JP2007294285A - イオン発生装置及びこれを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化及び小型化を図ることができるイオン発生装置を提供する。
【解決手段】放電部を少なくとも２つ備え、前記放電部の一つである第１放電部１２の放電電極１２ａと前記放電部の他の一つである第２放電部１３の誘導電極１３ｂとが電気的に接続され、第１放電部１２の誘導電極１２ｂと第２放電部１３の放電電極１３ａとが電気的に接続され、第１放電部１２の放電電極１２ａ及び第２放電部１３の誘導電極１３ｂの共通接続点と第１放電部１２の誘導電極１２ｂ及び第２放電部１３の放電電極１３ａの共通接続点との間に高電圧を印加する電圧印加部２０を備えるイオン発生装置。
【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により、空気中に浮遊する細菌やカビ菌、有害物質等を分解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。

現在、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素子を有するイオン発生装置がある。そして、浮遊カビ菌等を不活化することが可能なイオン発生装置は、プラスイオンとマイナスイオンを発生させている。

正負両極性のイオンを発生させる方式の一つに、１つの放電部に交流高電圧を印加する方式がある。このような方式は、プラスイオンとマイナスイオンが１つの放電部からほぼ同時に発生するため、イオンの発生とともに正負両極性のイオンの一部が中和して消滅してしまいイオン発生効率が良くないという課題がある。

かかる課題を解決することができる正負両極性のイオンを発生させる方式として、少なくとも２つの放電部にそれぞれ正負逆極性の高電圧を印加し、それぞれ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、各々を独立して空間に放出する方式（以下、イオン独立放出方式という）がある（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−２６８１２６号公報（第２図、第１１図）

しかしながら、従来のイオン独立放出方式では、少なくとも２つの放電部にそれぞれ正負逆極性の高電圧を印加するために、通常、複数のトランス又は少なくとも２つの二次巻線を有するトランスが必要となり（例えば、特許文献１を参照）、装置の高コスト化及び大型化を招くことになるという課題が発生する。

本発明は、上記の課題に鑑み、低コスト化及び小型化を図ることができる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、放電部を少なくとも２つ備え、前記放電部の一つである第１放電部の放電電極と前記放電部の他の一つである第２放電部の誘導電極とが電気的に接続され、前記第１放電部の誘導電極と前記第２放電部の放電電極とが電気的に接続され、前記第１放電部の放電電極及び前記第２放電部の誘導電極の共通接続点と前記第１放電部の誘導電極及び前記第２放電部の放電電極の共通接続点との間に高電圧を印加する電圧印加部を備えるようにする。

このような構成によると、前記電圧印加部が、前記第１放電部の放電電極及び前記第２放電部の誘導電極の共通接続点と前記第１放電部の誘導電極及び前記第２放電部の放電電極の共通接続点との間に高電圧を印加するだけで、前記第１放電部（より詳細には前記第１放電部の放電電極近傍）と前記第２放電部（より詳細には前記第２放電部の放電電極近傍）から互いに異なる極性のイオンが放出されるので、複数のトランス又は少なくとも２つの二次巻線を有するトランスを必要としない。したがって、低コスト化及び小型化を図ることができる。

また、上記構成のイオン発生装置において、前記高圧印加部の出力端部に、前記高電圧の極性が切り替わらない手段を設けることが望ましい。

前記高電圧の極性が固定されると、前記第１放電部から放出されるイオンの極性と前記第２放電部から放出されるイオンの極性がそれぞれ固定されるので、同一放電部において時間的にイオンの極性が切り替わることによるイオンの中和が起こらなくなり、イオン発生効率を向上させることができる。なお、前記高電圧の極性が切り替わらない手段としては、例えば、整流手段やバイアス手段等が挙げられる。

また、上記目的を達成するために本発明に係る電気機器は、上記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送出手段とを備えるようにする。

本発明によると、複数のトランス又は少なくとも２つの二次巻線を有するトランスを必要としないので、イオン発生装置及び電気機器の低コスト化及び小型化を図ることができる。

