JP3847105B2

JP3847105B2 - イオン発生装置を備えた電気機器

Info

Publication number: JP3847105B2
Application number: JP2001166118A
Authority: JP
Inventors: 美徳世古口; 守守川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002359054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスイオン及びマイナスイオンの双方を空間に放出して空気中に浮遊する細菌を殺菌することが可能なイオン発生素子の構造、製造方法及びイオン発生素子を備えた空気調節装置に関するものである。ここでいう空気調節装置に該当するものの例としては、空気調和機、除湿機、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒーター、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置等があり主に、家屋の室内、ビル内の一室、病院の病室若しくは手術室、車内、飛行機内、船内、倉庫内、冷蔵庫の庫内等に用いられる
【０００２】
【従来の技術】
一般に、事務所や会議室などの換気の少ない密閉化された部屋では、部屋内の人が多いと、呼吸により排出される二酸化炭素やタバコの煙、ホコリなどの空気汚染物質が増加するため、人間をリラックスさせる効能を有するマイナスイオンが空気中から減少していく。特にタバコの煙によってマイナスイオンが多量に失われ、通常の１／２〜１／５程度にまで減少することがあった。そこで空気中のマイナスイオンを補給するため、種々のイオン発生装置がこれまでから市販されているが、いずれの装置も直流高電圧方式でマイナスイオンのみを発生させるものであった。
【０００３】
このようなマイナスイオンのみを発生させる従来のイオン発生装置では、空気中にマイナスイオンを補給することはできるものの、空気中の浮遊細菌を積極的に除去するようなものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、空気中に、プラスイオンとしてのＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（以下、ｎは自然数を示す）と、マイナスイオンとしてのＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（以下、ｍは自然数を示す）を送出する構成により、上記のイオンを空気中の浮遊細菌の殺菌に付着させて化学反応させ、そのとき発生する活性種である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及び／又は水酸化ラジカル（・ＯＨ）の分解作用をもって、空気中の浮遊細菌を殺菌する発明をなした。
【０００５】
また、上記の発明については出願人において既に実用化され、実用機には、円筒状ガラス管の誘電体を挟んで外側に網状電極、内側に板状電極を配設した構造のイオン発生装置を搭載した空気清浄機がある。
【０００６】
しかしながら、上記の電極構成では、イオン発生装置の大きさが大きくなることから小型の機器には搭載し難く、商品によってはイオン発生装置を装着できない問題があった。また、電極を構成する上で、網状電極と板状電極の位置関係等の調整が難しいという問題もあった。
【０００７】
かかる状況に鑑みて、本発明は、小型でかつ簡便な構成により、プラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_nとマイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_mを安定して発生させることができ、更には電極の位置調整が容易な、イオン発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の発明は、空気中にＨ⁺ （Ｈ₂ Ｏ）_n （ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m （ｍは自然数を示す）を発生するためのイオン発生素子において、前記イオン発生素子は、無機材料からなる誘電体の表面に一体に設けた表面電極と、前記誘電体の内部に埋め込まれた前記表面電極に平行な内部電極とを備え、前記表面電極を格子状に形成し、前記内部電極を面状に形成し、前記表面電極の格子のピッチを２．５ｍｍよりも小さくし、前記表面電極と前記内部電極との関係は、前記表面電極を前記内部電極に投影したときの投影図が、前記内部電極よりも外側であるように構成し、前記Ｈ ⁺ （Ｈ ₂ Ｏ） _n 及びＯ ₂ ^- （Ｈ ₂ Ｏ） _m を略同一数量発生させる構成とする。
【００１６】
