対象面からの距離が可変の多数ポートを備える静電スプレーノズル
【課題】 より均一な電界、又は実質的に均一な電界を各出口の先端にもたらす多数の出口を備える静電ノズルを構築する。
【解決手段】 動的静電エアフィルター用に提供されるノズルスプレーヘッドであり、このノズルスプレーヘッドアセンブリが出口として多数のノズル開口部を示し、出口と対象部材との距離が一定ではないようにノズル本体の底から伸びる、ノズルスプレーヘッド。帯電された多数の出口は、その先端でより均一な電界を示し、したがって、各個別出口によって、向上した、より均一なスプレーパターンを実現できる。１実施形態において、出口は同心円上に集められ、最も内側の円は最長の出口を含み、最も外側の円は最短の出口を含む。
【解決手段】 動的静電エアフィルター用に提供されるノズルスプレーヘッドであり、このノズルスプレーヘッドアセンブリが出口として多数のノズル開口部を示し、出口と対象部材との距離が一定ではないようにノズル本体の底から伸びる、ノズルスプレーヘッド。帯電された多数の出口は、その先端でより均一な電界を示し、したがって、各個別出口によって、向上した、より均一なスプレーパターンを実現できる。１実施形態において、出口は同心円上に集められ、最も内側の円は最長の出口を含み、最も外側の円は最短の出口を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にスプレーノズル装置に関し、特に空気流中の粒子状物質を収集するために静電気的に帯電される液滴を噴霧する種類のノズルに関するものである。本発明は、特に、各ノズル出口に対する他の不平等電界の影響を克服するために、可変長の複数の出口を示すノズル本体を備える静電ノズルとして開示されるものである。ノズル出口（管）の可変長は、これらの出口で電界をより均一に分布させる傾向にある。それによって、各出口について、改善した、均一なスプレー分布パターンを実現する。ノズル出口と対象部材との差動電圧は等しくてもよいが、すべてのノズルの電界が等しいわけではない。これは、対象面と各種ノズル出口との距離を変更する工程が行われない限り、１つの隣接したノズル出口から隣のノズル出口への干渉効果が存在するからである。あるいは、異なる群のノズルについて対象面とノズル出口との差動電圧を変更することもできる。
【背景技術】
【０００２】
多数の出口を備える静電スプレーノズルは当該技術分野においてかなり周知であり、従来の多くの装置において、個別出口はすべて同じ長さである。しかし、このように長さが均一であることによって個別の出口の先端に均一の電界がもたらされず、異なる出口で異なるスプレーパターンが生成される原因となる。出口の先端は、すべて同一の高圧値を示すので、これらの全く同一の出口の先端では、電界の強度及び方向に関して互いに干渉が発生する傾向にある。
【０００３】
米国特許出願公開番号第２００２／０００７８６９ ＡＩ（ピュイ（Pui）に付与）では、ノズルの長さは異なるが、各ノズル出口の先端と対象面との距離は同一に保たれている。この関係は、ピュイ（Pui）の図５Ａに示される。ピュイ（Pui）の主な目的は、個別ノズルの出口直径及びこれらの出口によって排出される液滴の大きさに関わらず、荷電粒子（又は液滴）を対象面に噴霧することである。この種類の装置は、「汚れた」空気流から微粒子を除去するために、帯電されたスプレー液滴が予め定められた空間内でスプレー煙を発生させることを意図する「空気清浄」装置には適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のノズル噴霧システムでは、すべての個別ノズルの充電電圧が単一の値であり、すべてのノズルの個別ノズル出口と対象面との距離が本質的に等しかったために、隣同士の帯電されたノズルの近接が原因で各個別ノズルの先端の電界強度は一定ではない。したがって、個別ノズルは、（隣同士のノズルが）均一の方法で噴霧しない。むしろ、スプレーパターンは、主に各ノズルの実際の電界強度によって異なる。一般に、内側のノズルの一部は、外側のノズルの一部よりも大幅に低い電界強度を示す。この低い電界強度によって、より小さく、恐らく分散範囲の狭いスプレーパターンが生成される。
【０００５】
より均一な電界、又は実質的に均一な電界を各出口の先端にもたらす多数の出口を備える静電ノズルを構築できれば、進歩と言えるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述したように、より均一な電界、又は実質的に均一な電界を各出口の先端にもたらす多数の出口を備える静電スプレーノズルヘッドを構築することは、進歩である。これは、（１）一部のノズルチップをある電圧で帯電させ、他のノズルチップを第２の異なる電圧で帯電させる、又は（２）すべてのノズルチップを実質的に同じ電圧で帯電させるが、これらのノズルチップの一部が対象に近くなるようにこれらのノズルチップの一部で距離を変更し、これによってこれら特定のノズルチップが帯電されたスプレー液滴のより顕著で広範なパターンを生成できるようにより強い電界強度を容易に備える、という２種類の方法で達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を呈し、少なくともこれらの出口の一部が対象面から異なる距離に配置される静電ノズル装置を提供する点である。
本発明の別の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を示す静電ノズル装置を提供し、出口により均等に分布する電界を提供して、向上したより均一なスプレーパターン特性を実現する点である。
本発明のさらなる利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を呈す静電ノズル装置を提供し、出口ノズルポートから対象面までの距離がノズルポートによって異なり、特に、出口ノズルポートを同心円状の環に配置でき、最も内側の環が最長の出口ノズルポート（対象面から最短距離）を備え、最も外側の環が最短の出口ノズルポート（対象面から最長距離）を備える点である。
【０００８】
本発明のさらなる別の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を呈する静電ノズル装置を提供し、出口ノズルポートの長さは実質的に一定だが、出口ノズルポートの一部が他の出口ノズルポートよりも強い電圧の大きさを呈するように、１つ以上の充電電圧が提供される点である。
本発明のさらなる別の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を示す静電ノズル装置を提供し、出口ノズルポートの長さは実質的に一定だが、対象面自体、対象面と各種出口ノズルポートとの距離が異なるように非表面的な方法で成形される点である。
本発明のさらなる利点及び他の新規の特徴は、一部は以下の説明に記載されており、一部は以下を検討すれば当業者には明らかになり、又は本発明を実施することによってわかり得る。
【０００９】
上記の利点やその他の利点を達成するために、本発明の１つの観点に従って、次の静電ノズル装置を提供する。ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口が複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、及び前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口方向を向く隣接面を呈する前記対象部材を備え、前記複数個の出口開口部と対象部材の隣接面との間の複数の予め定められた距離が設定されるように、複数個の個別ノズル出口がノズル本体の第２の面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた距離を延長し、前記隣接面と複数個の出口開口部との予め定められた距離が、複数個の個別ノズル出口について一定ではない、静電ノズル装置。
【００１０】
本発明の別の観点に従って、次の静電ノズル装置を提供する。ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口がノズル本体の第２の面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と前記流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を呈する前記対象部材を備え、前記複数個の個別ノズル出口が、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向のある大きさで配置される、静電ノズル装置。
【００１１】
本発明のさらなる他の利点は、本発明の好ましい一実施形態が、本発明を実施するために企図される最良の形態の１つで記述且つ示される、以下の説明及び諸図面から、当業者には明らかになる。理解されるように、本発明は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本発明から逸脱することなく様々な自明の態様すべてにおいて変形可能である。したがって、諸図面及び説明は、制限的なものではなく、例示的なものと見なす。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の原則に従って作成された、多ポートノズルの横断面の側正面図。
【図２】図１の多ポートノズルの底面図。
【図３】図１の多ポートノズルによって生成される電界分布の線図。
【図４】対象面が平面ではない、図１のノズルに類似した別の構造の横断面の側正面図。
【図５】本発明の原則に従って作成された、ノズルチップが対象面から非均一の距離にある多ポートノズルの側正面図。
【図６】図５の多ポートノズルによって生成される電界分布の線図。
【図７】図６の電界分布図から９０°(垂直）の位置にある平面で発生するが、図５のノズルに類似した４環の多ポートノズルによって生成される電界電位の線図。
【図８】本発明の原則に従って作成された、図５の多ポートノズルに類似した多ポートノズルの特定の詳細の一部を示す側正面図。
【図９】三角形のノズル管配置パターンを持つ多ポートノズルの底面図。
【図１０】六角形のノズル管配置パターンを持つ多ポートノズルの底面図。
【図１１】個別ノズルが対象面から均一の距離にある、同心円状の４環の多ポートノズルのスプレーパターンを示している。
【図１２】個別ノズルが対象面から非均一の距離にある、同心円状の４環の多ポートノズルのスプレーパターンを示している。
【図１３】４組の同心円状の環の多ポートノズルを示す線図であり、ノズルが直接観察者のほうを向いた平面に示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照するが、それらの例が添付図面に図解されており、同じ数字は図面全体を通して同一要素を示す。
本明細書に組み込まれてその一部を成す添付図面は、本発明の幾つかの態様を図示しており、本説明及び特許請求の範囲と相まって、本発明の原理を説明する働きをする。図面は以下の通りである。
【００１４】
図１を参照すると、静電スプレーノズルが図解されており、一般に参照番号１００で示される。装置１００は、実際には多ノズルスプレーヘッドであり、複数の個別ノズル開口部を使用してスプレー煙の分量及び密度を増加させる。流入口は矢印１０２で示されており、円筒形の外壁１０４を備える。作動流体は流入口１０２を通過し、次にノズル本体上部１１０の内部にある経路（流路）１０６をそのまま通過する。この本体上部１１０は、典型的には、デルリン（DELRIN）（登録商標）などの非導電プラスチック製である。導電性の金属管はこの流路１０６に圧入されており、この金属管は、参照番号１１２で示される。
【００１５】
高圧電極１１４は、充電管１１２と接触するように使用する。電極１１４は、典型的に、ノズル本体上部１１０の側にある開口部１１６を経由し、銅線（表示されない）などの導電体を介して高圧電源に接続させる。
【００１６】
ノズル本体下部は参照番号１２０で示されており、開口部を備える個別ノズル出口の群を構成する複数の出口経路に（帯電された）流体を分配する流体チャンバー又は貯蔵槽１２４を含む。これらの出口ノズルポートは、参照番号１３２、１３４、及び１３６で示されており、一群としては一般に参照番号１３０で示されている。ノズル本体下部１２０は、必要に応じて取り付け穴１２２を備えることができる。最底面（図１を参照）は、１２６で示されており、図２にも表示されている。
【００１７】
多数のノズル出口１３０は、ノズル本体の底面１２６及び底部１２０を貫いて流体貯蔵層又はチャンバー１２４に至るように圧入される、一連の小径ステンレス鋼管を備えてもよい。個別のノズル管１３０は、図２に示したように、必要に応じて同心円（「環」）のパターンに配置できる。最も内側の円のノズル管は、参照番号１３２で示されており、最も外側の同心円は、参照番号１３６で示されているノズル管を含む。中間の同心円（環）は、参照番号１３４で示されている一連のノズル管を含む。その他のノズル管配置パターンは、本発明の原則から離れることなく、以降の図に示すように容易に使用できる。
【００１８】
貯蔵層/チャンバー１２４内の流体が十分に帯電され、接地面（又は異なる電圧の表面）が物理的に一定の近接距離内に存在する場合、各ノズル１３０から流体の静電スプレーを噴出するのに十分な電界が生成される。ほぼ同一の長さの出口（管）を備える帯電された多数の個別ノズルによって生成される電界分布の例は、図３に示されており、電界の抵抗ベクトルは、参照番号１４０、１４２、１４４、１４６、及び１４８など二次元の矢印で図解されている。図３では、ノズル出口（管）１３２、１３４、及び１３６が、実質的に同一の電圧の大きさにそれぞれ帯電される。
【００１９】
各ノズルポート１３０は、隣接する個別ノズルポートによって生成される電界に影響を与える電界を生成する。図１〜２に図解した実施形態において、すべてのノズルポート１３０がスプレーヘッド１００の底面１２６から同一の距離で突出し、すべてのノズル出口に適用される電圧＋Ｖ１が一定であり、「対象」２０が平坦な上面を示す場合、最も内側の同心円状の環のノズル管（１３２）は、隣接電界からの干渉が原因で、不均一に噴霧してもよく、又は全く噴霧しない。
【００２０】
