送風装置
【課題】局所的な送風を行えて、かつ安定した送風能力を実現する。
【解決手段】外径１０ｍｍ以下の中空の筐体１２に、針電極１０と対向電極１１とによって構成される複数の送風部を設ける。各送風部は、送風方向に沿って直列に配置される。筐体１２は屈曲した形状とされ、屈曲箇所に送風部が配される。駆動回路１３から針電極１０に高電圧を印加すると、両電極１０、１１間に放電が生じる。イオン風が発生して、筐体１２内に風が流れる。屈曲箇所では、送風部により風が加速される。
【解決手段】外径１０ｍｍ以下の中空の筐体１２に、針電極１０と対向電極１１とによって構成される複数の送風部を設ける。各送風部は、送風方向に沿って直列に配置される。筐体１２は屈曲した形状とされ、屈曲箇所に送風部が配される。駆動回路１３から針電極１０に高電圧を印加すると、両電極１０、１１間に放電が生じる。イオン風が発生して、筐体１２内に風が流れる。屈曲箇所では、送風部により風が加速される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電により発生したイオン風を利用して、局所的な送風が可能な送風装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空気の流れを誘引し、その気流の流れを用いた送風装置が各種分野で用いられているが、この送風装置は、ほとんどの場合において、ファンを用いたものである。送風装置の大きさとしても、多岐にわたっているが、特に、近年においては、半導体デバイスや液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルといった表示装置の製造プロセスの超微細化が急ピッチで進んでいることや、ナノテクノロジー分野の研究開発が進展したこともあって、局所への送風を実現する送風装置のニーズが高まっている。
【０００３】
局所的な送風が可能な送風装置というのは、直径１０ｍｍ程度、さらに言えば直径１ｍｍ以下の局所の領域にのみ送風を行える精密な送風装置である。したがって、一般家庭で用いられるような、空調機器や換気機器に用いる送風装置とは用途が異なる。
【０００４】
このような状況において、現在に用いられている局所的な送風が可能な送風装置としては、電気エネルギを機械的に送風エネルギに変換するため、プロペラファンやシロッコファンを電気モータで駆動する機構が採られている。図１に、このようなファンとモータを組み合わせた局所的な送風が可能な従来の送風装置の概略を示す。
【０００５】
送風ファン１を装着する筐体２は、細長い形態とされ、中空構造となっている。筐体２の内部に、送風ファン１が取り付けられている。送風ファン１を駆動するための電源も合わせて備えている。筐体２は、両端が開口して送風路を形成する。筐体２は、直線状である必要はなく、使用目的に応じて図１に示すように屈曲した形状でもよい。また、筐体２の断面形状は、特に限定されるものではなく、円、楕円、角形等の任意の形状とされる。風が吹出口である筐体２の先端は、例えばノズル形状とされ、局所的に送風することができる。なお、筐体の長さや外径は任意に設定可能とされる。
【０００６】
このような従来の送風装置において、駆動電源が動作し、送風ファン１を駆動することにより、筐体２の内部に空気の流れが生じる。そして、筐体２の狭まった先端から風が吹き出して、局所的な送風を実現できる。
【０００７】
ところで、図１に示す送風装置には、多くの課題が存在している。その最大の課題としては、筐体の外径に関するものである。この課題について詳述する。すなわち、送風を発生させるための送風発生源である送風ファンが大きいため、筐体の最大外径は送風ファンの大きさに規定される。送風ファンを使用する限り、大きさに制限が存在するという物理的な課題を抱えている。例えば、一般的に小型ファンである軸流型ファンであっても、縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×高さ５ｍｍといった大きさを有している。このような送風ファンを中空の筐体に内装するとき、送風方向を筐体の軸線方向に向ける必要があるため、１５ｍｍ角の領域が必要となる。
【０００８】
例えば筐体の外径が５ｍｍと細い形状の場合、内装された送風ファン自体の大きさによって、筐体の最大外径を１５ｍｍよりも小さくすることは物理的に不可能となる。そのため、送風ファンを装着する箇所だけが膨らんだ形状となってしまう。一部分が膨らんだ箇所があることにより、この送風装置の使い勝手は著しく低下する。すなわち、大きさが１５ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの小型ファンを筐体に内装した場合、風は、基本的に１５ｍｍ×１５ｍｍの領域に発生する。発生した風が筐体内部を流れるとき、５ｍｍの領域に絞り込まれる。筐体内の断面積が急激に小さくなるので、筐体の内壁に衝突する気流の割合が多くなり、乱流の発生や風の流れによる音の発生といった事象が生じる。つまり、このように送風ファンの部分だけが大きくなった形状においては、エネルギのロスが大きい。電気エネルギを送風ファンの回転エネルギに変換し、かつ空気の送風エネルギに変換する過程において、これらのロスの発生により、消費電力が大きくなるという問題が生じる。１５ｍｍ×１５ｍｍの形状を有する小型プロペラファンにおいては、定格動作条件としては５．０Ｖの直流電圧で電流が４０ｍＡであるため、消費電力は０．２Ｗであった。また、筐体内での乱流の発生により、局所的に送風するために、風速や風量の微調整が必要となり、送風ファンの制御が複雑になるという問題も生じる。
【０００９】
筐体の中間部分に送風ファンを内装することにより、筐体の一部が膨らんだ形状となる。そこで、これを回避するため、図２に示すように、送風ファンを筐体の上流側、例えば吸込口の近傍に装着する。しかし、送風ファンから小径の筐体に風が流れるため、依然として圧力損失が生じる。特に、筐体が曲がりくねった形状の場合、送風路が長くなって、圧力損失の度合いが大きくなる。そのため、送風ファンの送風能力を超過してしまうことがある。したがって、必要な風量を確保するためには、より大きな送風ファンにする必要がある。
【００１０】
局所的な送風を必要とする用途として、医療機器があげられる。人体や動物の内部を外科的手法を用いることなく観察するために、内視鏡システムが医療現場で用いられている。例えば胃カメラは、胃の内部粘膜を観察するとともに、撮影のために用いられる。胃カメラは、別名ボアスコープともいい、中空タイプの金属管の内部に反射鏡を設置し、患部を投影して観察するものである。
【００１１】
電子情報機器が発達する以前の胃カメラでは、まっすぐな管状の中空管の両端にレンズや鏡を取り付け、これらにより光を集める、もしくは反射屈折させることにより、胃の内部を撮影する。したがって、中空管となる筐体の外径は最低でも１２ｍｍは必要であった。このような太い筐体を有する内視鏡を用いる場合、人体（患者）への負担が大きく、かなりのダメージを与える。
【００１２】
技術開発の進展により、柔軟性の高いグラスファイバによって、自由に光束を屈曲させて体外に導くことが可能となった。その結果、技師の操作も容易となり、胃や食道といった器官への損傷リスクも小さくなった。さらに、筐体の外径が９ｍｍ程度にまで小さくでき、人体（患者）への負担は大きく減少している。また、カメラとして、ＣＣＤカメラを用いることにより、使い勝手が向上している。
【００１３】
内視鏡は、単に内部の様子を観察するための光学的部材だけではなく、光学系以外の別の部材を有している。直接治療することを目的として、薬液や気体を注入するための部材である。内視鏡では、気流を発生させるため、軸流型の送風ファンが用いられている。その結果、少なくとも１５ｍｍの内径が必要となる。胃カメラの標準的な最大直径が９ｍｍであることを考えると、筐体の中間部分に送風ファンを設置することは不可能である。さらに具体的に詳述すると、人体の食道の直径は、固形の食物を飲み込まない場合は通常１２ｍｍ程度である。この状態で食道の内壁を刺激しないように、内視鏡を挿入することが必要となる。
【００１４】
現状においては、さらに患者への負担を軽減するため、直径６ｍｍ以下の胃カメラ（カテーテル部分を含む。胃カメラのみでは３ｍｍ相当）が主流となりつつある。今後も技術開発により、さらに細い径を要求される傾向が高くなる。また、径を細くすると、入射光量が減少し、胃カメラのレンズの汚れによる遮光が画像の低下に直結する。観察機能（病巣の視認性や治療精度確認）の低下を引き起こす。そのため、汚れ除去は必須の要件となり、送風装置が用いられる。充分な送風性能を得るために、送風ファンは相応の大きさとなり、しかも高消費電力になるという問題が生じる。すなわち、筐体を細くすることが要求されるが、そのためには、汚れ除去能力の度合いを高める必要があり、一方で送風ファンを小さくするといった、相矛盾する問題が発生する。
【００１５】
以上のことから、局所への送風性能を発揮できる新しい送風装置が望まれている。また、中空の筐体の外径を３ｍｍ程度とするためには、送風装置の大きさを３ｍｍ以下としなければならない。
【００１６】
局所的な送風が可能な送風装置の他の用途として、医療現場や精密部品製造現場での使用がある。電子技術を用いた顕微鏡等では、局所的な送風が要求される。例えば、微生物や菌類を顕微鏡で観察する場合、クリーンルームで観察を行ったとしても、空気中の塵埃等が観察すべきサンプルに付着するということがあった。医療分野では、電子顕微鏡といった光学機器が広く用いられているが、顕微鏡が例えば１０００倍といった高倍率であるとき、観察目的とする箇所に塵埃が付着することがよくある。このような状況において、局所的に送風できる送風装置を用いて、塵埃を除去する作業が必要となる。この際に、通常の送風装置を使うと、塵埃の巻き上げ等により観察すべきサンプルを損傷してしまうおそれがある。このような状況では、特に風速や風量を微調整できる送風装置が要求される。この事例においては、従来の送風ファンを用いた場合、筐体の膨らみよりも、むしろ例えば１ｍｍ×１ｍｍといった局所的な領域に集中して送風することが要求される。すなわち、従来の送風装置では、筐体が縮径した構造や、送風ファンの回転現象により、渦流や乱流が発生するため、精密な送風の制御が困難となる。したがって、サンプルを観察する顕微鏡に、従来の送風装置を用いた場合、送風の制御が難しく、サンプルに付着した塵埃を効率よく除去できないことがある。
【００１７】
同様に、半導体デバイスやディスプレイパネルといった精密部品の製造工程では、製品の歩留まりを高め、不良発生率を低減するために、クリーン環境が不可欠である。細心の注意を払っても、微細な塵埃がデバイスや基板表面に付着するといった現象が発生する。したがって、塵埃を基板上から取り除く工程が必要となる。塵埃を除去する際に、局所的な送風ができる送風装置ではない通常の送風装置を使うと、逆に塵埃を巻上げるといった現象により、逆に塵埃の付着量が増加してしまう。単に強い送風を発生させて、塵埃を吹き飛ばすというだけでは、むしろ周囲に存在する沈着している塵埃を巻き上げてしまったり、あるいは吹き飛ばした塵埃を別の場所に移動するだけとなる。これでは、不良発生の度合いを抑制するといった効果は得られない。そのため、風速や風量を精密に制御した送風を実施することが要求される。
【００１８】
