(57)【要約】【課題】より多くのイオンをより遠くまで運ぶことのできるイオン発生装置を提供する。【解決手段】イオン発生部１で発生させたイオン１ｐは、風洞２を通ってイオン放出口２ａからイオン発生装置１０外へ放出される。風洞２の中心軸２ｘに沿って棒状電極３が配置されており、棒状電極３の電位が電位制御部４で風洞２の内壁面２ｓの電位以下に制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン発生部で発生させたイオンを風洞を通して放出するイオン発生装置であって、風洞の中心軸に沿って棒状電極が配置されており、その棒状電極の電位が風洞内壁の電位以下であることを特徴とするイオン発生装置。
【請求項２】
前記風洞が、前記中心軸に対して垂直な開口面をイオン放出口として有することを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
【請求項３】
前記棒状電極の電位を制御する電位制御部を有し、前記イオン発生部で発生させるイオンが正イオンである場合には前記電位制御部で正電位を前記棒状電極に与え、前記イオン発生部で発生させるイオンが負イオンである場合には前記電位制御部で負電位を前記棒状電極に与えることにより、前記棒状電極の電位を風洞内壁にかかる電位以下にすることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン発生装置。
【請求項４】
前記風洞が、内壁面を周面とする円柱状又は角柱状の内部形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン発生装置。
【請求項５】
前記棒状電極が、風洞内部の途中からイオン放出口までの範囲の中心軸上に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン発生装置。
【請求項６】
前記イオン発生部が風洞内でイオンを発生させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン発生装置に関するものであり、更に詳しくは、風洞を通してイオンを放出するイオン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン発生装置内部の電極部で発生したイオンは、風洞を経由して外部に放出されるのが一般的であり、数ｋＶという高電位の電極部に対する安全対策上からも、風洞は必須の構成要素と言える。風洞内壁は電極部よりも低い電位状態となっている。このため風洞内部には、電極部から風洞内壁に向って電位勾配が生じている。イオンは風による対流の他に電界による拡散によって移動するものであり、風洞内部で生じた電位勾配によって、イオンには電極部から風洞内壁方向に向って移動する力が与えられる。その結果、多くのイオンは電極より低電位である風洞内壁に向って移動し、そのうちの一部のイオンは内壁と衝突して電荷を取られ消滅することになる。
【０００３】
特に風速の低い場合や殆ど風の無い場合、風による対流の影響が小さくなり、電界の力がイオンの移動に対して支配力を高めていく。このため、より多くの割合でイオンが内壁方向に向って移動し、結果として、壁面に衝突してイオン消滅する場合が増加し、外部放出されるイオン量が減少することにも繋がっていく。
【０００４】
さらに、電極と風洞内壁との間に生じた電位勾配は、イオン放出口においてもイオンに影響を与え、イオンの放出角度を抑えるように作用する。その結果、遠くまでイオンを運ぶ力が弱くなり、広く遠くまでイオンを分散させることへの障害にもなる。また、風洞内壁面電位の影響により、イオン放出口に対して平行方向の電界ベクトル成分が大きくなるため、放出されたイオンが風洞に近い部分に付着し易くなるという問題も生じる。
【０００５】
イオンの移動空間における電位勾配を制御することは上記問題の解決に有効であり、例えば特許文献１，２には、電位勾配の制御によりイオンの移動を制御する技術が提案されている。特許文献１には、絶縁性筐体の外壁面と内壁面に導電膜を形成し、その両電極に電位差を与えてイオンガスの発生を制御する構成が記載されている。また特許文献２には、搬送路の内面にイオンと同極性の直流電圧を印加して、搬送路の内面とイオンとの間に反発力を生じさせ、イオンが搬送路の内面に接触することを防止する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１８０９９７号公報
