JP5462648B2 - 大気中のイオンを測定する装置 - Google Patents

Description

本発明は、大気中のイオンを測定する装置に関するものである。

特許文献１には、アースに対して正の電圧をかけた電極板と、負の電圧をかけた電極板とを一定の間隔をもって配置し、電源と直列に電流計を接続してイオン量を測定することが記載されている。

特許文献２には、検出部の風速を極力一定に保ち空気イオン測定の信頼性を上げるとともに測定器の小型、薄型化、イオン検出部の部品コストの低減化をも図ることもでき、さらにはイオン検出部の清掃も容易に行うこともでき、その他静電気対策、視認性の良い空気イオンのデータ表示及び空気イオン以外の必要データやエラー情報の表示等各種表示性にも優れた空気イオン測定器を提供することを目的とした空気イオン測定器が開示されている。特許文献２には、この空気イオン測定器は、空気吸引用ファンにより、一方部分より空気を吸気し他方部分にて排気する通風経路の一方面には帯電極とその周囲に反撥電極を配設し、上記一方面と対向する多方面には反撥電極を配設してなるイオン検出部構造を有することが記載されている。

特開平８−４５４５３号公報（段落番号０００６） 特開２００３−４７８６号公報

大気中のイオンの有無および／またはイオン量をいっそう手軽に、感度よく検出できる装置が要望されている。

本発明の一態様の装置は、本体と、本体から大気中に伸びた第１の部分および第２の部分とを有する。第１の部分は導電性の第１の壁面を含み、第２の部分は導電性の第２の壁面を含み、第１の壁面および第２の壁面は大気に開放された空間を介して対向するように配置され、本体に対し絶縁されている。さらに、この装置は、第１の壁面に対し第１の電圧を印加する第１の回路と、第２の壁面に対し、第１の電圧と接地電位に対して逆極の第２の電圧を印加する第２の回路と、第１の回路を流れる電流を測定する第１の測定回路と、第２の回路を流れる電流を測定する第２の測定回路とを有する。

この装置においては、導電性の第１の壁面にプラスまたはマイナスの第１の電圧を印加し、導電性の第２の壁面に、第１の壁面とは逆極の第２の電圧を印加し、第１の壁面および第２の壁面にそれぞれ付着した正負のイオンにより流れる電流を測定できる。さらに、第１の部分および第２の部分を大気中に伸ばしている（突き出している）ので、第１の壁面および第２の壁面の面積を容易に拡大できる。このため、ファンを設けてもよいが、ファンにより強制的に吸引しなくても大気中のイオンを感度よく検出でき、風速を一定に保つような制御や構成を省いても十分な感度でイオンを検出できる装置を提供できる。

導電性の第１の壁面および第２の壁面は、金属製であってもよいが、導電性樹脂または導電性セラミックであることが望ましい。導電性樹脂および導電性セラミックは、所望の形状に簡単に成形できる。さらに導電性樹脂および導電性セラミックにより形成される第１の壁面および第２の壁面には、導電性組成を調整することにより適当な負荷インピーダンスを与えることができる。このため、導電性樹脂または導電性セラミックからなる第１の壁面を含む第１の部分、および導電性樹脂または導電性セラミックからなる第２の壁面を含む第２の部分は、ともに大気中に大きく伸びる（延びる、突き出る）形状に簡単に成形できる。

また、第１の壁面と第２の壁面とに印加する電圧をある程度高くしても、導電性樹脂または導電性セラミックからなる第１の壁面および第２の壁面には大電流が流れにくい。このため、高い電圧を加えた状態で人間（ユーザー）が直に第１の壁面または第２の壁面に触っても感電によるショックを殆ど感じないようにすることができる。また、第１の壁面および第２の壁面が大気に開放された状態で高い電圧を加えても人間に対する安全は確保できる。したがって、第１の壁面および第２の壁面の面積を大きくし、さらに、高い電圧、たとえば数１００ボルト程度を加えても安全であり、大気中のイオン（イオン量）の検出感度の高い（良い）装置を提供できる。

この装置においては、第１の壁面を含む第１の部分および第２の壁面を含む第２の部分が大気に露出した状態で使用できる。したがって、部屋に設置するタイプなど、様々な形態の装置を提供できる。この装置の典型的なものの１つは、本体を把持して携帯可能なものである。

