JP2005038616A - イオン発生装置及びこれを備えた電気機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、オゾンの発生量増加を抑えつつ、効率的にイオン放出量を増大させることが可能なイオン発生装置、及びこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るイオン発生装置は、イオン発生素子１２に接続されたトランス２０２と、交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ（２０３ａ〜ｄ）と、該整流電圧で充電される時定数回路（２０４、２０５）と、該時定数回路の充電電圧に応じてオン／オフ状態が切り換わる整流素子２０６と、を有し、トランス２０２を整流素子２０６で駆動してイオンを発生する構成としている。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明に係るイオン発生装置は、イオン発生素子１２に接続されたトランス２０２と、交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ（２０３ａ〜ｄ）と、該整流電圧で充電される時定数回路（２０４、２０５）と、該時定数回路の充電電圧に応じてオン／オフ状態が切り換わる整流素子２０６と、を有し、トランス２０２を整流素子２０６で駆動してイオンを発生する構成としている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、及びこれ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。
【０００２】
【従来の技術】
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、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、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を参照）。
【０００５】
なお、上記の発明については、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１２はイオン発生装置の一従来例を示す回路図である。従来のイオン発生装置において、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の充電が進んで両端電圧が所定閾値に達すると、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。従って、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にパルス電圧が印加される。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。
【０００７】
上記充放電を繰り返すことによって、放電部Ｘ１には、図１３に示す交流インパルス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、前記浮遊細菌を除去することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−４７６５１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記構成から成る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、上記構成から成るイオン発生装置は、発生したプラスイオンとマイナスイオンの一部がイオン発生素子の近傍で互いに中和して消滅しやすく、イオンを効率的に室内へ放出することができない、という課題を有していた。
【００１１】
なお、室内へのイオン放出量を増やすためには、イオン発生素子への印加電圧を高めてイオン発生量自体を増やせばよいが、十分な放電が得られる程度まで印加電圧を高めた後は、それ以上印加電圧を高めてもイオン発生量は飽和状態となって増加しなくなるため、上記構成では、イオン発生素子の電極形状等により確定される上限値までしかイオン発生量を増大させることができず、室内へのイオン放出量を増やすにも限界があった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑み、同じ電極形状でありながら、効率的にイオン放出量を増大させることが可能なイオン発生装置、及びこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記高圧インパルス電圧発生回路の入力電圧を全波整流する構成としている。このような構成とすることにより、前記交流電圧を半波整流する構成と比較して、イオン発生素子での放電頻度を理論上２倍とすることができ、イオン放出量を増大することができる。
【００１４】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記時定数回路の抵抗値もしくはコンデンサの容量を可変とした構成としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子での放電頻度を１．５倍から２倍程度にすることができ、イオン放出量を増大することができる。
【００１５】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記高圧インパルス電圧発生回路の入力電圧を全波整流するとともに、前記時定数回路の抵抗値もしくはコンデンサの容量を可変とした構成としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子での放電頻度を３〜４倍程度にすることができ、イオン放出量を増大することができる。
【００１６】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記高圧インパルス電圧発生回路を構成するダイオードブリッジに直列にスイッチング手段を設ける、もしくはダイオードブリッジ内の一つのダイオードに直列にスイッチング手段を設けた構成としている。なお、上記構成から成るイオン発生装置は、さらに前記コンデンサと並列にコンデンサを設け、該コンデンサにスイッチング手段を設けた構成としてもよい。このような構成とすることにより、簡易な構成で、イオン発生素子の放電量（すなわちイオン放出量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記整流回路が半波整流のときの通常運転と、全波整流するイオン増量運転とを切り換えて実行する手段を有する構成にするとよい。このような構成とすることにより、イオン発生素子の放電量（すなわちイオン放出量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記時定数回路が所定の定数にて充放電を行う通常運転と、所定の定数より小さい値で充放電を行うイオン増量運転とを切り換えて実行する手段を有する構成としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子の放電頻度（すなわちイオン発生量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、所定量のイオンが発生する第１時間間隔で前記イオン発生素子にインパルス電圧を印加する通常運転と該通常運転よりも短い第２時間間隔で前記イオン発生素子にインパルス電圧を印加する増量運転とを切り換えて実行する手段を有する構成である。このような構成とすることにより、イオン発生素子の放電頻度（すなわちイオン発生量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００２０】
なお、上記構成から成るイオン発生装置は、周囲環境に関する情報を得るセンサを有し、該センサの取得情報に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザ操作に依ることなく、周囲環境を常に最適な状態に保つことが可能となる。
【００２１】
また、上記構成から成るイオン発生装置は、外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部への所定操作に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザニーズに応じてイオン放出量を制御することが可能となる。
【００２２】
また、上記構成から成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。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で空気の物性を変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るイオン発生装置の一実施形態を示す概略構成図であり、本図（ａ）、（ｂ）は、それぞれイオン発生装置の平面図及び側面図を模式的に示している。
【００２４】
本図に示すように、本発明に係るイオン発生装置は、イオンを発生するイオン発生素子１０と、該イオン発生素子１０に対して所定の電圧印加を行う電圧印加回路２０と、を有して成る。
【００２５】
イオン発生素子１０は、誘電体１１（上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂ）と、放電部１２（放電電極１２ａ、誘導電極１２ｂ、放電電極接点１２ｃ、誘導電極接点１２ｄ、及び接続端子１２ｅ、１２ｆ）と、コーティング層１３と、を有して成り、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に電圧を印加することにより、放電電極１２ａの表面近傍（１２ａの鋭角部）でコロナ放電することで、放電側よりプラスイオンとマイナスイオンを発生させる。
【００２６】
誘電体１１は、略直方体状（例えば、縦１５［ｍｍ］×横３７［ｍｍ］×厚み０．９［ｍｍ］）の上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂを貼り合わせて成る。誘電体１１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１１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１１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。
【００２７】
