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【発明の名称】 イオン発生装置および空気調節装置
【発明者】 【氏名】岩下 安広

【要約】 【課題】安定したイオン発生を行いながら、イオン発生量を調節することができるイオン発生装置を提供する。

【構成】放電発生電圧の印加による放電によってイオンを発生するイオン発生素子13と、上記イオン発生素子13が放電する放電量を検出する放電検出部16と、調節可能な電圧発生周期で、上記放電発生電圧を発生する放電発生電圧発生回路と、上記放電検出部16によって検出された放電量に応じて、上記放電発生電圧発生回路における放電発生電圧の発生周期を制御する電圧発生周期制御回路と、上記放電発生電圧発生回路で使用する電圧発生周期を調節するイオン発生量設定部50とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
放電発生電圧の印加による放電によってイオンを発生するイオン発生素子と、
上記イオン発生素子が放電する放電量を検出する放電量検出手段と、
調節可能な電圧発生周期で、上記放電発生電圧を発生する放電発生電圧発生手段と、
上記放電量検出手段によって検出された放電量に応じて、上記放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御する電圧発生周期制御手段と、
上記放電発生電圧発生手段で使用する電圧発生周期を調節する電圧発生周期調節手段とを備えることを特徴とするイオン発生装置。
【請求項2】
上記電圧発生周期制御手段は、
上記電圧発生周期調節手段によって調節された電圧発生周期による放電量と、上記放電量検出手段によって検出された放電量とが同じになるように、上記放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御することを特徴とする請求項1に記載のイオン発生装置。
【請求項3】
上記電圧発生周期制御手段は、
発生する放電量を一定に保つように、上記放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御することを特徴とする請求項1に記載のイオン発生装置。
【請求項4】
上記放電発生電圧発生手段は、
電荷を充電するコンデンサを備え、
該コンデンサに充電された電荷を上記放電発生電圧として発生させることを特徴とする請求項1に記載のイオン発生装置。
【請求項5】
上記電圧発生周期制御手段は、
上記コンデンサに充電される電流値を一定に保つことによって、上記放電発生電圧の発生周期を制御することを特徴とする請求項4に記載のイオン発生装置。
【請求項6】
上記電圧発生周期制御手段は、
上記放電量検出手段によって検出された放電量に応じて、上記コンデンサに充電される電流値を一定に制御することを特徴とする請求項5に記載のイオン発生装置。
【請求項7】
上記電圧発生周期調節手段によって調節される電圧発生周期がゼロであることを特徴とする請求項1に記載のイオン発生装置。
【請求項8】
上記電圧発生周期調節手段は、
一定の電圧を発生する電源と、該電源に電気的に接続された可変抵抗とを備え、
上記可変抵抗の設定抵抗値による上記一定の電圧を分圧した値によって、上記放電発生電圧の発生周期を調節することを特徴とする請求項1に記載のイオン発生装置。
【請求項9】
イオンを発生するイオン発生装置を備えて空気を調節する空気調節装置において、
上記イオン発生装置は、請求項1〜8のいずれか1項に記載のイオン発生装置であることを特徴とする空気調節装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、空気中にイオンを発生させるイオン発生装置、それを備えた空気調節装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
事務所、会議室、または車内などの密閉された空間では、呼吸により排出される二酸化炭素、たばこの煙、またはほこり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。
【0003】
そこで、従来では、空気中のマイナスイオンを補給するために、様々なイオン発生装置が提案され、空気清浄機などに搭載されている。
【0004】
また、空気中の浮遊細菌を除去する効果を有する、プラスイオンおよびマイナスイオンを同時に発生させる空気清浄機も実用化されている。
【0005】
さらに、一台のイオン発生装置で、マイナスイオン発生によるリラックス効果と、プラスイオンおよびマイナスイオンの同時発生による空気中の浮遊細菌の除去の効果とを切り替えることができる空気清浄機も実用化されている。
【0006】
ここで、この種の先行技術として、例えば、特許文献1に開示されているイオン発生装置がある。
【0007】
以下に、従来のイオン発生装置の動作について、図6に基づいて説明する。
【0008】
図6は、従来のイオン発生装置300を示す回路図である。
【0009】
図6に示すイオン発生装置300は、特許文献1の技術に開示されたイオン発生装置と、一部の点で異なっている。具体的には、特許文献1のイオン発生装置は、交流入力としての構成が記載されているが、以下に説明する従来のイオン発生装置300は、直流入力としての構成である。これは本発明との差異の説明として好都合であり、この従来のイオン発生装置300も実用化されている。また、特許文献1に記載のコンデンサC3は、マイナスイオンとプラスイオンとが発生されるバランスを調整するものであるが、マイナスイオン発生時にプラスイオンを微量発生させる必要がなければ、コンデンサC3は必要なく、本発明の従来技術としての説明として不要と考えられるので記載を省略している。
【0010】
図6に示すように、従来のイオン発生装置300において、まず、入力電圧端子+Vと接地端子GNDとの間に、例えば12Vの直流電圧が印加され、起動端子であるON/OFF端子がGNDに接続されると、スイッチ用トランジスタ317がON状態へ移行し、電流がスイッチ用トランジスタ317を流れる。そして、スイッチ用トランジスタ317に流れた電流が、定電圧レギュレータ回路316に入力される。定電圧レギュレータ回路316は、例えば9Vに安定化された電圧を出力する。そして、この出力電圧により、電流制限抵抗301に電流が流れ、充電用コンデンサ302に充電される。
