(57)【要約】【課題】簡単な回路構成の付加でもってマイナスイオンの発生量を一定に保持し得るイオン発生装置を提供することにある。【解決手段】直流電源１１による駆動電圧を交流変換するインバータ１２と、そのインバータ１２の交流出力を昇圧する圧電トランス１３と、その圧電トランス１３により昇圧された高電圧により先端から電子を放出する放電針１５とを具備し、前記インバータ１２および圧電トランス１３を大地ＧＮＤにコモン接続したイオン発生装置において、前記圧電トランス１３の出力とコモンＣＯＭ間に、放電針先端の電界強度の変化に対するイオン発生量の変動を抑制する定量化用抵抗１６を挿入接続する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源による駆動電圧を交流変換する変換器と、その変換器の交流出力を昇圧する昇圧素子と、その昇圧素子により昇圧された高電圧により先端からイオンを放出する放電針とを具備し、前記変換器および昇圧素子を大地にコモン接続したイオン発生装置において、前記昇圧素子の出力とコモン間に、放電針先端の電界強度の変化に対するイオン発生量の変動を抑制する定量化用抵抗を挿入接続したことを特徴とするイオン発生装置。
【請求項２】
前記昇圧素子を圧電トランスとした請求項１に記載のイオン発生装置。
【請求項３】
前記昇圧素子の出力と定量化用抵抗との間に整流素子を、前記放電針によりマイナスイオンが発生する向きに挿入接続した請求項１又は２に記載のイオン発生装置。
【請求項４】
前記昇圧素子の出力と定量化用抵抗との間に整流素子を、前記放電針によりプラスイオンが発生する向きに挿入接続した請求項１又は２に記載のイオン発生装置。
【請求項５】
前記昇圧素子の出力に二つの放電針を接続した請求項１乃至４のいずれかに記載のイオン発生装置。
【請求項６】
前記昇圧素子のそれぞれの出力に接続された整流素子を相互に同じ向きとした請求項５に記載のイオン発生装置。
【請求項７】
前記昇圧素子のそれぞれの出力に接続された整流素子を相互に逆向きとした請求項５に記載のイオン発生装置。
【請求項８】
前記整流素子のコモン側を共通接続してバランス用抵抗を接続した請求項７に記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン発生装置に関し、特に、針状に尖らせた放電電極にパルス性の高電圧を印加して空気中に電子を直接放出させる電子放射方式のマイナスイオン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイナスイオンは、空気中に放出された電子が空気中の酸素分子と結合して負の電荷を帯び、その周囲の水分子と結合してより安定な形を形成して存在する。このマイナスイオンは、滝やその近くの森林などに多く存在し、人工的に発生させることが可能で、このマイナスイオン発生装置をクーラー等の家電製品に組み込むことにより、家に居ながら森林浴と同じような心地よさを味わったり、気分がリフレッシュする等の効果があるとして賞用されている。
【０００３】
マイナスイオンを発生させる方式には、コロナ放電方式、電子放射方式および水破砕方式の三種類があり、例えば、電子放射方式は、針状に尖らせたマイナス電極にパルス性の高電圧を印加して空気中に電子を直接的に放出させ、空気中に放出された電子が周囲の酸素あるいは水分と結合してマイナスイオンを形成する。この電子放射方式は、エネルギーが小さいため、オゾンの発生量を非常に少なくできる点で好ましい。
【０００４】
図９は電子放射方式によるマイナスイオン発生装置を示す。このマイナスイオン発生装置は、負荷のインピーダンスが高い場合に高昇圧が可能な圧電トランスを用いたタイプのもので、その圧電トランスによる昇圧でもって高電圧を得るようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このマイナスイオン発生装置は、同図に示すように直流電源１に接続され、その直流電源１による直流電圧を交流変換するインバータ２と、そのインバータ２の交流出力を高電圧に昇圧する圧電トランス３と、その圧電トランス３と大地ＧＮＤ間に挿入接続され、圧電トランス３の交流出力を整流する整流ダイオード４と、前記圧電トランス３の出力に設けられた放電針５とで構成されている。
