JP4595748B2 - 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、印加電極の先端に水を供給するとともに、この印加電極に対向して位置する対向電極と該印加電極との間に高電圧を印加することで、印加電極の先端に保持される水を霧化させてナノメータサイズの帯電微粒子水を発生させる装置である。ここで発生する帯電微粒子水は強酸性であるから、例えばこれを毛髪に当てればツヤやコシを与えることができる。また帯電微粒子水は消臭効果等の他の効果も有するので、上記静電霧化装置を空気清浄機等の多様な機器に搭載することで様々な効果を得ることができる。

そして特許文献１には、印加電極に供給する水を生成するための手段として蒸気発生部を用い、この蒸気発生部から供給された蒸気を筐体内で結露させたうえで、この筐体内の結露水を多孔質体を用いた毛細管現象によって印加電極の先端にまで搬送する構成のものが提案されている。このように、静電霧化に供する水としてＣａ、Ｍｇ等の陽イオンが溶け込んでいない結露水を用いることで、空気中のＣＯ_２との反応によって印加電極の先端等にＣａＣＯ_３やＭｇＯ等が析出付着することが防止され、したがってメンテナンスが容易になるといった利点がある。

しかし上記静電霧化装置にあっては、上述の如く毛細管現象によって結露水を印加電極先端にまで搬送する構成であるから、水を搬送しようとする力が弱く、したがって蒸気を発生させてから静電霧化を開始するまでに時間がかかるという問題や、静電霧化用の水を印加電極先端にまで安定的に供給し難いという問題があった。
特開２００４−３５８３６２

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、蒸気を基に得た結露水を印加電極先端にまで安定的に、且つ短時間で供給して帯電微粒子水を発生させることが可能な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、供給される水に電圧を印可する印加電極１と、印加電極１に対向して位置する対向電極２と、印加電極１と対向電極２との間に高電圧を印加する高電圧印加部とを具備する静電霧化装置において、上記印加電極１が、対向電極２と対向する先端部分Ａに水吐出用の先端穴３を穿設した筒状体から成るものであり、且つ上記印加電極１への水供給手段として、印加電極１の筒状体内に結露水生成用の蒸気を供給するとともに、生成された結露水を印加電極１内の先端側へと押し込む蒸気圧を発生させる蒸気発生部１０を具備することを特徴としたものとする。

上記構成の静電霧化装置にあっては、蒸気発生部１０から筒状を成す印加電極１内に蒸気が送り込まれるとともに、該印加電極１内にて結露により水を生じることとなる。そしてこの水が印加電極１内を塞ぐと、蒸気発生部１０からの蒸気圧によって水は印加電極１内の先端側へと押し込まれ、先端部分Ａに穿設してある先端穴３から先端部分Ａ外部に吐出されることとなる。このようにして印加電極１の先端部分Ａに蒸気圧により供給された水は、印加電極１と対向電極２との間に高電圧の電界を発生させることで静電霧化され、ナノメータサイズの帯電微粒子水を発生させるものである。

つまり上記構成の静電霧化装置にあっては、印加電極１内に直接水を生成可能であるとともに、この水を印加電極１の先端部分Ａにまで蒸気圧を利用して勢い良く送り込むことができるので、運転開始後に短時間で静電霧化を開始すること、及び静電霧化用の水を安定的に供給することが可能である。

上記構成の静電霧化装置にあっては、印加電極１の先端穴３の周辺近傍に、先端穴３よりも水吐出時の圧力損失が小さな周辺穴４を穿設してあることが好適である。そして、蒸気圧により印加電極１の内部空間の先端側に送り込まれた結露水を、まず周辺穴４を通じて印加電極１の外表面に吐出し、先端部分の外表面に水の塊を生じる段階に至れば、圧力損失の低下した先端穴３を通じて、印加電極１の外表面に結露水を吐出するように設けることが好適である。このようにすることで、最初の段階ではまず圧力損失が小さな周辺穴４を通じて印加電極１内から水が吐出されるので静電霧化を素早く開始することが可能である。そして、周辺穴４から吐出される水が先端部分Ａに引き寄せられて大きな塊となった段階以降は、圧力損失が低下した先端穴３を通じて印加電極１内から水が吐出され、この先端穴３を通じて静電霧化に必要な量の水を継続的に供給していくことが可能となる。

また、蒸気発生部１０と印加電極１とを連通接続させる蒸気経路１１中には、該蒸気経路１１の圧力が一定圧を超えることを防止する調圧弁１５を備えることが好適である。このようにすることで、印加電極１の先端穴３や周辺穴４を通じて静電霧化用の水を安定的に供給することが可能となる。

