JPH0411262B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静電噴霧にそして特に排他的ではな
いが農薬例えば除草剤、殺虫剤および殺菌剤の静
電噴霧に関するものである。

英国特許第1569707号明細書または日本国特許
第1189213号明細書には液体の静電噴霧装置が開
示されている。この装置は電力消費の少ない（乾
電池を容易に消耗させる可動部分を備えてない）
構造の簡単なものであり、従つて大きな電源を容
易に利用できない例えば作物へ散布する際の手持
ち式の噴霧器として用いるのに特に適している。
作物の静電噴霧はまた、単に露出した表面だけに
散布するのではなく噴霧が葉のうら全体に引き込
まれて作物に一様に散布でき、それによりせいぜ
いむだとなつたり周囲に危険である噴霧偏流を減
少させる効果をもつている。従つて特に手持ち式
の噴霧器として用いるのに適しているが、英国特
許第1569707号明細書または日本国特許第1189213
号明細書に開示された装置はまた多量の液体を一
層有利に噴霧するためトラクタのような車両や飛
行機に有利に装着され得る。

上記英国特許第1569707号明細書または日本国
特許第1189213号明細書に開示された装置は本質
的に放電ノズルと、このノズルのまわりに配置し
た電極と、噴霧すべき液体をノズルへ供給する容
器と、高電圧をノズルへ印加する高電圧発生装置
とから成り、電極はアースされる。このようにし
て、ノズルと電極との間にノズルを通過する液体
を噴霧するのに十分な強い電界が発生され得る。

英国特許第1569707号明細書に開示された装置
は液体を噴霧ノズルへ重力によつて供給する。こ
れは手持ち式の装置から少容量の噴霧液を供給す
るためには十分作動する（この装置は超低容量の
噴霧には特に適している）が、比較的多容量を供
給すべき場合には有利でない。

手持ち式の装置でも、重力でノズルへ液体を供
給できる状態に常に噴霧器を保持しなければなら
ないことはしばしば不便であり、これにより例え
ば噴霧を上方へ向けることは困難となる。従つて
液体を供給するより積極的な方法が望まれる。

明らかなように、液体は手でかまたは電気的に
作動される機械的ポンプによつて噴霧ヘツドへ供
給され得る。しかしながら、手動型のポンプでは
噴霧ノズルにおいて圧力変動を生じさせる傾向が
あり、その結果、噴霧のかかり及び付着状態が一
様でなくなることになる。さらに、熱い気候にお
いては、そのような手動型の装置の使用は背中に
重い噴霧器タンクを常に背負うことになるため、
作業者にはきつい仕事である。電動型の機械的ポ
ンプは最も効果的な静電噴霧器より相当多くの電
気エネルギを必要とし、また本質的に多分しばし
ば破損する可動部品を備えている。

そこで上述の困難な諸点を少なくとも部分的に
解決する静電噴霧装置を開発した。

本発明によれば、噴霧液を帯電させて噴霧させ
る噴霧ヘツドと、噴霧液を噴霧ヘツドへ供給する
電気絶縁性導管と、この導管内に装着されたイオ
ン注入電極と、イオン電極の下流で上記導管に装
着されたイオン放出電極と、導管内の噴霧液を噴
霧ヘツドへ供給するための静水圧を生じさせるの
に十分な電位差を上記二つの電極間に形成する装
置とを有することを特徴とする静電噴霧装置が提
供される。

好ましくは、噴霧ヘツドは導電性であるノズル
を有し、このノズルに隣接して電界増強電極を備
えまたノズルに高電圧を印加しかつ電極をアース
する装置を備えた種類のものである。

