(57)【要約】      （修正有）【課題】高圧電気を印可して放電電極から気中放電してイオンを発生させるイオン発生器において、高圧電気を供給するケーブルが長くなると、ケーブルに寄生する電気容量が放電に影響して、放電状態が不安定になるのを防止し、また、イオン発生器の動作停止後に不要な放電を起こし雑音を発生するのを防止する。【解決手段】ケーブル３に帯電する電気を放電するための電気抵抗体５１を設置し、一端を放電電極４ａに接続し、他端を接地する。また、電気抵抗体５１の抵抗値は高圧電気発生回路２の特性と、放電電極４ａの構造と、ケーブル３を被覆する絶縁体膜３ｂの物質特性と長さとによって決定する。【選択図】図１
2015207410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中で放電するための放電電極と、
高圧電気を発生する高電圧発生回路と、
前記放電電極と前記高電圧発生回路とを接続して前記放電電極に高圧電気を供給するケーブルと、を備えるイオン発生器であって、
前記ケーブルは高圧電気を導電する電線と、
それを被覆する絶縁体と、前記絶縁体の外側を被覆するシールドとを有し、
前記電線と前記シールドとは電気抵抗体で接続され、
さらに前記シールドは接地されることを特徴とするイオン発生器。
【請求項２】
前記シールドに接続された対向電極を前記放電電極に対応する位置に設け、
前記電気抵抗体は、前記放電電極と前記対向電極とを接続するとともに、
前記放電電極の近傍に設置されることを特徴とする、
請求項１に記載のイオン発生器。
【請求項３】
前記電気抵抗体は、前記高電圧発生回路の出力端に設けられて前記電線と前記シールドを接続することを特徴とする請求項１に記載のイオン発生器。
【請求項４】
前記電気抵抗体は、前記ケーブルの中途に挿入して設けられて前記電線と前記シールドを接続することを特徴とする請求項１に記載のイオン発生器。
【請求項５】
前記電気抵抗体は３ＧΩ以上９．６ＧΩ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧電気発生回路と放電電極とを分離設置したイオン発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明が対象とするイオン発生器は、高圧電気発生回路の出力電圧を放電電極に出力して大気中で放電させることで空気中の気体分子からイオンを生成する。イオンを発生させるための高圧電気発生回路とイオンを発生する放電電極との間は電線で接続され、放電電極に高圧電気が供給される。供給される高圧電気は数ｋＶから数十ｋＶであるため、電線は導電体の芯線の周囲を耐圧絶縁被膜で覆われたものを使用する。絶縁被膜は高圧電気が漏電することを防止するというプラスの側面だけではなく、絶縁材料固有の大きさの電気寄生容量を呈するというマイナスの側面も有し、電線の長さが長くなれば電気寄生容量も大きくなる。
【０００３】
この電気寄生容量によって導電体を通じて供給される高圧電気が蓄積され、放電電極に印加される電圧波形にも影響し、特に電線の長さが数ｃｍ以上で、高圧電気がパルスとして与えられる場合には波形が変形したりする。
【０００４】
また、イオン発生器の動作停止のために高圧電気の発生を停止した時には、高圧電気が絶縁被覆に蓄積されたまま残留する。このために動作停止をさせているにも拘らず不要な放電現象が継続するという不具合が発生する。高圧電気発生回路から放電電極まで間の電気寄生容量が十分小さければ、電極に蓄積する電荷量が小さいため残留電荷の放電時間は短くなって、高電圧回路の動作停止後直ちに電荷の蓄積は解消されるが、電気寄生容量が大きくなれば長時間不要な放電が継続する。
【０００５】
このような不要な放電現象に対して、特開平０９―３１０６６８号（特許文献１）には、車両用のエンジンで使用される点火装置の不要な放電を解消する方法が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９―３１０６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献は内燃機関の点火に関するものであり、放電電極にパルス状電圧を印加して点火条件を満たした後は絶縁被覆に帯電する電荷を速やかに放電することを目的としているため、イオン発生器には適さない。すなわち、イオン発生器が適切なイオン濃度でイオン発生を維持するためには、放電電極で放電が継続していることが重要で、パルス状電圧を印加した場合であっても放電電圧以上の電極電圧を一定期間保持せねばならない。また、逆に電圧印加が終了した時点では不要な帯電を速やかに除くことが好ましい。
【０００８】
そのためには、適切な放電電圧の維持と、適切な帯電除去時間とが両立できるような放電抵抗の設置が求められ、このことから放電電極の電極間距離とケーブルの寄生容量の大きさに応じたアース抵抗を設定する必要が生じる。上記特許文献のように速やかに電荷を放電することだけを狙った方法は不都合である。
【０００９】
