(57)【要約】【課題】十分な量の霧状の液体を安定して噴霧する。【解決手段】静電霧化装置１は、液体２を収容するための第１液体槽１０と、液体２を噴出させるための複数の開口２５を有する噴出板２０と、複数の開口２５に対向して設けられた対向電極３０と、液体２と対向電極３０との間に所定の電圧を印加する電圧印加部４０とを備え、噴出板２０は、平板部２１と、平板部２１に支持された複数の筒状部２４とを有し、複数の筒状部２４の各々は、平板部２１から対向電極３０に向かって突出し、かつ、先端に開口２５を有し、複数の筒状部２４の各々の内面の、液体２に対する接触角は、９０°未満である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するための第１液体槽と、
前記液体を噴出させるための複数の開口を有する噴出板と、
前記複数の開口に対向して設けられた対向電極と、
前記液体と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加部とを備え、
前記噴出板は、
平板部と、
前記平板部に支持された複数の筒状部とを有し、
前記複数の筒状部の各々は、前記平板部から前記対向電極に向かって突出し、かつ、先端に前記開口を有し、
前記複数の筒状部の各々の内面の、前記液体に対する接触角は、９０°未満である
静電霧化装置。
【請求項２】
前記筒状部の先端から後端までの距離をｈ、前記筒状部の内径をｄ、前記液体の表面張力をＴ、前記接触角をθ、前記液体の密度をρ、重力加速度をｇとした場合、
ｄ≦ｈ≦４Ｔｃｏｓθ／ρｇｄ
を満たす
請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項３】
さらに、前記第１液体槽に接続され、前記第１液体槽に前記液体を供給するための第２液体槽を備え、
前記第２液体槽に貯められる前記液体の液面は、前記複数の筒状部の各々の先端と後端との間に位置している
請求項１又は２に記載の静電霧化装置。
【請求項４】
前記筒状部は、金属材料を用いて形成されており、
前記筒状部の内面は、親水化処理されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
【請求項５】
前記平板部と前記複数の筒状部の各々とは、金属材料を用いて一体的に形成されており、
前記筒状部の後端は、前記平板部の後面と面一である
請求項４に記載の静電霧化装置。
【請求項６】
前記筒状部の内面の、前記液体に対する接触角は、８５°以下である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
【請求項７】
前記筒状部の内面の、前記液体に対する接触角は、６５°以下である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体に高電圧を印加することで液体に生じる静電気力を利用して、液体を霧化して噴霧する技術が知られている。例えば、特許文献１には、先端が尖状の複数の霧化部を備え、複数の霧化部の先端からミストを大量に生成する静電霧化装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、ポンプを利用して複数の霧化部に液体を供給している。ポンプを利用した場合、複数の霧化部への送液速度のばらつきが大きいので、ミストの生成が不安定になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、十分な量の霧状の液体を安定して噴霧す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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る静電霧化装置は、液体を収容するための第１液体槽と、前記液体を噴出させるための複数の開口を有する噴出板と、前記複数の開口に対向して設けられた対向電極と、前記液体と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記噴出板は、平板部と、前記平板部に支持された複数の筒状部とを有し、前記複数の筒状部の各々は、前記平板部から前記対向電極に向かって突出し、かつ、先端に前記開口を有し、前記複数の筒状部の各々の内面の、前記液体に対する接触角は、９０°未満である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る静電霧化装置によれば、十分な量の霧状の液体を安定して噴霧することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る静電霧化装置の構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係る静電霧化装置の複数の筒状部と対向電極との位置関係を示す断面図である。
【図３】実施の形態に係る静電霧化装置の複数の筒状部の平面レイアウトを示す平面図である。
【図４】実施の形態に係る静電霧化装置の筒状部と第１液体槽と第２液体槽との位置関係を示す断面図である。
【図５】実施の形態に係る静電霧化装置の流路の壁面の接触角毎に、流路の径に対する液柱の高さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る静電霧化装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１１】
