(57)【要約】【課題】十分な量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を収容するための液体槽１０と、液体２を噴出させるための複数の開口２７を有する噴出板２０と、複数の開口２７に対向して配置された対向電極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、電極支持板２１と、電極支持板２１に支持された複数の放電電極２６とを有し、複数の放電電極２６の各々は、電極支持板２１から対向電極３０に向かって突出し、かつ、先端に開口２７を有し、複数の放電電極２６のうち、隣り合う２つの放電電極２６間の距離ｐは、当該２つの放電電極２６の各々の外径Ｒの１０倍以上である。【選択図】図２
2019093345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するための液体槽と、
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配置された対向電極と、
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うち、隣り合う２つの筒状部間の距離は、当該２つの筒状部の各々の外径の１０倍以上である
静電霧化装置。
【請求項２】
前記複数の筒状部はそれぞれ、外径に対する高さの比が４以上である
請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項３】
前記対向電極と前記２つの筒状部の各々との間の距離は、互いに異なっている
請求項１又は２に記載の静電霧化装置。
【請求項４】
前記複数の筒状部は、
第１筒状部と、
前記第１筒状部を囲んで配置された複数の第２筒状部とを含み、
前記対向電極と前記第１筒状部との間の距離は、前記対向電極と前記複数の第２筒状部の各々との間の距離より小さい
請求項３に記載の静電霧化装置。
【請求項５】
前記対向電極は、前記複数の筒状部に一対一に対応する複数の貫通孔を有し、
前記複数の貫通孔の各々の開口端と、対応する筒状部の先端とを結ぶ線と、対応する筒状部の中心軸とがなす角度が３°以上３７°以下である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
【請求項６】
前記複数の筒状部は、前記平板部を平面視した場合に、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
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を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５８３５９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、霧化される液体の量が不十分であ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配置された対向電極と、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うち、隣り合う２つの筒状部間の距離は、当該２つの筒状部の各々の外径の１０倍以上である。
【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放電電極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放電電極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放電電極間の距離とテーラーコーンとの関係を示す図である。
【図５】実施の形態に係る静電霧化装置の放電電極間の距離と放電電極の本数の増大による電圧の勾配との関係を示す図である。
【図６】実施の形態に係る静電霧化装置の放電電極の本数と絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。
【図７】実施の形態に係る静電霧化電圧の電極間距離と絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。
【図８】実施の形態の変形例に係る静電霧化装置の複数の放電電極と対向電極との位置関係を示す断面図である。
【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、垂直又は等しいなどの要素間の関係性を示す用語、及び、円形又は円筒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）
［構成］
まず、本実施の形態に係る静電霧化装置の構成について、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、液体槽１０と、噴出板２０と、対向電極３０と、電圧印加部４０と、ポンプ５０と、コントローラ６０とを備える。噴出板２０は、電極支持板２１と、複数の放電電極２６とを備える。
【００１４】
