(57)【要約】   本発明は、室内用空気清浄器または空調装置の内部に装着され、陰イオンを発生させる非オゾンクラスター陰イオン装置を請求の範囲とする。一般に、電子にとって金属と気体の境界面は障壁であり、この障壁を越えて電子を放出するには、電子を閉じ込めているエネルギーより高いエネルギーを与えなければならない。言い換えると、電子を閉じ込めているエネルギーより高い電界が必要になる。電界が高くなると、トンネル効果が発生する。つまり、電子が波の性質を有し、金属と誘電体（空気）との間の薄くなったエネルギー障壁を、越える代わりに突き抜ける。一般に、トンネル効果は、エネルギー障壁の厚さが約１００オングストロームを下回った場合に発生すると言われてきた。金属と気体の境界面では、帯電電界が１０７〜１０８［Ｖ／ｃｍ］前後になると、トンネル効果が発生して数μＡの電流が流れる。ただし、微細な線断面や鋭い先端部であれば、２〜５ｋＶ程度の低い電圧でも、トンネル効果が発生することがある。具体的には、本発明は、無数の鋭い突起を有する金属繊維（ＭＦ）の形態を有する陰イオン発生部と、電源部から構成される。陰イオン発生部は、白金、ステンレス鋼、銅、銀、亜鉛、ニッケル、マンガン、およびタングステンの８種類の金属の合金、自由電子を有する導電布、導電樹脂、および半導電樹脂をロープ状により合わせて構成される。本発明に用いるＭＦは、表面上に多数の針を有する。このＭＦに電気エネルギーを与えると、針は、一般的なイオン化ポテンシャルより低いエネルギーで空気中に電子を放出する。この場合、水分の付着による周囲の湿気が電子の放出に影響を及ぼす。針から放出された電子は、酸素や他の物質などの中性の粒子に付着して（酸素は非常に強い電子親和力［−１３５ＫＪ／ｍｏｌｅ］を有する）、それらを陰イオンに変える。この場合、陰イオンの質量が電子の質量より大きくなり、陰イオンの移動速度が低下して、導電性が低下するばかりか、他の中性粒子のイオン化が行われなくなる。そこで本発明では、オゾン（Ｏ３）を発生させることなく陰イオンを発生させることを主張する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰イオン装置であって、
白金、ステンレス鋼、銅、銀、亜鉛、ニッケル、マンガン、およびタングステンの８種類の金属の合金と、自由電子を有する導電布と、導電樹脂と、半導電樹脂とをロープ状により合わせた構成であって、前記陰イオン装置の本体１１に接続された陰イオン発生部と、
前記陰イオン発生部１２の一端に接続されてＤＣ電力を供給する電源１３とを備え、
定電力アウトレット１６から供給されたＡＣおよびＤＣ電力をＤＣ高電圧に変換し、前記ＤＣ高電圧をＤＣ電圧接続ケーブル１４を介して前記電源１３に供給する陰イオン発生用高電圧部１５から構成されることを特徴とする非オゾンクラスター陰イオン装置。
【請求項２】
前記陰イオン発生部１２の表面に多数の鋭い突起を有することを特徴とする、請求項１に記載の非オゾンクラスター陰イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄器または空調装置の内部に装着され、陰イオンを発生させる非オゾン陰イオン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子にとって金属と気体の境界面は障壁であり、この障壁を越えて電子を放出するには、電子を閉じ込めているエネルギーより高いエネルギーを与えなければならない。言い換えると、電子を閉じ込めているエネルギーより高い電界が必要になる。電界が高くなると、トンネル効果が発生する。つまり、電子が波の性質を有し、金属と誘電体（空気）の間の薄くなったエネルギー障壁を、越える代わりに突き抜ける。一般に、トンネル効果は、エネルギー障壁の厚さが約１００オングストロームを下回った場合に発生すると言われてきた。金属と気体の境界面では、帯電電界が１０７〜１０８［Ｖ／ｃｍ］前後になると、トンネル効果が発生して数μＡの電流が流れる。ただし、微細な線断面や鋭い先端部であれば、２〜５ｋＶ程度の低い電圧でも、トンネル効果が発生することがある。
【０００３】
