JP2006127855A - イオン発生装置およびそれを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】生産時における作業効率の向上や作業負担の軽減を図ることが可能なイオン発生装置、およびこのイオン発生装置を備えた電気機器を提供する。
【解決手段】概略箱状を呈する基板収容ケース２に対し、開口２１を覆うようにイオン発生素子５を取り付ける。イオン発生素子５に、予め定められた駆動波形の駆動電圧を生成する駆動回路基板３を接続する。駆動回路基板３上の昇圧コイル３３はブリキ鋼板からなるシールド部材３１によって覆う。基板収容ケース２内部におけるイオン発生素子５と駆動回路基板３とに挟まれる空間に開口孔３４を介して絶縁モールド用の充填材を注入する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空気中にコロナ放電によりイオンを発生させるイオン発生装置、およびこのイオン発生装置を備える電気機器に関する。

コロナ放電により発生するプラスイオン、マイナスイオンは、自然界に存在する人体に無害なイオンであり、かつ、浮遊菌を不活化し浮遊細菌を殺菌するため、近年、注目されている。プラスイオン、マイナスイオンを発生するためのイオン発生素子の構成の代表例として、誘電体を挟んで対向するように配置される放電電極および誘導電極の間に、高圧交流の駆動電圧を印加してコロナ放電を行う構成が挙げられる。通常、イオン発生素子自体は、比較的コンパクトであることが多い。

ところが、イオン発生素子をイオン発生装置として用いるためには、商用電源からの入力電圧を昇圧する昇圧装置、および所定の駆動波形を有する駆動電圧を発生させるための回路基板がさらに必要となる。このため、イオン発生素子を電気機器に採用する場合、昇圧装置および回路基板の配設位置を電気機器内において相互に絶縁を保って確保しなければならなかった。この結果、予めイオン発生素子を組み込むことを想定して設計された電気機器以外に、イオン発生素子を組み込むことが困難であった。

そこで、従来技術の中には、イオン発生素子の適用範囲の広範化のために、イオン発生素子、昇圧装置、および回路基板を単一の筐体内に収納してユニット化したイオン発生装置を採用するものがあった（例えば、特許文献１参照。）。このように、イオン発生装置をユニット化することにより、イオン発生装置をコンパクト化することができ、電気機器に適用し易くなる、とされている。
特開平２００３−４５６１１号公報

しかしながら、特許文献１に係るイオン発生装置では、昇圧装置（昇圧コイル）を収容するコイル収容室内を絶縁モールドし、充填材の乾燥固化の後さらに、回路基板（基板）とイオン発生素子との間を絶縁モールドしている。つまり、第１回目の絶縁モールドを行った後に乾燥させ、その後に第２回目の絶縁モールドを行うため、作業効率が非常に悪い。

また、特許文献１に係るイオン発生装置では、筐体内のほぼ全ての空間に絶縁モールドしており、充填材料の使用量が多い。さらに、空洞なくイオン発生素子の裏側までモールドすることは難しく、作業者の負担が大きかった。

この発明の目的は、生産時における作業効率の向上や作業負担の軽減を図ることが可能なイオン発生装置、およびこのイオン発生装置を備えた電気機器を提供することである。

（１） 本発明に係るイオン発生装置は、
一方に開放面を有し、この開放面に対向する対向面に開口部が形成された概略箱状を呈する筐体と、
前記開口部を覆うように前記筐体に取り付けられるとともに、イオンを発生させるイオン発生素子と、
前記イオン発生素子に間隔を設けて対向するように前記筐体の内部に配設されるとともに、商用電源からの入力電圧を昇圧する昇圧手段を有し、駆動電圧を前記イオン発生素子に供給する駆動回路基板と、
前記駆動回路基板における少なくとも前記昇圧手段を覆うシールド部材と、
前記筐体内部における前記イオン発生素子と前記駆動回路基板とに挟まれる空間に、絶縁モールド用の充填材を前記開放面側から注入するための注入口と、
を備えたことを特徴とする。

本発明に係るイオン発生装置は、筐体、イオン発生素子、駆動回路基板、シールド部材を備える。筐体の基本的態様は箱型である。筐体には開放面が形成されており、この開放面に対向する対向面に開口部が形成される。この開口部を覆うようにイオン発生素子が筐体に取り付けられる。筐体にイオン発生素子を取り付ける手段の例として、接着剤が挙げられる。

