JP4402398B2 - マイナスイオンセンサー - Google Patents

Description

本発明は、空気中のマイナスイオン量を測定するマイナスイオンセンサーに関する。

近年、室内環境などの快適性を向上させる一つの要素として、空気中のマイナスイオンが注目を集めている。マイナスイオンは、例えば、情緒や自律神経の安定、疲労の回復、細胞の活性化などを促進するなど、人体にとって有用であると言われている。これらの利点を生かして、空気清浄機やエアコンディショナなどの一部製品には、空気の清浄化を目的としてマイナスイオン発生装置が組み込まれており、同時にこれらの機器には、イオンセンサーが組み込まれてマイナスイオンの発生状況を監視することが行われている。
また、イオンセンサーによって岩盤のイオンストレスを測定し、その測定結果によって地震を予知することができる可能性が期待されている。

従来、このようなイオンセンサーとしては、基本的に２枚の電極板によりコンデンサを形成して電極板に一定の電荷を蓄積させ、電極板間に形成される一様な電場中にマイナスイオン量を測定すべき空気を供給して、この空気中に含まれるマイナスイオンが電極板に引き寄せられて中和された結果として失われる電荷の量を、単位時間当たりの電位差として測定回路により測定するものが利用されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、測定すべき空気中に存在するマイナスイオン量は、通常、極めて少ないので、確実に測定を行うためには、流通させるべき空気量を多量とすることが必要である。しかし、これを達成するためには、電極板を大きくすることが必要であり、イオンセンサーが必然的に大型のものとなってしまう。
また、従来のイオンセンサーにおいては、電極板と測定回路とがリード線で接続される構成であるため、接続用導電路の配置または形成が煩雑になる、という問題がある。
特開２０００−４６７９９号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、小型または薄型でありながら、空気中のマイナスイオン量について信頼性の高い測定を行うことができるマイナスイオンセンサーを提供することにある。

本発明のマイナスイオンセンサーは、絶縁性基板の一面に第１の一方の面状電極が設けられると共に、この第１の一方の面状電極と電極対を構成する第１の他方の面状電極が、前記第１の一方の面状電極と空間を介して対向するよう設けられ、
前記絶縁性基板の他面に第２の一方の面状電極が設けられると共に、この第２の一方の面状電極と電極対を構成する第２の他方の面状電極が、前記第２の一方の面状電極と空間を介して対向するよう設けられ、
前記絶縁性基板の一面には、前記第１の一方の面状電極が設けられた電極配設領域と隣接する領域に、前記第１の電極対および第２の電極対によって検出されるマイナスイオンの測定回路が設けられてなり、
マイナスイオン量を測定すべき空気が、前記第１の一方の面状電極と第１の他方の面状電極との間の空間によって形成される第１の流通路および第２の一方の面状電極と第２の他方の面状電極との間の空間によって形成される第２の流通路に供給されることを特徴とする。

このマイナスイオンセンサーにおいては、第１の一方の面状電極が設けられた絶縁性基板の一面側に、当該絶縁性基板と共に閉鎖空間を区画する金属製の第１のシールドケースが設けられており、この第１のシールドケースにおける前記絶縁性基板の一面と対向する部分により、第１の他方の面状電極が形成されていると共に、
第２の一方の面状電極が設けられた絶縁性基板の他面側に、当該絶縁性基板と共に閉鎖空間を区画する金属製の第２のシールドケースが設けられており、この第２のシールドケースにおける前記絶縁性基板の他面と対向する部分により、第２の他方の面状電極が形成されていることが好ましい。
また、第１のシールドケースの周壁部における互いに対向する側壁部分に空気流通孔が形成されていると共に、
第２のシールドケースの周壁部における互いに対向する側壁部分に空気流通孔が形成されていることが好ましい。

