JP2006059711A - イオン発生装置及びこれを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、イオンコントロールモード選択時において、イオン量比率を随時所望値に維持するとともに、リレーの信頼性向上や装置の静音化を図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、第１、第２放電部１２、１３を備えたイオン発生素子と、該イオン発生素子に接続された電圧印加回路２０と、を有して成り、電圧印加回路２０は、交流インパルス電圧（ｃ）またはその正バイアス電圧（ｄ、ｅ）のいずれか一方を選択して第１放電部１２に印加する第１電圧印加手段（リレー２０３やダイオード２０９など）と、交流インパルス電圧（ｃ）の負バイアス電圧（ｆ、ｇ）を第２放電部１３に印加する第２電圧印加手段（ダイオード２０８など）と、を有する構成とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラスイオンとマイナスイオンを空間に放出することで、空気中に浮遊する細菌やカビ菌、有害物質などを不活性化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、主に閉空間（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。

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。

また、従来より、本発明者らが鋭意研究を進めた結果、プラスイオンとマイナスイオンの双方を同時に発生させ、空気中に放出することで、空気中の浮遊カビ菌等を不活性化し得ることが見出されている。すなわち、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、両イオンが空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際に生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により、前記浮遊カビ菌等を不活化することができるのである。

なお、上記のように、プラスイオンとマイナスイオンを略同等量発生させることが可能なイオン発生装置については、既に本願出願人によって開示・提案が為されている（例えば、特許文献１、２を参照）。また、当該発明については、本願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。

しかしながら、プラスイオンには人間にストレスを与える性質がある。このため、プラスイオンとマイナスイオンを同時に発生させると、マイナスイオンの持つリラクゼーション効果が減殺されてしまう。そこで、使用目的に応じた効果を得るべく、プラスイオンとマイナスイオンの双方を発生させることが可能なイオン発生装置については、その動作モードとして、クリーンモードとイオンコントロールモードを備えたものが存在する。

なお、上記のクリーンモードとは、先述したように、プラスイオンとマイナスイオンを略同等量発生させ、浮遊カビ菌等を不活性化させる第１の動作モードである。一方、上記のイオンコントロールモードとは、プラスイオンに比較してマイナスイオンを多く発生させ、室内環境を自然界のイオンバランスに調整する第２の動作モードである。すなわち、浮遊カビ菌等の不活性化効果を得たいときはクリーンモードを選択し、リラクゼーション効果を得たいときは、イオンコントロールモードを選択すればよい。

また、その他のイオン発生装置に関して、過去の公報による実例を調査した結果は、以下の通りである。

特許文献３では、放電線や鋭角部を持った放電板に交流高電圧を印加し、マイナスイオンを発生させたり、マイナスイオンとプラスイオンを発生させるイオン発生器が述べられている。ただし、発生手法や手段については、交流高電圧ユニットとの記載しかない。利用分野は空気調和器であり、効果として人に対する快適性、リラックス性を挙げている。

特許文献４では、絶縁体をはさみ、放電電極、誘電電極で一対となる電極を構成し、その両端に高圧高周波電圧を印加する高圧電源を具備している。高圧電源は、電極両端にダイオードが配置され、その向きにより負電位の電源または正電位の電源を選択することが記載されているが、その切換機能については記載がない。なお、本技術の利用分野としては、オゾン発生装置や帯電装置、イオン発生装置等のコロナ放電機器と記載されており、また、本技術の効果としては、イオンの発生が挙げられている。

特許文献５では、針状の放電極と導電性の接地グリッドまたは接地リングを一対とした電極を、清浄空気の流れを横切る方向に２次元的な広がりで多数配置され、ある放電極にはマイナスにバイアスされた交流正弦波の高電圧が印加され、ある放電極にはプラスにバイアスされた交流正弦波の高電圧が印加され、プラスイオンを出す複数の放電極とマイナスイオンを出す複数組の放電極を構成している。バイアス電圧を調整するコントロール手段を持ち、プラスイオン、マイナスイオンの量を調整している。利用分野としてはクリーンルームの除電設備が挙げられており、効果としてその除電効果を謳っている。

