JP7502896B2 - 静電噴霧装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトロスプレー法を用いた静電噴霧装置に関する。

特許文献１には、液体噴霧部と、液体噴霧部に対して異極となる異極部（被塗物）との間に電圧を印加して発生する静電気力によって塗料などの液体を帯電状態で液体噴霧部から離脱させて霧化し、被塗物に霧化液体を噴霧するエレクトロスプレー法を用いた静電噴霧装置において、液体噴霧部の先端の近隣に近接電極を配置し、液体噴霧部と異極部との電位差に対して、近接電極と異極部との電位差を小さくするとともに、この電位差を調節することによって、近接電極に液体が付着することを抑制する静電噴霧装置が開示されている。

特開２０１６－１３７４７９号公報

上記のような従来技術では、液体噴霧部にコッククロフト・ウォルトン回路などの高電圧発生器で電圧を印加し、異極部である被塗物と近接電極とを可変抵抗を介して電気接続し、液体噴霧部と異極部との間に印加される電圧を分割することで近接電極の電位を調節するように構成されていた。
しかしながら、液体噴霧部と異極部との間には１０ｋＶ以上の非常に高い電圧が印加されることがあり、この高い電圧を抵抗で分割して被塗物と近接電極の電圧を調節する場合には、有機溶剤を用いた塗料への放電による着火や人体への感電のおそれがあり、安全性に問題があった。
また、抵抗を接続することによって、安全な水準である０．１ｍＡ以下の電流に抑えるためには、１００ＭΩ程度の非常に高い抵抗を必要とする。しかし、このような高い抵抗は電気回路だけでなく、周囲の空気、回路基板、回路収納ケースなど、湿度などで大きく変動する周囲の抵抗も考慮する必要があり、その管理が非常に難しいという問題があった。

そこで、本開示は、安全性が高く、管理が容易な静電噴霧装置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以下によって把握される。
（１）本発明の静電噴霧装置は、液体噴霧部と、前記液体噴霧部に対して異極となる異極部との間に電圧を印加して発生する静電気力によって液体を帯電状態で前記液体噴霧部から離脱させて霧化を行い、異極部である被塗物に霧化液体を噴霧するエレクトロスプレー法による静電噴霧装置であって、導電性材料又は半導電性材料から形成され、少なくとも前記液体噴霧部と前記異極部との間に電圧を印加することにより帯電し、前記液体噴霧部と前記異極部の間に生じる電界に影響を与える電界調整電極と、一定電圧以上の電圧が印加されることにより流れる電流が急増する電圧－電流特性を持ち、前記電界調整電極と前記被塗物の間に電気的に接続されていることで前記電界調整電極の電位を一定電位以下に保つ素子と、を備える。
（２）本発明の静電噴霧装置は、ノズルを有する液体噴霧部と、前記液体噴霧部に対して異極となる異極部との間に電圧を印加して発生する静電気力によって液体を帯電状態で前記液体噴霧部から離脱させて霧化を行い、異極部である被塗物に霧化液体を噴霧するエレクトロスプレー法による静電噴霧装置であって、導電性材料から形成される放電電極と、導電性材料又は半導電性材料から形成され、少なくとも前記放電電極からの放電により帯電し、前記液体噴霧部と前記異極部の間に生じる電界に影響を与える電界調整電極と、一定電圧以上の電圧が印加されることにより流れる電流が急増する電圧－電流特性を持ち、前記電界調整電極と前記被塗物の間に電気的に接続されていることで前記電界調整電極の電位を一定電位以下に保つ素子と、を備える。
（３）上記（２）において、前記放電電極が、前記ノズルの先端外周近傍に配置され前記液体噴霧部と同電位である。
（４）上記（１）又は（３）のいずれかにおいて、前記素子が接地されている。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記素子がバリスタである。
（６）上記（２）又は（３）において、前記放電電極が、前記放電電極が配置されていない状態のときに前記ノズルの前方側近傍に現れる前記ノズルの中心軸を含む平面上での等電位曲線の状態に対し、少なくとも前記等電位曲線の一部をより緩やかな湾曲を描く等電位曲線の状態とする形状とされている。
（７）上記（２）、（３）又は（６）において、前記放電電極が、前記液体噴霧部に取付けられている。
（８）上記（２）、（３）、（６）又は（７）において、前記放電電極が、前記ノズルに沿って配置位置が変更できる。
（９）上記（１）から（８）のいずれかにおいて、前記電界調整電極が、前記液体噴霧部に取付けられている。

