JP5192063B2 - イオン発生装置およびそれを用いた電気機器 - Google Patents

Description

この発明はイオン発生装置およびそれを用いた電気機器に関し、特に、誘導電極と針電極を備え、イオンを発生するイオン発生装置と、それを用いた電気機器に関する。

従来より、イオン発生装置は、基板と誘導電極と針電極とを備える。誘導電極は、環状に形成され、基板の表面に搭載される。針電極の基端部は基板に設けられ、その先端部は誘導電極の中央部に配置される。針電極と誘導電極の間に高電圧を印加すると、針電極の先端部でコロナ放電が発生し、イオンが発生する。発生したイオンは、送風機によって室内に送出され、空気中に浮遊するカビ菌やウィルスを取り囲み、それらを分解する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−０４４９１７号公報

しかし、従来のイオン発生装置では、針電極と誘導電極を１枚の基板の表面に搭載していたので、基板の表面に塵埃が堆積した状態で高湿度環境下に置かれると、吸湿した塵埃を介して針電極と誘導電極の間に電流がリークし、イオン発生量が低下する恐れがあった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、高湿度環境下でも安定にイオンを発生することが可能なイオン発生装置と、それを用いた電気機器を提供することである。

この発明に係るイオン発生装置は、誘導電極と針電極を備え、イオンを発生するイオン発生装置において、孔が開けられた第１の基板と、第１の基板の一方側の表面に対向して設けられた第２の基板と、第１の基板の他方側の表面を覆うように設けられ、孔に対応する位置に筒状のボスが形成された蓋部材とを備えたものである。誘導電極は、第１の基板の孔の周りに設けられる。針電極の基端部は第２の基板に設けられ、その先端部は孔に挿入されている。ボスは孔に挿入され、針電極はボスに挿入されている。したがって、誘導電極と針電極をそれぞれ第１および第２の基板に別々に設けたので、第１および第２の基板上に塵埃が堆積した状態で高湿度環境下に置かれた場合でも、針電極と誘導電極の間に電流がリークするのを防止することができ、イオンを安定に発生することができる。

また、第１および第２の基板を蓋部材で覆うので、第１および第２の基板上に塵埃が堆積するのを防止することができる。また、ボスを介して塵埃が侵入した場合であっても、その塵埃は第２の基板上に堆積しても、第１の基板上までは堆積し難い。さらに、ボスを設けたので、針電極と誘導電極の間の空間距離を長くすることができる。したがって、針電極と誘導電極の間に電流がリークするのをより効果的に防止することができる。

また好ましくは、針電極の先端部は、ボスを貫通して蓋部材から突出している。この場合は、塵埃がボスの開口部付近に溜まった場合でも、針電極の先端部が塵埃に埋もれて針電極の放電が妨げられるのを防止することができる。また、針電極の先端部に塵埃が付着した場合であっても、針電極の先端部に送風しながら針電極に高電圧を印加することにより、針電極から塵埃を弾き飛ばすことができる。

また好ましくは、誘導電極は、第１の基板の孔の周りに環状に形成されている。
また好ましくは、第１の基板はプリント基板であり、誘導電極はプリント基板の配線層によって形成されている。この場合は、誘導電極を低コストで形成することができ、イオン発生装置の低コスト化を図ることができる。

また、この発明に係る電気機器は、上記イオン発生装置と、イオン発生装置で発生したイオンを送出するための送風部とを備えたものである。

この発明に係るイオン発生装置では、誘導電極と針電極をそれぞれ第１および第２の基板に別々に設けたので、第１および第２の基板上に塵埃が堆積した状態で高湿度環境下に置かれた場合でも、針電極と誘導電極の間に電流がリークするのを防止することができ、イオンを安定に発生することができる。

この発明の一実施の形態によるイオン発生装置の構成を示す断面図である。 図１に示したイオン発生装置の斜視図である。 図２に示したイオン発生装置から蓋部材を外した状態を示す斜視図である。 図１に示したイオン発生装置の構成を示す回路図である。 図１に示したイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を示す断面図である。 実施の形態の比較例を示す断面図である。

本発明の一実施の形態によるイオン発生装置は、図１〜図３に示すように、正イオンを発生するための針電極１と、負イオンを発生するための針電極２と、針電極１との間に電界を形成するための環状の誘導電極３と、針電極２との間に電界を形成するための環状の誘導電極４と、２枚の長方形状のプリント基板５，６とを備える。

