JP4779779B2 - 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に示す静電霧化装置は図３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、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は熱電素子を備えた回路部分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の放電部４ａ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。このため図３では一端が開口する有底筒状の収納筒体１８を備え、この収納筒体１８内にペルチェモジュール１の冷却部２及び回路部分９を収納し、ペルチェモジュール１の一端に設けた放熱部３と該放熱部３に対向する収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面とを接合することで、収納筒体１８と放熱部３で囲まれた密閉空間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。

しかし上記図３に示す静電霧化装置は放熱部３と収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面との間を封止用樹脂で接着しておらず、この部分から密閉空間Ｓに水や湿気が浸入する恐れがある。また図３では収納筒体１８の開口１８ｃ側の端部に固着部としてフランジ部１２を周設してあり、収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面に加えてフランジ部１２も封止用樹脂を介して放熱部３に接しているため、放熱部３の熱がフランジ部１２を伝わって漏れやすく、この結果、構造や使用環境によっては冷却部２を効率良く冷却できない場合が起こり得る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、ペルチェユニットを収納する密閉空間を確実に封止でき、しかも放熱部から収納筒体を介して熱が漏れることを防止できて、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、回路部分９を冷却部２及び放熱部３で挟持してなるペルチェモジュール１と、放電電極４を具備し、ペルチェモジュール１の冷却部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を備え、該収納筒体１８の開口１８ｃ側の端部に外方に向けて突出する封止代増加用のフランジ部１２を周設し、該収納筒体１８内にペルチェモジュール１の冷却部２及び回路部分９を収納し、放電電極４を収納筒体１８内においてペルチェモジュール１の冷却部２に接続すると共に、該放電電極４を収納筒体１８の底部１８ａ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、ペルチェモジュール１の放熱部３と、該放熱部３に対向する収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面及びフランジ部１２のフランジ面１２ａとを封止用樹脂を介して接着し、前記フランジ部１２ａの内側端部を同部の外側の部分よりも薄肉にして外側から内側に熱が伝わることを妨げる伝熱防止部３０を形成して成ることを特徴とするものである。このように封止代増加用のフランジ部１２を設けることで、収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面に加えてフランジ部１２のフランジ面１２ａを放熱部３に接着できて、収納筒体１８と放熱部３の間の封止代（接着代）を大きく確保でき、これにより密閉空間Ｓを完全に封止できる。しかもこの場合、フランジ部１２の内側端部に伝熱防止部３０を形成したので、封止代増加用のフランジ部１２を設けたことで収納筒体１８と放熱部３の接触面積が増大したにもかかわらず、該放熱部３からフランジ部１２に伝わった熱は伝熱防止部３０により同部３０よりも内側に伝わり難くなって、放熱部３の熱が封止代増加用のフランジ部１２を介して漏れることを防止でき、これにより密閉空間Ｓを確実に密閉でき、且つペルチェモジュール１の冷却効率を向上できる。

また請求項２は請求項１において前記収納筒体１８の底部１８ａを封止用樹脂２４を介して冷却部２に接着することを特徴とする。
また請求項３は請求項１又は請求項２において、前記放電電極４とこれに対向する対向電極１３との間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であって、前記フランジ部１２に対向電極１３を支持する支持体２１を設け、前記伝熱防止部３０がフランジ部１２において支持体２１よりも内側に位置することを特徴とする。
また請求項４は請求項１乃至３のいずれか１項において前記伝熱防止部３０としてフランジ部１２の周方向に伸びる溝３０ａを形成したことを特徴とする。フランジ部１２に溝３０ａを形成するだけで伝熱防止部３０を形成できる。

また請求項５は請求項１乃至３のいずれか１項において前記伝熱防止部３０としてフランジ部１２の周方向に複数の貫通孔３０ｂを形成して成ることを特徴とする。フランジ部１２に貫通孔３０ｂを形成するだけで伝熱防止部３０を形成できる。

本発明ではペルチェユニットを収納する密閉空間を確実に封止でき、尚且つ放熱部から収納筒体を介して熱が漏れる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。

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（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との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（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板１１との二層構造で形成されている。放熱板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。

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の外周縁から図中下方に向けて周壁部１８ｂを延出してあり、また同部から周壁部１８ｂとは反対方向に向けて囲み部１９を延出している。囲み部１９は収納筒体１８の底部８の中央部を囲んで底部８ａ上の水が収納筒体１８の外側に流れ出ることを妨げる堰となる。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封止代増加用のフランジ部１２を全周に亘って一体に設けてあり、該フランジ部１２は後述の伝熱防止部３０を除いて厚みが均一となっている。フランジ部１２の厚み方向において底部１８ａと反対側を向くフランジ面１２ａは収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面と面一に連続し、この収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面からフランジ部１２のフランジ面１２ａにまで亘る部分により封止接着面１６を形成している。フランジ部１２の収納筒体１８を挟んだ両側にはフランジ面１２ａとは反対側に向けて突出する柱状の支持体２１を一体に設けている。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あり、更にこの底部１８ａの周縁側部分には電極挿通孔２２とは別に空気抜き孔２３を貫設してある。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。