本開示によれば、安全性が高く、管理が容易な静電噴霧装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る静電噴霧装置を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電噴霧装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る静電噴霧装置の液体噴霧部を示す断面図である。 液体噴霧部の先端側を示す拡大図（心棒の先端が後方）である。 液体噴霧部の先端側を示す拡大図（心棒の先端が前方）である。 定電圧装置の無い場合における電圧変化を示す図である。 定電圧装置が有る場合における電圧変化を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る静電噴霧装置を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液体噴霧部及び放電電極を示す分解断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液体噴霧部を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る静電噴霧装置において放電電極を配置しないで電圧を印加したときの等電位曲線の状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る静電噴霧装置において放電電極を配置して電圧を印加したときの等電位曲線の状態を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る静電噴霧装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液体噴霧部を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る静電噴霧装置を示す断面図である。

以下、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。
また、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ものとし、「接続」とは電気的な接続を表すものとする。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る静電噴霧装置１０の全体構成を示す断面図であり、図２は静電噴霧装置１０の概略を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、静電噴霧装置１０は、エレクトロスプレー法に用いられる静電噴霧装置であり、ノズル２２を有する液体噴霧部２０と、液体噴霧部２０に対して異極となる異極部４０との間に電圧を印加する電圧印加手段（電圧電源）５０とを備えている。更に、液体噴霧部２０と異極部４０との間に生じる電界に影響を与える電界調整電極３５が液体噴霧部２０のノズル２２と異極部４０の間に設けられており、電界調整電極３５に電気的に接続されている素子である定電圧装置５１を備えている。定電圧装置５１は一定電圧以上の電圧が印加されることにより流れる電流が急増する電圧－電流特性を持つ素子ある。

なお、本実施形態では、電圧印加手段５０からの電気配線を被塗物に直接接続して、被塗物自体を異極部４０としている場合を示しているが、例えば、被塗物を載置する載置部（図示せず）に電圧印加手段５０からの電気配線を接続して、この載置部を異極部４０として載置部を介して被塗物が電圧印加手段５０に電気的に接続されるようになっていても良い。
なお、以下の説明において、異極部４０又は被塗物４０を使用する。

異極部４０となる被塗物４０は、アース手段６０でアースされるようになっている。
このアース手段６０は必須の要件ではないが、被塗物４０のようなものの場合、作業者が触れたりすることがあり得るので安全面の観点で設けることが好ましい。

（液体噴霧部）
図３は、本発明の第１実施形態に係る静電噴霧装置１０の液体噴霧部２０を示す断面図である。
なお、図３では、液体噴霧部２０から後述するように塗料などの液体が噴霧されている状態を合わせて図示したものになっている。
図３に示すように、液体噴霧部２０は、液体の供給される液体供給口２１ａを有する液体流路２１ｂが形成された絶縁材料からなる胴体部２１と、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の先端に設けられるノズル２２と、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る導電材料からなる心棒２３と、を備えている。

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と連通した孔部２１ｃが設けられ、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、シールが可能なものであれば良い。

そして、孔部２１ｃを通じて胴体部２１の後端側に位置する心棒２３の後端には、絶縁材料からなる摘み部２３ａが設けられているとともに、摘み部２３ａのほぼ中央を貫通するように設けられた導電材料からなる電気配線接続部２３ｂが設けられている。

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３に示すように、電気配線接続部２３ｂが心棒２３に接触するようにされることで心棒２３と電気配線接続部２３ｂとが電気的に接続されている。

なお、本実施形態では、心棒２３を液体噴霧部２０側の電極としているが、例えば、液体噴霧部２０のノズル２２を導電材料からなるものとして、このノズル２２に電圧印加手段５０からの電気配線を接続するようにし、ノズル２２を液体噴霧部２０側の電極としても良い。

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、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を螺合させることで心棒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で心棒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ようになっている。

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とされる。
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、安定した液体の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、液体が乾燥したりすると直ぐに、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、理由については、後ほど説明するが、心棒２３を用いるようにすることで、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、このため、本実施形態のノズル２２の先端の開口部２２ｂの開口直径は０．２ｍｍの大きな開口直径にできている。
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ようになっている。

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程度であっても問題はない。

ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径は、目詰まりが起きにくく、また、目詰まりが起きても清掃ができることを考慮すると、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましく、更に０．２ｍｍより大きくすることが好ましい。

一方、ノズル２２の開口部２２ｂの開口直径は、霧化の安定性を考慮すると、１.０ｍｍ以下が好適であり、より好ましく０．８ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．５ｍｍ以下とするのが良い。

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の解消を行うことができる。
更に、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くできているため、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４は、液体噴霧部２０の先端側を拡大した拡大図であり、図４Ａは、心棒２３の先端面２３ｄが後方に位置する場合であり、図４Ｂは、図４Ａの状態よりも心棒２３の先端面２３ｄが前方に位置する場合である。

