(57)【要約】【課題】霧化塗料などの帯電効率をさらに高くし、さらに高い塗着効率を容易に得られるようにする静電霧化装置及び静電霧化方法を提供する。【解決手段】霧化用の吐出口２２と、吐出口２２から吐出物を供給する吐出物供給手段と、エア噴出口３０と、エア噴出口３０からエアを供給するエア供給手段と、霧化された吐出物を荷電するための帯電用電極４０と、帯電用電極４０に高電圧を供給する電圧供給手段と、を備える静電霧化装置に、吐出口２２より吐出物の吐出方向に突出し帯電用電極４０から放出される荷電子を誘引する誘引用補助電極５０を設ける。本手段によれば、帯電用電極４０から放出された荷電子が、誘引用補助電極５０により霧化吐出物の存在するところに誘引され、霧化吐出物を効率的に帯電することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
霧化用の吐出口と、該吐出口から吐出物を供給する吐出物供給手段と、エア噴出口と、該エア噴出口からエアを供給するエア供給手段と、霧化された吐出物を荷電するための帯電用電極と、該帯電用電極に高電圧を供給する電圧供給手段と、を備える静電霧化装置であって、
前記吐出口より吐出物の吐出方向に突出し前記帯電用電極から放出される荷電子を誘引する誘引用補助電極を有することを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
前記誘引用補助電極は、前記吐出口に連通した吐出物流路内に収納され該吐出口の方向に延びる柱状の電極基部と、該電極基部より延びて該吐出口より突出する針状の電極先端部と、からなる請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項３】
前記帯電用電極と前記帯電用補助電極との間には、抵抗部材が設けられている請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項４】
霧化用の吐出口と、該吐出口から吐出物を供給する吐出物供給手段と、エア噴出口と、該エア噴出口からエアを供給するエア供給手段と、霧化された吐出物を荷電するための帯電用電極と、該帯電用電極に高電圧を供給する電圧供給手段と、により、霧化された吐出物を帯電する静電霧化方法であって、
前記吐出口より吐出物の吐出方向に突出し前記帯電用電極から放出される荷電子を誘引するための誘引用補助電極を設け、該誘引用補助電極により誘引された荷電子により霧化吐出物を帯電することを特徴とする静電霧化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電させた霧化塗料を被塗物に塗着させる塗装装置などに用いることができる静電霧化装置及び静電霧化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水性塗料などの電気抵抗の低い塗料を用いて静電塗装を行う方法として、圧縮空気などで霧化すると同時に負の電荷に帯電させた塗料を接地状態の被塗物に塗着させる塗装方法がある。塗料に負の電荷を帯電させる方法としては、内部印加による方法と外部印加による方法とがある。
【０００３】
内部印加による方法では、塗装装置に設けた静電気帯電用電極に対して高電圧電源を供給し、その帯電用電極を塗装装置の内部において塗料に接触させ、塗料全体に高電圧をかけることで帯電状態になった塗料を装置から吐出されるようになされている。
【０００４】
この方法では塗料経路が電気回路を構成するので、経路の一部が接地されると電流が漏れて高電圧がかけられなくなることがある。これを防ぐために、塗料タンクから塗装装置の塗料吐出口に至る塗料経路を電気的に絶縁しておく必要がある。そのため、塗料の色替えに際しては、まず塗装装置及びそれに接続している塗料タンクを放電させて接地状態にし、塗料装置を塗料タンクから切り離して別の塗料タンクに接続してから、塗装装置とそれに接続された塗料タンクを大地に対して電気的に絶縁する状態に切り替える、という工程が必要となる。それゆえ段取り替えに関しては工数が多くなって効率が悪いという欠点がある。
【０００５】
