JP6401020B2

JP6401020B2 - イオン発生素子

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Publication number: JP6401020B2
Application number: JP2014233709A
Authority: JP
Inventors: 真人北平; 正吾湯川; 建吾岩井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: JP2016100083A

Description

本発明は、高電圧を印加することによりイオンを発生させることができるイオン発生素子に関する。

近年、空気清浄効果や脱臭効果をより発揮させるために、イオン化効率を向上させたイオン発生素子が開発されている。このようなイオン発生素子が開示された文献として、たとえば特開２００８−３４２２０号公報（特許文献１）が挙げられる。

特許文献１に開示のイオン発生素子は、複数の線状電極をブラシ状に束ねた束状電極と、束状電極に対向して配置された対向電極とを備える。束状電極に直流電圧を印加することにより、複数の線状電極が同極性に帯電して放射状に広がった状態で各線状電極と対向電極との間に放電が発生する。これにより、イオンを発生させることができる。

特開２００８−３４２２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示のイオン発生素子にあっては、空気中に含まれる塵埃等の異物が静電気によって線状電極の先端に吸着されたり、複数の線状電極間に捕捉されたりする場合がある。このように線状電極に異物が付着した場合には、放電の低下や停止が生じたりし、放電が不安定となる。

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、複数の線状電極に付着した異物を除去し、安定してイオンを発生させることができる、イオン発生素子を提供することにある。

本発明の第１の局面に基づくイオン発生素子は、複数の線状電極をそれらの根元側で保持されてなり、電圧が印加された場合に上記複数の線状電極が同極性に帯電することで放射状に広がるとともにイオンを発生させる束状電極と、上記複数の線状電極を取り囲み、上記複数の線状電極から距離を持って配置され、電圧が印加されることにより上記複数の線状電極との間で発生する静電気力によって上記複数の線状電極の広がり具合を調整する環状電極と、を備える。

上記本発明の第１の局面に基づくイオン発生素子にあっては、上記環状電極は、上記複数の線状電極の上記根元側と上記複数の線状電極の先端側との間で上記環状電極の中心軸方向に沿って上記束状電極に対して相対的に移動可能に設けられていてもよい。

上記本発明の第１の局面に基づくイオン発生素子にあっては、上記環状電極に印加される電圧の大きさを可変可能に調整できるように構成されていてもよい。

本発明に基づく第２の局面に基づくイオン発生素子は、形状記憶合金にて構成される複数の線状電極をそれらの根元側で保持されてなり、電圧が印加された場合に上記複数の線状電極が同極性に帯電することで放射状に広がるとともにイオンを発生させる束状電極と、上記複数の線状電極の温度を調整することにより、上記複数の線状電極の広がり具合を調整する温度調整機構と、を備える。

上記本発明の第２の局面に基づくイオン発生素子にあっては、上記温度調整機構は、上記複数の線状電極を加熱および／または冷却可能に構成され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、上記イオン発生装置のいずれかと、入力電圧を昇圧して前記束状電極および前記環状電極に高電圧を印加する高電圧発生回路とを含む。

本発明に基づく電気機器は、上記イオン発生装置と、上記イオン発生装置で生じたイオンを気流に乗せて機器外部に放出するための送風部とを備える。

本発明によれば、複数の線状電極に付着した異物を除去し、安定してイオンを発生させることができる、イオン発生素子を提供することができる。

実施の形態１に係るイオン発生素子の概略図である。図１に示すイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロック図である。束状電極および環状電極に電圧を印加した状態のイオン発生素子を示す図である。実施の形態２に係るイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロック図である。実施の形態３に係る空気清浄機の構成を示す概略図である。図５に示す空気清浄機にイオン発生素子を配置した様子を示す図である。

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。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係るイオン発生素子の概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係るイオン発生素子１について説明する。

図１に示すように、イオン発生素子１は、束状電極１０と、対向電極２０と、環状電極４０とを備える。束状電極１０は、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆを根元側で保持させることで形成される。複数の線状電極１０ａ〜１０ｆは、これらの根元１２ａ〜１２ｆ側にてかしめ部材１５をかしめることにより結束されている。

