JP6016497B2 - イオン発生装置および電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、正イオンと、負イオンと、正イオンを中性原子にするための電子とを発生するイオン発生装置に関する。

特開２００６−３４９５７号公報（特許文献１）には、正イオンを発生するセラミックプレートと、負イオンと正イオンを中性原子にするための電子とを発生する針状電極とを含むイオン発生装置が開示される。

このイオン発生装置は、セラミックプレートで発生した正イオンを送風手段等によって針状電極に向かって流通させることで、針状電極で発生する電子で正イオンを中和させて中性原子に変換させる。そのため、無極性の中性原子と負極性の負イオンとを外部に放出して、対象物（たとえば空気中に浮遊する物質など）に付着させることができる。

特開２００６−３４９５７号公報

上述のように、特許文献１に開示されたイオン発生装置は、中性原子と負イオンとを外部に放出して対象物に付着させる。しかしながら、対象物が負極性を帯びている場合には、クローン斥力によって負イオンが対象物に付着し難くなってしまう。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、対象物の負極性を中和して負イオンを対象物に付着し易くすることである。

この発明に係るイオン発生装置は、正イオンを発生する正イオン発生部と、負イオンと正イオンを中性原子に変換させるための電子とを発生する負イオン発生部と、負イオンおよび中性原子に加えて、正イオンをそのまま外部に放出させるための放出手段とを備える。

好ましくは、放出手段は、正イオン発生部を作動させ負イオン発生部を停止させることで正イオンを外部に放出させる第１制御と、正イオン発生部および負イオン発生部を同時に作動させることで負イオンおよび中性原子を外部に放出させる第２制御とを選択的に実行する制御装置である。

好ましくは、制御装置は、第１制御と第２制御とを周期的に切り替えて実行する。
好ましくは、制御装置は、始動開始から所定期間が経過するまでは第１制御を実行し、所定期間が経過した後は第１制御と第２制御とを周期的に切り替えて実行する。

好ましくは、放出手段は、正イオン発生部と負イオン発生部との間に設けられ、正イオン発生部から負イオン発生部へ向かう送風経路を、負イオン発生部の近傍を通る経路と負イオン発生部の近傍を通らない経路とに分ける仕切り壁である。

好ましくは、正イオンは、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ（ｍは任意の自然数）である。負イオンは、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎ（ｎは零または任意の自然数）である。

この発明の別の局面に係る電気機器は、上記のイオン発生装置と、正イオン発生部から負イオン発生部に向かう空気の流れを発生させる送風装置とを備える。

本発明によれば、対象物の負極性を中和して負イオンを対象物に付着し易くすることができる。

イオン発生装置を備えた空気清浄機の外観を示す図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。 イオン発生装置の斜視図（その１）である。 イオン発生装置の内部構造を示す図である。 第１モードおよび第２モードを説明するための図である。 第１モードと第２モードとの切替態様の一例を示す図（その１）である。 第１モードと第２モードとの切替態様の一例を示す図（その２）である。 イオン発生装置の斜視図（その２）である。 正イオンの流通経路を模式的に示す図（その１）である。 イオン発生装置の斜視図（その３）である。 正イオンの流通経路を模式的に示す図（その２）である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態は説明される。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返されない。
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に係るイオン発生装置を備えた電気機器の一例である空気清浄機１の外観を示す図である。なお、本実施の形態に係るイオン発生装置は、空気清浄機以外に、イオン発生機、エアコンディショナ（車両搭載用を含む）、換気装置、冷蔵庫、洗濯機、掃除機、乾燥機、加湿機、除湿機、ヘアドライヤー、セラミックファンヒータ、扇風機等の電気機器に備えられていてもよい。

図１に示すように、空気清浄機１には、正面から視て（図１の矢印Ａの方向から視て）中央上部に第１吹出口２が設けられる。空気清浄機１の背面には、吸込口（図２参照）が設けられる。空気清浄機１の内部には、電力の供給を受けて作動する、送風装置とイオン発生装置（図２参照）とが設けられる。空気清浄機１の作動時においては、送風装置により吸込口から取り込まれた空気は、イオン発生装置で発生したイオンとともに、第１吹出口２から吹き出される。

