JP5968716B2 - 静電噴霧装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴霧された物質が装置表面へ付着する割合を低減することが可能な静電噴霧装置に関する。

従来より、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界を形成し、その電界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が知られている。

特表２００４−５３０５５２号公報（２００４年１０月７日公開）

しかしながら、従来の技術には次のような問題がある。

一般に、静電噴霧装置は、２つの電極（ピンとキャピラリー）の間に電圧を印加することで両電極間に電場を形成する。このとき、電場はピンの方向に方向付けられているため、噴霧物質は、ピンの方向、つまり、静電噴霧装置の方向に噴霧されやすくなる（以下、この現象をスプレーバックと称する）。スプレーバックによって装置表面が濡れた状態にあると、ユーザは、装置を把持する際に手を濡らすことになる。静電噴霧装置は、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等に用いられることもあるため、装置表面へのスプレーバックは少ない方が好ましい。

この点、特許文献１の技術は、装置表面へのスプレーバックを抑制することについては言及していない。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、噴霧された物質が装置表面へ付着する割合を低減することが可能な静電噴霧装置を提供することにある。

本発明に係る静電噴霧装置は、上記の課題を解決するために、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、上記第１電極の近傍に配設される第２電極とを備える静電噴霧装置であって、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開口部の内部に配設されており、上記第２開口部は、噴霧された上記物質が上記装置表面へ付着する割合を低減するように形成されていることを特徴としている。

本願発明に係る静電噴霧装置では、第１電極は、第２電極の近傍に配設される。また、第１電極および第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開口部の内部に配設されている。そして、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されることにより、両電極間に電場が形成される。第１電極からは正帯電（もしくは、負帯電）した液滴が噴霧される。第２電極は、電極近傍の空気をイオン化して、空気を負帯電（もしくは、正帯電）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液滴が静電噴霧装置から離れる方向へ噴霧される。

このとき、電場は第２電極の方向に方向付けられているため、通常であれば、噴霧物質は、第２電極の方向、つまり、静電噴霧装置の方向に噴霧され、噴霧された物質は装置表面へ付着しやすくなる（以下、スプレーバックと称する場合もある）。

しかしながら、本発明に係る静電噴霧装置では、第２開口部は、噴霧された上記物質が上記装置表面へ付着する割合を低減するように形成されている。すなわち、第２開口部は、その形状・大きさ等が適宜調整され、それにより、噴霧された上記物質が上記装置表面へ付着する割合が低減されるため、スプレーバックを抑制することができる。また、装置表面への噴霧物質の付着が抑制されることで、ユーザは、静電噴霧装置を把持する際に手を濡らすこともなく、当該装置のポータビリティーを向上させることができる。

さらに、第２開口部の形状・大きさを変化させることでイオン流の強さが変化することを利用して、液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御することができる。液滴の帯電量、および液滴の大きさは、静電噴霧装置の用途における噴霧物質の効果を決定する重要なファクターとなる。そのため、本発明に係る静電噴霧装置は、スプレーバックを抑制するとともに、さらに、液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御することで用途に適した噴霧を実現できるという効果をも奏することができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置は、上記第２開口部と自装置の内部で連通し、かつ、自装置の駆動時に上記第２開口部へ空気を供給する第２電極用空気供給口が装置表面に形成されている構成であってもよい。

第１電極と第２電極との間に電圧が印加されることにより、第２電極においてイオン流が生じる。イオン流が生成されることで第２電極周りの空気圧が低下するため、そこへ空気が流入する。すると、イオン流と流入空気とが入り乱れることでイオン流が乱流となり、この乱流がスプレーバックの一因となりうる。

この点、本発明に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることにより、自装置の駆動時に第２電極用空気供給口から第２開口部へ空気が供給されるため、イオン流を層流にすることができる。これにより、本発明に係る静電噴霧装置は、噴霧された物質を装置表面へ付着しにくくし、スプレーバックを抑制することができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置では、装置表面は、複数の面からなり、上記第２電極用空気供給口は、上記第１電極および上記第２電極が配設されている面とは異なる面に形成されている構成であってもよい。

第１電極および第２電極が配設されている面と同じ面に第２電極用空気供給口が形成されている場合を考える。このとき、イオン流が発生する第２開口部と第２開口部へ空気を供給する第２電極用空気供給口とが同一面内に形成されることになる。これにより、イオン流と流入空気とが入り乱れることでイオン流が乱流となり、この乱流がスプレーバックの一因となりうる。