複数の線状電極１０ａ〜１０ｆは、たとえば保持基板３０にて保持されている。具体的には、束ねられた複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの根元１２ａ〜１２ｆ側が保持基板３０に設けられた貫通孔３１に挿入され、半田３２により保持基板３０に固定される。また、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの根元１２ａ〜１２ｆ側には、半田３２によって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。

複数の線状電極１０ａ〜１０ｆは、たとえば導電性材料で構成されている。また、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆは、放電電極として機能する。複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの径および本数は、適宜設定することができ、好ましくは、複数の線状電極の本数は、数十本から千本程度であり、複数の線状電極の径は、１ｍｍ以下である。

対向電極２０は、束状電極１０の先端、すなわち線状電極１０ａ〜１０ｆの先端１１ａ〜１１ｆに対向し、束状電極１０と距離を持って配置される。対向電極２０は、たとえば平板形状を有する。対向電極２０は、誘導電極として機能する。対向電極２０は、たとえばアースされており、グランド電位を有する。

束状電極１０に高電圧を印加して、対向電極２０と束状電極１０との間に電位差を発生させることにより、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの先端１１ａ〜１１ｆでコロナ放電が発生する。これにより、イオンが発生する。

環状電極４０は、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆを取り囲み、これら線状電極１０ａ〜１０ｆから距離を持って配置される。環状電極４０は、高電圧を印加可能に設けられている。環状電極４０は、後述するように複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整するための電極である。

図２は、図１に示すイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロック図である。図２を参照して、イオン発生素子１を用いたイオン発生装置９０について説明する。

図２に示すように、イオン発生装置９０は、イオン発生素子１、高電圧発生回路５０、電源回路６０、電源入力コネクタ７０、および環状電極用電圧回路４１を備えている。電源入力コネクタ７０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７０は、電源回路６０に電気的に接続されている。

電源回路６０は、イオン発生素子１を駆動させるための回路である。電源回路６０は、後述する高圧トランス５２の一次側に電気的に接続されている。高電圧発生回路５０は、束状電極１０および環状電極４０に印加するための高電圧を発生する。

高電圧発生回路５０は、高電圧回路５１および高圧トランス５２を含む。高圧トランス５２は、供給された駆動電圧（入力電圧）を昇圧して二次側に出力する。高圧トランス５２の二次側の一方は、たとえば高電圧回路５１を通じて束状電極１０に接続されている。高圧トランス５２の二次側の他方は、環状電極用電圧回路４１を通じて環状電極４０に接続されている。

環状電極用電圧回路４１は、環状電極４０に印加する電圧を可変可能に構成されている。高電圧回路５１は、高圧トランス５２によって昇圧された駆動電圧を束状電極１０に印加する。高電圧回路５１によって束状電極１０に高電圧が印加させると、上述のように、束状電極１０と対向電極２０との間に電位差が生じ、コロナ放電が発生する。これにより、イオンが発生する。

束状電極１０に印加される電圧が正の高電圧である場合には、正イオンが発生し、印加される電圧が負の高電圧である場合には、負イオンが発生する。また、束状電極１０に交流電圧を印加することにより、正イオンおよび負イオンを交互に発生させることができる。この場合には、環状電極４０が束状電極１０と同極性となるように、環状電極４０に印加される電圧も束状電極１０に印加される交流電圧に対応する交流電圧が印加されることが好ましい。

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^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｍ（ｍは自然数）として表される。負イオンは、酸素イオン（Ｏ_２ ⁻）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、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）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^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ（ｍは自然数）と、負イオンであるＯ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）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イ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。

なお、正極用の束状電極および負極用の束状電極、ならびに正の高電圧回路および負の高電圧回路を設けてもよい。この場合には、正極用の束状電極に正の高電圧を印加することにより正イオンを発生させ、負極用の束状電極に負の高電圧を印加することにより負イオンを発生させることができる。

図３は、束状電極および環状電極に電圧を印加した状態のイオン発生素子を示す図である。図３を参照して、束状電極１０および環状電極４０に電圧を印加した状態について説明する。なお、図３においては、一例として正の高電圧を束状電極１０および環状電極４０に印加している。

