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課題

小型化を図ることができ、且つ、出力する高電圧の正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の減衰信号を低減することができる高電圧発生回路を提供する。

解決手段

直流電源27から出力される直流電圧を昇圧して2次側に高電圧を出力する昇圧部(トリガーコイル22)と、前記昇圧部の1次側電流断続するスイッチング素子(MOSFET23)と、前記スイッチング素子のON/OFFを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部24Bと、前記スイッチング素子がONからOFFになった瞬間に前記昇圧部の1次側電流を流す整流素子ダイオード25)とを備える高電圧発生回路。

概要

背景

一般に、事務所会議室など、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。

しかしながら、従来のイオン発生装置は、いずれも直流高電圧方式でマイナスイオンのみを発生させるものであった。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。

上記の問題点に鑑み、本出願人は、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、両イオンを空気中の浮遊細菌等に付着させ、その際に生成される活性種過酸化水素(H2O2)及び/ または水酸基ラジカル(・OH)の分解作用をもって、前記浮遊細菌を除去することが可能なイオン発生装置に関する発明の特許出願を成した(例えば、特許文献1、2参照)。

なお、上記の発明については、本出願人によって既に実用化され、実用機には、セラミック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空気調和機などがある。

図10は、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ができるイオン発生装置の一従来例を示す回路図である。図10に示す従来のイオン発生装置は、交流インパルス状高電圧を発生する高電圧発生回路と、その高電圧発生回路からの高電圧が印加されることにより放電してイオンを発生する放電部X1とを備えている。そして、上記高電圧発生回路は、抵抗R1、ダイオードD1、コンデンサC1、トランスT1、及び半導体スイッチ素子S1を有している。

図10に示す従来のイオン発生装置において、商用交流電源E1の出力電圧は、抵抗R1で電圧降下された後、ダイオードD1で半波整流され、コンデンサC1に印加される。コンデンサC1の充電が進んで図11(a)に示すコンデンサC1の両端電圧E2が図11(a)に示す所定の閾値VTHに達すると、半導体スイッチ素子S1がオン状態となり、コンデンサC1の充電電圧が放電される。この放電によって、トランスT1の1次巻線L1に電流が流れ、2次巻線L2にエネルギーが伝達され、放電部X1に図11(b)に示す交流インパルス状の高電圧E3が印加される。その直後、半導体スイッチ素子S1はオフ状態となり、再びコンデンサC1の充電が開始される。

上記充放電を繰り返すことによって、放電部X1には、図11(b)に示す交流インパルス状の高電圧が繰り返し印加される。このとき、放電部X1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、正電圧印加時はプラスイオンであるH+(H2O)mが発生し、負電圧印加時はマイナスイオンであるO2-(H2O)n(m、nは自然数)が発生する。従って、両イオンを空気中の浮遊細菌等に付着させ、その際に生成される活性種である過酸化水素(H2O2)や水酸基ラジカル(・OH)の分解作用をもって、前記浮遊細菌等を除去することが可能となる。

特開2003−47651号公報
特開2004−356103号公報

概要

小型化をることができ、且つ、出力する高電圧の正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の減衰信号を低減することができる高電圧発生回路を提供する。直流電源27から出力される直流電圧を昇圧して2次側に高電圧を出力する昇圧部(トリガーコイル22)と、前記昇圧部の1次側電流を断続するスイッチング素子(MOSFET23)と、前記スイッチング素子のON/OFFを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部24Bと、前記スイッチング素子がONからOFFになった瞬間に前記昇圧部の1次側電流を流す整流素子(ダイオード25)とを備える高電圧発生回路。

目的

本発明は、上記の問題点に鑑み、小型化を図ることができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載したイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第1の目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

直流電源から出力される直流電圧を昇圧して高電圧を出力する昇圧部と、前記昇圧部の1次側電流断続するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のON/OFFを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部と、前記スイッチング素子がONからOFFになった瞬間に前記昇圧部の1次側電流を流す整流素子とを備えることを特徴とする高電圧発生回路

請求項2

前記直流電源から出力される直流電圧の値と前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス幅とが可変する請求項1に記載の高電圧発生回路。

請求項3

前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔が可変する請求項1又は請求項2に記載の高電圧発生回路。

請求項4

前記昇圧部がトランスである請求項1〜3のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項5

前記昇圧部がトリガーコイルである請求項1〜3のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項6

前記スイッチング素子がMOSFETである請求項1〜5のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項7