そこで本発明は、高圧電気発生回路とそれを印加される放電電極とが離隔して設けられるイオン発生器において、適切なイオン濃度を得るとともに、動作停止後は速やかに残留する電荷を放電し不要な放電を起こさないための適切な抵抗値を有するアース抵抗を備えたイオン発生器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るイオン発生器は、昇圧回路を含む高圧電気発生回路と放電電極とを結ぶシールドされたケーブルを有し、前記シールドは接地されており、さらに放電電極とシールドとをアース抵抗で接続することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るイオン発生器は、昇圧回路を含む高圧電気発生回路と放電電極とを結ぶシールドされたケーブルを有し、前記シールドは接地されており、さらにシールドに接続された対向電極を放電電極近傍に備えるとともに、放電電極とシールドとをアース抵抗で接続することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るイオン発生器は、昇圧回路を含む高圧電気発生回路と放電電極とを結ぶシールドされたケーブルを有し、前記シールドは接地されており、さらに高圧電気発生回路の出力端とシールドとをアース抵抗で接続することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るイオン発生器は、昇圧回路を含む高圧電気発生回路と放電電極とを結ぶシールドされたケーブルを有し、前記シールドは接地されており、さらに前記ケーブルの中途において、前記ケーブルの電線とシールドとをアース抵抗で接続することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他のイオン発生器において、前記アース抵抗は３ＧΩ（ギガオーム）以上９．６ＧΩ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高圧電気発生回路と放電電極とが離隔して設けられ、その間を絶縁被覆したケーブルで接続するイオン発生器において、ケーブルの長さに影響されず安定したイオン濃度でイオンを発生するとともに、動作停止後は不要な放電を起こさないイオン発生器を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係るイオン発生器の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の比較用イオン発生器の構成を示す概略図である。
【図３】比較用イオン発生器の負放電電極での騒音圧グラフである。
【図４】比較用イオン発生器の正放電電極での騒音圧グラフである。
【図５】本発明の実施形態１のイオン発生器の負放電電極での騒音圧グラフである。
【図６】本発明の実施形態１のイオン発生器の正放電電極での騒音圧グラフである。
【図７】本発明の実施形態１のイオン発生器において、アース抵抗が３ＧΩの時と６ＧΩの時の定常動作中の電極電圧を比較するグラフである。
【図８】本発明の実施形態１のイオン発生器の放電電極にアース抵抗が接続されている場合のトランス出力波形である。
【図９】本発明の実施形態１のイオン発生器の放電電極にアース抵抗が接続されていない場合のトランス出力波形である。
【図１０】本発明の実施形態１に係るアース抵抗の基板実装例の概略平面図で、基板パターン面の図である。
【図１１】本発明の実施形態１のイオン発生器の外観模式図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係るイオン発生器の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施形態２に係る電極組品の基板実装例の概略平面図で、基板パターン面を示す図である。
【図１４】図１３の実装基板の底面視を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態３に係るイオン発生器の構成を示す概要図である。
【図１６】本発明の実施形態３に係る電極組品の基板実装例の概略平面図で、基板パターン面の図である。
【図１７】本発明の実施形態４に係るイオン発生器の外観模式図である。
【図１８】本発明の実施形態５に係るイオン発生器の構成を示す概略図である。
【図１９】本発明の実施形態５に係る高電圧発生回路の基板実装例の概略平面図で、基板パターン面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。
【００１８】
（実施形態１）
図１に、実施形態１に係るイオン発生器１の概略構成図を示す。イオン発生器１は、高圧電気を発生する高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２で発生した高圧電気を放電電極に供給するケーブル３と、高圧電気の供給を受け気中放電してイオンを発生する電極組品４と、ケーブル３の芯線とシールドを接続するアース抵抗５と、を備える。
【００１９】
イオン発生器１では、高電圧発生回路２から３５ｃｍ離れて電極組品４を設け、高電圧発生回路２と電極組品４とをケーブル３で接続している。ケーブル３は芯線である高電圧電位線３ａの外側を絶縁被覆３ｂで囲って、さらにその外側を導電体からなるシールド３ｃで覆って構成してある。高電圧発生回路２の出力は、ケーブル３の高電圧電位線３ａを経由して電極組品４の放電電極４ａに供給される。また、ケーブル３のシールド３ｃは高電圧発生回路２のグランドラインと接続されて接地を共有している。