そして、本発明の第２の発明は、第１の発明の、イオン発生素子の表面電極と内部電極との間に高電圧を印加する電圧印加手段を設け、該電圧印加手段により電圧を印加し、空気中にＨ⁺ （Ｈ₂ Ｏ）_n （ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m （ｍは自然数を示す）を発生させるイオン発生装置とする。
【００１７】
また、本発明の第３の発明は、第２の発明に記載のイオン発生装置から発生するＨ⁺ （Ｈ₂ Ｏ）_n （ｎは自然数を示す）及びＯ₂-（Ｈ₂Ｏ）_m （ｍは自然数を示す）を空気中に送出する手段を有する空気調節装置とする。
【００１８】
【発明の詳細な説明】
以下、本発明のイオン発生素子について図面を参照して説明する。図１は本発明のイオン発生素子の一実施態様を示す斜視図、図２は図１の平面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は図１のＢーＢ断面図を示すものである。
【００１９】
本発明のイオン発生素子は、平板状の誘電体４の表面に設けられた表面電極５と、該表面電極５に電力を供給するため誘電体４の表面に設けられる表面電極接点８と、誘電体４の内部に埋設され且つ前記表面電極５と平行に設けられた埋設電極６と、該内部電極６に電力を供給するため誘電体４の表面に設けられる内部電極接７を有している。
【００２０】
各構成について更に詳述すると、誘電体４の材料は、有機物としては、耐酸化性に優れた材料が好適であり、例えばポリイミド又はガラスエポキシ等の樹脂が使用でき、また、無機物としては、純度の高いアルミナ、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイト等のセラミックを使用することができるが、耐食性の面を考えれば、無機系のものほうが望ましく、更に、成形性や後述する電極の構成の容易性を考えれば、セラミックを用いて成形するのが好適である。また、表面電極５と内部電極６との間の絶縁抵抗が均一であることが望ましいため、材料内部の密度ばらつきが少なく、誘電体４の絶縁率が均一であればある程好適である。
【００２１】
そして、誘電体４の形状は、円板や楕円板、多角形板等の他の形状であってもよく、更には円柱状であってもよいが、生産性を考えると図１に示すように板状（この板状には、円板状及び直方体状のいずれをも含む。）とするのが好適である。
【００２２】
また、表面電極５は、導電性を有するものであれば特に制限なく使用することができるが、放電によって溶融する等の変形を起こさないものであることが条件となる。そして、表面電極５は、誘電体４の表面に誘電体と一体に形成し、該表面からの深さ（誘電体の表面より内部電極６側に表面電極５を設ける場合）或は厚み（誘電体の表面より突出して表面電極５を設ける場合）が均一である方が望ましい。
【００２３】
そして、その形状は、面状、格子状、線状等の何れの形状であってもよいが、電界の集中が起こりやすい形状にすれば、表面電極５と内部電極６との間に印加する電圧が低くても放電させることができるため、格子状や線状のように、電界集中が起こりやすい形状とすることが望ましい。
【００２４】
そして、内部電極６は、前記表面電極５と同様、導電性を有するものであれば特に制限なく使用することができる。また、表面電極５と内部電極６との間の絶縁抵抗が均一であることが望ましいため、内部電極６は表面電極５と平行であることが望ましい。そのため、誘電体４の内部であって表面電極５と対向させて平行に配置し、表面電極５と内部電極６との距離（以下、電極間距離と称す）が一定になるように設けることが好適である。これにより、表面電極５と内部電極６との間の放電状態が安定し、プラスイオン及びマイナスイオンを好適に発生させることが可能である。
【００２５】
従って、誘電体４を板状とした場合であって、表面電極５を平面状に設けた場合には、内部電極６を表面電極５と平行の平面状に設けることが望ましく、誘電体４を円柱状に設けた場合は、表面電極５を円柱の外周表面に設けるとともに、内部電極６を軸状に設けることによって電極間距離を一定とすることができる。
【００２６】
次に、表面電極接点７は、表面電極５と導通する接点であり、この接点に銅線アルミ線等の一端を結線し、該リード線の他端を、他の構成の接点に接続して、他の構成と表面電極５とを導通させるものである。表面電極接点７は、リード線との接続の容易性から誘電体４の表面であれば何れに設けてもよいが、表面電極５と同じ電位となるものであるため、内部電極６と表面電極接点７との距離が、電極間距離よりも遠い関係にあることが望ましく、このように構成することにより安定した放電状態を得ることができる。
【００２７】
そして、内部電極接点８は、内部電極６と導通する接点であり、この接点に銅線アルミ線等からなるリード線の一端を結線し、該リード線の他端を、他の構成の接点に接続して、他の構成と内部電極６とを導通させるものである。内部電極接点８は、リード線との接続の容易性から誘電体の表面であれば何れに設けてもよいが、内部電極６と同じ電位となるものであるため、表面電極５と内部電極接点８との距離が、電極間距離よりも遠い関係にあることが望ましく、このように構成することにより安定した放電状態を得ることができる。
