JP5309303B2

JP5309303B2 - 流体の運動エネルギー及び熱エネルギーを利用したマイナスイオン発生源及び発生方法

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Publication number: JP5309303B2
Application number: JP2009502522A
Authority: JP
Inventors: 和彦有路; 啓見畑中
Original assignee: ライトグリーン株式会社
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-02-26
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Description

本発明は流動する空気中または水中に電子を放出してマイナスイオンを発生させるマイナスイオン発生源およびマイナスイオン発生方法である。

健康科学分野における滝の瀑布周辺における精神の安定効果や森林浴における心身のリフレッシュ効果等、自然界のマイナスイオンの効果に関する研究結果の発表等にみられるように、従来よりマイナスイオンが人体に対して心身ともに良好な効果をもたらすことが広く知られており、主に人体の生理作用の改善や医学療法などに利用されている。又、近年マイナスイオンは植物やキノコ類の成長にも高い効果があることや、燃焼用空気をマイナスイオン化することで燃焼効率が向上すること、居住空間にマイナスイオンを付加するとストレスが低減されること、水圏において水にマイナスイオンを付加するとある種の藻類やプランクトンの増殖を妨げること等、産業や環境の分野での効果も知られるようになった。

マイナスイオンの発生に関する従来の技術としては、交流電圧を印加してマイナスイオンを発生させる装置（例えば、特許文献１参照。）、高電圧パルスを印加してマイナスイオンを発生させる装置（例えば、特許文献２参照。）、光電子材に紫外線または放射線を照射してマイナスイオンを発生させる方法（例えば、特許文献３参照。）、及び、導電性基板上に形成された光半導体薄膜に光を照射し導電性基板に負電圧を印加してマイナスイオンを発生させる発生源又は発生方法（例えば、特許文献４参照。）がある。
特公平７−２３７７７号公報特開平１０−２８８３５２号公報特開平７−５７６４３号公報特開２００１-１７９８６９号公報

しかしながら従来の各装置及び方法には課題が多く利用価値がきわめて低い。交流電圧を印加する方法では電源及び制御装置を必要とし漏電の恐れがある。高電圧パルスを印加する方法では電源及び技術的に高度で複雑な制御装置を必要とする上に、放電や漏電の恐れがあり、窒素酸化物（ＮOx）の発生の危険性さえ考えられる。
また光電子材に紫外線又は放射線を照射する方法では、使用する光の波長が低周波領域にあるため人体に有害であると共に、窒素酸化物（NOｘ）やオゾン（O３）の発生の危険性も考えられ、電源及び技術的に高度な制御装置及び安全装置等が必要とされ複雑な装置とならざるを得ない。導電性基板上に形成された光半導体被膜に光を照射し、導電性基板に負電圧を印加する方法では、電源及び技術的に高度な制御装置及び安全装置等が必要とされる上に、導電性基板上に光半導体被膜を形成させるために高い技術力と特殊な装置が必要とされる。このように従来の各装置及び方法は少なくとも有価の電力を必要とし、有価の電力によって供される電気又は光といったエネルギーを印加しなければマイナスイオンの発生ができないという根本的な問題点があった。又上記高濃度（数百万個／ccレベル）のマイナスイオンが直接人体に接触した場合、又は直接人体に吸引された場合の人体に対する影響はまだ未解明であり安全性に疑問を残している。

本発明は、このような従来の装置及び方法が有していた問題を解決しようとするものであり、有価の印加エネルギーを必要とせず、自然界におけるマイナスイオンの発生状況により近い現象でマイナスイオンが発生し、複雑な制御装置を必要とせず、放電や漏電の恐れがなく、人体や環境への危険性のない低コストで汎用的なマイナスイオン発生源及び発生方法を実現することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、表面が凹凸形状の導電性基材表面に、少なくとも圧電性及び焦電性を併せ持つ強誘電性物質及び該強誘電性物質の作用を補助し増強するための、又は該強誘電性物質を含む混合物を固化するための添加物からなる被膜を形成したマイナスイオン発生源を考案した。
この被膜の構成では、マイナスイオンを発生させようとする対象流体である空気、又は、水が該被膜に接触することによって印加される運動エネルギー及び熱エネルギーにより、該被膜内部配置されている強誘電性物質の結晶に圧電性及び焦電性に起因する電気分極が発生する。したがって、該マイナスイオン発生源の導電性基材をアース又はアンテナに接続することによって電気分極に生じた静電荷のホール（プラス電荷）がアース又はアンテナから放出され、静電荷のホール（プラス電荷）と対になって電気分極の際に静電荷のホール（プラス電荷）の対極に生じた電子（マイナス電荷）は、導電性基材に接触している被膜面の対極になる面、つまり被膜の表面に集中する。この被膜表面に集中している電子に、更に対象流体の運動エネルギー及び熱エネルギーが印加され続けることによって、対象流体に電子が付与されてマイナスイオンが生成される。

圧電性は応力（運動エネルギー）の印加量の変位によって物質結晶内に電気分極が発現する物性であり、焦電性は熱量（熱エネルギー）の印加量の変位によって物質結晶内に電気分極が発現する物性である。これら圧電性や焦電性を有する物質がマイナスイオンの発生に有効な場合があることが知られているが、これらの物質によってマイナスイオンをより有効に発生させるために、本発明では表面が凹凸形状の導電性基材を採用してマイナスイオン発生源の表面に対象流体の脈動乱流を起こすことによって応力（運動エネルギー）及び熱量（熱エネルギー）の印加量に連続的に変位を生じさせるよう対処している。

