JP2004087493A - イオン発生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 イオン測定装置を備え、その検出値に基づいてイオンの発生量を制御可能としたイオン発生装置を提供する。
【解決手段】 イオン発生装置は、イオン発生電極と、そのイオン発生電極にイオン発生のために高電圧を印加するイオン発生用高電圧発生部とを有するイオン発生ユニット30と、イオン発生ユニット30の配置される雰囲気の環境情報を検出する環境情報検出部80と、環境情報検出部80による検出結果に基づいて、イオン発生ユニット30によるイオンの発生動作を制御する制御部とを有する。
【選択図】 図1

Description

 この発明は、イオン発生装置に関する。
 昨今においては、健康への関心の高さや環境への配慮への意識向上は目覚しいものがあり、空気の浄化や殺菌、あるいは消臭などを目的として、イオン発生装置が使用されている。また、それに関連して、人体への影響等を慮って、大気中の正負のイオンの状態を測定するイオン測定器などが使用されている。従来、大気中のイオンを測定する技術として、検知用電極に高電圧を印加し、その電極に吸引されたイオンの電荷からイオンを測定するイオンカウンタなどが知られているが、装置が大掛かりになってしまうため、一般の生活環境下等での使用を想定した小型のイオン測定器に対する需要も高まりつつある。その一例として、特開平6−194340号公報に開示されたものがある。このイオン測定器においては電源からの供給電圧を正または負に切り替えることにより正・負のイオンをそれぞれ判別しつつ測定できるように構成されている。
 ところで、上記公報に開示されたものも含め、従来のイオン測定装置においては、イオン吸着に伴う検知電極の電位変化に基づいてイオン測定を行なうのものなので、携行型か固定設置型かによらず、測定時に電荷吸着が生じていると誤差を生じやすい問題がある。
 また、上記の特開平6−194340号公報に開示されたイオン測定器は、正負両方のイオンを測定することが可能であるものの、極性の異なる電源を切り替えて使用する構成となっているので装置のコストアップが避けがたい。また電源切替を誤ると即、誤測定につながってしまう問題がある。さらに余分なスイッチ部を設けることは、浮遊容量増大や故障要因の増加にもつながるので望ましくない。
 本発明の課題は、イオン測定装置を備え、その検出値に基づいてイオンの発生量を制御可能とした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及び発明の効果
 上記課題を解決するために、本発明のイオン発生装置は、
 イオン発生電極と、そのイオン発生電極にイオン発生のために高電圧を印加するイオン発生用高電圧発生部とを有するイオン発生ユニットと、
 イオン発生ユニットの配置される雰囲気の環境情報を検出する環境情報検出部と、
 環境情報検出部による検出結果に基づいて、イオン発生ユニットによるイオンの発生動作を制御する制御部と、
 を備えたことを特徴とする。
 上記の構成によると、イオン発生装置の配置される雰囲気の環境情報を環境情報検出部により検出し、その検出結果に基づいて、イオン発生ユニットによるイオンの発生動作を制御するようにしたから、雰囲気中の環境状態に応じて発生イオン量を最適化することができ、ひいては常に必要十分なイオン発生効果を享受することができる。イオンの発生動作は、例えばイオン発生電極への平均印加電圧レベルを変化させることにより制御することができる。
 環境情報検出部は、雰囲気中のイオン量を測定するイオン測定装置を含むものとすることができる。この場合、制御部は、イオン測定装置によるイオンの検出濃度レベルが予め定められた目標値に近づくようにイオン発生ユニットの動作を制御するものとされる。このように構成すると、雰囲気中のイオン量をモニタしつつ、イオン発生ユニットの動作を制御することで、雰囲気中のイオン量を目標値近辺の常に最適の値に維持することができる。
 本発明に採用可能なイオン測定装置としては、以下のようなものを採用することができる。
(第一の構成)
 大気中のイオンが吸着することにより、該大気中のイオン濃度に応じた電位を生ずるイオン検知電極と、該イオン検知電極に生じた電位を増幅してイオン測定信号として出力する信号増幅回路とを含む主回路部を有し、信号増幅回路は、イオン検知電極からの入力電圧と、予め定められた参照電圧との差分を増幅してこれをイオン測定信号として出力する差動増幅回路を含んで構成され、差動増幅回路の出力電圧において、基準出力レベルよりも高電圧側の第一出力域と同じく低電圧側の第二出力域とが識別可能とされるとともに、それら第一出力域と第二出力域との一方が正イオンの検出状態に、同じく他方が負イオンの検出状態にそれぞれ対応するように前記参照電圧のレベルが定められている。
 上記の構成によると、イオン検知電極の電位と参照電圧との差分を差動増幅回路により増幅出力するとともに、差動増幅回路からの出力域が正イオンと負イオンとの各々の検出状態に対応する2つの出力域に分かれるように、参照電圧を設定するようにしたから、一つの差動増幅回路を用いた簡便な回路構成により、正負のイオンを区別して検出出力することができるようになる。
(第二の構成)
 大気中のイオンが吸着することにより、該大気中のイオン濃度に応じた電位を生ずるイオン検知電極と、該イオン検知電極に生じた電位を増幅してイオン測定信号として出力する信号増幅回路とを含む主回路部と、主回路部に電力を供給する電源部と、電源部による主回路部への電源投入時に、イオン検知電極に蓄積されている電荷を放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする。
 イオン検知電極に対しては、本来測定したいイオン以外にも、吸着水分やこれに溶解した炭酸ガスあるいはナトリウム成分などが吸着して、測定すべきイオンとは無関係な誤差電位が不可避的に発生することがある(以下誤差吸着という)。従ってイオン測定信号がイオン検知電極が吸着した電荷に基づくものである以上、こうした誤差吸着が生じることは、イオン測定の精度低下に直結するため、望ましくない。そこで上記構成のように電源投入時に誤差吸着により電極に蓄積されている電荷を放電させるようにすれば、測定前の誤差吸着等の影響が放電により必ずクリアされてから測定に移ることができるので、常に正確なイオン検知を行なうことができる。
 なお、誤差吸着は測定中にも多かれ少なかれ生じているので、例えば断続的に測定を繰り返す場合には、電源投入時のみならず、その測定インターバルを利用して放電処理を行なうようにすることもできる。また、タイマを用いて周期的に放電回路が作動するように構成してもよい。
 上記イオン測定装置において、報知回路は、測定結果としてイオン濃度値を報知するものとできる。具体的にイオン濃度値を表示する表示部としては、液晶表示装置や7セグメント表示器などを用いることができる。その場合、増幅回路の出力をA/D変換し、CPUを用いて濃度を数値表示することができるが、表示態様はこれに限られるものではない。
 また、より簡便な構成として、報知回路を、測定結果として得られたイオン濃度値の予め定められた基準値に対する大小関係のみを報知するものとして構成することもできる。具体的には基準値よりも大であるか小であるかの2状態をLED等の点灯/消灯によって報知することができる。
 本発明のイオン発生装置において、上記イオン測定装置の第一の構成を用いた場合は、雰囲気中の正負のイオンを簡便に測定しつつその測定結果に基づいて正負のイオンを区別したイオン発生制御を合理的に行なうことが可能となる。他方、第二の構成を用いた場合は前述の誤差吸着の影響を効果的に回避しつつ正確なイオン測定結果が得られ、その測定結果に基づいてイオン発生動作を的確に制御することが可能となる。上記イオン測定装置の第一の構成及び第二の構成は互いに組み合わせることもできる。
 他方、環境情報検出部は、雰囲気中の臭い成分及び/又は汚れ成分(以下、両者を総称して清浄阻害成分という)を検出する清浄阻害成分検出部を含むものとして構成することができる。この場合、制御部は、清浄阻害成分検出部の検出結果に基づいてイオン発生ユニットの動作を制御するものとすることができる。この構成によると、雰囲気中の臭い成分(例えばタバコの臭いや体臭など)、あるいは汚れ成分(炭酸ガスや有機汚染成分など)の濃度が高くなったとき、負イオン等の発生によりその分解を促進して清浄化を図ったり、あるいは負イオン量を相対的に増加させて臭い成分等の嗅覚等への影響を軽減させることができる。当然、臭い成分及び/又は汚れ成分の濃度が高くなれば、発生させるイオン量を増加させるようにイオン発生動作を制御することが望ましいといえる。清浄阻害成分検出部としては、予め定められた臭い成分あるいは汚れ成分の吸着により抵抗値を変化させる酸化物等の薄膜を用いた、吸着型抵抗センサなど、公知のものを使用することができる。
 イオン発生ユニットのイオン発生用高電圧発生部は、圧電セラミック素子板に入力側端子と出力側端子とが形成され、その入力側端子からの一次側交流入力電圧を、圧電セラミック素子板の機械振動を介して一次側交流電圧よりも高圧の二次側交流電圧に変換し、出力側端子からイオン放出電極に向けて出力する圧電トランスを含むものとして構成することができる。圧電トランスの採用により、イオン発生用高電圧発生部の大幅な軽量化及び小型化を図ることができる。負イオン発生を行なう場合、イオン発生電極への電圧印加極性が負の側に優位となるように、圧電トランスの二次側交流出力を変換する変換手段を設ける。
