JP2018020269A - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジカルの生成量を増大させることができ、かつ、オゾンが増大することは抑えることができる静電霧化装置を提案する。
【解決手段】放電電極１、電圧印加部２、液体供給部３、対向電極４、通電路５および制限抵抗６を備える静電霧化装置。液体供給部３は、静電霧化用の液体３５を放電電極１に供給する。通電路５は、放電電極１と対向電極４を電気的に接続させる。電圧印加部２は、通電路５中に配置され、放電電極１と対向電極４の間に電圧を印加することで、放電電極１と対向電極４をつなぐように絶縁破壊された放電経路を、断続的に生じさせる。制限抵抗６は、通電路５のうち、電圧印加部２と対向電極４を電気的につなぐ第１通電路５１中、または電圧印加部２と放電電極１を電気的につなぐ第２通電路５２中に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は静電霧化装置に関し、より詳細には、放電電極に保持された液体を静電霧化して帯電微粒子液を生成する静電霧化装置に関する。

従来の静電霧化装置では、放電電極に液体を保持させた状態でコロナ放電を生じさせ、コロナ放電のエネルギーによって該液体を静電霧化させて、ラジカルを含んだ帯電微粒子液を生成する（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１１−６７７３８号公報

静電霧化装置においては、ラジカルの生成量を増大させたいという要求と、このときにオゾンが生じることを抑えたいという要求がある。しかし、上記した従来の静電霧化装置では、２つの要求をともに満たすことは困難である。

本発明は、ラジカルの生成量を増大させることができ、かつ、このときにオゾンが増大することを抑えることのできる静電霧化装置を提案することを、目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の静電霧化装置は、放電電極と、前記放電電極に対向して位置する対向電極と、静電霧化用の液体を前記放電電極に供給する液体供給部と、前記放電電極と前記対向電極を電気的に接続させる通電路と、前記通電路中に配置され、前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加することで、前記放電電極と前記対向電極をつなぐように絶縁破壊された放電経路を、断続的に生じさせる電圧印加部と、前記通電路に配置される制限抵抗を具備する。

前記制限抵抗は、前記通電路のうち、前記電圧印加部と前記対向電極を電気的につなぐ第１通電路、または前記電圧印加部と前記放電電極を電気的につなぐ第２通電路に配置される。

これにより、絶縁破壊された放電経路を通じて大きな瞬間電流が流れるので、コロナ放電に比べて大量のラジカルの生成し、このラジカルを含んだ帯電微粒子液を放出することができ、かつ、オゾンの増大は抑えられる。

本発明の静電霧化装置は、ラジカルの生成量を増大させることができ、かつ、このときにオゾンが増大することを抑えることができるという効果を奏し、加えて、瞬間電流の電流ピークは抑えることができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態の静電霧化装置を示す概略図である。 図２Ａはコロナ放電で流れる電流を概略的に示すグラフ図であり、図２Ｂは、リーダ放電で流れる電流を概略的に示すグラフ図である。 図３は、同上の静電霧化装置の変形例を示す概略図である。 図４Ａは、第２実施形態の静電霧化装置を示す概略図であり、図４Ｂは、同上の静電霧化装置の変形例を示す概略図である。 図５は、第３実施形態の静電霧化装置を示す概略図である。 図６Ａは、第４実施形態の静電霧化装置の要部を示す斜視図であり、図６Ｂは、第５実施形態の静電霧化装置の要部を示す斜視図であり、図６Ｃは、第６実施形態の静電霧化装置の要部を示す斜視図である。 図７は、第７実施形態の静電霧化装置を示す斜視図である。 図８は、同上の静電霧化装置を示す平面図である。 図９は、同上の静電霧化装置を示す側断面図である。 図１０Ａは、同上の静電霧化装置の変形例を示す平面図であり、図１０Ｂは、同上の静電霧化装置の別の変形例を示す平面図である。 図１１は、同上の静電霧化装置の別の変形例の要部を示す平面図である。 図１２Ａは、同上の静電霧化装置の別の変形例の要部を示す側面図であり、図１２Ｂは、図１２ＡのＡ部拡大図である。 図１３は、図１２Ａと図１２Ｂに示す変形例の針状電極部を成形する工程を示す断面図である。 図１４は、同上の静電霧化装置の別の変形例の要部を示す斜視図である。 図１５Ａは、第８実施形態の静電霧化装置を示す下面図であり、図１５Ｂは、同上の静電霧化装置に蓋を設けた場合を示す斜視図である。 図１６は、同上の静電霧化装置の変形例を示す斜視図である。 図１７は、同上の静電霧化装置の別の変形例を示す斜視図である。 図１８Ａは、対向電極−抵抗間の配線長さと有効成分量の関係を示すグラフ図であり、図１８Ｂは、電圧印加部−抵抗間の配線長さと有効成分量の関係を示すグラフ図である。 図１９は、図１８Ａと図１８Ｂのグラフ図の測定を行った装置を示す概略図である。