【特許文献２】特開２００８−９１１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に記載の技術では、遠くまでイオンを運ぶことができず、さらに特許文献１に記載の技術では、イオンが絶縁性筐体内壁と衝突して消滅することを抑えることもできない。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、より多くのイオンをより遠くまで運ぶことのできるイオン発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の発明のイオン発生装置は、イオン発生部で発生させたイオンを風洞を通して放出するイオン発生装置であって、風洞の中心軸に沿って棒状電極が配置されており、その棒状電極の電位が風洞内壁の電位以下であることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明のイオン発生装置は、上記第１の発明において、前記風洞が、前記中心軸に対して垂直な開口面をイオン放出口として有することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明のイオン発生装置は、上記第１又は第２の発明において、前記棒状電極の電位を制御する電位制御部を有し、前記イオン発生部で発生させるイオンが正イオンである場合には前記電位制御部で正電位を前記棒状電極に与え、前記イオン発生部で発生させるイオンが負イオンである場合には前記電位制御部で負電位を前記棒状電極に与えることにより、前記棒状電極の電位を風洞内壁にかかる電位以下にすることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明のイオン発生装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記風洞が、内壁面を周面とする円柱状又は角柱状の内部形状を有することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明のイオン発生装置は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記棒状電極が、風洞内部の途中からイオン放出口までの範囲の中心軸上に位置することを特徴とする。
【００１４】
第６の発明のイオン発生装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記イオン発生部が風洞内でイオンを発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、風洞の中心軸に沿って棒状電極が配置されており、その棒状電極の電位が風洞内壁の電位以下になっているため、棒状電極の電位が、風洞内の電界ベクトルの方向を風洞内壁側からイオン放出口側へと変える方向に作用する。その結果、風洞内壁に向って移動し消滅するイオンが減少するため、より多くのイオンを装置外に放出することが可能となる。さらに、電界ベクトルの多くが風洞の中心軸に沿った方向に向くため、弱い風力又は無風でも電界の力によって、より遠くまでイオンを運ぶことが可能となる。したがって本発明によれば、より多くのイオンをより遠くまで運ぶことのできるイオン発生装置を実現することができる。
【００１６】
風洞が中心軸に対して垂直な開口面をイオン放出口として有する構成にすれば、電界ベクトルの多くがイオン放出口に対して垂直方向に向くため、より一層効果的にイオンを遠くまで運ぶことが可能になり、結果としてイオンの放出量も増大する。また、放出されたイオンが風洞に近い部分に付着しにくくなる、という効果も得られる。
【００１７】
棒状電極の電位を変化させるには、棒状電極の電位を制御する電位制御部を用いることが好ましい。例えば、イオン発生部で発生させるイオンが正イオンである場合には電位制御部で正電位を棒状電極に与え、イオン発生部で発生させるイオンが負イオンである場合には電位制御部で負電位を棒状電極に与える構成にすれば、容易かつ効率的に棒状電極の電位を風洞内壁にかかる電位以下にすることができる。
