(57)【要約】【課題】小型化を図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２６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（ＭＯＳ ＦＥＴ２３）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とを備える高電圧発生回路。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ＭＯＳ ＦＥＴ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１〜７のいずれかに記載の高電圧発生回路。
【請求項９】
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１〜７のいずれか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１〜９のいずれかに記載の高電圧発生回路。
【請求項１１】
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値が変化する請求項１〜１０のいずれかに記載の高電圧発生回路。
【請求項１２】
請求項１〜１１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１３】
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値を調整する請求項１２に記載のイオン発生装置。
【請求項１４】
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１２又は請求項１３に記載のイオン発生装置。
【請求項１５】
前記高電圧発生回路が備える昇圧部の２次側から出力される高電圧を正電圧に整流する第１の整流手段と、前記高電圧発生回路が備える昇圧部の２次側から出力される高電圧を負電圧に整流する第２の整流手段とを前記高電圧発生回路に設け、
前記放電部が、前記第１の整流手段からの正電圧が印加される第１の放電部と、前記第２の整流手段からの負電圧が印加される第２の放電部とを有する請求項１２〜１４のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項１６】
前記第１の整流手段及び前記第２の整流手段がそれぞれダイオードである請求項１５に記載のイオン発生装置。
【請求項１７】
前記放電部がマイナスイオンとプラスイオンの両方を発生させる請求項１２〜１６のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項１８】
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１７に記載のイオン発生装置。
【請求項１９】
請求項１２〜１８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。
【請求項２０】
前記昇圧部の２次側から出力される高電圧のピーク値に応じた直流電圧であるフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記フィードバック電圧と基準電圧とを比較する電圧比較部とを備え、
前記電圧比較部での比較結果に基づいて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する請求項１に記載の高電圧発生回路。
【請求項２１】
前記昇圧部の１次側と前記スイッチング素子との接続点電圧のピーク値に応じた直流電圧であるフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、
前記フィードバック電圧と基準電圧とを比較する電圧比較部とを備え、
前記電圧比較部での比較結果に基づいて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する請求項１に記載の高電圧発生回路。
【請求項２２】
所定の期間中常時前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低い場合、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を広げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する請求項２０または請求項２１に記載の高電圧発生回路。
【請求項２３】
所定の期間中常時前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低い場合、前記直流電源から出力される直流電圧を上げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する請求項２０または請求項２１に記載の高電圧発生回路。
【請求項２４】
チョッパ型の昇圧スイッチングレギュレータを備え、前記昇圧スイッチングレギュレータの出力電圧が前記直流電源から出力される直流電圧である請求項２３に記載の高電圧発生回路。
【請求項２５】
所定の期間中常時前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低い場合、前記昇圧スイッチングレギュレータの所定時間当たりのスイッチング回数を増やして前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する請求項２４に記載の高電圧発生回路。
【請求項２６】
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に上限を設け、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が上限に達した場合にエラー出力を行うエラー出力部を備える請求項２２に記載の高電圧発生回路。
【請求項２７】
前記昇圧スイッチングレギュレータの所定時間当たりのスイッチング回数に上限を設け、前記昇圧スイッチングレギュレータの所定時間当たりのスイッチング回数が上限に達した場合にエラー出力を行うエラー出力部を備える請求項２５に記載の高電圧発生回路。
【請求項２８】
前記昇圧部の２次側がフローティングである請求項２１に記載の高電圧発生回路。
【請求項２９】
前記電圧比較部が、電源投入時または一定間隔時間だけ動作する請求項２０〜２８のいずれかに記載の高電圧発生回路。
【請求項３０】
請求項２０〜２９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３１】
請求項３０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。
【発明の詳細な説明】
【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、病院の病室や手術室、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、事務所や会議室など、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の過酸化水素（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を成した（例えば、特許文献１参照）。
【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、セラミックの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１５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１５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１５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１６（ａ）に示すコンデンサＣ１の両端電圧Ｅ２が図１６（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１６（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１６（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。
【特許文献１】特開２００３−４７６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
確かに、上述した図１５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。
【００１０】
しかしながら、上述した図１５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。
【００１１】
更に、上述した図１５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。
【００１２】
更に、上述した図１５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。
【００１３】
更に、上述した図１５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。
【００１４】
更に、上述した図１５に示す従来のイオン発生装置は、放電部Ｘ１の劣化、異物付着等で放電部Ｘ１の容量が増加したとき高電圧発生回路からの出力電圧が低下し（図１７参照）、その出力電圧が放電部Ｘ１の放電開始電圧を下回った場合に放電が停止する、すなわちイオンの発生が停止するという課題を有している。
【００１５】
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。
【００１６】
更に、出力する高電圧の値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２の目的とする。
【００１７】