束状電極１０に正の高電圧を印加した場合には、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆが正極性に帯電する。このため、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆは、静電気力（第１の静電気力）によって図中矢印Ａに示すように相互に反発し、放射状に広がる。

この際、環状電極４０にも正の電圧が印加される。環状電極４０に正の電圧が印加されると、環状電極４０も正極性に帯電する。このため、図中矢印Ｂに示すように、環状電極と複数の線状電極１０ａ〜１０ｆとの間で静電気力（第２の静電気力）が作用する。この第２の静電気力は、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆ同士の反発を抑制するように作用する。

しがたって、束状電極１０に負荷される高電圧と同程度の高電圧を環状電極４０に印加する場合には、第２の静電気力も強く作用し、束状電極１０に負荷される高電圧よりも低い電圧を環状電極４０に印加する場合には、静電気力は弱く作用する。

第２の静電気力が強く作用する場合には、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がりを強く抑制でき、第２の静電気力が弱く作用する場合には、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がりをある程度抑制することができる。

ここで、イオン発生素子１によって生成されたイオンは、室内等の密閉空間に拡散されることが好ましく、イオン発生素子１は、主として送風経路内にイオンを吹出し可能に設置される。

一般的に、空気中には塵埃等の異物が含まれるため、異物が静電気によって線状電極の先端に吸着されたり、複数の線状電極間に捕捉されたりする場合がある。このように線状電極１０ａ〜１０ｆに異物が付着した場合には、放電の低下や停止が生じ、放電が不安定となる。

本実施の形態においては、上述のように、環状電極４０に印加する電圧を調整することにより、第２の静電気力の大きさを調整することができ、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整することができる。

このため、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がりが小さい状態から広がりを大きくしたり、広がりが大きい状態から広がりを小さくしたりして、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆを動かすことにより、振動によって線状電極１０ａ〜１０ｆに付着した異物を除去することができる。また、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆ間の間隔を広くすることにより、線状電極１０ａ〜１０ｆ間に捕捉された異物を除去することができる。

さらに、環状電極４０に印加する電圧を上げ下げし、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆを繰り返し閉開する場合には、より確実に異物を除去することができる。

以上のように、本実施の形態に係るイオン発生素子１およびイオン発生装置９０は、線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整可能に構成することにより、線状電極１０ａ〜１０ｆに付着した異物を除去し、安定してイオンを発生させることができる。

なお、上述した実施の形態１においては、環状電極４０に印加する電圧が可変可能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、環状電極４０に印加される電圧が一定であってもよい。この場合には、環状電極４０に印加される電圧は、束状電極１０に印加される電圧の大きさと同程度の大きさであることが好ましく、環状電極４０への電圧のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを調整することにより、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整することができる。

たとえば、環状電極４０へ電圧を印加した場合には、第２の静電気力が強く作用して、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がりを抑制できる。環状電極４０への電圧の印加を停止することにより、第２の静電気力が作用しなくなるため、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆが大きく広がる。

また、上述した実施の形態１においては、環状電極４０が不動である場合を例示して説明したが、これに限定されず、環状電極４０がその軸方向に沿って束状電極１０に相対的に移動可能に設けられていてもよい。具体的には、環状電極４０がスライド機構によって支持されており、スライド機構の動作に伴って環状電極４０がその軸方向に沿って移動してもよい。また、保持基板３０がスライド機構によって支持されており、スライド機構の動作に伴って束状電極１０が保持基板３０と一体となって環状電極４０に対してその軸線方向に沿って移動してもよい。

環状電極４０が線状電極１０ａ〜１０ｆの先端１１ａ〜１１ｆ側に位置する場合には、環状電極４０が線状電極１０ａ〜１０ｆの根元１２ａ〜１２ｆ側に位置する場合と比較して、線状電極１０ａ〜１０ｆが広がった際における線状電極１０ａ〜１０ｆと環状電極４０との間の距離が小さくなる。このため、第２の静電気力が強く作用させることができる。