【０００６】
マイナスイオン発生装置では、直流電源１による直流電圧（例えば１２Ｖ程度）をインバータ２により交流変換し、そのインバータ２から出力される交流電圧を圧電トランス３でもって所定の高電圧（例えば４０００Ｖ程度）に昇圧する。
この圧電トランス３の高電圧出力を整流ダイオード４で整流して放電針５に印加することにより、その放電針５からの気中放電によりマイナスイオンを発生させている。
【０００７】
マイナスイオンの発生メカニズムは、図１２に示すように圧電トランス３による高電圧の印加で放電針５の先端での電界強度が高くなり、その近傍の空気中の酸素分子が電離する（Ｏ２→Ｏ２＋＋ｅ−）。このｅ−が付近の酸素分子と結合してｅ−＋Ｏ２→Ｏ２−となる。これがマイナスイオンのもとで、さらにいくつかの水分子と結合してＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎ等のマイナスイオンクラスタを構成する。このクラスタは最終的に大地ＧＮＤに帰還する。一方、プラス電荷を持ったＯ２＋は、放電針５で電荷を供給し、この電荷はマイナスイオン発生装置のコモンＣＯＭ側から大地ＧＮＤにリターンする。
【０００８】
このマイナスイオン発生に際して、放電針５の針端電圧は図１０に示すような波形となっている。つまり、整流ダイオード４にコモンＣＯＭ側から大地ＧＮＤ側へ電流が流れることから、コモンＣＯＭ電位が上昇することにより、そのコモンＣＯＭ電位に対して圧電トランス３の出力のｐｅａｋ−ｐｅａｋの負電圧が加わった形となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−８５１９１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電トランス３の負荷インピーダンスによる昇圧比の特性を図１１に示す。同図に示すように負荷インピーダンスが高い場合、非常に急峻で大きな昇圧比を持つ特性を有し、この特性を利用して得られた大きな昇圧比でもって高電圧を放電針５に印加するようにしている。
【００１１】
しかしながら、図１１に示す特性から明らかなように少しの負荷インピーダンスの変化に対して昇圧比が変化する。このように圧電トランス３の昇圧比が変化することは、その圧電トランス３の出力電圧が変化することであり、このように圧電トランス３の出力電圧が変化すると、放電針５により発生するマイナスイオンの量も変化する。このマイナスイオンの発生量の変化は、負荷インピーダンスによる圧電トランス３の出力変化だけでなく、温湿度などの使用環境による圧電トランス３の出力変化でも生じ、さらに、放電針５の針端における経時的な変化でも生じ、これら原因に基づく電界強度の変化による。
【００１２】
このようなマイナスイオンの発生量を一定に保持するためには、マイナスイオンの発生量を検知するセンサ（前述の特許文献１では帰還抵抗１７）を設置し、そのセンサの検知出力に基づいて圧電トランスの出力を制御するフィードバック回路（前述の特許文献１では制御部１８）を設けなればならない。このようにフィードバック回路を設けると、装置が大型化すると共に装置のコストアップを招来するという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡単な回路構成の付加でもってマイナスイオンの発生量を安定化させ得るイオン発生装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、直流電源による駆動電圧を交流変換する変換器と、その変換器の交流出力を昇圧する昇圧素子と、その昇圧素子により昇圧された高電圧により先端からイオンを放出する放電針とを具備し、前記変換器および昇圧素子を大地にコモン接続したイオン発生装置において、前記昇圧素子の出力とコモン間に、放電針先端の電界強度の変化に対するイオン発生量の変動を抑制する定量化用抵抗を挿入接続したことを特徴とする。
