JP2013073865A - マイナスイオン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイナスイオンと併せてオゾンを発生させることができるマイナスイオン発生装置を提供する。
【解決手段】
マイナスイオン発生装置１は、丸棒状の形状を有する胴体部２ａと、胴体部の一方の端部に先鋭状の先端部２ｃを有する円錐部２ｂとを具備する放電電極２と、リング電極３と、遮蔽カバー４と、直流高電圧発生回路５と、可変抵抗器６と、電源７と、を備える。リング電極３は、放電電極２と平行に同心円状に配設される。直流高電圧発生回路５は電源７と接続され、電源７の出力を直流高電圧に変換する。直流高電圧発生回路５の陽極はリング電極３と、陰極は放電電極２と接続され、陰極に高電位を与え、陽極はゼロ電位となるように直流高電圧を出力する。放電電極２に高電位が与えられると、先端部２ｃからは電子放射により電子が放出され、マイナスイオンを発生させる。一方、胴体部２ａは、リング電極３との間でコロナ放電を生じ、オゾンを発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイナスイオンを発生させるマイナスイオン発生装置に関し、特にマイナスイオンと併せてオゾンを発生させるマイナスイオン発生装置に関する。

近年、副交感神経を刺激し、癒し効果を与え、疲労感を取り除く効果があるとしてマイナスイオンが着目されている。一方、室内のたばこ又は老廃物等の臭いに対する脱臭効果や、空気中の細菌又はウィルスに対する殺菌効果があるとしてオゾンが着目されている。特許文献１には、これらマイナスイオン及びオゾンの双方を発生させるマイナスイオン及びオゾン発生装置が開示されている。この発明は、先端が針状のマイナス電極と、それに平行して同心円状に設置された円筒型のグランド電極と、を備え、前記マイナス電極と前記グランド電極とを相対的に移動可能なように構成されている。これによれば、前記マイナス電極の先端部と前記グランド電極の端面との距離を調整することで、マイナスイオン又はオゾンを選択的に発生させることができる。

特開２００３−３４２００５号公報

しかしながら、上記の従来のマイナスイオン及びオゾン発生装置では、一つの装置でマイナスイオン又はオゾンを発生させることができるが、どちらか一方のみを選択的に発生させるために、マイナスイオン及びオゾンを同時に発生させることができないという問題がある。このため、マイナスイオンによるリラクゼーション効果とオゾンによる消臭、殺菌効果を同時に得ることはできなかった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決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にある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様のマイナスイオン発生装置は、胴体部、及び電位が与えられることにより電子を放出する先端部を有し、負の電位が与えられる放電電極と、前記胴体部との間に生じる電位差によって、当該胴体部との間で放電を生じさせる対電極と、前記先端部と前記対電極との間に設けられ、当該先端部からの放電を遮断する遮蔽部材と、を備え、前記先端部から放出される電子により、マイナスイオンを発生させ、前記胴体部と前記対電極との間で生じる放電により、オゾンを発生させる。

この態様において、前記胴体部と前記対電極との間に生じる放電の出力を調整する放電出力調整部を、さらに備えていることが好ましい。

この態様において、前記放電出力調整部は、可変抵抗器を有し、前記可変抵抗器の抵抗値を変化させることにより、前記胴体部と前記対電極との間で生じる放電の出力を調整するように構成されていてもよい。

この態様において、前記先端部の先端直径は、０．０８ｍｍ以下０．０００１ｍｍ以上であることが好ましい。

この態様において、前記放電電極の材質は、ステンレス、タングステン、又はこれらの合金であることが好ましい。

この態様において、前記遮蔽部材の材質は、セラミックス又は木材であることが好ましい。

この態様において、絶対値が９０００Ｖ以上３０００００Ｖ以下の負の電位を、前記放電電極に与えるよう構成されていることが好ましい。

この態様において、絶対値が５０００Ｖ以上５０００００Ｖ以下の負の電位差を、前記放電電極と前記対電極との間に印加するように構成されていることが好ましい。

本発明に係るマイナスイオン発生装置によれば、マイナスイオンと併せてオゾンを発生させることが可能となる。

マイナスイオン発生装置の構成を示す模式図。 可変抵抗器の抵抗値の変化に伴うマイナスイオン及びオゾンの発生量の変化を示すグラフ。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係るマイナスイオン発生装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、マイナスイオン発生装置１は、放電電極２と、リング電極３と、遮蔽カバー４と、直流高電圧発生回路５と、可変抵抗器６と、電源７と、を備える。放電電極２は、硬質ステンレス製の電極であり、丸棒状の形状を有する胴体部２ａと、胴体部の一方の端部に鋭角に尖った円錐状の円錐部２ｂと、を具備する。円錐部２ｂは、先鋭状の先端部２ｃを有する。リング電極３は、リング状の形状を有しており、胴体部２ａの近傍に、胴体部２ａと同心円状になるよう配設される。

