JP2012159364A - イオン量測定装置、イオン量測定方法及びイオン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン量測定期間の集電電極の電位変化による影響を減少させ、イオンの量を高精度に測定することが可能なイオン量測定装置、イオン量測定方法及びイオン発生装置を提供する。
【解決手段】イオン量測定装置は、イオンを反発させる反発電極１１と、反発電極１１によって反発されたイオンを収集する集電電極１２と、集電電極１２の電位を計測する計測部１３と、計測部１３にて計測した電位に基づいて反発電極１１の電位を調整する調整部１４とを有し、計測部１３にて計測した電位に基づいてイオンの量を測定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気中のイオンの量を測定するイオン量測定装置及びイオン量測定方法、並びにこのイオン量測定装置を搭載したイオン発生装置に関する。

プラスイオン及びマイナスイオンを発生して、このイオンを含む空気を送出し、イオンが送出された空間の空気中に浮遊する微粒子及び細菌等の浮遊物を除去して空気を浄化するイオン発生装置が実用化されている。イオン発生装置は、誘電体を介して対向する二つの電極を有しており、数ｋＶの電圧を発生する高電圧発生回路からの電圧を二つの電極間に印加することで電極間に放電プラズマを生じさせ、空気中にプラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂ Ｏ）_m（ｍは自然数）、及びマイナスイオンであるＯ^2-（Ｈ₂ Ｏ）_n（ｎは自然数）を略同量発生させるようにしてある。

発生するプラスイオン及びマイナスイオンは、空気中の水蒸気を放電プラズマによりイオン化することで生成されるものであり、水素イオン（Ｈ⁺ ）又は酸素イオン（Ｏ^2-）の周囲に複数の水分子が付随した形態、所謂クラスターイオンの形態をなしている。空気中に放出されたこれらのイオンは、浮遊微粒子又は浮遊細菌と化学反応し、活性物質としての過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）又は水酸基ラジカル（・ＯＨ）となり、浮遊微粒子又は浮遊細菌から水素を抜き取る酸化反応を行うことで浮遊微粒子を不活性化し、又は浮遊細菌を殺菌して、空気を清浄にすることができる。

しかし、イオン発生装置が発生するプラスイオン及びマイナスイオンは無色透明且つ無味無臭であるため、空気中のプラスイオン及びマイナスイオンが所望の数量又は濃度等（以降の説明において、「イオンの量」と言う）に達したか否かをユーザが確認することは困難である。よって、空気中に含まれるプラスイオン及びマイナスイオンの量を測定してユーザに提示するイオン量測定装置を、イオン発生装置に搭載することが望ましい。

特許文献１においては、プラスイオンとマイナスイオンの両方を測定するイオン測定器が開示されている。このイオン測定器は、電荷反発板に一定の電圧を印加し、電荷反発板に反発されたプラスイオン又はマイナスイオンを電荷集電板で収集し、電荷集電板の電荷を測定し、プラス若しくはマイナスのイオン数量として演算処理することで、電荷集電板における電荷からプラスイオンの数量とマイナスイオンの数量とを自動的に算出する。

特開２００３−１４６９４号公報

しかしながら、引用文献１のイオン測定器にあっては、収集されたイオンの電荷の増加につれて、電荷集電板自体の電位が変化するため、電荷集電板と反発電極板との電位差が小さくなり、電荷の収集は困難となり、単位時間あたり収集されたイオンの数が減少していく。特に、イオンの濃度が高い場合、電荷集電板の電位変化が大きくなり、電荷集電板と反発電極板との電位差によるイオン収集効果が弱くなり、実際のイオン濃度が正確に反映されず、大きな測定誤差が生じる恐れがある。よって、電荷収集期間における電荷集電板の電位変化によりイオン量の測定の精度に大きな影響を与え、イオン量測定が不正確になるという課題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、イオン量測定期間の電位変化による影響を減少させ、イオンの量を高精度に測定することが可能なイオン量測定装置、イオン量測定方法及び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量測定装置は、イオンを反発させる反発電極と、該反発電極によって反発されたイオンを収集する集電電極と、該集電電極の電位を計測する計測手段とを有し、該計測手段にて計測した電位に基づいてイオンの量を測定するイオン量測定装置において、前記計測手段にて計測した電位に基づいて前記反発電極の電位を調整する調整手段を有することを特徴とする。

