JP2004178937A

JP2004178937A - Ion generating electrode and ion generator using the same

Info

Publication number: JP2004178937A
Application number: JP2002342891A
Authority: JP
Inventors: Giichi Adachi; 義一足立; Yuji Kato; 雄二加藤
Original assignee: Nippon Pachinko Parts Co Ltd
Current assignee: Nippon Pachinko Parts Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion generating electrode having ion generating capacity same as or exceeding that of a conventional Ni based electrode, and that, capable of sharply reducing an amount of generated ozone. <P>SOLUTION: At least a tip part 27n of an ion generating electrode 27 generating ions by a discharge generated by impression of a high voltage is composed of a copper alloy containing phosphor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２０００−２７７２３５号公報
【０００３】
従来、室内あるいは自動車内の空気の浄化、殺菌あるいは消臭等を行なうために、イオン発生装置が使用されている。これらの多くは、筐体内に交流電源部と昇圧用のトランスと針状電極とを配し、トランスにて昇圧された交流高電圧を針状電極に印加してコロナ放電を生じさせ、その放電により発生するイオンを、筐体に孔設されたイオン放出口から放出させるものである。このようなイオン発生装置用の電極としては、特許文献１に示されているようなＮｉ製の電極が、安価でイオン発生能力も大きいので広く使用されている。
【０００４】
ところで、イオン発生のための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。本発明者らが検討したところによると、Ｎｉ系の電極はオゾン発生が比較的顕著であり、形状等の工夫ではオゾン発生を抑制しきれないことがわかった。また、特許文献１においては、Ｎｉ電極の先端が先鋭な場合はオゾン発生量が小さくなる傾向にあると記載されているが、この記載が正しいなら、電極が消耗して先端部の先鋭度が鈍ると、オゾン発生量も増加することになるので、恒久的な解決にはならないと考えられる。さらに、特許文献１にに開示された電極は、電極消耗によるイオン発生能力の変化を抑制するために、先端がアール状に形成されており、先端が先鋭となるほどオゾン発生が抑制されることが明記されている以上、オゾン発生抑制の観点においては本来的に譲歩を行なった構成であると解釈せざるを得ない。
【０００５】
本発明の課題は、従来のＮｉ系の電極と比較して、これと同等又はそれ以上のイオン発生能力を有し、しかもオゾン発生量を大幅に削減できるイオン発生電極と、それを用いたイオン発生装置とを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明のイオン発生電極は、高電圧印加による放電によりイオンを発生させるイオン発生装置用の電極であって、少なくとも先端部を、リンを含有した銅合金にて構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のイオン発生装置は、上記本発明のイオン発生電極と、該イオン発生電極を取り付けるための電極接続部と、電極接続部に対しイオン発生用の高電圧を供給する高電圧電源回路とを有したことを特徴とする。
【０００８】
リンを含有した銅合金よりなる本発明のイオン発生電極は、特許文献１等に記載されたＮｉ系の電極と比較して、これと同等又はそれ以上のイオン発生能力を有し、しかもオゾン発生量を大幅に削減できる。特に、高電圧電源回路が、一次側交流入力をトランスにより二次側交流出力の形で昇圧し、さらに正イオン又は負イオン発生のために、整流素子により正極性又は負極性の脈流高電圧をイオン発生用の高電圧として供給するものである場合、従来のＮｉ系の電極を用いた場合はオゾン発生が一層顕著となるが、リンを含有した銅合金によりイオン発生電極を構成すれば、オゾン発生を劇的に抑制することができる。
【０００９】
特に、イオン発生用高電圧発生部が、電圧印加極性が負の側に優位となるように、イオン発生電極へ高電圧を印加するものである場合、すなわち負イオン発生装置に適用した場合は、この効果がより顕著である。また、イオン発生電極が、放電用対向電極を伴わない孤立電極として構成されている場合も、オゾン発生効果はより顕著に現われる。
【００１０】
本発明に使用するリン含有銅合金は一般には安価であるため、イオン発生電極の全体を該銅合金で作製することが、製造工程が簡略化されるので有利である。しかし、イオン発生上の本発明の諸効果に特に深く関与する電極部分は電極先端部であるため、電極先端部をリン含有銅合金で構成し、その他の部分を別の材質にて構成することも可能である。
【００１１】
上記銅合金中のリンの含有量は、０．０１質量％以上１質量％以下とすることが望ましい。リンの含有量が０．０１質量％未満ではオゾン発生抑制効果が顕著でなくなる。また、リンの含有量が１質量％を超えると、合金の電極形状への加工が困難となり、また、材料が脆くなるので電極先端部の折損等も生じやすくなる（例えば、イオン発生装置の組立時等において電極先端部に衝撃が加わった場合など）。本発明に使用する銅合金は、銅を主成分（最も含有率の高い成分）とするものである。
【００１２】
本発明に使用する銅合金は、リンの他にさらにスズを含有するものを採用すると、オゾン抑制効果が一層顕著となり、また、電極の耐消耗性をより向上させることができる。この場合、銅合金中のスズの含有量は１質量％以上２０質量％以下とすることが望ましい。スズの含有量が１質量％未満では、スズの添加によるオゾン発生抑制効果あるいは耐消耗性効果の改善がそれほど顕著ではなくなる。また、スズの含有量が２０質量％を超えると、合金の電極形状への加工が困難となり、また、材料が脆くなるので電極先端部の折損等も生じやすくなる。
【００１３】
リン含有銅合金よりなるイオン発生電極は、電極先端が尖鋭に形成されていないこと、すなわち、電極先端が平坦（ないしアール面状）とされている場合の方が、オゾン発生抑制効果が一層顕著となる。これは、特許文献１等に記載されたＮｉ系電極では先端が先鋭化するほどオゾン発生が起こりにくくなるのと、いわば正反対の傾向を示すものであり、本発明における大きな特徴の一つであるといえる。電極先端が平坦面ないしアール面となっていれば、特許文献１にも記載されている通り、電極が多少消耗しても電極先端形状が大きく変化することはなく、イオン発生能力も安定に維持される。しかし、従来のＮｉ系電極の場合、既に説明した通り、オゾン抑制の観点においては電極先端が尖鋭化した方が有利であると考えられていたから、尖鋭でない電極先端形状を採用することは、オゾン抑制効果を犠牲にしてでもイオン発生能力の安定化を優先させる、という、いわば窮余の選択を迫られていたに過ぎないのである。しかし、本発明に使用するリン含有銅合金は、尖鋭でない電極先端形状の採用により、オゾン抑制効果は却って高められるので、イオン発生能力の安定化との両立を難なく図ることができる。
【００１４】
ここで、「尖鋭でない電極先端形状」とは、図４に示すように、電極先端（２７ｔ）から電極長手方向（Ｏ）に沿って０．５ｍｍだけ隔たった位置において、該電極長手方向（Ｏ）と直交する平面（Ｓ）にて先端部（２７ｎ）を切断したときの、仮想切断面（２７ｔ）の面積が０．１ｍｍ^２以上０．４ｍｍ^２以下となっていることをいう。また、電極長手方向（Ｏ）は、図２に示すように、電極（２７）を平面視したときに、その最先端点を通って電極（２７）を横切る最も長い線分Ｌが引ける向きをいう。仮想切断面（２７ｔ）の面積が０．１ｍｍ^２未満ではオゾン抑制効果の向上が顕著でなくなり、０．４ｍｍ^２を超えると電極先端への電界集中が鈍るため、イオン発生能力が損なわれることにつながる。
【００１５】
次に、本発明のイオン発生電極は、図２に示されるように、その先端部（２７ｎ）を（少なくとも）、厚さｔが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の板状に形成することが望ましい。先端部の厚さｔが０．２ｍｍ未満になると、電極消耗が生じやすくなり、良好なイオン発生能力を長期間維持することが困難になる。また、厚さｔが０．５ｍｍを超えることは、硬さの高いリン含有銅合金の場合、加工状の制約が多くなる欠点が生ずる。なお、電極の先端部（２７ｎ）において電極先端面を平坦とした形状は加工が容易であり、また、オゾン抑制効果も顕著であるため、本発明に好適に採用できる。
【００１６】
さらに、本発明のイオン発生電極は、先端部を含めた全体が銅合金により板状に形成すれば、リン含有銅合金板材の打抜ないしエッチングにより容易に製造できるので好都合である。この場合、電極への高電圧給電部を兼ねた電極固定用の貫通孔が板厚方向に形成しておけば、イオン発生装置の電極接続部に該イオン発生電極を、ねじやボルトナットあるいはリベットなどの締結部材により容易に結合できる。
【００１７】
銅合金のリンの含有率は０．０３質量％以上０．３５質量％以下とすることがより望ましい。リンの含有率を０．０３質量％以上とすることで、オゾン抑制効果は一層顕著なものとなる。また、板状のリン含有を素材として用いる場合、リンの含有率が０．３５質量％を超えると、圧延等による板材への加工が困難になり、また、打抜加工により電極形状を得ようとする場合は、割れやクラックなどの不良を生じやすくなる。
【００１８】
さらに、スズを添加する場合は、銅合金のスズの含有率を２質量％以上１０質量％以下とすることが望ましい。スズの含有率を２質量％以上とすることで、オゾン抑制効果及び耐消耗性改善効果は一層顕著なものとなる。また、板状の素材を用いる場合、スズの含有率が１０質量％を超えると、圧延等による板材への加工が困難になり、また、打抜加工により電極形状を得ようとする場合は、割れやクラックなどの不良を生じやすくなる。
【００１９】
以下、本発明のイオン発生装置に付加可能な要件について説明する。本発明のイオン発生装置は、
イオン発生電極を接続するための電極接続部と、
電極接続部に対しイオン発生用の高電圧を供給するためのものであって、昇圧用の圧電トランスと、その圧電トランスの一次側駆動交流を、予め定められた電圧の直流（以下、駆動源直流という）からの変換により生成する駆動用直流−交流変換回路とを含んで構成された高電圧電源回路と、
複数種類の電圧の外部直流が入力可能とされ、その入力された外部直流を、入力電圧とは無関係に、予め定められた一定電圧の駆動源直流に変換する直流電源回路と、
それら電極接続部と高電圧電源回路と直流電源回路とが一体に取り付けられる基板と、を備えたイオン発生装置用モジュールを有するものとして構成することができる。
【００２０】
上記の構成によると、複数種類の電圧の外部直流が入力可能とされ、その入力された外部直流を、入力電圧とは無関係に、予め定められた一定電圧の駆動源直流に変換する直流電源回路を設けたから、駆動電源として使用できる外部直流の電圧レベルが適用用途により異なっても、従来のように、仕様の異なる電圧変換回路を個別に搭載した複数種類のモジュールを用意する必要がなくなる。その結果、圧電トランスによるイオン発生用の高電圧を、入力電圧の種類によらず常に安定的に発生でき、ひいてはコンパクトで汎用性に優れたイオン発生装置用回路モジュールが実現できる。また、複数種類の外部直流を、単一の直流電源回路にて処理できることも、モジュールのコンパクト化を図る上での重要な利点である。
【００２１】
また、本発明のイオン発生装置は、
イオン発生電極を取り付けるための電極接続部と、
電極接続部に対しイオン発生用の高電圧を供給するためのものであって、昇圧用の圧電トランスと、その圧電トランスの一次側駆動交流を、予め定められた電圧の直流（以下、駆動源直流という）からの変換により生成する駆動用直流−交流変換回路とを含んで構成された高電圧電源回路と、
それら電極接続部と高電圧電源回路とが一体に取り付けられる基板と、
基板上において、圧電トランスが有する圧電セラミック素子を、高電圧電源回路の構成部品とともにモールドする高分子材料モールド部とを備え、
その高分子材料モールド部が、ＪＩＳ：Ｋ−６２５３（１９９７）に規定されたタイプＡのデュロメータ硬さにおいて８０以下の硬度を有するゴム又はエラストマーにより構成されたイオン発生装置用モジュールを有するものとして構成することができる。
【００２２】
従来の電子回路基板では、ノイズ防止や強度向上等を優先するために、回路部品をエポキシ樹脂等の比較的硬質の高分子材料によりモールドすることが多く行なわれてきた。しかし、本発明者らが検討したところ、このような硬質のモールドにて、イオン発生装置回路基板に設けられた圧電トランスを覆った場合、圧電セラミック素子の振動が拘束され、スムーズな振動が妨げられる結果、十分な出力電圧ひいてはイオン発生性能が得られなくなることがわかった。また、硬質のモールドは、圧電セラミック素子と基板やケースなどの周辺部品との間の機械的な結合を高めるため、連成振動等による寄生共振モードを生じやすく、これも圧電トランスの出力を低下させる一因となる。
【００２３】
そこで、さらに検討を重ねた結果、高分子材料モールド部を上記のような硬さのゴム又はエラストマーにより構成することにより、圧電セラミック素子の振動拘束の問題が顕著に解消されてスムーズな振動が可能となり、結果として圧電トランスの出力電圧の低下、ひいてはイオン発生性能の低下を効果的に抑制できることを見出した。また、このように、適度に柔軟なゴム又はエラストマーをモールド部の材質として採用することで、圧電セラミック素子の振動がモールド部に弾性的に吸収され、基板やケースなどの周辺部品との機械的な結合が緩和される。その結果、寄生共振モード等による出力の低下も起こり難い。
【００２４】
さらに、本発明のイオン発生装置は、
イオン発生電極を取り付けるための電極接続部と、
電極接続部に対しイオン発生用の高電圧を供給するためのものであって、昇圧用の圧電トランスと、その圧電トランスの一次側駆動交流を、予め定められた電圧の直流（以下、駆動源直流という）からの変換により生成する駆動用直流−交流変換回路とを含んで構成された高電圧電源回路と、
それら電極接続部と高電圧電源回路とが一体に取り付けられる基板と、
基板上において、圧電トランスが有する圧電セラミック素子を、高電圧電源回路の構成部品とともにコーティングする高分子材料コーティング部とを備え、
その高分子材料モールド部の圧電セラミック素子に対する被覆厚さが１ｍｍ以下とされたイオン発生装置用モジュールを有するものとして構成することができる。
【００２５】
上記の構成は、前記の高分子材料モールド部を高分子材料コーティング部で置き換えたものであり、該コーティング部の圧電セラミック素子に対する被覆厚さを１ｍｍ以下とした。このように、圧電セラミック素子に対するコーティング厚さを薄くすることにより、圧電セラミック素子の振動拘束の問題が顕著に解消されてスムーズな振動が可能となり、結果として圧電トランスの出力電圧の低下、ひいてはイオン発生性能の低下を効果的に抑制できる。なお、該コーティング厚さは、基板の強度向上あるいはノイズ防止等の効果を十分に確保する観点から、０．１ｍｍ以上確保されていることが望ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に示す実施例を参照して説明する。
図１は、本発明のイオン発生装置の要部をなす回路モジュール（以下、単に回路モジュールともいう）１の外観を示すものである。回路モジュール１は、イオン発生電極２７を接続するための電極接続部２７ａと、電極接続部２７ａに対しイオン発生用の高電圧を供給する圧電トランス７０を有した高電圧電源回路（後述）、さらには、その高電圧電源回路に対し駆動源電流となる直流電流を供給するための直流電源回路（後述）を、ガラス−エポキシ樹脂複合材料等からなる基板３１に一体的に組み付けたものである。そして、その基板３１上において、圧電トランス７０が有する圧電セラミック素子を、高電圧電源回路の構成部品とともにモールドする高分子材料モールド部３０が設けられている。
【００２７】
図５は、上記回路モジュールを用いた負イオン発生装置の回路構成の一例を示すブロック図である。該回路は、前述の通り高電圧電源回路４１と、直流電源回路３６とを含む。高電圧電源回路４１は、電極接続用端子２７ｑに対しイオン発生用の高電圧を供給するためのものであり、昇圧用の圧電トランス７０と、その圧電トランス７０の一次側駆動交流を、予め定められた電圧の直流（駆動源直流）からの変換により生成する駆動用直流−交流変換回路４２を含む。また、直流電源回路３６は、複数種類の電圧の外部直流が入力可能とされ、その入力された外部直流を、入力電圧とは無関係に、予め定められた一定電圧の駆動源直流に変換するものである。これら、電極接続用端子２７ｑと高電圧電源回路４１と直流電源回路３６とが、図１の基板３１に一体に取り付けられている。
【００２８】
図１に戻り、高分子材料モールド部３０は、ＪＩＳ：Ｋ−６２５３（１９９７）に規定されたタイプＡのデュロメータ硬さにおいて８０以下の硬度を有するゴム又はエラストマーにより構成されている。高分子材料モールド部３０の硬さが上記タイプＡデュロメータ硬さにおいて８０を超えると、圧電トランス７０の出力低下が生じやすくなる。また、該硬さの下限値に特に制限はないが、該硬さが１程度までのものであれば、市販のゴムから選択できる利点がある。また、硬さが極度に低いものは、モールドとしての保型機能が維持できなくなる場合があり、このような不具合が生じない範囲にて硬さの選択を行なうことが望ましい。なお、高分子材料モールド部３０の硬さは、より望ましくは１０〜５０程度の範囲で選択するのがよい。
【００２９】
採用するゴム／エラストマーの材質は、上記の硬さ範囲を満たすものであれば特に限定されないが、常温未硬化状態にて液状のゴム／エラストマー（例えばシリコーン系やウレタン系のもの）を使用すると、注型によるモールドを簡単に行なうことができる。本実施形態では、基板３１をケース３５に収容し、該ケース３５内に基板３１を配置した状態で、ゴム又はエラストマー（当然、液状状態のものである）を注型し、その後これを硬化させることにより、基板３１上に実装されている前記回路の構成部品Ｃを、該基板３１とともにケース３５内にてモールドするようにしている。
【００３０】
ケース３５は、具体的には、基板３１を収容するための開口部３５ｃが上面側に形成され、基板３１は、基板裏面側に配置された部品Ｃがケース底面と接触しないように、スペーサ３５ａ（ケース底面から突出形成されている）により該底面から一定距離浮かせた形でケース３１内に配置されている。なお、注型時において基板裏面側の空間を満たす気体を排出するための貫通部３１ａが板厚方向に形成されている。これにより、注型後に基盤周辺に気泡等が残留して耐食性等が損なわれる不具合を防止ないし抑制することができる。
【００３１】
基板３１は、スペーサ３５ａに対しボルト等の締結部材３５ｂにより固定されている。また、基板３１の表面に形成された電極接続用端子２７ｑには、高電圧出力用ケーブル２７ｂの基端が接続されるとともに、反対側がモールド部３０の外に延出して、その先端にリング状の金具よりなる電極接続部２７ａが設けられ、ここにイオン発生電極２７が取り付けられるようになっている。
【００３２】
なお、基板３１を上記のようにモールドする代わりに、図１（ｃ）に示すように、基板３１の全体を高分子材料コーティング部１３０で覆った構成とすることができる。この場合、高分子材料コーティング部１３０の硬さを限定しない代わりに、その圧電セラミック素子７０に対する被覆厚さ（平均値）ｔを、１ｍｍ以下（０．１ｍｍ以上）とするようにしてもよい。なお、高分子材料コーティング部１３０の材質は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を使用できる。
【００３３】
イオン発生電極２７は、その全体がリン含有銅合金にて構成されている。銅合金中のリンの含有量は０．０１質量％以上１質量％以下の範囲で設定され、本実施形態では０．０３〜０．３５質量％の範囲で設定されている。本実施形態において、イオン発生電極２７は、図２に示すように、本体部２７ｍと、その本体部２７ｍの外周縁から延出する先端部２７ｎとを有し、それら本体部２７ｍと先端部２７ｎとを含む全体がリン含有銅合金により板状に形成されている。その厚さｔは、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。なお、リン含有銅合金は、スズをさらに含有した、いわゆるリン青銅にて構成することも可能であり、この場合のスズの含有量は１質量％異常２０質量％以下、望ましくは２質量％以上１０質量％以下とされる。
