JP5221942B2 - 静電霧化装置およびドライヤー - Google Patents

Description

この発明は、電界によって水滴を微細化する静電霧化装置と、これを用いたドライヤーとに関するものである。

液体を毛細構造体の先端に毛細管現象により吸い上げ、この液体に静電荷を付与し、この静電荷を持った液滴を毛細構造体先端から対向電極に向かって霧化させ、ナノサイズで強い電荷を持ったミストであるナノイオンを発生させる静電霧化現象が公知である（特許文献１，２）。特許文献１には、液体を入れるカートリッジ（タンク）に毛細構造体の下部を浸漬し、この毛細構造体の上端に液を吸い上げる一方、カートリッジ内に入れた毛細構造体の下端付近に高電圧を付与し、毛細構造体自身を電極（以下放電電極ともいう）とするものが示されている。この場合接地電位にある部屋の壁、天井、床を対向電極としてここに液滴を飛跳させる方法と、環状の対向電極を設ける方法とが記載されている。

特許文献２には、放電電極となる毛細構造体（水搬送部）に水を供給する水タンクに代えてペルチェ素子を用いることが示されている。すなわちペルチェ素子により冷却される水供給部に空気中の水分（水蒸気）を結露させ、この結露した水を毛細構造体の先端に搬送するものである。なお毛細構造体（放電電極）には高電圧を付与する一方、ペルチェ素子にも電流を供給する必要があるため、ペルチェ素子と毛細構造体との間を電気的に絶縁することを考慮する必要がある。特に毛細構造体には水分が付与されるため、高電圧の毛細構造体の周辺部とペルチェ素子との電気絶縁性を確実に保つため防水性を高める必要がある。

特許文献３には、このようなペルチェ素子の防水を図り、また熱応力によるペルチェ素子の破損防止のため、ペルチェ素子の周囲をポッティング樹脂で封止することが記載されている。

特許第３２６０１５０号 特開２００５−１３１５４９号公報 特開２００７−２１３７１号公報

特許文献１〜３に示されたものは一方の電極（放電電極）の先端に水滴を毛細管現象により吸い上げるものであるため、この電極の構造を毛細構造体とし、その下端を水滴供給手段（液タンク、ペルチェ素子）につなぐことが必要である。このためこの放電電極の設計自由度や、水滴供給手段の配置自由度が減るという問題があった。

また特許文献３に示されたポッティング樹脂でペルチェ素子を封止するものでは、ポッティング樹脂の注入圧によりペルチェ素子の給電用配線が短絡したり破断するおそれがあり、ポッティング樹脂の漏出を防ぐために構造が複雑になるという問題があった。さらに高電圧が加わる毛細構造体（放電電極）とペルチェ素子の吸熱面との間に電気絶縁材を挟む必要があり、この電気絶縁材は毛細構造体とペルチェ素子との間の熱伝達を悪くするという問題もある。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、水滴供給手段に高電圧を印加する必要をなくして、防水処理を簡単にすることができ、水滴供給手段と放電電極との間の電気絶縁処理が不要になり、放電電極の設計自由度や水滴供給手段の配置自由度が大きくなり、効率良く水を霧化させることができる静電霧化装置を提供することを第１の目的とする。またこの静電霧化装置を用いたドライヤーを提供することを第２の目的とする。

この発明によれば第１の目的は、高電圧が印加される電極間に形成される電界により水滴を微細化する静電霧化装置であって、各電極から絶縁されかつ一方の電極との間隔が狭い位置に配設された導電体と、この導電体に水滴を供給する水滴供給手段とを備えることを特徴とする静電霧化装置、により達成される。

また第２の目的は請求項１〜９のいずれかの静電霧化装置を備えたことを特徴とするドライヤー、により達成される。

水滴供給手段とこれに近い一方の電極（放電電極）とを別々に分けたので水滴供給手段に高電圧を印加する必要が無くなる。このため放電電極の防水、絶縁処理が簡単になる。また放電電極は毛細構造体とする必要が無いのでその設計自由度が大きくなり、水滴供給手段の配置自由度が大きくなる。水滴供給手段にペルチェ素子を用いる場合にはペルチェ素子を放電電極から絶縁するための処理が不要であり、ペルチェ素子による吸熱作用を有効利用して水滴を効率良く結露させることができる。

