WO2024062784A1

WO2024062784A1 - 微細水放出装置および微細水放出方法

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Publication number: WO2024062784A1
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Inventors: 裕香今本; 明良平野; 顕山黒; 慶子横山; 友紀田端; 寛人加藤
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Abstract

微細水放出装置は、基材と基材に設けられた導電性高分子膜とを有し、空気中の水分を導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と導電性高分子膜に吸着した水分を粒径が５０ナノメートル以下の微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水放出素子と、微細水放出素子にエネルギを供給する供給部と、微細水放出素子を吸湿状態とする第１エネルギを供給するように供給部を制御する吸湿制御と、微細水放出素子の温度を吸湿状態の温度より高くして微細水放出素子を放湿状態とする第２エネルギを供給するように供給部を制御する放湿制御とを実行する制御部と、を備える。

Description

微細水放出装置および微細水放出方法

　本開示は、微細水放出装置および微細水放出方法に関する。

　従来、微細水放出装置としては、空気の流路を有する筒状のケースと、流路に配設され吸湿と放湿とを行う微細水放出素子を有する調湿部と、微細水放出素子の基材部に通電する通電部と、通電部を制御する制御部とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、通電部により基材部を非通電状態とすることで微細水放出素子の温度低下によって空気中の水分を吸着させ、通電部により基材部を通電状態とすることで微細水放出素子の温度上昇によって微細水放出素子から微細水を放出させる。

特開２０１９－０１８１９５号公報

　上述した装置では、水分を吸着する際には、基材部を非通電状態とするだけで温度の制御は行っていない。このため、微細水放出素子への水分の吸着が促進されて水分量が過剰となり、微細水放出素子に吸湿された隣り合う水粒子同士が結合することがある。結合した水粒子は、微細水放出素子の温度が上昇しても、微細水として放出されにくくなると考えられる。

　本開示は、吸湿制御をより適切に行うことで放湿制御における微細水の放出を促すことを主目的とする。

　本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

　本開示の微細水放出装置は、
　基材と、前記基材に設けられた導電性高分子膜とを有し、空気中の水分を前記導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と前記導電性高分子膜に吸着した水分を粒径が５０ナノメートル以下の微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水放出素子と、
　前記微細水放出素子にエネルギを供給する供給部と、
　前記微細水放出素子を前記吸湿状態とする第１エネルギを供給するように前記供給部を制御する吸湿制御と、前記微細水放出素子の温度を前記吸湿状態の温度より高くして前記微細水放出素子を前記放湿状態とする第２エネルギを供給するように前記供給部を制御する放湿制御と、を実行する制御部と、
　を備えることを要旨とする。

　本開示の微細水放出装置は、微細水放出素子を吸湿状態とする第１エネルギを供給する吸湿制御と、吸湿状態の温度より高くして微細水放出素子を放湿状態とする第２エネルギを供給する放湿制御と、を実行する。吸湿制御でエネルギを供給することにより、エネルギを供給しない吸湿制御に比して微細水放出素子の温度を高くするから、導電性高分子膜に吸着される水分量を制御することができる。このため、水粒子の結合を抑えて、吸着される水分量全体に対して微細水となる水粒子の吸着割合を高めることができるから、放湿制御における微細水の放出を促すことができる。

　本開示の微細水放出方法は、
基材と、前記基材に設けられた導電性高分子膜とを有し、空気中の水分を前記導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と前記導電性高分子膜に吸着した水分を粒径が５０ナノメートル以下の微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水放出素子から微細水を放出させる微細水放出方法であって、
　前記微細水放出素子を前記吸湿状態とする第１エネルギを供給するように供給部を制御する吸湿制御ステップと、
　前記微細水放出素子の温度を前記吸湿状態の温度より高くして前記微細水放出素子を前記放湿状態とする第２エネルギを供給するように前記供給部を制御する放湿制御ステップと、
　を含むことを要旨とする。

　本開示の微細水放出方法は、上述した微細水放出装置と同様に、水粒子の結合を抑えて、吸着される水分量全体に対して微細水となる水粒子の吸着割合を高めることができるから、放湿制御における微細水の放出を促すことができる。

微細水放出装置１０の概略構成図である。微細水発生カートリッジ３０の概略構成図である。微細水放出素子３４の概略構成図である。導電性高分子膜３６の模式図である。微細水放出処理の一例を示すフローチャートである。吸湿制御の一例を示すフローチャートである。放湿制御の一例を示すフローチャートである。比較例における吸湿状態の導電性高分子膜３６の模式図である。本実施形態における吸湿状態の導電性高分子膜３６の模式図である。吸湿時温度とイオン電流の関係の一例を示す説明図である。変形例の微細水放出処理を示すフローチャートである。変形例の吸湿制御を示すフローチャートである。変形例の微細水放出装置１０Ｂの概略構成図である。

