JP2008059795A - イオン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンを拡散するための送風のあらゆる方向に対してもイオンの発生量の検出を可能にして多様な電気機器に応用することができ、プラスイオン及びマイナスイオン、又は何れか一方の発生量が最適な値となるように制御することが可能なイオン発生装置を提供する。
【解決手段】誘電体基板６１の一の面に放電電極６３、他の面に誘導電極６４を対向するように形成し、放電電極６３の先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…に囲まれる位置にイオンを捕集する捕集用導体６５を形成する。捕集用導体６５が捕集したイオンを検出するイオン検出回路７及び捕集したイオンの量を判定するイオン量判定回路８の出力に基づいて放電電極６３及び誘導電極６４間に電圧印加回路９が印加する電圧を制御する電圧制御回路１０を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、コロナ放電によりプラスイオン及びマイナスイオンを発生することができるイオン発生装置に関し、特に、イオンの発生の有無、及びイオンの発生量を検出し、検出した結果に基づいてイオンの発生量を安定化することができるイオン発生装置に関する。

近年、プラスイオン及びマイナスイオンの両イオンを発生することができるイオン発生装置が開発され、実用化されている。そして、このような当該イオン発生装置を備える電気機器、例えば空気調和機、除湿機、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置、又は、車載用空気調和機などの需要が急激に拡大している。

イオンを発生させる方式には、大きく分けてレナード式、コロナ放電式、電子放射式、放射線物質利用式がある。しかし、一般的なイオン発生装置では、針電極の間又は放電電極と誘導電極との間に高圧交流の駆動電圧を印加することによりコロナ放電を起こし、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させるコロナ放電式が採用されることが多い。

コロナ放電によって発生するイオンは、様々な効果をもたらすと考えられているが、そのためには一定量以上のイオンが必要になる。従って、イオン発生装置から、効果をもたらす一定量以上のイオンが発生しているか否かを測定する必要がある。しかし、プラスイオン及びマイナスイオンは無味無臭であって可視性もないので実際に発生しているか否かを容易に確認することができない。

また、コロナ放電式のイオン発生装置では、長時間の放電による放電電極の劣化、又は電極面への塵埃の付着に起因して、初期状態と比較して放電が不安定になり、イオンの発生量が低下するという可能性がある。さらに、放電電極と誘導電極との間に高圧交流の駆動電圧を印加する場合、放電電極を保護するための保護層の厚さのばらつきによって、放電が開始されるまでの電圧、時間に差が生じるため、イオン発生素子で放電が開始されてイオン量が効果をもたらす一定量以上となるまでの電圧、時間に差が生じる可能性がある。

従って、イオン発生装置では、放電電極が劣化してイオンが発生しない状態であるか否か、イオンの発生量が最適な量以上であるか否か等、イオンの実際の発生量を測定した上で、放電電極等の劣化又は汚れの通知、実際の発生量に基づく印加電圧の調整等の制御が必要になる。しかし、イオンが実際に発生しているか否かを容易に確認することができないので、多様な機器に対応できるような簡易な構成によって実際の発生量に基づいた制御をすることができない。

そこで、特許文献１には、コロナ放電を起こす電極と近接させてコロナイオン検出電極を設け、コロナイオン検出電極が検出したコロナイオン電流値に基づいて、イオンが実際に発生するための臨界電圧を検出し、印加する電圧を決定することができるイオン発生装置が開示されている。

また、特許文献２には、シートを帯電させるためのマイナスイオンを発生するイオン発生素子を備えるプリンタ装置において、イオン検出器を設け、イオン検出器からの信号に基づいて、イオン発生素子に印加すべき電圧を制御することが可能な装置が開示されている。
特開平２−１３０５６８号公報 特開平１−２３２０６３号公報

近年の急激に拡大する需要に対し、プラスイオン及びマイナスイオン、又は何れか一方を発生するイオン発生装置は、更に多様な電気機器に備えられることが考えられる。イオン発生装置をより効果的に使用するためには、イオンの発生の有無及びイオンの発生量を検出した上でイオンの発生量を調整することが可能なように制御する必要がある。また、イオンの発生の有無及びイオンの発生量を検出するための機構は、電気機器の小型軽量化、低コスト化、及び省電力化の要望に鑑みて、装置規模の拡大を回避することが必要である。

また、イオン発生装置が発生したイオンを効率よく拡散させるために送風手段が必要である。イオン発生装置を多様な電気機器に応用するには、イオン発生素子に対する送風の向きを限定せずにイオンの発生の有無及びイオンの発生量の検出をすることが必要である。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、イオン発生素子の放電電極及び誘導電極とコロナイオン検出電極との配置関係から、イオン発生素子と送風手段との配置によってはイオンの発生量の検出効率が悪化して検出ができない可能性も考えられる。

また、特許文献２に開示されている技術は、特にイオン発生装置を使用してシートを帯電させることができるプリンタ装置に限定したものである。また、発生したイオンの量を検出する方法については具体的な開示がされていないため不明である。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、イオンを拡散するための送風のあらゆる方向に対してもイオンの発生量の検出を可能にして多様な電気機器に応用することができ、プラスイオン及びマイナスイオン、又は何れか一方の発生量が最適な値となるように制御することが可能なイオン発生装置を提供することを主たる目的とする。

また、本発明の他の目的は、イオンの発生量の制御については、小さい電圧で安定して制御することを可能にし、省電力化を実現することができるイオン発生装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、イオン発生素子毎の特性のばらつきによって異なる、イオンが所定の量以上を満たすまでの時間の均一化を図り、イオン発生開始時のイオン発生量を安定化させることができるイオン発生装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、最適なイオン量を安定して満たすようにイオンを発生することができるイオン発生装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、より長期的にしてイオンを発生することができるイオン発生装置を提供することにある。

本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を介して対向するように配置された放電電極及び誘導電極からなるイオン発生素子と、前記放電電極及び前記誘導電極に電圧を印加する電圧印加回路とを備えるイオン発生装置において、前記放電電極は前記誘電体の一の面に形成され複数の先鋭部を有し、前記誘導電極は前記誘電体の他の面又は内部に形成されており、前記イオン発生素子は、イオンを捕集する捕集用導体を備え、該捕集用導体は、前記誘電体の表面であって前記放電電極の先鋭部群に囲まれる位置に形成されており、前記捕集用導体が捕集するイオンを検出する検出手段と、該検出手段によるイオンの検出量を判定する判定手段と、該判定手段による判定結果に基づいて前記電圧印加回路が印加すべき電圧を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明では、放電電極と誘導電極との間で起こるコロナ放電により発生したマイナスイオン及びプラスイオンは、放電電極及び誘導電極が形成された誘電体の表面に更に形成された捕集用導体で捕集される。プラスイオン及びマイナスイオンは、放電電極付近の水分がコロナ放電によって分離することにより発生する。捕集用導体は、放電電極が有する先鋭部の突出端群に囲まれる位置に形成されるため、発生したイオン群の略中心に存在する。従って、発生したイオンを拡散させるための送風の方向が変化した場合であっても、先鋭部から発生したイオンを捕集する。捕集用導体で捕集されたイオンは、検出手段により検出され、検出されたイオンの量が判定される。イオンの発生量は、印加される電圧の値で増減するのに対して、判定されたイオンの発生量に基づいて印加する電圧の値が制御される。

本発明に係るイオン発生装置は、前記放電電極は、略Ｃ字形に形成され、前記放電電極が有する先鋭部は、Ｃ字の内側に中心方向へ突出するように形成され、前記誘導電極は、前記放電電極と略同心を有する略Ｏ字形に形成されていることを特徴とする。

本発明では、イオンを捕集する捕集用導体は、略Ｃ字形の内側から突出端が略中心を向くように形成された放電電極の先鋭部群に囲まれるように配される。略Ｃ字形をなすように配される放電電極の先鋭部から、放電電極と対向して略同心をなす略Ｏ字形に形成された誘導電極へコロナ放電が起こる。プラスイオン及びマイナスイオンは、放電電極付近の水分がコロナ放電によって分離することにより発生する。先鋭部の各突出端に囲まれるような位置に形成される捕集用導体は、発生したイオン群の略中心に存在する。そのため、発生したイオンを拡散させるための送風の方向が変化した場合であっても、先鋭部から発生したイオンを捕集する。捕集されたイオンは検出手段により検出され、検出されたイオンの量が判定される。イオンの発生量は印加される電圧の値で増減するのに対して、判定されたイオンの発生量に基づいて印加する電圧の値が制御される。

