(57)【要約】【課題】放出手段の送風方向の影響を受けにくいイオン検出部を有するイオン発生素子を提供する。【解決手段】本発明に係るイオン発生素子６は、誘電体基板９と、誘電体基板９の表面に形成され、少なくとも３つの先鋭部１０ａを有する放電電極１０と、誘電体基板９の内部又は裏面に形成され、放電電極１０に対向する誘導電極１１と、誘電体基板９の表面に形成され、イオンを捕集するイオン捕集用導体１２とを備え、隣接する先鋭部１０ａ同士を結んで得られる閉領域の中心位置にイオン捕集用導体１２を設けている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と、
前記誘電体の表面に形成され、先鋭部を有する放電電極と、
前記誘電体の内部又は裏面に形成され、前記放電電極に対向する誘導電極と、
前記誘電体の表面に形成され、イオンを捕集するイオン捕集用導体とを備え、
隣接する前記先鋭部同士を結んで得られる閉領域内に前記イオン捕集用導体を設けることを特徴とするイオン発生素子。
【請求項２】
隣接する前記先鋭部同士を結んで得られる閉領域の中心位置に前記イオン捕集用導体を設ける請求項１に記載のイオン発生素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のイオン発生素子と、
前記イオン発生素子が備える放電電極と誘電電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記イオン発生素子が備えるイオン捕集用導体の電位に基づいて、前記放電電極の先鋭部での放電により発生したイオンを検出するイオン検出手段とを備えることを特徴とするイオン発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のイオン発生装置と、前記イオン発生装置で発生したイオンを機器外部の空気中に放出する放出手段とを備えることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン検出部を有するイオン発生素子並びにそれを備えるイオン発生装置及び電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラスイオン及びマイナスイオンの両イオンを発生させるイオン発生装置が開発され、実用化されている。プラスイオン及びマイナスイオンを発生するイオン発生装置の構成の代表例として、放電電極と誘導電極とを誘電体を挟んで対向するように配置したイオン発生素子と、前記放電電極と前記誘導電極との間に高圧交流の駆動電圧を印加する電圧印加回路とを備え、前記駆動電圧の印加によってコロナ放電を発生させることで、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させる構成が挙げられる。
【０００３】
また、現在、イオンを発生するイオン発生装置は多種多様であるが、ほとんどのイオン発生装置においてイオン発生の原理は針電極間や上記放電電極と上記誘導電極間に高電圧インパルスを印加して、コロナ放電を発生させることによりイオンを発生させるというものである。
【特許文献１】特開平２−１３０５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放電によって発生したイオンは様々な効果をもたらすが、イオンそのものは無味無臭で可視性もないため、実際に発生しているかどうか確認することはできない。従来の一般的なイオン発生装置では、長時間の放電による上記針電極あるいは上記放電電極の劣化や電極面にごみの付着等が発生すると、これらが原因で初期状態に比べると放電が不安定になり、最悪の場合放電自体が停止する可能性があるが、これを使用者が外部から確認する手段が無い。
【０００５】
なお、特許文献１には、コロナイオン発生電極と近接させてコロナイオン検出電極を設け、前記コロナイオン検出電極のコロナイオン電流値に基づいて実コロナ臨界電圧を検出し、コロナイオン検出電極と誘導電極との間に印加すべき電圧を決定するイオン発生装置が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されているイオン発生装置は電子写真法における帯電・除電装置としてあるいはイオン記録ヘッド等として利用され、イオン発生装置で発生したイオンはイオン発生装置を搭載している電気機器（例えば電子写真記録装置）内で用いられることが前提となっている。
【０００６】
一方、イオン発生装置で発生したイオンを、イオン発生装置を搭載している電気機器（例えば、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置、車載用空気調和機など）の外部に放出して用いる場合もある。