なお、図１では、コントローラ６０を機能的なブロックとして表している。コントローラ６０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６０は、例えば液体槽１０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の複数の放電電極２６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、隣り合う２つの放電電極２６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、液体槽１０内に容れられた液体２を複数の放電電極２６の各々の先端へ導き、先端に設けられた開口２７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が複数の放電電極２６と対向電極３０との間に高電圧を印加することで、複数の放電電極２６の各々の先端に電界が集中する。放電電極２６の内部を通って開口２７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。複数の放電電極２６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、対向電極３０に設けられた貫通孔３１を介して外部に放出される。図２に示すように、複数の放電電極２６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を噴霧することができる。
【００１８】
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、１μＳ／ｃｍ以上１０５μＳ／ｃｍ以下である。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
液体槽１０は、液体２を収容するための容器である。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、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。
【００２３】
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。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、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、液体槽１０と噴出板２０とが組み合わされて、放電電極２６の開口２７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。液体槽１０には、ポンプ５０及び配管５１を介して、機能水の貯水槽又は生成装置（図示せず）などが接続されている。
【００２４】
噴出板２０は、液体２を噴出させるための複数の開口２７を有する。具体的には、噴出板２０は、平板部の一例である電極支持板２１と、複数の筒状部の一例である複数の放電電極２６とを備える。複数の開口２７は、放電電極２６の各々の先端に設けられている。
【００２５】
電極支持板２１は、複数の放電電極２６を支持する板状の部材である。電極支持板２１は、例えば樹脂材料を用いて形成されているが、金属材料を用いて形成されていてもよい。このとき、電極支持板２１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。
【００２６】
電極支持板２１には、複数の放電電極２６が圧入されることで固定されている。例えば、電極支持板２１には、複数の開口２７を設けるべき位置にそれぞれ貫通孔が設けられ、当該貫通孔に放電電極２６が挿入されて固定されている。電極支持板２１は、板厚が均一な平板であるが、これに限らず、湾曲板であってもよい。
【００２７】
電極支持板２１は、液体槽１０に固定されている。なお、電極支持板２１は、液体槽１０と同一の材料を用いて、液体槽１０と一体に形成されていてもよい。
【００２８】
複数の放電電極２６は、電極支持板２１に支持された複数の筒状部の一例である。複数の放電電極２６の各々は、電極支持板２１から対向電極３０に向かって突出している。複数の放電電極２６の各々は、先端に開口２７を有する。また、図２に示すように、複数の放電電極２６の各々は、後端に開口２８を有し、かつ、開口２８から開口２７に至る流路２９を有する。
【００２９】
なお、放電電極２６の先端とは、電極支持板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、放電電極２６の先端は、放電電極２６の最も対向電極３０に近い部分である。放電電極２６の後端は、先端とは反対側の端部である。
【００３０】
本実施の形態では、複数の放電電極２６は、互いに同じ構成を有する。放電電極２６の形状は、内径ｒ及び外径Ｒが均一な円筒状である。具体的には、開口２７及び開口２８の形状はそれぞれ、円形である。流路２９の形状は、流路面積が均一の円柱状である。内径ｒは、例えば０．３ｍｍであり、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。
【００３１】
なお、放電電極２６の内径ｒ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２８より先端側の開口２７が小さくてもよく、流路２９の形状は、円錐台状であってもよい。
【００３２】
放電電極２６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、放電電極２６の後端は、液体槽１０の内部に位置している。これにより、液体２は、放電電極２６の後端側の開口２８から放電電極２６内の流路２９を通って先端側の開口２７まで導かれる。
【００３３】
放電電極２６は、電極支持板２１の主面２２に対して垂直に立設されている。主面２２は、電極支持板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、放電電極２６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、放電電極２６の高さｈは、図２に示すように、放電電極２６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。
【００３４】
放電電極２６のアスペクト比が大きい程、放電電極２６の先端に電界が集中しやすくなる。このため、放電電極２６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。
