JP4462348B2 - イオン発生器及びそのオゾン量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオン発生器、特に、空気清浄機やエアコンなどのイオン発生回路に用いられるイオン発生器及びそのオゾン量調整方法に関する。

近年、イオン発生器において、マイナスイオンとともに微量のオゾンを発生させ、消臭や除菌を行いたいという要求がでてきた。しかしながら、オゾンは濃度が高いと、殺菌効果が強くなり過ぎ、人体への影響が懸念されるため、オゾン量を適量にコントロールすることが必要である。

従来、この種のイオン発生器として、特許文献１に記載されたものが知られている。このイオン発生器は、オゾンの発生を極力抑えるため、絶縁基板に形成されたグランド電極の全面を絶縁性の樹脂で覆っている。このため、要求される微量のオゾンを発生させることができなかった。

また、特許文献２には、商用電源の電圧振幅を任意に制限する振幅制限手段によって、高電圧発生器に印加される電源電圧を一定の値に保ち、一定量のオゾンを発生させる装置が記載されている。しかし、この装置はオゾンのみを発生させるものであり、また、微量のオゾンを発生させることが困難であった。
特開２００５−６３８２７号公報 特開平７−６８５７号公報

そこで、本発明の目的は、マイナスイオン又はプラスイオンの発生とともに、コントロールされた微量のオゾンを適量に発生できるイオン発生器及びそのオゾン量調整方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るイオン発生器は、グランド電極が表面に設けられた絶縁基板と、前記グランド電極に対向するように前記絶縁基板に取り付けられた金属製電極と、を備え、
前記グランド電極の表面に、前記グランド電極の先端部であって前記金属製電極の先端部に対向する部分を残して絶縁膜が設けられていること、
を特徴とする。

以上の構成により、グランド電極の先端部が絶縁膜で覆われていないため、グランド電極と金属製電極との間に漏れ電流が流れ、イオンの発生とともに、微量のオゾンが発生する。そして、グランド電極の先端部の絶縁膜から露出している部分を、グランド電極の幅方向全体にわたる矩形状にするなどして、その面積や位置を変えることで漏れ電流量が制御され、オゾンの発生量が微量にコントロールされる。

本発明に係るイオン発生器は、金属製電極が線径が一定の線状電極であり、グランド電極と金属製電極とが長さ方向に対して平行に配置されていることが好ましい。これにて、イオンやオゾンの発生量の制御がより一層容易となる。また、グランド電極を抵抗体から形成すると、該抵抗体の抵抗値を変化させることでオゾンの発生量を容易に調整できる。

また、絶縁基板の一辺に凹部を設け、該凹部に線状電極の先端側を突出させるとともに、凹部の両側の絶縁基板上に、線状電極を間に配置して線状電極と平行な二つの脚部を有するグランド電極を設けてもよい。これにて、線状電極やグランド電極などを平面状に構成することができ、薄型のイオン発生器が得られる。

また、本発明に係るイオン発生器は、絶縁基板上に設けられた、線状電極を取り付けるための高圧電極と、高圧電極に接触接続された、リード線との係止部を有する第１端子と、グランド電極に接触接続された、リード線との係止部を有する第２端子と、絶縁基板とグランド電極と線状電極と高圧電極と第１端子と第２端子とを収容するためのケースとを備えていてもよい。さらに、マイナス電圧又はプラス電圧を発生する高圧電源を備え、高圧電源が高圧電極に接続されていてもよい。これにて、小型で低コストのイオン発生器が得られる。

本発明に係るオゾン量調整方法は、
グランド電極が表面に設けられた絶縁基板と、
前記グランド電極に対向するように前記絶縁基板に取り付けられた金属製電極と、
前記グランド電極の表面に、前記グランド電極の先端部であって前記金属製電極の先端部に対向する部分を残して設けられた絶縁膜と、
を備えたイオン発生器のオゾン量調整方法であって、
前記グランド電極が抵抗体からなり、該抵抗体の抵抗値を変化させて所望の発生量のオゾンを得ること、
を特徴とする。

