JP4868066B2

JP4868066B2 - イオン発生器

Info

Publication number: JP4868066B2
Application number: JP2009526978A
Authority: JP
Inventors: 康彦嶋中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: JPWO2009069411A1; US8149561B2; WO2009069411A1; DE112008000228T5; US20090272912A1

Description

本発明は、イオン発生器、特に、放電針電極と接地電極との間の放電によりイオンを発生させるイオン発生器に関する。

特許文献１に、長手方向に所定間隔で複数の放電針電極が突設され、該放電針電極の突出側に開放部を設けたカバーを有する除電器が開示されている。このカバーは表面抵抗率が１０^７Ω／ｍｍ^２以下とされている。

前記カバーは指先が放電針電極に接触するのを防止するものであるが、カバーの表面抵抗率が１０^７Ω／ｍｍ^２以下であると、発生したイオンをカバー全体で必要以上に吸収することになり、除電能力が低下するという問題点を有していた。
特開２００５−１４２１３１号公報

そこで、本発明の目的は、効率よくイオンを発生、放出することのできるイオン発生器を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一形態であるイオン発生器は、
放電針電極及び該放電針電極と対向する接地電極を有するイオン発生素子をケースに収容したイオン発生器において、
前記ケースは前記放電針電極に対向する開口部であって、イオンが放出される開口部を有するカバーを備え、
前記カバーの外側面であって、かつ、前記開口部の縁部に、面積抵抗率が１Ｍ〜１５ＭΩ／ｍｍ ² である抵抗体が配置され、該抵抗体が接地されていること、
を特徴とする。

イオンを外部に放出するためにカバーに形成した開口部（特に縁部）は、帯電しやすくイオンが滞留するので新たなイオンの発生を阻害する。前記イオン発生器においては、カバーの開口部の縁部に抵抗体を配置し、該抵抗体を接地したため、該縁部が帯電することが防止され、抵抗体がイオンを適度に吸収するのでイオンの滞留がなくなり、効率よくイオンが発生する。

本発明によれば、放電によって発生したイオンを放出するカバーの開口部の縁部に接地した抵抗体を配置したため、該縁部が帯電することが防止され、抵抗体が適度にイオンを吸収するのでイオンの滞留がなく、イオンを効率よく発生、放出することができる。

本発明に係るイオン発生器の第１実施例を示す斜視図である。第１実施例の断面図である。イオン発生素子を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。カバーに形成した開口部の第１の形状を示す正面図である。カバーに形成した開口部の第２の形状を示す正面図である。本発明に係るイオン発生器の第２実施例を示す斜視図である。除電効果を測定するための測定装置を示すブロック図である。第２実施例の除電効果を示すグラフである。第２実施例の除電効果を示すグラフである。第２実施例の除電効果を示すグラフである。本発明に係るイオン発生器の第３実施例を示す斜視図である。第３実施例の除電効果を示すグラフである。本発明に係るイオン発生器の第４実施例を示す断面図である。第４実施例の除電効果を示すグラフである。本発明に係るイオン発生器の第５実施例を示す断面図である。第５実施例の除電効果を示すグラフである。第５実施例の除電効果を示すグラフである。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ…イオン発生器
１１…ケース
１５，１５ａ，１５ｂ…カバー
１６…開口部
１７…抵抗体
１８…制限抵抗
２０…イオン発生素子
２３…接地電極
２５…放電針電極

以下、本発明に係るイオン発生器の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図５参照）
本発明の第１実施例であるイオン発生器１０は、図１及び図２に示すように、イオン発生素子２０をケース１１に収容したものであって、ケース１１は正面にカバー１５を有している。イオン発生素子２０は、図３に示すように、絶縁基板２１上に高圧電極２２と接地電極２３とを設け、接地電極２３は電極部２３ａを除いて絶縁膜２４にて覆われている。絶縁基板２１は切り欠かれた凹所２１ａを有し、該凹所２１ａには線状の放電針電極２５が高圧電極２２に電気的に接続（はんだ付け）した状態で設けられている。

放電針電極２５は、極細線であり、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、接地電極２３の先端腕部２３ｂの間に配置されている。放電針電極２５には高圧電極２２から高電圧が印加され、接地電極２３は電極部２３ａからグランドに落とされている。

