JP5001863B2

JP5001863B2 - イオン発生素子

Info

Publication number: JP5001863B2
Application number: JP2008002116A
Authority: JP
Inventors: 憲弘松岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: JP2009164036A

Description

この発明はイオン発生素子に関する。

従来、イオンを発生させる方法としては、水に衝撃を与えることによってイオンを発生させるレナード効果を利用する方法と、電極に高電圧を印加することによって電気的にイオンを発生させる方法とがある。このようにして生成されたイオンは、除電を行ったり、細菌やウイルスの不活性化処理を行ったり、あるいは、イオンによって快適性を増加させたりするために用いられる。また、イオン発生時の放電エネルギーによって空気を浄化したり、空気中のイオンを移動させることによって空気の流れを発生させたりすることができる。

電極に高電圧を印加することによって放電させ、空気中の分子を解離させてイオンを発生させる方法では、針状電極や細線電極と対向電極との間に高電圧を印加することによって、イオンを発生させることができる。この方法を用いるイオン発生素子は、素子構造が比較的単純であるので、一般的に用いられている。

電極に高電圧を印加することによってイオンを発生させる方法では、一般に、一定量のイオンを発生させるために必要な電圧は、安全性、高電圧発生回路の小型化、省電力という観点から、できるだけ低電圧であることが望ましい。そこで、電極に高電圧を印加することによってイオンを発生させるイオン発生素子のイオン発生電極としては、針電極や、鋭角に形成された部分を有する板状の電極が用いられる。

例えば、特開２００５−６３８２７号公報（特許文献１）には、放電電極として１００μｍ以下の極細線が用いられるイオン発生装置が記載されている。

また、実開平６−３１０９９号公報（特許文献２）と特開平６−１０９２７４号公報（特許文献３）には、先端が４５°以下に形成されている鋸歯を有する板状のイオン発生用電極が記載されている。

特開２００４−４３３４号公報（特許文献４）には、複数の針状突起を有する金属電極を有するコロナ放電装置が記載されている。

一方、特開２００１−８０９０８号公報（特許文献５）に記載のイオン風発生装置では、針状電極の交換やクリーニングによる取り外しによって針状電極と外側電極との設置間隔を厳重に管理するために、針状電極と外側電極が一体化されている。

また、特開昭６４−２０７５号公報（特許文献６）には、誘電体層を挟んで形成した電極間に電圧を印加する沿面放電方式の固体放電装置が記載されている。この固体放電装置においては、電極間に誘電体を介しているため、空気中の電極間に電圧を印加する方法と比較して、一般的に低電圧でイオンを発生させることができる。
特開２００５−６３８２７号公報実開平６−３１０９９号公報特開平６−１０９２７４号公報特開２００４−４３３４号公報特開２００１−８０９０８号公報特開昭６４−２０７５号公報

しかしながら、レナード効果によってイオンを発生させる方法では、マイナスイオンのみが発生し、プラスイオンを発生させることができないという問題がある。また、水を用いるため、空気が加湿されたり、装置が大型になったりするという問題もある。

特開２００５−６３８２７号公報（特許文献１）に記載のイオン発生装置のように、極細線の電極を針状の放電電極として用いる場合や、特開２００４−４３３４号公報（特許文献４）に記載されている針状突起を有する金属電極を用いる場合、特開２００１−８０９０８号公報（特許文献５）に記載されている針状電極を用いる場合には、針状の電極の先端径を小さくするために電極の先端を高精度で加工する必要があり、加工が困難になるとともに加工費が高価になるという問題がある。

実開平６−３１０９９号公報（特許文献２）と特開平６−１０９２７４号公報（特許文献３）に記載されている鋸歯を有する板状のイオン発生用電極を用いる場合にも同様に、電極の先端径を小さくするためには、電極の先端を高精度で加工する必要があり、加工が困難になるとともに加工費が高価になるという問題がある。

一方、特開昭６４−２０７５号公報（特許文献６）に記載されている固体放電装置では、印刷法で形成された電極上で発生したイオンが電極近傍に留まるため、イオンを送出するためには電極上に送風が必要となる。そのため、送風を起こすファンを含めると、イオン発生に必要な消費電力が大きくなるという問題がある。

