静电雾化装置以及静电雾化方法与流程

本发明涉及一种生成带电微粒子水(Charged particulate water)的静电雾化装置(Electrostatic atomizing device)以及静电雾化方法(Electrostatic atomizing method)。

背景技术：

已知如下一种静电雾化装置：通过对保持有水的电极施加高电压，来生成带电微粒子水。在该静电雾化装置中，尽管对电极施加了高电压，但是如果电极处未保持水则会发生空气放电，而不生成带电微粒子水。该空气放电会成为加快电极劣化的主要原因。

为了抑制空气放电所导致的电极劣化，提出了在静电雾化装置启动时使施加于电极的电压逐渐上升的技术(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-125720号公报

技术实现要素：

为了将这种静电雾化装置搭载于平均每次的使用时间比较短的产品(例如吹风机(Hair dryer))，需要尽可能缩短从静电雾化装置启动到开始生成带电微粒子水的时间。

本公开的目的在于提供一种能够缩短直到静电雾化现象开始为止所需的时间的静电雾化装置以及静电雾化方法。

本公开的一个方式所涉及的静电雾化装置具备：放电部，其形成为能够保持液体；施加部，其对放电部施加电压；以及控制部，其对施加部的施加电压进行控制。

控制部构成为在启动时将施加电压设定为规定的第一电压，之后将施加电压设定为比第一电压高的第二电压。第二电压是能够生成期望的量的带电微粒子水的规定电压。

根据本方式，与从静电雾化装置启动时起就对放电部施加能够生成期望的量的带电微粒子水的规定电压、或者使电压逐渐上升的情况相比，能够缩短直到静电雾化现象开始为止所需的时间。

根据上述方式，能够提供能够缩短直到静电雾化现象开始为止所需的时间的静电雾化装置以及静电雾化方法。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的静电雾化装置中施加于放电部的电压与时间之间的关系的图表(Graph)。

图2是表示实施方式1所涉及的静电雾化装置的概念的框图(Block diagram)。

图3是表示实施方式1所涉及的静电雾化装置的具体结构的框图。

图4是表示施加于雾化电极的电压与直到静电雾化现象开始为止所需的时间(所需时间)之间的关系的图表。

图5是说明实施方式1所涉及的静电雾化装置的动作的流程图(Flowchart)。

图6是表示实施方式2所涉及的静电雾化装置的具体结构的框图。

图7是表示实施方式2所涉及的静电雾化装置中施加于雾化电极(放电部)的电压与时间之间的关系的图表。

图8是表示实施方式2所涉及的静电雾化装置的从启动起的经过时间与放电电流之间的关系的图表。

图9是说明实施方式2所涉及的静电雾化装置的动作的流程图。

图10是表示实施方式3所涉及的静电雾化装置的具体结构的框图。

图11是说明实施方式3所涉及的静电雾化装置的动作的流程图。

具体实施方式

本公开的第一个方式所涉及的静电雾化装置具备：放电部，其形成为能够保持液体；施加部，其对放电部施加电压；以及控制部，其对施加部的施加电压进行控制。

控制部构成为在启动时将施加电压设定为规定的第一电压，之后将施加电压设定为比第一电压高的第二电压。第二电压是能够生成期望的量的带电微粒子水的规定电压。

根据本方式，与从静电雾化装置启动时起就对放电部施加能够生成期望的量的带电微粒子水的规定电压、或者使电压逐渐上升的情况相比，能够缩短直到静电雾化现象开始为止所需的时间。

本公开的第二方式所涉及的静电雾化装置为在第一方式中，控制部构成为在将施加电压设定为第二电压之后，将施加电压设定为与第二电压不同的规定的第三电压。

根据本方式，当将施加电压设定为第三电压时，不生成带电微粒子水，因此，例如能够设定带电微粒子水的生成量多的模式(Mode)、带电微粒子水的生成量少的模式等，从而能够提高使用者的使用便利度。