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断面図を模式的に示している。

図１に示すように、本発明に係るイオン発生装置は、イオンを発生する放電部を複数（本実施形態では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部２０と、イオン発生素子１０と電圧印加部２０との間を電気的に接続するリード線１２ｐ、１２ｑ、１３ｐ、及び１３ｑとを有して成る。

イオン発生素子１０は、誘電体１１（上部誘電体１１ａ及び下部誘電体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１２ｅ及び１２ｆ、並びに接続経路１２ｇ及び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１３ｅ及び１３ｆ、並びに接続経路１３ｇ及び１３ｈ）と、コーティング層１４とを有して成る。

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１２ｅ、１３ｅ、及び接続経路１２ｇ、１３ｇを介して、放電電極１２ａ、１３ａと電気的に導通されている。そして、放電電極接点１２ｃ、１３ｃにリード線（銅線やアルミ線など）１２ｐ、１３ｐの一端が接続され、リード線１２ｐ、１３ｐの他端に電圧印加部２０が接続されて、放電電極１２ａ、１３ａと電圧印加部２０とが電気的に導通されている。

また、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１２ｆ、１３ｆ、及び接続経路１２ｈ、１３ｈを介して、誘導電極１２ｂ、１３ｂと電気的に導通されている。そして、誘導電極接点１２ｄ、１３ｄにリード線（銅線やアルミ線など）１２ｑ、１３ｑの一端が接続され、リード線１２ｑ、１３ｑの他端に電圧印加部２０が接続されて、誘導電極１２ｂ、１３ｂと電圧印加部２０とが電気的に導通されている。

電圧印加部２０が第１放電部１２の放電電極１２ａと誘導電極１２ｂとの間及び第２放電部１３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うと、プラスイオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）及びマイナスイオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）が発生する。これにより、空気中にＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_mとＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nが放出されることにより、これらの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、その際生成される活性種の水酸基ラジカル（・ＯＨ）の作用により不活化することが可能となる。

次に、電圧印加部２０の構成及び動作について図２を参照して説明する。図２は図１に示すイオン発生装置の電気的構成を示す図である。なお、説明の便宜上、図１と同一の部分には同一の符号を付している。

電圧印加部２０は、入力電源３０から電力を受け取る。電圧印加部２０は、トランス２６の１次側回路として、整流ダイオード２１、入力抵抗２２、コンデンサ２３、トランス駆動用スイッチング素子２４、及びダイオード２５を有し、トランス２６の２次側回路として整流ダイオード２７を有する。トランス駆動用スイッチング素子２４には、双方向導通可能とするトライアックや２端子サイリスタなどを用いる。

まずトランス２６の１次側回路について説明する。入力電源３０が交流商用電源の場合、入力電源３０の電圧により、整流ダイオード２１及び入力抵抗２２を介して、コンデンサ２３が充電され、コンデンサ２３の両端電圧が規定電圧以上になればトランス駆動用スイッチング素子２４がオンして、トランス２６の１次側巻線２６ａに電圧が印加される。その直後、コンデンサ２３に溜まっていた電荷はトランス駆動用スイッチング素子２４とトランス２６の１次側巻線２６ａを通じて放電され、コンデンサ２３の両端電圧はゼロに戻り、トランス駆動用スイッチング素子２４はオフとなり再びコンデンサ２３の充電がされ、規定周期で充放電を繰り返す。なお、ダイオード２５はトランス２６の１次側巻線２６ａを流れる電流を早く停止させるフライホイールダイオードの役割を果たす。

続いてトランス２６の２次側回路について説明する。トランス２６の２次巻線２６ｂの一端が第１放電部１２の放電電極１２ａ及び第２放電部１３の誘導電極１３ｂに接続されている。また、トランス２６の２次巻線２６ｂの他端が第１放電部１２の誘導電極１２ｂ及び第２放電部１３の放電電極１３ａに接続されている。１次側回路のトランス駆動用スイッチング素子２４がオンすることにより、１次側のエネルギーがトランス２６の２次巻線２６ｂに伝達され、トランス２６の２次巻線２６ｂの両端間に整流ダイオード２７が挿入されていない場合は、インパルス状電圧が発生する。これに対して、トランス２６の２次巻線２６ｂの両端間に整流ダイオード２７が挿入されている場合は、インパルス状波形の第１波では、整流ダイオード２７に逆バイアスがかかるため電圧が発生するが、インパルス状波形の第２波では、整流ダイオード２７に順バイアスがかかり整流ダイオード２７とトランス２６の２次巻線２６ｂとの間でエネルギー消費を起こすため、インパルス状波形の第１波のみの波形の電圧が発生する。