【0011】
ここで、充電用コンデンサ302の充電電圧は、抵抗305と抵抗306とによって分圧される。この分圧された電圧が、シャントレギュレータ303の基準電圧に達したとき、このシャントレギュレータ303はON状態へ移行する。次いで、トランジスタ304がON状態へ移行し、抵抗308を通して、サイリスタ311のゲートに電圧が印加され、サイリスタ311がON状態へ移行する。
【0012】
このとき、充電用コンデンサ302と昇圧トランス312の1次巻線312aとサイリスタ311とで構成される回路のループによって、サイリスタ311が短絡状態となり、充電用コンデンサ302に充電された電荷が放電される。この放電された電荷により、昇圧トランス312の1次巻線312aにインパルス電圧が発生することで、昇圧トランス312の2次巻線312bに発生する高圧をイオン発生素子313の電極に印加させると、該電極からの放電によりイオンが発生される。
【0013】
なお、イオン発生装置300のリレー端子RYONにリレー314の動作電圧が印加されると、リレー314が動作し、昇圧トランス312の2次巻線312bの一方の端子がダイオード315を通じて接地端子GNDに接続され、イオン発生素子313の電極からマイナスイオンが発生される。また、リレー314がオープンのときには、イオン発生素子313の電極からプラスイオンおよびマイナスイオンが発生される。
【0014】
しかしながら、上記従来のイオン発生装置300では、放電させる電極への安定した高圧印加はできても、該電極の劣化やゴミ付着などにより、印加電圧と放電量すなわちイオン発生量との関係が変化するため、イオン発生量が不安定であるという問題点が生じた。
【0015】
そこで、例えば、特許文献2には、イオンを発生させる電極からの放電量を検出し、この検出値に基づいて該電極に印加する電圧を制御することで、イオン発生量を制御する技術が開示されている。
【0016】
また、特許文献3には、放電させるために電極に印加する電圧の周期を安定させるために、充電用コンデンサに充電させるために流す電流を定電流になるように制御することで、イオン発生周期のバラツキを少なくし、安定したイオン発生を可能にする技術が開示されている。
【特許文献1】特開2003−100419号公報(平成15年4月4日公開)
【特許文献2】特開2005−332774号公報(平成17年12月2日公開)
【特許文献3】特開2006−32231号公報(平成18年2月2日公開)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
ところで、最近では、イオン発生を行う空間の広さに応じたイオン発生、イオン発生の起動にともなう消費電力の低減、体調に応じて多量のマイナスイオンを浴びてさらなるマイナスイオン効果を得たいというユーザの要望、浮遊細菌の程度に応じたイオン発生による素早い除菌効果などから、安定したイオン発生で、さらにイオン発生量を調節する機能を備えて欲しいという需要が高まっている。
【0018】
しかしながら、従来では、始めにイオン発生装置が搭載される製品を起動させれば、該製品の用途に応じて決定されたイオン発生量が、制御されて安定して発生してさえくれれば、イオンによる効果は発揮されるであろう予測があったので、該製品を使用中にイオン発生量を調節することは想定されていなかった。
【0019】
よって、上記特許文献2および特許文献3に記載のイオン発生装置では、上記製品を起動中にイオン発生量を調節させようにも、イオン発生量は設計段階で決定されているので、ユーザ使用段階でイオン発生量を調節できる機能がないという問題があった。
【0020】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、安定したイオン発生を行いながら、イオン発生量を調節することが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】
【0021】
本発明のイオン発生装置は、上記課題を解決するために、放電発生電圧の印加による放電によってイオンを発生するイオン発生素子と、上記イオン発生素子が放電する放電量を検出する放電量検出手段と、調節可能な電圧発生周期で、上記放電発生電圧を発生する放電発生電圧発生手段と、上記放電量検出手段によって検出された放電量に応じて、上記放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御する電圧発生周期制御手段と、上記放電発生電圧発生手段で使用する電圧発生周期を調節する電圧発生周期調節手段とを備えることを特徴としている。
【0022】
上記構成によれば、放電量検出手段がイオンを発生するイオン発生素子が放電する放電量を検出し、電圧発生周期制御手段が、放電量検出手段によって検出された放電量に応じて、放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御する。そして、放電発生電圧発生手段が、電圧発生周期制御手段にて制御された調節可能な電圧発生周期で、放電発生電圧を発生する。そして、制御された電圧発生周期で発生した放電発生電圧がイオン発生素子に印加されることによって、イオン発生素子は放電し、イオンを発生する。
【0023】
よって、イオン発生は、イオン発生素子から放電量検出手段、放電量検出手段から電圧発生周期制御手段、電圧発生周期制御手段から放電発生電圧発生手段、放電発生電圧発生手段からイオン発生素子で構成されるループにおいて制御されているので、安定したイオン発生を行うことが可能となる。
【0024】
しかも、放電発生電圧発生手段で使用する電圧発生周期を調節する電圧発生周期調節手段を備えるので、放電発生電圧発生手段で使用する電圧発生周期を調節することにより、イオン発生素子に印加される放電発生電圧の発生周期を変更し、イオン発生素子の放電周期を変更することが可能となる。よって、イオン発生素子の放電周期を変更することが可能となるので、イオン発生量を調節することが可能となる。
【0025】
したがって、上記構成のイオン発生装置によれば、安定したイオン発生を行いながら、イオン発生量を調節することが可能となる。