図１において、対象プレート２０は、ノズル１３０から噴出されるスプレー液滴を受ける位置に配置する。空気清浄装置では、対象プレート２０の面を打つ特定の液滴パターンを作成するよりも、実質的に均一の大きさ（直径）を示す電気的に帯電された液滴の霧状の「煙」を生成するほうが重要である。均一の大きさの液滴は、対象プレート２０及びノズル本体１００によって部分的に形成されるチャンバを通過する「汚れた」空気から粒子状物質を収集する場合に効果的である傾向にある。
【００２１】
対象プレート２０の実際の大きさ及び形状は、システム設計者の手に委ねることができる。プレート２０は、必ずしも平坦な表面を備えていなくてもよく、実際、後述するように他の形状も極めて有用であり得る。対象プレート２０は、予め定められた電圧の大きさに固定されてもよい。ただし、多数の用途において、図１の参照番号２２に図解したように、好ましくは接地電位に固定する。流体はノズル本体１００の内部で電気的に帯電されるので、ノズル出口も、図１の参照番号２４で＋Ｖ１と示されているように、事実上、電位まで帯電される。実際の電圧の大きさ及び極性は、システム設計者の手に委ねてもよく、用途によって適した電圧は大幅に異なってもよい。本明細書においては慣例上「＋」の極性のみが使用するが、電圧は、当然ながら、接地電位に応じて負の極性でもよい。
【００２２】
ノズル出口で＋ＶＩの電圧が示される場合、１３２、１３４、及び１３６の各出口では、ノズルチップを含む表面に沿って正の電界を示す。図１において、この電界は一般に＋ＥＩ（参照番号２６）として示される。しかし、ノズル出口管に沿った別の場所においては、ベクトル量＋Ｅ１の強度及び方向が著しく異なることに留意しなくてはいけない。さらに、（図１の配置のように）対象プレート２０と出口管の先端との距離が実質的に一定値の場合、最も内側のノズル管１３２の先端の電界強度は、最も外側のノズル管１３６の先端の電界強度よりも多少大きくなる。この現象については、図３を参照しながら詳細に後述する。
【００２３】
図３は、図１及び２に図解したようなスプレーヘッドによって生成される電界（＋ＥＩ）分布の横断面であり、スプレーヘッド１００は、同心円状の３環のノズル管（即ち、１３２、１３４、及び１３６のノズル）を示している。すべてのノズル管について充電電圧が一定（均一）の場合、高品質のスプレーを生成する時の外環の（即ち、ノズル管１３６によって生成される）電界強度は、最も内側の環の（即ち、ノズル管１３２によって生成される）電界強度よりも約６０％強い。これは、（最も外側の環のノズルの）電界強度矢印１４８と（最も内側の環のノズルの）電界強度矢印１４４とを比較することによって確認できる。これは、電圧の大きさＶ１、Ｖ２、及びＶ３が実質的に等しくても（それぞれ、ノズル群１３２、１３４、及び１３６）、対象プレート２０が実質的に平らである、又は上面が平面である（図３参照）場合に発生する。
【００２４】
電界の干渉が原因で、２つの内環のノズル（即ち、ノズル管１３２及び１３４）は、良質なスプレーを噴出するために不十分な電界強度を示し、ノズルから帯電された流体のスパッタリング又は液だれが発生する可能性が高い（少なくとも、図１の実施例のようにノズルが下向きの場合）。流体を帯電させる全体電圧が十分に上昇する場合、最終的には、すべてのノズルにおいて、液だれ又はスパッタリングが発生するのではなく、噴霧が行われるようになる。ただし、この上昇した電圧によって、外側ノズル（即ち、ノズル１３６）が過帯電状態になり、外側ノズル管１３６によって制御不能な多索状スプレーが噴出される場合がある。
【００２５】
より均一な電界分布は有益であり、各ノズルから高品質のスプレーを噴出することができる。これは、静電スプレーノズルを空気清浄装置で使用する場合、特に重要である。これは、液滴の細かい、実質的に均質なスプレーによって、このような空気清浄装置を通過する気柱の断面積をより均一に浄化するからである。単にスパッタリング又は液だれが発生する個別ノズルは、液滴の高品質な「均一の」スプレーの噴出に寄与せず、したがって、このようなスパッタリング又は液だれが発生するノズル出口によってその結果形成される、液滴スプレーパターン（「霧状の煙」）の「隙間」に大量の粒子状物質を貫流させる。
【００２６】
移動する「汚れた」空気流から、均一で高品質な粒子の洗浄を行うための別の要素は、実質的に均一な大きさ又は直径を示す、帯電されたスプレー液滴に関する。均一の大きさのスプレー液滴を形成するためには、通常、実質的に均一の直径を示す出口を備えるノズル管を使用する必要がある。ノズル出口に用いられる正確な大きさは、システム設計者の手に委ねることができ、指定の装置に必要な空気清浄装置の性能を決定する場合、他の要素も考慮しなければいけない。例えば、スプレー液滴の密度、スプレー液滴の噴出速度、加えて、液滴に加える電圧の大きさ、ノズル出口から噴出されてから液滴が有用な電圧を維持できる期間が重要である。
【００２７】
本発明のスプレーノズルを用いる多くの他の用途が、液滴の高品質で「均一な」スプレーの使用による便益を受けることを留意しなくてはいけない。例えば、自動車業界では、塗料流体を帯電させるために非常に高い電圧を使用して多数の部品を吹き付け塗装するが、従来のシステムでは小さい塗料の塊が発生する。他の種類の材料は、非常に高い充電圧力でも凝集する可能性のある、帯電された粒子によって表面コーティングが施されている。本発明は、より均質な、細かい帯電された液滴の霧を生成するために使用でき、したがって多数又はすべての塊が形成されないようにできる。別の例としては、特定の化学反応における帯電された液滴の使用が挙げられる。多くのガソリン（又は他の炭化水素燃料）エンジンは燃料噴射装置を使用しており、密度の点でより均質である（及びほとんど又はまったく凝集しない）細かい燃料霧は、多くの燃焼反応において非常に有益である。細かい液滴の層状（不均一な）の密度を生成することが望ましい場合においても、本発明を使用して、（平面の対象面を使用して）個別出口ノズル管の長さを変更する、又は出口ノズル管の長さを実質的に一定に保ちながら、対象面を平面にならないように再成形することによって（詳細は後述）、より正確に予め定められた不均一な密度を生成できる。
【００２８】
図３のノズルスプレーヘッドの電界強度の差異を克服する１つの方法は、ノズル管ごとに異なる電位で帯電させることである。図３では、最も内側の同心円状の環のノズル管１３２は電圧Ｖ１に帯電させることができるが、中間の同心円状の環のノズル管１３４はＶ１よりも低い異なる電圧Ｖ２に帯電させることができ、さらに、最も外側の同心円状の環のノズル管１３６は、Ｖ２よりも低い、さらに異なる電圧Ｖ３に帯電させることができる。この種類の高電圧充電システムの作成は一層困難であるかもしれないが、このシステムは、より均一な電界強度分布をすべてのノズルにもたらすという目的を達成し、すべてのノズル管１３２、１３４、及び１３６について「向上した」分布を示し、比較的細かいスプレー液滴の煙（霧）を生成する、より均一なスプレーパターンを提供するという総合的な目標を達成する傾向にある。図３に図解した電界分布は明らかに変わり、むしろ図６に図解したような外見になる。これについては、（異なるノズル管の作成について）後述する。
【００２９】
ただし、最も内側のノズルが「過帯電」されないように注意する必要がある。電圧レベルは、過度の漏れ電流を発生させ得る、又は定期的なアーク放電もしくは充電電圧が異なるノズル管におけるフラッシュオーバーを発生させ得る、又はノズルスプレーヘッドの底面１２６に沿ってトラッキングをも発生させ（次に、底面の絶縁特性を低下させ）得る強度（例えば、４０ｋＶ又は５０ｋＶ超）に達してはいけない。特定のノズルヘッドデザインで優良なスプレーパターンが実現できない場合（即ち、「一定の」ノズル管の長さを使用した場合）、後述するように、本発明の別の設計を使用できる。
【００３０】
多ノズルスプレーヘッドの別の実施形態は、一般に参照番号１５０で示される多ポートスプレーノズルによって図４に図解されている。ノズル１５０は、円筒形の開口部１５４によって作成される流入口１５２を示し、流体はここを通過して、１７４の流体チャンバー又は貯蔵槽まで伸びる流体経路又は流路１５６に流れ込む。本体上部は参照番号１６０で示されており、この本体の上部は、流入口１５２及び流体経路１５６を貫通する充電電極を含む。この電極は、流体経路１５６の長手方向軸に沿って伸びる長手方向の棒として参照番号１６２で示されている。棒１６２の底面（図４を参照）には、実質的に平坦な表面を持つディスク（又はその他の形）１６４が存在し、流体貯水槽１７４の内部に適合している。流体貯水槽１７４はノズル本体の底部分に作成され、一般に参照番号１７０で示される。ノズル本体のこの底部分には、必要に応じて取り付け穴１７２を備えることができる。ノズル本体の底部は、さらに低い（底の）面１７６を含む（図４を参照）。
【００３１】
流体貯槽槽１７４から底面１７６を貫通して伸びる多数のノズル管が存在し、これらのノズル管は、群として、一般に参照番号１８０で示される。図４に示したように、同心円状の３つの環の個別ノズル管１８０（最も内側の環のノズル１８２、最も外側の環のノズル１８６、及び中間の同心円状の環のノズル１８４）が存在する。この構成において、これらのノズルは、図２に図解した底面からの外観と同一の外観を有する。当然のことながら、他のノズル配置パターンも、本発明の原則から離れることなく、使用できる。
【００３２】
図４のノズル本体１５０は、同一条件下、即ち、ノズルチップでの電圧が一定であり、対象面が実質的に平面である（図１の２０を参照）場合、図１のノズル本体１００と比較して類似した静電スプレー特性を示す。しかし、図４においては、一般に参照番号３０で示される対象が上面に沿って平面ではなく、その代わりに、３８で上「頂点」、並びに３７及び３９で２つの緩やかな斜面を示している。この形状は、円錐形の外表面、例えば、対象面３０の横断面を表すことができる。図４のこの例において、対象３０は接地に接続されるが、ノズルは３４で実質的に一定の電圧＋Ｖ２に帯電されており、参照番号３６で電界＋Ｅ２を生成する。
【００３３】
対象３０の非平面的形状が、ノズル管１８２、１８４、及び１８６のノズル出口の先端において、より等しい、または実質的に等しい（均一）な電界強度を生成するのに寄与することに留意する必要がある。すべての出口ノズルについて誘発された＋Ｖ２が一定でも、この構成では、様々なノズル管１８２、１８４、及び１８６が、ノズル管１３２、１３４、及び１３６のすべてに一定の電圧＋Ｖ１が適用された場合に図１のノズル構成１００によって生成されるよりも、均一な煙スプレーパターンを生成できる。これは主に、対象面３０と中間のノズル管１８４及び最も外側のノズル管１８６との距離と比較して、最も内側のノズル管１８２と頂点３８地点又はその付近の対象面３０との距離を短くすることによって実現する。このようにより等しい、又はより均一な電界の例については、図６を参照しながら詳細に後述する。
【００３４】
図４は、参照番号３１で別の形状を持つ対象面も図解しており、放物線の輪郭を断面図で示している。この対象３１がノズル本体１５０の下に配置されると、この場合も放物線の対象３１の最上部と最も内側のノズル管１８２との距離が、放物線の対象３１と中間のノズル管１８４及び最も外側のノズル管１８６との距離よりも短くなる。この構成も、すべての出口ノズルについて誘発された電圧＋Ｖ２が一定である場合も含め、ノズル管１８２、１８４、及び１８６のノズル出口の先端でより等しい、又は実質的に等しい（均一な）電界強度を生成するのに寄与する。
【００３５】
より均一な電界分布を実現するもう１つの方法は、最も外側のノズルがノズル本体から伸びる距離と比較して、最も内側のノズルがこのノズル本体の底面からさらに伸びるようにノズルを構成することである。この構成において、ノズルは先端と平面の対象面との距離に関して「ねじれ」ている。このような構成の例は、図５に図解されており、ノズルスプレーヘッドは、一般に、参照番号２００で示される。
【００３６】
ノズルスプレーヘッド２００は、円筒形の壁２０４によって形成される流入口又はポート２０２を含む。この流入口２０２は、ノズル本体の上部２１０を貫通して伸びる流体経路又は流路２０６と連通している。図１の代表的なノズルに類似した方法で、充電管部材２１２はこの流体経路２０６に圧入することができる。ノズル本体自体は、好ましくはプラスチック（デルリン（DELRIN））などの非導電性材で構成されるが、充電管部材は導電性材で構成される。導電体２１４は電極を形成でき、開口部２１６を貫通して導電体が設置される。これは、経路２０６を通過する流体を電気的に高圧に帯電させ、その結果、静電スプレーとして使用され得る帯電された流体を生成する。
【００３７】
ノズル本体の下部は、一般に、２２０で示され、１つ以上の取り付け穴２２２を備えることができる。ノズル本体の下面又は底面は、２２６に図解されている。液体貯蔵槽又はチャンバーは、本体下部２２０の２２４に形成される。貯蔵槽２２４に到達する前に液体に電荷が付与された場合、（流体自体に沿った）貯蔵層の内表面が電圧＋Ｖ３などの電位に引き上げられる。
【００３８】
一連の個別ノズルは、ノズル本体の下面２２６を貫通して貯蔵槽２２４から伸びており、この一連のノズルは群として、一般に、参照番号２３０で示される。ノズル群２３０の個別のノズルは、一連の同心円状の環に配置する。ここにおいて、最も内側の環はノズル２３２を、最も外側の環はノズル２３６を、中間の同心円状の環はノズル２３４をそれぞれ備える。個別ノズルのこの構成は、必要に応じて、（図５のように）底面から見た図２の外観を持つことができる。当然のことながら、他のノズル配置パターンも、本発明の原則から離れることなく、使用できる。
【００３９】
（図５のように）側面から見た場合、「ねじれ」効果を直ちに認識でき、ノズル管２３２、２３４、及び２３６と対象プレート４０の上面との距離が、すべてのノズル２３０について均一（等しい）わけではない。図５に図解した構成では、対象プレート４０は（４２で示されている）接地電位に結合させるが、常に結合させる必要はない。一般に対象プレート４０とノズル管の先端との差動電圧が存在することは望ましいが、図５では、差動電圧は＋Ｖ３（４４）に等しい。図５では、差動電圧の＋Ｖ３によって、ノズル出口で電界＋Ｅ３が生成される。当然ながら、＋３の極性が常に正である必要はない。また、すべてのノズルチップにおいて電界＋Ｅ３が実質的に等しい（均質である）ことは望ましいが、電界＋Ｅ３は、すべての場所において常に完全に均一ではない。
【００４０】
