JP4063784B2 - イオン発生素子、イオン発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスイオンとマイナスイオンを空間に放出することで、空気中に浮遊する細菌やカビ菌、有害物質などを分解することが可能なイオン発生素子、イオン発生装置、及びこれを備えた電気機器に関するものである。なお、上記の電気機器に該当する例としては、主に閉空間（家屋内、ビル内の一室、病院の病室や手術室、車内、飛行機内、船内、倉庫内、冷蔵庫の庫内等）で使用される空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置など、を挙げることができる。

一般に、事務所や会議室など、換気の少ない密閉化された部屋では、室内の人数が多いと、呼吸により排出される二酸化炭素、タバコの煙、埃などの空気汚染物質が増加するため、人間をリラックスさせる効能を有するマイナスイオンが空気中から減少していく。特に、タバコの煙が存在すると、マイナスイオンは通常の１／２〜１／５程度にまで減少することがあった。そこで、空気中のマイナスイオンを補給するため、従来から種々のイオン発生装置が市販されている。

しかしながら、従来の放電現象を利用したイオン発生装置は、主として負電位の直流高電圧方式でマイナスイオンを発生させるものであり、その目的はリラックス効果を訴求するものであった。そのため、このようなイオン発生装置では、空気中にマイナスイオンを補給することはできるものの、空気中の浮遊細菌等を積極的に除去することはできなかった。

その他のイオン発生装置に関して、過去の公報による実例を調査した結果は以下の通りである。

特許文献１では、放電線や鋭角部を持った放電板に交流高電圧を印加し、マイナスイオンを発生させたり、マイナスイオンとプラスイオンを発生させるイオン発生器が述べられている。ただし、発生の手法や手段については、交流高電圧ユニットとの記載のみしかない。利用分野は空気調和器であり、効果として人に対する快適性、リラックス性を挙げている。

特許文献２では、絶縁体をはさみ、放電電極、誘電電極で一対となる電極を構成し、その両端に高圧高周波電圧を印加する高圧電源を具備している。高圧電源は、電極両端にダイオードが配置され、その向きにより、負電位の電源または正電位の電源を選択することが記載されているが、その切換機能については記載がない。なお、本技術の利用分野としては、オゾン発生装置や帯電装置、イオン発生装置等のコロナ放電機器と記載されている、また、本技術の効果としては、イオンの発生が挙げられている。

特許文献３では、針状の放電極と導電性の接地グリッドまたは接地リングを一対とした電極を、清浄空気の流れを横切る方向に２次元的な広がりで多数配置され、ある放電極にはマイナスにバイアスされた交流正弦波の高電圧が印加され、ある放電極にはプラスにバイアスされた交流正弦波の高電圧が印加され、プラスイオンを出す複数の放電極とマイナスイオンを出す複数組の放電極を構成している。バイアス電圧を調整するコントロール手段を持ち、プラスイオン、マイナスイオンの量を調整している。利用分野としてはクリーンルームの除電設備が挙げられており、効果としてその除電効果を謳っている。

特許文献４では、正極放電、負極放電させる電源で印加電圧が可変と記載されている。電極はイオン化線と集塵板であり、ホコリに帯電させて集塵板に集塵する構成である。利用分野は空調機器の電気集塵装置で、その内部を放電時に発生するオゾンによって殺菌することが明記されている。

放電現象を利用したイオン発生電極の種類は、大きく２種類に区分される。その１つは、特許文献１、３、４のような金属線や鋭角部を持った金属板や針などでその対向極は大地であったり、対地電位の金属板やグリッドなどが用いられ、空気が絶縁体の役割を果たすものである。もう１つは、特許文献２や後述する特許文献５、６のように、固体誘電体を挟んだ放電電極と誘導電極を形成したものである。その特徴として、前者は空気を絶縁物としているために、後者と比較して、電極間の距離を広く取る必要があり、そのため、放電に必要な電圧は高く設定する必要がある。逆に、後者は、絶縁抵抗の高く、高誘電率を持つ絶縁体を間に挟んでいるため、電極間距離は狭く（薄く）することが可能で、そのため印加電圧を前者と比較して低く設定できる。

イオン発生装置に関し、プラスイオン、マイナスイオンの両極性のイオンを放出する効果として、空気中にプラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mと、マイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数）を略同等量発生させることにより、両イオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、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、前記浮遊カビ菌等を不活化することが可能なイオン発生装置に関する発明をなした（例えば、特許文献５、６を参照）。

なお、上記の発明については、本願出願人によって既に実用化され、実用機には、セラミックの誘電体を挟んで外側に放電電極、内側に誘導電極を配設した構造のイオン発生装置、及びこれを搭載した空気清浄機や空気調和機などがある。

また、マイナスイオンの効果としては、一般的に家庭内の電気機器などでプラスイオン過多となった空間にマイナスイオンを多量に供給し、自然界での森の中のようなプラスとマイナスのイオンバランスのとれた状態にしたいときや、リラクゼーション効果を求めたりする場合に有効となることが知られている。特許文献１でも、リラクゼーション効果について述べられている。
特開平４−９０４２８号公報 特開平８−２１７４１２号公報 特開平３−２３０４９９号公報 特開平９−６１０号公報 特開２００３−４７６５１号公報 特開２００２−３１９４７２号公報

本発明は、プラスイオンとマイナスイオンを発生させ、空気中に浮遊しているカビ菌やウィルスを不活化させることを目的とし、その効果をより向上させるためのものである。一般に、放電現象を利用したイオン発生器は、イオン発生とともにオゾンを発生するのが常であり、特許文献４には、オゾンの酸化能力を利用して、機器内の殺菌を行うことが記載されている。オゾンはその濃度が高くなると人体に影響を及ぼすことが一般的に知られており、本願出願人とすれば、オゾンの発生量を極小化させながら、イオン量を最大限に引き出すことが難易度の高い課題である。

また、本願出願人は、特許文献３が対象とする設備装置ではなく、家庭用電気製品に搭載可能な小型のイオン発生装置において、特許文献５、６などを出願済みで、そのイオン発生装置を使用すれば、プラスイオン、マイナスイオンをほぼ同量発生させることができる。

同時に発生するプラスイオン、マイナスイオンの中和を低減させるため、送風によりイオンを風に乗せて空間に拡散させることが一般的である。しかしながら、プラスイオンとマイナスイオンを同時に発生させることで、発生とともに両極性のイオンの一部は中和して消滅しているという課題があった。特許文献３は、放電極が清浄空気の流れを横切る方向に２次元的な広がりをもって多数配置されている。すなわち、針が伸びる方向に風が流れている。小型化かつ安全性や省エネのため、印加電圧低減を考え、誘電体の表面に設けられた放電電極と、前記誘電体内部に埋没された誘導電極とで一対の電極をなす構成を本願出願人は主として採用するが、この場合、上記した特許文献３の風の方向では、イオンの拡散に不向きなため、誘電体の表面に平行に風をあてる。開発したイオン発生器を様々な商品に搭載する場合、イオン発生器に対する風の方向は理想的な方向に限定することが有効であるが、場合によっては限定できない場合も考えられる。

本発明は、上記問題点に鑑み、発生したイオン同士の中和を抑え、有効に放出させる方策を検討し、イオン発生効率をより向上させることが可能なイオン発生素子、イオン発生装置、及びこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るイオン発生素子は、１つの基材上に取り付け、または印刷されるプラスイオンを発生する第１の放電部と、マイナスイオンを発生する第２の放電部と、を少なくとも１つずつ有し、第１、第２の放電部は、前記基材である誘電体の表面に設けられた第１、第２の放電電極と、前記誘電体の内部に埋設された第１、第２の誘導電極と、を各々一対として各個に形成され、第１、第２の放電部はともに、前記基材の同一平面上であって、その対角線上に分離独立して配置されているものである。また、第１の放電部は、放電を生じる第１放電部位と、該第１放電部位の周囲もしくは一部を囲う第１の放電部位と同電圧の第１導電部位を持ち、マイナスイオンを発生する第２の放電部は、放電を生じる第２放電部位と、該第２放電部位の周囲もしくは一部を囲う第２放電部位と同電圧の第２導電部位を持ち、第１、第２の放電部はともに、前記基材の同一平面上であって、第１導電部位と第２導電部位が対向するように分離独立して配置され、または前記基材の対角線上に分離独立して配置されているものである。この構成によると、単一のイオン発生素子でプラスイオンとマイナスイオンを所定周期で交互に発生させる方式に比べて発生したイオン同士の中和を抑えることができる。

