(57)【要約】【課題】  低消費電力で、従来よりも大量のイオン発生量が得られる、イオン発生装置を提供する。【解決手段】  入力された直流電圧を充電する充電部１０３と、充電部１０３の出力電圧が１次側コイル１０４ａに入力され、２次側コイル１０４ｂに減衰振動電圧を出力するトランス１０４と、減衰振動電圧が印加されるイオン発生素子１０５と、トランス１０４の１次側コイル１０４ａを接地電位に対してオンオフするスイッチング素子１０８と、スイッチング素子１０８のオンオフを制御する駆動部１０７とを備え、スイッチング素子１０８は、充電部１０３の充電後にオンされ、２次側コイル１０４ｂとイオン発生素子１０５の容量とによる共振周期がＴのとき、Ｔ／４からＴ／２に対応した時間でオフされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された直流電圧を充電する充電部と、
前記充電部の出力電圧が１次側コイルに入力され、２次側コイルに減衰振動電圧を出力するトランスと、
前記減衰振動電圧が印加されるイオン発生素子と、
前記トランスの前記１次側コイルを接地電位に対してオンオフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオンオフを制御する駆動部とを備え、
前記スイッチング素子は、前記充電部の充電後にオンされ、
前記２次側コイルと前記イオン発生素子の容量とによる共振周期がＴのとき、Ｔ／４からＴ／２に対応した時間でオフされる
ことを特徴とするイオン発生装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、前記充電部の充電時間が、前記イオン発生素子の放電開始電圧に達する時間でオンされる
ことを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン発生装置に関するものであり、特に電池等の直流電源で駆動可能であり、低消費電力で長時間稼働可能なイオン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン発生装置は、据置型イオン発生機或いは、据置型の空気調和機又は空気調節機などに広く用いられている。これらの機器は、機器そのものが据置型であるがゆえに、一般的には電源として商用交流電源を使用している。したがって、これら機器に用いるイオン発生装置においても、電源は商用交流電源から得ていた。
【０００３】
しかし、近年では、可搬型のイオン発生機の需要が高まりつつあり、この場合には電池による駆動が必要なことから、比較的長時間の使用に耐え得るように電池の消耗をできるだけ抑制することが求められており、係る要求に応えるために種々の技術が提案されている。
【０００４】
図４は、特許文献１に係るイオン発生装置１０の要部を示す回路図である。イオン発生装置１０は、電池１６、スイッチ１１、スイッチングパルス信号発生部１７、ＦＥＴ１８、トランス１４を備えている。また、スイッチングパルス信号発生部１７は、方形波発振回路１２、高域通過フィルタ１９、シュミットトリガインバータ１３を含んでおり、また、トランス１４の後段には、図示しないイオン発生素子が配置される。
【０００５】
このイオン発生装置１０において、イオン発生に係る高電圧が、トランス１４の２次側コイルに生成されるまでの過程は概ね以下のとおりである。
【０００６】
スイッチ１１が閉じられると、スイッチングパルス信号発生部１７において、方形波発振回路１２が、スイッチングパルス信号の基準周期となる方形波を発生する。この方形波は高域通過フィルタ１９でエッジ波形が抽出され、シュミットトリガインバータ１３で更に急峻化された後、スイッチングパルス信号としてＦＥＴ１８に入力される。
【０００７】
ＦＥＴ１８は、スイッチングパルス信号が入力されると、入力されたスイッチングパルス信号のパルス幅とパルス間インターバルに対応して、トランス１４の１次側コイルに供給される電池１６の電圧をオンオフする。すると、トランス１４の２次側コイルには、電磁誘導の原理により、スイッチングパルス信号が昇圧された電圧が生成される。
【０００８】
上記したスイッチングパルス信号は、方形波発振回路１２の方形波のエッジ波形出力を用いることで、パルス間インターバルに対してパルス幅が短くなるように生成されるので、これによって、イオン発生頻度が設定されることで電池１６の消耗を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１７９３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、イオン発生量について具体的には、単４乾電池２本にて１週間以上の持続放電を可能とするため、イオン発生電極の先端から２０ｃｍ離れた位置にて１万個／ｃｍ３以上１０万個／ｃｍ３以下、更に小形化の観点からは、５万個／ｃｍ３以下のイオン発生量を得るとしている。このようなイオン発生量とするため、スイッチングパルス信号をトランスにより直接昇圧してイオン発生用の高電圧を発生させているので、トランスによる昇圧以前の電圧が低く、トランスの昇圧比、すなわち巻数比を上げてイオン発生のための放電電圧を高くすることに対して制限を受ける。
