JP4725495B2 - 静電霧化装置およびそれを用いるイオンドライヤー - Google Patents

Description

本発明は、冷風または温風の少なくとも一方を吹出すとともに、併せてマイナスイオンミストを吐出するようにしたマイナスイオンドライヤーおよびそのイオンミストを発生する静電霧化装置に関し、特に静電霧化現象によってナノメータサイズのマイナスイオンミストを発生させる前記静電霧化装置の放電極の構造に関する。

上記のように、冷風または温風の少なくとも一方を吹出すとともに、併せてマイナスイオンやナノサイズのイオンミストを吐出することで、髪のまとまりが良くなり、またダメージを防止できるなど、様々な効果を発揮することができるイオンドライヤーが、人気を博している。そのようなイオンドライヤーの典型的な従来技術は、本件出願人によって提案された特許文献１である。そして、そのイオンミストを発生する静電霧化装置は、改良が進み、本件出願人による特許文献２などで示されている。

その従来技術によれば、静電霧化装置は、放電極と、その放電極に対向して位置するリング状の対向電極と、前記放電極に空気中の水分を結露または氷結させて水分を供給する水供給手段とを備え、前記放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで、前記放電極に保持される水を霧化させるようになっている。そして、前記水供給手段は、ペルチェ素子から成り、その吸熱側の面から前記放電極を立設することで、タンクなどへの水補給を不要にした非常に利便性の高いものになっている。

図８は、その特許文献２の静電霧化装置における放電極１の構造を詳しく示す平面図である。この放電極１の向い（図８の上方側）には図示しないリング状の対向電極が配置され、基端（図８の下方）側には図示しないペルチェユニットが配置されている。この針状の放電極１は、大略的には、図８（ａ）で示すように、柱２の先端に球状の放電部３を取付けた構造となっており、たとえばアルミニウム、銅、タングステン、チタン、ステンレス等の熱伝導性および導電性の高い材料から成る丸棒を削り出して作成されている。
特開２００２−１９１４２６号公報 特開２００６−６８７１１号公報

上述の従来技術では、前記ペルチェユニットによって、針状の放電極１の基端側から冷却され、またその表面積の大きさからも、放電極１の放電部３よりも、柱２側で多くの結露や氷結が発生する。一方、マイナスイオンミスト言っても、前記のような美容面を始めとする種々の高い効果は、ナノメータサイズの超微粒子で得られるものであり、そのナノメータサイズのイオンミストの生成に必要な水分は、通常の使用環境下では、球状の放電部３の対向電極側の半球部分だけで生成可能である。そして、適切な水分が生成できていると、図８（ｂ）において参照符号Ｔで示すような適度なテーラーコーンを形成し、対向電極との間のクーロン力が水Ｗの表面張力を超えると、そのテーラーコーンＴ形状となった水Ｗが分裂し、前記ナノメータサイズのマイナスイオンミストを大量に発生させることができる。このようなメカニズムは、前記特許文献２の第００３０段落に詳しく記載されている。

しかしながら、前述のように柱２部分で大量に発生した結露水Ｗ１が、放電極１と対向電極との間の電界に引き寄せられて、図８（ｂ）で示すように該放電部３側に移動し、図８（ｃ）で示すように該放電部３側の水Ｗに取込まれてしまうと、水固有の接触角θを維持した、大きなテーラーコーンＴ１となり、この状態で安定してしまう。そして、結露水Ｗ１が供給され続け、水Ｗ２の表面張力のバランスが崩れるまでテーラーコーンＴ１は大きく成長してしまう。このため、放電状態を安定に保つことができないという問題がある。特に、使用環境として、温湿度の高い、たとえば浴室に隣接した洗面台のような環境下や、長時間の連続使用を行った場合などでは、余剰な結露水Ｗ１が供給され、前記問題が顕著である。

本発明の目的は、一定の大きさ、形状のテーラーコーンを安定して形成でき、粒径がより小さいナノメータサイズのマイナスイオンミストを安定して生成することができる静電霧化装置およびそれを用いるイオンドライヤーを提供することである。

