JPWO2015198648A1 - イオン発生器 - Google Patents

Abstract

イオン発生器において、基板上に流れる高圧電極とグランド電極との間の短絡電流を抑制し、イオン発生性能を安定化すること。高電圧が印加される高圧電極(４２)とグランド電極（リード線(４６)）とを備え、高圧電極(４２)とグランド電極（リード線(４６)）との間に生じる放電によってイオンを発生させるイオン発生器。高圧電極(４２)とグランド電極（リード線(４６)）とは別体の基板部(４１，４５)に分離して配置されている。

Description

本発明は、イオン発生器、特に、空気清浄機やエアコンなどのイオン発生回路に用いられるイオン発生器に関する。

従来、イオン発生器としては、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に実施例として記載されているイオン発生器においては、Ｕ字形状の切欠き部を有する基板に、該切欠き部の中央に突出する針状の高圧電極を設けるとともに、該高圧電極とほぼ平行にグランド電極を形成している。針状の高圧電極は基板上の高圧電極にはんだ付けされ、グランド電極は導電ペーストを基板上に印刷によって形成している。

しかしながら、前記イオン発生器においては、同一基板上に高圧電極とグランド電極とが配置されているため、経時変化で基板上に汚れなどが付着すると、高圧電極とグランド電極との間に短絡電流が生じるおそれがある。基板上でこのような短絡電流が増大すると、両者が電気的に導通してイオン発生性能が劣化するという問題点を生じる。

特許第４４６２３４８号公報

本発明の目的は、基板上に流れる高圧電極とグランド電極との間の短絡電流を抑制し、イオン発生性能が安定したイオン発生器を提供することにある。

本発明に係るイオン発生器は、
高電圧が印加される高圧電極とグランド電極とを備え、
前記高圧電極と前記グランド電極との間に生じる放電によってイオンを発生させるイオン発生器において、
前記高圧電極と前記グランド電極とは別体の基板部に分離して配置されていること、
を特徴とする。

前記イオン発生器においては、グランド電極と高圧電極との間の空中に発生する強電界によってイオンが発生する。同時に微量のオゾンも発生する。微量のオゾンは消臭や除菌に効果的である。ここで、高圧電極とグランド電極とが別体の基板部に分離して配置されているため、高圧電極とグランド電極との間で従来では基板上を伝って発生する短絡電流が抑制され、結果的にイオン発生性能が安定することになる。

本発明によれば、基板上に流れる高圧電極とグランド電極との間の短絡電流が抑制され、イオン発生性能が安定化する。

一実施例であるイオン発生器を示す分解斜視図である。 前記イオン発生器を組み立てた状態のケースを示す外観斜視図である。 前記イオン発生器の高圧電極とグランド電極との関係を示す説明図である。 前記イオン発生器の等価回路図である。 前記イオン発生器の一変形例を示す斜視図である。 ケースのヒンジ構造を示す斜視図である。

以下に、本発明に係るイオン発生器の実施例について添付の図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部品、部分に関しては共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示すように、イオン発生器１は、下側樹脂ケース２と、上側樹脂ケース３と、針状の高圧電極４２が配置された第１絶縁基板４１と、フォーミングされたリード線４６が配置された第２絶縁基板４５と、第１端子６ａと、第２端子６ｂと、導線７，８と、高圧電源１１（図４参照）とを備えている。

下側樹脂ケース２は、一方の端部の側壁２ａに空気の取入れ口２１が形成され、他方の端部の側壁２ｂに空気の吐出し口２２が形成されている。さらに、手前側の側壁２ｃには、係止腕部２３が形成されている。上側樹脂ケース３は、一方の端部の側壁３ａに空気の取入れ口（図示せず）が形成され、他方の端部の側壁３ｂに空気の吐出し口３２が形成されている。手前側の側壁３ｃには爪部３１が２個形成されている。

