JPH0794022B2 - 静電噴霧方法および装置 - Google Patents

静電噴霧方法および装置

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JPH0794022B2
JPH0794022B2 JP61033106A JP3310686A JPH0794022B2 JP H0794022 B2 JPH0794022 B2 JP H0794022B2 JP 61033106 A JP61033106 A JP 61033106A JP 3310686 A JP3310686 A JP 3310686A JP H0794022 B2 JPH0794022 B2 JP H0794022B2
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potential
electrostatic spraying
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head
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/0255—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns spraying and depositing by electrostatic forces only

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  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Confectionery (AREA)
  • Formation And Processing Of Food Products (AREA)
  • Detergent Compositions (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体の静電噴霧に関するものである。
英国特許第1,569,707号明細書には、高電圧の影響のも
とで液体を帯電した小滴の雲に霧化するため高電圧に帯
電した噴霧ヘッドから液体粒子を噴霧することが提案さ
れている。このような方法は多くの利点をもっており、
広範囲の動作条件において満足ではあるが、小滴を小さ
くする必要がある場合には液体の流量が制限されること
になる。
この制限の原因となる主な要因は噴霧ヘッドとターゲッ
トとの間に形成される帯電した小滴の雲と組み合さった
空間電荷である。この空間電荷は噴霧ヘッド付近の電界
を減少させ、その結果噴霧形態に悪影響を及ぼす。
空間電荷の影響は、噴霧ヘッドとターゲットとの間の電
位差を増大させることにより減少され得る。しかしなが
ら、電圧を高くすると、作業者に対する危険や火花発生
の危険が増す。また電圧を増大させると、実質的なコロ
ナ放電が発生し得ると共に比較的高価な発生装置が要求
され、もはや携帯型とできなくなる。
空間電荷の影響の軽減は噴霧ヘッドとターゲットとの距
離を減少することによっても得られ得る。しかしなが
ら、農園芸のような多くの適用例においては、この距離
は他の考察により決まり、従って、噴霧ヘッドとターゲ
ットとの距離を減少することは実際的ではない。
本発明の目的は、噴霧ヘッドとターゲットとの間、特に
噴霧ヘッドの付近における空間電荷を減少させ、従って
所与液体流量で比較的小さな小滴を形成できまたは液体
流量を比較的高くできるようにすることにある。
本発明によれば、静電噴霧ヘッドと、上記静電噴霧ヘッ
ドに液体を供給する装置と、上記噴霧ヘッドから出てく
る液体に十分に高い電界を与えて、液体を上記噴霧ヘッ
ドから少なくとも一本の液糸の形態で引き出し、その後
不安定状態にさせ小滴に分裂させる装置と、高電界領域
を通ってガス流を流れさせる装置とを有し、上記ガス液
が液糸の形態を分裂させるのには不十分であるが上記高
電界領域から帯電した液体の小滴を離すのには十分であ
り、それにより電界の大きさに影響を及ぼす空間電荷を
減少させ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、噴霧ヘッドから液体の出ていく方向とガス
流の流れ方向との成す角度は30°以下である。
好ましくは、高電界領域を通ってガス流を流れさせる装
置は、ガス流の速度がガス流のない時の小滴の速度と等
しいかまたはそれより高いように構成される。
適当には、ガス流の少なくとも一部は噴霧ヘッドから液
体の出てくる位置または各位置の1.5cmの範囲内を流
れ、そして好ましくはガス流は噴霧ヘッドから液体の出
てくる位置または各位置の5mmの範囲内を流れる。好ま
しくは、ガス流は噴霧ヘッドから液体の出てくる位置ま
たは各位置でまたはその近くで噴霧ヘッドと接触する。
ガス流の流れる領域または各領域は比較的大きく、また
ガスは液体を遮断させる必要がないので、ガスは単に低
圧力ですなわち0.018kg/cm2以下の圧力で供給すればよ
