JP2005302656A - マイナスイオン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ファンを用いることなく小型でかつ大量のマイナスイオンを室内などの空間に放出拡散させるマイナスイオン発生装置の提供
【解決手段】 負電極である１個の針状電極と正電極である筒状電極とを間隔をおいて対向配置してマイナスイオン風を発生する対向放電電極と、該筒状電極のマイナスイオン風放出側に負電圧を負荷してマイナスイオンを発生する針状の放電針電極を該電極の先端をマイナスイオン風の風下方向に向けて配置し、各電極に直流の高電圧を印加してマイナスイオン風を発生させるマイナスイオン発生装置。
【選択図面】 図１

Description

本発明は、マイナスイオン発生装置に関する。特に、マイナスイオンによって、健康改善の効果や、花粉症の原因物質を除去する予防効果や、自動車から排出される窒素酸化物及び粒子状物質を含む空気を浄化する効果、美容に肌や髪に潤いを与えるスキンケアやヘアーケア効果等を得るのに必要な多量のマイナスイオンを、小さな容積でコンパクトに組み上げ可能として、電動ファンを用いることなく、イオン風により空気中に拡散させるマイナスイオン供給装置に関する。

大気を構成する気体成分が一定の電離エネルギー以上のエネルギーを得ると電離されて、電子とプラスイオンが発生し、電子はすぐ大気成分と反応してマイナスイオンとなる。マイナスイオンは、生体を活性化するとして医療や美容に利用されているが、電離によって発生したイオンは、大気中のすべての微粒子と衝突して、小イオンから巨大イオンに成長して微粒子を排除する効果があり、花粉症の原因物質の除去効果や、自動車から排出される窒素酸化物及び粒子状物質を含む空気の浄化効果に有効であるので空気清浄器として利用されている。
従来、マイナスイオンを電気的に発生させるには、コロナ放電による方法が知られており、火花放電やノイズに対する安全性から、電圧を10,000ボルト以下で7000ボルト程度とする無声コロナ放電が使用されている。マイナスイオンは雲状に発生し、イオン雲はイオン的に活性で消滅していくが拡散し難くて分散に問題がある。小型で効率よくマイナスイオンを分散させる装置の開発が業界の課題となっている。多くの装置は、ファン或いはファンを備えた機器に組み込まれてマイナスイオンを供給するようになっている。

電動ファンを用いることなくマイナスイオンを空間に分散させる方法としては、針状電極と筒状電極を対向放電電極として、コロナ放電によりイオン風を発生させてマイナスイオンを送風分散する方法があり、本出願人が開示した特許文献１（特許3017146号公報参照）があり、実施されている。この例は、針状電極に隣接して筒状電極を配置した対向放電電極に高電圧を印加して、電動ファンを用いることなくオゾンを含むマイナスイオン風を発生させている。
マイナスイオン総量は電極の数に比例することになるので、多量のマイナスイオンを必要とする場合は、対向放電電極を多数設ける必要があり、電極設置スペースが必要で、装置は大型になり、特に、小型の装置への組み込みは困難であった。

特許文献２（特開平11-342181号公報参照）には、第１電極と第２電極の間に空気を送り込む送風手段を備えた構成が開示されている。コロナ放電により発生したマイナスイオンを送風機器で送風する方法である。送風手段と送風ダクトを備えて装置は大掛かりになり、コンパクトに組み上げることはできない。電動ファンの使用によりノイズの発生も危惧され、装置は高額になる問題があった。
特許文献３（特開平9-245935号公報参照）には、扇風機の中央部にマイナスイオン発生装置を添装してマイナスイオンを送風する発明が提案されている。

特許文献４（特開2001-321661号公報参照）には、放電針電極のみを用いたマイナスイオンの発生装置に関する発明が開示されている。マイナスイオンが室内に均一に広がるようにするために、複数の放電針電極のうち、隣接する放電針電極の先端部の向いている方向が、角度15°〜45°にお互いに広がる方向に配置している。放電針の傾斜により、放電により発生するマイナスイオン雲に広がりのある方向性を得て、室内に分散するとしている。しかし、風速を伴わない拡散であるから、分散性が悪く均一分散に時間を必要とし、その間にマイナスイオンが消滅してしまい、室内への分散性は実効を得られない。