このように、環状電極４０と束状電極１０とを相対的に移動させることによっても、第２の静電気力の大きさを調整することができる。これにより、線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整することができる。なお、この場合には、環状電極４０に印加される電圧の大きさは、可変可能に調整できるように構成されていなくてもよい。当該電圧の大きさを可変可能に調整できる場合にはより細かく線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整することができる。

（実施の形態２）
図４は、本実施の形態に係るイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロック図である。図４を参照して、本実施の形態に係るイオン発生素子１Ａを用いたイオン発生装置９０Ａについて説明する。

図４に示すように、本実施の形態に係るイオン発生装置９０Ａは、実施の形態１に係るイオン発生装置９０と比較した場合に、搭載されるイオン発生素子１Ａの構成、すなわち複数の線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整するための機構が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

イオン発生素子１Ａは、実施の形態１に係る環状電極４０に代えて、線状電極１０ａ〜１０ｆが形状記憶合金から構成され、線状電極１０ａ〜１０ｆの温度を調整する温度調整機構８０が設けられている。

温度調整機構８０は、電源回路６０に接続されている。温度調整機構８０は、電源回路から供給された駆動電圧によって駆動される。温度調整機構８０は、たとえば熱源を備えたファン等によって構成され、束状電極１０を加熱および冷却可能に設けられている。なお、温度調整機構８０は、熱源のみで構成され束状電極１０を加熱可能に構成されていてもよいし、ファンのみで構成され束状電極１０を冷却可能に構成されていてもよい。

形状記憶合金は、所定の温度（変態点）以上に加熱すると、元の形状に回復する性質を有する。このため、図４に示すように複数の線状電極１０ａ〜１０ｆがほぼ並列に配置されている状態の形状を初期状態として形状記憶合金に記憶させる。

たとえば、束状電極１０に正の高電圧が印加された場合には、複数の線状電極１０ａ〜１０ｆが正極性に帯電することにより、上述（実施形態１）の第１の静電気力によって相互に反発し、放射状に広がる。この際、線状電極１０ａ〜１０ｆの結晶面がすべり変形を起こし、塑性変形が生じる。このような場合であっても、線状電極１０ａ〜１０ｆを加熱することにより、形状記憶合金の形状記憶効果によって線状電極１０ａ〜１０ｆが初期状態に戻る。すなわち、線状電極１０ａ〜１０ｆが広がっていない状態に戻る。

線状電極１０ａ〜１０ｆが変態点以上の温度を維持した状態からこれを変態点温度よりも低い温度に冷却した場合には、線状電極１０ａ〜１０ｆが第１の静電気力によって再び放射状に広がって塑性変形を起こす。この場合においては、加熱源を停止させファンを用いて線状電極１０ａ〜１０ｆの温度を低下させてもよいし、加熱源を停止させ自然に線状電極１０ａ〜１０ｆの温度を低下させてもよい。

このように、温度調整機構８０によって線状電極１０ａ〜１０ｂを加熱および冷却をすることにより、線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整することで、本実施の形態に係るイオン発生素子１Ａも、実施の形態１に係るイオン発生素子１と同様に、線状電極１０ａ〜１０ｆに付着した異物を除去し、安定してイオンを発生させることができる。

なお、束状電極１０に正の高電圧を長時間印加した場合には、線状電極１０ａ〜１０ｆが変態点温度以上となるように発熱する場合がある。このような場合には、温度調整機構８０を冷却のみ可能に構成したとしても、線状電極１０ａ〜１０ｆを変態点温度に冷却することにより、発熱により初期状態に戻った線状電極１０ａ〜１０ｆを広げることができる。これにより、上記のように、線状電極１０ａ〜１０ｆの広がり具合を調整することで、線状電極１０ａ〜１０ｆに付着した異物を除去し、安定してイオンを発生させることができる。

（実施の形態３）
図５は、本実施の形態に係る空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。図６は、図５に示す空気清浄機にイオン発生素子を配置した様子を示す図である。図５および図６を参照して、本実施の形態に係る空気清浄機１００について説明する。なお、空気清浄機１００は、イオン発生装置を具備する電気機器の一例であり、イオン発生装置としては、たとえば実施の形態１に係るイオン発生素子１を具備するイオン発生装置９０が用いられる。