本発明の静電霧化装置は、針状の放電極と、リング状の対向電極と、前記放電極に空気中の水分を結露または氷結させて水分を供給する水供給手段とを備え、前記放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで前記放電極に保持される水を霧化させる静電霧化装置において、前記針状の放電極は、錐状に形成されてテーラーコーンを形成する先端凸部と、それに連なる柱状の基部とを備えるとともに、前記先端凸部と基部との境界に、それらの外径よりも大径の鍔部を備えて成り、前記鍔部の先端凸部側の外周縁における接線が該放電極の軸線と直交していることを特徴とする。

上記の構成によれば、冷風または温風の少なくとも一方と、イオンミストとを吐出することができるイオンドライヤーなどに搭載され、前記イオンミストを発生するために、針状の放電極と、リング状の対向電極と、ペルチェ素子などから成り、前記放電極に空気中の水分を結露または氷結させて前記水分を供給する水供給手段とを備え、前記放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで前記放電極に保持される水を霧化させる静電霧化装置において、前記針状の放電極の形状を工夫することで、過剰な水分供給を抑制する。

具体的には、前記針状の放電極を、錐状に形成されてテーラーコーンを形成する先端凸部と、それに連なる柱状の基部とを備えるとともに、前記先端凸部と基部との境界に、それらの外径よりも大径の鍔部を備えて構成し、前記鍔部の少なくとも先端凸部側の外周縁における接線を該放電極の軸線と直交させる。すなわち、従来の針状の放電極は、柱の先端に球を付けていたのを、本発明では、球の部分を最大径の部分で対向電極側と基部側とに分け、対向電極側はテーラーコーンを形成する錐状で、かつ軸線方向断面で凹面に形成する。

したがって、先端凸部側に形成されるテーラーコーンは、前記錐状の該先端凸部によって前記放電極の軸線と直交した接線から所定の接触角の範囲内に収まり、基部側で空気中の水分を捕集して生成されてしまった水滴が電極間に印加される電界によって基部側から先端凸部側に引き寄せられて来ても、それが先端凸部側で生成された水滴（テーラーコーン）の表面張力によって取込まれてしまうことを抑えることができる。これによって、高温高湿状態で前記ペルチェ素子を長時間作動させた場合のように、基部側に大量の結露または氷結が発生しても、先端凸部側に余剰な水分が供給されてしまうことを抑制することができる。また、使用中の振動等で余剰な水分が先端凸部側のテーラーコーンに供給されたとしても、すぐに安定したマイナスイオンミストを供給できる一定の大きさ、形状に復帰させることが可能となる。こうして、前記テーラーコーンを、安定したマイナスイオンミストを供給することができる一定の大きさおよび形状に維持することができ、粒径のより小さいナノメータサイズのマイナスイオンミストを安定して生成することができる。

また、本発明の静電霧化装置は、前記鍔部の基部側の外周縁における接線も、該放電極の軸線と直交していることを特徴とする。

上記の構成によれば、前述のように鍔部の先端凸部側の外周縁における接線が放電極の軸線と直交していることで、該先端凸部側への余剰となる水分供給を抑えることができるが、前記鍔部の基部側も、軸線方向断面で凸または凹もしくは直線の任意の傾斜面の内、凹面の傾斜面に形成することで、より条件の悪い（より高温高湿の）状態で使用されても、先端凸部側への余剰な水分供給を抑えることができる。

さらにまた、本発明の静電霧化装置では、前記先端凸部は、連続曲面から成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、丸棒からの切削加工によって前記放電極を作成するにあたって、前記先端凸部側の切削を、バイトの交換や角度調整等を行うことなく、１度で行うことができる。

また、本発明のイオンドライヤーは、前記の静電霧化装置を用い、使用者に向けて、冷風または温風の少なくとも一方と、前記静電霧化装置で水分を霧化して生成されたイオンミストとを吐出することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記の静電霧化装置で生成された粒径のより小さいナノメータサイズのマイナスイオンミストを安定して生成することができるイオンドライヤーを実現することができる。

