JP2008287891A - 送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】針電極と対向電極との間に塵や埃が存在しても、異常放電の発生を未然に防止して、安定した駆動を行えるようにする。
【解決手段】針電極１と駆動回路４との間に抑制抵抗５を直列に挿入する。送風装置の運転中、針電極１と対向電極２との間にある塵や埃が両電極１、２に付着すると、両電極１、２間の抵抗値が下がる。一方、抑制抵抗５の抵抗値が相対的に上がることにより、過電流が流れることが抑制され、異常放電の発生を防げる。
【選択図】図３

Description

本発明は、コロナ放電あるいはタウンゼント放電により発生したイオン風を利用した送風装置に関する。

従来から、空気の流れを誘引し、その気流の流れを用いた送風装置が各種分野で用いられているが、この送風装置は、ほとんどの場合において、ファンを用いたものである。このような送風装置では、振動と騒音の問題があげられる。すなわち、モータやエンジンといった駆動源を作動させることにより、これらに起因する振動と騒音が発生する。当然、低振動、低騒音のモータは開発されているが、モータやエンジンといった機械的な駆動機構を使用しているので、原理的にゼロにすることは不可能である。

さらに、ファンによる送風装置では、気流の乱れにより騒音が発生する。すなわち、プロペラファン、シロッコファン、クロスフローファンといったファンを用いた場合には、気流を完全に均一化できない。そのため、局所的に渦が発生することにより、騒音が発生する。

さらにまた、ファン、モータ、エンジンといった機械的な機構を備えている場合においては、駆動部分の磨耗や熱発生といった諸事情により、長期の使用では故障しやすくなるといった問題が残っている。

従来のファンとモータやエンジンとを組み合わせた形態の送風装置における上記の問題を解消できる従来形態に代わる新たな送風装置として、近年、放電現象により発生するイオン風を用いた送風装置が大きく注目されている。この送風装置は、機械的エネルギによって空気の流れを発生させるのではなく、空気中で電気的な帯電を有する粒子を直接加速することにより、イオンと空間に存在する空気分子との相互作用によって空気の流れを発生させるものである。このような機械的ではない手法により、原理的に高効率な送風装置を実現できるものである。

放電によりイオン風が発生する原理については、特許文献１に記載されている。円筒管中央にコロナ放電針が配置され、放電針に対向して対向電極が配置されたイオン風発生装置が記載されている。

イオン風を利用した送風装置の基本的構成を図１に示す。先端が尖がった形状の針電極１と、針電極１に対して対向して配置されたメッシュ状の対向電極２とから構成されている。針電極１と対向電極２とは空間的な隔たりを有している。対向電極２の形状としては、メッシュ状以外に、平板状やワイヤ状としてもよい。

対向電極２および針電極１は、筐体３としての治具に内装されて保持されている。針電極１は、対向電極２に対して垂直に配置される。すなわち、針電極１は、イオン風の送風方向と平行とされ、対向電極２は、送風方向に対して垂直に配置される。なお、図中、太い矢印はイオン風を示し、破線の矢印は放電に寄与する電流の流れを示す。

送風装置は、針電極１と対向電極２との間に高電圧を印加するための駆動回路４を備えている。駆動回路４の一方の出力端子が針電極１に接続され、他方の出力端子が対向電極２に接続される。

ここでは、針電極１が１本からなる送風装置を示しているが、実際に送風装置として使用する場合、風量を確保するために、図２に示すような針電極１を複数組み合わせた送風装置を使用することが多い。

複数の針電極１は、駆動回路４に対して並列に接続される。各針電極１と対向電極２との間隔は全て同じである。これにより、風量を増すことが可能となり、優れた特性の送風装置を実現することができる。
米国特許４２１０８４７号公報

上記の送風装置を駆動する際、針電極１と対向電極２の間にｋＶオーダーの電圧が印加される。両電極間１、２に放電が起こり、このときに発生する大気イオンと電極間で生じる電界を用いることにより、イオン風の流れが発生する。放電現象を制御するためには、針電極１と対向電極２間の印加電圧を精密に制御する必要がある。

しかし、送風装置を連続して駆動する場合、外的要因により放電状態が乱れて、異常放電を発生することがある。このような異常放電現象は、例えば針電極１と対向電極２の間の空間に塵や埃が存在したような状況において、突然、電極間での電界が乱れることによって発生する、あるいは塵や埃の存在により両電極１、２間の電気伝導率が変化することによっても発生する。また、両電極１、２間には、水蒸気となった水分が存在するが、送風装置の使用環境、特に湿度が変化すると、電気伝導率が変わり、異常放電が発生しやすくなる。したがって、送風装置を通常使用する状況において、異常放電に対する塵、埃、水蒸気といった外的要因の影響を避けることができない。

