JP2006185740A

JP2006185740A - マイナスイオン発生装置

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Publication number: JP2006185740A
Application number: JP2004378111A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kato; 隆幸加藤; Yoshitaka Uchida; 義隆内田; Tokitsugu Shimada; 斉嗣島田
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Kojima Industries Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP4774498B2

Abstract

【課題】オゾンや窒素酸化物等の有害物質を発生させることがなく、オゾン等を含まない生体に対して安全なマイナスイオンのみを大量に発生させる。
【解決手段】単一の円形開口部を有し、電気抵抗値が１０⁹〜１０¹²Ωの導電性高分子材料またはセラミックス材料からなる正電極１６と、針状部を有し、該針状部の先端が正電極の円形開口部に対向するように配置された金属製負電極１４と、負電極と正電極との間に直流高電圧を印加し、負電極と正電極との間にコロナ放電によってマイナスイオンを発生させる電圧印加装置と、で構成する。
【選択図】図２

Description

本発明はマイナスイオン発生装置に係り、特に、オゾンや窒素酸化物等の有害物質をほとんど発生せず、生体に対して安全なマイナスイオンを安定的かつ大量に発生させることができる電極構造を有するマイナスイオン発生装置に関する。

従来のイオンおよびオゾン発生装置として、支持台で支持され、かつ導電性を有した針状の第１電極と、基台に脱着可能に取り付けられ、かつ第１電極の中心に中心を略一致させ、第１電極から一定の間隔をおいて配置された円形の孔が設けられた導電性を有する板状の第２の電極と、第１電極と第２電極との間に直流の高電圧を印加する高電圧発生器とを備えた装置が知られている（特許文献１）。

上記のイオンおよびオゾン発生装置は、導電性を有する第１電極と第２電極とはいずれも金属の板から構成されており、第１電極の先端部と第２電極となる開口部のエッジとの間に、両電極間に印加される高電圧によってコロナ放電が生ずることにより、イオンおよびオゾンが発生するものである。また、開口部を有する第２電極は脱着可能に取付けられ、第２電極の清掃、洗浄が容易な構成としている。

しかしながら、特許文献１のイオンおよびオゾン発生装置は、イオンおよびオゾンを発生させるものであり、マイナスイオンのみを発生させることはできない。すなわち、第１電極及び第２電極が金属で構成されているため、両電極間に生じるコロナ放電は極めて強い放電であり、空気への電離エネルギーが大きく、自ずと生体に対して有害なオゾンおよび窒素酸化物が大量に発生することになる。

また、オゾンおよび窒素酸化物を発生させないようにするために、多数の開孔が穿設された１０⁸〜１０¹¹Ωの電気抵抗値を有する導電性高分子板材料で正電極を構成したマイナスイオン発生器が知られている（特許文献２）。

このマイナスイオン発生器は、正電極に直流電源より直流高電圧を印加して、負電極と正電極との間に微弱なコロナ放電を生じさせることにより、正電極の多数の開孔よりマイナスイオンのみを発生させるものであり、正電極を同一面上に多数の開孔を有する構造とすることにより、マイナスイオンを効果的にかつ大量に発生できるようにしている。
特許第２９３２３６５号特開２００２−１９８１６０号公報

しかしながら、上記特許文献２のマイナスイオン発生装置では、正電極の開孔部からマイナスイオンを発生させることができるが、導電性高分子で構成された正電極面上に多数の開孔部が存在するため、針状の負電極との対向位置によつて発生するマイナスイオン量が変化する、という問題がある。

すなわち、整列的あるいはランダムな位置に設けられる正電極面上の多数の開孔部は、その径が３ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、開孔部と対向する針状の負電極の先端とが、両電極の組付け時等の組付誤差によって一定な位置関係とはならないため、負電極の先端と正電極との電極間隔が安定しなくなり、マイナスイオン発生量の個体差が生じてしまう。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、オゾンや窒素酸化物等の有害物質を発生させることがなく、オゾン等を含まない生体に対して安全なマイナスイオンのみを大量に発生することができるマイナスイオン発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のマイナスイオン発生装置は、単一の円形開口部を有し、電気抵抗値（ここでは、表面抵抗率で表したが体積抵抗率で表しても良い）が１０⁹〜１０¹²Ωの導電性高分子材料またはセラミックス材料からなる正電極と、針状部を有し、該針状部の先端が前記正電極の前記円形開口部に対向するように配置された金属製負電極と、前記負電極と前記正電極との間に直流高電圧を印加し、前記負電極と前記正電極との間に放電電流が２．８μＡ以下のコロナ放電によってマイナスイオンを発生させる電圧印加装置と、を含んで構成されている。