また、第１、第２の放電電極間でスパーク（火花放電）が発生することを防止して信頼性を高めることができるとともに、発生したイオン同士の中和をより一層抑えることができる。

誘電体の表面に設けられた放電電極と、誘電体内部に埋没された誘導電極とで一対の電極をなす構成で、第１の放電部と第２の放電部に印加する電圧波形は、オゾンの発生を低減するため、特許文献２、３のような一般的な交流正弦波ではなく、本発明のイオン発生素子には、交流インパルス電圧を印加することで、安定したイオン発生を得ながら、オゾンは低い値に抑えることができる。第１の放電部には、交流インパルス電圧をプラスにバイアスした電圧波形を印加することでプラスイオンが発生され、第２の放電部に同電圧をマイナスにバイアスした電圧波形を印加することでマイナスイオンが発生される構成とする。

また、上記イオン素子と、該イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有し、前記電圧印加回路は、駆動側の１次巻線と第１の放電部に交流インパルス電圧を印加する第１の２次巻線と第２の放電部に交流インパルス電圧を印加する第２の２次巻線とから成る第１のトランスを有し、第１のトランスの第１、第２の２次巻線は前記１次巻線の両側にそれぞれ配置されていると、第１、第２の２次巻線間の距離を確保することができ、一方の２次巻線で発生した磁界が直接、他方の２次巻線に及ぼす影響を軽減することができる。

また、上記イオン素子と、該イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有し、前記電圧印加回路は、駆動側の１次巻線と第１の放電部に交流インパルス電圧を印加する２次巻線とから成る第２のトランスと、駆動側の１次巻線と第２の放電部に交流インパルス電圧を印加する２次巻線とから成る第３のトランスとを有し、第２のトランスの２次巻線、第２のトランスの１次巻線、第３のトランスの１次巻線、第３のトランスの２次巻線の順に配置されていると、第２のトランスの２次巻線と第３のトランスの２次巻線との間の距離を確保することができ、一方の２次巻線で発生した磁界が直接、他方の２次巻線に及ぼす影響を軽減することができる。

また、第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とが並列に接続されていると、第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とに印加される電圧が等しくなるので、第２のトランスと第３のトランスの特性を等しいものにすることにより、第１の放電部と第２の放電部に印加される交流インパルス電圧の絶対値を等しくすることができる。

また、第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とが直列に接続されていると、第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とに流れる電流が等しくなるので、第２のトランスと第３のトランスの特性を等しいものにすることにより、第１の放電部と第２の放電部に印加される交流インパルス電圧の絶対値を等しくすることができる。

また、第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とにそれぞれフライホイールダイオードが接続されていると、第２のトランスの２次巻線に流れる電流により第２のトランスの１次巻線に誘起される電圧により流れる電流は第２のトランスの１次巻線とそれに接続されたフライホイールダイオードを還流するので、第３のトランスに影響を及ぼすことがなくなる。また、同様に、第３のトランスの２次巻線に流れる電流により第３のトランスの１次巻線に誘起される電圧により流れる電流は第３のトランスの１次巻線とそれに接続されたフライホイールダイオードを還流するので、第２のトランスに影響を及ぼすことがなくなる。従って、一方の放電部に負荷変動等が生じても、その変動が他方の放電部に印加される電圧に影響を及ぼすことがなくなり、他方の放電部から発生するイオン量が変動することを防止することができる。

また、上記イオン発生素子と、該イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有し、前記電圧印加回路は、第１の放電部に接続されるトランスの第１の２次巻線と、第１の放電部に接続されるトランスの第２の２次巻線の巻き始めと巻き終わりの極性が逆であり、第１の放電部および第２の放電部と基準電位との間に接続されるダイオードの向きは互いに逆向きとし、第１の放電部に交流インパルス電圧をプラスにバイアスした電圧波形を印加することでプラスイオンを発生させ、第２の放電部に前記交流インパルス電圧をマイナスにバイアスした電圧波形を印加することでマイナスイオンを発生させるものである。

本発明に係るイオン発生素子、イオン発生装置、及びこれを備えた電気機器において、プラスイオン、マイナスイオンの両方のイオンを出しながら、双方の電荷によるイオン同士の中和を抑え、有効に空気中に放出することが可能となり、その実測値は図８の電極および図５および図１２，１３の回路の組合せで従来と同サイズの電極、従来のプラスイオン、マイナスイオンを同一電極から発生させる方式に比べ、本発明の方式においては、発生するオゾン量は従来方式並みに極小化しながら、発生イオンを従来の２倍以上放出させることができた。そのため、プラスイオン、マイナスイオン両方のイオンによる空気中のカビ菌やウィルスを不活化させる効果をより一層高めることができる。また、切換リレーの動作により、上記の効果と室内のイオンバランスの調整やリラクゼーションを求める効果とを１つのイオン発生素子、またはイオン発生装置で切換可能という効果をもつことができる。

本発明に係るイオン発生装置は、発生したプラスイオンとマイナスイオンがイオン発生素子の電極近傍で中和して消滅することを抑え、発生した両極性のイオンを有効的に空間に放出するために、単一のイオン発生素子でプラスイオンとマイナスイオンを所定周期で交互に発生させる方式ではなく、複数のイオン発生素子でプラスイオンとマイナスイオンを個別に発生させ、各々を独立して室内に放出する方式（以下、イオン独立放出方式と呼ぶ）を採用した構成としている。

上記イオン独立放出方式の採用に先立ち、以下に述べる基礎実験を行った。なお、本実験で用いるイオン発生素子の形態としては、針状電極を用いた構成としてもよいが、ここでは、誘電体の表面に設けられた放電電極と、誘電体内部に埋没された誘導電極とで一対の電極を成す構成を考える。

図１は本発明に係るイオン独立放出方式の基礎実験例を示す模式図である。本図の（ａ１）はイオン発生素子の外観図、（ａ２）はイオン発生素子の断面図、（ａ３）は放電電極と誘導電極間の電圧印加波形、（ａ４）及び（ｂ）〜（ｄ）は測定条件図、（ｅ）はイオン発生素子の配置例である。

まず、今回の実験では、本図（ａ１）、（ａ２）のイオン発生素子１を用い、その放電電極０ａと誘導電極０ｂの間に交流インパルス電圧（本図（ａ３））を印加してプラスイオンとマイナスイオンを所定周期で交互に発生させた場合（本図（ａ４））と、同じイオン発生素子１を用い、交流インパルス電圧をマイナスにバイアスした波形を印加してマイナスイオンのみを発生させた場合（不図示）とで、それぞれイオン放出量を計測し、各々にどのような差違があるかを検証した。その結果、前者におけるプラスイオンとマイナスイオンの合計検出量は、後者におけるマイナスイオン検出量の５０〜６０［％］程度でしかなかった。

次に、上記の結果に着目し、上記と同一のイオン発生素子１ａ、１ｂを２つ並べ、各々プラスイオンのみ、マイナスイオンのみを個別に発生させた場合の合計イオン放出量を計測した（本図（ｂ）〜（ｄ））。