【００３４】
本体部２７ｍは、電極長手方向Ｏにおいて、後方側が半円状、前方側がテーパ状の外形を有し、そのテーパ状の部分の先端から、前記した先端部２７ｎが針状に延出している。また、本体部２７ｍの後方側には、電極への高電圧給電部を兼ねた電極固定用の貫通孔２７ｆが板厚方向に形成されており、図１に示すように、ここにリング状の電極接続部２７ａを重ね、ボルトナットあるいはリベットなどの締結部材２７ｊを挿通することにより、電極２７をケーブル２７ｂに接続することができる。なお、図２に示すように、本体部２７ｍには、貫通孔２７ｆの前方側に、これよりも径小の電極位置決め用の貫通孔２７ｈが形成されている。該形状のイオン発生電極２７は、リン含有銅合金板材の打抜加工により製造される。
【００３５】
図４に示すように、イオン発生電極２７の先端部２７ｎの先端面２７ｔは平坦に形成されている。電極を平面視したとき、先端面２７ｔをなす縁の中点（電極先端）から電極長手方向Ｏに沿って０．５ｍｍだけ隔たった位置において、該電極長手方向Ｏと直交する平面Ｓにて先端部２７ｎを切断したときの、仮想切断面の面積は０．１ｍｍ^２以上０．４ｍｍ^２以下とされている。
【００３６】
次に、図５に示すように、高電圧電源回路４１は、発振部３７、スイッチング部３８、昇圧部３９及び整流部４０を含む。図６は、その具体的な回路構成の一例を示すものである。昇圧部３９に含まれる圧電トランス７０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。
【００３７】
一方、図６の整流部４０は、イオン発生電極２７への電圧印加極性が負（第一極性）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整流するものである。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。他方、本発明は、正イオン発生装置として機能させる構成も可能であるが、この場合は、整流部４０の接続方向を逆とすればよい。
【００３８】
発振部３７は、直流電源部３６からの駆動源直流を受けて、圧電トランス７０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、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として構成されている。なお、抵抗器５４及び５５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る。さらに、コンデンサ５７は、基準電圧に重畳されるノイズ除去用のものであるが、基準電圧が安定な場合は省略できる。
【００３９】
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３０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。なお、コンデンサ５８は、トランジスタ６５，６６のスイッチング入力に重畳されるノイズ除去用のものであるが、ノイズが少ない場合は省略できる。
【００４０】
次に、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。
【００４１】
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なうと、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二板状領域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の機械振動の共振周波数に対応（望ましくは一致）させるとき、素子７１のインピーダンスは、入力側では略最小（共振）となるのに対し出力側では略最大（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。
【００４２】
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、前述の通り、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。
【００４３】
圧電セラミック素子７１の材質は特に限定されないが、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。
【００４４】
なお、ＰＺＴ系の圧電セラミック素子は、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（望ましくは、５０〜１５０ｋＨｚ）程度の比較的低い周波数範囲にて、素子７１の機械的共振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、素子７１の機械的共振周波数が上記の周波数範囲に収まるように、素子７１の寸法を決定することが望ましい。
【００４５】
なお、ＰＺＴ系の圧電セラミック素子を使用する場合、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程度に設定される。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にて最大で４０００〜６０００Ｖ程度を確保できる。
【００４６】
次に、整流部４０は、整流回路をなすダイオード７６を含んでいる。このダイオード７６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するように、圧電トランス７０の二次側交流出力を整流する役割を果たす。なお、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。また、交流高電圧電源つまり圧電トランス７０の出力端子７４ａにイオン発生電極２７が接続され、その出力端子からイオン発生電極へ向かう経路から分岐して放電路９０が設けられている。なお、放電路９０の末端は接地されている。
【００４７】
図９（ａ）は基板３１の表面側、（ｂ）は同じく裏面側の部品実装レイアウトの一例を示すものである。図中の符号は図６及び図７の回路図中の符号に対応している。本実施形態では、（ａ）に示すように、基板３１に圧電トランス７０を、圧電セラミック素子板７１と基板面とが互いに略平行となるように実装している。また、（ｂ）に示すように、基板３１の裏面側において圧電セラミック素子板７３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、基板３１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。
【００４８】
次に、図７は、直流電源回路３６の構成例を示す回路図である。この回路においては、一定範囲の直流電圧（本実施形態では、ＤＣ４．５Ｖ〜ＤＣ３２Ｖ）が、基板上に設けられた単一の入力コネクタ２から連続可変入力可能とされ、当該入力電圧よりも昇圧された直流を生成して、これを駆動源直流（本実施形態ではＤＣ３２Ｖ）として出力する入力可変型ステップアップ回路として構成されている。既に説明した通り、エアコンなどの一般家電製品や、自動車用などの種々の用途に、イオン発生装置をモジュールの形で組み込む場合、外部直流として使用できる電圧は、組み込み対象となる製品に応じてまちまちである（例えば前者はＤＣ５Ｖ、後者はＤＣ１２Ｖあるいは２４Ｖ）。しかし、直流電源回路３６を上記のような入力可変型ステップアップ回路として構成しておけば、使用する外部直流の電圧に関係なく常に一定の電圧の駆動源直流が得られる。また、それらの外部直流を、単一の入力コネクタ２から入力すればよく、電圧によるコネクタの使い分けの必要もないから、一層汎用性を高めることができる。
【００４９】
さらに、上記構成の大きな特徴は、入力される外部直流の電圧レベルが多少変動したり、あるいは比較的大きなリップルが形成されたりしている場合でも、入力可変型に構成されているため、ほとんどその影響を受けることなく一定電圧の駆動源直流に変換できる点である。このことは、電圧変動の影響を受けやすい圧電トランスの駆動源直流として有利に作用する。さらに、結果的に本ステップアップ回路の前段に、電圧安定化のための回路を特に設ける必要がなくなり、電源回路の大幅な簡略化を図ることができる。以上の効果は、車載バッテリー電圧にオルターネータ交流波形が重畳される結果、リップルが特に大きくなる自動車用の用途において、とりわけ顕著に達成される。
【００５０】
以下、図７の入力可変型ステップアップ回路の詳細構成についてさらに説明する。該回路は、制御用ＩＣ２１（本実施形態では、新日本無線（株）製の市販品（ＮＪＭ２３６０Ａ）を用いている）と、該制御用ＩＣ２１に外付け接続されたインダクタ１０（本実施形態ではシールドコイルである）、及び整流・平滑化部をなすダイオード１３及びコンデンサ１６を主体に構成されている。制御用ＩＣ２１の等価回路は図８に示す通りであり、発振回路１０３と、外部直流の一部を分岐入力させ、その分岐直流入力を発振回路１０３が規定する一定周波数にて断続スイッチングするスイッチング部１０６と、出力側直流電圧を基準電圧と比較して、それら出力側直流電圧と基準電圧との差が縮小するように、分岐入力直流の断続スイッチングの許容及び禁止を制御する制御部１０７とを有する。図８の各端子番号は、図７の端子番号に対応している。
【００５１】
図７に示すように、インダクタ１０は、分岐直流入力の断続スイッチングに基づいて誘導電流を発生させるとともに、その誘導電流に基づくリップル電圧を外部直流の入力電圧に重畳させた形で出力するものである。また、整流・平滑化部１３，１６は、インダクタ１０からの出力電圧を整流及び平滑化することにより外部直流よりも昇圧された直流を生成し、これを駆動源直流（ＤＣ３２Ｖ）として出力するためのものである。
【００５２】
この回路の動作は、基本的には、制御用ＩＣ２１において、一定周波数で断続スイッチングされる電流をインダクタ１０に導き、その誘導電流による電圧波形を入力電圧に重畳させた後平滑化を行なうことで、入力電圧よりも高電圧の直流を発生させる、一般的なステップアップ回路と同一の原理によっている。そして、その特徴は、出力電圧を制御用ＩＣ２１にフィードバックし（５番端子）、これを制御部１０７において基準電圧と比較するとともに、もし出力電圧が基準電圧をオーバーシュートした場合は、誘導電流を発生させるためのスイッチングを一時的に中止して、基準電圧に向けた電圧復帰が生ずるように制御される点である。インダクタ１０の誘導電流による電圧成分は交流波形であり、これを整流・平滑化したときの電圧レベルが、ステップアップによる電圧増分の最大値となる。従って、入力電圧の平均レベルと、得るべき駆動源直流の目標電圧との差分よりも大きくなるようにスイッチング周波数を設定しておけば、入力電圧と目標電圧との差がどのような値であっても、そのスイッチング動作の停止／継続の時間比を調整することで、常に目標電圧に近い出力を得ることができる。このことは、入力電圧が規定された範囲内（本実施形態では、ＤＣ４．５〜ＤＣ３２Ｖ）で連続可変であり、突発的な要因による電圧変動や入力側のリップルの影響なども全て吸収できることを意味する。
【００５３】
本実施形態では、外部直流は、制御用ＩＣ２１内に組み込まれたスイッチング部をなすトランジスタ１０６ａのドライバコレクタ端子（８番端子）とトランジスタ１０６ｂのスイッチコレクタ端子（１番端子）とを短絡する短絡経路２５に入力され、インダクタ１０はその短絡経路２５上に配置されている。これにより、インダクタ１０の誘導電流に基づくリップル電圧を外部直流の入力電圧に重畳させる回路構成を合理的に実現できる。
【００５４】
図７において、外部直流は入力コネクタ２から入力される。コネクタ２の１番端子から入力された直流電圧は、調整用の抵抗８を経て短絡経路２５に入力され、整流・平滑化回路をなすダイオード１３を経て出力される。このダイオードは、スイッチングがオフされるときのインダクタ１０に向けたフライバック電流を遮断する役割も果たす。他方、平滑化機能を担うコンデンサ１６は、この出力経路と並列に接続されている。なお、コネクタ２の２番端子及び３番端子はジャンパ７（結線状態）により短絡された接地線につながっている。また、符号９及び１０は電波吸収体をなすフェライトコアである。また、図７の回路に現われているコンデンサ１９，２０，２２はノイズ吸収用のものである。さらに、符号３は、サージ対策用のバリスタであり、符号４は過電流防止用のヒューズである。
【００５５】
出力電圧のフィードバックは、抵抗１４及び１５により分圧調整されて制御用ＩＣ２１に入力される。図７に示すように、制御回路１０７はコンパレータ１０２、ＡＮＤゲート１０４及びＲＳラッチ１０５からなり、発振器１０３の出力はＡＮＤゲート１０４とＲＳラッチ１０５のリセット端子に分配されている。また、コンパレータ１０２の出力は、ＡＮＤゲート１０４の他方の端子に入力される。フィードバックされた出力電圧Ｖは５番端子からコンパレータ１０２に入力され、そこで基準電圧発生部１０１からの基準電圧Ｖｒと比較される。他方、ＡＮＤゲート１０４の出力はＲＳラッチ１０５のセット端子に入力される一方、発振器１０３の出力は反転した形でＲＳラッチ１０５のリセット端子に入力されている。従って、ＲＳラッチ１０５は、Ｖ＜Ｖｒのとき、発振器１０３と同期したパルスを出力し、そのパルス波形に同期してトランジスタ１０６ａ，１０６ｂをスイッチングする。他方、Ｖ≧Ｖｒのときは、ＲＳラッチ１０５は発振器１０３の出力を遮断し、スイッチングは停止する。なお、トランジスタ１０６ａ，１０６ｂは、スイッチングの電流容量を確保するため２段にダーリントン接続されたものが用いられている。また、発振器１０３の発振周波数は、３番端子に接続されるコンデンサ（タイミングキャパシタ：図７の符号１８）の容量により調整される。
【００５６】
本実施形態においては、図７に示すように、直流電源回路３６からの出力の一部を、高電圧電源回路４１（図５）以外の外部回路に供給するための、外部出力用コネクタ２３が基板３１上に設けられている。このようにすると、直流電源回路３６を高電圧電源回路４１以外の電源部としても活用することができる。例えば、イオン発生装置の周辺回路用として、高電圧電源回路４１と同一電圧仕様の電源系統として用いることが可能であり、このような電源回路の共用化により装置全体としての一層のコンパクト化を図ることができる。本実施形態では、図１に示すように、外部出力用コネクタ２３が入力コネクタ２とともに、高分子材料モールド部３０の上面に差し込み口を露出させる形で配置されている。
【００５７】
このような外部出力用コネクタ２には、例えば電極接続用端子２７ｑに取り付けられたイオン発生電極２７（図１）をクリーニングするためのクリーニング機構を接続することができる。イオン発生装置を長期間使用していると、気流に含まれている埃や油、あるいはその他の汚れ物質がイオン発生電極に付着し、やがては放電面がそれらの汚れ物質にて覆われてしまう。このような状態になると、イオン発生のための放電が著しく妨げられ、イオン発生効率の低下や、甚だしい場合にはイオン発生の停止につながる場合がある。そこで、このようなクリーニング機構を設けておけば、イオン発生電極２７を常に正常な状態に保つことができ、ひいてはイオン発生効率を高めることが可能である。
【００５８】
クリーニング機構は、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とすることができる。この電気的クリーニング機構は、例えばイオン発生電極自体あるいはイオン発生に近接して配置された別体の抵抗発熱体を抵抗通電発熱させることにより焼失させるものとしてもよいが、本実施形態では、以下のようなものを採用している。すなわち、該電気的クリーニング機構７９においては、図１２（ａ）に示すように、高電圧電源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。このような火花放電による付着物が焼失・除去を繰り返し行なうと、イオン発生電極２７の先端部２７ｎはより消耗しやすい状況となる。しかし、本実施形態では、厚さ０．２ｍｍ以上のリン含有銅合金にてイオン発生電極２７を構成することで、該火花による電極の消耗も進みにくくなっている。
【００５９】
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。
【００６０】
火花放電対向電極８３はイオン発生電極２７の先端部２７ｎ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２７ｎと対向する。
【００６１】
また、図１１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。
【００６２】
具体的には、火花放電対向電極移動機構７８はソレノイド８０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８０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の先端部がイオン発生電極２７の先端部に向けて接近・離間する。なお、８４ａはソレノイド８０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。
【００６３】
図１０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８０は、コネクタ８７を前記した外部入力用コネクタ２に接続することで、図５の直流電源部３６から受電する（ＤＣ３２Ｖ）。他方、ソレノイド８０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）を介して制御部８６より供給される。制御部８６は、出入力ポート８６ａと、これに接続されたＣＰＵ８６ｂ、ＲＡＭ８ｃ及び８６ｄ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。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８０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。
【００６４】
図１２（ａ）に示すように、火花放電対向電極８３はソレノイド８０の付勢によりイオン発生電極２７に向けて接近する。これにより、同図（ｂ）に示すように、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２７ｎに対し、所定量のギャップ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２７ｎ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、同図（ｃ）に示すように、火花放電対向電極８３が後退すれば電極間距離が拡大し、放電火花の発生は停止する。しかしながら、クリーニング中もイオン発生電極２７には引き続き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。
【００６５】
図７に戻り、回路モジュール１においては、交流電源入力に共用化できるように、以下のような工夫がなされている。すなわち、前記した直流入力用のステップアップ回路配線部と並列に、ダイオードブリッジからなる全波整流回路５が設けられている。交流使用時は、ステップアップ回路を構成する制御用ＩＣ２１及びその周辺の素子類は省略することができる。また、外部交流電源を使用する場合は、その外部交流電源側の接地系統を使用することになるので、回路モジュール側の接地配線系統は不使用となる。従って、ジャンパ７は切断して用いる。なお、直流入力のみで使用する場合は、本交流入力共用化のための回路部分は省略することも可能である。
【００６６】
上記本発明の回路モジュール１では、図７の高電圧電源回路４１が直流電源部３６から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
【００６７】
上記構成においては、図６において、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は負に帯電する。その結果、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の負電荷は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、負イオンを恒常的に発生させることができる。
【００６８】
そして、そのイオン発生電極２７を前述のリン含有銅合金で構成することで、長時間安定に高いイオン発生効率を保つことができ、しかもオゾンの発生を劇的に減ずることができる。以下、これを検証した実験結果について説明する。