本公开的第三方式所涉及的静电雾化装置为在第二方式中，第三电压与第一电压相同。根据本方式，能够简化电压控制的结构。

本公开的第四方式所涉及的静电雾化装置为在第一方式中，第一电压是能够在放电部生成负离子(Negative ion)的电压。根据本方式，能够在开始静电雾化之前生成负离子。

本公开的第五方式是对收容于放电部的液体施加电压来生成带电微粒子水的静电雾化方法。本方式所涉及的静电雾化方法具有：第一步骤(Step)，在启动时施加第一电压；以及第二步骤，在第一步骤之后，施加比第一电压高的规定的第二电压。第二电压是能够生成期望的量的带电微粒子水的规定电压。

根据本方式，与从静电雾化装置启动时起就对放电部施加第二电压、或者使电压逐渐上升的情况相比，能够缩短直到静电雾化现象开始为止所需的时间。

本公开的第六方式所涉及的静电雾化方法为在第五方式中，还具有第三步骤，在第二步骤之后，施加与第二电压不同的规定的第三电压。

根据本方式，当在放电部施加第三电压时，不生成带电微粒子水，因此，例如能够设定带电微粒子水的生成量多的模式、带电微粒子水的生成量少的模式等，从而能够提高使用者的使用便利度。

在上述方法中，也可以是，第一电压与第三电压相同。

在上述方法中，也可以是，第一电压是能够在放电部生成负离子的电压。

下面，参照附图来说明例示的静电雾化装置。静电雾化装置是生成带电微粒子水的装置。带电微粒子水包含活性种，或者包含活性种和酸性化学物。

活性种包括羟基自由基(Hydroxyl radical)、过氧化物(Superoxide)、一氧化氮自由基(Nitric oxide radical)以及氧自由基(Oxygen radical)中的一种以上。

酸性化学物(Acid chemical species)包括硝酸(Nitric acid)、硝酸水合物(Nitric acid hydrate)、亚硝酸(Nitrous acid)以及亚硝酸水合物(Nitrous acid hydrate)中的一种以上。酸性化学物成为带电微粒子水的酸性成分。

(实施方式1)

参照图1和图2来说明实施方式1所涉及的静电雾化装置1A。图1是表示静电雾化装置1A中施加于放电部2的电压与时间之间的关系的图表。

纵轴表示施加于放电部2的电压(kV)。横轴表示从静电雾化装置1A启动起的经过时间(秒)。图2是表示本实施方式所涉及的静电雾化装置1A的概念的框图。静电雾化装置1A具备放电部2、施加部3以及控制部4。

放电部2形成为能够保持液体，当被施加规定电压时发生放电。作为液体，以水为例来进行说明。放电部2的物理结构不对本实施方式的原理进行限定。

施加部3对放电部2施加规定的第一电压或者比第一电压高的规定的第二电压。在此，“规定的”电压并不严格地表示“完全固定的”电压，也包括“大致固定的”电压。

控制部4在静电雾化装置1A启动时执行第一控制模式，在该第一控制模式中，控制施加部3来对放电部2施加第一电压。在第一控制模式之后，控制部4执行第二控制模式，在该第二控制模式中，控制施加部3来对放电部2施加比第一电压高的第二电压。

在第一控制模式中，在开始生成带电微粒子水之前为空气放电的状态，在第二控制模式中，为能够生成带电微粒子水的状态。即，第二电压是用于静电雾化装置1A生成期望的量的带电微粒子水的规定电压。

图3是表示本实施方式所涉及的静电雾化装置1A的具体结构的框图。静电雾化装置1A具备雾化块10、帕尔帖(Peltier)用电源20、高压电源电路30、控制部40、电压检测电路50、电流检测电路60以及计时器(Timer)70。

雾化块10具备雾化电极12、与雾化电极12对置的对置电极13以及对雾化电极12进行冷却的帕尔帖单元(Peltier unit)14。雾化电极12和对置电极13作为图2所示的放电部2而发挥功能。放电部2也可以是不具有对置电极13的结构。