特許3017146号公報 特開平11-342181号公報 特開平09-245935号公報 特開2001-321661号公報

前記の如く、電動ファンを用いることなくイオン風の風速を得るには、針状電極と筒状電極による対向放電電極によるコロナ放電が最も有効であるが、マイナスイオンの総量は電極の数に比例するので、多量のマイナスイオンの必要には、多数の筒状電極が必要となり装置が大型になる問題があった。
筒状電極と針状電極による対向放電電極に、単針電極を併設する発明を、本出願人は特願2002-330291号により出願している。単針電極を併設することにより多量のマイナスイオンを発生させて、大量のマイナスイオンを遠くまで放出するものである。
本発明は、対向放電電極と単針で放電する放電針電極の併設関係に改良を加えることにより、小型でかつ大量のマイナスイオンを室内などの空間に放出拡散させるマイナスイオン発生装置を提供するものである。

本発明は、以下の構成を基本とするものである。
（１） 負電極である１個の針状電極と正電極である筒状電極とを間隔をおいて対向配置してマイナスイオン風を発生する対向放電電極と、該筒状電極のマイナスイオン風放出側に負電圧を負荷してマイナスイオンを発生する針状の放電針電極を該電極の先端をマイナスイオン風の風下方向に向けて配置し、各電極に直流の高電圧を印加してマイナスイオン風を発生させることを特徴とするマイナスイオン発生装置。
（２） 対向配置間隔は、１〜５mmであることを特徴とする（１）に記載のマイナスイオン発生装置。
（３） 放電針電極は、放電絶縁間隔を置いて配置されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のマイナスイオン発生装置。
（４） 放電針電極は、１本又は複数本配置することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。
（５） 複数本配置された放電針電極は、その先端を筒状電極の開通孔の軸線の延長上の１点に集中する方向を向けて固定されていることを特徴とする（４）に記載のマイナスイオン発生装置。
（６） 複数本配置された放電針電極は、マイナスイオン風の方向に放電針電極を複数備えた列を複数設けたことを特徴とする（４）又は（５）に記載のマイナスイオン発生装置。
（７） 複数本配置された放電針電極は、環状に配置されていることを特徴とする（４）〜（６）のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。
（８） 対向放電電極と放電針電極をカートリッジ化して着脱自在としたことを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。
（９） 室内空気の清浄用、自動車内空気の清浄用、美容のスキンケアやヘアーケア用に、マイナスイオン風を供給することを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。

１．大量のマイナスイオンをファンなしで送風することができる。
２．拡散性・分散性を向上させることができる。

本発明は、無声コロナ放電をする対向放電電極において、マイナスイオンを含む風を発生させ、その風に放電針電極から発生するマイナスイオンを乗せて大量のマイナスイオンを供給する装置を提供するものである。本発明のマイナスイオン発生装置からは、マイナスイオンの外、極微量のオゾンが発生する。この微量のオゾンと大量のマイナスイオンが消臭、除塵、消煙、制菌などの作用に複合して作用していると考えられる。
本発明は、対向放電電極と放電針電極から構成され、放電針電極は対向放電電極の下手側で先端をマイナスイオン風の流路の中心或いは平行又は中心に向けて配置されることにより、放電針電極から発生するマイナスイオンを効果的に風に乗せることができるものである。

本発明の基本構成は、負電極である１個の針状電極と正電極である開通孔を備えた筒状電極とを対向配置してマイナスイオン風を発生する対向放電電極と、該筒状電極のマイナスイオン風放出側に負電圧を負荷してマイナスイオンを発生する針状の放電針電極を該電極の先端をマイナスイオン風の風下方向に向けて配置し、各電極に直流の高電圧を印加してマイナスイオン風を発生させることを特徴とするマイナスイオン発生装置である。これを複数並列して使用することを妨げるものではない。

