KR20110040915A - 이온 발생 장치 및 그것을 사용한 전기 기기 - Google Patents

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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

이 이온 발생 장치에서는, 양이온 발생용 유전 전극(2)과 음이온 발생용 유도 전극(3)의 각각을 독립 부품으로서 형성하고, 기판(1) 상에 따로따로 탑재하였다. 따라서, 온도 변동에 수반하여 기판(1)이 휘는 일이 있어도, 바늘 전극(4, 5)의 선단부를 유도 전극(2, 3)의 관통 구멍(11)의 중심에 위치시킬 수 있어, 양이온 및 음이온을 안정적으로 발생시킬 수 있다.

Description

이온 발생 장치 및 그것을 사용한 전기 기기{ION GENERATING DEVICE AND ELECTRIC DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 이온 발생 장치 및 그것을 사용한 전기 기기에 관한 것으로, 특히, 양이온 및 음이온을 발생하는 이온 발생 장치와, 그것을 사용한 전기 기기에 관한 것이다.
최근, 양이온과 음이온의 양쪽을 발생시키는 이온 발생 장치가 실용화되어 있다. 도 13은, 종래의 이온 발생 장치의 주요부를 도시하는 사시도이다. 도 13에 있어서, 이 이온 발생 장치는, 기판(51)과, 기판(51)의 표면에 탑재된 유도 전극(52)과, 2개의 바늘 전극(58, 59)을 구비한다.
유도 전극(52)은, 일체의 금속판으로 형성되어 있다. 유도 전극(52)의 평판부(53)에는 2개의 관통 구멍(54, 55)이 형성되어 있고, 평판부(53)의 주연부에는 복수의 지지부(56)가 형성되어 있다. 평판부(53)의 양단부의 지지부(56)의 각각의 하단부에는, 지지부(56)보다도 폭이 좁은 기판 삽입부(57)가 형성되어 있고, 각 기판 삽입부(57)는 기판(51)의 관통 구멍에 삽입되어 납땜되어 있다. 2개의 바늘 전극(58, 59)의 각각은 기판(51)의 관통 구멍에 삽입되어 납땜되어 있다. 바늘 전극(58, 59)의 선단은, 기판(51)의 표면에 돌출되어 있고, 각각 관통 구멍(54, 55)의 중심에 배치되어 있다.
바늘 전극(58, 59)과 유도 전극(52) 사이에 각각 플러스의 고전압 펄스 및 마이너스의 고전압 펄스를 인가하면, 바늘 전극(58, 59)의 선단부에서 코로나 방전이 발생하고, 바늘 전극(58, 59)의 선단부에서 각각 양이온 및 음이온이 발생한다. 발생한 양이온 및 음이온은, 송풍기에 의해 실내에 송출되어, 공기 중에 부유하는 곰팡이균이나 바이러스의 주위를 둘러싸고, 그것들을 분해한다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2007-305321호 공보(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2007-305321호 공보
그러나, 종래의 이온 발생 장치에서는, 기판(51)과 유도 전극(52)의 열팽창률의 차가 크기 때문에, 온도 변동에 수반하여 기판(51)과 유도 전극(52)의 길이에 차가 생겨, 기판(51)이 휜다는 문제가 있었다. 기판(51)이 휘면, 바늘 전극(58, 59)의 선단의 위치가 관통 구멍(54, 55)의 중심으로부터 어긋나고, 휨의 상황도 일정하지 않기 때문에 이온 발생 성능이 안정되지 않아, 설계대로의 코로나 방전을 형성할 수 없으므로 이온 발생량이 정격치로부터 벗어나게 된다.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은, 양이온 및 음이온을 안정적으로 발생하는 이온 발생 장치와, 그것을 사용한 전기 기기를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 이온 발생 장치는, 제1 구멍을 갖는 제1 유전 전극과, 제2 구멍을 갖는 제2 유전 전극과, 그 선단이 제1 구멍의 중앙부에 배치되고, 양이온을 발생시키기 위한 제1 바늘 전극과, 그 선단이 제2 구멍의 중앙부에 배치되고, 음이온을 발생시키기 위한 제2 바늘 전극과, 제1 및 제2 유전 전극 및 제1 및 제2 바늘 전극이 탑재된 기판을 구비하고, 제1 및 제2 유전 전극은, 각각이 독립 부품으로서 형성되어 기판에 따로따로 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제1 및 제2 바늘 전극의 선단의 간격은 19㎜보다도 크다.