群２３０の個別ノズルが同一の電圧に帯電させられた場合（充電電圧が極性２１４に適用され、次に電荷が流体に付与され、その結果電荷がノズル２３０に付与された場合）、個別ノズル２３０のすべての先端で、より均一な電界分布が示される。これは、最も内側の環のノズル（即ち、ノズル２３２）ではノズルの先端とノズルスプレーヘッド２００の下に存在する接地プレート４０との距離が短いからであり、その結果、これらのノズル２３２では有効電界（＋Ｅ３）の強度が増加するからである。（図５及び図２に図解したように）３環構成の場合、最も内側の環のノズル２３２は、プレート４０の上面に対して最も接近するように伸び、中間の同心円上の環のノズル２３４はプレート４０の上面からやや距離が遠くなるように伸びるが、最も外側のノズル２３６よりもプレート４０の上面までの距離が短くなるように伸びる。
【００４１】
当然ながら、本発明は、（図４に図解した対象３０又は対象３１のような）非平面対象部材及び（底面２２６から伸びているノズル管２３２、２３４、２３６などのノズル管のような）ノズル本体の底面から可変長を示す一連の「ねじれ」ノズルの組み合わせを使用することによっても実現できる。このような構成は、作成するのにやや高価であるかもしれないが、ノズル出口と対象部材の隣接面との可変距離を維持しつつ、単一の電源を使用してスプレー液を帯電させるという目的を達成できる。
【００４２】
電界分布（＋Ｅ３）は、図６に図解したように、ノズルスプレーヘッド２００の３環セットの同心円状のノズル２３０によって作成される。電界ベクトルは個別の矢印によって表され、最も内側のノズル２３２によって生成される電界の矢印２４８が、図３の最も内側のノズル１３２によって生成される矢印１４４よりもはるかに強い強度を持つことが分かる。図６において、電界＋Ｅ３は、接地プレート４０とノズル管２３２、２３４、及び２３６との差動電圧によって生成される。
【００４３】
図６では、中間の同心円状の環のノズル２３４及び最も外側のノズル２３６によって生成される電界の矢印の強度は２４２で示されており、この強度は、どの環のノズルと比較してもほぼ等しい。これは、図３で中間の同心円状の環のノズル１３４（電界１４８を生成）及び最も外側のノズル１３６（電界１４２を生成）に関して対照的である。図３では、最も外側のノズル１３６が最大の電界強度１４２を生成することが分かる。ノズルの「側面」に沿った電界の強度（図３では１４０、図６では２４０）は比較的小さく、ノズルの先端２３０で生成されるスプレー液滴の対象として機能する接地プレート又は接地面（図５には表示されていない）に最も近いノズルチップ（即ち、出口開口部）付近の電界と比較すると微々たるものである。図６に示したように、ノズル２３２の最も内側のノズルチップ同士の間に存在する電界２４４も比較的小さい。
【００４４】
図６のノズル構成において、個別ノズル出口（即ち、ノズル２３２、２３４、及び２３６）は、個別ノズル出口の開口部（即ち、これらのノズル２３２、２３４、及び２３６の「先端」）がこれらのノズルチップの１つと別のノズルチップとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある予め定められた位置に存在するように配置され、大きさ（即ち、長さ）が調整される。換言すれば、図３の電界ベクトル１４２及び１４８のベクトル強度と比較して、図６の電界ベクトル２４２及び２４８の強度は相互にほぼ等しく、したがって、電界ベクトル２４２及び２４８のベクトル強度間の勾配は減少している。この現象は、実質的に等しい電界強度の集合と呼ぶこともできる。
【００４５】
図７は、図５のノズルスプレーヘッド２００の３環のノズルセットに類似した、ノズルの一連の同心円状の４環によって生成される電界分布２６０を抽象的に図解している。図７では、電界分布２６０は、各個別ノズルの先端で生成される電界の強度及びベクトル方向を抽象的に図解している。この構成において、最も内側のノズルがノズル本体の底から最も遠くまで伸び（したがって、平面対象５２に最も接近する、図８を参照）、最も外側の環のノズルはノズル本体の底面から最も短い距離を伸びる（したがって、平面対象５２から最も遠い、図８を参照）ように、ノズル本体の底面に関して非均一の長さのノズルセットが存在する。これによって、図７に図解したパターンに類似したノズルを配置する場合、ほぼ均一の強度（又は大きさ）の一連の電界＋Ｅ４が生成される。換言すれば、最も内側のノズルは、２６４の電界を生成する次に外側の環のノズルから離れて配置されている限り、２６２の電界を生成する。最も内側のノズル（電界２６２を生成）と２つ目の環のノズル（電界２６４を生成）との距離と比べて、電界２６４を生成するノズルと電界２６６を生成する次に外側のノズルセットとの間隔は狭い。個別ノズルの数も、同心円の中心から広がる同心円状の環の各セットごとに増加する。最も外側のノズルは、電界パターン２６８を生成するが、これらも電界パターン２６６を生成するノズルの３番目の環から一定の距離をおいて配置する。
【００４６】
図７に示したこれらの各電界形態の形状は、ノズル本体の底面に平行な平面によって表される断面図で見た場合、各ノズルチップから伸びる電界ベクトルの方向にほぼ比例している。図７においては電界ベクトル自体は図解されていないが、実際には、上述した平面に平行な「水平」コンポーネントを持つ方向に伸びる。これによって、図７に図解したパターンの形状がもたらされる。
【００４７】
本発明において別の配置パターンを使用できることをさらに強調するために、このような他の例のパターンを図解する図９及び１０を示す。図９では、個別ノズルが線状の三角型のパターンに集められ、一般に群として参照番号３００で示される。（図９において）ノズルの上列は３０２で示されており、ノズルの個別「線状」セットは、（この図の上から）３０４、３０６、３０８、及び３１０で示されている。図１０において、群としてのノズルパターンは、一般に参照番号３２０で示され、一連の六角形セルのセットで構成される。各ノズルは３２２で示されており、このような各ノズルが、この例の３つの別個の六角形セルの節点の１つを形成する。
【００４８】
図８は、スプレーヘッド２７０のその他の構造上の詳細を無視した簡易図式で、一般に参照番号２７０で示されるノズルスプレーヘッドのノズルセットを図解する。図８では、本体下部２７２のみが図解されており、帯電された流体を各個別ノズルまたはノズル管に導く内部の流体経路（表示されていない）が含まれる。スプレーヘッド２７０は、４セットの同心円状の環のノズルを備えており、上述した図７に図解したパターンの作成に使用できる。最も内側のノズルは２８２、２番目の同心円状のノズルセットは２８４、３番目の同心円状のノズルセットは２８６、及び４番目（最も外側）のノズルセットは２８８で示されている。
【００４９】
同心円状のノズルの中心線は２８０で示されており、すぐ後述する中心線からの半径方向距離及び個別ノズルの間隔が存在する。中心線２８０から最も内側のノズル２８２までの距離は「ｄ０」、最初又は最も内側の環のノズル２８２と２番目の環（２８４）までの距離は「ｄ３」、２番目と３番目の環（２８４と２８６）との距離は「ｄ２」、及び３番目と４番目（最も外側）の環（２８６と２８８）との距離は「ｄ１」とそれぞれ示されている。図に示したように、距離ｄ３は、距離ｄ１又はｄ２よりも大きいが、距離のみによって最終的なスプレーパターン又は電界強度分布が決まるわけではない。後述するように、ノズルの先端によって形成される角度も重要である。
【００５０】
平面対象プレート５０の上面５２にも平行である水平線（図８）と比較すると、角度「Ａ」は最初の環のノズル２８２及び２番目の環のノズル２８４の先端を結ぶ線によって形成される。平面対象プレート５０の上面５２にも平行である同一の水平線と比較すると、角度「Ｂ」は２番目の環のノズル２８４及び３番目の環のノズル２８６の先端を結ぶ線によって形成される。平面対象プレート５０の上面５２にも平行である同一の水平線と比較すると、角度「Ｃ」は３番目の環のノズル２８６及び４番目の最も外側のノズル２８８の先端を結ぶ線によって形成される。
【００５１】
ある実施形態において、距離ｄ１、ｄ２、及びｄ３が、図８に図解した比率と比較して大幅に異なっていてもよいが、角度Ａ、Ｂ、及びＣは等しくてもよい。角度Ａ、Ｂ、Ｃがすべて等しい場合、ノズルチップ２８２、２８４、２８６、２８８間の傾斜は同一線状となり、その結果、このようなスプレーヘッド構造は、ノズルチップ（又は出口）に沿って均一の傾斜を示す。図解された配置では、最も外側のノズル２８８の先端から対象面５２までの距離ｄ１１は、ノズル２８６の先端から表面５２までの距離ｄ１２よりも大きく、距離ｄ１２は、ノズル２８４の先端から表面５２への距離ｄ１３よりも大きく、距離ｄ１３は、ノズル２８２の先端から表面５２への距離ｄ１４よりも大きい。これらの可変距離ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３、及びｄ１４は、実質的に均一の分布を示す電界＋Ｅ４を生成する傾向があり、２８２、２８４、２８６、及び２８８の各ノズル管が実質的に同一の電位＋Ｖ４に帯電させられた場合でも、ノズルチップでの＋Ｅ４電界のベクトルは、実質的に同一の強度を示す。
【００５２】
図８の距離ｄ１、ｄ２、及びｄ３にほぼ同一の比率を使用する場合、角度Ａが９°、角度Ｂが１６°、及び角度Ｃが２１°であると、代表的なスプレーパターンを生成できる。このノズル配置例において、ｄ０〜ｄ３の距離は実質的に、ｄ０＝３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）、ｄ１＝９．５２５ｍｍ（０．３７５インチ）、ｄ２＝６．３５ｍｍ（０．２５インチ）、及びｄ３＝６．３５ｍｍ（０．２５インチ）である。生成される代表的なスプレーパターンは図１２に示されており、後述されている。この例において、充電電圧は２５〜３５ｋＶの範囲、液体流速は０．０５〜０．１５ｍＬ／ノズル出口の範囲、及びスプレー液滴の接地「対象」は、ノズル出口から５０．８〜８８．９ｍｍ（２．０〜３．５インチ）の範囲の距離に配置されたことに留意すべきである。一般に、各ノズル出口では少なくとも２ｋｖ／ｍの電界強度を生成することが望ましいが、同時に、（少なくとも、安全上の理由から）最大充電電圧を３０ｋＶ未満に制限することが望ましい。
【００５３】
図１１は、図１の３環のノズルスプレーヘッド１００に類似して、長さが均一、即ち、各ノズル管がノズル本体の底面から実質的に同一の距離だけ伸び、その先端では平面対象の表面からの距離が実質的に同一である、同心円状の４つの環のノズルによって生成されたスプレーパターンを図解したものである。最も内側のノズルの先端に十分な電圧がなく、最良のスプレーパターンのごく一部しか生成しない、またはスパッタリングが発生する傾向にある。このパターンは３４２で図解されており、一部のパターンは相応なスプレーパターンに見えるが、これは、最も内側のノズルが次の環のノズルよりもかなり離れて配置されていたからに過ぎない。次の２環のノズルは、不規則なパターン（３４４及び３４６）を生成する。これは、主に、流体のスパッタリング及び液だれによって生成されたものであり、所望のスプレーパターンのいずれでもない。最も外側のノズルのみが、相応のスプレーパターン３４８を生成した。これは、最も外側のノズルが最高の電界電位を備えていたからであり、３環の同心円状のノズルセットについて図３の電界分布を調べると予期される。
【００５４】
図１２も、４環の同心円状のノズルセットを図解しており、一般に、参照番号３６０で示される。図１２では、ノズルは、ノズル本体の底からの長さが均一ではなく、ノズル先端から平面対象への距離も可変である（注：平面の対象面とノズル本体の底面は、互いに実質的に平行である）。この例において、最も内側のノズルはノズル本体の底から最も遠くまで伸び、その結果、平面の対象面との距離は最も接近する。これは、角度Ａ、Ｂ、及びＣがそれぞれ９°、１６°、及び２１°である、図８のノズルセット２７０によって生成されるスプレーパターンの種類である。最も内側のノズル２８２はスプレーパターン３６２を、２番目の環のノズル２８４はスプレーパターン３６４を、３番目の環のノズル２８６はスプレーパターン３６６を、４番目の最も外側の環のノズル２８８はスプレーパターン３６８を生成する。これらのスプレーパターンはすべて許容できるものであり、スパッタリングや液だれによって生成されたものではない。これは、平面対象４０の表面から３環のノズルセットまでの距離が均一でないことを示す図６の電界分布を調べると予期される。
【００５５】
当然ながら、同心円状の環の個別ノズルのノズル管に関する最適な角度構成は、すべての状況（即ち、すべてのノズル環間の傾斜が均一な場合）において線状ではなく、むしろ球状、放物線状、又は楕円形状のカーブによってノズル先端の実際に最適な位置を描いてもよい。最適な構成は、各環に含まれるノズル数、ノズルの環の間隔、ノズルの部材（例えば、ステンレス鋼管、又はそれ以外）、ノズル筐体自体の形状などの影響を受ける。図８のノズル配置２７０が均質な傾斜を示していないことに留意すべきである。
【００５６】
図１３は、３環の同心円状のノズルセットを図解しており、一般に参照番号３８０で示される。このノズル群３８０には、４個の個別の３環のノズルスプレーヘッド（３８２、３８４、及び３８６、並びに３８８）が存在する。追加のノズルスプレーヘッドは、特定の装置において所望されるように、より広範なスプレーパターンを生成し、より大きい流量のスプレー粒子を出力するために使用する。図１３は、隣接したノズル群の影響を明らかにするために示したものである。これは、個別ノズルによって生成される電界が、他の隣接するノズル環の影響を受けるからである。例えば、参照番号３９２で示されている領域の最も外側のノズルの電界は、互いにやや隣接しているためにある程度強度が減少する。反対に、同一の同心円状の環の電界は、参照番号３９０で示されているように、外側の周囲よりも大きい。これは、群内の他のノズルに関して、互いにより遠位に存在するからである。この電界の差は、図１３に図解したように、主に３つの外側の環において示されている。３９４の最も内側の環においては、この効果はあまり見られない。これは、主として、最も内側の環が外側の影響から最も保護されており、最も内側の環は、特定の各ノズル本体又はスプレーヘッドに関して、自身の他の同心円状の環から最も遠く離れて配置されるノズルを備えているからでもある。
【００５７】
