(57)【要約】【課題】  正イオンおよび負イオンを効率良く発生させることができるとともにイオン発生量を自在に制御することができるイオン発生装置を提供し、たとえば空気中の浮遊微生物に対して優れた殺菌効果を得ることができるイオン発生装置、およびこれを用いた空気調節装置を提供する。【解決手段】  誘電体を挟んで対向する放電電極と対向電極とを設け、放電電極に対して、対向電極を基準とする正または負のいずれかの範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する波形を有する電圧と、該電圧とは逆の極性の範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する別の波形を有する電圧とを交互に印加し、正イオンおよび負イオンの両方を発生させるイオン発生装置である。該イオン発生装置を単独または２以上の組み合わせで用いることにより、全体として正イオンおよび負イオンの両方を居住空間に供給する。【選択図】        図１
2005328904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を挟んで対向する放電電極と対向電極とを設け、前記放電電極に対して、前記対向電極を基準とする正または負のいずれかの範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する波形を有する電圧と、前記電圧とは逆の極性の範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する別の波形を有する電圧とを交互に印加し、正イオンおよび負イオンの両方を発生させる、イオン発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン発生装置が２以上組み合わされ、少なくとも１つのイオン発生装置において前記正の範囲で時間変化する波形を有する電圧を印加する際には他の少なくとも１つのイオン発生装置において前記負の範囲で時間変化する波形を有する電圧を印加することにより正イオンおよび負イオンの両方を発生させる、イオン発生装置。
【請求項３】
誘電体を挟んで対向する放電電極と対向電極とを設けたイオン発生装置が２以上組み合わされ、少なくとも１つのイオン発生装置においては、放電電極に対して、対向電極を基準とする正の範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する波形を有する電圧を印加し、他の少なくとも１つのイオン発生装置においては、放電電極に対して、対向電極を基準とする負の範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する別の波形を有する電圧を印加することにより、正イオンおよび負イオンの両方を発生させる、イオン発生装置。
【請求項４】
前記時間変化の速度を調節することにより正イオン発生量および負イオン発生量を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項５】
単位波形の繰り返し頻度を調節することにより、正イオン発生量および負イオン発生量を制御する、請求項１〜４のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項６】
電圧が印加される総時間のうち電圧が時間変化している時間が５０％以上を占める、請求項１〜５のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項７】
前記誘電体は比誘電率が１００以上、厚みが１ｍｍ以下の平板状のセラミックスであり、印加電圧の時間変化速度の最大値が１ｋＶ／ｍｓｅｃ以上である、請求項１〜６のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項８】
前記誘電体は比誘電率が１０００以上、厚みが５ｍｍ以下の平板状のセラミックスであり、印加電圧の時間変化速度の最大値が１５０Ｖ／ｍｓｅｃ以上である、請求項１〜６のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項９】
前記放電電極または対向電極のうち一方が接地される、請求項１〜８のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項１０】
前記放電電極が接地され、前記対向電極が前記誘電体の内部に埋め込まれて形成される、請求項９に記載のイオン発生装置。
【請求項１１】
前記正イオンが、Ｈ3Ｏ+（Ｈ2Ｏ）m（ｍは０または任意の自然数）、であり、前記負イオンが、Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n（ｎは０または任意の自然数）である、請求項１〜１０のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のイオン発生装置を備え、正イオンおよび負イオンを空気中に送出する空気調節装置。
【請求項１３】
複数のイオン発生装置および送風ファンを備え、１のイオン発生装置の放電電極が他のイオン発生装置の放電電極の風下とならない向きに前記送風ファンの送風方向を設定する、請求項１２に記載の空気調節装置。
【請求項１４】
前記複数のイオン発生装置の放電電極を同一平面上または同一曲面上に配置し、かつ前記同一平面または前記同一曲面に沿う方向に前記送風方向を設定する、請求項１３に記載の空気調節装置。
【請求項１５】
前記複数のイオン発生装置の放電電極が間隔を空けて対向するように前記イオン発生装置を配置し、前記間隔を通過する向きで前記送風ファンから風を発生させる、請求項１３に記載の空気調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中で正イオンおよび負イオンを発生させることが可能なイオン発生装置、およびこれを用いた空気調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、居住空間の高気密化や健康問題への関心の高まりに伴い、空気中を浮遊する、細菌、カビなどの浮遊微生物、花粉、タバコの煙、埃などの浮遊汚染物質等を取り除き、健康で快適な生活を送りたいという要望が強くなっている。この要望に応えるため、浮遊微生物や浮遊汚染物質を各種のフィルタにより除去する空気清浄機が開発されている。これらの空気清浄機は、居住空間における空気を吸引してフィルタにより浮遊微生物や浮遊汚染物質を吸着する方式を採用している。
【０００３】
しかしながら、この方式では、長期の使用によりフィルタの交換等のメンテナンスが必要な上、浮遊微生物や浮遊汚染物質が除去されるためには、該浮遊微生物や該浮遊汚染物質がフィルタに向かって吸引される空気によって運ばれ、フィルタを通過する必要があることから、満足できる空気清浄性能は得られていない。
【０００４】
