JP2008053000A

JP2008053000A - 放電電極、誘導電極、イオン発生素子、イオン発生装置および電気機器

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Publication number: JP2008053000A
Application number: JP2006226863A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Oshigane; 倫明押鐘
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP4731425B2

Abstract

【課題】放電電極の耐久性の向上を図ることができ、放電電極と誘導電極とを簡易な方法で支持基板に固定でき、ユニットの小型化を図ることができる放電電極、誘導電極、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】放電電極２は、ニッケルおよびクロムを少なくとも含む合金よりなる基材２ａと、その基材２ａの表面を覆い、かつスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材質よりなる被覆材２ｂとを備え、針状の先端部Ｔを有し、その先端部Ｔにおいて基材２ａが被覆材２ｂから露出していることを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電電極、誘導電極、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、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放電電極、誘導電極、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。

放電電極としての針電極と誘導電極としての板電極とを組合せ、その放電電極と誘導電極との間に高電圧を印加すると、針電極の先鋭部近傍の空気が絶縁破壊を起こし、部分的な放電が生じることは一般に知られており、この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。このようなイオン発生素子は、例えば特開平９−２６２４９８号公報に開示されている。この公報には、短冊状の板状電極として形成された対向極と、針電極部材が支持基板部材に取り付けられた構造となっている放電極とからなる電極構成が記載されている。放電極の針電極部材の材質としては鉄、ステンレスなどの鉄系の金属材料や真鍮、洋銀などの銅系の金属材料を焼入れしたものが用いられている。また、針電極部材は圧着固定やスポット溶接などの方法で支持基板部材に固定して取り付けられている。
特開平９−２６２４９８号公報

放電電極に高電圧を印加することによってコロナ放電を発生させるイオン発生装置においては、放電電極の針状の先端部がスパークにより経年的に徐々に消耗し丸くなる場合がある。その結果、放電電極において、放電性能が低下することによりイオン発生能力が低下することとなるので放電電極の耐久性の向上が要望されている。また、放電電極を支持基板に固定して取り付けるにあたり、組み立て効率やユニットの小型化などの観点から従来例のような圧着やスポット溶接などによらない、より簡易な取り付け方法が要望されている。

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、放電電極の耐久性の向上を図ることができ、しかも、放電電極と誘導電極とを簡易な方法で支持基板に固定して取り付けることができ、ユニットの小型化を図ることができる放電電極、誘導電極、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。

本発明の放電電極は、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放電電極であって、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）を少なくとも含む合金よりなる基材と、その基材の表面を覆い、かつスズ（Ｓｎ）およびニッケルの少なくともいずれかを含む材質よりなる被覆材とを備え、針状の先端部を有し、その先端部において基材が被覆材から露出していることを特徴とするものである。

本発明の放電電極によれば、基材がニッケルおよびクロムを少なくとも含む合金よりなっており、放電を生じる針状の先端部がその合金よりなっているため、コロナ放電による放電電極の損傷を抑制することができ、長期にわたって安定した放電性能が得られ、良好なイオン発生能力を継続することができる。よって、放電電極の耐久性の向上を図ることができる。

また針状の先端部において基材が被覆材から露出しているため、先端を被覆材で覆う場合よりも、針状先端の鋭角さを安定させることができる。

また、被覆材はスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材料よりなっており、この材料は半田との接合性が良好である。このため、放電電極を半田付けのような簡易な方法で他の部材に良好な接合性で固定することが可能となり、取り付け作業が従来の圧着やスポット溶接などの方法に比べて容易となる。

本発明の誘導電極は、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誘導電極であって、貫通孔を有する板状の天板部とその天板部に対して屈曲された基板挿入部とを有する一体の金属板と、基板挿入部の少なくとも一部において金属板の表面を覆い、かつスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材質よりなる被覆材とを備えている。

本発明の誘導電極によれば、基板挿入部の表面を覆う被覆材がスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材料よりなっており、この材料は半田との接合性が良好である。このため、放電電極を半田付けのような簡易な方法で他の部材に良好な接合性で固定することが可能となり、取り付け作業が従来の圧着やスポット溶接などの方法に比べて容易となる。

本発明のイオン発生素子は、上記の放電電極と、上記の誘導電極と、放電電極および誘導電極を支持する支持基板とを備えている。

本発明のイオン発生素子によれば、上記の放電電極と誘導電極とを備えているため、放電電極および誘導電極の双方を半田付けのような簡易な方法で支持基板に良好な接合性で固定することが可能となる。これにより、放電電極の耐久性の向上を図ることができ、かつ放電電極および誘導電極を簡易な方法で支持基板に固定して取り付けることができる。また同一の支持基板に放電電極および誘導電極の双方を固定することができるため、イオン発生素子の小型化および薄型化を図ることができ、イオン発生装置の小型化を図ることができる。

