JP2014120224A - イオン発生装置及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧発生回路の部品や配線を削減し、小型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。
【解決手段】 本願発明に係るイオン発生装置は、放電電極６ａと誘導電極７ａから構成されるイオン発生素子２ａと、放電電極６ｂと誘導電極７ｂから構成されるイオン発生素子２ｂと、正負に振動する電圧を発生させる電圧発生回路３と、電圧発生回路３からの出力を整流する第１ダイオード４及び第２ダイオード５と、を備え、電圧発生回路３の第１端子１３は分岐して、第１ダイオード４のカソード及び第２ダイオード５のアノードと接続されており、第１ダイオード４のアノードは、放電電極６ａ及び誘導電極７ｂと接続され、第２ダイオード５のカソードは、誘導電極７ａ及び放電電極６ｂと接続されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、イオン発生装置及びそれを備えた電気機器に関する。

従来より、電極に電圧を印加することによって生ずる放電現象を利用してイオンを生成するイオン発生装置が様々な機器に搭載されている。例えば、物体の帯電や除電を行う装置に搭載されるだけでなく、正イオンと負イオンにより空気中に浮遊するカビ菌やウィルスの分解、脱臭、集塵等の効果を有することから空気清浄機やエアコン等に搭載されている。また、ユーザに近い空間に対して上記の効果をもたらす携帯型の空気清浄機も普及してきている。

イオン発生装置は、電極を有するイオン発生素子と、電極に印加する電圧を発生させる電圧発生回路を備える。特許文献１には、正イオンと負イオンを放出するイオン発生装置が開示されており、図５は、特許文献１に係るイオン発生装置の一構成例である。イオン発生装置は、インパルス状電圧発生回路１０１とイオン発生素子１０２、１０３を備える。インパルス状電圧発生回路１０１は、高圧トランスを有し、前記トランスの一次側に、前記トランスの二次巻線１０４に正負減衰振動波形のインパルス状電圧を発生させるための回路を設ける。前記トランスの二次側は、前記インパルス状電圧を正方向に整流する整流ダイオード１０５と、前記インパルス状電圧を負方向に整流する整流ダイオード１０６とを設け、前記インパルス状電圧を正方向に整流して得られた電圧のピーク値の絶対値と前記インパルス状電圧を負方向に整流して得られた電圧のピーク値の絶対値との大小関係が一定周期毎に入れ替わる。このような構成のインパルス状電圧発生回路１０１に、正イオン発生用イオン発生素子１０２及び負イオン発生用イオン発生素子１０３を接続し、前記正負減衰振動波形のインパルス状電圧を正方向に整流して得られた電圧が正イオン発生用イオン発生素子１０２に印加されるようにし、前記正負減衰振動波形のインパルス状電圧を負方向に整流して得られた電圧が負イオン発生用イオン発生素子１０３に印加される。

また、特許文献２には、効率よくイオンを放出することができるイオン発生装置が開示されており、図６は、特許文献２に係るイオン発生装置の回路図である。駆動回路１１１に対して２つの圧電トランス１１２、１１３が並列接続されており、圧電トランス１１２は、放電電極１１４及び誘導電極１１７に接続されており、圧電トランス１１３は、誘導電極１１５及び放電電極１１６に接続されている。さらに、圧電トランス１１２と、放電電極１１４及び誘導電極１１７の中間点にはダイオード１１８のカソード端子が接続され、同様に圧電トランス１１３と、誘導電極１１５及び放電電極１１６の中間点にはダイオード１１９のアノード端子が接続されている。上記の構成において、放電部として、放電電極１１４に正電圧を印加する間に、誘導電極１１５に負電圧を印加して正イオンを発生する第１放電部１２０と、放電電極１１６に負電圧を印加する間に、誘導電極１１７に正電圧を印加して負イオンを発生する第２放電部１２１とを少なくとも１つずつ有し、正イオンと負イオンとを発生させる。

