JP2009021110A - 高電圧発生回路、イオン発生装置、及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができ、且つ、出力する高電圧の正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の減衰信号を低減することができる高電圧発生回路を提供する。
【解決手段】直流電源２７から出力される直流電圧を昇圧して２次側に高電圧を出力する昇圧部（トリガーコイル２２）と、前記昇圧部の１次側電流を断続するスイッチング素子（ＭＯＳ ＦＥＴ２３）と、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部２４Ｂと、前記スイッチング素子がＯＮからＯＦＦになった瞬間に前記昇圧部の１次側電流を流す整流素子（ダイオード２５）とを備える高電圧発生回路。
【選択図】図２

Description

本発明は、高電圧を発生する高電圧発生回路、当該高電圧発生回路を備え空間にイオンを放出して室内環境を改善することが可能なイオン発生装置、及び当該イオン発生装置を備えた電気機器に関するものである。なお、上記の電気機器に該当する例としては、主として閉空間（家屋内、ビル内の一室、病院の病室や手術室、車内、飛行機内、船内、倉庫内、冷蔵庫の庫内等）で使用される空気調和機、除湿器、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、殺菌装置などを挙げることができる。

一般に、事務所や会議室など、換気の少ない密閉化された部屋では、室内の人数が多いと、呼吸により排出される二酸化炭素、タバコの煙、埃などの空気汚染物質が増加するため、人間をリラックスさせる効能を有するマイナスイオンが空気中から減少していく。特に、タバコの煙が存在すると、マイナスイオンは通常の１／２〜１／５程度にまで減少することがあった。そこで、空気中のマイナスイオンを補給するため、従来から種々のイオン発生装置が市販されている。

しかしながら、従来のイオン発生装置は、いずれも直流高電圧方式でマイナスイオンのみを発生させるものであった。そのため、このようなイオン発生装置では、空気中にマイナスイオンを補給することはできるものの、空気中の浮遊細菌等を積極的に除去することはできなかった。

上記の問題点に鑑み、本出願人は、空気中にプラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mと、マイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数）を略同等量発生させることにより、両イオンを空気中の浮遊細菌等に付着させ、その際に生成される活性種の過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及び／ または水酸基ラジカル（・ＯＨ）の分解作用をもって、前記浮遊細菌を除去することが可能なイオン発生装置に関する発明の特許出願を成した（例えば、特許文献１、２参照）。

なお、上記の発明については、本出願人によって既に実用化され、実用機には、セラミックの誘電体を挟んで外側に放電電極、内側に誘導電極を配設した構造のイオン発生装置、及びこれを搭載した空気清浄機や空気調和機などがある。

図１０は、プラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mと、マイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数）を略同等量発生させることができるイオン発生装置の一従来例を示す回路図である。図１０に示す従来のイオン発生装置は、交流インパルス状の高電圧を発生する高電圧発生回路と、その高電圧発生回路からの高電圧が印加されることにより放電してイオンを発生する放電部Ｘ１とを備えている。そして、上記高電圧発生回路は、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、トランスＴ１、及び半導体スイッチ素子Ｓ１を有している。

図１０に示す従来のイオン発生装置において、商用交流電源Ｅ１の出力電圧は、抵抗Ｒ１で電圧降下された後、ダイオードＤ１で半波整流され、コンデンサＣ１に印加される。コンデンサＣ１の充電が進んで図１１（ａ）に示すコンデンサＣ１の両端電圧Ｅ２が図１１（ａ）に示す所定の閾値Ｖ_THに達すると、半導体スイッチ素子Ｓ１がオン状態となり、コンデンサＣ１の充電電圧が放電される。この放電によって、トランスＴ１の１次巻線Ｌ１に電流が流れ、２次巻線Ｌ２にエネルギーが伝達され、放電部Ｘ１に図１１（ｂ）に示す交流インパルス状の高電圧Ｅ３が印加される。その直後、半導体スイッチ素子Ｓ１はオフ状態となり、再びコンデンサＣ１の充電が開始される。

上記充放電を繰り返すことによって、放電部Ｘ１には、図１１（ｂ）に示す交流インパルス状の高電圧が繰り返し印加される。このとき、放電部Ｘ１近傍ではコロナ放電が生じて周辺の空気がイオン化され、正電圧印加時はプラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mが発生し、負電圧印加時はマイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数）が発生する。従って、両イオンを空気中の浮遊細菌等に付着させ、その際に生成される活性種である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）や水酸基ラジカル（・ＯＨ）の分解作用をもって、前記浮遊細菌等を除去することが可能となる。