また、蒸気発生部１０と印加電極１とを連通接続させる蒸気経路１１に、該蒸気経路１１中での結露を防止する断熱構造を備えることも好適である。このように蒸気経路１１内での結露を防止することで、蒸気発生部１０で生じた蒸気は高い湿度を保持したまま蒸気経路１１内を通過して印加電極１内にまで至り、印加電極１内にて高効率で結露を生じることとなる。したがって蒸気発生部１０の運転を開始してから短時間のうちに、印加電極１の先端穴３や周辺穴４を通じて静電霧化用の水を吐出させ、帯電微粒子水を素早く発生させることが可能である。

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、蒸気を基に得た結露水を印加電極先端にまで安定的に、且つ短時間で供給して帯電微粒子水を発生させることが可能にな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には本発明の実施の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、蒸気発生部１０と、この蒸気発生部１０で発生させた蒸気を送り込む蒸気経路１１と、蒸気経路１１を通じて送り込まれる蒸気から結露水を得るとともにこれを静電霧化用の水として先端側に送り込む印加電極１と、該印加電極１の先端部分Ａと対向して位置する対向電極２と、印加電極１と対向電極２との間に高電圧を印加する高電圧印加部（図示せず）とを有するものである。

上記印加電極１は基端側が開口した細長の有底筒状体から成り、対向電極２に対向することとなる先端部分Ａには、図３に示すようにφ０．１４である開口径の小さな先端穴３が複数箇所（図示例では３箇所）に穿設してある。また、筒状を成す印加電極１の側壁部分であって上記先端穴３を形成してある先端部分Ａより僅かに基端側となる周辺近傍部分Ｂには、上記先端穴３よりも大きな開口径を有する周辺穴４を複数箇所（図示例では３箇所）に穿設してある。上記先端穴３及び周辺穴４は、それぞれ周方向に等間隔を隔てた複数個所に配しているが、それぞれ一つだけ穿設した構造であっても構わない。

本例の静電霧化装置の本体ハウジング９内に配される蒸気発生部１０は、水タンク５内に充填してある水を該水タンク５の排水部６から排出し、この排出した水をヒータ部７を被覆する保水部８と接触させて蒸発させることで、蒸気を継続的に発生させる装置である。また本体ハウジング９内には、パイプ状を成す蒸気経路１１の上流端を密閉状態で連通接続させており、蒸気経路１１の上流端開口１１ａを通じて蒸気発生部１０の保水部８で発生する蒸気が該蒸気経路１１内に送り込まれるようになっている。

蒸気経路１１はその下流側にてＴ字を成すように二手に分岐するとともに、各分岐通路の下流端開口１１ｂがそれぞれ有底筒状を成す印加電極１の基端側開口と密閉状態で連通接続するものである。図示のように蒸気経路１１の各分岐通路の下流端にはそれぞれ筒状を成す保持枠１２を固定しており、この保持枠１２の軸方向の一端側に印加電極１を固定して蒸気経路１１との上記連通状態を保持させるとともに、他端側には対向電極２を固定して上記印加電極１との対向状態を保持させている。

また本体ハウジング９には、静電霧化用の蒸気経路１１とは別経路で蒸気を送り出すパイプ状の蒸気吐出路１３を設けており、蒸気発生部１０の保水部８から発生する蒸気を蒸気経路１１と蒸気吐出路１３とに二分して送り出すようになっている。

図４には、上記静電霧化装置を具備して成るヘアーアイロン３０の概略を示している。このヘアーアイロン３０は、熱板ブロック３１と挟持ブロック３２とを開閉自在に連結させるとともに、上記熱板ブロック３１の挟持ブロック３２との対向面に熱板３３を配設したものである。上記熱板ブロック３１の内部に本例の静電霧化装置を内蔵しており、蒸気吐出路１３を通じて毛髪の癖付け用に送り出される蒸気が熱板３３に多数穿設してある蒸気穴（図示せず）を通じて外部に吐出されるようになっている。また上記静電霧化装置には、保持枠１２とこれに保持される印加電極１及び対向電極２から成る帯電微粒子水発生部１４を左右に一つずつ備えており、各帯電微粒子水発生部１４で生じる帯電微粒子水が熱板ブロック３１から外部に吐出されるようになっている。

しかして、上記構成のヘアーアイロン３０において水タンク５に水を充填させた状態でヒータ部７への通電をオンにすると、保水部８を介して水タンク５内の水がヒータ部７により加熱されて蒸気を発生させ、この蒸気の一部が蒸気吐出路１３を通じて熱板３３の内面に当てられて蒸気穴から外部に吐出されるとともに、蒸気の残りが蒸気経路１１を通じて左右の帯電微粒子水発生部１４に送り込まれる。