そこで、この発明の目的は、効率よくイオンを発生させることが可能であって、容易に作製することが可能なイオン発生素子を提供することである。

この発明に従ったイオン発生素子は、基板と、膜状の導電体によって基板上に形成される二つの誘導電極と、膜状の導電体によって基板上に形成され、高電圧を印加してイオンを発生させるためのイオン発生電極とを備え、イオン発生電極は、尖端を有する放電部を含み、放電部の尖端は、基板上において基板の端面からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置されている。この発明に従ったイオン発生素子において、二つの誘導電極は、放電部の尖端の左右方向の一方側と他方側に互いに間隔を開けて、尖端が指す方向に離れて配置されている。

膜状の導電体で構成されるイオン発生電極は、例えば、スクリーン印刷やエッチング等の技術を用いることによって、膜厚が２０μｍ以下の薄い膜で鋭角なパターンに形成される。このような薄い膜状の導電体によって、先端径が小さなイオン発生電極を容易に形成することができるので、イオン発生電極を低コストで作製することができる。

また、基板上に複数のイオン発生電極を並べて形成することも容易であるため、効率よく、低コストでイオン発生素子を作製することができる。

また、イオン発生電極の放電部の尖端は、基板上において基板の端面からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置されていることによって、効果的にイオンを発生させ、例えば、送風ファンを備えなくても、イオンによる効果を得ることができる。

この発明に従ったイオン発生素子が、膜状の導電体によって基板上に形成される誘導電極をさらに備えていることにより、イオン発生電極と誘導電極の位置関係の精度を高くすることができる。例えば、イオンを電界によって送り出す方式においては、イオン発生電極と誘導電極との相対位置が、イオン発生素子から送出されるイオン量に大きく影響を及ぼす。そこで、このようにイオン発生電極と誘導電極の位置関係の精度を高くすることによって、イオン発生素子のイオン送出量特性のばらつきを低減することができる。

このようにすることにより、効率よくイオンを発生させることが可能であって、容易に作製することが可能なイオン発生素子を提供することができる。

この発明に従ったイオン発生素子においては、イオン発生電極は、金属酸化物を含むことが好ましい。

従来のイオン発生素子では、イオンの発生や、イオンが電極に衝突することによるスパッタリング現象によって、イオン発生電極が消耗するという問題がある。金属酸化物は耐熱性やイオンの衝撃に対する耐久性が高いので、イオン発生電極が金属酸化物を含むことにより、イオン発生による消耗が少なく、長寿命のイオン発生電極を形成することができる。

この発明に従ったイオン発生素子において、イオン発生電極の放電部は、好ましくは、酸化ルテニウムを含む金属酸化物によって形成されている。

以上のように、この発明によれば、効率よくイオンを発生させることが可能であって、容易に作製することが可能なイオン発生素子を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態として、イオン発生素子と電源の全体を示す正面図（Ａ）と、（Ａ）に示すイオン発生素子を右方向から見たときの側面図（Ｂ）である。

図１に示すように、イオン発生素子１は、ほぼ正方形の基板１０と、基板１０上に印刷法によって形成されたイオン発生電極２０とから構成されている。イオン発生電極２０は、尖端２２を有する放電部２１と、リード線接続端子２４とを含む。

基板１０は、９６％アルミナ基板である。イオン発生電極２０の放電部２１は、導電体の金属酸化物として酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）材料（ＤｕＰｏｎｔ製、品番：ＱＳ８７１）を用いて、基板１０上に厚膜印刷し、８５０℃で１０分間焼成する厚膜印刷・焼成法によって形成されている。放電部２１の尖端２２の先端角度は、２３．５°の鋭角に形成されている。放電部２１の膜厚は、７〜１１μｍである。リード線接続端子２４は、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）導体（ＤｕＰｏｎｔ製、品番：＃５１６４Ｎ）を用いて、基板１０上に印刷・焼成することによって形成されている。放電部２１は、予め印刷・焼成されたリード線接続端子２４の一部に重なるオーバーラップ部２３を形成するようにして印刷された後、焼成される。放電部２１の尖端２２から基板１０の端面１２までの距離Ａは、０．６ｍｍ以下とする。

イオン発生素子１の放電部２１には、高圧電源装置４０によって高電圧が印加される。高電圧が印加されることによって、放電部２１で放電が発生し、放電部２１周辺の空気中の分子が解離してイオンが発生する。このようにして発生したイオンは、除電を行ったり、細菌やウイルスの不活性化処理を行ったり、あるいは、イオンによって快適性を増加させたりするために用いられる。また、イオン発生時の放電エネルギーによって空気を浄化したり、空気中のイオンを電界中で移動させることによって空気の流れを発生させたりすることができる。

