(57)【要約】【課題】簡単な構造で空間中に存在するマイナスイオンおよびプラスイオンの量をできるだけ正確に検出すること。【解決手段】気体中に存在するイオンの量を検出するための方法であって、ケーシング１１の内部に、マイナスイオンを収集するための検出電極１３ａ，１３ｂおよびプラスイオンを収集するための検出電極１２ａ，１２ｂを、当該ケーシング１１内を流れる気体に接触するようにかつ当該気体の流れ方向に直角の方向の断面において点対称となるような位置に設け、マイナスイオンを収集するための検出電極１３ａ，１３ｂにプラスの電圧を印加し、プラスイオンを収集するための検出電極１２ａ，１２ｂにマイナスの電圧を印加し、各電極１２，１３により収集されたイオンの電荷量に基づいて気体中に存在するマイナスイオンおよびプラスイオンのそれぞれの量を検出する。【選択図】  図１
2011112584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体中に存在するイオンの量を検出するための方法であって、
ケーシングの内部に、マイナスイオンを収集するための電極およびプラスイオンを収集するための電極を、当該ケーシング内を流れる気体に接触するようにかつ当該気体の流れ方向に直角の方向の断面において点対称となるような位置に設け、
前記マイナスイオンを収集するための電極にプラスの電圧を印加し、
前記プラスイオンを収集するための電極にマイナスの電圧を印加し、
前記各電極により収集されたイオンの電荷量に基づいて気体中に存在するマイナスイオンおよびプラスイオンのそれぞれの量を検出する、
ことを特徴とするイオン検出方法。
【請求項２】
前記各電極を、互いに同じ形状の筒状に形成し、筒の中を気体が流れるように配置する、
請求項１記載のイオン検出方法。
【請求項３】
気体中に存在するイオンの量を検出するための装置であって、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部において当該ケーシング内を流れる気体に接触するように配置された、マイナスイオンを収集するための電極およびプラスイオンを収集するための電極と、
を備え、
前記マイナスイオンを収集するための電極およびプラスイオンを収集するための電極は、前記ケーシング内を流れる気体の流れ方向に直角の方向の断面において点対称となるような位置に設けられている、
ことを特徴とするイオン検出装置。
【請求項４】
前記各電極は、互いに同じ形状の筒状に形成され、筒の中を気体が流れるように配置されている、
請求項３記載のイオン検出装置。
【請求項５】
前記ケーシングは金属からなり、
前記各電極は、前記ケーシングの内部において絶縁体により支持されている、
請求項３または４記載のイオン検出装置。
【請求項６】
前記マイナスイオンを収集するための電極およびプラスイオンを収集するための電極が、それぞれ２つずつ設けられ、
前記マイナスイオンを収集するための２つの電極および前記プラスイオンを収集するための２つの電極が、それぞれ、前記断面において長方形の対角線上の頂点の位置に配置されている、
請求項３ないし５のいずれかに記載のイオン検出装置。
【請求項７】
前記ケーシングには、前記各電極の内部を互いに同じ量の気体が流れるように通風するためのファンが設けられている、
請求項３ないし６のいずれかに記載のイオン検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中などに存在するマイナスイオンおよびプラスイオンの量を検出するイオン検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中には、帯電した気体分子や微粒子であるマイナスイオンおよびプラスイオンが存在する。また、空気清浄器やイオン発生器などによって大量のマイナスイオンなどが空気中に放出されることもある。
【０００３】
これらの空気中に存在するマイナスイオンおよびプラスイオンの挙動は複雑であり、それを正確に計測することは困難である。しかし、プラズマを使用した空気清浄機の殺菌効果、またはマイナスイオンの人体の酸化防止効果などが注目されている中で、正負両イオンを同時に正確に計測する必要性は増大している。このような状況の中、イオンの持つエネルギーは微弱であるので、従来のイオン検出装置ではコンピュータによるデータ処理により漸く実用化されているものも少なくない。
【０００４】
従来において、プラスイオンとマイナスイオンの両方を検出する装置として、電荷集電板と反発電極板とを組み合わせたイオン測定器が提案されている（特許文献１）。これによると、図６に示すように、イオン測定器８０は、空気導入管８１内に、プラス用の電荷集電板８２、反発電極板８３、マイナス用の電荷集電板８４、および反発電極板８５を備える。反発電極板８３と反発電極板８５とは、それらの間に絶縁層８６を挟んで配置される。
【０００５】
空気導入管８１内に入る空気にはプラスイオンとマイナスイオンとが含まれる。プラスイオン検出部に入ったプラスイオンは、反発電極板８３に近づくと跳ね返されて電荷集電板８２にぶつかり、収集される。マイナスイオンは反発電極板８３に引き寄せられて中和される。マイナスイオン検出部に入ったマイナスイオンは、反発電極板８５に近づくと跳ね返されて電荷集電板８４にぶつかり、収集される。プラスイオンは反発電極板８５に引き寄せられて中和される。帯電した電荷集電板８２，８４の電荷を検出し演算することにより、プラスイオンおよびマイナスイオンの量を検出する。