これらの爪部３１を下側樹脂ケース２の係止腕部２３に嵌め込むことにより、上側樹脂ケース３と下側樹脂ケース２は堅固に接合し、通気性のある樹脂ケースとされる。上側樹脂ケース３と下側樹脂ケース２の内部には、第１及び第２絶縁基板４１，４５と端子６ａ，６ｂが配置される。また、樹脂ケース２，３は、奥側の側壁２ｄの上縁部と奥側の側壁３ｄ（図６参照）の下縁部との間にヒンジ部４（図６参照）が形成された片開き構造とされている。

第１絶縁基板４１上には電極４３が設けられ、該電極４３には針状の高圧電極４２の根元部がはんだ付けされている。高圧電極４２の先端は第１絶縁基板４１の端面から水平方向に突出している。高圧電極４２は線径が１００μｍ以下の極細線であることが好ましく、ピアノ線、タングステン線、ステンレス線、チタン線などが用いられる。本発明において、高圧電極とはイオンを発生するのに十分な高電圧が印加される電極を意味する。

リード線４６は、その基部が第２絶縁基板４５に形成した穴部に嵌合され、電極４７，４８にはんだ付けされている。リード線４６は、フォーミング加工されていることが好ましく、曲げ加工によって、両端の基部から立ち上がった垂直部４６ａ、頂上の水平部４６ｂ、該水平部４６ｂから立ち下がった垂直部４６ｃ及び垂直部４６ｃを連結する水平部４６ｄが形成されている。即ち、リード線４６は、高圧電極４２との関係で言えば、垂直部４６ａ，４６ｃが高圧電極４２の延在方向と直交し、水平部４６ｂが該延在方向と平行に位置している。リード線４６は、ピアノ線、タングステン線、ステンレス線、チタン線などが用いられる。

さらに、第２絶縁基板４５上には電極４９が設けられ、該電極４９は第２絶縁基板４５の下面にて図示しない配線電極を介して前記電極４７，４８と電気的に接続されている。これらリード線４６と電極４７，４８，４９により、グランド電極が形成されている。図４に示すように、リード線４６と電極４９（高圧電源１２）との間には高圧抵抗５０が直列に接続されている。なお、高圧抵抗５０は抵抗値が可変な抵抗器であってもよい。

端子６ａ，６ｂは、導電性金属材にて形成され、それぞれ係止部６１と足部６２にて構成されている。係止部６１は、上側樹脂ケース３の上面３ｅに形成された保持部３３，３４に嵌め込まれる。端子６ａの足部６２は、ばね性を有しており、電極４３に圧接接続され、端子６ｂの足部６２は電極４９に圧接接続される。

高圧用導線７の端部７ａは上側樹脂ケース３の保持部３３の正面に形成された開口部（図示せず）に嵌入され、芯線７１が端子６ａの係止部６１に係合して電気的に接続される。同様に、グランド用導線８の端部８ａは保持部３４の正面に形成された開口部（図示せず）に嵌入され、芯線８１が端子６ｂの係止部６１に係合して電気的に接続される。

高圧用導線７は高圧電源１１の高圧出力端子１１ａに接続され、グランド用導線８は高圧電源１１のグランド端子１１ｂに接続される。高圧電源１１はマイナスの直流電圧を供給するが、マイナスの直流バイアスを重畳した交流電圧あるいは矩形状のパルス電圧などを供給してもよい。そして、このイオン発生器１は空気清浄機や空調機などに組み込まれる。つまり、高圧電源１１が空気清浄機の電源回路部にセットされ、イオン発生器１が送風経路にセットされることにより、空気清浄機などはマイナスイオンを含んだ風を送風する。

以上の構成からなるイオン発生器１は、−１．３ＫＶ〜−３．０ＫＶの電圧（代表値）でマイナスイオンを発生させることができる。即ち、電極４９にマイナス電圧を印加すると、高圧電極４２とリード線４６との間で強電界が形成される。また、高圧電極４２の先端部は絶縁破壊してコロナ放電状態になる。このとき、高圧電極４２の先端部周辺では、空気中の分子がプラズマ化されて、分子が＋イオンと−イオンとに分かれ、空気中の＋イオンは高圧電極４２に吸収され、マイナスイオンが残ることになる。