プリント基板５，６は、所定の間隔を開けて図１中の上下に平行に配置されている。誘導電極３は、プリント基板５の長手方向の一方端部の表面に、プリント基板１の配線層を用いて形成されている。誘導電極３の内側には、プリント基板１を貫通する孔５ａが開口されている。また、誘導電極４は、プリント基板５の長手方向の他方端部の表面に、プリント基板１の配線層を用いて形成されている。誘導電極４の内側には、プリント基板１を貫通する孔５ｂが開口されている。

針電極１，２の各々は、プリント基板５，６に対して垂直に設けられている。すなわち、針電極１の基端部はプリント基板６の孔に挿嵌されており、その先端部はプリント基板５の孔５ａの中心を貫通している。また、針電極２の基端部はプリント基板６の孔に挿嵌されており、その先端部はプリント基板５の孔５ｂの中心を貫通している。針電極１，２の各々の基端部は、半田によってプリント基板６に固定されている。針電極１，２の各々の先端部は、鋭く尖っている。

また、このイオン発生装置は、プリント基板５，６よりも若干大きな長方形の開口部を有する直方体状の筐体１０と、筐体１０の開口部を閉じる蓋部材１１と、回路基板１２と、回路部品１３と、トランス１４とを備える。

筐体１０は、絶縁性の樹脂で形成されている。筐体１０の下部は上部よりも若干小さく形成されており、筐体１０の内壁において筐体１０の上部と下部の境界には段差が形成されている。また、筐体１０の下部は、仕切り板１０ａによって長手方向に２分割されている。トランス１４は、仕切り板１０ａの一方側の底に収容されている。回路基板１２は、仕切り板１０ａの他方側の空間を閉じるように、仕切り板１０ａと段差の上に設けられている。回路部品１３は、回路基板１２の下面に搭載され、仕切り板１０ａの他方側の空間に収容されている。

プリント基板５，６は、筐体１０の上部に収容されている。回路基板１２とトランス１４とプリント基板５，６とが配線によって電気的に接続されている。筐体１０内の高電圧部には、絶縁用の樹脂１５が充填されている。樹脂１５は、プリント基板６の下面まで充填されている。なお、本実施の形態では、トランス１４の１次側に接続されている回路部品１３は樹脂１５によって絶縁する必要がないので、仕切り板１０ａの他方側の空間には樹脂１５を充填していない。

蓋部材１１は、絶縁性の樹脂で形成されている。筐体１０の内壁の上端部には溝が形成されており、蓋部材１１の長手方向の両端には筐体１０の溝に挿入される係止部が突設されている。また、蓋部材１１の下面には、孔５ａおよび針電極１に対応する位置に円筒状のボス１１ａが形成されている。また、蓋部材１１の下面には、孔５ｂおよび針電極２に対応する位置に円筒状のボス１１ｂが形成されている。

ボス１１ａ，１１ｂの内径は、それぞれ針電極１，２の外径よりも大きい。また、ボス１１ａ，１１ｂの外径は、それぞれプリント基板５の孔５ａ，５ｂの内径よりも小さい。ボス１１ａ，１１ｂは、それぞれプリント基板５の孔５ａ，５ｂを貫通している。ボス１１ａ，１１ｂの先端面（下端面）とプリント基板６の表面との間には、わずかな隙間が形成される。針電極１，２はそれぞれボス１１ａ，１１ｂを貫通しており、針電極１，２の先端部は蓋部材１１の上に１０ｍｍ程度突出している。

図４は、イオン発生装置の構成を示す回路図である。図４において、イオン発生装置は、針電極１，２および誘導電極３，４の他に、電源端子Ｔ１、接地端子Ｔ２、ダイオード２０，２４，２８，３２，３３、抵抗素子２１〜２３，２５、ＮＰＮバイポーラトランジスタ２６、昇圧トランス２７，３１、コンデンサ２９、および２端子サイリスタ３０を備える。図４の回路のうちの針電極１，２および誘導電極３，４以外の部分は、図１では回路基板１２、回路部品１３、およびトランス１４などで構成されている。

電源端子Ｔ１および接地端子Ｔ２には、それぞれ直流電源の正極および負極が接続される。電源端子Ｔ１には直流電源電圧（たとえば＋１２Ｖまたは＋１５Ｖ）が印加され、接地端子Ｔ２は接地される。ダイオード２０および抵抗素子２１〜２３は、電源端子Ｔ１とトランジスタ２６のベースとの間に直列接続される。トランジスタ２６のエミッタは接地端子Ｔ２に接続される。ダイオード２４は、接地端子Ｔ２とトランジスタ２６のベースとの間に接続される。

