JP4721804B2

JP4721804B2 - 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: JP4721804B2
Application number: JP2005222550A
Authority: JP
Inventors: 弘西田; 嘉彦松原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-08-01
Also published as: JP2007042312A

Description

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）にプラスイオンとマイナスイオンを放出する空気調和機、除湿機、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、殺菌装置等を挙げることができる。

プラスイオン、マイナスイオンの両極性のイオンを放出して、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）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殺菌・不活化することが可能なイオン発生装置に関する発明が本願出願人によってすでに特許出願されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

なお、上記の発明については、本願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。
特開２００３−４７６５１号公報特開２００２−３１９４７２号公報特開２００４−３６３０８８号公報

イオン発生装置からのイオン発生量が多ければ、前記浮遊カビ菌等を殺菌・不活化する効果を高めることができる。イオン発生量を増大させるには単位時間当たりの放電回数を増加させるとよい。ただし、単位時間当たりの放電回数を増加させると放電音が大きくなる、オゾンの発生量が増大する等の問題があるため単位時間当たりの放電回数を常に増加させるのではなく、前記浮遊カビ菌等を殺菌・不活化する効果を高める必要がない場合には単位時間当たりの放電回数を少なくすることができるように、単位時間当たりの放電回数の切り替えが可能な構成が望ましい。

ところが、特許文献２、３で開示されているイオン発生装置では、昇圧トランスの１次側回路に配置されているＣＲ回路の時定数が固定されているため、単位時間当たりの放電回数が固定されており単位時間当たりの放電回数の切り替えが不可能な構成であった。

昇圧トランスの１次側回路に配置されているＣＲ回路の時定数を変更すると単位時間当たりの放電回数も変更するので、単位時間当たりの放電回数の変更が可能なイオン発生装置として、例えば、図７又は図８に示すイオン発生装置を簡単に思いつくことができる。

図７に示すイオン発生装置は、第１放電部８及び第２放電部９を備えたイオン発生素子と、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から成る。前記電圧印加回路は、交流商用電源１から出力される交流電圧を所定の電圧に変換する回路であって、入力抵抗２と、全波整流回路３と、コンデンサ４と、ダイオード５と、トランス駆動用スイッチング素子（無ゲート２端子サイリスタ：サイダック［新電元工業の製品名］）６と、昇圧トランス７と、ダイオード１０及び１１と、リレー接点ＲＹ０ｂ及びリレーコイルＲＹ０ａから成るリレーと、マイクロコンピュータ１３と、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１と、リレー接点ＲＹ１ｂ及びリレーコイルＲＹ１ａから成るリレーとを有する。

図８に示すイオン発生装置は、第１放電部８及び第２放電部９を備えたイオン発生素子と、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から成る。前記電圧印加回路は、交流商用電源１から出力される交流電圧を所定の電圧に変換する回路であって、入力抵抗２と、全波整流回路３と、コンデンサ４と、ダイオード５と、トランス駆動用スイッチング素子（無ゲート２端子サイリスタ：サイダック［新電元工業の製品名］）６と、昇圧トランス７と、ダイオード１０及び１１と、リレー接点ＲＹ０ｂ及びリレーコイルＲＹ０ａから成るリレーと、マイクロコンピュータ１３と、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１と、リレー接点ＲＹ１ｂ及びリレーコイルＲＹ１ａから成る第１のリレーと、抵抗Ｒ２と、リレー接点ＲＹ２ｂ及びリレーコイルＲＹ２ａから成る第２のリレーとを有する。

図７に示すイオン発生装置はリレー接点ＲＹ１ｂ及びリレーコイルＲＹ１ａから成るリレーのオン／オフ切り替えにより単位時間当たりの放電回数を２段階で切り替える構成である。また、図８に示すイオン発生装置はリレー接点ＲＹ１ｂ及びリレーコイルＲＹ１ａから成る第１のリレー並びにリレー接点ＲＹ２ｂ及びリレーコイルＲＹ２ａから成る第２のリレーのオン／オフ切り替え（ただし、第１のリレー及び第２のリレーの双方がオンとなる場合を除く）により単位時間当たりの放電回数を３段階で切り替える構成である。第１のリレー及び第２のリレーの双方がオンとなる場合を加えると、単位時間当たりの放電回数を４段階で切り替える構成も可能である。ＣＲ回路を構成する抵抗の抵抗値を大きくすると、単位時間当たりの放電回数は少なくなる。逆に、ＣＲ回路を構成する抵抗の抵抗値を小さくすると、単位時間当たりの放電回数は多くなる。

