JPS646821B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は流体の静電的帯電・霧化装置に関す
る。 〔従来技術、および発明が解決しようとする問題
点〕 静電霧化装置の種々の形式の説明が充満した文
献が存在するが、それらの文献に示される静電霧
化装置は、幾つかの要因、例えば空気中で機能的
に動作することの不可能、低導電率の液体を霧化
することの不可能、および約10ミクロンより小な
る平均直径をもち商業的に適正な流量をもつ小液
滴を生成させることの不可能により、適用性が制
限される。 米国特許第3698635号に示される噴霧帯電装置
は、使用される３個の電極のうちの２個が同電位
にあるという事実によりスプレーダイオード形式
のものである。特に、液体供給管とターゲツトの
両者が接地されている。液体は３個の同軸状の管
の最も内側の部分を通つて供給される。この供給
管は誘電体から成り、該供給管内においては接地
電極は液体出口位置から上流における導電性噴霧
液体と接触している。液体は管の終端から外方へ
放射状に放出される。誘電体材料から成る閉鎖同
軸状の管が液体出口スロツトの近傍において同軸
状に高電圧電極を支持する。この電極は電流制限
抵抗を経由して高電圧電源に接続される。液体が
内方の管から外へ出るにつれて、該液体は高電圧
電極により導電性の噴霧液体上に生成される静電
界の作用により部分的に霧化する。該霧化は２個
の管により規定される環状空間における空気の大
なる容積流量により増大させられる。 この米国特許第3698635号に示される装置にお
いて霧化されつつある液体の抵抗は約1.3×
10⁴ohm・ｍであるとされ、抵抗の最大レベルと
しては1.5×10⁵ohm・ｍであることが要求されて
いる。空気の流量は液体の流量の10³倍であるこ
とが認識されている。このような大なる流量は霧
化を確実化し、液体が高電圧電極上に蓄積するこ
とを防止する。液体が該高電圧電極に接触するこ
とは、最適な動作特性にとり不利なことであると
認識されている。本装置の動作は、約1/2mm間隔
の環状ギヤツプ空間について４ないし7KVの状
態で行われる。ユニツト全体は終端開放の接地さ
れた金属円錐体内に収容されている。この装置の
第２の形態のものも記述されている。第２の形態
のものにおいては、液体は、中心軸上の内径1.52
mmのノズルから同軸状に噴出させられる。この管
状ノズルの終端は、高電圧電極と同軸状であり、
該高電圧電極からは、空気が流通させられる約
0.9mmの環状ギヤツプにより隔離させられている。
検出された流体流量は0.83ないし4.67ml／secであ
り、この場合の空気流量は該流体流量のやはり約
10³倍であつた（1420ml／sec）。検出された平均
電荷対質量比は流量0.83ml／secの場合に4.2×
10^-3C／Kg、流量4.67ml／secの場合に2.0×
10^-3C／Kgであり、これは本発明の場合と同様な
動作特性カテゴリに属するものである。しかし、
本発明において、同様な電荷レベルであるとして
も、抵抗が10⁹倍も大である液体を用い、かつ空
気流を必要としないということに注目すべきであ
る。 この米国特許第3698635号の噴霧ユニツトは本
発明においては適用されることができない。同軸
状に配置され噴出口に位置する第３の電極を付加
することができることに注目すべきである。該第
３の電極の目的は噴霧の幾何学的形状の形成を援
助すること、すなわち噴霧の幾何学的形状を前方
へ向つて集中させることである。該第３の電極が
設けられることにより、この装置は噴霧用トライ
オードであることになるが、米国特許第3512502
号の装置と同様な形式のものになる。 本発明は前述の従来形における問題点にかんが
み、低導電性の流体を用い、平均直径１mm以下の
静電帯電小滴を形成するための、改良された流体
の静電的帯電・霧化装置を得ようとするものであ
る。 問題点を解決するための手段、および作用 本発明においては、流体を複数の帯電液滴へと
静電的に霧化させる静電的帯電・霧化装置であつ
て、該装置が、 (a) チヤンバを内部に有するハウジングであつて
該チヤンバ内に該流体が収容されているもの； (b) 電荷を発生させ該電荷を該流体を通して該チ
ヤンバへ供給し該チヤンバ内の該流体に過剰な
自由電荷を発生させる電荷発生手段であつて、
少なくとも該チヤンバ内の該流体と液状接触状
態にある第１および第２の電極を包含するも
の； (c) 該ハウジングの外部に配置された接地電極で
あつて静電電界を形成するもの；および、 (d) 該流体を該チヤンバから該帯電液滴の形で放
出する手段であつて、該帯電液滴が該静電電界
を通つて進行させられるもの； を包含する流体の静電的帯電・霧化装置が提供さ
れる。 本発明の静電帯電、霧化装置は概略的には、隔
室を内設されているセルと、このセルの片端に配
設された噴霧手段とを有しており、霧化されるべ
き液体は上記の隔室内に収容され、噴霧手段から
帯電粒子として放出される。該液体内に過剰な自
由電荷を生じさせるに十分な電荷が隔室内の液体
を通つて流れる。隔室内の液体の対流速度は隔室
内の、移動度を制御された電流の速度と同じであ
るかまたはそれとは異なつており、それにより過
剰な自由エネルギー電荷が噴霧手段へと有効に輸
送されることが可能になる。 セルの隔室内に帯電媒介を生じさせるのに用い
る電流源は直流電圧、交流電圧、あるいはパルス
電圧源、あるいはそれらを組合わせたもので、大
きさは100V乃至100kV、より好ましくは直流
100V乃至50kV、あるいは最も好ましくは直流
100V乃至30kVのいずれかでよい。セル内の液体
へ誘起される電荷は隔室内液体の対流速度と共線
的あるいは、ある角度で交さするものでよく、液
体の対流速度はセル内の電荷の、移動度を加減さ
れた電流流速より以下、それに等しいあるいはそ
れ以下でよい。セル内の液体に導入される誘起電
荷は隔室内の液体中に過剰な自由電荷を生じさせ
るに十分でなければならないが、電荷は負もしく
は正のいずれでもよい。 上記のように形成されて、噴霧手段から出る小
滴は、実質上よどみなく噴霧手段から外方へ加速
させる、あるいは渦巻状に噴霧手段から放出させ
る、あるいは平面状に噴霧手段から放出させるこ
とができる。帯電小滴の形成は噴霧手段内部ある
いはその外部のいずれにおいても可能である。 セル内の隔室内部の液体の粘度を加減するため
に加熱もしくは冷却手段が設けられており、この
加熱あるいは冷却手段は、加熱された液体油ある
いは冷媒液を内包する外被付きセルでもよく、あ
るいは加熱手段の場合には、対流熱気をセルにあ
てるようにする、あるいは電熱素子をセルの壁部
に埋設もしくはセル隔室中の液体内に浸漬設置を
してもよい。セル隔室内の液体の粘度を加減する
ことにより、広い範囲の材料を使用することがで
き、また液体の流量も加減できる。固体あるいは
気体が分散されている非導電性液の溶液もそのま
ま用いることができる。液体ポンプ手段も、セル
内液体への正圧を生じさせるためにセルと直列流
体連通状態で結合でき、これにより流量調整手段
が得られる。 更に供給タンクを、計量弁を内設されている管
を通じて静電的帯電霧化装置（静電アトマイザ）
と直列的な流体連通状態で用いることができる。 静電霧化装置の外部に置かれた物品の表面を洗
浄するために、芳香族炭化水素、シクロ脂肪族炭
化水素、脂肪族炭化水素、ハロ芳香族炭化水素あ
るいはハロ脂肪族炭化水素等の洗浄液を供給タン
クに容れて置き、後で霧化して微滴霧にすること
ができる。例えば、油やグリースが固着した産業
機械あるいはエンジン・ブロツクの表面を本発明
の装置で容易に洗浄することができる。 次に、殺虫剤あるいは防虫噴霧剤等の濃薬液を
供給タンクに容れて置き、後で微滴霧に形成し、
それらを、殺虫や害虫駆除のために野菜類や土壤
へ噴射することができる。本発明の装置は地上走
行車両あるいは空中散布作業用の飛行機にすら容
易に搭載できる。 潤滑油もそのまま供給タンクに容れて置き、後
で必要な時に微滴霧に形成すれば容易に大型の産