上記のイオン発生素子において好ましくは、支持基板は、放電電極を支持するための第１の貫通孔と、誘導電極を支持するための第２の貫通孔とを有している。放電電極は、第１の貫通孔に挿入されて支持基板を貫通した状態で、放電電極の被覆材の表面と支持基板の表面とに半田付けすることにより支持基板に固定されている。誘導電極の基板挿入部は、第２の貫通孔に挿入されて支持基板を貫通した状態で、基板挿入部の被覆材の表面と支持基板の表面とに半田付けすることにより支持基板に固定されている。

このように放電電極および誘導電極を貫通孔に挿入して貫通させた状態で半田付けすることにより、簡易に支持基板に固定することができる。

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、駆動回路部により高電圧発生回路部を駆動させて、高電圧発生回路部により誘導電極および放電電極に高電圧を印加できるため、誘導電極および放電電極間でコロナ放電を生じさせ、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ことができる。

本発明の電気機器は、上記のいずれかに記載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送風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、放電電極の耐久性の向上を図ることができ、かつ放電電極および誘導電極の双方を半田付けのような簡易な方法で同じ支持基板に固定して取り付けることができ、イオン発生装置の小型化を図ることができる。このため、これまで大きさの制約によりイオン発生装置を搭載できなかった電気機器への搭載が可能になり、イオン発生装置を搭載した電気機器への用途拡大や搭載箇所の自由度を拡大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。
まず、本実施の形態の放電電極の構成について説明する。

図１および図２は、本発明の一実施の形態における放電電極の構成を概略的に示す正面図および断面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態の放電電極２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ものであり、基材２ａと被覆材２ｂとを有している。基材２ａは、ニッケルおよびクロムを少なくとも含む合金よりなっており、たとえばインコネル（INCONEL（登録商標））６００よりなっている。インコネル６００は、７２質量％以上のニッケル（Ｎｉ）と、１４質量％以上１７質量％以下のクロム（Ｃｒ）と、６質量％以上１０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）とを主に含有する組成を有し、また他の材料として０．１５質量％以下の炭素（Ｃ）と、０．５質量％以下のシリコン（Ｓｉ）と、１質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．０３質量％以下のリン（Ｐ）と、０．０１５質量％以下の硫黄（Ｓ）とを含有している。

被覆材２ｂは、この基材２ａの表面を覆うように形成されている。この被覆材２ｂは、半田との接合性の良好な材質よりなっており、スズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材質よりなっている。被覆材２ｂは、たとえばニッケル系よりなる場合には純ニッケル（ニッケル１００％）や、ニッケルと金（Ａｕ）、リン（Ｐ）などとの合金であり、スズ系よりなる場合には純スズ（スズ１００％）や、スズと銅（Ｃｕ）、ビスマス（Ｂｉ）などとの合金である。

また被覆材２ｂは、上記のニッケル系の材質の層とスズ系の材質の層との多層構造であってもよく、多層構造の場合にはニッケル系の材質の層が下層で鉄系の材質の層が上層であってもよく、また鉄系の材質の層が下層でニッケル系の材質の層が上層であってもよい。もちろん被覆材２ｂは、２層の多層構造に限定されるものではなく、３層以上の多層構造であってもよい。

この被覆材２ｂは、たとえばメッキ法により形成されることが好ましいが、これに限定されるものではなく、たとえばスパッタリングなどの他の方法により形成されてもよい。また被覆材２ｂの厚みは１μｍ以上であることが好ましい。被覆材２ｂと半田とが接合するときに、被覆材２ｂが溶融して半田と被覆材２ｂとの合金が形成されるが、被覆材２ｂの厚みが１μｍ未満では被覆材２ｂの厚み全体が溶融してしまい、半田と基材２ａとの接合となり接合性が悪くなるおそれがあるからである。

放電電極２は、円柱形状の部分Ｃと、針状の先端部Ｔとを有している。針状の先端部Ｔはテーパ状に先鋭化した形状を有しており、この先端部Ｔにおいて基材２ａが被覆材２ｂから露出している。

次に、本実施の形態の放電電極の製造方法について説明する。
図３および図４は、本発明の一実施の形態における放電電極の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図３を参照して、長尺の棒材が基材２ａとして準備され、その基材２ａの表面全面にたとえばメッキ法などにより被覆材２ｂが形成される。

図４を参照して、被覆材２ｂが形成された後、基材２ａが所定の長さに切断される。この後、一方の先端部がテーパ状に先鋭化した針状に加工されて図１および図２に示す本実施の形態の放電電極２が製造される。

本実施の形態の放電電極２によれば、基材２ａがニッケルおよびクロムを少なくとも含む合金よりなっており、放電を生じる先端部がその合金よりなっている。このため、コロナ放電による放電電極２の損傷を抑制することができ、長期にわたって安定した放電性能が得られ、良好なイオン発生能力を継続することができる。よって、放電電極２の耐久性の向上を図ることができる。

