WO2017082279A1

WO2017082279A1 - 静電噴霧装置及び静電噴霧方法

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Publication number: WO2017082279A1
Application number: PCT/JP2016/083187
Authority: WO
Inventors: 和昭佐藤; 翔志柿崎
Original assignee: アネスト岩田株式会社
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2017-05-18
Also published as: JP2017087125A; EP3375530A4; CN108348935B; EP3375530A1; US10618067B2; EP3375530B1; US20180318857A1; JP6657505B2; CN108348935A

Abstract

液体の供給量が多い場合でも安定した霧化が可能である静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供する。　静電噴霧装置は、液体を噴出するノズルを有する液体噴霧部と、液体噴霧部と液体噴霧部に対する異極として機能する異極部との間に電圧を印加して、液体を帯電状態でノズルの先端から離脱させる静電気力を発生させる電圧印加手段と、液体に圧力をかけてノズルに液体を供給した場合であっても、液体の噴霧状態を安定した状態にする安定化電極と、を備える。安定化電極は、液体噴霧部と同電位であり、液体が線状に伸びることによってノズルの前方に形成されるジェット部の長さが、安定化電極を設ける前よりも長くなるように、ノズルの近傍に設けられる。

Description

静電噴霧装置及び静電噴霧方法

　本発明は静電噴霧装置に関する。

　それぞれ少なくとも半導電性である毛管針および包囲面を備え、それらの間に電気ポテンシャルが加えられることによって針状オリフィスにおける液体を霧化する微粒子放出用静電噴霧ヘッドが知られている（特許文献１参照）。この静電噴霧コーティングヘッドでは、導体板（２１）が、少なくとも二つの列に配置された多数の毛管針（１１）を、その先端が同じ平面内に位置するように支持する。多数の円形孔（１３）を有する導電体抽出板（１４）が、各孔（１３）が前記針の一つに対して同軸となるように設けられる。抽出板（１４）が、前記導体板（２１）から一定距離だけ離されて配置されており、針（１１）からの均一な液体の霧の放出を生じさせる。前記毛管針（１１）と連通するマニホルド装置（１５）が、前記毛管針（１１）の列に液体を供給し、電気装置（Ｖ_１）が、電気ポテンシャルを各前記毛管針（１１）と前記抽出板（１４）との間に発生する。これによって、薄いコーティングがウエブに施される。

特開昭６３－０６９５５５号公報

　ところで、上記特許文献１のように、電気ポテンシャル（静電気力）を発生させることによって、毛管針（ノズル）から液体を噴出させて、液体を噴霧する装置においては、一般に、ノズルに多くの液体を供給すると、液体の霧化の状態（噴霧される液体の粒子径などの状態）が不安定になり、酷い場合には液体が霧化しない状態になる。

　一方、被塗物に塗料などの液体を塗布する場合、液体の噴霧量が多いほど被塗物に対して液体を塗布する時間を短縮することができる。このため、液体の供給量を多くしたいという要求がある。

　しかしながら、液体の供給量を増やすと、前述のような噴霧される液体の粒子径のばらつきが発生し、塗布ムラが発生するという問題がある。また、液体が霧化しない状態となると、被塗物に液体を塗着させること自体が困難となる。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、液体の供給量が多い場合でも安定した霧化が可能である静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供することを目的とする。

　本発明は、上記目的を達成するために、例えば、以下の態様として実現可能である。
（１）本発明の一実施形態による静電噴霧装置は、液体を噴出するノズルを有する液体噴霧部と、前記液体噴霧部と前記液体噴霧部に対する異極として機能する異極部との間に電圧を印加して、前記液体を帯電状態で前記ノズルの先端から離脱させる静電気力を発生させる電圧印加手段と、前記液体に圧力をかけて前記ノズルに前記液体を供給した場合であっても、前記液体の定常噴霧時の噴霧の粒子径の最大粒径が１００μｍ以下で安定噴霧する安定噴霧状態を維持する安定化電極と、を備え、前記安定化電極は、前記液体噴霧部と同電位であり、前記液体が線状に伸びることによって前記ノズルの前方に形成されるジェット部の長さが、前記安定化電極を設ける前よりも長くなるように、前記ノズルの近傍に設けられる。
（２）上記（１）の構成において、前記安定化電極は、前記安定化電極を設ける前よりも前記ジェット部の長さを１．５倍以上長くする。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記安定化電極は、前記液体に圧力をかけて前記ノズルに１分間当たり０．２ミリリットルを超える前記液体を供給した場合であっても、前記液体の噴霧状態を前記安定噴霧状態にする。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記安定化電極は、前記液体に圧力をかけて前記ノズルに０．５Ｐａ・ｓ以上、１０００ｍＰａ・ｓ以下の粘度の前記液体を供給した場合であっても、前記液体の噴霧状態を前記安定噴霧状態にする。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記電圧印加手段は、１０ｋＶ以上の電圧を印加できる。
（６）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記安定化電極の先端部は、ほぼ平面状の先端面と、前記先端面側から後方側に向かって前記先端面とほぼ同じ外形を有する部分と、を備える。
（７）上記（６）の構成において、前記ノズルの先端から前記安定化電極の前記先端面までの距離をＬ（μｍ）とし、前記安定化電極の前記先端面の面積をＳ（ｍｍ^２）としたときに、下記式（１）
　　　　Ｓ≧［Ｌ^２×Ｆ（Ｌ）］／１０^６・・・（１）
　　　　（但し、Ｆ（Ｌ）＝１．１１９１×ＥＸＰ（Ｌ×０．０００７３）であり、かつ、Ｌ≦１．０のときはＬ＝１．０）を満たす。
（８）上記（７）の構成において、前記面積Ｓは１２５０ｍｍ^２以下であり、かつ、前記安定化電極の前記先端面は、前記ノズルの先端から式（１）を満たす距離Ｌ（μｍ）の位置に位置する。
（９）上記（８）の構成において、前記面積Ｓは９６０ｍｍ^２以下である。
（１０）上記（８）の構成において、前記面積Ｓは７００ｍｍ^２以下である。
（１１）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記安定化電極の先端部は、先端面と、前記先端面側から後方側に向かって外形が大きくなるように傾斜する部分と、を備える。
（１２）上記（１１）の構成において、前記安定化電極の前記先端部の少なくとも一部は、前記ノズルの前記先端から８ｍｍ以内に位置し、前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部を前記ノズルの中心軸方向の任意の位置で切断したときの切断面の断面積をＳＳ（ｍｍ^２）とし、前記ノズルの前記先端から前記切断面までの距離をＬＬ（μｍ）としたときに、前記ノズルの前記先端から８ｍｍ以内に位置する前記先端部が下記式（２）
　　　　　ＳＳ≧［ＬＬ^２×Ｆ（ＬＬ）］／１０^６・・・（２）
　　　　（但し、Ｆ（ＬＬ）＝１．１１９１×ＥＸＰ（ＬＬ×０．０００７３）であり、かつ、ＬＬ≦１．０のときはＬＬ＝１．０）を満たす断面積ＳＳ（ｍｍ^２）を有する部分を備える。
（１３）上記（１２）の構成において、前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部のうち、最も外形が大きい部分での断面積ＳＳ（ｍｍ^２）は１２５０ｍｍ^２以下である。
（１４）上記（１２）の構成において、前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部のうち、最も外形が大きい部分での断面積ＳＳ（ｍｍ^２）は９６０ｍｍ^２以下である。
（１５）上記（１２）の構成において、前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部のうち、最も外形が大きい部分での断面積ＳＳ（ｍｍ^２）は７００ｍｍ^２以下である。
（１６）上記（１）から（１５）のいずれか１つの構成において、前記液体に圧力をかけて前記ノズルに前記液体を供給する液体供給部を備える。