【００６９】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
（実施例１）
図６及び図７の回路構成にて負イオン発生装置を構成した。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０．３ｍｍのリン青銅板（リン含有銅合金板、ＪＩＳ：Ｈ３１１０（２０００）；Ｃ５１９１Ｒ−Ｈ、組成：スズ＝６．６質量％、リン＝０．１質量％、残部＝Ｃｕ＋不可避不純物）にて図２のように構成した、その先端部２７ｎは、長さ約５ｍｍにて形成した。また、図４の平面Ｓによる仮想断面の幅ｗは０．５７ｍｍであり、従って該仮想断面の面積は０．１７ｍｍ^２である。なお、参考例として、先端を図３のように尖鋭に形成した電極も作成した。この電極は、図４の平面Ｓによる仮想断面の幅ｗは０．１ｍｍであり、該仮想断面の面積は０．０３ｍｍ^２である。さらに、比較例として、リン青銅板に代えてニッケル板および白金板により、同様の寸法・形状に構成した電極も作成した。
【００７０】
これら電極を負イオン発生装置に取り付け、圧電トランス７０への一次側交流入力の周波数を約７０ｋＨｚ、電圧をｐｅａｋｔｏｐｅａｋにて２４Ｖとして作動させたところ、イオン発生電極２７への印加電圧レベルは約１０００Ｖとなった。この状態にて、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、毎秒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、１時間放電継続したときの平均値にて測定した。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）により、１時間放電継続したときの平均値にて測定した。以上の結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
いずれの電極も、イオン発生量は、１０００ｃｐｓ以上の高い数値を示しているが、リン青銅を用いた実施例の電極は１７００ｃｐｓ以上と、イオン発生レベルが特に高い。そして、オゾン発生量は、先端部２７ｎを尖鋭に構成したものでは、比較例であるニッケル電極や白金電極と比べて半分程度に軽減されている。さらに、先端を平坦に形成したものでは、オゾン発生量はさらに２桁以上も劇的に低減されていることがわかる。これに対し、ニッケル電極や白金電極では、先端を平坦に形成しても、オゾン発生抑制効果は顕著でないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン発生装置に使用する回路モジュールの一例を示す外観斜視図、及びその内部構成を示す断面図。
【図２】本発明のイオン発生電極の一例を示す平面図、側面図及び斜視図。
【図３】本発明のイオン発生電極の参考例を示す平面図。
【図４】図２のイオン発生電極の先端を拡大して示す平面図。
【図５】イオン発生回路ユニットの構成を示すブロック図。
【図６】図５の高電圧電源部の一例を示す回路図。
【図７】同じく直流電源部の一例を示す回路図。
【図８】図７の制御用ＩＣの等価回路図。
【図９】図１のイオン発生回路ユニットの、基板実装レイアウトの例を示す図。
【図１０】クリーニング機構の電気的構成例を示す回路図。
【図１１】火花放電式クリーニング機構の一例を、その動作とともに示す説明図。
【図１２】図１１のクリーニング機構の作用説明図。
【符号の説明】
１イオン発生装置用回路モジュール
２７イオン発生電極
２７ｍ本体部
２７ｎ先端部
２７ａ電極接続部
４１高電圧電源回路
７０圧電トランス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion generator.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP 2000-277235 A [0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ion generator has been used to purify, sterilize, or deodorize air in a room or an automobile. In many of these, an AC power supply unit, a step-up transformer, and a needle electrode are arranged in a housing, and a high AC voltage boosted by the transformer is applied to the needle electrode to generate a corona discharge, and the discharge is performed. Is emitted from the ion emission port provided in the housing. As an electrode for such an ion generator, a Ni electrode as disclosed in Patent Document 1 is widely used because of its low cost and high ion generation capability.
[0004]
By the way, when the discharge for generating ions has a form close to a so-called silent discharge, there is a problem that ozone is easily generated in air. Ozone has a strong oxidizing power and is also excellent in bactericidal power and oxidative decomposition power to organic substances and the like, but has a drawback that an unpleasant irritating odor becomes strong as the amount of ozone generated increases. According to the study by the present inventors, it has been found that the generation of ozone is relatively remarkable in the Ni-based electrode, and the generation of ozone cannot be completely suppressed by devising the shape and the like. Patent Document 1 describes that when the tip of the Ni electrode is sharp, the amount of generated ozone tends to be small. However, if this statement is correct, the electrode is worn and the sharpness of the tip is reduced. If it slows down, the amount of ozone generated will also increase, so it will not be a permanent solution. Furthermore, the electrode disclosed in Patent Literature 1 has a tip formed in a round shape in order to suppress a change in ion generation ability due to electrode consumption, and the sharper the tip, the more the generation of ozone is suppressed. As described above, from the viewpoint of suppressing ozone generation, it must be construed that the configuration is essentially a concession.
[0005]
An object of the present invention is to provide an ion generating electrode having an ion generating ability equal to or higher than that of a conventional Ni-based electrode and capable of greatly reducing the amount of generated ozone, and an ion using the same. And a generator.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
In order to solve the above problems, the ion generating electrode of the present invention is an electrode for an ion generating device that generates ions by discharging by applying a high voltage, and at least the tip portion is made of a copper alloy containing phosphorus. It is characterized by comprising.
[0007]
Further, the ion generator of the present invention comprises the above-mentioned ion generating electrode of the present invention, an electrode connecting portion for attaching the ion generating electrode, and a high voltage power supply circuit for supplying a high voltage for generating ions to the electrode connecting portion. And having the following.
[0008]
The ion generating electrode of the present invention made of a copper alloy containing phosphorus has an ion generating capability equal to or higher than that of the Ni-based electrode described in Patent Document 1 or the like, and furthermore, ozone generation. The amount can be greatly reduced. In particular, the high-voltage power supply circuit boosts the primary AC input in the form of a secondary AC output by a transformer, and further generates a positive or negative pulsating high voltage by a rectifying element to generate positive or negative ions. Is supplied as a high voltage for ion generation, ozone generation becomes more remarkable when a conventional Ni-based electrode is used, but if the ion generation electrode is formed of a copper alloy containing phosphorus, Ozone generation can be dramatically reduced.
[0009]
In particular, when the high voltage generator for ion generation applies a high voltage to the ion generation electrode so that the voltage application polarity is dominant on the negative side, that is, when applied to a negative ion generator, This effect is more pronounced. Also, when the ion generating electrode is configured as an isolated electrode without a discharge counter electrode, the ozone generating effect is more remarkably exhibited.
[0010]
Since the phosphorus-containing copper alloy used in the present invention is generally inexpensive, it is advantageous to manufacture the entire ion generating electrode from the copper alloy because the manufacturing process is simplified. However, since the electrode portion that is particularly deeply involved in the various effects of the present invention on ion generation is the electrode tip, the electrode tip is made of a phosphorus-containing copper alloy, and the other parts are made of another material. Is also possible.
[0011]
The content of phosphorus in the copper alloy is desirably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less. When the content of phosphorus is less than 0.01% by mass, the effect of suppressing ozone generation is not significant. On the other hand, if the phosphorus content exceeds 1% by mass, it becomes difficult to work the alloy into an electrode shape, and the material becomes brittle, so that the tip of the electrode is liable to break (for example, assembly of an ion generator). In some cases, such as when an impact is applied to the tip of the electrode). The copper alloy used in the present invention contains copper as the main component (the component with the highest content).
[0012]
If the copper alloy used in the present invention further contains tin in addition to phosphorus, the effect of suppressing ozone becomes more remarkable, and the wear resistance of the electrode can be further improved. In this case, the content of tin in the copper alloy is desirably 1% by mass or more and 20% by mass or less. If the tin content is less than 1% by mass, the effect of suppressing ozone generation or the improvement of the wear resistance effect by adding tin will not be so remarkable. On the other hand, if the tin content exceeds 20% by mass, it is difficult to form the alloy into an electrode shape, and the material becomes brittle, so that the tip of the electrode is liable to break.
[0013]
In the ion generating electrode made of the phosphorus-containing copper alloy, the ozone generation suppressing effect is more remarkable when the electrode tip is not formed sharply, that is, when the electrode tip is flat (or rounded). It becomes. This indicates that the Ni-based electrode described in Patent Document 1 or the like has a tendency opposite to that of ozone generation that is less likely to occur as the tip becomes sharper, which is one of the major features of the present invention. It can be said that. As described in Patent Document 1, if the electrode tip is flat or round, the electrode tip shape does not change significantly even if the electrode is somewhat consumed, and the ion generating ability is stably maintained. Is done. However, in the case of the conventional Ni-based electrode, it has been considered that it is more advantageous to sharpen the electrode tip from the viewpoint of ozone suppression, as described above. The only choice was to make the stabilization of the ion generation capability a priority at the expense of the effect, so to speak. However, the phosphorus-containing copper alloy used in the present invention can enhance the ozone suppression effect by adopting a non-sharp electrode tip shape, so that it is possible to easily achieve compatibility with stabilization of the ion generation ability.