【００２０】
電極組品４は、放電電極４ａとこれに対向する対向電極４ｂとを備える。放電電極４ａは先端が針状の金属棒である。対向電極４ｂは孔あき金属板をＬ字型に折り曲げて形成されており、この孔が放電電極４ａの先端を中心とする円孔となるように位置決めされ、放電電極４ａの近傍に固定されている。放電電極４ａは高電圧発生回路２から供給された高圧電気を針状の先端から空中に向けて放電し、対向電極４ｂは放電電極４ａが放電した電気を集電して放電を安定化させる働きをする。電極組品４の対向電極４ｂにシールド３ｃの一端を接続し、他端は高電圧発生回路２のグランドラインに接続して接地する。すなわち、このシールド３ｃは接地電位の導線となる。
【００２１】
アース抵抗５は一方の端をケーブル３の高電圧電位線３ａと接続し、他方の端をシールド３ｃと接続する。本実施形態では、アース抵抗５はケーブル３の中途に挿入して設置される。アース抵抗５は、シールド３ｃを介して接地される。
【００２２】
高電圧発生回路２は昇圧装置を含み、出力をダイオードで整流してパルス電圧を含む直流電圧を出力する。この直流電圧は、電極組品４の針状の放電電極４aに印加されて放電を開始することが出来るとともに、イオンが継続して発生する程度に高い電圧を有する。高電圧発生回路２は出力端の一方を高電圧の出力端として、他端を接地しグランドラインとしている。
【００２３】
本実施形態のイオン発生器１では、放電電極４ａは、高電圧発生回路２の出力端に接続される整流回路から正の直流電圧を受けて正イオンを発生する正放電電極、または、整流回路から負の直流電圧を受けて負イオンを発生する負放電電極の内、どちらか一方とされる。
【００２４】
図２は、実施形態１に係るイオン発生器１からアース抵抗５を除いた比較用のイオン発生器１００の構成を示す概略図である。図１及び図２に示すケーブル３は、電気を通流する芯線である高電圧電位線３ａを絶縁被覆３ｂで被覆し、さらに絶縁被覆の外側を導電体の編組からなるシールド３ｃで被覆して構成しており、通電によって絶縁被覆材料の物性に従った誘電効果が発生し、長さ方向に均質な構造であるのでケーブルの長さに応じた容量成分が寄生する。
【００２５】
上記のように構成したイオン発生器１００において、イオン発生期間およびイオン発生停止後の騒音発生を観測した。図３は図２の比較用イオン発生器１００の負放電電極での騒音圧グラフである。プロットの横軸は時間で単位は秒であり、縦軸は音圧である。この騒音圧プロットでは計時開始後約０．０９秒の時点でイオン発生器は動作を停止しているが、その約０．０２秒後に動作時騒音相当以上の騒音が発生し、動作停止後０．３秒を経過しても継続している。
【００２６】
図４に示すように正極でも計時開始後約０．０５秒の時点でイオン発生器は動作を停止しているが、その約０．０２秒後に動作時騒音相当以上の騒音が発生、動作停止後０．１５秒を経過しても継続している。ただし、正極では動作停止後の放電音は確認できるが、負極に比べて音圧レベルが低く継続時間も短い。
【００２７】
また、図５及び図６は本発明の実施形態１に係るイオン発生器１の場合の騒音圧グラフである。図５が負極性電極における騒音発生を、図６が正極性電極における騒音発生を示している。図５では計測開始後、０．０９秒にイオン発生器１が動作停止した後は、騒音が発生していない。同様に図６においても計測開始後０．１４秒時点でイオン発生器１が動作停止した後は騒音が発生していない。これらの騒音発生については、放電電極とケーブルに残留した電荷による放電現象によるもので、次のように説明できる。
【００２８】
本実施形態のイオン発生器１、および比較用イオン発生器１００はパルス電圧を含む高圧直流電気によるコロナ放電を利用したものであり、電極組品４の近傍には正イオンの空間電荷が分布し、放電条件に影響を与える。放電電極４aの極性が負の場合は、正イオンの空間電荷が電極とのクーロン力で負電極に接近するので電界が強められ、放電によって電極電位が下がり電界が低下しても放電が継続する。逆に放電電極４ａの極性が正の場合は、空間電荷と電極が同極性で、クーロン力によって互いの距離も離れるので、電界が弱まり負極ほど放電は継続しない。
【００２９】
先行技術文献に開示される車両用水素エンジンの点火プラグの場合では、電極とそれに接続するケーブルに蓄積した電荷を除去するために、接地抵抗Ｒ１の抵抗値を５ＭΩ（メガオーム）として速やかに残留電荷を除去するとしている。つまり先行技術文献の内燃エンジンの点火プラグの場合、放電が必要とされる期間は電圧パルス幅であって非常に短時間かつ単発的であり、次の吸気行程中で点火させないために、点火後の排気行程で迅速に残留電荷を除去出来るような抵抗値を選択している。
【００３０】
これに対して本発明が対象にしているイオン発生器では、放電が必要とされる期間は、連続したパルスまたは一定電圧で印可される電圧印可期間であって、継続時間が長く、放電期間は高電圧を維持しなければならないが、装置停止後は速やかに残留電荷を除去する必要がある。
