JP4339133B2 - 放電素子及びイオン発生装置 - Google Patents

Description

本発明は，例えばコロナ放電や沿面放電によってイオンを発生させる放電素子，及び当該放電素子を備えたイオン発生装置に関するものである。

従来から，正負のイオン発生器，正イオン発生器，あるいは負イオン発生器において，放電部が昇華折出物質（例えば硝酸アンモニウム：ＮＨ_４ＮＯ_３）で被われることで放電量とイオン発生量が低下することが知られている。その対策としてイオン発生器の放電素子にヒータを取付け，加熱して昇温させることによって昇華を防止させる方法がとられてきた（特許文献１）。

しかしながらヒータをイオン発生器に取り付ける場合，以下の問題が生じていた。すなわち，正確な温度制御を行うためには，電極が設けられた誘電体の部分に温度センサを設ける必要があるが，そうすると放電の際の電磁ノイズ，誘導電流，発生したイオン等の影響を温度センサが受けてしまい，その結果正確な温度測定ができなくなるおそれがあった。これを避けるためには温度センサをなるべく離す必要があるが，そうすると，取付位置が限られてしまい，しかも放電部材からは離れた位置にはいちするので，放電部材の正確な温度を測定することができず，結果的に適正な温度制御ができないおそれがあった。

特開平５−１６６５７８号公報

本発明は，以上の点に鑑みてなされたものであり，ヒータ制御用の温度センサを放電部から離し，前記した電磁ノイズ，誘導電流，発生イオンからの影響を抑制し，しかも正確な温度測定を可能とすることをその目的としている。

前記目的を達成するため，前記放電部材の裏面に密着配置されるヒータ保持部材と，前記ヒータ保持部材の裏面に密着配置されるセンサ取付部材と，前記センサ取付部材に取り付けられる前記ヒータ保持部材の発熱部の制御用の温度センサとを有し，前記放電部材においては，前記放電電極と誘電電極とが一の誘電体板において隔てて設けられ，前記温度センサは，前記放電部材表面とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗と，前記センサ取付部材における温度センサの取付位置とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗とが等しい位置に取り付けられていることを特徴としている。

なお放電電極と誘電電極とが一の誘電体板において隔てて設けられているとは，一の誘電体板の同一面の表面に各々が距離をおいて離れている場合と，一の誘電体板において，放電電極が表面側に位置し，誘電電極が当該誘電体板の内部に設けられている場合をも含む意味である。

放電部材の構成は，放電電極が一の誘電体板の表面に設けられ，誘電電極は前記一の誘電体板と，当該一の誘電体板裏面に密着配置される他の誘電体板との間に配置された構成を有するものであってもよい。

本発明においては，放電部材表面とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗と，前記センサ取付部材における温度センサの取付位置とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗とが等しい位置に温度センサが取り付けられているので，放電部材表面と同じ温度を，放電部材表面から離れた裏面の位置にて測定することができる。しかもヒータ保持部材を挟んで，放電を実行している放電部材表面から離れた位置に温度センサが設けられているので，放電の際に発生する電磁ノイズ，誘導電流，発生イオンからの影響を受けにくい。

ヒータ保持部材，誘電体板，センサ取付部材の材質は，不燃性の絶縁体，例えばガラス，無機粘土鉱物（例えばセピオライト，モンモリナイト，スメクタイなど），シリカ，アルミナ，各種セラミックスを用いることが好ましい。またこれら部材に使用する場合，熱膨張率の大きさに差が少ないことが好ましい。もちろん全て同一の材質を用いてもよい。

前記ヒータ保持部材は，電力の供給によって発熱する発熱部と，当該発熱部を保持する保持板とから構成されていてもよい。また前記ヒータ保持部材は，前記センサ取付部材と共用化され，前記発熱部は，前記放電部材と当該センサ取付部材との間に密着配置されていてもよい。

センサ取付部材に凹部を形成し，前記温度センサは当該凹部に収容されていてもよい。

さらに温度センサを，センサ取付部材に形成した孔内に設けたり，センサ取付部材内に埋設するなどして，温度センサをセンサ取付部材内に設けてもよい。かかる場合，発熱部から温度センサまでの熱抵抗をＲ2-1，温度センサからセンサ取付部材表面までの熱抵抗をＲ2-2，発熱部から誘電体板表面までの熱抵抗をＲ１，空気との熱伝達に関する熱抵抗をＲＡとしたとき，ＲＡ／Ｒ１＝（ＲＡ＋Ｒ2-2）／Ｒ2-1となるように，温度センサの取付位置を設定すれば，より正確な温度測定が可能である。