本発明の静電霧化装置は、以上のように、イオンドライヤーなどに搭載され、イオンミストを発生するために、針状の放電極と、リング状の対向電極と、ペルチェ素子などから成り、前記放電極に空気中の水分を結露または氷結させて前記水分を供給する水供給手段とを備え、前記放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで前記放電極に保持される水を霧化させる静電霧化装置において、前記針状の放電極を、錐状に形成されてテーラーコーンを形成する先端凸部と、それに連なる柱状の基部とを備えるとともに、前記先端凸部と基部との境界に、それらの外径よりも大径の鍔部を備えて構成し、前記鍔部の少なくとも先端凸部側の外周縁における接線を該放電極の軸線と直交させる。

それゆえ、先端凸部側に形成されるテーラーコーンは、前記錐状の該先端凸部によって前記放電極の軸線と直交した接線から所定の接触角の範囲内に収まり、基部側で空気中の水分を捕集して生成されてしまった水滴が電極間に印加される電界によって基部側から先端凸部側に引き寄せられて来ても、それが先端凸部側で生成された水滴（テーラーコーン）の表面張力によって取込まれてしまうことを抑えることができる。これによって、高温高湿状態で前記ペルチェ素子を長時間作動させた場合のように、基部側に大量の結露または氷結が発生しても、先端凸部側に余剰な水分が供給されてしまうことを抑制することができる。また、使用中の振動等で余剰な水分が先端凸部側のテーラーコーンに供給されたとしても、すぐに安定したマイナスイオンミストを供給できる一定の大きさ、形状に復帰させることが可能となる。こうして、前記テーラーコーンを、安定したマイナスイオンミストを供給することができる一定の大きさおよび形状に維持することができ、粒径のより小さいナノメータサイズのマイナスイオンミストを安定して生成することができる。

また、本発明の静電霧化装置は、以上のように、前記鍔部の基部側の外周縁における接線も、該放電極の軸線と直交させる。

それゆえ、より条件の悪い（より高温高湿の）状態で使用されても、先端凸部側への余剰な水分供給を抑えることができる。

さらにまた、本発明の静電霧化装置は、以上のように、前記先端凸部を連続曲面から形成する。

それゆえ、丸棒からの切削加工によって前記放電極を作成するにあたって、前記先端凸部側の切削を、バイトの交換や角度調整等を行うことなく、１度で行うことができる。

また、本発明のイオンドライヤーは、以上のように、前記の静電霧化装置を用いる。

それゆえ、粒径のより小さいナノメータサイズのマイナスイオンミストを安定して生成することができるイオンドライヤーを実現することができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の一形態に係るイオンドライヤー１１の縦断面図である。このイオンドライヤー１は、大略的に、内側に送風路１２およびそれから分岐された分岐路１３が形成された本体ケース１４と、前記送風路１２内に配置され、該送風路１２の背後（使用状態で使用者とは反対）側に形成された吸入口１５から空気を流入させ、該送風路１２の前方側に形成された冷温風吹出口１６から使用者に向けて吹出させる送風手段１７と、前記送風路１２内に配置され、吸入空気を加熱して温風を生成する加熱部１８と、前記分岐路１３内に配置され、放電極２１と対向電極２２とを有し、前記放電極２１に結露または氷結した水分を静電霧化させた後、前記分岐路１３の前方（使用者）側に形成されたイオン吐出口２３からイオンミストとして吐出する静電霧化装置２４と、ヒンジ部２５によって前記本体ケース１４に折畳み可能な把手２６および電源コード２７とを備えて構成される。このような構成で、使用者に向けて、前記冷温風吹出口１６から冷風または温風の少なくとも一方を吹出すとともに、前記イオン吐出口２３からイオンミストを吐出することができるようになっている。

