JP6153768B2 - イオン発生素子およびイオン発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオン発生素子およびイオン発生装置に関し、特に、高電圧を印加することによりイオンを発生させるための放電電極を備えたイオン発生素子およびこれを備えたイオン発生装置に関する。

針状形状を有する放電電極と誘導電極との間に高電圧を印加した場合に、放電電極の先端近傍の空気が絶縁破壊を起こし部分的な放電が生じることが一般的に知られている。この現象は、コロナ放電と呼ばれている。

このコロナ放電現象を利用したイオン発生素子が実用化されている。当該イオン発生素子が開示された文献としては、たとえば特開２００６−３４９５７号公報（特許文献１）および特開平９−２６２４９８号公報（特許文献２）がある。

特許文献１に開示のイオン発生素子は、凹部を含む基台と、板状の放電電極および板状の誘導電極を含みかつ凹部に挿入されるセラミックプレートと、セラミックプレートから離隔して基台に設けられた放電電極とを備える。

このような構成とすることにより、セラミックプレートから発生した陽イオンと、放電電極から発生した電子とを結合して中性原子を生成し、当該中性原子と放電電極から発生した陰イオンを殺菌対象に供給することにより、殺菌対象を殺菌することができる。

特許文献２に開示のイオン発生素子は、導電性金属材料からなる支持基板と、支持基板の主表面に平行となるように支持基板に取り付けられた複数の放電電極とを備える。

このような構成とすることにより、長期間に亘ってコロナ放電を発生させることができる。

特開２００６−３４９５７号公報 特開平９−２６２４９８号公報

近年、イオン発生素子を具備するイオン発生装置にあっては、小型化および薄型化が要求されている。しかしながら、コロナ放電を生じさせるためには、放電電極の先端周辺にある程度の空間が必要となる。この空間を狭く構成した場合には、放電電極からのイオン発生量が減少する問題がある。

ここで、特許文献１に開示の構成にあっては、放電電極が基台に対して垂直に取り付けられているため、イオン発生量を確保しつつ、放電電極と基台とを覆いかつこれらとの間に空気通路を形成する上側ケースと放電電極との間の空間を狭くするのには限界が生じる。このため、イオン発生装置の更なる小型化および薄型化が困難となる。

一方、特許文献２に開示の構成にあっては、支持基板に対して放電電極が水平に取り付けられているため、上記の上側ケースと放電電極との間の空間をより狭くすることが可能となる。しかしながら、イオン発生装置に具備される送風機の厚みに限界があるところ、放電現象が生じやすい放電電極の先端に効率よく送風することができず、イオン発生装置の外部に効率よくイオンを放出することができなくなる。また、放電電極は、圧着やスポット溶接等の方法によって支持基板に取り付けられるため、組立効率が低下することが懸念される。このため、放電電極を支持基板に固定して取り付けるにあたり、組み立て効率やユニットの小型化などの観点から圧着やスポット溶接などによらない、より簡易な取り付け方法が要望される。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、イオン発生量の低減を抑制しつつイオン発生装置を小型化および薄型化することができるイオン発生素子およびこれを具備するイオン発生装置を提供することにある。

本発明に基づくイオン発生素子は、電圧が印加されることにより放電してイオンを発生させる放電電極と、上記放電電極が実装された基板とを備える。上記放電電極は、先端が先細りした針状形状を有し、上記放電電極が、上記基板に対して傾斜している。上記基板には、長軸および短軸を有する平面視細長状の挿通孔が設けられ、上記基板の法線方向から見た場合に上記放電電極の軸線と上記挿通孔の長軸とが重なるように、上記放電電極が、上記挿通孔に挿通されている。

上記本発明に基づくイオン発生素子にあっては、上記放電電極の先端側の端部が、上記基板の上面から突出することが好ましく、上記放電電極の後端側の端部が、上記基板の下面から突出することが好ましい。この場合には、上記放電電極における上記先端側の側面の少なくとも一部が、上記挿通孔の上記上面側に位置する縁部に当接していることが好ましく、上記放電電極における上記後端側の側面の少なくとも一部が、上記挿通孔の上記下面側に位置する縁部に当接していることが好ましい。

本発明に基づくイオン発生装置は、上記イオン発生素子と、吸込口および吹出口を有し、上記イオン発生素子を収納するケースと、上記吹出口との間に上記放電電極が位置するようにケース内に配置され、上記吸込口から吸い込まれた空気を上記吹出口に向けて送風するための送風機とを備える。上記放電電極の先端が、上記吹出口側を向いている。

上記本発明に基づくイオン発生装置にあっては、上記吹出口が、上記放電電極の軸線の延長線上に位置していることが好ましい。

本発明によれば、イオン発生量の低減を抑制しつつイオン発生装置を小型化および薄型化することができるイオン発生素子およびこれを具備するイオン発生装置を提供することができる。

実施の形態１に係るイオン発生装置の概略図である。 図１に示すイオン発生装置の分解斜視図である。 図２に示すイオン発生器の概略図である。 図２に示すイオン発生素子の概略図である。 図２に示すイオン発生器の回路構成を示す図である。 図２に示すイオン発生素子を収容する上側ケーシングの概略図である。 図１に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った模式断面図である。 図５に示す放電電極の高電圧側回路基板に対する傾斜方向を示す模式図である。 図４に示す挿通孔の形状を示す平面図である。 図７に示す放電電極および挿通孔の大きさを示す模式図である。 実施の形態２としてのイオン発生素子における挿通孔の形状を示す平面図である。 実施の形態３としてのイオン発生素子における挿通孔の形状を示す平面図である。 放電電極とイオン発生装置のケースとの位置関係を示す模式図である。 放電電極を高電圧側回路基板に対して垂直に実装した場合における放電電極の先端からケースまでの距離をイオン濃度との関係を示す図である。 放電電極を高電圧側回路基板に対して傾斜して実装した場合における放電電極の先端からケースまでの距離とイオン濃度との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態１に係るイオン発生装置の概略図である。図２は、図１に示すイオン発生装置の分解斜視図である。図１および図２を参照して、実施の形態１に係るイオン発生装置１について説明する。