図４Ａ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角度がαであるテーパ状内径部（範囲Ａ参照）を有しており、心棒２３は、先端面２３ｄに向かって外径が小さくなるテーパ角度がβであるテーパ形状部（範囲Ｂ参照）を有している。

そして、ノズル２２のテーパ状内径部のテーパ角度αが、心棒２３のテーパ形状部のテーパ角度βよりも大きくされている。
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直径とされているが、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４Ａ及び図４Ｂ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でノズル２２と心棒２３とで形成される隙間の幅を調節できるようになり、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４Ｂで示す状態よりも、更に、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、塗料などの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、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り、ノズル２２の目詰まりを抑制できる。

（異極部４０）
本実施形態では、上述したように、異極部４０に被塗物を用いた場合を示しており、電圧印加手段（電圧電源）５０の心棒２３に接続されるのと反対側の電気配線が被塗物４０に接続されることで被塗物４０自体が液体噴霧部２０に対する異極となるようにされている。

しかしながら、上記でも少し触れたが、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されているようにして、載置部を介して被塗物が電圧印加手段５０に電気的に接続されるようにしても良い。

次に、図３を参照しながら、まず、液体噴霧部２０から液体が噴霧される状態について説明を行う。

胴体部２１の液体供給口２１ａに供給された液体は、ノズル２２の先端側に供給されていき、異極部４０（被塗物）と心棒２３との間に印加される電圧に伴う静電気力によって、前方側に引っ張られて前方に離脱・霧化する。

なお、液体の供給は、噴霧により消費されることで液体噴霧部２０から失われる分の液体が順次供給されていれば良く、ノズル２２の開口部２２ｂ（より正確には、開口部２２ｂと心棒２３との間の隙間）から液体が噴射するような圧力で圧送供給される必要はなく、液体が勢いよく噴射される状態の場合、かえって霧化ができなくなるようなことが起こる。

より具体的には、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、液体を前方に引っ張る静電気力が釣り合うことで、図３に示すように、ノズル２２の先端側に供給された液体が、その先端で円錐形の形状となるテーラコーン８０が形成される。

このテーラコーン８０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して円錐状となって形成されているものである。
そして、テーラコーン８０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、テーラコーン８０の先端から線状に伸びるジェット部８２の先端で液体が静電爆発することで広い範囲に液体が噴霧される。

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、空気に触れる面積が飛躍的に大きくなるため溶媒の気化が促進され、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、更に、小さい粒径の液体粒子に分裂する。

この分裂が起こると、更に、分裂前に比べ空気に触れる表面積が増えることになるため、溶媒の気化が促進され、上述したのと同様に静電爆発が発生し、更に、小さい粒径の液体粒子に分裂する。
このような静電爆発が繰り返されることで液体が霧化される。

ここで、本実施形態では、ノズル２２内に心棒２３を設けるようにしている。
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。

そして、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、液体の付着できる部分が、ノズル２２の先端外周縁２２ａだけのため、例えば、ノズル２２の上下左右に液体がふらついたりし易く、きれいなテーラコーン８０が形成できなくなったり、また、テーラコーン８０自体が維持できなくなるため、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）が得られなくなり、結果、液体の安定した霧化ができなくなるものと推察される。

一方、本実施形態では、ノズル２２内に心棒２３を配置して、ノズル２２の先端外周縁２２ａだけでなく、心棒２３の先端面２３ｄとの間でも液体は付着する。
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、開口部２２ｂの中央部に液体が付着できる心棒２３の先端面２３ｄが存在するため、安定したテーラコーン８０を形成することができ、液体の安定した霧化ができるようになっているものと考えられる。

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り、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、心棒２３の先端面２３ｄの位置は、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で、ノズル２２の先端の開口部２２ｂの開口直径の１０倍以内に位置することが好適であり、より好ましくは５倍以内に位置することが好適であり、更に、好ましくは３倍以内に位置することが好適である。

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。

そして、このノズル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ーラコーン８０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ことが良く、このためノズル２２の開口部２２ｂの先端面から前方（出る方向）に２ｍｍ以内に位置するようにするのが好適であり、一方、液体の付着に作用するように、心棒２３の先端がノズル２２の開口部２２ｂの先端面から後方（引っ込む方向）に２ｍｍ以内に位置するようにするのが好適である。

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として平坦な平面としている場合を示しているが、必ずしも、心棒２３の先端が平坦な平面である必要はなく、安定したテーラコーン８０の形成に寄与すれば良いので、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良い。

このようにして液体噴霧部２０（ノズル２２）から噴霧された液体は、静電爆発を繰り返しながら霧化液体となり、この微粒化した液体は電荷を帯びた状態であるため、異極部４０（被塗物）側に静電気力で引き寄せられて被塗物４０に塗着することになる。