第１の発明は、放電電極と、前記放電電極に対向して位置する対向電極と、静電霧化用の液体を前記放電電極に供給する液体供給部と、前記放電電極と前記対向電極を電気的に接続させる通電路と、前記通電路中に配置され、前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加することで、前記放電電極と前記対向電極をつなぐように絶縁破壊された放電経路を、断続的に生じさせる電圧印加部と、前記通電路に配置される制限抵抗を具備する静電霧化装置である。前記制限抵抗は、前記通電路のうち、前記電圧印加部と前記対向電極を電気的につなぐ第１通電路、または前記電圧印加部と前記放電電極を電気的につなぐ第２通電路に配置される。

第１の発明では、絶縁破壊された放電経路を通じて大きな瞬間電流が流れるので、コロナ放電に比べて大きなエネルギーでラジカルを生成し、このラジカルを含んだ帯電微粒子液を外部に放出することができ、かつ、オゾンが増大することは抑えられる。加えて、瞬間電流の電流ピークが高くなり過ぎることは制限抵抗で抑えられるので、ＮＯｘの発生や電気的ノイズの影響は抑制される。

第２の発明においては、特に、第１の発明の前記制限抵抗が、前記第１通電路に配置され、前記第１通電路における前記対向電極と前記制限抵抗の間の配線の長さは、３０ｍｍ以内で設定される。これにより、前記放電電極と前記対向電極の間で生じる放電が、配線の浮遊容量の影響によって不安定化することが、抑えられる。

第３の発明においては、特に、第２の発明の前記制限抵抗が、前記対向電極に対して電気的にかつ機械的に直接接続される。これにより、前記放電電極と前記対向電極の間で生じる放電が、配線の浮遊容量の影響によって不安定化することが、抑えられる。

第４の発明においては、特に、第１の発明の前記制限抵抗が、前記第１通電路に配置され、前記第１通電路における前記電圧印加部と前記制限抵抗の間の配線の長さは、２００ｍｍ以内で設定される。これにより、前記放電電極と前記対向電極の間で生じる放電が、配線の浮遊容量の影響によって不安定化することが、抑えられる。

第５の発明においては、特に、第１の発明の前記制限抵抗が、前記第２通電路に配置され、前記第２通電路における前記放電電極と前記制限抵抗の間の配線の長さは、３０ｍｍ以内で設定される。これにより、前記放電電極と前記対向電極の間で生じる放電が、配線の浮遊容量の影響によって不安定化することが、抑えられる。

第６の発明においては、特に、第１の発明の前記制限抵抗が、前記第２通電路に配置され、前記第２通電路における前記電圧印加部と前記制限抵抗の間の配線の長さは、２００ｍｍ以内で設定される。これにより、前記放電電極と前記対向電極の間で生じる放電が、配線の浮遊容量の影響によって不安定化することが、抑えられる。

第７の発明においては、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の前記制限抵抗が、抵抗素子とこれに電気的に接続されたリード線を有する抵抗器であり、前記リード線には、屈曲抑制のためのカバーが設けられている。これにより、前記リード線が曲げられたときの曲率半径を前記カバーによって大きく保ち、前記リード線の破損を抑制することができる。

第８の発明においては、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の前記制限抵抗が固定される固定台をさらに具備する。前記制限抵抗は、抵抗素子とこれに電気的に接続されたリード線を有する抵抗器である。これにより、前記リード線が繰り返し曲げられることを抑え、前記リード線の破損を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されず、以下の各実施形態の構成を適宜に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１には、第１実施形態の静電霧化装置の基本的な構成を示している。本実施形態の静電霧化装置は、放電電極１、電圧印加部２、液体供給部３、対向電極４、通電路５および制限抵抗６を備える。

放電電極１は、細長く形成された針状の電極である。放電電極１は、その軸方向の一端側に先端部分１３を有し、軸方向の他端側（先端部分１３の反対側）に基端部分１５を有する。本文で用いる針状の文言は、先端が鋭く尖っているものに限定されず、先端が丸みを帯びる場合を含む。

電圧印加部２は、放電電極１と対向電極４の間に高電圧を印加するように、放電電極１と対向電極４に対して電気的に接続されている。

液体供給部３は、放電電極１に対して静電霧化用の液体３５を供給する手段であり、本実施形態の静電霧化装置では、放電電極１を冷却して結露水を発生させる冷却部３０によって液体供給部３が構成されている。冷却部３０は放電電極１の基端部分１５に接触し、基端部分１５を通じて放電電極１全体を冷却する。液体供給部３が放電電極１に供給する液体３５は、放電電極１に生じる結露水である。なお、液体供給部３として他の手段を備えることも可能であるし、液体３５として水以外の液体を供給することも可能である。

