JP2014176833A - 静電噴霧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スプレー電極と基準電極との間の電場強度が高い静電噴霧装置を提供する。
【解決手段】静電噴霧装置１００は、先端から物質を噴霧するスプレー電極４と、スプレー電極４との間で電圧が印加される基準電極５と、スプレー電極４および基準電極５に近接する誘電体１０に設けられる導電体６と、を備え、導電体６は、スプレー電極４と基準電極５との間に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電噴霧装置に関する。

従来、容器内の液体をノズルから噴射する噴霧装置が幅広い分野に適用されている。この種の噴霧装置として、電気流体力学（ＥＨＤ：Electro Hydrodynamics）により液体を霧化して噴霧する静電噴霧装置が知られている。この静電噴霧装置は、ノズルの先端近傍に電場を形成し、その電場を利用してノズルの先端の液体を霧化して噴射するものである。そのような静電噴霧装置を開示する文献として、特許文献１に係る技術が知られている。

特許文献１の静電噴霧装置では、当該装置の一面にスプレー電極および基準電極が配設されており、スプレー電極および基準電極は、それぞれ異なる開口内に配置されている。

国際公開公報２００７／０７７４２４（２００７年１２月７日公開）

しかしながら、特許文献１の静電噴霧装置には次のような点で改善の余地がある。

つまり、特許文献１の静電噴霧装置には、スプレー電極と基準電極との間の電場強度をさらに高める余地が残されていることを本願発明者らは見出した。そのことを以下に説明する。

本発明者らは、特許文献１の静電噴霧装置における、スプレー電極から基準電極までの電圧プロファイルを解析した。図１１の上側は、従来の静電噴霧装置２００のスプレー電極および基準電極回りの要部を示す。図示するように、装置表面を形成する誘電体の表面２０１に開口２０２・２０３が形成され、開口２０２にスプレー電極２０４が、開口２０３に基準電極２０５が配置されている。

図１１の下側は、静電噴霧装置２００の電圧プロファイルを示す。この電圧プロファイルにおいて、横軸は、スプレー電極２０４から基準電極２０５に至るまでの位置を示し、縦軸は、横軸に示す位置における、基準電極２０５を基準とした電圧を示す。また、図１１中の（１）は、開口２０２におけるスプレー電極２０４の周囲の電場強度を決定する電圧勾配であり、（２）は誘電体の誘電特性に依存する電圧勾配であり、（３）は、開口２０３における基準電極２０５の周囲の電場強度を決定する電圧勾配である。

図１１に示すように、誘電体には、誘電体の誘電特性に依存する電圧勾配（２）が存在し、その電圧勾配によってスプレー電極２０４と基準電極２０５との間の電圧が低下する。そして、電圧勾配（２）によってスプレー電極２０４と基準電極２０５との間の電場強度が低下し、スプレー電極２０４からの液体の噴霧特性が影響を受ける。

さらに、電圧勾配（２）が存在することにより、スプレー電極２０４と基準電極２０５との間に印加される電圧が高くなり、このことが装置寿命を短くする要因になりうる。

上記問題に鑑み、本発明の目的は、スプレー電極と基準電極との間の電場強度が高い静電噴霧装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記の課題を解決するために、
電場を利用して物質を噴霧する静電噴霧装置であって、
先端から物質を噴霧する第１電極と、
上記第１電極との間で電圧が印加される第２電極と、
上記第１電極および上記第２電極に近接する誘電体に設けられる導電部と、を備え、
上記導電部は、上記第１電極と上記第２電極との間に位置することを特徴としている。

静電噴霧装置では、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されることで、第１電極と第２電極との間に電場が形成される。このとき、第１電極は正に帯電し、第２電極は負に帯電する（その逆でもよい）。これにより、第１電極は正帯電した物質を噴霧する。また、第２電極は電極近傍の空気をイオン化して負帯電させる。負帯電した空気は、電極間に形成された電場と負帯電された空気粒子間の反発力とによって第２電極から遠ざかる動きをする。この動きが空気の流れ（以下、イオン流と称する場合もある）を生み、このイオン流によって正帯電した物質が静電噴霧装置から離れる方向へと噴霧される。

このとき、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記導電部が、上記第１電極と上記第２電極との間に位置する。これにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記第１電極と上記第２電極との間の電場強度を高めることができ、従来の静電噴霧装置と比べて、第１電極から噴霧される物質の噴霧状態を良好に保つことができる。