【００３１】
定常動作時の放電電極４ａの電圧は、高電圧発生回路２の出力電流と、放電電極４ａの放電電流とアース抵抗５に流れる電流を加えた電流とが等しくなる電圧でバランスする。すなわち、その電圧は下記の式（１）で表わされる関係となるが、高電圧発生回路２の出力電流は小さいため、アース抵抗５の抵抗値が小さいと放電電極４ａで放電を継続するのに必要な放電電圧が得られない。ここにおいて、次のような関係式が成り立つ。
【００３２】
Ｉｏｕｔ＝Ｉｅｌｅｍｅｎｔ＋Ｖｅｌｅｍｅｎｔ／Ｒａｄｊｕｓｔ  （１）
（１）式より、
Ｒａｄｊｕｓｔ＝Ｖｅｌｅｍｅｎｔ／（Ｉｏｕｔ−Ｉｅｌｅｍｅｎｔ）（２）
を得る。
放電電極の放電電圧を確保するには、アース抵抗５の抵抗値は式（２）の関係を満たしながらできるだけ大きいほうが望ましい。よって（２）式から、
Ｒａｄｊｕｓｔ≧Ｖｅｌｅｍｅｎｔ／（Ｉｏｕｔ−Ｉｅｌｅｍｅｎｔ）（３）
となる。
ここにおいて、Ｉｏｕｔ：高電圧発生回路２の出力電流、Ｉｅｌｅｍｅｎｔ：放電電極の平均放電電流、Ｖｅｌｅｍｅｎｔ：放電電極の放電電圧、Ｒａｄｊｕｓｔ：アース抵抗５の抵抗値、とする。
【００３３】
一方、動作停止時に残留電荷を放電するために必要な時間は、次式（４）で与えられる。
ｔ＝−１×Ｒａｄｊｕｓｔ×Ｃｃａｂｌｅ×ｌｎ（１−Ｖ／Ｖ０）   （４）
（４）式より、
Ｒａｄｊｕｓｔ＝−ｔ／（Ｃｃａｂｌｅ×ｌｎ（１−Ｖ／Ｖ０））   （５）
を得る。
残留電荷を短時間で放電するためには、アース抵抗５の抵抗値は式（５）の関係を満たしながらできるだけ小さいほうがよい。よって（５）式から、
Ｒａｄｊｕｓｔ≦−ｔ／（Ｃｃａｂｌｅ×ｌｎ（１−Ｖ／Ｖ０））   （６）
となる。
ここにおいて、Ｒａｄｊｕｓｔ：アース抵抗５の抵抗値、t：許容される放電時間の最大時間、Ｃｃａｂｌｅ：ケーブル３の電気寄生容量、Ｖ：放電時の放電電極電圧、Ｖ０：放電開始時の放電電極電圧、ｌｎ（１−Ｖ／Ｖ０）：電圧を引数とする自然対数、である。
【００３４】
よって、最適なイオン発生器の回路を得るためには、（３）式  及び（６）式より導かれる、次式（７）式の関係を満たせばよい。
Ｖｅｌｅｍｅｎｔ／（Ｉｏｕｔ−Ｉｅｌｅｍｅｎｔ）≦Ｒａｄｊｕｓｔ≦−ｔ／（Ｃｃａｂｌｅ×ｌｎ（１−Ｖ／Ｖ０））                         （７）
【００３５】
例えば、放電電極４ａの電圧Ｖｅｌｅｍｅｎt を３ｋＶ、高電圧発生回路２の平均出力電流Ｉｏｕｔを１２μＡ（マイクロアンペア）、放電電極４ａの平均放電電流Ｉｅｌｅｍｅｎｔを１１μＡとしたとき、アース抵抗５の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔは関係式（３）より、
Ｒａｄｊｕｓｔ≧３０００Ｖ／（１２μＡ−１１μＡ）＝３ＧΩ    （８）
を得る。
【００３６】
また、許容される放電時間の最大時間ｔを０．５秒、放電開始時の放電電極電圧Ｖ０を３ｋＶ、放電時の放電電極電圧Ｖを２ｋＶとして、ケーブルの電気寄生容量Ｃｃａｂｌｅが７５ｐＦの場合、アース抵抗５の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔは関係式（６）より、
Ｒａｄｊｕｓｔ≦−０．５／（７５ｐＦ×ｌｎ（１−２０００Ｖ／３０００Ｖ））＝６．１ＧΩ                                              （９）
を得る。
【００３７】
ここで、一般的な電極組品の構造を考慮して検討を行う。一般に、空気中の放電開始電圧は電極間距離１ｍｍに対して約１ｋＶと言われている。つまり、放電電極と対向電極との隙間が１ｍｍであれば１ｋＶの高圧電気を印可すると放電が開始されてイオンが発生する。しかしながら、イオン発生器を使用して累計放電時間が長くなると放電電極には空気中の浮遊物が付着して球状の異物が生じ、放電を妨げるだけではなく、時間とともに成長して電極間の空間が無くなって放電が維持できなくなってしまう。
【００３８】
実用できる時間を長くするためには、放電電極と対向電極との隙間を大きくすることが必要になるが、距離が開くと放電開始電圧が高くなり、電極組品が大きくなるばかりではなく周辺の絶縁距離も大きくする必要があるためにイオン発生器全体が巨大化してしまう。機器組み込み用の小型のイオン発生器では、このことは設計自由度やコストの面で大きな支障を生じる。
【００３９】
このような相矛盾する制約を考慮すると、放電電極と対向電極との隙間を２ｍｍ〜１０ｍｍ程度とするのが実用的な範囲であると考えられる。これに対応する放電電圧２ｋＶ〜１０ｋＶを上式（３）に代入すると、
電圧２ｋＶに対して、  ２ＧΩ≦Ｒａｄｊｕｓｔ
電圧１０ｋＶに対して、１０ＧΩ≦Ｒａｄｊｕｓｔ    を得る。
【００４０】
また、許容される放電時間の最大時間ｔを０．５秒として、実用的な放電電極と対向電極との隙間を２ｍｍ〜１０ｍｍ程度、これに対応する放電開始電圧を２ｋＶ〜１０ｋＶ、この時の放電時の放電電極電圧１ｋＶ〜９ｋＶ、ケーブルの電気寄生容量７５ｐＦとして、上記（６）式に代入すると、
電圧２ｋＶに対して、  ９．６ＧΩ≧Ｒａｄｊｕｓｔ
電圧１０ｋＶに対して  ３ＧΩ≧Ｒａｄｊｕｓｔ    を得る。
【００４１】