さらに、イオン発生素子に間隙を設けて対向するように、駆動回路基板が筐体に取り付けられる。筐体に駆動回路基板を取り付ける手段の例として、筐体内部における開放面と対向面との間の中間位置に形成された基板支持部で駆動回路基板を支持する構成が挙げられる。駆動回路基板が筐体に取り付けられると、筐体の内側における駆動回路基板とイオン発生素子との間に絶縁モールド用の充填材が充填されるべき空間が形成される。この空間には、開放面側から注入口を介して充填材が充填される。

注入口を介して充填材を充填する際、通常、対向面が下側に位置するため、自重により充填材が筐体内部における対向面側のすみずみに行き渡り易くなる。このため、イオン発生素子に接する箇所が空洞なく絶縁モールドされ易くなる。

また、駆動回路基板における少なくとも昇圧手段がシールド部材で覆われるため、昇圧手段の周囲を絶縁モールドする必要がない。シールド部材の代表例として、放射ノイズの漏洩を遮断するブリキ鋼板が挙げられる。また、ブリキ鋼板で昇圧手段の周囲を覆いつつ、さらに銅テープを昇圧手段に巻き付けるとシールド効果がさらに向上する。

（２） （１）に記載のイオン発生装置であって、
前記注入口は、厚み方向に貫通するように前記駆動回路基板に形成された貫通孔であることを特徴とする。

この構成においては、筐体内側における駆動回路基板とイオン発生素子との間に、駆動回路基板に形成された貫通孔を介して、開放面側から充填材が充填される。このため、駆動回路基板の周縁と筐体内壁との間に隙間を形成しなくても、充填材の充填の際に支障を来さない。

（３） （１）または（２）に記載のイオン発生装置であって、
前記筐体は、前記筐体内部における前記対向面の近傍で、前記駆動回路基板を係止する基板係止部を有することを特徴とする。

この構成においては、筐体に形成された基板支持部によって、駆動回路基板が対向面の近傍に位置決めされる。駆動回路基板を対向面側に近づけるのは、筐体内部における駆動回路基板とイオン発生素子との間隙を小さくし、この間隙に充填されるべき充填材の消費量を減じるためである。駆動回路基板が位置決めされる位置は、開放面と対向面との真ん中より対向面側に配置されることが望ましい。

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載のイオン発生装置であって、
前記イオン発生素子は、リード線を介して前記駆動回路基板に接続されており、
前記筐体内部に、前記リード線の少なくとも一部を保持するリード線保持部を形成したことを特徴とする。

この構成においては、筐体内部におけるイオン発生素子と駆動回路基板との間に配置されるリード線がリード線保持部によって保持される。リード線は、筐体内部における充填材が充填される空間に配置される。リード線の中間部がリード線保持部により保持されるため、充填材の収縮に伴うストレスがリード線の両端に接続されるイオン発生素子や駆動回路基板に及びにくい。

（５） （１）〜（４）のいずれかに記載のイオン発生装置であって、
前記筐体の前記開放面を覆った状態で前記筐体に係止される蓋体をさらに備えたことを特徴とする。

この構成においては、蓋体が筐体に係合することにより、筐体の開放面が閉塞される。

（６） 外部の空気を内部に吸い込む吸込部、内部の空気を外部に吹き出す吹出部、および前記吸込部から前記吹出部の間に形成される通気路を有する電気機器であって、
（１）〜（５）のいずれか１項に記載のイオン発生装置が前記通気路中に配置されることを特徴とする。

本発明に係る電気機器は、吸込部から外気を取り込み、通気路を介して空気を流通させ、吹出部から空気を排出する電気機器における通気路中にイオン発生装置が配置される。イオン発生装置で発生したイオンは吹出部を介して居住空間に供給される。

（１）請求項１に係る発明によれば、イオン発生素子に接する箇所に空洞なく絶縁モールドできる。また、一度の充填作業で、イオン発生装置に対する絶縁モールドを完了させられる。

（２）請求項２に係る発明によれば、駆動回路基板の周縁と筐体の内壁とを密着させて、駆動回路基板をより安定した状態で筐体に装着できる。

（３）請求項３に係る発明によれば、絶縁モールド用の充填材の消費量を減少させることができる。

（４）請求項４に係る発明によれば、イオン発生素子と基板駆動回路との間の接続状態が、充填材の収縮によって影響を受けにくくなる。

（５）請求項５に係る発明によれば、筐体および蓋体によってイオン発生装置の各部を覆ってしまうことができる。

（６）請求項６に係る発明によれば、居住空間の空気の質を改善させることが可能になる。また、電気機器に付加的機能を付け易くなる。

以下、図を用いて本発明のイオン発生装置および電気機器の実施形態を説明する。

図１は、イオン発生装置１の概略構成を示す分解斜視図である。イオン発生装置１は、駆動回路基板３、イオン発生素子５、基板収容ケース２、および蓋体４を有する。本実施形態では、基板収容ケース２が本発明の筐体を構成する。