本発明に係るイオン発生装置は、前記判定手段は、前記検出手段が検出したイオンの量が所定量以上であるか否かを判定するようにしてあることを特徴とする。

本発明では、発生したイオンの量は設定された所定量以上であるか否かに基づいて多いか少ないかで判定される。このため、印加する電圧の制御についてはイオンの発生量が所定量以上であるか否かの判定に対して、印加する電圧の高低を設定することにより制御される。

本発明に係るイオン発生装置は、前記制御手段は、前記電圧印加回路が第１電圧を印加し、前記判定手段がイオンの検出量が所定量以上であると判定した後は、前記電圧印加回路が前記第１電圧より低い第２電圧を印加するようにしてあることを特徴とする。

本発明では、発生したイオンの検出量が所定量以上である判定するまでは高い電圧が印加される。

本発明に係るイオン発生装置は、前記制御手段は、前記電圧印加回路による電圧印加中はイオンの量が所定量以上となるように、前記電圧印加回路が印加する電圧の値を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明では、放電電極と誘導電極との間に印加する電圧は、イオン発生装置で発生するイオンの量が所定量以上を満たすように制御される。

本発明に係るイオン発生装置は、前記電圧印加回路は、前記放電電極及び前記誘導電極に印加する電圧を安定化させる安定化手段を備えることを特徴とする。

本発明では、放電電極と誘導電極との間に印加する電圧が安定化される。

本発明による場合は、放電電極及び誘導電極を形成した誘電体の表面にイオンを捕集する捕集用導体を形成し、該捕集用導体で捕集したイオンを検出し、検出したイオンの量を判定する構成により、イオンの発生の有無を確認してイオンの発生量を検出することができる。また、捕集用導体を、放電電極及び誘導電極が形成される誘電体の表面であって、放電電極が有する複数の先鋭部の突出端の略中心位置に形成する構成とすることにより、イオンを拡散するための送風のあらゆる方向に対してイオンの検出が可能になる。また、イオンの発生量は放電電極及び誘導電極に印加される電圧の値で増減するのに対し、検出したイオンの発生量を判定し、判定したイオンの発生量に応じて放電電極及び誘導電極に印加する電圧を制御する構成により、イオン発生装置から発生するプラスイオン及びマイナスイオン、又は何れか一方の発生量が最適な値となるようにすることができる。

本発明による場合は、イオンの発生量が所定量以上であるか否かにより判定し、当該判定の結果に対して印加すべき電圧を制御する構成とする。イオンの発生量が所定の値になるように印加する電圧の値を細かく制御するのではなく、印加する電圧の値を高低で設定しておき、またイオンの発生量の閾値をイオンの効果が十分な最低限の値に設定しておくことで制御する。イオンの発生量が閾値以上である場合は印加する電圧を低くし、閾値未満である場合は印加する電圧を高くする簡易な制御により、イオンの発生量が効果を発揮する最適な量となるよう安定して制御することができる。更に、イオン発生装置の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。

本発明による場合は、イオンの検出量が所定量以上であると判定した後は、放電電極及び誘導電極の間への電圧印加開始時に印加する第１電圧より低い電圧を印加する構成とする。これにより、イオンの発生量が最適な量を満たすまでの時間が、放電電極及び誘導電極を有するイオン発生素子毎の特性のばらつきによって異なることに対し、特性のばらつきを吸収してイオンの発生量が最適な量を満たすまでの時間の均一化を図る。そのため、イオン発生開始後にイオンの発生量が最適量を満たすまでの時間を安定化させることができる。

本発明による場合は、イオン発生素子に電圧を印加してイオンを発生させている間は、イオンの発生量が所定量以上となるようにイオンの発生量の判定結果に基づいて印加する電圧の値を制御する構成とする。これにより、安定して所定量を満たすようイオンを発生させることができる。

本発明による場合は、イオン発生素子に印加する電圧を安定化させる手段を備える構成とすることにより、イオン発生素子の汚染、又はイオン発生装置の使用環境でイオン発生素子に印加される電圧が変化してイオン発生量が変化してしまうことを防ぎ、安定してイオンを発生させることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係るイオン発生装置を備える電気機器１の構成を示す略示側面断面図である。電気機器１は略直方体をなす筐体からなり、少なくとも、筐体内部にプラスイオン及びマイナスイオン、又は何れか一方を発生するイオン発生装置２と、イオン発生装置２へ送風するための送風ファン３とを備える。更に、電気機器１の筐体の送風ファン３に近い一の面には、筐体内部へ外部から空気を吸い込むための吸込口４が形成されている。また、吸込口４が形成された面と対向する筐体の一の面には、イオン発生装置２が発生したイオンと共に、空気を筐体内部から外部へ放出するための吹出口５が形成されている。図１において白矢印は、電気機器１の筐体外部から内部へ、及び内部から外部への空気の流れの方向を示している。

送風ファン３は、吸込口４を介して空気を電気機器１の筐体内部へ取り込み、取り込んだ空気をイオン発生装置２へ送風し、イオン発生装置２が発生したプラスイオン及びマイナスイオン、又は何れか一方を含む空気を、電気機器１の筐体外部へ吹出口５を介して放出するための空気の流れを発生させるように設置されている。吸込口４は、電気機器１の筐体の一の面に複数の略長方形の開口部をなすように形成されている。吹出口５は、吸込口４と同様に、筐体の一の面に複数の略長方形の開口部をなすように形成されている。なお、吸込口４及び吹出口５の形状は、略長方形に限られるものではないことは勿論である。

イオン発生装置２は略板状に形成されており、送風ファン３によって発生する空気の流れを妨げないような向きで設置されている。

図２は、本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置２の構成を示すブロック図である。イオン発生装置２は、イオン発生素子６と、イオン検出回路７と、イオン量判定回路８と、電圧印加回路９と、電圧制御回路１０とを備える。

イオン発生素子６は、プラスイオン及びマイナスイオンをコロナ放電により発生させる素子である。イオン検出回路７は、イオン発生素子６から発生したプラスイオン又はマイナスイオンを検出するための回路であり、イオン発生素子６に接続されている。イオン量判定回路８は、イオン検出回路７が検出したイオンの量を判定する回路であり、イオン検出回路７に接続されている。電圧印加回路９は、イオン発生素子６にイオンを発生させるために高圧交流の駆動電圧を印加する回路であり、イオン発生素子６に接続されている。電圧制御回路１０は、イオン発生素子６に印加すべき駆動電圧を制御する回路であり、イオン量判定回路８及び電圧印加回路９に接続されている。

以下、イオン発生装置２の各構成部について説明する。

図３は、実施の形態１におけるイオン発生素子６の構成を示す模式図である。なお、図３（ａ）は、実施の形態１におけるイオン発生素子６の構成を模式的に示す平面図である。また図３（ｂ）は、（ａ）に示したイオン発生素子６のＰ１−Ｐ２線での断面をＰ３方向から見た略示断面図であり、イオン発生装置２の他の構成部との接続関係も併せて示している。

イオン発生素子６は略板状の形状であり、誘電体基板６１と、保護層６２と、放電電極６３と、誘導電極６４と、捕集用導体６５と、電極接点６６ａ，６６ｂ，６６ｃとを備える。

誘電体基板６１は、何れも誘電体からなる略長方形の板状の上部基板６１ａと下部基板６１ｂとが上下に重ねられて構成されている。保護層６２は、上部基板６１ａの、下部基板６１ｂと重なる面とは反対側の表面を覆うように形成されている。

誘電体基板６１は、例えば、上部基板６１ａ及び下部基板６１ｂの厚みを夫々０．４５ｍｍとし、平面形状が１５ｍｍ×３７ｍｍ×０．９ｍｍの大きさとなるように形成してある。また、誘電体基板６１を構成する上部基板６１ａ及び下部基板６１ｂ、並びに保護層６２の素材としては、例えばアルミナを使用する。ただし、アルミナに限定するものではなく、上部基板６１ａ、下部基板６１ｂ、及び保護層６２の素材として他に、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイト等のセラミック材料、又は、ポリイミド、エポキシ等の樹脂材料を用いることも可能である。