帕尔帖用电源20对帕尔帖单元14进行通电。当通过该通电而帕尔帖单元14对雾化电极12进行冷却时，雾化电极12产生结露。即，帕尔帖单元14和帕尔帖用电源20作为向雾化电极12供给水的供给部而发挥功能。

但是，作为向雾化电极12供给水的方式，不限于使用帕尔帖单元14。例如，能够适当变更为利用吸水体来构成电极并利用毛细管现象来从另外设置的液体保持部吸取液体或者使吸水体直接吸收空气中的水分等公知方式。

高压电源电路30生成施加于雾化电极12的电压(下面，称为施加电压)。高压电源电路30作为图2所示的施加部3而发挥功能。

控制部40例如包括微型计算机(Microcomputer)，作为图2所示的控制部4而发挥功能。作为功能之一，控制部40对帕尔帖用电源20发送冷却控制信号C1。

作为其它功能，控制部40对高压电源电路30发送ON/OFF控制信号C2。ON/OFF控制信号C2包括作为使高压电源电路30工作的命令的信号以及作为使高压电源电路30停止的命令的信号。

当作为使高压电源电路30工作的命令的ON/OFF控制信号C2被发送到高压电源电路30时，高压电源电路30开始工作。当作为使高压电源电路30停止的命令的ON/OFF控制信号C2被发送到高压电源电路30时，高压电源电路30停止。

另外，控制部40对高压电源电路30发送作为调整放电电压的信号的电压调整信号C3，对高压电源电路30所生成的电压的值进行控制。

电压检测电路50检测高压电源电路30所生成的电压(例如，第一电压、第二电压)，向控制部40发送表示所检测出的电压的值的放电电压信号C4。控制部40基于放电电压信号C4来对高压电源电路30所生成的电压进行反馈控制。

电流检测电路60检测放电电流，向控制部40发送放电电流信号C5。空气放电的状态下的放电电流的值与发生静电雾化现象的状态即生成带电微粒子水的状态下的放电电流的值不同，因此控制部40基于放电电流信号来判断静电雾化是否已开始。

生成带电微粒子水的结构如下。

当在雾化电极12处收容有水的状态下对雾化电极12施加高电压时，产生静电雾化，生成带电微粒子水。

更详细地说，当对雾化电极12施加高电压时，雾化电极12处保持的水带电。其结果，库伦力(Coulomb's force)作用于该水，该水的液面局部地呈锥状隆起(即，形成泰勒锥(Taylor cone))。

在泰勒锥的前端处电荷集中，因此在泰勒锥的前端处电场强度变大。其结果，泰勒锥的前端处产生的库伦力变大，泰勒锥进一步生长。

当泰勒锥生长而电荷集中于泰勒锥的前端、该前端的电荷成为高密度时，发生以下现象：泰勒锥的前端的水承受大能量(Energy)(已成为高密度的电荷的推斥力)，超过表面张力而反复分裂、飞散(瑞利(Rayleigh)分裂)。这就是静电雾化现象。

通过静电雾化现象，生成例如纳米大小(Nanometer size)的带电微粒子的雾(Mist)。

图4是表示施加于图3所示的雾化电极12的电压与直到静电雾化现象开始为止所需的时间(所需时间)之间的关系的图表。横轴表示施加于雾化电极12的电压(kV)。纵轴表示直到静电雾化现象开始为止所需的期间(秒)。

直到静电雾化现象开始为止所需的时间表示从开始在雾化电极12与对置电极13之间放电(即，启动静电雾化装置1A)起到开始生成带电微粒子水为止经过的时间。

如图4所示，随着施加电压变小，直到静电雾化现象开始为止所需的时间缩短。因而，在静电雾化装置1A启动时，如果使施加电压小，则可以缩短直到静电雾化现象开始为止所需的时间。

