(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に導入された空気を、筒状の外側電極と、この外側電極の内部に配置された内側電極と、この内側電極を支持する支持部材とを備えるイオン化電極によりイオン化するイオン発生器において、
前記内側電極が、タングステンからなる星型電極であり、その先端の放電面は、母線が外側電極の軸方向に延びる凸曲面であり、
前記支持部材が、軸を介して前記内側電極を支持しているとともに、この支持部材の軸を支持する部分に、軸と外側電極との間で沿面リークが生じるのを防止する短筒部を設けており、この支持部材の両側面に、前記短筒部と同心にリング状の凸部を設けていることを特徴とするイオン発生器。
【請求項２】
前記支持部材が、オゾンに対して無反応性の熱硬化性エンジニアリングプラスチックからなる請求項１記載のイオン発生器。
【請求項３】
前記熱硬化性エンジニアリングプラスチックが、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂の中から選択される請求項２記載のイオン発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオン発生器に関する。より詳しくは、ケーシングの内部に導入された空気をイオン化して、内燃機関の吸気マニホールド等に供給するイオン発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の効率を高めたり、低燃費化、低公害化を図ったりするために、イオン化した空気を内燃機関の吸気マニホールドに供給するイオン発生器が提供されている。このイオン発生器は、例えば特開平９−１８４４５５号公報に開示されている。
図６はこの公報に開示されたイオン発生器を示す断面図、図７はそのVII −VII 線断面図である。このイオン発生器においては、筒状のケーシング８０の一方の端面に吸気口８１を、他方の端面に排気口８２をそれぞれ形成し、これら吸気口８１と排気口８２との間を、空気流路Ａとして構成しているとともに、この空気流路Ａの上流側に高電圧発生器１００を配置し、下流側にイオン化電極９０を配置している。
前記ケーシング８０は、ステンレス等からなる円筒体８３の両端部をキャップ８４，８５によって閉塞したものであり、一方のキャップ８４には前記吸気口８１が、他方のキャップ８５には前記排気口８２が形成されている。
【０００３】
イオン化電極９０は、円筒体８３の一部によって構成された外側電極９１と、この外側電極９１の中心部に配置された内側電極９２と、この内側電極９２を支持する一対の円板状の支持部材９３とを備えている。内側電極９２は、外周に先鋭部９２ｃが形成された２枚の星型電極９２ｂ（図７参照）を、支持部材９３間に架け渡した導電性の軸９２ａに所定間隔離して取付けたものであり、その素材としてはニッケルやステンレスが採用されている。また、内側電極９２は高電圧発生器１００の一方の極に、外側電極９１は高電圧発生器１００の他方の極にそれぞれ接続されている。
一対の支持部材９３は絶縁材料からなり、その側面には、吸気口８１からケーシング８０の内部に導入された空気を排気口８２に導くための通気口９３ａが、前記軸９２ａを中心とする円周上に所定間隔毎に貫通形成されている。
このイオン発生器においては、イオン化電極９０の外側電極９１と内側電極９２との間に高電圧を印加し、この両電極間にコロナ放電を発生させることにより、内部の空気をイオン化させてオゾンを発生させる。コロナ放電は、高電圧発生器１００から供給される高電圧の極性がプラスとマイナスのいずれの場合でも内側電極９２の先端から発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記イオン発生器は、内側電極９２の先端の放電部が、コロナ放電に伴って１０００℃近い高温になるので、当該放電部がオゾンにより酸化され、以後のコロナ放電の発生が阻害されるという問題があった。
特にニッケル製の内側電極９２については、その表面において素材を触媒としてオゾンが反応し、例えばオゾンと空気中の窒素又はＮＯx とが反応した場合には硝酸が発生し、その水溶液が支持部材９３の表面に飛散して支持部材９３の絶縁性能を著しく低下させるという問題があった。
さらに、星形電極９２ｂの加工誤差や組み付け誤差等に起因して、当該星型電極９２ｂの一部の先鋭部９２ｃが外側電極９１に対して他の先鋭部９２ｃよりも接近すると、コロナ放電がこの接近した部分に集中し、当該部分が高温になって酸化したり、コロナ放電が火花放電に発展して、高電圧発生器１００の電気回路素子が焼損したりするという問題が生じていた。
しかも、オゾンが支持部材９３に接触すると、支持部材９３の成分とオゾンとが反応して炭酸水素ナトリウムや、ＯＨ基、ＮＨ基のある化合物等が発生し、これを含む細かい水滴が支持部材９３の表面に付着して支持部材９３の絶縁性能を著しく低下させるという問題もあった。
