(57)【要約】【課題】巻線容量を小さく抑え、結合係数を大きく確保でき、かつ小型・薄型のイオン発生装置に適したイオン発生装置用トランスと、そのトランスを用いたイオン発生装置と、そのイオン発生装置を用いた電気機器とを提供する。【解決手段】イオン発生装置用トランス２０は、磁性体を有するコア２８ａと、コア２８ａを内部に挿入されたボビン２９と、ボビン２９に巻き付けられ、互いに絶縁された１次巻線２１ａおよび２次巻線２２ａとを備えている。ボビン２９は、２次巻線２２ａの巻線領域が５以上１５以下の数のセクションに分割された構成を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン発生電極にイオンを発生させるために電圧を昇圧して供給するイオン発生装置用トランスであって、
磁性体を有するコアと、
前記コアを内部に挿入されたボビンと、
前記ボビンに巻き付けられ、互いに絶縁された１次巻線および２次巻線とを備え、
前記ボビンは、前記２次巻線の巻線領域が５以上１５以下の数のセクションに分割された構成を有している、イオン発生装置用トランス。
【請求項２】
請求項１に記載の前記イオン発生装置用トランスと、
入力電源により電源供給を受けて前記トランスを駆動するためのトランス駆動回路と、
前記トランスにより昇圧された電圧を印加されることで正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子とを備えた、イオン発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の前記イオン発生装置と、
前記イオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを送風気流に乗せて送るための送風部とを備えた、電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン発生装置用トランス、イオン発生装置および電気機器に関し、特に、イオン発生電極にイオンを発生させるために電圧を昇圧して供給するイオン発生装置用トランス、それを用いたイオン発生装置および電気機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧トランスの種類は、大きく２種類に区分される。その１つは、内部に磁性体で作られるコアを挿入した樹脂製のボビンに１次巻線、２次巻線の少なくとも２つの巻線を巻きつけた構造のもので巻線トランスといわれる。巻線トランスは単純には交流をそのまま昇圧する変圧器や昇圧トランスといわれ、出力電圧と入力電圧との比は２次巻線と１次巻線との巻数比で決まる大型のものから、コンデンサ放電回路でのインパルス波形で駆動するスイッチングトランスなどがある。後者は小型化が可能であり、接続される負荷の大きさと１次、２次のインダクタンスや高圧トランスを駆動するための高圧トランス駆動回路の定数により出力電圧を調整される。
【０００３】
もう１つはセラミックの圧電現象を応用した圧電トランスといわれるものである。この圧電トランスを採用したイオン発生装置としては、例えば特開２００２−３７４６７０号公報に記載されたものがある。このイオン発生装置ではイオン発生電極に高電圧を供給する圧電トランスと、その圧電トランスを駆動するための駆動回路とが、ケース内に搭載されている。
【０００４】
また高圧トランスに関しては圧電トランスと巻線トランスの違いや有利不利点が記載されており、圧電トランスでは巻線トランスよりもトランス自体がコンパクト化できるが、周辺回路が複雑になることや入力電源が直流電源に限定されることが記載されている。
【０００５】
巻線トランスに関しては、例えば国際公開第０２／０１５６４７号に記載されたものがある。この文献には、ランプなどの点灯装置に使用される高電圧発生トランスの内部構造として、コアの外側に複数のセクションに分割して配設される２次巻線のボビン形状が記載されている。
【０００６】
イオン発生装置に関して、通常、イオン発生電極に高電圧を印加し、イオンを発生させるためには、数ｋＶの高電圧が必要となる。そのためには、巻線トランスとしては２次巻線には通常数千ターンの巻き数が必要となり、相応の大きさが必要となる。通常、２次巻線はその総巻数を数セクションに分割して巻線される。その理由は、上記の事例のように一箇所に数千ターンを巻いてしまうと、数ｋＶの電位差が生じる巻き始めと巻き終わりが近接する可能性があり、巻線表面の被覆が絶縁破壊するため、それを回避する策として総巻数が数セクション程度に分割されている。さらにはモールドなどの措置により、絶縁が強化されている。
【０００７】
イオン発生素子の種類は、大きく２種類に区分される。その１つは、金属線、鋭角部を持った金属板、針形状の金属などを放電電極とし、大地電位の金属板やグリッドなどを対向電極としたもの、あるいは対向電極を大地として特に対向電極を配置しないものである。この種類のイオン発生素子では、空気が絶縁体の役割を果たす。このイオン発生素子は、電極に高電圧を印加した際に、鋭角部をした電極の先端で電界集中が生じ、その先端の極近部分の空気が絶縁破壊することで放電現象を得る方式である。
【０００８】
もう１つは、高耐圧の誘電体内部に埋没された誘導電極と、誘電体表面に配置された放電電極との一対で構成されたものである。この種類のイオン発生素子は、電極に高電圧を印加した際に、表面の放電電極の外縁部近傍で電界集中が生じ、その極近部分の空気が絶縁破壊することで放電現象を得る方式である。
【０００９】
放電現象を利用した多くのイオン発生装置が実用化されている。これらのイオン発生装置は通常、イオンを発生させるためのイオン発生素子と、イオン発生素子に高電圧を供給するための巻線型や圧電素子型の高圧トランスと、高圧トランスを駆動するための高圧トランス駆動回路と、コネクタなどの電源入力部とにより構成されている。
【特許文献１】特開２００２-３７４６７０号公報
【特許文献２】国際公開第０２／０１５６４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１に記載されたような圧電トランスでは、原理的に一定の長さが必要であり、また出力の負荷量に制限があり、また駆動回路が複雑で部品点数が増えるという問題がある。
【００１１】
