JP4127524B2

JP4127524B2 - イオン発生装置及びこれを備えた電気機器

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Publication number: JP4127524B2
Application number: JP2003145799A
Authority: JP
Inventors: 美徳世古口; 伊知郎東海; 諭史高橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004349145A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスイオンとマイナスイオンを空間に放出することで、空気中に浮遊する細菌やカビ菌、有害物質などを分解することが可能なイオン発生素子、イオン発生装置、及びこれ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、主に閉空間（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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
しかしながら、従来の放電現象を利用したイオン発生装置は、主として負電位の直流高電圧方式でマイナスイオンを発生させるものであり、その目的はリラックス効果を訴求するものであった。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。
【０００４】
放電現象を利用したイオン発生電極の種類は、大きく２種類に区分される。その１つは、金属線や鋭角部を持った金属板や針などでその対向極は大地であったり、対地電位の金属板やグリッドなどが用いられ、空気が絶縁体の役割を果たすものである。もう１つは、固体誘電体を挟んだ放電電極と誘導電極を形成したものである。その特徴として、前者は空気を絶縁物としているために、後者と比較して、電極間の距離を広く取る必要があり、そのため、放電に必要な電圧は高く設定する必要がある。逆に、後者は、絶縁抵抗の高く、高誘電率を持つ絶縁体を間に挟んでいるため、電極間距離は狭く（薄く）することが可能で、そのため印加電圧を前者と比較して低く設定できる。
【０００５】
当イオン発生装置では後者の方式を採用し、また放電電極と誘導電極との間に印加する波形を短時間のインパルスにし、人体に有害なオゾンの発生量を低減しつつ、プラスイオン、マイナスイオンを同等量放出する方式を見出した。
【０００６】
イオン発生装置に関し、プラスイオン、マイナスイオンの両極性のイオンを放出する効果として、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は自然数でＨ₂Ｏ分子が複数個付いていることを意味する）を略同等量発生させることにより、両イオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により、前記浮遊カビ菌等を不活化することが可能なイオン発生装置に関する発明を成した（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００７】
なお、上記の発明については、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。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−４７６５１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１９４７２号公報
【特許文献３】
特開平７−４３９９０号公報
【特許文献４】
特開平６−１９４９３１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成から成る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。
【００１０】
しかしながら、上記構成から成るイオン発生装置は、空気の汚れた環境（喫煙室内など）で長期間使用されると、放電面に汚染物質（タバコのヤニ粒子など）が付着し、放電が弱まってイオン放出量が低下する、という課題を有していた。
【００１１】
なお、従来より、清掃部材などの機械的手段によって放電面の清掃を行う放電器や帯電装置等が開示・提案されているが（例えば、特許文献３、４を参照）、このような構成では、部品点数の増加や構造の複雑化が招かれるため、コスト面や装置規模縮小の観点から不利であった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑み、不必要なコストアップや装置規模拡大を招くことなく、放電面の汚染を防止することが可能なイオン発生装置及びこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続され、前記イオン発生素子に対して所定の電圧印加を行う電圧印加回路と、を有して成り、前記両電極間に電圧を印加することで生じる放電によって周辺の空気をイオン化するイオン発生装置において、前記電圧印加回路は、所定量のイオンが発生するように前記イオン発生素子への電圧印加を行う通常運転と、該通常運転よりも前記イオン発生素子での放電強度及び／または放電頻度を高めて前記イオン発生素子の放電面に汚染物質の付着が低減されるように、及び／または付着した汚染物質が除去されるように前記イオン発生素子への電圧印加を行うクリーニング運転と、を切り換えて実行する手段を有する構成としている。