また、本明細書において、垂直又は一致などの要素間の関係性を示す用語、及び、円形又は正六角形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００１２】
（実施の形態）
［概要］
まず、本実施の形態に係る静電霧化装置の概要について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、第１液体槽１０と、第２液体槽１１と、噴出板２０と、対向電極３０と、電圧印加部４０と、コントローラ５０とを備える。噴出板２０は、平板部２１と、複数の筒状部２４とを備える。
【００１４】
なお、図１では、コントローラ５０を機能的なブロックとして表している。コントローラ５０は、例えばマイコン（マイクロコントローラ）などで実現され、静電霧化装置１の外殻筐体（図示せず）の内部に配置されている。コントローラ５０は、例えば第１液体槽１０又は第２液体槽１１の外側に取り付けられていてもよい。
【００１５】
図２は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の複数の筒状部２４と対向電極３０との位置関係を示す断面図である。具体的には、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面であって、２つの筒状部２４の各々の中心軸Ｊを通る断面を示している。
【００１６】
静電霧化装置１は、液体２を霧化して噴出する噴霧装置である。具体的には、静電霧化装置１は、液体２に高電圧を印加して静電気力を発生させ、発生させた静電気力によって液体２を微細化し霧化させる。
【００１７】
本実施の形態では、図２に示すように、静電霧化装置１は、第１液体槽１０内に容れられた液体２を複数の筒状部２４の各々の先端へ導き、先端に設けられた開口２５から液体２を霧状にして噴出する。具体的には、電圧印加部４０が液体２と対向電極３０との間に高電圧を印加することで、複数の筒状部２４の各々の先端に電界が集中する。筒状部２４の内部の流路２７を通って開口２５から出た液体２は、電界によって形状が変化し、テーラーコーン３を形成する。テーラーコーン３の先端で液体２が微細化されることで、ミスト４が生成される。
【００１８】
複数の筒状部２４の各々の先端で生成されたミスト４は、対向電極３０に向けて放出される。ミスト４を対向電極３０の前方に放出させるために、対向電極３０には貫通孔３１が設けられている。これにより、ミスト４は、貫通孔３１を介して対向電極３０の前方に放出される。なお、「前方」とは、ミスト４が放出される方向であって、対向電極３０を基準として筒状部２４とは反対側の方向である。図２に示すように、複数の筒状部２４の各々からミスト４が放出されるので、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、十分な量の霧状の液体２（すなわち、ミスト４）を噴霧することができる。
【００１９】
なお、液体２は、例えば機能水である。機能水は、人為的な処理によって再現性のある有用な機能を獲得した水溶液の中で、処理と機能とに関して科学的根拠が明らかにされたもの、及び、明らかにされようとしているものである。具体的には、機能水は、次亜塩素酸水などの電解水、又は、オゾン水などである。本実施の形態では、液体２は、電解質を含む水溶液であるが、これに限らない。液体２は、純水でもよく、アルコール溶液でもよい。液体２の電気伝導度は、例えば、１μＳ／ｃｍ以上１０５μＳ／ｃｍ以下である。
【００２０】
ミスト４は、例えばナノメートルオーダー又はマイクロメートルオーダーの径の微細な液体粒子の集合である。例えば、ミスト４を構成する液体粒子の径は、１０ｎｍ以上１μｍ以下である。
【００２１】
本実施の形態に係る静電霧化装置１は、液体２の機能に応じて様々なデバイスに利用される。例えば、液体２が殺菌又は除菌性能を有する場合、静電霧化装置１は、殺菌装置又は除菌装置などに利用される。あるいは、静電霧化装置１は、加湿器などに利用されてもよい。
【００２２】
以下では、静電霧化装置１が備える各構成要素の詳細について説明する。
【００２３】
［液体槽］
第１液体槽１０は、液体２を収容するための容器である。第１液体槽１０は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されているが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい。このとき、第１液体槽１０は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
【００２４】
第１液体槽１０の形状は、例えば、上面が開放された直方体状であるが、これに限らない。第１液体槽１０の形状は、立方体又は円柱状でもよく、扁平なトレイ状でもよい。本実施の形態では、第１液体槽１０の開放された上面が噴出板２０によって覆われている。具体的には、第１液体槽１０と噴出板２０とが組み合わされて、筒状部２４の開口２５以外から液体２が漏れ出ないように密閉容器を形成している。
【００２５】