図１および図２に示すように、実施の形態１に係るイオン発生装置１は、イオン発生器１０、送風機５０およびこれらを収容するためのケース２０を備える。

イオン発生器１０は、イオンを発生させるためのイオン発生素子１００および駆動ユニット２００を含む。

ケース２０は、上側ケース２０ａおよび下側ケース２０ｂを含む。上側ケース２０ａは、ケース２０の幅方向（Ｙ軸方向）の両端に側壁部２０ｃを有する。上側ケース２０ａは、側壁部２０ｃが下側ケース２０ｂの幅方向の両端部に当接するように下側ケース２０ｂに取り付けられる。これにより、上側ケース２０ａおよび下側ケース２０ｂによって収容空間が規定され、イオン発生器１０および送風機５０が当該収容空間に収容される。

ケース２０の奥行き方向（Ｘ軸方向）の一方端２０ｅには、外部の空気をケース２０内に吸い込むための吸込口３０が形成され、ケース２０の奥行き方向（Ｘ軸方向）の他方端２０ｄには、ケース２０内に吸い込まれた空気を外部に吹出すための吹出口４０が形成される。ケース２０の内部には、吸込口３０と吹出口４０とを連通する空気通路が形成される。

送風機５０は、イオン発生器１０に含まれるイオン発生素子１００よりも奥側（Ｘ軸負方向）であって、上側ケース２０ａと後述する駆動ユニット２００との間の隙間に配置され、吸込口３０から吸い込まれた空気を吹出口４０に送風する。

送風機５０は、厚み方向（Ｚ軸方向）に垂直であり上側ケース２０ａに向かう面に形成された開口５０ａおよび奥行き方向（Ｘ軸方向）に垂直であり吹出口４０に向かう面に形成された開口５０ｂを含む。送風機５０は、開口５０ａから吸い込んだ空気を開口５０ｂから吹き出すことにより空気通路を流れる空気流を発生させる。

より具体的には、送風機５０は、吸込口３０を通過し開口５０ａから吸い込んだ空気を後述するイオン発生器１０と上側ケース２０ａの内表面との間の空間に向けて開口５０ｂから放出する。開口５０ｂから放出された空気は、空気通路を通過して吹出口４０から外部へ排出される。

また、送風機５０は、たとえば、遠心ファンやプロペラファンを含んで構成されており、外部電源（不図示）からの電力を用いて作動する。

図３は、図２に示すイオン発生器の概略図である。図３を参照して、実施の形態１に係るイオン発生器１０の構成について説明する。

図３に示すように、イオン発生器１０におけるイオン発生素子１００は、各種の電気部品が高電圧側回路基板１３０に実装されることで所定の電気回路を構成する回路モジュールからなる。イオン発生素子１００における駆動ユニット２００は、各種の電気部品が低電圧側回路基板２１０に実装されることで所定の電気回路を構成する回路モジュールからなる。

イオン発生素子１００は、全体としておおよそ扁平な略直方体形状の外形を有するケーシング１０１によって覆われている。ケーシング１０１は、上側ケーシング１１０および下側ケーシング１２０を有し、上側ケーシング１１０と下側ケーシング１２０との間に形成される空間内に平面視略矩形上の高電圧側回路基板１３０が収容されている。一方、駆動ユニット２００は、平面視略矩形状の低電圧側回路基板２１０が特に筐体等によって覆われることなく、露出した状態とされている。

図４は、図２に示すイオン発生素子の概略図である。上述の図３および図４を参照して、実施の形態１に係るイオン発生素子１００について説明する。

図３および図４を参照して、イオン発生素子１００は、少なくとも、放電によりイオンを発生させる放電電極と、駆動ユニット２００から供給された駆動電圧を昇圧して上記放電電極に印加する昇圧トランスとを含む回路モジュールであり、実施の形態１においては、上述のように高電圧側回路基板１３０と、放電電極としての第１放電電極（正電極）１５２ａおよび第２放電電極（負電極）１５２ｂと、昇圧トランスとしての表面実装型の昇圧トランス１４０とを有している。

また、イオン発生素子１００は、さらに、誘導電極としての第１誘導電極１５３ａおよび第２誘導電極１５３ｂと、整流素子としての第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂと、複数のランド１３１〜１３４とを有している。

図４に示すように、平面視略矩形状の高電圧側回路基板１３０の第１主表面としての上面には、第１放電電極１５２ａ、第２放電電極１５２ｂ、第１誘導電極１５３ａ、第２誘導電極１５３ｂおよび昇圧トランス１４０が実装されており、当該上面には、ランド１３１〜１３４が設けられている。また、高電圧側回路基板１３０には、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂを挿通させるための挿通孔１５５ａおよび挿通孔１５５ｂが設けられている。また、高電圧側回路基板１３０の上面側の部分には、第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂの一部が達している。