またセンサ取付部材における温度センサの取付位置は，ヒータ保持部材の発熱部からの距離が，場所によって異なるようなテーパ領域に位置していてもよい。

本発明のイオン発生装置は，前記した放電素子と，前記放電電極と誘電電極とに電圧を印加するための昇圧トランスを収納するケースを備えたイオン発生装置であって，前記ケースの一の面には断熱プレートが設けられ，前記放電素子は，この断熱プレート上に設けられていることを特徴としている。

この場合，前記放電素子は，この断熱プレート上に当該断熱プレートに対して直角に設けられていることが好ましい。さらにまた前記放電素子を覆うメッシュ状のカバーを有することが好ましい。

本発明によれば，ヒータ保持部材を挟んで，放電を実行している放電部材表面から離れた位置にあるセンサ取付部材にヒータ制御用の温度センサが設けられているので，放電の際に発生する電磁ノイズ，誘導電流，発生イオンからの影響を受けづらい。しかも前記温度センサは，センサ取付部材において放電部材表面と同じ温度となる位置に取り付けられているので，正確な温度測定が可能である。それゆえ正確な温度制御を行うことが可能である。

本発明の好ましい実施の形態について説明すると，図１は実施の形態にかかるイオン発生装置１の外観を示しており，このイオン発生装置１は，昇圧トランス２を内蔵した箱形状のケース３と，ケース３の上面に設けられた放電素子１０とを有している。

放電素子１０は，図２に示したように，薄板形状の放電部材２０，薄板形状のヒータ保持部材３０，薄板形状のセンサ取付部材４０が，密着された構造を有している。

放電部材２０は，誘電体板２１の表面に設けられた略Ｕ字型の誘電電極２２と，当該同一表面において，誘電電極２２と接触しない位置に配置された線状の放電電極２３とを有している。なお図２の破線で示したように，誘電電極２２は誘電体板２１の内部に設けられていてもよい。ケーブル２４は，誘電電極２２に接続され，ケーブル２５は，放電電極２３に接続されている。そして昇圧トランス２を経て昇圧された電圧が，ケーブル２４，２５を介して両電極間に印加されると，放電が発生してそれによってイオンが発生する。

ヒータ保持部材３０は，保持板３１と，保持板３１内に内蔵された発熱部３２を有している。発熱部３２は，ケース３内に設けられた電源装置３３から，電源ケーブル３４を介して供給される電力によって発熱する構成を有している。

センサ取付部材４０の裏面側には，発熱部３２を制御する際の温度センサ４１が設けられている。温度センサ４１からの信号は，リードケーブル４２を介して，ケース３内に設けられた制御装置４３に出力され，制御装置４３は，当該温度信号に基づいて，電源装置３３の電力を制御する。

放電素子１０の図１におけるＡ−Ａ線断面の様子を図３の上方に示しているが，温度センサ４１は，放電部材１０の表面とヒータ保持部材３０の発熱部３２との間の熱抵抗Ｒ１と，センサ取付部材４０における温度センサ４１の取付位置と発熱部３２との間の熱抵抗Ｒ２とが等しい位置に取り付けられている。より詳述すると，誘電体板２１の厚さをｄ１，熱伝導率をｋ１，ヒータ保持部材３０の保持板３１における発熱部３２と誘電体板２１側の表面までの部分の厚さをｄ２，当該部分の熱伝導率をｋ２，保持板３１における発熱部３２とセンサ取付部材４０側の表面までの部分の厚さをｄ３，当該部分の熱伝導率をｋ３，センサ取付部材４０の厚さをｄ４，センサ取付部材４０の熱伝導率をｋ４としたとき，
Ｒ１＝ｄ１／ｋ１＋ｄ２／ｋ２，
Ｒ２＝ｄ３／ｋ３＋ｄ４／ｋ４，
で表されるが，Ｒ１＝Ｒ２となるように，ｋ１〜ｋ４，ｄ１〜ｄ４が定められている。

そして以上の構成にかかる放電素子１０は，図１に示したように，イオン発生装置１のケース３の上面に設けられた断熱プレート４の上に，ケース３に対して直角となるように設けられている。すなわち放電素子１０自体が，自立した形態で設けられている。