さらに、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記構成を備えることにより、従来の静電噴霧装置と比べて、上記第１電極と上記第２電極との間に印加される電圧を低くすることができる。これにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、消費電力を抑えることができ、ユーザの利便性を高めることができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、
上記第１電極および上記第２電極はそれぞれ、装置表面に形成された第１開口部および第２開口部の内部に配置されており、
上記導電部は、さらに、上記第１開口部および上記第２開口部の少なくとも一方の周囲にわたって設けられている構成であってもよい。

本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記構成を備えることにより、さらに上記第１電極と上記第２電極との間の電場を強くすることができ、第１電極における物質の噴霧状態をさらに良好に保つことができる。

上記導電部は、上記静電噴霧装置の表面に露出している構成であってもよい。

本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記構成を備えることにより、導電部が誘電体の内部に含まれている場合に比べて、上記第１電極と上記第２電極との間の電場をさらに強くすることができる。これにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、第１電極における物質の噴霧状態をさらに良好に保つことができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、
上記第２電極における電流値を制御する電流制御手段と、
上記電流制御手段により制御された電流値に基づいて、上記第１電極と上記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備える構成であってもよい。

本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、電圧印加手段が、電流制御手段により制御された電流値に基づいて、上記第１電極と上記第２電極との間に電圧を印加する。つまり、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、第２電極における電流値が制御されることで、第１電極と第２電極との間に印加される電圧値を安定させ、その結果、第１電極と第２電極との間の電場強度を安定させることができる。それにより、第１電極における物質の噴霧状態をさらに良好に保つことができる。

上述のように、本発明の静電噴霧装置は、
先端から物質を噴霧する第１電極と、
上記第１電極との間で電圧が印加される第２電極と、
上記第１電極および上記第２電極に近接する誘電体に設けられる導電部と、を備え、
上記導電部は、上記第１電極と上記第２電極との間に位置する構成である。

それゆえ、本発明の静電噴霧装置は、第１電極と第２電極との間の電場強度を高くすることができる。

本発明に係る静電噴霧装置の外観図である。 本発明に係る静電噴霧装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の変形例に係る静電噴霧装置を説明するための図である。 本発明に係る電源装置の構成図の一例を示す図である。 本発明に係る静電噴霧装置に係るスプレー電極と基準電極との間の電圧勾配を示すグラフを示す。 本発明の変形例に係る静電噴霧装置を示す側面図である。 本発明との比較用の静電噴霧装置を示す側面図である。 噴霧を行った期間と噴霧量との関係を示すグラフであり、（ａ）および（ｂ）は本発明に係る静電噴霧装置の噴霧試験結果を示すグラフであり、（ｃ）および（ｄ）は本発明との比較用の静電噴霧装置の噴霧試験結果を示すグラフである。 （ａ）は本発明に係る静電噴霧装置におけるスプレー電極と基準電極との間の印加電圧を示し、（ｂ）は本発明との比較用の静電噴霧装置におけるスプレー電極と基準電極との間の印加電圧を示す。 （ａ）および（ｂ）は本発明に係る静電噴霧装置が液体を噴霧する状態を示す図であり、（ｃ）および（ｄ）は本発明と比較用の静電噴霧装置が液体を噴霧する状態を示す図である。 従来の静電噴霧装置の電圧プロファイルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０に基づいて説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。各図面において、同一の部品には同一の符号を付し、それらの名称および機能も同じである。

〔静電噴霧装置１００の要部構成について〕
本発明に係る静電噴霧装置１００は、芳香油、農産物用化学物質、医薬品、農薬、殺虫剤、空気清浄化薬剤等の噴霧に用いられる装置である。

図１は、静電噴霧装置１００の外観図である。図示するように、静電噴霧装置１００は、直方形状である。その装置の一面に、スプレー電極（第１電極）４および基準電極（第２電極）５が配設されている。スプレー電極４は、基準電極５の近傍に位置する。また、スプレー電極４を取り囲むように環状の開口（第１開口部）２が、基準電極５を取り囲むように環状の開口（第２開口部）３が、それぞれ形成されている。スプレー電極４と基準電極５との間には電圧が印加され、それによりスプレー電極４と基準電極５との間に電場が形成される。スプレー電極４からは正帯電した液滴が噴霧される。基準電極５は、電極近傍の空気をイオン化して負帯電させる。そして、負帯電した空気は、電極間に形成された電場と負帯電された空気粒子間の反発力とによって基準電極５から遠ざかる動きをする。この動きが空気の流れ（以下、イオン流と称する場合もある）を生み、このイオン流によって正帯電した液滴が静電噴霧装置１００から離れる方向へと噴霧される。

