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WO2014141798A1 - 静電噴霧装置、および静電噴霧装置の制御方法 - Google Patents

静電噴霧装置、および静電噴霧装置の制御方法 Download PDF

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Publication number
WO2014141798A1
WO2014141798A1 PCT/JP2014/053204 JP2014053204W WO2014141798A1 WO 2014141798 A1 WO2014141798 A1 WO 2014141798A1 JP 2014053204 W JP2014053204 W JP 2014053204W WO 2014141798 A1 WO2014141798 A1 WO 2014141798A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
spray
voltage
electrostatic spraying
spraying device
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/053204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
バン タン ダウ
ティボー テレベシー
Original Assignee
住友化学株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友化学株式会社 filed Critical 住友化学株式会社
Priority to EP14762420.9A priority Critical patent/EP2974795A4/en
Priority to AU2014232067A priority patent/AU2014232067B2/en
Priority to US14/776,155 priority patent/US9937508B2/en
Priority to CN201480013108.2A priority patent/CN105188951B/zh
Priority to BR112015020786A priority patent/BR112015020786A2/pt
Publication of WO2014141798A1 publication Critical patent/WO2014141798A1/ja
Priority to ZA2015/07247A priority patent/ZA201507247B/en

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/053—Arrangements for supplying power, e.g. charging power
    • B05B5/0533—Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/053—Arrangements for supplying power, e.g. charging power
    • B05B5/0533—Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes
    • B05B5/0535—Electrodes specially adapted therefor; Arrangements of electrodes at least two electrodes having different potentials being held on the discharge apparatus, one of them being a charging electrode of the corona type located in the spray or close to it, and another being of the non-corona type located outside of the path for the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/0255—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns spraying and depositing by electrostatic forces only

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic spraying device having excellent spray stability and a method for controlling the electrostatic spraying device.
  • spraying apparatuses that spray liquid in containers from nozzles (hereinafter referred to as spray electrodes) have been applied to a wide range of fields.
  • an electrostatic spraying device that atomizes and sprays a liquid by electrohydrodynamics (EHD) is known.
  • EHD electrohydrodynamics
  • This electrostatic spraying device forms an electric field at the tip of the spray electrode and atomizes and ejects liquid from the tip of the spray electrode using the electric field.
  • Patent Document 1 is known as a document disclosing such an electrostatic spraying device.
  • Patent Document 1 has room for improvement in the following points.
  • an electrostatic spraying device forms an electric field between a reference electrode and a spray electrode, and uses the electric field to atomize and spray a liquid from the tip of the spray electrode. In particular, it is a period immediately after the start of operation, and it may take time until a desired spray amount is obtained (hereinafter also referred to as “start-up period”).
  • start-up period a period immediately after the start of operation, and it may take time until a desired spray amount is obtained.
  • start-up period a desired spray amount is obtained
  • the conventional electrostatic spraying device has problems that the electric field becomes unstable, the fluctuation of the spray amount becomes large, the spray angle of the liquid becomes large, and the sprayed liquid returns to the electrostatic spraying device side, The problem that the surface of the device gets wet (Face-wet) may also occur.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrostatic spraying device capable of enhancing the stability of spraying.
  • an electrostatic spraying device includes a first electrode that sprays a substance from a tip, and a second electrode to which a voltage is applied between the first electrode and the first electrode.
  • the first electrode and the second electrode are respectively disposed in a first opening and a second opening formed on the surface of the device, and further, the first opening and the second electrode
  • a third electrode different from the first electrode and the second electrode is provided between the opening and the magnitude of the voltage between the first electrode or the second electrode and the third electrode. Control is performed within a predetermined range smaller than the magnitude of the voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the electrostatic spraying apparatus includes a first electrode that sprays a substance from a tip and the first electrode. And a third electrode different from the first electrode and the second electrode between the first electrode and the second electrode, and the first electrode A voltage application step of applying a first voltage between the electrode and the second electrode; and a magnitude of the voltage between the first electrode or the second electrode and the third electrode. And a voltage control step of controlling to a predetermined range smaller than the magnitude of the voltage between the second electrode and the second electrode.
  • an electric field is formed between the first electrode and the second electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode is positively charged and the second electrode is negatively charged (or vice versa).
  • the first electrode sprays a positively charged substance.
  • the second electrode is ionized negatively by ionizing air in the vicinity of the electrode.
  • the negatively charged air moves away from the second electrode due to the electric field formed between the electrodes and the repulsive force between the negatively charged air particles. This movement generates a flow of air (hereinafter sometimes referred to as an ion flow), and the positively charged substance is sprayed in a direction away from the electrostatic spraying device by the ion flow.
  • the inventors of the present application have a problem that, in the conventional electrostatic spraying device, a desired spray amount cannot be obtained in a start-up period, particularly after a start of operation, until a desired spray amount is obtained. I found the potential. Furthermore, the inventors of the present application provide a third electrode different from the first electrode and the second electrode between the first opening and the second opening, and When the magnitude of the voltage applied between the first electrode or the second electrode and the third electrode is within a predetermined range smaller than the magnitude of the voltage between the first electrode and the second electrode, It has been found that the stability of spray during the start-up period is increased.
  • the electrostatic spraying apparatus which concerns on one aspect can improve the stability of spraying through an operation period including a start-up period.
  • the “predetermined range” varies depending on the magnitude of the voltage applied between the first opening and the second opening, and is not uniquely determined.
  • An electrostatic spraying apparatus includes a first electrode that sprays a substance from a tip, and a second electrode to which a voltage is applied between the first electrode, the first electrode, and the second electrode.
  • the electrodes are respectively disposed inside a first opening and a second opening formed on the surface of the device, and further, the first electrode and the second opening are interposed between the first electrode and the second opening.
  • a third electrode different from the second electrode is provided, and the magnitude of the voltage between the first electrode or the second electrode and the third electrode is determined between the first electrode and the second electrode.
  • the voltage can be controlled within a predetermined range smaller than the voltage level.
  • the electrostatic spraying device control method includes: a first electrode that sprays a substance from a tip; a second electrode to which a voltage is applied between the first electrode; And a third electrode different from the first electrode and the second electrode between the first electrode and the second electrode, and the gap between the first electrode and the second electrode.
  • the voltage application step for applying the first voltage, the magnitude of the voltage between the first electrode or the second electrode, and the third electrode is set to the voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the electrostatic spraying device and the control method of the electrostatic spraying device according to the invention have an effect that the stability of spraying can be improved.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the photograph of the front-end
  • size of the voltage applied between a spray electrode and a guard electrode is set to the middle of the magnitude
  • the electrostatic spraying apparatus 100 is an apparatus used for spraying aromatic oil, agricultural chemicals, pharmaceuticals, agricultural chemicals, insecticides, air cleaning chemicals, etc., and includes a spray electrode (first electrode) 1 and a reference electrode ( A second electrode) 2, a power supply device 3, and a guard electrode (third electrode) 4.
  • FIG. 2 is a view for explaining the external appearance of the electrostatic spraying device 100.
  • the electrostatic spraying device 100 has a rectangular shape.
  • a spray electrode 1 and a reference electrode 2 are disposed on one surface of the apparatus.
  • the spray electrode 1 is located in the vicinity of the reference electrode 2.
  • An annular opening 11 (first opening) is formed so as to surround the spray electrode 1, and an annular opening 12 (second opening) is formed so as to surround the reference electrode 2.
  • a voltage (first voltage) is applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2, whereby an electric field is formed between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • a positively charged droplet is sprayed from the spray electrode 1.
  • the reference electrode 2 is negatively charged by ionizing air in the vicinity of the electrode.
  • the negatively charged air moves away from the reference electrode 2 due to the electric field formed between the electrodes and the repulsive force between the negatively charged air particles. This movement generates a flow of air (hereinafter also referred to as an ion flow), and positively charged droplets are sprayed in a direction away from the electrostatic spraying device 100 by the ion flow.
  • a flow of air hereinafter also referred to as an ion flow
  • the guard electrode 4 is provided between the opening 11 and the opening 12.
  • the guard electrode 4 is not limited to a rectangle as shown in FIG. 2, and may be formed in a line shape, a dot shape, or the like.
  • the guard electrode 4 is provided between the opening 11 and the opening 12, and more preferably, the spray electrode 1 and the reference electrode are used in order to make the electric field formed at the tip of the spray electrode 1 suitable for substance spraying. 2 are arranged so as to overlap on a line connecting 2.
  • the electrostatic spraying device 100 may have other shapes instead of a rectangular shape. Moreover, the opening 11 and the opening 12 may have a shape different from the annular shape, and the opening dimensions thereof may be appropriately adjusted.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the spray electrode 1, the reference electrode 2, and the guard electrode 4.
  • the spray electrode 1 has a conductive conduit such as a metallic capillary (for example, 304 type stainless steel) and a tip 5 that is a tip.
