JP2004223443A - マイナス粒子発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の手法は、紫外線ランプを使用しているため、必然的に装置が大きくなり、ランプ寿命が短時間である。
【解決手段】光電子発生材１が容器６の内部に設置されており、光電子発生材１に電気的な接地５を取り付け、光源２からの光によって光電子発生材１から光電子が発生し、空気入口３から入る空気中の水や酸素等の分子または埃等の微粒子に、光電子が捕獲されてマイナス粒子として空気出口４から装置外に放出される。光源２にはＬＥＤを用いており、マイナス粒子発生装置が小型にでき照射する光の寿命が長時間で、発生するマイナス粒子量を経過時間とともに減少させることなく安定して空気に付加することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気にマイナス粒子を付加する装置に関するものであり、特に導電性物質への光照射により発生する光電子を利用したマイナス粒子発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイナス粒子を発生する手法は、開示されているものがある（例えば、特許文献１参照）。図７は前記公報に記載されたマイナス粒子を発生させる手法の構成概略図である。
【０００３】
図７において、室内空気はファン５１を用いて空気入口５５から吸引され、空気中に含まれる微粒子等が集じんフィルター５２によって捕集される。微粒子が除去された高清浄度の室内空気は、紫外線ランプ５３により紫外線が照射された光電子放出材５４から放出される光電子により負に荷電され、マイナス粒子が空気出口５６から室内へ放出される。
【０００４】
【特許文献１】
特公平８−１０６１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来のマイナス粒子を発生する手法では、光電子放出材に紫外線を照射することにより生じる光電子（この現象を光電効果と呼ぶ）を利用している。つまり集塵フィルター等で微粒子を除去された高清浄度の空気がファンによって装置に入り、空気中の水や酸素等の分子及び集塵フィルタなどによって除去されなかった微粒子が光電子を捕獲することによりマイナス粒子となり、装置から出て空気中に放出されるというものである。
【０００６】
ところが、光電子を放出した後の光電子放出材には、光電子の放出箇所に正孔ができるために、放出された光電子と正孔との間には電気的引力が働き、放出された光電子は光電子放出材に戻ろうとするので、光電子放出材から光電子を連続して放出した場合、光電子の放出量が減少し、その結果マイナス粒子の発生量が減少するという課題を有している。また、紫外線ランプを使用しているため、必然的に装置が大きくなり、ランプ寿命が短時間であるという課題も有している。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、マイナス粒子発生装置が小型にでき照射する光の寿命が長時間で、発生するマイナス粒子量を経過時間とともに減少させることなく安定して空気に付加することが出来るマイナス粒子発生装置を実現するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記従来技術の課題を解決するために、本発明のマイナス粒子発生装置は、電気的に接地した光電子発生材と、前記光電子発生材に光を照射するためのＬＥＤとからなり、前記光電子発生材に空気を流すことによりマイナス粒子を発生する。
【０００９】
本発明によれば、光電子発生材にＬＥＤからの光を照射することで、光電効果が起こることにより光電子が発生する。装置に入った空気中の分子や微粒子が、光電子を捕獲することによりマイナス粒子となり、装置から出て空気中に放出される。
【００１０】
