JP2007305417A - イオン発生素子、イオン発生装置および電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電極の先端と誘導電極との位置関係のバラツキにより生じるイオン発生量のバラツキを低減することが可能なイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器を提供する。
【解決手段】イオン発生素子１０は、コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子であって、貫通孔１ｂを有する板状の誘導電極１と、貫通孔１ｂの厚みＴの範囲内に針状の先端が位置するように配置された放電電極２とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、イオン発生素子、イオン発生装置および電気機器に関し、特に、針状の放電電極と板状の誘導電極とを用いたイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器に関するものである。

棒状ないし針状の放電電極と、板状の誘導電極とを対向して配置し、放電電極と誘導電極との間に高電圧を印加すると、電界の強い領域だけが局所的に絶縁破壊され、放電電極の針状の先端部に電離現象が起こり、イオンが発生する。この放電現象はコロナ放電と呼ばれている。

このコロナ放電現象を利用したイオン発生素子が実現されている。イオン発生素子として負イオンを発生させる電極構成の一例が特許文献１に開示されている。図１１は、上記特許文献１に記載された、コロナ放電を利用したイオン発生装置の構成を示す斜視図である。図１１を参照して、従来のイオン発生装置は、リング状の誘導電極１０１と、針状の先端を有する放電電極針１０２とを有している。この放電電極針１０２の先端が、放電電極針１０２の前方に配置された平板リング状の誘導電極１０２の中心軸と一致するように配置されている。
特開２００３−３０８９４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたイオン発生装置では、誘導電極１０１と放電電極針１０２との設置の際に、双方に位置ズレが生じると、放電電極１０２の針状の先端と誘導電極１０１との最短距離が変動し、イオン発生量にバラツキが生じるという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電電極の先端と誘導電極との位置関係のバラツキにより生じるイオン発生量のバラツキを低減することが可能なイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器を提供することである。

本発明のイオン発生素子は、コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子であって、貫通孔を有する板状の誘導電極と、貫通孔の厚みの範囲内に針状の先端が位置するように配置された放電電極とを備えている。

本発明のイオン発生素子によれば、貫通孔の厚みの範囲内に針状の先端を位置させることにより、誘導電極と放電電極との最短距離は放電電極の針状の先端と誘導電極の貫通孔の周縁部との距離となる。ここで、放電電極の位置が貫通孔の厚み方向に多少ずれても、その針状の先端は貫通孔の厚みの範囲内に留まる。このため、誘導電極と放電電極との最短距離は放電電極の針状の先端と誘導電極の貫通孔の周縁部との距離のまま維持され、位置関係のバラツキにより生じるイオン発生量のバラツキを低減することが可能となる。

上記のイオン発生素子において好ましくは、誘導電極の貫通孔の周縁部分の厚みは０．２ｍｍ以上１．６ｍｍ以下である。

誘導電極と放電電極との設置に際して、誘導電極と放電電極との互いの位置ズレは±０．１ｍｍに抑えることができる。このため、放電電極の針状の先端を貫通孔の厚みの中心位置に設定する場合、貫通孔の厚みが０．２ｍｍ以上あれば放電電極が誘導電極に対して位置ズレを起こしても放電電極の針状の先端は貫通孔の厚みの範囲内に収めることができる。これにより、誘導電極と放電電極との最短距離は放電電極の針状の先端と誘導電極の貫通孔の周縁部との距離のまま維持され、位置関係のバラツキにより生じるイオン発生量のバラツキを低減することが可能となる。

また貫通孔の厚みが１．６ｍｍを超えると、誘導電極と放電電極との配置状態によっては放電電極の円筒部分においても放電が生じるおそれがある。この場合、放電電極の針状の先端における電界の集中が不十分となるため、放電が弱くなり、イオン発生量が少なくなる。

本発明のイオン発生装置は、上記のイオン発生素子と、入力電圧を昇圧して誘導電極および放電電極に高電圧を印加するための高電圧発生回路部と、入力電圧を受けて高電圧発生回路部を駆動させる駆動回路部とを備えている。

本発明のイオン発生装置によれば、高電圧発生回路部が駆動回路部により駆動制御されることで誘導電極および放電電極に高電圧を印加するため、上記のイオン発生素子においてコロナ放電を生じさせてイオンを発生させることができる。

本発明の電気機器は、上記のイオン発生装置と、そのイオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを気流に乗せて送るための送風部とを備えている。

本発明の電気機器によれば、イオン発生装置で生じたイオンを送風部により気流に乗せて送ることができるため、たとえば空調機器において機外にイオンを放出することができ、また冷蔵機器において庫内または庫外にイオンを放出することができる。