  • the spray electrode 1 is electrically connected to the reference electrode 2 via the power supply device 3.
  • a spray substance (hereinafter simply referred to as “substance”) is sprayed from the tip portion 5.
  • the spray electrode 1 has an inclined surface 9 that is inclined with respect to the axial center of the spray electrode 1, and the tip is narrower and sharper toward the tip 5.
  • the reference electrode 2 is made of a conductive rod such as a metal pin (for example, a 304 type steel pin).
  • the spray electrode 1 and the reference electrode 2 are spaced apart from each other at a predetermined interval and are arranged in parallel to each other. Further, the spray electrode 1 and the reference electrode 2 are arranged, for example, at an interval of 8 mm from each other.
  • the power supply device 3 applies a high voltage between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the power supply device 3 applies a high voltage of 1-30 kV (eg, 3-7 kV) between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • a high voltage is applied, an electric field is formed between the electrodes, and an electric dipole is generated inside the dielectric 10.
  • the spray electrode 1 is positively charged and the reference electrode 2 is negatively charged (or vice versa).
  • negative dipoles are generated on the surface of the dielectric 10 closest to the positive spray electrode 1, and positive dipoles are generated on the surface of the dielectric 10 closest to the negative reference electrode 2.
  • the charge generated in the reference electrode 2 is a charge having a polarity opposite to the polarity of the liquid.
  • the liquid charge is balanced by the charge generated at the reference electrode 2. Therefore, the electrostatic spray device 100 can achieve spray stability by current feedback control based on the principle of charge balance.
  • the power supply device 3 applies a voltage between the spray electrode 1 and the guard electrode 4 and / or between the reference electrode 2 and the guard electrode 4. The details will be described with reference to FIG.
  • the guard electrode 4 is an electrode made of a conductive material.
  • a conductor such as a conductive plastic can be cited as an example.
  • the guard electrode 4 may be disposed on the dielectric 10, or may be disposed inside a recess or opening formed in the dielectric 10.
  • the guard electrode 4 may be realized by a configuration that is incorporated in the electrostatic spraying device 100 and is not exposed to the outside.
  • the guard electrode 4 may be covered with a thin dielectric film. Thereby, the electric shock which may arise by contacting the guard electrode 4 can also be prevented beforehand.
  • the guard electrode 4 may be realized in various forms and arrangements as long as the electric field formed at the tip of the spray electrode 1 fulfills the above-described function of being an electric field suitable for substance spraying.
  • the electrostatic spraying device 100 (control method of the electrostatic spraying device 100) is applied between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode 4 (voltage application step). Control is performed within a predetermined range smaller than the magnitude of the voltage applied to the reference electrode 2 (voltage control step).
  • the predetermined range is the magnitude of the voltage that increases the stability of the spray during the start-up period, and is the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode 4.
  • a range can be said that spraying is stable when the liquid sprayed from the spray electrode 1 has a Taylor cone shape.
  • the dielectric 10 is made of a dielectric material such as nylon 6, nylon 11, nylon 12, polypropylene, nylon 66, or a polyacetyl-polytetrafluoroethylene mixture.
  • the dielectric 10 supports the spray electrode 1 at the spray electrode mounting portion 6 and supports the reference electrode 2 at the reference electrode mounting portion 7.
  • FIG. 4 shows an example of a configuration diagram of the power supply device 3.
  • the power source device 3 includes a power source 21, a high voltage generator 22, a monitoring circuit 23 that monitors output voltages at the spray electrode 1 and the reference electrode 2, and a current value of the reference electrode 2 within a predetermined value (predetermined range).
  • a control circuit (current control means, voltage control means) 24 is provided for controlling the high voltage generator 22 so that the output voltage of the high voltage generator 22 becomes a desired value in a controlled state.
  • the control circuit 24 includes a microprocessor 241 that may be designed to further adjust the output voltage and spray time based on other feedback information 25. .
  • the feedback information 25 includes environmental conditions (temperature, humidity, and / or atmospheric pressure), liquid amount, arbitrary settings by the user, and the like. Further, the control circuit 24 controls the magnitude of the voltage between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode to a predetermined range smaller than the magnitude of the voltage between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. It is possible.
  • the power source 21 can be a well-known power source, and includes a main power source or one or more batteries.
  • the power source 21 is preferably a low voltage power source or a direct current (DC) power source.
  • one battery is formed by combining one or more voltaic batteries. Suitable batteries include AA batteries and AA batteries. The number of batteries depends on the required voltage level and the power consumption of the power source.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the power source 21.
  • the power source 21 includes a power source 21a and a power source 21b.
  • the power source 21 a applies a voltage between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the power source 21 b applies a voltage between the reference electrode 2 and the guard electrode 4.
  • the power source 21 b may apply a voltage between the spray electrode 1 and the guard electrode 4.
  • the electrostatic spraying apparatus 100 determines the magnitude of the voltage between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode 4 by the power source 21b, and the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. It is possible to control to a predetermined range included in the range.
  • the guard electrode 4 is not limited to the above-described method, and a voltage can be applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 by various methods.
  • the current feedback control for controlling the current value in the guard electrode 4 to a certain range (value), the voltage between the spray electrode 1 and the guard electrode 4, or the voltage between the reference electrode 2 and the guard electrode 4. Examples include voltage feedback control for controlling to a certain range (value), a combination thereof, and the like.
  • the current feedback control can stabilize the amount of substance spray from the spray electrode 1 even when the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 is large, and is preferably applied. Details thereof will be described later.
  • the current feedback control and the voltage feedback control may be performed by software incorporated in the microprocessor 241.
  • the present embodiment may be realized with the following configuration.
  • the power source 21 includes only the power source 21a and does not include the power source 21b.
  • the guard electrode 4 has a zero current (floating).
  • a voltage is applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 by the power source 21a.
  • the power source 21b is not necessary, which reduces the manufacturing cost of the electrostatic spraying device and contributes to the compactness of the device.
  • the high voltage generator 22 includes an oscillator 221, a transformer 222, and a converter circuit 223.
  • the oscillator 221 converts direct current into alternating current, and the transformer 222 is driven with alternating current.
  • a converter circuit 223 is connected to the transformer 222.
  • the converter circuit 223 includes a charge pump and a rectifier circuit.
  • the converter circuit 223 generates a desired voltage and converts alternating current into direct current.
  • a typical converter circuit is a Cockloft-Walton circuit.
  • the monitoring circuit 23 includes a current feedback circuit 231 and may include a voltage feedback circuit 232 depending on applications.
  • the current feedback circuit 231 measures the current value of the reference electrode 2. Since the electrostatic spraying device 100 is charge-balanced, the current at the tip 5 of the spray electrode 1 can be accurately monitored by measuring and referring to the current value of the reference electrode 2. According to this method, there is no need to provide an expensive, complicated and confusing measuring means at the tip 5 of the spray electrode 1, and it is not necessary to estimate the contribution of the discharge (corona) current to the measuring current. .
  • the current feedback circuit 231 may include any conventional current measuring device such as a current transformer.
  • the current in the reference electrode 2 is measured by measuring the voltage in a set resistor (feedback resistor) connected in series with the reference electrode 2.
  • the measured voltage in the set register is read using an analog to digital (A / D) converter.
  • a / D converter is a part of a microprocessor.
  • a suitable microprocessor with an analog-to-digital converter is a PIC16F18 ** family of microprocessors from Microchip. The digital information is processed by the microprocessor to provide output to the control circuit 24.
  • the voltage measured by the set register is compared with a predetermined constant reference voltage value using a comparator.
  • the comparator requires very low current (generally nanoamperes or less) and has a fast response speed.
  • the microprocessor 241 incorporates a comparator for that purpose.
  • the above-mentioned PIC16F1824 of the microchip family provides a suitable comparator having a very low input current value and a constant reference voltage.
  • the reference voltage value input to the comparator is set using a D / A converter included in the microprocessor 241 and a selectable reference voltage value is prepared. In normal operation, the circuit can detect whether the measured current is higher or lower than the required value determined by the magnitude of the reference voltage and the feedback resistor and provides that information to the control circuit 24.
  • the monitoring circuit 23 is also provided with a voltage feedback circuit 232 and measures the voltage applied to the spray electrode 1.
  • the applied voltage is monitored directly by measuring the voltage at the junction of the two resistors forming a voltage divider connecting the two electrodes.
  • the applied voltage is monitored by measuring the voltage generated at a node in the Cockloft-Walton circuit using similar voltage divider principles.
  • the feedback information is processed through an A / D exchanger or by comparing the feedback signal with a reference voltage value using a comparator.
  • the control circuit 24 acquires information indicating the current value of the reference electrode 2 from the monitoring circuit 23, and compares the current value of the reference electrode 2 with a predetermined current value (for example, 0.867 ⁇ A). Then, if the current value of the reference electrode 2 is not a predetermined current value, the control circuit 24 controls the current value of the reference electrode 2 so as to be a predetermined current value.
