(57)【要約】【課題】電界生成のために投入したエネルギを高効率で活用することのできる静電霧化装置を提供する。【解決手段】放電電極２と対向電極４とを備える静電霧化装置において、対向電極４に、放電電極２の先端部６に対向する凹状の内面２６を設ける。内面２６は、先端部６から対向電極４側に所定距離Ｄだけ近づいた点を基準点Ｐとし、この基準点Ｐを中心として描く球面に沿って形成される面である。【選択図】図１
2014231047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部を有する放電電極と、
前記放電電極の前記先端部に対向して位置する対向電極と、
前記放電電極に水を供給する水供給手段と、
前記放電電極と前記対向電極との間で電圧印加を行う電圧印加手段とを具備し、
前記電圧印加によって、前記放電電極の前記先端部に保持される前記水を基にしてテイラーコーンを生じさせる静電霧化装置において、
前記対向電極は、前記放電電極の前記先端部に対向する凹状の内面を有し、
前記内面は、前記先端部から前記対向電極側に所定距離だけ近づいた点を基準点とし、この基準点を中心として描く球面に沿って形成される面であることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
前記所定距離は、前記放電電極の前記先端部に生成される前記テイラーコーンの高さであることを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項３】
前記テイラーコーンは、前記高さが周期変動するものであり、
前記所定距離は、この周期変動における最大の前記高さであることを特徴とする請求項２に記載の静電霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向電極を備えた静電霧化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、帯電微粒子水を生成する静電霧化装置が提供されている。この静電霧化装置は、先端部を有する放電電極と、該先端部に対向して位置する対向電極とを備える。この放電電極に水を供給して電圧を印加することで、放電電極に供給した水を基にして、帯電微粒子水が生成される。帯電微粒子水は、ラジカル等の有効成分を含む。
【０００３】
特許文献１では、放電電極の先端に電界を集中させるため、対向電極の内面を、放電電極の先端を囲む凹球面状に形成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０２０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の静電霧化装置では、対向電極の内面を、放電電極の先端を囲む凹球面状に形成することで、放電電極の先端に対する電界の集中度合いを高めている。電界を集中させることで、投入したエネルギを基にしてラジカル等の有効成分を高効率で生成することができる。
【０００６】
しかし、静電霧化装置においては、電界生成のために投入したエネルギを、更に高効率で活用することが望まれる。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みたもので、電界生成のために投入したエネルギを更に高効率で活用することのできる静電霧化装置を提供することを、課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明を、下記構成を具備する静電霧化装置とする。
【０００９】
本発明は、先端部を有する放電電極と、前記放電電極の前記先端部に対向して位置する対向電極と、前記放電電極に水を供給する水供給手段と、前記放電電極と前記対向電極との間で電圧印加を行う電圧印加手段とを具備し、前記電圧印加によって、前記放電電極の前記先端部に保持される前記水を基にしてテイラーコーンを生じさせる静電霧化装置において、前記対向電極は、前記放電電極の前記先端部に対向する凹状の内面を有し、前記内面は、前記先端部から前記対向電極側に所定距離だけ近づいた点を基準点とし、この基準点を中心として描く球面に沿って形成される面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、対向電極が、放電電極の先端部に対向する凹状の内面を有し、当該内面は、前記先端部から対向電極側に所定距離だけ近づいた点を基準点とし、この基準点を中心として描く球面に沿って形成される面であるから、電界生成のために投入したエネルギを更に高効率で活用し、有効成分を含む帯電微粒子水を高効率で生成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１の静電霧化装置を示す概略図である。
【図２】同上の静電霧化装置でテイラーコーンを生成したときの要部を示す概略図である。
【図３】同上の静電霧化装置での電圧印加を示すグラフ図である。