更に、出力する高電圧の値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３の目的とする。
【００１８】
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４の目的とする。
【００１９】
更に、出力する高電圧の値を保持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容量が増加して高電圧発生回路が出力する高電圧の値が低下しても出力を一定に保つように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】
【００２０】
上記第１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。
【００２１】
また、上記第２及び第３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値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る。
【００２２】
また、上記第４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。
【００２３】
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、前記昇圧部の２次側から出力される高電圧のピーク値に応じた直流電圧であるフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、前記フィードバック電圧と基準電圧とを比較する電圧比較部とを備え、前記電圧比較部での比較結果に基づいて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持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値が低下しても出力を一定に保つよう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、放電部の容量が増加して高電圧発生回路が出力する高電圧の値が低下しても出力を一定に保つように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、前記昇圧部の１次側と前記スイッチング素子との接続点電圧のピーク値に応じた直流電圧であるフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成部と、前記フィードバック電圧と基準電圧とを比較する電圧比較部とを備え、前記電圧比較部での比較結果に基づいて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持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値が低下しても出力を一定に保つよう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、放電部の容量が増加して高電圧発生回路が出力する高電圧の値が低下しても出力を一定に保つように調整することができる。なお、この構成において、前記昇圧部の２次側をフローティングにしてもよい。
【００２５】
上記第５の目的を達成する構成の高電圧発生回路においては、所定の期間中常時前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低い場合、例えば、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を広げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持してもよく、前記直流電源から出力される直流電圧を上げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持してもよい。
【００２６】
前記直流電源から出力される直流電圧を上げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する構成を採用する場合、例えば、チョッパ型の昇圧スイッチングレギュレータを備え、前記昇圧スイッチングレギュレータの出力電圧を前記直流電源から出力される直流電圧とすればよい。そして、所定の期間中常時前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低い場合、前記昇圧スイッチングレギュレータの所定時間当たりのスイッチング回数を増やして前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持すればよい。
【００２７】
また、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を広げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する構成を採用する場合、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に上限を設け、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が上限に達した場合にエラー出力を行うエラー出力部を備えるようにしてもよい。これにより、イオン発生装置に適用した場合、放電部の容量が増加したことをエラー出力により使用者が認識できるので、放電部のメンテナンスが可能になる。
【００２８】
また、前記昇圧スイッチングレギュレータの所定時間当たりのスイッチング回数を増やして前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する構成を採用する場合、前記昇圧スイッチングレギュレータの所定時間当たりのスイッチング回数に上限を設け、前記昇圧スイッチングレギュレータの所定時間当たりのスイッチング回数が上限に達した場合にエラー出力を行うエラー出力部を備えるようにしてもよい。これにより、イオン発生装置に適用した場合、放電部の容量が増加したことをエラー出力により使用者が認識できるので、放電部のメンテナンスが可能になる。
【００２９】
前記電圧比較部が、電源投入時または一定間隔時間だけ動作するようにしてもよい。これにより、前記電圧比較部で消費する消費電流を抑えることができる。
【００３０】
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ＭＯＳ ＦＥＴや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る。
【００３１】
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。
【００３２】
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２及び第３の目的を達成することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
また、上記第２及び第３の目的を達成するために、上記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幅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値を調整する構成にする。
【００３５】
また、上記第４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。
【００３６】
また、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昇圧部の２次側から出力される高電圧を正電圧に整流する第１の整流手段（例えばダイオード）と、前記高電圧発生回路が備える昇圧部の２次側から出力される高電圧を負電圧に整流する第２の整流手段（例えばダイオード）とを前記高電圧発生回路に設け、前記放電部が、前記第１の整流手段からの正電圧が印加される第１の放電部と、前記第２の整流手段からの負電圧が印加される第２の放電部とを有するようにしてもよい。このような構成によると、第１の放電部では正電圧が印加されるのでプラスイオンが発生して空気中に放出され、第２の放電部では負電圧が印加されるのでマイナスイオンが発生して空気中に放出される。即ち、プラス、マイナス両方のイオンが個別に放出される。したがって、発生したプラスイオンとマイナスイオンが放電部の電極近傍で中和して消滅することを抑え、発生した両極性のイオンを効率的にバランス良く空間に放出することが可能となる。
【００３７】
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。
【００３８】
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】
【００３９】
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。
【００４０】
更に、出力する高電圧の値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。
【００４１】
更に、出力する高電圧の値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。
【００４２】
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。
【００４３】
更に、出力する高電圧の値をフィードバックし出力電圧を一定に保つ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容量が増加して高電圧発生回路が出力する高電圧の値が低下しても出力を一定に保つように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】
【００４４】
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１６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。
