WO2011002006A1 - Ion-generating device and ion-generating element - Google Patents

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忠義 林
泰夫 林
好古 泉
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Abstract

Disclosed is an ion-generating device that can be miniaturized and that has a high ion production efficiency. The ion-generating device is provided with: a monopolar electric discharge tube (1), which has both a cylindrical glass tube (2) that is sealed at both ends and encapsulates a noble gas within, and an electrode terminal (3) that is inserted in one end of the glass tube and extends into the inside of the aforementioned glass tube; electric discharge electrodes (4), which are stretched over the peripheral surface of the glass tube, and which are configured with a metal wire that extends from one end of the electric discharge tube to the other end; and a high voltage alternating power source device (5), which is connected between the electric discharge electrodes and the electrode terminal of the electric discharge tube, and which applies an electric discharge voltage that exceeds the light-emission start voltage of the electric discharge tube. When electric discharge voltage is applied between the electrode terminal and the electric discharge electrodes, corona discharge is generated between the electric discharge tube and the electric discharge electrodes, and positive ions and negative ions can be generated.

Description

イオン発生装置及びイオン発生素子Ion generator and ion generator
 本発明はイオン発生装置、特に小型で高効率でイオンを生成することができるイオン発生装置及びイオン発生素子に関するものである。 The present invention relates to an ion generator, and more particularly to an ion generator and an ion generating element that are small and can generate ions with high efficiency.
 クラスタイオンは、殺菌作用及び脱臭作用を有し、室内や自動車の車内の空気を清浄するため或いは冷蔵庫内を清浄にするのに好適である。クラスタイオンを発生させるイオン発生装置として、コロナ放電を利用したイオン発生装置が既知である(例えば、特許文献1参照)。この既知のイオン発生装置では、針状の金属材料で構成される放電電極と、放電電極の先端の周囲を空気ギャップを介して包囲するリング状の誘導電極とを有し、針電極と誘導電極との間に高電圧を印加することにより空気ギャップを介してコロナ放電を発生させている。そして、コロナ放電による電離現象を利用してイオンを発生させている。 Cluster ions have a bactericidal action and a deodorizing action, and are suitable for purifying the air in a room or a car or for cleaning a refrigerator. As an ion generator for generating cluster ions, an ion generator using corona discharge is known (for example, see Patent Document 1). This known ion generator has a discharge electrode composed of a needle-like metal material, and a ring-shaped induction electrode surrounding the periphery of the tip of the discharge electrode through an air gap. The needle electrode and the induction electrode Corona discharge is generated through an air gap by applying a high voltage between the two. And ion is generated using the ionization phenomenon by corona discharge.
 別のイオン発生装置として、放電管を用いるオゾン発生装置が既知である(例えば、特許文献2参照)。この既知のオゾン発生装置では、希ガスが封入された2個の単極型の放電管を用い、2個の放電管を所定の間隔の空気ギャップが形成されるように平行に配置し、2個の放電管の電極端子間に高周波数の電圧を印加している。そして、互いに対向する2個の放電管間に空気を流入させ、2個の放電管間に形成される高電界によりオゾンを発生させている。 As another ion generator, an ozone generator using a discharge tube is known (for example, see Patent Document 2). In this known ozone generator, two monopolar discharge tubes filled with a rare gas are used, and the two discharge tubes are arranged in parallel so as to form an air gap with a predetermined interval. A high frequency voltage is applied between the electrode terminals of the individual discharge tubes. Then, air is introduced between the two discharge tubes facing each other, and ozone is generated by a high electric field formed between the two discharge tubes.
特開2008-293801公報JP 2008-293801 A
特開平8-2903号公報JP-A-8-2903
 針電極を用いてコロナ放電によりイオンを発生させるイオン発生装置では、イオンの発生効率が比較的低いため、生成されるイオン量が少ない欠点がある。このため、針電極に比較的高い放電電圧を印加しなければならず、絶縁不良により火花放電が発生する危険性がある。さらに、特許文献1に記載のイオン発生装置では、プラスイオンとマイナスイオンとを等量発生させるため、プラスイオン発生用のイオン発生装置とマイナスイオン発生用のイオン発生装置との2個のイオン発生装置を用いており、イオン発生装置が大型化する欠点がある。さらに、プラスイオン発生装置用の高圧電源とマイナスイオン発生装置用の高圧電源が必要であり、回路構成も大型化する欠点がある。 An ion generator that generates ions by corona discharge using a needle electrode has a drawback that the amount of ions generated is small because the generation efficiency of ions is relatively low. For this reason, a relatively high discharge voltage must be applied to the needle electrode, and there is a risk of spark discharge due to poor insulation. Furthermore, in the ion generator described in Patent Document 1, in order to generate an equal amount of positive ions and negative ions, two ion generations of an ion generator for generating positive ions and an ion generator for generating negative ions are generated. Since the apparatus is used, there is a drawback that the ion generator becomes large. Furthermore, a high voltage power source for the positive ion generator and a high voltage power source for the negative ion generator are required, and there is a drawback that the circuit configuration is increased in size.
