JP6994463B2 - 静電噴霧装置 - Google Patents

Description

本発明は静電噴霧装置に関する。

従来から、容器内の液体をノズルから噴射する噴霧装置が幅広い分野に適用されている。この種の噴霧装置として、電気流体力学（ＥＨＤ：Electro Hydrodynamics）により液体を霧化して噴霧する静電噴霧装置が知られている。この静電噴霧装置は、ノズルの先端近傍に電場を形成し、その電場を利用してノズルの先端の液体を霧化して噴射するものである。そのような静電噴霧装置を開示する文献として、特許文献１が知られている。

特許文献１の静電噴霧装置は電流フィードバック回路を備え、電流フィードバック回路は、基準電極の電流値を測定する。特許文献１の静電噴霧装置は電荷平衡されるため、この電流値が測定され、参照されることにより、スプレー電極での電流が正確に把握される。そして、特許文献１の静電噴霧装置は、スプレー電極での電流値を一定の値に保つフィードバック制御を用いることにより噴霧の安定性を高めている。

国際特許公報２０１３／０１８４７７号公報（２０１３年２月７日公開）

しかしながら、特許文献１の静電噴霧装置には次のような改善すべき点が見出される。

具体的には、特許文献１の静電噴霧装置は、フィードバック制御を行うための電流フィードバック回路を備える必要があり、その分だけ基板に搭載する電子部品が増える。これに伴い、特許文献１の静電噴霧装置は、回路設計の負担、製造コストが増加する。また、特許文献１の静電噴霧装置において、フィードバック回路が存在しない場合には、噴霧安定性が損なわれるという問題が生じる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構造により噴霧安定性に優れた静電噴霧装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記の課題を解決するために、第１電極と第２電極との間に電圧を印加することにより、当該第１電極の先端から液体を噴霧する静電噴霧装置であって、
上記第１電極と上記第２電極との間に上記電圧を印加する電圧印加部と、
上記第１電極および上記第２電極における電流値および電圧値からは独立して、（ｉ）自装置の周囲環境、および、（ｉｉ）自装置に電力を供給する電源の動作状態、の少なくともいずれかを示す運転環境情報に基づいて、上記電圧印加部の出力電力を制御する制御部と、を備えている。

従来のフィードバック制御は、例えば電流フィードバック制御であれば、第２電極の電流値を測定し、その測定値を所定の電流値にするようフィードバック制御をかけることにより自装置の運転状態に依存した制御を行う。そのため、従来のフィードバック制御は、フィードバック回路を必要とし、回路構造（回路構成）が複雑化する。また、フィードバック回路が存在しない場合には、噴霧安定性が損なわれてしまう。

これに対して、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、制御部は、上記第１電極および上記第２電極における電流値および電圧値からは独立して、上述の運転環境情報に基づいて、上記電圧印加部の出力電力を制御する（以下、この制御を「出力電力制御」と称する場合もある）。

出力電力制御は、第１電極の抵抗値が低いときであっても、第１電極と第２電極との間に静電噴霧に好適な電場を形成することができる。そのため、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、第１電極と第２電極との間に漏れ電流が発生しやすい高湿度条件下であっても、噴霧量および噴霧の安定性を保持することができる。また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置の噴霧量および噴霧安定性は、他の条件下であっても、従来の電流フィードバック制御等と比較して遜色ない。

したがって、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、従来必要と考えられていたフィードバック回路を備える必要がなく、回路構造を簡素化し、製造コストを大幅に下げることもできる。

このように、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、簡易な構造により噴霧安定性に優れた静電噴霧装置を提供することができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記電圧印加部は、
上記電源から供給される直流電流を交流電流に変換する発振器と、
上記発振器に接続され、電圧の大きさを変換する変圧器と、
上記変圧器に接続され、交流電流を直流電流に変換するコンバータ回路と、を備え、 上記制御部は、デューティーサイクルを一定に設定したＰＷＭ信号（パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号）を上記発振器に出力してもよい。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、制御部が、上記電圧印加部の出力電力を一定に制御するために、デューティーサイクルを一定に設定したＰＷＭ信号を上記発振器に出力する。

したがって、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定を介して出力電力制御を行うため、複雑な回路構造を伴うことなく出力電力制御を行うことができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記制御部は、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルにより上記出力電力を制御してもよい。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを変更することにより、出力電力制御を行うことができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記運転環境情報は、上記周囲環境を示す情報として、自装置周囲の気温、湿度、圧力、および上記液体の粘度の少なくとも１つを示す情報を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温、湿度、圧力、および上記液体の粘度の少なくとも１つを示す情報を、周囲環境を示す情報（運転環境情報の一態様）として用いて、出力電力制御を行うことができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記運転環境情報は、自装置周囲の気温を示す情報を含んでおり、
上記制御部は、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルにより上記出力電力を制御し、かつ、
上記気温が高くなると、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げ、
上記気温が低くなると、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを下げてもよい。

一般的な自然環境下では、気温が高いと湿度が高くなり、湿度が高くなると、空気中の水分の影響によって、第１電極の周囲に帯電した電荷による影響を受けて漏れ電流が発生しやすくなる。漏れ電流が発生すると、第１電極の抵抗値が下がり、第１電極と第２電極との間に静電噴霧に好適な電場が形成されにくくなる。

そこで、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が高くなると、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げ、第１電極と第２電極との間に形成される電場の強度を大きくする。これにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が高い場合であっても、噴霧の安定性を保つことができる。

一方、自装置周囲の気温が低いときにＰＷＭ信号のデューティーサイクルが高いままでは、自装置の消費電力が増える。このため、自装置に電力を供給する電源として、例えばバッテリー（乾電池）を使用した場合には、当該バッテリーに蓄えられる電力量は有限であるため、長期間の運転が難しくなる。

そこで、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が低くなると、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを下げ、長期間にわたる運転を可能とする。つまり、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が低い場合であっても、長期運転という点において噴霧の安定性を保つことができる。

このように、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、上記の構成を備えることで、気温にかかわらず、噴霧安定性を保つことができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記制御部は、以下の式（１）に基づいて、自装置が上記液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を決定してもよい。

ここで、
Sprayperiod（Ｔ）：温度Ｔにおける、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔（ｓ（秒））
Ｔ：気温（℃）
Ｔ₀：初期設定温度（℃）
Sprayperiod_compensation_rate：噴霧時間補償率（－）
Sprayperiod（Ｔ₀）：初期設定温度Ｔ₀における、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔（ｓ）
である。

本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が高くなった場合に、自装置が液体を噴霧する時間、噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を大きくする。また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が低くなった場合に、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を小さくする。

これにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、気温の変化にかかわらず、噴霧安定性を維持することができる。

このとき、制御部は、式（１）に基づく演算によって噴霧間隔を決定するため、当該噴霧間隔を迅速かつ正確に決定することができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記制御部は、以下の式（２）に基づいて、上記ＰＷＭ信号をＯＮとする時間を決定してもよい。

ここで、
PWM_ON_time（Ｔ）：ＰＷＭ信号のＯＮ時間（μｓ）
Ｔ：気温（℃）
PWM_compensation rate：ＰＷＭ補償率（／℃）
PWM_ON_time（Ｔ₀）：初期設定温度Ｔ₀におけるＰＷＭ信号のＯＮ時間（μｓ）
である。

本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が高くなった場合に、ＰＷＭ信号のＯＮ時間を長くする。また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が低くなった場合に、ＰＷＭ信号のＯＮ時間を短くする。