（１７）本発明の一実施形態による静電噴霧方法は、液体を噴出するノズルを有する液体噴霧部と、前記液体噴霧部に対する異極として機能する異極部と、の間に電圧を印加して発生する静電気力で前記液体を帯電させた状態で前記ノズルの先端から離脱させて噴霧する。この静電噴霧方法は、前記ノズルの外周近傍に前記液体噴霧部と同電位の安定化電極を配置する工程と、前記液体に圧力をかけて前記ノズルに前記液体を供給して、前記液体が線状に伸びることによって前記ノズルの前方に形成されるジェット部の長さが、前記安定化電極を配置しない状態のときよりも、長くなるように、前記液体を噴霧する工程と、を備える。
（１８）上記（１７）の構成において、前記液体を噴霧する工程は、前記ジェット部の長さが、前記安定化電極を配置しないときよりも１．５倍以上長くなるように、前記液体を噴霧する工程を備える。
（１９）上記（１７）又は（１８）の構成において、前記ノズルに供給する前記液体の供給量は１分間当たり０．２ミリリットルを超える。
（２０）上記（１７）から（１９）のいずれか１つの構成において、前記ノズルに供給する前記液体は、粘度が０．５Ｐａ・ｓ以上、１０００ｍＰａ・ｓ以下である。
（２１）上記（１７）から（２０）のいずれか１つの構成において、前記液体噴霧部と異極部との間に印加する電圧は１０ｋＶ以上である。

　本発明の一実施形態によれば、液体の供給量が多い場合でも安定した霧化が可能である。

本発明に係る第１実施形態の静電噴霧装置の全体構成を示す断面図である。第１実施形態の液体噴霧部及び安定化電極を示す分解断面図である。第１実施形態の液体噴霧部の先端側を拡大した一部拡大断面図であり、心棒の先端面が後方に位置する場合を示している。第１実施形態の液体噴霧部の先端側を拡大した一部拡大断面図であり、図３Ａの状態よりも心棒の先端面が前方に位置する場合を示している。第１実施形態の液体噴霧部を示す斜視図である。第１実施形態の静電噴霧装置において安定化電極を配置しないで電圧を印加したときの等電位曲線を示す図である。第１実施形態の静電噴霧装置において安定化電極を配置しないで液体を噴霧したときの液体噴霧部の状態を示す図である。第１実施形態の静電噴霧装置において安定化電極を配置して電圧を印加したときの等電位曲線を示す図である。第１実施形態の静電噴霧装置において変形例の安定化電極を設けた液体噴霧部の斜視図である。本発明に係る第２実施形態の安定化電極を示す斜視図である。本発明に係る第２実施形態の安定化電極を示す断面図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。なお、特に断りがない場合、「先（端）」や「前（方）」等の表現は、各部材等において液体の噴霧方向側を表し、「後（端）」や「後（方）」等の表現は、各部材等において液体の噴霧方向と反対側を表す。

（第１実施形態）
　図１は、本発明に係る第１実施形態の静電噴霧装置１０の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、静電噴霧装置１０は、液体を噴出するノズル２２を有する液体噴霧部２０と、安定化電極３０と、電圧印加手段（電圧電源）５０と、を備える。電圧印加手段５０は、液体噴霧部２０と、液体噴霧部２０に対する異極として機能する異極部４０と、の間に電圧を印加する。

（液体噴霧部）
　図２は、液体噴霧部２０と安定化電極３０とを分解した分解断面図である。図２に示すように、液体噴霧部２０は、胴体部２１と、ノズル２２と、心棒２３と、を備えている。胴体部２１は、絶縁材料から形成されており、その内部には液体流路２１ｂが形成されている。液体流路２１ｂは、液体が供給される液体供給口２１ａを有している。ノズル２２は、貫通孔を有しており、この貫通孔が胴体部２１の液体流路２１ｂに連通するように胴体部２１の先端に設けられている。心棒２３は、導電材料から形成されており、胴体部２１の液体流路２１ｂ内及びノズル２２の貫通孔内に配置されている。

　胴体部２１には、心棒２３を後端側に取り出すために、液体流路２１ｂに連通した孔部２１ｃが設けられている。その孔部２１ｃ内には、心棒２３との間の隙間をシールして液体が漏れないようにするシール部材２４が設けられている。なお、本実施形態では、シール部材２４としてＯリングを用いているが、Ｏリングに限らず、シールが可能な任意の部材を用いることができる。

　そして、胴体部２１の後端側に位置する心棒２３の後端には、絶縁材料から形成された摘み部２３ａが設けられているとともに、導電材料から形成された電気配線接続部２３ｂが設けられている。電気配線接続部２３ｂは、摘み部２３ａのほぼ中央を貫通するように設けられている。

　図１に示すように、電気配線接続部２３ｂには、電圧印加手段５０からの電気配線が接続される。そして、図２に示すように、電気配線接続部２３ｂが心棒２３に接触するように配置されることにより、心棒２３と電気配線接続部２３ｂとが電気的に接続されている。

　また、胴体部２１の後端開口部２１ｄの内周面には、摘み部２３ａを螺合接続するための雌ネジ構造２１ｅが設けられている。一方、摘み部２３ａの先端外周面には、雄ネジ構造２３ｃが設けられている。

　したがって、胴体部２１の後端開口部２１ｄの雌ネジ構造２１ｅに摘み部２３ａの先端外周面の雄ネジ構造２３ｃを螺合させることによって、心棒２３が取外し可能に胴体部２１に取付けられている。また、摘み部２３ａの螺合量を調節することによって心棒２３を前後方向に移動させることができ、心棒２３の先端面２３ｄの位置を前後方向に調節できる。

　ここで、一般に、静電噴霧装置の液体を噴霧するノズルは、液体が流れる貫通孔の直径が小さい微細な液体流路を有している。これは、液体が流れ出るノズル先端の開口直径が大きいと、液体の安定した霧化状態が得られなくなるためと推察される。例えば、一般には、ノズル先端の開口直径は０．１ｍｍ未満とされている。

　このため、例えば、液体が乾燥すると、直ぐに、ノズル先端の開口部が目詰まりするが、開口直径が小さいため、この目詰まりを解消することが難しいという問題がある。

　しかしながら、本願発明者は、理由については後ほど説明するが、心棒２３を用いることで、従来に比較して、ノズル先端の開口径を大きな開口直径としても良好な霧化ができることを見出した。このため、本実施形態のノズル２２の先端の開口部２２ｂの開口直径を大きく（例えば、０．２ｍｍ）することができる。この結果、目詰まりが発生する頻度を大幅に低減することができる。

　なお、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径は、０．２ｍｍに限定されるものではなく、心棒２３を用いる形態においては、開口直径は１ｍｍ程度であってもよい。

　ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径は、一実施形態では、０．１ｍｍ以上であり、他の実施形態では、０．２ｍｍ以上であり、さらに別の実施形態では、０．２ｍｍよりも大きい。これらの実施形態では、目詰まりが起きにくく、また、目詰まりが起きても清掃することができる。

　一方、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径は、一実施形態では、１.０ｍｍであり、他の実施形態では、０．８ｍｍ以下であり、さらに別の実施形態では、０．５ｍｍ以下である。これらの実施形態では、霧化を安定化させることができる。

　また、本実施形態では、上述のように、心棒２３を前後方向に移動させることができる。このため、目詰まりが起きても心棒２３を移動させることで目詰まりを解消することができる。さらに、ノズル２２の貫通孔の内径も心棒２３を配置できる程度に大きい。このため、心棒２３を取り外して洗浄液を大量に流して洗浄することも可能になっている。

　図３Ａおよび図３Ｂは、液体噴霧部２０の先端側を拡大した拡大図である。図３Ａは、心棒２３の先端面２３ｄが後方に位置する場合を示している。図３Ｂは、図３Ａの状態よりも心棒２３の先端面２３ｄが前方に位置する場合を示している。

　図３Ａに示すように、ノズル２２は、開口部２２ｂ側に向かってテーパ状に内径が小さくなるテーパ状内径部（範囲Ａ参照）を有している。このテーパ状内径部のテーパ角度はαである。心棒２３は、先端面２３ｄに向かって外径が小さくなるテーパ形状部（範囲Ｂ参照）を有している。テーパ形状部のテーパ角度はβである。

　そして、ノズル２２のテーパ状内径部のテーパ角度αは、心棒２３のテーパ形状部のテーパ角度βよりも大きい。また、心棒２３の先端面２３ｄの直径は、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径よりも小さい。心棒２３のテーパ形状部は、後端側に向かって徐々に直径が大きくなり、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径よりも直径の大きい部分を有するように形成されている。