そこで、塗料の色替え作業の効率が要求される場合には、外部印加による方法が多く用いられている。その一例として、特開平７−３２８４９３号公報（特許文献１）に開示されているものがある。この方法は、塗装装置の外部に露出する形態で設けた帯電用電極により塗装装置の近傍の空気をイオン化し、塗装装置から霧状に吐出された霧化塗料をイオン化空気に接触させることによって帯電状態にするようにしたものである。このような方法であれば、塗料の流路を常に接地状態にしておくことができるので、段取り替えに際して絶縁状態と放電状態との切り替え作業が不要となる。
【０００６】
しかしながら上記文献の方法のごとく従来の静電霧化装置及び静電霧化方法においては、霧化した塗料と帯電用電極とが直接接していないため、帯電用電極より放出されたイオンを霧化塗料に十分に接触させることが難しく、霧化塗料に到達できずにいたイオンが多く存在していた。また、霧化塗料に到達したイオンの中には、霧化塗料を帯電せずに霧化塗料の雰囲気外へ出ていくものも少なからず存在していた。それゆえ、塗料の帯電効率は必ずしも十分に高いとは言えず、結果的に塗装時において十分に高い塗着効率を得ることが難しいという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−３２８４９３号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、従来の静電霧化装置及び静電霧化方法よりも霧化塗料などの帯電効率がさらに高く、塗料などの塗装においてさらに高い塗着効率を容易に得られるようにする静電霧化装置及び静電霧化方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の静電霧化装置は、霧化用の吐出口と、該吐出口から吐出物を供給する吐出物供給手段と、エア噴出口と、該エア噴出口からエアを供給するエア供給手段と、霧化された吐出物を荷電するための帯電用電極と、該帯電用電極に高電圧を供給する電圧供給手段と、を備える静電霧化装置であって、前記吐出口より吐出物の吐出方向に突出し前記帯電用電極から放出される荷電子を誘引する誘引用補助電極を有することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の静電霧化方法は、霧化用の吐出口と、該吐出口から吐出物を供給する吐出物供給手段と、エア噴出口と、該エア噴出口からエアを供給するエア供給手段と、霧化された吐出物を荷電するための帯電用電極と、該帯電用電極に高電圧を供給する電圧供給手段と、により、霧化された吐出物を帯電する静電霧化方法であって、前記吐出口より吐出物の吐出方向に突出し前記帯電用電極から放出される荷電子を誘引するための誘引用補助電極を設け、該誘引用補助電極により誘引された荷電子により霧化吐出物を帯電することを特徴とする。
【００１１】
なお、いずれの手段においても、上記荷電子は、電子、負のイオン、並びに負電荷に帯電したクラスター様の粒子の少なくとも一種を含むものである。
【００１２】
本手段によれば、帯電用電極から放出された荷電子が、誘引用補助電極により霧化した吐出物の存在するところに誘引される。その結果、従来の静電霧化装置及び静電霧化方法においては吐出物に到達できずにいた荷電子が、誘引用補助電極に誘引されることで吐出物に接触してそれを帯電できるようになる。また、霧化吐出物に到達できてもそれを帯電せずに霧化吐出物の雰囲気外へ出ていこうとする荷電子についても、誘引用補助電極に誘引されることで霧化吐出物の雰囲気内に留まり、霧化吐出物に接触してそれを帯電できるようになる。それゆえ、従来の静電霧化装置及び静電霧化方法よりも吐出物の帯電効率を向上させることができる。
【００１３】
従って本手段を例えば塗装装置に用いれば、塗装時において十分に高い塗着効率を得ることができるようになる。その結果、塗料の使用量の削減などを計ることができるようになり、塗装コストを減らすことができる。
【００１４】
【発明の実施形態】