  • the control circuit 24 controls the current value of the reference electrode 2 to a predetermined current value, and then sets the amplitude, frequency, or duty cycle of the oscillator 221 and the voltage on / off time (or a combination thereof). By controlling, the output voltage of the high voltage generator 22 is controlled.
  • control circuit 24 sets the current value of the reference electrode 2 to a certain width instead of the “predetermined current value”. Control may be performed so as to be within a predetermined range ( ⁇ 5%).
  • feedback information 25 may be input to the microprocessor 241 because it is necessary to compensate the voltage or duty cycle / spray interval based on the atmospheric temperature, humidity, atmospheric pressure, liquid amount of liquid, and the like.
  • the information is given as analog information or digital information and is processed by the microprocessor 241.
  • the microprocessor 241 can perform compensation to increase the quality and stability of the spray by changing either the spray interval, the time to turn on the spray, or the applied voltage.
  • the power supply device 3 includes a temperature detection element such as a thermistor used for temperature compensation.
  • the power supply device 3 changes a spray space
  • the spray interval is the total power on / off time.
  • the spray interval can be changed by software built into the microprocessor 241 of the power supply and increases from the set point when the temperature rises and decreases from the set point when the temperature falls.
  • the increase and decrease of the spray interval is preferably according to a predetermined index determined by the characteristics of the substance to be sprayed.
  • the compensation change amount of the spray interval may be limited so that the spray interval changes only between 0-60 ° C. (eg, 10-45 ° C.). For this reason, extreme temperatures recorded by the temperature sensing element are considered erroneous and are not considered, and for high and low temperatures, an acceptable but not optimal spray interval is set.
  • the on / off interval of the spray interval may be adjusted to make the spray interval constant, and the spray time may be increased or decreased within the spray interval when the temperature rises or falls.
  • the power supply device 3 may further include an inspection circuit that detects the characteristics of the substance to be sprayed and generates characteristic information indicating the characteristics of the substance.
  • the characteristic information generated by the inspection circuit is supplied to the control circuit 24.
  • the control circuit 24 uses this characteristic information to compensate at least one voltage control signal.
  • the voltage control signal is a signal generated based on the detection result of ambient environmental conditions (for example, temperature, humidity and / or atmospheric pressure, and / or spray amount), and adjusts the output voltage or spray time. It is a signal for.
  • the power supply device 3 may include a pressure sensor in order to monitor the ambient pressure (atmospheric pressure).
  • the internal configuration of the power supply device 3 has been described above. However, the above description is an example of the power supply device 3, and the power supply device 3 may be realized by other configurations as long as it has the above function.
  • the dielectric 10 can be considered as a factor that affects the strength of the electric field formed between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the dielectric 10 is charged by positive and negative charges generated at the spray electrode 1 and the reference electrode 2 when a voltage is applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the electric charge charged in the dielectric 10 may affect the electric field formed between the spray electrode 1 and the reference electrode 2, and as a result, may affect the spray stability of the electrostatic spray device 100.
  • the inventors of the present application have found.
  • a desired spray amount may not be obtained particularly during a period immediately after the start of operation (hereinafter, referred to as “startup period” in some cases). If the desired amount of spraying is not performed during the start-up period, the electrostatic spraying device can be said to have room for improvement in spray stability.
  • FIG. 6 is a graph for explaining the relationship between the number of days and the spray amount when a conventional electrostatic spray device is used.
  • the horizontal axis represents the number of days elapsed (day)
  • the vertical axis represents the spray amount (g / day) on the left side
  • This data was obtained through 10 spray tests.
  • a liquid having a conductivity of 280 ⁇ S / m at 25 ° and a relative humidity of 55% is used.
  • the conventional electrostatic spraying device refers to an electrostatic spraying device that does not include an electrode corresponding to the guard electrode 4 of the electrostatic spraying device 100.
  • the spray amount is low immediately after the start of operation, and gradually increases with the passage of time.
  • 2 ⁇ exceeds 70% when it is high, and it can be seen that the variation in the spray amount is large.
  • FIG. 7 shows a photograph of the tip after 3 days from the start of operation when a conventional electrostatic spraying device is used.
  • FIG. 8 shows a photograph of the tip of the spray electrode 1 after 25 days when a conventional electrostatic spraying device is used.
  • Taylor cone spray is not recognized at the tip of the spray electrode 1.
  • Taylor cone-shaped spray is recognized at the tip of the spray electrode 1 as shown in FIG.
  • the spray amount immediately after the start of operation may not be sufficient.
  • the electrostatic spraying device 100 is provided between the opening 11 formed so as to surround the spray electrode 1 and the opening 12 formed so as to surround the reference electrode 2.
  • a guard electrode 4 is provided between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the electrostatic spraying device 100 applies a voltage between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode 4 to form a strong electric field around the spray electrode 1, thereby improving the spray stability. Increase. The concept will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9 shows the electric field when the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the guard electrode 4 is set to the middle of the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. It is a figure for demonstrating the mode of.
  • the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the guard electrode 4 is set to the middle of the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the electric field around the spray electrode 1 becomes strong, and an electric field suitable for spraying the substance is formed.
  • D1 indicates the spray direction of the substance
  • D2 indicates the direction of ion flow.
  • D1 when the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the guard electrode 4 is set to the middle of the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2
  • the substance is sprayed in a direction away from the electrostatic spraying device 100.
  • FIG. 10 shows the state of the electric field when the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the guard electrode 4 is slightly lower than the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. It is a figure for demonstrating. At this time, the electric field strength around the spray electrode 1 decreases, and the substance is not sprayed from the spray electrode 1.
  • FIG. 11 shows the state of the electric field when the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the guard electrode 4 is extremely lower than the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. It is a figure for demonstrating. At this time, an extremely strong electric field is formed around the spray electrode 1. However, although a strong electric field is necessary to obtain a good spray state, in the case of FIG. 11, the substance sprayed from the spray electrode 1 moves toward the dielectric 10 and moves away from the electrostatic spray device 100. Spraying in the direction (corresponding to D1 in FIG. 9) is not performed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrostatic spraying device 100 according to the present embodiment, and is a schematic diagram of the electrostatic spraying device 100 used for the measurement of FIGS.
  • the electrostatic spraying device 100 includes a guard electrode 4 between the opening 11 and the opening 12, more specifically, between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the guard electrode 4 has a rectangular shape, has a length of 2 mm in the longitudinal direction and a length of 0.5 mm in the lateral direction, and is provided on the dielectric 10.
  • the distance between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 is 8 mm, and the center of the guard electrode 4 in the short direction is positioned at a position 5 mm from the spray electrode 1 and 3 mm from the reference electrode 2. Further, the center of the guard electrode 4 is positioned on the line connecting the spray electrode 1 and the reference electrode 2 or substantially on the line.
  • the specifications such as the size of the guard electrode 4 are those in the measurement of FIGS. 12 to 14, and the electrostatic spraying device 100 is realized by various configurations regardless of the specifications. Needless to say.
  • FIG. 12 shows the relationship between the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 and the current value in the guard electrode 4 when a voltage of 6 kV is applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. It is a graph which shows. In this graph, the horizontal axis indicates the magnitude of the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4, and the vertical axis indicates the current value in the guard electrode 4.
  • the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is changed in the range of 1.3 kV to 2.8 kV, and the voltage between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 is kept constant.
  • the following four conditions were confirmed under this condition. Specifically, as a first state, when the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is lower than 2 kV, the substance sprayed from the spray electrode 1 is directed toward the dielectric 10. (Hereinafter, this phenomenon is referred to as “sprayback”). At this time, since it is necessary to reduce the value of the current that is energized by the positively charged droplet, the current value at the guard electrode 4 is measured as a negative value.
  • the momentum at which the substance is sprayed decreases and the spray electrode 1 sprays.
  • the Taylor cone shape of the liquid is unstable.
  • the current value in the guard electrode 4 is a positive value. This is because when the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 increases, negative charges generated by the reference electrode 2 are attracted toward the guard electrode 4.
  • the current value in the guard electrode 4 may be set within the range of ⁇ 0.5 to 0.5 ⁇ A, thereby achieving a good spray state. Can be realized.
  • FIG. 13 shows the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 when a voltage of 5.5 kV is applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2, and the current value in the guard electrode 4. It is a graph which shows the relationship. In this graph, the horizontal axis indicates the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4, and the vertical axis indicates the current value in the guard electrode 4. The voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is changed in the range of 1.3 kV to 2.8 kV, and the voltage between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 is kept constant.
  • the following four conditions were confirmed under this condition. Specifically, as a first state, when the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is lower than 1.9 kV, the substance sprayed from the spray electrode 1 is sprayed back. At this time, since it is necessary to reduce the current value to be energized by the positively charged droplet, the current value at the guard electrode 4 is measured as a negative value.
