JP4752582B2 - 静電霧化装置 - 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。

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５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（以下、これを「冷却側固着」という）、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とを固着させる（以下、これを「放熱側固着」という）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、上記密閉枠体１７の冷却側固着及び放熱側固着においては、高い気密信頼性で行われることや、短時間で固着が完了することが要求される。この要求を満たすためには、接着強度や接着信頼性が高くしかも短時間で硬化可能な熱硬化性接着剤を用いることが望ましいのだが、その場合、構造や使用環境によっては、密閉枠体１７内に密閉される空気が硬化時の加熱で膨張し、結果的に接着部分の破裂やピンホールを生じて密閉性が損なわれてしまう場合が起こり得るといった問題が生じる。
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、熱硬化性接着剤を用いて密閉枠体の冷却側固着及び放熱側固着を行い、これにより上記固着を高い気密信頼性で且つ短時間で行うとともに、密閉枠体内に存在する空気が上記固着時に熱膨張して接着部分の破裂やピンホールを生じるといった事態を確実に防止することのできる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、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とを冷却側接着部２４を介して固着させ、且つ密閉枠体１７と放熱側伝熱部３とを放熱側接着部２５を介して固着させることで、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、上記冷却側接着部２４及び上記放熱側接着部２５を熱硬化性接着剤にて形成し、上記密閉枠体１７には空気抜き穴２３を設けるとともに、冷却側接着部２４及び放熱側接着部２５の硬化後に空気抜き穴２３を封止する封止接着部２６を、ＵＶ硬化性接着剤にて形成してあるものとする。

上記構成の静電霧化装置とすることで、密閉枠体１７と冷却側伝熱部２の固着、及び密閉枠体１７と放熱側伝熱部３との固着は、熱硬化性接着剤を用いた高い気密信頼性で且つ短時間で行うことができる。そして、この固着時の加熱により密閉枠体１７内の空気は膨張するものの、密閉枠体１７には空気抜き穴２３を設けてあるので該膨張により接着部分の破裂やピンホールを生じるといった事態は防止される。この空気抜き穴２３は、上記硬化後に封止接着部２６により封止されて密閉空間Ｓを形成するのだが、該封止接着部２６はＵＶ硬化性接着剤を用いて形成するので、これを硬化させる際に密閉枠体１７内の空気が膨張することはない。

そして、この静電霧化装置にあっては、上記密閉枠体１７の空気抜き穴２３の周囲部分に、筒型を成す仕切り壁３０を延設してあることが好適である。この仕切り壁３０により、上記冷却側接着部２４や上記放熱側接着部２５が空気抜き穴２３内に流入することを防止することができ、各接着部２４，２５の塗布量や接着代がばらついていても空気抜き穴２３が詰まることが防止される。また、空気抜き穴２３を封止接着部２６で封止する構成のものにあっては、封止接着部２６が空気抜き穴２３内から流出することが防止される。

本発明は、熱硬化性接着剤を用いて密閉枠体の冷却側固着及び放熱側固着を行い、これにより上記固着を高い気密信頼性で且つ短時間で行うとともに、密閉枠体内に存在する空気が上記固着時に熱膨張して接着部分の破裂やピンホールを生じるといった事態を確実に防止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（例えば熱伝導性グリースや、熱伝導性シート、熱伝導性接着剤等）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（例えば熱伝導性グリースや、熱伝導性シート、熱伝導性接着剤等）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。

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、この接合箇所に放電電極４の基端部を位置決めして接着させることで、放電電極４を冷却側伝熱部２に立設させている。ここで用いる接着剤は熱伝導率の高いものである。

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を囲む周縁部分には、キャップ型の密閉枠体１７を固着させてある。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を延設して成るキャップ型の収容部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キャップ状の収容部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、絶縁性であり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が貫設してあり、更にこの底壁１８ａの周縁側部分には、上記貫通穴２２とは別に空気抜き穴２３を貫設してある。

