(57)【要約】【課題】静電霧化装置において、静電霧化電圧印加時に搬送部からの放電を防止して、安定した噴霧を得ることができるようにする。【解決手段】静電霧化装置は、霧化させる液体Ｗを溜める液溜め部と、この液溜め部の液体Ｗを液溜め部の外部に位置する先端３０側に搬送する搬送部３と、液体Ｗに電圧を印加する液印加電極と、搬送部３の先端３０に対向するように配置された対向電極５と、液印加電極と対向電極５との間に電圧を印加する電圧印加部とを備えており、搬送部３は、毛細管構造を有し、且つ、表面Ｓにプラス又はマイナス電荷を帯びる絶縁材料からなる。液体Ｗと対向電極５との間に所定電圧を印加することにより、液体Ｗの界面Ｉに凸部Ｃを形成させ、凸部Ｃに形成されたテイラーコーンＴから液体Ｗを静電霧化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
霧化させる液体を溜める液溜め部と、この液溜め部の液体を液溜め部の外部に位置する先端側に搬送する搬送部と、前記液体に電圧を印加する液印加電極と、前記搬送部の先端に対向するように、且つ、搬送部に直接触れないように配置された対向電極と、前記液印加電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、
前記搬送部は毛細管構造を有し、且つ、表面にプラス電荷を帯びる絶縁材料からなることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
霧化させる液体を溜める液溜め部と、この液溜め部の液体を液溜め部の外部に位置する先端側に搬送する搬送部と、前記液体に電圧を印加する液印加電極と、前記搬送部の先端に対向するように、且つ、搬送部に直接触れないように配置された対向電極と、前記液印加電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、
前記搬送部は毛細管構造を有し、且つ、表面にマイナス電荷を帯びる絶縁材料からなり、
前記電圧印加部は、
前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記対向電極にマイナス電圧を印加する第１の電源部と、
前記液印加電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加する第２の電源部と、
前記第１の電源部と前記第２の電源部を択一的にオンに切り替えるスイッチを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、まず、前記第１の電源部をオンさせて、前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記対向電極にマイナス電圧を印加することにより前記搬送部の先端の液体の界面を凸状に変化させ、次いで、前記第２の電源部をオンさせて、前記液印加電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加して、前記液体を静電霧化させることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項３】
霧化させる液体を溜める液溜め部と、この液溜め部の液体を液溜め部の外部に位置する先端側に搬送する搬送部と、前記液体に電圧を印加する液印加電極と、前記搬送部の先端に対向するように、且つ、搬送部に直接触れないように配置された対向電極と、前記搬送部の内部で、且つ、該搬送部の先端より下部に前記液体と接するように配置された基準電極と、前記液印加電極と前記基準電極の間、及び前記基準電極と前記対向電極の間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、
前記搬送部は毛細管構造を有し、且つ、表面にマイナス電荷を帯びる絶縁材料からなり、
前記電圧印加部は、
前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記基準電極にマイナス電圧を印加する第３の電源部と、
前記基準電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加する第４の電源部と、
