JP2022042563A - イオン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用に伴うイオンの発生効率の低下を抑制することができるイオン発生装置提供する。【解決手段】イオン発生装置は、放電により正イオンを発生させる第１電極部と、放電により負イオンを発生させる第２電極部と、を備え、第１電極部は、線状の複数の第１導電体を含む第１電極束を有し、第２電極部は、線状の複数の第２導電体を含む第２電極束を有し、複数の第１導電体の曲げに関する強度が、複数の第２導電体の曲げに関する強度よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、イオン発生装置に関する。

従来、イオンを発生する装置において、放電電極にブラシ状の電極を用いることが開示されている。特許文献１には、放電電極として、カーボン繊維の束を用いることが記載されている。

特開２００３－２２９２３２号公報

放電によって正負のイオンを発生させるイオン発生装置において、使用に伴うイオンの発生効率の低下を抑制したいという要望がある。

本開示の主な目的は、使用に伴うイオンの発生効率の低下を抑制することができるイオン発生装置を提供することにある。

本開示の一態様に係るイオン発生装置は、放電により正イオンを発生させる第１電極部と、放電により負イオンを発生させる第２電極部と、を備え、第１電極部は、線状の複数の第１導電体を含む第１電極束を有し、第２電極部は、線状の複数の第２導電体を含む第２電極束を有し、複数の第１導電体の曲げに関する強度が、複数の第２導電体の曲げに関する強度よりも大きい。

図１は、実施形態１に係るイオン発生装置の概略構成を示す模式的斜視図である。 図２Ａは、実施形態１に係るイオン発生装置の概略構成を示す模式的平面図である。 図２Ｂは、実施形態１に係るイオン発生装置の概略構成を示す模式的側面図である。 図２Ｃは、実施形態１に係るイオン発生装置の概略構成を示す模式的正面図である。 図３は、実施形態２における第１電極束の模式的斜視図である。 図４は、実施形態２における第２電極束の模式的斜視図である。 図５Ａは、実施形態３における第１電極束の一例を示す模式的斜視図である。 図５Ｂは、実施形態３における第１電極束の一例を示す模式的平面図である。 図６Ａは、実施形態３における第２電極束の一例を示す模式的斜視図である。 図６Ｂは、実施形態３における第２電極束の一例を示す模式的平面図である。 図７は、実施形態３における第１電極束の他の例を示す模式的斜視図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るイオン発生装置１の概略構成を示す模式的斜視図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、それぞれ、イオン発生装置１の概略構成を示す模式的平面図、模式的側面図、及び模式的正面図である。

本実施形態におけるイオン発生装置１は、空気中にて放電を行うことにより、イオンを発生させる。図１及び図２Ａ～図２Ｃに示すように、本実施形態のイオン発生装置１は、筐体１０と、放電制御回路基板１４と、昇圧トランス１５と、高圧回路基板１６と、誘電電極１８と、絶縁性封止材１７と、第１電極部２と、第２電極部３と、を備える。

筐体１０は、放電制御回路基板１４と、昇圧トランス１５と、高圧回路基板１６と、絶縁性封止材１７とを収容する。筐体１０は、直方体形状を有する。筐体１０は、底壁１１と、底壁１１の４つの端辺のそれぞれから垂直方向に延びる側壁１２と、開口部１３とを有する。開口部１３は、側壁１２の延びる方向において底壁１１と対向している。

筐体１０内には、底壁１１から開口部１３に向かって、昇圧トランス１５、放電制御回路基板１４、高圧回路基板１６の順でこれらが収容されている。筐体１０の内部には、絶縁性封止材１７が充填されている。これにより、昇圧トランス１５、放電制御回路基板１４、高圧回路基板１６のそれぞれが電気的に絶縁されている。また、開口部１３は、絶縁性封止材１７により封止されている。このため、放電制御回路基板１４、昇圧トランス１５及び高圧回路基板１６に埃などが付着することを抑制することができる。よって、筐体１０に蓋体を設ける必要が必ずしもない。絶縁性封止材１７としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の絶縁性材料が挙げられる。