[0014]
Here, the “unsharp electrode tip shape” refers to the electrode longitudinal direction (O) at a position separated from the electrode tip (27t) by 0.5 mm along the electrode longitudinal direction (O) as shown in FIG. ) perpendicular to the plane in (S) when cutting the tip portion (27n), it refers to the area of the imaginary cutting plane (27 t) is in the 0.1 mm ² or more 0.4 mm ² or less. As shown in FIG. 2, the electrode longitudinal direction (O) is such that when the electrode (27) is viewed in a plan view, the direction in which the longest line segment L that passes through the electrode (27) through the foremost point can be drawn. Say. Area of the imaginary cutting plane (27 t) is not remarkable improvement in ozone suppressing effect is less than 0.1 mm ^2, the electric field concentration on the electrode tip becomes dull exceeds 0.4 mm ^2, in the ion generating ability is impaired Connect.
[0015]
Next, as shown in FIG. 2, the tip (27n) of the ion generating electrode of the present invention may be (at least) formed in a plate shape having a thickness t of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less. desirable. When the thickness t of the tip portion is less than 0.2 mm, electrode wear is likely to occur, and it becomes difficult to maintain good ion generating ability for a long period of time. Further, when the thickness t exceeds 0.5 mm, in the case of a phosphorus-containing copper alloy having a high hardness, there is a disadvantage that the processing state is restricted more. In addition, the shape in which the electrode tip surface is flat at the electrode tip portion (27n) is easy to process and has a remarkable ozone suppression effect, so that it can be suitably used in the present invention.
[0016]
Further, if the entirety of the ion generating electrode of the present invention including the tip portion is formed in a plate shape of a copper alloy, it can be easily manufactured by punching or etching a phosphorus-containing copper alloy plate material. In this case, if a through hole for fixing the electrode, which also serves as a high-voltage power supply portion to the electrode, is formed in the plate thickness direction, the ion generating electrode is connected to the electrode connecting portion of the ion generating device with a screw, a bolt nut, or a rivet. It can be easily connected by a fastening member such as.
[0017]
More preferably, the phosphorus content of the copper alloy is 0.03% by mass or more and 0.35% by mass or less. By setting the phosphorus content to 0.03% by mass or more, the ozone suppressing effect becomes more remarkable. In addition, when a plate-like phosphorus content is used as a material, when the phosphorus content exceeds 0.35% by mass, it becomes difficult to process the plate material by rolling or the like, and an electrode shape may be obtained by punching. In this case, defects such as cracks and cracks are likely to occur.
[0018]
Further, when tin is added, it is desirable that the tin content of the copper alloy be 2% by mass or more and 10% by mass or less. By setting the content of tin to 2% by mass or more, the effect of suppressing ozone and the effect of improving wear resistance become more remarkable. Further, when a plate-shaped material is used, when the content of tin exceeds 10% by mass, it becomes difficult to process the plate material by rolling or the like. Failures such as cracks and cracks are likely to occur.
[0019]
Hereinafter, requirements that can be added to the ion generator of the present invention will be described. The ion generator according to the present invention includes:
An electrode connection portion for connecting an ion generation electrode,
This is for supplying a high voltage for generating ions to the electrode connection portion. The piezoelectric transformer for boosting and the primary-side driving AC of the piezoelectric transformer are connected to a DC of a predetermined voltage (hereinafter referred to as a driving source). And a high-voltage power supply circuit including a driving DC-AC conversion circuit generated by conversion from DC.
A plurality of types of external DC can be input, and a DC power supply circuit that converts the input external DC into a drive source DC of a predetermined constant voltage regardless of the input voltage,
It can be configured as having an ion generator module including the electrode connection portion, the substrate on which the high-voltage power supply circuit and the DC power supply circuit are integrally mounted.
[0020]
According to the above configuration, an external DC of a plurality of types of voltages can be input, and a DC power supply circuit that converts the input external DC to a drive source DC of a predetermined constant voltage regardless of the input voltage. Is provided, it is not necessary to prepare a plurality of types of modules individually equipped with voltage conversion circuits having different specifications as in the related art, even if the external DC voltage level that can be used as a drive power source differs depending on the application. As a result, a high voltage for ion generation by the piezoelectric transformer can always be stably generated irrespective of the type of input voltage, and as a result, a compact and versatile circuit module for an ion generator can be realized. Further, the fact that a plurality of types of external direct current can be processed by a single direct current power supply circuit is also an important advantage in achieving a compact module.
[0021]
Further, the ion generator of the present invention,
An electrode connection portion for attaching an ion generation electrode,
This is for supplying a high voltage for generating ions to the electrode connection portion. The piezoelectric transformer for boosting and the primary-side driving AC of the piezoelectric transformer are connected to a DC of a predetermined voltage (hereinafter referred to as a driving source). And a high-voltage power supply circuit including a driving DC-AC conversion circuit generated by conversion from DC.
A substrate on which the electrode connection portion and the high-voltage power supply circuit are integrally mounted,
On the substrate, a high-voltage power supply circuit comprises a high-voltage power supply circuit, and a high-voltage power supply circuit.
The polymer material mold part is configured as having an ion generator module made of rubber or an elastomer having a durometer hardness of 80 or less in a type A durometer specified in JIS: K-6253 (1997). can do.
[0022]
In a conventional electronic circuit board, circuit components are often molded with a relatively hard polymer material such as an epoxy resin in order to give priority to noise prevention and improvement of strength. However, the present inventors have studied that when such a hard mold covers the piezoelectric transformer provided on the ion generating device circuit board, the vibration of the piezoelectric ceramic element is restrained, and smooth vibration is hindered. As a result, it was found that a sufficient output voltage and, consequently, an ion generation performance could not be obtained. In addition, the hard mold enhances the mechanical coupling between the piezoelectric ceramic element and the peripheral components such as the substrate and the case, so that a parasitic resonance mode due to coupled vibration is likely to occur, which also reduces the output of the piezoelectric transformer. Contributes to
[0023]
Therefore, as a result of further study, the problem of vibration restraint of the piezoelectric ceramic element has been remarkably solved and the smooth vibration can be achieved by forming the polymer material mold part with rubber or elastomer having the above hardness. As a result, it has been found that a decrease in the output voltage of the piezoelectric transformer and, consequently, a decrease in the ion generation performance can be effectively suppressed. In addition, as described above, by adopting a moderately flexible rubber or elastomer as a material of the mold portion, the vibration of the piezoelectric ceramic element is elastically absorbed by the mold portion, and mechanically interacts with peripheral parts such as a substrate and a case. Is reduced. As a result, a decrease in output due to a parasitic resonance mode or the like hardly occurs.
[0024]
Further, the ion generating device of the present invention,
An electrode connection portion for attaching an ion generation electrode,
This is for supplying a high voltage for generating ions to the electrode connection portion. The piezoelectric transformer for boosting and the primary-side driving AC of the piezoelectric transformer are connected to a DC of a predetermined voltage (hereinafter referred to as a driving source). And a high-voltage power supply circuit including a driving DC-AC conversion circuit generated by conversion from DC.
A substrate on which the electrode connection portion and the high-voltage power supply circuit are integrally mounted,