또한 바람직하게는, 제1 바늘 전극에 대략 등시간 간격으로 플러스 펄스 전압을 인가함과 함께 제2 바늘 전극에 대략 등시간 간격으로 마이너스 펄스 전압을 인가하는 전원 회로를 구비한다.
또한 바람직하게는, 전원 회로는, 캐소드가 제1 바늘 전극에 접속된 제1 다이오드와, 애노드가 제2 바늘 전극에 접속된 제2 다이오드와, 1차 권선 및 2차 권선을 포함하고, 2차 권선의 한쪽 단자가 제1 다이오드의 애노드와 제2 다이오드의 캐소드에 접속되고, 2차 권선의 다른 쪽 단자가 제1 및 제2 유도 전극에 접속된 승압 트랜스포머와, 1차 권선의 단자간에 직렬 접속된 콘덴서 및 2단자 사이리스터와, 직류 전원 전압에 의해 구동되어, 상용 교류 전압보다도 높은 주파수의 교류 전압을 생성하는 교류 전압 발생 회로와, 교류 전압을 정류하여 콘덴서를 충전시키는 제3 다이오드를 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 전기 기기는, 상기 이온 발생 장치와, 이온 발생 장치에서 발생한 양이온 및 음이온을 송출하기 위한 송풍부를 구비한 것이다.
본 발명에 관한 이온 발생 장치에서는, 양이온 발생용 제1 유전 전극과 음이온 발생용 제2 유도 전극의 각각을 독립 부품으로서 형성하고, 기판 상에 따로따로 탑재하므로, 온도 변동에 수반하여 기판이 휘는 일이 없다. 따라서, 온도 변동이 있어도, 바늘 전극의 선단부를 유도 전극의 구멍의 중앙부에 위치시킬 수 있어, 양이온 및 음이온을 안정적으로 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 이온 발생 장치의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 유전 전극의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 주요부를 포함하는 이온 발생 장치의 전체 구성을 도시하는 회로도이다.
도 4는 실시 형태의 구체예 1에 있어서의 방전 횟수와 이온 농도 비율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 형태의 구체예 2에 있어서의 방전 횟수와 입력 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 구체예 1과 2의 이온 농도를 비교하는 도면이다.
도 7은 실시 형태의 비교예를 도시하는 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시한 비교예에 있어서의 바늘 전극의 전압을 나타내는 타임챠트이다.
도 9는 구체예 1에 있어서의 바늘 전극의 전압을 나타내는 타임챠트이다.
도 10은 구체예 2에 있어서의 바늘 전극의 전압을 나타내는 타임챠트이다.
도 11은 실시 형태의 응용예를 도시하는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시한 본체의 내측을 도시하는 도면이다.
도 13은 종래의 이온 발생 장치의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 1의 (a)는, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 이온 발생 장치의 주요부를 도시하는 평면도이며, 도 1의 (b)는 그 정면도이다. 도 1의 (a), (b)에 있어서, 이 이온 발생 장치는, 기판(1), 유도 전극(2, 3), 바늘 전극(4, 5) 및 다이오드(6, 7)를 구비한다.
기판(1)은, 직사각 형상의 프린트 기판이다. 유도 전극(2, 3)의 각각은 독립 부품으로서 형성되고, 유도 전극(2)은 기판(1) 표면의 한쪽 단부부(도면 중 좌측 단부부)에 탑재되고, 유도 전극(3)은 기판(1) 표면의 다른 쪽 단부부(도면 중 우측 단부부)에 탑재되어 있다.
도 2는, 유도 전극(2)을 하측에서 본 사시도이다. 도 2에 있어서, 유도 전극(2)은, 일체의 금속판으로 형성되어 있다. 유도 전극(2)의 평판부(10)의 중앙에는 원형의 관통 구멍(11)이 형성되어 있다. 관통 구멍(11)의 직경은, 예를 들어 9㎜이다. 관통 구멍(11)은, 코로나 방전에 의해 발생하는 이온을 외부에 방출하기 위한 개구부이다. 관통 구멍(11)의 주연 부분은, 예를 들어 드로잉 가공 등의 공법에 의해, 금속판을 평판부(10)에 대하여 굴곡시킨 굴곡부(12)로 되어 있다. 이 굴곡부(12)에 의해, 관통 구멍(11)의 주연부의 두께(예를 들어 1.6㎜)가 평판부(10)의 두께(예를 들어 0.6㎜)보다도 크게 되어 있다.