又、本発明では運動エネルギーと熱エネルギーを両方とも同時に使用し、マイナスイオン発生に転化可能なエネルギーの範囲を広げるために、圧電性と焦電性を併せ持つ強誘電性物質を採用した。該強誘電性物質は、マイナスイオンを発生させようとする対象流体が上記マイナスイオン発生源に接触することによって印加される運動エネルギーと熱エネルギーの両方を同時に電気分極発現エネルギーに転化することができるため、圧電性又は焦電性の何れか一方の物性のみを有する物質を使用した場合よりも効率的に、かつ多量にマイナスイオンを発生できることができる。また強誘電性物質は、自発分極又は残留分極を有しているため、条件が揃えば、圧電性物質や焦電性物質と比較して、マイナスイオンを発生する効率が高くなることが期待できる。尚、自発分極とは、強誘電性物質が自然状態で分極しているものであって、きわめて小さな粒子であれば粒子単体でほぼ１つの分域を有するもの、または粒子製造過程において分極操作を行うことにより粒子単体で既にほぼ１つの分域を有しているものを意味する。一方残留分極とは、外部電界を与えることによって、粒子状の強誘電性物質に対して分極方向を制御して、粒子内で特定の分極方向を有する分域の割合を多くしたものである。本発明で利用する強誘電性物質は、自発分極又は残留分極のいずれであっても、被膜全体としての電気極性を配向させる処理に寄与することができれば利用することができる。

上記強誘電性物質は、チタン酸リチウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸カリウムなどの１族元素（アルカリ金属元素）のチタン酸化合物、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなど２属元素（アルカリ土金属元素）のチタン酸化合物、ニオブ酸カリウムなど１族元素（アルカリ金属元素）のニオブ酸化合物、及びニオブ酸ナトリウムバリウム、ニオブ酸ストロンチウムバリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛の中から選ばれる少なくとも一種類以上を、対象流体の種類、流速、温度、及び周囲の環境などの諸条件に応じて選択して採用し構成するものである。又、圧電性については圧電率１０×１０^−１２Ｃ／Ｎ以上、焦電性については０．４×１０^−５Ｃ／（ｍ^２・ｋ）以上の性能の両方を併せ持つものを選択して採用することが望ましい。尚、強誘電性物質のサイズとしては、汎用品として工業用に広く流通している３２５メッシュ（平均粒径約４０ミクロンメートル）程度のもので十分であるが、更に小さいものの方が望ましく、ナノメートルサイズのものが安価で容易に入手できるようになれば優先して採用すべきことは言うまでもない。特にナノメートルサイズの強誘電性物質は、製造過程において電界をかけて分極処理を施せば、粒子レベルで単一分極されたものを利用することができる。尚、ここで列挙した物質は、一部を例示したものであり、その他の同様の性質をもった物質を排除してない。

又、上記添加物は強熱伝導性金属粉体、導電性促進剤、天然鉱石粉体、放射線を放射する粉末、又は耐熱樹脂の少なくとも一種類以上を上記強誘電性物質の選択時の諸条件に対応し、選択された強誘電性物質の物性に応じて選択して採用し構成するものである。該添加物のうち、強熱伝導性金属粉体、導電性促進剤は被膜の熱伝導性及び導電性の向上を担い、天然鉱石粉体及び耐熱樹脂は被膜構造の固化及び強化を担うことを目的として添加しているものである。

上記添加物のうち強熱伝導性金属粉体は、金、銀、銅、アルミニウムのうち少なくとも一種類以上から構成し、導電性促進剤は、炭化チタン、窒化チタン、２ホウ化チタンのうち少なくとも一種類以上、天然鉱石粉体は、陶土、珪石、石英、長石、水晶、ザクロ石、電気石のうち少なくとも一種類以上、耐熱樹脂は変性シリコーン樹脂、純シリコーン樹脂のうちの少なくとも一種類以上から構成するものであり、強熱伝導性金属粉体、導電性促進剤、及び天然鉱石粉体の粒径サイズは上記強誘電性物質の粒径サイズと同等かやや小さいサイズが好ましい。又、耐熱樹脂は耐熱樹脂溶液として使用するのが良い。

又、導電性基材に、エキスパンディングメタル法、パンチング孔法、形押成型法、波型加工法の少なくとも１つまたは複合した手段を用いて凹凸形状に加工したものを使用することにより、平板状の導電性基材表面に被膜を形成した後に表面形状を凹凸に加工する場合より被膜の破損がなく、被膜の形状の均質化及び接触流体の脈動乱流の発生能力が優れ、又、製造工程の簡素化が計れる。

更に、上記導電性基材の実施形状を、被膜形成の前後を問わず、上記マイナスイオン発生源を設置しようとする対象物の形態に応じて、網状、波板状、筒状、ハニカム状又は矩型にすることにより、様々なものへの設置が可能となる。また、波板状、筒状、ハニカム状などの立体的形状の場合は少ない容積の中に多くの被膜面積を有することができるため、マイナスイオン発生源の小型化が可能となる。