【００１４】
具体的に述べると、前記電圧印加回路は、前記イオン発生素子に対して、前記通常運転時には、インパルス電圧を所定時間間隔で印加し、前記クリーニング運転時には、正弦波電圧を所定時間だけ印加する構成にするとよい。若しくは、前記通常運転時には、第１振幅のインパルス電圧を所定時間間隔で印加し、前記クリーニング運転時には、第１振幅よりも大きい第２振幅のインパルス電圧を所定時間間隔で所定時間だけ印加する構成にするとよい。または、前記通常運転時には、インパルス電圧を第１時間間隔で印加し、前記クリーニング運転時には、前記インパルス電圧を第１時間間隔よりも短い第２時間間隔で所定時間だけ印加する構成にするとよい。
【００１５】
上記に挙げた各構成とすることにより、清掃部材等の機械的手段に依らずに放電面の汚染を防ぐことができるので、不必要なコストアップや装置規模拡大を招くことなく、イオン放出量の経時的な低下を抑えることが可能となる。
【００１６】
また、上記構成から成るイオン発生装置は、通常運転の終了後、クリーニング運転を自動開始する構成にするとよい。或いは、通常運転中に所定時間間隔で行う構成にするとよい。このような構成とすることにより、放電部の放電面は、ユーザ操作に依ることなく、常に清浄な状態に保たれるため、イオン放出量の経時的な低減を未然に回避することが可能となる。
【００１７】
また、上記構成から成るイオン発生装置は、イオン放出量を計測するイオンセンサを有し、前記通常運転時のイオン放出量が所定値を下回ったときにクリーニング運転を自動開始する構成にするとよい。或いは、装置周辺の臭い成分量（例えばタバコ臭成分の量）を計測する臭いセンサを有し、その検出量が所定値を上回ったとき、若しくは前記所定値を上回った累計時間が所定時間を超えたとき、クリーニング運転を自動開始する構成にするとよい。このような構成とすることにより、クリーニング運転の頻度を減らして消費電力を最小限に抑えつつ、放電部の放電面を必要十分な清浄状態に保つことが可能となる。
【００１８】
また、上記構成から成るイオン発生装置は、外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部に所定操作が為されたとき、クリーニング運転を開始する構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザ操作に応じて柔軟にクリーニング運転を実行することが可能となる。例えば、１回のクリーニング運転で放電部に付着した汚染物質を十分除去できなかった場合でも、ユーザ操作によってクリーニング運転を繰り返し、該汚染物質を完全に除去することが可能となる。
【００１９】
また、上記構成から成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。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で空気の物性を変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るイオン発生装置の一実施形態を示す概略構成図であり、本図（ａ）、（ｂ）は、それぞれイオン発生装置の平面図及び側面図を模式的に示している。
【００２１】
本図に示すように、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素子１０と、該イオン発生素子１０に対して所定の電圧印加を行う電圧印加回路２０と、を有して成る。
【００２２】
イオン発生素子１０は、誘電体１１（上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂ）と、放電部１２（放電電極１２ａ、誘導電極１２ｂ、放電電極接点１２ｃ、誘導電極接点１２ｄ、及び接続端子１２ｅ、１２ｆ）と、コーティング層１３と、を有して成り、放電電極１２ａ近傍にて放電を行うことにより、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させる。
【００２３】
誘電体１１は、略直方体状（例えば、縦１５［ｍｍ］×横３７［ｍｍ］×厚み０．４５［ｍｍ］）の上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂとを貼り合わせて成る。誘電体１１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１１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１１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。
【００２４】
また、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂ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１１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。
【００２５】
なお、誘電体１１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、本実施形態のように平板状（円板状及び直方体状を含む）とするのが好適である。
【００２６】
放電電極１２ａは、上部誘電体１１ａの表面に該上部誘電体１１ａと一体的に形成されている。放電電極１２ａ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。