【００３５】
放電電極２６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、放電電極２６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。
【００３６】
図２に示すように、複数の放電電極２６のうち、隣り合う２つの放電電極２６間の距離ｐは、これらの２つの放電電極２６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つの放電電極２６とは、１つの放電電極２６と、当該１つの放電電極２６に最も近い放電電極２６とである。
【００３７】
ここで、距離ｐは、隣り合う２つの放電電極２６の中心間の距離である。図２には、放電電極２６の中心軸Ｊを図示している。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２７及び開口２８の各々の中心を通る仮想的な軸である。
【００３８】
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。詳細については後述するが、距離ｐが８ｍｍ以上である場合、放電電極２６の本数によらず、安定したミスト４の生成が可能になる。
【００３９】
図３は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の複数の放電電極２６の平面レイアウトを示す平面図である。図３では、複数の放電電極２６をその配置位置に応じて放電電極２６ａ〜２６ｄとして表している。以下の説明において、放電電極２６ａ〜２６ｄを特に区別しない場合は、放電電極２６として説明する。
【００４０】
図３に示すように、静電霧化装置１は、１９本の放電電極２６を備える。なお、放電電極２６の本数は、特に限定されず、複数であればよい。放電電極２６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、放電電極２６の本数は、１２本以上である。
【００４１】
本実施の形態では、複数の放電電極２６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、放電電極２６ａが電極支持板２１の中心に位置している。残りの放電電極２６は、放電電極２６ａを中心として、その周りに環状に配置されている。なお、放電電極２６ａは、第１筒状部の一例である。放電電極２６ｂ〜２６ｄは、放電電極２６ａを囲んで配置された複数の第２筒状部の一例である。
【００４２】
具体的には、６つの放電電極２６ｂは、放電電極２６ａ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つの放電電極２６ｃは、放電電極２６ａを中心とする正六角形ｈｇ２の各頂点に配置されている。６つの放電電極２６ｄは、正六角形ｈｇ２の各辺の中点に配置されている。
【００４３】
正六角形ｈｇ１と正六角形ｈｇ２とは、放電電極２６ａ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。
【００４４】
なお、放電電極２６の本数が２０本以上である場合、２０本目〜３７本目の放電電極２６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、放電電極２６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、複数の放電電極２６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。
【００４５】
図３に示すように、１９本の放電電極２６のうち、任意の１本の放電電極２６の周りには、距離ｐで等距離に位置する３本〜６本の放電電極２６が位置している。つまり、任意の１本の放電電極２６に対して、隣り合う複数の放電電極２６は全て等距離に位置している。具体的には、複数の放電電極２６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、電極支持板２１の平面視において、複数の放電電極２６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。
【００４６】
対向電極３０は、図１及び図２に示すように、複数の開口２７に対向して配置されている。対向電極３０は、複数の放電電極２６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、複数の放電電極２６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。
【００４７】
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。
【００４８】
貫通孔３１が大きすぎる場合、放電電極２６と対向電極３０との距離が大きくなるので、放電電極２６の先端に高電界が印加されにくくなる。また、放電電極２６と対向電極３０とが近すぎる場合、電極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、例えば放電電極２６の外径Ｒの５倍以上１０倍以下である。
【００４９】
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、対応する放電電極２６の先端とを結ぶ線Ｋと、中心軸Ｊとがなす角度をθで表す。線Ｋは、中心軸Ｊを含む断面において、放電電極２６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。
【００５０】
このとき、ｔａｎθは、以下の式（１）で表される範囲になる。
【００５１】
１ｍｍ／２５ｍｍ＝０．０４≦ｔａｎθ≦２．２５ｍｍ／３ｍｍ＝０．７５  （１）
【００５２】
式（１）から、角度θは、３°以上３７°以下となる。
【００５３】
