JP2013218807A - イオン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電極の周辺の部材を誘導電極として利用しながら、イオンの放出量の低減を図る。
【解決手段】イオンを発生するための放電電極５と放電電極５に高電圧を供給する高電圧発生回路部２とがハウジング３に収容される。ハウジング３に、発生したイオンを放出するための放出口１２が形成され、ハウジング３が外装ケース１５に覆われ、外装ケース１５が高電圧発生回路部２に接続されて誘導電極として機能する。外装ケース１５に、放出口１２に通じる通過口３３が形成される。放出されたイオンが外装ケース１５に付着しないように、絶縁シート３６が、イオンが放出される空間に面する外装ケース１５の通過口３３の周辺を覆う。
【選択図】図２

Description

本発明は、コロナ放電により空気中にイオンを発生するイオン発生装置に関する。

コロナ放電によりイオンを発生するイオン発生装置は、放電電極と誘導電極とを有する。安定したコロナ放電を行うためには、放電電極と誘導電極との距離を高い精度で維持することが要求される。そこで、誘導電極をなくせば、この問題を解消できる。特許文献１に、放電電極の周囲に設けられる構成部品を誘導電極として利用したイオン発生装置が記載されている。このイオン発生装置では、放電電極を保持する回路基板といった保持体が高圧発生回路に接続され、保持体が誘導電極として機能する。

特開２０１１−９６５５５号公報

上記のイオン発生装置では、放電電極と保持体との間に高電圧が印加されるので、電磁ノイズが発生し、周囲の電気機器に悪影響を及ぼすおそれがある。この電磁ノイズの影響を抑制するために、放電電極や保持体は、金属製の外装ケースに収容されている。しかし、発生したイオンが金属製の外装ケースに吸着され、放出されるイオンが減ってしまう。

本発明は、上記に鑑み、放電電極の周辺の部材を誘導電極として利用しながら、イオンの放出量の低減を図るイオン発生装置の提供を目的とする。

本発明は、イオンを発生するための放電電極と放電電極に高電圧を供給する高電圧発生回路部とがハウジングに収容され、ハウジングに、発生したイオンを放出するための放出口が形成され、ハウジングがシールドケースに覆われ、シールドケースが高電圧発生回路部に接続されて誘導電極として機能するものである。そして、放出されたイオンがシールドケースに付着しないように、イオンが放出される空間に面したシールドケースの外面が絶縁部により覆われている。

放電電極の周辺にあるシールドケースを誘導電極とすることにより、別部材の誘導電極を設ける必要がなくなる。そして、放電電極とシールドケースとの間に高電圧が印加されると、イオンが発生し、イオンは放出口からハウジングの放出口から放出される。ハウジングを覆うシールドケースは絶縁部に覆われているので、シールドケースにイオンが吸着されることはない。

シールドケースに、放出口に通じる通過口が形成され、ハウジングの放出口の周縁に、外側に向かって突出するリブが形成され、リブがシールドケースの通過口の内周面を覆う。したがって、リブが、シールドケースの通過口の内周面を覆う絶縁部として機能する。これにより、シールドケースの内周面に、通過するイオンは吸着されない。

絶縁部は、シールドケースの通過口の周辺を覆う。シールドケースの通過口の周辺は、イオンが放出される空間に面する。しかし、この周辺を絶縁部により覆うことにより、シールドケースはイオンが放出される空間に露出せず、シールドケースへのイオンの吸着を防げる。

高電圧発生回路部は、高圧トランスを有し、シールドケースが高圧トランスの２次側に接続される。そして、シールドケースがコンデンサを介して接地接続される。このコンデンサは高圧トランスの１次側と２次側との間に介装される。ノイズ対策のためにグランドに接続されるシールドケースを誘導電極として利用することができる。また、コンデンサにより、１次側と２次側との間に流れる不要な電流をカットでき、ノイズの低減効果を高めることができる。

放電電極がノイズ低減素子を介して高電圧発生回路部に接続される。放電電極に流れるノイズ電流を低減でき、電磁ノイズの発生を抑制できる。

本発明によると、シールドケースを誘導電極として利用することにより、誘導電極用の部材を削減でき、装置の小型化にもなる。また、シールドケースの外面が絶縁部により覆われるので、発生したイオンがシールドケースに吸着されて消失することを防止できる。