第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂは、高電圧側回路基板１３０の挿通孔１５５ａおよび挿通孔１５５ｂに挿入されて高電圧側回路基板１３０を貫通した状態で実装されている。この際、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂは、高電圧側回路基板１３０に対して傾斜した状態で実装される。第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの一端（先端）は、高電圧側回路基板１３０の上面から突出し、空気中に露出されている。一方、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの他端（後端）は、上面に対向する高電圧側回路基板１３０の第２主表面としての下面から突出し、半田１５７（図８参照）によって高電圧側回路基板１３０に固定され、配線パターンやリード線によって第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂに電気的に接続される。

第１放電電極１５２ａは、高電圧側回路基板１３０の幅方向（Ｙ軸方向）における一端部側に位置する一方の角部近傍に配置されており、第２放電電極１５２ｂは、高電圧側回路基板１３０の幅方向における他端部側に位置する一方の角部近傍に配置されている。

第１誘導電極１５３ａは、第１放電電極１５２ａの近傍に位置するように、高電圧側回路基板１３０の幅方向における一端部側の略中央に配置されており、第２誘導電極１５３ｂは、第２放電電極１５２ｂの近傍に位置するように、高電圧側回路基板１３０の幅方向における他端部側の略中央に配置されている。

昇圧トランス１４０は、高電圧側回路基板１３０の上面の略中央部において、その軸方向が奥行き方向（Ｘ軸方向）に平行となるように配置されている。

ランド１３１〜１３３は、高電圧側回路基板１３０の幅方向（Ｙ軸方向）における一端部側に位置する他方の角部近傍に配置されており、ランド１３４は、高電圧側回路基板１３０の幅方向における他端部側に位置する他方の角部近傍に配置されている。

第１ダイオード１５１ａは、高電圧側回路基板１３０の幅方向における一端部と中央部の間の位置に配置されており、高電圧側回路基板１３０に設けられた切欠き部に嵌り込むように設けられている。第２ダイオード１５１ｂは、高電圧側回路基板の幅方向における他端部と中央部との間の位置に配置されており、高電圧側回路基板１３０に設けられた切欠き部に嵌り込むように設けられている。

一方、図２に示すように、駆動ユニット２００は、少なくともイオン発生素子１００を駆動するための電源回路であり、実施の形態１においては、上述のように低電圧側回路基板２１０と、当該低電圧側回路基板２１０に設けられた図示しない電源回路とを有している。

また、駆動ユニット２００は、さらに複数のランド２１１〜２１４と、図示しない昇圧トランス駆動回路と、コネクタ２２０とを有する。ここで、昇圧トランス駆動回路は、イオン発生素子１００に設けられた昇圧トランス１４０の駆動を制御するためのものであり、コネクタ２２０は、たとえば外部電源（実施の形態１においては、乾電池や蓄電池といった直流電源、場合によっては商用電源等）にイオン発生器１０を接続するための電源端子や、外部の制御機器等にイオン発生器１０を接続するための信号端子等を含んでいる。

イオン発生素子１００と駆動ユニット２００とは、図示しないビス等によって近接配置されて物理的に固定されている。また、高電圧側回路基板１３０に設けられた複数のランド１３１〜１３４と、低電圧側回路基板２１０に設けられた複数のランド２１１〜２１４とが、これらの間の電気的な接続を実現する接続部材３００によってそれぞれ対応付けて接続されることにより、電気的に接続されている。なお、接続部材３００としては、特にその種類が限定されるものではないが、ボンディングワイヤや導電テープ、両端が半田付け等によってランドに接続される導電線（バスバ）等、公知の手段が利用可能である。

実施の形態１におけるイオン発生器１０においては、駆動ユニット２００に設けられた電源回路によって生成された駆動電圧が、イオン発生素子１００に供給され、これが昇圧トランス１４０に供給されて昇圧されることで第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂに印加される。これにより、第１放電電極１５２ａ−第１誘導電極１５３ａ間および第２放電電極１５２ｂ−第２誘導電極１５３ｂ間において放電を生じさせる。この放電により、第１放電電極１５２ａの近傍の空間において正イオンが発生し、第２放電電極１５２ｂの近傍の空間において負イオンが発生する。

図５は、図２に示すイオン発生器の回路構成を示す図である。図３および図５を参照して、イオン発生器１０の回路構成およびその動作について説明する。

上述した第１放電電極１５２ａ、第２放電電極１５２ｂ、昇圧トランス１４０、第１誘導電極１５３ａ、第２誘導電極１５３ｂ、第１ダイオード１５１ａ、第２ダイオード１５１ｂ、コンデンサ１６１、トランジスタ１６２および複数のランド１３１〜１３４は、いずれもイオン発生素子１００の高電圧側回路基板１３０に設けられており、当該高電圧側回路基板１３０に設けられた配線パターンにより、相互に電気的に接続されている。

高電圧側回路基板１３０に設けられたランド１３１〜１３４のうち、第１ランドとしてのランド１３１は、電源入力端子であり、ランド１３２は、第１接地端子であり、ランド１３３は、信号入力端子であり、ランド１３４は、第２接地端子である。

コンデンサ１６１は、ランド１３１を介して供給される駆動電圧に基づいて一時的に充電を行なってこれを昇圧トランス１４０に供給するものであり、一端がランド１３１に接続されており、他端がランド１３２に接続されている。コンデンサ１６１は、たとえばセラミックコンデンサからなり、高電圧側回路基板１３０に実装が可能な表面実装部品（不図示）にて構成される。