しかしながら、図７又は図８に示すような昇圧トランスの１次側回路に配置されるＣＲ回路の時定数をリレーのオン／オフ切り替えによって変更する構成では、単位時間当たりの放電回数の切替段数が増えれば増えるほど、部品点数が増加し低コスト化及び回路基板の省スペース化を図ることができなかった。また、昇圧トランスの１次側回路に配置されるＣＲ回路を構成する抵抗の抵抗値によって単位時間当たりの放電回数を切り替えているので、単位時間当たりの放電回数の設定を変更するにはＣＲ回路を構成する抵抗の取替えが必要であった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、単位時間当たりの放電回数の切り替えが可能で尚かつ低コスト化及び省スペース化を図ることができる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。

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、少なくとも一つの放電部と、交流電源から供給される交流電圧を変換して所定の電圧印加を前記放電部に対して行う電圧印加回路とを備えるイオン発生装置であって、前記電圧印加回路が、スイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部と、時定数が固定である充放電回路とを有し、前記充放電回路の放電毎に所定の電圧印加を前記放電部に対して行い、前記スイッチング素子がオンのときに前記充放電回路に電圧が供給され、前記スイッチング素子がオフのときに前記充放電回路に電圧が供給されない回路であって、前記制御部が、前記交流電圧のゼロクロスを検出し、前記交流電圧の位相が所定の範囲のときに前記スイッチング素子をオンにし、前記交流電圧の位相が前記所定の範囲以外のときに前記スイッチング素子をオフにするようにしている。

このような構成によると、前記所定の範囲を変更することによって、単位時間当たりの放電回数の切り替えが可能となる。また、前記制御部の制御内容をソフトウェア的に変更することで、単位時間当たりの放電回数の切り替えが可能となるので、昇圧トランスの１次側回路に配置されるＣＲ回路の時定数をリレーのオン／オフ切り替えによって変更する構成である図７又は図８に示すイオン発生装置に比べて、低コスト化及び省スペース化を図ることができる。

また、前記制御部が、前記交流電圧のゼロクロスを検出し、前記交流電圧の位相が所定の範囲のときに前記スイッチング素子をオンにし、前記交流電圧の位相が前記所定の範囲以外のときに前記スイッチング素子をオフにする第１の制御モードと、前記スイッチング素子をオン状態で保持する第２の制御モードとを切り替えるようにしてもよい。

このような構成によると、第１の制御モードと第２の制御モードとの切替によっても、単位時間当たりの放電回数の切り替えが可能となる。

また、前記第１の制御モードが前記所定の範囲が各々異なる複数の制御モード（例えば、図３に示す電圧波形が得られる制御モードと、図４に示す電圧波形が得られる制御モードの二つの制御モード）を有しており、前記制御部は、モード切り替えによって前記第１の制御モードを選択する場合、さらに前記複数の制御モードから一つのモードを選択するようにしてもよい。

このような構成によると、単位時間当たりの放電回数の切り替えを三段階以上にすることができる。

また、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送出手段（例えば送風ファンなど）とを備える構成とする。このような構成により、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中のイオン量やイオンバランスを変化させ、室内等の環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。

本発明によると、単位時間当たりの放電回数の切り替えが可能で尚かつ低コスト化及び省スペース化を図ることができるイオン発生装置及びこれを備え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装置の電気的構成例を示す図である。

図１に示すイオン発生装置は、第１放電部８及び第２放電部９を備えたイオン発生素子と、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から成る。前記電圧印加回路は、交流商用電源１から出力される交流電圧を所定の電圧に変換する回路であって、入力抵抗２と、全波整流回路３と、コンデンサ４と、ダイオード５と、トランス駆動用スイッチング素子（無ゲート２端子サイリスタ：サイダック［新電元工業の製品名］）６と、昇圧トランス７と、ダイオード１０及び１１と、リレー接点ＲＹ０ｂ及びリレーコイルＲＹ０ａから成るリレーと、電源クロック回路１２と、マイクロコンピュータ１３と、抵抗１４と、ＳＳＲ１５とを有する。昇圧トランス７の２次巻線７ｂ及び７ｃは、巻き数をはじめとする全ての特性が互いに略同等である。また、電源クロック回路１２は、交流商用電源１から出力される交流電圧を入力し、入力交流電圧の立ち上がりゼロクロスのタイミングで立ち上がり入力交流電圧の立ち下がりゼロクロスのタイミングで立ち下がる電源クロック信号Ｓ０を生成し、その電源クロック信号Ｓ０をマイクロコンピュータ１３に供給する。マイクロコンピュータ１３は、信号Ｓ１を、固定的にＨｉｇｈレベルにする或いは電源クロック信号Ｓ０の立ち上がりエッジに同期した信号にする。

