JP5977690B2 - イオン発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、正または負のイオンが発生する放電電極を備えるイオン発生装置に関する。

近年、所定の空間内に正イオンと負イオンを発生させ、空間内の空気を清浄化するイオン発生装置が開発され、実用化されている。イオン発生装置は、正イオン及び負イオンが空気中の浮遊細菌及び有害物質表面に付着して化学反応を起こして、過酸化水素、水酸基ラジカルなどの活性種を発生させ、この活性種の分解作用により、空間内の空気中のカビ菌、大腸菌及び浮遊細菌等を除去するものである。

このようなイオン発生装置は、発生したイオンを空間内に、送風ファンを用いて放出する方式と、送風ファンを用いず、発生したイオンの泳動に励起される空気流、いわゆるイオン風を用いて放出するイオン拡散方式とがある。

図９は従来のイオン拡散方式のイオン発生装置２００において放出されるイオンの分布を示す模式図である。従来の拡散方式のイオン発生装置２００は、正イオンを発生する正放電針２０１及び負イオンを発生する負放電針２０２と、正放電針２０１及び負放電針２０２に正電圧及び負電圧を夫々印加する電圧印加回路を備えている。正放電針２０１及び負放電針２０２に正電圧及び負電圧が夫々印加された場合、正放電針２０１及び負放電針２０２から正イオン及び負イオンが夫々発生して放出される。

この場合、図９（ａ）に示すように、正イオンのみが存在する正イオン領域２１０、負イオンのみが存在する負イオン領域２２０と、正イオン及び負イオンが混在する混在領域２３０が形成される。このような混在領域２３０では、正イオン及び負イオンが互いにクーロン力によって引き合って結合し、生成したイオンが消滅する場合がある。

混在領域２３０は、正放電針２０１及び負放電針２０２間の距離によって変化する。図９（ａ）に示すように、正放電針２０１及び負放電針２０２間の距離が長くなった場合、混在領域２３０は縮小し、図９（ｂ）に示すように、正放電針２０１及び負放電針２０２間の距離が短くなった場合、混在領域２３０は拡大する。したがって、イオン発生装置を小型する場合、正放電針２０１及び負放電針２０２間の距離が短くなるので、正イオン及び負イオンが混在する混在領域２３０が拡大し、正イオン及び負イオンの結合による減少が問題となる。

このような結合を防止することを目的として、特許文献１では、正放電針２０１及び負放電針２０２の間に仕切り板２０３を設けた除電器を提案している。図１０は特許文献１の除電器におけるイオンの放出を示す模式図である。特許文献１の除電器は、正放電針２０１及び負放電針２０２と、正放電針２０１と負放電針２０２との間に配設した仕切り板２０３と、正放電針２０１及び負放電針２０２に正電圧及び負電圧を夫々印加する電圧印加回路とを備えている。上記のような正イオン及び負イオンの結合は、イオン濃度が高い正放電針２０１及び負放電針２０２の付近にてより起きやすいが、特許文献１の除電器は、ここに仕切り板２０３を備えることにより、このようなイオンの結合によるイオンの消滅を抑制している。

特開２０００−３４０３９１号公報

しかしながら、特許文献１の除電器のように、正放電針２０１及び負放電針２０２の間に仕切り板２０３が設けると、正放電針２０１及び負放電針２０２から生じる電界によって、仕切り板２０３が帯電することがある。仕切り板２０３が帯電すると、正放電針２０１及び負放電針２０２から発生した正負イオンが、仕切り板２０３に吸着されて消滅するといった問題があった。したがって、除電器から放出されるイオン量が減少することにより、除電性能の低下を招く虞があった。

また、正放電針２０１及び負放電針２０２から生じる電界によって、多くの正負イオンが仕切り板２０３付近に夫々引き寄せられるので、正負イオンの結合と消滅を充分に抑制し、高濃度の正負イオンを維持するためには、より大きな仕切り板２０３が必要となり、イオン発生装置の小型化を妨げる問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化、省スペース化が可能であり、高濃度の正負イオンを空間に拡散させ、より遠くまで高濃度な状態で正負イオンを運ぶことができるイオン発生装置を実現することである。