【００２７】
本図に示すように、本実施形態の放電電極１２ａは、略正方形状の格子部（例えば、縦７．０［ｍｍ］×横７．０［ｍｍ］、線幅０．５［ｍｍ］）を複数隣接させて成り、該格子部の内側に略三角形状の電界集中部を有する形状であるが、その形状はこれに限定されるものではなく、他形状（面状、格子状、線状など）としても構わない。ただし、電界集中を生じやすい形状にすれば、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に印加する電圧が低くても放電を生じさせることができるので、放電電極１２ａは、格子状や線状などの電界集中を生じやすい形状とすることが望ましい。
【００２８】
誘導電極１２ｂは、誘電体１１の内部（上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂとの間）に形成されている。なお、本実施形態の誘導電極１２ｂは、Ｕ字状（例えば、縦３．５［ｍｍ］×横２３．５［ｍｍ］、線幅１．０［ｍｍ］）に形成されており、放電電極１２ａの電界集中部と対向する位置に設けられている。誘導電極１２ｂの材料としては、放電電極１２ａと同様、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。
【００２９】
また、誘導電極１２ｂは、上部誘電体１１ａを挟んで、放電電極１２ａ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１２ａと誘導電極１２ｂ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、両電極間の絶縁抵抗を均一化して放電状態を安定させ、プラスイオンとマイナス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１１を円柱状とした場合には、放電電極１２ａを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極１２ｂ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。
【００３０】
放電電極接点１２ｃは、放電電極１２ａと同一形成面（すなわち上部誘電体１１ａの表面）に設けられた接続端子１２ｅを介して、放電電極１２ａと電気的に導通されている。従って、放電電極接点１２ｃにリード線（例えば、銅線やアルミ線）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば、放電電極１２ａと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。
【００３１】
誘導電極接点１２ｄは、誘導電極１２ｂと同一形成面（すなわち下部誘電体１１ｂの表面）に設けられた接続端子１２ｆを介して、誘導電極１２ｂと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点１２ｄにリード線（例えば、銅線やアルミ線）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば、誘導電極１２ｂと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂをいずれも電圧印加回路２０に導通させた場合を例示したが、他の接続パターンとしては、放電電極１２ａを接地して誘導電極１２ｂのみを電圧印加回路２０に導通させるパターンや、誘導電極１２ｂを接地して放電電極１２ａのみを電圧印加回路２０に導通させるパターンが考えられる。
【００３３】
上記の放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄは、リード線との接続の容易性から、誘電体１１の表面であればいずれに設けてもよい。ただし、放電電極接点１２ｃは、放電電極１２ａと同電位になる接点であり、誘導電極接点１２ｄは、誘導電極１２ｂと同電位になる接点であるため、安定した放電状態を得るためには、誘導電極１２ｂと放電電極接点１２ｃの距離や、放電電極１２ａと誘導電極接点１２ｄの距離、並びに放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄの距離について、各々が前記電極間距離より遠くなる位置に設けることが望ましい。
【００３４】
さらに、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄは全て、誘電体１１の表面であって放電電極１２ａが設けられた面（以下、誘電体１１の上面と呼ぶ）以外の面に設けることが望ましい。このような構成であれば、誘電体１１の上面に不要なリード線などが配設されないので、ファン（不図示）からの空気流が乱れにくく、発生したイオンを効率よく室内に放出することが可能となるからである。
【００３５】
以上のことを考慮して、本実施形態のイオン発生装置１０では、放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄがいずれも、誘電体１１の上面に相対する面（以下、誘電体１１の下面と呼ぶ）に設けられている。
【００３６】
なお、本実施形態のイオン発生素子１０において、放電電極接点１２ｃと接続端子１２ｅ、及び誘導電極接点１２ｄと接続端子１２ｆはいずれも、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂに挟まれた対向領域の外側に形成されている。このような構成とすることにより、放電開始時に生じる放電ムラを回避して、安定した放電状態を得ることができるので、放電開始直後から安定した量のイオンを放出することが可能となる。