装置表面は、誘電体１０により形成されるとともに、開口２と開口３との間に、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度を高める導電体（導電部）６を有する。図１では、導電体６は、開口２・３の外縁に接するように設けられている。

図２は、静電噴霧装置１００の要部構成を示す断面図である。図２のように、静電噴霧装置１００は、スプレー電極４と、基準電極５と、導電体６と、電源装置７と、誘電体１０とを備えている。

静電噴霧装置１００では、スプレー電極４は、誘電体１０の内部のスプレー電極取付部８において支持され、基準電極５は誘電体１０の内部の基準電極取付部９において支持されている。誘電体１０を構成する材料は、誘電体であれば特に限定されないが、例えば、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６、ポリプロピレン、またはポリアセチル−ポリテトラフルオロエチレン混合物などが挙げられる。

開口２は、スプレー電極４を収容するための空間であり、スプレー電極４が収容できればその大きさは特に限定されない。一例として、直径が２ｍｍ以上、１２ｍｍ以下とすることができ、深さを３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下とすることができる。また、開口２は、装置表面における形状を円柱状、楕円状等とすることができる。

開口３は、基準電極５を収容するための空間であり、基準電極５が収容できればその大きさは特に限定されない。一例として、直径が２ｍｍ以上、１２ｍｍ以下とすることができ、深さを３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下とすることができる。また、開口３は、装置表面における形状を円柱状、楕円状等とすることができる。

スプレー電極４は、金属性キャピラリー（例えば、３０４型ステンレス鋼など）等の導電性導管によって構成されている。スプレー電極４は、電源装置７を介して基準電極５と接続される。スプレー電極４の先端部からは噴霧物質が噴霧される。スプレー電極４は先端部に向かうほど先端が細く、尖った形状である。そして、その尖状形状により噴霧物質の噴霧方向が規定される。

基準電極５は、金属ピン（例えば、３０４型スチールピンなど）等の導電性ロッドからなる。スプレー電極４および基準電極５は、一定の間隔を空けて離間し、互いに平行に配置されている。また、スプレー電極４および基準電極５は、例えば、互いに８ｍｍの間隔を空けて配置されている。

導電体６は、開口２と開口３との間、より具体的には、スプレー電極４と基準電極５との誘電体１０に設けられている。なお、導電体６は、開口２および開口３の少なくとも一方の周囲にわたる装置表面上に設けられていてもよく、この構成については後述する。

導電体６は、その材料は特に限定されず、銅、アルミニウム、銀、金、導電性液体、樹脂、グラファイトなど抵抗率が１０^５Ω/square以下のものであればよい。導電体６は、導電体の厚みは特に限定されないが、一例として、０．０５μｍ以上、１０μｍ以下とすることができる。導電体６を静電噴霧装置の装置表面に形成する方法としては、コーティング、プリント、蒸着、塗装などの手法を用いればよく、これにより装置表面に導電性表面を形成する。

なお、導電体６は、必ずしも装置表面に露出している必要はない。つまり、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度を高める機能を発揮するのであれば、誘電体６は、誘電体１０の内部に含まれてもよい。例えば、静電噴霧装置１００は、導電体６の上面に薄い誘電体のフィルムを張り、導電体６が外部に露出しない構成で実現されてもよい。あるいは別の構成として、導電体６は、スプレー電極４と基準電極５との間の誘電体１０表面に形成された溝または穴の内部に設けられ、ユーザが導電体６に接触する機会が軽減されるように配置が工夫されていてもよい。

ここで、本実施形態の変形例に係る静電噴霧装置１１０を図３により説明する。図３は、静電噴霧装置１１０を説明するための概略図である。

静電噴霧装置１００と静電噴霧装置１１０とを比較して説明すると、図２の静電噴霧装置１００では、開口２・３の周囲において誘電体１０の表面１の高さは略同一に揃えられている。そのうえで、導電体６が誘電体１０の表面に設けられている。これにより、導電体６を設けた領域の装置高さは、導電体６を設けていない領域の表面高さよりも僅かに高くなる。

一方、図３の静電噴霧装置１１０では、導電体６ａが設けられる誘電体１０の表面は他の領域よりも装置の表面高さが低く設計されており、その領域に導電体６ａを設けることで装置の表面高さを略同一に揃えている。