本発明においては、霧化用の吐出口と、該吐出口から吐出物を供給する吐出物供給手段と、エア噴出口と、該エア噴出口からエアを供給するエア供給手段と、霧化された吐出物を荷電するための帯電用電極と、該帯電用電極に高電圧を供給する電圧供給手段と、については、それぞれ特に限定されるものではなく、従来と同様の形態のものを用いることができる。
【００１５】
なお、本発明においては、吐出物の種類で限定されるものではなく、塗装装置に用いる場合であれば、水性塗料及び油性塗料のいずれにも用いることができるが、水性塗料など電気抵抗の低い吐出物を用いる場合に特に有効である。
【００１６】
帯電用電極は、エア噴出口から噴出させたエアの流路またはその近傍に設けられるものでもよいが、後述の実施例で用いるエアキャップのごとく、外部から区画されかつエア噴出口に連通したエア流路内に設けられているものが好ましい。
【００１７】
誘引用補助電極については帯電用電極から放出される荷電子を誘引することができれば、形状、材質及び設置方法などで特に限定されるものではないが、以下の形態のものが好ましい。
【００１８】
誘引用補助電極が荷電子を誘引させるようにする方法としては、誘引用補助電極を接地する方法、または荷電子とは反対電位（正の電位）の電圧を誘引用補助電極に印加する方法などが挙げられる。なお後者の方法では、誘引用補助電極に電圧を供給するための電圧供給手段が必要となる。
【００１９】
誘引用補助電極として、霧化用の吐出口またはその近傍より突出したものなどが挙げられるが、霧化用の吐出口より吐出物の吐出方向に突出するものの方が、帯電用電極から放出される荷電子を霧化した吐出物のあるところに誘引しやすく、誘引効率などの点で望ましい。いずれにおいても、少なくともその電極先端部が霧化された吐出物の雰囲気中にあれば、帯電用電極から放出される荷電子を霧化した吐出物のあるところに誘引しやすくなる。また、誘引用補助電極は、先端が鋭利な針状の電極先端部を有するものが望ましい。
【００２０】
誘引用補助電極として、吐出口に設置される電極基部と、その電極基部より吐出物の吐出方向へ突出する電極先端部とからなるものが挙げられる。その具体例として、吐出口の周縁部に沿って延び吐出口の周縁部に設置される枠部と、該枠部から延び吐出口上で架橋する架橋部とからなる電極基部は、安定性などの点から好ましい。なお、霧化用の吐出口は円形であることが多いため、図５には、それに適した電極基部の形態として、リング状をなす枠部と、枠部（リング）の直径方向に架橋される架橋部とからなるものを例に示した。この場合、架橋部は１本だけでもよいが、図５に示したがごとく複数もつものであれば、安定性がさらに向上するので一層好ましい。さらに網状の架橋部をもつものを用いれば、吐出物の霧化を促進できる効果も期待され好ましい。なお、電極基部は絶縁性の樹脂などに内包しておくことが好ましい。
【００２１】
特に本発明における誘引用補助電極は、霧化用の吐出口に連通した吐出物流路内に収納され該吐出口の方向に延びる柱状の電極基部と、該電極基部より延びて該吐出口から突出する針状の電極先端部と、からなることが望ましい。このような誘引用補助電極は、場所をとらず、かつ吐出物の吐出やエアの噴出を妨げることがない点で優れている。
【００２２】
この場合、電極基部は、吐出口に連通した吐出物流路内の中心部を延びることが好ましい。吐出物流路は円柱状もしくは円筒状であることが多いので、その場合には電極基部が吐出物流路の中心軸に沿って延びることが好ましい。一方、その先端部は、吐出口の中心部から突出することが好ましい。吐出口も円形もしくは円環状にあれば、その中心から突出することが好ましい。
【００２３】
なお、上記誘引用補助電極として、電極先端部の先端が吐出口内に納まっているものも挙げられるが、霧化される前の液状吐出物に阻まれて荷電子の誘引効率が低くなると考えられる。
【００２４】
誘引用補助電極の材質については特に限定されるものではなく、金属材料及び導電性樹脂のいずれから形成されたものであってもよい。
【００２５】
他方、前記帯電用電極と前記帯電用補助電極との間には、抵抗部材が設けられていることが望ましい。この抵抗部材により、吐出物の霧化帯電中に帯電用電極と誘引用補助電極との短絡や干渉などを防ぐことができ、電極が破損する恐れをなくすことができる。