【０００６】
また、ケーシングの１つの面に２つの検出電極を設けたイオン検出装置が提案されている（特許文献２）。これによると、２つの検出電極のうち、一方にプラスの電圧を印加し他方にマイナスの電圧を印加する。各検出電極により捕獲されたイオンの電荷量に基づいてイオンの量を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９４７７７
【特許文献２】特許第３７５９１０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上に述べた特許文献１の装置において、正負両イオンを同時に正確に計測するためには、各電荷集電板８２，８４に同時に同量の空気が流通することが必要である。そして、稼動中に塵埃等が絶縁層８６に付着しないようにする必要がある。また、電荷集電板８２，８４を支持する絶縁物にも塵埃が付着しないようにする必要がある。イオン量を正確に測定するためには、絶縁層８６は１０11Ω以上の高い絶縁性を保持する必要があるからである。絶縁層８６に塵埃等が付着すると、絶縁性が低下し、イオン量を正確に測定できなくなる。
【０００９】
また、突気の取り込み口において、正負のイオン検出用に分割された空気通路に、上部と下部、または左方と右方とで微妙な差異が生じることがさけられない。
【００１０】
また、特許文献２の装置では、簡単な構造で正負両イオンを計測することができるが、体積当りのイオン量を測定することができない。
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、簡単な構造で空間中に存在するマイナスイオンおよびプラスイオンの量をできるだけ正確に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るイオン検出方法は、気体中に存在するイオンの量を検出するための方法であって、ケーシングの内部に、マイナスイオンを収集するための電極およびプラスイオンを収集するための電極を、当該ケーシング内を流れる気体に接触するようにかつ当該気体の流れ方向に直角の方向の断面において点対称となるような位置に設け、前記マイナスイオンを収集するための電極にプラスの電圧を印加し、前記プラスイオンを収集するための電極にマイナスの電圧を印加し、前記各電極により収集されたイオンの電荷量に基づいて気体中に存在するマイナスイオンおよびプラスイオンのそれぞれの量を検出する。
【００１３】
本発明に係るイオン検出装置は、気体中に存在するイオンの量を検出するための装置であって、ケーシングと、前記ケーシングの内部において当該ケーシング内を流れる気体に接触するように配置された、マイナスイオンを収集するための電極およびプラスイオンを収集するための電極と、を備え、前記マイナスイオンを収集するための電極およびプラスイオンを収集するための電極は、前記ケーシング内を流れる気体の流れ方向に直角の方向の断面において点対称となるような位置に設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、簡単な構造で空間中に存在するマイナスイオンおよびプラスイオンの量をできるだけ正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の検出装置を示す斜視図である。
【図２】検出装置の断面図である。
【図３】検出装置の電極の配置を説明する図である。
【図４】検出装置の回路構成の例を示すブロック図である。
【図５】検出装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図６】従来の検出装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図３において、検出装置１は、ケーシング１１、４つの検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ、支持体１４、およびファン１５などを備える。
【００１７】
ケーシング１１は、金属板によって角筒状に形成されており、正面視が正方形に近い長方形である。ケーシング１１は、検出装置１の全体をシールドするものである。ケーシング１１を接地電位としておくのが好ましい。
【００１８】
２つの検出電極１２ａ，１２ｂは、プラスイオンを収集するためのものであり、残りの２つの検出電極１３ａ，１３ｂは、マイナスイオンを収集するためのものである。これらの検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは、金属板によって互いに同じ形状の角筒状に形成されており、正面視が正方形に近い長方形である。
【００１９】
これら検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは、ケーシング１１内において、ケーシング１１内を流れる気体に接触するようにかつ当該気体の流れ方向に直角の方向の断面において点対称となるような位置に設けられている。
【００２０】