本発明のイオン発生装置は、正イオンを発生する第１放電電極と、負イオンを発生する第２放電電極とを有するイオン発生装置であって、第１放電電極及び第２放電電極の上方を覆う天板を設け、天板は、第１放電電極の近傍に配置され、第１放電電極から発生した正イオンを第２放電電極から遠ざける方向に移動させる第１傾斜部と、第２放電電極の近傍に配置され、第２放電電極から発生した負イオンを第１放電電極から遠ざける方向に移動させる第２傾斜部を有することを特徴とする。

また、第１傾斜部は、第１放電電極に対して第２放電電極から遠ざかる外側方向に天板位置が高くなるように傾斜し、第２傾斜部は、第２放電電極に対して第１放電電極から遠ざかる外側方向に天板位置が高くなるように傾斜していることを特徴とする。

また、第１傾斜部は、第１放電電極に対して第２放電電極に近づく内側方向に天板位置が低くなるように傾斜し、第２傾斜部は、第２放電電極に対して第１放電電極に近づく内側方向に天板位置が低くなるように傾斜していることを特徴とする。

本発明のイオン発生装置によれば、小型化、省スペース化が可能であり、高濃度の正負イオンを空間に拡散させ、より遠くまで高濃度な状態で正負イオンを運ぶことができるイオン発生装置を実現することができる。

本発明の実施形態１に係るイオン発生装置の外観を模式的に示す斜視図である。 イオン発生装置の正面図と、天板の平面図である。 （ａ）は実施形態１に係るイオン発生装置においてイオンが拡散する様子を示す説明図であり、（ｂ）はその比較例である。 実施形態１に係るイオン発生装置の傾斜部のある天板と、比較例として傾斜部のない天板における導風方向に放出されるイオン量を示す表である。 実施形態２に係るイオン発生装置の正面図であり、天板の変形例を示すものである。 実施形態３に係るイオン発生装置の外観を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は実施形態３に係るイオン発生装置においてイオンが拡散する様子を示す説明図であり、（ｂ）はその比較例である。 実施形態３に係るイオン発生装置の傾斜部のある天板と、比較例として傾斜部のない天板における導風方向に放出されるイオン量を示す表である。 従来のイオン発生装置において放出されるイオンの分布を示す模式図である。 特許文献１のイオン発生装置において放出されるイオンの分布を示す模式図である。

〔第１の実施形態〕
図１は、実施形態１に係るイオン発生装置１の外観を模式的に示す斜視図である。イオン発生装置１は、誘電体からなる基板１０と、正イオンを発生させる正イオン発生部１２と、負イオンを発生させる負イオン発生部１５と、天板２０とから構成されている。

正イオン発生部１２と負イオン発生部１５は、誘電体からなる基板１０上に形成されている。正イオン発生部１２は、第１放電電極１３と第１誘導電極１４から構成されている。負イオン発生部１５は、第２放電電極１６と第２誘導電極１７から構成されている。第１放電電極１３及び第２放電電極１６は、半径１ｍｍ以下、長さ１０ｍｍ以下の金属材料で形成された針状の電極である。また、第１誘導電極１４及び第２誘導電極１７は、直径５ｍｍ程度の金属材料で形成されたリング状の電極であり、それぞれ第１放電電極１３及び第２放電電極１６の底部に配置される。

正イオン発生部１２は、第１放電電極１３と第１誘導電極１４の間に５〜１０ｋＶ程度の正の高電圧が印加され、電界集中した第１放電電極１３の鋭角に尖った先端部で正イオンを発生して放出する。負イオン発生部１５は、第２放電電極１６と第２誘導電極１７との間に−５〜−１０ｋＶ程度の負の高電圧が印加され、電界集中した第２放電電極１６の鋭角に尖った先端部で負イオンを発生して放出する。

正イオン発生部１２の第１放電電極１３や、負イオン発生部１５の第２放電電極１６は、上記のように鋭角に尖った先端部を有するとともに高電圧が印加されるため、使用者が誤って第１放電電極１３や第２放電電極１６に触れて負傷及び感電することがないように保護する必要がある。

天板２０は、イオン発生装置１のケースの一部として設けられ、第１放電電極１３と第２放電電極１６の上方を覆うように配置されており、使用者が誤って放電電極の針先に触れることを防止する。なお、第１放電電極１３や第２放電電極１６の針先が下向や横向に配置されている場合には、天板２０はその針先と対向する位置に配置される。