上記の問題を解決して空気清浄性能を向上させる方法として、例えば、特許文献１においては、誘電体を挟んで対向する電極間に交流電圧を印加することによって発生させた正イオンと負イオンとを居住空間に送出し、これらのイオンが起こす化学反応により空気中を浮遊する有害微生物や有害物質を殺菌、無害化する方法が開示されている。特許文献１の方法によれば、正イオンであるＨ3Ｏ+(Ｈ2Ｏ)m（ｍは０または任意の自然数）および負イオンであるＯ2-(Ｈ2Ｏ)n（ｎは０または任意の自然数）を空気中に放出すると、これらのイオンが空気中の浮遊微生物の表面で化学反応することによって生成するＨ2Ｏ2（過酸化水素）または・ＯＨ（水酸基ラジカル）が極めて強力な活性を示すため、空気中の浮遊細菌や浮遊真菌を殺菌することができる。また特許文献１には、イオン発生装置の電極から１０ｃｍ離れた位置において正イオンおよび負イオンの濃度がそれぞれ１００００個／ｃｍ3以上の場合に殺菌効果を得ることができ、発生イオン濃度が高くなると殺菌効果がより良好になる傾向がある旨が開示される。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される方法ではイオンを発生させる効率が低く、その結果、発生するイオンの量が十分に多くないため、浄化しようとする居住空間の広さや、空気中の浮遊汚染物質の種類や量によっては、殺菌効果が不十分である場合がある。さらに、特許文献１に開示される方法では正イオン発生量と負イオン発生量との比率を任意に設定することが困難であるため、所望量の正イオンおよび／または負イオンを空気中に供給することを目的とする用途には対応し難いという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２２４２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決し、正イオンおよび負イオンを効率良く発生させることができるとともに低濃度から高濃度まで正イオンおよび負イオンの発生量を自在に制御することができるイオン発生装置を提供し、たとえば空気中の浮遊微生物に対して優れた殺菌効果を得ることができるイオン発生装置、およびこれを用いた空気調節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、誘電体を挟んで対向する放電電極と対向電極とを設け、放電電極に対して、対向電極を基準とする正または負のいずれかの範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する波形を有する電圧と、該電圧とは逆の極性の範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する別の波形を有する電圧とを交互に印加し、正イオンおよび負イオンの両方を発生させるイオン発生装置に関する。該イオン発生装置は単独または２以上の組み合わせで用いられることができる。
【０００８】
本発明はまた、誘電体を挟んで対向する放電電極と対向電極とを設けたイオン発生装置が２以上組み合わされ、少なくとも１つのイオン発生装置においては、放電電極に対して、対向電極を基準とする正の範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する波形を有する電圧を印加し、他の少なくとも１つのイオン発生装置においては、放電電極に対して、対向電極を基準とする負の範囲で単位波形を繰り返すことにより時間変化する別の波形を有する電圧を印加することにより、正イオンおよび負イオンの両方を発生させるイオン発生装置に関する。
【０００９】
空気中で誘電体を挟むように対向させて設けた電極間に電圧を印加すると、誘電体が分極し、この分極の大きさに応じて電位が高い方の電極に正の電荷が蓄えられ、電位が低い方の電極に等量の負の電荷が蓄えられる。そして、電極端近傍の空気中において、誘電体の分極がつくる電場と、電極に蓄えられた電荷がつくる電場は強め合い、電場が発生する。
【００１０】
ここで、誘電体の比誘電率と厚みをそれぞれε、ｄで表し、電極間に印加する電圧の大きさをＶ（ｔ）（電圧の大きさＶは時間ｔの関数）で表すと、誘電体の分極は（ε−１）／ｄとＶ（ｔ）の積に比例する。したがって、誘電体の比誘電率が大きく、厚みが薄い程、分極が大きくなる。また、印加電圧が大きい程分極が大きくなる。しかし、誘電体の分極が大きくても、誘電体の分極が増加する速度が小さい場合には、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）が帯電して電極端近傍の空気中の電場の上昇を防ごうとする働きが優勢であるため、電極端近傍の空気中の電場はあまり強くない。電極端近傍の空気中に強い電場を発生させるためには、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）の帯電が増加する速度に打ち勝つような大きな速度で誘電体の分極を増加させるか、誘電体の分極を十分に大きな速度で減少させることによって誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）に取り残された帯電を利用する必要がある。すなわち、誘電体の分極を時間変化させることが電極端近傍の空気中に強い電場を発生させる有効な手段である。
【００１１】
上述したように、誘電体の分極は（ε−１）／ｄとＶ（ｔ）の積に比例するが、誘電体の比誘電率εや厚みｄの時間変化は無視できるほど小さいと考えられるので、誘電体の分極を時間変化させるためには、電極間に印加する電圧を時間変化させる必要がある。そして、誘電体の比誘電率が大きく、厚みが薄く、印加電圧の時間変化速度が大きい程、誘電体の分極の時間変化速度が大きくなり、電極端近傍の空気中に強い電場が発生する。
【００１２】
本発明のイオン発生装置は、このようにして電極端近傍の空気中に発生させた電場によって放電プラズマを生じさせ、空気中の酸素や水蒸気を電離してイオンを発生させるものである。放電プラズマにより発生するイオンの大部分はエネルギー的に不安定なのですぐに消滅するが、一部分は空気中の水分子と結合してエネルギー的に安定になり、送風ファンが発生する風に乗って居住空間に送出される。
【００１３】
空気中の浮遊微生物に対して優れた除去効果を得るためには、正イオンとして主にＨ3Ｏ+(Ｈ2Ｏ)m、負イオンとして主にＯ2-(Ｈ2Ｏ)nが空気中に送出されることが好ましい。本発明のイオン発生装置は、空気中の水分子がオキソニウムイオン（Ｈ3Ｏ+）とクラスタリングしてできた正イオンＨ3Ｏ+（Ｈ2Ｏ）m（ｍは０または任意の自然数）と、空気中の水分子が酸素イオン（Ｏ2-）とクラスタリングしてできた負イオンＯ2-（Ｈ2Ｏ）n（ｎは０または任意の自然数）とを好ましく発生させることができるため、浮遊微生物の除去効果に優れる。
【００１４】
上述のように、本発明においては正イオン発生量および負イオン発生量が印加電圧の時間変化速度によって容易に制御できるため、用途に応じた所望のイオン発生量を得るためには印加電圧の時間変化速度を調節すれば良い。
【００１５】
イオン発生装置から発生するイオンの極性は、電極間に印加する電圧の極性に依存する。イオンが発生する方の電極（放電電極）の電位がこの電極と誘電体を挟んで対向する電極（対向電極）の電位よりも高い場合、放電電極に正の電荷が蓄えられ、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）が正に帯電している。このため、空気中の放電プラズマにより発生した正イオンと負イオンのうち、負イオンの大部分は放電電極や誘電体の表面に引き寄せられてすぐに消滅する。したがって、この場合、イオン発生装置から発生するイオンの大部分は正イオンである。逆に、放電電極の電位が対向電極の電位よりも低い場合、放電電極に負の電荷が蓄えられ、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）が負に帯電しているため、イオン発生装置から発生するイオンの大部分は負イオンである。
【００１６】
本発明において対向電極と放電電極の間に電位差（電圧）を印加する際に、対向電極と放電電極の両方とも接地されていなくてもよいが、どちらか一方を接地することにより、電圧印加手段の回路構成が単純化する上、イオン発生装置の安全性が向上する。特に、放電電極を接地し、誘電体の内部に埋め込んで設けた対向電極に電圧を印加することにより、使用者が誤って高電位の電極に接触することがなくなるため、イオン発生装置の安全性がさらに向上する。