【図４】同上の静電霧化装置での高さズレと酸性成分量の関係を示すグラフ図である。
【図５】（ａ）−（ｄ）は、同上の静電霧化装置での対向電極の変形例を示す概略断面図である。
【図６】（ａ）−（ｄ）は、同上の静電霧化装置での電圧印加の変形例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、先端部を有する放電電極と、前記放電電極の前記先端部に対向して位置する対向電極と、前記放電電極に水を供給する水供給手段と、前記放電電極と前記対向電極との間で電圧印加を行う電圧印加手段とを具備し、前記電圧印加によって、前記放電電極の前記先端部に保持される前記水を基にしてテイラーコーンを生じさせる静電霧化装置において、前記対向電極は、前記放電電極の前記先端部に対向する凹状の内面を有し、前記内面は、前記先端部から前記対向電極側に所定距離だけ近づいた点を基準点とし、この基準点を中心として描く球面に沿って形成される面であることを特徴とする。
【００１３】
これにより、電界生成のために投入したエネルギを高効率で活用し、有効成分を含む帯電微粒子水を高効率で生成することができる。そのため、大きなエネルギを投入してアーク放電が生じることを抑制しながら、帯電微粒子水を効率的に生成することが可能となる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において更に、前記所定距離は、前記放電電極の前記先端部に生成される前記テイラーコーンの高さであることを特徴とする。
【００１５】
これにより、電極間で生じる電界をテイラーコーンの先端に集中させ、有効成分を含む帯電微粒子水を更に高効率で生成することが可能となる。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明において更に、前記テイラーコーンは、前記高さが周期変動するものであり、前記所定距離は、この周期変動における最大の前記高さであることを特徴とする。
【００１７】
これにより、有効成分を含む帯電微粒子水を、更に高効率で生成することが可能となる。
【００１８】
（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１の静電霧化装置を、概略的に示している。
【００１９】
本実施形態の静電霧化装置は、放電電極２と、これに対向する対向電極４とを備え、放電電極２が有する先端部６に水５０を保持させた状態（図２参照）で、両電極２，４間に静電霧化のための電圧を印加するものである。
【００２０】
放電電極２は全体として棒状をなし、その先端に球状の先端部６を有する。放電電極２は、先端部６の反対側に基部８を有し、基部８に対して絶縁板１０を機械的に接続させる。
【００２１】
放電電極２には、静電霧化用の電圧を印加するための電圧印加部１２を、電気的に接続させる。電圧印加部１２は、例えば−４ｋＶ程度の高電圧を印加する。
【００２２】
更に、放電電極２には、絶縁板１０を挟んでペルチェモジュール１４を機械的に接続させる。放電電極２とペルチェモジュール１４とは、絶縁板１０等を介して電気的に絶縁させる。
【００２３】
ペルチェモジュール１４は、図示略のペルチェ素子を通電可能に配置したものである。ペルチェ素子は、通電によって図１中の上側が吸熱側となり、図１中の下側が放熱側となるように配置する。
【００２４】
ペルチェモジュール１４の吸熱側には、絶縁板１０を介して放電電極２を機械的に接続させているので、図示略の通電回路によってペルチェモジュール１４の各ペルチェ素子に通電させることで、放電電極２を冷却することができる。ペルチェモジュール１４の放熱側には、放熱フィン１６を機械的に接続させている。
【００２５】
対向電極４は、全体として半球殻状をなし、その端縁部から径方向外側にむけて接続端部１８を延設している。対向電極４は、この接続端部１８を接地させて設ける。
【００２６】
本実施形態の静電霧化装置では、ペルチェモジュール１４への通電によって放電電極２を冷却し、放電電極２に結露を生じさせることで、空気中の水分を基にして放電電極２に水５０を供給する。即ち、ペルチェモジュール１４から成る熱交換装置が、放電電極２に水５０を供給する水供給手段である。
【００２７】
本実施形態の静電霧化装置では、放電電極２に対して−４ｋＶ程度の直流電圧を印加し（図３参照）、且つ、対向電極４側を接地させて設けることで、両電極２，４間に静電霧化ための電界を印加する。即ち、放電電極２に電気接続される電圧印加部１２と、対向電極４に電気接続される接地部２０とが、放電電極２と対向電極４との間で電界印加を行う電界印加手段である。
【００２８】
供給された水５０を放電電極２が保持する状態で、放電電極２と対向電極４との間で電界を印加することで、放電電極２の先端部６には、水５０を基にしてテイラーコーン２２が生成される（図２参照）。
【００２９】