以上のように、イオン発生素子１は、基板１０と、膜状の導電体によって基板１０上に形成され、高電圧を印加してイオンを発生させるためのイオン発生電極２０とを備え、イオン発生電極２０は、尖端２２を有する放電部２１を含み、放電部２１の尖端２２は、基板１０上において基板１０の端面１２からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置されている。

膜状の導電体で構成されるイオン発生電極２０は、例えば、スクリーン印刷やエッチング等の技術を用いることによって、膜厚が２０μｍ以下の薄い膜で鋭角なパターンに形成される。このような薄い膜状の導電体によって、先端径が小さなイオン発生電極２０を容易に形成することができるので、イオン発生電極２０を低コストで作製することができる。

また、基板１０上に複数のイオン発生電極２０を並べて形成することも容易であるため、効率よく、低コストでイオン発生素子１を作製することができる。

また、イオン発生電極２０の放電部２１の尖端２２は、基板１０上において基板１０の端面１２からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置されていることによって、効果的にイオンを発生させ、例えば、送風ファンを備えなくても、イオンによる効果を得ることができる。

このようにすることにより、効率よくイオンを発生させることが可能であって、容易に作製することが可能なイオン発生素子１を提供することができる。

また、イオン発生素子１においては、イオン発生電極２０は、金属酸化物を含む。

また、イオン発生素子１においては、金属酸化物は、酸化ルテニウムを含む。

酸化ルテニウムは、イオンの衝撃に対する耐久性が高く、イオン発生による消耗が少ないので、イオン発生電極２０が酸化ルテニウムを含むことによって、長寿命のイオン発生素子１を形成することができる。また、一般に、金属酸化物は電気伝導度が低く、電気抵抗が高いため、電流が流れる際に発熱して電力ロスが生じるという欠点があるが、酸化ルテニウムの電気抵抗は比較的低いため、イオン発生電極２０の材料として特に適している。このようにすることにより、電力ロスの少ないイオン発生電極２０を形成することができる。

（第２実施形態）
図２は、この発明の第２実施形態として、イオン発生素子と電源の全体を示す正面図（Ａ）と、（Ａ）に示すイオン発生素子を右方向から見たときの側面図（Ｂ）である。

図２に示すように、イオン発生素子２は、コの字形状の基板１１と、基板１１上に印刷法によって形成されたイオン発生電極２０と、基板１１上に印刷法によって形成された２つの誘導電極３０とから構成されている。イオン発生電極２０は、尖端２２を有する放電部２１と、リード線接続端子２４とを含む。イオン発生素子２においては、基板１１のコの字の開いている側を前方とする。２つの誘導電極３０は、放電部２１の尖端２２よりも前方側において、尖端２２の左前方側と右前方側に、一定の間隔を開けて平行に配置されている。誘導電極３０には、リード線接続端子３１が接続されている。

基板１１は、９６％アルミナ基板である。イオン発生電極２０の放電部２１は、金属酸化物として酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）材料（ＤｕＰｏｎｔ製、品番：ＱＳ８７１）を用いて、基板１１上に厚膜印刷し、８５０℃で１０分間焼成する厚膜印刷・焼成法によって形成されている。放電部２１の尖端２２の先端角度は、２３．５°の鋭角に形成されている。放電部２１の膜厚は、７〜１１μｍである。リード線接続端子２４と誘導電極３０は、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）導体（ＤｕＰｏｎｔ製、品番：＃５１６４Ｎ）を用いて、基板１１上に印刷・焼成することによって形成されている。放電部２１は、予め印刷・焼成されたリード線接続端子２４の一部に重なるオーバーラップ部２３を形成するようにして印刷された後、焼成される。放電部２１の尖端２２から基板１１の端面１２までの距離Ａは、０．６ｍｍ以下とする。