具体的には、本発明は、無数の鋭い突起を有する金属繊維（ＭＦ）の形態をとる陰イオン発生部と、電源部から構成される。陰イオン発生部は、白金、ステンレス鋼、銅、銀、亜鉛、ニッケル、マンガン、およびタングステンの８種類の金属の合金、自由電子を有する導電布、導電樹脂、および半導電樹脂をロープ状により合わせられて構成される。本発明に用いるＭＦは、表面上に多数の針を有する。このＭＦに電気エネルギーを与えると、針は、一般的なイオン化ポテンシャルより低いエネルギーで空気中に電子を放出する。この場合、水分の付着による周囲の湿気が電子の放出に影響を及ぼす。針から放出された電子は、酸素や他の物質などの中性の粒子に付着して（酸素は非常に強い電子親和力［−１３５ＫＪ／ｍｏｌｅ］を有する）、それらを陰イオンに変える。この場合、陰イオンの質量が電子の質量より大きくなり、陰イオンの移動速度が低下して、導電性が低下するばかりか、他の中性粒子のイオン化が行われなくなる。そこで本発明では、オゾン（Ｏ３）を発生させることなく陰イオンを発生させることを主張する。
【０００４】
空気清浄器は、今日では、職場、居間、寝室など、屋内で一日の大半を過ごす人々にきれいな空気を供給するための、生活必需品の１つになっている。
健康のためには、空気は、種々の有害成分や悪臭物質を含まず、陰イオンを多く含んでいなければならないが、実際の空気の質は、そうした要件を満たすレベルから程遠い。これは、現代のほとんどの建物がエネルギー効率を高めるために密閉構造になっていて、十分な換気が行われていないからである。そのため、種々の家庭電化製品から発生する新しい電磁波汚染物質に加えて、建材から発生する室内ＶＯＣ、バクテリア、ウィルスなどが常に存在する。多くの研究により、これらの汚染物質が陽イオンによって帯電し、それによって空気中の陰イオンの密度が減り、快適さ、体調、および集中力が低下するばかりか、様々な病気を引き起こすことが示されている。
【０００５】
こうしたことから、室内の空気を浄化し、陰イオンを強制的に供給することによって、空気のイオンバランスを迅速に回復することが必要になってくる。陰イオンの発生方法としては、放電、電子放射、水の波などの方法が広く用いられてきたが、現在最もよく用いられているのは、電気集じんの原理を応用して陰イオンを発生させる方法である。ただし、電気集じんによる方法は、陰イオンを発生させる過程での高電界によって有害なオゾンや電磁波が発生したり、天然の陰イオンに最も近いクラスター陰イオンがほとんど発生しないなど、種々の不利点がある。加えて、陰イオンを発生させるためには、この方法を比較的大きな規模で実施する必要がある。電子放射による方法は、電子を空気中に放出するために高いエネルギーが必要であることから、パルスエネルギーが必要であり、そのためには、性能がさほど高くないにもかかわらず、複雑な構造物が必要になる。水の波による方法とは、水滴を分裂させることによって陰イオンを発生させるものであるが、この方法は他の方法よりさらに大規模に実施しなければならず、発生する陰イオンは価値が低い。これらの方法と比較して、本発明は、その材料が有する独特な性質により、低いエネルギーで陰イオンを発生させる。陰イオンは、副交感神経に作用して、緊張をほぐし、免疫性を高めて病気にかかりにくくすることが知られている。さらに、空気汚染物質を効果的に除去することも知られている。
【０００６】
本発明は、クラスター陰イオン装置に関し、以下の方法で陰イオンを発生させる。
図１ａおよび図１ｂに示すように、既存の陰イオン装置は、針電極（１）と平板電極（２）の間にすき間があり、針電極（１）に高電圧の電流を供給し、平板電極（２）を接地して陰イオンを発生させる。
【０００７】
具体的には、特定レベルを越える電圧を不導体に印可すると、その不導体が導体に変化する。この現象を電気的絶縁破壊と呼び、これに伴って電流が流れることを放電という。
針電極（１）と平板電極（２）の間に印可するＤＣ電圧を徐々に上げていくと、図１に示すように薄暗い光を放射する針電極の先端部の周囲の空気中で電気的絶縁破壊が起こる。
【０００８】
この２つの電極の間をμＡ（１０−６Ａ）レベルの電流が流れる状態をコロナ放電と呼ぶ。同様の放電は、液体中または固体中でも部分的に起こる。これらをまとめて部分的放電と呼ぶ。電圧を上げ続けると、特定の電圧で電極間の電界全体に電気的絶縁破壊が起こる。これによって、電極同士が接続されて導電性の高い放電経路になり、電流サージが起こる。この現象を、完全絶縁破壊またはフラッシュオーバーと呼び、完全絶縁破壊時の電極間の電圧を絶縁破壊電圧と呼ぶ。
