JP2008287964A - イオン放電電極及びその製造方法及びそれを用いたイオン発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧印加式のイオン発生器に使用するイオン放電電極において、電極の強度を確保し、効率的にイオンを発生させ、かつイオン発生量を長期的に安定させるイオン放電電極とその製造方法についてである。
【解決手段】 金属平板基材の片面にイオン放電電極の先端領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記先端領域をエッチングして肉薄化する第１の形状加工工程と、前記第１の形状加工工程の後に、前記イオン放電電極の外形部分の周辺領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記イオン放電電極の外形部を形成する第２の形状加工工程とを有することを特徴とするイオン放電電極の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高電圧により放電を発生させてイオンを発生させる電圧印加式のイオン発生器に使用するイオン放電電極及びその製造方法及びそれを用いたイオン発生器に関する発明である。

従来の電圧印加式のイオン発生器に使用するイオン放電電極は、電極先端に電界を集中させて効率的にイオンを発生させるために、先端部は可能な限り鋭利な形状に加工されている。第１の従来例のように、円柱状の金属の先端を円錐状に削った電極（例えば、特許文献１の図１３参照）や、第２の従来例のように、先端部が鋭利になるように薄い金属板を打ち抜いた電極（例えば、特許文献１の図４参照）である。
また、イオン放電電極自体を固定台に取付け全体の機械的強度を大きくしているものもあった。（特許文献２の図３参照）

ここで、イオン放電電極に要求される主な仕様は３点ある。（仕様１）電極全体の強度が確保されていること、（仕様２）効率的にイオンを発生させるために先端が鋭利な形状であること、（仕様３）長期的な使用においてイオン発生量が安定していることである。イオン発生量の安定について、イオン発生量を不安定にする要因としては、電極先端への付着物及び、放電による電極先端の摩耗があげられる。第１の従来例の電極では、（仕様１）電極全体の強度を満足するために、電極強度を確保できる径の円柱状の金属を基材として用い、（仕様２）効率的なイオン発生を満足するために、その先端部のみを円錐状に削って、先端を鋭利な形状に加工し、電極先端に電界が集中しやすくしている。そのため、（仕様３）イオン発生量の安定の問題は、イオン放電電極への付着物の増加によりイオン発生量も低減しているが、他に、イオン放電電極の先端が鋭利で放電によって摩耗し易く、摩耗が進むと先端が鋭利な形状ではなくなるため、急激にイオン発生量が不安定になるという問題やイオン発生量も減少するという問題がある。

また、第２の従来例の電極では、電極強度を確保できる厚さの薄い金属板を基材として用い、その先端部が鋭利になるように打ち抜き、電極先端に電界が集中しやすくしている。そのため本従来例においても、第１の従来例同様に、付着物によるイオン発生量への影響も低減しているが、先端が鋭利で放電によって摩耗し易く、摩耗が進むと、鋭利な部分がなくなるため、急激にイオン発生量が不安定になるという問題や、もしくは、減少するという問題はある。
さらに、薄い金属板でのイオン放電電極自体を機器に取付けて使用する場合の機械的強度に関しても考慮する必要がある。

特開昭６１−１９７０５８号公報 特開平７−１７６２６３号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、電圧印加式のイオン発生器に使用するイオン放電電極において、電極の機械的強度を確保し、効率的にイオンを発生させ、かつイオン発生量を長期的に安定させることである。

上記問題を解決する手段として、第１の従来例である「円柱状の金属の先端を円錐状に削った電極」については、電極強度を確保できる太さの円柱状の金属を基材として用い、その先端部のみを円錐状に削り、先端を鋭利な形状に加工し、電界を先端部に集中させているため、電極の強度を確保し、かつ効率的にイオンを発生させることは可能である。そのため、付着物によるイオン発生量への影響も低減できるのだが、先端が鋭利で放電によって摩耗し易く、長期的に使用していると摩耗が進み、鋭利な部分がなくなると、急激にイオン発生量が不安定になるという問題や、減少するという問題が発生する。

また、イオン放電電極が針電極より平板電極で構成する方が色々な点で有利であるがその場合、第２の従来例のように「先端部が鋭利になるような形状に薄い金属板を打ち抜いた電極」については、電極強度を確保できる厚さの薄い金属板を基材として用い、先端部を鋭利に構成しようとすると、プレス加工の技術では製造面を考慮するとその先端部が徐々に鋭利になる構造になってしまう。そのため、先端が摩耗してくると鋭利でなくなりイオン発生量が不安定になるという問題が発生していた。