すなわち、図３において、検出装置１の正面視において、その中心である点ＴＰに対して、４つの検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは点対称に配置されている。つまり、点ＴＰを中心として１８０度回転させた場合に、検出電極は同じ形状の配置となる。
【００２１】
そして、プラスイオンを収集するための２つの検出電極１２ａ，１２ｂおよびマイナスイオンを収集するための２つの検出電極１３ａ，１３ｂが、それぞれ、長方形の対角線上の頂点の位置に配置されている。
【００２２】
換言すれば、プラスイオン用（プラスイオン検出用）の検出電極１２とマイナスイオン用（マイナスイオン検出用）の検出電極１３とをそれぞれ２つずつ設け、それらを、上下に対称にかつ左右に対称に配置する。これにより、プラスイオン用の検出電極１２ａ，１２ｂとマイナスイオン用の検出電極１３ａ，１３ｂとは、全体として千鳥状に配置されている。
【００２３】
したがって、プラスイオンを収集するための２つの検出電極１２ａ，１２ｂとマイナスイオンを収集するための２つの検出電極１３ａ，１３ｂとは、空間的な配置が互いに等価である。つまり、検出装置１がどのような姿勢であっても、２つの検出電極１２ａ，１２ｂと２つの検出電極１３ａ，１３ｂとは、ケーシング１１に入ってくる気体に対して、また空間中に存在するイオンに対して、同程度の接触機会を有する。
【００２４】
これにより、検出装置１においては、プラスイオンおよびマイナスイオンを均一に取り込むことが可能である。
【００２５】
なお、４つの検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは点対称に配置されているが、厳密な意味で点対称でなくてもよい。つまり、これら検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂがプラスイオンおよびマイナスイオンを実質的に均一に取り込むことができればよい。
【００２６】
さて、これら検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは、ケーシング１１の内部において絶縁体１４により支持されている。絶縁体１４として、例えばテフロン（登録商標）などの合成樹脂、セラミックスなどが用いられる。
【００２７】
本実施形態では、ケーシング１１の内部において、検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの隙間を絶縁体１４で埋めているので、ここに空気が流れることがなく、したがって塵埃が付着しにくい。しかし、必ずしも絶縁体１４で埋める必要はない。例えば、検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを、例えば合成樹脂またはセラミックスなどでできた碍子のような支持材によって支持してもよい。
【００２８】
なお、ケーシング１１および検出電極１２，１３に用いる金属材料として、例えば、銅、銅合金、アルミニウム合金、鉄などが用いられる。表面に酸化膜などができないように、適当な材料のメッキ例えば金メッキを施してもよい。
【００２９】
ファン１５は、モータで回転駆動するものであり、図２の左方から右方に向かう空気の流れを生成する。ファン１５の個数は、１個でもよく、または２個以上でもよい。例えば、各検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂに対して一個ずつ配置してもよい。ファン１５によって、各検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの内部に強制的に空気流を発生させる。
【００３０】
図４において、イオン検出装置１の電気回路ＤＫは、検出電極１２にマイナスの電位を与えるための電源２１、検出電極１３にプラスの電位を与えるための電源２２、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２、増幅器２３，２４、および計測表示部２５，２６などからなる。
【００３１】
検出電極１２には、電源２１によってマイナスの電圧が印加される。これによって、検出電極１２には、マイナスと逆極性の電荷を帯びたプラスイオンが選択的に捕獲される。また、検出電極１３には、電源２２によってプラスの電圧が印加される。これによって、検出電極１３には、プラスと逆極性の電荷を帯びたマイナスイオンが選択的に捕獲される。電源２１，２２の電圧は、例えば２〜３０ボルトの範囲、一例としては５ボルト、２０ボルト、３０ボルト程度の電圧が用いられる。
【００３２】
すなわち、大気中に存在するイオンにはプラスイオンとマイナスイオンとがあるが、イオンの性質として、同極性の電位には反発し、異極性の電位には吸引される。そこで、上に述べたように検出電極１２に負電位を与えておくと、マイナスイオンは反発し、プラスイオンのみを捕獲することができる。検出電極１３については、正電位を与えておくと、プラスイオンは反発し、マイナスイオンのみを捕獲することができる。
【００３３】
イオンは、１個当たり、１．６０２２×１０-19 クーロンの電荷Ｑをもっているので、捕獲された個数ｎに応じた電圧が出力される。単位面積（１平方センチメートル）当たりの捕獲されたイオンの個数（個／ｓｅｃ／ｃｍ2 ）によって、イオンの量が表される。イオンの量の次元は、通常、単位体積当たりのイオンの個数である。しかし、計測の方法によっては、単位時間当たりのイオンの個数となる。
