JP4653650B2

JP4653650B2 - イオン発生素子、イオン発生装置及び電気機器

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Publication number: JP4653650B2
Application number: JP2005350429A
Authority: JP
Inventors: 山本　　明
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: JP2007157482A

Description

この発明は、コロナ放電によって空気中にプラスイオン及びマイナスイオンを発生させるイオン発生素子、イオン発生装置、及び、電気機器に関する。

近年、プラスイオン及びマイナスイオンの両イオンを発生させるイオン発生素子が開発され、実用化されている。プラスイオン及びマイナスイオンを発生するイオン発生素子の構成の代表例として、放電電極と誘導電極とを誘電体を挟んで対向するように配置した構成が挙げられる。放電電極と誘導電極との間に、高圧交流の駆動電圧を印加してコロナ放電を行うことで、プラスイオン及びマイナスイオンが発生する。

イオン発生素子として、種々の形状のものが開発されている。

例えば、誘導電極が形成された帯状領域に両側から突き出した複数の先端部を有する櫛状の放電電極を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、直線状に延びる線状放電電極と、この線状放電電極の幅方向に向かって両側に突出する電界集中用枝電極とからなる放電電極を備えたものがある（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、放電電極が格子状に形成され、各格子には格子内部に向かって突出する先鋭部が形成されたものがある（例えば、特許文献３参照。）。

イオン発生素子は、小型でありながら多量のイオンを発生することが望ましい。
特開平８−２４０９６８号公報特開２００５−１４２０４５公報特開２００４−１０３２５７公報

しかし、特許文献１のイオン発生素子では、放電電極の占める面積が大きい。また、放電電極が、上下方向及び左右方向に対称形になっている。このため、イオンは放電電極上で中和されることによって減少する。

特許文献２のイオン発生素子でも、放電電極が、上下方向及び左右方向に対称形になっている。このため、発生したイオンを空気中に送出するための送風時に、イオンは放電電極上で中和されることによって減少する。

特許文献３のイオン発生素子では、放電電極が格子状であり、先鋭部の数が多い。このため、放電電極の長手方向に送風した場合に、イオンは、放電電極上における中和によって減少する場合がある。

この発明の目的は、小型化でき、かつ、発生したイオンの放電電極上での中和による減少を抑制することができるイオン発生素子、イオン発生装置及び電気機器を提供することにある。

この発明のイオン発生素子は、放電電極及び誘導電極を備える。放電電極は、誘電体の表面に形成される。放電電極は、基部、及び、誘電体の表面内で基部から突出した複数の先端部を有する。誘導電極は、誘電体の内部又は裏面であって、放電電極の先端部と対向する位置に形成される。放電電極の先端部は、誘電体の表面内において直交する２方向のうち、少なくとも一方の方向において互いに重複しない位置に配置される。

この構成においては、放電電極の先端部が、誘電体の表面内において直交する２方向のうち、少なくとも一方の方向において互いに重複しない位置に配置される。このため、放電電極の先端部が重複しない方向に直交する方向に送風することで、イオンの中和が抑制される。

放電電極の基部は、直線状に形成され、放電電極の先端部は、基部に対して非対称に配置される。

この構成においては、放電電極の先端部が基部に対して非対称に配置されるので、基部に直交する方向に送風することで、放電電極上におけるイオンの中和が抑制される。

放電電極の先端部は、誘電体の表面内において直交する２方向のそれぞれにおいて互いに重複しない位置に配置される。

この構成においては、放電電極の先端部が上述の直交する２方向のそれぞれにおいて互いに重複しない位置に配置されるので、２方向のうちいずれの方向から送風された場合でも、放電電極上におけるイオンの中和が抑制される。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

放電電極の先端部を誘電体の表面内において直交する２方向のうち少なくとも一方の方向に互いに重複しない位置に配置することで、放電電極の先端部が重複しない方向に直交する方向に送風した場合の、放電電極上におけるイオンの中和による減少を抑制することができる。

また、単位面積当たりのイオンの発生量を多くできるので、小型化を図ることができる。

放電電極の先端部を基部に対して非対称に配置することで、基部に直交する方向に送風した場合の、放電電極上におけるイオンの中和による減少を抑制することができる。

放電電極の先端部を上述の２方向のそれぞれに互いに重複しない位置に配置することで、２方向のうちいずれの方向から送風した場合でも、放電電極上におけるイオンの中和による減少を抑制することができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るイオン発生素子５を有するイオン発生装置１０を備えた電気機器２０の概略の構成を示す断面図である。

電気機器２０は、イオン発生装置１０、ファン２１、吸込部２２、吹出部２３などを備えている。吸込部２２は、外部の空気を内部に吸い込むための開口である。吹出部２３は、内部の空気を外部に吹き出す開口である。

