JP2001085190A - イオン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で且つ軽量に構成されると共に、コロナ
放電を確実かつ安定的に発生するようにしたイオン発生
装置を提供すること。 【解決手段】 駆動信号を圧電トランス１６により昇圧
して、負荷電極１３からコロナ放電させるようにしたイ
オン発生装置であって、圧電トランスと負荷電極の合成
によって決まる圧電トランス１６の自己発振周波数に対
応した信号を、上記負荷電極の−（マイナス）側に接続
された帰還抵抗１７により駆動信号にフィードバックす
ることにより、そのときの環境特性に適合した共振周波
数に対応した周波数の駆動信号が生成される構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コロナ放電により
静電気の除電を行なうイオン発生装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなイオン発生装置は、コ
ロナ放電電極に対して高電圧を印加することによりコロ
ナ放電を発生させるようにしており、例えば図５に示す
ように構成されている。図５において、イオン発生装置
１は、静電気除電装置として構成されており、高圧電源
としての巻線型電磁トランス２と、針状のコロナ放電電
極３と、これらを接続する高圧ケーブル４と、を含んで
いる。巻線型電磁トランス２は、商用電源から電圧が印
加されることにより、例えば７０００乃至１４０００Ｖ
ｐ−ｐ（ピーク トウ ー ピーク）程度の高電圧を発生
して、高圧ケーブル４を介してコロナ放電電極３に供給
する。

【０００３】このような構成のイオン発生装置１によれ
ば、図６に示すように、巻線型電磁トランス２から高電
圧がコロナ放電電極３に供給されると共に、対向電極５
が接地されることにより、コロナ放電電極３にコロナ放
電が発生して、空気イオンが生成される。そして、この
空気イオンによって、帯電物体６の静電気による電荷が
中和され、除電が行なわれることになる。

【０００４】しかしながら、このようなイオン発生装置
１においては、高圧電源として巻線型電磁トランス２を
使用していることから、上述のような例えば７０００乃
至１４０００Ｖｐ−ｐ程度の高電圧を発生させるために
は、巻線型電磁トランス２が大型になり、その重量が非
常に重くなってしまう。このため、巻線型電磁トランス
２そしてイオン発生装置１が大型で且つ重量物となり、
取扱いが容易ではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、上記の
問題を解決できる高圧電源として、圧電トランスが注目
されて、導入されつつあり、例えば冷陰極管インバータ
等では既に実用化されている。このような圧電トランス
を使用したイオン発生装置７は、例えば図７に示すよう
に構成されている。図７において、イオン発生装置７
は、電源７ａ，発振器７ｂ，増幅部７ｃ，駆動部７ｄ，
圧電トランス７ｅと、検出部７ｆ及び制御部７ｇと、か
ら構成されている。発振器７ｂは、電源７ａから給電さ
れることにより、所定周波数の信号を生成し、この信号
は、増幅部７ｃにより増幅された後、駆動部７ｃにより
電力増幅されることにより、駆動信号が生成され、負荷
電極であるコロナ放電電極３に印加される。

【０００６】また、検出部７ｆは、圧電トランス７ｅの
一次側または二次側の電圧及び電流を検出し、制御部７
ｇは、検出部７ｆで検出された圧電トランス７ｅの電圧
及び電流に基づいて、発振器７ｂを制御する。これによ
り、発振器７ｂは、圧電トランス７ｅに合致した単一ま
たは掃引周波数の信号を生成し、圧電トランス７ｅは、
駆動部７ｃからの駆動信号を例えば１００乃至２００倍
に昇圧する。かくして、負荷電極であるコロナ放電電極
３に所望の高周波高電圧が印加されることになる。

【０００７】しかしながら、このような圧電トランス７
ｅを使用したイオン発生装置７においては、負荷電極と
してのコロナ放電電極３が変動したり、発振器７ｂ，増
幅部７ｃ，駆動部７ｄ及び圧電トランス７ｅそして検出
部７ｆ，制御部７ｇの回路部分の温度特性や環境の変化
等によって生ずる種々の変化に追従できなくなる。ま
た、検出部７ｆの検出抵抗等によって電圧降下が発生し
て、圧電トランスの使用効率（出力電圧効率）が約９０
％程度に低下し、負荷電極であるコロナ放電電極３に十
分な高電圧が供給されなくなることがある。