 特許文献2に記載された2個の放電管を用いるオゾン発生装置は、互いに平行に配置した2個の放電管を用いているため、製造コストが高価になる欠点がある。しかも、イオン発生素子が占める空間が比較的大きく、イオン発生装置が大型化する欠点も指摘されている。 Since the ozone generator using two discharge tubes described in Patent Document 2 uses two discharge tubes arranged in parallel to each other, there is a drawback that the manufacturing cost is expensive. In addition, it has been pointed out that the space occupied by the ion generating element is relatively large and the size of the ion generating device is increased.
 本発明の目的は、イオン生成効率が高く、小型化可能なイオン発生装置を実現することにある。
 本発明の別の目的は、イオン生成効率が高く、比較的低い放電電圧でも相当量のイオンを生成することができ、安全性に優れたイオン発生装置を提供することにある。
 さらに、本発明の別の目的は、簡易な構造で安価に製造できるイオン発生装置を提供することにある。
An object of the present invention is to realize an ion generator that has high ion generation efficiency and can be miniaturized.
Another object of the present invention is to provide an ion generator that has high ion generation efficiency, can generate a considerable amount of ions even at a relatively low discharge voltage, and is excellent in safety.
Furthermore, another object of the present invention is to provide an ion generator that can be manufactured at a low cost with a simple structure.
 本発明によるイオン発生装置は、両端が封止され内部に希ガスが封入されている円筒状のガラス管、及び、ガラス管の一端に装着され、前記ガラス管の内部まで延在する電極端子を有する単極型の放電管と、
 前記ガラス管の外周面上に密着するように張架され、放電管の一端側から他端側に向けて延在する金属ワイヤにより構成される放電電極と、
 前記放電管の電極端子と放電電極との間に接続され、放電管の発光開始電圧を超える放電電圧を印加する交流高圧電源装置とを具え、
 前記電極端子と放電電極との間に放電電圧が印加された際、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させることを特徴とする。
An ion generator according to the present invention includes a cylindrical glass tube sealed at both ends and filled with a rare gas inside, and an electrode terminal attached to one end of the glass tube and extending to the inside of the glass tube. A monopolar discharge tube having
A discharge electrode that is stretched so as to be in close contact with the outer peripheral surface of the glass tube, and is constituted by a metal wire extending from one end side to the other end side of the discharge tube;
An AC high voltage power supply device connected between the electrode terminal of the discharge tube and the discharge electrode, and applying a discharge voltage exceeding the emission start voltage of the discharge tube;
When a discharge voltage is applied between the electrode terminal and the discharge electrode, positive ions and negative ions are generated.
 本発明者が単極型の放電管について種々の実験及び解析を行った結果、単極型放電管の外周面上に一端側から他端側に向けて延在する金属ワイヤを張架し、電極端子と金属ワイヤとの間に交流高電圧を印加すると、放電管の外周面上にコロナ放電が発生し、プラスイオン及びマイナスイオンが発生することが確認された。すなわち、単極放電管の電極端子とガラス管の外周面上に張架した金属ワイヤとの間に、交流の放電電圧を印加する。印加電圧が低い場合、放電管自体が発光せず放電も発生しない。しかし、印加電圧を徐々に高くすると、放電管の内部に封入されている希ガスがプラズマ状態となり、印加電圧が2kV(ピーク対ピーク電圧)程度になると発光を開始する。さらに印加電圧を高くすると、2.8kV程度の印加電圧において放電管の発光と共にガラス管の外周面上にコロナ放電が発生することが観測された。そして、コロナ放電により発生するイオン量を測定したところ、プラスイオン及びマイナスイオンの両方のイオンが観測され、そのイオン発生量は市販のイオン発生装置のイオン発生量をはるかに超えるものであった。特に、比較的低い放電電圧を印加するだけで市販品のイオン発生量を大幅に超えるイオン量を発生させることが可能である。 As a result of performing various experiments and analyzes on the monopolar discharge tube by the present inventors, a metal wire extending from one end side toward the other end side is stretched on the outer peripheral surface of the monopolar discharge tube, It was confirmed that when an alternating high voltage was applied between the electrode terminal and the metal wire, corona discharge was generated on the outer peripheral surface of the discharge tube, and positive ions and negative ions were generated. That is, an AC discharge voltage is applied between the electrode terminal of the monopolar discharge tube and the metal wire stretched on the outer peripheral surface of the glass tube. When the applied voltage is low, the discharge tube itself does not emit light and no discharge occurs. However, when the applied voltage is gradually increased, the rare gas enclosed in the discharge tube becomes a plasma state, and light emission starts when the applied voltage reaches about 2 kV (peak-to-peak voltage). When the applied voltage was further increased, it was observed that corona discharge was generated on the outer peripheral surface of the glass tube along with light emission of the discharge tube at an applied voltage of about 2.8 kV. When the amount of ions generated by corona discharge was measured, both positive ions and negative ions were observed, and the amount of generated ions far exceeded the amount of ions generated by a commercially available ion generator. In particular, it is possible to generate an ion amount that greatly exceeds the ion generation amount of a commercially available product only by applying a relatively low discharge voltage.