【００３７】
続いて、電圧印加回路２０の構成及び動作について詳細な説明を行う。電圧印加回路２０は、放電部１２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、該放電部１２を構成する放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に、正、負の交流電圧を印加する回路であり、所定量のイオンが発生するようにイオン発生素子１０への電圧印加を行う通常運転（以下これを第１の回路）と、該通常運転よりもイオン発生素子１０での放電強度及び／または放電頻度を高めてイオン発生素子１０の放電面に付着した汚染物質が除去されるようにイオン発生素子１０への電圧印加を行うクリーニング運転（これを以下第２の回路）と、を切り換えて実行する手段を有することを特徴としている。
【００３８】
まず、電圧印加回路２０の第１実施例について説明する。図２は電圧印加回路２０の第１実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ａは、入力電源２０１と、第１、第２スイッチングトランス２０２ａ、２０２ｂと、切換リレー２０３と、抵抗２０４ａ、２０４ｂと、ダイオード２０５ａ、２０５ｂと、コンデンサ２０６と、トランス駆動用スイッチング素子２０７と２０９、正弦波生成回路部２０８とを有して成る。
【００３９】
入力電源２０１の一端は、切換リレー２０３の共通端子２０３ａに接続されている。切換リレー２０３の一選択端子２０３ｂは、抵抗２０４ａを介して、ダイオード２０５ａのアノードに接続されており、他選択端子２０３ｃは、抵抗２０４ｂを介して、ダイオード２０５ｂのアノードに接続されている。
【００４０】
第１の回路においてダイオード２０５ａのカソードは、第１トランス２０２ａの１次コイルＬａ１の一端とコンデンサ２０６の一端にそれぞれ接続されている。１次コイルＬａ１の他端は、トランス駆動用スイッチング素子２０７に接続されている。切換リレー２０３が選択端子２０３ｂに接続されるとき、入力電源２０１が交流商用電源の場合、入力電源２０１の電圧により、入力抵抗２０４ａと整流ダイオード２０５ａを介して、コンデンサ２０６に充電され、規定電圧以上になればトランス駆動用スイッチング素子２０７がオンして、トランス２０２ａの１次側巻線Ｌａ１に電圧印加される。その直後、コンデンサ２０６に充電されたエネルギーはトランス２０２ａの１次側巻線２０２ａとトランス駆動用スイッチング素子２０７を通じて放電され、コンデンサ２１１の電圧はゼロに戻り、再び充電がされ、規定周期で充放電を繰り返す。トランス駆動用スイッチング素子２０７は、上記の説明では無ゲート２端子サイリスタ（サイダック［新電元工業の製品］）を採用した説明となっているが、若干異なる回路を用いて、サイリスタ（ＳＣＲ）を用いてもよい。また、入力電源２０１は直流電源の場合であっても、上記と同様の動作が得られる回路とすれば、これを問わない。すなわち、当回路の１次側駆動回路としては、特に限定するものではなく、同様の動作が得られる回路であればよい。
【００４１】
第２の回路においてダイオード２０５ｂのカソードは、第２トランス２０２ｂの１次コイルＬｂ１の一端に接続されている。１次コイルＬｂ１の他端は、トランス駆動用スイッチング素子２０９の出力端子に接続されている。また該正弦波生成回路部２０８の出力端は、トランス駆動用スイッチング素子２０９の入力端子に接続されている。切換リレー２０３が選択端子２０３ｃに接続されるとき、入力電源２０１が交流商用電源の場合、入力電源２０１の電圧により、入力抵抗２０４ｂ、整流ダイオード２０５ｂを介して、正弦波生成回路部２０８を発振させ、トランス駆動用スイッチング素子２０７をスイッチングさせる。トランス駆動用スイッチング素子２０９は、上記の説明ではトランジスタを用いているが、これに限定するものではない。また、入力電源２０１は直流電源の場合であっても、上記と同様の動作が得られる回路とすれば、これを問わない。すなわち、当回路の１次側駆動回路としては、特に限定するものではなく、同様の動作が得られる回路であればよい。
【００４２】
第１トランス２０２ａの２次コイルＬａ２の両端は、第２トランス２０２ｂの２次コイルＬｂ２の両端に互いに接続されており、その両端にはイオン発生素子１２の放電電極の接点１２ｃおよび誘導電極の接点１２ｄが接続される。
【００４３】
通常運転中で切換リレー２０３が選択端子２０３ｂに接続されるとき（すなわち第１の回路が選択されたとき）１次側回路の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図３（ａ）に示した交流インパルス電圧（例えばｐｐ［Peak-to-Peak］値：３．５［ｋＶ］、放電回数：１２０［回/s］）が印加される。
【００４４】
このとき、放電部１２の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、空気中にプラスイオンＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとマイナスイオンＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nを略同量放出させることにより、これらのイオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により不活化することが可能となる。