特開２００３−４７６５１号公報 特開２００４−３５６１０３号公報

確かに、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置であれば、空気中の浮遊細菌等を積極的に除去できるので、室内環境を一層快適なものとすることが可能である。

しかしながら、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置は、商用交流電源Ｅ１を入力電源として用いていることから、放電エネルギーを一時的にコンデンサＣ１に蓄え、コンデンサＣ１の充放電を半導体スイッチ素子Ｓ１によって切り替えるために高耐圧大容量のコンデンサＣ１と高耐圧の半導体スイッチング素子Ｓ１が必要になり、サイズが大きくなるという課題を有している。

更に、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置は、交流インパルス状の高電圧Ｅ３が発生した直後はトランスＴ１の抵抗成分により、高電圧の減衰信号（図１１（ｂ）の交流インパルス状の高電圧Ｅ３の拡大波形を示す図１２参照）が放電部Ｘ１に印加される。その放電部Ｘ１に印加される高電圧の減衰信号は、商用交流電源Ｅ１の周波数に応じた周期で発生する。放電部Ｘ１に必要な電圧は、放電部Ｘ１の正の放電開始電圧を最初に超えた正のピーク電圧と放電部Ｘ１の負の放電開始電圧を最初に超えた負のピーク電圧であって、それ以外の減衰信号は不要である。すなわち、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置は、放電部Ｘ１に不要な電圧が印加されており、この不要な電圧の印加によって放電部Ｘ１が劣化してしまうという課題を有している。

更に、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置は、半導体スイッチ素子Ｓ１の所定の閾値Ｖ_THとトランスＴ１の電圧変換比によって放電部Ｘ１への印加電圧が定まり放電部Ｘ１への印加電圧が調整できないため、放電部Ｘ１の耐圧を超えた電圧が放電部Ｘ１へ印加され放電部Ｘ１が壊れる可能性があるという課題を有している。

更に、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置は、半導体スイッチ素子Ｓ１の所定の閾値Ｖ_THとトランスＴ１の電圧変換比によって放電部Ｘ１への印加電圧が定まり放電部Ｘ１への印加電圧が調整できないため、放電部Ｘ１の材料や形状が異なり、放電部Ｘ１の放電開始電圧が異なる場合、同一の高電圧発生回路では対応できないという課題を有している。

更に、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置は、半導体スイッチ素子Ｓ１の所定の閾値Ｖ_THとトランスＴ１の電圧変換比によって放電部Ｘ１への印加電圧が定まり放電部Ｘ１への印加電圧の正電圧と負電圧とが別々に調整できないため、プラスイオンとマイナスイオンのバランス調整ができないという課題を有している。

更に、上述した図１０に示す従来のイオン発生装置は、放電エネルギーを一時的にコンデンサＣ１に蓄えており、コンデンサＣ１の単位時間あたりの放電回数、すなわちイオン発生量を任意に制御できないという課題を有している。

本発明は、上記の問題点に鑑み、小型化を図ることができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載したイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第１の目的とする。

更に、出力する高電圧の正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の減衰信号を低減することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部に印加される不要な高電圧を低減することで放電部の劣化を防ぐことができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第２の目的とする。

更に、出力する高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の破壊を防止することができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第３の目的とする。

更に、出力する高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要のないイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第４の目的とする。

更に、出力する高電圧の発生頻度を調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載しイオン発生量を任意に制御できるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第５の目的とする。

上記第１と第２の目的を達成するために、本発明に係る高電圧発生回路は、直流電源から出力される直流電圧を昇圧して２次側に高電圧を出力する昇圧部と、前記昇圧部の１次側電流を断続するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部と、前記スイッチング素子がＯＮからＯＦＦになった瞬間に前記昇圧部の１次側電流を流す整流素子とを備える構成としている。このような構成によると、入力電源に商用交流電源を用いずに、直流電源から出力される直流電圧を入力しているので、スイッチング素子を高耐圧部品にする必要及び放電エネルギーを一時的に蓄える高耐圧大容量のコンデンサを設ける必要がなくなる。これにより、高電圧発生回路の小型化を図ることができる。ただし、直流電源から出力される直流電圧が大きすぎるとスイッチング素子の耐圧を高くする必要が生じるので、直流電源から出力される直流電圧は２４Ｖ以下であることが望ましい。また、整流素子により、昇圧部の２次側に発生する減衰信号を低減することができる。したがって、イオン発生装置に適用した場合、放電部には放電に必要な正のピーク電圧及び負のピーク電圧が印加され、正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の不要な減衰信号の放電部への印加が低減されるので、放電部の劣化を防ぐことができる。