【００２６】
【実施例】
本発明の静電霧化装置及び静電霧化方法としては、例えば塗料を圧縮空気で霧化すると同時に帯電させる静電塗装装置及びそれを用いた塗装方法を挙げることができる。以下、本発明の一実施形態として、作業者が把持して取り扱うハンドガンタイプの静電塗装ガンを例にして図１〜図４を参照しながら説明する。なお、以下では説明を容易にするため、塗料が吐出口から吐出される方向を前方と言い、その反対方向を後方と言うことにする。また、図面に向かって上方向を上方と言い、その反対方向を下方と言うことにする。
【００２７】
本実施例の静電塗装ガンは、図１にその主要部を示すように、絶縁性の樹脂材料からなるガン本体１０（一部図示）と、ガン本体１０の前端部に設けられ、塗料の吐出及び圧縮空気（エア）の噴出を行うノズル２０とから構成されている。
【００２８】
この静電塗装ガンは、霧化用の塗料吐出口２２と、この塗料吐出口２２から塗料（吐出物）を供給する吐出物供給手段とを有している。この吐出物供給手段は、塗料ノズル２４と、二ードル弁１２と、塗料ホース（図示せず）とから構成されている。塗料ノズル２４の中心孔は塗料流路２４ａとなっている。ここで図示しないトリガの操作に連動して開閉される常閉式の二ードル弁１２が開弁すると、ガン本体１０の後部に接続された塗料ホースを通じて圧送された塗料が、塗料ノズル２４に向けて供給され、塗料流路２４ａを通じて塗料吐出口２２から霧状に吐出される。
【００２９】
ノズル２０は、ガン本体１０の前端部に取り付けた複数部品（塗料ノズル２４、エアキャップ２６、固定部材２７など）から構成されている。ガン本体１０の前端部には、その前端面中央を切欠した形態の円形の取付凹部１０ａが形成されている。この取付凹部１０ａの内周には、絶縁性材料からなる塗料ノズル２４が、その後端部を螺合することにより前端部を取付凹部１０ａから前方に突出した形態で固設されている。塗料ノズル２４の外周面の周囲には、絶縁性樹脂より形成されている円筒部１４が、円筒状の間隙を隔てて同軸的に設けられている。この円筒状間隙には、後述するようにパターンエア噴出口３４にエアを供給するエア流路が設けられている。
【００３０】
エアキャップ２６は、円筒部２６ａと、前面部２６ｂと、前面部２６ｂの前面の上下両端部から前方に突出する角部２６ｃと、前面部２６ｂの後面の両端部から後方に延びる仕切用円筒部２６ｄと、から絶縁性樹脂より同体的に構成されている。
【００３１】
ガン本体１０の先端部の外周上とエアキャップ２６の円筒部２６ａの後端部の外周上とには、ナット様の固定部材２７が螺合されている。この固定部材２７により、エアキャップ２６が、塗料ノズル２４の前方位置において仕切用円筒部２６ｄを塗料ノズル２４の前端面に付き当てた状態で固定されている。
【００３２】
塗料ノズル２４の中心孔、すなわち塗料流路２４ａは、塗料の流れる方向に向かって段階的に径が小さくなる複数の円柱状空洞部が同軸的に直列した形態で形成されている。この塗料流路２４ａの後端は、二ードル弁１２に連通されている。
【００３３】
塗料ノズル２４の前端部はエアキャップ２６の中心孔に挿入され、エアキャップ２６の中心孔の内周面と塗料ノズル２４の前端部の外周面との間には略円筒状の間隙が形成されている。この略円筒状の間隙は、塗料吐出口２２から吐出された塗料を霧化するためのエアを噴出する霧化エア噴出口３０となる。また、この塗料ノズル２４の前端部は、ノズル２０の前端面に臨む塗料吐出口２２として静電塗装ガンの外部に開口している。
【００３４】
エアキャップ２６の前面部２６ｂには、前述の霧化エア噴出口３０の他に副パターンエア噴出口３２が設けられている。また、角部２６ｃの内側面部には、パターンエア噴出口３４が設けられている。
【００３５】
霧化エア噴出口３０と副パターンエア噴出口３２とにエアを供給する供給手段は、霧化エア流路３６ａ〜３６ｄから構成されている。すなわち、塗料ノズル２４には、塗料流路２４ａと同心円状に配された複数の霧化エア流路３６ｃが、塗料ノズル２４の前後両端面間に貫通する孔状に形成されている。これらの霧化エア流路３６ｃの後端は、取付凹部１０ａの奥端部に形成された環状の霧化エア流路３６ｂに連通されている。この環状の霧化流路３６ｂは、ガン本体１０の内部に形成された霧化エア流路３６ａに連通されている。