【００１７】
電圧の大きさを時間変化させる方法としては、例えば交流電圧のように印加電圧波形を構成する単位波形が正と負の両方の範囲に及ぶ電圧を印加することにより、正の電圧と負の電圧を交互に印加する方法が考えられる。この場合、前述したように、正の電圧の印加によって発生するイオンの極性と、負の電圧の印加によって発生するイオンの極性が異なるため、１つのイオン発生装置から正イオンと負イオンとをほぼ同時に居住空間に送出することができる。しかし、印加電圧の極性が頻繁に変わるため、正の電圧の印加によって発生したイオンの大部分は直後の負の電圧の印加によって消滅し、負の電圧の印加によって発生したイオンの大部分は直後の正の電圧の印加によって消滅する。すなわち、この方法ではイオンを発生させる効率が悪いため、高濃度のイオンを発生させることが難しい。
【００１８】
本発明においては、正または負のいずれかの範囲で時間変化する単位波形を連続して繰り返す波形の電圧を印加することによって、正または負のいずれかの範囲のみで電圧が時間変化する時間を長く確保することにより、正または負の極性を有するイオンを効率良く発生させることができる。すなわち本発明においては、正または負のいずれかの範囲で時間変化する単位波形を連続して繰り返す波形の電圧を印加するイオン発生装置を２以上備え、少なくとも１つのイオン発生装置においては放電電極に対向電極を基準とする正の電圧を印加し、他の少なくとも１つのイオン発生装置においては放電電極に対向電極を基準とする負の電圧を印加することによって、全体として正イオンと負イオンの両方を同時に効率良く発生させることができる。
【００１９】
また、これらの印加電圧の時間変化速度を調節することにより、正イオン発生量および負イオン発生量を低濃度から高濃度まで自在に制御することができる他、用途に応じて正イオン発生量と負イオン発生量との比率を任意に設定することも可能である。印加電圧の時間変化速度を調節する方法としては、例えば、印加電圧波形を構成する単位波形が繰り返される頻度（周波数）を調節する方法が好ましい。この方法によれば、印加電圧の最大値を変えずに印加電圧の時間変化速度を調節することができる。しかも、上記の周波数を制御することは比較的容易である。
【００２０】
また、この方法によれば、単位波形１周期分の時間のうち、電圧が時間変化する時間の割合は変化しない。上述したように、イオンを発生させるためには印加電圧が時間変化することが必要である。より高濃度のイオンを発生させるためには、印加電圧の波形を構成する単位波形において電圧が時間変化する時間の割合が高い方が好ましく、特に単位波形１周期分の時間の５０％以上であることが好ましい。
【００２１】
本発明において、正または負のいずれか一方の範囲のみで時間変化する波形の電圧を電極間に印加し続けると、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）の帯電が次第に増加するため、電極端近傍の空気中に発生する電場が弱くなっていく。その結果、発生する放電プラズマの強度が徐々に減少するので、イオンの発生量が徐々に減少する。そこで、正の範囲で時間変化する波形の電圧と負の範囲で時間変化する波形の電圧とを交互に印加することにより、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）の帯電の極性を入れ換えて帯電の増加を防ぐことにより、イオンの発生量の減少を防ぐことができる。ここで、電圧の極性を切り替える時間間隔が短すぎると、前述したように極性を切り替えることによるイオンの消滅が多くなってイオンを発生させる効率が悪くなる。また、電圧の極性を切り替える時間間隔が長すぎると、誘電体と空気の境界面の帯電が増加することにより、イオン濃度が減少する。したがって、高濃度のイオンを効率よく発生させるためには、電圧の極性を切り替える時間間隔を適切に取る必要がある。
【００２２】
本発明のイオン発生装置に正の範囲で時間変化する波形の電圧と負の範囲で時間変化する波形の電圧とを交互に印加する場合には、単独で使用しても正イオンおよび負イオンの両方を発生させることができるが、２以上のイオン発生装置を組み合わせて用いても良い。２以上のイオン発生装置を組み合わせて用いた場合、正イオン発生量および負イオン発生量をより広範に制御できる。さらに、２以上のイオン発生装置を組み合わせて用いる場合、少なくとも１つのイオン発生装置において時間変化する正の電圧を印加する際には他の少なくとも１つのイオン発生装置において時間変化する負の電圧を印加することが好ましい。これにより正イオンおよび負イオンの両方を同時に発生させることができ、正イオンおよび負イオンが居住空間に効率良く供給されるため好ましい。
【００２３】
本発明はまた、１または２以上の本発明に係るイオン発生装置を用いた空気調節装置に関する。該空気調節装置は送風ファンを備えることが好ましく、特に該空気調節装置が複数のイオン発生装置を備える場合、１のイオン発生装置の放電電極が他のイオン発生装置の放電電極の風下とならない向きに送風ファンの送風方向を設定することが好ましい。この場合、複数の放電電極のそれぞれから発生するイオンが送風ファンからの風に乗って送出される際に、イオンと逆の極性の電気を帯びた他の放電電極や誘電体表面に接近することが少ないため、イオンの消滅が少ない。
【００２４】
１のイオン発生装置の放電電極が他のイオン発生装置の放電電極の風下となることを防止する方法としては、複数のイオン発生装置の放電電極を同一平面上または同一曲面上に配置し、かつ同一平面または同一曲面に沿う方向に送風方向を設定する方法等が好ましく採用される。または、複数のイオン発生装置の放電電極が間隔を空けて対向するようにイオン発生装置を配置し、間隔を通過する向きで送風ファンから風を発生させることも好ましい。
【００２５】
本発明において発生させる正イオンおよび負イオンの濃度は、印加電圧の時間変化速度を調節することにより低濃度から高濃度まで自在に制御することができる。前述したように、印加電圧が大きく、印加電圧の変化速度が大きいほど電極端近傍に強い電場を発生させることができるので、空気中の酸素や水蒸気が活発に電離し、高濃度のイオンが発生する。
【００２６】
しかし、印加電圧の大きさについては、安全上の観点から、必要以上に高電圧を印加することは好ましくない。特に、家庭用の空気調節装置に本発明を適用する場合には、数ｋＶ以下の印加電圧を用いることが望ましい。比誘電率が１００以上、厚みが１ｍｍ以下の平板状のセラミックスを誘電体として用い、印加電圧の時間変化速度の最大値が１ｋＶ／ｍｓｅｃ以上である場合、数ｋＶ以下の印加電圧で十分に高濃度のイオンを居住空間に供給することができるため好ましい。あるいは、比誘電率が１０００以上、厚みが５ｍｍ以下の平板状のセラミックスを誘電体として用い、印加電圧の時間変化速度の最大値が１５０Ｖ／ｍｓｅｃ以上である場合にも、数ｋＶ以下の印加電圧で十分に高濃度のイオンを居住空間に供給することができるため好ましい。
【００２７】
本発明において、正または負のいずれかの範囲で時間変化する単位波形を連続して繰り返す波形は、特に限定されるものではない。たとえば、線形的または非線形的に電圧を上昇させた後直ちに線形的または非線形的に下降させる波形を一定の間隔で繰り返す波形、線形的または非線形的に電圧を上昇させ、一定時間保った後に線形的または非線形的に下降させる波形を一定の間隔で繰り返す波形、正弦波等の交流波を整流した正または負の波形、正弦波等の交流波の負／正の部分を正／負に反転させた正／負の波形、正弦波等の交流波と直流波を重ね合わせた正または負の波形、等の波形を選択することができる。また、このような波形と直流波を重ね合わせた波形を用いることもできる。