【０００８】特に、温度が変化すると、圧電トランス７
ｅを構成する圧電材料の共振周波数ｆ０が変化してしま
うので、発振器７ｂの制御が困難になってしまう。ま
た、所定周波数の信号を発生させるための発振器７ｂ
と、この発振器７ｂのフィードバック制御のための検出
部７ｆ及び制御部７ｇが必要であることから、回路構成
が複雑になり、コストが高くなってしまうという問題が
あった。

【０００９】本発明は、以上の点に鑑み、小型で且つ軽
量に構成されると共に、コロナ放電を確実かつ安定的に
発生するようにした、イオン発生装置を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、駆動信号を圧電トランスにより昇圧して、負荷電
極からコロナ放電させるようにしたイオン発生装置であ
って、圧電トランスと負荷電極の合成によって決まる圧
電トランスの自己発振周波数に対応した信号を、上記負
荷電極の−（マイナス）側に接続された帰還抵抗により
得られた分圧信号を駆動信号にフィードバックすること
により、そのときの環境特性に適合した共振周波数に対
応した周波数の駆動信号が生成される構成とした、イオ
ン発生装置により、達成される。

【００１１】請求項１の構成によれば、高圧電源として
圧電トランスを使用しているので、例えば増幅回路によ
り１０乃至５０Ｖｐ−ｐに増幅された信号が圧電トラン
スに入力されると、圧電トランス自体の特性に基づい
て、１００乃至２００倍に増幅されることになり、例え
ば３０００乃至７０００Ｖｐ−ｐの高電圧が得られる。
そして、この高電圧がコロナ放電電極により印加される
ことにより、コロナ放電が行なわれ、空気イオンが発生
する。この空気イオンにより、例えば、除電すべき帯電
物体の電荷が中和されることにより、除電が行なわれ
る。

【００１２】ここで、帰還抵抗により検出した分圧信号
の周波数を駆動信号にフィードバックすることによっ
て、所謂自励発振回路が構成されることになる。従っ
て、温度や負荷電極等の環境特性が変動したとしても、
常にそのときの環境特性に適合した共振周波数に対応し
た周波数の駆動信号を生成することができるので、駆動
信号の周波数が、圧電トランス及び負荷電極の合成によ
って決まる共振周波数が外れるようなことがなく、圧電
トランスの使用効率が向上すると共に、常に確実にコロ
ナ放電が行なわれる。

【００１３】さらに、負荷電極の−側に帰還抵抗を付加
するだけの構成によって、発振回路や検出回路等が不要
になるので、回路構成が簡略化され、コストが低減され
ることになると共に、帰還抵抗が負荷電極の−側に接続
されることによって、帰還抵抗に印加される電圧が低い
ので、帰還抵抗の耐圧を考慮する必要がなく、また帰還
抵抗からの発火のおそれもない。

【００１４】また、請求項２の構成によれば、上記帰還
抵抗の抵抗値が、圧電トランスの二次側から出力される
駆動信号の電圧の効率を低下させない程度に小さく設定
されている場合には、負荷電極に印加される電圧低下が
防止されるので、安定したコロナ放電が発生することに
なり、除電が確実に行なわれる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図１乃至図４を参照しながら、詳細に説明する。尚、
以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例である
から、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、
本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもの
ではない。

【００１６】図１は、本発明によるイオン発生装置の一
実施形態の構成を示している。図１において、イオン発
生装置１０は、静電気除電装置として構成されており、
直流電源１１と、高圧電源ユニット１２と、針状のコロ
ナ放電電極１３とを含んでいる。

【００１７】上記直流電源１１は、所定電圧の直流電流
を供給するものである。また、上記高圧電源ユニット１
２は、図２に示すように、増幅部１４，駆動部１５，圧
電トランス１６と、負荷電極であるコロナ放電電極１３
の−（マイナス）側に接続された帰還抵抗１７とを有し
ている。上記増幅部１４は、例えばトランジスタから構
成されており、帰還部１７からの信号の電圧を増幅し
て、例えば１０乃至５０Ｖｐ−ｐ程度とするようになっ
ている。上記駆動部１５は、例えばパワートランジスタ
から構成されており、増幅部１４からの信号を電流増幅
して、例えば１０乃至５０Ｖｐ−ｐの駆動信号を圧電ト
ランス１６に入力するようになっている。

