(57)【要約】【課題】本発明は、針電極と対向電極の間の絶縁性を高め、安全性を保持しながら高密度で高出力のコロナ放電を実現し、より広い範囲で活性種を生成させることにより、活性種発生量の増加と小型化を両立させることを目的とするものである。【解決手段】中央が開口した板部材に複数の支柱を設けた枠体２２と、針２５と電源接続部２６を備えた板金を接合して構成された放電電極１７と、セラミックで構成され表面に半導電材料を塗布した中央に孔部２１を備えた絶縁性基板１６と、中央が開口しかつ電源接続部１９を備えた板金である対向電極２３と、対向電極２３と絶縁性基板１６を重ねて枠体２２と挟み込む板固定部２４を備え、放電電極１７と対向電極２３に電源部２０より電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生する活性種発生ユニット８において、板固定部２４が絶縁性基板１６と対向電極２３の電源接続部２６以外を密閉構造とした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口した板部材に複数の支柱を設けた枠体と、
針と電源接続部を備えた板金を接合して構成された放電電極と、
セラミックで構成され表面に半導電材料を塗布した中央に孔部を備えた絶縁性基板と、
中央が開口しかつ電源接続部を備えた板金である対向電極と、
前記対向電極と前記絶縁性基板を重ねて前記枠体とで挟み込む板固定部を備え、
前記放電電極と前記対向電極に電源部より電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生する活性種発生ユニットにおいて、
前記対向電極が板バネ構造を有することを特徴とする活性種発生ユニット。
【請求項２】
板固定部が絶縁性基板と対向電極を遮蔽構造とした請求項１に記載の活性種発生ユニット。
【請求項３】
吸気口と排気口を有する本体ケースと、
この本体ケース内に送風手段と請求項１または請求項２に記載の活性種発生ユニットとを設け、
前記送風手段により前記本体ケースの吸気口から吸込んだ空気を、前記活性種発生ユニットに送り、
前記活性種発生ユニットで発生した活性種を含んだ空気を前記排気口から吹出す構成としたことを特徴とする活性種発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内空間の除菌や脱臭を行う、コロナ放電を利用した活性種発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コロナ放電を利用して、オゾンやマイナスイオンなどを発生させる装置が知られている。その構成は、針電極と、アース電極とを有し、前記針電極とアース電極間に高電圧を印加して、針電極先端部においてコロナ放電を生起させ、このコロナ放電により、オゾンおよびマイナスイオンを発生させるものであった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の特許文献１に記載の装置では、放電のスパークを防止するために、放電電極としての針電極と対向電極としてのアース電極の距離を離す必要があった。また、針電極とアース電極を平行に配置しているため、イオン風の発生方向と、コロナ放電の発生部位がずれ、生成したオゾンなどの活性種を効率的に拡散させることができず、活性種の発生量を増やすことは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、放電のスパークを防止しつつ放電電極と対向電極の距離を近づけ、活性種の発生量を増やすことができる活性種発生ユニットおよび活性種発生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】
【０００６】