On the substrate, comprising a high-voltage power supply circuit with a high-voltage power supply circuit, a piezoelectric ceramic element of the piezoelectric transformer, a polymer material coating portion,
The present invention can be configured to have an ion generator module in which the coating thickness of the polymer material molded part to the piezoelectric ceramic element is 1 mm or less.
[0025]
In the above configuration, the polymer material mold section is replaced with a polymer material coating section, and the coating thickness of the coating section on the piezoelectric ceramic element is 1 mm or less. As described above, by reducing the coating thickness of the piezoelectric ceramic element, the problem of the vibration constraint of the piezoelectric ceramic element is remarkably solved, and a smooth vibration can be performed. As a result, the output voltage of the piezoelectric transformer decreases, and as a result, the ion voltage decreases. A reduction in generation performance can be effectively suppressed. The coating thickness is desirably 0.1 mm or more from the viewpoint of sufficiently securing the effect of improving the strength of the substrate or preventing noise.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples shown in the drawings.
FIG. 1 shows an appearance of a circuit module (hereinafter, also simply referred to as a circuit module) 1 which is a main part of the ion generator of the present invention. The circuit module 1 includes a high-voltage power supply circuit (described later) including an electrode connection portion 27a for connecting the ion generation electrode 27, and a piezoelectric transformer 70 for supplying a high voltage for generating ions to the electrode connection portion 27a. In this example, a DC power supply circuit (described later) for supplying a DC current as a drive source current to the high-voltage power supply circuit is integrally mounted on a substrate 31 made of a glass-epoxy resin composite material or the like. On the substrate 31, there is provided a polymer material molding section 30 for molding the piezoelectric ceramic element of the piezoelectric transformer 70 together with the components of the high-voltage power supply circuit.
[0027]
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a negative ion generator using the circuit module. The circuit includes the high-voltage power supply circuit 41 and the DC power supply circuit 36 as described above. The high-voltage power supply circuit 41 is for supplying a high voltage for generating ions to the electrode connection terminal 27q. The high-voltage power supply circuit 41 determines in advance the piezoelectric transformer 70 for boosting and the primary side driving AC of the piezoelectric transformer 70. A driving DC-AC conversion circuit 42 generated by converting the applied voltage from DC (driving source DC) is included. Further, the DC power supply circuit 36 is capable of inputting a plurality of types of external DC, and converts the input external DC into a drive source DC of a predetermined constant voltage irrespective of the input voltage. It is. The electrode connection terminal 27q, the high-voltage power supply circuit 41, and the DC power supply circuit 36 are integrally mounted on the substrate 31 of FIG.
[0028]
Returning to FIG. 1, the polymer material mold portion 30 is made of rubber or elastomer having a type A durometer hardness of 80 or less specified in JIS: K-6253 (1997). If the hardness of the polymer material mold portion 30 exceeds 80 in the type A durometer hardness, the output of the piezoelectric transformer 70 tends to decrease. The lower limit of the hardness is not particularly limited, but if the hardness is up to about 1, there is an advantage that it can be selected from commercially available rubber. If the hardness is extremely low, the mold-retaining function as a mold may not be maintained in some cases, and it is desirable to select the hardness within a range in which such a problem does not occur. The hardness of the polymer material mold section 30 is more desirably selected in the range of about 10 to 50.
[0029]
The material of the rubber / elastomer to be employed is not particularly limited as long as it satisfies the above hardness range. However, when a liquid rubber / elastomer (for example, silicone or urethane) is used in an uncured state at normal temperature, Molding by casting can be performed easily. In the present embodiment, the substrate 31 is housed in the case 35, and in a state where the substrate 31 is placed in the case 35, a rubber or an elastomer (of course, in a liquid state) is cast, and then cured. Thus, the component C of the circuit mounted on the board 31 is molded together with the board 31 in the case 35.
[0030]
In the case 35, specifically, an opening 35c for accommodating the substrate 31 is formed on the upper surface side, and the substrate 31 is provided with a spacer 35a so that the component C disposed on the rear surface side of the substrate does not contact the case bottom surface. (Projected from the bottom surface of the case) so as to float in the case 31 by a predetermined distance from the bottom surface. In addition, a penetration portion 31a for discharging gas filling the space on the back surface side of the substrate at the time of casting is formed in the thickness direction. Thus, it is possible to prevent or suppress a problem that bubbles and the like remain around the base after casting and the corrosion resistance and the like are impaired.
[0031]
The substrate 31 is fixed to the spacer 35a by a fastening member 35b such as a bolt. In addition, the base end of the high voltage output cable 27b is connected to the electrode connection terminal 27q formed on the surface of the substrate 31, and the opposite side extends out of the mold portion 30 and has a ring-shaped end. An electrode connecting portion 27a made of metal fittings is provided, and the ion generating electrode 27 is attached thereto.
[0032]
Instead of molding the substrate 31 as described above, it is possible to adopt a configuration in which the entire substrate 31 is covered with a polymer material coating portion 130 as shown in FIG. In this case, instead of limiting the hardness of the polymer material coating portion 130, the coating thickness (average value) t of the piezoelectric ceramic element 70 may be set to 1 mm or less (0.1 mm or more). In addition, as the material of the polymer material coating portion 130, urethane resin, acrylic resin, epoxy resin, or the like can be used.
[0033]
The entirety of the ion generation electrode 27 is made of a phosphorus-containing copper alloy. The content of phosphorus in the copper alloy is set in a range of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less, and is set in a range of 0.03 to 0.35% by mass in the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the ion generating electrode 27 has a main body 27m and a tip 27n extending from the outer peripheral edge of the main body 27m. Is formed in a plate shape from a phosphorus-containing copper alloy. The thickness t is 0.2 mm or more and 0.5 mm or less. The phosphorus-containing copper alloy can be made of so-called phosphor bronze further containing tin. In this case, the content of tin is 1% by mass, abnormal 20% by mass or less, preferably 2% by mass or more. It is 10% by mass or less.
[0034]
The main body portion 27m has a semicircular shape on the rear side and a tapered outer shape on the front side in the electrode longitudinal direction O, and the above-described distal end portion 27n extends in a needle shape from the distal end of the tapered portion. Further, on the rear side of the main body 27m, a through hole 27f for fixing the electrode, which also serves as a high-voltage power supply section for the electrode, is formed in the plate thickness direction. As shown in FIG. The electrode 27 can be connected to the cable 27b by overlapping the electrode connection portions 27a and inserting a fastening member 27j such as a bolt nut or a rivet. In addition, as shown in FIG. 2, a through hole 27h for positioning an electrode having a diameter smaller than that of the through hole 27f is formed in the main body 27m in front of the through hole 27f. The ion generating electrode 27 having such a shape is manufactured by punching a phosphorus-containing copper alloy sheet.
[0035]
As shown in FIG. 4, the tip end surface 27t of the tip portion 27n of the ion generating electrode 27 is formed flat. When the electrode is viewed in plan, at a position separated by 0.5 mm along the electrode longitudinal direction O from the midpoint of the edge forming the distal end surface 27t (electrode tip), the tip is located on a plane S orthogonal to the electrode longitudinal direction O. obtained by cutting the part 27n, the area of the virtual cutting plane is a 0.1 mm ² or more 0.4 mm ² or less.
[0036]
Next, as shown in FIG. 5, the high-voltage power supply circuit 41 includes an oscillating unit 37, a switching unit 38, a boosting unit 39, and a rectifying unit 40. FIG. 6 shows an example of the specific circuit configuration. The piezoelectric transformer 70 included in the booster 39