また、天板２０は、主に樹脂材料等の絶縁体で形成されている。天板２０が導電体で形成されていると、天板２０と第１放電電極１３との間、または、天板２０と第２放電電極１６との間でスパーク等の異常放電が生じる虞があるが、天板２０を絶縁体で形成することにより、このような異常放電を防止することができる。

本発明のイオン発生装置１は、天板２０が、第１放電電極１３の上方に位置する第１傾斜部２１と、第２放電電極１６の上方に位置する第２傾斜部２２を有することを特徴としている。天板２０に設けられた第１傾斜部２１は、第１放電電極１３の先端から放出される正イオンを、反対極の第２放電電極１６から遠ざける方向に移動させる機能を有し、第２傾斜部２２は、第２放電電極１６の先端から放出される負イオンを、反対極の第１放電電極１３から遠ざける方向に移動させる機能を有する。

具体的には、天板２０に設けられた第１傾斜部２１は、第１放電電極１３に対して第２放電電極１６から遠ざかる外側方向に天板高さが高くなるように傾斜しており、第２傾斜部２２は、第２放電電極１６に対して第１放電電極１３から遠ざかる外側方向に天板高さが高くなるように傾斜している。

若しくは、第１傾斜部２１は、第１放電電極１３に対して第２放電電極１６に近づく内側方向に天板高さが低くなるように傾斜しており、第２傾斜部２２は、第２放電電極１６に対して第１放電電極１３に近づく内側方向に天板高さが低くなるように傾斜している。

図２は、実施形態１に係るイオン発生装置１の正面図（ａ）と、天板２０の平面図（ｂ）である。図２を用いてイオン発生装置１の一例を示すと、第１放電電極１３及び第２放電電極１６の基板１０からの高さｈ１が約５ｍｍであり、第１放電電極１３と第２放電電極１６の離隔距離ｄ１が約３６ｍｍとなるよう構成されている。また、天板２０の第１傾斜部２１と第１放電電極１３との離隔距離ｄ２が約４ｍｍであり、天板２０の第２傾斜部２２と第２放電電極１６との離隔距離ｄ３が約４ｍｍとなるように構成されている。

天板２０の大きさは、幅ｗ１が約１３ｍｍであり、長さｌ１が約５２ｍｍである。天板２０は、第１傾斜部２１の略中心に第１放電電極１３の先端が配置されており、第２傾斜部２２の略中心に第２放電電極１６の先端が配置されている。また、天板２０の第１傾斜部２１及び第２傾斜部２２は、第１放電電極１３及び第２放電電極１６が設けられる基板１０に対して、例えば、約１５度の傾斜角度が設けられている。第１傾斜部２１及び第２傾斜部２２の傾斜角度は、１５〜６０度とすることが好ましい。１５度以下では後述するイオンの拡散効果が低減し、６０度以上ではイオン発生装置１の高さが増大して小型化の妨げとなる。

上記のように、本発明のイオン発生装置１は、正イオンを発生する第１放電電極１３と、負イオンを発生する第２放電電極１６とを有し、第１放電電極１３及び第２放電電極１６の上方を覆う天板２０を設けたものであり、天板２０は、第１放電電極１３の近傍に配置され、第１放電電極１３から発生した正イオンを第２放電電極１６から遠ざける方向に移動させる第１傾斜部２１と、第２放電電極１６の近傍に配置され、第２放電電極１６から発生した負イオンを第１放電電極１３から遠ざける方向に移動させる第２傾斜部２２を有することを特徴としている。

本発明のイオン発生装置１の構成によれば、第１放電電極１３から放出された正イオンは、第１傾斜部２１に吹き当たり、第１傾斜部２１の傾斜に沿って第２放電電極１６とは逆方向に導かれる。また、第２放電電極１６から放出された負イオンは、第２傾斜部２２に吹き当たり、第２傾斜部２２の傾斜に沿って第１放電電極１３とは逆方向に導かれる。

このため、第１放電電極１３と第２放電電極１６の近傍では、高濃度の正イオンと負イオンが発生するが、上記のように正イオンと負イオンが互いに異なる方向に導かれるため、正負イオンが拡散する前に結合して減少することが防止される。したがって、本発明のイオン発生装置１は、第１放電電極１３と第２放電電極１６の離隔距離を小さくすることによる小型化が可能である。