前記吸入口１５には吸込み格子１５ａが装着され、前記冷温風吹出口１６にはノズル１６ａが装着されている。前記送風手段１７は、ファン１７ａおよびそれを回転させるモータ１７ｂが、筒体１７ｃに収納されて構成され、前記把手２６に設けられたスライド式スイッチ２８への前記使用者の操作に応答して、風量の強弱などが制御可能となっている。この送風手段１７の下流側には、前記加熱部１８が設けられている。前記加熱部１８は、前記送風路１２での軸直角断面が十字型の絶縁板１８ａの外周にヒータ線１８ｂを巻き付けて成る本体が断熱筒１８ｃに収納されて成り、送風中に前記本体ケース１４側に設けられたプッシュ式スイッチ２９への前記使用者の操作に応答して、ヒータのＯＮ／ＯＦＦが切換え可能となっている。

図２は、前記静電霧化装置２４の拡大断面図である。この静電霧化装置２４は、大略的に、針状の前記放電極２１と、支持枠２０によってその前方側に所定の間隔を隔てて対向配置されるリング状の前記対向電極２２と、前記放電極２１を冷却するペルチェユニット３１とを備えて構成される。高電圧基板３２で作成されたマイナスの高電圧は、該高電圧を調整するための図示しない抵抗から前記放電極２１に与えられる。

前記放電極２１は、前述のようにペルチェユニット３１によって冷却されることでその外周面に空気中の水分が結露または氷結し、その水分に電極２１，２２間で高電圧放電を行うことで、水の補給なしで、ナノサイズのマイナスイオンミストＭを生成可能となっている。なお、氷結によって得られた水分も、先端凸部２１ａ側が放電によって数百℃の高温になり、また前記放電極２１と対向電極２２との間の電界によって、溶けて基部２１ｂ側から先端凸部２１ａ側に引き寄せられて来る。このように構成される静電霧化装置２４は、前記断熱筒１８ｃ上に搭載された後、その前方に、前記イオンミストＭを通過させつつ、高電圧が印加されている前記静電霧化装置２４への前記イオン吐出口２３からの異物の侵入を阻止するための多孔板３３が配置され、それらが前記本体ケース１４の一部を成す上カバー１４ａで覆われる。

前記ペルチェユニット３１は、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムなどから成る絶縁板の一表面に回路を形成して成る一対のペルチェ回路板３１ａ，３１ｂを、互いの回路が向き合うように対向させ、それらのペルチェ回路板３１ａ，３１ｂ間に、たとえばＢｉＴｅ系の熱電素子３１ｃを多数挟持させるとともに、隣接する熱電素子３１ｃ同士を両側の回路で電気的に接続させて成り、図示しないリード線から通電を行うことで、一方のペルチェ回路板（本実施の形態では、３１ａ）側から他方のペルチェ回路板（３１ｂ）側に向けて熱が移動するように構成されている。そして、前記ペルチェ回路板３１ａの熱電素子３１ｃとは反対側の面に、アルミナや窒化アルミニウム等から成る高熱伝導性および高耐電性の絶縁板３１ｄが貼り合せられ、吸熱側となる該絶縁板３１ｄの略中央部に前記放電極２１が立設される。また、前記ペルチェ回路板３１ｂの熱電素子３１ｃとは反対側の面には、アルミナや窒化アルミニウム等から成る高熱伝導性および高耐電性の放熱フィン３１ｅが貼り合せられる。

上述のように構成されるイオンドライヤー１における静電霧化装置２４において、注目すべきは、本実施の形態では、図３（ａ）で示すように、前記針状の放電極２１が、テーラーコーンを形成し、放電部となる先端凸部２１ａと、それに連なる柱状の基部２１ｂとを備えるとともに、前記先端凸部２１ａと基部２１ｂとの境界に、それらの外径よりも大径の鍔部２１ｃを備えて成り、図３（ｂ）で示すように、前記鍔部２１ｃの先端凸部２１ａ側の外周縁２１ｄにおける接線Ｌ１１が、該放電極２１の軸線Ｌ１２と略直交していることである。すなわち、従来の針状の放電極１は、前記図８で示すように、柱２の先端に球３を付けていたのを、本実施の形態では、球３の部分を最大径の部分で対向電極２２側と基部２１ｂ側とに分け、対向電極２２側はテーラーコーンＴ１１を形成する錐状で、かつ軸線Ｌ１２方向断面で凹面に形成された前記先端凸部２１ａとし、基部２１ｂ側は該基部２１ｂとの径の差に対応した傾斜面を有する鍔部２１ｃとする。