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。
【００５４】
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と液体槽１０とに接続されている。具体的には、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。
【００５５】
なお、電圧印加部４０は、液体槽１０の代わりに複数の放電電極２６の各々に接続されていてもよい。電極支持板２１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、電極支持板２１に接続されていてもよい。あるいは、電圧印加部４０は、導電性の配管５１に接続されていてもよい。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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
ポンプ５０は、貯水槽に貯められた機能水又は生成装置によって生成された機能水を、液体２として液体槽１０に供給する送液装置の一例である。ポンプによる液体槽１０への機能水の供給量を調整することで、放電電極２６内を通って開口２７まで導く液体２の量が調整される。
【００５９】
例えば、ポンプ５０は、複数の放電電極２６の各々の開口２７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、機能水の供給量を調整する。これにより、静電霧化装置１がＮ本の放電電極２６を備える場合、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のミスト４が生成されて放出される。
【００６０】
配管５１は、機能水を液体２として液体槽１０に供給するために設けられている。例えば、配管５１は、液体槽１０と、機能水の生成装置（図示せず）とを接続している。本実施の形態では、図１に示すように、配管５１の途中にポンプ５０が設けられている。
【００６１】
配管５１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。このとき、配管５１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。
【００６２】
コントローラ６０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６０は、電圧印加部４０及びポンプ５０の動作を制御する。例えば、コントローラ６０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。また、コントローラ６０は、ポンプ５０を制御することで、液体槽１０に液体２として供給する機能水の量を制御する。
【００６３】
コントローラ６０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６０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６０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。
【００６４】
［放電電極間の距離］
ここで、隣り合う放電電極２６間の距離ｐとミスト４の安定した生成との関係について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の放電電極２６間の距離ｐとテーラーコーン３との関係を示す図である。
【００６５】
ミスト４の生成量は、テーラーコーン３の形状に依存する。具体的には、テーラーコーン３が安定した円錐状であれば、ミスト４も安定して生成される。
【００６６】
図４に示すように、距離ｐが５ｍｍより短い場合、１２本の放電電極２６のうち数本のテーラーコーンの形状が円錐から崩れている。このため、ｐ＜５ｍｍの場合は、ミスト４が安定して生成されない。なお、図４は、放電電極２６の外径Ｒが０．５ｍｍの場合を示している。
【００６７】
一方で、距離ｐが５ｍｍ以上である場合、１２本の放電電極２６の全てでテーラーコーン３の形状が円錐で維持される。このため、ｐ≧５ｍｍ以上の場合、ミスト４が安定して生成される。
【００６８】
なお、距離ｐが大きくなるにつれて、隣り合う放電電極２６間での干渉が抑制される。このため、複数の放電電極２６の各々の先端に高電界が生成されやすくなって、テーラーコーン３の形状が安定する。例えば、距離ｐが８ｍｍ以上である場合、放電電極２６の個数によらず、テーラーコーン３の形状が安定し、ミスト４の生成量も安定する。
【００６９】
［放電電極の本数］
続いて、放電電極２６の本数と隣り合う放電電極２６間の距離ｐとの関係について、図５及び図６を用いて説明する。
【００７０】
図５は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の放電電極２６間の距離と放電電極の本数の増大による電圧の勾配との関係を示す図である。図５において、横軸は、隣り合う放電電極２６間の距離ｐを示している。縦軸は、放電電極２６の本数が増えた場合の静電霧化電圧の増大の勾配を示している。なお、静電霧化電圧は、静電霧化を行うのに必要な印加電圧であり、スプレー電圧ともいう。
【００７１】
図５に示すデータは、距離ｐが２．５ｍｍ（＝５Ｒ）、４．３ｍｍ（＝８．６Ｒ）、５．０ｍｍ（＝１０Ｒ）の３つの場合の各々において、放電電極２６の本数を所定数（例えば１本）増やしたときの静電霧化電圧の変化を測定することで得られた。なお、外径Ｒが０．５ｍｍ、内径ｒが０．３ｍｍ、高さｈが３ｍｍ、電極間距離Ｌが６ｍｍであり、かつ、液体２の電気伝導度が０．４９ｍＳ／ｃｍの場合を示している。
【００７２】