但是，为了使静电雾化装置1A的带电微粒子水的生成量多来稳定地生成并供给带电微粒子水，高压电源电路30需要对雾化电极12施加比较高的电压。

因此，控制部40在静电雾化装置1A启动时，执行如下的第一控制模式：控制高压电源电路30，来对雾化电极12施加比生成期望的量的带电微粒子水所需的电压(第二电压)低的电压(第一电压)。在第一控制模式之后，控制部40执行如下的第二控制模式：控制高压电源电路30，来对雾化电极12施加比第一电压高的第二电压。

这样，与从最初起就施加第二电压、或者使电压逐渐向第二电压增加的情况相比，在短时间内就开始生成带电微粒子水。

另外，与使电压逐渐增加的情况相比，能够以从某个电压切换为其它电压这样的简单控制来实现。第一电压和第二电压的具体数值只要在第一电压低于第二电压这个条件下配合期望的规格来适当设定即可。

下面，使用图1、图3以及图5来说明本实施方式所涉及的静电雾化装置1A的动作。图5是说明该动作的流程图。当静电雾化装置1A启动时，执行第一控制模式，冷却雾化电极12以及对雾化电极12施加第一电压(步骤S1)。

更详细地说，控制部40对帕尔帖用电源20发送冷却控制信号C1，且对高压电源电路30发送作为使高压电源电路30工作的命令的ON/OFF控制信号C2以及作为用于将施加电压设定为第一电压的命令的电压调整信号C3。

第一电压的值是在雾化电极12与对置电极13之间发生空气放电并能够生成负离子的值。

这样，作为静电雾化装置1A启动时的施加电压的第一电压是能够生成负离子的电压。在此，第一电压的值例如为4.21kV。

冷却控制信号C1被发送到帕尔帖用电源20，由此通过帕尔帖单元14对雾化电极12进行冷却。

发送到高压电源电路30的ON/OFF控制信号C2是用于使高压电源电路30工作的命令。发送到高压电源电路30的电压调整信号C3是用于生成第一电压的命令。

当接收到电压调整信号C3时，高压电源电路30生成第一电压，将第一电压施加于雾化电极12。由此，在雾化电极12与对置电极13之间发生放电。

在紧接在该工作刚开始之后的时间点，由于未对雾化电极12供给水(结露水)，因此发生空气放电。此时，在本实施方式中，将施加电压设定为第一电压以使得能够生成负离子。但是，也可以设定为不生成负离子的电压。

控制部40监视从电流检测电路60发送来的放电电流信号C5，判断放电电流的值是否下降而达到表示静电雾化开始的范围内的值(步骤S2)。

更详细地说，即使施加电压固定，静电雾化现象开始时的放电电流也小于发生空气放电时的放电电流。

因而，当在从静电雾化装置1A启动起将施加电压设定为第一电压的状态下放电电流的值减少到静电雾化现象开始时的放电电流的值时，控制部40能够判断为静电雾化现象已开始。表示静电雾化现象开始时的放电电流的值的信息被预先存储在控制部40中。

控制部40在判断为“静电雾化现象未开始”的情况下(步骤S2中“否”)，重复步骤S2的处理。

控制部40在判断为“静电雾化现象已开始”的情况下(步骤S2中“是”)，对高压电源电路30发送作为用于将施加电压设定为第二电压的命令的电压调整信号C3。由此，高压电源电路30对雾化电极12施加第二电压(步骤S3)。

控制部40当判断为静电雾化现象已开始时，执行第二控制模式。第二电压的值是用于生成比较多量的带电微粒子水的电压值。在此，第二电压的值例如是6.27kV。

通过像这样执行第二控制模式，静电雾化装置1A能够稳定地生成带电微粒子水。

(实施方式2)

下面，使用附图来说明实施方式2所涉及的静电雾化装置。

在本实施方式中，为了使静电雾化现象开始后的带电微粒子水的生成量变化为期望的状态，在第二控制模式之后执行第三控制模式。

图6是表示实施方式2所涉及的静电雾化装置1B的具体结构的框图。此外，在图6中，对与实施方式1相同或对应的位置标注相同标记，省略其说明。

图7是表示静电雾化装置1B中施加于雾化电极12的电压与时间之间的关系的图表。纵轴表示施加于雾化电极12的电压(kV)。横轴表示从静电雾化装置1B启动起的经过时间(秒)。