また、上記第３、第４の目的を達成するためには、上記構成の高電圧発生回路において、前記直流電源から出力される直流電圧の値と前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス幅とが可変する構成にするとよい。このような構成によると、高電圧発生回路が出力する高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる。したがって、イオン発生装置に適用した場合、放電部の破壊を防止することができ、且つ放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要がなくなり、且つプラスイオンとマイナスイオンのバランスを調整することができる。

また、上記第５の目的を達成するためには、上記各構成の高電圧発生回路において、前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔が可変する構成にするとよい。このような構成によると、高電圧発生回路が出力する高電圧の発生頻度を調整することができる。したがって、イオン発生装置に適用した場合、放電部に印加される高電圧の単位時間当たりの発生回数、すなわち放電部の単位時間当たりの放電回数を調整することができ、イオン発生量を調整することができる。

上記各構成の高電圧回路において、前記昇圧部としては例えばトランスやトリガーコイルを用いることができ、前記スイッチング素子としては例えばＭＯＳ ＦＥＴやバイポーラトランジスタを用いることができ、前記パルス信号発生部としては例えば前記パルス信号の発生をソフトウェアで制御するマイクロコンピュータや前記パルス信号の発生をハードウェアで制御する専用ＬＳＩを用いることができ、前記整流素子としてはダイオードを用いることができる。例えば、前記ダイオードは、前記昇圧部の１次側に並列に接続され、アノードが前記スイッチング素子に接続され、カソードが前記直流電源に接続されるようにするとよい。

また、上記各構成の高電圧回路において、前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルスに対応して前記昇圧部が一つの交流インパルス状の高電圧を出力するようにすることが望ましい。

また、上記各構成の高電圧回路において、前記直流電源から出力される直流電圧の値と、前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルス幅に応じて、前記昇圧部の２次側から出力される高電圧の値が変化するようにすることで、上記第３及び第４の目的を達成することができる。

本発明に係るイオン発生装置は、上記いずれかの構成の高電圧発生回路と、前記高電圧発生回路から出力される高電圧が印加される放電部とを備え、前記高電圧発生回路から出力される高電圧を前記放電部に印加することで前記放電部がイオンを発生させる構成である。

また、上記第５の目的を達成するためには、上記各構成のイオン発生装置において、前記高電圧発生回路が備えるパルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔を調整することでイオン発生量を制御する構成にするとよい。

また、放電部の耐久性や生産性の観点から、上記各構成のイオン発生装置において、前記放電部は、固体誘電体を挟んだ放電電極と誘導電極によって形成されていることが望ましい。

また、放電部の劣化を防ぐ観点から、上記各構成のイオン発生装置において、前記高電圧発生回路から出力される高電圧の第３波以降の値が略零であることが望ましい。

また、上記各構成のイオン発生装置において、前記放電部がマイナスイオンとプラスイオンの両方を発生させ、前記プラスイオンをＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとし、前記マイナスイオンをＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然係数）とすることで、浮遊細菌等を除去することができる。

本発明に係る電気機器は、上記いずれかの構成のイオン発生装置と、前記イオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出するための送出手段とを備える構成とする。

本発明によると、小型化を図ることができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載したイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

更に、出力する高電圧の正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の減衰信号を低減することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部に印加される不要な高電圧を低減することで放電部の劣化を防ぐことができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

更に、出力する高電圧の値を正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の破壊を防止することができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

更に、出力する高電圧の値を正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要のないイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

更に、出力する高電圧の発生頻度を調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載しイオン発生量を任意に制御できるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

更に、出力する高電圧の値を正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載しプラスイオンとマイナスイオンのバランスを調整することができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係るイオン発生回路の一構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すイオン発生装置は、放電部を有するイオン発生素子１１と、前記放電部に高電圧を印加する高電圧発生回路１００とによって構成される。高電圧発生回路１００は、電池などの直流電源１７から出力される直流電圧を昇圧して２次側に接続される前記放電部に高電圧を出力する昇圧部１２と、昇圧部１２の１次側電流を断続するスイッチング素子１３と、スイッチング素子１３のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部１５と、前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔を調整するためのタイマー１４と、スイッチング素子１３がＯＮからＯＦＦになった瞬間に昇圧部１２の１次側電流を流す整流素子１６とによって構成される。なお、高電圧発生回路１００から出力される高電圧の値の調整及び高電圧発生回路１００から出力される高電圧の発生頻度の調整が不要である場合には、タイマー１４を取り除きパルス信号発生部１５が発生するパルス信号の波形を固定するとよい。