またフランジ部１２の内周端部にはこれよりも外側の部分から内側に熱が伝わることを妨げる伝熱防止部３０を形成している。伝熱防止部３０はフランジ部１２のフランジ面１２ａとは反対側の面において両支持体２１よりも内側に位置する部分に形成した断面凹状の溝３０ａからなり、該溝３０ａはフランジ部１２の周方向に伸びてフランジ部１２の周方向の全長に亘って形成されている。つまり溝３０ａを形成することでフランジ部１２の内側端部をこれよりも外側の部分よりも薄肉に形成し、これにより溝３０ａよりも外側から内側に熱を伝わり難くしている。

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封止接着面１６の略全部を放熱側封止用樹脂２５を介して接着させる。これにより封止接着面１６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。また同時に底部１８ａと冷却板１０の間から電極挿通孔２２の内面と放電電極４の外面との間に至った放熱側封止用樹脂２５で電極挿通孔２２が封止される。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、例えば放電電極４上に生成された水等が回路部分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。またこの場合、収納筒体１８の開口１８ｃ側の端面に加えてフランジ部１２のフランジ面１２ａを放熱部３に接着できるので、収納筒体１８と放熱部３の間の封止代を大きく確保でき、密閉空間Ｓを確実に封止できる。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の両側を外側方に向けて更に延出してフランジ部１２と厚みが同じ固着部２０を形成してあり、各固着部２０には厚み方向に貫通するねじ挿通孔２７を設けている。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及び固着部２０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。

ここで、上記加熱により密閉枠１７の収納筒体１８内の空気は膨張するものの、既述の如く収納筒体１８の底部には収納筒体１８とペルチェモジュール１の放熱部３とで囲まれた空間からなる密閉空間Ｓと連通する空気抜き孔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。この空気抜き孔２３は、上記加熱が終了した後に注入形成される封止用接着剤２６により封止され、これにより冷却部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。なお上記封止用接着剤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１７内の空気が熱膨張を生じることはない。

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、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。

そして本発明では既述したようにフランジ部１２の内側端部に伝熱防止部３０を形成したので、放熱部３からフランジ部１２に伝わった熱は伝熱防止部３０により同部３０よりも内側に伝わり難くなって、放熱部の熱が封止代増加用のフランジ部１２を介して漏れることを防止でき、これにより封止代増加用のフランジ部１２を設けたことで収納筒体１８と放熱部３の接触面積が増大したにもかかわらず、ペルチェモジュール１の冷却効率を向上できる。

また本例ではフランジ部１２の周方向に伸びる溝３０ａを形成するだけで上記伝熱防止部３０を形成できる。また本例の溝３０ａはフランジ面１２ａと反対側に開口するものであるので、フランジ面１２ａを放熱部３にぴったりと密着した状態で接着できる。

また本例では伝熱防止部３０として溝３０ａを設けたが、図２のように伝熱防止部３０としてフランジ部１２の周方向に複数の貫通孔３０ｂを形成しても良い。図２では放熱側封止用樹脂２５の量を多めにして、封止接着面１６と放熱部３間の放熱側封止用樹脂２５を貫通孔３０ｂに至らせて封止している。このようにフランジ部１２の周方向に複数の貫通孔３０ｂを形成することでも上記伝熱防止部３０を形成できる。

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。 従来の静電霧化装置の説明図である。

符号の説明

Ｓ 密閉空間
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
１２ フランジ部
１８ 収納筒体
１８ｃ 開口
２５ 放熱側封止用樹脂
３０ 伝熱防止部
３０ａ 溝
３０ｂ 貫通孔

Claims (5)

1. 熱電素子を備えた回路部分を冷却部及び放熱部で挟持してなるペルチェモジュールと、放電電極を具備し、ペルチェモジュールの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を備え、該収納筒体の開口側の端部に外方に向けて突出する封止代増加用のフランジ部を周設し、該収納筒体内にペルチェモジュールの冷却部及び回路部分を収納し、放電電極を収納筒体内においてペルチェモジュールの冷却部に接続すると共に、該放電電極を収納筒体の底部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、ペルチェモジュールの放熱部と、該放熱部に対向する収納筒体の開口側の端面及びフランジ部のフランジ面とを封止用樹脂を介して接着し、前記フランジ部の内側端部を同部の外側の部分よりも薄肉にして外側から内側に熱が伝わることを妨げる伝熱防止部を形成して成ることを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記収納筒体の底部を封止用樹脂を介して冷却部に接着することを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
3. 前記放電電極とこれに対向する対向電極との間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であって、前記フランジ部に対向電極を支持する支持体を設け、前記伝熱防止部がフランジ部において支持体よりも内側に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電霧化装置。
4. 前記伝熱防止部としてフランジ部の周方向に伸びる溝を形成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
5. 前記伝熱防止部としてフランジ部の周方向に複数の貫通孔を形成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電霧化装置。

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