また、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂ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１１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。
【００２８】
なお、誘電体１１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、本実施形態のように平板状（円板状及び直方体状を含む）とするのが好適である。
【００２９】
放電電極１２ａは、上部誘電体１１ａの表面に該上部誘電体１１ａと一体的に形成されている。電極の材料としては、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。
【００３０】
本図に示すように、本実施形態の放電電極１２ａは、略正方形状の格子部（例えば、縦７．０［ｍｍ］×横７．０［ｍｍ］、線幅０．５［ｍｍ］）を複数隣接させて成り、該格子部の内側に先端形状が鋭角度の三角形状の電界集中部を有する形状であるが、その形状はこれに限定されるものではなく、他形状（面状、格子状、線状など）としても構わない。ただし、電界集中を生じやすい形状にすれば、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に印加する電圧が低くても放電を生じさせることができるので、放電電極１２ａは、格子状や線状などの電界集中を生じやすい形状とすることが望ましい。
【００３１】
誘導電極１２ｂは、誘電体１１の内部（上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂとの間）に形成されている。なお、本実施形態の誘導電極１２ｂは、Ｕ字状（例えば、縦３．５［ｍｍ］×横２３．５［ｍｍ］、線幅１．０［ｍｍ］）に形成されており、放電電極１２ａの電界集中部と対向する位置に設けられている。電極の材料としては、放電電極１２ａと同様、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。
【００３２】
また、誘導電極１２ｂは、上部誘電体１１ａを挟んで、放電電極１２ａ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１２ａと誘導電極１２ｂ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、両電極間の絶縁抵抗を均一化して放電状態を安定させ、プラスイオンとマイナス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１１を円柱状とした場合には、放電電極１２ａを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極１２ｂ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。つまり誘導電極１２ｂの形状は、放電電極１２ａに電界集中させることができれば形状は問わない。
【００３３】
放電電極接点１２ｃは、放電電極１２ａと同一形成面上の接続部１２ｅと電気的に導通されている。従って、放電電極接点１２ｃにリード線（例えば、銅線やアルミ線）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば放電電極１２ａと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。
【００３４】
誘導電極接点１２ｄは、誘導電極１２ｂと同一形成面上の接続部１２ｆと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点１２ｄにリード線（例えば、銅線やアルミ線）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば誘導電極１２ｂと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂをいずれも電圧印加回路２０に導通させた場合を例示したが、他の接続パターンとしては、放電電極１２ａを接地して誘導電極１２ｂのみを電圧印加回路２０に導通させるパターンや、誘導電極１２ｂを接地して放電電極１２ａのみを電圧印加回路２０に導通させるパターンが考えられる。
【００３６】
上記の放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄは、リード線との接続の容易性から、誘電体１１の表面であればいずれに設けてもよい。ただし、放電電極接点１２ｃは、放電電極１２ａと同電位になる接点であり、誘導電極接点１２ｄは、誘導電極１２ｂと同電位になる接点であるため、安定した放電状態を得るためには、誘導電極１２ｂと放電電極接点１２ｃの距離や、放電電極１２ａと誘導電極接点１２ｄの距離、並びに放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄの距離について、各々が前記電極間距離より遠くなる位置に設けることが望ましい。
【００３７】
さらに、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄは全て、誘電体１１の表面であって放電電極１２ａが設けられた面（以下、誘電体１１の上面と呼ぶ）以外の面に設けることが望ましい。このような構成であれば、誘電体１１の上面に不要なリード線などが配設されないので、ファン（不図示）からの空気流が乱れにくく、発生したイオンを効率よく室内に放出することが可能となるからである。
【００３８】
以上のことを考慮して、本実施形態のイオン発生装置１０では、放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄがいずれも、誘電体１１の上面に相対する面（以下、誘電体１１の下面と呼ぶ）に設けられている。
【００３９】
なお、本実施形態のイオン発生素子１０において、放電電極接点１２ｃと接続部１２ｅ、及び誘導電極接点１２ｄと接続部１２ｆはいずれも、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂに挟まれた対向領域の外側に形成されている。このような構成とすることにより、放電開始時に生じる放電ムラを回避して、安定した放電状態を得ることができるので、放電開始直後から安定した量のイオンを放出することが可能となる。
【００４０】
次に、上記したイオン発生素子１０の製造方法について説明する。まず、高純度アルミナシート（例えば、厚さ０．４５［ｍｍ］）を所定の大きさ（例えば、幅１５［ｍｍ］×長さ３７［ｍｍ］）に切断して、２つの略同一の大きさを有するアルミナ基材を形成し、これらを上部誘電体１１ａ及び下部誘電体１１ｂとする。なお、アルミナシートの純度は９０［％］以上であればよいが、本実施形態では、純度９２［％］のアルミナシートを用いている。
【００４１】
次に、上部誘電体１１ａの上面にタングステンをスクリーン印刷することで、放電電極１２ａ及び接続部１２ｅを上部誘電体１１ａと一体的に形成する。また、下部誘電体１１ｂの上面にタングステンをスクリーン印刷することで、誘導電極１２ｂ及び接続部１２ｆを下部誘電体１１ｂと一体的に形成し、下部誘電体１１ｂの下面には、放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄをスクリーン印刷で形成する。
【００４２】
さらに、上部誘電体１１ａの表面に、アルミナのコーティング層１３（例えば膜厚０．０２［ｍｍ］）を形成し、放電電極１２ａを絶縁コートする。そして、上部誘電体１１ａの下面と下部誘電体１１ｂの上面を重ね合わせた後、圧着・真空引きを行い、さらにこれを炉に入れて１４００〜１６００［℃］の非酸化性雰囲気で焼成する。このような製造方法により、本発明に係るイオン発生素子１０を容易に製造することが可能となる。
【００４３】
続いて、電圧印加回路２０の構成及び動作について詳細な説明を行う。電圧印加回路２０は、放電部１２でプラスイオン及びマイナスイオンを発生させるために、放電部１２を構成する放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に、正、負の交流電圧（本実施形態では交流インパルス電圧）を印加する回路である。
【００４４】
まず、電圧印加回路２０の第１実施形態について詳細な説明を行う。図２は電圧印加回路２０の第１実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ａは、入力交流電源２０１と、スイッチングトランス２０２と、ダイオード２０３ａ〜２０３ｄと、抵抗２０４と、コンデンサ２０５と、半導体スイッチング素子２０６（シリコン制御整流素子ＳＣＲ［Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ］の一種であり、以下、サイダック［新電元工業の製品］２０６と呼ぶ）と、を有して成る。
【００４５】
入力交流電源２０１の一端は、ダイオード２０３ａのアノードとダイオード２０３ｃのカソードに各々接続されており、他端はダイオード２０３ｂのカソードとダイオード２０３ｄのアノードに各々接続されている。ダイオード２０３ａのカソードとダイオード２０３ｄのカソードは、抵抗２０４の一端に接続されている。抵抗２０４の他端は、トランス２０２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２０５の一端にそれぞれ接続されている。１次巻線Ｌ１の他端は、サイダック２０６のアノードに接続されている。サイダック２０６のカソードは、前記コンデンサ２０５の他端に接続され、更に、ダイオード２０３ｂのアノードとダイオード２０３ｃのアノードに各々接続されている。トランス２０２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００４６】
上記構成から成る電圧印加回路２０ａでは、入力交流電源２０１の電圧は、ダイオード２０３ａ〜２０３ｄから成るダイオードブリッジで全波整流された後、抵抗２０４の抵抗値と、コンデンサ２０５の容量の積である時定数により決定される時間でコンデンサ２０５に充電され、その両端電圧が所定閾値に達すると、サイダック２０６がオン状態となり、トランス２０２の一次側巻線Ｌ１に電流が流れることによりコンデンサ２０５に充電されたエネルギーが２次巻線Ｌ２に伝達され、放電部１２にパルス電圧が印加される。その直後、放電部１２とトランス２０２の２次側、エネルギーのやりとりを行うことで、図３の波形図のような正負の自由振動波形となると共に、一次側ではサイダック２０６はオフ状態となり、再びコンデンサ２０５の充電が開始される。図２の回路構成において、コンデンサ２０５とサイダック２０６の配置を入れ替えてもほぼ同様の動作を行うことができ、これを問わない。また、同様の動作を行う類似の回路もここに含まれる。