これらの関係を模式的に図１に示す。
放電針電極８は、対向放電電極１のマイナスイオン風Ｗの放出側で、筒状電極３の軸線Ｘの延長上に或いは平行に配置されることを基本とする。対向放電電極１を構成する針状電極４は、筒状電極３の軸線Ｘの延長上で、放電針電極８とは反対側に配置される。放電針電極８は、１個を模式的に示したが連続して複数設けることも可能である。また、筒状電極の筒端縁付近等の軸線Ｘの周囲に配置することも可能である。その場合は、放電針電極８の先端は軸線に平行あるいは軸線Ｘに向ける。

＜Ａ 対向放電電極の構成＞
対向放電電極の構成は、開通孔を備えた筒状電極と該筒状電極に対向して針状電極を配置するものであって、針状電極の先端は、開通孔の軸線の延長上で筒状電極の端面から１〜５mm程度間隔を置いて針状電極を配置する。この間隔は、マイナスイオンを放出する速度、即ち、風速に関係する。間隔３mmで風速３ｍ／秒を観測している。

＜Ａ−１ 筒状電極の構成＞
筒状電極は、正電圧を負荷され、正電極となるものである。筒の形状は円形が好ましく、負電極である針状電極の放電部位である先端から筒の縁部までほぼ等距離になることが重要である。距離が異なると近いところに放電が集中し、性能が落ちる。また、火花が出る可能性が高くなり危険性が増す。これらの理由により、針状電極側に位置する形状は円形の内縁を形成することが望ましい。
素材は、放電耐性が高い程良く、ステンレスやチタン、チタン合金、酸化チタンを含むチタン系合金などを使用できる。

＜Ａ−２ 針状電極＞
針状電極は、その先端から筒状電極に向けて放電する。先端を鋭くした針状に形成する。その素材は、放電耐性が高い材質を使用する。
チタン合金あるいは酸化チタンを含むチタン合金を使用した場合、針状電極から微弱な紫外線を発生させることができる。筒上電極素材として、酸化チタンを含むチタン合金を用いると光触媒の作用を発揮させることができる。

＜Ｂ 放電針電極の構成＞
単独で放電する単針状の放電針電極は、対向放電電極と同様の材質を用いることができる。単独で用いる放電針電極に負の電圧を印加した状態を暗箱で観測すると、短いビーム状の放電を観測することができ、短ビーム状の空中放電が発生している。この放電によって、マイナスイオンが生成されているものと考えられ、遠くへ放出する力はない。
本発明は、放電針電極を対向放電電極のマイナスイオン放出口側に配置することにより、対向放電電極から発生するマイナスイオンにさらに放電針電極から発生するマイナスイオンを加算して、対向放電電極から発生するマイナスイオン風によって、拡散・分散させるマイナスイオン発生装置である。
マイナスイオンを含む空気の流れに放電針電極から発生するマイナスイオンを効率よく乗せるために、空気流の中心或いは平行又は中心に向けてマイナスイオンを発生するように配置を工夫する。具体的には、放電針電極の数は、１本又は複数本配置することができる。
複数本配置された放電針電極をドーナツ状の円盤状の基盤に固定して、その先端を筒状電極の開通孔の軸線の延長上の１点に集中する方向を向けて固定する例があげられる。円盤の内径は、筒状電極の外径よりも大きくして、マイナスイオンの流れを妨げないようにする。この基盤を複数設けて、マイナスイオン量を加算することができる。複数設ける場合は、相互干渉が発生し、必ずしも設置本数の整数倍のマイナスイオンが加算されないことがあるので、実用においては、干渉による影響を考慮する必要がある。
対向放電電極と放電針電極との間で放電が発生しないように絶縁措置を施す。具体的には、放電を生じない程度に距離を離すことも１手段である。