このようなイオン発生素子２０は、マイナスあるいはプラスの高電圧を放電針電極２５に印加することにより、マイナスイオンあるいはプラスイオンを発生させることができる。即ち、放電針電極２５にマイナス又はプラスの電圧を印加すると、放電針電極２５と接地電極２３の先端腕部２３ｂとの間で強電界が形成され、放電針電極２５の先端部近傍は絶縁破壊してコロナ放電状態になり、マイナス又はプラスのイオンが発生する。なお、本実施例では、マイナスの電圧を印加してマイナスイオンを発生させた。

イオン発生素子２０は、図２に示すように、ケース１１内に放電針電極２５の先端部をカバー１５に向けて設置されている。発生したイオンは、図２に矢印で示すように、カバー１５に形成した開口部１６から外部に放出される。

ところで、第１実施例では、カバー１５の開口部１６の外側縁部に抵抗体１７が形成され、該抵抗体１７は図２に示すように接地されている。カバー１５に形成した開口部１６は、図４に示すように、両端が円弧状とされた複数の長穴からなり、各長穴の縁部（周囲）には抵抗体１７が同電位となるように電気的に接続されており、電極部１７ａにてグランドに落とされている。このように図４に示す長穴の開口部１６を形成したカバー１５をカバーＡと称する。このカバーＡにおいて、以下に説明する実験に用いた具体例を示すと、カバーＡは縦横の寸法が２０ｍｍ、開口部１６は幅寸法が２ｍｍ、間隔が１ｍｍであり、抵抗体１７は幅寸法が０．３ｍｍである。

また、図５に示すように、開口部１６は複数の多角形穴からなるものであってもよい。各多角形穴の縁部（周囲）には抵抗体１７が同電位となるように電気的に接続されており、電極部１７ａにてグランドに落とされている。このように図５に示す開口部１６を形成したカバー１５をカバーＢと称する。このカバーＢにおいて、以下に説明する実験に用いた具体例を示すと、カバー１５は縦横の寸法が２０ｍｍ、大サイズの開口部１６は約３ｍｍ径、小サイズの開口部１６は約２ｍｍ径、中間サイズの開口部１６は約２．５ｍｍ径であり、抵抗体は幅が約０．３ｍｍである。

カバー１５は、種々の絶縁性材料を使用可能であり、例えば、アルミナ基板が使用されている。また、抵抗体１７は、例えば、スクリーン印刷された面積抵抗率が１０ＭΩ／ｍｍ^２のサーメット抵抗であり、カーボン抵抗であってもよい。抵抗体１７の面積抵抗率は１Ｍ〜１５ＭΩ／ｍｍ^２が適当である。

第１実施例では、カバー１５の開口部１６の縁部に抵抗体１７を配置し、該抵抗体１７を接地することにより、該縁部の帯電が防止され、抵抗体１７が適度にイオンを吸収するのでイオンの滞留がなく、イオンが効率よく発生する。即ち、帯電しやすくかつイオンが滞留しやすい開口部１６の縁部に抵抗体１７を形成することで、縁部の帯電を防止し、滞留したイオンを吸収して、イオンが縁部に滞留することを防止する。これにて、イオンの発生を促進することができ、放出量が増加する。また、イオンが滞留しにくい部分（縁部以外の部分）には抵抗体を形成しないので、イオンを必要以上に吸収することがない。

カバー１５には複数の開口部１６が設けられていることにより、イオンの放出が効率的に行われる。カバー１５の開口率は高いほうが好ましいので、開口部１６を大きくすることが考えられる。しかし、指先が放電針電極２５へ接触及び近接したときの感電を防ぐために、開口部１６は所定寸法以内とする必要がある。そこで開口部１６は複数形成することが好ましい。また、カバー１５の素材であるアルミナ基板はイオンの帯電が生じにくく、抵抗体１７を容易に形成することができる。さらに、サーメット抵抗又はカーボン抵抗は抵抗値が安定しており、劣化が少ない。

カバー１５を設けた目的は、指先が放電針電極２５に触れたり近接して感電することを防止するためである。放電針電極２５の先端とカバー１５との距離を、１ｋＶ／ｍｍ以下の電位差に設定すれば、放電針電極２５とカバー１５とを絶縁することができ、カバー１５に近接又は接触しても感電することはない。

