JP6139874B2 - イオン発生装置およびそれを用いた電気機器 - Google Patents

Description

本発明はイオン発生装置およびそれを用いた電気機器に関し、特に、針状電極を備え、イオンを発生するイオン発生装置と、それを用いた電気機器に関する。

従来より、イオン発生装置は、基板と、２組の誘導電極および針状電極を備える。各誘導電極は、環状に形成され、基板の表面に搭載される。各針状電極の基端部は基板に設けられ、その先端部は対応する誘導電極の中央部に配置される。一方の組の針状電極と誘導電極の間に正の高電圧を印加すると、針状電極の先端部でコロナ放電が発生し、正イオンが発生する。他方の組の針状電極と誘導電極の間に負の高電圧を印加すると、針状電極の先端部でコロナ放電が発生し、負イオンが発生する。発生した正イオンと負イオンは、送風機によって室内に送出され、空気中に浮遊するカビ菌やウィルスを取り囲み、それらを分解する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−０４４９１７号公報

ところで、誘導電極および針状電極を搭載した基板を筐体に収容してイオン発生装置を製品化する場合、針状電極の先端部で発生したイオンを筐体外に効率良く放出する必要がある。また、針状電極の先端部などに触れてユーザーが指などに怪我をすることを防止する必要もある。

それゆえに、本発明の主たる目的は、イオンを効率良く発生することが可能で安全なイオン発生装置と、それを用いた電気機器を提供することである。

本発明に係るイオン発生装置は、放電によりイオンを発生するイオン発生装置において、筐体と、筐体内に収容される基板と、基板に搭載される金属芯と、導電性の樹脂からなり金属芯に取り付けられるキャップ部とを備えるものである。キャップ部は、金属芯と電気的に接続され、筐体から突出する尖端部を有する。

好ましくは、キャップ部は、金属芯に対して着脱可能に取り付けられている。

また好ましくは、キャップ部は、一端が尖端部であり、他端には金属芯の先端が嵌入される勘合部を有する。

また、導電性の樹脂の代わりに、導電性のゴムであってもよい。

また、本発明に係る電気機器は、上記イオン発生装置と、所定の方向に風を送るダクトとを備えたものである。キャップ部の尖端部はダクト内に露出するように設けられている。

以上のように、本発明によれば、イオンを効率良く発生することができ、ユーザーが怪我をするのを防止することができる。

この発明の実施の形態１によるイオン発生装置の構成を示す断面図である。 図１に示したイオン発生装置の斜視図である。 図２に示したイオン発生装置から蓋部材を外した状態を示す斜視図である。 図１に示したイオン発生装置の構成を示す回路図である。 図１に示したイオン発生装置を用いたイオン送出装置の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２によるイオン発生装置の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるイオン発生装置の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態４によるイオン発生装置の構成を示す断面図である。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１によるイオン発生装置の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２はイオン発生装置の斜視図であり、図３は図２に示したイオン発生装置から蓋部材１１を外した状態を示す斜視図である。

図１〜図３において、このイオン発生装置は、２本の金属芯１，２と、金属芯１に取り付けられ正イオンを発生するためのキャップ部７と、金属芯２に取り付けられ負イオンを発生するためのキャップ部８と、キャップ部７との間に電界を形成するための環状の誘導電極３と、キャップ部８との間に電界を形成するための環状の誘導電極４と、２枚の長方形状のプリント基板５，６とを備える。

プリント基板５，６は、所定の間隔を開けて図１（ｂ）中の上下に平行に配置されている。誘導電極３は、プリント基板５の長手方向の一方端部の表面に、プリント基板５の配線層を用いて形成されている。誘導電極３の内側には、プリント基板５を貫通する孔５ａが開口されている。また、誘導電極４は、プリント基板５の長手方向の他方端部の表面に、プリント基板５の配線層を用いて形成されている。誘導電極４の内側には、プリント基板５を貫通する孔５ｂが開口されている。

金属芯１，２の各々は、プリント基板５，６に対して垂直に設けられている。すなわち、金属芯１の基端部はプリント基板６の孔に挿嵌されており、その先端部はプリント基板５の孔５ａの中心を貫通している。また、金属芯２の基端部はプリント基板６の孔に挿嵌されており、その先端部はプリント基板５の孔５ｂの中心を貫通している。金属芯１，２の各々の基端部は、半田によってプリント基板５に固定されている。金属芯１，２の各々の先端部は、細い丸棒を軸に垂直な断面で切断した円柱形状をしている。なお、金属芯１，２の各々の先端部は、鋭く尖っていてもよい。