また特許文献２に記載の巻線トランスでは、ボビンのセクション毎に巻線が分割されて巻かれているが、巻線同士の間に容量成分が発生して、１つのセクションでまとまった容量成分が発生する。この巻線容量は高圧トランスには負荷になり、巻線容量が大きくなるほど出力電圧が低下してしまい、トランスの小型化への障害になってしまう。
【００１２】
規定サイズに収まる小型化・薄型化のイオン発生装置を実現するために、高圧トランスにも小型化・薄型化が求められている。またこの巻線容量以外に、巻線トランスの要素として１次巻線と２次巻線との結合係数を考慮する必要もある。
【００１３】
イオン発生装置に搭載する高圧トランスに望まれる性能として、前記のように小型・薄型であることに加え、少ない入力パワーで、接続されるイオン発生素子を放電させるための高電圧出力が得られることにあり、そのためには適切な結合係数を確保しながらも、２次側の容量成分を低減させる必要がある。
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、巻線容量を小さく抑え、結合係数を大きく確保でき、かつ小型・薄型のイオン発生装置に適したイオン発生装置用トランスと、そのトランスを用いたイオン発生装置と、そのイオン発生装置を用いた電気機器とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のイオン発生装置用トランスは、イオン発生電極にイオンを発生させるために電圧を昇圧して供給するイオン発生装置用トランスであって、磁性体を有するコアと、そのコアを内部に挿入されたボビンと、そのボビンに巻き付けられ、互いに絶縁された１次巻線および２次巻線とを備え、ボビンは、２次巻線の巻線領域が５以上１５以下の数のセクションに分割された構成を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明のイオン発生装置用トランスによれば、２次巻線の巻線領域が５以上１５以下の数のセクションに分割されているため、巻線容量を小さく抑えることができるとともに、結合係数を大きく確保することができ、さらに小型化・薄型化を図ることもできる。
【００１７】
２次巻線の巻線領域のセクションの分割数が５未満の場合、１セクションあたりの巻線容量が大きくなりすぎて、イオン発生素子を放電させるための高電圧出力を少ない入力パワーで得ることができなくなる。また２次巻線の巻線領域のセクションの分割数が１５を超える場合、結合係数が小さくなりすぎてイオン発生装置に適さなくなるとともに、トランスの寸法が大きくなりすぎて小型化・薄型化に適さなくなり、さらに製造時間も長くなる。
【００１８】
本発明のイオン発生装置は、上記のイオン発生装置用トランスと、入力電源により電源供給を受けてトランスを駆動するためのトランス駆動回路と、トランスにより昇圧された電圧を印加されることで正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子とを備えている。
【００１９】
本発明のイオン発生装置によれば、上記のイオン発生装置用トランスが備えられているため、イオン発生素子を放電させるための高電圧出力を少ない入力パワーで得ることができ、かつ小型化・薄型化することができる。
【００２０】
本発明の電気機器は、上記のイオン発生装置と、イオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを送風気流に乗せて送るための送風部とを備えている。
【００２１】
本発明の電気機器によれば、イオン発生装置で生じたイオンを送風部により気流に乗せて送ることができるため、たとえば空調機器において機外にイオンを放出することができ、また冷蔵機器において庫内または庫外にイオンを放出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、２次巻線の巻線領域が５以上１５以下の数のセクションに分割されているため、巻線容量を小さく抑え、結合係数を大きく確保でき、かつ小型・薄型のイオン発生装置に適したイオン発生装置用トランスを得ることができる。このため、イオン発生素子を放電させるための高電圧出力を少ない入力パワーで得ることができ、かつ小型・薄型のイオン発生装置を得ることができる。よって、これまで大きさの制約によりイオン発生装置を搭載できなかった電気機器への搭載が可能になり、イオン発生装置を搭載した電気機器への用途拡大や搭載箇所の自由度を拡大することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置用トランスの構成を概略的に示す平面図である。図２は図１に示すトランスの内部のコアを示す図であり、図３は図２の矢印Ａ方向から見た側面図である。
【００２４】
図１〜図３を参照して、本実施の形態の高圧トランス２０は、たとえば巻線トランスよりなっている。この巻線トランス２０は、イオン発生電極（図示せず）にイオンを発生させるために電圧を昇圧して供給するイオン発生装置用トランスであって、ボビン２９と、コア（鉄心）２８ａと、１次巻線２１ａと、２次巻線２２ａとを主に有している。
【００２５】
ボビン２９はたとえば樹脂製であり、１次巻線部２１と２次巻線部２２とを有している。１次巻線部２１と２次巻線部２２との間には分離壁２５が設けられている。また２次巻線部２２は、複数の分離壁２６によって複数のセクションに分離されている。
【００２６】
コア２８ａは磁性体を有する材料、たとえばフェライトなどの材料よりなっている。このコア２８ａは、ボビン２９の１次巻線部２１と２次巻線部２２とを貫通するようにボビン２９の内部に挿入されている。
【００２７】
１次巻線２１ａは、ボビン２９の１次巻線部２１に所定回数巻き付けられており、その巻き始め部分は１次巻線巻き始め端子２３ａに電気的に接続されており、その巻き終わり部分は１次巻線巻き終わり端子２３ｂに電気的に接続されている。
【００２８】
２次巻線２２ａは、ボビン２９の２次巻線部２２に巻き付けられており、１次巻線２１ａとは絶縁されている。２次巻線２２ａは、最初のセクション２７ａに規定回数巻かれた後、分離壁２６の切欠２６ａを通して隣のセクションに規定回数巻かれ、同様にして、各セクション毎に規定回数巻かれた後に、最終のセクション２７ｂに規定回数巻かれている。２次巻線２２ａの巻き始め部分は２次巻線巻き始め端子２４ａに電気的に接続されており、その巻き終わり部分は２次巻線巻き終わり端子２４ｂに電気的に接続されている。
