JP4779778B2 - 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。

例えば特許文献１には従来の静電霧化装置が開示されている。この種の静電霧化装置は図４に示すように、放電電極４と、放電電極４に対向して位置する対向電極１３と、放電電極４に水を供給する供給手段とを備え、放電電極４と対向電極１３との間に高電圧を印加することで放電電極４の表面に保持される水を霧化させ、該放電電極４の放電部４ａで粒子径がナノメートルサイズで強いマイナスの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ようになっているので、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。

このものは上記水の供給手段として霧化させる水を自動的に生成するペルチェモジュール１を備えている。ペルチェモジュール１は回路部分９を冷却部２及び放熱部３で挟持してなり、電圧を印加することで冷却部２を冷却すると共に放熱部３から放熱できるようになっている。そしてこの冷却部２を放電電極４に接続することで、放電電極４を冷却して空気中の水分を基に放電電極４の表面に結露水を生成し、この結露水を放電電極４で霧化される水として利用する。

またペルチェモジュール１の回路部分９は水や湿気により短絡する恐れがあるため、水や湿気が浸入しない密閉空間Ｓに収納する必要がある。図４では一端が開口した有底筒状の収納筒体１８内に前記ペルチェモジュール１を収納し、該ペルチェモジュール１の冷却部２の回路部分９とは反対側の面を冷却側封止用樹脂２４を介して収納筒体１８の底部１８ａの内面に当接し、放電電極４を収納筒体１８の底部１８ａに形成した電極挿通孔２２から外部に突出してその放電部４ａを収納筒体１８の外部に配置し、これにより収納筒体１８内の密閉空間Ｓにペルチェモジュール１の回路部分９を収納している。

ところで上記図４に示す静電霧化装置にあっては、放電電極４及び対向電極１３間に高電圧を印加する高電圧印加板１４に保持孔１４ａを形成し、該保持孔１４ａに収納筒体１８から突出した放電電極４の突出基部を保持することで放電電極４を高電圧印加板１４に電気的に接続している。そしてこの高電圧印加板１４は収納筒体１８の底部１８ａ上に確実に位置決めされた状態で保持して高電圧印加板１４と保持孔１４ａに挿通した放電電極４とを確実に接触させるために、収納筒体１８の底部１８ａ上にぴったりと面で接触した状態で支持している。しかしこの場合、高電圧印加板１４と収納筒体１８の接触面積が大きくなって、ペルチェモジュール１の冷却部２の熱が収納筒体１８の底部１８ａから高電圧印加板１４を介して外部に漏れ出し、ペルチェモジュール１の冷却効率が低下してしまうという問題が生じる。
特開２００６−８２６号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、高電圧印加板を確実に位置決めした状態で保持できて、高電圧印加板と放電電極を確実に接触でき、しかもペルチェモジュールの冷却部の熱が外部に漏れ出すことを防止できて、ペルチェモジュールの冷却効率を向上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に係る静電霧化装置は、熱電素子７を備えた回路部分９を冷却部２及び放熱部３で挟み込んでなるペルチェモジュール１と、ペルチェモジュール１の冷却部２上に立設した放電電極４を具備し、冷却部２により放電電極４を冷却することで空気中の水分を基に放電電極４の表面に結露水を生成し、該放電電極４に高電圧を印加することで前記結露水を放電電極４の放電部４ａで霧化させる静電霧化装置において、一端が開口した有底筒状の収納筒体１８内に前記ペルチェモジュール１を収納し、該ペルチェモジュール１の冷却部２を収納筒体１８の底部１８ａの内面に封止用樹脂２４を介して接着して、該封止用樹脂２４で収納筒体１８の底部１８ａと冷却部２の間を封止し、放電電極４を収納筒体１８の底部１８ａに形成した電極挿通孔２２から外部に突出してその放電部４ａを収納筒体１８の外部に配置し、保持孔１４ａを形成した高電圧印加板１４を収納筒体１８の底部１８ａ上に配置して、該高電圧印加板１４の保持孔１４ａで前記収納筒体１８から外部に突出した放電電極４の突出基部を保持して高電圧印加板１４と放電電極４とを電気的に接続し、該高電圧印加板１４の一部を収納筒体１８から突出した支持部３１で支持して、高電圧印加板１４と収納筒体１８の底部１８ａとの間に断熱用の隙間３２を形成するものであって、前記支持部３１として、収納筒体１８の底部１８ａから突出する突起３１ａを設け、該突起３１ａ上に高電圧印加板１４を載置して成ることを特徴とする。