【００４５】
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１６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１６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１６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。
【００４６】
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２６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ＭＯＳ ＦＥＴ２３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。
【００４７】
直流電源２５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２６の正極は、トリガーコイル２２の１次巻線Ｌ１の一端及び２次巻線Ｌ２の一端に接続されている。直流電源２５の負極、直流電源２６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、ＭＯＳ ＦＥＴ２３のドレイン端子に接続されている。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。
【００４８】
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。
【００４９】
図３に示すイオン発生素子は、誘電体２７（上部誘電体２７Ａと下部誘電体２７Ｂ）と、放電部（放電電極２８Ａ、誘導電極２８Ｂ、放電電極接点２８Ｃ、誘導電極接点２８Ｄ、接続端子２８Ｅ及び２８Ｆ、並びに接続経路２８Ｇ及び２８Ｈ）と、コーティング層２９とを有して成る。
【００５０】
誘電体２７は、略直方体状の上部誘電体２７Ａと下部誘電体２７Ｂを貼り合わせて成る。誘電体２７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２７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や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２７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の容易性を考えれば、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２８Ａと誘導電極２８Ｂ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２７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２７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。
【００５１】
放電電極２８Ａは、上部誘電体２７Ａの表面に該上部誘電体２７Ａと一体的に形成されている。放電電極２８Ａ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。
【００５２】
また、誘導電極２８Ｂは、上部誘電体２７Ａを挟んで、放電電極２８Ａ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２８Ａと誘導電極２８Ｂ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２７を円柱状とした場合には、放電電極２８Ａを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極２８Ｂ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２８Ｂの材料としては、放電電極２８Ａ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。
【００５３】
放電電極接点２８Ｃは、放電電極２８Ａと同一形成面（すなわち上部誘電体２７Ａの表面）に設けられた接続端子２８Ｅ、及び接続経路２８Ｇを介して、放電電極２８Ａと電気的に導通されている。従って、放電電極接点２８Ｃ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２８Ａ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。
【００５４】
誘導電極接点２８Ｄは、誘導電極２８Ｂと同一形成面（すなわち下部誘電体２７Ｂの表面）に設けられた接続端子２８Ｆ、及び接続経路２８Ｈを介して、誘導電極２８Ｂと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点２８Ｄ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２８ＢをＧＮＤ電位にすることができる。
【００５５】
なお、図３に示すイオン発生素子において、放電電極２８Ａ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。
【００５６】
次に、図２に戻り、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、ＭＯＳ ＦＥＴ２３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、イオン発生素子２１の放電部の放電電極に印加される。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。
【００５７】
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２６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、ＭＯＳ ＦＥＴ２３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。
【００５８】
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。
【００５９】
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２６からトリガーコイル２２に印加される電圧の少なくとも一つ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ピーク値を任意に調整することができる。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、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。
【００６０】
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と、±３．０ｋＶで放電を開始するイオン発生素子Ｃの３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。
【００６１】
【表１】
2008210764.tif 000003
【００６２】
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２６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、直流電源２６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）は、図５（ａ）に示すように５Ｖのままで、演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅を、図５（ｂ）の２つ目のパルスのように１．０μｓｅｃに拡大した場合、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の実施例における演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅とトリガーコイル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。
【００６３】
【表２】
2008210764.tif 000004
【００６４】
なお、前記パルス幅０．５μｓｅｃ及び１．０μｓｅｃは一例であり、トリガーコイル２２のＬ１、Ｌ２の巻数及びＭＯＳ ＦＥＴ２３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、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２の実施例について説明する。直流電源２６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６（ｂ）に示すように０．５μｓｅｃのままで、直流電源２６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６（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２の実施例における直流電源２６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３に示す。
【００６６】
【表３】
2008210764.tif 000005
【００６７】
前記パルス幅０．５μｓｅｃ並びに直流電源２６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ＭＯＳ ＦＥＴ２３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。
【００６８】