【００４５】
一方、電圧印加回路２０ａのクリーニング運転時で切換リレー２０３が選択端子２０３ｃに接続されるとき（すなわち第２の回路が選択されたとき）１次側回路のトランス駆動用スイッチング素子２０９がスイッチングし、正弦波生成回路部２０８により発振させることにより、一次側のエネルギーがトランスの２次巻線Ｌｂ２に伝達され、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間に、図３（ｂ）に示す交流正弦波電圧（例えば、ｐｐ値：４．０［ｋＶ］、周波数：２２［ｋＨｚ］）が印加される。
【００４６】
このとき、放電部１２では、通常運転時よりも非常に強いコロナ放電が生じるので、放電面に付着していた汚染物質（タバコのヤニ粒子など）が除去される。例えば、１・の密閉された箱内で、タバコの煙が存在する汚染環境下での通常運転（３
時間）によって放電面にヤニ粒子を付着させた後、清浄環境下でクリーニング運転を行いながら、ヤニ粒子の除去状態を観察する実験（以下、クリーニング実験と呼ぶ）では、通常では、約３時間後から放電部周辺が除去され、広範囲に広がるのが６時間後であったのに対し、約５分間のクリーニング運転で放電部１２周辺が除去され、１時間後には付着していたヤニ粒子をほぼ完全に除去することができた。
【００４７】
ここで、上記した汚染物質（ここではタバコのヤニ粒子）の付着メカニズム並びに除去メカニズムについての説明を行う。
【００４８】
まず、付着メカニズムについて考察する。空間に浮遊しているヤニ粒子は、それ自体電荷を殆ど持っていないことから、放電によって発生したイオンによって帯電させられ、分極によって発生した電界によって電極表面に引き寄せられて、付着したと考えられる。また、ヤニ粒子の付着箇所については、単純に電界強度の問題であると考えられる。電界強度の最大点（誘導電極１２ｂと対向する放電電極１２ａの電界集中部先端）はプラズマ領域となっているので、一旦付着したヤニ粒子もすぐに除去されてしまったと考えられる。その周囲は電界集中部先端から遠ざかるにつれ電界強度は弱くなり、この部分の分極電荷により、帯電したヤニ粒子が付着することにより誘導電極にそった付着痕が見られる。すなわち放電を強弱や、周囲のヤニ粒子の濃度によって、「付着」か「除去」のいずれかが決定すると考えられる。
【００４９】
続いて、除去メカニズムについて考察する。除去メカニズムとしては、物理的要因と化学的要因の２つが考えられる。前者は荷電粒子によるスパッタリングであり、後者はイオンによる化学分解である。ここで、密閉空間での実験結果や、前記電界集中部の相互間領域でヤニ粒子が除去されにくいことを鑑みると、除去メカニズムは物理的要因による可能性が高い。もし、化学的にヤニ粒子を分解しているのであれば、時間をかけることで全てのヤニ粒子を除去できるはずだが、実験ではそうならなかったからである。また、正弦波や高電圧（詳細は後述）の印加によって除去効率が上がったことについても、物理的要因によるとすれば、放電の強度や頻度が増してヤニ粒子を飛ばし易くなったと考えることができる。
【００５０】
次に、電圧印加回路２０の第２実施例について説明する。図４は電圧印加回路２０の第２実施形態を示す回路図である。本図（ａ）に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｂは、入力電源２１１と、スイッチングトランス２１２と、開閉スイッチ２１３と、抵抗２１４ａ、２１４ｂと、ダイオード２１５と、コンデンサ２１６と、トランス駆動用スイッチング素子２１７と、を有して成る。
【００５１】
入力電源２１１の一端は、抵抗２１４ａが接続され、その両端に開閉スイッチ２１３が接続される。さらに抵抗２１４ｂ、ダイオード２１５を介してスイッチングトランス２１２の１次巻線Ｌ１に接続される。スイッチングトランス２１２の１次巻線Ｌ１の他端にはトランス駆動用スイッチング素子２１７が接続され、入力電源２１１に接続される。コンデンサ２１６はスイッチングトランス２１１の１次巻線Ｌ１とトランス駆動用スイッチング素子２１７の直列接続に並列に挿入されている。具体的には、トランス駆動用スイッチング素子２１７はサイリスタ（ＳＣＲ）などでその駆動回路２１８も付随する。スイッチングトランス２１２の２次コイルＬ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００５２】
上記構成から成る電圧印加回路２０ｂの通常運転時には、開閉スイッチ２１３が開放される。このとき、入力電源２１１は抵抗２１４ａ、２１４ｂとコンデンサ２１６で決まる時定数決まるエネルギー量がコンデンサ２１６に充電され、トランス駆動用スイッチング素子２１７のオンによりトランス２１２の１次コイルＬ１に電流が流れて２次コイルＬ２にエネルギーが伝達され、放電部１２に高圧パルス電圧が印加される。その直後、オフ状態となり、再びコンデンサ２１６の充電が開始される。
【００５３】
上記の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図５（ａ）に示した交流インパルス電圧（例えばｐｐ値：３．５［ｋＶ］、放電回数：６０［回/s］）が印加される。このとき、放電部１２の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、空気中にプラスイオンＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとマイナスイオンＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nを略同量放出させることにより、これらのイオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により不活化することが可能となる。