特開２００７−２３４４６１号公報（平成１９年９月１３日公開） 特開２００７−２９４１８０号公報（平成１９年１１月８日公開）

特許文献２に係るイオン発生装置では、放電電極と誘導電極に同時に逆極性の電圧を印加するために、トランスを２個使用している。しかし、近年小型のイオン発生装置が普及しており、それに伴い電圧発生回路の小型化が望まれている。

また、特許文献２のように放電電極と誘導電極に同時に逆極性の電圧を印加する別の方法として特許文献１の回路に倍電圧整流回路を搭載する方法が考えられるが、この場合においても、正イオンを発生するイオン発生素子と負イオンを発生するイオン発生素子のそれぞれに倍電圧整流回路を適用するため、ダイオードの数が多くなってしまう。

本願発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電圧発生回路の部品や配線を削減し、小型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を目的とする。

本願発明に係るイオン発生装置は、第１放電電極と第１誘導電極から構成される第１イオン発生素子と、第２放電電極と第２誘導電極から構成される第２イオン発生素子と、正負に振動する電圧を発生させる電圧発生回路と、電圧発生回路からの出力を整流する第１ダイオード及び第２ダイオードと、を備え、電圧発生回路の出力端子は分岐して、第１ダイオードのカソード及び第２ダイオードのアノードと接続されており、第１ダイオードのアノードは、第１放電電極及び第２誘導電極と接続され、第２ダイオードのカソードは、第１誘導電極及び第２放電電極と接続されていることを特徴とする。

また、イオン発生装置は、コンデンサを備え、コンデンサは、第１イオン発生素子及び第２イオン発生素子と並列に、第１ダイオードのアノード及び第２ダイオードのカソードと接続されていることを特徴としても良い。また、第１放電電極及び第１誘導電極の間かつ第２放電電極及び第２誘導電極の間に絶縁体が配置されていることを特徴としても良い。

本願発明によれば、電圧発生回路の部品や配線を削減し、小型化を実現しつつ、イオンを発生させることができる。

実施形態１に係るイオン発生装置の回路図である。 本願発明に係るイオン発生素子における電圧波形を示す模式図である。 実施形態２に係るイオン発生装置の回路図である。 実施形態３に係るイオン発生素子の断面図である。 特許文献１に係るイオン発生装置の一構成図である。 特許文献２に係るイオン発生装置の回路図である。

以下に本願発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に示す実施形態は、本願発明の技術的思想を具体化するために本願発明のイオン発生装置の一例を示すものであって、本願発明をこのイオン発生装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態の装置にも等しく適応し得るものである。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係るイオン発生装置１の回路図である。図３に示されるイオン発生装置１は、イオン発生素子２ａ、イオン発生素子２ｂ、電圧発生回路３、第１ダイオード４、第２ダイオード５を備える。

イオン発生素子２ａは、放電電極６ａと誘導電極７ａを備える電極対からなり、イオン発生素子２ｂは、放電電極６ｂと誘導電極７ｂを備える電極対からなる。イオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂは、静電容量を有する。イオン発生素子は、放電電極と誘導電極の間に電位差が形成されると、放電電極の先端付近でコロナ放電が起こり、イオンが発生する。このとき、放電電極にかかる電位が、誘導電極に対して正の電位である場合、正イオンが発生し、誘導電極に対して負の電位である場合、負イオンが発生する。

放電電極は針形状、誘導電極はリング形状に形成される。放電電極を誘導電極の略中心部に配置することで、放電電極と誘導電極が一定の空間を隔てて配置されている。

電圧発生回路３は、正負に振動する電圧を発生するものであり、電源回路１１とトランス１２を備える。電源回路１１は、トランス１２の１次側に接続されており、ＤＣ電圧を入力電源として正負に振動するパルス状電圧を生成する。生成されたパルス状電圧はトランス１２により昇圧され、トランス１２の２次側に誘起される。