駆動回路基板３は、電源コネクタ３２、昇圧コイル３３、およびコンデンサや半導体等の回路部品を備える。電源コネクタ３２は、コネクタケーブルを介して商用電源に接続される。

昇圧コイル３３は、商用電源から供給される電圧を昇圧し、イオン発生装置１を駆動する。昇圧コイル３３は電気機器の誤動作を誘発させ得る放射ノイズを発生するため、昇圧コイル３３の周囲には銅テープが巻かれる。昇圧コイル３３の周囲には、ブリキ鋼板からなるシールドケース３１が配置され、シールドケース３１によって昇圧コイル３３が覆われる。シールドケース３１の近くに、厚み方向に貫通する開口孔３４が形成される。

イオン発生素子５は、電極接点５６，５７を備えており、電極接点５６，５７がリード線６を介して駆動回路基板３に接続される。イオン発生素子５は、電極接点５６，５７が基板収容ケース２の内部に対向する状態で、基板収容ケース２に速乾接着剤により固着される。

図２は、イオン発生素子５の構成を示す図である。図２（Ａ）はイオン発生素子５の平面図であり、図２（Ｂ）はイオン発生素子５のＸ−Ｘ断面図であり、図２（Ｃ）はイオン発生素子５のＹ−Ｙ断面図である。

イオン発生素子５は、誘電体基板５０、放電電極５３、誘導電極５４、電極接点５６，５７を備える。誘電体基板５０は、厚さ方向に積層された下板５１および上板５２を一体化して構成される。

本実施形態では、下板５１および上板５２が０．４５ｍｍの厚みを有しており、誘電体基板５０のサイズが約１５ｍｍ×３７ｍｍ×０．９ｍｍにされる。

放電電極５３は、誘電体基板５０の表面に長手方向に４つの格子が連続して並び、各格子には内部に向かって突出する複数の先鋭部が形成される。誘導電極５４は、平面状にＵ字状に形成され、放電電極５３の各先鋭部はその先端部分が誘導電極と重畳するように形成される。これにより、放電電極５３の先鋭部と誘導電極５４との間で電界が集中し易くなり、低電圧でも両電極で容易に放電を発生させることができる。放電電極５３の表面を覆うように、保護層５５が形成される。

誘導電極５４は、下板５１および上板５２のに挟まれる位置に、放電電極５３と対向するように配置される。誘導電極５４は、放電電極５３と中心を合わせて形成され、放電電極５３より長さおよび幅がそれぞれ小さい帯状電極である。

本実施形態では、下板５１、上板５２、保護層５５として、アルミナが使用される。ただし、これらの部材の素材はアルミナに限定されることはなく、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイト等の他のセラミックス材料、または、ポリイミド、エポキシ等の樹脂材料を用いても良い。また、本実施形態では、放電電極５３および誘導電極５４として、タングステンが用いられる。放電電極５３および誘導電極５４に用いられる他の例としては、モリブデン等の高融点の金属材料が挙げられる。

イオン発生素子５を生産するとき、まず、アルミナシートからなる下板５１の表面にタングステン材料のパターン印刷により誘導電極５４を形成する。続いて、誘導電極５４を覆うようにアルミナシートからなる上板５２を載置して圧着する。続いて、上板５２の表面に、タングステン材料のパターン印刷により放電電極５３を形成する。続いて、放電電極５３全体を覆うようにアルミナ製の保護層５５をコーティングにより形成する。そして、これらの部材を摂氏１４００〜１６００度の温度で、非酸化性雰囲気下で焼成する。

図２（Ｃ）に示すように、放電電極５３は、下板５１および上板５２を貫通する電極接点５６に接続され、誘導電極５４は、下板５１を貫通する電極接点５７に接続される。本実施形態では、電極接点５６，５７は、電極５３，５４を形成する際に、対応する位置に形成されたスノーホール内に電極材料を充填して形成される。放電電極５３および誘導電極５４には、リード線６および電極接点５６，５７を介して、駆動回路基板３から高圧交流の駆動電圧が印加される。

