JP4747328B2 - イオン発生装置および電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、イオン発生装置および電気機器に関し、特に、誘導電極と先端が針状の放電電極とを備え、放電によりイオンを発生させるイオン発生装置およびそのイオン発生装置を備えた電気機器に関するものである。

放電現象を利用した多くのイオン発生装置が実用化されている。これらのイオン発生装置は通常、イオンを発生させるためのイオン発生素子と、イオン発生素子に高電圧を供給するための高圧トランスと、高圧トランスを駆動するための高電圧発生回路と、コネクタなどの電源入力部とにより構成されている。

イオン発生素子で実用化されているものの一例としては、金属線、鋭角部を持った金属板、針形状の金属などを放電電極とし、大地電位の金属板やグリッドなどを誘導電極（対向電極）としたもの、あるいは誘導電極を大地として特に誘導電極を配置しないものである。この種類のイオン発生素子では、空気が絶縁体の役割を果たす。このイオン発生素子は、電極に高電圧を印加した際に、放電電極となる針形状などの鋭角部をした電極の先端で電界集中が生じ、その先端の極近部分の空気が絶縁破壊することで放電現象を得る方式である。

この方式のイオン発生素子の１つの例として、たとえば特開平１０−１９９６５３号公報に開示された装置がある。この公報には、針状金属を備えた放電電極とこの放電電極に対向して設けられた円筒電極とを有し、コロナ放電に伴って発生する負イオンを装置の外部に取り出す装置が開示されている。

また別の例として、たとえば特開２００３−３０８９４７号公報に開示された装置がある。この公報には、誘導電極が放電電極針の先端部よりも後方（側面位置）に配置された構成が記載されている。また上記公報には、誘導電極の形状は棒状、板状、網状などであってもよく、誘導電極の形状ではなく配置が重要である旨が開示されている。
特開平１０−１９９６５３号公報 特開２００３−３０８９４７号公報

放電により発生した正イオンや負イオンは生成された瞬間に再結合して消滅したり、正または負に印加された電極に逆極性のイオンが引かれて中和したり、空間で正イオンと負イオンとがぶつかって中和することなどで消滅する。

イオン発生装置としては、より多くのイオンを発生させ、空間へ放出させたいが、上記のような正イオンと負イオンとの再結合や中和をいかに少なくするかが課題である。

ここで、特開平１０−１９９６５３号公報に開示された装置では、コロナ放電により生じた負イオンが円筒電極の内部壁面にて捕獲されるため、イオンの放出効率が低くなる。

また特開２００３−３０８９４７号公報に開示された構成では、放電電極針の先端部からその放電電極針の後方（側面位置）に配置された誘導電極へ向かう電界の分布の方向性に偏りが生じる。この電界の分布の偏りによりイオンの移動方向に偏りが生じてイオンの放出効率が低くなるとともに、放電電極先端の放電が不安定となりイオン発生効率が低下する。

またイオン発生装置自身の大きさは占有面積が小さいほど応用用途が広がり、電気機器への搭載を考えた際に機器内への配置の制約が少なくなる。また上記のような占有面積の問題だけでなく、イオン発生装置の厚みに関しても、送風経路が狭い機器も多々あるため、厚みが薄いもののほうが好ましい。

課題を整理すると、送風により正負イオンを送出することを前提に、放電電極の先端の放電により発生するイオンが誘導電極に捕捉され中和する率を軽減し、かつ偏りのない電界を発生させることで、放電電極先端に安定した放電を発生させ、イオン発生効率を向上させて、最終的には放出できるイオンの数を大幅に増大することである。

また形状・構造的には、放電電極と誘導電極の位置の固定、誘導電極と放電電極の沿面放電の防止、放電電極先端の保護、機器搭載時の自由度などを考慮して、可能な限り薄型で、コンパクトな形状でイオン発生素子と駆動回路を一体化させたイオン発生装置を実現させることである。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、イオンの放出効率を向上できるイオン発生装置およびそのイオン発生装置を備えた電気機器を提供することである。

また本発明の他の目的は、イオンの放出効率を向上でき、かつコンパクト化、薄型化に適したイオン発生装置およびそのイオン発生装置を備えた電気機器を提供することである。

本発明のイオン発生装置は、放電によりイオンを発生させるためのイオン発生装置であって、イオン発生素子と、高圧トランスと、高電圧発生回路と、電源入力コネクタと、ケースとを備えている。イオン発生素子は、針状の先端を有する放電電極と、平板部を有し、かつその平板部に円形の貫通孔を有する誘導電極とを含んでいる。高圧トランスは、イオン発生素子に高電圧を供給するためのものである。高電圧発生回路は、高圧トランスを駆動するためのものである。電源入力コネクタは、高電圧発生回路に電気的に接続されている。ケースは、イオン発生素子、高圧トランス、高電圧発生回路および電源入力コネクタのそれぞれを内部に配置されている。放電電極の先端が誘導電極の貫通孔を貫通して誘導電極の平板部の上面よりも上側に突出している。放電電極の先端が誘導電極の平板部の上面よりも上側に突出する長さを、貫通孔の半径よりも小さく、０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲にし、かつ貫通孔の半径を６ｍｍ以上６．５ｍｍ以下の範囲にするとともに、イオン発生素子、高圧トランス、高電圧発生回路および電源入力コネクタのそれぞれが互いに平面的に配置され、かつケース内に一体化して配置されている。