昇圧トランス１４０は、一次巻線１４１と二次巻線１４２とを含み、供給された駆動電圧を昇圧してこれを第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂに印加するためのものである。一次巻線１４１の一端は、ランド１３１に接続されており、一次巻線１４１の他端は、トランジスタ１６２を介してランド１３４に接続されている。二次巻線１４２の一端は、一次巻線１４１の上記一端に接続されるとともに、上述したランド１３１に接続されており、二次巻線１４２の他端は、第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂのそれぞれを介して第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂに接続されている。昇圧トランス１４０は、高電圧側回路基板１３０に実装が可能な表面実装部品（不図示）にて構成される。

トランジスタ１６２は、昇圧トランス１４０の駆動を制御するためのものであり、そのベースが昇圧トランス１４０の一次巻線１４１の上記他端に接続されており、そのソースがランド１３４に接続されており、そのゲートがランド１３３に接続されている。トランジスタ１６２は、たとえばパッケージ化されたＭＯＳトランジスタからなり、高電圧側回路基板１３０に実装可能な表面実装部品（不図示）にて構成される。

第１ダイオード１５１ａは、電流を整流するためのものであり、そのアノードが昇圧トランス１４０の二次巻線１４２の上記他端に接続されており、そのカソードが第１放電電極１５２ａに接続されている。第２ダイオード１５１ｂは、電流を整流するためのものであり、そのアノードが第２放電電極１５２ｂに接続されており、そのカソードが昇圧トランス１４０の二次巻線１４２の上記他端に接続されている。第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂは、いずれもディスクリート部品にて構成されており、高電圧側回路基板１３０に実装が可能なアキシャルタイプの実装部品にて構成される。

第１放電電極１５２ａは、放電を生じさせることで正イオンを発生させるためのものであり、第１ダイオード１５１ａのカソードに接続されている。第２放電電極１５２ｂは、放電を生じさせるための電極であり、第２ダイオード１５１ｂのアノードに接続されている。第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂは、いずれもその一端が先細りした針状形状を有しており、高電圧側回路基板１３０に実装が可能なピンタイプの部品（図４参照）にて構成される。第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの材質としては、高い電界強度に対して耐久性の高いインコネルなどの材質が好ましい。

第１誘導電極１５３ａは、第１放電電極１５２ａの近傍に配置されることで第１放電電極１５２ａにて放電が生じるように誘導するためのものであり、ランド１３２に接続されている。第２誘導電極１５３ｂは、第２放電電極１５２ｂの近傍に配置されることで第２放電電極１５２ｂにて放電が生じるように誘電するためのものであり、ランド１３４に接続されている。第１誘導電極１５３ａおよび第２誘導電極１５３ｂは、いずれも高電圧側回路基板１３０の表面に形成された導電パターン（図４参照）にて構成される。

一方、駆動ユニット２００の低電圧側回路基板２１０に設けられたランド２１１〜２１４のうち、第２ランドとしてのランド２１１は、電源出力端子であり、ランド２１２は、第３接続端子であり、ランド２１３は、信号出力端子であり、ランド２１４は、第４接地端子である。

低電圧側回路基板２１０に設けられた電源回路は、上述したコネクタ２２０を介して外部の直流電源から入力された直流電源圧を調整して所定の駆動電圧を生成し、ランド２１１を介するとともに、さらに接続部材３００およびランド１３１を経由することで、これをイオン発生素子１００に供給する。

低電圧側回路基板２１０に設けられた昇圧トランス駆動回路は、トランジスタ１６２のオン／オフ動作を制御する信号を生成し、ランド２１３を介するとともに、さらに接続部材３００およびランド１３３を経由することで、これをイオン発生素子１００に導出する。

また、低電圧側回路基板２１０には、接地電位に保持される接地パターンが設けられており、これがランド２１２、２１４に接続されている。当該ランド２１２、２１４は、それぞれ接続部材３００を介してイオン発生素子１００に設けられたランド１３２、１３４に接続されている。

実施の形態１においては、上記回路構成とすることにより、コンデンサ１６１において繰り返し充放電が行なわれることになり、これに同期させてトランジスタ１６２のオン／オフ動作を切り替えることにより、昇圧トランス１４０の一次巻線１４１にインパルス電圧が発生する。これにより、昇圧トランス１４０の二次巻線１４２に正および負の高電圧パルスが交互に発生することになる。発生した正の高電圧パルスは、第１ダイオード１５１ａを介して第１放電電極１５２ａに印加され、発生した負の高電圧パルスは、第２ダイオード１５１ｂを介して第２放電電極１５２ｂに印加される。この結果、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂ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。

コロナ放電によって生じた正イオンは、空気中の水分と結合して、主として、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ（ｍは任意の自然数である。）を含んで構成されている電荷が正のクラスタイオンを形成する。コロナ放電によって生じた負イオンは、空気中の水分と結合して主としてＯ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎ（ｎは零または任意の自然数である。）を含んで構成される電荷が負のクラスタイオンを形成する。なお、発生するイオンの量（濃度）は、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂに印加される電圧およびパルス周期によって調整される。

図６は、図２に示すイオン発生素子を収容する上側ケーシングを示す図である。図３および図６を参照して、イオン発生素子１００を収容するケーシング１０１について説明する。

図３に示すように、ケーシング１０１は、下面開口の箱状の上側ケーシング１１０および上面開口の下側ケーシング１２０とを含む。

図６に示すように、上側ケーシング１１０の昇圧トランス１４０に対応した位置には、昇圧トランス１４０を覆うとともにこれを収容可能にする凸状の昇圧トランス収容部１１１が設けられている。また、上側ケーシング１１０の第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂに対応する位置には、それぞれ、第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂを覆うとともにこれらを収容可能にする凸状のダイオード収容部１１２ａおよび１１２ｂが設けられている。