その結果、本図（ｂ）の測定条件で得られたプラスイオンとマイナスイオンの合計検出量は、上記した２つのイオン発生素子を用いて別々にイオン放出量を計測した場合に得られるプラスイオン検出量とマイナスイオン検出量の合計値とほぼ等しい値となった。このことから、単一のイオン発生素子でプラスイオンとマイナスイオンを所定周期で交互に発生させる方式ではなく、イオン独立放出方式を採用したイオン発生素子が有効であることが分かった。

ところで、本図（ｂ）では、第１の放電部（イオン発生素子１ａ）と第２の放電部（イオン発生素子１ｂ）の並びがファン２からの送風に対して直交する方向に配置されており、一方のイオン発生素子上を通過した空気流が他方のイオン発生素子上を通過することはない。

一方、本図（ｃ）、（ｄ）のように、本図（ｂ）から９０度置き方を変え、イオン発生素子１ａとイオン発生素子１ｂの並びがファン２からの送風に対して平行する方向に配置すると、風上に位置する放電部で発生するイオン量が減衰することが確認された。具体的に述べると、本図（ｃ）では、風上のイオン発生素子１ａで発生するプラスイオンが風下のイオン発生素子１ｂ上を通過するため、該プラスイオンがイオン発生素子１ｂのマイナス電位で中和され、プラスイオンの量が減衰した。同様に、本図（ｄ）では、風上のイオン発生素子１ｂのマイナスイオンが減衰した。このことより、イオン独立放出方式を採用したとしても、放電部の配置によってはイオンが有効に放出されず、片方のイオンが減衰し、プラスイオンとマイナスイオンの放出バランスが崩れることが分かった。

ここで、イオンの計測はゲルディエン２重円筒型を利用したイオンカウンタ３を用いて実測したものであり、実測値としては計測点での濃度［個／ｃｃ］が得られる。同じ条件、同じ計測点で得られたイオン濃度の大小が計測されるため、濃度の高い低いことを文章中ではイオン量が多い少ないという表現にしている。

イオン発生装置を機器内部に搭載する場合、機器より送風は誘電体上の放電電極表面に対し、Ｘ軸方向Ｙ軸方向いずれから送風されることになっても、風上の放電部で発生したイオンが風下の逆極性の放電部上で中和されることを防止するために、送風の方向Ｘ軸もしくはＹ軸方向に対して、イオン発生素子１ａ、１ｂを対角線上、すなわち斜めに配置し、その中和を低減させることが望ましい（図１（ｅ）を参照）。ただし、面積的には不利であるので、送風方向が決まっている場合には逆に対角線上に配置しないが望ましい。

また、プラスイオンを発生させる放電電極とマイナスイオンを発生させる放電電極の放電電極間距離と発生した両イオンの中和量との関係を調べる基礎実験を行った。図６は本発明に係るイオン独立放出方式の他の基礎実験例を示す模式図である。本図の（ａ）はフィルム電極の表側の電極配置図、（ｂ）はフィルム電極の裏側の電極配置図、（ｃ）は放電電極と誘導電極間の電圧印加波形、（ｄ）は測定条件図である。

図６において、６０はポリイミドフィルムに銅を印刷しエッチングすることにより、表側の面、裏側の面それぞれに２つずつの電極を形成したフィルム電極である。表側の面には、図６（ａ）に示すように、略長方形内を格子状とした放電電極６１ａ、６２ａが互いに放電電極間距離ｄの間隔を隔てた位置に形成され、裏側の面には、図６（ｂ）に示すように、略長方形ベタ状の誘導電極６１ｂ、６２ｂが放電電極６１ａ、６２ａと対向する位置に形成されている。なお、誘導電極６１ｂ、６２ｂは、放電電極６１ａ、６２ａの端部で異常放電が発生するのを防止するために、放電電極６１ａ、６２ａよりも内側に小さく形成されている。

また、各電極に設けられている黒丸で示す部分はハンダパッド６３であり、ここへハンダ付けしたリード線等を介して、各電極に高電圧を印加して放電させイオンを発生させる。放電電極６１ａ、誘導電極６１ｂ間には図６（ｃ）に示す交番振動減衰波形の交流インパルス電圧がプラスにバイアスされて印加され、放電電極６２ａ、誘導電極６２ｂ間には同じ交流インパルス電圧がマイナスにバイアスされて印加される。これにより、放電電極６１ａからはプラスイオンが発生し、放電電極６２ａからはマイナスイオンが発生する。なお、印加される交流インパルス電圧の第１波の波高値Ｖｏｐは約３ｋＶである。

そして、放電電極間距離ｄを変化させたフィルム電極６０を複数個製作し、それぞれのフィルム電極６０について、図６（ｄ）に示すように、フィルム電極６０をファン２とイオンカウンタ３との間に置き、前記交流インパルス電圧をプラス、およびマイナスにバイアスした波形を印加して発生するプラス、マイナス両イオンのそれぞれのイオン濃度を測定した。測定は、プラスイオンのみを発生させた場合、マイナスイオンのみを発生させた場合、プラス、マイナス両イオンを同時発生させた場合の３種類の場合について行った。なお、このとき、イオン発生素子６０とイオンカウンタ３との間は２５ｃｍであり、両者とも測定台から４．５ｃｍの上方位置に配置されている。

そして、その測定結果を示したものが図７である。なお、測定時の温度は２７℃であり、湿度は２７％であった。この測定結果から、放電電極間距離ｄを５ｍｍ以上にすれば、放電電極６１ａ、６２ａ間でのスパーク（火花放電）は発生しないことが知見できた。また、放電電極間距離ｄを８ｍｍにしたものは、プラスイオン、マイナスイオンとも、一方のみを発生させたときのイオン個数と両方を同時に発生させたときのイオン個数とが等しくなっている。このことから、この測定で使用したフィルム電極の条件では放電電極間距離ｄを８ｍｍ以上にすれば、発生したプラス、マイナス両イオンの中和を防止することができるということが知見できた。放電電極間距離ｄは大きい方がスパーク防止、両イオンの中和防止には有利であるが、大きくするとイオン発生素子のサイズも大きくなるので、上述の条件であれば放電電極間距離ｄは８ｍｍ程度にすることが良いと考えられる。尚、当測定に用いたフィルム電極は放電電極間距離ｄの距離を変化させたサンプルを製作する際、エッチングにより放電電極間距離ｄの距離を確保したが、この部分のみ電極表面を覆うコーティング層がなくなっており、放電電極同士が対向する端面の一部は銅が露出した状態にある。従って以下に記載する実際の電極ではコーティング層の存在により、放電電極間距離ｄの値は更に小さくできることが推定できる。

図１（ｅ）に示すように、イオン発生素子１ａ、１ｂを対角線上、すなわち斜めに配置し、その中和を低減させることが望ましいという上述の基礎実験の結果から、これ（対角線上の配置）を具現化した第１の実施形態を図２に示す。図２は本発明に係るイオン発生装置の第１実施形態を示す概略構成図であり、本図（ａ）、（ｂ）は、それぞれイオン発生装置の平面図及び側面図を模式的に示している。

本図に示すように、本発明に係るイオン発生装置は、イオンを発生する放電部を複数（本実施形態では２つ）備えたイオン発生素子１０と、イオン発生素子１０に対して所定の電圧印加を行う電圧印加回路２０と、を有して成る。

イオン発生素子１０は、誘電体１１（上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂ）と、第１放電部１２（放電電極１２ａ、誘導電極１２ｂ、放電電極接点１２ｃ、誘導電極接点１２ｄ、接続端子１２ｅ、１２ｆ、及び接続経路１２ｇ、１２ｈ）と、第２放電部１３（放電電極１３ａ、誘導電極１３ｂ、放電電極接点１３ｃ、誘導電極接点１３ｄ、接続端子１３ｅ、１３ｆ、及び接続経路１３ｇ、１３ｈ）と、コーティング層１４と、を有して成り、第１の放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間、及び第２の放電電極１３ａと誘導電極１３ｂとの間に後述の電圧印加を行い、放電電極１２ａ、１３ａ近傍において放電を行うことにより、それぞれプラスイオン、マイナスイオンを発生させる。