【0026】
また、上記電圧発生周期制御手段は、上記電圧発生周期調節手段によって調節された電圧発生周期による放電量と、上記放電量検出手段によって検出された放電量とが同じになるように、上記放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御することが好ましい。
【0027】
上記構成によれば、電圧発生周期制御手段が、電圧発生周期調節手段によって調節された電圧発生周期による放電量と、放電量検出手段によって検出された放電量とが同じになるように、放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御することにより、電圧発生周期調節手段によって調節された電圧発生周期による放電量に応じて、イオン発生素子を放電させ、イオンを発生させることが可能となる。
【0028】
また、上記電圧発生周期制御手段は、発生する放電量を一定に保つように、上記放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御することが好ましい。
【0029】
上記構成によれば、電圧発生周期制御手段が、発生する放電量を一定に保つように、放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御することにより、イオン発生素子に印加される放電発生電圧の周期が一定になるので、イオン発生素子の放電周期を一定にすることが可能となる。
【0030】
また、上記放電発生電圧発生手段は、電荷を充電するコンデンサを備え、該コンデンサに充電された電荷を上記放電発生電圧として発生させることが好ましい。
【0031】
上記構成によれば、放電発生電圧発生手段が、電荷を充電するコンデンサを備え、該コンデンサに充電された電荷を放電発生電圧として発生させるので、コンデンサの放電周期を制御することにより、放電発生電圧の発生周期を制御することが可能となる。
【0032】
また、上記電圧発生周期制御手段は、上記コンデンサに充電される電流値を一定に保つことによって、上記放電発生電圧の発生周期を制御することが好ましい。
【0033】
上記構成によれば、電圧発生周期制御手段が、コンデンサに充電される電流値を一定に保つことによって、放電発生電圧の発生周期を制御することにより、時定数のカーブを描く充電に比べて同一周期での充電で比較したとき、コンデンサの充電開始時の電流を小さく設定することが可能になる。よって、スイッチ素子の保持電流による短絡保持での、ノイズによる誤動作によるイオン発生停止がなくなり、安定したイオン発生を行うことが可能となる。
【0034】
また、上記電圧発生周期制御手段は、上記放電量検出手段によって検出された放電量に応じて、上記コンデンサに充電される電流値を一定に制御することが好ましい。
【0035】
上記構成によれば、電圧発生周期制御手段が、放電量検出手段によって検出された放電量に応じて、コンデンサに充電される電流値を一定に制御することにより、イオン発生装置に印加される電圧が変動しても、安定したコンデンサへの充電を行うことが可能となる。
【0036】
また、上記電圧発生周期調節手段によって調節される電圧発生周期がゼロであることが好ましい。
【0037】
上記構成によれば、電圧発生周期調節手段が、電圧発生周期をゼロに調節することにより、イオン発生素子が放電するのに必要な放電発生電圧が印加されないので、イオン発生素子は放電を行わず、イオン発生を停止することが可能となる。
【0038】
また、上記電圧発生周期調節手段は、一定の電圧を発生する電源と、該電源に電気的に接続された可変抵抗とを備え、上記可変抵抗の設定抵抗値による上記一定の電圧を分圧した値によって、上記放電発生電圧の発生周期を調節することが好ましい。
【0039】
上記構成によれば、電圧発生周期調節手段が、一定の電圧を発生する電源と、該電源に電気的に接続された可変抵抗とを備え、可変抵抗の設定抵抗値による一定の電圧を分圧した値によって、放電発生電圧の発生周期を調節することにより、電圧発生周期調節手段は可変抵抗を備えるだけで、放電発生電圧の発生周期を容易に調節することが可能となる。また、可変抵抗は入手しやすいので、電圧発生周期調節手段を安価に且つ簡単に製造することが可能となる。
【0040】
本発明の空気調節装置は、上記課題を解決するために、上記イオン発生装置を備えることを特徴としている。
【0041】
上記構成によれば、安定したイオン発生を行いながら、イオン発生量を調節することができるイオン発生装置を備えているので、空気調節装置の使用中にも、不安定になることなく、イオン発生量を容易に調節することが可能となる。
【発明の効果】
【0042】
本発明のイオン発生装置は、以上のように、放電発生電圧の印加による放電によってイオンを発生するイオン発生素子と、上記イオン発生素子が放電する放電量を検出する放電量検出手段と、調節可能な電圧発生周期で、上記放電発生電圧を発生する放電発生電圧発生手段と、上記放電量検出手段によって検出された放電量に応じて、上記放電発生電圧発生手段における放電発生電圧の発生周期を制御する電圧発生周期制御手段と、上記放電発生電圧発生手段で使用する電圧発生周期を調節する電圧発生周期調節手段とを備える構成である。
【0043】
また、本発明の空気調節装置は、上記記載のイオン発生装置を備える構成である。
【0044】
それゆえ、安定したイオン発生を行いながら、イオン発生量を調節することができるイオン発生装置および空気調節装置を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0045】
本発明の一実施形態について説明すれば、以下の通りである。
【0046】
図1は、本実施の形態のイオン発生装置100の実施例を示す回路図である。
【0047】
図2は、図1に示すイオン発生装置100の昇圧トランス12の2次巻線12bの高圧出力電圧波形を示す図である。
【0048】
図3は、図2に示す昇圧トランス12の2次巻線12bの高圧出力電圧波形における放電部分の拡大波形を示す図である。
【0049】