　上記のように、ノズル２２及び心棒２３の先端側を形成することによって、図３Ａ及び図３Ｂを見比べるとわかるように、心棒２３を前後方向に移動させることによって、ノズル２２と心棒２３との間に形成される隙間の幅を調節できるようになる。その結果、ノズル２２の開口部２２ｂから出る液体の量を調節することができる。

　また、図３Ｂで示す状態よりも、さらに、心棒２３を前方側に動かすことで、心棒２３がノズル２２の内周面に当接し、ノズル２２の開口部２２ｂを閉塞することが可能である。したがって、液体を噴霧しない状態において、ノズル２２の開口部２２ｂを心棒２３で閉塞させることによって、ノズル２２内の液体が乾燥することを防止することが可能である。その結果、ノズル２２の目詰まりを抑制できる。

（安定化電極）
　図２に示すように、安定化電極３０は、雌ネジ構造が設けられたネジ孔３１ａを有している。そして、安定化電極３０は、液体噴霧部２０のノズル２２上に装着された後、安定化電極３０のネジ孔３１ａに固定ネジ３１を螺合させてノズル２２の外周を固定ネジ３１で押圧するように固定ネジ３１を締め付けることによって、ノズル２２に固定される。

　このようにして、安定化電極３０は、図４に示すように、液体噴霧部２０のノズル２２の先端外周近傍に配置されるように取り付けられている。より具体的には、本実施形態では、安定化電極３０は、図１に示すように、安定化電極３０の先端面３０ａが、ノズル２２の先端外周縁２２ａよりも後方に配置されるようにノズル２２の外周に固定されている。

　そして、上述したように、安定化電極３０は、固定ネジ３１によって固定されるようになっているので、固定ネジ３１を緩めることによってノズル２２に沿うように移動させることができる。このため、ノズル２２に沿った前後方向における安定化電極３０の配置位置を調整すること可能である。

　なお、本実施形態では、安定化電極３０はノズル２２に固定されるが、安定化電極３０は、液体噴霧部２０の胴体部２１に固定されてもよい。その場合、安定化電極３０は、アーム構造などによってノズル２２の先端側の外周近傍に配置されてもよい。

　また、ノズル２２の外周面に雄ネジ構造が形成されていてもよい。安定化電極３０のノズル２２が配置される貫通孔３０ｂ（図２参照）の内周面に雌ネジ構造が形成されていてもよい。この場合、ノズル２２に対して安定化電極３０を螺合接続させることで、安定化電極３０がノズル２２の先端側の外周近傍に配置されてもよい。このような螺合接続の場合でも、螺合量を変えることによって、ノズル２２に沿った前後方向における安定化電極３０の配置位置を調整することが可能である。

　安定化電極３０は、導電材料から形成されている。安定化電極３０には、図１に示すように、電圧印加手段５０と電気配線接続部２３ｂとを接続する電気配線から分岐された電気配線が接続されている。したがって、安定化電極３０は、液体噴霧部２０（より具体的には、心棒２３）と同電位になっている。

（異極部４０）
　本実施形態では、異極部４０として被塗物が用いられる。電気配線が、心棒２３に接続される側と反対側で被塗物に接続されることで、被塗物自体が液体噴霧部２０に対する異極として機能する。また、異極部４０として機能する被塗物は、アース手段８０によってアースされている。このアース手段８０は必須ではないが、作業者が被塗物に触れたりすることがあり得るので、安全性の観点から設けられている。

　なお、本実施形態では、被塗物を異極部４０として機能させるために、電圧印加手段５０からの電気配線を被塗物に接続している。ただし、電気配線を被塗物に直接的に接続する必要はない。

　例えば、被塗物が搬送装置などによって、塗料などの液体を塗布する位置に搬送されるような場合には、電圧印加手段５０からの電気配線を、搬送装置の被塗物が載置される載置部に接続して、載置部を異極部４０として機能させてもよい。さらに、被塗物が、異極部４０として機能する載置部と同電位になるように、その載置部に被塗物が接触することによって、被塗物と電圧印加手段５０とが電気的に接続されてもよい。

　次に、図５及び図６を参照しながら、安定化電極３０を設ける前の液体噴霧部２０（図６参照）を使用して液体を噴霧する場合について説明を行うとともに、上述した心棒２３を設けることの効果などについて説明を行う。その後、安定化電極３０を設ける場合の効果などについて説明を行う。図５は、安定化電極３０を設けていない状態の、液体を噴霧するノズル２２の先端側だけを図示した側面図である。

　図５では、ノズル２２の中心軸をＺ軸として示し、このＺ軸に直交する１つの軸をＸ軸として示している。図５は、電圧を印加したときにＺ軸およびＸ軸に沿った断面に現れる等電位曲線５８を合わせて図示している。なお、ここでは一例としてＸ－Ｚ平面の等電位曲線５８を示しているが、Ｚ軸を中心として、この平面を所定角度だけ回転させた任意の平面でも同様の等電位曲線が現れる。また、図６は、安定化電極３０を設けていない状態で液体噴霧部２０から液体を噴霧している状態を示している。

　図５に示すように、電圧を印加すると、ノズル２２を取り巻くように等電位曲線５８が現れる。そして、等電位曲線５８の接線に直交する方向に向けてノズル２２から出る液体が静電気力で引っ張られる。このときに、心棒２３の先端面２３ｄ及びノズル２２の先端外周縁２２ａへの表面張力や粘度による付着力に対して、液体を引っ張る静電気力が釣り合うことによって、ノズル２２の先端側に供給された液体が、図６に示すように、その先端で円錐形の形状となる（換言すれば、テイラーコーン６０の状態となる）。

　このテイラーコーン６０は、電場の作用によって、液体中で正／負電荷の分離が起こり、過剰電荷で帯電したノズル２２先端のメニスカスが変形することによって、円錐状に形成される。そして、テイラーコーン６０の先端から静電気力によって液体が真直ぐに引っ張られ、テイラーコーン６０の先端から線状に伸びるジェット部６０ａの先端で液体が静電爆発することによって、液体が噴霧される。

　この静電爆発に至るまでの、等電位曲線５８の接線と直交する方向からの静電気力による引っ張り力などが噴霧される液体の慣性力となる。さらに、静電爆発時の広がり力（反発力）などの相互作用の結果として、液体は前方側に噴霧される。

　そして、この噴霧される液体、つまり、ノズル２２から離脱して液体粒子となった液体は、離脱前の状態に比べて空気に触れる面積が飛躍的に大きくなるので、溶媒の気化が促進される。その溶媒の気化に伴って帯電している電子間の距離が近づき、静電反発（静電爆発）が発生して、液体は小さい粒径の液体粒子に分裂する。この分裂が起こると、さらに、分裂前に比べて空気に触れる表面積が増えるので、溶媒の気化が促進される。このため、液体は、静電爆発して小さい粒径の液体粒子に再び分裂し、このような静電爆発が繰り返されることによって、液体が霧化される。

　ここで、本実施形態では、ノズル２２内に心棒２３が設けられる。仮に、従来の静電噴霧装置のように、この心棒２３を設けないものとすると、液体が付着できる部分は、ノズル２２の先端外周縁２２ａだけとなる。

　このため、このような状態でノズル２２の開口部２２ｂの開口直径を大きくすると、液体の安定した霧化ができなくなるものと推察される。その理由は、例えば、ノズル２２の上下左右に液体がふらつき易く、きれいなテイラーコーン６０が形成できなくなったり、テイラーコーン６０自体が維持できなくなったりすると考えられるからである。このような現象が生じると、ノズル２２から離脱する液体粒子の安定性（粒子の大きさ、数、及び、帯電状態などの安定性）が得られなくなる。

　一方、本実施形態では、ノズル２２内に心棒２３を配置しているので、ノズル２２の先端外周縁２２ａに加えて、心棒２３の先端面２３ｄにも液体が付着する。換言すれば、液体が付着できる心棒２３の先端面２３ｄが開口部２２ｂの中央部に存在する。したがって、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径が大きくても、安定したテイラーコーン６０を形成することができ、その結果、液体の安定した霧化ができると考えられる。