放電針電極のバリエーションを模式的に図２に示す。
１本である１本電極８１の例（ａ）、複数設けた複数電極８２の例（ｂ）、複数の電極を２段に設けた２段電極８３の例（ｃ）、複数の電極を環状に配した環状配置電極８４の正面視の例（ｄ）である。それぞれの電極の先端は、筒状電極の軸線Ｘの延長上又は平行に、あるいは軸線に向けて配置する。（ｂ）（ｃ）に示した例では軸線Ｘ上の点Ｐ、Ｐ１、Ｐ２に放電針電極の先端が向かって配置された図を示している。また（ｂ）では、平行配置の例も示している。
本発明は、針状電極と筒状電極の対向放電電極で無声コロナ放電を生じて、針状電極より発生したマイナスイオンがイオン風となって放出される。風速は、3m/secを得ることができる。このイオン風が放電針電極を環状に配した中央部を通過して放出される場合は、中央部に向けてイオン密度が高まり、イオン雲が発生し、中央部を通過するイオン風により該イオン雲が押し出されて拡散・分散されることとなる。筒状の電極を用いた対向放電電極からは、マイナスイオン風となって約５０万個／ｃｃのマイナスイオンが放出され、放電針電極からは約３０万個／１本・ｃｃ加算されることが観察されている。なお、放電針電極を単独で放電した場合は、１００万個／ｃｃ以上観測されるが、本発明のマイナスイオン風に乗せた場合は、約３０万個／１本・ｃｃの増加が認められた。

＜対向放電電極と放電針電極の組み合わせ＞
対向放電電極を構成する筒状電極と針状電極の間隔が変わると発生する風力及びマイナスイオン量、オゾン量が大きく変化するので、初期性能を維持するためにはメンテナンスなどによってこの距離が変わらないように工夫することが重要である。また、対向放電電極と放電針電極との関係も絶縁が維持される間隔と針の向方向を一定にすることが重要であるので、配置関係が変わらないように設置することが実用上重要である。組付けやメンテナンスによる着脱によってこれらの位置関係が一定に保たれるようにカートリッジ化して一体に構成することも１手段である。
針状電極、筒状電極、放電針電極は、空気中の微細物質が吸着して汚れが著しいので、汚れたまま放置使用すると、塵埃によって放電効果が低下し、また、塵埃の吸着によりスパークや火花放電が発生する危険があり、電子ノイズや火災を招く危険があるので、電極を清潔に保つことが重要である。このために適時電極を洗浄掃除などのメンテナンスを容易にするためにカートリッジとして、電極を脱着自在とすることが有効である。

＜筒状電極＞
対向放電電極を針状電極と筒状電極とで構成し、放電針電極として、環状基材に複数の放電針を設けた例である。この場合、対向電極を構成する針状電極と筒状電極の間隔の設定は、3m/secの風速を得るために重要な用件であり、1〜5mmの間隔が好ましいが、更に好ましくは2〜4mmの間隔である。筒状電極と環状基材との間隔は、絶縁関係を保つことが用件であり、環状基材材料の絶縁性によっても相違する。例えば、10mm以上の間隔とする。
環状基材はプラスチック、セラミックス、ガラス、木質が用いられ環状の形状は筒状電極の直径より大きくすることが好ましい。環状基材に複数の放電針を設けるには、環状基材に1列又は２列以上とすることにより多数の放電針を具備することができる。
マイナスイオンは、原理的に空気中の微細の粒子や浮遊物に作用して空気中より排除するので、花粉症の原因物質を居住環境より除去する効果や、自動車の排出する窒素酸化物や粒子物質を除去する効果、更に、生体の活性化による医療効果や、美容分野で肌に潤いを与えるスキンケアや、ヘアーケア効果等に対して、本発明の装置は、安価に、小型でコンパクトに組み上げた、多量のマイナスイオンをイオン風として均一に分散することができるマイナスイオン発生装置として有効である。
放電は、針状電極を負電極とし、筒状電極を正電極とし、環状基材に設けた放電針を負電極として、9000〜7000ボルト付近の直流を印加する。

＜印加電圧＞
本発明の放電は、針状電極を負電極とし、筒状電極を正電極とし、放電針電極を負電極として、9000〜7000ボルト付近のパルス状の直流を印加する。これ以上の高電圧はノイズの発生があり安全でない。又それ以下の電圧ではマイナスイオンの発生が少ないので適さない。