本実施の形態のイオン発生装置100は、符号1〜24で示される素子によって構成されイオンを発生させるイオン発生回路30と、イオン発生回路30のイオン発生量の設定を調節することが可能な電圧発生周期調節手段としてのイオン発生量設定部50とを備えている。
【0050】
最初に、本実施の形態のイオン発生装置100の電源が投入されてから、イオンが発生されるまでの基本動作について、図1を参照しながら、以下に構成の説明を兼ねて説明する。説明後、さらに具体的な構成および動作について、順番に説明する。なお、本実施の形態では、イオン発生素子13の電極は、一対であるが、必ずしもこれに限らず、少なくとも一対であればよい。
【0051】
本実施の形態のイオン発生装置100は、電圧を印加する入力電圧端子+V、イオン発生装置100の構成回路を接地する接地端子GND、および、リレー14に動作電圧を印加するリレー端子RYONを備えている。
【0052】
始めに、入力電圧端子+Vと接地端子GNDとの間に、例えば12Vの直流電圧が印加されると、トランジスタ1がON状態へ移行し、電流がトランジスタ1を流れ、充電用コンデンサ2に充電される。
【0053】
ここで、充電用コンデンサ2の充電電圧は、抵抗5と抵抗6とによって分圧される。この分圧された電圧が、シャントレギュレータ3の基準電圧に達したとき、このシャントレギュレータ3はON状態へ移行する。次いで、トランジスタ4がON状態へ移行し、抵抗8を通して、サイリスタ11のゲートに電圧が印加され、サイリスタ11がON状態へ移行する。
【0054】
このとき、充電用コンデンサ2と昇圧トランス12の1次巻線12aとサイリスタ11とで構成される回路のループにおいて、サイリスタ11が短絡状態となり、充電用コンデンサ2に充電された電荷が放電される。この放電された電荷により、昇圧トランス12の1次巻線12aにインパルス電圧が発生することで、昇圧トランス12の2次巻線12bに発生する高圧をイオン発生素子13の電極に印加させると、該電極からの放電によりイオンが発生される。
【0055】
ここで、高圧とは、図2に示す高圧出力電圧波形の開始から収束までの波形の繰返しのことであり、例えば、1秒間に100回程度繰り返す。但し、これは一例に過ぎず、限定されるものではなく、昇圧トランス12や回路定数によって設定される。
【0056】
なお、イオン発生装置100のリレー端子RYONにリレー14の動作電圧が印加されると、リレー14が動作し、昇圧トランス12の2次巻線12bの一方の端子がダイオード15を通じて接地端子GNDに接続され、イオン発生素子13の電極からマイナスイオンが発生される。また、リレー14がオープンのときには、イオン発生素子13の電極からプラスイオンおよびマイナスイオンが発生される。
【0057】
以上のように、本実施の形態のイオン発生装置100はイオンを発生させる。そして、本実施の形態のイオン発生装置100は、さらに、イオン発生量を検出し、検出結果に応じてイオン発生量を制御する構成を備えている。
【0058】
次に、本実施の形態のイオン発生装置100が、イオン発生量を検出し、検出結果に応じてイオン発生量を制御する具体的な構成および動作について、順番に説明する。
【0059】
本実施の形態のイオン発生装置100は、図1に示すように、上記基本構成に加えて、放電量検出手段としての放電検出部16、高域フィルタ回路17、オペアンプ18、抵抗19、コンデンサ20、抵抗21、抵抗22、オペアンプ23、トランジスタ24をさらに備えている。
【0060】
また、トランジスタ1、充電用コンデンサ2、シャントレギュレータ3、トランジスタ4、抵抗5、抵抗6、抵抗8、高域フィルタ回路17、オペアンプ18、抵抗19、コンデンサ20、抵抗21、抵抗22、オペアンプ23、およびトランジスタ24は、電圧発生周期制御手段としての電圧発生周期制御回路を構成している。さらに、充電用コンデンサ2、サイリスタ11、および昇圧トランス12は、放電発生電圧発生手段としての放電発生電圧発生回路を構成している。
【0061】
上記放電検出部16は、コイルなどにより構成されており、イオン発生素子13の電極からの電磁波を受けることにより、イオン発生素子13が放電する放電量を検出、すなわちイオン発生素子13が放電しているか否かを検出する。
【0062】
詳細には、昇圧トランス12の2次巻線12bでは、充電用コンデンサ2に蓄積された電荷がサイリスタ11の短絡によって放電する度に、図2に示す波形の高圧出力電圧が発生する。
【0063】
また、図2に示す高圧出力電圧波形の最大出力の山の部分および谷の部分には、図3に示すように、ギザギザの波形が発生する。このギザギザの波形は、イオン発生素子13の電極の放電状態を示している。
【0064】
したがって、放電検出部16がイオン発生素子13の電極からの電磁波を受けると、イオン発生素子13の電極の放電状態を示している上記高圧出力電圧波形に略相似形の波形が、放電検出部16に表れる。放電検出部16で検出された検出波形を有する信号は、高域フィルタ回路17に出力される。
【0065】
上記高域フィルタ回路17では、上記放電検出部16にて検出された検出波形の放電状態すなわちギザギザの波形以外の波形が除去される。そして、この除去後の波形が示すイオン発生素子13の電極の放電量に応じた電圧が、増幅されて出力される。出力された出力電圧は、オペアンプ18のマイナス入力端子に入力される。
【0066】
ここで、上記オペアンプ18には、マイナス入力端子に高域フィルタ回路17の出力電圧が入力され、プラス入力端子にイオン発生量設定部50の設定電圧が入力される。
【0067】
そこで、本発明の特徴的な構成であるイオン発生量設定部50について説明する。
【0068】
上記イオン発生量設定部50は、基準電圧51および52、可変抵抗53、並びに、抵抗54を備え、イオン発生装置100の外部から、予め設定した基準値の電圧を設定するものである。予め設定した基準値は、例えば、+2Vから−0.1Vの範囲において調整可能であるような定数である。また、この基準値に基づいて、充電用コンデンサ2に充電された電荷が放電される周期を調整することにより、イオン発生量が変化する。上記基準値の電圧は、可変抵抗53の設定抵抗値による、基準電圧51および52が発生する一定の電圧を分圧した値によって、調節される。
【0069】