ここで、先端が細い（曲率半径が小さい）高圧電極４２の方が、先端が太い電極よりも電子が集中しやすく、強電界が生じやすい。従って、針状の高圧電極４２を用いることで、低い印加電圧でもマイナスイオンを発生させることができる。また、印加電圧を低くできるため、安全性の向上を図ることができる。

さらに、リード線４６と高圧電極４２との間に漏れ電流が流れる。この漏れ電流により、空気中の酸素分子Ｏ₂が酸素原子Ｏに分解され、さらにこの酸素原子Ｏが空気中の酸素分子Ｏ₂と反応してオゾンＯ₃となる（Ｏ₂＋Ｏ→Ｏ₃）。そして、漏れ電流量を制御することで、酸素分子の分解量をコントロールして微量のオゾン発生量を調整することができる。この結果、イオンの発生とともに、微量のオゾンを適量にコントロールできるイオン発生器１が得られる。

即ち、イオン発生器１では、高圧電極４２とリード線４６との間で漏れ電流を生じさせ、それによりオゾンを発生させる。高圧電極４２の先端部に電界が集中するので、この先端部に近い位置にリード線４６が近接していると、漏れ電流が生じやすくなり、より低い電圧でオゾンを発生させることができる。

また、高圧電極４２とリード線４６、電極４７，４８，４９からなるグランド電極とが別体の絶縁基板４１，４５に分離して配置されているため、高圧電極４２とグランド電極との間において、基板上を伝って発生する短絡電流が抑制され、結果的にイオン発生性能が安定することになる。なお、絶縁基板４１，４５は必ずしも単独の基板として配置する必要はない。例えば、第２絶縁基板４５は下側樹脂ケース２に一体的に形成した基板部であってもよい。即ち、図５に示すように、リード線４６を含むグランド電極を下側樹脂ケース２の底面部２ｅ上に配置してもよい。第１絶縁基板４１も上側樹脂ケース３に一体的に形成した基板部であってもよい。基板４１，４５を一体化された一つのケース２，３に収納することにより、イオン発生器１自体を小型化することができる。しかも、ケース２，３をヒンジ部４（図６参照）を有する片開き構造とすることにより、組立て作業が容易になる。

ところで、リード線４６としては板状材を打ち抜き成形したリード線を用いることも可能である。但し、打ち抜き成形したリード線であると、カット部分にバリが発生し、バリによって電界変動を生じるおそれがある。前記実施例においては、リード線４６がフォーミングされたリード線から構成されており、フォーミングされたリード線は表面が滑らかであり、高圧電極４２との間での電界変動がほとんどなく、イオン発生量やオゾン発生量が安定する利点を有している。

また、高圧電極４２は、図３に示すように、その先端部がリード線４６の垂直部４６ａ，４６ｃを高さ方向に交差するように配置されている。このような配置により、高圧電極４２の先端部が上下方向に変位した場合であっても、リード線４６との間に形成される電界強度の変動が極めて少なくなり、イオン発生量が安定する。

前述のように、イオンの発生量は電界強度で決定され、オゾンの発生量は漏れ電流量で決定される。グランド電極に接続された高圧抵抗５０の抵抗値を変化させると、漏れ電流が変化するのでオゾンの発生量を調整することができる。抵抗値を大きくすると漏れ電流量が減ってオゾンの発生量が減少する。一方、抵抗値を小さくすると漏れ電流量が増えてオゾンの発生量が増加する。抵抗値を変化させるには、抵抗体の種類を変更すればよい。あるいは、個々のイオン発生器１で必要に応じてオゾン量を調整可能にするのであれば、高圧抵抗５０を抵抗値可変型の可変抵抗とすればよい。周知のポテンショメータを取り付けることにより、容易にオゾン量を調整することができる。