図２は、図１の空気清浄機１のＢ−Ｂ断面を示す図である。図２に示すように、空気清浄機１は、筺体３と、送風装置５と、イオン発生装置１０と、ダクト１１とを含む。

筺体３の上面は、背面側に傾斜して形成される。筺体３の上面には、第２吹出口４が設けられる。筺体３の背面の中央よりも下側には、送風装置５を配置するための空間を確保するために他の面よりも背面側に突出した突出面が形成され、当該突出面に吸込口６が形成される。

吸込口６には、樹脂製の格子状のグリル７が設けられる。グリル７の内側には網目状の薄いフィルタ８が貼り付けられている。フィルタ８の奥（送風装置５側）には、送風装置５に異物やユーザの指が入り込まないようにファンガード９が設けられる。

送風装置５は、筺体３内の下側に設けられ、吸込口６から吸い込まれた空気をダクト１１内に送る。送風装置５は、たとえば、クロスフローファンであるが、特にこれに限定されるものではない。

ダクト１１は、筺体３の内部に上下方向に沿って設けられる。ダクト１１の下端の開口部は、吸込口６に対向して設けられる。また、ダクト１１の下端の開口部には、送風装置５が設けられる。ダクト１１の上端は、第１吹出口２および第２吹出口４の各々に接続される。

イオン発生装置１０は、図２の破線枠に示すように、ダクト１１の上端と下端との間の中央部に設けられる。イオン発生装置１０は、直方形状のケース１２と、正イオン発生部１３と、負イオン発生部１４とを含む。正イオン発生部１３と負イオン発生部１４とは、ケース１２の複数の面のうちのいずれか一つの面（以下「イオン発生面」という）に設けられる。正イオン発生部１３と負イオン発生部１４とは、予め定められた距離だけ離隔するように設けられる。なお、ケース１２は、正イオン発生部１３と負イオン発生部１４との相対的な位置関係を規制できればよく、特に直方形状に限定されるものではない。

ダクト１１の中央部にはイオン発生装置１０を取り付けるための開口部が形成される。イオン発生装置１０は、ダクト１１の開口部を塞ぐように取り付けられる。このとき、ケース１２のイオン発生面がダクト１１の内壁面と一体になるようにイオン発生装置１０がダクト１１に取り付けられる。イオン発生装置１０がダクト１１に取り付けられた状態である場合には、正イオン発生部１３の位置は、負イオン発生部１４の位置よりも風上側（ダクト１１内を流れる空気の流れの上流側）の位置になる。

図２の白抜き矢印に示すように、送風装置５が作動することによって吸込口６から吸い込まれた空気は、送風装置５を経由してダクト１１の下端に送られる。ダクト１１の下端に送られた空気は、ダクト１１内のイオン発生装置１０で発生したイオンとともにダクト１１の上端に向けて流通する。ダクト１１の上端に流通した空気とイオンとは、第１吹出口２から空気清浄機１の正面に向けて放出されるとともに、第２吹出口４から空気清浄機１の斜め後ろに向けて放出される。

イオン発生装置１０の正イオン発生部１３には、正電圧が印加された結果、沿面放電により空気中の水分が電離されてＨ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ（ｍは自然数）（以下、単に「正イオン」という）が発生する。一方、負イオン発生部１４には、負電圧が印加された結果、放電により電子と、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎ（ｎは零または自然数）（以下、単に「負イオン」という）とが発生する。

送風装置５が作動すると、正イオン発生部１３で発生した正イオンは、ダクト１１内を流れる空気とともに、負イオン発生部１４に向かって流通する。負イオン発生部１４に向かって流通する正イオンは、負イオン発生部１４で発生した電子と結びつくと水素原子（中性原子）に変換される。水素原子は、負イオン発生部１４で発生した負イオンとともに第１吹出口２または第２吹出口４から空気清浄機１の外部に放出される。