【００４７】
上記の充放電を繰り返すことにより、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図３に示す交流インパルス電圧が印加される。このとき、放電部１２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、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。これら両イオンが空気中に浮遊するカビ菌やウイルスなどの浮遊細菌の周囲を取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により前記浮遊細菌を不活性化することが可能となる。
【００４８】
このように、本実施形態の電圧発生回路２０ａは、図１２に示した従来構成と異なり、入力交流電源２０１の出力電圧を半波整流するのではなく、全波整流する構成としている。このような構成とすることにより、図３と図１３を対比して分かるように、交流インパルス電圧の印加回数を従来から倍増することができ（例えば、１２０［回／分］→２４０［回／分］）、それに伴って放電部１２で発生するイオン量を理論上２倍とすることができる。
【００４９】
実際、イオン発生素子１０に向けてファン（図示せず）から風を送り、約２５［ｃｍ］風下のイオンカウンタ（図示せず）に到達したプラスイオン及びマイナスイオンの量を各々計測した結果、従来ではプラスイオンとマイナスイオンが約３０［万個／ｃｃ］ずつ計測されたのに対し、本実施形態では両イオンが約５０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。すなわち、従来に比べて、印加電圧を増大させることなく、約１．７倍のイオン量を確保することができた。
【００５０】
次に、電圧印加回路２０の第２実施形態について詳細な説明を行う。図４は電圧印加回路２０の第２実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｂは、入力交流電源２１１と、スイッチングトランス２１２と、ダイオード２１３と、可変抵抗２１４と、可変容量コンデンサ２１５と、サイダック２１６と、を有して成る。
【００５１】
入力交流電源２１１の一端は、抵抗２１４を介して、ダイオード２１３のアノードに接続されている。ダイオード２１３のカソードは、トランス２１２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２１５の一端にそれぞれ接続されている。（抵抗２１４とダイオード２１３はその配置が逆であっても同様の動作となりこれを問わない。）１次巻線Ｌ１の他端は、サイダック２１６のアノードに接続されている。サイダック２１６のカソードは、コンデンサ２１５の他端と入力交流電源２１１の他端に接続されている。トランス２１２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００５２】
上記のように、本実施形態の電圧印加回路２０ｂは、コンデンサ２１５の容量を可変とし、容量を小さくすることで抵抗２１３の抵抗値とコンデンサ２１４の容量で決定される時定数を小さくし、サイダック２１６の充電を早め、両端電圧が早く規定のオン電圧に到達できるような回路構成であり、半電源周期におけるサイダック２１６のオン回数を増加することができる。なお、上記の時定数制御に際し、場合によっては抵抗２１３の抵抗値も併せて変化させることが必要となる。
【００５３】
このような構成とすることにより、図５と図１３を対比して分かるように、従来に比べて、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間に印加される交流インパルス電圧の印加回数を１．５倍程度まで増加させることができ（例えば、１２０［回／分］→１８０［回／分］）、イオン発生電極の仕様によっては、放電部１２で発生するイオン量を理論上、１．５倍程度まで増加させることが可能となる。なお、実質データでは、従来に比べて、印加電圧を増大させることなく、１．３〜１．４倍のイオン量を確保することができた。
【００５４】
次に、電圧印加回路２０の第３実施形態について詳細な説明を行う。図６は電圧印加回路２０の第３実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｃは、入力交流電源２２１と、スイッチングトランス２２２と、ダイオード２２３ａ〜２２３ｄと、可変抵抗２２４と、可変容量コンデンサ２２５と、サイダック２２６と、を有して成る。
【００５５】
本図から分かるように、本実施形態の電圧印加回路２０ｃは、上記した第１、第２実施形態の電圧印加回路２０ａ、２０ｂを組み合わせた構成であり、交流電源２２１の出力電圧を全波整流するとともに、コンデンサ２２５の容量（並びに必要であれば抵抗２２４の抵抗値）を可変としたことを特徴とする。このような構成とすることにより、先に述べた第１、第２実施形態双方の効果を得ることができるので、さらにイオン量を増加させることが可能となる。具体的には、図７と図１３を対比して分かるように、従来に比べて、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間に印加される交流インパルス電圧の印加回数を３倍程度まで増加させることができ（例えば、１２０［回／分］→３６０［回／分］）、イオン発生電極の仕様によっては、放電部１２で発生するイオン量を理論上、３倍程度まで増加させることが可能と考えられる。
【００５６】
次に、電圧印加回路２０の第４実施形態について詳細な説明を行う。図８は電圧印加回路２０の第４実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｄ−１及び２０ｄ−２は、入力交流電源２３１と、スイッチングトランス２３２と、ダイオード２３３ａ〜２３３ｄと、抵抗２３４と、コンデンサ２３５と、サイダック２３６と、切換リレー２３７を有して成る。
【００５７】
入力交流電源２３１の一端は、ダイオード２３３ａのアノードとダイオード２３３ｃのカソードに各々接続されており、他端は切換リレー２３７の共通端子２３７ａに接続されている。ダイオード２３３ａのカソードとダイオード２３３ｄのカソードは、抵抗２３４の一端に接続されている。抵抗２３４の他端は、トランス２３２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２３５の一端にそれぞれ接続されている。１次巻線Ｌ１の他端はサイダック２３６のアノードに接続されている。サイダック２３６のカソードは、前記コンデンサ２３５の他端に接続し、切換リレー２３７の一選択端子２３７ｂと、ダイオード２３３ｂ、２３３ｃの各アノードに各々接続されている。ダイオード２３３ｂのカソードとダイオード２３３ｄのアノードは互いに接続されており、その接続ノードは切換リレー２３７の他選択端子２３７ｃに接続されている。トランス２０２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００５８】
通常運転時、切換リレー２３７では選択端子２３７ｂが選択される。このとき、交流電源２３１の出力電圧は、ダイオード２３３ａで半波整流された後、抵抗２３４の抵抗値と、コンデンサ２３５の容量の積である時定数により決まる時間でコンデンサ２３５に充電され、その両端電圧が所定閾値に達すると、サイダック２３６がオン状態となり、トランス２３２の一次側巻線Ｌ１に電流が流れることになり、コンデンサ２３５に充電されたエネルギーが２次巻線Ｌ２に伝達され、放電部１２にパルス電圧が印加される。その直後、サイダック２３６はオフ状態となり、再びコンデンサ２３５の充電が開始される。
【００５９】
上記の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図９（ａ）の交流インパルス電圧（例えば、印加回数：１２０［回／分］）が印加される。このとき、放電部１２の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、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）が略同数発生する。これらの両イオンが空気中の浮遊するカビ菌やウイルスの浮遊細菌の周囲を取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により前記浮遊細菌を不活性化することが可能となる。
【００６０】
また、ファン（図示せず）からイオン発生素子１０に向けて風を送り、約２５［ｃｍ］風下のイオンカウンタ（図示せず）に到達したプラスイオン及びマイナスイオンの量を各々計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約３０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。
【００６１】
一方、電圧印加回路２０ｄの増量運転時には、切換リレー２３７で選択端子２３７ｃが選択されるので、交流電源２３１の電圧は、ダイオード２３３ａ〜２３３ｄから成るダイオードブリッジで全波整流された後、抵抗２３４で電圧降下され、コンデンサ２３５に印加される。従って、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図９（ｂ）に示すように、通常運転時よりも高頻度（理論的には２倍の頻度）で交流インパルス電圧（例えば、印加回数：２４０［回／分］）が印加されることになる。
【００６２】
このとき、前述の条件でイオン量を計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約５０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。すなわち、通常運転時と比べて約１．７倍のイオン量が計測された。
【００６３】
なお、２０ｄ−２のように、切換リレー２３７に代えて、ダイオード２３３ｂのカソードとダイオード２３３ｄのアノードとの接続ノードを交流電源２３１の他端に接続するとともに、ダイオード２３３ｃまたはダイオード２３３ｄのアノードまたはカソードに開閉スイッチ２３８を直列接続し、該開閉スイッチ２３８を運転モードに応じて制御する構成としても、上記と同様の動作を実現することが可能である。
【００６４】
次に、電圧印加回路２０の第５実施形態について説明する。図１０は電圧印加回路２０の第５実施形態を示す回路図である。本図のように、本実施形態の電圧印加回路２０ｅは、交流電源２４１と、スイッチングトランス２４２と、ダイオード２４３と、抵抗２４４と、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂと、サイダック２４６と、開閉スイッチ２４７と、を有して成る。
