口2と貯水タンク3の間に設けられる給水経路20、貯水タンク3から供給される水を加熱して、ハウジング内に設けられるスチーム室40内にスチームを生成するヒーター4、スチーム室40とスチーム吐出口11との間に設けられるスチーム経路6、およびスチーム経路6内に複数の放電を発生させる放電生成部5とで主として構成される。図１（a）中、番号9は、スチーム吐出口に着脱可能に取り付けられるスチームノズル80の保護カバーであり、後述するように、給水容器としても利用できる。

このスチーム式美容器1によれば、貯水タンク3から提供される水をヒーター4で沸騰させてスチーム室40内にスチームを生成する。生成されたスチームはスチーム経路6に送られ、次いで放電生成部5で生成された放電に曝されて微細なスチーム粒子になり、スチーム吐出口11から放出される。スチーム生成のON/OFFは、ハウジング10の上部前面に配置されたON/OFFスイッチ18を操作することにより制御される。ON/OFFスイッチ18、ヒーター4、および放電生成部5は制御回路(図示せず)に接続され、制御回路には電源コード92を介して電力が供給される。

図２に示すように、放電生成部5は、一対の電極50、電極間に配置される中間電極52、および電圧印加ユニット55で主として構成される。電極50の各々は、一端がスチーム経路6を形成するために使用される筒状部材42に固定された電極ホルダー51によって保持される棒状電極である。電極50は、共通の水平軸を持つように配置される。また、電極50の他端は中間電極52を介して対面関係にある。中間電極52は、貯水タンク3上部に配置された電極ホルダー54によって直立姿勢に保持される棒状電極である。中間電極52の長手軸は、電極50の水平軸に略直交する。電極50の各々は中間電極52の側面に面するように配置される。図２中、番号56は、電極ホルダー51に設けた溝にフィットして、筒状部材42と電極ホルダー51との間に耐水シールを提供するOリングである。

電圧印加ユニット55は、一方の電極が正極、他方の電極が負極になるように電極50間に電圧を印加する。この場合、中間電極52は、電気的に浮いた状態に保たれる。各電極50と中間電極52との間の距離は電極50間距離より小さいので、放電に必要な絶縁破壊電圧が低下する。結果として、電極50間により低い電圧を印加することにより放電を容易に生成することができる。また、一対の電極50と中間電極52との間の２箇所で放電が生成されるので、微細なスチーム粒子の単位時間当たりの生成量を増加することができる。電圧印加ユニット5によって印加される電圧は、交流もしくは直流を使用できる。放電の種類としては、アーク放電、コロナ放電、沿面放電、グロー放電を利用でき、特にアーク放電をスチーム経路6内に生成することが好ましい。

電極50の材料は、通電性を有していれば特に限定されない。長時間にわたって安定した放電を得るために、耐食性、耐アーク性、耐熱性に優れる材料、例えば、白金族金属、プラチナ、金、銀−パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、銅、あるいは導電性セラミックなどを使用することが好ましい。中間電極52の材料としては、導電性材料あるいは絶縁性材料が使用される。絶縁材料を使用する場合は、中間電極52と電極50との間にアーク放電が生成される。

電圧印加ユニット55は、一対の電極50と中間電極52との間に放電を生成できれば特に限定されない。例えば、図３に示すような高電圧発生回路を使用できる。この回路によれば、入力のＡＣ１００Ｖを整流・平滑化し、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１の充電電圧がサイダックのようなトリガー素子Ｓの定格電圧に達すると、トリガー素子がＯＮ状態となり、イグナイタＩの一次側巻線Ｉ１に大きな電流が流れてイグナイタＩの二次側巻線Ｉ２に高電圧を生じさせる。この時発生する電荷は整流され、高耐圧コンデンサＣ２に貯められる。高耐圧コンデンサＣ２の充電電圧が所定電圧に達すると、電極50と中間電極と52との間で放電が発生する。

この高電圧放電回路によれば、高耐圧コンデンサＣ２がイグナイタＩの二次側に配置されるので、コンデンサＣ２を使用しない場合に比較して、放電生成時における電荷の量を増やすことができる。また、高耐圧コンデンサＣ２と高耐圧抵抗Ｒ２との値の積は、放電時の時定数を提供する。したがって、高耐圧コンデンサＣ２と高耐圧抵抗Ｒ２の組み合わせによって放電時間を変えることができる。つまり、高耐圧コンデンサＣ２が一定の値であれば、高耐圧抵抗Ｒ２の値が小さくなるにつれて、換言すれば、時定数が小さくなるにつれて、微細なスチーム粒子の生成が促進される。