本発明のイオン発生装置によれば、放電電極の先端が誘導電極の円形の貫通孔を貫通しており、放電電極の周囲が誘導電極により取り囲まれている。このため、放電電極の針状の先端を中心として誘導電極へ向けて平面視において３６０度の全周にわたって電界を発生させることが可能となり、電界分布の方向性の偏りを抑制することができる。よって、この電界分布の偏りによるイオンの移動方向の偏りを抑制でき、イオンの放出効率を高めることができるとともに、放電電極の先端に安定した放電を発生させることができイオン発生効率を向上することができる。

また放電電極の先端は誘導電極の貫通孔を貫通して誘導電極の平板部の上面よりも上側に突出している。このため、放電電極の先端の放電により発生するイオンが誘導電極に補足されて中和する率を軽減することができ、イオンの放出量を増大させることができる。

またイオン発生素子、高圧トランス、高電圧発生回路および電源入力コネクタのそれぞれが互いに平面的に配置され、かつケース内に一体化して配置されているため、イオン発生装置を薄型化・コンパクト化することが可能となる。
また放電電極の先端が誘導電極の平板部の上面よりも上側に突出する長さが貫通孔の半径よりも小さいため、放電電極の先端ではなく、誘導電極との距離が最も近くなる放電電極の胴体部分での放電を防止することができ、イオン放出効率の低下を抑制することができる。

上記のイオン発生装置において好ましくは、放電電極と誘導電極とを内部に配置されたケースがさらに備えられている。そのケースは、誘導電極の貫通孔に通じるイオン放出用の孔が形成された天板を有している。放電電極の先端は、天板の天面よりも上側には突出しないように配置されている。

これにより、機械的衝撃により放電電極のイオン発生性能を低下させてしまうことが抑制され得る。また高電圧部となる放電電極に直接手が触れることを防止でき感電を防止することができる。

上記のイオン発生装置において好ましくは、誘導電極を支持する支持基板がさらに備えられている。誘導電極は、平板部から屈曲されて支持基板に支持された屈曲部を有している。誘導電極の平板部と支持基板との間には空隙が生じるように誘導電極は支持基板に支持されている。

これにより、支持基板の表面に沿った誘導電極と放電電極との間の沿面放電の発生を抑制することができる。

本発明の電気機器は、上記のいずれかに記載のイオン発生装置と、そのイオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを送風気流に乗せて電気機器の外部に送るための送風部とを備えている。

本発明の電気機器によれば、イオン発生装置で生じたイオンを送風部により気流に乗せて送ることができるため、たとえば空調機器において機外にイオンを放出することができ、また冷蔵機器において庫内または庫外にイオンを放出することができる。

以上に説明したように本発明によれば、放電電極の先端が誘導電極の貫通孔を貫通して誘導電極の上面よりも上側に突出しているため、イオンの放出効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の構成を概略的に示す概略平面図であって、ケースの天板の一部を破断して示すとともにモールド樹脂を透視して示す一部破断平面図である。また図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。また図３および図４は図１、２に示すイオン発生装置に用いられるイオン発生素子の構成を示す分解斜視図および組立て斜視図である。

図１を参照して、本実施の形態のイオン発生装置３０は、外装ケース２１と、正イオン発生用のイオン発生素子１０ａと、負イオン発生用のイオン発生素子１０ｂと、高圧トランス１１と、高電圧回路１２ａ、１２ｂと、電源回路２３と、電源入力コネクタ２２とを主に有している。

イオン発生素子１０ａは外装ケース２１内の一方端側（図１中左側）に配置されており、イオン発生素子１０ｂは外装ケース２１内の他方端側（図１中右側）に配置されている。またイオン発生素子１０ａ、１０ｂ、高圧トランス１１、高電圧回路１２ａ、１２ｂ、電源回路２３および電源入力コネクタ２２を一体として外装ケース２１内に配置するとともに、イオン発生素子１０ａと１０ｂとの間のスペースに高圧トランス１１、高電圧回路１２ａ、１２ｂ、電源回路２３、電源入力コネクタ２２を配置すると、配置効率がよく、イオン発生装置３０をコンパクトにすることができる。また外装ケース２１内に、イオン発生素子１０ａ、１０ｂ、高圧トランス１１、高電圧回路１２ａ、１２ｂ、電源回路２３および電源入力コネクタ２２を平面的に配置することで、イオン発生装置３０を薄型化することが可能となる。