い。コンプレッサーのような高圧力源は、高圧力源と高
電界領域との間に減圧装置を設ければ使用することがで
きる。
噴霧ヘッドから出てくる液体に電界を与える装置は、噴
霧ヘッドから出てくる液体に第１の電位を印加する装置
と、出てくる液体の向うターゲットに第２のに電位を印
加する装置とを備えることができ、第１の電位と第２の
電位との差は一本または複数本の液糸を形成させるのに
十分であるようにされ得る。
噴霧ヘッドに隣接して電極を設けることができ、また噴
霧ヘッドから出てくる液体に電界を与える装置は上記電
極をある電位に維持する装置と、噴霧ヘッドとターゲホ
ットとの間の電荷の流れ用の帰路を形成する装置とを備
え得る。
好ましくは、噴霧ヘッドに隣接して電極が設けられ、ま
た噴霧ヘッドから出てくる液体に電界を与える装置は噴
霧ヘッドから出てくる液体に第１の電位を印加する装置
と、上記電極を第２の電位に維持する装置とを備え、第
１の電位と第２の電位との差は一本または複数本の液糸
を形成させるのに十分である。
液体の出てくる一つまたはそれ以上の小さな穴またはポ
イントあるいは環状オリフィスを備えた噴霧ヘッドを有
する装置においては、電極は上記一つまたはそれ以上の
穴またはポイントあるいは環状オリフィスの半径方向外
方に配置され得、またガス流は電極と上記一つまたはそ
れ以上の穴またはポイントあるいは環状オリフィスとの
間の領域を通って流れるようにされ得る。代りに、噴霧
ヘッドが液体の出てくる一つまたはそれ以上の穴または
ポイントあるいは環状オリフィスを備えている場合に
は、電極は上記一つまたはそれ以上の穴またはポイント
あるいは環状オリフィスの半径方向内方に配置され、ま
たガス流は電極と上記一つまたはそれ以上の穴またはポ
イントあるいは環状オリフィスとの間の領域および（ま
たは）上記一つまたはそれ以上の穴またはポイントある
いは環状オリフィスの半径方向外方に配置される同様な
材料寸法の領域を通って流れるようにされ得る。
液体の出てくる直線状にのびるスロットまたは縁部と、
それぞれの対向側において上記スロットまたは縁部と平
行にのびた一対の相互に離間した直線状にのびる電極と
を備えた噴霧ヘッドを有する装置においては、ガス流は
スロットまたは縁部と各電極との間の領域を通って流れ
るようにされる。噴霧ヘッドがスロットまたは縁部と平
行にのびた単一の直線状にのびる電極を備えている場合
には、ガス流は電極とスロットまたは縁部との間の領域
を通って流れるようにされ、そしてまた電極から離れた
スロットまたは縁部の側部における同様な寸法の領域を
通って流れるようにされ得る。
装置が電極を備えてない場合には、ガス流は同様な寸法
の領域を通ってそのような電極を備えた装置においてガ
スの流れる一つの領域または複数の領域へ流れるように
される。
ターゲットがアース電位にある場合、英国特許第1,569,
707号明細書に開示されているように、液体に印加され
る第１の電位は１〜20KVであることができ、また第２の
電位はアース電位かまたはその近くであることができ
る。
代りに、英国特許出願第8432274号に開示されているよ
うに、第１の電位は25〜50KVであり、また第２の電位は
10〜40KVであることができる。
代りに、ターゲットおよび第１の電位はアース電位であ
り、また第２の電位は5KV以上であることができる。こ
の場合、ガス流は電極から離れてターゲットに向う帯電
した小滴を掃引する。
好ましくは、電極または各電極は導電性または半導電性
材料のコアを備え、このコアは電極と噴霧ヘッドとの間
の火花発生を阻止するように十分高い絶縁耐力および体
積抵抗率をもちしかも表面に集められた電荷を導電性ま
たは半導電性材料のコアへ導くように十分低い体積抵抗
率をもつ材料で外装さる。適当には、外装材料の体積抵
抗率は５×1011Ωcm〜５×1013Ωcmであり、外装材料の
絶縁耐力は15KV/mm以上であり、また外装材料の厚さは
0.75mm〜5mm、好ましくは1.5mm〜3mmである。この型式
の外装された電極は英国特許出願第8432274号に開示さ
れている。
噴霧ヘッツドが液体の出てくる一つまたはそれ以上の穴
またはポイントを備えている場合には、各穴またはポイ
ントに単一液糸が形成される。代りに、噴霧ヘッツドは
少なくとも一つのスロットまたは縁部を備えることがで
き、その場合には、上記スロットまたは縁部あるいは上
記各スロットまたは縁部に多数の相互に離間した液糸が
形成される。
噴霧ヘッドの出口は出てくる液体と接触する導電性また
は半導電性材料を備えることができ、その場合には、噴
霧ヘッドから出てくる液体に電界を与える装置は上記導
電性または半導電性材料に電位を印加する装置を備える
ことができる。代りに、噴霧ヘッドの出口は非導電性材
料から成ることができ、そして噴霧ヘッドからの出口の
上流近くでしかも使用中に液体と接触するような位置に
電極が設けられ得、また噴霧ヘッドから出てくる液体に
電界を与える装置は上記電極に電位を印加する装置を備
えている。
また、本発明によれば、静電噴霧ヘッドに液体を供給
し、上記噴霧ヘッドから出てくる液体に十分に高い電界