また、このイオン発生装置は、プリント基板５，６よりも若干大きな長方形の開口部を有する直方体状の筐体１０と、筐体１０の開口部を閉じる蓋部材１１と、回路基板１６と、回路部品１７と、トランス１８とを備える。

筐体１０は、絶縁性の樹脂で形成されている。筐体１０の下部は上部よりも若干小さく形成されており、筐体１０の内壁において筐体１０の上部と下部の境界には段差が形成されている。また、筐体１０の下部は、仕切り板１０ａによって長手方向に２分割されている。トランス１８は、仕切り板１０ａの一方側の底に収容されている。回路基板１６は、仕切り板１０ａの他方側の空間を閉じるように、仕切り板１０ａと段差の上に設けられている。回路部品１７は、回路基板１６の下面に搭載され、仕切り板１０ａの他方側の空間に収容されている。

プリント基板５，６は、筐体１０の上部に水平に収容されている。回路基板１６とトランス１８とプリント基板５，６とが配線によって電気的に接続されている。筐体１０内の高電圧部には、絶縁用の樹脂１９が充填されている。樹脂１９は、プリント基板６の下面まで充填されている。なお、本実施の形態１では、トランス１８の１次側に接続されている回路部品１７は樹脂１９によって絶縁する必要がないので、仕切り板１０ａの他方側の空間には樹脂１９を充填していない。

蓋部材１１は、絶縁性の樹脂で形成されている。筐体１０の内壁の上端部には溝が形成されており、蓋部材１１の長手方向の両端には筐体１０の溝に係止される係止部が突設されている。また、蓋部材１１の下面には、孔５ａおよび金属芯１に対応する位置に円筒状のボス１１ａが形成されている。また、蓋部材１１の下面には、孔５ｂおよび金属芯２に対応する位置に円筒状のボス１１ｂが形成されている。

ボス１１ａ，１１ｂの内径は、それぞれ金属芯１，２の外径よりも大きい。また、ボス１１ａ，１１ｂの外径は、それぞれプリント基板５の孔５ａ，５ｂの内径よりも小さい。ボス１１ａ，１１ｂは、それぞれプリント基板５の孔５ａ，５ｂを貫通している。ボス１１ａ，１１ｂの先端面（下端面）とプリント基板６の表面との間には、わずかな隙間が形成される。金属芯１，２はそれぞれボス１１ａ，１１ｂを貫通しており、金属芯１，２の先端部は蓋部材１１の上に５ｍｍ程度突出している。

金属芯１，２の先端部には、それぞれキャップ部７，８が取り付けられている。キャップ部７，８は、それぞれ一方端が尖った筒状をしており、他方端には金属芯１，２が挿嵌されるための勘合部としての孔７ａ，８ａが設けられている。孔７ａ，８ａの内径は、それぞれ放電電極１，２の外形よりもわずかに小さい。そのため、キャップ部７，８の孔７ａ，８ａを放電電極１，２の先端部に挿嵌することで、キャップ部７，８は、放電電極１，２に対して着脱可能に取り付けることができる。図１（ｂ）に示すように、キャップ部６，７は、金属芯１，２に取り付けられた状態において、根元部と蓋部１１の間とに隙間が形成される。

キャップ部７，８は、それぞれ導電性を有するゴムで形成されている。本実施の形態１においては導電性ゴムである天然ゴムから形成されているが、ニトリルゴム（ＮＢＲ）やクロロプレンゴム（ＣＲ）などであってもよい。また、導電性のポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などの導電性の熱可塑性樹脂であってもよい。導電性のゴムと、導電性の熱可塑性樹脂とを合わせて導電性の樹脂と呼ぶ。これらの導電性の樹脂の体積抵抗は、例えば１０⁰Ω・ｃｍ〜１０^５Ω・ｃｍである。キャップ部７，８が導電性を有するため、キャップ部の尖端部は放電電極１，２と電気的に接続されている。

図４は、イオン発生装置の構成を示す回路図である。図４において、イオン発生装置は、金属芯１，２および誘導電極３，４の他に、電源端子Ｔ１、接地端子Ｔ２、ダイオード３２，３３および昇圧トランス３１を備える。図４の回路のうちの金属芯１，２および誘導電極３，４以外の部分は、図１では回路基板１６、回路部品１７、およびトランス１８などで構成されている。なお、キャップ部７，８は省略して記載している。