このように、誘電体１０に導電体６を設ける構成、方法は様々に変更することができる。

〔電源装置７について〕
電源装置７は、スプレー電極４と基準電極５との間に高電圧を印加する。例えば、電源装置７は、スプレー電極４と基準電極５との間に１〜３０ｋＶの間の高電圧（例えば、３〜７ｋＶ）を印加する。高電圧が印加されると電極間に電場が形成され、誘電体１０の内部に電気双極子が生じる。このとき、スプレー電極４は正に帯電し、基準電極５は負に帯電する（その逆でもよい）。そして、負の双極子が正のスプレー電極４に最も近い誘電体の表面１に生じ、正の双極子が負の基準電極５に最も近い誘電体の表面１に生じ、帯電したガスおよび物質種が、スプレー電極４および基準電極５によって放出される。ここで、上述したように、基準電極５において生成される電荷は、噴霧物質の極性とは逆の極性の電荷である。したがって、噴霧物質の電荷は、基準電極５において生成される電荷によって平衡化される。それゆえ、静電噴霧装置１００は、電荷平衡の原理に基づき、電流のフィードバック制御によって、噴霧の安定性を図ることができる。その詳細については〔電源装置７について〕の項目にて後述する。

図４は、図２の電源装置７の構成図の一例を示している。電源装置７は、電源２１と、高電圧発生装置（電圧印加手段）２２と、好ましい形態として、スプレー電極４および基準電極５の電流における出力電圧を監視する監視回路２３と、基準電極５の電流値を所定の値（または所定の範囲）に制御した状態で高電圧発生装置２２の出力電圧が所望の値となるように高電圧発生装置２２を制御する制御回路（電流制御手段）２４とを備える。様々な用途に対応するために、制御回路２４はマイクロプロセッサ２４１を備え、そのマイクロプロセッサ２４１は、他のフィードバック情報２５に基づいて、出力電圧およびスプレー時間をさらに調整できるように設計されていてもよい。フィードバック情報２５には、環境条件（気温、湿度、および／または、大気圧）、液体の内容物に関する情報、ユーザによる任意の設定などが含まれる。温度センサ２５１、湿度センサ２５２、圧力センサ２５３からの情報および液体の内容物に関する情報２５４はマイクロプロセッサ２４１に送信される。

電源２１は周知の電源を用いることができ、主電源または１つ以上のバッテリーを含む。この電源２１は、低電圧電源、直流（ＤＣ）電源が好ましく、例えば、１つ以上のボルタ電池を組み合わせて１つの電池を構成する。好適な電池には単３電池、単１電池が含まれる。電池の個数は、必要な電圧レベルと電源の消費電力とによって決まる。

高電圧発生装置２２は、発振器２２１と、変圧器２２２と、コンバータ回路２２３とを備える。発振器２２１は直流を交流に変換し、変圧器２２２は交流で駆動する。この変圧器２２２にコンバータ回路２２３が接続される。通常、コンバータ回路２２３は、チャージポンプと整流回路とを備える。コンバータ回路２２３は、所望の電圧を生成し、交流を直流に変換する。典型的なコンバータ回路は、コックロフト・ウォルトン回路である。

監視回路２３は、電流フィードバック回路２３１を備え、用途によっては、電圧フィードバック回路２３２を備えてもよい。電流フィードバック回路２３１は、基準電極５の電流値を測定する。静電噴霧装置１００は電荷平衡されるため、基準電極５の電流値を測定し、参照することにより、スプレー電極４の先端部での電流を正確に監視することができる。この方法によれば、高価で、複雑で、混乱を生じさせる測定手段をスプレー電極４の先端部に設ける必要はなく、また、測定電流に対する放電（コロナ）電流の寄与を推定する必要もない。電流フィードバック回路２３１は、例えば変流器などの従来のいかなる電流測定装置を含んでもよい。

好ましい実施形態において、基準電極５における電流は、基準電極５と直列に接続されたセットレジスタ（フィードバック抵抗器）における電圧を測定することにより測定される。ある実施形態において、セットレジスタにおける測定電圧は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を用いて読み取られる。なお、一般的に、アナログ・デジタル変換器は、マイクロプロセッサの一部である。アナログ・デジタル変換器を備えた好適なマイクロプロセッサは、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社製のＰＩＣ１６Ｆ１８＊＊ファミリー製品のマイクロプロセッサである。デジタル情報は、制御回路２４に出力を供給するためにマイクロプロセッサにより処理される。