よって、イオン発生量設定部50は可変抵抗53を備えるだけで、上記基準値の電圧を容易に調節することが可能となり、充電用コンデンサ2が放電される周期を容易に調節することが可能となる。また、可変抵抗53は入手しやすいので、イオン発生量設定部50を安価に且つ簡単に製造することが可能となる。
【0070】
イオン発生量設定部50にて設定された設定電圧は、オペアンプ18のプラス入力端子に入力される。
【0071】
なお、イオン発生装置100の外部から、予め設定した基準値の電圧を設定するとは、イオン発生装置100が組立てられ完成した後、該装置100を分解しなくても、上記電圧を容易に調節することが可能なことを示す。これは、例えば、ユーザが手動で調節するような構成にしてもよいし、空調感知器などを備えて、自動的に調節するような構成にしてもよい。
【0072】
上記オペアンプ18は、高域フィルタ回路17の出力電圧とイオン発生量設定部50の設定電圧とを比較する。オペアンプ18で比較され出力された出力電圧は、充電用コンデンサ2を流れる充電電流を制御するために、オペアンプ23のプラス入力端子に入力される。
【0073】
上記抵抗21は、充電用コンデンサ2を流れる充電電流を検出するための抵抗であり、充電用コンデンサ2と接地端子GNDとの間に備えられている。
【0074】
上記オペアンプ23は、抵抗21の両端電圧とオペアンプ18の出力電圧とを比較する。オペアンプ23のプラス入力端子には、オペアンプ18の出力側が接続され、一方、オペアンプ23のマイナス入力端子には、抵抗22の一端が接続され、この抵抗22の他端には上記抵抗21の一端が接続され、抵抗21の他端はGNDに接続されている。
【0075】
上記トランジスタ24は、エミッタが接地端子GNDに接続され、コレクタが抵抗を介してトランジスタ1のベースに接続され、ベースがオペアンプ23の出力側に接続されている。
【0076】
また、上記トランジスタ1は、充電用コンデンサ2への充電をオン/オフするためのトランジスタであり、エミッタがイオン発生装置100の入力電圧端子+Vに接続され、コレクタが充電用コンデンサ2に接続されている。
【0077】
したがって、オペアンプ23で比較され出力された出力電圧をトランジスタ24のベースに印加することによって、トランジスタ24のオン/オフが制御され、トランジスタ1のオン/オフが制御され、充電用コンデンサ2を流れる充電電流が定電流になるように制御される。
【0078】
ここで、充電用コンデンサ2は、上述したように、昇圧トランス12の1次巻線12aにインパルス電圧を発生させるために放電する電荷を、充電するためのコンデンサである。つまり、充電用コンデンサ2が放電する周期が、そのままインパルス電圧の発生周期になる。
【0079】
したがって、充電用コンデンサ2が放電する周期が安定していなければ、昇圧トランス12の1次巻線12aのインパルス電圧の発生周期が変化するので、イオン発生素子13の放電周期すなわちイオン発生周期にバラツキが生じてしまう。
【0080】
しかしながら、本実施の形態のイオン発生装置100では、充電用コンデンサ2を流れる充電電流が定電流になるように制御されることによって、充電用コンデンサ2が放電する周期が安定するので、イオン発生周期のバラツキが少なくなり、ノイズによる誤動作でのイオン発生停止がなく、安定したイオン発生が可能となる。
【0081】
次に、充電用コンデンサ2を流れる充電電流が、上述したオペアンプ18の出力電圧に応じて制御され、該充電用コンデンサ2が充電される動作について説明する。
【0082】
まず、イオン発生量設定部50からオペアンプ18のプラス入力端子に入力される電圧値、すなわち予め設定した基準値の電圧を、例えば、+2Vから−0.1Vの範囲において調整可能であるような定数に設定する。
【0083】
上記範囲の設定は、最大イオン発生希望値が2V、イオン発生停止が0V、および通常のイオン発生希望値が1Vであることを示しており、最大イオン発生希望値は通常のイオン発生希望値の2倍などに設定することが好ましい。
【0084】
なお、予め設定した基準値が0V以下(本実施の形態では−0.1V)に設定する理由は、0V以下にすることにより、オペアンプ18の入力が「プラス入力端子の電圧<マイナス入力端子の電圧」と確実にすることによって、オペアンプ18の出力をマイナスに固定するためである。
【0085】
また、放電検出部16にてイオン発生素子13の放電量を検出し、高域フィルタ回路17にて出力される出力電圧が、例えば、所望するイオン発生量の最大において+2V、イオン発生停止において0Vとなるような設定とする。
【0086】
また、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧は「充電用コンデンサ2に流れる充電電流×抵抗21」の値であることから0V以上となり、オペアンプ23の出力はマイナスになる。
【0087】
したがって、トランジスタ24はOFF状態へ移行し、トランジスタ1もOFF状態へ移行するので、充電用コンデンサ2に充電電流が流れないので、イオン発生装置100を確実に停止することが可能となる。
【0088】
すなわち、イオン発生量設定部50において、予め設定した基準値が0V以下に、つまりは充電用コンデンサ2に充電電流を流さず、放電周期がゼロに調節されることによって、イオン発生装置100を確実に停止することが可能となる。
【0089】
なお、イオン発生装置100のイオン発生を停止する場合は、これに限らず、例えば、充電用コンデンサ2に充電電流が流れて放電しても、放電電圧がイオン発生素子13が放電するのに必要な電圧よりも小さくなる値となるように、イオン発生量設定部50にて予め設定した基準値を設定してもよい。
【0090】
イオン発生量設定部50の予め設定した基準値の電圧が上記のように設定される場合、例えば、オペアンプ18のプラス入力端子の電圧を1.5Vとなるように、可変抵抗53によって外部から調節しているとする。
【0091】
イオン発生装置100の電源投入時は、まだサイリスタ11の放電が開始していないことから、放電検出部16にて放電は検出されていないので、オペアンプ18のマイナス入力端子の電圧は0Vである。それゆえ、オペアンプ18の出力はプラスになる。したがって、オペアンプ23のプラス入力端子の電圧は、抵抗19×コンデンサ20の時定数により徐々に上昇する。