放電電極６３は、４つの略長方形の基部６３ａ，６３ａ，６３ａ，６３ａが上部基板６１ａの表面で略Ｃ字形をなすように結合されて形成されている。４つの基部６３ａ夫々には、略Ｃ字形の放電電極６３の内側へ突出した３つの先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…が形成されている。また、放電電極６３は、高電圧によって劣化し易いため、保護層６２に覆われている。

誘導電極６４は、上部基板６１ａと下部基板６１ｂとの間に、放電電極６３と対向するように略Ｏ字形をなすように形成されている。

捕集用導体６５は、放電電極６３と同様に、上部基板６１ａの表面に略円形状に形成される。捕集用導体６５は、放電電極６３の先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…の先端同士を結んで得られる閉領域の略中心位置に形成される。捕集用導体６５は、上部基板６１ａの表面に形成されるが、イオンを捕集することができるように、保護層６２に覆われないように露出させてある。このように、捕集用導体６５を放電電極６３の先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…に取り囲まれるように形成することにより、イオンを拡散するための送風方向を何れの方向に設定した場合でも、放電電極６３の先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…でコロナ放電によって発生したプラスイオン及びマイナスイオンは、捕集用導体６５に捕集される。

なお、捕集用導体６５は、放電電極６３と接触しない形状であって先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…の突出端群に囲まれるように配されるのであれば、その形状は限定されない。捕集用導体６５が先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…に囲まれていることで、放電電極６３の先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…に電界が集中して局部的にコロナ放電が生じてイオンが発生した場合、いずれの方向から送風されても捕集用導体６５は先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…のうち何れかの風下に位置するからである。また、放電電極６３及び誘導電極６４の形状は、捕集用導体６５を取り囲むように形成された放電電極６３に対して、誘導電極６４が対向するように配置されている形状であれば、夫々上述の略Ｃ字形、略Ｏ字形の平面的な形状に限らない。

また、放電電極６３、誘導電極６４、及び捕集用導体６５の素材は、実施の形態１ではタングステンを使用する。ただし、放電電極６３、誘導電極６４、及び捕集用導体６５の素材は、タングステンに限定されず、他に、モリブデン等の高融点の金属材料を使用してもよい。捕集用導体６５の素材は、放電電極６３及び誘導電極６４と同一材料である必要はなく、銅等の導電性の金属であってもよい。

電極接点６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、下部基板６１ｂの、上部基板６１ａと重なる面とは反対面に形成されている。電極接点６６ａは、放電電極６３と接続するように下部基板６１ｂ及び上部基板６１ａを貫通して形成されている。放電電極６３と電圧印加回路９とは、電極接点６６ａを介して接続されている。電極接点６６ｂは、誘導電極６４と接続するように下部基板６１ｂを貫通して形成されている。誘導電極６４と電圧印加回路９とは、電極接点６６ｂを介して接続されている。また、電極接点６６ｃは、捕集用導体６５と接続するように下部基板６１ｂ及び上部基板６１ａを貫通して形成されている。捕集用導体６５とイオン検出回路７とは、電極接点６６ｃを介して接続されている。なお、放電電極６３は電極接点６６ａを介して接地されている。イオン検出回路７及び電圧印加回路９も同様に接地されている。

ここで、上述のように構成されるイオン発生素子６を製造する方法の概略を説明する。まず、アルミナシートからなる下部基板６１ｂの表面に、タングステン材料を使用して、略Ｏ字形の誘導電極６４をパターン印刷により形成する。下部基板６１ｂには、電極接点６６ａ，６６ｂ，６６ｃが貫通するように貫通孔が形成される。次に、アルミナシートからなる上部基板６１ａを誘導電極６４を覆うように下部基板６１ｂ上に載置し、下部基板６１ｂと上部基板６１ａとを圧着する。上部基板６１ａにも、電極接点６６ａ，６６ｃが貫通するように貫通孔が形成される。次に、上部基板６１ａの表面にタングステン材料を使用して、略Ｃ字形の放電電極６３と略円形状の捕集用導体６５をパターン印刷により形成する。次に、放電電極６３を覆うように、アルミナからなる保護層６２をコーティングして形成する。このとき、捕集用導体６５が保護層６２に覆われないよう、捕集用導体６５にはマスキング等の処理を行っておく。

このようにして形成された部材を、１４００℃〜１６００℃の温度で、非酸化性雰囲気下で焼結する。電極接点６６ａ用に形成された貫通孔には、放電電極６３に使用される材料と同じ材料が充填される。電極接点６６ｂ用に形成された貫通孔には、誘導電極６４に使用される材料と同じ材料が充填される。同様に、電極接点６６ｃ用に形成された貫通孔には、捕集用導体６５に使用される材料と同じ材料が充填される。このようにして、イオン発生素子６が製造される。

次に、捕集用導体６５が捕集したイオンを検出するためのイオン検出回路７について説明する。イオン検出回路７は、電極接点６６ｃを介して捕集用導体６５と接続されており、捕集用導体６５の電位に基づいて、コロナ放電により発生したイオンを検出する。図４は、本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置２のイオン検出回路７の構成を示す回路図である。図４に示す例では、捕集用導体６５でプラスイオンを検出することができるように構成されている。ただし、マイナスイオンを検出するためには、イオン検出回路７を、各素子の極性を逆にして構成すればよい。

イオン検出回路７は、入力端子７１と、整流用ダイオード７２と、ツェナーダイオード７３と、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）７４と、定圧電源７５と、抵抗７６と、出力端子７７とを備える。

入力端子７１は、イオン発生素子６の電極接点６６ｃを介して捕集用導体６５に接続されている。入力端子７１は、整流用ダイオード７２のアノードに接続されている。整流用ダイオード７２のカソードは、ツェナーダイオード７３のカソード及びＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲートに接続されている。ツェナーダイオード７３のアノードは、接地電位になるように接続されている。Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のドレインには、定電圧Ｖｃｃが印加されるように定圧電源７５が接続されている。抵抗７６の一端はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソースに接続されており、抵抗７６の他端は接地電位になるように接続されている。また、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソースの電位を検出することができるようにＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソースに出力端子７７が接続されている。

整流用ダイオード７２は、イオンを捕集する捕集用導体６５の電位を、プラス又はマイナスのいずれかに特定するために備えられている。イオン発生素子６からは、プラスイオン及びマイナスイオン双方が発生し、捕集用導体６５はいずれのイオンも捕集する。このため、捕集用導体６５の電位はプラス又はマイナスいずれにもなり得る。従って、イオン検出回路７には、捕集用導体６５と接続する入力側に整流用ダイオード７２を設けることにより測定する捕集用導体６５の電位の極性を特定することができるので、迅速にイオンを検出することができる。図４に示す例では、捕集用導体６５の極性をプラスに特定する例を示している。

Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４では、ゲート電位が上昇した場合にドレインからソースへ電流が流れる。この場合、ソース電位を測定することでゲート電位が上昇したか否かを検知することができる。このようなＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４の特性を利用して、捕集用導体６５がプラスイオンを捕集することにより上昇する電位を測定することができる。捕集用導体６５が整流ダイオード７２を介してＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲートに接続されているので、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲート電位は捕集用導体６５の電位に相当する。

抵抗７６は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソースを接地させると共に、ソース電位を測定するために接地電位との間に配置されている。ツェナーダイオード７３は、捕集用導体６５の電位がＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲート耐圧よりも高くなることが考えられるので、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲート電位の上昇を制限するために備えられている。従って、ツェナーダイオード７３は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲート耐圧よりも低いツェナー電圧を特性として有するものを使用している。実施の形態１では、例えば、１６Ｖのツェナー電圧を特性として有するツェナーダイオード７３を使用している。

上述のような構成のイオン検出回路７により、イオンを検出する方法について説明する。イオン発生素子６の放電電極６３と誘導電極６４との間に高圧交流の駆動電圧を印加してイオン発生装置２を動作させると共に、送風ファン３を動作させた場合、発生したプラスイオンが捕集用導体６５に捕集される。捕集用導体６５が捕集したプラスイオンの量が増加するに従い、捕集用導体６５の電位が上昇する。これにより、捕集用導体６５に接続されたＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲート電位が上昇し、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のドレイン及びソース間に電流が流れる。そして、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位が上昇して、やがて定電圧Ｖｃｃと一致する。従って、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位を出力端子７７を介して測定することにより、プラスイオンが発生しているか否かを検出することができる。