また、医療現場や精密部品製造現場で用いる場合、応答時間の短い局所への送風が要求される。すなわち、送風装置は、サンプル等に付着した塵埃を随時除去するといった目的で用いられるため、連続で作動する必要はない。したがって、必要なときにすぐに作動して、安定した局所的な送風を実現できることが要求される。
【００１９】
しかし、従来の送風ファンを用いた送風装置では、電気エネルギをファンの回転を通じて送風エネルギに変換している。電気エネルギを供給したとしても、ファンが安定して回転し、それによって安定した送風エネルギを得るまでには、一般的に２〜３秒程度を要する。医療現場や精密部品現場では、２〜３秒の時間は極めて長時間に該当する。具体的には、電気エネルギ入力後、１秒以内といった素早い送風が要求される。
【００２０】
さらに、局所的な送風が可能な送風装置は、局所冷却の用途にも適用できる。電子計算機、パソコン、携帯電話といった電子機器の性能が急激に向上し、かつ一般環境での利用度合いが高まっている。電子機器は、ＣＰＵやメモリといった半導体集積回路を用いた精密部品が多量に使用されている。半導体集積回路に電流が流れて、電子機器が動作すると、熱が発生する。発熱をそのまま放置すると、処理能力が低下したり、あるいは熱により回路が損傷して、故障するといった事態が発生する。半導体集積回路を強制的に冷却する必要がある。ところが、現在の電子機器では、使い勝手を向上させるために、ＣＰＵやメモリの集積度合いを高めて、高性能化を図っている。しかも、部品の小型化や部品配列の高密度化が進展しており、従来に比べて発熱現象は局所的で高発熱量化が進んでいる。
【００２１】
パソコンでは、パソコン本体内部に比較的余裕があり、発熱の発生箇所が分散しているため、従来の送風ファン（軸流型やクロスフローファン）により、放熱が可能であった。
【００２２】
しかし、今後は、小型化、高密度化の進展により、効率よく局所的な送風を実現することが要求されてくる。さらに、電子機器が小型化し、パソコンでも従来のような机上に設置する形態から、ノート型の持ち運びタイプへの移行が進んでいる。ＰＤＡ等の携帯情報端末や携帯電話でも、発熱する半導体集積回路を冷却する必要性が増す。
【００２３】
このようなハンディタイプの電子機器は電源として二次電池から電気エネルギを供給するので、消費電力の小さな送風ファンが要求される。従来の送風ファンでは、上述の通り、電気エネルギを送風エネルギに変換する効率が小さく、消費電力が大きいという問題がある。したがって、局所的な冷却を行える、低消費電力の送風装置が望まれている。
【００２４】
また、局所的な送風が可能な送風装置は、災害現場で使用する機器にも使用できる。例えば、内部の様子を観察する目的のファイバスコープがあげられる。これは、土砂災害現場やビルの倒壊現場といった災害現場での人命救助に使用される。災害現場においては、ファイバスコープの先端に汚れが付着すると、鮮明な画像が得られず、救助対象の人を見つけ損なうおそれがある。そこで、しばしば先端の汚染を掃除して再挿入を行うことが行われている。このようなファイバスコープの洗浄処理は、一刻一秒を争う人命救助の場面では、極めて時間のロスとなってしまう。先端への汚染物の付着を抑制するために、外気を送風して洗浄する機能の付与が待たれている。従来の送風ファンを筐体内に設置すると、筐体が太くなってしまうため、狭い場所での使い勝手が著しく低下する。
【００２５】
また、別の使用形態として、例えば古墳や洞窟の内部空間を詳細に観察する局所マイクロファイバスコープがある。マイクロファイバスコープの長さは通常３ｍ以内であり、中空の筐体の直径は５ｍｍである。筐体は、アクチュエータによって、蛇がくねるように変形可能とされる。筐体が細い隙間に沿うよう挿入されて、内部の様子を観察することができる。このマイクロファイバスコープでも、先端の汚れを除去し、鮮明な画像を得ることが望まれる。
【００２６】
また、人体に装着可能な小型電子機器であるウェアラブル機器として、最近、携帯音楽再生装置が製品化されている。この機器内部に電子部品が高密度で実装されるので、発熱の抑制や効率のよい放熱が課題となる。そこで、機器内部の換気が図られる。しかし、従来の送風ファンは、小型化が図られているウェアラブル機器には大きすぎ、また消費電力の低減も必要となる。
【００２７】
以上のことより、中空の筐体に内装可能なように、送風装置は、例えば縦５ｍｍ×横５ｍｍ以下の大きさとする必要がある。そして、送風中に渦流や乱流が発生すると、局所への送風に支障を来たし、送風装置として安定した性能を発揮することができない。したがって、縦５ミリメートル×横５ミリメートル以下の狭い領域においても安定した指向性の強い送風を得ることが望まれる。
【００２８】
また、狭い領域において得るべき送風の特性が、風速、風量に関して安定したものであることが要求される。すなわち、渦流や乱流が発生しない状態で安定した送風性能を発揮することである。しかも、局所的な送風を行える送風装置は、電気エネルギを投入後に速やかに送風を開始することが望まれる。
【００２９】
従来の送風ファンを利用した送風装置における上記の問題を解消できる新たな送風装置として、近年、放電現象により発生するイオン風を用いた送風装置が大きく注目されている。この送風装置は、機械的エネルギによって空気の流れを発生させるのではなく、空気中で電気的な帯電を有する粒子を直接加速することにより、イオンと空間に存在する空気分子との相互作用によって空気の流れを発生させるものである。このような機械的ではない手法により、原理的に高効率な送風装置を実現できる。
【００３０】
放電によりイオン風が発生する原理については、特許文献１に記載されている。円筒管中央にコロナ放電針が配置され、放電針に対向して対向電極が配置されたイオン風発生装置が記載されている。
【００３１】
イオン風を利用した送風装置では、機械的な部品がないので、小型化が容易である。そして、電極に印加する電圧を制御することにより、風速や風量の制御を容易に行える。
【特許文献１】米国特許４２１０８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
イオン風を利用した送風装置を中空の筐体に内装することにより、上記のような多様な用途に応用できる。しかし、筐体は、用途によっては屈曲した形状であったり、長くなったりする。屈曲した筐体では、屈曲箇所において、風が筐体の内壁に当たって、圧力損失が生じる。また、発生した風の到達距離には限界があるので、筐体が長いと、筐体から吹き出すまでに風力が弱まる。このように、送風装置として、十分な風速、風量を得ることができず、安定した送風能力が得られるようにする必要がある。
【００３３】
本発明は、上記に鑑み、多様な用途に使用可能なように、安定した送風能力が得られるイオン風を利用した送風装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、針電極と、針電極に対向して配置された対向電極と、両電極を保持する筐体とを備え、両電極間での放電により発生したイオン風を利用した送風装置であって、筐体の内部に、針電極と対向電極とによって構成される送風部が設けられ、複数の送風部が、送風方向に沿って直列に配されたものである。
【００３５】
針電極および対向電極を有する送風部は小型化できるので、送風部を内装する筐体の小径化を測れる。小径の筐体からピンポイントで送風することができ、局所的な送風を行える。そして、各送風部から風が発生するため、筐体が長くなっても、途中で風力を増すことができ、十分な風速、風量が得られる。これにより、安定した送風能力を得ることができる。
【００３６】
筐体は、屈曲して形成され、屈曲箇所に送風部が配される。筐体の設置場所によっては、筐体が屈曲した状態になることがある。通常、筐体の屈曲箇所では、風の圧損が生じるが、屈曲箇所に送風部を設けることにより、風を加速することができる。したがって、筐体を曲がりくねった形状にしなければならない状況であっても、安定した送風能力が得られ、送風装置の使用可能な用途が広がる。
【００３７】
針電極と対向電極とが一定の間隔を保つように両電極を保持する保持具を備え、保持具が、筐体内に挿入される。筐体に応力がかかって曲がるようなことがあっても、保持具によって、両電極が保護される。そのため、両電極間を常に所定の間隔に保つことができ、安定した放電が起こり、送風の安定化につながる。
【００３８】
そして、筐体の外径が１０ｍｍ以下とされる。好ましくは５ｍｍ以下とされる。これによって、風の吹き出す領域の大きさが１０ｍｍ以下、さらには５ｍｍ以下となる。したがって、局所的な送風を行える。
【００３９】
上記の局所的な送風を行える送風装置は、汚れ除去のために光学機器や人体内に挿入される医療機器に使用される。また、局所冷却のために小型電子機器や換気、冷却、送風のいずれかの用途のためにウェアラブル機器にも使用される。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によると、イオン風を利用した送風装置では、容易に小型化でき、局所への送風が可能となる。そのため、冷却や汚れ除去といった局所的な送風を必要とする用途に送風装置を使用でき、確実に用途に応じた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明のイオン風を利用した送風装置の基本的構成を図３に示す。本送風装置は、針電極１０と、針電極１０に対向して配置された対向電極１１と、両電極１０、１１を保持する筐体１２と、両電極１０、１１間に高電圧を印加する駆動回路１３とを備えている。
【００４２】
先端が尖がった形状の針電極１０に対向してメッシュ状の対向電極１１が配置される。針電極１０と対向電極１１とは空間的な隔たりを有している。対向電極１１の形状としては、メッシュ状以外に、平板状やワイヤ状としてもよい。また、対向電極１１は、円形、角形、リング状のように、任意の形状に形成される。
【００４３】
対向電極１１および針電極１０は、筐体１２に内装されて保持されている。針電極１０は、対向電極１１に対して垂直に配置される。すなわち、針電極１０は、イオン風の送風方向と平行とされ、対向電極１１は、送風方向に対して垂直に配置される。なお、図中、太い矢印はイオン風の送風方向を示す。
【００４４】
駆動回路１３は、回路基板上に形成され、駆動回路１３と針電極１０および対向電極１１がリード線１４によって接続される。駆動回路１３は、高電圧を発生させるための高圧トランスを有する高電圧発生回路と、高電圧発生回路に所定の範囲内の電圧を供給するスイッチング回路と、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換してスイッチング回路に供給する整流回路と、高電圧発生回路からの出力電圧が一定になるようにスイッチング回路を制御する制御回路とを有する。なお、駆動電源として交流電源あるいは直流電源が使用される。直流電源の場合、整流回路は不要となる。
【００４５】