正の高電圧回路１２ａと負の高電圧回路１２ｂとの双方は同一の基板１４上に支持されている。正の高電圧回路１２ａは正イオン発生用のイオン発生素子１０ａと隣り合うようにケース２１内の一方端側（図１中左側）に配置されている。負の高電圧回路１２ｂは負イオン発生用のイオン発生素子１０ｂと隣り合うようにケース２１内の他方端側（図１中右側）に配置されている。この高電圧回路１２ａ、１２ｂを支持する基板１４の一部がイオン発生素子１０ａ、１０ｂの間に位置している。なお正の高電圧回路１２ａを支持する基板と負の高電圧回路１２ｂを支持する基板とは互いに分離されていてもよい。

図３および図４を参照して、イオン発生素子１０ａ、１０ｂのそれぞれは、たとえばコロナ放電により正イオンおよび負イオンを生じさせるためのものであり、誘導電極１と、放電電極２と、支持基板３とを有している。

誘導電極１は、一体の金属板からなっており、かつ放電電極２の個数に対応して平板部に設けられた複数（たとえば２つ）の略真円形の貫通孔１ａを有している。この貫通孔１ａにより放電電極２の先端に３６０度均一な電界を発生させ、安定したコロナ放電を発生させることができる。誘導電極１の平板部は穴あき板金よりなっており、貫通孔１ａ以外の平板部の部分は一様な厚みを有している。

また誘導電極１は、たとえば両端部に、金属板の一部を平板部に対して略直角に屈曲させた屈曲部１ｂを有している。この屈曲部１ｂは、幅の広い支持部分と、幅の狭い挿入部分とを有している。上記支持部分の一方端は平板部に繋がっており、他方端は上記挿入部分に繋がっている。

放電電極２は針状の先端を有している。支持基板３は、放電電極２を挿通させるための貫通孔３ａと、屈曲部１ｂの挿入部分を挿通させるための貫通孔３ｂとを有している。

針状の放電電極２は、貫通孔３ａに挿入または圧入されて支持基板３を貫通した状態で支持基板３に支持されている。これにより、放電電極２の針状の一方端は支持基板３の表面側（イオン発生部側）に突き出しており、また支持基板３の裏面側（半田面側）に突き出した他方端には、半田（図示せず）によりリード線や配線パターンを電気的に接続することが可能である。

誘導電極１の挿入部分は貫通孔３ｂに挿入されて支持基板３を貫通した状態で支持基板３に支持されている。また支持基板３の裏面側に突き出した挿入部分の先端には、半田（図示せず）によりリード線や配線パターンを電気的に接続することが可能である。また誘導電極１が支持基板３に支持された状態で、放電電極２は、その針状の先端が、図１に示す平面視において略真円形の貫通孔１ａの略中心に位置している。これにより、放電電極２の針状の先端と円形の貫通孔１ａの外周部との距離は貫通孔１ａの全周において等距離となっている。

上記の正イオン発生用のイオン発生素子１０ａの放電電極２が正極放電電極となり、イオン発生素子１０ａの誘導電極１とともに正イオン発生部（正極電極対）を構成している。また上記の負イオン発生用のイオン発生素子１０ｂの放電電極２が負極放電電極となり、イオン発生素子１０ｂの誘導電極１とともに負イオン発生部（負極電極対）を構成している。

また１つのイオン発生素子１０ａ、１０ｂの各々において、正か負のいずれかの同じ極性のイオンを発生させるための複数の放電電極２に対して共通の誘導電極１が設けられている。具体的には、正イオン発生用のイオン発生素子１０ａにおいては、たとえば２本の正極放電電極２に対して共通の誘導電極１が設けられており、この誘導電極１には正極放電電極２の本数に対応して２つの貫通孔１ａが設けられている。このように正イオン発生用のイオン発生素子１０ａは、複数（たとえば２つ）の正イオン発生部にて正イオンを発生させることができるように構成されている。

また負イオン発生用のイオン発生素子１０ｂにおいては、たとえば２本の負極放電電極２に対して共通の誘導電極１が設けられており、この誘導電極１には負極放電電極２の本数に対応して２つの貫通孔１ａが設けられている。このように負イオン発生用のイオン発生素子１０ｂは、複数（たとえば２つ）の負イオン発生部にて負イオンを発生させることができるように構成されている。なお１つのイオン発生素子は１本の放電電極２を有していてもよく、また３本以上の放電電極２を有していてもよい。

図２を参照して、放電電極２の針状の先端が誘導電極１の貫通孔１ａを貫通して誘導電極１の平板部の上面１ｃよりも上側に突出している。この放電電極２の針状の先端が誘導電極１の平板部の上面１ｃよりも上側に突出する長さｆは貫通孔１ａの半径ｒよりも小さい。