これにより、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、気温の変化にかかわらず、噴霧安定性を維持することができる。

さらに、制御部は、式（２）に基づく演算によってＰＷＭ信号のＯＮ時間を決定するため、当該ＰＷＭ信号のＯＮ時間を迅速かつ正確に決定することができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記制御部は、
上記気温が高くなると、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を大きくし、かつ、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げ、
上記気温が低くなると、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を小さくし、かつ、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを下げてもよい。

一般に、液体は、気温が低下すると粘度が上昇し、気温が上昇すると粘度が低下する。そこで、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、その粘度特性を考慮して、自装置周囲の気温が高い場合には、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げる。それにより消費電力が増えるが、噴霧間隔を大きくすることで消費電力を抑え、電力の消費バランスを取っている。

同様に、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、自装置周囲の気温が低い場合には、噴霧間隔を小さくする。それにより消費電力が増えるが、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを下げることで消費電力を抑え、電力の消費バランスを取っている。

そして、自装置周囲の気温に応じてＰＷＭ信号のデューティーサイクルまたは噴霧間隔を調整することで、噴霧の安定性を保つ。

このように、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、液体の粘度特性を考慮しつつ、電力の消費バランスを図りながら、長期間にわたる安定性の高い運転を実現している。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置では、
上記運転環境情報は、上記電源の動作状態を示す情報として、上記電源から上記電圧印加部に供給される電圧および電流の少なくとも一方の大きさを示す情報を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、電源から電圧印加部に供給される電圧および電流の少なくとも一方の大きさを示す情報を、電源の動作状態を示す情報（運転環境情報の一態様）として用いて、出力電力制御を行うことができる。

このように、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、運転環境情報として、自装置の周囲環境を示す情報を必ずしも用いなくとも、出力電力制御を行うことができる。

また、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、
上記電源から上記電圧印加部に供給される電圧の大きさを変換する変換回路をさらに備えており、
上記変換回路は、上記電源と上記電圧印加部との間に設けられており、
上記制御部は、上記変換回路における上記電圧の変換倍率を増減させる指令を当該変換回路に与えることにより、上記出力電力を制御してもよい。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、変換回路における電圧の変換倍率を増減させることにより、出力電力制御を行うことができる。

このように、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを変更する以外の方法によって、出力電力制御を行うこともできる。

上述のように、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、
第１電極と第２電極との間に電圧を印加することにより、当該第１電極の先端から液体を噴霧する静電噴霧装置であって、
上記第１電極と上記第２電極との間に上記電圧を印加する電圧印加部と、
上記第１電極および上記第２電極における電流値および電圧値からは独立して、（ｉ）自装置の周囲環境、および、（ｉｉ）自装置に電力を供給する電源の動作状態、の少なくともいずれかを示す運転環境情報に基づいて、上記電圧印加部の出力電力を制御する制御部と、を備えている。

それゆえ、本発明の一態様に係る静電噴霧装置は、簡易な構造により噴霧安定性に優れた静電噴霧装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る静電噴霧装置の構成図である。 本発明の実施形態１に係る静電噴霧装置の外観を説明するための図である。 スプレー電極、および基準電極を説明するための図である。 典型的な静電噴霧装置の構成図である。 電流フィードバック制御に基づく、スプレー電極の抵抗値とスプレー電極の電圧値との関係を示すグラフである。 電流フィードバック制御、電圧フィードバック制御、電流／電圧フィードバック制御、出力電力フィードバック制御それぞれについて、スプレー電極の抵抗値とスプレー電極における電圧値との関係を示すグラフである。 出力電力制御および出力電力フィードバック制御の場合における、スプレー電極の抵抗値とスプレー電極の電圧との関係を示すグラフである。 電源から高電圧発生装置への入力電力とＰＷＭ信号のデューティーサイクルとの関係を示すグラフである。 電流フィードバック制御および出力電力制御それぞれの、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。 電流フィードバック制御および出力電力制御それぞれの、経過日数と電池電圧との関係を示す図である。 気温１５℃・相対湿度３５％における、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。 気温１５℃・相対湿度３５％における、噴霧日数と出力電力との関係を示す図である。 気温２５℃・相対湿度３５％における、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。 気温２５℃・相対湿度３５％における、噴霧日数と出力電力との関係を示す図である。 気温３５℃・相対湿度７５％における、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。 気温３５℃・相対湿度７５％における、噴霧日数と出力電力との関係を示す図である。 デューティーサイクルを６．７％、１３．３％、３．３％と変化させたときの、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％、気温３５℃・相対湿度７５％における経過日数と噴霧量との関係を示すグラフである。 デューティーサイクルを１３．３％に設定したときの、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％、気温３５℃・相対湿度７５％における経過日数と噴霧量との関係を示すグラフである。 デューティーサイクルを１３．３％に設定し、かつ、補償スキームを適用したときの、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％、気温３５℃・相対湿度７５％における経過日数と噴霧量との関係を示すグラフである。 上述の図１９において用いられたＰＷＭ信号の設定を示す図である。 電池電圧に基づく補償の一例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る静電噴霧装置の構成図である。 本発明の実施形態２における、変圧器の入力電圧とスプレー電極の電圧との間の関係を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、図面を参照しつつ、実施形態１に係る静電噴霧装置１００について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

以下に述べるように、本実施形態では、ＰＷＭ信号（パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号）のデューティーサイクルにより、高電圧発生装置（電圧印加部）２２の出力電力を制御する（出力電力制御を行う）構成について説明する。

〔静電噴霧装置１００について〕
静電噴霧装置１００は、芳香油、農産物用化学物質、医薬品、農薬、殺虫剤、空気清浄化薬剤等の噴霧等に用いられる装置である。静電噴霧装置１００は、図１に示すように、スプレー電極（第１電極）１と、基準電極（第２電極）２と、電源装置３とを備える。

まず、静電噴霧装置１００の外観を図２により説明する。図２は、静電噴霧装置１００の外観を説明するための図である。

図示するように、静電噴霧装置１００は、直方形状である。その装置の一面に、スプレー電極１および基準電極２が配設されている。スプレー電極１は、基準電極２の近傍に位置する。また、スプレー電極１を取り囲むように環状の開口１１が、形成されている。基準電極２を取り囲むように環状の開口１２が、形成されている。

スプレー電極１と基準電極２との間には電圧が印加され、それによりスプレー電極１と基準電極２との間に電場が形成される。スプレー電極１からは正帯電した液滴が噴霧される。基準電極２は、電極近傍の空気をイオン化して負帯電させる。そして、負帯電した空気は、電極間に形成された電場と負帯電された空気粒子間の反発力とによって基準電極２から遠ざかる動きをする。この動きが空気の流れ（以下、イオン流と称する場合もある）を生み、このイオン流によって正帯電した液滴が静電噴霧装置１００から離れる方向へと噴霧される。

静電噴霧装置１００は、直方形状ではなく、他の形状であってもよい。また、開口１１、および開口１２は、環状とは異なる形状であってよく、その開口寸法も適宜調整されうる。

〔スプレー電極１、基準電極２について〕
スプレー電極１、および基準電極２を図３により説明する。図３は、スプレー電極１、および基準電極２を説明するための図である。

スプレー電極１は、金属性キャピラリ（例えば、３０４型ステンレス鋼など）等の導電性導管と、先端部である先端部５とを有する。スプレー電極１は、電源装置３を介して基準電極２と電気的に接続される。先端部５からは噴霧物質（以下、「液体」と称する）が噴霧される。スプレー電極１は、スプレー電極１の軸心に対して傾斜する傾斜面９を有し、先端部５に向かうほど先端が細く、尖った形状である。