業機械の軸受や歯車のオイルミスト潤滑に用いる
ことができる。 また低導電性液あるいは油をベースとする塗料
に溶解させたプラスチツクの液をそのまま供給タ
ンクに収容して置き、後で必要な時に微滴霧に形
成して、噴霧手段の外部に置かれた物品の表面に
吹付け、こうしてその物品の表面に塗膜を形成す
ることができる。 本発明の装置は、融解プラスチツク・ガラスあ
るいはセラミツクに過剰な自由電荷を注入するの
に容易に用いることもできる。そのプラスチツク
を急冷して凝固させれば、充填度の高いプラスチ
ツクが得られる。 本発明の静電霧化装置のセルは従来のプラスチ
ツク押出し加工機と直列流体連通状態で結合で
き、この場合プラスチツク材料は熱と圧力を加え
られて液化させられ、セルの隔室へ移入され、そ
の後で帯電小滴霧に形成され、その滴霧はセル外
部に置かれた物品の表面へ吹き付けられて、その
物品の表面に被膜を形成する。かかる代表的なプ
ラスチツク材料はポリエチレン、およびその共重
合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロ
ン、塩化ビニール、酢酸アセテートおよびその他
の押出可能なプラスチツク材の群から選ぶことが
できる。同様に押出し加工され加熱された石炭は
この方法により霧化されることができるのであ
り、石炭を直接燃焼させる手段が提供される。 静電霧化装置の噴霧ヘツドはその静電霧化装置
外部に設けられた容器に容れた液体中に配設し
て、その液体内で帯電小滴を形成することもでき
る。それら帯電小滴とは逆の符号の電荷を与えた
金属物体をその液体内に置けば、帯電小滴はその
液体を通つて移動してその金属物品の表面に被膜
を形成するであろう。理想的な用途は、帯電小滴
を塗料として自動車等の金属物体を塗装すること
である。 ２個の静電霧化装置を各々混合器と直列流体連
通させた状態で使用し、第１の静電霧化装置で正
帯電小滴を混合器へ注入し、第２の静電霧化装置
で負帯電小滴を混合器で注入して、それらの正、
負帯電小滴をその混合器内で親和混合させると共
に中立化させることができる。混合器による正、
負帯電小滴の混合は気中もしくはその混合器に容
れた液体内のいずれにおいても行ない得る。 静電霧化装置からの帯電小滴はそのまま、同装
置の外部に置かれた逆符号電荷をもつ粉末に吹付
けることができ、その粉末は容器もしくは流動床
内で撹拌されながら、帯電小滴を吹付けることが
できる。帯電小滴は粉末の表面に塗布され、電荷
は中立化させられる。代表的な用途なタルカンパ
ウダーへの香水の塗布である。 静電霧化装置からの帯電液滴はそのまま、それ
ら小滴の電荷とは逆の符号の電荷を有する物品の
外面に吹付けて、その物品の帯電外面を中立化す
ることにより放電を生じさせることができる。こ
の種の用途の代表例は大型工業用タンクの吹付塗
装であり、但しそのタンクは静電電荷を帯びても
よいものとする。あるいは、帯電小滴はタンク内
の液体に注入し、後でその帯電タンクの内面を放
電させるのに用いてもよい。 本発明の静電霧化装置はまた、手持ちエアゾル
発生器内に設けられた液体ポンプ手段と直列流体
連通させた状態で結合することもでき、液体供給
手段をその手持ちエアゾル発生器に着脱自在に固
着し、また液体ポンプ手段と直列流体連通させ
る。手持ちエアゾル発生器内にはマグネト発電手
段が続けられ、このマグネト発電手段が、セル内
の液体に注入さるべき電荷を発生させる。マグネ
ト発電手段と液体ポンプ手段とを同時に作動させ
るトリガー装置等の作動手段が手持ちエアゾル発
生手段内に設けられる。このトリガー装置はその
まま、エアゾル缶の代りに用いることができる。 炭化水素燃料を効率的に燃焼させる難しさも、
形成する小滴のサイズを小さくして、燃焼面積を
増大しかつ従つて熱伝達効率を高めることにより
容易に解消できる。この場合、直径約1μ乃至１
mm、より好ましくは２乃至50μの小滴を形成すれ
ば燃焼室への燃料霧を均一に分散させることがで
きる。本発明の静電霧化装置は暖房用オイル
No.2等の炭化水素燃料の微霧を家庭用および工
業用オイルバーナーの燃焼室へ送入するに容易に
用いることができる。更に、静電霧化装置にガソ
リンを充填して、後でガソリン霧に霧化して、気
化器を通じて内燃機関へ間接的に、あるいはオツ
トー、デイーゼル、またはブレイトン等の内燃機
関ではそのヘツドに直接噴入することができる。
これらのオイルやガソリンは導電率が、約10^-13
乃至10^-6／ｍ、より好ましくは10^-6乃至10^-12
／ｍ、あるいは最も好ましくは10^-8乃至10^-12
／ｍと極めて低い。本発明以前は、静電帯電粒
子に上記燃料を霧化する可能性は、液体内に過剰
な自由電荷を効果的に生じさせることができず、
商業的に受け入れられる流量で50μ以下の直径の
粒子を形成することができなかつたので限られた
ものであつた。 実施例 次に添付図面を参照して本発明を更に詳しく説
明する。 本発明の様々な実施例の図面全部にわたり、同
じ要素は同じ参照番号で示されている。先ず第１
図および第２図は本発明の静電霧化装置（静電ア
トマイザ）１０の第１好適実施例を示している。
この静電アトマイザ１０は円筒状の例えばポリメ
タクリル酸メチル（Lucite、ルーサイト）から成
る非導電性ハウジング（セル）１２からなり、こ
のハウジング１２は基底部１４と、ねじ切りされ
た孔２１を貫設されている上方に延びた円筒状側
壁１６と、ねじ切りされた孔２０およびねじ切り
された開口２４を貫設されている上蓋部２２と、
内部に形成されたチヤンバ（隔室）２６とから構
成されており、上記基底部１４は中央に放出口２
８を貫設されているが、該放出口２８が出噴霧手
段である。上記放出口２８とは反対側の第１の円
筒状液体供給管３２の片方のねじ切りされた端３
０は開口２４に螺合され、従つて上記管３２はハ
ウジング１２の上蓋部２２から外方へ真直ぐに植
立している。管３２の他方のねじ切りされた端３
４は液体供給手段（図示せず）に結合できるよう
にされており、このため液体は管３２を通じて隔
室２６に入る。この場合、液体の導電率は約10⁴
／ｍ以下、より好ましくは10^-4／ｍ以下、最
も好ましくは10^-10／ｍ以下であり、例えば第
２級暖房用オイルがその液体として用いられる。
ねじ切りされた孔２０には、雄ねじを切つた面１
８を備えかつ連続したボアを貫設されている第１
の、非導通性の細長い円筒状管４２が貫通螺合さ
れている。この管４２の片端４６はハウジング１
２の外へ延びており、また管４２の他端４８は隔
室２６の上部内へ延びかつ所定距離だけ延びて終
端している。上記管４２の端４８には第１電極あ
るいは並列もしくは並列／直列の組合せで接続さ
れた一連の第１電極３８が粘着セメント等の適当
な手段で結合されている、あるいは管４２の端４
８を電極３８に埋設してもよく、この場合、電極
３８は、隔室２６内に実質上平行に整列させた複
数のピン５１から形成された尖面５０を有してい
る。尖面は、非導電性もしくは半導性材料のマト
リツクスで横寸法約10μｍ、より好ましくは1μ
ｍ、最も好ましくは0.1μｍ以下の複数の実質上平
行で、同様な連続したピンを有するものとして画
成される。各ピンは、平均間隔約35μｍ以下で規
則的もしくはほぼ規則的なパターンで配列されて
いる。適当な、但し、非限定的な電極３８の例と
しては、「ジヤーナル オブ クリスタル グロ
ウス」13／14765771（1972）に収載のエイ・テ
イ・チヤプマンおよびアール・ジエイ・ガイズの
論文「ユニデイレクシヨナル ソリデイフイケイ
シヨン ビヘイヴイア イン リフラクトリ オ
キサイド メタルシステム」に述べられている酸
化ウランとタングステン繊維との共融混合物があ
る。第１電極３８はハウジング１２の外部に設け
られた高電圧源４０と、管４２のボア４４の中を
通る第１導電線５２により直列接続されている。
また上記高電圧源４０は本発明の静電アトマイザ
１０の外部に設けられた接地部７８に接地線７６
によつて接続されている。孔２１には、連続ボア
５８が貫設されている第２の例えばポリメタクリ