放電電極２の針状の先端は、外装ケース２１の天板２１ｂの天面よりも上側には突出しないように配置されており、放電電極２の針状の先端は天板２１ｂの天面からたとえば距離ｇだけ奥まった箇所に位置している。これにより、機械的衝撃により放電電極２のイオン発生性能を低下させてしまうことが抑制され、かつ高電圧部となる放電電極２に直接手が触れることを防止でき感電を防止することができる。

また誘導電極１の平板部と支持基板３との間には寸法ｅの空隙が生じるように誘導電極１は支持基板３に支持されている。これにより、支持基板３の表面に沿った誘導電極１と放電電極２との間の沿面放電の発生を抑制することができる。また支持基板３の半田面側にも、部品の半田付け部などが外装ケース２１に接触しない程度の寸法ｈの空間が設けられている。

支持基板３の半田面側（図２の寸法ｈの空間）はモールド樹脂（たとえばエポキシ樹脂）３１によりモールドされている。なお、図示していないが、高圧トランス、高電圧回路および電源回路もモールド樹脂によりモールドされていることが好ましい。

放電電極２の上方にはイオン放出用の孔２１ａが外装ケース２１の天板２１ｂに設けられている。通電により、放電電極２の針状の先端から誘導電極１に向う電界ができ、イオン放出用の孔２１ａの外部にも電界が広がる。そこに送風を送ることで、送風に乗せてイオン発生装置３０外の空間に正負のイオンを放出させることができる。

イオン発生装置３０全体のサイズはできる限り小型でかつ薄型であることが、多種多様の電気機器に搭載する上で有利である。このため、イオン発生装置３０の厚みＴ（図２）は１０ｍｍ以下であることが好ましく、面積Ｌ×Ｗ（図１）は１００ｍｍ×２０ｍｍ〜１５０ｍｍ×４０ｍｍ程度であることが好ましい。

次に、各機能素子の電気的接続の状態について説明する。
図５は、本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の機能ブロック図であり、各機能素子の電気的接続を示す図である。図５を参照して、イオン発生装置３０は、上述したように、外装ケース２１と、イオン発生素子１０ａ、１０ｂと、高圧トランス１１と、高電圧回路１２ａ、１２ｂと、電源入力コネクタ２２と、電源回路２３とを有している。なお、電源入力コネクタ２２は一部が外装ケース２１内に配置されており、また他の一部が外装ケース２１の外部に露出しており、外部から電源をコネクタ接続できる構造となっている。

この電源入力コネクタ２２は、入力電源としての直流電源や商用交流電源の供給を受ける部分である。電源入力コネクタ２２は電源回路２３に電気的に接続されている。この電源回路２３は高圧トランス１１の一次側に電気的に接続されている。この高圧トランス１１は、一次側に入力された電圧を昇圧して二次側に出力するためのものである。高圧トランス１１の二次側の一方はイオン発生素子１０ａ、１０ｂの誘導電極１に電気的に接続されている。また高圧トランス１１の二次側の他方は、正の高電圧回路１２ａを通じて正イオン発生用のイオン発生素子１０ａの正極放電電極２に電気的に接続されるとともに、負の高電圧回路１２ｂを通じて負イオン発生用のイオン発生素子１０ｂの負極放電電極２に電気的に接続されている。なおイオン発生素子１０ａ、１０ｂの各誘導電極１は互いに電気的に接続されて同電位となっている。

正の高電圧回路１２ａは、正極放電電極２には誘導電極１に対して正極性の高電圧を印加し、負極放電電極２には誘導電極１に対して負極性の高電圧を印加するよう構成されている。これにより、正と負の２極性のイオンを発生させることができる。

誘導電極１と放電電極２との間に高電圧を印加し、放電電極２の先端が一定の電界強度以上になると放電が生じる。

上記のイオン発生装置３０は、一極性のイオンを放出することも可能であるが、本実施の形態では正イオンと負イオンとの両極性のイオンを放出することを前提としている。正極放電電極２の先端では正コロナ放電を発生させることにより正イオンが発生され、負極放電電極２の先端では負コロナ放電を発生させることにより負イオンが発生される。印加する波形はここでは特に問わず、直流、正または負にバイアスされた交流波形や正または負にバイアスされたパルス波形などの高電圧とする。高電圧の波形は、交流、直流、パルスおよびこれらの合成した波形など、形態は問わないこととし、放電現象が得られる電界強度を発生させる電圧を意味するものとする。電圧値には放電を発生させるに十分かつ、所定のイオン種を生成させる電圧領域が選定される。

ここで、発明者が意図する正イオンは、水素イオン（Ｈ⁺）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数）として表される。また負イオンは、酸素イオン（Ｏ₂ ^-）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｏ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数）として表される。また、空気中の正イオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数）と、負イオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数）とを略同等量発生させることにより、両イオンが空気中を浮遊するカビ菌やウィルスに付着してその周りを取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により、浮遊カビ菌などを除去することが可能となる。