そして、この目的を達成するために本発明は、中央が開口して板部材に複数の支柱を設けた枠体と、針と電源接続部を備えた板金を接合して構成された放電電極と、セラミックで構成され表面に半導電材料を塗布した絶縁性基板と、中央が開口しかつ電源接続部を備えた板金である対向電極と、前記対向電極と前記絶縁性基板を重ねて前記枠体と挟み込む板固定部を備え、前記放電電極と前記対向電極に電源部より電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生する活性種発生ユニットにおいて、前記対向電極が前記絶縁性基板と接触する部分を板バネ構造とし、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように本発明は、中央が開口して板部材に複数の支柱を設けた枠体と、針と電源接続部を備えた板金を接合して構成された放電電極と、セラミックで構成され表面に半導電材料を塗布した絶縁性基板と、中央が開口しかつ電源接続部を備えた板金である対向電極と、前記対向電極と前記絶縁性基板を重ねて前記枠体と挟み込む板固定部を備え、前記放電電極と前記対向電極に電源部より電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生する活性種発生ユニットにおいて、前記対向電極部が前記絶縁性基板と接触する部分を板バネ構造としたものであるので、放電のスパークを防止しつつ放電電極と対向電極の距離を近づけ、活性種の発生量を増やすことができるとともに、前記対向電極と前記絶縁性基板との接触を確実にすることで動作の安定性を向上させるものである。
【０００８】
すなわち、本発明においては、半導電部と放電電極に電源部から電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生させる構成としたことにより、半導電部と放電電極の距離を近くでき、その結果放電電流が増えるため、活性種の発生量を増やすことができ、さらに対向電極と絶縁性基板の表面上に塗布された半導電材料との接触が確実となることで接触抵抗を低く安定させることにより大きな放電電流を安定して発生させ、活性種の発生量を安定して出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における活性種発生装置を設置する屋内の斜視図
【図２】同活性種発生装置の断面図
【図３】同活性種発生ユニットの断面図
【図４】同活性種発生ユニットの分解斜視図
【図５】同活性種発生ユニットの導電部および絶縁性基板の分解斜視図
【図６】同活性種発生装置における、半導電部の表面抵抗率とスパーク距離の関係を示すグラフ
【図７】同活性種発生装置における、放電距離と電圧の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１に示すように、部屋１の床２上には、活性種発生装置３が配置されている。この活性種発生装置３は、部屋内の空気中にラジカルなどの活性種を供給することで、この活性種による清浄化作用により、空気を清浄化するものである。また、活性種を含む空気を衣類やカーテン等にあてることによって、衣類やカーテンの脱臭・除菌などの効果が期待できる。
【００１２】
図２は、図１における活性種発生装置３の断面図を示している。
【００１３】
活性種発生装置３は、吸気口４と排気口５を有する本体ケース６と、この本体ケース６内の送風手段７および活性種発生ユニット８とを備えている。
【００１４】
本体ケース６は、略中央に位置する仕切板部９によって、吸気口４と排気口５とを連通する風路部１０と、空間部１１とに分けられている。
【００１５】
送風手段７は、本体ケース６の仕切板部９に固定された電動機１２と、この電動機１２によって回転する羽根部１３と、この羽根部１３を囲むケーシング部１４とから形成している。ケーシング部１４の吸込口１５は、本体ケース６の吸気口４に対向している。送風手段７によって、吸気口４から吸い込んだ空気は、活性種発生ユニット８の一部を介して、排気口５へ送風されるものである。
【００１６】
なお、図３では活性種発生ユニット８を送風経路に沿って上方に開口部を備える位置にしているが、発生する活性種が風にのって室内に送風されればよく、活性種発生ユニットの位置や向きはこの場所には限定されない。例えば活性種発生ユニット８自体は本体ケース６内の送風経路外に設置し、活性種の放出口を送風経路に備える配置でもよい。活性種発生ユニット８を送風手段７の上流に配置してもよい。また、活性種発生ユニット８を複数備えてもよい。