以上説明したように本発明によれば、誘導電極における貫通孔の周縁部分の厚みの範囲内に放電電極の針状の先端を位置させることにより、誘導電極との位置関係のバラツキにより生じるイオン発生量のバラツキを低減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の構成を概略的に示す斜視図および上面図である。また図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。

図１〜図３を参照して、イオン発生素子１０は、誘導電極１と、放電電極２とを主に有している。誘導電極１は、板状であり、平面形状が円形の貫通孔１ｂを有している。放電電極２は針状の先端を有している。放電電極２の針状の先端は貫通孔１ｂの周縁部分の厚み（本実施の形態では誘導電極１の厚み）Ｔの範囲内に位置するよう配置されている。つまり、放電電極２の針状の先端は、貫通孔１ｂの周縁部分における誘導電極１の上面と下面との間に位置するように配置されている。また放電電極２の針状の先端は、円形の貫通孔の中心軸（一点鎖線Ｃ−Ｃ）に位置するように配置されている。これにより放電電極２の針状の先端と貫通孔１ｂの周縁部との最短距離は円形の貫通孔１ｂの半径Ｒとなる。

誘導電極１はたとえば金属平板よりなっており、放電電極２誘導電極１の貫通孔１ｂの周縁部分の厚みＴは、たとえば０．２ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることが好ましい。また誘導電極１の厚みＴをたとえば１．６ｍｍに設計した場合には、実際に製造される誘導電極１の厚みＴは１．６ｍｍ±０．０５ｍｍとなる。

図１に示すように、イオン発生素子１０の誘導電極１と放電電極２との各々に高圧電線を介して高圧発生回路３が接続されている。この高圧発生回路３により、誘導電極１と放電電極２との間に高電圧を印加することにより、放電電極２の針状の先端部分にてコロナ放電が生じイオンが生じる。

負イオンのみを発生させる場合には、高圧発生回路３から直流の負極性の高電圧を発生させ、放電電極２に負極性の高電圧を印加する。また、正イオンと負イオンとの両イオンを発生させる場合には、高圧発生回路３から交流の高電圧を発生させ、放電電極２と誘導電極１との間に交流の高電圧を印加する。

また本実施の形態では、誘導電極１と放電電極２とを一組としているが、これを二組として一方の放電電極２に負極性の高電圧を印加して、他方の放電電極２に正極性の高電圧を印加するようにして負イオンと正イオンとの両イオンを発生させるようにしてもよい。

ここで、正イオンは、水素イオン（Ｈ⁺）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）として表される。また負イオンは、酸素イオン（Ｏ₂ ^-）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｏ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）として表される。

また正イオンおよび負イオンの両極性のイオンを放出すれば、空気中の正イオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）と、負イオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）とを略同等量発生させることにより、両イオンが空気中を浮遊するカビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際に生成される活性種の水酸化ラジカル（・ＯＨ）の作用により、浮遊カビ菌などを除去することが可能となる。

次に、誘導電極１と放電電極２との位置関係について説明する。
図４および図５は、図１〜図３に示すイオン発生素子における誘導電極と放電電極との位置関係を説明するための概略断面図である。図４を参照して、放電電極２の針状の先端は、誘導電極１の貫通孔１ｂの厚みの範囲内に位置していれば、図４（ａ）に示すように誘導電極１の上面の高さ位置に設置されてもよく、また図４（ｂ）に示すように貫通孔１ｂの厚みの中心位置に設置されてもよく、また図４（ｃ）に示すように誘導電極１の下面の高さ位置に設置されてもよい。

上記のいずれの状態においても、放電電極１の針状の先端部分から貫通孔の周縁部分までの最短距離は一定となる。特に、放電電極１の針状の先端部分が円形の貫通孔１ｂの中心軸Ｃ−Ｃに配置されている場合には、放電電極１の針状の先端部分から貫通孔の周縁部分までの最短距離は円形の貫通孔１ｂの半径Ｒとなり一定となる。

一方、放電電極２の針状の先端部分が、図５（ａ）に示すように貫通孔１ｂを突き抜けて誘導電極１の上面の高さ位置よりも上方に位置した場合や、図５（ｂ）に示すように誘導電極１の下面の高さ位置よりも下方に位置した場合には、放電電極２の針状の先端部分から貫通孔の周縁部分までの最短距離は上記寸法Ｒよりも大きな寸法Ｒ１またはＲ２となる。また図５（ａ）や図５（ｂ）の場合には、放電電極２の針状の先端部分が誘導電極１の上面または下面から離れれば離れるほど、放電電極２の針状の先端部分から貫通孔の周縁部分までの最短距離は大きくなり変動する。

また図５（ａ）に示すように放電電極２の針状の先端が貫通孔１ｂの厚みの範囲を外れて貫通孔１ｂよりも上方に突き出した場合には、放電電極２の先端がイオン発生素子１０の外部に露出し、機械的な変形を受けやすくなる。