上記のような問題を解決し、尚且つ目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、金属平板基材の片面にイオン放電電極の先端領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記先端領域をエッチングして肉薄化する第１の形状加工工程と、前記第１の形状加工工程の後に、前記イオン放電電極の外形部分の周辺領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記イオン放電電極の外形部を形成する第２の形状加工工程とを有することを特徴とするイオン放電電極の製造方法である。

また、請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の製造方法により形成したことを特徴とするイオン放電電極である。これにより先端部はエッチング工程により肉薄に構成している。

また、請求項３記載の発明によれば、請求項２に記載のイオン放電電極において、前記イオン放電電極は導電性を有する薄板状の部材で構成されると共に、前記イオン放電電極の先端部に向かう中間部に段部を有し、前記段部から先端に向かって肉薄に構成している。

また、請求項４記載の発明によれば、請求項２又は３に記載のイオン放電電極と、前記イオン放電電極に高電圧を供給しイオンを発生させる高電圧発生手段とを有することを特徴とするイオン発生器を構成している。

請求項１記載の発明によれば、金属平板基材の片面にイオン放電電極の先端領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記先端領域をエッチングして肉薄化する第１の形状加工工程と、前記第１の形状加工工程の後に、前記イオン放電電極の外形部分の周辺領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記イオン放電電極の外形部を形成する第２の形状加工工程とを有することを特徴とするイオン放電電極の製造方法のため、従来のプレス加工では難しかった電極の中間部から先端部までの肉薄部を均一の厚みで構成することが可能となる。またイオン放電電極の先端部となる領域にエッチングにより残留応力のなく細い形状でも強度を保つことが可能となる。さらに電極強度は基材を厚くすることで確保しつつ、エッチングによる第１の形状加工工程工程によりで先端部を肉薄にして、エッチングによる第２の形状加工工程工程でイオン放電電極の外形部を形成するので、プレス工程を用いないでイオン放電電極を製造できるので、プレスによる機械的磨耗を品質のばらつきを考慮しな４くてよい。よって工数の低減できイオン放電電極の重要な品質問題である電極厚み等の品質を安定管理させることが可能となる。

また、請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の製造方法により形成したことを特徴とするイオン放電電極とするため、イオン放電電極の全体は、肉厚で強固である一方、イオン発生の性能に影響する先端部は肉薄で均一加工できる。また、エッチング法により形成された先端電極は、厚さが均一でバラツキが小さく、エッジ部がシャープなものになるため、放電ムラや電圧のリークが起こりにくく、安定した放電特性を得ることができる。

また、請求項３記載の発明によれば、請求項２に記載のイオン放電電極において、前記イオン放電電極は導電性を有する薄板状の部材で構成されると共に、前記イオン放電電極の先端部に向かう中間部に段部を有し、前記段部から先端に向かって肉薄に構成したことを特徴とするため、電極強度は基材を厚くすることで確保しつつ、先端部を肉薄にして先端部に電界を集中させるため、効率的にイオンを発生させることが可能である。また、長期的な使用においても、先端部に電界が集中しているため、付着物によるイオン発生量への影響は小さい。更に、電極の中間部から先端部まで肉薄なので、電極の摩耗が進んでも、常に先端は肉薄な形状を保つことができるため、イオン発生量を長期的に安定させることが可能となる。

また、請求項４記載の発明によれば、請求項２又は３に記載のイオン放電電極と、前記イオン放電電極に高電圧を供給しイオンを発生させる高電圧発生手段とを有することを特徴とするイオン発生器は、長期的に安定したイオンを発生させることが可能となる。

放電によりイオンを発生させるイオン発生器のイオン放電電極において、前記イオン放電電極は導電性を有する薄板状の部材で構成されると共に、エッチング工程により、前記イオン放電電極の先端部に向かう中間部に段部を有し、前記段部から先端に向かって肉薄に構成したイオン放電電極を最良の形態とする。また、前記イオン放電電極と、前記イオン放電電極に高電圧を供給し、イオンを発生させる高電圧発生手段とを有することを特徴とするイオン発生器を最良の形態とする。

