JP4779803B2 - 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、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。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。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。

また図３に示す静電霧化装置は上記水の供給手段として放電部４ａで霧化され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。冷却部２は放電電極４に接続してあり、これにより放電電極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３では一端が開口した有底筒状の収納筒体１８内に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３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にぴったりと接触した状態で支持されている。しかしこの場合、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、ペルチェモジュールの冷却部の熱が収納筒体の底部から高電圧印加板を介して外部に漏れ出すことを防止でき、尚且つ電圧印加板を確実に支持して、高電圧印加板と該高電圧印加板の保持孔に挿通した放電電極とを電気的に確実に接触させることが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、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の底部１８ａの外面に突設した支持部３１で支持し、高電圧印加板１４と収納筒体１８の底部１８ａとの間に収納筒体１８の底部１８ａの外面に設けた断熱部材３３を介装して成ることを特徴とする。この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で支持し、高電圧印加板１４と収納筒体１８の底部１８ａとの間に断熱部材３３を介装することで、収納筒体１８から突出した支持部３１により高電圧印加板１４を位置決めして支持でき、しかも収納筒体１８内にペルチェモジュール１を水密的に収納するために冷却部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、収納筒体１８の底部１８ａ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、請求項２は請求項１において、前記支持部３１を前記電極挿通孔２２の孔縁に設けたことを特徴とする。
また、請求項３は請求項１又は請求項２において、前記断熱部材３３及び前記支持部３１の夫々の前記高電圧印加板１４に対向する側の面を面一とし、前記高電圧印加板１４の一部を前記支持部３１及び前記断熱部材３３で支持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、前記高電圧印加板１４上に放電電極４の放電部４ａを除く外周を囲む断熱体３４を設けると共に該放電電極４の放電部４ａを断熱体３４の外部に露出させたことを特徴とする。この構成により、高電圧印加板１４からの熱漏れを断熱体３４で一層防止でき、また放電電極４の断熱体３４の外部に露出した放電部４ａを効率良く冷却して、放電部４ａ近傍に霧化させる水となる結露水を多量に生成できる。

請求項１乃至４に係る発明では、収納筒体から突出した支持部により高電圧印加板を支持できるのは勿論、加えて収納筒体内にペルチェモジュールを水密的に収納するために冷却部を収納筒体の底部の内面に当接したものにおいて、収納筒体の底部から高電圧印加板を介して熱が漏れることを防止でき、ペルチェモジュールの冷却効率を向上できる。

また請求項４に係る発明では、高電圧印加板からの熱漏れを断熱体で一層防止でき、また放電電極の断熱体の外部に露出した放電部を効率良く冷却して、放電部近傍に多量の結露水を生成でき、確実に静電霧化を生じさせることができる。

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、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とで形成している。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。なお同様の材料を備えた放熱板を放熱フィン１１に替えて設けても良い。

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、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上に立設している。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、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。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。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を厚み方向に貫通して設けている。なお収納筒体１８と支持体２１は別体であっても良い。

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を挿通してその先端側を収納筒体１８（密閉空間Ｓ）外に突出し、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。

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。

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の両側を支持させている。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。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を厚み方向に貫通して設けてあり、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の外面に一体に設けた突起３１ａや、囲み部１９の周方向の一部からなり、収納筒体１８の底部の１乃至３箇所に設けている。図示例では収納筒体１８の底部１８ａにおいて電極挿通孔２２の孔縁の両側に突起３１ａを設けてあり、これら２つの突起３１ａは収納筒体１８の周方向に離間している。また各突起３１ａの上面は囲み部１９の上面と同レベルに位置している。

収納筒体１８の囲み部１９と突起３１ａを除く底部１８ａ上には電極挿通孔２２上も含めた全部に断熱部材３３を設けている。断熱部材３３は発泡樹脂等の合成樹脂やマイクロカプセルを含有する断熱性に優れた材質からなり、収納筒体１８の底部１８ａ上に接着して固定している。また断熱部材３３の上面は突起３１ａの上面と面一となっている。なお断熱部材３３は収納筒体１８の囲み部１９で囲まれた底部１８ａ上に原料となる樹脂を流して充填することで形成しても良い。