次に、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Ｃ）を放電させるための第３の実施例について説明する。直流電源２６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７（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７（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７（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±３．０ｋＶであるイオン発生素子Ｃを放電させることはできない。そこで、直流電源２６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７（ａ）に示すように１０Ｖに増加し、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７（ｂ）の２つ目のパルスのように１．０μｓｅｃに拡大した場合、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７（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±３．１ｋＶに増加し、放電開始電圧が±３．０ｋＶであるイオン発生素子Ｃを放電させることができる。この第３の実施例における直流電源２６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）と演算処理装置２４から出力されるパルス信号のパルス幅とトリガーコイル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）の関係を表４に示す。
【００６９】
【表４】
2008210764.tif 000006
【００７０】
前記パルス幅０．５μｓｅｃ及び１．０μｓｅｃ並びに直流電源２６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ＭＯＳ ＦＥＴ２３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。
【００７１】
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８（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８（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。
【００７２】
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ＭＯＳ ＦＥＴ２３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。
【００７３】
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を用いて図１０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。
【００７４】
また、本発明に係るイオン発生装置は、プラスイオンとマイナスイオンが略等量発生するイオン発生装置に限定されず、図２に示すイオン発生装置のトリガーコイル２２の２次側に図１１に示すように整流ダイオードを設けてプラスイオンのみが発生するようにしてもよく、図２に示すイオン発生装置のトリガーコイル２２の２次側に図１２に示すように整流ダイオードを設けてマイナスイオンのみが発生するようにしてもよい。図１１又は図１２に示すイオン発生装置では、浮遊細菌等を除去することはできないが、上述した第１〜第４の目的を達成することはできる。
【００７５】
また、図４〜図８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。
【００７６】
次に、本発明に係るイオン発生装置の複数の放電部を備える構成例について図１３を参照して説明する。図１３に示すイオン発生装置は、二つの放電部を有するイオン発生素子３２と、前記放電部に高電圧を印加する高電圧発生回路とによって構成される。図１３に示すイオン発生装置が具備する高電圧発生回路は、図２に示すイオン発生装置が具備する高電圧発生回路２００に整流ダイオード３０及び３１を付加した構成である。整流ダイオード３０のアノード及び整流ダイオード３１のカソードはトリガーコイル２２の２次巻線Ｌ２に接続され、整流ダイオード３０のカソードはイオン発生素子３２の第１の放電部の第１の放電電極３３Ａに電気的に接続され、整流ダイオード３１のアノードはイオン発生素子３２の第２の放電部の第２の放電電極３４Ａに電気的に接続される。そして、イオン発生素子３２の第１の放電部の第１の誘導電極３３Ｂと第２の放電部の第２の誘導電極３４ＢはＧＮＤに接地される。
【００７７】
このような構成によると、イオン発生素子３２の第１の放電部では正電圧が印加されるのでプラスイオンが発生して空気中に放出され、イオン発生素子３２の第２の放電部では負電圧が印加されるのでマイナスイオンが発生して空気中に放出される。即ち、プラス、マイナス両方のイオンが個別に放出される。したがって、発生したプラスイオンとマイナスイオンがイオン発生素子の電極近傍で中和して消滅することを抑え、発生した両極性のイオンを効率的にバランス良く空間に放出することが可能となる。
【００７８】
ここで、イオン発生素子３２の一構成例を図１４に示す。図１４（ａ）はイオン発生素子３２の上面図であり、図１４（ｂ）はイオン発生素子３２のＸ−Ｘ線断面図である。
【００７９】
図１４に示すイオン発生素子は、第１の放電部（第１の放電電極３３Ａ、第１の誘導電極３３Ｂ、放電電極接点３３Ｃ、誘導電極接点３３Ｄ、接続端子３３Ｅ及び３３Ｆ、並びに接続経路３３Ｇ及び３３Ｈ）と、第２の放電部（第２の放電電極３４Ａ、第２の誘導電極３４Ｂ、放電電極接点３４Ｃ、誘導電極接点３４Ｄ、接続端子３４Ｅ及び３４Ｆ、並びに接続経路３４Ｇ及び３４Ｈ）と、誘電体３５（上部誘電体３５Ａと下部誘電３５Ｂ）と、コーティング層３６と、を有して成る。図１４に示すイオン発生素子は図３に示すイオン発生素子を二つ合わせた構造であり、図３に示すイオン発生素子の構造について既に詳述しているので、図１４に示すイオン発生素子の構造についての詳細な説明は省略する。
【００８０】
次に、上述した第５の目的を達成することができるイオン発生装置について説明する。図１８は、上述した第５の目的を達成することができるイオン発生装置の一実施形態を示す回路図である。なお、図１８において図２と同一の部分には同一の符号を付す。
【００８１】
図１８に示すイオン発生装置は、出力する高電圧の値をフィードバックし出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載し、放電部の容量が増加して高電圧発生回路が出力する高電圧の値が低下しても出力を一定に保つように調整することができる。
【００８２】
図１８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３００とによって構成される。高電圧発生回路３００は、直流電源２６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バイポーラトランジスタＴＲ１と、バイポーラトランジスタＴＲ１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、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、基準電圧ＶREFを出力する基準電圧回路２４Ｃ、及びフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFを比較する電圧比較部２４Ｄを有する演算処理装置２４’と、トリガーコイル２２によって昇圧された高電圧を分圧する抵抗Ｒ１１及びＲ１２からなる分圧回路３７と、分圧回路３７の出力電圧を整流し平滑化してフィードバック電圧ＶFBを生成するダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１、及び抵抗Ｒ１３からなるピークホールド回路３８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並びにフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFとの電圧比較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並びにフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFとの電圧比較をハードウェアで制御する専用ＬＳＩが挙げられる。
【００８３】
直流電源２５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２６の正極は、トリガーコイル２２の１次巻線Ｌ１の一端及び２次巻線Ｌ２の一端に接続されている。直流電源２５の負極、直流電源２６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、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタＴＲ１のコレクタ端子に接続されている。バイポーラトランジスタＴＲ１のエミッタ端子は、ＧＮＤに接地されている。バイポーラトランジスタＴＲ１のベース端子は、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Ｌ２の他端は、イオン発生素子２１の放電部の放電電極と抵抗Ｒ１１の一端に接続されている。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。抵抗Ｒ１１の他端は、抵抗Ｒ１２の一端とダイオードＤ１１のアノード端子に接続されている。抵抗Ｒ１２の他端は、ＧＮＤに接地されている。ダイオードＤ１１のカソード端子はコンデンサＣ１１の一端と抵抗Ｒ１３の一端と演算処理装置２４’のフィードバック電圧入力端子とに接続されている。コンデンサＣ１１の他端と抵抗Ｒ１３の他端はＧＮＤに接地されている。例えば、高電圧発生回路３００からイオン発生素子２１にピーク値が±１．５ｋＶである交流インパルス状の高電圧が供給されているときに、フィードバック電圧ＶFBを＋１．５Ｖにする場合、抵抗Ｒ１１を１ＭΩ、抵抗Ｒ１２を１ｋΩ、コンデンサＣ１１を０．０１μＦ、抵抗Ｒ１３を１ＭΩにする回路素子定数設定が一例として挙げられる。