 また、イオン発生電極から発生するイオン発生量を制御する制御部を設けることができる。該制御部は、一次側入力波形生成回路の動作制御によりイオン発生量制御を行なうものとして構成すれば、高圧となる2次側出力を直接制御するよりも構成が簡略で済む。
 上記の制御部は、具体的には、イオン発生ユニットの出力電圧を断続的にスイッチングすることによりイオンの発生動作を制御するものとして構成することができる。圧電トランスは、使用する圧電セラミックスの特性上、駆動電圧や駆動周波数の範囲に相当の制限があるため、電圧或いは周波数により発生イオン量を広範囲に制御することは難しい。しかし、断続通電方式を採用する構成とすれば、圧電トランスでは面倒な電圧或いは周波数制御を強いて行なわなくとも、広範囲できめ細かいイオン発生量の制御を行なうことが可能となる。スイッチング制御は、例えば、トランジスタ等のスイッチング素子により、一次側入力波形生成回路への電圧印加をオン・オフすることによってデューティ比制御することができる。
 本発明のイオン発生装置は、イオン発生電極がイオン放出口を有する筐体内に配置される一方、イオン発生電極を経てイオン放出口へ向かう気流を発生させる送風機と、気流を、冷凍サイクル機構を用いて冷却又は加熱することにより空調済み気流となす空調機構とを備えたものとして構成できる。イオン放出口はその空調済み気流の吹き出し口に兼用される。また、環境情報検出部は、気流源となる外気の吸入経路上に配置することができる。このように構成すれば、吸い込み外気を環境情報検出部と接触させることにより、イオン吹き出し対象であり、かつ気流源ともなる雰囲気中の環境情報を的確に検知でき、ひいては雰囲気の空調状態に合わせた最適のイオン浄化効果を達成することができる。なお、ルームエアコンの屋外空気による換気モード、あるいは自動車用エアコンなどにおける車外空気の取り込みモードを採用する場合は、吸入する外気とは無関係に、室内空気と接する形で適当な場所に配置された環境情報検出部により、当該室内空気の環境情報を検出し、イオン発生ユニットの動作を制御するように構成することもできる。
 例えば、本発明のイオン発生装置は、部屋などに設置可能なほか、自動車その他の乗り物に備えるのにも好適である。特に乗用車などはその空間の大きさに比して長時間乗車するために、空気の浄化、殺菌、消臭などの目的でイオン発生装置が搭載されるケースも増えてきている。しかし機器を搭載するスペースも限られるため小規模に構成できるイオン発生装置が有用である。またその搭載するイオン発生装置は、居住空間の狭さや電源が限られていること、運転者が一人で乗車する場合は余計な操作を増やすのは望ましくないことなどから、イオン測定装置を備え、かつその検出した値に基づいて例えばイオン発生量が自動的に制御されるものであることが望ましいといえる。
 イオン発生装置を例えば、乗用車に搭載する場合、乗用車の前部パネル部やエアコンダクトに装備してエアコンの送風口から発生させたイオンを送出する形態を採用することもできる。この場合、イオン検知電極の配置箇所は、イオン発生電極の近傍とする必要性は必ずしもなく、例えば、室内の平均的なイオン量を検出するのに好適な別位置、例えば車内後方に配置するようにしてもよい。また、バスや鉄道車両等のより大型の乗り物に搭載する場合には、車両空間の複数箇所にイオン検知電極を配置し、例えばそれらを総合して発生量を制御することや、あるいはイオン発生装置自体を複数配置することも可能である。
 さらに、本発明のイオン発生ユニットは、イオン発生電極に付着する付着物を電気的発熱により焼失させるための電気的クリーニング機構を備えるものとして構成できる。上記構成によれば、イオン発生電極に付着した汚れを電気的発熱により焼失させる電気的クリーニング機構を設けたので、汚れを確実かつ簡単に除去することができ、ひいては汚れ付着によるイオン発生効率の低下を効果的に防止ないし抑制することができる。特に、イオン発生電極は先端が尖鋭に形成されている場合、イオン発生電界が集中する先端部に汚れ等が付着すると、イオン発生効率が極めて著しく妨げられる。そこで、電気的クリーニング機構により、該イオン発生電極の先端部に付着した付着物を焼失させるようにすれば、そのような不具合防止を図る上で極めて効果的である。この場合、イオン発生に寄与する電極の先鋭な先端部に付着した汚れを選択的に除去するようにすれば、クリーニングの目的は十分に果たすことができ、かつ電気的クリーニング機構による電気的発熱能力をそれほど高くしなくともよいから、装置の簡略化にも寄与する。
 なお、イオン発生電極は、対向電極を設けてコロナ放電形態によりイオン発生を行わせることも可能である。この場合は対向電極は集塵電極として活用することもできる。他方、この構成では、発生した負イオンが対向電極側に引き寄せられ、吸着や分解等によりイオン放出効率が必ずしも良好でない場合がある。従って、集塵電極が特に必要でない場合等においては、イオン発生電極を放電用対向電極を伴わない孤立電極として構成することが、イオン発生効率を高める上で有効である。この場合、イオン発生させるための放電形態は、コロナ放電に近いものであると考えられるが、明確な対向電極が存在しない点で一般に言うコロナ放電とは相違する。ただし、多くの場合、意図的に電極として機能させることを想定はしていないが、結果的に対向電極として機能してしまうような装置外の導電物が対向電極として機能する結果、事実上、コロナ放電と同一の形態になることもありうる。
 電気的クリーニング機構は、イオン発生電極と対向する火花放電用の火花放電対向電極と、イオン発生電極と火花放電対向電極との間に、火花放電用の高電圧を印加する火花放電用高電圧発生部とを備え、その高電圧印加にてイオン発生電極と火花放電対向電極との間に発生する放電火花により、イオン発生電極に付着した付着物を焼失させるように構成することができる。火花放電を使用すれば、火花の発熱を電極表面に効果的に集中することができ、付着した汚れ等を一層確実に除去することができる。さらに、イオン発生電極は先端が尖鋭に形成されている場合、火花放電対向電極を、電界集中しやすいイオン発生電極の先端部と対向させることにより、クリーニングのための火花放電を確実に生じさせることができる。
 火花放電させる際のイオン発生電極と火花放電対向電極との対向間隔(以下、ギャップ間隔という)は、印加電圧の大きさにもよるが、例えば7000V程度までの電圧であれば、2mm以下、望ましくは1mm以下とすることが、火花発生をより確実なものとする上で望ましい。また、放電火花の発生は連続的に行ってもよいし、電極温度の過度の上昇を避けるために間欠的に行うこともできる。
 この場合、火花放電対向電極をイオン発生電極に対して、イオン発生電極からイオン発生させるための離間位置と、火花放電対向電極とイオン発生電極との間で放電火花を発生させるための接近位置との間で少なくとも、相対的に接近・離間させる火花放電対向電極移動機構を設けることができる。イオン発生時には火花放電対向電極をイオン発生電極から離間させることで、本来イオンを発生させるべき時期に望まざる火花放電が生ずることを効果的に防止できる。ただし、火花放電対向電極とイオン発生電極との対向距離を固定として、イオン発生時よりも高電圧を電極間に印加することにより、火花放電を生じさせるようにしてもよい。
 一方、電気的クリーニング機構は、イオン発生電極を抵抗発熱させることにより、イオン発生電極に付着した付着物を焼失させる抵抗加熱機構を含むものとして構成することもできる。イオン発生電極を、少なくともクリーニングしたい部位において抵抗発熱させることにより、汚れ等の付着物を効果的に除去することができる。通電加熱機構は、例えば、イオン発生電極に当接する当接位置と、該イオン発生電極から離間した離間位置との間で移動可能に設けられた通電部材と、イオン発生電極に当接させた状態にて該通電部材を介してイオン発生電極に抵抗発熱用の電流を通電する通電加熱電源部とを備えるものとして構成できる。特に、先端が先鋭に構成されたイオン発生電極の場合、通電断面積が縮小する該先端部に通電部材を当接させて通電を行うことにより、イオン発生させる上で重要な電極先端部を選択的に昇温させることができ、ひいては電極先端部の付着物除去(クリーニング)を小電力で確実に行うことが可能となる。
 本発明のイオン発生装置では、イオン発生電極のクリーニングのために、予め定められたタイミングにて電気的クリーニング機構を自動作動させるクリーニング機構自動制御部を設けることができる。このようにすると、イオン発生電極のクリーニングを自動的に行うことができ、イオン発生電極を常時清浄な状態に保ちやすくなる。
 図1は、本発明の一実施形態をなすイオン発生装置を示すものである。イオン発生装置はイオン発生ユニット30とイオン測定装置80とを有する。イオン発生ユニット30は、プラスチック成形体にて構成された筐体としての中空のケース31を有する。該ケース31の形状は特に限定されるものではないが、ここでは前後に長いやや偏平な形状を有し、その側面のひとつにイオン放出口32が形成されている。また、ケース31の側面には、電源スイッチ33が設けられている。また、イオン測定装置80はイオン発生ユニット30とは別体構成され、これに外付け接続されるようになっている。