また上記のように、放電周波数を増やすため、ＡＣ１００Ｖの入力を整流・平滑した後、コンデンサＣ１とトリガー素子Ｓを用いて例えば１５０Ｈｚで発振させている。これにより、コンデンサＣ１の充電電流やコンデンサＣ１の容量などを変えることで、イグナイタの入力周波数、および放電生成のタイミングを適切に設定することができる。したがって、商用電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）の周波数（例えば、５０Ｈｚや６０Ｈｚ）をそのまま使用する場合と比較して、放電周波数を増やすことができる。

上記した放電生成部5の使用により、中間電極52と電極50との間に２つの放電が形成されるので、微細なスチーム粒子を効率よく生成することができる。図４において、"□"は一対の電極間に生成された単一の放電に曝されたスチームの粒径分布を示し、"△"は電極50と中間電極52との間に生成された二つの放電に曝されたスチームの粒径分布を示している。図４の結果は、中間電極52の使用が2μｍ以下の微細なスチーム粒子の量を増加させるのに効果的であることを示している。

また、スチームの粒径が小さくなるにつれて、スチームは白っぽくなる。したがって、スチームノズルからのスチームの噴射方向を視覚的に容易に確認することができる。これは、スチーム式美容器1の使い勝手の向上をもたらす。上記したように、スチームの平均粒径は、放電生成部5のコンデンサの容量（すなわち、放電量）を増やしたり、単位時間あたりに生成される放電の回数を増やす（すなわち、短い放電周期で放電を生成する）ことによって低減できる。

さらに、スチーム中における比較的大きなスチーム粒子（例えば２〜１０μｍ）の量が増加するにつれて、スチームに曝された肌表面の温度にムラが生じやすい。本発明によれば、図４の"△"によって示されるように、微細なスチーム粒子（例えば、０．１〜２μｍ）の量を効果的に増やすことにより、大きなスチーム粒子の量を減らせるので、肌表面をスチームで均一に加熱して、スキンケア効果を促すことができる。

微細なスチーム粒子をより効率よく生成するため、図５に示すように、各々が上記した放電生成部5と同じである複数の放電生成部5をスチーム経路6内に配置することが好ましい。また、図６に示すように、スチーム経路6を２つもしくはそれ以上の放電経路44に分岐し、各放電経路44には上記した放電生成部5が設けられ、放電生成部5の下流側でこれらの放電経路44を合流させることが好ましい。この場合は、それぞれの放電経路44で生成された微細なスチーム粒子の合計量がスチームノズル80を介して放出される。

ところで、放電を繰り返し生成することにより、中間電極52に面する電極50の先端部にダメージを生じやすいが、長期間にわたって安定に放電を提供する必要がある。そこで本発明の実施形態では、電極50の少なくとも一方は、中間電極52に面する一端が他端よりも大きい断面積を有するように形成されることを特徴とするものである。図７に示すように、本実施形態の電極50の各々は、一端が電極ホルダー51によって保持されるロッド部53と、ロッド部53の他端に形成され、ロッド部よりも大きな断面積を有するヘッド部57とで構成される棒状電極である。図７中、番号58は、スチーム経路6の内表面もしくは電極ホルダー51上にスチームの凝結によって生じた水滴Wが中間電極52とヘッド部57との間の放電空間にロッド部53の側面を伝って流れ込むのを防ぐストッパー壁である。この棒状電極の使用により、スチーム経路6内により信頼性良く放電を提供できると共に、電極コストの増加を最小限に抑えつつ電極50の寿命を延ばすことができる。

また、電極50の少なくとも一方は、中間電極52に面する一端から他端に向かう下り傾斜を有するようにスチーム経路6内に配置されることが好ましい。例えば、図７に示される棒状電極と同じ電極50が、図８に示すように、ヘッド部57が電極ホルダーの側より高い位置になるように傾斜姿勢に電極ホルダー51によって保持される。この場合は、スチームの結露によって電極50上に生成された水滴Wは、電極ホルダー51の側面を伝ってスチーム経路6の内表面に向かって流れ落ちるので、電極50と中間電極52との間の放電空間が水滴Wで満たされるのを防ぎ、放電安定性のさらなる改善を図ることができる。

電極50間の電気絶縁性を確保するため、筒状部材42の内表面に突起45と溝46の少なくとも一方を設け、筒状部材42の内表面を介しての電極50間距離として定義される沿面距離を延長することが好ましい。例えば、図９（a）に示すように、筒状部材42は角度方向に互いから離隔される複数の突起45を有する。あるいは、図９（ｂ）に示すように、角度方向に互いから離隔される複数の溝46が筒状部材42の内表面に形成されても良い。これらの場合においては、突起45および／あるいは溝46の形成によって沿面距離が延長されるので、絶縁信頼性をさらに高めることができる。また、沿面距離を延長するために、スチーム経路6内に絶縁部材を配置することも好ましい。例えば、図１０（a）および図１０（ｂ）に示すように、スチーム経路6の内表面と電極50との間の表面距離を延長するため、ディスク部材70が電極ホルダー51に取り付けられる。さらに、電極50、中間電極52およびスチーム経路6の内表面に撥水処理を施すことも好ましい。