イオン発生素子２の放電部２１には、高圧電源装置４０によって高電圧が印加される。高電圧が印加されることによって、放電部２１で放電が発生し、放電部２１周辺の空気中の分子が解離してイオンが発生する。また、誘導電極３０は、リード線接続によって接地されている。誘導電極３０を接地することによって、イオン発生素子２周辺の物体からの帯電の影響を受けにくくなる。また、イオン発生電極２０と誘導電極３０とが同一の基板１１上に形成されている。そのため、イオン発生電極２０と誘導電極３０との相対位置がずれることがないので、イオン発生電極２０と誘導電極３０の固定位置のずれによるイオン発生素子２の特性のばらつきを抑えることができる。

以上のように、イオン発生素子２は、基板１１と、膜状の導電体によって基板１１上に形成され、高電圧を印加してイオンを発生させるためのイオン発生電極２０とを備え、イオン発生電極２０は、尖端２２を有する放電部２１を含み、放電部２１の尖端２２は、基板１１上において基板１１の端面１２からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置されている。

また、基板１１上に複数のイオン発生電極２０を並べて形成することも容易であるため、効率よく、低コストでイオン発生素子２を作製することができる。

また、イオン発生電極２０の放電部２１の尖端２２は、基板１１上において基板１１の端面１２からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置されていることによって、効果的にイオンを発生させ、例えば、送風ファンを備えなくても、イオンによる効果を得ることができる。

このようにすることにより、効率よくイオンを発生させることが可能であって、容易に作製することが可能なイオン発生素子２を提供することができる。

また、イオン発生素子２は、膜状の導電体によって基板１１上に形成される誘導電極３０を備える。

このようにすることにより、イオン発生電極２０と誘導電極３０の位置関係の精度を高くすることができる。例えば、イオンを電界によって送り出す方式においては、イオン発生電極２０と誘導電極３０との相対位置が、イオン発生素子２から送出されるイオン量に大きく影響を及ぼす。そこで、このようにイオン発生電極２０と誘導電極３０の位置関係の精度を高くすることによって、イオン発生素子２のイオン送出量特性のばらつきを低減することができる。

また、イオン発生素子２においては、イオン発生電極２０は、金属酸化物を含む。

また、イオン発生素子２においては、金属酸化物は、酸化ルテニウムを含む。

酸化ルテニウムは、イオンの衝撃に対する耐久性が高く、イオン発生による消耗が少ないので、イオン発生電極２０が酸化ルテニウムを含むことによって、長寿命のイオン発生素子２を形成することができる。また、一般に、金属酸化物は電気伝導度が低く、電気抵抗が高いため、電流が流れる際に発熱して電力ロスが生じるという欠点があるが、酸化ルテニウムの電気抵抗は比較的低いため、イオン発生電極２０の材料として特に適している。このようにすることにより、電力ロスの少ないイオン発生電極２０を形成することができる。

この発明のイオン発生素子の一つの効果として、イオン発生量について調べるために、イオン発生素子から３０ｃｍ離れた距離におけるイオン量の測定を行った。

第１実施形態のイオン発生素子について、放電部の尖端から基板の端面までの距離を０．０ｍｍとした実施形態１Ａと、放電部の尖端から基板の端面までの距離を０．６ｍｍとした実施形態１Ｂと、放電部の尖端から基板の端面までの距離を０．８ｍｍとした比較形態１のイオン発生素子を用いて、イオン量の測定を行った。

実施形態１Ａ、実施形態１Ｂ、比較形態１のリード線接続端子に高圧電源の出力端子を接続し、ＤＣ−２．８ｋＶの電圧を印加した。イオン発生電極の放電部の尖端から３０ｃｍ離れたところにイオンカウンター（旭システム製、型番：ＭＹ１２１０ＩＩ）を設置し、イオン量を測定した。測定の結果を表１に示す。

表１に示すように、実施形態１Ａと実施形態１Ｂでは、それぞれ３２万個／ｃｍ^３、２５万個／ｃｍ^３のイオン量が測定されている。一方、比較形態１では、測定されたイオン量は０万個／ｃｍ^３であった。このことから、イオン発生電極の放電部の尖端は、基板上において基板の端面からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置されていることによって、効果的にイオンを発生させることができることがわかった。イオン発生素子から３０ｃｍ離れた位置において、２５〜３２万個／ｃｍ^３のイオン量が得られていることから、イオンによる効果、すなわち、除電を行ったり、細菌やウイルスの不活性化処理を行ったり、あるいは、イオンによって快適性を増加させたり、空気中のイオンを移動させることによって空気の流れを発生させたりする効果を期待することができる。