本発明のイオン発生装置の外観を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は背面図 イオン発生装置の内部構造を示し、（ａ）は上から見た断面図、（ｂ）は横から見た断面図、（ｃ）はハウジングの放出口近傍の断面図、（ｄ）は放出口の拡大断面図 イオン発生装置の分解斜視図 イオン発生装置の電気回路の概略図 ダクトに取り付けられたイオン発生装置を示し、（ａ）は装着図、（ｂ）は絶縁部があるときのイオンの動きを示す図、（ｃ）は絶縁部がないときのイオンの動きを示す図 イオン発生装置の他の形態の電気回路の概略図

本実施形態のイオン発生装置を図１〜３に示す。イオン発生装置は、イオンを発生するイオン発生素子１と、イオン発生素子１に高電圧を供給する高電圧発生回路部２と、これらを収容するハウジング３とを有する。ハウジング３は、樹脂により箱型に形成され、ハウジング３の前面に、イオン発生素子装着用の開口４が形成され、後面は開放されている。イオン発生素子１が開口４においてハウジング３に装着される。高電圧発生回路部２はハウジング３に内装される。

イオン発生素子１は、放電電極５を有する。放電電極５は針状の電極とされ、回路基板７に正負の放電電極５がそれぞれ実装される。回路基板７がハウジング３の開口４に嵌め込まれ、回路基板７の外周部分がハウジング３に接着されて、回路基板７が装着される。
イオンの放出口１２が形成された放電カバー１１が、イオン発生素子１を覆うように被せられ、ハウジング３に接着されて取り付けられる。樹脂製の放電カバー１１がハウジング３に一体化される。すなわち、放電カバー１１は、ハウジング３の一部となり、ハウジング３に円形の放出口１２が形成されたことになる。放電カバー１１の周囲がシール部材１３により囲まれる。イオン発生装置がダクトに取り付けられたとき、シール部材１３はダクトの壁面に密着して空気の漏れを塞ぐ。なお、図中、１４は取付用の固定足である。

ハウジング３は、装置から漏洩する電磁ノイズを低減するために、導電性を有するシールドケースである外装ケース１５に覆われている。金属製の外装ケース１５は、放出口１２を除いてハウジング３の外面を覆う。

高電圧発生回路部２は、高圧トランス８、コネクタ９、電子部品等が実装された制御基板１０を有する。制御基板１０は、ハウジング３に収容され、ハウジング３の内壁に設けられた基板保持部２０により支持される。

高電圧発生回路部２の制御基板１０とイオン発生素子１の回路基板７とは、複数の接続端子２１によって電気的に接続される。そして、高圧トランス８と正負の放電電極５とが接続端子２１を通じて電気的に接続される。高圧トランス８は、導電性のシールドキャップに覆われている。

高電圧発生回路部２の制御基板１０は、プリントパターンおよび電子部品の導電端子、コネクタ９の接続導電端子を除いて、充填樹脂２２によりハウジング３内に密封されている。このモールドによって、高電圧発生回路部２の耐湿絶縁性が確保される。充填樹脂２２の充填時に、イオン発生素子１の回路基板７は、充填樹脂２２が漏れないようにハウジング３の開口４を密封している。

図４に示すように、高電圧発生回路部２は、高圧トランス８を駆動する電源回路２５を備えている。制御基板１０に実装された電源回路２５は電源入力用のコネクタ９に接続され、商用電源等の外部電源２６に接続されたコネクタ９から電源回路２５に電源が供給される。

電源を供給された電源回路２５は動作して、高電圧発生のための発振信号を出力する。電源回路２５からの発振信号を受けて駆動した高圧トランス８は、高電圧を発生して、正の放電電極５および負の放電電極５に高電圧を出力する。

正の放電電極５および負の放電電極５は、ダイオード２７，２８を通じて高圧トランス８の２次側コイルの一方の出力端子に接続される。正の放電電極５に接続されるダイオード２７は負の放電電極５に接続されるダイオード２８とは逆向きに配されている。