　本開示の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、微細水放出装置１０の概略構成図である。図２は、微細水発生カートリッジ３０の概略構成図である。図３は、微細水放出素子３４の概略構成図である。図４は、導電性高分子膜３６の模式図である。微細水放出装置１０は、例えば人体（肌や毛髪など）に向けて微細水を放出する美容機器や医療機器として構成されている。微細水放出装置１０は、図１に示すように、ダクト２０と、微細水発生カートリッジ（微細水放出カートリッジ）３０と、ファン４０と、制御部５０と、を備える。また、微細水放出装置１０は、微細水放出装置１０の運転を開始するためのスタートスイッチ５５や、ファン４０の風量を調節するための風量調節スイッチ５６などの各種スイッチが設けられている。また、微細水放出装置１０は、微細水発生カートリッジ３０の内部の温度を検出する内部温度センサ５７を備える。

　ダクト２０は、両端が開口した円筒状などの筒状部材であり、一端の吸入口２１ａと他端の排出口２１ｂとを有する。ダクト２０には、吸入口２１ａ側からファン４０、微細水発生カートリッジ３０の順に配置されている。

　微細水発生カートリッジ３０は、図２に示すように、ダクト２０内に配置可能な外径の円筒状のケース３２と、ケース３２内に設けられた微細水放出素子（微細水発生素子）３４とを備える。微細水放出素子３４は、図３に示すように、基材３５と、基材３５の表面に形成された導電性高分子膜３６とを備える。

　基材３５は、ステンレス系金属や銅系金属などの金属材料、炭素材料、導電性セラミックス材料などの導電性を有する材料で形成されている。本実施形態では、アルミニウムが添加されたステンレス鋼の金属箔を用いる。なお、微細水放出素子３４は、空気を流通可能であって基材３５（導電性高分子膜３６）の表面積ができるだけ大きくなるように、波板状やハニカム状、渦巻き状などに形成されている。基材３５には、制御部５０からの制御信号に基づいて作動する通電回路３８（図１参照）が接続されている。通電回路３８は、基材３５へ比較的小さい小電流を通電する第１通電状態（弱通電状態）と、基材３５へ比較的大きい大電流を通電する第２通電状態（強通電状態）と、基材３５への通電を遮断する非通電状態とを切り替えるように構成されている。

　導電性高分子膜３６は、チオフェン系の導電性高分子などの導電性を有する高分子化合物で形成されている。本実施形態では、チオフェン系の導電性高分子のうち、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸））により形成されている。例えば導電性高分子膜３６は、ＰＥＤＯＴのコアと、水素結合可能な酸性官能基であるスルホン酸基のシェルとを有するコアシェル構造のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを水などの溶媒に分散させ、その分散液を基材３５の外表面に塗布して乾燥させることによって形成される。このため、導電性高分子膜３６は、図４に示すように、コアにＰＥＤＯＴ３６ａが存在し、コアを被覆するシェルに高分子材料のＰＳＳ３６ｂが存在し、各粒子の間（シェルの間）に例えば２ナノメートル（ｎｍ）程度などのナノメートルサイズの流路であるナノチャンネル３６ｃを形成する。このナノチャンネル３６ｃ内には、ＰＳＳ３６ｂのスルホン酸基が多く存在するため、導電性高分子膜３６の表面に存在する水分は、表面の水分量が多く内部の水分量が少ない場合に、表面と内部の濃度差によってナノチャンネル３６ｃ内のスルホン酸基を伝って内部に移動する。これにより、導電性高分子膜３６が水分としての水粒子Ｗを吸着する。

　また、内部に水分が吸着された状態で、表面の水分量が少なく内部の水分量が多い場合に、水分（水粒子Ｗ）は表面と内部の濃度差によってナノチャンネル３６ｃ内のスルホン酸基を伝って表面に移動する。これにより、導電性高分子膜３６から水分が微細水として放出される。また、導電性高分子膜３６の温度が上昇した状態では、濃度差のみで移動する場合に比して水分（微細水）の速やかな放出が促され、導電性高分子膜３６の温度が低下した状態では、濃度差のみで移動する場合に比して水分の速やかな吸着が促される。このように、微細水発生カートリッジ３０（微細水放出素子３４）は、温度低下により導電性高分子膜３６に空気中の水分を吸着する吸湿状態に変化し、吸着した水分を温度上昇により導電性高分子膜３６から放出する放湿状態に変化する。なお、導電性高分子膜３６の厚みは、必要な微細水の吸着量（放出量）に応じて適宜定めることができる。例えば、導電性高分子膜３６の厚みが１～３０マイクロメートルなどに形成された場合、数秒から数十秒程度の時間で、微細水の放出に十分な水分を吸着することができる。

　また、微細水発生カートリッジ３０は、微細水放出素子３４の導電性高分子膜３６から、水粒子の粒径が５０ナノメートル以下、例えば粒径が１から２ナノメートル程度の無帯電の微細水（無帯電微細水粒子）を放出する。このような粒径となる理由は、ナノチャンネル３６ｃのサイズが２ナノメートルまたはそれ以下のサイズであるため、導電性高分子膜３６の温度上昇によるナノチャンネル３６ｃ内の水の運動性向上、圧力上昇により、ナノチャンネル３６ｃから水分が飛び出す現象のためと考えられる。また、飛び出した後に水粒子同士が凝集しても、その粒径は５０ナノメートル以下の範囲に分布するものとなっている。このような微細水発生カートリッジ３０（導電性高分子膜３６）の微細水発生の詳細な説明は、本願出願人のＷＯ２０２０／０５４１００および特開２０１９－０１８１９５号公報などに記載されているため、これ以上の詳細な説明は省略する。