【００６５】
入力交流電源２４１の一端は、抵抗２４４を介して、ダイオード２４３のアノードに接続されている。ダイオード２４３のカソードは、トランス２４２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２４５ａ、２４５ｂの各一端に各々接続されている。１次巻線Ｌ１の他端は、サイダック２４６のアノードに接続されている。サイダック２４６のカソードは、交流電源２４１の他端に接続されている。コンデンサ２４５ｂの他端は、開閉スイッチ２４７を介して、コンデンサ２４５ａの他端に接続されるとともに、サイダック２４６のカソード及び入力交流電源２４１の他端に接続されている。トランス２４２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００６６】
通常運転時、開閉スイッチ２４７は閉結される。このとき、交流電源２４１の出力電圧は、ダイオード２４３で半波整流された後、抵抗２４４の抵抗値とコンデンサ２４５ａ、２４５ｂの容量の積である時定数により決まる時間で、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂに充電され、この両端電圧が所定閾値に達すると、サイダック２４６がオン状態となり、トランス２４２の一次巻線Ｌ１に電流が流れることにより、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂの充電されたエネルギーが２次巻線Ｌ２に伝達され、放電部１２に高圧パルス電圧が印加される。その直後、サイダック２４６はオフ状態となり、再びコンデンサ２４５ａ、２４５ｂの充電が開始される。
【００６７】
上記の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図１１（ａ）に示した交流インパルス電圧（例えば、印加回数：１２０［回／分］）が印加される。このとき、放電部１２の表面近傍でコロナ放電が生じて周辺の空気がイオン化され、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。これらの両イオンが空気中に浮遊するカビ菌やウイルスなどの浮遊細菌の周囲を取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により、前記浮遊細菌を不活性化することが可能となる。
【００６８】
また、ファン（図示せず）からイオン発生素子１０に向けて風を送り、約２５［ｃｍ］風下のイオンカウンタ（図示せず）に到達したプラスイオン及びマイナスイオンの量を各々計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約３０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。
【００６９】
一方、電圧印加回路２０ｅの増量運転時には、開閉スイッチ２４７が開放されるので、ＲＣ回路の時定数が小さくなり、半電源周期におけるサイダック２４６のオン回数が増加する。従って、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図１１（ｂ）に示すように、通常運転時よりも１．５倍程度の高頻度で交流インパルス電圧（例えば、印加回数：１８０［回／分］）が印加されることになる。
【００７０】
このとき、前述の条件でイオン量を計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約４０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。すなわち、通常運転時と比べて１．３〜１．４倍のイオン量が計測された。
【００７１】
なお、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂと開閉スイッチ２４７に代えて、可変容量を用い、その容量値を動作モードに応じて制御する構成としても、上記と同様の動作を実現することが可能である。また、上記したＲＣ回路の時定数切換制御を行うに際して、必要であれば抵抗２４４の抵抗値を可変制御することが可能な構成としておいてもよい。
【００７２】
また、上記した第４、第５実施形態のイオン発生装置を組み合わせれば、両構成の効果を得ることができるので、さらにイオン量を増加させることが可能となる。具体的には、上記の増量運転を行うことで、通常運転時に比べて３倍程度までイオン量増大を実現することが可能と考えられる。
【００７３】
上記で説明した通り、第４、第５実施形態の電圧印加回路２０ｄ、２０ｅは、所定量のイオンが発生するようにイオン発生素子１０への電圧印加を行う通常運転と、該通常運転よりもイオン発生素子１０での放電頻度を高めて前記所定量より多量のイオンが発生するようにイオン発生素子１０への電圧印加を行う増量運転と、を切り換えて実行する手段を有することを特徴としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子１０の放電量（すなわちイオン放出量）を適宜切り換えることが可能となる。なお、第４、第５実施形態における運転モード切換制御については、次の制御例が考えられる。
【００７４】
例えば、本発明に係るイオン発生装置は、周囲環境に関する情報（プラスイオン量やマイナスイオン量、臭い成分量、浮遊細菌量、二酸化炭素濃度、温度、湿度等）を得るセンサを有し、該センサの取得情報に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザ操作に依ることなく、周囲環境を常に最適な状態に保つことが可能となる。
【００７５】
また、本発明に係るイオン発生装置は、外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部への所定操作に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザニーズに応じてイオン放出量を制御することが可能となる。例えば、室内のイオンバランスを素早く整えたい場合には増量運転に切り換えればよいし、できる限り静寂に室内のイオンバランスを整えたい場合には、増量運転に比べて放電音の小さい通常運転に切り換えればよい。
【００７６】
なお、上記各実施形態では、放電部に交流電圧を印加してプラスイオンとマイナスイオンを発生させ、空気中の浮遊細菌等を不活性化することが可能なイオン発生装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、放電部に負電圧を印加してマイナスイオンのみを発生させ、室内のリラクゼーション効果を高めることが可能なイオン発生装置にも当然に適用することができる。
【００７７】
また、上記各実施形態のイオン発生装置は、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。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で空気の物性を変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
上記したように、本発明に係るイオン発生装置、及びこれを備えた電気機器であれば、オゾンの発生量増加を抑えつつ、効率的にイオン放出量を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】電圧印加回路２０の第１実施形態を示す回路図である。
【図３】第１実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図４】電圧印加回路２０の第２実施形態を示す回路図である。
【図５】第２実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図６】電圧印加回路２０の第３実施形態を示す回路図である。
【図７】第３実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図８】電圧印加回路２０の第４実施形態を示す回路図である。
【図９】第４実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図１０】電圧印加回路２０の第５実施形態を示す回路図である。
【図１１】第５実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図１２】イオン発生装置の一従来例を示す回路図である。
【図１３】放電部への印加電圧波形の一従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０ イオン発生素子
１１ 誘電体
１１ａ 上部誘電体
１１ｂ 下部誘電体
１２ 第１、第２放電部
１２ａ 放電電極
１２ｂ 誘導電極
１２ｃ 放電電極接点
１２ｄ 誘導電極接点
１２ｅ、１２ｆ 接続部
１３ コーティング層
２０（２０ａ〜ｅ） 電圧印加回路
２０１、２１１、２２１、２３１、２４１ 入力交流電源
２０２、２１２、２２２、２３２、２４２ スイッチングトランス
Ｌ１ １次巻線
Ｌ２ ２次巻線
２０３ａ〜ｄ、２１３、２２３ａ〜ｄ、２３３ａ〜ｄ、２４３ ダイオード
２０４、２１４、２２４、２３４、２４４ 抵抗
２０５、２１５、２２５、２３５、２４５ａ〜ｂ コンデンサ
２０６、２１６、２２６、２３６、２４６ 半導体スイッチング素子
２３７ 切換リレー
２３７ａ 共通端子
２３７ｂ〜ｃ 選択端子
２３８、２４７ 開閉スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、及びこれ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。
【０００２】
【従来の技術】
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、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、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を参照）。
【０００５】
なお、上記の発明については、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１２はイオン発生装置の一従来例を示す回路図である。従来のイオン発生装置において、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の充電が進んで両端電圧が所定閾値に達すると、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。従って、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にパルス電圧が印加される。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。