ここで、図１に示す送風装置において、針電極１として、先端半径が３０μｍ、軸部の直径が０．５ｍｍであるタングステン製の針を用いた。対向電極２として、ワイヤ径が０．１ｍｍの線材を１ｍｍピッチで格子状に配列した金網を用いた。針電極１と対向電極２間の距離を５ｍｍとして、両電極１、２を配置した。

そして、針電極１に正極性もしくは負極性の直流電圧を印加することにより、放電が発生し、イオン風が生じる。このような形態の送風装置において生じる放電現象としては、コロナ放電現象、あるいはタウンゼント（暗電流）放電現象である。

弱い風速を実現する場合には、タウンゼント放電現象を用いる。タウンゼント放電を起こすために、針電極１と対向電極２間に印加する電圧は１．５ｋＶ（＝１５００Ｖ）程度である。このとき、３ｐＡ（３×１０^−１２Ａ）程度の放電電流が流れている。この状況において、針電極１と対向電極２間の抵抗値は、
１５００／（３×１０^−１２）＝＝５×１０^１２Ω
＝５ＴΩ相当となる。

風速３ｍ／秒程度の強い風速を実現する場合には、コロナ放電現象を用いる。コロナ放電を起こすために、針電極１と対向電極２間に印加する電圧は４ｋＶ（＝４０００Ｖ）程度である。このとき、１０μＡ（１×１０^−５Ａ）程度の放電電流が流れている。この状況において、針電極１と対向電極２間の抵抗値は、
４０００／（１×１０^−５）＝４×１０^８Ω
＝４００ＭΩ相当となる。

すなわち、針電極１と対向電極２から構成される送風装置における、タウンゼント放電領域やコロナ放電領域において駆動する通常の動作状態では、針電極１と対向電極２間の抵抗値は４００ＭΩ以上という、極めて高抵抗の状態となっている。この状態が維持されることにより、送風装置としての機能を十分に発揮することが可能となる。

しかし、針電極１あるいは対向電極２に塵や埃が付着するといった外的要因が発生すると、火花放電（スパーク）といった異常放電を起こすおそれがある。この火花放電は、送風装置としては極めてイレギュラーな放電である。針電極１と対向電極２間には、１０ｍＡ（＝０．０１Ａ）以上もの大きな電流が瞬間的に流れることになる。さらに火花放電といった異常な放電現象は、タウンゼント放電やコロナ放電のような連続の放電ではなく、パルス状に発生する現象である。

したがって、両電極１、２間に４ｋＶの電圧を印加しているときの針電極１と対向電極２間の抵抗値は、
４０００／（０．０１）＝４００ｋΩ
となる。

すなわち、この送風装置を作動する際に、駆動回路４はタウンゼント放電やコロナ放電用として使用することを想定している。ところが、火花放電といった異常放電が発生すると、送風装置の電気抵抗値が急激に小さくなり、駆動回路４には過度の電流が流れ込む。そのため、火花放電現象が発生する際に駆動回路４が壊れてしまうおそれがある。さらに、駆動回路４が壊れない場合であっても、針電極１の先端から火花放電現象によるスパークが発生し続ける状態となるため、安全上の観点からも危険である。

なお、実際の送風装置では、高風量化のために針電極１を複数本配列した形態で使用される場合がある。針電極１の本数が増加すると、火花放電を発生した場合の影響は大きく、駆動回路４への影響や安全上の影響が大きくなる。

以上のことより、従来の送風装置においては、火花放電といった異常放電が発生した際に、駆動回路４および装置の安全性に影響を及ぼす。そこで、火花放電を抑制するためには、両電極間に印加する電圧を小さくするといった手法により、放電状態をタウンゼント放電やゆるいコロナ放電にすることが考えられる。

大気空間で送風装置を実使用する場合、塵や埃が電極近傍に付着すると、異常放電を誘発する場合がある。また、気温や湿度の変化により、導電性の水蒸気量が変動することにより、異常放電が誘発される場合がある。異常放電が発生するたびに両電極１、２間への印加電圧を制御すると、風量が低下し、送風装置としての機能が十分に発揮させることができなくなる。

本発明は、上記に鑑み、外的要因が生じても、異常放電の発生を未然に防止して、安定した駆動を行える送風装置の提供を目的とする。

本発明は、針電極と、針電極に対向して配置された対向電極と、両電極を保持する筐体と、両電極間に高電圧を印加する駆動回路とを備え、両電極間での放電により発生したイオン風を利用した送風装置であって、駆動回路と針電極との間に、異常放電による過電流を抑制するための抵抗が直列的に挿入されたものである。

針電極および対向電極と駆動回路とから形成される電気回路に抵抗が直列に接続される。駆動回路から供給された電圧は、抵抗にも分散して印加される。ここで、送風装置を長時間運転していると、塵、埃、水分が両電極間に存在するといった外的要因が生じ、両電極間の抵抗値が下がり、電気回路に過電流が流れる。しかし、抵抗の存在により、過電流が流れるのが阻止され、異常放電の発生を防げる。

