JP4670712B2 - 静電霧化装置及びその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、静電霧化現象により帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置、及びその組立方法に関するものである。

従来から、放電電極に水を供給するとともに該放電電極に高電圧を印加することで、放電電極に保持される水を霧化させ、ナノメータサイズを含む粒径で高い電荷を持つ帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置が知られている。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、脱臭効果や殺菌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。

上記放電電極への水供給手段としては、熱電素子から成る回路部分を冷却側伝熱部及び放熱側伝熱部で挟持して成るペルチェモジュールを備えることが、水供給の手間を不要とするために好適である。特許文献１には図３に示すように、ペルチェモジュール１の冷却側伝熱部２に放電電極４を立設させ、該放電電極４をペルチェモジュール１により冷却させることで空気中の水分を基にして放電電極４上に水を生成させる構成の静電霧化装置が開示されている。

上記静電霧化装置にあっては、ペルチェモジュール１の回路部分９への水分の浸入を防止する必要がある。そこで、開口を有するキャップ型の密閉枠体１７が備えてあり、この密閉枠体１７の底部に貫設してある貫通穴２２に放電電極４を挿通させた状態で上記密閉枠体１７内にペルチェモジュール１の冷却側伝熱部２及び回路部分９を収容するとともに、該密閉枠体１７と冷却側伝熱部２とを固着させて封止し、更に該密閉枠体１７のフランジ状を成す開口縁部分と放熱側伝熱部３とを固着させて封止することで、密閉枠体１７と放熱側伝熱部３とで囲まれる密閉空間Ｓ内にペルチェモジュール１の回路部分９を密閉させてある。

ここで、上記静電霧化装置にあってはこれを組立てる際に、まず冷却側伝熱部２上に放電電極４を半田等で接着させておき、その後にこの放電電極４を先端側から貫通穴２２に通しながら密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せて固着するといった手順となっていた。そして、このペルチェモジュール１に被せる際に、密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に熱硬化性接着剤４０を挟み込ませるとともに、密閉枠体１７のフランジ状を成す開口縁部分と放熱側伝熱部３とをねじ具により固着させ、この状態で加熱することにより上記熱硬化性接着剤４０を硬化させるといった手順である。

しかし、上記手順により静電霧化装置を組立てた場合には、密閉枠体１７を被せる前段階で放電電極４を冷却側伝熱部２上に接着させておくための時間と、その後に密閉枠体１７を冷却側伝熱部２に接着させるための時間とを別々に設ける必要があり、静電霧化装置の組立作業全体に時間がかかるものであった。
特開２００６−８２６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、放電電極上に霧化用の結露水を生成させるために備えてあるペルチェユニットにキャップ型の密閉枠体を被せて回路部分の防水を図った静電霧化装置を、短い組立時間により且つ高信頼性を有するものとして提供することを、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、熱電素子７から成る回路部分９を冷却側伝熱部２及び放熱側伝熱部３で挟持して成るペルチェモジュール１と、該ペルチェモジュール１の冷却側伝熱部２上に熱伝性接着部１２を介して立設される放電電極４と、放電電極４に高電圧を印加する高電圧印加手段と、キャップ型の密閉枠体１７とを具備し、上記密閉枠体１７に貫設してある貫通穴２２に放電電極４を挿通させた状態で密閉枠体１７内に冷却側伝熱部２及び回路部分９を収容するとともに密閉枠体１７と冷却側伝熱部２とを封止接着部２４を介して接着させ、且つ密閉枠体１７を放熱側伝熱部３に固着させて封止することで、密閉枠体１７と放熱側伝熱部３とで囲まれる密閉空間Ｓ内にペルチェモジュール１の回路部分９を密閉して成る静電霧化装置であって、上記熱伝性接着部１２が熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０にて形成してあるとともに、上記封止接着部２４が熱伝導率の低い熱硬化性接着剤３１にて形成してあることを特徴としたものとする。

このような静電霧化装置とすることで、組立作業においては密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せた段階で放電電極４と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０を挟み込ませておき、且つ密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の低い熱硬化性接着剤３１を挟み込ませておけば、加熱により両熱硬化性接着剤３０，３１を同時に硬化させて熱伝性接着部１２と封止接着部２４を形成することができる。したがって組立時間が短縮されるとともに、両接着部１２，２４は同時に形成されることから一度の位置決めで高い接着信頼性が得られる。