円錐状であるテイラーコーン２２の先端には、電荷が高密度で集中し、静電霧化現象によって帯電微粒子水を大量に生成する。帯電微粒子水は、ナノメータサイズ（例えば５〜２０ｎｍ）の粒径を含む微小な水滴である。帯電微粒子水はラジカル等の有効成分を含み、対向電極４が中央部分に有する放出口２４を通じて、外部に放出される。放出口２４は、放電電極２の軸方向の真上に位置する。
【００３０】
放電電極２に生成されるテイラーコーン２２の高さは、ペルチェモジュール１４による放電電極２の冷却や、放電電極２に対する電圧印加を制御することによって、略均一に保たれる。
【００３１】
本実施形態では、直径が０．５ｍｍである球状の先端部６に水５０を保持させ、放電電極２に約４ｋＶの電圧を印加することで、先端部６に高さ０．４ｍｍのテイラーコーン２２を形成する。
【００３２】
本実施形態の対向電極４は、放電電極２の先端部６と対向する凹球状の内面２６を有する。内面２６は、放電電極２の先端部６から対向電極４側に所定距離Ｄだけ近づいた点を基準点Ｐとし、この基準点Ｐを中心として描く半球面（図中の破線）に沿って形成される。
【００３３】
この所定距離Ｄは、放電電極２の先端部６に生成されるテイラーコーン２２の高さと一致させて設ける。即ち、本実施形態の所定距離Ｄは０．４ｍｍである。放電電極２と対向電極４との間の寸法は、０．１ｍｍ以下の公差で厳密に制御可能であるため、ここで設定する所定距離Ｄは微小距離であるが、寸法公差のズレとは一線を画する。
【００３４】
本実施形態の静電霧化装置によれば、生成されるテイラーコーン２２の先端に対して、対向電極４の内面２６全体が等距離にあるため、テイラーコーン２２の先端と内面２６全体との間で、強力な電界が発生する。この電界は、対向電極４の内面２６全体と等距離にあるテイラーコーン２２の先端に、高強度で電界を集中させる。
【００３５】
したがって、本実施形態の静電霧化装置では、電界生成に投入したエネルギを、テイラーコーン２２の先端に対して高強度で集中させ、テイラーコーン２２の先端から、有効成分を含む帯電微粒子水をより効率的に生成することが可能となる。
【００３６】
これにより、静電霧化装置の省エネルギ化を図るとともに、アーク放電の発生を抑制することができる。即ち、放電電極２と対向電極４との間で強力な電界を発生させるためには、大きなエネルギを投入すればよいのだが、大きなエネルギを投入し過ぎた場合には、アーク放電に移行して帯電微粒子水を生成することができなくなる。これに対して、投入したエネルギを、テイラーコーン２２の先端に高強度で集中させることにより、大きなエネルギを投入してアーク放電が生じることは抑制しながら、有効成分を含む帯電微粒子水を高効率で生成することができる。
【００３７】
なお、テイラーコーン２２は、高さが僅かに周期変動するものである。テイラーコーン２２は、水５０と電荷が供給されることで成長し、最大の高さに至ったときに、その先端から水が分裂して帯電微粒子水を生じる。帯電微粒子水が生じた直後、テイラーコーン２２は水分と電荷を失ったことでその高さを低くし、また水５０と電荷が供給されることで成長し、最大の高さになったときに帯電微粒子水を生じる。
【００３８】
本実施形態で設定する所定距離Ｄは、このテイラーコーン２２の周期変動における最大の高さである。
【００３９】
本実施形態の静電霧化装置のように、対向電極４の内面２６をテイラーコーン２２の先端を囲むように設けた場合には、従来の静電霧化装置のように、対向電極４の内面２６を放電電極２の先端を囲むように設けた場合（以下、「従来の場合」という。）よりも、有効成分やこれを含む帯電微粒子水を高効率で生成することができる。
【００４０】
本実施形態の場合と従来の場合とで、同一条件で帯電微粒子水を生成し、ＤＭＰＯ（５，５−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１−ｐｙｒｒｏｌｉｎｅ  Ｎ−ｏｘｉｄｅ）をスピントラップ剤として用いて測定した電子スピン共鳴スペクトル法（ＥＳＲ）の結果からも、有効成分であるラジカルが高濃度で生成されることが分かる。ここでは、ラジカルの代替指標として、ラジカルが水と反応して生じる過酸化水素水を実測し、従来の場合では実測値が７．１μＭであるのに対して、本実施形態の場合には実測値が１０．２μＭとなり、従来の場合に比べて約１．４倍となることが確認された。
【００４１】
図４には、対向電極４の高さズレを種々変更した場合の、酸性成分の実測値の変化を示している。酸性成分は、二酸化窒素等の窒素酸化物や硝酸イオン等である。酸性成分量の測定はイオンクロマトグラフィーにより行う。
【００４２】
グラフ中の横軸である高さズレ（ｍｍ）では、本実施形態のように、対向電極４の内面２６の中心点を、放電電極２の先端部６から０．４ｍｍ離れた基準点Ｐに一致させた場合を、高さズレ０に設定している。高さズレが−０．４ｍｍの場合は、従来の静電霧化装置のように、対向電極４の内面２６の中心点を、放電電極２の先端に設定した場合である。
【００４３】
この測定結果によれば、高さズレが−０．４ｍｍである従来の場合では酸性成分の実測値が１．５ｍｇ／Ｌであるのに対して、高さズレ０である本実施形態の場合には２．２ｍｇ／Ｌとなり、従来の場合に比較して約１．５倍に増加することが確認された。