上記の送風装置における風の発生原理について詳述する。針電極１０と対向電極１１との形状が大きく異なっているため、針電極１０と対向電極１１との間に直流電圧または交流電圧を印加すると、双方の電極近傍で電界の分布が不平等になる不平等電界の状態において放電現象、例えばコロナ放電現象が発生する。放電現象が発生することによって、針電極１０の先端から対向電極１１に向かって、イオンが放出される。針電極１０から発生するイオンの極性は、針電極１０の極性と同一となる。すなわち、針電極１０を正とした場合は正極性イオンが放出され、針電極１０を負とした場合は負極性イオンが放出される。針電極１０において発生したイオンは、針電極１０と対向電極１１との間に生じる電界により、針電極１０の先端から放出され、対向電極１１に向かって加速される。このとき、針電極１０と対向電極１１との間に存在する多数の中性分子や中性粒子にイオンが頻繁に衝突する。そのため、イオンだけでなく、これらの中性粒子も次第にイオンと同一方向に、すなわち針電極１０から対向電極１１に向かって動き出し、全体として空気の流れが発生する。これが上述のイオン風である。イオン風は、図中の矢印の方向に流れる。
【００４６】
このように、従来の送風ファンで得られる送風と比較して、極めて高い指向性を有する送風を実現することができる。ファンやモータやエンジンといった機械的部品が存在しないため、騒音の発生がほとんどない。さらに、ファンによる気流生成の際に発生する渦流も、発生しにくい。イオン風を利用した送風装置では、機械的部品における発熱がないため、エネルギ損失が少なくなり、供給された電気エネルギから得られる風エネルギの度合いが向上して、エネルギ効率が向上する。消費電力の抑制につながるといった優れた特徴を有する。
【００４７】
本送風装置では、風速の制御が極めて容易である。送風が発生するのは、電界が集中する針電極１０の近傍になる。針電極１０の先端の大きさ（先端半径）を３０μｍといった鋭い形状とすることにより、例えば縦５ｍｍ×横５ｍｍ、さらに言えば１ｍｍ×１ｍｍといった局所への送風を容易に実現することが可能となる。
【００４８】
また、送風装置の大きさは、針電極１０の太さと、対向電極１１の断面積とによって決まる。針電極１０として、直径が０．１ｍｍのワイヤを用いることが可能である。対向電極１１として、任意の形状に形成できるので、直径１ｍｍといった円形にすることができる。したがって、針電極１０と対向電極１１とによって構成される送風部は、中空の細い筐体１２に内装可能とされる。
【００４９】
しかも、送風部をコンパクトにできるため、筐体１２が屈曲した形状であっても、この屈曲箇所に送風部を設けることが可能である。中空の筐体１２が長く、曲がりくねった形状の場合、送風部を屈曲箇所に配することにより、屈曲箇所での乱流や渦流の発生を防止でき、スムーズな送風を実現できる。そして、筐体１２が長くなる場合、送風部を送風方向に沿って直列に配置する。これにより、途中で風力が弱まることがなくなり、十分な風速、風量が得られ、局所的な送風が可能となる。
【００５０】
ここで、図４に示すように、筐体１２の外径と長さの異なる３種類の送風装置において、風速を測定した。針電極１０は、先端の曲率（先端半径）を３０μｍとした。対向電極１１は、ワイヤ径が０．１ｍｍのワイヤを１ｍｍピッチで格子状に配列した金網を用いている。針電極１０と対向電極１１間の距離は５ｍｍとして配置した。１本の針電極１０と対向電極１１から構成される送風装置において、針電極１０に直流電圧を印加して、風を発生させる。すなわち、針電極１０に正極性電圧を印加し、対向電極１１をＧＮＤとするように直流電圧を印加した。この駆動電源として、松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＥＬ−１０Ｒ１０）を用いた。本送風風装置から発生するイオン風の風速を測定するための風速測定装置として、日本カノマックス株式会社製のサーマル式風速計（型番：６５４３）を用いた。測定原理としては、公知手法であるが、風速測定センサが加熱され、このセンサに風が当たると、熱が奪われ、センサの温度が変化する。この温度変化を補うために、通電する電流量が変化する。この電流量から風速を算出する方式となっている。なお、測定範囲としては０．０５ｍ／秒〜５．０ｍ／秒である。
【００５１】
図５に各送風装置の特性結果を示す。中空の筐体１２の外径や長さがいずれに変化しようとも、針電極１０に５ｋＶを印加することにより、風速３ｍ／秒を達成することができる。これにより、筐体１２の外径を小さくしたとき、筐体１２の長さを長くすれば、十分な風速が得られることがわかる。したがって、筐体１２に対して、自由な設計が実施可能となる。
【００５２】
そして、本送風装置の駆動回路１３は、針電極１０と対向電極１１に高電圧を印加する。印加電圧を制御することにより、容易に風速や風量を制御できる。図６に示すように、印加電圧が増えるほど、風速が増す。ここでは、針電極１０の近傍で得られる風速を示している。針電極１０として、先端半径が３０μｍ、軸の直径が０．５ｍｍのタングステン製の針を用いている。対向電極１１として、ワイヤ径０．１ｍｍのワイヤを１ｍｍピッチで格子状に配列した金網を用いている。１本の針電極１０と対向電極１１とを対向配置し、両電極間の距離は５ｍｍである。このとき、針電極１０に正極性もしくは負極性の直流電圧を印加して、送風を発生させる。このように、印加電圧と得られる風速とは、非常に安定した関係が得られる。駆動回路１３による運転制御により、風速、風量を調節することができる。
【００５３】
本送風装置において、風速を３ｍ／秒になるように運転したとき、針電極１０と対向電極１１間に印加される電圧は、５ｋＶ程度である。このときに流れる放電に起因する電流値は３０μＡ程度である。したがって、消費電力は０．１５Ｗとなる。一方、従来の送風ファンの場合、同じ風速としたときの消費電力は０．５Ｗ程度である。すなわち、本送風装置では、消費電力を従来の１／３以下に低減することが可能となる。ここで、針電極１０の先端をさらに鋭くする、別な言い方をすれば、先端半径を小さくすることにより、針電極１０の先端での電界集中の度合いがさらに大きくなる。これによって、同じ風速を得るために必要な印加電圧を低減することができる。その結果、消費電力はさらに小さくなり、例えば１／１０以下にまで低減することも可能である。
【００５４】
送風の応答特性に関して、本送風装置では、モータやファンといった機械的部品が全くない。送風の発生原理として、両電極１０、１１間での電界によるイオンの移動を発端としている。電子、イオン、分子、プラズマといった粒子の移動のみを考慮するものであるので、両電極１０、１１間に高電圧を印加すれば、すぐに放電が発生して、粒子の移動が生じる。このように、応答速度は極めて速い。そのため、１秒未満の応答速度で安定した送風状態に達成することができる。なお、従来の送風装置では、電気エネルギを供給しても、一旦ファンの回転エネルギに変換する必要がある。そのため、安定した送風状態となるまでには、少なくとも２秒から３秒を要する。
【００５５】
次に、局所的な送風が可能な送風装置の実施形態を図７に示す。針電極１０と対向電極１１とから構成される送風部が、細長い中空の筐体１２に内装されている。針電極１０は、先端半径が３０μｍの形状を有する尖った円錐形の金属針である。金属針の材質は、タングステンである。針電極１０の直径は、０．５ｍｍである。針電極１０の長さは特に限定されない。ただし、電界強度が最も高くなる針電極１０の先端から送風が生じるため、針電極１０は長すぎないほうがよく、５ｍｍとする。
【００５６】
対向電極１１は、ステンレス製の金網からなる。金網は、ワイヤ径０．１ｍｍのワイヤを０．５ｍｍピッチで格子状に配列されて形成されている。対向電極１１は、針電極１０の先端から所定の間隔、例えば５ｍｍの間隔をおいて配置され、対向電極１１の中心を通る軸線上に針電極が位置する。
【００５７】
筐体１２は、絶縁性のフレキシブルなテフロン製チューブによって形成される。筐体１２の両端は開口しており、一方の開口が空気の吸込口１５、他方の開口が吹出口１６とされ、筐体１２の内部が送風路となる。筐体１２は、折り曲げ可能とされ、屈曲した形状となる。筐体１２の外径は１０ｍｍ以下とされ、内径は５ｍｍ以下とされる。
【００５８】
送風部は、筐体１２の吹出口１５の近傍に配置される。対向電極１１は、アクリル樹脂等の絶縁材料からなる支持材に支持され、支持材が筐体１２の内壁に固定される。針電極１０は、銅板等の導電材料からなる支持材に支持され、支持材が筐体１２の内壁に固定される。したがって、筐体１２は、両電極１０、１１を所定の間隔を保って保持する。なお、２つの支持材を一体化した構造の保持具とする。筒状の保持具を筐体１２内に挿入すれば、送風部を筐体１２の内部に容易に配置できる。しかも、針電極１０と対向電極１１との間隔は、筐体１２が変形しても、保持具により常に一定間隔に保持される。
【００５９】
針電極１０の支持材にリード線１４が接続され、リード線１４は、筐体１２を貫通して、外部に導き出される。対向電極１１にリード線１４が接続され、同様にリード線１４は筐体１２の外部に導き出される。リード線１４は、筐体１２の外面に沿って配線され、筐体１２とは別体の駆動回路１３に接続される。リード線１４が這わされた筐体１２は、ビニールテープ等の保護部材１８により被覆される。なお、リード線は、筐体１２の内壁に沿って配線してもよいが、筐体１２の外部を通すことにより、送風時の障害となることを避けれる。したがって、上記の送風装置では、筐体１２の一部が膨らんだ形状とならず、筐体１２の最大外径を５ｍｍ以下にすることが可能となる。
【００６０】
そして、駆動回路１３は、針電極１０に５ｋＶの正極性直流電圧を印加する。対向電極１１はＧＮＤとする。電源として、松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＥＬ−１０Ｒ１０）を用いる。なお、負極性直流電圧を印加する場合、電源としては、松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＪＰＱ−１０Ｐ３）を用いる。風速が３ｍ／秒となるように、電圧を印加する。針電極１０に印加する電圧の極性による風速特性については、大きな違いはない。極わずかに正極性の電圧を印加する場合の法が高電圧んある。正極性の電圧を印加する場合には、５ｋＶを印加し、負極性の電圧を印加する場合には、４．８ｋＶを印加する。
【００６１】
上記の条件で送風装置を運転したとき、風速３ｍ／秒の良好な送風特性が得られた。そして、筐体１２から吹き出された風の送風領域を風速計（日本カノマックス株式会社製のサーマル式風速計（型番：６５４３））によって測定したところ、４ｍｍ×４ｍｍの領域において送風を確認できた。したがって、局所への送風が可能な送風装置として使用可能であることがわかる。
【００６２】
ところで、図８に示すように、筐体１２は屈曲した状態に形成される場合がある。すなわち、他の機器に送風装置を使用するとき、機器に応じて筐体１２を曲げて、送風装置が配置される。このとき、筐体１２に屈曲した箇所である屈曲箇所ができる。例えば、小型電子機器の内部に送風装置を設置するとき、筐体１２を屈曲させることにより、狭いスペースであっても送風装置を設けることができる。
【００６３】
そこで、筐体１２の吹出口１５の近傍だけでなく、筐体１２の屈曲箇所にも、送風部を配置する。したがって、筐体１２に、複数の送風部が送風方向に沿って直列に配される。屈曲箇所が複数ある場合には、各屈曲箇所にそれぞれ送風部が設けられる。
【００６４】