この昇圧素子としては、装置のコンパクト化を図る点で圧電トランスを使用することが望ましい。
【００１５】
本発明では、昇圧素子の出力とコモン間に、放電針先端の電界強度の変化に対するイオン発生量の変動を抑制する定量化用抵抗を挿入接続したことにより、放電針により発生するイオンの発生量を一定に保持することができるので、フィードバック回路のような複雑な回路構成を必要とすることなく、簡単な回路構成で、イオン発生量の安定化が図れると共にコンパクトで安価な装置を提供できる。
【００１６】
本発明に係るイオン発生装置では、昇圧素子の出力と定量化用抵抗との間に整流素子を挿入接続することにより、放電針によりマイナスあるいはプラスのいずれかのイオンを発生させることが可能である。
【００１７】
また、昇圧素子の出力に二つの放電針を接続した形態とし、その昇圧素子のそれぞれの出力に接続された整流素子を相互に同じ向きとすれば、二つの放電針によりマイナスイオンあるいはプラスイオンのいずれか一方を発生させることが可能である。逆に、それぞれの整流素子を相互に逆向きとすれば、二つの放電針によりマイナスイオンとプラスイオンの両方を発生させることが可能である。さらに、整流素子を相互に逆向きとする場合、整流素子のコモン側を共通接続してバランス用抵抗を接続すれば、二つの放電針によりそれぞれ発生するイオン量をバランスさせることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るイオン発生装置の実施形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態では、変換器としてインバータ、整流素子として整流ダイオード、昇圧素子として圧電トランスをそれぞれ使用した場合を例示する。なお、昇圧素子としては、圧電トランス以外に巻線トランスを使用することも可能である。
【００１９】
図１の回路構成は、本発明の第一の実施形態でマイナスイオン発生装置を示す。この実施形態のマイナスイオン発生装置は、直流電源１１に接続され、その直流電源１１による直流電圧を交流変換するインバータ１２と、そのインバータ１２の交流出力を高電圧に昇圧する圧電トランス１３と、その圧電トランス１３と大地ＧＮＤ間に挿入接続され、圧電トランス１３の交流出力を整流する整流ダイオード１４と、前記圧電トランス１３の出力に設けられた放電針１５とで基本回路を構成している。
【００２０】
この第一の実施形態では、放電針先端の電界強度の変化に対するイオン発生量の変動を抑制する定量化用抵抗１６を、圧電トランス１３の出力とコモンＣＯＭ間、つまり、整流ダイオード１４とコモンＣＯＭ間に挿入接続している。この抵抗１６としては、例えば数ＧΩ〜２０ＧΩ程度の抵抗値を有するものを使用すればよい。
【００２１】
ここで、抵抗１６が数ＧΩより小さいと、マイナスイオンの発生量の変動が大きくなり過ぎることにより、抵抗１６の挿入でもってマイナスイオンの発生量を抑制することが困難となる。逆に、抵抗１６が２０ＧΩより大きいと、マイナスイオンの発生量が少なくなり過ぎることにより、所望のマイナスイオンの発生量を確保することが困難となる。
【００２２】
マイナスイオン発生装置では、直流電源１１による直流電圧（例えば１２Ｖ程度）をインバータ１２により交流変換し、そのインバータ１２から出力される交流電圧を圧電トランス１３でもって所定の高電圧（例えば４０００Ｖ程度）に昇圧する。この圧電トランス１３の高電圧出力を整流ダイオード１４で整流して放電針１５に印加することにより、その放電針１５からの気中放電によりマイナスイオンを発生させる。
【００２３】