この点、本発明に係る静電噴霧装置は、イオン流が発生する面と空気が供給される面とを別々にすることで、イオン流を層流とすることができる。それゆえ、本発明に係る静電噴霧装置は、噴霧された物質は装置表面へ付着しにくくすることができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置では、上記第２電極用空気供給口の開口面積は、上記第２開口部の開口面積よりも大きい構成であってもよい。

本発明に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることにより、第２電極用空気供給口から第２開口部へ供給される空気への抵抗を軽減し、第２開口部への空気の流れを円滑にしている。これにより、本発明に係る静電噴霧装置は、イオン流を層流にし、噴霧された物質は装置表面へ付着しにくくすることができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置は、上記第１開口部と自装置の内部で連通し、かつ、自装置の駆動時に上記第１開口部へ空気を供給する第１電極用空気供給口が装置表面に形成されている構成であってもよい。

本発明に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることにより、物質が噴霧される第１電極回りの第１開口部へ第１電極用空気供給口を介して空気が供給される。これにより、本発明に係る静電噴霧装置は、その空気の流れに第１電極から噴霧された物質を乗せ、噴霧物質を遠くの距離へ噴霧することができる。これにより、本発明に係る静電噴霧装置は、噴霧された物質は装置表面へ付着しにくくすることができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置では、装置表面は、複数の面からなり、上記第１電極用空気供給口は、上記第１電極および上記第２電極が配設されている面とは異なる面に形成されている構成であってもよい。

第１電極および第２電極が配設されている面と同じ面に第１電極用空気供給口が形成される場合を考える。このとき、物質が噴霧される第１電極と第１開口部へ空気を供給する第１電極用空気供給口とが同一面内に形成されることになり、第１開口部回りに乱流が発生し、この乱流がスプレーバックの一因となりうる。

この点、本発明に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることにより、乱流の発生を抑え、噴霧された物質は装置表面へ付着しにくくすることができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置では、上記第１電極用空気供給口の開口面積は、上記第１開口部の開口面積よりも大きい構成であってもよい。

本発明に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることにより、第１電極用空気供給口から第１開口部へ供給される空気への抵抗を軽減し、第１開口部への空気の流れを円滑にしている。これにより、本発明に係る静電噴霧装置は、物質が噴霧される領域における乱流の発生を抑え、噴霧された物質は装置表面へ付着しにくくすることができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置は、上記第２電極は針状に形成され、上記第２開口部は環状であり、上記第２開口部の直径は、上記第２電極の胴体部の直径の２５倍、および、上記第２電極の先端部の直径の１５０倍の少なくとも何れかよりも小さい構成であってもよい。

また、本発明に係る静電噴霧装置は、上記第２電極は針状に形成され、上記第２開口部は環状であり、上記第２開口部の直径は、上記第２電極の胴体部の直径の５倍〜９倍、あるいは、上記第２電極の先端部の直径の２５倍〜４５倍である構成であってもよい。

本発明に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることにより、第１電極から噴霧される液滴の大部分をイオン流に乗せることができ、噴霧された物質は装置表面へ付着しにくくすることができる。

また、本発明に係る静電噴霧装置では、上記第２開口部は楕円状であり、楕円の短軸は、上記第１電極と上記第２電極とを結ぶ線分に略一致するように位置決めされている構成であってもよい。

本発明に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることにより、第１電極から噴霧される液滴の大部分をイオン流に乗せることができ、噴霧された物質は装置表面へ付着しにくくすることができる。なお、イオン流の強さは、短軸側の楕円形の幅を変化させることにより最適化できる。

本発明に係る静電噴霧装置は、以上のように、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開口部の内部に配設されており、上記第２開口部は、噴霧された上記物質が上記装置表面へ付着する割合を低減するように形成されている構成である。