各送風部は、それぞれリード線１４を通じて駆動回路１３に接続される。すなわち、各送風部は、電気的に並列に接続される。駆動回路１３によって、各送風部に同じ高電圧が印加される。送風部ごとに駆動回路１３を設けて、各駆動回路１３が個別に送風部を動作させることもできるが、各駆動回路１３を同期させる必要があり、制御が複雑になる。また、駆動回路１３が複数となるので、部品が増え、送風装置として小型化が困難となる。そこで、１つの駆動回路１３によって複数の送風部を同時に動作させることにより、送風の制御を容易に行える。しかも、部品も増えないので、送風装置の小型化に寄与できる。
【００６５】
筐体１２内部を風が流れるとき、屈曲箇所において、風が筐体１２の内壁に当たり、圧損により風力が弱まる。しかし、屈曲箇所に送風部が配置されているので、風が加速される。また、風が吹出口１５から吹き出すとき、吹出口１５の近傍にある送風部によって加速される。
【００６６】
したがって、複数の送風部を直列に配置することにより、筐体１２が長くなっても、送風途中で風が加速され、筐体１２から吹き出すときには、十分な風速、風量が得られる。しかも、筐体１２が屈曲していても、屈曲箇所にある送風部によって、風を加速でき、風の減衰を防げる。
【００６７】
また、保持具１７を用いて、両電極１０、１１を所定の間隔に保ったまま保持する。保持具１７は、絶縁樹脂等の絶縁材により筒状に形成される。保持具１７は屈曲箇所に配置される。保持具１７は、折曲されたとき、その形状を保持する程度の剛性を有する。筐体１２の屈曲に応じて保持具１７が屈曲することにより、保持具１７は屈曲箇所でも配置可能となる。これによって、筐体１２の屈曲箇所に応力がかかっても、保持具１７によって両電極１０、１１が保護され、両電極１０、１１の位置関係は変わらない。したがって、安定した放電を維持でき、安定した送風を行える。
【００６８】
次に、上記の送風装置を利用した機器の具体的な実施例を説明する。送風装置は、医療現場で用いる医療機器や精密部品製造現場で用いる光学機器に適用される。図９に示すように、胃カメラ等の内視鏡に送風装置が使用される。
【００６９】
胃カメラは、先端側にＣＣＤ、対物レンズ２０を備え、他端側に接眼レンズ２１が接続された屈曲可能なグラスファイバ製のファイバスコープ２２からなる一般的なものである。胃カメラの有効長さは、人体の口から観察すべき患部（胃）までの長さプラス口の外にも２０ｃｍ程度の長さとされ、６０ｃｍ（２フィート）程度である。
【００７０】
送風装置の中空の筐体１２に、ファイバスコープ２２が挿入される。筐体１２の外径は１０ｍｍ程度である。複数の送風部が、ファイバスコープ２２に沿って直列に配置される。筐体１２の吹出口１５は、ファイバスコープ２２の先端よりも突出し、先端にある対物レンズ２０に風を吹き付けることができるようになっている。
【００７１】
図１０、１１に示すように、送風装置の保持具１７は、柔軟性のある合成樹脂によって形成され、保持具１７は、胃カメラの曲がりに応じて曲がる。保持具１７は、有底の円筒状に形成され、先端側が開口している。
【００７２】
保持具１７の先端側にメッシュ状の対向電極１１が嵌め込まれる。対向電極１１は、リング状に形成され、ファイバスコープ２２が貫通する。保持具１７の他端側の底には、中央にファイバスコープ２２用の中央孔２３が形成される。中央孔２３を取り囲むように、複数の通風孔２４が同心円上に形成される。隣り合う通風孔２４の間に、針電極１０用の複数の小孔２５が形成される。通風孔２４および小孔２５は、それぞれ等間隔に位置する。複数の針電極１０、ここでは３本の針電極１０が導電性のリング２６に取り付けられる。リング２６が保持具１７に装着され、針電極１０が小孔２５に挿通される。このような構造によって、針電極１０と対向電極１１とが所定の間隔、例えば５ｍｍに保持される。保持具１７は、この間隔を形成できるように、最小限の長さ（約７ｍｍ）を有する。保持具１７の長さが短いほど、ファイバスコープ２２の屈曲性が高まる。
【００７３】
リング２６に接続されたリード線１４が駆動回路１３に接続され、対向電極１１に接続されたリード線１４も駆動回路１３に接続される。各送風部は、電気的に並列に接続される。なお、リード線１４は、筐体１２の内部を通るように配線される。このように、送風部をユニット化することにより、機器への組み込みと配線が容易になる。
【００７４】
送風装置を運転すると、各送風部で風が発生し、筐体１２の吸込口１６から吸い込まれた空気が、保持具１７の通風孔２４を通り、保持具１７内を通過するときに加速される。そして、筐体１２の吹出口１５から対物レンズ２０に向かって風が吹き出す。対物レンズ２０に付着した異物が除去され、ファイバスコープ２２の視界がよくなる。
【００７５】
ここで、送風装置は、必要に応じて運転される。すなわち、対物レンズ２２に異物が付着して、視界が悪くなったときに、運転が開始される。通常は、運転が停止している。スタートキーの操作により、運転が開始され、両電極１０、１１に高電圧が印加されて、すぐに風が発生する。このように、送風装置は応答性がよく、すぐに異物を除去できるので、緊急性を要する医療現場において、本送風装置は好適である。
【００７６】
また、医療現場や精密部品製造現場では、電子技術を用いた顕微鏡等の光学機器を使用して、作業が行われる。このとき、塵埃を取り除くために、局所的な送風が要求される。図１２に示すように、顕微鏡３０に対して送風装置が設けられる。送風装置の構成は、図８に示したものと同じである。
【００７７】
例えば、微生物や菌類を顕微鏡３０で観察する場合、クリーンルームで観察を行ったとしても、空気中の塵埃等が観察すべきサンプル３１に塵埃が付着する。すると、送風装置の運転が開始され、サンプル３１に向かって風が吹き出す。サンプル３１に付着した塵埃等の異物が除去され、観察の妨げがなくなる。
【００７８】
このとき、強い風を吹き付けると、周囲に沈着している異物が巻き上げられ、再び付着したり、あるいは吹き飛ばした異物が他の場所に移動して、他の光学機器の邪魔をすることになる。そこで、本送風装置を使用することにより、１ｍｍ×１ｍｍの局所へのピンポイントの送風を行えるとともに、風速、風量を微調整して、的確に目標とする異物めがけて送風することができる。また、必要なときに運転を行って、応答よく送風することができる。
【００７９】
他の実施例として、人体に装着するウェアラブル機器に本送風装置を搭載する。図１３に示すように、ウェアラブル装置では、携帯可能なケース３２に、正イオンおよび負イオンを発生するイオン発生装置３３と、２次電池等の電源３４と、制御回路３５とが内装されている。ケース３２は、縦２５ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ２０ｍｍとされ、ストラップ３６が取り付けられている。ケース３２の正面に、吸込口３７と吹出口３８とが形成されている。
【００８０】
そして、送風装置は、ケース３２に内装される。送風部がイオン発生装置３３の正面側に配置される。複数の送風部が、吸込口３７から吹出口３８に至る送風方向に沿って直列に配置される。ここでは、ケース３２が筐体１２となる。駆動回路１３は、制御回路３５に実装され、電源３４から直流電圧が供給される。
【００８１】
このウェアラブル機器を首に掛けたとき、体温により腹から首に向けて上昇気流が発生し、ケース３２の周囲に沿って流れる。送風装置を運転すると、イオン発生装置３３によって発生した正負イオンがケース３２内の風により吹出口３８から送出される。この風に乗って、正負イオンは顔近辺まで届けられる。
【００８２】
このように、送風装置は、一見装身具と見紛うような外観を有し、身体につけたとき煩わしくない程度の小型軽量のウェアラブル機器に搭載可能であり、ウェアラブル機器による局所的な送風を行うときに有用である。また、ウェアラブル機器に搭載された２次電池を電源として利用するとき、低消費電力の送風装置を実現できるので、２次電池の容量を小さくできる。そのため、電源の小型化を図れ、ウェアラブル機器の小型化に寄与する。
【００８３】
また、小型電子機器に対して、冷却のために送風装置を用いる。携帯電話や携帯音楽再生装置といった小型電子機器では、小型化、半導体集積回路の高密度化によって、熱の問題がある。そこで、小型電子機器の内部に、本送風装置を設け、発熱箇所に局所的な送風を行う。このように、直径１ｍｍ以下の局所的な領域に送風を集中させることにより、効率的に局所冷却を行える。また、小型電子機器の内部で送風を行って、換気を行う。内部に溜まった熱が排出され、外部から冷たい空気が流入して、冷却効果を高めることができる。したがって、本送風装置によって、小型電子機器の冷却、換気を行え、送風装置の用途が広がる。
【００８４】
ウェアラブル機器にも、半導体集積回路が搭載されている。本送風装置を設けて、発熱箇所に向けて局所的に送風する。集中的に風が当たり、冷却効果が高まる。また、上記と同様に、換気を行うことによっても、冷たい空気の流入により、冷却効果が得られる。したがって、本送風装置によって、ウェアラブル機器の冷却、換気を行える。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】従来の送風装置を示す図
【図２】従来の他の形態の送風装置を示す図
【図３】本発明の送風装置の基本的構成を示す図
【図４】外径と長さの異なる３種類の送風装置を示す図
【図５】３種類の送風装置の特性結果を示す図
【図６】送風装置の風速特性を示す図
【図７】送風装置の実施形態を示す図
【図８】送風装置の実施形態を示す図
【図９】送風装置を用いた胃カメラを示す図
【図１０】送風部の分解斜視図
【図１１】送風部の透視斜視図
【図１２】送風装置を用いた顕微鏡を示す図
【図１３】送風装置を用いたウェアラブル機器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図
【符号の説明】
【００８７】
１０ 針電極
１１ 対向電極
１２ 筐体
１３ 駆動回路
１４ リード線
１５ 吹出口
１６ 吸込口
１７ 保持具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電により発生したイオン風を利用して、局所的な送風が可能な送風装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空気の流れを誘引し、その気流の流れを用いた送風装置が各種分野で用いられているが、この送風装置は、ほとんどの場合において、ファンを用いたものである。送風装置の大きさとしても、多岐にわたっているが、特に、近年においては、半導体デバイスや液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルといった表示装置の製造プロセスの超微細化が急ピッチで進んでいることや、ナノテクノロジー分野の研究開発が進展したこともあって、局所への送風を実現する送風装置のニーズが高まっている。
【０００３】
局所的な送風が可能な送風装置というのは、直径１０ｍｍ程度、さらに言えば直径１ｍｍ以下の局所の領域にのみ送風を行える精密な送風装置である。したがって、一般家庭で用いられるような、空調機器や換気機器に用いる送風装置とは用途が異なる。
【０００４】
このような状況において、現在に用いられている局所的な送風が可能な送風装置としては、電気エネルギを機械的に送風エネルギに変換するため、プロペラファンやシロッコファンを電気モータで駆動する機構が採られている。図１に、このようなファンとモータを組み合わせた局所的な送風が可能な従来の送風装置の概略を示す。