昇圧されたパルス状電圧が出力されるトランス１２の２次側には、第１端子１３と第２端子１４の２つの出力端子がある。第１端子１３は、２系統に分岐され、第１ダイオード４のカソード及び第２ダイオード５のアノードに接続されている。さらに、第１ダイオード４のアノードは、誘導電極７ａ及び放電電極６ｂにつながっており、第２ダイオード５のカソードは、放電電極６ａ及び誘導電極７ｂにつながっている。この構成により、誘導電極７ａ及び放電電極６ｂには負の電圧が、放電電極６ａ及び誘導電極７ｂには正の電圧が印加され、誘導電極７ａに対して放電電極６ａに正の電圧が印加されるため、イオン発生素子２ａから正イオンが発生し、誘導電極７ｂに対して放電電極６ｂに負の電圧が印加されるため、イオン発生素子２ｂから負イオンが発生する。

第２端子１４は、フローティング状態あるいは接地状態のいずれかであれば良い。

次に、図２を用いて各電極に印加される電圧について説明する。図２は、図１に示されるイオン発生装置１における電圧波形を示す模式図であり、縦軸は電圧の大きさ、横軸は時間を示している。図２（ａ）（ｂ）には、トランス１２の第１端子１３に印加される電圧波形及び各電極に印加される電圧波形が同時に示されており、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一部を拡大したものである。

電圧Ｖ_０は、トランス１２の２次側の第１端子１３にかかる電圧波形を示しており、電源回路１１にて生成された正負に振動するパルス状電圧をトランス１２で昇圧したものである。電圧Ｖ_０の周波数は数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚである。電圧Ｖ_０が、第１ダイオード４と第２ダイオード５に入力され、整流される。

電圧Ｖ_１は、第１ダイオード４と電極の間にかかる電圧波形、電圧Ｖ_２は第２ダイオード５と電極の間にかかる電圧波形を示している。実施形態１において、電源回路１１にて生成され、トランス１２で昇圧され、第１端子１３に印加される電圧が電圧Ｖ_０である場合、電圧Ｖ_１が誘導電極７ａ及び放電電極６ｂに印加され、電圧Ｖ_２が、放電電極６ａ及び誘導電極７ｂに印加される。

図２（ａ）に示されるように電圧Ｖ_１と電圧Ｖ_２はともに、最初の立ち上がりにより瞬間的に負あるいは正の高電圧が印加され、その後は緩やかに立ち下がる形状を有している。これは、イオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂが静電容量を有するためである。イオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂは、最初の立ち上がりにより電荷を充電するため、第１ダイオード４と第２ダイオード５に入力される２つ目以降の立ち上がりの影響をほとんど受けない。さらに、最初の立ち上がりにて放電電極と誘導電極に逆極性の高電圧が印加され、電極間には高い電位差が形成されるため、コロナ放電が生じる。そして、放電現象により、各電極の電圧は徐々に低下していく。

電圧Ｖ_１及び電圧Ｖ_２の周波数は、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚであり、電圧Ｖ_０とは桁が異なる。そのため、図２（ｂ）では、電圧Ｖ_１と電圧Ｖ_２の立ち上がりには、電圧Ｖ_０の半周期分のズレが生じているが、電圧Ｖ_１と電圧Ｖ_２の周期からみるとそのズレは微小であり、ほとんど考慮する必要がない。なお、電圧Ｖ_１及び電圧Ｖ_２の周波数は放電が生じる周波数でもある。

以上説明したように、正負に振動するパルス状電圧が印加されるトランス１２の２次側の一端に、順方向が逆向きになるように第１ダイオード４と第２ダイオード５を配置し、２つのダイオードの間にイオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂを並列かつ逆向きに配置することによって、放電電極６ａと誘導電極７ａ、放電電極６ｂと誘導電極７ｂに逆極性の高電圧が印加される。この結果、放電電極６ａと誘導電極７ａの間及び放電電極６ｂと誘導電極７ｂの間には高い電位差が形成され、放電強度を高めることが可能となる。