収納筒体１８の底部１８ａから突出した放電電極４は断熱部材３３及び高電圧印加板１４の保持孔１４ａを貫通して上方に突出し、その突出基部が保持孔１４ａの内周面で保持されて高電圧印加板１４と電気的に接続されている。

この放電電極４の突出基部を保持する高電圧印加板１４は囲み部１９の内側に配置した被支持部１４ｂを上記各突起３１及び囲み部１９の上に載置すると共に接着してあり、同時に被支持部１４ｂの下面を断熱部材３３の上面に接着している。これにより高電圧印加板１４の被支持部１４ｂは各突起３１ａ及び囲み部１９により３点以下で収納筒体１８上に点状に支持されると共に断熱部材３３上に支持され、収納筒体１８の底部１８ａと高電圧印加板１４との間に断熱部材３３が介装されることとなる。なお高電圧印加板１４の他端側は収納筒体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。

また上記高電圧印加板１５の被支持部１４ｂ上には断熱部材３３とは別体の断熱体３４を放電電極４の放電部４ａを除く外周を囲むように設けている。断熱体３４は断熱部材３３と同様発泡樹脂やマイクロカプセルを含有する合成樹脂等の断熱性に優れた材質からなり、中央が上方に突出した錐状をし、その下面を高電圧印加板１５の被支持部１４ｂ上及び断熱部材３３の上に接着して固定している。これにより高電圧印加板１５の被支持部１４ｂは断熱部材３３と断熱体３４で構成される断熱部分に埋め込まれた状態となる。また高電圧印加板１４の保持孔１４ａから突出した放電電極４は断熱体３４の中央を貫通して、その放電部４ａを含む先端部が錘状をした断熱体３４の先端から突出して外部に露出している。なお放電電極４の外周面は断熱部材３３及び断熱体３４との間に隙間が生じないようにぴったりと断熱部材３３及び断熱体３４に接触している。

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。

そして本発明では高電圧印加板１４の一部を収納筒体１８から突出した支持部３１で部分的に支持し、且つ高電圧印加板１４と収納筒体１８の底部１８ａとの間に断熱部材３３を介装したので、支持部３１により高電圧印加板１４を位置決めして支持できるのは勿論、加えて収納筒体１８の底部１８ａ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。また本例では高電圧印加板１４上に放電電極４の放電部４ａを除く外周を囲む断熱体３４を設けると共に該放電電極４の放電部４ａを露出したので、断熱体３４により高電圧印加板１４からの熱漏れを一層防ぐことができ、また放電電極４の断熱体３４から外部に露出した放電部４ａを効率良く冷却できる。

なお本実施例では高電圧印加板１４上に放電電極４の放電部４ａを除く外周を囲む断熱体３４を設けたが、図２に示すように断熱体３４を設けず、放電電極４の高電圧印加板１４の保持孔１４ａから突出した部分の全部を外部に露出させても良い。

本発明の実施の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

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
７ 熱電素子
９ 回路部分
１４ 高電圧印加板
１４ａ 保持孔
１８ 収納筒体
１８ａ 底部
２２ 電極挿通孔
３１ 支持部
３３ 断熱部材
３４ 断熱体

Claims (4)

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当接し、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の底部の外面に突設した支持部で支持し、高電圧印加板と収納筒体の底部との間に収納筒体の底部の外面に設けた断熱部材を介装して成ることを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記支持部を前記電極挿通孔の孔縁に設けたことを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
3. 前記断熱部材及び前記支持部の夫々の前記高電圧印加板に対向する側の面を面一とし、前記高電圧印加板の一部を前記支持部及び前記断熱部材で支持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. 前記高電圧印加板上に放電電極の放電部を除く外周を囲む断熱体を設けると共に該放電電極の放電部を断熱体の外部に露出させた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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