　ファン４０は、所定回転方向の回転駆動により、吸入口２１ａからダクト２０内に吸入した空気を、微細水発生カートリッジ３０を通して、排出口２１ｂから排出することができる。ファン４０は、図示しないモータにより回転駆動し、制御部５０によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御または電圧制御などによって制御される。なお、ファン４０は、プロペラファンでもよいし、シロッコファンなどでもよい。

　制御部５０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他にＲＯＭやＲＡＭ，タイマ，入出力ポートを備える。制御部５０には、スタートスイッチ５５からの操作信号や風量調節スイッチ５６からの操作信号、微細水放出素子３４（基材３５）の温度など微細水発生カートリッジ３０の内部温度を検出する内部温度センサ５７からの検出信号などが入力ポートを介して入力される。なお、内部温度センサ５７は、例えばサーミスタや熱電対などを用いることができる。また、制御部５０からは、ファン４０を回転駆動するモータへの駆動信号や通電回路３８のスイッチへの駆動信号などが出力ポートを介して出力される。

　次に、こうして構成された微細水放出装置１０の動作について説明する。図５は微細水放出処理の一例を示すフローチャートである。この処理では、制御部５０は、微細水発生カートリッジ３０（微細水放出素子３４）に水分を吸着させる吸湿制御を実行して（Ｓ１００）、第１時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１１０）。第１時間は、吸湿制御の実行時間として予め定められた時間であり、例えば５分などの数分程度の時間に定められている。制御部５０は、第１時間が経過していないと判定するとＳ１００に戻る。

　一方、制御部５０は、第１時間が経過したと判定すると、吸着した水分を微細水として微細水発生カートリッジ３０（微細水放出素子３４）から放出させる放湿制御を実行して（Ｓ１２０）、第２時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１３０）。第２時間は、放湿制御の実行時間として予め定められた時間であり、例えば第１時間より短い２分などの数分程度の時間に定められている。なお、第２時間は、第１時間と同じ時間でもよい。制御部５０は、第２時間が経過していないと判定するとＳ１２０に戻る。

　制御部５０は、第２時間が経過したと判定すると、微細水放出処理の停止タイミングであるか否かを判定し（Ｓ１４０）、停止タイミングでないと判定すると、Ｓ１００に戻り吸湿制御を実行する。このように、制御部５０は、Ｓ１００の吸湿制御とＳ１２０の放湿制御とを切り替えながら実行する。なお、制御部５０は、図示しないタイマで設定された微細水放出処理の実行時間に到達した場合や、吸湿制御および放湿制御の実行回数が所定回数に到達した場合、使用者により停止操作が行われた場合などに、Ｓ１４０で停止タイミングであると判定する。制御部５０は、停止タイミングであると判定すると、微細水発生カートリッジ３０とファン４０への通電を停止して（Ｓ１５０）、微細水放出処理を終了する。以下、Ｓ１００の吸湿制御とＳ１２０の放湿制御の詳細を説明する。

　Ｓ１００の吸湿制御は、図６のフローチャートに基づいて実行される。制御部５０は、まず、比較的速い風速で送風するようにファン４０を高速で回転させ（Ｓ２００）、内部温度センサ５７により検出される微細水放出素子３４（基材３５）の温度が第１温度以下であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。第１温度は、微細水放出装置１０の周囲の温度である環境温度よりも高い温度に定められている。本実施形態では、通常であれば環境温度を下回ることのない温度として、第１温度が例えば５０℃などに予め定められている。

　制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第１温度以下であると判定すると、基材３５へ比較的小さな電流（小電流）を流す第１通電状態（弱通電状態）となるように通電回路３８に制御信号を出力して、微細水発生カートリッジ３０に小さな電流を通電させる（Ｓ２２０）。また、制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第１温度以下でないと判定すると、Ｓ２２０をスキップする。なお、微細水放出処理の開始直後に吸湿制御が実行された場合、通常であれば制御部５０はＳ２１０で第１温度以下と判定してＳ２２０で通電させる。このため、微細水放出素子３４の温度が上昇する。

　次に、制御部５０は、内部温度センサ５７により検出される微細水放出素子３４の温度が第２温度に到達したか否かを判定する（Ｓ２３０）。第２温度は、第１温度よりも数℃程度高い温度として、例えば５５℃などに予め定められている。制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第２温度に到達していないと判定すると、吸湿制御を終了する。一方、制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第２温度に到達したと判定すると、微細水発生カートリッジ３０への通電を停止させると共に、比較的遅い風速（所定の風速）で送風するようにファン４０を低速で回転させて（Ｓ２４０）、吸湿制御を終了する。即ち、制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第２温度以上になると、微細水発生カートリッジ３０への通電を停止させてファン４０を低速で回転させるのである。これにより、Ｓ２２０で微細水発生カートリッジ３０に通電を開始させても、微細水放出素子３４の温度が第２温度を超えて上昇するのを抑制することができる。