好ましい実施形態において、セットレジスタで測定された電圧は、比較器を用いて、所定の一定基準の電圧値と比較される。比較器は、極めて低い電流（一般に、ナノアンペアかそれ以下）しか必要とせず、かつ、応答速度が速い。多くの場合、マイクロプロセッサ２４１には、その目的のために比較器が組み込まれている。例えば、上述したマイクロチップファミリーのＰＩＣ１６Ｆ１８２４は、入力電流値が極めて低く、かつ一定の基準電圧を有する好適な比較器を提供する。比較器に入力される基準電圧値は、このマイクロプロセッサ２４１に含まれるＤ／Ａ変換器を用いて設定され、選択可能な基準電圧値が用意されている。通常動作では、この回路は、基準電圧の大きさおよびフィードバック抵抗器によって決定される要求値よりも測定電流が高いか低いかを検出することができ、その情報を制御回路２４に供給する。

正確な電圧値が要求される用途において、監視回路２３はまた、電圧フィードバック回路２３２を備え、スプレー電極４に印加される電圧を測定する。一般に、印加電圧は、２つの電極を接続する分圧器を形成する２つの抵抗器の接合部における電圧を測定することによって直接監視される。あるいは、印加電圧は、同様の分圧器の原理を用いて、コックロフト・ウォルトン回路内のノードで生成される電圧を測定することによって監視される。同様に、電流フィードバックに関して、フィードバック情報は、Ａ／Ｄ交換器を介して、あるいは、比較器を用いてフィードバック信号を基準電圧値と比較することによって、処理される。

制御回路２４は、監視回路２３から基準電極５の電流値を示す情報を取得し、基準電極５の電流値と所定の電流値（例えば、０．８６７μＡ）とを比較する。そして、制御回路２４は、基準電極５の電流値が所定の電流値でなければ、所定の電流値となるように基準電極５の電流値を制御する。そして、制御回路２４は、基準電極５の電流値を所定の電流値に制御したうえで、発振器２２１の振幅の大きさ、周波数、またはデューティーサイクル、電圧のオンーオフ時間（あるいは、これらの組み合わせ）を制御することによって、高電圧発生装置２２の出力電圧を制御する。なお、電源装置７のユニットごとの製造誤差、もしくは電流値の測定誤差などを考慮して、制御回路２４は、基準電極５の電流値を、「所定の電流値」ではなく、一定の幅を有する「所定の範囲」に収まるように制御してもよい。このように、電流を制御することにより、電場を安定化することができるという効果が得られる。上記「所定の範囲」としては、０．８〜１．０μＡの範囲が挙げられる。

大気温度、湿度、大気圧、噴霧物質の液体量などに基づいて電圧またはデューティーサイクル／スプレー間隔を補償する必要から、マイクロプロセッサ２４１に他の入力（フィードバック情報２５）が入力されてもよい。その情報は、アナログ情報またはデジタル情報として与えられ、マイクロプロセッサ２４１により処理される。マイクロプロセッサ２４１は、入力情報に基づいて、スプレー間隔、スプレーをオンにする時間、または印加電圧の何れかを変更することよってスプレーの品質および安定性を高めるための補償を行うことができる。

一例として、電源装置７は、温度補償のために使用されるサーミスタなどの温度検知素子を備える。ある実施形態において、電源装置７は、温度検知素子により検知された温度の変化に従ってスプレー間隔を変化させる。スプレー間隔は、電源のオン、オフ時間の総計である。例えば、電源がスプレーを３５秒間オンとし（その間、電源はスプレー電極４と基準電極５との間に高電圧を印加する）、１４５秒間オフとする（その間、電源はスプレー電極４と基準電極５との間に高電圧を印加しない）周期的なスプレー間隔の場合、そのスプレー間隔は３５＋１４５＝１８０秒である。スプレー間隔は、電源のマイクロプロセッサ２４１に内蔵されたソフトウエアにより変更することができ、温度が上昇すると設定点から増加し、温度が低下すると設定点から減少する。スプレー間隔の増加および短縮は、噴霧される物質の特性によって定まる所定の指標に従うことが好ましい。便宜上、スプレー間隔の補償変化量は、スプレー間隔が０〜６０℃（例えば、１０〜４５℃）の間でのみ変化するよう制限されていてもよい。そのため、温度検知素子によって記録された極端な温度は誤りとみなされ、考慮されず、高温および低温に対しては、最適ではないものの容認し得るスプレー間隔が設定される。あるいは、スプレー間隔のオン、オフ間隔は、スプレー間隔を一定にするように調整され、気温が上下したときにスプレー間隔内でスプレー時間を増減させてもよい。