또한, 평판부(10)의 양단부의 각각에는, 금속판의 일부를 평판부(10)에 대하여 굴곡시킨 다리부(13)가 설치되어 있다. 각 다리부(13)는, 기단부측의 지지부(14)와 선단측의 기판 삽입부(15)를 포함한다. 평판부(10)의 표면에서 본 지지부(14)의 높이(예를 들어 2.6㎜)는, 관통 구멍(11)의 주연부의 두께(예를 들어 1.6㎜)보다도 크게 되어 있다. 기판 삽입부(15)의 폭(예를 들어 1.2㎜)은, 지지부(14)의 폭(예를 들어 4.5㎜)보다도 작다.
도 1의 (a), (b)로 되돌아가, 유도 전극(2)의 2개의 기판 삽입부(15)는, 기판(1)의 한쪽 단부부에 형성된 2개의 관통 구멍(도시하지 않음)에 삽입되어 있다. 2개의 관통 구멍은, 기판(1)의 길이 방향으로 배열되어 있다. 각 기판 삽입부(15)의 선단부는, 기판(1) 이면의 전극에 납땜되어 있다. 지지부(14)의 하단부면은, 기판(1)의 표면에 접촉되어 있다. 따라서, 평판부(10)는, 기판(1)의 표면에 대하여 소정의 간극을 두고 평행하게 배치된다.
유도 전극(3)은, 유도 전극(2)과 동일한 구성이다. 유도 전극(3)의 2개의 기판 삽입부(15)는, 기판(1)의 다른 쪽 단부부에 형성된 2개의 관통 구멍(도시하지 않음)에 삽입되어 있다. 2개의 관통 구멍은, 기판(1)의 길이 방향으로 배열되어 있다. 각 기판 삽입부(15)의 선단부는, 기판(1) 이면의 전극에 납땜되어 있다. 지지부(14)의 하단부면은, 기판(1)의 표면에 접촉되어 있다. 따라서, 평판부(10)는, 기판(1)의 표면에 대하여 소정의 간극을 두고 평행하게 배치된다.
유도 전극(2, 3)의 합계 4개의 기판 삽입부(15)는, 기판(1)의 길이 방향으로 배열되어 있다. 기판(1)의 중앙측의 2개의 기판 삽입부(15)는, 기판(1)의 이면의 전극(EL1)에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 유도 전극(2, 3)은, 도 1의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 설치 후에 기판(1)의 외형으로부터 비어져 나오지 않는 것이 필요하여, 유도 전극(2, 3)의 치수는 기판(1)의 폭 이하이며, 기판(1)의 길이의 1/2 이하로 제한된다. 또한, 부품으로서의 형상을 가능한 한 작게 하고, 저비용화, 생산성의 향상을 도모하기 위하여, 유도 전극(2, 3)의 종횡의 치수는 대략 동일하게 되어 있다.
또한, 기판(1)에는, 유전 전극(2)의 관통 구멍(11)의 중심선을 통과하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 그 관통 구멍에 바늘 전극(4)이 삽입되어 있다. 바늘 전극(4)은, 양이온을 발생시키기 위하여 설치되어 있다. 바늘 전극(4)의 선단은 기판(1)의 표면 상에 돌출되고, 그 기단부는 기판(1)의 이면에 돌출되고, 그 중앙부는 기판(1)의 이면에 형성된 전극(EL2)에 납땜되어 있다. 기판(1)의 표면으로부터 본 바늘 전극(4)의 선단의 높이는, 유도 전극(2)의 굴곡부(12)의 하단부의 높이와 상단부의 높이의 사이의 범위 내(예를 들어 하단부와 상단부의 중간 높이)로 설정되어 있다.
또한, 기판(1)에는, 유전 전극(3)의 관통 구멍(11)의 중심선을 통과하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 그 관통 구멍에 바늘 전극(5)이 삽입되어 있다. 바늘 전극(5)은, 음이온을 발생시키기 위하여 설치되어 있다. 바늘 전극(5)의 선단은 기판(1)의 표면 상에 돌출되고, 그 기단부는 기판(1)의 이면에 돌출되고, 그 중앙부는 기판(1)의 이면에 형성된 전극(EL3)에 납땜되어 있다. 기판(1)의 표면으로부터 본 바늘 전극(5)의 선단의 높이는, 유도 전극(3)의 굴곡부(12)의 하단부의 높이와 상단부의 높이의 사이의 범위 내(예를 들어 하단부와 상단부의 중간 높이)로 설정되어 있다. 바늘 전극(4, 5)의 선단의 간격은 소정의 값으로 설정된다.