本発明においては、調整手段にて集電電極の電位に基づいて反発電極の電位を調整することにより、集電電極に収集されたイオンの増加につれて集電電極の電位が変化した場合でも、反発電極と集電電極との電位差を一定に維持することが可能である。

本発明に係るイオン量測定装置は、前記計測手段は、前記集電電極の電位を電圧信号として出力するようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、計測した集電電極の電位を電圧信号として出力することにより、電圧信号からイオンの量を算出するとともに集電電極の電位を直観的に得ることが可能である。

本発明に係るイオン量測定装置は、前記計測手段は、集電電極に接続されている集電電極の電位の計測回路と、該計測回路の後段に配置されている増幅回路と、該増幅回路の使用／非使用を切り換える切換スイッチとを有することを特徴とする。

本発明においては、切換スイッチにて増幅回路の使用／非使用を切り換えることにより、増幅回路を経由する経路又は増幅回路を経由しない経路を選択して集電電極の電位を計測することが可能である。

本発明に係るイオン量測定装置は、前記調整手段は、前記計測手段から出力されたアナログの電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部によって変換されたデジタルデータに基づいて前記反発電極の電位を調整するための調整データを算出する算出部と、前記調整データに基づいて前記反発電極に印加すべき複数の電圧を切り換える電圧切換部とを有することを特徴とする。

本発明においては、計測した集電電極の電位に基づいて調整データを算出し、この調整データに基づいて反発電極に印加すべき複数の電圧を切り換えることにより、集電電極の電位変化に応じて反発電極の電位を調整することが可能である。

本発明に係るイオン量測定装置は、前記調整手段は、前記計測手段から出力されたアナログの電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部によって変換されたデジタルデータに基づいて前記反発電極の電位を調整するための調整データを算出する算出部と、前記調整データをアナログ信号に変換して前記反発電極に出力するＤ／Ａ変換部とを有することを特徴とする。

本発明においては、計測した集電電極の電位に基づいて調整データを算出し、この調整データをアナログ信号に変換して反発電極に出力することにより、集電電極の電位変化に応じてリアルタイムに反発電極の電位を変化することが可能である。

本発明に係るイオン発生装置は、イオンを発生するイオン発生手段と、上述のいずれか一つのイオン量測定装置とを有し、前記イオン発生手段が発生したイオンの量を前記イオン量測定装置により測定するようにしてあることを特徴とする。

本発明においては、イオン発生装置に、イオン発生手段と共に上述のイオン量測定装置を搭載する。イオン発生手段にて発生したイオンの量をイオン量測定装置にて測定し、測定したイオンの量をユーザに提示したり、イオン発生手段にフィードバックしてイオンの発生量を制御したりすることが可能である。

本発明に係るイオン量測定方法は、反発電極にてイオンを反発させ、反発されたイオンを集電電極にて収集し、該集電電極の電位を計測し、計測した電位に基づいてイオンの量を測定するイオン量測定方法において、前記計測した電位に基づいて前記反発電極の電位を調整することを特徴とする。

本発明においては、集電電極の電位に基づいて反発電極の電位を調整することにより、集電電極に収集されたイオンの増加につれて集電電極の電位が変化した場合でも、反発電極と集電電極との電位差を一定に維持することが可能である。

本発明では、集電電極の電位に基づいて反発電極の電位を調整することにより、集電電極の電位が変化しても、反発電極と集電電極との電位差を一定に維持することが可能である。これにより、収集されたイオンの増加につれて集電電極の電位が変化した場合でも、反発電極と集電電極とのイオン収集効果を保ち、収集されたイオンの電荷による電圧が空気中のイオンの量を正確に反映するようになる。よって、イオン量測定期間の電位変化による影響を減少させ、高精度にイオンの量を測定することができる。

