JP2024514518A - イオン空気流発生器 - Google Patents

Abstract

現行のイオン空気流発生器設計のエミッタワイヤおよびコレクタピンが、誘電体基板上に堆積される金属等の、誘電体基板に継合される導体によって取って代わられる。鋭的縁を伴うエミッタを形成するように成形される、１つの導体が、誘電体基板の片側に継合される。丸みを帯びた縁を伴うコレクタを形成するように成形される、別の導体が、誘電体基板の反対側に継合される。誘電体基板は、中実ではない。これは、エミッタとコレクタとの間に空隙を形成する、空所を伴って成形される。したがって、電圧が、エミッタに印加されると、空気が、エミッタにおいてイオン化される。イオン化された空気は、より低い電圧コレクタに静電的に引き込まれ、これは、ひいては、それらの推進力を付与する中性分子との衝突を通して、空隙を通した空気の流動を生成する。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２１年３月３０日に出願された、米国仮特許出願第６３／１６８，１９２号「Ｉｏｎｉｃ Ａｉｒ Ｆｌｏｗ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． Ｓｅｃｔｉｏｎ １１９（ｅ）下の優先権を主張する。前述の全ての主題は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。

（１．技術分野）
本開示は、概して、イオン空気流発生器に関する。

（背景）
（２．関連技術の説明）
イオン空気流発生器の多くの設計は、エミッタを形成するための懸吊された長さのワイヤと、コレクタを形成するためのピンまたは穿孔されたプレートとを使用する。しかしながら、これらの設計は、以下の欠点を有し得る。これらのデバイスが小さく作製され得る程度に関する限界が、存在する。ワイヤが、エミッタとして使用され得、これは、弱点を導入し得る。ワイヤは、典型的には、基板またはフレームに取り付けられなければならない。取付は、困難である、または弱点であり得る。ワイヤを、他の要件の中でも、エミッタとコレクタとの間の一貫するエミッタ／コレクタ間隔および共面性を維持するために必要である、適切な張力下に保つことは、困難であり得、コレクタ構築はまた、非平面的幾何学形状につながり得る、反りまたは不完全性を受け得る。基板またはフレームはまた、デバイスのサイズを増大させる。

したがって、イオン空気流発生器に対する、より優れたアプローチの必要性が存在する。

一側面では、イオン空気流発生器のエミッタおよび／またはコレクタは、ガラスまたはセラミック基板上に堆積される金属等によって誘電体基板に継合される、導体によって形成される。電荷を集中させるための鋭的縁または他の特徴を伴う高電圧エミッタを形成するように成形される、１つの導体が、誘電体基板の片側に継合される。場の集中を低減させる、丸みを帯びた縁を伴う低電圧コレクタを形成するように成形される、別の導体が、誘電体基板の反対側に継合される。誘電体基板は、エミッタとコレクタとの間において中実ではない。これは、エミッタとコレクタとの間に空隙を形成する、空所を伴って成形される。したがって、電圧が、エミッタに印加されると、空気が、エミッタにおいてイオン化される。イオン化された空気は、より低い電圧コレクタに静電的に引き込まれ、これは、ひいては、それらの推進力を付与する中性分子との衝突を通して、空隙を通した空気の流動を生成する。本アプローチは、正コロナデバイスまたは負コロナデバイスのいずれかと併用され得る。

例えば、誘電体基板は、ガラスまたはセラミック基板の中実片として開始し得る。基板の表面は、エッチングされる、切れ目が入れられる、または別様に事前調整されてもよい。導体が、基板の両側に堆積される。基板の表面形状は、導体内に、エミッタのための鋭的縁またはコレクタのための丸みを帯びた縁等の構造を形成するために使用され得る。導体間の誘電体が、除去され、空気流のための空隙を生成する。

１つのアプローチでは、鋭的縁が付けられた溝が、基板の片側に作製される。溝の中に導体を堆積させることが、次いで、導体内に、エミッタとして機能する、山部を形成する。導体はまた、基板の他側にも堆積され、標準的なリソグラフィプロセスを使用してパターン化され、したがって、コレクタを形成する。導体が、堆積された後、導体間の基板材料が、除去され、エミッタとコレクタとの間に空気流のための経路を生成し得る。

異なるアプローチでは、平滑な凹面形の溝が、基板内に作製され、溝の中に導体を堆積させることが、次いで、導体内に、コレクタとして機能する、丸みを帯びた表面を形成する。導体はまた、標準的なリソグラフィ技法を用いて反対側にも適用され、正方形の断面等から鋭的縁を形成するように成形される。これは、次いで、エミッタとして機能する。導体が、堆積された後、導体間の基板材料が、除去され、エミッタとコレクタとの間に空気流のための経路を生成し得る。

本開示の実施形態は、付随の図面における実施例と併せて検討されるときに、以下の詳細な説明および添付の請求項からより容易に明白となるであろう、他の利点および特徴を有する。