上記の例では、特定の環では均一の長さが用いられると説明されてきたが、特定の環に含まれるすべてのノズル（又はノズル管）の長さが、常に同一の長さ（又はターゲットからの距離）である必要はないことを留意しなくてはいけない。単一の環に含まれる一部のノズルの長さを変更することが許される場合、生成される電界に対する管理を強化できるようになり、これは一部の用途においては非常に有益であり得る。このような用途の１つは、図１３に示されてる状況である。ここでは、隣接するノズル群が、特に最も外側の環において、互いの電界に影響を与えている。確かに、最も外側の環（並びに、必要に応じて一部の内側の環）のノズルの個別の長さを微調整することによって、電界効果をより厳密に管理でき、その結果、特に対象が平面上面を示す場合、ノズルチップと接地対象との物理的距離を微調整する。
【００５８】
上述したとおり、本発明を使用する多くの用途において、噴霧された液滴は、スプレー液滴がほこり及び他の粒子又は微粒子を収集するように「汚れた」空気が流れ込む空間又は容積に向けられる。個別の液滴は、典型的には接地電位にある、収集面又は収集プレートに進む。この種類の設計は、同一の発明者らによる先行特許出願に総合空気清浄装置として記載されており、これらはともにザ・プロクター・アンド・ギャンブル・カンパニー（The Procter & Gamble Company）に譲渡されている。これらの先行特許出願の例としては、米国特許出願第１０/２８２，５８６号、名称「電気的に帯電された液滴を使用した空気清浄用動的静電フィルター装置（DYNAMIC ELECTROSTATIC FILTER APPARATUSFOR PURIFYING AIR USING ELECTRICALLY CHARGED LIQUID DROPLETS）」（２００２年１０月２９日出願）、及び米国暫定特許出願第６０／４２２，３４５号、名称「大気粉塵の収集及び抽出用動的静電エアゾール収集装置（DYNAMIC ELECTROSTATIC AEROSOL COLLECTION APPARATUS FOR COLLECTING AND SAMPLING AIRBORNE PARTICULATE MATTER）」（２００２年１０月３０日出願）が挙げられる。
【００５９】
さらに高い電圧範囲など、上述した以外の電圧範囲でも本発明の設計が機能することは当然であり、帯電された液滴を作成するために使用される特定の種類の液体、及び特定の用途に必要な場合に増加した流量に関して望ましいこともある。また、すべての実施例の内部電極が、実質上いかなる種類の導電性材、又は恐らくある種の半導性材で作成され得ることも当然である。
【００６０】
本発明のスプレーノズルが含まれる多くの用途では、ノズルによって噴出されたスプレー液滴を受けるチャンバー（即ち、ある種の予め定められた容量）が存在する。一般に、このチャンバーは、これらのスプレー液滴が影響を与える対象となる、対象面を含む。スプレー装置全体が（例えば、チャンバーを通過するガス流から微粒子を除去することによって）空気清浄装置として機能する場合、対象面は、典型的に、スプレー液滴が直接対象面上で液体に凝集する、又は液滴が総合スプレー装置の別個の収集部材に向けて（例えば、重力によって）噴出されるようになる。このような対象は固体表面を備える場合が多いが、固体表面が所望されない用途もあり得る。こうした場合、このような対象面は、メッシュ又は網部材で構成される、又は必要に応じて固体のように見えるが高多孔性を示すことができる。対象面にメッシュ又は網部材を使用することの電界分布への効果は、特定の装置について、検討が必要である。
【００６１】
上述した対象面は、予め定められた電圧に帯電できる、または有効に接地電位に接続できるのいずれかであることは当然である。安全上の理由から、例えば静電気防止用ストラップ、又は接地平面を介して、対象面を接地に直接接続した方が良いこともある。しかし、状況に応じては、この対象面に電圧を適用することによって、向上したスプレーパターン又は向上した収集効率を得ることもある。多くの場合、このように適用される電位は、内部電極に適用される電圧（絶対強度）よりも絶対強度が低いが、これが常に制限となるわけではない。
【００６２】
場合によっては、対象面に適用される電位は、スプレー液滴（内部）充電電極に適用される電圧と反対の極性でもよい。この場合、帯電されたスプレー液滴は、それによって帯電された対象面に（帯電によって）直接引き付けられ、スプレー流体の収集効率を向上させてもよい。しかし、空気清浄装置の場合、より重要な属性は、典型的に、空気流に含まれる粒子の収集効率であり、対象面の（接地されている、又は接地されていない）電位はこの特性に影響を与えることもある。本発明の１つの考えられるスプレー装置の物理的構成では、他の構成（空気流量、帯電された液滴の噴霧量、空気清浄装置による予測圧力低下、気温、湿度などを含む）と比較して大幅に異なることがあり得るし、こうした各構成について対象面の最適電位を検討しなくてはいけない。
【００６３】
上述したように、本発明で使用される流体は空気清浄用に使用してもよく、この機能を実行する装置全体は、電気流体力学空気清浄装置と呼ばれることもある。最適化された電気流体力学（ＥＨＤ）スプレーは、高い電荷質量比を持つ均一の液滴直径によって主に構成され、空気流から他の粒子状物質を除去できる。一般には、大気粉塵を収集できる帯電された液滴の煙を生成することが望ましく、このような微粒子収集を最適化するために重要な流体特性の例として、表面張力、伝導度、及び誘電率などが挙げられる。本発明、又は多くの種類のＥＨＤ空気清浄装置で用いるのに適した流体の種類は、同一の発明者らの一部による同時係属の特許出願に記載されており、ともにザ・プロクター・アンド・ギャンブル・カンパニー（The Procter & Gamble Company）に譲渡されている。この特許出願は、米国特許出願第１０/６９７，２２９号、名称「大気粉塵の収集及び抽出用動的静電エアゾール収集装置（Dynamic Electrostatic Aerosol Collection Apparatus For Collecting And Sampling Airborne Particulate Matter）」（２００３年１０月３０日出願）であり、米国暫定特許出願第６０／４２２，３４５号（２００２年１０月３０日出願）の便益を主張する。
【００６４】
本発明の原則は、同一の発明者らの一部による別の発明にも適用でき、ノズル装置で内部及び外部電極の両方を使用し、内部電極がスプレー流体を帯電させ、外部電極が帯電されたスプレー液滴の誘導に寄与する。本発明は、同時係属の特許出願に記載され、ともにザ・プロクター・アンド・ギャンブル・カンパニー（The Procter & Gamble Company）に譲渡されている。この特許出願は、米国特許申請第１０／９６９６３３、名称「内部電極及び外部電極を備える静電スプレーノズル（ELECTROSTATIC SPRAY NOZZLE WITH INTERNAL AND EXTERNAL ELECTRODES）」（２００４年１０月２０日出願）である。
【００６５】
「発明を実施するための最良の形態」で引用した全ての文献は、その関連部分において本明細書に参考として組み込まれ、いかなる文献の引用も、それが本発明に対する先行技術であることを認めるものと解釈すべきではない。
【００６６】
本発明の特定の実施形態を説明し記載してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変形及び修正を実施できることが、当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を、添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にスプレーノズル装置に関し、特に空気流中の粒子状物質を収集するために静電気的に帯電される液滴を噴霧する種類のノズルに関するものである。本発明は、特に、各ノズル出口に対する他の不平等電界の影響を克服するために、可変長の複数の出口を示すノズル本体を備える静電ノズルとして開示されるものである。ノズル出口（管）の可変長は、これらの出口で電界をより均一に分布させる傾向にある。それによって、各出口について、改善した、均一なスプレー分布パターンを実現する。ノズル出口と対象部材との差動電圧は等しくてもよいが、すべてのノズルの電界が等しいわけではない。これは、対象面と各種ノズル出口との距離を変更する工程が行われない限り、１つの隣接したノズル出口から隣のノズル出口への干渉効果が存在するからである。あるいは、異なる群のノズルについて対象面とノズル出口との差動電圧を変更することもできる。
【背景技術】
【０００２】
多数の出口を備える静電スプレーノズルは当該技術分野においてかなり周知であり、従来の多くの装置において、個別出口はすべて同じ長さである。しかし、このように長さが均一であることによって個別の出口の先端に均一の電界がもたらされず、異なる出口で異なるスプレーパターンが生成される原因となる。出口の先端は、すべて同一の高圧値を示すので、これらの全く同一の出口の先端では、電界の強度及び方向に関して互いに干渉が発生する傾向にある。
【０００３】
米国特許出願公開番号第２００２／０００７８６９ ＡＩ（ピュイ（Pui）に付与）では、ノズルの長さは異なるが、各ノズル出口の先端と対象面との距離は同一に保たれている。この関係は、ピュイ（Pui）の図５Ａに示される。ピュイ（Pui）の主な目的は、個別ノズルの出口直径及びこれらの出口によって排出される液滴の大きさに関わらず、荷電粒子（又は液滴）を対象面に噴霧することである。この種類の装置は、「汚れた」空気流から微粒子を除去するために、帯電されたスプレー液滴が予め定められた空間内でスプレー煙を発生させることを意図する「空気清浄」装置には適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のノズル噴霧システムでは、すべての個別ノズルの充電電圧が単一の値であり、すべてのノズルの個別ノズル出口と対象面との距離が本質的に等しかったために、隣同士の帯電されたノズルの近接が原因で各個別ノズルの先端の電界強度は一定ではない。したがって、個別ノズルは、（隣同士のノズルが）均一の方法で噴霧しない。むしろ、スプレーパターンは、主に各ノズルの実際の電界強度によって異なる。一般に、内側のノズルの一部は、外側のノズルの一部よりも大幅に低い電界強度を示す。この低い電界強度によって、より小さく、恐らく分散範囲の狭いスプレーパターンが生成される。
【０００５】
より均一な電界、又は実質的に均一な電界を各出口の先端にもたらす多数の出口を備える静電ノズルを構築できれば、進歩と言えるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述したように、より均一な電界、又は実質的に均一な電界を各出口の先端にもたらす多数の出口を備える静電スプレーノズルヘッドを構築することは、進歩である。これは、（１）一部のノズルチップをある電圧で帯電させ、他のノズルチップを第２の異なる電圧で帯電させる、又は（２）すべてのノズルチップを実質的に同じ電圧で帯電させるが、これらのノズルチップの一部が対象に近くなるようにこれらのノズルチップの一部で距離を変更し、これによってこれら特定のノズルチップが帯電されたスプレー液滴のより顕著で広範なパターンを生成できるようにより強い電界強度を容易に備える、という２種類の方法で達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を呈し、少なくともこれらの出口の一部が対象面から異なる距離に配置される静電ノズル装置を提供する点である。
本発明の別の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を示す静電ノズル装置を提供し、出口により均等に分布する電界を提供して、向上したより均一なスプレーパターン特性を実現する点である。
本発明のさらなる利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を呈す静電ノズル装置を提供し、出口ノズルポートから対象面までの距離がノズルポートによって異なり、特に、出口ノズルポートを同心円状の環に配置でき、最も内側の環が最長の出口ノズルポート（対象面から最短距離）を備え、最も外側の環が最短の出口ノズルポート（対象面から最長距離）を備える点である。
【０００８】
本発明のさらなる別の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を呈する静電ノズル装置を提供し、出口ノズルポートの長さは実質的に一定だが、出口ノズルポートの一部が他の出口ノズルポートよりも強い電圧の大きさを呈するように、１つ以上の充電電圧が提供される点である。
本発明のさらなる別の利点は、単一のスプレーヘッドに多数の出口を示す静電ノズル装置を提供し、出口ノズルポートの長さは実質的に一定だが、対象面自体、対象面と各種出口ノズルポートとの距離が異なるように非表面的な方法で成形される点である。
本発明のさらなる利点及び他の新規の特徴は、一部は以下の説明に記載されており、一部は以下を検討すれば当業者には明らかになり、又は本発明を実施することによってわかり得る。
【０００９】
上記の利点やその他の利点を達成するために、本発明の１つの観点に従って、次の静電ノズル装置を提供する。ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口が複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、及び前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口方向を向く隣接面を呈する前記対象部材を備え、前記複数個の出口開口部と対象部材の隣接面との間の複数の予め定められた距離が設定されるように、複数個の個別ノズル出口がノズル本体の第２の面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた距離を延長し、前記隣接面と複数個の出口開口部との予め定められた距離が、複数個の個別ノズル出口について一定ではない、静電ノズル装置。
【００１０】