ダイオード２０は、直流電源の正極および負極が端子Ｔ１，Ｔ２に逆に接続された場合に電流を遮断して直流電源を保護するための素子である。抵抗素子２１，２２は、昇圧動作を制限するための素子である。抵抗素子２３は、起動抵抗素子である。ダイオード２４は、トランジスタ２６の逆耐圧保護素子として動作する。

昇圧トランス２７は、１次巻線２７ａ、ベース巻線２７ｂ、および２次巻線２７ｃを含む。１次巻線２７ａの一方端子は抵抗素子２２，２３間のノードＮ２２に接続され、その他方端子はトランジスタ２６のコレクタに接続される。ベース巻線２７ｂの一方端子は抵抗素子２５を介してトランジスタ２６のベースに接続され、その他方端子は接地端子Ｔ２に接続される。２次巻線２７ｃの一方端子はトランジスタ２６のベースに接続され、その他方端子はダイオード２８およびコンデンサ２９を介して接地端子Ｔ２に接続される。

昇圧トランス３１は、１次巻線３１ａおよび２次巻線３１ｂを含む。２端子サイリスタ３０は、ダイオード２８のカソードと１次巻線３１ａの一方端子との間に接続される。１次巻線３１ａの他方端子は接地端子Ｔ２に接続される。２次巻線３１ｂの一方端子は誘導電極３，４に接続され、その他方端子はダイオード３２のアノードおよびダイオード３３のカソードに接続される。ダイオード３２のカソードは針電極１の基端部に接続され、ダイオード３３のアノードは針電極２の基端部に接続される。

抵抗素子２５は、ベース電流を制限するための素子である。２端子サイリスタ３０は、端子間電圧がブレークオーバー電圧に到達すると導通状態になり、電流が最小保持電流以下になると非導通になる素子である。

次に、このイオン発生装置の動作について説明する。コンデンサ２９は、ＲＣＣ方式スイッチング電源動作により充電される。すなわち、電源端子Ｔ１および接地端子Ｔ２間に直流電源電圧が印加されると、電源端子Ｔ１からダイオード２０および抵抗素子２１〜２３を介してトランジスタ２６のベースに電流が流れてトランジスタ２６が導通状態となる。これにより、昇圧トランス２７の１次巻線２７ａに電流が流れ、ベース巻線２７ｂの端子間に電圧が発生する。

ベース巻線２７ｂの巻線方向は、トランジスタ２６が導通状態になるとトランジスタ２６をベース電圧をさらに上昇させるように設定されている。このため、ベース巻線２７ｂの端子間に発生した電圧は正帰還状態でトランジスタ２６の導通抵抗値を低下させる。このとき、ダイオード２８によって通電が阻止されるように、２次巻線２７ｃの巻線方向が設定されており、２次巻線２７ｃには電流が流れない。

このようにして１次巻線２７ａおよびトランジスタ２６に流れる電流が増加し続けることにより、トランジスタ２６のコレクタ電圧は飽和領域から外れて上昇する。これにより、１次巻線２７ａの端子間電圧が低下してベース巻線２７ｂの端子間電圧も低下し、トランジスタ２６のコレクタ電圧はさらに上昇する。このため、正帰還状態で動作して急速にトランジスタ２６が非導通状態になる。このとき、２次巻線２７ｃはダイオード２８の導通方向に電圧を発生する。これにより、コンデンサ２９が充電される。

コンデンサ２９の端子間電圧が上昇して２端子サイリスタ３０のブレークオーバー電圧に到達すると、２端子サイリスタ３０はツェナーダイオードのように動作してさらに電流を流す。２端子サイリスタ３０に流れる電流がブレークオーバー電流に到達すると、２端子サイリスタ３０は略短絡状態となり、コンデンサ２９に充電された電荷が２端子サイリスタ３０および昇圧トランス３１の１次巻線３１ａを介して放電され、１次巻線３１ａにはインパルス電圧が発生する。

１次巻線３１ａにインパルス電圧が発生すると、２次巻線３１ｂに正および負の高電圧パルスが交互に減衰しながら発生する。正の高電圧パルスはダイオード３２を介して針電極１に印加され、負の高電圧パルスはダイオード３３を介して針電極２に印加される。これにより、針電極１，２の先端でコロナ放電が発生し、それぞれ正イオンおよび負イオンが発生する。

