JP2004311158A

JP2004311158A - マイナスイオン発生器

Info

Publication number: JP2004311158A
Application number: JP2003101652A
Authority: JP
Inventors: Hisaya Kuribayashi; 久也栗林; Takashi Akai; 隆志赤井
Original assignee: Silver Co Ltd
Current assignee: Silver Co Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】マイナスイオン発生器において、簡単な構成により、低消費電力の直流電源駆動を可能とする。
【解決手段】マイナスイオン発生器の高電圧発生回路２０において、直流電源Ｅを動作源とした発振回路ＭＶの出力によりトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチングしてパルストランスＰＴの１次側電流が断続される。２次側コイルＮ２に発生した高電圧が倍電圧整流回路７により電圧増幅され、その負電圧を印加した負放電電極２先端にコロナ放電が発生してマイナスイオンが生成される。倍電圧整流回路７を経た電圧波形は、マイナスパルスに続いて減衰する負の脈流出力となる。１次側コイルＮ１に直列に挿入した順方向ダイオードＤ１で発振回路ＭＶへの高電圧ノイズを抑え、ノイズによりパルス休止期間中に流れる無駄な消費電流を抑えて低消費電力とし、電池駆動における電源長寿命化が図られる。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイナスイオンを発生するマイナスイオン発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、環境改善のために空間にイオンを放出するイオン発生器が知られている。イオン発生方式として少なくとも５ｋＶ以上の直流高電圧やパルス高電圧を放電針に印加するものがあり、この方式では高電圧のため、ほこり付着や安全性の問題がある。この問題点を解消するものとして、比較的実行値の小さな交流電圧の印加により、正イオン及び負イオンの両方を発生させるため、対極電極は設けずに、針状電極に実効値１．５ｋＶ〜３．０ｋＶの範囲の交流を印可してイオンを発生するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、負イオン（マイナスイオン）が人体に対して良い効果をもたらすことから、マイナスイオンのみを発生させるとともに、装置全体の小型化を図るため、高周波トランスの２次側に倍電圧整流回路を備えたマイナスイオン発生装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１９４７１号公報
【特許文献２】
特開平０７−１５３５４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に示されるようなイオン発生器は、例えば、灯芯式石油ストーブなどの可搬式器具に電池を駆動電源とするマイナスイオン発生器を備える場合、効率良くマイナスイオンを発生させて低い消費電流で電池を長持ちさせる、ということが考慮されていない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、直流電源駆動による低消費電力のマイナスイオン発生器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、発振回路と、この発振回路のパルス出力によりスイッチングされるスイッチング素子と、このスイッチング素子により１次側コイルに流れる電流が制御され２次側に高電圧パルスを出力するパルストランスと、このパルストランスの１次側コイルに並列に接続されたコンデンサと、パルストランスの２次側に得られる高電圧パルスを整流する整流回路と、この整流回路により整流された負の高電圧を印加する負放電電極と、を備えたマイナスイオン発生器において、発振回路及びパルストランスの駆動電源が直流電源であり、パルストランスの１次側コイルに直列にダイオードを順方向に挿入したものである。