図３は、イオン発生装置１０の斜視図である。図３において、矢印Ｘは、イオン発生装置１０がダクト１１に取り付けられた状態における送風方向を示す。矢印Ｙは、送風方向と略直交する方向を示す。以下の説明では、矢印Ｘが示す方向を単に「Ｘ方向」、矢印Ｙが示す方向を単に「Ｙ方向」とも記載する。

正イオン発生部１３は、ケース１２のイオン発生面上の風上側中央部に配置される。正イオン発生部１３は、第１誘電体１５と、放電電極１６とを含む。第１誘電体１５は、板形状に形成されるセラミック等の絶縁体である。放電電極１６は、正電圧が印加されることによって正イオンを発生する電極である。放電電極１６は、たとえば、第１誘電体１５の上面に印刷される印刷電極であるが、特に印刷電極に限定されるものではない。

放電電極１６は、たとえば、全体として長方形の形状を有するように形成される。なお、図では、放電電極１６の長方形状の長手方向がＹ方向に対して平行であるが、放電電極１６の長方形状の長手方向がＸ方向に対して平行になるようにしてもよい。

放電電極１６は、尖鋭形状を有する複数の放電部位１７と、複数の放電部位１７間を接続する導電部位１８とを含む。なお、放電部位１７や導電部位１８の形状、数、配置パターンは図３に示すものに特に限定されるものではない。

放電電極１６に正電圧が印加されると、複数の放電部位１７の尖鋭形状の先端において特に多くの正イオンが発生する。放電部位１７で発生した正イオンは、空気とともにＸ方向に流通する。

負イオン発生部１４は、ケース１２のイオン発生面上の風下側中央部に配置される。負イオン発生部１４は、針状電極２１と、保護カバー２２とを含む。保護カバー２２は、空気清浄機１の製造時あるいは修理時等において作業者による針状電極２１への接触を抑制する。保護カバー２２は、針状電極２１に対してＸ方向に位置する部分が開口した形状を有する。さらに、保護カバー２２は、針状電極２１の先端と対向する部分が開口した形状を有する。

図４は、イオン発生装置１０の内部構造を示す図である。正イオン発生部１３は、上述した第１誘電体１５および放電電極１６に加えて、第２誘電体１９と、誘導電極２０とをさらに含む。第２誘電体１９は、セラミック等の絶縁体を用いた第１誘電体１５と同サイズの板形状に形成される。誘導電極２０は、たとえば、第２誘電体１９の上面に印刷される印刷電極であるが、特に印刷電極に限定されるものではない。誘導電極２０はグランドレベルの部位に接続される。

負イオン発生部１４は、針状電極２１に加えて対向電極２３をさらに含む。対向電極２３は、グランドレベルの部位に接続される。

さらに、イオン発生装置１０は、放電電極１６および針状電極２１に印加する電圧を制御する制御装置３０を備える。制御装置３０は、放電電極１６に正電圧（グランドレベルに対してたとえばプラス３ｋＶ程度の電位）を印加することによって、正イオン発生部１３を作動させる。これにより、正イオン発生部１３から正イオンが発生する。制御装置３０は、針状電極２１に負電圧（グランドレベルに対してたとえばマイナス３ｋＶ程度の電位）を印加することによって、負イオン発生部１４を作動させる。これにより、負イオン発生部１４から電子と負イオンとが発生する。

以上のような構成を有する空気清浄機１において、正イオン発生部１３と負イオン発生部１４とを同時に作動させると、中性原子と負イオンとを外部に放出して対象物（たとえば空気中に浮遊する物質）に付着させることができる。しかしながら、対象物が負極性に帯電していると、クローン斥力によって負イオンが対象物に付着し難くなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、イオン発生装置１０の制御モードとして、正イオンを外部に放出させるモード（以下「第１モード」という）と、中性原子と負イオンとを外部に放出させるモード（以下「第２モード」という）とが設けられる。そして、制御装置３０は、第１モードと第２モードとを選択的に実行する。