＜作用効果、用途＞
具体的な作用効果は、本出願人が先に出願した特願２００２−３３０２９１号に添付した明細書に開示したものに加えて、配置を対向放電電極と放電針電極とを直列的に特定したことにより、大量のマイナスイオンをファンなどの特別の送風手段を用いることなく供給でき、かつ、マイナスイオン発生装置を小型化できる構成を実現したものである。 そして、メンテナンス時などの着脱によっても性能が維持できるように、特定の配置関係が保たれるようにカートリッジ構成を一態様とするものである。
本発明のマイナスイオン発生装置から発生するマイナスイオン風には、微量のオゾンが含まれており、このオゾンとマイナスイオンの作用により、消臭、消煙、制菌、清涼などの効果が発揮される。また、針状電極からは放電に伴い微弱な紫外線が発生しており、筒状電極の素材に酸化チタンを含ませると、光触媒の作用効果も発揮する。
本発明の主な作用効果を列記すると、（１）除菌、（２）脱臭、（３）プラス滞荷浮遊塵埃中和沈下による浮遊塵埃の減少、（４）消煙、（５）塵埃の筒状電極での吸着集塵、（６）筒状電極に含まれる酸化チタンの光触媒作用による吸着集塵の分解、（７）マイナスイオンによる清涼環境の創出（森林浴効果）、（８）電磁波障害が発生しない、（９）マイナスイオン発生量の増加と小型化等の従来のマイナスイオン発生器より以上の作用効果を発揮するものである。

用途としては、本発明の装置は、その利用目的により筒状電極の直径を任意に設定するが、室内空気の清浄用や自動車内空気の清浄用として、個人使用向けには筒状電極の直径を15〜20mmとすることが好ましい。美容のスキンケアやヘアーケア用には筒状電極の直径を10 mm以下として装置を小型にすることが好ましい。
マイナスイオンの総量は、環状基材に設けた放電針の数に比例するが、筒状電極を小さくすることにより、環状基材も小さくして装置全体を小さくすることができる。
環状基材に設ける放電針は、針と同一長さをガラス管でカバーすることが安全性とイオン雲に方向性を与えるのに有効である。
他の機器への組み込み、マイナスイオン発生装置機器単体、生鮮食品販売ケース、病院、車内、電車内、室内、商業施設、飲食店、生鮮売場、食品売場、ペットショップ、動物病院、畜舎、工場、天井、壁、倉庫など各種施設・各個所が例示できる。

図３に、記載した装置について説明する。
本実施例は、マイナスイオン発生装置の外装ケース７に、対向放電電極１と環状基材２に複数取り付けた放電針電極８と高電圧発生装置６が収納してある。筒状電極3の直径を17mmとして、針状電極4の長さを10mmとし、間隔Ｌ１を３mmに設定した対向放電電極１とした。筒状電極３と環状基材２の間隔Ｌ２を絶縁可能な距離である１３mmとして、長さ３mmの放電針を１２本設置した。
高電圧発生装置６より、負電圧をケーブル5aを介して針状電極4及び環状基材２の放電針８に印加し、正電圧をケーブル5aを介して筒状電極３に印加する。電圧は7500Vとした。針状電極４から、筒状電極3に向けてコロナ放電が生じマイナスイオンが筒状の中で加速されてイオン風となり放出されて、環状基材２の中央部を通過する構造である。環状基材２には放電針が等間隔に配されていて筒状電極の軸線方向に放電針8が傾斜させて設けたので、その本数に応じたマイナスイオン個数が加えられて筒状電極からイオン風によって機外に押し出されて分散する。

図４に、環状基材２の形状例と放電針８を設けた正面図と側面図を示した。
図５に、実施例と比較例に用いた電極回路図を示す。直流12Vと交流を入力し、整流及びトランスを介して負高電圧を針状電極４と環状基材２に配された放電針に供給し、筒状電極３の正電極に対する負電極の出力がマイナス7.5KV、周波数が４Ｋｃになるように設定した。対向放電電極１のみによる放電（比較例１）と、環状基材の放電針のみによる放電（比較例２）と、対向放電電極と放電針電極とを併用した本実施例の構成による放電(実施例)によるマイナスイオン量を表1に示した。表示個数は、放電針電極１本に換算した個数である。