本実施の形態にかかるイオン発生装置１は以上の構成を有し，イオンを発生させる放電素子１０においては，ヒータ保持部材３０の発熱部３２が放電部材２０を加熱しているので，誘電電極２２や放電電極２３の表面に昇華物が付着するのを防止することができる。そして発熱部３２の温度制御を行うための温度センサ４１は，放電部材２０の表面からは，ヒータ保持部材３０を挟んで離れているセンサ取付部材４０に取り付けられているので，放電の際に発生する電磁ノイズや誘導電流等の影響を受けにくくなっている。したがって，温度測定の際に，正確に温度を測定することができる。

しかも温度センサ４１は，発熱部３２と放電部材２０の表面の間の熱抵抗Ｒ１と，センサ取付部材４０における温度センサ４１の取付位置と発熱部３２との間の熱抵抗Ｒ２とが等しい位置に取り付けられているので，温度センサ４１は，放電部材２０の表面の温度を正確に測定することができる。したがって，発熱部３２の正確な制御が可能になっている。すなわち図３の下方のグラフは，発熱部３２の位置Ｈからの厚み方向の距離に対する温度を示しているが，熱抵抗Ｒ１と熱抵抗Ｒ２は等しいので，温度センサ４１の取付位置と放電部材２０の表面とは同じ温度になっている。したがって，温度センサ４１は放電部材２０の表面と同じ温度を測定することができるのである。

その他，図１に示したように，放電素子１０自体は，断熱プレート４を介してケース３の上面に対して直角に設けられているので，発熱部分とケース３との熱伝導面積は小さいものであり，断熱プレート４の断熱作用と相俟って，ケース３内の各種機器は，発熱部３２からの温度の影響を受けにくくなっているので，正確でかつ安定したイオン発生装置１の動作が可能である。

なお前記実施の形態では，ヒータ保持部材３０においては，発熱部３２は，保持板３１の内部に内蔵されていたが，もちろん保持板３１の表面側，裏面側に露出して設けてもよい。またヒータ保持部材３０とセンサ取付部材４０を共用化しても良い。すなわち一のプレートの一側面に発熱部３２を設け，他側面に温度センサ４１を取り付けても良い。そうすれば，素子全体としての簡素化が図れる。また誘電体板２１，保持板３１，センサ取付部材４０の材質は，同じものであってもよいし，各々異なっていてもよい。要は，漏電や短絡，放電のことを別とすれば，前記した熱抵抗Ｒ１と熱抵抗Ｒ２とが等しくできるようなものであれば，保持板３１やセンサ取付部材４０に使用する材料は選ばない。

ところで前記実施の形態における放電素子１０においては，センサ取付部材４０自体の形態が薄板形状で構成され，温度センサ４１は，単にその表面に設けただけであった。かかる構成では，放電部材２０の表面から放出される熱量と，センサ取付部材４０表面から放出される熱量とがほぼ同等になっている。放電部材２０の表面に対する加熱は，昇華による不純物の付着を防止するために必要であるが，放電部材２０の表面から放出される熱は，本来不要であり，また省エネルギや空調による室温調整の点では，却って悪影響となる場合がある。

このような場合には，例えば図４に示した放電素子１０を提案することができる。すなわち図４に示した放電素子１０は，センサ取付部材４０の裏面側に凹部５１を設け，温度センサ４１はその奥部（底部）５２に取り付けたものである。もちろんこの場合にも，発熱部３２と放電部材２０の表面の間の熱抵抗Ｒ１と，センサ取付部材４０における温度センサ４１の取付位置と発熱部３２との間の熱抵抗Ｒ２とは等しくなるように，奥部（底部）５２の深さを設定する。このようにすれば，凹部５１以外は，センサ取付部材４０の厚さを厚くすることができ，その結果センサ取付部材４０全体からの放熱量を抑えることができる。同様な観点から，図５に示したように，センサ取付部材４０に孔６１を設け，その中に温度センサ４１を挿入してもよい。

また前記した熱抵抗Ｒ１と熱抵抗Ｒ２とが等しくなるように，センサ取付部材４０の材料やその厚さは設計段階で選択されるが，実機に装着した場合，外乱や取付状態によって，熱抵抗Ｒ１と熱抵抗Ｒ２とが同一にならないような場合も考えられる。その場合には，例えば図６に示したように，センサ取付部材４０に，発熱部３２からの距離が場所によって異なるような，テーパ領域７１を形成し，温度センサ４１をテーパ領域７１に設けてもよい。そうすれば，調整段階で温度センサ４１を例えば上下方向に移動させることで，発熱部３２からの距離を変えて熱抵抗の値を微調整して位置決めし，その後その位置で温度センサ４１を固定する。このようにしてより正確な温度測定を行うことが可能である。なおテーパ領域７１は前記した凹部５１や孔６１内に設定してもよい。