本実施の形態では、第１液体槽１０には、配管１２を介して、機能水の貯水用の第２液体槽１１が接続されている。第１液体槽１０には、ポンプなどの液体を所定の圧力で供給する送液装置が接続されていない。つまり、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、液体ポンプなどを備えない。第１液体槽１０は、配管１２及び複数の開口２５を除いて密閉されている。第１液体槽１０には、配管１２を介する以外に、内部に液体２を供給するための供給口が設けられていない。
【００２６】
第２液体槽１１は、第１液体槽１０に液体２を供給するための容器である。第２液体槽１１は、配管１２を介して第１液体槽１０に接続されている。例えば、第２液体槽１１の容量は、第１液体槽１０の容量よりも大きい。
【００２７】
第２液体槽１１は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されているが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい。このとき、第２液体槽１１は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
【００２８】
第２液体槽１１の形状は、例えば、上面が開放された直方体状であるが、これに限らない。第２液体槽１１の形状は、立方体又は円柱状でもよく、扁平なトレイ状でもよい。第２液体槽１１には、機能水を生成する生成装置（例えば、次亜塩素酸水の生成器）が接続されていてもよい。
【００２９】
［噴出板］
噴出板２０は、液体２を噴出させるための複数の開口２５を有するマルチオリフィス型の噴出板である。具体的には、噴出板２０は、平板部２１と、複数の筒状部２４とを備える。複数の開口２５は、筒状部２４の各々の先端に設けられている。
【００３０】
本実施の形態では、平板部２１と複数の筒状部２４とは一体的に形成されている。例えば、噴出板２０は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されているが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい。このとき、噴出板２０は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。噴出板２０は、例えば金属材料又は樹脂材料を用いた射出成形により一体的に形成されている。
【００３１】
平板部２１は、第１液体槽１０に固定されている。なお、平板部２１は、第１液体槽１０と同一の材料を用いて、第１液体槽１０と一体に形成されていてもよい。
【００３２】
本実施の形態では、平板部２１は、互いに背向する２つの主面２２及び２３を有する。主面２２は、平板部２１の前面（すなわち、前方の面）である。主面２３は、平板部２１の後面（すなわち、後方の面）である。主面２２及び主面２３は、互いに平行である。つまり、平板部２１の板厚は、均等である。
【００３３】
複数の筒状部２４は、平板部２１に支持されている。複数の筒状部２４の各々は、ミスト４を放出するノズルに相当する。複数の筒状部２４の各々は、平板部２１から対向電極３０に向かって突出している。複数の筒状部２４の各々は、先端に開口２５を有する。また、図２に示すように、複数の筒状部２４の各々は、後端に開口２６を有し、かつ、開口２６から開口２５に至る流路２７を有する。つまり、流路２７は、筒状部２４の内部に設けられている。
【００３４】
なお、筒状部２４の先端とは、平板部２１から対向電極３０に向かう方向のプラス側である。つまり、筒状部２４の先端は、筒状部２４の最も対向電極３０に近い部分であり、前方の端部である。筒状部２４の後端は、先端とは反対側の端部である。
【００３５】
複数の筒状部２４の各々は、平板部２１の主面２２に対して垂直に立設されている。主面２２は、平板部２１の対向電極３０に対向する面であり、液体２とは反対側の面である。本実施の形態では、筒状部２４は、外径Ｒに対する高さＨの比（以下、アスペクト比と記載する）が４以上である。すなわち、Ｈ≧４Ｒを満たしている。ここで、筒状部２４の高さＨは、図２に示すように、筒状部２４の先端から主面２２までの距離で表される。高さＨは、例えば２ｍｍ以上である。
【００３６】
筒状部２４のアスペクト比が大きい程、筒状部２４の先端に電界が集中しやすくなる。このため、筒状部２４のアスペクト比は、６以上でもよい。本発明者らの検討により、アスペクト比が４以上であれば、テーラーコーン３の形状が安定し、ミスト４の噴霧量が安定することが確認された。一方で、アスペクト比が４より小さい場合、テーラーコーン３の形状が不安定となることが確認された。
【００３７】
本実施の形態では、複数の筒状部２４は、互いに同じ構成を有する。筒状部２４の具体的な形状の一例については、後で説明する。ここでは、複数の筒状部２４の配置について、図３を用いて説明する。
【００３８】
図３は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の複数の筒状部２４の平面レイアウトを示す平面図である。図３では、複数の筒状部２４をその配置位置に応じて筒状部２４ａ〜２４ｄとして表している。以下の説明において、筒状部２４ａ〜２４ｄを特に区別しない場合は、筒状部２４として説明する。
【００３９】
図３に示すように、静電霧化装置１は、１９本の筒状部２４を備える。なお、筒状部２４の本数は、特に限定されず、複数であればよい。筒状部２４の本数が多い程、静電霧化装置１が生成するミスト４の量を増加させることができる。例えば、筒状部２４の本数は、１２本以上である。
【００４０】