一方、光電子を放出した光電子発生材は、光電子の放出箇所に正孔ができるが、導電性基材を電気的に接地することにより、すぐに正孔には電子が補充され電気的に中和される。すなわち、放出された光電子が正孔に戻りにくくなるため、発生するマイナス粒子量が減少することなく安定して発生することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、電気的に接地した光電子発生材と、前記光電子発生材に光を照射するためのＬＥＤとからなり、前記光電子発生材に空気を流すことによりマイナス粒子を発生する。
【００１２】
電気的に接地した光電子発生材にＬＥＤからの光を照射すると、光電効果により光電子を発生する。光電子が放出された光電子発生材は、光電子の放出箇所に正孔ができるが、光電子発生材を電気的に接地することにより、すぐに正孔には電子が補充されるため、放出された光電子が正孔に戻りにくいので、発生するマイナス粒子量を減少させることなく安定して空気中に放出することができる。
【００１３】
請求項２に記載した発明は、光を照射するためのＬＥＤは紫外線を発生するものである。
【００１４】
そして、ＬＥＤから発生する光が紫外線であれば、エネルギーが高いので光電効果により多くの光電子が発生しやすくなるため、より多くのマイナス粒子が空気中に放出することができる。
【００１５】
請求項３に記載した発明は、光電子発生材を電気的に接地した導電性基材上に設けてなるものである。
【００１６】
そして、光電子発生材として例えば金等の貴金属を用いる場合、それを基材上に設けることによりたとえ貴金属層が薄層であっても機械的強度を有する部材となる。
【００１７】
請求項４に記載した発明は、導電性基材は、銅、アルミニウム、ステンレス、真鍮の中から選ばれた１種類以上を含むものである。
【００１８】
そして、導電性基材として満たすべき特性は、電気抵抗が小さいことが挙げられる。本特性は光電子発生材を電気的に接地して光電子発生材から光電子が抜け出た跡である正孔を速やかに電気的に中和するために必要である。
【００１９】
請求項５に記載した発明は、特に通風手段を具備してなる。
【００２０】
そして、光を照射された光電子発生材からは光電子が放出され、光電子発生材を電気的に接地することによって光電子が抜け出した跡である正孔は速やかに電気的に中和され、光電子が正孔に戻りにくくする。
【００２１】
しかし、たとえ光電子発生材が電気的に中和されていても光電子と光電子発生材との間には電気的鏡像力が作用し、微弱ではあるが光電子が光電子発生材に戻ろうとする。
【００２２】
従って、発生した光電子を速やかに光電子発生材から引き離す手段が必要であり、発明者等は特にその手段として通風が有効であることを見出した。つまり、光電子発生材に通風することにより発生した光電子が空気分子と衝突しながら光電子発生材から引き離されるので、光電子が光電子発生材に戻る傾向が弱くなり、結果として装置からは効率良くマイナス粒子が発生することとなる。
【００２３】
請求項６に記載した発明は、光電子発生材として金、白金、銀、銅、ステンレスの中から選ばれた１種類以上のものを使用するものである。
【００２４】
そして、光電子発生材が満たすべき特性は、仕事関数が比較的小さく、電気抵抗が小さく、表面の経時劣化がないことである。仕事関数とは、光電子が光電子発生材から真空中に飛び出すために必要なエネルギーのことで、その値が小さいほど光電子は発生し易い。光電子発生材を電気的に接地して光電子発生材から光電子が抜け出た跡である正孔を速やかに電気的に中和するために電気抵抗が小さいことが必要である。表面が酸化する等して劣化を起こすと通常はより仕事関数が大きくなってしまい光電子が発生しにくくなるため、表面の経時劣化がないことが必要である。これら３点の要求を満たしかつコストが比較的安価な材料としては、貴金属である金、白金、銀、銅及びステンレスである。
【００２５】
請求項７に記載した発明は、光電子発生材は導電性を有するセラミックスである。
【００２６】
そして、仕事関数が低く導電性を有するセラミックスを用いれば、表面が酸化されることも無く経時劣化が無いため、光電子発生材としての特性を満たす。
【００２７】
請求項８に記載した発明は、導電性を有するセラミックスは窒化チタンである。
【００２８】