基準電極２は、金属ピン（例えば、３０４型スチールピンなど）等の導電性ロッドからなる。スプレー電極１および基準電極２は、一定の間隔をあけて離間し、互いに平行に配置されている。スプレー電極１および基準電極２は、例えば、互いに８ｍｍの間隔をあけて配置される。

電源装置３は、スプレー電極１と基準電極２との間に高電圧を印加する。例えば、電源装置３は、スプレー電極１と基準電極２との間に１－３０ｋＶの間の高電圧（例えば、３－７ｋＶ）を印加する。高電圧が印加されると電極間に電場が形成され、誘電体１０の内部に電気双極子が生じる。このとき、スプレー電極１は正に帯電し、基準電極２は負に帯電する（その逆でもよい）。そして、負の双極子が正のスプレー電極１に最も近い誘電体１０の表面に生じ、正の双極子が負の基準電極２に最も近い誘電体１０の表面に生じる。この際、帯電したガスおよび物質種が、スプレー電極１および基準電極２によって放出される。ここで、上述したように、基準電極２において生成される電荷は、液体の極性とは逆の極性の電荷である。したがって、液体の電荷は、基準電極２において生成される電荷によって平衡化される。それゆえ、静電噴霧装置１００は、電荷平衡の原理に基づき、噴霧の安定性を図ることができる。

誘電体１０は、例えばナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ポリプロピレン、ナイロン６６またはポリアセチル－ポリテトラフルオロエチレン混合物などの誘電体材料からなる。誘電体１０は、スプレー電極１をスプレー電極取付部６において支持し、基準電極２を基準電極取付部７において支持する。

〔電源装置３について〕
電源装置３を図１により説明する。図１は、静電噴霧装置１００の構成図である。

電源装置３は、電源２１と、高電圧発生装置２２と、制御回路（制御部）２４と、を備える。

電源２１は、静電噴霧装置１００の運転に必要な電源を供給する。電源２１は、周知の電源であってよく、主電源または１つ以上のバッテリーを含む。電源２１は、低電圧電源、直流（ＤＣ）電源が好ましく、例えば、１つ以上の乾電池を組み合わせて構成される。電池の個数は、必要な電圧レベルと電源の消費電力とによって決まる。電源２１は、高電圧発生装置２２の発振器２２１に直流電力（換言すれば、直流電流および直流電圧）を供給する。

高電圧発生装置２２は、発振器２２１と、変圧器２２２と、コンバータ回路２２３とを備える。発振器２２１は、直流電力を交流電力（換言すれば、交流電流および交流電圧）に変換する。発振器２２１には変圧器２２２が接続される。変圧器２２２は、交流電流の電圧の大きさ（または交流電流の大きさ）を変換する。変圧器２２２にはコンバータ回路２２３が接続される。コンバータ回路２２３は、所望の電圧を生成し、交流電力を直流電力に変換する。通常、コンバータ回路２２３は、チャージポンプと整流回路とを備える。典型的なコンバータ回路は、コックロフト・ウォルトン回路である。

制御回路２４は、一定の値に設定されたＰＷＭ信号を発振器２２１に出力する。ＰＷＭとは、パルス信号を出力する時間（パルス幅）を変更することで電流や電圧を制御する方式のことである。パルス信号とは、ＯＮ、ＯＦＦを繰り返す電気信号のことであり、例えば、矩形波で表される。電圧の出力時間であるパルス幅は、矩形波の横軸で表される。

ＰＷＭ方式では、一定周期で動作するタイマを利用する。このタイマに、パルス信号をＯＮにする位置を設定してパルス幅を制御する。一定周期の中でＯＮにしている比率のことを「デューティーサイクル」（「デューティー比」とも称される）と言う。

制御回路２４は、様々な用途に対応するために、マイクロプロセッサ２４１を備える。マイクロプロセッサ２４１は、他のフィードバック情報（運転環境情報）２５に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルをさらに調整できるように設計されていてもよい。フィードバック情報２５には、環境条件（気温、湿度、および／または、大気圧）、液体量、ユーザによる任意の設定などが含まれる。その情報は、アナログ情報またはデジタル情報として与えられ、マイクロプロセッサ２４１により処理される。マイクロプロセッサ２４１は、入力情報に基づいて、スプレー間隔、スプレーをオンにする時間、または印加電圧の何れかを変更することで、スプレーの品質および安定性を高めるための補償を行うことも可能に設計されていてもよい。

一例として、電源装置３は、温度補償のために使用されるサーミスタなどの温度検知素子を備える。このとき、電源装置３は、温度検知素子により検知された温度の変化に従って、スプレー間隔を変化させる。スプレー間隔は、静電噴霧装置１００が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔である。例えば、噴霧（オン）の期間が３５秒間であり（その間、電源は第１電極と第２電極との間に高電圧を印加する）、噴霧停止（オフ）の期間が１４５秒間である（その間、電源は第１電極と第２電極との間に高電圧を印加しない）周期的なスプレー間隔の場合を考える。この場合、スプレー間隔は、３５秒＋１４５秒＝１８０秒である。

スプレー間隔は、電源のマイクロプロセッサ２４１に内蔵されたソフトウエアにより変更することができる。スプレー間隔は、温度が上昇すると設定点から増加し、温度が低下すると設定点から減少するように制御されてよい。スプレー間隔の増加および短縮は、噴霧される液体の特性によって定まる所定の指標に従うことが好ましい。便宜上、スプレー間隔の補償変化量は、スプレー間隔が０－６０℃（例えば、１０－４５℃）の間でのみ変化するよう制限されていてもよい。そのため、温度検知素子によって記録された極端な温度は誤りとみなされ、考慮されず、高温および低温に対しては、最適ではないものの容認しうるスプレー間隔が設定される。

フィードバック情報２５として、図１で示すように、温度センサ２５１の測定結果、湿度センサ２５２の測定結果、圧力センサ２５３の測定結果、液体の内容物に関する情報２５４（例えば、液体貯留量をレベル計で測定した結果を示す情報）、電圧・電流センサ２５５の測定結果などが挙げられる。また、液体の内容物に関する情報２５４には、液体の粘度を示す情報（例：液体の粘度を粘度センサ（不図示）で測定した結果を示す情報）が含まれていてもよい。

ここで、（ｉ）静電噴霧装置１００の周囲環境、および、（ｉｉ）静電噴霧装置１００に電力を供給する電源２１の動作状態、の少なくともいずれかを示す情報を、運転環境情報を称する。運転環境情報としては、フィードバック情報２５が用いられてよい。

一例として、運転環境情報は、静電噴霧装置１００の周囲環境を示す情報として、当該静電噴霧装置１００の周囲の気温、湿度、圧力、および上記液体の粘度の少なくとも１つを示す情報を含んでいてよい。本実施形態では、静電噴霧装置１００の周囲環境を示す情報に、当該静電噴霧装置１００の周囲の気温を示す情報（温度情報）が含まれている場合を例示して説明を行う。なお、運転環境情報が電源２１の動作状態を示す情報（例：電圧・電流センサ２５５の測定結果）を含んでいる場合については、後述する。