この装置においては、第１の部分および第２の部分は本体に対し可動するように取り付けられており、第１の部分および第２の部分が本体に収納または折り畳まれるようになっていてもよい。測定しないときは第１および第２の部分を収納または折り畳んで装置全体のサイズを小さくできる。したがって、より面積の大きな第１および第２の壁面をそれぞれ含む第１および第２の部分を設けることができ、いっそう感度の良い装置を提供できる。

また、この装置においては、第１の部分および第２の部分を接続する第３の部分であって、第１の壁面および第２の壁面に対し絶縁された第３の部分をさらに設けてもよい。第３の部分により第１の部分および第２の部分を接続し、第１の部分および第２の部分の機械的な強度を向上できる。このため、より面積の大きな第１および第２の壁面をそれぞれ含む第１および第２の部分を設けることができ、いっそう感度の良い装置を提供できる。

イオンモニターの一例の外観を示す斜視図。 図１のイオンモニターの概略構成を示すブロック図。 異なるイオンモニターの外観を示す斜視図。 さらに異なるイオンモニターの外観を示す斜視図。

図１に、大気中のイオンを測定する装置の一例の概要を示している。図２に、この装置の概略構成をブロック図により示している。この装置１は、携帯可能なポータブルのイオンモニターであり、直方体あるいは箱型の本体１０と、本体１０の一方の側面から上方に大気に露出するように伸びた板状の第１の部分１１と、本体１０の他方の側面から上方に伸びた板状の第２の部分１２とを有する。本体１０は、手９により把持することができるサイズであり、ユーザーは装置（イオンモニター）１を大気中のイオンを測定したい場所に簡単に持ち運ぶことができる。本体１０を机などの上に置き、イオンモニター１により、定点でイオンを測定することも可能である。

板状の第１の部分１１および第２の部分１２は本体１０に対し回転するようにネジ１９により取り付けられている。したがって、第１の部分１１および第２の部分１２は、本体１０に対して可動し、板状の第１の部分１１および第２の部分１２を本体１０に沿った状態でほぼ一体になるように回転させることができる。このため、図１に破線で示すように、板状の第１の部分１１および第２の部分１２を本体１０に折り畳むことにより、板状の第１の部分１１および第２の部分１２を本体１０とほぼ一体の状態として、第１の部分１１および第２の部分１２を本体１０に収納することができる。

板状の第１の部分１１および第２の部分１２は、導電性プラスチックを板状に成形したものであり、板状の第１の部分１１および第２の部分１２を本体１０に対して上方に伸ばし、大気５に突き出た（露出した）状態にすると、板状の第１の部分１１および第２の部分１２の対向した面（向き合った面）が大気５のイオンを捕捉するための第１の壁面２１および第２の壁面２２となる。導電性プラスチック（導電性樹脂）としては、本質的な導電性プラスチックと複合導電性プラスチックとを挙げることができる。本質的な導電性プラスチックには、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどが含まれる。複合導電性プラスチックは、マトリクス（バインダー、たとえば、アクリル、ビニル、エポキシなど）に導電性を付与するための金属、カーボン（カーボンブラック）が含まれているものであり、藤倉化成社製のドータイト（登録商標）などが市販されている。

導電性樹脂、特に複合導電性プラスチックは含有する導電性成分を調整することにより低インピーダンスから高インピーダンスのものまで比較的自由に提供でき、さらに、簡単に所望の形状に成形できる。したがって、導電性プラスチックにより板状の第１の部分１１および第２の部分１２を成形することは容易であり、さらに複雑な形状の第１の部分１１および第２の部分１２を成形することも可能である。導電性プラスチックの代わりに導電性セラミックにより第１の部分１１および第２の部分１２を成形することも可能である。導電性セラミックとしては、ジルコニア、炭化ケイ素などを挙げることができる。

イオンモニター１は、さらに、本体１０の上面１０ａに、第１の壁面２１および第２の壁面２２でそれぞれ捕捉された正負のイオン量をそれぞれ表示するための電流計３１および３２が設けられている。また、本体１０の上面１０ａには、第１の壁面２１および第２の壁面２２に電圧を印加して大気中のイオン量の測定を開始するためのボタン（スイッチ）３９が配置されている。このボタン３９は、ＬＥＤを内蔵しており、オンオフの表示に加え、バッテリの電圧低を示すアラーム（バッテリチェック）を兼ねている。ボタン３９は、ＬＥＤを内蔵しておらず、バッテリチェック機能を備えていなくてもよい。