前記実施の形態にかかる放電素子１０は，１の誘電体板２１の同一表面に誘電電極２２と放電電極２３とを配置した例であったが，図８に示した放電素子８０のように，表面側の誘電体板８１の表面には放電電極２３のみを設け，誘電電極２２は，この誘電体板８１の裏面に密着配置される他の誘電体板８２の表面に設け，２つの誘電体板８１，８２の間に誘電電極２２が挟持される構成としてもよい。

かかる場合も，放電部材の２０の表面と発熱部３２との間の熱抵抗Ｒ１と，温度センサ４１の取付位置と発熱部３２との間の熱抵抗Ｒ２とが等しい位置に，温度センサ４１は取り付けられる必要がある。すなわち，誘電体板８１の厚さをｄ１，熱伝導率をｋ１，誘電体板８２の厚さをｄ２，熱伝導率をｋ２，ヒータ保持部材３０の保持板３１における発熱部３２と誘電体板２１側の表面までの部分の厚さをｄ３，当該部分の熱伝導率をｋ３，保持板３１における発熱部３２とセンサ取付部材４０側の表面までの部分の厚さをｄ４，当該部分の熱伝導率をｋ４，センサ取付部材４０の厚さをｄ５，センサ取付部材４０の熱伝導率をｋ５としたとき，
Ｒ１＝ｄ１／ｋ１＋ｄ２／ｋ２＋ｄ３／ｋ３
Ｒ２＝ｄ４／ｋ４＋ｄ５／ｋ５，
となって，Ｒ１＝Ｒ２となるように，ｋ１〜ｋ５，ｄ１〜ｄ５を定めればよい。

なお図８に示した例において，誘導電極２２を省略し，発熱部３２に誘電電極の機能を持たせてもよい。換言すれば発熱部３２を誘電電極として構成してもよい。この場合の発熱部兼誘電電極は，例えば面状の電極として構成することが好ましい。

また図５に示したようにセンサ取付部材４０の孔６１内に温度センサ４１を挿入したり，図１０に示したようにセンサ取付部材４０内に，温度センサ４１を内蔵（埋設）した場合には，温度センサ４１は大気に対して露出していないため，放電電極２３側表面とは空気中に対する放熱量が異なっている。そこでより正確な温度測定を行うため，別の要素を採り入れることが好ましい。

すなわち図９に示したように，発熱部３２から温度センサ４１までの熱抵抗をＲ2-1，温度センサ４１からセンサ取付部材４０表面までの熱抵抗をＲ2-2，発熱部３２から誘電体板８１表面までの熱抵抗をＲ１，空気との熱伝達に関する熱抵抗をＲＡとしたとき，
ＲＡ／Ｒ１＝（ＲＡ＋Ｒ2-2）／Ｒ2-1
となるように，温度センサ４１の取付位置を設定してもよい。
なお図中，ＡＴは雰囲気温度であり，例えば放電素子８０が置かれている温度としてみてもよく，ＲＡは，誘電体板８１表面や，センサ取付部材４０の表面温度から，当該雰囲気温度になるまでの熱抵抗である。またＲ１，Ｒ2-1，Ｒ2-2は，距離／材質の熱伝導率，で表す熱抵抗である。

このように空気との熱伝達に関する熱抵抗を加味して温度センサ４１の位置を設定することにより，センサ取付部材４０の孔６１内に温度センサ４１を挿入したり，図１０に示したようにセンサ取付部材４０内に，温度センサ４１を内蔵（埋設）した場合にも正確な温度の測定が可能である。

なお本実施の形態にかかるイオン発生装置１は，放電素子１０の放電部材２０が表面に露出した形式となっているので，感電や地絡を防止するために，図１１に示したように，放電素子１０を覆うメッシュ状のカバー９０を，例えばケース３の上面に取り付ければよい。このカバー９０は，発生したイオンの減衰，消滅を遅延させるために，非導電性材料で構成することが望ましい。また発生したイオンを拡散させるために，メッシュの格子間隔Ｄは，５〜１５ｍｍ程度が好ましい。なおカバーの形状は，任意なものを選択することができる。