ル酸メチル製の非導電性の細長い円筒状管５６が
螺合されており、この場合、管５６の片端６０は
ハウジング１２から外方に延び、また管５６の他
端６２は隔室２６の下部内へ延びている。管５６
と側壁１６との間は粘着材その他の封止手段５４
により液密封止されている。第２電極もしくは並
列あるいは直列／並列組合せで接続された一連の
第２電極６４が粘着セメント等の適当な手段で管
５６の端６２と結合されているが、この管５６の
端６２は電極６４に埋設してもよい。第２電極６
４は平板状デイスク６６であつて、このデイスク
６６はその軸線と長手方向に心合された少なくと
も１つの孔６８を中央に貫設されており、更に、
これは任意ではあるが、上記中央孔６８から所定
距離をおいた所に複数のやはり長手方向に心合さ
れた孔７０も貫設されている。あるいは、中心線
上に孔を設けずにその中心線に対して対称に複数
の長手方向に心合された孔を配列してもよい。ま
たそれらの孔は中心線に対しねじり状であつても
よい。第２電極６４は隔室２６内で、第１電極３
８の下方に、その第１電極から離隔されて横向き
に設けられる。電極３８をデイスク６６に対し長
手方向に上方もしくは下方に移動させると、電極
３８と６４とのギヤツプを小さくあるいは大きく
して、液体内の電荷の流れを変えることができ
る。第２電極６４はプラチナ、ニツケルあるいは
ステンレス鋼で作るのが好ましく、また管５６中
を走る電線７４によりハウジング１２の外部に設
けられた高圧抵抗素子７２と直列接続されてい
る。上記抵抗素子７２はその他方の端が高電圧源
４０の接地中継点８０に接続されている。基底部
１４の外底面８４には、例えばステンレス鋼製の
環状外部電極８２を、粘着手段あるいは同電極８
２の中を上方に延びかつ基底部１４に埋設された
複数の取付部材８６で取付けることができる。電
極８２の中央口８８および前記の放出口２８は心
合されており、この場合放出口２８は直径約２cm
以下、より好ましくは直径約１cm以下、あるいは
最も好ましくは直径約6μｍ以下であり、また中
央口８８は直径約１mm以下、より好ましくは直径
約600μｍ、最も好ましくは直径約200μｍ以下で
ある。図示位置において、電極８２は静電電界を
展開させて噴霧を援助する。しかし電極８２をこ
の位置に位置決めすることは、電極８２がハウジ
ング１２の外部に置かれている限り、動作に対し
て決定的な事項ではない。電極８２はまた接地部
７８と第１接地中継点８０との間に置かれた第２
接地中継点９０に接続されている。第１電極３８
は負帯電するが、第２電極６４はその電位が第１
電極３８に対して正であり、外部電極８２は大地
電位、すなわち高電圧源４０の正電位となる。第
１使用モードにおいて、第１電極３８は負電荷を
与えられ、またこれと相対的に第２電極６４およ
び外部電極８２は正電荷が与えられる。高電圧源
４０は直流、交流あるいはいずれかの極性のパル
ス電圧源のいずれでもよく、その電源電圧は約
100V乃至約100kV、より好ましくは直流約100V
乃至約50kV、また最も好ましくは直流約100V乃
至約30kVである。隔室２６内の液体３６へ電荷
が誘起されると、第１電極３８から第２電極６４
へと電荷の流れが生じる。隔室２６内の液体は基
底部１４の放出口２８に向つて流れ、その場合、
隔室２６内の液体に誘起される電荷は隔室２６内
の液体中に過剰な自由電荷を生じさせるに十分で
なければならない。電荷は正、負のいずれでもよ
い。液体はそこから外へ複数の小滴９２として霧
状に放出される。この場合、外部電極８２により
帯電小滴９２の加速が高められる。 第３図は供給手段１０８と流体連通状態に直列
接続された静電アトマイザ１０を示している。こ
の供給手段１０８はタンク１１０からなり、この
タンクは基底部１１２と、複数の上方に延びた壁
部１１４と、ねじ切りされた開口１２０が設けら
れた上蓋部１１６と、これらにより画成された隔
室１２２とから構成されており、この隔室１２２
には霧化すべき液体が貯納される。タンク１１０
の壁部１１４の１つには第２の円筒状液体供給管
１２６の片端１２４が貫通植設されている。供給
管１２６の他端１２８は液体弁手段１３２と流体
連通状態に直列接続されている。タンク１１０の
基底部１１２には、静電アトマイザ１０の機動性
を高めるのに複数の車輪部材１３４を取付けても
よい。 第４図は円筒状燃焼バーナ１３６の室１３４内
に設けられた静電アトマイザ１０を示しており、
その燃焼バーナ１３６は開放端１３８と、円筒状
側壁１４０と、上蓋部１４２とから構成されてお
り、この例では管３２が上蓋部１４２を貫通して
設けられており、室１３５内で形成された小滴霧
は空気と混合され、そして火花プラグ等の適当な
点火手段１３５により内１３４の燃焼領域内で点
火される。空気は普通のフアンもしくはコンプレ
ツサ手段により室１３４内へ供給される。側壁１
４０には更に、室１３４へ空気を補助噴入するた
めに複数の空気取入孔１３を貫設してもよい。 第５図は手持ち作動装置２４０と連通状態に結
合させた静電アトマイザ１０を示している。この
手持ち作動装置２４０は、短脚部２４４と長脚部
２４６とからなるＬ字状構造の円筒状ハウジング
２４２からなつており、この場合、長脚部２４６
の開放端２４８は雌ねじを施されており、この開
放端には、液体３６を受け入れるようにされた通
孔２５１を設けたびん状容器２５２の雄ねじを施
された首部２５０を螺着されている。短脚部２４
４の閉端２５４には開口２５６が貫設されてお
り、この開口２５６の内部に、第１図、第２図、
第６図あるいは第７図に示す実施例の静電アトマ
イザ１０が設けられ、この静電アトマイザ１０の
放出口２８がハウジング２４２の外側に配置され
ている。管３２の端３４はハウジング２４２内部
の、短脚部２４４、長脚部２４６の接合部２５８
に設けられた液体ポンプ手段２５６と流体連通状
態に直列接続されている。細長い液体供給管２６
２の片端２６０が液体ポンプ手段２５６と流体連
通状態に直列接続されており、管２６２は長脚部
２４６を通つて真直ぐに延び、他端２６４は開放
端２４８から外方へ延び、びん状容器２５２内の
液体に浸入させられている。短脚部２４４を通つ
てトリガー手段２６６が延びており、このトリガ
ー手段２６６はピン２７７に枢着され、短脚部２
４４の側壁２６８の内面部域内に回転自在にジヤ
ーナル取付けされている。トリガー手段２６６の
内端２７２は液体ポンプ手段２５６のピストン２
８２の心棒２８０に結合されている。ハウジング
２４２の室２７２内には駆動軸２８７を備えたマ
グネト発電手段２８４が設けられている。また駆
動軸２８７にはピニオン２８５が設けられてい
る。トリガー手段２６６にはラツク２８９が結合
されており、これはピニオン２８５と咬合つてい
るので、トリガー手段２６６が動くと発電手段２
８４が作動される。マグネト発電手段２８４は第
１図、第２図、第６図あるいは第７図に示す静電
アトマイザ１０の高電圧源４０として働く。マグ
ネト発電手段２６６と短脚部２４４の側壁２６８
の内面に設けられた固定部材２８８とは戻しばね
部材２８６で結ばれている。使用時において、ト
リガー手段２６６を作動させると、マグネト発電
手段２８４が第１電極３８へ高圧電流を流すので
ポンプ手段２５６は液体３６を静電アトマイザ１
０の室２６へ駆入する。 第６図は本発明の静電アトマイザ１０の他の実
施例を示しており、前述の実施例との差異は、室
２６内の第１電極３８および第２電極６４の構造
および位置にある。さて第１電極３８は長手方向
に延びたボア２０６が貫設された円筒状導電プラ
グ２０４からなり、ボア２０６はプラグ２０４の
上端２０８から下端２１０にかけて延びている。
またボア２０６の表面は複数の鋭縁付きの、長手
方向に短間隔で配列されたリツジ部材２１２で形
成されている。第２電極６４は細長い円筒状部２
１６であつてプラグ２０４のボア２０６内に設け
られている。上部円筒状部材２１６の片端に真直
ぐ取付けられた管５６は静電アトマイザ１０の上
蓋部２２に設けられている液密孔２１８を通つて
真直ぐに上方へ延びている。上記プラグ２０４は