【００２８】
また、表面電極接点７と内部電極接点８との距離についても、電極間距離よりも遠く形成する。さらに、表面電極接点７及び内部電極接点８を共に表面電極５を設けた面（以下、上面と称す）と相対する面（以下、下面と称す）に設けると、プラスイオン及びマイナスイオンが発生する表面電極５を設けた面にリード線等の配線が配置されないため、別途に送風機を設ける等して、表面電極５を設けた面に空気を送風する構成とした場合に、リード線によって空気の流れが乱れるような事もなく好適である。なお、このような効果は、表面電極接点７及び内部電極接点８を上面以外の位置に設けることによって同様に得ることが可能である。
【００２９】
なお、上記した他の構成とは、電圧印加手段（不図示）又はグランドを意味し、その接続の例としては、表面電極５と内部電極６とを共に電圧印加手段に接続して電圧を印加する場合、表面電極５をグランドに接続して接地電位とし内部電極６を電圧印加手段に接続する場合、表面電極５を電圧印加手段に接続し内部電極６をグランドに接続して接地電位とする場合がある。
【００３０】
上記の他の構成の例のうち、表面電極５をグランドに接続して接地電位とし内部電極６を電圧印加手段に接続する場合は、露出された電極に高電圧が印加されないため、例えば手が触れるようなことがあった場合にも安全であるため好適である。
【００３１】
また、イオン発生素子１が一つの場合にプラスイオンとマイナスイオンの両方を発生させるためには、電圧印加手段による表面電極５と内部電極６との間の印加電圧は、交番電圧であることが必要であるが、この交番電圧は一般的に商用電源に用いられているような正弦波状の交番電圧（以下、正弦波状の交番電圧を交流電圧と称す）に限られず、矩形波状の交番電圧であっても良く、他の波形を用いて交番電圧を印加しても良い。
【００３２】
次に、本実施の形態の更に具体的な実施態様を図１から図４を参照して説明する。
【００３３】
本具体例のイオン発生素子１の誘電体４は、幅１５ｍｍ×長さ３７ｍｍ×厚み０．９ｍｍの直方体状とし、また、誘電体４の上面と平行に約６ｍｍ×２４ｍｍの帯状に内部電極６を形成し、そして、誘電体４の上面の両短辺（幅１５ｍｍの辺）のそれぞれの中心を結ぶ中央線Ａ−Ａ（図１参照）が線対称の対称軸になるように、幅約１０．４ｍｍ×長さ２４ｍｍの格子状の表面電極５を設けた構成である。
【００３４】
また、表面電極接点７は誘電体４の下面に設けている。そして、前記表面電極接点７は、一端が表面電極５に導通され他端が誘電体４の上面の前記表面電極接点７と対向する位置に有り且つ電極間距離より長く形成された上面導通部１０と、該上面導通部１０の他端と表面電極接点７とを導通する表面電極用縦断導通部１１によって、表面電極５と導通している。
【００３５】
さらに、内部電極接点８は、誘電体４の下面であって内部電極６と対向する任意の個所に設けている。そして、内部電極接点８は内部電極６と内部電極用縦断導通部１２により導通している。また、表面電極接点７と内部電極接点８の距離は電極間距離より遠く形成する。
【００３６】
次に上記のイオン発生素子１の製造方法について説明すると、まず、厚さ０．４５ｍｍの純度の高いアルミナのシートを所定の大きさ（上記の例でいうと、幅１５ｍｍ×長さ３７ｍｍ）に切断し、二つの略同一の大きさを有するアルミナの基材を形成する。なお、アルミナの純度は９０％以上であれば良いが、ここでは９２％の純度のアルミナを用いている。
【００３７】
次に、二つのアルミナの基材のうちの一方の上面に、格子状にタングステンをスクリーン印刷して表面電極５及び上面導通部１０をアルミナの基材の表面に一体に形成して上部誘電体３を作成する。そして、他のアルミナの基材の上面に帯状にタングステンをスクリーン印刷して内部電極６をアルミナの基材の表面に一体に形成し、アルミナ基材の下面に表面電極接点７及び内部電極接点８をスクリーン印刷して形成し下部誘電体２を作成する。
【００３８】
さらに、上部誘電体３の表面に、アルミナのコーティング層９を形成して、表面電極５を絶縁コートする。そして、上部誘電体３の下面と下部誘電体２の上面を重ね合わせた後、これらを炉に入れて１４００〜１６００℃の非酸化性雰囲気で焼成する。この様にして製造することにより、本発明に示すようなイオン発生素子を容易に製造することが可能である。
【００３９】
上記の具体例のように形成したイオン発生素子１に電圧を印加した場合について説明する。
【００４０】
上記の具体例のイオン発生素子１の表面電極５をグランド電位とし、内部電極６に電圧を印加する構成とすべく、別途に設ける回路等（不図示）のグランド電位と表面電極接点とをリード線で接続し、また内部電極接点と電圧印加手段（不図示）とをリード線で接続してイオン発生装置を形成する。そして、電圧印加手段を動作させ表面電極５と内部電極６との間に交流高電圧を印加することにより、プラスイオンとマイナスイオンが発生する。