したがって、先ず図３（ｂ）で示すように、先端凸部２１ａで生成された結露水Ｗ１１は、該先端凸部２１ａと鍔部２１ｃとの境界部（前記外周縁２１ｄ）における前記接線Ｌ１１に対して、接触角θ方向の稜線Ｌ１３を結んだ尖頭型のテーラーコーンＴ１１を形成することになる。また、図３（ｃ）で示すように、基部２１ｂで生成された余剰な結露水Ｗ１２が、前記放電極２１と対向電極２２との間の電界によって基部２１ｂ側から先端凸部２１ａ側に引き寄せられて来ても、前記接触角θを維持しようとするので、それが先端凸部２１ａ側で生成されたテーラーコーンＴ１１の表面張力によって取込まれてしまうことを抑えることができる。これによって、高温高湿状態で前記ペルチェユニット３１を長時間作動させた場合のように、基部２１ｂ側に大量の結露または氷結が発生しても、先端凸部２１ａ側に余剰な水分が供給されてしまうことを抑制することができる。さらにまた、使用中の振動等で、図３（ｃ）で示すように、余剰な結露水Ｗ１２が先端凸部２１ａ側のテーラーコーンＴ１１に供給されたとしても、その結露水Ｗ１２は、先端凸部２１ａ上における結露水Ｗ１１の表面張力で保有できる結露水量を超えているので、すぐに表面張力のバランスが崩れて結露水Ｔ１２として分離して飛散し、安定したマイナスイオンミストを供給できる前記接触角θの尖頭型形状を維持する一定の大きさ、形状に復帰する。こうして、前記テーラーコーンＴ１１を、安定したマイナスイオンミストＭを供給することができる一定の大きさおよび形状に維持することができ、粒径のより小さいナノメータサイズのマイナスイオンミストＭを安定して生成することができる。

したがって、上述のような放電極２１を有する静電霧化装置２４を具備したイオンドライヤー１１は、いかなる使用環境下においてもナノメータサイズのマイナスイオンミストＭを安定して生成供給できるので、使用環境に左右されずに肌や毛髪に高い保湿効果を付与することができる。

ここで、特許文献２の従来技術では、前記球状の放電部３において、基端側の半球部分と対向電極側の半球部分との境界部分の表面における接線は、図８（ｃ）において参照符号Ｌ２で示すように、放電極１の軸線Ｌ１と平行であり、この接線Ｌ２から接触角θを取ると、図８（ｃ）で示すように、テーラーコーンＴ１の径は球状の放電部３の径を遙かに超えたものとなり、対向電極側へも成長し、安定した放電を保つことができない。

前記放電極２１は、たとえばアルミニウム、銅、タングステン、チタン、ステンレス等の熱伝導性および導電性の高い材料から成る丸棒を削り出して作成されている。したがって、図４の放電極４１で示すように、先端凸部４１ａの軸線Ｌ１２方向断面における凹面形状を、円錐または円錐台状の放電部４１ａ１と、その下面から前記軸線Ｌ１２の直交方向に延びる平坦面４１ａ２とによって形成した場合には、旋盤などで丸棒からの前記削り出しを行うにあたって、その円錐台状の放電部４１ａ１と平坦面４１ａ２とで、バイトを付け替えたり角度を変えたりする必要があるのに対して、図３で示す前記放電極２１では、先端凸部２１ａの前記軸線Ｌ１２方向断面における凹面形状が連続曲面で形成されているので、１度に削り出しを行うことができる。図４の放電極４１において、図３の放電極２１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。

［実施の形態２］
図５〜図７は、本発明の実施の他の形態に係る放電極５１，６１，７１の構造を詳しく示す平面図である。図５で示す放電極５１は前述の放電極４１に類似し、また図６（ａ）および図７（ａ）で示す放電極６１，７１は前述の放電極２１に類似し、それぞれ対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、鍔部５１ｃ，６１ｃ，７１ｃの基部２１ｂ側の外周縁２１ｄにおける接線Ｌ１４も、該放電極５１，６１，７１の軸線Ｌ１２と略直交していることである。すなわち、前記軸線Ｌ１２方向断面における断面形状が、前述の放電極２１，４１の鍔部２１ｃでは凸曲面であったのに対して、これらの放電極５１，６１，７１の鍔部５１ｃ，６１ｃ，７１ｃでは、凹曲面に形成されることである。