 上記実験結果によれば、放電管の電極端子とガラス管の外周面上に張架した金属ワイヤとの間に交流高電圧を印加すると、放電管の内部に封入されている希ガスがプラズマ状態となり、生成されたプラズマと金属ワイヤとの間において、ガラス管及び空気ギャップを介してコロナ放電が発生したものと解される。従って、このような構成の装置において、放電管に封入された希ガスが誘導電極として機能し、金属ワイヤは放電電極として機能し、これら誘導電極と放電電極との間に発生するコロナ放電を有効に利用すれば、イオン発生装置が実現される。 According to the above experimental results, when an AC high voltage is applied between the electrode terminal of the discharge tube and the metal wire stretched on the outer peripheral surface of the glass tube, the rare gas enclosed in the discharge tube is in a plasma state. Thus, it is understood that corona discharge is generated between the generated plasma and the metal wire through the glass tube and the air gap. Therefore, in such an apparatus, the rare gas sealed in the discharge tube functions as an induction electrode, the metal wire functions as a discharge electrode, and corona discharge generated between these induction electrode and the discharge electrode is effective. If used, an ion generator is realized.
 上述した認識に基づき、本発明によるイオン発生装置は、単極型放電管と、放電管の外周面上に密着するように張架した金属ワイヤにより構成される放電電極と、電極端子と放電電極との間に接続した交流高圧電源装置とにより構成される。本発明によるイオン発生素子は、放電管とその外周面上に張架した金属ワイヤとで構成されるため、製造コストが極めて安価であり、しかも占める空間的体積が小さいため、小型で且つ高いイオン生成能力を有するイオン発生素子が実現される。特に、比較的低い印加電圧で放電を開始するため、放電電圧を相当低くすることができ、安全性の面からも有益である。 Based on the above recognition, the ion generator according to the present invention includes a unipolar discharge tube, a discharge electrode composed of a metal wire stretched in close contact with the outer peripheral surface of the discharge tube, an electrode terminal, and a discharge electrode. And an AC high voltage power supply device connected between them. Since the ion generating element according to the present invention is composed of the discharge tube and the metal wire stretched on the outer peripheral surface thereof, the manufacturing cost is extremely low, and the occupied spatial volume is small, so that the ion generating element is small and has a high ion capacity. An ion generating element having a generation capability is realized. In particular, since the discharge is started at a relatively low applied voltage, the discharge voltage can be considerably reduced, which is beneficial from the viewpoint of safety.
 本発明によるイオン発生素子は、単極型放電管と、その外周面上に張架した金属ワイヤとにより構成されるので、小型で高出力のイオン発生素子が実現される。しかも、発生するイオン量は、市販品と比較して相当多いため、電極端子と放電電極との間に印加される放電管電圧を相当低くすることが可能であり、安全性も確保される。さらに、製造コストも大幅に安価になる。 Since the ion generating element according to the present invention is composed of a unipolar discharge tube and a metal wire stretched on the outer peripheral surface thereof, a small and high output ion generating element is realized. Moreover, since the amount of ions generated is considerably larger than that of commercially available products, the discharge tube voltage applied between the electrode terminal and the discharge electrode can be considerably reduced, and safety is also ensured. Furthermore, the manufacturing cost is significantly reduced.
本発明によるイオン発生装置の一例を示す線図的断面図である。1 is a diagrammatic cross-sectional view showing an example of an ion generator according to the present invention. 本発明によるイオン発生装置の変形例を示す線図的断面図である。It is a diagrammatic sectional view showing a modification of the ion generator according to the present invention. ガラス管の外周面とその上に張架された放電電極との関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the outer peripheral surface of a glass tube, and the discharge electrode stretched on it.