【０００８】
上記構成においては、駆動電源として直流電源を用いるので、電池を用いることができ、可搬性に優れたマイナスイオン発生器が得られる。また、パルストランスの１次側コイルに直列にダイオードを順方向に挿入したので、低電圧回路である発振回路への２次側コイル出力からの高電圧ノイズの影響を抑えることができる。これにより、パルスの休止期間中にノイズのために不規則なＯＮ／ＯＦＦが発生して流れる無駄な消費電流を抑えることができ、電池駆動における電源の長寿命化が図られる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のイオン発生器において、整流回路は、パルストランスの２次側の交流電圧を整流して増幅する倍電圧整流回路である。
【００１０】
上記構成においては、パルストランスの２次側の整流回路として倍電圧整流回路を用いるので、マイナスイオンを発生させるための直流マイナス電圧が容易に得られる。また、倍電圧整流回路により出力電圧波形がマイナスイオン発生に適した脈流出力（減衰出力）となり、その脈流出力は前記の１次側コイルに直列に挿入した順方向ダイオードによりノイズのない波形であり、この脈流出力によって、例えば６０Ｈｚ程度の低周波数の発振周波数であっても効率良くマイナスイオンを発生することができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のイオン発生器において、発光ダイオード及び電源電圧低下検知回路をさらに備え、前記直流電源が動作中であってその電圧が所定電圧より高い場合は前記発光ダイオードが点灯し、その電圧が所定電圧より低い場合は前記発光ダイオードが消灯するものである。
【００１２】
上記構成においては、発光ダイオード及び電源電圧低下検知回路を備え、直流電源が動作中には発光ダイオードを点灯し、直流電源の電圧が下がった場合には消灯するようにしたので、マイナスイオンが発生中であることを点灯で認識できるとともに、電池交換時期を消灯により知ることができ、マイナスイオン発生器の利便性を増すことができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２乃至請求項３のいずれかに記載のイオン発生器において、パルストランスは、２次側コイルが細長円筒形状の内側ボビンに斜行巻きされ、１次側コイルが内側ボビンと同軸の外側ボビンに巻かれ、両コイルの巻かれた円筒軸方向長さ領域が略一致したコアレストランスである。
【００１４】
上記構成においては、内側ボビンに斜行巻きした高電圧用の２次側コイルを巻き、外側ボビンに１次側コイルを巻いたコアレストランスを用いるので、コイルのインダクタンスを小さく抑えて減衰周波数を高くでき、倍電圧回路において効率良く高電圧に変換することができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のイオン発生器において、負放電電極は、頂角が１５度以下の尖頭を有する三角形状を複数配列した、厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの鋸歯状電極である。
【００１６】
上記構成においては、厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの鋸歯状電極の尖頭を負放電電極とするので、効率良くマイナスイオンを発生でき、またプレス加工により一体構造の電極を容易に安価に形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマイナスイオン発生器について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るマイナスイオン発生器を構成する高電圧発生回路を示す。この高電圧発生回路１０は、電池からなる直流電源Ｅを動作源とし、例えば非安定マルチバイブレータからなる発振回路ＭＶと、その出力によりスイッチング動作されるスイッチング用トランジスタＱ１，Ｑ２と、トランジスタＱ２のスイッチング動作により高電圧を発生するパルストランスＰＴとを備えている。パルストランスＰＴの１次側コイルＮ１に並列にコンデンサＣ２が接続され、２次側コイルＮ２の両端には整流及び平滑するためのダイオードＤ０及びコンデンサＣ０が接続されている。ダイオードＤ０のアノード側は、コンデンサＣ０を介してグランドＧＮＤに接続されるとともに、負放電電極２に接続されている。さらに、パルストランスＰＴの１次側コイルＮ１の正電源側に、ダイオードＤ１が電源に対し順方向となるように挿入されている。なお、ＤＣ電源にはスイッチＳＷを介して平滑用のコンデンサＣ１が並列接続されている。