本発明では、計測手段にて集電電極の電位を電圧信号として出力することにより、一つの計測手段からの出力を集電電極の電位の取得とイオンの量の取得とに用いることが可能であるため、イオン量測定装置の構造をコンパクトにすることができる。

本発明では、計測回路と増幅回路とを併用して集電電極の電位を計測することにより、計測周期を短縮させることができ、反発電極に対する電位調整の幅を小さくし、イオン量の測定の精度を確保することができる。また、増幅回路を経由する経路と、増幅回路を経由しない経路とを切り換えて集電電極の電位を計測することにより、二つの経路の計測値の差分が得られる。計測値にこの差分から得られる情報を加味することで、理論値に一層近い計測値を得ることができ、計測の精度をさらに高めることができる。よって、電位の調整を正確に行うことができ、低コスト、且つ高精度に測定することができる。

本発明では、電圧切換部にて調整データに基づいて反発電極に印加すべき複数の電圧を切り換えることにより、集電電極の電位変化に応じて反発電極の電位を調整することができる。よって、反発電極と集電電極との電位差を一定に維持し、イオン量測定期間の電位変化による影響を減少させ、高精度にイオンの量を測定することができる。

本発明では、Ｄ／Ａ変換部にて調整データをアナログ信号に変換して反発電極に出力することにより、反発電極の電位をきめ細かくリアルタイムで調整することができる。よって、反発電極と集電電極との電位差を一定に維持し、イオン量測定期間の電位変化による影響を減少させ、高精度にイオンの量を測定することができる。

本発明では、イオン発生装置に、イオン発生手段と共にイオン量測定装置を搭載することにより、イオン発生手段にて発生したイオンの量をイオン量測定装置にて測定することができる。よって、自身のイオンの発生量を正確で容易に制御することができる。

本発明では、集電電極の電位に基づいて反発電極の電位を調整することにより、集電電極の電位が変化しても、反発電極と集電電極との電位差を一定に維持することが可能である。よって、イオン量測定期間の電位変化による影響を減少させ、高精度にイオンの量を測定することができる。

本発明に係るイオン発生装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るイオン量測定装置の要部構成を示すブロック図である。 計測部の一構成例を示す回路図である。 測定期間における集電電極の電圧変化を示す概念図である。 計測部の他の構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係るイオン量測定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るイオン量測定装置における計測部の構成を示す回路図である。 実施の形態３の計測部による計測値と理論値との関係を示すグラフである。

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。

図１は、本発明に係るイオン発生装置１の構成を示すブロック図である。同図において、イオン発生装置１はイオンを発生して空気中に送出するものであり、商用交流電源５０からの電力供給により動作するようにしてある。イオン発生装置１は、商用交流電源５０から供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路２と、ＡＣ／ＤＣ変換回路２が出力する直流電圧を昇圧して高電圧を発生する高電圧発生回路３と、高電圧発生回路３が出力する高電圧が印加されてイオンを発生するイオン発生素子４と、イオン発生素子４にて発生したイオンを送出するファン５と、イオン発生素子４にて発生したイオンの量を測定するイオン量測定装置１０とを備えている。

ＡＣ／ＤＣ変換回路２は、例えばダイオード及びコンデンサを有し、ダイオードの整流特性を利用して交流電圧を整流し、整流した電圧をコンデンサにより平滑化することで、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。

高電圧発生回路３は、例えばトランス及びスイッチング素子を有し、ＡＣ／ＤＣ変換回路２から与えられる直流電圧のトランスへの供給をスイッチング素子にてオン／オフし、トランスを構成する複数の巻線の巻き数の比に応じて昇圧された高電圧をイオン発生素子４へ供給するようにしてある。このとき、スイッチング素子のオン／オフの周期を調整することで発生する電圧の電圧値を調整することができる。

イオン発生素子４は、誘電体を介して対向する２つの電極を有しており、高電圧発生回路３からの高電圧が２つの電極間に印加された場合、２つの電極間に放電プラズマが生じ、この放電プラズマのエネルギーにより電極近傍の空気中に含まれる水蒸気がイオン化されて、空気中にプラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂ Ｏ）_m（ｍは自然数）、及びマイナスイオンであるＯ^2-（Ｈ₂ Ｏ）_n（ｎは自然数）を略同量発生させる。