図１において、定電圧装置５１は、一定電圧以上の電圧が印加されることにより流れる電流が急増する電圧－電流特性を持つ素子を用いることができる。特に、一定の電圧までは電流が流れないか流れても極めて小さい電流であるが、一定電圧以上になると流れる電流が急増する特性を有する素子が好適である。
このような特性を示す素子としては、例えば、バリスタを使用することができる。バリスタは、非直線抵抗、電圧依存性抵抗と呼ばれることもあるとおり、印加される電圧が所定電圧になると急激に内部抵抗が低下する特性を有しており、これにより、一定電圧以上の電圧が印加されることにより流れる電流が急増する電圧－電流特性を有する素子である。バリスタは、一般的には雷サージ、静電気、直流機器（ＤＣモータ等）の電源遮断時の逆起電圧等の高電圧が回路に流れ込むのを防ぎ、サージ防護デバイス（ＳＰＤ）として、回路の各素子や電子機器を保護する目的で使用される。

本実施形態においてバリスタは、このような回路の各素子や電子機器を保護する目的ではなく、電界調整電極３５と被塗物４０の間に定電圧装置５１であるバリスタを電気的に接続することで電界調整電極３５の電位が一定電位以下に保たれるようにする目的で使用される。
また、積層チップバリスタは、金属酸化物を電極で挟んだコンデンサに似た構造をしており、静電容量成分、すなわちコンデンサのように電荷を蓄える機能を有するため、電圧の急激な変化を抑える作用を有する点においても、本実施形態において、定電圧装置５１に使用するのに適している。

図１において、電圧印加手段５０の電源が投入されると液体噴霧部２０に電荷が蓄積して電圧印加手段５０の負極が接続されている電界調整電極３５との間で電位差が生じる。この電位差は液体噴霧部２０に電荷が蓄積されるのに伴い大きくなる。

そして、電圧印加手段５０の電源を投入することにより、すなわち、少なくとも液体噴霧部２０と異極部である被塗物４０との間に電圧を印加することにより、電界調整電極３５が帯電することになる。
電界調整電極３５の帯電は、電圧印加手段５０の電源を投入することにより液体噴霧部２０から噴霧される霧化液体８７の作用及び液体噴霧部２０からの放電によって生じる。この放電は液体噴霧部２０によって発生するものに限定されるものではない。液体噴霧部２０の近傍に設けられ、液体噴霧部２０と同じ極性を有する電極から放電するように構成しても良い。

電界調整電極３５と被塗物４０の間に定電圧装置５１が電気的に接続されていない場合には、液体噴霧部２０と電界調整電極３５の電位差は液体噴霧部２０に電荷が蓄積されるのに伴って大きくなる。電界調整電極３５の電圧は、自身の放電もあるため電源電圧と等しくとはならず、電圧印加手段５０の正極と負極の間の電圧に帯電する。

これに対して、図１に示すとおり、電界調整電極３５と被塗物４０の間に定電圧装置５１が電気的に接続されている場合には、電界調整電極３５が帯電することにより、電圧印加手段５０の負極を基準とした電界調整電極３５の電位、すなわち定電圧装置５１の両端に印加される電圧が定電圧装置５１の定格で定められた一定の電圧（定格電圧）以上に達すると、定電圧装置５１の内部抵抗が急激に低下する等により、液体噴霧部２０から電界調整電極３５を経由して定電圧装置５１に至る経路に流れる電流が急増し、電圧印加手段５０の負極を基準とした電界調整電極３５の電位、すなわち定電圧装置５１の両端に印加される電圧が、定電圧装置５１の定格電圧に保たれるように作用する。

このように、液体噴霧部２０と被塗物４０の間に電圧印加手段５０により電圧が印加されることにより、ノズル２２から霧化液体８７が噴霧される。そして、液体噴霧部２０と被塗物４０の間に設けられている電界調整電極３５に定電圧装置５１が電気的に接続されていることによって、電界調整電極３５は液体噴霧部２０と同じ極性であって定電圧装置５１の定格電圧の電位に保たれている。

図１及び図２に示すとおり、このような電位に保たれている電界調整電極３５が液体噴霧部２０と被塗物４０の間に生じる電界に影響を与え、電界調整電極３５の近傍において霧化液体８７が内側に変形した分布となる。液体噴霧部２０と同じ極性の電位に帯電した霧化液体８７が、同様に同じ極性の電界調整電極３５によって反発力を受けて変形する。

すなわち、液体噴霧部２０と被塗物４０の間に電界調整電極３５を設け、定電圧装置５１の定格電圧を適宜選択して電界調整電極３５の電位を調節することで、液体噴霧部２０と被塗物４０の間の電界に影響を及ぼして目的とする形状に変形させるとともに、噴霧された霧化液体８７の分布を適宜調整することができる。