図５は、本発明の実施の形態１におけるイオン検出回路７が備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位の時間変化を示すグラフである。横軸はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位の測定を開始してからの時間を示し、縦軸は電位の大きさを示している。なお、図５に示す例では、定圧電源７５が出力する定電圧Ｖｃｃは１２Ｖである。

図５にＶＳ１で示す曲線は、放電電極６３と誘導電極６４との間に高圧交流の駆動電圧を印加している場合の、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位の時間変化を示している。図５にＶＳ１で示す曲線では、測定を開始した後に駆動電圧の印加を開始している。図５にＶＳ０で示す曲線は、放電電極６３と誘導電極６４との間に高圧交流の駆動電圧を印加していない場合の、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位の時間変化を示している。

図５にＶＳ０で示す曲線は、時間が経過してもＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位は上昇しないことを示している。放電電極６３と誘導電極６４との間に高圧交流の駆動電圧を印加していない場合、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のドレインに１２Ｖの定電圧が印加されているにも拘わらず、ゲート電位が上昇しないからである。これは、放電電極６３と誘導電極６４との間に駆動電圧を印加していないためにプラスイオンが発生しないことから捕集用導体６５がプラスイオンを捕集することができず、補修用導体６５の電位が上昇しないからである。

逆に、図５にＶＳ１で示す曲線は、放電電極６３と誘導電極６４との間に高圧交流の駆動電圧を印加している場合は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位が時間の経過と共に上昇し、最終的に定電圧１２Ｖに到達することを示している。つまり、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のゲート電位が時間の経過と共に上昇するためにＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のドレイン及びソース間に電流が流れ、最終的にソース電位はドレインに印加されている定電圧１２Ｖになることを示している。これは、放電電極６３と誘導電極６４との間に駆動電圧を印加しているのでプラスイオンが発生し、捕集用導体６５がプラスイオンを捕集することができることにより、捕集用導体６５の電位が上昇しているからである。

また、図５にＶＳ１で示す曲線は、放電電極６３と誘導電極６４との間における駆動電圧の印加を開始した後は、ソース電位が徐々に上昇することを示している。これは、放電電極６３と誘導電極６４との間に駆動電圧を印加し始めてプラスイオンの発生量が一定量を満たすまでに時間を要することを示している。

以上のように、捕集用導体６５がプラスイオンを捕集した場合は、イオンの発生の有無をイオン検出回路７により検出することができる。

次に、イオン検出回路７で検出したイオンの量を判定するイオン量判定回路８について説明する。イオン検出回路７の出力端子７７は、イオン量判定回路８と接続されている。

図６は、実施の形態１におけるイオン量判定回路８の構成を示す回路図である。イオン量判定回路８は、入力端子８１と、電源８２と、コンパレータ８３と、出力端子８４とを備える。なお、入力端子８１はイオン検出回路７の出力端子７７と接続されている。電源８２は基準電位を供給するために備えられている。従って、イオン量判定回路８のみのための電源を備える必要はない。例えば、イオン検出回路７に備えられている定圧電源７５から、抵抗分圧にて所定の電圧に分圧することにより、イオン量判定回路８の電源８２とする構成としてもよい。

コンパレータ８３は、２つの入力端子８３ａ，８３ｂと１つの出力端子８３ｃを有するオペレーショナルアンプであり、出力端子８３ｃの出力電位として所定の高低２段階の電位が設定されている。コンパレータ８３は、入力端子８３ａの電位を入力端子８３ｂの電位と比較し、入力端子８３ａの電位が高い場合は出力端子８３ｃの出力電位が所定の高い電位（ハイレベル）になり、入力端子８３ａの電位が低い場合は出力端子８３ｃの出力電位が所定の低い電位（ローレベル）になる。従って、出力端子８３ｃの出力電位を測定することにより、入力端子８３ａに印加される電圧と入力端子８３ｂに印加される基準電圧とのいずれが高いかを判定することができる。

コンパレータ８３の入力端子８３ａにはイオン検出回路７の出力端子７７が入力端子８１を介して接続される。コンパレータ８３の入力端子８３ｂには基準電位として定電圧を供給する電源８２が接続されている。これにより、コンパレータ８３は、入力端子８１を介して接続されるイオン検出回路７のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位と、定電圧を供給する電源８２の電位とを比較し、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位が高い場合は出力端子８３ｃからハイレベルの信号が出力される。一方、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位が低い場合は出力端子８３ｃからローレベルの信号が出力される。これにより、コンパレータ８３の出力端子８３ｃの電位を出力端子８４を介して測定することにより、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位が基準電位よりも高いか否かを判定することができる。

なお、コンパレータ８３の入力端子８３ｂに入力される定電圧の値は、イオン発生素子６から発生するイオンの量が効果を発揮するために最低限必要な値を満たしている場合のイオン検出回路７のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位の実測値に基づいて設定した値である。

従って、コンパレータ８３の出力端子８３ｃの電位が電源８２の定電圧の値と比較して高いか否かを判定することにより、イオン検出回路７を介して捕集用導体６５が捕集したイオンの発生量が効果を発揮するために最低限必要な値を満たすか否かを判定することができる。

次に、イオン発生素子６でプラスイオン及びマイナスイオンを発生させるために、駆動電圧を印加する電圧印加回路９、及び電圧印加回路９で印加する電圧を制御するための電圧制御回路１０について説明する。

電圧印加回路９は、イオン発生素子６の電極接点６６ａ及び電極接点６６ｂと接続してあり、電極接点６６ａ及び電極接点６６ｂを介して放電電極６３と誘導電極６４との間に高圧交流の駆動電圧を印加することによりコロナ放電を生じさせ、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させるようにしてある。例えば、電圧印加回路９により、放電電極６３と誘導電極６４との間に、ピーク値が４．５ｋＶで、周波数が４５ｋＨｚであるインパルス状の極短時間の正負振動減衰波形を有する電圧を印加した場合、放電電極６３の先鋭部６３ｂ，６３ｂ，…に電界が集中して局部的にコロナ放電が生じる。コロナ放電の作用によりプラスイオン及びマイナスイオンが発生する。例えば、イオン発生素子６から約２５ｃｍ離れた位置では、１６万個／ｍ³ を超えるプラスイオン及びマイナスイオンが夫々発生する。

電圧制御回路１０は、イオン量判定回路８からの出力を検出し、その結果に基づいて電圧印加回路９で印加する電圧を制御する。電圧制御回路１０はイオン量判定回路８の出力端子８４と接続しており、イオン量判定回路８の出力端子８４で検知される電位に基づいて電圧印加回路９で放電電極６３及び誘導電極６４に印加する駆動電圧、及び駆動電圧を印加するインパルス周期を制御する。

図７は、本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置２の電圧印加回路９及び電圧制御回路１０の構成を示すブロック図である。電圧印加回路９は、電源９１と、充放電回路９２と、トランス９３と、高電圧出力部９４と、スイッチ回路９５とを備え、スイッチ回路９５を介して電圧制御回路１０と接続している。電源９１は充放電回路９２に接続され、充放電回路９２はトランス９３を介して高電圧出力部９４に接続されている。また、スイッチ回路９５は充放電回路９２及びトランス９３に接続されている。高電圧出力部９５は、イオン発生素子６の放電電極６３及び誘導電極６４に電極接点６６ａ及び電極接点６６ｂを介して接続されている。

図８は、本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置２の電圧印加回路９の構成の一例を示す回路図である。まず、図８を参照して、インパルス的な極短時間の正負振動減衰波形の駆動電圧を発生し、発生した駆動電圧を放電電極６３と誘導電極６４との間に印加するための電圧印加回路９を説明する。そのため、電圧制御回路１０を省略して説明する。

電源９１は一定の直流電圧を出力する直流電源である。電源９１の正電圧出力側は充放電回路９２に接続されており、負電圧出力側は接地されている。

充放電回路９２は抵抗９２１とコンデンサ９２２とからなるローパスフィルタを構成している。抵抗９２１の一端は電源９１の正電圧出力側と接続されており、抵抗９２１の他端はスイッチ回路９５に接続されていると共に、コンデンサ９２２を介して接地されている。