図２に示すように、外装ケース１５は、制御基板１０に取り付けられた接触端子２９に接触している。外装ケース１５は、接触端子２９を通じて高電圧発生回路部２に接続され、誘導電極として機能する。図４に示すように、外装ケース１５は、高圧トランス８の２次側コイルの他方の出力端子に接続され、放電電極５と外装ケース１５との間に高電圧が印加される。

また、外装ケース１５は、高電圧発生回路部２を通じて接地接続され、外装ケース１５はアースされる。外装ケース１５は、コンデンサ３０を介して高圧トランス８の１次側コイルと電源回路２５との中間点に接続される。これにより、高圧トランス８の１次側と２次側とがコンデンサ３０を介して接続される。

外装ケース１５は、金属製の前ケース１５ａと後ケース１５ｂとに分割されている。後ケース１５ｂは、前面が開放された箱型に形成され、ハウジング３を収容する。後ケース１５ｂの後面に、コネクタ用の開口３１が形成されている。前ケース１５ａは、蓋型に形成され、放電カバー１１を取り付けたハウジング３の前面を覆う。放電カバー１１を覆う前ケース１５ａの一部が前側に突出して、突出部３２が形成される。突出部３２に、各放出口１２に通じる一対の円形の通過口３３が形成される。

ハウジング３の放出口１２の周縁に、環状のリブ３５が形成されている。リブ３５は、前側（外側）に向かって突出するように形成され、外装ケース１５の突出部３２よりも前側に突出している。外装ケース１５の通過口３３は放出口１２よりも大径とされ、リブ３５が通過口３３に嵌め込まれ、通過口３３の内周面がリブ３５に密着している。すなわち、通過口３３の内周面は、リブ３５に覆われる。

外装ケース１５の突出部３２の周囲に、シール部材１３が設けられる。シール部材１３は、突出部３２を取り囲むように、ゴム等の弾性材料により枠状に形成される。シール部材１３は、外装ケース１５に貼り付けられ、イオン発生装置がダクト等に取り付けられたとき、ダクトと外装ケース１５との隙間を塞いで空気の漏れを防ぐ。

ここで、外装ケース１５は、放出されたイオンが吸着しないように、絶縁部により覆われている。外装ケース１５の突出部３２が電気絶縁性を有する被覆シート３６により覆われる。この被覆シート３６が絶縁部とされる。樹脂製の被覆シート３６に、通過口３３に対応して２つの孔３７が形成され、被覆シート３６は、通過口３３の周辺を覆うように、突出部３２の前面に貼着される。リブ３５が被覆シート３６と面一となる、あるいは被覆シート３６よりも前側に突出するように、被覆シート３６の厚さが設定される。

また、外装ケース１５の通過口３３の内周面は、電気絶縁性を有するハウジング３のリブ３５により覆われている。このリブ３５も絶縁部として機能する。

次に、本イオン発生装置の組立手順を図３に基づいて説明する。まず、最初にハウジング３の開口４に、イオン発生素子１の回路基板７が接着されて取り付けられる。ハウジング３の開口４を覆うように、放電カバー１１がハウジング３の前面に接着されて取り付けられる。次に、ハウジング３の後面を上にして、ハウジング３に制御基板１０が挿入される。制御基板１０は基板保持部２０に支持される。このとき、接触端子２９の先端が、ハウジング３に形成された切欠き４０から外部にはみ出した状態となる。また、イオン発生素子１の回路基板７に取り付けられた接続端子２１が制御基板１０のスルーホールに嵌り、接続端子２１が制御基板１０にはんだ付けされる。

続いてハウジング３に上方から充填樹脂２２が注入される。充填樹脂２２の硬化後、前ケース１５ａがハウジング３の前面に被せられ、後ケース１５ｂもハウジング３の後面から被せられる。後ケース３０ｂの側面には固定片４１が形成されており、ハウジング３の固定足１４に形成された貫通孔４２に固定片４１が差し込まれる。固定片４１が前ケース１５ａの側面と重なり、ねじ４３により固定される。これによって、前ケース１５ａと後ケース１５ｂとが合体して、１つの外装ケース１５となる。外装ケース１５の内面に接触端子２９が接触し、外装ケース１５がグランドに導通することにより、外装ケース１５による電磁ノイズの低減の効果が得られる。

