(57)【要約】【課題】    可動部分がなく、高電圧電源を必要としない低コストの負イオン発生装置を提供する。【解決手段】    常温において１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源（６）と、内面が導電性であり気体が内部を流通する筒状の気体流路壁（２）とを備え、その気体流路壁（２）内においてその面電子源（６）から放射された電子が、気体流路壁（２）内を流通する気体分子に付着して負イオンを生成することを特徴とする負イオン発生装置（１）とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温において１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、内面が導電性であり気体が内部を流通する筒状の気体流路壁とを備え、その気体流路壁内においてその面電子源から放射された電子が気体流路壁内を流通する気体分子に付着して負イオンを生成することを特徴とする負イオン発生装置。
【請求項２】
面電子源が、気体流路壁に固定された基板電極上に載置された導電性基板の上面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の負イオン発生装置。
【請求項３】
面電子源から放射された電子を加速する加速電極が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の負イオン発生装置。
【請求項４】
加速電極が、格子状、網状および孔開き平板状のうちのいずれかの形状であることを特徴とする請求項３記載の負イオン発生装置。
【請求項５】
加速電極の電位が、気体流路壁の壁面の電位よりも高く保たれていることを特徴とする請求項３または４記載の負イオン発生装置。
【請求項６】
面電子源が、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源であることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の負イオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、負イオン発生装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、可動部分がなく高電圧電源を必要としない低コストの負イオン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、負イオン（＝陰イオン）を含有する空気が、人体に良好な効果を与えるとして注目されており、これに関連して空気に負イオンを含有させるために用いる、種々の負イオン発生装置が開発されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、上方に向かって径が増大する回転体の下方を水中に浸漬させて回転させ、その回転体から飛散する水をスクリーンに衝突させて、陰イオンを含むミスト雰囲気を形成する陰イオン発生装置が記載されており、この陰イオン発生装置により、極めて小型の装置により大量の陰イオンを得ることができるとされている。
【０００４】
また特許文献２には、弾性・反発性のある容器の内部にトルマリン粒を内蔵させ、その容器を手で振るなどによってトルマリン粒を撹拌することにより、陰イオンを発生させる陰イオン発生装置が記載されており、この装置は、あらゆる場所で手軽に使用することができ、携帯用陰イオン発生装置として好適に用いられるとされている。
【０００５】
また特許文献３には、空調ダクト内に針状電極を配置し、その針状電極に、たとえば−５ｋＶのパルス状のマイナス高電圧を印加して陰イオンを発生させる陰イオン発生装置が記載されており、これにより低電圧でも多くの陰イオンを発生させることのできる空調装置の陰イオン発生装置が提供されるとされている。
【特許文献１】特開２００２−３４９９１９
【特許文献２】特開２００２−２３３５８３
【特許文献３】特開２０００−２４７１４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の陰イオン発生装置には、可動部分として回転部分があり、その部分を回転させるための動力源が必要であった。また、特許文献２に記載の陰イオン発生装置においては、トルマリン粒が可動部分となることからトルマリン粒を撹拌する作業が必要であり、手などによりトルマリンを撹拌することで初めて陰イオンを発生させることができるのであるが、逆にその撹拌作業を行わなければ陰イオンを発生させることができなかった。
【０００７】
また特許文献３の陰イオン発生装置においては、針状電極にパルス状の高電圧を印加するための高電圧パルス電源が必要となり、コストおよび安全性の面で問題となっていた。
【０００８】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、可動部分がなく、高電圧電源を必要としない低コストの負イオン発生装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、常温において１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、内面が導電性であり気体が内部を流通する筒状の気体流路壁とを備え、その気体流路壁内においてその面電子源から放射された電子が気体流路壁内を流通する気体分子に付着して負イオンを生成することを特徴とする負イオン発生装置を提供する。
【００１０】
第２には、この出願の発明は、第１の発明において、面電子源が、気体流路壁に固定された基板電極上に載置された導電性基板の上面に設けられていることを特徴とする負イオン発生装置を提供する。
【００１１】
第３には、この出願の発明は、第１または２の発明において、面電子源から放射された電子を加速する加速電極が配置されていることを特徴とする負イオン発生装置を提供する。
【００１２】
さらに、第４には、第３の発明において、加速電極が、格子状、網状および孔開き平板状のうちのいずれかの形状であることを特徴とする負イオン発生装置を提供する。