この明細書では、用語“導電性”は半導電性を
包含するものとする。

電極間の印加電圧は、ある情況では比較的高い
（例えば30KV）及び低い（例えば1KV以下）電
圧を用いることができるが、有利には10〜25KV
程度である。

イオン放出電極は噴霧ヘツドまたはその一部を
形成しても或いは噴霧ヘツドとは別個でもよい。

イオン注入電極とイオン放出電極との間の間隔
は、アークが発生しない程度にされる。それによ
り大きなイオンポンプ作用が得られる。すなわ
ち、一般に知られているように発生されたイオン
（陰電荷を帯びた陰イオンまたは陽電荷を帯びた
陽イオン）は印加電圧の働きで陽極または陰極へ
移動し、吸着される。この際両電極が近ければ電
極が作る電場が強くなり、イオンの移動、吸着は
活発となる。例えば、高抵抗性の炭化水素液体及
び25KVの電圧での作動では間隔１mmで35cmの液
頭が得れ、間隔1.5mmで15cmの液頭が得られ、間
隔３mmで５cmの液頭が得られる。しかしながら、
アーク発生はポンプの動作に重大に影響を及ぼ
し、一度始まると繰返される傾向がある。

以下、本発明の特殊な実施例を添付図面につい
て説明する。

第１図、第２図に示す第１の実施例は、背中に
背負うようにされた噴霧器容器１０から成る形式
の噴霧装置（背のう型噴霧装置）であり、この装
置は可撓導管１３を介して噴霧管１２に取付けた
噴霧ヘツド１１に連通している。第１図を詳細に
参照すると、噴霧器容器１０はねじ係合部１４に
よつて継手１５に取付けられている。この継手１
５は可撓導管１６を備え、その一端１７は噴霧器
容器１０の底部までのび、また導管１６の他端は
タツプ１８を介して噴霧管１２に連通している。
継手１５はまた空気曲り管１９を備え、この空気
曲り管１９は管２０から成り、この管２０は二つ
のばね偏倚型逆止め玉弁２１，２２を備えそして
２３で大気に連通している。二つのばね偏倚型逆
止め玉弁２１，２２間において管２０は弾性の閉
じたゴム球体２４に連通している。可撓管１６は
噴霧管１２に連結され、そしてプラスチツク材料
（ポリプロピレン）の堅い絶縁導管２５に連通し
ている。この導管２５の先端には噴霧ヘツド１１
が設けられており、この噴霧ヘツド１１は環状金
属ノズル２７から成り、この環状金属ノズル２７
の環径は約10mm、また環のギヤツプは0.5mmであ
る。環状金属ノズル２７の僅か前方でその周囲は
直径約50mmの金属リング２８が設けられている。
導管２５の壁内には針電極２９が設けられ、そし
てこの針電極２９から約２mm噴霧ヘツド１１へ寄
つた位置において導管２５の内側周囲に金属環状
体の形状の放電電極３０が設けられている。また
懐中電灯用電池で給電される可変高電圧発生装置
３１（233P、０〜20KV、200MAモジユール
Branden−burg社製）は噴霧管１２に装着され
ている。この可変高電圧発生装置３１は通常知ら
れているようにコイルやコンデンサを利用して電
池電圧を昇圧する形式のものから成り得、その一
方の出力端子はアース３２（垂下金属線）に接続
され、また他方の出力端子は針電極２９及び環状
金属ノズル２７に接続される。放電電極３０及び
金属リング２８は両方ともアースされている。

動作において、噴霧器容器１０には噴霧液（芳
香族炭化水素液中５％の殺虫剤溶液から成る）が
充填され、そしてこの容器１０は継手１５に装着
され、タツプ１８が開放される。その後、ゴム球
体２４を徐々に押しつぶして環状金属ノズル２７
から噴霧液が出始めるまで容器１０内へ空気を送
り込むことによつて噴霧装置は用意される。そし
て高電圧発生装置３１が作動される。この高電圧
発生装置３１は環状金属ノズル２７と電界増強電
極として働く金属リング２８との間に強い静電界
を発生させ、そして環状金属ノズル２７から放出
される液体は帯電されそしてこの電界によつて噴
霧状にされて帯電粒子の細かい噴霧として外部へ
放射される。

ここでアースされる電極を導電性表面の近くに
設けることにより、小滴を帯電させるのに相当低
い印加電圧でも十分であることについて理論的に
説明する。これについては特公昭58−17668号公
報が参照できる。