上記の運転環境情報は、例えば制御回路２４の内部メモリに記憶される。制御回路２４は、例えばフラッシュメモリ等の内部メモリを備えてもよい。制御回路２４は、例えば内部メモリに記憶された運電環境情報を参照して、後述する各種の出力電力制御を実行する。通常、制御回路２４は、マイクロプロセッサ２４１の出力ポートから、発振器２２１に対してＰＷＭ信号を出力する。スプレー・デューティーサイクルおよびスプレー間隔もまた、同じＰＷＭ出力ポートを介して制御されてよい。静電噴霧装置１００が液体を噴霧する間、ＰＷＭ信号が発振器２２１に対して出力される。

制御回路２４は、発振器２２１における交流電流の振幅の大きさ、周波数、またはデューティーサイクル、電圧のオン－オフ時間（あるいは、これらの組み合わせ）を制御することにより、高電圧発生装置２２の出力電圧を制御することが可能であってよい。

〔従来のフィードバック制御について〕
次に、従来の静電噴霧装置で利用されるフィードバック制御、およびその課題を説明する。そのうえで、当該課題を解決するための本実施の形態に係る静電噴霧装置１００について説明する。

〔従来の静電噴霧装置〕
従来のフィードバック制御を用いる典型的な静電噴霧装置２００及び電源装置３００を図４により説明する。図４は、典型的な静電噴霧装置２００の構成図である。なお、以下では、図１の電源装置３との相違点のみを説明する。

静電噴霧装置２００は、基準電極２の電流値を一定値に保持する電流フィードバック制御を用いる。静電噴霧装置２００は電源装置３００を含み、電源装置３００は、電源２１と、高電圧発生装置２２と、制御回路２４と、監視回路２３と、を備える。

監視回路２３は、電流フィードバック回路２３１および電圧フィードバック回路２３２を備える。

電流フィードバック回路２３１は、基準電極２の電流値を測定する。静電噴霧装置２００は電荷平衡されるため、基準電極２の電流値を測定し、参照することにより、スプレー電極１での電流値を正確に監視することができる。電流フィードバック回路２３１は、例えば変流器などの従来のいかなる電流測定装置を含んでもよい。

そして、基準電極２の電流値に関する情報が電流フィードバック回路２３１から制御回路２４へ出力される。制御回路２４は、基準電極２の電流値が一定値に保持されるようにＰＷＭ信号のデューティーサイクルを変更する。そして、制御回路２４は、変更後のＰＷＭ信号を発振器２２１へ出力する。

監視回路２３はまた、電圧フィードバック回路２３２を備えてもよく、この場合、スプレー電極に印加される電圧を測定する。一般に、印加電圧は、スプレー電極１と基準電極２とを接続する分圧器を形成する２つの抵抗器の接合部における電圧を測定することによって直接監視される。あるいは、印加電圧は、同様の分圧器の原理を用いて、コックロフト・ウォルトン回路内のノードで生成される電圧を測定することによって監視される。同様に、電流フィードバックに関して、フィードバック情報は、Ａ／Ｄ交換器を介して、あるいは、比較器を用いてフィードバック信号を基準電圧値と比較することによって、処理される。

このように、典型的な静電噴霧装置２００は、基準電極２の電流値を一定値に保持する電流フィードバック制御を用いる。フィードバック制御は、電圧フィードバック制御などであってもよく、以下、各種フィードバック制御を説明する。併せて、各々のフィードバック制御の課題も説明する。

〔各種フィードバック制御とその課題〕
フィードバック制御には、電流フィードバック制御、電圧フィードバック制御、電流／電圧フィードバック制御、出力電力フィードバック制御などがある。以下、それぞれのフィードバック制御について説明する。

電流フィードバック制御は、基準電極の電流値を一定値に保持する制御であり、消費電力が少ないという利点がある。一方で、電流フィードバック制御は、スプレー電極１の抵抗値が或る値より低いと、液体の噴霧に好適な電場がスプレー電極１と基準電極２との間に形成されにくくなる。このようなケースとして、スプレー電極１と基準電極２との間に漏れ電流が発生する場合が考えられる。このことを図５により説明する。

図５は、電流フィードバック制御に基づく、スプレー電極１の抵抗値とスプレー電極１の電圧値との関係の一例を示すグラフである。

図示するように、スプレー電極１と基準電極２との間に、４．８ｋＶ以上６．４ｋＶ以下程度の電圧を印加した場合であって、かつ、スプレー電極１の抵抗値が５．５ＧΩ以上８．０ＧΩ以下の場合には、スプレー電極１の電圧が液体の噴霧に好適な電圧範囲となる。つまり、スプレー電極１の抵抗値が５．５ＧΩ以上８．０ＧΩ以下のとき、スプレー電極１と基準電極２との間に液体の噴霧に好適な電場が形成される。言い換えると、静電噴霧装置にとって、スプレー電極１の抵抗値５．５ＧΩ以上８．０ＧΩ以下が、正常な運転を行うための許容範囲であると言える。

しかしながら、スプレー電極１と基準電極２との間に漏れ電流が発生するなどしてスプレー電極１の抵抗値が或る値（図５では５．５ＧΩ）より低くなると、スプレー電極１と基準電極２との間には液体の噴霧に好適な電場が形成されなくなる。一般的な自然環境下では、気温が高いと湿度が高くなる。そして、湿度が高くなると、空気中の水分の影響によって、スプレー電極１の周囲に帯電した電荷による影響を受けて漏れ電流が発生しやすくなる。

このように、電流フィードバック制御には、スプレー電極１の抵抗値が或る値より低い場合に噴霧に好適な電場が生じにくくなるという課題が存在する。

さらに、電流フィードバック制御は電流フィードバック制御回路を必要とし、電流フィードバック制御回路は、静電放電および過電圧を防止する構成が必要である。つまり、電流フィードバック制御には、回路構造が複雑になり、製造コストが高くなるという課題も存在する。

なお、スプレー電極１の抵抗値が５．５ＧΩより低くなった場合に、スプレー電極１と基準電極２との間に好適な電場を形成するために、電流フィードバック制御を電圧フィードバック制御（後述）に切り替えるという制御が考えられる。

次に、電圧フィードバック制御は、様々な運転環境において良好な噴霧結果を出すために、出力電圧を高くする必要がある。そのため、電圧フィードバック制御には、消費電流が多くなるという課題がある。また、電圧フィードバック制御は、電圧フィードバック制御回路を必要とすることから、回路構造が複雑になり、製造コストが高くなるという課題が存在する。

電流／電圧フィードバック制御は、スプレー電極１の抵抗値の許容範囲を広くすることができる。一方で、電流／電圧フィードバック制御は、電流フィードバック制御回路および電圧フィードバック制御回路を必要とすることから、回路構造が複雑になり、製造コストが高くなるという課題が存在する。

出力電力フィードバック制御は、スプレー電極１における、電流値と電圧値との積である電力（出力電力）を一定値に保持する制御方法である。出力電力フィードバック制御は、電力効率が低く、かつ、電流／電圧フィードバック制御と比べ、スプレー電極１の抵抗値の許容範囲が狭い。これは、スプレー電極１の抵抗値が或る値を下回ったとき、出力電力が、静電噴霧の行われるレベルを下回るためである。

上記の４つのフィードバック制御は、スプレー電極１の抵抗値が許容範囲内（図５では、５．５ＧΩ以上８．０ＧΩ以下）にあるとき、良好な噴霧結果を示す。なかでも、コスト面および消費電力の観点において、電流フィードバック制御が最適と言える。このことを図６により説明する。

図６は、電流フィードバック制御、電圧フィードバック制御、電流／電圧フィードバック制御、および出力電力フィードバック制御それぞれについて、スプレー電極１の抵抗値とスプレー電極１における電圧値との関係を示すグラフである。図中ハッチング部は、スプレー電極１の抵抗値の許容範囲（５．５ＧΩ以上８．０ＧΩ以下）と電圧範囲に対応する領域を示す。