したがって、前述のように鍔部２１ｃの先端凸部２１ａ，４１ａ側の外周縁２１ｄにおける接線Ｌ１１が放電極２１，４１の軸線Ｌ１２と略直交していることで、該先端凸部２１ａ，４１ａ側への余剰となる水分供給を抑えることができる上に、たとえば図６（ｂ）および図７（ｂ）で示すように、前記鍔部５１ｃ，６１ｃ，７１ｃの基部２１ｂ側も、軸線Ｌ１２方向断面で凹面の傾斜面に形成することで、より条件の悪い（より高温高湿の）状態で使用されても、先端凸部２１ａ，４１ａ側への余剰となる水分供給を抑えることができる。

そして、図６（ｂ）と図７（ｂ）とを比較して明らかなように、鍔部５１ｃ，６１ｃ，７１ｃの基部２１ｂ側の外周縁における接線Ｌ１４を軸線Ｌ１２に対して直角に近付ける程、すなわち前記鍔部５１ｃ，６１ｃ，７１ｃの曲率を大きくする程、先端凸部２１ａ，４１ａにて生成される結露水Ｗ１１の接触角θの稜線Ｌ１４から、基部２１ｂの側面で生成される結露水Ｗ１３の稜線Ｌ１５が離反することになり、前記結露水Ｗ１３が結露水Ｗ１１側により吸収され難くなり、さらに安定したテーラーコーンＴ１１を形成することが可能になる。

本発明の実施の一形態に係るイオンドライヤーの縦断面図である。 図１で示すイオンドライヤーにおける静電霧化装置の拡大断面図である。 図１で示すイオンドライヤーにおける放電極の構造を詳しく示す平面図である。 他の放電極の構造を詳しく示す平面図である。 本発明の実施の他の形態に係る放電極の構造を詳しく示す平面図である。 本発明の実施の他の形態に係る放電極の構造を詳しく示す平面図である。 本発明の実施の他の形態に係る放電極の構造を詳しく示す平面図である。 従来技術における放電極の構造を詳しく示す平面図である。

１１ イオンドライヤー
１２ 送風路
１３ 分岐路
１４ 本体ケース
１５ 吸入口
１６ 冷温風吹出口
１７ 送風手段
１７ａ ファン
１７ｂ モータ
１８ 加熱部
２１，４１，５１，６１，７１ 放電極
２１ａ，４１ａ 先端凸部
２１ｂ 基部
２１ｃ，５１ｃ，６１ｃ，７１ｃ 鍔部
２１ｄ 外周縁
２２ 対向電極
２３ イオン吐出口
２４ 静電霧化装置
２５ ヒンジ部
２６ 把手
２８，２９ スイッチ
３１ ペルチェユニット
３２ 高電圧基板

Claims (4)

1. 針状の放電極と、リング状の対向電極と、前記放電極に空気中の水分を結露または氷結させて水分を供給する水供給手段とを備え、前記放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで前記放電極に保持される水分を霧化させる静電霧化装置において、
   前記針状の放電極は、錐状に形成されてテーラーコーンを形成する先端凸部と、それに連なる柱状の基部とを備えるとともに、前記先端凸部と基部との境界に、それらの外径よりも大径の鍔部を備えて成り、前記鍔部の先端凸部側の外周縁における接線が該放電極の軸線と直交していることを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記鍔部の基部側の外周縁における接線も、該放電極の軸線と直交していることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 前記先端凸部は、連続曲面から成ることを特徴とする請求項１または２記載の静電霧化装置。
4. 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電霧化装置を用い、使用者に向けて、冷風または温風の少なくとも一方と、前記静電霧化装置で水分を霧化して生成されたイオンミストとを吐出することを特徴とするイオンドライヤー。

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