JP2000138090A - イオン生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コロナ放電により生成された正負の空気イオン
を導管を通じて効率よく放出することができるイオン生
成装置を提供することを目的とする。 【解決手段】交流高電圧電源１１に交流高電圧を印加さ
れてイオン生成室１でコロナ放電を発生させる放電電極
３と接地電極５とを設ける。空気吸入口６を介してイオ
ン生成室１に空気を供給する空気供給手段１５を設け、
空気放出口７にチューブ（導管）１７を接続する。交流
高電圧電源１１の交流周波数を１ｋＨｚ以上に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電電極と接地電極
との間に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させ正
負の空気イオンを生成するイオン生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、放電電極と、放電電極に近接して
設けられた接地電極との間に高電圧が印加されることで
発生するコロナ放電により空気をイオン化して空気イオ
ンを生成するイオン生成装置が知られている。この種の
イオン生成装置は空気イオンを生成・放出することによ
り帯電体の電荷を中和できるので、帯電体を除電する除
電装置として使用されている。

【０００３】かかるイオン生成装置として、直流高電圧
電源により正極性の直流高電圧が印加される正の放電電
極と、負極性の直流高電圧が印加される負の放電電極と
を備え、正、負の放電電極からそれぞれ正、負の空気イ
オンを生成するものが知られている。しかし、正負の空
気イオンの生成バランスが崩れると、帯電体を除電する
ことができず却って帯電を助長する場合がある。

【０００４】これに対して放電電極と接地電極との間に
商用周波数（５０／６０Ｈｚ）の交流高電圧を印加して
正負の空気イオンを交互に生成するイオン生成装置が知
られている。このイオン生成装置によれば例えば正の空
気イオンが過剰に生成されても直後に生じる負の空気イ
オンにより中和されるため、直流高電圧電源を備えた前
記イオン生成装置と比較して正負の空気イオンの生成バ
ランスを正確に制御することなく帯電体を除電すること
ができる。そして、放電電極と接地電極との間に交流高
電圧を印加するイオン生成装置が圧倒的に多く実用化さ
れている。

【０００５】かかる交流高電圧を用いるイオン生成装置
として、図７に示すように筒状体ａの下方に延びて設け
られた導電性部材の導管状の接地電極ｂと、筒状体ａ内
から導管状の接地電極ｂを通じて外部に先端が突出して
設けられた放電電極ｃとを備えたイオン生成装置が知ら
れている。筒状体ａは絶縁性部材の上部ｄと導電性部材
の下部ｅとよりなり、接地電極ｂは下部ｅ及び接地線ｆ
を介して接地されている。放電電極ｃは絶縁パイプｇに
より被覆されるとともに、金属芯線ｈに絶縁体ｉが被覆
されてなる高圧ケーブルｊに接続されている。また、図
示しないが、高圧ケーブルｊを介して放電電極ｃに商用
周波数（５０／６０Ｈｚ）の交流高電圧を印加する交流
高電圧電源と、筒状体ａの上部開端ｋから接地電極ｂの
先端に向かって空気を供給する空気供給手段とが設けら
れている。

【０００６】前記構成のイオン生成装置によれば、両電
極ｂ、ｃ間に交流高電圧が印加されることでコロナ放電
が発生して正負の空気イオンが生成される。そして、空
気供給手段から供給された空気に押されて正負の空気イ
オンが放電電極ｃの下方に向かって放出される。従っ
て、放電電極ｃの先に置かれた図示しない帯電体に向け
て確実に正負の空気イオンを放出することができる。し
かし、この場合には、空気放出口となる導管状の接地電
極ｂの先端に高電圧の放電電極ｃが位置するので、帯電
体に高電圧部が接近し、高電界にさらされるという不都
合があった。また、筒状体ａ内に放電電極ｃの先端を配
置し、筒状体ａ内で空気イオンを生成することが考えら
れるが、この場合には、生成された正負の空気イオンの
うち多くが導管（接地電極ｂ）を通過する途中で相互に
打ち消し合い、導管先端から実際に放出される空気イオ
ンの量が少なく、帯電体の除電に際して効率が悪いとい
う不都合があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】かかる背景に鑑みて本
発明はコロナ放電により生成された正負の空気イオンを
導管を通じて効率よく放出することができるイオン生成
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明者は交流周波数
を従来の商用周波数より高周波のｋＨｚオーダーに設定
した場合、正負の空気イオンが導管内で打ち消し合わず
に効率よく、かつ、バランス良く導管の先端から放出さ
れることを知見した。そこで、前記課題を解決するため
の本発明のイオン生成装置は、放電電極と、該放電電極
に近接して設けられ導電性材料からなる接地電極と、両
電極間に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させる
交流高電圧電源と、空気吸入口及び空気放出口を有し両
電極間のコロナ放電により正負の空気イオンが生成され
るイオン生成室と、該空気吸入口から該イオン生成室内
に空気を供給する空気供給手段と、該空気放出口に接続
され該イオン生成室で生成された正負の空気イオンが移
送される導管とを備え、前記交流高電圧電源の周波数を
１ｋＨｚ以上に設定したことを特徴とする。