次に、上記のイオン発生装置を用いた電気機器の一例として空気清浄機の構成について説明する。

このような空気清浄機などの電気機器においては、送風のために、電気機器に搭載されているファンが用いられている。また空気清浄機は、吸気口から取り込んだ空気をフィルターを通過させて清浄化したうえで、ファン用ケーシングを通じて吹き出し口から外部へ供給するものである。

図６は、図１および図２に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。また図７は、図６に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。

図６および図７を参照して、空気清浄機６０は前面パネル６１と本体６２とを有している。本体６２の後方上部には吹き出し口６３が設けられており、この吹き出し口６３からイオンを含む清浄な空気が室内に供給される。本体６２の中心には空気取り入れ口６４が形成されている。空気清浄機６０の前面の空気取り入れ口６４から取り込まれた空気が、図示しないフィルターを通過することで清浄化される。清浄化された空気は、ファン用ケーシング６５を通じて、吹き出し口６３から外部へ供給される。

清浄化された空気の通過経路を形成するファン用ケーシング６５の一部に、図１および図２に示すイオン発生装置３０が取り付けられている。イオン発生装置３０は、そのイオン放出部となる孔２１ａからイオンを上記の空気流に放出できるように配置されている。イオン発生装置３０の配置の例として、空気の通過経路内であって、吹き出し口６３に比較的近い位置Ｐ１、比較的遠い位置Ｐ２などの位置が考えられる。このようにイオン発生装置３０のイオン放出用の孔２１ａに送風を通過させることにより、吹き出し口６３から清浄な空気とともに外部にイオンを供給することが可能になる。

本実施の形態の空気清浄機６０によれば、イオン発生装置３０で生じたイオンを送風部（空気の通過経路）により気流に乗せて送ることができるため、機外に清浄な空気とともにイオンを放出することができる。これにより、イオン発生機能を空気清浄機に持たせることが可能になる。

また、本実施の形態のイオン発生装置３０は厚みが薄いので、上記のような電気機器に搭載した場合であっても送風の妨げにならずに、ゆえに騒音発生や風量低下を抑制することができ、また多品種の製品への搭載応用が可能になる。

なお本実施の形態においては電気機器の一例として空気清浄機について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電気機器は、これ以外に空気調和機（エアコンディショナー）、冷蔵機器、掃除機、加湿器、除湿機などであってもよく、イオンを気流に乗せて送るための送風部を有する電気機器であればよい。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
まず本実施の形態によれば、放電電極２の先端が誘導電極１の円形の貫通孔１ａを貫通しており、放電電極２の周囲（外周面全周）が誘導電極１により取り囲まれているため、イオンの放出効率および発生効率を高めることができる。以下、そのことを説明する。

図８（Ａ）、（Ｂ）は、特許文献２（特開２００３−３０８９４７号公報）に示されたコロナ放電機構の放電電極と誘導電極との間にできる電界を説明するための模式図である。なお図８（Ａ）は断面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の矢印Ｓ１方向から見た図である。

図８（Ａ）、（Ｂ）を参照して、このコロナ放電機構においては、誘導電極１０１が放電電極１０２の針状の先端よりも後方の側面に配置されているため、放電電極１０２の針状の先端から後方側面の誘導電極１０１へ向かう電界が発生する。これにより、放電電極１０２に対して電界の分布の方向性に偏りができ、この電界の偏りによってイオンの移動方向に偏りができて、イオンの放出効率が低くなるとともに、放電電極１０２の先端の放電が不安定となりイオン発生効率が低下する。

図９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の放電電極と誘導電極との間にできる電界を説明するための模式図である。なお図９（Ａ）は断面図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の矢印Ｓ２方向から見た図である。また図９（Ａ）は図９（Ｂ）のＩＸ−ＩＸ線に沿う概略断面図である。

図９（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本実施の形態によれば、放電電極２の先端が誘導電極１の円形の貫通孔１ａを貫通しており、放電電極２の周囲（外周面全周）が誘導電極１により取り囲まれている。このため、放電電極２の針状の先端を中心として誘導電極１へ向けて平面視において３６０度の全周にわたって電界が発生する。これにより、電界分布の方向性の偏りを抑制することができる。よって、この電界分布の偏りによるイオンの移動方向の偏りを抑制でき、イオンの放出効率を高めることができるとともに、放電電極２の先端に安定した放電を発生させることができイオン発生効率を向上することができる。

また平面視において放電電極２の針状の先端を略真円形の貫通孔１ａの中心に配置することで、放電電極２の針状の先端と円形の貫通孔１ａの外周部との距離は貫通孔１ａの全周において等距離となる。これにより、放電電極２の針状の先端と誘導電極１との間にできる電界を３６０度均一にすることが可能となり、電界分布の偏りをさらに抑制することができる。

また本実施の形態においては、放電電極２の針状の先端を誘導電極１の上面に対して上方へ突出させることで、イオンの放出効率を高めることができる。以下、そのことを説明する。