【００８４】
次に、図１８に示すイオン発生装置の動作について説明する。図１８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、バイポーラトランジスタＴＲ１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、イオン発生素子２１の放電部の放電電極に印加される。同時に、トリガーコイル２２から出力された高電圧は、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２からなる分圧回路３７によって分圧される。分圧回路３７の出力電圧は、ピークホールド回路３８に供給され、ダイオードＤ１１によって整流され、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１３によってピークホールドされて、フィードバック電圧ＶFBに変換される。ピークホールド回路３８から出力されるフィードバック電圧ＶFBは、演算処理装置２４’のフィードバック入力端子へ入力される。そして、演算処理装置２４’の中の電圧比較部２４Ｄでフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFとが比較され、所定の期間中常時フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回る場合、すなわち高電圧発生回路３００の出力電圧が低下した場合、タイマー２４Ａが演算処理装置２４’から出力されるパルス信号のパルス間隔は変えずにパルス幅のみを広げるように設定を変更する。これにより、高電圧発生回路３００の出力電圧が低下した場合、演算処理装置２４’から出力されるパルス信号のパルス幅が広がり、高電圧発生回路３００の出力電圧が増加するので、高電圧発生回路３００の出力電圧が一定に保持される。
【００８５】
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、バイポーラトランジスタＴＲ１はＯＦＦ状態となり、イオン発生素子２１の放電部の放電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。
【００８６】
ここで、ピークホールド回路３８の動作について図１９を参照して説明する。図１９はピークホールド回路３８の各部電圧波形を示す図である。図１９（ａ）の電圧Ｅ４はピークホールド回路３８の入力電圧であり、図１９（ｂ）の電圧Ｅ５はダイオードＤ１１で整流し、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１３でピークホールド後の電圧、すなわちピークホールド回路３８の出力電圧であり、図１９（ｂ）の電圧Ｅ６はダイオードＤ１１で整流した後の電圧である。ピークホールド回路３８の入力電圧Ｅ４は、ダイオードＤ１１で半波整流され、図１９（ｂ）の電圧Ｅ６になる。そして、ｔ１〜ｔ２の間、半波整流された電圧Ｅ６の増加にともないコンデンサＣ１１に電荷が充電される。コンデンサＣ１１に電荷が貯まる時間は一般的に速いため、ピークホールド回路３８の出力電圧Ｅ５は半波整流された電圧Ｅ６にほぼ追随する。その後、ｔ２〜ｔ３にかけてコンデンサＣ１１が放電する。放電時間はコンデンサＣ１１の容量値と抵抗Ｒ１３の抵抗値の積で表される時定数により決定される。コンデンサＣ１１が放電している間は、ピークホールド回路３８の出力電圧Ｅ５は半波整流された電圧Ｅ６に追随しない。その結果、ピークホールド回路３８の出力電圧Ｅ５は、ピークホールド回路３８の出力電圧Ｅ４に比べて、ピークホールドされた滑らかな波形となる。
【００８７】
図１８に示すイオン発生装置の各部の電圧は図２０に示すような波形になる。ここで、図２０（ａ）は直流電源２６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２０（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、バイポーラトランジスタＴＲ１のベース信号の波形を、図２０（ｃ）はトリガーコイル２２の出力電圧の波形を、図２０（ｄ）は分圧回路３７からピークホールド回路３８に供給される電圧の波形を、図２０（ｅ）はピークホールド回路３８から出力されるフィードバック電圧ＶFBの波形と演算処理装置２４’の中の基準電圧回路２４Ｃから出力される基準電圧ＶREFの波形を、それぞれ示している。
【００８８】
図２１は、イオン発生素子２１の放電部の容量が増加した影響によって高電圧発生回路３００の出力電圧が低下した場合に、フィードバック回路（分圧回路３７、ピークホールド回路３８、基準電圧回路２４Ｃ、及び電圧比較部２４Ｄ）が機能して高電圧発生回路３００の出力電圧を保持する様子を示す図１８に示すイオン発生装置の各部電圧波形である。図２１（ａ）は直流電源２６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２１（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、バイポーラトランジスタＴＲ１のベース信号の波形を、図２１（ｃ）はトリガーコイル２２の出力電圧の波形を、図２１（ｄ）は分圧回路３７からピークホールド回路３８に供給される電圧の波形を、図２１（ｅ）はピークホールド回路３８から出力されるフィードバック電圧ＶFBの波形と演算処理装置２４’の中の基準電圧回路２４Ｃから出力される基準電圧ＶREFの波形を、それぞれ示している。
【００８９】
タイマー２４Ａは、各パルス間隔での電圧比較部２４Ｄの出力電圧レベルに応じて次のパルス間隔でのパルス幅を設定する。図２１においては、１つ目のパルス間隔Ｔ１では、電圧比較部２４Ｄの出力電圧がＨｉｇｈレベルである期間があるため、タイマー２４Ａは２つ目のパルス間隔Ｔ２でのパルス幅を０．５μｓｅｃ（標準値）に設定し、２つ目のパルス間隔Ｔ２では、イオン発生素子の放電部の容量が増加した影響によって高電圧発生回路３００の出力電圧が低下し（図２１（ｃ）参照）、終始フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回り電圧比較部２４Ｄの出力電圧がＨｉｇｈレベルである期間がないため（図２１（ｅ）参照）、タイマー２４Ａは３つ目のパルス間隔Ｔ３でのパルス幅を１．０μｓｅｃに設定している（図２１（ｂ）参照）。なお、前記パルス幅０．５μｓｅｃ及び１．０μｓｅｃは一例である。
【００９０】
次に、上述した第５の目的を達成することができるイオン発生装置の他の実施形態を図２２に示す。なお、図２２において図１８と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【００９１】
図２２に示すイオン発生装置は、出力電流Ｉ１が抵抗Ｒ１４を流れることによって生じる電圧に基づいてフィードバック電圧ＶFBを生成している点で図１８に示すイオン発生装置と異なるが、その他の、高電圧出力、フィードバック回路による出力電圧の保持の動作は、図１８に示すイオン発生装置と同様である。例えば、出力電流Ｉ１が１５ｍＡであるとき抵抗Ｒ１４を流れることによって生じる電圧に基づいて生成するフィードバック電圧ＶFBを＋１．５Ｖで使用する場合、抵抗Ｒ１４を１００Ω、コンデンサＣ１１を０．０１μＦ、抵抗Ｒ１３を１ＭΩにする回路素子定数設定が一例として挙げられる。
【００９２】
図２３は、図２２に示すイオン発生装置の各部の電圧波形を示している。図２４は、イオン発生素子２１の放電部の容量が増加した影響によって高電圧発生回路４００の出力電圧が低下した場合に、フィードバック回路（抵抗Ｒ１４、ピークホールド回路３８、基準電圧回路２４Ｃ、及び電圧比較部２４Ｄ）が機能して高電圧発生回路４００の出力電圧を保持する様子を示す図２２に示すイオン発生装置の各部電圧波形である。図２３に示す電圧波形は図２０に示す電圧波形と同様であり、図２４に示す電圧波形は図２１に示す電圧波形と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００９３】
次に、上述した第５の目的を達成することができるイオン発生装置の更に他の実施形態を図２５に示す。なお、図２５において図１８と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【００９４】
図２５に示すイオン発生装置は、所定の期間中常時フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回ったときに、チョッパ型の昇圧スイッチングレギュレータ３９のスイッチングトランジスタを制御する制御信号の所定時間当たりのパルス数を増やして（所定時間当たりのスイッチング回数を増やして）、トリガーコイル２２の入力電圧を直流電源２６から昇圧し、高電圧発生回路５００の出力電圧を上げるという手法を採用している。そのため、図２５に示すイオン発生装置は、昇圧スイッチングレギュレータ３９が追加になる点と、演算処理装置の内部構成の点で図１８に示すイオン発生装置と異なっている。
【００９５】
昇圧スイッチングレギュレータ３９は、スイッチングトランジスタであるバイポーラトランジスタＴＲ２と、コイルＬ１１と、ダイオードＤ１２と、コンデンサＣ１２とで構成される。演算処理装置２４’’は、昇圧スイッチングレギュレータ３９をスイッチングするためのパルス信号を出力する昇圧スイッチングレギュレータ用パルス信号発生部２４Ｅが追加になり、トリガーコイル２２の１次巻き線Ｌ１の電流をスイッチングするためのパルス信号のパルス幅は一定で良いため、電圧比較部２４Ｄの結果はタイマー２４Ａには反映せず、昇圧スイッチングレギュレータ用パルス信号発生部２４Ｅから出力されるパルス信号のパルス数に反映するように構成される。
【００９６】