それゆえ、本発明に係る静電噴霧装置は、噴霧された物質が装置表面へ付着する割合を低減することができるという効果を奏する。

本実施の形態に係る静電噴霧装置が空気供給用の開口を有する構成を説明するための図である。 本実施の形態に係る他の静電噴霧装置の要部構成を説明するための図である。 本実施の形態に係る他の静電噴霧装置の外観を説明するための図である。 開口の直径を大きくした場合の静電噴霧装置の正面図である。 開口の直径を小さくした場合の静電噴霧装置の正面図である。 開口の形状を楕円形にした場合の静電噴霧装置の正面図である。 開口の形状を楕円形にした場合の静電噴霧装置の正面図である。 開口の形状を楕円形にした場合の静電噴霧装置の正面図である。 基準電極周りの開口に空気が出入りする様子を説明する図である。 図７に示す楕円形の開口を用いたときの液滴の流れを説明する図である。 図４に示す直径の大きい開口を用いたときの液滴の流れを説明する図である。 図５に示す楕円形の開口を用いたときの液滴の流れを説明する図である。 図５に示す楕円形の開口を用い、かつ、図１に示す開口を用いたときの液滴の流れを説明する図である。 空気供給用の開口にスモークを供給した直後の様子を示す図である。 空気供給用の開口にスモークを供給して暫く時間が経過した後の様子を示す図である。 図６に示す楕円形の開口を用いた場合におけるスプレーバックの様子を説明するための図である。 図４に示す、開口の直径が大きい場合におけるスプレーバックの様子を説明するための図である。 液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する第１の方法を説明するための図である。 基準電極周りの開口の直径が異なる場合の粒子径を示す図である。 基準電極周りの開口の直径が異なる場合の帯電量を示す図である。 液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する第２の方法を説明するための図である。 開口の有無ごとの粒子径を示す図である。 開口の有無ごとの帯電量を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態に係る静電噴霧装置１００等について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

〔静電噴霧装置の要部構成について〕
まず、静電噴霧装置１００の要部構成を図２により説明する。図２は、静電噴霧装置１００の要部構成を説明するための図である。

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等に用いられる装置であり、少なくとも、スプレー電極（第１電極）１と、基準電極（第２電極）２と、電源装置３と、誘電体１０とを備える。なお、静電噴霧装置１００は、電源装置３が外部に設けられ、その電源装置３と接続される構成で実現されてもよい。

スプレー電極１は、金属性キャピラリ（例えば、304型ステンレス鋼など）等の導電性導管と、先端部であるスプレー部位とを有する。スプレー電極１は、電源装置３を介して基準電極２と接続され、スプレー部位から噴霧物質を噴霧する。なお、以下の説明では、噴霧物質を単に「液体」と称する。

基準電極２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１および基準電極２は、一定の間隔をあけて離間し、互いに平行に配置されている。また、スプレー電極１および基準電極２は、例えば、互いに８ｍｍの間隔をあけて配置される。

電源装置３は、スプレー電極１と基準電極２との間に高電圧を印加する。例えば、電源装置３は、スプレー電極１と基準電極２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１は正に帯電し、基準電極２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１に最も近い誘電体１０の表面に生じ、正の双極子が負の基準電極２に最も近い誘電体１０の表面に生じ、帯電したガスおよび物質種が、スプレー電極１および基準電極２によって放出される。

誘電体１０は、例えばナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６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の誘電体材料からなる。誘電体１０は、スプレー電極１をスプレー電極取付部６において支持し、基準電極２を基準電極取付部７において支持する。

次に、静電噴霧装置１００の外観を図３により説明する。図３は、静電噴霧装置１００の外観を説明するための図である。

図示するように、静電噴霧装置１００は、直方形状である（その他の形状であってもよい）。その装置の一面に、スプレー電極１および基準電極２が配設されている。図示するように、スプレー電極１は、基準電極２の近傍に位置する。また、スプレー電極１を取り囲むように環状の開口１１が、基準電極２を取り囲むように環状の開口１２が、それぞれ形成されている。スプレー電極１と基準電極２との間には電圧が印加され、それにより電場が形成される。スプレー電極１からは正帯電した液滴が噴霧される。基準電極２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２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。

〔スプレーバックを抑制するための構成について〕
静電噴霧装置１００では、スプレー電極１と基準電極２との間に電圧が印加されることで両電極間に電場が形成される。このとき、電場はピンの方向に方向付けられるため、噴霧された液体は、ピンの方向、つまり、装置の方向に噴霧されやすくなり、噴霧された液体が装置表面へ付着する（以下、このことをスプレーバックと称する）。

そこで、スプレーバックを抑制して、イオン流によって正帯電した液滴を装置表面に付着させないことが好ましい。以下、スプレーバックを抑制するための種々の構成を説明する。

〔基準電極２周りの開口１２の大きさ〕
スプレー電極１と基準電極２との間に電圧が印加されることにより、基準電極２においてイオン流が生じる。イオン流が生成されることで基準電極２周りの空気圧が低下するため、そこへ空気が流入する。すると、イオン流と流入空気とが入り乱れることでイオン流が乱流となり、この乱流がスプレーバックの一因となりうる。そこで、基準電極２周りの開口１２の直径や形状を変化させることでスプレーバックを抑制しうると本願発明者らは考察した。