また、一般的に発生させるイオン量を増加させるためには、放電電極に印加する電圧を大きくし、電極間の電位差を大きくすることが考えられるが、この場合放電電極の対地電圧が上昇するため、周囲への異常放電あるいは絶縁破壊等が起こる危険性がある。それに対して、本発明によると、各電極の対地電圧を大きく上昇させることなく、電極間の電位差を大きくすることができるため、上記の問題を抑制することができ、安全面でも優れている。

また、正イオン及び負イオンの両イオンを発生させるために、第１ダイオード４と第２ダイオード５の間にイオン発生素子２ａとイオン発生素子２ｂを並列かつ電極対を逆向きに接続するだけで良く、正電位と負電位の経路を共通化することができるため、電源回路、トランス、ダイオードなどを追加で準備する必要なく、小型で安価な構成で実現することが可能である。

また、イオン発生素子２ａとイオン発生素子２ｂに印加される正電位と負電位の経路を共通化することで、各イオン発生素子の電極間の電位差は同電位になるため、正イオン及び負イオンの発生量を均等にすることが可能となる。

〔実施形態２〕
図３は、実施形態２に係るイオン発生装置１の回路図である。実施形態２に係るイオン発生装置１の回路図は、２つのダイオードのイオン発生素子側に、イオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂと並列にコンデンサ８が配置されている点において実施形態１と異なっている。その他の部分については実施形態１に示す回路図と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図３のようにイオン発生装置１はコンデンサ８を備えている。コンデンサ８は、第１ダイオード４のアノード及び第２ダイオード５カソードに接続されており、イオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂと並列に配置されている。このようにコンデンサ８を配置することによって、最初の立ち上がりによりイオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂとともにコンデンサ８にも電荷が充電されるため、パルス状電圧の印加が終了した後も、コンデンサ８からイオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂへの電荷移動が起こる。この結果、各電極への電位波形の０Ｖ付近への立ち下がりがより緩やかになり、放電時間が実施形態１のときと比較すると長くなる。そのため、イオン発生素子２ａ及びイオン発生素子２ｂで発生するイオン量を増加させることが可能となる。

なお、コンデンサ８の容量を大きくするほど、各電極への電位波形の０Ｖ付近への立ち下がりがより緩やかになり、発生するイオン量が増加する。そのため、所望のイオン量に応じてコンデンサ８の容量を設定することができる。

〔実施形態３〕
実施形態３では、イオン発生素子の一例について説明する。図４は、実施形態３に係わるイオン発生素子の断面図であり、実施形態１及び２のイオン発生素子としても用いることが可能である。図４に示されるイオン発生素子２ｃは、針形状の放電電極６ｃとリング形状の誘導電極７ｃ、さらに放電電極６ｃと誘導電極７ｃとの間に配置される絶縁体２０から構成されている。放電電極６ｃを誘導電極７ｃの略中心部に配置することで、放電電極６ｃと誘導電極７ｃが一定の空間を隔てて配置されている。この構成からなるイオン発生素子を本発明に係る電圧発生回路３と接続すると、放電電極６ｃ及び誘導電極７ｃの間に電位差が形成され、コロナ放電が生じることでイオンを発生する。

このとき、例えば、放電電極６ｃに正の電圧が印加され、誘導電極７ｃに負の電圧が印加された場合、イオン発生素子２ｃからは正イオンが発生する。発生した正イオンは、空間に放出されるものもあるが、電界方向に従い負の電位を持った誘導電極７ｃに引き付けられ、回収されてしまうものもある。そこで、放電電極６ｃと誘導電極７ｃの間に絶縁体２０を配置することで、発生したイオンが直接的に誘導電極７ｃへ回収される量を抑制することが可能となる。

また誘導電極７ｃに引き付けられ、絶縁体２０に回収されるイオンは存在するが、これらのイオンにより絶縁体２０の表面はイオンと同極性に帯電する。従って、パルス状電圧の印加が終了し、放電が行われていない期間においては、発生したイオンは、同極性に帯電した絶縁体２０に反発され、逆極性に帯電した誘導電極７ｃへの移動が抑制される。その結果、空間に放出されるイオン量が増加することになる。