このように、電界調整電極３５に直接高い電圧の電源を接続することもなく、あるいは、非常に高い抵抗を接続することもなく、電界調整電極３５に定電圧装置５１を電気的に接続することにより電界調整電極３５の電位を所定の電位に保つように構成することで、本実施形態によれば、安全性が高く、管理が容易な静電噴霧装置１０を得ることができる。

電界調整電極３５は、導電材料若しくは１０^１０Ω以下の表面抵抗の半導電性材料、帯電防止材料によって形成されている。

電界調整電極３５の形状や大きさ、そして設置する位置は、目的とする電界の分布により適語決定される。したがって、電界調整電極３５は、図１及び図２に示す形状や配置に限定されるものではない。

図５は、定電圧装置５１の有無における被塗物４０をアースに接続した時の被塗物４０を基準とした電圧の変化を示す図である。図５Ａは定電圧装置５１がない場合の電界調整電極３５の電圧の変化を示し、図５Ｂは定電圧装置５１がある場合の電界調整電極３５の電圧の変化を示している。

図５Ａにおいて、電圧印加手段５０の電源が投入されると液体噴霧部２０に電荷が蓄えられて次第にその電位が上昇していき、これに伴い、電界調整電極３５を帯電させ、電界調整電極３５の電位を上昇させる。液体噴霧部２０からの帯電と電界調整電極３５自体の放電とのバランスで９ｋＶ付近まで上昇するとほぼこの電位が維持される。

図５Ｂにおいて、電圧印加手段５０の電源が投入されると液体噴霧部２０に電荷が蓄えられて次第にその電位が上昇していき、これに伴い、電界調整電極３５を帯電させ、電界調整電極３５の電位を上昇させる。電界調整電極３５の電圧印加手段５０の負極に対する電位、すなわち、定電圧装置５１の両端にかかる電圧が定電圧装置５１の定格電圧である５ｋＶ付近になると定電圧装置５１の内部抵抗が急激に低下する等して、流れる電流が急増するようになり、電圧が５ｋＶ付近でほぼ一定になる。
すなわち、電界調整電極３５に定電圧装置５１が電気的に接続されることによって、電圧印加手段５０の負極を基準とした電界調整電極３５の電位は、定電圧装置５１の両端に係る電圧、すなわち定電圧装置５１の定格電圧に等しく保たれる。このように、電界調整電極３５と被塗物４０の間に定電圧装置５１が電気的に接続されていることで電界調整電極３５の電位を一定電位以下に保つことになる。

被塗物４０は電圧印加手段５０の負極に接続されており、被塗物４０は電圧印加手段５０の負極と同電位である。したがって、電圧印加手段５０の正極に接続されている液体噴霧部２０と被塗物４０との電位差は、電界調整電極３５に定電圧装置５１が電気的に接続されているか否かに関わらず、電圧印加手段５０の電源電圧に等しくなる。

一方、電界調整電極３５に定電圧装置５１が電気的に接続されている場合には、液体噴霧部２０の電位が最も高く、次に電界調整電極３５が高く、被塗物４０が最も低いという関係になる。そして、電界調整電極３５と被塗物４０の電位差は定電圧装置５１の定格電圧になる。すなわち、被塗物４０を基準電位とした場合に、電界調整電極３５が正の電位を有しており、液体噴霧部２０と同じ極性になっている。

したがって、電界調整電極３５に定電圧装置５１が電気的に接続されている場合には、電圧印加手段５０の電源電圧と定電圧装置５１の定格電圧の選択により、液体噴霧部２０、電界調整電極３５、被塗物４０の電位を所定の関係に設定することができる。

被塗物４０及び定電圧装置５１は電圧印加手段５０の負極に接続されているが、図１に示すように、更に、アース手段６０に接続されて接地される構成にしても良い。これにより、安全性をより高くすることができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る静電噴霧装置１０を示す断面図である。
第２実施形態に係る静電噴霧装置１０は、第１実施形態に係る静電噴霧装置１０に対して、放電電極３０が設けられている点で異なり、その他は、第１実施形態と同様である。

図６に示すように、静電噴霧装置１０は、ノズル２２を有する液体噴霧部２０と、放電電極３０と、液体噴霧部２０と液体噴霧部２０に対する異極となる異極部４０との間に電圧を印加する電圧印加手段５０と、電界調整電極３５と、定電圧装置５１と、を備える。

図７は、本発明の第２実施形態に係る液体噴霧部２０及び放電電極３０を示す分解断面図である。
図８は、本発明の第２実施形態に係る液体噴霧部２０を示す斜視図である。

図７に示すように、放電電極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、放電電極３０は、液体噴霧部２０のノズル２２上に装着された後、放電電極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を締め付けることでノズル２２に固定される。