このとき、距離ｐを大きくすることで、静電霧化電圧の増大の勾配は、減少していることが分かる。３点の値に基づいて線形近似を行った場合、距離ｐが約８ｍｍである場合に、勾配が０になる。つまり、距離ｐが外径Ｒの約１６倍である場合に、放電電極２６の本数を増やしたとしても、静電霧化電圧は増加しない。
【００７３】
図６は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の放電電極２６の本数と絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。図６において、横軸は、放電電極２６の本数を示しており、縦軸は、電圧を示している。
【００７４】
図６に示す例では、絶縁破壊電圧は、例えば９ｋＶである。つまり、対向電極３０と液体２との間に９ｋＶを超える電圧が印加された場合、電極間で絶縁破壊が生じ、ミスト４の生成が行われなくなる。
【００７５】
なお、図６に示すデータは、外径Ｒが０．５ｍｍ、内径ｒが０．３ｍｍ、高さｈが３ｍｍ、電極間距離Ｌが６ｍｍであり、かつ、液体２の電気伝導度が０．４９ｍＳ／ｃｍの場合を示している。放電電極２６は、図３に示すように、その本数に応じて中心から正六角形状に広がるように配置した。
【００７６】
図６に示すように、隣り合う放電電極２６間の距離ｐが外径Ｒの１０倍以上である場合、放電電極２６の本数が増えるにつれて、静電霧化電圧が上昇している。具体的には、放電電極２６の本数と静電霧化電圧とは、線形の関係を有する。放電電極２６の本数が１５本以上の場合に、静電霧化電圧は、絶縁破壊電圧である９ｋＶを上回っている。このため、放電電極２６の本数が１５本以上の場合、ミスト４の生成が困難になる。
【００７７】
一方で、隣り合う放電電極２６間の距離ｐが外径Ｒの１６倍以上である場合、放電電極２６の本数によらず、静電霧化電圧は、５ｋＶで略一定である。これは、図５を用いて説明した場合（すなわち、Ｒ＝０．５ｍｍに対するｐ＝８ｍｍ（＝１６Ｒ））と同様である。
【００７８】
したがって、距離ｐを外径Ｒの１６倍以上にすることで、放電電極２６の本数を無限に増やすことができ、静電霧化装置１の全体としてのミスト４の生成量を必要に応じて増やすことができる。
【００７９】
［対向電極と放電電極との間の距離］
続いて、本実施の形態に係る対向電極３０と放電電極２６のとの間の距離Ｌについて、図７を用いて説明する。
【００８０】
なお、図７に示すデータは、外径Ｒが０．５ｍｍ、内径ｒが０．３ｍｍ、高さｈが３ｍｍであり、かつ、液体２の電気伝導度が０．４９ｍＳ／ｃｍの場合を示している。放電電極２６は、図３に示すように、その本数に応じて中心から正六角形状に広がるように配置した。
【００８１】
図７は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の電極間距離Ｌと絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。図７において、横軸は、電極間距離Ｌを示しており、縦軸は、電圧を示している。
【００８２】
図７に示すように、電極間距離Ｌが大きくなる程、絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧のいずれも大きくなっている。具体的には、電極間距離Ｌと絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧の各々とは、線形の関係を有する。
【００８３】
電極間距離Ｌが約３ｍｍより短い場合、絶縁破壊電圧が静電霧化電圧を下回っている。このため、静電霧化電圧を電圧印加部４０が印加した場合に、対向電極３０と放電電極２６との間で絶縁破壊が発生する。したがって、この場合、ミスト４の生成が困難である。
【００８４】
一方で、電極間距離Ｌが３ｍｍ以上である場合、絶縁破壊電圧が静電霧化電圧を上回っている。このため、電圧印加部４０が静電霧化電圧を印加したとしても、対向電極３０と放電電極２６との間に絶縁破壊を発生させることなく、ミスト４の生成が可能となる。
【００８５】
また、本実施の形態では、安全性及び消費電力の削減などの観点から、電圧印加部４０が印加可能な電圧の最大値は、１０ｋＶである。図７に示すように、電極間距離Ｌが約２５ｍｍより大きい場合、静電霧化電圧が１０ｋＶを上回る。
【００８６】
このため、本実施の形態では、電極間距離Ｌは、３ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲である。当該範囲を角度θで表すと、上述したように、角度θは、３°以上３７°以下となる。
【００８７】
電極間距離Ｌは、６ｍｍ以上２２ｍｍ以下であってもよい。電極間距離Ｌが６ｍｍ以上であることで、絶縁破壊電圧と静電霧化電圧との差を大きくすることができ、印加電圧の変動によって絶縁破壊が発生するのを抑制することができる。また、電極間距離Ｌが２２ｍｍ以下であることで、印加可能な電圧の上限値と静電霧化電圧との差を大きくすることができ、ミスト４の安定した生成が可能になる。なお、このときの角度θは、３°以上２１°以下となる。
【００８８】
また、電極間距離Ｌは、８ｍｍ以上２０ｍｍ以下でもよい。これにより、ミスト４の生成を更に安定させることができる。なお、このときの角度θは、３°以上１６°以下となる。
【００８９】
［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を収容するための液体槽１０と、液体２を噴出させるための複数の開口２７を有する噴出板２０と、複数の開口２７に対向して配置された対向電極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、平板部の一例である電極支持板２１と、電極支持板２１に支持された複数の筒状部の一例である複数の放電電極２６とを有する。複数の放電電極２６の各々は、電極支持板２１から対向電極３０に向かって突出し、かつ、先端に開口２７を有する。複数の放電電極２６のうち、隣り合う２つの放電電極２６間の距離ｐは、当該２つの放電電極２６の各々の外径Ｒの１０倍以上である。