【００１３】
また、第５には、第３または４の発明において、加速電極の電位が、気体流路壁の壁面の電位よりも高く保たれていることを特徴とする負イオン発生装置をも提供する。
【００１４】
第６には、第１ないし５いずれかの発明において、面電子源が、ナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源であることを特徴とする負イオン発生装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
この出願の第１の発明によれば、可動部分がなく高電圧電源を必要としない低コストの負イオン発生装置とすることができる。
【００１６】
第２の発明によれば、第１の発明と同様の効果が得られるとともに、面電子源から良好に電子放射を行うことができる。
【００１７】
第３の発明によれば、第１または２の発明と同様の効果が得られるとともに、空間電荷による電子放射の抑制を軽減することができる。
【００１８】
第４の発明によれば、第３の発明と同様の効果が得られるとともに、より確実に電子を加速させることができる。
【００１９】
第５の発明によれば、第３または４の発明と同様の効果が得られるとともに、気体流路壁と加速電極との間に形成された減速電界によって加速された電子が減速され、それによって気体流路壁内においてその面電子源から放射された電子の気体流路壁内を流通する気体分子への付着確率を増やし、最終的に電子が気体分子に付着して負イオンとすることができる。
【００２０】
第６の発明によれば、第１ないし５いずれかの発明と同様の効果が得られるとともに、電子の放射方向を放射面に垂直にそろえることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００２２】
この出願の発明の負イオン発生装置は、常温において１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源と、内面が導電性であり気体が内部を流通する筒状の気体流路壁とを備え、その気体流路壁内においてその面電子源から放射された電子が気体流路壁内を流通する気体分子に付着して負イオンを生成することを大きな特徴としている。
【００２３】
なおこの出願における“常温”とは−４０℃以上１００℃以下のことを意味し、“常圧”とは０．５×１０5Ｐａ以上１．２×１０5Ｐａ以下のことを意味する。また“面電子源”とは、電子が気体中もしくは真空中に放射される領域が点状ではなく広がりのある電子源を意味している。
【００２４】
また面電子源から放射された電子を気体流路壁内を流通する気体分子に付着させて負イオンを生成する領域は、電子が気体分子に効率的に付着するように設計された気体流路の中央付近の領域であり、以下、その領域を「負イオン生成空間」とする。
【００２５】
このように、この出願の発明の負イオン発生装置は、常温において１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源を用いて、電子を気体が流通する気体流路壁内の気体流路の中央付近の領域すなわち負イオン生成空間に放射し、負イオンを生成することが可能であることから、可動部分がなく、高電圧電源を必要としない低コストの負イオン発生装置とすることができるのである。
【００２６】
なおこのとき、面電子源を、気体流路壁に固定された基板電極上に載置された導電性基板の上面に設けることで面電子源から良好に電子を放射することができ、また面電子源から放射された電子を加速する加速電極を配置することで、空間電荷による電子放射の抑制を軽減することができ、とくに加速電極の形状としては、格子状、網状および孔開き平板状のうちのいずれかの形状を有するものを好適に用いることができる。
【００２７】
また、加速電極の電位を気体流路壁の壁面の電位よりも高く保つことで、気体流路壁と加速電極との間に形成された減速電界によって加速された電子が減速され、それによって負イオン生成空間での電子の気体分子への付着確率を増やし、最終的に電子が気体分子に付着して負イオンとすることができる。
【００２８】
このとき、常温において１００Ｖ以下の電圧によって常圧の気体中に電子を放射する面電子源としては種々のものを用いることができるが、その中でもナノシリコン層と表面電極とが順次形成されたナノシリコン面電子源を用いることで電子の放射方向を放射面に垂直にそろえることができることから負イオンを良好に生成することができ、とくに発明者等が開発した特開２０００−１００３１６号公報に記載の、ナノシリコン面電子源を備えた電界放射型電子源を好適に用いることができる。
【００２９】
以下、添付した図面に沿ってこの出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００３０】
図１は、この出願の発明の一実施形態である負イオン発生装置を説明する断面図である。同図の負イオン発生装置（１）において、（２）は気体が流通するための気体流路を形成する筒状の気体流路壁であり、（３）は電子が気体流路内を流通する気体分子に付着して負イオンを生成する負イオン生成空間であり、（４）は気体流路内に設置された基板電極であり、基板電極（４）の上には導電性基板（５）が載置され、導電性基板（５）の上面にはナノシリコン面電子源（６）が形成されている。
【００３１】
なお、負イオン生成空間（３）は、電子が気体分子に効率的に付着するように設計された気体流路の中央付近の領域を示している。
【００３２】
気体流路壁（２）の内面は導電性の材料、たとえば金属で構成されており、基板電極（４）は気体流路壁（２）と同電位になるように、気体流路壁（２）に固定され、ナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）に電位を与えるための導線（８）は、絶縁性のシール部材（気密保持部材）を通して気体流路内に配置されている。
【００３３】