次に、動作電圧波形について説明する。まず、整流ダイオード２７が挿入されていない場合すなわち図２に示す回路構成から整流ダイオード２７を取り除いた場合について説明する。この場合、トランス２６の２次巻線２６ｂの両端には、図３に示すようなインパルス波形の交番電圧が発生する（整流ダイオード２７のカソード側を基準にすると図３（ａ）の波形となり、整流ダイオード２７のアノード側を基準にすると図３（ｂ）の波形となる）。

ここで、第１放電部１２について説明する。図３（ａ）は、第１放電部１２の放電電極１２ａを基準にしたときの誘導電極１２ｂの電圧波形である。また、図４（ａ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの放電電極１２ａの電圧波形であり、図４（ｂ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの誘導電極１２ｂの電圧波形である。第１放電部１２の放電電極１２ａ近傍では、放電によってプラスイオンとマイナスイオン両方が瞬間的には生成されるが、図４（ａ）に示す放電電極１２ａの電位と逆極性のイオンは放電電極１２ａの電位によって中和され、図４（ａ）に示す放電電極１２ａの電位と同極性のイオンは放電電極１２ａの電位によって反発し放出されるため、図４（ａ）に示す波形の第１波目の放電でプラスイオン、第２波目の放電でマイナスイオンの順で交互にイオンが放出される。

第２放電部１３について同様に説明する。図３（ｂ）は、第２放電部１３の放電電極１３ａを基準にしたときの誘導電極１３ｂの電圧波形である。また、図５（ａ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの放電電極１３ａの電圧波形であり、図５（ｂ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの誘導電極１３ｂの電圧波形である。第２放電部１３の放電電極１３ａ近傍では、放電によってプラスイオンとマイナスイオン両方が瞬間的には生成されるが、図５（ａ）に示す放電電極１３ａの電位と逆極性のイオンは放電電極１３ａの電位によって中和され、図５（ａ）に示す放電電極１３ａの電位と同極性のイオンは放電電極１３ａの電位によって反発し放出されるため、図５（ａ）に示す波形の第１波目の放電でマイナスイオン、第２波目の放電でプラスイオンの順で交互にイオンが放出される。

したがって、整流ダイオード２７が挿入されていない場合すなわち図２に示す回路構成から整流ダイオード２７を取り除いた場合では、第１放電部１２と第２放電部１３から互いに異なる極性のイオンが放出され、第１放電部１２及び第２放電部１３から放出される各イオンの極性は図３に示すインパルス波形の交番電圧の波毎に変化していることになる。

続いて、整流ダイオード２７が挿入されている場合すなわち図２に示す回路構成の場合について説明する。この場合、トランス２６の２次巻線２６ｂの両端には、図６に示すような波形の電圧（図３に示すインパルス波形の交番電圧の第１波のみの電圧）が発生する（整流ダイオード２７のカソード側を基準にすると図６（ａ）の波形となり、整流ダイオード２７のアノード側を基準にすると図６（ｂ）の波形となる）。

ここで、第１放電部１２について説明する。図６（ａ）は、第１放電部１２の放電電極１２ａを基準にしたときの誘導電極１２ｂの電圧波形である。また、図７（ａ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの放電電極１２ａの電圧波形であり、図７（ｂ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの誘導電極１２ｂの電圧波形である。第１放電部１２の放電電極１２ａ近傍では、放電によってプラスイオンとマイナスイオン両方が瞬間的には生成されるが、図７（ａ）に示す放電電極１２ａのプラス電位と逆極性のマイナスイオンは放電電極１２ａのプラス電位によって中和され、図７（ａ）に示す放電電極１２ａのプラス電位と同極性のプラスイオンは放電電極１２ａのプラス電位によって反発し放出されるため、プラスイオンが放出される。