なお、電源装置７は、噴霧される物質の特性を検出し、当該物質の特性を示す特性情報を生成する検査回路をさらに備えてもよい。検査回路が生成した特性情報は、制御回路２４に供給される。制御回路２４は、この特性情報を用いて、少なくとも１つの電圧制御信号を補償する。上記電圧制御信号とは、周囲の環境条件（例えば、温度、湿度および／または大気圧、および／または噴霧量）の検出結果に基づいて生成された信号であり、出力電圧またはスプレー時間を調整するための信号である。

以上、電流フィードバック制御を行う電源装置７の内部構成について説明した。しかしながら、上記説明は電源装置７の一例であって、電源装置７は、上記の機能を有するのであれば、他の構成により実現されてもよい。なお、本発明に係る静電噴霧装置では、電流フィードバック制御を行わない電源装置を用いてもよい。

〔導電体６について〕
静電噴霧装置１００は、スプレー電極４と基準電極５との間に導電体６を有する。図１では、導電体６は、開口２および開口３の縁に接しているが、必ずしも開口２および開口３の縁に接している必要はなく、開口２および開口３の縁から離間して設けられていてもよい。

図１の横方向における導電体６の幅、すなわち、スプレー電極４と基準電極５とを結ぶ方向における導電体６の幅は、一例として、０．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下とすることができる。また、図１の縦方向（上記横方向に垂直な方向）における導電体６長さは、一例として、２ｍｍ以上、８ｍｍ以下とすることができる。

静電噴霧装置１００に係る電圧プロファイルを図５に示す。図５は、静電噴霧装置１００に係るスプレー電極４と基準電極５との間の電圧勾配を示すグラフを示す。開口２と開口３との間には導電体６が設けられ、このとき、（２）で示す導電体６での電圧勾配はゼロとなり、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度を高めることができる。さらに、図１１の従来の静電噴霧装置における電圧プロファイルと比較しても分かるように、静電噴霧装置１００では、導電体６を設けることにより、スプレー電極４と基準電極５との間の電圧（電位差）は小さくなる。つまり、静電噴霧装置１００は、従来の静電噴霧装置と比較して、スプレー電極４と基準電極５との間の電圧を低くし、同時に、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度を高めている。これにより、静電噴霧装置１００は、従来の静電噴霧装置よりも好適な噴霧状態を実現することができる。しかも、スプレー電極４と基準電極５との間の電圧が低くなることから、静電噴霧装置１００は、装置寿命を延ばすことができる。

導電体６は、スプレー電極４と基準電極５の間に設けられていることが好ましい。ただし、導電体６が、スプレー電極４と基準電極５とを結ぶ軸線を基準として所定の範囲内に設けられる場合も本実施の形態に含まれる。ここで、「所定の範囲」とは、本実施の形態に含まれる種々の静電噴霧装置に対して共通に定まるものではなく、スプレー電極４と基準電極５との間の距離、スプレー電極４と基準電極５との間に印加される電圧等に応じて定まるものであり、静電噴霧装置ごとに変化する範囲と言える。したがって、「所定の範囲」は、本実施の形態に係る静電噴霧装置ごとに規定される。なお、導電体６が存在しない場合と比べてスプレー電極４と基準電極５との間の電場強度が強くなる導電体６の位置を、所定の範囲と規定することもできる。

次に、導電体６の他の構成について図６を用いて説明する。

図６は、本実施の形態の変形例である静電噴霧装置１２０を示す側面図である。静電噴霧装置１２０では、開口２および開口３の周囲にわたり装置表面全体に導電体６ｂが設けられている。これにより、静電噴霧装置１２０は、静電噴霧装置１００と比べて、スプレー電極４と基準電極５との間の電場をさらに強くすることができ、より好ましい噴霧状態を実現することができる。さらに、静電噴霧装置１２０では、開口２および開口３の周囲にわたり装置表面全体に導電体６ｂを設けることにより消費電力が低減される。

なお、開口２および開口３の周囲にわたり装置表面全体に導電体６ｂを設ける構成以外にも、例えば、開口２および開口３の少なくとも一方の周囲にわたり装置表面全体に導電体６ｂを設ける構成であってもよい。この場合にも、従来の静電噴霧装置と比べて、スプレー電極４と基準電極５との間の電場を強くすることができ、かつ、消費電力を抑えることができる。