图8是表示静电雾化装置1B的从启动起的经过时间与放电电流之间的关系的图表。纵轴表示放电电流(μA)，横轴表示从静电雾化装置1B启动起的经过时间(秒)。

第一控制模式是施加电压被设定为第一电压(例如，4.21kV)的期间。第二控制模式是施加电压被设定为第二电压(例如，6.27kV)的期间。第三控制模式是施加电压被设定为规定的第三电压(在此为4.21kV)的期间。

如图6～图8所示，本实施方式所涉及的静电雾化装置1B具备控制部80来代替图3所示的控制部40。控制部80除了具有图3所示的控制部40的功能以外，还具备下面的功能。

控制部80除了执行第一控制模式和第二控制模式以外，还在第二控制模式之后执行第三控制模式。本实施方式中的第一控制模式和第二控制模式与实施方式1相同，因此省略其说明。

高压电源电路30在第三控制模式中将施加电压设定为与第二电压不同的第三电压，生成与在第二控制模式中生成的带电微粒子水不同的量(每单位时间)的带电微粒子水。

这样，在本实施方式中，控制部80在将施加电压设定为第二电压之后，通过设定为与第二电压不同的第三电压来改变带电微粒子水的生成量。

控制部80对高压电源电路30发送作为用于将施加电压设定为第二电压的命令的电压调整信号C3，使计时器70开始测量时间。

当计时器70测量的时间经过了规定时间时，控制部80对高压电源电路30发送作为用于将施加电压设定为第三电压的命令的电压调整信号C3。由此，施加电压从第二电压变更为第三电压，转变为第三控制模式。

为了将施加电压从第二电压变更为第三电压，也可以不是基于计时器测量的时间来自动切换而是利用开关等进行手动切换，另外，也可以兼用这两者。

第三电压例如被设定为小于第二电压。由此，与第二控制模式相比，第三控制模式的带电微粒子水的生成量变少。

也可以将第三电压的值设为与第一电压相同的值，还可以使第三电压大于第二电压。在后者的情况下，与第二控制模式相比，第三控制模式的带电微粒子水的生成量变多。作为第三电压，也可以设为不生成带电微粒子水的电压。

在此，以搭载有静电雾化装置1B的吹风机为例来说明将施加电压变更为第一电压、比第一电压高的第二电压、与第二电压不同的第三电压的优点。

已知负离子和带电微粒子水对毛发产生良好效果。通过将施加电压设为比第二电压低的第一电压，能够缩短直到开始生成带电微粒子水为止所需的时间，迅速地得到带电微粒子水的效果。

通过将施加电压设定为放电部生成负离子的第一电压，还能够在从静电雾化装置1B启动到开始生成带电微粒子水为止的期间内对毛发供给负离子。

当静电雾化现象开始而开始生成带电微粒子水时，通过将施加电压设定为比第一电压高的第二电压，带电微粒子水的生成量变多，成为能够生成期望的量的带电微粒子水的状态。

带电微粒子水中包含对毛发有效果的有效成分(例如，如硝酸离子那样的酸性成分)，因此通过实现稳定地供给期望的量的带电微粒子水，会得到对毛发良好的效果。

在静电雾化开始的时间点，毛发是湿润的，毛发中的水分多。在毛发中的水分多的状态下，毛发的角质层(cuticle)是打开的。在该情况下，当对毛发供给多量的带电微粒子水(即，多量的上述有效成分)时，能够使带电微粒子水所包含的有效成分大量浸透到毛发的内部。

当从吹风机持续对毛发供给暖风时，毛发逐渐干燥。当毛发干燥而毛发中的水分变少时，毛发的角质层变为闭合的状态。在该状态下，即使供给多量的带电微粒子水，也难以浸透到毛发的内部。在该情况下，最好减少对毛发供给的带电微粒子水的量，使角质层绷紧来保持毛发中的水分。