なお、駆動回路基板３からイオン発生素子５に対して、ＤＣ用電源にてピーク値約４．２ｋＶで周波数４５ｋＨｚの高電圧の駆動電圧が印加されると、放電電極５３および誘導電極５４の間に発生するコロナ放電の作用により、イオン発生素子５から約２５ｃｍ離れた位置で、それぞれ１６万個／ｃｃを超えるプラスイオンおよびマイナスイオンが発生する。

基板収容ケース２は、図１に示すように、上方が開放するとともに長方形状の底面２８を有する箱状を呈する。底面２８には開口２１が形成される。基板収容ケース２において、底面２８は、本発明における「開放面に対向する対向面」を構成する。開口２１の周囲にはイオン発生素子５の位置決めのための凹部が形成される。なお、開口２１は、イオン発生素子５を基板収容ケース２に固着することにより塞がれる。

基板収容ケース２の内側には、駆動回路基板３を所定位置にて支持する基板支持部２４が４つ形成される。さらに、基板収容ケース２の短手方向の両側壁の内側には、リード線６の中間部を保持するリード線固定配線部２６，２７が形成される。

図３は、基板収容ケース２に駆動回路基板３を組み込んだ状態を示している。基板収容ケース２内において、駆動回路基板３は基板支持部２４に下から支持される。このため、基板収容ケース２内部における駆動回路基板３とイオン発生素子５との間に空間が構成される。この空間には、絶縁モールド用の充填材が充填される。絶縁モールド用の充填材として、本実施形態では、ウレタン樹脂等、流動性に優れた樹脂が用いられる。

続いて、イオン発生装置１の組立方法を説明する。図１に示すように、イオン発生素子５の裏面における電極接点５６，５７の周囲に接続用半田パッドが形成される。これらの半田パッドには、駆動回路基板３の高圧部より引き出されたリード線６が接続される。リード線６を介して駆動回路基板３の高圧部と電極接点５６，５７とを接続した後、リード線６は、その一部がリード線固定配線部２６，２７に架けられ、リード線固定配線部２６，２７によって保持される。

続いて、駆動回路基板３を基板収容ケース２内に取り付ける。駆動回路基板３が基板支持部２４上に取り付けられた後に、駆動回路基板３の基板開口部３４を介して基板収容ケース２内に充填材が注入される。充填材は、イオン発生素子５と駆動回路基板３との間、および基板部品面上の実装部品のリード足が隠れる程度が絶縁モールドされるまで注入される。基板支持部２４の高さによって駆動回路基板３とイオン発生素子５とに挟まれる空間の大きさが異なるため、この空間に注入される充填材の量は、基板支持部２４の高さによって異なる。基板支持部２４を低くして、駆動回路基板３が底面寄りの位置で支持されるようにすれば、必要となる充填材の量が減少する。

続いて、蓋体４に形成された係合孔４１と、基板収容ケース２の外側に形成された係合突起２５と、を係合させ、蓋体４により基板収容ケース２の開放面側を覆う。

図４は、底面２８側から見たイオン発生装置１の構成を示す斜視図であり、図５は、図４におけるＺ−Ｚ断面図である。これらの図に示すように、蓋体４を基板収容ケース２に係止すると、駆動回路基板３、イオン発生素子５、基板収容ケース２、および蓋体４が一体化して、ユニット化したイオン発生装置１が構成される。イオン発生装置１の長手方向の両端部には、固定用のネジ孔を有する接続部２３が配置されるため、接続部２３を介してイオン発生装置１を様々な電気機器に接続することができる。イオン発生装置１が適用される電気機器は、外部の空気を内部に吸い込む吸込部、内部の空気を外部に吹き出す吹出部、および吸込部から吹出部の間に形成される通気路を有する電気機器である。具体的な例を挙げると、空気清浄機、空気調和機、掃除機、車載用空気調和機等が挙げられる。これらの電気機器の通気路に、イオン発生装置１を配置することで、吹出口から吹き出される空気中の水蒸気をコロナ放電によりイオン化し、略同量のプラスイオンとマイナスイオンとが生成される。