特許文献６では、正極放電、負極放電させる電源で印加電圧が可変と記載されている。電極はイオン化線と集塵板であり、ホコリに帯電させて集塵板に集塵する構成である。利用分野は空調機器の電気集塵装置で、その内部を放電時に発生するオゾンによって殺菌することが明記されている。
特開２００２−３１９４７２号公報 特開２００３−４７６５１号公報 特開平４−９０４２８号公報 特開平８−２１７４１２号公報 特開平３−２３０４９９号公報 特開平９−６１０号公報

確かに、クリーンモードとイオンコントロールモードを具備したイオン発生装置であれば、ユーザの使用目的に応じて、浮遊カビ菌等の不活性化効果を優先するか、或いは、リラクゼーション効果を優先するかを適宜選択することが可能である。

しかしながら、従来のイオン発生装置は、図３に示す通り、イオンを発生する単一の放電部Ａと、放電部Ａを負にバイアスするか否かを切り換えるリレーＢと、を有して成り、リレーオフのときには、放電部Ａに交番電圧のインパルス波形が印加されて、プラスイオンとマイナスイオンが所定周期で略同等量ずつ同時発生される一方、リレーオンのときには、上記交番電圧を負にバイアスした波形が印加されて、マイナスイオンのみが所定周期で発生される構成とされていた。そして、従来のイオン発生装置は、クリーンモード選択時には、本図（ａ）に示すように、リレーＢを常時オフとすることで、放電部Ａでプラスイオンとマイナスイオンを略同等量発生させる一方、イオンコントロールモード選択時には、本図（ｂ）に示すように、リレーＢをオン／オフ間欠運転させることで、プラスイオンに比較してマイナスイオンを多く発生させる構成とされていた。

例えば、リレーオフ時におけるプラスイオン発生量及びマイナスイオン発生量が各々約３０［万個／ｃｃ］ずつであって、リレーオン時におけるマイナスイオン発生量が約８０［万個／ｃｃ］であるイオン発生装置では、１６［分］リレーオン、４［分］リレーオフとする１セット２０［分］のオン／オフ間欠運転を繰り返すことにより、１セットトータルとして、イオン量比率（プラスイオン発生量に対するマイナスイオン発生量の比率）をプラスイオン発生量：マイナスイオン発生量＝約１２０［万個／ｃｃ］：約１４００［万個／ｃｃ］とし、略自然界に近い調整をしていた。

そのため、従来のイオン発生装置では、１セットトータルのイオン量比率を所望値に調整することが可能であるに過ぎず、随時のイオン量比率は、ある時点ではプラスイオン、マイナスイオン略同等量となり、またある時点ではマイナスイオンのみとなっており、本来の狙い通りにはなっていなかった。

また、従来のイオン発生装置において、動作モードの切換制御に使用されるリレーＢには、そのオン／オフ切換寿命回数に限界があり、長期に亘ってリレーの信頼性を確保するためには、そのオン／オフ切換回数を減らすべく、上記したオン／オフ間欠運転の１セット時間をできる限り長く設定しなければならず、上記課題が一層顕著となっていた。

さらに、従来のイオン発生装置では、イオンコントロールモード選択時において、リレーＢをオン／オフ制御しなければならないため、当該制御に際して発生するリレーＢの切換音がユーザにとって耳障りなものとなり、静粛な環境下での使用時には支障を来すおそれもあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、イオンコントロールモード選択時において、イオン量比率を随時所望値に維持するとともに、リレーの信頼性向上や装置の静音化を図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。

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、第１、第２放電部を備えたイオン発生素子と、前記イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有して成るイオン発生装置であって、前記電圧印加回路は、交流インパルス電圧または前記交流インパルス電圧を正にバイアスした電圧のいずれか一方を選択して第１放電部に印加する第１電圧印加手段と、前記交流インパルス電圧を負にバイアスした電圧を第２放電部に印加する第２電圧印加手段と、を有して成る構成としている。このような構成とすることにより、イオンコントロールモード選択時において、リレーのオン／オフ間欠運転を要することなく、イオン量比率を自然界のイオンバランスに調整することができる。従って、イオンコントロールモード選択時において、イオン量比率を随時所望値に維持するとともに、リレーの信頼性向上や装置の静音化を図ることが可能となる。