ここで、昇圧スイッチングレギュレータ３９と同一構成の昇圧スイッチングレギュレータの動作について図２６を参照して説明する。先ず、トランジスタＴＲがＯＮ状態になると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。この時、コイルＬの入力側はプラス、出力側はマイナスの電位になる（図２６（ａ）参照）。次に、トランジスタＴＲがＯＦＦ状態になると、レンツの法則に従ってコイルＬは電流を流し続けようとして、蓄えたエネルギーを放出する。この時、コイルＬの出力側がプラス、入力側がマイナスになる。トランジスタＴＲはＯＦＦ状態であるので電流はダイオードＤを通ってコンデンサＣおよび負荷ＯＵＴに流れる（図２６（ｂ）参照）。再び、トランジスタＴＲがＯＮ状態になると、コイルＬには、またエネルギーが蓄えられる。負荷ＯＵＴにはコンデンサＣに蓄えられたエネルギーにより電流が流れる。コンデンサＣに蓄えられたエネルギーはダイオードＤのためにトランジスタＴＲには流れず、負荷ＯＵＴにしか流れない（図２６（ｃ）参照）。コイルＬに蓄えられたエネルギーが大きければコンデンサＣに蓄えられるエネルギーはどんどん増え、電圧が上昇する。
【００９７】
図２５に示すイオン発生装置の各部の電圧は図２７に示すような波形になる。ここで、図２７（ａ）は演算処理装置２４’’から昇圧スイッチングレギュレータ３９に出力されるパルス信号、すなわち、バイポーラトランジスタＴＲ２のベース信号の波形を、図２７（ｂ）は直流電源２６を昇圧スイッチングレギュレータ３９で昇圧したトリガーコイル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２７（ｃ）は演算処理装置２４’’からバイポーラトランジスタＴＲ１に出力されるパルス信号、すなわち、バイポーラトランジスタＴＲ１のベース信号の波形を、図２７（ｄ）はトリガーコイル２２の出力電圧の波形を、図２７（ｅ）は分圧回路３７からピークホールド回路３８に供給される電圧の波形を、図２７（ｆ）はピークホールド回路３８から出力されるフィードバック電圧ＶFBの波形と演算処理装置２４’’の中の基準電圧回路２４Ｃから出力される基準電圧ＶREFの波形を、それぞれ示している。
【００９８】
図２８は、イオン発生素子２１の放電部の容量が増加した影響によって高電圧発生回路５００の出力電圧が低下した場合に、フィードバック回路（分圧回路３７、ピークホールド回路３８、基準電圧回路２４Ｃ、及び電圧比較部２４Ｄ）が機能して高電圧発生回路５００の出力電圧を保持する様子を示す図２５に示すイオン発生装置の各部電圧波形である。図２８（ａ）は演算処理装置２４’’から昇圧スイッチングレギュレータ３９に出力されるパルス信号、すなわち、バイポーラトランジスタＴＲ２のベース信号の波形を、図２８（ｂ）は直流電源２６を昇圧スイッチングレギュレータ３９で昇圧したトリガーコイル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２８（ｃ）は演算処理装置２４’’からバイポーラトランジスタＴＲ１に出力されるパルス信号、すなわち、バイポーラトランジスタＴＲ１のベース信号の波形を、図２８（ｄ）はトリガーコイル２２の出力電圧の波形を、図２８（ｅ）は分圧回路３７からピークホールド回路３８に供給される電圧の波形を、図２８（ｆ）はピークホールド回路３８から出力されるフィードバック電圧ＶFBの波形と演算処理装置２４’’の中の基準電圧回路２４Ｃから出力される基準電圧ＶREFの波形を、それぞれ示している。
【００９９】
昇圧スイッチングレギュレータ用パルス信号発生部２４Ｅは、各所定時間での電圧比較部２４Ｄの出力電圧レベルに応じて次の所定時間でのパルス数を設定する。図２８においては、１つ目の所定時間ＰＴ１では、電圧比較部２４Ｄの出力電圧がＨｉｇｈレベルである期間があるため、昇圧スイッチングレギュレータ用パルス信号発生部２４Ｅは２つ目の所定時間ＰＴ２でのパルス数を３個（標準値）に設定し、２つ目の所定時間ＰＴ２では、イオン発生素子の放電部の容量が増加した影響によって高電圧発生回路５００の出力電圧が低下し（図２８（ｄ）参照）、終始フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回り電圧比較部２４Ｄの出力電圧がＨｉｇｈレベルである期間がないため（図２８（ｆ）参照）、昇圧スイッチングレギュレータ用パルス信号発生部２４Ｅは３つ目の所定時間ＰＴ３でのパルス数を６個に設定している（図２８（ａ）参照）。なお、前記パルス数３個及び６個は一例である。
【０１００】
次に、上述した第５の目的を達成することができるイオン発生装置の更に他の実施形態を図２９に示す。なお、図２９において図１８と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【０１０１】
図２９に示すイオン発生装置は、高電圧発生回路の出力電圧である高電圧を発生する昇圧部の１次側の電圧値をフィードバックし、高電圧発生回路の出力電圧を一定に保つという手法を採用している。
【０１０２】
図２９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６００とによって構成される。高電圧発生回路６００は、直流電源２６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４０と、トリガーコイル４０の１次側電流を断続するスイッチング素子であるバイポーラトランジスタＴＲ１と、バイポーラトランジスタＴＲ１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、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、基準電圧ＶREFを出力する基準電圧回路２４Ｃ、及びフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFを比較する電圧比較部２４Ｄを有する演算処理装置２４’と、トリガーコイル４０の１次側とバイポーラトランジスタＴＲ１との接続点電圧を整流するためのダイオードＤ１３、ダイオードＤ１３によって整流された電圧を分圧するための抵抗Ｒ１５及びＲ１６、並びに抵抗Ｒ１５及びＲ１６によって分圧された電圧を平滑化しフィードバック電圧ＶFBを生成するためのコンデンサＣ１３によって構成されるピークホールド回路４１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並びにフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFとの電圧比較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並びにフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFとの電圧比較をハードウェアで制御する専用ＬＳＩが挙げられる。
【０１０３】
直流電源２５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２６の正極は、トリガーコイル４０の１次巻線Ｌ１の一端に接続されている。直流電源２５の負極、直流電源２６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４０の１次巻線Ｌ１の他端は、バイポーラトランジスタＴＲ１のコレクタ端子に接続されている。バイポーラトランジスタＴＲ１のエミッタ端子は、ＧＮＤに接地されている。バイポーラトランジスタＴＲ１のベース端子は、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４０の２次巻線Ｌ２の両端は、イオン発生素子２１の放電部の放電電極と誘導電極に接続されている。バイポーラトランジスタＴＲ１のコレクタ端子はダイオードＤ１３のアノード端子に接続されている。ダイオードＤ１３のカソード端子は抵抗Ｒ１５の一端に接続されている。抵抗Ｒ１５の他端は抵抗Ｒ１６の一端とコンデンサＣ１３の一端と演算処理装置２４’のフィードバック端子に接続されている。抵抗Ｒ１６の他端とコンデンサＣ１３の他端はＧＮＤに接地されている。例えば、高電圧発生回路６００からイオン発生素子２１にピーク・トゥ・ピークの電位差が３ｋＶである交流インパルス状の高電圧が供給されているときに、フィードバック電圧ＶFBを＋１．５Ｖにする場合、トリガーコイル４０の１次巻線Ｌ１のインダクタンスを０．２５６μＨ、トリガーコイル４０の２次巻線Ｌ２のインダクタンスを２３ｍＨ、抵抗Ｒ１５を３３ｋΩ、抵抗Ｒ１６を１８０ｋΩ、コンデンサＣ１３を４．７ｎＦにする回路素子定数設定が一例として挙げられる。
【０１０４】
次に、図２９に示すイオン発生装置の動作について説明する。図２９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、バイポーラトランジスタＴＲ１が一時的にＯＮ状態となり、トリガーコイル４０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４０の２次巻線Ｌ２に巻数比で決まる高電圧が発生され、イオン発生素子２１の放電電極と誘導電極間に印加される。同時に、バイポーラトランジスタＴＲ１のコレクタ電圧は、ダイオードＤ１３によって整流された後、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６によって分圧され、さらにコンデンサＣ１３によって平滑化されてフィードバック電圧ＶFBに変換される。ピークホールド回路４１から出力されるＶFBは演算処理装置２４’のフィードバック入力端子へ入力される。そして、演算処理装置２４’の中の電圧比較部２４Ｄでフィードバック電圧ＶFBと基準電圧ＶREFとが比較され、所定の期間中常時フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回る場合、すなわち高電圧発生回路６００の出力電圧が低下した場合、タイマー２４Ａが演算処理装置２４’から出力されるパルス信号のパルス間隔は変えずにパルス幅のみを広げるように設定を変更する。これにより、高電圧発生回路６００の出力電圧が低下した場合、演算処理装置２４’から出力されるパルス信号のパルス幅が広がり、高電圧発生回路６００の出力電圧が増加するので、高電圧発生回路６００の出力電圧が一定に保持される。