【００２９】
上記の巻線トランス２０において、ボビン２９は、２次巻線部２２が分離壁２６によって５以上１５以下の数のセクションに分割された構成を有している。図１および図２においては、分離壁２６によって２次巻線部２２がたとえば１０個のセクションに分割された構成が示されている。
【００３０】
なお上記の巻線トランス２０に用いられるコア２８ａは、図４に示すように棒状の形状を有しているが、図５に示すように棒状の端部に棒状部分よりも寸法が拡大されたフランジ部２８ｂを有する形状であってもよい。図６に示すように、フランジ部２８ｂを有するコア２８ａを巻線トランス２０に用いることにより、１次巻線２１ａと２次巻線２２ａとの結合係数を若干増加させることができる。
【００３１】
次に、本実施の形態の高圧トランスにおいて、セクションの分割数を５以上１５以下とした理由について説明する。
【００３２】
巻線トランスの要素としては、インダクタンスと、抵抗成分と、巻線容量と、１次巻線および２次巻線の結合係数とがある。
【００３３】
インダクタンスの値は磁性体であるコアを内部に配置したボビンに巻線を巻き付けることで発生する値である。抵抗成分はボビンに巻き付ける巻線そのものの抵抗成分であり、巻数すなわち線長に比例して大きくなる値である。容量成分は巻線をボビンに巻き付けた際の巻線同士の間で発生する静電容量の集合である。
【００３４】
図７は、容量成分が巻線同士の間で発生する静電容量の集合であることを説明するための図であり、図１のたとえば領域Ｒ１の断面を示す図である。図７を参照して、ボビン２９の各セクション毎に２次巻線２２ａが整列しながら数層に重ねて巻かれている。このため、２次巻線２２ａ同士の間に容量成分Ｃ２が発生して、１つのセクションでまとまった容量成分Ｃ１が発生することになる。
【００３５】
また、巻線トランスに関して上記の内容を簡易的な等価回路で記載すると図８および図９に示すようになる。図８および図９を参照して、１次巻線２１ａは一般には巻数が非常に少ないため、抵抗成分や容量成分は非常に小さく無視できる程度である。しかし、２次巻線２２ａに関しては通常数千ターンを要し、インダクタンス成分Ｌに加え、線長に比例して発生する抵抗成分Ｒが直列に存在し、上記の巻線間の容量成分Ｃが並列に入った形となる。抵抗成分Ｒや容量成分Ｃは外部に接続されるイオン発生素子同様に高圧トランスには負荷になる。すなわち高圧トランス自身が負荷をもっていることになる。
【００３６】
図１０は、一例としてある回路定数の組合せにおける２次側の容量と出力電圧の関係をグラフ化した図である。図１０より、２次側の容量が大きくなると出力電圧が低下してしまい、容量成分の増大がトランスの小型化への障害になることがわかる。
【００３７】
ここで、インダクタンスはイオン発生電極を駆動するために必要であり、そのための巻数（すなわち線長）は必要である。このため、線長に比例して発生する抵抗成分を低下させることは巻数を低減するしかなく、高圧トランス単独では困難である。しかし、容量成分に関してはボビンへの巻き方を工夫すれば低減は可能である。
【００３８】
以下の実施例で説明するように、本願発明者は、セクションの分割数を多くすることにより、２次巻線全体の巻線容量を低減できることを確認した。これは、多数に分割したセクション全体の容量は、各セクションの容量成分の直列接続と考えられるため、セクションの分割数が増すほどセクション全体の容量が減少するものと考えられる。
【００３９】
また、１セクションあたりの巻数を少なくすることで、ボビンの各セクションの仕切りとなる分離壁２６の高さを低くできるため、高圧トランスの小型化・薄型化が可能になる。
【００４０】
ただし、セクションの分割数を多くすれば弊害も生じる。一つは１次巻線と２次巻線との結合係数の低下である。二つ目はトランスの全長が増すことである。さらに三つ目は製造時間が長くなり、製造効率が悪くなることである。これらのことを考慮して、本実施の形態の高圧トランスでは、セクションの分割数は少ない場合で５、多くても１５である。
【００４１】
このように本実施の形態の高圧トランスによれば、２次巻線部２２が分離壁２６によって５以上１５以下の数のセクションに分割されているため、巻線容量を小さく抑えることができるとともに、結合係数を大きく確保することができ、さらに小型化・薄型化を図ることもできる。
【００４２】
高圧トランスの２次側の静電容量が下がれば、同じ入力パワーであってもトランスの出力電圧を高く発生させることが可能になる。トランスの出力電圧があがれば、場合によってはインダクタンスを低減させることも可能で、すなわち巻数を減らすことができ、さらに小型化を図ることができる。
【００４３】
よって、本実施の形態のトランスをイオン発生装置に用いることにより、イオン発生素子を放電させるための高電圧出力を少ない入力パワーで得ることができ、かつ小型化・薄型化することができる。
【００４４】
また、このイオン発生装置を電気機器に用いることにより、イオン発生装置で生じたイオンを送風部により気流に乗せて送ることができるため、たとえば空調機器において機外にイオンを放出することができ、また冷蔵機器において庫内または庫外にイオンを放出することができる。
【００４５】
次に、上記の高圧トランスを用いたイオン発生装置について説明する。
図１１は、上記の高圧トランスを用いたイオン発生装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１２は、図１１に示したイオン発生装置において蓋体を除いた状態での概略平面図である。また図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【００４６】
図１１〜図１３を参照して、本実施の形態のイオン発生装置５０は、高圧回路５（図１３）と、イオン発生素子１０と、高圧トランス２０と、高圧トランス駆動回路３０（図１３）と、電源入力コネクタ３０ｂ（図１３）と、外装ケース４０とを有している。
【００４７】