又、上記強誘電性物質の焦電性及び圧電性は、その結晶の結晶軸の非対称性に起因するものであり電気分極は結晶軸方向に起きる。すなわち、結晶軸方向の一方側の先端部に電子が集中して負極となり、結晶軸方向の反対側の先端部には電子の抜けた跡、ホールが集中して正極となって電気分極が起きる。従って導電性基材面に接触する結晶の部分が正極となりかつ結晶軸が導電性基材面に対して垂直になるように、被膜全体として強誘電性物質の結晶を配向させて、それぞれの粒子状結晶の分極の相殺を少なくすることによって、電気分極により発生した電子の移動方向が一定となり電子の被膜表面への集中が効率よく行われ、マイナスイオンの発生も向上する。更に連続的に電子を放出してマイナスイオンを発生させることにより生じる強誘電性物質及び添加物からなる被膜内の電流によって磁場が発生する。この磁場により、強磁性体である酸素が対象流体中で窒素、水素、炭素などの他の元素より選択的に優先して被膜表面に誘引されマイナスイオン化される。酸素は原子構造上2個の不対電子を持つ為、非常にイオン化しやすい物質である。従って、被膜内に生じる電流に起因する磁場によってマイナスイオンの発生が更に向上する。

強誘電性物質及び添加物を混合し、混合物の均一分散を図ることと導電性基材への塗布を容易にすることを目的として揮発性の補助溶剤を加えて塗料程度のゲル状とする。このゲル状混合物を導電性基材の表面に必要とする厚さで均一に塗布する。その際導電性基材に直流負電圧を印可するために、ゲル状混合物を塗布しない領域を設ける。その後、塗布面の形状が流動したり手について剥離することがない取り扱い容易な状態まで自然乾燥を行う。自然乾燥完了後、図６に示す導電性物質製囲いＢの内部にＥのエレメント吊り下げ金具を用いてＤの絶縁体支持棒に自然乾燥を終えたマイナスイオン発生源エレメントを電極端子に電気コードを接続した状態で吊り下げる。又導電性物質製囲いＢの電極端子にも電気コードを接続する。その後加温と同時に導電性基材上のゲル状混合物を塗布しない領域に直流負電圧を印加し、導電性物質製囲いには直流正電圧を印加する。この状態を加温終了まで続ける。導電性物質製囲いに直流正電圧を印加しマイナスイオン発生エレメントの導電性基材に直流負電圧を印加する意図は、塗布された混合物が接触している導電性基材を負極とすることで塗布混合物内の電気分極性物質粒子に加温によって発現した電気分極の正極が導電性基材接触面に誘引され、電気分極性粒子の電気分極の極性が揃うことである。この状態で加温を続け所定の時間で加温を終了する。
一度電気極性を配向させる処理をすれば、強誘電性物質は、残留分極又はもともと配向の向きに揃っていた自発分極を維持するようになるため、被膜は通常の環境状態では常に大きな分極を発現するようになり、配向した極性は直流電圧の印加及び加温を除去しても維持される。このようにして、電気極性を配向させる処理を施した後、マイナスイオン発生源の被膜構造の固化、及び強化の為に耐熱樹脂溶液を用いた場合は加温乾燥によって配向の固定を行うことにより、又は、マイナスイオン発生源の被膜構造の固化、及び強化の為に天然鉱石粉体を用いてセラミックス化する場合は焼結を行ってマイナスイオン発生源として完成される。
尚、本発明のマイナスイオン発生装置は、常温・常圧の環境下のみでなく、過酷な熱・流体摩擦条件や振動・衝撃条件が設定される特殊な使用環境下において用いられることも想定している。したがって被膜を固化するために、耐熱樹脂や鉱物粉体を利用して、十分な強化又は固化を図ることがきわめて有効である。
耐熱樹脂には変性シリコーン樹脂、純シリコーン樹脂が含まれる。例えば、高分子有機化合物（ポリマー）と称されるものが含まれる。鉱物粉体には、水晶、珪石、石英など酸化ケイ素系主体の鉱物粉体が含まれる。例えば、SiO_２の化学式を有する鉱物が含まれる。
長石、ザクロ石、電気石等の鉱物も上記鉱物粉体として有効である。例えば、KAlSi_３O_８、NaAlSi_３O_８、CaAlSi_３O_８、Mg₃Al₂(SiO₄)₃、Fe₃Al₂(SiO₄)₃、Mn₃Al₂(SiO₄)₃、Ca₃Al₂(SiO₄)₃、Ca₃ Fe₂(SiO₄)₃、NaLi_３B₃Al(AlS_２iO₉)_３O₄、NaLi_３B₃Al(AlSi_２O₉)_３F₄、NaLi_３B₃Al(AlSi_２O₉)_３(OH)₄、CaLi_３B₃Al(AlSi_２O₉)_３O₄、CaLi_３B₃Al(AlSi_２O₉)_３F₄、CaLi_３B₃Al(AlSi_２O₉)_３(OH)₄、の化学式を有する鉱物が含まれる。
これら被膜の構成物質を強化又は固化するための添加物は、単独で用いても良く、また組み合わせて用いても良い。マイナスイオン発生装置の使用環境に応じた被膜の強化・固化耐性、被膜の構成物質との相性に合わせて適宜に選択できる。またこれらの添加物自体が有する圧電作用、焦電作用等もマイナスイオン発生効率の改善に寄与するものと考えられるので、マイナスイオン発生効率の改善効果も制御する目的で、単独利用や組み合わせ利用を決定できる。

上述したように、本発明の流体の運動エネルギー及び熱エネルギーを利用したマイナスイオン発生源及び発生方法は、有価の電力による電気エネルギーや光エネルギーを使用することなく、流体の運動エネルギー及び熱エネルギーの利用されていない部分を有効に活用してマイナスイオンの発生を実現するものであり、流動する空気又は水が存在する種々の形態に付加して、マイナスイオンの効力を利用できるように改善することを可能とするものである。又、ボイラー、燃焼式温風発生機などの燃焼機器や、自動車、船舶などの内燃機関に使用することにより使用燃料の減少や排出ガスの浄化が計られ地球環境の保全に寄与することができるものである。又、材料に安価な市販の汎用品を使うことができ、高度な技術や特殊な製造機器を使用することなく簡単に製品化できるため安価で供給することが可能である。