また針状の先端部Ｔにおいて基材２ａが被覆材２ｂから露出しているため、先端部Ｔを被覆材２ｂで覆う場合よりも、針状先端部Ｔの鋭角さを安定させることができる。

また、被覆材２ｂはスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材料よりなっており、この材料は半田４との接合性が良好である。このため、放電電極２を半田付けのような簡易な方法で支持基板３に良好な接合性で固定することが可能となり、取り付け作業が従来の圧着やスポット溶接などの方法に比べて容易となる。

次に、本実施の形態の誘導電極の構成について説明する。
図５は、本発明の一実施の形態における誘導電極の構成を概略的に示す斜視図である。また図６は、図５に示す誘導電極の基板挿入部のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略断面図である。

主に図５を参照して、誘導電極１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ものであって、一体の金属板からなっている。誘導電極１は、板状の天板部１ａに設けられた複数の貫通孔１ｂを有しており、複数の貫通孔１ｂの個数は放電電極２の個数に対応している。この貫通孔１ｂは、コロナ放電により発生するイオンをイオン発生素子の外部へ放出するための開口部である。

本実施の形態では貫通孔１ｂの個数はたとえば２個であり、貫通孔１ｂの平面形状はたとえば円形である。貫通孔１ｂの周縁部分は、たとえば絞り加工などの工法により、金属板を天板部１ａに対して屈曲させた屈曲部１ｃとなっている。この屈曲部１ｃにより、貫通孔１ｂの周縁の壁部の厚みが天板部１ａの板厚よりも厚くなっている。

また誘導電極１は、たとえば両端部に、金属板の一部を天板部１ａに対して屈曲させた基板挿入部１ｄを有している。この基板挿入部１ｄは、幅の広い支持部分１ｄ₁と、幅の狭い挿入部分１ｄ₂とを有している。支持部分１ｄ₁の一方端は天板部１ａに繋がっており、他方端は挿入部分１ｄ₂に繋がっている。

また誘導電極１は、金属板の一部を天板部１ａに対して屈曲させた基板支持部１ｅを有してもよい。この基板支持部１ｅは、基板挿入部１ｄの屈曲方向と同じ方向（図６において下側）に屈曲している。基板支持部１ｅの折り曲げ方向の長さは、基板挿入部１ｄの支持部分１ｄ₁の折り曲げ方向の長さと略同一である。

なお屈曲部１ｃは基板挿入部１ｄおよび基板支持部１ｅと同じ方向（図５において下側）に折り曲げられていてもよく、また基板挿入部１ｄおよび基板支持部１ｅと逆の方向（図５において上側）に折り曲げられていてもよい。また屈曲部１ｃ、基板挿入部１ｄおよび基板支持部１ｅは、天板部１ａに対してたとえば略直角に屈曲している。

主に図６を参照して、基板挿入部１ｄの少なくとも一部（挿入部分１ｄ₂）において金属板１ｆの表面を覆うように被覆材１ｇが形成されている。金属板１ｆはたとえばＳＵＳ３０４よりなっている。被覆材１ｇは、半田との接合性の良好な材質よりなっており、スズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材質よりなっている。被覆材２ｂは、たとえばニッケル系よりなる場合には純ニッケル（ニッケル１００％）や、ニッケルと金（Ａｕ）、リン（Ｐ）などとの合金であり、スズ系よりなる場合には純スズ（スズ１００％）や、スズと銅（Ｃｕ）、ビスマス（Ｂｉ）などとの合金である。

なお被覆材１ｇは挿入部分１ｄ₂にのみ形成されていてもよく、挿入部分１ｄ₂および支持部分１ｄ₁に形成されていてもよく、さらに天板部１ａにも形成されていてもよい。また誘導電極１の場合には放電電極２と異なり、誘導電極１がＳＵＳ３０４よりなっていても、放電による誘導電極１の消耗は生じない。

また被覆材１ｇは、上記のニッケル系の材質の層とスズ系の材質の層との多層構造であってもよく、多層構造の場合にはニッケル系の材質の層が下層で鉄系の材質の層が上層であってもよく、また鉄系の材質の層が下層でニッケル系の材質の層が上層であってもよい。もちろん被覆材１ｇは、２層の多層構造に限定されるものではなく、３層以上の多層構造であってもよい。

この被覆材１ｇは、たとえばメッキ法により形成されることが好ましいが、これに限定されるものではなく、たとえばスパッタリングなどの他の方法により形成されてもよい。また被覆材１ｇの厚みは１μｍ以上であることが好ましい。被覆材１ｇと半田とが接合するときに、被覆材１ｇが溶融して半田と被覆材１ｇとの合金が形成されるが、被覆材１ｇの厚みが１μｍ未満では被覆材１ｇの厚み全体が溶融してしまい、半田と金属板１ｆとの接合となり接合性が悪くなるおそれがあるからである。