高圧トランス駆動回路３０は、外部からの入力電圧を受けて高圧トランス２０を駆動するためのものである。高圧トランス２０は、上述したように、高圧トランス駆動回路３０により駆動されて入力電圧を昇圧するためのものである。イオン発生素子１０は、高圧トランス２０により昇圧された電圧を印加されることで正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるものである。
【００４８】
外装ケース４０は、本体４０ａと、蓋体４０ｂとを有している。本体４０ａの内部は、イオン発生素子１０を配置するためのイオン発生素子ブロック４０Ａと、高圧トランス２０を配置するための高圧トランスブロック４０Ｂと、高圧トランス駆動回路３０を配置するための高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃとに平面的に区画されている。各ブロック４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、たとえば本体４０ａ内に配置された壁４１、４２、４３により仕切られている。
【００４９】
イオン発生素子１０は、高圧回路５の構成素子を取付けられた状態でイオン発生素子ブロック４０Ａ内に収容されている。高圧トランス２０は、基板に搭載されない状態で高圧トランスブロック４０Ｂ内に収容されている。高圧トランス駆動回路３０および電源入力コネクタ３０ｂは基板３１に搭載された状態で高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に収容されている。電源入力コネクタ３０ｂの一部は、外装ケース４０の外部に露出しており、外部から電源をコネクタ接続できる構造となっている。
【００５０】
本体４０ａ内に収容された各機能素子は後述するように適宜、電気的に接続され、かつモールドされており、最後に、本体４０ａの上方開口部を閉じるように蓋体４０ｂが取付けられている。なお、この蓋体４０ｂには、イオン放出用の孔４４が設けられている。
【００５１】
次に、上記の各機能素子について、イオン発生素子１０および高圧トランス駆動回路３０の順で具体的に説明する。
【００５２】
図１４および図１５は、図１１〜図１３に示すイオン発生装置に用いられるイオン発生素子の構成を概略的に示す分解斜視図および平面図である。図１６は図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う概略断面図である。
【００５３】
図１４〜図１６を参照して、イオン発生素子１０は、たとえばコロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのものであり、誘導電極１と、放電電極２と、支持基板３とを有している。
【００５４】
誘導電極１は、一体の金属板からなっており、かつ放電電極２の個数に対応して天板部１ａに設けられた複数の貫通孔１ｂを有している。この貫通孔１ｂは、コロナ放電により発生するイオンをイオン発生素子１０の外部へ放出するための開口部である。
【００５５】
本実施の形態では貫通孔１ｂの個数はたとえば２個であり、貫通孔１ｂの平面形状はたとえば円形である。貫通孔１ｂの周縁部分は、たとえば絞り加工などの工法により、金属板を天板部１ａに対して屈曲させた屈曲部１ｃとなっている。この屈曲部１ｃにより、図１６に示すように、貫通孔１ｂの周縁の壁部の厚みＴ１が天板部１ａの板厚Ｔ２よりも厚くなっている。
【００５６】
また誘導電極１は、たとえば両端部に、金属板の一部を天板部１ａに対して屈曲させた基板挿入部１ｄを有している。この基板挿入部１ｄは、幅の広い支持部分１ｄ1と、幅の狭い挿入部分１ｄ2とを有している。支持部分１ｄ1の一方端は天板部１ａに繋がっており、他方端は挿入部分１ｄ2に繋がっている。
【００５７】
また誘導電極１は、金属板の一部を天板部１ａに対して屈曲させた基板支持部１ｅを有してもよい。この基板支持部１ｅは、基板挿入部１ｄの屈曲方向と同じ方向（図１４において下側）に屈曲している。基板支持部１ｅの折り曲げ方向の長さは、基板挿入部１ｄの支持部分１ｄ1の折り曲げ方向の長さと略同一である。
【００５８】
なお屈曲部１ｃは基板挿入部１ｄおよび基板支持部１ｅと同じ方向（図１４において下側）に折り曲げられていてもよく、また基板挿入部１ｄおよび基板支持部１ｅと逆の方向（図１４において上側）に折り曲げられていてもよい。また屈曲部１ｃ、基板挿入部１ｄおよび基板支持部１ｅは、天板部１ａに対してたとえば略直角に屈曲している。
【００５９】
放電電極２は針状の先端を有している。支持基板３は、放電電極２を挿通させるための貫通孔３ａと、基板挿入部１ｄの挿入部分１ｄ2を挿通させるための貫通孔３ｂとを有している。
【００６０】
針状の放電電極２は、貫通孔３ａに挿入または圧入されて支持基板３を貫通した状態で支持基板３に支持されている。これにより、放電電極２の針状の一方端は支持基板３の表面側に突き出しており、また支持基板３の裏面側に突き出した他方端には、図１６に示すように、半田４によりリード線や配線パターンを電気的に接続することが可能である。
【００６１】
誘導電極１の挿入部分１ｄ2は貫通孔３ｂに挿入されて支持基板３を貫通した状態で支持基板３に支持されている。また支持基板３の裏面側に突き出した挿入部分１ｄ2の先端には、図１６に示すように、半田４によりリード線や配線パターンを電気的に接続することが可能である。
【００６２】
誘導電極１が支持基板３に支持された状態で、支持部分１ｄ1と挿入部分１ｄ2との境界にある段部が支持基板３の表面に当接する。これにより誘導電極１の天板部１ａは支持基板３に対して所定の距離を保って支持されている。また誘導電極１の基板支持部１ｅの先端が支持基板３の表面に補助的に当接している。つまり、基板挿入部１ｄと基板支持部１ｅとにより、誘導電極１は支持基板３に対してその厚み方向に位置決めすることが可能である。
【００６３】
また誘導電極１が支持基板３に支持された状態で、放電電極２は、その針状の先端が、図１５に示すように円形の貫通孔１ｂの中心Ｃに位置するように、かつ図１６に示すように貫通孔１ｂの周縁部の厚み（つまり屈曲部１ｃの屈曲長さ）Ｔ１の範囲内に位置するように配置されている。また支持基板３の裏面（半田面）には、図１６に示すように高圧回路５の構成素子が取付けられている。
【００６４】