【００１８】
風洞として、内壁面を周面とする円柱状又は角柱状の内部形状を有するものを用いれば、簡単な構成で風洞内部の電位状態をバランス良く制御することが可能になる。風洞内部の途中からイオン放出口までの範囲の中心軸上に棒状電極を配置すれば、イオンの移動方向に大きな影響を与えるイオン放出口側で電位状態を効果的に制御することが可能になる。また、風洞内でイオンを発生させる構成にすれば、より多くのイオンの効率的な移動制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】イオン発生装置の一実施の形態を模式的に示す概略構成図。
【図２】通常の風洞内の電位分布と電界ベクトルを比較のために示す断面図。
【図３】図１中の風洞内の電位分布と電界ベクトルを中心棒電位を変化させて示す断面図。
【図４】図１中の風洞からの放出イオン量と中心棒電位との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るイオン発生装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。図１に、イオン発生装置１０の概略構成を模式的に示す。イオン発生装置１０は、イオン１ｐ（ここでは正イオンを想定している。）を発生させるイオン発生部１と、イオン１ｐを装置外に導く風洞２と、風洞２内に配置された棒状電極（中心棒）３と、棒状電極３の電位を制御する電位制御部４と、を備えており、イオン発生部１で発生させたイオン１ｐを風洞２を通して放出する構成になっている。
【００２１】
図１では、主に風洞２の部分を側面側から見た断面で示している。風洞２は円筒状になっており、内壁面２ｓを周面とする円柱状の内部形状を有している。イオン発生部１は数ｋＶという高電位の電極部（不図示）を内蔵しているため、前述したように、安全対策上からも風洞２は必須の構成要素である。
【００２２】
風洞２の内壁面２ｓはイオン発生部１の電極部よりも低い電位状態となるため、電極部から内壁面２ｓに向って電位勾配が生じる。その電位勾配は、イオン１ｐを内壁面２ｓに衝突させて消滅させたり、イオン放出口２ａからの放出角度を抑えたりするように作用する。このため、イオン１ｐが風洞２の内壁面２ｓと衝突することを極力防ぎ、より多くのイオン１ｐを外部に放出するために、電極部と内壁面２ｓとの間の電位勾配を制御して内壁面２ｓに向う電界ベクトルをイオン放出口２ａ側に向けることが必要になる。そして、イオン発生装置１０からより遠くまでイオン１ｐを運ぶためにイオン放出口２ａに対して垂直方向に電界ベクトルが向くようにも電位勾配を制御することが必要になる。
【００２３】
内壁面２ｓ方向に向う電位勾配をイオン放出口２ａ方向に変えるためには、風洞２内部の電位状態を制御することが必要である。そのためこの実施の形態では、風洞２の中心軸２ｘに沿って棒状電極３を配置し、棒状電極３と内壁面２ｓとの間の電位を電位制御部４で制御する構成としている。これにより、イオン発生部１の電極部よりも電位の低い内壁面２ｓに多くの電界ベクトルが集中しないように、内壁面２ｓに向っていた電位勾配による電界ベクトルをイオン放出口２ａ側に向くように制御することができる。つまり、イオン１ｐの移動方向に大きな影響を与える電界ベクトルを減少させて、より多くのイオン１ｐを放出することが可能となる。なお、風洞２の中心軸２ｘは、内壁面２ｓ全体に対する対称性の中心となる軸であり、例えば、内壁面２ｓを周面とする円柱状の内部形状を有する風洞２の場合には対称軸に相当する。
【００２４】
図２に、棒状電極３が設けられていない通常の風洞２内の電位分布と電界ベクトルを示し（内壁面２ｓの電位２．５ｋＶ）、図３に、風洞２内に棒状電極３が設けられている状態の風洞２内の電位分布と電界ベクトルを示す。図３（Ａ）〜（Ｅ）は、内壁面２ｓの電位２．５ｋＶで共通とし、中心棒電位（すなわち、棒状電極３の電位）を、（Ａ）２．０ｋＶ，（Ｂ）２．２５ｋＶ，（Ｃ）２．５ｋＶ，（Ｄ）２．７５ｋＶ，（Ｅ）３．０ｋＶと変化させた状態を示している。図４のグラフに、風洞２からの放出イオン量と中心棒電位との関係を示す。
【００２５】