 図1は本発明によるイオン発生装置の一例を示す線図的断面図である。イオン発生装置は、単極型の放電管1を有する。放電管1は、両端が封止され希ガスが封入されている円筒状のガラス管2を有する。封入される希ガスとして、キセノンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、ヘリウムガス等の各種希ガスを用いることができる。放電管の一端には、ガラス管の内部空間まで延在する電極端子3を装着する。 FIG. 1 is a diagrammatic sectional view showing an example of an ion generator according to the present invention. The ion generator has a monopolar discharge tube 1. The discharge tube 1 has a cylindrical glass tube 2 sealed at both ends and filled with a rare gas. As the rare gas to be sealed, various rare gases such as xenon gas, argon gas, krypton gas, and helium gas can be used. At one end of the discharge tube, an electrode terminal 3 extending to the internal space of the glass tube is attached.
 ガラス管2の外周面上に放電電極として機能する金属ワイヤ4をガラス管の表面上に密着するように装着する。金属ワイヤとして、例えばニッケル線、タングステン線、モリブデン線、タンタル線等の比較的不活性な金属材料を用いることができる。金属ワイヤ4は、放電管の中心軸線Lと平行にガラス管の一端側から他端側に向けて延在する線状電極部4aと、その両端に形成した2つの巻回部4b及び4cを有する。2つの巻回部4b及び4cにより金属ワイヤ4をガラス管2の外周面上に固定する。この際、線状電極部4aがガラス管の表面上に密着するように固定する。また、一方の巻回部4bは、放電管の半径方向から見て、放電管の中心軸線方向において電極端子3と重なり合うように位置決めする。尚、2つの巻回部4b及び4cとガラス管との間に導電性ペーストや導電性ペイントを塗布し焼き付け処理を行って、2つの巻回部をガラス管上に強固に固定することも可能である。また、巻回部を形成する代りに、金属ワイヤの端部に例えば銀ペイントを塗布して焼き付けることにより固定することも可能である。 A metal wire 4 functioning as a discharge electrode is mounted on the outer peripheral surface of the glass tube 2 so as to be in close contact with the surface of the glass tube. As the metal wire, for example, a relatively inert metal material such as a nickel wire, a tungsten wire, a molybdenum wire, or a tantalum wire can be used. The metal wire 4 includes a linear electrode portion 4a extending from one end side to the other end side of the glass tube in parallel with the central axis L of the discharge tube, and two winding portions 4b and 4c formed at both ends thereof. Have. The metal wire 4 is fixed on the outer peripheral surface of the glass tube 2 by the two winding portions 4b and 4c. At this time, the linear electrode portion 4a is fixed so as to be in close contact with the surface of the glass tube. Further, the one winding portion 4b is positioned so as to overlap the electrode terminal 3 in the central axis direction of the discharge tube when viewed from the radial direction of the discharge tube. It is also possible to firmly fix the two winding parts on the glass tube by applying a conductive paste or conductive paint between the two winding parts 4b and 4c and the glass tube and performing a baking process. It is. Further, instead of forming the winding portion, it is also possible to fix the end of the metal wire by applying and baking, for example, silver paint.
 電極端子3と放電電極を構成する金属ワイヤの他方の端部との間に交流高圧電源装置5を接続する。交流高電圧電源装置5は、高周波発生器6と昇圧トランス7とを有し、電極端子3と放電電極4との間に交流高周波電圧の放電電圧を印加する。印加される放電電圧として、例えば3kV~10kVの高周波電圧を用いることができる。この放電電圧は、生成されるイオン量や放電管のサイズ、放電管のガス圧等を考慮して用途に応じて規定する。また、周波数の範囲として、数十kHz程度の周波数範囲に設定する。尚、電源として、商用電源を用いることができ、或いは自動車等に搭載されているバッテリー電源を用いることも可能である。 AC high voltage power supply device 5 is connected between the electrode terminal 3 and the other end of the metal wire constituting the discharge electrode. The AC high voltage power supply device 5 includes a high frequency generator 6 and a step-up transformer 7 and applies a discharge voltage of an AC high frequency voltage between the electrode terminal 3 and the discharge electrode 4. As the applied discharge voltage, for example, a high frequency voltage of 3 kV to 10 kV can be used. This discharge voltage is defined according to the application in consideration of the amount of ions generated, the size of the discharge tube, the gas pressure of the discharge tube, and the like. Further, the frequency range is set to a frequency range of about several tens of kHz. As the power source, a commercial power source can be used, or a battery power source mounted on an automobile or the like can be used.