図１に示すイオン発生回路は、入力電源に商用交流電源を用いておらず、高電圧発生回路１００が直流電源１７から出力される直流電圧を入力する構成であるので、スイッチング素子１３を高耐圧部品にする必要及び放電エネルギーを一時的に蓄える高耐圧大容量のコンデンサを設ける必要がなくなる。これにより、高電圧発生回路１００の小型化を図ることができる。ただし、直流電源１７から出力される直流電圧が大きすぎるとスイッチング素子１３の耐圧を高くする必要が生じるので、直流電源１７から出力される直流電圧は２４Ｖ以下であることが望ましい。

図２は、図１に示すイオン発生装置の一実施形態を示す回路図である。図２に示すイオン発生装置は、放電部を有するイオン発生素子２１と、前記放電部に高電圧を印加する高電圧発生回路２００とによって構成される。高電圧発生回路２００は、直流電源２７から出力される直流電圧を昇圧して２次側に接続される前記放電部に高電圧を出力する昇圧部であるトリガーコイル２２と、トリガーコイル２２の１次側電流を断続するスイッチング素子であるＭＯＳ ＦＥＴ２３と、ＭＯＳ ＦＥＴ２３のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部２４Ｂ及び前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔を調整するためのタイマー２４Ａを有する演算処理装置２４と、ＭＯＳ ＦＥＴ２３がＯＮからＯＦＦになった瞬間にトリガーコイル２２の１次側電流を流すダイオード２５とによって構成される。演算処理装置２４の例としては、前記パルス信号の発生及び前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔の調整をソフトウェアで制御するマイクロコンピュータ或いは前記パルス信号の発生及び前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔の調整をハードウェアで制御する専用ＬＳＩが挙げられる。

直流電源２６の正極は、演算処理装置２４の電源端子に接続されている。直流電源２７の正極は、トリガーコイル２２の１次巻線Ｌ１の一端、２次巻線Ｌ２の一旦、及びダイオード２５のカソードに接続されている。直流電源２６の負極、直流電源２７の負極、及び演算処理装置２４のＧＮＤ端子は、ＧＮＤに接地されている。トリガーコイル２２の１次巻線Ｌ１の他端は、ＭＯＳ ＦＥＴ２３のドレイン端子とダイオード２５のアノードに接続されている。ＭＯＳ ＦＥＴ２３のソース端子は、ＧＮＤに接地されている。ＭＯＳ ＦＥＴ２３のゲート端子は、演算処理装置２４のパルス信号出力端子に接続されている。トリガーコイル２２の２次巻線の他端は、イオン発生素子２１の放電部の放電電極に接続されている。イオン発生素子２１の放電部の誘導電極はＧＮＤに接地されている。

ここで、イオン発生素子２１の一構成例を図３に示す。図３（ａ）はイオン発生素子２１の上面図であり、図３（ｂ）はイオン発生素子２１のＸ−Ｘ線断面図である。

図３に示すイオン発生素子は、誘電体２８（上部誘電体２８Ａと下部誘電体２８Ｂ）と、放電部（放電電極２９Ａ、誘導電極２９Ｂ、放電電極接点２９Ｃ、誘導電極接点２９Ｄ、接続端子２９Ｅ及び２９Ｆ、並びに接続経路２９Ｇ及び２９Ｈ）と、コーティング層３０とを有して成る。

誘電体２８は、略直方体状の上部誘電体２８Ａと下部誘電体２８Ｂを貼り合わせて成る。誘電体２８の材料として無機物を選択するのであれば、高純度アルミナ、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を使用することができる。また、誘電体２８の材料として有機物を選択するのであれば、耐酸化性に優れたポリイミドやガラスエポキシなどの樹脂が好適である。ただし、耐食性の面を考えれば、誘電体２８の材料として無機物を選択する方が望ましく、さらに、成形性や後述する電極形成の容易性を考えれば、セラミックを用いて成形するのが好適である。また、放電電極２９Ａと誘導電極２９Ｂとの間の絶縁抵抗は均一であることが望ましいため、誘電体２８の材料としては、密度ばらつきが少なく、その絶縁率が均一であるものほど好適である。なお、誘電体２８の形状は、略直方体状以外（円板状や楕円板状、多角形板状等）であってもよく、さらには円柱状であってもよいが、生産性を考えると、本構成例のように平板状（円板状及び直方体状を含む）とするのが好適である。

放電電極２９Ａは、上部誘電体２８Ａの表面に該上部誘電体２８Ａと一体的に形成されている。放電電極２９Ａの材料としては、例えばタングステンのように、導電性を有するものであれば、特に制限なく使用することができるが、放電によって溶融等の変形を起こさないことが条件となる。