【０００９】前記構成のイオン生成装置によれば、交流
高電圧電源により両電極間に交流高電圧が印加されてコ
ロナ放電が発生する。空気供給手段から空気吸入口を通
じてイオン生成室内に供給された空気が両電極間のコロ
ナ放電によりイオン化される。こうして生成された正負
の空気イオンが空気供給手段からの空気に押されて空気
放出口を経て導管の先端から放出される。交流周波数
（交流高電圧電源の周波数）を１ｋＨｚ以上に設定した
ことで正負の空気イオンを導管内で相互に打ち消し合う
ことを防止して効率よく、かつ、バランス良く導管の先
端から放出することができる。

【００１０】本発明のイオン生成装置は、前記接地電極
は前記イオン生成室の前記空気放出口の近傍に設けら
れ、前記放電電極は針状に形成されるとともにその先端
を該空気放出口に向けて設けられた構成とすることが好
適である。この場合、放電電極から接地電極に向かって
生成された空気イオンが空気供給手段から供給される空
気流に従って空気放出口へと滑らかに移動する。このた
めより効率よく正負の空気イオンを導管の先端から放出
することができる。

【００１１】本願発明者は空気流の滑らかさを維持する
限り前記導管を屈曲させても正負の空気イオンを有効に
導管の先端から放出可能であることを知見した。そこ
で、本発明のイオン生成装置は、前記導管を可撓性部材
により形成するのが好適である。この場合、イオン生成
装置を移動させずに導管を屈曲させることで導管の先端
から正負の空気イオンを複数の目標箇所に向けて放出す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のイオン生成装置の実施形
態について図面を用いて説明する。図１は第１実施形態
のイオン生成装置の説明的構成図であり、図２は第１実
施形態のイオン生成装置における交流高電圧電源の説明
的構成図であり、図３及び図４は第１実施形態のイオン
生成装置においてチューブの長さ、内径を変化させたと
きの除電効果を示す関係図であり、図５、図６はそれぞ
れ第４、第５実施形態のイオン生成装置の説明的構成図
である。

【００１３】第１実施形態のイオン生成装置において
は、図１に示すようにイオン生成室１を形成する略円筒
状の筐体２内に針状の放電電極３が設けられている。筐
体２は絶縁体の上部体４と、略有底筒状の導電性の接地
電極５とが螺着されてなり、筐体２の上端壁には空気供
給口６が開設され、下端壁には空気放出口７が開設され
ている。放電電極３は芯線８が絶縁体９に被覆されてな
り上部体４の側壁に貫通する高電圧ケーブル１０により
交流高電圧電源１１に接続され、保持部材１２によりそ
の先端を空気放出口７に向けて保持されている。接地電
極５は接地線１３を介して接地されている。空気供給口
６は通気パイプ１４を介してイオン生成室１内に空気を
供給する空気供給手段１５に接続されている。空気放出
口７は絶縁パイプ１６を介してチューブ（導管）１７に
接続されている。第１実施形態においてチューブ１７は
塩化ビニルよりなり、その内径は３．５ｍｍ、長さは１
５０ｍｍである。

【００１４】交流高電圧電源１１は、図２ａに示すよう
に商用電源１８を電源とする直流電源回路１９から直流
電圧が供給されて高周波交流（６８ｋＨｚ）を出力する
発振回路２０と、発振回路２０からの出力を昇圧して高
周波の高電圧として出力端子２１から出力する昇圧トラ
ンス２２とを備えている。また、交流高電圧電源１１と
して昇圧トランス２２を図２ｂに示すように発振回路２
０からの出力を受けて機械的に振動する圧電素子２３に
より高周波の高電圧を出力する昇圧トランス２４に代え
た構成のものを用いても良い。