 単極型放電管の電極端子3と放電電極4との間に交流高電圧である放電電圧を印加すると、放電管の内部に封入されている希ガスがプラズマ状態に変換され、発光を開始する。さらに印加電圧を高くすると、放電電極付近からコロナ放電が発生する。すなわち、プラズマ状態の希ガスは誘導電極として作用し、ガラス管の外周面上に張架した金属ワイヤは放電電極として作用する。従って、単極型放電管の電極端子と放電電極との間に放電管の発光開始電圧を超える放電電圧を印加すると、放電電極付近においてコロナ放電が発生し、その電離作用によりプラスイオン及びマイナスイオンが生成される。 When a discharge voltage, which is an alternating high voltage, is applied between the electrode terminal 3 and the discharge electrode 4 of the unipolar discharge tube, the rare gas enclosed in the discharge tube is converted into a plasma state and light emission starts. . When the applied voltage is further increased, corona discharge is generated from the vicinity of the discharge electrode. That is, the rare gas in the plasma state acts as an induction electrode, and the metal wire stretched on the outer peripheral surface of the glass tube acts as a discharge electrode. Therefore, when a discharge voltage exceeding the emission start voltage of the discharge tube is applied between the electrode terminal of the monopolar discharge tube and the discharge electrode, corona discharge occurs near the discharge electrode, and positive ions and negative ions are generated by the ionization action. Is generated.
 図2は、放電電極を構成する金属ワイヤ4をガラス管2の中心線Lのまわりに螺旋状に装着した例を示す。このように、放電電極をガラス管の外周面上に螺旋状に巻回すれば、コロナ放電が発生するワイヤ長が一層長くすることができる。 FIG. 2 shows an example in which the metal wire 4 constituting the discharge electrode is helically attached around the center line L of the glass tube 2. Thus, if the discharge electrode is spirally wound on the outer peripheral surface of the glass tube, the length of the wire for generating corona discharge can be further increased.
 次に、図1に示すイオン発生装置を用いて、実際にイオンを発生させて生成されたイオン量を測定した実験結果について説明する。初めに、以下の実験1を行った。放電管1として、外径が4mm、内径3mm、長さ45mmで、キセノンガスが80トールのガス圧で封入された放電管を用いた。放電電極を構成する金属ワイヤとして、直径が0.15mmのニッケル線を2本撚り合わせた撚り線を用いた。実験に際し、周波数が33kHzの放電電圧を印加し、放電電圧を上げながらイオンを生成させ、放電管が点灯してから3分後の安定した状態での発生イオン量をイオンカウンタを用いて測定した。印加電圧はピーク対ピーク電圧である。プラス及びマイナスの合計イオン数は単位電力当たりの発生イオン数である。また、イオン発生装置から350mm離れた位置にイオンカウンタを配置し、イオンカウンタの配置位置とは反対側にファンを配置し、緩やかな空気流を流しながら測定した。実験結果を下記の表1に示す。

               表 1
  印加電圧  正イオン数   負イオン数    合計イオン数
   (kV)   (×10個)   (×10個)    (×10個/W)
  3.76  68.0    24.5     264.3
  4.21  86.0     9.0     150.8
  4.65  61.5     1.5      61.8
  他社製品  28.0    30.0
Next, an experimental result of measuring the amount of ions generated by actually generating ions using the ion generator shown in FIG. 1 will be described. First, the following experiment 1 was performed. As the discharge tube 1, a discharge tube having an outer diameter of 4 mm, an inner diameter of 3 mm, a length of 45 mm, and a xenon gas sealed at a gas pressure of 80 Torr was used. As the metal wire constituting the discharge electrode, a stranded wire in which two nickel wires having a diameter of 0.15 mm were twisted together was used. During the experiment, a discharge voltage with a frequency of 33 kHz was applied, ions were generated while increasing the discharge voltage, and the amount of ions generated in a stable state 3 minutes after the discharge tube was turned on was measured using an ion counter. . The applied voltage is peak-to-peak voltage. The total number of positive and negative ions is the number of ions generated per unit power. In addition, an ion counter was placed at a position 350 mm away from the ion generator, and a fan was placed on the side opposite to the position where the ion counter was placed. The experimental results are shown in Table 1 below.

Table 1
Applied voltage Number of positive ions Number of negative ions Total number of ions (kV) (× 10 4 ) (× 10 4 ) (× 10 4 / W)
3.76 68.0 24.5 264.3
4.21 86.0 9.0 150.8
4.65 61.5 1.5 61.8
Competitor product 28.0 30.0
 実験に先立って、印加電圧を徐々に高くして放電管の発光開始電圧及びコロナ放電の放電開始電圧を測定した。放電管の発光開始電圧は1.94kVであり、イオン発生開始電圧は2.85kVであった。また、現在市場において流通している市販の針電極を用いたイオン発生装置のイオン発生量も併せて測定した。計測されたイオン数は、正イオン数が28.0×10個、負イオン数は30×10個であった。この実験結果より以下の事項が導き出される。
(a)単極型の放電管の電極端子とガラス管の外周面面上に装着した金属ワイヤとの間に、放電管の発光開始電圧を超える放電電圧を印加することにより、プラス及びマイナスのイオンを発生させることが可能である。
(b)市販品との比較結果より、放電管の発光開始電圧以上の交流高電圧の放電電圧を印加すれば、市販の製品よりも大量のイオンを発生させることが可能である。従って、製品として十分な量のイオンを発生させることが可能である。
Prior to the experiment, the applied voltage was gradually increased to measure the light emission start voltage of the discharge tube and the discharge start voltage of the corona discharge. The light emission start voltage of the discharge tube was 1.94 kV, and the ion generation start voltage was 2.85 kV. Moreover, the ion generation amount of the ion generator using the commercially available needle electrode currently marketed was also measured. The measured number of ions was 28.0 × 10 4 positive ions and 30 × 10 4 negative ions. The following matters are derived from the experimental results.