トランス９３は一次巻線９３１と二次巻線９３２とを備える。一次巻線９３１の一端は充放電回路９２の抵抗９２１とコンデンサ９２２との接続点に接続されており、他端はスイッチ回路９５に接続されている。一次巻線９３１に流れる電流により、二次巻線９３２を介して高電圧出力部９４に電圧が印加される。トランス９３の一次巻線９３１と二次巻線９３２との巻線比は、十分に大きく設定してある。二次巻線９３２を介して高電圧出力部９４に印加される電圧は、一次巻線９３１に印加される電圧がトランス９３の巻線比に応じて昇圧された電圧である。

高電圧出力部９４はトランス９３の二次巻線９３２の両端である電極９４１と電極９４２とを備える。電極９４１はイオン発生素子６の電極接点６６ｂを介して誘導電極６４に接続されており、電極９４２はイオン発生素子６の電極接点６６ａを介して放電電極６３に接続されている。なお、電極９４２は図示しないが接地されている。トランス９３の二次巻線９３２に高電圧が印加された場合、電極９４１及び電極９４２を介して放電電極６３及び誘導電極６４間に高電圧が印加され、コロナ放電によってプラスイオン及びマイナスイオンが発生する。

スイッチ回路９５は、ツェナーダイオード９５１と、コンデンサ９５２と、トリガ用抵抗９５３と、ダイオード９５４と、制御整流素子（ＳＣＲ；Silicon Controlled Rectifier）９５５とを備える。ツェナーダイオード９５１のカソードは充放電回路９２の抵抗９２１とコンデンサ９２２との接続点に接続されている。コンデンサ９５２の一端、トリガ用抵抗９５３の一端、及びダイオード９５４のカソードはツェナーダイオード９５１のアノードと接続されており、更に制御整流素子９５５のゲートに共通に接続されている。コンデンサ９５２の他端、トリガ用抵抗９５３の他端、及びダイオード９５４のアノードは接地されている。制御整流素子９５５のアノードはトランス９３の一次巻線９３１の一端に接続されている。また、制御整流素子９５５はゲートに所定の正のゲートトリガ電圧が印加された場合に、アノードとカソードとの間が導通して電流が流れる。

次に、イオン量判定回路８の出力により駆動電圧を制御する電圧制御回路１０が接続されていない状態で、通常、図８に示した電圧印加回路９によって放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧について説明する。図９は、実施の形態１における電圧印加回路９により印加される駆動電圧の時間変化を示すタイムチャートである。図９の横軸は時間の経過を示している。図９（ａ）に示す曲線は、図８に示した電圧印加回路９の充放電回路９２が備える抵抗９２１とコンデンサ９２２との接続点での電圧Ｖ１の時間変化を示す。図９（ｂ）に示す曲線は、図８に示したスイッチ回路９５が備えるツェナーダイオード９５１のアノードと、コンデンサ９５２、トリガ用抵抗９５３、及びダイオード９５４のカソードとの接続点、即ち制御整流素子９５５のゲートでの電圧Ｖ２の時間変化を示している。図９（ｃ）に示す曲線は、高電圧出力部９４の電極９４１及び電極９４２間の電圧、即ちイオン発生素子６の放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される電圧Ｖ３の時間変化を示している。

図９（ａ）に示すように、電源９１により抵抗９２１を介してコンデンサ９２２に電荷が供給されてコンデンサ９２２に電荷が蓄えられ、充放電回路９２が徐々に充電される。コンデンサ９２２の電荷の蓄積量に応じて電圧Ｖ１も上昇する。電圧Ｖ１が上昇中ではあるが電圧Ｖ１がスイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のツェナー電圧Ｖｚｄを超えるまでの時間Ｔａでは、ツェナーダイオード９５１は導通しない。従って、制御整流素子９５５のゲートでの電圧Ｖ２は接地電位である。

コンデンサ９２２に蓄えられた電荷が徐々に増加して電圧Ｖ１がツェナー電圧Ｖｚｄを超えた場合、ツェナーダイオード９５１が導通して抵抗９５３に電流が流れ始める。抵抗９５３に印加される電圧、即ち制御整流素子９５５のゲートに印加される電圧Ｖ２が上昇する。しかし、スイッチ回路９５の制御整流素子９５５のゲートに所定の正のゲートトリガ電圧Ｖｔが印加されない間は、制御整流素子９５５のアノードとカソードとの間は導通しない。このため、トランス９３の一次巻線９３１には電流は流れず、放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される電圧Ｖ３は接地電位である。

電圧Ｖ１が更に上昇して制御整流素子９５５のゲートに印加される電圧Ｖ２が制御整流素子９５５のゲートトリガ電圧Ｖｔに到達した場合、制御整流素子９５５のアノードとカソードとの間が導通する。この場合の電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖｚｄ＋Ｖｔで表される。制御整流素子９５５が導通した場合は、コンデンサ９２２に蓄えられた電荷がトランス９３の一次巻線９３１及び制御整流素子９５５を介して放電される。また、コンデンサ９２２の両端に印加されていた電圧Ｖ１がトランス９３の一次巻線９３１に印加される。

コンデンサ９２２に蓄えられた電荷が放電されてトランス９３の一次巻線９３１に電流が流れた場合、一次巻線９３１側のエネルギーが二次巻線９３２側へ伝達される。この結果、図９（ｃ）に示すように、放電電極６３と誘導電極６４との間にインパルス状の電圧が印加される。放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される電圧のパルス部の電圧値は例えば１ｋＶ〜１０ｋＶである。なお、負の極性で電圧を印加した場合、パルス部の電圧値はマイナス１ｋＶ〜マイナス１０ｋＶである。

また、放電によりコンデンサ９２２の両端に加わる電圧Ｖ１は接地電位に戻ると共に、制御整流素子９５５に流れる電流は保持電流を下回る。したがって制御整流素子９５５は非導通状態になる。制御整流素子９５５が非導通状態になった後は、電荷が再び電源９１によりコンデンサ９２２に供給されて徐々に蓄えられる。以上のようにして充放電が繰返される。

充放電回路９２での充放電がスイッチ回路９５により周期的に繰返され、図９（ｃ）に示される電圧が放電電極６３と誘導電極６４との間に繰り返し印加される。なお、充放電の周期Ｔは、電源９１の出力電圧、抵抗９２１の抵抗値、コンデンサ９２２の静電容量、ツェナーダイオード９５１のツェナー電圧Ｖｚｄ、抵抗９５３の抵抗値、及び、制御整流素子９５５のゲートトリガ電圧Ｖｔによって定まる。

次に、上述のように構成される電圧印加回路９に対し、本発明に係るイオン発生装置２が備える、イオン量判定回路８の出力によって印加電圧を制御する電圧制御回路１０について説明する。電圧制御回路１０は電圧印加回路９に組み込まれて構成される。図１０は、本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置２が備える電圧印加回路９の構成を示す回路図である。図１０に示す回路は図９に示した電圧印加回路９に電圧制御回路１０を加えた構成であるので、電源９１、充放電回路９２、トランス９３、高電圧出力部９４、スイッチ回路９５については、図９の説明と同一の符号を用いて詳細な説明を省略する。

電圧制御回路１０が組み込まれた電圧印加回路９では、充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点とツェナーダイオード９５１のカソードとの間に、新たに抵抗９５６を挿入する。抵抗９５６により、充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点とツェナーダイオード９５１のカソードとの間に電位差が生じる。電圧制御回路１０はトランジスタを２つ使用して抵抗９５６によって生じる上述の電位差を制御することにより、制御整流素子９５５が導通するまでの時間、及び制御整流素子９５５が導通した場合に一次巻線９３１に印加される電圧を制御することができる。

電圧制御回路１０は、２つのトランジスタ１０１，１０２と、６つの抵抗１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８とを備える。トランジスタ１０１のコレクタは、電源９１と充放電回路９２の抵抗９２１との接続点、即ち電源９１の正電圧側に、抵抗１０５を介して接続されている。トランジスタ１０１のエミッタは接地されている。トランジスタ１０１のベースは抵抗１０３を介してイオン量判定回路８の出力端子８４に接続されている。また、トランジスタ１０１のベースは抵抗１０４を介してエミッタと接続されており、ノイズによりトランジスタ１０１がオンになることを回避している。