図６に示すように、スプレー電極１の抵抗値が５．５ＧΩ以上８．０ＧΩ以下のとき、電流フィードバック制御を用いた場合にスプレー電極１の電圧値が最も低くなり、消費電力の観点から電流フィードバック制御が最適と言える。一方、電圧フィードバック制御を用いた場合、スプレー電極１の電圧値が最も高くなり、電流フィードバック制御に比べて消費電力が多くなる。

このように、スプレー電極１の抵抗値がある許容範囲にあるとき、電流フィードバック制御が最適である。

しかしながら、電流フィードバック制御は、スプレー電極１の抵抗値が許容範囲よりも低いときに、スプレー電極１と基準電極２との間に静電噴霧に好適な電場が形成されないという課題が見出される。発明者は、この課題を解決するために、出力電力制御という制御方法を見出した。以下、出力電力制御について説明する。

〔出力電力制御〕
図１に示すように、静電噴霧装置１００では、制御回路２４が、上述の運転環境情報に基づいて、一定の値に設定されたＰＷＭ信号を高電圧発生装置２２の発振器２２１に対して出力する。これにより、静電噴霧装置１００では、高電圧発生装置２２の出力電力（より具体的には、高電圧発生装置２２からスプレー電極１に供給される電力）が一定になる。

以降、静電噴霧装置１００の制御方法を、出力電力制御と称する。出力電力制御では、スプレー電極１および基準電極２における電流値および電圧値からは独立して、上述の運転環境情報に基づいて、高電圧発生装置２２の出力電力が制御される。

つまり、出力電力制御は、スプレー電極１における電流値と電圧値との積に対するフィードバック制御を行うことによって出力電力を一定に制御する出力電力フィードバック制御とは技術思想を異にする。

ここで、図７は、出力電力制御および出力電力フィードバック制御の場合における、スプレー電極の抵抗値とスプレー電極の電圧との関係を示すグラフである。図示するように、出力電力フィードバック制御の設定値が適正に設定されると、出力電力制御および出力電力フィードバック制御による、スプレー電極１の最大の抵抗値（図６では８ＧΩ）におけるスプレー電極１の電圧値はともに約７ｋＶとなる。

しかしながら、スプレー電極１の抵抗値が８ＧΩよりも低くなると、出力電力制御による、スプレー電極１における出力電圧が、出力電力フィードバック制御による出力電圧よりも高くなる。このことは、スプレー電極１の抵抗値が８ＧΩよりも低い範囲では、出力電力制御の静電噴霧性能が、出力電力フィードバック制御の静電噴霧性能よりも高くなることを意味する。

さらに、出力電力制御は、フィードバック回路が不要であり、回路構造を簡素化し、静電噴霧装置１００の製造コストを大幅に下げることができる。

図８は、電源２１から高電圧発生装置２２への入力電力とＰＷＭ信号のデューティーサイクルとの関係を示すグラフである。図８のグラフを作成するうえで、まず、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定値を何パターンかで変更する。そして、変更後の設定値に対応する電池の消費電流を測定する。次に、（消費電流）×（電池電圧）により、電源２１から高電圧発生装置２２への入力電力を算出し、その入力電力をＰＷＭ信号のデューティーサイクルに対してプロットする。

図示するように、入力電力とＰＷＭ信号のデューティーサイクルとは比例の関係にある。このことから、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定を介して、高電圧発生装置２２の出力電力の制御が可能であることが理解される。高電圧発生装置２２の出力電力は、上述の入力電力に応じて変化するためである。なお、高電圧発生装置２２への入力電力を制御するという観点からは、本実施形態の出力電力制御は、入力電力制御と呼称されてもよい。

次に、電流フィードバック制御と出力電力制御とで噴霧量に有意な差が認められるか否かを図９により確認する。図９は、電流フィードバック制御および出力電力制御それぞれの、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。

実際のデューティーサイクルは、噴霧の状態を観察することで決められる。図９では、スプレー電極１の抵抗値に依らずスプレー電極１において十分に高い電圧値を得るために、デューティーサイクルは６．７％に設定されている。このとき、ＰＷＭ周期は１．２ｍｓであり、ＯＮ時間は８０μｓである。

図示するように、電流フィードバック制御および出力電力制御ともに、経過日数にかかわらず約０．６ｇ／日の噴霧量を保って推移する。また、双方の制御はともに、標準偏差（σ）の２倍である２σが、経過日数にかかわらず１０％前後を推移する。つまり、噴霧量、および、その安定性において、電流フィードバック制御および出力電力制御には有意な差は認められない。

図１０は、電流フィードバック制御および出力電力制御それぞれの、経過日数と電池電圧との関係を示す図である。

図示するように、電流フィードバック制御の電池電圧は、出力電力制御の電池電圧よりも高い。このことから、出力電力制御の電力消費量が、より高いことが分かる。ただし、出力電力制御であっても、単３電池を２本用いた１か月間使用では、噴霧性能は許容範囲内に収まることを付言しておく。

次に、異なる条件下において出力電力制御を用いて静電噴霧したときの結果を図１１～図１６により説明する。ここで、異なる条件下とは、（１）気温１５℃・相対湿度３５％、（２）気温２５℃・相対湿度５５％、（３）気温３５℃・相対湿度７５％、である。また、図１１、図１３、図１５はそれぞれ、１０回噴霧したときの平均値、および、標準偏差（σ）の２倍値のグラフである。

図１１は、気温１５℃・相対湿度３５％における、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。図１２は、気温１５℃・相対湿度３５％における、噴霧日数と出力電力との関係を示す図である。

図１３は、気温２５℃・相対湿度３５％における、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。図１４は、気温２５℃・相対湿度３５％における、噴霧日数と出力電力との関係を示す図である。

図１５は、気温３５℃・相対湿度７５％における、経過日数と噴霧量との関係を示す図である。図１６は、気温３５℃・相対湿度７５％における、噴霧日数と出力電力との関係を示す図である。

図１１、図１３、図１５に示すように、何れの条件下においても平均噴霧量は０．６ｇ／日以上を維持している。このことから、出力電力制御は、様々な条件下において、所望量の液体を噴霧できることが分かる。なお、標準偏差（σ）の２倍値は、高温多湿であるほど変動が大きく、不安定になった。

また、図１２、図１４、図１６に示すように、何れの条件下においても、出力電力は５．０ｍＷ前後を保ち、スプレー電極１において十分に高い電圧値が得られている。なお、高温多湿であるほど、出力電力が安定的に５．０ｍを上回った。

〔デューティーサイクルの設定〕
次に、異なる条件下での最適なデューティーサイクルについて図１７を用いて説明する。図１７は、デューティーサイクルを６．７％、１３．３％、３．３％と変化させたときの、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％、気温３５℃・相対湿度７５％における経過日数と噴霧量との関係を示すグラフである。

本データの取得時、スプレー電極１において、出力電圧および電流値を計測し、その結果を電源装置３により記録した。出力電力は、スプレー電極１における、出力電圧と電流値との積として取得される。出力電力は、静電噴霧により消費される電力の総計であり、具体的には、液滴を正帯電するのに必要な電力と、負帯電のイオン流を生成するのに必要な電力との合計値である。