前記第３の電源部と前記第４の電源部を択一的にオンに切り替えるスイッチを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、まず、前記第３の電源部をオンさせて、前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記基準電極にマイナス電圧を印加することにより前記搬送部の先端の液体の界面を凸状に変化させ、次いで、前記第４の電源部をオンさせて、前記基準電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加して、前記液体を静電霧化させることを特徴とする静電霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電霧化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体を静電霧化させる静電霧化装置が知られており、例えば、空気清浄機（例えば、特許文献１参照）、インクジェットプリンタ、静電塗装装置、質量分析計等に応用されている。静電霧化装置は、液体表面の電界が大きくなると表面に働く静電気力によって液体が微粒子化する、いわゆる静電霧化現象を利用して液体を霧化させる装置である。図６に示されるように、このような静電霧化装置１０１は、霧化させる液体を溜める液溜め部１０２と、この液溜め部１０２の液体Ｗを液溜め部１０２の外部に位置する先端１３０側に搬送する搬送部１０３と、液体Ｗに電圧を印加する液印加電極１０４と、搬送部１０３の先端１３０に対向するように、且つ、搬送部１０３に直接触れないように配置された対向電極１０５と、液印加電極１０４と対向電極１０５の間に電圧を印加する電圧印加部１０６等により構成され、液体Ｗと対向電極１０５の間に所定電圧（２〜１０ｋＶ）を印加させることにより搬送部１０３の先端１３０から液体Ｗを静電霧化させる（以下、このように静電霧化させる際の電圧を静電霧化電圧という）。
【特許文献１】特開２００４−８５１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、図６に示されるように、静電霧化開始時の搬送部１０３の先端１３０には、表面張力により凹形状を有する液体Ｗの界面Ｉが形成される。このため、従来の静電霧化装置１０１においては、静電霧化開始時に静電霧化電圧を瞬時に印加すると、搬送部１０３が金属又は導電性セラミック（搬送部１０３を形成した際の電気抵抗が、搬送部１０３内部に存在する液体Ｗの電気抵抗に比べ同等以下となるような体積抵抗を有するセラミック）等の電気伝導性を有する材料により形成されていた場合、液体Ｗが静電気力によりテイラーコーンを形成して液体Ｗから放電する前に、搬送部１０３の先端１３０（特に、突起、角部等）に電界集中が起き、搬送部１０３からコロナ放電が生じることがあった。このため、液体を静電霧化させる際に、液体Ｗからの放電が起きない又は、安定的に起きないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、静電霧化電圧印加時に搬送部からの放電を起こさない、又は静電霧化電圧印直後は搬送部からの放電が起きても一定時間経過後には、安定的に液体からの放電に移行させることができる静電霧化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、霧化させる液体を溜める液溜め部と、この液溜め部の液体を液溜め部の外部に位置する先端側に搬送する搬送部と、前記液体に電圧を印加する液印加電極と、前記搬送部の先端に対向するように、且つ、搬送部に直接触れないように配置された対向電極と、前記液印加電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、前記搬送部は毛細管構造を有し、且つ、表面にプラス電荷を帯びる絶縁材料からなることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、霧化させる液体を溜める液溜め部と、この液溜め部の液体を液溜め部の外部に位置する先端側に搬送する搬送部と、前記液体に電圧を印加する液印加電極と、前記搬送部の先端に対向するように、且つ、搬送部に直接触れないように配置された対向電極と、前記液印加電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、前記搬送部は毛細管構造を有し、且つ、表面にマイナス電荷を帯びる絶縁材料からなり、前記電圧印加部は、前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記対向電極にマイナス電圧を印加する第１の電源部と、前記液印加電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加する第２の電源部と、前記第１の電源部と前記第２の電源部を択一的にオンに切り替えるスイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、まず、前記第１の電源部をオンさせて、前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記対向電極にマイナス電圧を印加することにより前記搬送部の先端の液体の界面を凸状に変化させ、次いで、前記第２の電源部をオンさせて、前記液印加電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加して、前記液体を静電霧化させることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、霧化させる液体を溜める液溜め部と、この液溜め部の液体を液溜め部の外部に位置する先端側に搬送する搬送部と、前記液体に電圧を印加する液印加電極と、前記搬送部の先端に対向するように、且つ、搬送部に直接触れないように配置された対向電極と、前記搬送部の内部で、且つ、該搬送部の先端より下部に前記液体と接するように配置された基準電極と、前記液印加電極と前記基準電極の間、及び前記基準電極と前記対向電極の間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、前記搬送部は毛細管構造を有し、且つ、表面にマイナス電荷を帯びる絶縁材料からなり、前記電圧印加部は、前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記基準電極にマイナス電圧を印加する第３の電源部と、前記基準電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加する第４の電源部と、前記第３の電源部と前記第４の電源部を択一的にオンに切り替えるスイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、まず、前記第３の電源部をオンさせて、前記液印加電極にプラス電圧を印加し、前記基準電極にマイナス電圧を印加することにより前記搬送部の先端の液体の界面を凸状に変化させ、次いで、前記第４の電源部をオンさせて、前記基準電極にマイナス電圧を印加し、前記対向電極にプラス電圧を印加して、前記液体を静電霧化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、搬送部の先端の液体の界面を凸状に変化させて、液体を静電霧化させることができるので、放電開始時に凸状に変形した液体の界面に電界が集中し易くなる。このため、液体を静電霧化させる際に、安定的に液体から放電させることができる。また、放電開始時に、液体の界面が凸状に変形し、液体の界面に電界が集中し易くなるので、径の大きなキャピラリでも静電霧化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の第１の実施形態に係る静電霧化装置について、図１及び図２を参照して説明する。静電霧化装置１は、液体表面の電界が大きくなると表面に働く静電気力によって液体が微粒子化する、いわゆる静電霧化現象を利用して液体を霧化させる装置であり、霧化させる液体Ｗを溜める液溜め部２と、この液溜め部２の液体Ｗを液溜め部２の外部に位置する先端３０側に搬送する搬送部３と、液体Ｗに電圧を印加する液印加電極４と、搬送部３の先端３０に対向するように、且つ、搬送部３に直接触れないように配置された対向電極５と、液印加電極４と対向電極５との間に電圧を印加する電圧印加部６とを備えている。
【００１０】
液溜め部２には水等の液体Ｗが収容されており、この液体Ｗと接する位置に、搬送部３の下部と液印加電極４が配置されている。搬送部３は、毛細管構造を有しており、表面にプラス電荷を帯びる絶縁材料により形成されている。表面にプラス電荷を帯びる絶縁材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。
【００１１】
対向電極５は、搬送部３の先端３０から所定間隔だけ隔てて配置され、霧化された液体Ｗが通過する開口部５１が電極の中央に形成されている。電圧印加部６は、液印加電極４と対向電極５との間に所定電圧（２〜１０ｋＶ）を印加する直流電源（以下、単に電源という）を有しており、液印加電極４にマイナス電圧を印加し、対向電極５にプラス電圧を印加する。
【００１２】
次に、液体Ｗを静電霧化させる際の静電霧化装置１の動作を、図２を参照して説明する。液溜め部２内の液体Ｗは、表面張力による毛細管現象により、搬送部３の内部を搬送部３の先端３０まで上昇する。このとき、搬送部３の表面Ｓがプラス電荷を帯びているため、搬送部３の表面Ｓ付近には、液体Ｗ中のマイナスイオンが集合し、電気二重層を含めたマイナスイオン過剰部Ｄ１が形成される。また、搬送部３の先端３０には、表面張力により凹状の液体Ｗの界面Ｉが形成される。このため、静電霧化電圧印加直後は、液体Ｗの界面Ｉへの電界Ｅの集中が起こり難く、搬送部３の角部３１等からコロナ放電が起こることがある。
【００１３】
しかし、表面Ｓに集中したマイナスイオンが電界Ｅよりクーロン力Ｆを受け、電気浸透作用により対向電極５に向かって移動を開始し、マイナスイオンの周囲の液体Ｗも同方向に向かって移動するため、図２（ｂ）に示されるように、搬送部３の先端３０が液体Ｗで覆われ、液体Ｗの界面Ｉには凸部Ｃが形成される。その結果、搬送部３の角部３１からの放電が液体Ｗからの放電に移行し、以後、凸部Ｃに形成されたテイラーコーンＴから安定的に放電を起こすようになる。
【００１４】