図２に示すように、第１の部分１１および第２の部分１２は、テフロン（登録商標）などの非導電性プラスチック１８を介し、本体１０に対し電気的に絶縁された状態で機械的に接続されている。したがって、本体１０を手９で掴んで、本体１０がアース（接地）された状態になっても、第１の部分１１および第２の部分１２は電流が基本的には流れず、第１の壁面２１および第２の壁面２２により捕捉されたイオン量を、第１の部分１１および第２の部分１２に流れる電流として測定できる。

第１の壁面２１および第２の壁面２２、すなわち、第１の部分１１および第２の部分１２には、大気中のイオンを捕捉するために高い電圧が印加される。イオンの検出精度（感度）を向上するためには１００Ｖから１０００Ｖ程度の電圧（正電圧および負電圧）をこれらの壁面２１および２２にそれぞれ印加することが望ましい。さらに、３００Ｖから８００Ｖ程度の正電圧および負電圧を壁面２１および２２にそれぞれ印加することが望ましい。

第１の部分１１および第２の部分１２は、大気中のイオン量の測定中にユーザーが手で触る可能性がある。第１の部分１１および第２の部分１２は高インピーダンスタイプの導電性プラスチックで成形されており、イオンの測定中に高い電圧が印加された状態でユーザーが第１の部分１１および第２の部分１２に手を触れても、電流はほとんど流れず、ユーザーが感電しないようになっている。感電防止のためには、たとえば、それぞれの部分１１および１２のインピーダンスが数Ｍから数１０ＭΩ程度あるいはそれ以上となるように適切な導電性プラスチックを選択し、成形することが望ましい。

イオンモニター１は、第１の壁面２１および第２の壁面２２のそれぞれに極性の異なる電圧を印加する電源ユニット３５を有する。この例では、第１の壁面２１に接地電位に対してマイナスの電圧が印加され、第２の壁面２２に接地電位に対してプラスの電圧が印加されるものとして説明する。したがって、第１の壁面２１によりプラスのイオン（正イオン、陽イオン）を捕捉することが可能であり、第２の壁面２２によりマイナスのイオン（負イオン、陰イオン）を捕捉することが可能となる。第２の壁面２２にマイナスの電圧を加え、第１の壁面２１にプラスの電圧を加えることも可能である。

この電源ユニット３５は、昇圧および絶縁を兼ねた高周波トランス４４を含むスイッチング電源である。電源ユニット３５は、バッテリ（たとえば９Ｖ）３６からスイッチ（ボタン）３９を介して供給された一次電圧を、スイッチング素子を用いてスイッチングする一次回路４３と、トランス４４を介して第１の壁面２１、すなわち第１の部分１１にマイナスの高電位を印加するための負電圧の二次回路（第１の回路）４１と、第２の壁面２２、すなわち第２の部分１２にプラスの高電位を印加するための正電圧の二次回路（第２の回路）４２とを含む。

さらに、イオンモニター１は、第１の回路４１を流れる電流を増幅して電流計３１に供給する第１の測定回路３３と、第２の回路４２を流れる電流を増幅して電流計３２に供給する第２の測定回路３４とを含む。本体１０のハウジング１０ｈも導電性プラスチックにより形成されており、本体１０のハウジング１０ｈを接地媒体として利用できる。

したがって、このイオンモニター１においては、第１の回路４１には、第１の壁面２１が正イオンを捕捉すると、捕捉された正イオンの量に比例した電流が流れ、第１の測定回路３３により増幅されて電流計３１に表示される。また、第２の回路４２には、第２の壁面２２が負イオンを捕捉すると、捕捉された負イオンの量に比例した電流が流れ、第２の測定回路３４により増幅されて電流計３２に表示される。このイオンモニター１においては、大気中の正負のイオンの有無をそれぞれ独立して同時に検出でき、さらに、大気中の正負のイオンの量をそれぞれ独立して同時に測定できる。

このイオンモニター１においては、金属製の電極の代わりに、導電性樹脂または導電性セラミックからなる第１の壁面２１および第２の壁面２２にマイナスおよびプラスの電圧をそれぞれ印加する。そして、第１の壁面２１および第２の壁面２２にそれぞれ付着した（捕捉された）正負のイオンにより流れる電流を測定し表示する。導電性樹脂（導電性プラスチック）および導電性セラミックは、所望の形状に簡単に成形でき、さらに、導電性組成を調整することにより適当な負荷インピーダンスを与えることができる。このため、第１の壁面２１を含む板状の第１の部分１１、および第２の壁面２２を含む板状の第２の部分１２を、大気５の中に大きく伸びる（延びる、突き出る）サイズに簡単に成形できる。