【００１８】
このような高電圧発生回路１０において、スイッチＳＷを投入すると、コンデンサＣ１が充電されるとともに、発振回路ＭＶが作動し、発振回路ＭＶの発振周期に従い、トランジスタＱ２がオン・オフし、パルストランスＰＴの１次側電流が断続されることで、コンデンサＣ２とパルストランスＰＴの１次側コイルＮ１とから成る閉回路に変動電流が発生する。この変動電流により、パルストランスＰＴの２次側コイルＮ２の両端に高電圧が発生し、負放電電極２とグランドＧＮＤ間にコロナ放電が発生し、その放電により負放電電極２周辺の雰囲気ガスがイオン化されてマイナスイオンが生成される。
【００１９】
上述の高電圧発生回路１０におけるダイオードＤ１の作用について説明する。図２（ａ）は高電圧発生回路１０の出力電圧を評価するための高電圧発生回路１１を示し、図２（ｂ）は比較測定のための高電圧発生回路１２を示す。高電圧発生回路１１、１２は、ともに高電圧発生回路１０におけるパルストランスＰＴの２次側コイルＮ２の一端がグランドＧＮＤに接続され、他端である点Ｐ１，Ｐ２が開放された回路になっており、高電圧発生回路１２ではさらにダイオードＤ１が除かれた回路になっている。
【００２０】
上記の高電圧発生回路１１，１２において、スイッチＳＷを投入すると、大きさが略一定の正のパルス電位がトランジスタＱ１のコレクタに周期的に現れる。そのパルス電位が、オフ又は低電位である間はトランジスタＱ１，Ｑ２がカットオフとなり、高電位となる間はトランジスタＱ１，Ｑ２が導通する。そして、パルストランスＰＴの１次側コイルＮ１には、トランジスタＱ２の導通とともに立ち上り、トランジスタＱ２のカットオフとともに立ち下がる電流が発振回路ＭＶの発振周波数と同じ周期で流れる。また、トランジスタＱ２の導通とともにコンデンサＣ２に電荷が蓄積される。
【００２１】
このように、発振回路ＭＶにより、トランジスタＱ１，Ｑ２を介してパルストランスＰＴの１次側電流が断続される。トランジスタＱ２を通過して流れている１次側コイルの電流が、トランジスタＱ２のカットオフにより遮断されると、コンデンサＣ２に蓄積されていた電荷と１次側コイルＮ１の逆起電力により、コンデンサＣ２とダイオードＤ１と１次側コイルＮ１とからなる閉回路に大電流が流れ、この電流により１次側コイルＮ１の両端には高い電圧が発生し、そのため、２次側コイルＮ２の両端には、コイルの巻線比（例えば、Ｎ１：Ｎ２＝１：１００）に従い、さらに高い電圧が出力される。
【００２２】
２次側コイルＮ２の開放端である点Ｐ１，Ｐ２に現れる電圧について説明する。図３は図２（ａ）の高電圧発生回路１１の点Ｐ１における電圧波形を示し、図４は図２（ｂ）の高電圧発生回路１２の点Ｐ２における電圧波形を示す。なお、前述の図１に示す高電圧発生回路１０における電極２に発生する電圧は、図３に示す電圧波形をダイオードＤ０で整流してコンデンサＣ０で平滑した波形となる。
【００２３】
図３と図４の両図において、発振回路ＭＶの周期Ｔを隔てて表れる高電圧ピークａが観測されるが、隣り合うピークａの間の様子は、両図で異なっている。パルストランスＰＴの１次側コイルＮ１に並列接続されたダイオードＤ１を有する場合、図３に示されるように、隣り合うピークａ間の殆どの範囲において、点Ｐ１の電位はゼロＶである。これに対し、パルストランスＰＴの１次側コイルＮ１にダイオードＤ１がない場合、図４に示されるように、測定された点Ｐ２の電位の全域に亘って、振動する一定強度のノイズｂが観測される。
【００２４】