また、イオン発生装置１に導風する場合、第１放電電極１３から放出された正イオンと、第２放電電極１６から放出された負イオンは、互いに逆方向に離れながら導風により前方に拡散していくため、拡散中においても正イオンと負イオンが結合することが抑制され、発生した高濃度の正負イオンをより遠くまで減少させずに拡散させることができる。

図３は、イオン発生装置１を上方から見て、第１放電電極１３から放出された正イオンが拡散していく様子をシミュレーションしたものである。具体的には、第１放電電極１３の高さ位置で水平方向へ拡散する正イオンの分布を示している。なお、シミュレーションでは、第１放電電極１３と第２放電電極１６の離隔距離ｄ１の中心位置３０から後方に５０ｍｍ離れた位置で、矢印方向に風速５ｍ/ｓ(風量０．４ｍ^３/分)で空気を導風している。

図３（ａ）は、天板２０に第１傾斜部２１と第２傾斜部２２を設けた本願のイオン発生装置１の正イオン分布を示している。本願のイオン発生装置１は、天板２０の第１傾斜部２１により、第１放電電極１３から放出された高濃度の正イオンの多くが中心位置３０から外側に、すなわち第２放電電極１６とは逆方向に押し広げられて拡散していることが確認された。

このため、第１放電電極１３から放出された正イオンは、第１傾斜部２１に沿って負極の第２放電電極１６から遠ざかる方向に進行し、導風によって前方に放出されるため、負極の第２放電電極１６に吸収されることや、第２放電電極１６から放出された負イオンと混合して結合することが減少するため、イオン発生装置１の前方に放出される正イオン量を増加させることができる。

なお、図示していないが、第２放電電極１６から放出される負イオンの分布形状も、正イオンと同様に中心位置３０を境に対象形状となる。すなわち、第２放電電極１６から放出された負イオンは、正極の第２放電電極１６から遠ざかる方向に進行したあと、導風によって前方に放出されるため、正極の第２放電電極１６に吸収されることや、第２放電電極１６から発生した正イオンと混合して結合することが減少するため、イオン発生装置１の前方に放出される負イオン量を増加させることができる。

図３（ｂ）は、天板２０の第１傾斜部２１と第２傾斜部２２の効果を比較するため、傾斜部のない平坦な天板の場合の正イオン分布を示している。この比較例では、天板２０が第１傾斜部２１を有していないため、第１放電電極１３から放出される高濃度の正イオンは、外側への広がりが少なくなっている。このため、正イオンは、負極の第２放電電極１６に吸収されることや、第２放電電極１６から放出される負イオンと混合して結合されることで減少し、イオン発生装置１の前方に放出される正イオン量が減少している。

図４の表は、放電電極前方に放出される正イオン量と負イオン量を、傾斜部のある天板と傾斜部のない天板で比較したものである。天板２０が傾斜部を有する場合、傾斜部を有さない場合と比較して、放電電極の前方１００ｍｍ位置において、正イオンと負イオンが共に約２０％以上増加していることが確認された。

（実施の形態２）
図５は、実施形態２に係るイオン発生装置２の外観を模式的に示す正面図であり、天板２０の第１傾斜部２１と第２傾斜部２２の変形例を説明するものである。天板２０を除く他の構成は、実施形態１と同じであるため、同じ参照符号を付記することにより詳細な説明は省略する。

図５（ａ）に示すイオン発生装置２は、天板２０において、第１傾斜部２１が第１放電電極１３に対して第２放電電極１６から遠ざかる外側方向に天板位置が高くなるように傾斜し、第２傾斜部２２が第２放電電極１６に対して第１放電電極１３から遠ざかる外側方向に天板位置が高くなるように傾斜した構造となっている。このような構造の天板２０によっても、正負イオンを互いに異なる方向に拡散させて結合による減少を抑制し、高濃度の正負イオンを遠くの空間まで拡散させることができる。