図１は、本明細書に説明される種々の実施形態による、空気流発生器のための面積の関数として流率をプロットする、グラフである。

図２Ａは、イオン空気流発生器を構築するために使用される、単位セルの斜視図である。

図２Ｂおよび２Ｃは、それぞれ、図２Ａからのエミッタ導体およびコレクタ導体の平面図、側面図、および詳細図である。

図２Ｄおよび２Ｅは、単位セルの付加的実施例の斜視図である。 図２Ｄおよび２Ｅは、単位セルの付加的実施例の斜視図である。

図３Ａは、図２Ａ－２Ｃの単位セルを使用する、イオン空気流発生器の製造の間のアセンブリの斜視図である。

図３Ｂおよび３Ｃは、それぞれ、セルの例示的５×５アレイの形式における、図３Ａからのエミッタ導体およびコレクタ導体の平面図である。 図３Ｂおよび３Ｃは、それぞれ、セルの例示的５×５アレイの形式における、図３Ａからのエミッタ導体およびコレクタ導体の平面図である。

図３Ｄは、誘電体の除去の後の誘電体基板の平面図である。

図４は、導体間のクリープ距離を増加させる、スペーサの側面図である。

図５は、それぞれ、セルの１次元アレイを使用するイオン空気流発生器のための、エミッタ導体、誘電体基板、およびコレクタ導体の平面図である。

図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、図２Ｅに描写されるセル構造に基づく、別のイオン空気流発生器の斜視図および断面図である。 図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、図２Ｅに描写されるセル構造に基づく、別のイオン空気流発生器の斜視図および断面図である。

図７Ａは、それぞれ、イオン空気流発生器のためのコレクタ導体、誘電体基板、およびエミッタ導体の平面図である。

図７Ｂは、異なるクリープ距離経路を図示する、平面図である。

図８Ａおよび８Ｂは、２つの異なるエミッタサブアセンブリの平面図である。 図８Ａおよび８Ｂは、２つの異なるエミッタサブアセンブリの平面図である。

図８Ｃは、コレクタサブアセンブリの平面図である。

図８Ｄは、図８Ｂのサブアセンブリ上に搭載される、図８Ｃのサブアセンブリから構築された、空気流発生器の断面図である。

図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、さらに別のイオン空気流発生器の斜視図および断面図である。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
図および以下の説明は、例証のみとしての好ましい実施形態に関する。以下の議論から、本明細書に開示される構造および方法の代替実施形態が、請求されるものの原理から逸脱することなく採用され得る、実行可能な代替物として容易に認識されるであろうことに留意されたい。

本アプローチは、他の技法と比較して、より小型の空気流発生器の構築を可能にする。図１は、イオン空気流発生器のための断面流動面積の関数として流率をプロットする、グラフである。曲線１１０が、本明細書に説明されるように構築された、例示的イオン空気流発生器によって達成可能な流率を示す。曲線１２０は、典型的な微小軸流ファンによって達成可能な流率を示す。曲線１２０は、破線１３０によってマーキングされる、約７５ｍｍ^２の面積を、そのように小さい微小軸流ファンを構築することが困難であるため、下回ることはない。対照的に、曲線１１０は、より小さいサイズのデバイス、例えば、５０ｍｍ^２、またはさらに１５ｍｍ^２、もしくはそれ未満の流動面積が、本明細書に説明されるアプローチを用いると可能であることを示す。エミッタとコレクタとの間の空隙は、２ｍｍまたはそれ未満もしくはさらに１ｍｍまたはそれを未満であってもよい。本デバイスの総厚はまた、５ｍｍまたはそれ未満、もしくはさらに２ｍｍ、もしくは１ｍｍまたはそれ未満であってもよい。これらのデバイスは、流動面積の１ｃｍ^２あたり毎分２、３、または４リットルもしくはそれを上回る流率を達成し得る。これらのタイプのデバイスは、６ｍｍ×６ｍｍ×２ｍｍであるデバイスを使用して、２．５ワットの能動的冷却を提供し得る。

図２－５は、これらのイオン空気流発生器のための１つのクラスの設計を示す。図２Ａは、空気流発生器を構築するために使用される、単位セル２００の斜視図である。本実施例では、単位セルは、１ｍｍ×１ｍｍの面積と、１ｍｍをわずかに下回る厚さとを有する。単位セル２００は、最終デバイス内でスペーサ２２０の形態をとる、誘電体基板によって分離される、２つの導体２１０および２３０を含む。構築の間、２つの導体２１０、２３０は、ガラスまたはセラミック基板等の中実誘電体基板の上に堆積される。誘電体が、除去され、２つの導体２１０、２３０間に空隙２２５を生成する。導体２１０、２３０は、それぞれ、エミッタと、コレクタとを含む。誘電体基板の一部は、スペーサ２２０を形成するために留まり、これは、エミッタとコレクタとの間に空隙２２５のための一貫した間隔を維持する。

図２Ｂは、導体２１０の平面図、側面図、および詳細図を示す。導体２１０は、主として平坦である。導体２１０のための本単位セルの角内の平坦な表面積が、スペーサ２２０に継合される。導体２１０はまた、エミッタとして機能するようにも成形される。これは、典型的には、電荷を集中させる、点または縁等の特徴を含む。本実施例では、導体２１０は、エミッタとして機能する、鋭的縁を有する、山部２１２を伴って形成される。山部の曲率半径は、好ましくは、可能な限り狭く、好ましくは、３０μｍより大きくあるべきではない。本実施例は、線平面幾何学形状を使用する。他のタイプの線形隆起構造もまた、使用され得る。エミッタが、（山部等の）隆起された線形構造ではなく、（円錐または角錐等の）隆起された点構造として形成された場合、それは、点平面幾何学形状を実装するであろう。隆起された点構造は、好ましくは、また、３０μｍより大きくない、特徴サイズと、曲率半径とを有するべきである。導体２１０はまた、空気流を可能にするための孔２１５も含む。