パルストランスＰＴの２次側コイルＮ２の点Ｐ１，Ｐ２に表れる電圧は、両方の場合において、２次側コイルＮ２に発生する逆起電力により正負に振動する電圧となる。しかしながら、パルストランスＰＴの１次側コイルＮ１を流れる電流は、ダイオードＤ１が存在する場合、一方向だけの電流に制限されるのに対し、ダイオードＤ１が存在しない場合、正負に振動する両方向の電流が流れる。そこで、ダイオードＤ１が存在しない場合、２次側コイルＮ２における振動電圧が１次側コイルＮ１、さらに発振回路ＭＶの動作に影響して、上記の様なノイズｂが発生すると考えられる。このようなノイズｂの発生はエネルギを浪費することになる。
【００２５】
他方、パルストランスの１次側コイルＮ１に直列にダイオードＤ１を順方向に挿入した場合、低電圧回路である発振回路ＭＶへの２次側コイルＮ２出力からの高電圧ノイズの影響を抑えることができ、ノイズのために不規則なＯＮ／ＯＦＦが発生してパルスの休止期間中に流れることがなく、無駄な消費電流を抑えて電池駆動における電源の長寿命化を図ることができる。
【００２６】
次に、上述の高電圧発生回路１０，１１，１２において用いられパルストランスＰＴについて説明する。図５はパルストランスＰＴの中心軸を通る横断面を示す。パルストランスＰＴは、２次側コイルＮ２を細長円筒形状の内側ボビン１３に巻き、１次側コイルＮ１を前記内側ボビン１３と同軸の外側ボビン１６に巻いて構成される。両コイルＮ１，Ｎ２の巻かれた円筒軸方向長さ領域が略一致している。また、このトランスはコアレス（空芯）トランスである。２次側コイルＮ２の巻き線の両端には高電圧が発生するので絶縁破壊を避けるために、２次側コイルＮ２を点Ｐから巻き始めて点Ｑで巻き終わる場合、矢印１４、１５で示すように斜め向きに前進・後退しながら巻く、いわゆる斜向巻きによってコイルが形成される。
【００２７】
このパルストランスＰＴとソレノイドコアとの関係について説明する。図６は上記のコアレスパルストランスＰＴを用いた前出の図２（ａ）の回路の点Ｐ１における電圧波形を示し、図７は同回路のパルストランスにソレノイドコアとしてフェライトコアを挿入した場合の点Ｐ１における電圧波形を示す。コアなしの場合の電圧波形（図６）は、コア有りの場合（図７）に比べて、電圧パルスの振幅が若干小さく、振動の高周波成分が多くなっていることが分かる。このことは、内側に２次側コイルを巻き、外側に１次側コイルを巻いたこと、及びコアレストランスを用いてコイルのインダクタンスを小さく抑えたことによる。このように減衰周波数を高くできるので、後述する倍電圧整流回路と組み合わせた場合において、効率良く高電圧に変換することができ、電池駆動における電源の長寿命化を図ることができる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態に係る他のマイナスイオン発生器の構成について説明する。図８はパルストランスＰＴの２次側に倍電圧整流回路を備えた高電圧発生回路２０を示す。パルストランスＰＴの２次側コイルＮ２には倍電圧整流回路７が接続されている。いわゆる倍電圧整流回路によると、例えばダイオードＤ２〜Ｄ５とコンデンサＣ３〜Ｃ６とを直列に積み重ねるように接続して、積み重ねた段数だけパルストランスＰＴの２次電圧の倍数の高圧直流電圧が得られる。
【００２９】
上述の構成における負放電電極２の電圧波形について説明する。図９は電圧波形の測定結果を示し、図１０は同図の時間軸を拡大した電圧波形を示す。負放電電極２における電圧波形は、全体が負の値（図９の場合−０．３５ｋＶ以下）を示し、マイナスパルスｃ（−０．８ｋＶ付近に至る）に続いて緩やかに絶対値が減衰する減衰波形ｄからなる繰り返し波形である。このような倍電圧整流回路７による出力電圧波形は、マイナスイオン発生に適した脈流出力（減衰出力）であり、また、この脈流出力は１次側コイルＮ１に直列に挿入した前述の順方向ダイオードＤ１の作用によりノイズのない波形となっている。この脈流出力によって、図９に示すような、例えば６０Ｈｚ程度の低周波数の発振周波数であっても効率良くマイナスイオンを発生できることが確認されている。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係るさらに他のマイナスイオン発生器の構成について説明する。図１１は電源電圧低下認識回路８を備えた高電圧発生回路３０を示す。電源電圧低下認識回路８は、直流電源Ｅが電池であり、スイッチＳＷがオンとなって直流電源Ｅが動作中の場合、その電圧が所定電圧より高いときは発光ダイオードＤ６が点灯し、その電圧が所定電圧より低いときは発光ダイオードＤ６が消灯して、ユーザに電池の交換を認識させるものである。