　なお、心棒２３の先端面２３ｄがノズル２２の先端外周縁２２ａ（つまり、ノズル２２の開口部２２ｂの先端面）から前方に出過ぎると、ノズル２２から出る液体に電場が作用し難くなる。一方、心棒２３の先端面２３ｄがノズル２２の開口部２２ｂの先端面から後方に引っ込み過ぎると、開口部２２ｂの中央部に液体が付着できる部分が存在しないのと同じ状態となる。

　このことから、一実施形態では、心棒２３の先端面２３ｄは、液体を噴霧する状態において、ノズル２２の開口部２２ｂの先端面を基準にして、心棒２３の中心軸に沿った前後方向において、ノズル２２の先端の開口部２２ｂの開口直径の１０倍以内に位置する。他の実施形態では、心棒２３の先端面２３ｄは、５倍以内に位置し、さらに他の実施形態では、３倍以内に位置する。

　例えば、本実施形態では、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径が０．２ｍｍであり、静電気力を考慮しない場合、ノズル２２の開口部２２ｂから出た液体は、ノズル２２の先端で直径が約０．２ｍｍの半球状となるように出てくる。

　一実施形態では、ノズル２２の先端に出てきた液体に電場（静電気力）が作用して円錐状のテイラーコーン６０が形成できるように、心棒２３の先端は、この液体の近くに存在する。一実施形態では、心棒２３の先端は、ノズル２２の開口部２２ｂの先端面から前方（液体が出る方向）に２ｍｍ以内に位置する。一方、一実施形態では、液体が付着ようにようにするために、心棒２３の先端は、ノズル２２の開口部２２ｂの先端面から後方（引っ込む方向）に２ｍｍ以内に位置する。

　上記のように、心棒２３を設けることによって、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径を大きくしても安定した液体の霧化が行える。このため、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径を、目詰まりが抑制できるような大きな開口直径にすることができる。また、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径を大きくできるため、機械加工でノズル２２が製作できる。

　なお、本実施形態では、心棒２３の先端が先端面２３ｄとして平坦な平面を有している場合を示している。ただし、必ずしも、心棒２３の先端が平坦な平面である必要はない。安定したテイラーコーン６０の形成に寄与するために、例えば、心棒２３の先端は、Ｒ形状のように、前方側に向かって突出する曲面になっていてもよい。

　上述した安定化電極３０を設けていない液体噴霧部２０を使用する場合でも、例えば、液体の粘度が０．５～１０００ｍＰａ・ｓ程度の低粘度であっても、ノズル２２への液体の供給量が少ないとき（例えば、供給量が０．１ミリリットル／分前後の場合）には、良好な液体の霧化を行うことが可能である。

　しかしながら、液体の供給量を増やしていくと、安定した液体の霧化を実現することが困難になっていく、このため、安定化した霧化のために安定化電極３０が使用される。

　そこで、本実施形態の静電噴霧装置１０は、安定化電極３０を備えている。その結果、液体に圧力をかけることによって０．２ミリリットル／分を超えるように液体の供給量を多くした場合、例えば、液体の供給量が、０．３ミリリットル／分、０．５ミリリットル／分、１．０ミリリットル／分、さらには、２．０ミリリットル／分のように多くした場合でも、良好な霧化が可能である。以下では、この安定化電極３０について、さらに、詳細な説明を行う。

　まず、安定化電極３０を用いた液体の噴霧に関する詳細な説明を行う前に、安定化電極３０を用いないときに、液体の供給量を多くすると、安定した霧化が得られなくなる理由ついて説明する。その後、安定化電極３０を用いることによって、その安定した霧化が行えない状態がどのように変わるのかについて説明を行う。

　まず、安定化電極３０が使用されない状態では、図５に示したように、電圧の印加によってノズル２２を取り巻くように現れる等電位曲線５８は、ノズル２２を中心として円を描くように現れる。この場合、静電気力の引っ張り力は、この等電位曲線５８に接線を引いた時に、この接線に直交する方向に働く。したがって、液体には扇状に引っ張り力が働いていると考えられる。

　上述したように、静電噴霧装置の液体を噴霧する原理は、静電気力による液体の静電爆発である。このため、液体の供給量を増やすためには、印加する電圧を、その液体の供給量の増加に応じて高くして、発生する静電気力が高められる。この場合、液体は、テイラーコーン６０を形成することなく、静電気力によってノズル２２の先端の直近で分裂を起こす。

　わかり易いように、より具体的に、静電気力を強くしていった場合に、どのように液体の離脱・霧化の状態が変化していくのかを説明する。図６に示すようなテイラーコーン６０の先端から線状に伸びるジェット部６０ａの先端において液体が静電爆発する良好な状態から、印加する電圧を高めて静電気力を強くしていくと、ジェット部６０ａの長さが短くなっていく。さらに、静電気力を強くすると、ジェット部６０ａのない状態になり、その後、テイラーコーン６０すら形成されない状態となる。この状態になると、ノズル２２の先端から液体が出たらすぐに、静電気力による分裂が起こる。

　上述のように、テイラーコーン６０すら形成されなくなり、ノズル２２の先端直近で静電気力による分裂を起こす時には、静電爆発を起こす場合と異なり、液体の粒子径が均一にならず、大きい粒子径の液体や小さい粒子径の液体が混じりあった不均一な霧化の状態になる。

　上述のようなテイラーコーン６０すら形成されず、ノズル２２の先端直近で静電気力による分裂を起こしている状態では、供給される液体の供給量に対して静電気力が強すぎるため、瞬時に静電気力による分裂に至っていると考えられる。このため、液体の供給量を増やすと、再び、テイラーコーン６０及びジェット部６０ａが形成されるようになると考えられる。

　実際に、液体の供給量を増やしていくと、再び、テイラーコーン６０及びジェット部６０ａが形成されるようになるのが観察できる。ただし、このように液体の供給量を増やすようにして形成されたジェット部６０ａは、安定して霧化するときの状態よりも太い。その結果、静電爆発で分裂霧化する液体の粒子径にばらつきが見られ、液体の粒子径が均一にならない。

　なお、上記のような太いジェット部６０ａとなるのは、ジェット部６０ａが主に静電気力の引っ張り力によってテイラーコーン６０の先端から伸びるようにして形成されているのではなく、ノズル２２からの液体を圧送する力も加わった状態で強制的に形成されたためと考えられる。

　ここで、ジェット部６０ａの表面には静電気力が作用しやすいことを考慮すると、ジェット部６０ａが太い場合、ジェット部６０ａが均一な帯電状態とならず、表層側ほど帯電しているような状態になっているのではないかと推察される。そうすると、ジェット部６０ａの中心部は、あまり電荷を帯びていないため、静電気力が働かず、一方でジェット部６０ａの表層には静電気力が働いている状態が発生しているのではないかと思われる。

　そして、安定化電極３０を使用しない場合には、図５を参照して説明したように、静電気力は、扇状に引っ張るように働いている。この扇状に引っ張る静電気力の引っ張り成分は、図５におけるＺ軸方向のベクトル成分とＸ軸方向のベクトル成分を合成して表すことができる。ジェット部６０ａの表層は、Ｘ軸方向に向いているため、ジェット部６０ａの表層の液体は、Ｘ軸方向には分離しやすい状況にあるので、Ｘ軸方向のベクトル成分によって引き剥がされるようにして、表層の液体がジェット部６０ａから分裂する。それによって、離脱した液体の粒子径が安定せず、不均一な粒子径になっているのではないかと推察される。そうすると、液体が離脱した後の静電爆発も、液体の粒子径のばらつきに伴って不均一になると推察される。

　このようなことから、液体の供給量を多くしたときに液体の粒子径のばらつきがない安定した霧化を行うためには、出来るだけＺ軸方向にのみ液体を引っ張るように静電気力を働かせることによって、Ｘ軸方向の表面分裂をなくしつつ、ジェット部６０ａの先端ほど速度が増して細くなった（換言すれば、細く長く伸びて帯電状態のばらつきが発生しにくくなった）ジェット部６０ａの先端に静電気力が集中して均一な静電爆発が起こるようにすることが考えられる。