まず、ＳＳＲ１５を固定的にオンする場合における昇圧トランス７の１次側回路の動作について図１及び図２を参照して説明する。図２は、交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０ＨｚであってＳＳＲ１５を固定的にオンにする場合における図１に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。

ＳＳＲ１５を固定的にオンする場合、マイクロコンピュータ１３は、抵抗１４を介してＳＳＲ１５の一次側１５ａに供給する信号Ｓ１をＨｉｇｈレベルに固定する。

交流商用電源１から出力される交流電圧により、入力抵抗２、全波整流回路３、昇圧トランス７の１次巻線７ａ、ＳＳＲ１５の二次側１５ｂを介してコンデンサ４が充電される。そして、トランス駆動用スイッチング素子６の両端電圧Ｖ２が規定電圧Ｖ_b0に達するとトランス駆動用スイッチング素子６がオンして、昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れる。昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れることで、コンデンサ４に充電されたエネルギーは放電され、コンデンサ４の両端電圧はゼロに戻り、トランス駆動用のスイッチング素子６がオフして再びコンデンサ４に充電がされ、規定周期で充放電を繰り返す。

本実施形態では、上記規定電圧Ｖ_b0を８２．５［Ｖ］とし、ＳＳＲ１５が固定的にオンである場合にコンデンサ４の充放電が１秒間に６００回繰り返されるように、入力抵抗２の抵抗値とコンデンサ４の容量値が設定されている。すなわち、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の周波数が６０Ｈｚである場合は、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の１周期にコンデンサ４の充放電が１０回繰り返されるように、入力抵抗２の抵抗値とコンデンサ４の容量値が設定され、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の周波数が５０Ｈｚである場合は、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の１周期にコンデンサ４の充放電が１２回繰り返されるように、入力抵抗２の抵抗値とコンデンサ４の容量値が設定される。

次に、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の周波数が６０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間に６０回繰り返す場合における昇圧トランス７の１次側回路の動作例について図１及び図３を参照して説明する。図３は、交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間に６０回繰り返す場合における図１に示すイオン発生装置の各部電圧波形の一例を示す図である。

交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間に６０回繰り返す場合、マイクロコンピュータ１３は、抵抗１４を介してＳＳＲ１５の一次側１５ａに供給する信号Ｓ１を、電源クロック信号Ｓ０が立ち上がってからＴ１秒経過後にパルス幅Ｗ１のパルスが立ち上がる信号とする。

電源クロック信号Ｓ０が立ち上がってからＴ１秒経過後に信号Ｓ１が立ち上がり、ＳＳＲ１５がオンになる。ＳＳＲ１５がオンになると、交流商用電源１から出力される交流電圧により、入力抵抗２、全波整流回路３、昇圧トランス７の１次巻線７ａ、ＳＳＲ１５の二次側１５ｂを介してコンデンサ４が充電される。そして、トランス駆動用スイッチング素子６の両端電圧Ｖ２が規定電圧Ｖ_b0に達するとトランス駆動用スイッチング素子６がオンして、昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れる。その後、信号Ｓ１が立ち下がると、ＳＳＲ１５がオフになる。

このような動作により、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の１周期にコンデンサ４の充放電が１回行われるので、コンデンサ４の充放電は１秒間に６０回繰り返される。

次に、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の周波数が６０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間に２４０回繰り返す場合における昇圧トランス７の１次側回路の動作例について図１及び図４を参照して説明する。図４は、交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間に２４０回繰り返す場合における図１に示すイオン発生装置の各部電圧波形の一例を示す図である。

交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間に２４０回繰り返す場合、マイクロコンピュータ１３は、抵抗１４を介してＳＳＲ１５の一次側１５ａに供給する信号Ｓ１を、電源クロック信号Ｓ０が立ち上がってからＴ２秒経過後及びＴ３秒経過後にパルス幅Ｗ２のパルスが立ち上がる信号とする。