図２に示すように、複数の筒状部２４のうち、隣り合う２つの筒状部２４間の距離ｐは、これらの２つの筒状部２４の各々の外径Ｒの１０倍以上である。すなわち、ｐ≧１０Ｒを満たしている。本実施の形態では、外径Ｒが０．５ｍｍであるので、距離ｐは、例えば、５ｍｍ以上である。なお、本実施の形態において、隣り合う２つの筒状部２４とは、１つの筒状部２４と、当該１つの筒状部２４に最も近い筒状部２４とである。
【００４１】
ここで、距離ｐは、隣り合う２つの筒状部２４の中心間の距離である。例えば、距離ｐは、２本の中心軸Ｊ間の距離である。なお、中心軸Ｊは、円形の開口２５及び開口２６の各々の中心を通る仮想的な軸である。
【００４２】
また、距離ｐは、外径Ｒの１６倍以上であってもよい。具体的には、外径Ｒが０．５ｍｍであるので、距離ｐは、例えば８ｍｍ以上であってもよい。例えば、距離ｐが８ｍｍ以上である場合、筒状部２４の本数によらず、安定したミスト４の生成が可能になる。
【００４３】
本実施の形態では、複数の筒状部２４はそれぞれ、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状の１以上の正六角形の頂点とにそれぞれ配置されている。具体的には、図３に示すように、筒状部２４ａが平板部２１の中心に位置している。残りの筒状部２４は、筒状部２４ａを中心として、その周りに環状に配置されている。
【００４４】
具体的には、６つの筒状部２４ｂは、筒状部２４ａを中心とする仮想的な正六角形ｈｇ１の各頂点に配置されている。さらに、６つの筒状部２４ｃは、筒状部２４ａを中心とする正六角形ｈｇ２の各頂点に配置されている。６つの筒状部２４ｄは、正六角形ｈｇ２の各辺の中点に配置されている。
【００４５】
正六角形ｈｇ１と正六角形ｈｇ２とは、筒状部２４ａを中心とする同心状の正多角形の一例である。正六角形ｈｇ２は、正六角形ｈｇ１より大きい。具体的には、正六角形ｈｇ２の一辺の長さは、正六角形ｈｇ１の一辺の長さの２倍である。正六角形ｈｇ１の一辺の長さは、図２に示す距離ｐに等しい。
【００４６】
なお、筒状部２４の本数が２０本以上である場合、２０本目〜３７本目の筒状部２４は、一辺の長さが距離ｐの３倍になる正六角形の頂点及び辺の三等分点に配置される。さらに、筒状部２４の本数が多くなる場合には、一辺の長さが距離ｐの４倍になる正六角形の頂点及び辺の四等分点に配置される。このように、本実施の形態では、複数の筒状部２４は、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状のｎ個の正六角形であって、各々の一辺の長さが距離ｐの１〜ｎ倍の正六角形の頂点及びｎ等分点に配置されている。
【００４７】
図３に示すように、１９本の筒状部２４のうち、任意の１本の筒状部２４の周りには、距離ｐで等距離に位置する３本〜６本の筒状部２４が位置している。つまり、任意の１本の筒状部２４に対して、隣り合う複数の筒状部２４は全て等距離に位置している。具体的には、複数の筒状部２４は、正六角形のハニカム構造の各頂点に位置している。これにより、平板部２１の平面視において、複数の筒状部２４は、局所的に集中せずに、面内で均一になるように分散して配置される。
【００４８】
［対向電極］
対向電極３０は、図１及び図２に示すように、複数の開口２５に対向して配置されている。対向電極３０は、複数の筒状部２４に一対一に対応する複数の貫通孔３１を有する。本実施の形態では、対向電極３０は、板厚が均一な平板であり、複数の筒状部２４の各々の中心軸Ｊを通る位置に貫通孔３１が設けられている。なお、対向電極３０は、湾曲板であってもよい。
【００４９】
貫通孔３１の形状は、中心軸Ｊを中心とする扁平な円柱状である。貫通孔３１は、ミスト４を通過させるために設けられている。ミスト４は、図２に示すように、テーラーコーン３の先端から円錐状に広がって放出される。このため、貫通孔３１の開口径φが大きい程、ミスト４を通過させやすくなる。
【００５０】
貫通孔３１が大きすぎる場合、筒状部２４と対向電極３０との距離が大きくなるので、筒状部２４の先端に高電界が印加されにくくなる。また、筒状部２４と対向電極３０とが近すぎる場合、対向電極３０と液体２との間での絶縁破壊が発生しやすくなる。貫通孔３１の開口径φは、例えば筒状部２４の外径Ｒの５倍以上１０倍以下である。
【００５１】
本実施の形態では、貫通孔３１の開口径φは、例えば１ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下の範囲である。また、電極間距離Ｌは、例えば３ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲である。ここで、図２に示すように、複数の貫通孔３１の各々の開口端と、対応する筒状部２４の先端とを結ぶ線Ｋと、中心軸Ｊとがなす角度をαで表す。線Ｋは、中心軸Ｊを含む断面において、筒状部２４の先端の外周端と、貫通孔３１の下端側の開口端とを結ぶ線である。
【００５２】
このとき、ｔａｎαは、以下の式（１）で表される範囲になる。
【００５３】
１ｍｍ／２５ｍｍ＝０．０４≦ｔａｎα≦２．２５ｍｍ／３ｍｍ＝０．７５  （１）
【００５４】
式（１）から、角度αは、３°以上３７°以下となる。
【００５５】
対向電極３０は、導電性を有し、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されている。このとき、対向電極３０は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