또한, 다이오드(6)의 애노드 단자선(6a)은 전극(EL2)에 납땜되어 있고, 바늘 전극(4)에 전기적으로 접속되어 있다. 다이오드(6)의 캐소드 단자선(6b)은, 기판(1)의 이면의 전극(EL4)에 납땜되어 있다. 다이오드(7)의 애노드 단자선(7a)은 전극(EL4)에 납땜되어 있고, 다이오드(6)의 캐소드 단자선(6b)에 전기적으로 접속되어 있다. 다이오드(7)의 캐소드 단자선(7b)은 전극(EL3)에 납땜되어 있고, 바늘 전극(5)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 기판(1)에는, 다이오드(6, 7)의 본체부를 삽입하거나, 고전압측의 전극(EL2 내지 EL4)과 기준 전압측의 전극(EL1)을 분리하기 위한 절결부(1a)가 복수 부위에 형성되어 있다. 절결부(1a)에는 몰드 수지가 충전된다.
도 3은, 도 1의 (a), (b)에서 도시한 기판(1)에 구동 전압을 공급하는 전원 회로의 구성을 도시하는 회로도이다. 도 3에 있어서, 전원 회로는, 전원 단자(T1), 접지 단자(T2), 다이오드(20, 24, 28), 저항 소자(21 내지 23, 25), NPN 바이폴라 트랜지스터(26), 승압 트랜스포머(27, 31), 콘덴서(29) 및 2단자 사이리스터(30)를 구비한다.
전원 단자(T1) 및 접지 단자(T2)에는, 각각 직류 전원의 정극 및 부극이 접속된다. 전원 단자(T1)에는 직류 전원 전압(예를 들어 +12V 또는 +15V)이 인가되고, 접지 단자(T2)는 접지된다. 다이오드(20) 및 저항 소자(21 내지 23)는, 전원 단자(T1)와 트랜지스터(26)의 베이스 사이에 직렬 접속된다. 트랜지스터(26)의 이미터는 접지 단자(T2)에 접속된다. 다이오드(24)는, 접지 단자(T2)와 트랜지스터(26)의 베이스 사이에 접속된다.
다이오드(20)는, 직류 전원의 정극 및 부극이 단자(T1, T2)에 반대로 접속된 경우에 전류를 차단하여 직류 전원을 보호하기 위한 소자이다. 저항 소자(21, 22)는, 승압 동작을 제한하기 위한 소자이다. 저항 소자(23)는 기동 저항 소자이다. 다이오드(24)는 트랜지스터(26)의 역내압 보호 소자로서 동작한다.
승압 트랜스포머(27)는, 1차 권선(27a), 베이스 권선(27b) 및 2차 권선(27c)을 포함한다. 1차 권선(27a)의 한쪽 단자는 저항 소자(22, 23) 사이의 노드(N22)에 접속되고, 그 다른 쪽 단자는 트랜지스터(26)의 콜렉터에 접속된다. 베이스 권선(27b)의 한쪽 단자는 저항 소자(25)를 통하여 트랜지스터(26)의 베이스에 접속된다. 2차 권선(27c)의 한쪽 단자는 트랜지스터(26)의 베이스에 접속되고, 그 다른 쪽 단자는 다이오드(28) 및 콘덴서(29)를 통하여 접지 단자(T2)에 접속된다.
승압 트랜스포머(31)는, 1차 권선(31a) 및 2차 권선(31b)을 포함한다. 2단자 사이리스터(30)는, 다이오드(28)의 캐소드와 1차 권선(31a)의 한쪽 단자와의 사이에 접속된다. 1차 권선(31a)의 다른 쪽 단자는 접지 단자(T2)에 접속된다. 2차 권선(31b)의 한쪽 단자는 유도 전극(2, 3)에 접속되고, 그 다른 쪽 단자는 다이오드(6)의 애노드 및 다이오드(7)의 캐소드에 접속된다. 다이오드(6)의 캐소드는 바늘 전극(4)에 접속되고, 다이오드(7)의 애노드는 바늘 전극(5)에 접속된다.
저항 소자(25)는, 베이스 전류를 제한하기 위한 소자이다. 2단자 사이리스터(30)는, 단자간 전압이 브레이크 오버 전압에 도달하면 도통 상태로 되고, 전류가 최소 유지 전류 이하가 되면 비도통으로 되는 소자이다.