【００３４】
捕獲されたイオンによって、抵抗器Ｒ１１（Ω）の両端には、（Ｑ×Ｒ１１×ｎ）で求められる電圧が得られる。
【００３５】
例えば、抵抗Ｒ１１を１０ＧΩとした場合に、検出電極１２で１０万個のマイナスイオンが捕獲されたとすれば、
ＥＳ＝１．６０２２×１０-19 ×１０10×１０5 ＝１６０．２２μＶ／ｓｅｃ
したがって、検出電極１２の面積を１０ｃｍ2 とすれば、１平方センチメートル当たり、１．６０２２ｍＶの電圧として取り込むことができる。
【００３６】
増幅器２３，２４は、検出電極１２，１３から出力される電圧をそれぞれ増幅する。計測表示部２５，２６は、入力された電圧に基づいて演算を行い、捕獲されたイオンの量を表示する。
【００３７】
上のように構成された検出装置１では、プラスイオン用の検出電極１２とマイナスイオン用の検出電極１３とが、点ＴＰを中心として点対称に、つまり上下左右に対称に配置されているので、検出装置１がどのような姿勢であっても、プラスイオンおよびマイナスイオンを均一に取り込むことができ、プラスイオンおよびマイナスイオンの量を正確に検出することができる。
【００３８】
また、検出装置１では、反発電極およびそれを支持する絶縁物が用いられていないので、構造が簡単である。また、反発電極および支持のための絶縁物に塵埃が付着するおそれがないので、信頼性が高い。
【００３９】
また、ファン１５によって各検出電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの内部に一定量の空気流を発生させることにより、微量なイオンの計測時の感度を向上させることができる。これにより、立方センチ当りのイオン量の計測が可能となっている。
【００４０】
次に、検出電極１２，１３の個数および配置についての他の実施形態について説明する。
【００４１】
図５（Ａ）に示す検出装置１Ｂは、図１と同様な角筒状のケーシング１１Ｂの内部に、円筒形の４つの検出電極１２Ｂａ，１２Ｂｂ，１３Ｂａ，１３Ｂｂが、点ＴＰを中心として点対称となるように配置されている。
【００４２】
図５（Ｂ）に示す検出装置１Ｃは、円筒状のケーシング１１Ｃの内部に、円筒形の４つの検出電極１２Ｃａ，１２Ｃｂ，１３Ｃａ，１３Ｃｂが、点ＴＰを中心として点対称となるように配置されている。
【００４３】
図５（Ｃ）に示す検出装置１Ｄは、簡易型であり、円筒状のケーシング１１Ｄの内部に、角筒形の２つの検出電極１２Ｄａ，１３Ｄａが、点ＴＰを中心として点対称となるように配置されている。なお、図５（Ｃ）に示す検出装置１Ｄでは、上下方向（鉛直方向）にイオンの存在にムラがあっても、プラスイオンおよびマイナスイオンとも同等に捕獲できるが、左右方向（水平方向）にムラがあった場合にはバランスが取れない場合がある。したがって、この配置は、イオンの存在が左右方向にムラがない場合に用いることができる。
【００４４】
図５（Ｃ）に示す検出装置１Ｄを９０度回転させた場合には、イオンの存在が上下方向にムラがない場合に用いることができる。
【００４５】
図５（Ｄ）に示す検出装置１Ｅは、角筒状のケーシング１１Ｅの内部に、角筒形の６つの検出電極１２Ｅａ，１２Ｅｂ，１２Ｅｃ，１３Ｅａ，１３Ｅｂ，１３Ｅｃが、点ＴＰを中心として点対称となるように配置されている。
【００４６】
図５（Ｅ）に示す検出装置１Ｆは、円筒状のケーシング１１Ｆの内部に、円筒形の６つの検出電極１２Ｆａ，１２Ｆｂ，１２Ｆｃ，１３Ｆａ，１３Ｆｂ，１３Ｆｃが、点ＴＰを中心として点対称となるように配置されている。
【００４７】
これらいずれの検出装置１Ｂ〜１Ｆにおいても、プラスイオン用の検出電極１２とマイナスイオン用の検出電極１３とが、点ＴＰを中心として点対称に、つまり空間的な条件が同じに配置されているので、検出装置１Ｂ〜１Ｆがどのような姿勢であっても、プラスイオンおよびマイナスイオンを均一に取り込むことができ、プラスイオンおよびマイナスイオンの量を正確に検出することができる。                                                
【００４８】
なお、これら検出電極１２、１３を８つ以上用いて検出装置１を構成してもよい。また、プラスイオン用とマイナスイオン用の検出電極１２，１３の配置を入れ替えてもよい。
【００４９】
上に述べた実施形態において、ケーシング１１、検出電極１２、１３、電気回路ＤＫ、および検出装置１の各部または全体の構成、構造、材質、形状、個数、配置、回路などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ｂ〜１Ｆ  検出装置
１１  ケーシング
１２  検出電極
１３  検出電極
１４  絶縁体
１５  ファン
ＤＫ  電気回路
ＴＰ  点
【図１】
2011112584.tif 000003
【図２】
2011112584.tif 000004
【図３】
2011112584.tif 000005
【図４】
2011112584.tif 000006
【図５】
2011112584.tif 000007
【図６】
2011112584.tif 000008