以上の結果から、ケーブルの長さを同じとして、放電電極と対向電極の距離を２ｍｍ〜１０ｍｍと変更した場合について結果をまとめると、放電電極と対向電極との隙間が２ｍｍで、放電電圧２ｋＶのイオン発生器に対して、
２ＧΩ≦Ｒａｄｊｕｓｔ≦９．６ＧΩ、を得る。
同様に、放電電極と対向電極との隙間が１０ｍｍで、放電電圧１０ｋＶのイオン発生器に対して、
３ＧΩ≦Ｒａｄｊｕｓｔ≦１０ＧΩ      を得る。
上記で検討した放電電圧３ｋＶのイオン発生器に対しては、
３ＧΩ≦Ｒａｄｊｕｓｔ≦６．１ＧΩ  を得ており、上記の範囲に含まれることが分かる。
【００４２】
次に、電極構造が同じでケーブルの長さを変更した場合について検討する。許容される放電時間の最大時間ｔを０．５秒、放電開始時の放電電極電圧Ｖ０を３ｋＶ、放電時の放電電極電圧Ｖを２ｋＶとし、ケーブルの電気寄生容量Ｃｃａｂｌｅを３０ｐＦ、ケーブル長に直して１４ｃｍとした場合、アース抵抗５の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔは関係式（６）より
Ｒａｄｊｕｓｔ≦−０．５／（３０ｐＦ×ｌｎ（１−２／３））＝１５ＧΩ
を得る。
【００４３】
また、電極構造が同じでケーブルの電気寄生容量Ｃｃａｂｌｅが１５０ｐＦ、ケーブル長に直して７０ｃｍとした場合、アース抵抗５の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔは関係式（６）より
Ｒａｄｊｕｓｔ≦−０．５／（１５０ｐＦ×ｌｎ（１−２／３））＝３ＧΩ
を得る。
【００４４】
さらに、許容される放電時間の最大時間ｔを０．３秒とした場合について検討する。放電開始時の放電電極電圧Ｖ０を３ｋＶ、放電時の放電電極電圧Ｖを２ｋＶとし、ケーブルの電気寄生容量Ｃｃａｂｌｅを３０ｐＦ、ケーブル長に直して１４ｃｍとした場合、アース抵抗５の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔは関係式（６）より、
Ｒａｄｊｕｓｔ≦−０．３／（３０ｐＦ×ｌｎ（１−２／３））＝１１ＧΩ
を得る。
【００４５】
また、ケーブルの電気寄生容量Ｃｃａｂｌｅが１５０ｐＦ、ケーブル長で７０ｃｍの場合、アース抵抗５の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔは関係式（６）より、
Ｒａｄｊｕｓｔ≦−０．３／（１５０ｐＦ×ｌｎ（１−２／３））＝２．２ＧΩ    を得る。
【００４６】
以上の結果を総合してまとめると、機器組み込み用のイオン発生器に対して、共通で使用できる範囲として、３ＧΩ≦Ｒａｄｊｕｓｔ≦９．６ＧΩ  の範囲を得る。また、準用できる範囲としては、２．２ＧΩ≦ Ｒａｄｊｕｓｔ≦３ＧΩ  を追加することができる。  
この関係式に、その他の制約条件、例えばコスト、動作マージン等を加味して最終的なＲａｄｊｕｓｔ値を決定する。
【００４７】
関係式（３）は、放電電圧とアース抵抗Ｒａｄｊｕｓｔとの関係式であり、定常動作時における放電電極電圧がＲａｄｊｕｓｔの値の影響を受けることを示し、高電圧発生回路２の出力電力が制約条件となる。大気条件が同じであれば、放電電極と対向電極との電極間距離が放電開始電圧を決定する最大要因となる。放電開始後の放電電極電圧と放電電流は、電極組品４の構造が主な要因となって自動的に決定される。
【００４８】
関係式（６）は、ケーブルの電気寄生容量Ｃｃａｂｌｅとアース抵抗の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔとの関係式であり、同一の電極組品を使用するときにケーブル３の断面形状が変化しなければ、その長さがアース抵抗の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔを決定する。この時の電極組品の構造で決定される放電開始電圧と放電電圧が制約条件となる。
【００４９】
図７は、イオン発生器１における放電電極４ａを負電位とした場合の、アース抵抗５が３ＧΩの時と６ＧΩの時の定常動作中の電極電圧を比較するグラフである。式（８）から示されるように、Ｒａｄｊｕｓｔ＝３ＧΩの時に放電電圧の閾値よりも低い電極電圧を確保される。Ｒａｄｊｕｓｔ＝６ＧΩの時は、Ｒａｄｊｕｓｔ＝３ＧΩの時よりも低い電極電圧を発生していることが分かる。
【００５０】
一般に、イオン発生器を使用継続すると累計動作時間が長くなるにしたがって放電電極４ａが不純物で覆われるために、放電に必要となる電圧が徐々に上昇していく。このため本実施形態のイオン発生器１では予め高電圧発生回路２の最大出力電圧を清浄時の放電開始電圧より絶対値で高い電圧にしている。アース抵抗の抵抗値Ｒａｄｊｕｓｔを調整することで、高電圧発生回路２の出力特性を変更すること無しに必要な耐用時間に応じた最大出力電圧を予め得られる。
【００５１】
図８は放電電極とシールド間にアース抵抗がある場合、図９はアース抵抗がない場合の高電圧発生回路２の昇圧トランスの出力波形を示すグラフである。図８の負電圧波形のピーク部分、図中破線丸印部分はピーク部分が欠けた形になるが、図９の図中破線丸印部分は、ピーク部分の欠けが無くなりピーク電圧の絶対値は最大となる。