本発明の実施の形態は、使用目的や対象流体の諸条件により様々な形態となるため、小型燃焼機器及び小型内燃機関用に使用する形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。尚、この形態におけるマイナスイオン発生源エレメントの被膜構成物質の種類は及び配合割合は、チタン酸バリウム２５重量％〜５０重量％、窒化チタン０重量％〜６重量％、珪石粉体０重量％〜１０重量％、電気石粉体０重量％〜８重量％、変形シリコーン樹脂溶液３０重量％〜６０重量％、である。

また様々な機器に対応できるようにするために導電性基材には表面に多数の凹凸が必要とされ、かつ形状の加工が容易であることが求められる為に、アルミニウムエキスパンドメタルを使用することとした。このような結論に基づいて板厚０．５ミリメートル、メッシュ寸法３．０ミリメートル×４．０ミリメートル、開口率６３％のアルミニウムエキスパンドメタルを１００ミリメートル×２００ミリメートルの方形に切断したものを導電性基材として使用し、この導電性基材にアース接続用端子を取り付けた後、アース接続用端子取り付け部分に塗布物質付着防止のためのマスキングを施して、導電性基材の表裏の表面に、少なくとも焦電性及び圧電性を併せ持つ強誘電性物質粉体及び添加物からなるゲル状物質を１０グラム均一に塗布した。導電性基材の表裏に塗布するのは有効表面積を確保するためである。10分間自然乾燥を行った後、図6に示す導電性物質製囲いＢ内に、段落番号００１５で記した手順でマイナスイオン発生エレメントを設置し、導電性物質製囲いに直流正電圧を印加しマイナスイオン発生源エレメントの導電性基材に直流負電圧を印加しながら電気分極性物質粒子の電気極性を配向させる処理を行って、図１乃至図３に示すマイナスイオン発生源エレメントを製作した。

導電性基材に少なくとも焦電性及び圧電性を併せ持つ強誘電性物質粉体及び添加物からなるゲル状物質の有効表面積を確保するために、導電性基材の表裏の表面に均一に塗布して被膜を形成し、１０分間自然乾燥を施した直後の被膜内部の電気分極性物質粒子の電気極性の状態は図4の被膜断面拡大模式図に示すように、その方向はバラバラである。従って、加温直流電圧印加の電気極性配向操作を行うことにより、図５の被膜断面拡大模式図に示すように被膜表面が負極に、導電性基材接触面は正極になるように電気極性が配向される。その後、直流電圧の印加及び加温を停止しても強誘電性物質には残留分極又はもともと配向の向きに揃っていた自発分極が残存して、被膜全体としての電気分極は維持される。この状態で加温乾燥を行うことによって被膜を完全硬化させて電気分極の方向を固定することでマイナスイオン発生源エレメントが完成される。
この実施例では自然乾燥後に電気分極配向操作を行ったが、電気分極の方向が完全に固定する時点で電気極性配向を維持することさえできれば、自然乾燥やゲル状物質、製造過程の環境等の条件に応じて、被膜を塗布した直後から、自然乾燥、そして加温乾燥までの間のいずれの段階でも電気極性配向操作を行ってもよい。
条件に応じて、例えば塗布直後から自然乾燥が終わるまで連続して電気分極配向操作を行っても良いし、さらに自然乾燥終了後も加温乾燥開始直前や加温乾燥後まで連続して電気分極配向操作の期間を延ばしても良い。また自然乾燥後から電気分極配向操作を開始して、加温乾燥開始直前や加温乾燥後まで連続して電気分極配向操作を行っても良い。またそれぞれの電気分極配向操作において、連続して行わなくても、間欠的に電気分極配向操作を行っても良い。
また製造過程において被膜が静電的なノイズの影響を受けるような環境であれば、加温乾燥後から完全に配向が固定するまでの期間の全てにおいて電気極性配向操作を行う必要がある。この場合においても、さらに加温乾燥やゲル状物質等の他の条件を勘案し、加温乾燥前から完全に配向が固定するまでの期間や加温乾燥中から完全に配向が固定するまでの期間等を設定できることはいうまでもない。
また電気分極配向操作における静電界の発生のさせ方についても周囲環境等の条件に応じて設定できる。例えば接地電位に対して大きな負電位を導電性基材に与えれば、導電性基材の電位は周囲の空間電位に対して相対的に負電位となることを利用することができる。また周囲の空間電位を乱すことが禁止されていたり、周囲からノイズを受けるような環境であれば、導電性基材を正極の平行平板で接触しないように挟んだり、導電性基材の周囲を正極の遮蔽物で囲ったりすることができる。さらに導電性基材の形状に合わせて、正極となる対向電極の形状を決めればさらに効率が改善する。例えば導電性基材が金網状であれば、金網の穴に突起が進入するような対向電極の形状にしたり、導電性基材が曲面や凹凸形状を有するのであれば、正極となる対向電極の形状をその曲面や凹凸形状に合わせれば、効率の更なる改善が期待できることはいうまでもない。
いずれにしてもイオン発生効率を改善させることさえできれば、電気極性配向操作を行う手段と、塗布装置、搬送装置、乾燥装置等の既存製造設備との整合性や、ゲル状物質の硬化特性、環境温度、湿度等の環境要因、導電性基材の形状等に応じて、電気極性配向操作の開始タイミング、終了タイミング、時間、印可電圧を適宜に定めればよい。
また塗布直後から、自然乾燥及び加温乾燥が終わるまでの一連の各工程における各温度も適宜に設定できる。すなわち自然乾燥及び加温乾燥は、ゲル状物質の有効表面積を確保するためだけでなく、同時期に行われる電気極性配向操作の効率を高める目的も有する。強誘電性物質は温度を高めた方が配向させやすい。したがって、ゲル状物質の硬化特性のみでなく、強誘電性物質からなる粒子を配向させる際の温度特性に応じて一連の工程における温度を決めることができる。