所望の円筒状に積重ねられて粘着結合させられた
複数の剃刀刃で形成してもよい。プラグ２０４の
円筒状外側壁２２０はハウジング１２の側壁１６
の円筒状内側面と粘着手段２２２により固着され
ている。このため、室２６内の液体はボア２０６
と円筒状部材２１６とにより画定された環状ギヤ
ツプ２２４を通つて下方へ流れさせられる。電極
３８と６４との間の電荷の流れは環状ギヤツプ２
２４内の流体の対流に対して垂直に起る。 第７図は本発明の静電アトマイザ１０のさらに
他の実施例を示しており、最初の実施例との差異
は室２６内の第１電極３８および第２電極６４の
構造と配置にある。第１電極３８は円錐尖端付き
端部２２１を備えた細長いロツド２２３からな
り、このロツド２２３はハウジング１２の側壁１
６を貫通して横向きに延びている。管４６は電極
６４に結合され、またハウジング１２の側壁１６
の孔２３０を通つて延び、その孔２３０の中に横
向きに螺着により固着されている。電極６４の鈍
角面６３は室２６内で長手方向に心合されてい
る。第１電極３８の端２２１は室２６内に置か
れ、また室２６内で電極６４から横方向に設けら
れている。室２６内における固定第２電極６４と
相対的な第１電極３８の位置に応じて、電極３８
と６４との間のギヤツプ距離は、室２６内の液体
３６の流れに対する、車内２６内の電荷の流れの
交さ角度と同様、容易に変えることができる。あ
るいは、本発明の範囲および精神を逸脱しない
で、第２電極６４を室２６内で長手方向に移動自
在にすることもできる。 本発明の各種好適実施例の実験結果 以下に述べる例は本発明のより深い理解に資す
る十分な実験的データを示すものであり、本発明
の精神と範囲を限定するものではない。 例 第１図および第２図に示すものと類似の噴霧用
３極体形態についての一連の試験を行なつた。こ
れらの試験の目的は２つある。すなわち、 (1) 内部配置、流量、電圧および抵抗値の関数と
して噴霧用３極体動作の端末特性をマツピング
すること、 (2) 平均比電荷（平均霧滴電荷／質量比）を最大
にする、すなわち平均霧滴サイズを最大にする
こと。 中央に設けた電子放出用の第１の電極３８（第
２図）には負の高電圧を印加した。該第１の電極
３８は第２の電極６４に対する相対的位置が変化
させられるよう軸線に沿つて移動可能である。 試験の大半においては、酸化ウランとタングス
テンで合成された２mm厚の尖面セグメントを端末
に有する３mm直径のステンレス鋼ロツドで作つた
電極３８を使用した。酸化ウラン・タングステン
製尖面がろう付けされている端５０は円錐形状に
研磨し、その軸線をステンレス鋼支持ステムおよ
び装置本体の中心線と合致させた。総円錐内角
120゜乃至60゜を定めるのに成功した。 以下に検討するデータは、円錐底直径1.5mm、
高さ1.1mmの尖面状の放出面に対応する60゜円錐で
得たものである。この一連の試験に使用した尖面
電極は２・10⁷個のタングステンで構成し、それ
らタングステン・ピンは各々横方向の大きさが1/
２μｍであり、ステムの中心線と平行に向けられ
かつ、均一かつほぼ規定的に表面を横切つて配置
された。 これらの小さい導電ピンを設けたので、ピンの
直ぐ近くの局部電界が強められ、また金属から霧
状流体への電荷放出が容易になつた。従つて、尖
面は第１の電極３８と第２の電極６４との間に印
加される差電圧により発生させられた電界の作用
下にあつて負電荷についての電界放出器の役割を
果たした。作業はまず、エツチングされた、独立
のタングステン・ピンについて始められた。エツ
チングにより酸化ウラン・マトリツクスが優先的
に除かれて、タングステンの単結晶ピンが露出さ
れた。これらのピン５１は約5μｍの長さでそれ
らの末端が選択的にエツチングされて鋭点に形成
された。この鋭端化の目的はピン尖端における電
界増倍率を大きくすることにある。 放出尖端における電界増倍は噴霧用３極体の特
徴である。放出領域の曲率半径を小さくすること
によつて電界増倍を行なえば、放出ピンにおける
電界強度を高めることができると共に電極間ギヤ
ツプ内の流体における電界強度を極めて小さくす
ることができる。このようにして、表面から電界
放出を生じさせるに十分な電圧を印加すれば、自
由電子は、それらの移動速度が電極間の低電界強
度に応じて低い領域へ放出される。 1/2時間以内の時間の噴霧用３極体動作により
ピン５１の腐食が効果的に行われ、例えば1μｍ
の短い塊体を残し、あるいは場合によつては電極
の中間面の下方位置でタングステンを除去するこ
とができることが判明した。これにもかかわら
ず、この減少過程においては噴霧用３極体動作の
劣化は全体的には観察されなかつた。事実上、短
かくされたピン５１は、それらの横方向寸法が小
さいために、それらの最初の尖鋭構造に匹敵する
増強された電界を生じさせた。この観察にもとづ
き、試験の大部分は、研摩された組成物構成を用
いて行われた。この後、独立のピンを提供するた
めのひきつづいての操作は行われなかつた。個々
の例の複合した放出尖面を数十時間使用しても何
らの劣化パターンも示さず、経時再現性変化は代
表的には10％であつた。 この作業を通じて様々な第２の電極６４が用い
られた。代表的には、これらの電極は250μｍ
（0.010インチ）厚のNo.304ステンレス鋼板で形成
された。以下に検討する詳細結果は、放出電極中
心線に対し同心配置された200μｍ（0.008インチ）
径の孔６８を１つだけ設けられた第２の電極を用
いて得られたものである。この第２の電極６４は
高抵抗（Ｒ）７２を介して接地された。試験の大
半はその高抵抗として1000MΩの抵抗を用いて行
なつた。その他に5000MΩの抵抗も使用して試験
を行なつたが、その場合も十分な動作が得られ
た。多孔を有する第２の電極６４を用いても試験
を行なつた。特に、500μｍ等間隔の３個の200μ
ｍ孔および４個の156μｍ孔を250μｍ方形パター
ン上に有する電極も使用したが満足すべき結果が
得られた。 第１の電極３８および第２の電極６４は両方、
外径31.8mm、内径11.51mmの例えばポリメタクリ
ル酸メチル製のヘツドに内設した。噴霧用流体が
２個の向合つて設けられた入口から噴霧用３極体
に入る時にその噴霧用流体に与えられる渦巻きの
量を変化させるために外径11.46mm、内径6.35mm
の各種インサートが用いられた。上記２個の入口
は上記のように噴霧用流体を噴霧用３極体へ入れ
るのに設けたものである。噴霧用流体を渦巻きに
しても噴霧用３極体の電気特性は大して変らなか
つた。しかしながら、そのために、電界が印加さ
れないと、流体分裂が強められた。従つて噴霧用
流体を渦流状態にすることは、電圧を印加しない
時の小滴発生が重要である用途においては重要と
なる。 以下に述べる試験においては、取入口を電極間
電荷注入空間に接続する放射状通路を備えた無渦
インサートを使用した。第２の電極６４中の
200μｍ径排出孔６８から出る流れはガラス棒様
の観を呈しており、第２の電極６４の10cm下流に
直径200μｍの直線状の液滴の流れに間欠的に分
断された。この分離は試験装置に間欠的に発生す
る不規則な機械的振動の作用で起つた。 第３電極は、分散された噴霧のすべてをさえぎ
るように形状付与され位置決めされた円筒状収集
レセプタクルに電気的に接続された。第３電極８
２とこの収集電極の両者は、電気的に接地電位に
ある単一のユニツトを形成した。 噴霧用３極体装置の時間に対する動性特性、す
なわち、第１の電極３８への、また第２の電極６
４および収集電極からの、各種電極間隔に対する
印加電圧Vaおよび流量Ｑの関数としての電流の
特性が得られた。圧力最大1000kpaで流量最大10
ml／秒の小形ギヤモータをフイルタ（10乃至13μ
ｍメツシユ）と併用し、またポンプにより誘起さ
れた圧力脈動を平滑化するアキユムレータと、流
量監視用玉フロート式流量計と、適当な制御弁と
で、試験中霧状流体を循環させるための流通系を
構成した。 いずれの例においても、高度に精製したパラフ
イン・ホワイト油を試験に使用した。この油、
Marcol87については第１表にその物理的特性を