  • the momentum at which the substance is sprayed decreases, and the spray electrode 1 sprays.
  • the Taylor cone shape of the liquid is unstable.
  • the current value in the guard electrode 4 is a positive value. This is because when the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is increased, negative charges generated by the reference electrode 2 are attracted toward the guard electrode 4.
  • the current value in the guard electrode 4 may be set within the range of ⁇ 1.0 to 1.0 ⁇ A, thereby realizing a good spray state. can do.
  • FIG. 14 shows the relationship between the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 and the current value in the guard electrode 4 when a voltage of 5 kV is applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. It is a graph which shows. In this graph, the horizontal axis indicates the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4, and the vertical axis indicates the current value in the guard electrode 4. The voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is changed in the range of 1.3 kV to 2.8 kV, and the voltage between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 is kept constant.
  • the following four conditions were confirmed under this condition. Specifically, as a first state, when the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is lower than 1.8 kV, the substance sprayed from the spray electrode 1 is sprayed back. At this time, since it is necessary to reduce the current value to be energized by the positively charged droplet, the current value at the guard electrode 4 is measured as a negative value.
  • the momentum at which the substance is sprayed decreases and the spray electrode 1 sprays.
  • the Taylor cone shape of the liquid is unstable.
  • the current value in the guard electrode 4 is a positive value. This is because when the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is increased, negative charges generated by the reference electrode 2 are attracted toward the guard electrode 4.
  • the current value in the guard electrode 4 may be set within the range of ⁇ 1.0 to 0.5 ⁇ A, thereby realizing a good spray state. can do.
  • the electrostatic spraying device 100 is suitable for the second state.
  • voltage control may be used to control the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 within a predetermined range.
  • the electrostatic spray device 100 can maintain a suitable spray state in the second state.
  • current control may be used to control the voltage applied between the reference electrode 2 and the guard electrode 4 within a predetermined range.
  • the electrostatic spraying apparatus 100 can implement
  • FIGS. 12 to 14 are merely examples, and the voltage value set between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 is not limited to the above embodiment. And regardless of the voltage value set between the spray electrode 1 and the reference electrode 2, by providing the guard electrode 4 having the above function, the electrostatic spraying device 100 can improve the stability of spraying. it can.
  • the electrostatic spraying device 100 can maintain the preferred spray strength. This does not depend on the magnitude of the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2.
  • the electrostatic spraying device 100 has an effect that the stability of spraying can be improved by using the guard electrode 4. This effect can be said to be more effective from the viewpoint of spraying stability than to increase or decrease the voltage applied between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 without using a guard electrode.
  • FIGS. 15 to 17 are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
  • the power supply 21 may be implement
  • FIG. 15 is a top view showing an example of a voltage adjustment method that can be used in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the electrostatic spraying device of FIG. 15 includes one power source 21.
  • a spray electrode 1, a reference electrode 2, and a guard electrode 4 are connected to the power source 21.
  • the voltage between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is set between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 by one power source 21. Control is performed within a predetermined range smaller than the magnitude of the applied voltage.
  • the voltage adjustment method of FIG. 15 uses only one power source, so that the manufacturing cost of the electrostatic spraying device can be suppressed and the circuit design and the like can be simplified.
  • FIG. 16 is a top view showing an example of a voltage adjustment method that can be used in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the electrostatic spraying device of FIG. 16 includes a power source 21a and a power source 21b.
  • the power source 21 a is connected to the spray electrode 1 and the reference electrode 2 through the negative electrode 8.
  • the power supply 21 b is connected to two points on the guard electrode 4, and one of them is connected to the guard electrode 4 via the negative electrode 8.
  • the electrostatic spraying device of FIG. 16 uses the power source 21a and the power source 21b to set the voltage between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode 4 between the spray electrode 1 and the reference electrode 2. To a predetermined range smaller than the magnitude of the voltage applied to the.
  • FIG. 17 is a top view showing an example of a voltage adjustment method that can be used in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the electrostatic spraying device of FIG. 17 includes a power source 21a and a power source 21b.
  • the power source 21 a is connected to the reference electrode 2.
  • the power source 21b is connected to the guard electrode 4, the spray electrode 1, and the ground.
  • the spray electrode 1 is also connected to ground. Accordingly, in the electrostatic spraying apparatus of FIG. 17, the voltage between the spray electrode 1 or the reference electrode 2 and the guard electrode 4 is set between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 by the power supply 21 a and the power supply 21 b. Control is performed within a predetermined range smaller than the magnitude of the voltage applied between them.
  • the electrostatic spraying device can adjust the voltage by various methods, the number of power supplies to be used and the connection method between the power supplies and each electrode can be appropriately changed. It is.
  • guard electrode 4 an arrangement example of the guard electrode 4 in the electrostatic spraying device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the electrical connection between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 and the power source is not shown for simplification.
  • the power supply 21 may be implement
  • FIG. 18 is a top view showing an arrangement example of the guard electrode 4 in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the guard electrode 4 located between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 has a needle shape, and only the tip is exposed on the surface of the device, and the other part is included inside the device. Yes. Then, one end of the guard electrode 4 formed in a needle shape and the end on the side included in the device is connected to the negative electrode of the power source 21 to stabilize the voltage at the guard electrode 4.
  • FIG. 19 is a top view showing an arrangement example of the guard electrode 4 in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the guard electrode 4 positioned between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 has a rectangular shape, and one surface thereof is exposed on the surface of the device. And the corner
  • the guard electrode 4 is made of a conductive material, the location where the guard electrode 4 is connected to the power source 21 may be determined as appropriate.
  • FIG. 20 is a top view showing an arrangement example of the guard electrode 4 in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the guard electrode 4 positioned between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 has a rectangular shape, and is entirely included in the device and is not exposed on the device surface.
  • the guard electrode 4 formed in a rectangular shape is connected to the negative electrode of the power source 21.
  • the guard electrode 4 is formed of a conductive material, the location where the guard electrode 4 is connected to the power source 21 may be appropriately determined.
  • FIG. 21 is a front view showing an arrangement example of the guard electrode 4 in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the guard electrode 4 located between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 is rectangular, and one surface thereof is exposed on the surface of the device.
  • the guard electrode 4 may be embedded in, for example, a groove formed on the device surface, or may be bonded to the device surface with an adhesive or the like.
  • the guard electrode 4 formed in a rectangular shape is connected to the negative electrode of the power source 21.
  • the guard electrode 4 is formed of a conductive material, the location where the guard electrode 4 is connected to the power source 21 may be appropriately determined.
  • FIG. 22 is a front view showing an arrangement example of the guard electrode 4 in the electrostatic spraying apparatus according to the present embodiment.
  • the guard electrode 4 located between the spray electrode 1 and the reference electrode 2 has a needle shape.
  • the guard electrode 4 may be embedded in, for example, a groove formed on the device surface, or may be bonded to the device surface with an adhesive or the like.
  • One end of the guard electrode 4 is electrically connected to the negative electrode of the power source 21.
  • the guard electrode 4 has been described above with reference to FIGS.
  • the arrangement examples described here are merely examples, and are not limited thereto. Therefore, for example, the guard electrode 4 may be formed in a spherical or polygonal shape instead of a needle shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the electrical connection method of the guard electrode 4 and the power supply 21 may be made by various methods.
  • the electrostatic spraying apparatus has the above-described configuration, whereby the electric field formed at the tip of the first electrode can be further changed to an electric field suitable for substance spraying.
  • the sex can be further enhanced.
  • the electrostatic spraying device may be configured to include a current control unit that controls a current value in the third electrode within a predetermined range.
  • the spray stability during the start-up period changes depending on the magnitude of the voltage applied between the first electrode or the second electrode and the third electrode.
  • the range of the current value of the third electrode that brings about the spray stability during the start-up period is grasped in advance, and the range is set as a “desired range”. Then, by controlling the current value in the third electrode within the predetermined range by the current control means, the electrostatic spray device according to one aspect of the present invention can stabilize the spray throughout the operation period including the start-up period. Can increase the sex.
  • the electrostatic spraying device may be configured such that when a voltage of 6 kV is applied between the first electrode and the second electrode, the electrostatic spraying device is provided between the second electrode and the third electrode.
  • the voltage may be controlled to be 2 kv or more and 2.4 kv or less.
  • the electrostatic spraying device is configured such that when a voltage of 5.5 kV is applied between the first electrode and the second electrode, the second electrode and the third electrode The voltage between them may be controlled to be 1.9 kv or more and 2.3 kv or less.
  • the electrostatic spraying device is configured such that when a voltage of 5 kV is applied between the first electrode and the second electrode, the electrostatic spraying device is provided between the second electrode and the third electrode.
  • the voltage may be controlled to be 1.8 kv or more and 2.2 kv or less.
  • the electrostatic spraying device can improve the spray stability throughout the operation period including the start-up period.