両電極の間に導電体を配設し、この導電体に水滴を供給するので設計自由度はさらに増大する。

この発明によれば、例えば次のようにして霧化されかつイオン化されると考えられる。一方の電極（放電電極）に近い位置に配設された導電体に供給される水滴は両電極間に形成される強い電界による誘導電荷により、水滴内の電荷の分布が不均一になり、水滴は両端が両電極に引っ張られる。この時の引っ張り力Ｆは電荷と電界強度の積に比例し、この力Ｆが水滴の表面張力より大になることにより水滴は***する（レーリー***、静電霧化）。従って放電電極と逆極性にイオン化された微細水滴は放電電極に吸着される。一方対向電極に吸引される極性にイオン化された微細水滴は対向電極に向かって飛跳する。この対向電極が環状電極であればこの環状電極を通過して外へ放出される。

両電極間に導電体を介在させたので、導電体とこれに接近した放電電極との間で放電（コロナ放電）が発生し、導電体の他端と対向電極との間に発生する強い電界により、導電体に供給された水滴はレーリー***し、微細化される。このため対向電極と逆極性に帯電した（イオン化した）微細水滴が外へ放出される。

両電極間に導電体を介在させたので、その一端に近接する針状の放電電極との間の電界強度が大となり放電し易くなる。このため高電圧が導電体の他端と対向電極との間に加わり、この強い電界により水滴は微細化されかつ効率良くイオン化される（請求項２）。

環状の対向電極は、開口部を形成した導体平板で形成し、導電体を棒状としてその先端付近をこの対向電極の開口部の中央付近に臨ませることができる（請求項３）。この場合導電体の長さや配置を変えることにより対向電極の配置を変えることができ、設計自由度が増大する。

棒状の導電体はその先端以外を針状の放電電極に対向させ、その先端を環状の対向電極の中央付近に臨ませることにより、放電電極先端との間で放電し易くし、対向電極側で水滴の微細化およびイオン化をし易くでき、また各電極および導電体の配置や設計の自由度を増大させることができる（請求項４）。この場合に、棒状導電体を放電電極に交叉させ、対向電極となる対向電極を導電体に対して傾斜させることにより同様な効果が得られる（請求項５）。

また針状の放電電極側から対向電極に向かう空気流を形成するファンを設ければ、対向電極を通過したイオン化した微細水滴を効率良く外へ排出させることができる（請求項６）。

水滴供給手段はペルチェ素子で形成することができる。この場合は導電体はこのペルチェ素子の吸熱面に固定された起立棒とし、この起立棒を冷却することによりここに空気中の水蒸気を結露させることができる（請求項７）。この起立棒は先端を下向きに配置すれば、ここに結露する水滴を重力により下端（先端）に円滑に流下させ、この下端が臨む環状の対向電極との間で水滴を効率良く微細化しかつイオン化することができる（請求項８）。なお起立棒を上向きあるいは横向きに起立させてもよい。この場合は起立棒に結露した水滴は、水滴に作用する引っ張り力Ｆによって電界強度が大きい先端に運ばれ、ここで静電霧化すると考えられる。

水滴供給手段はペルチェ素子に限らず、他の方法で水滴を供給するものであってもよい。例えば毛細管現象によって水滴を電極間の所定の位置に供給するものが可能である（請求項９）。この場合水タンクから毛細構造体により水を吸い上げ、その先端を放電電極に近い所定位置に臨ませる。

この発明の静電霧化装置は種々の医療機器や美容機器などに適用できる。例えばドライヤーに適用できる（請求項１０）。この場合放電電極を陰極とし対向電極を陽極とすることによりマイナスにイオン化した微細水滴を放出させ、この微細水滴を頭髪に当てて整髪効果を向上させることができる。なお放電電極と対向電極の極性を上記と逆にすればプラスにイオン化した微細水滴を放出させることができ、利用目的に応じて望みの極性にイオン化した微細水滴を使い分ければよい。