【００３６】
また、塗料ノズル２４の霧化エア流路３６ｃの前端は、塗料ノズル２４の前端部外周とエアキャップ２６の仕切用円筒部２６ｄの内周及びエアキャップ２６の後面とによって囲まれた環状の霧化エア流路３６ｄに連通されている。この環状の霧化エア流路３６ｄは、エアキャップ２６の中心孔の内周と塗料ノズル２４の前端部外周との隙間に塗料吐出口２２を囲むように形成された環状の霧化エア噴出口３０、及びエアキャップ２６における霧化エア噴出口３０の上下両側に形成した孔状をなす副パターンエア噴出口３２を介してノズル２０の前端面に開口されている。
【００３７】
一方、パターンエア噴出口３４にエアを供給する供給手段は、パターンエア流路３８ａ〜３８ｅによって構成されている。パターンエア流路３８ａは、ガン本体１０の内部に霧化エア流路３６ａ〜３６ｄとは独立した別個の流路として孔状の流路が形成されている。パターンエア流路３８ａの前端部は、取付凹部１０ａの内周に溝状に形成された環状のパターンエア流路３８ｂに連通されている。このパターンエア流路３８ｂは、前後方向に貫通する複数のパターンエア流路３８ｃを介して、塗料ノズル２４の外周面と円筒部１４の内周面との間に形成された環状のパターンエア流路３８ｄに連通されている。このパターンエア流路３８ｄは、エアキャップ２６の角部２６ｃの内部に形成した上下一対のパターンエア流路３８ｅに連通されている。このパターンエア流路３８ｅは、角部２６ｃに形成したパターンエア噴出口３４を介してノズル２０の外部に開口されている。
【００３８】
円筒部１４の先端部には、金属製の帯電用電極４０が装着されている。なお、この帯電用電極４０は、導電性樹脂からなるものでもよい。この帯電用電極４０は、一部が切欠けされた形態の円弧状のリング部４０ａと、このリング部４０ａから前方（このリング部４０ａの中心軸と平行方向）へ突出する２本のピン部４０ｂとからなる。ピン部４０ｂは、リング部４０ｂに対して溶接などによって固着されている。かかる帯電用電極４０は、そのピン部４０ｂの先端部をパターンエア流路３８ｅに突出させた状態で、円筒部１４の先端部内に埋設されている。
【００３９】
ガン本体１０の内部には塗料を荷電するための帯電用電極４０に高電圧を供給する電圧供給手段が設けられている。電圧供給手段は、高電圧発生器（図示せず）と、高電圧発生器と帯電用電極４０とを導通可能に接続する導電部材４２（一部図示）と、から構成されている。高電圧発生器はガン本体１０の内部に前後方向に長い状態で二ードル弁１２よりも上方に位置して収容されている。導電部材４２も円筒部１４内に埋設されており、その先端部がリング部４０ａに接続されているとともに、後端部が高電圧発生器に接続されている。なお導電部材４２は金属製のものでも導電性樹脂からなるものでもよい。
【００４０】
誘引用補助電極５０は、吐出物流路２４ａの中心軸に沿って吐出物流路２４ａの後端部から吐出口２２の方向に延びる柱状（断面円形状）の電極基部５０ａと、吐出口２２の中心から突出する針状の電極先端部５０ｂと、からなる。電極基部５０ａ及び電極先端部５０ｂは、同じ金属材料で同体的に形成されている。
【００４１】
電極基部５０ａの後端部は絶縁性樹脂よりなる保護部５２に内包され、保護部５２の外周面上には、その拡径方向の四方に突出する突出部５４が弓矢の羽根様に一体的に形成されている。その突出部５４の先端面５４ａが、塗料ノズル２４の中心孔の後端部の内周面に突き当てられた状態で、電極基部５０ａの後端部が、二ードル弁１２の前端面に設けた取付凹部１２ａに挿着されている。この突出部５４は、ついたてのごとく、誘引用補助電極５０が塗料ノズル２４の中心孔内に安定的に固設保持されることを助ける。また、二−ドル弁１２から供給された塗料は、突出部５４どうしの間に形成される間隙を通じて、塗料ノズル２４の中心孔を流れることができる。
【００４２】