【００１８】上記圧電トランス１６は、外部から振動や
衝撃を加えて、歪みを起こさせることにより電圧を発生
する特性を有する圧電材料を使用して構成された例えば
圧電セラミックストランスが用いられる。この場合、圧
電材料としては、例えばＰｂＺｒ_x Ｔｉ_y ０ ₃が好適に
用いられる。この圧電トランス１６は、入力部に固有共
振周波数を持つ電圧を印加すると、長さ方向に機械的な
振動を発生し、圧電効果によって出力部に高電圧を出力
できる構成になっている。このため、圧電トランス１６
は、その特性により入力信号を例えば１００乃至２００
倍に増幅する。これにより、圧電トランス１６は、駆動
部１５からの１０乃至５０Ｖｐ−ｐの駆動信号により、
例えば３０００乃至７０００Ｖｐ−ｐの高電圧を出力す
る。

【００１９】上記帰還抵抗１７は、一（マイナス）側が
負荷電極であるコロナ放電電極１３の−（マイナス）側
に接続されており、他側が増幅部１４の入力側に接続さ
れている。これにより、コロナ放電電極１３の−側から
帰還抵抗１７を介して増幅部１４にフィードバックする
フィードバックループが構成されることになる。このフ
ィードバックループは、圧電トランス１６とコロナ放電
電極１３の合成によって決まる自己発振周波数の駆動信
号をフィードバックすることによって、駆動部１５から
出力される駆動信号の周波数を、そのときの環境特性に
適合した共振周波数に対応した周波数に追従させなが
ら、発振を持続させる。したがって、圧電トランス１６
と接続された負荷電極１３とそのマイナス側に接続され
た帰還抵抗１７とで、圧電トランス１６の発振手段を構
成して、圧電トランス１６の自励回路を形成している。

【００２０】本実施形態によるイオン発生装置１０は、
以上のように構成されており、最初に高圧電源ユニット
１２の電源がオンされると、これが圧電トランス１６を
起動するためのトリガーとして機能し、圧電トランス１
６を構成する圧電材料の共振周波数に対応した駆動電流
が入力されて最初の動作が励振される。そして、圧電ト
ランス１６と負荷電極であるコロナ放電電極１３の合成
によって決まる共振周波数の信号が、帰還抵抗１７を介
して増幅部１４に入力される。この信号が、増幅部１４
により増幅され、さらに駆動部１５によって電流増幅さ
れて圧電トランス１６に入力されて、高周波高電圧がコ
ロナ放電電極１３に印加され、その後は前記フィードバ
ックループによりこの共振周波数の発振が持続すること
になる。これにより、コロナ放電電極１３にコロナ放電
が発生して、空気イオンが発生し、除電すべき帯電物体
（図示せず）の電荷を中和することにより、帯電物体の
除電が行なわれることになる。

【００２１】この場合、共振周波数は、そのときの圧電
トランス１６及び負荷電極１３の合成によって決まるの
で、例えば温度等の環境特性の変動によって共振周波数
ｆ０が変動したとしても、高圧電源ユニット１２の電源
オンの際に、そのときの環境特性に適合した共振周波数
が帰還抵抗１７によって検出されるので、常にそのとき
の環境特性に適合した共振周波数に対応した周波数の駆
動信号が生成される。従って、駆動信号の周波数が、圧
電トランス１６とコロナ放電電極１３の合成によって決
まる共振周波数から外れるようなことはなく、常にその
ときの共振周波数に正確に追従するので、安定したコロ
ナ放電が行なわれることになる。

【００２２】ここで、負荷電極としてのコロナ放電電極
１３に印加される電圧ＶＲＬは、圧電トランス１６の出
力電圧をＶｏｕｔ，帰還抵抗１７の抵抗値をＲｆｂ，コ
ロナ放電電極１３の負荷抵抗をＲＬとすると、