　Ｓ１２０の放湿制御は、図７のフローチャートに基づいて実行される。制御部５０は、まず、比較的遅い風速（所定の風速）で送風するようにファン４０を低速で回転させる（Ｓ３００）。Ｓ３００では、制御部５０は、Ｓ２００よりも低速でファン４０を回転させればよく、本実施形態ではＳ２４０と同じ速度でファン４０を回転させる。次に、制御部５０は、内部温度センサ５７により検出される微細水放出素子３４の温度が第３温度以下であるか否かを判定する（Ｓ３１０）。第３温度は、上述した第２温度よりも高い温度として、例えば６５℃などに予め定められている。

　制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第３温度以下であると判定すると、基材３５へ比較的大きな電流（大電流）を流す第２通電状態（強通電状態）となるように通電回路３８に制御信号を出力して、微細水発生カートリッジ３０に大きな電流を通電させる（Ｓ３２０）。即ち、制御部５０は、放湿制御では吸湿制御よりも大きな電流を微細水発生カートリッジ３０に通電させて、微細水放出素子３４の温度を吸湿状態よりも上昇させる。また、制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第３温度以下でないと判定すると、Ｓ３２０をスキップする。第３温度は第２温度より高い温度であるため、吸湿制御から放湿制御に切り替わった際に、制御部５０はＳ３１０で第３温度以下と判定し、Ｓ３２０で微細水発生カートリッジ３０に大きな電流を通電させる。

　次に、制御部５０は、内部温度センサ５７により検出される微細水放出素子３４の温度が第４温度に到達したか否かを判定する（Ｓ３３０）。第４温度は、第３温度よりも数℃程～十℃程度高い温度として、例えば７５℃などに予め定められている。制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第４温度に到達してないと判定すると、放湿制御を終了する。一方、制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第４温度に到達したと判定すると、微細水発生カートリッジ３０への通電を停止させて（Ｓ３４０）、放湿制御を終了する。即ち、制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が第４温度以上になると、微細水発生カートリッジ３０への通電を停止させるのである。これにより、微細水放出素子３４の温度が第４温度を超えて上昇するのを抑制することができる。

　また、制御部５０は、Ｓ１３０で第２時間が経過したと判定し、続くＳ１４０で停止タイミングでないと判定すると、Ｓ１００（図５）の吸湿制御に切り替える。吸湿制御では、制御部５０は、Ｓ２００でファン４０を高速で回転させるから、第３温度から第４温度の間の温度まで上昇した微細水放出素子３４を速やかに冷却することができる。また、制御部５０は、微細水放出素子３４の温度が下がって第２温度に到達するまでファン４０を高速回転させ、Ｓ２３０で微細水放出素子３４の温度が第２温度に到達したと判定すると、Ｓ２４０でファン４０を低速で回転させる。このように、制御部５０は、第１温度から第２温度の間（例えば５０℃～５５℃）での吸湿制御と、第３温度から第４温度の間（例えば６５℃～７５℃）での放湿制御とを切り替えながら実行する。このため、吸湿時と放湿時の温度差として、約１０～２０℃程度の温度差が生じる。放湿時の温度から吸湿時の温度が約１０～２０℃程度低下すれば、例えば２５℃程度の常温より高い温度であっても微細水放出素子３４は吸湿状態に適切に変化して微細水を吸湿することが可能となる。

　ここで、図８は、比較例における吸湿状態の導電性高分子膜３６の模式図である。図９は、本実施形態における吸湿状態の導電性高分子膜３６の模式図である。図１０は、吸湿時温度とイオン電流の関係の一例を示す説明図である。比較例は、吸湿制御において微細水発生カートリッジ３０（基材３５）に電流を流さないものであり、微細水放出素子３４（基材３５）が例えば２５℃程度の常温の状態で吸湿制御が実行される。本実施形態は、上述したように、微細水放出素子３４が５０～５５℃などの比較的高温の状態で吸湿制御が実行される。図１０の左の棒グラフは、比較例の場合を示し、例えば吸湿制御を約２５℃の常温で実行し放湿制御を約４５℃で実行した場合に検出されたイオン電流を示す。また、図１０の右の棒グラフは、本実施形態の場合を示し、例えば吸湿制御を約５５℃の高温で実行し放湿制御を約６７℃で実行した場合に検出されたイオン電流を示す。なお、微細水放出量は、微細水放出素子３４から放出された微細水を中和器に通して帯電させ、帯電した微細水の電気移動度を微分型電気移動度測定装置（Differential Mobility Analyzer）で測定して分級し、５０ナノメートル以下の微細水の電流（電荷）を測定することにより求めた。イオン電流が大きいほど、放湿制御での微細水放出量が多いことを示す。