誘電体１１は、略直方体状の上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂを貼り合わせて成る（例えば縦１５［ｍｍ］×横３７［ｍｍ］×厚み０．４５［ｍｍ］）。誘電体１１の材料として無機物を選択するのであれば、高純度アルミナ、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイト等のセラミックを使用することができる。また、誘電体１１の材料として有機物を選択するのであれば、耐酸化性に優れたポリイミドやガラスエポキシなどの樹脂が好適である。ただし、耐食性の面を考えれば、誘電体１１の材料として無機物を選択する方が望ましく、さらに、成形性や後述する電極形成の容易性を考えれば、セラミックを用いて成形するのが好適である。

また、放電電極１２ａ、１３ａと誘導電極１２ｂ、１３ｂとの間の絶縁抵抗は均一であることが望ましいため、誘電体１１の材料としては、密度ばらつきが少なく、その絶縁率が均一であるものほど好適である。

なお、誘電体１１の形状は、略直方体状以外（円板状や楕円板状、多角形板状等）であってもよく、さらには円柱状であってもよいが、生産性を考えると、本実施形態のように平板状（円板状及び直方体状を含む）とするのが好適である。

第１、第２放電部１２、１３は、お互いが一直線上に並ばないように、基材の誘電体１１の形状に対して対角線上（斜め）に配列されて成る。より機能的に表現すると、第１、第２放電部１２、１３は、本実施形態のイオン発生素子１０に対していずれの方向から空気流が送られたとしても、その配列方向が該空気流に対して直交するように、言い換えれば、一方の放電部上を通過した空気流が他方の放電部上を通過しないように、配列されて成る。このような構成とすることにより、イオン独立放出方式の効果を活かし、両放電部１２、１３で発生したイオンの減衰を抑えて効率的でバランスの良いイオン放出を行うことが可能となる。

放電電極１２ａ、１３ａは、上部誘電体１１ａの表面に該上部誘電体１１ａと一体的に形成されている。放電電極１２ａ、１３ａの材料としては、例えばタングステンのように、導電性を有するものであれば、特に制限なく使用することができるが、放電によって溶融等の変形を起こさないことが条件となる。

また、誘導電極１２ｂ、１３ｂは、上部誘電体１１ａを挟んで、放電電極１２ａ、１３ａと平行に設けられている。このような配置とすることにより、放電電極１２ａ、１３ａと誘導電極１２ｂ、１３ｂの距離（以下、電極間距離と呼ぶ）を一定とすることができるので、両電極間の絶縁抵抗を均一化して放電状態を安定させ、プラスイオン及び／またはマイナスイオンを好適に発生させることが可能となる。なお、誘電体１１を円柱状とした場合には、放電電極１２ａ、１３ａを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極１２ｂ、１３ｂを軸状に設けることによって、前記電極間距離を一定とすることができる。

誘導電極１２ｂ、１３ｂの材料としては、放電電極１２ａ、１３ａと同様、例えばタングステンのように、導電性を有するものであれば、特に制限なく使用することができるが、放電によって溶融等の変形を起こさないことが条件となる。

放電電極接点１２ｃ、１３ｃは、放電電極１２ａ、１３ａと同一形成面（すなわち上部誘電体１１ａの表面）に設けられた接続端子１２ｅ、１３ｅ、及び接続経路１２ｇ、１３ｇを介して、放電電極１２ａ、１３ａと電気的に導通されている。従って、放電電極接点１２ｃ、１３ｃにリード線（銅線やアルミ線など）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば、放電電極１２ａ、１３ａと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。

誘導電極接点１２ｄ、１３ｄは、誘導電極１２ｂ、１３ｂと同一形成面（すなわち下部誘電体１１ｂの表面）に設けられた接続端子１２ｆ、１３ｆ、及び接続経路１２ｈ、１３ｈを介して、誘導電極１２ｂ、１３ｂと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点１２ｄ、１３ｄにリード線（銅線やアルミ線など）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば、誘導電極１２ｂ、１３ｂと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。

さらに、放電電極接点１２ｃ、１３ｃと誘導電極接点１２ｄ、１３ｄは全て、誘電体１１の表面であって放電電極１２ａ、１３ａが設けられた面（以下、誘電体１１の上面と呼ぶ）以外の面に設けることが望ましい。このような構成であれば、誘電体１１の上面に不要なリード線などが配設されないので、ファン（不図示）からの空気流が乱れにくく、本発明に係るイオン独立発生方式の効果を最大限に発揮させることが可能となるからである。

以上のことを考慮して、本実施形態のイオン発生装置１０では、放電電極接点１２ｃ、１３ｃ及び誘導電極接点１２ｄ、１３ｄが全て、誘電体１１の上面に相対する面（以下、誘電体１１の下面と呼ぶ）に設けられている。

なお、本実施形態のイオン発生素子１０において、第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａは鋭角部を持ち、その部分で電界を集中させ、局部的に放電を起こす構成としている。もちろん、電界集中ができれば、本図記載の電極以外のパターンを用いてもよい。以下、図３、図４も同様の扱いである。

図３は本発明に係るイオン発生装置の第２実施形態を示す概略平面図である。断面図の構造は図２（ｂ）と同じと考えてよい。図３は面積制約上、基材の誘電体１１の形状に対して第１、第２の放電部位を対角線上に配置していない実施形態である。

第１の放電電極１２ａは、電界集中させ放電を起こす第１放電部位１２ｊと、この周囲もしくは一部を取り囲む第１導電部位１２ｋと、前述の接続端子部１２ｅと、に分類されるが、これらは全て同一パターン上にあり、印加される電圧は等しくなる。第２の放電電極１３ａも同様に、第２放電部位１３ｊ、第２導電部位１３ｋ、接続端子部１２ｅを有する。

第１放電部位１２ｊは、プラス電位にてプラスイオンが発生するが、すぐ隣にはマイナス電位の第２放電部位１３ｊが存在する。

ここで特徴としているのが、放電を起こす第１、第２放電部位１２ｊ、１３ｊに対し、この周囲もしくは一部を取り囲む第１、第２導電部位１２ｋ、１３ｋを配置したことにある。このように、第１放電部位１２ｊと同電圧の第１導電部位１２ｋが第１放電部位１２ｊの周囲または一部を取り囲んでいるため、第１放電部位１２ｊから発生したプラスイオンは、逆極性でマイナス電位の第２放電部位１３ｊに達する前に、プラス電位の第１導電部位１２ｋによって反発され、第２放電部位１３ｊに達することを緩和することができる。第２放電部位１３ｋについても同様である。なお、発生するイオンがほとんど中和しない送風方向や第１の放電電極１２ａと第２の放電電極１３ａとの距離の場合は、上記特徴部分である第１導電部位１２ｋ、第２導電部位１３ｋを設けなくても構わない。

図４は本発明に係るイオン発生装置の第３実施形態を示す概略平面図である。断面図の構造は図２（ｂ）と同じと考えてよい。本図（ａ）、（ｂ）に示すイオン発生装置は、上記した第２実施形態の特徴を有する上、前述のように、基材の誘電体１１の形状に対して、対角線上に配置したものである。先にも述べたように、電極の形状としては針状の電極としてもよいが、基本的には誘電体の表面に設けられた放電電極と、誘電体内部に埋没された誘導電極とで一対の電極を形成している場合を記載している。

本発明の第４実施形態としては、前出した図２、図３、図４のイオン発生装置において、第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂ、第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂの誘電体１１への配置を考えるとき、第１、第２の電極間の絶縁を確保できる距離を隔てて隣接することになるが、印加電圧を考え、これらの中で２つの電極間の電位差が最も小さくなる第１の放電電極１２ａと第２の放電電極１３ａを絶縁が確保できる距離を隔てて隣接させることを特徴としている。言い換えれば、最も電位差が小さくなる組み合わせの電極を絶縁が確保できる距離を隔てて隣接させる構造としている。電位差や波形については、以下に記述する。