【０１０５】
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、バイポーラトランジスタＴＲ１はＯＦＦ状態となり、イオン発生素子２１の放電部の放電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。
【０１０６】
ピークホールド回路４１の動作について図３０を参照して説明する。図３０はピークホールド回路４１の各部電圧・電流波形を示す図である。図３０（ａ）の電圧Ｅ７はピークホールド回路４１の入力電圧であり、図３０（ｂ）の電流ＩD13はダイオードＤ１３で流れる電流であり、図３０（ｃ）の電圧Ｅ８はピークホールド回路４１の出力電圧である。ピークホールド回路４２の入力電圧Ｅ７がピークホールド回路４２の出力電圧Ｅ８よりもダイオードＤ１３の順電圧ＶF分だけ高くなったときにダイオードＤ１３に電流が流れる。つまり、ピークホールド回路４２の入力電圧Ｅ７がピークホールド回路４２の出力電圧Ｅ８よりもダイオードＤ１３の順電圧ＶF分だけ高くなったときにダイオードＤ１３がＯＮ状態になる。コンデンサＣ１３に電荷が溜まるために、ダイオードＤ１３がＯＮ状態である期間は短くなる。ダイオードＤ１３がＯＮ状態である時間はコンデンサＣ１３に電荷が充電される時間となり、ダイオードＤ１３がＯＦＦ状態である時間はコンデンサＣ１３が電荷を放電している時間となる。その結果、ピークホールド回路４２の入力電圧Ｅ７はピークホールド回路４２の出力電圧Ｅ８のようにリプルを伴った直流信号となる。ピークホールド回路４２の出力電圧Ｅ８がピーク電圧Ｅ８PEAKに達するまでにかかる時間はコンデンサＣ１３の容量に依存する。なお、Ｅ８PEAK＝｛Ｒ15／（Ｒ15＋Ｒ16）｝×（Ｅ７PEAK−ＶF）である。ただし、Ｒ15は抵抗Ｒ１５の抵抗値、Ｒ16は抵抗Ｒ１６の抵抗値、Ｅ７PEAKはピークホールド回路４２の入力電圧Ｅ７のピーク電圧をそれぞれ示している。
【０１０７】
図２９に示すイオン発生装置の各部の電圧は図３１に示すような波形になる。ここで、図３１（ａ）は直流電源２６からトリガーコイル４０に印加される電圧、すなわち、トリガーコイル４０の入力電圧の波形を、図３１（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、バイポーラトランジスタＴＲ１のベース信号の波形を、図３１（ｃ）はトリガーコイル４０の２次側の出力電位差の波形を、図３１（ｄ）はバイポーラトランジスタＴＲ１のコレクタ信号の波形を、図３１（ｅ）はピークホールド回路４１から出力されるフィードバック電圧ＶFBの波形と演算処理装置２４’の中の基準電圧回路２４Ｃから出力される基準電圧ＶREFの波形を、それぞれ示している。
【０１０８】
図３２は、イオン発生素子２１の放電部の容量が増加した影響によって高電圧発生回路６００の出力電圧が低下した場合に、フィードバック回路（ピークホールド回路４１、基準電圧回路２４Ｃ、及び電圧比較部２４Ｄ）が機能して高電圧発生回路６００の出力電圧を保持する様子を示す図２９に示すイオン発生装置の各部電圧波形である。図３２（ａ）は直流電源２６からトリガーコイル４０に印加される電圧、すなわち、トリガーコイル４０の入力電圧の波形を、図３２（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、バイポーラトランジスタＴＲ１のベース信号の波形を、図３２（ｃ）はトリガーコイル４０の２次側の出力電位差の波形を、図３２（ｄ）はバイポーラトランジスタＴＲ１のコレクタ信号の波形を、図３２（ｅ）はピークホールド回路４１から出力されるフィードバック電圧ＶFBの波形と演算処理装置２４’の中の基準電圧回路２４Ｃから出力される基準電圧ＶREFの波形を、それぞれ示している。
【０１０９】
タイマー２４Ａは、各パルス間隔での電圧比較部２４Ｄの出力電圧レベルに応じて次のパルス間隔でのパルス幅を設定する。図３２においては、１つ目のパルス間隔Ｔ１では、電圧比較部２４Ｄの出力電圧がＨｉｇｈレベルである期間があるため、タイマー２４Ａは２つ目のパルス間隔Ｔ２でのパルス幅を０．５μｓｅｃ（標準値）に設定し、２つ目のパルス間隔Ｔ２では、イオン発生素子の放電部の容量が増加した影響によって高電圧発生回路６００の出力電位差が低下し（図３２（ｃ）参照）、終始フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回り電圧比較部２４Ｄの出力電圧がＨｉｇｈレベルである期間がないため（図３２（ｅ）参照）、タイマー２４Ａは３つ目のパルス間隔Ｔ３でのパルス幅を１．０μｓｅｃに設定している（図３２（ｂ）参照）。なお、前記パルス幅０．５μｓｅｃ及び１．０μｓｅｃは一例である。
【０１１０】
なお、高電圧発生回路の出力電圧である高電圧を発生する昇圧部の１次側の電圧値をフィードバックし、高電圧発生回路の出力電圧を一定に保つという手法を採用しているイオン発生装置においても、昇圧部に供給される直流電圧を上げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持する構成を採用してもよい。例えば、図２９のイオン発生装置に対して、図１８から図２５への変形と同様の変形を施すことにより、昇圧部に供給される直流電圧を上げて前記昇圧部の２次側から出力される高電圧を一定に保持することが可能となる。
【０１１１】
また、図１８、図２２、図２９のイオン発生装置において、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広げた後も、所定の期間中常時フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回る場合、すなわち高電圧発生回路の出力電圧が低下した場合は、演算処理装置２４’から出力されるパルス信号のパルス幅をさらに広げるようにしてもよい。この場合、演算処理装置２４’から出力されるパルス信号のパルス幅に上限を設け、演算処理装置２４’から出力されるパルス信号のパルス幅が上限に達した場合にエラー出力を行うエラー出力部を演算処理装置２４’が具備することが望ましい。これにより、放電部の容量が増加したことをエラー出力により使用者が認識できるので、放電部のメンテナンスが可能になる。パルス幅の設定としては、例えば、標準値を０．５μｓｅｃとし、０．５μｓｅｃ毎にパルス幅を広げ、上限を２．０μｓｅｃとする設定が挙げられる。
【０１１２】
また、図２５のイオン発生装置において、昇圧スイッチングレギュレータ３９のスイッチングトランジスタを制御する制御信号の所定時間当たりのパルス数を増やした後も、所定の期間中常時フィードバック電圧ＶFBが基準電圧ＶREFを下回る場合、すなわち高電圧発生回路の出力電圧が低下した場合は、昇圧スイッチングレギュレータ３９のスイッチングトランジスタを制御する制御信号の所定時間当たりのパルス数をさらに増やすようにしてもよい。この場合、昇圧スイッチングレギュレータ３９のスイッチングトランジスタを制御する制御信号の所定時間当たりのパルス数に上限を設け、昇圧スイッチングレギュレータ３９のスイッチングトランジスタを制御する制御信号の所定時間当たりのパルス数が上限に達した場合にエラー出力を行うエラー出力部を演算処理装置２４’’が具備することが望ましい。これにより、放電部の容量が増加したことをエラー出力により使用者が認識できるので、放電部のメンテナンスが可能になる。所定時間当たりのパルス数としては、例えば、標準値を３個とし、３個毎に増加させ、上限を１２個とする設定が挙げられる。
【０１１３】
また、図１８、図２２、図２５、図２９のイオン発生装置において、電源比較部２４Ｄと演算処理装置の電源端子との間にスイッチを設け、そのスイッチのオン／オフ制御により、前記電圧比較部が電源投入時または一定間隔時間だけ動作するようにしてもよい。これにより、電圧比較部２４Ｄで消費する消費電流を抑えることができる。
【０１１４】
また、上述した各実施形態は適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１５】
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】
【０１１６】
【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３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】は、図１に示すイオン発生装置の他の実施形態を示す回路図である。
【図１０】は、図１に示すイオン発生装置の更に他の実施形態を示す回路図である。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】は、従来のイオン発生装置の一例を示す回路図である。
【図１６】は、図１５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。
【図１７】は、放電部の容量によって高電圧発生回路からの出力電圧が変化する様子を示す図である。
【図１８】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生回路の一実施形態を示す回路図である。
【図１９】は、図１８に示すイオン発生装置が備えるピークホールド回路の各部電圧波形を示す図である。
【図２０】は、図１８に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２１】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図１８に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２２】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生回路の他の実施形態を示す回路図である。