（第２実施例、図６〜図１０参照）
本発明の第２実施例は、図６に示すように、プラスイオン発生器１０Ａとマイナスイオン発生器１０Ｂを並置したもので、プラスイオンを発生するイオン発生素子及びマイナスイオンを発生するイオン発生素子が、それぞれのケース１１に収容されている。各ケース１１の間隔Ｄ２は１０ｍｍで、二つの放電針電極２５の間隔は３０ｍｍである。また、本第２実施例では、前記第１実施例と同様に、カバー１５をアルミナ基板で形成し、開口部１６の縁部に抵抗体１７を形成、接地している。開口部１６は長穴形状（カバーＡ）である。

本発明者は図７に示す測定装置を使用して前記カバーＡ，Ｂを用いた第２実施例の除電効果の実験を行った。放電針電極２５への印加電圧はそれぞれ＋５ｋＶ、−５ｋＶである。イオン発生素子２０から距離Ｄ１（３０ｍｍ）の位置に設置した帯電板３０を＋１２ｋＶに帯電させ、除電状態を帯電圧測定器３１で測定し、時間（ｓｅｃ）を計測した。帯電板３０は、３３０Ωの放電抵抗Ｒｄと１ＭΩの充電抵抗Ｒｃ及びスイッチＳＷを介して１２ｋＶの直流高圧電源ＤＣに接続されている。また、抵抗Ｒｄ，Ｒｃの中間点はエネルギー蓄積コンデンサＣｓを介して放電帰路端子Ｔに接続されている。

図８に前記実験結果を示し、縦軸は帯電板３０の帯電電圧、横軸は除電するのに要した時間（ｓｅｃ）である。カバーＡ，Ｂを用いた第２実施例での実験に加えて、抵抗体１７を形成していないカバーＡ，Ｂを用いた比較例１，２でも同様の実験を行った。比較例１（カバーＡで抵抗体形成せず）及び比較例２（カバーＢで抵抗体形成せず）による除電効果は円形状ドットをつないだ曲線及び菱形形状ドットをつないだ曲線に示すとおりである。第２実施例の除電効果は四角形状のドットをつないだ曲線及び三角形状のドットをつないだ曲線に示すとおりである。抵抗体１７を接地した第２実施例は抵抗体１７を接地していない比較例１，２に比べて短時間で必要な除電を行うことができた。

第２実施例で得られた好ましい除電効果は、カバー１５の開口部１６の縁部に抵抗体１７を配置し、該抵抗体１７を接地することにより、該縁部の帯電が防止され、抵抗体１７が適度にイオンを吸収するのでイオンの滞留がなく、イオンが効率よく発生することによる。

本第２実施例と、テフロン（登録商標）で格子状の開口部を形成したカバーを備えた比較例３と、ポリプロピレンで格子状の開口部を形成したカバーを備えた比較例４と、金属（ニッケル）で格子状の開口部を形成したカバーを備えた比較例５との除電効果の比較実験を行った。この実験は図７に示した測定装置を用いて、＋１２ｋＶに帯電させた帯電板３０の除電状態とその時間（ｓｅｃ）を測定した。イオン発生素子の放電針電極への印加電圧はそれぞれ＋５ｋＶ、−５ｋＶである。

図９にこの実験結果を示し、縦軸は帯電板３０の帯電電圧、横軸は除電するのに要した時間（ｓｅｃ）である。本第２実施例の除電効果は円形状のドットをつないだ曲線で示す。比較例３の除電効果は四角形状のドットをつないだ曲線で示し、比較例４の除電効果は三角形状のドットをつないだ曲線で示し、比較例５の除電効果は菱形形状のドットをつないだ曲線で示す。

図９から明らかなように、本第２実施例の除電効果が好ましいことが分かる。比較例３，４のように絶縁体であるテフロン（登録商標）やポリプロピレンでカバーを形成すると、開口部１６の縁部が帯電しやすく、該縁部でのイオンの滞留により、放電針電極２５でのイオンの発生が低下してしまう。また、比較例５のように金属製のカバーであると、発生したイオンの吸収が大きくなり過ぎ、かえってイオンの放出量が低下してしまう。