外装ケース１５の前ケース１５ａの突出部３２の前面に被覆シート３６が貼り付けられる。突出部３２の周りにおいて、前ケース１５ａにシール部材１３が貼り付けられる。

上記のように組み立てられたイオン発生装置は、空気調和機等の電気機器に組み込まれる。電気機器に、発生したイオンを送風によって室内に放出するための送風路が設けられ、図５に示すように、送風路を形成するダクト４４にイオン発生装置が装着される。

ダクト４４の周壁に、取付口４５が形成され、取付口４５にハウジング３の放電カバー１１が嵌め込まれる。シール部材１３がダクト４４の外壁に密着して、ハウジング３とダクト４４との隙間が塞がれ、ダクト４４から外部への空気の漏れを防止することができる。

ハウジング３の放電カバー１１の前面がダクト４４の内部に臨み、放出口１２がダクト４４と連通する。このとき、被覆シート３６がダクト４４の内部に露出して、外装ケース１５がダクト４４に臨まないように隠される。なお、放電カバー１１の前面は、ダクト４４の周壁よりもわずかに内部に突出している。したがって、被覆シート３６に覆われた突出部３２の前面はダクト４４の内部に位置する。

イオン発生装置が駆動すると、高電圧発生回路部２が動作して、高圧トランス８の作動により放電電極５と誘導電極である外装ケース１５との間に高電圧が印加される。各放電電極５の先端でコロナ放電が生じる。各放電電極５の先端では、正イオンおよび負イオンが発生する。正の放電電極５では、負イオンがダイオード２７を通って流れ、正イオンだけが放出される。負の放電電極５では、正イオンがダイオード２８を通って流れ、負イオンだけが放出される。

発生する電磁ノイズを低減するために設けられる外装ケース１５を誘導電極とすることにより、別部材の電極を設ける必要がなくなる。これにより、部材の削減や組立工数の削減となり、コストを低減できる。しかも、別部材の誘導電極がなくなるので、ハウジング３の放出口の近辺をコンパクトにでき、イオン発生装置の小型化を図れる。

また、放出口１２からハウジング３内に導電性の異物が混入しても、放電電極５の周囲は絶縁物しかないので、放電電極５が短絡することがなくなり、イオン発生装置の故障を防止できる。さらに、水の浸入や結露があっても同様に短絡を防止できる。

高圧トランス８の１次側と２次側とがコンデンサ３０を介して接続されることにより、放電に伴う交流電流だけを直結することができ、異常時に１次側に流れる高周波電流の直流成分をカットすることが可能となって、異常時に２次側に直流成分が流れることを防いで安全性を高めることができる。また、交流成分を２次側に流さずに、グランド（ＧＮＤ）に流すことができ、輻射ノイズの発生を低減できる。

電磁ノイズの発生を低減するために、図６に示すように、放電電極５がノイズ低減素子５０を介して高電圧発生回路部２に接続される。ノイズ低減素子５０は、電流制限素子あるいはコイルとされ、各放電電極５とダイオード２７，２８との間に介装される。なお、電流制限素子は、抵抗などとされる。ノイズ低減素子５０により、放電電極５に流れるノイズ電流を低減でき、電磁ノイズの発生を抑制できる。なお、図中、高圧トランス８の１次側と２次側との間にコンデンサ３０が介装されていないが、ここにコンデンサ３０を配してもよい。

上記の放電電極５から発生したイオンは、放出口１２からダクト４４内に放出される。ダクト４４内の送風により、イオンは運ばれ、ダクト４４の出口から高濃度のイオンを含んだ風が吹き出される。

ここで発生する正イオンは、水素イオン（Ｈ^＋）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｍ（ｍは０または任意の自然数）として表される。また負イオンは、酸素イオン（Ｏ_２ ⁻）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）_ｎ（ｎは０または任意の自然数）として表される。
正イオンおよび負イオンの両極性のイオンを放出する場合には、空気中の正イオンであるＨ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｍ（ｍは０または任意の自然数）と、負イオンであるＯ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）_ｎ（ｎは０または任意の自然数）とが略同等量発生する。両イオンが空気中を浮遊するカビ菌やウィルスの周りを取り囲んで付着し、その際に生成される活性種の水酸化ラジカル（・ＯＨ）の作用により、浮遊カビ菌などを除去することが可能となる。