  • the electrostatic spraying device includes a power source that applies a voltage between the first electrode and the second electrode, and the third electrode is controlled to be zero current. It may be.
  • the electrostatic spraying device does not need to energize the third electrode, and electrically connects the first electrode, the second electrode, and the third electrode.
  • the device can be operated in the connected state. Accordingly, the electrostatic spraying device according to one embodiment of the present invention does not need to be provided with a power source for energizing the third electrode, and thus can be manufactured at low cost and can simplify circuit design and the like. .
  • the present invention can be used in an electrostatic spraying apparatus that sprays aromatic oil, chemicals for agricultural products, pharmaceuticals, agricultural chemicals, insecticides, air cleaning chemicals, and the like.

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Abstract

　静電噴霧装置（１００）は、開口（１１）と開口（１２）との間に、スプレー電極（１）および基準電極（２）とは異なるガード電極（４）を備え、スプレー電極（１）または基準電極（２）と、第３電極との間の電圧の大きさを、スプレー電極（１）と基準電極（２）との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する。

Description

静電噴霧装置、および静電噴霧装置の制御方法
　本発明は、噴霧安定性に優れた静電噴霧装置、および静電噴霧装置の制御方法に関する。
　従来から、容器内の液体をノズル（以下、スプレー電極と称する）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、スプレー電極の先端部に電場を形成し、その電場を利用してスプレー電極の先端部から液体を霧化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。
国際特許公開公報ＷＯ２００４／０８９５５２Ａ２（２００４年１０月２１日公開）
　しかしながら、特許文献１等の従来の技術には次のような点で改善の余地がある。
　一般に、静電噴霧装置は、基準電極とスプレー電極との間に電場を形成し、その電場を利用してスプレー電極の先端部から液体を霧化噴射するところ、従来の静電噴霧装置は、特に運転開始直後の期間であって、所望の噴霧量が得られるまでに時間を要しうる（以下、「スタートアップ期間」と称する場合もある）。そして、従来の静電噴霧装置は、電場が不安定になる、噴霧量の変動が大きくなる、液体の噴霧角度が大きくなるといった問題、さらに、噴霧された液体が静電噴霧装置側に戻り、装置表面が濡れてしまうという問題（Face-wet）も発生しうる。
　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、噴霧の安定性を高め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、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、を備え、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、さらに、上記第１開口部と上記第２開口部との間に、上記第１電極および上記第２電極とは異なる第３電極を備え、上記第１電極または上記第２電極と、上記第３電極との間の電圧の大きさを、上記第１電極と上記第２電極との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御することを特徴としている。
　本発明の一態様に係る静電噴霧装置の制御方法は、上記の課題を解決するために、上記静電噴霧装置は、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電極と上記第２電極との間に、上記第１電極および上記第２電極とは異なる第３電極と、を備えており、上記第１電極と上記第２電極との間に第１電圧を印加する電圧印加工程と、上記第１電極または上記第２電極と、上記第３電極との間の電圧の大きさを、上記第１電極と上記第２電極との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する電圧制御工程と、を含む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、本願発明者らは、従来の静電噴霧装置では、特に運転開始直後の期間であって、所望の噴霧量が得られるまでのスタートアップ期間に所望の噴霧量を得られないという課題が潜在することを見出した。さらに、本願発明者らは、この課題に対して、上記第１開口部と上記第２開口部との間に、上記第１電極および上記第２電極とは異なる第３電極を設け、かつ、第１電極または第２電極と、第３電極との間に印加する電圧の大きさが上記第１電極と上記第２電極との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲内にある場合、スタートアップ期間における噴霧の安定性が高まることを見出した。
　そこで、噴霧の安定性が高まる電圧の大きさであって、第１電極または第２電極と、第３電極との間に印加する電圧の大きさを所定の範囲とすることにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、スタートアップ期間を含め、運転期間を通して噴霧の安定性を高めることができる。
　なお、「所定の範囲」は、上記第１開口部と上記第２開口部との間に印加される電圧の大きさ等によって異なるものであり、一意に決まるものではない。
　本発明に係る静電噴霧装置は、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、を備え、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、さらに、上記第１開口部と上記第２開口部との間に、上記第１電極および上記第２電極とは異なる第３電極を備え、上記第１電極または上記第２電極と、上記第３電極との間の電圧の大きさを、上記第１電極と上記第２電極との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御することが可能な構成である。
　また、本発明に係る静電噴霧装置の制御方法は、上記静電噴霧装置は、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電極と上記第２電極との間に、上記第１電極および上記第２電極とは異なる第３電極と、を備えており、上記第１電極と上記第２電極との間に第１電圧を印加する電圧印加工程と、上記第１電極または上記第２電極と、上記第３電極との間の電圧の大きさを、上記第１電極と上記第２電極との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する電圧制御工程と、を含む構成である。
　それゆえ、発明に係る静電噴霧装置、および静電噴霧装置の制御方法は、噴霧の安定性を高め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の概略図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置の外観を説明するための図である。 本実施の形態に係る、スプレー電極、基準電極、ガード電極を説明するための図である。 本実施の形態に係る電源装置の構成図の一例を示す。 本実施の形態に係る電源を説明するための図である。 従来の静電噴霧装置を用いたときの、時間日数と噴霧量との関係を説明するためのグラフである。 従来の静電噴霧装置を用いた場合の、運転開始３日経過後の先端部の写真を示す図である。 従来の静電噴霧装置を用いた場合の、２５日経過後のスプレー電極１の先端部の写真を示す図である。 スプレー電極とガード電極との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極と基準電極との間に印加される電圧の大きさの中ほどに設定したときの電場の様子を説明するための図である。 スプレー電極とガード電極との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極と基準電極との間に印加される電圧の大きさより僅かに低くしたときの電場の様子を説明するための図である。 スプレー電極とガード電極との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極と基準電極との間に印加される電圧の大きさよりも極めて低くしたときの電場の様子を説明するための図である。 スプレー電極と基準電極との間に６ｋＶの電圧を印加したときの、基準電極とガード電極との間に印加される電圧と、ガード電極における電流値との関係を示すグラフである。 スプレー電極と基準電極との間に５．５ｋＶの電圧を印加したときの、基準電極とガード電極との間に印加される電圧と、ガード電極における電流値との関係を示すグラフである。 スプレー電極と基準電極との間に５ｋＶの電圧を印加したときの、基準電極とガード電極との間に印加される電圧と、ガード電極における電流値との関係を示すグラフである。 本実施の形態に係る静電噴霧装置に用いうる電圧調整方法の一例を示す上面図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置に用いうる電圧調整方法の一例を示す上面図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置に用いうる電圧調整方法の一例を示す上面図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極の一配置例を示す上面図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極の一配置例を示す上面図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極の一配置例を示す上面図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極の一配置例を示す正面図である。 本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極の一配置例を示す正面図である。
　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１００について〕
　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、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、ガード電極（第３電極）４と、を備える。
　まず、静電噴霧装置１００の外観を図２により説明する。図２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。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（第１開口部）が、基準電極２を取り囲むように環状の開口１２（第２開口部）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（第１電圧）が印加され、それによりスプレー電極１と基準電極２との間に電場が形成される。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。
　ガード電極４は、開口１１と開口１２との間に設けられている。ガード電極４は、図２のような矩形に限られず、線状、点状等により形成されていてよい。ガード電極４は、開口１１と開口１２との間に設けられ、より好ましくは、スプレー電極１の先端部に形成される電場を物質噴霧に好適な電場とするために、スプレー電極１と基準電極２とを結ぶ線上に重なるように配置される。
　静電噴霧装置１００は、直方形状ではなく、他の形状であってもよい。また、開口１１、開口１２は、環状とは異なる形状であってよく、その開口寸法も適宜調整されてよい。
　　〔スプレー電極１、基準電極２、ガード電極４について〕