【０００５】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、内側電極が酸化したり、その表面でオゾンが反応したりするのを防止することができるイオン発生器を提供することを目的とする。
また、本発明は電極の加工時や組み付け時の誤差に起因してコロナ放電が電極の一部に偏るのを防止することができるイオン発生器を提供することを目的とする。
さらに、本発明は支持部材の成分とオゾンとが反応するのを防止することができるイオン発生器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のイオン発生器は、ケーシングの内部に導入された空気を、筒状の外側電極と、この外側電極の内部に配置された内側電極と、この内側電極を支持する支持部材とを備えるイオン化電極によりイオン化するイオン発生器において、
前記内側電極が、タングステンからなる星型電極であり、その先端の放電面は、母線が外側電極の軸方向に延びる凸曲面であり、
前記支持部材が、軸を介して前記内側電極を支持しているとともに、この支持部材の軸を支持する部分に、軸と外側電極との間で沿面リークが生じるのを防止する短筒部を設けており、この支持部材の両側面に、前記短筒部と同心にリング状の凸部を設けていることを特徴とする。このイオン発生器によれば、内側電極が耐熱性に優れるタングステン製であるので、１０００℃近い高温になってもその放電部が酸化するのを防止することができる。また、内側電極の表面でその素材であるタングステンが触媒として作用してオゾンが反応することもない。また、このイオン発生器によれば、前記短筒部および凸部によって軸と外側電極との間における沿面リーク距離を延ばすことができ、これにより、軸と外側電極との間で沿面リークが生じるのを防止することができる。
【０００７】
また、このイオン発生器によれば、内側電極の加工時や組み付け時の誤差により、その先端の放電面の一部が外側電極に対して他の先端部より接近している場合でも、コロナ放電がこの接近した部分に偏るのが抑制される。これは、星形電極の各放電面が凸曲面であるので、放電部が尖っている場合と比較してコロナ放電の指向性が鈍くなっているためであると推察される。
【０００８】
請求項１記載のイオン発生器は、前記支持部材が、オゾンに対して無反応性の熱硬化性エンジニアリングプラスチックからなるものであってもよく（請求項２）、この場合には、支持部材の成分とオゾンとが反応するのを抑制することができる。
前記熱硬化性エンジニアリングプラスチックは、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂の中から選択されるのが好ましく（請求項３）、この場合には、支持部材の成分とオゾンとが反応するのをさらに効果的に抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図１はこの発明のイオン発生器の第１の実施形態を示す断面図、図２はそのII−II線拡大断面図、図３は支持部材の背面図である。
このイオン発生器は、内燃機関の吸気マニホールドにイオンを供給するためのものであり、筒状のケーシング１の一方の端面１ａに吸気口１１を、他方の端面１ｂに排気口１２をそれぞれ形成し、これら吸気口１１と排気口１２との間を、空気流路Ａとして構成しているとともに、この空気流路Ａの上流側に高電圧発生器２を配置し、下流側にイオン化電極３を配置している。
【００１１】
前記ケーシング１は、ポリエーテルイミド等の合成樹脂によって形成されており、一方の端面１ａには吸気管４用の接続口１４が突設されており、他方の端面１ｂには、排気管５用の接続口１５が突設されている。なお、前記吸気口１１及び排気口１２は、ケーシング１の軸心と同軸に設けられている。また、前記排気管５は、内燃機関のエアクリーナとシリンダとの間に介在する吸気マニホールドに連通されている。
【００１２】
前記高電圧発生器２は、高電圧発生用の電気回路部品をケースに収容し、当該部品をエポキシ樹脂等によってモールディングしたものである。この高電圧発生器２は、その外周の複数箇所に突設されたリブを介して、前記ケーシング１の内部に中立状態で支持されており、その外周側と前記吸気口１１に対向する端面側とに、当該吸気口１１からケーシング１の内部に導入された空気を流通させるための隙間Ｓが形成されている。また、前記高電圧発生器２は、前記吸気口１１及び排気口１２と同心状に設けられている。なお、図面符号中、２１は電源線であり２２はアース線である。
【００１３】
イオン化電極３は、ケーシング１の内周側に配置された筒状の外側電極３１と、この外側電極３１の中心部に配置された内側電極３２と、前記内側電極３２を支持する一対の円板状の支持部材３３とから構成されている。