図１０は、放電電極の針状の先端が誘導電極よりも奥まっている場合のイオンの挙動を説明するための模式図（Ａ）と、放電電極の針状の先端が誘導電極よりも突き出している場合のイオンの挙動を説明するための模式図（Ｂ）である。

図１０（Ａ）を参照して、放電電極２の針状の先端が誘導電極１の上面１ｃよりも距離ｆ１だけ奥まっている場合、放電により生じたイオンは誘導電極１の貫通孔１ａを通らなければ、図中矢印で示す方向の送風の気流に乗ることができない。しかし、イオンは誘導電極１の貫通孔１ａ内を通過しようとする際に、電界の力で誘導電極１側へ引かれて誘導電極１に捕獲される。これにより、イオンの放出効率が低くなる。

図１０（Ｂ）を参照して、本実施の形態においては、放電電極２の針状の先端が誘導電極１の上面に対して距離ｆだけ上方へ突出している。このため、放電で生じたイオンは誘導電極１の貫通孔１ａを通過しなくとも、図中矢印で示す方向の送風の気流に乗せることができる。このため、放電電極２の針状の先端近傍で生じた正または負のイオンは電界の力で誘導電極１側へ引かれるが、送風の力で風に乗ることにより誘導電極１に捕獲されずに空間へ放出される。これにより、正または負のイオンが誘導電極１に引かれて中和してしまう前に送風に乗せて空間へ放出することができるため、空間へ放出されるイオン量が増加し、イオンの空間への放出効率を向上させることができる。

また本発明者は、放電電極２の針状の先端が誘導電極１の上面１ｃから突き出す長さ（以下、「突出長さ」と称する）について検討を行なった。以下、その内容および結果について説明する。

まず図１０（Ｂ）に示すように放電電極２の針状の先端の位置が誘導電極１の上面１ｃよりも突き出した構成において、誘導電極１の貫通孔１ａの半径ｒと放電電極２の突出長さｆとを変化させたときのイオン濃度の変化について測定した。その結果を図１１に示す。

図１１の結果は、突出長さを「大」、「中」、「小」の３段階で変化させ、かつ貫通孔１ａの半径ｒも「大」、「中」、「小」の３段階で変化させたときの空間のある点でのイオン濃度比率を示している。

図１１の結果から、貫通孔１ａの半径ｒが「小」、「中」のそれぞれでは、突出長さｆが大きいほどイオン濃度が高くなった。一方、貫通孔１ａの半径ｒが「大」では、突出長さｆを大きくしてもイオン濃度はほとんど変化しなかった。すなわち貫通孔１ａの半径ｒが小さいときは突出長さｆを大きくすることによるイオン増加の効果が大きいが、逆に貫通孔１ａの半径ｒが大きいときは突出長さｆを大きくすることによるイオン増加の効果が小さいことわかった。

図１１の結果より、突出長さｆと貫通孔１ａの半径ｒとの関係を表形式にまとめると図１２に示すようになる。図１２を参照して、貫通孔１ａの半径ｒが小さくかつ、突出長さｆも小さい組み合わせ（表の左上方向）が、放電電極先端の放電がもっとも強くなる。貫通孔１ａの半径ｒおよび突出長さｆの双方が小さすぎれば、放電が強くなりすぎて、火花放電になる場合がある。逆に貫通孔１ａの半径ｒが大きくかつ、突出長さｆも大きい組み合わせ（表の右下方向）が、放電電極先端の放電がもっとも弱くなる。貫通孔１ａの半径ｒおよび突出長さｆの双方が大きすぎれば、放電しない場合がある。

貫通孔１ａの半径ｒが大きくなるということ（表の右方向）は、放電電極２と誘導電極１との距離が遠くなるため、上記のような放電電極２の先端の放電の強さに関わるとともに、放電電極２の先端で発生したイオンが誘導電極１に捉えられる量も小さくなる。

また突出長さｆが大きくなるということ（表の下方向）は、放電電極２の先端と誘導電極１との距離が遠くなるため、上記のような放電電極２の先端の放電の強さに関わるとともに、放電電極２の先端で発生したイオンが誘導電極１に捉えられる量も小さくなる。

貫通孔１ａの半径ｒが小さくかつ突出長さｆが大きくなる組み合わせ（表の左下方向）では、突出長さｆが貫通孔１ａの半径ｒに対して長すぎれば、放電電極２の先端ではなく、誘導電極１との距離が最も近くなる放電電極２の胴体の部分で放電が生じ好ましくない状態が生じる。

突出長さｆおよび貫通孔１ａの半径ｒという２つのパラメータがイオン濃度を上げるためには双方有効である。しかし、貫通孔１ａの半径ｒが大きければ、誘導電極１に捉えられるイオン量も少なくなるため、半径ｒが大きい場合は突出長さｆを大きくする効果は小さくなる。

図１１および図１２の結果から、貫通孔１ａの半径ｒと突出長さｆとをイオン発生装置全体のサイズに絡め、うまく組み合わせることが、イオン濃度を高くするとともに薄型・コンパクトなイオン発生装置の実現に有効である。