遮蔽カバー４は、陶器製であって、中空な円筒状の形状を有している。遮蔽カバー４は、円錐部２ｂ全体を覆うように放電電極２に取り付けられる。ここで、遮蔽カバー４は、先端部２ｃ方向のみが開口される。これにより、遮蔽カバー４は、先端部２ｃとリング電極３との間を遮断し、先端部２ｃとリング電極３との間における放電の発生を防ぐことができる。

直流高電圧発生回路５は電源７と接続され、電源７からの出力を−９０００Ｖの直流高電圧に変換するように構成されている。また、直流高電圧発生回路５の陽極は可変抵抗器６を介してリング電極３と接続され、陰極は放電電極２の胴体部２ａと接続される。ここで、直流高電圧発生回路５の陽極はゼロ電位であり、陰極には−９０００Ｖの電位が出力される。

可変抵抗器６は制御装置（図示せず）と接続されており、マイナスイオン発生装置１を使用する使用者が当該制御装置を操作することにより、可変抵抗器６の抵抗値を任意に変更することができるよう構成されている。

次にマイナスイオン発生装置１の動作を説明する。
まず、使用者は、直流高電圧発生回路５を電源７と接続する。直流高電圧発生回路５は電源７と接続されることで、電源７から出力される電力を変換し、−９０００Ｖの直流高電圧を発生させる。直流高電圧発生回路５が直流高電圧を発生させることにより、直流高電圧発生回路５の陰極に接続された放電電極２には−９０００Ｖの電位が与えられる。放電電極２に−９０００Ｖの電位が与えられることにより、先端部２ｃには電子が集まる。先端部２ｃに集まった電子は、電子放射により先端部２ｃから大気中に放出される。大気中に放出された電子は、大気中に含まれる酸素又は水分子等と結合し、マイナスイオンを生成する。

一方、放電電極２に−９０００Ｖの電位が与えられると、リング電極３はゼロ電位であるため、放電電極２とリング電極３との間で−９０００Ｖの電位差が生じる。この電位差により、胴体部２ａとリング電極３との間で絶縁破壊が生じ、コロナ放電が発生する。このコロナ放電により、大気中の酸素が電離され、オゾンが生成される。なお、先端部２ｃとリング電極３との間は、遮蔽カバー４により遮断されているため、先端部２ｃとリング電極３との間では放電は生じない。

ここで、針状端部の先端直径が細いほど、電子放射による大気中への電子の放出量は増加する。本実施の形態では、先端部２ｃの直径が０．０８ｍｍを超えると、電子の放出量が減少し、マイナスイオンが十分に発生しない。このため、先端部２ｃの直径は、０．０８ｍｍ以下であることが好ましい。一方で、先端部２ｃの直径が０．０００１ｍｍより細くなると、先端部２ｃにおける電子密度が上昇し、先端部２ｃが超高温となってしまい、先端部２ｃが変形又は破損してしまう。よって、先端部２ｃの直径は０．０００１ｍｍ以上であることが好ましい。

また、放電電極２に与える電位が高いほど、電子放射による大気中への電子の放出量は増加する。本実施の形態では、−９０００Ｖの電位を与えているが、これは、−９０００Ｖよりも小さな電位では十分に電子が放出されないためである。このため、放電電極２に与える電位は、絶対値が９０００Ｖ以上の負電位であることが好ましい。一方で、放電電極２に与える電位を−３０００００Ｖよりも大きな電位とすると、放電電極２が高温となり、放電電極２が変形又は破損してしまう。このため、放電電極２に与える電位は、絶対値が３０００００Ｖ以下の負電位であることが好ましい。

また、放電電極２とリング電極３との間に生じる電位差が大きいほど、コロナ放電の出力は高くなる。本実施の形態において、放電電極２とリング電極３との間に生じる電位差が−５０００Ｖよりも小さくなると、十分な出力のコロナ放電が生じない。このため、放電電極２とリング電極３との間に印加する電位差は、絶対値が５０００Ｖ以上の負の電位差であることが好ましい。一方で、電位差が−５０００００Ｖよりも大きくなると、胴体部２ａはリング電極３以外の近傍にある導電体との間でも放電を生じてしまう。このため、放電電極２とリング電極３との間に印加する電位差は、絶対値が５０００００Ｖ以下の負の電位差であることが好ましい。