上記のデータ取得の結果によると、高湿度下では出力電力は高くなる。これは、スプレー電極１の周囲の誘電体に帯電した電荷による影響であると考えられる。また、高湿度下で噴霧特性を高めるためには、出力電力を高くすることが好ましい。これは、スプレー電極１の周辺における電場を強くして十分なイオン流を生成するためである。

３つの条件下での噴霧結果を比較すると、気温３５℃・相対湿度７５％の高湿度下での噴霧特性が最も複雑に変化する。この要因としては、スプレー電極１の周囲の誘電体に帯電した電荷による影響が考えられる。一方、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％での噴霧特性は、さほど大きくは変化せず安定している。

次に、デューティーサイクルを６．７％、１３．３％、３．３％と変化させたときの噴霧結果を説明する。

試験開始後の最初の６日間はデューティーサイクルを６．７％に設定した（ＰＷＭ周期１．２ｍｓ、ＯＮ時間８０μｓ）。続いて、試験開始６日目から１６日目まではデューティーサイクルを１３．３％に設定した（ＰＷＭ周期１．２ｍｓ、ＯＮ時間１６０μｓ）。さらに、試験開始１６日目以降はデューティーサイクルを３．３％に設定した（ＰＷＭ周期１．２ｍｓ、ＯＮ時間４０μｓ）。

図１７の結果から、デューティーサイクルを１３．３％に設定したときに、噴霧の安定性が最も良好になる。これは、スプレー電極１の周囲の誘電体に帯電した電荷による影響が最も小さいためと考えられる。一方、デューティーサイクルを３．３％に設定したときに、噴霧の安定性が最も低くなる。これは、スプレー電極１の周囲の誘電体に帯電した電荷による影響が最も大きくなるためであり、気温３５℃・相対湿度７５％の高湿度下での噴霧特性が顕著に影響を受ける。

この結果より、次のことが言える。つまり、フィードバック制御を用いなくとも、出力電力制御によって所望の噴霧量を安定的に得ることができる。このとき、デューティーサイクルを高く設定し、スプレー電極１の周囲の誘電体に帯電した電荷による影響を軽減することで、高湿度条件下においても、さらに噴霧の安定性を高めることが可能である。

〔補償スキーム〕
図１７では、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定値を高くすることで噴霧変動が抑制されることを示した。

しかしながら、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを高くすると消費電流が多くなる。このことを図１８により説明する。図１８は、デューティーサイクルを１３．３％に設定したときの、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％、気温３５℃・相対湿度７５％における経過日数と噴霧量との関係を示すグラフである。

図１８を用いて説明したように、デューティーサイクルを１３．３％に設定したときには、気温３５℃・相対湿度７５％の高湿度下での噴霧状態は安定する。また、デューティーサイクルを１３．３％に設定したときには、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％という湿度条件下での噴霧特性も安定している。

しかしながら、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％では、長時間にわたり低温度下で高電圧が印加され、電源装置３の消費電流が多くなる。その結果、単３電池２本での連続運転期間は３０日に満たないことが想定される。図１８は、単３電池２本を用いて静電噴霧装置を運転したとき、気温１５℃・相対湿度３５％の条件下では１５日弱、気温２５℃・相対湿度５５％の条件下では２０日弱の運転日数となることを示す。電池に予め蓄えられている電力量は有限であるため、運転日数が短いと、利用者に過度な電池交換を要求することになる。

そこで、発明者は、低温度下であっても消費電流を抑制する補償スキームを検討した。この補償スキームは、高湿度条件下ではＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げることが好ましく、かつ、気温が高いほどに湿度も高くなるという点に着目して検討されたものである。

具体的には、静電噴霧装置１００において、制御回路２４は、以下の式（１）、すなわち、

Sprayperiod（Ｔ）：温度Ｔにおける、静電噴霧装置１００が液体を噴霧する時間と噴霧を停止する時間とを一サイクルとする噴霧時間（ｓ）
Ｔ：気温（℃）
Ｔ₀：初期設定温度（℃）
Sprayperiod_compensation_rate：噴霧時間補償率（－）
Sprayperiod（Ｔ₀）：初期設定温度Ｔ₀における、静電噴霧装置１００が液体を噴霧する時間と噴霧を停止する時間とを一サイクルとする噴霧時間（ｓ）
に基づいて、噴霧時間（噴霧間隔）Sprayperiod（Ｔ）を決定してもよい。

また、静電噴霧装置１００において、制御回路２４は、以下の式（２）、すなわち、

PWM_ON_time（Ｔ）：ＰＷＭ信号のＯＮ時間（μｓ）
PWM_compensation rate：ＰＷＭ補償率（／℃）
PWM_ON_time（Ｔ₀）：初期設定温度Ｔ₀におけるＰＷＭ信号のＯＮ時間（μｓ）
る時間と噴霧を停止する時間とを一サイクルとする噴霧時間（ｓ）
に基づいて、ＰＷＭ信号のＯＮ時間（ＰＷＭ信号をＯＮとする時間）PWM_ON_time（Ｔ）を決定してもよい。

上述の式（１）および（２）は、補償スキームを示す式であり、気温Ｔが１０℃以上４０℃以下の場合に用いられる。なお、図１７等では、気温Ｔが１５℃以上３５℃以下の場合が例示されているが、本願の発明者は、気温Ｔが、（ｉ）１０℃以上１５℃以下の場合、および、（ｉｉ）３５℃以上かつ４０℃以下の場合においても、上述の式（１）および（２）が適用可能であることを確認した。

気温Ｔは、図１に記載の温度センサ２５１で取得されもよいし、外部の温度計から取得されてもよい。そして、上述のように、運転環境情報には、温度情報（気温Ｔを示す情報）が含まれている。

当該温度情報は、温度センサ２５１、あるいは外部の温度計からマイクロプロセッサ２４１に送信される。マイクロプロセッサ２４１は、その温度情報を式（１）および（２）に挿入して、Sprayperiod（Ｔ）、および、PWM_ON_time（Ｔ）を演算する。

式（１）における初期設定温度Ｔ₀（℃）、噴霧時間補償率（－）、Sprayperiod（Ｔ₀）、および、式（２）におけるPWM_compensation rate：／℃、PWM_compensation rate：／℃は、マイクロプロセッサ２４１に予め入力されていてもよい。各々の値が、制御回路２４の内部メモリ等に格納されていてもよい。

例えば、式（１）において、Ｔ₀＝１５℃、Sprayperiod_compensation_rate＝３．３１１／℃とする。また、Sprayperiod(Ｔ₀)は、１５℃において、１７１．６（ｓ）とする。

同様に、式（２）において、例えば、PWM_compensation rate=５／℃とする。また、PWM_ON_time（Ｔ₀）は、１５℃において、８０（μｓ）とする。

式（１）および（２）に示す補償スキームは、気温の変化に伴って、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定値を設定する。つまり、気温が上昇するとＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定値を上げ、気温が低下するとＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定値を下げる。この補償スキームを用いることで、スプレー電極１と基準電極２との間に漏れ電流が発生してスプレー電極１の抵抗値が１ＧΩ以上５．５ＧΩ以下の範囲となるような場合であっても、スプレー電極１と基準電極２との間に強い電場を形成することができる。つまり、誘電体に帯電した電荷の影響がスプレー電極１と基準電極２との間に形成された電場に及ぶにも、一定の値に設定されたＰＷＭ信号を高電圧発生装置２２の発振器２２１に対して出力する出力電力制御を用いることで噴霧の安定性を保つことができる。

なお、気温が変化しなければ、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定値は不変である。それゆえ、静電噴霧装置１００は、気温ごとに、その気温に対応するＰＷＭ信号のデューティーサイクルの設定値を用いて出力電力制御を行うということもできる。