また、誘導電極２９Ｂは、上部誘電体２８Ａを挟んで、放電電極２９Ａと平行に設けられている。このような配置とすることにより、放電電極２９Ａと誘導電極２９Ｂの距離（以下、電極間距離と呼ぶ）を一定とすることができるので、放電電極と誘導電極との間の絶縁抵抗を均一化して放電状態を安定させ、イオンを好適に発生させることが可能となる。なお、誘電体２８を円柱状とした場合には、放電電極２９Ａを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極２９Ｂを軸状に設けることによって、前記電極間距離を一定とすることができる。誘導電極２９Ｂの材料としては、放電電極２９Ａと同様、例えばタングステンのように、導電性を有するものであれば、特に制限なく使用することができるが、放電によって溶融等の変形を起こさないことが条件となる。

放電電極接点２９Ｃは、放電電極２９Ａと同一形成面（すなわち上部誘電体２８Ａの表面）に設けられた接続端子２９Ｅ、及び接続経路２９Ｇを介して、放電電極２９Ａと電気的に導通されている。従って、放電電極接点２９Ｃにリード線（銅線やアルミ線など）の一端を接続し、該リード線の他端をトリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２の他端に接続すれば、放電電極２９Ａとトリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２とを電気的に導通させることができる。

誘導電極接点２９Ｄは、誘導電極２９Ｂと同一形成面（すなわち下部誘電体２８Ｂの表面）に設けられた接続端子２９Ｆ、及び接続経路２９Ｈを介して、誘導電極２９Ｂと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点２９Ｄにリード線（銅線やアルミ線など）の一端を接続し、該リード線の他端をＧＮＤに接地すれば、誘電電極２９ＢをＧＮＤ電位にすることができる。

なお、図３に示すイオン発生素子において、放電電極２９Ａは鋭角部を持ち、その部分で電界を集中させ、局部的に放電を起こす構成としている。

次に、図２に戻り、図２に示すイオン発生装置の動作について説明する。図２に示すイオン発生装置では、演算処理装置２４から出力されたパルス信号により、ＭＯＳ ＦＥＴ２３が一時的にＯＮ状態となり、トリガーコイル２２の１次巻線Ｌ１に電流が流れると相互誘導により、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に巻数比で決まる高電圧が発生され、また、ＭＯＳ ＦＥＴ２３がＯＮからＯＦＦになった瞬間にトリガーコイル２２の１次巻線Ｌ１に溜まった電流がダイオード２５に流れる。よって、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２からイオン発生素子２１の放電部の放電電極に印加される交流インパルス状の高電圧において、第３波以降が低減される（本実施形態では、第３波以降が略零となる）。トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２からイオン発生素子２１の放電部の放電電極に印加される交流インパルス状の高電圧において、第１波が正電圧になるか負電圧になるかはトリガーコイル２２の１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２の巻き方向で決まる。その後、演算処理装置２４のタイマー２４Ａにより制御された間隔で次のパルス信号が出力されるまでの間、ＭＯＳ ＦＥＴ２３はＯＦＦ状態となり、イオン発生素子２１の放電部の放電電極と誘導電極に高電圧が印加されない。これらの高電圧発生動作は、演算処理装置２４のタイマー２４Ａにより制御された間隔で出力されるパルス信号に応じて、繰り返される。

図２に示すイオン発生装置の各部電圧は図４に示すような波形になる。ここで、図４（ａ）は直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧、すなわち、トリガーコイル２２の入力電圧の波形を、図４（ｂ）は演算処理装置２４から出力されるパルス信号、すなわち、ＭＯＳ ＦＥＴ２３のゲート信号の波形を、図４（ｃ）はトリガーコイル２２の出力電圧の波形をそれぞれ示している。

イオン発生素子２１の放電部の放電電極には図４（ｃ）に示すような交流インパルス状の高電圧が印加される。このとき、イオン発生素子２１の放電部の放電電極に印加された電圧がイオン発生素子２１の放電開始電圧±Ｖ_BD（図４（ｃ）参照）に達していれば、イオン発生素子２１の表面近傍ではコロナ放電が生じて周辺の空気がイオン化され、正電圧印加時はプラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mが発生し、負電圧印加時はマイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数）が発生するため、プラスイオンであるＨ ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとマイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数） が略等量発生する。