【００５２】
これはケーブル３に蓄積された電荷がアース抵抗５を経由して、放電電極４ａに電荷を再充電するためグラフの曲率が変わりピーク部分が欠けた形になるが、アース抵抗５が無い場合、つまり抵抗値無限大のときは再充電しないので、グラフはＣＲ回路の充電曲線になりピーク部分の欠けが無くなる。アース抵抗５の抵抗値が大きくなるに従い負電圧のピーク電圧の絶対値は大きくなる。
【００５３】
図１０は本実施形態に係わるアース抵抗５の実装例である。アース抵抗基板１３上に３個の抵抗５１，５１，５１を直列接続して搭載した基板実装例を示す。アース抵抗基板１３は両面基板であり、図１０はアース抵抗基板１３を基板パターン面から見たものであって、パターン面にはケーブル３の高電圧電位線３ａが中継のために接続されるランド１３ａと、シールド３ｃが接続されるランド１３ｃと、３個の抵抗５１の中継接続部となるランド１３ｂ、１３ｂとが形成される。図中、高電圧電位線３ａが接続されるランド１３ａにはＨＶ、シールド３ｃが接続されるランド１３ｃにはＧＮＤの表示がなされている。
【００５４】
ケーブル３の高電圧電位線３ａは一旦ランド１３aに接続されたのち、出力側の高電圧電位線３ａが接続されて再度出力される。アース抵抗５はランド１３ａで高電圧電位線３ａと電気的に並列に接続されて、ランド１３ｂ、１３ｂで中継しながら最後にランド１３ｃに接続されている。抵抗５１，５１，５１はパターン面の裏面となる実装面に実装される。アース抵抗５は、１個または複数個の抵抗５１を直列に接続したもので、抵抗同士を接続する各ランド１３ｂ、１３ｂの電圧はＨＶ−ＧＮＤ間電圧を各抵抗５１，５１，５１で分圧した電圧となる。
【００５５】
イオン発生器１の高電圧発生回路２の出力電圧を１０ｋＶとすると、各々の抵抗５１の両端には数ｋＶの電位差が発生する。各々の抵抗５１は、前述の計算式で示したように抵抗値が非常に大きいので、漏電が容易に発生するため、各抵抗と他の導体との間は漏電を防止できる絶縁距離以上に離す必要がある。また、回路動作への影響を考慮すると、絶縁材の抵抗率はアース抵抗５の合成抵抗値の１００倍程度の大きさが必要である。
【００５６】
よって、絶縁材は空気よりも絶縁耐電圧が大きな樹脂、例えばウレタン樹脂を抵抗５１のリード部分およびランドの半田付け箇所に塗布して露出しないようにするか、または、そのような部分が露出しないように充填した方が好ましい。一般的なウレタン樹脂の特性は、体積抵抗率が１０００ＧΩ・ｍ、絶縁耐圧が２０ｋＶ／ｍｍ程度の性能を有する。塗布、充填する絶縁材料は特にウレタン樹脂に限定されるものではなく、絶縁特性を満たすものであればよい。
【００５７】
本実施形態のアース抵抗５は、図１１に示すようにケーブル３の途中に挿入して使用し、制約に応じてケーブル３の任意の場所に挿入できる。ケーブル３が長く、電気寄生容量が大きくなる場合には、適当な長さで分断してアース抵抗５を複数個使用してもよい。
【００５８】
（実施形態２）
図１２は本発明の実施形態２に係るイオン発生器２００の構成を示す概要図である。本実施形態は、アース抵抗５を電極組品４と一体に構成して電極組品４１としたもので、放電電極４ａの周囲に対向電極４ｂを配置し、さらにその周辺に抵抗５１，５１，５１を配置、接続した場合の実施例である。実施形態１と同様に高電圧発生回路２と電極組品４１との間は、約３５ｃｍの長さのケーブル３で接続される。
【００５９】
図１３は電極組品４１の実装状態を示す平面図であり、図１４は図１３の電極組品４１の底面視を示す図である。図１３は基板のパターン面から見た形状を示しており、パターン面にはケーブル３の高電圧電位線３ａの接続部であって放電電極４ａの取付け部となるランド１４ａと、対向電極４ｂの取付け部であってシールド３ｃが接続されるランド１４ｃと、３個の抵抗５１の中継接続部となるランド１４ｂ、１４ｂ、１４ｂ、１４ｂとを設けている。
【００６０】
本実施形態のイオン発生器２００においては、回路基板１４は両面基板であって、放電電極４ａは針状の金属棒で、図１３の基板パターン面の裏面である回路基板１４の実装面に立設して固定される。対向電極４ｂは円孔を設けた金属製の板であって、Ｌ字型に折り曲げて形成され、放電電極４ａの先端部が対向電極４ｂの円孔の中心となるように、図１３の基板パターン面の裏面である回路基板１４の実装面に対向電極４ｂが設置される。対向電極４ｂの脚部分はシールド３ｃの接続部であるランド１４ｃに半田付けされている。
【００６１】
放電電極４ａと対向電極４ｂを立設した状態で、電極組品４が直接周辺部材に触れないように、その周囲を絶縁材で形成したケース１２で囲っている。アース抵抗５は抵抗５１，５１，５１を直列接続したもので、回路基板１４の実装面に放電電極４ａと、対向電極４ｂとの周囲をケース１２の外側から囲うように配置して、回路基板１４のランド１４ｂ、１４ｂ、１４ｂ、１４ｂで中継して半田付けで固定し、連結した抵抗５１，５１，５１の一方端を高電圧電位線３ａと、他方端をシールド３ｃが接続されるランド１４ｃにそれぞれ図中の太い実線で示すように接続する。
【００６２】