　図８に示すように、比較例では、ナノチャンネル３６ｃ内に水を吸着できるサイトが多いため比較的多くの水分を吸着する。このため、隣り合うスルホン酸基同士の水粒子Ｗが結合してバルク水となり、ナノチャンネル３６ｃが水分で埋まってしまうと考えられる。結合した水粒子Ｗは、粒径が２ナノメートル以下程度のクラスタ状態で存在しにくくなり、放湿状態において微細水として放出されにくくなると考えられる。この結果、５０ナノメートル以下の微細水の放出量が少なくなる（図１０参照）。

　一方、図９に示すように、本実施形態では、吸湿制御で微細水放出素子３４が高温状態となるため、シェル（ＰＳＳ３６ｂ）が収縮し、同時にナノチャンネル３６ｃが小さくなる。比較例に比して、ナノチャンネル３６ｃ内に水を吸着できるサイトが減少し、吸着できる全体の水分量が減少すると考えられる。一方で、隣り合う水粒子Ｗの結合も行われにくいため、粒径が２ナノメートル以下程度のクラスタ状態で存在する水粒子Ｗが増えると考えられる。この結果、放湿状態において、比較例よりも５０ナノメートル以下の微細水の放出量が多くなる（図１０参照）。なお、図示は省略するが、放湿状態において微細水放出素子３４の温度がさらに上昇すると、シェルのＰＳＳ３６ｂがさらに収縮する。放湿制御では、その温度上昇と、シェル（ＰＳＳ３６ｂ）の収縮と、上述した素子表面と内部との水分濃度差とによって、ナノチャンネル３６ｃ内から微細水の放出が促される。

　ここで、微細水放出装置１０は、人体の肌や毛髪などに向けて微細水を放出するものである。肌（皮膚）の表面の角質層には、２０～５０ナノメートル程度以下の微細な隙間がある。このため、微細水は、粒径が５０ナノメートル以下であれば角質層から肌の内部に浸透しやすくなる。毛髪についても同様に、毛髪表面のキューティクルに微細な隙間がある。このため、微細水は、粒径が５０ナノメートル以下であれば毛髪の内部に浸透しやすくなる。本実施形態の微細水放出装置１０は、比較例に比して、吸湿時に水粒子Ｗを５０ナノメートル以下の状態で存在しやすくすることで、放湿時に５０ナノメートル以下の微細水の放出を促して、微細水を肌や毛髪に浸透させる効果を高めることができる。これにより、微細水を肌や毛髪に十分に浸透させて保湿性の向上効果をもたらすことができる。

　以上説明した本実施形態の微細水放出装置１０では、微細水放出素子３４を吸湿状態とするように小電流を通電する吸湿制御と、微細水放出素子３４の温度を吸湿状態の温度より高くして放湿状態とするように大電流を通電する放湿制御とを実行する。これにより、吸湿制御で微細水放出素子３４に通電しない場合に比して、導電性高分子膜３６に吸着される水分量を制御して水粒子Ｗの結合を抑え、水分量全体に対して微細水となる水粒子Ｗの吸着割合を高めることができる。このため、微細水の適切な放出を促すことができる。

　また、制御部５０は、吸湿制御では、微細水放出素子３４の温度が第１温度以下の場合に小電流の通電を開始し、第２温度以上の場合に通電を停止するから、微細水放出素子３４の温度が高くなりすぎて吸湿できなくなるのを抑制することができる。

　また、制御部５０は、放湿制御では、微細水放出素子３４の温度が第３温度以下の場合に大電流の通電を開始し、第４温度以上の場合に通電を停止するから、吸湿制御との温度差を確保して適切な吸放湿を行いつつ過剰な温度上昇を抑制することができる。

　また、制御部５０は、放湿制御ではファン４０を低速で回転させ、吸湿制御を開始する際にファン４０を高速で回転させるから、放湿制御後の吸湿制御において微細水放出素子３４の冷却を促して速やかに吸湿状態とすることができる。

　また、微細水放出素子３４は、吸湿状態において、シェルのＰＳＳ３６ｂが収縮しナノチャンネル３６ｃ内に吸着される水分量を抑制することで、常温で吸着する場合に比して、全体の水分吸着量は減少するものの微細水となる水粒子Ｗの割合が高まる。微細水放出素子３４は、放湿状態において、シェルのＰＳＳ３６ｂがさらに収縮し、素子表面と内部との水分濃度差によりナノチャンネル３６ｃ内から微細水を放出する。これにより、微細水放出装置１０は、コアシェル構造の導電性高分子膜３６を有する微細水放出素子３４をより適切に機能させて吸湿と放湿とを行うことができる。

　実施形態では、吸湿制御のＳ２００でファン４０を高速で回転させたが、微細水放出処理の開始直後（初回）の吸湿制御では、通常は高速でファン４０を作動させて冷却する必要はないのでＳ２００を省略してもよい。あるいは、吸湿制御でファン４０を高速で回転させるものに限られず、以下のようにしてもよい。図１１は、変形例の微細水放出処理を示すフローチャートである。図１２は、変形例の吸湿制御を示すフローチャートである。以下の変形例では、実施形態と同じ処理には同じステップ番号を付して説明を省略する。