　スプレー電極１、基準電極２、およびガード電極４を図３により説明する。図３は、スプレー電極１、基準電極２、ガード電極４を説明するための図である。
　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、先端部である先端部５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と電気的に接続される。先端部５からは噴霧物質（以下、単に「物質」と称する）が噴霧される。スプレー電極１は、スプレー電極１の軸心に対して傾斜する傾斜面９を有し、先端部５に向かうほど先端が細く、尖った形状である。
　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。ここで、上述したように、基準電極２において生成される電荷は、液体の極性とは逆の極性の電荷である。したがって、液体の電荷は、基準電極２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。
　さらに、電源装置３は、スプレー電極１とガード電極４との間、および／または、基準電極２とガード電極４との間にも電圧を印加する。その詳細は、図５により説明する。
　ガード電極４は、導電性材料からなる電極であり、例えば導電性プラスチックなどの導電体が一例として挙げられる。ガード電極４は、誘電体１０の上に配置されてもよいし、誘電体１０に形成された窪みや開口部の内部に配置されてもよい。
　なお、ガード電極４は、静電噴霧装置１００の内部に組み込まれ、外部に露出しない構成で実現されてもよい。一例として、ガード電極４が薄い誘電体のフィルムにより覆われる構成が挙げられる。これにより、ガード電極４に接触することにより生じうる感電を未然に防止することもできる。このように、スプレー電極１の先端部に形成される電場が物質噴霧に好適な電場となる上記の機能を果たすのであれば、ガード電極４は、様々な形態、配置により実現されてよい。
　なお、本実施の形態に係る電圧調整方法、ガード電極４の配置例については、様々な実施例を図１５～図２２により後述する。
　静電噴霧装置１００（静電噴霧装置１００の制御方法）は、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間に印加する（電圧印加工程）電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加する電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する（電圧制御工程）。ここで、所定の範囲とは、スタートアップ期間における噴霧の安定性が高まる電圧の大きさであって、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間に印加される電圧の大きさの範囲をいう。また、スプレー電極１から噴霧される液体がテイラーコーン状であるときに噴霧が安定していると言うことができる。
　誘電体１０は、例えばナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ポリプロピレン、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。
　　〔電源装置３について〕
　図４は、電源装置３の構成図の一例を示す。電源装置３は、電源２１と、高電圧発生装置２２と、スプレー電極１および基準電極２における出力電圧を監視する監視回路２３と、基準電極２の電流値を所定の値（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、電圧制御手段）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、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）、液体量、ユーザによる任意の設定などが含まれる。また、制御回路２４は、スプレー電極１または基準電極２とガード電極との間の電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御することが可能である。
　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。
　さらに、電源２１について図５を用いて説明する。図５は、電源２１を説明するための図である。
　電源２１は、電源２１ａと電源２１ｂとを備える。電源２１ａは、スプレー電極１と基準電極２との間に電圧を印加する。電源２１ｂは、基準電極２とガード電極４との間に電圧を印加する。あるいは、電源２１ｂは、スプレー電極１とガード電極４との間に電圧を印加してもよい。そして、静電噴霧装置１００は、電源２１ｂによって、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間の電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の範囲内に含まれる所定の範囲に制御することが可能である。
　なお、ガード電極４は、スプレー電極１または基準電極２との間で、上記の方法に限られず種々の方法によって電圧が印加されうる。一例として、ガード電極４における電流値をある一定の範囲（値）に制御する電流フィードバック制御、スプレー電極１とガード電極４との間、あるいは、基準電極２とガード電極４との間の電圧をある一定の範囲（値）に制御する電圧フィードバック制御、それらの組み合わせなどが挙げられる。なかでも電流フィードバック制御は、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧が大きい場合にもスプレー電極１からの物質噴霧量を安定させることができ、好適に適用される。その詳細は後述する。
　なお、電流フィードバック制御、および電圧フィードバック制御はそれぞれ、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行われればよい。
　さらに、本実施の形態は次のような構成で実現されてもよい。具体的には、電源２１は、電源２１ａのみを備え、電源２１ｂを備えていない。このとき、ガード電極４は零電流（フローティング）である。一方で、スプレー電極１と基準電極２との間には電源２１ａにより電圧が印加される。この構成によれば、電源２１ｂは不要となり、静電噴霧装置の製造コストを下げ、また、装置のコンパクト化にも寄与する。
　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２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２の電流値を測定し、参照することにより、スプレー電極１の先端部５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１の先端部５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２における電流は、基準電極２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１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２の電流値を示す情報を取得し、基準電極２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２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２の電流値を制御する。そして、制御回路２４は、基準電極２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３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２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（±５％）内に収まるように制御してもよい。
　大気温度、湿度、大気圧、液体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３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３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、電源は第１電極と第２電極との間に高電圧を印加する）、１４５秒間オフとする（その間、電源は第１電極と第２電極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う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３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。電源装置３は、周囲の圧力（大気圧）を監視するために、圧力センサを備えていてもよい。
　以上、電源装置３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３の一例であって、電源装置３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。
　〔従来の静電噴霧装置における噴霧の安定性について〕
　静電噴霧装置１００では、運転が開始すると、スプレー電極１と基準電極２との間に電圧が印加され、スプレー電極１の先端部５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１の先端部５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１の先端部５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１の先端部５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１の先端部５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１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１と基準電極２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１と基準電極２との間に電圧が印加されると、スプレー電極１および基準電極２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１と基準電極２との間に形成される電場に影響を与え、その結果、静電噴霧装置１００の噴霧安定性に影響を及ぼす場合があることを、本願発明者らは見出した。静電噴霧装置１００では、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ありうる（以下、「スタートアップ期間」と称する場合もある）。そして、スタートアップ期間中に所望量の噴霧が行われなければ、その静電噴霧装置は、噴霧安定性に改善の余地があるとも言える。
　誘電体１０と噴霧の安定性との関係を図６により説明する。図６は、従来の静電噴霧装置を用いたときの、時間日数と噴霧量との関係を説明するためのグラフである。同図において、横軸は経過日数（日）を、縦軸は、左側が噴霧量（ｇ／日）を、右側が標準偏差（σ）の２倍値（２σ）を示す。なお、本データは、１０回の噴霧試験を通じて得たものである。また、噴霧物質は、２５°、相対湿度５５％において伝導率２８０μＳ／ｍの液体が用いられている。また、従来の静電噴霧装置とは、静電噴霧装置１００のガード電極４に対応する電極を備えていない静電噴霧装置をいう。
　図６に示すケースでは、噴霧量は、運転開始直後では低く、時間の経過とともに徐々に増加する。また、２σは高いときで７０％を超えており、噴霧量の変動が大きいことが分かる。
　図７は、従来の静電噴霧装置を用いた場合の、運転開始３日経過後の先端部の写真を示す。図８は、従来の静電噴霧装置を用いた場合の、２５日経過後のスプレー電極１の先端部の写真を示す。図７に示すように、運転開始３日経過後においては、スプレー電極１の先端部にテイラーコーン状の噴霧は認められない。一方、運転開始２５日経過後においては、図８に示すように、スプレー電極１の先端部にテイラーコーン状の噴霧が認められる。図７、および図８の視認確認においても、従来の静電噴霧装置では、運転開始直後の噴霧量が十分ではない場合があることが分かる。
　図６～図８に示す結果から、従来の静電噴霧装置では、特に運転開始直後において噴霧の安定性を高める余地があると言える。
　〔静電噴霧装置１００の噴霧の安定性について〕
　スタートアップ期間における噴霧の安定性を改善するために、静電噴霧装置１００は、スプレー電極１を取り囲むように形成された開口１１と基準電極２を取り囲むように形成された開口１２との間、より好ましくは、スプレー電極１と基準電極２との間にガード電極４を備える。そして、静電噴霧装置１００は、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間に電圧を印加し、スプレー電極１の周辺に強度の強い電場を形成することにより噴霧の安定性を高める。その概念を図９等により説明する。
　図９は、スプレー電極１とガード電極４との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさの中ほどに設定したときの電場の様子を説明するための図である。