対向電極４は、放電電極１の先端部分１３に対向して位置する。対向電極４は、その中央部分に開口部４３を有する。開口部４３は、対向電極４の厚み方向に貫通する。開口部４３は、対向電極４のうち、放電電極１の先端部分１３に最も近接した領域に設けられている。開口部４３が貫通する方向と、放電電極１の軸方向は、互いに平行である。本文中で用いる平行の文言は、厳密に平行な場合に限定されず、略平行な場合を含む。

通電路５は、対向電極４を放電電極１に対して電気的に接続させる通電路であり、その途中に電圧印加部２が配置されている。つまり通電路５は、電圧印加部２と対向電極４を電気的に接続させる第１通電路５１と、電圧印加部２と放電電極１を電気的に接続させる第２通電路５２を含む。

制限抵抗６は、通電路５の途中に配置されており、具体的には、通電路５のうち第１通電路５１の途中に配置されている。

本実施形態の静電霧化装置では、放電電極１に液体３５が保持された状態で、電圧印加部２により、放電電極１と対向電極４の間で７．０ｋＶ程度の高電圧を印加することにより、放電電極１と対向電極４の間で放電を生じさせる。

本実施形態の静電霧化装置では、まず放電電極１の先端部分１３（先端部分１３に保持される液体３５の先端）で局所的なコロナ放電を生じさせ、このコロナ放電を、さらに高エネルギーの放電にまで進展させる。この高エネルギーの放電は、放電電極１と対向電極４をつなぐように絶縁破壊（全路破壊）された放電経路が、断続的に（パルス状に）発生する形態の放電である。このような形態の放電を「リーダ放電」と称する。

リーダ放電では、コロナ放電と比較して２〜１０倍程度の瞬間電流が、放電電極１と対向電極４の間の絶縁破壊された放電経路を通じて流れる。図２Ａにはコロナ放電で流れる電流を概略的に示し、図２Ｂには、コロナ放電から進展したリーダ放電で流れる電流を概略的に示している。リーダ放電では、コロナ放電と比較して大きなエネルギーによって、コロナ放電と比較して２〜１０倍程度の大量のラジカルが生成される。リーダ放電によって生成された大量のラジカルは、帯電微粒子液に含まれた状態で外部に放出される。

この際に、オゾンも生成される。しかし、リーダ放電では、コロナ放電と比較して２〜１０倍程度のラジカルが生成されるのに対して、オゾンが生成される量はコロナ放電の場合と同程度に抑えられる。つまり、コロナ放電をさらに進展させてリーダ放電を生じさせることで、ラジカルの発生量に対するオゾンの発生量が、大幅に抑えられる。これは、生成されたオゾンがリーダ放電に晒されながら放出される際に、高エネルギーのリーダ放電によってオゾンの一部が破壊されるからと考えられる。

ここで、リーダ放電についてさらに説明する。

一般的には、対をなす電極間にエネルギーを投入して放電を生じさせると、投入したエネルギーの量に応じて、放電形態がコロナ放電、グロー放電、アーク放電へと進展する。

コロナ放電は、一方の電極で局所的に発生する放電であり、電極間の絶縁破壊を伴わない。グロー放電とアーク放電は、対をなす電極間での絶縁破壊を伴う放電であり、エネルギーが投入されている間は、その絶縁破壊された放電経路が継続的に存在する。

これに対してリーダ放電は、対をなす電極間での絶縁破壊を伴うが、その絶縁破壊が継続的に存在するのではなく、断続的に発生する。

本実施形態の静電霧化装置では、放電電極１と対向電極４の間でこのような形態のリーダ放電が生じるように、電圧印加部２の電気的な容量（単位時間に放出可能な電気の容量）を設定している。つまり、本実施形態の静電霧化装置では、コロナ放電から進展して絶縁破壊に至ると、絶縁破壊された放電経路を通じて大きな瞬間電流が流れるが、その直後に電圧が低下して放電が停止し、また電圧が上昇して絶縁破壊に至るということを繰り返すように、電圧印加部２の電気的な容量が設定されている。この容量設定によって、グロー放電やアーク放電のように絶縁破壊が継続されるのではなく、瞬間的な絶縁破壊と放電停止が交互に繰り返されるリーダ放電が、実現される。

現状確認される一例として、リーダ放電における放電周波数（瞬間電流の頻度）は５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度であり、１回のパルス幅は大きくて２００ｎｓ程度である。このように、瞬間的な放電（エネルギーの高い状態）と放電停止（エネルギーの低い状態）を繰り返す点において、グロー放電やアーク放電とは明確に相違する。