外側電極３１はステンレス製であり、内側電極３２はタングステン製である。内側電極３２は、外周に沿って複数の放電面３２ｃが形成された複数枚の星型電極３２ｂからなる。この星型電極３２ｂの先端の各放電面３２ｃは凸曲面で構成されており、この凸曲面の母線は、外側電極３１の軸方向に延びている（図２参照）。
なお、前記外側電極３１は高電圧発生器２の一方の極に接続されており、内側電極３２は高電圧発生器２の他方の極に接続されている。
【００１４】
一対の支持部材３３は、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂の中から選択された絶縁材料からなるものである。この支持部材３３は、ケーシング１の軸方向に所定間隔離して設けられており、その相互間には、導電性の軸３２ａが架設されている。この軸３２ａは、前記内側電極３２の中心部を挿通しており、内側電極３２は、当該軸３２ａを介して支持部材３３に支持されている。
また、各支持部材３３の軸３２ａを支持する部分には、当該軸３２ａと同心に短筒部３３ｂ及び３３ｃがそれぞれ突設されている。さらに、前記支持部材３３の両側面には、各短筒部３３ｂ，３３ｃと同心に、リング状の凸部３３ｄが複数条ずつ設けられている。そして、外周側の２条の凸部３３ｄは、通気部３３ｅにより所定箇所が橋絡されており、その中心部には通気口３３ｆが設けられている（図３参照）。
【００１５】
以上の構成であれば、吸気マニホールドの内部の負圧によって、吸気口１１を通してケーシング１の内部に空気を導入することができ、この導入された空気を、高電圧発生器２とケーシング１との間に構成された隙間Ｓを通して、排気口１２側に導くことができる。このとき前記高電圧発生器２を通過した空気を、イオン化電極３のコロナ放電によってイオン化し、排気口１２及び排気管５を通して、吸気マニホールド内の燃焼用空気に供給することができる。
【００１６】
この実施形態によれば、内側電極３２がタングステン製であり、融点が３４１０℃と高く耐熱性が良好であるので、１０００℃近い高温になってもその先端がオゾンにより酸化されることがなく、また触媒としてオゾンの反応を促進することもない。これに対して内側電極３２をニッケル製にした場合には、その表面でニッケルを触媒としてオゾンが反応し、硝酸が大量に発生する。また、内側電極３２を錫、銅、真鍮製にした場合にもオゾンが反応し易い。ステンレスは触媒としてオゾンの反応を促進することはないが、放電の起こる電極の先端はすぐに酸化されて錆が発生し、この部分の絶縁抵抗が大きくなって放電が阻害される。
【００１７】
しかも、この実施形態によれば、星型電極３２ｂの放電面３２ｃが凸曲面であるので、コロナ放電の指向性が鈍くなっていると推察される。このため、外側電極３１及び内側電極３２の加工時や組み付け時の誤差に起因して、内側電極３２の一部の放電面３２ｃが、外側電極３２に対して他の放電面３２ｃより接近している場合でも、コロナ放電がこの接近した放電面３２ｃに集中するのが抑制される。従って、この点からも放電面３２ｃが高温になって酸化するのが防止される。また、コロナ放電の集中に起因して、高電圧発生器２の電気回路素子が焼損するのも防止される。
【００１８】
前記内側電極３２について１０００時間の連続放電試験を行ったところ、電極の表面が酸化されることがなく、またその表面でオゾンが反応しないことが確認された。従ってコロナ放電の発生が阻害されたり、オゾンから生じた化合物が支持部材３３に付着して絶縁性能を低下させたりすることがない。
また、オゾンの濃度を変えてオゾンと支持部材３３の成分とが反応するか否か試験を行ったところ、支持部材３３の表面には生成物が付着しないことが確認された。従って、支持部材３３の絶縁性能の低下が効果的に防止される。
しかも、支持部材３３に短筒部３３ｂ，３３ｃ、及び凸部３３ｄを設けているので、軸３２ａと外側電極３１との間の沿面リーク距離を延ばすことができる。このため、軸３２ａと外側電極３１との間で沿面リークが生じるのを防止することができ、ひいては、支持部材３３の絶縁性能の低下がより効果的に防止される。
【００１９】
前記実施形態においては、一対の支持部材３３が、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂の中から選択された絶縁材料からなるので、支持部材３３の成分とオゾンとの反応が抑制される。このため、支持部材３３の成分とオゾンとが反応して生じた化合物の水溶液が支持部材３３に付着してその絶縁性能が低下するという従来の問題点を解消することができる。なお、前記支持部材３３の材料として、熱可塑性エンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンサルファイド樹脂やポリブチレンテレフタレート樹脂を使用した場合には、これらの成分とオゾンとが激しく反応する。また、熱硬化性エンジニアリングプラスチックの中でも不飽和ポリエステル樹脂を使用した場合には、これとオゾンとが激しく反応する。