本発明の別の観点に従って、次の静電ノズル装置を提供する。ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口がノズル本体の第２の面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と前記流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を呈する前記対象部材を備え、前記複数個の個別ノズル出口が、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向のある大きさで配置される、静電ノズル装置。
【００１１】
本発明のさらなる他の利点は、本発明の好ましい一実施形態が、本発明を実施するために企図される最良の形態の１つで記述且つ示される、以下の説明及び諸図面から、当業者には明らかになる。理解されるように、本発明は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本発明から逸脱することなく様々な自明の態様すべてにおいて変形可能である。したがって、諸図面及び説明は、制限的なものではなく、例示的なものと見なす。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の原則に従って作成された、多ポートノズルの横断面の側正面図。
【図２】図１の多ポートノズルの底面図。
【図３】図１の多ポートノズルによって生成される電界分布の線図。
【図４】対象面が平面ではない、図１のノズルに類似した別の構造の横断面の側正面図。
【図５】本発明の原則に従って作成された、ノズルチップが対象面から非均一の距離にある多ポートノズルの側正面図。
【図６】図５の多ポートノズルによって生成される電界分布の線図。
【図７】図６の電界分布図から９０°(垂直）の位置にある平面で発生するが、図５のノズルに類似した４環の多ポートノズルによって生成される電界電位の線図。
【図８】本発明の原則に従って作成された、図５の多ポートノズルに類似した多ポートノズルの特定の詳細の一部を示す側正面図。
【図９】三角形のノズル管配置パターンを持つ多ポートノズルの底面図。
【図１０】六角形のノズル管配置パターンを持つ多ポートノズルの底面図。
【図１１】個別ノズルが対象面から均一の距離にある、同心円状の４環の多ポートノズルのスプレーパターンを示している。
【図１２】個別ノズルが対象面から非均一の距離にある、同心円状の４環の多ポートノズルのスプレーパターンを示している。
【図１３】４組の同心円状の環の多ポートノズルを示す線図であり、ノズルが直接観察者のほうを向いた平面に示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照するが、それらの例が添付図面に図解されており、同じ数字は図面全体を通して同一要素を示す。
本明細書に組み込まれてその一部を成す添付図面は、本発明の幾つかの態様を図示しており、本説明及び特許請求の範囲と相まって、本発明の原理を説明する働きをする。図面は以下の通りである。
【００１４】
図１を参照すると、静電スプレーノズルが図解されており、一般に参照番号１００で示される。装置１００は、実際には多ノズルスプレーヘッドであり、複数の個別ノズル開口部を使用してスプレー煙の分量及び密度を増加させる。流入口は矢印１０２で示されており、円筒形の外壁１０４を備える。作動流体は流入口１０２を通過し、次にノズル本体上部１１０の内部にある経路（流路）１０６をそのまま通過する。この本体上部１１０は、典型的には、デルリン（DELRIN）（登録商標）などの非導電プラスチック製である。導電性の金属管はこの流路１０６に圧入されており、この金属管は、参照番号１１２で示される。
【００１５】
高圧電極１１４は、充電管１１２と接触するように使用する。電極１１４は、典型的に、ノズル本体上部１１０の側にある開口部１１６を経由し、銅線（表示されない）などの導電体を介して高圧電源に接続させる。
【００１６】
ノズル本体下部は参照番号１２０で示されており、開口部を備える個別ノズル出口の群を構成する複数の出口経路に（帯電された）流体を分配する流体チャンバー又は貯蔵槽１２４を含む。これらの出口ノズルポートは、参照番号１３２、１３４、及び１３６で示されており、一群としては一般に参照番号１３０で示されている。ノズル本体下部１２０は、必要に応じて取り付け穴１２２を備えることができる。最底面（図１を参照）は、１２６で示されており、図２にも表示されている。
【００１７】
多数のノズル出口１３０は、ノズル本体の底面１２６及び底部１２０を貫いて流体貯蔵層又はチャンバー１２４に至るように圧入される、一連の小径ステンレス鋼管を備えてもよい。個別のノズル管１３０は、図２に示したように、必要に応じて同心円（「環」）のパターンに配置できる。最も内側の円のノズル管は、参照番号１３２で示されており、最も外側の同心円は、参照番号１３６で示されているノズル管を含む。中間の同心円（環）は、参照番号１３４で示されている一連のノズル管を含む。その他のノズル管配置パターンは、本発明の原則から離れることなく、以降の図に示すように容易に使用できる。
【００１８】
貯蔵層/チャンバー１２４内の流体が十分に帯電され、接地面（又は異なる電圧の表面）が物理的に一定の近接距離内に存在する場合、各ノズル１３０から流体の静電スプレーを噴出するのに十分な電界が生成される。ほぼ同一の長さの出口（管）を備える帯電された多数の個別ノズルによって生成される電界分布の例は、図３に示されており、電界の抵抗ベクトルは、参照番号１４０、１４２、１４４、１４６、及び１４８など二次元の矢印で図解されている。図３では、ノズル出口（管）１３２、１３４、及び１３６が、実質的に同一の電圧の大きさにそれぞれ帯電される。
【００１９】
各ノズルポート１３０は、隣接する個別ノズルポートによって生成される電界に影響を与える電界を生成する。図１〜２に図解した実施形態において、すべてのノズルポート１３０がスプレーヘッド１００の底面１２６から同一の距離で突出し、すべてのノズル出口に適用される電圧＋Ｖ１が一定であり、「対象」２０が平坦な上面を示す場合、最も内側の同心円状の環のノズル管（１３２）は、隣接電界からの干渉が原因で、不均一に噴霧してもよく、又は全く噴霧しない。
【００２０】
図１において、対象プレート２０は、ノズル１３０から噴出されるスプレー液滴を受ける位置に配置する。空気清浄装置では、対象プレート２０の面を打つ特定の液滴パターンを作成するよりも、実質的に均一の大きさ（直径）を示す電気的に帯電された液滴の霧状の「煙」を生成するほうが重要である。均一の大きさの液滴は、対象プレート２０及びノズル本体１００によって部分的に形成されるチャンバを通過する「汚れた」空気から粒子状物質を収集する場合に効果的である傾向にある。
【００２１】
対象プレート２０の実際の大きさ及び形状は、システム設計者の手に委ねることができる。プレート２０は、必ずしも平坦な表面を備えていなくてもよく、実際、後述するように他の形状も極めて有用であり得る。対象プレート２０は、予め定められた電圧の大きさに固定されてもよい。ただし、多数の用途において、図１の参照番号２２に図解したように、好ましくは接地電位に固定する。流体はノズル本体１００の内部で電気的に帯電されるので、ノズル出口も、図１の参照番号２４で＋Ｖ１と示されているように、事実上、電位まで帯電される。実際の電圧の大きさ及び極性は、システム設計者の手に委ねてもよく、用途によって適した電圧は大幅に異なってもよい。本明細書においては慣例上「＋」の極性のみが使用するが、電圧は、当然ながら、接地電位に応じて負の極性でもよい。
【００２２】
ノズル出口で＋ＶＩの電圧が示される場合、１３２、１３４、及び１３６の各出口では、ノズルチップを含む表面に沿って正の電界を示す。図１において、この電界は一般に＋ＥＩ（参照番号２６）として示される。しかし、ノズル出口管に沿った別の場所においては、ベクトル量＋Ｅ１の強度及び方向が著しく異なることに留意しなくてはいけない。さらに、（図１の配置のように）対象プレート２０と出口管の先端との距離が実質的に一定値の場合、最も内側のノズル管１３２の先端の電界強度は、最も外側のノズル管１３６の先端の電界強度よりも多少大きくなる。この現象については、図３を参照しながら詳細に後述する。
【００２３】
図３は、図１及び２に図解したようなスプレーヘッドによって生成される電界（＋ＥＩ）分布の横断面であり、スプレーヘッド１００は、同心円状の３環のノズル管（即ち、１３２、１３４、及び１３６のノズル）を示している。すべてのノズル管について充電電圧が一定（均一）の場合、高品質のスプレーを生成する時の外環の（即ち、ノズル管１３６によって生成される）電界強度は、最も内側の環の（即ち、ノズル管１３２によって生成される）電界強度よりも約６０％強い。これは、（最も外側の環のノズルの）電界強度矢印１４８と（最も内側の環のノズルの）電界強度矢印１４４とを比較することによって確認できる。これは、電圧の大きさＶ１、Ｖ２、及びＶ３が実質的に等しくても（それぞれ、ノズル群１３２、１３４、及び１３６）、対象プレート２０が実質的に平らである、又は上面が平面である（図３参照）場合に発生する。
【００２４】
電界の干渉が原因で、２つの内環のノズル（即ち、ノズル管１３２及び１３４）は、良質なスプレーを噴出するために不十分な電界強度を示し、ノズルから帯電された流体のスパッタリング又は液だれが発生する可能性が高い（少なくとも、図１の実施例のようにノズルが下向きの場合）。流体を帯電させる全体電圧が十分に上昇する場合、最終的には、すべてのノズルにおいて、液だれ又はスパッタリングが発生するのではなく、噴霧が行われるようになる。ただし、この上昇した電圧によって、外側ノズル（即ち、ノズル１３６）が過帯電状態になり、外側ノズル管１３６によって制御不能な多索状スプレーが噴出される場合がある。
【００２５】
より均一な電界分布は有益であり、各ノズルから高品質のスプレーを噴出することができる。これは、静電スプレーノズルを空気清浄装置で使用する場合、特に重要である。これは、液滴の細かい、実質的に均質なスプレーによって、このような空気清浄装置を通過する気柱の断面積をより均一に浄化するからである。単にスパッタリング又は液だれが発生する個別ノズルは、液滴の高品質な「均一の」スプレーの噴出に寄与せず、したがって、このようなスパッタリング又は液だれが発生するノズル出口によってその結果形成される、液滴スプレーパターン（「霧状の煙」）の「隙間」に大量の粒子状物質を貫流させる。
【００２６】
移動する「汚れた」空気流から、均一で高品質な粒子の洗浄を行うための別の要素は、実質的に均一な大きさ又は直径を示す、帯電されたスプレー液滴に関する。均一の大きさのスプレー液滴を形成するためには、通常、実質的に均一の直径を示す出口を備えるノズル管を使用する必要がある。ノズル出口に用いられる正確な大きさは、システム設計者の手に委ねることができ、指定の装置に必要な空気清浄装置の性能を決定する場合、他の要素も考慮しなければいけない。例えば、スプレー液滴の密度、スプレー液滴の噴出速度、加えて、液滴に加える電圧の大きさ、ノズル出口から噴出されてから液滴が有用な電圧を維持できる期間が重要である。
【００２７】
本発明のスプレーノズルを用いる多くの他の用途が、液滴の高品質で「均一な」スプレーの使用による便益を受けることを留意しなくてはいけない。例えば、自動車業界では、塗料流体を帯電させるために非常に高い電圧を使用して多数の部品を吹き付け塗装するが、従来のシステムでは小さい塗料の塊が発生する。他の種類の材料は、非常に高い充電圧力でも凝集する可能性のある、帯電された粒子によって表面コーティングが施されている。本発明は、より均質な、細かい帯電された液滴の霧を生成するために使用でき、したがって多数又はすべての塊が形成されないようにできる。別の例としては、特定の化学反応における帯電された液滴の使用が挙げられる。多くのガソリン（又は他の炭化水素燃料）エンジンは燃料噴射装置を使用しており、密度の点でより均質である（及びほとんど又はまったく凝集しない）細かい燃料霧は、多くの燃焼反応において非常に有益である。細かい液滴の層状（不均一な）の密度を生成することが望ましい場合においても、本発明を使用して、（平面の対象面を使用して）個別出口ノズル管の長さを変更する、又は出口ノズル管の長さを実質的に一定に保ちながら、対象面を平面にならないように再成形することによって（詳細は後述）、より正確に予め定められた不均一な密度を生成できる。
【００２８】
図３のノズルスプレーヘッドの電界強度の差異を克服する１つの方法は、ノズル管ごとに異なる電位で帯電させることである。図３では、最も内側の同心円状の環のノズル管１３２は電圧Ｖ１に帯電させることができるが、中間の同心円状の環のノズル管１３４はＶ１よりも低い異なる電圧Ｖ２に帯電させることができ、さらに、最も外側の同心円状の環のノズル管１３６は、Ｖ２よりも低い、さらに異なる電圧Ｖ３に帯電させることができる。この種類の高電圧充電システムの作成は一層困難であるかもしれないが、このシステムは、より均一な電界強度分布をすべてのノズルにもたらすという目的を達成し、すべてのノズル管１３２、１３４、及び１３６について「向上した」分布を示し、比較的細かいスプレー液滴の煙（霧）を生成する、より均一なスプレーパターンを提供するという総合的な目標を達成する傾向にある。図３に図解した電界分布は明らかに変わり、むしろ図６に図解したような外見になる。これについては、（異なるノズル管の作成について）後述する。
【００２９】
ただし、最も内側のノズルが「過帯電」されないように注意する必要がある。電圧レベルは、過度の漏れ電流を発生させ得る、又は定期的なアーク放電もしくは充電電圧が異なるノズル管におけるフラッシュオーバーを発生させ得る、又はノズルスプレーヘッドの底面１２６に沿ってトラッキングをも発生させ（次に、底面の絶縁特性を低下させ）得る強度（例えば、４０ｋＶ又は５０ｋＶ超）に達してはいけない。特定のノズルヘッドデザインで優良なスプレーパターンが実現できない場合（即ち、「一定の」ノズル管の長さを使用した場合）、後述するように、本発明の別の設計を使用できる。
【００３０】