電源端子Ｔ１および接地端子Ｔ２には、それぞれ直流電源の正極および負極が接続される。電源端子Ｔ１には直流電源電圧（たとえば＋１２Ｖまたは＋１５Ｖ）が印加され、接地端子Ｔ２は接地される。電源端子Ｔ１および接地端子Ｔ２は、電源回路３０を介して、昇圧トランス３１に接続される。

昇圧トランス３１は、１次巻線３１ａおよび２次巻線３１ｂを含む。２次巻線３１ｂの一方端子は誘導電極３，４に接続され、その他方端子はダイオード３２のアノードおよびダイオード３３のカソードに接続される。ダイオード３２のカソードは金属芯１の基端部に接続され、ダイオード３３のアノードは金属芯２の基端部に接続される。

次に、このイオン発生装置の動作について説明する。電源端子Ｔ１および接地端子Ｔ２間に直流電源電圧が印加されると、電源回路３０が有するコンデンサ（不図示）に電荷が充電される。コンデンサに充電された電荷は、昇圧トランス３１の１次巻線３１ａを介して放電され、１次巻線３１ａにはインパルス電圧が発生する。

１次巻線３１ａにインパルス電圧が発生すると、２次巻線３１ｂに正および負の高電圧パルスが交互に減衰しながら発生する。正の高電圧パルスはダイオード３２を介して金属芯１に印加され、負の高電圧パルスはダイオード３３を介して金属芯２に印加される。これにより、金属芯１，２の先端でコロナ放電が発生し、それぞれ正イオンおよび負イオンが発生する。

なお、正イオンは、水素イオン（Ｈ^＋）の周囲に複数の水分子がクラスター化したクラスターイオンであり、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｍ（ただし、ｍは任意の自然数である）と表わされる。また負イオンは、酸素イオン（Ｏ_２ ⁻）の周囲に複数の水分子がクラスター化したクラスターイオンであり、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）_ｎ（ただし、ｎは０または任意の自然数である）と表わされる。また、正イオンおよび負イオンを室内に放出すると、両イオンが空気中を浮遊するカビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その表面上で互いに化学反応を起こす。その際に生成される活性種の水酸化ラジカル（・ＯＨ）の作用により、浮遊カビ菌などが除去される。

図５は、図１〜図４に示したイオン発生装置を用いたイオン送出装置の構成を示す断面図である。図５において、このイオン送出装置では、本体４０の下部の背面に吸込口４０ａが設けられ、本体４０の上部の上面および前面にそれぞれ吹出口４０ｂ，４０ｃが設けられている。また、本体４０の内部にはダクト４１が設けられており、ダクト４１の下端の開口部は吸込口４０ａに対向して設けられ、ダクト４１の上端は吹出口４０ｂ，４０ｃに接続されている。

ダクト４１の下端の開口部には送風ファンとしてクロスフローファン４２が設けられ、ダクト４１の中央付近にはイオン発生装置４３が設けられている。イオン発生装置４３は、図１〜図４で示したものである。イオン発生装置４３の筐体１０はダクト４１の外壁面に固定される。イオン発生装置４３のキャップ部７，８の尖端部は、ダクト４１の壁を貫通してダクト４１内に突出している。２本のキャップ部７，８は、ダクト４１内の空気が流れる方向と直交する方向に配列されている。

また、吸込口４０ａには樹脂製の格子状のグリル４４が設けられており、グリル４４の内側に網目状の薄いフィルタ４５が貼り付けられている。フィルタ４５の奥にはクロスフローファン４２に異物やユーザーの指が入り込まないように格子状のファンガード４６が設けられている。ダクト４１のイオン発生装置４３が設けられている位置よりもやや下側に脱落防止網４７が設けられている。脱落防止網４７は、キャップ部７，８が金属芯１，２から抜け落ちてしまった場合に、キャップ部７，８を受け止めることで、キャップ部７，８が脱落しクロスフローファン４２に巻き込まれるのを防止する。

クロスフローファン４２が回転駆動されると、室内の空気は吸込口４０ａを介してダクト４１内に吸込まれる。吸込まれた空気には、ダクト４１内でイオン発生装置４３によって生成されたイオンが放出される。イオンを含んだ空気は、吹出口４０ｂ，４０ｃを介して室内に放出される。

次に、本実施の形態１におけるイオン発生装置のイオン発生量を、キャップ部７，８を有しないイオン発生装置のイオン発生量と比較した。比較対象のイオン発生装置は、本実施の形態１におけるイオン発生装置からキャップ部７，８を外し、金属芯１，２を露出させ、金属芯１，２を先端が尖った尖鋭形状のものに交換したものである。両イオン発生装置から発生したイオン量を同条件で測定したところ差は見られなかった。したがって、キャップ部７，８を金属芯１，２に取り付けてもイオンの発生量は変化しなかった。