　そこで、本願発明者は、このような考え方に基づき、安定化電極３０を設けるという構成に想到した。安定化電極３０を設けることによって、本実施形態の静電噴霧措置１０は、粘度が０．５～１０００ｍＰａ・ｓ程度の比較的低粘度の液体をノズル２２に０．２ミリリットル／分を超えるような供給量で供給しても、安定した液体の噴霧が実現できる。また、液体に圧力をかけてノズル２２に液体を供給した場合であっても、液体の定常噴霧時の噴霧の粒子径の最大粒径が１００μｍ以下で安定噴霧する状態を維持することができる。以下、安定化電極３０についてより詳細な説明を行う。

　既に、図１を参照しながら説明したように、安定化電極３０には、電圧印加手段５０と電気配線接続部２３ｂとを接続する電気配線から分岐された電気配線が接続されており、安定化電極３０は、液体噴霧部２０（本例では、心棒２３）と同電位になっている。つまり、安定化電極３０は、液体噴霧部２０の電極（心棒２３）と同じ電位を有するように構成されている。このため、安定化電極３０は、液体噴霧部２０の電極（心棒２３）と同じ作用を生じる。

　そして、図１に示すように、そのような電位を有する安定化電極３０がノズル２２の先端外周を取り巻くように配置されているので、電圧を印加することで発生する静電気力は、安定化電極３０の先端面３０ａ側にも分散され、ノズル２２の先端に集中するのが緩和される。

　この結果、印加する電圧を高くして静電気力を強くしても、ノズル２２から出る液体に対して過度の静電気力が局部的に集中することが避けられる。したがって、ノズル２２から出た直後の液体の分裂が回避できる。

　図７は、安定化電極３０を設けた場合に現れる図５と同様のＸ－Ｚ平面における等電位曲線５８の状態を示している。図７に示すように、安定化電極３０の先端面３０ａを含めた範囲が静電気力の集まる電極部分となる。このため、図５と比較して、ノズル２２の前方側に現れる等電位曲線５８の湾曲状態が緩やかになっているとともに、等電位曲線５８の間隔が広くなり、ノズル２２付近での静電気力が弱くなっている。

　静電気力は、等電位曲線５８に引いた接線に直交する方向に液体を引っ張るように作用する。このため、図７に示すような等電位曲線５８の場合、Ｚ軸の正側及び負側に引っ張る力が図５に示す等電位曲線５８と比較して少なくなる。つまり、前方側に引っ張る力が強められるとともに、等電位曲線５８の間隔が広くなりノズル２２先端付近の静電気力が弱められた状態となる。

　したがって、ノズル２２の先端から出た液体には、ノズル２２の先端で分裂することのない、Ｚ軸に沿って真直ぐ前方側に引っ張られる力がかかる。それによって、液体は、前方側に伸びながら加速し、その結果、前方に伸びて細くなる。

　そして、この液体の細くなった先端部は、ジェット部６０ａを長く伸ばすように形成される。このため、安定化電極３０から離れた位置に先端部が位置することによって静電気力が集中しやすくなり、さらに、細くなったことによっても静電気力が集中しやすくなる。また、液体の先端部が細くなっていることによって、帯電状態のばらつきも発生しにくくなっている。このため、均一な静電爆発を起こしやすい。

　この結果、ジェット部６０ａにおいて、液体が部分的に分裂を起こすことが回避できる。また、液体がジェット部６０ａの先端で安定して均一に静電爆発を起こすため、安定化電極３０が使用されないときのような液体の粒子径の不均一さが発生しにくくなる。

　また、前方に伸びた液体の先端部は、電圧印加手段５０の電圧の変化や湿度変化などによる静電気力の変化などに応じて液体のジェット部６０ａの先端位置が変化することによって、均一な静電爆発を起こす位置に先端部が位置するように自己調節する機能が働くことが見出された。

　具体的には、電圧印加手段５０の電圧が低下した場合、電圧低下により静電気力が弱まる。その場合、液体のジェット部６０ａの先端位置は安定化電極３０の影響が少ないので、液体の先端部が、静電気力が強い前方に伸びることにより、安定な霧化が継続される。逆に、電圧印加手段５０の電圧が上昇した場合、電圧上昇により静電気力が強まる。その場合、液体のジェット部６０ａの先端位置は安定化電極３０の影響が大きいので、液体の先端部が、静電気力が弱い後方に縮小することにより、安定な霧化が継続される。

　また、安定化電極３０を設ける前よりもジェット部６０ａ（図６参照）の長さが長くなる状態のときに、ジェット部６０ａの先端位置の変化幅が大きく、静電爆発の安定性が高いことが確認できている。

　このため、一実施形態では、安定化電極３０を設ける前のジェット部６０ａの長さに対して、安定化電極３０が設けられたときのジェット部６０ａの長さが１．５倍以上長くなるように、安定化電極３０はノズル２２の近傍に設けられる。

　また、一実施形態では、安定化電極３０を設ける前にジェット部６０ａがほとんど見られない状態の場合でも、安定化電極３０を設けることでジェット部６０ａができるように、つまり、安定化電極３０を設ける前よりもジェット部６０ａの長さが長くなるように、安定化電極３０はノズル２２の近傍に設けられる。

　ところで、安定化電極３０の先端面３０ａの寄与度は、先端面３０ａがノズル２２の先端側に位置する程大きく、ノズル２２の先端から後側に離れるように位置する程小さくなると考えられる。一方、ノズル２２の先端からの距離が同じ位置に安定化電極３０の先端面３０ａが位置する場合、先端面３０ａの面積が大きいと、電極として作用する面積が大きくなると考えられる。その結果、先端面３０ａの寄与度が大きくなると考えられる。

　このことから、安定化電極３０の先端面３０ａがノズル２２の先端側に位置する場合には、先端面３０ａの面積が少なくても安定した静電爆発（粒子径のバラツキの少ない噴霧）が行えると思われる。逆に、先端面３０ａがノズル２２の先端から後方側に位置する場合には、先端面３０ａの面積を大きくすることによって、安定した静電爆発（粒子径のバラツキの少ない噴霧）を行うことができると思われる。

　そこで、先端面３０ａの大きさを変えたいくつかの安定化電極３０を作製し、安定した静電爆発（粒子径のバラツキの少ない噴霧）が行える先端面３０ａのノズル２２の前後方向位置と先端面３０ａの面積との関係を求めた。以下では、ノズル２２の前後方向位置と先端面３０ａの面積との関係に基づき、先端面３０ａの面積についてさらに説明を行う。

　まず、液体噴霧部２０は、基本的に上述したものと同様であるが、安定化電極３０の前後方向の位置合せが行い易いようにノズル２２の外周面に雄ネジ構造（螺旋溝）を備えている。また、液体噴霧部２０は、安定化電極３０のノズル２２が配置される貫通孔３０ｂ（図２参照）の内周面に雌ネジ構造（螺旋溝）を備えている。つまり、ノズル２２に対する安定化電極３０の螺合量を調節することによって安定化電極３０前後方向の位置が変えられる静電噴霧装置１０を用いて、以下に説明するデータを取得した。

　安定化電極３０としては、直径が６ｍｍの円筒状で先端面３０ａのノズル２２用の開口直径が３．３ｍｍの電極（以下「電極１」ともいう）、直径が８ｍｍの円筒状で先端面３０ａのノズル２２用の開口直径が３．３ｍｍの電極（以下「電極２」ともいう）、直径が１６ｍｍの円筒状で先端面３０ａのノズル２２用の開口直径が４．４ｍｍの電極（以下「電極３」ともいう）、直径が２８ｍｍの円筒状で先端面３０ａのノズル２２用の開口直径が４．４ｍｍの電極（以下「電極４」ともいう）をそれぞれ用意した。そして、各安定化電極３０について安定した静電爆発（粒子径の安定した液体の噴霧）が行える、ノズル２２の先端から最も後方側の位置（以下、最大距離ともいう）を求めた。

　その結果、電極１については最大距離Ｌ１が２ｍｍであり、それよりもノズル２２の後方側に電極１が配置（先端面３０ａが配置）されると、安定した静電爆発（粒子径の安定した液体の噴霧）ができなくなった。同様に、電極２については最大距離Ｌ２が２．５ｍｍ、電極３については最大距離Ｌ３が３．５ｍｍ、電極４については最大距離Ｌ４が４．５ｍｍであった。

