(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に存在するイオンの量を検出するための装置であって、
ケーシングと、
金属からなって前記ケーシングの１つの同じ面に配置された２つの検出電極と、
前記２つの検出電極のうちの一方にプラスの電圧を印加し他方にマイナスの電圧を印加する手段と、
前記２つの検出電極によりそれぞれ捕獲されたイオンの電荷量に基づいて陰イオンおよび陽イオンの量をそれぞれ算出する手段と、
前記算出された陰イオンの量および陽イオンの量のそれぞれに応じた表示を行う表示装置と、
を有することを特徴とするイオン検出装置。
【請求項２】
前記２つの検出電極は近接して配置されている、
請求項１記載のイオン検出装置。
【請求項３】
前記表示装置は、
前記陰イオンの量および陽イオンの量のそれぞれに応じた電圧によって出力の状態がＨとＬとに切り替わる複数の演算増幅器と、
前記各演算増幅器の出力の状態がＨまたはＬのいずれかのときに点灯する複数の発光ダイオードと、を有し、
前記複数の発光ダイオードの点灯または非点灯によって前記陰イオンの量および陽イオンの量のそれぞれを段階的に表示するように構成されてなる、
請求項１または２記載のイオン検出装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間に存在するイオンの量を検出するイオン検出装置に関し、例えば、空気清浄器またはイオン発生器などの出力をチェックするために用いられる。
【従来の技術】
一般に、陰イオンは健康の増進に効果があるといわれており、陰イオンを発生する装置が空気清浄器またはイオン発生器などとして商品化されている。
従来において、これらの装置の性能をチェックするために、装置が発生する陰イオンの量を測定するイオン検出装置が提案されている（特開２０００−１９２０６）。
【特許文献】
特開２０００−１９２０６
特開昭６１−１４５６７号
特開平６−１９４３４０号
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のイオン検出装置は、１つの検出板によって陰イオンおよび陽イオンの両方のイオンが捕獲され、捕獲されたイオンの正負の差を求めて表示する方式であり、例えば陰イオンそれ自体の量を検出することはできない。
また、空気清浄器やイオン発生器では、それらの近傍において大量の陰イオンを発生しているが、その発生量は時間とともに大きく変動することがしばしばである。したがって、検出したイオンを表示するに当たって、時間的に平均的なイオンの量を表示することが重要である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、陰イオンおよび陽イオンをそれぞれ選択的に検出することができ構成が簡単なイオン検出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】
本発明に係る装置は、空間に存在するイオンの量を検出するための装置であって、ケーシングと、金属からなって前記ケーシングの１つの同じ面に配置された２つの検出電極と、前記２つの検出電極のうちの一方にプラスの電圧を印加し他方にマイナスの電圧を印加する手段と、前記２つの検出電極によりそれぞれ捕獲されたイオンの電荷量に基づいて陰イオンおよび陽イオンの量をそれぞれ算出する手段と、前記算出された陰イオンの量および陽イオンの量のそれぞれに応じた表示を行う表示装置とを有する。
好ましくは、前記２つの検出電極は近接して配置される。
また、前記表示装置は、前記陰イオンの量および陽イオンの量のそれぞれに応じた電圧によって出力の状態がＨとＬとに切り替わる複数の演算増幅器と、前記各演算増幅器の出力の状態がＨまたはＬのいずれかのときに点灯する複数の発光ダイオードと、を有し、前記複数の発光ダイオードの点灯または非点灯によって前記陰イオンの量および陽イオンの量のそれぞれを段階的に表示するように構成されてなる。
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るイオン検出装置１の斜視図、図２はイオン検出装置１の全体的な回路構成を示すブロック図、図３は計測表示部２５の回路の例を示す図である。
図１において、イオン検出装置１は、合成樹脂などからなる略直方体状のケーシング１１に組み込まれている。ケーシング１１の表面には、２つの検出電極１２，１３、４つの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の組が２組、および、電源スイッチ１７などが設けられている。
２つの検出電極のうちの一方の検出電極１２は、陰イオンを検出するための電極であり、他方の検出電極１３は、陽イオンを検出するための電極である。
図２に示すように、イオン検出装置１の電気回路は、検出電極１２にプラスの電位を与えるための電源２１、検出電極１３にマイナスの電位を与えるための電源２２、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２、増幅器２３，２４、および計測表示部２５，２６などからなる。
検出電極１２には、電源２１によってプラスの電圧が印加される。これによって、検出電極１２には、プラスと逆極性の電荷を帯びた陰イオンが選択的に捕獲される。また、検出電極１３には、電源２２によってマイナスの電圧が印加される。これによって、検出電極１３には、マイナスと逆極性の電荷を帯びた陽イオンが選択的に捕獲される。電源２１，２２の電圧は、例えば２〜５０ボルトの範囲、一例としては５ボルトが用いられる。