【図２３】は、図２２に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２４】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図２２に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２５】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生回路の更に他の実施形態を示す回路図である。
【図２６】は、昇圧スイッチングレギュレータの動作を示す図である。
【図２７】は、図２５に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２８】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図２５に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２９】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生回路の更に他の実施形態を示す回路図である。
【図３０】は、図２９に示すイオン発生装置が備えるピークホールド回路の各部電圧・電流波形を示す図である。
【図３１】は、図２９に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図３２】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図２９に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
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、２５、２６    直流電源
２２    トリガーコイル
２３    ＭＯＳ ＦＥＴ
２４    演算処理装置
２４’、２４’’    演算処理装置
２４Ｃ    基準電圧回路
２４Ｄ    電圧比較部
２４Ｅ    昇圧スイッチングレギュレータ用パルス信号発生部
３０、３１    整流ダイオード
３７    分圧回路
３８    ピークホールド回路
３９    昇圧スイッチングレギュレータ
４０    トリガーコイル
４１    ピークホールド回路
１００、２００    高電圧発生回路
３００、４００、５００、６００    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
Ｒ１４    抵抗
ＴＲ１    バイポーラトランジスタ
【図１】
2008210764.tif 000007
【図２】
2008210764.tif 000008
【図３】
2008210764.tif 000009
【図４】
2008210764.tif 000010
【図５】
2008210764.tif 000011
【図６】
2008210764.tif 000012
【図７】
2008210764.tif 000013
【図８】
2008210764.tif 000014
【図９】
2008210764.tif 000015
【図１０】
2008210764.tif 000016
【図１１】
2008210764.tif 000017
【図１２】
2008210764.tif 000018
【図１３】
2008210764.tif 000019
【図１４】
2008210764.tif 000020
【図１５】
2008210764.tif 000021
【図１６】
2008210764.tif 000022
【図１７】
2008210764.tif 000023
【図１８】
2008210764.tif 000024
【図１９】
2008210764.tif 000025
【図２０】
2008210764.tif 000026
【図２１】
2008210764.tif 000027
【図２２】
2008210764.tif 000028
【図２３】
2008210764.tif 000029
【図２４】
2008210764.tif 000030
【図２５】
2008210764.tif 000031
【図２６】
2008210764.tif 000032
【図２７】
2008210764.tif 000033
【図２８】
2008210764.tif 000034
【図２９】
2008210764.tif 000035
【図３０】
2008210764.tif 000036
【図３１】
2008210764.tif 000037
【図３２】
2008210764.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月14日(2007.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１８】
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は自然数）である請求項１７に記載のイオン発生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
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は自然数）とすることで、浮遊細菌等を除去することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
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装置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１６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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図１に示すイオン発生装置は、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１６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１６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１６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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
【図１】は、本発明に係るイオン発生装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【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３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】は、図１に示すイオン発生装置の他の実施形態を示す回路図である。
【図１０】は、図１に示すイオン発生装置の更に他の実施形態を示す回路図である。
【図１１】は、本発明に係るイオン発生装置の他の構成例を示す図である。
【図１２】は、本発明に係るイオン発生装置の更に他の構成例を示す図である。
【図１３】は、本発明に係るイオン発生装置の更に他の構成例を示す図である。
【図１４】は、図１３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。
【図１５】は、従来のイオン発生装置の一例を示す回路図である。
【図１６】は、図１５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。
【図１７】は、放電部の容量によって高電圧発生回路からの出力電圧が変化する様子を示す図である。
【図１８】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生装置の一実施形態を示す回路図である。
【図１９】は、図１８に示すイオン発生装置が備えるピークホールド回路の各部電圧波形を示す図である。
【図２０】は、図１８に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２１】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図１８に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２２】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生装置の他の実施形態を示す回路図である。
【図２３】は、図２２に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２４】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図２２に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２５】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生装置の更に他の実施形態を示す回路図である。
【図２６】は、昇圧スイッチングレギュレータの動作を示す図である。
【図２７】は、図２５に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２８】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図２５に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図２９】は、出力電圧を一定に保つことができる高電圧発生回路を搭載した本発明に係るイオン発生装置の更に他の実施形態を示す回路図である。
【図３０】は、図２９に示すイオン発生装置が備えるピークホールド回路の各部電圧・電流波形を示す図である。
【図３１】は、図２９に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。
【図３２】は、イオン発生素子の放電部の容量が増加した場合の図２９に示すイオン発生装置の各部電圧波形を示す図である。