【００５６】
［電圧印加部］
電圧印加部４０は、液体２と対向電極３０との間に所定の電圧を印加する。本実施の形態では、電圧印加部４０は、対向電極３０と第１液体槽１０とに接続されている。具体的には、第１液体槽１０が接地されており、液体２にグランド電位を与える。電圧印加部４０は、対向電極３０に正の電位を与えることで、対向電極３０と液体２との間に所定の電圧を印加する。
【００５７】
なお、噴出板２０が導電性材料を用いて形成されている場合には、電圧印加部４０は、第１液体槽１０の代わりに噴出板２０に接続されていてもよい。このとき、電圧印加部４０は、平板部２１及び複数の筒状部２４の各々のいずれに接続されていてもよい。あるいは、電圧印加部４０は、導電性の第２液体槽１１に接続されていてもよい。
【００５８】
また、電圧印加部４０は、液体２に接触する位置に設けられた電極（図示せず）に接続されていてもよい。また、例えば、第１液体槽１０の内部で液体２に接触する位置に金属製のメッシュを配置し、電圧印加部４０は、当該メッシュに接続されていてもよい。
【００５９】
電圧印加部４０が印加する所定の電圧は、例えば、４．５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の直流電圧である。あるいは、所定の電圧は、３．５ｋＶ以上８．５ｋＶ以下であってもよい。なお、所定の電圧は、パルス電圧、脈流電圧、又は、交流電圧でもよい。
【００６０】
電圧印加部４０は、具体的には、コンバータなどを含む電源回路で実現される。例えば、電圧印加部４０は、商用電源などの外部電源から受けた電力に基づいて所定の電圧を生成して、液体２と対向電極３０との間に印加する。
【００６１】
［コントローラ］
コントローラ５０は、静電霧化装置１の全体的な動作を制御する。具体的には、コントローラ５０は、電圧印加部４０の動作を制御する。例えば、コントローラ５０は、電圧印加部４０を制御することで、対向電極３０と液体２との間に電圧を印加するタイミング、及び、電圧の大きさなどを制御する。
【００６２】
コントローラ５０は、例えば、マイクロコントローラなどで実現される。具体的には、コントローラ５０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。コントローラ５０は、各動作を実行する専用の電子回路で実現されてもよい。
【００６３】
［筒状部の詳細な形状］
続いて、筒状部２４の詳細な形状の一例について、図２及び図４を用いて説明する。
【００６４】
図４は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の筒状部２４と第１液体槽１０及び第２液体槽１１の位置関係を示す断面図である。なお、図４では、説明を分かりやすくするため、１本のみの筒状部２４を図示している。
【００６５】
図２及び図４に示すように、筒状部２４の形状は、内径ｄ及び外径Ｒが均一な円筒状である。筒状部２４の内面２８は、流路２７を形成している。流路２７の入口は、筒状部２４の後端側の開口２６である。流路２７の出口は、筒状部２４の先端側の開口２５である。
【００６６】
開口２５及び開口２６の形状はそれぞれ、円形である。内径ｄは、流路２７の径であり、例えば０．３ｍｍであるが、これに限らない。また、外径Ｒは、例えば０．５ｍｍであるが、これに限らない。例えば、外径Ｒは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲でもよい。
【００６７】
ここで、図４に示すように、筒状部２４の後端と平板部２１の主面２３との接続部分には、拡径部２９が設けられている。拡径部２９は、筒状部２４の内面２８の一部であり、筒状部２４の後端から先端に向かう方向に、漸次、内径ｄが小さくなる部分である。拡径部２９は、例えば、円錐台の側面形状を有する。
【００６８】
なお、筒状部２４には、拡径部２９が設けられていなくてもよい。具体的には、開口２５及び開口２６の各々の面積は、互いに等しくてもよい。例えば、流路２７の形状は、流路面積が均一の円柱状であってもよい。
【００６９】
あるいは、筒状部２４の内径ｄ及び外径Ｒの少なくとも一方は、後端から先端に向かって漸次小さくなってもよい。例えば、後端側の開口２６より先端側の開口２５が小さくてもよく、流路２７の形状は、円錐台状であってもよい。
【００７０】
筒状部２４の後端は、液体２に接触する位置に位置している。具体的には、筒状部２４の後端は、平板部２１の主面２３と面一である。筒状部２４の後端は、第１液体槽１０の内部に位置している。これにより、液体２は、筒状部２４の後端側の開口２６から筒状部２４内の流路２７を通って先端側の開口２５まで導かれる。
【００７１】
本実施の形態では、流路２７を形成している内面２８、すなわち、筒状部２４の内面２８は、親水化処理されている。つまり、内面２８は、親水性を有する。具体的には、内面２８の全体が親水化処理されている。
【００７２】
親水化処理は、例えば、流路２７に薬液を流すことにより行われる。薬液によって内面２８の表面に微小凹凸が形成されることで、内面２８が親水化される。筒状部２４が例えばステンレスを用いて形成されている場合、薬液として、希塩酸などが用いられる。
【００７３】