【００２８】
また、上記のイオン発生装置を用いた空気調節装置は、正イオンと負イオンを発生させ、空気中の浮遊微生物に対する殺菌作用、悪臭物質に対する脱臭作用、有害物質に対する無害化作用等を得る目的で用いることができ、具体的には、空気清浄機、空気調和機として用いることができる他、除湿機、加湿器、石油ファンヒータ、ガスファンヒータ、セラミックファンヒータ、冷蔵庫等に組み込んで用いることもできる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、正イオンを発生させる少なくとも１つのイオン発生装置と負イオンを発生させる少なくとも１つのイオン発生装置とを組み合わせて用い、または正イオンおよび負イオンの両方を発生させるイオン発生装置を単独または２以上の組み合わせで用いることにより、正イオンおよび負イオンを同時に効率良く供給することが可能である。また、本発明のイオン発生装置は数ｋＶ以下の印加電圧で十分に高濃度のイオンを居住空間に供給することができる。さらに、本発明のイオン発生装置は印加電圧の時間変化速度を調節することにより、正イオン発生量および負イオン発生量を低濃度から高濃度まで自在に制御することができる他、正イオン発生量と負イオン発生量との比率も任意に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明においては、正の電圧が印加される少なくとも１つのイオン発生装置と負の電圧が印加される少なくとも１つのイオン発生装置とを組み合わせて用い、または正の電圧および負の電圧を交互に印加することによって正イオンおよび負イオンの両方を発生させるイオン発生装置を単独または２以上の組み合わせで用いることにより、全体として正イオンおよび負イオンを同時に発生させることが可能である。以下に、図を参照して本発明に係るイオン発生装置の構成例を説明する。
【００３１】
図１は、本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の一例を示す概略図である。空気調節装置１１において、送風ファン１２の下流側に、平板状の誘電体１３ａと、該誘電体１３ａを挟んで対向する対向電極１４ａおよび放電電極１５ａと、電圧印加手段１６ａとからなるイオン発生装置１７ａが設けられている。また、同様に、送風ファン１２の下流側に、平板状の誘電体１３ｂと、該誘電体１３ｂを挟んで対向する対向電極１４ｂおよび放電電極１５ｂと、電圧印加手段１６ｂとからなるイオン発生装置１７ｂが設けられている。図１は、放電電極１５ａおよび１５ｂの近傍からイオンを発生させる構成を示している。
【００３２】
図２は、本発明において印加される電圧の波形の例を示す図である。放電電極１５ａに、電圧印加手段１６ａによって、たとえば図２（Ａ）の電圧波形ａに示すような対向電極１４ａを基準とする正の範囲のみで時間変化する電圧を印加することにより、放電電極１５ａの近傍から正イオンを効率良く発生させることができる。また、例えば、図２（Ａ）の電圧波形ａの周波数（電圧波形ａを構成する単位波形が繰り返される頻度）を変化させて電圧の時間変化速度を調節することにより、正イオンの発生量を制御することができる。ここで、誘電体１３ａの分極は対向電極１４ａと放電電極１５ａの間の電位差で決まるため、対向電極１４ａが接地されている構成でも、放電電極１５ａが接地されている構成でも、対向電極１４ａと放電電極１５ａのどちらも接地されていない構成であってもよい。しかし、どちらか一方を接地することにより、電圧印加手段１６ａの回路構成が単純化する上、イオン発生装置１７ａの安全性が向上する。特に、放電電極１５ａを接地し、誘電体の内部に埋め込んで設けた対向電極１４ａに電圧を印加することにより、使用者が誤って高電位の電極に接触することがなくなるため、イオン発生装置１７ａの安全性がさらに向上する。
【００３３】
同様に、放電電極１５ｂに、電圧印加手段１６ｂにより、たとえば図２（Ｂ）の電圧波形ｂに示すような対向電極１４ｂを基準とする負の範囲のみで時間変化する電圧を印加することにより、放電電極１５ｂの近傍から負イオンを効率良く発生させることができる。また、例えば、図２（Ｂ）の電圧波形ｂの周波数（電圧波形ｂを構成する単位波形が繰り返される頻度）を変化させて電圧の時間変化速度を調節することにより、負イオンの発生量を制御することができる。
【００３４】
また、電圧波形ａと電圧波形ｂとを入れ換えることにより、放電電極１５ａの近傍から負イオンを発生させ、放電電極１５ｂの近傍から正イオンを発生させることもできる。
【００３５】
図１において、放電電極１５ａおよび放電電極１５ｂは平面１８上にあり、送風ファン１２が発生する風は、放電電極１５ａおよび放電電極１５ｂのそれぞれが他方の風下にならないような向きで、平面１８に沿って通過する。この構成では、放電電極１５ａおよび放電電極１５ｂのそれぞれから発生するイオンが、イオンと逆の極性の電気を帯びた他方の電極や誘電体表面に接近して消滅することが少ないため、正イオンと負イオンを効率良く発生させることができる。
【００３６】
図３は、本発明において印加される電圧の波形の別の例を示す図である。図３の電圧波形ａまたは電圧波形ｂに示すような、正または負のいずれかの範囲で時間変化する単位波形を連続して繰り返す波形と、逆の極性の範囲で時間変化する別の単位波形を連続して繰り返す波形が交互に現れる波形の電圧を選択することにより、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）の帯電の増加を防ぐことができるため、イオン発生量の減少を防ぎ、所望のイオン発生量を維持し続けることができる。
【００３７】
図４は本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の別の一例を示す概略図である。空気調節装置４１において、送風ファン４２の下流側に、平板状の誘電体４３と、誘電体４３を挟んで対向する対向電極４４ａおよび放電電極４５ａと、対向電極４４ｂおよび放電電極４５ｂと、電圧印加手段４６ａおよび４６ｂとからなるイオン発生装置４７が設けられている。図１の構成と同様に、放電電極４５ａおよび放電電極４５ｂの近傍からそれぞれ逆の極性のイオンを発生させ、全体として、正イオンと負イオンを効率良く発生させることができる。また、それぞれの電極に印加する電圧の時間変化速度を調節することにより、正イオンおよび負イオンの発生量を制御することができる。
【００３８】
図４に示す構成においては、対向電極４４ａおよび放電電極４５ａと対向電極４４ｂおよび放電電極４５ｂとがいずれも誘電体４３を挟んで対向するように設けられ、送風ファン４２からの風は、放電電極４５ａおよび放電電極４５ｂのそれぞれが互いに他方の風下とならないような向きに設定される。よって放電電極４５ａおよび放電電極４５ｂのそれぞれから発生するイオンが、イオンと逆の極性の電気を帯びた他方の電極や誘電体表面に接近して消滅することがないため、正イオンと負イオンとを効率良く発生させることができる。
【００３９】
図５は本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の別の一例を示す概略図である。空気調節装置５１において、送風ファン５２の下流側に、平板状の誘電体５３ａと、該誘電体５３ａを挟んで対向する対向電極５４ａおよび放電電極５５ａと、電圧印加手段５６ａとからなるイオン発生装置５７ａが設けられている。また、同様に、送風ファン５２の下流側に、平板状の誘電体５３ｂと、該誘電体５３ｂを挟んで対向する対向電極５４ｂおよび放電電極５５ｂと、電圧印加手段５６ｂとからなるイオン発生装置５７ｂが設けられている。図１の構成と同様に、放電電極５５ａおよび５５ｂの近傍からそれぞれ逆の極性のイオンを発生させ、全体として、正イオンと負イオンを効率良く発生させることができる。また、それぞれの電極に印加する電圧の時間変化速度を調節することにより、正イオンおよび負イオンの発生量を制御することができる。