なお、以下の検討においては、基準電極２は、その直径が、先端部が０．１ｍｍ未満、胴体部が０．５ｍｍのものを用いている。基準電極２の先端部は鋭利であることが好ましく、これにより、負帯電した空気が生じやすくなる。

（１）開口１２の直径を大きくした場合
開口１２の直径を大きくした場合のスプレーバックの発生のしやすさを図４により説明する。図４は、開口１２の直径を大きくした場合の静電噴霧装置１００の正面図である。開口１２の直径が大きくなるとイオン流が弱まるため、静電噴霧装置１００から液滴が噴霧されにくくなり、スプレーバックが発生しやすくなる。

そこで、開口１２の直径をどの程度まで大きくできるのか確認したところ、開口１２は、その直径が、基準電極２の胴体部の直径よりも２５倍以上、あるいは、基準電極２の先端部の直径よりも１５０倍以上であるとイオン流が弱まり、流入空気が開口１２の端部から開口１２の内部に侵入しやすくなることが分かった。開口１２の内部に空気が侵入するとイオン流が乱流となりやすく、スプレーバックの可能性が高まると言える。

換言すれば、開口１２は、その直径が、基準電極２の胴体部の直径の２５倍、および、基準電極２の先端部の直径の１５０倍の少なくとも何れかよりも小さくすることで、スプレーバックを生じにくくすることができる。

（２）開口１２の直径を小さくした場合
開口１２の直径を小さくした場合のスプレーバックの発生のしやすさを図５により説明する。図５は、開口１２の直径を小さくした場合の静電噴霧装置１００の正面図である。

開口１２の直径を小さするとイオン流が強くなるものの、スプレー電極１から垂直方向に噴霧された液滴の一部が基準電極２から生じるイオン流に乗りきれず、それによりスプレーバックが生じうる。そこで、開口１２は、その直径が、１．５ｍｍ〜１２．５ｍｍ、つまり、基準電極２の先端部の直径の１５倍〜１２５倍、あるいは、基準電極２の胴体部の直径の３倍〜２５倍とすることが好ましい。さらに、開口１２は、その直径が、２．５ｍｍ〜４．５ｍｍ、つまり、基準電極２の先端部の直径の２５倍〜４５倍、あるいは、基準電極２の胴体部の直径の５倍〜９倍とすることが好ましい。開口１２の直径を上記の数値範囲内とすることで、スプレー電極１から噴霧される液滴の大部分をイオン流に乗せることができ、スプレーバックを抑制することができる。

〔基準電極２周りの開口１２の形状〕
（１）開口１２の形状を楕円形にした場合（Ａ）
開口１２の形状を楕円形にした場合のスプレーバックの発生のしやすさを図６により説明する。図６は、開口１２の形状を楕円形にした場合の静電噴霧装置１００の正面図である。なお、開口１２の楕円形状は、その長軸が、基準電極２とスプレー電極１とを結ぶ線分に略一致するように位置決めされている。

図６の構成において、イオン流は弱くなり、加えて、スプレー電極１から垂直方向に噴霧された液滴の一部がイオン流に乗りきらず、図面右側（基準電極２側）へのスプレーバックが発生しやすくなる。

そこで、開口１２の形状を図６の楕円形とする場合には、短軸方向の幅を、１．５ｍｍ〜１２．５ｍｍとすることが好ましい。さらに、短軸方向の幅を、２．５ｍｍ〜４．５ｍｍ、つまり、基準電極２の先端部の直径の２５倍〜４５倍、あるいは、基準電極２の胴体部の直径の５倍〜９倍とすることが好ましい。そして、長軸方向の幅は、短軸方向の幅の１．５〜３．５倍とすることが好ましい。これにより、スプレー電極１から噴霧される液滴の大部分をイオン流に乗せることができ、スプレーバックの発生を抑制することができる。
（２）開口１２の形状を楕円形にした場合（Ｂ）
開口１２の形状を楕円形にした場合のスプレーバックについて図７により説明する。図７は、開口１２の形状を楕円形にした場合の静電噴霧装置１００の正面図である。なお、開口１２の楕円形状は、その短軸が、基準電極２とスプレー電極１とを結ぶ線分に略一致するように位置決めされている。