このとき、薬液に接触させた部分のみが親水化されるので、選択的な親水化が可能になる。例えば、拡径部２９を含む内面２８のみを親水化し、平板部２１の主面２３を撥水化してもよい。主面２３が撥水性を有することで、弾かれた液体２が流路２７に導かれやすくなる。また、拡径部２９は、親水化されていなくてもよい。なお、親水化処理は、プラズマ処理又はオゾン処理などで行われてもよい。
【００７４】
筒状部２４の内面２８の、液体２に対する接触角は、９０°未満である。このとき、接触角は、８５°以下であってもよい。あるいは、接触角は、６５°以下であってもよい。接触角は、１０°以下でもよく、５°以下でもよい。内面２８は、超親水性を有してもよい。
【００７５】
内面２８の接触角は、例えば、内面２８の全体で均等である。また、複数の筒状部２４の各々の内面２８の接触角は、互いに等しい。これにより、複数の筒状部２４の各々における毛細管力を均等になり、均等な速さで液体２を開口２５まで導くことができる。
【００７６】
本実施の形態では、筒状部２４は、以下の式（２）を満たすような条件で形成されている。
【００７７】
ｄ≦ｈ≦４Ｔｃｏｓθ／ρｇｄ  （２）
【００７８】
ここで、ｈは、図４に示すように、筒状部２４の先端から後端までの距離である。ｄは、上述したように、筒状部２４の内径である。Ｔは、液体２の表面張力である。θは、液体２に対する内面２８の接触角である。ρは、液体２の密度である。ｇは、重力加速度である。
【００７９】
上記式（２）の右辺は、毛細管現象によって液体２が鉛直上方に延びた場合に形成される液柱の高さの上限値を意味する。したがって、上記式（２）を満たすことで、流路２７が鉛直上方に向かって延びている場合であっても、毛細管現象によって液体２が高さｈまで、すなわち、開口２５まで到達する。このため、開口２５に到達した液体２がテーラーコーン３を形成し、ミスト４が生成される。
【００８０】
［接触角と液柱の高さ］
ここで、内面２８の接触角と液柱の高さとの関係を、図５を用いて説明する。
【００８１】
図５は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の流路２７の壁面（内面２８）の接触角毎に、流路２７の径ｄに対する液柱の高さを示す図である。図５において、横軸は、流路２７の径、すなわち、筒状部２４の内径ｄを示している。縦軸は、流路２７が鉛直上方に延びるときに液体２が流路２７を上昇することで形成される液柱の高さを示している。
【００８２】
ここでは、筒状部２４の材料として、ガラス、ステンレス（ＳＵＳ）及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）の３種類を用意した。ガラス、ステンレス及びポリ塩化ビニルの各々の、次亜塩素酸水に対する接触角はそれぞれ、２０°、６３°及び８７°である。
【００８３】
図５に示すように、流路２７の径が同じである場合、接触角が小さい程、液柱の高さが大きくなっている。つまり、接触角を小さくする程、流路２７の長さを大きくすることができる。例えば、筒状部２４の平板部２１からの突出量Ｈを大きくすることができるので、筒状部２４の先端に高電界を集中させやすくなる。
【００８４】
例えば、流路２７の径、すなわち、内径ｄが０．３ｍｍである場合、液柱の高さは、ステンレスで４０ｍｍ以上、ガラスで８０ｍｍ以上になっている。このため、平板部２１の板厚（例えば１ｍｍ）を考慮したとしても、筒状部２４のアスペクト比を容易に４以上で確保することができる。
【００８５】
一方で、内径ｄが０．３ｍｍである場合、ポリ塩化ビニルのときの液柱の高さは、３ｍｍ〜５ｍｍ程度である。このため、筒状部２４のアスペクト比が４より小さくなる場合がある。
【００８６】
しかしながら、ポリ塩化ビニルを用いて筒状部２４を形成した場合であっても、図５に示すように、流路の径（内径ｄ）を０．２ｍｍ以下にすることで、液柱の高さが上昇していることが分かる。したがって、筒状部２４のアスペクト比を４以上に確保することができる。
【００８７】
図５から分かるように、接触角が８７°を下回り、例えば８５°以下になった場合、接触角が小さくなる程、同じ内径ｄに対する液柱の高さが大きくなることが分かる。特に、接触角が６５°以下である場合には、ステンレス（６３°）とポリ塩化ビニル（８７°）とを比較して分かるように、同じ内径ｄに対する液柱の高さが一層大きくなることが分かる。例えば、内径ｄが０．３ｍｍの場合には液柱の高さが１０倍以上大きくなっている。
【００８８】
このように、本実施の形態に係る静電霧化装置１によれば、内面２８の接触角は、９０°未満であるが、８５°以下であることが好ましい。さらに、内面２８の接触角は、６５°以下であることが好ましい。接触角を小さくすることで、流路２７内を通って液体２が開口２５まで導かれ、かつ、開口２５で保持されやすくなる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、１本の筒状部２４の先端に、１時間当たり１０μＬ以上６０μＬ以下の液体２が供給されるように、内面２８の接触角及び流路２７の径などが調整されている。これにより、静電霧化装置１がＮ本の筒状部２４を備える場合に、静電霧化装置１の全体としては、１時間当たり１０×ＮμＬ以上６０×ＮμＬ以下のミスト４が生成されて放出される。
【００９０】
［位置関係］
ここで、本実施の形態に係る第１液体槽１０と第２液体槽１１との位置関係について、図１及び図４を用いて説明する。
【００９１】