また、本発明のマイナスイオンセンサーは、貫通孔が設けられた絶縁性基板の一面に沿って一方のメッシュ状電極が前記絶縁性基板の貫通孔を塞ぐよう配設されると共に、この一方のメッシュ状電極と電極対を構成する他方のメッシュ状電極が、前記一方のメッシュ状電極に空間を介して積重するよう配設され、
前記電極対によって検出されるマイナスイオンの測定回路が設けられてなり、
マイナスイオン量を測定すべき空気が、前記一方のメッシュ状電極および他方のメッシュ状電極を連続して通過するよう供給されることを特徴とする。

このマイナスイオンセンサーにおいては、測定回路は、前記絶縁性基板の一面において、前記一方のメッシュ状電極が設けられた電極配設領域と隣接する領域に設けられていることが好ましい。

絶縁性基板の同一面上に、一方の面状電極と測定回路とが隣接して設けられている構成を有するマイナスイオンセンサーによれば、一方の面状電極を測定回路に接続するための接続用導電路を単純なものとすることができ、この接続用導電路を前記同一面上に沿うよう形成させることにより、薄型化が達成される。

また、絶縁性基板の一面上に第１の一方の面状電極と測定回路とが隣接して設けられていると共に、当該絶縁性基板の他面上に、第２の一方の面状電極が設けられている構成を有するマイナスイオンセンサーによれば、上述のものと同様に薄型化が達成されることに加えて、当該絶縁性基板の両面上に一方の面状電極が配設されることにより、マイナスイオンを捕捉するための面状電極の面積が広いものとなって十分に多量のマイナスイオンが捕捉されるために、信頼性の高いマイナスイオン量の測定を行うことができる。

さらに、電極対を構成する一方のメッシュ状電極が他方のメッシュ状電極に空間を介して積重され、マイナスイオン量を測定すべき空気が、一方のメッシュ状電極および他方のメッシュ状電極を連続して通過して供給される構成を有するマイナスイオンセンサーによれば、一方のメッシュ状電極および他方のメッシュ状電極の間の距離が小さいものであっても、信頼性の高いマイナスイオン量の測定を行うことができ、さらに、一方のメッシュ状電極および他方のメッシュ状電極間に強い電場が形成されるために、メッシュの近傍を通過するマイナスイオンを確実に捕捉することができ、これにより、より一層信頼性の高いマイナスイオン量の測定を行うことができる。

以下、本発明について図面を参照して説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明に係るマイナスイオンセンサーの一例における外観を示す斜視図、図２は、図１のマイナスイオンセンサーの空気の流通方向に沿った断面による説明用断面図、図３は、図１のマイナスイオンセンサーの絶縁性基板の一面における平面図、図４は、図１のマイナスイオンセンサーの絶縁性基板の他面における平面図である。

このマイナスイオンセンサー１０においては、絶縁性基板１２の一面側および他面側に、当該絶縁性基板１２と共に閉鎖空間を区画する金属製の第１のシールドケース２１および第２のシールドケース２２がそれぞれ設けられている。

絶縁性基板１２は、例えばガラスエポキシよりなり、その一面上の電極配設領域に、金属板よりなる第１の一方の面状電極１６が設けられていると共に、電極配設領域に隣接する測定回路配設領域に後述する測定回路１８が設けられており、第１の一方の面状電極１６は、当該一面上において測定回路１８に電気的に接続されている。

第１のシールドケース２１においては、第１の一方の面状電極１６と空間を介して対向する部分により第１の他方の面状電極２６が形成されており、第１の一方の面状電極１６と第１の他方の面状電極２６とにより、マイナスイオンを検出する第１の電極対が構成されている。
そして、第１の一方の面状電極１６と第１の他方の面状電極２６との間の空間によってマイナスイオン量を測定すべき空気が供給される第１の流通路Ｘ１が形成されており、第１のシールドケース２１の周壁部における互いに対向する側壁部分２１Ａ，２１Ｂの各々に、空気を供給するための空気流通孔２８ａ，２８ｂが、それぞれ形成されている。