前記スイッチング素子がバイポーラトランジスタである請求項1〜5のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項8

前記整流素子がダイオードである請求項1〜7のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項9

前記ダイオードは、前記昇圧部の1次側に並列に接続され、アノードが前記スイッチング素子に接続され、カソードが前記直流電源に接続されている請求項8に記載の高電圧発生回路。

請求項10

前記パルス信号発生部が前記パルス信号の発生をソフトウェアで制御するマイクロコンピュータである請求項1〜9のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項11

前記パルス信号発生部が前記パルス信号の発生をハードウェアで制御する専用LSIである請求項1〜9のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項12

前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルスに対応して前記昇圧部が一つの交流インパルス状の高電圧を出力する請求項1〜11のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項13

前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルス幅に対応して、前記昇圧部の2次側から出力される高電圧の第2波の値が変化する請求項1〜12のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項14

前記直流電源から出力される直流電圧の値に応じて、前記昇圧部の2次側から出力される高電圧の第1波の値が変化する請求項1〜13のいずれかに記載の高電圧発生回路。

請求項15

請求項1〜14のいずれかに記載の高電圧発生回路と、前記高電圧発生回路から出力される高電圧が印加される放電部とを備え、前記高電圧発生回路から出力される高電圧を前記放電部に印加することで前記放電部がイオンを発生させることを特徴とするイオン発生装置

請求項16

前記高電圧発生回路が備えるパルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔を調整することでイオン発生量を制御する請求項15に記載のイオン発生装置。

請求項17

前記放電部は、固体誘電体を挟んだ放電電極誘導電極によって形成されている請求項15又は請求項16に記載のイオン発生装置。

請求項18

前記高電圧発生回路から出力される高電圧の第3波以降の値が略である請求項15〜17のいずれかに記載のイオン発生装置。

請求項19

前記放電部がマイナスイオンプラスイオンの両方を発生させる請求項15〜18のいずれかに記載のイオン発生装置。

請求項20

前記高電圧発生回路が備えるパルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス幅及び前記直流電源から出力される直流電圧の値を調整することで、前記高電圧発生回路から出力される高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に制御し、プラスイオンとマイナスイオンの発生量を調整することができる請求項19に記載のイオン発生装置。

請求項21

前記プラスイオンはH+(H2O)mであり、前記マイナスイオンはO2-(H2O)n(m、nは自然係数)である請求項19または請求項20に記載のイオン発生装置。

請求項22

請求項15〜21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空気中に送出するための送出手段とを備えることを特徴とする電気機器

技術分野

0001

本発明は、高電圧を発生する高電圧発生回路、当該高電圧発生回路を備え空間にイオンを放出して室内環境を改善することが可能なイオン発生装置、及び当該イオン発生装置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、主として閉空間(家屋内ビル内の一室病院病室手術室、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。

背景技術

0002

一般に、事務所会議室など、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、従来のイオン発生装置は、いずれも直流高電圧方式でマイナスイオンのみを発生させるものであった。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

上記の問題点に鑑み、本出願人は、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、両イオンを空気中の浮遊細菌等に付着させ、その際に生成される活性種過酸化水素(H2O2)及び/ または水酸基ラジカル(・OH)の分解作用をもって、前記浮遊細菌を除去することが可能なイオン発生装置に関する発明の特許出願を成した(例えば、特許文献1、2参照)。

0005

なお、上記の発明については、本出願人によって既に実用化され、実用機には、セラミック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。

0006

図10は、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ができるイオン発生装置の一従来例を示す回路図である。図10に示す従来のイオン発生装置は、交流インパルス状の高電圧を発生する高電圧発生回路と、その高電圧発生回路からの高電圧が印加されることにより放電してイオンを発生する放電部X1とを備えている。そして、上記高電圧発生回路は、抵抗R1、ダイオードD1、コンデンサC1、トランスT1、及び半導体スイッチ素子S1を有している。

0007

図10に示す従来のイオン発生装置において、商用交流電源E1の出力電圧は、抵抗R1で電圧降下された後、ダイオードD1で半波整流され、コンデンサC1に印加される。コンデンサC1の充電が進んで図11(a)に示すコンデンサC1の両端電圧E2が図11(a)に示す所定の閾値VTHに達すると、半導体スイッチ素子S1がオン状態となり、コンデンサC1の充電電圧が放電される。この放電によって、トランスT1の1次巻線L1に電流が流れ、2次巻線L2にエネルギーが伝達され、放電部X1に図11(b)に示す交流インパルス状の高電圧E3が印加される。その直後、半導体スイッチ素子S1はオフ状態となり、再びコンデンサC1の充電が開始される。