図２Ｃは、導体２３０の平面図、側面図、および詳細図を示す。導体２３０もまた、主として平坦であり、導体２３０の本単位セルの角内の平坦な表面積が、スペーサ２２０に継合される。導体２３０はまた、コレクタを形成するようにも成形され、典型的には、点または縁を伴う特徴を回避する。これはまた、空気流を可能にするための孔２３５も含む。孔２３５は、角および縁を回避するように設計される。平面図では、孔２３５は、角を伴う長方形ではなく、丸みを帯びた端部を伴う、錠剤形状である。側面図では、孔の縁２３７、特に、エミッタに面する側における縁もまた、丸みを帯びている。好ましくは、それらは、エミッタ山部より低い曲率を有する。これは、不要なアーク発生または破損のリスクを低減させる。

図２Ａ－２Ｃは、単位セルの一実施例を示すが、他の設計もまた、可能性として考えられる。図２Ｄでは、単位セルは、エミッタとして機能するワイヤ２４２のための支持点を伴う、ガラス基板２４０を含む。ワイヤは、電荷を集中させるように、１０～３０μｍの直径を有してもよい。空気流が、孔２４５を通して生じる。

図２Ｅは、別の単位セルを示す。本実施例は、図２Ｄに類似するが、コレクタはまた、誘電体によって周期的に支持される、ワイヤまたは他の導体に基づく。ガラスまたは誘電体支持部２５０は、エミッタとして機能する、ワイヤ２５２のための支持点を提供する。ガラスまたは誘電体支持部２６０は、コレクタとして機能する、導体２６２のための支持点を提供する。導体２６２は、ワイヤ２５２より丸みを帯びている（あまり鋭的ではない縁が付けられる）。例えば、ワイヤ２５２は、１０～３０μｍの直径を有し得る一方、導体２６２は、１００μｍまたはそれを上回る曲率半径（すなわち、２００μｍまたはそれを上回る直径）を有し得る。２つの構造は、スペーサ２２０によって分離される。

図３Ａ－３Ｃは、図２Ａ－２Ｃの単位セルを使用する、１つの製造アプローチを示す。図３Ａには、空隙が形成される前の、誘電体基板３２０が、示される。これは、可能性として、ある表面調製を伴う、中実の誘電体基板である。２つの導体３１０、３３０が、誘電体基板３２０の上に堆積され、孔、点、および／または山部を含む、具体的な形態を具現化するように成形される。例えば、溝３２８が、導体３１０が山部を形成するように、誘電体３２０の中に切り込まれてもよい。導体３１０、３３０内の孔は、エッチングによって形成され得る。

図３Ｂおよび３Ｃは、２つの導体３１０、３３０の平面図を示す。図３Ｂでは、エミッタ導体３１０は、破線によって示されるような、単位セル３００の５×５アレイを使用して構築される。エミッタ導体３１０は、山部３１２と、空気流のための孔３１５とを含む。単位セル３００の外側の境界面積３１９が、スペーサにおける取付に加えて、導体３１０を下層の誘電体に継合するために使用され得る。図３Ｂはまた、エミッタへの電気接続のための接触パッド３１１を示す。接触部３１３は、エミッタおよびコレクタの両方への電気接続が、本デバイスの片側から行われ得るように、コレクタ導体に接続される、パッドである。

図３Ｃでは、コレクタ導体３３０の平面図が、空気流のための孔３３５を示す。平坦な導体面積が、コレクタとしての役割を果たす。境界面積３３０は、導体を下層の誘電体に継合するために使用され得る。単位セル３００が、破線によって示される。接触面積３３１は、誘電体の他側において、接触パッド３１３に接続する。

単位セル３００は、完全なデバイスを形成するように、アレイ内でタイリングされる。異なる数および配列のセルが、異なる形状およびサイズのデバイスを形成し得る。平坦な境界面積が、内部基板材料が部分的または完全に除去された後にも誘電体基板に継合されたままである。エミッタ側の接触面積３１１および３１３が、高電圧電力供給源に接続される。平面図では、孔は、角を伴わない湾曲形状を有する。これは、絶縁体材料の表面に沿った、不要な空気破損のリスクを低減させる。好ましくは、孔は、断面流動面積の少なくとも４０％または少なくとも５０％を占有する。代替設計では、エミッタ導体は、孔を有していなくてもよい。むしろ、誘電体は、境界において、空気が側面を通して本デバイスに進入することを可能にするための開口部を有してもよい。空気は、次いで、コレクタ導体内の孔を通して流出する。

図３Ｄは、内部誘電体が除去された後の誘電体基板３２０を示す。１つのアプローチでは、誘電体は、例えば、その表面内に溝を形成することによって、調製されてもよい。金属が、誘電体３２０の両側に適用される。金属は、エッチングによってパターン化される。レーザ補助エッチングが、高温において使用され、２つの金属層の間からガラスを除去し、図３Ｄに示される構造を残す。他のプロセスもまた、使用され得る。