また、図２、図３、図４の電極形状は一例であり、図８〜図１１のような電極形状であってもよい。図８〜図１１は本発明に係るイオン発生装置の第５〜第８実施形態を示す概略平面図である。図８〜図１１において、図３と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、断面図の構造は図２（ｂ）と同じと考えてよい。

図８に示すイオン発生装置１０は、第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａが端面に近づきすぎないように各電極の大きさを小さくしたものであり、図９に示すイオン発生装置１０は、放電箇所を調整するために、図８に示すイオン発生装置１０の第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａの個数を減少させたものである。また、図１０、図１１に示すイオン発生装置１０は、放電箇所を調整するために、図９に示すイオン発生装置１０の第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａの形状を図２に示すイオン発生装置１０の第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａのイメージに近づけたものである。

続いて、電圧印加回路２０の構成及び動作について説明する。

図５は電圧印加回路２０の一実施形態を示す回路図である。まず、本図（ａ）に示す電圧印加回路２０について説明する。本図に示す電圧印加回路２０は、１次側駆動回路として、入力電源２０１と、入力抵抗２０４、整流ダイオード２０６、トランス駆動用スイッチング素子２１２、コンデンサ２１１、ダイオード２０７、を有して成る。入力電源２０１が交流商用電源の場合、入力電源２０１の電圧により、入力抵抗２０４、整流ダイオード２０６を介して、コンデンサ２１１に充電され、規定電圧以上になればトランス駆動用スイッチング素子２１２がオンして、トランス２０２の１次側巻線２０２ａに電圧印加される。その直後、コンデンサ２１１に充電されたエネルギーはトランス２０２の１次側巻線２０２ａとトランス駆動用スイッチング素子２１２を通じて放電され、コンデンサ２１１の電圧はゼロに戻り、再び充電がされ、規定周期で充放電を繰り返す。トランス駆動用スイッチング素子２１２は、上記の説明では無ゲート２端子サイリスタ（サイダック［新電元工業の製品］）を採用した説明となっているが、若干異なる回路を用いて、サイリスタ（ＳＣＲ）を用いてもよい。また、入力電源２０１は直流電源の場合であっても、上記と同様の動作が得られる回路とすれば、これを問わない。すなわち、当回路の１次側駆動回路としては、特に限定するものではなく、同様の動作が得られる回路であればよい。

トランス２０２の２次側回路として、トランス２０２の２次巻線２０２ｂ、２０２ｃの２つを備え、これらがそれぞれ図２、図３、図４、図８〜図１１のいずれかの第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂ、第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂに接続されている。１次側回路のトランス駆動用スイッチング素子２１２がオンすることにより、１次側のエネルギーがトランスの２次巻線２０２ｂ、２０２ｃに伝達され、インパルス状電圧が発生する。第１の放電電極１２ａには、トランス２０２の２次巻線２０２ｂだけでなく、ダイオード２０９のカソードが接続され、ダイオード２０９のアノードは、抵抗２０５を介して、接地または入力電源２０１の片側（基準電位）に接続される。入力電源２０１が交流商用電源であるとき、日本国内では入力交流商用電源の片方が接地されているため、接地端子がない電気機器などは入力電源２０１の片側につなげば同じ機能を得ることができる。コンセントが逆に挿入されても、１００Ｖが重たんされるだけで、接地されるのは同じである。また、抵抗２０５は保護用であり、これがなくても（短絡していても）動作には支障がない。また、第２の放電電極１３ａには、トランスの２次巻線２０２ｃだけでなく、ダイオード２０８のアノードが接続され、ダイオード２０８のカソードは、抵抗２０５を介して、接地または入力電源２０１の片側に接続される。

次に、本図（ｂ）に示す別構成の電圧印加回路２０について説明する。トランス２０２の１次側回路の説明は前述と同様である。トランス２０２の２次側回路として、トランス２０２の２次巻線は２０２ｂ、２０２ｃの２つを備え、こられがそれぞれ、図２の第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂ、第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂに接続されている。第１の放電電極１２ａには、トランス２０２の２次巻線２０２ｂだけでなく、ダイオード２０９のカソード及びダイオード２１０のアノードが接続され、ダイオード２０９のアノードは切換リレー２０３の１つの選択端子２０３ａに、またダイオード２１０のカソードは切換リレー２０３の別の選択端子２０３ｂに接続される。切換リレー２０３の共通端子２０３ｃは、抵抗２０５を介して、接地または入力電源２０１の片側に接続される。

次に、動作電圧波形について説明する。トランス２０２の２次巻線２０２ｂ、２０２ｃの両端には、図５（ｃ）のような交番電圧のインパルス波形が印加される。２次巻線２０２ｂ、２０２ｃに接続されるダイオード２０９及びダイオード２０８の向きは、前述のように逆向きであり、第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂ、第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂの電圧を接地端子、場合によっては入力電源２０１の片側（基準電位：ダイオード２０８、２０９が接続される側）を基準にみた電圧波形は、図５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に示すように、図５（ｃ）の波形がそれぞれ正負にバイアスされた波形となる。

図５（ａ）に示す実施形態の場合、第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂは接地端子、場合によっては入力電源２０１の片側（基準電位：ダイオード２０８、２０９が接続される側）を基準に見た電位は共にプラスであり、発生したマイナスイオンは放電電極１２ａ上で中和し、プラスイオンは反発し放出される。また、第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂは接地端子、場合によっては入力電源２０１の片側（基準電位：ダイオード２０８、２０９が接続される側）を基準に見た電位は共にマイナスであり、マイナスイオンが放出される。

また、図５（ｂ）に示す実施形態の場合、第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂは、切換リレー２０３が選択端子２０３ａ側にあるとき、接地端子、場合によっては入力電源２０１の片側（基準電位：ダイオード２０８、２０９が接続される側）を基準に見た電位は共にプラスであり、プラスイオンが発生する。また、切換リレー２０３が選択端子２０３ｂ側にあるとき、接地端子、場合によっては入力電源２０１の片側（基準電位：ダイオード２０８、２０９が接続される側）を基準に見た電位はともにマイナスであり、マイナスイオンが発生する。第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂは接地端子、場合によっては入力電源２０１の片側（基準電位：ダイオード２０８、２０９が接続される側）を基準に見た電位は共にマイナスであり、マイナスイオンが発生する。

プラスイオンとしてはＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mであり、マイナスイオンとしてはＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数でＨ₂Ｏ分子が複数個付いていることを意味する）である。

このように、切換リレー２０３の選択端子が２０３ａ側にあるとき、第１の放電部１２から発生するイオンはプラスイオンとなり、第２の放電部１３から発生するマイナスイオンとでプラス、マイナス略同量のイオンが発生する。空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nを略同量放出させることにより、これらのイオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により不活化することが可能となる。

上記記載について詳細に述べる。第１、第２の放電部１２、１３を構成する電極間に交流電圧を印加することにより、空気中の酸素ないしは水分が電離によりエネルギーを受けてイオン化し、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）とＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）を主体としたイオンを生成し、これらをファン等により空間に放出させる。これらＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nは、浮遊菌の表面に付着し、化学反応して活性種であるＨ₂Ｏ₂または（・ＯＨ）を生成する。Ｈ₂Ｏ₂または（・ＯＨ）は、極めて強力な活性を示すため、これらにより、空気中の浮遊細菌を取り囲んで不活化することができる。ここで、（・ＯＨ）は活性種の１種であり、ラジカルのＯＨを示している。