【００１１】
また、特許文献１では、電池の消耗を抑制することで、連続稼働時間を延ばすことができたとするものの、それに起因してイオン発生量が少ないことから、イオン発生装置と使用者との距離がある程度離れる場合の使用形態に対応できないという課題があった。これは、特許文献１の場合、イオン発生装置を使用者の身体に近接させて使用する形態であり、小型化の必要性から、トランスが大型化することによる装置自体の大型化は許容できないことにも起因する。
【００１２】
そして、イオン発生装置を机上に置く使用形態を考慮した場合は、イオン発生素子からの距離が６０〜８０ｃｍの距離で、上記した程度のイオン発生量が求められ、また、イオン発生量に強弱をもたせるために、イオン発生頻度を広範囲に変更可能とすることも求められるが、このような使用にも対応できないという課題があった。
【００１３】
本発明の目的は係る課題に鑑み、低消費電力で高いイオン発生量を得ることのできるイオン発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるイオン発生装置は、入力された直流電圧を充電する充電部と、前記充電部の出力電圧が１次側コイルに入力され、２次側コイルに減衰振動電圧を出力するトランスと、前記減衰振動電圧が印加されるイオン発生素子と、前記トランスの前記１次側コイルを接地電位に対してオンオフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフを制御する駆動部とを備え、前記スイッチング素子は、前記充電部の充電後にオンされ、前記２次側コイルと前記イオン発生素子の容量とによる共振周期がＴのとき、Ｔ／４からＴ／２に対応した時間でオフされることを特徴とする。
【００１５】
また好ましくは、前記スイッチング素子は、前記充電部の充電時間が、前記イオン発生素子の放電開始電圧に達する時間でオンされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるイオン発生装置によれば、トランスへの通電に際して不要な電力を消費することがなく、十分なイオン発生量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオン発生装置１００のブロック図である。
【図２】一実施形態に係るイオン発生装置１００のトランス１０４の出力電圧と、ＦＥＴ１０８のオンオフとの関係を示す図である。
【図３】充電部１０３の充電特性を説明する図である。
【図４】従来のイオン発生装置１０を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１、２を参照して説明する。図１は実施形態１に係るイオン発生装置１００のブロック図であり、図２は、図１におけるイオン発生装置１００のトランス１０４の２次側出力電圧と、ＦＥＴ１０８のオンオフとの関係を示す図である。
【００１９】
先ず、図１を参照してイオン発生装置１００の構成について説明する。イオン発生装置１００は、スイッチ１０１、スイッチ１０１の一端に入力端が接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力端に一端が接続された充電部１０３、充電部１０３の他端に１次側コイルの一端が接続されたトランス１０４、トランス１０４の２次側に接続されたイオン発生素子１０５、トランス１０４の１次側コイルの他端に出力端が接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１０８、ＦＥＴ１０８の入力端に出力端が接続され、入力端がスイッチ１０１に接続された駆動部１０７を備えている。
【００２０】
スイッチ１０１の他端には、電池１０６などの直流電源が接続される。電池１０６には乾電池や２次電池などが使用可能である。また、図示は省略するが、スイッチ１０１を双極のものに変更し、電池１０６と接続する極とは他方の極に別体のＡＣアダプタを接続することで、商用交流電源を用いることも可能である。
【００２１】
なお、ＦＥＴ１０８には、オン抵抗の低いものを使用することで、トランス１０４で発生する減衰振動電圧の振幅を大きくし、イオン発生量を高めることができる。また、充電部１０３は、抵抗とコンデンサとからなる積分回路であり、抵抗はコンデンサに急激に電流が流れ込まないようにするための制限抵抗としても機能する。
【００２２】
また、イオン発生素子１０５には、放電のための針電極と、この針電極に対向する誘導電極が備えられている。放電用に針電極を用いることは、イオンの発生量を高めつつ、オゾンの発生量を抑えられる点で好ましい。
【００２３】
次に、図１を参照してイオン発生装置１００の動作について説明する。電池１０６からスイッチ１０１を介して印加される電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２に入力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、電池１０６の電圧、例えば、３Ｖ（１．５Ｖの単４乾電池を２本直列接続）を２０Ｖに昇圧する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２で電池１０６の電圧を一旦昇圧することで、トランス１０４での昇圧比を下げることができる。その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２で昇圧された電圧は、充電部１０３に入力されて所定の電荷が蓄積される。