絶縁体２０は、放電電極６ｃと誘導電極７ｃの間に配置されれば良く、形状などは限定されることはない。例えば、図４（ａ）に示すように、薄板状の絶縁体２０でも良い。また図４（ｂ）に示すように、誘導電極７ｃの表面を被覆するようにコーティングしたものでも良い。

以上、本願発明の実施形態について説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の範囲は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およ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。

例えば、イオン発生素子は、共に針形状である放電電極及び誘導電極を備える電極対からなり、放電電極及び誘導電極が一定の空間を隔てて対向配置されても良い。一般的に、放電電極の近傍で発生したイオンは誘導電極に接触することによって消滅する。誘導電極が針形状の場合、リング状の誘導電極に比べて表面積が小さいので誘導電極によって捕獲されるイオンの量が減る。従って放電電極及び誘導電極が共に針形状からなるイオン発生素子によって空間に放出されるイオン量は、針形状の放電電極とリング状の誘導電極からなるイオン発生素子によって空間に放出されるイオン量よりも増加する。

また、イオン発生素子の構造は上記の構造に限定されず、本願発明においては放電電極と誘導電極からなる電極対が静電容量を有しておれば良い。例えば明確な誘導電極が配置されていなくても、形成される電流経路において放電ギャップ部が静電容量を有しておればよい。

コロナ放電は放電電極近傍にのみ局所的に放電する形態であるので、電気回路における放電部の影響が小さくなるため、上記放電部の電気特性変化に伴って発生する歪み成分を抑えることができる。この結果放電に伴う音波において、印加電圧波形に直接的に関係する要因の割合が強くなるので、印加電圧波形の立ち上がり時間を鈍化する本発明がより効果的に使用できる。

またコロナ放電においても特に電極が針形状であれば放電空間は局所的であり、より歪み成分の発生量を抑制できるために効果的である。

また、本願発明に係るイオン発生装置は、電気機器に搭載することが可能である。なお、ここでいう電気機器は、空気清浄機、空気調和機、除湿器、加湿器、ファンヒ−タ、冷蔵庫等であり、主として、家屋の室内、ビルの一室、病院の病室、自動車の車室内、飛行機の機内、船の船室内、冷蔵庫の庫内等の空気を調整すべく用いられる装置である。

１ イオン発生装置
２ａ、２ｂ、２ｃ イオン発生素子
３ 電圧発生回路
４ 第１ダイオード
５ 第２ダイオード
６ａ、６ｂ、６ｃ 放電電極
７ａ、７ｂ、７ｃ 誘導電極
８ コンデンサ
１１ 電源回路
１２ トランス
１３ 第１端子
１４ 第２端子
２０ 絶縁体

Claims (4)

1. 第１放電電極と第１誘導電極から構成される第１イオン発生素子と、
   第２放電電極と第２誘導電極から構成される第２イオン発生素子と、
   正負に振動する電圧を発生させる電圧発生回路と、
   前記電圧発生回路からの出力を整流する第１ダイオード及び第２ダイオードと、を備え、
   前記電圧発生回路の出力端子は分岐して、前記第１ダイオードのカソード及び前記第２ダイオードのアノードと接続されており、
   前記第１ダイオードのアノードは、前記第１放電電極及び前記第２誘導電極と接続され、
   前記第２ダイオードのカソードは、前記第１誘導電極及び前記第２放電電極と接続されていることを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記イオン発生装置は、コンデンサを備え、
   前記コンデンサは、前記第１イオン発生素子及び前記第２イオン発生素子と並列に、前記第１ダイオードのアノード及び前記第２ダイオードのカソードと接続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. 前記第１放電電極及び前記第１誘導電極の間かつ前記第２放電電極及び前記第２誘導電極の間に絶縁体が配置されてい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装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のイオン発生装置を備えた電気機器。