【００１５】前記構成の第１実施形態のイオン生成装置
によれば、交流高電圧電源１１により放電電極３と接地
電極５との間に交流高電圧が印加されてコロナ放電が発
生する。空気供給手段１５から空気供給口６を介してイ
オン生成室１に供給された空気がこのコロナ放電により
イオン化され、空気放出口７を経てチューブ１７の先端
から放出される。放電電極３から接地電極５に向かって
生成された空気イオンが空気供給手段１５から供給され
る空気流に従って空気放出口７へ移動する。このため効
率よく正負の空気イオンをチューブ１７の先端から放出
することができる。なお、塩化ビニルは可撓性部材であ
るため図１に仮想線で示したようにチューブ１７を様々
に屈曲可能であるが、この点については後述する。

【００１６】前記構成の第１実施形態のイオン生成装置
による除電効果の試験を行った。また、チューブ１７を
接地された内径８．０ｍｍのアルミのチューブとした第
２実施形態のイオン生成装置、接地されていない内径
８．０ｍｍのアルミのチューブとした第３実施形態のイ
オン生成装置についても同様の試験を行った。これらの
実施形態と比較するため、第１実施形態のイオン生成装
置の交流高電圧電源１１を従来の商用周波数（５０Ｈ
ｚ）の交流高電圧電源としたイオン生成装置（第１比較
例）、図７に示した従来のイオン生成装置（第２比較
例）についても同様の試験を行った。なお、第１乃至第
３実施形態では安定なコロナ放電が発生するよう電圧振
幅（交流高電圧の振幅）を３．５ｋＶ、第１及び第２比
較例では電圧振幅が３．５ｋＶではコロナ放電が発生し
ないので安定なコロナ放電が発生するよう電圧振幅を７
ｋＶに設定した。これにより各イオン生成装置の除電効
果を安定なコロナ放電が発生しているという同一条件下
で比較することができる。

【００１７】除電効果の試験では図１に示すように金属
プレート（帯電体）２５と、金属プレート２５が絶縁部
材２６を介して取り付けられた本体２７とを備えた試験
装置を用いた。本体２７には金属プレート２５の電位を
測定する電位測定装置２８と、金属プレート２５に電荷
を与える高電圧電源２９と、金属プレート２５の電位の
変化時間を測定するタイマー３０とが設けられている。
かかる試験装置を用いて各イオン生成装置を作動させた
ときの金属プレート２５の最終的な電位（オフセット電
圧）を電位測定装置２８により測定した。また、高電圧
電源２９により金属プレート２５の電位を＋１０００Ｖ
としてからイオン生成装置を作動させ、該電位が＋１０
０Ｖになるまでの時間（プラス（＋）除電時間）をタイ
マ３０により測定した。同様にイオン生成装置を作動さ
せたとき金属プレート２５の電位が−１０００Ｖから−
１００Ｖになるまでの時間（マイナス（−）除電時間）
をタイマ３０により測定した。以上の試験結果を表１に
示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】生成される正負の空気イオンのバランスに
偏りがあると金属プレート２５が帯電してオフセット電
圧の絶対値が大きくなり、バランスが良いとオフセット
電圧の絶対値が小さくなる。また、プラス除電時間は負
の空気イオン生成量に応じて決定され、マイナス除電時
間は正の空気イオン生成量に応じて決定される。従っ
て、生成される正負の空気イオンのバランスに偏りがあ
ると両除電時間の差が大きくなり、バランスが良いとそ
の差が小さくなる。

【００２０】上記の判断基準から表１の試験結果をみる
と、前記３つの実施形態では第１比較例よりオフセット
電圧が著しく小さく、正負の空気イオンがバランス良く
生成されていることがわかる。また、前記３つの実施形
態では第２比較例より両除電時間がともに著しく短く、
正負の空気イオンが多量に放出されていることがわか
る。さらに、前記３つの実施形態のイオン生成装置にお
いて交流周波数を１ｋＨｚとしたときも上と同様に比較
例１、比較例２よりも正負の空気イオンが多量にかつバ
ランス良く放出される。なお、前記３つの実施形態では
チューブ１７の材質や接地状況が相違するが、両除電時
間やオフセット電圧を比較しても大きな差異はない。従
って、前記３つの実施形態のイオン生成装置によれば、
交流周波数を１ｋＨｚ以上に設定することでチューブ１
７の材質や接地状況に依存せずに良好に帯電体を除電す
ることができる。