【００４０】
図５に示す構成においては、放電電極５５ａと放電電極５５ｂとの間に所定の間隔が存在するため、送風ファン５２から発生する風は、放電電極５５ａと放電電極５５ｂとの間を通過する。この構成では、放電電極５５ａおよび放電電極５５ｂのそれぞれから発生するイオンが、イオンと逆の極性の電気を帯びた他方の電極や誘電体表面に接近して消滅することが少ないため、正イオンと負イオンとを効率良く発生させることができる。
【００４１】
図６および図７は本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の別の一例を示す概略図である。空気調節装置６１において、送風ファン６２の下流側に、平板状の誘電体６３と、該誘電体６３を挟んで対向する対向電極６４および放電電極６５と、電圧印加手段６６とからなるイオン発生装置６７が設けられている。図６および図７は、放電電極６５の近傍からイオンを発生させる構成を示している。
【００４２】
図８は、本発明において印加される電圧の波形の例を示す図である。放電電極６５に、たとえば図８に示すような、対向電極６４を基準とする正または負のいずれかの範囲で時間変化する単位波形を連続して繰り返す波形と、逆の極性の範囲で時間変化する別の単位波形を連続して繰り返す波形が交互に現れる波形の電圧を印加することにより、放電電極６５の近傍から正イオンと負イオンとを効率良く発生させることができる。また、印加電圧の時間変化速度を調節することにより、正イオン発生量および負イオン発生量を制御することができる。
【００４３】
本発明のイオン発生装置に組み込まれる誘電体としては、セラミックス、ガラス等の通常用いられる一般的な誘電体を用いることができ、特に限定されないが、安全上の観点から数ｋＶ以下の印加電圧で十分に高濃度のイオンを居住空間に供給するためには、誘電体の比誘電率が大きく、厚みが薄い方がよい。ただし、厚みが薄すぎると電極間に印加される電圧によって絶縁破壊が起きやすくなるので、絶縁破壊が起きない程度の厚みは必要である。
【００４４】
また誘電体の形状にも限定はないが、空間にイオンを送出する効率および製造コスト等の観点からは板状のものを用いることが好ましい。
【００４５】
誘電体を挟んで対向する対向電極および放電電極は、誘電体の表面にたとえばタングステン、金、銀、白金、パラジウム、アルミニウム、銅、ニッケル、モリブデン等の金属またはこれらの金属を含む導電材料の膜を物理的または化学的に形成、または印刷するか、あるいは、誘電体の表面にステンレス、タングステン、アルミニウム等の金属板、針金、金網等を密着させることによって得ることができる。
【００４６】
本発明のイオン発生装置は、電極端近傍の空気中に発生させた電場によって放電プラズマを生じさせ、空気中の酸素や水蒸気を電離してイオンを発生させるため、放電電極は、電極端の長さができるだけ長くなるような形状とすることが好ましい。たとえば、多数の突き抜けた穴を内部に有する形状が好ましい。
【００４７】
なお、たとえば図１において、対向電極１４ａと放電電極１５ａの間、対向電極１４ｂと放電電極１５ｂの間に導電性の高い放電路が形成されて大きな電流が流れないように、対向電極１４ａおよび放電電極１５ａ、対向電極１４ｂおよび放電電極１５ｂは、それぞれ誘電体１３ａ、誘電体１３ｂよりも小さく形成されることが好ましい。
【００４８】
また、本発明において、誘電体を挟んで対向する対向電極と放電電極の両方の近傍からイオンを発生させることもできるが、たとえば図１において、放電電極１５ａおよび１５ｂの近傍のみからイオンを発生させる構成としても良い。そして、放電電極１５ａおよび１５ｂの電極端全体の近傍に強い電場が発生するように、対向電極１４ａおよび対向電極１４ｂは、放電電極１５ａおよび放電電極１５ｂよりも大きく形成されることが好ましい。
【００４９】
また、本発明のイオン発生装置の電圧印加手段としては、正または負のいずれかの範囲で時間変化する単位波形を連続して繰り返す波形の電圧、または、正または負のいずれかの範囲で時間変化する単位波形を連続して繰り返す波形と、逆の極性の範囲で時間変化する別の単位波形を連続して繰り返す波形が交互に現れる波形の電圧を、所望の波形で印加できるものであって一般的に用いられる構成のものを適宜適用でき、特に限定されない。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５１】
＜イオン発生装置の製造＞
図１に示すイオン発生装置１７ａおよび１７ｂを製造するため、誘電体１３ａおよび１３ｂとして、共立マテリアル（株）製の積層セラミックコンデンサ用配合品粉末「ＭＣＣ−Ｂ３０Ｊ」を焼結して作製した、縦（送風方向）９５ｍｍ×横９５ｍｍ×厚み５ｍｍのセラミックスを用いた。共立マテリアル（株）によりインターネット上で公表されている電子カタログによれば、上記製品を焼結して作製したセラミックスの比誘電率は２５℃において２５００〜２９００である。一般に、室温で比誘電率が１０００以上の誘電体セラミックスとして、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）に添加物を加えて室温付近の比誘電率を調整し、室温付近の比誘電率の温度変化を平坦にしたものがある。誘電体１３ａおよび１３ｂとして、２５℃において比誘電率が２５００〜２９００の上記製品を焼結して作製したセラミックスの代わりに、室温で比誘電率が１０００以上の別の誘電体セラミックスを使用しても同様に、数ｋＶ以下の印加電圧で高濃度のイオンを好ましく居住空間に供給することができる。
【００５２】
放電電極１５ａおよび１５ｂとして、線径０．１５ｍｍのステンレス線をメッシュ状に織った縦５ｍｍ×横２０ｍｍのステンレス網、対向電極１４ａおよび１４ｂとして、縦７５ｍｍ×横７５ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの板状のステンレスをそれぞれ用いた。中興化成工業（株）製の粘着テープ「ＡＧＦ−１００Ａ」を用いて誘電体１３ａまたは１３ｂの一方の表面に放電電極１５ａまたは１５ｂを密着・固定し、他方の表面に対向電極１４ａまたは１４ｂを密着・固定した。固定に際し、横方向については、誘電体、放電電極、対向電極の中心線を一致させた。縦方向については、誘電体、放電電極、対向電極のそれぞれの送風ファンから遠い方の端が、対向電極と誘電体との間で１０ｍｍ、放電電極と誘電体との間で３０ｍｍの間隔を持つように位置を合わせた。それぞれの電極と電圧印加手段１６ａおよび１６ｂとを、アルファ・ワイヤー・カンパニー製の電線「５８５４／７」を用いて接続した。
【００５３】
＜イオンの発生＞
上記の方法で製造したイオン発生装置装置１７ａおよび１７ｂの対向電極１４ａおよび１４ｂを接地し、放電電極１５ａに後述の実施例の電圧波形ａで時間変化する正の電圧を印加し、放電電極１５ｂに後述の実施例の電圧波形ｂで時間変化する負の電圧を印加することにより、放電電極１５ａの近傍から正イオンを、放電電極１５ｂの近傍から負イオンを発生させた。送風ファン１２としては、オリエンタルモーター（株）製のクロスフローファン「ＭＦ９３０−ＢＣ」を用いた。放電電極１５ａおよび１５ｂから１５ｃｍ離して設置し、周波数６０Ｈｚ、電圧実効値４０Ｖの交流電圧を印加して送風ファン１２を作動させることにより、放電電極１５ａおよび１５ｂの位置で風速３．４ｍ／ｓｅｃの風を送った。放電電極１５ａの近傍から発生する正イオン、および放電電極１５ｂの近傍から発生する負イオンは、送風ファン１２が発生する風によって空間に送出された。