このように図５（ａ）や図５（ｂ）の場合には、誘導電極１と放電電極２との間で厚み方向に位置ズレが生じた場合には、放電電極２の針状の先端部分から貫通孔の周縁部分までの最短距離が変動するため、イオン発生量にバラツキが生じる。これに対して、図４（ａ）〜図４（ｃ）の場合には、誘導電極１と放電電極２との間で厚み方向に位置ズレが生じた場合でも、放電電極２の針状の先端部分から貫通孔の周縁部分までの最短距離が一定であるため、イオン発生量のバラツキを抑制することができる。

上述したように、本実施の形態のイオン発生素子１０によれば、図３に示すように貫通孔１ｂの厚みＴの範囲内に放電電極２の針状の先端を位置させることにより、誘導電極１と放電電極２との最短距離は放電電極２の針状の先端と誘導電極１の貫通孔１ｂの周縁部との距離となる。ここで、放電電極２の位置が貫通孔１ｂの厚み方向（矢印Ｄ方向）に多少ずれても、その針状の先端は貫通孔１ｂの厚みＴの範囲内に留まる。このため、誘導電極１と放電電極２との最短距離は放電電極２の針状の先端と誘導電極の貫通孔の周縁部との距離のまま維持され、位置関係のバラツキにより生じるイオン発生量のバラツキを低減することが可能となる。

また、誘導電極１と放電電極２との設置に際して、誘導電極１と放電電極２との互いの位置ズレは±０．１ｍｍに抑えることができる。このため、放電電極２の針状の先端を貫通孔１ｂの厚みＴの中心位置に設定する場合、貫通孔１ｂの厚みが０．２ｍｍ以上あれば放電電極２が誘導電極１に対して厚み方向（矢印Ｄ方向）に位置ズレを起こしても放電電極２の針状の先端は貫通孔１ｂの厚みＴの範囲内に収めることができる。これにより、誘導電極１と放電電極２との最短距離は放電電極２の針状の先端と誘導電極１の貫通孔１ｂの周縁部との距離のまま維持され、位置関係のバラツキにより生じるイオン発生量のバラツキを低減することが可能となる。よって、貫通孔１ｂの厚みは０．２ｍｍ以上であることが好ましい。

また貫通孔１ｂの厚みＴが１．６ｍｍを超えると、図６に示すように誘導電極１と放電電極２との配置状態によっては放電電極２の円筒部分２ｂにおいても放電が生じるおそれがある。この場合、放電電極２の針状の先端における電界の集中が不十分となるため、放電が弱くなり、イオン発生量が少なくなる。よって、貫通孔１ｂの厚みは１．６ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、図４（ａ）に示すように放電電極２における円錐部分２ａの中心軸Ｃ−Ｃに沿う長さは、貫通孔１ｂの周縁部分の厚み以上の長さであることが好ましい。この場合、放電電極２の針状の先端が誘導電極１の上面の高さ位置に設置されても、放電電極２の円柱部分が貫通孔１ｂの厚みの範囲内に位置しないため、円柱部分での放電を抑制することができる。

次に、上記のイオン発生素子を用いたイオン発生装置の構成として、イオン発生素子が、負イオンを発生する放電電極と正イオンを発生する放電電極とを有する構成について説明する。

図７は、図１〜図３に示すイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロックを示す図である。また図８は、図７に示すイオン発生装置の構成を概略的に示す斜視図である。

図７および図８を参照して、イオン発生装置２０は、たとえば、図１〜図３に示すイオン発生素子１０と、ケース２１と、電源入力コネクタ２２と、駆動回路２３と、高電圧発生回路２４と、正高電圧生成回路２５と、負高電圧生成回路２６とを有している。電源入力コネクタ２２は、入力電源としての直流電源や商用交流電源の供給を受ける。この電源入力コネクタ２２を介して入力電圧を供給された駆動回路２３は、高電圧発生回路２４を駆動させることにより入力電圧を昇圧させて高電圧を発生させる。高電圧発生回路２４の一端は誘導電極１に電気的に接続されている。また高電圧発生回路２４は、正高電圧生成回路２５を通じて、正イオンを発生させる針状の放電電極２に誘導電極１に対し正極性の高電圧を印加し、また負高電圧生成回路２６を通じて、負イオンを発生させる針状の放電電極２に誘導電極１に対し負極性の高電圧を印加する。

ケース２１は、イオン発生素子１０、電源入力コネクタ２２、駆動回路２３、高電圧発生回路２４、正高電圧生成回路２５および負高電圧生成回路２６を内部に収容している。電源入力コネクタ２２は、外部の入力電源の供給を受けるため、ケース２１の外部に露出している。