また、本第２実施例では、前記第１実施例とは異なり、プラスイオンを発生するイオン発生素子とマイナスイオンを発生するイオン発生素子を備えている。図１０は、プラスに帯電された帯電板３０の除電状態を、前記カバーＡを備えたイオン発生器１０Ａ，１０Ｂを用いて測定した結果（四角形状のドットをつないだ曲線）、カバーＡを備えたマイナスイオン発生器１０Ｂのみを用いて測定した結果（三角形状のドットをつないだ曲線）、カバーＢを備えたイオン発生器１０Ａ，１０Ｂを用いて測定した結果（円形状のドットをつないだ曲線）、カバーＢを備えたマイナスイオン発生器１０Ｂのみを用いて測定した結果（菱形形状のドットをつないだ曲線）を示している。

図１０から明らかなように、マイナスイオン発生器１０Ｂのみを用いてマイナスイオンのみを放出した場合に比べて、イオン発生器１０Ａ，１０Ｂを並置してプラスイオン及びマイナスイオンを放出したほうが除電スピードが速いことが分かる。これは、イオン発生器１０Ａ，１０Ｂを並置することで、各イオン発生素子の電界強度が強くなり、マイナスイオンの発生量が多くなることによる。

（第３実施例、図１１及び図１２参照）
本発明の第３実施例であるイオン発生器１０は、図１１に示すように、プラスイオン発生素子とマイナスイオン発生素子とを一つのケース１１に収容したものである。ケース１１には、プラスイオン発生素子に対向するカバー１５ａ及びマイナスイオン発生素子に対向するカバー１５ｂが設けられている。なお、カバー１５ａ，１５ｂは図４に示した開口部１６を形成したものを図示しているが、図５に示した開口部１６を形成したものであってもよい。

第３実施例のように、プラスイオン発生素子とマイナスイオン発生素子とを一つのケース１１に収容すれば、前記第２実施例のように別体のケース１１に収容した場合よりも、放電針電極間の距離が短くなり（本第３実施例において、放電針電極間の距離は２０ｍｍである）、それぞれのイオン発生素子における電界強度が強くなる。これにより、それぞれのイオン発生量がより多くなる。

図１２に、ケース１１を別体とした第２実施例での除電スピードと、ケース１１を一体とした第３実施例での除電スピードを示す。ここでの実験も図７に示した装置を用いて同様の条件で測定した。図１２から明らかなように、プラスイオン発生素子とマイナスイオン発生素子を一つのケース１１に収容したほうが、除電スピードが速いことが分かる。

（第４実施例、図１３及び図１４参照）
本発明の第４実施例であるイオン発生器１０は、図１３に示すように、開口部１６の縁部であってカバー１５の内側面に抵抗体１７を配置し、該抵抗体１７を接地したものであり、図１１に示した第３実施例と同様にプラスイオン及びマイナスイオンを発生する二つのイオン発生素子が一つのケース１１に収容されている。

図１４に、図７に示した＋１２ｋＶに帯電した帯電板３０を＋２ｋＶまで除電できた時間（縦軸）を示す。横軸はイオン発生素子への印加電圧である。本第４実施例（一つのケース１１にプラスイオン発生素子及びマイナスイオン発生素子を収容し、抵抗体１７をカバー１５の内側面に配置して接地したもの）の除電時間を四角形状ドットで示す。前記第３実施例（一つのケース１１にプラスイオン発生素子及びマイナスイオン発生素子を収容し、抵抗体１７をカバー１５の外側面に配置し、接地したもの）の除電時間を円形状ドットで示す。さらに、前記第２実施例（二つのケース１１にプラスイオン発生素子及びマイナスイオン発生素子をそれぞれ収容し、抵抗体１７をカバー１５の外側面に配置し、接地したもの）の除電時間を菱形形状ドットで示す。

本第４実施例は、従来例よりも好ましい除電効果を有するが、第２実施例及び第３実施例に比べて必ずしも除電効果が優れている訳ではない。抵抗体１７をカバー１５の外側面に配置した第２実施例及び第３実施例が、抵抗体１７をカバー１５の内側面に配置した本第４実施例よりも除電効果が高いのは、カバー１５の外側面の帯電を防止することで、開口部１６からのイオンの放出を促進するからである。即ち、カバー１５の内側面の帯電を防止しても、外側面で帯電していれば、開口部１６からイオンの放出が抑制される。カバー１５の外側面での帯電を防止することにより、イオンを外部へ効率よく放出することができる。イオンを外部へ放出することで、イオンの滞留を防止してイオンの発生を促進することができる。