電源クロック信号Ｓ０が立ち上がってからＴ２秒経過後に信号Ｓ１が立ち上がり、ＳＳＲ１５がオンになる。ＳＳＲ１５がオンになると、交流商用電源１から出力される交流電圧により、入力抵抗２、全波整流回路３、昇圧トランス７の１次巻線７ａ、ＳＳＲ１５の二次側１５ｂを介してコンデンサ４が充電される。そして、トランス駆動用スイッチング素子６の両端電圧Ｖ２が規定電圧Ｖ_b0に達するとトランス駆動用スイッチング素子６がオンして、昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れる。昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れることで、コンデンサ４に充電されたエネルギーは放電され、コンデンサ４の両端電圧はゼロに戻り、トランス駆動用のスイッチング素子６がオフして再びコンデンサ４に充電がされ、トランス駆動用スイッチング素子６の両端電圧Ｖ２が規定電圧Ｖ_b0に達するとコンデンサ４が再び放電される。このコンデンサ４の再放電とほぼ同時に信号Ｓ１が立ち下がり、ＳＳＲ１５がオフになる。

その後、電源クロック信号Ｓ０が立ち上がってからＴ３秒経過後に信号Ｓ１が再び立ち上がり、ＳＳＲ１５がオンになる。ＳＳＲ１５がオンになると、交流商用電源１から出力される交流電圧により、入力抵抗２、全波整流回路３、昇圧トランス７の１次巻線７ａ、ＳＳＲ１５の二次側１５ｂを介してコンデンサ４が充電される。そして、トランス駆動用スイッチング素子６の両端電圧Ｖ２が規定電圧Ｖ_b0に達するとトランス駆動用スイッチング素子６がオンして、昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れる。昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れることで、コンデンサ４に充電されたエネルギーは放電され、コンデンサ４の両端電圧はゼロに戻り、トランス駆動用のスイッチング素子６がオフして再びコンデンサ４に充電がされ、トランス駆動用スイッチング素子６の両端電圧Ｖ２が規定電圧Ｖ_b0に達するとコンデンサ４が再び放電される。このコンデンサ４の再放電とほぼ同時に信号Ｓ１が立ち下がり、ＳＳＲ１５がオフになる。

このような動作により、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の１周期にコンデンサ４の充放電が４回行われるので、コンデンサ４の充放電は１秒間に２４０回繰り返される。

次に、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の周波数が５０Ｈｚであって、コンデンサ４の充放電を１秒間に６０回繰り返す場合における昇圧トランス７の１次側回路の動作について図１及び図５を参照して説明する。図５は、交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が５０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間当たり５８．３回繰り返す場合における図１に示すイオン発生装置の各部電圧波形の一例を示す図である。

交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が５０Ｈｚであってコンデンサ４の充放電を１秒間当たり５８．３回繰り返す場合、マイクロコンピュータ１３は、抵抗１４を介してＳＳＲ１５の一次側１５ａに供給する信号Ｓ１を、電源クロック信号Ｓ０が立ち上がってからＴ４秒経過後にパルス幅Ｗ３のパルスが立ち上がる信号とする。

電源クロック信号Ｓ０が立ち上がってからＴ４秒経過後に信号Ｓ１が立ち上がり、ＳＳＲ１５がオンになる。ＳＳＲ１５がオンになると、交流商用電源１から出力される交流電圧により、入力抵抗２、全波整流回路３、昇圧トランス７の１次巻線７ａ、ＳＳＲ１５の二次側１５ｂを介してコンデンサ４が充電される。そして、トランス駆動用スイッチング素子６の両端電圧Ｖ２が規定電圧Ｖ_b0に達するとトランス駆動用スイッチング素子６がオンして、昇圧トランス７の１次巻線７ａに電流が流れる。その後、信号Ｓ１が立ち下がると、ＳＳＲ１５がオフになる。

このような動作により、交流商用電源１から出力される交流電圧Ｖ０の５０周期当たりコンデンサ４の充放電が５８．３回行われるので、コンデンサ４の充放電は１秒間当たり５８．３回繰り返される。

上記説明から明らかな通り、図１に示すイオン発生装置は、マイクロコンピュータ１３から出力される信号Ｓ１の波形を変更するだけで、単位時間当たりのコンデンサ４の充放電回数ひいては後述する第１放電部８及び第２放電部９での単位時間当たりの放電回数を変更することができる。このように、図１に示すイオン発生装置はソフトウェア的に単位時間当たりの放電回数を変更することができるので、部品点数を増加させずに単位時間当たりの放電回数の切替段数を増やすことや入力抵抗２を取り替えずに単位時間当たりの放電回数の設定を変更することができる。