そして、仕事関数が低く導電性を有するセラミックスとして窒化チタンを用いれば、表面が酸化されることも無く経時劣化が無い。また比較的安価な材料であるため、光電子発生材として適している。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は本実施例１のマイナス粒子発生装置の要部断面図である。まず図１において、光電子発生材１が容器６の内部に設置されている。光電子発生材１には電気的な接地５が取り付けられている。光源２からの光によって光電子発生材１から光電子が発生し、空気入口３から入ってくる空気中の水や酸素等の分子または埃等の微粒子に、光電子が捕獲されてマイナス粒子として空気出口４から装置外に放出される。
【００３１】
本実施例１では、前記光電子発生材１は、金、白金、銀、銅、ステンレス、窒化チタンの中から選ばれた１種類以上であるものを使用している。これらの光電子発生材は仕事関数が小さく、光を照射したときに金属表面から効率よく光電子が発生するため、マイナス粒子を効率よく発生させるのに適している。
【００３２】
また本実施例１では、電気的な接地５を光電子発生材１に取り付けている。光電効果により光電子が放出された光電子発生材は、光電子の放出箇所に正孔ができ、光電子と正孔との間に電気的引力が働き、発生した光電子が光電子発生材に吸着される。そこで光電子発生材を電気的に接地することにより、正孔には電子が補充されるため、放出された光電子が正孔に戻ることがないので、マイナス粒子を減少させることなく発生させるのに適している。
【００３３】
以下本実施例１の効果について実験例を用いて説明する。
【００３４】
容器６として３ｃｍ×３ｃｍ×１ｃｍのステンレス製容器を用い、光電子発生材１として厚さ０．１ｍｍの金を用いた。また、光源２として１．５ｍＷの紫外線ＬＥＤを用いた。
【００３５】
光電子発生材１に電気的な接地５を取り付けて、本マイナス粒子発生装置の性能を評価するための実験を行った。光源２の紫外線ＬＥＤを点灯し、マイナス粒子を発生させた。測定は空気出口４から１ｃｍの位置で行い、装置作動後から３０００時間まで、単位体積当たりのマイナス粒子の数をイオンテスターで測定を行い、初期値との比較を行った。
【００３６】
また、従来例として光源２に紫外線ランプを用いて、前記と同様の試験を行いマイナス粒子の初期値との比較を行った。これらの試験結果をまとめて図２に示す。
【００３７】
図２の結果から明らかなように、本発明のマイナス粒子発生装置を用いれば、３０００時間経過後でも初期値と同等のマイナス粒子の発生が見られた。従来例では、ランプ強度が時間の経過とともに劣化するためマイナス粒子の発生が減少した。このことから、本発明はマイナス粒子の発生を減少させることなく、常に一定に空気中へのマイナス粒子の供給を実現することができた。
【００３８】
（実施例２）
図３は本実施例２のマイナス粒子発生装置の要部断面図である。図３において、光電子発生材１１が導電性基材１２の表面に担持されている以外は図１と同じである。
【００３９】
本実施例２では、前記光電子発生材１１は、金、白金、銀、銅、ステンレスの中から選ばれた１種類以上であるものを使用している。これらの光電子発生材は仕事関数が小さく、紫外線を照射したときに金属表面から効率よく光電子が発生するため、マイナス粒子を効率よく発生させるのに適している。
【００４０】
また本実施例２では、電気的な接地５を導電性基材１２に取り付けている。光電効果により光電子が放出された光電子発生材１１は、光電子の放出箇所に正孔ができ、光電子と正孔との間に電気的引力が働き、発生した光電子が光電子発生材に吸着される。そこで導電性基材を電気的に接地することにより、正孔には電子が補充されるため、放出された光電子が正孔に戻ることがないので、マイナス粒子を減少させることなく発生させるのに適している。
【００４１】
以下本実施例２の効果について実験例を用いて説明する。
【００４２】
容器６として３ｃｍ×３ｃｍ×１ｃｍのステンレス製容器を用い、導電性基材１２として厚さ０．５ｍｍのステンレスを用い、これに光電子発生材１１として窒化チタンを蒸着した。また、光源３として１．５ｍＷの紫外線ＬＥＤを用いた。
【００４３】