正負のイオンは浮遊細菌の細胞表面で式（１）〜式（３）に示すように化学反応して、活性種である過酸化水素Ｈ₂Ｏ₂または水酸基ラジカル（・ＯＨ）を生成する。ここで、式（１）〜式（３）において、ｍ、ｍ'、ｎ、ｎ'は任意の自然数である。これにより、活性種の分解作用によって浮遊細菌が破壊される。従って、効率的に空気中の浮遊細菌を不活化、除去することができる。

H⁺(H₂O)_m＋O₂ ^-(H₂O)_n→・OH＋1/2O₂＋(m+n)H₂O … (1)
H⁺(H₂O)_m＋H⁺(H₂O)_m'＋O₂ ^-(H₂O)_n＋O₂ ^-(H₂O)_n'→2・OH＋O₂＋(m+m'+n+n')H₂O … (2)
H⁺(H₂O)_m＋H⁺(H₂O)_m'＋O₂ ^-(H₂O)_n＋O₂ ^-(H₂O)_n'→H₂O₂＋O₂＋(m+m'+n+n')H₂O … (3)
以上のメカニズムにより、上記正負イオンの放出により、浮遊菌等の不活化効果を得ることができる。

また、上記式（１）〜式（３）は、空気中の有害物質表面でも同様の作用を生じさせることができるため、活性種である過酸化水素Ｈ₂Ｏ₂または水酸基ラジカル（・ＯＨ）が、有害物質を酸化若しくは分解して、ホルムアルデヒドやアンモニアなどの化学物質を、二酸化炭素や、水、窒素などの無害な物質に変換することにより、実質的に無害化することが可能である。

したがって、送風ファンを駆動することにより、イオン発生素子１によって発生させた正イオンと負イオンを本体外に送り出することができる。そして、これらの正イオンと負イオンの作用により空気中のカビや菌を不活化し、その増殖を抑制することができる。

その他、正イオンと負イオンには、コクサッキーウィルス、ポリオウィルス、などのウィルス類も不活化する働きがあり、これらウィルスの混入による汚染が防止できる。

また、正イオンと負イオンには、臭いの元となる分子を分解する働きがあることも確かめられており、空間の脱臭にも利用できる。

また、切換リレー２０３の選択端子が２０３ｂ側にあるとき、第１の放電部１２から発生するイオンはマイナスイオンとなり、第２の放電部１３から発生するマイナスイオンとで双方の電極からマイナスイオンが発生する。家庭内の電気機器などでプラスイオン過多となった空間にマイナスイオンを多量に供給し、自然界での森の中のようなプラスとマイナスのイオンバランスのとれた状態にしたいときや、リラクゼーション効果を求めたりする場合に有効となる。

また、電圧印加回路２０は、図２〜図４、図８〜図１１のいずれかに示す第１の放電電極１２ａと第１の誘導電極１２ｂとの間にプラス極性から始まる交番電圧波形を印加し、第２の放電電極１３ａと第２の誘導電極１３ｂとの間にマイナス極性から始まる交番電圧波形を印加すればよいのであるから、図５に示す構成以外に、例えば、図１２、図１３に示す構成を採用することが可能である。

図１２は、図５（ｂ）の回路をより安価に、かつ部品点数を減らした構成である。説明の便宜上、図５に示す実施形態と同一の部分には同一の符号を付している。図１２に示す電圧印加回路２０は、１次側駆動回路として、入力電源２０１と、入力抵抗２０４、整流ダイオード２０６、トランス駆動用スイッチング素子２１２、コンデンサ２１１、フライホイールダイオード２１３、を有して成る。入力電源２０１が交流商用電源の場合、入力電源２０１の電圧により、入力抵抗２０４、整流ダイオード２０６を介して、コンデンサ２１１に充電され、規定電圧以上になればトランス駆動用スイッチング素子２１２がオンして、トランス２０２の１次側巻線２０２ａに電圧印加される。その直後、コンデンサ２１１に充電されたエネルギーはトランス駆動用スイッチング素子２１２とトランス２０２の１次側巻線２０２ａを通じて放電され、コンデンサ２１１の電圧はゼロに戻り、再び充電がされ、規定周期で充放電を繰り返す。

トランス２０２の２次側回路として、トランス２０２の２次巻線２０２ｂ、２０２ｃの２つを備え、これらがそれぞれ図２、図３、図４、図８〜図１１のいずれかの第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂ、第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂに接続されている。１次側回路のトランス駆動用スイッチング素子２１２がオンすることにより、１次側のエネルギーがトランスの２次巻線２０２ｂ、２０２ｃに伝達され、インパルス状電圧が発生する。なお、各２次巻線と各電極とは、第１の放電電極１２ａと第１の誘導電極１２ｂ間に印加される電圧の極性と、第２の放電電極１３ａと第２の誘導電極１３ｂとの間に印加される電圧の極性とが逆になるように接続されている。

また、第１の放電電極１２ａには、トランス２０２の２次巻線２０２ｂだけでなく、ダイオード２０９のカソードが接続され、ダイオード２０９のアノードは、リレー２１４を介して、接地または入力電源２０１の片側（ラインＡＣ２：基準電位）に接続される。入力電源２０１が交流商用電源であるとき、日本国内では入力交流商用電源の片方が接地されているため、接地端子がない電気機器などは入力電源２０１の片側につなげば同じ機能を得ることができる。また、第２の放電電極１３ａには、トランス２０２の２次巻線２０２ｃだけでなく、ダイオード２０８のアノードが接続され、ダイオード２０８のカソードは、接地または入力電源２０１の片側（ラインＡＣ２）に接続される。

次に、動作電圧波形について説明する。トランス２０２の２次巻線２０２ｂ、２０２ｃの両端には、交番電圧のインパルス波形が印加される。このとき、第１の放電電極１２ａを基準に見た第１の誘導電極１２ｂの電圧波形は、図１４（ａ）に示すように、プラス極性から始まる交番電圧波形となり、第２の放電電極１３ａを基準に見た第２の誘導電極１３ｂの電圧波形は、図１４（ｂ）に示すように、マイナス極性から始まる交番電圧波形となる。

また、２次巻線２０２ｃは順方向の向きのダイオード２０８を介してラインＡＣ２（場合によっては接地端子）に接続されているので、ラインＡＣ２を基準に見た第２の放電電極１３ａの電圧波形は図１５（ａ）に示すように、また、第２の誘導電極１３ｂの電圧波形は図１５（ｂ）に示すように、図１４（ｂ）の波形が負にバイアスされた波形となる。従って、第２放電部１３からはマイナスイオンが発生する。マイナスイオンとしてはＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数でＨ₂Ｏ分子が複数個付いていることを意味する）である。

一方、２次巻線２０２ｂは、リレー２１４がオンしているときは、逆方向の向きのダイオード２０９を介してラインＡＣ２に接続されているので、ラインＡＣ２を基準に見た第１の放電電極１２ａの電圧波形は図１６（ａ）に示すように、また、第１の誘導電極１２ｂの電圧波形は図１６（ｂ）に示すように、図１４（ａ）の波形が正にバイアスされた波形となる。従って、第１放電部１２からは第２放電部１３で発生するマイナスイオンと略同量のプラスイオンが発生する。プラスイオンとしてはＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数でＨ₂Ｏ分子が複数個付いていることを意味する）である。

また、図１７（ａ）は、図１４に示す波形を時間軸を変えて示したものであり、図１７（ｂ）は図１６に示す波形を時間軸を変えて示したものである。各電極に印加される電圧波形は、このような短い時間で減衰するインパルス波形となっているが、これはトランスのインダクタンスや抵抗、電極の静電容量による電気振動減衰とフライホイールダイオード２１３の効果によるものである。即ち、２次巻線２０２ｂ、２０２ｃに流れる電流により１次巻線２０２ａに誘起される電圧により流れる電流を１次巻線２０２ａ、フライホイールダイオード２１３、トランス駆動用スイッチング素子２１２を通じて還流させることにより、２次巻線２０２ｂ、２０２ｃに発生する電圧振動を急速に減衰させている。