【００５４】
一方、電圧印加回路２０ｂのクリーニング運転時には、開閉スイッチ２１３が閉結されるので、入力電源２１１は、抵抗２１４ｂのみで電圧降下され、時定数は２１４ｂとコンデンサ２１６の積となり前述の場合より小さくなるため、コンデンサ２１６への充電が速くなり、多くのエネルギー量がコンデンサ２１６に充電される。従って、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図５（ｂ）に示すように、通常運転時よりも大振幅の交流インパルス電圧（例えばｐｐ値：６．６［ｋＶ］、放電回数：６０［回/s］）が印加されることになる。
【００５５】
図４（ｂ）に示す電圧印加回路２０ｃには第２の実施例の別形態を記載する。電圧印加回路２０ｂとほぼ同様の回路でトランス２１２の１次巻線の途中に端子を設け、その端子とトランス２１２の１次巻線の片端の間に開閉スイッチ２１３を配置する。
【００５６】
このとき入力抵抗は２１４ｂのみとする。トランス駆動用スイッチング素子２１７は、具体的には無ゲート２端子サイリスタ（サイダック）とする。通常運転時は開閉スイッチ２１３が開放であり、入力電源２１１は、抵抗２１４ｂのみで電圧降下され、ダイオード２１５で半波整流された後、コンデンサ２１６に印加される。コンデンサ２１６の充電が進んで両端電圧が所定閾値に達すると、トランス駆動用スイッチング素子２１７がオン状態となり、コンデンサ２１６の充電電圧が放電される。従って、トランス２１２の１次コイルＬ１に電流が流れて２次コイルＬ２にエネルギーが伝達され、放電部１２に高圧パルス電圧が印加される。その直後、サイダック２１７はオフ状態となり、再びコンデンサ２１６の充電が開始される。
【００５７】
上記の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図５（ａ）に示した交流インパルス電圧（例えばｐｐ値：３．５［ｋＶ］、放電回数：１２０［回/s］）が印加される。
【００５８】
一方、電圧印加回路２０ｃのクリーニング運転時には、開閉スイッチ２１３が閉結され、トランス２１２の巻数比を上げることになり、トランス２１２の２次側には、通常運転時よりも大振幅の交流インパルス電圧（例えばｐｐ値：６．６［ｋＶ］、放電回数：１２０［回/s］）が印加されることになる。
【００５９】
大振幅の交流インパルス電圧を印加すると、放電部１２では、通常運転時よりも強いコロナ放電が生じるので、放電面に付着していた汚染物質（ヤニ粒子等）が除去される。例えば前記クリーニング実験では、約２時間のクリーニング運転で放電部１２に付着していたヤニ粒子をほぼ完全に除去することができた。
【００６０】
次に、電圧印加回路２０の第３実施例について説明する。図６は電圧印加回路２０の第３実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｄは、入力電源２３１と、スイッチングトランス２３２と、開閉スイッチ２３３と、抵抗２３４と、ダイオード２３５と、コンデンサ２３６ａ、２３６ｂと、トランス駆動用スイッチング素子２３７（具体的には無ゲート２端子サイリスタ（サイダック）とする）と、を有して成る。
【００６１】
入力電源２３１の一端は、抵抗２３４を介してダイオード２３５のアノードに接続されており、ダイオード２３５のカソードは、トランス２３２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２３６ａ、２３６ｂの各一端にそれぞれ接続されている。１次巻線Ｌ１の他端は、トランス駆動用スイッチング素子２３７を通じ、入力電源２３１の他端に接続されている。コンデンサ２３６ｂの他端は、開閉スイッチ２３３を介してトランス１次巻線Ｌ１とトランス駆動用スイッチング素子２３７の直列接続の両端に接続される。コンデンサ２３６ａもこれらと並列に接続されている。トランス２３２の２次コイルＬ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続され、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００６２】
上記構成から成る電圧印加回路２０ｄの通常運転時、開閉スイッチ２３３は閉結される。このとき、交流電源２３１の出力電圧は抵抗２３４で電圧降下され、ダイオード２３５で半波整流された後、コンデンサ２３６ａ、２３６ｂに印加される。コンデンサ２３６ａ、２３６ｂの充電が進んで両端電圧が所定閾値に達すると、トランス駆動用スイッチング素子２３７がオン状態となり、コンデンサ２３６ａ、２３６ｂの充電電圧が放電される。従って、トランス２３２の１次コイルＬ１に電流が流れて２次コイルＬ２にエネルギーが伝達され放電部１２に高圧パルス電圧が印加される。その直後、トランス駆動用スイッチング素子２３７はオフ状態となり、再びコンデンサ２３６ａ、２３６ｂの充電が開始される。
【００６３】
上記の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図７（ａ）に示した交流インパルス電圧（例えばｐｐ値：３．５［ｋＶ］、放電回数：１２０［回/s］）が印加される。このとき、放電部１２の近傍ではコロナ放電が生じて周辺空気がイオン化され、空気中にプラスイオンＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとマイナスイオンＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nを略同量放出させることにより、これらのイオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により不活化することが可能となる。