上記方法により製作したマイナスイオン発生源エレメント、及び、加温乾燥のみによって製作した同サイズのマイナスイオン発生源エレメントと同サイズの導電性基材のみの３種についてマイナスイオン発生確認試験を実施した。図７乃至図９はその結果を示したものである。図７に示すように、直流電圧印加・加温による処理したエレメントのほうが、加温乾燥のみのエレメントより2倍以上マイナスイオンの発生数が多く、導電性基材のみのエレメントではバックグラウンドレベル程度の数値しかない。この原因は図８により説明される。すなわち導電性基材のみのエレメントでは温度・風速に関係はなくバックグラウンドレベルの数値であるのでマイナスイオンの発生はない。しかし、マイナスイオン発生源エレメントとして前記ゲル状物質を塗布したものは、電気分極性物質粒子の直流電圧印加・加温による処理の有無にかかわらず、風速の大きい方、温度の高い方がマイナスイオン発生数の多いことが示されている。また、直流電圧印加・加温による処理を施したエレメントのほうが自然乾燥のみのエレメントよりマイナスイオン発生数及び温度・風速による変化量が共に2倍以上である。これは電気分極性物質粒子の電気極性を配向させる処理を行ったことにより、直流電圧印加・加温による処理を行っていない加温乾燥のみのエレメントより、マイナスイオン発生に有効にかかわる実効的な電気分極性物質粒子数が2倍以上増加したことに起因すると考えられる。従って、直流電圧印加・加温による処理が効果を発現したといえる。これは直流電圧印加・加温による処理が強誘電性物質の配向を助長し、電気分極性物質粒子の電気極性が配向しやすくなり、そのことが少なくとも強誘電性物質を含む被膜を導電性基材表面に形成したマイナスイオン発生源イオン発生効率の改善に寄与したものと考えられる。したがってこの明細書では、上記直流電圧印加・加温による処理を、電気極性を配向させる処理又は電気極性配向操作としている。
尚、本発明は上記実施の形態以外にもさまざまな応用が考えられる。
ゲル状物質が塗布されない領域を形成する工程は、ゲル状物質を塗布する前に予め塗布しない領域に対応するマスクを設けてもよいし、一度塗布したゲル状物質を部分的に剥離してもよい。
また上記ゲル状物質が塗布されない領域は、マイナスイオン発生源を使用する際に、マイナスイオンを発生させるためのアース領域又はアンテナとすることができる。上記ゲル状物質が塗布されない領域を備えた素材を提供すれば、マイナスイオン発生源として利用が容易となり、またゲル状物質を塗布しない工程とアース領域又はアンテナを形成する工程を同一工程でできることから、マイナスイオン発生源を製造する工程も少なくなる。
尚、マイナスイオン発生源を利用する際に、設計変更や利用状況が変化して予めアース領域やアンテナの場所が分からない場合は、追加的にゲル状物質又は固化された被膜を部分的に剥離しアース領域やアンテナを追加できることはいうまでもない。
また被膜を構成する物質として強熱伝導性金属粉体と導電性促進剤は、マイナスイオン発生源として利用する際のマイナスイオン発生効率と、電気極性を配向させる処理における配向効率との兼ね合いに応じて、その成分と配合量を適宜に決めることができる。強熱伝導性金属粉体は、金、銀、銅、アルミニウムのうち少なくとも一種類以上から構成され、導電性促進剤は、炭化チタン、窒化チタン、２ホウ化チタンのうち少なくとも一種類以上から構成できる。
また強誘電性物質に加えて、自発分極を有するその他の物質、すなわち圧電性物質や焦電性物質を補助剤として添加して、イオン発生装置の温度特性をコントロールすることができる。
イオン発生装置の使用環境においては、振動や衝撃や圧力変化を常に受けるような場所、例えばヘアードライヤーや内燃機関の流体通路などがある。このような場所であれば、強誘電性物質でなくとも圧電性物質や焦電性物質であれば、振動や衝撃や圧力変化という物理的衝撃を受けることにより、分極が恒常的に発生する。もちろん強誘電性物質のみでも圧電性や焦電性を利用できる。しかしながらイオン発生装置の使用環境が上記物理的衝撃を受けやすい場所であれば、圧電性物質や焦電性物質を添加することができる。強誘電性物質と異なるイオン発生効率の温度特性を有する圧電性物質や焦電性物質を添加すれば、強誘電性物質のみの場合と比較して、例えばイオン発生装置全体としてのイオン発生効率の温度特性からみた設計の自由度をより高めることが可能となる。異なる種類の強誘電性物質を混在させても同様の効果を期待できるが、イオン発生装置の使用環境に合致すれば、その選択肢を圧電性物質や焦電性物質まで広げることが可能であり、設計の自由度はさらに広がる。
またイオン発生装置の使用環境においては、熱的衝撃を常に受けるような場所、空気調和装置、ヘアードライヤーや内燃機関の流体通路がある。このような場所であれば、強誘電性物質でなくとも焦電性物質であれば、熱的衝撃を受けることにより、分極が恒常的に発生する。従ってイオン発生装置の使用環境が上記熱的衝撃を受けやすい場所であれば、焦電性物質を添加することにより、やはりイオン発生装置全体としてのイオン発生効率の温度特性からみた設計の自由度を高めることが期待できる。やはり異なる種類の強誘電性物質を混在させても同様の効果を期待できるが、イオン発生装置の熱的な使用環境が条件に合えば、その選択肢を焦電性物質まで広げることが可能であり、設計の自由度はさらに広がる。
利用できる焦電性物質として、例えばLi_２SO_４・H_２0（水和硫酸リチウム）、TGS（硫酸グリシン）、PVF_２（ポリフッ化ビニリデン）が考えられる。また圧電性物質としては、例えばPZT（ジルコン酸チタン酸鉛）、CdS（硫化カドミウム）、Se（セレン）、Te（テルル）、LBO（ホウ酸リチウム）が考えられる。尚、ここで列挙した物質は、一部を例示したものであり、その他の同様の性質をもった物質を排除してない。
また被膜を構成する物質として放射線を放射する粉末を混入させれば、放射線の効果によってイオン発生効率の改善が期待できる。放射線の効果は、上記物理的衝撃や熱的衝撃によるイオン発生効率の改善効果に重量する効果であるから、イオン発生効率のさらなる改善が期待できる。