【００９０】
これにより、隣り合う２つの放電電極２６間の距離ｐが外径Ｒの１０倍以上であるので、隣り合う２つの放電電極２６間の干渉が抑制される。このため、放電電極２６の先端で電界が集中しやすく、先端に形成されるテーラーコーン３の形状が安定する。テーラーコーン３の形状が安定することで、テーラーコーン３の先端での液体２の微細化（すなわち、霧化）が安定して行われ、ミスト４が安定して生成される。複数の放電電極２６の各々から安定してミスト４が生成されるので、本実施の形態に係る静電霧化装置１によれば、十分な量の液体２をミスト４として安定して噴霧することができる。
【００９１】
また、例えば、複数の放電電極２６はそれぞれ、外径Ｒに対する高さｈの比が４以上である。
【００９２】
これにより、複数の放電電極２６の各々の先端で形成されるテーラーコーン３の形状をより安定させることができる。したがって、本実施の形態に係る静電霧化装置１によれば、十分な量の液体２をミスト４として、より安定して噴霧することができる。
【００９３】
また、例えば、対向電極３０は、複数の放電電極２６に一対一に対応する複数の貫通孔３１を有する。複数の貫通孔３１の各々の開口端と、対応する放電電極２６の先端とを結ぶ線Ｋと、対応する放電電極２６の中心軸Ｊとがなす角度θが３°以上３７°以下である。
【００９４】
これにより、対向電極３０と放電電極２６の先端とが離れすぎないようにしつつ、ミスト４が対向電極３０に捕らわれるのを抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る静電霧化装置１によれば、より多くの量の液体２をミスト４として、安定して噴霧することができる。
【００９５】
また、例えば、複数の放電電極２６は、電極支持板２１を平面視した場合に、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。
【００９６】
これにより、複数の放電電極２６の互いの距離を確保しつつ、限られた面積の領域に、より多くの放電電極２６を配置することができる。つまり、複数の放電電極２６の互いの干渉を抑制しつつ、複数の放電電極２６を密に配置することができる。したがって、本実施の形態に係る静電霧化装置１によれば、十分な量の液体２をミスト４として安定して噴霧することができるだけでなく、小型化を実現することができる。
【００９７】
（変形例）
続いて、実施の形態の変形例について説明する。
【００９８】
上記の実施の形態では、対向電極と複数の放電電極との電極間距離Ｌが互いに等しい例について示したが、２つの放電電極の各々において電極間距離Ｌは異なっていてもよい。本変形例に係る静電霧化装置は、高さが互いに異なる複数の放電電極を備える。なお、以下では、実施の形態との相違点を中心に説明する。特に説明しない点については、実施の形態と同様である。
【００９９】
図８は、本変形例に係る静電霧化装置１０１の複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃと対向電極３０との位置関係を示す断面図である。図８は、図２と同様に、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃの各々の中心軸を通過する断面を示している。
【０１００】
図８に示すように、静電霧化装置１０１は、実施の形態に係る静電霧化装置１と比較して、複数の放電電極２６の代わりに、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃを備える。複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃはそれぞれ、電極支持板２１の主面２２からの高さｈａ〜ｈｃが異なる点を除いて、実施の形態に係る放電電極２６と同様である。
【０１０１】
放電電極１２６ａは、第１筒状部の一例である。放電電極１２６ａは、電極支持板２１を平面視した場合に、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃのうち最も中央に近い位置に位置する放電電極である。例えば、放電電極１２６ａは、図３に示す放電電極２６ａに相当する。
【０１０２】
放電電極１２６ｂ及び１２６ｃは、放電電極１２６ａを囲んで配置された複数の第２筒状部の一例である。放電電極１２６ｂ及び１２６ｃは、電極支持板２１を平面視した場合に、放電電極１２６ａより外側に位置している。放電電極１２６ｃは、放電電極１２６ｂよりも外側に位置している。例えば、放電電極１２６ｂは、図３に示す放電電極２６ｂに相当する。また、例えば、放電電極１２６ｃは、図３に示す放電電極２６ｃに相当する。放電電極１２６ｃは、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃのうち、最も外側に位置する放電電極である。
【０１０３】
図８に示すように、放電電極１２６ａの高さｈａは、放電電極１２６ｂ及び１２６ｃの高さｈｂ及びｈｃより高い。具体的には、ｈａ＞ｈｂ＞ｈｃを満たしている。例えば、ｈａとｈｂとの差、及び、ｈｂとｈｃとの差はそれぞれ、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。放電電極１２６ａ〜１２６ｃの各々の外径がＲである場合、ｈａとｈｂとの差、及び、ｈｂとｈｃとの差はそれぞれ、外径Ｒの０．６倍以上２倍以下である。なお、ｈａ＞ｈｂ＝ｈｃでもよい。
【０１０４】
本変形例では、対向電極３０が平板状に構成されているので、対向電極３０と放電電極１２６ａとの間の距離Ｌａは、対向電極３０と放電電極１２６ｂ及び１２６ｃの各々のとの間の距離Ｌｂ及びＬｃより小さい。具体的には、Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃを満たしている。ＬａとＬｂとの差、及び、ＬｂとＬｃとの差はそれぞれ、ｈａとｈｂとの差、及び、ｈｂとｈｃとの差に等しい。なお、Ｌａ＜Ｌｂ＝Ｌｃでもよい。