本実施形態の静電霧化装置では、液体供給部３によって放電電極１に供給された液体３５がリーダ放電によって静電霧化され、内部にラジカルを含有するナノメータサイズの帯電微粒子液が生成される。生成された帯電微粒子液は、開口部４３を通じて外部に放出される。リーダ放電で生成された帯電微粒子液は、コロナ放電で生成された帯電微粒子液と比較して大量のラジカルを含み、しかもオゾンの生成はコロナ放電の場合と同程度に抑えられる。

リーダ放電では、絶縁破壊された放電経路を通じて瞬間電流が流れ、その際の電流抵抗が非常に小さくなる。そのため、本実施形態の静電霧化装置では、第１通電路５１に制限抵抗６を設けて瞬間電流の電流ピークを抑えている。瞬間電流の電流ピークを抑えることで、ＮＯｘの発生が抑えられるという利点や、電気的ノイズの影響が大きくなり過ぎることが抑えられるという利点がある。制限抵抗６は、専用の素子を用いて構成されるものに限らず、設定どおりの電気的抵抗を有する構造であれば、適宜の構成が採用可能である。

図３には、本実施形態の静電霧化装置の変形例を示している。この変形例では、電圧印加部２と放電電極１を電気的に接続させる第２通電路５２の途中に、制限抵抗６を配している。この変形例においても、制限抵抗６によってリーダ放電の瞬間電流のピーク値が抑えられる。

（第２実施形態）
第２実施形態の静電霧化装置について、図４Ａ、図４Ｂに基づいて説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

図４Ａには、本実施形態の静電霧化装置の基本的な構成を示している。本実施形態の静電霧化装置は、対向電極４が針状電極部４１とこれを支持する支持電極部４２を一体に備える点において、第１実施形態と相違する。

針状電極部４１は、支持電極部４２から、放電電極１に近づく側にむけて突出している。対向電極４の全体のうち、針状電極部４１の先端が最も放電電極１に近く位置する。針状電極部４１は、対向電極４が有する開口部４３の近傍に位置する。本実施形態の静電霧化装置では、針状電極部４１を１つ備えるが、針状電極部４１を複数備えることも可能である。

支持電極部４２は、平坦な対向面を有する平板状の電極部４２１と、凹曲した対向面を有するドーム状の電極部４２２で構成されている。電極部４２１と電極部４２２の対向面によって、支持電極部４２の対向面４２０が構成されている。支持電極部４２の対向面４２０は、平坦面と凹曲面が組み合わさった形状を有する。

本実施形態の静電霧化装置は、上記構成を備えるので、対向電極４の針状電極部４１と放電電極１の先端部分１３（つまり先端部分１３に保持される液体３５の先端）で電界集中が生じ、対向電極４の針状電極部４１と放電電極１の先端部分１３の間で、絶縁破壊によるリーダ放電が安定的に発生する。加えて、支持電極部４２の対向面４２０によって、放電電極１の先端部分１３での電界集中が一層高められる。

図４Ｂには、本実施形態の静電霧化装置の変形例を示している。この変形例では、支持電極部４２が、凹曲した対向面を有するドーム状の電極部４２３で構成されている。支持電極部４２の対向面４２０は、放電電極１の先端部分１３を中心として凹状に湾曲した凹曲面である。

この変形例においても、対向電極４の針状電極部４１と放電電極１の先端部分１３の間で、絶縁破壊によるリーダ放電が安定的に発生するという利点や、放電電極１の先端部分１３での電界集中が一層高められるという利点がある。なお、対向電極４の支持電極部４２の対向面４２０は、適宜の平坦面、凹曲面、またはこれらが組み合わされた形状の面であればよい。

（第３実施形態）
第３実施形態の静電霧化装置について、図５に基づいて説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

本実施形態の静電霧化装置においては、通電路５の途中に、リーダ放電における放電周波数を調整するコンデンサ７を配している。コンデンサ７は、電圧印加部２と並列に接続されている。上述したように、リーダ放電では、瞬間電流が流れるときの電流抵抗が非常に小さくなるので、通電路５にこのようなコンデンサ７を配置することで、リーダ放電の放電周波数が効果的に調整される。

コンデンサ７は、専用の素子を用いて構成されるものに限らず、設定どおりの容量を有する構造であれば、適宜の構成が採用可能である。

（第４実施形態）
第４実施形態の静電霧化装置について、図６Ａに基づいて説明する。なお、第２実施形態で説明した構成と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

本実施形態の静電霧化装置では、絶縁破壊を伴うリーダ放電を安定的に発生させるための手段として、第２実施形態のような先鋭状の凸面を有する針状電極部４１を設けるのではなく、互いに平行な２つの棒状電極部４６を一体に設けている。対向電極４は、円形状の開口部４３を有し、放電電極１の軸方向に沿って視たときに、開口部４３の内側に２つの棒状電極部４６が位置し、２つの棒状電極部４６の間に放電電極１が位置する。２つの棒状電極部４６における放電電極１の先端部分１３との間の最短距離は、互いに同一である。本文中で用いる同一の文言は、厳密に同一な場合に限定されず、略同一な場合を含む。