また、上記構成から成る静電霧化装置にあっては、上記密閉枠体１７の貫通穴２２の近傍部分であって冷却側伝熱部２と対向する側の面には、熱伝性接着部１２を成す熱硬化性接着剤３０用の逃げ部１６を凹設してあることが好適である。このようにすることで、熱伝性接着部１２を成す熱硬化性接着剤３０が封止接着部２４を成す熱硬化性接着剤３１よりも先に潰れるように、放電電極４を基端側にずらして貫通穴２２に圧入させておくとき、先に潰れた熱伝導率の高い上記熱硬化性接着剤３０が密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に侵入してペルチェモジュール１の冷却効率が低下することを防止することができる。

また、上記課題を解決するために本発明を、熱電素子７から成る回路部分９を冷却側伝熱部２及び放熱側伝熱部３で挟持して成るペルチェモジュール１と、該ペルチェモジュール１の冷却側伝熱部２上に熱伝性接着部１２を介して立設される放電電極４と、放電電極４に高電圧を印加する高電圧印加手段と、キャップ型の密閉枠体１７とを具備し、上記密閉枠体１７に貫設してある貫通穴２２に放電電極４を挿通させた状態で密閉枠体１７内に冷却側伝熱部２及び回路部分９を収容するとともに密閉枠体１７と冷却側伝熱部２とを封止接着部２４を介して固着させ、且つ密閉枠体１７を放熱側伝熱部３に固着させて封止することで、密閉枠体１７と放熱側伝熱部３とで囲まれる密閉空間Ｓ内にペルチェモジュール１の回路部分９を密閉して成る静電霧化装置の組立方法であって、放電電極４を貫通穴２２内に圧入した状態にある密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せることで、該密閉枠体１７内に冷却側伝熱部２及び回路部分９を収容するとともに、放電電極４と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０を挟み込み、且つ密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の低い熱硬化性接着剤３１を挟み込み、加熱により両熱硬化性接着剤３０，３１を硬化させることで上記熱伝性接着部１２と上記封止接着部２４を同時に形成することを特徴としたものとする。

このようにすることで、静電霧化装置の組立時間が短縮されるとともに、両接着部１２，２４は同時に形成されることから一度の位置決めで高い接着信頼性が得られる。

また、上記構成から成る静電霧化装置の組立方法にあっては、放電電極４と冷却側伝熱部２との間の熱硬化性接着剤３０を、密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間の熱硬化性接着剤３１よりも先に潰すことが好適である。このようにすることで、封止接着部２４を成す熱伝導率の低い熱硬化性接着剤３１が放電電極４と冷却側伝熱部２との間に侵入して、放電電極４の冷却効率を下げることを防止することができる。

本発明は、放電電極上に霧化用の結露水を生成させるために備えてあるペルチェユニットにキャップ型の密閉枠体を被せて回路部分の防水を図った静電霧化装置を、短い組立時間により且つ高信頼性を有するものとして提供することができ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づいて説明する。図１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、熱電素子７から成る回路部分９を冷却側伝熱部２と放熱側伝熱部３とで挟持して成るペルチェモジュール１を用いたもので、上記冷却側伝熱部２上に放電電極４を立設して冷却自在としている。

上記ペルチェモジュール１にあっては、絶縁性であり且つ熱伝導率の高い材料（例えばアルミナや窒化アルミニウム）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（例えば８対）列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子７を両回路基板５間で挟持するとともに、隣接する熱電素子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、ペルチェ入力回路線８を介して為される熱電素子７への通電によって一方の回路基板５（これが冷却側の回路基板５ａとなる）から他方の回路基板５（これが放熱側の回路基板５ｂとなる）に向けて熱が移動するように設けている。即ち、上記ペルチェモジュール１の回路部分９は、両側の電気回路６及び熱電素子７で形成されたものである。

上記ペルチェモジュール１の冷却側伝熱部２は、冷却側の回路基板５ａと、この回路基板５ａの電気回路６を設けてある側と逆側の面に熱伝導性膜（図示はしないが、例えば熱伝導性グリースや熱伝導性シート等）を挟んだ状態で積層させてある冷却板１０との二層構造で形成されている。上記冷却板１０は、絶縁性であり且つ熱伝導率の高い耐電圧用材料（例えばアルミナや窒化アルミニウム）を用いたものである。

また上記ペルチェモジュール１の放熱側伝熱部３は、放熱側の回路基板５ｂと、この回路基板５ｂの電気回路６を設けてある側と逆側の面に熱伝導性膜（図示はしないが、例えば熱伝導性グリースや熱伝導性シート等）を挟んだ状態で積層させてある放熱板１１との二層構造で形成されている。上記放熱板１１は、熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム）を用いたものである。同様の材料を用いて放熱板１１をフィン状に（即ち放熱フィンとして）形成してあっても構わない。