【０１０５】
このとき、放電電極１２６ａ及び１２６ｂの高さｈａ及びｈｂが互いに等しく、放電電極１２６ｃの高さｈｃのみが高さｈａ及びｈｂより低くてもよい。すなわち、ｈａ＝ｈｂ＞ｈｃを満たしていてもよい。この場合、放電電極１２６ａ及び１２６ｂが、１以上の第１筒状部に相当し、放電電極１２６ｃが、第２筒状部に相当する。
【０１０６】
以上のように、本変形例に係る静電霧化装置１０１では、例えば、対向電極３０と放電電極１２６ａ〜１２６ｃの各々との間の距離は、互いに異なっている。
【０１０７】
これにより、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃ間での電界のばらつきを抑制することができるので、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃの各々からのミスト４の量を略均等にすることができる。
【０１０８】
例えば、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃを密に配置した場合には、外周に配置された放電電極１２６ｃの先端に電界が集中しやすくなる。
【０１０９】
このため、例えば、複数の放電電極は、第１筒状部の一例である放電電極１２６ａと、放電電極１２６ａを囲んで配置された複数の第２筒状部の一例である放電電極１２６ｂ及び１２６ｃとを含んでいる。対向電極３０と放電電極１２６ａとの間の距離Ｌａは、対向電極３０と複数の放電電極１２６ｂ及び１２６ｃの各々との間の距離Ｌｂ及びＬｃより小さい。
【０１１０】
これにより、外周に配置された放電電極１２６ｃの電界集中を緩和し、複数の放電電極１２６ａ〜１２６ｃの各々からのミスト４の量を略均等にすることができる。
【０１１１】
なお、本変形例では、放電電極の高さｈを平面視における配置位置に応じて異ならせたが、これに限らない。放電電極の高さｈは、平面視における配置位置に依らず一定でもよく、対向電極の形状が異なっていてもよい。例えば、対向電極は、平面視における位置が中心から離れる程、放電電極から離れるように、円錐側面形状に形成されていてもよい。あるいは、対向電極は、平面視における位置が中心から離れた部分程、放電電極から遠ざかるように階段状に形成されていてもよい。
【０１１２】
また、本変形例において、外側の放電電極程、対向電極との距離を近づけてもよい。これにより、電界が集中しやすい外側の放電電極の先端に、より高電界が印加されるようにすることができる。このため、外側の放電電極からのミストの生成量を増やすことができ、全体としてのミストの噴霧量を増やすことができる。
【０１１３】
（その他）
以上、本発明に係る静電霧化装置について、上記の実施の形態及びその変形例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。
【０１１４】
例えば、上記の実施の形態では、電極支持板２１が液体２の上面を覆うように設けられ、複数の放電電極２６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、電極支持板２１は、液体２の下面又は側面を覆っていてもよく、複数の放電電極２６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。
【０１１５】
また、例えば、噴出板２０は、導電性の放電電極２６の代わりに、絶縁性の材料を用いて形成された筒状のノズルを備えてもよい。例えば、液体２に接地電位を供給することで、ノズルが導電性を有しなくても、ノズル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。
【０１１６】
また、例えば、噴出板２０は、電極支持板２１と複数の放電電極２６とが一体に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もよい。
【０１１７】
また、例えば、複数の放電電極２６には、距離ｐが外径Ｒの１０倍より小さい２つの放電電極２６が含まれてもよい。また、例えば、複数の放電電極２６の各々の高さｈは、外径Ｒの４倍より小さくてもよい。
【０１１８】
また、例えば、複数の放電電極２６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、複数の放電電極２６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、複数の放電電極２６は、格子の各交点に配置されていてもよい。
【０１１９】
また、上記実施の形態において、コントローラ６０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６０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。
【符号の説明】
【０１２４】
１、１０１  静電霧化装置
２  液体
１０  液体槽
２０  噴出板
２１  電極支持板（平板部）
２６  放電電極（筒状部）
２６ａ、１２６ａ  放電電極（第１筒状部）
２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、１２６ｂ、１２６ｃ  放電電極（第２筒状部）
２７  開口
３０  対向電極
３１  貫通孔
４０  電圧印加部
【図１】
2019093345.tif 000003
【図２】
2019093345.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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