【００４１】
このとき、表面電極の格子形状によって、イオンの発生量が異なることがあり、その表面電極５の格子形状とイオンの発生量との関係を実験により調べると、実験条件を、電圧印加手段により印加する電圧を、交流電圧のピーク間の電位差が約８．２ｋＶ、周波数が約２０ｋＨｚとしたときは、下記の表１に示すような実験結果が得られた。
【００４２】
なお、イオン量の測定はイオン発生素子１から約２５ｃｍの測定点で計測したものであり、内部電極６は、約６ｍｍ×２４ｍｍの帯状に形成し一定としている。また、表１において幅とは表面電極５の格子を形成する線の線幅を示しており、ピッチとは該線の間隔を示している。
【００４３】
【表１】

【００４４】
この実験結果より、表面電極５の格子形状の印刷を、幅０．２５ｍｍ、ピッチ０．８ｍｍとしたときに、プラスイオン及びマイナスイオンの量がバランス良く多量に発生し、更に、他の格子形状に比べオゾン量が少ないというデータが得られた。ここで、オゾンは人体にとって有害な物質である事から、本発明のイオン発生素子を用いてプラスイオン及びマイナスイオンを空気中に放出し、空気中に存在する浮遊細菌を殺菌する場合は、オゾンの発生量が少ない事が望ましい。
【００４５】
従って、表面電極５の格子形状の印刷は幅０．２５ｍｍ、ピッチ０．８ｍｍの例が他の格子形状の例に比較して優位であるといえる。また、この例においては、放電により発生する放電音も小さく非常に好適である。
【００４６】
そして、表面電極５と内部電極６の配置関係を、表面電極５を内部電極６に投影した場合に表面電極５の投影図が内部電極６よりも内側になるよう表面電極５を形成したとき（下記の表２では表面電極が内部電極より内側に形成したときとして記載）と、表面電極５を内部電極６に投影したときに表面電極５の投影図が内部電極６よりも外側になるよう表面電極５を形成したとき（下記の表２では表面電極が内部電極より外側に形成したときとして記載）とについて、上記と同様に形成したイオン発生装置の電圧印加手段に印加する電圧を交流電圧のピーク間の電位差が約８．２ｋＶ、周波数が約２０ｋＨｚとして、プラスイオンの発生量とマイナスイオンの発生量とを測定すると、表２に示すような実験結果が得られた。ここで、表面電極５を内部電極６に投影した場合に表面電極５の投影図が内部電極６よりも外側とは、表面電極５を仮想的に内部電極６の形成した面状に存在するとしたときに、表面電極５の最も外側の部分、すなわち表面電極５の外周に該当する部分が、内部電極６の最も外側の部分、すなわち内部電極６の外周に該当する部分よりも外側にあることをいい、表面電極５を内部電極６に投影した場合に表面電極５の投影図が内部電極６よりも内側とは、その逆の配置状態にあるものをいう。
【００４７】
なお、イオン量の測定はイオン発生素子から約５ｃｍの測定点で計測したものであり、内部電極６は、約６ｍｍ×２４ｍｍの帯状に形成し一定としている。
【００４８】
【表２】

【００４９】
以上の実験結果より、表面電極５を内部電極６に投影した場合に表面電極５の投影図が内部電極６のよりも外側に形成したときは、プラスイオンとマイナスイオンの発生量が同一数量に近く、イオン量がバランスよく発生することが判明した。
【００５０】
上記の結果より、表面電極５を内部電極６に投影した場合の表面電極５の投影図が内部電極６よりも外側に形成することによって、内部電極６から表面電極５に対して放電するときに表面電極の内側で放電するため、空気中での放電状態が安定し、イオン量をバランスよく発生させることができる。
【００５１】
そして、以上の結果から上述したイオン発生装置を、空気の物性を変化させて所望の雰囲気状態を作り出す装置である空気調節装置（例えば空気調和機、除湿機、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒーター、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機等）に取り付け、殺菌したい空間にプラスイオンとしてのＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（以下、ｎは自然数を示す）と、マイナスイオンとしてのＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（以下、ｍは自然数を示す）を送出することにより、上記のイオンを空気中の浮遊細菌の殺菌に付着させて化学反応させ、そのとき発生する活性種である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及び／又は水酸化ラジカル（・ＯＨ）の分解作用をもって、前記空間中の浮遊細菌を殺菌することが可能である。
【００５２】
【発明の効果】