図７の構成において、イオン流の速度は弱くなる。しかしながら、スプレー電極１から噴霧される液滴の大部分がイオン流に乗り、スプレーバックが抑制される。イオン流の強さは、短軸側の楕円形の幅を変化させることにより最適化される。楕円形のサイズは、図６を参照して説明した楕円形の長軸・短軸のサイズと同様としてよい。
（３）開口１２の形状を楕円形にした場合（Ｃ）
開口１２の形状を楕円形にした場合のスプレーバックについて図８により説明する。図８は、開口１２の形状を楕円形にした場合の静電噴霧装置１００の正面図である。なお、開口１２の楕円形状は、その長軸および短軸が、スプレー電極１と基準電極２とを結ぶ線分に対して角度を有するように位置決めされている。

図８に示すように、開口１２の楕円形は、スプレー電極１と基準電極２とを結ぶ線分に対して角度を有するように位置決めされてよく、その角度は、適宜変更することができる。すなわち、長軸・短軸の長さは、液滴を静電噴霧装置１００から遠ざける方向に噴霧させるために適宜最適化することができる。

さらに、開口１２は、楕円に限られず、液滴をイオン流に乗せて、液滴を静電噴霧装置１００から遠ざける方向に噴霧させる形状、サイズに適宜設計することができる。したがって、図６〜図８に示す開口１２の楕円形状は、一例であって、これに限られない。

以上、基準電極２周りの開口１２の直径や形状を変化させることでスプレーバックを抑制する構成を説明した。ただし、静電噴霧装置１００は、スプレーバックを抑制するために、次のような構成で実現されてもよい。

例えば、静電噴霧装置１００を起立させたときに、スプレー電極１と基準電極２とが垂直方向に並ぶ構成、スプレー電極１の両側に２つの基準電極２が配置される構成が考えられる。また、スプレー電極１、および／または、基準電極２の電極形状を変化させる構成、両電極の電荷の正負を逆転させる構成なども考えられる。あるいは、磁場発生手段を用いて液滴を静電噴霧装置１００から遠ざける方向に噴霧させる構成も考えられる。

〔空気供給用の開口について〕
次に、基準電極２周りの開口１２の大きさ、形状を変化させる構成とは別の構成によって、スプレーバックを抑制する構成について説明する。具体的には、基準電極２周りの開口１２へ空気を供給することでイオン流を層流にし、それによりスプレーバックを抑制するというものである。そのことを図９により説明する。図９は、基準電極２周りの開口１２に空気が出入りする様子を説明する図である。図中の矢印は空気の流れを示す。

イオン流が発生すると、基準電極２の開口１２付近の空気圧が低下するため、その空気圧が低下した領域に空気が入り込む。このとき、空気が供給される領域が開口１２付近のみであれば、イオン流が乱流となり、それがスプレーバックの要因となりうる。

そこで、本願発明者らは、開口１２とは異なる開口を通して開口１２へ空気を供給することでイオン流を層流にし、それによりスプレーバックを抑制する方法を検討した。そのことを図１により説明する。図１は、静電噴霧装置１１０が空気供給用の開口（空気供給口）１５を有する構成を説明するための図である。図中の矢印は空気の流れを示す。なお、図３等を用いて説明した内容については、説明を省略する。

図示するように、静電噴霧装置１１０は、開口１５を有する。開口１５は、スプレー電極１および基準電極２が配設されている表面３０に隣接する表面であって、静電噴霧装置１１０を起立させたときの基準電極２側の側面である表面３１に形成されている。開口１５は、静電噴霧装置１１０の内部において、開口１２と連通している。

静電噴霧装置１１０は、開口１５を有することにより、開口１５から開口１２への空気の供給経路を確保している。これにより、イオン流が発生することで基準電極２の開口１２付近の空気圧が低下した領域へ、開口１５から流入した空気が自然に供給される。そして、開口１５から流入した空気によってイオン流が層流となり、静電噴霧装置１１０へのスプレーバックが抑制される。

開口１５が小さすぎると空気の流れに対する抵抗となり好ましくない。そこで、開口１５は、開口１２よりも面積が大きいことが望ましく、開口１５が環状の場合は、直径は０．６ｍｍ以上、楕円径の場合は、短径の直径が０．６ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、より好適にスプレーバックが抑制される。

なお、開口１５は、図１に示す表面３１に形成されている必要はなく、静電噴霧装置１１０を起立させたときの、静電噴霧装置１１０の上面、背面、もしくは静電噴霧装置１１０における表面３１の対向面に形成されてもよい。また、開口１５の形状は、特に限定されず、環状、矩形状等であってよい。