【０００７】
上記充放電を繰り返すことによって、放電部Ｘ１には、図１３に示す交流インパルス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、前記浮遊細菌を除去することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−４７６５１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記構成から成る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、上記構成から成るイオン発生装置は、発生したプラスイオンとマイナスイオンの一部がイオン発生素子の近傍で互いに中和して消滅しやすく、イオンを効率的に室内へ放出することができない、という課題を有していた。
【００１１】
なお、室内へのイオン放出量を増やすためには、イオン発生素子への印加電圧を高めてイオン発生量自体を増やせばよいが、十分な放電が得られる程度まで印加電圧を高めた後は、それ以上印加電圧を高めてもイオン発生量は飽和状態となって増加しなくなるため、上記構成では、イオン発生素子の電極形状等により確定される上限値までしかイオン発生量を増大させることができず、室内へのイオン放出量を増やすにも限界があった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑み、同じ電極形状でありながら、効率的にイオン放出量を増大させることが可能なイオン発生装置、及びこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記高圧インパルス電圧発生回路の入力電圧を全波整流する構成としている。このような構成とすることにより、前記交流電圧を半波整流する構成と比較して、イオン発生素子での放電頻度を理論上２倍とすることができ、イオン放出量を増大することができる。
【００１４】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記時定数回路の抵抗値もしくはコンデンサの容量を可変とした構成としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子での放電頻度を１．５倍から２倍程度にすることができ、イオン放出量を増大することができる。
【００１５】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記高圧インパルス電圧発生回路の入力電圧を全波整流するとともに、前記時定数回路の抵抗値もしくはコンデンサの容量を可変とした構成としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子での放電頻度を３〜４倍程度にすることができ、イオン放出量を増大することができる。
【００１６】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記高圧インパルス電圧発生回路を構成するダイオードブリッジに直列にスイッチング手段を設ける、もしくはダイオードブリッジ内の一つのダイオードに直列にスイッチング手段を設けた構成としている。なお、上記構成から成るイオン発生装置は、さらに前記コンデンサと並列にコンデンサを設け、該コンデンサにスイッチング手段を設けた構成としてもよい。このような構成とすることにより、簡易な構成で、イオン発生素子の放電量（すなわちイオン放出量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記整流回路が半波整流のときの通常運転と、全波整流するイオン増量運転とを切り換えて実行する手段を有する構成にするとよい。このような構成とすることにより、イオン発生素子の放電量（すなわちイオン放出量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記時定数回路が所定の定数にて充放電を行う通常運転と、所定の定数より小さい値で充放電を行うイオン増量運転とを切り換えて実行する手段を有する構成としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子の放電頻度（すなわちイオン発生量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係るイオン発生装置は、誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、所定量のイオンが発生する第１時間間隔で前記イオン発生素子にインパルス電圧を印加する通常運転と該通常運転よりも短い第２時間間隔で前記イオン発生素子にインパルス電圧を印加する増量運転とを切り換えて実行する手段を有する構成である。このような構成とすることにより、イオン発生素子の放電頻度（すなわちイオン発生量）を適宜切り換えることが可能となる。
【００２０】
なお、上記構成から成るイオン発生装置は、周囲環境に関する情報を得るセンサを有し、該センサの取得情報に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザ操作に依ることなく、周囲環境を常に最適な状態に保つことが可能となる。
【００２１】
また、上記構成から成るイオン発生装置は、外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部への所定操作に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザニーズに応じてイオン放出量を制御することが可能となる。
【００２２】
また、上記構成から成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。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で空気の物性を変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るイオン発生装置の一実施形態を示す概略構成図であり、本図（ａ）、（ｂ）は、それぞれイオン発生装置の平面図及び側面図を模式的に示している。
【００２４】
本図に示すように、本発明に係るイオン発生装置は、イオンを発生するイオン発生素子１０と、該イオン発生素子１０に対して所定の電圧印加を行う電圧印加回路２０と、を有して成る。
【００２５】
イオン発生素子１０は、誘電体１１（上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂ）と、放電部１２（放電電極１２ａ、誘導電極１２ｂ、放電電極接点１２ｃ、誘導電極接点１２ｄ、及び接続端子１２ｅ、１２ｆ）と、コーティング層１３と、を有して成り、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に電圧を印加することにより、放電電極１２ａの表面近傍（１２ａの鋭角部）でコロナ放電することで、放電側よりプラスイオンとマイナスイオンを発生させる。
【００２６】
誘電体１１は、略直方体状（例えば、縦１５［ｍｍ］×横３７［ｍｍ］×厚み０．９［ｍｍ］）の上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂを貼り合わせて成る。誘電体１１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１１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１１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。
【００２７】
また、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂ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１１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。
【００２８】
なお、誘電体１１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、本実施形態のように平板状（円板状及び直方体状を含む）とするのが好適である。
【００２９】
放電電極１２ａは、上部誘電体１１ａの表面に該上部誘電体１１ａと一体的に形成されている。電極の材料としては、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。
【００３０】
本図に示すように、本実施形態の放電電極１２ａは、略正方形状の格子部（例えば、縦７．０［ｍｍ］×横７．０［ｍｍ］、線幅０．５［ｍｍ］）を複数隣接させて成り、該格子部の内側に先端形状が鋭角度の三角形状の電界集中部を有する形状であるが、その形状はこれに限定されるものではなく、他形状（面状、格子状、線状など）としても構わない。ただし、電界集中を生じやすい形状にすれば、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に印加する電圧が低くても放電を生じさせることができるので、放電電極１２ａは、格子状や線状などの電界集中を生じやすい形状とすることが望ましい。
【００３１】
誘導電極１２ｂは、誘電体１１の内部（上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂとの間）に形成されている。なお、本実施形態の誘導電極１２ｂは、Ｕ字状（例えば、縦３．５［ｍｍ］×横２３．５［ｍｍ］、線幅１．０［ｍｍ］）に形成されており、放電電極１２ａの電界集中部と対向する位置に設けられている。電極の材料としては、放電電極１２ａと同様、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。
【００３２】