本実施の形態の誘導電極１によれば、基板挿入部１ｄの表面を覆う被覆材１ｇがスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材料よりなっており、この材料は半田４との接合性が良好である。このため、誘導電極１を半田付けのような簡易な方法で支持基板３に良好な接合性で固定することが可能となり、取り付け作業が従来の圧着やスポット溶接などの方法に比べて容易となる。

次に、上記の放電電極と誘導電極とを有するイオン発生素子の構成について説明する。
図７および図８は、図１および図２に示す放電電極と図５および図６に示す誘導電極とを有するイオン発生素子の構成を概略的に示す分解斜視図および平面図である。図９は図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う概略断面図である。図１０および図１１のそれぞれは図９の領域Ｒ１、Ｒ２を拡大して示す断面図である。

図７〜図９を参照して、イオン発生素子１０は、たとえば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ものであり、図５および図６に示す誘導電極１と、図１および図２に示す放電電極２と、支持基板３とを有している。

支持基板３は、放電電極２を挿通させるための貫通孔３ａと、基板挿入部１ｄの挿入部分１ｄ₂を挿通させるための貫通孔３ｂとを有している。

針状の放電電極２は、貫通孔３ａに挿入されて支持基板３を貫通した状態で半田付けすることにより支持基板３に固定されている。この半田付けは、図１０に示すように放電電極２の被覆材２ｂの表面と支持基板３の裏面とに半田４が接合されることによりなされている。この際、被覆材２ｂは半田４との接合性の良好な材質よりなっているため、被覆材２ｂと半田４との間で良好な接合性が得られる。

放電電極２の針状の先端部Ｔは支持基板３の表面側に突き出しており、また支持基板３の裏面側に突き出した円柱形状の部分Ｃには、半田４によりリード線や配線パターンを電気的に接続することが可能である。

図７〜図９を参照して、誘導電極１の挿入部分１ｄ₂は貫通孔３ｂに挿入されて支持基板３を貫通した状態で半田付けすることにより支持基板３に固定されている。この半田付けは、図１１に示すように誘導電極１の被覆材１ｇの表面と支持基板３の裏面とに半田４が接合されることによりなされている。この際、被覆材１ｇは半田４との接合性の良好な材質よりなっているため、被覆材１ｇと半田４との間で良好な接合性が得られる。

支持基板３の裏面側に突き出した挿入部分１ｄ₂の先端には、半田４によりリード線や配線パターンを電気的に接続することが可能である。

誘導電極１が支持基板３に支持された状態で、支持部分１ｄ₁と挿入部分１ｄ₂との境界にある段部が支持基板３の表面に当接する。これにより誘導電極１の天板部１ａは支持基板３に対して所定の距離を保って支持されている。また誘導電極１の基板支持部１ｅの先端が支持基板３の表面に補助的に当接している。つまり、基板挿入部１ｄと基板支持部１ｅとにより、誘導電極１は支持基板３に対してその厚み方向に位置決めすることが可能である。

また誘導電極１が支持基板３に支持された状態で、放電電極２は、その針状の先端が、図８に示すように円形の貫通孔１ｂの中心Ｃに位置するように、かつ図９に示すように貫通孔１ｂの周縁部の厚み（つまり屈曲部１ｃの屈曲長さ）Ｔ１の範囲内に位置するように配置されている。また支持基板３の裏面（半田面）には、図９に示すように高圧回路５の構成素子が取付けられている。

寸法上の一例として、貫通孔１ｂの周縁部の厚み（つまり屈曲部１ｃの屈曲長さ）Ｔ１は１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度であり、板状の誘導電極１の板厚Ｔ２は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下程度である。また支持基板３上面から誘導電極１の表面（上面）までの厚みは２ｍｍ以上４ｍｍ以下程度である。これにより、このイオン発生素子１０を内部に収容したイオン発生装置の厚みを５ｍｍ以上８ｍｍ以下程度に薄型化することができる。

次に、上記のイオン発生素子を有するイオン発生装置の構成について説明する。
図１２は、図７〜図９に示すイオン発生素子を有するイオン発生装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１３は、図１２に示したイオン発生装置において蓋体を除いた状態での概略平面図である。また図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う概略断面図である。

図１２〜図１４を参照して、本実施の形態のイオン発生装置５０は、高圧回路５（図１４）と、イオン発生素子１０と、高圧トランス（高電圧発生回路部）２０と、高圧トランス駆動回路（駆動回路部）３０（図１４）と、電源入力コネクタ３０ｂ（図１４）と、外装ケース４０とを有している。