イオン発生器の放電電圧である１０ｋＶ程度の電圧を絶縁するためには、電極組品４以外の部分、つまりケース１２よりも外側でケース１１との間において、回路基板１４のパターン面全面、および回路基板１４の実装面で抵抗５１，５１，５１のリード部分を覆うように絶縁材を塗布するか充填すれば、十分である。絶縁材は実施形態１と同様に絶縁性能を有するウレタン樹脂やその他樹脂材料が使用される。また、電極組品４の周辺空間は取り付けのための構造として必要なだけではなく、絶縁空間としても作用するので、余剰の空間を有効に使用することができる。
【００６３】
（実施形態３）
図１５に本発明の実施形態３に係るイオン発生器３００の構成概要を示す。本実施形態では、実施形態２で使用した電極組品４１に替えて、電極組品４１を１枚の基板上に２組搭載した電極組品４２とした。これに対応して実施形態１及び実施形態２で使用した高電圧発生回路２に替えて、高電圧発生回路２１を使用する。また、ケーブル３に替えてケーブル３１を使用する。
【００６４】
ケーブル３１はケーブル３を２本束ねた構造であって、芯線である高電圧電位線３１ａと、高電圧電位線を被覆する絶縁被覆３１ｂと、絶縁被覆の外側を被覆する導電体編組からなるシールド３１ｃとを各々２組含んで形成される。本実施形態では、実施形態１及び実施形態２と同様に、高電圧発生回路２１から電極組品４２までの距離は３５ｃｍとしている。
【００６５】
高電圧発生回路２１は、高電圧発生回路２の出力端に正極性電気を出力する整流器と負極性電気を出力する整流器とを並列に接続し、それぞれの出力電圧をケーブル３１経由でそれぞれの放電電極４ａ，４ａに出力するものである。電極組品４２は実施形態２で使用した電極組品４１を２台で一体としたものであり、本実施形態では一方の電極組品４１には正極性高圧電気を、他方には負極性高圧電気を供給する。
【００６６】
電極組品４２を大気中で使用した場合、正極性高圧電気を印加した放電電極からは正イオン、負極性高圧電気を印加した放電電極からは負イオンが発生するが、特に、正イオンをＨ＋（Ｈ２Ｏ）ｍ（ｍは任意の自然数）、負イオンをＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎ（ｎは任意の自然数）として発生させるときには、空気中に放出された正負イオンが浮遊菌やウイルスに付着して、その表面で反応して活性種である水酸基ラジカル・ＯＨや他の活性種を生成する。これらの活性種の働きにより浮遊菌やウイルスを殺菌または不活化することができる。
【００６７】
また、本実施形態では２組の電極組品４１の一方に正極性電気、他方に負極性電気を供給するものとしたが、両者に同一極性の高圧電気を供給してもよい。この場合には、上記の正負イオンを放出する場合の効果は発揮出来ないが、環境中の正イオン、または負イオンの不足を補い、イオンバランスを整えることができる。
【００６８】
図１６には、本発明の実施形態３に係る電極組品４２の回路基板１５をパターン面から見た構成を示す。本実施形態は、実施形態２で説明した電極組品４１を２台向かい合わせに一つの基板上に構成したものである。高電圧発生回路２１の出力端には、正極性電気を出力する整流器と負極性電気を出力する２つの整流器が設けられていて、ケーブル３１に収納されている高電圧電位線３１ａ，３１ａを通じて正極性と負極性の高電圧電気を別々に対応する電極組品４１，４１に供給することができる。
【００６９】
本実施形態でも実施形態２と同様に、針状の放電電極４ａの先端を中心に金属板製の対向電極４ｂの円孔が位置するように配置し、周囲をケース１２で囲っている。さらにその周辺に抵抗５１，５１，５１を直列に接続して配置した。このように構成した電極組品４１の２組を共通の基板に設けている例である。実施形態１と同様に高電圧発生回路２１と電極組品４２との間は、約３５ｃｍの長さのケーブル３１で接続される。
【００７０】
回路基板１５のパターン面には、ケーブル３１の２本の高電圧電位線３１ａ，３１ａの接続ランド１５ａ、１５ａと、シールド３１ｃ、３１ｃと接続されるランド１５ｃ、および６個の抵抗５１、５１、・・・５１の中継ランド１５ｂを８か所設けている。２本の放電電極４ａ、４ａは接続ランド１５ａ、１５ａに、図１６の回路基板１５の裏面である実装面に立設して固定され、その先端部を中心とする円孔を形成するように対向電極４ｂ、４ｂが設置される。２つの対向電極４ｂ、４ｂの脚部分はランド１５ｃに半田付けされている。放電電極４ａ，４ａおよび対向電極４ｂ、４ｂを立設した状態で、電極組品４、４が直接周辺部材に触れないように、その周囲を絶縁材で形成したケース１２で囲っている。
【００７１】
アース抵抗５，５は、各々抵抗５１，５１，５１を直列接続したもので、正極性電極用と負極性電極用に２組用意され、回路基板１５の実装面に、各々放電電極４ａと、対向電極４ｂとの周囲を囲うように配置して、各々回路基板１５上のランド１５ｂ、１５ｂ、・・・１５ｂで中継して半田付けで固定し、連結したアース抵抗５、５の一方端を高電圧電位線３１ａ、３１ａと、他方端をランド１５ｃに図中の太実線で示すようにそれぞれ接続する。このように構成したもの２組が、一枚の基板上に形成されている。ランド１５ｃはシールド３１ｃを介して高電圧発生回路２１と接地電位を共有している。
【００７２】