本実施形態の静電霧化装置では、対向電極４の各棒状電極部４６のうち放電電極１の先端部分１３に最も近い部分と、放電電極１の先端部分１３との間で、絶縁破壊によるリーダ放電を安定的に発生させることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態の静電霧化装置について、図６Ｂに基づいて説明する。なお、第２実施形態で説明した構成と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

本実施形態の静電霧化装置では、リーダ放電を安定的に発生させるための手段として、針状電極部４１を設けるのではなく、対向電極４の開口部４３の開口縁の形状を多角形状（四角形）に設けている。放電電極１の軸方向に沿って視たときに、開口部４３の中央に放電電極１が位置する。開口部４３の内周面は、周方向に連続する複数（４つ）の平坦面で構成されている。各平坦面における放電電極１の先端部分１３との最短距離は、互いに同一である。

本実施形態の静電霧化装置では、放電電極１の先端部分１３と、開口部４３の内周面を構成する各平坦面のうち放電電極１の先端部分１３に最も近い部分との間で、リーダ放電を安定的に発生させることができる。

（第６実施形態）
第６実施形態の静電霧化装置について、図６Ｃに基づいて説明する。なお、第２実施形態で説明した構成と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

本実施形態の静電霧化装置では、リーダ放電を安定的に発生させるための手段として、針状電極部４１を設けるのではなく、対向電極４の開口部４３の開口縁の形状を楕円形状に設けている。放電電極１の軸方向に沿って視たときに、開口部４３の中央に放電電極１が位置する。

本実施形態の静電霧化装置では、放電電極１の先端部分１３と、開口部４３の内周面のうち放電電極１の先端部分１３に最も近い２箇所の部分との間で、リーダ放電を安定的に発生させることができる。

（第７実施形態）
第７実施形態の静電霧化装置について、図７〜図１４に基づいて説明する。なお、第２実施形態で説明した構成と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

図７〜図９に示すように、本実施形態の静電霧化装置は、放電電極１、電圧印加部２、液体供給部３（冷却部３０）、対向電極４、通電路５および制限抵抗６を備えている。放電電極１や対向電極４は、筐体８０によって所定の位置および姿勢で保持されている。制限抵抗６は、第２実施形態と同様に、電圧印加部２と対向電極４を電気的に接続させる第１通電路５１の途中に配されている。

液体供給部３を構成する冷却部３０は、一対のペルチェ素子３０１と、一対のペルチェ素子３０１に対して一対一で接続された一対の放熱板３０２を備え、一対のペルチェ素子３０１への通電によって放電電極１を冷却するように構成された熱交換器である。各放熱板３０２は、その一部が合成樹脂製の筐体８０に埋め込まれ、各放熱板３０２のうちペルチェ素子３０１に接続される部分とその周辺部分は、放熱可能に露出している。

一対のペルチェ素子３０１のそれぞれの冷却側は、放電電極１の基端部分１５に対して、半田を介して機械的にかつ電気的に接続されている。一対のペルチェ素子３０１のそれぞれの放熱側は、一対一に対応する放熱板３０２に対して、半田を介して機械的にかつ電気的に接続されている。一対のペルチェ素子３０１への通電は、一対の放熱板３０２と放電電極１を通じて行われる。

対向電極４は、放電電極１の軸方向と直交する姿勢で保持される平板状の支持電極部４２と、支持電極部４２よりも放電電極１に近く位置するように支持電極部４２によって支持される４つの針状電極部４１を備える。本文中で用いる直交の文言は、厳密な意味での直交に限定されず、略直交の場合を含む。

各針状電極部４１は、細長い片状の電極部であり、その長手方向の一側に先鋭状の先端部分４１３を有し、長手方向の他側（先端部分４１３の反対側）に基端部分４１５を有する。各針状電極部４１は、対向電極４が備える円形状の開口部４３の周縁部から、開口部４３の中心に向けて伸びるように形成されている。４つの針状電極部４１は、開口部４３の周縁部のうち周方向に等間隔を隔てた４箇所の部分から、互いに近づく方向に伸びている。本文中で用いる等間隔の文言は、厳密に等間隔な場合に限定されず、略等間隔な場合を含む。

図８に示すように、放電電極１の軸方向に沿って平面視したときに、各針状電極部４１の先端部分４１３は、放電電極１を中心とした同一円上に位置し、かつ、その同一円の周方向において、互いに等距離を隔てて位置する。

図７や図９に示すように、各針状電極部４１は、支持電極部４２と平行な姿勢（放電電極１の軸方向に直交する姿勢）から、僅かに傾いた姿勢で保持されている。この傾きは、各針状電極部４１の先端部分４１３を放電電極１に近づける方向の傾きである。放電電極１の軸方向において、先端部分４１３と放電電極１の距離Ｄ１は、基端部分４１５と放電電極１の距離Ｄ２よりも小さい。