 ケース31にはイオン発生ユニット30の全体回路34が収められている。図6は、イオン発生ユニット30の全体回路34の構成を示すもので、電源ユニット28に送風機29とイオン発生用主回路ユニット35とが、それぞれコネクタ18,20及び接続ケーブル19,21を介して接続された構成を有する。一方、電源ユニット28には、電源プラグ26及び電源コード25がコネクタ24を介して接続されており、これらを介して図示しない外部交流電源(例えばAC100V)から受電するようになっている。電源ユニット28においては、電源スイッチ33及びヒューズ23を介して受電した交流入力が、トランス16にて所定電圧(例えば、peak to peakにて32V)に降圧され、さらにダイオードブリッジ17により全波整流された後、コンデンサ11〜13と三端子レギュレータ14とを含んで構成された安定化部15により電圧が安定化されて、送風機29とイオン発生用主回路ユニット35とにそれぞれ分配される。イオン発生用主回路ユニット35は、図8に示すような絶縁性基板10上に実装され、イオン発生電極27に高電圧を印加する高電圧発生部として機能するものである。
 次に、イオン測定装置80は、測定金属板94と表示部(例えばLED表示部であるがこれに限定されない)95を備える。イオン測定装置80はイオン発生ユニット30の本体とは別体に設けられているので、イオン発生ユニット30の設置位置に拘束されることなく、イオン測定装置80の設置位置を自由に選べるので便利である(例えば、車両後部など)。本実施形態ではイオン測定装置80からのイオン測定信号が信号線80a(図1参照)により有線にてイオン発生ユニット30に送信されるようになっているが、無線送信するようにしてもよい。他方、イオン測定装置80をイオン発生ユニット30に内蔵することももちろん可能である。この場合、図1に破線で示すように、測定金属板94と表示部95とをケース31の前面部に設けることができる。
 図2に示すように、イオン測定装置80の測定・表示回路(主回路部)は、イオン検知電極である測定金属板4、信号増幅部100、参照電圧設定部101、比較回路部102、参照電圧安定化部103、LED表示部104及び放電回路105とを備えている。また、それら回路に電圧を供給する電源部106(図3参照)も備えている。電源部106は電池式であり、電池Bが着脱される。
 図3は測定・表示回路(主回路部)の詳細を示す回路図である。
 参照電圧設定部101は、9Vの電源電圧を、抵抗R1及びR2によって分圧設定される参照電圧(ここでは+4.5V)を発生させるものであり(C1,C2はノイズ除去用のコンデンサである)、その出力はオペアンプIC1Aの+端子に接続されている。オペアンプIC1Aはいわゆるボルテージホロワとして機能している。該参照電圧は、信号増幅部をなす単極性オペアンプIC1Bの+端子に可変抵抗VR1によって微調整されつつ入力されている。また、参照電圧安定化部103は、参照電圧設定部101のオペアンプIC1Aからの出力端子に接続され、参照電圧設定部101の出力に対し、適当な負荷インピーダンスを与えることによりこれを安定させる役割を果たしている。
 次に、信号増幅部100は、単極性のオペアンプIC1Bと抵抗R6、R7及びコンデンサC4を含んで構成され、+端子に入力された参照電圧と、イオン検知電極4がイオン吸着するのにともなって生ずる電圧(電位)との差電圧を反転増幅する差動増幅回路を形成している。オペアンプIC1Bには単極性アンプを用いているが、オペアンプIC1Bの+端子には参照電圧設定部101からオペアンプIC1Bの出力電圧範囲の中間(ここでは0Vと9Vとの間の4.5V)の参照電圧が入力されているため、−端子に入力される電圧の極性が正負のいずれであっても検出することが可能となっている。すなわち、オペアンプIC1Bからはイオン検知電極4の電位がゼロ(つまり正負いずれのイオンも検出していない状態)の場合を基準として、イオン検知電極4に生じた電位が正(つまり正イオンが吸着した状態)であれば、参照電圧に対応して定まる基準出力レベル(ここでは4.5V)より低電圧の出力(低電圧側の第二出力域)がなされ、イオン検知電極4に生じた電位が負(つまり負イオンが吸着した状態)であれば該基準出力レベルより高電圧の出力(高電圧側の第一出力域)がなされる。本実施形態では、基準出力レベルが差動増幅回路の出力域(0〜9V)の中間に定められている。ここでは、基準出力レベルよりも高電圧側を負イオン検出状態、低電圧側を正イオン検出状態としているが、もちろん、これと逆にしてもよい。
 また、差動増幅回路の出力は、基準出力レベルからの差分が負イオンないし正イオンの検出量に応じ、差動増幅回路の出力域内で増加することとなる。なお、差動増幅回路の増幅率は、上記差分1Vあたりの検出イオン個数が20万〜60万個/cm(例えば40万個/cm)となるように定めてある。ここでは増幅率を決める抵抗R6、R7は、それぞれ10kΩ、100MΩのものを使用しており、増幅率はおおよそ1×105である。また、コンデンサC4は、ノイズやイオン検知電極4に吸着されるイオン数のばらつき等による微細な電圧の上下動を吸収する役割を果たす。
 次に、比較回路部102は、オペアンプIC2Bに正帰還抵抗R13を付加したヒステリシス付きコンパレータとして構成され、可変抵抗VR2にて所定の負イオン検出イオン量に対応した表示閾電圧の設定及び微調整がなされている。なお、ヒステリシス付きコンパレータとしてあるのは、測定金属板4に吸着するイオン量の変化に過敏に反応しないための不感帯を設けるためである。一方、LED表示部104は、イオン濃度の状態を報知LED5により報知するもので、オペアンプIC2Bからの出力があるとトランジスタTR1が通電し報知LED5が点灯する。
 大気中のイオンがイオン検知電極4に吸着するとイオン検知電位が発生し、信号増幅部100のオペアンプIC1Bの+端子に入力されている参照電圧との差電圧が反転増幅されオペアンプIC1Bから出力される。オペアンプIC2Bはその出力を表示閾電圧Vsと比較し、Vsより大であれば所定レベル以上の負イオン検出を報知するためにLED表示部104のトランジスタTR1をONして報知LED5を点灯させ、Vsより小であればトランジスタTR1はOFFのままで報知LED5は点灯しない。
 なお、上記のようなLED表示部104に代え、液晶表示板や7セグメント表示器などを用いて、計測した具体的なイオン濃度値を表示するようにしても良い。その場合、比較回路部102の代りに濃度値演算部(例えばCPU)を用い、入力値のイオン濃度値への変換と出力の表示制御とを行なう。また信号増幅部100とはA−Dコンバータを介して接続する。
 次に、図3において、放電回路105は、前記した誤差吸着等により測定金属板4に蓄積された電荷を放電する回路である。ここでは、放電回路105は測定金属板4に直結されており、電源投入時に上記放電のための動作を行なう。具体的には、放電回路105は、測定金属板4の放電用接地経路105b上に設けられた放電スイッチング素子としてのフォトMOSリレーRy1と、電源投入を検出して一定時間だけ放電スイッチング素子(フォトMOSリレーRy1)を放電可能状態に維持した後、放電不能状態に切り替えるための制御信号発生部105aとを含む。
 本実施例では、制御信号発生部105aは、電源受電後に一定時間だけ放電可能状態に対応した第一電圧レベル状態を形成するための遅延回路部105c(ここでは、コンデンサC5と抵抗器R17とを含む)と、波形成形部としてのシュミットトリガインバータIST1と、さらに、電源遮断時にコンデンサC5の還流放電路を形成するダイオードISSと抵抗器R16とを含んでいる。
 図4(a)に示すように、放電回路105は、電源が投入されると、図内のa〜c点の電位が図5に示すタイミングチャートに従って変化する。まず、電源が投入されるとシュミットトリガインバータIST1も作動を開始するが、入力側はコンデンサC5に電荷が蓄積されるまではLOW入力されるため、出力側のb点においてはHの出力がなされる。これによりフォトMOSリレーRy1がターンオンし、測定金属板4はRy1を経て設置経路105bにより接地され、蓄積されていた電荷が放電する。その後、コンデンサC5が充電されると、a点の電位は充分高くなりシュミットトリガインバータIST1の入力がHレベルになり出力であるb点の電位はLレベルとなり、フォトMOSリレーRy1はオフになって測定金属板4は接地状態を解除される。なお、コンデンサC5が充電されるまでの時間は測定金属板4に蓄積された電荷を放電するために要する時間よりも十分に長いものとしてある。また、電源遮断時には、コンデンサC5に蓄積された電荷はダイオードISS133と抵抗R16からなる還流放電路を循環して放電される。
 なお、放電回路105は、電源投入時に動作させる態様に限らず、例えば、信号増幅部100の出力(すなわちイオン測定値出力)をモニタして、その値が一定以上(Vq)の大きさであることを検知すると、電極板に何らかの異常が発生したと判断して放電動作を行なうようにすることもできる。さらに、イオン発生装置の動作中に、一定時間毎に測定金属板4の放電動作を行なわせるようにすることも可能である。
 さらに、図4(b)に示すように、放電スイッチング素子(フォトMOSリレーRy1)の動作をCPU107により、プログラム制御するようにしてもよい。図11のフローチャートは、その制御パターンの一例を示すものである。まず、S1においてCPUに内蔵されたタイマを参照してそれが予め定められた値であれば、放電回路への出力(つまり、フォトMOSリレーRy1の動作信号の出力)を行なうS5へと進む。そうでない場合は前回(N回目)取得のイオン濃度値を参照し、今回(N+1回目)取得の値と比較してその差が規定値Qより大きいか否かを判定する(S2〜S4)。この値がQより大きい場合、電極板に何らかの異常が発生した可能性を考慮してS5へ進み放電回路への出力を指示する。放電回路への出力はS5で開始したカウンタが、S7で所定値に達するまで出力を維持する(S6)。