示す。 長い時間（月）に亘つて同じ油を連続してもそ
の物理的性質は表に示した新しい油の物理的性質
との差が極微であつた。約２ケ月間毎日使用した
後、導電率が0.3×10^-12／ｍから0.9×10^-12
／ｍへ増大していることが判明した。６ケ月間
使用した後試験したところ、導電率は1.6×10^-12
／ｍに増大している。いずれの例においても、
これらの導電率値は観察された一時的変動を無視
できるほど十分低いと見做された。 試験は窒素ガスの連続流でパージした円筒状
（35cm直径）外被の中で行なつた。不注意による
小滴霧の燃焼の可能性を回避するために、その外
被中の酸素量はどの試験の場合にも５％以下に保
つた。 直流電圧と可変交流成分との組合せでの噴霧用
３極体動作から、以上の述べた全ての条件（15乃
至1200Hzの周波数、直流レベルで最大10kHzの交
流電圧）では、直流の場合に比較して電荷注入は
低く、平均比電荷も低いことが解つた。従つて、
試験は全て、直流電源を使用して行なつた。
NJE汎用電圧（０乃至30kV）電源をいずれの試
験にも使用した。動作電圧80乃至10V_p-pでのリ
ツプルを小さくするために、２個の0.02μF高圧コ
ンデンサを並列接続して使用した。 この実施例についての追加試験を下記の目的で
行なつた。 (1) 噴霧用３極体の性能を最適化すること、すな
わち、観察される平均比電荷を最大にするこ
と、 (2) 噴霧用３極体動作のより深い理解を可能にす
るデータ・ベースを得ること。 体積流量Ｑ、Ａ−Ｂ電極間間隔および印加電圧
V_aはこれらの追加試験において系統的に変化さ
せた。使用温度は25±1/2℃に固定した。第２の
電極６４と接地部７８との間に５×10⁹Ω抵抗７
２を使用して行なつて１つの試験を例外として、
データは全て、その抵抗７２の値を10⁹Ωとして
得た。抵抗の大きさに対する噴霧性質の依存性は
前記の範囲内では観察されなかつた。これは、こ
のパラメータを詳細検討から除く場合には正当で
あると考えられた。 この実験において生じる状況としての層流の場
合に、電界によつて放出された空間電荷により限
られた電流は印加電圧差に３次元的に左右される
というオストロモブの観察に従つて、全てのデー
タをI^1/3対電圧差として図示した。３次元的に関
係づけられたＩ、Ｖ特性は直線として描かれた。
第８図のグラフは固定流量1.05ml／秒で得られ
た１組のデータを示す。試験した３つの電極間空
間の各々について１本の曲線を図示する。検討し
た４種の流量（0.43、0.60、0.83、1.05ml／秒）
の各々についても同様な１組のデータを得た。 データの２重直線状特性は容易に観察すること
ができる。これは試験したすべての流量で噴霧用
３極体が示した特徴である。UO₂／Ｗ製尖端付き
放出電極を用いた場合、実験誤差電流誤差≠10％
以内（I^1/3の約±３％）で、データは直線状、す
なわち電流は破壊点以下および以上の電圧に３次
元的に左右される。破壊点以上の電圧で得られる
データは破壊点以下の電圧で得られるデータより
もやや散度が大きいが、３次元的なＩ、Ｖの関係
と矛盾しない。 データは放出電極尖端における、空間電荷のな
い電界の強度の面で相関させることができる。双
曲面点の近くにおける電界強度についてのジヨー
ンズの微分を用いれば、データは電極の中心線上
の34μｍ半径領域から生じる放出を解釈する助け
となる。これは、最初は尖鋭化された円錐端が腐
食されて安定した、平衡形状（円錐および半球状
蓋体）にされる使用期間の後に観察される尖端形
状に矛盾しない。尖端半径の値およびジヨーンズ
により提示された関係を使用して、電圧差を尖端
の電界強度の面で解釈することができた。第８図
のグラフのデータを尖端の電界強度の面で描示
し直したのが第９図のグラフである。様々な電
極間空間において得られたグラフの３種類のデ
ータ曲線は一緒にまとめられて、「I^1/3」対「−Ｅ
（−Ｅ＝10^-7×E_TIP）」図の単一曲線で示した。ま
た、放出の３次元的性質も明白である。全ての
「I^1/3」対「−Ｅ」のプロツトに共通な特徴は流量
と無関係である。 同様な性質は第１０図のグラフの「（Ｑ／Ｍ）
^1/3（Ｑ／Ｍ＝I_c／ｍ）」対「−Ｅ」としてプロツ
トされたデータで示されている。データから加え
られた放出器尖端電界（および／もしくは電圧
差）に対する平均比電荷観察値の２モデル３次元
的依存（bimodel cubical dependence）の説明
がつくことは意外なことではない。 実験誤差限度内での「（I_b＋I_c）^1/3」対「−（V_a
−V_b）」、「（I_b＋I_c）^1/3」対「−E_TIP」あるいは
「（Ｑ／Ｍ）^1/3（Ｑ／Ｍ＝I_c／ｍ）」対「E_TIP」の２
つの直線部分の交さ点として定められる破壊点
は、測定可能な電流が第２の電極から最初に観察
される電圧差の値（あるいは放出尖端における空
間電荷のない電界強度）において生じる。破壊点
以下の電圧では、第２の電極からの電流I_bは実験
の雑音レベル、すなわち1na以下である。 破壊点以上の電圧の場合、電流I_bは電圧差に３
次元的に左右されることが判明した。あらゆる試
験条件のもとで第２の電極６４により集電された
電流は全放出電流の26％以下であつた。 「（I_b＋I_c）^1/3」対「−Ｅ」の関係データにより、
最小平方フイツト（fit）の直線を分析した結果、
下記の相関関係が判明した。 (1) 最初の低電圧直線の勾配は流量が増すにつれ
て徐々に小さくなつた。しかし、全ての試験さ
れた流量についての勾配は1.45×10⁴AMP^1/3／
Ｖ／ｍに等しく、標準偏差は4.3％であつた。 (2) 破壊点以上の電圧において得たデータの相関
性を示す直線の勾配は極めて類似した性質を示
した。 (3) 一定の流量において得られた所定のデータ組
の２つの直線部分の斜度は相関していることが
判明した。初期電圧勾配の高電圧勾配に対する
比率は1.935に等しく、標準偏差は3.0％であつ
た。流量あるいは電極間空間との相関関係は観
察されなかつた。 放出尖端における最大の達成可能電界強度（空
間電荷がないとして計算して）（すなわち、破壊
の起きない場合の持続自在の最大電圧差に対応し
た電界強度）を分析した結果、判定係数r²＝
0.966で流量（Q〓、ml／秒）、すなわちE_TIP／max
＝−（6.89＋8.59Q〓）×10⁷V／Ｍへの直線的依存性
が判明した。実験誤差の範囲内でこの関係は、試
験した流速の範囲にわたつて電極間空間とは無関
係であり、流体の性質が持続自在の最大電気的応
力に影響を及ぼす唯一要因である。放出尖端近く
において流速が高くなればなるほど、それだけ最
大電界強度が高くなる。 集められた全てのデータについて、破壊点の電
界E_bは持続自在の最大電界の一定の部分である
ことが判明した。一定の割合（0.52、標準偏差は
8.5％）が存在するということは、噴霧用３極体
動作の性質を求める共通のメカニズムが存在する
ことである。 以上のデータから噴霧用３極体動作のモデルが
推定できる。電圧差を（一定のギヤツプ間隔およ
び流量で）増大させると、放出電極３８の尖端に
おいて放出が開始する。自由電子は噴霧用流体に
注入される。尖面５０の放出ピン５１の直ぐ近く
を離れると直ちに、電子は、付着しているもの、
自由なもの、または間欠的に拘束されているも
の、のいずれであつても、第２の電極６４に向つ
て流動し始める。流動速度は電子移動度および電
極３８と６４との間の空間領域における平均電界
により加減される。 低電圧電荷注入の間、バルク流体速度は注入電
荷がずんどう電極に到達するのを防ぐに十分な程
に高い。放出電極の同軸配置および尖端領域から
の放出により、自由にされた電荷は流出しつつあ
る粘性ある流れの高速度の「核心（コア）」へ導
入される。 電位差が増大されると、放出密度も増大する。
これにより、空間電荷電界が増大すると共に、空
間電荷により誘起された、バルク流体中の圧力が
増大する。放出電極の近くの電界パターンはこう
して変えられる。この電極尖端は、放出電荷の空