（第５実施例、図１５〜図１７参照）
本発明の第５実施例であるイオン発生器１０は、図１５に示すように、抵抗体１７を制限抵抗１８を介して接地したものであり、他の構成は図１１に示した第３実施例と同様である。制限抵抗１８は、抵抗値が例えば２ＧΩであり、抵抗体１７の電流を制限することにより、発生したイオンの吸収を若干抑制する。これにて、開口部１６からのイオン放出量を増大させることができる。

図１６及び図１７は、本第５実施例と前記第３実施例との除電効果を比較したグラフである。除電効果は図７に示した＋１２ｋＶに帯電した帯電板３０を＋２ｋＶまで除電できた時間（縦軸）で示す。横軸はイオン発生素子と帯電板３０との距離Ｄ１（図７参照）を示している。また、図１６はイオン発生素子への印加電圧をそれぞれ＋５ｋＶ、−５ｋＶとしたときの除電効果、図１７はイオン発生素子への印加電圧をそれぞれ＋７ｋＶ、−７ｋＶとしたときの除電効果である。図１６及び図１７から明らかなように、抵抗体１７を制限抵抗１８を介して接地することで、除電スピードが速くなったことが分かる。

（実施例のまとめ）
前記イオン発生器において、抵抗体は面積抵抗率が１Ｍ〜１５ＭΩ／ｍｍ^２であることが好ましく、かつ、抵抗体はカバーの外側面に配置されていることが好ましい。抵抗体がカバーの外側でイオンを適度に吸収し、イオンの発生を促す。カバーには開口部が複数設けられていることが好ましく、イオンの放出が効率的に行われる。また、カバーはアルミナ基板にて形成されていてもよい。アルミナ基板はイオンの帯電が生じにくく、抵抗体を容易に形成することができる。

一方、抵抗体はサーメット抵抗又はカーボン抵抗であることが好ましい。これらの抵抗素材は抵抗値が安定しており、劣化が少ない利点を有している。

また、本発明に係るイオン発生器は、プラスイオンを発生するプラスイオン発生素子と、マイナスイオンを発生するマイナスイオン発生素子とを備えていてもよい。この場合、プラスイオン発生素子とマイナスイオン発生素子とは一つのケースに収容されていることが好ましい。プラスイオン発生素子とマイナスイオン発生素子とが一つのケースに収容されていることで、電界強度が強くなり、それぞれのイオン発生量が多くなる。

また、抵抗体に制限抵抗が接続されていてもよい。制限抵抗を設けることで抵抗体によるイオンの吸収を抑制して吸収過多を防止でき、イオンの放出量が増大する。

（他の実施例）
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、カバーに形成した開口部は、図４や図５に示した形状以外に種々の形状を採用することができる。また、イオン発生素子の細部の構成、形状は任意であり、イオンの発生のために直流電圧に交流電圧を重畳してもよい。

以上のように、本発明は、イオン発生器に有用であり、特に、効率よくイオンを発生、放出できる点で優れている。

Claims

放電針電極及び該放電針電極と対向する接地電極を有するイオン発生素子をケースに収容したイオン発生器において、
前記ケースは前記放電針電極に対向する開口部であって、イオンが放出される開口部を有するカバーを備え、
前記カバーの外側面であって、かつ、前記開口部の縁部に、面積抵抗率が１Ｍ〜１５ＭΩ／ｍｍ ² である抵抗体が配置され、該抵抗体が接地されていること、
を特徴とするイオン発生器。
前記カバーには前記開口部が複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生器。
前記カバーはアルミナ基板にて形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のイオン発生器。
前記抵抗体はサーメット抵抗又はカーボン抵抗であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のイオン発生器。
プラスイオンを発生するプラスイオン発生素子と、マイナスイオンを発生するマイナスイオン発生素子とを備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のイオン発生器。
前記プラスイオン発生素子と前記マイナスイオン発生素子とは一つのケースに収容されていることを特徴とする請求項５に記載のイオン発生器。
前記抵抗体に制限抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン発生器。