ファン５は空気の流れを生じるためのものである。図１には、ファン５にて生じる空気の流れが白抜きの矢印にて図示してある。空気の流れによって、イオン発生素子４にて発生したイオンは、イオン発生装置１の内部から外部へ送出され、イオン発生装置１が設置された室内に拡散するようにしてある。

イオン量測定装置１０は、ファン５にて生じる空気の流れる方向に関してイオン発生素子４より下流側に設けてある。イオン発生装置１は、イオン量測定装置１０にて測定したイオンの量を、図示しない表示装置等にてユーザに提示したり、図示しない制御部等にフィードバックしてイオンの発生量を制御したりするようにしてある。

次に、本発明に係るイオン量測定装置１０を図面に基づいて具体的に説明する。各実施の形態において、マイナスイオンの量を測定する場合を例として説明するが、例えばＨ⁺（Ｈ₂ Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）等の正イオンでは、必要に応じて電圧の極性及び素子のパラメータ等を変更すれば、同様の説明が成立する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係るイオン量測定装置１０の要部構成を示すブロック図である。イオン量測定装置１０は、空気中のイオンを反発させる反発電極１１と、反発されたイオンを収集する集電電極１２と、集電電極１２の電位を計測する計測部１３と、計測部１３にて計測した電位に基づいて反発電極１１の電位を調整する調整部１４とを有する。

反発電極１１と集電電極１２とは、例えば、一定の間隔で相対して配置されている板状の電極であり、ファン５から流れる空気に触れやすい位置に配設してある。反発電極１１と集電電極１２との形状については、特に限定せず、集電電極１２を平板状、筒状、又は線状に設計し、反発電極１１を集電電極１２を取り囲む筒状に設計してもよい。

反発電極１１は、測定すべきイオンの種類に応じて、図示しない給電部によって正電位／負電位が印加される。本実施の形態では、反発電極１１には負電位が印加されているため、反発電極１１と集電電極１２との間に存在しているマイナスイオンは、反発電極１１に跳ね返されて集電電極１２にぶつかって収集される。

計測部１３は、集電電極１２に接続して、集電電極１２の電位を計測し、例えば電圧信号として調整部１４へ出力するようにしてある。計測部１３の具体的な構成は後述する。

調整部１４は計測部１３に接続して、計測部１３にて計測した集電電極１２の電位に基づいて反発電極１１の電位を調整するようにしてある。本実施の形態では、調整部１４は、計測部１３から出力されたアナログの電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部１４１と、変換されたデジタルデータに基づいて反発電極１１の電位を調整するための調整データを算出する算出部１４２と、算出した調整データを出力するポート出力端子１４３と、調整データに基づいて反発電極１１に印加すべき複数の電圧を切り換える電圧切換部１４４とを有する。

Ａ／Ｄ変換部１４１は、例えばＣＰＵのＡ／Ｄ入力端子であり、計測部１３から出力されたアナログの電圧信号をデジタルデータに変換して算出部１４２へ出力するようにしてある。

算出部１４２は、例えば演算の機能を備えているＣＰＵであり、変換されたデジタルデータに基づいて調整データを算出してポート出力端子１４３を介して電圧切換部１４４に出力するようにしてある。

電圧切換部１４４は、例えばポート出力端子１４３と図示しない給電部との間に設けられるアナログスイッチであり、ポート出力端子１４３からの調整データに基づいて反発電極１１に印加すべき電圧を切り換える。ここで、電圧切換部１４４は切換動作を制御する切換制御部を有するものであってもよい。この場合、算出部１４２からの調整データを電圧切換部１４４の切換制御部に入力すればよい。これにより、電圧切換部１４４は調整データに基づいて反発電極１１に印加すべき電圧を所定の電圧に切り換えるようにしてある。