なお、本発明において、「平行」、「矩形状」などの文言は、厳密な意味ではなく、本発明の作用効果を損なわない範囲で実質的に「平行」、「矩形状」であればよい。

本発明によれば、グランド電極の先端部が露出しているので、グランド電極と金属製電極との間に漏れ電流が流れ、イオンの発生とともに、微量のオゾンが発生する。そして、グランド電極の先端部の露出部分の面積や位置を変えることで漏れ電流量が制御され、イオンの発生とともにオゾンの発生量を適量にコントロールすることができる。また、抵抗体からなるグランド電極の抵抗値を変化させることで、グランド電極と金属製電極との間に流れる漏れ電流を制御してオゾンの発生量を容易に調整することができる。

本発明に係るイオン発生器の一実施例を示す分解斜視図。 図１に示したイオン発生器の外観斜視図。 図１に示したイオン発生部品を示す平面図。 電極露出長さとオゾン発生量の関係を示すグラフ。 イオン発生部品の変形例を示す平面図。 イオン発生部品の別の変形例を示す平面図。

以下に、本発明に係るイオン発生器及びそのオゾン量調整方法の実施例について添付の図面を参照して説明する。

図１はイオン発生器１の分解斜視図、図２はその外観斜視図である。図１に示すように、イオン発生器１は、下側樹脂ケース２と、上側樹脂ケース３と、イオン発生部品４と、第１端子５ａと、第２端子５ｂと、リード線７，８と、高圧電源とを備えている。

下側樹脂ケース２は、一方の端部の側壁２ａに空気の取入れ口２１が形成され、他方の端部の側壁２ｂに空気の吐出し口２２が形成されている。さらに、手前側の側壁２ｃには、係止腕部２３が形成されている。

上側樹脂ケース３は、一方の端部の側壁３ａに空気の取入れ口（図示せず）が形成され、他方の端部の側壁３ｂに空気の吐出し口３２が形成されている。手前側の側壁３ｃには、爪部３１が２個形成されている。これらの爪部３１を下側樹脂ケース２の係止腕部２３に嵌め込むことにより、上側樹脂ケース３と下側樹脂ケース２は堅固に接合し、通気性のある樹脂ケースとされる。上側樹脂ケース３と下側樹脂ケース２が内部に形成する収容部には、イオン発生部品４と端子５ａ，５ｂが配設されている。

イオン発生部品４は、図３に示すように、絶縁基板４１上にグランド電極４２及び高圧電極４３と、グランド電極４２の表面に形成された絶縁膜４４と、線状電極（金属製電極）４５とを備えている。矩形の絶縁基板４１は、一辺を切り欠いて凹部４１ａを設けている。線状電極４５の根元部は高圧電極４３にはんだ付けされ、先端側は凹部４１ａに突出している。線状電極４５は線径が１００μｍ以下の極細線であり、ピアノ線、タングステン線、ステンレス線、チタン線などが用いられる。

グランド電極４２は、凹部４１ａの両側の絶縁基板４１上に、線状電極４５を間にして該線状電極４５と平行な一対の脚部４２ａ，４２ｂを有している。これにより、イオンやオゾンの発生量の制御がより一層容易となる。グランド電極４２の表面には、端子５ａが接触する高圧電極４３、端子５ｂが接触するコンタクト部４２ｃ及びグランド電極４２の先端部（脚部４２ａ，４２ｂの一部）であって線状電極４５の先端部に対向する部分を残して、絶縁膜４４が形成されている。本実施例では、絶縁膜４４から露出している脚部４２ａ，４２ｂの部分を、グランド電極４２の幅方向全体にわたる矩形状にしている。

絶縁膜４４の材料としてはシリコーン、ガラスグレーズなどが用いられる。グランド電極４２は５０ＭΩ程度の抵抗値を持っている。グランド電極４２の材料としては、例えば、酸化ルテニウムペーストやカーボンペーストなどの抵抗体が用いられる。特に、酸化ルテニウムは高電界がかかってもマイグレーションを起こさないので、最適な材料である。

金属製端子５ａ，５ｂはそれぞれ係止部５１と足部５２にて構成されている。係止部５１は、上側樹脂ケース３の上面３ｄに形成された保持部３３，３４に嵌め込まれる。端子５ａの足部５２は高圧電極４３のコンタクト部４３ａに接触接続し、端子５ｂの足部５２はグランド電極４２のコンタクト部４２ｃに接触接続している。