ファン２１は、吸込部２２から吸い込んだ空気をイオン発生装置１０に送風することで、イオン発生装置１０で発生したイオンを吹出部２３から外部に送出する。ファン２１は、この発明の送出手段に相当する。

図２は、イオン発生装置１０の構成を示す図である。図２（Ａ）はイオン発生装置１０の平面図であり、図２（Ｂ）はイオン発生装置１０のＰ１−Ｐ２線断面図であり、図２（Ｃ）はイオン発生装置１０のＱ１−Ｑ２線断面図である。

イオン発生装置１０は、イオン発生素子５及び電圧印加回路１１を備えている。電圧印加回路は、イオン発生素子５に、高圧交流の駆動電圧を印加してコロナ放電させる。電圧印加回路１１は、この発明の電圧印加手段に相当する。

イオン発生素子５は、誘電体基板５０、放電電極５３、誘導電極５４、電極接点５６，５９を備える。誘電体基板５０は、厚さ方向に積層された下板５１および上板５２を一体化して構成され、略長方形の平板状を呈する。

この実施形態では、下板５１及び上板５２のそれぞれは０．４５ｍｍの厚みを有しており、誘電体基板５０のサイズは約１５ｍｍ×３７ｍｍ×０．９ｍｍにされる。

誘導電極５４は、下板５１と上板５２とによって挟まれる位置に、放電電極５３と対向するように配置されている。誘導電極５４は、平面視で略Ｕ字状に形成されている。

放電電極５３は、略直線状の単一の基部５３Ａ、及び、基部５３Ａに対して非対称に配置された複数の先鋭部５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｆを有する。先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆのそれぞれは、誘電体基板５０の表面内において基部５３Ａの幅方向に、基部５３Ａから突出している。先鋭部５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｆは、この発明の先端部に相当する。

この実施形態では、５本の先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆは順に、基部５３Ａの幅方向の一方側及び他方側のそれぞれに、交互に突出している。

放電電極５３の先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆは、それぞれの先端部分が誘導電極５４と重畳するように形成されている。これによって、放電電極５３の先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆと誘導電極５４との間で電界が集中し易くなり、低電圧でも両電極で容易に放電を発生させることができる。

放電電極５３の表面を覆うように、保護層５５が形成されている。

この実施形態では、下板５１、上板５２及び保護層５５として、アルミナが使用されている。ただし、下板５１、上板５２及び保護層５５の素材はアルミナに限定されない。下板５１、上板５２及び保護層５５として、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイト等の他のセラミックス材料、または、ポリイミド、エポキシ等の樹脂材料を用いても良い。

また、この実施形態では、放電電極５３および誘導電極５４として、タングステンが用いられている。放電電極５３および誘導電極５４に用いられる素材の他の例として、モリブデン等の高融点の金属材料が挙げられる。

イオン発生素子５を生産するとき、まず、アルミナシートからなる下板５１の表面にタングステン材料をパターン印刷することによって、誘導電極５４を形成する。続いて、誘導電極５４を覆うようにアルミナシートからなる上板５２を載置して、上板５２を下板５１に圧着する。続いて、上板５２の表面に、タングステン材料をパターン印刷することによって、放電電極５３を形成する。続いて、放電電極５３の全体を覆うようにアルミナ製の保護層５５をコーティングによって形成する。そして、これらの部材を摂氏１４００度〜１６００度の温度で、非酸化性雰囲気下で焼成する。

図２（Ｃ）に示すように、放電電極５３は、下板５１および上板５２を貫通する電極接点５６に接続され、誘導電極５４は、下板５１を貫通する電極接点５９に接続されている。この実施形態では、電極接点５６，５９は、電極５３，５４を形成する際に、対応する位置に形成されたホール内に電極材料を充填して形成されている。放電電極５３および誘導電極５４には、電極接点５６，５９を介して、電圧印加回路１１から高圧交流の駆動電圧が印加される。

電圧印加回路１１からイオン発生素子５に対して、ピーク値約４．２ｋＶで周波数４５ｋＨｚの高電圧の駆動電圧が印加されると、放電電極５３および誘導電極５４の間に発生するコロナ放電の作用により、イオン発生素子５から約２５ｃｍ離れた位置で、それぞれ１６万個／ｃｃを超えるプラスイオンおよびマイナスイオンが測定される。

電気機器２０の具体的な例を挙げると、空気清浄機、空気調和機、掃除機、車載用空気調和機等が挙げられる。これらの電気機器の通気路に、イオン発生装置１０を配置することで、吹出口２３から吹き出される空気中の水蒸気をコロナ放電によりイオン化し、略同量のプラスイオンとマイナスイオンとが生成される。