また、誘導電極１２ｂは、上部誘電体１１ａを挟んで、放電電極１２ａ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１２ａと誘導電極１２ｂ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、両電極間の絶縁抵抗を均一化して放電状態を安定させ、プラスイオンとマイナス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１１を円柱状とした場合には、放電電極１２ａを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極１２ｂ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。つまり誘導電極１２ｂの形状は、放電電極１２ａに電界集中させることができれば形状は問わない。
【００３３】
放電電極接点１２ｃは、放電電極１２ａと同一形成面上の接続部１２ｅと電気的に導通されている。従って、放電電極接点１２ｃにリード線（例えば、銅線やアルミ線）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば放電電極１２ａと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。
【００３４】
誘導電極接点１２ｄは、誘導電極１２ｂと同一形成面上の接続部１２ｆと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点１２ｄにリード線（例えば、銅線やアルミ線）の一端を接続し、該リード線の他端を電圧印加回路２０に接続すれば誘導電極１２ｂと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂをいずれも電圧印加回路２０に導通させた場合を例示したが、他の接続パターンとしては、放電電極１２ａを接地して誘導電極１２ｂのみを電圧印加回路２０に導通させるパターンや、誘導電極１２ｂを接地して放電電極１２ａのみを電圧印加回路２０に導通させるパターンが考えられる。
【００３６】
上記の放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄは、リード線との接続の容易性から、誘電体１１の表面であればいずれに設けてもよい。ただし、放電電極接点１２ｃは、放電電極１２ａと同電位になる接点であり、誘導電極接点１２ｄは、誘導電極１２ｂと同電位になる接点であるため、安定した放電状態を得るためには、誘導電極１２ｂと放電電極接点１２ｃの距離や、放電電極１２ａと誘導電極接点１２ｄの距離、並びに放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄの距離について、各々が前記電極間距離より遠くなる位置に設けることが望ましい。
【００３７】
さらに、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄは全て、誘電体１１の表面であって放電電極１２ａが設けられた面（以下、誘電体１１の上面と呼ぶ）以外の面に設けることが望ましい。このような構成であれば、誘電体１１の上面に不要なリード線などが配設されないので、ファン（不図示）からの空気流が乱れにくく、発生したイオンを効率よく室内に放出することが可能となるからである。
【００３８】
以上のことを考慮して、本実施形態のイオン発生装置１０では、放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄがいずれも、誘電体１１の上面に相対する面（以下、誘電体１１の下面と呼ぶ）に設けられている。
【００３９】
なお、本実施形態のイオン発生素子１０において、放電電極接点１２ｃと接続部１２ｅ、及び誘導電極接点１２ｄと接続部１２ｆはいずれも、放電電極１２ａと誘導電極１２ｂに挟まれた対向領域の外側に形成されている。このような構成とすることにより、放電開始時に生じる放電ムラを回避して、安定した放電状態を得ることができるので、放電開始直後から安定した量のイオンを放出することが可能となる。
【００４０】
次に、上記したイオン発生素子１０の製造方法について説明する。まず、高純度アルミナシート（例えば、厚さ０．４５［ｍｍ］）を所定の大きさ（例えば、幅１５［ｍｍ］×長さ３７［ｍｍ］）に切断して、２つの略同一の大きさを有するアルミナ基材を形成し、これらを上部誘電体１１ａ及び下部誘電体１１ｂとする。なお、アルミナシートの純度は９０［％］以上であればよいが、本実施形態では、純度９２［％］のアルミナシートを用いている。
【００４１】
次に、上部誘電体１１ａの上面にタングステンをスクリーン印刷することで、放電電極１２ａ及び接続部１２ｅを上部誘電体１１ａと一体的に形成する。また、下部誘電体１１ｂの上面にタングステンをスクリーン印刷することで、誘導電極１２ｂ及び接続部１２ｆを下部誘電体１１ｂと一体的に形成し、下部誘電体１１ｂの下面には、放電電極接点１２ｃ及び誘導電極接点１２ｄをスクリーン印刷で形成する。
【００４２】
さらに、上部誘電体１１ａの表面に、アルミナのコーティング層１３（例えば膜厚０．０２［ｍｍ］）を形成し、放電電極１２ａを絶縁コートする。そして、上部誘電体１１ａの下面と下部誘電体１１ｂの上面を重ね合わせた後、圧着・真空引きを行い、さらにこれを炉に入れて１４００〜１６００［℃］の非酸化性雰囲気で焼成する。このような製造方法により、本発明に係るイオン発生素子１０を容易に製造することが可能となる。
【００４３】
続いて、電圧印加回路２０の構成及び動作について詳細な説明を行う。電圧印加回路２０は、放電部１２でプラスイオン及びマイナスイオンを発生させるために、放電部１２を構成する放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間に、正、負の交流電圧（本実施形態では交流インパルス電圧）を印加する回路である。
【００４４】
まず、電圧印加回路２０の第１実施形態について詳細な説明を行う。図２は電圧印加回路２０の第１実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ａは、入力交流電源２０１と、スイッチングトランス２０２と、ダイオード２０３ａ〜２０３ｄと、抵抗２０４と、コンデンサ２０５と、半導体スイッチング素子２０６（シリコン制御整流素子ＳＣＲ［Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ］の一種であり、以下、サイダック［新電元工業の製品］２０６と呼ぶ）と、を有して成る。
【００４５】
入力交流電源２０１の一端は、ダイオード２０３ａのアノードとダイオード２０３ｃのカソードに各々接続されており、他端はダイオード２０３ｂのカソードとダイオード２０３ｄのアノードに各々接続されている。ダイオード２０３ａのカソードとダイオード２０３ｄのカソードは、抵抗２０４の一端に接続されている。抵抗２０４の他端は、トランス２０２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２０５の一端にそれぞれ接続されている。１次巻線Ｌ１の他端は、サイダック２０６のアノードに接続されている。サイダック２０６のカソードは、前記コンデンサ２０５の他端に接続され、更に、ダイオード２０３ｂのアノードとダイオード２０３ｃのアノードに各々接続されている。トランス２０２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００４６】
上記構成から成る電圧印加回路２０ａでは、入力交流電源２０１の電圧は、ダイオード２０３ａ〜２０３ｄから成るダイオードブリッジで全波整流された後、抵抗２０４の抵抗値と、コンデンサ２０５の容量の積である時定数により決定される時間でコンデンサ２０５に充電され、その両端電圧が所定閾値に達すると、サイダック２０６がオン状態となり、トランス２０２の一次側巻線Ｌ１に電流が流れることによりコンデンサ２０５に充電されたエネルギーが２次巻線Ｌ２に伝達され、放電部１２にパルス電圧が印加される。その直後、放電部１２とトランス２０２の２次側、エネルギーのやりとりを行うことで、図３の波形図のような正負の自由振動波形となると共に、一次側ではサイダック２０６はオフ状態となり、再びコンデンサ２０５の充電が開始される。図２の回路構成において、コンデンサ２０５とサイダック２０６の配置を入れ替えてもほぼ同様の動作を行うことができ、これを問わない。また、同様の動作を行う類似の回路もここに含まれる。
【００４７】
上記の充放電を繰り返すことにより、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図３に示す交流インパルス電圧が印加される。このとき、放電部１２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、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。これら両イオンが空気中に浮遊するカビ菌やウイルスなどの浮遊細菌の周囲を取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により前記浮遊細菌を不活性化することが可能となる。
【００４８】
このように、本実施形態の電圧発生回路２０ａは、図１２に示した従来構成と異なり、入力交流電源２０１の出力電圧を半波整流するのではなく、全波整流する構成としている。このような構成とすることにより、図３と図１３を対比して分かるように、交流インパルス電圧の印加回数を従来から倍増することができ（例えば、１２０［回／分］→２４０［回／分］）、それに伴って放電部１２で発生するイオン量を理論上２倍とすることができる。
【００４９】
実際、イオン発生素子１０に向けてファン（図示せず）から風を送り、約２５［ｃｍ］風下のイオンカウンタ（図示せず）に到達したプラスイオン及びマイナスイオンの量を各々計測した結果、従来ではプラスイオンとマイナスイオンが約３０［万個／ｃｃ］ずつ計測されたのに対し、本実施形態では両イオンが約５０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。すなわち、従来に比べて、印加電圧を増大させることなく、約１．７倍のイオン量を確保することができた。
【００５０】
次に、電圧印加回路２０の第２実施形態について詳細な説明を行う。図４は電圧印加回路２０の第２実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｂは、入力交流電源２１１と、スイッチングトランス２１２と、ダイオード２１３と、可変抵抗２１４と、可変容量コンデンサ２１５と、サイダック２１６と、を有して成る。
【００５１】
入力交流電源２１１の一端は、抵抗２１４を介して、ダイオード２１３のアノードに接続されている。ダイオード２１３のカソードは、トランス２１２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２１５の一端にそれぞれ接続されている。（抵抗２１４とダイオード２１３はその配置が逆であっても同様の動作となりこれを問わない。）１次巻線Ｌ１の他端は、サイダック２１６のアノードに接続されている。サイダック２１６のカソードは、コンデンサ２１５の他端と入力交流電源２１１の他端に接続されている。トランス２１２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００５２】