高圧トランス駆動回路３０は、外部からの入力電圧を受けて高圧トランス２０を駆動するためのものである。高圧トランス２０は、高圧トランス駆動回路３０により駆動されて入力電圧を昇圧するためのものである。イオン発生素子１０は、高圧トランス２０により昇圧された電圧を印加されることで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ものである。

外装ケース４０は、本体４０ａと、蓋体４０ｂとを有している。本体４０ａの内部は、イオン発生素子１０を配置するためのイオン発生素子ブロック４０Ａと、高圧トランス２０を配置するための高圧トランスブロック４０Ｂと、高圧トランス駆動回路３０を配置するための高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃとに平面的に区画されている。各ブロック４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、たとえば本体４０ａ内に配置された壁４１、４２、４３により仕切られている。

イオン発生素子１０は、高圧回路５の構成素子を取付けられた状態でイオン発生素子ブロック４０Ａ内に収容されている。高圧トランス２０は、基板に搭載されない状態で高圧トランスブロック４０Ｂ内に収容されている。高圧トランス駆動回路３０および電源入力コネクタ３０ｂは基板３１に搭載された状態で高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に収容されている。電源入力コネクタ３０ｂの一部は、外装ケース４０の外部に露出しており、外部から電源をコネクタ接続できる構造となっている。

本体４０ａ内に収容された各機能素子は後述するように適宜、電気的に接続され、かつモールドされており、最後に、本体４０ａの上方開口部を閉じるように蓋体４０ｂが取付けられている。なお、この蓋体４０ｂには、イオン放出用の孔４４が設けられている。

次に、上記の各機能素子について、高圧トランス２０および高圧トランス駆動回路３０の順で具体的に説明する。

図１２および図１３を参照して、高圧トランス２０は、たとえば巻線トランスよりなっている。この巻線トランス２０は、互いに絶縁された一次巻線２１と二次巻線２２とを鉄心の周囲のボビンに巻き付けた構成を有しており、一次巻線２１と二次巻線２２とは並んで配置されている。

巻線トランス２０の二次側で発生する電圧は、一般的に一次巻線２１と二次巻線２２との巻数比およびインダクタンスで決まり、高電圧を発生させるには二次巻線２２に通常、数千ターンの巻数を必要とする。この数千ターンの巻数の巻線をボビンの狭い領域に巻き付けると巻線トランス２０の厚みが大きくなる。このため、数千ターンの巻数を一度にボビンに巻くのではなく、１本の巻線を可能な限り多数の層に分割して１層当たりの巻数を少なくして巻くボビン構造とし、全体としての薄型化を実現することが好ましい。また極端に分割数を増やすと巻線トランス２０の長さが増し、小型化には不利になるので、適度な数に分割するのがよい。

なお、一次巻線２１の両端子２３、２３は巻線トランス２０の長手方向（一次巻線２１と二次巻線２２とが隣り合う方向）の端部に配置されており、二次巻線２２の両端子２４、２４は巻線トランス２０の側部に配置されている。

高圧トランス２０は図１２に示す単独の状態で本体４０ａの高圧トランスブロック４０Ｂ内に配置されてもよいが、高圧トランス２０をケースに入れた状態で高圧トランスブロック４０Ｂ内に配置されてもよい。この状態では、高圧トランス２０をケースに入れた状態でモールドが施され、ケースと高圧トランス２０との隙間にはモールド材が充填されることで、高圧トランス２０単体で絶縁性能が確保されてもよい。

図１４を参照して、高圧トランス駆動回路３０は、電源入力コネクタ３０ｂからの電源供給を受けて、これをコンデンサに充電し、規定以上の電圧に達すれば半導体スイッチなどを用いてコンデンサに充電した電荷を放電させ、高圧トランス２０の一次側に電流を供給する機能を有している。高圧トランス駆動回路３０を構成する素子３０ａは、基板３１の裏面に取付けられている。また基板３１の裏面には、電源入力コネクタ３０ｂの一部または全部が取付けられている。この高圧トランス駆動回路３０および電源入力コネクタ３０ｂを搭載した基板３１が高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に配置された状態で、電源入力コネクタ３０ｂは外装ケース４０の外部に電気的に接続できるように構成されている。

この実施の形態では、高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃの基板３１の半田面が図１４の上側で、部品面（部品取付面）が図１４の下側であり、電源入力コネクタ３０ｂは図１４の下側において露出している。

図１２および図１４を参照して、外装ケース４０の蓋体４０ｂは、イオン発生素子１０の貫通孔１ｂに対向する壁部にイオン放出用の孔４４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４４を通じてイオン発生装置５０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、外装ケース４０に設けられた一方の孔４４は正イオン発生部となり、他方の孔４４は負イオン発生部となる。