다음에, 이 이온 발생 장치의 동작에 대하여 설명한다. 콘덴서(29)는, RCC 방식 스위칭 전원 동작에 의해 충전된다. 즉, 전원 단자(T1) 및 접지 단자(T2) 사이에 직류 전원 전압이 인가되면, 전원 단자(T1)로부터 다이오드(20) 및 저항 소자(21 내지 23)를 통하여 트랜지스터(26)의 베이스에 전류가 흘러 트랜지스터(26)가 도통 상태로 된다. 이에 의해, 승압 트랜스포머(27)의 1차 권선(27a)에 전류가 흘러, 베이스 권선(27b)의 단자간에 전압이 발생한다.
베이스 권선(27b)의 권선 방향은, 트랜지스터(26)가 도통 상태로 되면 트랜지스터(26)의 베이스 전압을 더욱 상승시키도록 설정되어 있다. 이로 인해, 베이스 권선(27b)의 단자간에 발생한 전압은 정귀환 상태에서 트랜지스터(26)의 도통 저항값을 저하시킨다. 이때, 다이오드(28)에 의해 통전이 저지되도록, 2차 권선(27c)의 권선 방향이 설정되어 있고, 2차 권선(27c)에는 전류가 흐르지 않는다.
이와 같이 하여 1차 권선(27a) 및 트랜지스터(26)에 흐르는 전류가 계속해서 증가함으로써, 트랜지스터(26)의 콜렉터 전압은 포화 영역으로부터 벗어나 상승한다. 이에 의해, 1차 권선(27a)의 단자간 전압이 저하되어 베이스 권선(27b)의 단자간 전압도 저하되고, 트랜지스터(26)의 콜렉터 전압은 더욱 상승한다. 이로 인해, 정귀환 상태에서 동작하여 급속하게 트랜지스터(26)가 비도통 상태로 된다. 이때, 2차 권선(27c)은 다이오드(28)의 도통 방향으로 전압을 발생시킨다. 이에 의해, 콘덴서(29)가 충전된다.
콘덴서(29)의 단자간 전압이 상승하여 2단자 사이리스터(30)의 브레이크 오버 전압에 도달하면, 2단자 사이리스터(30)는 제너 다이오드와 같이 동작하여 더욱 전류를 흐르게 한다. 2단자 사이리스터(30)에 흐르는 전류가 브레이크 오버 전류에 도달하면, 2단자 사이리스터(30)는 대략 단락 상태로 되고, 콘덴서(29)에 충전된 전하가 2단자 사이리스터(30) 및 승압 트랜스포머(31)의 1차 권선(31a)을 통하여 방전되고, 1차 권선(31a)에는 임펄스 전압이 발생한다.
1차 권선(31a)에 임펄스 전압이 발생하면, 2차 권선(31b)에 플러스 및 마이너스의 고전압 펄스가 교대로 감쇠하면서 발생한다. 플러스의 고전압 펄스는 다이오드(6)를 통하여 바늘 전극(4)에 인가되고, 마이너스의 고전압 펄스는 다이오드(7)를 통하여 바늘 전극(5)에 인가된다. 이에 의해, 바늘 전극(4, 5)의 선단에서 코로나 방전이 발생하여, 각각 양이온 및 음이온이 발생한다.
한편, 승압 트랜스포머(27)의 2차 권선(27c)에 전류가 흐르면, 1차 권선(27a)의 단자간 전압이 상승하여 다시 트랜지스터(26)가 도통하고, 이상의 동작이 반복된다. 이 동작의 반복 속도는, 트랜지스터(26)의 기초로 흐르는 전류가 클수록 빨라진다. 따라서, 저항 소자(21)의 저항값을 조정함으로써, 트랜지스터(26)의 베이스에 흐르는 전류를 조정하고, 나아가서는 바늘 전극(4, 5)의 방전 횟수를 조정할 수 있다.
또한, 양이온은, 수소 이온(H+)의 주위에 복수의 물분자가 부수된 클러스터 이온이며, H+(H2O)m(단, m은 임의의 자연수임)으로 나타내어진다. 또한 음이온은, 산소 이온(O2 -)의 주위에 복수의 물분자가 부수된 클러스터 이온이며, O2 -(H2O)n(단, n은 임의의 자연수임)으로 나타내어진다. 또한, 양이온 및 음이온을 실내에 방출하면, 양쪽 이온이 공기 중에서 부유하는 곰팡이균이나 바이러스의 주위를 둘러싸고, 그 표면 상에서 서로 화학 반응을 일으킨다. 그 때에 생성되는 활성종의 수산화 라디칼(ㆍOH)의 작용에 의해, 부유 곰팡이균 등이 제거된다.