導電性基材１２に電気的な接地５を取り付けて、本マイナス粒子発生装置の性能を評価するための実験を行った。光源２の紫外線ＬＥＤを点灯し、マイナス粒子を発生させた。測定は空気出口４から１ｃｍの位置で行い、装置作動後から３０００時間まで、単位体積当たりのマイナス粒子の数をイオンテスターで測定を行い、初期値との比較を行った。試験結果を図４に示す。
【００４４】
図４の結果から明らかなように、本発明のマイナス粒子発生装置を用いれば、常に安定したマイナス粒子の発生が見られた。このことから、本発明はマイナス粒子の発生を減少させることなく、常に一定に空気中へのマイナス粒子の供給を実現することができた。
【００４５】
（実施例３）
図５は本実施例３のマイナス粒子発生装置の要部断面図である。図５において、通風装置２１が設置されている以外は図３と同じである。
【００４６】
本実施例３では、前記光電子発生材１１は、金、白金、銀、銅、ステンレスの中から選ばれた１種類以上であるものを使用している。これらの光電子発生材は仕事関数が小さく、紫外線を照射したときに金属表面から効率よく光電子が発生するため、マイナス粒子を効率よく発生させるのに適している。
【００４７】
また本実施例３では、電気的な接地５を導電性基材１２に取り付けている。光電効果により光電子が放出された光電子発生材１１は、光電子の放出箇所に正孔ができ、光電子と正孔との間に電気的引力が働き、発生した光電子が光電子発生材に吸着される。そこで導電性基材を電気的に接地することにより、正孔には電子が補充されるため、放出された光電子が正孔に戻ることがないので、マイナス粒子を減少させることなく発生させるのに適している。
【００４８】
以下本実施例３の効果について実験例を用いて説明する。
【００４９】
（実験１）
容器６として３ｃｍ×３ｃｍ×１ｃｍのステンレス製容器を用い、導電性基材１２として厚さ０．５ｍｍのステンレスを用い、これに光電子発生材１１として窒化チタンを蒸着した。また、光源３として１．５ｍＷの紫外線ＬＥＤを用いた。
【００５０】
導電性基材１２に電気的な接地５を取り付けて、本マイナス粒子発生装置の性能を評価するための実験を行った。光源２の紫外線ＬＥＤを点灯し、通風手段２１を作動し、マイナス粒子を発生させた。測定は空気出口４から１ｃｍの位置で行い、装置作動後から３０００時間まで、単位体積当たりのマイナス粒子の数をイオンテスターで測定を行い、初期値との比較を行った。試験結果を図６に示す。
【００５１】
図６の結果から明らかなように、本発明のマイナス粒子発生装置を用いれば、常に安定したマイナス粒子の発生が見られた。このことから、通風手段を用いれば、マイナス粒子の発生がより一層多くなり、また常に一定に空気中へのマイナス粒子の供給を実現することができた。
【００５２】
（実験２）
光電子発生材１１として、金、白金、銀、銅、ステンレス、窒化チタンからなるマイナス粒子発生装置を用いて、実験１と同様の方法で、マイナス粒子の測定を行った。なお、測定は空気出口４から１ｃｍの位置で行い、装置作動後２分後に単位体積当たりのマイナス粒子の数をイオンテスターで測定した。測定結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】

【００５４】
表１の結果から明らかなように、本発明のマイナス粒子発生装置を用いて、光電子発生材として、金、白金、銀、銅、ステンレス、窒化チタンを用いれば、多くのマイナス粒子が発生することが判明した。その中でも特に金、白金、窒化チタンを用いた場合に大量のマイナス粒子が発生することがわかった。
【００５５】
（実験３）
光電子発生材１１として窒化チタン、導電性基材１２として、銅、アルミニウム、ステンレス、真鍮からなるマイナス粒子発生装置を用いて、実験１と同様の方法で、マイナス粒子の測定を行った。なお、測定は空気出口４から１ｃｍの位置で行い、装置作動後２分後に単位体積当たりのマイナス粒子の数をイオンテスターで測定した。測定結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】

【００５７】