【００１７】
活性種発生ユニット８は、図３〜図５に示すように絶縁性基板１６と、絶縁性基板１６の一方面で、孔部２１に対向して配置された放電電極１７と、絶縁性基板１６の孔部２１の内面と絶縁性基板１６の放電電極１７側の表面とに設けた半導電部１８と、この半導電部１８の外周部を覆うごとく設けた対向電極２３と、この対向電極２３と電気的に接続された電源接続部１９と、この電源接続部１９および放電電極１７に電圧を印加する電源部２０（図２に記載）とから形成している。ここで半導電部１８は、絶縁性基板１６の上にある半導電性の被覆で構成されている。
【００１８】
ここで、対向電極２３をウエーブワッシャーのような板バネ構造とすると、対向電極２３と半導電部１８の接触が確実に実施されるため、接触抵抗を低く安定させることにより大きな放電電流を安定して発生させ、活性種の発生量を安定させることができる。
【００１９】
従来の特許文献に記載のように、針電極とアース電極を平行に配置した場合、コロナ放電領域は、針電極からアース電極側に偏って生成するため、放電領域が小さくなる。一方、本発明のように、放電電極１７と半導電部１８を略垂直方向に対向配置した場合、針からみて円錐状に広がりを持ったコロナ放電領域が形成されるため、コロナ放電領域の範囲が広がり、より多くの活性種を発生させることができる。孔部２１を設けた場合には、孔部２１の端面に向かってコロナ放電が発生するため、孔部２１の直径を変えることによってコロナ放電の広がり方を変化させることができる。
【００２０】
絶縁性基板１６は、図４、図５に示すごとく、平板形状で略中央に開口である孔部２１を有し、絶縁性基板１６の端部は、枠体２２を介して本体ケースの仕切板部９に固定されている。
【００２１】
枠体２２および板固定部２４の組立て時の形状は、空気が直線的に通過可能な筒形状としても良いし、空気を側面から導入して上面から排出する開口部を備えた箱形状としてもよい。図２は、筒形状として下面から空気を導入し、上面から排出する構成である。
【００２２】
図２の部品配置では、孔部２１は、本体ケース６の排気口５に対向しており、送風手段７によって、吸気口４から吸い込んだ空気の一部は、放電電極１７の周囲を通り、孔部２１を介して、排気口５へ送風されるものである。
【００２３】
図３には、活性種発生ユニット８の断面図が示されている。図４は、活性種発生ユニット８の分解斜視図を示している。図５は、活性種発生ユニット８の対向電極２３および絶縁性基板１６の分解斜視図を示している。
【００２４】
活性種発生ユニット８は、上述のごとく絶縁性基板１６と、この絶縁性基板１６の一方面で、孔部２１に対向して配置された放電電極１７と、絶縁性基板１６の孔部２１の内面と絶縁性基板１６の放電電極１７側の表面とに設けた、電流を流すことによって発熱して近傍の水分量を増加させる効果を有する半導電部１８と、この半導電部１８の外周部を覆うごとく電気的に接続されるように設けた対向電極２３と、この対向電極２３と電気的に接続された電源接続部１９と、電源部２０を設けたものである。電源接続部１９は、ＳＵＳなどのステンレス、アルミ、金、銀、銅などで形成されている。なお、これらに限られること無く、導電性の素材であれば良い。
【００２５】
活性種発生ユニット８は、放電電極１７を保持する枠体２２と、絶縁性基板１６と板固定部２４を備えている。枠体２２は、仕切板部９（図２に記載）に固定されている。
【００２６】
図３に示すように、板固定部２４は、絶縁性基板１６および対向電極２３を覆うようになっており、対向電極２３は、電源接続部１９のみが枠体２２と板固定部２４から露出するが、それ以外は遮蔽される構造である。
【００２７】
ここで電源接続部１９は絶縁被覆しており、直接放電の影響は受けないため、枠体２２の外側に露出しても問題なく、板固定部２４の内部にある対向電極２３と絶縁性基板１６が接触する部分に埃が付着すると放電の影響を阻害する恐れがあるため、板固定部２４で遮蔽し埃の侵入を防いでいる。