ある程度の誘電体が、エミッタとコレクタとの間に空隙３２５のための一貫した間隔を維持するために、スペーサ３２２として機能するように、内部に留まってもよい。本実施例では、誘電体は、空気流面積を完全に封入する、境界３２９を形成する。誘電体はまた、クリープ距離として公知である、２つの導体の縁の間の誘電体の外側表面に沿った距離が、望ましくない電流流動を防止するために十分に長くなるように、導体の縁を越えて延在してもよい。図３Ｄはまた、電極３１３および３３１を接続する、ビア３２１を示す。

図４は、クリープ距離を増加させ、したがって、スペーサの縁に沿った望ましくない電気空気破損を防止する、スペーサ４２２のための設計の側面図である。図４では、スペーサは、前述に描写されるような、単なる円筒形ピラーではない。代わりに、これは、誘電体の表面に沿った、導体４１０と導体４３０との間の最短距離を増加させる、形状特徴４２４を有する。これらの特徴がなければ、クリープ距離は、ｄ、すなわち、２つの導体間の直接距離であろう。クリープ距離が、エミッタおよびコレクタの最も近接している要素間の直接距離を少なくとも２倍、または３倍、もしくはそれを上回る倍数だけ超過することが、好ましい。

図５は、それぞれ、セルの１次元アレイを使用するイオン空気流発生器のためのエミッタ導体５１０、誘電体基板５２０、およびコレクタ導体５３０の平面図である。エミッタ５１０に関して、山部の線の場所が、破線５１２によって示される。接触面積５１１が、導体への電気接続を提供する。導体５１０内には、いかなる孔も、存在しない。本設計では、空気は、導体５１０を通して流動しない。むしろ、誘電体５２０内の空隙５２５は、開放側を有し、空気は、矢印によって示されるように、本側面開口部を通して流動する。コレクタ５３０は、（図５において本紙から外への方向における）空気流を可能にするための孔５３５を含む。電極５３１が、電気接続を提供する。破線が付けられた形状５４０は、本デバイスの占有面積を示す。

図６－７は、イオン空気流発生器のための別のクラスの設計を示す。図６Ａは、本クラスのイオン空気流発生器６００のある実施例の斜視図である。ここで、デバイス６００は、誘電体６２０によって分離される、２つの導体６１０および６３０を含む。構築の間、２つの導体６１０、６３０は、ガラスまたはセラミック基板等の中実の誘電体基板の上に堆積される。誘電体が、除去され、誘電体基板内に開口６２５を生成する。導体６１０は、開口６２５を横断して懸吊される、１つ以上のエミッタストライプ６１２を伴う、エミッタを含む。本実施例には、２つのエミッタストライプが、存在する。導体６３０は、また、開口６２５を横断して懸吊される、複数のコレクタストライプ６３２を伴う、コレクタを含む。

本実施例では、エミッタストライプ６１２およびコレクタストライプ６３２は両方とも、誘電体材料が除去された後に、誘電体６２０によって、ストライプの２つの端部のみの上で支持される。いかなる中間ストライプ支持部も、存在しない。しかしながら、ストライプの長さは、いかなる感知可能な弛みも存在しないように十分に短く、誘電体６２０は、エミッタストライプ６１２とコレクタストライプ６３２との間に空隙６２５のための一貫した間隔を維持する。本設計では、エミッタストライプおよびコレクタストライプは、規則的パターンにおいて配列され、それらは、相互に対して直角に配列される。

図６Ｂは、エミッタストライプのうちの１つに沿って（すなわち、コレクタストライプに対して垂直の平面内で）得られる、本デバイスの断面図である。便宜上、図６Ｂは、いくつかのみのコレクタストライプ６３２を示す。コレクタストライプ６３２は、電場を集中させることを回避するために、丸みを帯びている。１つのアプローチでは、それらは、（図２－５の前述の実施例における、鋭的縁が付けられた溝ではなく）基板の中に丸みを帯びた溝を切り込むことによって加工される。金属が、誘電体６２０の両側に適用される。丸みを帯びた溝の中に堆積された金属は、エッチングによってパターン化され、したがって、丸みを帯びたコレクタストライプ６３２を形成する。誘電体６２０の反対表面上に堆積された金属は、エッチングによってパターン化され、鋭的縁を生成し、したがって、エミッタストライプ６１２を形成する。

結果として生じるコレクタストライプ６３２は、角を伴わない断面を有する、または少なくともエミッタに面する表面は、丸みを帯びている。対照的に、エミッタストライプ６１２は、縁を伴って形成される。１つのアプローチでは、標準的なリソグラフィが、誘電体基板上にエミッタストライプ６１２をパターン化するために使用される。結果として生じる断面は、典型的には、角を伴う長方形または台形である。角は、好ましくは、３０μｍを上回らない曲率半径を有する。

小型イオン空気流発生器が、本アプローチを使用して加工され得る。任意の数のコレクタストライプおよびエミッタストライプが、使用され得る。本デバイスは、典型的には、可能性として、１つのみの、より少ないエミッタストライプを有し、それらは、コレクタストライプより長くてもよい。エミッタストライプ間のピッチは、典型的には、１～２ｍｍであってもよい。コレクタストライプは、線平面幾何学形状における（空気流のための孔を伴う）平面の役割を果たしているため、ともに非常に近接して離間される、多数のコレクタストライプが、存在してもよい。コレクタストライプ間のピッチは、１ｍｍ未満、例えば、０．６ｍｍであってもよい。空気流面積は、約数ｍｍ×数ｍｍであってもよく、デバイス全体のサイズは、あまり大きくなくてもよい。