【００２１】次に第１実施形態のイオン生成装置の塩化
ビニルのチューブ１７をウレタン樹脂のものに代え、チ
ューブ１７の長さ及び内径、空気供給手段１５からイオ
ン生成室１への空気圧力を変化させたときの除電効果に
ついて説明する。除電効果の試験に際しては上述の試験
装置を用いた。まず、内径３．５ｍｍのチューブ１７の
長さを１００ｍｍから５００ｍｍまで１００ｍｍ刻みで
変化させてプラス除電時間及びマイナス除電時間を測定
した結果を図３ａに示す。また、長さ１５０ｍｍのチュ
ーブ１７の内径を３．５、４、６、７．５ｍｍと変化さ
せてプラス除電時間及びマイナス除電時間を測定した結
果を図３ｂに示す。図３ａ及び図３ｂにおいて、丸、三
角、四角はそれぞれ空気供給手段１５からイオン生成室
１への空気圧力が１、２、２．５ｋｇｆ／ｃｍ² の場合
を表し、白抜きの丸等はプラス除電時間、黒の丸等はマ
イナス除電時間を表す。図３ａ及び図３ｂより空気圧力
が高く、チューブ１７が短く、又はチューブ１７の内径
が小さくなるほど両除電時間が短縮されることがわか
る。

【００２２】続いて、内径３．５ｍｍのチューブ１７の
長さを１００ｍｍから５００ｍｍまで１００ｍｍ刻みで
変化させてオフセット電圧の大きさを測定した結果を図
４ａに示す。また、長さ１５０ｍｍのチューブ１７の内
径を３．５、４、６、７．５ｍｍと変化させてオフセッ
ト電圧を測定した結果を図４ｂに示す。図４ａ及び図４
ｂで丸、三角、四角はそれぞれ空気供給手段１５からイ
オン生成室１への空気圧力が１、２、２．５ｋｇｆ／ｃ
ｍ² の場合を表す。図４ａ及び図４ｂより空気圧力が高
くなるとオフセット電圧が大きくなる傾向があり、チュ
ーブ１７の長さ又は内径によっては正負の空気イオンの
バランスが崩れることがわかる。

【００２３】図３ａ、図３ｂ、図４ａ及び図４ｂの結果
より、空気圧力を高くすると帯電体を迅速に除電するこ
とができる一方、チューブ１７の長さや内径によっては
ときとして正負の空気イオンのバランスが崩れて除電体
を良好に除電できない場合があることが分かる。従っ
て、チューブ１７の長さや内径に応じて空気供給手段１
５からイオン生成室１への空気圧力を適宜調節すること
により帯電体を迅速かつ良好に除電することができる。

【００２４】なお、本願発明者は、交流周波数が１ｋＨ
ｚ以上の場合に導電性の接地電極５を絶縁物で被覆する
ことで正負の空気イオンのバランスを良好にすることが
できるという知見を得た。従って、チューブ１７の長さ
や内径を調節することに加え、又はかかる調節をしなく
ても接地電極５を絶縁物で被覆することで正負の空気イ
オンのバランスを良好にして帯電体を良好に除電するこ
とができる。

【００２５】チューブ１７が可撓性部材（塩化ビニル、
ウレタン樹脂等）よりなる場合、チューブ１７を任意に
屈曲させることができる。そこで、チューブ１７を屈曲
させた場合に除電効果がどのように変化するかを調べ
る。ここでは長さ５００ｍｍで内径３．５ｍｍのウレタ
ン樹脂のチューブ１７について真っ直ぐにした場合と、
途中で１回環状に巻いた場合とについてオフセット電圧
及びプラス除電時間及びマイナス除電時間を測定した。
空気供給手段１５からイオン生成室１への空気圧力を
１．０、２．０、２．５［ｋｇｆ／ｃｍ² ］としたとき
の測定結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２より空気圧力の値ごとにチューブ１７
が真っ直ぐな場合と１回環状に巻いた場合とオフセット
電圧及び両除電時間を比較すると、両者間の相違はほと
んどない。なお、表２には示していないが、チューブ１
７が途中で鋭角に屈折させた場合には帯電体を良好に除
電することができなかった。従って、チューブ１７を屈
曲させても途中で鋭角に屈折しなければチューブ１７の
先端から放出される正負の空気イオンにより帯電体を迅
速かつ良好に除電することができる。また、上述したよ
うにチューブ７は図１に仮想線で示したように屈曲可能
であるため、イオン生成装置自身を動かさずにチューブ
１７の先端をさまざまな箇所に向けて正負の空気イオン
を放出することができる。

