JP5531074B2 - ミスト放出ピン及び静電霧化装置 - Google Patents
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- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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Description
一般的に静電霧化装置は、貯水部から水溶液をミスト放出ピンの先端部まで毛細管現象で搬送し、ミスト放出ピンに電圧を印加することにより、ミストを放出する。
例えば、水を収容する水タンクと、水に電圧を印加する印加電極と、水と接触するとともにその一端に尖った霧化部を有している吸水体と、吸水体が毛細管現象により水タンクから吸い上げた水を該吸水体の霧化部において霧化させてナノメータサイズの粒子径のミストを発生させるための電圧を印加電極に印加する高電圧発生源とを具備し、水タンクから吸水体の霧化部に至るまでの水搬送経路中に、ミネラル成分を除去するためのイオン交換部が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
また、上記凹凸部を、複数本の環状凹溝によって形成したものである。
または、上記凹凸部を、螺旋溝によって形成したものである。
または、上記凹凸部を、ピン軸心に沿った複数本の縦溝によって形成したものである。
また、上記潮解性成分が、ポリリン酸塩、リン酸カリウム、クエン酸、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、リン酸から選ばれる1つ又は2つ以上から成る。
本発明に係るミスト放出ピンは、静電霧化装置においてミストを外部に放出する部材であり、下記に説明する多孔質体や繊維成型体の構造からなっている。
ミスト放出ピンに保持された水溶液(水分)や、機能性成分を有する水溶液(本明細書において両者を合わせて水溶液という)を、ミストとして外部に放出する役割を果たす。
つまり、ピン軸心L方向に所定間隔毎に形成される環状凹溝11によって凹部を形成し、環状凹溝11と環状凹溝11の間を環状凸部21(凸部)としている。
つまり、所定ピッチで形成される螺旋溝12によってねじ溝状の凹部を形成すると共に螺旋凸部22(ねじ山状の凸部)を形成している。
図4に示すように、ピン軸心L廻りに等間隔に配設された縦溝13によって凹部を形成し、縦溝13と縦溝13の間を縦山部23(凸部)としている。横断面形状を、星型(花型)乃至歯車型に形成している。
なお、縦溝13をピン軸心L廻りに不等間隔に形成しても良い。縦溝13の数は、3本以上20本以下とすると製作が容易で好ましい。
また、凹凸部10において、ラジアル外方へ突出する凸部21,22,23の側面視の先端形状は、丸山型や、鋭角山型、円錐台状山型(頂部が平坦な山型)等自由である。
また、図1及び図2に於て、凹凸部10を、基端部から先端部18まで全体に渡って形成しても良い。また、図3に於て、中間部及び基端部の縦溝13を省略するも良い。
また、凹凸部10は、切削加工で形成するのが好ましい。また、成形型(金型)によって成形するも良い。
また、先端部18の頂部19及び凹凸部10を除いたストレート状非凹凸部の外径寸法を基準径寸法Dと呼ぶと、図示の実施形態は、基準径寸法Dより小さい溝底径寸法を有する凹部(環状凹溝11、螺旋溝12、縦溝13)と、基準径寸法Dと同じ外径寸法の凸部(環状凸部21、螺旋凸部22、縦山部23)と、によって凹凸部10を形成している。
図示省略するが、基準径寸法Dより大きな外径寸法の凸部と、基準径寸法Dと同じ溝底径寸法を有する凹部と、によって凹凸部10を形成しても良い。
なお、横断面形状が円形でない場合は、頂部19と非凹凸部を除く基準部位の横断面積から、同等面積の円形を想定し、その想定円形の直径を、径寸法と呼ぶ。言い換えると、本発明に於て、径寸法とは、横断面積と同等の面積を有する円形の直径寸法である。
また、頂部19は、平面状や鋭利に尖った形状よりも丸みを帯びた曲面形状(丸山型や砲弾型)であるのが好ましい。平面状や鋭利に尖った形状であると、先端部まで電流が行き渡らず、水溶液を十分に保持できない場合がある。頂部19は適度な丸みを有する形状が好ましい。