また、電源クロック回路１２、抵抗１４、及びＳＳＲ１５は、図７又は図８に示すイオン発生装置が具備するダイオードＤ１、リレー、及び抵抗に比べて、小型かつ低コストであるため、図１に示すイオン発生装置は、図７又は図８に示すイオン発生装置と比べて、低コスト化及び回路基板の省スペース化を図ることができる。なお、この効果は、単位時間当たりの放電回数の切替段数が増えれば増えるほど顕著になる。

また、第１放電部８及び第２放電部９での単位時間当たりの放電回数を例えば交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚの場合において６０回／秒とＣＲ回路の定数を設定した場合、従来のイオン発生装置では交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が５０Ｈｚのときの第１放電部８及び第２放電部９での単位時間当たりの放電回数はなれあいで例えば５７回／秒のようになり、目標値は交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が５０Ｈｚのときも６０回／秒であってもその目標値に近づけることは難しかった。これに対して、図１に示すイオン発生装置では、交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚのときと交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が５０Ｈｚのときとで個別に信号Ｓ１の設定を行うことにより（図３及び図５を参照）、交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚ、５０Ｈｚいずれの場合でも、第１放電部８及び第２放電部９での単位時間当たりの放電回数を目標値に一致或いは近づけることができる。

続いて昇圧トランス７の２次側回路について説明する。昇圧トランス７の２次巻線７ｂが第１放電部８の第１の放電電極８ａ、第１の誘導電極８ｂに接続され、昇圧トランス７の２次巻線７ｃが第２放電部９の第２の放電電極９ａ、第２の誘導電極９ｂに接続されている。

１次側回路のトランス駆動用スイッチング素子６がオンすることにより、１次側のエネルギーが昇圧トランス７の２次巻線７ｂ及び７ｃに伝達され、昇圧トランス７の２次巻線７ｂ及び７ｃの両端にそれぞれインパルス状の交番電圧が発生する。

日本国内では交流商用電源の片方が接地されているため、接地端子がない電気機器などは交流商用電源１の片側につなげば同じ機能を得ることができる。なお、イオン発生装置の電源プラグがコンセントに逆に挿入されても、１００Ｖが重畳されるだけであり、接地されるのは同じである。

第１の放電電極８ａには、昇圧トランス７の２次巻線７ｂだけでなく、ダイオード１０のカソードが接続されている。また、第２の放電電極９ａには、昇圧トランス７の２次巻線９ｃだけでなく、ダイオード１１のアノードが接続されている。

まず、マイクロコンピュータ１３の制御によりリレー接点ＲＹ０ｂがオンである場合について説明する。第１放電部８の第１の放電電極８ａにはダイオード１０のカソードが接続されるので、接地端子、場合によっては交流商用電源１の片側を基準にみた第１の放電電極８ａ、第１の誘導電極８ｂの電圧は２次巻線７ｂに発生するインパルス状の交番電圧を正にバイアスしたものとなり、接地端子、場合によっては交流商用電源１の片側を基準にみた第１の放電電極８ａ、第１の誘導電極８ｂの電位は共にプラスであり、第１放電部８から発生したマイナスイオンは第１の放電電極８ａ上で中和し、プラスイオンは反発し放出される。一方、第２放電部９の第２の放電電極９ａにはダイオード１１のアノードが接続されるので、接地端子、場合によっては交流商用電源１の片側を基準にみた第２の放電電極９ａ、第２の誘導電極９ｂの電圧は２次巻線７ｃに発生するインパルス状の交番電圧を負にバイアスしたものとなり、接地端子、場合によっては交流商用電源１の片側を基準にみた第２の放電電極９ａ、第２の誘導電極９ｂの電位は共にマイナスであり、第２放電部９から発生したプラスイオンは第２の放電電極９ａ上で中和し、マイナスイオンは反発し放出される。

また、第１の放電電極８ａと第２の放電電極９ａは同一形状であり、第１の誘導電極８ｂと第２の誘導電極９ｂは同一形状である。さらに、第１の放電電極８ａと第１の誘導電極９ｂとの間の絶縁抵抗と、第２の放電電極８ａと第２の誘導電極９ｂとの間の絶縁抵抗とが略同一である。このような構成により、リレー接点ＲＹ０ｂがオンである場合には第１放電部８から放出されるプラスイオンと第２放電部９から放出されるマイナスイオンが略同量になる。

ここで、第１放電部８から発生するプラスイオンはＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mであり、第２放電部９から発生するマイナスイオンはＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは任意の自然数）である。

このように、第１放電部８から放出されるイオンはプラスイオンとなり、第２放電部９から放出されるイオンはマイナスイオンとなる。即ち、プラス、マイナス両方のイオンが個別に放出される。そして、空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nの両方を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）の作用により浮遊カビ菌等を殺菌・不活化することが可能となる。