上記のように、本実施形態の電圧印加回路２０ｂは、コンデンサ２１５の容量を可変とし、容量を小さくすることで抵抗２１３の抵抗値とコンデンサ２１４の容量で決定される時定数を小さくし、サイダック２１６の充電を早め、両端電圧が早く規定のオン電圧に到達できるような回路構成であり、半電源周期におけるサイダック２１６のオン回数を増加することができる。なお、上記の時定数制御に際し、場合によっては抵抗２１３の抵抗値も併せて変化させることが必要となる。
【００５３】
このような構成とすることにより、図５と図１３を対比して分かるように、従来に比べて、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間に印加される交流インパルス電圧の印加回数を１．５倍程度まで増加させることができ（例えば、１２０［回／分］→１８０［回／分］）、イオン発生電極の仕様によっては、放電部１２で発生するイオン量を理論上、１．５倍程度まで増加させることが可能となる。なお、実質データでは、従来に比べて、印加電圧を増大させることなく、１．３〜１．４倍のイオン量を確保することができた。
【００５４】
次に、電圧印加回路２０の第３実施形態について詳細な説明を行う。図６は電圧印加回路２０の第３実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｃは、入力交流電源２２１と、スイッチングトランス２２２と、ダイオード２２３ａ〜２２３ｄと、可変抵抗２２４と、可変容量コンデンサ２２５と、サイダック２２６と、を有して成る。
【００５５】
本図から分かるように、本実施形態の電圧印加回路２０ｃは、上記した第１、第２実施形態の電圧印加回路２０ａ、２０ｂを組み合わせた構成であり、交流電源２２１の出力電圧を全波整流するとともに、コンデンサ２２５の容量（並びに必要であれば抵抗２２４の抵抗値）を可変としたことを特徴とする。このような構成とすることにより、先に述べた第１、第２実施形態双方の効果を得ることができるので、さらにイオン量を増加させることが可能となる。具体的には、図７と図１３を対比して分かるように、従来に比べて、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間に印加される交流インパルス電圧の印加回数を３倍程度まで増加させることができ（例えば、１２０［回／分］→３６０［回／分］）、イオン発生電極の仕様によっては、放電部１２で発生するイオン量を理論上、３倍程度まで増加させることが可能と考えられる。
【００５６】
次に、電圧印加回路２０の第４実施形態について詳細な説明を行う。図８は電圧印加回路２０の第４実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の電圧印加回路２０ｄ−１及び２０ｄ−２は、入力交流電源２３１と、スイッチングトランス２３２と、ダイオード２３３ａ〜２３３ｄと、抵抗２３４と、コンデンサ２３５と、サイダック２３６と、切換リレー２３７を有して成る。
【００５７】
入力交流電源２３１の一端は、ダイオード２３３ａのアノードとダイオード２３３ｃのカソードに各々接続されており、他端は切換リレー２３７の共通端子２３７ａに接続されている。ダイオード２３３ａのカソードとダイオード２３３ｄのカソードは、抵抗２３４の一端に接続されている。抵抗２３４の他端は、トランス２３２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２３５の一端にそれぞれ接続されている。１次巻線Ｌ１の他端はサイダック２３６のアノードに接続されている。サイダック２３６のカソードは、前記コンデンサ２３５の他端に接続し、切換リレー２３７の一選択端子２３７ｂと、ダイオード２３３ｂ、２３３ｃの各アノードに各々接続されている。ダイオード２３３ｂのカソードとダイオード２３３ｄのアノードは互いに接続されており、その接続ノードは切換リレー２３７の他選択端子２３７ｃに接続されている。トランス２０２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００５８】
通常運転時、切換リレー２３７では選択端子２３７ｂが選択される。このとき、交流電源２３１の出力電圧は、ダイオード２３３ａで半波整流された後、抵抗２３４の抵抗値と、コンデンサ２３５の容量の積である時定数により決まる時間でコンデンサ２３５に充電され、その両端電圧が所定閾値に達すると、サイダック２３６がオン状態となり、トランス２３２の一次側巻線Ｌ１に電流が流れることになり、コンデンサ２３５に充電されたエネルギーが２次巻線Ｌ２に伝達され、放電部１２にパルス電圧が印加される。その直後、サイダック２３６はオフ状態となり、再びコンデンサ２３５の充電が開始される。
【００５９】
上記の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図９（ａ）の交流インパルス電圧（例えば、印加回数：１２０［回／分］）が印加される。このとき、放電部１２の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、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）が略同数発生する。これらの両イオンが空気中の浮遊するカビ菌やウイルスの浮遊細菌の周囲を取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により前記浮遊細菌を不活性化することが可能となる。
【００６０】
また、ファン（図示せず）からイオン発生素子１０に向けて風を送り、約２５［ｃｍ］風下のイオンカウンタ（図示せず）に到達したプラスイオン及びマイナスイオンの量を各々計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約３０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。
【００６１】
一方、電圧印加回路２０ｄの増量運転時には、切換リレー２３７で選択端子２３７ｃが選択されるので、交流電源２３１の電圧は、ダイオード２３３ａ〜２３３ｄから成るダイオードブリッジで全波整流された後、抵抗２３４で電圧降下され、コンデンサ２３５に印加される。従って、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図９（ｂ）に示すように、通常運転時よりも高頻度（理論的には２倍の頻度）で交流インパルス電圧（例えば、印加回数：２４０［回／分］）が印加されることになる。
【００６２】
このとき、前述の条件でイオン量を計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約５０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。すなわち、通常運転時と比べて約１．７倍のイオン量が計測された。
【００６３】
なお、２０ｄ−２のように、切換リレー２３７に代えて、ダイオード２３３ｂのカソードとダイオード２３３ｄのアノードとの接続ノードを交流電源２３１の他端に接続するとともに、ダイオード２３３ｃまたはダイオード２３３ｄのアノードまたはカソードに開閉スイッチ２３８を直列接続し、該開閉スイッチ２３８を運転モードに応じて制御する構成としても、上記と同様の動作を実現することが可能である。
【００６４】
次に、電圧印加回路２０の第５実施形態について説明する。図１０は電圧印加回路２０の第５実施形態を示す回路図である。本図のように、本実施形態の電圧印加回路２０ｅは、交流電源２４１と、スイッチングトランス２４２と、ダイオード２４３と、抵抗２４４と、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂと、サイダック２４６と、開閉スイッチ２４７と、を有して成る。
【００６５】
入力交流電源２４１の一端は、抵抗２４４を介して、ダイオード２４３のアノードに接続されている。ダイオード２４３のカソードは、トランス２４２の１次巻線Ｌ１の一端とコンデンサ２４５ａ、２４５ｂの各一端に各々接続されている。１次巻線Ｌ１の他端は、サイダック２４６のアノードに接続されている。サイダック２４６のカソードは、交流電源２４１の他端に接続されている。コンデンサ２４５ｂの他端は、開閉スイッチ２４７を介して、コンデンサ２４５ａの他端に接続されるとともに、サイダック２４６のカソード及び入力交流電源２４１の他端に接続されている。トランス２４２の２次巻線Ｌ２の一端は、放電部１２の放電電極接点１２ｃに接続されており、他端は放電部１２の誘導電極接点１２ｄに接続されている。
【００６６】
通常運転時、開閉スイッチ２４７は閉結される。このとき、交流電源２４１の出力電圧は、ダイオード２４３で半波整流された後、抵抗２４４の抵抗値とコンデンサ２４５ａ、２４５ｂの容量の積である時定数により決まる時間で、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂに充電され、この両端電圧が所定閾値に達すると、サイダック２４６がオン状態となり、トランス２４２の一次巻線Ｌ１に電流が流れることにより、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂの充電されたエネルギーが２次巻線Ｌ２に伝達され、放電部１２に高圧パルス電圧が印加される。その直後、サイダック２４６はオフ状態となり、再びコンデンサ２４５ａ、２４５ｂの充電が開始される。
【００６７】
上記の充放電を繰り返すことによって、放電部１２を構成する放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図１１（ａ）に示した交流インパルス電圧（例えば、印加回数：１２０［回／分］）が印加される。このとき、放電部１２の表面近傍でコロナ放電が生じて周辺の空気がイオン化され、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。これらの両イオンが空気中に浮遊するカビ菌やウイルスなどの浮遊細菌の周囲を取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により、前記浮遊細菌を不活性化することが可能となる。
【００６８】