本実施形態において、プラスイオンは、水素イオン（Ｈ^＋）の周囲に複数の水分子が付随しており、Ｈ⁺ （Ｈ₂ Ｏ）_m （ｍは自然数）として表される。一方、マイナスイオンは、酸素イオン（Ｏ₂ ⁻）の周囲に複数の水分子が付随しており、Ｏ₂ ⁻（Ｈ₂ Ｏ）_n （ｎは自然数）として表される。これらのプラスイオンおよびマイナスイオンは、居住空間内に浮遊する細菌の表面に付着すると、化学反応して活性種である過酸化水素Ｈ_２Ｏ_２または水酸基ラジカル・ＯＨを生成する。これらの過酸化水素Ｈ_２Ｏ_２または水酸基ラジカル・ＯＨは、極めて強力な活性を示すために、空気中の浮遊細菌を殺菌することができる。

図６は、イオン発生装置１が適用される加湿装置１００の構成を示している。加湿装置１００は、吸込部１０７、ヒータ１１９、ファン１２０、加湿フィルタ１０５、貯水槽１４２、補給槽１４１、給水タンク１０３、吹出部１０９、およびイオン発生装置１を備える。吸込部１０７からファン１２０および加湿フィルタ１０５を経由して、吹出部１０９までの間に通気路が形成され、この通気路中にイオン発生装置１が配置される。

ファン１２０は、吸込部１０７を介して外気を吸い込み、加湿フィルタ１０５に対して送り出す。加湿フィルタ１０５は貯水槽１４２の水に浸されており湿っている。このため、ファン１２０から送り出された空気が加湿フィルタ１０５を通過すると、加湿フィルタ１０５から加湿空気が発生する。加湿フィルタ１０５から発生した加湿空気は、イオン発生装置１で生成されるプラスイオンおよびマイナスイオンと共に、吹出部１０９から外部に排出される。

加湿装置１００の運転を係属していると、貯水槽１４２の水が減少する。貯水槽１４２の水が減少すると、給水タンク１０３内の水が補給槽１４１および連通路１４２を介して貯水槽１４２に補給される。

この加湿装置１００によれば、加湿空気と共にプラスイオンおよびマイナスイオンを居住空間内に供給することができ、居住空間内の空気に潤いを与えるとともに、居住空間内の浮遊粒子を不活性化し、また浮遊細菌を殺菌することが可能になる。

上述の実施形態では、充填材を基板収容ケース２の全域に充填する必要がないため、充填材の使用量の低減化を図ることができる。また、予め昇圧コイル３３を銅テープで巻き、ブリキ鋼板のシールドケース３１に内蔵することで、シールドケース３１から放射ノイズが漏洩しにくくなる。なお、昇圧コイル３３に銅テープを巻き付けたときの効果として、ＳＷ帯の範囲で放射ノイズが約１５％低減される。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のイオン発生装置の分解斜視図である。 イオン発生素子の構成を示す図である。 基板収容ケースに駆動回路基板が取り付けられた状態を示す図である。 組み立てられたイオン発生装置の底面側からの外観図である。 図４におけるＸ−Ｘ断面図である。 イオン発生装置が適用される加湿装置の構成を示す図である。

符号の説明

１−イオン発生装置
２−基板収容ケース
３−駆動回路基板
４−蓋体
５−イオン発生素子
６−リード線

Claims (6)

1. 一方に開放面を有し、この開放面に対向する対向面に開口部が形成された概略箱状を呈する筐体と、
   前記開口部を覆うように前記筐体に取り付けられるとともに、イオンを発生させるイオン発生素子と、
   前記イオン発生素子に間隔を設けて対向するように前記筐体の内部に配設されるとともに、商用電源からの入力電圧を昇圧する昇圧手段を有し、駆動電圧を前記イオン発生素子に供給する駆動回路基板と、
   前記駆動回路基板における少なくとも前記昇圧手段を覆うシールド部材と、
   前記筐体内部における前記イオン発生素子と前記駆動回路基板とに挟まれる空間に、絶縁モールド用の充填材を前記開放面側から注入するための注入口と、
   を備えたことを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記注入口は、厚み方向に貫通するように前記駆動回路基板に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記筐体は、前記筐体内部における前記対向面の近傍で、前記駆動回路基板を係止する基板係止部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のイオン発生装置。
4. 前記イオン発生素子は、リード線を介して前記駆動回路基板に接続されており、
   前記筐体の内部に、前記リード線の少なくとも一部を保持するリード線保持部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン発生装置。
5. 前記筐体の前記開放面を覆った状態で前記筐体に係止される蓋体をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン発生装置。
6. 外部の空気を内部に吸い込む吸込部、内部の空気を外部に吹き出す吹出部、および前記吸込部から前記吹出部の間に形成される通気路を有する電気機器であって、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン発生装置が前記通気路中に配置されることを特徴とする電気機器。

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