これらの特性を配慮した上で薄型でコンパクトなイオン発生装置３０の内部に当イオン発生素子１０ａ、１０ｂを配置・構成するにあたり、突出長さｆを大きくするとイオン濃度は増加傾向にある。しかし、突出長さｆを長くしすぎると、図１３（Ａ）に示すように、放電電極２の針状の先端がイオン発生装置３０の外装ケース２１から飛び出すことになる。この場合、機械的衝撃により、放電電極２のイオン発生性能が低下する。よって、放電電極２の針状の先端は、誘導電極１の表面に対して突出するとともに、イオン発生装置３０の外装ケース２１の天板２１ｂの上面からは突出しないように配置することが好ましい。

また、イオン発生装置３０の外装ケース２１の天板２１ｂの上面から放電電極２の針状の先端が突出しないとしても、図１３（Ｂ）に示すように、突出長さｆが貫通孔１ａの半径ｒよりも長くなると、放電電極２の針状の先端ではなく、誘導電極１との距離が最も近くなる放電電極２の胴体部分にて放電が生じ、好ましくない状態になる。このため、図１３（Ｃ）に示すように突出長さｆは貫通孔１ａの半径ｒよりも短いことがより好ましい。

放電現象は、単純には印加電圧と電極間距離とにより決まる。このため、仮に放電電極２の先端に鋭角部がなければ、誘導電極１と放電電極２との最短距離の部分で放電が生じる。しかし、放電電極２の先端が針状で鋭角に尖っている場合には、放電電極２の先端に電界が集中して、その先端と誘導電極１との間でコロナ放電が生じる。つまり、放電電極２の先端を鋭角にすることにより、その先端の電位傾度（電界強度）が強くなるため、放電電極２の先端と誘導電極１との間の距離が最短距離でなくとも、その先端と誘導電極１との間でコロナ放電が生じさせることができる。

ここで、本発明者は、放電電極２の先端を針状として鋭角部を持たせた場合、貫通孔１ａの半径ｒよりも突出長さｆが短ければ、放電電極２の針状の先端と誘導電極１との間でコロナ放電が発生することを見出した。このため、突出長さｆは貫通孔１ａの半径ｒよりも短くすることで、放電電極２の針状の先端と誘導電極１との間でコロナ放電を発生させることができ、放電電極２の胴体部分と誘導電極１との間の放電の発生を防止することができる。

なお突出長さは、たとえば０．５ｍｍ〜４．０ｍｍであり、１ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。また誘導電極１の貫通孔１ａの直径は、たとえばφ１２ｍｍ〜φ１３ｍｍ（貫通孔１ａの半径が６ｍｍ〜６．５ｍｍ）である。

また本発明者は、誘導電極１の平板部と支持基板３との間の距離ｅ（図２参照）について検討を行なった。以下、その内容および結果について説明する。

図１４は、誘導電極の平板部と支持基板との間の距離ｅが０の場合（Ａ）と、その距離ｅがある場合（Ｂ）との状態を示すイオン発生素子の概略断面図である。

誘導電極１と放電電極２とを同一の支持基板３上に配置し、放電電極２の先端を誘導電極１の平板部の上面１ｃより上方に突出させ、かつイオン発生装置３０を薄型とするために最も効率がよいのは、図１４（Ａ）に示すように誘導電極１を支持基板３の表面に密着させることとなる。

しかしながらこの場合、放電電極２と誘導電極１との支持基板３の表面に沿う沿面距離ｊ１は貫通孔１ａの半径ｒにほぼ等しくなる。この放電電極２と誘導電極１との間には高電圧が印加されるために、沿面距離ｊ１が小さいと沿面放電の懸念が考えられる。このため、同一の支持基板３上に配置される放電電極２と誘導電極１との距離に余裕をとって確保すべきである。

そこで、図１４（Ｂ）に示すように誘導電極１の両端部に屈曲部１ｂを設け、その屈曲部１ｂにて誘導電極１を支持基板３に支持させるようにすることで、誘導電極１の平板部と支持基板３との間に寸法ｅの空隙が確保されている。これにより、放電電極２と誘導電極１との支持基板３の表面に沿う沿面距離ｊ２は、図１４（Ａ）に示す距離ｊ１より大きくなる。このようにすることで常に一定以上の距離を誘導電極１の平板部と支持基板３との間に確保することで、不必要な沿面放電を抑止することができる。空隙の寸法ｅは、たとえば０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。

なお誘導電極１と放電電極２とを同一の支持基板３上に配置することで、誘導電極１と放電電極２との平面的な位置ずれを規制しつつ、高さ方向のずれも最小化することができる。これにより、誘導電極１と放電電極２との位置関係の誤差要因を低減することができる。

以上に説明したように本実施の形態によれば、安定したイオン発生を実現するとともに、発生したイオンが誘導電極１で中和する率を軽減し、機器より空間にイオンを従来に比して大幅に増加して効率よく放出させることができる。