【０００９】
気体中で完全絶縁破壊が起こると、電流が電極間を非常に流れやすくなる。これは、その放電空間内に多数の電子やイオンが発生していることを意味する。それらの帯電粒子は、イオン化によって生成されたものである。ここでイオン化とは、外部エネルギーによって揺れ動かされた原子または分子が、外部エネルギーによって揺れ動くまで原子核の周囲で核外電子として拘束していた電子を放出した後に陽イオンに変化する現象をいう。イオン化が起こるのは、気体の分子と高速の電子が衝突したときか、短波放射線に気体を吹きつけたときか、気体の分子同士が衝突したときである。
【００１０】
原子は、原子核と、原子核の周りを回る核外電子からなる。核外電子は、原子核に近い軌道上にある。これを基底状態と呼ぶ。基底状態にある原子を、他の粒子または放射線と衝突する場合のように外部エネルギーに当てると、核外電子は、基底状態より高いエネルギーレベル（すなわち、基底状態より外側の軌道）に遷移する。これを励起と呼び、励起に必要なエネルギーを励起エネルギーと呼ぶ。原子をより高い外部エネルギーに当てると、核外電子は自身を原子核の束縛から解放して自由電子になり、原子は陽イオンになる。これが前述のイオン化のプロセスであり、イオン化に必要な最低限のエネルギーをイオン化エネルギーまたはイオン化ポテンシャルと呼ぶ。
【００１１】
正に帯電した粒子と負に帯電した粒子とが結合して中性の粒子に戻る現象を再結合と呼ぶ。これは、電子と陽イオンの再結合と、陰イオンと陽イオンの再結合に分けられる。これらの再結合のうち、起こりやすいのは陰イオンと陽イオンの再結合である。これは、陰イオンの速度が陽イオンの速度より格段に遅く、陰イオンが陽イオンの近くにあることから、相互作用の機会がより多いためである。この種の気体を電気的負性気体と呼び、不活性ガスより最外殻電子が１つ少ないハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、ハロゲン化合物、または酸素、酸素を含む空気および蒸気がこれに属する。
【００１２】
気体の分子と自由電子の結合によって陰イオンが発生することを電子付着と呼ぶ。空気中の放電の場合は、以下の現象が起こる。
Ｅ＋Ｏ２  →  Ｏ＋Ｏ−
Ｏ２＋Ｏ−  →  Ｏ３
既存の空気清浄器は、上記の形で放電を実施し、その過程でオゾン（Ｏ３）を発生させる。オゾンは、人間を死に致らしめる有毒物質である。強酸化物であるオゾンは、陰イオンを生成するための気体放電の過程で、副生成物として生成される。
【００１３】
以下に、無音放電によるオゾン生成の過程を詳細に示す。
Ｏ２＋ｅ−  →  Ｏ＋Ｏ＋ｅ−
Ｏ＋Ｏ−  →  Ｏ２
Ｏ＋Ｏ２＋Ｍ  →  Ｏ３＋Ｍ
Ｏ２＋Ｏ２  →  Ｏ３＋Ｏ
【００１４】
上記のように、酸素は放電によってオゾンに変化し、生成されたオゾンは、空気汚染物質と反応して酸素に戻る。オゾンは、好ましい効能がいくつかあるにもかかわらず、人間に対して致命的な影響力を有する。
【００１５】
オゾンは、酸化剤として、有害残留物を残さず、バクテリアやウィルスに対し、強力な滅菌作用を有する。また、強力な漂白作用を有し、さらには、悪臭のあるガスや、たばこの煙などの有害有機物質と反応して、それらを無害化する。
オゾンは、３つの酸素原子の１つを瞬時に他の物質に移動させ、有機であれ無機であれすべての物質を強力に酸化する。
【００１６】
オゾンは、人体にも同じ原理で作用する。オゾンは、皮膚の有機物質と結合し、有害物質を発生させて致命的な問題を引き起こす。たとえば、オゾンは、肺の細胞を破壊して呼吸機能を低下させるおそれがあり、さらに悪いことに、細胞核内の遺伝子を損傷して、ＤＮＡを突然変異させ、がんを引き起こすおそれがある。角膜のような繊細な組織が特に、オゾンに対して脆弱である。
【００１７】
オゾンは、子供、老人、体力が衰えた人、心臓病患者などに深刻な悪影響を及ぼすことが知られており、またオゾン濃度が７％を超えると死亡率が７％上がるという研究報告が複数あるほど危険な気体である。このため、以下に示すように、多くの国々がオゾン濃度を厳しく規制している。
【００１８】
日本、厚生労働省：０．０６（８時間平均）／０．１２（１時間平均）
韓国、環境省：０．０６（８時間平均）／０．１（１時間平均）