因此，控制部80当将施加电压设定为第二电压后经过了规定时间时，将施加电压切换为比第二电压低的第三电压，由此使带电微粒子水的生成量变少。

到从第二电压切换为第三电压为止的时间、即从开始使用吹风机到毛发干燥到某种程度为止所需的时间是预先基于实验而设定的，存储在控制部80中。干燥所需的时间会随着毛发的量变多而变长，因此也可以设置用于切换设定时间的开关，使使用者能够操作该开关来选择设定时间。

在此，使用图6和图9来说明实施方式2所涉及的静电雾化装置1B的动作。图9是说明该动作的流程图。图9的步骤S1、S2、S3的处理与图5所示的流程图的步骤S1、S2、S3的处理相同，因此省略其说明。

控制部80对高压电源电路30发送作为用于将施加电压设定为第二电压的命令的电压调整信号C3，使计时器70工作，判断由计时器70测量出的时间是否已达到上述的设定时间(步骤S4)。

控制部80在判断为“未达到规定时间”的情况下(步骤S4中“否”)，重复步骤S4的处理。

控制部80在判断为“已达到规定时间”的情况下(步骤S4中“是”)，对高压电源电路30发送作为用于将施加电压设定为第三电压的命令的电压调整信号C3。由此，高压电源电路30对雾化电极12施加第三电压(步骤S5)。

(实施方式3)

下面，使用附图来说明实施方式3所涉及的静电雾化装置。本实施方式的判断静电雾化现象的开始的方法与实施方式2不同。

图10是表示实施方式3所涉及的静电雾化装置1C的结构的框图。此外，在图10中，对与实施方式2相同或对应的位置标注相同标记，省略其说明。

在实施方式2中，控制部80基于放电电流的值来判断静电雾化现象是否已开始。

与此相对，在本实施方式中，控制部80基于从静电雾化装置1C启动起的经过时间来判断静电雾化现象是否已开始。即，静电雾化装置1C不具备图6所示的电流检测电路60。

从放电开始到静电雾化现象开始为止所需的时间是预先基于实验而调查出的，存储在控制部80中。如果从施加电压被设定为第一电压起的经过时间达到了预先存储的时间，则控制部80判断为静电雾化现象已开始。

这样，控制部80基于从启动起的经过时间来从第一控制模式切换为第二控制模式。

在此，使用图10和图11来说明实施方式3所涉及的静电雾化装置1C的动作。图11是说明该动作的流程图。

当静电雾化装置1C开始运转时，冷却雾化电极12，对雾化电极12施加第一电压，并且计时器70启动(Start)(步骤T1)。本实施方式中的雾化电极12的冷却以及对雾化电极12的第一电压的施加与实施方式2相同，因此省略其说明。

控制部80判断计时器70测量的时间是否已达到上述预先存储的时间(步骤T2)。控制部80在判断为“未达到”的情况下(步骤T2中“否”)，重复步骤T2的处理。

控制部80在判断为“已达到”的情况下(步骤T2中“是”)，之后的处理与图9所示的步骤S3～S5相同，因此省略其说明。也能够应用步骤T1、T2的处理来代替实施方式1中图5所示的步骤S1、S2的处理。

本公开所涉及的静电雾化装置不限定于各实施方式的结构，而是包括从各实施方式想到的所有组合。构成实施方式的结构要素也能够在不脱离本公开的宗旨的范围内适当变更为代替单元。

产业上的可利用性

本实施方式的原理能够利用于用于生成带电微粒子水的装置。

附图标记说明

1A、1B、1C：静电雾化装置；2：放电部；3：施加部；4、40、80：控制部；10：雾化块；12：雾化电极；13：对置电极；14：帕尔帖单元；20：帕尔帖用电源；30：高压电源电路；50：电压检测电路；60：电流检测电路；70：计时器。