例えば、イオンの量を測定する場合、反発電極１１の電位を−２．５Ｖ、集電電極１２の電位を２．５Ｖとする。集電電極１２に収集されるマイナスイオンが増加することに伴って、集電電極１２の電位は２．５Ｖから下がっていく。調整部１４は、集電電極１２の電位変化に応じて、電圧切換部１４４にて反発電極１１に印加すべき電圧を切り換えることで、反発電極１１の電位を変えて、反発電極１１と集電電極１２との電位差を一定に維持するようにしてある。例えば、集電電極１２の電位が２．０Ｖと下がったときに、反発電極１１の電位を−２．５Ｖから−３．０Ｖに切り替えることで、反発電極１１と集電電極１２との電位差を維持し、反発電極１１と集電電極１２とのイオン収集効果を保つことができる。

次に、図３から図５に基づいて計測部１３について説明する。説明の便宜上、図３及び図５において、集電電極１２及び調整部１４を夫々示すブロックも記載している。

図３は計測部１３の一構成例を示す回路図である。計測部１３は、図３における点線に囲まれている計測回路１３ａを用いて集電電極１２の電位を計測するようにしてある。計測回路１３ａはオペアンプ１３１と、コンデンサ１３２と、スイッチ１３３とを含んでいる。オペアンプ１３１は、反転入力端子が集電電極１２に接続するとともにコンデンサ１３２を介して出力端子に接続し、非反転入力端子が接地してある。スイッチ１３３はコンデンサ１３２に並列に接続してある。

イオンの量を測定する場合、スイッチ１３３がオフとされ、集電電極１２に収集されたマイナスイオンの電荷がコンデンサ１３２に蓄積され、一定の時間を経て、収集されたイオンの量に比例したアナログの電圧信号がオペアンプ１３１の出力端子から出力され、スイッチ１３３がオンとされ、コンデンサ１３２に蓄積している電荷がクリアされ、１周期の測定が終わり、次の測定周期に入る。図４は測定期間における集電電極１２の電圧変化を示す概念図である。オペアンプ１３１からのアナログの電圧信号がＣＰＵ等のＡ／Ｄ入力端子に入力される。この電圧信号に基づいて、演算機能を備えるＣＰＵ等においてイオンの量と、反発電極１１の電位を調整するための調整データとが算出される。なお、イオン量の測定として、複数の周期分の測定を実施してその平均値を取ることが好ましい。

図５に、計測部１３の他の構成例を示す回路図である。計測部１３は、図５における点線に囲まれている計測回路１３ｂを用いて集電電極１２の電位を計測するようにしてある。計測回路１３ｂはオペアンプ１３４と、抵抗値が例えば１０ＧΩである抵抗１３５、１３６とを含んでいる。オペアンプ１３４は非反転入力端子が集電電極１２に接続するとともに抵抗１３５を介して基準電位ＲＥＦに接続し、反転入力端子が抵抗１３６を介して出力端子に接続してある。

イオンの量を測定する場合、集電電極１２にマイナスイオンを収集すると、電子が集電電極１２から抵抗１３５を介して基準電位ＲＥＦへ移動するため、集電電極１２の電位は基準電位ＲＥＦより僅かに小さくなる。その電位差はオペアンプ１３４の出力端子からアナログの電圧信号として出力され、ＣＰＵ等のＡ／Ｄ入力端子に入力される。この電圧信号に基づいて、演算機能を備えるＣＰＵ等においてイオンの量と、反発電極１１の電位を調整するための調整データとが算出される。なお、必要に応じて、オペアンプ１３４の後段に増幅回路を接続してオペアンプ１３４の出力を増幅してからＡ／Ｄ変換部１４１に入力するとしてもよい。

以上、計測部１３の構成例を説明したが、ここで例示した計測回路１３ａ及び計測回路１３ｂのほかに、集電電極１２の電位を計測することができる他の構成の計測回路も本発明に適用することができる。