【００６４】
一方、電圧印加回路２０ｄのクリーニング運転時には、開閉スイッチ２３３が開放されるので、ＲＣ回路の時定数が小さくなり、半電源周期におけるトランス駆動用スイッチング素子２３７のオン回数が増加する。従って、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図７（ｂ）に示す通り通常運転時より高周波の交流インパルス電圧（例えばｐｐ値：３．５［ｋＶ］、放電回数：１８０［回/s］）が印加されることになる。勿論回路定数の組み合わせで更に放電回数をあげてもよい。
【００６５】
このとき、放電部１２では、通常運転時よりも高頻度にコロナ放電が生じるので、放電面に付着していた汚染物質（タバコのヤニ粒子など）が除去される。３時間後の除去の状態を比較すると、通常運転では除去が始まった程度に対し、当実施例では放電部周辺が広い範囲で除去されている。
【００６６】
なお、コンデンサ２３６ａ、２３６ｂと開閉スイッチ２３３に代えて、可変容量を用い、その容量値を動作モードに応じて制御する構成としても、上記と同様の動作を実現することが可能である。また、上記したＲＣ回路の時定数切換制御を行うに際して、必要であれば抵抗２３４の抵抗値を可変制御することが可能な構成としておいてもよい。
【００６７】
なお、上記各実施形態のイオン発生装置は、放電部１２に交流電圧（交流正弦波電圧や交流インパルス電圧）を印加して放電を生じさせ、該放電によって放電面のクリーニングを行う構成であるため、クリーニング運転時にも、通常運転時と同様、プラスイオンとマイナスイオンが発生する。従って、放電面のクリーニングを行いながら、空気中の浮遊細菌等を除去することが可能となる。ただし、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、放電部１２に負電圧（負の正弦波電圧や負のインパルス電圧）を印加してクリーニング運転を行う構成としてもよい。このような構成とすることにより、クリーニング運転中は室内にマイナスイオンのみが放出されるため、放電面のクリーニングを行いながら、室内のリラクゼーション効果を高めることが可能となる。マイナスイオンの効果としては、一般的に家庭内の電気機器などでプラスイオン過多となった空間にマイナスイオンを多量に供給し、自然界での森の中のようなプラスとマイナスのイオンバランスのとれた状態にしたいときや、リラクゼーション効果を求めたりする場合に有効となることが知られている。
【００６８】
また、本発明に係るイオン発生装置は、通常運転の終了後、クリーニング運転を自動開始する構成にするとよい。或いは、通常運転中に所定時間間隔で行う構成にするとよい。このような構成とすることにより、放電部１２の放電面は、ユーザ操作に依ることなく、常に清浄な状態に保たれるため、イオン放出量の経時的な低減を未然に回避することが可能となる。
【００６９】
また、本発明に係るイオン発生装置は、イオン放出量を計測するイオンセンサを有し、イオン放出量が所定値を下回ったときに、クリーニング運転を自動開始する構成にするとよい。或いは、装置周辺の臭い成分量（例えばタバコ臭成分の量）を計測する臭いセンサを有し、その検出量が所定値を上回ったとき、若しくは前記所定値を上回った累計時間が所定時間を超えたとき、クリーニング運転を自動開始する構成にするとよい。このような構成とすることにより、クリーニング運転の頻度を減らして消費電力を最小限に抑えつつ、放電部１２の放電面を必要十分な清浄状態に保つことが可能となる。
【００７０】
また、本発明に係るイオン発生装置は、外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部に所定操作が為されたとき、クリーニング運転を開始する構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザ操作に応じて柔軟にクリーニング運転を実行することが可能となる。例えば、１回のクリーニング運転で放電部１２に付着した汚染物質を十分除去できなかった場合でも、ユーザ操作によってクリーニング運転を繰り返し、該汚染物質を完全に除去することが可能となる。
【００７１】
なお、上記各実施形態のイオン発生装置は、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。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で空気の物性を変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
上記したように、本発明に係るイオン発生装置、及びこれを備えた電気機器であれば、不必要なコストアップや装置規模拡大を招くことなく、放電面の汚染を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】電圧印加回路２０の第１実施形態を示す回路図である。
【図３】第１実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図４】電圧印加回路２０の第２実施形態を示す回路図である。
【図５】第２実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図６】電圧印加回路２０の第３実施形態を示す回路図である。