イオン放出用の孔４４は、感電防止のために、通電部である誘導電極１に直接手が触れないように誘導電極１の貫通孔１ｂの孔径よりも小さい径に設定されている。さらに放電電極２の先端位置も、（外装ケース４０の蓋体４０ｂの厚み）＋（誘導電極１の天板部１ａの厚み）＋（誘導電極１の屈曲長さ）でトータル１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、外装ケース４０の表面から奥まった構造とされている。このように誘導電極１および放電電極２の先端に手が触れないように、イオン放出用の孔４４の径は小さく設定される必要があるが、逆に小さすぎるとイオン放出量が減少するため、たとえば６ｍｍの寸法とされている。

このイオン発生装置５０は、上述したように５ｍｍ以上８ｍｍ以下の厚みを有しているが、もちろんそれ以上の厚みであってもよい。

本実施の形態のイオン発生装置５０によれば、高圧トランス駆動回路３０により高圧トランス２０を駆動させて、高圧トランス２０により誘導電極１および放電電極２に高電圧を印加できるため、誘導電極１および放電電極２間でコロナ放電を生じさせ、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ことができる。

次に、各機能素子の電気的接続の状態について説明する。
図１５は、本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の機能ブロック図であり、各機能素子の電気的接続を示す図である。図１５を参照して、イオン発生装置５０は、上述したように、外装ケース４０と、イオン発生素子ブロック４０Ａに配置されたイオン発生素子１０および高圧回路５と、高圧トランスブロック４０Ｂに配置された高圧トランス２０と、高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃに配置された高圧トランス駆動回路３０と、電源入力コネクタ３０ｂとを有している。なお、電源入力コネクタ３０ｂは一部が高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に配置されており、また他の一部が外装ケース４０の外部に露出しており、外部から電源をコネクタ接続できる構造となっている。

この電源入力コネクタ３０ｂ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部分である。電源入力コネクタ３０ｂは高圧トランス駆動回路３０に電気的に接続されている。この高圧トランス駆動回路３０は高圧トランス２０の一次側に電気的に接続されている。この高圧トランス２０は、一次側に入力された電圧を昇圧して二次側に出力するためのものである。高圧トランス２０の二次側の一方はイオン発生素子１０の誘導電極１に電気的に接続されており、二次側の他方は高圧回路５を通じて放電電極２に電気的に接続されている。

高圧回路５は、正イオンを発生させる放電電極２には誘導電極１に対し正極性の高電圧を印加し、また負イオンを発生させる放電電極２には誘導電極１に対し負極性の高電圧を印加するよう構成されている。これにより、正と負の２極性のイオンを発生させることができる。もちろん、高圧回路５の構成により正イオンのみ、または負イオンのみを発生させることも可能である。

具体的な接続の構成としては、たとえば図１２および図１３に示すように高圧トランス２０は一次側の端子２３と二次側の端子２４とを有しており、端子２３は高圧トランス駆動回路３０を搭載する基板３１の表面（半田面）に半田接続により直接接続されており、端子２４は高圧回路５を搭載する支持基板３の裏面（半田面）に半田接続により直接接続されている。また端子２３、２４によらずにリード線により上記の接続がおこなわれてもよい。

また電源入力コネクタ３０ｂと高圧トランス駆動回路３０とは、図１４に示すように基板３１上に搭載された状態で、図示しないリード線や配線パターンにより電気的に接続されている。また高圧トランス２０とイオン発生素子１０および高圧回路５とは、図１４に示すように支持基板３上に搭載された状態で、図示しないリード線や配線パターンにより電気的に接続されている。

次に、モールドについて説明する。
上記のように各機能素子が外装ケース内に収容されて電気的に接続された状態で適宜モールドが施されている。ここで、イオン発生素子ブロック４０Ａや高圧トランスブロック４０Ｂは高電圧部であるため、イオン発生素子ブロック４０Ａ内のイオン発生部分（支持基板３の表面側）を除き、支持基板３の裏面側（半田面側）および高圧トランスブロック４０Ｂを樹脂モールド（たとえばエポキシ樹脂）により絶縁を強化することが望ましい。図１１に示すように高圧トランス２０をケース内に入れる場合には、ケース内をモールドすることで独立してモールドすることが好ましい。また図１２に示すように高圧トランス２０を単独で高圧トランスブロック４０Ｂ内に収容する場合には、イオン発生素子ブロック４０Ａの支持基板３の裏面側とともに高圧トランス２０をモールドすることが好ましい。

後者の場合、外装ケース４０には高圧トランスブロック４０Ｂからのモールドが高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃに流れ込まないように壁４１が設けられているが、一方で高圧トランス２０の入力端子２３を高圧トランス駆動回路３０に接続するための接続部（リード線など）を通すことも必要になる。そのため図１２および図１３に示すように壁４１の一部に、接続部を通すための切欠部４１ａを設けることが好ましい。