帯電微粒子水発生部１４にあっては蒸気経路１１を通じて供給される蒸気が、その蒸気圧によって有底筒状を成す印加電極１内の先端側にまで順次送り込まれていく。ここで送り込まれる蒸気は蒸気経路１１内及び印加電極１内にて結露を生じ、生じた結露水は流路を塞ぐ形となって蒸気圧により印加電極１内の先端にまで押し込まれることとなる。

印加電極１の内部空間の先端側にまで押しやられた結露水は、図３（ｂ）に示すようにまず周辺穴４を通じて外部に吐出される。これは、周辺穴４はその開口径が先端穴３よりも大きくて水吐出時の圧力損失が先端穴３より小さいからである。ここで、印加電極１側がマイナス電極となって電荷が集中するように該印加電極１と対向電極２との間に高電圧を印加させておくと、周辺穴４を通じて印加電極１の外表面上に吐出された結露水は印加電極１と対向電極２との間に印加した電圧により帯電し、対向電極２との間でクーロン力が働くことで、先端側に引き寄せられるとともに図３（ｃ）に示すようなテイラーコーンと称する円錐形状を成して盛り上がり、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、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。この帯電微粒子水はリング状を成す対向電極２の中央穴を通過して帯電微粒子水発生部１４の外部へと放出される。

そして、上記の如くまず周辺穴４から吐出された結露水が先端部分Ａ外面にてテイラーコーンを形成する段階に至れば、蒸気圧によって印加電極１内の先端側にまで押し込まれた結露水は図３（ｃ）に示すように今度は周辺穴４ではなく先端穴３を通じて外部に吐出されることとなる。これは、先端穴３が穿設される先端部分Ａの外面側に大きな水の塊が生じ、これが先端部分Ａの内面側に押し込まれた結露水と先端穴３を通じて繋がる状態に至れば、先端部分Ａの内面側の結露水が先端穴３を通って外部に吐出される際の圧力損失は表面張力の作用で大幅に低下し、結果的に先端穴３の水吐出時の圧力損失が周辺穴４よりも小さくなるからである。

ここで、仮に印加電極１に周辺穴４を穿設していなければ、小径である先端穴３での圧力損失が大きいことから、最初の段階で印加電極１内から先端穴３を通じて結露水を外部に吐出してテイラーコーンを形成するまでに多くの時間を消費してしまう。これに対して、周辺穴４を穿設しなくても最初の段階で先端穴３を通じて素早くテイラーコーンが形成されるように、先端穴３の開口径を大きく形成しておくことも考えられるが、この場合にはテイラーコーンが形成された後は先端穴３の圧力損失が小さくなり過ぎてしまい、静電霧化に供するに適当な少量の水を継続的に供給することができなくなる。

即ち、本例にあっては印加電極１の先端側に上記の先端穴３と周辺穴４の両方を穿設しておき、先端部分Ａの外面側にテイラーコーンを成す水の塊が存在しない状態では周辺穴４での水吐出時の圧力損失が先端穴３よりも小さく、且つ先端部分Ａの外面側に水の塊が存在する状態では先端穴３での水吐出時の圧力損失が周辺穴４よりも小さくなるように設けることで、最初の段階では周辺穴４から外部に結露水を吐出させ、テイラーコーンが形成された後は周辺穴４からは吐出せず先端穴３から継続的に結露水を吐出するようになっている。これにより帯電微粒子水が素早く且つ安定的に生成されるものである。

そして、上記の如く熱板ブロック３１の熱板３３から蒸気を吐出し且つ帯電微粒子水発生部１４から帯電微粒子水を吐出する状態で、熱板ブロック３１と挟持ブロック３２とを閉じて毛髪を挟持することで、熱板３３の熱と蒸気の熱とで毛髪を効果的に癖付けすると同時に、帯電微粒子水を毛髪に当ててツヤやコシを与えることができる。

加えて、本例の静電霧化装置において印加電極１の先端部分Ａに静電霧化用に供される水は、ＣａやＭｇといった陽イオンの含有率が極めて低い状態の蒸気を結露させて生成したものであるから、これら陽イオンが空気中のＣＯ_２と反応して印加電極１の先端部分Ａ等にＣａＣＯ_３やＭｇＯ等が析出付着することは防止されている。

なお、本例のように印加電極１先端への水供給手段として蒸気発生部１０を用いて成る静電霧化装置は、ヘアーアイロンに限らず蒸気を利用する理美容器具全般において帯電微粒子水による肌や毛髪のケアを目的として搭載可能であり、また加湿器等の蒸気を利用する他の機器においても帯電微粒子水による脱臭等を目的として搭載可能である。