なお、グランド電極の抵抗値を変化させると、イオンの発生量も多少変化する。即ち、抵抗値を大きくすると漏れ電流が減って、電流による電圧降下が小さくなり、イオンの発生量が増加する。また、抵抗値を小さくすると漏れ電流が増え、電流による電圧降下が大きくなり、イオンの発生量が減少する。しかし、イオン発生量の増減はオゾン発生量の増減に比較すると比率的に非常に小さいので、結果的にオゾン発生量を調整することができる。このように、オゾン発生量のみを調整することによって、例えば、消臭や除菌を一時的に集中して行うことができる。

なお、本発明に係るイオン発生器は、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、リード線４６、電極４７，４８，４９からなるグランド電極の細部の形状は任意である。また、高圧電極の設置個数は１に限るものではなく、２以上であってもよい。但し、２以上の高圧電極を設ける場合には、電極どうしが接近し過ぎると、電界分布が乱れて放電効率が低下するので、間隔に注意する必要がある。

また、本発明は、マイナスイオンの発生のみならず、プラスイオンの発生にも適用することができる。この場合、プラス電圧を発生する高圧電源を用い、高圧電極にプラス電圧を印加することになる。

以上のように、本発明は、空気清浄機やエアコンなどのイオン発生回路に用いられるイオン発生器に有用であり、特に、イオン発生性能が安定する点で優れている。

１…イオン発生器
２，３…樹脂ケース
４…ヒンジ部
１１…高圧電源
４１，４５…絶縁基板
４２…高圧電極
４６…リード線（グランド電極）
４６ａ，４６ｃ…垂直部
４６ｂ…水平部
５０…高圧抵抗

また、高圧電極４２とリード線４６、電極４７，４８，４９からなるグランド電極とが別体の絶縁基板４１，４５に分離して配置されているため、高圧電極４２とグランド電極との間において、基板上を伝って発生する短絡電流が抑制され、結果的にイオン発生性能が安定することになる。なお、絶縁基板４１，４５は必ずしも単独の基板として配置する必要はない。例えば、第２絶縁基板４５は下側樹脂ケース２に一体的に形成した基板部であってもよい。即ち、図５に示すように、リード線４６を含むグランド電極を下側樹脂ケース２の底面部２ｅ上に配置してもよい。第１絶縁基板４１も上側樹脂ケース３に一体的に形成した基板部であってもよい。絶縁基板４１，４５を一体化された一つの樹脂ケース２，３に収納することにより、イオン発生器１自体を小型化することができる。しかも、樹脂ケース２，３をヒンジ部４（図６参照）を有する片開き構造とすることにより、組立て作業が容易になる。

Claims (8)

1. 高電圧が印加される高圧電極とグランド電極とを備え、
   前記高圧電極と前記グランド電極との間に生じる放電によってイオンを発生させるイオン発生器において、
   前記高圧電極と前記グランド電極とは別体の基板部に分離して配置されていること、
   を特徴とするイオン発生器。
2. 前記高圧電極は針状の線状電極であり、前記グランド電極はフォーミングされたリード線を含むこと、を特徴とする請求項１に記載のイオン発生器。
3. 前記フォーミングされたリード線は、前記リード線を折曲して構成されており、前記高圧電極の延在方向と直交する垂直部と、該延在方向と平行な水平部とを有し、
   前記高圧電極はその先端部が前記垂直部と高さ方向に交差するように配置されていること、
   を特徴とする請求項２に記載のイオン発生器。
4. 前記グランド電極と高圧電源との間に高圧抵抗が直列に接続されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のイオン発生器。
5. 前記高圧抵抗は抵抗値が可変であること、を特徴とする請求項４に記載のイオン発生器。
6. 前記高圧電極を配置した第１の基板部と前記グランド電極を配置した第２の基板部とが一つのケースに収納されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のイオン発生器。
7. 前記高圧電極と前記グランド電極は一つのケースに収納されており、
   前記高圧電極は第１の基板部に配置されており、
   前記グランド電極は前記ケースの底面部に配置されていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のイオン発生器。
8. 前記ケースはヒンジ部を有する片開き構造であること、を特徴とする請求項６又は請求項７に記載のイオン発生器。

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