　図１１の変形例の微細水放出処理では、制御部５０は、Ｓ１４０で停止タイミングでないと判定すると、所定時間に亘りファン４０を高速で回転させる冷却制御を実施してから（Ｓ１４５）、Ｓ１００の吸湿制御に移行する。即ち、放湿制御から吸湿制御に切り替わる前に所定時間に亘りファン４０を高速で回転させて微細水発生カートリッジ３０（微細水放出素子３４）を冷却させる点で、実施形態の微細水放出処理（図５）と異なる。Ｓ１４５の冷却制御における所定時間は、吸湿制御で比較的高温となった微細水放出素子３４を、吸湿状態の温度とするのに必要な時間として予め定められているものとする。なお、制御部５０は、内部温度センサ５７の検出温度に基づいて、微細水放出素子３４の温度が吸湿状態の温度（例えば第２温度以下）となったことを検出するまでファン４０を高速で回転させてから、Ｓ１００の吸湿制御に移行してもよい。

　図１２の変形例の吸湿制御では、制御部５０は、まず比較的遅い風速（所定の風速）で送風するようにファン４０を低速で回転させる（Ｓ２００Ｂ）。また、制御部５０は、Ｓ２３０で微細水放出素子３４の温度が第２温度に到達したと判定すると、微細水発生カートリッジ３０への通電を停止させて（Ｓ２４０Ｂ）、吸湿制御を終了する。このように、変形例の吸湿制御では、吸湿制御を開始する際にファン４０を低速で回転させ、吸湿制御を終了する際にファン４０を停止させずに低速で回転させたままとする。

　この変形例では、吸湿制御を開始する前にファン４０を高速で所定時間回転させることで、微細水放出素子３４の冷却を促すことができる。このため、吸湿制御を開始する際には微細水放出素子３４を吸湿状態の温度として、速やかに吸湿させることができる。また、微細水放出処理の開始直後に実行される吸湿制御においても、ファン４０を低速で回転させることで、微細水放出素子３４を第１温度から第２温度の間の温度に速やかに昇温させて、水粒子Ｗの結合を抑えた適切な吸湿を速やかに開始させることができる。

　なお、吸湿制御において微細水放出素子３４の温度が第２温度に到達した後、微細水放出素子３４は数秒から数十秒程度の時間で水分を吸着し得る。このため、吸湿制御が実施される第１時間（Ｓ１１０）の間に微細水放出素子３４の温度が第２温度に到達し、微細水放出素子３４に水分が吸着される場合には、吸湿制御と放湿制御の間に、冷却制御（Ｓ１４５）を設ける必要はない。

　実施形態では、第１～第４温度として予め定められた温度を用いたが、これに限られず、微細水放出装置１０や微細水発生カートリッジ３０の周囲の温度である環境温度に基づいて設定された温度を用いてもよい。図１３は、変形例の微細水放出装置１０Ｂの概略構成図である。この微細水放出装置１０Ｂは、微細水放出装置１０の周囲の温度である環境温度を検出する環境温度センサ５８を備える。制御部５０は、環境温度センサ５８により検出された環境温度に基づいて第１～第４温度を設定すればよい。例えば制御部５０は、環境温度センサ５８により検出された環境温度に２０℃～３０℃などの数十℃程度の温度（第１の所定温度）を加えて第１温度を設定し、第１温度に数℃～十℃程度の温度（第２の所定温度）を加えて第２温度を設定してもよい。また、制御部５０は、第２温度に十℃～十数℃程度の温度（第３の所定温度）を加えて第３温度を設定し、第３温度に数℃～十℃程度の温度（第４の所定温度）を加えて第４温度を設定してもよい。

　また、制御部５０は、環境温度センサ５８により検出された環境温度に基づいて、第１～第４温度を選択的に設定してもよい。例えば、制御部５０は、第１温度，第２温度，第３温度，第４温度として、環境温度が低い場合にそれぞれ温度１Ａ，温度２Ａ，温度３Ａ，温度４Ａを設定し、環境温度が高い場合にそれぞれ温度１Ｂ，温度２Ｂ，温度３Ｂ，温度４Ｂを設定する。各温度は、低い方から温度１Ａ，温度１Ｂ，温度２Ａ，温度２Ｂ，温度３Ａ，温度３Ｂ，温度４Ａ，温度４Ｂとし、予め定められて制御部５０のＲＯＭなどの記憶部に記憶されていればよい。また、制御部５０は、微細水放出処理の実行中に、環境温度の変化に応じて第１～第４温度の設定を変更してもよい。

　実施形態では、ファン４０が２段階に風速を変更するものを例示したが、これに限られず、３段階以上の複数段階に風速を変更してもよい。

　実施形態では、制御部５０は、吸湿制御において第２温度に到達した場合（第２温度以上の場合）に通電を終了したが、これに限らず、温度上昇を抑制するように通電量を低下させてもよい。また、制御部５０は、放湿制御において第４温度に到達した場合（第４温度以上の場合）に通電を終了したが、これに限られず、温度上昇を抑制するように通電量を低下させてもよい。