〔スプレーバックの抑制効果について〕
次に、上述した種々の構成によって得られる効果を図面を用いて説明する。

（基準電極２周りの開口１２の大きさを変化させたときの効果）
基準電極２周りの開口１２の大きさを変化させたときの効果を図１０、図１１により説明する。図１０は、図７に示す楕円形の開口１２を用いたときの液滴の流れを説明する図である。図１１は、図４に示す直径の大きい開口１２を用いたときの液滴の流れを説明する図である。なお、図１０および図１１は、静電噴霧装置を起立させたときの、運転中の当該静電噴霧装置を上面からハイスピードカメラにより撮影した写真である。また、図中、液滴の噴霧される方向に沿って破線が記載されており、その破線と表面３０とのなす角度が、大きければイオン流は強く、小さければイオン流が弱いことを示す。このことは、後述する図１２等においても同様である。

図１０および図１１を比較すると、破線と表面３０とがなす角度は、図１０の方が図１１よりも大きい。これは、図１０の楕円形の開口は、図１１の直径を大きくした開口よりも面積が小さいことからイオン流の速度が速いことに起因する。この結果から、開口１２の面積の大小に応じてイオン流の速度に変化をもたらすことが可能であることが見て取れる。

（空気供給用の開口１５による効果について）
空気供給用の開口１５による効果を図１２、図１３により説明する。図１２は、図５に示す円形の開口１２を用いたときの液滴の流れを説明する図である。図１３は、図５に示す円形の開口１２を用い、かつ、図１に示す開口１５を用いたときの液滴の流れを説明する図である。

静電噴霧装置１００に空気供給用の開口１５が形成されていない図１２の場合、開口１２の面積が小さいことからイオン流の速度は強くなるものの、図１２に示すように、イオン流は乱流となり、噴霧される液滴が渦巻くことがある。

一方、開口１５を有する静電噴霧装置１１０を示す図１３の場合、開口１２の面積が小さいことでイオン流が強くなるものの、開口１５から供給される空気によってイオン流が層流に保たれる。これにより、スプレーバックの抑制効果をさらに高めることができる。

ここで、図５に示す円形の開口１２を用い、かつ、図１に示す開口１５を用いた場合において、開口１５にスモークを送り、そのスモークの流れを見ることでイオン流による効果を確認する。図１４は、空気供給用の開口１５にスモークを供給した直後の様子を示す図である。図１５は、空気供給用の開口１５にスモークを供給して暫く時間が経過した後の様子を示す図である。

図１４は、空気供給用の開口１５にスモークを供給した直後の様子を示し、基準電極２周りの開口１２からスモークが現れ始めている。なお、開口１２は直径４ｍｍの環状であり、開口１５は一辺７．５ｍｍの正方形である。図１５は、空気供給用の開口１５にスモークを供給して暫く時間が経過した後の様子を示し、スモークが正帯電された液滴を捕えている様子を示す。各図に示すように、開口１５から開口１２へ空気を供給することで、イオン流が層流になり、この効果として、静電噴霧装置１１０へのスプレーバックを抑制することができる。

ここで、スプレーバックの抑制効果を図１６により説明する。図１６は、図６に示す楕円形の開口１２を用いた場合におけるスプレーバックの様子を説明するための図である。なお、楕円形の開口１２のサイズは、長軸方向の長さ１０ｍｍ、短軸方向の長さ４ｍｍである。また、基準電極２は、電気伝導体１３に接続し、図示しない電源装置から電気伝導体１３を介して電圧が印加される。

また、スプレーバックの抑制効果を比較する対象として図１７を示す。図１７は、図４に示す、開口１２の直径が大きい場合におけるスプレーバックの様子を説明するための図である。ただし、開口１２は、環状ではなく、１２．５ｍｍ×１５ｍｍの矩形としている。図１６、図１７の何れにおいても期間１日の噴霧試験を行い、それぞれ外気に露出させた電気伝導体１３に付着する液滴の量を比較した。

その結果、図１６では電気伝導体１３への液滴の付着が認められなかったのに対して、図１７では電気伝導体１３への液滴の付着が認められた（図１７において、電気伝導体１３が白く反射しており、このことが、電気伝導体１３に液滴が付着していることを示す）。つまり、楕円形の開口１２を用いることによって、開口１２の直径が大きい場合よりもスプレーバックの抑制効果を顕著に高められることが分かった。

このように、スプレーバックを抑制するためには種々の方法を採用することができ、基準電極２周りの開口１２の大きさや形状を変化させる方法、開口１５から開口１２へ空気供給を行う方法、および、それらの方法を適宜組み合わせなど、種々の方法によりスプレーバックを抑制することができる。これらの方法は、装置本体を大幅に設計変更することなく実現でき、しかも低コストで実現できるという効果も奏する。