また上記放電電極４は、電気伝導率及び熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウムや銅系の合金）を用いて細長い円柱形状に形成したものである。放電電極４の表面にはＡｕやＮｉ等の表面処理が施してあってもよい。冷却側伝熱部２の回路部分９を挟む側の面と逆側の面（即ち冷却板１０の回路基板５ａと接続される側の面とは逆側の面）には、その中央位置に接合箇所を設けており、該接合箇所に放電電極４の大径を成す基端部を位置決めして接着させることで、放電電極４が冷却側伝熱部２上に立設されるようになっている。ここで用いる接着剤は、熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０（例えば、銀フィラーを配合して熱伝導率を高くしたエポキシ接着剤等）である。

上記放熱側伝熱部３の平面視における縦横寸法は、上記冷却側伝熱部２の縦横寸法よりも充分大きく設けており、放熱側伝熱部３の回路部分９を挟む側の面（即ち放熱側の回路基板５ｂの電気回路６を設けてある側の面）の、回路部分９を囲む周囲部分には、キャップ型の密閉枠体１７のフランジ状を成す開口縁部分を固着させて封止させてある。この密閉枠体１７と放熱側伝熱部３とで囲まれる密閉空間Ｓ内に、冷却側伝熱部２や回路部分９が収容されて水分の浸入が防止される構造である。以下、この構造について詳述する。

上記密閉枠体１７は、平面視矩形状である底壁１８ａの周縁から図中下方に向けて側周壁１８ｂを延設して成る有底筒状の収容部１８と、この収容部１８の底壁１８ａの周縁から側周壁１８ｂとは反対方向に延設される囲み部１９と、上記の開口を有する有底筒状の収容部１８の開口縁全周から外方に延設されるフランジ部２０と、このフランジ部２０上面から側周壁１８ｂと平行に突設される左右一対の柱状の支持体２１とを、絶縁性であるとともに熱伝導率が低く且つ遮水性の高い材料（例えばＬＣＰ樹脂やＰＢＴ樹脂）で一体成型した部材である。上記収容部１８の底壁１８ａの中央部分には放電電極４挿通用の貫通穴２２が貫設してある。なお図中の符号２３は、底壁１８ａの外面上に充填される封止樹脂である。

本例にあっては、従来のように密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せる段階で放電電極４を冷却板１０に接合させてあるのではなく、その前段階で密閉枠体１７の貫通穴２２内に放電電極４を圧入した状態にセットしておくとともに、この放電電極４を圧入させた状態にある上記密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せていくのである（図２参照）。

この際、放電電極４の基端面には熱伝導率の高い上記熱硬化性接着剤３０を予め塗布しておくとともに、更に収容部１８の底壁１８ａ内面の貫通穴２２を囲む部分には、熱伝導率が低く且つ遮水性の高い熱硬化性接着剤３１（例えばエポキシ接着剤等）を予め塗布しておく。そして上記密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せた状態において、密閉枠体１７の収容部１８内に冷却側伝熱部２や回路部分９を収容するとともに、放電電極４の基端面に塗布してある熱硬化性接着剤３０を該基端面と冷却板１０との間で挟み込んで潰し、更に収容部１８の底壁１８ａ内面に塗布してある熱硬化性接着剤３１を該内面と冷却板１０との間で挟み込んで潰すものである。

更に、上記密閉枠体１７のフランジ部２０には複数のねじ挿通穴２７を貫設してあり、各ねじ挿通穴２７に挿通させたねじ具２８の先端側を、放熱側伝熱部３に凹設してあるねじ孔２９に捻じ込むことで、フランジ部２０を放熱側伝熱部３に固着させて封止させるようになっている。

そして、このように密閉枠体１７を放熱側伝熱部３に固着させるとともに、放電電極４と冷却側伝熱部２との間に熱硬化性接着剤３０を挟み込み、密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に熱硬化性接着剤３１を挟み込んだ状態で全体に加熱をすることで、放電電極４を冷却側伝熱部２に接着させる熱伝性接着部１２と、密閉枠体１７を冷却側伝熱部２に接着させる封止接着部２４とが高い気密信頼性で形成される。つまり、上記熱硬化性接着剤３０が加熱硬化されることで放電電極４と冷却側伝熱部２を接着させる熱伝性接着部１２が形成され、且つ上記熱硬化性接着剤３１が加熱硬化されることで封止接着部２４が形成され、これにより冷却側伝熱部２や回路部分９を収容する密閉空間Ｓが形成される構造である。