間電荷電界により印加電界からシールドされる。
その結果、放出領域が拡大すると共に放出尖端の
その他の部分が活発化する。このことが電界の変
化と相俟つて、更に初期の高速「核心」領域から
流れパターンの複数領域へ自由電荷が導入され
る。これに、静電圧力により誘起された流れ電界
の変化が加えられる。これらの過程の総合的効果
は、自由電荷の軌道を放出尖端の近くから外へ向
つてそらせることである。 印加平均電界がより高くなると、外に向つて変
位された電荷が流体流「心」の流速より低い流速
になると同時に移動速度は高くなる。電圧を増大
するにつれて、電子の軌道が第２の電極に出会う
に十分な程にそれらの初期の軌道からそらされる
個所に達する。 データによれば、破壊点における移動速度
（V_n）の、平均バルク速度（V_b）に対する割合
が質量流量Q〓と反比例することが判明している。
判定係数0.89、一定移動度μ＝1.3×10^-7m²／Ｖ・
秒とすれば、V_n／V_b＝0.186＋0.146／Q〓となる：
この経験的な関係は、Q〓の関数としてのE_naxの経
験的関係およびE_bとE_naxとの一定割合0.52を用い
て得られる関係と２％以内の誤差で合致する。試
験した流量の範囲に亘りかつ使用の位置関係で、
移動速度は第２の電極６４による集電を防止する
ためにバルク流体速度の1/2乃至1/5でなければな
らなかつた。 導電性第２の電極６４への電流路が形成される
と、破壊点は通り過ぎ、電流路は電圧が更に増大
すると共に広がり続ける。 噴霧用３極体動作の上記「型」は霧の集電
（I_c）データの分析で増強される。小滴サイズは
平均比電荷（I_c／Q〓＝Ｑ／Ｍ）と相関関係を有す
るので、データは第３図に「（Ｑ／Ｍ）^1/3」対「−
Ｅ」で示されるようにプロツトされた。これらの
データを分析したところ次のことが判明した。 (1) 最大平均比電荷観察値は2.48×10^-3C／Kgに
等しく、標準偏差は流量もしくは電極間空間と
は無関係に5.8％であつた。 (2) 破壊点I_b≒０以下、従つてI_c（すなわちＱ／
Ｍ・Q〓）と総放出電流とが同様にＥに関係して
いる場合には、同じ３次元的依存性が、総放出
電流の場合に観察されたように、優勢である。 (3) 上記(2)の結果として、E_bとE_naxとの間に同じ
関係が得られた。Ｑ／Ｍデータからはこの割合
について、総電流データから求められた0.52の
値の１％以内の値が得られた。 (4) 破壊点以下では、集電電流は総放出電流以下
である（すなわちI_b≠０）。従つて、データ線
の勾配は放出電流の観察値、（総放出電流）^1/3対
Ｅについてのデータより以下である。これらの
勾配の割合、すなわち初期電圧と高電圧の勾配
比率は放出電流について1.935であつたが、集
電電流I_cについての該当の割合は2.234（標準偏
差４％）、あるいは約21％以下であつた。従つ
て空間電荷は、総放出電流よりも平均化電荷の
ほうをより著しく変化させる。 これらの結果の示唆するところは明らかであ
る。一定の流量では、平均比電荷は、破壊の開始
まで、電圧差（あるいは空間電荷のない放出尖端
Ｅ電界の計算値）と共に３次元的に増大する。す
でに明らかにされている通り、放出尖端Ｅ電界は
流量により直線的に左右され、平均流量（あるい
は一定吐出口サイズでの流体速度）が高くなれば
なるほど、破壊の起る等価Ｅ電界は高くなる。し
かし、試験した流量の範囲内では、制限条件は一
定平均比電荷を特徴としている。 以下にEXXON MARCOL87ホワイトオイル
の物理的特性が表に示される。

【表】 表において、Marcol87はPrimol355（ナフタ
リン油）の13％とMarcol72の87％との混合物で
ある。また、20℃における分子量としての340と
いう値は平均値であり、290ないし425の範囲のも
のである。 例 「実験装置」 試験は第６図に示す噴霧用３極体装置を用いて
行なわわた。試験流体には専らMarcol78（Exxon
Chemical Co.）を用いた。試験ヘツドは11.9mm
φの円筒室を有するポリメタリル酸メチル製2.54
−0.635cm（１−1/4インチ）外径ロツドを加工作
成した。この室の下部は120゜の先細り部に形成
し、この先細り部分の末端には１mm長、１mmφ吐
出口を設けた。 上記室には11.8mm外径の第１の電極３８を嵌着
させた。代表的には、電極２２０の長さは10mm乃
至13mmであつた。長さ10mm乃至13mmの多数の第１
の電極を同様に試験し、かつ作動させた。電極２
２０は85枚の工業用剃刀刃を径方向に配設し鋭縁
を装置内部に向けかつ装置の中心線と平行に向け
て、形成した。これらの剃刀刃は4.75mm内径の円
筒面を画成するように配設された。内面には約１
ｍの放出縁面全長を露させた。剃刀刃は刃先を除
いてエポキシを施して密着一体化させた。刃体の
エポキシを施された外面には１本もしくはそれ以
上の周溝を研削形成した。この溝には、銅巻線、
導電性エポキシあるいは銅巻線とエポキシとの組
合せを装填して、全刃どうしの間の電気的導通を
確保した。電極２２０と噴霧室との精密連接は室
中心線に対して、電極の上、下端を平滑、平行か
つ垂直に研削して確保した。 電極３８との電気的接続は、剃刀電極体と接触
しかつ同電極体を室内の所定位置に保持するボル
トを通じて行なわれた。このボルトはポリメタク
リル酸メチル製ケーシングに通され、高電圧電源
４０への接続が得られる外部に突出させられた。
放出平面は１mmφ吐出口から1.4mm以内のところ
に置かれた。 電極６４は図示のように放出電極３８に対して
同軸配置された。多数の第２の電極６４を使用し
て成功を収めた。これら全ての電極は直径3.18mm
（1/8インチ）とし、吐出口まで延ばした。初期の
試験ではしんちゆうおよびステンレス鋼製の固体
ロツドを両方使用した。更に、中空の圧延形成ス
テンレス鋼製スクリーン状の電極６４も使用して
成功を収めた。事実、大半のデータはこの形式の
電極構造体を使用して得たものである。各種表面
材料の試験はこの電極で行なつた。基底のステン
レス鋼製のスクリーンに加え、ニツケル、金、プ
ラチナ等でめつきを行なつてデータを得た。噴霧
性能は増大する第２の電極の仕事機能と相関関係
を示した。 いくつかの試験は100乃至5000MΩの抵抗値
（Ｒ）を用いて行なつたが、大部分の試験はＲ＝
100MΩを用いて行なつた。いずれの場合にも、
Victoreen社製の許容誤差±１％乃至５％の高圧
抵抗が使用された。放出もしくは集電電極と外部
電極８２との間のフラツシオーバによる損壊の危
険を低くするために、電極８２と接地部との間に
100MΩの抵抗を挿設した。 第２の電極６４の電流I_b、外部電極８２への電
流I_e、および霧中電流I_cを計測するのに電位計を
使用した。ステンレス鋼綿を充填し、ステンレス
鋼製のスクリーンで覆つた集電レセプタクルを霧
中電流を集めるのに用いた。このレセプタクルは
幅15cm、長さ10cmのもので、噴霧ヘツドの下20cm
のところに設けられた。活発な噴霧を行なうこれ
らの試験では、完全に霧状流体を集めるのに15cm
の篩延部をレセプタクルの頂部に設けた。このレ
セプタクルの電位はI_cを計測するのに用いる電位
計で大地電位に近い値に保持され、μA範囲での
測定では、この抵抗は1MΩに相当した。 放出電極３８への入力電流I_aは、絶縁された０
−100μA用パネルメータを使用して監視した。こ
の部位で入力電圧V_aの測定を行なつた。第２の
電極の電圧V_bは既知抵抗値Ｒと測定電流値I_bから
計算して求めた。いずれの場合にも、抵抗値Ｒの
検定は動作電圧範囲に亘り、電極Ａ、Ｂを、I_bを
V_aの関数として計測する無流状態で短絡させて
行なつた。すなわち、V_a／I_b／Ａ−Ｂ短絡＝Ｒ。 外部電極の集電電流測定値I_eは代表的にはナノ
アンペアあるいはそれ以下の範囲であつた。従つ
て、この外部電極がＥと装置内の帯電流体との間
の電界により流量増大（９％）を生じさせた、最
も高い試験電圧の場合を除き、外部電極は重要で
はなかつた。集電レセプタクルは帯電霧中電流の