米国ＯＳＨＡ（労働安全衛生管理局）：０．１（８時間平均）／０．３（１５〜３０分）
【００１９】
【表１】
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【００２０】
オゾンは、濃度が０．０１〜０．０３ｐｐｍになると、独特の少し生臭いにおいを発し始める。このにおいで吐き気を催す人がいる。ほとんどの人々が、この独特のにおいのために陰イオンとオゾンを混同しているが、実際には、陰イオンは、無色、無臭、無味であって、健康によいことが知られている。こうした混同が起こるのは、従来の陰イオン装置がオゾンとともに陰イオンを発生させてきたからである。
【００２１】
無声放電による現在の陰イオン発生方法では、陰イオンを生成する過程で副生成物としてオゾンが生成されることは避けられず、やっかいなことに、オゾンの生成量が減ると、陰イオンの生成量も減ってしまう。空気清浄器に装着されている現在のほとんどの陰イオン装置は、そのような方法で陰イオンを発生させる。
【００２２】
空気清浄器で生成されたオゾンに長時間さらされた人が吐き気を感じ、吐いてしまう場合すらあるという事例が数多く報告されている。このことは、特に、妊婦、老人、体力が衰えた人、子供にとっては命にかかわることであろう。
以上の理由から、多くの国々の政府がオゾンの発生量を厳しく規制しており、そうしたことから、現在の陰イオン装置に代わる装置の開発が緊急に求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、前述の問題を解決できる非オゾンクラスター陰イオン装置を提供することを意図したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、無数の鋭い突起を有する金属繊維（ＭＦ）の形態をとる陰イオン発生部と、電源部とから構成される。陰イオン発生部は、白金、ステンレス鋼、銅、銀、亜鉛、ニッケル、マンガン、およびタングステンの８種類の金属の合金、自由電子を有する導電布、導電樹脂、および半導電樹脂をロープ状により合わせられて構成される。本発明に用いるＭＦは、表面上に多数の針を有する。このＭＦを電気エネルギーで帯電させると、それらの針が、一般的なイオン化ポテンシャルより低いエネルギーで電子を空気中に放出する。よって本発明では、オゾン（Ｏ３）を発生させずに陰イオンだけを発生させる非オゾンクラスター陰イオン装置であることを主張する。さらに本発明は、従来の陰イオン装置と異なり、陰イオンを発生させる過程で副生成物のオゾンを生成しないことにより、オゾン抑制の問題を解決するものであることを主張する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の前述の目的と特徴、およびその他の目的と特徴について、添付図面を用いて、より具体的に説明する。
図２は、本発明の陰イオン装置の構成を示す図であり、図３は、本発明の陰イオン装置の主要構成要素を詳細に示す図である。図４および５は、本発明の陰イオン装置の動作を説明する図であって、それぞれ、水分によるクラスターの発生と、クラスター（イオン消失）の発生の過程を示している。
【００２６】
図２に示すように、非オゾンクラスター陰イオン装置は、陰イオン発生部１２と陰イオン発生用高電圧部１５で構成され、陰イオン発生用高電圧部１５から陰イオン発生部１２に高電圧を印加することによって陰イオンを発生させる。
【００２７】
陰イオン発生部１２は繊維の形態をとるもので、陰イオン装置の本体１１に巻きついている。また陰イオン発生部１２の一端には、ＤＣ高電圧を供給するために定電源１３が接続される。
陰イオン発生用高電圧部１５は、ＡＣおよびＤＣ電力の供給を受けて、これらをＤＣ高電圧に変換するもので、ＤＣ電圧接続ケーブル１４を介して電源１３に接続されている。
【００２８】
以下、陰イオン発生部について詳細に説明する。
図３に示すように、陰イオン発生部１２は、白金、ステンレス鋼、銅、銀、亜鉛、ニッケル、マンガン、およびタングステンの８種類の金属の合金、自由電子を有する導電布、導電樹脂、および半導電樹脂をロープ状により合わせて構成される。
陰イオン発生部１２は、電気エネルギーを与えられて、安全のために火花放電を防止するよう付加された抵抗を通して電子を空気中に放出する。