図５（ｂ）に示すように、ダクト４４に面した外装ケース１５の突出部３２には、被覆シート３６が設けられているので、イオンに接触する外装ケース１５の前面は電気的に絶縁される。そのため、放出口１２から放出されたイオンは外装ケース１５に吸着されない。図５（ｃ）に示すように、被覆シート３６がない場合、外装ケース１５の前面は、外部に露出する。放出されたイオンの一部が外装ケース１５の電荷に引かれて外装ケース１５の前面に吸着される。そのため、ダクト４４から出るイオンが減少する。実験によると、約１割のイオンが外装ケース１５に吸着されるという結果が得られた。しかし、被覆シート３６を設けることにより、外装ケース１５にイオンが吸着されることはなく、放出されるイオンの減少を防止でき、ダクト４４から出るイオンを十分に確保できる。

このように、外装ケース１５におけるイオンに接触する可能性のある外面が露出することがないように、被覆シート３６を設けることが重要である。そこで、外装ケース１５の通過口３３の端面も覆うように被覆シート３６を貼り付けてもよい。また、被覆シート３６は、外装ケース１５全面に設ける必要はない。すなわち、ハウジング３の放出口１２から放出されたイオンが付着する可能性がある外装ケース１５の外面だけに被覆シート３６を設ければよい。例えば、突出部３２の前面がダクト４４に臨む場合、突出部３２の前面に被覆シート３６が設けられる。ただし、ハウジング３全体がダクト４４内に配置される場合には、シールドケース３３の全面を被覆シート３６で覆うことが必要となる。

以上のように、ハウジング３を機能的に覆うことができない部分を除いて、外装ケース１５で覆うことができるので、制御基板や電子部品に対して電磁ノイズの低減対策を行うよりも簡単に電磁ノイズを抑えることが可能となる。したがって、放電を伴う装置や高電圧発生回路部を有する小型のイオン発生装置において応用できるとともに、これらのイオン発生装置を空気調和機、空気清浄機、冷蔵庫、掃除機等の電気機器や自動車等の乗物といった各種の製品に搭載する際にも電磁ノイズを抑制することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。絶縁部として、塗装により絶縁膜を形成してもよい。イオンが接触する可能性のあるシールドケースの表面に電気絶縁性材料を塗布したり、吹き付けたりすることにより、絶縁膜が形成される。

また、ハウジングにリブを設けなくてもよい。この場合、シールドケースの通過口の端面が露出する。そこで、通過口の端面にも被覆シート等の絶縁部を設ける。

１ イオン発生素子
２ 高電圧発生回路部
３ ハウジング
４ 開口
５ 放電電極
８ 高圧トランス
１１ 放電カバー
１２ 放出口
１５ 外装ケース
２５ 電源回路
２７ ダイオード
２８ ダイオード
３０ コンデンサ
３２ 突出部
３３ 通過口
３５ リブ
３６ 被覆シート
５０ ノイズ低減素子

Claims (7)

1. イオンを発生するための放電電極と放電電極に高電圧を供給する高電圧発生回路部とがハウジングに収容され、ハウジングに、発生したイオンを放出するための放出口が形成され、ハウジングがシールドケースに覆われ、シールドケースが高電圧発生回路部に接続されて誘導電極として機能し、放出されたイオンがシールドケースに付着しないように、イオンが放出される空間に面したシールドケースの外面が絶縁部により覆われたことを特徴とするイオン発生装置。
2. 高電圧発生回路部は、高圧トランスを有し、シールドケースが高圧トランスの２次側に接続されたことを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
3. シールドケースがコンデンサを介して接地接続されたことを特徴とする請求項１または２記載のイオン発生装置。
4. 高圧トランスの１次側と２次側との間にコンデンサが介装されたことを特徴とする請求項３記載のイオン発生装置。
5. 放電電極がノイズ低減素子を介して高電圧発生回路部に接続されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のイオン発生装置。
6. シールドケースに、放出口に通じる通過口が形成され、ハウジングの放出口の周縁に、外側に向かって突出するリブが形成され、リブがシールドケースの通過口の内周面を覆うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のイオン発生装置。
7. 絶縁部は、シールドケースの通過口の周辺を覆うことを特徴とする請求項６記載のイオン発生装置。

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