さらに、高インピーダンスの導電性プラスチックにより成形された第１の部分１１および第２の部分１２には大電流が流れにくい。このため、イオンを捕捉するための高い電圧を加えた状態で人間が直に第１の壁面２１または第２の壁面２２、さらに、第１の部分１１および第２の部分１２に触っても感電によるショックを殆ど感じない。したがって、安全性を犠牲にすることなく、第１の壁面２１および第２の壁面２２の面積を容易に拡大できる。このため、イオンを捕捉する面を、ユーザーが触りにくい箱や連通路などに閉じ込めたりすることなく、第１の壁面２１および第２の壁面２２を大気５に開放された状態とし、第１の壁面２１および第２の壁面２２の面積を拡大できる。したがって、ファンなどで強制的に大気を箱や連通路に導く必要はなく、第１の部分１１および第２の部分１２を大気中（空気中）に露出するだけで十分な精度（感度）で空気中のイオンを検出できる。

また、大気の自然の流れの中に第１の部分１１（第１の壁面２１）および第２の部分１２（第２の壁面２２）を置くことにより、実際に大気中に含まれ、経時変化していくイオンの量を測定することが可能となる。このため、ファンにより強制的に、また、流速が一定に保たれた状態での測定と異なり、より人や物に実際にイオンが作用する状態またはそれに近い状態でイオン濃度を測定できる。

たとえば、このイオンモニター１を、イオン発生機能を備えた空気清浄機や空調機の吹き出し口、それらの機器から噴き出された風の通り道、それらの機器が設置された部屋に持ち込んで大気中のイオンを測定することにより、イオン発生機能により出力される正イオンおよび負イオンの時間的変化を簡単に測定できる。さらに、静電気を除去する除電装置の性能評価など多種多様な目的でこのイオンモニター１を使用できる。

図３に、大気中のイオン（イオン量）を測定する装置（イオンモニター）の異なる例を示している。この装置１ａも携帯可能なポータブルのイオンモニターであり、直方体あるいは箱型の本体１０と、本体１０の上方に本体１０の上部を含めたリング状で中空のイオン検出部１６とを有する。リング状のイオン検出部１６は、本体１０の側面に沿って上方に伸びた第１の部分１１と、本体１０の他方の側面に沿って上方に伸びた第２の部分１２と、第１の部分１１の先端１１ａおよび第２の部分１２の先端１２ａを機械的に接続する第３の部分１３とを含む。これら第１の部分１１、第２の部分１２、第３の部分１３および本体１０により形成される（囲われる）開口１５は大気（空気）５が自然に抵抗がほとんどない状態で通過する程度に十分に大きい。

第１の部分１１および第２の部分１２は導電性プラスチックにより形成されており、本体１０のハウジング１０ｈとは、非導電性プラスチックによる絶縁部分１７を介して機械的に接続され、絶縁部分１７に埋設された導電性の部材または配線によりハウジング１０ｈ内の回路と接続されている。ハウジング１０ｈに含まれる回路は上述したイオンモニター１と共通するので説明は省略する。また、第３の部分１３は、非導電性プラスチックにより成形されている。したがって、このイオンモニター１ａにおいては、リング状のイオン検出部１６の第１の部分１１の内面がプラスイオンを捕捉するための第１の壁面２１となり、第１の壁面２１と対向する第２の部分１２の内面がマイナスイオンを捕捉するための第２の壁面２２となっている。

このイオンモニター１ａにおいては、第３の部分１３により第１の部分１１および第２の部分１２を接続することにより大気５の中に突き出た第１の部分１１および第２の部分１２の機械的な強度を確保できる。したがって、第１の部分１１および第２の部分１２のサイズを大きくしやすく、第１の壁面２１および第２の壁面２２の面積を大きくしやすい。また、第１の壁面２１および第２の壁面２２が対向する空間（開口）１５を大気５が自然に流通するのに十分なサイズにすることができる。したがって、ファンなどを用いなくても大気中のイオンを第１の壁面２１および第２の壁面２２により捕捉し、それらの量をモニター３７に表示できる。

このイオンモニター１ａでは、液晶表示タイプのモニター３７を用いており、正イオンおよび負イオンの測定値を同時に、または切り替えて表示することができる。さらに、温度センサー、湿度センサーあるいは気圧センサーを内蔵することにより、屋内の条件を一括して測定することが可能であり、生活空間の状態を確認したり、イオン発生機能を含む空気清浄機や空調機の性能をモニターしたりすることができる。