0008

上記充放電を繰り返すことによって、放電部X1には、図11(b)に示す交流インパルス状の高電圧が繰り返し印加される。このとき、放電部X1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、正電圧印加時はプラスイオンであるH+(H2O)mが発生し、負電圧印加時はマイナスイオンであるO2-(H2O)n(m、nは自然数)が発生する。従って、両イオンを空気中の浮遊細菌等に付着させ、その際に生成される活性種である過酸化水素(H2O2)や水酸基ラジカル(・OH)の分解作用をもって、前記浮遊細菌等を除去することが可能となる。

0009

特開2003−47651号公報
特開2004−356103号公報

発明が解決しようとする課題

0010

確かに、上述した図10に示す従来の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。

0011

しかしながら、上述した図10に示す従来のイオン発生装置は、商用交流電源E1を入力電源として用いていることから、放電エネルギーを一時的にコンデンサC1に蓄え、コンデンサC1の充放電を半導体スイッチ素子S1によって切り替えるために高耐圧大容量のコンデンサC1と高耐圧の半導体スイッチング素子S1が必要になり、サイズが大きくなるという課題を有している。

0012

更に、上述した図10に示す従来のイオン発生装置は、交流インパルス状の高電圧E3が発生した直後はトランスT1の抵抗成分により、高電圧の減衰信号図11(b)の交流インパルス状の高電圧E3の拡大波形を示す図12参照)が放電部X1に印加される。その放電部X1に印加される高電圧の減衰信号は、商用交流電源E1の周波数に応じた周期で発生する。放電部X1に必要な電圧は、放電部X1の正の放電開始電圧を最初に超えた正のピーク電圧と放電部X1の負の放電開始電圧を最初に超えた負のピーク電圧であって、それ以外の減衰信号は不要である。すなわち、上述した図10に示す従来のイオン発生装置は、放電部X1に不要な電圧が印加されており、この不要な電圧の印加によって放電部X1が劣化してしまうという課題を有している。

0013

更に、上述した図10に示す従来のイオン発生装置は、半導体スイッチ素子S1の所定の閾値VTHとトランスT1の電圧変換比によって放電部X1への印加電圧が定まり放電部X1への印加電圧が調整できないため、放電部X1の耐圧を超えた電圧が放電部X1へ印加され放電部X1が壊れる可能性があるという課題を有している。

0014

更に、上述した図10に示す従来のイオン発生装置は、半導体スイッチ素子S1の所定の閾値VTHとトランスT1の電圧変換比によって放電部X1への印加電圧が定まり放電部X1への印加電圧が調整できないため、放電部X1の材料や形状が異なり、放電部X1の放電開始電圧が異なる場合、同一の高電圧発生回路では対応できないという課題を有している。

0015

更に、上述した図10に示す従来のイオン発生装置は、半導体スイッチ素子S1の所定の閾値VTHとトランスT1の電圧変換比によって放電部X1への印加電圧が定まり放電部X1への印加電圧の正電圧と負電圧とが別々に調整できないため、プラスイオンとマイナスイオンのバランス調整ができないという課題を有している。

0016

更に、上述した図10に示す従来のイオン発生装置は、放電エネルギーを一時的にコンデンサC1に蓄えており、コンデンサC1の単位時間あたりの放電回数、すなわちイオン発生量を任意に制御できないという課題を有している。

0017

本発明は、上記の問題点に鑑み、小型化を図ることができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載したイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第1の目的とする。

0018

更に、出力する高電圧の正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の減衰信号を低減することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部に印加される不要な高電圧を低減することで放電部の劣化を防ぐことができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第2の目的とする。

0019

更に、出力する高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の破壊を防止することができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第3の目的とする。

0020

更に、出力する高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要のないイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第4の目的とする。

0021

更に、出力する高電圧の発生頻度を調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載しイオン発生量を任意に制御できるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を提供することを第5の目的とする。