図５は、第１モードおよび第２モードを説明するための図である。制御装置３０は、第１モードと第２モードとを周期的に切り替えて実行する。

第１モードの実行中、制御装置３０は、正イオン発生部１３を作動させ負イオン発生部１４を停止させる。これにより、正イオン発生部１３で発生した正イオンは、負イオン発生部１４の近傍を通過しても中和されることなくそのまま外部に放出される。この正イオンによって、負極性に帯電している対象物を電気的に中和することができる。

第２モードの実行中、制御装置３０は、正イオン発生部１３および負イオン発生部１４の双方を作動させる。これにより、正イオン発生部１３で発生した正イオンは負イオン発生部１４の近傍で中和され中性原子となるとともに、負イオン発生部１４で負イオンが発生する。したがって、第２モード中は、中性原子と負イオンとが外部に放出される。この際、対象物が負極性に帯電していると負イオンが対象物に付着し難くなるが、本実施の形態においては、上述したように第１モード実行中に対象物の負極性が中和されるため、負イオンと対象物との間に作用するクローン斥力が弱まる。そのため、第２モード実行中に放出された負イオンを対象物に付着し易くすることができる。

図６は、第１モードと第２モードとの切替態様の一例を示す図である。制御装置３０は、第１モードと第２モードとを予め定められた周期Ｔ１で切り替える。具体的には、図６に示すように、制御装置３０は、正イオン発生部１３を常時作動させ、負イオン発生部１４の作動と停止とを周期Ｔ１で切り替える。このようにすると、正イオンが周期的に外部に放出されるため、対象物の負極性を周期的に中和させることができる。

以上のようにして、本実施の形態では、正イオンを外部に放出させる第１モードと、中性原子と負イオンとを外部に放出させる第２モードとを周期的に切り替える。これにより、第１モード中に放出された正イオンで対象物の負極性が中和されるため、第２モード中に放出された負イオンを対象物に付着させ易くすることができる。

なお、第１モードと第２モードとの切替態様は、図６に示した態様に限定されるものではない。たとえば、図７に示すように、イオン発生装置１０の始動開始後、初期期間Ｔ０（Ｔ０＞Ｔ１）が経過するまでは第１モードを選択し、初期期間Ｔ０の経過後は第１モードと第２モードとの切替を周期Ｔ１で行なうようにしてもよい。このようにすると、初期期間Ｔ０において集中的に対象物の負極性を中和させることができる。
［実施の形態２］
上述の実施の形態１では、第１モードを周期的に選択する制御を行なうことで、正イオンを外部に放出させる期間を確保していた。

これに対し、本実施の形態２では、正イオン発生部１３から負イオン発生部１４へ向かう送風経路を、負イオン発生部１４の近傍を通らない送風経路と負イオン発生部１４の近傍を通る送風経路とに分ける仕切り壁を設けることによって、中性原子と負イオンと正イオンとを同時に外部に放出させる。

図８は、本実施の形態によるイオン発生装置１０Ａの斜視図である。イオン発生装置１０Ａは、上述の実施の形態１によるイオン発生装置１０に対して、仕切り壁２４を追加したものである。そして、本実施の形態によるイオン発生装置１０Ａの作動中は、正イオン発生部１３および負イオン発生部１４の双方が作動される。その他の構造、機能、処理は、前述の実施の形態１と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

仕切り壁２４は、負イオン発生部１４の近傍を通る送風経路の両側に設けられる長方形状の２枚の平板で構成される。２枚の平板の内側を通る経路（２枚の平板に挟まれた経路）が負イオン発生部１４の近傍を通る送風経路となり、２枚の平板の外側を通る経路が負イオン発生部１４の近傍を通らない送風経路となる。２枚の平板の間隔は、放電電極１６のＹ方向の幅よりも短く設定される。そのため、複数の放電部位１７には、Ｙ方向において、２枚の平板の内側に配置されるものと外側に配置されるものとが存在する。