【図７】第３実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
１０イオン発生素子
１１誘電体
１１ａ上部誘電体
１１ｂ下部誘電体
１２第１、第２放電部
１２ａ放電電極
１２ｂ誘導電極
１２ｃ放電電極接点
１２ｄ誘導電極接点
１２ｅ、１２ｆ接続端子
１３コーティング層
２０（２０ａ〜２０ｄ）電圧印加回路
２０１、２１１、２３１入力電源
２０２ａ〜ｂ、２１２、２３２スイッチングトランス
Ｌａ１、Ｌｂ１、Ｌ１１次コイル
Ｌａ２、Ｌｂ１、Ｌ２２次コイル
２０３切換リレー
２１３、２３３開閉スイッチ
２０３ａ共通端子
２０３ｂ〜ｃ選択端子
２０４ａ〜ｂ、２１４ａ〜ｂ、２３４抵抗
２０５ａ〜ｂ、２１５、２３５ダイオード
２０６、２１６、２３６ａ〜ｂコンデンサ
２０７、２０９、２１７、２３７トランス駆動用スイッチング素子
２０８正弦波生成回路部
２１８駆動回路

Claims

誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続され、前記イオン発生素子に対して電圧印加を行う電圧印加回路と、を有して成り、前記両電極間に電圧を印加することで生じる放電によって周辺の空気をイオン化するイオン発生装置において、
前記電圧印加回路は、所定量のイオンが発生するように前記イオン発生素子への電圧印加を行う通常運転と、該通常運転よりも前記イオン発生素子での放電強度及び／または放電頻度を高めて前記イオン発生素子の放電面に汚染物質の付着が低減されるように、及び／または付着した汚染物質が除去されるように前記イオン発生素子への電圧印加を行うクリーニング運転と、を切り換えて実行する手段を有し、
前記電圧印加回路は、前記イオン発生素子に対して、前記通常運転時には、インパルス電圧を所定時間間隔で印加し、前記クリーニング運転時には、正弦波電圧を所定時間だけ印加することを特徴とするイオン発生装置。
誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続され、前記イオン発生素子に対して電圧印加を行う電圧印加回路と、を有して成り、前記両電極間に電圧を印加することで生じる放電によって周辺の空気をイオン化するイオン発生装置において、
前記電圧印加回路は、所定量のイオンが発生するように前記イオン発生素子への電圧印加を行う通常運転と、該通常運転よりも前記イオン発生素子での放電強度及び／または放電頻度を高めて前記イオン発生素子の放電面に汚染物質の付着が低減されるように、及び／または付着した汚染物質が除去されるように前記イオン発生素子への電圧印加を行うクリーニング運転と、を切り換えて実行する手段を有し、
前記電圧印加回路は、前記イオン発生素子に対して、前記通常運転時には、第１振幅のインパルス電圧を所定時間間隔で印加し、前記クリーニング運転時には、第１振幅よりも大きい第２振幅のインパルス電圧を所定時間間隔で所定時間だけ印加することを特徴とするイオン発生装置。
誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続され、前記イオン発生素子に対して電圧印加を行う電圧印加回路と、を有して成り、前記両電極間に電圧を印加することで生じる放電によって周辺の空気をイオン化するイオン発生装置において、
前記電圧印加回路は、所定量のイオンが発生するように前記イオン発生素子への電圧印加を行う通常運転と、該通常運転よりも前記イオン発生素子での放電強度及び／または放電頻度を高めて前記イオン発生素子の放電面に汚染物質の付着が低減されるように、及び／または付着した汚染物質が除去されるように前記イオン発生素子への電圧印加を行うクリーニング運転と、を切り換えて実行する手段を有し、
前記電圧印加回路は、前記イオン発生素子に対して、前記通常運転時には、インパルス電圧を第１時間間隔で印加し、前記クリーニング運転時には、前記インパルス電圧を第１時間間隔よりも短い第２時間間隔で所定時間だけ印加することを特徴とするイオン発生装置。
前記通常運転の終了後、前記クリーニング運転を自動開始することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のイオン発生装置。
前記通常運転中、前記クリーニング運転を所定時間間隔で行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のイオン発生装置。
イオン放出量を計測するイオンセンサを有し、前記通常運転時のイオン放出量が所定値を下回ったとき、前記クリーニング運転を自動開始することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のイオン発生装置。
装置周辺の臭い成分量を計測する臭いセンサを有し、その検出量が所定値を上回ったとき、若しくは該所定値を上回った累計時間が所定時間を超えたとき、前記クリーニング運転を自動開始することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のイオン発生装置。
外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部に所定操作が為されたとき、前記クリーニング運転を開始することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のイオン発生装置。
請求項１〜請求項８のいずれかに記載のイオン発生装置を備えて成ることを特徴とする電気機器。