主たる帰還路を形成し、従つて噴霧用３極体の第
３電極として機能した。 試験は全て範囲1.25乃至1.67ml／秒の流量をも
たらすことのできる目盛付き漏斗式重力流れ計測
装置を用いて行なつた。油温に従つて変化する流
量、第２の電極の吐出口領域に対する第２の電極
の精密な位置、および印加電圧のレベルは、誤差
３％以内でありほぼ一定であつた。油温は18℃乃
至24℃の範囲内であつた。 いずれの試験においても、実験精度内で、総放
出電流I_aが第２の電極の電流I_bと集電電流I_cの和
に等しい、すなわちI_a＝I_b＋I_cであることが確認
された。小滴数あるいは電荷対質量比の分布の定
量測定値は得なかつた。噴霧の行なわれているこ
とおよびその噴霧のいきおいについての定性指示
は各試験毎に記録された。従つて、V_a、I_b、I_c、
使用流量ｍおよび抵抗値Ｒは各試験毎に記録され
た主要な定性パラメータであつた。 噴霧用３極体による第１の試験においてはＲ＝
1800MΩとして−22kV≦−V_a≦27.5kVで安定噴
霧が得られた。噴流の激しい分離はヘツドの下流
約５cmのところに生じた。これとは対照的に、ず
んどう電極と接地部との間が非接続となると（Ｒ
＝無限大）、最大−27 1/2kVのV_aで噴霧が起き
なかつた。これらの試験では外部電極が所定位置
に置かれた。２個の電極だけで（電極６４は切離
した）装置は噴霧用２極体として機能した。この
使用モードにおいては、流出する流体流は、噴霧
ヘツドからレセプタクルまで、直径１mmの層状の
ガラス様の滑らかな円形のジエツトの状態が維持
された。印加電圧V_aを最大値30kVに増大させて
も物理的変化は全く見られかつた。集電電流I_cは
２極構造体としての使用でナノアンペアの範囲で
あつた。 噴霧３極体は霧化すべき液体の中へ電荷を強制
注入することにより噴霧を生じさせる。電子が、
電極３８と６４との間に在る電界の作用で剃刀刃
電極３８の鋭縁から電界放出される。従つて、環
状ギヤツプ２２４内の流体は過剰な自由電荷を帯
びることになる。環状ギヤツプ領域から外部への
帯電流体の物理的移動により液体の分裂が進行さ
せられる。 実験データおよび試験対象物の全体的有効性を
比較できる上記過程の近似モデルを作成すること
ができる。先ず、空間電荷が影響を及ぼす（すな
わち、液体に強制注入される過剰な自由電荷を無
視できる）と仮定すれば扱いやすいモデルを構成
することができる。更に、エツジ効果を無視すれ
ば、ギヤツプ内部における最大電界は、 E_b＝V_ab／（r_b／r_a）（r_a−r_b） となり、ここにr_a＝放出電極２１２の内側半径、
r_b＝第２の電極６４の半径、V_ab＝ギヤツプ内電
位差＝V_a−I_bＲである。 理想的には、放出電極は第２の電極の内部に設
けるべきである。この構成にすれば、電界放出縁
は与えられたギヤツプ印加電圧に対する最も強い
電界Ｅに入るであろう。しかるに製造上の難しさ
の故に放出電極はここに述べるように構成せざる
を得ない。 ずんどう電極６４の近辺における状態を考慮
し、r_a＝2.38mm、r_b＝1.58mmを用い、電極寸法を
用いて、次のように表現することができる。 E_b＝1.89×10³V_ab（Ｖ／ｍ） ずんどう電極表面における電流密度は J_b＝V_nP_e（Ａ／m²） ここで V_n＝電荷キヤリヤの移動速度（ｍ／秒）、 Pe＝流体中の過剰な自由電荷（Ｃ／m³） ずんどう電極表面近くの移動速度は、 V_nb＝μE_b ここで μ＝液体中の電子移動度（m²／Ｖ・秒）、 I_b＝J_bA_b（A_b＝第２の電極の側方領域（13mm長の
第２の電極ではA_b＝1.04cm²）） であるから、次のように表現できる。 E_b＝V_ab／（r_b／r_a）（r_a−r_b）＝V_a−I_bＲ／（r_a／r_b
）（r_a−r_b） あるいは V_a／I_b＝E_b（r_b／r_a）（r_a−r_b）／I_b＋Ｒ あるいは V_a／I_b＝E_b（V_b／V_a）（V_a−V_b）／μρ_eA_b＋Ｒ 寸法を代入して、 V_a／I_b＝5.09／μρ_e＋Ｒ 電圧20kV≦−V_a≦28kV、I_b最大約30μA、
50MΩ≦Ｒ≦5000MΩで得た広汎なデータによ
り、ステンレス鋼製スクリーン状の第２の電極を
用いかつMarcol87に用いられる噴霧ヘツドに対
して次のような経験的関係を生じさせることがで
きる。 V_a／I_b＝0.401×10⁹＋1.30R 20kV−V_a28kV データは全てこのレベルの±10％以内になつ
た。同じ抵抗値で15kV≦−V_a≦28kVの範囲で
得たデータに対する経験的最小平均平方フイツト
も同様な表現となつた。 V_a／I_b＝0.58×10⁹＋1.28R 15kV−V_a28kV データは全てこのレベルの約20％以内となつ
た。 Ｒの１でない係数は空間電荷の影響の現われと
解釈されるが、これらの影響は簡略化されたモデ
ル表現では無視される。経験的表現（−V_a、
20kV乃至28kV）と理想化表現とを直接比較すれ
ば、積μρ_eを次のように推定できる。 μρ_e＝1.3×10^-8（／ｍ） なお、μρ_eは実効導電率と見做し得る。この値
を第１表に示すMarcolの固有導電率と比較しよ
う。炭化水素では一般に10^-8≦μ≦10^-7あるいは
ρ_e0.13C／m³。過剰な自由電荷密度は流体の電
荷／質量比Ｑ／Ｍ Ｃ／Kgと単純な関係にある。
すなわち、 Ｑ／Ｍ＝ρ_e／ρ ここでρ＝質量密度Kg／m³である。Macol87の
場合、ρ＝845Kg／m³。 従つて、ここに述べている噴霧三極構造体から
のMarcol霧の電荷／質量比はＱ／Ｍ1.5×
10^-4C／Kgとなる筈である。この作業までは、
Marcol87の移動度についてのデータは得られな
かつた。I_cおよび流量の測定値により平均電荷／
質量比をＱ／Ｍ／mean＝I_c／ｍと得ることがで
きた。１×10^-4乃至2.2×10^-4C／Kgの平均電荷／
質量比は第６図の装置を用いて終始観察した。こ
れらのデータによりMarcolの移動度を測定値I_b、
I_c、V_aから直接得ることができた。 ρ_e＝（Ｑ／ｍ）ρ＝I_c／ｍρ＝I_cＱ ここでＱは体積流量（ml／秒）である。 数値を代入すれば、 μ＝5.14×10^-6（I_b／I_c／（V_a−I_bＲ）Ｑ I_b／I_c対（V_a−I_bＲ）をプロツトすれば、デー
タに対する直線回帰フイツトにより次の関係を得
ることができた。 I_b／I_c＝61.24＋14.37×10^-3〔−（V_a−I_bＲ）〕 一定の係数は、それ以下では放出が全く見られ
なかつたオフセツト電圧（−4.26kV）を示す。
その電圧より大きいレベルでは、データが下記の
平均移動度に対して認められたＱ＝1.67ml／秒の
流量で得られた。 μ＝1.29×10^-7m²／V.sec. これは平均電荷／質量比1.2×10^-4C／Kgに対応
している。ギヤツプの最大電位11kVが観察され
た。この値以上では、破壊が生じたであろう。こ
れは最大持続自在電界E_b＝2.08×10⁷V／ｍに対
応する。 なお、新しいMarcolの導電率測定値は３×
10^-13／ｍである。数ケ月間使用した後、導電
率を測り直したところ、９×10^-13／ｍであつ
た。この値と最大Ｅ電界を用いると、最大伝導電
流密度は次の通りである。 Ｊ＝gE＝1.87×10^-5A／m² 1.04cm²の第２の電極の全面積で、これはI_b≒
2nAに相当する。比較すれば、V_abのI_b≒−11kで
約30μAである。従つてこの場合、噴霧用流体に
伴なう電界放出電子による電荷注入は少なくとも
10⁴の率だけ電流を増強する。 最大Ｅ電界状態での移動速度は約2.68ｍ／秒で
ある。これと対照的に、平均流体速度は代表的に
は0.17ｍ／秒であつた。これと、既知の流路形態
から比I_c／I_bを概算できる。その計算値I_b／I_c≒
0.005は観察値の約半分である。この、理論値と
観察値との相違は空間電荷および外辺電界効果が
双方共無視されているので意外なものでなく、粘