ここで、放電電極４と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の低い熱硬化性接着剤３１が入り込んでしまうと放電電極４の冷却効率の低下を招いてしまって都合が悪い。また密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０が入り込んでしまうと、放熱側伝熱部３側の熱が密閉枠体１７を介して冷却側伝熱部２に伝わり易くなり、結果的に放電電極４の冷却効率の低下を招いてしまって都合が悪い。

そこで本例の静電霧化装置にあっては更に、密閉枠体１７の有底筒状を成す収容部１８の底壁１８ａの貫通穴２２を囲む近傍部分であって冷却側伝熱部２と対向する側の面には、熱伝性接着部１２を成す熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０を逃がすための逃げ部１６を凹設してある。

そして組立作業においては、密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せる段階では放電電極４をその基端側に所定寸法Ｄだけずらした位置に圧入させておき（図２参照）、放電電極４と冷却側伝熱部２との間に介在する熱硬化性接着剤３０が、密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に介在する熱硬化性接着剤３１よりも先に潰されるようにする。つまり放電電極４は、冷却側伝熱部２との間で熱硬化性接着剤３０を潰しながら所定寸法Ｄだけ先端側にずれて固定されるのである。これにより、放電電極４と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の低い熱硬化性接着剤３１が入り込んでしまうことが防止されるとともに、先に潰れた熱硬化性接着剤３０が仮に放電電極４との間からはみ出した場合であってもその分は周囲の逃げ部１６に流れるので、密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との接合箇所に熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０が入り込むことも防止されるものである。

上記密閉枠体１７に設けてある両支持体２１の先端には、電気伝導率の高い金属材料を用いてリング状に形成した対向電極１３を支持させる。上記対向電極１３は放電電極４の先端から所定距離を隔てた位置に支持されるものであり、一端側が放電電極４に電気的に接続される金属又は導電性プラスチック製の高電圧リード１４の他端側と上記対向電極１３とを、高電圧印加部１５を介して電気的に接続させている。即ち本例にあっては、これら対向電極１３や高電圧リード１４、高電圧印加部１５によって、放電電極４に高電圧を印加させる高電圧印加手段を形成している。

上記構成から成る本例の静電霧化装置においては、密閉枠体１７のフランジ部２０を超えて外部にまで伸びるペルチェ入力回路線８を通じて熱電素子７への通電を行うことで、ペルチェモジュール１の冷却側伝熱部２を介して放電電極４を冷却し、放電電極４の表面上に空気中の水分を基にして水を生成させることができる。ここで、高電圧印加部１５によって放電電極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電極４と対向電極１３との間に高電圧を印加させると、放電電極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、ナノメータサイズを含む粒径であり且つ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、リング状をなす対向電極１３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。

ここで、開口を有するキャップ型の密閉枠体１７と放熱側伝熱部３との間に形成される密閉空間Ｓ内に冷却側伝熱部２と回路部分９を収容してあるので、例えば放電電極４上に生成された水が回路部分９にまで浸入して短絡を生じる等の不具合は防止されるようになっている。

そして、本例の静電霧化装置にあっては上述の如く、予め放電電極４を圧入させてある密閉枠体１７内に冷却側伝熱部２及び回路部分９を収容し、このときに放電電極４と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の高い熱硬化性接着剤３０を挟み込み、且つ密閉枠体１７と冷却側伝熱部２との間に熱伝導率の低い熱硬化性接着剤３１を挟み込んでおき、後の加熱により両熱硬化性接着剤３０，３１を同時に硬化させて熱伝性接着部１２と封止接着部２４とを形成するようになっている。これにより、従来のようにまず冷却側伝熱部２上に放電電極４を半田等で接着させておき、その後にこの放電電極４を貫通穴２２に通しながら密閉枠体１７をペルチェモジュール１に被せて接着させるといった手順のものと比べて、接着を同時に行なうことができるため短い時間で組立作業を完了することが可能になっている。

加えて、従来のように熱伝性接着部１２と封止接着部２４を別々に形成するといった手順のものにおいて高い接着信頼性を得ようとすれば、各手順において高精度での位置決めが必要とされるのに対して、本例にあっては熱伝性接着部１２と封止接着部２４は同時に形成されることから、一度の位置決めで容易に高い接着信頼性を得ることができる。