一方、昇圧トランス２７の２次巻線２７ｃに電流が流れると、１次巻線２７ａの端子間電圧が上昇して再度トランジスタ２６が導通し、以上の動作が繰り返される。この動作の繰り返し速度は、トランジスタ２６のベースに流れる電流が大きいほど速くなる。したがって、抵抗素子２１の抵抗値を調整することにより、トランジスタ２６のベースに流れる電流を調整し、ひいては針電極１，２の放電回数を調整することができる。

なお、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（ただし、ｍは任意の自然数である）と表わされる。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（ただし、ｎは任意の自然数である）と表わされる。また、正イオンおよび負イオンを室内に放出すると、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み、その表面上で互いに化学反応を起こす。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、浮遊カビ菌などが除去される。

図５は、図１〜図４に示したイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を示す断面図である。図５において、この空気清浄機では、本体４０の下部の背面に吸込口４０ａが設けられ、本体４０の上部の背面および前面にそれぞれ吹出口４０ｂ，４０ｃが設けられている。また、本体４０の内部にはダクト４１が設けられており、ダクト４１の下端の開口部は吸込口４０ａに対向して設けられ、ダクト４１の上端は吹出口４０ｂ，４０ｃに接続されている。

ダクト４１の下端の開口部にはクロスフローファン４２が設けられ、ダクト４１の中央部にはイオン発生装置４３が設けられている。イオン発生装置４３は、図１〜図４で示したものである。イオン発生装置４３の本体はダクト４１の外壁面に固定され、その針電極１，２はダクト４１の壁を貫通してダクト４１内に突出している。２本の針電極１，２は、ダクト４１内の空気が流れる方向と直交する向きに配列されている。

また、吸込口４０ａには樹脂製の格子状のグリル４４が設けられており、グリル４４の内側に網目状の薄いフィルタ４５が貼り付けられている。フィルタ４５の奥にはクロスフローファン４２に異物やユーザーの指が入り込まないようにファンガード４６が設けられている。

クロスフローファン４２が回転駆動されると、室内の空気は吸込口４０ａを介してダクト４１内に吸込まれる。吸込まれた空気に含まれるカビ菌などは、イオン発生装置４３によって生成されたイオンによって除去される。イオン発生装置４３を通過した清浄な空気は、吹出口４０ｂ，４０ｃを介して室内に放出される。

この実施の形態では、誘導電極３，４をプリント基板５に搭載し、針電極１，２をプリント基板６に搭載したので、プリント基板５，６上に塵埃が堆積した状態でイオン発生装置が高湿度環境下に置かれた場合でも、針電極１，２と誘導電極３，４の間に電流がリークするのを防止することができ、イオンを安定に発生することができる。

また、プリント基板５，６を蓋部材１１で覆うので、プリント基板５，６上に塵埃が堆積するのを防止することができる。また、ボス１１ａ，１１ｂを介して塵埃が侵入した場合であっても、その塵埃はプリント基板６上に堆積しても、プリント基板５上までは堆積し難い。また、プリント基板５の孔５ａ，５ｂにそれぞれ蓋部材１１のボス１１ａ，１１ｂを挿入し、ボス１１ａ，１１ｂにそれぞれ針電極１，２を挿入したので、針電極１，２と誘導電極３，４の間の空間距離を長くすることができる。したがって、針電極１，２と誘導電極３，４の間に電流がリークするのをより効果的に防止することができる。

また、針電極１，２の先端部は、ボス１１ａ，１１ｂを貫通して蓋部材１１の上に突出しているので、塵埃がボス１１ａ，１１ｂの開口部付近に溜まった場合でも、針電極１，２の先端部が塵埃に埋もれて針電極１，２の放電が妨げられるのを防止することができる。また、針電極１，２の先端部に塵埃が付着した場合であっても、針電極１，２の先端部に送風しながら針電極１，２に高電圧を印加することにより、針電極１，２から塵埃を弾き飛ばすことができる。

また、プリント基板５の配線層を用いて誘導電極３，４を形成したので、誘導電極３，４を低コストで形成することができ、イオン発生装置の低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態では、針電極１，２の先端を蓋部材１１の上に突出させたが、針電極１，２の先端を蓋部材１１の上面よりも低くしてもよい。