なお、本発明に係るイオン発生装置は、第１、第２放電部を備えたイオン発生素子と、前記イオン発生素子に接続された電圧印加回路とを有して成るイオン発生装置であって、前記電圧印加回路は、第１放電部に交流インパルス電圧を印加し、第２放電部に前記交流インパルス電圧を負にバイアスした電圧を印加した運転を行う構成としてもよい。このような構成であれば、上記同様、リレーのオン／オフ間欠運転を要することなく、イオン量比率を自然界のイオンバランスに調整することができる。従って、イオン量比率を随時所望値に維持するとともに、リレーの信頼性向上や装置の静音化を図ることが可能となる。

また、本発明に係る電気機器は、上記構成から成るイオン発生装置と、該イオン発生装置で発生したプラスイオン及びマイナスイオンを空気中に送出する送出手段と、を備えて成る構成としている。このような構成とすることにより、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中のイオン量やイオンバランスを変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。

また、上記構成から成る電気機器は、プラスイオンとしてＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mを発生し、マイナスイオンとしてＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数であり、Ｈ₂Ｏ分子が複数個付いていることを意味する）を発生する構成である。このように、空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n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水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により、前記浮遊細菌を不活化することが可能となる。

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、イオンコントロールモード選択時において、イオン量比率を随時所望値に維持するとともに、リレーの信頼性向上や装置の静音化を図ることが可能となる。

以下では、まず、本発明に係るイオン発生装置の構造について、図１を参照しながら、詳細に説明する。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、それぞれ本発明に係るイオン発生装置の上面平面図及び正面断面図を模式的に示している。

本図に示す通り、本実施形態のイオン発生装置は、イオンを発生する放電部を複数（本実施形態では、第１、第２放電部１２、１３の２つ）備えたイオン発生素子１０と、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。

なお、イオン発生素子１０の形態としては、針状電極を用いた構成を採用しても構わないが、本図では、誘電体１１の表面に設けられた放電電極と、誘電体１１の内部に埋没された誘導電極とで一対の電極を成す構成を例に挙げて説明を行うことにする。

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、第１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、接続端子部１２ｅ、１２ｆ、及び接続経路１２ｇ、１２ｈ）と、第２放電部１３（放電電極１３ａ、誘導電極１３ｂ、放電電極接点１３ｃ、誘導電極接点１３ｄ、接続端子部１３ｅ、１３ｆ、及び接続経路１３ｇ、１３ｈ）と、コーティング層１４と、を有して成り、第１の放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間、及び、第２の放電電極１３ａと誘導電極１３ｂとの間に後述の電圧印加を行い、放電電極１２ａ、１３ａ近傍において放電を行うことにより、それぞれプラスイオン、マイナスイオンを発生させる。

すなわち、本実施形態のイオン発生装置は、単一の放電部でプラスイオンとマイナスイオンを所定周期で同時発生させる方式ではなく、複数の放電部でプラスイオンとマイナスイオンを個別に発生させ、各々を独立して室内に放出する方式（以下、イオン独立放出方式と呼ぶ）を採用した構成とされている。このような構成とすることにより、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１０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有効的に空間に放出することが可能となる。

誘電体１１は、略直方体状の上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂを貼り合わせて成る（例えば、縦１５［ｍｍ］×横３７［ｍｍ］×厚み０．４５［ｍｍ］）。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。

また、放電電極１２ａ、１３ａと誘導電極１２ｂ、１３ｂ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。

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。

放電電極１２ａ、１３ａ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。放電電極１２ａ、１３ａ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。

なお、第１の放電電極１２ａは、電界集中させて放電を起こす第１放電部位１２ｊと、この周囲もしくは一部を取り囲む第１導電部位１２ｋと、前述の接続端子部１２ｅと、に分類されるが、これらは全て同一パターン上にあり、印加される電圧は等しくなる。第２の放電電極１３ａも同様に、第２放電部位１３ｊ、第２導電部位１３ｋ、及び、接続端子部１３ｅを有して成る。