上記のようにペルチェモジュール１の冷却部２を収納筒体１８の底部１８ａの内面に封止用樹脂２４を介して接着して、該封止用樹脂２４で収納筒体１８の底部１８ａと冷却部２の間を封止することで、電極挿通孔２２から水や湿気等がペルチェモジュール１を収納した収納筒体１８内に侵入することを防止できる。また高電圧印加板１４を収納筒体１８から突出した支持部３１で点状に支持し、高電圧印加板１４と収納筒体１８との間に断熱用の隙間３２を形成したことで、高電圧印加板１４を収納筒体１８の底部１８ａ上に確実に位置決めした状態で保持でき、高電圧印加板１４と放電電極４を確実に接触させることができる。また高電圧印加板１４と収納筒体１８との接触面積を小さくして収納筒体１８から高電圧印加板１４を介して熱が漏れることを防止できる。

また、前記支持部３１は、収納筒体１８の底部１８ａから突出した突起３１ａからなり、該突起３１ａ上に高電圧印加板１４を載置するので、高電圧印加板１４を所定位置に配置する際の当たりとして突起３１ａを利用でき、高電圧印加板１４を所定の位置に確実に配置できる。また高電圧印加板１４の保持孔１４ａに近い位置を支持できて、高電圧印加板１４と放電電極４とをより確実に接触させることができる。

また請求項２は請求項１において、収納筒体１８の底部１８ａの外周部から突出して収納筒体１８の底部１８ａの中央部を囲む囲み部１９を形成して成ることを特徴とする。囲み部１９を収納筒体１８の底部１８ａ上の水が収納筒体１８の外側に流れ出ることを防止する堰として利用できる。

本発明では、ペルチェモジュールの冷却部を収納筒体の底部の内面に封止用樹脂を介して接着して、該封止用樹脂で収納筒体の底部と冷却部の間を封止することで、電極挿通孔から水や湿気がペルチェモジュールを収納した収納筒体内に侵入することを防止でき、ペルチェモジュールの回路部分における短絡を防止できる。また高電圧印加板を収納筒体から突出した支持部で点状に支持し、高電圧印加板と収納筒体との間に断熱用の隙間を形成したことで、高電圧印加板を収納筒体の底部上に確実に位置決めした状態で保持でき、高電圧印加板と放電電極を確実に接触させることができる。また高電圧印加板と収納筒体との接触面積を小さくして収納筒体から高電圧印加板を介して熱が漏れることを防止でき、これによりペルチェモジュールの冷却効率を向上できる。

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に示す本例の静電霧化装置は、熱電素子７を備えた回路部分９を冷却部２と放熱部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、冷却部２上に放電電極４を立設して冷却自在としている。

ペルチェモジュール１は、絶縁性で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間で挟持すると共に、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で形成されている。

ペルチェモジュール１の冷却部２は、冷却側の回路基板５ａと、回路基板５ａの電気回路６を設けてある側と反対側の面に熱伝導性膜１６（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してある冷却板１０とで二層構造で形成されている。冷却板１０としては絶縁性で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）が用いられる。

ペルチェモジュール１の放熱部３は、放熱側の回路基板５ｂと、回路基板５ｂの電気回路６を設けてある側と反対側の面に熱伝導性膜１６（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してある放熱フィン１１とで形成されている。放熱フィン１１としては例えばアルミニウムのような熱伝導率の高い材料が用いられる。なお同様の材料を用いて放熱フィン１１を板状に（即ち放熱板として）形成してあっても構わない。

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り、先端部に鋭く尖った放電部４ａを形成し、放電部４ａと反対側の基端部に他よりも大径の大径部４ｂを形成している。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良い。冷却部２の回路部分９を挟む側の面と反対側の面（即ち冷却板１０の回路基板５ａと接続される側の面とは反対側の面）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の基端面である大径部４ｂの片面を接着させることで放電電極４を冷却部２に立設させている。ここで用いる接着剤２０は熱伝導率の高いものである。

放熱部３は平面視で冷却部２よりも大きく、放熱部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）の冷却部２よりも外方に突出した外周部には密閉枠１７を固着している。この密閉枠１７の収納筒体１８と放熱部３とで囲まれる密閉空間Ｓ内に冷却部２や回路部分９が収容される構造であり、以下、この構造について詳述する。