誘引用補助電極５０が正電位となるように、誘引用補助電極５０に正電圧を供給する正電圧供給手段もガン本体１０の内部に設けられている。この正電圧供給手段は、正電圧発生器（図示せず）と、正電圧発生器と誘引用補助電極５０とを導通可能に接続する導電部材（図示せず）とから構成されている。
【００４３】
塗料の吐出制御手段は、ハンドガンのトリガと、二ードル弁１２とから構成される。トリガを操作すると、二ードル弁１２が開弁して塗料がノズル２０の塗料吐出口２２から前方に吐出される。エア供給制御手段は、トリガ（図示せず）と、空気弁（図示せず）とから構成される。トリガの操作と同時に空気弁が開き、エア供給手段は作動状態となる。
【００４４】
このとき、ノズル２０の霧化エア噴出口３０と副パターンエア噴出口３２からは霧化エア流路３６ａ〜３６ｄを通じて供給された所定圧力のエアが、それぞれ霧化エアＡａ及び副パターンエアＡｂとして噴出される。吐出された塗料は、霧化エアＡａにより霧化された塗料流Ｐとなる。また、パターンエア噴出口３４からも、パターンエア流路３８ａ〜３８ｅを通じて供給された所定圧力のエアがパターンエアＡｃとして霧化塗料流Ｐに向けて噴出される。このパターンエアＡｃにより霧化塗料流Ｐは、断面略楕円形状のパターンに成形される。なお、副パターンエアＡｂは、パターンエアＡｃに向かって吹き付けられ、そのパターンエアＡｃが霧化塗料流Ｐに対して局所的に集中して吹き付けられることに起因する霧化塗料流Ｐの分断が防止されている。
【００４５】
トリガを操作してエア供給が開始すると、同時に帯電制御手段が作動して電圧供給手段が作動する。すなわち、パターンエア流路３８ａ〜３８ｅ内を流れるエアは、パターンエア流路３８ｅ内に配置された帯電用電極４０に接触することにより、イオン化された荷電子を含む状態でパターンエア噴出口３４からノズル２０の外部へ噴出される。こうして荷電子を含むパターンエアＡｃは霧化塗料流Ｐに吹き付けられ、霧化塗料流Ｐに到達した荷電子の多くは霧化塗料を帯電する。
【００４６】
一方、帯電制御手段が作動すると同時に正電圧供給手段も作動し、誘引用補助電極５０に正電圧が供給されて、誘引用補助電極５０が正電位になる。その結果、霧化塗料流Ｐに到達できずにいた荷電子が、誘引用補助電極５０に誘引されることで霧化塗料に接触してそれを帯電する。さらには霧化塗料流Ｐに到達できてもそれを帯電せずに霧化塗料流Ｐの外へ出ていこうとする荷電子も、誘引用補助電極５０に誘引されることで霧化塗料流Ｐ内に留まり、霧化塗料に接触してそれを帯電する。こうして霧化塗料は、大部分が帯電したものとなり、接地状態におかれている被塗物（図示せず）に塗着される。
【００４７】
従って本静電塗装ガンによれば、誘引用補助電極５０を働かせることにより、霧化塗料に接触してそれを帯電する荷電子を増加させることができ、塗料の帯電効率を容易に向上させることができる。それゆえ、塗装時において十分に高い塗着効率を得ることができ、吐出させる塗料の削減などを計ることができるようになる。その結果として塗装コストを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における静電塗装ガンの部分断面図である。
【図２】実施例における静電塗装ガンに用いられている誘引用補助電極を示す図である。（ａ）は断面図である。（ｂ）は後方から見た様子を示す図である。
【図３】実施例における静電塗装ガンのノズル部分の部分拡大図である。
【図４】実施例における静電塗装ガンに用いられるエアキャップと帯電用電極の部分拡大斜視図である。。
【図５】本発明で用いることができる誘引用補助電極の部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
２０：ノズル  ２２：塗料吐出口  ２６：エアキャップ  ３０：霧化エア噴出口（エア噴出口）  ３４：パターンエア噴出口  ３８ｅ：パターンエア流路  ４０：帯電用電極  ５０：誘引用補助電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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