本実施の形態では、図４に示すように、第２液体槽１１に貯められた液体２の液面２ａは、筒状部２４の後端と先端との間に位置している。なお、図４には、液面２ａの仮想的な延長平面を破線で図示している。
【００９２】
例えば、コントローラ５０は、第２液体槽１１内の液体２の液面２ａの高さを監視していてもよい。静電霧化装置１の動作中に、液面２ａが筒状部２４の後端より下回った場合に、コントローラ５０は、電圧印加部４０による電圧の印加を停止してもよい。あるいは、液面２ａが常に筒状部２４の後端と先端との間に位置するように、第２液体槽１１には外部から液体２が供給されていてもよい。
【００９３】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、液体２を収容するための第１液体槽１０と、液体２を噴出させるための複数の開口２５を有する噴出板２０と、複数の開口２５に対向して設けられた対向電極３０と、液体２と対向電極３０との間に所定の電圧を印加する電圧印加部４０とを備える。噴出板２０は、平板部２１と、平板部２１に支持された複数の筒状部２４とを有する。複数の筒状部２４の各々は、平板部２１から対向電極３０に向かって突出し、かつ、先端に開口２５を有する。複数の筒状部２４の各々の内面２８の、液体２に対する接触角は、９０°未満である。
【００９４】
これにより、複数の筒状部２４の各々の内面が親水性になるので、毛細管現象によって液体２が筒状部２４の内部を進行しやすくなる。したがって、ポンプなどの外部からの圧力を利用しなくても、筒状部２４の先端に設けられた開口２５まで液体２を導くことができる。
【００９５】
このため、複数の筒状部２４の各々の流路２７を流れる液体２の速度を互いに同じにすることができ、複数の開口２５の各々に安定して液体２を導くことができる。したがって、複数の開口２５の各々でミスト４が安定して生成されるので、十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。また、静電霧化装置１は、ポンプを備えないので、小型で、かつ、軽量で、さらに安価に実現される。
【００９６】
また、例えば、筒状部２４の先端から後端までの距離をｈ、筒状部２４の内径をｄ、液体２の表面張力をＴ、内面２８の液体２に対する接触角をθ、液体２の密度をρ、重力加速度をｇとした場合、ｄ≦ｈ≦４Ｔｃｏｓθ／ρｇｄを満たす。
【００９７】
これにより、筒状部２４の突出方向が鉛直上方である場合においても、毛細管現象によって液体２を開口２５まで導くことができる。なお、鉛直上方だけでなく、様々な方向に十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。
【００９８】
また、例えば、静電霧化装置１は、さらに、第１液体槽１０に接続され、第１液体槽１０に液体２を供給するための第２液体槽１１を備える。第２液体槽１１に貯められる液体２の液面２ａは、複数の筒状部２４の各々の先端と後端との間に位置している。
【００９９】
これにより、第２液体槽１１に貯められる液体２の液面２ａが筒状部２４の後端より高い位置に位置しているので、液体２は、自重によって筒状部２４の後端まで達する。筒状部２４の後端側の開口２６に達した液体２は、毛細管現象によって筒状部２４内の流路２７を通って開口２５まで導かれる。このように、ポンプなどの外部からの圧力を利用しなくても、第２液体槽１１から第１液体槽１０に対して液体２を供給することができ、さらに、供給した液体２を開口２５まで導くことができる。したがって、複数の開口２５の各々でミスト４が安定して生成されるので、十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。
【０１００】
また、例えば、筒状部２４は、金属材料を用いて形成されており、筒状部２４の内面２８は、親水化処理されている。
【０１０１】
これにより、親水化処理の態様に応じて内面２８の接触角を所望の値に調整することができる。したがって、開口２５に保持させる液体２の供給量を容易に調整することができるので、テーラーコーン３の形成を安定させ、ミスト４を安定して噴霧することができる。
【０１０２】
また、筒状部２４が金属材料を用いて形成されており、導電性を有するので、筒状部２４を放電電極として機能させることもできる。例えば、電圧印加部４０は、対向電極３０と筒状部２４とに接続されていてもよい。これにより、筒状部２４の先端に高電界を容易に発生させることができる。
【０１０３】
また、例えば、平板部２１と複数の筒状部２４の各々とは、金属材料を用いて一体的に形成されている。筒状部２４の後端は、平板部２１の主面２３と面一である。
【０１０４】
これにより、平板部２１と複数の筒状部２４とが一体的に形成されているので、平板部２１と複数の筒状部２４とを固定する工程が必要ではなく、当該工程における作業精度のばらつきなどを抑制することができる。例えば、複数の筒状部２４の各々の平板部２１からの突出量が均等になりやすく、ミスト４の生成の安定性を高めることができる。
【０１０５】
また、例えば、筒状部２４の内面２８の、液体２に対する接触角は、８５°以下である。
【０１０６】
これにより、接触角が小さくなる程、毛細管現象によって形成される液柱の高さが大きくなるので、液体２をより高い位置まで導くことができる。このため、平板部２１の主面２２からの筒状部２４の突出量を大きくすることができる。筒状部２４の突出量が大きくなる程、筒状部２４の先端に高電界が集中しやすくなる。したがって、筒状部２４の先端で形成されるテーラーコーン３の形状が安定し、ミスト４を安定して生成することができる。