また、本実施形態では、プリント基板５の配線層を用いて誘導電極３，４を形成したが、誘導電極３，４の各々を金属板で形成してもよい。また、誘導電極３，４の各々は、環状でなくてもかまわない。

図６は上記実施の形態の比較例によるイオン発生装置の構成を示す断面図である。図６において、このイオン発生装置は、正イオンを発生するための針電極５１と、負イオンを発生するための針電極５２と、針電極５１との間に電界を形成するための環状の誘導電極５３と、針電極５２との間に電界を形成するための環状の誘導電極５４と、長方形状のプリント基板５５と、平板状の蓋部材５６とを備える。

誘導電極５３は、金属板によって環状に形成され、プリント基板５５の表面の一方端部に搭載されている。針電極５１の基端部は、プリント基板５５の一方端部の孔に挿嵌されており、その先端部は誘導電極５３の中央部に配置されている。誘導電極５４は、金属板によって環状に形成され、プリント基板５５の表面の他方端部に搭載されている。針電極５２の基端部は、プリント基板５５の他方端部の孔に挿嵌されており、その先端部は誘導電極５４の中央部に配置されている。

プリント基板５５は、筐体１０の上部に収容されている。筐体１０の開口部は、蓋部材５６によって閉じられている。蓋部材５６には、それぞれ針電極５１，５２に対向する位置に孔５６ａ，５６ｂが開けられている。針電極５１，５２の先端は、筐体１０内に収容されている。針電極５１，５２で発生したイオンは、蓋部材５６の孔５６ａ，５６ｂを介して外部に供給される。

このイオン発生装置では、針電極５１，５２と誘導電極５３，５４を１枚のプリント基板５５に搭載したので、プリント基板５５の表面に塵埃が堆積した状態で高湿度環境下に置かれると、吸湿した塵埃を介して針電極５１，５２と誘導電極５３，５４の間に電流がリークし、イオン発生量が低下する恐れがある。

また、針電極５１，５２の先端部が筐体１０外に突出していないので、イオン発生装置をダクト４１内に設置した場合でも、針電極５１，５２の先端部で発生したイオンを効率良くダクト４１内の風にのせて外部に放出することができない。

今回開示された実施の形態はすべての点で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説明ではなくて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。

１，２，５１，５２ 針電極、３，４，５３，５４ 誘導電極、５，６，５５ プリント基板、５ａ，５ｂ，５６ａ，５６ｂ 孔、１０ 筐体、１１，５６ 蓋部材、１１ａ，１１ｂ ボス、１２ 回路基板、１３ 回路部品、１４ トランス、１５ 樹脂、Ｔ１ 電源端子、Ｔ２ 接地端子、２０，２４，２８，３２，３３ ダイオード、２１〜２３，２５ 抵抗素子、２６ ＮＰＮバイポーラトランジスタ、２７，３１ 昇圧トランス、２７ａ，３１ａ １次巻線、２７ｂ ベース巻線、２７ｃ，３１ｂ ２次巻線、２９ コンデンサ、３０ ２端子サイリスタ、４０ 本体、４０ａ 吸込口、４０ｂ，４０ｃ 吹出口、４１ ダクト、４２ クロスフローファン、４３ イオン発生装置、４４ グリル、４５ フィルタ、４６ ファンガード。

Claims (5)

1. 誘導電極と針電極を備え、イオンを発生するイオン発生装置において、
   孔が開けられた第１の基板と、
   前記第１の基板の一方側の表面に対向して設けられた第２の基板と、
   前記第１の基板の他方側の表面を覆うように設けられ、前記孔に対応する位置に筒状のボスが形成された蓋部材とを備え、
   前記誘導電極は前記第１の基板の前記孔の周りに設けられ、
   前記針電極の基端部は前記第２の基板に設けられ、その先端部は前記孔に挿入され、
   前記ボスは前記孔に挿入され、前記針電極は前記ボスに挿入されている、イオン発生装置。
2. 前記針電極の先端部は、前記ボスを貫通して前記蓋部材から突出している、請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記誘導電極は、前記第１の基板の前記孔の周りに環状に形成されている、請求項１または請求項２に記載のイオン発生装置。
4. 前記第１の基板はプリント基板であり、
   前記誘導電極は前記プリント基板の配線層によって形成されている、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のイオン発生装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか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送出するための送風部とを備える、電気機器。

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