【００２４】
電池１０６の電圧は、スイッチ１０１を介して駆動部１０７にも入力される。駆動部１０７は、スイッチ１０１が閉じられた後、充電部１０３で蓄積される電荷が所定の値となるタイミングでＦＥＴ１０８をオンする。ここで、ＦＥＴ１０８のオンとは、ＦＥＴ１０８のゲート電位が順方向にバイアスされ、ドレインとソース間が導通している状態である。また、これとは逆にオフの場合、ＦＥＴ１０８のゲートはバイアスされず、ドレインとソース間は遮断されている。また、充電部１０３に蓄積される電荷が所定の値となるタイミングとは、スイッチ１０１が閉じた後、充電部１０３の充電が終了する時刻である。
【００２５】
充電部１０３で蓄積される電荷が所定の値となるタイミングでＦＥＴ１０８がオンすると、充電部１０３のコンデンサは放電し、蓄積された電荷が電流となってトランス１０４の１次側コイル１０４ａ、ＦＥＴ１０８のドレインからソースを経て接地電位へと流れる。トランス１０４の２次側コイル１０４ｂには、巻数比に基づいた減衰振動電圧が発生する。そしてこの減衰振動電圧がイオン発生素子１０５に印加され、イオン発生素子１０５の電極が放電することによりイオンが発生し、この直後、ＦＥＴ１０８が駆動部１０７によりオフされる。なお、充電部１０３の充放電と、駆動部１０７によるＦＥＴ１０８の制御の関係は、図２を用いて詳細に後述する。
【００２６】
駆動部１０７によりＦＥＴ１０８がオフされた後、再び、充電部１０３の充電、ＦＥＴ１０８がオン、トランス１０４の２次側に減衰振動電圧が発生、イオン発生素子１０５でのイオン発生、と続く一連の動作が繰り返される。
【００２７】
なお、駆動部１０７には、タイマー１０７ａを備えたＣＰＵ（中央演算装置）やタイマー１０７ａを備えたＩＣ（集積回路）が使用可能であり、ＦＥＴ１０８のオン時刻とオフ時刻、及びオン周期を一定に制御する。
【００２８】
また、駆動部１０７にＣＰＵを用いることで、ＦＥＴ１０８のオン時刻とオフ時刻、つまり、オン時間とオン周期とをほぼ無関係に可変制御することも可能である。つまり、イオン発生量だけでなく、イオン発生頻度も広い範囲で可変制御可能である。
【００２９】
次に、図１、２を参照して、駆動部１０７による、ＦＥＴ１０８のオンオフ制御について詳細に説明する。図２は、トランス１０４の２次側減衰振動電圧の波形Ｗ１と、ＦＥＴ１０８のオンオフの波形Ｗ２との関係を表したものである。なお、図中の横軸は時間ｔであり、縦軸が電圧Ｖである。
【００３０】
図２によれば、図１におけるスイッチ１０１が時刻Ｔ０で閉じられると、充電部１０３の充電終了に対応する時刻Ｔ１で、ＦＥＴ１０８が駆動部１０７によりオン（ＧＮＤに対して正の電圧）される。なお、Ｔ１は、例えば充電部１０３の時定数の２．２倍である。（充電電圧が１０％から９０％になる時間）
ＦＥＴ１０８がオンすると、２次側減衰振動電圧波形Ｗ１は、時刻Ｔ１で立ち上がった後、イオン発生素子１０５が放電を開始する電圧Ｖｔｈとなる時刻Ｔ２に達し、その後、ピーク電圧Ｖｐを示した後、立ち上がりの極性とは反対の極性へと振動し、以降、極性を反転しながら正弦波状に振動し、次第に減衰していく。
【００３１】
そして、ＦＥＴ１０８は、時刻Ｔ１でオンされた後、以下のように駆動される。すなわち、２次側減衰振動電圧波形Ｗ１が、立ち上がり時刻Ｔ１から少なくともイオン発生素子１０５が放電を開始する電圧Ｖｔｈとなる時刻Ｔ２までオン状態が保持され、その後、時刻Ｔ４までの間で、駆動部１０７によりオフされるのである。なお、図２では、時刻Ｔ４でオフされる様子を示しているが、Ｔ２〜Ｔ４の間でオフされても良い。
【００３２】
ここで、２次側減衰振動電圧波形Ｗ１において、スイッチ１０１が閉じられた後の減衰振動の周期Ｔは、トランス１０４の２次側コイル１０４ｂのインダクタンスとイオン発生素子１０５の内部静電容量（図示せず）との共振周波数の逆数に等しく、時刻Ｔ５に等しい。また、その半周期は時刻Ｔ４に等しい。
【００３３】
これらを踏まえて、駆動部１０７による、ＦＥＴ１０８のオフ時刻設定の具体例を以下に説明する。トランス１０４の２次側コイル１０４ｂのインダクタンスとイオン発生素子１０５の内部静電容量との共振周波数を、可聴周波数よりも十分高い周波数、例えば２００ｋＨｚに設定する。この場合、周期Ｔは５μｓとなるので、２次側減衰振動電圧波形Ｗ１における、時間Ｔ１〜Ｔ５は５μｓとなる。また、時間Ｔ１〜Ｔ４は、時間Ｔ１−Ｔ５の半周期なので、２．５μｓとなる。なお、可聴周波数よりも十分高い周波数としたのは、２次側減衰振動電圧が発生するたびに動作音が生じるのを避けるためであり、特に２００ｋＨｚとする限りではない。
【００３４】