上記の説明のとおり、空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数を示す）を発生するためのイオン発生素子において、前記イオン発生素子は、誘電体の表面に設けた表面電極と、前記誘電体の内部に前記表面電極に平行な内部電極を設けた構成とすることにより、イオン発生素子を小型にすることがでるとともに、放電状態が安定し、良好に空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数を示す）を送出することが可能である。
【００５３】
また、イオン発生素子を、空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数を示す）を発生するためのイオン発生素子において、前記イオン発生素子は、誘電体の表面に一体に設けた表面電極と、前記誘電体の内部に埋め込まれた前記表面電極に平行な内部電極を設けた構成とすることにより、イオン発生素子を小型にすることがでるとともに、放電状態が安定し、良好に空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数を示す）を送出することが可能である。
【００５４】
そして、誘電体を無機材料から構成することにより、誘電体が酸化して変質するようなことがなく、経時的に電極間の抵抗が変わるようなこともないため、長期にわたって安定して、良好に空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数を示す）を送出することが可能である。
【００５５】
さらに、表面電極又は前記内部電極の何れか一方の電極を格子状又は線状とすることによって、低い電圧であっても容易に放電させることができる。
【００５６】
そして、表面電極又は前記内部電極の何れか一方の電極を格子状又は線状とし、他方の電極を面状とすることによって、低い電圧であっても容易に放電させることができるとともに、放電状態が安定し、良好に良好に空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数を示す）を送出することが可能である。
【００５７】
さらに、前記表面電極を格子状に形成し、前記内部電極を面状に形成し、前記表面電極の格子のピッチを２．５ｍｍよりも小さくすることにより、オゾンの発生量を比較的少量にでき、同時に放電音を小さくすることができる。
【００５８】
また、前記表面電極と前記内部電極との関係は、前記表面電極を前記内部電極に投影したときの投影図が、前記内部電極よりも外側であることにより、更に放電状態が安定し、良好に良好に空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数を示す）を送出することが可能である。
【００５９】
そして、前記表面電極と導通する表面電極接点と、前記内部電極と導通する内部電極接点とを、前記誘電体の表面電極を設けた面以外の表面に設けることにより、別途に送風機を設ける等して、表面電極５を設けた面に空気を送風する構成とした場合に、リード線によって空気の流れが乱れるような事もなく好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン発生装置の実施態様を示す斜視図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１イオン発生装置
２下部誘電体
３上部誘電体
４誘電体
５表面電極
６内部電極
７表面電極接点
８内部電極接点
９コーティング
１０上面導通部
１１表面電極用縦断導通部
１２内部電極用縦断導通部

Claims

空気中にＨ⁺ （Ｈ₂Ｏ）_n （ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m （ｍは自然数を示す）を発生するためのイオン発生素子において、
前記イオン発生素子は、無機材料からなる誘電体の表面に一体に設けた表面電極と、前記誘電体の内部に埋め込まれた前記表面電極に平行な内部電極とを備え、
前記表面電極を格子状に形成し、前記内部電極を面状に形成し、前記表面電極の格子のピッチを２．５ｍｍよりも小さくし、
前記表面電極と前記内部電極との関係は、前記表面電極を前記内部電極に投影したときの投影図が、前記内部電極よりも外側であるように構成し、
前記Ｈ ⁺ （Ｈ ₂ Ｏ） _n 及びＯ ₂ ^- （Ｈ ₂ Ｏ） _m を略同一数量発生させることを特徴とするイオン発生素子。
請求項１に記載のイオン発生素子の表面電極と内部電極との間に高電圧を印加する電圧印加手段を設け、
該電圧印加手段により電圧を印加し、空気中にＨ⁺ （Ｈ₂ Ｏ）_n （ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m （ｍは自然数を示す）を発生させることを特徴とするイオン発生装置。
請求項２に記載のイオン発生装置から発生するＨ⁺ （Ｈ₂ Ｏ）_n （ｎは自然数を示す）及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m （ｍは自然数を示す）を空気中に送出する手段を有する空気調節装置。