図７Ａは、それぞれ、１つのエミッタストライプと、５つのコレクタストライプとを伴うデバイスのためのコレクタ導体７３０、誘電体７２０、およびエミッタ導体７１０の平面図である。本デバイスの断面空気流面積は、約３ｍｍ×５ｍｍであり、デバイス全体のサイズは、約５ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ（厚さ）である。図７Ａでは、コレクタ導体７３０は、５つのコレクタストライプ７３２を有する。各ストライプ７３２は、両端上のパッチ７３３において終端する。これらのパッチ７３３は、ストライプより広く、下層の基板へのさらなる支持、安定性、および取付を提供する。パッチ７３３は、相互および接触面積７３１に電気的に接続され、これは、コレクタへの電気接続を提供する。デバイス全体の占有面積が、破線７４０によって示される。

エミッタ導体７１０は、パッチ７１３および７１１によって両端上で支持される、１つのエミッタストライプ７１２を有する。本設計では、パッチのうちの一方はまた、エミッタへの電気接続を行うための接触面積７１１でもある。

誘電体基板７２０は、断面流動面積全体を被覆する、単一の開口７２５を有する。本実施例では、誘電体７２０は、開口７２５を封入し、それによって、エミッタとコレクタとの間に空気の流動のための流動面積を生成する。開口７２５は、エミッタとコレクタとの間のクリープ距離を増加させる、隔離切り欠き７２７を含む。開口７２５が、切り欠き７２７を伴わない長方形であった場合、クリープ距離は、より短くなるであろう。誘電体７２０はまた、電極７３１および７１１が両方とも、同一の側からアクセスされ得るように、電極７１１の上方にカットアウトを有してもよい。

図７Ｂは、コレクタ７３０とエミッタ７１０との間の異なるクリープ距離経路を示す。経路７５１は、コレクタ端部キャップ７３３からエミッタ取付パッド７１３までのものである。経路７５２は、コレクタ電気トレースからエミッタ取付パッド７１３までのものである。これらの経路の両方に沿ったクリープ距離は、隔離切り欠き７２７によって増加される。経路７５２に沿ったクリープ距離はまた、リード線が取り付けられた後に誘電体でコレクタ電気接続部を被覆することによって、軽減され得る。経路７５３は、コレクタ電極７３１からエミッタ取付パッド７１３までのものである。本クリープ距離はまた、生産の後に誘電体でコレクタ電気接続部をコーティングすることによっても軽減され得る。

上記に説明される設計では、コレクタは、誘電体基板の片側に加工され、エミッタは、他側に加工される。他の設計では、電極のうちの１つのみ、エミッタまたはコレクタのいずれかが、誘電体上に加工され得る。これは、次いで、他の電極を担持する、別のサブアセンブリと組み合わせられる。

図８Ａおよび８Ｂは、エミッタが誘電体基板上に加工される、実施例を示す。図８Ａは、いかなるコレクタ導体も存在しないことを除いては、図６－７に示される設計に類似する。上記のデバイスにおけるように、エミッタストライプ８１２が、誘電体８２０内の開口８２５にわたって懸吊される。ストライプ８１２は、一方の端部上において、エミッタへの電気接続を行うための接触面積８１１としての役割も果たす、取付パッド８１３および８１１によって、両側において支持される。他のサブアセンブリが、この上に搭載され得るため、本デバイスはまた、接触の平準点を確実にし、長く細いエミッタストライプ８１２との不要な接触を回避するための平準化パッド８１６も含む。

図８Ａのエミッタストライプ８１２は、長く、細い。図８Ｂは、エミッタストライプ８１２のための付加的な支持部を伴う設計を示す。図８Ｂに示されるデバイスは、エミッタストライプ８１２が空所にわたって懸吊されていないことを除いては、図８Ａのものと同一の特徴を有する。代わりに、ある程度の誘電体が、エミッタストライプ８１２を支持する、肋材８２２を形成するために残される。例えば、ストライプは、１００μｍの幅であってもよく、支持肋材８２２は、２００μｍの幅であってもよい。肋材８２２は、開口を２つのサブ開口８２５Ａ、８２５Ｂに細分割する。

図８Ｃは、図８Ａまたは８Ｂのいずれかのエミッタサブアセンブリと併用され得る、対応するコレクタサブアセンブリを示す。図８Ｃは、いかなるエミッタ導体も存在しないことを除いては、図６－７に示される設計に類似する。コレクタストライプ８３２が、誘電体８４０内の開口８４５にわたって懸吊される。ストライプ８３２は、電気接続のために接触面積８３１に接続する、取付パッドによって両側において支持される。切り欠き８４７が、誘電体から外に切欠され、下層のエミッタ電極８１１へのアクセスを可能にする。