さらに、上側ケーシング１１０の第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂに対応した位置には、それぞれ第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの一端（先端）を空気中に露出可能にする放電電極収容孔１１３ａおよび１１３ｂが設けられている。また、上側ケーシング１１０のランド１３１〜１３３に対応した位置には、ランド１３１〜１３３を露出させる窓部１１４ａが設けられており、上側ケーシング１１０のランド１３４に対応した位置には、ランド１３４を露出させる窓部１１４ｂが設けられている。

一方、下側ケーシング１２０の第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂに対応する位置には、それぞれ第１ダイオード１５１ａおよび第２ダイオード１５１ｂの端部を収容可能にする２つのダイオード収容部（不図示）が設けられている。

イオン発生素子１００の組み立てに際しては、まず、各種部品が実装された後の高電圧側回路基板１３０に上側ケーシング１１０が組み付けられ、さらにその後に上側ケーシング１１０に対して下側ケーシング１２０が組み付けられる。このとき、上側ケーシング１１０の支持枠部１１５ａ、１１５ｂ上に、高電圧側回路基板１３０の端部が載置されるようにする。

図７は、図１に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った模式断面図である。図７を参照して、イオン発生装置１内における空気の流れについて説明する。なお、イオン発生素子１００を収容するケーシングについては、その図示を省略している。

図７に示すように、送風機５０が作動すると、吸込口３０から外部の空気がケース２０内に吸い込まれる（矢印Ａ１）。ケース２０内に吸い込まれた空気は、送風機５０と上側ケース２０ａとの間の空間を通って送風機５０に導入される（矢印Ｂ１）。送風機５０に導入された空気は、高電圧側回路基板１３０の上面と上側ケース２０ａとの間の空間に放出される（矢印Ｃ１）。この際、矢印Ｃ１に示すように、高電圧側回路基板１３０の上面と、当該上面に対向する上側ケース２０ａの内表面との間の略中央部において、風量が大きくなる。

送風機５０から放出された空気は、昇圧トランス１４０を覆う昇圧トランス収容部１１１（図６参照）によって第１空気流と第２空気流に分割される。第１空気流は、第１放電電極１５２ａ側に移動し、第１放電電極１５２ａから発生された正イオンを吹出口４０を通して外部に搬送する。第２空気流は、第２放電電極１５２ｂ側に移動し、第２放電電極１５２ｂから発生された負イオンを吹出口４０を通して外部へ搬送する。

正イオンおよび負イオンを発生させる際には、針状形状を有する第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの先端において電界強度が強くなるため、これら先端において正イオンおよび負イオンの発生量が多くなる。このため、送風機５０からの風量が大きくなる部分に第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの先端を配置することにより、正イオンおよび負イオンを外部に効率よく搬送することができる。

上述のように、高電圧側回路基板１３０の上面と、当該上面に対向する上側ケース２０ａの内表面との間の略中央部において、送風機５０からの風量が大きくなるため、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの先端は、高電圧側回路基板１３０の上面と、当該上面に対向する上側ケース２０ａの内表面との間の略中央部に配置されることが好ましい。

また、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの先端を吹出口４０に近づけることにより、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂから発生した正イオンおよび負イオンが空気通路内にて損失することを抑制でき、イオン濃度が高い状態を維持することができる。

以下に、高電圧側回路基板１３０に傾斜して実装された第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの傾斜方向ならびにこれら放電電極とイオン発生装置１のケース２０との位置関係について説明する。なお、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂは、高電圧側回路基板１３０に対してほぼ同様の状態となるように実装されるため、第１放電電極１５２ａのみに着目して説明する。

図８は、図５に示す放電電極の高電圧側回路基板に対する傾斜方向を示す模式図である。図９は、図７に示す挿通孔の形状を示す平面図である。図８および図９を参照して、放電電極の傾斜方向および高電圧側回路基板１３０への実装状態について説明する。

図８に示すように、イオン発生装置１内において、イオン発生素子１００は、第１放電電極１５２ａの先端（一端）が上側ケース２０ａ側に位置し第１放電電極１５２ａの後端（他端）が下側ケース２０ｂ側に位置するように、配置される。第１放電電極１５２ａの後端側は、半田１５７によって高電圧側回路基板１３０に固定されている。

この際、第１放電電極１５２ａの先端は、吹出口４０側を向いている。これにより、第１放電電極１５２ａから上側ケース２０ａまでのＺ軸方向に沿った距離を短くすることができ、イオン発生装置１の小型化、薄型化が可能となる。また、吹出口４０は、第１放電電極１５２ａの軸線の延長線（破線Ｅ）上に位置していることが好ましい。

図９に示すように、高電圧側回路基板１３０には、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂを実装する位置に短軸Ｌ１および長軸Ｌ２とを有する平面視長円状の挿通孔１５５ａおよび１５５ｂが設けられている。ここで長円状の形状とは、たとえば両端に位置する曲線部の端部を直線で繋いだトラック形状や楕円形状を含む形状を指す。挿通孔１５５ａおよび１５５ｂは、高電圧側回路基板１３０の幅方向（Ｙ軸方向）に平行な短軸Ｌ１および奥行き方向（Ｘ軸方向）に平行な長軸Ｌ２を有する。