棒状電極３が無い場合（図２）、電界ベクトルの多くが風洞２の内壁面２ｓに向っている。風洞２の中心軸２ｘ上に風洞２の内壁面２ｓと同電位以下の棒状電極３を設けた場合（図３（Ａ）〜（Ｃ））、風洞２の内壁面２ｓに邪魔されず、多くの電界ベクトルが風洞２のイオン放出口２ａに対して垂直方向に向いている。そして、風洞２の内壁面２ｓの電位により近い電位を棒状電極３に設けるほどその効果が大きくなっている。
【００２６】
したがって、図２〜図４に示すシミュレーション結果から分かるように、棒状電極３に与える電位を内壁面２ｓの電位と等しくするか、あるいはそれ以下にすることが望ましく、棒状電極３の電位を内壁面２ｓの電位に近づけるほど、より多くの電界ベクトルが内壁面２ｓの方向からイオン放出口２ａの方向に変化する。一方、棒状電極３の電位を内壁面２ｓの電位よりも高くすると、風洞２内部での電位が上がってしまい、その結果、内壁面２ｓに向う電位勾配が大きくなり、より多くのイオン１ｐが内壁面２ｓに衝突する可能性が高くなる。
【００２７】
風洞２内部の電位状態を制御するため、この実施の形態のように風洞２の中心軸２ｘに沿って棒状電極３を配置し、棒状電極３と内壁面２ｓとの間で電位制御を行なうことにより、その棒状電極３の電位を風洞２の内壁面２ｓの電位以下にすれば、棒状電極３の電位が、風洞２内の電界ベクトルの方向を風洞２の内壁面２ｓ側からイオン放出口２ａ側へと変えるように作用する。これはイオン発生部１で発生させるイオンが負イオンの場合でも同様である。
【００２８】
上記のように電界ベクトルの方向が変化すると、風洞２の内壁面２ｓに向って移動し消滅するイオン１ｐが減少するため、より多くのイオン１ｐを装置１０外に放出することが可能となる。さらに、電界ベクトルの多くが風洞２の中心軸２ｘに沿った方向に向くため、弱い風力又は無風でも電界の力によって、より遠くまでイオン１ｐを運ぶことが可能となる。したがって、このイオン発生装置１０によれば、より多くのイオン１ｐをより遠くまで運ぶことができる。
【００２９】
この実施の形態のように、風洞２が中心軸２ｘに対して垂直な開口面をイオン放出口２ａとして有する構成にすれば、電界ベクトルの多くがイオン放出口２ａに対して垂直方向に向くため、より一層効果的にイオン１ｐを遠くまで運ぶことが可能になり、結果としてイオンの放出量も増大する。また、放出されたイオン１ｐが風洞２に近い部分に付着しにくくなる、という効果も得られる。
【００３０】
棒状電極３の電位を変化させるには、この実施の形態のように、棒状電極３の電位を制御する電位制御部４を用いることが好ましい。例えば、イオン発生部１で発生させるイオンが正イオンである場合には電位制御部４で正電位を棒状電極３に与え、イオン発生部１で発生させるイオンが負イオンである場合には電位制御部４で負電位を棒状電極３に与える構成にすることによって、容易かつ効率的に棒状電極３の電位を風洞２の内壁にかかる電位以下にすることができる。
【００３１】
この実施の形態のように、風洞２として、内壁面２ｓを周面とする円柱状（又は角柱状）の内部形状を有するものを用いることによって、簡単な構成で風洞２の内部の電位状態をバランス良く制御することが可能になる。また、風洞２の内部の途中からイオン放出口２ａまでの範囲の中心軸２ｘ上に棒状電極３を配置することによって、イオン１ｐの移動方向に大きな影響を与えるイオン放出口２ａ側で電位状態を効果的に制御することが可能になる。
【００３２】
棒状電極３の電位を前述したように制御する構成にすれば、風洞２内でイオン１ｐを発生させる構成にしても、発生したイオン１ｐをイオン放出口２ａへと効率的に導くことができる。例えば、イオン発生部１として、誘導電極及びそれとの間で正イオン又は負イオンを発生させる放電電極で構成されたイオン発生素子を、風洞２内に配置することにより、風洞２内でイオン１ｐを発生させる構成にすれば、より多くのイオン１ｐの効率的な移動制御が可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１    イオン発生部
１ｐ    イオン
２    風洞
２ａ    イオン放出口
２ｓ    内壁面
２ｘ    中心軸
３    棒状電極（中心棒）
４    電位制御部
１０    イオン発生装置
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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