このように、搬送部３の先端３０の液体Ｗの界面Ｉを凸状に変化させて、液体Ｗを静電霧化させることができるので、放電開始時に凸状に変形した液体Ｗの界面Ｉに電界Ｅが集中し易くなる。このため、液体Ｗを静電霧化させる際に、安定的に液体Ｗから放電させることができる。また、放電開始時に、液体Ｗの界面Ｉが凸状に変形し、液体Ｗの界面Ｉに電界Ｅが集中し易くなるので、径の大きなキャピラリでも静電霧化が可能となる。
【００１５】
また、放電部位では、空気中の二酸化炭素と液体Ｗ中のマイナスイオンが反応して炭酸塩を生じるが、搬送部３の先端３０から溢れた液体Ｗは、搬送部３の外側表面を流下し、搬送部３の表面Ｓの液体Ｗが常に流動しているため、生成した炭酸塩を流下させて炭酸塩の放電部位への沈着、析出を防止することができる。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る静電霧化装置について図３及び図４を参照して説明する。本実施形態における静電霧化装置１は、搬送部３を形成する材料、及び電圧印加部６の構成が第１の実施形態と異なる。
【００１７】
搬送部３は、毛細管構造を有しており、表面にマイナス電荷を帯びる絶縁材料により形成されている。表面にマイナス電荷を帯びる絶縁材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、例えば、コージェライト等が挙げられる。
【００１８】
電圧印加部６は、液印加電極４にプラス電圧を印加し、対向電極５にマイナス電圧を印加する第１の電源（第１の電源部）６１ａと、液印加電極４にマイナス電圧を印加し、対向電極５にプラス電圧を印加する第２の電源（第２の電源部）６１ｂと、第１の電源６１ａと第２の電源６１ｂを択一的にオンに切り替えるスイッチ６２ａと、スイッチ６２ａを制御する制御部６３とを備えている。
【００１９】
次に、液体Ｗを静電霧化させる際の静電霧化装置１の動作について説明する。図３（ａ）は、第１の電源６１ａ及び第２の電源６１ｂが共にオフ状態であり、液体Ｗに電圧が印加される前の静電霧化装置１の状態を示している。このとき、搬送部３の表面Ｓがマイナス電荷を帯びているため、搬送部３の表面Ｓ付近には、液体Ｗ中のプラスイオンが集合し、電気二重層を含めたプラスイオン過剰部Ｄ２が形成される。また、搬送部３の先端３０には、表面張力により凹状の液体Ｗの界面Ｉが形成される。
【００２０】
制御部６３は、この状態から、まず、第１の電源６１ａをオンさせて、液印加電極４にプラス電圧を印加し、対向電極５にマイナス電圧を印加する。図４（ａ）に示されるように、第１の電源６１ｂをオンさせた直後は、搬送部３の先端３０には、凹状の液体Ｗの界面Ｉが形成されているため、液体Ｗの界面Ｉへの電界Ｅの集中が起こり難く、搬送部３の角部３１等からコロナ放電が起こることがある。
【００２１】
しかしながら、表面Ｓに集中したプラスイオンが電界Ｅよりクーロン力Ｆを受け、電気浸透作用により対向電極５に向かって移動を開始し、プラスイオンの周囲の液体Ｗも同方向に向かって移動するため、図３（ｂ）に示されるように、搬送部３の先端３０が液体Ｗで覆われ、液体Ｗの界面Ｉには凸部Ｃが形成される。次いで、制御部６３は、図３（ｃ）に示されるように、第２の電源６１ｂをオンさせて、液印加電極４にマイナス電圧を印加し、対向電極５にプラス電圧を印加することにより、図４（ｂ）に示されるように、凸部Ｃに形成されたテイラーコーンＴから液体Ｗを静電霧化させる。
【００２２】
このように、本実施形態の静電霧化装置１においても、搬送部３の先端３０の液体Ｗの界面Ｉを凸状に変化させた後に、液体Ｗを静電霧化させるので、放電開始時に凸状に変形した液体Ｗの界面Ｉに電界Ｅが集中し易くなり、液体Ｗを静電霧化させる際に、安定的に液体Ｗから放電させることができる。また、液体Ｗの界面Ｉに電界Ｅが集中し易くなるので、径の大きなキャピラリでも静電霧化が可能となる。また、搬送部３の先端３０から溢れた液体Ｗは、放電部位で生成した炭酸塩と共に搬送部３の外側表面を流下するので、炭酸塩の放電部位への沈着、析出を防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施形態に係る静電霧化装置ついて図５を参照して説明する。本実施形態の静電霧化装置１は、基準電極７を備えている点、及び電圧印加部６の構成が第１及び第２の実施形態と異なる。
【００２４】
搬送部３は、第２の実施形態と同様に、毛細管構造を有しており、表面にマイナス電荷を帯びる絶縁材料により形成されている。基準電極７は、搬送部３の内部で、且つ、搬送部３の先端３０より下部に液体Ｗと接するように配置されている。なお、基準電極７の形状及び設置構造等は、搬送部３の内部の液体Ｗと電気的接触が取れれば、特に限定されるものではない。
【００２５】
電圧印加部６は、液印加電極４にプラス電圧を印加し、基準電極７にマイナス電圧を印加する第３の電源（第３の電源部）６１ｃと、基準電極７にマイナス電圧を印加し、対向電極５にプラス電圧を印加する第４の電源（第４の電源部）６１ｄと、第３の電源６１ｃと第４の電源６１ｄを択一的にオンに切り替えるスイッチ６２ｂと、スイッチ６２ｂを制御する制御部６３とを備えている。