本実施の形態１におけるイオン発生装置は、キャップ部７，８が筐体１０から突出しているため、クロスフローファン４２の回転によってダクト４１内を通る空気は、キャップ部７，８に直接当たることになり、キャップ部７，８の尖端部周辺に発生しているイオンを空気流に乗せてダクト４１の下流側へと運んで行く。このようにして、キャップ部７，８周辺に発生したイオンを効率良くダクト４１の下流側へ導き、吹出口４０ｂ，４０ｃから放出することができる。

ユーザーはキャップ部７，８を交換するとき、イオン送出装置の本体４０の背面にある裏蓋４０ｄを外してダクト４１に設置されたイオン発生装置４３にアクセスできる。このとき、筐体１０から突出しているキャップ部７，８の尖端部に触れたとしても、キャップ部７，８は樹脂性であるため、ユーザーが指に怪我をすることはない。特にキャップ部７，８が導電性ゴムで形成されている場合は、ゴムの弾性により尖端部が尖鋭であってもキャップ部７，８の先端部に触れて指に怪我をすることはない。

なお、ユーザーによる交換を行なわないイオン発生装置もあるが、その場合においても本実施の形態１のイオン発生装置４３であれば、その製造時に作業員がキャップ部７，８の先端部に触れて指に怪我をすることはない。

以上のように、本実施の形態１では、キャップ部７，８の尖端部が筐体１０および蓋部材１１から突出しているので、キャップ部７，８の尖端部で発生したイオンを筐体１０外に効率良く放出することができる。また、金属芯１，２の先端部を覆うキャップ部７，８を設けたので、ユーザーが金属芯１，２の先端部に触れて指などに怪我をすることを防止することができる。

また、針電極１，２に高電圧が印加されると、キャップ部７，８と誘導電極３，４との間で電界が形成され、キャップ部７，８の尖端部でコロナ放電が発生してイオンが発生する。コロナ放電が発生すると、イオンのスパッタリングによりキャップ部７，８の尖端部が摩耗する。キャップ部７，８の尖端部が摩耗すると、コロナ放電が生じにくくなり、イオンの発生効率が低下することがある。

本実施の形態１におけるイオン発生装置４３は、キャップ部７，８が着脱可能であるため、キャップ部７，８を容易に交換することができる。キャップ部７，８を新しいものと交換すると、イオンの発生効率は元に戻りイオン発生装置４３は当初の性能を発揮することができる。

また、誘導電極３，４をプリント基板５に搭載し、金属芯１，２をプリント基板６に搭載したので、プリント基板５，６上に塵埃が堆積した状態でイオン発生装置が高湿度環境下に置かれた場合でも、金属芯１，２と誘導電極３，４の間に電流がリークするのを防止することができ、イオンを安定に発生することができる。

また、プリント基板５，６を蓋部材１１で覆うので、プリント基板５，６上に塵埃が堆積するのを防止することができる。また、ボス１１ａ，１１ｂを介して塵埃が侵入した場合であっても、その塵埃はプリント基板６上に堆積しても、プリント基板５上までは堆積し難い。また、プリント基板５の孔５ａ，５ｂにそれぞれ蓋部材１１のボス１１ａ，１１ｂを挿入し、ボス１１ａ，１１ｂにそれぞれ金属芯１，２を挿入したので、金属芯１，２と誘導電極３，４の間の空間距離を長くすることができる。したがって、金属芯１，２と誘導電極３，４の間に電流がリークするのをより効果的に防止することができる。

また、キャップ部７，８の尖端部は、ボス１１ａ，１１ｂを貫通して蓋部材１１の上に突出しているので、塵埃がボス１１ａ，１１ｂの開口部付近に溜まった場合でも、キャップ部７，８の尖端部が塵埃に埋もれてキャップ部７，８の尖端部の放電が妨げられるのを防止することができる。また、キャップ部７，８の尖端部に塵埃が付着した場合であっても、キャップ部７，８の尖端部に送風しながら金属芯１，２に高電圧を印加することにより、キャップ部７，８の尖端部から塵埃を弾き飛ばすことができる。

また、プリント基板５の配線層を用いて誘導電極３，４を形成したので、誘導電極３，４を低コストで形成することができ、イオン発生装置の低コスト化を図ることができる。

また、本実施の形態１では、プリント基板５の配線層を用いて誘導電極３，４を形成したが、誘導電極３，４の各々を金属板で形成してもよい。また、誘導電極３，４の各々は、環状でなくてもかまわない。