 図2に戻り、イオン発生ユニット30は、入力部36、発振部37、スイッチング部38、昇圧部39及び変換部(変換手段)40を含む。図7は、イオン発生ユニット30の具体的な回路構成の一例を示すものである。昇圧部39は、圧電トランス70を含んで構成される。これは、圧電セラミック素子板71に入力側端子72a,73aと出力側端子74aとを形成し、その入力側端子72a,73aからの一次側交流入力電圧を、圧電セラミック素子板71の機械振動を介して一次側交流電圧よりも高圧の二次側交流電圧に変換し、出力側端子74aからイオン発生電極27に向けて出力するものである。一方、変換部40は、イオン発生電極27への電圧印加極性が負の側に優位となるように、圧電トランス70の二次側交流出力を変換するものである。これにより、イオン発生電極27は主に負イオン発生源として機能することとなる。
 入力部36は、電源ユニット28からの直流定電圧入力をコネクタ22(図6も参照)と調整用の抵抗器(図示せず)を介して、回路各所に分配する役割を果たす。一方、発振部(発振回路)37は、直流定電圧入力を受けて、圧電トランス70(図7参照)への一次側交流入力に対応した周波数にて発振波形を生成する。この発振部37は、本実施形態では、図7に示すようにオペアンプ62と、負帰還側の抵抗器52とコンデンサ53にて構成される方形波発振回路を中心として構成されている。なお、抵抗器54,55及び56は、発振入力の基準電圧、つまり、発振の電圧振幅の中心値を規定するためのものであり、可変抵抗器56により、その設定値を変更できるようになっている。
 また、スイッチング部(スイッチング回路)38は、発振部37からの波形信号を受けて、電源ユニット28からの直流定電圧入力を高速スイッチングすることにより、圧電トランス70の一次側への入力交流波形を生成する。具体的には、スイッチング部38は、1対のトランジスタ65,66を含むプッシュプルスイッチング回路として構成されている。これらトランジスタ65,66は、オペアンプ62の出力(43はプルアップ抵抗である)によりオン・オフし、発振部(発振回路)37の発振周波数にて発振する方形波交流波形を生じさせる。この波形が圧電トランス70の一次側に入力される。
 次に、昇圧部39には圧電トランス70が用いられている。圧電トランス70の圧電セラミック素子板71は横長板状に形成され、その板面長手方向中間位置にて、板厚方向に分極処理された第一板状領域71aと、板面長手方向に分極処理された第二板状領域71bとに区切られている。そして、第一板状領域71aの両面を覆う形で、入力側端子72a,73aが接続される入力側電極対72,73が形成される一方、第二板状領域71bの板面長手方向の端面に、出力側端子74aが接続される出力側電極74が形成されている。
 上記の構成の圧電トランス70では、入力側電極対72,73を介して第一板状領域71aに対し交流入力を行うと、第一板状領域71aではその分極方向が厚さ方向であるから、長手方向に伝播する板波が板厚方向の電界と強く結合する形となり、電気エネルギーの大半が、長手方向に伝播する板波のエネルギーに変換される。他方、この長手方向の板波は第一板状領域71bに伝わるが、ここでは分極方向が長手方向であるから、該板波は長手方向の電界と強く結合する。そして、入力側の交流周波数を圧電セラミック素子板71の機械振動の共鳴周波数に対応(望ましくは一致)させるとき、圧電セラミック素子板71のインピーダンスは、入力側ではほぼ最小(共振)となるのに対し出力側ではほぼ最大(反共振)となり、このインピーダンス変換比に応じた昇圧比により一次側入力が昇圧されて二次側出力となる。
 このような作動原理を有する圧電トランス70は構造が簡単であり、また、鉄芯を有する巻線型トランスと比較すると非常に軽量・コンパクトに構成できる利点がある。そして、負荷の大きい条件ではインピーダンス変換効率が高く、安定で高い昇圧比を得ることができる。また、イオン放出に伴う放電電流の発生を除けば負荷開放に近い条件で駆動されるイオン発生装置では、イオン発生に適した高圧を安定的に発生することができ、前記の圧電トランス特有の利点も有効に活用することができる。
 圧電セラミック素子板71の材質は、例えば本実施例ではジルコン酸チタン酸鉛系ペロブスカイト型圧電セラミック(いわゆるPZT)にて構成している。これは、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛との固溶体を主体に構成されるものであり、インピーダンス変換効率に優れていることから本発明に好適に使用できる。なお、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛との配合比は、ジルコン酸鉛/チタン酸鉛のモル比にて0.8〜1.3程度とすることが、良好なインピーダンス変換効率を実現する上で望ましい。また、必要に応じてジルコニウムあるいはチタンの一部を、Ni、Nb、Mg、Co、Mn等で置換することもできる。
 なお、PZT系の圧電セラミック素子板は、駆動周波数が極端に高くなると共振尖鋭度が急速に鈍くなり、変換効率の低下を招くことから、一次側交流入力の周波数は、40〜300kHz程度の比較的低い周波数範囲にて、圧電セラミック素子板71の機械的共鳴周波数に対応した値に設定することが望ましい。逆に言えば、圧電セラミック素子板71の機械的共鳴周波数が上記の周波数範囲に収まるように、圧電セラミック素子板71の寸法を決定することが望ましい。
 また、PZT系の圧電セラミック素子板を使用する場合、その一次側交流入力の電圧レベルは、負イオンの発生効率を確保し、かつ素子の耐久性確保の観点から、15〜40V程度に設定することが望ましい。これにより、イオン発生電極27への印加電圧レベルは、前記の一次側交流入力の周波数範囲(40〜300kHz程度)を考慮すれば、500〜7000V程度(例えば2000V)を確保できる。
 次に、変換部40は、この実施例では、圧電トランス70の出力側端子74aからの末端が接地され、その中間からイオン発生電極27が分岐して接続されるとともに、ダイオード76はイオン発生電極27の分岐点よりも下流側に接続されている。本実施形態では、耐電圧を確保するために複数個(ここでは4個)のダイオード76を直列接続している。
 具体的にはイオン発生電極27を負極性にチャージアップさせる向きの電荷移動は許容し、これと逆向きの電荷移動を阻止してイオン発生電極27への電圧印加極性が負の側に優位となるように、圧電トランス70の二次側交流出力を変換するものである。これにより、イオン発生電極27は常時負極性に帯電されてその周囲には負イオン発生に好都合な電解勾配が生じ、負イオンを安定的に発生することができる。正の半波が出力されたときはダイオード76によって接地側への放電を阻止し、負の半波が出力されたときはイオン発生電極27に入力している。
 一方、圧電トランス70の二次側交流出力を発振部(発振回路)37に帰還させるための経路75a上に、帰還キャパシタンスが設けられている。圧電トランス70は、作動の安定化を図るために、圧電セラミック素子板71の共鳴周波数を中心とした比較的狭い範囲に駆動周波数を維持することが必要である。上記のような帰還キャパシタンスを設けることは、圧電トランス70の駆動周波数を安定化させる上で有効である。
 本実施形態では、圧電トランス70の圧電セラミック素子板71と絶縁性基板10の基板面とが互いに略平行となるようにしている。絶縁性基板10は、例えばガラス繊維強化プラスチック板等で構成される。そして、絶縁性基板10の裏面側において圧電セラミック素子板71に対応する領域が金属膜電極75にて覆われており、該金属膜電極75と圧電セラミック素子板71とが、絶縁性基板10の両者の間に位置する部分とともに帰還キャパシタンスを構成している。なお、図8(a)は絶縁性基板10の表面側の平面図、(b)は裏面側のレイアウトを示す表面側からの透視図、(c)は横断面図である。帰還キャパシタンスは単体のコンデンサ部品として構成してもよいが、圧電セラミック素子板71を帰還キャパシタンスの構成要素の一つとして流用することにより、コンデンサ部品を省略することが可能となり、基板のコンパクト化に寄与する。また、圧電セラミック素子板71を絶縁性基板10と略平行に取り付ける構造となるので、デッドスペースが生じにくく、コンパクト化に一層寄与する。なお、10aは実装部品の配線パターンである。
 イオン発生電極27は、先端をイオン放出口32に臨ませる形でケース31内に配置されており、発生したイオンが効率的にイオン放出口32から放出される。一方、イオン発生用主回路ユニット35は、イオン放出口32へ向かうイオン流を妨げないように、イオン放出口32から外れた位置に配置されている。そして、送風機29は、そのイオン放出口32に対応する位置においてイオン発生電極27の後方側に配置されている。これにより、イオンを発生させるイオン発生電極27に対し、イオン放出口32に向かう風を直接送ることができるので、イオン流を効率的にイオン放出口32から放出させることができる。送風機29は、イオン発生電極27を経てイオン放出口32へ向かう風を発生できる形であれば、他の位置、例えばイオン発生電極27の前方側に配置されていてもよい。しかしながら、オキソニウムイオン(H)と比較して大気中の安定性が幾分小さいヒドロキシルイオン(H )が負イオンとして発生する場合、送風機29を後方側に配置する方が、前方側に配置する場合よりも、発生した負イオンがより安定に放出できる場合がある。