液体は主として静電力によつて帯電されかつ噴
霧化される。噴霧ヘツドの口部に到達する液体は
局部静電界Ｑによつて帯電されかつ噴霧化され、
この静電界Ｑは距離に逆比例し、従つて電位差を
距離で割つた値すなわち電圧こう配の大きさ
（Volt／cm）で表わされる。電界強度Ｑにおける
電荷ｑを運ぶ粒子における力は電荷と電界強度と
の積qQで表わされる。そこで帯電した物体とア
ースした物体との間の電界を考えると、電界強度
が電圧こう配に関係するので、電界強度は帯電し
た物体における電圧の増大によつてだけではな
く、帯電した物体とアースした物体との距離の減
少によつても増大され得る。また、帯電した物体
とアースした物体との距離を減少すれば、電圧を
低減しても、帯電した物体とアースした物体との
間の電界強度を同一に保つことができる。

従つて、噴霧ヘツドに非常に近接して（例えば
１〜５cm程度離して）アースされる電極を設ける
ことにより、相当低い電圧でも噴霧ヘツドに強い
帯電、噴霧化電界を形成することができる。

このような噴霧作用には空気ブラストまたは回
転円板のような機械的手段を全く必要としない。
導電性表面における電圧による電界と霧状液体自
体の空間電荷との組合わせによつて小滴を接地さ
れた物体へ向けることができまた空中（エーロゾ
ル）雲を形成することができる。

電界強度は距離に逆比例するので、アースされ
る電極を導電性表面の近くに設けることによつて
電界強度及び従つて導電性表面上における液体に
働く力は非常に増大される。電界によつて生じる
力の作用で表面における液体は短いひも状または
糸状の噴流を成してその先端で帯電された細かい
小滴に分散され霧化状態となる。

アースされる電極は液体を霧化させる領域内の
電界に強く影響を与えるので“擬似標的”と考え
られ得る。すなわちそれは導電性表面に近接して
配置されるにもかかわらず実際の標的と違つてい
る。驚くべきことには、この電極に実質的な量の
液体を付着させずに実際の標的に液体を噴霧でき
ることを見い出した。

観察によれば、液体の物理的特性（例えば抵抗
率、粘度）及び流速が約１cmまたはそれ以上のひ
も状または糸状の噴流を（静電的に）形成するよ
うであるとすると、慣性力と重力の場と静電界と
の合力がアースされる電極から離れる方向である
電界の部分において噴霧作用の行なわれることが
認められる。このような液体の噴霧と同時に、印
加電圧によつて針電極２９付近に発生されたイオ
ンは接地放電電極３０へ引き寄せられ、従つてそ
れらのイオンは放電すべき電極３０へ移動し、そ
れらのイオンの移動によつてポンプ作用が得ら
れ、これにより噴霧液を容器１０から引き出して
噴霧ヘツド１１へ移送するのに十分な圧力が発生
される。

別個の放電電極を備えてない本発明の第２の実
施例を第１図、第３図に示す。この実施例では容
器１０および管１６はタツプ４０を介して噴霧管
４２内の管４１に連通し、管４１は第２図に関し
て説明した種類の金属ノズル４４および金属リン
グ４５から成る噴霧ヘツド４３で終端している。
前述の実施例のように針電極４６が設けられる
が、しかしこの針電極４６は金属ノズル４４の比
較的近くに配置され、また別個の放電電極は設け
られない。高電圧発生装置４７（前述のものと同
じ形式のもの）の一方の出力端子はノズル４４に
接続され、また他方の出力端子はアース４８に接
続され、針電極４６及び金属リング４５は共にア
ースされる。

この装置は第１の実施例と同様にして作動す
る。高電圧発生装置４７が作動されると、金属ノ
ズル４４と針電極４６との間に高電圧が印加さ
れ、それにより金属ノズル４４における電荷とは
逆の極性をもつ電荷が針電極４６に発生され、こ
の逆の極性の電荷の作用で針電極４６付近にイオ
ンが発生される。発生したイオンは金属ノズル４
４（針電極４６と逆の極性にある）へ引き寄せら
れ、このイオンの移動によりポンプ作用が得ら
れ、それにより噴霧液は容器から金属ノズル４４
へ向つて供給される。こうして金属ノズル４４へ
供給された噴霧液は帯電され、そして前述の実施
例のように噴霧される。しかしながら一般には、
得ることのできる圧力及び流量は、イオン注入電
極に直接高電位の加えられる場合のように高くな
い。