forms input terminals

72a, 73a and an output terminal 74a on the piezoelectric ceramic element plate 71, and converts a primary AC input voltage from the

input terminals

72a, 73a to a piezoelectric transformer. This is converted into a secondary-side AC voltage higher than the primary-side AC voltage via the mechanical vibration of the ceramic element plate 71, and is output from the output-side terminal 74a to the ion generating electrode 27.
[0037]
On the other hand, the rectifying unit 40 of FIG. 6 rectifies the secondary AC output of the piezoelectric transformer so that the polarity of the voltage applied to the ion generation electrode 27 is dominant on the negative (first polarity) side. Thereby, the ion generating electrode 27 mainly functions as a negative ion generating source. On the other hand, the present invention can be configured to function as a positive ion generator, but in this case, the connection direction of the rectifier 40 may be reversed.
[0038]
The oscillating unit 37 receives a drive source DC from the DC power supply unit 36 and generates an oscillation waveform at a frequency corresponding to the primary-side AC input to the piezoelectric transformer 70. In the present embodiment, the oscillating unit 37 is configured as a square wave oscillating circuit including an operational amplifier 62, a resistor 52 on the negative feedback side, and a capacitor 53. The resistors 54 and 55 are for defining the reference voltage of the oscillation input, that is, the center value of the oscillation voltage amplitude. Further, the capacitor 57 is for removing noise superimposed on the reference voltage, but can be omitted when the reference voltage is stable.
[0039]
Further, the switching section (switching circuit) 38 receives the waveform signal from the oscillation section 37 and performs high-speed switching of the DC constant voltage input from the power supply unit 30 to convert the input AC waveform to the primary side of the piezoelectric transformer 70. Generate. Specifically, the switching unit 38 is configured as a push-pull switching circuit including a pair of

transistors

65 and 66. These

transistors

65 and 66 are turned on / off by the output of the operational amplifier 62 (43 is a pull-up resistor), and generate a square wave AC waveform oscillating at the oscillation frequency of the oscillation unit 37. This waveform is input to the primary side of the piezoelectric transformer 70. The capacitor 58 is for removing noise superimposed on the switching inputs of the

transistors

65 and 66, but can be omitted when the noise is small.
[0040]
Next, the piezoelectric ceramic element plate 71 of the piezoelectric transformer 70 is formed in a horizontally long plate shape, and a first plate-like region 71a polarized in the plate thickness direction is provided at an intermediate position in the plate surface longitudinal direction. And a second plate-shaped region 71b that has been polarized. The input-side electrode pairs 72 and 73 to which the input-