(A) By applying a discharge voltage exceeding the light emission start voltage of the discharge tube between the electrode terminal of the monopolar discharge tube and the metal wire mounted on the outer peripheral surface of the glass tube, plus and minus Ions can be generated.
(B) From the result of comparison with a commercially available product, it is possible to generate a larger amount of ions than a commercially available product by applying an AC high voltage discharge voltage that is equal to or higher than the emission start voltage of the discharge tube. Therefore, it is possible to generate a sufficient amount of ions as a product.
 次に、実験2として、ガラス管と金属ワイヤとの間の間隔を変えて生成されるイオン量を測定した。放電管の外周面上金属ワイヤを密着させた場合、厚さ0.2mmのテープ状のスペーサを介在させて厚さ0.2mmの空気ギャップを形成した場合、及び、厚さが0.3mmのテープ状のスペーサを介在させて厚さ0.3mmの空気ギャップを形成した場合の3種類の素子を作成してイオン量を測定した。尚、印加電圧は、3.76Vに設定した。

               表 2
  空気ギャップ  正イオン数    負イオン数   合計イオン数
   (mm)    (×10個)    (×10個)   (×10個/W)
  スペーサ無し  84.0      9.0    300.0
   0.2    19.5     18.0    129.3
   0.3     4.5      6.5     78.5

 表2に示すように、ガラス管の表面と金属ワイヤとの間に空気ギャップが存在すると、空気ギャップが厚くなるにしたがって生成されるイオン量が減少する。しかし、ガラス管の表面と金属ワイヤとの間に0.2mm及び0.3mmの空気ギャップが介在する場合であっても、市販品よりも大量のイオンが発生することが確認された。また、ガラス管の表面と放電電極との間に空気ギャップを介在させた場合、生成されるイオン量は低下するが、プラスイオン量とマイナスイオン量との割合がほぼ等量になる傾向にある。
Next, as Experiment 2, the amount of ions generated by changing the distance between the glass tube and the metal wire was measured. When a metal wire is brought into close contact with the outer peripheral surface of the discharge tube, a 0.2 mm thick air gap is formed by interposing a tape-like spacer having a thickness of 0.2 mm, and a thickness of 0.3 mm Three types of elements were formed when an air gap having a thickness of 0.3 mm was formed by interposing a tape-shaped spacer, and the amount of ions was measured. The applied voltage was set to 3.76V.

Table 2
Air gap Number of positive ions Number of negative ions Total number of ions (mm) (× 10 4 ) (× 10 4 ) (× 10 4 / W)
No spacer 84.0 9.0 300.0
0.2 19.5 18.0 129.3
0.3 4.5 6.5 78.5

As shown in Table 2, when an air gap exists between the surface of the glass tube and the metal wire, the amount of ions generated decreases as the air gap becomes thicker. However, even when air gaps of 0.2 mm and 0.3 mm are interposed between the surface of the glass tube and the metal wire, it was confirmed that a larger amount of ions was generated than in the commercial product. In addition, when an air gap is interposed between the surface of the glass tube and the discharge electrode, the amount of ions generated decreases, but the ratio of the amount of plus ions to the amount of minus ions tends to be almost equal. .