図１に示すナノシリコン面電子源（６）は、導電性基板（５）（たとえばｎ形シリコン基板とする）の上に、ナノシリコン層（９）と表面電極（７）とを順次形成することによって作製されている。ナノシリコン層（９）は化学気相堆積法によって形成したポリシリコン層を陽極酸化することによって作製され、表面電極（７）はたとえば厚さ約１０ｎｍの金属膜によって構成されている。
【００３４】
図１に示すように、基板電極（４）と電気的に接続している気体流路壁（２）を接地し、導電性基板（５）とナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）との間に、表面電極（７）側が正となるように電圧Ｖ1（たとえば１８Ｖ）を印加すると、ナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）から負イオン生成空間（３）に電子が放射される。
【００３５】
図２は、負イオン生成空間（３）内を高真空（１０-5Ｔｏｒｒ、すなわち約１．３３ｍＰａ）に保ち、電圧Ｖ1を１８Ｖとしたときに、ナノシリコン面電子源（６）から放射される電子エネルギー分布（任意尺）を示している。図２の横軸は電子のエネルギーを表し、縦軸は電子密度を表している。この図２から、約７ｅＶをピークとするエネルギー分布の電子が放射されていることが分かる。このような電子放射は、ナノシリコン面電子源（６）の表面が気体、たとえば空気に曝されている場合に起こる。
【００３６】
なお、この実施形態においては、図１に示したように、格子状の加速電極（１０）をナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）の表面近くに設置し、その加速電極（１０）にナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）の表面に対して正の電圧Ｖ2を印加している。ナノシリコン面電子源（６）から放射された電子は、加速電極（１０）により加速され、加速電極（１０）の格子を通り抜けて負イオン生成空間（３）内に入る。
【００３７】
この場合に、ナノシリコン面電子源（６）から放射された電子は、気体分子との衝突による減速を上回る加速を受けることで、ナノシリコン面電子源（６）の表面付近および加速電極（１０）付近での気体分子への電子付着が抑制され、したがって空間電荷の原因となる負イオンを形成する確率が低いまま、自由電子の状態で負イオン生成空間（３）内に入る。このようにして、空間電荷による電子放射の抑制を軽減することができるのである。加速電極（１０）として格子状のもの以外に、たとえば網状のものや孔開き平板状のものなどを好適に使用することができる。
【００３８】
なおこの加速電極（１０）の効果について評価するため、ナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）の表面近くに、図１に示した加速電極（１０）に代えて平板状電極を設け、その平板状電極にナノシリコン面電子源（６）の表面よりも１００Ｖ高い電圧を印加した。そのときの平板状電極に流れる電流と空気の圧力との関係を図３に示す。
【００３９】
図３中、縦軸は平板状電極に流れる電流を電流密度（Ａ／ｃｍ2）で表したものであり、横軸は空気の圧力をＴｏｒｒすなわち約１３３Ｐａを単位として表したものである。図３より明らかなように、平板状電極に流れる電流は空気の圧力が高くなると減少している。このような電極電流の減少は、ナノシリコン面電子源（６）から放射された電子が空気を構成する気体分子（窒素分子、酸素分子等）と衝突してエネルギーを失い、それによって気体分子への付着確率を増やし、最終的に気体分子に付着して負イオンとなり、この負イオンはその移動度が電子に比べて著しく低いので、ナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）の表面付近に負の空間電荷を形成し、その結果としてナノシリコン面電子源（６）からの電子放射を抑制したためと考えられる。
【００４０】
それに対し、格子状の加速電極（１０）をナノシリコン面電子源（６）の表面電極（７）の表面近くに設置し、その加速電極（１０）にナノシリコン面電子源（６）の表面に対して正の電圧Ｖ2を印加することで、空間電荷による電子放射の抑制を軽減することができるのである。
【００４１】
加速電極（１０）の格子を通り抜けて負イオン生成空間（３）内に入った電子は、加速電極（１０）の電位が気体流路壁（２）表面の表面電位よりも高く（この場合にＶ1＋Ｖ2だけ高く）保たれているので、気体流路壁（２）と加速電極（１０）との間に形成された減速電界によって減速され、それによって気体分子への付着確率を増やし、最終的に気体分子に付着して負イオンとなる。
【００４２】
負イオン生成空間（３）には図１中の矢印で示した方向に気体（この場合は空気）が流され、負イオン生成空間（３）において負イオンを含有する気体となり、負イオン発生装置（１）の外に出る。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、可動部分がなく、高電圧電源を必要としない低コストの負イオン発生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この出願の発明の負イオン発生装置の一実施形態を例示した断面図である。
【図２】この出願の発明の負イオン発生装置のナノシリコン面電子源（６）から放射される電子エネルギー分布を例示したグラフである。
【図３】この出願の発明の負イオン発生装置において、加速電極の代わりに平面状電極を配置した場合の平板状電極に流れる電流を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  負イオン発生装置
２  気体流路壁
３  負イオン生成空間
４  基板電極
５  導電性基板
６  ナノシリコン面電子源
７  表面電極
８  導線
９  ナノシリコン層
１０  加速電極
【図１】
2005228527.tif 000003
【図２】
2005228527.tif 000004
【図３】
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