【０００５】
送風ファン１を装着する筐体２は、細長い形態とされ、中空構造となっている。筐体２の内部に、送風ファン１が取り付けられている。送風ファン１を駆動するための電源も合わせて備えている。筐体２は、両端が開口して送風路を形成する。筐体２は、直線状である必要はなく、使用目的に応じて図１に示すように屈曲した形状でもよい。また、筐体２の断面形状は、特に限定されるものではなく、円、楕円、角形等の任意の形状とされる。風が吹出口である筐体２の先端は、例えばノズル形状とされ、局所的に送風することができる。なお、筐体の長さや外径は任意に設定可能とされる。
【０００６】
このような従来の送風装置において、駆動電源が動作し、送風ファン１を駆動することにより、筐体２の内部に空気の流れが生じる。そして、筐体２の狭まった先端から風が吹き出して、局所的な送風を実現できる。
【０００７】
ところで、図１に示す送風装置には、多くの課題が存在している。その最大の課題としては、筐体の外径に関するものである。この課題について詳述する。すなわち、送風を発生させるための送風発生源である送風ファンが大きいため、筐体の最大外径は送風ファンの大きさに規定される。送風ファンを使用する限り、大きさに制限が存在するという物理的な課題を抱えている。例えば、一般的に小型ファンである軸流型ファンであっても、縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×高さ５ｍｍといった大きさを有している。このような送風ファンを中空の筐体に内装するとき、送風方向を筐体の軸線方向に向ける必要があるため、１５ｍｍ角の領域が必要となる。
【０００８】
例えば筐体の外径が５ｍｍと細い形状の場合、内装された送風ファン自体の大きさによって、筐体の最大外径を１５ｍｍよりも小さくすることは物理的に不可能となる。そのため、送風ファンを装着する箇所だけが膨らんだ形状となってしまう。一部分が膨らんだ箇所があることにより、この送風装置の使い勝手は著しく低下する。すなわち、大きさが１５ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの小型ファンを筐体に内装した場合、風は、基本的に１５ｍｍ×１５ｍｍの領域に発生する。発生した風が筐体内部を流れるとき、５ｍｍの領域に絞り込まれる。筐体内の断面積が急激に小さくなるので、筐体の内壁に衝突する気流の割合が多くなり、乱流の発生や風の流れによる音の発生といった事象が生じる。つまり、このように送風ファンの部分だけが大きくなった形状においては、エネルギのロスが大きい。電気エネルギを送風ファンの回転エネルギに変換し、かつ空気の送風エネルギに変換する過程において、これらのロスの発生により、消費電力が大きくなるという問題が生じる。１５ｍｍ×１５ｍｍの形状を有する小型プロペラファンにおいては、定格動作条件としては５．０Ｖの直流電圧で電流が４０ｍＡであるため、消費電力は０．２Ｗであった。また、筐体内での乱流の発生により、局所的に送風するために、風速や風量の微調整が必要となり、送風ファンの制御が複雑になるという問題も生じる。
【０００９】
筐体の中間部分に送風ファンを内装することにより、筐体の一部が膨らんだ形状となる。そこで、これを回避するため、図２に示すように、送風ファンを筐体の上流側、例えば吸込口の近傍に装着する。しかし、送風ファンから小径の筐体に風が流れるため、依然として圧力損失が生じる。特に、筐体が曲がりくねった形状の場合、送風路が長くなって、圧力損失の度合いが大きくなる。そのため、送風ファンの送風能力を超過してしまうことがある。したがって、必要な風量を確保するためには、より大きな送風ファンにする必要がある。
【００１０】
局所的な送風を必要とする用途として、医療機器があげられる。人体や動物の内部を外科的手法を用いることなく観察するために、内視鏡システムが医療現場で用いられている。例えば胃カメラは、胃の内部粘膜を観察するとともに、撮影のために用いられる。胃カメラは、別名ボアスコープともいい、中空タイプの金属管の内部に反射鏡を設置し、患部を投影して観察するものである。
【００１１】
電子情報機器が発達する以前の胃カメラでは、まっすぐな管状の中空管の両端にレンズや鏡を取り付け、これらにより光を集める、もしくは反射屈折させることにより、胃の内部を撮影する。したがって、中空管となる筐体の外径は最低でも１２ｍｍは必要であった。このような太い筐体を有する内視鏡を用いる場合、人体（患者）への負担が大きく、かなりのダメージを与える。
【００１２】
技術開発の進展により、柔軟性の高いグラスファイバによって、自由に光束を屈曲させて体外に導くことが可能となった。その結果、技師の操作も容易となり、胃や食道といった器官への損傷リスクも小さくなった。さらに、筐体の外径が９ｍｍ程度にまで小さくでき、人体（患者）への負担は大きく減少している。また、カメラとして、ＣＣＤカメラを用いることにより、使い勝手が向上している。
【００１３】
内視鏡は、単に内部の様子を観察するための光学的部材だけではなく、光学系以外の別の部材を有している。直接治療することを目的として、薬液や気体を注入するための部材である。内視鏡では、気流を発生させるため、軸流型の送風ファンが用いられている。その結果、少なくとも１５ｍｍの内径が必要となる。胃カメラの標準的な最大直径が９ｍｍであることを考えると、筐体の中間部分に送風ファンを設置することは不可能である。さらに具体的に詳述すると、人体の食道の直径は、固形の食物を飲み込まない場合は通常１２ｍｍ程度である。この状態で食道の内壁を刺激しないように、内視鏡を挿入することが必要となる。
【００１４】
現状においては、さらに患者への負担を軽減するため、直径６ｍｍ以下の胃カメラ（カテーテル部分を含む。胃カメラのみでは３ｍｍ相当）が主流となりつつある。今後も技術開発により、さらに細い径を要求される傾向が高くなる。また、径を細くすると、入射光量が減少し、胃カメラのレンズの汚れによる遮光が画像の低下に直結する。観察機能（病巣の視認性や治療精度確認）の低下を引き起こす。そのため、汚れ除去は必須の要件となり、送風装置が用いられる。充分な送風性能を得るために、送風ファンは相応の大きさとなり、しかも高消費電力になるという問題が生じる。すなわち、筐体を細くすることが要求されるが、そのためには、汚れ除去能力の度合いを高める必要があり、一方で送風ファンを小さくするといった、相矛盾する問題が発生する。
【００１５】
以上のことから、局所への送風性能を発揮できる新しい送風装置が望まれている。また、中空の筐体の外径を３ｍｍ程度とするためには、送風装置の大きさを３ｍｍ以下としなければならない。
【００１６】
局所的な送風が可能な送風装置の他の用途として、医療現場や精密部品製造現場での使用がある。電子技術を用いた顕微鏡等では、局所的な送風が要求される。例えば、微生物や菌類を顕微鏡で観察する場合、クリーンルームで観察を行ったとしても、空気中の塵埃等が観察すべきサンプルに付着するということがあった。医療分野では、電子顕微鏡といった光学機器が広く用いられているが、顕微鏡が例えば１０００倍といった高倍率であるとき、観察目的とする箇所に塵埃が付着することがよくある。このような状況において、局所的に送風できる送風装置を用いて、塵埃を除去する作業が必要となる。この際に、通常の送風装置を使うと、塵埃の巻き上げ等により観察すべきサンプルを損傷してしまうおそれがある。このような状況では、特に風速や風量を微調整できる送風装置が要求される。この事例においては、従来の送風ファンを用いた場合、筐体の膨らみよりも、むしろ例えば１ｍｍ×１ｍｍといった局所的な領域に集中して送風することが要求される。すなわち、従来の送風装置では、筐体が縮径した構造や、送風ファンの回転現象により、渦流や乱流が発生するため、精密な送風の制御が困難となる。したがって、サンプルを観察する顕微鏡に、従来の送風装置を用いた場合、送風の制御が難しく、サンプルに付着した塵埃を効率よく除去できないことがある。
【００１７】
同様に、半導体デバイスやディスプレイパネルといった精密部品の製造工程では、製品の歩留まりを高め、不良発生率を低減するために、クリーン環境が不可欠である。細心の注意を払っても、微細な塵埃がデバイスや基板表面に付着するといった現象が発生する。したがって、塵埃を基板上から取り除く工程が必要となる。塵埃を除去する際に、局所的な送風ができる送風装置ではない通常の送風装置を使うと、逆に塵埃を巻上げるといった現象により、逆に塵埃の付着量が増加してしまう。単に強い送風を発生させて、塵埃を吹き飛ばすというだけでは、むしろ周囲に存在する沈着している塵埃を巻き上げてしまったり、あるいは吹き飛ばした塵埃を別の場所に移動するだけとなる。これでは、不良発生の度合いを抑制するといった効果は得られない。そのため、風速や風量を精密に制御した送風を実施することが要求される。
【００１８】
また、医療現場や精密部品製造現場で用いる場合、応答時間の短い局所への送風が要求される。すなわち、送風装置は、サンプル等に付着した塵埃を随時除去するといった目的で用いられるため、連続で作動する必要はない。したがって、必要なときにすぐに作動して、安定した局所的な送風を実現できることが要求される。
【００１９】
しかし、従来の送風ファンを用いた送風装置では、電気エネルギをファンの回転を通じて送風エネルギに変換している。電気エネルギを供給したとしても、ファンが安定して回転し、それによって安定した送風エネルギを得るまでには、一般的に２〜３秒程度を要する。医療現場や精密部品現場では、２〜３秒の時間は極めて長時間に該当する。具体的には、電気エネルギ入力後、１秒以内といった素早い送風が要求される。
【００２０】
さらに、局所的な送風が可能な送風装置は、局所冷却の用途にも適用できる。電子計算機、パソコン、携帯電話といった電子機器の性能が急激に向上し、かつ一般環境での利用度合いが高まっている。電子機器は、ＣＰＵやメモリといった半導体集積回路を用いた精密部品が多量に使用されている。半導体集積回路に電流が流れて、電子機器が動作すると、熱が発生する。発熱をそのまま放置すると、処理能力が低下したり、あるいは熱により回路が損傷して、故障するといった事態が発生する。半導体集積回路を強制的に冷却する必要がある。ところが、現在の電子機器では、使い勝手を向上させるために、ＣＰＵやメモリの集積度合いを高めて、高性能化を図っている。しかも、部品の小型化や部品配列の高密度化が進展しており、従来に比べて発熱現象は局所的で高発熱量化が進んでいる。
【００２１】
パソコンでは、パソコン本体内部に比較的余裕があり、発熱の発生箇所が分散しているため、従来の送風ファン（軸流型やクロスフローファン）により、放熱が可能であった。
【００２２】
しかし、今後は、小型化、高密度化の進展により、効率よく局所的な送風を実現することが要求されてくる。さらに、電子機器が小型化し、パソコンでも従来のような机上に設置する形態から、ノート型の持ち運びタイプへの移行が進んでいる。ＰＤＡ等の携帯情報端末や携帯電話でも、発熱する半導体集積回路を冷却する必要性が増す。
【００２３】
このようなハンディタイプの電子機器は電源として二次電池から電気エネルギを供給するので、消費電力の小さな送風ファンが要求される。従来の送風ファンでは、上述の通り、電気エネルギを送風エネルギに変換する効率が小さく、消費電力が大きいという問題がある。したがって、局所的な冷却を行える、低消費電力の送風装置が望まれている。