このようにして、放電電極３０は、図８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、放電電極３０は、図６に示すように、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、放電電極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を緩めることでノズル２２に沿うように移動させることができ、ノズル２２に沿った前後方向の配置位置を変更して調整することが可能になっている。

なお、本実施形態では、放電電極３０をノズル２２に固定する場合を示しているが、固定自体は液体噴霧部２０の胴体部２１に対して行うようにしても良く、アーム構造などで放電電極３０がノズル２２の先端外周近傍に配置されるようになっていれば良い。

そして、放電電極３０は導電材料からなり、図６に示すように、電圧印加手段５０から電気配線接続部２３ｂに接続され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、放電電極３０は、液体噴霧部２０と同電位になっている。しかし、放電電極３０は、液体噴霧部２０と同電位であることに限定はされない。

図９は、本発明の第２実施形態に係る静電噴霧装置１０において放電電極３０を配置しないで電圧を印加したときの等電位曲線５８の状態を示す図である。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る静電噴霧装置１０において放電電極３０を配置して電圧を印加したときの等電位曲線５８の状態を示す図である。

図９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軸として示しており、このＺ軸に沿ったＸ軸方向の断面に電圧を印加したときの現れる等電位曲線５８の状態を合わせて図示している。
つまり、図９は、ノズル２２の中心軸を含む平面上での等電位曲線５８の状態を示す図である。

図９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が、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で、ノズル２２の先端側に供給された液体が、図３に示すように、その先端で円錐形の形状となるテーラコーン８０の状態となる。そして、テーラコーン８０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、その後静電爆発する。

この静電爆発に至るまでの前方側への引っ張り力は噴霧される液体の慣性力となり、さらに、静電爆発時の広がり力（反発力）や等電位曲線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、このような静電爆発が繰り返されることで液体が霧化される。

図９に示すように、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ている。
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ことを考えると、離脱する液体を基準に等電位曲線５８の接線と直交する方向は前方向だけでなく、斜め方向や横方向など、いろんな方向があり得るため、離脱する液体は、いろんな方向から静電気力による引っ張りを受けており、この静電気力と慣性力や静電爆発力（反発力）などとの兼ね合いで前方側の広い範囲に噴霧されることになる。

そこで、本実施形態では、液体の塗布に応じた液体の広がり状態に合わせるために、等電位曲線５８の状態を調節する導電材料で形成されて液体噴霧部２０と同電位とされる、放電電極３０を設けている。

図１０は、図９と同様に、液体を噴霧するノズル２２の先端側だけを示した側面図であるが、さらに、放電電極３０が設けられ、その状態における等電位曲線５８の状態を合わせて示した図になっている。
なお、図１０のＺ軸及びＸ軸は、図９に示したのと同様に、ノズル２２の中心軸を含む平面上での等電位曲線５８を示した図になっている。

図１０に示すように、放電電極３０が設けられることで、図９に示した放電電極３０が配置されていない状態のときにノズル２２の前方側近傍に現れるノズル２２の中心軸を含む平面上での等電位曲線５８の状態よりも一部がより緩やかな湾曲を描く等電位曲線５８の状態となり、等電位曲線５８が前方側に向かって平行に並ぶ状態に近づくことがわかる。この放電電極３０による等電位曲線５８への作用は、等電位曲線５８の一部だけでなく、その全部が緩やかな湾曲を描く等電位曲線５８の状態となるように構成しても良い。
なお、ノズル２２の前方側近傍とは、ノズル２２の中心軸を基準に中心軸に直交する方向で１５０ｍｍ以内又は１００ｍｍ以内程度であって、ノズル２２の前方１５０ｍｍ以内又は１００ｍｍ以内程度のノズル２２の先端から前方の円柱状の範囲を超えない範囲である。

このような図１０に示す等電位曲線５８の状態となると、離脱する液体を基準に等電位曲線５８の接線と直交する方向は、主に前方向となるため液体の離脱時や離脱後の静電爆発などによる液体の広がりはあるものの、放電電極３０が設けられていない状態と比較すれば、広がり難くなる。この結果、噴霧される液体は、あまり広がらずに噴霧されることになる。

なお、放電電極３０がノズル２２から後方に離れすぎた位置に配置されたりすると、その等電位曲線５８を調節する作用が低下するため、放電電極３０は、放電電極３０が配置されていない状態のときにノズル２２の前方側に現れる等電位曲線５８の状態よりも緩やかな湾曲を描く等電位曲線５８の状態とすることができるノズル２２の先端外周近傍に配置できるようにされる必要がある。