各針状電極部４１の姿勢をこのように設定することで、各針状電極部４１の先端部分４１３で電界集中が生じやすくなり、その結果、各針状電極部４１の先端部分４１３と放電電極１の先端部分１３の間で、リーダ放電が安定的に生じやすくなるという利点がある。

さらに対向電極４は、支持電極部４２と各針状電極部４１の基端部分４１５の間に介在する段差部４５を備える。段差部４５は、開口部４３の周縁部を構成する。各針状電極部４１は、段差部４５から開口部４３の中心部に向けて伸びている。支持電極部４２と各針状電極部４１の間に段差部４５が介在することで、放電電極１の軸方向において、基端部分４１５と放電電極１の距離Ｄ２は、支持電極部４２と放電電極１の距離Ｄ３よりも大きく設けられている。

対向電極４が段差部４５を備えることで、針状電極部４１の先端部分４１３が大きく突出することが抑えられる。そのため、搬送や組み立ての際に対向電極４を何らかの平面上に置いたときに、その平面に先端部分４１３が押し当たって針状電極部４１が変形するというリスクが低減される。

さらに各針状電極部４１には、基端部分４１５から先端部分４１３に向けて伸びるような外形の溝部４１７が設けられている。溝部４１７は、針状電極部４１の一部が、針状電極部４１の厚み方向に押し曲げられることで形成されている。各針状電極部４１は、溝部４１７を備えることで断面二次モーメントが高められている。

以上説明した本実施形態の静電霧化装置は、針状電極部４１を４つ備え、各針状電極部４１の先端部分４１３と、放電電極１の先端部分１３との間で、絶縁破壊された放電経路をそれぞれ断続的に形成し、リーダ放電を生じさせる。ここで生じるリーダ放電は、針状電極部４１が１つだけの場合と比較して、放電電極１と対向電極４の間の三次元的に広範な領域で発生する。このリーダ放電によって生成された帯電微粒子液は、４つの針状電極部４１と放電電極１の間に形成される電界の向きに沿って、開口部４３を通じて効率的に外部に放出される。

加えて、本実施形態の静電霧化装置では、４つの針状電極部４１のそれぞれの先端部分４１３が同一円上に位置し、かつ、その同一円の周方向において互いに等距離を隔てて位置するので、生成された帯電微粒子液は、開口部４３を通じてより効率的に放出される。

なお、針状電極部４１は４つに限定されず、複数であればよいが、帯電微粒子液を効率的に外部に放出するためには、針状電極部４１は３つ以上であることが好ましい。

図１０Ａと図１０Ｂには、それぞれ変形例を示している。図１０Ａに示す変形例は、対向電極４が３つの針状電極部４１を備える変形例であり、図１０Ｂに示す変形例は、対向電極４が８つの針状電極部４１を備える変形例である。これらの変形例において、溝部４１７と段差部４５は省略されている。

開口部４３に３つ以上の針状電極部４１が配置された対向電極４においては、放電電極１の軸方向に沿って視たときに、開口部４３の開口面積が、３つ以上の針状電極部４１の総面積よりも大きく設定されることが好ましい。このように開口面積を設定すれば、各針状電極部４１の先端部分４１３に電界が集中しやすくなり、リーダ放電が安定的に生じやすくなる。

ところで、本実施形態の静電霧化装置のように、対向電極４が複数の針状電極部４１を備える場合に、各針状電極部４１の先端部分４１３での電界集中の強度は、なるべく均一であることが望ましい。電界集中の強度に大きなばらつきが生じれば、帯電微粒子液が、開口部４３を通じて効率的に放出されにくくなる。

図１１には、各針状電極部４１の先端部分４１３の突端４１３５に、丸みを帯びさせた変形例を示している。突端４１３５は、各針状電極部４１をその厚み方向から視たときに最も先端に位置する角部である。各針状電極部４１の先端部分４１３が丸みを帯びた形状となることで、電界集中が或る程度緩和される。そのため、各針状電極部４１を成形する際の製造上のばらつきによって、電界集中の強度に大きなばらつきが生じることが抑えられる。

図１２Ａ、図１２Ｂには、各針状電極部４１の先端部分４１３の端縁部４１３７に、面取りを施した変形例を示している。端縁部４１３７は、先端部分４１３の厚み方向Ｔ１（図１２Ｂ参照）の両側の端縁部のうち、放電電極１に近い部分の端縁部である。各針状電極部４１の端縁部４１３７に面取りが施されることで、電界集中が或る程度緩和される。そのため、各針状電極部４１を成形する際の製造上のばらつきによって、電界集中の強度に大きなばらつきが生じることが抑えられる。