上記記載について詳細に述べる。第１放電部８、第２放電部９を構成する電極間に交流電圧を印加することにより、空気中の酸素分子ないしは水分子が放電によって生成された電子からエネルギーを受けてイオン化し、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）とＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）のイオンを生成し、これらをファン等により空間に放出させる。これらＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nは、浮遊菌の表面に付着し、化学反応して活性種であるＨ₂Ｏ₂または（・ＯＨ）を生成する。Ｈ₂Ｏ₂または（・ＯＨ）は、極めて強力な活性を示すため、これらにより、空気中の浮遊細菌を取り囲んで殺菌・不活化することができる。ここで、（・ＯＨ）は活性種の一種であり、ラジカルのＯＨを示している。

活性種である過酸化水素Ｈ₂Ｏ₂または水酸基ラジカル（・ＯＨ）は、有害物質を酸化若しくは分解して、ホルムアルデヒドやアンモニアなどの化学物質を、二酸化炭素や、水、窒素などの無害な物質に変換することにより、実質的に無害化することが可能である。

したがって、図１に示すイオン発生装置と送風ファンを電気機器に搭載し、前記送風ファンを駆動することにより、図１に示すイオン発生装置によって発生させたプラスイオンとマイナスイオンを本体外に送り出すことができる。そして、これらのプラスイオンと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ができるとともに、有害物質を実質的に無害化することができる。

その他、プラスイオンとマイナスイオンには、コクサッキーウィルス、ポリオウィルス、などのウィルス類も不活化する働きがあり、これらウィルスの混入による汚染が防止できる。また、プラスイオンとマイナスイオンには、臭いの元となる分子を分解する働きがあることも確かめられており、空間の脱臭にも利用できる。

図１に示すイオン発生装置は、上述したように１秒間当たりのコンデンサ４の充放電回数を例えば６００回／秒、６０回／秒、２４０回／秒等に変化させることができるので、第１放電部８及び第２放電部９での１秒間当たりの放電回数を例えば６００回／秒、６０回／秒、２４０回／秒等に変化させることができる。第１放電部８及び第２放電部９での１秒間当たりの放電回数を増やして第１放電部８及び第２放電部９でのイオン発生量を増加させることで、上述した浮遊カビ菌等の殺菌・不活化、ウィルス類の不活化、空間の脱臭等の効果を高めることができる。

続いて、マイクロコンピュータ１３の制御によりリレー接点ＲＹ０ｂがオフである場合について説明する。この場合、第１放電部８の第１の放電電極８ａにバイアスがかからないため、昇圧トランス７の２次巻線７ｂの両端に発生するインパルス状の交番電圧がそのまま第１放電部８に印加されるので、第１放電部８から発生したプラスイオンとマイナスイオンの大半が中和などにより消滅する。したがって、第１放電部８からは少量のプラスイオンとマイナスイオンが放出される。また、本実施形態では、リレー接点ＲＹ０ｂをオフ制御する場合、信号Ｓ１を固定的にオンしない状態にしてコンデンサ４の１秒間当たりの充放電回数を６０回（交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が６０Ｈｚの場合）又は５８．３回（交流商用電源１から出力される交流電圧の周波数が５０Ｈｚの場合）にしている。

また、第２放電部９の第２の放電電極９ａにアノードが接続されているダイオード１１のカソードが交流商用電源１の片側に電気的に接続されるので、接地端子、場合によっては交流商用電源１の片側を基準にみた第２の放電電極９ａ、第２の誘導電極９ｂの電圧は２次巻線７ｃに発生するインパルス状の交番電圧を負にバイアスしたものとなり、接地端子、場合によっては交流商用電源１の片側を基準にみた第２の放電電極９ａ、第２の誘導電極９ｂの電位は共にマイナスであり、第２放電部９から発生したプラスイオンは第２の放電電極９ａ上で中和し、マイナスイオンは反発し放出される。

上記説明から明らかなように、マイクロコンピュータ１３の制御によりリレー接点ＲＹ０ｂがオフである場合は、第１放電部８から放出される少量のプラスイオン及びマイナスイオンと第２放電部９から放出される多量のマイナスイオンとで全体としては少量のプラスイオンと多量のマイナスイオンでマイナスイオンリッチの状態となる。