放電制御回路基板１４は、細長形状かつ矩形状の回路基板である。放電制御回路基板１４は、放電制御回路（図示せず）を構成している。放電制御回路は、外部電源からの直流電圧を所定の交流電圧に変換し、変換した交流電圧を昇圧トランス１５に印加することにより、昇圧トランス１５を駆動する回路である。

昇圧トランス１５は、放電制御回路により印可される交流電圧を昇圧するトランスである。

高圧回路基板１６は、細長形状かつ矩形状の回路基板である。高圧回路基板１６には誘電電極１８、第１電極部２、及び第２電極部３が電気的に接続されている。

誘電電極１８は、第１電極部２及び第２電極部３のそれぞれとの間に電界を形成するための電極である。

第１電極部２は、昇圧トランス１５の二次巻線の一端に第１ダイオード１６０を介して電気的に接続されている。第１ダイオード１６０は、アノード（図示せず）が二次巻線の一端に電気的に接続され、カソード（図示せず）が第１電極部２に電気的に接続されている。これにより、二次巻線に一端が正極となる電圧が発生した場合、第１電極部２は、放電により正イオンを発生させる。

第２電極部３は、昇圧トランス１５の二次巻線の一端に第２ダイオード１６１を介して電気的に接続されている。第２ダイオード１６１は、アノードが第２電極部３に電気的に接続され、カソードが二次巻線の一端に電気的に接続されている。これにより、二次巻線に一端が負極となる電圧が発生した場合、第２電極部３は、放電により負イオンを発生させる。

誘電電極１８は、昇圧トランス１５の二次巻線の他端と電気的に接続されている。誘電電極は、第１電極部２及び第２電極部３のそれぞれを囲むように構成されている。したがって、第１電極部２及び第２電極部３のそれぞれと、誘電電極１８との間において、昇圧トランス１５の二次巻線に生じた電圧の極性に応じた電界が発生する。これにより、第１電極部２及び第２電極部３のそれぞれは、放電しやすくなるため、イオン発生効率が向上する。

第１電極部２及び第２電極部３はそれぞれ、高圧回路基板１６の表面から開口部１３に向かって、高圧回路基板１６の表面に対して垂直方向に設けられている。第１電極部２及び第２電極部３のそれぞれは、絶縁性封止材１７の表面から部分的に突出している。

以下、第１電極部２及び第２電極部３について詳細に説明する。

第１電極部２は、放電により正イオンを発生させる。第１電極部２は、図２Ｃに示すように、ブラシ状に構成されており、第１電極束２０と、結束部２１と、接続部２２とを有する。

第１電極束２０は、線状の複数の第１導電体２３を含む。本実施形態では、第１電極束２０は、複数の第１導電体２３のみで構成されている。第１導電体２３の詳細については後述する。なお、本開示において、「線状」とは、細長形状を指し、糸状、繊維状、針金状などの形状も含むものとする。

複数の第１導電体２３は、結束部２１により束ねられている。結束部２１は、例えば板金等の導電体である。複数の第１導電体２３が、結束部２１によってかしめられることにより結束される。複数の第１導電体２３が結束されることにより、第１電極束２０が形成される。複数の第１導電体２３は、それぞれ、同一の長さを有していることが好ましい。

また、複数の第１導電体２３は、各第１導電体２３の端部が束ねられている。以下の説明では、複数の第１導電体２３のそれぞれにおいて、結束部２１に束ねられている端部を基端部、基端部と反対側の端部を先端部という。

結束部２１は、接続部２２に固定されている。接続部２２は、例えば板金等の導電体である。接続部２２は、一端部が結束部２１と電気的及び機械的に接続され、他端部が高圧回路基板１６と電気的及び機械的に接続されている。図２Ｃに示すように、接続部２２は、高圧回路基板１６に接続された他端部が絶縁性封止材１７内に埋没している。また、接続部２２は、結束部２１に接続された一端部が絶縁性封止材１７から露出している。