 実験1及び2の結果より、放電管の外周面上に金属ワイヤの放電電極を設け、放電管と金属ワイヤとの間でコロナ放電させる形式のイオン発生装置は、市販品を超えるイオン量を発生させることが可能であることが確認された。 From the results of Experiments 1 and 2, the ion generator of the type in which the discharge electrode of the metal wire is provided on the outer peripheral surface of the discharge tube and corona discharge is generated between the discharge tube and the metal wire generates an ion amount exceeding the commercially available product. It was confirmed that it was possible to
 次に、図1及び図2に示す構成のイオン発生装置の原理について検討する。図3は、放電管を構成するガラス管2の表面と放電電極を構成する金属ワイヤ4との界面における接触状態を模式的に示す図である。ガラス管の表面は平坦な湾曲面であるが、微視的に見た場合微少な凹凸やうねりが存在する。また、金属ワイヤ4の表面にも同様に微少な凹凸やうねりが存在する。特に、放電電極として細径の金属ワイヤを複数本撚り合わせた撚り線を用いた場合、ガラス管の表面と放電電極との間に微少な空気ギャップが形成される。従って、ガラス管の表面に金属ワイヤを密着するように取り付けても、ガラス管の表面と金属ワイヤとの間には、微少な接触点10に加えて数μm~数100μm程度の微少な厚さの空気ギャップ11が形成されているものと解される。一方、放電管に発光開始電圧を超える放電電圧が印加された場合、放電管内部の希ガスはプラズマ状態となり、誘導電極を構成することになる。このプラズマ状態のガス空間により形成される誘導電極と放電電極である金属ワイヤ4との間には、ガラス管による誘電体層と空気ギャップ11とが介在し、これらガラス管による誘電体層と空気ギャップを介してコロナ放電が形成され、発生するコロナ放電による電離作用により、空気ギャップ11の空気がイオン化されるものと解される。 Next, the principle of the ion generator configured as shown in FIGS. 1 and 2 will be examined. FIG. 3 is a diagram schematically showing a contact state at the interface between the surface of the glass tube 2 constituting the discharge tube and the metal wire 4 constituting the discharge electrode. The surface of the glass tube is a flat curved surface, but there are slight irregularities and undulations when viewed microscopically. Similarly, the surface of the metal wire 4 has minute irregularities and undulations. In particular, when a stranded wire obtained by twisting a plurality of thin metal wires is used as the discharge electrode, a minute air gap is formed between the surface of the glass tube and the discharge electrode. Therefore, even if the metal wire is attached so as to be in close contact with the surface of the glass tube, the thickness between the surface of the glass tube and the metal wire is as small as several μm to several hundred μm in addition to the minute contact point 10. It is understood that the air gap 11 is formed. On the other hand, when a discharge voltage exceeding the light emission start voltage is applied to the discharge tube, the rare gas inside the discharge tube is in a plasma state and constitutes an induction electrode. A dielectric layer made of a glass tube and an air gap 11 are interposed between the induction electrode formed by the gas space in the plasma state and the metal wire 4 which is a discharge electrode. The dielectric layer made of the glass tube and air It is understood that a corona discharge is formed through the gap, and the air in the air gap 11 is ionized by the ionization action caused by the generated corona discharge.
 次に、放電電極を構成する金属ワイヤについて説明する。本発明によるイオン発生装置は、放電管とその外周面上に張架した放電電極との間のコロナ放電を利用する。一方、コロナ放電の放電開始電圧は、放電電極の曲率半径と密接な関係があり、放電電極の曲率半径が小さいほど放電開始電圧は低下する。そこで、本発明では、放電電極として細径の金属ワイヤを複数本撚り合わせた撚り線を用いることが望ましい。放電電極として撚り線を用いれば、誘導電極を構成する放電管の外周面に対してより細い金属ワイヤが対向することになり、放電開始電圧を一層低くすることが可能になる。この結果、安全性の面より極めて好適な一方発生装置が実現される。 Next, the metal wire constituting the discharge electrode will be described. The ion generator according to the present invention uses corona discharge between a discharge tube and a discharge electrode stretched on the outer peripheral surface thereof. On the other hand, the discharge start voltage of corona discharge is closely related to the radius of curvature of the discharge electrode, and the discharge start voltage decreases as the radius of curvature of the discharge electrode decreases. Therefore, in the present invention, it is desirable to use a stranded wire obtained by twisting a plurality of thin metal wires as the discharge electrode. When a stranded wire is used as the discharge electrode, a thinner metal wire is opposed to the outer peripheral surface of the discharge tube constituting the induction electrode, and the discharge start voltage can be further reduced. As a result, a one-side generator that is extremely suitable from the viewpoint of safety is realized.
 本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば放電電極を構成する金属ワイヤに関して、各種金属材料の単線、撚り線を用いることができる。
 また、ガラス管の表面上にスペーサを設け、ガラス管の表面と放電電極を構成する金属ワイヤとの間に空気ギャップを形成することも可能である。特に、200~300μmの厚さのスペーサを設けた場合、プラスイオンの生成量とマイナスイオンの生成量とが等量に近づく傾向にあり、プラスイオンとマイナスイオンとが等量発生させる必要性の高い用途に有益なイオン発生装置が実現される。
 また、本発明の実施態様は、単極型の放電管であることを例に説明したが、両極型の放電管に適用するものであってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, with respect to the metal wire constituting the discharge electrode, single wires and stranded wires of various metal materials can be used.
It is also possible to provide a spacer on the surface of the glass tube and form an air gap between the surface of the glass tube and the metal wire constituting the discharge electrode. In particular, when a spacer having a thickness of 200 to 300 μm is provided, the amount of positive ions and the amount of negative ions tend to approach the same amount, and it is necessary to generate the same amount of positive ions and negative ions. An ion generator useful for high applications is realized.