比較例２に示されるように放電針電極１本当たりのマイナスイオンの発生は多くて、単針電極の出口では100万個/cc以上のマイナスイオンが測定されるが、軸線上３m離れた位置ではマイナスイオンはゼロの測定値である。比較例１の対向放電電極のみの場合の筒状電極の軸線上では３mの距離で正面５万個/cc、左右の１５°では８千個、５mの距離では正面２万個/cc、左右１５°では２千個のマイナスイオンが測定されている。
実施例においては、出口付近では比較例１の２倍弱であるが、３ｍ、５ｍでは６〜５倍の数値を観測しており、遠くへの放出力に優れていることが示されている。拡散の絶対個数においても、８〜６倍観測されており、周囲への波及効果に優れていることも示されている。この観測の結果では、放電針電極１本による加算数は３４万個／ｃｃであった。

マイナスイオン発生装置をカートリッジ化した例を図６、図７に示す。
電極ホルダー１４に対向放電電極１と放電針電極８を取り付けることにより、カートリッジ１５を構成する。
装着基板９に針状電極４を装着する支柱１０と筒状電極３を取り付ける筒状電極装着部１１及び放電針電極装着部１２を一体に設けて、電極ホルダー１４を構成する。これらの各装着部にそれぞれの電極を装着して、各電極が所定位置にセットされたカートリッジ１５を構成する。このカートリッジ１５を外装ケースや他の機器に着脱可能に取り付ける。
本実施例では、筒状電極装着部１１と放電針電極装着部１２は一体型にしている。筒状電極装着部１１は、筒状電極３を挿入する挿入孔が設けられ、その前方に環状に凹部１３を形成した放電針電極装着部１２を一体成型した。挿入孔は前方を筒状電極３の肉厚相当分を縮径して筒状電極３を挿入装着したときに定位置にセットされる構造とする。放電針８は、環状基材２に基部を埋設してある。この環状基材２を凹部１３に取り付ける。支柱１０と針状電極４との装着においても定位置に接続される位置決め機構が設けられる。各電極は所定の位置に装着され、相互の位置関係は固定される。これをカートリッジとして着脱できるものである。装着板９にさらに高電圧電源を装着することもできる。
本実施例では、８本の放電針を例示しているが、これに限らず１本から設けることができる。

本発明のマイナスイオン発生装置の模式図 放電針電極の構成例を示す図 実施例に用いたマイナスイオン装置の概略図。 環状基材の正面図と側面図。 実施例と比較例に用いた電極回路図。 カートリッジ図 カートリッジの構成部品図

符号の説明

１：対向放電電極
２：環状基材
３：筒状電極
４：針状電極
５a： ケーブル
５b ： ケーブル
６： 高電圧発生装置
７： 外装ケース
８： 放電針電極
９：装着基板
１０：支柱
１１：筒状電極装着部
１２：放電針電極装着部
１３：環状に凹部
１４：電極ホルダー
１５：カートリッジ

Claims (9)

1. 負電極である１個の針状電極と正電極である筒状電極とを間隔をおいて対向配置してマイナスイオン風を発生する対向放電電極と、該筒状電極のマイナスイオン風放出側に負電圧を負荷してマイナスイオンを発生する針状の放電針電極を該電極の先端をマイナスイオン風の風下方向に向けて配置し、各電極に直流の高電圧を印加してマイナスイオン風を発生させることを特徴とするマイナスイオン発生装置。
2. 対向配置間隔は、１〜５mmであることを特徴とする請求項１に記載のマイナスイオン発生装置。
3. 放電針電極は、放電絶縁間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイナスイオン発生装置。
4. 放電針電極は、１本又は複数本配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。
5. 複数本配置された放電針電極は、その先端を筒状電極の開通孔の軸線の延長上の１点に集中する方向を向けて固定されていることを特徴とする請求項４に記載のマイナスイオン発生装置。
6. 複数本配置された放電針電極は、マイナスイオン風の方向に放電針電極を複数備えた列を複数設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載のマイナスイオン発生装置。
7. 複数本配置された放電針電極は、環状に配置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。
8. 対向放電電極と放電針電極をカートリッジ化して着脱自在としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。
9. 室内空気の清浄用、自動車内空気の清浄用、美容のスキンケアやヘアーケア用に、マイナスイオン風を供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のマイナスイオン発生装置。