【０１０７】
また、例えば、筒状部２４の内面２８の、液体２に対する接触角は、６５°以下である。
【０１０８】
これにより、毛細管現象によって形成される液柱の高さが更に大きくなるので、筒状部２４の突出量を更に大きくすることができる。したがって、筒状部２４の先端に電界が更に集中しやすくなり、テーラーコーン３の形状が更に安定する。このように、本実施の形態に係る静電霧化装置１によれば、十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。
【０１０９】
（その他）
以上、本発明に係る静電霧化装置について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【０１１０】
例えば、上記の実施の形態では、噴出板２０の平板部２１が液体２の上面を覆うように設けられ、複数の筒状部２４が上方に向かって突出する例を示したが、これに限らない。例えば、平板部２１は、液体２の下面又は側面を覆っていてもよく、複数の筒状部２４は、下方、側方又は斜め方向に突出していてもよい。静電霧化装置１によるミスト４の噴霧方向は、上方に限らず、下方、側方又は斜め方向でもよい。
【０１１１】
また、例えば、第１液体槽１０、第２液体槽１１及び筒状部２４などは、絶縁性の材料を用いて形成されてもよい。例えば、液体２に接地電位を供給することで、筒状部２４などが導電性を有しなくても、筒状部２４の先端でテーラーコーン３を形成することができ、ミスト４を安定して噴霧することができる。
【０１１２】
また、例えば、噴出板２０は、平板部２１と複数の筒状部２４とがそれぞれ別体で形成されていてもよい。例えば、樹脂製又は金属製の平板部２１に、複数の筒状部２４を圧入することで、噴出板２０が形成されてもよい。
【０１１３】
また、例えば、対向電極３０は、平板状の電極でなくてもよく、例えば、滑らかに湾曲した電極板であってもよい。このとき、貫通孔３１は、厚み方向に電極板を貫通していてもよく、筒状部２４の突出方向に電極板を貫通していてもよい。
【０１１４】
また、例えば、複数の筒状部２４の配置の形状は、正六角形に限らず、正多角形でもよい。例えば、複数の筒状部２４は、一辺の長さがｐ、２ｐ又は３ｐなどの正方形の頂点及び等分点に配置されていてもよい。また、例えば、複数の筒状部２４は、格子の各交点に配置されていてもよい。
【０１１５】
また、例えば、複数の筒状部２４の形状は互いに異なっていてもよい。例えば、図３において、複数の筒状部２４のうち外側に位置する筒状部２４ｃ及び２４ｄは、中央に位置する筒状部２４ａより高さが低くてもよい。あるいは、筒状部２４ｃ及び２４ｄは、筒状部２４ａより高さが高くてもよい。
【０１１６】
なお、複数の筒状部２４の高さが異なっており、流路２７の長さが異なる場合に、内面２８の接触角を異ならせてもよい。例えば、長い流路２７を形成している内面２８の接触角は、短い流路２７を形成している内面２８の接触角より小さくてもよい。
【０１１７】
また、例えば、複数の筒状部２４の後端は、平板部２１の主面２３よりも下方に位置していてもよい。具体的には、複数の筒状部２４は、平板部２１を貫通するように設けられていてもよい。
【０１１８】
また、静電霧化装置１は、第２液体槽１１を備えていなくてもよい。例えば、第１液体槽１０と噴出板２０とは着脱可能に固定されており、噴出板２０を取り外すことで、第１液体槽１０内に液体２が供給されてもよい。
【０１１９】
また、上記実施の形態において、コントローラ５０などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【０１２０】
また、コントローラ５０などの構成要素は、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
【０１２１】
１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又は、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）も同じ目的で使うことができる。
【０１２２】
また、本発明の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤ若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【０１２３】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【０１２４】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１２５】
１  静電霧化装置
２  液体
２ａ  液面
１０  第１液体槽
１１  第２液体槽
２０  噴出板
２１  平板部
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ  筒状部
２５  開口
２８  内面
３０  対向電極
４０  電圧印加部
【図１】
2019098216.tif 000003
【図２】
2019098216.tif 000004
【図３】
2019098216.tif 000005
【図４】
2019098216.tif 000006
【図５】
2019098216.tif 000007