　図９では、スプレー電極１とガード電極４との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさの中ほどに設定している。これにより、スプレー電極１回りの電場が強くなり、物質の噴霧に好適な電場が形成される。図中のＤ１は物質の噴霧方向を示し、Ｄ２はイオン流の方向を示す。Ｄ１が示すように、スプレー電極１とガード電極４との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさの中ほどに設定したとき、物質は、静電噴霧装置１００から遠ざかる方向へ噴霧される。
　図１０は、スプレー電極１とガード電極４との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさより僅かに低くしたときの電場の様子を説明するための図である。このとき、スプレー電極１回りの電場強度が低下し、スプレー電極１から物質は噴霧されなくなる。
　図１１は、スプレー電極１とガード電極４との間に印加する電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさよりも極めて低くしたときの電場の様子を説明するための図である。このとき、スプレー電極１回りには極めて強い電場が形成される。ただし、良好な噴霧状態を得るために強い電場は必要であるものの、図１１のケースでは、スプレー電極１から噴霧される物質は誘電体１０の方向に向かってしまい、静電噴霧装置１００から遠ざかる方向（図９のＤ１に相当）への噴霧は行われない。
　このように、図９のケースでは良好な噴霧状態を実現できるが、図１０、図１１のケースでは良好な噴霧状態を得ることはできない。つまり、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間に印加される電圧の大きさは、良好な噴霧状態を実現するうえで重要な要素となる。
　〔実施例〕
　以下、３つの実施例を図１、図１２～図１４により説明する。
　図１は、本実施の形態に係る静電噴霧装置１００の概略図であって、図１２～図１４の測定に用いた静電噴霧装置１００の概略図である。図示するように、静電噴霧装置１００は、開口１１と開口１２との間、より具体的には、スプレー電極１と基準電極２との間にガード電極４を備える。ガード電極４は、矩形状であり、長手方向の長さが２ｍｍ、短手方向の長さが０．５ｍｍであり、誘電体１０上に設けられている。スプレー電極１と基準電極２との距離は８ｍｍあり、ガード電極４は、短手方向における中心が、スプレー電極１から５ｍｍ、基準電極２から３ｍｍの位置に位置決めされている。また、ガード電極４は、長手方向の中心が、スプレー電極１と基準電極２とを結ぶ線上または略線上に位置決めされている。
　なお、上記のガード電極４のサイズ等の各諸元は、図１２～図１４の測定におけるものであって、静電噴霧装置１００は、上記諸元にかかわらず、種々の構成により実現されることは言うまでもない。
　図１２は、スプレー電極１と基準電極２との間に６ｋＶの電圧を印加したときの、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧と、ガード電極４における電流値との関係を示すグラフである。本グラフでは、横軸は、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧の大きさを示し、縦軸は、ガード電極４における電流値を示す。基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧は１．３ｋＶ～２．８ｋＶの範囲で変化させ、かつ、スプレー電極１と基準電極２との間の電圧を一定に保っている。
　この条件において、次の４つの状態が確認された。具体的には、第１の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２ｋＶよりも低いとき、スプレー電極１から噴霧された物質は誘電体１０の方向へと向かう（以下、この現象を「スプレーバック」と称する）。このとき、正帯電した液滴によって通電する電流値を下げる必要があるため、ガード電極４での電流値は負の値として測定される。
　第２の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２ｋＶ以上かつ２．４ｋＶ以下のとき、スプレー電極１から噴霧される物質の噴霧状態は良好になり、スプレー電極１の先端ではテイラーコーンが確認される。また、噴霧目標とする０．７ｇ／日を達成することができる。この電圧領域では、正帯電した液滴は装置本体から遠く離れる方向へと噴霧される。なお、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧の大きさが２ｋＶから２．４ｋＶへ増加するときのガード電極４における電流値の伸びは抑えられる。
　第３の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２．４ｋＶよりも高く２．５ｋＶ以下のとき、物質が噴霧される勢いは低下し、スプレー電極１から噴霧される液体のテイラーコーン形状が不安定になる。この電圧領域では、ガード電極４における電流値は正の値となる。これは、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が高くなると、基準電極２により生成される負電荷がガード電極４の方へ引き寄せられることに起因する。
　そして、第４の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２．５ｋＶよりも高くなると、スプレー電極１から物質は噴霧されなくなる。図１２の結果から、言い換えると、第２の状態を実現するためにはガード電極４における電流値を－０．５～０．５μＡの範囲内に設定すればよく、これにより良好な噴霧状態を実現することができる。
　図１３は、スプレー電極１と基準電極２との間に５．５ｋＶの電圧を印加したときの、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧と、ガード電極４における電流値との関係を示すグラフである。本グラフでは、横軸は、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧を示し、縦軸は、ガード電極４における電流値を示す。基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧は１．３ｋＶ～２．８ｋＶの範囲で変化させ、かつ、スプレー電極１と基準電極２との間の電圧を一定に保っている。
　この条件において、次の４つの状態が確認された。具体的には、第１の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が１．９ｋＶよりも低いとき、スプレー電極１から噴霧された物質はスプレーバックする。このとき、正帯電した液滴によって通電する電流値を低下させる必要があるため、ガード電極４での電流値は負の値として測定される。
　第２の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が１．９ｋＶ以上かつ２．３ｋＶ以下のとき、スプレー電極１から噴霧される物質の噴霧状態は良好になり、スプレー電極１の先端ではテイラーコーンが確認される。また、噴霧目標とする０．７ｇ／日を達成することができる。この電圧領域では、正帯電した液滴は装置本体から遠く離れる方向へと噴霧される。
　第３の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２．３ｋＶよりも高く２．４ｋＶ以下のとき、物質が噴霧される勢いは低下し、スプレー電極１から噴霧される液体のテイラーコーン形状が不安定になる。この電圧領域では、ガード電極４における電流値は正の値となる。これは、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が高くなると、基準電極２により生成される負電荷がガード電極４の方へ引き寄せられることによる。
　そして、第４の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２．４ｋＶよりも高くなると、スプレー電極１から物質は噴霧されなくなる。図１３の結果から、言い換えると、第２の状態を得るためにはガード電極４における電流値を－１．０～１．０μＡの範囲内に設定すればよく、これにより良好な噴霧状態を実現することができる。
　図１４は、スプレー電極１と基準電極２との間に５ｋＶの電圧を印加したときの、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧と、ガード電極４における電流値との関係を示すグラフである。本グラフでは、横軸は、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧を示し、縦軸は、ガード電極４における電流値を示す。基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧は１．３ｋＶ～２．８ｋＶの範囲で変化させ、かつ、スプレー電極１と基準電極２との間の電圧を一定に保っている。
　この条件において、次の４つの状態が確認された。具体的には、第１の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が１．８ｋＶよりも低いとき、スプレー電極１から噴霧された物質はスプレーバックする。このとき、正帯電した液滴によって通電する電流値を低下させる必要があるため、ガード電極４での電流値は負の値として測定される。
　第２の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が１．８ｋＶ以上かつ２．２ｋＶ以下のとき、スプレー電極１から噴霧される物質の噴霧状態は良好になり、スプレー電極１の先端ではテイラーコーンが確認される。この電圧領域では、正帯電した液滴は装置本体から遠く離れる方向へと噴霧される。
　第３の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２．２ｋＶよりも高く２．３ｋＶ以下のとき、物質が噴霧される勢いは低下し、スプレー電極１から噴霧される液体のテイラーコーン形状が不安定になる。この電圧領域では、ガード電極４における電流値は正の値となる。これは、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が高くなると、基準電極２により生成される負電荷がガード電極４の方へ引き寄せられることによる。
　そして、第４の状態として、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧が２．３ｋＶよりも高くなると、スプレー電極１から物質は噴霧されなくなる。図１３の結果から、言い換えると、第２の状態を得るためにはガード電極４における電流値を－１．０～０．５μＡの範囲内に設定すればよく、これにより良好な噴霧状態を実現することができる。
　この図１２～図１４が示すように、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧を所定の範囲内に制御することにより、静電噴霧装置１００は、第２の状態における好適な噴霧状態を維持することができる。このとき、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧を所定の範囲内に制御するために電圧制御が用いられてもよい。
　あるいは、図１２～図１４が示すように、ガード電極４の電流を所定の範囲内に制御することにより、静電噴霧装置１００は、第２の状態における好適な噴霧状態を維持することができる。このとき、基準電極２とガード電極４との間に印加される電圧を所定の範囲内に制御するために電流制御が用いられてもよい。
　図１２～図１４においては、スプレー電極１と基準電極２との間に５～６ｋＶの電圧を印加する場合、ガード電極４における電流値を－０．５～０．５μＡの範囲内に設定することで、静電噴霧装置１００は良好な噴霧状態を実現することができる。
　ただし、図１２～図１４の実施例はあくまで一例であって、スプレー電極１と基準電極２との間に設定される電圧値は上記実施例に限られるものではない。そして、スプレー電極１と基準電極２との間に設定される電圧値にかかわらず、上記の機能を有するガード電極４を備えることにより、静電噴霧装置１００は、噴霧の安定性を高めることができる。
　ここで、電圧の方が電流よりも安定性が高いことを考慮すると、電流フィードバック制御の方が電圧フィードバック制御よりも正確な噴霧量の制御を可能とする。つまり、ガード電極４における電流値を、所定の範囲（例えば、－０．５～０．５μＡ）、および／または、所定の値（例えば、０．１μＡ）に制御することにより、静電噴霧装置１００は、好ましい噴霧強さを維持することができる。このことは、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさに依るものではない。
　このように、静電噴霧装置１００は、ガード電極４を用いることで噴霧の安定性を改善することができるという効果を奏する。この効果は、ガード電極を用いることなくスプレー電極１と基準電極２との間に印加する電圧を上下させるよりも、噴霧の安定性の観点からは効果的といえる。
　〔電圧調整方法例〕