図９は、正イオンの流通経路を模式的に示す図である。Ｙ方向において２枚の平板の外側に配置される放電部位１７で発生した正イオンの多くは、２枚の平板の外側を通るため、負イオン発生部１４の近傍を通過しない。そのため、中性原子に変換されずに正イオンのまま外部に放出される。この正イオンによって対象物の負極性が中和される。

一方、Ｙ方向において２枚の平板の内側に配置される放電部位１７で発生した正イオンの多くは、２枚の平板の内側を通って負イオン発生部１４の近傍を通過し、中性原子に変換される。そのため、２枚の平板の内側を通る経路からは、中性原子と負イオンとが外部に放出される。この際、２枚の平板の外側を通って放出された正イオンによって対象物の負極性が中和されるため、２枚の平板の内側を通って放出された負イオンを対象物に付着し易くすることができる。

以上のように、本実施の形態では、送風経路を負イオン発生部１４の近傍を通らない経路と負イオン発生部１４の近傍を通る経路とに分ける仕切り壁２４を設ける。そのため、中性原子と負イオンと正イオンとを同時に外部に放出させることができる。これにより、正イオンで対象物の負極性を中和して、負イオンを対象物に付着し易くすることができる。

なお、本実施の形態では、仕切り壁２４が長方形状の２枚の平板で構成される場合について説明したが、仕切り壁は必ずしもこのような形状に限定されない。たとえば、図８に示す仕切り壁２４を備えたイオン発生装置１０Ａに代えて、図１０に示す仕切り壁２５を備えたイオン発生装置１０Ｂに変更してもよい。

図１０に示すイオン発生装置１０Ｂの仕切り壁２５は、負イオン発生部１４の近傍を通る送風経路を覆うトンネル構造を有する。なお、仕切り壁２５のＹ方向の幅は、正イオン発生部１３に近いほど大きくなるが、放電電極１６のＹ方向の幅よりも短く設定される。そのため、複数の放電部位１７には、Ｙ方向において、仕切り壁２５の内側に配置されるものと外側に配置されるものとが存在する。

このようにしても、図１１に示すように、仕切り壁２５の外側を通る正イオンは負イオン発生部１４の近傍を通過せず、そのまま外部に放出される。一方、仕切り壁２５の内側を通る正イオンは負イオン発生部１４の近傍を通過し、中性原子に変換される。そのため、中性原子と負イオンと正イオンとを同時に外部に放出させることができる。これにより、正イオンで対象物の負極性を中和して、負イオンを対象物に付着し易くすることができる。

今回開示された実施の形態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えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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変更が含まれることが意図される。

１ 空気清浄機、２ 第１吹出口、３ 筺体、４ 第２吹出口、５ 送風装置、６ 吸込口、７ グリル、８ フィルタ、９ ファンガード、１０，１０Ａ，１０Ｂ イオン発生装置、１１ ダクト、１２ ケース、１３ 正イオン発生部、１４ 負イオン発生部、１５ 第１誘電体、１６ 放電電極、１７ 放電部位、１８ 導電部位、１９ 第２誘電体、２０ 誘導電極、２１ 針状電極、２２ 保護カバー、２３ 対向電極、２４，２５ 仕切り壁、３０ 制御装置。

Claims (3)

1. 正イオンを発生する正イオン発生部と、
   負イオンと前記正イオンを中性原子に変換させるための電子とを発生する負イオン発生部と、
   前記負イオンおよび前記中性原子に加えて、前記正イオンをそのまま外部に放出させるための放出手段とを備え、
   前記放出手段は、前記正イオン発生部と前記負イオン発生部との間に設けられ、前記正イオン発生部から前記負イオン発生部へ向かう送風経路を、前記負イオン発生部の近傍を通る経路と前記負イオン発生部の近傍を通らない経路とに分ける仕切り壁である、イオン発生装置。
2. ｍを任意の自然数とするとき、前記正イオンは、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍであり、
   ｎを零または任意の自然数とするとき、前記負イオンは、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎである、請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 請求項１または２に記載のイオン発生装置と、
   前記正イオン発生部から前記負イオン発生部に向かう空気の流れを発生させる送風装置とを備えた電気機器。

Images