次に、調整部１４を備えないイオン量測定装置と比較して、本発明のイオン量測定装置１０の効果について説明する。

通常、本発明のような調整部１４を備えないイオン量測定装置では、大きな測定誤差が発生する恐れがある。その理由について、上記図３に示す計測部１３を従来のイオン量測定装置に用いる場合を例として説明する。コンデンサ１３２の容量を２ｐＦ、計測周期を１秒、反発電極１１と集電電極１２との電位差を−５Ｖに設計した場合、集電電極１２に１秒当たりに収集されたマイナスイオンの数量が約６３万個となるときに、１周期後、計測部１３からの出力電圧が−０．０５Ｖとなり、反発電極１１と集電電極１２との電位差が−４．９５Ｖとなる。反発電極１１の電位が常に一定であると想定すると、集電電極１２の電位変化による影響は１％で、測定誤差が少ないと言えるが、集電電極１２に１秒当たりに収集されたマイナスイオンの数量が約６３００万個となるときに、１周期後、計測部１３の出力電圧が−５Ｖとなり、反発電極１１と集電電極１２との電位差がなくなり、測定誤差が無視できない程度となる。

これに対して、本実施の形態のイオン量測定装置１０では、集電電極１２の電位に基づいて反発電極１１の電位を調整する調整部１４を設けているため、収集されたイオンの増加に伴って集電電極１２の電位が変化した場合であっても、集電電極１２の電位変化に応じて反発電極１１の電位を調整することで、反発電極１１と集電電極１２との電位差を一定に維持することができる。これにより、反発電極１１と集電電極１２とのイオン収集効果を保ち、収集されたイオンの電荷による電圧が空気中のイオンの量を正確に反映するようになる。よって、イオン量測定期間の電位変化による影響を減少させ、高精度にイオンの量を測定することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１において、電圧切換部１４４を使わずに、ＣＰＵのＤ／Ａ出力端子から反発電極１１に電圧を直接に出力する形態である。なお、以降の説明において、実施の形態１と同様の構成については、実施の形態１を参照するものとし、その説明を省略する。なお、実施の形態１と同様の構成については実施の形態１と同じ符号を付している。

図６は本発明の実施の形態２に係るイオン量測定装置１０の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態では、イオン量測定装置１０は、反発電極１１と、集電電極１２と、計測部１３と、調整部１４とを有するが、調整部１４の構成は実施の形態１と異なる。

本実施の形態では、調整部１４は、計測部１３から出力されたアナログの電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部１４１と、変換されたデジタルデータに基づいて反発電極１１の電位を調整するための調整データを算出する算出部１４２と、算出した調整データをアナログ信号に変換して反発電極１１に出力するＤ／Ａ変換部１４５とを有する。

Ａ／Ｄ変換部１４１は、例えばＣＰＵのＡ／Ｄ入力端子であり、計測部１３から出力された反発電極１１の電位を示すアナログの電圧信号をデジタルデータに変換して算出部１４２に入力するようにしてある。算出部１４２は、例えば演算の機能を備えているＣＰＵであり、変換されたデジタルデータに基づいて調整データを算出してＤ／Ａ変換部１４５に出力するようにしてある。Ｄ／Ａ変換部１４５は、例えばＣＰＵのＤ／Ａ出力端子であり、入力された調整データをアナログの電圧信号に変換し、反発電極１１に出力するようにしてある。このように、集電電極１２の電位変化に応じて、リアルタイムで反発電極１１の電位を変化させることにより、反発電極１１と集電電極１２との電位差を常に一定とさせる。

以上のような構成のイオン量測定装置１０では、実施の形態１と同様に、反発電極１１と集電電極１２との電位差を一定に維持することができ、また、アナログスイッチ等で複数の電圧を切り換えることで反発電極１１の電位を調整する実施の形態１のイオン量測定装置と比較すると、反発電極１１の電位をリアルタイムで変え、きめ細かに調整することが可能である。これにより、反発電極１１と集電電極１２とのイオン収集効果を保ち、収集されたイオンの電荷による電圧が空気中のイオンの量を正確に反映するようになる。よって、イオン量の測定誤差を一層小さくすることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１及び実施の形態２において、計測部１３として計測回路の後段に増幅回路が接続してある形態である。また、以降の説明においても、実施の形態１又は実施の形態２と同様の構成については、実施の形態１又は実施の形態２を参照するものとし、その説明を省略する。なお、実施の形態１又は実施の形態２と同様の構成については実施の形態１又は実施の形態２と同じ符号を付している。