高圧用リード線７の端部７ａは上側樹脂ケース３の保持部３３の正面に形成された開口部（図示せず）に嵌入され、芯線７１が端子５ａの係止部５１に係合して電気的に接続される。同様に、グランド用リード線８の端部８ａは保持部３４の正面に形成された開口部（図示せず）に嵌入され、芯線８１が端子５ｂの係止部５１に係合して電気的に接続される。

高圧用リード線７は高圧電源の高圧出力端子に接続され、グランド用リード線８は高圧電源のグランド端子に接続される。高圧電源はマイナスの直流電圧を供給するが、マイナスの直流バイアスを重畳した交流電圧を供給してもよい。そして、このイオン発生器１は空気清浄機や空調機などに組み込まれる。つまり、高圧電源が空気清浄機の電源回路部にセットされ、イオン発生器１が送風経路にセットされることにより、空気清浄機などはマイナスイオンを含んだ風を送風する。

以上の構成からなるイオン発生器１は、−１．３ＫＶ〜−３．０ＫＶの電圧（代表値）でマイナスイオンを発生させることができる。即ち、線状電極４５にマイナス電圧を印加すると、線状電極４５とグランド電極４２との間で強電界が形成される。また、線状電極４５の先端部は絶縁破壊してコロナ放電状態になる。このとき、線状電極４５の先端部周辺では、空気中の分子がプラズマ化されて、分子が＋イオンと−イオンとに分かれ、空気中の＋イオンは線状電極４５に吸収され、マイナスイオンが残ることになる。

先端が細い（曲率半径が小さい）線状電極４５の方が、先端が太い電極よりも電子が集中しやすく、強電界が生じやすい。従って、線状電極４５を用いることで、低い印加電圧でもマイナスイオンを発生させることができる。また、従来よりも印加電圧を低くできるため、安全性の向上を図ることができる。また、線状電極４５とグランド電極４２が絶縁基板４１上に平面的に構成されるため、占有体積が小さくなり、小型化を図ることができる。

さらに、グランド電極４２の脚部４２ａ，４２ｂの一部が絶縁膜４４から露出しているため、グランド電極４２と線状電極４５との間に漏れ電流が流れる。この漏れ電流により、空気中の酸素分子Ｏ₂が酸素原子Ｏに分解され、さらにこの酸素原子Ｏが空気中の酸素分子Ｏ₂と反応してオゾンＯ₃となる（Ｏ₂＋Ｏ→Ｏ₃）。そして、絶縁膜４４から露出している脚部４２ａ，４２ｂの部分の面積や位置を変えることで漏れ電流量を制御し、酸素分子の分解量をコントロールして微量のオゾン発生量を調整することができる。この結果、イオンの発生とともに、微量のオゾンを適量にコントロールできるイオン発生器１が得られる。

即ち、イオン発生器１では、線状電極４５とグランド電極４２との間で漏れ電流を生じさせ、それによりオゾンを発生させる。線状電極４５の先端部に電界が集中するので、この先端部に近い位置にグランド電極４２（脚部４２ａ，４２ｂ）が露出していると、漏れ電流が生じやすくなり、より低い電圧でオゾンを発生させることができる。

図４は絶縁膜４４から露出している脚部４２ａ，４２ｂの部分の長さＴ（電極露出長さＴ：図３参照）を変化させたときのオゾン発生量を測定した結果を示すものである。また、絶縁基板４１の寸法Ｌ１は２０ｍｍ、寸法Ｌ２は１０ｍｍである。測定地点は、イオン発生器１から風下側に１０ｍｍ離れた地点で、風速は０ｍ／ｓとした。図４には、線状電極４５に印加する電圧を−２．７〜−３．０ＫＶＤＣの４種類に変化させた場合を記載している。

なお、前述のように、イオンの発生量は電界強度で決定され、オゾンの発生量は漏れ電流量で決定される。グランド電極４２である抵抗体の抵抗値を変化させると、漏れ電流が変化するのでオゾンの発生量を調整することができる。抵抗値を大きくすると漏れ電流量が減ってオゾンの発生量が減少する。一方、抵抗値を小さくすると漏れ電流量が増えてオゾンの発生量が増加する。抵抗値を変化させるには、抵抗体の種類を変更すればよい。あるいは、個々のイオン発生器１で必要に応じてオゾン量を調整可能にするのであれば、グランド電極４２を抵抗値可変型の可変抵抗とすればよい。抵抗体に周知のポテンショメータを取り付けることにより、容易にオゾン量を調整することができる。