なお、本例にあっては、密閉枠体１７のフランジ部２０と放熱側伝熱部３とはねじ具２８により固着させるようにしているが、更に密閉枠体１７のフランジ部２０と放熱側伝熱部３との間に熱伝導率の低い熱硬化性接着剤を介在させておき、加熱の際に他の熱硬化性接着剤３０，３１と同時にこの熱硬化性接着剤も硬化させることで、密閉枠体１７と放熱側伝熱部３との間に放熱側の封止接着部を形成するようにしてもよい。

また図示はしていないが、この底壁１８ａの周縁側部分に上記貫通穴２２とは別に空気抜き穴を貫設しておき、加熱終了後に常温硬化性接着剤又はＵＶ硬化性接着剤を注入して該空気抜き穴を封止するように設けることも好ましい。加熱により密閉枠体１７内の空気は膨張するが、膨張した空気は空気抜き穴を通じて外部に流出するので、この加熱膨張により接着部分に破裂やピンホールを生じることが防止されるものである。

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の組立方法を示す説明図である。 従来の静電霧化装置の説明図である。

符号の説明

１ ペルチェモジュール
２ 冷却側伝熱部
３ 放熱側伝熱部
４ 放電電極
９ 回路部分
１２ 熱伝性接着部
１６ 逃げ部
１７ 密閉枠体
２２ 貫通穴
２４ 封止接着部
３０ 熱伝導率の高い熱硬化性接着剤
３１ 熱伝導率の低い熱硬化性接着剤
Ｓ 密閉空間

Claims (4)

1. 熱電素子から成る回路部分を冷却側伝熱部及び放熱側伝熱部で挟持して成るペルチェモジュールと、該ペルチェモジュールの冷却側伝熱部上に熱伝性接着部を介して立設される放電電極と、放電電極に高電圧を印加する高電圧印加手段と、キャップ型の密閉枠体とを具備し、上記密閉枠体に貫設してある貫通穴に放電電極を挿通させた状態で密閉枠体内に冷却側伝熱部及び回路部分を収容するとともに密閉枠体と冷却側伝熱部とを封止接着部を介して接着させ、且つ密閉枠体を放熱側伝熱部に固着させて封止することで、密閉枠体と放熱側伝熱部とで囲まれる密閉空間内にペルチェモジュールの回路部分を密閉して成る静電霧化装置であって、上記熱伝性接着部が熱伝導率の高い熱硬化性接着剤にて形成してあるとともに、上記封止接着部が熱伝導率の低い熱硬化性接着剤にて形成してあることを特徴とする静電霧化装置。
2. 上記密閉枠体の貫通穴の近傍部分であって冷却側伝熱部と対向する側の面には、熱伝性接着部を成す熱硬化性接着剤用の逃げ部を凹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. 熱電素子から成る回路部分を冷却側伝熱部及び放熱側伝熱部で挟持して成るペルチェモジュールと、該ペルチェモジュールの冷却側伝熱部上に熱伝性接着部を介して立設される放電電極と、放電電極に高電圧を印加する高電圧印加手段と、キャップ型の密閉枠体とを具備し、上記密閉枠体に貫設してある貫通穴に放電電極を挿通させた状態で密閉枠体内に冷却側伝熱部及び回路部分を収容するとともに密閉枠体と冷却側伝熱部とを封止接着部を介して固着させ、且つ密閉枠体を放熱側伝熱部に固着させて封止することで、密閉枠体と放熱側伝熱部とで囲まれる密閉空間内にペルチェモジュールの回路部分を密閉して成る静電霧化装置の組立方法であって、放電電極を貫通穴内に圧入した状態にある密閉枠体をペルチェモジュールに被せることで、該密閉枠体内に冷却側伝熱部及び回路部分を収容するとともに、放電電極と冷却側伝熱部との間に熱伝導率の高い熱硬化性接着剤を挟み込み、且つ密閉枠体と冷却側伝熱部との間に熱伝導率の低い熱硬化性接着剤を挟み込み、加熱により両熱硬化性接着剤を硬化させることで上記熱伝性接着部と上記封止接着部を同時に形成することを特徴とする静電霧化装置の組立方法。
4. 放電電極と冷却側伝熱部との間の熱硬化性接着剤を、密閉枠体と冷却側伝熱部との間の熱硬化性接着剤よりも先に潰すことを特徴とする請求項３に記載の静電霧化装置の組立方法。
   
   
   

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