本発明のマイナスイオン発生装置の正電極は、１０⁹Ω以上の電気抵抗値を有する。正電極の電気抵抗値を１０⁹Ω以上とすることで、装置を大型化させることなく多量のマイナスイオンを発生させることができる。

本発明では、電圧印加装置によってマイナスイオンを発生させる場合には、負電極と正電極との間に放電電流が２．８μＡ以下でコロナ放電を発生させる。放電電流が２．８μＡを越えると空気への電離エネルギーが大きく、オゾン及び窒素酸化物が発生するのでコロナ放電の放電電流は２．８μＡ以下または概ね２．８μＡ以下とする必要がある。また、放電電流が小さすぎるとコロナ放電が発生しないので、放電電流は０．０２８μＡ以上または概ね０．０２８μＡ以上とするのが好ましい。

また、本発明のマイナスイオン発生装置の正電極は単一の円形開口部を有しているので、負電極の針状部の先端から円形開口部のエッジ部との距離をエッジ部の各部分において同一にすることができ、オゾンや窒素酸化物等の有害物質を殆ど含まない生体に対して安全なマイナスイオンを安定的かつ大量に発生させることができる。

本発明のマイナスイオン発生装置の正電極に、天然芳香剤または人口芳香剤から成る香成分を付与することにより、大量のマイナスイオンを安定的かつ効率的に発生することができると同時に、適時選択される芳香を有する香を発生することができる。

また、本発明では、前記負電極の針状部の先端と前記正電極の円形開口部のエッジ部との距離をＬ、前記正電極の円形開口部の径をＤとしたとき、ＤとＬとの相対比がＤ／Ｌ＝２またはＤ／Ｌ≒２となるように前記正電極と前記負電極とを配置することができる。

また、本発明では、前記正電極の円形開口部のエッジ部の形状を、先端部に向かうにしたがって厚みが徐々に薄くなるように形成してもよい。これにより、正電極のエッジ部の先端が鋭利な形状となり、両電極間に発生するコロナ放電に対する電位傾度が大きなるため、より低い印加電圧によって大量のマイナスイオンを発生できる。

以上説明したように本発明によれば、正電極が、単一の円形開口を有し、電気抵抗値が１０⁹〜１０¹²Ωの導電性高分子材料またはセラミックス材料から構成されているので、オゾンや窒素酸化物等の有害物質を発生させることがなく、オゾン等を含まない生体に対して安全なマイナスイオンのみを大量に発生することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、板状の絶縁基台１０の上面には、絶縁性樹脂等から成る円柱状の絶縁台１２が、絶縁基台１０の上面と直交するように固定されている。

絶縁台１２の上面には、板状の本体部１４Ａと本体部１４Ａから突出した針状部１４Ｂとを有する金属製の負電極１４がネジ等によって固定されている。この負電極は、ステンレス等の腐食し難い金属で形成されており、例えば、厚さ０．１ｍｍ程度のステンレス板を負電極１４の形状に打ち抜く方法や放電加工により形成することができる。なお、負電極は針状部分を有していれば良いので、本体部分を省略して全体を針状に形成し、絶縁台１２の上面に固定するようにしてもよい。

板状の絶縁基台１０の側面には、単一の円形開口部１６Ａが穿設された板状の正電極１６が、円形開口部１６Ａが負電極１４の針状部の先端に対向するように固定されている。

正電極１６は、カーボンや導電性フィラー等が添加されて電気抵抗値が１０⁹〜１０¹²Ωの範囲内の値に調整された導電性樹脂等の導電性高分子材料で構成されている。

負電極１４の本体部１４Ａは、高電圧直流負電源１８のマイナス端に負極リード線を介して接続され、板状の正電極１６の下端部は高電圧直流負電源１８のプラス端、すなわちアース側に正極リード線を介して接続されている。

負電極１４と正電極１６とは、針状部１４Ａの先端が正電極の円形開口部１６Ａの中心を通る直線上に位置するように、すなわち、負電極の針状部の先端と円形開口部の負電極側のエッジ部との距離Ｌが、エッジ部の各部分において同一になるように配置されている。これにより、電極間の放電距離が電極間のいずれの部位においても同一になるので、安定してマイナスイオンを発生させることができる。