高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃも、イオン発生装置５０の使用環境によりモールドされてもよい。基本的にこのブロック４０Ｃは印加電圧が家庭用の電源電圧であるため、他のブロックと比較して低電圧であり、高湿や多塵などの特殊環境でない限りは外装ケース４０に覆われているのでモールドまでは必要とされない場合もあり、モールドを選択できる構造（モールド可能な構成）とすることができる。

ここでモールドを選択できる構造（モールド可能な構成）とは、高圧トランス駆動回路３０および電源入力コネクタ３０ｂを搭載した基板３１が高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に配置された状態で、モールド材を基板３１の表面側（蓋側）から裏面側（本体４０ａの底部側）に回り込ませることが可能で、かつ外装ケース４０の本体４０ａの底部からモールド材が漏れないように構成されていることを意味する。

つまり、モールドは各機能素子を外装ケース４０内に配置した後に行われるため、基板３１の表面側からモールド材を注入しても、部品搭載面である裏面側にまでモールド材が回り込むように外装ケース４０および基板３１が構成されていなければならない。また、モールド材は注入の際には液体であるため、外装ケース４０の底部が密閉されていないと外装ケース４０の外部に漏れ出してしまうため、モールド材が漏れ出さないように外装ケース４０の底部を密閉構造とする必要がある。

また上記においては、イオン放出用の孔４４を外装ケース４０の蓋体４０ｂに設けた場合について説明したが、この孔４４は外装ケース４０の本体４０ａの底面に設けられてもよい。つまり、蓋体４０ｂはイオン放出用の孔４４を設ける側とされてもよく、またイオン放出用の孔４４を設けない側とされてもよい。

上記のイオン発生装置において正イオンまたは負イオンのいずれか一方の極性のイオンを発生させる場合、イオンを発生させる放電電極２の針状の先端位置を誘導電極１の貫通孔１ｂの中心に合わせ、かつ誘導電極１の貫通孔１ｂの厚みＴ１の範囲内に配置することにより、誘導電極１と放電電極２の針状の先端とが空気空間を挟んで対向するようにする。

また正イオンと負イオンの両極性のイオンを放出させるためには、正イオンを発生させる放電電極２の針状の先端位置と負イオンを発生させる放電電極２の針状の先端位置との各々を、互いに所定の距離を確保して配置し、かつ誘導電極１の貫通孔１ｂの中心に合わせ、かつ誘導電極１の貫通孔１ｂの厚みＴ１の範囲内に配置することにより、誘導電極１と放電電極２の針状の先端とが空気空間を挟んで対向するようにする。

上記のイオン発生素子１０において、板状の誘導電極１と針状の放電電極２とを上記のように所定の距離を確保して配置し、誘導電極１と放電電極２との間に高電圧を印加すると、針状の放電電極２の先端でコロナ放電が生じる。この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のイオンが発生し、このイオンが誘導電極１に設けられた貫通孔１ｂからイオン発生素子１０の外部に放出される。さらに送風を加えることで、より効果的にイオンを放出することが可能となる。

正イオンと負イオンとの双方を生じさせる場合、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。

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。

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、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１６は、図１２〜図１４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１７は、図１６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１６および図１７を参照して、空気清浄機６０は前面パネル６１と本体６２とを有している。本体６２の後方上部には吹き出し口６３が設けられており、この吹き出し口６３からイオンを含む清浄な空気が室内に供給される。本体６２の中心には空気取り入れ口６４が形成されている。空気清浄機６０の前面の空気取り入れ口６４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６５を通じて、吹き出し口６３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６５の一部に、図１２〜図１４に示すイオン発生装置５０が取り付けられている。イオン発生装置５０は、そのイオン発生部となる孔４４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５０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６３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５０のイオン発生部４４に送風を通過させることにより、吹き出し口６３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６０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６０によれば、イオン発生装置５０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。

また上記においてイオン発生装置５０に入力される電源（入力電源）は商用交流電源および直流電源のいずれであってもよい。入力電源が商用交流電源である場合、一次側回路である高圧トランス駆動回路３０を構成する部品間やプリント基板のパターン間には法的距離をとる必要がある。また部品は電源電圧に対し耐圧確保できる部品が必要となり、大型化を招くが回路構成は簡素化でき、部品点数は少なくできる。一方、入力電源が直流電源である場合、一次側回路となる高圧トランス駆動回路３０を構成する部品間やプリント基板のパターン間の距離は上記商用交流電源の場合と比べると大きく緩和され、近距離で配置でき、かつ部品自体もチップ部品などの小型品が採用でき、高密度配置が可能となるものの、高電圧駆動回路実現のための回路が複雑になり、部品点数が上記商用交流電源の場合と比べて多くなる。