例えば、セラミックス粒子や金属粒子を棒状体として焼結させた多孔体や、ウレタン樹脂やスチレン樹脂等の発泡体を棒状体として形成したものが挙げられる。
例えば、セラミックス繊維(セラミックスファイバー、ガラス繊維等)、有機繊維(ポリエステル繊維、レーヨン繊維、ナイロン繊維等)、金属繊維(ステンレス繊維、銅繊維、チタン繊維等)又は、これらを混合したものを棒状体として形成したものが挙げられる。
合成樹脂材料とは、ポリエステル、ナイロンやレーヨン、ウレタン(ポリウレタンを含む)、アクリル、ポリプロピレン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。天然樹脂材料としては、パルプ繊維、綿、ウール繊維、麻繊維等が挙げられるがこれに限定されるものではない。
中空繊維とは、内部に空洞を有するストロー状の繊維をいい、極細管、キャピラリー、中空糸等と同義に使用される。
中空繊維の外径は、0.2mm以下、好ましくは0.1mm以下であり、内径は10μm以上50μm以下が好ましい。
なお、水溶液保持率とは、飽水状態の多孔質体又は繊維成型体に含まれている全水溶液量の、絶対乾燥状態の多孔質体又は繊維成型体質量に対する百分率のことを指す。
含有させる潮解性成分としては、ポリリン酸塩、リン酸カリウム、クエン酸(C6H8O7)、水酸化ナトリウム(NaOH)、炭酸カリウム(K2CO3)、塩化マグネシウム(MgCl2)、塩化カルシウム(CaCl2)、リン酸(H3PO4)、リン酸塩などが挙げられる。
ポリリン酸塩としては、ポリリン酸カリウム、ポリリン酸カルシウム、ポリリン酸マグネシウムが好適に選択される。
リン酸塩としては、リン酸カリウムが好適に選択される。
これらの成分は、潮解性を有することから、雰囲気中(空気中)の水分を吸収してミスト放出ピン内に水溶液として保持する役割をする。これらの潮解性成分を1つ又は2つ以上を組み合わせて含有させている。
導電性成分としては、金属、金属酸化物、金属微粉末又は炭素等の導電性物質の分散物、導電性ポリマー、金属繊維及び炭素繊維等の導電性物質、導電性グラファイト配合材等が挙げられる。
導電性グラファイト配合材とは、導電性グラファイトを含む導電性材料のことを指す。導電性材料としては、導電性グラファイトの他に、ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性材料を用いてもよい。
無機物(無機系可溶性成分)としては、銀または食塩が挙げられる。また、白金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子等も挙げられる(白金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子等のナノコロイド溶液を使用)。
ミスト放出ピンは、空気中から吸収した水分に、これらの機能性成分を溶解させて、機能性成分を有する水溶液として保持(保水)し、これらの機能性成分を含有させた水溶液を、ミストとして外部に放出する。
ミスト放出ピンからのミスト放出を促進するため、ミスト放出ピンに直流電圧を印加する。
ミスト放出ピンに直流電圧を印加する電源としては、例えば、3kV〜10kV程度のDCマイナス電圧を発生させるものが好適に挙げられ、その負極を導線を介してミスト放出ピンの基端部に接続し、ミスト放出ピンを負に帯電させている。また、正の対極を省略している。
負極をミスト放出ピンに接続することにより、電流は最も放電し易い場所を求めて流れ、通常、先端が尖っている場所や導電体など通電性に優れた場所に集まる性質を利用して、ミスト放出ピンへと集まることになる。
ミスト放出ピンは、潮解性成分が雰囲気中の水分を吸収して保水している状態となっている(保水状態)。そして、ミスト放出ピンに負電圧を印加することによって、保水状態に保たれたミスト放出ピンの先端部18から、自然放電現象により、マイナス電荷を保持したミストを外部へ大量に放出させることができる。
図1の形状で、基準径寸法D(非凹凸部の外表面1の直径)が6mmのものを実施例1とし、図1の形状で、基準径寸法Dが8mmのものを実施例2とした。