 図6において、電源プラグ26を外部交流電源たるコンセントに接続し、電源スイッチ33をオンにすると直流定電圧が供給され、送風機29及びイオン発生用主回路ユニット35が作動する。イオン発生用主回路ユニット35では、図6、図2の入力部36にて直流定電圧の供給を受け、発振部37及びスイッチング部38の作動により方形波交流を発生させるとともに、これが圧電トランス70の入力側端子72aに調整用抵抗67(波形調整用の可変抵抗67aを含む)を介して一次側交流入力として入力される。圧電トランス70は、前述の作動原理に従いこれを昇圧し、出力側端子74aから二次側交流出力として出力する。
 圧電トランス70の二次側が負の半波を出力するとき、イオン発生電極27は負にチャージアップする。これにより、イオン発生電極27の周囲には負イオン発生に好都合な電界勾配が生じ、周囲の空気中の分子、例えば水分子を、ヒドロキシルイオン(H )等の形でイオン化する。すなわち、負イオンを発生させる。次いで、正の半波が出力されるときは、イオン発生電極27はチャージした負電荷を接地側に放電しようとするが、この電荷の流れはダイオード76により阻止される。かくして、イオン発生電極27の負極性帯電状態が常時維持され、負イオンを安定的に発生させることができる。
 ところで、一般生活用の負イオン発生装置として、空気清浄効果、殺菌効果あるいは消臭効果等を有効に引き出すためには、イオン発生電極27の電極先端から前方側に、1m離間した位置において測定される1cm当りの負イオン発生量が10万個以上のイオン発生量を確保することが望ましい。この場合、イオン発生電極27への印加電圧は1000〜3000Vとするのがよい。また、圧電トランス70の二次側出力電圧は、前述の通り変換部40にて整流された負極性脈流の形でイオン発生電極27に印加される。イオン発生放電がいわゆる無声放電に近い形態となる場合、空気中ではオゾンを発生しやすい問題がある。オゾンは酸化力が強く、殺菌力や有機物等への酸化分解力にも優れているが、発生量が多くなると不快な刺激臭が強くなってしまう欠点がある。例えば、上記の脈流の周波数(整流前の交流周波数で代用する)が大きすぎると、オゾン発生量が増大してオゾン臭が強まる場合がある。この観点において、イオン発生電極27に印加される脈流周波数は150kHz以下とするのがよく、これによってオゾン発生量を0.1ppm以下に留めることができ、かつ過度のオゾン臭の発生を抑制することができる。
 他方、少量のオゾンの発生は、負イオンとの相乗効果により殺菌効果等をより高めることができる。この観点において、オゾン発生量は0.01ppm以上0.04ppm以下とするのがよい。この場合、イオン発生電極27への印加電圧を1500〜5000Vとし、脈流周波数を50〜150KHzとするのがよい。また、本実施形態のように、本質的に対向電極を有さない、先鋭先端を有する接地されたイオン発生電極27を用いることも、オゾン発生を抑制する観点において有効である。
 次に、本実施形態のイオン発生ユニット30は、イオン測定装置80の測定結果に基づいて、制御部110によりイオン発生動作が制御されるようになっている。図2には、その制御系のブロック図を簡略化して示している。具体的には、イオン測定装置80が測定するイオン濃度が予め定められた目標値(あるいは範囲)に維持されるよう、CPUを主体とする制御部110がイオン発生ユニット30のイオン発生動作を制御する。
 本実施形態においては、図7において、1次側交流入力を作るための発振部37の発振動作の継続/停止により、圧電トランス70の動作をデューティ比制御し、イオン発生量の平均値を変化させるようにしている。具体的には、オペアンプ62の+端子に、電源電圧(+32V)と抵抗器54及び55(56は微調整用である)とにより分圧調整されたj点の電圧が、方形波発振の基準電圧(ゼロでない正の一定値である)として入力されるようになっているが、j点を接地レベルに落とすための接地線57aが設けられ、ここにスイッチング素子としてのトランジスタ57が設けられている。
 オペアンプ62の−端子には、コンデンサ53と抵抗器52との時定数により周期的に変動するk点の電圧(単極性オペアンプ62の出力フィードバックを受けるので、常に負でない値となる)が入力される。そして、トランジスタ57がONであれば、j点の電圧は基準電圧となるから、k点の電圧との大小関係により一定周期の方形波発振がなされる。他方、トランジスタ57がOFFのときは、j点の電圧は接地レベルとなり、k点の電圧は常にこれよりも大きくなるので、オペアンプ62の発振ひいては圧電トランス70の動作は停止する。
 そして、制御部110は、イオン測定装置80からのイオン測定信号(信号増幅部100の出力である)を受け、例えばそのイオン測定信号の目標値からの隔たりに応じたデューティ比のスイッチング信号をトランジスタ57に向けて出力する。これにより、トランジスタ57は、該デューティ比によりオン/オフされ、圧電トランス70も該デューティ比により動作/停止を繰り返してイオン発生量が調整されることとなる。
 図9においては、制御部110は、信号増幅部100からのイオン検出電圧と、公知の三角波(あるいはのこぎり波)発生回路113の波形とをコンパレータ112に入力することにより、該コンパレータ112にトランジスタ57へデューティ比スイッチング出力させる形としている。また、図10のように、信号増幅部100からの出力電圧をA/D変換部108にてA/D変換し、CPU107におけるプログラム処理により、トランジスタ57へデューティ比スイッチング出力を行なわせるようにしてもよい。
 なお、上記実施形態では、イオン発生量測定装置80によるイオン検出量に基づいて、イオン発生ユニット30の動作を制御するようにしていたが、例えば図24に示すように、臭いセンサ213あるいは汚れセンサ212の検出状態に基づいてイオン発生ユニット30の動作を制御するようにしてもよい。例えば、臭い成分や汚れ成分の検出量が多いほど、イオン発生ユニット30による負イオン発生量が多くなるように制御を行なうことができる。
 なお、本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。すなわち、図1に示すイオン発生ユニット30を、図7の回路構成の負イオン発生ユニット30を有するものとして構成した。圧電セラミック素子板71の組成として、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛と配合比はモル比でほぼ1:1、添加元素としてNbを約2重量%含有するものを選定し、例えば長さ52mm、厚さ1.85mm、幅13mmの寸法に形成した。また、イオン発生電極27は厚さ約0.2mmのNi板にて構成し、その放電部は、長さ約5mmにて尖鋭に形成した。絶縁性回路基板10はガラス繊維強化プラスチック板にて構成した。
 そして、圧電トランス70への一次側交流入力の周波数を約70kHzとして圧電トランスへの入力側電圧を様々に変動させて作動させた。そして、その状態にて、イオン発生電極27の電極先端から前方側に1m離間した位置において、1cm当りの負イオン発生量を市販のイオンカウンタ(供給元:日本MJP株式会社、製品名:エアーイオンカウンタ、No.IC−1000)を用いて測定した。その結果、入力電圧(peak to peak)にて7V前後で出力側電圧は1000V(peak to peak)に近づき、400個/cm程度のイオン発生が認められた。また、入力電圧を増加させるに伴い、出力側電圧及びイオン発生量は単調に増大し、入力10Vにて出力約1600V、イオン発生量は測定装置フルスケールの略200万個/cmに到達した。また、オゾン発生量を市販のオゾン濃度計(荏原実業(株)製、AET−030P)にて測定したところ、オゾン発生量は0.01〜0.21ppmであり、オゾン臭も感じられなかった。その後、入力を33Vまで増加させたところ、出力は約5800Vまで増加した。なお、イオン発生量はさらに増加していると推測されたが、スケール飽和のため確認できなかった。
 図1のイオン発生ユニット30は、イオン発生電極27に向けて気流を送る送風機(シロッコファン)29をケース31内に組み込んだ構成であったが、イオン発生機構を冷暖房等の空調装置内に組み込んで、その空調された気流に発生したイオンを混入させる構成も可能である。具体的には、気流を、冷凍サイクル機構を用いて冷却又は加熱することにより空調済み気流となす空調機構を備え、イオン放出口をその空調済み気流の吹き出し口に兼用する構成とすることができる。
 図12(a)は、そのような空調機構(エアコンユニット)200を概念的に示すものである。冷凍サイクル機構は、閉回路を構成する冷媒ガスの主配管199、その配管経路上に設けられて冷媒ガスを圧縮するコンプレッサー205、その圧縮された冷媒ガスをラジエター(放熱部)208により冷却して液化させる凝縮器206、減圧絞り機構等により構成され、液化した冷媒ガスを減圧する減圧器207、減圧した冷媒ガスを冷却対象物である気流と管壁間接的に接触させて蒸発させ、該冷媒ガスの蒸発時の気化熱を気流から奪ってこれを冷却する蒸発器204とを含む。このような冷凍サイクル機構自体は公知のものであるので詳細な説明は省略する。