一方、絶縁性基板１２の他面上の電極形成用領域には、金属板よりなる第２の一方の面状電極１７が設けられており、この第２の一方の面状電極１７は、例えば絶縁性基板１２に設けられたスルーホール（図示せず）を介して、絶縁性基板１２の一面上の測定回路１８に電気的に接続されている。

第２のシールドケース２２においては、第２の一方の面状電極１７と空間を介して対向する部分により第２の他方の面状電極２７が形成されており、第２の一方の面状電極１７と第２の他方の面状電極２７とにより、マイナスイオンを検出する第２の電極対が構成されている。

そして、第２の一方の面状電極１７と第２の他方の面状電極２７との間の空間によってマイナスイオン量を測定すべき空気が供給される第２の流通路Ｘ２が形成されており、第２のシールドケース２２の周壁部における互いに対向する側壁部分２２Ａ，２２Ｂの各々に、空気を供給するための空気流通孔２８ｃ，２８ｄが、それぞれ形成されている。

第１の流通路Ｘ１において空気が流通する方向と、第２の流通路Ｘ２において空気が流通する方向とは同方向とされている。

測定回路１８は、第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７において単位時間当たりの電位の変化量を測定する機能を有するものであり、例えば、第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７に、絶縁性基板１２に設けられた定電圧電源（図示せず）から一定の電荷を蓄積させるための蓄電用回路（図示せず）、当該第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７の電位を検出する高インピーダンス増幅器（図示せず）などにより構成されている。
この測定回路１８が設けられる測定回路配設領域は、絶縁性基板１２と第１のシールドケース２１とにより区画される閉鎖空間の内側に位置している。

この例のマイナスイオンセンサー１０においては、第１のシールドケース２１および第２のシールドケース２２により、実際上、マイナスイオンセンサー１０のほぼ全体が導電性材で外装されたものとなり、外部環境における静電気などの電界の影響を防止することができて当該マイナスイオンセンサー１０において、より一層信頼性の高い測定を行うことができる。

絶縁性基板１２の四隅に設けられた１９は、当該マイナスイオンセンサー１０を他の機器に組み込む際に使用する取付け用穴である。

このマイナスイオンセンサー１０の寸法例を挙げると、マイナスイオンセンサー１０の外観形状における厚み（図１における高さ）が１０．２ｍｍであり、絶縁性基板１２における横方向（図１において左右方向）の長さが８０ｍｍ、縦方向（図１において奥行き方向）の長さが５０．０ｍｍであり、シールドケース２１，２２における横方向の長さが６６．０ｍｍ、高さが４．３ｍｍである。
空気流通孔２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄは、例えば、直径が２．５ｍｍのものであり、各々の側壁部分２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂに１４個ずつ、合計５６個形成されている。
第１のシールドケース２１および第２のシールドケース２２を構成する銅板は０．５ｍｍ厚のものであり、絶縁性基板１２の厚さが１．６ｍｍである。

また、第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７の面積は、それぞれ２０００ｍｍ² である。

第１の流通路Ｘ１および第２の流通路Ｘ２に供給される空気の流量は、例えば２４０ｍｌ／ｓｅｃである。第１の流通路Ｘ１および第２の流通路Ｘ２に供給される空気の流量が過小あるいは過大である場合は、マイナスイオンセンサー１０において信頼性の高いマイナスイオン量の測定を行うことができない。

また、例えば、空気の流量が２００ｍｌ／ｓｅｃである場合において、このマイナスイオンセンサー１０は、マイナスイオン量が０〜約１５万８千個／ｃｍ³ の範囲において測定することができる。