本実施形態において、プラスイオンは、水素イオン（Ｈ^＋）の周囲に複数の水分子が付随しており、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｍ（ｍは自然数）として表される。一方、マイナスイオンは、酸素イオン（Ｏ_２ ⁻）の周囲に複数の水分子が付随しており、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）_ｎ（ｎは自然数）として表される。これらのプラスイオンおよびマイナスイオンは、居住空間内に浮遊する細菌の表面に付着すると、化学反応して活性種である過酸化水素Ｈ_２Ｏ_２または水酸基ラジカル・ＯＨを生成する。これらの過酸化水素Ｈ_２Ｏ_２または水酸基ラジカル・ＯＨは、極めて強力な活性を示すために、空気中の浮遊細菌を殺菌することができる。

図３は、イオン発生素子５の平面図である。ここで、図３における左右方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に直交する上下方向をＹ軸方向とする。イオン発生素子５では、放電電極５３の先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆの先端部分は、Ｘ軸方向において互いに重複しない位置に配置されている。このため、イオン発生素子５に対してＹ軸方向に送風することで、放電電極５３上におけるイオンの中和による減少が抑制される。

電気機器２０では、イオン発生素子５は、ファン２１によって送風された空気がＹ軸方向に当てられるように配置されている。

また、イオン発生素子５の単位面積当たりのイオンの発生量を多くできるので、イオン発生素子５の小型化を図ることができる。イオン発生素子５を小型化することで、電気機器２０も小型化することができる。

さらに、この実施形態では、イオン発生素子５の放電電極５３の先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆの間隔が大きいので、イオン発生素子５における放電音が小さく抑えられる。また、人体に有害なオゾンの発生量が低減する。

なお、誘電体基板５０は、長方形の平板状であることに限定されず、円板や楕円板、多角形板等の形状であってもよい。

また、誘導電極５４は、誘電体基板５０の内部ではなく誘電体基板５０の裏面に形成されてもよい。

さらに、同じ線間電圧を印加した場合でも効率よくイオンを発生できるようにするために、イオン発生素子５の放電電極５３の先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆの間隔は大きい方が望ましい。

また、オゾンの発生量を減少させ、放電音を小さく抑えるために、イオン発生素子５の放電電極５３の先鋭部５３Ｂ〜５３Ｆの数は、少ない方が望ましい。

さらに、放電電極５３の引き回しをできるだけ少なくすることが望ましい。

図４は、他の実施形態に係るイオン発生素子６の平面図である。イオン発生素子６は、放電電極６１、誘導電極６２、誘電体基板６３等を備えている。イオン発生素子６は、平面視における放電電極６１及び誘導電極６２の形状を除いて、イオン発生素子５と同様に形成されている。

この実施形態では、誘導電極６２は、平面視で帯状に形成されている。また、誘導電極６２は、平面視において長方形を呈する誘電体基板６３の各輪郭線６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄに対して、斜め方向に形成されている。

放電電極６１は、略直線状の単一の基部６１Ａ、及び、複数の先鋭部６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ，６１Ｆを有する。先鋭部６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ，６１Ｆは、この発明の先端部に相当する。

基部６１Ａは、誘電体基板６３の平面視における各輪郭線６３Ａ〜６３Ｄに対して、斜め方向に形成されている。先鋭部６１Ｂ〜６１Ｆのそれぞれは、誘電体基板６３の表面内において基部５３Ａの幅方向のうちの一方側に、基部５３Ａから突出している。上述のようにして、イオン発生素子６は、櫛歯状に形成されている。

放電電極６１の先鋭部６１Ｂ〜６１Ｆは、それぞれの先端部分が誘導電極６２と重畳するように形成されている。このため、先鋭部６１Ｂ〜６１Ｆの先端部分は、誘電体基板６３の平面視における各輪郭線６３Ａ〜６３Ｄに対して、斜め方向に配置されている。

ここで、図４における左右方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する上下方向をＹ軸方向とする。イオン発生素子６では、放電電極６１の先鋭部６１Ｂ〜６１Ｆの先端部分は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両軸方向において互いに重複しない位置に配置されている。このため、イオン発生素子６に対してＸ軸方向又はＹ軸方向に送風することで、放電電極６１上におけるイオンの中和による減少が抑制される。

イオン発生素子６では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれの方向に送風した場合でも、放電電極６１上におけるイオンの中和による減少を抑制できるので、イオン発生素子６に対する送風方向の選択の幅が広い。このため、電気機器２０へのイオン発生素子６の搭載方向の選択の幅が広がるため、イオン発生素子６を電気機器２０に容易に搭載できるようになる。したがって、イオン発生素子６の電気機器２０への取り付けの作業性が向上する。