この場合、イオン発生装置で発生したイオンを電気機器外部の空気中に放出し、効率よく拡散させるためには、前記イオン発生装置で発生したイオンを電気機器外部の空気中に放出する放出手段を電気機器に搭載する必要があり、特許文献１に記載されているように放電電極（コロナイオン発生電極）の近傍にイオン検出部（コロナイオン検出電極）を設けても、放出手段の送風の向きによっては、イオン検出部のイオン検出効率が低下し、最悪の場合イオン発生装置でイオンが発生しているのにイオンを検出できない状況になる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑み、放出手段の送風方向の影響を受けにくいイオン検出部を有するイオン発生素子並びにそれを備えるイオン発生装置及び電気機器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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係るイオン発生素子は、誘電体と、前記誘電体の表面に形成され、少なくとも３つの先鋭部を有する放電電極と、前記誘電体の内部又は裏面に形成され、前記放電電極に対向する誘導電極と、前記誘電体の表面に形成され、イオンを捕集するイオン捕集用導体とを備え、隣接する前記先鋭部同士を結んで得られる閉領域内に前記イオン捕集用導体を設ける構成としている。
【０００９】
このような構成によると、全ての先鋭部がイオン捕集用導体よりも放出手段の送風方向の下流側に存在するという状況を避けることができるので、イオン検出部であるイオン捕集用導体が放出手段の送風方向の影響を受けにくくなる。なお、放出手段の送風方向の影響をより一層受けにくくするためには、隣接する前記先鋭部同士を結んで得られる閉領域の中心位置に前記イオン捕集用導体を設けることが望ましい。
【００１０】
また、上記目的を達成するために本発明に係るイオン発生装置は、上記構成のイオン発生素子と、前記イオン発生素子が備える放電電極と誘電電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記イオン発生素子が備えるイオン捕集用導体の電位に基づいて、前記放電電極の先鋭部での放電により発生したイオンを検出するイオン検出手段とを備える構成としている。
【００１１】
また、上記目的を達成するために本発明に係る電気機器は、上記構成のイオン発生装置と、前記イオン発生装置で発生したイオンを機器外部の空気中に放出する放出手段とを備える構成としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、放出手段の送風方向の影響を受けにくいイオン検出部を有するイオン発生素子並びにそれを備えるイオン発生装置及び電気機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係る電気機器の概略構成例を示す断面図である。本発明に係る電気機器１は、吸込部２と、送風ファン３と、イオン発生装置４と、吹出部５とを備えている。本発明に係る電気機器１の具体例としては、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置、車載用空気調和機などが挙げられる。
【００１４】
吸込部２は、電気機器外部の空気を電気機器内部に吸い込むための開口部である。吹出部５は、電気機器内部の空気を電気機器外部に吹き出す開口部である。送風ファン３は、回転駆動して、吸込部２から吸い込んだ空気をイオン発生装置４に送風することで、イオン発生装置４で発生したイオンを吹出部５から電気機器外部に放出する。
【００１５】
図２は、イオン発生装置４の構成を示す図である。図２（ａ）はイオン発生装置４の平面図であり、図２（ｂ）はイオン発生装置４のＰ１−Ｐ２線断面図である。イオン発生装置４は、イオン発生素子６と、電圧印加回路７と、イオン検出回路８とを備えている。
【００１６】
電圧印加回路７は、イオン発生素子６の放電電極１０と誘導電極１１との間に高圧交流の駆動電圧を印加してコロナ放電を発生させる。また、イオン検出回路８は、イオン発生素子６のイオン捕集用導体１２の電位に基づいて、上記コロナ放電により発生したイオンを検出する。
【００１７】
イオン発生素子６は、誘電体基板９と、放電電極１０と、誘導電極１１と、イオン捕集用導体１２と、電極接点１３〜１５と、保護層１６とを備えている。
【００１８】
誘電体基板９は、厚さ方向に積層された下部基板９ａ及び上部基板９ｂからなり、略長方形の平板状を呈する。本実施形態では、下部基板９ａと上部基板９ｂの厚みはそれぞれ０．４５ｍｍであり、誘電体基板９のサイズは約１５ｍｍ×３７ｍｍ×０．９ｍｍである。
【００１９】
誘導電極１１は、下部基板９ａ及び上部基板９ｂによって挟まれる位置に、放電電極１０と対向するように配置されている。誘導電極１１は、平面視で略Ｏ字状に形成されている。放電電極１０は、略直線状の基部１０ａを四つ有し、基部１０ａの誘電体基板中心側に配置された先鋭部１０ｂを基部１０ａそれぞれに対して複数有している。四つの基部１０ａは、平面視で誘電体基板９の周囲に配置され、略Ｃ字状に形成されている。イオン捕集用導体１２は、放電電極１０と同一形成面（すなわち上部基板９ｂの表面）上に配置され、より詳細には、平面視で隣接する先鋭部１０ｂ同士を結んで得られる閉領域の中心位置に配置され、略円形状に形成されている。ただし、イオン捕集用導体１２の形状は、必ずしも略円形状である必要はなく、放電電極１０と接触しない形状であればよい。また、放電電極１０の表面を覆うように、保護層１６が形成されている。ただし、イオン捕集用導体１２上には、保護層１６が形成されない構成とするので、イオンの検出がし易い。  
【００２０】