を与えて、液体を上記噴霧ヘッドから少なくとも一本の
液糸の形態で引き出し、その後不安定状態にさせ小滴に
分裂させ、そして高電界領域を通ってガス流を流れさせ
ることから成り、上記ガス流が液糸の形態を分裂させる
のには不十分であるが上記高電界領域から帯電した液体
の小滴を離すのには十分であり、それにより電界の大き
さに影響を及ぼす空間電荷の形成を減少させることを特
徴とする液体の噴霧方法も提供される。
ターゲットの方向に動くガス流に帯電した小滴を乗せる
ことにより、噴霧ヘッドから離れてターゲットに向う小
滴の速度が増加され、従って、噴霧ヘッドとターゲット
との間の空気中における、特に噴霧ヘッド付近における
小滴の生成率と小滴の数との比が増加される。これによ
り、小滴の生成率が一定の場合、空間電荷を減少させる
ことができ、または高い小滴の生成率を得ることができ
る。
空間電荷の影響を減少させるために従って霧化を改善さ
せるために、ガス流を用いることによって、ターゲット
の静電的に遮蔽された領域内への噴霧の浸透を改善させ
ることができるという効果がもたらされる。
米国特許第4,356,528号明細書には、作物への帯電した
小滴の浸透を改善するために空気ブラストを用いること
が記載されている。このような空気ブラストは第一に静
電的に遮蔽された作物内に存在する間隙を通って帯電し
た噴霧を運ぶことにある。第二に、高い空気速度で空気
ブラストは作物を吹き分けて噴霧を作物内へ浸透させる
別の開口を作ることにある。しかしながら、米国特許第
4,356,528号明細書に記載されたものでは、空気ブラス
トは、小滴が噴霧ヘッドと電界増強電極との間の霧化電
界から離れた後、噴霧ヘッドからある距離の間小滴を乗
せていく。霧化電界は噴霧ヘッドとアースされた電界増
強電極との間の電位差で発生され、またこの型式の空気
アシスト手段は噴霧ヘッドおよび電界増強電極付近の空
間電荷を減少させないので、霧化の改善は期待できず、
そのような効果は全く観察されなかった。
液体を霧化させるのに空気を用いまた液体を帯電させる
のに高電圧を用いる静電噴霧ガンは公知である。液体を
霧化させるのに電気的力と空気の剪断力とを組み合せて
用いた静電噴霧ガンも提案されている。しかしながら、
このガンでは、液糸は決して噴霧ヘッドからの出口に形
成されず、空気の剪断は静電的に形成さた尖端から落ち
る。
空気アシスト手段は噴霧雲の形を制御するのにも用いら
れ得る。
更に、静電噴霧ガンでの一つの問題は、噴霧ヘッド上ま
たは電極付近にあかおよび液体が付着し、霧化作用をだ
めにすることにある。本発明による装置の場合のよう
に、噴霧ヘッド上および電極付近を空気またはある他の
ガスで掃引した場合には、あかや液体の付着は防止され
る。
空間電荷を減少させることにより、ガスまたは空気アシ
スト手段で広範囲の液体を噴霧させることができる。
静電霧化によって形成される小滴の電荷対質量比は小滴
の寸法および液体の物理的性質に関係する。特に、電荷
対質量比は小滴が小さいほど高くまた液体の抵抗率が低
いほど高くなる。英国特許第1,569,707号明細書に開示
されたもののような普通の静電噴霧装置では、５×107
Ωcm以下の抵抗率をもつ液体で、空間電荷が霧化できる
流量を108〜1010Ωcmの抵抗率をもつ液体の場合より十
分低く制限するように強く帯電された小滴が形成され
る。空間電荷を実質的に減少させるのにガス流を用いる
ことにより、５×106Ωcmまでの抵抗率の液体を許容流
量で噴霧させることができる。
以下、例として添附図面を参照して本発明を説明する。
第１図の装置は簡単な環状静電噴霧ヘッド１であり、こ
の環状静電噴霧ヘッド１は支持部材19によって支持管３
の下方端部に装着されている。環状静電噴霧ヘッド１は
アルミニウムのような導電性または半導電性材料から成
る二つのほぼ管状の要素５、７を備えている。環状静電
噴霧ヘッド１に液体を供給する管９は分配室11に連結さ
れ、この分配室11は要素５、７間の環状ギャップ13に連
結されている。要素７は要素５より下方にのびて霧化縁
部15の形状の出口を形成している。
環状静電噴霧ヘッド１の要素はケーブル17を介して高電
圧発生装置（図示してない）に接続される。支持管３お
よび支持部材19は絶縁性材料から成っている。
支持管３の上方端部にはポンプ（図示してない）の出口
が連結されている。
使用において、環状静電噴霧ヘッド１は、アース電位に
維持される水平ターゲットの上方僅かな距離に配置され
る。液体は管９を介して環状静電噴霧ヘッド１に供給さ
れ、また要素５には高電位が印加される。さらに0.028k
g/cm2以下好ましくは0.018kg/cm2以下の圧力で空気が管
３に供給され、環状静電噴霧ヘッド１に動く空流が流
れ、霧化縁部15の位置またはその近くであるいは環状静
電噴霧ヘッド１から液体の出てくる位置またはその近く
で環状静電噴霧ヘッド１と接触するようにされる。
管９への液体の供給速度は低い。従って、要素５に高電
位が印加されてなければ、液体は霧化縁部15から滴下す
るだけである。要素５に高電位を印加することにより、