課題を解決するための手段

0022

上記第1と第2の目的を達成するために、本発明に係る高電圧発生回路は、直流電源から出力される直流電圧を昇圧して2次側に高電圧を出力する昇圧部と、前記昇圧部の1次側電流を断続するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のON/OFFを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部と、前記スイッチング素子がONからOFFになった瞬間に前記昇圧部の1次側電流を流す整流素子とを備える構成としている。このような構成によると、入力電源に商用交流電源を用いずに、直流電源から出力される直流電圧を入力しているので、スイッチング素子を高耐圧部品にする必要及び放電エネルギーを一時的に蓄える高耐圧大容量のコンデンサを設ける必要がなくなる。これにより、高電圧発生回路の小型化を図ることができる。ただし、直流電源から出力される直流電圧が大きすぎるとスイッチング素子の耐圧を高くする必要が生じるので、直流電源から出力される直流電圧は24V以下であることが望ましい。また、整流素子により、昇圧部の2次側に発生する減衰信号を低減することができる。したがって、イオン発生装置に適用した場合、放電部には放電に必要な正のピーク電圧及び負のピーク電圧が印加され、正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の不要な減衰信号の放電部への印加が低減されるので、放電部の劣化を防ぐことができる。

0023

また、上記第3、第4の目的を達成するためには、上記構成の高電圧発生回路において、前記直流電源から出力される直流電圧の値と前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス幅とが可変する構成にするとよい。このような構成によると、高電圧発生回路が出力する高電圧の正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる。したがって、イオン発生装置に適用した場合、放電部の破壊を防止することができ、且つ放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要がなくなり、且つプラスイオンとマイナスイオンのバランスを調整することができる。

0024

また、上記第5の目的を達成するためには、上記各構成の高電圧発生回路において、前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔が可変する構成にするとよい。このような構成によると、高電圧発生回路が出力する高電圧の発生頻度を調整することができる。したがって、イオン発生装置に適用した場合、放電部に印加される高電圧の単位時間当たりの発生回数、すなわち放電部の単位時間当たりの放電回数を調整することができ、イオン発生量を調整することができる。

0025

上記各構成の高電圧回路において、前記昇圧部としては例えばトランスやトリガーコイルを用いることができ、前記スイッチング素子としては例えばMOSFETバイポーラトランジスタを用いることができ、前記パルス信号発生部としては例えば前記パルス信号の発生をソフトウェアで制御するマイクロコンピュータや前記パルス信号の発生をハードウェアで制御する専用LSIを用いることができ、前記整流素子としてはダイオードを用いることができる。例えば、前記ダイオードは、前記昇圧部の1次側に並列に接続され、アノードが前記スイッチング素子に接続され、カソードが前記直流電源に接続されるようにするとよい。

0026

また、上記各構成の高電圧回路において、前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルスに対応して前記昇圧部が一つの交流インパルス状の高電圧を出力するようにすることが望ましい。

0027

また、上記各構成の高電圧回路において、前記直流電源から出力される直流電圧の値と、前記パルス信号発生部から出力されるパルス信号の一つのパルス幅に応じて、前記昇圧部の2次側から出力される高電圧の値が変化するようにすることで、上記第3及び第4の目的を達成することができる。

0028

本発明に係るイオン発生装置は、上記いずれかの構成の高電圧発生回路と、前記高電圧発生回路から出力される高電圧が印加される放電部とを備え、前記高電圧発生回路から出力される高電圧を前記放電部に印加することで前記放電部がイオンを発生させる構成である。

0029

また、上記第5の目的を達成するためには、上記各構成のイオン発生装置において、前記高電圧発生回路が備えるパルス信号発生部から出力されるパルス信号のパルス間隔を調整することでイオン発生量を制御する構成にするとよい。

0030

また、放電部の耐久性生産性の観点から、上記各構成のイオン発生装置において、前記放電部は、固体誘電体を挟んだ放電電極と誘導電極によって形成されていることが望ましい。

0031

また、放電部の劣化を防ぐ観点から、上記各構成のイオン発生装置において、前記高電圧発生回路から出力される高電圧の第3波以降の値が略であることが望ましい。

0032

また、上記各構成のイオン発生装置において、前記放電部がマイナスイオンとプラスイオンの両方を発生させ、前記プラスイオンをH+(H2O)mとし、前記マイナスイオンをO2-(H2O)n(m、nは自然係数)とすることで、浮遊細菌等を除去することができる。

0033

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ための送出手段とを備える構成とする。

発明の効果

0034

本発明によると、小型化を図ることができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載したイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

0035

更に、出力する高電圧の正のピーク電圧及び負のピーク電圧以外の減衰信号を低減することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部に印加される不要な高電圧を低減することで放電部の劣化を防ぐことができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