また、図２に示すイオン発生装置では、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅及び直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧を調整することでトリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する高電圧の正電圧のピーク値と負電圧のピーク値を任意に調整することができる。演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅を変えることで、第２波（本実施形態では負電圧）のピーク電圧が変化する。この時、第１波（本実施形態では正電圧）のピーク電圧は変化しない。演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅を広げると、第２波（本実施形態では負電圧）のピーク電圧は上がる。但し、パルス幅を広げすぎると第２波のピーク電圧は下がるので、トリガーコイル２２の出力電圧を測定しながら調整するのが望ましい。直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧を調整することで、第１波（本実施形態では正電圧）と第２波（本実施形態では負電圧）のピーク電圧がそれぞれ変化する。したがって、イオン発生素子２１の放電部の破壊を防止することができ、且つイオン発生素子２１の放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要がなくなる。更に、イオン発生素子２１の放電部に印加される正電圧と負電圧のピーク値を調整することで、プラスイオンとマイナスイオンのバランスを調整することができる。更に、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス間隔の調整をすることでイオン発生素子２１の放電部の放電電極に印加される交流インパルス状の高電圧の単位時間当たりの発生回数、すなわちイオン発生素子２１の単位時間当たりの放電回数を調整することができる。

例えば、図２に示すイオン発生装置において、表１に示すような±１．５ｋＶで放電を開始するイオン発生素子Ａと、±２．０ｋＶで放電を開始するイオン発生素子Ｂの２種類のイオン発生素子とを、それぞれ本発明に係る高電圧発生回路２００で放電させる場合についての実施例を述べる。

表１に示すような放電開始電圧の異なるイオン発生素子（ここではイオン発生素子Ａとイオン発生素子Ｂ）を放電させるための第１の実施例について説明する。直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧（トリガーコイル２２の入力電圧）を、図５（ａ）に示すように５Ｖ、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅を、図５（ｂ）の１つ目のパルスのように０．５μｓｅｃと設定すると、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）は、図５（ｃ）の一つ目の交流インパルス状の高電圧のようにピーク値が±１．６ｋＶとなり、放電開始電圧が±１．５ｋＶであるイオン発生素子Ａを放電させることができる。しかし、この条件では放電開始電圧が±２．０ｋＶであるイオン発生素子Ｂを放電させることはできない。そこで、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅は、図５（ｂ）に示すように０．５μｓｅｃのままで、直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧（トリガーコイル２２の入力電圧）を、図５（ａ）に示すように１０Ｖに増加した場合、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）は、図５（ｃ）の２つ目の交流インパルス状の高電圧のようにピーク値が±２．１ｋＶに増加し、放電開始電圧が±２．０ｋＶであるイオン発生素子Ｂを放電させることができる。この第１の実施例における直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧（トリガーコイル２２の入力電圧）とトリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）との関係を表２に示す。

前記パルス幅０．５μｓｅｃ並びに直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧（トリガーコイル２２の入力電圧）５Ｖ及び１０Ｖは一例であり、トリガーコイル２２のＬ１、Ｌ２の巻数及びＭＯＳ ＦＥＴ２３のＯＮ時間等によりトリガーコイル２２の出力電圧は変動する。すなわち使用する部品に応じて前記パルス幅とトリガーコイル２２の入力電圧の調整を行うことにより、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）を任意に制御することができる。

次に、表１に示すイオン発生素子Ａを用いてプラスイオンとマイナスイオン発生量を調整するための第２の実施例について説明する。イオン発生素子Ａは、放電開始電圧以上の正電圧（≧＋１．５ｋＶ）が印加されるとプラスイオンを発生し、放電開始電圧以上の負電圧（≦−１．５ｋＶ）が印加されるとマイナスイオンを発生する。直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧（トリガーコイル２２の入力電圧）を、図６（ａ）に示すように８Ｖ、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅を、図６（ｂ）の１つ目のパルスのように０．５μｓｅｃと設定すると、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）は、図６（ｃ）の一つ目の交流インパルス状の高電圧のように正電圧のピーク値が＋１．７ｋＶ、負電圧のピーク値が−１．７ｋＶとなり、放電開始電圧が±１．５ｋＶであるイオン発生素子Ａを放電させることができる。すなわち、プラスイオンとマイナスイオンを発生させることができる。このとき、プラスイオンとマイナスイオンの発生量が同程度であることが望ましい。

演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅の設定が０．５μｓｅｃの条件下ではプラスイオンの発生量がマイナスイオンの発生量より少ない場合、例えば図６（ｂ）の２つ目のパルスのようにパルス幅を０．３μｓｅｃに縮小すると、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）は、図６（ｃ）の２つ目の交流インパルス状の高電圧のように正電圧（第１波）のピーク値は＋１．７ｋＶのままで、負電圧（第２波）のピーク値が−１．６ｋＶに減少する。これにより、マイナスイオンの発生量を減らすことができる。一方、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅の設定が０．５μｓｅｃの条件下ではプラスイオンの発生量がマイナスイオンの発生量より多い場合、例えば図６（ｂ）の３つ目のパルスのようにパルス幅を０．７μｓｅｃに拡大すると、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）は、図６（ｃ）の３つ目の交流インパルス状の高電圧のように正電圧のピーク値は＋１．７ｋＶのままで、負電圧のピーク値が−１．９ｋＶに拡大する。これにより、マイナスイオンの発生量を増やすことができる。したがって、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅を調整することで、プラスイオンとマイナスイオンの発生量を同程度にすることができる。