そして、上記密閉枠体１７の収容部１８を開口側から被せて該収容部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、底壁１８ａの貫通穴２２に放電電極４を挿通させてその先端側を収容部１８外に突出させる。この状態で、密閉枠体１７の収容部１８の底壁１８ａと冷却側伝熱部２（即ち冷却板１０）の対向面同士を冷却側接着部２４を介して固着させ、且つ密閉枠体１７のフランジ部２０と放熱側伝熱部３（即ち放熱側の回路基板５ｂ）の対向面同士を放熱側接着部２５を介して固着させると同時に、貫通穴２２を完全に封止させる。なお上記冷却側接着部２４及び上記放熱側接着部２５は、絶縁性であり且つ遮水性の高い熱硬化性接着剤（例えばエポキシ樹脂等）にて形成する。

本例にあっては上記密閉枠体１７のフランジ部２０に複数のねじ挿通穴２７を貫設してあり、各ねじ挿通穴２７に挿通させた挟み込みねじ２８の先端側を、放熱側伝熱部３に凹設してあるねじ孔２９に捻じ込んでいくことで、挟み込みねじ２８のヘッド部分を介して密閉枠体１７のフランジ部２０を放熱側伝熱部３に押し付け、且つ収容部１８側の底壁１８ａを冷却側伝熱部２に押し付けるようになっている。つまり、フランジ部２０と放熱側伝熱部３との対向面間に放熱側接着部２５を挟み、且つ収容部１８の底壁１８ａと冷却側伝熱部２との対向面間に冷却側接着部２４を挟みながら上記挟み込みねじ２８を捻じ込んでいき、両接着部２４，２５を強く挟持させた状態で加熱をすることで、密閉枠体１７の冷却側固着及び放熱側固着が高い気密信頼性で且つ短時間で行われるものである。

ここで、上記加熱により密閉枠体１７内の空気は膨張するものの、既述の如く収容部１８には密閉空間Ｓと連通する空気抜き穴２３が設けてあって、膨張した空気は外部に流出するようになっているため、該膨張に起因する接着部分の破裂やピンホールを生じることはない。この空気抜き穴２３は、上記加熱が終了した後に注入形成される封止接着部２６により封止され、これにより冷却側伝熱部２や回路部分９が密閉空間Ｓ内に確実に封止されることとなる。上記封止接着部２６は、絶縁性であり且つ遮水性の高い常温硬化性接着剤、又はＵＶ硬化性接着剤にて形成するので、これを硬化させる際に密閉枠体１７内の空気が熱膨張を生じることはない。

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自体を冷却し、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ものである。

加えて、本例の静電霧化装置にあっては上記の如く、開口を有するキャップ型の密閉枠体１７を備え、この密閉枠体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、この密閉枠体１７を冷却側伝熱部２に固着させるために用いる冷却側接着部２４と、この密閉枠体１７を放熱側伝熱部３に固着させるために用いる放熱側接着部２５とは、共に熱硬化性接着剤にて形成するので、密閉枠体１７の各固着は高い気密信頼性で且つ短時間で行うことができる。

しかも、上記熱硬化性接着剤を硬化させる際に密閉枠体１７内の空気は加熱により膨張するものの、密閉枠体１７には空気抜き穴２３を設けてあるので該膨張により接着部分の破裂やピンホールを生じるといった事態は防止される。この空気抜き穴２３は、上記加熱終了後に注入形成される封止接着部２６により封止されるのだが、該封止接着部２６は常温硬化性接着剤又はＵＶ硬化性接着剤を用いて形成するので、これを硬化させる際に密閉枠体１７内の空気が膨張することはない。

なお、密閉枠体１７を固着させる際の空気膨張を防止するためには、加熱を必要としない常温硬化接着剤やＵＶ硬化接着剤を用いて上記冷却側接着部２４や上記放熱側接着部２５を形成するといった方法も考えられるが、常温硬化接着剤を用いようとする場合には硬化に時間がかかるといった問題があり、またＵＶ硬化接着剤を用いようとする場合には、密閉枠体１７で隠れる部分にある冷却側接着部２４や放熱側接着部２５に紫外線を当てることが非常に困難であるといった問題がある。