寸法上の一例として、貫通孔１ｂの周縁部の厚み（つまり屈曲部１ｃの屈曲長さ）Ｔ１は１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度であり、板状の誘導電極１の板厚Ｔ２は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下程度である。また支持基板３上面から誘導電極１の表面までの厚みは２ｍｍ以上４ｍｍ以下程度である。これにより、このイオン発生素子１０を内部に収容したイオン発生装置５０の厚みを５ｍｍ以上８ｍｍ以下程度に薄型化することができる。
【００６５】
図１３を参照して、高圧トランス駆動回路３０は、電源入力コネクタ３０ｂからの電源供給を受けて、これをコンデンサに充電し、規定以上の電圧に達すれば半導体スイッチなどを用いてコンデンサに充電した電荷を放電させ、高圧トランス２０の１次側に電流を供給する機能を有している。高圧トランス駆動回路３０を構成する素子３０ａは、基板３１の裏面に取付けられている。また基板３１の裏面には、電源入力コネクタ３０ｂの一部または全部が取付けられている。この高圧トランス駆動回路３０および電源入力コネクタ３０ｂを搭載した基板３１が高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に配置された状態で、電源入力コネクタ３０ｂは外装ケース４０の外部に電気的に接続できるように構成されている。
【００６６】
この実施の形態では、高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃの基板３１の半田面が図１３の上側で部品面（部品取付面）が図１３の下側であり、電源入力コネクタ３０ｂは図１３の下側において露出している。
【００６７】
図１３を参照して、外装ケース４０の蓋体４０ｂは、イオン発生素子１０の貫通孔１ｂに対向する壁部にイオン放出用の孔４４を有している。これにより、イオン発生素子１０で生じたイオンがこの孔４４を通じてイオン発生装置５０の外部へ放出される。上記のようにイオン発生素子１０の一方の放電電極２は正イオンを発生させるものであり、他方の放電電極２は負イオンを発生させるものであるため、外装ケース４０に設けられた一方の孔４４は正イオン発生部となり、他方の孔４４は負イオン発生部となる。
【００６８】
イオン放出用の孔４４は、感電防止のために、通電部である誘導電極１に直接手が触れないように誘導電極１の貫通孔１ｂの孔径よりも小さい径に設定されている。さらに放電電極２の先端位置も、（外装ケース４０の蓋体４０ｂの厚み）＋（誘導電極１の天板部１ａの厚み）＋（誘導電極１の屈曲長さ）でトータル１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、外装ケース４０の表面から奥まった構造とされている。このように誘導電極１および放電電極２の先端に手が触れないように、イオン放出用の孔４４の径は小さく設定される必要があるが、逆に小さすぎるとイオン放出量が減少するため、たとえば６ｍｍの寸法とされている。
【００６９】
このイオン発生装置５０は、上述したように５ｍｍ以上８ｍｍ以下の厚みを有しているが、もちろんそれ以上の厚みであってもよい。
【００７０】
次に、各機能素子の電気的接続の状態について説明する。
図１７は、本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の機能ブロック図であり、各機能素子の電気的接続を示す図である。図１７を参照して、イオン発生装置５０は、上述したように、外装ケース４０と、イオン発生素子ブロック４０Ａに配置されたイオン発生素子１０および高圧回路５と、高圧トランスブロック４０Ｂに配置された高圧トランス２０と、高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃに配置された高圧トランス駆動回路３０と、電源入力コネクタ３０ｂとを有している。なお、電源入力コネクタ３０ｂは一部が高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に配置されており、また他の一部が外装ケース４０の外部に露出しており、外部から電源をコネクタ接続できる構造となっている。
【００７１】
この電源入力コネクタ３０ｂは、入力電源としての直流電源や商用交流電源の供給を受ける部分である。電源入力コネクタ３０ｂは高圧トランス駆動回路３０に電気的に接続されている。この高圧トランス駆動回路３０は高圧トランス２０の１次側に電気的に接続されている。この高圧トランス２０は、１次側に入力された電圧を昇圧して２次側に出力するためのものである。高圧トランス２０の２次側の一方はイオン発生素子１０の誘導電極１に電気的に接続されており、２次側の他方は高圧回路５を通じて放電電極２に電気的に接続されている。
【００７２】
高圧回路５は、正イオンを発生させる放電電極２には誘導電極１に対し正極性の高電圧を印加し、また負イオンを発生させる放電電極２には誘導電極１に対し負極性の高電圧を印加するよう構成されている。これにより、正と負の２極性のイオンを発生させることができる。もちろん、高圧回路５の構成により正イオンのみ、または負イオンのみを発生させることも可能である。
【００７３】
具体的な接続の構成としては、たとえば図１２に示すように高圧トランス２０は１次側の端子２３ａ、２３ｂと２次側の端子２４ａ、２４ｂとを有しており、端子２３ａ、２３ｂは高圧トランス駆動回路３０を搭載する基板３１の表面（半田面）に半田接続により直接接続されており、端子２４ａ、２４ｂは高圧回路５を搭載する支持基板３の裏面（半田面）に半田接続により直接接続されている。また端子２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂによらずにリード線により上記の接続がおこなわれてもよい。
【００７４】
また電源入力コネクタ３０ｂと高圧トランス駆動回路３０とは、図１３に示すように基板３１上に搭載された状態で、図示しないリード線や配線パターンにより電気的に接続されている。また高圧トランス２０とイオン発生素子１０および高圧回路５とは、図１３に示すように支持基板３上に搭載された状態で、図示しないリード線や配線パターンにより電気的に接続されている。
【００７５】
次に、モールドについて説明する。