Moreover, although the embodiment of the present invention has been described by taking a unipolar discharge tube as an example, it may be applied to a bipolar discharge tube.
 1 放電管
 2 ガラス管
 3 電極端子
 4 放電電極
 5 交流高電圧電源装置
 6 高周波発生器
 7 昇圧トランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge tube 2 Glass tube 3 Electrode terminal 4 Discharge electrode 5 AC high voltage power supply device 6 High frequency generator 7 Step-up transformer

Claims (6)

  1.  両端が封止され内部に希ガスが封入されている円筒状のガラス管、及び、ガラス管の一端に装着され、前記ガラス管の内部まで延在する電極端子を有する単極型の放電管と、
     前記ガラス管の外周面上に張架され、放電管の一端側から他端側に向けて延在する金属ワイヤにより構成される放電電極と、
     前記放電管の電極端子と放電電極との間に接続され、放電管の発光開始電圧を超える放電電圧を印加する交流高圧電源装置とを具え、
     前記電極端子と放電電極との間に放電電圧が印加された際、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させることを特徴とするイオン発生装置。
    A cylindrical glass tube sealed at both ends and filled with a rare gas inside, and a monopolar discharge tube having an electrode terminal attached to one end of the glass tube and extending to the inside of the glass tube; ,
    A discharge electrode that is stretched over the outer peripheral surface of the glass tube and is configured by a metal wire extending from one end side to the other end side of the discharge tube;
    An AC high voltage power supply device connected between the electrode terminal of the discharge tube and the discharge electrode, and applying a discharge voltage exceeding the emission start voltage of the discharge tube;
    An ion generator that generates positive ions and negative ions when a discharge voltage is applied between the electrode terminal and the discharge electrode.
  2.  請求項1に記載のイオン発生装置において、前記放電電極は、放電管の中心軸線に沿ってほぼ平行に延在し又は前記中心軸線のまわりに螺旋状に延在する線状電極部と、線状電極部の両側にそれぞれ形成され、線状電極部の各端部を前記放電管のガラス管に固定する2つの巻回部とを有し、前記線状電極部は、ガラス管の表面上に密着するように固定されていることを特徴とするイオン発生装置。 2. The ion generator according to claim 1, wherein the discharge electrode extends substantially parallel along a central axis of the discharge tube or spirally extends around the central axis, and a wire Two winding portions that are respectively formed on both sides of the linear electrode portion and fix each end portion of the linear electrode portion to the glass tube of the discharge tube, the linear electrode portion on the surface of the glass tube An ion generator characterized by being fixed so as to be in close contact with the surface.
  3.  請求項2に記載のイオン発生装置において、前記放電電極の一方の巻回部は、放電管の中心軸線方向において、前記電極端子の一部と重なり合うように位置することを特徴とするイオン発生装置。 3. The ion generator according to claim 2, wherein one winding portion of the discharge electrode is positioned so as to overlap with a part of the electrode terminal in the central axis direction of the discharge tube. .
  4.  請求項1に記載のイオン発生装置において、前記ガラス管の表面上に放電電極とガラス管表面との間の間隔を規制するスペーサが形成され、前記放電電極は、放電管の中心軸線に沿ってほぼ平行に延在することを特徴とするイオン発生装置。 The ion generator of Claim 1 WHEREIN: The spacer which controls the space | interval between a discharge electrode and the glass tube surface is formed on the surface of the said glass tube, The said discharge electrode is along the center axis line of a discharge tube. An ion generator characterized by extending substantially in parallel.
  5.  両端が封止され内部に希ガスが封入されている円筒状のガラス管、及び、ガラス管の一端に装着され、前記ガラス管の内部まで延在する電極端子を有する単極型の放電管と、
     前記ガラス管の外周面上に張架され、放電管の一端側から他端側に向けて延在する金属ワイヤにより構成される放電電極とを有することを特徴とするイオン発生素子。
    A cylindrical glass tube sealed at both ends and filled with a rare gas inside, and a monopolar discharge tube having an electrode terminal attached to one end of the glass tube and extending to the inside of the glass tube; ,
    An ion generating element comprising: a discharge electrode that is stretched on an outer peripheral surface of the glass tube and configured by a metal wire extending from one end side to the other end side of the discharge tube.
  6.  請求項5に記載のイオン発生素子において、前記放電電極を構成する金属ワイヤは、細径の金属ワイヤを複数本撚り合わせた撚り線により構成したことを特徴とするイオン発生素子。 6. The ion generating element according to claim 5, wherein the metal wire constituting the discharge electrode is formed of a stranded wire obtained by twisting a plurality of thin metal wires.
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