図８Ｄは、図８Ｂのエミッタサブアセンブリ８０１および図８Ｃのコレクタサブアセンブリ８０３を使用して組み立てられる、イオン空気流発生器の分解図を示す。断面は、コレクタストライプ８３２に対して直角の平面における、エミッタストライプ８１２および肋材８２２を通して得られる。本実施例では、コレクタサブアセンブリからの誘電体８４０が、スペーサとしての役割を果たすが、外部スペーサもまた、使用され得る。コレクタサブアセンブリからの開口８４５が、エミッタとコレクタとの間の空隙としての役割を果たす。

図９は、エミッタストライプが誘電体上に堆積される金属トレースに基づく、さらに別の設計を示す。図９Ａは、本イオン空気流発生器の斜視図を示し、図９Ｂは、コレクタピンを通した断面図を示す。本実施例では、エミッタストライプ９１２は、プリント回路基板９２０上に堆積される、金属トレースである。金属トレースは、電圧を集中させ、そのため、コロナを形成するように成形される。例えば、金属トレースは、意図的に縁的な角を有してもよい。また、金属トレースは、随時のアーク発生によって引き起こされる損傷に対する耐性を向上させる、または別様にコロナを発生させることの性能を増加させるために、露出された側（すなわち、コレクタに面する側）上で、異なる金属または金属合金、例えば、ニッケル、パラジウム、金、または白金でコーティングされてもよい。コレクタは、ケージ構造に組み立てられる、ピン９３２のグリッドである。代替として、コレクタは、穿孔されたプレートであってもよい。

上記に説明されるアプローチはまた、空気流発生器の制御下における柔軟性を可能にする。コントローラが、異なるエミッタ要素（山部、ストライプ）に印加される電圧を調節する、および／または使用されるエミッタ要素を変更し得る。例えば、余剰エミッタ要素が、冗長性のために形成されてもよい。コントローラは、他のエミッタ要素が故障した場合に、冗長なエミッタ要素に切り替える、またはヒューズが、本システムからその要素を選択的かつ電気的に絶縁し得る、材料の中に組みこまれてもよい。代替として、使用されるエミッタ要素の数が、空気流を増加または減少させるように調節されてもよい。

加えて、これらのデバイスが、例えば、２ｍｍ未満またはさらに１ｍｍ未満の短い空隙を伴って作製され得るため、より低い動作電圧が、使用され得る。ある場合には、印加される電圧は、５００Ｖ～４ｋＶの範囲にわたって、または２～４ｋＶの範囲にわたって調節可能である。他の場合では、印加される電圧は、２ｋＶ未満であってもよい。

本詳細な説明は、多くの具体的事項を含有するが、これらは、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、単に、異なる実施例を例証するものとして解釈されるべきである。本開示の範囲が、上記に詳細に議論されていない、他の実施形態も含むことを理解されたい。例えば、類似構造の実施形態は、別個に生成され、後続のステップとしてともに継合される、または空気流が、その中の穿孔を通してではなく、誘電体基板の表面を横断して横方向にルーティングされるように構築される、個別の導体、または適用される導体を伴う、２つの基板を含み得る。当業者に明白となるであろう、種々の他の修正、変更、および変形例も、添付の請求項において定義されるような精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される方法および装置の配列、動作、および詳細において行われ得る。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの法的均等物によって判定されるべきである。

Claims (67)