上述したように、結束部２１及び接続部２２は、導電性を有している。したがって、複数の第１導電体２３は、結束部２１及び接続部２２を介して、高圧回路基板１６と電気的に接続される。

第２電極部３は、放電により負イオンを発生させる。第２電極部３は、図２Ｃに示すように、ブラシ状に構成されており、第２電極束３０と、結束部３１と、接続部３２とを有する。

第２電極束３０は、線状の複数の第２導電体３３を含む。本実施形態では、第２電極束３０は、複数の第２導電体３３のみで構成されている。

複数の第２導電体３３は、結束部３１により束ねられている。結束部３１は、例えば板金等の導電体である。複数の第２導電体３３が、結束部３１によってかしめられることにより結束される。複数の第２導電体３３が結束されることにより、第２電極束３０が形成される。複数の第２導電体３３は、それぞれ、同一の長さを有していることが好ましい。

また、複数の第２導電体３３は、各第２導電体３３の端部が束ねられている。以下の説明では、複数の第２導電体３３それぞれにおいて、結束部３１に束ねられている端部を基端部、基端部と反対側の端部を先端部という。

結束部３１は、接続部３２に固定されている。接続部３２は、例えば板金等の導電体である。接続部３２は、一端部が結束部３１と電気的及び機械的に接続され、他端部が高圧回路基板１６と電気的及び機械的に接続されている。図２Ｃに示すように、接続部３２は、高圧回路基板１６に接続された他端部が絶縁性封止材１７内に埋没している。また、接続部３２は、結束部３１に接続された一端部が絶縁性封止材１７から露出している。

上述したように、結束部３１及び接続部３２は、導電性を有している。したがって、複数の第２導電体３３は、結束部３１及び接続部３２を介して、高圧回路基板１６と電気的に接続される。

本実施形態では、複数の第１導電体２３及び複数の第２導電体３３は、互いに異なる材料により形成された線状の導電体により構成されている。複数の第１導電体２３は、例えばステンレス等の金属により形成された金属繊維である。複数の第２導電体３３は、例えばカーボン等の有機物により形成された有機物繊維である。金属繊維と有機物繊維とを比較した場合、以下の性質が異なる。

金属繊維である複数の第１導電体２３は、有機物繊維である複数の第２導電体３３に比べて、曲げに関する強度が大きい。本開示における「曲げに関する強度」は、例えば、弾性、降伏点、剛性等のうち、少なくともいずれか１つを含む物性である。本実施形態では、複数の第１導電体２３は、複数の第２導電体３３に比べて、曲げに関する強度である弾性、降伏点、及び剛性のいずれもが大きい。

ここで、正イオンを発生させる第１電極束２０は、正イオンの発生時、つまり通電時において、先端部が広がる場合がある。つまり、正イオンの発生時において、複数の第１導電体２３は、第１電極束２０の径方向の中心から離れるように変形する（外側に曲がる）場合がある。複数の第１導電体２３が、上記変形を繰り返すことによって、第１導電体２３の先端部が第１電極束２０の径方向の中心から大きく離れるように塑性変形した場合、正イオンの発生効率が低下するおそれがある。

本実施形態では、上述したように、複数の第１導電体２３は、複数の第２導電体３３に比べて、曲げに関する強度である弾性、降伏点、及び剛性のいずれもが大きい。したがって、複数の第１導電体２３は、複数の第２導電体３３と同様に有機物繊維で構成されている場合に比べて、正イオン発生時の変形に対する耐性が高く、先端部が第１電極束２０の径方向の中心から大きく離れるような塑性変形が生じにくい。これにより、正イオンの発生効率の低下が抑制される。したがって、本実施形態におけるイオン発生装置１では、使用に伴うイオンの発生効率の低下を抑制することができる。