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説明する。なお、本例の構成のうち一例と同様の構成については詳しい説明を省略し、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にあっては図５に示すように、本体ハウジング９内の蒸気発生部１０と帯電微粒子水発生部１４内の印加電極１とを連通接続させる蒸気経路１１中に、圧力が一定圧を超えることを防止する調圧弁１５を備えている。この調圧弁１５は蒸気経路１１の分岐箇所に配してあり、蒸気経路１１内の圧力が一定圧を超えた場合に弾性変形を生じて開弁されるように弾性体を用いて形成している。これにより、印加電極１内に結露水が発生した状態で蒸気経路１１内の圧力が高くなり過ぎることが防止されるので、印加電極１内の結露水を先端穴３や周辺穴４を通じて先端部分Ａ外面にまで安定的に送り込むことが可能となる。

なお、上記調圧弁１５は図５の構造に限定されず、例えば図６に示すような弁体１６とこれを弾性的に押圧するコイルばね１７とから成る構造であっても構わない。

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について説明する。なお、本例の構成のうち一例と同様の構成については詳しい説明を省略し、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にあっては図７に示すように、本体ハウジング９内の蒸気発生部１０と帯電微粒子水発生部１４内の印加電極１とを連通接続させる蒸気経路１１の外側を断熱材１８で被覆した断熱構造を備えており、この断熱構造によって蒸気経路１１内での結露を防止している。これにより、蒸気発生部１０で生じた蒸気は高い湿度を保持したまま蒸気経路１１内を通過して印加電極１内にまで至り、印加電極１内にて高効率で結露を生じることとなる。したがって蒸気発生部１０の運転を開始してから短時間のうちに、印加電極１の先端穴３や周辺穴４を通じて先端部分Ａ外面にまで結露水を送り込み、帯電微粒子水を素早く発生させることが可能となる。上記断熱材１８の材質としてはフェルトのような布製のものや、発泡ウレタン等が適当である。

なお、上記断熱構造は図７の構造に限定されず、例えば図８に示すように蒸気経路１１の内側を断熱材１８で被覆する構造や、図９に示すように蒸気経路１１を形成する成形部品を二重構造とすることで蒸気経路１１の外側に断熱性の空気層１９を形成する構造であっても構わない。

本発明の実施形態における一例の静電霧化装置の全体斜視図である。 同上の静電霧化装置の内部構造を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。 同上の静電霧化装置の印加電極先端を示し、(ａ)は斜視図、（ｂ）は周辺穴からの水吐出を説明する断面図、（ｃ）は先端穴からの水吐出を説明する断面図である。 同上の静電霧化装置を搭載したヘアードライヤを示す概略説明図である。 本発明の実施形態における他例の静電霧化装置を示しており、(ａ)は正面断面図、（ｂ）は調圧弁の開閉説明図である。 同上の静電霧化装置の別構造の調整弁の開閉説明図である。 本発明の実施形態における更に他例の静電霧化装置を示しており、(ａ)は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。 同上の静電霧化装置の別構造の断熱構造を示しており、(ａ)は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。 同上の静電霧化装置の更に別構造の断熱構造を示しており、(ａ)は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。

符号の説明

１ 印加電極
２ 対向電極
３ 先端穴
４ 周辺穴
１０ 蒸気発生部
１５ 調圧弁
１８ 断熱材
１９ 空気層
Ａ 先端部分

Claims (5)

1. 供給される水に電圧を印可する印加電極と、印加電極に対向して位置する対向電極と、印加電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧印加部とを具備する静電霧化装置において、上記印加電極が、対向電極と対向する先端部分に水吐出用の先端穴を穿設した筒状体から成るものであり、且つ上記印加電極への水供給手段として、印加電極の筒状体内に結露水生成用の蒸気を供給するとともに、生成された結露水を印加電極内の先端側へと押し込む蒸気圧を発生させる蒸気発生部を具備することを特徴とする静電霧化装置。
2. 上記印加電極の先端穴の周辺近傍に、先端穴よりも水吐出時の圧力損失が小さな周辺穴を穿設して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. 蒸気圧により印加電極の内部空間の先端側に送り込まれた結露水を、まず周辺穴を通じて印加電極の外表面に吐出し、先端部分の外表面に水の塊を生じる段階に至れば、圧力損失の低下した先端穴を通じて、印加電極の外表面に結露水を吐出するように設けたことを特徴とする請求項２に記載の静電霧化装置。
4. 蒸気発生部と印加電極とを連通接続させる蒸気経路中に、該蒸気経路の圧力が一定圧を超えることを防止する調圧弁を備え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. 蒸気発生部と印加電極とを連通接続させる蒸気経路に、該蒸気経路中での結露を防止する断熱構造を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。

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