上記の装置に対する種々の変更は当業者には明
らかである。例えば装置は手持ちの代りにトラク
タ、車または飛行機に装着され得る。イオン注入
電極は針の形状の代りに鋭い縁部（例えばかみそ
りの刃の縁部のような）を備えても或いは細い線
の形状でもよい。放電電極は例えば導管を横切つ
た粗い金属網または導管内に同軸に配置した導管
より直径の小さい金属管の形状のものでもよい。
必要ならば、両電極は、あまり効果的ではないが
同じ形状、例えば鋭いものでもよい。そのような
場合、イオンは両電極において液体中に注入さ
れ、そして両電極において放出され、その結果と
しての圧力は、一層有効なイオン注入器である方
の電極または各電極に形成されるイオンの極性に
関係する。すなわち、イオンの生成は通常、正す
なわち陽電荷をもつイオンと負すなわち陰電荷を
もつイオンとに分裂する例えば弱酸性の分子によ
るものと考えられ、イオン化のこのプロセスは高
電位にある尖点と関連して高電場内で行われる。
これは、二つの電極間に電圧を印加すると尖つた
電極の方が放電が生じ易いためであり、従つて一
方の電極が尖つており、他方の電極が尖つてなけ
れば、イオンは尖つている方の電極の近くで生成
されることになる。イオンは一度生成されるとそ
のイオンの極性と逆の極性をもつ電極に引き寄せ
られる。このようにして尖つている方の電極の近
くで生成されるイオンには陽電荷をもつイオンと
陰電荷をもつイオンとが含まれており、尖つた電
極の極性と逆の極性をもつイオンはほんの短い距
離しか進まないが、尖つた電極の極性と同じ極性
のイオンは長い距離進んで尖つていない電極まで
到達する。すなわち尖つた電極の極性と同じ極性
のイオンは反対の極性をもつ尖つていない電極へ
向つて引き寄せられるが、尖つた電極の極性と逆
の極性をもつイオンは尖つていない電極の極性と
同じであるためほとんど吸引力が働かずほんの短
い距離しか進まないことになる。

これら両極性のイオンは液体中の分子とイオン
との弱い吸引力によつて液体の分子を引つ張り、
最も遠くまで進んでいくイオンが最も多くの分子
を引つ張ることになる。このように液体の分子は
尖つている電極の方向と尖つてない電極の方向と
の両方向へ引つ張られるが、尖つてない電極の方
向へより多くの分子が引つ張られることになる。

また、両電極がイオンを発生するのに十分なよ
うに尖つている場合には、一方の極性もつイオン
は一方の電極から長い軌道を進み、他方の極性を
もつイオンは他方の電極から長い軌道を進む。し
かし極性の違うイオンは液体の分子に対する吸引
作用が異なり、それで二つの反対方向に引つ張ら
れる分子間の平衡はこの吸引作用に関係する。さ
らに、一方の電極が他方の電極より尖つている場
合には、放電の集中すなわち電荷密度により尖つ
ている方の電極がより多くのイオンを発生し、二
つの反対方向に引つ張られる分子間の平衡はそれ
に依存することになる。従つて、二つの電極間の
導管の形状はポンプ性能に影響を及ぼし得る。注
入電極から放電電極へ向つて導管の横断面を徐々
にかまたは急激に減少させるのがしばしば有利で
あることが見出された。こうすることによりポン
プ作用を高めることができる。アースは作業者に
からまつたりつまずかせる恐れのある引きずつた
金属線である必要はなく、作業者を通してアース
を取つてもよい。作業者が把持する噴霧管におけ
る導電性材料の条片は、高抵抗ではあるがしばし
ば本発明の目的に対して十分であるアースへの通
路を形成する。