本実施形態では、下部基板９ａ、上部基板９ｂ、及び保護層１６の素材としてアルミナを用いている。ただし、下部基板９ａ、上部基板９ｂ、及び保護層１６の素材はアルミナに限定されない。下部基板９ａ、上部基板９ｂ、及び保護層１６の素材として、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイト等の他のセラミック材料、または、ポリイミド、エポキシ等の樹脂材料を用いても良い。
【００２１】
また、本実施形態では、放電電極１０、誘導電極１１、及びイオン捕集用導体１２の素材として、タングステンを用いている。放電電極１０、誘導電極１１、及びイオン捕集用導体１２に用いられる素材の他の例として、モリブテン等の高融点の金属材料が挙げられる。また、イオン捕集用導体１２については、放電電極１０及び誘導電極１１と同一材料を採用せずに、銅等の金属で構成するようにしてもよい。
【００２２】
ここで、イオン発生素子６の生産方法例の概略について説明する。まず、アルミナシートからなる下部基板９ａの表面にタングステン材料をパターン印刷することによって、誘導電極１１を形成する。続いて、誘導電極１１を覆うようにアルミナシートからなる上部基板９ｂを載置して、上部基板９ｂを下部基板９ａに圧着する。続いて、上部基板９ｂの表面に、タングステン材料をパターン印刷することによって、放電電極１０を形成し、同時に、イオン捕集用導体１２を形成する。続いて、放電電極１０の全体を覆うようにアルミナ製の保護層１６をコーティングによって形成し、同時に、イオン捕集用導体１２の表面には、保護層がコーティングされないように、マスキング等の処理を行う。そして、このようにして形成された部材を摂氏１４００度〜１６００度の温度で、非酸化性雰囲気下で焼結することによってイオン発生素子６を得る。
【００２３】
図２(ｂ)に示すように、放電電極１０は下部基板９ａ及び上部基板９ｂを貫通する電極接点１３に接続され、誘導電極１１は下部基板９ａを貫通する電極接点１４に接続され、イオン捕集用導体１２は下部基板９ａ及び上部基板９ｂを貫通する電極接点１５に接続されている。本実施形態では、電極接点１３は放電電極１０を形成する際に対応する位置に形成されたホール内に放電電極１０と同一の材料を充填して形成され、電極接点１４は誘導電極１１を形成する際に対応する位置に形成されたホール内に誘導電極１１と同一の材料を充填して形成され、電極接点１５はイオン捕集用導体１２を形成する際に対応する位置に形成されたホール内にイオン捕集用導体１２と同一の材料を充填して形成されている。
【００２４】
放電電極１０と誘導電極１１との間には、電極接点１３及び１４を介して、電圧印加回路７から高圧交流の駆動電圧が印加される。イオン検出回路８は、電極接点１５を介して、イオン捕集用導体１２の電位を入力し、イオン捕集用導体１２の電位に基づいてイオンの発生の有無を確認する。
【００２５】
電圧印加回路７が、放電電極１０と誘導電極１１との間に、ピーク値約４．５ｋＶで周波数４５ｋＨｚの高電圧であってインパルス的な極短時間の正負振動減衰波形の電圧を印加すると、放電電極１０の先鋭部１０ｂで電界が集中して局部的にコロナ放電が発生し、そのコロナ放電の作用によりプラスイオン及びマイナスイオンが発生し、イオン発生素子６から約２５ｃｍ離れた位置で、それぞれ１６万個／ｍ3を超えるプラスイオン及びマイナスイオンが測定される。
【００２６】
続いて、イオン検出回路８の構成例について説明する。図３は、イオン検出回路８の構成例を示す図である。
【００２７】
イオン発生素子６ではプラスイオン及びマイナスイオンが発生しているため、プラスイオンとマイナスイオンとのバランスによってイオン捕集用導体１２の電位は正負どちらにも成り得る。したがって、より迅速なイオンの検出を可能とするために、イオンを補足したときのイオン捕集用導体１２の電位を正負どちらかに特定することが望ましい。
【００２８】
図３に示すイオン検出回路は、イオン捕集用導体１２がプラスイオンを捕集しその捕集に伴ってイオン捕集用導体１２の電位が正になるような構成である。図３に示すイオン検出回路は、整流用ダイオード１７と、ツェナーダイオード１８と、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９と、抵抗２０とを備えている。
【００２９】
整流ダイオード１７のアノードは、電極接点１５（図３において不図示）を介して、イオン捕集用導体１２（図３において不図示）に接続される。整流ダイオード１７のカソードは、ツェナーダイオード１８のカソード及びＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のゲートに接続される。Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のドレインには定電圧ＶCC（本実施形態では１２Ｖの直流電圧）が印加され、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソースは抵抗２０の一端に接続される。抵抗２０の他端及びツェナーダイオード１８のアノードはグランド電位になっている。Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソース電位が図３に示すイオン検出回路の出力となる。