【００２４】
また、局所的な送風が可能な送風装置は、災害現場で使用する機器にも使用できる。例えば、内部の様子を観察する目的のファイバスコープがあげられる。これは、土砂災害現場やビルの倒壊現場といった災害現場での人命救助に使用される。災害現場においては、ファイバスコープの先端に汚れが付着すると、鮮明な画像が得られず、救助対象の人を見つけ損なうおそれがある。そこで、しばしば先端の汚染を掃除して再挿入を行うことが行われている。このようなファイバスコープの洗浄処理は、一刻一秒を争う人命救助の場面では、極めて時間のロスとなってしまう。先端への汚染物の付着を抑制するために、外気を送風して洗浄する機能の付与が待たれている。従来の送風ファンを筐体内に設置すると、筐体が太くなってしまうため、狭い場所での使い勝手が著しく低下する。
【００２５】
また、別の使用形態として、例えば古墳や洞窟の内部空間を詳細に観察する局所マイクロファイバスコープがある。マイクロファイバスコープの長さは通常３ｍ以内であり、中空の筐体の直径は５ｍｍである。筐体は、アクチュエータによって、蛇がくねるように変形可能とされる。筐体が細い隙間に沿うよう挿入されて、内部の様子を観察することができる。このマイクロファイバスコープでも、先端の汚れを除去し、鮮明な画像を得ることが望まれる。
【００２６】
また、人体に装着可能な小型電子機器であるウェアラブル機器として、最近、携帯音楽再生装置が製品化されている。この機器内部に電子部品が高密度で実装されるので、発熱の抑制や効率のよい放熱が課題となる。そこで、機器内部の換気が図られる。しかし、従来の送風ファンは、小型化が図られているウェアラブル機器には大きすぎ、また消費電力の低減も必要となる。
【００２７】
以上のことより、中空の筐体に内装可能なように、送風装置は、例えば縦５ｍｍ×横５ｍｍ以下の大きさとする必要がある。そして、送風中に渦流や乱流が発生すると、局所への送風に支障を来たし、送風装置として安定した性能を発揮することができない。したがって、縦５ミリメートル×横５ミリメートル以下の狭い領域においても安定した指向性の強い送風を得ることが望まれる。
【００２８】
また、狭い領域において得るべき送風の特性が、風速、風量に関して安定したものであることが要求される。すなわち、渦流や乱流が発生しない状態で安定した送風性能を発揮することである。しかも、局所的な送風を行える送風装置は、電気エネルギを投入後に速やかに送風を開始することが望まれる。
【００２９】
従来の送風ファンを利用した送風装置における上記の問題を解消できる新たな送風装置として、近年、放電現象により発生するイオン風を用いた送風装置が大きく注目されている。この送風装置は、機械的エネルギによって空気の流れを発生させるのではなく、空気中で電気的な帯電を有する粒子を直接加速することにより、イオンと空間に存在する空気分子との相互作用によって空気の流れを発生させるものである。このような機械的ではない手法により、原理的に高効率な送風装置を実現できる。
【００３０】
放電によりイオン風が発生する原理については、特許文献１に記載されている。円筒管中央にコロナ放電針が配置され、放電針に対向して対向電極が配置されたイオン風発生装置が記載されている。
【００３１】
イオン風を利用した送風装置では、機械的な部品がないので、小型化が容易である。そして、電極に印加する電圧を制御することにより、風速や風量の制御を容易に行える。
【特許文献１】米国特許４２１０８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
イオン風を利用した送風装置を中空の筐体に内装することにより、上記のような多様な用途に応用できる。しかし、筐体は、用途によっては屈曲した形状であったり、長くなったりする。屈曲した筐体では、屈曲箇所において、風が筐体の内壁に当たって、圧力損失が生じる。また、発生した風の到達距離には限界があるので、筐体が長いと、筐体から吹き出すまでに風力が弱まる。このように、送風装置として、十分な風速、風量を得ることができず、安定した送風能力が得られるようにする必要がある。
【００３３】
本発明は、上記に鑑み、多様な用途に使用可能なように、安定した送風能力が得られるイオン風を利用した送風装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、針電極と、針電極に対向して配置された対向電極と、両電極を保持する筐体とを備え、両電極間での放電により発生したイオン風を利用した送風装置であって、筐体の内部に、針電極と対向電極とによって構成される送風部が設けられ、複数の送風部が、送風方向に沿って直列に配されたものである。
【００３５】
針電極および対向電極を有する送風部は小型化できるので、送風部を内装する筐体の小径化を測れる。小径の筐体からピンポイントで送風することができ、局所的な送風を行える。そして、各送風部から風が発生するため、筐体が長くなっても、途中で風力を増すことができ、十分な風速、風量が得られる。これにより、安定した送風能力を得ることができる。
【００３６】
筐体は、屈曲して形成され、屈曲箇所に送風部が配される。筐体の設置場所によっては、筐体が屈曲した状態になることがある。通常、筐体の屈曲箇所では、風の圧損が生じるが、屈曲箇所に送風部を設けることにより、風を加速することができる。したがって、筐体を曲がりくねった形状にしなければならない状況であっても、安定した送風能力が得られ、送風装置の使用可能な用途が広がる。
【００３７】
針電極と対向電極とが一定の間隔を保つように両電極を保持する保持具を備え、保持具が、筐体内に挿入される。筐体に応力がかかって曲がるようなことがあっても、保持具によって、両電極が保護される。そのため、両電極間を常に所定の間隔に保つことができ、安定した放電が起こり、送風の安定化につながる。
【００３８】
そして、筐体の外径が１０ｍｍ以下とされる。好ましくは５ｍｍ以下とされる。これによって、風の吹き出す領域の大きさが１０ｍｍ以下、さらには５ｍｍ以下となる。したがって、局所的な送風を行える。
【００３９】
上記の局所的な送風を行える送風装置は、汚れ除去のために光学機器や人体内に挿入される医療機器に使用される。また、局所冷却のために小型電子機器や換気、冷却、送風のいずれかの用途のためにウェアラブル機器にも使用される。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によると、イオン風を利用した送風装置では、容易に小型化でき、局所への送風が可能となる。そのため、冷却や汚れ除去といった局所的な送風を必要とする用途に送風装置を使用でき、確実に用途に応じた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明のイオン風を利用した送風装置の基本的構成を図３に示す。本送風装置は、針電極１０と、針電極１０に対向して配置された対向電極１１と、両電極１０、１１を保持する筐体１２と、両電極１０、１１間に高電圧を印加する駆動回路１３とを備えている。
【００４２】
先端が尖がった形状の針電極１０に対向してメッシュ状の対向電極１１が配置される。針電極１０と対向電極１１とは空間的な隔たりを有している。対向電極１１の形状としては、メッシュ状以外に、平板状やワイヤ状としてもよい。また、対向電極１１は、円形、角形、リング状のように、任意の形状に形成される。
【００４３】
対向電極１１および針電極１０は、筐体１２に内装されて保持されている。針電極１０は、対向電極１１に対して垂直に配置される。すなわち、針電極１０は、イオン風の送風方向と平行とされ、対向電極１１は、送風方向に対して垂直に配置される。なお、図中、太い矢印はイオン風の送風方向を示す。
【００４４】
駆動回路１３は、回路基板上に形成され、駆動回路１３と針電極１０および対向電極１１がリード線１４によって接続される。駆動回路１３は、高電圧を発生させるための高圧トランスを有する高電圧発生回路と、高電圧発生回路に所定の範囲内の電圧を供給するスイッチング回路と、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換してスイッチング回路に供給する整流回路と、高電圧発生回路からの出力電圧が一定になるようにスイッチング回路を制御する制御回路とを有する。なお、駆動電源として交流電源あるいは直流電源が使用される。直流電源の場合、整流回路は不要となる。
【００４５】
上記の送風装置における風の発生原理について詳述する。針電極１０と対向電極１１との形状が大きく異なっているため、針電極１０と対向電極１１との間に直流電圧または交流電圧を印加すると、双方の電極近傍で電界の分布が不平等になる不平等電界の状態において放電現象、例えばコロナ放電現象が発生する。放電現象が発生することによって、針電極１０の先端から対向電極１１に向かって、イオンが放出される。針電極１０から発生するイオンの極性は、針電極１０の極性と同一となる。すなわち、針電極１０を正とした場合は正極性イオンが放出され、針電極１０を負とした場合は負極性イオンが放出される。針電極１０において発生したイオンは、針電極１０と対向電極１１との間に生じる電界により、針電極１０の先端から放出され、対向電極１１に向かって加速される。このとき、針電極１０と対向電極１１との間に存在する多数の中性分子や中性粒子にイオンが頻繁に衝突する。そのため、イオンだけでなく、これらの中性粒子も次第にイオンと同一方向に、すなわち針電極１０から対向電極１１に向かって動き出し、全体として空気の流れが発生する。これが上述のイオン風である。イオン風は、図中の矢印の方向に流れる。
【００４６】
このように、従来の送風ファンで得られる送風と比較して、極めて高い指向性を有する送風を実現することができる。ファンやモータやエンジンといった機械的部品が存在しないため、騒音の発生がほとんどない。さらに、ファンによる気流生成の際に発生する渦流も、発生しにくい。イオン風を利用した送風装置では、機械的部品における発熱がないため、エネルギ損失が少なくなり、供給された電気エネルギから得られる風エネルギの度合いが向上して、エネルギ効率が向上する。消費電力の抑制につながるといった優れた特徴を有する。
【００４７】
本送風装置では、風速の制御が極めて容易である。送風が発生するのは、電界が集中する針電極１０の近傍になる。針電極１０の先端の大きさ（先端半径）を３０μｍといった鋭い形状とすることにより、例えば縦５ｍｍ×横５ｍｍ、さらに言えば１ｍｍ×１ｍｍといった局所への送風を容易に実現することが可能となる。
【００４８】
また、送風装置の大きさは、針電極１０の太さと、対向電極１１の断面積とによって決まる。針電極１０として、直径が０．１ｍｍのワイヤを用いることが可能である。対向電極１１として、任意の形状に形成できるので、直径１ｍｍといった円形にすることができる。したがって、針電極１０と対向電極１１とによって構成される送風部は、中空の細い筐体１２に内装可能とされる。
【００４９】
しかも、送風部をコンパクトにできるため、筐体１２が屈曲した形状であっても、この屈曲箇所に送風部を設けることが可能である。中空の筐体１２が長く、曲がりくねった形状の場合、送風部を屈曲箇所に配することにより、屈曲箇所での乱流や渦流の発生を防止でき、スムーズな送風を実現できる。そして、筐体１２が長くなる場合、送風部を送風方向に沿って直列に配置する。これにより、途中で風力が弱まることがなくなり、十分な風速、風量が得られ、局所的な送風が可能となる。