1. イオン空気流発生器であって、
   第１の側と、対向する第２の側とを有する、誘電体基板と、
   前記誘電体基板の前記第１の側に継合される平坦表面を有する、第１の導体であって、前記第１の導体は、エミッタを形成するようにも成形される、第１の導体と、
   前記誘電体基板の前記対向する第２の側に継合される平坦表面を有する、第２の導体であって、前記第２の導体は、コレクタを形成するように成形される、第２の導体と
   を備え、
   前記誘電体基板は、前記エミッタと前記コレクタとの間に空隙を形成する、空所を伴って成形され、前記エミッタに印加される電圧が、前記エミッタにおいて空気をイオン化し、前記イオン化された空気は、前記コレクタに引き込まれ、それによって、前記空隙を通した空気の流動を生成する、イオン空気流発生器。
2. 前記誘電体基板は、セラミック基板またはガラス基板を備える、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
3. 前記空所は、誘電体基板を除去することによって生成され、前記エミッタは、除去の前に前記第１の導体を前記誘電体基板に継合することによって形成される、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
4. 実質的に同じセルのアレイをさらに備え、各セルは、前記エミッタおよび前記コレクタの対向する区分を含有する、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
5. 各セルは、２ｍｍ×２ｍｍ以下の面積を被覆する、請求項４に記載のイオン空気流発生器。
6. 各セルは、２ｍｍ以下の厚さを有する、請求項４に記載のイオン空気流発生器。
7. 隣接するセルのエミッタ区分は、相互と電気接触し、隣接するセルのコレクタ区分は、相互と電気接触する、請求項４に記載のイオン空気流発生器。
8. 前記第１の導体は、前記セルのうちの１つのエミッタ区分と電気接触する、第１の電極を備え、前記第２の導体は、前記セルのうちの１つのコレクタ区分と電気接触する、第２の電極を備え、前記電圧は、前記第１および第２の電極を横断して印加される、請求項４に記載のイオン空気流発生器。
9. 前記第１の導体は、前記エミッタとして、１つ以上の隆起された線形構造を形成するように成形される、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
10. 前記１つ以上の線形隆起構造は、１つ以上の山部を含む、請求項９に記載のイオン空気流発生器。
11. 各隆起された山部は、３０μｍを上回らない曲率半径を伴う縁を有する、請求項１０に記載のイオン空気流発生器。
12. 前記第１の導体は、前記エミッタとして、１つ以上の隆起された点構造を形成するように成形される、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
13. 前記エミッタおよびコレクタは、点平面幾何学形状を有する、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
14. 前記エミッタとコレクタとの間の隔離スペーサをさらに備え、前記スペーサは、前記エミッタとコレクタとの間に前記空隙のための一貫した間隔を維持する、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
15. 前記隔離スペーサは、前記空気の流動のために前記エミッタと前記コレクタとの間に流動面積を封入する、請求項１４に記載のイオン空気流発生器。
16. 前記隔離スペーサは、前記誘電体基板から成る、請求項１４に記載のイオン空気流発生器。
17. 前記隔離スペーサは、前記第１および第２の導体の間のクリープ距離を、前記第１および第２の導体の間の直接距離の２倍超まで増加させる、形状を有する、請求項１４に記載のイオン空気流発生器。
18. 前記コレクタは、孔を伴う、略平面状であり、前記空気は、前記コレクタ内の前記孔を通して前記空隙から流出する、請求項１に記載のイオン空気流発生器。
19. 前記孔は、角を伴わない湾曲形状を有する、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
20. 前記孔は、前記エミッタに面する側上に丸みを帯びた縁を有する、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
21. 前記第１の導体はまた、孔を伴う略平面状であり、前記空気は、前記第１の導体内の前記孔を通して前記空隙の中に流入する、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
22. 前記第１の導体は、実質的に中実であり、前記空気は、前記イオン空気流発生器の側面を通して前記空隙の中に流入する、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
23. 前記孔は、前記エミッタと前記コレクタとの間の流動面積の少なくとも４０％を占有する、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
24. 前記空気の流動のための前記エミッタと前記コレクタとの間の流動面積は、５０ｍｍ^２以下である、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
25. 前記空気の流量は、流動面積の１ｃｍ^２あたり毎分３リットル以上である、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
26. 前記エミッタと前記コレクタとの間の前記空隙は、２ｍｍ以下である、請求項１８に記載のイオン空気流発生器。
27. イオン空気流発生器であって、
    誘電体基板であって、前記誘電体基板は、第１の側と、対向する第２の側と、前記誘電体基板を通した開口とを有する、誘電体基板と、
    １つ以上のエミッタストライプを伴うエミッタを備える、第１の導体であって、各エミッタストライプは、前記誘電体基板内の前記開口を横断して懸吊され、前記誘電体基板の前記第１の側に堆積され、それによって支持される、２つの端部を有する、第１の導体と、
    複数のコレクタストライプを伴うコレクタを備える、第２の導体であって、各コレクタストライプは、前記誘電体基板内の前記開口を横断して懸吊され、前記誘電体基板の前記対向する第２の側に堆積され、それによって支持される、２つの端部を有する、第２の導体と
    を備え、
    前記誘電体基板は、前記エミッタとコレクタとの間に空隙を維持し、前記エミッタに印加される電圧が、前記エミッタにおいて空気をイオン化し、前記イオン化された空気は、前記コレクタに引き込まれ、それによって、前記空隙を通した空気の流動を生成する、イオン空気流発生器。
28. 前記誘電体基板は、セラミック基板またはガラス基板を備える、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
29. 前記開口は、誘電体基板を除去することによって生成され、前記エミッタおよびコレクタは、前記開口を生成する前に前記誘電体基板上に前記第１および第２の導体を堆積させることによって形成される、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
30. 前記エミッタストライプおよびコレクタストライプは、規則的パターンを形成する、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
31. 前記エミッタストライプは、角を伴う断面を有する、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
32. 少なくとも１つの角が、３０μｍを上回らない曲率半径を有する、請求項３１に記載のイオン空気流発生器。
33. 前記エミッタ形状は、台形断面を有する、請求項３１に記載のイオン空気流発生器。
34. 前記コレクタストライプは、角を伴わない断面を有する、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