各々液体の連続した流れを含んでいる一連の帯電した液
糸また噴流の形態で霧化縁部15から液体を放出させるた
めに十分高い電界が霧化縁部15に形成される。液糸は環
状静電噴霧ヘッド１の軸線のまわりに等角度に離間され
る。液糸における液体が霧化縁部15から僅かに離れる
と、その液糸は不安定となり複数の帯電した小滴に分裂
する。
空気流は環状静電噴霧ヘッド１の出口の霧化縁部15に隣
接した領域（この領域に高電界が存在する）を通って流
れる。空気流の向きは下向きであり、すなわち環状静電
噴霧ヘッド１から液体の出てくる方向と平行または実質
的に平行であり、また空気の体積および速度は高電界領
域から離れて帯電した小滴を運びしかも空間電荷の形成
を減少するのに十分である。
第２図には本発明による第２の装置を示し、この装置は
噴霧ヘツド31を有し、この噴霧ヘツド31は、第１図の装
置の場合のように、管状要素35、37と、分配室41と、ス
ロット43と、噴霧ヘツド31の出口オリフィスを形成して
いる霧化縁部45とを備えている。電界増強電極47は噴霧
ヘツド31と同軸に霧化縁部45の半径方向内方にそれと隣
接して配置されている。
噴霧ヘツド31はほぼ管状の絶縁部材49の一端に装着さ
れ、絶縁部材49の中央支持体51には電界増強電極47が装
着されている。
分配室41には管53が連結され、噴霧ヘツド31の管状要素
35には高電圧発生装置（図示してない）からのケーブル
55が接続され、また電界増強電極47には高電圧発生装置
のタップからのケーブル57が接続されている。
絶縁部材49の端部は電動機59のハウジングとして作用
し、電動機59の軸にはプロペラ61が装着されている。電
動機59はケーブル63を介して低電圧源（図示してない）
から給電される。
使用において、噴霧ヘッド31にはケーブル55を介して第
１の電位が印加され、電界増強電極47にはケーブル57を
介して第１の電位より小さい第２の電位が印加され、ま
た噴霧ヘッド31には管53を通って液体が供給される。
液体の供給率は低く、電界増強電極47に電位がなけれ
ば、表面張力により液体は霧化縁部45から液糸または噴
流の形態ではなく滴の形態で放出される。電界増強電極
47上の電位の作用および霧化縁部45における結果として
の電界により、液体は霧化縁部45から一連の細くて相互
に離間した液糸または噴流の形態で放出される。
霧化縁部45から短い距離進んだ後、液糸は不安定状態と
なり帯電した小滴に分裂する。電動機59が付勢される
と、絶縁部材49の外側に沿って軸方向にしかも電界増強
電極47と霧化縁部45との間の領域（この領域に高電界が
存在する）を通って空気流が流れる。この空気流は液体
の小滴をターゲットに向って運ぶ。
第３図には絶縁エアボックス73内に装着された直線状噴
霧ヘッド71を横断面で示す。
噴霧ヘッド71は導電性または半導電性材料の二つの相互
に離間ししかも平行に配列した板75、77を有し、これら
の板の間に液体の通路79が形成されている。通路79の上
方端部には分配室81が設けられ、この分配室81は管83を
介してタンク（図示してない）に連結される。板75は板
77より下方までのび、直線状にのびた霧化縁部85を形成
している。
噴霧ヘッド71には二つの相互に離間した直線状の電界増
強電極87が設けられ、電界増強電極87は霧化縁部85それ
ぞれの対向縁部上でそれらと平行にのびている。また電
界増強電極87は霧化縁部85から僅かに離れている。
各電界増強電極87は、導電性または半導電性材料のコ
ア、および電極と噴霧ヘッドとの間の火花発生を防ぐた
め十分高い絶縁耐力と体積抵抗率、表面に集まった電荷
をコアへ導くことができるように十分低い体積抵抗率と
をもつ材料の外装を備えている。
ノズルの板75はケーブル89を介して高電圧発生装置（図
示してない）に接続され、また電界増強電極87は別のケ
ーブル（図示してない）を介して高電圧発生装置（図示
してない）に接続される。
使用において、液体は管83を介して噴霧ヘッド71に供給
され、そして分配室81および通路79を通って霧化縁部85
に下向きに流れる。電圧V1はすケーブル89を介して板75
に印加され、電圧V1より低い電圧V2は電界増強電極87に
印加され、また噴霧ヘッド71および電界増強電極87の下
方に位置するターゲット（図示してない）はアース電位
に維持される。噴霧ヘッド71の霧化縁部85から出てくる
液体は、霧化縁部85の長手方向に相互に離間して一連の
液糸を形成する。各液糸の液体は不安定状態となり、霧
化縁部85から離れて少し経過すると小滴に分裂する。
空気がエアボックス73内に供給されると、空気は霧化縁
部85と各電界増強電極87との間の領域（この領域に高電
界が存在する）を高速度で通過する。高電界強度のこの
領域における帯電した小滴は噴霧ヘッド71から離れてタ
ーゲットに向って下向きに掃引される。
第１図の装置に電界増強電極が包含され得ることが認め
られる。この電界増強電極は第２図の電界増強電極47の
場合のように霧化縁部15の半径方向内方に配置されるか
または霧化縁部15の半径方向外方に配置され得る。ある