すなわち、本実施形態のイオン発生素子１０では、放電を起こす第１、第２放電部位１２ｊ、１３ｊに対し、その周囲もしくは一部を取り囲むように、各々と同電圧の第１、第２導電部位１２ｋ、１３ｋが配置されている。このような構成とすることにより、第１放電部位１２ｊから発生したプラスイオンは、逆極性でマイナス電位の第２放電部位１３ｊに達する前に、プラス電位の第１導電部位１２ｋによって反発されることになる。第２放電部位１３ｋについても同様である。従って、発生したプラスイオンとマイナスイオンが互いに中和して消滅することを抑えることが可能となる。

誘導電極１２ｂ、１３ｂは、上部誘電体１１ａを挟んで、放電電極１２ａ、１３ａ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、１３ａと誘導電極１２ｂ、１３ｂ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、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、１３ａを円柱の外周表面に設けるとともに、誘導電極１２ｂ、１３ｂ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１２ｂ、１３ｂの材料としては、放電電極１２ａ、１３ａ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。

放電電極接点１２ｃ、１３ｃは、放電電極１２ａ、１３ａと同一形成面（すなわち上部誘電体１１ａの表面）に設けられた接続端子部１２ｅ、１３ｅ、及び、上部誘電体１１ａと下部誘電体１１ｂを貫通する接続経路１２ｇ、１３ｇを介して、放電電極１２ａ、１３ａと電気的に導通されている。従って、放電電極接点１２ｃ、１３ｃ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電圧印加回路２０に接続すれば、放電電極１２ａ、１３ａと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。

誘導電極接点１２ｄ、１３ｄは、誘導電極１２ｂ、１３ｂと同一形成面（すなわち下部誘電体１１ｂの表面）に設けられた接続端子部１２ｆ、１３ｆ、及び、下部誘電体１１ｂを貫通する接続経路１２ｈ、１３ｈを介して、誘導電極１２ｂ、１３ｂと電気的に導通されている。従って、誘導電極接点１２ｄ、１３ｄ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電圧印加回路２０に接続すれば、誘導電極１２ｂ、１３ｂと電圧印加回路２０を電気的に導通させることができる。

なお、放電電極接点１２ｃ、１３ｃ及び誘導電極接点１２ｄ、１３ｄは全て、誘電体１１の表面であって放電電極１２ａ、１３ａ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。このような構成とすることにより、誘電体１１の上面に不要なリード線等が配設されないので、発生したイオンを空気中に送出する手段として設けられたファン（不図示）からイオン発生素子１０に向けて送られる空気流が乱れにくく、イオン独立放出方式の効果を最大限に発揮させることが可能となるからである。

以上のことを考慮して、本実施形態のイオン発生素子１０では、放電電極接点１２ｃ、１３ｃ及び誘導電極接点１２ｄ、１３ｄが全て、誘電体１１の上面に対する裏面（以下、誘電体１１の下面と呼ぶ）に設けられている。

なお、本実施形態のイオン発生素子１０において、第１の放電電極１２ａ、第２の放電電極１３ａ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されているが、電界集中ができれば、本図記載の電極以外のパターンを用いてもよい。

また、第１、第２放電部１２、１３の配列については、その配列方向がファンからの空気流に対して直交するように、言い換えれば、一方の放電部上を通過した空気流が他方の放電部上を通過しない構成にするとよい。このような構成とすることにより、イオン独立放出方式の効果を活かし、両放電部１２、１３で発生したイオンの中和を抑えて効率的でバランスの良いイオン放出を行うことが可能となる。

続いて、電圧印加回路２０の構成及び動作について、図２を参照しながら、詳細に説明する。図２は、電圧印加回路２０の一実施形態を示す回路図（ａ）、（ｂ）と、その動作電圧波形（ｃ）〜（ｇ）である。本図（ａ）、（ｂ）に示す通り、本実施形態の電圧印加回路２０は、入力電源２０１と、スイッチングトランス２０２と、切換リレー（１メークリレー）２０３と、抵抗２０４、２０５と、ダイオード２０６〜２０９と、コンデンサ２１１と、トランス駆動用スイッチング素子（無ゲート２端子サイリスタ；サイダック［新電元工業の製品］）２１２と、を有して成る。