また、トランジスタ１０２のコレクタは、スイッチ回路９５の抵抗９５６とツェナーダイオード９５１のカソードとの接続点に、抵抗１０８を介して接続されている。トランジスタ１０２のエミッタは接地されている。トランジスタ１０２のベースは抵抗１０６を介してトランジスタ１０１のコレクタに接続されている。また、トランジスタ１０２のベースは抵抗１０７を介してエミッタと接続されており、ノイズによりトランジスタ１０２がオンになることを回避している。

次に、電圧制御回路１０による、スイッチ回路９５の制御整流素子９５５が導通するまでの時間の制御、及びトランス９３の一次巻線９３１に印加される電圧の値の制御について説明する。以下の説明では、充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点と、スイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードとの間に挿入された抵抗９５６によって生じる電位差をＶｒとして表す。

電圧印加回路９では、電圧制御回路１０が組み込まれた場合も、コンデンサ９２２に電荷が蓄えられることによって充放電回路９２の抵抗９２１とコンデンサ９２２との接続点の電圧Ｖ１が上昇する。電圧Ｖ１から抵抗９５６によって生じる電位差Ｖｒを差し引いても、ツェナーダイオード９５１のカソードにツェナー電圧Ｖｚｄを超える電圧が印加されるまでは、電圧Ｖ１の上昇には拘わらずツェナーダイオード９５１は導通しない。そして、コンデンサ９２２に蓄えられた電荷が更に増加し、電圧Ｖ１から抵抗９５６によって生じる電位差Ｖｒを差し引いても、ツェナーダイオード９５１のカソードに印加される電圧がツェナー電圧Ｖｚｄを超えるようになった場合は、ツェナーダイオード９５１が導通する。この場合抵抗９５３に電流が流れ始め、抵抗９５３に加わる電圧、即ち制御整流素子９５５のゲートに印加される電圧Ｖ２が上昇する。

また、電圧Ｖ１が上昇することによりスイッチ回路９５の制御整流素子９５５のゲートに印加される電圧Ｖ２が上昇する。そして、電圧Ｖ２が制御整流素子９５５のゲートトリガ電圧Ｖｔに到達した場合、制御整流素子９５５のアノードとカソードとの間が導通する。この場合の電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔで表される。制御整流素子９５５が導通した場合は、コンデンサ９２２の両端に印加されていた電圧Ｖ１がトランス９３の一次巻線９３１に印加される。

次に、電圧制御回路１０の制御について説明する。電圧制御回路１０のトランジスタ１０１は、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位がローレベルである場合はオフになるように設定されている。そのため、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位がローレベルである場合は、コンデンサ９２２に蓄積された電荷による電流の一部又は全部が、スイッチ回路９５の抵抗９５６、電圧制御回路１０の抵抗１０８、及びトランジスタ１０２を介して接地電位に流れる。従って、電圧Ｖ１が上昇してＶ１マイナスＶｒがツェナー電圧Ｖｚｄに到達し、更に電圧Ｖ２が制御整流素子９５５のゲートトリガ電圧Ｖｔに到達するまでに要する時間が長くなる。更に、電圧Ｖ１マイナスＶｒがツェナー電圧Ｖｚｄとゲートトリガ電圧Ｖｔとの和を超過する場合に流れる電流量は、トランジスタ１０２を介して接地電位へ流れる分だけ増加するので、抵抗９５６によって生じる電位差Ｖｒは増加する。この場合、制御整流素子９５５が導通してトランス９３の一次巻線９３１に印加される電圧Ｖ１＝Ｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔの値は、Ｖｒの値が増加するので、電源９１からの電流がトランジスタ１０２を介して流れない場合と比較して増加する。

また、この場合、電圧Ｖ１が上昇してＶ１マイナスＶｒがツェナー電圧Ｖｚｄとゲートトリガ電圧Ｖｔとの和に到達するまでに要する周期Ｔ、及びその時点の電圧Ｖ１は抵抗９５６の抵抗値により定まる。抵抗９５６及びトランジスタ１０２を介して接地電位へ流れる電流量分だけ、Ｖ１マイナスＶｒがツェナー電圧Ｖｚｄとゲートトリガ電圧Ｖｔとの和に到達するまでに余分に時間を要するので、抵抗９５６に流れる電流量が増加するからである。

一方、電圧制御回路１０のトランジスタ１０１は、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位がハイレベルである場合はオンになるように設定されている。トランジスタ１０１がオンである場合はトランジスタ１０１のコレクタ電位が低下するのでトランジスタ１０２のベース電圧も低下してトランジスタ１０２はオフになる。これにより、トランジスタ１０２を介してスイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードから接地電位へ電流が流れないように設定されている。この場合、制御整流素子９５５が導通する電圧Ｖ１＝Ｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔの値は電圧制御回路１０を考慮しない場合と同様である。

図１１は、実施の形態１における電圧制御回路１０を組み込んだ電圧印加回路９で印加される駆動電圧の時間変化を示すタイムチャートである。図１１の横軸は時間の経過を示している。図１１（ａ）に示す曲線は図１０に示した電圧印加回路９の充放電回路９２が備える抵抗９２１とコンデンサ９２２との接続点の電圧Ｖ１の時間変化を示す。図１１（ｂ）に示す曲線は高電圧出力部９４、即ちイオン発生素子６の放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧Ｖ３の時間変化を示している。

なお、時間軸において時刻Ｔ０はイオン発生装置２への駆動電圧の印加を開始した時刻を示している。時刻Ｔ１までは捕集用導体６５が捕集したイオンの量が所定の最適量未満であり、従ってイオン量判定回路８の出力端子８４の電位がローレベルである時間を示している。一方、時刻Ｔ１以降は捕集用導体６５が捕集したイオンの量が所定の最適量以上であり、従ってイオン量判定回路８の出力端子８４の電位がハイレベルである時間を示している。

図１１（ａ）に示す曲線は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間に、充放電が４回発生していることが示されている。時刻Ｔ１以降では充放電は３回発生し、その後も続いていることが示されている。電圧Ｖ１が上昇して制御整流素子９５５が導通する電圧に至る都度、放電が発生していることを示している。図１１（ｂ）に示す曲線で、イオン発生素子６の放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧Ｖ３が、図１１（ａ）に示すように充放電回路９２のコンデンサ９２２で放電が起こる都度、インパルス状の極短時間の正負振動減衰波形を示している。

図１１（ａ）に示す曲線は、制御整流素子９５５が導通して放電が発生する時点での電圧Ｖ１の値が、時刻Ｔ１以降よりも時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間の時間での値の方が大きいことを示している。また、電圧Ｖ１が上昇して制御整流素子９５５が導通し、放電に至るまでの周期についても、時刻Ｔ１以降の周期Ｔ´よりも時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間の時間での周期Ｔが長いことが示されている。これは、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までは、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位がローレベルであり、電圧制御回路１０のトランジスタ１０１がオフでトランジスタ１０２がオンであるので、電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔを満たすまでに余分に時間を要し、抵抗９５６に流れる電流量が増加するからである。

上述のように、電圧制御回路１０をトランジスタからなるスイッチによって構成することにより、電圧印加回路９で電源９１から通電がされている間イオンの発生量が所定の最適量未満、即ちイオン量判定回路８の出力端子８４の電位がローレベルである場合、放電電極６３と誘導電極６４との間には比較的高い駆動電圧が印加される。一方、イオンの発生量が所定の最適量以上、即ちイオン量判定回路８の出力端子８４の電位がハイレベルである場合は、放電電極６３と誘導電極６４との間には出力端子８４の電位がローレベルである場合より低い駆動電圧が印加される。これにより、イオン発生装置２で電源９１から電流が供給され始める時間のみだけでなく、イオン発生装置２が通電中である場合は、イオンの発生量の所定の最適量に対して多いか少ないかの判断により、放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧の高低が制御される。