図７は本発明の実施の形態３に係るイオン量測定装置１０における計測部１３の構成を示す回路図である。説明の便宜上、同図において、集電電極１２と調整部１４とを夫々示すブロックも記載している。計測回路１３ａと増幅回路１３ｃとは夫々点線で囲まれている。図７に示すように、計測回路１３ａの後段には、増幅回路１３ｃと、増幅回路１３ｃの使用／非使用を切り換える切換スイッチ１３０とが配置されている。ここで、計測回路として、図３に示している計測回路１３ａを用いたが、図５に示している計測回路１３ｂ、又は電位を計測することができる他の計測回路を用いてもよい。

増幅回路１３ｃは、例えば、オペアンプ１３７と、抵抗１３８と、抵抗１３９とを含んでいる非反転増幅回路であるが、これに限らず、必要に応じて他の構成の増幅回路を使ってもよい。計測回路１３ａからの電圧信号がオペアンプ１３７の非反転入力端子に入力される。

オペアンプ１３７は、非反転入力端子が切換スイッチ１３０の第１の切換端に接続し、反転入力端子が抵抗１３９を介して接地するとともに抵抗１３８を介して出力端子に接続してある。また、オペアンプ１３７の出力端子は切換スイッチ１３０の第２の切換端に接続してある。

切換スイッチ１３０は、第１の切換端に接続することで、増幅回路１３ｃを経由せずに計測回路１３ａからの電圧信号を調整部１４に出力し、第２の切換端に接続することで、増幅回路１３ｃを経由して計測回路１３ａからの電圧信号を調整部１４に出力するようにしてある。以降の説明において、電圧信号が増幅回路１３ｃを経由しない経路を経路Ａ、増幅回路１３ｃを経由する経路を経路Ｂと言う。つまり、切換スイッチ１３０にて切り換えることで、経路Ａ又は経路Ｂを選択して集電電極１２の電位を計測することができる。

次に、本実施の形態のような計測部１３を有しないイオン量測定装置と比較して、本実施の形態のイオン量測定装置１０の効果を説明する。

通常、イオン量測定装置では、電圧の幅が回路の設計時に決まってしまうため、電位の調整に上限、下限が存在し、反発電極１１と集電電極１２との電位差を一定に保てなくなることもある。例えば、イオンの濃度が高い場合、又は計測周期が長い場合、集電電極１２の電位変化の幅が大きくなり、反発電極１１に対する電位調整は、調整可能な範囲を超え、反発電極１１と集電電極１２との電位差が一定に維持されない恐れがある。

これに対して、本実施の形態では、計測回路１３ａの後段に増幅回路１３ｃが接続してあるため、計測周期を短縮させることができる。例えば、経路Ａを使って集電電極１２の電位を計測する場合、計測周期を１００ｍｓとするが、経路Ｂを使って集電電極１２の電位を計測する場合、増幅回路１３ｃにて計測回路１３ａからの電圧信号を増幅するため、計測周期を１０ｍｓとすればよい。これにより、計測周期を大幅に短縮させ、反発電極１１の電位調整の幅を小さくし、イオン量の測定の精度を確保することができる。

図８は本実施の形態３の計測部１３による計測値と理論値との関係を示すグラフである。図８において、実線が理論値を示し、点線が経路Ａで計測した場合の計測値（以下、経路Ａの計測値と言う）を示し、破線が経路Ｂで計測した場合の計測値（以下、経路Ｂの計測値と言う）を示す。ここで、経路Ｂの計測値は、実際の波形ではなく、零点と一つの実測値に対応する点とを破線で結ぶことで得たものである。例えば、経路Ａを使う場合の計測周期の１／１０を周期とし、１０周期分の計測を実施し、その平均値を取り１０倍増幅することで、一つの実測値を取得して、図８において、破線で零点とこの実測値に対応する点とを結んで経路Ｂの計測値を示している。図８に示すように、経路Ｂの計測値は経路Ａの計測値よりも理論値に近いため、計測部１３として計測回路１３ａと増幅回路１３ｃとを併用することで、計測の精度を高めることができる。