多ノズルスプレーヘッドの別の実施形態は、一般に参照番号１５０で示される多ポートスプレーノズルによって図４に図解されている。ノズル１５０は、円筒形の開口部１５４によって作成される流入口１５２を示し、流体はここを通過して、１７４の流体チャンバー又は貯蔵槽まで伸びる流体経路又は流路１５６に流れ込む。本体上部は参照番号１６０で示されており、この本体の上部は、流入口１５２及び流体経路１５６を貫通する充電電極を含む。この電極は、流体経路１５６の長手方向軸に沿って伸びる長手方向の棒として参照番号１６２で示されている。棒１６２の底面（図４を参照）には、実質的に平坦な表面を持つディスク（又はその他の形）１６４が存在し、流体貯水槽１７４の内部に適合している。流体貯水槽１７４はノズル本体の底部分に作成され、一般に参照番号１７０で示される。ノズル本体のこの底部分には、必要に応じて取り付け穴１７２を備えることができる。ノズル本体の底部は、さらに低い（底の）面１７６を含む（図４を参照）。
【００３１】
流体貯槽槽１７４から底面１７６を貫通して伸びる多数のノズル管が存在し、これらのノズル管は、群として、一般に参照番号１８０で示される。図４に示したように、同心円状の３つの環の個別ノズル管１８０（最も内側の環のノズル１８２、最も外側の環のノズル１８６、及び中間の同心円状の環のノズル１８４）が存在する。この構成において、これらのノズルは、図２に図解した底面からの外観と同一の外観を有する。当然のことながら、他のノズル配置パターンも、本発明の原則から離れることなく、使用できる。
【００３２】
図４のノズル本体１５０は、同一条件下、即ち、ノズルチップでの電圧が一定であり、対象面が実質的に平面である（図１の２０を参照）場合、図１のノズル本体１００と比較して類似した静電スプレー特性を示す。しかし、図４においては、一般に参照番号３０で示される対象が上面に沿って平面ではなく、その代わりに、３８で上「頂点」、並びに３７及び３９で２つの緩やかな斜面を示している。この形状は、円錐形の外表面、例えば、対象面３０の横断面を表すことができる。図４のこの例において、対象３０は接地に接続されるが、ノズルは３４で実質的に一定の電圧＋Ｖ２に帯電されており、参照番号３６で電界＋Ｅ２を生成する。
【００３３】
対象３０の非平面的形状が、ノズル管１８２、１８４、及び１８６のノズル出口の先端において、より等しい、または実質的に等しい（均一）な電界強度を生成するのに寄与することに留意する必要がある。すべての出口ノズルについて誘発された＋Ｖ２が一定でも、この構成では、様々なノズル管１８２、１８４、及び１８６が、ノズル管１３２、１３４、及び１３６のすべてに一定の電圧＋Ｖ１が適用された場合に図１のノズル構成１００によって生成されるよりも、均一な煙スプレーパターンを生成できる。これは主に、対象面３０と中間のノズル管１８４及び最も外側のノズル管１８６との距離と比較して、最も内側のノズル管１８２と頂点３８地点又はその付近の対象面３０との距離を短くすることによって実現する。このようにより等しい、又はより均一な電界の例については、図６を参照しながら詳細に後述する。
【００３４】
図４は、参照番号３１で別の形状を持つ対象面も図解しており、放物線の輪郭を断面図で示している。この対象３１がノズル本体１５０の下に配置されると、この場合も放物線の対象３１の最上部と最も内側のノズル管１８２との距離が、放物線の対象３１と中間のノズル管１８４及び最も外側のノズル管１８６との距離よりも短くなる。この構成も、すべての出口ノズルについて誘発された電圧＋Ｖ２が一定である場合も含め、ノズル管１８２、１８４、及び１８６のノズル出口の先端でより等しい、又は実質的に等しい（均一な）電界強度を生成するのに寄与する。
【００３５】
より均一な電界分布を実現するもう１つの方法は、最も外側のノズルがノズル本体から伸びる距離と比較して、最も内側のノズルがこのノズル本体の底面からさらに伸びるようにノズルを構成することである。この構成において、ノズルは先端と平面の対象面との距離に関して「ねじれ」ている。このような構成の例は、図５に図解されており、ノズルスプレーヘッドは、一般に、参照番号２００で示される。
【００３６】
ノズルスプレーヘッド２００は、円筒形の壁２０４によって形成される流入口又はポート２０２を含む。この流入口２０２は、ノズル本体の上部２１０を貫通して伸びる流体経路又は流路２０６と連通している。図１の代表的なノズルに類似した方法で、充電管部材２１２はこの流体経路２０６に圧入することができる。ノズル本体自体は、好ましくはプラスチック（デルリン（DELRIN））などの非導電性材で構成されるが、充電管部材は導電性材で構成される。導電体２１４は電極を形成でき、開口部２１６を貫通して導電体が設置される。これは、経路２０６を通過する流体を電気的に高圧に帯電させ、その結果、静電スプレーとして使用され得る帯電された流体を生成する。
【００３７】
ノズル本体の下部は、一般に、２２０で示され、１つ以上の取り付け穴２２２を備えることができる。ノズル本体の下面又は底面は、２２６に図解されている。液体貯蔵槽又はチャンバーは、本体下部２２０の２２４に形成される。貯蔵槽２２４に到達する前に液体に電荷が付与された場合、（流体自体に沿った）貯蔵層の内表面が電圧＋Ｖ３などの電位に引き上げられる。
【００３８】
一連の個別ノズルは、ノズル本体の下面２２６を貫通して貯蔵槽２２４から伸びており、この一連のノズルは群として、一般に、参照番号２３０で示される。ノズル群２３０の個別のノズルは、一連の同心円状の環に配置する。ここにおいて、最も内側の環はノズル２３２を、最も外側の環はノズル２３６を、中間の同心円状の環はノズル２３４をそれぞれ備える。個別ノズルのこの構成は、必要に応じて、（図５のように）底面から見た図２の外観を持つことができる。当然のことながら、他のノズル配置パターンも、本発明の原則から離れることなく、使用できる。
【００３９】
（図５のように）側面から見た場合、「ねじれ」効果を直ちに認識でき、ノズル管２３２、２３４、及び２３６と対象プレート４０の上面との距離が、すべてのノズル２３０について均一（等しい）わけではない。図５に図解した構成では、対象プレート４０は（４２で示されている）接地電位に結合させるが、常に結合させる必要はない。一般に対象プレート４０とノズル管の先端との差動電圧が存在することは望ましいが、図５では、差動電圧は＋Ｖ３（４４）に等しい。図５では、差動電圧の＋Ｖ３によって、ノズル出口で電界＋Ｅ３が生成される。当然ながら、＋３の極性が常に正である必要はない。また、すべてのノズルチップにおいて電界＋Ｅ３が実質的に等しい（均質である）ことは望ましいが、電界＋Ｅ３は、すべての場所において常に完全に均一ではない。
【００４０】
群２３０の個別ノズルが同一の電圧に帯電させられた場合（充電電圧が極性２１４に適用され、次に電荷が流体に付与され、その結果電荷がノズル２３０に付与された場合）、個別ノズル２３０のすべての先端で、より均一な電界分布が示される。これは、最も内側の環のノズル（即ち、ノズル２３２）ではノズルの先端とノズルスプレーヘッド２００の下に存在する接地プレート４０との距離が短いからであり、その結果、これらのノズル２３２では有効電界（＋Ｅ３）の強度が増加するからである。（図５及び図２に図解したように）３環構成の場合、最も内側の環のノズル２３２は、プレート４０の上面に対して最も接近するように伸び、中間の同心円上の環のノズル２３４はプレート４０の上面からやや距離が遠くなるように伸びるが、最も外側のノズル２３６よりもプレート４０の上面までの距離が短くなるように伸びる。
【００４１】
当然ながら、本発明は、（図４に図解した対象３０又は対象３１のような）非平面対象部材及び（底面２２６から伸びているノズル管２３２、２３４、２３６などのノズル管のような）ノズル本体の底面から可変長を示す一連の「ねじれ」ノズルの組み合わせを使用することによっても実現できる。このような構成は、作成するのにやや高価であるかもしれないが、ノズル出口と対象部材の隣接面との可変距離を維持しつつ、単一の電源を使用してスプレー液を帯電させるという目的を達成できる。
【００４２】
電界分布（＋Ｅ３）は、図６に図解したように、ノズルスプレーヘッド２００の３環セットの同心円状のノズル２３０によって作成される。電界ベクトルは個別の矢印によって表され、最も内側のノズル２３２によって生成される電界の矢印２４８が、図３の最も内側のノズル１３２によって生成される矢印１４４よりもはるかに強い強度を持つことが分かる。図６において、電界＋Ｅ３は、接地プレート４０とノズル管２３２、２３４、及び２３６との差動電圧によって生成される。
【００４３】
図６では、中間の同心円状の環のノズル２３４及び最も外側のノズル２３６によって生成される電界の矢印の強度は２４２で示されており、この強度は、どの環のノズルと比較してもほぼ等しい。これは、図３で中間の同心円状の環のノズル１３４（電界１４８を生成）及び最も外側のノズル１３６（電界１４２を生成）に関して対照的である。図３では、最も外側のノズル１３６が最大の電界強度１４２を生成することが分かる。ノズルの「側面」に沿った電界の強度（図３では１４０、図６では２４０）は比較的小さく、ノズルの先端２３０で生成されるスプレー液滴の対象として機能する接地プレート又は接地面（図５には表示されていない）に最も近いノズルチップ（即ち、出口開口部）付近の電界と比較すると微々たるものである。図６に示したように、ノズル２３２の最も内側のノズルチップ同士の間に存在する電界２４４も比較的小さい。
【００４４】
図６のノズル構成において、個別ノズル出口（即ち、ノズル２３２、２３４、及び２３６）は、個別ノズル出口の開口部（即ち、これらのノズル２３２、２３４、及び２３６の「先端」）がこれらのノズルチップの１つと別のノズルチップとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある予め定められた位置に存在するように配置され、大きさ（即ち、長さ）が調整される。換言すれば、図３の電界ベクトル１４２及び１４８のベクトル強度と比較して、図６の電界ベクトル２４２及び２４８の強度は相互にほぼ等しく、したがって、電界ベクトル２４２及び２４８のベクトル強度間の勾配は減少している。この現象は、実質的に等しい電界強度の集合と呼ぶこともできる。
【００４５】
図７は、図５のノズルスプレーヘッド２００の３環のノズルセットに類似した、ノズルの一連の同心円状の４環によって生成される電界分布２６０を抽象的に図解している。図７では、電界分布２６０は、各個別ノズルの先端で生成される電界の強度及びベクトル方向を抽象的に図解している。この構成において、最も内側のノズルがノズル本体の底から最も遠くまで伸び（したがって、平面対象５２に最も接近する、図８を参照）、最も外側の環のノズルはノズル本体の底面から最も短い距離を伸びる（したがって、平面対象５２から最も遠い、図８を参照）ように、ノズル本体の底面に関して非均一の長さのノズルセットが存在する。これによって、図７に図解したパターンに類似したノズルを配置する場合、ほぼ均一の強度（又は大きさ）の一連の電界＋Ｅ４が生成される。換言すれば、最も内側のノズルは、２６４の電界を生成する次に外側の環のノズルから離れて配置されている限り、２６２の電界を生成する。最も内側のノズル（電界２６２を生成）と２つ目の環のノズル（電界２６４を生成）との距離と比べて、電界２６４を生成するノズルと電界２６６を生成する次に外側のノズルセットとの間隔は狭い。個別ノズルの数も、同心円の中心から広がる同心円状の環の各セットごとに増加する。最も外側のノズルは、電界パターン２６８を生成するが、これらも電界パターン２６６を生成するノズルの３番目の環から一定の距離をおいて配置する。
【００４６】
図７に示したこれらの各電界形態の形状は、ノズル本体の底面に平行な平面によって表される断面図で見た場合、各ノズルチップから伸びる電界ベクトルの方向にほぼ比例している。図７においては電界ベクトル自体は図解されていないが、実際には、上述した平面に平行な「水平」コンポーネントを持つ方向に伸びる。これによって、図７に図解したパターンの形状がもたらされる。
【００４７】
本発明において別の配置パターンを使用できることをさらに強調するために、このような他の例のパターンを図解する図９及び１０を示す。図９では、個別ノズルが線状の三角型のパターンに集められ、一般に群として参照番号３００で示される。（図９において）ノズルの上列は３０２で示されており、ノズルの個別「線状」セットは、（この図の上から）３０４、３０６、３０８、及び３１０で示されている。図１０において、群としてのノズルパターンは、一般に参照番号３２０で示され、一連の六角形セルのセットで構成される。各ノズルは３２２で示されており、このような各ノズルが、この例の３つの別個の六角形セルの節点の１つを形成する。
【００４８】
図８は、スプレーヘッド２７０のその他の構造上の詳細を無視した簡易図式で、一般に参照番号２７０で示されるノズルスプレーヘッドのノズルセットを図解する。図８では、本体下部２７２のみが図解されており、帯電された流体を各個別ノズルまたはノズル管に導く内部の流体経路（表示されていない）が含まれる。スプレーヘッド２７０は、４セットの同心円状の環のノズルを備えており、上述した図７に図解したパターンの作成に使用できる。最も内側のノズルは２８２、２番目の同心円状のノズルセットは２８４、３番目の同心円状のノズルセットは２８６、及び４番目（最も外側）のノズルセットは２８８で示されている。
【００４９】
同心円状のノズルの中心線は２８０で示されており、すぐ後述する中心線からの半径方向距離及び個別ノズルの間隔が存在する。中心線２８０から最も内側のノズル２８２までの距離は「ｄ０」、最初又は最も内側の環のノズル２８２と２番目の環（２８４）までの距離は「ｄ３」、２番目と３番目の環（２８４と２８６）との距離は「ｄ２」、及び３番目と４番目（最も外側）の環（２８６と２８８）との距離は「ｄ１」とそれぞれ示されている。図に示したように、距離ｄ３は、距離ｄ１又はｄ２よりも大きいが、距離のみによって最終的なスプレーパターン又は電界強度分布が決まるわけではない。後述するように、ノズルの先端によって形成される角度も重要である。
【００５０】
平面対象プレート５０の上面５２にも平行である水平線（図８）と比較すると、角度「Ａ」は最初の環のノズル２８２及び２番目の環のノズル２８４の先端を結ぶ線によって形成される。平面対象プレート５０の上面５２にも平行である同一の水平線と比較すると、角度「Ｂ」は２番目の環のノズル２８４及び３番目の環のノズル２８６の先端を結ぶ線によって形成される。平面対象プレート５０の上面５２にも平行である同一の水平線と比較すると、角度「Ｃ」は３番目の環のノズル２８６及び４番目の最も外側のノズル２８８の先端を結ぶ線によって形成される。
【００５１】