中間電極52の形状は限定されない。例えば、図９（a）および図９（ｂ）に示すように、中間電極52は円形断面を有する。また、図１１（a）に示すように、中間電極52は矩形断面を有しても良い。あるいは、中間電極52は、断面略Ｈ形状を有する棒状電極であることが好ましい。この場合は、図１１（ｂ）に示すように、電極50の各々は中間電極52の凹部59内に挿入されるので、中間電極52と電極50との間により広い放電領域が得られるという長所がある。

微細なスチーム粒子の生成量をさらに増加するため、複数の中間電極52を電極50間に配置することが好ましい。例えば、図１３（a）に示すように、一対の中間電極52は、中間電極の配列方向が電極50の軸方向に略直交するように、互いに平行に配置される。あるいは、図１２および図１３（ｂ）に示すように、一対の中間電極52を、中間電極の配列方向が電極50の軸方向に一致するように、互いに平行に配置しても良い。これらの場合は、複数の電極50と複数の中間電極52との間に生成される放電の数を増やすことができるので、さらに多くの微細なスチーム粒子をスチームノズル80を介して提供することができる。

スチーム室40で生成された比較的大きな熱滴(例えば、数十ミクロン)が放電生成部5に送られるのを防ぐために、スチーム経路6内に所定のパターンを有する仕切り壁を設けることが好ましい。例えば、図１４に示すように、仕切り壁48は略T字形状に形成され、スチーム室40と放電生成部5との間のスチーム経路6内に配置される。この場合、スチームは、仕切り壁48とスチーム経路6の内表面との間の隙間を介して放電生成部5に送られる。スチーム経路6の内表面あるいは仕切り板48によって捕獲された熱滴は、孔47を介して貯水タンク3にもどされる。また、スチーム室40とスチーム経路6との間の連結部に所定値より大きい直径を有するスチーム粒子がスチーム経路6に流れ込むのを防ぐフィルターを配置することも好ましい。

また、放電生成部5に効率よくスチーム粒子を供給するため、図１（ｂ）に示すように、スチーム室40は、貯水タンク3の外側面とヒーター4との間の高さ方向に細長い間隙によって形成されることが好ましい。この場合、スチーム室40で生成されたスチームは、スチーム室40上部に設けられた開口を介してスチーム経路6に送られる。また、スチーム室40内の貯水タンク3の外側面には、高さ方向に互いから離して複数の突起34を設けることが好ましい。

貯水タンク3から水がスチーム室40に急激に流れ込むのを防止するため、本実施形態においては、連絡経路35は相対的に長い距離と狭い断面積を有するように設けられる。連絡経路35が円筒形状によって形成される場合、連絡経路の直径をその軸方向長さよりも十分に小さくなるように決定するのが好ましい。例えば、連絡経路35の直径及びその軸方向長さは、それぞれ２．５ｍｍおよび１８．０ｍｍである。

また、スチーム室40内で連絡経路35の出口付近にフィルターを配置して、水の蒸発によって析出した炭酸カルシウムのようなスケールを除去することが好ましい。貯水タンク3のスケールによる汚染や、連絡経路35の詰まりを防止するのにも効果的である。フィルターは、連絡経路35の直径の５０％以下のメッシュサイズを有することが好ましい。本実施形態の場合、連絡経路35の直径が２．５ｍｍであり、メッシュサイズは連絡経路35の直径の４０％に相当する１．０ｍｍである。

本実施形態においては、図１に示すように、スチーム経路6は、放電生成部5の下流側において、ジャバラホース25によって形成される。ジャバラホース25の先端には、ジョイント部材27を介してスチームノズル80が接続される。また、スチームノズル80は、ハウジング10に対して可動に保持されるドーム状のシェル部材83に連結される。したがって、シェル部材83によってスチーム経路6を保護しながら、広い角度範囲わたってスチーム噴出方向を安全に変えることができる。さらに、スチームの凝縮によって形成される熱水滴がジャバラホース48の内表面の凸凹によって効率よく捕獲されるので、スチームノズル80から熱い水滴が噴射されるのを防止して、スチーム式美容器1の安全性の更なる向上を図れる。スチーム発生器が転倒した場合における水漏れを防ぐため、スポンジのような給水手段をジョイント部材27付近に設けてもよい。