0036

更に、出力する高電圧の値を正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の破壊を防止することができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

0037

更に、出力する高電圧の値を正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載し放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要のないイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

0038

更に、出力する高電圧の発生頻度を調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載しイオン発生量を任意に制御できるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

0039

更に、出力する高電圧の値を正電圧と負電圧の値を別々に調整することができる高電圧発生回路、その高電圧発生回路を搭載しプラスイオンとマイナスイオンのバランスを調整することができるイオン発生装置、及びそのイオン発生装置を搭載した電気機器を実現することができる。

発明を実施するための最良の形態

0040

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回路の一構成例を示す機能ブロック図である。図1に示すイオン発生装置は、放電部を有するイオン発生素子11と、前記放電部に高電圧を印加する高電圧発生回路100とによって構成される。高電圧発生回路100は、電池などの直流電源17から出力される直流電圧を昇圧して2次側に接続される前記放電部に高電圧を出力する昇圧部12と、昇圧部12の1次側電流を断続するスイッチング素子13と、スイッチング素子13のON/OFFを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部15と、前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔を調整するためのタイマー14と、スイッチング素子13がONからOFFになった瞬間に昇圧部12の1次側電流を流す整流素子16とによって構成される。なお、高電圧発生回路100から出力される高電圧の値の調整及び高電圧発生回路100から出力される高電圧の発生頻度の調整が不要である場合には、タイマー14を取り除きパルス信号発生部15が発生するパルス信号の波形を固定するとよい。

0041

図1に示すイオン発生回路は、入力電源に商用交流電源を用いておらず、高電圧発生回路100が直流電源17から出力される直流電圧を入力する構成であるので、スイッチング素子13を高耐圧部品にする必要及び放電エネルギーを一時的に蓄える高耐圧大容量のコンデンサを設ける必要がなくなる。これにより、高電圧発生回路100の小型化を図ることができる。ただし、直流電源17から出力される直流電圧が大きすぎるとスイッチング素子13の耐圧を高くする必要が生じるので、直流電源17から出力される直流電圧は24V以下であることが望ましい。

0042

図2は、図1に示すイオン発生装置の一実施形態を示す回路図である。図2に示すイオン発生装置は、放電部を有するイオン発生素子21と、前記放電部に高電圧を印加する高電圧発生回路200とによって構成される。高電圧発生回路200は、直流電源27から出力される直流電圧を昇圧して2次側に接続される前記放電部に高電圧を出力する昇圧部であるトリガーコイル22と、トリガーコイル22の1次側電流を断続するスイッチング素子であるMOSFET23と、MOS FET23のON/OFFを制御するためのパルス信号を発生するパルス信号発生部24B及び前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔を調整するためのタイマー24Aを有する演算処理装置24と、MOS FET23がONからOFFになった瞬間にトリガーコイル22の1次側電流を流すダイオード25とによって構成される。演算処理装置24の例としては、前記パルス信号の発生及び前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔の調整をソフトウェアで制御するマイクロコンピュータ或いは前記パルス信号の発生及び前記パルス信号のパルス幅とパルス間隔の調整をハードウェアで制御する専用LSIが挙げられる。

0043

直流電源26の正極は、演算処理装置24の電源端子に接続されている。直流電源27の正極は、トリガーコイル22の1次巻線L1の一端、2次巻線L2の一旦、及びダイオード25のカソードに接続されている。直流電源26の負極、直流電源27の負極、及び演算処理装置24のGND端子は、GNDに接地されている。トリガーコイル22の1次巻線L1の他端は、MOSFET23のドレイン端子とダイオード25のアノードに接続されている。MOS FET23のソース端子は、GNDに接地されている。MOS FET23のゲート端子は、演算処理装置24のパルス信号出力端子に接続されている。トリガーコイル22の2次巻線の他端は、イオン発生素子21の放電部の放電電極に接続されている。イオン発生素子21の放電部の誘導電極はGNDに接地されている。

0044

ここで、イオン発生素子21の一構成例を図3に示す。図3(a)はイオン発生素子21の上面図であり、図3(b)はイオン発生素子21のX−X線断面図である。

0045

図3に示すイオン発生素子は、誘電体28(上部誘電体28Aと下部誘電体28B)と、放電部(放電電極29A、誘導電極29B、放電電極接点29C、誘導電極接点29D、接続端子29E及び29F、並びに接続経路29G及び29H)と、コーティング層30とを有して成る。