図２には、上記密閉枠体１７の収容部１８の底壁１８ａにおいて空気抜き穴２３を囲む周囲部分に、筒型の仕切り壁３０を延設した場合について示している。

図２（ａ）に示すように密閉枠体１７内に向けて延設される仕切り壁３０（以下、これを「仕切り壁３０ａ」とする）は、底壁１８ａの上記周囲部分から側周壁１８ｂが延設される方向（即ち図中下方）に向けて延設されたものであり、封止接着部２６が密閉枠体１７内に流出して広がることを防止するようになっている。ここで、密閉枠体１７を固着させるための冷却側接着部２４や放熱側接着部２５を成す熱硬化性接着剤は、硬化時に温度を上げると軟化して流動し易くなる性質があり、流出した熱硬化性接着剤が空気抜き穴２３内に流入して詰まれば空気抜きが不能となってしまう。これに対して上記仕切り壁３０ａは、密閉枠体１７を固着させる際には熱硬化性接着剤が空気抜き穴２３内に流入することを防止する役割を果たすようになっている。

また図２（ｂ）には、密閉枠体１７外に向けて延設される仕切り壁３０（以下、これを「仕切り壁３０ｂ」とする）を設けた場合を示している。上記仕切り壁３０ｂは、底壁１８ａの上記周囲部分から側周壁１８ｂが延設される方向と逆方向（即ち図中上方）に向けて延設されたものであり、封止接着部２６が密閉枠体１７の外側に流出して広がることを防止するようになっている。図２（ｃ）は、内側と外側の両方に仕切り壁３０ａ，３０ｂを延設した場合である。

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図３、図４に基づいて説明する。なお他例の構成のうち上記した一例の構成と同様の構成については同一符号を付して詳しい説明を省略し、特徴的な構成についてのみ異符合を付して以下に詳述する。

他例の静電霧化装置にあっては、熱硬化性接着剤から成る冷却側接着部２４や放熱側接着部２５が硬化した後に空気抜き穴２３を封止する手段として、図４に示すように外部からヒータ５０を当てて溶着される溶着部４０を設けてある。

上記溶着部４０は、密閉枠体１７の収容部１８の底壁１８ａ外面において空気抜き穴２３を囲む部分から延設される筒型の部分であって、溶着部４０の突先に形成される開口縁部４０ａにヒータ５０先端の傾斜面を押し当てることで、該開口縁部４０ａがその開口を塞ぐように溶着され、これにより空気抜き穴２３が封止されるようになっている。また上記ヒータ５０先端を押し当てる以外に、上記溶着部４０にレーザを照射してレーザ溶着により封止させても構わない。

他例の静電霧化装置においても、熱硬化性接着剤から成る冷却側接着部２４及び放熱側接着部２５を硬化させる際の加熱により密閉枠体１７内の空気は熱膨張するものの、密閉枠体１７に設けてある空気抜き穴２３によって接着部分の破裂やピンホールが生じることは防止される。上記空気抜き穴２３は、上記加熱終了後に溶着される溶着部４０によって封止され、この封止によって密閉空間Ｓが形成されることとなる。ここで、ヒータ５０が押し当てられて加熱される部分は溶着部４０に限定され、且つ溶着は短時間で完了するので、封止の際に密閉枠体１７内の空気が熱膨張することは防止される。

一例の静電霧化装置と比較すれば、他例においては一例のように封止接着部２６を塗布する工程やこれを硬化させる工程が不要であるから短時間で封止可能であるとう利点や、また封止信頼性も高いという利点がある。

なお図示はしていないが、他例においても密閉枠体１７の空気抜き穴２３の周囲部分に、一例と同様の仕切り壁３０ａを延設してあってもよい。これにより冷却側接着部２４及び又は放熱側接着部２５が空気抜き穴２３内に流入することを防止することができる。

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。 （ａ）〜（ｃ）は同上の静電霧化装置の密閉枠体に仕切り壁を設けた場合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。 は同上の静電霧化装置の溶着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
７ 熱電素子
９ 回路部分
１７ 密閉枠体
２２ 貫通穴
２３ 空気抜き穴
２４ 冷却側接着部
２５ 放熱側接着部
２６ 封止接着部
３０ 仕切り壁
４０ 溶着部
Ｓ 密閉空間

Claims (2)

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冷却側接着部を介して固着させ、且つ密閉枠体と放熱側伝熱部とを放熱側接着部を介して固着させることで、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、上記冷却側接着部及び上記放熱側接着部を熱硬化性接着剤にて形成し、上記密閉枠体には空気抜き穴を設けるとともに、冷却側接着部及び放熱側接着部の硬化後に空気抜き穴を封止する封止接着部を、ＵＶ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. 上記密閉枠体の空気抜き穴の周囲部分に、筒状を成す仕切り壁を延設して成ることを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。

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