また、発生されたマイナスイオンは、負電極１４と正電極１６との間に働くクーロン力によってイオン風に乗って正電極１６の開口部１６Ａより取り出すことができる。また、図示していないが負電極１４の後方位置にファン等の送風部を設け、負電極から正電極の開口部に向かって送風すれば、効率的かつ大量のマイナスイオンを取り出すことができる。

本実施の形態では、正電極１６を１０⁹〜１０¹²Ωの電気抵抗値を有する導電性高分子材料で構成しているので、負電極１４と正電極１６との間に直流高電圧を印加して両電極間にコロナ放電を起こさせた場合、両電極間に生じるコロナ放電は、その放電電流Ｉが０．０２８μＡ以上でかつ２．８μＡ以下と極めて小さくすることができるため、放電電流を小さくすることにより、空気への電離エネルギーが小さくなり、オゾンや窒素酸化物等の有害物質を発生させることがない。従って、オゾン等を含まない生体に対して安全なマイナスイオンのみを大量に発生できる。

上記の実施の形態において、負電極１４の先端部の先端と正電極１６の円形開口部１６Ａの負電極側のエッジ部１６Ｂとの距離をＬ、円形開口部の径をＤとし、高電圧負電源１８より、負電極１４と正電極１６との間に−２８００Ｖの電圧を印加して、両電極間に０．１μＡ以上の放電電流でコロナ放電を生じさせてマイナスイオンを発生させ、図３に示すように、正電極１６から１ｍ離れた位置に市販されている一般的なイオンカウンター２０をセットして、マイナスイオン発生量（単位体積（１ｃｃ）当たりのマイナスイオンの個数）を測定した結果を表１に示す。なお、マイナスイオンの測定環境は室内にて常温常湿の安定した環境下とした。

表１より、例えば、Ｌ＝６．５ｍｍ、Ｄ＝４．０ｍｍの条件では、マイナスイオン数は１万個／ｃｃであり、Ｌ＝６．５ｍｍ、Ｄ＝１３．０ｍｍではマイナスイオン数は７０万個／ｃｃであった。

また、横軸に正電極の円形開口部の径Ｄと、負電極の先端部の先端と円形開口部の負電極側エッジ部との距離Ｌとの比Ｄ／Ｌを取り、縦軸にマイナスイオン発生量を取って示した、比Ｄ／Ｌとマイナスイオン発生量との関係を図４に示す。図４から理解されるように、Ｄ／Ｌ＝２、すなわち、Ｌが６．５ｍｍ、Ｄが１３．０ｍｍの条件において、マイナスイオンの発生量は最大値を示している。すなわち、負電極１４の先端が正電極１６の負電極側のエッジ部を円周とする円の中心に位置するときに、発生するマイナスイオンが最大値を示している。

したがって、負電極の針状部の先端と正電極の円形開口部のエッジ部との距離が最小値となるように、すなわち、比Ｄ／ＬがＤ／Ｌ＝２となるように、負電極と正電極とを配置することにより、両電極間が円周均等に電気力線に沿った最短距離になるため、最大量のマイナスイオンを安定的に発生できる。

なお、マイナスイオンの発生量を最大値近傍の値にする場合には、負電極の針状部の先端と正電極の円形開口部のエッジ部との距離が最小値を含む所定範囲内の値になるように、すなわち、Ｄ／Ｌ≒２となるように、負電極と正電極とを配置すればよい。

上記のように、正電極１６が厚い板状に形成されている場合は、正電極の円形開孔部の負電極側エッジ部を円周とする円の中心位置に負電極の先端部の先端を配置することにより、電気力線は負電極１４の先端から真直ぐに正電極１６のエッジ部１６Ｂに延びるので、最短距離でのコロナ放電経路が確保される。また、正電極１６を極めて薄い板状に形成したの場合には、円形開口部の円周面全体をエッジ部と見なせるため、負電極１４の先端部の先端が単に正電極１６の円形開口部１６Ａの中心に位置すればよい。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、正電極の円形開口部の形状を、先端部に向かうにしたがって厚みが徐々に薄くなるように形成することにより、エッジ部の先端を鋭利な形状に形成したものである。図５の開口部は、正電極の負電極側の面から負電極と反対側の面に向かって徐々に径が大きくなる円錐台状に形成されている。これにより、厚い板状に形成した正電極のエッジ部の片面をカットした形状に形成され、正電極の負電極側に先端部分が尖鋭なエッジ部２２が形成される。そして、負電極１４の先端部の先端は、このエッジ部を円周面とする円の中心に配置されている。