また、上述のように、本実施形態では、複数の第１導電体２３が、金属により形成された金属繊維であり、複数の第２導電体３３が、カーボンなどにより形成された有機物繊維である。

有機物繊維である複数の第２導電体３３は、金属繊維である複数の第１導電体２３よりも脆性が大きい。なお、本開示における「脆性が大きい」とは、脆さが大きいという意味だけでなく、摩耗率が大きいことも含むものとする。

ここで、空気中には、例えばシリコン等の正極性に帯電しやすい物質が含まれている場合がある。このような物質は、負イオンを発生する第２導電体３３の先端に引き寄せられ、付着する場合がある。この場合、付着物が第２導電体３３の放電を阻害し、第２電極部３におけるイオン発生効率を低下させる場合がある。

本実施形態では、複数の第２導電体３３の脆性が、複数の第１導電体２３の脆性よりも大きい。したがって、複数の第２導電体３３は、複数の第１導電体２３と同様に金属繊維で構成されている場合に比べて、付着物の付着に対する耐力が低く、破壊されやすい。ここでいう破壊とは、例えば、第２導電体３３が、付着物の付着に耐え切れず崩れる、あるいは摩耗する等の形状変化を意味する。このため、第２導電体３３に付着物が付着したとしても、第２導電体３３における付着物が付着した部分が付着物と共に崩れるため、結果的に、第２導電体３３に付着物が付着することを抑制することができる。したがって、第２電極部３の使用に伴うイオン発生効率が低下することを抑制することができる。

上述した例では、第１導電体２３と第２導電体３３とを互いに異なる材料で形成することにより、第１導電体２３の曲げに関する強度を、第２導電体３３の曲げに関する強度よりも大きくなるように構成していた。しかし、本開示はこの構成に限定されない。

例えば、第１導電体２３の径を第２導電体３３の径よりも大きく形成することにより、第１導電体２３の曲げに関する強度を大きくしてもよい。この場合、第１導電体２３と第２導電体３３は、同じ材料により形成されていてもよい。例えば、第１導電体２３は、第２導電体３３よりも径が大きい有機物繊維で構成されていてもよい。

本実施形態では、複数の第１導電体２３が、複数の第２導電体３３に比べて、曲げに関する強度である弾性、降伏点、及び剛性のいずれもが大きい例について説明したが、本開示はこれに限定されない。複数の第１導電体２３は、複数の第２導電体３３に比べて、弾性、降伏点、及び剛性のうち、少なくともひとつが大きい導電体であればよい。

なお、本実施形態では、複数の第１導電体２３を金属繊維により形成し、複数の第２導電体３３を有機物繊維により形成することにより、複数の第１導電体２３よりも複数の第２導電体３３の脆性を大きくしているが、本開示はこの構成に限定されない。例えば、複数の第１導電体２３を有機物繊維により形成し、複数の第２導電体３３を複数の第１導電体よりも脆性が大きい材質の有機物繊維により形成されていてもよい。

以下、他の形態に係る第１電極部２及び第２電極部３について説明する。なお、下記の説明において、実施形態１と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（実施形態２）
実施形態１では、第１電極束２０が、複数の金属繊維によって形成されており、第２電極束３０が、複数の有機物繊維によって形成されている例について説明した。しかし、本開示はこの構成に限定されない。第１電極束２０が、互いに材質の異なる複数種類の導電体を有していてもよい。第２電極束３０が、互いに材質の異なる複数種類の導電体を有していてもよい。

例えば、図３に示すように、第１電極束２０は、金属繊維である複数の第１導電体２３と、有機物繊維である複数の第４導電体２４とにより構成されていてもよい。複数の第１導電体２３は、複数の第４導電体２４よりも曲げに関する強度が大きい。