すなわち、大気中に存在するイオンには陽イオンと陰イオンとがあるが、イオンの性質として、同極性の電位には反発し、異極性の電位には吸引される。そこで、上に述べたように検出電極１２に正電位を与えておくと、陽イオンは反発し、陰イオンのみを捕獲することができる。検出電極１３については、負電位を与えておくと、陰イオンは反発し、陽イオンのみを捕獲することができる。
イオンは、１個当たり、１．６０２２×１０-19 クーロンの電荷Ｑをもっているので、捕獲された個数ｎに応じた電圧が出力される。単位面積（１平方センチメートル）当たりの捕獲されたイオンの個数（個／ｓｅｃ／ｃｍ2 ）によって、イオンの量が表される。イオンの量の次元は、通常、単位体積当たりのイオンの個数である。しかし、計測の方法によっては、単位時間当たりのイオンの個数となる。
捕獲されたイオンによって、抵抗器Ｒ１１（Ω）の両端には、（Ｑ×Ｒ１１×ｎ）で求められる電圧が得られる。
例えば、抵抗Ｒ１１を１０ＧΩとした場合に、検出電極１２で１０万個の陰イオンが捕獲されたとすれば、
ＥＳ＝１．６０２２×１０-19 ×１０10×１０5 ＝１６０．２２μＶ／ｓｅｃ  したがって、検出電極１２の面積を１０ｃｍ2 とすれば、１平方センチメートル当たり、１．６０２２ｍＶの電圧として取り込むことができる。
増幅器２３，２４は、検出電極１２，１３から出力される電圧をそれぞれ増幅する。なお、本実施形態においては、増幅器２３，２４から出力される電圧の極性はいずれも負であり、したがって計測表示部２５，２６には負の電圧が入力される。
計測表示部２５，２６は、入力された電圧に基づいて演算を行い、４つの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の点灯の組み合わせによって捕獲されたイオンの量を段階的に表示する。
図３に示すように、計測表示部２５は、４つの演算増幅器ＯＰ１〜ＯＰ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ９、ダイオードＤ１〜Ｄ３などからなる。なお、同じ符合を付した抵抗は、その抵抗値が互いに同じである。
入力端子Ｅ１には、増幅器２３から出力される電圧が入力される。上に述べたように、本実施形態においては、入力端子Ｅ１には負の電圧が入力される。入力端子Ｅ２には、基準電圧が印加される。基準電圧として、例えば、＋１ボルトが設定される。抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、抵抗Ｒ２＝１ｋΩとする。したがって、入力端子Ｅ１に印加される電圧が−１Ｖ以上である場合に、演算増幅器ＯＰ１の出力電圧Ｅ３が正となる。
演算増幅器ＯＰ１〜ＯＰ４として、電源電圧と同じ値の出力電圧を出力できるものをここでは選定する。例えば、ＣＭＯＳの演算増幅器を用いると、演算増幅器ＯＰ１の入力電圧が−１Ｖ以下のときに、その出力電圧Ｅ３がマイナスの電源電圧( 以下「Ｌ」と記載することがある）となる。演算増幅器ＯＰ１の入力電圧が−１Ｖ以上になれば、プラスの電源電圧（以下「Ｈ」と記載することがある）となる。
各演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｅ３〜Ｅ６が「Ｌ」のときは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は逆極性となって点灯しない。出力電圧Ｅ３〜Ｅ６が「Ｈ」となったときに、それぞれ、抵抗Ｒ９を通じて発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に電流が流れて点灯する。
ここで、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を、例えばＲ３＝２ｋΩ、Ｒ４＝５ｋΩ、Ｒ５＝１０ｋΩとしておけば、演算増幅器ＯＰ２〜４の入力電圧が、それぞれ、−０．５Ｖ、−０．２Ｖ、−０．１Ｖ以下のときに、それぞれの出力電圧Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６が「Ｈ」となる。
また、例えば出力電圧Ｅ３が「Ｈ」になれば、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ６を通して、演算増幅器ＯＰ２のマイナス入力をプルアップするので、演算増幅器ＯＰ２の出力は「Ｌ」となり、発光ダイオードＬＥＤ２は点灯しなくなる。以下、同様にして、発光ダイオードＬＥＤ３，ＬＥＤ４も点灯しなくなる。
そして、さらに大きなマイナスの電圧が入力端子Ｅ１に印加されれば、つまりそれによって演算増幅器のマイナス入力がマイナスになれば、その出力は「Ｈ」となり、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を再び点灯させることとなる。そして、さらに大きな入力電圧のときには全ての発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を点灯させることとなる。
したがって、入力端子Ｅ１に印加される電圧（負の電圧）の絶対値が０から大きくなるにつれて、ＬＥＤ４，ＬＥＤ３，ＬＥＤ２，ＬＥＤ１の順にそれぞれ単独で点灯し、その後、ＬＥＤ１とＬＥＤ４，ＬＥＤ１とＬＥＤ４とＬＥＤ３、ＬＥＤ１とＬＥＤ４とＬＥＤ３とＬＥＤ２の点灯状態が順に得られる。