このマイナスイオンセンサー１０においては、定電圧電源より第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７にプラスの電荷が蓄積された状態において、第１の流通路Ｘ１および第２の流通路Ｘ２にマイナスイオン量を測定すべき空気が供給される。
そして、第１の流通路Ｘ１および第２の流通路Ｘ２を流通する空気に含まれるマイナスイオン量に応じて、第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７に蓄積されたプラスの電荷が中和されて電位が低下する。
従って、第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７における単位時間当たりの電位の変化量を検出することにより、マイナスイオン量を測定することができる。

以上の構成を有するマイナスイオンセンサー１０においては、絶縁性基板１２の同一面上に、第１の一方の面状電極１６と測定回路１８とが隣接して設けられているために、第１の一方の面状電極１６を測定回路１８に接続するための接続用導電路を単純なものとすることができ、この接続用導電路を前記同一面上に沿うよう形成させることにより、薄型化が達成される。

また、当該絶縁性基板１２の両面上に第１の一方の面状電極１６および第２の一方の面状電極１７がそれぞれ配設されることにより、マイナスイオンを捕捉するための面状電極の面積が広いものとなって十分に多量のマイナスイオンが捕捉されるために、信頼性の高いマイナスイオン量の測定を行うことができる。

本発明のマイナスイオンセンサーにおいては、絶縁性基板の一面上にのみ一方の面状電極が設けられ、これに伴い、当該絶縁性基板の一面側にのみ当該絶縁性基板と共に閉鎖空間を区画する金属製のシールドケースが設けられる構成とすることもできる。

＜第２の実施の形態＞
図５は、本発明に係るマイナスイオンセンサーの他の構成例における外観を、シールドカバーを除いた状態で示す斜視図、図６は、図５のマイナスイオンセンサーの空気の流通方向に沿った断面による説明用断面図、図７は、図５のマイナスイオンセンサーの分解斜視図である。

この例のマイナスイオンセンサー３０は、一方のメッシュ状電極３６を具える一方の電極構成体３４と、他方のメッシュ状電極３７を具える他方の電極構成体３５とが積重されて構成されている。

一方の電極構成体３４は、例えばガラスエポキシなどよりなる一方の絶縁性基板３２と、この一方の絶縁性基板３２に設けられた貫通孔４２を塞ぐよう、当該一方の絶縁性基板３２の一面に沿って配設された一方のメッシュ状電極３６とにより構成されており、この一方のメッシュ状電極３６が配設された電極配設領域と隣接する測定回路配設領域４０には、後述する測定回路（図示せず）が設けられている。一方のメッシュ状電極３６は、測定回路に電気的に接続されている。

他方の電極構成体３５は、例えばガラスエポキシなどよりなる他方の絶縁性基板３３と、この他方の絶縁性基板３３に設けられた貫通孔４３を塞ぐよう、当該他方の絶縁性基板３３の一面に沿って配設された他方のメッシュ状電極とにより構成されている。

測定回路は、一方のメッシュ状電極３６において単位時間当たりの電位の変化量を測定するものであり、例えば、一方の絶縁性基板３２に設けられた定電圧電源（図示せず）から一方のメッシュ状電極３６に一定の電荷を蓄積させるための蓄電用回路（図示せず）、一方のメッシュ状電極３６の電位を測定する高インピーダンス増幅器（図示せず）などにより構成されている。

電極対を構成する一方のメッシュ状電極３６と他方のメッシュ状電極３７は、当該他方の絶縁性基板３３をスペーサとして、その厚みと同等の厚みを有する空間Ｙを介して対向する。具体的には、一方の絶縁性基板３２の一面側と他方の絶縁性基板３３の他面側とが対向すると共に、一方の絶縁性基板３２に係る貫通孔４２の位置と他方の絶縁性基板３３に係る貫通孔４３の位置とが積重方向において一致するよう、一方の電極構成体３４が他方の電極構成体３５に積重されている。