また高圧トランス２０は巻線トランスおよび圧電トランスのいずれであってもよい。巻線トランスは一般的に一次巻線と二次巻線との巻数比およびインダクタンスで決まり、高電圧を発生させるには通常数千ターンの巻数を必要とするため相応の大きさが必要になる。一方、圧電トランスは実用化されているものには小型で薄型のものはあるが、原理的に一定の長さが必要となる。また、出力の負荷量に制限があることと、駆動回路が複雑であることとが難点である。

以下、本発明の実施例について説明する。
本願発明者は、インコネル６００とステンレス系の金属材料であるＳＵＳ３０４との各々を先端が針状の放電電極にして、その放電電極にインパルス状の高電圧を連続的に印加することで放電を生じさせ、各材料についての経過時間と放電による針状の先端部の消耗体積との関係を調べた。その結果を図１８に示す。

図１８の結果から、１２０日経過したときのプラス電極の消耗体積は、インコネル６００ではＳＵＳ３０４の１／３程度となった。これにより放電電極の材質としてインコネル６００のようなニッケルおよびクロムを少なくとも含む合金を使用することで、従来のＳＵＳ３０４に比べて耐久性が向上することが分かった。

今回開示された実施の形態および実施例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、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放電電極、誘導電極、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放電電極の構成を概略的に示す正面図である。本発明の一実施の形態における放電電極の構成を概略的に示す断面図である。本発明の一実施の形態における放電電極の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。本発明の一実施の形態における放電電極の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。本発明の一実施の形態における誘導電極の構成を概略的に示す斜視図である。図５に示す誘導電極の基板挿入部のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略断面図である。図１および図２に示す放電電極と図５および図６に示す誘導電極とを有するイオン発生素子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１および図２に示す放電電極と図５および図６に示す誘導電極とを有するイオン発生素子の構成を概略的に示す平面図である。図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う概略断面図である。図９の領域Ｒ１を拡大して示す断面図である。図９の領域Ｒ２を拡大して示す断面図である。図７〜図９に示すイオン発生素子を有するイオン発生装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１２に示したイオン発生装置において蓋体を除いた状態での概略平面図である。図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う概略断面図である。本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の機能ブロック図であり、各機能素子の電気的接続を示す図である。図１２〜図１４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１６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。インコネル６００とＳＵＳ３０４との各々を放電電極として用いたときの、経過時間と放電による針状の先端部の消耗体積との関係を示す図である。

符号の説明

１誘導電極、１ａ天板部、１ｂ貫通孔、１ｃ屈曲部、１ｄ基板挿入部、１ｅ基板支持部、１ｆ金属板、１ｇ被覆材、２放電電極、２ａ基材、２ｂ被覆材、３支持基板、３ａ，３ｂ貫通孔、４半田、５高圧回路、１０イオン発生素子、２０高圧トランス、２１一次巻線、２２二次巻線、２３，２４端子、３０高圧トランス駆動回路、３０ａ素子、３０ｂ電源入力コネクタ、３１基板、４０外装ケース、４０ａ本体、４０ｂ蓋体、４０Ａイオン発生素子ブロック、４０Ｂ高圧トランスブロック、４０Ｃ高圧トランス駆動回路ブロック、４１，４２，４３壁、４１ａ切欠部、４４イオン放出用の孔、５０イオン発生装置、６０空気清浄機、６１前面パネル、６２本体、６３吹き出し口、６４空気取り入れ口、６５ファン用ケーシング。

Claims

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放電電極であって、
ニッケルおよびクロムを少なくとも含む合金よりなる基材と、
前記基材の表面を覆い、かつスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材質よりなる被覆材とを備え、
針状の先端部を有し、前記先端部において前記基材が前記被覆材から露出している、放電電極。
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誘導電極であって、
貫通孔を有する板状の天板部と前記天板部に対して屈曲された基板挿入部とを有する一体の金属板と、
前記基板挿入部の少なくとも一部において前記金属板の表面を覆い、かつスズおよびニッケルの少なくともいずれかを含む材質よりなる被覆材とを備えた、誘導電極。
請求項１に記載の前記放電電極と、
請求項２に記載の前記誘導電極と、
前記放電電極および前記誘導電極を支持する支持基板とを備えた、イオン発生素子。
前記支持基板は、前記放電電極を支持するための第１の貫通孔と、前記誘導電極を支持するための第２の貫通孔とを有し、
前記放電電極は、前記第１の貫通孔に挿入されて前記支持基板を貫通した状態で、前記放電電極の前記被覆材の表面と前記支持基板の表面とに半田付けすることにより前記支持基板に固定されており、
前記誘導電極の前記基板挿入部は、前記第２の貫通孔に挿入されて前記支持基板を貫通した状態で、前記基板挿入部の前記被覆材の表面と前記支持基板の表面とに半田付けすることにより前記支持基板に固定されていることを特徴とする、請求項３に記載のイオン発生素子。
請求項３または４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。
請求項５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送風気流に乗せて送るための送風部とを備えた、電気機器。