side terminals

72a and 73a are connected are formed so as to cover both surfaces of the first plate-like region 71a, while the second plate-like region 71b extends in the plate surface longitudinal direction. An output electrode 74 to which the output terminal 74a is connected is formed on the end face.
[0041]
In the piezoelectric transformer 70 having the above configuration, when an AC input is performed to the first plate-shaped region 71a via the input-side electrode pairs 72 and 73, the polarization direction of the first plate-shaped region 71a is the thickness direction. The plate wave propagating in the longitudinal direction is strongly coupled to the electric field in the plate thickness direction, and most of the electric energy is converted into the energy of the plate wave propagating in the longitudinal direction. On the other hand, the longitudinal plate wave is transmitted to the second plate-shaped region 71b. Here, since the polarization direction is the longitudinal direction, the plate wave is strongly coupled to the longitudinal electric field. When the AC frequency on the input side corresponds to (preferably coincides with) the resonance frequency of the mechanical vibration of the piezoelectric ceramic element plate 71, the impedance of the element 71 becomes substantially minimum (resonance) on the input side, while the impedance on the output side is reduced. In this case, the input becomes substantially maximum (anti-resonance), and the primary-side input is boosted by the boosting ratio according to the impedance conversion ratio to become the secondary-side output.
[0042]
The piezoelectric transformer 70 having such an operation principle has a simple structure, and as described above, has an advantage that it can be configured to be very lightweight and compact as compared with a wire wound transformer having an iron core. Then, under conditions of a large load, the impedance conversion efficiency is high, and a stable and high boosting ratio can be obtained. In addition, an ion generator driven under conditions close to the load release except for the generation of a discharge current due to ion emission can stably generate a high voltage suitable for ion generation, which is an advantage unique to the piezoelectric transformer. Can also be used effectively.
[0043]
The material of the piezoelectric ceramic element 71 is not particularly limited. For example, in this embodiment, the piezoelectric ceramic element 71 is made of lead zirconate titanate-based perovskite piezoelectric ceramic (so-called PZT). This is mainly composed of a solid solution of lead zirconate and lead titanate, and is suitable for use in the present invention because of its excellent impedance conversion efficiency. The mixing ratio of lead zirconate and lead titanate is preferably about 0.8 to 1.3 in terms of a molar ratio of lead zirconate / lead titanate in order to realize good impedance conversion efficiency. . If necessary, a part of zirconium or titanium can be replaced by Ni, Nb, Mg, Co, Mn, or the like.
[0044]
When the driving frequency is extremely high, the resonance sharpness of the PZT-based piezoceramic element is rapidly lowered and the conversion efficiency is reduced. Therefore, the frequency of the primary side AC input is 40 to 300 kHz (preferably, It is desirable to set a value corresponding to the mechanical resonance frequency of the element 71 in a relatively low frequency range of about 50 to 150 kHz). Conversely, it is desirable to determine the dimensions of the element 71 such that the mechanical resonance frequency of the element 71 falls within the above frequency range.
[0045]
When a PZT-based piezoelectric ceramic element is used, the voltage level of the primary side AC input is set to about 15 to 40 V from the viewpoint of securing the generation efficiency of negative ions and ensuring the durability of the element. . Thereby, the applied voltage level to the ion generating electrode 27 can secure about 4000 to 6000 V at the maximum in the frequency range of the primary side AC input.
[0046]
Next, the rectifier 40 includes a diode 76 that forms a rectifier circuit. This diode 76 has a role of rectifying the secondary-side AC output of the piezoelectric transformer 70 so as to allow the charge transfer in the direction of charging up the ion generating electrode 27 to the negative polarity and prevent the charge transfer in the opposite direction. Fulfill. In this embodiment, a plurality of (here, four) diodes 76 are connected in series in order to ensure a withstand voltage. Further, the ion generating electrode 27 is connected to an AC high voltage power supply, that is, the output terminal 74a of the piezoelectric transformer 70, and a discharge path 90 is provided branching from a path from the output terminal to the ion generating electrode. The end of the discharge path 90 is grounded.
[0047]
FIG. 9A shows an example of the component mounting layout on the front side of the substrate 31 and FIG. The reference numerals in the drawings correspond to the reference numerals in the circuit diagrams of FIGS. In this embodiment, as shown in (a), the piezoelectric transformer 70 is mounted on the substrate 31 such that the piezoelectric ceramic element plate 71 and the substrate surface are substantially parallel to each other. Further, as shown in (b), a region corresponding to the piezoelectric ceramic element plate 73 on the back surface side of the substrate 31 is covered with a metal film electrode 75, and the metal film electrode 75 and the piezoelectric ceramic element plate 71 are separated from each other. , And the portion of the substrate 31 located therebetween, constitutes a feedback capacitance.
[0048]
Next, FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the DC power supply circuit 36. In this circuit, a DC voltage in a certain range (in this embodiment, DC 4.5 V to DC 32 V) can be continuously and variably input from a single input connector 2 provided on a substrate, and the input voltage is boosted higher than the input voltage. This is configured as an input variable type step-up circuit that generates the obtained direct current and outputs it as a drive source direct current (DC 32 V in this embodiment). As already described, when incorporating an ion generator in the form of a module for general home appliances such as air conditioners and various applications such as automobiles, the voltage that can be used as an external DC varies depending on the product to be incorporated. (For example, the former is DC5V, and the latter is DC12V or 24V). However, if the DC power supply circuit 36 is configured as an input variable type step-up circuit as described above, a constant drive source DC can always be obtained regardless of the external DC voltage used. Further, these external direct currents may be input from a single input connector 2, and there is no need to use different connectors depending on the voltage, so that the versatility can be further enhanced.
[0049]
Further, a major feature of the above configuration is that even when the input external DC voltage level fluctuates somewhat or a relatively large ripple is formed, it is configured as a variable input type. The point is that it can be converted to a constant voltage drive source DC without being affected. This advantageously acts as a drive source direct current of the piezoelectric transformer which is easily affected by voltage fluctuations. Furthermore, as a result, it is not necessary to provide a circuit for stabilizing the voltage in the preceding stage of the present step-up circuit, so that the power supply circuit can be greatly simplified. The above effects are particularly remarkably achieved in an automotive application in which ripples become particularly large as a result of the alternator AC waveform being superimposed on the vehicle battery voltage.
[0050]
Hereinafter, the detailed configuration of the variable input type step-up circuit of FIG. 7 will be further described. The circuit includes a control IC 21 (in this embodiment, a commercially available product (NJM2360A) manufactured by New Japan Radio Co., Ltd.) and an inductor 10 (in this embodiment, externally connected to the control IC 21). And a diode 13 and a capacitor 16 which constitute a rectifying / smoothing unit. The equivalent circuit of the control IC 21 is as shown in FIG. 8. The oscillation circuit 103 and a switching unit that branches a part of the external DC and inputs the branch DC input at a constant frequency defined by the oscillation circuit 103. And a control unit 107 that compares the output side DC voltage with the reference voltage and controls the permission and prohibition of the intermittent switching of the branch input DC so that the difference between the output side DC voltage and the reference voltage is reduced. Have. Each terminal number in FIG. 8 corresponds to the terminal number in FIG.
[0051]
As shown in FIG. 7, the inductor 10 generates an induced current based on the intermittent switching of the branch DC input and outputs a ripple voltage based on the induced current superimposed on an external DC input voltage. is there. The rectifying / smoothing

units

13 and 16 rectify and smooth the output voltage from the inductor 10 to generate a DC boosted from an external DC, and output this as a drive source DC (DC 32 V). belongs to.
[0052]
Basically, the operation of this circuit is as follows. In the control IC 21, a current intermittently switched at a constant frequency is led to the inductor 10, and a voltage waveform by the induced current is superimposed on the input voltage, and then smoothing is performed. , Which generates a DC voltage higher than the input voltage by the same principle as a general step-up circuit. The feature is that the output voltage is fed back to the control IC 21 (terminal 5), which is compared with the reference voltage in the control unit 107. If the output voltage overshoots the reference voltage, the induced current is reduced. The point is that the switching for the generation is temporarily stopped, and the voltage is controlled to return to the reference voltage. The voltage component due to the induced current of the inductor 10 has an AC waveform, and the voltage level when this is rectified and smoothed becomes the maximum value of the voltage increment due to the step-up. Therefore, if the switching frequency is set so as to be larger than the difference between the average level of the input voltage and the target voltage of the drive source DC to be obtained, the difference between the input voltage and the target voltage is any value. However, by adjusting the time ratio of the stop / continuation of the switching operation, an output close to the target voltage can always be obtained. This means that the input voltage is continuously variable within the specified range (4.5 to 32 VDC in the present embodiment), and it is possible to absorb all the effects of voltage fluctuations due to sudden factors and ripples on the input side. means.
[0053]
In this embodiment, the external direct current is a short-circuit path that short-circuits the driver collector terminal (eighth terminal) of the transistor 106a and the switch collector terminal (first terminal) of the transistor 106b, which form a switching unit incorporated in the control IC 21. 25, the inductor 10 is arranged on the short-circuit path 25. Thus, a circuit configuration for superimposing a ripple voltage based on an induced current of the inductor 10 on an external DC input voltage can be rationally realized.
[0054]
In FIG. 7, an external direct current is input from the input connector 2. The DC voltage input from the first terminal of the connector 2 is input to the short-circuit path 25 via the adjusting resistor 8, and is output via the diode 13 forming a rectifying / smoothing circuit. This diode also serves to block the flyback current towards inductor 10 when switching is turned off. On the other hand, a capacitor 16 having a smoothing function is connected in parallel with this output path. The second and third terminals of the connector 2 are connected to a ground wire short-circuited by a jumper 7 (connection state).

Reference numerals

9 and 10 denote ferrite cores forming a radio wave absorber. The

capacitors

19, 20, and 22 appearing in the circuit of FIG. 7 are for absorbing noise. Further, reference numeral 3 is a varistor for surge suppression, and reference numeral 4 is a fuse for preventing overcurrent.
[0055]
The feedback of the output voltage is divided and adjusted by the