이 실시 형태에서는, 양이온 발생용 유전 전극(2)과 음이온 발생용 유도 전극(3)의 각각을 독립 부품으로서 형성하고, 기판(1) 상에 따로따로 탑재하므로, 온도 변동에 수반하여 기판(1)이 휘는 일이 없다. 따라서, 온도 변동이 있어도, 바늘 전극(4, 5)의 선단부를 유도 전극(2, 3)의 관통 구멍(11)의 중심에 위치시킬 수 있어, 양이온 및 음이온을 안정적으로 발생시킬 수 있다.
[구체예 1]
구체예 1로서, 바늘 전극(4, 5)의 선단의 간격이 19㎜인 이온 발생 장치를 제작하였다. 도 4는, 그 이온 발생 장치에 있어서의 방전 횟수(회/초)와 이온 농도 비율(%)의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서는, 방전 횟수를 480(회/초)으로 하였을 때의 이온 농도를 100(%)으로 하였다. 도 3의 저항 소자(21)의 저항값을 바꿈으로써, 방전 횟수를 60 내지 660(회/초)의 사이에서 바꾸었다. 이온 농도는, 소정의 풍속의 공기 중에 이온 발생 장치를 배치하고, 이온 발생 장치로부터 25㎝만큼 하류의 위치에 배치한 이온 카운터로 측정하였다.
60 내지 480(회/초)까지는 방전 횟수에 따라서 이온 농도가 증대하지만, 480(회/초) 이상의 범위에서는 방전 횟수를 증가시켜도 이온 농도는 별로 변함없었다. 이는, 방전 횟수를 증가시키면 이온 발생량은 증대하지만, 양이온과 음이온의 결합에 의한 이온 소멸량도 증대하기 때문이라 생각된다. 방전 횟수를 증가시키면 소비 전력이 증대하므로, 구체예 1의 이온 발생 장치에서는, 방전 횟수를 480(회/초) 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
[구체예 2]
구체예 2로서, 바늘 전극(4, 5)의 선단의 간격이 38㎜인 이온 발생 장치를 제작하였다. 도 5는, 그 이온 발생 장치에 있어서의 방전 횟수(회/초)와 입력 전류(mA)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3의 저항 소자(21)의 저항값을 바꿈으로써, 방전 횟수를 60 내지 600(회/초)의 사이에서 바꾸었다. 입력 전류(mA)는 직류 전원으로부터 도 3의 전원 단자(T1)에 유입하는 직류 전류이다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 방전 횟수에 대략 비례하여 입력 전류가 증대하였다.
또한, 도 6은, 구체예 1, 2의 이온 발생 장치에 있어서의 방전 횟수(회/초)와 이온 농도 비율(%)의 관계를 나타내는 도면이다. 구체예 2의 이온 발생 장치에 있어서 방전 횟수를 480(회/초)으로 하였을 때의 이온 농도(개/㎤)를 100%로 하였다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 구체예 2의 이온 농도는 구체예 1의 이온 농도보다도 20% 이상 크다. 이는, 구체예 2의 바늘 전극(4, 5) 사이의 거리를 구체예 1보다도 2배 크게 한 결과, 양이온과 음이온의 결합에 의한 이온 소멸량이 줄었기 때문이라 생각된다.
따라서, 구체예 2의 이온 발생 장치는, 구체예 1의 이온 발생 장치보다도 적은 방전 횟수(즉 소비 전력)로 많은 이온을 발생시킬 수 있다. 따라서, 바늘 전극(4, 5)의 선단의 간격은, 19㎜보다도 큰 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
[비교예]
도 7은, 비교예가 되는 이온 발생 장치의 구성을 도시하는 회로도이며, 도 3과 대비되는 도면이다. 도 7에 있어서, 비교예가 실시 형태와 다른 점은, 저항 소자(22, 23, 25), 다이오드(24, 28), 트랜지스터(26) 및 승압 트랜스포머(27)가 제거되어 있는 점이다. 다이오드(20), 저항 소자(21) 및 콘덴서(29)는 단자(T1, T2) 사이에 직렬 접속되고, 단자(T1, T2) 사이에는 상용 교류 전압(100V, 60Hz)이 인가된다. 또한, 바늘 전극(4, 5)의 선단의 간격은, 구체예 1과 같은 19㎜로 설정하였다.