また、図1の形状から凹凸部10を省略した形状で、基準径寸法Dが4.5mmのもの(ストレートピン)を参考例1とし、図1の形状から凹凸部10を省略した形状で、基準径寸法Dが6mmのもの(ストレートピン)を参考例2とした。なお、頂部19の形状、及び全長は、実施例1,2と参考例1,2は同じである。
また、表1〜4のミスト放出量(ppm)は、純水1mg中にアスコルビン酸が溶出しているμg濃度を示す。
上述の条件(a)〜(f)で作成した評価ピンについて、ミスト放出量を測定した。
なお、ミスト放出量の測定は、潮解性成分中にビタミンを付与し、ミスト放出ピンから放出されるミスト放出量を、DPPHラジカル(1,1−ジフェニル−2−ピクリルヒドラジル)消去法によるビタミン定量試験法にて測定した。
抗酸化試験に用いた装置は、分光光度計装置(日立製作所製U−3010)である。
先ず、DPPH(和光純製薬、1,1−ジフェニル−2−ピクリルヒドラジル)0.125mmol/Lエタノール溶液を調剤する。バブリング液3mlにDPPHエタノール溶液1mlを加え十分攪拌する。サンプルに抗酸化性があれば、DPPHエタノール溶液のラジカルが減少し、DPPHエタノール溶液の色が紫から黄色に変色する。そのときのピークをDPPHエタノール溶液のピークから引いた値が、抗酸化力を示す値となる。
このようなラジカルの還元力の強さを指示薬の呈色変化で調べる方法がDPPHラジアカル消去法である。
その微妙な呈色変化を分光光度計で読み取り、既知濃度のアスコルビン酸を測定して得られた検量線を用いてアスコルビン酸濃度として換算し、測定結果として得られる。
また、参考例2と、実施例1と、の違いは、凹凸部10の有無のみであるが、実施例1の方が、保水量及びミスト放出量が多いことが明らかとなった。つまり、凹凸部10が形成されることで、表面積が多くなり、空気との接触面積が増えて、空気中の水分を吸収しやすく、保水性を向上させている。また、ラジアル外方へ突出する凸部21,22,23によって、自然放電現象が発生しやすくなり、放出量を向上させている。
また、条件(a)にて作成した評価ピンは、いずれの時間でも最もミスト放出量が多いことが分かる。また、条件(f)は24時間経過しても保水量はゼロであったために、放出するミストもゼロであった。
高湿雰囲気に長時間保持すると、ミスト放出ピン中の潮解性成分が雰囲気中の湿気を際限なく吸収して、ミスト放出ピンから液ダレ(ミスト放出ピンから水分が溢れ出ること)が発生するおそれはないかについて液ダレの有無を確認した。
図7に示すように、シャーレ38にピン固定具39を配置し、ミスト放出ピンを固定した。また、ミスト放出ピンは液ダレしやすいように、斜め上方に向けて固定した。
10 凹凸部
11 環状凹溝
12 螺旋溝
13 縦溝
L ピン軸心
Claims (7)
- ミストを外部に放出するミスト放出ピンであって、
多孔質体又は繊維成型体から成り、かつ、潮解性成分を含有し、外表面(1)に凹凸部(10)を形成したことを特徴とするミスト放出ピン。 - 上記凹凸部(10)を、複数本の環状凹溝(11)によって形成した請求項1記載のミスト放出ピン。
- 上記凹凸部(10)を、螺旋溝(12)によって形成した請求項1記載のミスト放出ピン。
- 上記凹凸部(10)を、ピン軸心(L)に沿った複数本の縦溝(13)によって形成した請求項1記載のミスト放出ピン。
- 導電性成分を有する請求項1,2,3又は4記載のミスト放出ピン。
- 上記潮解性成分が、ポリリン酸塩、リン酸カリウム、クエン酸、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、リン酸から選ばれる1つ又は2つ以上から成る請求項1,2,3,4又は5記載のミスト放出ピン。
- ミストを外部に放出するミスト放出ピンと、該ミスト放出ピンに負電圧を印加する電源と、を備えた静電霧化装置であって、
上記ミスト放出ピンは、多孔質体又は繊維成型体から成り、かつ、潮解性成分を含有し、外表面(1)に凹凸部(10)を形成したことを特徴とする静電霧化装置。
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