またケース２１は、イオン発生素子１０の貫通孔１ｂに対向する壁部に孔２１ａを有している。これにより、イオン発生素子１０で生じたイオンがこの孔２１ａを通じてイオン発生装置２０の外部へ放出される。上記のようにイオン発生素子１０の一方の放電電極２は正イオンを発生させるものであり、他方の放電電極２は負イオンを発生させるものであるため、ケースに設けられた一方の孔２１ａは正イオン発生部となり、他方の孔２１ａは負イオン発生部となる。

このイオン発生装置２０の厚みＴ４は、５ｍｍ以上８ｍｍ以下である。
上記のイオン発生装置においては、一方の放電電極２の先端では正コロナ放電を発生させて正イオンを発生させ、他方の放電電極２の先端では負コロナ放電を発生させて負イオンを発生させる。印加する波形はここでは、特に問わず、直流、正負にバイアスされた交流波形や正負にバイアスされたパルス波形などの高電圧とする。電圧値は放電を発生させるに十分かつ、所定のイオン種は生成させる電圧領域を選定する。

次に、上記のイオン発生装置を用いた電気機器の一例として空気清浄機の構成について説明する。

図９は、図７および図８に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。また図１０は、図９に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。

図９および図１０を参照して、空気清浄機３０は前面パネル３１と本体３２とを有している。本体３２の後方上部には吹き出し口３３が設けられており、この吹き出し口３３からイオンを含む清浄な空気が室内に供給される。本体３２の中心には空気取り入れ口３４が形成されている。空気清浄機３０の前面の空気取り入れ口３４から取り込まれた空気が、図示しないフィルターを通過することで清浄化される。清浄化された空気は、ファン用ケーシング３５を通じて、吹き出し口３３から外部へ供給される。

清浄化された空気の通過経路を形成するファン用ケーシング３５の一部に、図７および図８に示すイオン発生装置２０が取り付けられている。イオン発生装置２０は、そのイオン発生部となる孔２１ａからイオンを上記の空気流に放出できるように配置されている。イオン発生装置２０の配置の例として、空気の通過経路内であって、吹き出し口３３に比較的近い位置Ｐ１、比較的遠い位置Ｐ２などの位置が考えられる。このようにイオン発生装置２０のイオン発生部２１ａに送風を通過させることにより、吹き出し口３３から清浄な空気とともに外部にイオンを供給するイオン発生機能を空気清浄機３０に持たせることが可能になる。

本実施の形態の空気清浄機３０によれば、イオン発生装置２０で生じたイオンを送風部（空気の通過経路）により気流に乗せて送ることができるため、機外にイオンを放出することができる。

なお本実施の形態においては電気機器の一例として空気清浄機について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電気機器は、これ以外に空気調和機（エアコンディショナー）、冷蔵機器、掃除機、加湿器、除湿機、電気ファンヒータなどであってもよく、イオンを気流に乗せて送るための送風部を有する電気機器であればよい。

今回開示された実施の形態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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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。

本発明は、針状の放電電極と組み合わせられる板状の誘導電極、それを用いたイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器に特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の構成を概略的に示す上面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。 図１〜図３に示すイオン発生素子における誘導電極と放電電極との位置関係を説明するための概略断面図である。 図１〜図３に示すイオン発生素子における誘導電極と放電電極との位置関係を説明するための概略断面図である。 誘導電極における貫通孔の厚みが大きい場合のイオン発生素子の構成を示す概略断面図である。 図１〜図３に示すイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロックを示す図である。 図７に示すイオン発生装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図７および図８に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。 図９に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。 特許文献１に記載された、コロナ放電を利用したイオン発生装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 誘導電極、１ｂ 貫通孔、２ 放電電極、１０ イオン発生素子、２０ イオン発生装置、２１ ケース、２１ａ イオン発生部（孔）、２２ 電源入力コネクタ、２３ 駆動回路、２４ 高電圧発生回路、２５ 正高電圧生成回路、２６ 負高電圧生成回路、３０ 空気清浄機、３１ 前面パネル、３２ 本体、３３ 吹き出し口、３４ 空気取り入れ口、３５ ファン用ケーシング。

Claims (4)

1. コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子であって、
   貫通孔を有する板状の誘導電極と、
   前記貫通孔の厚みの範囲内に針状の先端が位置するように配置された放電電極とを備えた、イオン発生素子。
2. 前記誘導電極の前記貫通孔の周縁部分の厚みは０．２ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン発生素子。
3. 請求項１または２に記載の前記イオン発生素子と、
   入力電圧を昇圧して前記誘導電極および前記放電電極に高電圧を印加するための高電圧発生回路部と、
   前記入力電圧を受けて前記高電圧発生回路部を駆動させる駆動回路部とを備えた、イオン発生装置。
4. 請求項３に記載の前記イオン発生装置と、
   前記イオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを気流に乗せて送るための送風部とを備えた、電気機器。

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