　ここで、電極１～４の先端面３０ａの面積Ｓ（ｍｍ^２）は、先端面３０ａの直径Ｄ、開口直径ｄからＳ＝［（Ｄ／２）^２－（ｄ／２）^２］×πとして求められる。ｍｍ単位での変化が存在することから、後のことを考え、単位をμｍとして求めると、電極１の先端面３０ａの面積Ｓ１は１９７１１３５０（μｍ^２）であり、電極２の先端面３０ａの面積Ｓ２は４１６９１３５０（μｍ^２）であり、電極３の先端面３０ａの面積Ｓ３は１８５７６２４００（μｍ^２）であり、電極４の先端面３０ａの面積Ｓ４は６００２４２４００（μｍ^２）である。

　安定化電極３０は静電気力に作用することを考えると、この面積Ｓ１からＳ４の変化は、最大距離Ｌ１～Ｌ４の２乗に従った影響を受けている、つまり、距離の２乗に比例して面積が大きくなっていく傾向があると推察される。

　そこで、最大距離Ｌ１～Ｌ４の２乗で面積Ｓ１～Ｓ４を割り、距離の２乗による影響をキャンセルした面積を求めた（但し、面積Ｓ１～Ｓ４の単位に合わせるために、距離の２乗で割る計算もＬ１～Ｌ４をμｍとして行った）。なお、この距離の２乗で割った面積を割戻し面積と呼ぶことにする（但し、割戻し面積自体は、距離の変化をキャンセルするように正規化された値であるため、単位は無次元になっている）。

　このようにして電極１の割戻し面積ＳＤ１を求めると４.９３であり、電極２の割戻し面積ＳＤ２を求めると６．６７であり、電極３の割戻し面積ＳＤ３を求めると１５．１６であり、電極４の割戻し面積ＳＤ４を求めると２９．６４であった。

　ここで、影響が単純に距離の２乗に従う（通常、静電気力のような電磁界に関する力は、距離の２乗に従う）場合、割戻し面積ＳＤ１～ＳＤ４は定数になるはずであるが、上述の計算では、割戻し面積ＳＤ１～ＳＤ４は定数になっていない。具体的には、最大距離Ｌ１～Ｌ４をグラフ上のＸ軸の値として、割戻し面積ＳＤ１～ＳＤ４をグラフ上のＹ軸の値としてグラフを作成すると、指数関数的な右肩上がりの傾向が確認できる。

　これは、この割戻し面積ＳＤ１からＳＤ４が安定化電極３０の先端面３０ａのノズル２２に沿った位置の違いによる影響をキャンセルした値にはなっているものの、割戻し面積ＳＤ１からＳＤ４は、同じ位置でも直径が大きくなるほどノズル２２の中心からの距離が離れることの影響が残った値になっているためと考えられる。

　つまり、安定化電極３０の先端面３０ａをノズル２２の先端から後方に移動させたときに、面積の大きな電極面（先端面３０ａ）を構成しようとすると、必然的に、安定化電極３０の直径が大きくなる。上述の指数関数的な右肩上がりの傾向は、その影響を受けていると考えられる。

　このことから、この最大距離Ｌ１～Ｌ４をグラフ上のＸ軸の値として、割戻し面積ＳＤ１～ＳＤ４をグラフ上のＹ軸の値として、プロットし、それを指数関数で近似した関数は、ノズル２２の先端からの距離に応じた安定化電極３０の先端面３０ａの直径の変化による影響を表していると考えられる。

　そして、グラフのＸ軸の変数をＬ、Ｙ軸の変数をＳＤとして、（Ｘ座標，Ｙ座標）としてグラフ上にプロットした４つのサンプル点（Ｌ１，ＳＤ１）、（Ｌ２，ＳＤ２），（Ｌ３，ＳＤ３），（Ｌ４，ＳＤ４）に基づき、指数関数を求めると、下記式Ｆ１が得られる（なお、以下の近似式（Ｆ１）はエクセルの機能を用いて求めた。）。
　ＳＤ＝１．１１９１×［ＥＸＰ（０．０００７３×Ｌ）］…（Ｆ１）

　この近似で求めた関数（式（Ｆ１））は、ノズル２２の先端からの距離Ｌ（μｍ）と、その距離Ｌ（μｍ）で必要な割戻し面積（ＳＤ）と、の関係を示す式になっている。つまり、ノズル２２の先端からの任意の距離Ｌ（μｍ）を式（Ｆ１）のＬに代入することで、その位置で必要な割戻し面積ＳＤが求められる。そして、式（Ｆ１）を用いて求めた割戻し面積ＳＤを、その割戻しを行う前の状態にするように、この求めた割戻し面積ＳＤに、距離Ｌ（μｍ）の２乗を乗算すれば、その距離Ｌ（μｍ）で必要な面積Ｓ（μｍ^２）が求まる。

　したがって、一実施形態では、ノズル２２の先端から安定化電極３０の先端面３０ａまでの距離がＬ（μｍ）である場合、安定化電極３０の先端面３０ａの面積Ｓ（ｍｍ^２）は、下記式（Ｆ２）で求められる面積Ｓ（ｍｍ^２）以上で設定される。
Ｓ＝｛Ｌ^２×（１．１１９１×［ＥＸＰ（０．０００７３×Ｌ）］）｝／１０^６…（Ｆ２）
　なお、上記式（Ｆ２）において１０^６で割っているのは、面積Ｓの単位をｍｍ^２に戻しているためである。

　このことから、指数関数の部分を以下のように関数Ｆ（Ｌ）として表すと、以下の通りである。
　Ｆ（Ｌ）＝１．１１９１×［ＥＸＰ（０．０００７３×Ｌ）］
　一実施形態では、ノズル２２の先端から安定化電極３０の先端面３０ａまでの距離が距離Ｌ（μｍ）である場合、先端面３０ａの面積Ｓ（ｍｍ^２）は、下記式（１）を満たす。
　Ｓ≧［Ｌ^２×Ｆ（Ｌ）］／１０^６　…（１）
　但し、Ｆ（Ｌ）＝１．１１９１×［ＥＸＰ（０．０００７３×Ｌ）］で、かつ、Ｌ≦１．０のときはＬ＝１．０とする。

　なお、Ｌ≦１．０（μｍ）のときにＬ＝１．０（μｍ）とする理由は以下の通りである。上述した式展開を見れば、明らかな通り、Ｌ^２の部分は、ノズル２２の先端からの距離の影響をキャンセルするためのファクタである。つまり、Ｌ^２の部分は、割戻し面積ＳＤを求めるときの分母であり、ノズル２２から離れるほど１．０よりも大きな数値となる必要のある物理量である。

　しかしながら、Ｌ＜１．０のときは、Ｌ^２の部分は１.０未満の値を取る計算上の特異点となる。この特異点の範囲では、安定化電極３０をノズル２２の先端に近づけるほど先端面３０ａを大きい面積とするという理論的に間違った計算結果を導くことになる。

　一方、ノズル２２の先端から１μｍ後方の位置と先端の位置とは、実質的に差異がないと考えられるので、計算上特異点となるノズル２２の先端から１．０μｍの範囲（Ｌ≦１．０）において、Ｌ＝１．０と見なしても実用上問題ないと考えられる。このため、Ｌ≦１．０（μｍ）のときはＬ＝１．０（μｍ）とする。

　ところで、安定化電極３０を設けることで、ノズル２２の先端から出る液体に対して前方に真直ぐ引っ張る力だけが作用しやすくなる。この場合、静電気力が安定化電極３０の先端面３０ａに分散されるため、液体自体を引っ張る力が減少することになる。

　このため、液体が良好に前方に伸びる静電気力を液体に与えるためには、安定化電極３０の先端面３０ａの面積は、一実施形態では１２５０ｍｍ^２以下であり、他の実施形態では９６０ｍｍ^２以下であり、さらに別の実施形態では７００ｍｍ^２である。

　安定化電極３０の先端面３０ａの面積を上記した面積に抑えることによって、液体に加えられる静電気力が弱くなりすぎることが抑制される。その結果、液体が前方に良好に伸びたジェット部６０ａを形成することができる。

　また、静電気力が安定化電極３０の先端面３０ａに分散されることを考慮すれば、液体が前方に良好に伸びるだけの静電気力を得るために、印加する電圧は、一実施形態では、１０ｋＶ以上であり、他の実施形態では、１５ｋＶ以上である。このため、一実施形態では、静電噴霧装置１０の電圧印加手段５０は、１０ｋＶ以上の電圧を印加できる。