なお、グランド電極４２（抵抗体）の抵抗値を変化させると、イオンの発生量も多少変化する。即ち、抵抗値を大きくすると漏れ電流が減って、電流による電圧降下が小さくなり、イオンの発生量が増加する。また、抵抗値を小さくすると漏れ電流が増え、電流による電圧降下が大きくなり、イオンの発生量が減少する。しかし、イオン発生量の増減はオゾン発生量の増減に比較すると比率的に非常に小さいので、結果的にオゾン発生量を調整することができる。このように、オゾン発生量のみを調整することによって、例えば、消臭や除菌を一時的に集中して行うことができる。

なお、本発明に係るイオン発生器及びそのオゾン量調整方法は、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、絶縁膜４４から露出しているグランド電極４２の脚部４２ａ，４２ｂの部分の形状は任意であり、図５や図６に示すような長方形や円形などであってもよい。さらに露出部分が複数箇所に分散しているものであってもよい。

また、イオン発生器の線状電極は一つに限るものではなく、二つ以上備えていてもよい。但し、二つ以上の線状電極を設ける場合には、線状電極同士が接近し過ぎると、電界分布が乱れて放電効率が低下するので、間隔に注意する必要がある。

また、本発明は、マイナスイオンの発生のみならず、プラスイオンの発生にも適用することができる。この場合、プラス電圧を発生する高圧電源を用い、高圧電極にプラス電圧を印加することになる。

以上のように、本発明は、空気清浄機やエアコンなどのイオン発生回路に用いられるイオン発生器及びそのオゾン量調整方法に有用であり、特に、コントロールされた微量のオゾンを適量に発生できる点で優れている。

Claims (9)

1. グランド電極が表面に設けられた絶縁基板と、前記グランド電極に対向するように前記絶縁基板に取り付けられた金属製電極と、を備え、
   前記グランド電極の表面に、前記グランド電極の先端部であって前記金属製電極の先端部に対向する部分を残して絶縁膜が設けられていること、
   を特徴とするイオン発生器。
2. 前記金属製電極は線径が一定の線状電極であり、前記グランド電極と前記金属製電極とが長さ方向に対して平行に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のイオン発生器。
3. 前記グランド電極の先端部であって前記絶縁膜から露出している部分が、グランド電極の幅方向全体にわたる矩形状を有していることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のイオン発生器。
4. 前記グランド電極が抵抗体からなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のイオン発生器。
5. 前記抵抗体の抵抗値が変化可能であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のイオン発生器。
6. 前記絶縁基板の一辺に凹部を設け、該凹部に前記線状電極の先端側を突出させるとともに、前記凹部の両側の絶縁基板上に、前記線状電極を間に配置して線状電極と平行な二つの脚部を有する前記グランド電極を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項ないし第５項のいずれかに記載のイオン発生器。
7. 前記絶縁基板上に設けられた、前記線状電極を取り付けるための高圧電極と、
   前記高圧電極に接触接続された、リード線との係止部を有する第１端子と、
   前記グランド電極に接触接続された、リード線との係止部を有する第２端子と、
   前記絶縁基板と前記グランド電極と前記線状電極と前記高圧電極と前記第１端子と前記第２端子とを収容するためのケースと、
   を備えたことを特徴とする請求の範囲第２項ないし第６項のいずれかに記載のイオン発生器。
8. マイナス電圧又はプラス電圧を発生する高圧電源を備え、前記高圧電源が前記高圧電極に接続されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載のイオン発生器。
9. グランド電極が表面に設けられた絶縁基板と、
   前記グランド電極に対向するように前記絶縁基板に取り付けられた金属製電極と、
   前記グランド電極の表面に、前記グランド電極の先端部であって前記金属製電極の先端部に対向する部分を残して設けられた絶縁膜と、
   を備えたイオン発生器のオゾン量調整方法であって、
   前記グランド電極が抵抗体からなり、該抵抗体の抵抗値を変化させて所望の発生量のオゾンを得ること、
   を特徴とするイオン発生器のオゾン量調整方法。

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