次に、誘導電極を備えるイオン発生素子のイオン発生量を調べた。第２実施形態のイオン発生素子において、放電部の尖端を基板の端面から０．０ｍｍの距離に配置した実施形態２Ａのイオン発生素子を用いて、実施例１と同様に、イオン発生電極の尖端から３０ｃｍ離れたところでイオン発生量を測定した。測定結果を表２に示す。

表２に示すように、誘導電極を備えることによって、実施形態２Ａのイオン発生素子では、尖端が基板の端面から０．０ｍｍの位置に配置されている実施形態１Ａのイオン発生素子と比較して、測定されたイオン量が３万個／ｃｍ^３増加して３５万個／ｃｍ^３となった。

第２実施形態のイオン発生素子のように、誘導電極を接地することによって、イオン発生素子周辺の物体からの帯電の影響を受けにくくなる。また、イオン発生電極と誘導電極とが同一の基板上に形成されているため、イオン発生電極と誘導電極との相対位置がずれることがないので、放電電極と誘導電極の固定位置のずれによるイオン発生素子の特性のばらつきを抑えることができる。

この発明のイオン発生素子別の効果として、イオン発生電極の耐久性を調べるために、初期と３０００時間後のイオン発生量を測定した。測定方法は、実施例１と同様であった。

一般的な厚膜導電体材料である銀パラジウム（ＡｇＰＤ）（ＤｕＰｏｎｔ製、品番：＃５１６４）を用いて放電部を形成し、放電部の尖端から基板の端面までの距離を０．０ｍｍとした実施形態３Ａのイオン発生素子と、一般的な厚膜導電体材料である金（Ａｕ）（田中貴金属工業製、品番：ＴＲ−１５３４）を用いて放電部を形成し、放電部の尖端から基板の端面までの距離を０．０ｍｍとした実施形態３Ｂのイオン発生素子と、実施例１で用いた実施形態１Ａのイオン発生素子について、初期のイオン発生量と、３０００時間後のイオン発生量を測定した。実施形態１Ａ、実施形態３Ａ、実施形態３Ｂのそれぞれのイオン発生素子は、放電部の材質が異なるが、他の構成は同じである。測定結果を表３に示す。

表３に示すように、初期のイオン発生量は、実施形態１Ａ、実施形態３Ａ、実施形態３Ｂのいずれでも、３２万個／ｃｍ^３であった。しかしながら、３０００時間経過後には、放電部を酸化ルテニウムによって形成した実施形態１Ａのイオン発生素子では１８万個／ｃｍ^３のイオンが発生したが、放電部を銀パラジウムで形成した実施形態３Ａのイオン発生素子と、放電部を金で形成した実施形態３Ｂのイオン発生素子では、測定されたイオン量は０万個／ｃｍ^３であった。

このように、放電部が酸化ルテニウムを含むことによって、耐久性の優れたイオン発生素子を得ることができることがわかった。

以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。

この発明の第１実施形態として、イオン発生素子と電源の全体を示す正面図（Ａ）と、（Ａ）に示すイオン発生素子を右方向から見たときの側面図（Ｂ）である。この発明の第２実施形態として、イオン発生素子と電源の全体を示す正面図（Ａ）と、（Ａ）に示すイオン発生素子を右方向から見たときの側面図（Ｂ）である。

符号の説明

１，２：イオン発生素子、１０，１１：基板、１２：端面、２０：イオン発生電極、２１：放電部、２２：尖端、３０：誘導電極。

Claims

基板と、
膜状の導電体によって前記基板上に形成される二つの誘導電極と、
膜状の導電体によって前記基板上に形成され、高電圧を印加してイオンを発生させるためのイオン発生電極とを備え、
前記イオン発生電極は、尖端を有する放電部を含み、
前記放電部の尖端は、前記基板上において前記基板の端面からの距離が０．６ｍｍ以下の位置に配置され、
前記二つの誘導電極は、前記放電部の尖端の左右方向の一方側と他方側に互いに間隔を開けて、尖端が指す方向に離れて配置されている、イオン発生素子。
前記イオン発生電極は、金属酸化物を含む、請求項１に記載のイオン発生素子。
前記イオン発生電極の前記放電部は、酸化ルテニウムを含む金属酸化物によって形成されている、請求項１に記載のイオン発生素子。