0046

誘電体28は、略直方体状の上部誘電体28Aと下部誘電体28Bを貼り合わせて成る。誘電体28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28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28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、放電電極29Aと誘導電極29B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28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28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、本構成例のように平板状(円板状及び直方体状を含む)とするのが好適である。

0047

放電電極29Aは、上部誘電体28Aの表面に該上部誘電体28Aと一体的に形成されている。放電電極29A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。

0048

また、誘導電極29Bは、上部誘電体28Aを挟んで、放電電極29A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29Aと誘導電極29B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、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、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28を円柱状とした場合には、放電電極29Aを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極29B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。誘導電極29Bの材料としては、放電電極29A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。

0049

放電電極接点29Cは、放電電極29Aと同一形成面(すなわち上部誘電体28Aの表面)に設けられた接続端子29E、及び接続経路29Gを介して、放電電極29Aと電気的に導通されている。従って、放電電極接点29Cにリード線銅線アルミ線など)の一端を接続し、該リード線の他端をトリガーコイル22の2次巻線L2の他端に接続すれば、放電電極29Aとトリガーコイル22の2次巻線L2とを電気的に導通させることができる。

0050

誘導電極接点29Dは、誘導電極29Bと同一形成面(すなわち下部誘電体28Bの表面)に設けられた接続端子29F、及び接続経路29Hを介して、誘導電極29Bと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点29D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GNDに接地すれば、誘電電極29BをGND電位にすることができる。

0051

なお、図3に示すイオン発生素子において、放電電極29A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。

0052

次に、図2戻り図2に示すイオン発生装置の動作について説明する。図2に示すイオン発生装置では、演算処理装置24から出力されたパルス信号により、MOSFET23が一時的にON状態となり、トリガーコイル22の1次巻線L1に電流が流れると相互誘導により、トリガーコイル22の2次巻線L2に巻数比で決まる高電圧が発生され、また、MOS FET23がONからOFFになった瞬間にトリガーコイル22の1次巻線L1に溜まった電流がダイオード25に流れる。よって、トリガーコイル22の2次巻線L2からイオン発生素子21の放電部の放電電極に印加される交流インパルス状の高電圧において、第3波以降が低減される(本実施形態では、第3波以降が略零となる)。トリガーコイル22の2次巻線L2からイオン発生素子21の放電部の放電電極に印加される交流インパルス状の高電圧において、第1波が正電圧になるか負電圧になるかはトリガーコイル22の1次巻線L1と2次巻線L2の巻き方向で決まる。その後、演算処理装置24のタイマー24Aにより制御された間隔で次のパルス信号が出力されるまでの間、MOS FET23はOFF状態となり、イオン発生素子21の放電部の放電電極と誘導電極に高電圧が印加されない。これらの高電圧発生動作は、演算処理装置24のタイマー24Aにより制御された間隔で出力されるパルス信号に応じて、繰り返される。

0053

図2に示すイオン発生装置の各部電圧は図4に示すような波形になる。ここで、図4(a)は直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧、すなわち、トリガーコイル22の入力電圧の波形を、図4(b)は演算処理装置24から出力されるパルス信号、すなわち、MOSFET23のゲート信号の波形を、図4(c)はトリガーコイル22の出力電圧の波形をそれぞれ示している。

0054

イオン発生素子21の放電部の放電電極には図4(c)に示すような交流インパルス状の高電圧が印加される。このとき、イオン発生素子21の放電部の放電電極に印加された電圧がイオン発生素子21の放電開始電圧±VBD(図4(c)参照)に達していれば、イオン発生素子21の表面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、正電圧印加時はプラスイオンであるH+(H2O)mが発生し、負電圧印加時はマイナスイオンであるO2-(H2O)n(m、nは自然数)が発生するため、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) が略等量発生する。