ある実施形態において、距離ｄ１、ｄ２、及びｄ３が、図８に図解した比率と比較して大幅に異なっていてもよいが、角度Ａ、Ｂ、及びＣは等しくてもよい。角度Ａ、Ｂ、Ｃがすべて等しい場合、ノズルチップ２８２、２８４、２８６、２８８間の傾斜は同一線状となり、その結果、このようなスプレーヘッド構造は、ノズルチップ（又は出口）に沿って均一の傾斜を示す。図解された配置では、最も外側のノズル２８８の先端から対象面５２までの距離ｄ１１は、ノズル２８６の先端から表面５２までの距離ｄ１２よりも大きく、距離ｄ１２は、ノズル２８４の先端から表面５２への距離ｄ１３よりも大きく、距離ｄ１３は、ノズル２８２の先端から表面５２への距離ｄ１４よりも大きい。これらの可変距離ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３、及びｄ１４は、実質的に均一の分布を示す電界＋Ｅ４を生成する傾向があり、２８２、２８４、２８６、及び２８８の各ノズル管が実質的に同一の電位＋Ｖ４に帯電させられた場合でも、ノズルチップでの＋Ｅ４電界のベクトルは、実質的に同一の強度を示す。
【００５２】
図８の距離ｄ１、ｄ２、及びｄ３にほぼ同一の比率を使用する場合、角度Ａが９°、角度Ｂが１６°、及び角度Ｃが２１°であると、代表的なスプレーパターンを生成できる。このノズル配置例において、ｄ０〜ｄ３の距離は実質的に、ｄ０＝３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）、ｄ１＝９．５２５ｍｍ（０．３７５インチ）、ｄ２＝６．３５ｍｍ（０．２５インチ）、及びｄ３＝６．３５ｍｍ（０．２５インチ）である。生成される代表的なスプレーパターンは図１２に示されており、後述されている。この例において、充電電圧は２５〜３５ｋＶの範囲、液体流速は０．０５〜０．１５ｍＬ／ノズル出口の範囲、及びスプレー液滴の接地「対象」は、ノズル出口から５０．８〜８８．９ｍｍ（２．０〜３．５インチ）の範囲の距離に配置されたことに留意すべきである。一般に、各ノズル出口では少なくとも２ｋｖ／ｍの電界強度を生成することが望ましいが、同時に、（少なくとも、安全上の理由から）最大充電電圧を３０ｋＶ未満に制限することが望ましい。
【００５３】
図１１は、図１の３環のノズルスプレーヘッド１００に類似して、長さが均一、即ち、各ノズル管がノズル本体の底面から実質的に同一の距離だけ伸び、その先端では平面対象の表面からの距離が実質的に同一である、同心円状の４つの環のノズルによって生成されたスプレーパターンを図解したものである。最も内側のノズルの先端に十分な電圧がなく、最良のスプレーパターンのごく一部しか生成しない、またはスパッタリングが発生する傾向にある。このパターンは３４２で図解されており、一部のパターンは相応なスプレーパターンに見えるが、これは、最も内側のノズルが次の環のノズルよりもかなり離れて配置されていたからに過ぎない。次の２環のノズルは、不規則なパターン（３４４及び３４６）を生成する。これは、主に、流体のスパッタリング及び液だれによって生成されたものであり、所望のスプレーパターンのいずれでもない。最も外側のノズルのみが、相応のスプレーパターン３４８を生成した。これは、最も外側のノズルが最高の電界電位を備えていたからであり、３環の同心円状のノズルセットについて図３の電界分布を調べると予期される。
【００５４】
図１２も、４環の同心円状のノズルセットを図解しており、一般に、参照番号３６０で示される。図１２では、ノズルは、ノズル本体の底からの長さが均一ではなく、ノズル先端から平面対象への距離も可変である（注：平面の対象面とノズル本体の底面は、互いに実質的に平行である）。この例において、最も内側のノズルはノズル本体の底から最も遠くまで伸び、その結果、平面の対象面との距離は最も接近する。これは、角度Ａ、Ｂ、及びＣがそれぞれ９°、１６°、及び２１°である、図８のノズルセット２７０によって生成されるスプレーパターンの種類である。最も内側のノズル２８２はスプレーパターン３６２を、２番目の環のノズル２８４はスプレーパターン３６４を、３番目の環のノズル２８６はスプレーパターン３６６を、４番目の最も外側の環のノズル２８８はスプレーパターン３６８を生成する。これらのスプレーパターンはすべて許容できるものであり、スパッタリングや液だれによって生成されたものではない。これは、平面対象４０の表面から３環のノズルセットまでの距離が均一でないことを示す図６の電界分布を調べると予期される。
【００５５】
当然ながら、同心円状の環の個別ノズルのノズル管に関する最適な角度構成は、すべての状況（即ち、すべてのノズル環間の傾斜が均一な場合）において線状ではなく、むしろ球状、放物線状、又は楕円形状のカーブによってノズル先端の実際に最適な位置を描いてもよい。最適な構成は、各環に含まれるノズル数、ノズルの環の間隔、ノズルの部材（例えば、ステンレス鋼管、又はそれ以外）、ノズル筐体自体の形状などの影響を受ける。図８のノズル配置２７０が均質な傾斜を示していないことに留意すべきである。
【００５６】
図１３は、３環の同心円状のノズルセットを図解しており、一般に参照番号３８０で示される。このノズル群３８０には、４個の個別の３環のノズルスプレーヘッド（３８２、３８４、及び３８６、並びに３８８）が存在する。追加のノズルスプレーヘッドは、特定の装置において所望されるように、より広範なスプレーパターンを生成し、より大きい流量のスプレー粒子を出力するために使用する。図１３は、隣接したノズル群の影響を明らかにするために示したものである。これは、個別ノズルによって生成される電界が、他の隣接するノズル環の影響を受けるからである。例えば、参照番号３９２で示されている領域の最も外側のノズルの電界は、互いにやや隣接しているためにある程度強度が減少する。反対に、同一の同心円状の環の電界は、参照番号３９０で示されているように、外側の周囲よりも大きい。これは、群内の他のノズルに関して、互いにより遠位に存在するからである。この電界の差は、図１３に図解したように、主に３つの外側の環において示されている。３９４の最も内側の環においては、この効果はあまり見られない。これは、主として、最も内側の環が外側の影響から最も保護されており、最も内側の環は、特定の各ノズル本体又はスプレーヘッドに関して、自身の他の同心円状の環から最も遠く離れて配置されるノズルを備えているからでもある。
【００５７】
上記の例では、特定の環では均一の長さが用いられると説明されてきたが、特定の環に含まれるすべてのノズル（又はノズル管）の長さが、常に同一の長さ（又はターゲットからの距離）である必要はないことを留意しなくてはいけない。単一の環に含まれる一部のノズルの長さを変更することが許される場合、生成される電界に対する管理を強化できるようになり、これは一部の用途においては非常に有益であり得る。このような用途の１つは、図１３に示されてる状況である。ここでは、隣接するノズル群が、特に最も外側の環において、互いの電界に影響を与えている。確かに、最も外側の環（並びに、必要に応じて一部の内側の環）のノズルの個別の長さを微調整することによって、電界効果をより厳密に管理でき、その結果、特に対象が平面上面を示す場合、ノズルチップと接地対象との物理的距離を微調整する。
【００５８】
上述したとおり、本発明を使用する多くの用途において、噴霧された液滴は、スプレー液滴がほこり及び他の粒子又は微粒子を収集するように「汚れた」空気が流れ込む空間又は容積に向けられる。個別の液滴は、典型的には接地電位にある、収集面又は収集プレートに進む。この種類の設計は、同一の発明者らによる先行特許出願に総合空気清浄装置として記載されており、これらはともにザ・プロクター・アンド・ギャンブル・カンパニー（The Procter & Gamble Company）に譲渡されている。これらの先行特許出願の例としては、米国特許出願第１０/２８２，５８６号、名称「電気的に帯電された液滴を使用した空気清浄用動的静電フィルター装置（DYNAMIC ELECTROSTATIC FILTER APPARATUSFOR PURIFYING AIR USING ELECTRICALLY CHARGED LIQUID DROPLETS）」（２００２年１０月２９日出願）、及び米国暫定特許出願第６０／４２２，３４５号、名称「大気粉塵の収集及び抽出用動的静電エアゾール収集装置（DYNAMIC ELECTROSTATIC AEROSOL COLLECTION APPARATUS FOR COLLECTING AND SAMPLING AIRBORNE PARTICULATE MATTER）」（２００２年１０月３０日出願）が挙げられる。
【００５９】
さらに高い電圧範囲など、上述した以外の電圧範囲でも本発明の設計が機能することは当然であり、帯電された液滴を作成するために使用される特定の種類の液体、及び特定の用途に必要な場合に増加した流量に関して望ましいこともある。また、すべての実施例の内部電極が、実質上いかなる種類の導電性材、又は恐らくある種の半導性材で作成され得ることも当然である。
【００６０】
本発明のスプレーノズルが含まれる多くの用途では、ノズルによって噴出されたスプレー液滴を受けるチャンバー（即ち、ある種の予め定められた容量）が存在する。一般に、このチャンバーは、これらのスプレー液滴が影響を与える対象となる、対象面を含む。スプレー装置全体が（例えば、チャンバーを通過するガス流から微粒子を除去することによって）空気清浄装置として機能する場合、対象面は、典型的に、スプレー液滴が直接対象面上で液体に凝集する、又は液滴が総合スプレー装置の別個の収集部材に向けて（例えば、重力によって）噴出されるようになる。このような対象は固体表面を備える場合が多いが、固体表面が所望されない用途もあり得る。こうした場合、このような対象面は、メッシュ又は網部材で構成される、又は必要に応じて固体のように見えるが高多孔性を示すことができる。対象面にメッシュ又は網部材を使用することの電界分布への効果は、特定の装置について、検討が必要である。
【００６１】
上述した対象面は、予め定められた電圧に帯電できる、または有効に接地電位に接続できるのいずれかであることは当然である。安全上の理由から、例えば静電気防止用ストラップ、又は接地平面を介して、対象面を接地に直接接続した方が良いこともある。しかし、状況に応じては、この対象面に電圧を適用することによって、向上したスプレーパターン又は向上した収集効率を得ることもある。多くの場合、このように適用される電位は、内部電極に適用される電圧（絶対強度）よりも絶対強度が低いが、これが常に制限となるわけではない。
【００６２】
場合によっては、対象面に適用される電位は、スプレー液滴（内部）充電電極に適用される電圧と反対の極性でもよい。この場合、帯電されたスプレー液滴は、それによって帯電された対象面に（帯電によって）直接引き付けられ、スプレー流体の収集効率を向上させてもよい。しかし、空気清浄装置の場合、より重要な属性は、典型的に、空気流に含まれる粒子の収集効率であり、対象面の（接地されている、又は接地されていない）電位はこの特性に影響を与えることもある。本発明の１つの考えられるスプレー装置の物理的構成では、他の構成（空気流量、帯電された液滴の噴霧量、空気清浄装置による予測圧力低下、気温、湿度などを含む）と比較して大幅に異なることがあり得るし、こうした各構成について対象面の最適電位を検討しなくてはいけない。
【００６３】
上述したように、本発明で使用される流体は空気清浄用に使用してもよく、この機能を実行する装置全体は、電気流体力学空気清浄装置と呼ばれることもある。最適化された電気流体力学（ＥＨＤ）スプレーは、高い電荷質量比を持つ均一の液滴直径によって主に構成され、空気流から他の粒子状物質を除去できる。一般には、大気粉塵を収集できる帯電された液滴の煙を生成することが望ましく、このような微粒子収集を最適化するために重要な流体特性の例として、表面張力、伝導度、及び誘電率などが挙げられる。本発明、又は多くの種類のＥＨＤ空気清浄装置で用いるのに適した流体の種類は、同一の発明者らの一部による同時係属の特許出願に記載されており、ともにザ・プロクター・アンド・ギャンブル・カンパニー（The Procter & Gamble Company）に譲渡されている。この特許出願は、米国特許出願第１０/６９７，２２９号、名称「大気粉塵の収集及び抽出用動的静電エアゾール収集装置（Dynamic Electrostatic Aerosol Collection Apparatus For Collecting And Sampling Airborne Particulate Matter）」（２００３年１０月３０日出願）であり、米国暫定特許出願第６０／４２２，３４５号（２００２年１０月３０日出願）の便益を主張する。
【００６４】
本発明の原則は、同一の発明者らの一部による別の発明にも適用でき、ノズル装置で内部及び外部電極の両方を使用し、内部電極がスプレー流体を帯電させ、外部電極が帯電されたスプレー液滴の誘導に寄与する。本発明は、同時係属の特許出願に記載され、ともにザ・プロクター・アンド・ギャンブル・カンパニー（The Procter & Gamble Company）に譲渡されている。この特許出願は、米国特許申請第１０／９６９６３３、名称「内部電極及び外部電極を備える静電スプレーノズル（ELECTROSTATIC SPRAY NOZZLE WITH INTERNAL AND EXTERNAL ELECTRODES）」（２００４年１０月２０日出願）である。
【００６５】
「発明を実施するための最良の形態」で引用した全ての文献は、その関連部分において本明細書に参考として組み込まれ、いかなる文献の引用も、それが本発明に対する先行技術であることを認めるものと解釈すべきではない。
【００６６】
本発明の特定の実施形態を説明し記載してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変形及び修正を実施できることが、当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を、添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の表面にある流入口、ノズル本体の裏面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口はノズル本体の前記裏面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある大きさで配置され、前記複数個の個別ノズル出口の少なくとも別の１つと比較すると、前記複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは一定ではなく、対象部材の隣接面は平面である静電ノズル装置。