また高電圧駆動回路とイオン発生素子を一体化させた薄型かつコンパクトなイオン発生装置の実現が可能となり、これを搭載した電気機器への用途拡大や搭載箇所の自由度を拡大することが可能になる。

今回開示された実施の形態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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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。

本発明は、誘導電極と先端が針状の放電電極とを備え、放電によりイオンを発生させるイオン発生装置およびそのイオン発生装置を備えた電気機器に特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の構成を概略的に示す概略平面図であって、ケースの天板の一部を破断して示すとともにモールド樹脂を透視して示す一部破断平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。 図１、２に示すイオン発生素子の構成を示す分解斜視図である。 図１、２に示すイオン発生素子の構成を示す組立て斜視図である。 本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の機能ブロック図であり、各機能素子の電気的接続を示す図である。 図１および図２に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。 図６に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。 特許文献２（特開２００３−３０８９４７号公報）に示されたコロナ放電機構の放電電極と誘導電極との間にできる電界を説明するための断面図（Ａ）と、図８（Ａ）の矢印Ｓ１方向から見た図（Ｂ）である。 本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の放電電極と誘導電極との間にできる電界を説明するための断面図（Ａ）と、図９（Ａ）の矢印Ｓ２方向から見た図（Ｂ）である。 放電電極の針状の先端が誘導電極よりも奥まっている場合のイオンの挙動を説明するための模式図（Ａ）と、放電電極の針状の先端が誘導電極よりも突き出している場合のイオンの挙動を説明するための模式図（Ｂ）である。 放電電極の針状の先端の位置が誘導電極の上面よりも突き出した構成において、誘導電極の貫通孔の半径ｒと放電電極の突出長さｆとを変化させたときのイオン濃度の変化について測定した結果を示す図である。 図１１の結果から得られた突出長さｆと貫通孔１ａの半径ｒとの関係を表形式にまとめた図である。 放電電極の突出長さの異なるイオン発生素子の構成を示す概略断面図である。 誘導電極の平板部と支持基板との間の距離ｅが０の場合（Ａ）と、その距離ｅがある場合（Ｂ）との状態を示すイオン発生素子の概略断面図である。

符号の説明

１ 誘導電極、１ａ 貫通孔、１ｂ 屈曲部、１ｃ 上面、２ 放電電極、３ 支持基板、３ａ，３ｂ 貫通孔、１０ａ，１０ｂ イオン発生素子、１１ 高圧トランス、１２ａ，１２ｂ 高電圧回路、２１ 外装ケース、２１ａ イオン放出用の孔、２１ｂ 天板、２２ 電源入力コネクタ、２３ 電源回路、３０ イオン発生装置、３１ モールド樹脂、６０ 空気清浄機、６１ 前面パネル、６２ 本体、６３ 吹き出し口、６４ 空気取り入れ口、６５ ファン用ケーシング。

Claims (4)

1. 放電によりイオンを発生させるためのイオン発生装置であって、
   針状の先端を有する放電電極と、平板部を有し、かつ前記平板部に円形の貫通孔を有する誘導電極とを含むイオン発生素子と、
   前記イオン発生素子に高電圧を供給するための高圧トランスと、
   前記高圧トランスを駆動するための高電圧発生回路と、
   前記高電圧発生回路に電気的に接続される電源入力コネクタと、
   前記イオン発生素子、前記高圧トランス、前記高電圧発生回路および前記電源入力コネクタのそれぞれを内部に配置されたケースとを備え、
   前記放電電極の前記先端が前記誘導電極の前記貫通孔を貫通して前記誘導電極の前記平板部の上面よりも上側に突出しており、
   前記放電電極の前記先端が前記誘導電極の前記平板部の前記上面よりも上側に突出する長さを、前記貫通孔の半径よりも小さく、０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲にし、かつ前記貫通孔の半径を６ｍｍ以上６．５ｍｍ以下の範囲にするとともに、
   前記イオン発生素子、前記高圧トランス、前記高電圧発生回路および前記電源入力コネクタのそれぞれが互いに平面的に配置され、かつ前記ケース内に一体化して配置されている、イオン発生装置。
2. 前記放電電極と前記誘導電極とを内部に配置されたケースをさらに備え、
   前記ケースは、前記誘導電極の前記貫通孔に通じるイオン放出用の孔が形成された天板を有し、
   前記放電電極の前記先端は、前記天板の天面よりも上側には突出しないように配置されている、請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記誘導電極を支持する支持基板をさらに備え、
   前記誘導電極は、前記平板部から屈曲されて前記支持基板に支持された屈曲部を有し、
   前記誘導電極の前記平板部と前記支持基板との間には空隙が生じるように前記誘導電極は前記支持基板に支持されている、請求項１または２に記載のイオン発生装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のイオン発生装置と、
   前記イオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを送風気流に乗せて電気機器の外部に送るための送風部とを備えた、電気機器。

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