図１３には、各針状電極部４１の端縁部４１３７に面取りを施す金型装置９の要部を示している。金型装置９は、曲げ加工用の上型９１と下型９２を備える。金型装置９は、上型９１と下型９２の間で各針状電極部４１に曲げ加工を施す際に、下型９２の側に設けられた平坦な一面９３上で、各針状電極部４１の端縁部４１３７を一括して押し潰し、面取りを施す。この金型装置９によれば、各針状電極部４１に曲げ加工を施す際に、あわせて端縁部４１３７の面取りを施すことができる。加えて、各針状電極部４１に面取りを施すときに、各針状電極部４１の先端部分４１３の位置（端縁部４１３７の位置）が揃えられ、その結果、各針状電極部４１の先端部分４１３と放電電極１との距離が均一化されるという利点がある。

これらの変形例では、各針状電極部４１の先端部分４１３での電界集中が緩和され、電界集中の強度のばらつきが抑えられるが、電界集中が緩和されるとリーダ放電に進展しにくくなるという傾向もある。しかし、上述したように、開口部４３の開口面積を、複数の針状電極部４１の総面積よりも大きく設定したことによって、リーダ放電への進展は安定的に促進される。

図１４には、対向電極４が備える針状電極部４１と支持電極部４２を、別の材質で形成した変形例を示している。この変形例では、リーダ放電に晒される針状電極部４１を、放電に対する耐性が高いチタン、タングステン等の材質で形成し、支持電極部４２は、針状電極部４１よりも放電に対する耐性の低いステンレス鋼等の材質で形成することができる。この変形例によれば、対向電極４のリーダ放電に対する耐性が、安価な構造で高められるという利点がある。

（第８実施形態）
第８実施形態の静電霧化装置について、図１５Ａ〜図１９に基づいて説明する。なお、第８実施形態で説明した構成と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

図１５Ａに示すように、本実施形態の静電霧化装置が備える制限抵抗６は、専用の素子を用いて形成された高圧用の抵抗器６０である。抵抗器６０は、抵抗素子６０１と、抵抗素子６０１に電気的にかつ機械的に接続された一対のリード線６０２と、各リード線６０２の端部に電気的にかつ機械的に接続された端子６０３を有する。高圧用の抵抗器６０において、各リード線６０２は単線で構成されることが一般的であり、曲げに弱い性質（特に繰り返しの曲げに弱い性質）を有するが、これに対して各リード線６０２は屈曲を抑制することのできる可撓性のカバー６０５で覆われている。カバー６０５に覆われたリード線６０２は、曲げたときの曲率半径が大きく保たれるので、曲げによる応力集中が緩和される。

図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、本実施形態の静電霧化装置は、抵抗器６０を固定するための固定台８１をさらに備える。固定台８１は、放電電極１や対向電極４を支持する筐体８０に対して、一体に装着されている。

固定台８１には、抵抗素子６０１と各端子６０３がそれぞれの所定位置に固定される。これにより、各リード線６０２は固定台８１の所定位置に保持され、各リード線６０２が繰り返し曲げられるリスクが抑えられる。固定台８１の周縁部からは、周壁８１１が起立している。周壁８１１は、抵抗器６０の少なくとも抵抗素子６０１と一対のリード線６０２を囲むように位置する。

図１５Ｂに示すように、固定台８１には蓋８２を着脱自在に被せることが可能である。抵抗素子６０１と一対のリード線６０２は、周壁８１１と蓋８２によって、外部から触ることができないように覆われる。

図１６と図１７には、図１５Ａ、図１５Ｂに示すような固定台８１を備えずに抵抗器６０を設置した変形例をそれぞれ示している。図１６の変形例では、対向電極４に対して抵抗器６０の一方のリード線６０２を、電気的にかつ機械的に直接接続させている。

図１７の変形例では、対向電極４に対して、抵抗器６０を電気的にかつ機械的に直接接続させ、さらに抵抗器６０を筐体８０の外面に固定している。この変形例では、筐体８０の裏面側（対向電極４が位置する側と反対側）の部分が、固定台８１を兼ねている。

図１６と図１７の変形例は、対向電極４に対して制限抵抗６を直付けした例であり、言い換えれば、対向電極４と制限抵抗６の間の配線の長さを０ｍｍに設定した例である。制限抵抗６を第１通電路５１中に配置する場合、対向電極４と制限抵抗６の間の配線の長さは、０〜３０ｍｍの範囲内で設定されることが好ましい。これは、絶縁破壊された放電経路を通じて瞬間電流が流れるときは電流抵抗が非常に小さくなるので、対向電極４と制限抵抗６の間の配線の長さが３０ｍｍを超えると、その配線の浮遊容量の影響によって放電が不安定化するからである。