　実施形態では、基材３５への通電により微細水放出素子３４の温度を上昇させるもの即ちエネルギとして電気エネルギを供給するものを例示したが、これに限られず、熱源（供給部）からの熱エネルギを供給してもよいし、電気エネルギと熱エネルギとを両方供給してもよい。また、吸湿制御では第１エネルギを微細水放出素子３４に供給し、放湿制御では吸湿制御よりも温度を高くするような第２エネルギを微細水放出素子３４に供給すればよく、吸湿制御と放湿制御とで供給するエネルギの種類が異なっていてもよい。あるいは、吸湿制御では１の供給部から微細水放出素子３４に第１エネルギを供給し、放湿制御では２以上の供給部から微細水放出素子３４に第２エネルギを供給してもよい。

　実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態の微細水放出装置１０が本開示の「微細水放出装置」に相当し、微細水放出素子３４が「微細水放出素子」に相当し、制御部５０が「制御部」に相当する。内部温度センサ５７が「温度センサ」に相当する。ファン４０が「送風部」に相当する。なお、本実施形態では、微細水放出装置１０の動作を説明することにより本開示の微細水放出方法の一例も明らかにしている。

　以上説明したように、本開示の微細水放出装置（１０）は、基材（３５）と、前記基材（３５）に設けられた導電性高分子膜（３６）とを有し、空気中の水分を前記導電性高分子膜（３６）に吸着する吸湿状態と前記導電性高分子膜（３６）に吸着した水分を粒径が５０ナノメートル以下の微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水放出素子（３４）と、前記微細水放出素子（３４）にエネルギを供給する供給部（３８）と、前記微細水放出素子（３４）を前記吸湿状態とする第１エネルギを供給するように前記供給部（３８）を制御する吸湿制御と、前記微細水放出素子（３４）の温度を前記吸湿状態の温度より高くして前記微細水放出素子（３４）を前記放湿状態とする第２エネルギを供給するように前記供給部（３８）を制御する放湿制御と、を実行する制御部（５０）と、を備えることを要旨とする。

　また、前記微細水放出素子（３４）の温度を検出する温度センサ（５７）を備え、前記制御部（５０）は、前記吸湿制御では、前記微細水放出素子（３４）の温度が第１温度以下の場合に前記第１エネルギの供給を開始し、前記微細水放出素子（３４）の温度が前記第１温度より高い第２温度以上の場合に前記第１エネルギの供給を停止するように前記供給部（３８）を制御するものとしてもよい。こうすれば、吸湿制御において微細水放出素子の温度を適切な範囲に維持し、微細水放出素子の内部の水粒子の結合を適切に抑制することができる。

　また、前記制御部（５０）は、前記放湿制御では、前記微細水放出素子（３４）の温度が前記第２温度より高い第３温度以下の場合に前記第２エネルギの供給を開始し、前記微細水放出素子（３４）の温度が前記第３温度より高い第４温度以上の場合に前記第２エネルギの供給を停止するように前記供給部（３８）を制御するものとしてもよい。こうすれば、吸湿制御と放湿制御とにおける微細水放出素子の温度差によって、吸放湿を適切に切り替えることができる。また、微細水放出素子の過剰な温度上昇を抑えることができる。

　また、前記微細水放出素子（３４）を空気が流通するように送風する送風部（４０）を備え、前記制御部（５０）は、前記放湿制御では所定の風速で送風するように前記送風部（４０）を制御し、前記放湿制御から前記吸湿制御に切り替えた場合または前記吸湿制御に切り替える前に前記所定の風速よりも速い風速で送風するように前記送風部（４０）を制御するものとしてもよい。こうすれば、微細水放出素子の冷却を促すことができるから、放湿制御の後に微細水放出素子を速やかに吸湿状態に変化させることができる。

　また、環境温度を検出する環境温度センサ（５８）を備え、前記制御部（５０）は、前記環境温度に応じて前記第１エネルギを調節するものとしてもよい。

　また、環境温度を検出する環境温度センサ（５８）を備え、前記制御部（５０）は、前記環境温度に第１の所定温度を加えた温度に前記第１温度を設定し、前記第１温度に第２の所定温度を加えた温度に前記第２温度を設定するものとしてもよい。

　また、前記制御部（５０）は、前記第２温度に第３の所定温度を加えた温度に前記第３温度を設定し、前記第３温度に第４の所定温度を加えた温度に前記第４温度を設定するものとしてもよい。

　本明細書では、出願当初の請求項４において「請求項１または２に記載の微細水放出装置」を「請求項１ないし３のいずれか１項に記載の微細水放出装置」に変更した技術思想も開示されている。

　なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した本開示を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した本開示についての解釈はその欄の記載に基づいて行われるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した本開示の具体的な一例に過ぎないものである。

　以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

　本開示は、微細水放出素子から微細水の放出を行う技術分野などに利用可能である。

　１０，１０Ｂ　微細水放出装置、２０　ダクト、２１ａ　吸入口、２１ｂ　排出口、３０　微細水発生カートリッジ、３２　ケース、３４　微細水放出素子（微細水発生素子）、３５　基材、３６　導電性高分子膜、３６ａ　ＰＥＤＯＴ、３６ｂ　ＰＳＳ、３６ｃ　ナノチャンネル、３８　通電回路（供給部）、４０　ファン（送風部）、５０　制御部、５５　スタートスイッチ、５６　風量調節スイッチ、５７　内部温度センサ、５８　環境温度センサ、Ｗ　水粒子。