【0092】
上昇を始めるとオペアンプ23の出力はプラスへ移行し、トランジスタ24はON状態へ移行し、トランジスタ1もON状態へ移行する。よって、充電用コンデンサ2に電流が流れるので、充電用コンデンサ2への充電が開始される。
【0093】
このとき、抵抗21に充電用コンデンサ2に流れる充電電流が流れ、オペアンプ23のマイナス入力端子に「充電用コンデンサ2に流れる充電電流×抵抗21」の電圧が印加され、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧はプラスへ移行する。
【0094】
しかし、以下に説明するように、オペアンプ23の出力によるトランジスタ24およびトランジスタ1のオン/オフの制御によって、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧はオペアンプ18の出力電圧と同一になるように制御される。
【0095】
つまりは、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧がオペアンプ18の出力電圧(オペアンプ23のプラス入力端子電圧の電圧)と等しくなるようにトランジスタ24のオン/オフの制御が行われているので、入力電圧端子+Vの電圧が変動しても充電電流値は安定化される。これについて、詳細に説明する。
【0096】
オペアンプ23のプラス入力端子の電圧が上昇を始めると、オペアンプ23の出力はプラスへ移行する。このプラスへの移行によって、トランジスタ24のベース電流が増加され、トランジスタ24はON状態へ移行し、トランジスタ1のベース電流が流れる。そして、トランジスタ1はON状態へ移行し、充電用コンデンサ2への充電電流が流れ、充電が開始される。
【0097】
上記充電電流の増加は抵抗21に流れる電流の増加であるため、抵抗21の両端電圧が増加し、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧が上昇する。そして、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧がプラス入力端子の電圧よりも高くなると、オペアンプ23の出力はマイナスへ移行する。これにより、トランジスタ24のベース電流が減少し、トランジスタ24はOFF状態へ移行し、トランジスタ1のベース電流が減少する。そして、トランジスタ1はOFF状態へ移行し、充電用コンデンサ2への充電電流を減少させることになる。
【0098】
この充電電流の減少は抵抗21に流れる電流の減少であるため、抵抗21の両端電圧が減少し、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧が減少し、上述の通り、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧がプラス入力端子の電圧より低いので、オペアンプ23の出力はプラスへ移行し、トランジスタ24のON状態への移行とトランジスタ1のON状態への移行となり、充電用コンデンサ2の充電電流の増加となる。
【0099】
つまり、オペアンプ23のマイナス入力端子の電圧がプラス入力端子の電圧よりも低いと充電電流が増加するように制御され、マイナス入力端子の電圧がプラス入力端子の電圧よりも高いと充電電流が減少するように制御される。
【0100】
したがって、充電電流の変化はオペアンプ23のマイナス入力端子の電圧とプラス入力端子の電圧との差の変化となって充電電流を制御するため、抵抗21の両端電圧とオペアンプ18の出力電圧とが同一となるように制御される。すなわち、充電用コンデンサ2の充電電流は定電流に制御されることになる。
【0101】
これにより、入力電圧端子+Vの電圧が変動しても、充電電流が一定となるように制御されるので、安定したコンデンサへの充電を行うことが可能となる。また、充電電流は次の式(1)で示される。
【0102】
充電電流=(オペアンプ18の出力電圧)/(抵抗21の抵抗値) ・・・式(1)
なお、オペアンプ23の入力端子の電流は誤差範囲とし、上記式(1)には記載していない。上記式(1)の右辺が一定値であることから、充電電流は定電流で制御される。また、充電電流は、オペアンプ18の出力電圧に比例した値で負帰還制御されている。
【0103】
すなわち、オペアンプ18の出力電圧は放電検出部16にて検出された放電量に応じて変動しているので、放電検出部16にて検出された放電量に応じて、充電用コンデンサ2の充電電流の値は一定に制御されている。
【0104】
以上により、充電用コンデンサ2を充電している期間で、該充電用コンデンサ2に充電される電流値を一定に保つように制御することによって、時定数のカーブを描く充電に比べて同一周期での充電で比較したとき、充電用コンデンサ2の充電開始時の電流を小さく設定することが可能になる。よって、スイッチ素子の保持電流による短絡保持での、ノイズによる誤動作によるイオン発生停止がなくなり、安定したイオン発生を行うことが可能となる。
【0105】
なお、ここでは、「抵抗21の両端電圧とオペアンプ18の出力電圧とが同一となる」と表しているが、これは、逆にいえば、本発明が解決しようとする課題として挙げた事項が実用上問題ない程度となるように、充電用コンデンサ2の充電電流が「定電流」の様相を呈する結果となればよい、という意味であり、その意味を超えて厳密に同一になるという意味にまでは限定されない(なお、厳密に同一であってもよい)。すなわち、「課題を解決できる程度に」同一であればよいという意味であり、どの程度同一に近づけるかは、装置の設計時に任意に決めればよい。
【0106】
また、充電用コンデンサ2への充電によって充電用コンデンサ2の電圧が上昇し、抵抗5および抵抗6によって分圧された電圧がシャントレギュレータ3の基準電圧(例えば2.5V)に達すると、シャントレギュレータ3はON状態へ移行し、トランジスタ4がON状態へ移行し、サイリスタ11のゲートに電圧が印加される。そして、サイリスタ11はON状態へ移行し、充電用コンデンサ2の放電電流(短絡状態の電流)によりサイリスタ11はON状態を保持したまま、充電用コンデンサ2に充電された電荷が放電される。
【0107】