また、図８に示すように、本実施形態では、放電電極３０の先端部３０ａが平面で構成されており、このようにすることで、図１０に示したように、放電電極３０の先端部３０ａからノズル２２までの間に現れる等電位曲線５８が、放電電極３０の先端部３０ａよりも後方側に湾曲しないようになる。

このように、導電性材料から形成され、ノズル２２の先端外周近傍に放電電極３０を配置することで、等電位曲線５８の形状を適宜調節することができ、噴霧される液体の分布を調整することができる。

放電電極３０は、等電位曲線５８の目的とする形状、分布に合わせて、その形状、大きさ、配置する位置を適宜選択することができる。図８では、円柱形であるが、これに限定されるものではなく、例えば、長方形などの多角形であってもよく、扇型であっても良い。

図６において、電圧印加手段５０の電源が投入されると液体噴霧部２０及び放電電極３０に電荷が蓄積して電圧印加手段５０の負極が接続されている電界調整電極３５との間で電位差が生じる。この電位差は液体噴霧部２０及び放電電極３０に電荷が蓄積されるのに伴い大きくなる。

そして、電圧印加手段５０の電源を投入することにより、すなわち、少なくとも液体噴霧部２０及び放電電極３０と異極部である被塗物４０の間に電圧を印加することにより、液体噴霧部２０から噴霧される霧化液体８７の作用と液体噴霧部２０及び放電電極３０からの放電によって電界調整電極３５を帯電させる。
本実施形態においては、放電電極３０を液体噴霧部２０の近傍に設けることで、電界調整電極３５が、少なくとも放電電極３０からの放電によって帯電するようにしている。

このように、第２実施形態においては、放電電極３０を液体噴霧部２０の近傍に設けることで、電界調整電極３５を帯電させてその電位を上昇させ、定電圧装置５１の定格電圧以上になると定電圧装置５１の作用により電界調整電極３５を所定の電位に保つとともに、等電位曲線５８の形状を適宜調節し、噴霧される液体の分布を調整することができる、との効果を奏することができる。

なお、被塗物４０及び定電圧装置５１は電圧印加手段５０の負極に接続されているが、図６に示すように、更に、アース手段６０に接続されて接地される構成にしても良い。これにより、安全性をより高くすることができる。

（第３実施形態）
図１１は、本発明の第３実施形態に係る静電噴霧装置１０を示す断面図である。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る液体噴霧部２０を示す斜視図である。
第３実施形態に係る静電噴霧装置１０は、第１実施形態に係る静電噴霧装置１０に対して、電界調整電極３５が液体噴霧部２０に取付けられている点で異なり、その他は、第１実施形態と同様である。

図１１及び図１２に示すように、ノズル２２の外周面には、電界調整電極３５を取付ける電極ホルダ２５が設けられている。電極ホルダ２５は、ノズル２２の外周上に設けられる絶縁材料からなる円環状の構造からなり、円環状の構造の先端部に電界調整電極３５を取付ける電極取付部２５ａが設けられている。

図１１及び図１２に示すように、電界調整電極３５は、ノズル２２の外径よりも大きい直径に形成されたリング状の導電材料からなる部材であり、定電圧装置５１を介して電圧印加手段５０の負極に接続されている。
なお、本実施形態では、電界調整電極３５が円形のリング状の場合を示しているが、多角形のリング状及び円弧状などであって良い。また、リング状のように、閉じた形状に限定されるものではなく、棒状や板状であっても良い。
電界調整電極３５は、絶縁材料からなる電極ホルダ２５を介してノズル２２の外周に固定されるようにしているが、電極ホルダ２５はノズル２２に対して固定されることに限定されるものではなく、胴体部２１に対して固定されていても良い。

本実施形態において、電界調整電極３５が液体噴霧部２０に取付けられていることによって、特に、被塗物４０に対して液体噴霧部２０を移動させながら液体を噴霧する作業において電界調整電極３５が液体噴霧部２０と一体となって移動し、電界調整電極３５と液体噴霧部２０の位置関係が固定されるため、液体噴霧部２０と被塗物４０の間に生ずる電界を安定させることができる。

（第４実施形態）
図１３は、本発明の第４実施形態に係る静電噴霧装置１０を示す断面図である。
第４実施形態に係る静電噴霧装置１０は、第１実施形態に係る静電噴霧装置１０に対して、放電電極３０と電界調整電極３５が液体噴霧部２０に取付けられている点で異なり、その他は、第１実施形態と同様である。