具体的には、複数の第４導電体２４は、第１電極束２０の径方向の中心側に位置し、複数の第１導電体２３は、第１電極束２０の径方向において、複数の第４導電体２４よりも外側に位置する。すなわち、第１電極束２０において、第１電極束２０の外周側に、第４導電体２４よりも曲げに関する強度の大きい第１導電体２３が配置されている。

第１電極束２０は、正イオンの発生時において、外側に位置する導電体の方が、第１電極束２０の径方向の中心から離れる方向に変形しやすい。本実施形態では、上述のように、曲げに関する強度の大きい第１導電体２３が、第１電極束２０における外側に設けられている。

このように、第１電極束２０が第１導電体２３よりも曲げに関する強度の小さい第４導電体２４を含む場合であっても、第４導電体２４の外側に、曲げに関する強度の大きい第１導電体２３が位置していれば、第１電極束２０に含まれる導電体が外側（電極束の中心から離れる側）に塑性変形しにくい。よって、本実施形態におけるイオン発生装置１では、使用に伴うイオン発生効率の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態のように、第１電極束２０が金属繊維である複数の第１導電体２３と、有機物繊維である複数の第２導電体２４とから構成されている場合、第１電極束２０における第１導電体２３（金属繊維）の割合は、３０体積％以上であることが好ましい。

また、例えば、図４に示すように、第２電極束３０が、複数の第２導電体３３に加え、線状の複数の第３導電体３４を有していてもよい。

例えば、第２電極束３０は、有機物繊維である複数の第２導電体３３と、金属繊維である複数の第３導電体３４とにより構成されていてもよい。複数の第２導電体３３は、複数の第３導電体３４よりも脆性が大きい。

具体的には、複数の第３導電体３４は、第２電極束３０の中心側に位置し、複数の第２導電体３３は、第２電極束３０の径方向において、複数の第３導電体３４よりも外側に位置する。すなわち、第２電極束３０において、第２電極束３０の外周側に、第３導電３４よりも脆性の大きい第２導電体３３が配されている。

第２電極束３０の径方向における外側の部分に付着物が付着しやすい。このため、第２電極束３０が第２導電体３３よりも脆性の小さい第３導電体３４を含む場合であっても、第２導電体３３が外側に位置していれば、第２電極束３０に付着物が付着することを抑制することができる。したがって、本実施形態におけるイオン発生装置１では、使用に伴うイオン発生効率の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態のように、第２電極束３０が有機物繊維である複数の第２導電体３３と、金属繊維である複数の第３導電体３４とから構成されている場合、第２電極束３０における第２導電体３３（有機物繊維）の割合は、３０体積％以上であることが好ましい。

本実施形態では、電極束が互いに異なる材料からなる２種類の導電体が、電極束における中心側と外周側に配されている例について説明した。しかし、本開示はこの構成に限定されない。第１電極束２０が、互いに異なる材からなる複数種類の導電体の混合物から構成されていてもよい。同様に第２電極束３０が、互いに異なる材料からなる複数種類の導電体の混合物から構成されていてもよい。

（実施形態３）
図５Ａは、第３実施形態における第１電極束２０の一例を表す模式的斜視図である。図５Ｂは、第３実施形態における第１電極束２０の一例を表す模式的平面図である。図６Ａは、第３実施形態における第２電極束３０の一例を表す模式的斜視図である。図６Ｂは、第３実施形態における第２電極束３０の一例を表す模式的平面図である。

第１及び第２実施形態では、第１電極束２０及び第２電極束３０が、それぞれ、線状の複数の導電体のみにより構成されている例について説明した。しかし、本開示はこの構成に限定されない。少なくとも第１電極束２０の外周側に複数の第１導電体２３が配置されていればよい。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施形態では、第１電極束２０の中心部分に、円柱状の芯材２５が設けられている。芯材２５は、金属等の導電体であってもよいし、樹脂等の電気絶縁体であってもよい。芯材２５が導電体である場合、芯材２５からも放電させることにより、正イオンを発生させることができる。したがって、芯材２５が導電体である場合、芯材２５が電気絶縁体である場合に比べてイオン発生効率の向上を図ることができる。