図１２は、実施の形態１におけるイオン検出回路７により検知される電位と、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位と、放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧との関係を示すタイムチャートである。横軸は本発明に係るイオン発生装置２に通電を開始してからの通電時間を表している。図１２（ａ）はイオン検出回路７のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位を示しており、縦軸は電位の大きさを表している。図１２（ｂ）はイオン量判定回路８の出力端子８４の電位を示しており、縦軸は電位を表している。図１２（ｃ）は放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧のパルス部の電圧を示しており、縦軸は電圧を表している。

図１２（ａ）に示すように、電圧印加回路９に通電を開始した時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間は、捕集用導体６５により捕集されて検出されるイオンの量は最低限必要な量よりも少ない。このため、イオン検出回路７で検出されるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位は最低限必要な量に該当する基準電位よりも低い。従って、図１２（ｂ）に示すように時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間は、イオン検出回路７の出力端子７７の電位がイオン量判定回路８のコンパレータ８３で基準電圧より低いと判定されるので、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位はローレベルである。従って、図１２（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間は、放電電極６３と誘導電極６４との間に高い電圧をパルス部に有するインパルス状の正負振動減衰波形の駆動電圧が印加される。このとき、駆動電圧のパルス周期は長くなる。

図１２（ａ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間は、捕集用導体６５により捕集されて検出されるイオンの量は最低限必要な量を満たしている。このため、イオン検出回路７で検出されるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７４のソース電位は最低限必要な量に該当する基準電位よりも高い。従って、図１２（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間は、イオン検出回路７の出力端子７７の電位がイオン量判定回路８のコンパレータ８３で基準電圧よりも高いと判定されるので、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位はハイレベルである。従って、図１２（ｃ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間は、放電電極６３と誘導電極６４との間に、比較的低い電圧をパルス部に有するインパルス状の正負振動減衰波形の駆動電圧が印加される。このとき、駆動電圧のパルス周期は時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間での周期よりも短い。

以上のような構成とすることにより、イオン発生装置２は、イオンの発生量を検出することができ、検出したイオンの量に応じてイオンを発生するために放電電極６３と誘導電極６４との間に印加する駆動電圧の値を制御することが可能である。通電開始時に、保護層６２の厚さのばらつきによって放電が開始されるまでの電圧又は時間に差が出る場合であっても、イオンの発生量を検出することによりイオン量に応じて印加する電圧を制御することができる。このため、保護層６２の厚さのばらつきに拘わらず放電が開始されるまでの電圧又は時間の差を縮小することができる。

更に、イオンの効果を発揮させるために最低限必要なイオンの量を検出した場合に検知される電位をイオン量判定回路８の基準電位として設定し、イオン検出回路７の出力端子７７の電位の平均値が基準電位を満たすように制御することも可能である。これにより、放電電極６３と誘導電極６４とに印加される駆動電圧が過剰な電圧値になることを防ぐことができる。結果として、イオン発生装置２の省電力を実現し、より長期的に安定してイオンの発生量を制御することができる。

実施の形態１では、イオン発生装置２の通電開始から、イオンの発生量が所定の最適量を満たすまでは高い駆動電圧を印加するための手段と、イオン発生装置２の通電中に、イオンの発生量が所定の最適量を満たすように駆動電圧を制御するための手段とを、同一の電圧制御回路１０によって実現した。しかし本発明はこれに限らず、夫々の制御のために用意した制御回路により制御する構成としてもよい。例えば、実施の形態１では、電圧印加回路９で通電を開始した時点からイオンの発生量が所定の最適量を満たす時点までの駆動電圧のパルス部の電圧値は、その後の電圧印加回路９での通電中にイオンの発生量が所定の最適量未満となった場合に印加する駆動電圧のパルス部の電圧値と等しい値としている。これに限らず、通電を開始した後の所定の最適量を満たす時点までは更に高い電圧値をパルス部に有する駆動電圧を印加する構成としてもよい。

なお、イオン発生装置の通電開始時に、より高い駆動電圧を印加する場合は円滑に放電を開始させることができ、加えて、イオン発生装置を長時間使用することに起因して放電電極等の電極面に付着した汚染物質を取り除き、長期的に安定してイオンを発生させることができる。

実施の形態１では、電圧制御回路１０を電圧印加回路９に組み込む構成としたが、イオン量判定回路８の判定結果を検知することにより電圧印加回路９で印加する電圧を制御する構成であれば、電圧制御回路１０と電圧印加回路９とを別回路として構成してもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１におけるイオン発生装置２の電圧印加回路９において充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点とスイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードとの間に設けた抵抗９５６（図１０参照）を可変抵抗９５７に置き換える構成とする。

実施の形態２における電気機器１の構成は電圧印加回路９を除いて実施の形態１と同様であるため説明を省き、可変抵抗９５７を備える電圧印加回路９について実施の形態１と同一の符号を用いて以下に説明する。また、実施の形態２では可変抵抗９５７によって生じる電位差をＶｖｒと表して以下に説明する。

一般に、ツェナーダイオード９５１のツェナー電圧Ｖｚｄの値にはある程度のばらつきがある。従って、制御整流素子９５５が導通する場合の電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔであるので、Ｖｚｄにばらつきがあるときは制御整流素子９５５が導通してトランス９３の一次巻線９３１に印加される電圧Ｖ１にもばらつきが発生する。また、充放電回路９２のコンデンサ９２２に一定の割合で電荷が蓄えられる場合、電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔを満たすまでに要する時間にもツェナーダイオード９５１によってばらつきが発生する。従って、電圧Ｖ１の値及びこの電圧Ｖ１が印加されるまでの周期Ｔが変動する。このため、トランス９３の二次巻線９３２に発生する高電圧の値及びその発生する周期が変動する。

例えば、ツェナーダイオード９５１のツェナー電圧Ｖｚｄの値は中心値から約±２．５〜３．０％の範囲でばらつく。ツェナー電圧Ｖｚｄが中心値から２．５％小さい値である場合は、周期Ｔは１０％短くなり、トランス９３の二次巻線９３２に発生する高電圧の値は２％小さくなることが判っている。同様に、ツェナー電圧Ｖｚｄが中心値から２．５％大きい値である場合、周期Ｔは１０％長くなり、トランス９３の二次巻線９３２に発生する高電圧の値は２％大きくなることが判っている。

そこで実施の形態２では、充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点とスイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードとの間に、可変抵抗９５７を備える。図１３は、本発明の実施の形態２におけるイオン発生装置２が備える電圧印加回路９の構成を示す回路図である。図１３に示す回路は電圧印加回路９に電圧制御回路１０が組み込まれている。充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点と、スイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードとの間に、可変抵抗９５７が備えられている。

図１３に示すように可変抵抗９５７を設け、可変抵抗９５７の抵抗値をツェナーダイオード９５１のツェナー電圧Ｖｚｄに対して調整することによって、電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔを満たす場合の可変抵抗９５７により生じる電位差Ｖｖｒを調整し、制御整流素子９５５が導通する場合の電圧Ｖ１の値を制御することができる。また、電位差Ｖｖｒを調整することにより、制御整流素子９５５が導通して放電が発生するまでの周期Ｔを制御することができる。例えば、可変抵抗９５７の抵抗値を大きくした場合は、電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｖｒ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔを満たすときの電流値が減少し、制御整流素子９５５が導通するまでの時間は長くなる。これにより、可変抵抗９５７の抵抗値を大きくする前と比較してトランス９３の二次巻線９３２に発生する高電圧の値は大きくなり高電圧が発生する周期Ｔも長くなる。

上述のように、電圧印加回路９で用いるツェナーダイオード９５１のツェナー電圧Ｖｚｄのばらつきに対して可変抵抗９５７の抵抗値を変更することにより、放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧の値、及び駆動電圧のパルス周期Ｔを調整することができる。従って、イオン発生素子６の特性のばらつきによって生じる、イオン発生量が最適量となるまでの時間及び駆動電圧の均一化を図ることができる。

なお、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位の高低に応じて、可変抵抗９５７の抵抗の値を制御する構成とすることにより、放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧の値、及び駆動電圧のパルス周期Ｔを調整することができる。従って、イオンの実際の発生量が安定して最適な値となるように制御することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１におけるイオン発生装置２の電圧印加回路９において充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点とスイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードとの間に設けた抵抗９５６（図１０参照）をサーミスタ９５８に置き換える構成とする。