また、図８に示すように、経路Ａの計測値と経路Ｂの計測値との差分については、時間ｔ１で小さく、時間ｔ２でやや大きくなる。即ち、経路Ａと経路Ｂとの計測値の差分は集電電極１２にイオンが多く集まるほど大きくなる。本実施の形態では、切換スイッチ１３０にて切り換え、経路Ａと経路Ｂとを交互に介して集電電極１２の電位を計測することにより、経路Ａと経路Ｂとの計測値の差分が得られる。計測周期が長い場合、又はイオン濃度が非常に高い場合、この差分を利用して経路Ｂの計測値を修正することにより、理論値に一層近い計測値を得ることができる。即ち、経路Ａと経路Ｂとの計測値の差分から得られる情報を経路Ｂの計測値に加味することで、経路Ｂの計測値のみを使う場合よりも理論値に近くすることができる。よって、計測の精度をさらに高めることができ、低コスト、且つ高精度の測定が可能となる。

以上、イオン発生装置１に内蔵されたイオン量測定装置１０について説明したが、イオン量測定装置１０はイオン発生装置１と別になる装置であってもよい。

要するに、本実施の形態は例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ イオン発生装置
２ ＡＣ／ＤＣ変換回路
３ 高電圧発生回路
４ イオン発生素子
５ ファン
１０ イオン量測定装置
１１ 反発電極
１２ 集電電極
１３ 計測部
１３ａ、１３ｂ 計測回路
１３ｃ 増幅回路
１４ 調整部
５０ 商用交流電源
１３０ 切換スイッチ
１３１、１３４、１３７ オペアンプ
１３２ コンデンサ
１３３ スイッチ
１３５、１３６、１３８、１３９ 抵抗
１４１ Ａ／Ｄ変換部
１４２ 算出部
１４３ ポート出力端子
１４４ 電圧切換部
１４５ Ｄ／Ａ変換部

Claims (7)

1. イオンを反発させる反発電極と、該反発電極によって反発されたイオンを収集する集電電極と、該集電電極の電位を計測する計測手段とを有し、該計測手段にて計測した電位に基づいてイオンの量を測定するイオン量測定装置において、
   前記計測手段にて計測した電位に基づいて前記反発電極の電位を調整する調整手段を有することを特徴とするイオン量測定装置。
2. 前記計測手段は、前記集電電極の電位を電圧信号として出力するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載のイオン量測定装置。
3. 前記計測手段は、集電電極に接続されている集電電極の電位の計測回路と、該計測回路の後段に配置されている増幅回路と、該増幅回路の使用／非使用を切り換える切換スイッチとを有することを特徴とする請求項２に記載のイオン量測定装置。
4. 前記調整手段は、
   前記計測手段から出力されたアナログの電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
   該Ａ／Ｄ変換部によって変換されたデジタルデータに基づいて前記反発電極の電位を調整するための調整データを算出する算出部と、
   前記調整データに基づいて前記反発電極に印加すべき複数の電圧を切り換える電圧切換部と
   を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のイオン量測定装置。
5. 前記調整手段は、
   前記計測手段から出力されたアナログの電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
   該Ａ／Ｄ変換部によって変換されたデジタルデータに基づいて前記反発電極の電位を調整するための調整データを算出する算出部と、
   前記調整データをアナログ信号に変換して前記反発電極に出力するＤ／Ａ変換部と
   を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のイオン量測定装置。
6. イオンを発生するイオン発生手段と、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のイオン量測定装置とを有し、
   前記イオン発生手段が発生したイオンの量を前記イオン量測定装置により測定するようにしてあることを特徴とするイオン発生装置。
7. 反発電極にてイオンを反発させ、反発されたイオンを集電電極にて収集し、該集電電極の電位を計測し、計測した電位に基づいてイオンの量を測定するイオン量測定方法において、
   前記計測した電位に基づいて前記反発電極の電位を調整することを特徴とするイオン量測定方法。

Images