密閉枠１７は例えばＬＣＰ樹脂やＰＢＴ樹脂のような絶縁性であり且つ遮水性の高い樹脂で一体成形したものであり、一端を開口すると共に他端側を底部１８ａで閉塞した有底筒状の収納筒体１８で主体を構成している。収納筒体１８は平面視矩形状の底部１８ａの外周縁から下方に向けて周壁部１８ｂを延出してあり、また同部からは周壁部１８ｂとは反対側の上方に向けて囲み部１９を延出している。囲み部１９は収納筒体１８の底部１８ａの中央部を囲んでおり、底部１８ａ上の水が収納筒体１８の外側に流れ出ることを防止する堰となる。収納筒体１８の軸方向における開口１８ｃ側の端部には外方に向けて突出するフランジ部１２を全周に亘って一体に設けてあり、フランジ部１２の上面の収納筒体１８を挟んだ両側からは一対の柱状の支持体２１を一体に立設している。また収納筒体１８の底部１８ａの中央には放電電極４を挿通するための電極挿通孔２２を厚み方向に貫設している。なお収納筒体１８と支持体２１は別体であっても良いものとする。

上記密閉枠１７を収納筒体１８の開口１８ｃ側から被せて該収納筒体１８内にペルチェモジュール１の冷却部２や回路部分９を収容すると共に、収納筒体１８の底部１８ａの電極挿通孔２２に放電電極４を挿通させてその先端側を収納筒体１８（密閉空間Ｓ）外に突出させ、放電電極４の放電部４ａを収納筒体１８の外部に配置する。そしてこの状態で、収納筒体１８の底部１８ａと冷却部２の冷却板１０の対向面同士を冷却側封止用樹脂２４を介して当接して接着させ、且つ放熱部３の回路基板５ｂの外周部と同部に対向するフランジ部１２を放熱側封止用樹脂２５を介して当接して接着させる。これによりフランジ部１２と放熱部３の間、収納筒体１８の底部１８ａと冷却板１０の間は共に封止用樹脂２４、２５によって完全に封止されて、収納筒体１８とペルチェモジュール１の放熱部３で囲まれた密閉空間Ｓが形成され、この密閉空間Ｓ内にペルチェモジュール１の冷却部２や回路部分９が封止状態で収納される。従って密閉枠１７の収納筒体１８と放熱部３との間に形成される密閉空間Ｓ内に冷却部２と回路部分９を収容でき、放電電極４上に生成された水や湿気等が回路部分９にまで浸入して短絡を生じる等の不具合が防止されるようになっている。なお上記冷却側封止用樹脂２４及び放熱側封止用樹脂２５は絶縁性であり且つ遮水性の高いエポキシ樹脂等の熱硬化性接着剤にて構成され、予め所定位置に熱硬化性接着剤を挟み込んでこの状態で加熱することで硬化させるものである。

また本例にあっては上記密閉枠１７のフランジ部１２の放熱側封止用樹脂２５で接着した部分よりも外側の部分に厚み方向に貫通するねじ挿通孔２７を設けてあり、各ねじ挿通孔２７に挿通させた挟み込みねじ２８の先端側を、放熱部３の放熱フィン１１に凹設してあるねじ穴２９に捻じ込むことで、挟み込みねじ２８のヘッド部分を介して密閉枠１７のフランジ部１２を放熱部３に押し付け、且つ収納筒体１８側の底部１８ａを冷却部２に押し付け、これにより収納筒体１８の底部１８ａと放熱部３とで冷却部２及び回路部分９を挟持している。つまり、フランジ部１２と放熱部３との対向面間に放熱側封止用樹脂２５を挟み、且つ収納筒体１８の底部１８ａと冷却部２との対向面間に冷却側封止用樹脂２４を挟みながら上記挟み込みねじ２８を捻じ込んでいき、両封止用樹脂２４、２５を強く挟持させた状態で加熱をすることで、密閉枠１７の放熱側固着及び冷却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。

上記密閉枠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の両側を支持させる。対向電極１３は放電電極４の放電部４ａから所定距離を隔てた位置に支持され、一端側が放電電極４に電気的に接続される高電圧印加板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や高電圧印加板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。