 蒸発器204は空調機ケース3101に収納されるとともに、図12(c)に示すように、ファン209により、該空調機ケース3101に形成された気流取り込み口201cからフィルタFを介して外気が吸入され、蒸発器204と接触することにより冷却された後、吹き出しダクト201aを通って吹き出し口201dから空調済み気流となって吹き出される。以上は、冷房として使用する場合の動作であるが、コンプレッサー205による圧縮冷媒ガスの送り方向を反転可能に構成し、反転駆動時において凝縮器206と蒸発器204との機能を入れ替えることにより、凝縮器として機能反転させられた蒸発器204により外気を加熱して吹き出すこと、すなわち暖房として使用することも可能である。
 そして、空調済みの気流は、筐体としての吹き出しダクト201a内の取付け部203上に配置されたイオン発生電極27と接触し、負イオンを含んだ空調済み気流となって放出される。なお、図12(b)に示すように、含有させる負イオン量を増加させる目的で、複数のイオン発生電極27を吹き出しダクト201a内に設けることもできる。この場合、個々のイオン発生電極27に対応してイオン発生用主回路ユニット35も複数設けることができる。また、ファン回転数により吹き出す気流量が調整可能となっている場合には、作動させるイオン発生電極27及びイオン発生用主回路ユニット35の組の数を増減させること、具体的には吹き出す気流量が多い場合に、より多くのイオン発生電極27及びイオン発生用主回路ユニット35の組を作動させるように構成することもできる。
 また、上記のようにエアコンユニット200にイオン発生装置を組み合わせる場合においても、図24に示すように、イオン発生量測定装置80、臭いセンサ213及び汚れセンサ212の、1ないし2以上のもの(以下、環境情報検出部304と総称する)の検出状態に基づいて、イオン発生ユニット30の動作を同様に制御することが可能である。この場合、図12(c)に示すように、環境情報検出部304は、気流源となる外気の吸入経路上、例えば気流取り込み口201cに臨む位置、あるいは吸い込んだ気流の通路となるダクト内に配置することができる。
 以下、電気的クリーニング機構を備えたイオン発生装置の実施形態について説明する。図13はその一例を示す平面断面図である。ケース31内には、イオン発生電極27と、前記した全体回路34を構成するイオン発生用主回路ユニット35とが設けられている。イオン発生電極27は金属、例えばNi又はNi合金により、先端が尖鋭に形成される。ここでは、本体部先端に尖鋭な放電部27a(以下先端部27a)が一体化された板状形態をなしており、本体部7bにおいてねじ等によりによりケース31内に取り付けられている。なお、図1に示すイオン発生ユニット30のケース内レイアウトも、後述する電気的クリーニング機構79の部分を除いて、基本的に該図13と同様に構成できる。
 次に、図13のイオン発生装置1000(あるいは同様のイオン発生ユニットを組み込んだ、図12等と同様のエアコンユニット200)には、イオン発生電極27に付着する付着物、具体的にはイオン発生電極27の先端部27aに付着した、埃や油分その他の汚れ物質からなる付着物を電気的発熱により焼失させる電気的クリーニング機構79を備えている。電気的クリーニング機構79は、具体的には、イオン発生電極27と対向する火花放電用の火花放電対向電極83を有する。そして、圧電トランス70を含む昇圧部39と変換部40とからなるイオン発生用高電圧発生部が火花放電用高電圧発生部に兼用され、イオン発生電極27と火花放電対向電極83との間に形成されるギャップに、火花放電用の高電圧が印加される。そして、その高電圧印加にてイオン発生電極27と火花放電対向電極83との間に発生する放電火花により、イオン発生電極に付着した付着物が焼失・除去される。なお、火花放電対向電極83は接地しておくこともできるが、火花放電時間が短ければ装置キャパシタンスにて放電電流を吸収することができるので、特に接地しない構成としてもよい。
 火花放電対向電極83はイオン発生電極27の先端部27aと対向する形で配置される。具体的には火花放電対向電極83は棒状に形成され、その棒状の火花放電対向電極83の先端面又は側面(本実施形態では側面)がイオン発生電極27の先端部27aと対向する。
 また、図15に示すように、火花放電対向電極83をイオン発生電極27に対して、イオン発生電極27からイオン発生させるための離間位置((b))と、火花放電対向電極83とイオン発生電極27との間で放電火花を発生させるための接近位置((a))との間で少なくとも、相対的に接近・離間させる火花放電対向電極移動機構78が設けられている。ここでは、イオン発生電極27の位置が固定とされ、火花放電対向電極移動機構78は火花放電対向電極83を移動させるものとして構成されている。
 図13に示すように、電気的クリーニング機構79は、イオン発生電極27のイオン放出方向に対して側方に位置し、火花放電対向電極移動機構78は、イオン発生電極27の先端を正面から臨む向き(つまりイオン放出方向)に対して略直角に交差する方向において、棒状の火花放電対向電極83を軸線方向に接近・離間させるようになっている。このようにすると、退避位置に移動した火花放電対向電極83が、イオン発生電極27の先端から放出されるイオン流をさえぎりにくいので都合がよい。
 具体的には、火花放電対向電極移動機構78は、ケース31の底部31aに取り付けられたソレノイド88を含み、その進退ロッド81の先端部に結合部材82を介して棒状の火花放電対向電極83の後端部が結合されており、進退ロッド81がソレノイド88によって進退駆動されることにより、火花放電対向電極83の先端部83aがイオン発生電極27の先端部27aに向けて接近・離間する。なお、84aはソレノイド88を固定するための位置決めプレートである。また、84は火花放電対向電極83が挿通されるガイド穴を有したガイドプレートであり、火花放電対向電極83がイオン発生電極27に向けて略水平に接近・離間するから、火花放電のギャップ形成精度を高めることができる。
 図14は、火花放電対向電極移動機構78の電気的構成の一例を示す回路図である。ソレノイド88は、コネクタ87より直流電源に接続されている。本実施形態では、イオン発生用主回路ユニット35と電源(ここでは直流32V)共有されている。他方、ソレノイド88の付勢信号は、スイッチ機構85(本実施形態ではフォトMOSにて構成している)を介してクリーニング機構制御部86より供給される。クリーニング機構制御部86は、出入力ポート86aと、これに接続されたCPU86b、RAM86c及びROM86dとが組み込まれたマイクロプロセッサにて構成され、ROM86dには火花放電対向電極移動機構78の動作制御プログラムが書き込まれている。CPU86bは、RAM86cをワークエリアとして動作制御プログラムを実行することにより、放電対向電極移動機構78の動作制御主体として機能する。クリーニング機構制御部86が火花放電対向電極移動機構78の駆動指令信号を発すると、フォトMOS85がターンオンし、ソレノイド88が直流駆動電圧を受電して付勢されるようになっている。
 図20(a)に示すように、火花放電対向電極83はソレノイド88の付勢によりイオン発生電極27に向けて接近する。その前進限界位置において、火花放電対向電極83の先端部83aはイオン発生電極27の先端部27aに対し、電極板厚方向におけるいずれか一方の側に所定量のギャップgが形成されるように位置決めされる。例えば、この状態でイオン発生電極27に放電用の電圧、ここでは1000〜3000Vのイオン発生用電圧を印加しておくことで、ギャップには放電火花SPが発生し、火花による熱集中によりイオン発生電極27の先端部27aに付着した埃や汚れなどの付着物が焼き飛ばされる。他方、火花放電対向電極83が後退すればギャップgが拡大し、これが火花放電可能限界距離gmaxを超えると放電火花の発生は停止する。しかしながら、イオン発生電極27には引き続きイオン発生電極27にイオン発生用電圧が印加されているから、火花放電が終了するとともに直ちにイオン発生モードに移行することができる。
 なお、火花放電のためのギャップ形成形態及び火花放電対向電極83のイオン発生電極27に対する接近・離間形態は上記の態様に限られるものではなく、種々の形態が可能である。例えば、図20(b)は、イオン発生電極27の先端に火花放電対向電極83の先端部83a側面が対向してギャップ形成するようにするとともに、火花放電対向電極83をイオン発生電極27の先端に対して前方側から接近・離間させる方式(あるいは、イオン発生電極27の板厚方向において接近・離間させるようにしてもよい)の例を示している。図20(c)は、イオン発生電極27の先端に火花放電対向電極83の中間部側面が対向してギャップ形成するようにするとともに、イオン発生電極27の板厚方向において接近・離間させる方式を示している。図20(d)は、火花放電対向電極83の曲げて形成された先端部83aを、イオン発生電極27の先端に前方側から接近・離間させる方式を示すものである。
 以上、火花放電対向電極83を、火花放電不能となるように遠方に設定された離間位置から、火花放電可能な所定量のギャップが形成される接近位置へ移動させることにより火花放電させる例を示したが、例えば図16に示すように、火花放電対向電極83をイオン発生電極27に一旦当接させ、その状態から火花放電対向電極83を後退させることによりギャップ形成して火花放電させる方式を採用してもよい。この場合、火花放電対向電極83の接近時の前進限界位置を、自由状態では電極先端部27aの位置を横切って反対側に多少突出する形となるように調整しておき、イオン発生電極27との当接によりソレノイド88の付勢解除時の復帰用スプリング81aを押し戻すようにすれば、スプリング81aの弾性変形により、イオン発生電極27に過度の押し付け力が作用することを防止することができる。