【００２８】
枠体２２には勘合爪２７があり、板固定部２４には勘合穴２８が備えられており、勘合爪２７と勘合穴２８を嵌め合わせることで、板固定部２４と枠体２２を固定しており、板バネ構造の対向電極２３と半導電部１８の接触が確実になることを補助している。
【００２９】
絶縁性基板１６は、四角平板形状であり、略中央に開口する孔部２１を有している。なお、絶縁性基板の形状は円形や多角形であってもよい。
【００３０】
絶縁性基板１６は、オゾンやラジカルで腐食されにくい無機系のもの、あるいは、フッ素樹脂であれば良く、セラミック基板であっても、フッ素などの樹脂基板であっても良い。セラミック基板としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｇを含む酸化物あるいは複合酸化物、炭化物、窒化物などを用いることができ、コストと入手のしやすさからアルミナが好適である。なお、絶縁性基板１６の表面抵抗率は、１０１０Ω／□以上であることが望ましい。
【００３１】
放電電極１７は、棒形状あるいは針形状で、枠体２２の底面から垂直方向に延び、絶縁性基板１６の一方面に対向している。枠体２２は多数の開口を備えて通気可能であってもよい。そして、放電電極１７の先端は、絶縁性基板１６から数ミリメートル〜数十ミリメートル程度の所定距離を隔てて、孔部２１の外で、かつ孔部２１の略中心軸上に位置するものである。略中心軸上とは、孔部２１の中心を通り、絶縁性基板１６に対して垂直な軸上を示す。放電電極１７の材質は、コロナ放電をさせるＳＵＳなどのステンレスやタングステン、チタン、Ｎｉ−Ｃｒ合金などである。放電可能であれば、炭素・スズ・ＳｉＣなどを含む電極を用いてもよい。
【００３２】
なお、放電電極の先端部は鋭利な円錐状、円柱状、半球状などの形状を利用することができる。鋭利な先端を用いた場合、放電集中が起こりやすいため、比較的低い電圧でコロナ放電を行うことができる。針先の形状を、円柱状あるいは半球状にした場合は、特定の部分に電荷集中が起こらない。そのため、針形状に比べると高い電圧を印加しないとコロナ放電が発生しないが、電荷が分散した状態でコロナ放電が継続されることから、針形状に比べて長時間劣化しにくい放電電極とすることができる。これは、鋭利な針先には電荷集中によって金属の溶融やほこりの集中付着が起こりやすいためである。
【００３３】
半導電部１８は、図５に示すように、絶縁性基板１６の一方面側の表面、つまり、放電電極１７と対向した面と、絶縁性基板１６の孔部２１の内面とに設けられている。放電電極１７側から見ると、半導電部１８の形状はリング形状である。半導電部１８の表面抵抗率は、１０６Ω／□から１０１０Ω／□であることが望ましい。
【００３４】
表面抵抗率の測定方法は以下の２種類の方法があり、本実施の形態では方法１で行った。
【００３５】
方法１は、円柱状の主電極と主電極の周りを取り囲むようにリング状の対電極をそれぞれの距離が一定となるように試験片上に置き、主電極と試験片の間には接触抵抗を減らすために、導電性ゴムを挟む。次に主電極はアース側、対電極には１０００Ｖを印加し、その間に流れる電流を測定し表面抵抗Ｒを算出し、試験片上で電流の流れる方向の距離Ｌと、電流の流れ方向と垂直方向の電極の長さＷから表面抵抗率ρｓを求める方法である。
ρｓ＝Ｒ×Ｌ／Ｗ
表面抵抗率の単位は［Ω／□］または単に［Ω］を使用するが、本特許では、単なる抵抗値との区別が容易な［Ω／□］を用いている。
【００３６】
方法２は、試験片の両側に平行に一定の距離を置いて同じ長さの導電性テープを貼り付け、それぞれのテープは方法１における主電極と対電極となり、同様に主電極となる側にはアースへ、対電極となる側には１０００Ｖを印加して、その間に流れる電流から算出した表面抵抗Ｒと、導電性テープ間の距離Ｌと、導電性テープの長さＷより表面抵抗率を測定する。
【００３７】
ここで、図６、図７を用いて、活性種発生量が増加する仕組みを説明する。
【００３８】