本実施形態において、放電電極３０と電界調整電極３５が液体噴霧部２０に取付けられていることにより、特に、被塗物４０に対して液体噴霧部２０を移動させながら液体を噴霧する作業において電界調整電極３５が液体噴霧部２０と一体となって移動し、電界調整電極３５と液体噴霧部２０の位置関係が固定されるため、液体噴霧部２０と被塗物４０の間に生ずる電界を安定させることができ、また、等電位曲線５８の形状を適宜調節し、噴霧される液体の分布を調整することができる。

なお、第３実施形態及び第４実施形態において、被塗物４０及び定電圧装置５１は電圧印加手段５０の負極に接続されているが、図１１及び図１３に示すように、更に、アース手段６０に接続されて接地される構成にしても良い。これにより、安全性をより高くすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、電界調整電極３５を設け、これを定電圧装置５１に電気的に接続することにより、安全性が高く、管理が容易な静電噴霧装置１０を提供することができる。

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良い。

例えば、上記説明を通して液体噴霧部２０が正の電位であり、被塗物４０が負の電位として説明しているが、これに限定されるものではない。液体噴霧部２０が負の電位であり、被塗物４０が正の電位であっても同様の効果を奏するものである。この場合、電界調整電極３５は液体噴霧部２０と同じ極性の負の電位になる。
また、上記説明を通して液体噴霧部２０が１つの場合について説明しているが、これに限定されるものではない。液体噴霧部２０が複数設けられており、これら複数の液体噴霧部２０の先端の近傍に電界調整電極３５を配置するように構成しても同様の効果を奏するものである。例えば、液体噴霧部２０を正多角形に配置し、電界調整電極３５が液体噴霧部２０同士の先端近傍の間に配置されるように構成しても良い。

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
２５ 電極ホルダ
２５ａ 電極取付部
３０ 放電電極
３０ａ 先端部
３１ 固定ネジ
３１ａ ネジ孔
３５ 電界調整電極
４０ 異極部（被塗物）
５０ 電圧印加手段
５１ 定電圧装置
５８ 等電位曲線
６０ アース手段
７０ 電極（異極部）
７１ 電極ホルダ
８０ テーラコーン
８２ ジェット部
８７ 霧化液体

Claims (9)

1. 液体噴霧部と、前記液体噴霧部に対して異極となる異極部との間に電圧を印加して発生する静電気力によって液体を帯電状態で前記液体噴霧部から離脱させて霧化を行い、異極部である被塗物に霧化液体を噴霧するエレクトロスプレー法による静電噴霧装置であって、
   導電性材料又は半導電性材料から形成され、少なくとも前記液体噴霧部と前記異極部との間に電圧を印加することにより帯電し、前記液体噴霧部と前記異極部の間に生じる電界に影響を与える電界調整電極と、
   一定電圧以上の電圧が印加されることにより流れる電流が急増する電圧－電流特性を持ち、前記電界調整電極と前記被塗物の間に電気的に接続されていることで前記電界調整電極の電位を一定電位以下に保つ素子と、を備え、
   前記素子がバリスタである、ことを特徴とする静電噴霧装置。
2. ノズルを有する液体噴霧部と、前記液体噴霧部に対して異極となる異極部との間に電圧を印加して発生する静電気力によって液体を帯電状態で前記液体噴霧部から離脱させて霧化を行い、異極部である被塗物に霧化液体を噴霧するエレクトロスプレー法による静電噴霧装置であって、
   導電性材料から形成される放電電極と、
   導電性材料又は半導電性材料から形成され、少なくとも前記放電電極からの放電により帯電し、前記液体噴霧部と前記異極部の間に生じる電界に影響を与える電界調整電極と、
   一定電圧以上の電圧が印加されることにより流れる電流が急増する電圧－電流特性を持ち、前記電界調整電極と前記被塗物の間に電気的に接続されていることで前記電界調整電極の電位を一定電位以下に保つ素子と、を備えることを特徴とする静電噴霧装置。
3. 前記放電電極が、前記ノズルの先端外周近傍に配置され前記液体噴霧部と同電位であることを特徴とする請求項２に記載の静電噴霧装置。
4. 前記素子がバリスタである、
   請求項２又は請求項３に記載の静電噴霧装置。
5. 前記放電電極が、前記放電電極が配置されていない状態のときに前記ノズルの前方側近傍に現れる前記ノズルの中心軸を含む平面上での等電位曲線の状態に対し、少なくとも前記等電位曲線の一部をより緩やかな湾曲を描く等電位曲線の状態とする形状とされていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の静電噴霧装置。
6. 前記放電電極が、前記液体噴霧部に取付けられていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の静電噴霧装置。
7. 前記放電電極が、前記ノズルに沿って配置位置が変更できることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の静電噴霧装置。
8. 前記素子が接地されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の静電噴霧装置。
9. 前記電界調整電極が、前記液体噴霧部に取付けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の静電噴霧装置。
   
   

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