そして、抵抗の発熱を利用して、針電極と対向電極とを加熱する。このとき、筐体内に抵抗が配置される。抵抗の輻射熱により両電極間の空間の温度が上昇して、水分があっても、両電極への水分の付着を防止でき、安定した放電を行える。特に、針電極の近傍に抵抗を設置すると、針電極が集中的に加熱され、水分が付着しにくくなる。

針電極が抵抗を兼用する。すなわち、針電極と抵抗とが一体となる。この抵抗により、異常放電による過電流を抑制できるとともに、抵抗の発熱によって、針電極を直接加熱できる。

針電極は、導電性の電極用材料と発熱性の抵抗材料とを一体化して形成される。したがって、針電極は、電極として機能するだけでなく、抵抗としても機能する。抵抗を別に設ける必要がなくなり、抵抗の設置スペースを減らせる。

抵抗がヒューズとして機能する。過電流が流れたとき、抵抗が断線する。これにより、異常放電が発生するときに、高電圧の供給が絶たれるので、異常放電が継続して発生するのを防止できる。

抵抗の抵抗値は、針電極と対向電極間で放電が発生しているときの両電極間の抵抗値より小さく、異常放電が発生したときの両電極間の抵抗値より大とされる。抵抗の抵抗値が両電極間で放電が発生しているときの両電極間の抵抗値より小さいので、抵抗よりも両電極間に高電圧を印加でき、放電を妨げることはない。また、抵抗の抵抗値が、異常放電が発生したときの両電極間の抵抗値より大きいので、両電極間よりも抵抗に高電圧がかかり、両電極間に印加される電圧が下がって、異常放電の発生を抑制できる。

複数の針電極が並列に配置されている送風装置の場合、針電極の個数以下の抵抗が挿入される。各針電極に対して抵抗をそれぞれ挿入すると、抵抗の個数は針電極と同数となる。複数の針電極をいくつかのグループに分けて、各グループに対して抵抗をそれぞれ挿入すると、抵抗の個数は針電極の個数よりも少なくなる。

本発明によると、火花放電といった異常放電が発生する不安定な動作状態となっても、抵抗の存在により、過電流が流れるのを防止でき、異常放電の発生を防いで、送風装置の安定した運転を実現できる。しかも、駆動回路により印加電圧を制御する必要がなくなり、低コストかつ容易に安定した駆動を行うことができる。

本発明の第１実施形態の送風装置を図３に示す。本送風装置は、針電極１と、針電極１に対向して配置された対向電極２と、両電極１、２を保持する筐体３と、両電極１、２間に高電圧を印加する駆動回路４とを備えており、基本的な構成は図１に示したものと同じである。そして、駆動回路４と針電極１との間に、異常放電による過電流を抑制するための抑制抵抗５が直列的に挿入されている。

筐体３は、電気絶縁性を有するプラスチックからなり、円形あるいは角形の筒状に形成される。筐体３の一方の開口が空気取入口とされ、他方の開口が吹出口とされる。メッシュ状の対向電極２が、吹出口に嵌め込まれる。針電極１は、電気絶縁性の支持部材に装着され、支持部材が筐体３内に取り付けられる。これにより、針電極１は、筐体３に内装される。

駆動回路４は、高電圧を発生させるための高圧トランスを有する高電圧発生回路と、高電圧発生回路に所定の範囲内の電圧を供給するスイッチング回路と、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換してスイッチング回路に供給する整流回路と、高電圧発生回路からの出力電圧が一定になるようにスイッチング回路を制御する制御回路とを有する。なお、駆動電源として交流電源が使用されるが、直流電源を使用してもよい。この場合、整流回路は不要となる。

駆動回路４は、回路基板上に形成され、駆動回路４と針電極１および対向電極２が電気コードによって接続される。この回路基板および筐体３は、キャビネットに内装され、送風装置を形成する。

駆動回路４および両電極１、２によって、１つの電気回路が形成される。抑制抵抗５は、この電気回路に直列に挿入される。すなわち、抑制抵抗５は、駆動回路４の一方の出力端子に接続されるとともに針電極１に接続される。

抑制抵抗５の抵抗値ｒは、針電極１と対向電極２間に通常状態で放電が発生しているときの両電極１、２間の抵抗値Ｒより小さく、かつ異常放電が発生したときの両電極１、２間の抵抗値Ｒ’より大とされる。すなわち、Ｒ’＜ｒ＜Ｒとされる。

針電極１と対向電極２との間でコロナ放電やタウンゼント放電といった通常の放電がなされている状態では、両電極１、２間の抵抗値は４００ＭΩ以上となっている。したがって、抑制抵抗５としては、４００ＭΩよりも小さな抵抗値を有する抵抗が用いられる。