【数１】 で与えられる。従って、出力電圧効率ＶＲＬ／Ｖｏｕｔ
と帰還抵抗比ＲＬ（Ｒｆｂ＋ＲＬ）の関係は、図３のグ
ラフに示すようになり、できるだけ大きく且つ効率の良
い出力電圧効率を得るためには、上記ＶＲＬをできるだ
け大きくする必要がある。このためには、帰還抵抗１７
の抵抗値Ｒｆｂをできるだけ小さくし、例えば負荷抵抗
ＲＬの１／１００乃至１／１００００に設定する。これ
によって、負荷電極１３に印加される電圧ＶＲＬの低下
が防止されることになる。また、帰還抵抗１７がコロナ
放電電極１３の−側に接続されることにより、帰還抵抗
１７にかかる電圧が低くなり、帰還抵抗１７の耐圧を考
慮する必要がなく、また帰還抵抗１７が加熱して発火す
るおそれもない。

【００２３】図４は、上記実施形態によるイオン発生装
置の具体的構成例を示している。図４において、イオン
発生装置２０は、直流電源２１，増幅部２２，駆動部２
３，圧電トランス２４，負荷電極（コロナ放電電極）２
５及び帰還抵抗２６を含んでいる。増幅部２２は、アン
プ２２ａから構成されており、帰還抵抗２６の＋側が入
力端子に接続されることにより、負荷電極２５の−側の
共振周波数がフィードバックされている。これにより、
増幅部２２にて、アンプ２２ａが入力された共振周波数
を増幅して、駆動部２３に出力する。駆動部２３は、ア
ンプ２３ａから構成されており、増幅部２２が入力端子
に接続されることにより、増幅部２２のアンプ２２ａで
増幅された信号が入力されている。これにより、駆動部
２３にて、上記信号の電流増幅が行なわれ、圧電トラン
ス２４に出力されるようになっている。

【００２４】このような構成のイオン発生装置２０によ
れば、図１及び図２に示したイオン発生装置１０と同様
に、圧電トランス２４及び負荷電極２５の合成により決
まる共振周波数が、帰還抵抗２６によりフィードバック
されることにより、そのときの環境特性に適合した共振
周波数に対応した周波数の駆動信号が生成されることに
なる。従って、環境特性が変動したとしても、そのとき
の環境特性に適合した共振周波数に追従して駆動信号が
生成されるので、常に安定したコロナ放電が行なわれ、
除電効率が向上することになる。

【００２５】上述した実施形態においては、イオン発生
装置１０，２０は、静電気除電装置として構成されてい
るが、他の用途、例えば空気清浄器等にも適用すること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、小
型で且つ軽量に構成されると共に、コロナ放電を確実か
つ安定的に発生するようにしたイオン発生装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイオン発生装置の一実施形態の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１のイオン発生装置における高圧電源ユニッ
トの構成を示すブロック図である。

【図３】図１のイオン発生装置における出力電圧効率と
帰還抵抗比の関係を示すグラフである。

【図４】図１のイオン発生装置の具体的な回路構成を示
す回路図である。

【図５】従来のイオン発生装置の一例の構成を示すブロ
ック図である。

【図６】図５のイオン発生装置の除電動作を示す説明図
である。

【図７】圧電トランスを使用したイオン発生装置の一例
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０，２０・・・イオン発生装置、１１，２１・・・直
流電源、１２・・・高圧電源ユニット、１３・・・針状
のコロナ放電電極（負荷電極）、１４，２２・・・増幅
部、１５，２３・・・駆動部、１６，２４・・・圧電ト
ランス、１７，２６・・・帰還抵抗、２５・・・負荷電
極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野寺 義則 宮城県登米郡中田町宝江新井田字加賀野境 30番地 ソニー・プレシジョン・マグネ株 式会社内 Ｆターム(参考） 5G067 AA70 DA01 DA18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動信号を圧電トランスにより昇圧し
   て、負荷電極からコロナ放電させるようにしたイオン発
   生装置であって、圧電トランスと負荷電極の合成によっ
   て決まる圧電トランスの自己発振周波数に対応した信号
   を、上記負荷電極の−（マイナス）側に接続された帰還
   抵抗により駆動信号にフィードバックすることで、その
   ときの環境特性に適合した共振周波数に対応した周波数
   の駆動信号が生成される構成としたことを特徴とする、
   イオン発生装置。
2. 【請求項２】 上記帰還抵抗の抵抗値が、圧電トランス
   の二次側から出力される駆動信号の電圧の効率を低下さ
   せない程度に小さく設定されていることを特徴とする、
   請求項１に記載のイオン発生装置。