 図18(a)に示す離間状態(ギャップ量は火花放電不能なg0になっている)から(b)に示す接触状態へ移行し、次いでソレノイド88の付勢解除等により火花放電対向電極83が後退を開始すると、同図(c)に示すように、イオン発生電極27との間にギャップが形成されて直ちに放電火花SPが発生し、付着物Dが焼ききられる。放電火花SPは、(d)に示すように、ギャップ量が火花放電可能限界距離gmaxに到達するまでは持続するが、gmaxを超えた時点で停止する(図18(e))。gmaxは、例えば印加電圧が1000〜2000Vの場合、おおむね1mm以下である。
 なお、火花放電対向電極移動機構78はソレノイドを使用する態様に限らず、図17(a)に示すように、モータ93を用いた前進・後退機構を用いてもよい。ここでは、火花放電対向電極83(ここでは針状に形成している)の基端側にベース90を介してラック91を取り付け、これとかみ合うピニオン92を正逆両方向に回転可能かつ任意の位置を保持可能なモータ93にて駆動するようにしている。例えば、図18に示すように、火花放電対向電極83の後退時のギャップ形成により火花放電させる態様では、モータ93の速度制御により、火花放電可能限界距離gmaxに到達するまでの時間、すなわち火花放電の持続時間を自由に調整することが可能になるほか、任意のギャップ量にて火花放電対向電極83を停止保持させることもできる。例えば、汚れ付着が大きかったり、温度・湿度等が高く汚れ除去が行いにくい場合等に、ギャップ間隔を短くして火花放電のエネルギーを集中させ、汚れ除去のパワーを増大させたりするといった方式も可能となる。
 図19は、種々の動作パターンの例を示すものであり、縦軸は形成されるギャップ量gを、横軸は時間を表している。(a)は、まず離間位置(g=g0)から当接位置(g=0)へ火花放電対向電極83が移動し、次いで離間しながらギャップ量gが次第に大きくなる様子を示す。g=0からギャップ量が増加し始めてgmaxに到達するまでの時間taが火花放電の持続時間である。(b)は、初期段階にて火花放電対向電極83の移動速度を小さくすることにより、火花放電の持続時間tbを大きくした例を示す(この方式は、ソレノイド88を用いる場合においても、オイルダンパー等による減速後退機構を設ければ実現可能である)。また、(c)は、gmaxに到達するまでの間に、所定のギャップ値gsにて火花放電対向電極83を停止保持する期間を設けることにより、火花放電の持続時間tcを大きくした例を示す。
 また、図19(d)は、火花放電対向電極83をイオン発生電極27に当接させず、初期ギャップ量g0から、gmax以下の放電ギャップ値gsに一定時間tdだけ保持させる制御パターンを示すものである。例えば図中破線で示すように、付着物の除去が行いにくい場合には、放電ギャップ値gsをより小さいgs’とすることもできる。
 また、図17(b)に示すように、火花放電対向電極83を位置固定とし、イオン発生電極27を火花放電対向電極83に向けて接近・離間させる方式も採用可能である。この例では、火花放電対向電極83が固定ベース96に保持されるとともに、ソレノイド88により進退駆動される可動ベース97にイオン発生電極27が取り付けられており、ソレノイド88の付勢により可動ベース97とともにイオン発生電極27が火花放電対向電極83に向けて接近することとなる。
 次に、前述のマイクロプロセッサからなるクリーニング機構制御部86は、制御プログラムにより、電気的クリーニング機構79を、イオン発生電極27のクリーニングのために、予め定められたタイミングにて自動作動させるクリーニング機構自動制御部として機能させることができる。このクリーニング機構自動制御部は、例えば、イオン発生装置1000の電源投入時に電気的クリーニング機構を作動させるものとして構成することができる。本実施形態では、イオン発生装置の電源スイッチを入れると、クリーニング機構制御部86は電源投入信号を受け、これをトリガとしてクリーニング機構79の動作プログラムをスタートさせる。図21(a)は、この場合のタイミングチャートの一例を示すもので、イオン発生電圧の供給が開始されるとともに、クリーニング機構の作動回路(以下、クリーニング回路ともいう)が作動して(作動状態をHレベルにて表している)、イオン発生電極27のクリーニングがなされる。これにより、イオン発生装置1を使用する際には、イオン発生モードに入る前に、まずイオン発生電極27のクリーニングが行われるので、汚れ付着によりイオン発生が妨げられる不具合を確実に防止することができる。
 なお、図21(b)に示すように、クリーニング機構制御部86は、イオン発生装置の電源投入後、予め定められた時間(T)が経過したときに電気的クリーニング機構79を作動させるものとして構成することもできる。このようにすれば、イオン発生装置1000の作動中において定期的にイオン発生電極27のクリーニングがなされる形となるので、イオン発生電極27はより恒常的に清浄な状態に維持することが可能となる。
 この場合、図21(c)に示すように、クリーニング機構制御部86は、イオン発生装置の積算作動時間が所定値(T)に達した場合に電気的クリーニング機構79を作動させるものとして構成することもできる。このような構成は、例えば図14に示すように、クリーニング機構制御部86を構成するマイクロプロセッサのRAM86c内に、積算作動時間計測手段として機能する積算タイマーメモリを形成することにより、公知のタイマープログラムにて容易に実現できる。なお、イオン発生装置1000の主電源がオフになっている場合でも、積算タイマーがクリアされないように、マイクロプロセッサの電源端子には、バックアップ用の電源部(本実施形態では、コンデンサ86eにて構成しておく)を接続しておく。また、電気的クリーニング機構の作動により一旦クリーニングがなされた後には、これに対応して積算作動時間の計測値、つまり積算タイマーメモリの内容をリセットするように、制御プログラムを組んでおくことが望ましい。
 また、環境情報の検出やタイマによる自動制御によってクリーニング動作を行なうのでなく、手動で動作する構成も考えることができる。例えば、筐体31の外部に、クリーニング機構を作動させるスイッチ等を設け、そのスイッチをトリガとしてソレノイド88が動作しクリーニングを行なう構成とすることができる。火花放電対向電極83の接近離間動作を、手動操作により、直接機械的に行なうより単純な構成の採用も可能である。もちろん、手動操作の機構と自動制御によるクリーニングとを並存させていてもよい。
 次に、本発明のイオン発生装置には、イオン発生装置の配置される環境状態を反映した環境情報検出部と、その環境情報検出部の出力情報に基づいて電気的クリーニング機構の作動を制御するクリーニング機構制御部86を設けることができる。イオン発生電極27への付着物の付着状況や、その付着の強さ(あるいは除去の難易度)は、気流源となる周囲の空気環境によって変化する場合がある。上記の構成によると、環境情報検出部により空気環境の状態を検出し、その検出結果に応じてイオン発生電極27のクリーニングが十分になされるように、最適条件にて電気的クリーニング機構の作動を制御することができるようになる。その結果、周囲の空気環境がどのような状態であっても、常にイオン発生電極27を清浄な状態に保つことができ、ひいては良好なイオン発生状態を確保することができる。
 図24を援用して説明すれば、イオン発生機構の制御部110は、マイクロプロセッサを主体に構成されたクリーニング機構制御部86を包含したものとして構成でき、環境情報検出部として公知の温度センサ210、湿度センサ211、汚れセンサ212及び臭いセンサ213(これらの一部のみが接続されていてもよい)が接続されている。さらに、制御対象としてのイオン発生ユニット30(イオン発生用主回路ユニット35とイオン発生電極27とからなる)、前記したものと同様の構成の電気的クリーニング機構216及びエアコンユニット200が接続されている。
 制御回路110は、例えば温度センサ210の検出する温度が高くなるほど、湿度センサ211の検出する湿度が高くなるほど、イオン発生電極27のクリーニングのための電気的発熱の出力(例えば火花放電のための電圧)や、発熱時間(火花放電の持続時間)の少なくともいずれかを増加させることにより、汚れが除去しにくくなる温度あるいは湿度の高い状況下においても、イオン発生電極27のクリーニングを必要十分なレベルにて行うことができるようになる。なお、温度あるいは湿度の増加に対して、電気的発熱の出力や発熱時間は連続的に(つまり無段階に)増加させてもよいし、基準温度値あるいは湿度値を境に段階的に増加させるようにしてもよい。
 また、臭いセンサ213や汚れセンサ212の検出する臭いあるいは汚れのレベルが高いほど、イオン発生電極27のクリーニングのための電気的発熱の出力(例えば火花放電のための電圧)や、発熱時間(火花放電の持続時間)の少なくともいずれかを増加させるように構成することもできる。例えば上記のような機能をエアコンユニット200に組み込む場合、図12(c)に示すように、汚れセンサ212は、フィルタFの汚れを光反射等により検出する光センサにより構成することができる。
 さらに、図24に示すように、イオン発生電極27からの発生イオン量を測定するイオン発生量測定装置30を設け、クリーニング機構自動制御部としての機能も兼ねる制御回路110は、発生イオン量が予め定められたレベル以下となった場合に、イオン発生電極のクリーニングのために電気的クリーニング機構216を作動させるものとすることができる。すなわち、イオン発生電極27への汚れの付着状況は、イオン発生量に最も直接的な情報として現われるので、これを検出するとともに、その発生イオン量が所定値以下となった場合にイオン発生電極27のクリーニングを行うようにすれば、電極7を常に清浄な状態に保つことができるようになり、ひいては安定的なイオン発生状態を常に確保することができる。