以上のようにして、マイナスイオン発生装置１は、先端部２ｃからは、電子放射により電子を放出することでマイナスイオンを、胴体部２ａとリング電極３との間からは、胴体部２ａとリング電極３との間でコロナ放電を発生させることによりオゾンを、それぞれ発生させることができる。ここで、マイナスイオン発生装置１は、可変抵抗器６の抵抗値を変化させることにより、胴体部２ａとリング電極３との間で生じる電位差を変化させ、マイナスイオン及びオゾンの発生量を変化させることができる。具体例を以下に説明する。

図２は、可変抵抗器６の抵抗値の変化に伴う、マイナスイオン及びオゾンの発生量の変化を示すグラフである。図２に示すグラフにおいて、横軸は可変抵抗器６の抵抗値、縦軸はマイナスイオン又はオゾンの発生量を示している。ここで、横軸の可変抵抗器６の抵抗値は、左に行くほど抵抗値は高く、右に行くほど抵抗値は低くなっている。また、縦軸のマイナスイオン又はオゾンの発生量は、下に行くほど発生量は少なく、上に行くほど発生量は多くなっている。図２からわかるように、可変抵抗器６の抵抗値を上げた場合、オゾンの発生量は減少し、マイナスイオンの発生量は増加する。これは、可変抵抗器６の抵抗値が上がると、胴体部２ａとリング電極３との間で生じるコロナ放電の出力が低下し、電子放射によって先端部２ｃから大気中へ放出される電子の量が増加するためである。一方、可変抵抗器６の抵抗値を下げた場合、オゾンの発生量は増加し、マイナスイオンの発生量は減少する。これは、可変抵抗器６の抵抗値が下がると、胴体部２ａとリング電極３との間で生じるコロナ放電の出力が上昇し、電子放射によって先端部２ｃから大気中へ放出される電子の量が減少するためである。

以上のように、マイナスイオン発生装置１は、可変抵抗器６の抵抗値を変化させることで、マイナスイオン及びオゾンの発生量を相関的に変化させることができる。ここで、可変抵抗器６の抵抗値を上げていくと、徐々にコロナ放電の出力が低下するが、可変抵抗器６の抵抗値が一定の値を超えると、胴体部２ａとリング電極３との間でコロナ放電が生じなくなる（図２におけるＡの点）。このため、マイナスイオン発生装置１は、マイナスイオンのみを発生させることもできる。

（その他の実施の形態）
なお、本実施の形態では、放電電極２は硬質ステンレス製であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性を有し、高電位に耐えられる材料であれば、どのような材料を用いてもよい。ただし、放電電極に高電位を印加した際、放電電極は電子が集まることにより高温となるため、耐熱性が高く、経年変化を生じにくい、ステンレス、タングステン、或いはこれらの合金を用いることが望ましい。

また、本実施の形態では、電子を放出するために、放電電極２に先鋭状の先端部２ｃを有する円錐部２ｂを具備するよう構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、放電電極に高電位を与えたときに、電子が放出されるのであれば、先端部を胴体部に直接接続するように構成されていてもよい。さらに、本実施の形態では、先端部２ｃは先鋭状の形状をしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、放電電極に高電位を与えたときに、十分な電子が放出されるのであれば、先端部は、細線状等のような他の形状であってもよい。

また、本実施の形態では、リング電極３は、放電電極２の胴体部２ａと平行して、胴体部２ａと同心円状に配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、胴体部とリング電極との間で放電が生じるよう、胴体部とリング電極とが離間配設されているのであれば、リング電極はどのように配設されていてもよい。

また、本実施の形態では、胴体部２ａは丸棒状の形状をしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、リング電極との間で放電を生じさせることができるのであれば、胴体部の形状は、断面が三角形、矩形等の角棒のような形状であってもよい。

また、本実施の形態では、放電電極２の胴体部２ａからコロナ放電を生じさせるための対電極として、リング形状のリング電極３を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、放電電極の胴体部からコロナ放電を生じさせることができるのであれば、胴体部と対となる対電極の形状は三角形、矩形等の多角形、又は線状等であってもよい。