〔液滴の帯電量、および液滴の大きさについて〕
〔基準電極２周りの開口１２の大きさ〕
液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する方法を図１８により説明する。図１８は、液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する第１の方法を説明するための図である。

第１の方法は、基準電極２周りの開口１２の大きさに応じて変化するイオン流の強さによって液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する方法である。その効果を確かめるために、２タイプの静電噴霧装置１００ａ、および静電噴霧装置１００ｂによる確認試験を行った。

静電噴霧装置１００ａは、基準電極２周りの開口１２の直径が、基準電極２の先端部の直径（０．１ｍｍ）の１２５倍に設定されている。静電噴霧装置１００ｂは、基準電極２周りの開口１２の直径が、基準電極２の先端部の直径（０．１ｍｍ）の４０倍に設定されている。つまり、静電噴霧装置１００ａは、静電噴霧装置１００ｂよりも開口１２の直径が大きく設定されている。この２タイプの静電噴霧装置において、それぞれ液滴の帯電量、および液滴の大きさを比較した。その結果を図１９、図２０に示す。

図１９は、基準電極２周りの開口１２の直径が異なる場合の粒子径を示す図である。横軸は液滴の直径（μｍ）を、縦軸は液滴数を示す。図２０は、基準電極２周りの開口１２の直径が異なる場合の帯電量を示す図である。横軸はサンプリング時間（秒）を、縦軸は電流値（ｆＡ）を示す。

図２０に示すように、開口１２の直径が小さい方（小さい開口）が、直径の大きい（大きい開口）よりも液滴の直径の小さい割合が高くなった。また、図２０に示すように、開口１２の直径が小さい方（小さい開口）が、直径の大きい（大きい開口）よりも帯電量が多かった。この結果の背景として、次の理由が考えられる。

静電噴霧装置では、液滴は帯電（チャージ）されており、その液滴が蒸発するほどに液体の体積当たりの帯電量は強くなる。そしてチャージが強くなると、クーロン力によって液滴が複数の液滴に分裂する。つまり、液滴の帯電量が大きい液滴は小さくなるのが早い。

この点、静電噴霧装置１００ａは、静電噴霧装置１００ｂよりも開口１２の直径が大きい。したがって、静電噴霧装置１００ａでは基準電極２周りの開口１２で生成されるイオン流が弱くなり、液滴の滞留時間が長くなる。それにより、静電噴霧装置１００ａでは、静電噴霧装置１００ｂよりも正帯電した液滴と負帯電した空気との中和が進みやすい。そのため、静電噴霧装置１００ａでは、静電噴霧装置１００ｂよりも、液滴の帯電量が少なく（図２０）、それゆえ、液滴が大きくなりやすい（図１９）。

なお、図２０の各実線の上下にはグレー領域が記載されている。これは、サンプリング時間ごとの電流値の変位を示しており、上記各実線は、その平均値を示す。このことは、後述する図２３についても同様である。

〔空気供給用の開口１５による影響について〕
液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する方法を図２１により説明する。図２１は、液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する第２の方法を説明するための図である。

第２の方法は、開口１５の存否に応じて変化するイオン流の性質（乱流、層流）によって液滴の帯電量、および液滴の大きさを制御する方法である。その効果を確かめるために、２タイプの静電噴霧装置１００ａ、および静電噴霧装置１１０ａを用いた。静電噴霧装置１００ａは、図１８に示す静電噴霧装置１００ａと同一の装置である。静電噴霧装置１１０ａは、図１に示す静電噴霧装置１１０において２つの開口１５が互いに対向して形成された装置である。その２つの開口は、図２１において開口１５ａ・１５ｂと参照番号が付されている。なお、それぞれの開口は、１０ｍｍ×１０ｍｍである。

静電噴霧装置１００ａでは、図４を用いて説明したように、基準電極２周りの開口１２で生成されるイオン流が乱流となりやすい。一方、静電噴霧装置１１０ａは、２つの開口１５ａ、および開口１５ｂから供給される空気により、イオン流が層流になりやすい。この２つの静電噴霧装置において、それぞれ液滴の帯電量、および液滴の大きさを比較した。その結果を図２２、図２３に示す。

図２２は、開口１５の有無ごとの粒子径を示す図である。横軸は液滴の直径（μｍ）を、縦軸は液滴数を示す。図２３は、開口の有無ごとの帯電量を示す図である。横軸はサンプリング時間（秒）を、縦軸は電流値（ｆＡ）を示す。