図１は本発明の一実施例であるドライヤーの平面図、図２は同じく図１におけるII-II線断面図、図３はその静電霧化装置だけを抜き出して示す平面図、図４は同じくIV-IV線断面図、図５は同じく底面図である。また図６は要部を拡大した側断面図、図７は図６におけるVII矢視図である。

図１、２に示すようにこのドライヤー２では、略円筒状のハウジング４の下部にグリップ６が折り畳み可能に取付けられ、ハウジング４の後端に外気の主吸入口８が形成され、ハウジング４の前端に加熱した空気の主吐出口１０が形成されている。この結果ハウジング４内に主空気通路１２が形成される。またハウジング４の上部は上方に膨出し、この膨出部１４の内部に後記する静電霧化装置１６が収容されている。

ハウジング４の内部には、外気を主吸入口８からハウジング４内に吸入する主ファン１８、モータ収容部２０に収容されこの主ファン１８を回転駆動する主モータ（図示せず）、主ファンの下流側にあって空気を加熱するヒータ２２などが収容されている。

膨出部１４の内部にはハウジング４内の主空気通路１２と平行な副空気流路２４が形成され、その一端（後端）は副吸入口２６となり、その他端（前端）は副吐出口２８となっている。この副空気通路２４内には、外気を副吸入口２６から吸入する副ファン３０とこの副ファン３０を駆動する副モータ３３とを一体化したファンユニット３４、副ファン３０の下流側にあってイオン化した微細水滴（ナノイオン水滴）を発生する静電霧化ユニット３６が収容されている。

この実施例は静電霧化装置１６はファンユニット３４と静電霧化ユニット３６とで形成される。静電霧化ユニット３６は、副空気通路２４の内壁に保持される水平な基板３８に組付けられている。この基板３８にはファンユニット３４寄りに設けた四角の開口４０と、これより空気の下流側に設けたペルチェ素子取付座４２（図６）が形成されている。開口４０には放電電極４４を保持するホルダー４６が下方から嵌合され固定される。このホルダー４６にはクランク状に折曲した針状の放電電極４４が固定されている。

ホルダー４６を基板３８に固定した状態で放電電極４４は基板３８の下面に沿って空気の下流方向に延び、他端が基板３８の上面にのびて高圧配線が接続可能になっている。ペルチェ素子取付座４２は基板３８の上面に起立する複数の立壁４８で囲まれ、この取付座４２に装着するペルチェ素子５０はこれらの立壁４８により位置決めされて固定される。このペルチェ素子５０は、空気中の水蒸気を結露させて水滴を供給する水滴供給手段となる。

なおペルチェ素子５０は放熱面となる上面に放熱板５２を持ち、吸熱面となる下面中央には金属製の棒状の導電体５４が下向きに起立している。この棒状の導電体５４は基板３８に設けた窓５６（図６）を通って下方へ突出している。前記針状の放電電極４４の先端はこの導電体５４の先端以外の位置、この実施例では図６などに示すように、導電体５４の中央付近に水平方向から近接している。

図６で５８は対向電極となる金属製の導体平板であり、導体平板５８を基板３８の下面に約４５°に傾斜して配置し、この導体平板５８に設けた円形の開口部６０の内周縁を環状としたものである。前記導電体５４の下端はこの環状電極の中央付近に上方から下向きに臨んでいる（図６，７参照）。

なおこの対向電極５８は図６に示すホルダー６２に固定され、このホルダー６２を基板３８の下面に突設した係合爪６４（図５）に係合させることにより取付けられる。ここにホルダー６２は導体平板５８を斜めに保持しかつ空気の流動方向に開き、開口部６０を通る空気がこのホルダー６２を通過できるようにしている。

図３で６６はペルチェ素子５０の電源であり、ペルチェ素子５０から導出され基板３８の上面に固定された電気配線６２、６２に接続されている。図４で７０は高電圧電源であり、陰極を針状の放電電極４４に接続し、陽極を対向電極となる導体平板６０に接続している。