【００２８】本発明の第４実施形態のイオン生成装置
は、図５に示すようにイオン生成室３１を形成する絶縁
体の筐体３２内に針状の放電電極３３が設けられてい
る。筐体３２には放電電極３３の後端側の側壁に空気供
給口３４が開設され、放電電極３３の先端が対向する側
壁に空気放出口３５が２つ開設されている。各空気放出
口３５の近傍に接地電極３６が設けられ、各空気放出口
３５にチューブ３７が連結されている。本発明の第５実
施形態のイオン生成装置は、図６に示すようにイオン生
成室３８を形成する絶縁体の筐体３９内に針状の放電電
極４０がその先端を同方向に向けて３本設けられてい
る。筐体３９には各放電電極４０の後端側の側壁に空気
供給口４１が開設され、各放電電極４０の先端に対向す
る側壁に空気放出口４２が開設されている。そして、各
空気放出口４２の近傍に接地電極４３が設けられ、各空
気放出口４２にチューブ４４が連結されている。前記構
成の第５（第６）実施形態のイオン生成装置によれば、
図示しない空気供給手段から空気供給口３４（４１）を
介してイオン生成室３１（３８）に供給された空気が両
電極３３、３６（４０、４３）間のコロナ放電によりイ
オン化される。こうして生成された正負の空気イオンは
イオン生成室３１（３８）から複数のチューブ３７（４
４）を通じてその先端から放出される。即ち、第４又は
第５実施形態のイオン生成装置によれば、同時に複数カ
所に正負の空気イオンを放出することができる。また、
交流周波数を１ｋＨｚ以上に設定することでチューブ３
７（４４）の先端から正負の空気イオンを効率よく、か
つ、バランス良く放出することができる。なお、チュー
ブ３７（４４）は絶縁性部材、導電性部材のいずれから
形成されてもよく、また、塩化ビニル等の可撓性部材に
より屈曲可能に、又は合金等により一定形状を維持可能
に形成されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のイオン生成装置の説明的構成図

【図２】第１実施形態のイオン生成装置における交流高
電圧電源の説明的構成図

【図３】第１実施形態のイオン生成装置おいてチューブ
の長さ、内径を変化させたときの除電効果を示す関係図

【図４】第１実施形態のイオン生成装置においてチュー
ブの長さ、内径を変化させたときの除電効果を示す関係
図

【図５】第４実施形態のイオン生成装置の説明的構成図

【図６】第５実施形態のイオン生成装置の説明的構成図

【図７】従来のイオン生成装置の説明的構成図

【符号の説明】

１‥イオン生成室、３‥放電電極、５‥接地電極、６‥
空気供給口、７‥空気放出口、１１‥交流高電圧電源、
１５‥空気供給手段、１７‥チューブ（導管）、３１‥
イオン生成室、３３‥放電電極、３４‥空気供給口、３
５‥空気放出口、３６‥接地電極、３７‥チューブ（導
管）、３８‥イオン生成室、４０‥放電電極、４１‥空
気供給口、４２‥空気放出口、４３‥接地電極、４４‥
チューブ（導管）

フロントページの続き (72)発明者 菅野 功 神奈川県横浜市鶴見区元宮１−10−８ シ シド静電気株式会社横浜工場内 (72)発明者 永田 秀海 神奈川県横浜市鶴見区元宮１−10−８ シ シド静電気株式会社横浜工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電電極と、該放電電極に近接して設けら
   れ導電性材料からなる接地電極と、両電極間に交流高電
   圧を印加してコロナ放電を発生させる交流高電圧電源
   と、空気吸入口及び空気放出口を有し両電極間のコロナ
   放電により正負の空気イオンが生成されるイオン生成室
   と、該空気吸入口から該イオン生成室内に空気を供給す
   る空気供給手段と、該空気放出口に接続され該イオン生
   成室で生成された正負の空気イオンが移送される導管と
   を備え、前記交流高電圧電源の周波数を１ｋＨｚ以上に
   設定したことを特徴とするイオン生成装置。
2. 【請求項２】前記接地電極は前記イオン生成室の前記空
   気放出口の近傍に設けられ、前記放電電極は針状に形成
   されるとともにその先端を該空気放出口に向けて設けら
   れたことを特徴とする請求項１記載のイオン生成装置。
3. 【請求項３】前記導管は可撓性部材により形成されたこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のイオン生
   成装置。