図６に、本実施例の活性種発生ユニットの構成において、放電電極１７と電源接続部１９に−８ｋＶを印加した際の、半導電部１８の表面抵抗率とスパーク距離の関係を示す。表面抵抗率は対数表示であり、スパーク距離は、放電電極１７と半導電部１８の最短空間距離である。表面抵抗率が１０６Ω／□より低い範囲ではスパーク距離は６ｍｍである。つまり、活性種発生ユニットとしては、放電電極１７と半導電部１８を６ｍｍより離す構造にする必要があり、装置を小型化することができない。
【００３９】
一方、表面抵抗率が１０６Ω／□以上の範囲では、スパーク距離は０ｍｍであり、スパークは発生しない。従って、放電電極１７と半導電部１８の距離を６ｍｍ以下にすることができ、活性種発生ユニットの小型化を実現できる。放電電極１７の先端側近傍に半導電部１８を備えるとは、例えば−８ｋＶを印加した場合、放電電極１７と半導電部１８の距離を６ｍｍ以下にした構成であり、この距離の６ｍｍは、印加電圧により設定される。
【００４０】
図７に、放電電流を一定にした場合の、電圧に対する放電距離の関係を示す。放電距離は、放電電極と半導電部の最短距離である。放電電流は放電の強さを示し、放電電流が増えると活性種の発生量は増加する。放電距離が狭い条件では、わずかに電圧をあげるだけで放電電流を増加させ、活性種発生量を増やすことができる。例えば、放電距離３ｍｍにおいては、電圧を−３．５ｋＶから−４．０ｋＶに０．５ｋＶ増加させることで、放電電流を５μＡから３０μＡまで、約６倍増加させることができる。一方、放電距離が１０ｍｍの場合、電圧を−６．１ｋＶから−６．６ｋＶに０．５ｋＶ増加させても、放電電流は５μＡから１０μＡに変化するのみであり、約２倍しか増加しない。
【００４１】
すなわち、図６で説明したように表面抵抗率を１０６Ω／□以上とし、放電距離を短くできれば、わずかな電圧変化で放電電流を大幅に増加させることが可能であり、コロナ放電を高出力化させて活性種発生量を増やすことができる。
【００４２】
放電電極１７の先端は、孔部２１の略中心軸上に配置されることが望ましい。放電電極１７と電源接続部１９に電気的に接続された半導電部１８に高電圧が印加された場合、放電電極１７と半導電部１８間をながれる電流は、半導電部１８の孔部２１外周面から対向電極２３を介して、電源接続部１９に到達する。つまり、放電電極１７を中心として円周方向の周囲に半導電部１８が位置するので、半導電部１８の広い範囲に電流が分散することになり、発明の効果で説明したように半導電部１８近傍の空気には広い範囲で発熱による水分量の増加が起こり、その広い範囲で分散して放電するため、結果として活性種を安定して発生させることができるものである。
【００４３】
放電電極１７の先端の断面形状と、半導電部１８の孔部の形状は、同種の形状であってもよい。例えば、円状の孔部に対して、先端が円柱状または半球状の放電電極１７を用いた場合には、放電部分の先端部の断面形状が円状になっているため  放電電極１７を中心として円周方向に広い範囲に分散して放電が発生する。その結果、先端が鋭利な針状の放電電極１７を用いる場合に比べて、局所的な放電集中が起こりにくく、放電電極１７の劣化を抑制することができ、結果として活性種を安定して発生させることができるものである。
【００４４】
さらに、半導電部１８の広い範囲に電流が分散するので、ＯＨラジカルなどの活性種の発生量が増加するものである。また、集中的に高濃度の活性種が生成することがないため、半導電部の劣化が起こらず持続的に活性種を放出することができるものである。
【００４５】
また、空気中の水分を有効に利用して活性種の量を増やすことができるので、水分の捕集のためにゼオライトなどの吸着剤を利用する必要がなく、吸着剤が劣化することがなく、安全性と持続性に優れた活性種発生ユニットとすることができる。なお、孔部の形状としては、円形状ではなく、四角形・多角形・楕円形状としてもよい。
【００４６】
なお、放電電極１７の放電を受ける電極として、絶縁性基板１６に半導電性の皮膜を備えた半導電部１８と対向電極２３と電源接続部１９からなる構成を説明したが、電極として半導電部１８と電源接続部１９のみを用いてもよい。すなわち、絶縁性基板１６と同形状の孔空き平板状の半導電部１８を電源接続部１９に電気的に接続する構成でもよい。このような構成とすることによって、構造が簡易になり組立てやすい活性種放出ユニットにすることができる。さらに、導電部および絶縁性基板の厚みを減らすことで、より小型の活性種発生ユニットとすることができる。