 なお、電気的クリーニング機構は、図22に示すように、イオン発生電極27を抵抗発熱させることにより、イオン発生電極27に付着した付着物を焼失させる抵抗加熱機構を含むものとして構成することもできる。図22の例では、イオン発生電極27に当接する当接位置と、該イオン発生電極27から離間した離間位置との間で移動可能に設けられた通電部材183と、イオン発生電極27に当接させた状態にて該通電部材183を介してイオン発生電極27に抵抗発熱用の電流を通電する通電加熱電源部98とを備えるものとして構成されている。具体的には、棒状の通電部材183がソレノイド88により、イオン発生電極27の先端部27aに対して接近・離間駆動されるようになっている。また、通電部材183の基端部に通電端子82が一体化され、ここに直流の通電加熱電源部98が接続される。そして、通電加熱時には通電部材183をイオン発生電極27に当接させ、これを直接通電することにより、先鋭に断面縮小された先端部27aを選択的に発熱させて付着した汚れ等を焼き飛ばすようにする。
 また、昇圧部39に使用するトランスは、図23に示すような巻線式のトランス221を用いてもよい(220は交流電源であり、222は負極性印加整流用のダイオードである)。この構成によると、圧電トランスの共鳴周波数に合わせた高周波交流が不要となり、商用交流(例えば50ないし60HzのAC100V)により直接駆動することも不可能ではなくなる。また、発振部も当然省略できる。
イオン発生装置と、外付け接続されたイオン測定装置を示す図。 図1の回路構成を示すブロック図。 イオン測定装置の具体的な回路の一例を示す回路図。 放電回路の作用説明図と、変形例を示す図。 図4に示す放電回路の、電源投入時及び電源遮断時の各点における電位の変化を示すタイミングチャート。 図1のイオン発生装置の、電気系統の全体構成の一例を示す回路図。 負イオンを発生するように構成された、イオン発生用主回路ユニットの具体的な回路構成を示す回路図。 イオン発生用主回路ユニットのセラミック基板部分の正面図、裏面図及び下面図。 図8の内部回路を構成する制御部の一例を示す回路図。 図8の内部回路を構成する制御部の別の一例を示す回路図。 放電回路をCPUによって制御する場合の、制御の過程をしめすフローチャート。 イオン発生装置を組み込んだ空調装置を概念的に示す模式図。 電気的クリーニング機構を組み込んだイオン発生装置の実施形態の一例を示す平面断面図。 電気的クリーニング機構の一例を示す回路図。 火花放電対向電極移動機構の一例を作用とともに示す側面図。 火花放電対向電極をイオン発生電極に当接させる場合の説明図。 火花放電対向電極移動機構のいくつかの変形例を示す模式図。 火花放電対向電極をイオン発生電極に当接させ後、後退させるときに火花放電させる過程を説明する図。 火花放電対向電極の移動に伴う火花放電用のギャップ量の制御パターンをいくつか例示して示す図。 火花放電対向電極のイオン発生電極に対する種々の駆動パターンを模式的に示す説明図。 電気的クリーニング機構の種々の作動制御例を示すタイミングチャート。 通電加熱方式を用いた電気的クリーニング機構の例を示す模式図。 昇圧部を巻線式トランスにて構成する例を示す図。 種々の環境情報検出部の検出結果に基づいて、イオン発生装置の動作及び電気的クリーニング機構の作動制御を行う場合の電気的構成例を示すブロック図。
符号の説明
80 イオン測定装置
30 イオン発生ユニット
32 イオン放出口
37 発振部
38 スイッチング部
40 変換部
57 トランジスタ
70 圧電トランス
71 圧電セラミック素子板
75 金属膜電極
76 ダイオード
79 電気的クリーニング機構
100 信号増幅部
102 比較回路部
104 LED表示部
105 放電回路
106 電源部
107 CPU
110 制御部
112 コンパレータ
200 空調機構

Claims (13)

  1.  イオン発生電極と、そのイオン発生電極にイオン発生のために高電圧を印加するイオン発生用高電圧発生部とを有するイオン発生ユニットと、
     前記イオン発生ユニットの配置される雰囲気の環境情報を検出する環境情報検出部と、
     前記環境情報検出部による検出結果に基づいて、前記イオン発生ユニットによる前記イオンの発生動作を制御する制御部と、
     を備えたことを特徴とするイオン発生装置。
  2.  前記環境情報検出部は、前記雰囲気中のイオン量を測定するイオン測定装置を含み、前記制御部は、前記イオン測定装置によるイオンの検出濃度レベルが予め定められた目標値に近づくように前記イオン発生ユニットの動作を制御する請求項1記載のイオン発生装置。
  3.  前記環境情報検出部は、前記雰囲気中の臭い成分及び/又は汚れ成分(以下、両者を総称して清浄阻害成分という)を検出する清浄阻害成分検出部を含み、前記制御部は、前記清浄阻害成分検出部の検出結果に基づいて前記イオン発生ユニットの動作を制御する請求項1記載のイオン発生装置。
  4.  前記環境情報検出部は、
     大気中のイオンが吸着することにより、該大気中のイオン濃度に応じた電位を生ずるイオン検知電極と、該イオン検知電極に生じた電位を増幅してイオン測定信号として出力する信号増幅回路とを含む主回路部を有し、
     前記信号増幅回路は、前記イオン検知電極からの入力電圧と、予め定められた参照電圧との差分を増幅してこれを前記イオン測定信号として出力する差動増幅回路を含んで構成され、前記差動増幅回路の出力電圧において、基準出力レベルよりも高電圧側の第一出力域と同じく低電圧側の第二出力域とが識別可能とされるとともに、それら第一出力域と第二出力域との一方が正イオンの検出状態に、同じく他方が負イオンの検出状態にそれぞれ対応するように前記参照電圧のレベルが定められているイオン測定装置である請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のイオン発生装置。
  5.  前記イオン測定装置は、前記電源部による前記主回路部への電源投入時に、前記イオン検知電極に蓄積されている電荷を放電させる放電回路を備える請求項4記載のイオン発生装置。
  6.  前記主回路部には、前記信号増幅回路からのイオン測定信号出力に基づいて、前記大気中のイオン測定結果の報知を行なう報知回路が設けられている請求項4又は請求項5に記載のイオン発生装置。
  7.  前記報知回路は、前記測定結果として、大気中のイオン濃度値を報知するものである請求項6記載のイオン発生装置。
  8.  前記報知手段は、前記測定結果として、大気中のイオン濃度が予め定められた基準イオン濃度よりも高くなっているか否かを報知するものである請求項7記載のイオン発生装置。
  9.  前記イオン発生ユニットにおいて、前記イオン発生用高電圧発生部が、圧電セラミック素子板に入力側端子と出力側端子とが形成され、その入力側端子からの一次側交流入力電圧を、前記圧電セラミック素子板の機械振動を介して前記一次側交流電圧よりも高圧の二次側交流電圧に変換し、前記出力側端子から前記イオン放出電極に向けて出力する圧電トランスを含んで構成される一方、
     前記イオン発生電極への電圧印加極性が負の側に優位となるように、前記圧電トランスの二次側交流出力を変換する変換手段が設けられてなり、
     さらに、前記制御部は、前記イオン発生ユニットの動作を断続的にスイッチングすることにより前記イオンの発生動作を制御するものである請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のイオン発生装置。
  10.  前記一次側交流入力に対応した周波数にて発振する発振回路と、その発振回路からの波形信号を受けて、所定レベルの直流入力を該発振の周波数にて高速スイッチングするスイッチング回路とを含む一次側交流入力波形生成回路が設けられており、
     前記制御部は、断続スイッチングによって前記一次側入力波形生成回路を断続通電させ、前記イオン発生電極の発生するイオン発生量を制御することを特徴とする請求項9に記載のイオン発生装置。
  11.  前記イオン発生電極がイオン放出口を有する筐体内に配置され、
     また、前記イオン発生電極を経て前記イオン放出口へ向かう気流を発生させる送風機と、前記気流を、冷凍サイクル機構を用いて冷却又は加熱することにより空調済み気流となす空調機構とを備え、
     前記イオン放出口はその空調済み気流の吹き出し口に兼用される一方、前記環境情報検出部は、前記気流源となる外気の吸入経路上に配置されている請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載のイオン発生装置。
  12.  前記筐体内に前記イオン発生電極が複数個配置されている請求項11記載のイオン発生装置。
  13.  前記イオン発生電極に付着する付着物を電気的発熱により焼失させるための電気的クリーニング機構を備える請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載のイオン発生装置。
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