上記マイナスイオン発生源エレメントを室内排気型石油ファンヒーターの燃焼用空気吸入口に取り付けて行った実例では、着火時、及び消火時の異臭が取り付けていないと場合に比べて、取り付けている場合の方が明らかに減少した。又、それぞれ着火10分後の吹出温度を吹出口前方３０センチメートルの吹出部中心位置で測定して比較したところ、吸込み空気温度１７℃に対して、取り付けていない場合６３．０℃、取り付けた場合６７．０℃であり４．０℃の差があった。これは燃焼用空気がマイナスイオン化されたことにより完全燃焼に近づいたこと及び燃焼速度が向上したことに起因するものと考えることができる。従って室内に排出される燃焼排ガス中の有害な一酸化炭素の減少に寄与できるものである。ボイラーの吸気口の形状に合わせたマイナスイオン発生源エレメントを作って
吸気口に装着したところ、同じような効果が得られた。

上記マイナスイオン発生源エレメントを自動車のエンジンの燃焼用空気に使用した実例について説明する。図１０の自動車エンジンの燃焼用空気取り入れ装置への取り付け模式図に示す様に、自動車の燃焼用空気取り入れ装置におけるエアクリーナーボックスに接続するエアダクトのうち、燃焼用空気吸入口からエアクリーナーボックスまでの一次側ダクト内に、１００ミリメートル×２００ミリメートルの方形のマイナスイオン発生源エレメントを長さ１００ミリメートルの筒状にして挿入し、アース用端子に導線を接続してエンジンルーム内の金属部に接続してアースした。図１１の燃費データ表に示すように、平成8年式国産４WD３０００ｃｃディーゼルターボ車では、取り付け前は燃費が平均７．０km/l 程度であったものが取り付け後９．５km/lになった。平成7年式国産セダン２５００ｃｃガソリン車では、１４５，０００km程度走行していた取り付け前の燃費は一般道で平均５．９km/l、高速道で７．５km/lであったものが、取り付け後、１５６１．２km走行後の燃費は一般道で８．４km/l、高速道で１０．１km/lへと向上し、その後１０７３．４km走行では一般道で８．９km/l、高速道で１２．２８km/lへと更に向上している。
平成9年式外国産セダン２０００ｃｃガソリン車では取り付け前の平均燃費が一般道で６．８km/l、高速道で７．８ km/lであったものが、取り付け後２０００km程度の走行後の平均燃費が、一般道８．９ km/l、高速道１１．２km/lとなった。平成１１年式外国産クーペ２４００ｃｃガソリン車では、取り付け前の平均燃費が一般道で８．０km/l、高速道で９．１km/l程度であったものが２５００ｋｍ程度の走行後の平均燃費が一般道で１０．０km/l、高速道で１１．４km/lへと向上した。その他図１１の燃費データ表に示す様にすべてが一般道で２０％〜５０％、高速道で１０％〜４０％もの燃費の向上を実証している。既存のエアホースと同径の樹脂製パイプの中に、マイナスイオン発生源エレメントを着装したものをつくり、既存のエアホースの途中を切断し、差し替えて接続し既存のエアホースと同等の形状のものとし部品として装着した場合、マイナスイオン発生源エレメントを既存のエアホースと同径の筒状にし、外側を樹脂テープで被覆しエアホースを製作し既存のエアホースを途中で切断し、差し替えて接続し既存のエアホースと同等の形状のものとし、部品として装着した場合、既存のエアホースに挿入した場合と同じような効果が得られた。
また上記の其々の取り付け後の現象として、エンジンが冷えている時や市中の低速運転時や、所謂、短距離の運転ではあまり効果が出ないという事実が発見された。これはまさに熱エネルギー及び空気の運動エネルギーのみによるマイナスイオン発生に起因する現象であり、本発明の裏付けとなる事実である。

エアーコンディショナー等の吹出口に、網状、格子状、又はハニカム状に成形したマイナスイオン発生源エレメントを取り付けることにより、吹口空気の運動エネルギーと熱エネルギーによってマイナスイオンを発生させることができる。このマイナスイオンの効果により当該機器が対象とする環境を更に良好なものへ向上させることができる。