상용 교류 전압은, 다이오드(20)에 의해 반파 정류된다. 상용 교류 전압이 정극성인 기간에 콘덴서(29)가 충전된다. 콘덴서(29)의 단자간 전압이 상승하여 2단자 사이리스터(30)의 브레이크 오버 전압에 도달하면, 2단자 사이리스터(30)가 도통하여 1차 권선(31a)에 임펄스 전압이 발생한다. 이에 의해, 2차 권선(31b)에 플러스 및 마이너스의 고전압 펄스가 교대로 감쇠하면서 발생하고, 바늘 전극(4, 5)의 선단에서 각각 양이온 및 음이온이 발생한다.
도 8은, 바늘 전극(4)의 전압을 나타내는 타임챠트이다. 도 8에서는, 상용 교류 전압이 정극성인 기간에 2개의 플러스의 고전압 펄스가 연속적으로 인가되고, 상용 교류 전압이 부극성인 기간에서는 고전압 펄스는 인가되지 않는다. 방전 횟수는 120(회/초)이었다. 상용 교류 전압의 1주기 동안에 바늘 전극(4)에 인가되는 전압의 실효값 Vrms는 481(V)이었다. 이 조건 하에서, 이온 농도는 약 200만(개/㎤)이었다.
도 9는, 구체예 1에 있어서의 바늘 전극(4)의 전압을 나타내는 타임챠트이다. 방전 횟수는, 약 120(회/초)으로 설정하였다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 플러스의 고전압 펄스가 등시간 간격으로 바늘 전극(4)에 인가되어 있다. 이것은, 도 3의 회로에서는, 승압 트랜스포머(27)의 2차 권선(27c)에 상용 교류 전압보다도 충분히 높은 주파수의 교류 전압이 발생한 결과, 콘덴서(29)의 충전이 높은 주파수에서 행해지기 때문이라 생각된다. 2개의 고전압 펄스의 실효값 Vrms는 571(V)이었다. 이 조건 하에서, 이온 농도는 약 240만(개/㎤)이며, 비교예의 1.2배이었다.
도 8에서 도시한 바와 같이 2개의 고전압 펄스를 짧은 간격으로 연속적으로 인가하면, 방전 횟수를 증가시켰을 때와 마찬가지로 양이온과 음이온의 결합이 증가하여, 이온 농도가 감소한다고 생각된다. 이에 반하여 도 9에서 도시한 바와 같이 고전압 펄스를 등시간 간격으로 인가하면, 방전 횟수를 저감시켰을 때와 마찬가지로 양이온과 음이온의 결합이 줄어들어, 이온 농도가 증대한다고 생각된다. 따라서, 비교예보다도 구체예 1의 쪽이 바람직하다.
도 10은, 구체예 2에 있어서의 바늘 전극(4)의 전압을 나타내는 타임챠트이다. 방전 횟수는, 460(회/초)으로 설정하였다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 플러스의 고전압 펄스가 등시간 간격으로 바늘 전극(4)에 인가되어 있다. 10개의 고전압 펄스의 실효값 Vrms는 1241(V)이었다. 이 조건 하에서, 이온 농도는 약 400만(개/㎤)이며, 비교예의 2배이었다.
[응용예]
도 11은, 도 1 내지 도 3에 도시한 이온 발생 장치를 구비한 공기 청정기(40)의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 또한 도 12는, 도 11에 도시하는 공기 청정기(40)에 이온 발생 장치를 배치한 모습을 도시하는 공기 청정기(40)의 분해도이다.
도 11 및 도 12에 있어서, 공기 청정기(40)는, 전방면 패널(41)과 본체(42)를 구비한다. 본체(42)의 후방 상부에는 분출구(43)가 형성되어 있고, 이 분출구(43)로부터 이온을 포함하는 청정한 공기가 실내에 공급된다. 본체(42)의 중심에는 공기 도입구(44)가 형성되어 있다. 이 공기 도입구(44)로부터 도입된 공기가, 도시하지 않은 필터를 통과함으로써 청정화된다. 청정화된 공기는, 팬용 케이싱(45)을 통하여 분출구(43)로부터 외부로 공급된다.