実施の形態３における電気機器１の構成は電圧印加回路９を除いて実施の形態１と同様であるため説明を省き、サーミスタ９５８を備える電圧印加回路９について実施の形態１と同一の符号を用いて以下に説明する。

充放電回路９２のコンデンサ９２２として周囲温度により静電容量が変化するコンデンサを使用した場合は、周囲温度の変化に起因して放電電極６３と誘導電極６４との間に印加される駆動電圧の値と、駆動電圧のパルス周期Ｔとが変化する虞がある。

例えば、セラミックコンデンサは３０℃での静電容量よりも５０℃での静電容量が小さい特性を有している。そのようなセラミックコンデンサを充放電回路９２のコンデンサ９２２として使用した場合、温度の上昇に従ってコンデンサ９２２で蓄えることができる電荷の量が減少する。従って、温度が上昇した場合、制御整流素子９５５が導通したときにトランス９３の一次巻線９３１に流れる電流量が減少するので二次巻線９３２に発生する高電圧の電圧値も減少する。

他の例として、フィルムコンデンサは３０℃での静電容量よりも１０℃での静電容量が小さい特性を有している。そのようなフィルムコンデンサを充放電回路９２のコンデンサ９２２として使用した場合、温度の下降に従ってコンデンサ９２２で蓄えることができる電荷の量が減少する。従って、温度が低下した場合、制御整流素子９５５が導通したときにトランス９３の一次巻線９３１に流れる電流量が減少するので二次巻線９３２に発生する高電圧の電圧値も減少する。

そこで、実施の形態３では、充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点とスイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードとの間にサーミスタ９５８を備える。図１４は、本発明の実施の形態３におけるイオン発生装置２が備える電圧印加回路９の構成を示す回路図である。図１４に示す回路は電圧印加回路９に電圧制御回路１０が組み込まれている。充放電回路９２の抵抗９２１及びコンデンサ９２２の接続点と、スイッチ回路９５のツェナーダイオード９５１のカソードとの間に、サーミスタ９５８が備えられている。実施の形態３では、サーミスタ９５８によって生じる電位差をＶｔｈと表して以下に説明する。

温度の上昇に対して静電容量が低下するセラミックコンデンサ等をコンデンサ９２２として使用する場合は、正の温度特性を有するサーミスタ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を用いる。温度の上昇につれて静電容量が低下するコンデンサ９２２に対し、正の温度特性を有するサーミスタ９５８は温度の上昇に対して抵抗値が上昇するので、電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｔｈ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔを満たすときの電流値が減少する。この結果、制御整流素子９５５が導通するまでに要する時間が長くなり、トランス９３の二次巻線９３２に発生する高電圧の値は大きくなる。従って、温度の上昇に起因してコンデンサ９２２の静電容量が低下することによる、二次巻線９３２に発生する高電圧の電圧値の減少が抑制されるので安定してイオンを発生させることができる。

逆に、温度の低下と共に静電容量が低下するフィルムコンデンサ等をコンデンサ９２２として使用する場合は、負の温度特性を有するサーミスタ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を用いる。温度の下降につれて静電容量が低下するコンデンサ９２２に対し、負の温度特性を有するサーミスタ９５８は温度の下降に対して抵抗値が上昇するので、電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｔｈ＋Ｖｚｄ＋Ｖｔを満たすときの電流値が減少する。この結果、制御整流素子９５５が導通するまでに要する時間が長くなり、トランス９３の二次巻線９３２に発生する高電圧の値は大きくなる。従って、温度の下降に起因してコンデンサ９２２の静電容量が低下することによる、二次巻線９３２に発生する高電圧の電圧値の減少が抑制されるので安定してイオンを発生させることができる。

上述のように、電圧印加回路９で用いるコンデンサ９２２の温度に対する静電容量の変化に対し、スイッチ回路９５に温度により抵抗値が変化するサーミスタ９５８を備えることにより、トランス９３の一次巻線９３１に印加する電圧の値の減少が抑制されるので、イオン発生装置２は長期的に安定してイオンを発生させることができる。

なお、実施の形態１乃至３の電気機器１において、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位と発生しているイオン量との関係を実測によって求めて設定しておき、イオン量判定回路８の出力端子８４の電位を検知してイオンの発生量を示す信号を出力する回路等をイオン発生装置２に加える構成も可能である。これにより、イオン発生量を電気機器１が更に備える液晶モニタ等に表示して実施の形態１乃至３の何れかの電気機器を使用するユーザがイオンの発生量を認識できるようにすることが可能である。

実施の形態１乃至３の電子機器１では、イオン発生装置２が発生したイオンが効率よく吹出口５から放出されるように、イオン発生素子６の上部基板６１ａ表面に対する法線方向と送風ファン３の送風方向とが略垂直をなすように送風ファン３とイオン発生装置２とを配置することが望ましい。

実施の形態１乃至３では、イオン量判定回路の判定結果に基づいて、放電電極６３と誘導電極６４との間に印加する電圧を制御するために、イオン量判定回路８からの電位の高低に応じて印加する電圧の高低を切り替えるスイッチをトランジスタによって実現した電圧制御回路１０を設ける構成とした。本発明の電圧制御回路１０の構成はイオンの発生量に応じて電圧印加回路９が印加する電圧の高低を制御する構成であれば、これに限るものではない。

本発明に係るイオン発生装置を備える電気機器の構成を示す略示側面断面図である。 本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるイオン発生素子の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置のイオン検出回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１におけるイオン検出回路が備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴのソース電位の時間変化を示すグラフである。 実施の形態１におけるイオン量判定回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置の電圧印加回路及び電圧制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置の電圧印加回路の構成の一例を示す回路図である。 実施の形態１における電圧印加回路により印加される駆動電圧の時間変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１におけるイオン発生装置が備える電圧印加回路の構成を示す回路図である。 実施の形態１における電圧制御回路を組み込んだ電圧印加回路で印加される駆動電圧の時間変化を示すタイムチャートである。 実施の形態１におけるイオン検出回路により検知される電位と、イオン量判定回路の出力端子の電位と、放電電極と誘導電極との間に印加される駆動電圧との関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２におけるイオン発生装置が備える電圧印加回路の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態３におけるイオン発生装置が備える電圧印加回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

２ イオン発生装置
６ イオン発生素子
６１ 誘電体基板
６３ 放電電極
６３ｂ 先鋭部
６４ 誘導電極
６５ 捕集用導体
７ イオン検出回路
８ イオン量判定回路
９ 電圧印加回路
１０ 電圧制御回路

Claims (6)

1. 誘電体を介して対向するように配置された放電電極及び誘導電極からなるイオン発生素子と、前記放電電極及び前記誘導電極に電圧を印加する電圧印加回路とを備えるイオン発生装置において、
   前記放電電極は前記誘電体の一の面に形成され複数の先鋭部を有し、前記誘導電極は前記誘電体の他の面又は内部に形成されており、
   前記イオン発生素子は、イオンを捕集する捕集用導体を備え、
   該捕集用導体は、前記誘電体の表面であって前記放電電極の先鋭部群に囲まれる位置に形成されており、
   前記捕集用導体が捕集するイオンを検出する検出手段と、
   該検出手段によるイオンの検出量を判定する判定手段と、
   該判定手段による判定結果に基づいて前記電圧印加回路が印加すべき電圧を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記放電電極は、略Ｃ字形に形成され、
   前記放電電極が有する先鋭部は、Ｃ字の内側に中心方向へ突出するように形成され、
   前記誘導電極は、前記放電電極と略同心を有する略Ｏ字形に形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記判定手段は、前記検出手段が検出したイオンの量が所定量以上であるか否かを判定するようにしてあること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のイオン発生装置。
4. 前記制御手段は、前記電圧印加回路が第１電圧を印加し、前記判定手段がイオンの検出量が所定量以上であると判定した後は、前記電圧印加回路が前記第１電圧より低い第２電圧を印加するようにしてあること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のイオン発生装置。
5. 前記制御手段は、前記電圧印加回路による電圧印加中はイオンの量が所定量以上となるように、前記電圧印加回路が印加する電圧の値を制御するようにしてあること
   を特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載のイオン発生装置。
6. 前記電圧印加回路は、前記放電電極及び前記誘導電極に印加する電圧を安定化させる安定化手段を備えること
   を特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載のイオン発生装置。

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