ガス又は灯油などの燃料を使用する温風発生装置にあっては、上記マイナスイオン発生源エレメントを空気吹出口に取り付けると共に燃焼用空気の吸入口にも取り付けることにより、マイナスイオン化された酸素の働きにより燃焼効率が向上し、不完全燃焼の防止が計られ安全性が増すと共に対象環境がより一層良好なものへと向上される。

ボイラーなどの大型燃焼機器にあっては、網状、波板状のマイナスイオン発生源エレメントを組み合わせて、格子状又はハニカム状に加工成形した大型のマイナスイオン発生源エレメントを燃焼用空気の取り入れ口に取り付けることにより、大量の空気に対応したマイナスイオンの発生が実現され、燃焼効率の向上と完全燃焼の促進が計られ、ばい煙や有害物質、有毒ガスの低減に寄与することができる。

又、内燃機関の燃焼用空気をマイナスイオン化すると燃焼の際燃料の分解が速やかになり、更にマイナスイオン化した酸素の働きにより、燃焼速度も向上するため、燃費が良くなり更に有害物質の生成が低減し、排気ガスが浄化される。この場合は、内燃機関の安全性を守り、かつ最大限の効力を生み出すために、網状、又は板状のマイナスイオン発生源エレメントを筒状にして、内燃機関の燃焼用空気取り入れ口から空気浄化装置（エアフィルター）までの間のエアダクト内に並行に差し入れて設置するのがよい。

農業におけるハウス栽培において加湿を含めた空気調和機器が使用されているが、マイナスイオンが植物の育成に良好な効果を与えるという昨今の植物学会の諸発表を考慮すれば、当該農業用空気調和装置の空気吹出口に、その形状にあわせて成形されたマイナスイオン発生源エレメントを着装することにより、ハウス内の空気中にマイナスイオンを大量に発生させることが可能となり、病害の低減や育成の向上により増収が実現される。燃焼装置を伴う場合には上述の通り、燃焼用空気の取り入れ口にもマイナスイオン発生源エレメントを取り付けることにより燃焼装置の効率と安全性の向上及び排ガスの浄化が実現される。

野菜、生花、穀物、鮮魚、その他の生鮮食品などを保存する送風式冷却ユニットを持った冷蔵庫において空気吹出口にマイナスイオン発生源エレメントを取り付けてマイナスイオンを発生させることにより、冷蔵庫内の消臭及び滅菌が計られ、又、冷蔵庫内に保存する対象物の鮮度も良好に保たれる。

ヘアードライヤーの温風吹出口に網状、格子状、ハニカム状に成形加工したマイナスイオン発生源エレメントを取り付けることにより、マイナスイオンの作用により髪に優しいやわらかな温風のヘアードライヤーが実現される。

水を対象とする場合は、本発明の被膜組成をセラミックとなる構成として導電性基材の表面に塗布し電気極性を配向させる処理を行った後、焼結によってセラミックス被膜を形成したマイナスイオン発生源エレメントを用いる。

流れのある水園（川、湖沼、堀割等）においては、網状、波板状に成形されたマイナスイオン発生源エレメントを水流に並行して適当な間隔で必要数を設置する。マイナスイオンの作用により汚染物質の分解が促進されると共に水生植物の育成も良好になり次第に環境の浄化が促進され良好な水園環境の回復が実現される。

水耕栽培において栽培用補給水の流路に上記マイナスイオン発生源エレメントを設置すれば、マイナスイオンが補給水に付加され、その作用により栽培用水の浄化が行われ、又、肥料の分解も促進されて、栽培作物の栄養の吸収が良好となり、増産と品質向上が実現される。

さまざまな用途に使用されている水処理装置に本発明によるマイナスイオン発生源エレメントを取り付ければ、処理速度と処理能力の向上が可能であると考えられる。マイナスイオンが付加された水は腐敗しにくい。

キノコ類の栽培において使用されている加湿式空気調和装置に上記水用マイナスイオン発生源エレメントを取り付け、空気及び加湿のために空気中に付加される水分をマイナスイオン化することでキノコ類の増産を実現することができると考えられる。公的機関の研究発表によると空気中にマイナスイオンの多い状況下では、シイタケの発生が良好である。またマイナスイオンを付加した水を加湿用水として使用したシイタケの栽培では２０％の増産が実証されている。

本発明の利用分野の一例として、エアーコンディショナー、温風発生装置、ボイラーやバーナーなどの燃焼機器、工場の燃焼装置、内燃機関、空気調和機器、冷却装置、温風・熱風装置、浄水器、浄化槽、水処理装置、加湿式空気調和装置、魚の陸上養殖の循環ろ過装置の分野において、本発明の装置又は方法を用いた流体通過部品として利用できる。またその他、各種流体に対して、マイナスイオンを付与することができる全ての分野に利用できる。

また本発明の装置又は方法を用いた、自動車やバイク、船舶などに代表的に使用されている内燃機関の吸気装置や排気装置における通気部品とすれば、高燃費及び排気浄化に多大なる効果が発現することが期待され、環境浄化、環境保全に寄与することができる。

また本発明の装置又は方法を用いたドア、壁、柱又は表面シート部材等の住宅建材とすれば、消臭、滅菌作用により、室内空気を清浄化することができるだけでなく、室内の有害物質を分解することで住環境を改善することができる。さらに特殊用途として、工場設備を取り囲むような壁やドア等の建材や煙突等の排気装置に応用すれば、工場全体から周辺地域に排出される有害物質を低減することができる。住宅建材や工場設備の建材の一例としては、本発明のマイナスイオン発生源をタイルの表面にフィルム状にプレスして一体化させたものを用いることで、本発明のマイナスイオン発生方法によりマイナスイオンを発生することができる。