［実施の形態２］
図６（ａ）は本発明の実施の形態２によるイオン発生装置の上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図であって、図１（ａ）および図１（ｂ）と対比される図である。図６において、このイオン発生装置が図１のイオン発生装置と異なる点は、キャップ部７，８の根元部が蓋部１１のボス１１ａ，１１ｂを挿嵌されている点である。

実施の形態２によるイオン発生装置では、キャップ部７，８の根元部が、実施の形態１によるイオン発生装置におけるものよりも長い。キャップ部７，８がボス１１ａ，１１ｂに挿嵌されているため、使用中などにキャップ部７，８が金属芯１，２から抜け落ちるのを防止することができる。キャップ部７，８の根元部と、プリント基板６との間にはわずかな隙間が形成される。なお、金属芯１，２は本実施の形態２におけるものよりも短いものを用いて、筐体１０および蓋体１１から突出しないようにしてもよい。

［実施の形態３］
図７（ａ）は本発明の実施の形態２によるイオン発生装置の上面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図であって、図１（ａ）および図１（ｂ）と対比される図である。図７において、このイオン発生装置が図１のイオン発生装置と異なる点は、金属芯１，２の先端部が尖鋭形状をなしている点である。

キャップ部７，８が金属芯１，２から抜け落ちてしまった場合にであっても、金属芯１，２の先端部が尖鋭形状であるため、金属芯１，２が針状電極として機能し、金属芯１，２の先端部でコロナ放電が起き、キャップ部７，８が取り付けられているときと同量のイオンを発生させることができる。また、キャップ部７，８の孔７ａ，８ａを放電電極１，２の先端部に挿嵌する際、金属芯１，２の先端部が尖鋭形状であるため、挿入しやすい。

［実施の形態４］
図８（ａ）は本発明の実施の形態４によるイオン発生装置の上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線断面図であって、図１（ａ）および図１（ｂ）と対比される図である。図８において、このイオン発生装置が図１のイオン発生装置と異なる点は、キャップ部７，８が環状部材７ｂ，８ｂを有する点である。

環状部材７ｂ，８ｂは、導電性の熱可塑性樹脂からなるリング状の部材であり、キャップ部７，８の根元部に挿嵌されている。環状部材７ｂ，８ｂは、導電性の接着剤により外周部がキャップ部７，８に接着され、キャップ部７，８から外れないようになっている。キャップ部７，８は、環状部材の７ｂ，８ｂの内周部を放電電極１，２の先端部に挿嵌することで、放電電極１，２に着脱可能に取り付けられている。

また、本実施の形態では、イオン発生装置４３を用いた電気機器として、イオン送出装置を示したが、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ガスファンヒータ、石油ファンヒータ、電気ファンヒータ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置、電子レンジ、複写機などの電気機器に搭載してもよい。

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。

１，２ 金属芯
３，４ 誘導電極
５，６ プリント基板
７，８ キャップ部
７ａ，８ａ 孔（勘合部）
１０ 筐体
１１ 蓋部材
１７ 回路部材
１８ トランス
１９ 樹脂
Ｔ１ 電源端子
Ｔ２ 接地端子
３２，３３ ダイオード
３１ 昇圧トランス
３１ａ １次巻線
３１ｂ ２次巻線
４１ ダクト
４３ イオン発生装置

Claims (5)

1. 放電によりイオンを発生するイオン発生装置において、
   筐体と、
   該筐体内に収容される基板と、
   該基板に搭載される金属芯と、
   導電性の樹脂からなり前記金属芯に取り付けられるキャップ部とを備え、
   該キャップ部は、前記金属芯と電気的に接続され、前記筐体から突出する尖端部を有する、イオン発生装置。
2. 放電によりイオンを発生するイオン発生装置において、
   筐体と、
   該筐体内に収容される基板と、
   該基板に搭載される金属芯と、
   導電性のゴムからなり前記金属芯に取り付けられるキャップ部とを備え、
   該キャップ部は、前記金属芯と電気的に接続され、前記筐体から突出する尖端部を有する、イオン発生装置。
3. 前記キャップ部は、前記金属芯に対して着脱可能に取り付けられている、請求項１または２に記載のイオン発生装置。
4. 前記キャップ部は、一端が前記尖端部であり、他端には前記金属芯の先端が嵌入される勘合部を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のイオン発生装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のイオン発生装置と、所定の方向に風を送るダクトとを備え、
   前記尖端部は前記ダクト内に露出するように設けられている、電気機器。