上記のように各機能素子が外装ケース内に収容されて電気的に接続された状態で適宜モールドが施されている。ここで、イオン発生素子ブロック４０Ａや高圧トランスブロック４０Ｂは高電圧部であるため、イオン発生素子ブロック４０Ａ内のイオン発生部分（支持基板３の表面側）を除き、支持基板３の裏面側（半田面側）および高圧トランスブロック４０Ｂを樹脂モールド（たとえばエポキシ樹脂）により絶縁を強化することが望ましい。また高圧トランス２０をケース（図示せず）内に入れたうえで高圧トランスブロック４０Ｂに収容する場合には、そのケース内をモールドすることで独立してモールドすることが好ましい。また図１１に示すように高圧トランス２０を単独で高圧トランスブロック４０Ｂ内に収容する場合には、イオン発生素子ブロック４０Ａの支持基板３の裏面側とともに高圧トランス２０をモールドすることが好ましい。
【００７６】
後者の場合、外装ケース４０には高圧トランスブロック４０Ｂからのモールドが高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃに流れ込まないように壁４１が設けられているが、一方で高圧トランス２０の入力端子２３を高圧トランス駆動回路３０に接続するための接続部（リード線など）を通すことも必要になる。そのため図１１に示すように壁４１の一部に、接続部を通すための切欠部４１ａを設けることが好ましい。
【００７７】
高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃも、イオン発生装置５０の使用環境によりモールドされてもよい。基本的にこのブロック４０Ｃは印加電圧が家庭用の電源電圧であるため、他のブロックと比較して低電圧であり、高湿や多塵などの特殊環境でない限りは外装ケース４０に覆われているのでモールドまでは必要とされない場合もあり、モールドを選択できる構造（モールド可能な構成）とすることができる。
【００７８】
ここでモールドを選択できる構造（モールド可能な構成）とは、高圧トランス駆動回路３０および電源入力コネクタ３０ｂを搭載した基板３１が高圧トランス駆動回路ブロック４０Ｃ内に配置された状態で、モールド材を基板３１の表面側（蓋側）から裏面側（本体４０ａの底部側）に回り込ませることが可能で、かつ外装ケース４０の本体４０ａの底部からモールド材が漏れないように構成されていることを意味する。
【００７９】
つまり、モールドは各機能素子を外装ケース４０内に配置した後に行なわれるため、基板３１の表面側からモールド材を注入しても、部品搭載面である裏面側にまでモールド材が回り込むように外装ケース４０および基板３１が構成されていなければならない。また、モールド材は注入の際には液体であるため、外装ケース４０の底部が密閉されていないと外装ケース４０の外部に漏れ出してしまうため、モールド材が漏れ出さないように外装ケース４０の底部を密閉構造とする必要がある。
【００８０】
また上記においては、イオン放出用の孔４４を外装ケース４０の蓋体４０ｂに設けた場合について説明したが、この孔４４は外装ケース４０の本体４０ａの底面に設けられてもよい。つまり、蓋体４０ｂはイオン放出用の孔４４を設ける側とされてもよく、またイオン放出用の孔４４を設けない側とされてもよい。
【００８１】
上記のイオン発生装置において正イオンまたは負イオンのいずれか一方の極性のイオンを発生させる場合、イオンを発生させる放電電極２の針状の先端位置を誘導電極１の貫通孔１ｂの中心に合わせ、かつ誘導電極１の貫通孔１ｂの厚みＴ１の範囲内に配置することにより、誘導電極１と放電電極２の針状の先端とが空気空間を挟んで対向するようにする。
【００８２】
また正イオンと負イオンの両極性のイオンを放出させるためには、正イオンを発生させる放電電極２の針状の先端位置と負イオンを発生させる放電電極２の針状の先端位置との各々を、互いに所定の距離を確保して配置し、かつ誘導電極１の貫通孔１ｂの中心に合わせ、かつ誘導電極１の貫通孔１ｂの厚みＴ１の範囲内に配置することにより、誘導電極１と放電電極２の針状の先端とが空気空間を挟んで対向するようにする。
【００８３】
上記のイオン発生素子１０において、板状の誘導電極１と針状の放電電極２とを上記のように所定の距離を確保して配置し、誘導電極１と放電電極２との間に高電圧を印加すると、針状の放電電極２の先端でコロナ放電が生じる。このコロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかのイオンが発生し、このイオンが誘導電極１に設けられた貫通孔１ｂからイオン発生素子１０の外部に放出される。さらに送風を加えることで、より効果的にイオンを放出することが可能となる。
【００８４】
正イオンと負イオンとの双方を生じさせる場合、一方の放電電極２の先端では正コロナ放電を発生させて正イオンを発生させ、他方の放電電極２の先端では負コロナ放電を発生させて負イオンを発生させる。印加する波形はここでは特に問わず、直流、正負にバイアスされた交流波形や正負にバイアスされたパルス波形などの高電圧とする。電圧値は放電を発生させるに十分かつ、所定のイオン種は生成させる電圧領域を選定する。
【００８５】
ここで、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+（Ｈ2Ｏ）m（ｍは任意の自然数）として表される。また負イオンは、酸素イオン（Ｏ2-）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、Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n（ｎは任意の自然数）として表される。
【００８６】
正イオンおよび負イオンの両極性のイオンを放出する場合には、空気中の正イオンであるＨ+（Ｈ2Ｏ）m（ｍは任意の自然数）と、負イオンであるＯ2-（Ｈ2Ｏ）n（ｎは任意の自然数）とを略同等量発生させることにより、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、浮遊カビ菌などを除去することが可能となる。
【００８７】
次に、上記のイオン発生装置を用いた電気機器の一例として空気清浄機の構成について説明する。
【００８８】