例えば、抑制抵抗５として、４ＭΩの抵抗を用いたとき、両電極１、２間の抵抗値は４００ＭΩであるから、抑制抵抗５は１／１００の抵抗値を有する。この状態において、駆動回路４から例えば４ｋＶの印加電圧が供給されると、全ての電圧が両電極１、２間に印加されず、１／（１００＋１）＝１／１０１の電圧が抑制抵抗５に印加される。すなわち、抑制抵抗５には、０．０３９６ｋＶの電圧が印加される。しかし、抑制抵抗５が挿入されても、両電極１、２間には、約３．９６ｋＶの電圧が印加され、コロナ放電を発生させるのに十分な電圧を印加することができる。

ここで、抑制抵抗５として、４００ＭΩ以上の抵抗を用いると、駆動回路４にて発生させる電圧が全て針電極１と対向電極２間に印加されずに、この抵抗５に印加されてしまう。そのため、放電が発生しなくなったり、緩いコロナ放電となって、十分な風量が得られず、送風装置としての機能が低下することになる。

また、抵抗値の下限としては、針電極１と対向電極２間で火花放電といった異常放電が発生した場合の両電極１、２間の抵抗値よりも大きな抵抗値とすることが望ましい。抑制抵抗５が異常放電時の両電極１、２間の抵抗値よりも小さな抵抗値であると、異常放電が発生するときに瞬間的に流れる過電流を抑制できず、異常放電を抑制する効果が極めて小さくなってしまい、異常放電の状態を安定した放電に回復させることが困難となる。

上記の送風装置が長時間運転されると、塵や埃が両電極１、２に付着していく。塵等の付着といった外的要因が発生すると、両電極１、２間の抵抗値が下がる。ここで、異常放電が発生するときの両電極１、２間の抵抗は４００ｋΩであるのに対し、抑制抵抗５は例えば４ＭΩである。このように、抑制抵抗５の抵抗値は、駆動回路４および両電極１、２によって形成される電気回路において相対的に上がる。これにより、電気回路における全抵抗値の急激な低下を抑制することができ、異常放電の発生を防ぐことができる。また、電気回路に流れる電流の上昇も抑制することができ、駆動回路４に過電流が流れ込むことを防止して、駆動回路４を保護することができる。

したがって、駆動回路４は常に抑制抵抗５による負荷を受けるため、急激な電圧変動や電流変動による影響が緩和され、駆動回路４への影響を低減することできる。さらに、駆動回路４の動作が安定するため、火花放電といった異常放電の発生を抑制することが可能となり、異常放電を未然に防止できる。

送風装置が複数の針電極１を有する場合、図４に示すように、同様に駆動回路４と針電極１との間に直列に抑制抵抗５が挿入される。複数の針電極１は並列に接続されており、抑制抵抗５は各針電極１に分岐する分岐点と駆動回路４との間に配置される。

この送風装置では、針電極１が１本の場合に比べて、電気回路全体としての抵抗は小さくなる。すなわち、両電極１、２間の抵抗値は、１本の針電極１に対して４００ＭΩ以上となっている。例えば針電極１が１００本の場合、コロナ放電が発生する通常の状態において、電気回路全体で見ると、両電極１、２間での抵抗値は４ＭΩ程度となる。このとき、抑制抵抗５の抵抗値は４ＭΩよりも小さくされる。

このように、実際に使用する針電極１の本数に合わせて、抑制抵抗５の抵抗値は、タウンゼント放電あるいはコロナ放電が発生する通常の状態における両電極１、２間の抵抗値よりも小さくなるように設定される。なお、抑制抵抗５の下限値は、異常放電が発生したときの両電極１、２間の抵抗値よりも大とされる。

したがって、複数の針電極１が設けられていても、抑制抵抗５を直列に挿入することにより、急激な電圧変動や電流変動による影響を緩和でき、駆動回路４への影響を低減することできる。また、駆動回路４の動作が安定するため、火花放電といった異常放電の発生を抑制することが可能となり、異常放電を未然に防止できる。

ここで、複数の針電極１に対して抑制抵抗５を直列に挿入する形態として、図４に示すように１つの抑制抵抗５を挿入している。これ以外に、図５に示すように、各針電極１に対してそれぞれ抑制抵抗５を挿入する。抑制抵抗５は、分岐点と各針電極１との間に直列に挿入される。抑制抵抗５は、針電極１と同数になる。

また、図６に示すように、複数の針電極１を複数のグループに分け、各グループに対して抑制抵抗５をそれぞれ挿入する。例えば、隣り合う２本の針電極１を並列に接続した接続体を形成して、１つのグループとする。この接続体と分岐点との間に、抑制抵抗５が直列に挿入される。抑制抵抗５は、グループの個数と同数になる。