また、図５（ｂ）に示すイオン発生装置２は、天板２０において、第１傾斜部２１が第１放電電極１３に対して第２放電電極１６に近づく内側方向に天板位置が低くなるように傾斜し、第２傾斜部２２が第２放電電極１６に対して第１放電電極１３に近づく内側方向に天板位置が低くなるように傾斜した構造となっている。このような構造の天板２０によっても、正負イオンを互いに異なる方向に拡散させて結合による減少を抑制し、高濃度の正負イオンを遠くの空間まで拡散させることができる。

(実施の形態３)
図６は、実施形態３に係るイオン発生装置３であり、天板２０の第１傾斜部２１と第２傾斜部２２に貫通穴２４を設けた構成を説明するものである。貫通穴２４を除く他の構成は、実施形態１と同じであるため、同じ参照符号を付記することにより詳細な説明は省略する。

第１傾斜部２１及び第２傾斜部２２が、第１放電電極１３及び第２放電電極１６により生じる電界により、第１放電電極１３及び第２放電電極１６と同電位に帯電されると、第１放電電極１３及び第２放電電極１６の電界強度が弱められて、イオン発生量が急激に減少することがある。

このため、第１傾斜部２１の第１放電電極１３の直上部と、第２傾斜部２２の第２放電電極１６の直上部に、略円形で直径が約５ｍｍ程度の貫通穴２４を形成し、第１傾斜部２１及び第２傾斜部２２の帯電し易い部分を取り除くことにより、第１放電電極１３及び第２放電電極１６の電界強度が弱められてイオン発生量が減少することを防止できる。

図７は、実施形態３に係るイオン発生装置３において、図３に示したものと同じシミュレーションを行ったものである。また、図８は、放電電極の前方に放出されるイオン量を示したものである。

天板２０の第１傾斜部２１と第２傾斜部２２に貫通穴２４を設けたことにより、イオン分布を傾斜方向の外側に押し広げる効果が薄れるものの、第１放電電極１３や第２放電電極１６から発生するイオン量が増加するため、導風により前方に放出されるイオン分布は増加している。なお、天板２０の第１傾斜部２１と第２傾斜部２２に貫通穴２４を設けた場合も、傾斜部を有する天板では、傾斜部を有さない天板と比較して、放電電極の前方１００ｍｍ位置において、正イオンと負イオンが約４％以上増加していることが確認された。

以上のように、本発明のイオン発生装置は、第１傾斜部と第２傾斜部を設けた天板を備えることにより、第１放電電極から放出される正イオンと、第２放電電極から放出される負イオンの結合を抑制することができ、正負イオンを高濃度に保ってより遠くまで運ぶことができる。これにより、本発明のイオン発生装置は、例えばイオナイザーの高性能化に寄与することができる。

１ イオン発生装置
２ イオン発生装置
３ イオン発生装置
１０ 基板
１２ 正イオン発生部
１３ 第１放電電極
１４ 第１誘導電極
１５ 負イオン発生部
１６ 第２放電電極
１７ 第２誘導電極
２０ 天板
２１ 第１傾斜部
２２ 第２傾斜部
２４ 貫通穴
３０ 中心位置
２００ イオン発生装置
２０１ 正放電針
２０２ 負放電針
２０３ 仕切り板
２１０ 正イオン領域
２２０ 負イオン領域
２３０ 混在領域

Claims (3)

1. 正イオンを発生する第１放電電極と、負イオンを発生する第２放電電極とを有するイオン発生装置であって、
   前記第１放電電極及び前記第２放電電極の上方を覆う天板を設け、
   前記天板は、
   前記第１放電電極の近傍に配置され、前記第１放電電極から発生した正イオンを前記第２放電電極から遠ざける方向に移動させる第１傾斜部と、
   前記第２放電電極の近傍に配置され、前記第２放電電極から発生した負イオンを前記第１放電電極から遠ざける方向に移動させる第２傾斜部を有することを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記第１傾斜部は、前記第１放電電極に対して前記第２放電電極から遠ざかる外側方向に天板位置が高くなるように傾斜し、
   前記第２傾斜部は、前記第２放電電極に対して前記第１放電電極から遠ざかる外側方向に天板位置が高くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
3. 前記第１傾斜部は、前記第１放電電極に対して前記第２放電電極に近づく内側方向に天板位置が低くなるように傾斜し、
   前記第２傾斜部は、前記第２放電電極に対して前記第１放電電極に近づく内側方向に天板位置が低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。