図７は、本発明との比較用の静電噴霧装置２１０を示す側面図である。静電噴霧装置２１０は、装置表面に２つの導電体２０６が設けられている。しかしながら、当該２つの導電体２０６は、スプレー電極４と基準電極５とを結ぶ線分から離れた位置に位置する。言い換えると、２つの導電体２０６は、スプレー電極４と基準電極５とを結ぶ軸線を基準として所定の範囲外に設けられている。

確認の結果、静電噴霧装置１２０においては、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度は従来の静電噴霧装置と比べてさほど高くはならず、静電噴霧装置１００と同様の効果は得られなかった。

このことから、導電体６は、スプレー電極４と基準電極５とを結ぶ線分を基準として所定の範囲内に設けられている必要があり、それにより、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度を高めることができる。

〔運転開始後の噴霧安定性について〕
静電噴霧装置１００では、運転が開始すると、スプレー電極４と基準電極５との間に電圧が印加され、スプレー電極４の先端部に電場が形成される。電場が形成され、静電気力がある一定の強さを超えると、スプレー電極４の先端部から液滴が噴霧される。良好な噴霧状態では、スプレー電極４の先端部から噴霧される液体は円錐状であるテイラーコーンとなる。スプレー電極４の先端部に形成される円錐形の液体は一般的にテイラーコーンと呼ばれ、スプレー電極４の先端部側への液体の表面張力と電場による静電気力とが釣り合うことにより形成される。スプレー電極４から噴霧される液体がテイラーコーン状のときは、噴霧が安定していると言える。つまり、噴霧の安定性を実現するには、ある程度の電場強度が必要となる。

ここで、スプレー電極４と基準電極５との間に形成される電場の強度に影響を与える要因として、誘電体１０が考えられる。誘電体１０は、スプレー電極４と基準電極５との間に電圧が印加されると、スプレー電極４および基準電極５において生成される正負の電荷によりチャージされる。この誘電体１０にチャージされた電荷がスプレー電極４と基準電極５との間に形成される電場に影響を与え、静電噴霧装置１００の噴霧安定性に影響を及ぼしうることを本願発明者らは見出した。従来の静電噴霧装置においては、特に運転開始直後の期間に所望の噴霧量が得られない場合が考えられ、噴霧安定性に改善の余地があるとも言える。

この点、本発明者らは、本実施の形態に係る静電噴霧装置は運転開始直後の噴霧安定性にも優れていることを見出した。このことを、以下に説明する。

本発明に係る静電噴霧装置１００（図１）・１２０（図６）、比較用の静電噴霧装置２１０（図７）・２００（図１１）に対し、２０日以上にわたる噴霧試験を行った。噴霧試験では導電率が２８０μＳ/ｍの液体が用いられ、噴霧試験は、温度が２５〜２７℃、相対湿度が７０〜８０％の条件下にて行った。なお、以下の説明では、０．４ｇ／日を上回る噴霧量を実現するまでの期間をスタートアップ期間と称している。

図８は、噴霧を行った期間と噴霧量との関係を示すグラフであり、図８（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ静電噴霧装置１００、１２０、２１０、２００の結果を示す。各グラフでは、左側の縦軸が平均の噴霧量（ｇ／日）、右側の縦軸が標準偏差の２倍に係る結果（２σ（％））、横軸が経過日数を示す。

まず、図８（ａ）に示すように、静電噴霧装置１００は、試験開始から０．５ｇ／日以上の噴霧量を実現しており、噴霧安定性の基準とする０．４ｇ／日を上回っている。つまり、静電噴霧装置１００にはスタートアップ期間が認められなかった。

次に、図８（ｂ）に示すように、静電噴霧装置１２０は、試験開始から０．６ｇ／日以上の噴霧量を実現しており、静電噴霧装置１００と同様にスタートアップ期間が認められなかった。さらに、静電噴霧装置１２０は、静電噴霧装置１００と比べると、運転開始直後の噴霧量が約０．７ｇ／日であり、運転開始直後からスプレー電極４と基準電極５との間に形成される電場の強度が高い状態にあると考えられる。