これらの形態において、両電極１、２に対して抑制抵抗５を直列に挿入するという観点からは同一の形態であり、いずれにおいても、針電極１と対向電極２との間での異常放電を抑制するという効果を発揮することができる。

抑制抵抗５が１つの場合、使用する抵抗が最小限となり、部品コストの削減を図れるとともに、設置スペースも少なくでき、送風装置の小型化に寄与する。抑制抵抗５が針電極１と同数の場合、各針電極１と対向電極２との間での異常放電に対して、それぞれの抑制抵抗５が作用するので、各針電極１における異常放電の発生を個別に抑制することができる。したがって、送風装置全体として、異常放電を発生するときの回避精度を高めることができる。また、グループ毎に抑制抵抗５を挿入する場合、使用する抵抗を削減できるとともに、個別に発生する異常放電に対処でき、異常放電に対する回避精度を高めることが可能となる。

なお、コロナ放電あるいはタウンゼント放電を用いて送風を実現しているが、風速が秒速３ｍ以上を必要とする場合には、コロナ放電が用いられる。ただし、コロナ放電の場合、化学反応の原理上、放電現象による副生成物としてオゾンが発生する。放電電圧や電圧波形の制御により、オゾン発生量は抑制することはできるが、発生量をゼロにすることはできない。

一方、コロナ放電よりも弱い放電現象であるタウンゼント放電の場合、化学反応の原理上、オゾンは全く発生しない。しかし、コロナ放電よりも弱い放電現象を用いているため、得られる風速が秒速３ｍには達しない。したがって、送風装置の使用環境を想定して、放電方式は決定される。

また、駆動回路４において、針電極１と対向電極２との間に印加する電圧をデューティ制御することにより、時間に応じてコロナ放電やタウンゼント放電を切り替えることが可能となる。これによって、コロナ放電やタウンゼント放電を有効的に利用し、火花放電といった異常放電の発生を防ぎながら、使用環境に適した送風装置の運転を行うことができる。

次に、本送風装置の具体的な実施例を説明する。針電極１として、円柱状の金属針が用いられる。針電極１を構成する導電性を有する電極用材料は、放電現象に対する耐性の強いタングステンを用いる。図７に示すように、針電極１の先端部は、尖った円錐形とされ、先端半径が２μｍとされる。針電極１の長さは２０ｍｍ、直径は０．５ｍｍとされる。先端部の長さは５ｍｍとされる。

先端部は、研磨加工により形成される。研磨加工として、電界研磨が用いられる。例えば、電極用材料として耐久性や耐腐食性に優れたタングステンを用いた場合、タングステンワイヤを、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのアルカリ性水溶液に浸し、交流もしくは直流で電気分解すると、タングステンワイヤの一部がイオン化してアルカリ性水溶液に溶け出す。このときにタングステンワイヤの先端部が次第にエッチングされ、徐々に尖った形状となる。例えば、２．５ｍｏｌ／リットルの濃度とした水酸化ナトリウム水溶液中に上記のタングステンワイヤを浸漬し、交流６０Ｈｚの印加電圧５Ｖにて電解研磨を実施すると、約５０分で先端半径が３μｍ程度という形状を得ることができる。

このような電界研磨加工によれば、先端半径２μｍの鋭い形状の針電極１を形成することが可能となる。通常の機械的研磨では、このような鋭い先端形状の針を作製することは難しく、電解研磨により達成できるものである。

なお、オゾン発生量が小さく、低い印加電圧で駆動できる送風装置を実現するためには、針電極１の先端半径が最も重要な因子である。そのため、先端半径が２μｍである上記のタングステンワイヤを針電極１として用いることが好ましい。

対向電極２は、図８に示すように、平坦な網状に形成される。対向電極２は、ワイヤ直径０．１ｍｍで２５メッシュのステンレス製ワイヤを用い、平織りに編みこんで網状にされる。なお、対向電極２の製法としては、フォトリソグラフィー法によるエッチング法、メッキ法を採用してもよく、対向電極２を網状に形成することが可能である。

針電極１と対向電極２とは、図９に示すように、針電極１の先端からの距離が５ｍｍとなるように対向電極２が配置される。針電極１が複数ある場合、針電極１は１０ｍｍピッチで等間隔に並べられる。

筐体３は、電気絶縁性を有するアクリル樹脂によって形成される。針電極１および対向電極２は、運転中にずれることがないように、筐体３に公知の方法により固定される。針電極１および対向電極２と筐体３とが一体化され、ユニットとされる。これにより、針電極１と対向電極２との間隔が運転中、変動することがなくなり、安定した放電を行える。