このとき、放電電流として流れる電流は、サイリスタ11が略短絡状態であることから、サイリスタ11の保持電流を満足し(保持電流:放電スイッチ素子がONとなった後、ON状態を維持するために必要な素子に流す電流値)、充電用コンデンサ2は完全放電する。
【0108】
その後、放電された電荷により昇圧トランス12にインパルス電圧が発生し高圧が発生し、イオン発生素子13が放電する。そして、放電が放電検出部16によって検出されることによって、オペアンプ18のマイナス入力端子の電圧が上昇を始める。
【0109】
したがって、オペアンプ18のマイナス入力端子の電圧は、イオン発生素子13の放電量すなわちイオン発生量に比例した電圧である。また、オペアンプ18のマイナス入力端子の電圧によって、充電用コンデンサ2への充電電流の増減によるサイリスタ11のON状態への移行の繰り返し周期の長短が制御され、イオン発生素子13の放電周期が制御される。すなわちイオン発生量が制御される。
【0110】
以上のように、本実施の形態のイオン発生装置100では、放電検出部16がイオン発生素子13が放電する放電量を検出し、オペアンプ18が、放電検出部16によって検出された放電量に応じて、オペアンプ23に電圧を出力する。オペアンプ23は、オペアンプ18の出力電圧に応じて、充電用コンデンサ2の充電電流を流す周期を制御する。そして、周期が制御された充電電流によって、充電用コンデンサ2の電圧が上昇し、充電用コンデンサ2が放電する。放電された電荷により昇圧トランス12にインパルス電圧が発生し、イオン発生素子13が放電することによって、イオンが発生する。
【0111】
また、本実施の形態のイオン発生装置100では、充電用コンデンサ2を流れる充電電流が定電流になるように制御することによって、充電用コンデンサ2が放電する周期が安定し、イオン発生素子13が放電する周期が安定するので、イオン発生周期のバラツキが少なくなり、ノイズによる誤動作でのイオン発生停止がなく、安定したイオン発生を行うことが可能となる。
【0112】
ここで、イオン発生の制御として、1回の充電用コンデンサ2の放電の強さ(サイリスタ11がONされる直前の充電用コンデンサ2の電圧)を制御することでもイオン発生量が制御することができるが、その場合は放電の強さが一定ではなく変化するために、放電によるノイズのピーク値も変化する。
【0113】
しかしながら、本実施の形態では、放電の強さは一定で放電周期を制御しているので、イオン発生素子13の放電によるノイズのピーク値が変化せずに、安定したイオン発生を行うことが可能となる。
【0114】
また、充電用コンデンサ2への充電電流の増減はオペアンプ18の出力電圧に応じて変化するので、該充電電流の増減によってイオン発生素子13の放電周期が制御されることにより、オペアンプ18の出力電圧は、該放電周期の基準となる。
【0115】
例えば、充電電流が増加すれば充電用コンデンサ2の充電時間は短縮され、サイリスタ11のON状態への移行の繰り返し周期が短くなり、放電周期は短くなる。よって、イオン発生量は増加する。
【0116】
また、イオン発生素子13の放電周期が、放電検出部16にて短く検出されると、高域フィルタ回路17の出力電圧であるオペアンプ18のマイナス入力端子の電圧が大きくなる。オペアンプ18のマイナス入力端子の電圧は、オペアンプ18のプラス入力端子に入力されるイオン発生量設定部50で設定される基準値の電圧(前述のようにここでは1.5V)と比較される。そして、マイナス入力端子の電圧が、大きければオペアンプ18の出力が減少し、小さければ増加する。
【0117】
よって、イオン発生量設定部50で設定される基準値が大きければイオン発生量が大きく、小さければイオン発生量が小さく、0V以下であれば、イオン発生が停止する制御となる。つまりは、イオン発生量設定部50で設定される基準値に応じた値により、オペアンプ18の出力電圧は制御される。
【0118】
したがって、オペアンプ18の出力電圧に応じて充電用コンデンサ2を流れる充電電流が制御され、該充電電流に応じてイオン発生素子13の放電周期が制御され、該放電周期に応じてイオン発生量が制御されるので、オペアンプ18の出力電圧を基にイオン発生の制御を行うことが可能となる。また、このオペアンプ18の出力電圧は、本実施の形態のイオン発生装置100ではイオン発生量設定部50を備えているので、容易に調整することが可能である。
【0119】
それゆえ、本実施の形態のイオン発生装置100では、安定したイオン発生を行いながら、イオン発生量を調節することが可能となる。
【0120】
なお、本実施の形態においては、イオン発生量設定部50で設定する予め設定した基準値を、+2Vから−0.1Vの範囲において調整可能であるような定数であるとしたが、必ずしもこれに限定されず、例えば、放電検出部16にて放電検出し、高域フィルタ回路17から出力される出力電圧値として、最大イオン発生希望値となる値を最大にし、若干のマイナス電圧値を最小にすればよく、最大イオン発生希望値を通常のイオン発生希望値の5倍にするなど用途により設定してもよい。
【0121】
また、本実施の形態においては、充電用コンデンサ2への充電電流を制御することによりイオン発生素子13の放電周期の制御を行う構成であるが、必ずしもこれに限定されず、充電用コンデンサ2への充電はイオン発生装置100への入力電圧とし、充電周期の最短より短い期間で充電を完了させる構成として、タイマーIC(一般的な555IC)によりサイリスタ11のゲートをONさせる構成とし、タイマーICのタイミング抵抗の可変をオペアンプ18の出力からトランジスタなどで制御することもできる。このとき、充電用コンデンサ2への充電電流は制御されず、イオン発生素子13の放電周期を制御する構成となる。
【0122】
また、本実施の形態のイオン発生装置100は、好適にイオン発生機能を備えさせたい装置に用いてもよい。
【0123】
次に、上記イオン発生装置100を搭載する本実施の形態の空気調節装置について、図4および図5に基づいて説明する。
【0124】
図4は、本実施の形態のイオン発生装置100を搭載する空気調節装置200の構成を示す図である。
【0125】
図5は、上記空気調節装置200の操作パネル210の構成例を示す図である。
【0126】