청정화된 공기의 통과 경로를 형성하는 팬용 케이싱(45)의 일부에, 도 1 내지 도 3에 도시한 이온 발생 장치(46)가 설치되어 있다. 이온 발생 장치(46)는, 바늘 전극(4, 5)에서 발생한 이온을 상기의 공기류에 방출할 수 있도록 배치되어 있다. 이온 발생 장치(46)의 배치의 예로서, 공기의 통과 경로 내이며, 분출구(43)에 비교적 가까운 위치 P1, 비교적 먼 위치 P2 등의 위치를 생각할 수 있다. 이와 같이 이온 발생 장치(46)에 송풍을 통과시킴으로써, 분출구(43)로부터 청정한 공기와 함께 외부에 이온을 공급하는 이온 발생 기능을 공기 청정기(40)에 갖게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태의 이온 발생 장치는, 공기 청정기(40) 이외에, 이온 제네레이터(이온 발생 장치를 갖는 써큐레이터), 공기 조화기(에어컨디셔너), 냉장 기기, 청소기, 가습기, 제습기, 세탁 건조기, 전기 팬 히터 등에도 탑재 가능하고, 이온을 기류에 실어 보내기 위한 송풍부를 갖는 것이면 어떠한 전기 기기에도 탑재 가능하다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 특허청구범위에 의해 개시되고, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1, 51: 기판
1a: 절결부
2, 3, 52: 유도 전극
4, 5, 58, 59: 바늘 전극
6, 7, 20, 24, 28: 다이오드
6a, 7a: 애노드 단자선
6b, 7b: 캐소드 단자선
10, 53: 평판부
11, 54, 55: 관통 구멍
12: 굴곡부
13: 다리부
14, 56: 지지부
15, 57: 기판 삽입부
EL: 전극
T1: 전원 단자
T2: 접지 단자
21 내지 23, 25: 저항 소자
26: NPN 바이폴라 트랜지스터
27, 31: 승압 트랜스포머
27a, 31a: 1차 권선
27b: 베이스 권선
27c, 31b: 2차 권선
29: 콘덴서
30: 2단자 사이리스터
40: 공기 청정기
41: 전방면 패널
42: 본체
43: 분출구
44: 공기 도입구
45: 팬용 케이싱
46: 이온 발생 장치

Claims (5)

  1. 이온 발생 장치로서,
    제1 구멍을 갖는 제1 유전 전극(2)과,
    제2 구멍을 갖는 제2 유전 전극(3)과,
    그 선단이 상기 제1 구멍의 중앙부에 배치되고, 양이온을 발생시키기 위한 제1 바늘 전극(4)과,
    그 선단이 상기 제2 구멍의 중앙부에 배치되고, 음이온을 발생시키기 위한 제2 바늘 전극(5)과,
    상기 제1 및 제2 유전 전극(2, 3) 및 상기 제1 및 제2 바늘 전극(4, 5)이 탑재된 기판(1)을 구비하고,
    상기 제1 및 제2 유전 전극(2, 3)은, 각각이 독립 부품으로서 형성되어 상기 기판(1)에 따로따로 탑재되어 있는, 이온 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 바늘 전극(4, 5)의 선단의 간격은 19㎜보다도 큰, 이온 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바늘 전극(4)에 대략 등시간 간격으로 플러스 펄스 전압을 인가함과 함께 상기 제2 바늘 전극(5)에 대략 등시간 간격으로 마이너스 펄스 전압을 인가하는 전원 회로(6, 7, 20 내지 31)를 구비하는, 이온 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전원 회로는
    캐소드가 상기 제1 바늘 전극(4)에 접속된 제1 다이오드(6)와,
    애노드가 상기 제2 바늘 전극(5)에 접속된 제2 다이오드(7)와,
    1차 권선(31a) 및 2차 권선(31b)을 포함하고, 상기 2차 권선(31b)의 한쪽 단자가 상기 제1 다이오드(6)의 애노드와 상기 제2 다이오드(7)의 캐소드에 접속되고, 상기 2차 권선(31b)의 다른 쪽 단자가 상기 제1 및 제2 유도 전극(2, 3)에 접속된 승압 트랜스포머(31)와,
    상기 1차 권선(31a)의 단자간에 직렬 접속된 콘덴서(29) 및 2단자 사이리스터(30)와,
    직류 전원 전압에 의해 구동되어, 상용 교류 전압보다도 높은 주파수의 교류 전압을 생성하는 교류 전압 발생 회로(20 내지 27)와,
    상기 교류 전압을 정류하여 상기 콘덴서(29)를 충전시키는 제3 다이오드(28)를 포함하는, 이온 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 이온 발생 장치(46)와,
    상기 이온 발생 장치(46)에서 발생한 양이온 및 음이온을 송출하기 위한 송풍부(41 내지 45)를 구비하는, 전기 기기.
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