入力電源２０１の一出力端は、抵抗２０４を介して、整流用ダイオード２０６のアノードに接続されている。ダイオード２０６のカソードは、トランス２０２の１次側を構成する第１コイル２０２ａの一端と、コンデンサ２１１の一端にそれぞれ接続されている。第１コイル２０２ａの他端は、ダイオード２０７のカソードと、サイダック２１２の一端に接続されている。コンデンサ２１１の他端、ダイオード２０７のアノード、及び、サイダック２１２の他端は、いずれも、接地又は入力電源２０１の他出力端に接続されている。

トランス２０２の２次側を構成する第２コイル２０２ｂの一端は、第１放電部１２の放電電極１２ａとダイオード２０９のカソードにそれぞれ接続されており、第２コイル２０２ｂの他端は、第１放電部１２の誘導電極１２ｂに接続されている。ダイオード２０９のアノードは、切換リレー２０３の選択端子（ノーマルオープン端子）２０３ａに接続されている。トランス２０２の２次側を構成する第３コイル２０２ｃの一端は、第２放電部１３の放電電極１３ａとダイオード２０８のアノードにそれぞれ接続されており、第３コイル２０２ｃの他端は、第２放電部１３の誘導電極１３ｂに接続されている。切換リレー２０３の共通端子２０３ｂとダイオード２０８のカソードは、いずれも、抵抗２０５を介して、接地もしくは入力電源２０１の他出力端に接続されている。

なお、入力電源２０１が交流商用電源である場合、日本国内では、その他出力端が接地されているため、接地端子がない電気機器でも、入力電源２０１の他出力端につなげば、接地と同等の効果を得ることができる。また、抵抗２０５は、保護用であり、これがなくても（短絡していても）動作に支障はない。

上記構成から成る電圧印加回路２０において、入力電源２０１から電力供給されると、コンデンサ２１１には、入力抵抗２０４及び整流ダイオード２０６を介して電荷が充電される。コンデンサ２１１の両端電圧が所定値以上になると、トランス駆動用スイッチング素子２１２がオンして、トランス２０２の第１コイル２０２ａに電圧が印加される。その直後、コンデンサ２１１に充電されていた電荷は、第１コイル２０２ａとトランス駆動用スイッチング素子２１２を通じて放電され、コンデンサ２１１の電圧はゼロに戻る。その後は、再びコンデンサ２１１の充電が開始され、所定の周期で充放電が繰り返される。１次側駆動回路のトランス駆動用スイッチング素子２１２がオンすることにより、１次側のエネルギーがトランス２０２の第２、第３コイル２０２ｂ、２０２ｃに伝達され、２次側にはインパルス状電圧が発生する。

なお、上記の説明では、トランス駆動用スイッチング素子２１２として、無ゲート２端子サイリスタ（サイダック［新電元工業の製品］）を採用した場合を例示したが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、上記と若干異なる回路を用いれば、一般的なサイリスタ（ＳＣＲ）を採用することも可能である。また、入力電源２０１を直流電源とした場合であっても、上記と同様の動作が得られる回路とすれば、これを問わない。すなわち、電圧印加回路２０の１次側駆動回路は、上記と同様の動作が得られる回路であれば、いかなる回路構成であっても構わない。

ここで、本実施形態のイオン発生装置は、プラスイオンとマイナスイオンを略同等量発生させる第１の動作モード（クリーンモード）と、プラスイオンに比較してマイナスイオンを多く発生させる第２の動作モード（イオンコントロールモード）と、を備えており、ユーザ操作や室内環境に応じて、適宜その動作モードを切り換えることが可能な構成とされている。そこで、上記構成から成る電圧印加回路２０の動作電圧波形については、イオン発生装置のクリーンモード時とイオンコントロールモード時に場合を分けて、各々詳細な説明を行うことにする。