上記により、ＦＥＴ１０８のオフ時刻設定の最長値である時刻Ｔ４は、時刻Ｔ１を起点としてＴ／２の２．５μｓと決定できる。また、最短値は原理的には、イオン発生素子１０５の放電開始電圧がＶｔｈとなる時刻Ｔ２でも良いが、所望するイオン発生量から余裕をみてピーク電圧Ｖｐとなる時刻Ｔ３とする。つまり、時刻Ｔ３は、２次側減衰振動電圧波形Ｗ１の周期がＴの場合、Ｔ／４に等しいので、１．２５μｓと決定できる。
【００３５】
まとめると、ＦＥＴ１０８は、スイッチ１０１が閉じられた後、充電部１０３の充電終了に対応する時刻Ｔ１でオンし、その後、時刻Ｔ３〜Ｔ４、すなわち１．２５μｓ〜２．５μｓ後にオフするように、駆動部１０７により制御されるのである。
【００３６】
本発明では、この極めて短いオン期間であるＴ３〜Ｔ４を、図１におけるトランス１０４への１回あたりの通電時間とするので、通電による電力消費が抑制されることで電池１０６の消耗が抑制され、イオン発生装置１００の長時間稼働を可能とする。なお、図２では、ＦＥＴ１０８のオンオフ波形Ｗ１は、オン期間１回分の波形を示しているが、希望するイオン発生量、発生頻度に合わせて、例えば、１秒間に６０回などとなるように駆動部１０７により設定することができる。
【００３７】
以上に述べたように、一実施形態によれば、トランス１０４の２次側減衰振動電圧Ｗ２の振動周期がＴの時、Ｔ／４〜Ｔ／２の範囲で、駆動部１０７によりＦＥＴ１０８がオフされる。したがって、イオン発生に必要な放電電圧を得るために、トランス１０４への一回あたりの通電時間を極めて短く設定するため、電池１０６の消耗が抑制され、イオン発生装置１００の長時間の稼働が可能となる。また、トランス１０４への一回あたりの通電時間を極めて短くできるため、放電電圧を比較的高く設定することが可能となり、イオン発生量を増加させることができる。
【００３８】
〔実施形態２〕
次に、図３を参照して実施形態２について説明する。図３は、図１における充電部１０３の充電特性を示している。
【００３９】
実施形態２が実施形態１と異なる点は、実施形態１では、駆動部１０７の制御によりＦＥＴ１０８がオンする時刻Ｔ１を、充電部１０３が、ほぼ満充電となる充電電圧Ｖ１に達する時刻（時定数の２．２倍）として説明したが、実施形態２では、充電部１０３の充電が過渡状態のときにＦＥＴ１０８をオンする点にある。
【００４０】
具体的には、例えば図３に示すように、ＦＥＴ１０８がオンする時刻を、充電部１０３の時定数Ｔｔに等しい時刻とするよう駆動部１０７により制御する。この場合、充電電圧Ｖ２は入力電圧の約６３％となり、充電部１０３への入力電圧が２０Ｖであるとすると、約１２Ｖの電圧がトランス１０４の１次側コイル１０４ａに入力されることになる。
【００４１】
ここで、実施形態１の場合であれば、トランス１０４の昇圧比が例えば２００であったとすると、駆動部１０７の制御によりＦＥＴ１０８がオンする時刻がＴ１の場合は、充電部１０３の出力電圧が約２０Ｖなので、トランス１０４の２次側コイル１０４ｂには約４ｋＶの減衰振動電圧が発生する。
【００４２】
一方、実施形態２の場合、充電電圧が約１２Ｖ、すなわち、トランス１０４の１次側コイル１０４ａに入力される電圧が約１２Ｖの場合は、約２．４ｋＶの減衰振動電圧がトランス１０４の２次側コイル１０４ｂに発生することになる。つまり、イオン発生素子１０５への印加電圧が下がるのであるが、このことは、イオン発生素子１０５の放電開始電圧Ｖｔｈを下げること、換言すると、放電開始電圧Ｖｔｈの低いイオン発生素子を使用できることと等価であり、この場合、トランス１０４への通電電圧を下げることができるので、消費電力を下げることができる。したがって、イオン発生量を許容できる範囲内で、イオン発生装置１００の稼働時間を更に伸ばすことが可能となる。
【００４３】
なお、今回開示された実施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。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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及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ものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、イオン発生装置又はイオン発生装置を用いたイオン発生機器全般に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００  イオン発生装置
１０１  スイッチ
１０２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０３  充電部
１０４  トランス（昇圧部）
１０４ａ  １次側コイル
１０４ｂ  ２次側コイル
１０５  イオン発生素子
１０６  電池
１０７  駆動部
１０７ａ  タイマー
１０８  ＦＥＴ（スイッチング素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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