【００５４】
＜発生イオン濃度の測定＞
発生イオン濃度の測定には、（株）ダン科学製空気イオンカウンター（型番８３−１００１Ｂ−II）を用いた。なお、発生イオン濃度は、放電電極１５ａおよび１５ｂから送風ファン１２の送風方向に５０ｃｍ離れた位置で検出される移動度１ｃｍ2／Ｖｓｅｃ以上の小イオンの濃度（個／ｃｍ3）によって示す。
【００５５】
（実施例１）
図９は、実施例１において印加された電圧の波形を示す図である。上記の方法で製造したイオン発生装置１７ａおよび１７ｂの放電電極１５ａに図９（Ａ）の電圧波形ａで時間変化する正の電圧を印加し、放電電極１５ｂに図９（Ｂ）の電圧波形ｂで時間変化する負の電圧を印加し、正イオンおよび負イオンを発生させた。図１０は、実施例１で測定された正イオンの濃度を示す図であり、図１１は、実施例１で測定された負イオンの濃度を示す図である。ここで、本実施例では、電圧波形ａの電圧上昇／下降時間ＴＲと電圧波形ｂの電圧上昇／下降時間ＴＲとが同じ長さであるが、それぞれのＴＲを個別に調節することにより、正イオン発生量と負イオン発生量を個別に制御し、両者の比率を自在に制御することもできる。図１０および図１１が示すように、印加電圧の上昇／下降速度１．５ｋＶ／ＴＲが大きくなるにつれて、正イオン濃度および負イオン濃度が増加した。
【００５６】
（実施例２）
図１２は、実施例２において印加された電圧の波形を示す図である。上記の方法で製造したイオン発生装置１７ａおよび１７ｂの放電電極１５ａに図１２（Ａ）の電圧波形ａで時間変化する正の電圧を印加し、放電電極１５ｂに図１２（Ｂ）の電圧波形ｂで時間変化する負の電圧を印加し、正イオンおよび負イオンを発生させた。図１３は、実施例２で測定された正イオンの濃度を示す図であり、図１４は、実施例２で測定された負イオンの濃度を示す図である。ここで、本実施例では、電圧波形ａの電圧上昇／下降時間ＴＲと電圧波形ｂの電圧上昇／下降時間ＴＲが同じ長さであるが、それぞれのＴＲを個別に調節することにより、正イオン発生量と負イオン発生量とを個別に制御し、両者の比率を自在に制御することもできる。図１３および図１４が示すように、直流波と時間変化する波形を重ね合わせた波形の電圧を印加することにより、正イオンおよび負イオンの両方について、実施例１よりも発生イオン濃度が増加した。また、印加電圧の上昇／下降速度１．５ｋＶ／ＴＲが大きくなるにつれて、正イオン濃度および負イオン濃度が増加し、１５０Ｖ／ｍｓｅｃ以上で１０万個／ｃｍ3以上の正イオン濃度と１０万個／ｃｍ3以上の負イオン濃度が測定された。
【００５７】
（実施例３）
図１５は、実施例３において印加された電圧の波形を示す図である。上記の方法で製造したイオン発生装置１７ａおよび１７ｂの放電電極１５ａに図１５（Ａ）の電圧波形ａで時間変化する正の電圧を印加し、放電電極１５ｂに図１５（Ｂ）の電圧波形ｂで時間変化する負の電圧を印加した。図１６は、実施例３において測定された正イオンの濃度を示す図であり、図１７は、実施例３において測定された負イオンの濃度を示す図である。ここで、本実施例では、電圧波形ａの周期Ｔ（電圧波形ａを構成する単位波形１周期分の時間）と電圧波形ｂの周期Ｔが同じ長さであるが、それぞれのＴを個別に調節することにより、正イオン発生量と負イオン発生量を個別に制御し、両者の比率を自在に制御することもできる。図１６および図１７において、横軸は電圧波形の周波数１ｓｅｃ／Ｔ（単位：Ｈｚ）である。図１６および図１７が示すように、印加電圧波形の周波数１ｓｅｃ／Ｔが大きくなるにしたがって放電プラズマの発生頻度が大きくなるため、正イオン濃度および負イオン濃度が増加した。また、印加電圧を構成する単位波形１周期分の時間のうち、電圧が時間変化する時間の割合が大きくなるため、正イオン濃度および負イオン濃度が増加したと考えることもできる。
【００５８】
（実施例４）
図１８は、実施例４において印加された電圧の波形を示す図である。上記の方法で製造したイオン発生装置１７ａおよび１７ｂの放電電極１５ａに図１８（Ａ）の電圧波形ａで時間変化する正の電圧を印加し、放電電極１５ｂに図１８（Ｂ）の電圧波形ｂで時間変化する負の電圧を印加した。図１９は、実施例４において測定された正イオンの濃度を示す図であり、図２０は、実施例４において測定された負イオンの濃度を示す図である。ここで、本実施例では、電圧波形ａの電圧上昇／下降幅ＶＭＡＸと電圧波形ｂの電圧上昇／下降幅ＶＭＡＸが同じ大きさであるが、それぞれのＶＭＡＸを個別に調節することにより、正イオン発生量と負イオン発生量を個別に制御し、両者の比率を自在に制御することもできる。図１９および図２０が示すように、印加電圧の上昇／下降幅ＶＭＡＸが大きくなるにしたがって正イオン濃度および負イオン濃度が増加した。
【００５９】
（実施例５）
図２１は、実施例５において印加された電圧の波形を示す図である。誘電体１３ａおよび１３ｂとして、縦（送風方向）９５ｍｍ×横９５ｍｍ×厚み０．５５ｍｍのホウ珪酸ガラスを用いた他は、実施例１〜４と同様の方法で製造したイオン発生装置１７ａおよび１７ｂの放電電極１５ａに図２１（Ａ）の電圧波形ａで時間変化する正の電圧を印加し、放電電極１５ｂに図２１（Ｂ）の電圧波形ｂで時間変化する負の電圧を印加した。図２２は、実施例５において測定された正イオンの濃度を示す図であり、図２３は、実施例５において測定された負イオンの濃度を示す図である。ここで、本実施例では、電圧波形ａの電圧上昇／下降時間ＴＲと電圧波形ｂの電圧上昇／下降時間ＴＲが同じ長さであるが、それぞれのＴＲを個別に調節することにより、正イオン発生量と負イオン発生量を個別に制御し、両者の比率を自在に制御することもできる。図２２および図２３が示すように、印加電圧の上昇／下降速度３．０ｋＶ／ＴＲが大きくなるにつれて、正イオン濃度および負イオン濃度が増加した。
【００６０】
（比較例１）
図２４は、比較例１において印加された電圧の波形を示す図である。図６および図７に示すイオン発生装置６７の対向電極６４を接地し、放電電極６５に図２４に示す周波数１５ｋＨｚの正弦波の電圧を印加した。イオン発生装置６７は、誘電体６３として、縦（送風方向）９５ｍｍ×横９５ｍｍ×厚み０．５５ｍｍのホウ珪酸ガラスを用いた他は実施例１〜４と同様の方法で製造した。実施例１〜５と同様の方法で送風ファン６２を作動させ、放電電極６５の位置で風速３．４ｍ／ｓｅｃとなるように風を送り、実施例１〜５と同様の方法で正イオンおよび負イオンの濃度を測定した。図２５は、比較例１において測定された正イオンの濃度を示す図であり、図２６は、比較例１において測定された負イオンの濃度を示す図である。図２５および図２６が示すように、印加電圧の振幅ＶＰ−Ｐが大きくなるにしたがって正イオン濃度および負イオン濃度が増加した。
【００６１】
実施例５と比較例１において、イオンを発生させる効率を比較するために、イオンと同時に発生するオゾンの濃度を測定した。発生する放電プラズマの強度が強くなるにしたがって発生オゾン濃度が増加するので、発生イオン濃度が同じであれば、発生オゾン濃度が低いほど、イオンを発生させる効率が良い。また、オゾンはその濃度が高くなると人体に悪い影響を及ぼすため、健康上の観点からも、発生オゾン濃度は低い方がよい。
【００６２】
＜発生オゾン濃度の測定＞
発生オゾン濃度の測定には、荏原実業（株）製オゾンモニター（型番ＥＧ−２００１）を用いた。なお発生オゾン濃度は、実施例５については放電電極１５ａおよび１５ｂ、比較例１については放電電極６５から、送風ファン１２または６２の送風方向に５ｃｍ離れた位置でそれぞれ検出されるオゾンの濃度（ｐｐｍ）によって示す。
【００６３】