まず、クリーンモード時における電圧印加回路２０の動作電圧波形について説明する。図２（ａ）に示すように、当該動作モードが選択されている場合には、切換リレー２０３が常時閉結状態（リレーオン状態）とされ、第１放電部１２は、ダイオード２０９を介して正にバイアスされることになる。その結果、接地端（本実施形態の場合、ダイオード２０９のアノードが接続される入力電源２０１の他出力端）を基準として見た第１の放電電極１２ａ及び誘導電極１２ｂの電圧波形は、図２（ｄ）、（ｅ）に示す通り、後述の交流インパルス電圧（図２（ｃ）を参照）を正にバイアスした電圧波形となり、その電位はいずれもプラスとなる。従って、第１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、プラスイオンのみが発生する。

一方、第２放電部１３については、切換リレー２０３の開閉状態に依ることなく、常にダイオード２０８を介して負にバイアスされている。そのため、接地端（本実施形態の場合、ダイオード２０８のカソードが接続される入力電源２０１の他出力端）を基準として見た第２の放電電極１３ａ及び誘導電極１３ｂの電圧波形は、図２（ｆ）、（ｇ）に示す通り、後述の交流インパルス電圧（図２（ｃ）を参照）を負にバイアスした電圧波形となり、その電位はいずれもマイナスとなる。従って、第２放電部１３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、マイナスイオンのみが発生する。

このように、イオン発生装置がクリーンモードとされている場合、第１、第２放電部１２、１３近傍では、各々プラスイオンとマイナスイオンが所定周期で略同等量ずつ（例えば約９０［万個／ｃｃ］ずつ）同時発生される。

より具体的に述べると、本実施形態のイオン発生装置は、上記のプラスイオンとして、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mを発生し、マイナスイオンとして、Ｏ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｍ、ｎは自然数であり、Ｈ₂Ｏ分子が複数個付いていることを意味する）を発生する構成である。このように、空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nを略同等量発生させることにより、双方のイオンを空気中の浮遊カビ菌等に付着させ、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化することが可能となる。

上記記載について詳細に述べる。第１、第２の放電部１２、１３を構成する電極間に交流電圧を印加することにより、空気中の酸素ないしは水分が電離によりエネルギーを受けてイオン化し、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）とＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）を主体としたイオンを生成し、これらをファン等により空間に放出させる。これらＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nは、浮遊菌の表面に付着し、化学反応して活性種であるＨ₂Ｏ₂または（・ＯＨ）を生成する。Ｈ₂Ｏ₂または（・ＯＨ）は、極めて強力な活性を示すため、これらにより、空気中の浮遊細菌を取り囲んで不活化することができる。ここで、（・ＯＨ）は活性種の１種であり、ラジカルのＯＨを示している。

正負のイオンは浮遊細菌の細胞表面で式（１）〜式（３）に示すように化学反応して、活性種である過酸化水素Ｈ₂Ｏ₂または水酸基ラジカル（・ＯＨ）を生成する。ここで、式（１）〜式（３）において、ｍ、ｍ'、ｎ、ｎ'は任意の自然数である。これにより、活性種の分解作用によって浮遊細菌が破壊される。従って、効率的に空気中の浮遊細菌を不活化、除去することができる。

H⁺(H₂O)_m＋O₂ ^-(H₂O)_n→・OH＋1/2O₂＋(m+n)H₂O … (1)
H⁺(H₂O)_m＋H⁺(H₂O)_m'＋O₂ ^-(H₂O)_n＋O₂ ^-(H₂O)_n'→2・OH＋O₂＋(m+m'+n+n')H₂O … (2)
H⁺(H₂O)_m＋H⁺(H₂O)_m'＋O₂ ^-(H₂O)_n＋O₂ ^-(H₂O)_n'→H₂O₂＋O₂＋(m+m'+n+n')H₂O … (3)
以上のメカニズムにより、上記正負イオンの放出により、浮遊菌等の不活化効果を得ることができる。