また、第１放電電極１５２ａは、先端が先細りした針状形状を有する略円柱状であり、長軸Ｌ２は、第１放電電極１５２ａの直径（奥行き方向の長さ）よりも長くなるように形成されている。これにより、高電圧側回路基板１３０の法線方向から見た場合に第１放電電極１５２ａの軸線と挿通孔１５５ａの長軸Ｌ２とが重なるように、第１放電電極１５２ａを挿通孔１５５ａに挿通した状態で高電圧側回路基板１３０に実装することができる。この結果、放電電極を簡易にかつ安定して高電圧側回路基板に傾斜して実装することができる。

図８に示すように、第１放電電極１５２ａが挿通孔１５５ａに挿通されて実装された状態にあっては、第１放電電極１５２ａにおける先端側の側面の一部が挿通孔１５５ａの高電圧側回路基板１３０の上面側の縁部に当接し、第１放電電極１５２ａにおける後端（後端）側の側面の一部が挿通孔１５５ａの高電圧側回路基板１３０の下面側の縁部に当接している。なお、挿通孔１５５ａは、高電圧側回路基板１３０に対して厚み方向（Ｚ軸方向）に平行に貫通して設けられている。

図１０は、図７に示す放電電極および挿通孔の大きさを示す模式図である。図１０を参照して、放電電極および挿通孔の形状並びに傾斜角度の一例について説明する。

図１０に示すように、挿通孔１５５ａの長軸Ｌ２の長さは、高電圧側回路基板１３０の厚さｈ１、第１放電電極１５２ａの直径Ｄおよび第１放電電極１５２ａと高電圧側回路基板１３０との成す角度θ１によって決定することができる。たとえば、高電圧側回路基板１３０の厚さｈ１を１[ｍｍ]、第１放電電極１５２ａの直径Ｄを１[ｍｍ]、第１放電電極１５２ａと高電圧側回路基板１３０との成す角度θ１を４５度とする場合には、挿通孔１５５ａの長軸Ｌ２を１＋√２[ｍｍ]に設定すればよい。

また、挿通孔１５５ａおよび１５５ｂの形状は、上述のように長軸Ｌ２が奥行き方向（Ｘ軸方向）に平行な平面視長円状の形状に限定されず、以下の実施の形態２としてのイオン発生素子における挿通孔の形状（平面視略矩形形状）および実施の形態３としてのイオン発生素子における挿通孔の形状（平面視長円形状）を包含する長軸および短軸を有する細長形状であってもよい。

図１１は、実施の形態２としてのイオン発生素子における挿通孔の形状を示す平面図である。図１１を参照して、実施の形態２としてのイオン発生素子における挿通孔１５５ｃおよび１５５ｄの形状について説明する。なお、実施の形態２としてのイオン発生素子は、挿通孔１５５ｃおよび１５５ｄの形状以外の構成は、実施の形態１に係るイオン発生素子１００の構成とほぼ同様である。

図１１に示すように、実施の形態２としてのイオン発生素子における挿通孔１５５ｃおよび１５５ｄは、長軸が奥行き方向（Ｘ軸方向）に平行な平面視略矩形状に設けられている。このように挿通孔が構成された場合にあっても、高電圧側回路基板１３０の法線方向から見た場合に第１放電電極および第２放電電極の軸線と挿通孔１５５ｃの長軸Ｌ２および挿通孔１５５ｄの長軸Ｌ２とが重なるように、第１放電電極および第２放電電極を挿通孔１５５ｃおよび１５５ｄに挿通した状態で高電圧側回路基板１３０に実装することができる。これにより、放電電極を簡易にかつ安定して高電圧側回路基板に傾斜して実装することができる。

図１２は、実施の形態３としてのイオン発生素子における挿通孔の形状を示す平面図である。図１２を参照して、実施の形態３としてのイオン発生素子における挿通孔１５５ｅおよび１５５ｆについて説明する。なお、実施の形態３としてのイオン発生素子は、挿通孔１５５ｅおよび１５５ｆの形状以外の構成は、実施の形態１のイオン発生素子の構成とほぼ同様である。

図１２に示すように、実施の形態３としてのイオン発生素子における挿通孔１５５ｅおよび１５５ｆは、長軸が奥行き方向（Ｘ軸方向）に非平行であり、高電圧側回路基板の手前方向（Ｘ軸正方向）に向かうにつれて互いに離隔する平面視長円状に設けられている。このように挿通孔が構成された場合にあっても、高電圧側回路基板１３０の法線方向から見た場合に第１放電電極および第２放電電極の軸線と挿通孔１５５ｃの長軸Ｌ２および挿通孔１５５ｄの長軸Ｌ２とが重なるように、第１放電電極および第２放電電極を挿通孔１５５ｅおよび１５５ｆに挿通した状態で高電圧側回路基板１３０に実装することができる。これにより、放電電極を簡易にかつ安定して高電圧側回路基板に傾斜して実装することができる。

なお、イオン発生素子に設けられる挿通孔の形状は、上述の実施の形態１から３において説明した挿通孔の形状に限定されず、放電電極を実装しやすい形状を適宜採用することができる。また、放電電極を向けたい方向に沿って挿通孔を適宜形成することもできる。

以下、実施の形態１に戻って説明を続ける。図１３は、放電電極とイオン発生装置のケースとの位置関係を示す模式図である。図１３を参照して、放電電極とイオン発生装置のケースとの位置関係について説明する。

図１３において、高電圧側回路基板１３０に対して傾斜して実装された実施の形態１に係る第１放電電極１５２ａを実線にて示し、高電圧側回路基板１３０に対して垂直に実装された第１放電電極３５２ａを破線にて示し、高電圧側回路基板１３０に対して平行に実装された第１放電電極４５２ａを破線にて示す。