したがって、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ことができる。

次に、図１に示すイオン発生装置が具備するイオン発生素子の構成について説明する。図１に示すイオン発生装置が具備するイオン発生素子の上面図を図６（ａ）に示し、放電電極についてはＡ−Ａ線で切断し誘導電極についてはＢ−Ｂ線で切断した模式断面図を図６（ｂ）に示す。イオン発生素子は、誘電体１６（上部誘電体１６ａと下部誘電体１６ｂ）と、第１放電部８（第１の放電電極８ａ、第１の誘導電極８ｂ、放電電極接点８ｃ、誘導電極接点８ｄ、接続端子８ｅ及び８ｆ、並びに接続経路８ｇ及び８ｈ）と、第２放電部９（第２の放電電極９ａ、第２の誘導電極９ｂ、放電電極接点９ｃ、誘導電極接点９ｄ、接続端子９ｅ及び９ｆ、並びに接続経路９ｇ及び９ｈ）と、コーティング層１７とを有して成る。

誘電体１６は、略直方体状の上部誘電体１６ａと下部誘電体１６ｂを貼り合わせて成る（例えば縦１５［ｍｍ］×横３７［ｍｍ］×厚み０．４５［ｍｍ］）。誘電体１６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１６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１６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、第１の放電電極８ａと第１の誘導電極８ｂとの間の絶縁抵抗及び第２の放電電極９ａと第２の誘導電極９ｂ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１６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１６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。

第１の放電電極８ａ及び第２の放電電極９ａは、上部誘電体１６ａの表面に該上部誘電体１６ａと一体的に形成されている。第１の放電電極８ａ及び第２の放電電極９ａ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、第１の誘導電極８ｂは、上部誘電体１６ａを挟んで、第１の放電電極８ａと平行に設けられ、第２の誘導電極９ｂは、上部誘電体１６ａを挟んで、第２の放電電極９ａ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、第１の放電電極８ａと第１の誘導電極８ｂの距離（以下、第１の電極間距離と呼ぶ）及び第２の放電電極９ａと第２の誘導電極９ｂの距離（以下、第２の電極間距離と呼ぶ）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、プラスイオン及び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１６を円柱状とした場合には、第１の放電電極８ａ及び第２の放電電極９ａを円柱の外周表面に設けるとともに、第１の誘導電極８ｂ及び第２の誘導電極９ｂを軸状に設けることによって、前記第１の電極間距離及び前記第２の電極間距離を一定とすることができる。第１の誘導電極８ｂ及び第２の誘導電極９ｂの材料としては、第１の放電電極８ａ及び第２の放電電極９ｂ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８ｃは、第１の放電電極８ａと同一形成面（すなわち上部誘電体１６ａの表面）に設けられた接続端子８ｅ、及び接続経路８ｇを介して、第１の放電電極８ａと電気的に導通されている。従って、放電電極接点８ｃ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昇圧トランス７の２次巻線７ｂ及びダイオード１０のカソードに接続すれば、第１の放電電極８ａと昇圧トランス７の２次巻線７ｂ及びダイオード１０とを電気的に導通させることができる。

放電電極接点９ｃは、第２の放電電極９ａと同一形成面（すなわち上部誘電体１６ａの表面）に設けられた接続端子９ｅ、及び接続経路９ｇを介して、第２の放電電極９ａと電気的に導通されている。従って、放電電極接点９ｃ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昇圧トランス７の２次巻線７ｃ及びダイオード１１のアノードに接続すれば、第２の放電電極９ａと昇圧トランス７の２次巻線７ｃ及びダイオード１１とを電気的に導通させることができる。

誘導電極接点８ｄは、第１の誘導電極８ｂと同一形成面（すなわち下部誘電体１６ｂの表面）に設けられた接続端子８ｆ、及び接続経路８ｈを介して、第１の誘導電極８ｂと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点８ｄ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昇圧トランス７の２次巻線７ｂに接続すれば、第１の誘電電極８ｂと昇圧トランス７の２次巻線７ｂとを電気的に導通させることができる。

誘導電極接点９ｄは、第２の誘導電極９ｂと同一形成面（すなわち下部誘電体１６ｂの表面）に設けられた接続端子９ｆ、及び接続経路９ｈを介して、第２の誘導電極９ｂと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点９ｄ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昇圧トランス７の２次巻線７ｃに接続すれば、第２の誘電電極９ｂと昇圧トランス７の２次巻線７ｃとを電気的に導通させることができる。