図５および図６に示すように、空気清浄機１００は前面パネル１０１と本体１０２と、本体１０２内に配置されたファンとを備える。本体１０２の後方上部には吹出口１０３が設けられており、この吹出口１０３からイオンを含む清浄な空気が室内に供給される。本体１０２の中心には空気取り入れ口１０４が形成されている。空気清浄機１００の前面の空気取り入れ口１０４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１０５を通じて、吹出口１０３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１０５の一部に、実施の形態１に係るイオン発生装置９０が取り付けられている。イオン発生装置９０は、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９０の配置の例として、空気の通過経路内であって、吹出口１０３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。イオン発生装置９０に含まれる束状電極１０と対向電極２０との間に送風を通過させることにより、吹出口１０３から清浄な空気とともに外部にイオンを供給するイオン発生機能を空気清浄機１００に持たせることが可能になる。

この場合には、位置Ｐ１および位置Ｐ２に位置する両方のイオン発生装置９０に具備されるイオン発生素子１を正イオンおよび負イオンを発生可能に構成することが好ましい。すなわち、図６に示すように、正極用および負極用の２つの束状電極１０を備えた構成とすることが好ましい。

これにより、イオン発生素子１で生じた正イオンおよび負イオンの双方を送風部（空気の通過経路）により気流に乗せて送ることができる。このため、機外に正イオンおよび負イオンの双方を送出し、空気清浄効果を効果的に発揮させることができる。

また、イオン発生装置９０は、上述のように異物を除去でき、安定してイオンを発生させることができるため、これを備えた空気清浄機１００においても、機外に安定してイオンを送出することができる。

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。

また、本実施の形態においては、イオン発生装置として実施の形態１に係るイオン発生装置９０を用い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２に係るイオン発生素子１Ａを具備するイオン発生装置９０Ａが用いられてもよい。

なお、上述した実施の形態１および２については、イオン発生素子１，１Ａが対向電極２０を備える場合を例示して説明したが、これに限定されず、対向電極２０を備えない構成であってもよい。対向電極２０を備えない場合であっても、束状電極１０に高電圧を印加することにより、放電現象が生じさせてイオンを発生させることができる。イオン発生素子１，１Ａが対向電極１０を備える場合には、放電を安定させることができる。

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。

１，１Ａイオン発生素子、１０束状電極、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ線状電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ先端、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ根元、１５かしめ部材、２０対向電極、３０保持基板、３１貫通孔、３２半田、４０環状電極、４１環状電極用電圧回路、５０高電圧発生回路、５１高電圧回路、５２高圧トランス、６０電源回路、７０電源入力コネクタ、８０温度調整機構、９０，９０Ａイオン発生装置、１００空気清浄機、１０１前面パネル、１０２本体、１０３吹出口、１０４空気取り入れ口、１０５ファン用ケーシング。

Claims

複数の線状電極をそれらの根元側で保持されてなり、電圧が印加された場合に前記複数の線状電極が同極性に帯電することで放射状に広がるとともにイオン発生させる束状電極と、
前記複数の線状電極を取り囲み、前記複数の線状電極から距離を持って配置され、電圧が印加されることにより前記複数の線状電極との間で発生する静電気力によって前記複数の線状電極の広がり具合を調整する環状電極と、を備えたイオン発生素子。
前記環状電極は、前記複数の線状電極の前記根元側と前記複数の線状電極の先端側との間で前記環状電極の中心軸方向に沿って前記束状電極に対して相対的に移動可能に設けられた、請求項１に記載のイオン発生素子。
前記環状電極に印加される電圧の大きさを可変可能に調整できるように構成されている、請求項１または２に記載のイオン発生素子。
形状記憶合金にて構成される複数の線状電極をそれらの根元側で保持されてなり、電圧が印加された場合に前記複数の線状電極が同極性に帯電することで放射状に広がるとともにイオンを発生させる束状電極と、
前記複数の線状電極の温度を調整することにより、前記複数の線状電極の広がり具合を調整する温度調整機構と、を備えたイオン発生素子。
前記温度調整機構は、前記複数の線状電極を加熱および／または冷却可能に構成されている、請求項４に記載のイオン発生素子。