また、上記式（１）〜式（３）は、空気中の有害物質表面でも同様の作用を生じさせることができるため、活性種である過酸化水素Ｈ₂Ｏ₂または水酸基ラジカル（・ＯＨ）が有害物質を酸化若しくは分解して、ホルムアルデヒドやアンモニアなどの化学物質を、二酸化炭素や水、窒素などの無害な物質に変換することにより、実質的に無害化することも可能である。

従って、送風ファンを駆動し、イオン発生素子１０によって発生させたプラスイオンとマイナスイオンを本体外に送り出すことで、空気中の浮遊カビ菌等を不活化し、その増殖を抑制することができる。

その他の効果として、プラスイオンとマイナスイオンには、コクサッキーウィルス、ポリオウィルス、などのウィルス類も不活化する働きがあり、これらウィルスの混入による汚染を防止することもできる。

また、プラスイオンとマイナスイオンには、臭いの元となる分子を分解する働きがあることも確かめられており、空間の脱臭にも利用できる。

次に、イオンコントロールモード時における電圧印加回路２０の動作電圧波形について説明する。図２（ｂ）に示すように、当該動作モードが選択されている場合には、切換リレー２０３が常時開放状態（リレーオフ状態）とされる。その結果、第２コイル２０２ｂの両端には、図５（ｃ）のような交番電圧のインパルス波形が印加される。従って、第１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、プラスイオンとマイナスイオンの双方が所定周期で略同等量ずつ同時発生する。

一方、第２放電部１３については、切換リレー２０３の開閉状態に依ることなく、常にダイオード２０８を介して負にバイアスされている。そのため、接地端（本実施形態の場合、ダイオード２０８のカソードが接続される入力電源２０１の他出力端）を基準として見た第２の放電電極１３ａ及び誘導電極１３ｂの電圧波形は、図２（ｆ）、（ｇ）に示す通り、上述の交流インパルス電圧（図２（ｃ）を参照）を負にバイアスした電圧波形となり、その電位はいずれもマイナスとなる。従って、第２放電部１３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、マイナスイオンのみが発生する。

ここで、第１放電部１２では、プラスイオンとマイナスイオンの双方が同時発生するため、その発生とともに両極性のイオンの一部が中和して消滅する。それに対して、第２放電部１３では、イオンの中和が生じず、効率的にマイナスイオンが発生する。すなわち、本実施形態のイオン発生装置では、プラスイオンに比べて、必然的にマイナスイオンが多く発生することになる。

従って、イオン発生装置の特性パラメータ（インパルス電圧の波高値や入力周期、誘電体１１の静電容量、放電電極１２ａ、１３ａの形状など）を適宜設定することで、室内環境のイオン量比率を所望値に随時維持することが可能となる。

例えば、本実施形態のイオン発生装置では、周波数約１００［ｋＨｚ］のインパルス電圧の波高値を約３［ｋＶ₀ｐ］、その入力周期を１／６０［秒］とし、誘電体１１の静電容量を約３［ｐＦ］とした結果、イオンコントロールモード時のプラスイオン発生量が約７［万個／ｃｃ］、マイナスイオン発生量が約８０［万個／ｃｃ］に調整されており、そのイオン量比率（プラスイオン発生量に対するマイナスイオン量の比率）は、自然界に近い状態に随時維持されている。従って、本実施形態のイオン発生装置であれば、室内のイオンバランスを自然界の森の中のような状態に随時維持し、継続的なリラクゼーション効果を得ることが可能となる。

また、本実施形態のイオン発生装置であれば、イオンコントロールモードでも切換リレー２０３のオン／オフ間欠運転を必要としないので、その切換寿命を心配せずに済む上、その切換音がユーザにとって耳障りなものとなることもなく、静粛な環境下での使用時にも何ら支障を来すおそれはない。