【００３１】
電源電圧低下認識回路８は、抵抗Ｒ４，Ｒ５とツエナダイオードＺＤで構成される電源電圧低下検知回路、及び発光ダイオードＤ６からなる。直流電源Ｅの電圧がツェナーダイオードＺＤと抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧され、抵抗Ｒ５の両端の電圧の大小によって発光ダイオードＤ６の点灯／消灯が行われる。このように、直流電源Ｅが所定電圧以上の電圧で動作中には発光ダイオードＤ６を点灯し、直流電源Ｅの電圧が所定電圧より下がった場合には消灯するようにしたので、ユーザはマイナスイオンが発生中であることを点灯で認識でき、また電池交換時期を消灯により知ることができて、マイナスイオン発生器の利便性が増す。
【００３２】
次に、マイナスイオン発生器の具体的な外観構造を説明する。図１２（ａ）（ｂ）は上述の例えば高電圧発生回路２０を含むマイナスイオン発生器を示す。マイナスイオン発生器の直流電源は、例えば乾電池からなり、図１２（ｂ）に示される回路ボックス５の電池室５１に納められ、その電力は電極５３，配線３１〜３３、及びスイッチＳＷを介して回路基板６へと導入される。
【００３３】
回路基板６は回路基板室５２に納められ、基板６の上面及び下面には前述した各種の回路が形成されている。形成された回路及び関連する素子は発振回路、発振回路のパルス出力によりスイッチングされるスイッチング素子、このスイッチング素子により１次側コイルに流れる電流が制御され２次側に高電圧パルスを出力するパルストランスＰＴ、このパルストランスＰＴの１次側コイルに並列に接続されたコンデンサ、パルストランスＰＴの２次側に得られる高電圧パルスを整流する倍電圧整流回路、パルストランスの１次側コイルに直列に挿入したダイオード、電源電圧低下検知回路などである。
【００３４】
倍電圧整流回路により整流された負の高電圧は高圧ケーブル３５によって負放電電極２に導入される。負放電電極２は、図１２（ａ）に示されるように絶縁体からなるケース３，４に納められて所定の位置に設置される（後述）。また、電池交換時期を消灯により知らせる発光ダイオードＤ６は、前面ケース４の挿入筒４２に納められ、直流電源の負電極側は、配線３４によってマイナスイオン発生器を納める筐体からなるグランドＧＮＤに接地される。
【００３５】
負放電電極２、及びマイナスイオンの発生について説明する。図１３（ａ）はケースに納められた負放電電極を示し、図１３（ｂ）は負放電電極の尖塔部を示す。負放電電極２は、頂角θが１５度以下の尖頭２１を有する三角形状を複数、例えば３つ、鋸歯状に配列した電極である。その厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、例えば、プレス加工により尖頭２１及びタブ端子形状の電源接続部とを含めて一体構造の電極として形成することができる。負放電電極２を納めた絶縁体ケース３，４の前面ケース４には多数の開口４１が有り、この開口４１に尖頭２１を向けて負放電電極２が固定されている。また、絶縁体ケース３，４は、グランドＧＮＤ電位である筐体の構造物１０１により周囲を囲まれている。このような状態で、負放電電極２に高圧ケーブル３５をコネクタ３６を介して接続し、高電圧パルスを印加すると、尖頭２１の先端に集中した電界によりコロナ放電（電子放出）が起こり、周囲雰囲気ガスがマイナスイオン化される。
【００３６】
本発明のマイナスイオン発生器の適用例について説明する。図１４は上述のいずれかのマイナスイオン発生器を灯芯型石油ストーブ１００に組み込んだ状態を示す。灯芯型石油ストーブ１００の下部に回路ボックス５を設置し、負放電電極を納めた絶縁体ケース４の開口４１を前方に向けて、灯芯型石油ストーブ１００の前面設置する。また、ストーブ１００の点火と連動してスイッチＳＷがＯＮされるようにする。これにより、灯芯型石油ストーブ１００の運転中にマイナスイオンがストーブ１００の前方に放出され、マイナスイオン発生器の動作状態が発光ダイオード点灯表示部４３の表示で確認される。