本実施の形態の空気調節装置200は、マイナスイオンを放出したり、空気中の除菌を行う装置であり、例えば、イオン発生機能を備える空気清浄機、エアコン、除湿機、または加湿器などである。
【0127】
上記空気調節装置200は、図4に示すように、装置内部にイオン発生装置100を備えており、装置内部のイオン入り空気を装置外に放出するイオン入り空気放出口201と、空気調節装置200のユーザが目視できて容易に操作できる位置にある操作パネル210とを備えている。なお、空気調節装置200における図示しない残りの部分は、従来の一般的な構成で実現可能である。
【0128】
上記操作パネル210は、図5に示すように、電源ボタン211、風量調節ボタン212、電圧設定手段としてのイオン調節ダイヤル213、並びに、LED211aおよび212a〜212cを備えている。
【0129】
上記電源ボタン211は、空気調節装置200の電源のオン/オフを操作するためのボタンである。電源ボタン211が押下され、空気調節装置200の電源がオン状態になると、LED211aが点灯する。
【0130】
上記風量調節ボタン212は、空気調節装置200から放出される空気の風量を操作するためのボタンである。風量調節ボタン212を押下する毎に、風量は強、中、弱と変化する。その際、強、中、弱の風量に合わせて、LED212a〜212cが点灯する。
【0131】
上記イオン調節ダイヤル213は、放出される空気中のイオン量を調節するためのダイヤルであり、イオン発生量が強から中を経て弱へと何段階かの調節幅を有している。イオン調節ダイヤル213を操作すると、操作した調節量に応じて電圧が設定され、設定された電圧が、イオンを発生させるイオン発生回路30に入力される。
【0132】
上記の構成により、空気調節装置200は、操作パネル210の電源ボタン211が押下されることにより、電源がオンされ、イオン調節ダイヤル213によって調節されたイオン量がイオン発生装置100から発生し、風量調節ボタン212によって調節された風量のイオン入り空気が空気調節装置200の内部に備えられたファンモータ(図示しない)から送られ、イオン入り空気放出口201から装置外に放出される。
【0133】
したがって、本実施の形態の空気調節装置200は、空気調節装置200のユーザが目視できて容易に操作できる位置にある操作パネル210を備えているので、空気調節装置200の使用中にも、不安定になることなく、ユーザがイオン発生量を容易に調節することができる。
【0134】
なお、本実施の形態の空気調節装置200では、操作パネル210に電源ボタン211、風量調節ボタン212、およびイオン調節ダイヤル213を備える例を示したが、これに限らない。必要に応じた発生イオンの種類を切り替える操作機能を備えてもよいし、プラスイオンとマイナスイオンの比率を変更する操作機能を備えてもよい。また、空調感知部などを備えて、自動的に調節させるような機能を備えてもよい。好適に操作機能を追加したり、組み合わせたりすることが可能である。
【0135】
また、本実施の形態の空気調節装置200では、操作パネル210にボタンやダイヤルを備える例を示したが、これに限らず、通信機能を有して、リモコンを用いて調節してもよい。この場合、ユーザは、空気調節装置200から離れた位置にいても、通信可能範囲が許す限り、空気調節装置200を操作することが可能となる。
【0136】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0137】
本発明のイオン発生装置および空気調節装置は、マイナスイオンを発生したり、空気中の除菌ができる空気清浄機、エアコン、除湿機、または加湿器などに好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0138】
【図1】本発明におけるイオン発生装置の実施の一形態を示す回路図である。
【図2】上記イオン発生装置の昇圧トランスの2次巻線の高圧出力電圧を示す波形図である。
【図3】上記イオン発生装置の昇圧トランスの2次巻線の高圧出力電圧の放電部分を示す拡大図である。
【図4】上記イオン発生装置を備えた空気調節装置を示す斜視図である。
【図5】上記空気調節装置の操作パネルを示す構成図である。
【図6】従来のイオン発生装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【0139】
1 トランジスタ(電圧発生周期制御手段)
2 充電用コンデンサ(電圧発生周期制御手段、放電発生電圧発生手段)
3 シャントレギュレータ(電圧発生周期制御手段)
4 トランジスタ(電圧発生周期制御手段)
5 抵抗(電圧発生周期制御手段)
6 抵抗(電圧発生周期制御手段)
8 抵抗(電圧発生周期制御手段)
11 サイリスタ(放電発生電圧発生手段)
12 昇圧トランス(放電発生電圧発生手段)
12a 1次巻線
12b 2次巻線
13 イオン発生素子
14 リレー
15 ダイオード
16 放電検出部(放電量検出手段)
17 高域フィルタ回路(電圧発生周期制御手段)
18 オペアンプ(電圧発生周期制御手段)
19 抵抗(電圧発生周期制御手段)
20 コンデンサ(電圧発生周期制御手段)
21 抵抗(電圧発生周期制御手段)
22 抵抗(電圧発生周期制御手段)
23 オペアンプ(電圧発生周期制御手段)
24 トランジスタ(電圧発生周期制御手段)
30 イオン発生回路
50 イオン発生量設定部(電圧発生周期調節手段)
51 基準電圧
52 基準電圧
53 可変抵抗
54 抵抗
100 イオン発生装置
200 空気調節装置
201 イオン入り空気放出口
210 操作パネル
211 電源ボタン
212 風量調節ボタン
213 イオン調節ダイヤル(電圧発生周期調節手段)
【出願人】 【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
【出願日】 平成18年8月11日(2006.8.11)
【代理人】 【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人原謙三国際特許事務所


【公開番号】 特開2008−47375(P2008−47375A)
【公開日】 平成20年2月28日(2008.2.28)
【出願番号】 特願2006−220561(P2006−220561)