ここで、イオン発生素子２１の放電部に印加される電圧とイオン発生量の関係を図６（ｄ）に示す。イオン発生素子２１の放電部に印加される電圧がイオン発生素子２１の放電開始電圧＋Ｖ_BDを越えると、プラスイオンが発生し、イオン発生素子２１の破壊電圧を超えるまでプラスイオンは増加する。また、イオン発生素子２１の放電部に印加される電圧がイオン発生素子２１の放電開始電圧−Ｖ_BDを越えると、マイナスイオンが発生し、イオン発生素子２１の破壊電圧を超えるまでマイナスイオンは増加する。

前記パルス幅０．３μｓｅｃ、０．５μｓｅｃ及び０．７μｓｅｃ並びに直流電源２７からトリガーコイル２２に印加される電圧（トリガーコイル２２の入力電圧）８Ｖは一例であり、トリガーコイル２２のＬ１、Ｌ２の巻数及びＭＯＳ ＦＥＴ２３のＯＮ時間等によりトリガーコイル２２の出力電圧は変動する。すなわち使用する部品に応じて前記パルス幅とトリガーコイル２２の入力電圧の調整を行うことにより、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）を任意に制御することができる。

次に、図２に示すイオン発生装置において、イオン発生量を増加させる場合の実施例について説明する。演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス間隔を図７（ｂ）の１つ目のパルスと２つ目のパルスとの間隔２ｍｓｅｃから２つ目のパルスと３つ目のパルスとの間隔１ｍｓｅｃに狭くした場合、トリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に発生する電圧（トリガーコイル２２の出力電圧）の周波数が、図７（ｃ）の１つ目と２つ目の交流インパルス状の高電圧の周波数５００Ｈｚから、２つ目と３つ目の交流インパルス状の高電圧の周波数１ｋＨｚへと増加し、すなわちイオン発生素子２１の放電部での放電回数が倍増し、イオン発生量も理論上倍増する。放電回数とイオン発生量の関係を図７（ｄ）に示す。

なお、図２に示すイオン発生装置においては、昇圧部の１次側電流を断続するスイッチング素子としてＭＯＳ ＦＥＴ２３が用いられているが、ＭＯＳ ＦＥＴ２３の代わりにバイポーラトランジスタを用いて図８に示すような構成にしても同様の効果を得ることができる。

また、図２に示すイオン発生装置においては、昇圧部としてトリガーコイル２２が用いられているが、トリガーコイル２２の代わりにトランス２２Ａを用いて図９に示すような構成にしても同様の効果を得ることができる。この場合、トランスの２次巻線の一端をイオン発生素子２１の放電電極に電気的に接続し、トランスの２次巻線の他端をイオン発生素子２１の誘導電極に電気的に接続する。

また、図４〜図７においては、演算処理装置２４から出力されるパルス信号の一つのパルスに対応して一つの交流インパルス状の高電圧が発生しているが、演算処理装置２４から出力されるパルス信号の複数のパルスに対応して一つの交流インパルス状の高電圧が発生するようにしても構わない。

また、上述した各実施例は適宜組み合わせて実施することが可能である。

上述した本発明に係るイオン発生装置は、空気調和機、除湿器、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、殺菌装置などの電気機器に搭載するとよい。そして、かかる電気機器にはイオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送出手段（例えば、送風ファン）を搭載するとよい。このような電気機器であれば、機器本来の機能に加えて、搭載したイオン発生装置から放出されたプラスイオン、マイナスイオンの作用により空気中のカビや菌を不活化してその増殖を抑制すること等ができ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。

は、本発明に係るイオン発生回路の一構成例を示す機能ブロック図である。 は、図１に示すイオン発生装置の一実施形態を示す回路図である。 は、図２に示すイオン発生装置が備えるイオン発生素子の一構成例を示す図である。 は、図２に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。 は、図２に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。 は、図２に示すイオン発生装置の各部電圧波形及び図２に示すイオン発生装置の放電部への印加電圧とイオン発生量との関係を示す図である。 は、図２に示すイオン発生装置の各部電圧波形及び図２に示すイオン発生装置の放電回数とイオン発生量との関係を示す図である。 は、本発明に係るイオン発生回路の他の構成例を示す図である。 は、本発明に係るイオン発生回路の更に他の構成例を示す図である。 は、従来のイオン発生装置の一例を示す回路図である。 は、図１０に示す従来のイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。 は、図１１（ｂ）の交流インパルス状の高電圧の拡大波形を示す図である。