0055

また、図2に示すイオン発生装置では、演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅及び直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧を調整することでトリガーコイル22の2次巻線L2に発生する高電圧の正電圧のピーク値と負電圧のピーク値を任意に調整することができる。演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅を変えることで、第2波(本実施形態では負電圧)のピーク電圧が変化する。この時、第1波(本実施形態では正電圧)のピーク電圧は変化しない。演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅を広げると、第2波(本実施形態では負電圧)のピーク電圧は上がる。但し、パルス幅を広げすぎると第2波のピーク電圧は下がるので、トリガーコイル22の出力電圧を測定しながら調整するのが望ましい。直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧を調整することで、第1波(本実施形態では正電圧)と第2波(本実施形態では負電圧)のピーク電圧がそれぞれ変化する。したがって、イオン発生素子21の放電部の破壊を防止することができ、且つイオン発生素子21の放電部の放電開始電圧に応じて高電圧発生回路の仕様を変更する必要がなくなる。更に、イオン発生素子21の放電部に印加される正電圧と負電圧のピーク値を調整することで、プラスイオンとマイナスイオンのバランスを調整することができる。更に、演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス間隔の調整をすることでイオン発生素子21の放電部の放電電極に印加される交流インパルス状の高電圧の単位時間当たりの発生回数、すなわちイオン発生素子21の単位時間当たりの放電回数を調整することができる。

0056

例えば、図2に示すイオン発生装置において、表1に示すような±1.5kVで放電を開始するイオン発生素子Aと、±2.0kVで放電を開始するイオン発生素子Bの2種類のイオン発生素子とを、それぞれ本発明に係る高電圧発生回路200で放電させる場合についての実施例を述べる。

0057

0058

表1に示すような放電開始電圧の異なるイオン発生素子(ここではイオン発生素子Aとイオン発生素子B)を放電させるための第1の実施例について説明する。直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧(トリガーコイル22の入力電圧)を、図5(a)に示すように5V、演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅を、図5(b)の1つ目のパルスのように0.5μsecと設定すると、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)は、図5(c)の一つ目の交流インパルス状の高電圧のようにピーク値が±1.6kVとなり、放電開始電圧が±1.5kVであるイオン発生素子Aを放電させることができる。しかし、この条件では放電開始電圧が±2.0kVであるイオン発生素子Bを放電させることはできない。そこで、演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅は、図5(b)に示すように0.5μsecのままで、直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧(トリガーコイル22の入力電圧)を、図5(a)に示すように10Vに増加した場合、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)は、図5(c)の2つ目の交流インパルス状の高電圧のようにピーク値が±2.1kVに増加し、放電開始電圧が±2.0kVであるイオン発生素子Bを放電させることができる。この第1の実施例における直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧(トリガーコイル22の入力電圧)とトリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)との関係を表2に示す。

0059

0060

前記パルス幅0.5μsec並びに直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧(トリガーコイル22の入力電圧)5V及び10Vは一例であり、トリガーコイル22のL1、L2の巻数及びMOSFET23のON時間等によりトリガーコイル22の出力電圧は変動する。すなわち使用する部品に応じて前記パルス幅とトリガーコイル22の入力電圧の調整を行うことにより、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)を任意に制御することができる。

0061

次に、表1に示すイオン発生素子Aを用いてプラスイオンとマイナスイオン発生量を調整するための第2の実施例について説明する。イオン発生素子Aは、放電開始電圧以上の正電圧(≧+1.5kV)が印加されるとプラスイオンを発生し、放電開始電圧以上の負電圧(≦−1.5kV)が印加されるとマイナスイオンを発生する。直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧(トリガーコイル22の入力電圧)を、図6(a)に示すように8V、演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅を、図6(b)の1つ目のパルスのように0.5μsecと設定すると、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)は、図6(c)の一つ目の交流インパルス状の高電圧のように正電圧のピーク値が+1.7kV、負電圧のピーク値が−1.7kVとなり、放電開始電圧が±1.5kVであるイオン発生素子Aを放電させることができる。すなわち、プラスイオンとマイナスイオンを発生させることができる。このとき、プラスイオンとマイナスイオンの発生量が同程度であることが望ましい。

0062

演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅の設定が0.5μsecの条件下ではプラスイオンの発生量がマイナスイオンの発生量より少ない場合、例えば図6(b)の2つ目のパルスのようにパルス幅を0.3μsecに縮小すると、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)は、図6(c)の2つ目の交流インパルス状の高電圧のように正電圧(第1波)のピーク値は+1.7kVのままで、負電圧(第2波)のピーク値が−1.6kVに減少する。これにより、マイナスイオンの発生量を減らすことができる。一方、演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅の設定が0.5μsecの条件下ではプラスイオンの発生量がマイナスイオンの発生量より多い場合、例えば図6(b)の3つ目のパルスのようにパルス幅を0.7μsecに拡大すると、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)は、図6(c)の3つ目の交流インパルス状の高電圧のように正電圧のピーク値は+1.7kVのままで、負電圧のピーク値が−1.9kVに拡大する。これにより、マイナスイオンの発生量を増やすことができる。したがって、演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス幅を調整することで、プラスイオンとマイナスイオンの発生量を同程度にすることができる。