図５は、第１の比較例に係るイオン発生素子７の平面図である。図５における左右方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向とする。

イオン発生素子７の放電電極７１は、平面視において、誘電体基板７３の表面に長手方向に４つの格子が連続して並び、各格子には内部に向かって突出する複数の先鋭部が形成されている。

誘導電極７２は、放電電極７１と中心を合わせて形成され、放電電極７１より長さ及び幅がそれぞれ小さい帯状電極である。誘導電極７２は、平面視でＵ字状に形成されている。

放電電極７１の各先鋭部はその先端部分が誘導電極７２と重畳するように形成されている。イオン発生素子７では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両軸方向のそれぞれにおいて、互いに重複する先鋭部が存在する。

図６は、第２の比較例に係るイオン発生素子８の平面図である。図６における左右方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向とする。

イオン発生素子８の誘導電極８２は、平面視において横Ｕ字状に形成されている。

放電電極８１は、誘導電極８２の中央及び外側に引き回され、誘導電極８２の中央及び外側の両方から誘導電極８２に向けて先鋭部が突出している。イオン発生素子８の放電電極８１の先鋭部は、イオン発生素子５，６と比較して、多数形成されている。また、イオン発生素子８では、Ｙ軸方向のみならず、Ｘ軸方向においても、互いに重複する先鋭部が存在する。

図７は、プラスイオン及びマイナスイオンの発生量についての実験結果を示す説明図である。図７では、図３に示したイオン発生素子５をイオン発生素子Ｎｏ．１と記載し、図４に示したイオン発生素子６をイオン発生素子Ｎｏ．２と記載し、図５に示したイオン発生素子７をイオン発生素子Ｎｏ．３と記載し、図６に示したイオン発生素子８をイオン発生素子Ｎｏ．４と記載している。この実験では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のイオン発生素子５〜８に対して、同一の線間電圧を印加した。

Ｎｏ．１及びＮｏ．２のイオン発生素子５，６では、イオン発生素子５，６に対してＹ軸方向に送風した場合に対して、Ｘ軸方向に送風した場合におけるプラスイオン及びマイナスイオンの減少率が、低く抑えられた。

これに対して、Ｎｏ．３のイオン発生素子７では、イオン発生素子７に対してＹ軸方向に送風した場合に対してＸ軸方向に送風した場合は、プラスイオンが２５％減少し、マイナスイオンが２４％減少した。

また、Ｎｏ．４のイオン発生素子８では、イオン発生素子８に対してＹ軸方向に送風した場合に対してＸ軸方向に送風した場合は、プラスイオンが１３％減少し、マイナスイオンが１８％減少した。

上述の実験結果から、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方の軸方向において、先鋭部が互いに重複しない位置に配置されている場合は、イオンの減少率が低く抑えられることが分かる。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態に係るイオン発生素子を有するイオン発生装置を備えた電気機器の概略の構成を示す断面図である。イオン発生装置の構成を示す図であり、（Ａ）はイオン発生装置の平面図であり、（Ｂ）はイオン発生装置のＰ１−Ｐ２線断面図であり、（Ｃ）はイオン発生装置のＱ１−Ｑ２線断面図である。イオン発生素子の平面図である。他の実施形態に係るイオン発生素子の平面図である。第１の比較例に係るイオン発生素子の平面図である。第２の比較例に係るイオン発生素子の平面図である。プラスイオン及びマイナスイオンの発生量についての実験結果を示す説明図である。

符号の説明

１０イオン発生装置
１１電圧印加回路（電圧印加手段）
２０電気機器
２１ファン（送出手段）
５，６イオン発生素子
５０，６３誘電体基板
５３，６１放電電極
５４，６２誘導電極
５３Ａ，６１Ａ基部
５３Ｂ〜５３Ｆ，６１Ｂ〜６１Ｆ先鋭部（先端部）

Claims

誘電体の表面に形成され、基部及び前記表面内で前記基部から突出した複数の先端部を有する放電電極と、
前記誘電体の内部又は裏面であって前記先端部と対向する位置に形成された誘導電極と、を備え、
前記基部は、直線状に形成され、
前記先端部は、前記基部に対して非対称に配置され、かつ、前記誘電体の表面内において直交する２方向のそれぞれにおいて互いに重複しない位置に配置されてい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と、
前記放電電極及び前記誘導電極のうち少なくとも一方に電圧を供給する電圧印加手段と、を備えた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と、
前記イオン発生素子の前記先端部が重複しない前記２方向のいずれかの方向に送風することで前記イオン発生装置によって発生したイオンを空気中に送出する送出手段と、を備えたことを特徴とする電気機器。