さらに、放電電極接点８ｃ及び９ｃと誘導電極接点８ｄ及び９ｄは、誘電体１６の表面であって第１の放電電極８ａ及び第２の放電電極９ａが設けられた面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１６の上面に不要なリード線などが配設されないので、図１に示すイオン発生装置とその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風ファンを搭載した電気機器において、前記送風ファン（不図示）からの空気流が乱れにくくなり、プラスイオンとマイナスイオンの中和を低減することができる。以上のことを考慮して、図６に示すイオン発生素子では、放電電極接点８ｃ及び９ｃと誘導電極接点８ｄ及び９ｄが、誘電体１６の上面に相対する面に設けられている。

なお、図６に示すイオン発生素子において、第１の放電電極８ａ及び第２の放電電極９ａ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。

上述した本発明に係るイオン発生装置は、空気調和機、除湿機、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。

また、上記の実施形態ではプラスイオンとマイナスイオンを個別に発生させることによって、両極性のイオン各々を独立して室内に放出する方式のイオン発生装置について説明したが、単一の放電部でプラスイオンとマイナスイオンを所定周期で交互に発生させる方式のイオン発生装置であってもよい。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各部の構成等を適宜に変更して実施することも可能である。例えば、上記の実施形態では全波整流回路を用いたが、半波整流回路を用いても構わない。また、上記の実施形態ではマイクロコンピュータ１３から出力される信号Ｓ１は、固定的にＨｉｇｈレベルの信号或いは電源クロック信号Ｓ０の立ち上がりエッジに同期した信号であったが、固定的にＨｉｇｈレベルの信号或いは電源クロック信号Ｓ０の立ち下がりエッジに同期した信号であっても構わない。また、上記の実施形態では、リレー接点ＲＹ０ｂをオフ制御する場合は信号Ｓ１を固定的にオンしない状態にしているが、リレー接点ＲＹ０ｂをオン制御するときと同様に信号Ｓ１を固定的にオンする状態と信号Ｓ１を固定的にオンしない状態とを切り替えるようにしてもよい。

は、本発明に係るイオン発生装置の電気的構成例を示す図である。は、図１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１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１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１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１に示すイオン発生装置が具備するイオン発生素子の構成を示す図である。は、イオン発生量を２段階に切り替えることができるイオン発生装置の電気的構成例を示す図である。は、イオン発生量を３段階に切り替えることができるイオン発生装置の電気的構成例を示す図である。

符号の説明

１交流商用電源
２入力抵抗
３全波整流回路
４コンデンサ
５、１０、１１ダイオード
６トランス駆動用スイッチング素子
７昇圧トランス
８第１放電部
９第２放電部
８ａ第１の放電電極
８ｂ第１の誘電電極
９ａ第２の放電電極
９ｂ第２の誘電電極
１２電源クロック回路
１３マイクロコンピュータ
１４抵抗
１５ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）
１６誘電体
１７コーティング層
ＲＹ０ａリレーコイル
ＲＹ０ｂリレー接点

Claims

少なくとも一つの放電部と、
交流電源から供給される交流電圧を変換して所定の電圧印加を前記放電部に対して行う電圧印加回路と
を備えるイオン発生装置であって、
前記電圧印加回路が、ＳＳＲと、前記ＳＳＲを制御する制御部と、時定数が固定である充放電回路とを有し、前記充放電回路の放電毎に所定の電圧印加を前記放電部に対して行い、前記ＳＳＲがオンのときに前記充放電回路に電圧が供給され、前記ＳＳＲがオフのときに前記充放電回路に電圧が供給されない回路であって、
前記制御部が、前記交流電圧のゼロクロスを検出し、前記ＳＳＲを制御する信号を出力し、前記交流電圧の位相が所定の範囲のときに前記ＳＳＲをオンにし、前記交流電圧の位相が前記所定の範囲以外のときに前記ＳＳＲをオフにし、前記信号の波形を変更することにより前記ＳＳＲのオン・オフの動作を変更することを特徴とするイオン発生装置。
前記制御部が、前記交流電圧のゼロクロスを検出し、前記交流電圧の位相が所定の範囲のときに前記ＳＳＲをオンにし、前記交流電圧の位相が前記所定の範囲以外のときに前記ＳＳＲをオフにする第１の制御モードと、前記ＳＳＲをオン状態で保持する第２の制御モードとを切り替える請求項１に記載のイオン発生装置。
前記第１の制御モードが前記所定の範囲が各々異なる複数の制御モードを有しており、
前記制御部は、モード切り替えによって前記第１の制御モードを選択する場合、さらに前記複数の制御モードから一つのモードを選択する請求項２に記載のイオン発生装置。
請求項１〜請求項３のいずれか一つ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送出手段とを備えることを特徴とする電気機器。