駆動回路４は、針電極１に正極性電圧を印加し、対向電極２をＧＮＤとするように直流電圧を印加する。駆動用電源として、松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＥＬ−１０Ｒ１０）が用いられる。なお、タウンゼント放電を用いる場合、針電極１と対向電極２に印加する電圧の極性はいずれでも限定されないが、本実施例ではコロナ放電を利用した送風装置であるので、針電極１に正極性電圧を印加する。

抑制抵抗５として、一般的なセメント抵抗を用いる。本実施例では、抑制抵抗５の抵抗値を１ｋΩとする。

上記の送風装置から発生するイオン風を測定するために、風速測定装置を用いる。風速測定装置として、日本カノマックス株式会社製のサーマル式風速計（型番：６５４３）を用いる。測定原理としては、公知の手法である。すなわち、風速測定センサが加熱され、センサに風が当たると、熱が奪われ、センサの温度が変化する。この温度変化を補うために、通電する電流量が変化し、この電流量に基づいて風速を算出する。なお、測定範囲は、０．０５ｍ／秒〜５．０ｍ／秒である。

風速の測定は、抑制抵抗５を挿入した本発明の送風装置および抑制抵抗５を挿入していない従来形態の送風装置に対して行った。両者とも、イオン風による送風を確認することができ、コロナ放電による良好な送風特性を得られた。特に、１時間の連続運転を試みたが、火花放電といった異常放電は全く生じることなく、安定した送風特性を得ることができた。このことは、両電極１、２と駆動回路４から構成される電気回路に抑制抵抗５を挿入しても、送風装置として問題なく使用可能であることを示している。

図１０に、本発明の送風装置および従来形態の送風装置における風速特性を示す。印加電圧に対する風速については、両者とも、同一の特性が得られる。さらに、本発明の送風装置においては、印加電圧４ｋＶの条件で、２４時間の間の連続運転を実施した。その結果、安定なコロナ放電を維持し続けることができ、火花放電といった異常放電をまったく生じない安定な状態を確認することができた。

一方、従来形態の送風装置では、連続運転を実施したとき、異常放電が生じた。これにより、抑制抵抗５の効果を確認することができた。

第２実施形態の送風装置を説明する。本送風装置では、抑制抵抗５がヒューズとして機能する。その他の構成は第１実施形態のものと同じである。抑制抵抗５としてヒューズ抵抗が用いられ、ヒューズ抵抗は、針電極１および対向電極２と駆動回路４から形成される電気回路に直列に挿入される。電気回路に過電流が流れると、このヒューズ抵抗が断線する。なお、一般的にヒューズは消耗品であり、断線した場合は交換する必要がある。

送風装置において、異常放電が発生すると、電気回路に流れる電流が大きく増加する。これによって、送風装置としての性能が大きく低下することになる。しかし、所定電流量を超えると、電気回路に挿入された抑制抵抗５が断線することにより、両電極１、２間への電圧の印加が停止される。したがって、異常放電の発生を防止できる。特に、異常放電が発生する状態を完全に抑制しなければならないような使用形態において、ヒューズ抵抗を用いることは効果的である。

また、通常、ヒューズ抵抗は、所定電流量を超えた状態が一定時間持続した場合に断線するものと、瞬間的に所定電流量を超えた場合に断線するものがある。ここでは、安全性の点から、後者のヒューズ抵抗を用いることが好ましい。したがって、火花放電といった異常放電が発生した場合、ヒューズ抵抗の断線により、異常放電を速やかに停止させることが可能となり、送風装置の異常な運転を回避することができる。

本実施形態の送風装置および従来形態の送風装置に対して、火花放電が生じる条件である１０ｋＶという高い電圧を両電極１、２間に印加した。従来形態の送風装置では、スパーク放電が発生し、駆動用電源として用いた松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源（型番：ＨＥＬ−１０Ｒ１０）の安全機能が作動し、電源は自動的に停止した。そして、火花放電により、通常とは異なる異常な放電が発生した。一方、本実施形態の送風装置では、直流高圧電源が停止する前に、ヒューズ抵抗が断線して、異常な火花放電が継続することを防ぐことができた。

第３実施形態の送風装置を説明する。本送風装置では、抑制抵抗５の発熱を利用して、両電極１、２を加熱する。その他の構成は第１実施形態のものと同じである。

送風装置において、針電極１と対向電極２の間の空間の状態に応じて、放電の状態が変わる。例えば、送風装置を使用する環境として、湿度が高くなる場合、針電極１と対向電極２との間での放電が良好になされないことがある。この原因としては、針電極１と対向電極２の間の湿度が高くなると、導電性を有する空気中の水分が針電極１の表面や対向電極２の表面に付着して、放電の発生に必要な電界が形成されにくくなり、結果として良好な放電が得られなくなるためである。