また、図１８（ａ）は、リレー２１４がオンであるときのラインＡＣ２を基準に見た第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａの電圧波形を示す波形図であり、図１５（ａ）、図１６（ａ）と同じである。図１８（ｂ）は、リレー２１４がオフである時のラインＡＣ２を基準に見た第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａの電圧波形を示す波形図である。リレー２１４がオンであるときは、図１８（ａ）に示すように、ラインＬ１で示す第１の放電電極１２ａの電圧波形はプラス側にバイアスされ、ラインＬ２で示す第２の放電電極１３ａの電圧波形はマイナス側にバイアスされている。そして、リレー２１４がオフしているときは、図１８（ｂ）に示すように、ラインＬ２で示す第２の放電電極１３ａの電圧波形はマイナス側にバイアスされていて変化はないが、ラインＬ１で示す第１の放電電極１２ａの電圧波形はバイアスされずに交番波形に変化している。これは、リレー２１４がオフしているときは、２次巻線２０２ｂがフローティング状態となるためであり、第１波がマイナスで第２波目以降が交番する波形であることでプラスイオンとマイナスイオン両方が少量ながら放出される。

従って、リレー２１４がオフであるときは、第１放電部１２から発生する少量のプラスイオンとマイナスイオンと第２放電部１３から発生する多量のマイナスイオンとで全体としては微量のプラスイオンと多量のマイナスイオンでマイナスイオンリッチの状態になる。一方、リレー２１４がオンであるときは、第１放電部１２から発生するプラスイオンと第２放電部１３から発生するマイナスイオンとでプラス、マイナス略同量のイオンが発生する状態になる。

従って、空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nを略同量放出させることにより、これらのイオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により不活化する状態を求める場合と、家庭内の電気機器などでプラスイオン過多となった空間にマイナスイオンを多量に供給し、自然界での森の中のようなプラスとマイナスのイオンバランスのとれた状態にしたいときやリラクゼーション効果を求めたりする場合とを、リレー２１４をオン／オフさせることで切り換えることができる。

また、図１２に示すトランス２０２は図１９のような巻線配置で構成されている。図１９は、図１２に示すトランス２０２が搭載されたイオン発生装置の部品配置を示した配置図である。図１９において、２２０は放電用の各電極（不図示）が形成されている電極パネル部、２２１は電極パネル部２２０を固定する電極枠、２２２はモールド材、２２３はトランス２０２が固定されるとともに回路部品が実装される基板、２２４は入出力用のコネクタやその他の回路部品が搭載されている回路部品搭載部である。

トランス２０２は、１次巻線２０２ａの両側に２次巻線２０２ｂ、２０２ｃが配置された構成である。トランス２０２の巻線配置をこのようにすると、２次巻線２０２ｂ、２０２ｃ間の距離を確保することになり、一方の２次巻線で発生した磁界が直接、他方の２次巻線に及ぼす影響を軽減することができる。従って、互いの磁界が影響を及ぼし合うことにより、各２次巻線に発生する電圧が変動することが軽減され、各２次巻線から発生する電圧が印加されるイオン発生素子からのイオン発生量が変動することを防止することができる。

図１３は電圧印加回路２０の更に他の実施形態を示す回路図である。説明の便宜上、図１２に示す実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１３に示す電圧印加回路２０が図１２に示す電圧印加回路２０と相違する点は、１個のトランス２０２とフライホイールダイオード２１３の代わりに、２個のトランス２１５、２１６とそれぞれの１次巻線に接続された２個のフライホイールダイオード２１７、２１８を用いている点である。また、１次側駆動回路としてのトランス駆動用スイッチング素子２１２とコンデンサ２１１との位置が入れ替わっている。

入力電源２０１が交流商用電源の場合、入力電源２０１の電圧により、入力抵抗２０４、整流ダイオード２０６、フライホイールダイオード２１７、２１８を介して、コンデンサ２１１に充電され、規定電圧以上になればトランス駆動用スイッチング素子２１２がオンして、トランス２１５の１次側巻線２１５ａとトランス２１６の１次側巻線２１６ａとの直列回路に電圧印加される。その直後、コンデンサ２１１に充電されたエネルギーはトランス駆動用スイッチング素子２１２とトランス２１５の１次側巻線２１５ａとトランス２１６の１次側巻線２１６ａとの直列回路を通じて放電され、コンデンサ２１１の電圧はゼロに戻り、再び充電がされ、規定周期で充放電を繰り返す。

トランス２１５、２１６の２次側回路としての２次巻線２１５ｂ、２１６ｂがそれぞれ図２、図３、図４、図８〜図１１のいずれかの第１の放電電極１２ａ、第１の誘導電極１２ｂ、第２の放電電極１３ａ、第２の誘導電極１３ｂに接続されている。１次側回路のトランス駆動用スイッチング素子２１２がオンすることにより、１次側のエネルギーが２次巻線２１５ｂと２次巻線２１６ｂに伝達され、インパルス状電圧が発生する。なお、各２次巻線と各電極とは、第１の放電電極１２ａと第１の誘導電極１２ｂ間に印加される電圧の極性と、第２の放電電極１３ａと第２の誘導電極１３ｂとの間に印加される電圧の極性とが逆になるように接続されている。

また、第１の放電電極１２ａには、トランス２１５の２次巻線２１５ｂだけでなく、ダイオード２０９のカソードが接続され、ダイオード２０９のアノードは、リレー２１４を介して、接地または入力電源２０１の片側（ラインＡＣ２）に接続される。また、第２の放電電極１３ａには、トランス２１６の２次巻線２１６ｂだけでなく、ダイオード２０８のアノードが接続され、ダイオード２０８のカソードは、接地または入力電源２０１の片側（ラインＡＣ２）に接続される。

このような構成の図１３に示す電圧印加回路２０の動作電圧波形については、図１２に示す電圧印加回路２０の動作電圧波形（図１４〜図１７）と同じなので、その説明は省略する。図１３に示す電圧印加回路２０の特徴的な点は、第１の放電電極１２ａと第１の誘導電極１２ｂ間に電圧を印加するトランス２１５と、第２の放電電極１３ａと第２の誘導電極１３ｂとの間に電圧を印加するトランス２１６とを独立させているとともに、それぞれのトランスの１次巻線にフライホイールダイオード２１７、２１８をそれぞれ設けている点である。

このようにすると、２次巻線２１５ｂに流れる電流により１次巻線２１５ａに誘起される電圧により流れる電流は１次巻線２１５ａとフライホイールダイオード２１７を還流するだけなので、トランス２１６に影響を及ぼすことはない。また、同様に、２次巻線２１６ｂに流れる電流により１次巻線２１６ａに誘起される電圧により流れる電流は１次巻線２１６ａとフライホイールダイオード２１８を還流するだけなので、トランス２１５に影響を及ぼすこともない。従って、一方の放電部に負荷変動等が生じても、その変動が他方の放電部に印加される電圧に影響を及ぼすことがなくなり、他方の放電部から発生するイオン量が変動することを防止することができる。

なお、図１３に示す電圧印加回路２０は、トランス２１５の１次巻線２１５ａとトランス２１６の１次巻線２１６ａとを直列に接続しているが、これらを並列に接続した回路構成にすることも可能である。

また、図１３に示すトランス２１５、２１６は図２０のような巻線配置で構成されている。図２０は、図１３に示すトランス２１５、２１６が搭載されたイオン発生装置の部品配置を示した配置図である。説明の便宜上、図１９と同一の部分には同一の符号を付している。図２０において、２２０は放電用の各電極（不図示）が形成されている電極パネル部、２２１は電極パネル部２２０を固定する電極枠、２２２はモールド材、２２３はトランス２１５、２１６が固定されるとともに回路部品が実装される基板、２２４は入出力用のコネクタやその他の回路部品が搭載されている回路部品搭載部である。