図２２に示すように、静電噴霧装置１１０ａ（開口有り）の方が静電噴霧装置１００ａ（開口無し）よりも液滴が小さい。また、図２３に示すように、静電噴霧装置１００ａ（開口無し）の方が帯電量が少ない。その理由としては以下の点が考えられる。

上述したように、静電噴霧装置では、液滴は帯電（チャージ）されており、その液滴が蒸発するほどに液体の体積あたりの帯電量は強くなる。そしてチャージが強くなると、クーロン力によって液滴が複数の液滴に分裂する。つまり、液滴の帯電量が大きい液滴は、そのサイズが小さくなるのが早い。

この点、静電噴霧装置１００ａは、イオン流が乱流となりやすく、イオン流が層流となる静電噴霧装置１１０ａよりも正帯電した液滴と負帯電した空気との中和が進みやすい。そのため、静電噴霧装置１００ａは、静電噴霧装置１１０ａよりも、液滴の帯電量が少なく（図２３）、それゆえ、液滴が大きくなりやすい（図２２）。

また、静電噴霧装置が開口１５を有することにより、イオン流が層流となり、図２２に示すように液滴の粒子径分布が左側（小径側）に移動する。静電噴霧装置１１０ａでは、静電噴霧装置１００ａよりも小径の液滴が３倍増となる。また、静電噴霧装置１００ａでは平均粒子径が１．２μｍであるところ、静電噴霧装置１１０ａでは、平均粒子径が０．７７μｍとなる。さらに、静電噴霧装置１１０ａでは、液滴の帯電量は大幅に増加する。図２３に示すように、静電噴霧装置１１０ａでは、静電噴霧装置１００ａよりも電流値が３倍となる。

以上、図１８〜図２３により説明したように、基準電極２周りの開口１２の大きさを調整し、また、静電噴霧装置が開口１５を有するかどうかにより、液滴の大きさ、および液滴の帯電量を制御することができる。これにより、芳香目的、殺虫目的などの用途に応じた好適な噴霧を実現することができる。加えて、基準電極２周りの開口１２の大きさを調整し、また、開口１５を有することによりスプレーバックも抑制することができるため、液滴の大きさ、および液滴の帯電量を制御しつつ、スプレーバックの抑制も併せて実現することができる。

以上、本実施の形態に係る静電噴霧装置の種々の形態を説明した。これらの形態は、本実施の形態の一例を示すものであって、ここで説明した形態を組み合わせることも当然に可能である。

本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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、静電噴霧装置に好適に適用することができる。

１ スプレー電極（第１電極）
２ 基準電極（第２電極）
３ 電源装置
６ スプレー電極取付部
７ 基準電極取付部
１０ 誘電体
１１ 開口（第１開口部）
１２ 開口（第２開口部）
１５ 開口（空気供給口）
１３ 電気伝導体
１００、１１０ 静電噴霧装置

Claims (7)

1. 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、上記第１電極の近傍に配設される第２電極とを備える静電噴霧装置であって、
   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開口部の内部に配設されており、
   上記第２開口部は、噴霧された上記物質が上記装置表面へ付着する割合を低減するように形成されており、
   上記第２開口部と自装置の内部で連通し、かつ、自装置の駆動時に上記第２開口部へ空気を供給する第２電極用空気供給口が装置表面に形成されていることを特徴とする静電噴霧装置。
2. 装置表面は、複数の面からなり、
   上記第２電極用空気供給口は、上記第１電極および上記第２電極が配設されている面とは異なる面に形成さ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. 上記第２電極用空気供給口の開口面積は、上記第２開口部の開口面積よりも大きい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１開口部と自装置の内部で連通し、かつ、自装置の駆動時に上記第１開口部へ空気を供給する第１電極用空気供給口が装置表面に形成されてい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。
5. 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、上記第１電極の近傍に配設される第２電極とを備える静電噴霧装置であって、
   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開口部の内部に配設されており、
   上記第２開口部は、噴霧された上記物質が上記装置表面へ付着する割合を低減するように形成されており、
   上記第１開口部と自装置の内部で連通し、かつ、自装置の駆動時に上記第１開口部へ空気を供給する第１電極用空気供給口が装置表面に形成されていることを特徴とする静電噴霧装置。
6. 装置表面は、複数の面からなり、
   上記第１電極用空気供給口は、上記第１電極および上記第２電極が配設されている面とは異なる面に形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の静電噴霧装置。
7. 上記第１電極用空気供給口の開口面積は、上記第１開口部の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載の静電噴霧装置。