図１８は、図１１〜図１３に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。また図１９は、図１８に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。
【００８９】
図１８および図１９を参照して、空気清浄機６０は前面パネル６１と本体６２とを有している。本体６２の後方上部には吹き出し口６３が設けられており、この吹き出し口６３からイオンを含む清浄な空気が室内に供給される。本体６２の中心には空気取り入れ口６４が形成されている。空気清浄機６０の前面の空気取り入れ口６４から取り込まれた空気が、図示しないフィルターを通過することで清浄化される。清浄化された空気は、ファン用ケーシング６５を通じて、吹き出し口６３から外部へ供給される。
【００９０】
清浄化された空気の通過経路を形成するファン用ケーシング６５の一部に、図１１〜図１３に示すイオン発生装置５０が取り付けられている。イオン発生装置５０は、そのイオン発生部となる孔４４からイオンを上記の空気流に放出できるように配置されている。イオン発生装置５０の配置の例として、空気の通過経路内であって、吹き出し口６３に比較的近い位置Ｐ１、比較的遠い位置Ｐ２などの位置が考えられる。このようにイオン発生装置５０のイオン発生部４４に送風を通過させることにより、吹き出し口６３から清浄な空気とともに外部にイオンを供給するイオン発生機能を空気清浄機６０に持たせることが可能になる。
【００９１】
本実施の形態の空気清浄機６０によれば、イオン発生装置５０で生じたイオンを送風部（空気の通過経路）により気流に乗せて送ることができるため、機外にイオンを放出することができる。
【００９２】
なお本実施の形態においては電気機器の一例として空気清浄機について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電気機器は、これ以外に空気調和機（エアコンディショナー）、冷蔵機器、掃除機、加湿器、除湿機、電気ファンヒータなどであってもよく、イオンを気流に乗せて送るための送風部を有する電気機器であればよい。
【００９３】
また上記においてイオン発生装置５０に入力される電源（入力電源）は商用交流電源および直流電源のいずれであってもよい。入力電源が商用交流電源である場合、１次側回路である高圧トランス駆動回路３０を構成する部品間やプリント基板のパターン間には法的距離をとる必要がある。また部品は電源電圧に対し耐圧確保できる部品が必要となり、大型化を招くが回路構成は簡素化でき、部品点数は少なくできる。一方、入力電源が直流電源である場合、１次側回路となる高圧トランス駆動回路３０を構成する部品間やプリント基板のパターン間の距離は上記商用交流電源の場合と比べると大きく緩和され、近距離で配置でき、かつ部品自体もチップ部品などの小型品が採用でき、高密度配置が可能となるものの、高電圧駆動回路実現のための回路が複雑になり、部品点数が上記商用交流電源の場合と比べて多くなる。
【実施例】
【００９４】
以下、本発明の実施例について図に基づいて説明する。
まず本願発明者は、２次巻線部の分割されたセクションの数（セクションの分割数）を変えたときの２次巻線の巻線容量と１次−２次の結合係数との変化を検討した。この検討にあたっては、次のような試作による測定を行なった。
【００９５】
図２０に示すような、１次巻線部５１および２次巻線部５２が分離壁５５で分離され、かつ２次巻線部５２が分離壁５６によって複数のセクションに分割されたボビン５９と、１次巻線部５１に巻き付けられた１次巻線５１ａと、２次巻線部５２の複数のセクションに巻き付けられた２次巻線５２ａとを有する巻線トランス６０を用いた。１次巻線５１ａと２次巻線５２ａとの双方はともに同じ総巻数であって、２次巻線部５２のみセクションの分割数を変化させた。
【００９６】
測定では２次巻線５２の総巻数を１２００ターンとして、セクションの分割数を一方は２セクション（６００ターン×２セクション：試作Ａ）とし、もう一方は４セクション（３００ターン×４セクション：試作Ｂ）として、結合係数および巻線容量を実測した。いずれもボビン５９のサイズとして長さを１５ｍｍ、幅を１５ｍｍ、高さを１８ｍｍとした。
【００９７】
上記の測定の結果、試作Ｂは試作Ａに比較し、２次巻線部５２のセクションの分割数が多くなり、２次巻線５２ａの端部が１次巻線５１ａから遠ざかったことに起因して結合係数は８％減少したものの、巻線容量は３０％減少した。このことから、２次巻線５２が同じ総巻数であっても、セクションの分割数を増やした方が巻線容量を減少できることを確認した。
【００９８】
この結果とこの結果から推定してセクションの分割数２〜１８の間でかつ総巻数１２００ターン固定としたときのセクションの分割数に対する２次巻線容量および結合係数の関係を調べた。その結果を図２１に示す。図２１からセクションの分割数が増加するほど、容量が低下することがわかる。また同様にセクションの分割数が増加するほど結合係数が低下するが、その変化率は容量の低下の方が大きく、結合係数の低下は小さいことがわかる。
【００９９】
また、セクションの分割数に対するトランスの全長と製造時間との関係についても調べた。その結果を図２２に示す。図２２の縦軸の数値は「トランス全長」の場合は長さとして１０ｍｍ、２０ｍｍ、・・・、１００ｍｍを示しており、「製造時間」の場合は比率として１０、２０、・・・、１００を示している。図２２から、トランスの全長は１セクションあたり２．５ｍｍの長さが必要であることを前提としてセクションの分割数に対して比例的に増加することがわかる。また製造時間は１セクションのときを１としてセクションの分割数の増加に対する比率を記載した。巻線作業は通常自動化されているが、１つのセクションの巻線作業終了後、隣のセクションの巻線作業に移るには、一度巻線スピードを停止近くまで減速する必要があり、図１の分離壁２６の切欠２６ａを通して、隣のセクションでの巻線作業に移る必要がある。したがってトランス全長と同様、製造時間もセクションの分割数に対して比例的に増加する。
【０１００】
上記図２１および図２２の基礎実験を元に、容量としてはセクションの分割数が多いほうが望ましいが、結合係数やトランス全長、作業時間としてはセクションの分割数が少ないほうがよいため、セクションの分割数は５以上１５以下とした。
【０１０１】