上記したように、スチームノズル80の保護カバー9は、凹形状に形成されているので、給水口2を介して貯水タンク3内に水を供給するための"じょうろ"のような水供給容器として使用できる。図１５（a）〜図１５（ｃ）に示すように、この保護カバー9は、給水口2にスムーズな水の流れを提供するために最適な開口面積を有する注ぎ口95と、大量の水が急激に給水口2に流れ込むのを防ぐために注ぎ口95の上方に設けられるオーバーフローストッパー93とを有する。例えば、注ぎ口95は一辺１０ｍｍの矩形形状に形成される。

上記実施形態から理解されるように、本発明によれば、放電生成部の電極間に少なくとも一つの中間電極を配置することにより、２ミクロン以下の微細なスチーム粒子を効率よく生成することのできるスチーム式美容器に最適なスチーム発生器を提供することができる。

（a）および（ｂ）は、スチーム発生器の好ましい例として、スチーム式美容器の基本的構成の斜視図および断面図である。 スチーム式美容器の放電生成部の概略断面図である。 高電圧生成回路の回路図である。 放電に曝されたスチームの粒径分布を示すグラフである。 一対の放電生成部を有するスチーム経路の概略図である。 スチーム経路から分岐された一対の放電経路を示す概略図である。 本実施形態の放電生成部の概略断面図である。 上記実施形態の別の変更例にかかる放電生成部の概略断面図である。 （a）および（ｂ）は、それぞれスチーム経路内に形成される突起及び溝を示す断面図である。 （a）は上記実施形態のさらなる変更例にかかる放電生成部の概略断面図であり、（ｂ）はディスク部材を有する電極ホルダーの部分断面斜視図である。 （a）および（ｂ）は、電極間に配置される中間電極の断面図である。 上記実施形態のさらに別の変更例にかかる放電生成部の概略断面図である。 （a）および（ｂ）は、電極間に配置される複数の中間電極の配列を示す断面図である。 スチーム経路内に配置されたT字型仕切り板を示す概略断面図である。 （a）〜（ｃ）は、スチーム式美容器の保護カバーの正面図、上面図および側面図である。 美顔器として使用される従来のスチーム発生器の概略断面図である。

符号の説明

１ 美容器
２ 給水口
３ 貯水タンク
４ ヒーター
５ 放電生成部
６ スチーム経路
９ 保護カバー
１０ ハウジング
１１ スチーム吐出口
１８ ON／OFFスイッチ
２０ 給水経路
２５ ジャバラホース
２７ ジョイント部材
３４ 突起
３５ 連結経路
４０ スチーム室
８０ スチームノズル
８３ シェル部材
９２ 電源コード

Claims (9)

1. スチーム吐出口を有するハウジングと、
   液体を溜める液体タンクと、
   前記液体タンクから提供される液体を加熱して、ハウジング内に設けられるチャンバー内にスチームを生成するヒーターと、
   前記チャンバーとスチーム吐出口の間に設けられるスチーム経路と、
   前記スチーム経路内に配置される少なくとも一対の電極と、
   前記電極間に配置される少なくとも一つの中間電極と、
   前記電極の各々と前記少なくとも一つの中間電極の間に放電を形成するための放電生成手段とを具備し、
   前記各電極と中間電極との間の距離を上記一対の電極間の距離よりも小さくし、
   上記放電生成手段は、上記少なくとも一つの中間電極を電気的に浮いた状態に保ちながら、上記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段であるスチーム発生器であって、
   上記一対の電極のうち少なくとも一方は、上記少なくとも一つの中間電極に面する一端が他端よりも大きい断面積を有することを特徴とするスチーム発生器。
2. 所定値より大きい直径を有するスチーム粒子が上記チャンバーからスチーム経路に流れ込むのを防ぐフィルターをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のスチーム発生器。
3. 上記電極の少なくとも一方は、上記少なくとも一つの中間電極との間の放電空間に液滴が流れ込むのを防ぐストッパーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスチーム発生器。
4. 上記電極の少なくとも一方は、上記少なくとも一つの中間電極に面する一端から他端に向かって下り傾斜を有するようにスチーム経路に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスチーム発生器。
5. 上記スチーム経路は、上記電極間の沿面距離を長くするためにその内表面に突起と溝の少なくとも一方を有する筒状部材によって形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスチーム発生器。
6. 上記電極間の沿面距離を長くするために上記スチーム経路内に配置される絶縁部材をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスチーム発生器。
7. 上記電極の各々は、その先端が上記少なくとも一つの中間電極の側面に面するように配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスチーム発生器。
8. 上記少なくとも一つの中間電極は、上記電極間において互いから離して配置される複数の中間電極であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のスチーム発生器。
9. 上記少なくとも一つの中間電極は、断面略Ｈ形状を有する棒状電極であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスチーム発生器。

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