【００２０】
図４はこの発明のイオン発生器の第２の実施形態を示す断面図、図５はそのＶ−Ｖ線拡大断面図である。
この第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ケーシング１が、ステンレス等からなる円筒体１３の両端部に、キャップ１６，１７を嵌合したものであり、前記円筒体１３が外側電極３１を兼用している点、及び内側電極３２が、ステンレス製の多数の毛状体３２ｂを、外側電極３１に向かって軸３２ａの周囲に放射状に配列したブラシ型電極からなる点である。
この第２の実施形態によれば、ケーシング１の円筒体１３と外側電極３１とを一体化しているので、両者の組立て誤差が生じ難い。
【００２１】
前記した各実施形態においては、内側電極３２に星型電極又はブラシ型電極を適用した場合につき説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、先端を鋸歯状にした平板を、軸３２ａの周囲に放射状に配列したものであってもよく、この場合においても、鋸歯状の放電面を前記凸曲面で構成するのが好ましい。
また、支持部材３３の通気口３３ｆの個数は限定されないが、通気口３３ｆの個数が多いと沿面リークによる起電力のロスが大きくなるので、通気口３３ｆの個数は少ない方が好ましい。
この発明のイオン発生器は、前記した内燃機関用の他、焼却炉等の各種燃焼装置の燃焼空気にイオンを供給するためのイオン発生器としても好適に使用される。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のイオン発生器によれば、イオン化電極の内側電極がタングステンからなるので、内側電極の先端が酸化されることがなく、コロナ放電が阻害されることがない。また、内側電極の表面でオゾンが反応することがなく、オゾンから生じた化合物が支持部材に付着して支持部材の絶縁性能を低下させることがないので、イオン発生器の寿命の低下を防止することができる。
【００２３】
また、請求項１記載のイオン発生器によれば、内側電極として星形電極を使用し、その先端の放電面を凸曲面としているので、電極の加工時や組み付け時の誤差により一部の放電面が外側電極に対して接近しても、コロナ放電がこの部分に集中するのが抑制される。従って、この部分が高温になって酸化したり、コロナ放電が火花放電に発展して電気回路素子が焼損したりするおそれがなく、イオン発生器の寿命の低下を防止することができる。また、このイオン発生器によれば、支持部材の軸を支持する部分に設けた短筒部と、凸部とによって、軸と外側電極との間で沿面リークが生じるのを防止することができるので、支持部材の絶縁性能が向上し、イオン発生器の寿命の低下を防止することができる。
【００２４】
請求項２記載のイオン発生器によれば、支持部材の成分とオゾンとの反応が抑制されるので、支持部材の成分とオゾンとが反応して生じた化合物の水溶液が支持部材に付着してその絶縁性能を低下させるという従来の問題点が解決され、イオン発生器の寿命の低下を防止することができる。請求項３記載のイオン発生器によれば、前記熱硬化性エンジニアリングプラスチックが、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂の中から選択されたものであるので、支持部材の成分とオゾンとの反応がさらに効果的に抑制され、イオン発生器の寿命の低下をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のイオン発生器の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のII−II線拡大断面図である。
【図３】支持部材の背面図である。
【図４】この発明のイオン発生器の第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線拡大断面図である。
【図６】従来のイオン発生器を示す断面図である。
【図７】図６のVII −VII 線拡大断面図である。
【符号の説明】
１      ケーシング
２      高電圧発生器
３      イオン化電極
３１    外側電極
３２    内側電極
３２ｂ  星型電極
３２ｃ  放電面
３３    支持部材
１１    吸気口
１２    排気口
【図１】
0004456195.tif 000002
【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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