resistors

14 and 15 and input to the control IC 21. As shown in FIG. 7, the control circuit 107 includes a comparator 102, an AND gate 104, and an RS latch 105. The output of the oscillator 103 is distributed to the reset terminals of the AND gate 104 and the RS latch 105. The output of the comparator 102 is input to the other terminal of the AND gate 104. The fed back output voltage V is input from the fifth terminal to the comparator 102, where it is compared with the reference voltage Vr from the reference voltage generator 101. On the other hand, the output of the AND gate 104 is input to the set terminal of the RS latch 105, while the output of the oscillator 103 is input to the reset terminal of the RS latch 105 in an inverted form. Therefore, when V <Vr, the RS latch 105 outputs a pulse synchronized with the oscillator 103, and switches the transistors 106a and 106b in synchronization with the pulse waveform. On the other hand, when V ≧ Vr, the RS latch 105 shuts off the output of the oscillator 103, and the switching stops. Note that the transistors 106a and 106b are two-stage Darlington-connected in order to secure a switching current capacity. The oscillation frequency of the oscillator 103 is adjusted by the capacitance of a capacitor (timing capacitor: 18 in FIG. 7) connected to the third terminal.
[0056]
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, an external output connector 23 for supplying a part of the output from the DC power supply circuit 36 to an external circuit other than the high-voltage power supply circuit 41 (FIG. 5) is provided. It is provided on a substrate 31. In this way, the DC power supply circuit 36 can be used as a power supply unit other than the high-voltage power supply circuit 41. For example, it can be used as a power supply system having the same voltage specifications as the high-voltage power supply circuit 41 for the peripheral circuit of the ion generator, and the use of such a power supply circuit further downsizes the entire apparatus. be able to. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the external output connector 23 is arranged together with the input connector 2 on the upper surface of the polymer material molded portion 30 so as to expose the insertion port.
[0057]
For example, a cleaning mechanism for cleaning the ion generating electrode 27 (FIG. 1) attached to the electrode connection terminal 27q can be connected to such an external output connector 2. If the ion generator has been used for a long period of time, dust, oil, or other contaminants contained in the airflow will adhere to the ion generating electrode, and eventually the discharge surface will be covered with the contaminants. . In such a state, discharge for ion generation is significantly hindered, which may lead to a decrease in ion generation efficiency or, in extreme cases, stop of ion generation. Therefore, if such a cleaning mechanism is provided, the ion generating electrode 27 can always be kept in a normal state, and the ion generating efficiency can be improved.
[0058]
The cleaning mechanism may be an electric cleaning mechanism that burns off dirt attached to the ion generating electrode by electric heating. The electrical cleaning mechanism may be, for example, a device for burning out the ion generating electrode itself or a separate resistive heating element arranged in the vicinity of the ion generation by applying resistance heating and heating. Something like that has been adopted. That is, in the electrical cleaning mechanism 79, as shown in FIG. 12A, a high-voltage power supply unit is also used as a high-voltage generation unit for spark discharge, and a high-voltage power supply unit is provided between the ion generation electrode 27 and the spark discharge counter electrode 83. Is applied with a high voltage for spark discharge. Then, by the discharge spark generated between the ion generating electrode 27 and the spark discharge opposing electrode 83 due to the application of the high voltage, the deposit attached to the ion generating electrode is burned and removed. If the deposits due to such spark discharge are repeatedly burned and removed, the tip 27n of the ion generating electrode 27 is more likely to be consumed. However, in the present embodiment, since the ion generating electrode 27 is made of a phosphorus-containing copper alloy having a thickness of 0.2 mm or more, it is difficult for the spark to consume the electrode.
[0059]
The spark discharge counter electrode 83 can be grounded. However, if the spark discharge time is short, the discharge current can be absorbed by the device capacitance.
[0060]
The spark discharge counter electrode 83 is disposed so as to face the tip 27n of the ion generation electrode 27. Specifically, the spark discharge opposing electrode 83 is formed in a rod shape, and the tip surface or side surface (the side surface in the present embodiment) of the rod-shaped spark discharge opposing electrode 83 faces the tip portion 27n of the ion generating electrode 27.
[0061]
As shown in FIG. 11, the spark discharge counter electrode 83 is separated from the ion generation electrode 27 by a separation position ((b)) for generating ions from the ion generation electrode 27, and the spark discharge counter electrode 83 and the ion generation electrode 27 are separated from each other. At least a spark discharge counter electrode moving mechanism 78 is provided for relatively approaching / separating from an approach position ((a)) for generating a discharge spark with the electrode 27. Here, the position of the ion generating electrode 27 is fixed, and the spark discharge opposing electrode moving mechanism 78 is configured to move the spark discharge opposing electrode 83.
[0062]
Specifically, the spark discharge opposing electrode moving mechanism 78 includes a solenoid 80, and the rear end of a rod-shaped spark discharge opposing electrode 83 is connected to the tip of an advancing / retracting rod 81 via a coupling member 82. When the rod 81 is driven forward and backward by the solenoid 80, the tip of the spark discharge counter electrode 83 approaches and separates toward the tip of the ion generating electrode 27. Reference numeral 84a is a positioning plate for fixing the solenoid 80. Reference numeral 84 denotes a guide plate having a guide hole through which the spark discharge counter electrode 83 is inserted. Since the spark discharge counter electrode 83 approaches and separates substantially horizontally toward the ion generation electrode 27, a gap for spark discharge is formed. Accuracy can be increased.
[0063]
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of an electrical configuration of the spark discharge counter electrode moving mechanism 78. The solenoid 80 receives power from the DC power supply unit 36 in FIG. 5 (DC 32 V) by connecting the connector 87 to the external input connector 2 described above. On the other hand, the energizing signal of the solenoid 80 is supplied from the control unit 86 via a switch mechanism 85 (which is constituted by a photo MOS in the present embodiment). The control unit 86 is composed of a microprocessor in which an input / output port 86a and a CPU 86b, RAMs 8c and 86d connected to the input / output port 86a are incorporated, and an operation control program of the spark discharge counter electrode moving mechanism 78 is written in the ROM 86d. ing. The CPU 86b functions as an operation control entity of the discharge counter electrode moving mechanism 78 by executing the operation control program using the RAM 86c as a work area. When the control unit 86 issues a drive command signal for the spark discharge opposing electrode moving mechanism 78, the photo MOS 85 is turned on, and the solenoid 80 receives a DC drive voltage and is energized.
[0064]
As shown in FIG. 12A, the spark discharge opposing electrode 83 approaches the ion generating electrode 27 by the bias of the solenoid 80. Thereby, as shown in FIG. 3B, the tip 83a of the spark discharge opposing electrode 83 is positioned with respect to the tip 27n of the ion generating electrode 27 so as to form a predetermined gap. For example, by applying a voltage for discharging to the ion generating electrode 27 in this state, a discharge spark SP is generated in the gap, and dust adhering to the tip 27n of the ion generating electrode 27 due to heat concentration due to the spark is generated. Deposits such as dirt are burned off. On the other hand, as shown in FIG. 3C, if the spark discharge opposing electrode 83 recedes, the distance between the electrodes increases, and the generation of discharge spark stops. However, since the ion generation voltage is continuously applied to the ion generation electrode 27 even during the cleaning, it is possible to immediately shift to the ion generation mode as soon as the spark discharge ends.
[0065]
Returning to FIG. 7, in the circuit module 1, the following contrivance has been made so that the circuit module 1 can be commonly used for AC power supply input. That is, the full-wave rectifier circuit 5 composed of a diode bridge is provided in parallel with the DC input step-up circuit wiring section. At the time of AC use, the control IC 21 constituting the step-up circuit and its peripheral elements can be omitted. When an external AC power supply is used, the grounding system on the external AC power supply side is used, so that the ground wiring system on the circuit module side is not used. Therefore, the jumper 7 is cut and used. In the case where only the DC input is used, the circuit portion for sharing the AC input can be omitted.
[0066]
In the above-described circuit module 1 of the present invention, the high-voltage power supply circuit 41 shown in FIG. 7 receives the supply of the DC constant voltage from the DC power supply unit 36 and generates the square-wave AC by the operation of the oscillation unit 37 and the switching unit 38. The input is supplied to the input terminal 72a of the piezoelectric transformer 70 as a primary AC input via an adjustment resistor 67 (including a variable resistor 67a for waveform adjustment). The piezoelectric transformer 70 boosts the voltage according to the above-described operation principle and outputs the boosted voltage from the output terminal 74a as a secondary AC output.
In the above configuration, when the secondary side of the piezoelectric transformer 70 outputs a negative half wave in FIG. 6, the ion generating electrode 27 is negatively charged. As a result, an electric field gradient suitable for generating negative ions is generated around the ion generating electrode 27, and molecules in the surrounding air, for example, water molecules are ionized in the form of hydroxyl ions or the like. That is, negative ions are generated. Next, when a positive half-wave is output, the negative charge of the ion generating electrode 27 tends to discharge to the ground side, but the flow of this charge is blocked by the diode 76. Thus, the negative charge state of the ion generating electrode 27 is always maintained, and negative ions can be constantly generated.
[0068]
When the ion generating electrode 27 is made of the above-mentioned phosphorus-containing copper alloy, high ion generation efficiency can be stably maintained for a long time, and generation of ozone can be dramatically reduced. Hereinafter, experimental results for verifying this will be described.
[0069]
【Example】
Hereinafter, the results of experiments performed to confirm the effects of the present invention will be described.
(Example 1)
A negative ion generator was configured with the circuit configurations of FIGS. 6 and 7. As the composition of the piezoelectric ceramic element plate 71, a composition in which lead zirconate and lead titanate are mixed in a molar ratio of about 1: 1, and containing about 2% by weight of Nb as an additional element, for example, a length of 52 mm and a thickness of 52 mm It was formed to a size of 1.85 mm in width and 13 mm in width. The ion generating electrode 27 is a phosphor bronze plate having a thickness of about 0.3 mm (phosphorus-containing copper alloy plate, JIS: H3110 (2000); C5191R-H, composition: tin = 6.6% by mass, phosphorus = 0.1). The composition was made as shown in FIG. 2 by mass%, balance = Cu + inevitable impurities), and the tip 27n was formed with a length of about 5 mm. Further, the width w of the virtual cross section by the plane S in FIG. 4 is 0.57 mm, and the area of the virtual cross section is 0.17 mm ² . As a reference example, an electrode having a sharp tip as shown in FIG. 3 was also prepared. This electrode has a virtual section width w of 0.1 mm on the plane S in FIG. 4 and an area of the virtual section of 0.03 mm ² . Further, as a comparative example, an electrode having a similar size and shape was formed by using a nickel plate and a platinum plate instead of the phosphor bronze plate.
[0070]
When these electrodes were attached to the negative ion generator, and the frequency of the primary side AC input to the piezoelectric transformer 70 was set to about 70 kHz and the voltage was set to 24 V by peak to peak, the applied voltage level to the ion generating electrode 27 was about It became 1000V. In this state, the amount of negative ions generated per second is measured by a commercially available ion counter (supplier: Japan MJP, product name: air ion counter, No. .IC-1000), and the average value was measured when discharging was continued for one hour. Further, the amount of ozone generated was measured by a commercially available ozone concentration meter (AET-030P, manufactured by Ebara Jitsugyo Co., Ltd.) as an average value when discharging was continued for one hour. Table 1 shows the above results.
[0071]
[Table 1]

[0072]
Each of the electrodes has a high ion generation amount of 1000 cps or more, but the electrode of the embodiment using phosphor bronze has a particularly high ion generation level of 1700 cps or more. The amount of generated ozone is reduced to about half that of the nickel electrode or platinum electrode of the comparative example when the tip portion 27n is sharply configured. Further, it can be seen that the ozone generation amount is dramatically reduced by more than two orders of magnitude when the tip is formed flat. On the other hand, in the case of the nickel electrode and the platinum electrode, even if the tip is formed flat, the ozone generation suppressing effect is not remarkable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a circuit module used in an ion generator of the present invention, and a cross-sectional view showing the internal configuration thereof.
FIG. 2 is a plan view, a side view, and a perspective view showing an example of the ion generating electrode of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a reference example of the ion generating electrode of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a tip of the ion generating electrode of FIG. 2;
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an ion generation circuit unit.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the high-voltage power supply unit of FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a DC power supply unit.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the control IC of FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing an example of a board mounting layout of the ion generation circuit unit of FIG. 1;
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of an electrical configuration of a cleaning mechanism.
FIG. 11 is an explanatory view showing an example of a spark discharge type cleaning mechanism together with its operation.
FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the cleaning mechanism of FIG. 11;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion generator circuit module 27 Ion generation electrode 27m Main part 27n Tip part 27a Electrode connection part 41 High voltage power supply circuit 70 Piezoelectric transformer

Claims

What is claimed is: 1. An electrode for an ion generator for generating ions by discharge by application of a high voltage, wherein at least a tip portion is made of a copper alloy containing phosphorus.

The ion generation electrode according to claim 1, wherein the content of phosphorus in the copper alloy is 0.01% by mass or more and 1% by mass or less.

The ion generating electrode according to claim 1, wherein the copper alloy further contains tin in addition to phosphorus.

The ion generating electrode according to claim 3, wherein the content of tin in the copper alloy is 1% by mass or more and 20% by mass or less.

At a position separated by 0.5 mm in the electrode longitudinal direction from the electrode tip, the area of the virtual cut surface when the tip is cut on a plane orthogonal to the electrode longitudinal direction is 0.1 mm ² or more and 0.4 mm ² The ion generating electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein

The ion generating electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the tip is formed in a plate shape having a thickness of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less.

The ion generating electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein an electrode tip surface is formed flat at the tip portion.

8. An electrode fixing plate according to claim 1, further comprising a plate-like member made of said copper alloy including said tip portion, and a through hole for fixing an electrode also serving as a high-voltage power supply portion for an electrode formed in a plate thickness direction. The ion generating electrode according to any one of the above.

The ion generating electrode according to claim 8, wherein the content of phosphorus in the copper alloy is 0.03% by mass or more and 0.35% by mass or less.

The ion generation electrode according to claim 8, wherein the tin content of the copper alloy is 2% by mass or more and 10% by mass or less.

An ion generating electrode according to any one of claims 1 to 10,
An electrode connector for attaching the ion generating electrode,
A high-voltage power supply circuit for supplying a high voltage for generating ions to the electrode connection portion.

The ion generator according to claim 11, wherein the ion generation electrode is configured as an isolated electrode without a discharge counter electrode.

The ion generator according to claim 11 or 12, wherein the high voltage generator for ion generation applies a high voltage to the ion generation electrode such that the voltage application polarity is dominant on the negative side.