また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第２電極束３０の中心部にも、第１電極束２０と同様に、芯材３５が設けられていてもよい。

上述の第１電極束２０において、図５Ｂに示すように、芯材２５の先端部の半径をｒ１とし、第１電極束２０の先端部の半径をｒ２としたときに、ｒ１は、ｒ２の２／３倍以下である（ｒ１≦（２／３）ｒ２）ことが好ましい。

また、同様に、第２電極束３０において、図６Ｂに示すように、芯材３５の先端部の半径をｒ３とし、第２電極束３０の先端部の半径をｒ４としたときに、ｒ３は、ｒ４の２／３倍以下である（ｒ３≦（２／３）ｒ４）ことが好ましい。

また、図７に示すように、第１電極束２０の内部に配された芯材２５が、先端が尖った針状に形成されていてもよい。芯材２５を針状に形成した場合、芯材２５の先端から放電が起きやすくなるため、第１電極部２におけるイオン発生効率をより向上させることができる。図７に示す第１電極束２０では、針状の芯材２５の先端部分が複数の第１導電体２３の先端部分よりも上方に突出している。これにより、芯材２５の先端から放電がより起きやすくなるため、イオン発生効率をより向上させることができる。なお、針状の芯材２５の先端部が突出していなくてもよい。

なお、第２電極束３０においても同様に、第２電極束３０内に配された芯材３５が、針状に形成されていてもよい。また、針状の芯材３５の先端部分は、複数の第２導電体３３の先端部分よりも上方に突出していてもよいし、突出していなくてもよい。

１ イオン発生装置
２ 第１電極部
３ 第２電極部
２０ 第１電極束
２３ 第１導電体
２４ 第４導電体
２５ 芯材
３０ 第２電極束
３３ 第２導電体
３４ 第３導電体

Claims (11)

1. 放電により正イオンを発生させる第１電極部と、
   放電により負イオンを発生させる第２電極部と、
   を備え、
   前記第１電極部は、線状の複数の第１導電体を含む第１電極束を有し、
   前記第２電極部は、線状の複数の第２導電体を含む第２電極束を有し、
   前記複数の第１導電体の曲げに関する強度が、前記複数の第２導電体の曲げに関する強度よりも大きい、イオン発生装置。
2. 前記複数の第２導電体の脆性が、前記複数の第１導電体の脆性よりも大きい、請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記第２電極束は、線状の複数の第３導電体をさらに備え、
   前記複数の第３導電体は、前記複数の第２導電体よりも脆性が小さく、
   前記複数の第２導電体は、前記第２電極束の径方向において、前記複数の第３導電体よりも外側に位置する、請求項２に記載のイオン発生装置。
4. 前記複数の第１導電体の各々の径が、前記複数の第２導電体の各々の径よりも大きい、請求項１～３のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
5. 前記複数の第１導電体は、金属繊維である、請求項１～４のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
6. 前記複数の第２導電体は、有機物繊維である、請求項１～５のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
7. 前記第１電極束は、前記複数の第１導電体とは曲げに関する強度が異なる線状の複数の第４導電体をさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
8. 前記複数の第１導電体と、前記複数の第４導電体とは、互いに材質が異なる、請求項７に記載のイオン発生装置。
9. 前記複数の第１導電体は、前記複数の第４導電体よりも曲げに関する強度が大きく、
   前記複数の第１導電体は、前記第１電極束の径方向において、前記複数の第４導電体よりも外側に位置する、請求項７または８に記載のイオン発生装置。
10. 前記第１電極部が芯材をさらに有し、前記芯材が、前記第１電極束の内部に位置する、請求項１～８のいずれか一項に記載のイオン発生装置。
11. 前記芯材は、金属体である、請求項１０に記載のイオン発生装置。

Images