【００５０】
ここで、図４に示すように、筐体１２の外径と長さの異なる３種類の送風装置において、風速を測定した。針電極１０は、先端の曲率（先端半径）を３０μｍとした。対向電極１１は、ワイヤ径が０．１ｍｍのワイヤを１ｍｍピッチで格子状に配列した金網を用いている。針電極１０と対向電極１１間の距離は５ｍｍとして配置した。１本の針電極１０と対向電極１１から構成される送風装置において、針電極１０に直流電圧を印加して、風を発生させる。すなわち、針電極１０に正極性電圧を印加し、対向電極１１をＧＮＤとするように直流電圧を印加した。この駆動電源として、松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＥＬ−１０Ｒ１０）を用いた。本送風風装置から発生するイオン風の風速を測定するための風速測定装置として、日本カノマックス株式会社製のサーマル式風速計（型番：６５４３）を用いた。測定原理としては、公知手法であるが、風速測定センサが加熱され、このセンサに風が当たると、熱が奪われ、センサの温度が変化する。この温度変化を補うために、通電する電流量が変化する。この電流量から風速を算出する方式となっている。なお、測定範囲としては０．０５ｍ／秒〜５．０ｍ／秒である。
【００５１】
図５に各送風装置の特性結果を示す。中空の筐体１２の外径や長さがいずれに変化しようとも、針電極１０に５ｋＶを印加することにより、風速３ｍ／秒を達成することができる。これにより、筐体１２の外径を小さくしたとき、筐体１２の長さを長くすれば、十分な風速が得られることがわかる。したがって、筐体１２に対して、自由な設計が実施可能となる。
【００５２】
そして、本送風装置の駆動回路１３は、針電極１０と対向電極１１に高電圧を印加する。印加電圧を制御することにより、容易に風速や風量を制御できる。図６に示すように、印加電圧が増えるほど、風速が増す。ここでは、針電極１０の近傍で得られる風速を示している。針電極１０として、先端半径が３０μｍ、軸の直径が０．５ｍｍのタングステン製の針を用いている。対向電極１１として、ワイヤ径０．１ｍｍのワイヤを１ｍｍピッチで格子状に配列した金網を用いている。１本の針電極１０と対向電極１１とを対向配置し、両電極間の距離は５ｍｍである。このとき、針電極１０に正極性もしくは負極性の直流電圧を印加して、送風を発生させる。このように、印加電圧と得られる風速とは、非常に安定した関係が得られる。駆動回路１３による運転制御により、風速、風量を調節することができる。
【００５３】
本送風装置において、風速を３ｍ／秒になるように運転したとき、針電極１０と対向電極１１間に印加される電圧は、５ｋＶ程度である。このときに流れる放電に起因する電流値は３０μＡ程度である。したがって、消費電力は０．１５Ｗとなる。一方、従来の送風ファンの場合、同じ風速としたときの消費電力は０．５Ｗ程度である。すなわち、本送風装置では、消費電力を従来の１／３以下に低減することが可能となる。ここで、針電極１０の先端をさらに鋭くする、別な言い方をすれば、先端半径を小さくすることにより、針電極１０の先端での電界集中の度合いがさらに大きくなる。これによって、同じ風速を得るために必要な印加電圧を低減することができる。その結果、消費電力はさらに小さくなり、例えば１／１０以下にまで低減することも可能である。
【００５４】
送風の応答特性に関して、本送風装置では、モータやファンといった機械的部品が全くない。送風の発生原理として、両電極１０、１１間での電界によるイオンの移動を発端としている。電子、イオン、分子、プラズマといった粒子の移動のみを考慮するものであるので、両電極１０、１１間に高電圧を印加すれば、すぐに放電が発生して、粒子の移動が生じる。このように、応答速度は極めて速い。そのため、１秒未満の応答速度で安定した送風状態に達成することができる。なお、従来の送風装置では、電気エネルギを供給しても、一旦ファンの回転エネルギに変換する必要がある。そのため、安定した送風状態となるまでには、少なくとも２秒から３秒を要する。
【００５５】
次に、局所的な送風が可能な送風装置の実施形態を図７に示す。針電極１０と対向電極１１とから構成される送風部が、細長い中空の筐体１２に内装されている。針電極１０は、先端半径が３０μｍの形状を有する尖った円錐形の金属針である。金属針の材質は、タングステンである。針電極１０の直径は、０．５ｍｍである。針電極１０の長さは特に限定されない。ただし、電界強度が最も高くなる針電極１０の先端から送風が生じるため、針電極１０は長すぎないほうがよく、５ｍｍとする。
【００５６】
対向電極１１は、ステンレス製の金網からなる。金網は、ワイヤ径０．１ｍｍのワイヤを０．５ｍｍピッチで格子状に配列されて形成されている。対向電極１１は、針電極１０の先端から所定の間隔、例えば５ｍｍの間隔をおいて配置され、対向電極１１の中心を通る軸線上に針電極が位置する。
【００５７】
筐体１２は、絶縁性のフレキシブルなテフロン製チューブによって形成される。筐体１２の両端は開口しており、一方の開口が空気の吸込口１５、他方の開口が吹出口１６とされ、筐体１２の内部が送風路となる。筐体１２は、折り曲げ可能とされ、屈曲した形状となる。筐体１２の外径は１０ｍｍ以下とされ、内径は５ｍｍ以下とされる。
【００５８】
送風部は、筐体１２の吹出口１５の近傍に配置される。対向電極１１は、アクリル樹脂等の絶縁材料からなる支持材に支持され、支持材が筐体１２の内壁に固定される。針電極１０は、銅板等の導電材料からなる支持材に支持され、支持材が筐体１２の内壁に固定される。したがって、筐体１２は、両電極１０、１１を所定の間隔を保って保持する。なお、２つの支持材を一体化した構造の保持具とする。筒状の保持具を筐体１２内に挿入すれば、送風部を筐体１２の内部に容易に配置できる。しかも、針電極１０と対向電極１１との間隔は、筐体１２が変形しても、保持具により常に一定間隔に保持される。
【００５９】
針電極１０の支持材にリード線１４が接続され、リード線１４は、筐体１２を貫通して、外部に導き出される。対向電極１１にリード線１４が接続され、同様にリード線１４は筐体１２の外部に導き出される。リード線１４は、筐体１２の外面に沿って配線され、筐体１２とは別体の駆動回路１３に接続される。リード線１４が這わされた筐体１２は、ビニールテープ等の保護部材１８により被覆される。なお、リード線は、筐体１２の内壁に沿って配線してもよいが、筐体１２の外部を通すことにより、送風時の障害となることを避けれる。したがって、上記の送風装置では、筐体１２の一部が膨らんだ形状とならず、筐体１２の最大外径を５ｍｍ以下にすることが可能となる。
【００６０】
そして、駆動回路１３は、針電極１０に５ｋＶの正極性直流電圧を印加する。対向電極１１はＧＮＤとする。電源として、松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＥＬ−１０Ｒ１０）を用いる。なお、負極性直流電圧を印加する場合、電源としては、松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＪＰＱ−１０Ｐ３）を用いる。風速が３ｍ／秒となるように、電圧を印加する。針電極１０に印加する電圧の極性による風速特性については、大きな違いはない。極わずかに正極性の電圧を印加する場合の法が高電圧んある。正極性の電圧を印加する場合には、５ｋＶを印加し、負極性の電圧を印加する場合には、４．８ｋＶを印加する。
【００６１】
上記の条件で送風装置を運転したとき、風速３ｍ／秒の良好な送風特性が得られた。そして、筐体１２から吹き出された風の送風領域を風速計（日本カノマックス株式会社製のサーマル式風速計（型番：６５４３））によって測定したところ、４ｍｍ×４ｍｍの領域において送風を確認できた。したがって、局所への送風が可能な送風装置として使用可能であることがわかる。
【００６２】
ところで、図８に示すように、筐体１２は屈曲した状態に形成される場合がある。すなわち、他の機器に送風装置を使用するとき、機器に応じて筐体１２を曲げて、送風装置が配置される。このとき、筐体１２に屈曲した箇所である屈曲箇所ができる。例えば、小型電子機器の内部に送風装置を設置するとき、筐体１２を屈曲させることにより、狭いスペースであっても送風装置を設けることができる。
【００６３】
そこで、筐体１２の吹出口１５の近傍だけでなく、筐体１２の屈曲箇所にも、送風部を配置する。したがって、筐体１２に、複数の送風部が送風方向に沿って直列に配される。屈曲箇所が複数ある場合には、各屈曲箇所にそれぞれ送風部が設けられる。
【００６４】
各送風部は、それぞれリード線１４を通じて駆動回路１３に接続される。すなわち、各送風部は、電気的に並列に接続される。駆動回路１３によって、各送風部に同じ高電圧が印加される。送風部ごとに駆動回路１３を設けて、各駆動回路１３が個別に送風部を動作させることもできるが、各駆動回路１３を同期させる必要があり、制御が複雑になる。また、駆動回路１３が複数となるので、部品が増え、送風装置として小型化が困難となる。そこで、１つの駆動回路１３によって複数の送風部を同時に動作させることにより、送風の制御を容易に行える。しかも、部品も増えないので、送風装置の小型化に寄与できる。
【００６５】
筐体１２内部を風が流れるとき、屈曲箇所において、風が筐体１２の内壁に当たり、圧損により風力が弱まる。しかし、屈曲箇所に送風部が配置されているので、風が加速される。また、風が吹出口１５から吹き出すとき、吹出口１５の近傍にある送風部によって加速される。
【００６６】
したがって、複数の送風部を直列に配置することにより、筐体１２が長くなっても、送風途中で風が加速され、筐体１２から吹き出すときには、十分な風速、風量が得られる。しかも、筐体１２が屈曲していても、屈曲箇所にある送風部によって、風を加速でき、風の減衰を防げる。
【００６７】
また、保持具１７を用いて、両電極１０、１１を所定の間隔に保ったまま保持する。保持具１７は、絶縁樹脂等の絶縁材により筒状に形成される。保持具１７は屈曲箇所に配置される。保持具１７は、折曲されたとき、その形状を保持する程度の剛性を有する。筐体１２の屈曲に応じて保持具１７が屈曲することにより、保持具１７は屈曲箇所でも配置可能となる。これによって、筐体１２の屈曲箇所に応力がかかっても、保持具１７によって両電極１０、１１が保護され、両電極１０、１１の位置関係は変わらない。したがって、安定した放電を維持でき、安定した送風を行える。
【００６８】
次に、上記の送風装置を利用した機器の具体的な実施例を説明する。送風装置は、医療現場で用いる医療機器や精密部品製造現場で用いる光学機器に適用される。図９に示すように、胃カメラ等の内視鏡に送風装置が使用される。
【００６９】
胃カメラは、先端側にＣＣＤ、対物レンズ２０を備え、他端側に接眼レンズ２１が接続された屈曲可能なグラスファイバ製のファイバスコープ２２からなる一般的なものである。胃カメラの有効長さは、人体の口から観察すべき患部（胃）までの長さプラス口の外にも２０ｃｍ程度の長さとされ、６０ｃｍ（２フィート）程度である。
【００７０】
送風装置の中空の筐体１２に、ファイバスコープ２２が挿入される。筐体１２の外径は１０ｍｍ程度である。複数の送風部が、ファイバスコープ２２に沿って直列に配置される。筐体１２の吹出口１５は、ファイバスコープ２２の先端よりも突出し、先端にある対物レンズ２０に風を吹き付けることができるようになっている。