次に、図８（ｃ）に示すように、静電噴霧装置２１０は、１７．５日運転後においても平均の噴霧量は約０．３ｇ／日であり、噴霧安定性の基準とする０．４ｇ／日を上回ることができなかった。つまり、静電噴霧装置２１０を用いた場合にはスタートアップ期間は長期に及ぶ。このことから、導電体６は、スプレー電極４と基準電極５とを結ぶ線分を基準として所定の範囲内に設けられていることが好ましいことが示される。

最後に、図８（ｄ）に示すように、静電噴霧装置２００では、噴霧安定性の基準とする０．４ｇ／日を上回るまでに３３日要しており、スタートアップ期間が長期に及んでいることが分かる。

以上の結果から、本実施の形態に係る静電噴霧装置１００、１２０は、運転開始直後から噴霧の安定性を高めることも可能であり、そのことを図８の結果から示される。

次に、図８の噴霧試験に用いた静電噴霧装置１００および静電噴霧装置２００における、スプレー電極と基準電極との間に印加された電圧を図９に示す。図９（ａ）は、静電噴霧装置１００におけるスプレー電極と基準電極との間の印加電圧を示し、図９（ｂ）は、静電噴霧装置２００におけるスプレー電極と基準電極との間の印加電圧を示す。それぞれの図において、縦軸は出力電圧（ｋＶ）を、横軸は経過日数（日）を示す。

上述するように、静電噴霧装置１００では、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度が高くなり、それにより、スプレー電極４と基準電極５との間に印加される電圧は静電噴霧装置２００と比べて低い。具体的には、静電噴霧装置１００の１４日間の噴霧における印加電圧の平均値は４．６ｋＶであり、静電噴霧装置２００の１４日間の噴霧における印加電圧の平均値は５．３ｋＶであった。

つまり、静電噴霧装置１００を用いることで、スプレー電極４と基準電極５との間に印加される電圧を低くすることができる。これにより、バッテリーの長寿命化を図り、高電圧印加による電極の摩耗を抑制することができるため、利便性の高い装置をユーザへ提供することができる。

図１０はスプレー電極４の先端に形成されるテイラーコーン、および、液体が噴霧される様子を示す図であり、図１０（ａ）〜（ｄ）は、静電噴霧装置１００・１２０・２１０・２００にそれぞれ対応している（部材番号６１・２６１はスプレー電極４の先端部を、部材番号６２・２６２は噴霧状態の液体を示す）。

静電噴霧装置１００、１２０では、導電体６が上記所定の範囲内に設けられることから、スプレー電極４と基準電極５との間の電場強度が高くなる。これにより、静電噴霧装置１００、１２０は、液体６２を強い勢いで噴霧でき、そのことが噴霧安定性を高めることにつながる。

一方、静電噴霧装置２１０、２００は、静電噴霧装置１００、１２０ほどに液体を強い勢いで噴霧していない。この目視確認からも、静電噴霧装置１００、１２０によって噴霧の安定性が高まることが示される。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、芳香油、農産物用化学物質、医薬品、農薬、殺虫剤、空気清浄化薬剤等の噴霧する静電噴霧装置に利用することができる。

１ 誘電体の表面
２ 開口（第１開口部）
３ 開口（第２開口部）
４ スプレー電極（第１電極）
５ 基準電極（第２電極）
６・６ａ・６ｂ 導電体（導電部）
７ 電源装置
８ スプレー電極取付部
９ 基準電極取付部
１０ 誘電体
２１ 電源
２２ 高電圧発生装置（電圧印加手段）
２３ 監視回路
２４ 制御回路（電流制御手段）
２５ フィードバック情報
１００・１２０ 静電噴霧装置

Claims (4)

1. 電場を利用して物質を噴霧する静電噴霧装置であって、
   先端から物質を噴霧する第１電極と、
   上記第１電極との間で電圧が印加される第２電極と、
   上記第１電極および上記第２電極に近接する誘電体に設けられる導電部と、を備え、
   上記導電部は、上記第１電極と上記第２電極との間に位置することを特徴とする静電噴霧装置。
2. 上記第１電極および上記第２電極はそれぞれ、装置表面に形成された第１開口部および第２開口部の内部に配置されており、
   上記導電部は、さらに、上記第１開口部および上記第２開口部の少なくとも一方の周囲にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電噴霧装置。
3. 上記導電部は、上記静電噴霧装置の表面に露出していることを特徴とする請求項１または２に記載の静電噴霧装置。
4. 上記第２電極における電流値を制御する電流制御手段と、
   上記電流制御手段により制御された電流値に基づいて、上記第１電極と上記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電噴霧装置。