場合には、霧化縁部の半径方向内方と半径方向外方にそ
れぞれ一つづつ二つの電極を設けてもよい。
同様に、第３図に示すように、直線状にのびる霧化縁部
を備えた装置では、ただ一つの直線状電界増強電極を設
けてもあるいは第１図に示す噴霧ヘッドの場合のように
電界増強電極を設けなくてもよい。
上述の各装置において、噴霧ヘッドから出てくる液体
は、噴霧ヘッドの導電性または半導電性部分あるいは非
導電性材料の噴霧ヘッドにおける電極に第１の電位を印
加し、そしてターゲットをある他の電位、通常アース電
位に維持することにより形成される電界にさらされる。
ある場合には、予定の電位に維持される電界増強電極が
設けられる。
噴霧ヘッドに空気流を通さない場合には、電界増強電極
に印加する電位は適当には−20KVであり、また噴霧ヘッ
ドに印加する電位は適当には−30KVである。負に帯電し
た小滴は電極に引きつけられるが、アースしたターゲッ
トに向う非常に強い優位な吸引力が働いている。電極に
付着される僅かの小滴からの電荷は電位を供給する発生
装置の出力を電極に接続する高い値（例えば10GΩ）の
抵抗器を通ってアースに流れる。電位差を一定に保ちな
がら電極と噴霧ヘッドにおける電位を降下させると、電
極の汚染は許容できない程度まで増す。しかしながら、
噴霧ヘッドに空気を流すと、噴霧ヘッド−10KV、電極OK
Vで満足な動作の得られ得ることがわかった。
本発明による別の装置においては、電界増強電極は＋10
KVに維持され、また噴霧ヘッドは単にアース電位に接続
される。噴霧ヘッドから出てくる液体に負の電荷が誘起
され、そして噴霧ヘッドの霧化縁部上の液体は、霧化縁
部に約−10KVの電位を印加することにより発生される電
荷にほぼ等しい“イメージ”電荷をもつ。負に帯電した
小滴は正の電極に強く引きつけられ、通常その電極上に
全て付着されるが、しかし、小滴はガスの高速流に乗せ
られているので、それらの小滴は電極付近から離れて掃
引される。運動にある自由度を与えるためガス流を十分
に遅くすると、小滴はさらに十分に離れてゆき、アース
したターゲットに優先的に吸着される。
電界増強電極を−10KVに維持すると、正に帯電した小滴
が生じることが認められる。
上述の装置において、空気は、各噴霧ヘッドから出てく
る液体の方向と平行または実質的に平行に流れる。実際
には、空気流の方向と噴霧ヘッドから出てくる液体の方
向とは30°を成すことができる。
上述の本発明による装置では、動いている空気流は液糸
の形成やそれに続く液糸の小滴への分裂を妨げない。形
成れる小滴の大部分の直径が一定であり、しかも液糸の
直径に直接関係することは、液糸を分裂させる上での重
要な特徴である（Adrian G Bailey, Sci.Prog.,Oxf（19
74）61,555−581参照）。さらに、主な小滴より直径の
非常に小さい衛星のような小滴がしばしば形成される。
理論的には、本発明による静電噴霧装置は噴霧ヘッドの
霧化表面に沿って等しく離間した等しい径の液糸を形成
し、従って主な小滴サイズの単一分散スペクトルが形成
されるべきである。実際問題として、機械的許容誤差の
限度により、電界および液体の流量が噴霧ヘッドの種々
の位置において僅かに変動し、形成された主な小滴は直
径の細いスペクトルを形成することになる。
添附図面の第4a図には第３図に示す型式の噴霧装置にお
ける小滴直径の代表的な体積分布を示し、また第4b図に
は小滴直径の代表的な数分布を示す。噴霧装置は長さ50
cmの直線状のノズルを備え、このノズルはアース電位に
維持され、液体の流量は1.8cc/s、そして電界増強電極
は−10KVに維持される。第5a図および第5b図には高電界
領域に空気流を通さない同様な噴霧装置の同様な分布を
示し、ノズルは−30KVに維持され、そして電界増強電極
は−20KVに維持される。空気アシスト手段をもつ第4a図
および第4b図の分布と空気アシスト手段をもたない第5a
図および第5b図の分布とが同じようであるということ
は、動いている空気流が液糸の形成やその後の小滴への
分裂を妨げないことを意味している。これに対して、第
6a図および第6b図には液体を霧化させるのに空気剪断作
用を用いた噴霧装置の場合の代表的な体積および数分布
を示す。
小滴スペクトルの分散の一つの測定は、VMDとNMDとの比
である。ここで用語VMDおよびNMDはそれぞれ、ある小滴
の直径より大きい直径をもつ小滴の全体の体積とその直
径より小さい直径をもつ小滴の全体の体積とが等しくな
る時のその小滴の直径、およびある小滴の直径より大き
い直径をもつ小滴の全体数とその直径より小さい直径を
もつ小滴の全体数とが等しくなる時のその小滴の直径を
意味するものとする。
液糸を電界で形成し、そしてその後の小滴への分裂を流
体力で行なう第１図〜第３図に示すような噴霧装置の場
合、この比はしばしば1.1以下、一般的には1.5以下であ
る。静電力を利用したまたは利用しないほとんどの空気
剪断作用による噴霧装置の場合には、この比は一般的に
は２以上でしばしば５以上となる。
動いている空気流が液糸の形成やその後の小滴への分裂