上述のように、送風機５０からの風量の大きさを考慮した場合にあっては、放電電極の先端が、高電圧側回路基板１３０とこれに対向する上側ケース２０ａの内表面との間の距離の略中央に配置されることが好ましい。

第１放電電極が高電圧側回路基板に対して垂直に実装される場合にあっては、高電圧側回路基板１３０の上面から第１放電電極３５２ａの先端までの距離をＡ[ｍｍ]とすると、高電圧側回路基板１３０に対向する上側ケース３２０ａの内表面は、高電圧側回路基板１３０の上面からＺ軸方向に沿って２×Ａ[ｍｍ]離れた位置に配置される。また、この場合の下側ケース２０ｂの内表面からこれに対向する上側ケース３２０ａの内表面までの距離をＢ[ｍｍ]とする。

第１放電電極が高電圧側回路基板に対して傾斜して実装される場合にあっては、第１放電電極が高電圧側回路基板に対して垂直に実装される場合と比較して、高電圧側回路基板１３０の上面から第１放電電極１５２ａの先端までの距離をα[ｍｍ]低くすることができる。

このため、第１放電電極が高電圧側回路基板に対して傾斜して実装される場合にあっては、高電圧側回路基板１３０の上面から第１放電電極１５２ａの先端までの距離が（Ａ−α）[ｍｍ]となり、高電圧側回路基板１３０に対向する上側ケース２０ａの内表面は、高電圧側回路基板１３０の上面からＺ軸方向に沿って２×（Ａ−α）[ｍｍ]離れた位置に配置され、第１放電電極が高電圧側回路基板に対して垂直に実装される場合と比較して、イオン発生装置１の厚さを２×α[ｍｍ]薄くさせることができる。すなわち、下側ケース２０ｂの内表面からこれに対向する上側ケース２０ａの内表面までの距離は（Ｂ−２α）[ｍｍ]となる。

また、第１放電電極が高電圧側回路基板に対して傾斜して実装される場合にあっては、第１放電電極が高電圧側回路基板に対して垂直に実装される場合と比較して、第１放電電極１５２ａの先端を高電圧側回路基板１３０の手前側（イオン発生装置１の吹出口４０側）に近づけることができる。

なお、第１放電電極が高電圧側回路基板に対して水平に実装される場合にあっては、送風機５０の厚みを考慮すると第１放電電極４５１ａの先端が、空気通路の下方に位置し、風量の小さい位置に配置されることとなり、イオンを外部に効率よく搬送することができなくなる。

このように、第１放電電極が高電圧側回路基板に対して傾斜して実装される場合には、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの先端を送風機５０からの風量が大きくなる部分に配置し、かつ、イオン発生装置の吹出口に近付けることが可能となり、イオンの空気通路内での損失を抑制し、正イオンおよび負イオンをイオン発生装置１の外部に効率よく搬送することができる。また、イオン発生装置１の小型化、薄型化ができる。

以上の構成とすることにより、実施の形態１に係るイオン発生素子１００においては、高電圧側回路基板１３０に第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂを実装する際に、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの向きを高電圧側回路基板１３０に形成された挿通孔１５５ａおよび１５５ｂの長軸Ｌ２の方向によって決定することができ、また、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂと高電圧側回路基板１３０との成す角度θ１については、挿通孔１５５ａおよび１５５ｂの長軸Ｌ２の長さによって決定することができる。このため、実施の形態１に係るイオン発生素子１００にあっては、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂの実装の際における位置決めを安定かつ簡易に行うことができる。

また、実施の形態１に係るイオン発生素子１００においては、放電電極が高電圧側回路基板に傾斜して実装されることにより、イオン発生量の低減を抑制しつつイオン発生装置を小型化および薄型化することができる。

上述のように実施の形態１に係るイオン発生素子１００は、第１放電電極１５２ａから正イオンが発生し、第２放電電極１５２ｂから負イオンが発生するように構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態４としてのイオン発生素子にあっては、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂから負イオンのみが発生するように構成されてもよい。

また、上述のように実施の形態１に係るイオン発生素子１００おいては、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂが高電圧側回路基板１３０に実装される場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態５としてのイオン発生素子にあっては、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂが回路を有さない板状部材に実装されていてもよい。この場合には、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂは、リード線等によって板状部材とは別体の高電圧側回路基板１３０に電気的に接続されるものとする。なお、第１放電電極１５２ａおよび第２放電電極１５２ｂが実装される部材は、回路を有さない板状部材に限定されず任意の基板を選択することができる。

さらに、上述のように実施の形態１に係るイオン発生素子１００においては、挿通孔１５５ａ，１５５ｂは、高電圧側回路基板１３０に対して厚み方向（Ｚ軸方向）に平行に貫通するように設けられる場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態６としてのイオン発生素子にあっては、挿通孔１５５ａ，１５５ｂが、高電圧側回路基板１３０に対して厚み方向（Ｚ軸方向）に傾斜して貫通するように設けられてもよい。

また、上述した実施の形態２から６としてのイオン発生素子においても、実施の形態１に係るイオン発生素子とほぼ同様の効果が得られる。

図１４は、放電電極を高電圧側回路基板に対して垂直に実装した場合における放電電極の先端からケースまでの距離をイオン濃度との関係を示す図である。図１５は、放電電極を高電圧側回路基板に対して傾斜して実装した場合における放電電極の先端からケースまでの距離とイオン濃度との関係を示す図である。図１４および図１５を参照して、本発明の効果を検証するために行なった検証実験について説明する。