0063

ここで、イオン発生素子21の放電部に印加される電圧とイオン発生量の関係を図6(d)に示す。イオン発生素子21の放電部に印加される電圧がイオン発生素子21の放電開始電圧+VBDを越えると、プラスイオンが発生し、イオン発生素子21の破壊電圧を超えるまでプラスイオンは増加する。また、イオン発生素子21の放電部に印加される電圧がイオン発生素子21の放電開始電圧−VBDを越えると、マイナスイオンが発生し、イオン発生素子21の破壊電圧を超えるまでマイナスイオンは増加する。

0064

前記パルス幅0.3μsec、0.5μsec及び0.7μsec並びに直流電源27からトリガーコイル22に印加される電圧(トリガーコイル22の入力電圧)8Vは一例であり、トリガーコイル22のL1、L2の巻数及びMOSFET23のON時間等によりトリガーコイル22の出力電圧は変動する。すなわち使用する部品に応じて前記パルス幅とトリガーコイル22の入力電圧の調整を行うことにより、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)を任意に制御することができる。

0065

次に、図2に示すイオン発生装置において、イオン発生量を増加させる場合の実施例について説明する。演算処理装置24から出力されるパルス信号のパルス間隔を図7(b)の1つ目のパルスと2つ目のパルスとの間隔2msecから2つ目のパルスと3つ目のパルスとの間隔1msecに狭くした場合、トリガーコイル22の2次巻線L2に発生する電圧(トリガーコイル22の出力電圧)の周波数が、図7(c)の1つ目と2つ目の交流インパルス状の高電圧の周波数500Hzから、2つ目と3つ目の交流インパルス状の高電圧の周波数1kHzへと増加し、すなわちイオン発生素子21の放電部での放電回数が倍増し、イオン発生量も理論上倍増する。放電回数とイオン発生量の関係を図7(d)に示す。

0066

なお、図2に示すイオン発生装置においては、昇圧部の1次側電流を断続するスイッチング素子としてMOSFET23が用いられているが、MOS FET23の代わりにバイポーラトランジスタを用いて図8に示すような構成にしても同様の効果を得ることができる。

0067

また、図2に示すイオン発生装置においては、昇圧部としてトリガーコイル22が用いられているが、トリガーコイル22の代わりにトランス22Aを用いて図9に示すような構成にしても同様の効果を得ることができる。この場合、トランスの2次巻線の一端をイオン発生素子21の放電電極に電気的に接続し、トランスの2次巻線の他端をイオン発生素子21の誘導電極に電気的に接続する。

0068

また、図4図7においては、演算処理装置24から出力されるパルス信号の一つのパルスに対応して一つの交流インパルス状の高電圧が発生しているが、演算処理装置24から出力されるパルス信号の複数のパルスに対応して一つの交流インパルス状の高電圧が発生するようにしても構わない。

0069

また、上述した各実施例は適宜組み合わせて実施することが可能である。

0070

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。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。

図面の簡単な説明

0071

は、本発明に係るイオン発生回路の一構成例を示す機能ブロック図である。
は、図1に示すイオン発生装置の一実施形態を示す回路図である。
は、図2に示すイオン発生装置が備えるイオン発生素子の一構成例を示す図である。
は、図2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2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2に示すイオン発生装置の各部電圧波形及び図2に示すイオン発生装置の放電部への印加電圧とイオン発生量との関係を示す図である。
は、図2に示すイオン発生装置の各部電圧波形及び図2に示すイオン発生装置の放電回数とイオン発生量との関係を示す図である。
は、本発明に係るイオン発生回路の他の構成例を示す図である。
は、本発明に係るイオン発生回路の更に他の構成例を示す図である。
は、従来のイオン発生装置の一例を示す回路図である。
は、図10に示す従来のイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
は、図11(b)の交流インパルス状の高電圧の拡大波形を示す図である。

符号の説明

0072

11、21イオン発生素子
12 昇圧部
13スイッチング素子
14、24Aタイマー
15、24Bパルス信号発生部
16整流素子
17、26、27直流電源
22トリガーコイル
22Aトランス
23 MOSFET
24演算処理装置
25ダイオード
100、200高電圧発生回路
L1 トリガーコイルの1次巻線
L2 トリガーコイルの2次巻線

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