実施例５および比較例１のイオン発生装置から発生するオゾンは微量であるため、放電電極１５ａおよび１５ｂ、または、放電電極６５の位置の風速が、発生イオン濃度測定時と同じ３．４ｍ／ｓｅｃとなるように送風ファン１２または６２を作動させると、検出されるオゾンの濃度が上記オゾンモニターの検出限界以下となり、正確に測定することができなかった。そこで、送風ファン１２または６２に印加する交流電圧の電圧実効値を２０Ｖに下げることによって、放電電極１５ａおよび１５ｂ、または、放電電極６５の位置の風速を１．４ｍ／ｓｅｃに下げた上で、発生オゾン濃度を測定した。
【００６４】
図２７および図２８は、実施例５および比較例１において測定されたオゾンの濃度を示す図である。図２７および図２８において、縦軸はオゾン濃度（単位：任意の単位）、横軸はそれぞれ正イオン濃度と負イオン濃度（単位：個／ｃｍ3）である。なお、オゾン濃度の測定値の単位は、本来ｐｐｍであるが、風速および測定位置がオゾン濃度測定時とイオン濃度測定時の間で異なるため、任意の単位と表記する。図２７および図２８が示すように、比較例１では印加電圧の極性が頻繁に変わるためイオンを発生させる効率が悪いのに対して、実施例５では印加電圧が正または負のいずれかの範囲のみで時間変化する時間が十分に長いため、イオンを発生させる効率が良い。
【００６５】
本発明においては、比誘電率が１０００以上、厚みが５ｍｍ以下の平板状のセラミックスを誘電体として用い、印加電圧の時間変化速度の最大値が１５０Ｖ／ｍｓｅｃ以上である場合、数ｋＶ以下の印加電圧でも高濃度のイオンを居住空間に供給することができる。実施例１〜４においては、比誘電率２５００〜２９００、厚み５ｍｍの平板状のセラミックスを誘電体として用い、印加電圧の時間変化速度の最大値が１５０Ｖ／ｍｓｅｃとなるように設定したことにより、高い正イオン濃度および負イオン濃度が観測され、たとえば実施例２においてはイオン発生装置の電極から５０ｃｍ離れた位置で１０万個／ｃｍ3以上という高い正イオン濃度および負イオン濃度が観測された。
【００６６】
なお、実施例１〜５では、電極間に印加する電圧として、常に正または負のどちらか一方の範囲のみで時間変化する電圧を用いているが、正の範囲で時間変化する波形の電圧と負の範囲で時間変化する波形の電圧を適切なタイミングで切り替えて交互に印加することにより、誘電体と空気の境界面（誘電体の表面）の帯電の増加を防ぐことができる。この方法によれば、イオンの発生量の減少を防ぎ、イオンを発生させる効率をさらに向上させることができる。
【００６７】
また、実施例１〜５では、イオン発生量を制御するために印加電圧波形のパラメーターを変化させると、印加電圧波形を構成する単位波形１周期分の時間のうち、電圧が時間変化する時間が占める割合が変化するが、この割合を変化させずに印加電圧の周波数（単位波形が繰り返される頻度）を変化させることによってイオン発生量を制御することもできる。この方法によれば、印加電圧波形において電圧が時間変化する時間の割合を一定に保ったまま、比較的容易に印加電圧の時間変化速度を調節することが可能になり、その結果、正イオン発生量および負イオン発生量を低濃度から高濃度まで自在に制御することができる。以下に、その実施例を説明する。
【００６８】
（実施例６）
＜イオン発生装置の製造＞
図１に示すイオン発生装置１７ａおよび１７ｂを製造するため、誘電体１３ａおよび１３ｂとして、縦（送風方向）９５ｍｍ×横９５ｍｍ×厚み０．５ｍｍのルチル型酸化チタン（ＴｉＯ2）多結晶体を焼結して作製したセラミックスを用いた。一般に、二酸化チタン（ＴｉＯ2）多結晶体の比誘電率は２５℃において１１０〜１２０である。放電電極１５ａおよび１５ｂとしては、デュポン製金（Ａｕ）導体ペースト「５７１５」を、ライン幅０．３ｍｍ、スペース幅１．０ｍｍの格子状でかつ外形が縦３０．２ｍｍ、横２２．４ｍｍ、膜厚が７〜９μｍとなるように、誘電体１３ａおよび１３ｂのそれぞれの表面に印刷した。対向電極１４ａおよび１４ｂとしては、デュポン製銀白金（Ａｇ／Ｐｔ）ペースト「５１６４Ｎ」を、外形が縦５０．２ｍｍ×横４２．４ｍｍ、膜厚が１０〜１４μｍとなるように誘電体１３ａおよび１３ｂのそれぞれの表面に印刷した。さらに、日本電気硝子製保護ガラスペースト「ＰＬＳ３１２１」を、電極端も含めて対向電極１４ａおよび１４ｂを覆うように印刷した。
【００６９】
放電電極１５ａおよび１５ｂは、金（Ａｕ）を主成分とする導体であるため、電極端で放電プラズマを発生させても酸化しにくい。そのため、イオン発生素子を長期間運転しても、イオン発生量が低下しにくい。また、対向電極１４ａおよび１４ｂは電極端も含めて保護ガラスに覆われているため、対向電極１４ａおよび１４ｂの電極端近傍の空気中には、放電プラズマが発生する程強い電場は発生しない。したがって、本実施例では、放電電極１５ａおよび１５ｂの近傍のみからイオンが発生する。また、対向電極１４ａおよび１４ｂは表面を保護ガラスに覆われているため、酸化しにくい。
【００７０】
放電電極１５ａおよび１５ｂ、対向電極１４ａおよび１４ｂの印刷は、それぞれ誘電体１３ａおよび１３ｂと中心が一致するように行った。
【００７１】
放電電極１５ａおよび１５ｂ、対向電極１４ａおよび１４ｂと電圧印加手段１６ａおよび１６ｂを、アルファ・ワイヤー・カンパニー製の電線「５８５４／７」を用いて接続した。放電電極１５ａおよび１５ｂと電線との接続方法としては、京都エレックス製銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）ペースト「ＤＤ２３３２Ｈ」を、放電電極１５ａおよび１５ｂのそれぞれと接触・隣接するように印刷して設けた、縦３．０ｍｍ、横５．０ｍｍのハンダ付け部分に電線をハンダ付けする方法を用いた。また、対向電極１４ａおよび１４ｂと電線との接続方法としては、対向電極１４ａおよび１４ｂのそれぞれの一端を保護ガラスで覆わずに残しておくことによって設けた、縦３．０ｍｍ、横５．０ｍｍのハンダ付け部分に電線をハンダ付けする方法を用いた。
【００７２】
＜イオンの発生＞
図２９は、実施例６において印加された電圧の波形を示す図である。上記の方法で製造したイオン発生装置１７ａおよび１７ｂの対向電極１４ａおよび１４ｂを接地し、放電電極１５ａに、図２９（Ａ）の電圧波形ａと図２９（Ｂ）の電圧波形ｂとがそれぞれ１分ずつの間隔で連続して交互に現れる波形の電圧を印加した。放電電極１５ｂにも同様の波形の電圧を印加したが、放電電極１５ａに電圧波形ａの電圧を印加しているときには、放電電極１５ｂに電圧波形ｂの電圧を印加し、放電電極１５ａに電圧波形ｂの電圧を印加しているときには放電電極１５ｂに電圧波形ａの電圧を印加した。
【００７３】
図２９の電圧波形ａにおいて、時間をｘ、電圧をｙ、電圧波形ａを構成する単位波形の周期をＴで表すと、電圧ｙは、
ｘ＝０〜Ｔ／４の区間：次式に従って上昇
ｙ＝１．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（８ｘ／Ｔ  −  １）／２］］
ｘ＝Ｔ／４〜Ｔ／２の区間：次式に従って一定
ｙ＝３．５ｋＶ
ｘ＝Ｔ／２〜３Ｔ／４の区間：次式に従って下降
ｙ＝１．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（８ｘ／Ｔ  −  ３）／２］］
ｘ＝３Ｔ／４〜Ｔの区間：次式に従って一定
ｙ＝０ｋＶ
のように時間変化する。
【００７４】
また、図２９の電圧波形ｂにおいて、時間をｘ、電圧をｙ、電圧波形ｂを構成する単位波形の周期をＴで表すと、電圧ｙは、
ｘ＝０〜Ｔ／４の区間：次式に従って上昇
ｙ＝−１．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（８ｘ／Ｔ  −  １）／２］］