上記高電圧印加板１４は金属又は導電性プラスチック製であり、一端側に他端側よりも段落した被支持部１４ｂを備えている。被支持部１４ｂには保持孔１４ａを厚み方向に貫設してあり、該保持孔１４ａは収納筒体１８の底部１８ａから突出した放電電極４と略同径で、放電電極４の突出基部から先端に至る部分を挿通可能にしてある。

一方、収納筒体１８からは上記高電圧印加板１４の一部を部分的に支持する支持部３１を対向電極１３側に向けて突出している。支持部３１は、収納筒体１８の底部１８ａの外面の１乃至３箇所に一体に設けた突起３１ａからなる。図示例では突起３１ａを収納筒体１８の底部１８ａの両側に設け、これら２つの突起３１ａを収納筒体１８の周方向に離している。

そして高電圧印加板１４を移動して保持孔１４ａに収納筒体１８の底部１８ａから突出した放電電極４を先端側から挿通し、囲み部１９の内側に配置した高電圧印加板１４の被支持部１４ｂを上記突起３１上に載置する。これにより高電圧印加板１４の被支持部１４ｂは３点以下で収納筒体１８上に点状に支持され、同時に高電圧印加板１４の保持孔１４ａの内周面で放電電極４の突出基部が保持されて同部で高電圧印加板１４と放電電極４とが電気的にも接続される。そしてこのように高電圧印加板１４を放電電極４に接続することで、高電圧印加板１４の被支持部１４ｂは収納筒体１８の底部１８ａ上に突起３１ａを介して支持されて、高電圧印加板１４とこれに対向する収納筒体１８との間に断熱用の隙間３２が形成される。なお高電圧印加板１４の被支持部１４ｂよりも一段高い他端側は収納筒体１８の囲み部１９の上方を通って収納筒体１８の囲み部１９よりも外側に突出し、この位置で高電圧印加部１５に電気的に接続されるものである。

上記構成から成る本例の静電霧化装置においては、収納筒体１８のフランジ部１２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帯電微粒子水の基となる結露水を生成できる。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の表面に直接生成されて保持される水を放電部４ａ側に引き寄せると共に放電部４ａで静電霧化現象により霧化させ、ナノメータサイズの粒径で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の中央孔１３ａ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。

そして本発明では既述したように高電圧印加板１４の一部を収納筒体１８から突出した支持部３１のみで部分的に支持し、高電圧印加板１４と収納筒体１８の底部１８ａとの間に断熱用の隙間３２を形成したので、高電圧印加板１４と収納筒体１８との接触面積を小さくでき、収納筒体１８から高電圧印加板１４を介して熱が漏れることを防止できる。従って密閉空間Ｓを封止するために冷却部２を収納筒体１８の底部１８ａの内面に当接したものにおいて、該冷却部２の負の熱が収納筒体１８を介して高電圧印加板１４側に伝わることを防止でき、これによりペルチェモジュール１の冷却効率を向上できる。また本例では高電圧印加板１４を収納筒体１８上に点状に支持するにあたって、支持部３１を収納筒体１８の底部１８ａに突設した突起３１ａで構成し、該突起３１ａ上に高電圧印加板１４を載置したので、高電圧印加板１４を所定位置に配置する際の当たりとして突起３１ａを利用できて、高電圧印加板１４を所定の位置に確実に配置できる。また高電圧印加板１４の保持孔１４ａに近い位置を支持できて、保持孔１４ａの内周面と放電電極４の外周面とをより確実に接触させることができる。

次に、本発明の実施形態における他例の静電霧化装置を図２に基づいて説明する。なお本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。

本例の静電霧化装置にあっては、支持部３１を前述の収納筒体１８の底部１８ａから突出した囲み部１９で構成している。高電圧印加板１４は平板状でその一端側に保持孔１４ａを形成した被支持部１４ｂを備え、他端側を高電圧印加部１５に電気的に接続してある。被支持部１４ｂは部分的に囲み部１９の１乃至３箇所の部位にインサート成形により埋設している。図示例では被支持部１４ｂの一部を部分的に囲み部１９の両側に埋設してあり、これら２箇所の埋設部位は収納筒体１８の周方向に離れている。