を妨げないことを保証するため、本発明による装置の噴
霧ヘッドは好ましくはターゲットの全般的な方向に優勢
的に噴霧するようにされ、また空気流はこの方向に優勢
的に平行に向られる。しかしながら、噴霧ヘッドを噴霧
ヘッドからターゲットに向う全般的な方向に対して径方
向に噴霧するようにし、そして空気流をターゲットに向
けるようにすることもできる。これには、霧化過程をだ
めにする噴霧ヘッド付近おける乱れを避けることが困難
であり、また満足な性能を達成するために空気の量を注
意深く調節しなければならないという欠点が伴うことに
なる。
本発明による装置においては、空気流は霧化を改善させ
るような速度をもつ。空間電荷を相当に減少させるため
に、空気流は噴霧ヘッドから出てくる小滴に対して速度
を相当に増加させるべきである。空気流の速度が小滴の
速度より遅い場合には、空間電荷の減少はほんの僅かで
あり、霧化はほとんど改善されない。空気流の速度が空
気流の加えられない時の小滴の速度と同程度である場合
には、空間電荷は大きく減少され、霧化は相当に改善さ
れる。空気流の速度が空気流の加えられない時の小滴の
速度より非常に速い場合には、霧化を抑えている空間電
荷はほとんど除去され、霧化は最適に改善される。
第７図には空気の流量を10m3／分としたときの第３図に
示すものと同様な噴霧装置と空気アシスト手段をもたな
い同様な噴霧装置とにおける所与液体流量に対する小滴
サイズの関係を示す。各場合、噴霧装置の直線状のノズ
ルは40KVに維持されそしてターットから40cm離される。
第８図には第２図に示す型式の装置において噴霧ヘッド
付近での空気流の速度の増加に対する小滴サイズの変化
を示し、ノズルの電位は40KV、電界増強電極の電位は20
KV、またノズルとターゲットとの間隔は40cmである。
電界増強電極の設けられない第１図に示す装置のような
装置においては、噴霧ヘッドにおける第１の電位とター
ゲット電位、通常、アース電位との差は噴霧ヘッドから
の出口に霧化電界を発生させるため十分大きく、それに
より液体は液糸形態で引き出され、小滴に分裂して空気
流中をターゲットに向って動いていく。代表的には、第
１の電位は50KVまたはそれ以上であり、正確な値は噴霧
ヘッドとターゲットとの間隔に関係する。第２図および
第３図に示す装置のような装置においては、電界増強電
極は噴霧ヘッドに隣接して配置され、そしてこれらの電
極に第２の電位を印加する装置が設けられる。そのよう
な装置では、噴霧ヘッドに印加される第１の電位と電界
増強電極に印加される第２の電位との差は噴霧ヘッドか
らの出口に霧化電界を発生させるため十分大きく、それ
により液体は霧化されそして上述のようにターゲットに
向って運ばれる。ターゲットがアースされている場合に
は、第１の電位は30KVであり、また第２の電位は20KVで
あり得る。この場合、小滴は静電力により動いている空
気流を通ってターゲットに向って加速される。代りに、
第１の電位およびターゲットをアースし、第２の電位を
10KVにしてもよい。この場合には、小滴はターゲットに
静電的に引きつけられるまで、動いている空気流による
ターゲットに向う静電力に逆らって粘性抗力によって運
ばれる。
第１図〜第３図の装置は下向きに噴霧するように示され
ているが、各装置は任意の方向に噴霧するように構成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第３図は本発明による静電噴霧装置の軸方向断
面図、第4a図および第4b図は第３図の静電噴霧装置にお
けるそれぞれVMDおよびNMDを示すグラフ、第5a図および
第5b図は前に提案した静電噴霧装置のそれぞれVMDおよ
びNMDを示すグラフ、第6a図および第6b図は霧化させる
のに空気ブラストの剪断作用を用いた噴霧装置における
それぞれVMDおよびNMDを示すグラフ、第７図は第３図の
装置における小滴サイズと流量との関係を示すグラフ、
第８図は第２図の装置における空気流の速度に対する小
滴サイズの変化を示すグラフである。 図中、1:噴霧ヘッド、3:支持管、5,7:管状の要素、9:
管、11:分配室、13:環状ギャップ、15:霧化縁部、17:ケ
ーブル、19:支持部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ネビル・エドウイン・ヘウイツト イギリス国．サリー．ハスレメアー．ハマ ー．ヒース・ロード．シグナルス（番地そ の他表示なし) (72)発明者 アレンド・リア・グロコツト イギリス国．ハンプシヤー．リツプフツ ク．ミランド．ミルヴアル・ミードウス. 18 (72)発明者 フイリツプ・クリストフアー・ウイリア ム・フランクス イギリス国．ハンプシヤー．リツプフツ ク．ウエイランズ・クロス．７ (56)参考文献 特開 昭54−77650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−25564（ＪＰ，Ａ)

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】静電噴霧ヘッドと、上記静電噴霧ヘッドに