ｘ＝Ｔ／４〜Ｔ／２の区間：次式に従って一定
ｙ＝−３．５ｋＶ
ｘ＝Ｔ／２〜３Ｔ／４の区間：次式に従って下降
ｙ＝−１．７５ｋＶ×［１＋ｓｉｎ［π（８ｘ／Ｔ  −  ３）／２］］
ｘ＝３Ｔ／４〜Ｔの区間：次式に従って一定
ｙ＝０ｋＶ
のように時間変化する。
【００７５】
放電電極１５ａに電圧波形ａの電圧を印加し、放電電極１５ｂに電圧波形ｂの電圧を印加しているときには、放電電極１５ａの近傍から正イオンが、放電電極１５ｂの近傍から負イオンが発生する。また、放電電極１５ａに電圧波形ｂの電圧を印加し、放電電極１５ｂに電圧波形ａの電圧を印加しているときには、放電電極１５ａの近傍から負イオンが、放電電極１５ｂの近傍から正イオンが発生する。
【００７６】
送風ファン１２としては、オリエンタルモーター（株）製のクロスフローファン「ＭＦ９３０−ＢＣ」を用いた。放電電極１５ａおよび１５ｂから１５ｃｍ離して設置し、周波数６０Ｈｚ、電圧実効値４０Ｖの交流電圧を印加して作動させることにより、放電電極１５ａおよび１５ｂの位置で風速３．４ｍ／ｓｅｃとなる風を送った。
【００７７】
＜発生イオン濃度の測定＞
上記の方法で製造したイオン発生装置装置１７ａおよび１７ｂから、上記の方法でイオンを発生させ、実施例１〜５と同様に、放電電極１５ａおよび１５ｂから送風ファン１２の送風方向に５０ｃｍ離れた位置で検出される移動度１ｃｍ2／Ｖｓｅｃ以上の小イオンの濃度（個／ｃｍ3）を測定した。図３０は、実施例６において測定された正イオンの濃度を示す図であり、図３１は、実施例６において測定された負イオンの濃度を示す図である。ここで、本実施例では、電圧波形ａを構成する単位波形の周期Ｔと電圧波形ｂを構成する単位波形の周期Ｔが同じ長さであるが、それぞれのＴを個別に調節することにより、正イオン発生量と負イオン発生量を個別に制御し、両者の比率を自在に制御することもできる。
【００７８】
電圧波形ａ、ｂを構成する単位波形が繰り返される頻度（周波数）は、１ｓｅｃ／Ｔ（Ｈｚ）で表され、電圧上昇／下降速度は周波数に比例する。図３０および図３１が示すように、印加電圧の周波数が大きくなるにつれて、正イオン濃度および負イオン濃度が増加し、１００Ｈｚ以上で１０万個／ｃｍ3以上の正イオン濃度と１０万個／ｃｍ3以上の負イオン濃度が測定された。なお実施例６で印加された電圧の単位波形においては、周期Ｔのうち、時間ｘ＝０〜Ｔ／４、および時間ｘ＝Ｔ／２〜３Ｔ／４の区間において電圧が時間変化しており、電圧が時間変化する時間の割合が単位波形１周期分の時間の５０％であった。また、印加電圧の周波数が１００Ｈｚのとき、電圧波形ａおよびｂの時間ｘ＝０〜Ｔ／４、およびｘ＝Ｔ／２〜３Ｔ／４の区間において、電圧上昇／下降速度の平均値は１．４ｋＶ／ｍｓｅｃであった。
【００７９】
本発明においては、比誘電率が１００以上、厚みが１ｍｍ以下の平板状のセラミックスを誘電体として用い、印加電圧の時間変化速度の最大値が１ｋＶ／ｍｓｅｃ以上である場合、数ｋＶ以下の印加電圧でも高濃度のイオンを居住空間に供給することができる。実施例６においては、比誘電率１１０〜１２０、厚み０．５ｍｍの平板状のセラミックスを誘電体として用い、印加電圧の時間変化速度の最大値が１．４ｋＶ／ｍｓｅｃとなるように設定したことにより、イオン発生装置の電極から５０ｃｍ離れた位置で１０万個／ｃｍ3以上という高い正イオン濃度および負イオン濃度が観測された。また、電圧が時間変化する時間の割合が単位波形１周期分の時間の５０％以上となるよう設定されたこともイオン発生量の増大効果が得られた要因であると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明のイオン発生装置によれば正イオンおよび負イオンを同時に効率良く発生させることが可能であり、数ｋＶ以下の印加電圧でも十分に高濃度のイオンを居住空間に供給することができる。また印加電圧の時間変化速度を調節することにより、正イオン発生量および負イオン発生量を低濃度から高濃度まで自在に制御することができる他、正イオン発生量と負イオン発生量との比率も任意に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明において印加される電圧の波形の例を示す図である。
【図３】本発明において印加される電圧の波形の別の例を示す図である。
【図４】本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の別の一例を示す概略図である。
【図５】本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の別の一例を示す概略図である。
【図６】本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の別の一例を示す概略図である。
【図７】本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の別の一例を示す概略図である。
【図８】本発明において印加される電圧の波形の例を示す図である。
【図９】実施例１において印加された電圧の波形を示す図である。
【図１０】実施例１において測定された正イオンの濃度を示す図である。
【図１１】実施例１において測定された負イオンの濃度を示す図である。
【図１２】実施例２において印加された電圧の波形を示す図である。
【図１３】実施例２において測定された正イオンの濃度を示す図である。
【図１４】実施例２において測定された負イオンの濃度を示す図である。
【図１５】実施例３において印加された電圧の波形を示す図である。
【図１６】実施例３において測定された正イオンの濃度を示す図である。
【図１７】実施例３において測定された負イオンの濃度を示す図である。
【図１８】実施例４において印加された電圧の波形を示す図である。
【図１９】実施例４において測定された正イオンの濃度を示す図である。
【図２０】実施例４において測定された負イオンの濃度を示す図である。
【図２１】実施例５において印加された電圧の波形を示す図である。
【図２２】実施例５において測定された正イオンの濃度を示す図である。
【図２３】実施例５において測定された負イオンの濃度を示す図である。
【図２４】比較例１において印加された電圧の波形を示す図である。
【図２５】比較例１において測定された正イオンの濃度を示す図である。
【図２６】比較例１において測定された負イオンの濃度を示す図である。
【図２７】実施例５および比較例１において測定されたオゾンの濃度を示す図である。
【図２８】実施例５および比較例１において測定されたオゾンの濃度を示す図である。
【図２９】実施例６において印加された電圧の波形を示す図である。
【図３０】実施例６において測定された正イオンの濃度を示す図である。
【図３１】実施例６において測定された負イオンの濃度を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１１，４１，５１，６１  空気調節装置、１２，４２，５２，６２  送風ファン、１３ａ，１３ｂ，４３，５３ａ，５３ｂ，６３  誘電体、１４ａ，１４ｂ，４４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂ，６４  対向電極、１５ａ，１５ｂ，４５ａ，４５ｂ，５５ａ，５５ｂ，６５  放電電極、１６ａ，１６ｂ，４６ａ，４６ｂ，５６ａ，５６ｂ，６６  電圧印加手段、１７ａ，１７ｂ，４７，５７ａ，５７ｂ，６７  イオン発生装置、１８  平面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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