符号の説明

１１、２１ イオン発生素子
１２ 昇圧部
１３ スイッチング素子
１４、２４Ａ タイマー
１５、２４Ｂ パルス信号発生部
１６ 整流素子
１７、２６、２７ 直流電源
２２ トリガーコイル
２２Ａ トランス
２３ ＭＯＳ ＦＥＴ
２４ 演算処理装置
２５ ダイオード
１００、２００ 高電圧発生回路
Ｌ１ トリガーコイルの１次巻線
Ｌ２ トリガーコイルの２次巻線

Claims (22)

1. 直流電源から出力される直流電圧を昇圧して高電圧を出力する昇圧部と、
   前記昇圧部の１次側電流を断続するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部と、
   前記スイッチング素子がＯＮからＯＦＦになった瞬間に前記昇圧部の１次側電流を流す整流素子とを備えることを特徴とする高電圧発生回路。
2. 前記直流電源から出力される直流電圧の値と前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス幅とが可変する請求項１に記載の高電圧発生回路。
3. 前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔が可変する請求項１又は請求項２に記載の高電圧発生回路。
4. 前記昇圧部がトランスである請求項１〜３のいずれかに記載の高電圧発生回路。
5. 前記昇圧部がトリガーコイルである請求項１〜３のいずれかに記載の高電圧発生回路。
6. 前記スイッチング素子がＭＯＳ ＦＥＴである請求項１〜５のいずれかに記載の高電圧発生回路。
7. 前記スイッチング素子がバイポーラトランジスタである請求項１〜５のいずれかに記載の高電圧発生回路。
8. 前記整流素子がダイオードである請求項１〜７のいずれかに記載の高電圧発生回路。
9. 前記ダイオードは、前記昇圧部の１次側に並列に接続され、アノードが前記スイッチング素子に接続され、カソードが前記直流電源に接続されている請求項８に記載の高電圧発生回路。
10. 前記パルス信号発生部が前記パルス信号の発生をソフトウェアで制御するマイクロコンピュータである請求項１〜９のいずれかに記載の高電圧発生回路。
11. 前記パルス信号発生部が前記パルス信号の発生をハードウェアで制御する専用ＬＳＩである請求項１〜９のいずれかに記載の高電圧発生回路。
12. 前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルスに対応して前記昇圧部が一つの交流インパルス状の高電圧を出力する請求項１〜１１のいずれかに記載の高電圧発生回路。
13. 前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルス幅に対応して、前記昇圧部の２次側から出力される高電圧の第２波の値が変化する請求項１〜１２のいずれかに記載の高電圧発生回路。
14. 前記直流電源から出力される直流電圧の値に応じて、前記昇圧部の２次側から出力される高電圧の第１波の値が変化する請求項１〜１３のいずれかに記載の高電圧発生回路。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の高電圧発生回路と、前記高電圧発生回路から出力される高電圧が印加される放電部とを備え、前記高電圧発生回路から出力される高電圧を前記放電部に印加することで前記放電部がイオンを発生させることを特徴とするイオン発生装置。
16. 前記高電圧発生回路が備えるパルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔を調整することでイオン発生量を制御する請求項１５に記載のイオン発生装置。
17. 前記放電部は、固体誘電体を挟んだ放電電極と誘導電極によって形成されている請求項１５又は請求項１６に記載のイオン発生装置。
18. 前記高電圧発生回路から出力される高電圧の第３波以降の値が略零である請求項１５〜１７のいずれかに記載のイオン発生装置。
19. 前記放電部がマイナスイオンとプラスイオンの両方を発生させる請求項１５〜１８のいずれかに記載のイオン発生装置。
20. 前記高電圧発生回路が備えるパルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス幅及び前記直流電源から出力される直流電圧の値を調整することで、前記高電圧発生回路から出力される高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に制御し、プラスイオンとマイナスイオンの発生量を調整することができる請求項１９に記載のイオン発生装置。
21. 前記プラスイオンはＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mであり、前記マイナスイオンはＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然係数）である請求項１９または請求項２０に記載のイオン発生装置。
22. 請求項１５〜２１のいずれかに記載のイオン発生装置と、前記イオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出するための送出手段とを備えることを特徴とする電気機器。

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