【００２６】
次に、液体Ｗを静電霧化させる際の静電霧化装置１の動作について説明する。図５（ａ）は、第３の電源６１ｃ及び第４の電源６１ｄが共にオフ状態であり、液体Ｗに電圧が印加される前の静電霧化装置１の状態を示している。このとき、搬送部３の先端３０には、表面張力により凹状の液体Ｗの界面Ｉが形成される。
【００２７】
制御部６３は、この状態から、まず、第３の電源６１ｃをオンさせて、液印加電極４にプラス電圧を印加し、基準電極７にマイナス電圧を印加する。第３の電源６１ｂをオンさせた直後は、図４（ａ）に示されるように、搬送部３の先端３０には、凹状の液体Ｗの界面Ｉが形成されているため、液体Ｗの界面Ｉへの電界Ｅの集中が起こり難く、搬送部３の角部３１等からコロナ放電が起こることがある。
【００２８】
しかしながら、表面Ｓに集中したプラスイオンが電界Ｅよりクーロン力Ｆを受け、電気浸透作用により対向電極５に向かって移動を開始し、プラスイオンの周囲の液体Ｗも同方向に向かって移動するため、図５（ｂ）に示されるように、搬送部３の先端３０が液体Ｗで覆われ、液体Ｗの界面Ｉには凸部Ｃが形成される。次いで、制御部６３は、図５（ｃ）に示されるように、第４の電源６１ｄをオンさせて、基準電極７にマイナス電圧を印加し、対向電極５にプラス電圧を印加することにより、図４（ｂ）に示されるように、凸部Ｃに形成されたテイラーコーンＴから液体Ｗを静電霧化させる。
【００２９】
このように、本実施形態の静電霧化装置１においても、搬送部３の先端３０の液体Ｗの界面Ｉを凸状に変化させた後に、液体Ｗを静電霧化させるので、放電開始時に凸状に変形した液体Ｗの界面Ｉに電界Ｅが集中し易くなり、液体Ｗを静電霧化させる際に、安定的に液体Ｗから放電させることができる。また、液体Ｗの界面Ｉに電界Ｅが集中し易くなるので、径の大きなキャピラリでも静電霧化が可能となる。また、搬送部３の先端３０から溢れた液体Ｗは、放電部位で生成した炭酸塩と共に搬送部３の外側表面を流下するので、炭酸塩の放電部位への沈着、析出を防止することができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、第２の実施形態における第１の電源６１ａ、及び第３の実施形態における第３の電源６１ｃの電圧は、搬送部３の角部３１等からコロナ放電が生じる電圧より小さくなるようにしてもよい。このようにすることで、第１の電源６１ａ又は第３の電源６１ｃをオンさせた際に生じるコロナ放電を、より効果的に防止することが可能となる。また、第１の電源乃至第４の電源６１ａ〜６１ｄは、直流電源により構成されていなくてもよく、直流電源に接続される端子等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る静電霧化装置の全体構成を示す断面図。
【図２】（ａ）は電圧印加直後の搬送部の先端を示す断面図、（ｂ）は電圧印加後、一定時間経過した後の搬送部の先端を示す断面図。
【図３】第２の実施形態に係る静電霧化装置の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は電圧印加前の同装置の断面図、（ｂ）は第１の電源をオンさせた状態の同装置の断面図、（ｃ）は第２の電源をオンさせた状態の同装置の断面図。
【図４】（ａ）は第１の電源又は第３の電源をオンさせた状態の搬送部の先端を示す断面図、（ｂ）は第２の電源又は第４の電源をオンさせた状態の搬送部の先端を示す断面図。
【図５】第３の実施形態に係る静電霧化装置の全体構成を示す断面図であり、（ａ）は電圧印加前の同装置の断面図、（ｂ）は第３の電源をオンさせた状態の同装置の断面図、（ｃ）は第４の電源をオンさせた状態の同装置の断面図。
【図６】従来例による静電霧化装置の全体構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１  静電霧化装置
２  液溜め部
３  搬送部
３０  先端
４  液印加電極
５  対向電極
６  電圧印加部
６１ａ  第１の電源（第１の電源部）
６１ｂ  第２の電源（第２の電源部）
６１ｃ  第３の電源（第３の電源部）
６１ｄ  第４の電源（第４の電源部）
６２ａ，６２ｂ  スイッチ
６３  制御部
７  基準電極
Ｃ  凸部（凸状）
Ｉ  界面
Ｗ  液体
【図１】
2006061825.tif 000003
【図２】
2006061825.tif 000004
【図３】
2006061825.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006061825.tif 000007
【図６】
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