マイナスイオンの発生メカニズムは、図３に示すように圧電トランス１３による高電圧の印加で放電針１５の先端での電界強度が高くなり、その近傍の空気中の酸素分子が電離する（Ｏ２→Ｏ２＋＋ｅ−）。このｅ−が付近の酸素分子と結合してｅ−＋Ｏ２→Ｏ２−となる。これがマイナスイオンのもとで、さらにいくつかの水分子と結合してＯ２−（Ｈ２Ｏ）ｎ等のマイナスイオンクラスタを構成する。このクラスタは最終的に大地ＧＮＤに帰還する。一方、プラス電荷を持ったＯ２＋は、放電針１５で電荷を供給し、この電荷はマイナスイオン発生装置のコモンＣＯ側から大地ＧＮＤにリターンする。
【００２４】
この実施形態の回路構成では、マイナスイオンが発生すると、その発生量に比例して整流ダイオード１４に電流が流れる相関関係がある。そのため、この整流ダイオード１４に電流が流れると、挿入された抵抗１６により放電針１５とコモンＣＯＭ間に電位差が生じる。
【００２５】
この時、放電針１５の針端電圧は図２に示すような波形となる。つまり、従来の技術で説明したようにコモン電位に対して圧電トランス１３の出力のｐｅａｋ−ｐｅａｋの負電圧が加わった形（図１０参照）となり、さらに、整流ダイオード１４とコモンＣＯＭ間に抵抗１６を挿入したことによってその抵抗値による電圧降下分がシフトした形となっている。このようにして、数ＧΩ〜２０ＧΩ程度の抵抗１６を挿入することで、その抵抗１６の両端に百〜千数百Ｖ程度のバイアス電圧が印加されることになる。
【００２６】
すなわち、圧電トランス１３の出力変動により放電針先端の電界強度が変化する。放電針１５によるマイナスイオンの発生量が大きくなった場合、マイナスイオンの発生量は放電針１５と大地ＧＮＤの電界強度（電位差）に比例する相関関係があることから、コモンＣＯＭ電位と大地ＧＮＤ電位が一定であるとすると、整流ダイオード１４のコモンＣＯＭ側に抵抗１６を挿入したことによりマイナスイオンの発生の増加でもって整流ダイオード１４の電流量が増大しそれによってコモンＣＯＭ側の電位が高くなり大地ＧＮＤから見た放電針１５の電位がその分低くなる。放電針１５の電位が低くなると、放電針１５とコモンＣＯＭ間の電位差が小さくなりマイナスイオンの発生量が減少する方向に向かう。このようにマイナスイオンの発生量が増加すると、挿入された抵抗１６でもって放電針１５と大地ＧＮＤとの電位差を小さくすることができ、マイナスイオンの発生量の増加を抑制するフィードバック効果が発揮される。逆に、このマイナスイオンの発生量が減少し過ぎると、整流ダイオード１４の電流量が減少するので、放電針１５とコモンＣＯＭ間の電位差が大きくなって、放電針１５によるマイナスイオンの発生量が増加する方向に向かう。このようにして最終的に放電針１５によるマイナスイオンの発生量を一定に保持することができて安定化する。
【００２７】
このマイナスイオン発生装置は、静電気を除電する除電器としての用途にも適用でき、さらに、マイナスイオンを発生させるだけではなく、プラスイオンを発生させるイオン発生装置としても用いることができる。例えば、図４に示す第二の実施形態のように第一の実施形態における整流ダイオード１４を省略すると、放電針１５にはマイナス電位とプラス電位が交互に印加されることになるため、マイナスイオンとプラスイオンの両者を発生させることが可能である。
【００２８】
また、前述した第一の実施形態は、一つの入力に対して一つの出力を設けた圧電トランス１３を用い、単一の放電針１５を有するマイナスイオン発生装置であるが、図５に示す第三の実施形態のように一つの入力に対して二つの出力を設けた圧電トランス１３’を用いることも可能で、この場合、二つの放電針１５ａ，１５ｂ、整流ダイオード１４ａ，１４ｂおよび抵抗１６ａ，１６ｂを有し、二つの放電針１５ａ，１５ｂによりマイナスイオンが発生するマイナスイオン発生装置となる。
【００２９】
この第三の実施形態では、圧電トランス１３’の二つの出力に接続された整流ダイオード１４ａ，１４ｂが同一方向であるが、図６に示す第四の実施形態のように二つの整流ダイオード１４ａ，１４ｂ’を相互に逆方向に接続し、それぞれの整流ダイオード１４ａ，１４ｂ’とコモンＣＯＭ間に抵抗１６ａ，１６ｂを接続すれば、圧電トランス１３’の一方の出力に接続された放電針１５ａによりマイナスイオンを発生させ、他方の出力に接続された放電針１５ｂによりプラスイオンを発生させることが可能である。このように抵抗１６ａ，１６ｂを挿入したことにより、二つの放電針１５ａ，１５ｂで発生するそれぞれのイオン発生量を一定に保持することができる。