イオン発生器３００の２組の電極組品４以外の部分、つまりケース１２、１２よりも外側でケース１１との間において、回路基板１５のパターン面全面、および回路基板１５の実装面で抵抗５１、５１、・・・５１のリード部分を覆うようにウレタンなどの絶縁材で覆うか、または充填して絶縁保護する。
【００７３】
（実施形態４）
図１７は実施形態３の別の実施例である。実施形態３と異なるのは、電極組品４１を２組一体として同一基板上に構成するのではなく、別々に独立して構成し外郭ケース内に設置したものである。その他の構成は実施形態３と同じである。
【００７４】
２組の電極組品４１，４１が互いに独立しているので、各々の電極組品４１を異なる場所に設置できる。従って、実施形態３で使用した電極組品４２を設置する空間がまとまって作れない場合に、一方の電極組品４１だけが収まるような空間を２つ以上確保し離れた位置に取ることで、正イオンおよび負イオンを放出するイオン発生器が製品形状に合わせて無理なく組み込み使用することができる。このようにすることで、設計の自由度が向上し、イオン発生器が搭載可能になる機器が増えることが期待される。
【００７５】
実施形態４においても、２組の電極組品４１、４１に同一極性の高圧電気を印可することも可能である。この場合の効果については、実施形態３で述べたので重複して説明はしない。
【００７６】
（実施形態５）
図１８は本発明の実施形態５に係るイオン発生器４００の構成を示す概要図である。本実施形態は、実施形態１で説明したアース抵抗５と高電圧発生回路２とを一体に構成して高電圧発生回路２２としたもので、ケーブル３および電極組品４と組み合わせ使用した場合の実施例である。実施形態１と同様に高電圧発生回路２２と電極組品４との間は、約３５ｃｍの長さのケーブル３で接続される。
【００７７】
図１９は高電圧発生回路２２の実装状態を示す平面図である。図１９は基板のパターン面から見た形状を示しており、高電圧発生回路２とアース抵抗５を各々別基板として配置し両者を図中太実線で示すジャンパーで電気的に接続している。実施形態１と同様に、アース抵抗５を構成するアース抵抗基板１３のパターン面には、ケーブル３の高電圧電位線３ａの取付け部となるランド１３ａと、シールド３ｃが接続されるランド１３ｃと、３個の抵抗５１の中継接続部となるランド１３ｂ、１３ｂとを設けている。ランド１３ａは高電圧電位線３ａが接続されるとともにアース抵抗５の一方端が接続され、ランド１３ｃはシールド３ｃとともにアース抵抗５の他方端が接続される。
【００７８】
本実施形態のイオン発生器４００においても、高電圧発生回路２の出力端には整流装置が設けられて正または負の高圧電気を出力する。高電圧発生回路２の出力端とアース抵抗基板１３のランド１３ａとの間には、ジャンパーが接続されて高圧電気が出力される。また、高電圧発生回路２の接地ラインには、アース抵抗基板１３のランド１３ｃが、ジャンパーで接続されて接地が共通化される。ランド１３ｃはシールド３ｃとともに接地電位となる
【００７９】
アース抵抗基板１３は両面基板であって、３つの抵抗５１，５１，５１は、図１９の基板パターン面の裏面である実装面に立設して半田付け固定される。  アース抵抗５は抵抗５１，５１，５１を直列接続したもので、アース抵抗基板１３のランド１３ａを起点として、中継ランド１３ｂ、１３ｂで中継接続して最後の端が接地電位となるランド１３ｃに接続され半田付けで固定される。
【００８０】
イオン発生器４００の高電圧発生回路２２において放電電圧を絶縁するためには、高電圧発生回路２とアース抵抗５との間に隔壁、もしくは隙間を設けるのが好ましい。また、両者の基板を共通化した場合には、両者のパターン間に十分な間隙やスリットを設けるのが好ましい。このように構成した上で、高電圧発生回路２とアース抵抗５の各々の基板のパターン面全面、およびアース抵抗基板１３の実装面で抵抗５１，５１，５１のリード部分を覆うように絶縁材を塗布するか充填する。絶縁材は実施形態１と同様に絶縁性能を有するウレタン樹脂やその他樹脂材料が使用される。
（発明のまとめ）
【００８１】
本発明によれば、高電圧発生回路と放電電極との間を長尺ケーブルで繋いだイオン発生器において、ケーブルに寄生する電気容量を適切に制御することができる。イオン発生器の動作中には適切なイオン濃度を確保しながら、イオン発生動作停止後には速やかに電極に残留する電荷を減じて意図しない放電が起こらないようにしたイオン発生器を得ることができる。また、イオン発生器の経年変化による放電電圧向上を予測して、ケーブルの長さとアース抵抗の抵抗値を対にして設定、変更することで生産における利便性が向上する。
【符号の説明】
【００８２】
１，１００，２００，３００，４００  イオン発生器
２，２１，２２  高電圧発生回路
３，３１        ケーブル
４、４１、４２  電極組品
５        アース抵抗
１１        ケース（外郭）
１２        ケース（内部）
１３        アース抵抗基板
１４，１５  回路基板
【図１】
2015207410.tif 000003
【図２】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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