図６は本実施の形態の変形例を示すものであり、正電極の円形開口部は、正電極の厚み方向の中心から負電極側の面及び負電極と反対側の面の両方に向かって徐々に径が大きくなるよう形成されており、これによって、正電極の厚み方向の中心部に先端部分が尖鋭なエッジ部２４が形成されている。すなわち、正電極の開口部を断面Ｖ字状にカットした形状とし、負電極１４の先端部の先端がエッジ部を円周とする円の中心に配置されている。

図５及び図６のいずれにおいても正電極１６の円形開口部のエッジと負電極１４の先端部の先端との対向位置が最短距離に設定でき、かつ、鋭利なエッジ部を有する正電極へのコロナ放電電圧の低電圧化が可能となり、オゾンや窒素酸化物等生体に有害な物質の発生を皆無にできる。

本実施の形態によれば、正電極のエッジ部の先端が鋭利な形状となり、両電極間に発生するコロナ放電に対する電位傾度が大きくなるため、より低い印加電圧によって効率的に大量のマイナスイオンを発生できる。また、印加電圧の低電圧化はコロナ放電を和らげて、オゾンや窒素酸化物の発生がより一層に抑制されて、安全性を高めることができる。

次に第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記の各実施の形態の正電極のみを変更したものであるので、上記各実施の形態との相違点のみについて説明する。

本実施の形態の正電極は、上記の各実施の形態と同様に単一の円形開口部を有し、１０⁹〜１０¹²Ωの電気抵抗値を有する導電性高分子材料を用い、かつこの導電性高分子材料に天然芳香剤や人工芳香剤等を付与して構成されている。

正電極は、導電性高分子材料に天然芳香剤もしくは人工芳香剤から成る香成分が付与されているので、正電極に流れるコロナ放電電流Ｉによって、正電極内部に含まれる香成分が刺激され、大量のマイナスイオンと香とを同時に発生でき、効果的なリラクゼーション空間を創生できる。

本実施の形態によれば、負電極と正電極との間に直流高電圧を印加して両電極間にコロナ放電を発生させると、正電極の円形開口部よりマイナスイオンと香成分とを同時に発生させることができる。

（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の正電極の正面図であり、（Ｂ）は第１の実施の形態の断面図である。上記第１の実施の形態の高電圧負電源を省略した斜視図である。上記第１の実施の形態のマイナスイオンの発生量を測定する状態を示す図である。マイナスイオンの発生量と比Ｄ／Ｌとの関係を示す特性図である。本発明の第２の実施の形態を示す部分断面図である。第２の実施の形態の変形例を示す部分断面図である。

符号の説明

１０絶縁基台
１２絶縁台
１４負電極
１４Ａ本体部
１４Ｂ針状部
１６正電極
１６Ａ円形開口部
１６Ｂエッジ部
１８高電圧負電源

Claims

単一の円形開口部を有し、電気抵抗値が１０⁹〜１０¹²Ωの導電性高分子材料またはセラミックス材料からなる正電極と、
針状部を有し、該針状部の先端が前記正電極の前記円形開口部に対向するように配置された金属製負電極と、
前記負電極と前記正電極との間に直流高電圧を印加し、前記負電極と前記正電極との間に放電電流が２．８μＡ以下のコロナ放電によってマイナスイオンを発生させる電圧印加装置と、
を含むマイナスイオン発生装置。
前記正電極に、天然芳香剤または人口芳香剤を付与した請求項１項記載のマイナスイオン発生装置。
前記負電極の針状部の先端と前記正電極の円形開口部のエッジ部との距離をＬ、前記正電極の円形開口部の径をＤとしたとき、ＤとＬとの相対比がＤ／Ｌ＝２またはＤ／Ｌ≒２となるように前記正電極と前記負電極とを配置した請求項１または請求項２記載のマイナスイオン発生装置。
前記正電極の円形開口部のエッジ部の形状を、先端部に向かうにしたがって厚みが徐々に薄くなるように形成した請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のマイナスイオン発生装置。