    液体を供給する装置と、上記噴霧ヘッドから出てくる液
    体に十分に高い電界を与えて、液体を上記噴霧ヘッドか
    ら少なくとも一本の液糸の形態で引き出し、その後不安
    定状態にさせ電界を与えることによって小滴に分裂させ
    る装置と、液糸の形態を分裂させず、即ちその後も液糸
    を小滴に分裂させずに高電界領域から帯電した液体の小
    滴を離すことのできるような速度で高電界領域を通って
    ガス流を流す装置とを有し、それにより電界の大きさに
    影響を及ぼす空間電荷を減少させることを特徴とする静
    電噴霧装置。
  2. 【請求項２】噴霧ヘッドから液体の出ていく方向とガス
    流の流れ方向との成す角度が30°以下である特許請求の
    範囲第１項に記載の静電噴霧装置。
  3. 【請求項３】高電界領域を通ってガス流を流れさせる装
    置は、ガス流の速度がガス流のない時の小滴の速度と等
    しいかまたはそれより高いように構成される特許請求の
    範囲第１項または第２項に記載の静電噴霧装置。
  4. 【請求項４】ガス流の少なくとも一部が出てくる液体か
    ら1.5cm以下の位置を流れる特許請求の範囲第１項〜第
    ３項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  5. 【請求項５】ガス流の上記少なくとも一部が出てくる液
    体から5mm以下の位置を流れる特許請求の範囲第１項〜
    第４項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  6. 【請求項６】ガス流が液体の出てくる位置またはその近
    くで噴霧ヘッドと接触する特許請求の範囲第１項〜第５
    項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  7. 【請求項７】ガスを供給する装置が0.018kg/cm2以下の
    圧力でガスを供給するようにされる特許請求の範囲第１
    項〜第６項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  8. 【請求項８】噴霧ヘッドから出てくる液体に電界を与え
    る装置が噴霧ヘッドから出てくる液体に第１の電位を印
    加する装置と、出てくる液体の向うターゲットに第２の
    電位を印加する装置とを備え、第１の電位と第２の電位
    との差が上記一本または複数本の液糸を形成させるのに
    十分である特許請求の範囲第１項〜第７項のいずれか一
    項に記載の静電噴霧装置。
  9. 【請求項９】噴霧ヘッドに隣接して電極が設けられ、ま
    た噴霧ヘッドから出てくる液体に電界を与える装置が上
    記電極をある電位に維持する装置と、噴霧ヘッドとター
    ゲットとの間の電荷の流れ用の帰路を形成するように、
    液体に第１の電位を印可する装置とを備えている特許請
    求の範囲第１項〜第７項のいずれか一項に記載の静電噴
    霧装置。
  10. 【請求項１０】噴霧ヘッドに隣接して電極が設けられ、
    また噴霧ヘッドから出てくる液体に電界を与える装置が
    噴霧ヘッドから出てくる液体に第１の電位を印加する装
    置と、上記電極を第２の電位に維持する装置とを備え、
    第１の電位と第２の電位との差が上記一本または複数本
    の液糸を形成させるのに十分である特許請求の範囲第１
    項〜第７項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  11. 【請求項１１】噴霧ヘッドが液体の出てくる一つまたは
    それ以上の穴またはポイントあるいは環状オリフィスを
    備え、電極が上記一つまたはそれ以上の穴またはポイン
    トあるいは環状オリフィスの半径方向外方に配置され、
    またガス流が電極と上記一つまたはそれ以上の穴または
    ポイントあるいは環状オリフィスとの間の領域を通って
    流れるようにされる特許請求の範囲第10項に記載の静電
    噴霧装置。
  12. 【請求項１２】噴霧ヘッドが液体の出てくる環状に配置
    された穴またはポイントあるいは環状のオリフィスを備
    え、電極が上記穴またはポイントあるいは環状オリフィ
    スの半径方向内方に配置され、またガス流が電極と上記
    穴またはポイントあるいは環状オリフィスとの間の領域
    および（または）上記一つまたはそれ以上の穴またはポ
    イントあるいは環状オリフィスの半径方向外方に配置さ
    れる領域を通って流れるようにされる特許請求の範囲第
    10項または第11項に記載の静電噴霧装置。
  13. 【請求項１３】噴霧ヘッドが液体の出てくる直線状にの
    びるスロットまたは縁部と、それぞれの対向側において
    上記スロットまたは縁部と平行にのびた一対の相互に離
    間した直線状にのびる電極とを備え、ガス流がスロット