実施例として、高電圧側回路基板に傾斜して第１放電電極および第２放電電極が実装された実施の形態１に係るイオン発生素子を２つ準備し、比較例として、高電圧側回路基板に垂直に第１放電電極および第２放電電極が実装されたイオン発生素子を２つ準備した。

実施例および比較例のイオン発生素子に具備される放電電極の先端と、当該先端の上方に位置するイオン発生装置の上側ケースとの距離を変化させた場合におけるイオン装置から外部に放出される正イオンおよび負イオンのイオン濃度をそれぞれイオンカウンタによって測定した。なお、実施例および比較例において所定の上記距離における初期の正イオンおよび負イオンのイオン濃度を１００％とする。

図１４に示すように、比較例における２つのイオン発生素子の第１放電電極からそれぞれ放電される正イオンを垂直配置サンプル１の正イオンおよび垂直配置サンプル２の正イオンと称し、比較例における２つのイオン発生素子の第２放電電極から放電される負イオンを垂直配置サンプル１の負イオンおよび垂直配置サンプル２の負イオンと称する。

図１４に示すように、放電電極を高電圧側回路基板に対して垂直に実装した場合にあっては、放電電極の先端と当該先端の上方に位置するイオン発生装置の上側ケースとの距離が１[ｍｍ]となる場合に、負イオンの１つを除き、イオン濃度が低下することが確認され、正イオンの濃度が略１０％まで低下する場合も確認された。さらに、上記距離が０．７[ｍｍ]の場合におけるイオン濃度は、正イオン、負イオンのいずれもが１〜５％程度まで低下することが確認された。

図１５に示すように、実施例に係る２つのイオン発生素子の第１放電電極からそれぞれ放電される正イオンを斜め配置サンプル１の正イオンおよび斜め配置サンプル２の正イオンと称し、実施例に係る２つのイオン発生素子の第２放電電極から放電される負イオンを斜め配置サンプル１の負イオンおよび斜め配置サンプル２の負イオンと称する。

図１５に示すように、放電電極を高電圧側回路基板に対して傾斜して実装した場合にあっては、特に、負イオンの濃度が、放電電極の先端と、当該先端の上方に位置するイオン発生装置の上側ケースとの距離が小さくなるにつれて減少する傾向がみられたが、当該距離が０．７[ｍｍ]の場合におけるイオン濃度は、初期の濃度の５０％程度に収まっている。

以上の検証実験の結果から、放電電極を高電圧側回路基板に対して傾斜して実装することにより、イオン発生量の減少を抑制しつつ、イオン発生装置を小型化および薄型化することができることが実験的にも確認されたと言える。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。本発明の範囲は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。

１ イオン発生装置、１０ イオン発生器、２０ ケース、２０ａ 上側ケース、２０ｂ 下側ケース、２０ｃ 側壁部、２０ｄ 他方端、２０ｅ 一方端、３０ 吸込口、４０ 吹出口、５０ 送風機、５０ａ，５０ｂ 開口、１００ イオン発生素子、１０１ ケーシング、１１０ 上側ケーシング、１１１ 昇圧トランス収容部、１１２ａ ダイオード収容部、１１３ａ，１１３ｂ 放電電極収容孔、１１４ａ，１１４ｂ 窓部、１２０ 下側ケーシング、１３０ 高電圧側回路基板、１３１〜１３４，２１１〜２１４ ランド、１４０ 昇圧トランス、１４１ 一次巻線、１４２ 二次巻線、１５１ａ 第１ダイオード、１５１ｂ 第２ダイオード、１５２ｂ 第２放電電極、１５３ａ 第１誘導電極、１５３ｂ 第２誘導電極、１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃ，１５５ｄ，１５５ｅ 挿通孔、１６１ コンデンサ、１６２ トランジスタ、２００ 駆動ユニット、２１０ 低電圧側回路基板、２２０ コネクタ、３００ 接続部材。

Claims (4)

1. 電圧が印加されることにより放電してイオンを発生させる放電電極と、
   前記放電電極が実装された基板とを備え、
   前記放電電極は、先端が先細りした針状形状を有し、
   前記放電電極が、前記基板に対して傾斜しており、
   前記基板には、長軸および短軸を有する平面視細長状の挿通孔が設けられ、
   前記基板の法線方向から見た場合に前記放電電極の軸線と前記挿通孔の長軸とが重なるように、前記放電電極が、前記挿通孔に挿通されている、イオン発生素子。
2. 前記放電電極の先端側の端部が、前記基板の上面から突出し、
   前記放電電極の後端側の端部が、前記基板の下面から突出し、
   前記放電電極における前記先端側の側面の少なくとも一部が、前記挿通孔の前記上面側に位置する縁部に当接し、
   前記放電電極における前記後端側の側面の少なくとも一部が、前記挿通孔の前記下面側に位置する縁部に当接している、請求項１に記載のイオン発生素子。
3. 請求項１または２に記載のイオン発生素子と、
   吸込口および吹出口を有し、前記イオン発生素子を収納するケースと、
   前記吹出口との間に前記放電電極が位置するように前記ケース内に配置され、前記吸込口から吸い込まれた空気を前記吹出口に向けて送風するための送風機とを備え、
   前記放電電極の先端が、前記吹出口側を向いている、イオン発生装置。
4. 前記吹出口が、前記放電電極の軸線の延長線上に位置している、請求項３に記載のイオン発生装置。

Images