このマイナスイオンセンサー３０においては、例えば銅などの導電性の板材よりなるシールドケース３８，３９およびシールドカバー４４，４５により、実際上、マイナスイオンセンサー３０のほぼ全体が導電性材で外装されたものとなっている。
具体的には、図７に示されるように、一方の絶縁性基板３２の一面上において電極配設領域を含む一半領域が他方の絶縁性基板３３により覆われているが、測定回路配設領域４０を含む残る他半領域がシールドケース３９により覆われており、他方の絶縁性基板３３の一面が、他方のメッシュ状電極３７に対応する領域を除いて、このシールドケース３９に連続するシールドカバー４５により覆われている。また、一方の絶縁性基板３２の他面上において測定回路配設領域４０に対応する領域を含む一半領域は、シールドケース３８により覆われており、残る他半領域はこのシールドケース３８に連続するシールドカバー４４により覆われている。

このマイナスイオンセンサー３０のほぼ全体が、シールドケース３８，３９およびシールドカバー４４，４５よりなる導電性材で外装されたものとなっているために、外部環境における静電気などの電界の影響を防止することができて当該マイナスイオンセンサー３０において、信頼性の高い測定を行うことができる。

また、４６は、一方の絶縁性基板３２の四隅、および他方の絶縁性基板３３の二隅に設けられた、マイナスイオンセンサー３０を他の機器に組み込む際に使用する取付け用穴である。

このマイナスイオンセンサー３０の寸法例を挙げると、一方の絶縁性基板３２における横方向（図５において左右方向）の長さが６０ｍｍ、縦方向（図５において奥行き方向）の長さが４０ｍｍである。シールドケース３８，３９を形成する銅板は０．５ｍｍ厚である。
また、貫通孔４２，４３は、直径が２５ｍｍのものである。
また、一方の絶縁性基板３２および他方の絶縁性基板３３の厚みは、それぞれ、１．６ｍｍである。

このマイナスイオンセンサー３０においては、定電圧電源より一方のメッシュ状電極３６にプラスの電荷が蓄積された状態において、例えば他方のメッシュ状電極３７および一方のメッシュ状電極３６を連続して通過する方向、例えば、図５において上方から下方にマイナスイオン量を測定すべき空気が供給される。
そして、空間Ｙを流通する空気に含まれるマイナスイオン量に応じて、一方のメッシュ状電極３６に蓄積されたプラスの電荷が中和されて電位が低下する。
従って、一方のメッシュ状電極３６における単位時間当たりの電位の変化量を検出することにより、マイナスイオン量を測定することができる。

この例のマイナスイオンセンサー３０によれば、電極対を構成する一方のメッシュ状電極３６が他方のメッシュ状電極３７に空間を介して積重され、マイナスイオン量を測定すべき空気が、一方のメッシュ状電極３６および他方のメッシュ状電極３７を連続して通過して供給される構成を有するために、一方のメッシュ状電極３６および他方のメッシュ状電極３７の間の距離が小さいものであっても、信頼性の高いマイナスイオン量の測定を行うことができ、さらに、一方のメッシュ状電極３６および他方のメッシュ状電極３７の間に強い電場が形成されるために、メッシュの近傍を通過するマイナスイオンを確実に捕捉することができ、これにより、より一層信頼性の高いマイナスイオン量の測定を行うことができる。

この例のマイナスイオンセンサーにおいては、２枚の絶縁性基板を用いているが、一方のメッシュ状電極と他方のメッシュ状電極とが空間を介して積重されるものであれば、例えば、１枚の絶縁性基板を用いて、これに設けられた１つの貫通孔を塞ぐよう、この絶縁性基板の両面上に一方のメッシュ状電極および他方のメッシュ状電極をそれぞれ配設する構成であってもよい。

本発明に係るマイナスイオンセンサーの一例における外観を示す斜視図である。 図１のマイナスイオンセンサーの空気の流通方向に沿った断面による説明用断面図である。 図１のマイナスイオンセンサーの絶縁性基板の一面における平面図である。 図１のマイナスイオンセンサーの絶縁性基板の他面における平面図である。 本発明に係るマイナスイオンセンサーの他の構成例における外観を、シールドカバーを除いた状態で示す斜視図である。 図５のマイナスイオンセンサーの空気の流通方向に沿った断面による説明用断面図である。 図５のマイナスイオンセンサーの分解斜視図である。