【００４４】
次に、対向電極４の変形例について、図５に基づいて説明する。各変形例の構成のうち、既述した例と同様の構成については説明を省略する。
【００４５】
図５（ａ）の変形例は、対向電極４が有する放出口２４から径方向外側に筒状電極部２８を延長させた例である。筒状電極部２８は、基準点Ｐから離れる方向に一直線状に形成する。生成された帯電微粒子水は、この筒状電極部２８を通じて外部に放出される。
【００４６】
図５（ｂ）の変形例は、図５（ａ）の例において更に、対向電極４に別の放出口２４を追加した例である。この例では、複数設けた放出口２４の各々と基準点Ｐとの距離が同一である。各放出口２４は、半球殻状である対向電極４の主要部において、基準点Ｐから離れる方向に一直線状に貫通形成したものである。この例では、複数の放出口２４のうち、放電電極２の真上にある放出口２４からだけ筒状電極部２８を延設しているが、別の放出口２４から筒状電極部２８を延設してもよい。
【００４７】
図５（ｃ）の変形例は、対向電極４が有する放出口２４の口径を大きく設けることで、対向電極４の主要部を略筒型に設けた例である。この例の場合も、対向電極４は、放電電極２から離れた位置の基準点Ｐを囲む凹球面状の内面２６を有し、この内面２６との間でテイラーコーン２２の先端に電界を集中させる。
【００４８】
図５（ｄ）の変形例は、対向電極４の半球殻状をなす主要部を、前述の例よりも浅い椀状に形成した例である。つまり、前述の例では、対向電極４の凹球面状の内面２６を、基準点Ｐを含む水平面３０に至るまで形成していたが、図５（ｄ）の例では、水平面３０よりも放電電極２から離れる側の部分にまでしか、内面２６を形成していない。ここでの水平面３０は、放電電極２に対して対向電極４が位置する方向を鉛直方向としたとき、この鉛直方向と直交し且つ基準点Ｐを含むように形成される仮想面である。
【００４９】
いずれの例においても、基準点Ｐを囲む凹球面状の内面２６を少なくとも一部に形成することで、テイラーコーン２２の先端に電界をより集中させることが可能となる。
【００５０】
次に、静電霧化のための電圧印加の変形例について、図６に基づいて説明する。
【００５１】
上述の実施形態では、負の直流電圧を放電電極２に印加したが、図６（ａ）の変形例では、正の直流電圧を放電電極２に印加する。この電圧印加によっても、有効成分を含む帯電微粒子水を生成することができる。
【００５２】
図６（ｂ）−（ｄ）の変形例では、高周波の電圧を放電電極２に印加する。高周波の電圧は、５０〜２５０ｋＨｚの周波数を有する正弦波であることが好ましいが、５０〜２５０ｋＨｚの範囲外の高周波であってもよいし、波形も正弦波には限定されない。
【００５３】
図６（ｂ）−（ｄ）の変形例においては、周期変動する電圧の中心値は負極側にあり、図６（ｂ）の例では、電圧０を含む負極側の範囲（０ｋＶ〜−６ｋＶ）で電圧が周期変動する。図６（ｃ）の例では、最大ピーク時には正極側にまで至る範囲（１ｋＶ〜−５ｋＶ）で電圧が周期変動する。図６（ｄ）の例では、電圧０を含まない負極側の範囲（−３ｋＶ〜−９ｋＶ）で電圧が周期変動する。
【００５４】
また、正の交流電圧を放電電極２に印加することも可能である。この場合、周期変動する電圧の中心値を正極側に設ける。電圧の周期変動は、電圧０を含む正極側の範囲内に設けてもよいし、最小ピーク時には負極側にまで至る範囲内に設けてもよいし、電圧０を含まない正極側の範囲内に設けてもよい。
【００５５】
これらの例では、印加電圧を高周波の電圧にすることで、放電電極２と対向電極４の間でアーク放電が発生することが抑えられる。即ち、これらの例は、テイラーコーン２２の先端に電界を集中させることで、アーク放電の発生を抑制しながら帯電微粒子水を効率的に生成し、且つ、印加電圧を高周波の電圧にすることによってもアーク放電の発生を抑制するものである。
【００５６】
また、上述した各例では、放電電極２に電圧を印加し、対向電極４側を接地させているが、対向電極４に電圧を印加して放電電極２側を接地させて設けてもよいし、両側の電極２，４に電圧を印加することも可能である。
【００５７】
以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明に係る静電霧化装置は、有効成分を含む帯電微粒子水を生成及び放出するものであるから、産業上の多様な用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
２  放電電極
４  対向電極
６  先端部
２２  テイラーコーン
５０  水
Ｐ  基準点
Ｄ  所定距離
【図１】
2014231047.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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