図１は、本発明のイオン放電電極の実施例１を示す。本イオン放電電極は、厚さ０．２ｍｍのステンレスの板をエッチング加工したものであり、先端部は電界が集中し易いように鋭利な形状になっている。先端から２ｍｍの領域については、エッチング加工を追加することにより、厚さが０．１ｍｍと薄くなっている。
つまり、イオン放電電極は、図１(a)に斜視図、図１(b)にその断面図を示すように先端領域Ａは外側領域の肉厚の１／２程度にエッチングで肉薄化された形状加工し、イオン放電電極の根元領域（Ｂ）は、肉厚のままである。

次に、図２にて、このイオン放電電極の製造工程について説明する。
まず、第一工程で、ステンレス板の片面全体をコーティング加工する。次に、そのコーティング面に対して、図２(a)にあるように露光・現像にて先端形成領域（Ａ）を除く領域をレジストパターンで被覆する。この後、このレジストパターンを第一マスクとし、先端形成領域（Ａ）を約１／２の深さまでエッチングし、肉薄領域Ａを形成する。
図２(b)には、上記のステンレス板断面図で、レジストがステンレス板に形成されている状態を示している。先端形成領域（Ａ）にだけレジストがされていない。
次に、第二工程で、図２(c)にあるように、このステンレス板上にイオン放電電極の外形形状に沿った溝をその周辺部に形成した第二マスクを形成する。そして、この溝部がエッチングされてイオン放電電極形状をこのステンレス板より抜き取られる。このようにして、イオン放電電極を製造する。

図３はイオン放電電極の従来技術を示す。図３(a)の従来例１では、イオン放電電極は、φ１ｍｍの円柱状のステンレスを基材に使用し、その先端部を削って、先端角度が約２０°の円錐状に尖らせたものである。このようにするには切削加工に頼る必要があり、使用による先端電極の磨耗によりイオン放電の減少は発生する。図３(b)の従来例２では、平板のイオン放電電極で、厚さ０．２ｍｍのステンレス板を打ち抜き加工したものであり、プレス加工のために先端部は電界が集中し易いように鋭利な形状になっている。

次に本発明の性能について、前記の実施例１、従来例１及び従来例２のイオン放電電極２ａを、それぞれ４本ステンレス板に取り付けたものを一つのイオン発生用電極２とし、イオン発生器の一種である除電器にそれぞれ取り付けて、各々の除電性能を測定する。

図４に、今回使用する除電器６の概略図を示す。本除電器６は、高電圧発生器１収納部６ａ、イオン発生用風路６ｂとイオン吹出口６ｃから成り、高電圧発生器１から高電圧出力線５ａを介してイオン発生用電極２に交流の高電圧を印加し、高電圧発生器１のＧＮＤ電位に接続されたＧＮＤ出力線５ｂに接続された低電位電極９とイオン発生用電極２との間にコロナ放電を発生させて、イオン発生用電極２から正イオン及び負イオンを発生させる。発生した正イオン及び負イオンは、ファン７からの送風を利用してイオン吹出口６ｃから除電器６外部へ送出され、対象物の静電気を低減する。

なお、本発明に使用する高電圧発生器１は、＋入力リード線３と−入力リード線４間に印加された入力電圧を、高電圧発生器１内の圧電トランスで昇圧し、高電圧出力線５ａから交流の高電圧を発生させるものである。
また、高電圧発生器１は出力電圧調整手段を有しており、５ｋＶｐ−ｐ〜１２ｋＶｐ−ｐの範囲でイオン発生用電極２への印加電圧を可変することができ、それに応じてイオン放電電極２からの正負イオン発生量も変化する。今回は印加電圧を６．６ｋＶｐ−ｐに設定している。ここで、出力電圧測定には、岩通社製の高圧プローブＨＶ−Ｐ３０を使用した。

次に、本除電器に使用しているファン７は、大きさは２５ｍｍ角で、風量は０．０４ｍ^３／分程度の小型のファンである。
また、イオン発生用風路６ｂのエアー吸込口には、２５ｍｍ角の埃除去用フィルター８が設置されており、本フィルター８のメッシュサイズは１．５ｍｍ角であり、このメッシュを通過できない大きさの埃は６ｂへ進入しない。