図１９は、デューティーサイクルを１３．３％に設定し、かつ、補償スキームを適用したときの、気温１５℃・相対湿度３５％、気温２５℃・相対湿度５５％、気温３５℃・相対湿度７５％における経過日数と噴霧量との関係を示すグラフである。

図１８と対比して分かるように、気温１５℃・相対湿度３５％、および気温２５℃・相対湿度５５％での噴霧において、単３電池２本を用いて静電噴霧装置を運転したときに、良好な噴霧状態を維持しつつ、運転日数が長くなっている。これは、気温１５℃・相対湿度３５％、および気温２５℃・相対湿度５５％での噴霧における消費電流が低下したことを意味する。なお、図１９のデータは、式（１）において、Ｔ₀＝１５℃、Sprayperiod_compensation_rate＝３．３１１／℃とし、Sprayperiod（Ｔ₀）は、１５℃において、１７１．６（ｓ）としたものである。また、式（２）において、PWM_compensation rate＝５／℃とし、PWM_ON_time（Ｔ₀）は、Ｔ₀＝１５℃において、８０（μｓ）としたものである。

ここで、静電噴霧装置１００は、液体の粘度特性をも考慮に入れて、次のような補償スキームを組み合わせてもよい。具体的に、液体は、気温が低下すると粘度が上昇し、気温が上昇すると粘度が低下する。そこで、気温が上昇した場合、例えば制御回路２４は、Sprayperiod（Ｔ）の設定値を下げる。これにより、気温が高くなった場合には電池の電力消費が抑制される。一方、気温が上昇した場合、例えば制御回路２４は、PWM_ON_timeを上げる。これにより、気温が高くなると電池の電力消費が上がる。この両者のバランスを取りつつ、幅広い気温範囲にわたって最適な電力消費量となる補償スキームを構築する。また、このスキームによって、高温条件下において、液体の噴霧量を適度に抑制する。

このように、液体の粘度特性をも考慮に入れた補償スキームを適用することもできる。同様に、静電噴霧装置１００の周囲の湿度、圧力（大気圧）、静電噴霧装置１００に貯留される液体量といった情報に基づく補償スキームを適用することも可能である。

また、静電噴霧装置１００の周囲環境を示す情報（運転環境情報の一態様）に含まれる、温度情報以外の情報（例：湿度、圧力、粘度を示す情報）をさらに用いて、出力電力制御を行うこともできる。あるいは、温度情報以外の情報のみを用いて、出力電力制御が行われてもよい。

図２０は、上述の図１９において用いられたＰＷＭ信号の設定を示す図である。図２０において、横軸は、気温（温度）Ｔを示す。また、左端の縦軸はPWM_ON_time（Ｔ）を、右端の縦軸はＰＷＭ信号のデューティーサイクル（PWM duty）を、それぞれ示す。なお、図２０においても、図１９と同様に、Ｔ₀＝１５℃、PWM_compensation rate＝５／℃である。

図２０に示されるように、気温Ｔに応じてＰＷＭ信号のデューティーサイクルを調整することにより、１５℃～３５℃の温度範囲において、噴霧の安定性が保持されることが確認された。

加えて、図２０に示されるＰＷＭ信号のデューティーサイクルの調整によって、Ｔ＝１５℃、２５℃、３５℃の各気温において、スプレー電極１の先端部５から噴霧される液体の形状が、テイラーコーン状となることが確認された。すなわち、１５℃～３５℃の温度範囲における、良好な噴霧状態および噴霧量の安定が確認された。

〔電池電圧に基づく補償の一例〕
上述の例では、運転環境情報が気温Ｔを示す情報（静電噴霧装置１００の周囲環境を示す情報の具体例）を含んでいる場合の補償方法について述べた。続いて、運転環境情報が電源２１の動作状態を示す情報（例：電圧・電流センサ２５５の測定結果）を含んでいる場合の補償方法を例示する。

例えば、運転環境情報は、電源２１の動作状態を示す情報として、電源２１から高電圧発生装置２２に供給される電圧および電流の少なくとも一方の大きさを示す情報を含んでいてよい。以下、運転環境情報が、電源２１から高電圧発生装置２２に供給される電圧（電池電圧）の大きさを示す情報である場合を例示する。なお、電池電圧は、電圧・電流センサ２５５によって測定されてよい。

図２１は、電池電圧に基づく補償の一例を示す図である。図２１において、横軸は、電池電圧を示す。また、左端の縦軸はスプレー電極１の電圧を、右端の縦軸はＰＷＭ信号のデューティーサイクル（PWM duty）をそれぞれ示す。なお、電池電圧の初期値は３．２Ｖであるとする。

上述のように、電池電圧は時間の経過に伴って徐々に低下する。従って、図２１の「ＰＷＭ補償なし」の凡例に示されるように、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを調整しなければ、電池電圧の低下に伴って、スプレー電極１の電圧も低下してしまう。このため、電池電圧がある程度低くなった場合には、噴霧の安定性が損なわれる可能性がある。

そこで、本願の発明者は、図２１の「ＰＷＭ補償あり」の凡例に示されるように、電池電圧の低下に伴って、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを調整する補償スキームを新たに見出した。

具体的には、制御回路２４は、電池電圧が低下すると、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げるように、当該デューティーサイクルを調整する。これにより、時間の経過に伴って電池電圧が低下しても、スプレー電極１の電圧を一定（約６ｋＶ）に保つことができるので、噴霧の安定性を保持できる。

〔静電噴霧装置１００の効果〕
以上のように、本実施形態の静電噴霧装置１００において、制御回路２４は、スプレー電極１および基準電極２における電流値および電圧値からは独立して、（ｉ）静電噴霧装置１００の周囲環境、および、（ｉｉ）電源２１の動作状態、の少なくともいずれかを示す運転環境情報に基づいて、高電圧発生装置２２の出力電力を制御する。これにより、簡易な構造により噴霧安定性に優れた静電噴霧装置を実現することが可能となる。

なお、本実施形態では、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを調整することにより、出力電力制御を行う場合を例示したが、以下の実施形態２に述べるように、ＰＷＭ以外の方式によって出力電力制御を行うことも可能である。

〔実施形態２〕
以下、本発明の実施形態２について、図２２および図２３に基づいて説明する。

図２２は、本実施形態の静電噴霧装置１００ａの構成図である。なお、以下では、図１の静電噴霧装置１００との相違点のみを説明する。

図２２に示されるように、静電噴霧装置１００ａは、（ｉ）変換回路２６を備えており、（ｉｉ）制御回路２４から発振器２２１にＰＷＭ信号が出力されないという点において、実施形態１の静電噴霧装置とは異なる。以下に述べるように、静電噴霧装置１００ａは、ＰＷＭ以外の方式によって出力電力制御を行うことを目的として構成されたものである。

変換回路２６は、電源２１から高電圧発生装置２２に供給される電圧の大きさを変換する回路である。変換回路２６は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータである。また、変換回路２６は、電源２１と高電圧発生装置２２との間に設けられている。

具体的に、変換回路２６は、電源２１から入力された直流電圧Ｖ１（入力電圧としての電池電圧）を、大きさの異なる直流電圧Ｖ２（出力電圧）に変換する。そして、変換回路２６は、当該電圧Ｖ２を、高電圧発生装置２２（より具体的に発振器２２１）に供給する。ここで、Ｋ＝Ｖ２／Ｖ１を、変換回路２６における電圧の変換倍率と称する。