表２の結果から明らかなように、本発明のマイナス粒子発生装置を用いて、光電子発生材として窒化チタン、導電性基材として、銅、アルミニウム、ステンレス、真鍮を用いれば、多くのマイナス粒子が発生することが判明した。その中でも特にステンレスを用いた場合に大量のマイナス粒子が発生することがわかった。
【００５８】
なお、実施例１から実施例３では、３ｃｍ×３ｃｍ×１ｃｍのステンレス製容器を用いたが、形状、大きさ、厚さ、種類は限定されるものではなく、マイナス粒子発生装置として適用できる形状や大きさや厚さや種類であれば、どのようなものでも構わない。
【００５９】
また、実施例２から実施例４では、導電性基材として厚さ０．５ｍｍのステンレスを用いたが、厚さ、種類は限定されるものではなく、導電性でありなおかつ光電子発生材が担持できれば、どのようなものでも構わない。
【００６０】
本実施例では、空気中にマイナス粒子を添加するマイナス粒子発生装置を得ることができた。そのため本マイナス粒子発生装置を備えた空気調和装置として、空気清浄機、エアコン、ファンヒーター、除湿機、加湿機、介護臭等の脱臭器、トイレ用の脱臭器等に応用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１から８に記載の発明によれば、光電子発生材に光を照射して起こる光電効果を利用し、発生する光電子を用いたマイナス粒子発生装置であり、特に、光電子発生材にＬＥＤからの光を照射するマイナス粒子発生装置としている。つまり、ＬＥＤからの光を利用するため、マイナス粒子発生装置が小型にでき照射する光の寿命が長時間で、発生するマイナス粒子量を経過時間とともに減少させることなく安定して空気に付加することが出来るため、マイナス粒子を長時間減少させることなく発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるマイナス粒子発生装置の構成を示す要部断面図
【図２】本発明の実施例であるマイナス粒子減衰率を示すグラフ
【図３】本発明の実施例であるマイナス粒子発生装置の構成を示す要部断面図
【図４】本発明の実施例であるマイナス粒子減衰率を示すグラフ
【図５】本発明の実施例であるマイナス粒子発生装置の構成を示す要部断面図
【図６】本発明の実施例であるマイナス粒子減衰率を示すグラフ
【図７】従来のマイナス粒子を発生する手法を示す図
【符号の説明】
１、１１ 光電子発生材
２ 光源
３、５５ 空気入口
４、５６ 空気出口
５ 電気的な接地
６ 容器
１２ 導電性基材
２１ 通風手段
５１ ファン
５２ 集じんフィルター
５３ 紫外線ランプ
５４ 光電子放出材

Claims (8)

1. 電気的に接地した光電子発生材と、前記光電子発生材に光を照射するためのＬＥＤとを備え、前記光電子発生材に空気を流すことによりマイナス粒子を発生するマイナス粒子発生装置。
2. ＬＥＤは紫外線を発生する請求項１に記載のマイナス粒子発生装置。
3. 光電子発生材は、電気的に接地した導電性基材上に設けてなる請求項１または２に記載のマイナス粒子発生装置。
4. 導電性基材は、銅、アルミニウム、ステンレス、真鍮の中のいずれか１種類以上を有してなる請求項３に記載のマイナス粒子発生装置。
5. 通風手段を備え、前記通風手段によって空気を光電子発生材に送風することによりマイナス粒子を発生する請求項１から４のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置。
6. 光電子発生材は、金、白金、銀、銅、ステンレスの中のいずれか１種類以上を有してなる請求項１から５のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置。
7. 光電子発生材は、導電性を有するセラミックスである請求項１から５のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置。
8. 導電性を有するセラミックスは、窒化チタンである請求項７に記載のマイナス粒子発生装置。

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