【請求項２】
前記複数個の個別ノズル出口は、複数個の各出力開口部で均一の電界強度を示すような大きさで配置される、請求項１に記載の静電ノズル装置。
【請求項３】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の表面にある流入口、ノズル本体の裏面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口はノズル本体の前記裏面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある大きさで配置され、前記複数個の個別ノズル出口の少なくとも別の１つと比較すると、前記複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは一定である、静電ノズル装置。
【請求項４】
前記対象部材の隣接面は平面ではない、請求項３に記載の静電ノズル装置。
【請求項５】
前記複数個の個別ノズル出口は少なくとも２つの同心円のパターンに配置される、請求項１に記載の静電ノズル装置。
【請求項６】
前記ノズルスプレーヘッドは（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第２の空間寸法を示し、及び
前記第１の空間寸法は、距離の点で前記第２の空間寸法と等しくない、請求項５に記載の静電ノズル装置。
【請求項７】
前記ノズルのスプレーヘッドは（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第２の空間寸法を示し、及び
前記第１の空間寸法は距離に関して前記第２の空間寸法と等しい、請求項５に記載の静電ノズル装置。
【請求項８】
前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは複数個のノズル出口のすべてについて一定であり、前記複数個の個別ノズル出口の第１の群は第１の電圧の大きさに帯電され、前記複数個の個別ノズル出口の第２の群は前記第１の電圧の大きさとは異なる第２の電圧の大きさに帯電される、請求項１に記載の静電ノズル装置。
【請求項９】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口は複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電される電極を含み、前記電極が前記流路の近位に配置され、かつ前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与する、スプレーヘッドを備え、
前記ノズルスプレーヘッドは、（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する第２の空間寸法を示し、かつ前記第１の空間寸法が、距離の点で前記第２の空間寸法と等しくなく、
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部及び前記対象部材の隣接面との間に複数の予め定められた距離が設定されるように、前記ノズル本体の裏面から複数個の出口開口部までの予め定められた長さを延長し、
前記複数個の個別ノズル出口は少なくとも２つの同心円のパターンに配置され、
複数個の個別ノズル出口を少なくとも別の１つと比較すると、複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記隣接面と複数個の出口開口部との前記予め定められた距離は一定ではない、静電ノズル装置。
【請求項１０】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口は複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電される電極を含み、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を呈する前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部及び前記対象部材の隣接面との間に複数の予め定められた距離が設定されるように、前記ノズル本体の裏面から複数個の出口開口部までの予め定められた長さを延長し、前記対象部材の隣接面は平面であり、
複数個の個別ノズル出口を少なくとも別の１つと比較すると、複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記隣接面と複数個の出口開口部との前記予め定められた距離は一定でない、静電ノズル装置。
【請求項１１】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の表面にある流入口、ノズル本体の裏面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口はノズル本体の前記裏面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある大きさで配置され、
前記複数個の個別ノズル出口の少なくとも別の１つと比較すると、前記複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは一定ではなく、
前記複数個の個別ノズル出口は少なくとも２つの同心円のパターンに配置される、
前記ノズルスプレーヘッドは（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第２の空間寸法を示し、及び前記第１の空間寸法は、距離の点で前記第２の空間寸法と等しくない、静電ノズル装置。
【請求項１】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の表面にある流入口、ノズル本体の裏面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口はノズル本体の前記裏面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある大きさで配置され、前記複数個の個別ノズル出口の少なくとも別の１つと比較すると、前記複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは一定ではなく、対象部材の隣接面は平面である静電ノズル装置。
【請求項２】
前記複数個の個別ノズル出口は、複数個の各出力開口部で均一の電界強度を示すような大きさで配置される、請求項１に記載の静電ノズル装置。
【請求項３】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の表面にある流入口、ノズル本体の裏面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口はノズル本体の前記裏面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある大きさで配置され、前記複数個の個別ノズル出口の少なくとも別の１つと比較すると、前記複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは一定である、静電ノズル装置。
【請求項４】
前記対象部材の隣接面は平面ではない、請求項３に記載の静電ノズル装置。
【請求項５】
前記複数個の個別ノズル出口は少なくとも２つの同心円のパターンに配置される、請求項１に記載の静電ノズル装置。
【請求項６】
前記ノズルスプレーヘッドは（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第２の空間寸法を示し、及び
前記第１の空間寸法は、距離の点で前記第２の空間寸法と等しくない、請求項５に記載の静電ノズル装置。
【請求項７】
前記ノズルのスプレーヘッドは（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第２の空間寸法を示し、及び
前記第１の空間寸法は距離に関して前記第２の空間寸法と等しい、請求項５に記載の静電ノズル装置。
【請求項８】
前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは複数個のノズル出口のすべてについて一定であり、前記複数個の個別ノズル出口の第１の群は第１の電圧の大きさに帯電され、前記複数個の個別ノズル出口の第２の群は前記第１の電圧の大きさとは異なる第２の電圧の大きさに帯電される、請求項１に記載の静電ノズル装置。
【請求項９】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口は複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電される電極を含み、前記電極が前記流路の近位に配置され、かつ前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与する、スプレーヘッドを備え、
前記ノズルスプレーヘッドは、（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する第２の空間寸法を示し、かつ前記第１の空間寸法が、距離の点で前記第２の空間寸法と等しくなく、
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部及び前記対象部材の隣接面との間に複数の予め定められた距離が設定されるように、前記ノズル本体の裏面から複数個の出口開口部までの予め定められた長さを延長し、
前記複数個の個別ノズル出口は少なくとも２つの同心円のパターンに配置され、
複数個の個別ノズル出口を少なくとも別の１つと比較すると、複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記隣接面と複数個の出口開口部との前記予め定められた距離は一定ではない、静電ノズル装置。
【請求項１０】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の第１の面にある流入口、ノズル本体の第２の面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口は複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電される電極を含み、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を呈する前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部及び前記対象部材の隣接面との間に複数の予め定められた距離が設定されるように、前記ノズル本体の裏面から複数個の出口開口部までの予め定められた長さを延長し、前記対象部材の隣接面は平面であり、
複数個の個別ノズル出口を少なくとも別の１つと比較すると、複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記隣接面と複数個の出口開口部との前記予め定められた距離は一定でない、静電ノズル装置。
【請求項１１】
静電ノズル装置であって、
ノズル本体、ノズル本体の表面にある流入口、ノズル本体の裏面にある複数個の流出口を備え、前記複数個の流出口はノズル本体の前記裏面から複数個の出口開口部の１つまでの予め定められた長さを延長する複数個の個別ノズル出口、前記流入口と流出口との間の内流路、及び予め定められた第１の電圧の大きさに電気的に帯電された電極を備え、前記電極が前記流路の近位に配置され、前記流路を通過する流体の少なくとも一部に電荷を付与するノズルスプレーヘッド、並びに
前記複数個の個別ノズル出口から離れて配置され、前記複数個の個別ノズル出口の方向を向く隣接面を示す前記対象部材を備え、
前記複数個の個別ノズル出口は、前記複数個の出口開口部の１つと前記複数個の出口開口部の別の１つとの間の電界強度の勾配を最小化する傾向にある大きさで配置され、
前記複数個の個別ノズル出口の少なくとも別の１つと比較すると、前記複数個の個別ノズル出口の１つについて、前記裏面と複数個の各出口開口部との前記予め定められた長さは一定ではなく、
前記複数個の個別ノズル出口は少なくとも２つの同心円のパターンに配置される、
前記ノズルスプレーヘッドは（ａ）前記少なくとも２つの同心円の第１の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第２の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第１の空間寸法、（ｂ）前記少なくとも２つの同心円の前記第２の同心円と前記少なくとも２つの同心円の第３の同心円との間にある前記裏面の放射状の線に沿って存在する、第２の空間寸法を示し、及び前記第１の空間寸法は、距離の点で前記第２の空間寸法と等しくない、静電ノズル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−５０９８４（Ｐ２０１２−５０９８４Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１８３９（Ｐ２０１１−２３１８３９）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【分割の表示】特願２００７−５３７９６９（Ｐ２００７−５３７９６９）の分割
【原出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【出願人】（５９０００５０５８）ザ プロクター アンド ギャンブル カンパニー (2,280)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【分割の表示】特願２００７−５３７９６９（Ｐ２００７−５３７９６９）の分割
【原出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【出願人】（５９０００５０５８）ザ プロクター アンド ギャンブル カンパニー (2,280)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]