　一方で、静電気力が液体へ過剰に加わることを抑制することや安全性を考慮すれば、印加する電圧は、一実施形態では３０ｋＶ以下であり、他の実施形態では２５ｋＶ以下であり、さらに別の実施形態では２０ｋＶ以下である。

　さらに、上記では、安定化電極３０全体を導電材料で形成した場合、つまり、安定化電極３０の先端面３０ａを含む実質的に電極として寄与する先端部だけでなく、それよりも後方側の部分も含めて全てが導電材料で一体的に形成されている。ただし、実質的に、霧化を安定化させるのに寄与するのは、先端面３０ａの部分であるので、安定化電極３０は、図８に示すような変形例として構成されてもよい。

　つまり、安定化電極３０は、安定化電極３０の電極部分として機能する平面状かつ導電材料から形成された先端面３０ａを有する先端部３３と、先端部３３の後方に先端部３３と一体的に形成され、絶縁材料から形成された部分３４と、を備えていてもよい。このように導電材料から形成された部分の厚みを薄くすると、スパークの発生を抑制できる。導電材料から形成された部分の厚みは、一実施形態では１０ｍｍ以下であり、他の実施形態では５ｍｍ以下である。

　また、上記では、先端面３０ａの外形が円形の場合について示したが、先端面３０ａの外形は、例えば、５角形や６角形など多角形であってもよい。例えば、先端面３０ａを含む、導電材料から形成された部分である先端部３３の外形を５角形や６角形など多角形とすれば、先端面３０ａの外形を簡単に５角形や６角形とすることができる。この場合、先端面３０ａの外形と先端部３３の外形はほぼ同じ外形となる。

　なお、安定化電極３０の先端面３０ａが、ノズル２２の先端から後方に過剰に離れた位置に位置すると、先端面３０ａの面積をかなり大きなものとする必要があり、また、安定化の効果が出にくくなる。このため、一実施形態では、安定化電極３０の先端面３０ａは、ノズル２２の先端から８ｍｍ以内に位置する。

　また、ノズル２２を配置するために、安定化電極３０の先端面３０ａに開口が設けられる。この開口が大きいことは、電極面として機能する先端面３０ａの内周縁がノズル２２から離れることを意味する。そうすると、この内周縁とノズル２２との間の隙間において、後方側に向かって湾曲した等電位曲線５８が現れやすくなると考えられる。そのような等電位曲線５８が現れにくくするために、この隙間は小さく設定されてもよい。したがって、先端面３０ａの開口直径は、一実施形態では７ｍｍ以内程度であり、他の実施形態では６ｍｍ程度以内であり、さらに別の実施形態では５ｍｍ以内程度である。

（第２実施形態）
　第１実施形態では、安定化電極３０の先端面３０ａが平面である場合について示してきた。一実施形態では、安定化電極３０は、ノズル２２の先端にかかる静電気力をその周辺に均一に分散するようにする形状である。

　このことから、第１実施形態の先端面３０ａは、平面状に形成されている。一方、第２実施形態では、安定化電極３０は、先端側から後方側に向かって外径が大きくなるテーパ形状を有している。このような構成によっても、ノズル２２の先端に加わる静電気力をその周囲に分散する効果が得られると考えられる。以下、このようなテーパ形状の安定化電極３０について説明する。

　図９Ａは、第２実施形態の安定化電極３０を示した斜視図であり、図９Ｂは、第２実施形態の安定化電極３０を示した断面図である。

　図９Ａおよび図９Ｂに示すように、第２実施形態の安定化電極３０は、先端部３３を備えている。この先端部３３は、先端面３０ａと、先端面３０ａ側から後方側に向かって外形が大きくなるように傾斜する部分３０ｃと、を備えている。なお、本実施形態では、傾斜する部分３０ｃが二段テーパ状になっている。ただし、傾斜する部分３０ｃは、二段テーパ状になっていなくてもよく、逆に三段テーパ状になっていてもよい。

　このようなテーパ状の部分を有する場合、先端面３０ａだけでなく、傾斜する部分３０ｃの表面も、ノズル２２の先端に集まる静電気力を分散するのに寄与すると考えられる。

　より具体的には、ノズル２２の先端側から見える表面の部分が電極として寄与すると考えられる。このため、ノズル２２の先端を正面に見る正面視で、ノズル２２の先端からの距離が８ｍｍ以内程度の範囲に、安定化電極３０として寄与できる十分な直径を有する部分があってもよい。

　例えば、図９において、先端面３０ａ側の一段目のテーパ部分のテーパ角度が緩やかで、後方側に向かってあまり直径が大きくなる変化がなく、先端面３０ａから一段目のテーパ部分の範囲のどの部分の断面を見ても、ノズル２２の先端からの距離に応じた必要な面積が得られる大きさ（直径）になっていなくても、二段目のテーパ部分のテーパ角度が大きく、急激に直径が大きくなり、その二段目のテーパ部分でノズル２２の先端からの距離に応じた必要な面積が得られる大きさ（直径）になっていれば、ノズル２２の先端に集まる静電気力を十分に分散できると考えられる。

　したがって、第２実施形態では、第１実施形態で示した式（１）による面積を以下のように変形してもよい。つまり、ノズル２２の先端から８ｍｍ以内に位置する安定化電極３０の先端部３３をノズル２２の中心軸方向の任意の位置で切断したときの切断面の断面積をＳＳ（ｍｍ^２）とし、ノズル２２の先端から切断面までの距離をＬＬ（μｍ）としたときに、ノズル２２の先端から８ｍｍ以内に位置する先端部３３が、式（２）を満たす断面積ＳＳ（ｍｍ^２）を有する部分を備えていてもよい。
　　ＳＳ≧［ＬＬ^２×Ｆ（ＬＬ）］／１０^６・・・（２）
　但し、Ｆ（ＬＬ）＝１．１１９１×ＥＸＰ（ＬＬ×０．０００７３）で、かつ、ＬＬ≦１．０のときはＬＬ＝１．０とする。

　なお、この切断面積を求めるときには、本当にそこで切断したときの切断面積を求めるのではなく、外形は、切断面積を求める位置での外形として求め、ノズル２２が位置する貫通孔部分の直径は、安定化電極３０の先端面３０ａでの開口直径として求めることがより正確な計算であるので、そのようにして求めるものとする。

　なぜならば、ノズル２２を配置するための貫通孔の直径が安定化電極３０の内部で先端面３０ａの開口直径よりも大きな直径になっていたとしても、安定化電極３０の外表面の表面積に影響がないためである。

　また、液体を引っ張る引っ張り力が弱くなりすぎないようにするために、ノズル２２の先端から８ｍｍ以内における外形が最も大きい部分の断面積ＳＳ（ｍｍ^２）は、一実施形態では１２５０ｍｍ^２以下であり、他の実施形態では９６０ｍｍ^２以下であり、さらに別の実施形態では７００ｍｍ^２以下である。

　なお、第２実施形態でも先端面３０ａの外形が円形で、傾斜する部分３０ｃもその円形に合わせた円錐形の形状になっている。ただし、先端面３０ａが５角形や６角形で、傾斜する部分３０ｃもそれに合わせた５角錐や６角錐のような形状であってもよい。

　以上、具体的な実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を実施してもよい。本実施形態の静電噴霧装置１０は、ノズル２２に液体を多く供給することによって、噴霧される液体の噴霧量を多くするように構成されるから、ノズル２２に液体を多く供給するために液体に圧力をかけて当該液体を供給してもよい。したがって、静電噴霧装置１０は、液体に圧力をかけてノズル２２に液体を供給する液体供給部を備えていてもよい。

　また、供給される液体の供給量は、一実施形態では０．２ミリリットル／分以上であってもよく、他の実施形態では０．５ミリリットル／分以上であってもよい。一方、液体の噴霧状態の高い安定性を得るために、供給される液体の供給量は、一実施形態では３．０ミリリットル／分以下であってもよく、他の実施形態では２．５ミリリットル／分以下であってもよく、さらに別の実施形態では２．０ミリリットル／分以下であってもよい。

　このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０　　　　　　　　　静電噴霧装置
２０　　　　　　　　　液体噴霧部
２１　　　　　　　　　胴体部
２１ａ　　　　　　　　液体供給口
２１ｂ　　　　　　　　液体流路
２１ｃ　　　　　　　　孔部
２１ｄ　　　　　　　　後端開口部
２１ｅ　　　　　　　　雌ネジ構造
２２　　　　　　　　　ノズル
２２ａ　　　　　　　　先端外周縁
２２ｂ　　　　　　　　開口部
２３　　　　　　　　　心棒
２３ａ　　　　　　　　摘み部
２３ｂ　　　　　　　　電気配線接続部
２３ｃ　　　　　　　　雄ネジ構造
２３ｄ　　　　　　　　先端面
２４　　　　　　　　　シール部材
３０　　　　　　　　　安定化電極
３０ａ　　　　　　　　先端面
３０ｂ　　　　　　　　貫通孔
３０ｃ　　　　　　　　傾斜する部分
３１　　　　　　　　　固定ネジ
３１ａ　　　　　　　　ネジ孔
３３　　　　　　　　　先端部
４０　　　　　　　　　異極部（被塗物）
５０　　　　　　　　　電圧印加手段
５８　　　　　　　　　等電位曲線
６０　　　　　　　　　テイラーコーン
６０ａ　　　　　　　　ジェット部
８０　　　　　　　　　アース手段

Claims

　静電噴霧装置であって、
　液体を噴出するノズルを有する液体噴霧部と、
　前記液体噴霧部と、前記液体噴霧部に対する異極として機能する異極部と、の間に電圧を印加して、前記液体を帯電状態で前記ノズルの先端から離脱させる静電気力を発生させる電圧印加手段と、
　前記液体に圧力をかけて前記ノズルに前記液体を供給した場合であっても、前記液体の噴霧状態を定常噴霧時の噴霧の粒子径の最大粒径が１００μｍ以下で安定して噴霧する安定噴霧状態を維持する安定化電極と、
　を備え、
　前記安定化電極は、
　　前記液体噴霧部と同電位であり、
　　前記液体が線状に伸びることによって前記ノズルの前方に形成されるジェット部の長さが、前記安定化電極を設ける前よりも長くなるように、前記ノズルの近傍に設けられる
　静電噴霧装置。
　請求項１に記載の静電噴霧装置であって、
　前記安定化電極は、前記安定化電極を設ける前よりも前記ジェット部の長さを１．５倍以上長くする
　静電噴霧装置。
　請求項１又は請求項２に記載の静電噴霧装置であって、
　前記安定化電極は、前記液体に圧力をかけて前記ノズルに１分間当たり０．２ミリリットルを超える前記液体を供給した場合であっても、前記液体の噴霧状態を前記安定噴霧状態にする
　静電噴霧装置。
　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電噴霧装置であって、
　前記安定化電極は、前記液体に圧力をかけて前記ノズルに０．５Ｐａ・ｓ以上、１０００ｍＰａ・ｓ以下の粘度の前記液体を供給した場合であっても、前記液体の噴霧状態を前記安定噴霧状態にする
　静電噴霧装置。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の静電噴霧装置であって、
　前記電圧印加手段は、１０ｋＶ以上の電圧を印加できる
　静電噴霧装置。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の静電噴霧装置であって、
　前記安定化電極の先端部は、
　ほぼ平面状の先端面と、
　前記先端面側から後方側に向かって前記先端面とほぼ同じ外形を有する部分と、
　を備える
　静電噴霧装置。
　請求項６に記載の静電噴霧装置であって、
　前記ノズルの先端から前記安定化電極の前記先端面までの距離をＬ（μｍ）とし、前記安定化電極の前記先端面の面積をＳ（ｍｍ^２）としたときに、下記式（１）
　　　　Ｓ≧［Ｌ^２×Ｆ（Ｌ）］／１０^６・・・（１）
　　　　（但し、Ｆ（Ｌ）＝１．１１９１×ＥＸＰ（Ｌ×０．０００７３）であり、かつ、Ｌ≦１．０のときはＬ＝１．０）
　を満たす静電噴霧装置。
　請求項７に記載の静電噴霧装置であって、
　前記面積Ｓは１２５０ｍｍ^２以下であり、かつ、前記安定化電極の前記先端面は、前記ノズルの先端から式（１）を満たす距離Ｌ（μｍ）の位置に位置する
　静電噴霧装置。
　請求項８に記載の静電噴霧装置であって、
　前記面積Ｓは９６０ｍｍ^２以下である
　静電噴霧装置。
　請求項８に記載の静電噴霧装置であって、
　前記面積Ｓは７００ｍｍ^２以下である
　静電噴霧装置。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の静電噴霧装置であって、
　前記安定化電極の先端部は、
　先端面と、
　前記先端面側から後方側に向かって外形が大きくなるように傾斜する部分と、
　を備える
　静電噴霧装置。
　請求項１１に記載の静電噴霧装置であって、
　前記安定化電極の前記先端部の少なくとも一部は、前記ノズルの前記先端から８ｍｍ以内に位置し、
　前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部を前記ノズルの中心軸方向の任意の位置で切断したときの切断面の断面積をＳＳ（ｍｍ^２）とし、前記ノズルの前記先端から前記切断面までの距離をＬＬ（μｍ）としたときに、前記ノズルの前記先端から８ｍｍ以内に位置する前記先端部が下記式（２）
　　　　　ＳＳ≧［ＬＬ^２×Ｆ（ＬＬ）］／１０^６・・・（２）
　　　　　（但し、Ｆ（ＬＬ）＝１．１１９１×ＥＸＰ（ＬＬ×０．０００７３）であり、かつ、ＬＬ≦１．０のときはＬＬ＝１．０）
　を満たす断面積ＳＳ（ｍｍ^２）を有する部分を備える
　静電噴霧装置。
　請求項１２に記載の静電噴霧装置であって、
　前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部のうち、最も外形が大きい部分での断面積ＳＳ（ｍｍ^２）は１２５０ｍｍ^２以下である
　静電噴霧装置。
　請求項１２に記載の静電噴霧装置であって、
　前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部のうち、最も外形が大きい部分での断面積ＳＳ（ｍｍ^２）は９６０ｍｍ^２以下である
　静電噴霧装置。
　請求項１２に記載の静電噴霧装置であって、
　前記８ｍｍ以内に位置する前記安定化電極の前記先端部のうち、最も外形が大きい部分での断面積ＳＳ（ｍｍ^２）は７００ｍｍ^２以下である
　静電噴霧装置。
　請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の静電噴霧装置であって、
　前記液体に圧力をかけて前記ノズルに前記液体を供給する液体供給部を備える
　静電噴霧装置。
　液体を噴出するノズルを有する液体噴霧部と、前記液体噴霧部に対する異極として機能する異極部と、の間に電圧を印加して発生する静電気力で前記液体を帯電させた状態で、前記液体を前記ノズルの先端から離脱させて噴霧する静電噴霧方法であって、
　前記ノズルの外周近傍に前記液体噴霧部と同電位の安定化電極を配置する工程と、
　前記液体に圧力をかけて前記ノズルに前記液体を供給して、前記液体が線状に伸びることによって前記ノズルの前方に形成されるジェット部の長さが、前記安定化電極を配置しない状態のときよりも長くなるように、前記液体を噴霧する工程と
　を備える静電噴霧方法。
　請求項１７に記載の静電噴霧方法であって、
　前記液体を噴霧する工程は、前記ジェット部の長さが、前記安定化電極を配置しないときよりも１．５倍以上長くなるように、前記液体を噴霧する工程を備える
　静電噴霧方法。
　請求項１７又は請求項１８に記載の静電噴霧方法であって、
　前記ノズルに供給する前記液体の供給量は１分間当たり０．２ミリリットルを超える
　静電噴霧方法。
　請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の静電噴霧方法であって、
　前記ノズルに供給する前記液体は、粘度が０．５Ｐａ・ｓ以上、１０００ｍＰａ・ｓ以下である
　静電噴霧方法。
　請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の静電噴霧方法であって、
　前記液体噴霧部と異極部との間に印加する電圧は１０ｋＶ以上である
　静電噴霧方法。