図２３は、変圧器２２２の入力電圧（換言すれば、発振器２２１の出力電圧）とスプレー電極１の電圧との間の関係を示す図である。図２３において、横軸は変圧器２２２の入力電圧を、縦軸はスプレー電極１の電圧を、それぞれ示す。また、図２３には、スプレー電極１の抵抗値が、「４ＧΩ」、「５ＧΩ」、および「６ＧΩ」の３通りの場合について、変圧器２２２の入力電圧とスプレー電極１の電圧との間の関係が示されている。

図２３に示されるように、スプレー電極１の各抵抗値について、変圧器２２２の入力電圧が小さくなるにつれて、スプレー電極１の電圧が小さくなることが確認された。同様に、変圧器２２２の入力電圧が大きくなるにつれて、スプレー電極１の電圧が大きくなることが確認された。

従って、図２３によれば、変圧器２２２の入力電圧を適切に調整することにより、スプレー電極１の電圧をほぼ一定の値（例：６ｋＶ）に保持することが可能であることが理解される。換言すれば、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを変更しなくとも、変圧器２２２の入力電圧を変更することにより、上述の出力電力制御を行うことが可能となる。

この点を踏まえ、本実施形態における制御回路２４は、変換回路２６に対して、上述の変換倍率Ｋを変化させる（増減させる）指令を与えるように構成されている。上述のように、発振器２２１は、自身に入力された直流電圧（上述の電圧Ｖ２）を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧を変圧器２２２に供給する。このため、電圧Ｖ２の値を変更することにより、変圧器２２２の入力電圧を変更することができる。

ここで、Ｖ２＝Ｋ×Ｖ１であるので、制御回路２４によって上述の変換倍率Ｋを変更すれば、変圧器２２２の入力電圧を変更できる。そして、上述のように、変圧器２２２の入力電圧に応じて、スプレー電極１の電圧が決定される。このように、制御回路２４によって変換倍率Ｋを変更することにより、出力電力制御を行うことができる。

なお、制御回路２４による変換倍率Ｋの変更は、実施形態１の出力電力制御と同様に、スプレー電極１および基準電極２における電流値および電圧値からは独立して、上述の運転環境情報に基づいて行われる。

一例として、制御回路２４における変換倍率Ｋの変更は、電池電圧の大きさ（電源２１の動作状態を示す情報の一例）に基づいて行われてもよい。また、変換倍率Ｋの変更は、上述の気温Ｔ（静電噴霧装置１００ａの周囲環境を示す情報の一例）に基づいて行われてもよい。また、電池電圧の大きさと気温Ｔとの両方に基づいて、変換倍率Ｋの変更が行われてもよい。なお、上述のように、湿度、圧力、液体の粘度等を示す情報をさらに用いて、変換倍率Ｋの変更が行われてもよい。

以上のように、本実施形態の静電噴霧装置１００ａは、上述の変換倍率Ｋを変更することによって、出力電力制御を行うことが可能である。すなわち、静電噴霧装置１００ａは、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを変更する以外の方法によって、出力電力制御を行うことが可能である。静電噴霧装置１００ａによっても、実施形態１と同様に、簡易な構造により噴霧安定性に優れた静電噴霧装置を実現することが可能となる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は静電噴霧装置に関する。

１ スプレー電極（第１電極）
２ 基準電極（第２電極）
３ 電源装置
５ 先端部
６ スプレー電極取付部
７ 基準電極取付部
９ 傾斜面
１０ 誘電体
１１、１２ 開口
２１ 電源
２２ 高電圧発生装置（電圧印加部）
２４ 制御回路（制御部）
２５ フィードバック情報（運転環境情報）
２６ 変換回路
１００、１００ａ 静電噴霧装置
２２１ 発振器
２２２ 変圧器
２２３ コンバータ回路
２３１ 電流フィードバック回路
２３２ 電圧フィードバック回路
２４１ マイクロプロセッサ
２５１ 温度センサ
２５２ 湿度センサ
２５３ 圧力センサ
２５４ 液体の内容物に関する情報
２５５ 電圧・電流センサ
２６２ 基準電極

Claims (7)

1. 第１電極と第２電極との間に電圧を印加することにより、当該第１電極の先端から液体を噴霧する静電噴霧装置であって、
   上記第１電極と上記第２電極との間に上記電圧を印加する電圧印加部と、
   上記第１電極および上記第２電極における電流値および電圧値からは独立して、（ｉ）自装置の周囲環境、および、（ｉｉ）自装置に電力を供給する電源の動作状態、の少なくともいずれかを示す運転環境情報に基づいて、上記電圧印加部の出力電力を制御する制御部と、を備え、
   上記運転環境情報は、自装置周囲の気温を示す情報を含んでおり、
   上記制御部は、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルにより上記出力電力を制御し、かつ、
   上記気温が高くなると、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げ、
   上記気温が低くなると、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを下げ、
   上記制御部は、以下の式（１）に基づいて、自装置が上記液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を決定することを特徴とする静電噴霧装置；
   

   

   ここで、
   Sprayperiod（Ｔ）：温度Ｔにおける、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔（ｓ）
   Ｔ：気温（℃）
   Ｔ₀：予め自装置に設定された初期設定温度（℃）
   Sprayperiod_compensation_rate：噴霧間隔補償率（－）
   Sprayperiod（Ｔ₀）：初期設定温度Ｔ₀における、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔（ｓ）
   である。
2. 上記電圧印加部は、
   上記電源から供給される直流電流を交流電流に変換する発振器と、
   上記発振器に接続され、電圧の大きさを変換する変圧器と、
   上記変圧器に接続され、交流電流を直流電流に変換するコンバータ回路と、を備え、 上記制御部は、デューティーサイクルを一定に設定したＰＷＭ信号（パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号）を上記発振器に出力することを特徴とする請求項１に記載の静電噴霧装置。
3. 上記運転環境情報は、上記周囲環境を示す情報として、自装置周囲の湿度、圧力、および上記液体の粘度の少なくとも１つを示す情報をさらに含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電噴霧装置。
4. 上記制御部は、以下の式（２）に基づいて、上記ＰＷＭ信号をＯＮとする時間を決定することを特徴とする請求項１に記載の静電噴霧装置；
   

   

   ここで、
   PWM_ON_time（Ｔ）：ＰＷＭ信号のＯＮ時間（μｓ）
   Ｔ：気温（℃）
   PWM_compensation rate：ＰＷＭ補償率（／℃）
   PWM_ON_time（Ｔ₀）：上記初期設定温度Ｔ₀におけるＰＷＭ信号のＯＮ時間（μｓ）
   である。
5. 上記制御部は、
   上記気温が高くなると、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を大きくし、かつ、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを上げ、
   上記気温が低くなると、自装置が液体を噴霧する時間および噴霧を停止する時間を一サイクルとする噴霧間隔を小さくし、かつ、上記ＰＷＭ信号のデューティーサイクルを下げることを特徴とする請求項１に記載の静電噴霧装置。
6. 上記運転環境情報は、上記電源の動作状態を示す情報として、上記電源から上記電圧印加部に供給される電圧および電流の少なくとも一方の大きさを示す情報を含んでいることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の静電噴霧装置。
7. 上記電源から上記電圧印加部に供給される電圧の大きさを変換する変換回路をさらに備えており、
   上記変換回路は、上記電源と上記電圧印加部との間に設けられており、
   上記制御部は、上記変換回路における上記電圧の変換倍率を増減させる指令を当該変換回路に与えることにより、上記出力電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の静電噴霧装置。

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