【００４７】
図５は、半導電部１８の周縁部近傍の表面外周部を覆う位置に対向電極２３を設け、この対向電極２３は電源接続部１９と半導電部１８と電気的に接続しているものである。このとき、放電電極１７から対向電極２３までの最短距離は、放電電極１７から半導電部１８までの最短距離よりも長いものである。図５の例では、対向電極２３は、四角形状の金属性平板であり、孔部２１の外周よりも大きく、かつ、半導電部１８の外周よりも小さい貫通孔を有する。
【００４８】
このような構成とすることにより、放電電極１７と電極端子１９間を流れる電流は、例えば放電電極１７から絶縁性基板１６の孔部２１の内面を覆う半導電部１８を流れた後に、絶縁性基板１６の一方面表面を覆う半導電部１８を流れ、その後、対向電極２３を介して、ようやく電源接続部１９へと到達することになる。つまり、沿面距離が長いので、その結果として火花放電が起こらず、安全性の向上が図れるものである。
【００４９】
ここで、対向電極２３の表面抵抗率は、半導電部１８の表面抵抗率より小さいものである。具体的には、半導電部１８の表面抵抗率は、１０６Ω／□以上から１０１０Ω／□未満であり、対向電極２３の表面抵抗率は、１０６Ω／□未満であり、電源接続部１９の表面抵抗率は、１０−１Ω／□以下であることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように本発明は、中央が開口して板部材に複数の支柱を設けた枠体と、針と端子接続部を備えた板金を接合して構成された放電電極と、セラミックで構成され表面に半導電材料を塗布した絶縁性基板と、中央が開口しかつ端子接続部を備えた板金である対向電極と、前記対向電極と前記絶縁性基板を重ねて前記枠体と挟み込む板固定部を備え、前記放電電極と前記対向電極に電源部より電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生する活性種発生ユニットにおいて、前記対向電極部が前記被放電板と接触する部分を板バネ構造としたものであるので、放電のスパークを防止しつつ放電電極と対向電極の距離を近づけ、活性種の発生量を増やすことができる。
【００５１】
すなわち、本発明においては、半導電部と放電電極に電源部から電圧を印加してコロナ放電により活性種を発生させる構成としたことにより、半導電部と放電電極の距離を近くでき、その結果放電電流が増えるため、活性種の発生量を増やすことができる。
【００５２】
また、半導電部が前記放電電極の先端側に対向する部分に孔部を有し、この孔部周辺を放電域とし孔部周辺で活性種を発生するため、この孔部を通過する空気に発生した活性種を供給でき、イオン風を効率的に利用して、発生した活性種を拡散できるものである。また、半導電部や放電電極を複数設ける必要がなく、装置を小型化できるものである。
【００５３】
したがって、活性種発生ユニットおよびこれを用いた活性種発生装置としての活用が期待される。
【符号の説明】
【００５４】
１    部屋
２    床
３    活性種発生装置
４    吸気口
５    排気口
６    本体ケース
７    送風手段
８    活性種発生ユニット
９    仕切板部
１０  風路部
１１  空間部
１２  電動機
１３  羽根部
１４  ケーシング部
１５  吸込口
１６  絶縁性基板
１７  放電電極
１８  半導電部
１９  電源接続部
２０  電源部
２１  孔部
２２  枠体
２３  対向電極
２４  板固定部
２５  針
２６  電源接続部
２７  勘合爪
２８  勘合穴
【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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