実施の形態にかかるイオン発生装置の斜視図である。 図１のイオン発生装置における放電素子の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 センサ取付部材に凹部を有する他の放電素子の斜視図である。 センサ取付部材に孔を有する他の放電素子の斜視図である。 センサ取付部材にテーパ領域を有する他の放電素子の斜視図である。 図６の放電素子の断面図である。 他の実施の形態にかかる放電素子の分解斜視図である。 図８の放電素子の断面図である。 温度センサをセンサ取付部材内に設けた放電素子の断面図である。 カバーを有するイオン発生装置の分解斜視図である。

符号の説明

１ イオン発生装置
２ 昇圧トランス
３ ケース
４ 断熱プレート
１０ 放電素子
２０ 放電部材
２１ 誘電体板
２２ 誘電電極
２３ 放電電極
３０ ヒータ保持部材
３１ 保持板
３２ 発熱部
４０ センサ取付部材
４１ 温度センサ
Ｒ１，Ｒ２ 熱抵抗

Claims (11)

1. 放電電極と誘電電極とを有する放電部材を備えた放電素子であって，
   前記放電部材の裏面に密着配置されるヒータ保持部材と，
   前記ヒータ保持部材の裏面に密着配置されるセンサ取付部材と，
   前記センサ取付部材に取り付けられる前記ヒータ保持部材の発熱部の制御用の温度センサとを有し，
   前記放電部材においては，前記放電電極と誘電電極とは一の誘電体板において隔てて設けられ，
   前記温度センサは，前記放電部材表面とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗と，前記センサ取付部材における温度センサの取付位置とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗とが等しい位置に取り付けられていることを特徴とする，放電素子。
2. 放電電極と誘電電極とを有する放電部材を備えた放電素子であって，
   前記放電部材の裏面に密着配置されるヒータ保持部材と，
   前記ヒータ保持部材の裏面に密着配置されるセンサ取付部材と，
   前記センサ取付部材に取り付けられる前記ヒータ保持部材の発熱部の制御用の温度センサとを有し，
   前記放電部材においては，前記放電電極は一の誘電体板の表面に設けられ，前記誘電電極は前記一の誘電体板と，当該一の誘電体板裏面に密着配置される他の誘電体板との間に配置された構成を有し，
   前記温度センサは，前記放電部材表面とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗と，前記センサ取付部材における温度センサの取付位置とヒータ保持部材の発熱部との間の熱抵抗とが等しい位置に取り付けられていることを特徴とする，放電素子。
3. 前記ヒータ保持部材は，電力の供給によって発熱する発熱部と，当該発熱部を保持する保持板とを有することを特徴とする，請求項１又は２に記載の放電素子。
4. 前記ヒータ保持部材は，前記センサ取付部材と共用化され，前記発熱部は，前記放電部材と当該センサ取付部材との間に密着配置されていることを特徴とする，請求項１又は２に記載の放電素子。
5. 前記センサ取付部材は凹部を有し，前記温度センサは当該凹部内に収容されていることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の放電素子。
6. 前記温度センサは，センサ取付部材の内部に設けられていることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の放電素子。
7. 発熱部から温度センサまでの熱抵抗をＲ2-1，温度センサセンサ取付部材表面までの熱抵抗をＲ2-2，発熱部から誘電体板表面までの熱抵抗をＲ１，空気との熱伝達に関する熱抵抗をＲＡとしたとき，
   ＲＡ／Ｒ１＝（ＲＡ＋Ｒ2-2）／Ｒ2-1
   となるように，温度センサの取付位置が設定されていることを特徴とする，請求項６に記載の放電素子。
8. 前記センサ取付部材における温度センサの取付位置は，前記発熱部からの距離が場所によって異なるテーパ領域に位置することを特徴とする，請求項１〜７のいずれかに記載の放電素子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の放電素子と，前記放電電極と誘電電極とに電圧を印加するための昇圧トランスを収納するケースを備えたイオン発生装置であって，
   前記ケースの一の面には断熱プレートが設けられ，前記放電素子は，この断熱プレート上に設けられていることを特徴とする，イオン発生装置。
10. 前記放電素子は，この断熱プレート上に当該断熱プレートに対して直角に設けられていることを特徴とする，請求項９に記載のイオン発生装置。
11. 前記放電素子を覆うメッシュ状のカバーを有することを特徴とする，請求項９又は１０に記載のイオン発生装置。

Images