    または縁部と各電極との間の領域を通って流れるように
    される特許請求の範囲第10項または第11項に記載の静電
    噴霧装置。
  14. 【請求項１４】噴霧ヘッドが液体の出てくる直線状にの
    びるスロットまたは縁部と、上記スロットまたは縁部と
    平行にのびた直線状にのびる電極とを備え、ガス流が電
    極とスロットまたは縁部との間の領域を通って流れるよ
    うにされる特許請求の範囲第10項または第11項に記載の
    静電噴霧装置。
  15. 【請求項１５】ガス流が電極から離れたスロットまたは
    縁部の側部における領域を通って流れるようにされる特
    許請求の範囲第14項に記載の静電噴霧装置。
  16. 【請求項１６】アース電位のターゲットに噴霧するた
    め、第１の電位が１〜20KVであり、また第２の電位がア
    ース電位またはその近くである特許請求の範囲第10項〜
    第15項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  17. 【請求項１７】アース電位のターゲットに噴霧するた
    め、第１の電位が25〜50KVであり、また第２の電位が10
    〜40KVである特許請求の範囲第10項〜第15項のいずれか
    一項に記載の静電噴霧装置。
  18. 【請求項１８】アース電位のターゲットに噴霧するた
    め、第１の電位がアース電位であり、また第２の電位が
    5KV以上である特許請求の範囲第10項〜第15項のいずれ
    か一項に記載の静電噴霧装置。
  19. 【請求項１９】電極または各電極が導電性または半導電
    性材料のコアを備え、上記コアが電極と噴霧ヘッドとの
    間の火花発生を阻止するように十分高い絶縁耐力および
    体積抵抗率をもちしかも表面に集められた電荷を導電性
    または半導電性材料のコアへ導くように十分低い体積抵
    抗率をもつ材料で外装さる特許請求の範囲第10項〜第18
    項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  20. 【請求項２０】外装材料の体積抵抗率が５×1011Ωcm〜
    ５×1013Ωcmであり、外装材料の絶縁耐力が15KV/mm以
    上であり、また外装材料の厚さが0.75mm〜5mmである特
    許請求の範囲第19項に記載の静電噴霧装置。
  21. 【請求項２１】外装材料の厚さが1.5mm〜3mmである特許
    請求の範囲第20項に記載の静電噴霧装置。
  22. 【請求項２２】噴霧ヘッドが液体の出てくる一つまたは
    それ以上の穴またはポイントを備え、また各穴またはポ
    イントに単一液糸が形成される特許請求の範囲第１項〜
    第７項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  23. 【請求項２３】噴霧ヘッドが少なくとも一つのスロット
    または縁部を備え、上記スロットまたは縁部あるいは上
    記各スロットまたは縁部に多数の相互に離間した液糸が
    形成される特許請求の範囲第１項〜第７項のいずれか一
    項に記載の静電噴霧装置。
  24. 【請求項２４】噴霧ヘッドの出口に出てくる液体と接触
    する導電性または半導電性材料を備え、また噴霧ヘッド
    から出てくる液体に電界を与える装置が上記導電性また
    は半導電性材料に電位を印加する装置を備えている特許
    請求の範囲第１項〜第23項のいずれか一項に記載の静電
    噴霧装置。
  25. 【請求項２５】噴霧ヘッドの出口が非導電性材料から成
    り、噴霧ヘッドからの出口の上流近くでしかも使用中に
    液体と接触するような位置に電極が設けられ、また噴霧
    ヘッドから出てくる液体に電界を与える装置が上記電極
    に電位を印加する装置を備えている特許請求の範囲第１
    項〜第23項のいずれか一項に記載の静電噴霧装置。
  26. 【請求項２６】静電噴霧ヘッドに液体を供給し、上記噴
    霧ヘッドから出てくる液体に十分に高い電界を与えて、
    液体を上記噴霧ヘッドから少なくとも一本の液糸の形態
    で引き出し、その後不安定状態にさせ小滴に分裂させ、
    そして高電界領域を通ってガス流を流れさせることから
    成り、上記ガス流が液糸の形態を分裂させるのには不十
    分であるが上記高電界領域から帯電した液体の小滴を離
    すのには十分であり、それにより電界の大きさに影響を
    及ぼす空間電荷の形成を減少させることを特徴とする液
    体の噴霧方法。
  27. 【請求項２７】ガス流が噴霧ヘッドから出てくる液体の
    方向と平行である特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の静電噴霧装置。
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