また、本実施の形態では、放電電極２の胴体部２ａとリング電極３との間でコロナ放電が生じることにより、オゾンを発生させるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、空気中の酸素を電離し、オゾンを発生させることができるのであれば、胴体部とリング電極との間で無声放電、大気圧グロー放電、アーク放電、又はストリーマ放電等の他の放電が生じるよう構成されていてもよい。

また、本実施の形態では、可変抵抗器６の抵抗値を変化させることにより、胴体部２ａとリング電極３との間で生じるコロナ放電の出力を変化させ、マイナスイオン及びオゾンの発生量を相関的に変化させるように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、胴体部とリング電極との間で生じるコロナ放電の出力を変化させることができるのであれば、陽極に印加する電位を変化させる等の方法により、胴体部とリング電極との間に生じる電位差を変化させるような構成であってもよい。

また、本実施の形態では、遮蔽カバー４は円錐部２ｂの先端部２ｃ方向のみを開口し、円錐部２ｂを覆うことにより、先端部２ｃとリング電極３との間で放電を防ぐよう構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、先端部２ｃとリング電極３との間での放電を防ぎ、先端部２ｃからのマイナスイオンの発生を妨げないよう構成されているのであれば、遮蔽カバーはどのような形状であってもよい。ここで、遮蔽カバーが導電体の材料で構成される場合、当該遮蔽カバーと針状端部との間で放電等が生じてしまい、電子放射による電子の放出が生ないため、マイナスイオンが発生しない。また、遮蔽カバーが誘電体であったとしても、プラスチック等のような帯電しやすい材料で構成される場合、放出された電子又は発生したマイナスイオンが、帯電した静電気に吸引され、消失してしまう。これらの理由から、遮蔽カバーには、不導体であり、且つ帯電しにくい陶磁器等のセラミックス又は木材等の材料を用いることが望ましい。

また、本実施の形態では、遮蔽カバー４は円錐部２ｂを覆うように放電電極２に取り付けられるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、先端部とリング電極との間での放電を防ぎ、先端部からのマイナスイオンの発生を妨げないのであれば、先端部のみを覆うように構成されていてもよい。

本発明のマイナスイオン発生装置は、マイナスイオンと併せてオゾンを発生させるマイナスイオン発生装置として有用である。

１ マイナスイオン発生装置
２ 放電電極
２ａ 胴体部
２ｂ 円錐部
２ｃ 先端部
３ リング電極
４ 遮蔽カバー
５ 直流高電圧発生回路
６ 可変抵抗器
７ 電源

Claims (8)

1. 胴体部、及び電位が与えられることにより電子を放出する先端部を有し、負の電位が与えられる放電電極と、
   前記胴体部との間に生じる電位差によって、当該胴体部との間で放電を生じさせる対電極と、
   前記先端部と前記対電極との間に設けられ、当該先端部からの放電を遮断する遮蔽部材と、
   を備え、
   前記先端部から放出される電子により、マイナスイオンを発生させ、
   前記胴体部と前記対電極との間で生じる放電により、オゾンを発生させる、
   マイナスイオン発生装置。
2. 前記胴体部と前記対電極との間に生じる放電の出力を調整する放電出力調整部を、さらに備える、
   請求項１に記載のマイナスイオン発生装置。
3. 前記放電出力調整部は、可変抵抗器を有し、
   前記可変抵抗器の抵抗値を変化させることにより、前記胴体部と前記対電極との間で生じる放電の出力を調整するように構成されている、
   請求項２に記載のマイナスイオン発生装置。
4. 前記先端部の先端直径は、０．０８ｍｍ以下０．０００１ｍｍ以上である、
   請求項１乃至３の何れかに記載のマイナスイオン発生装置。
5. 前記放電電極の材質は、ステンレス、タングステン、又はこれらの合金である、
   請求項１乃至４の何れかに記載のマイナスイオン発生装置。
6. 前記遮蔽部材の材質は、セラミックス又は木材である、
   請求項１乃至５の何れかに記載のマイナスイオン発生装置。
7. 絶対値が９０００Ｖ以上３０００００Ｖ以下の負の電位を、前記放電電極に与えるよう構成されている、
   請求項１乃至６の何れかに記載のマイナスイオン発生装置。
8. 絶対値が５０００Ｖ以上５０００００Ｖ以下の負の電位差を、前記放電電極と前記対電極との間に印加するように構成されている、
   請求項７に記載のマイナスイオン発生装置。
   

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