図４に、大気中のイオン（イオン量）を測定するイオンモニターのさらに異なる例を示している。このイオンモニター１ｂは、図１に示すイオンモニター１とほぼ同様の構成であり、第１の部分１１および第２の部分１２が本体１０の側面に沿ってスライドすることにより第１の部分１１および第２の部分１２が本体１０の側方に収納される。

これらのイオンモニター１、１ａおよび１ｂは、イオンを捕捉する部分、すなわち第１の壁面２１および第２の壁面２２が金属製の電極であってもよい。しかしながら、第１の壁面２１および第２の壁面２２を金属製の電極ではなく、導電性のプラスチック（樹脂）またはセラミックで構成することにより、イオンを捕捉するために高い電圧が加わっても感電しにくく、さらに、イオンを捕捉する壁面およびその壁面を含む部分を自由な形状に成形できる。したがって、イオンの捕捉面積が大きく、イオンの測定感度が高いだけではなく、デザインのフレキシビリティーも高く、安全に使えるイオンモニターを提供できる。たとえば、図３に示したイオンモニター１ａにおいては、リング状のイオン検出部１６の内面のみを導電性プラスチックで形成し、イオン検出部１６の外面を非導電性のプラスチックにより形成することが可能である。そのようなイオンモニターであれば、イオン測定中にイオン検出部１６の外側にユーザーが触った程度では感電せず、さらに、イオンの測定値が殆ど変動しないようにすることも可能である。また、リング状のイオン検出部１６のサイズおよび形状はこの例に限定されることはなく、より円形に近づけたり、多角形に近づけたり、本体１０に対するサイズを変えることも可能である。

また、上記にて示した本体１０に収納された回路は一例であり、限定するものではない。たとえば、電源ユニット３５の構成および電圧は一例であり、昇圧回路により測定用の高い電圧を得ることも可能である。さらに、イオンの測定量を電流値あるいはその他のアナログまたはデジタルな表示で示すことが可能であり、また、測定量を示す代わりにイオン量が所定の値に達したことだけを示してもよく、さらに、イオン量のバランスを表示してもよい。イオンの測定結果を示す方法は上記に限定されず様々な方法が採用できる。また、上記では、携帯型のイオンモニターを例として説明しているが、イオンモニターはイオン発生機能を含むシステムに含まれていてもよく、スタンドアロンのタイプであってもよく、さらに、家具、部屋または車両の設備に組み込まれているものであってもよい。

１、１ａ、１ｂ イオンモニター、 ９ 手
１０ 本体、 １１ 第１の部分、 １２ 第２の部分
１９ ネジ
２１ 第１の壁面、 ２２ 第２の壁面
３１、３２ イオン量表示用の電流計、 ３５ 電源ユニット
３６ バッテリ、 ３７ モニター、 ３９ スイッチ
４１ 負電圧の二次回路（第１の回路）、 ４２ 正電圧の二次回路（第２の回路）
４３ 一次回路、 ４４ 高周波トランス

Claims (6)

1. 本体と、前記本体から大気中に伸びた第１の部分および第２の部分とを有し、
   前記第１の部分は導電性の第１の壁面を含み、前記第２の部分は導電性の第２の壁面を含み、前記第１の壁面および前記第２の壁面は大気に開放された空間を介して対向するように配置され、前記本体に対し絶縁されており、さらに、
   前記第１の壁面に対し第１の電圧を印加する第１の回路と、
   前記第２の壁面に対し、前記第１の電圧と接地電位に対して逆極の第２の電圧を印加する第２の回路と、
   前記第１の回路を流れる電流を測定する第１の測定回路と、
   前記第２の回路を流れる電流を測定する第２の測定回路とを有する装置。
2. 請求項１において、前記第１の壁面および前記第２の壁面は、導電性樹脂または導電性セラミックからなる、装置。
3. 請求項１または２において、前記第１の部分および前記第２の部分が大気に露出している、装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記本体は把持可能である、装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第１の部分および前記第２の部分は前記本体に対し可動するように取り付けられており、前記第１の部分および前記第２の部分は前記本体に収納または折り畳まれる、装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第１の部分および前記第２の部分を接続する第３の部分であって、前記第１の壁面および前記第２の壁面に対し絶縁された第３の部分をさらに有する、装置。

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