装置と共に使用する容器は英国特許第2030060
号および同第2061769号明細書に記載されそして
誤用や電池消耗に対する予防処置としての電気回
路を完成するのに必要な電気結線を組合わせた形
式のものでもよい。そのような容器は高電圧発生
装置に電力を供給する電気エネルギ源（例えば乾
電池）から成り得る。

上記型の装置は高導電性や高低抗性の液体の場
合には十分に作動しない。例示した装置で満足に
噴霧を行なうのには、一般には約10⁶〜10¹⁰Ωcm
（20℃）の抵抗率をもつ液体が好ましい。しかし
ながら、ポンプ機構は液体の抵抗率が高ければ高
いほど良く作動し、抵抗率が比較的低い場合には
おそらく電子移動が少なくとも部分的にイオンの
物理的運動に代るので、ポンプ効果は比例して減
少される。抵抗率が10⁸Ωcm以下の場合には、堅
実なポンプ効果を得ることは困難であり、このた
め約10⁹Ωcmの抵抗率をもつ液体が最も満足にポ
ンプ作用を受けそして噴霧するのでこれらの液体
を用いるのが有利である。液体は可動性が高すぎ
ても粘性が高すぎてもいけない。

電圧を過度に高めることなしに比較的高い動作
圧を発生する必要があれば、一対以上（例えば２
対〜10対）のイオン注入および放電電極を直列に
用いることができる。

10対の注入電極５１と放電電極５２とを管５３
内に装着した本発明の別の実施例を第４図に示
す。この場合、ノズル２７、発生装置３１等の構
成は第２図に示すものと同じである。管５３は直
径３mmである。抵抗率約10⁹Ωcmの炭化水素液を
噴霧するのに第４図に示す装置を用いた場合、10
〜25KVの範囲の印加電圧では１〜２ｍの垂直上
昇で約１ml／ｓの流量が得られ得る。

イオンポンプはそのポンプに供給される液体の
圧力変動を部分的に補償し、それによりそのポン
プから出てくる液体の流量を平滑にさせる。必要
ならば、この平滑作用は適当なフイードバツク例
えばポンプ電極に対する電圧供給部にリンク結合
されかつ圧力または流量の減少に応じて電圧を増
大させまた圧力または流量の増大に応じて電圧を
減少させるようにした流量感知装置をポンプの下
流に設けることによつてなお一層強められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いられる容器及び噴
霧管路の垂直断面図、第２図は本発明による噴霧
管路及び噴霧ヘツドを示す概略図、第３図は本発
明による噴霧管路及び噴霧ヘツドの第２の実施例
を示す図、第４図は本発明による噴霧管路及び噴
霧ヘツドの第３の実施例を示す図である。 図中、１０：容器、１１：噴霧ヘツド、１２：
噴霧管、１３：可撓導管、１５：継手、１６：可
撓管、１８：タツプ、１９：空気曲り管、２０：
管、２１，２２：玉弁、２４：ゴム球体、２５：
絶縁導管、２７：環状金属ノズル、２８：金属リ
ング、２９：針電極、３０：放電電極、３１：高
電圧発生装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 噴霧液を帯電させて噴霧させる噴霧ヘツド
   と、噴霧液を噴霧ヘツドへ供給する電気絶縁性導
   管と、この導管内に装着されたイオン注入電極
   と、イオン注入電極の下流で上記導管に装着され
   たイオン放出電極と、導管内の噴霧液を噴霧ヘツ
   ドへ供給するための静水圧を生じさせるのに十分
   な電位差を上記二つの電極間に形成する装置とを
   有することを特徴とする静電噴霧装置。 ２ 噴霧ヘツドがノズルとこのノズルに隣接した
   電界増強電極とを有し、またノズルに高電位を加
   えかつ電界増強電極をアースする装置とを備えて
   いる特許請求の範囲第１項に記載の静電噴霧装
   置。 ３ 直列になつた１対以上のイオン注入電極及び
   イオン放出電極を有する特許請求の範囲第１、２
   項のいずれかに記載の静電噴霧装置。