第２放電部１３について同様に説明する。図６（ｂ）は、第２放電部１３の放電電極１３ａを基準にしたときの誘導電極１３ｂの電圧波形である。また、図８（ａ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの放電電極１３ａの電圧波形であり、図８（ｂ）は図２に示すラインＡＣ２（場合によっては接地端子）を基準にしたときの誘導電極１３ｂの電圧波形である。第２放電部１３の放電電極１３ａ近傍では、放電によってプラスイオンとマイナスイオン両方が瞬間的には生成されるが、図８（ａ）に示す放電電極１３ａのマイナス電位と逆極性のプラスイオンは放電電極１３ａのマイナス電位によって中和され、図８（ａ）に示す放電電極１３ａのマイナス電位と同極性のマイナスイオンは放電電極１３ａのマイナス電位によって反発し放出されるため、マイナスイオンが放出される。

したがって、整流ダイオード２７が挿入されている場合すなわち図２に示す回路構成の場合では、第１放電部１２からプラスイオン、第２放電部１３からマイナスイオンを放出していることになる。

上述した実施形態のイオン発生装置は、整流ダイオード２７の有無にかかわらず、２次巻線が１つのトランスを１つ備える構成であり、複数のトランス又は少なくとも２つの二次巻線を有するトランスを必要としないので、低コスト化及び小型化を図ることができる。また、上述した実施形態のイオン発生装置は、イオン独立放出方式、すなわちそれぞれ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、各々を独立して空間に放出する方式であるため、整流ダイオード２７を設けて電圧印加部から出力される高電圧の極性が切り替わらないようにすることで、イオン発生効率を良くすることができる。

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及び送出手段で正負イオンを空気中に放出することができる。

は、本発明に係るイオン発生装置の一実施形態の概略構成を示す図である。 は、図１に示すイオン発生装置の電気的構成を示す回路図である。 は、図２に示す回路構成から２次側回路の整流ダイオードを取り除いた構成であるイオン発生装置の動作電圧波形を示す図である。 は、図２に示す回路構成から２次側回路の整流ダイオードを取り除いた構成であるイオン発生装置の動作電圧波形を示す図である。 は、図２に示す回路構成から２次側回路の整流ダイオードを取り除いた構成であるイオン発生装置の動作電圧波形を示す図である。 は、図２に示す回路構成であるイオン発生装置の動作電圧波形を示す図である。 は、図２に示す回路構成であるイオン発生装置の動作電圧波形を示す図である。 は、図２に示す回路構成であるイオン発生装置の動作電圧波形を示す図である。

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放電部
１３ 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、１２ｆ、１３ｅ、１３ｆ 接続端子
１２ｇ、１２ｈ、１３ｇ、１３ｈ 接続経路
１２Ｐ、１２ｑ、１３ｐ、１３ｑ リード線
１４ コーティング層
２０ 電圧印加部
２１ 整流ダイオード
２２ 入力抵抗
２３ コンデンサ
２４ トランス駆動用スイッチング素子
２５ ダイオード
２６ トランス
２６ａ トランスの１次側巻線
２６ｂ トランスの２次側巻線
２７ 整流ダイオード
３０ 入力電源

Claims (3)

1. 放電部を少なくとも２つ備え、
   前記放電部の一つである第１放電部の放電電極と前記放電部の他の一つである第２放電部の誘導電極とが電気的に接続され、
   前記第１放電部の誘導電極と前記第２放電部の放電電極とが電気的に接続され、
   前記第１放電部の放電電極及び前記第２放電部の誘導電極の共通接続点と前記第１放電部の誘導電極及び前記第２放電部の放電電極の共通接続点との間に高電圧を印加する電圧印加部を備えることを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記高圧印加部の出力端部に、前記高電圧の極性が切り替わらない手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 請求項１又は請求項２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送出手段とを備えることを特徴とする電気機器。

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