Claims

　基材と、前記基材に設けられた導電性高分子膜とを有し、空気中の水分を前記導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と前記導電性高分子膜に吸着した水分を粒径が５０ナノメートル以下の微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水放出素子と、
　前記微細水放出素子にエネルギを供給する供給部と、
　前記微細水放出素子を前記吸湿状態とする第１エネルギを供給するように前記供給部を制御する吸湿制御と、前記微細水放出素子の温度を前記吸湿状態の温度より高くして前記微細水放出素子を前記放湿状態とする第２エネルギを供給するように前記供給部を制御する放湿制御と、を実行する制御部と、
　を備える微細水放出装置。
　前記微細水放出素子の温度を検出する温度センサを備え、
　前記制御部は、前記吸湿制御では、前記微細水放出素子の温度が第１温度以下の場合に前記第１エネルギの供給を開始し、前記微細水放出素子の温度が前記第１温度より高い第２温度以上の場合に前記第１エネルギの供給を停止するように前記供給部を制御する、
　請求項１に記載の微細水放出装置。
　前記制御部は、前記放湿制御では、前記微細水放出素子の温度が前記第２温度より高い第３温度以下の場合に前記第２エネルギの供給を開始し、前記微細水放出素子の温度が前記第３温度より高い第４温度以上の場合に前記第２エネルギの供給を停止するように前記供給部を制御する、
　請求項２に記載の微細水放出装置。
　前記微細水放出素子を空気が流通するように送風する送風部を備え、
　前記制御部は、前記放湿制御では所定の風速で送風するように前記送風部を制御し、前記放湿制御から前記吸湿制御に切り替えた場合または前記吸湿制御に切り替える前に前記所定の風速よりも速い風速で送風するように前記送風部を制御する、
　請求項１または２に記載の微細水放出装置。
　環境温度を検出する環境温度センサを備え、
　前記制御部は、前記環境温度に応じて前記第１エネルギを調節する、
　請求項１に記載の微細水放出装置。
　環境温度を検出する環境温度センサを備え、
　前記制御部は、前記環境温度に第１の所定温度を加えた温度に前記第１温度を設定し、前記第１温度に第２の所定温度を加えた温度に前記第２温度を設定する、
　請求項２に記載の微細水放出装置。
　前記制御部は、前記第２温度に第３の所定温度を加えた温度に前記第３温度を設定し、前記第３温度に第４の所定温度を加えた温度に前記第４温度を設定する、
　請求項３に記載の微細水放出装置。
　基材と、前記基材に設けられた導電性高分子膜とを有し、空気中の水分を前記導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と前記導電性高分子膜に吸着した水分を粒径が５０ナノメートル以下の微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水放出素子から微細水を放出させる微細水放出方法であって、
　前記微細水放出素子を前記吸湿状態とする第１エネルギを供給するように供給部を制御する吸湿制御ステップと、
　前記微細水放出素子の温度を前記吸湿状態の温度より高くして前記微細水放出素子を前記放湿状態とする第２エネルギを供給するように前記供給部を制御する放湿制御ステップと、
　を含む微細水放出方法。
　前記吸湿制御ステップでは、温度センサにより検出される前記微細水放出素子の温度が第１温度以下の場合に前記第１エネルギの供給を開始し、前記微細水放出素子の温度が前記第１温度より高い第２温度以上の場合に前記第１エネルギの供給を停止するように前記供給部を制御する、
　請求項８に記載の微細水放出方法。
　前記放湿制御ステップでは、前記微細水放出素子の温度が前記第２温度より高い第３温度以下の場合に前記第２エネルギの供給を開始し、前記微細水放出素子の温度が前記第３温度より高い第４温度以上の場合に前記第２エネルギの供給を停止するように前記供給部を制御する、
　請求項９に記載の微細水放出方法。
　前記放湿制御ステップでは、前記微細水放出素子を空気が流通するように送風する送風部が所定の風速で送風するように前記送風部を制御し、
　前記放湿制御ステップから前記吸湿制御ステップに切り替えた場合または前記吸湿制御ステップに切り替える前に前記所定の風速よりも速い風速で送風するように前記送風部を制御する、
　請求項８または９に記載の微細水放出方法。
　前記吸湿制御ステップでは、環境温度センサにより検出される環境温度に応じて前記第１エネルギを調節する、
　請求項８に記載の微細水放出方法。
　前記吸湿制御ステップでは、環境温度センサにより検出される環境温度に第１の所定温度を加えた温度に前記第１温度を設定し、前記第１温度に第２の所定温度を加えた温度に前記第２温度を設定する、
　請求項９に記載の微細水放出方法。
　前記放湿制御ステップでは、前記第２温度に第３の所定温度を加えた温度に前記第３温度を設定し、前記第３温度に第４の所定温度を加えた温度に前記第４温度を設定する、
　請求項１０に記載の微細水放出方法。