また、ファン（図示せず）からイオン発生素子１０に向けて風を送り、約２５［ｃｍ］風下のイオンカウンタ（図示せず）に到達したプラスイオン及びマイナスイオンの量を各々計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約３０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。
【００６９】
一方、電圧印加回路２０ｅの増量運転時には、開閉スイッチ２４７が開放されるので、ＲＣ回路の時定数が小さくなり、半電源周期におけるサイダック２４６のオン回数が増加する。従って、放電電極接点１２ｃと誘導電極接点１２ｄとの間には、図１１（ｂ）に示すように、通常運転時よりも１．５倍程度の高頻度で交流インパルス電圧（例えば、印加回数：１８０［回／分］）が印加されることになる。
【００７０】
このとき、前述の条件でイオン量を計測した結果、イオンカウンタでは、プラスイオンとマイナスイオンが約４０［万個／ｃｃ］ずつ計測された。すなわち、通常運転時と比べて１．３〜１．４倍のイオン量が計測された。
【００７１】
なお、コンデンサ２４５ａ、２４５ｂと開閉スイッチ２４７に代えて、可変容量を用い、その容量値を動作モードに応じて制御する構成としても、上記と同様の動作を実現することが可能である。また、上記したＲＣ回路の時定数切換制御を行うに際して、必要であれば抵抗２４４の抵抗値を可変制御することが可能な構成としておいてもよい。
【００７２】
また、上記した第４、第５実施形態のイオン発生装置を組み合わせれば、両構成の効果を得ることができるので、さらにイオン量を増加させることが可能となる。具体的には、上記の増量運転を行うことで、通常運転時に比べて３倍程度までイオン量増大を実現することが可能と考えられる。
【００７３】
上記で説明した通り、第４、第５実施形態の電圧印加回路２０ｄ、２０ｅは、所定量のイオンが発生するようにイオン発生素子１０への電圧印加を行う通常運転と、該通常運転よりもイオン発生素子１０での放電頻度を高めて前記所定量より多量のイオンが発生するようにイオン発生素子１０への電圧印加を行う増量運転と、を切り換えて実行する手段を有することを特徴としている。このような構成とすることにより、イオン発生素子１０の放電量（すなわちイオン放出量）を適宜切り換えることが可能となる。なお、第４、第５実施形態における運転モード切換制御については、次の制御例が考えられる。
【００７４】
例えば、本発明に係るイオン発生装置は、周囲環境に関する情報（プラスイオン量やマイナスイオン量、臭い成分量、浮遊細菌量、二酸化炭素濃度、温度、湿度等）を得るセンサを有し、該センサの取得情報に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザ操作に依ることなく、周囲環境を常に最適な状態に保つことが可能となる。
【００７５】
また、本発明に係るイオン発生装置は、外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部への所定操作に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換える構成にするとよい。このような構成とすることにより、ユーザニーズに応じてイオン放出量を制御することが可能となる。例えば、室内のイオンバランスを素早く整えたい場合には増量運転に切り換えればよいし、できる限り静寂に室内のイオンバランスを整えたい場合には、増量運転に比べて放電音の小さい通常運転に切り換えればよい。
【００７６】
なお、上記各実施形態では、放電部に交流電圧を印加してプラスイオンとマイナスイオンを発生させ、空気中の浮遊細菌等を不活性化することが可能なイオン発生装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、放電部に負電圧を印加してマイナスイオンのみを発生させ、室内のリラクゼーション効果を高めることが可能なイオン発生装置にも当然に適用することができる。
【００７７】
また、上記各実施形態のイオン発生装置は、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。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で空気の物性を変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
上記したように、本発明に係るイオン発生装置、及びこれを備えた電気機器であれば、オゾンの発生量増加を抑えつつ、効率的にイオン放出量を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】電圧印加回路２０の第１実施形態を示す回路図である。
【図３】第１実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図４】電圧印加回路２０の第２実施形態を示す回路図である。
【図５】第２実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図６】電圧印加回路２０の第３実施形態を示す回路図である。
【図７】第３実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図８】電圧印加回路２０の第４実施形態を示す回路図である。
【図９】第４実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図１０】電圧印加回路２０の第５実施形態を示す回路図である。
【図１１】第５実施形態における放電部への印加電圧波形を示す図である。
【図１２】イオン発生装置の一従来例を示す回路図である。
【図１３】放電部への印加電圧波形の一従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０ イオン発生素子
１１ 誘電体
１１ａ 上部誘電体
１１ｂ 下部誘電体
１２ 第１、第２放電部
１２ａ 放電電極
１２ｂ 誘導電極
１２ｃ 放電電極接点
１２ｄ 誘導電極接点
１２ｅ、１２ｆ 接続部
１３ コーティング層
２０（２０ａ〜ｅ） 電圧印加回路
２０１、２１１、２２１、２３１、２４１ 入力交流電源
２０２、２１２、２２２、２３２、２４２ スイッチングトランス
Ｌ１ １次巻線
Ｌ２ ２次巻線
２０３ａ〜ｄ、２１３、２２３ａ〜ｄ、２３３ａ〜ｄ、２４３ ダイオード
２０４、２１４、２２４、２３４、２４４ 抵抗
２０５、２１５、２２５、２３５、２４５ａ〜ｂ コンデンサ
２０６、２１６、２２６、２３６、２４６ 半導体スイッチング素子
２３７ 切換リレー
２３７ａ 共通端子
２３７ｂ〜ｃ 選択端子
２３８、２４７ 開閉スイッチ
Claims (14)
- 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、
前記高圧インパルス電圧発生回路の入力電圧を全波整流することを特徴とするイオン発生装置。 - 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、
前記コンデンサの容量を可変としたことを特徴とするイオン発生装置。 - 前記時定数回路の抵抗の値を可変としたことを特徴とする請求項２に記載のイオン発生装置。
- 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、
前記高圧インパルス電圧発生回路の入力電圧を全波整流するとともに、前記コンデンサの容量を可変としたことを特徴とするイオン発生装置。 - 前記高圧インパルス電圧発生回路の入力電圧を全波整流するとともに、前記時定数回路の抵抗の値を可変としたことを特徴とする請求項４に記載のイオン発生装置。
- 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、
前記高圧インパルス電圧発生回路を構成するダイオードブリッジに直列にスイッチング手段を設けたことを特徴とするイオン発生装置。 - 前記高圧インパルス電圧発生回路を構成するダイオードブリッジ内の一つのダイオードに直列にスイッチング手段を設けたことを特徴とする請求項６に記載のイオン発生装置。
- 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、
前記コンデンサと並列にコンデンサを設け、該コンデンサにスイッチング手段を設けたことを特徴とするイオン発生装置。 - 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、前記整流回路が半波整流のときのイオン発生量に対し、全波整流することでイオン発生量を増量させることを特徴とするイオン発生装置。
- 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、
前記時定数回路が所定の定数のときのイオン発生量に対し、所定の定数より小さい値に切り換えることでイオン発生量を増量させることを特徴とするイオン発生装置。 - 誘電体を挟んで２つの電極を対向させて成るイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続されたスイッチングトランスと入力交流電圧を整流する整流回路とこれに接続されるコンデンサと抵抗による時定数回路と、該時定数回路の充電電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする半導体式スイッチング素子を有して成る高圧インパルス電圧発生回路で、前記スイッチングトランスを該スイッチング素子で駆動することで、前記イオン発生素子に高圧インパルス電圧を印加するイオン発生装置において、
所定量のイオンが発生する第１時間間隔で前記イオン発生素子にインパルス電圧を印加する通常運転と、該通常運転よりも短い第２時間間隔で前記イオン発生素子にインパルス電圧を印加する増量運転と、を切り換えることを特徴とするイオン発生装置。 - 周囲環境に関する情報を得るセンサを有し、該センサの取得情報に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換えることを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれかに記載のイオン発生装置。
- 外部操作を受け付ける入力部を有し、該入力部への所定操作に応じて、前記通常運転と前記増量運転を切り換えることを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれかに記載のイオン発生装置。
- 請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のイオン発生装置を備えて成ることを特徴とする電気機器。
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