35. 前記エミッタストライプは、前記コレクタストライプに対して直角に配向される、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
36. 前記エミッタストライプの端部は、前記開口の両側上の前記誘電体基板の前記第１の側に堆積され、それによって支持される、パッチを備え、前記開口の両側上の前記パッチは、相互およびエミッタ電極に電気的に接続され、
    前記コレクタストライプの端部は、前記開口の両側上の前記誘電体基板の前記第２の側に堆積され、それによって支持される、パッチを備え、前記開口の両側上の前記パッチは、相互およびコレクタ電極に電気的に接続される、請求項３５に記載のイオン空気流発生器。
37. 前記開口の角は、前記エミッタとコレクタとの間のクリープ距離を増加させる、隔離切り欠きを含む、請求項３５に記載のイオン空気流発生器。
38. 前記誘電体基板は、前記エミッタとコレクタとの間に前記空隙のための一貫した間隔を維持する、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
39. 前記誘電体基板は、前記開口を封入し、それによって、前記空気の流動のために前記エミッタと前記コレクタとの間に流動面積を生成する、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
40. 前記空気の流動のための前記エミッタと前記コレクタとの間の流動面積は、５０ｍｍ^２以下である、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
41. 前記空気の流量は、流動面積の１ｃｍ^２あたり毎分３リットル以上である、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
42. 前記エミッタと前記コレクタとの間の前記空隙は、２ｍｍ以下である、請求項２７に記載のイオン空気流発生器。
43. イオン空気流発生器であって、
    第１の側を有する、誘電体と、
    前記誘電体の前記第１の側に継合され、それによって支持される、導体であって、前記導体は、エミッタまたはコレクタのいずれかを備える、第１の電極を形成するようにも成形される、導体と、
    エミッタおよびコレクタのうちの他方を備える、第２の電極であって、前記エミッタおよびコレクタは、前記エミッタに印加される電圧が、前記エミッタにおいて空気をイオン化し、前記イオン化された空気が、前記コレクタに引き込まれ、それによって、空気の流動を生成するように、相互に対向して位置付けられる、第２の電極と
    を備える、イオン空気流発生器。
44. 前記第１の電極は、前記エミッタを備え、前記第２の電極は、前記コレクタを備える、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
45. 前記第１の電極は、前記コレクタを備え、前記第２の電極は、前記エミッタを備える、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
46. 前記コレクタは、１ｍｍ以下のピッチ上に、複数の平行金属ストライプを備える、請求項４５に記載のイオン空気流発生器。
47. 前記誘電体は、前記エミッタとコレクタとの間の空隙の外側に位置付けられる、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
48. 前記エミッタとコレクタとの間に空隙のための一貫した間隔を維持する、スペーサをさらに備える、請求項４７に記載のイオン空気流発生器。
49. 前記誘電体は、セラミック基板またはガラス基板を備える、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
50. 前記導体は、前記金属ストライプの全長にわたって前記誘電体上に堆積され、それによって支持される、１つ以上の金属ストライプを備える、請求項４９に記載のイオン空気流発生器。
51. 前記導体は、前記誘電体内の開口に跨架する、前記誘電体の肋材上に堆積され、それによって支持される、１つ以上の金属ストライプを備える、請求項４９に記載のイオン空気流発生器。
52. 前記導体は、前記誘電体内の開口を横断して懸吊される、１つ以上の金属ストライプを備え、各金属ストライプは、前記誘電体の前記第１の側に堆積され、それによって支持される、２つの端部を有する、請求項４９に記載のイオン空気流発生器。
53. 前記誘電体は、プリント回路基板を備え、前記導体は、前記プリント回路基板上に堆積される、金属トレースを備える、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
54. 前記エミッタおよびコレクタは、線平面幾何学形状を有する、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
55. 前記空気の流動のための前記エミッタと前記コレクタとの間の流動面積は、５０ｍｍ^２以下である、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
56. 前記空気の流量は、流動面積の１ｃｍ^２あたり毎分３リットル以上である、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
57. 前記エミッタと前記コレクタとの間の前記空隙は、２ｍｍ以下である、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
58. 前記イオン化された空気は、前記エミッタの周囲に正コロナを形成する、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
59. 前記イオン化された空気は、前記エミッタの周囲に負コロナを形成する、請求項４３に記載のイオン空気流発生器。
60. 空気流システムであって、
    イオン空気流発生器であって、
    第１の側を有する、誘電体と、
    前記誘電体の前記第１の側に継合され、それによって支持される、導体であって、前記導体は、エミッタまたはコレクタのいずれかを備える、第１の電極を形成するようにも成形される、導体と、
    エミッタおよびコレクタのうちの他方を備える、第２の電極であって、前記エミッタおよびコレクタは、空隙を横断して相互に対向して位置付けられる、第２の電極と
    を備える、イオン空気流発生器と、
    前記エミッタおよびコレクタを横断して電圧を印加する、コントローラであって、前記印加された電圧は、前記エミッタにおいて空気をイオン化し、前記イオン化された空気は、前記コレクタに引き込まれ、それによって、前記空隙を通した空気の流動を生成する、コントローラと
    を備える、空気流システム。
61. 前記エミッタは、複数のエミッタ要素を備え、前記コントローラは、前記電圧を前記エミッタ要素の異なるものに印加するように調節可能である、請求項６０に記載の空気流発生器。
62. 前記エミッタ要素のうちの少なくとも１つは、冗長であり、前記コントローラは、別のエミッタ要素の障害に応じて、前記電圧を前記冗長なエミッタ要素に印加する、請求項６０に記載の空気流発生器。
63. 前記コントローラは、空気流の所望の率に基づいて、前記電圧を異なる数のエミッタ要素に印加する、請求項６０に記載の空気流発生器。
64. 前記エミッタ要素のうちの少なくとも１つは、そのような放電要素が、故障しているものとして識別された場合、前記システムの残部からこれを隔離するために、無効化されることができる、請求項６０に記載の空気流発生器。
65. 前記印加される電圧は、２～４ｋＶの範囲にわたって調節可能である、請求項６０に記載の空気流発生器。
66. 前記印加される電圧は、２ｋＶを超過しない、請求項６０に記載の空気流発生器。
67. 前記エミッタおよびコレクタを横断して印加される前記電圧を発生させる、電力供給源をさらに備える、請求項６０に記載の空気流発生器。

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