【００２９】
繊維の形態を有する陰イオン発生部１２の表面を拡大して見ると、避雷針のような形状が多数あるのがわかる。これらは、非常に低い電気エネルギーでの放電を可能にする広い面積を実現している。
【００３０】
以下、オゾンの発生を抑制する仕組みについて詳細に説明する。
多数の避雷針状の棒から電子が空気中に放出されると、空気の２１％を占め、水素に次ぐ強い電子親和力を有する酸素が、電子を引きつけ、電子の電荷によって陰イオンに変化する。この過程で、周囲の水分がその陰イオンと結合して分子のクラスターを形成する。
【００３１】
次の式は、小クラスターイオンを形成する仕組みを示す。
ｅ＋Ｏ２  →  Ｏ２−＋Ｈ２Ｏ  →  Ｏ２−（Ｈ２Ｏ）ｎ
【００３２】
図４は、水分による陰イオン（Ｏ２−）形成の過程を示す概略図である。
放出された電子の一部が電子イオンを放出し、これが瞬時に核を形成して周辺の気体分子を引きつけ、小イオンになる。これらが結合してクラスターになる。
これらの小イオンと電子とは、ほこり、ちり、霧などの微粒子に引きつけられるとクラスターイオンになる。これは小イオンのように見えるが、小イオンの何百倍もの質量を有する。図６は、クラスターイオンの形成過程を示す概略図である。
【００３３】
したがって、本発明では、人間の健康によい陰イオンを発生させ、オゾンを生成しない非オゾンクラスター陰イオン装置であることを主張する。クラスターイオンは、天然イオンと非常によく似ており、他のイオンよりも長時間空気中にとどまり、より遠くまで移動する。これに対し、既存の陰イオン装置によりオゾンとともに発生するイオンは、発生後まもなく中性化される一種の電子である。
いくつかの具体例に限定して本発明を詳細に説明してきたが、説明した技術の範囲内で本発明の種々の変更および修正が可能であることは明らかであり、そのような変更および修正が本発明の特許請求の範囲に属するのは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の非オゾンクラスター陰イオン装置は、人間が屋内で安楽に呼吸し、快適に休息し、それによって、病気に対する身体抵抗力を高めて病気から身を守ることを可能にする。これは、本発明の非オゾンクラスター陰イオン装置が、人体に有害なオゾンを発生させることなく、多量の陰イオンを安定して発生させることができるからである。
本発明、すなわち、オゾンを発生させずに、人の健康によいことが知られている陰イオンを発生させる装置は、従来の方法による放電では避けられなかったオゾンの発生を根本的に抑制できる点で特に有益である。
さらに、本発明の装置は、オゾンを発生させないので、陰イオンを生成する過程でオゾンが発生することにより生じるオゾン抑制の問題を解決する装置でもある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１ａ】既存の空気清浄器の陰イオン装置で用いられている原理を示す図である。
【図１ｂ】既存の空気清浄器の陰イオン装置で用いられている原理を示す図である。
【図２】本発明の陰イオン装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の陰イオン装置の主要構成要素を詳細に示す図である。
【図４】本発明の陰イオン装置の動作であって、水分によるクラスターの発生を示す図である。
【図５】本発明の陰イオン装置の動作であって、クラスター（イオン消失）の発生の過程を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  針電極
２  平板電極
１１  陰イオン装置本体
１２  陰イオン発生部
１３  電源部
１４  ＤＣ高電圧接続ケーブル
１５  陰イオン発生用高電圧部
１６  電力インレット
【図１ｂ】
2006511044.tif 000004
【図４】
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【図５】
2006511044.tif 000006
【図６】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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