トランス２１５、２１６は、２次巻線２１６ｂ、１次巻線２１６ａ、１次巻線２１５ａ、２次巻線２１５ｂがこの順に並ぶように配置されている。トランス２１５、２１６をこのように配置すると、２次巻線２１６ｂ、２１５ｂ間の距離を確保することになり、一方の２次巻線で発生した磁界が直接、他方の２次巻線に及ぼす影響を軽減することができる。従って、互いの磁界が影響を及ぼし合うことにより、各２次巻線に発生する電圧が変動することが軽減され、各２次巻線から発生する電圧が印加されるイオン発生素子からのイオン発生量が変動することを防止することができる。

なお、図１２、図１３に示すトランス駆動用スイッチング素子２１２は、上記の説明では無ゲート２端子サイリスタ（サイダック［新電元工業の製品］）を採用した説明となっているが、若干異なる回路を用いて、サイリスタ（ＳＣＲ）を用いてもよい。また、入力電源２０１は直流電源の場合であっても、上記と同様の動作が得られる回路とすれば、これを問わない。すなわち、当回路の１次側駆動回路としては、特に限定するものではなく、同様の動作が得られる回路であればよい。

なお、上記した本発明に係るイオン発生素子またはイオン発生装置は、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置などの電気機器に搭載するとよい。このような電気機器であれば、機器本来の機能に加えて、搭載したイオン発生装置で空気中のイオン量やイオンバランスを変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。

また、上記の実施形態では、イオンを発生する放電部を複数有して成る単一のイオン発生素子でプラスイオンとマイナスイオンを個別に発生させ、各々を独立して室内に放出する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、複数のイオン発生素子でプラスイオンとマイナスイオンを個別に発生させ、各々を独立して室内に放出する構成としても構わない。

は、本発明に係るイオン独立放出方式の基礎実験例を示す模式図である。 は、本発明に係るイオン発生装置の第１実施形態を示す概略図である。 は、本発明に係るイオン発生装置の第２実施形態を示す概略図である。 は、本発明に係るイオン発生装置の第３実施形態を示す概略図である。 は、電圧印加回路２０の一実施形態を示す回路図である。 は、本発明に係るイオン独立放出方式の他の基礎実験例を示す模式図である。 は、本発明に係るイオン独立放出方式の他の基礎実験例の実験結果を示す図である。 は、本発明に係るイオン発生装置の第５実施形態を示す概略図である。 は、本発明に係るイオン発生装置の第６実施形態を示す概略図である。 は、本発明に係るイオン発生装置の第７実施形態を示す概略図である。 は、本発明に係るイオン発生装置の第８実施形態を示す概略図である。 は、電圧印加回路２０の他の実施形態を示す回路図である。 は、電圧印加回路２０の更に他の実施形態を示す回路図である。 は、図１２、図１３に示す電圧印加回路２０の動作電圧波形を示す波形図である。 は、図１２、図１３に示す電圧印加回路２０の他の動作電圧波形を示す波形図である。 は、図１２、図１３に示す電圧印加回路２０の他の動作電圧波形を示す波形図である。 は、図１２、図１３に示す電圧印加回路２０の他の動作電圧波形を示す波形図である。 は、図１２、図１３に示す電圧印加回路２０の他の動作電圧波形を示す波形図である。 は、図１２に示すトランスを搭載したイオン発生装置の部品配置を示す配置図である。 は、図１３に示すトランスを搭載したイオン発生装置の部品配置を示す配置図である。

符号の説明

０ａ 放電電極
０ｂ 誘導電極
１、１ａ、１ｂ イオン発生素子
２ ファン
３ イオンカウンタ
１０ イオン発生素子
１１ 誘電体
１１ａ 上部誘電体
１１ｂ 下部誘電体
１２、１３ 第１、第２放電部
１２ａ、１３ａ 放電電極
１２ｂ、１３ｂ 誘導電極
１２ｃ、１３ｃ 放電電極接点
１２ｄ、１３ｄ 誘導電極接点
１２ｅ、１３ｅ 接続端子
１２ｆ、１３ｆ 接続端子
１２ｇ、１３ｇ 接続経路
１２ｈ、１３ｈ 接続経路
１２ｊ、１３ｊ 放電部位
１２ｋ、１３ｋ 導電部位
１４ コーティング層
２０ 電圧印加回路
２０１ 交流電源
２０２ スイッチングトランス
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 第１、第２、第３コイル
２０３ 切換リレー
２０３ａ、２０３ｂ 選択端子
２０３ｃ 共通端子
２０４、２０５ 抵抗
２０６、２０７、２０８、２０９、２１０ ダイオード
２１１ コンデンサ
２１２ 無ゲート２端子サイリスタ（サイダック）
２１３、２１７、２１８ フライホイールダイオード
２１４ リレー
２１５、２１６ トランス
２１５ａ、２１６ａ １次巻線
２１５ｂ、２１６ｂ ２次巻線

Claims (8)

1. １つの基材上に取り付け、または印刷されるプラスイオンを発生する第１の放電部と、マイナスイオンを発生する第２の放電部と、を少なくとも１つずつ有し、第１、第２の放電部は、前記基材である誘電体の表面に設けられた第１、第２の放電電極と、前記誘電体の内部に埋設された第１、第２の誘導電極と、を各々一対として各個に形成され、第１、第２の放電部はともに、前記基材の同一平面上であって、その対角線上に分離独立して配置されていることを特徴とするイオン発生素子。
2. 請求項１に記載のイオン発生素子であり、第１の放電部は、放電を生じる第１放電部位と、該第１放電部位の周囲もしくは一部を囲う第１の放電部位と同電圧の第１導電部位を持ち、マイナスイオンを発生する第２の放電部は、放電を生じる第２放電部位と、該第２放電部位の周囲もしくは一部を囲う第２放電部位と同電圧の第２導電部位を持ち、第１、第２の放電部はともに、前記基材の同一平面上であって、第１導電部位と第２導電部位が対向するように分離独立して配置され、または前記基材の対角線上に分離独立して配置されていることを特徴とするイオン発生素子。
3. 請求項１または請求項２に記載のイオン素子と、該イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有し、
   前記電圧印加回路は、駆動側の１次巻線と第１の放電部に交流インパルス電圧を印加する第１の２次巻線と第２の放電部に交流インパルス電圧を印加する第２の２次巻線とから成る第１のトランスを有し、第１のトランスの第１、第２の２次巻線は前記１次巻線の両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするイオン発生装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のイオン素子と、該イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有し、
   前記電圧印加回路は、駆動側の１次巻線と第１の放電部に交流インパルス電圧を印加する２次巻線とから成る第２のトランスと、駆動側の１次巻線と第２の放電部に交流インパルス電圧を印加する２次巻線とから成る第３のトランスとを有し、第２のトランスの２次巻線、第２のトランスの１次巻線、第３のトランスの１次巻線、第３のトランスの２次巻線の順に配置されていることを特徴とするイオン発生装置。
5. 第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とが並列に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のイオン発生装置。
6. 第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とが直列に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のイオン発生装置。
7. 第２のトランスの１次巻線と第３のトランスの１次巻線とにそれぞれフライホイールダイオードが接続されていることを特徴とする請求項６に記載のイオン発生装置。
8. 請求項１または請求項２に記載のイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有し、
   前記電圧印加回路は、第１の放電部に接続されるトランスの第１の２次巻線と、第１の放電部に接続されるトランスの第２の２次巻線の巻き始めと巻き終わりの極性が逆であり、
   第１の放電部および第２の放電部と基準電位との間に接続されるダイオードの向きは互いに逆向きとし、
   第１の放電部に交流インパルス電圧をプラスにバイアスした電圧波形を印加することでプラスイオンを発生させ、
   第２の放電部に前記交流インパルス電圧をマイナスにバイアスした電圧波形を印加することで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。

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