図１８Ａのグラフに示す測定結果からも、対向電極４と制限抵抗６の間の配線の長さが３０ｍｍを超えると、リーダ放電により生成される有効成分量（ラジカル量）が低下することが確認される。図１８Ａの縦軸には数値を示していないが、発生するラジカル量の上限は５兆個／ｓｅｃ程度である。

また、制限抵抗６を第１通電路５１中に配置する場合、第１通電路５１における電圧印加部２と制限抵抗６の間の配線の長さは、０〜２００ｍｍの範囲内で設定されることが好ましい。これは、瞬間電流が流れるときは電流抵抗が非常に小さくなるので、電圧印加部２と制限抵抗６の間の配線の長さが２００ｍｍを超えると、その配線の浮遊容量の影響によって放電が不安定化するからである。

図１８Ｂのグラフに示す測定結果からも、電圧印加部２と制限抵抗６の間の配線の長さが２００ｍｍを超えると、リーダ放電により生成される有効成分量（ラジカル量）が低下することが確認される。図１８Ｂにおいても、発生するラジカル量の上限は５兆個／ｓｅｃ程度である。

図１８Ａと図１８Ｂのグラフに示す測定結果は、図１９に概略的に示す装置を用いて測定された結果である。この装置では、対向電極４と電圧印加部２を電気的に接続させる配線中に制限抵抗６を配置し、制限抵抗６から距離Ｄ４（＝４ｍｍ）だけ隔てた箇所にグラウンドとなる金属板８９を配置して、図示略の放電電極との間に７．０ｋＶの高電圧を印加し、リーダ放電により生成されるラジカル量を測定した。

以上の結果は、第１通電路５１に制限抵抗６が配置される場合の結果であるが、放電電極１と電圧印加部２を電気的につなぐ第２通電路５２に制限抵抗６が配置される場合（図４Ｂ参照）も、同様の結果が得られる。

つまり、制限抵抗６が第２通電路５２中に配置される場合、第２通電路５２における放電電極１と制限抵抗６の間の配線の長さを３０ｍｍ以内で設定することが、リーダ放電を安定的に生じさせるために好ましい。また、第２通電路５２における電圧印加部２と制限抵抗６の間の配線の長さは、２００ｍｍ以内で設定することが、リーダ放電を安定的に生じさせるために好ましい。

以上のように、本発明に係る静電霧化装置は、リーダ放電によってラジカルを含んだ帯電微粒子液を生成し、オゾンが増大することは抑えることができるので、冷蔵庫、洗濯機、ドライヤー、空気調和機、扇風機、空気清浄機、加湿器、美顔器、自動車等の多様な用途に適用することができる。

１ 放電電極
２ 電圧印加部
３ 液体供給部
３５ 液体
４ 対向電極
５ 通電路
５１ 第１通電路
５２ 第２通電路
６ 制限抵抗
６０ 抵抗器
６０１ 抵抗素子
６０２ リード線
６０５ カバー

Claims (8)

1. 放電電極と、
   前記放電電極に対向して位置する対向電極と、
   静電霧化用の液体を前記放電電極に供給する液体供給部と、
   前記放電電極と前記対向電極を電気的に接続させる通電路と、
   前記通電路中に配置され、前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加することで、前記放電電極と前記対向電極をつなぐように絶縁破壊された放電経路を、断続的に生じさせる電圧印加部と、
   前記通電路に配置される制限抵抗を具備し、
   前記制限抵抗は、
   前記通電路のうち、前記電圧印加部と前記対向電極を電気的につなぐ第１通電路、または前記電圧印加部と前記放電電極を電気的につなぐ第２通電路に配置される
   ことを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記制限抵抗は、前記第１通電路に配置され、前記第１通電路における前記対向電極と前記制限抵抗の間の配線の長さは、３０ｍｍ以内で設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
3. 前記制限抵抗は、前記対向電極に対して電気的にかつ機械的に直接接続される
   ことを特徴とする請求項２に記載の静電霧化装置。
4. 前記制限抵抗は、前記第１通電路に配置され、前記第１通電路における前記電圧印加部と前記制限抵抗の間の配線の長さは、２００ｍｍ以内で設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
5. 前記制限抵抗は、前記第２通電路に配置され、前記第２通電路における前記放電電極と前記制限抵抗の間の配線の長さは、３０ｍｍ以内で設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
6. 前記制限抵抗は、前記第２通電路に配置され、前記第２通電路における前記電圧印加部と前記制限抵抗の間の配線の長さは、２００ｍｍ以内で設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
7. 前記制限抵抗は、抵抗素子とこれに電気的に接続されたリード線を有する抵抗器であり、
   前記リード線には、屈曲抑制のためのカバーが設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
8. 前記制限抵抗が固定される固定台をさらに具備し、
   前記制限抵抗は、抵抗素子とこれに電気的に接続されたリード線を有する抵抗器である
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の静電霧化装置。

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