【００７１】
図１０、１１に示すように、送風装置の保持具１７は、柔軟性のある合成樹脂によって形成され、保持具１７は、胃カメラの曲がりに応じて曲がる。保持具１７は、有底の円筒状に形成され、先端側が開口している。
【００７２】
保持具１７の先端側にメッシュ状の対向電極１１が嵌め込まれる。対向電極１１は、リング状に形成され、ファイバスコープ２２が貫通する。保持具１７の他端側の底には、中央にファイバスコープ２２用の中央孔２３が形成される。中央孔２３を取り囲むように、複数の通風孔２４が同心円上に形成される。隣り合う通風孔２４の間に、針電極１０用の複数の小孔２５が形成される。通風孔２４および小孔２５は、それぞれ等間隔に位置する。複数の針電極１０、ここでは３本の針電極１０が導電性のリング２６に取り付けられる。リング２６が保持具１７に装着され、針電極１０が小孔２５に挿通される。このような構造によって、針電極１０と対向電極１１とが所定の間隔、例えば５ｍｍに保持される。保持具１７は、この間隔を形成できるように、最小限の長さ（約７ｍｍ）を有する。保持具１７の長さが短いほど、ファイバスコープ２２の屈曲性が高まる。
【００７３】
リング２６に接続されたリード線１４が駆動回路１３に接続され、対向電極１１に接続されたリード線１４も駆動回路１３に接続される。各送風部は、電気的に並列に接続される。なお、リード線１４は、筐体１２の内部を通るように配線される。このように、送風部をユニット化することにより、機器への組み込みと配線が容易になる。
【００７４】
送風装置を運転すると、各送風部で風が発生し、筐体１２の吸込口１６から吸い込まれた空気が、保持具１７の通風孔２４を通り、保持具１７内を通過するときに加速される。そして、筐体１２の吹出口１５から対物レンズ２０に向かって風が吹き出す。対物レンズ２０に付着した異物が除去され、ファイバスコープ２２の視界がよくなる。
【００７５】
ここで、送風装置は、必要に応じて運転される。すなわち、対物レンズ２２に異物が付着して、視界が悪くなったときに、運転が開始される。通常は、運転が停止している。スタートキーの操作により、運転が開始され、両電極１０、１１に高電圧が印加されて、すぐに風が発生する。このように、送風装置は応答性がよく、すぐに異物を除去できるので、緊急性を要する医療現場において、本送風装置は好適である。
【００７６】
また、医療現場や精密部品製造現場では、電子技術を用いた顕微鏡等の光学機器を使用して、作業が行われる。このとき、塵埃を取り除くために、局所的な送風が要求される。図１２に示すように、顕微鏡３０に対して送風装置が設けられる。送風装置の構成は、図８に示したものと同じである。
【００７７】
例えば、微生物や菌類を顕微鏡３０で観察する場合、クリーンルームで観察を行ったとしても、空気中の塵埃等が観察すべきサンプル３１に塵埃が付着する。すると、送風装置の運転が開始され、サンプル３１に向かって風が吹き出す。サンプル３１に付着した塵埃等の異物が除去され、観察の妨げがなくなる。
【００７８】
このとき、強い風を吹き付けると、周囲に沈着している異物が巻き上げられ、再び付着したり、あるいは吹き飛ばした異物が他の場所に移動して、他の光学機器の邪魔をすることになる。そこで、本送風装置を使用することにより、１ｍｍ×１ｍｍの局所へのピンポイントの送風を行えるとともに、風速、風量を微調整して、的確に目標とする異物めがけて送風することができる。また、必要なときに運転を行って、応答よく送風することができる。
【００７９】
他の実施例として、人体に装着するウェアラブル機器に本送風装置を搭載する。図１３に示すように、ウェアラブル装置では、携帯可能なケース３２に、正イオンおよび負イオンを発生するイオン発生装置３３と、２次電池等の電源３４と、制御回路３５とが内装されている。ケース３２は、縦２５ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ２０ｍｍとされ、ストラップ３６が取り付けられている。ケース３２の正面に、吸込口３７と吹出口３８とが形成されている。
【００８０】
そして、送風装置は、ケース３２に内装される。送風部がイオン発生装置３３の正面側に配置される。複数の送風部が、吸込口３７から吹出口３８に至る送風方向に沿って直列に配置される。ここでは、ケース３２が筐体１２となる。駆動回路１３は、制御回路３５に実装され、電源３４から直流電圧が供給される。
【００８１】
このウェアラブル機器を首に掛けたとき、体温により腹から首に向けて上昇気流が発生し、ケース３２の周囲に沿って流れる。送風装置を運転すると、イオン発生装置３３によって発生した正負イオンがケース３２内の風により吹出口３８から送出される。この風に乗って、正負イオンは顔近辺まで届けられる。
【００８２】
このように、送風装置は、一見装身具と見紛うような外観を有し、身体につけたとき煩わしくない程度の小型軽量のウェアラブル機器に搭載可能であり、ウェアラブル機器による局所的な送風を行うときに有用である。また、ウェアラブル機器に搭載された２次電池を電源として利用するとき、低消費電力の送風装置を実現できるので、２次電池の容量を小さくできる。そのため、電源の小型化を図れ、ウェアラブル機器の小型化に寄与する。
【００８３】
また、小型電子機器に対して、冷却のために送風装置を用いる。携帯電話や携帯音楽再生装置といった小型電子機器では、小型化、半導体集積回路の高密度化によって、熱の問題がある。そこで、小型電子機器の内部に、本送風装置を設け、発熱箇所に局所的な送風を行う。このように、直径１ｍｍ以下の局所的な領域に送風を集中させることにより、効率的に局所冷却を行える。また、小型電子機器の内部で送風を行って、換気を行う。内部に溜まった熱が排出され、外部から冷たい空気が流入して、冷却効果を高めることができる。したがって、本送風装置によって、小型電子機器の冷却、換気を行え、送風装置の用途が広がる。
【００８４】
ウェアラブル機器にも、半導体集積回路が搭載されている。本送風装置を設けて、発熱箇所に向けて局所的に送風する。集中的に風が当たり、冷却効果が高まる。また、上記と同様に、換気を行うことによっても、冷たい空気の流入により、冷却効果が得られる。したがって、本送風装置によって、ウェアラブル機器の冷却、換気を行える。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】従来の送風装置を示す図
【図２】従来の他の形態の送風装置を示す図
【図３】本発明の送風装置の基本的構成を示す図
【図４】外径と長さの異なる３種類の送風装置を示す図
【図５】３種類の送風装置の特性結果を示す図
【図６】送風装置の風速特性を示す図
【図７】送風装置の実施形態を示す図
【図８】送風装置の実施形態を示す図
【図９】送風装置を用いた胃カメラを示す図
【図１０】送風部の分解斜視図
【図１１】送風部の透視斜視図
【図１２】送風装置を用いた顕微鏡を示す図
【図１３】送風装置を用いたウェアラブル機器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図
【符号の説明】
【００８７】
１０ 針電極
１１ 対向電極
１２ 筐体
１３ 駆動回路
１４ リード線
１５ 吹出口
１６ 吸込口
１７ 保持具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
針電極と、針電極に対向して配置された対向電極と、両電極を保持する筐体とを備え、両電極間での放電により発生したイオン風を利用した送風装置であって、筐体の内部に、針電極と対向電極とによって構成される送風部が設けられ、複数の送風部が、送風方向に沿って直列に配されたことを特徴とする送風装置。
【請求項２】
筐体は、屈曲して形成され、屈曲箇所に送風部が配されたことを特徴とする請求項１記載の送風装置。
【請求項３】
針電極と対向電極とが一定の間隔を保つように両電極を保持する保持具を備え、保持具は、筐体内に挿入されたことを特徴とする請求項２記載の送風装置。
【請求項４】
筐体の外径が１０ｍｍ以下とされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の送風装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を汚れ除去のために備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を汚れ除去のために備えたことを特徴とする人体内に挿入される医療機器。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を局所冷却のために備えたことを特徴とする小型電子機器。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を換気、冷却、送風のいずれかの用途のために備えたことを特徴とするウェアラブル機器。
【請求項１】
針電極と、針電極に対向して配置された対向電極と、両電極を保持する筐体とを備え、両電極間での放電により発生したイオン風を利用した送風装置であって、筐体の内部に、針電極と対向電極とによって構成される送風部が設けられ、複数の送風部が、送風方向に沿って直列に配されたことを特徴とする送風装置。
【請求項２】
筐体は、屈曲して形成され、屈曲箇所に送風部が配されたことを特徴とする請求項１記載の送風装置。
【請求項３】
針電極と対向電極とが一定の間隔を保つように両電極を保持する保持具を備え、保持具は、筐体内に挿入されたことを特徴とする請求項２記載の送風装置。
【請求項４】
筐体の外径が１０ｍｍ以下とされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の送風装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を汚れ除去のために備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を汚れ除去のために備えたことを特徴とする人体内に挿入される医療機器。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を局所冷却のために備えたことを特徴とする小型電子機器。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置を換気、冷却、送風のいずれかの用途のために備えたことを特徴とするウェアラブル機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２９７９１１（Ｐ２００８−２９７９１１Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４１８６７（Ｐ２００７−１４１８６７）
【出願日】平成１９年５月２９日（２００７．５．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２９日（２００７．５．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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