上記したように、本発明に係るイオン発生装置は、第１、第２放電部１２、１３を備えたイオン発生素子１０と、イオン発生素子１０に接続された電圧印加回路２０と、を有して成るイオン発生装置であって、電圧印加回路２０は、交流インパルス電圧または前記交流インパルス電圧を正にバイアスした電圧のいずれか一方を選択して第１放電部１２に印加する第１電圧印加手段（リレー２０３やダイオード２０９など）と、前記交流インパルス電圧を負にバイアスした電圧を第２放電部１３に印加する第２電圧印加手段（ダイオード２０８など）と、を有して成る構成としている。このような構成とすることにより、イオンコントロールモード選択時において、リレーのオン／オフ間欠運転を要することなく、イオン量比率を自然界のイオンバランスに調整することができる。従って、イオンコントロールモード選択時において、イオン量比率を随時所望値に維持するとともに、リレーの信頼性向上や装置の静音化を図ることが可能となる。

なお、上記の実施形態では、クリーンモードとイオンコントロールモードを備えた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、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、イオンコントロールモードのみを備えたイオン発生装置にも当然適用することが可能である。すなわち、本発明に係るイオン発生装置は、第１、第２放電部を備えたイオン発生素子と、前記イオン発生素子に接続された電圧印加回路とを有して成るイオン発生装置であって、前記電圧印加回路は、第１放電部に交流インパルス電圧を印加し、第２放電部に前記交流インパルス電圧を負にバイアスした電圧を印加した運転を行う構成としてもよい。このような構成であれば、上記の実施形態と同様、リレーのオン／オフ間欠運転を要することなく、イオン量比率を自然界のイオンバランスに調整することができる。従って、イオン量比率を随時所望値に維持するとともに、リレーの信頼性向上や装置の静音化を図ることが可能となる。

また、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。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中のイオン量やイオンバランスを変化させ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。

本発明は、イオン発生装置のイオン量制御性能の向上、長寿命化、及び、静音化を図る上で有用な技術である。

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図である。 は電圧印加回路２０の一実施形態を示す回路図及びその動作電圧波形である。 はイオン発生装置の一従来例を示す概略図である。

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、１３ 第１、第２放電部
１２ａ、１３ａ 放電電極
１２ｂ、１３ｂ 誘導電極
１２ｃ、１３ｃ 放電電極接点
１２ｄ、１３ｄ 誘導電極接点
１２ｅ、１３ｅ 接続端子部
１２ｆ、１３ｆ 接続端子部
１２ｇ、１３ｇ 接続経路
１２ｈ、１３ｈ 接続経路
１２ｊ、１３ｊ 放電部位
１２ｋ、１３ｋ 導電部位
１４ コーティング層
２０ 電圧印加回路
２０１ 入力電源（商用交流電源）
２０２ スイッチングトランス
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 第１、第２、第３コイル
２０３ 切換リレー（１メークリレー）
２０３ａ 選択端子（ノーマルオープン端子）
２０３ｂ 共通端子
２０４、２０５ 抵抗
２０６、２０７、２０８、２０９ ダイオード
２１１ コンデンサ
２１２ トランス駆動用スイッチング素子（無ゲート２端子サイリスタ）

Claims (4)

1. 第１、第２放電部を備えたイオン発生素子と、前記イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有して成るイオン発生装置であって、前記電圧印加回路は、交流インパルス電圧または前記交流インパルス電圧を正にバイアスした電圧のいずれか一方を選択して第１放電部に印加する第１電圧印加手段と、前記交流インパルス電圧を負にバイアスした電圧を第２放電部に印加する第２電圧印加手段と、を有して成ることを特徴とするイオン発生装置。
2. 第１、第２放電部を備えたイオン発生素子と、前記イオン発生素子に接続された電圧印加回路と、を有して成るイオン発生装置であって、前記電圧印加回路は、第１放電部に交流インパルス電圧を印加し、第２放電部に前記交流インパルス電圧を負にバイアスした電圧を印加した運転を行うことを特徴とするイオン発生装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のイオン発生装置と、該イオン発生装置で発生したプラスイオン及びマイナスイオンを空気中に送出する送出手段と、を備えて成ることを特徴とする電気機器。
4. 前記プラスイオンは、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数）であり、前記マイナスイオンは、Ｏ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数）であることを特徴とする請求項３に記載の電気機器。

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