さらに、空気中の水分は導電性を有するため、空気中に存在する水分量が変化することも影響する。空気中の水分量が多くなると、水分が針電極１に付着しやすくなる。針電極１に付着した水分子自体が導電性を有するため、放電現象が生じにくくなる。放電現象が発生しなくなると、針電極１と対向電極２間でのイオンが生成されず、送風が発生しなくなる。一方、湿度が極端に少ない、低湿度環境では、空間での放電現象が起こりやすくなり、わずかな大気の状態の変化により、火花放電といった異常放電が発生してしまう。

このように、従来形態の送風装置では、使用する環境の湿度の影響により、作動状態が不安定になることがあり、このような課題を解決する必要があった。そこで、挿入する抑制抵抗５の発熱を利用して、両電極１、２間の空間を加熱する。

送風装置の運転中、抑制抵抗５に電流が流れると、抑制抵抗５は発熱する。これにより、両電極１、２間の空間が加熱され、針電極１への水分の付着を抑制でき、常に一定の環境を作り出すことができる。その結果、外的要因の１つをなくすことができ、放電現象が停止してしまう状況を回避することが可能となり、運転の停止を防ぐことができる。したがって、抑制抵抗５の発熱を利用することにより、ヒータを追加することなく、送風装置としての動作状態を安定化させることができる。特に、送風装置が湿度の高い環境で使用される場合、針電極１や対向電極２の表面に水分が付着しなくなり、安定した放電状態を実現することができる。しかも、抑制抵抗５の抵抗としての機能により、急激な電圧変動や電流変動による影響を緩和でき、駆動回路４の動作を安定させることができる。

図１１に示すように、抑制抵抗５は筐体３内に設置される。針電極１の近傍の空気の状態、特に湿度が放電状態に影響を与えるため、抑制抵抗５を筐体３内に設置することにより、筐体３内を加熱でき、両電極１、２に水分が付着しにくい環境を作ることができ、水分による放電への影響を阻止できる。さらに言えば、抑制電極を針電極１の近傍に設置することが好ましい。これにより、両電極１、２間の空間を暖めるだけでなく、直接針電極１を加熱することができ、発熱の効果の高めることができ、水分の付着を確実に防止できる。

なお、針電極１が複数ある場合、図１２に示すように、各針電極１に対して抑制抵抗５をそれぞれ接続する。各抑制抵抗５は筐体３内に設置される、あるいは針電極１の近傍に設置される。これによって、複数の針電極１を個別に加熱することができ、複数の針電極１に対して水分の付着を防げる。

複数の抑制抵抗５を設置する場合、抑制抵抗５を筐体３の外面に装着してもよい。複数の抑制抵抗５によって、筐体３全体を加熱することができる。筐体３内の温度が上がり、両電極１、２間の空間の湿度が下がる。したがって、針電極１への水分の付着を防止できる。

ここで、発熱機能を有する抵抗としては、公知の材料を用いることが可能である。例えば、ニクロム（ニッケルとクロムの組み合わせ）線、ガラス系材料、セラミック系材料、鉄＋マンガン＋ニッケル、銅＋ニッケルである。

次に、本実施形態の送風装置において、風速を測定した。抑制抵抗５として、直径０．３ｍｍのニクロム線を用い、図１１、１２に示すように、抑制抵抗５を設置している。風速の測定方法は、第１実施形態と同様の風速測定装置を用いる。

いずれの送風装置においても、従来形態の送風装置と同様にイオン風による送風を確認することができた。さらに、コロナ放電による良好な送風特性を実現している。１時間連続運転を試みたが、火花放電といった異常放電は全く生じることなく、安定した送風特性を得ることができた。また、本実施形態の送風装置を湿度が９５％の高湿度環境の浴室に設置して運転を行った。このような高湿度環境においても、火花放電といった異常放電を発生することなく、安定したコロナ放電での運転を確認することができた。

第４実施形態の送風装置を説明する。本送風装置では、図１３に示すように、針電極１が抑制抵抗５を兼用して、針電極１が発熱機能を有する。すなわち、針電極１と抑制抵抗５が一体化される。ただし、電気回路としては、抑制抵抗５は針電極１に直列に接続される。その他の構成は第１実施形態のものと同じである。なお、針電極１が複数ある場合、図１４に示すように、各針電極１に対して抑制抵抗５が設けられる。

針電極１では、放電現象に対する耐性の大きな材料、例えばタングステン、パラジウム、ステンレス等が電極用材料として用いられる。これらの材料自体の物性としては導電性に優れている。そのため、単独で用いた場合には発熱する度合いは小さい。そこで、電極用材料に発熱性の抵抗材料を組み合わせることにより、発熱機能を有する針電極１を実現できる。

電極用材料と抵抗材料とを組み合わせて一体化する方法として、２種の材料を合金化する方法、電極用材料と抵抗材料とを半田、溶接、圧接等により接合する方法、電極用材料に抵抗材料をねじ止め、圧入等の機械的に接続する方法があげられる。