そして密閉枠１７の収納筒体１８を開口１８ｃ側から被せて該収納筒体１８内にペルチェモジュール１の冷却部２や回路部分９を収容する際に、収納筒体１８の囲み部１９に一体的に接続した高電圧印加板１４の保持孔１４ａに冷却部２上に立設した放電電極４を先端側から挿通して、放電電極４が保持孔１４ａに保持される。またこの場合も、高電圧印加板１４と収納筒体１８との間に断熱用の隙間３２が形成される。

このように本例では高電圧印加板１４を収納筒体１８上に点状に支持するにあたって、支持部３１を収納筒体１８の底部１８ａの外周部から突出した囲み部１９に高電圧印加板１４を部分的に埋設したので、収納筒体１８に高電圧印加板１４を点状に支持する部分を別途形成する必要がなくて、コストを削減できる。

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を図３に基づいて説明する。なお本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。

本例の静電霧化装置にあっては、支持部３１を収納筒体１８のフランジ部１２の１乃至３箇所から放熱部３と反対側に向けて一体に突出した突部３１ｂで構成している。図示例では突部３１ｂをフランジ部１２の両側から突出してあり、両突部３１ｂは収納筒体１８の周方向に離れており、各突部３１ｂは収納筒体１８の底部１８ａの外周から突出した囲み部１９の突端よりも更に突出している。

一方、高電圧印加板１４は一端側に被支持部１４ｂを備え、被支持部１４ｂ両側部よりも段落した中央部に保持孔１４ａを形成している。この高電圧印加板１４を移動して保持孔１４ａに収納筒体１８の底部１８ａから突出した放電電極４を先端側から挿通し、被支持部１４ｂの両側部を各突部３１ｂ上に載置される。このように高電圧印加板１４を放電電極４に接続することで、高電圧印加板１４の被支持部１４ｂは収納筒体１８上に突部３１ｂを介して点状に支持されて、高電圧印加板１４とこれに対向する収納筒体１８との間に断熱用の隙間３２が形成される。なお被支持部１４ｂの一段低い中央部は収納筒体１８の囲み部１９の内側に配置され、且つ被支持部１４ｂの一段高い両側部は囲み部１９の上方を通って収納筒体１８の囲み部１９よりも外側に突出し、この位置で高電圧印加部１５に電気的に接続される。

このように高電圧印加板１４を収納筒体１８上に点状に支持するにあたって、フランジ部１２から突出した突部３１ｂ上に高電圧印加板１４を載置することで、高電圧印加板１４を所定位置に配置する際の当たりとして突部３１ｂを利用でき、高電圧印加板１４を所定の位置に確実に配置できる。

本発明の実施形態の一例の静電霧化装置の説明図である。 他例の静電霧化装置の説明図である。 更に他例の静電霧化装置の説明図である。 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 冷却部
３ 放熱部
４ 放電電極
４ａ 放電部
１４ 高電圧印加板
１４ａ 保持孔
１８ 収納筒体
１８ａ 底部
１９ 囲み部
２２ 電極挿通孔
３１ 支持部
３１ａ 突起
３１ｂ 突部
３２ 隙間

Claims (2)

1. 熱電素子を備えた回路部分を冷却部及び放熱部で挟み込んでなるペルチェモジュールと、ペルチェモジュールの冷却部上に立設した放電電極を具備し、冷却部により放電電極を冷却することで空気中の水分を基に放電電極の表面に結露水を生成し、該放電電極に高電圧を印加することで前記結露水を放電電極の放電部で霧化させる静電霧化装置において、一端が開口した有底筒状の収納筒体内に前記ペルチェモジュールを収納し、該ペルチェモジュールの冷却部を収納筒体の底部の内面に封止用樹脂を介して接着して、該封止用樹脂で収納筒体の底部と冷却部の間を封止し、放電電極を収納筒体の底部に形成した電極挿通孔から外部に突出してその放電部を収納筒体の外部に配置し、保持孔を形成した高電圧印加板を収納筒体の底部上に配置して、該高電圧印加板の保持孔で前記収納筒体から外部に突出した放電電極の突出基部を保持して高電圧印加板と放電電極とを電気的に接続し、該高電圧印加板の一部を収納筒体から突出した支持部で支持して、高電圧印加板と収納筒体の底部との間に断熱用の隙間を形成するものであって、前記支持部は、収納筒体の底部から突出した突起からなり、該突起上に高電圧印加板を載置して成ることを特徴とする静電霧化装置。
2. 収納筒体の底部の外周部から突出して収納筒体の底部の中央部を囲む囲み部を形成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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