【００３０】
実際にイオン発生装置４（図１を参照）を動作させてプラスイオン及びマイナスイオンを発生させ、送風ファン３（図１を参照）により送風を行うと、イオン捕集用導体１２（図２を参照）がプラスイオンを捕集しその捕集に伴ってイオン捕集用導体１２の電位が上昇する。これにより、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のゲート電位が上昇し、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９がオン状態になり、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソース電位が定電圧ＶCC（本実施形態では１２Ｖの直流電圧）になる。また、イオン発生装置４の動作時には、イオン捕集用導体１２の電位がＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のゲート耐圧よりも高くなるため、ツェナーダイオード１８によりＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のゲート電位の上昇を制限し、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９を保護している。したがって、ツェナーダイオード１８としては、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のゲート耐圧よりも小さいツェナー電圧（本実施形態では１６Ｖ）のツェナーダイオードを用いるようにする。
【００３１】
放電電極１０と誘導電極１１との間に高圧交流の駆動電圧を印加している状態でのＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソース電位の時間変化特性Ｔ１と、放電電極１０と誘導電極１１との間に高圧交流の駆動電圧を印加していない状態でのＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソース電位の時間変化特性Ｔ２とを図４に示す。放電電極１０と誘導電極１１との間に高圧交流の駆動電圧を印加している状態ではＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソース電位がドレインに印加されている定電圧ＶCC（本実施形態では１２Ｖ）まで上昇している。これに対して、放電電極１０と誘導電極１１との間に高圧交流の駆動電圧を印加していない状態ではＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソース電位がグランド電位（本実施形態では０Ｖ）のまま変化しない。図４から、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１９のソース電位を出力としている図３に示すイオン検出回路はイオンを検出していることがわかる。
【００３２】
なお、イオン捕集用導体１２がマイナスイオンを捕集しその捕集に伴ってイオン捕集用導体１２の電位が負になるようにする場合には、図３に示すイオン検出回路の各素子の極性を逆にすればよい。また、本発明に係る電気機器１においては、送風ファン３の送風方向と、イオン発生素子６の上部基板９ｂ表面の法線方向とが略垂直になるように、イオン発生装置４を配置することが望ましい。このような配置により、イオン発生装置４で発生したイオンが効率よく電気機器外部へ放出される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】は、本発明に係る電気機器の概略構成例を示す断面図である。
【図２】は、図１に示す電気機器が具備するイオン発生装置の構成を示す図である。
【図３】は、図２に示すイオン発生装置が具備するイオン検出回路の構成例を示す図である。
【図４】は、図３に示すイオン検出回路が具備するＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴのソース電位の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    電気機器
２    吸込部
３    送風ファン
４    イオン発生装置
５    吹出部
６    イオン発生素子
７    電圧印加回路
８    イオン検出回路
９    誘電体基板
９ａ    下部基板
９ｂ    上部基板
１０    放電電極
１０ａ    放電電極の基部
１０ｂ    放電電極の先鋭部
１１    誘導電極
１２    イオン捕集用導体
１３〜１５    電極接点
１６    保護層
１７    整流用ダイオード
１８    ツェナーダイオード
１９    Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ
２０    抵抗
【図１】
2007242389.tif 000003
【図２】
2007242389.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007242389.tif 000006