つまり、セクションの分割数が５より小さくなると巻線容量が急激に増加するためセクションの分割数は５以上にする必要がある。またセクションの分割数が１５を超えると、トランス全長が５５ｍｍを超えてしまい小型なイオン発生装置にトランスを収容することが困難になるとともに、結合係数および製造時間も実用的なイオン発生装置に適さなくなることから、セクションの分割数は１５以下にする必要がある。
【０１０２】
最終的な形状として長さが３５ｍｍ、幅が６ｍｍ、高さが４ｍｍ（端子部を除く）の小型かつ薄型の巻線トランスで希望の出力電圧をえることができた。容積的には実験で用いたボビンサイズの約１／４に小型化できた。
【０１０３】
２次巻線を多数セクションに分割することで、元々実施している１セクションあたりの電圧は印加電圧／セクション数に低下し、絶縁的にもより改善された。さらにモールドなどを行なうとより高い絶縁性能を得ることができる。
【０１０４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、イオン発生電極にイオンを発生させるために電圧を昇圧して供給するイオン発生装置用トランス、イオン発生装置および電気機器に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置用トランスの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示すトランスの内部のコアを示す図である。
【図３】図２のトランスを矢印Ａ方向から見た側面図である。
【図４】コアの構成を概略的に示す斜視図である。
【図５】棒状の端部にフランジ部を設けたコアの構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】図５に示すコアを用いたトランスの構成を概略的に示す平面図である。
【図７】容量成分が巻線同士の間で発生する静電容量の集合であることを説明するための図であり、図１の領域Ｒ１の断面を示す図である。
【図８】巻線トランスの１次巻線と２次巻線とを示す回路図である。
【図９】巻線トランスの２次巻線を簡易的な等価回路で示す図である。
【図１０】一例としてある回路定数の組合せにおける２次側の容量と出力電圧の関係をグラフ化した図である。
【図１１】図１に示す高圧トランスを用いたイオン発生装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１２】図１１に示したイオン発生装置において蓋体を除いた状態での概略平面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図１４】図１１〜図１３に示すイオン発生装置に用いられるイオン発生素子の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図１５】図１１〜図１３に示すイオン発生装置に用いられるイオン発生素子の構成を概略的に示す平面図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う概略断面図である。
【図１７】本発明の一実施の形態におけるイオン発生装置の機能ブロック図であり、各機能素子の電気的接続を示す図である。
【図１８】図１１〜図１３に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１９】図１８に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。
【図２０】２次巻線部のセクションの分割数を変えたときの２次巻線の巻線容量と１次−２次の結合係数との変化の検討に用いたトランスの構成を示す図である。
【図２１】２次巻線部のセクションの分割数を変えたときの２次巻線の巻線容量と１次−２次の結合係数との変化の様子を示す図である。
【図２２】２次巻線部のセクションの分割数を変えたときのトランスの全長と製造時間との変化の様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  誘導電極、１ａ  天板部、１ｂ  貫通孔、１ｃ  屈曲部、１ｄ  基板挿入部、１ｅ  基板支持部、２  放電電極、３  支持基板、３ａ，３ｂ  貫通孔、４  半田、５  高圧回路、１０  イオン発生素子、２０  高圧トランス（巻線トランス）、２１  １次巻線部、２１ａ  １次巻線、２２  ２次巻線部、２２ａ  ２次巻線、２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ  端子、２５，２６  分離壁、２８ａ  コア、２８ｂ  フランジ部、２９  ボビン、３０  高圧トランス駆動回路、３０ａ  素子、３０ｂ  電源入力コネクタ、３１  基板、３１ａ  貫通孔、３２  リード線、４０  外装ケース、４０ａ  本体、４０ｂ  蓋体、４０Ａ  イオン発生素子ブロック、４０Ｂ  高圧トランスブロック、４０Ｃ  高圧トランス駆動回路ブロック、４１，４２，４３  壁、４１ａ，４１ｂ  切欠部、４４  イオン放出用の孔、５０  イオン発生装置、６０  空気清浄機、６１  前面パネル、６２  本体、６３  吹き出し口、６４  空気取り入れ口、６５  ファン用ケーシング。
【図１】
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【図２】
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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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【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２０】
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【図２１】
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【図２２】
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