符号の説明

１０ マイナスイオンセンサー
１２ 絶縁性基板
１６ 第１の一方の面状電極
１７ 第２の一方の面状電極
１８ 測定回路
１９ 取付け用穴
２１ 第１のシールドケース
２１Ａ，２１Ｂ 側壁部分
２２ 第２のシールドケース
２２Ａ，２２Ｂ 側壁部分
２６ 第１の他方の面状電極
２７ 第２の他方の面状電極
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ 空気流通孔
３０ マイナスイオンセンサー
３２ 一方の絶縁性基板
３３ 他方の絶縁性基板
３４ 一方の電極構成体
３５ 他方の電極構成体
３６ 一方のメッシュ状電極
３７ 他方のメッシュ状電極
３８，３９ シールドケース
４０ 測定回路配設領域
４２，４３ 貫通孔
４４，４５ シールドカバー
４６ 取付け用穴
Ｘ１ 第１の流通路
Ｘ２ 第２の流通路
Ｙ 空間

Claims (5)

1. 絶縁性基板の一面に第１の一方の面状電極が設けられると共に、この第１の一方の面状電極と電極対を構成する第１の他方の面状電極が、前記第１の一方の面状電極と空間を介して対向するよう設けられ、
   前記絶縁性基板の他面に第２の一方の面状電極が設けられると共に、この第２の一方の面状電極と電極対を構成する第２の他方の面状電極が、前記第２の一方の面状電極と空間を介して対向するよう設けられ、
   前記絶縁性基板の一面には、前記第１の一方の面状電極が設けられた電極配設領域と隣接する領域に、前記第１の電極対および第２の電極対によって検出されるマイナスイオンの測定回路が設けられてなり、
   マイナスイオン量を測定すべき空気が、前記第１の一方の面状電極と第１の他方の面状電極との間の空間によって形成される第１の流通路および第２の一方の面状電極と第２の他方の面状電極との間の空間によって形成される第２の流通路に供給されることを特徴とするマイナスイオンセンサー。
2. 第１の一方の面状電極が設けられた絶縁性基板の一面側に、当該絶縁性基板と共に閉鎖空間を区画する金属製の第１のシールドケースが設けられており、この第１のシールドケースにおける前記絶縁性基板の一面と対向する部分により、第１の他方の面状電極が形成されていると共に、
   第２の一方の面状電極が設けられた絶縁性基板の他面側に、当該絶縁性基板と共に閉鎖空間を区画する金属製の第２のシールドケースが設けられており、この第２のシールドケースにおける前記絶縁性基板の他面と対向する部分により、第２の他方の面状電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイナスイオンセンサー。
3. 第１のシールドケースの周壁部における互いに対向する側壁部分に空気流通孔が形成されていると共に、
   第２のシールドケースの周壁部における互いに対向する側壁部分に空気流通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のマイナスイオンセンサー。
4. 貫通孔が設けられた絶縁性基板の一面に沿って一方のメッシュ状電極が前記絶縁性基板の貫通孔を塞ぐよう配設されると共に、この一方のメッシュ状電極と電極対を構成する他方のメッシュ状電極が、前記一方のメッシュ状電極に空間を介して積重するよう配設され、
   前記電極対によって検出されるマイナスイオンの測定回路が設けられてなり、
   マイナスイオン量を測定すべき空気が、前記一方のメッシュ状電極および他方のメッシュ状電極を連続して通過するよう供給されることを特徴とするマイナスイオンセンサー。
5. 測定回路は、前記絶縁性基板の一面において、前記一方のメッシュ状電極が設けられた電極配設領域と隣接する領域に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のマイナスイオンセンサー。

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