度を詳細検討すれば流域の説明がつく。 最大の持続自在電界状態（V_ab≒−11kV）の
放出電流密度は（−V_a、15乃至28kV、Ｒ＝
1000MΩ）の経験的関係から約5.5μA／cm²であ
る。 例 最初の検査実験は第７図の装置を用いて行なわ
れた。Marcol87は噴霧ヘツドの上方約１ｍのと
ころに置かれた500ml滴下漏斗から平均流量1.2
ml／秒で重力下で流れさせた。滴下漏斗の流体高
さは、小形ポンプを用いて霧状流体を漏斗に返還
することにより一定レベルに維持した。電極３８
はDyno Item228のニツケルめつき直状ピン２２
３で形成し、そのピンの先端は油を施し乍らガラ
スで研磨して鋭くした。第２の電極６４は４−40
ステンレス鋼製小ねじで形成し、ピン電極３８に
対し同軸的に配設した。電極６４の研磨端は２２
１から２mmのところに位置するようにした。
Lucite製ヘツドの中心線に対し相称的にギヤツプ
を設けた。内室は6.35mmφ（1/4″φ）の円筒部で
構成し、噴霧ヘツドと同軸配設した。120゜円錐状
渡り部で内室を１mm径、１mm長の円筒状放出口と
接続させた。 共通電極中心線は放出口平面の上手１cmのとこ
ろに内室と垂直に配した。放出口と同一面に置か
れた、６mm径の孔を有する0.64mm厚、31mm外径ス
テンレス鋼デイスクで外部電極８２を形成した。 電極８２の付勢は、最大35kVを出す高圧電源
（NJE）によつて行なつた。電極６４を接地する
のに各種の高圧抵抗７２を使用した。試験の大半
は３個の100MΩ抵抗を直列接続（Ｒ≒33 1/3Ｍ
Ω）して行なつた。外部電極８２は破壊の生じた
時の電流サージを低下させる効果のある15MΩ抵
抗を通じて接地した。 この例においては電荷注入を電極ギヤツプ領域
へ行なつた。流体の流れの約20％はそのギヤツプ
領域を通過し、残りはギヤツプの電荷注入領域の
外部へ流れた。注入した電荷の測定は直径15cmの
隔離された金属レセプタクルに放出流を集めて行
なつた。そのレセプタクルの頂部は放出口平面の
下方約15cmのところに置いた。集められた電流I_c
は電位計で測定した。 第７図に示す装置では、一連の試験を限定して
行なつた。噴出流の目視検査は電荷注入の１次目
安として使用した。I_cの低い値（10nA）では
このパラメータの定量的評価が余りに不確定とな
るので信頼できなくなつた。 抵抗値Ｒ≒33 1/2ＭΩで、噴出流は最大約−
20kVの印加電圧（V_a）までガラス様に滑らかな
層流のままであつた。このレベル以上では、噴流
がレセプタクル中のウール状鋼部材に入る噴流下
部において乱流および分離の部域が観察された。
このレベル以上に電圧を上げると、分離部域は、
最大試験電圧、−27.5kV、において分離部域がヘ
ツドの下方約３cmのところに始まるのが観察され
るまで、ヘツドに向つて単調に上昇する。 最大電圧において、分離部域の下部は約４mmの
直径まで広がり、約１mm径の小滴から構成される
ことが観察された。外部抵抗を外して、すなわち
装置を噴霧２極体として用いる同じ条件下で試験
したが基本的に異つた結果が得られた。噴出流は
最大使用電圧、−27.5kV、までは電圧と無関係
に、放出口平面からレセプタクル入口までガラス
様の平滑な棒状のままであつた。 この作用の違いは電荷注入により誘起された分
離の明白な証拠と解されたが、あまり定性的であ
るため概念の確認を証明することにはならなかつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての静電的帯
電、霧化装置の斜視図、第２図は第１図の静電的
帯電、霧化装置の横断面図、第３図は供給タンク
と直列流体連通された静電的帯電、霧化装置の斜
視図、第４図は燃焼バーナ装置と組合わさつた静
電的帯電、霧化装置の部分破断斜視図、第５図は
手持ち作動装置と直列流体連通状態に結合された
静電的帯電、霧化装置の横断側面図、第６図は本
発明の他の実施例としての静電的帯電、霧化装置
の部分破断側面図、第７図は本発明のさらに他の
実施例としての静電的帯電、霧化装置の横断側面
図である。第８，９，１０図は本発明による静電
的帯電、霧化装置の動作を説明するのに有用な特
性図である。 （符号の説明）、１０：静電的帯電、霧化装置、
１２：非導電性ハウジング、１６：円筒状側壁、
２８：放出口、３２：円筒状管体、３４：管端
部、４２：円筒状管、４６：管端部、５２：導電
線、５６：円筒状管、５８：連続ボア、６４：電
極、７４：導電線、８２：環状外部電極、８４：
基底部の外底面、８８：電極の中央口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体を複数の帯電液滴へと静電的に霧化させ
   る静電的帯電・霧化装置であつて、該装置が、 (a) チヤンバを内部に有するハウジングであつて
   該チヤンバ内に該流体が収容されているもの； (b) 電荷を発生させ該電荷を該流体を通して該チ
   ヤンバへ供給し該チヤンバ内の該流体に過剰な
   自由電荷を発生させる電荷発生手段であつて、
   少なくとも該チヤンバ内の該流体と液状接触状
   態にある第１および第２の電極を包含するも
   の； (c) 該ハウジングの外部に配置された接地電極で
   あつて静電電界を形成するもの；および、 (d) 該流体を該チヤンバから該帯電液滴の形で放
   出する手段であつて、該帯電液滴が該静電電界
   を通つて進行させられるもの； を包含する流体の静電的帯電・霧化装置。 ２ 該第１の電極は高電圧電源に直列に接続され
   ている、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 該チヤンバ内の該電荷の流れは該チヤンバ内
   の該流体の流れと共通直線状である、特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ４ 該チヤンバ内の該電荷の流れは該チヤンバ内
   の該流体の流れと或る角度をもつて交差する、特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 該交差角度は約90゜である、特許請求の範囲
   第４項記載の装置。 ６ 該チヤンバ内の電流の移動度制御された電流
   の流れ速度より大である速度をもつ該流体の対流
   をさらに包含し、該流体に発生する電荷は該放電
   噴霧手段へ対流させられる、特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ７ 該チヤンバ内電流の移動度制御された電流の
   流れ速度に等しいかそれより小である速度をもつ
   該流体の対流をさらに包含し、該流体に発生する
   電荷は該放電噴霧手段へ対流させられる、特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ８ 該第２電極の複数個をさらに包含し、該第２
   電極の各個は並列または並・直列接続により接地
   電位に接続されている、特許請求の範囲第７項記
   載の装置。 ９ 該第１電極は該チヤンバ内において横方向に
   配置され、該第１電極の少なくとも一つの表面は
   尖端状、剛毛状、または鋭い縁部状である、特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 １０ 該第２電極は該チヤンバを通つて該第１電
   極の下方に横方向に配置され、該第２電極の少な
   くとも１つの表面は鈍い形状である、特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 １１ 該接地電極は導電性環体であり、該環体は
   該流体放出手段の外部において該流体放出手段の
   周囲に配置され、該環体の軸は該放電噴霧手段と
   共通直線状に整列させられている、特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 １２ 該高電圧電源の電圧は約100KVより小で
   ある、特許請求の範囲第１項記載の装置。