また本発明の装置又は方法を用いた活性材を適用した化学反応装置とすれば、マイナスイオンの分解作用を化学分解や化学合成に積極的に利用することもできる。マイナスイオンの存在が、化学物質の正又は負（δ＋又はδ−）に分極している部位に対して、静電的に作用することによって、当該部位の化学物質の結合力が弱くなることを利用して、化学物質の分解速度を増加させたり、分解により生じる化学反応種の生成速度を増加させることができるので、化学分解や化学合成の反応効率を改善することができる。

この発明の一実施形態を示す平面図である。この発明の一実施形態を示す導電性基材横断面図である。この発明の一実施形態を示す塗布施工後の被膜横断面拡大図である。この発明の一実施形態を示す電気極性整合前の被膜断面拡大模式図である。この発明の一実施形態を示す電気極性整合後の被膜断面拡大模式図である。この発明の一実施形態を示す電気極性整合処理模式図である。この発明の一実施形態を示す階級別イオン数の出現頻度図である。この発明の一実施形態を示す温度・風速・発生イオン数相関図である。この発明の一実施形態を示す温度・風速積に対するイオン発生分布図である。この発明の一実施形態を示す取り付け模式図である。この発明の一実施形態の実証を示す燃費データ表である。

符号の説明

ａ接続端子
１被膜層２導電性基材３電気分極性物質粒子
４負電圧印加した導電性基材５エアクリーナーボックス６エアフィルター
７一次側吸気ダクト８二次側吸気ダクト
９筒状にしたマイナスイオン発生源エレメント
Ａマイナスイオン発生エレメントＢ導電性物質製囲い（＋極）
Ｃ赤外線ヒーターＤ絶縁体支持棒Ｅエレメント吊下げ金具

Claims

表面が凹凸形状の導電性基材表面に、少なくとも強誘電体からなる被膜であって、完全硬化する前に静電界による電気極性配向操作を行うようにして形成した被膜を備え、該導電性基材をアース又はアンテナに接続してなるマイナスイオン発生装置において、該アース又はアンテナを介して該対象流体に付与放出する電子を補充し、対象流体が該被膜に接触することによって運動エネルギー及び熱エネルギーを該被膜に印加させ続けることにより、電気分極に生じた静電荷のホールと対になって生じた静電荷の電子であって該被膜の表面に集中している電子を前記対象流体に付与することで、対象流体内にマイナスイオンを発生させることを特徴とするマイナスイオン発生装置。
請求項１において前記強誘電体は、アルカリ土類金属のチタン酸化合物、アルカリ金属のチタン酸化合物、アルカリ金属のジルコン酸化合物、ニオブ酸ナトリウムバリウム、ニオブ酸ストロンチウムバリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のうち少なくとも一種類以上から構成されることを特徴とするマイナスイオン発生装置。
前記被膜を構成する物質には、更に珪石粉体または電気石粉体が添加されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマイナスイオン発生装置。
前記被膜を構成する物質には、金、銀、銅、アルミニウムのうち少なくとも一種類以上を更に含むと共に、炭化チタン、窒化チタン、２ホウ化チタンのうち少なくとも一種類以上を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のマイナスイオン発生装置。
前記被膜を構成する物質には、陶土、石英、長石、水晶、ザクロ石のうち少なくとも一種類以上からなる天然鉱石粉体を更に含むことを特徴とする請求項４に記載のマイナスイオン発生装置。
前記被膜を構成する物質には、変性シリコーン樹脂、純シリコーン樹脂のうちの少なくとも一種類以上からなる耐熱樹脂を更に含むことを特徴とする請求項５に記載のマイナスイオン発生装置。
前記被膜を導電性基材に形成しない領域を設け、該領域をアース又はアンテナに接続するための領域とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のマイナスイオン発生装置。
前記導電性基材は、エキスパンディングメタル法、パンチング孔法、形押成型法、波型加工法の少なくとも１つまたは複合した手段を用いて凹凸形状に加工したものを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のマイナスイオン発生装置。
前記導電性基材の形状が、網状、波板状、筒状、ハニカム状又は矩型とすることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載のマイナスイオン発生装置。
請求項1乃至請求項９の何れか一項に記載のマイナスイオン発生装置において、放射性物質を一切使わないことを特徴とするマイナスイオン発生装置。
請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載のマイナスイオン発生装置の製造方法において、被膜構成物質を混合してゲル状物質とする工程、浸漬法、塗装法、吹き付け法、プリント法にて非固化状態の被膜を形成する工程を備え、導電性基材に前記ゲル状物質の被膜を形成しない領域を設けて、加温乾燥又は焼結によって前記被膜を固化させることを特徴とするマイナスイオン発生装置製造方法。
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のマイナスイオン発生装置を用いて、前記対象流体に電子を付与することでマイナスイオンを発生させることを特徴とするマイナスイオン発生方法。
請求項1乃至請求項１０のいずれか一項に記載のマイナスイオン発生装置において、電子を付与する対象流体の運動エネルギー及び熱エネルギーを利用して、マイナスイオン発生装置の強誘電体の結晶内に電気分極を連続して生じさせることを特徴とするマイナスイオン発生方法。
前記導電性基材は、エキスパンディングメタル法、パンチング孔法、形押成型法、波型加工法の少なくとも１つまたは複合した手段を用いて凹凸形状に加工されたものを使用することを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のマイナスイオン発生方法。
前記導電性基材の形状を、網状、波板状、筒状、ハニカム状又は矩型とすることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載のマイナスイオン発生方法。