次にこの実施例の動作を説明する。ハンドル６に設けたスイッチにより電源をオンにすると、主モータと主ヒータ２２が作動し、外気が主空気通路１２に導入され、ヒータ２２で加熱されて主吐出口１０から吐出される。また副空気通路２４内のファンユニット３４の作動により、外気が副空気通路２４に流入し、静電霧化ユニット３６の基板３８の上下面に沿って流れる。基板３８の上面に流れる空気はペルチェ素子５０の放熱板５２を冷却して副吐出口２８から外へ流出する。

基板３８の下面に沿って流れる空気は、放電電極４４からペルチェ素子５０で冷却された棒状の導電体５４、対向電極５８の開口部６０に流れ、副吐出口２８に流れる。外から流入した空気に含まれる水蒸気は、冷却された導電体５４に接触して凝結し、表面に結露する。この結露した水（結露水）は重力により下降し、導電体５４の下端に向かう。

一方放電電極４４と対向電極５８との間には高電圧が印加されているから、放電電極４４の先端と対向電極５８との間に設けた狭い間隙に強電界ができる。この電界内にある導電体５４には、放電電極４４が対向する位置と対向電極５８に対向する先端との間に誘導電荷が発生し、狭い間隙で対向する放電電極４４と導電体５４との間で放電（コロナ放電）が発生する。このため広い間隙をもって対向する導電体５４の先端と、対向電極５８の開口部６０の内周縁との間に強い電界ができる。この電界は導電体５６の先端で集中し電界密度（電界強度）が著しく高くなる。

この結果導電体５４の下端に存在する水滴が霧化し、マイナスに帯電（イオン化）した微細水滴が対向電極５８の開口６０に向かって飛跳する。ファンユニット３４による風がこのイオン化した微細水滴を副吐出口２８から外へ運び、主吐出口１０から吐出される温風と共に吐出される。なお***した他のプラスに帯電した微細水滴は導電体５４の先端に付着して中和し、再び静電霧化する。

本発明の一実施例であるドライヤーの平面図 同じく図１におけるII-II線断面図 同じくIV-IV線断面図 同じく背面斜視図 同じく底面図 要部を拡大した側断面図 図６におけるVII矢視図

１６ 静電霧化装置
２４ 副空気通路
３４ ファンユニット
３６ 静電霧化ユニット
３８ 基板
４４ 針状放電電極
５０ ペルチェ素子（水滴供給手段）
５４ 導電体
５８ 対向電極（導体平板）
６０ 開口部

Claims (10)

1. 高電圧が印加される電極間に形成される電界により水滴を微細化する静電霧化装置であって、
   各電極から絶縁されかつ一方の電極との間隔が狭い位置に配設された導電体と、この導電体に水滴を供給する水滴供給手段とを備えることを特徴とする静電霧化装置。
2. 導電体に近い一方の電極は先端が尖った針状の放電電極であり、導電体から遠い他方の電極は環状の開口を有する対向電極である請求項１の静電霧化装置。
3. 環状の対向電極は開口部を形成した導体平板で形成され、導電体は略棒状であってその先端付近が対向電極となる導体平板の開口部の中央付近に臨む請求項２の静電霧化装置。
4. 棒状の導電体はその先端以外が針状の放電電極の先端に対向している請求項３の静電霧化装置。
5. 棒状の導電体は針状の放電電極に対して交叉するように配設され、対向電極となる導体平板は棒状の導電体に対して傾斜している請求項４の静電霧化装置。
6. 放電電極から対向電極に向かう空気流を形成するファンを備える請求項２〜５のいずれかの静電霧化装置。
7. 水滴供給手段はベルチェ素子で形成され、棒状の導電体がこのペルチェ素子の吸熱面に固定されている請求項１〜６のいずれかの静電霧化装置。
8. ペルチェ素子の棒状の導電体は下向きに起立し、その先端以外が略水平な針状の放電電極に近接し、その先端が傾斜配置された導体平板からなる環状の対向電極の中央付近に臨んでいる請求項７の静電霧化装置。
9. 水滴供給手段は毛細管現象によって水滴を供給する請求項１〜６のいずれかの静電霧化装置。
10. 請求項１〜９のいずれかの静電霧化装置を備えたことを特徴とするドライヤー。

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