【００３７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。本発明のマイナスイオン発生器は、上述の灯芯型石油ストーブに限らず、空気調和機、除湿器、加湿器、電気／ガスヒータなどに設置して用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイナスイオン発生器の構成を示す高電圧発生回路の図。
【図２】（ａ）は同マイナスイオン発生器の高電圧発生回路における出力電圧を評価測定するための回路の図、（ｂ）は比較測定のための回路の図。
【図３】図２（ａ）の回路による出力電圧波形図。
【図４】図２（ｂ）の回路による出力電圧波形図。
【図５】本発明の実施形態に係るマイナスイオン発生器に用いられるパルストランスの断面図。
【図６】図２（ａ）の回路による出力電圧波形図。
【図７】図２（ａ）の回路にコアを有するパルストランスを用いた場合の出力電圧波形図。
【図８】本発明の実施形態に係る他のマイナスイオン発生器の構成を示す高電圧発生回路の図。
【図９】同上回路による出力電圧波形図。
【図１０】図９に示した出力電圧波形図の時間軸を拡大して示した出力電圧波形図。
【図１１】本発明の実施形態に係るさらに他のマイナスイオン発生器の構成を示す高電圧発生回路の図。
【図１２】（ａ）は本発明の実施形態に係るいずれかのマイナスイオン発生器の負放電電極部分の分解斜視図、（ｂ）は同電源と回路部分の分解斜視図。
【図１３】（ａ）は同上いずれかのマイナスイオン発生器の負放電電極組込状態断面図、（ｂ）は同負放電電極の尖塔部拡大外形図。
【図１４】同上いずれかのマイナスイオン発生器を灯芯型石油ストーブに組み込んだ状態の外観斜視図。
【符号の説明】
２負放電電極
７倍電圧整流回路
１０，２０，３０高電圧発生回路
１３内側ボビン
１６外側ボビン
２１尖頭
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ
Ｄ１ダイオード
Ｄ６発光ダイオード
Ｅ電源
ＭＶ発振回路
Ｎ１１次側コイル
Ｎ２２次側コイル
ＰＴパルストランス
Ｑ１，Ｑ２スイッチング素子

Claims

発振回路と、この発振回路のパルス出力によりスイッチングされるスイッチング素子と、このスイッチング素子により１次側コイルに流れる電流が制御され２次側に高電圧パルスを出力するパルストランスと、このパルストランスの１次側コイルに並列に接続されたコンデンサと、前記パルストランスの２次側に得られる高電圧パルスを整流する整流回路と、この整流回路により整流された負の高電圧を印加する負放電電極と、を備えたマイナスイオン発生器において、
前記発振回路及びパルストランスの駆動電源が直流電源であり、
前記パルストランスの１次側コイルに直列にダイオードを順方向に挿入したことを特徴とするイオン発生器用の高電圧発生回路。
前記整流回路は、パルストランスの２次側の交流電圧を整流して増幅する倍電圧整流回路であることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生器。
発光ダイオード及び電源電圧低下検知回路をさらに備え、前記直流電源が動作中であってその電圧が所定電圧より高い場合は前記発光ダイオードが点灯し、その電圧が所定電圧より低い場合は前記発光ダイオードが消灯することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のイオン発生器。
前記パルストランスは、２次側コイルが細長円筒形状の内側ボビンに斜行巻きされ、１次側コイルが前記内側ボビンと同軸の外側ボビンに巻かれ、両コイルの巻かれた円筒軸方向長さ領域が略一致したコアレストランスであることを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれかに記載のイオン発生器。
前記負放電電極は、頂角が１５度以下の尖頭を有する三角形状を複数配列した、厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの鋸歯状電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のイオン発生器。