このように一体構造とすることにより、抵抗としての機能と発熱機能とを同時に発揮させることができる。すなわち、抑制抵抗５の挿入による駆動回路４の動作の安定化が得られる。さらに、抑制抵抗５で発生した熱はすぐに針電極１に伝達され、針電極１の温度がすばやく上昇する。効率よく針電極１を加熱することができ、針電極１への水分の付着を確実に防止できる。

したがって、送風装置を湿度の高い環境で用いたとしても、針電極１表面への水分の付着を防止でき、火花放電といった異常放電を抑制して、安定した送風特性を実現することができる。また、抑制抵抗５の一体化により、筐体３内における抑制抵抗５の設置スペースを減らすことができ、筐体３の小型化に寄与する。これにより、光学製品等の小型の精密製品に使用可能な送風装置を実現できる。特に、針電極１が複数ある場合、複数の抑制抵抗５を設けるときに省スペース化の効果が大となる。しかも、電気回路において抑制抵抗５を接続する必要がなくなり、接続不良といった不具合が起こることがなく、電気的接続の信頼性が向上する。

次に、本実施形態の送風装置において、風速を測定した。風速の測定方法は、第１実施形態と同様の風速測定装置を用いる。ここで、針電極１は、図１５に示すように、電極用材料にタングステンを用い、第１実施形態と同様の形状に加工した。ただし、針電極１の長さは１０ｍｍである。抵抗材料として、直径０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍのニクロム線を用いた。両者の接合は、半田付けにより行った。そして、接合部周辺にエポキシ系接着剤（アラルダイド）を塗布して、強度確保を行った。

本実施形態の送風装置でも、同様にイオン風による送風を確認することができた。さらに、湿度に対する針電極１加熱の影響を調べた。図１６に、図１に示す従来形態の送風装置と本実施形態の送風装置について、通常の大気湿度３０％の環境で駆動した場合および針電極１を意図的に水で濡らして水分を付着させた場合に、得られるイオン風の風速を示す。

通常の３０％湿度の環境においては、両者には風速に違いは見られない。針電極１を水で濡らすと、従来形態の送風装置では、水分の付着により安定した放電現象が発生せず、イオン風が発生しない。本実施形態の送風装置では、駆動回路４が作動して１０秒後には、安定したイオン風を確認することができた。駆動回路４の作動により、抑制抵抗５に通電されて発熱し、針電極１に付着した水分が速やかに除去される。その結果、安定した放電が起こり、イオン風が得られることを確認できた。一方、従来形態の送風装置では、針電極１に付着した水分を除去できず、放電が発生しなかった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

従来の送風装置を示す図 従来の複数の針電極を有する送風装置を示す図 本発明の第１実施形態の送風装置を示す図 第１実施形態の複数の針電極を有する送風装置を示す図 他の形態の複数の針電極を有する送風装置を示す図 他の形態の複数の針電極を有する送風装置を示す図 針電極を示す図 対向電極を示す図 針電極と対向電極の配置を示す図 送風装置の風速特性を示す図 第３実施形態の送風装置を示す図 第３実施形態の複数の針電極を有する送風装置を示す図 第４実施形態の送風装置を示す図 第４実施形態の複数の針電極を有する送風装置を示す図 第４実施形態の針電極を示す図 送風装置の風速特性を示す図

符号の説明

１ 針電極
２ 対向電極
３ 筐体
４ 駆動回路
５ 抑制抵抗

Claims (9)

1. 針電極と、針電極に対向して配置された対向電極と、両電極を保持する筐体と、両電極間に高電圧を印加する駆動回路とを備え、両電極間での放電により発生したイオン風を利用した送風装置であって、駆動回路と針電極との間に、異常放電による過電流を抑制するための抵抗が直列的に挿入されたことを特徴とする送風装置。
2. 抵抗の発熱を利用して、針電極と対向電極とを加熱することを特徴とする請求項１記載の送風装置。
3. 筐体内に抵抗が配置されたことを特徴とする請求項２記載の送風装置。
4. 針電極の近傍に抵抗が設置されたことを特徴とする請求項３記載の送風装置。
5. 針電極が抵抗を兼用したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置。
6. 針電極は、導電性の電極用材料と発熱性の抵抗材料とを一体化して形成されたことを特徴とする請求項５記載の送風装置。
7. 抵抗がヒューズとして機能することを特徴とする請求項１記載の送風装置。
8. 抵抗の抵抗値は、針電極と対向電極間で放電が発生しているときの両電極間の抵抗値より小さく、異常放電が発生したときの両電極間の抵抗値より大とされたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の送風装置。
9. 複数の針電極が並列に配置され、針電極の個数以下の抵抗が挿入されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の送風装置。

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