イオン発生用電極２のイオン放電電極２ａに、未使用の前記実施例１、従来例１及び従来例２のイオン放電電極（以後、未使用品）を取り付けて、除電器６を１００時間連続動作させた後、正電荷及び負電荷の除電時間を測定する。
その後、電極摩耗時の除電性能を確認するために、イオン発生用電極２のイオン放電電極２ａに、先端を１ｍｍ削った前記実施例１、従来例１及び従来例２のイオン放電電極（以後、削り品）を取り付けて、同様に、除電器６を１００時間連続動作させた後、正電荷及び負電荷の除電時間を測定する。

図５に、未使用のイオン放電電極２ａを使用した場合の除電時間と、先端を１ｍｍ削ったイオン放電電極２ａを使用した場合の除電時間の測定結果を示す。本測定で除電時間を測定するための帯電プレートモニタには、ヒューグルエレクトロニクス社製のＭＯＤＥＬ７００Ａを使用し、正電荷除電時間（＋１，０００Ｖを＋１００Ｖまで減少させる時間）、負電荷除去時間（−１，０００Ｖを−１００Ｖまで減少させる時間）をそれぞれ測定した。ここで、イオン吹出口６ｃから吹出されたイオンが帯電プレートの中央に当たり、イオン吹出口６ｃと帯電プレートモニタとの距離は１０ｃｍになるように設置した。

図５から分かるように、本実施例１のイオン放電電極について、未使用のイオン放電電極（図５の未使用品）を使用した場合と先端を１ｍｍ削ったイオン放電電極（図５の１ｍｍ削り品）を使用した場合の正電荷及び、負電荷の除電時間の差は、それぞれ１．８秒、２．４秒と小さい。それに対して、従来例１のイオン放電電極の場合、それぞれ２１．１秒、２５．８秒、従来例２のイオン放電電極の場合、それぞれ１５．８秒、１７．３秒と、本実施例１と比較すると差が大きいことが分かる。

したがって、本実施例１のイオン放電電極を使用すると、従来例１及び従来例２のイオン放電電極を使用した場合と比較して、電極が摩耗した場合の未使用時からの除電時間の変化量が小さいことになる。つまり、電極が消耗しても、イオン放電電極先端へ集中していることを意味する。

本発明のイオン放電電極をエッチング工程だけで構成できるので、製造工程が簡素化ができるし、これをイオン発生器に使用することで、平板形状の先端部を薄く形成しているので、長時間使用して先端部が摩耗してもイオン発生器の性能を長期的に安定させることが可能となる。そのため、イオン放電電極交換及びイオン放電電極清掃等のメンテナンス作業の頻度を低減させることも可能となる。

本発明のイオン放電電極の斜視図、断面図である。 本発明のイオン放電電極の製造工程図である。 従来例１、従来例２のイオン放電電極の概略図である。 除電器６の概略図である。 除電時間の測定結果である。

符号の説明

１…高電圧発生器、２…イオン発生用電極、イオン放電電極…２ａ、
３…＋入力リード線、４…−入力リード線、
５ａ…高電圧出力線、５ｂ…ＧＮＤ出力線、６…除電器、
６ａ…高電圧発生器１収納部、６ｂ…イオン発生用風路、６ｃ…イオン吹出口、
７…ファン、８…埃除去用フィルター、９…低電位電極

Claims (4)

1. 金属平板基材の片面にイオン放電電極の先端領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記先端領域をエッチングして肉薄化する第１の形状加工工程と、前記第１の形状加工工程の後に、前記イオン放電電極の外形部分の周辺領域に該当する部分を残してレジストパターンを形成させたのちエッチング工程により前記イオン放電電極の外形部を形成する第２の形状加工工程とを有することを特徴とするイオン放電電極の製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法により形成したことを特徴とするイオン放電電極。
3. 請求項２に記載のイオン放電電極において、前記イオン放電電極は導電性を有する薄板状の部材で構成されると共に、前記イオン放電電極の先端部に向かう中間部に段部を有し、前記段部から先端に向かって肉薄に構成したことを特徴とするイオン放電電極。
4. 請求項２又は３に記載のイオン放電電極と、前記イオン放電電極に高電圧を供給しイオンを発生させる高電圧発生手段とを有することを特徴とするイオン発生器。