【００３０】
図７に示す第五の実施形態は、二つの整流ダイオード１４ａ，１４ｂ’を相互に逆方向に接続すると共に、それら二つの整流ダイオード１４ａ，１４ｂ’のコモンＣＯＭ側を共通接続し、そのコモンＣＯＭ側にバランス用抵抗１７を接続した回路構成を具備する。この第五の実施形態では、圧電トランス１３’の一方の出力に接続された放電針１５ａによりマイナスイオンを発生させ、他方の出力に接続された放電針１５ｂによりプラスイオンを発生させる際に、二つの整流ダイオード１４ａ，１４ｂ’とコモンＣＯＭ間に挿入した抵抗１７により、二つの放電針１５ａ，１５ｂに印加される電圧をバランスさせることが可能となる。
【００３１】
また、図８に示す第六の実施形態は、前述した第四の実施形態（図６参照）と第五の実施形態（図７参照）を組み合わせた回路構成を具備する。つまり、二つの整流ダイオード１４ａ，１４ｂ’を相互に逆方向に接続し、それぞれの整流ダイオード１４ａ，１４ｂ’のコモンＣＯＭ側に抵抗１６ａ，１６ｂを接続すると共に、二つの抵抗１６ａ，１６ｂのコモン側を共通接続し、そのコモンＣＯＭとの間にバランス用抵抗１７を挿入接続した回路構成を具備する。このようにすれば、圧電トランス１３’の一方の出力に接続された放電針１５ａによりマイナスイオンを発生させ、他方の出力に接続された放電針１５ｂによりプラスイオンを発生させる際に、抵抗１６ａ，１６ｂにより二つの放電針１５ａ，１５ｂで発生するそれぞれのイオン発生量を一定に保持すると同時に、抵抗１７により二つの放電針１５ａ，１５ｂに印加される電圧をバランスさせることができる。つまり、抵抗１６ａ，１６ｂと抵抗１７により、一方の放電針１５ａにより発生するマイナスイオンの発生量と他方の放電針１５ｂにより発生するプラスイオンの発生量を同一にすることが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、昇圧素子の出力とコモン間に、放電針先端の電界強度の変化に対するイオン発生量の変動を抑制する定量化用抵抗を挿入接続したことにより、複雑な制御回路などによるフィードバックに依存することなく、簡単な回路構成でもってイオン発生量を安定化させることができるので、コンパクトで安価なイオン発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン発生装置の第一の実施形態を示す回路構成図である。
【図２】図１の放電針に印加される電圧の波形図である。
【図３】図１の装置でマイナスイオンが発生するメカニズムを説明する図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示す回路構成図である。
【図５】本発明の第三の実施形態を示す回路構成図である。
【図６】本発明の第四の実施形態を示す回路構成図である。
【図７】本発明の第五の実施形態を示す回路構成図である。
【図８】本発明の第六の実施形態を示す回路構成図である。
【図９】イオン発生装置の従来例を示す回路構成図である。
【図１０】図９の放電針に印加される電圧の波形図である。
【図１１】負荷インピーダンスと昇圧比との関係を示す特性図である。
【図１２】図９の装置でマイナスイオンが発生するメカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
１１  直流電源
１２  変換器（インバータ）
１３  昇圧素子（圧電トランス）
１４  整流素子（整流ダイオード）
１５  放電針
１６  定量化用抵抗
１７  バランス用抵抗
【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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