つまり、４つの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４によって、７段階のイオン量の状態を表示することができる。この場合に、発光ダイオードＬＥＤの個数をｎとすると、（２ｎ−１）段階の状態を表示することが可能である。
上に述べたように、検出電極１２，１３に対して、検出すべきイオンの極性と逆の極性の電圧を印加することによって、陰イオンまたは陽イオンを選択形に捕獲することができ、それぞれ単独のイオン量を個別に検出することができる。しかも、構成が簡単であるから、低コストで構成することができる。
例えば、検出電極の周囲に反発電極を設け、反発電極によってはじかれたイオンが検出電極により捕獲されるように構成した場合と比較して、構成が簡単であり、低コストで実現可能である。
また、４つの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４によってイオン量を段階的に表示するので、簡単な構成で大体のイオン量または平均的なイオン量を把握することができる。一般に、空気清浄器やイオン発生器では、大量にイオンを発生するので、検出電極１２，１３の検出感度は低くても十分であり、大まかな値が検知できれば十分である。
なお、空気清浄器やイオン発生器には送風のためのファンが設けられており、ファンの強さによって風量が可変される。それらから送風される風に乗ってイオンが送られてくるので、その風が２つの検出電極１２，１３に当たるように配置する。検出電極１２，１３によって、風に乗って送られてくる陰イオンおよび陽イオンがそれぞれ個別に検出される。その際に、風量が変わってもイオンの総量は変わらないので、イオン検出装置１によってイオンの大まかな量を容易に知ることができる。
上に述べた実施形態においては、陰イオン用と陽イオン用との２系統の回路を独立して設けた。しかし、次の実施形態で説明するように、１系統の回路を設け、陰イオン用と陽イオン用とをスイッチＳＷ１で切り替えるようにしてもよい。
図４は参考のための実施形態のイオン検出装置１Ｂの斜視図、図５はイオン検出装置１Ｂの全体的な回路構成を示すブロック図である。これらの図において、図１および図２との相違点のみを説明する。
図４において、イオン検出装置１Ｂは、１つの検出電極１２、４つの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４、スイッチＳＷ１、および、電源スイッチ１７などが設けられている。
図５において、検出電極１２に電位を与えるための電源２１、抵抗器Ｒ１１、増幅器２３、および計測表示部２５は、陰イオン用と陽イオン用とで兼用される。スイッチＳＷ１は、電源２１によって検出電極１２に印加する電圧の極性を切り替えるためのものであり、また、同時に、増幅器２３における入力電圧の極性を切り替える。
このように構成することによってさらに構成が簡単となり、イオン検出装置１Ｂを簡便に使用することができる。
上に述べた実施形態においては、基準電圧を１Ｖとしたが、これを変更してもよい。それとともに、増幅器２３，２４の増幅率を変更することにより、また計測表示部２５，２６の抵抗値を変更することにより、イオン検出装置１の検出感度を種々変更することができる。
また、発光ダイオードＬＥＤの個数を増やしたり、表示回路を変更することによって、表示の分解能をさらに向上させることが可能である。さらに、発光ダイオードＬＥＤに代えて、アナログのメータを用いたり、ディジタル式の表示器によって数値表示を行ってイオン量を表示してもよい。
また、各検出電極１２，１３には、若干の同極性のイオンが捕獲されるが、増幅器２３，２４または計測表示部２５，２６における演算過程でそれを補正することも可能である。
上に述べた実施形態において、電源２１，２２として、電池、または電池から得た電圧、商用電源を整流して得た電圧など、種々の電源を用いることができる。その他、計測表示部２５，２６、またはイオン検出装置１の全体または各部の構造、構成、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【発明の効果】
本発明によると、陰イオンおよび陽イオンをそれぞれ選択的に検出することができる。しかも、簡単な構成によってイオン検出装置を実現することができ、低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るイオン検出装置の斜視図である。
【図２】  イオン検出装置の全体的な回路構成を示すブロック図である。
【図３】  計測表示部の回路の例を示す図である。
【図４】  参考のための実施形態のイオン検出装置の斜視図である。
【図５】  参考のための実施形態のイオン検出装置の全体的な回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１Ｂ  イオン検出装置
１１，１２  検出電極
２１，２２  電源（検出電極に印加する手段）
２３，２４  増幅器（イオンの量を算出する手段）
２５，２６  計測表示部（イオンの量を算出する手段）
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４  発光ダイオード（表示装置）
ＯＰ１〜ＯＰ４  演算増幅器
【図１】
0003759103.tif 000002
【図２】
0003759103.tif 000003
【図３】
0003759103.tif 000004
【図４】
0003759103.tif 000005
【図５】
0003759103.tif 000006