　次に、本実施の形態に係る静電噴霧装置に用いうる電圧調整方法例を図１５から図１７により説明する。なお、図１５から図１７に示す電圧調整方法例は一例であって、これに限られるものではない。また、電源２１は、静電噴霧装置内に含まれる構成で実現されてもよく、図１５から図１７の記載は一例を示すに過ぎない。
　図１５は、本実施の形態に係る静電噴霧装置に用いうる電圧調整方法の一例を示す上面図である。図１５の静電噴霧装置は、１つの電源２１を備える。電源２１には、スプレー電極１、基準電極２、およびガード電極４が接続されている。そして、図１５の静電噴霧装置は、１つの電源２１によって、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間の電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する。
　図１５の電圧調整方法は、使用する電源が１つであることから、静電噴霧装置の製造コストを抑制し、かつ、回路設計等を簡素化することができる。
　図１６は、本実施の形態に係る静電噴霧装置に用いうる電圧調整方法の一例を示す上面図である。図１６の静電噴霧装置は、電源２１ａおよび電源２１ｂを備える。電源２１ａは、負極８を介してスプレー電極１、および、基準電極２に接続されている。電源２１ｂは、ガード電極４における２点と接続されており、そのうちの１点は負極８を介してガード電極４と接続している。そして、図１６の静電噴霧装置は、電源２１ａおよび電源２１ｂによって、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間の電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する。
　図１６の電圧調整方法は、使用する電源が２つであることから、より精密な電圧制御が可能となる。
　図１７は、本実施の形態に係る静電噴霧装置に用いうる電圧調整方法の一例を示す上面図である。図１７の静電噴霧装置は、電源２１ａおよび電源２１ｂを備える。電源２１ａは、基準電極２と接続している。電源２１ｂは、ガード電極４、スプレー電極１、およびアースと接続している。また、スプレー電極１もアースと接続している。これにより、図１７の静電噴霧装置は、電源２１ａおよび電源２１ｂによって、スプレー電極１または基準電極２と、ガード電極４との間の電圧の大きさを、スプレー電極１と基準電極２との間に印加される電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する。
　図１７の電圧調整方法は、使用する電源が２つであることから、より精密な電圧制御が可能となる。
　このように、本実施の形態に係る静電噴霧装置は、様々な方法によって電圧調整をすることができるため、使用する電源の個数、電源と各電極との接続方法を適宜変更することが可能である。
　〔ガード電極４の配置例〕
　次に、本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極４の配置例を図１８から図２２により説明する。なお、図１８から図２２では、簡略化のため、スプレー電極１および基準電極２と電源との電気的接続は記載していない。また、電源２１は、静電噴霧装置内に含まれる構成で実現されてもよく、図１８から図２２の記載に限られるものではない。
　図１８は、本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極４の一配置例を示す上面図である。図１８の静電噴霧装置では、スプレー電極１と基準電極２との間に位置するガード電極４は針状であり、先端部のみ装置表面に露出し、他の部分は装置内部に含まれている。そして、針状に形成されたガード電極４の一端であって、装置内部に含まれている側の端部が電源２１の負極と接続し、ガード電極４における電圧を安定させている。
　図１９は、本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極４の一配置例を示す上面図である。図１９の静電噴霧装置では、スプレー電極１と基準電極２との間に位置するガード電極４は直方状であり、その一面が装置表面に露出している。そして、直方状に形成されたガード電極４の角部（１か所）が電源２１の負極と接続している。なお、ガード電極４が導電性材料により形成されている場合には、ガード電極４が電源２１と接続される箇所は適宜決められてよい。
　図２０は、本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極４の一配置例を示す上面図である。図２０の静電噴霧装置では、スプレー電極１と基準電極２との間に位置するガード電極４は直方状であり、全体が装置内部に含まれ、装置表面には露出していない。そして、直方状に形成されたガード電極４が電源２１の負極と接続している。ガード電極４が導電性材料で形成されている場合には、ガード電極４が電源２１と接続される箇所は適宜決められてよい。
　図２１は、本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極４の一配置例を示す正面図である。図２１の静電噴霧装置では、スプレー電極１と基準電極２との間に位置するガード電極４は直方状であり、その一面が装置表面に露出している。ガード電極４は、例えば、装置表面に形成された溝に埋め込まれてもよいし、装置表面に接着剤等で接着されていてもよい。そして、直方状に形成されたガード電極４が電源２１の負極と接続している。ガード電極４が導電性材料で形成されている場合には、ガード電極４が電源２１と接続される箇所は適宜決められてよい。
　図２２は、本実施の形態に係る静電噴霧装置におけるガード電極４の一配置例を示す正面図である。図２２の静電噴霧装置では、スプレー電極１と基準電極２との間に位置するガード電極４は針状である。ガード電極４は、例えば、装置表面に形成された溝に埋め込まれてもよいし、装置表面に接着剤等で接着されていてもよい。そして、ガード電極４の一端は、電源２１の負極と電気的に接続する。
　以上、図１８から図２２を用いてガード電極４の種々の配置例を説明した。ここで説明した配置例は、あくまで一例であって、これらに限られるものではない。従って、例えば、ガード電極４は針状、直方体状ではなく、球状、多角形状の形状で形成されていてもよい。また、ガード電極４と電源２１との電気的な接続方法も、種々の方法でなされてよい。
　〔補足〕
　また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記第１電極と上記第２電極との間に上記第３電極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、上記の構成を備えることにより、第１電極の先端部に形成される電場を、さらに物質噴霧に好適な電場とすることができ、噴霧の安定性をさらに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３電極における電流値を所定の範囲内に制御する電流制御手段を備える構成であってもよい。
　第１電極または第２電極と、第３電極との間に印加する電圧の大きさに応じてスタートアップ期間における噴霧の安定性が変化する。
　そこで、スタートアップ期間における噴霧の安定性をもたらす上記第３電極の電流値の範囲を予め把握し、その範囲を「所望の範囲」とする。そして、上記電流制御手段が上記第３電極における電流値を当該所定の範囲内に制御することにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、スタートアップ期間を含め、運転期間を通して噴霧の安定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電極と上記第２電極との間に６ｋＶの電圧が印加されるとき、上記第２電極と上記第３電極との間の電圧は、２ｋｖ以上、かつ、２．４ｋｖ以下に制御される構成であってもよい。
　また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記第１電極と上記第２電極との間に５．５ｋＶの電圧が印加されるとき、上記第２電極と上記第３電極との間の電圧は、１．９ｋｖ以上、かつ、２．３ｋｖ以下に制御される構成であってもよい。
　また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記第１電極と上記第２電極との間に５ｋＶの電圧が印加されるとき、上記第２電極と上記第３電極との間の電圧は、１．８ｋｖ以上、かつ、２．２ｋｖ以下に制御される構成であってもよい。
　上記各構成によれば、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、スタートアップ期間を含め、運転期間を通して噴霧の安定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電極と上記第２電極との間に電圧を印加する電源を備えるとともに、上記第３電極は、零電流に制御される構成であってもよい。
　上記の構成によれば、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、第３電極へ通電する必要がなく、上記第１電極および上記第２電極と上記第３電極とを電気的に非接続の状態で装置の運転を行うことができる。これにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、第３電極へ通電するための電源を設ける必要がないため、低コストで製造でき、かつ、回路設計等を簡略化することもできる。
　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、空気清浄化薬剤等を噴霧する静電噴霧装置に利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
４　ガード電極（第３電極）
５　先端部
６　スプレー電極取付部
７　基準電極取付部
８　負極
９　傾斜面
１０　誘電体
１１　開口（第１開口部）
１２　開口（第２開口部）
２１、２１ａ、２１ｂ　電源
２２　高電圧発生装置
２３　監視回路
２４　制御回路
２５　フィードバック情報
１００　静電噴霧装置
２２１　発振器
２２２　変圧器
２２３　コンバータ回路
２３１　電流フィードバック回路
２３２　電圧フィードバック回路
２４１　マイクロプロセッサ

Claims (8)

  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第２電極と、を備え、
    　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、
    　さらに、上記第１開口部と上記第２開口部との間に、上記第１電極および上記第２電極とは異なる第３電極を備え、
    　上記第１電極または上記第２電極と、上記第３電極との間の電圧の大きさを、上記第１電極と上記第２電極との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御することを特徴とする静電噴霧装置。
  2. 　上記第１電極と上記第２電極との間に上記第３電極を備え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３電極における電流値を所定の範囲内に制御する電流制御手段を備え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１電極と上記第２電極との間に６ｋＶの電圧が印加されるとき、上記第２電極と上記第３電極との間の電圧は、２ｋｖ以上、かつ、２．４ｋｖ以下に制御され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. 　上記第１電極と上記第２電極との間に５．５ｋＶの電圧が印加されるとき、上記第２電極と上記第３電極との間の電圧は、１．９ｋｖ以上、かつ、２．３ｋｖ以下に制御され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。
  6. 　上記第１電極と上記第２電極との間に５ｋＶの電圧が印加されるとき、上記第２電極と上記第３電極との間の電圧は、１．８ｋｖ以上、かつ、２．２ｋｖ以下に制御され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。
  7. 　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源を備えるとともに、
    　上記第３電極は、零電流に制御されることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の静電噴霧装置。
  8. 　物質を噴霧する静電噴霧装置の制御方法であって、
    　上記静電噴霧装置は、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電極と上記第２電極との間に、上記第１電極および上記第２電極とは異なる第３電極と、を備えており、
    　上記第１電極と上記第２電極との間に第１電圧を印加する電圧印加工程と、
    　上記第１電極または上記第２電極と、上記第３電極との間の電圧の大きさを、上記第１電極と上記第２電極との間の電圧の大きさよりも小さい所定の範囲に制御する電圧制御工程と、を含むことを特徴とする静電噴霧装置の制御方法。
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