JP2009004260A - イオン生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電極の絶縁性低下を検知することにより、それを報知し或いはイオン生成装置本体やその周辺を保護して、発火や焼損等の事故を生じさせないイオン生成装置を提供する。
【解決手段】イオン生成装置１は、放電電極を構成する放電針２と対向電極１５とに印加する高電圧を出力する高圧電源回路３と、該高圧電源回路から放電電極に高電圧を印加したときにコロナ放電とは別に発生する微放電に応じた検出信号を発生する微放電検出手段と、該微放電検出手段からの検出信号に基づいて微放電と判定したときに警報信号を出力する微放電検出装置３０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大気中に正及び負の空気イオンを生成するイオン生成装置に関する。

従来、針状電極（放電針）と対向電極とからなる放電電極に高電圧を印加してコロナ放電を発生させることにより、大気中に正負の空気イオンを生成するイオン生成装置が知られている。この種のイオン生成装置で、高電圧は直流電圧であっても交流電圧であってもよいが、交流高電圧を用いるときは、針状電極に正負の電圧が交互に印加される。

ここで、針状電極に正の電圧が印加された場合には、生成する正負の空気イオンのうち、負イオンは針状電極に向かって移動し、正イオンは対向電極に向かって移動する。このとき、大部分の正イオンは対向電極に捕獲されるが、一部の正イオンは対向電極を越えて外部に放出される。一方、針状電極に負の電圧が印加された場合には、正の電圧が印加された場合と全く逆の現象が起き、生成される正負の空気イオンのうち、大部分の負イオンが対向電極に捕獲され、一部の正イオンが対向電極を越えて外部に放出される。

このようなイオン生成装置によれば、交流電圧を用いると正イオンと負イオンとをほぼ等量ずつ生成することができるので、上記のようにして生成される正負の空気イオンを帯電体に向けて放出することにより、その帯電体が正負どちらに帯電している場合も、その電荷を中和して良好に除電を行うことができる。

図９に従来のイオン生成装置の例を示す。これは、高圧電源回路４１と、高圧ケーブル４２を介して高圧電源回路４１に接続された複数の放電針４３と、各放電針４３に対向して設けられ且つ接地された対向電極４４とを備え、放電針４３と対向電極４４とで放電電極を構成している。放電針４３は、絶縁材料からなる支持部材４５の内部に備えられた導電材料からなる芯材４６を介して高圧ケーブル４２に接続されると共に、先端部が支持部材４５から外部に突出して、直線状に配列されている。また、対向電極４４は棒状の導体からなり、支持部材４５の両端に設けられた絶縁材料からなるフランジ部材４７，４７に挟持されて、直線状に配列された複数の放電針４３と平行に設置されている。

このようなイオン生成装置においては、放電電極は絶縁性の材料からなる支持部材で支持されており、特に放電針の近傍で対向電極との間で生じる放電によって塵等が炭化され、カーボンとなって絶縁性支持部材の表面に付着することがあり、これが蓄積されるに従って、放電電極の絶縁性すなわち電気的抵抗値が低下していく。そして、そのような付着物の除去その他のメンテナンスをせずに運転し続けると、抵抗値は更に低下し、やがて放電針から接地側に過大な電流が流れて、イオン生成措置本体やその周辺に発火や焼損等の事故を起こすことになる。従来のイオン生成装置は、このような事故が生じたときに電源の供給を遮断することで安全を図るようにしていた。

しかしながら、放電電極の絶縁性低下による発火等の事故が発生したときに電源供給を遮断するというのは事後的な処置であり、より重大な事故に繋がる恐れもある。従って、上記のような過大電流による事故が発生する以前に放電電極の絶縁性低下を検知し、発火や損傷などの事故を未然に防止することが望まれていた。

本発明は、かかる状況に鑑み、放電電極の絶縁性低下を検知することにより、それを報知し或いは電源回路などを保護して、発火や焼損等の事故を生じさせないイオン生成装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記のような放電電極の絶縁性（抵抗値）が或る値以下に低下すると、放電電極に高電圧を印加したときに本来のコロナ放電とは別の僅かな放電現象（以下、微放電又はＰＤという）が生じることを見出し、これを検出することによって、事故の発生を防止すると共に電源装置等の保護を図れるようにした。

すなわち、本発明は、放電電極に高電圧を印加することによって該放電電極からコロナ放電を発生させ、そのコロナ放電により空気イオンを生成するイオン生成装置において、前記放電電極に印加する高電圧を出力する高圧電源回路と、該高圧電源回路から前記放電電極に高電圧を印加したときに前記コロナ放電とは別に発生する微放電に応じた検出信号を発生する微放電検出手段と、該微放電検出手段からの検出信号に基づいて微放電と判定したときに警報信号を出力する微放電判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のイオン生成装置によれば、高圧電源回路から放電電極に高電圧を印加したときにコロナ放電とは別に発生する微放電に応じた検出信号により微放電を判定し、警報信号を生成する。これにより、放電電極の絶縁性の低下を検知し、それを報知することで、発火や損傷などの事故を未然に防止することができる。

本発明の好ましい形態では、前記微放電判定手段は、微放電と判定したときに前記警報信号と共に高圧電源回路への電源供給を遮断する信号を出力するものとする。これにより、接地側へ過大な戻り電流が流れるのを防止できる。

また、前記微放電検出手段は、前記高圧電源回路の出力部から前記放電電極の接地電極側に接続した抵抗器を流れる電流によって発生する電圧を前記検出信号として、或いは、前記高圧電源回路から前記放電電極の針状電極に接続した出力部を流れる電流によって発生する電圧を前記検出信号として、前記微放電判定手段に入力するように構成される。

また、前記高圧電源回路は、一次巻線及び二次巻線を有する巻線トランスと、その一次巻線に印加する複数のパルス列電圧を出力するパルス列出力回路とを備えて構成され、前記微放電検出手段は、前記パルス列出力回路の接地端に接続した抵抗器を流れる電流によって発生する電圧、又は前記パルス列出力回路の定電圧源側を流れる電流によって発生する電圧を前記検出信号として、前記微放電判定手段に入力するように構成される。

或いは、前記高圧電源回路は、一次側に加えられた電圧を昇圧して二次側に高電圧を生成する巻線トランスと、該巻線トランスの一次側に交流電圧を印加する交流電源、又は直流電圧を印加することにより該巻線トランスの一次側に交流高周波電圧を発生する発振回路とを備えるものでもよい。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１に示すように、実施形態のイオン生成装置１は、従来と同様に絶縁体からなる支持部材（図示省略）で支持された放電針２及び該放電針２の先端部近傍に配置され且つ接地された対向電極１５からなる放電電極と、該放電電極に印加される高電圧を出力する高圧電源回路３と、後述のように高圧電源回路３のスイッチ素子のオン・オフを制御する制御回路４とを備えている。

高圧電源回路３は、一次巻線５ａ及び二次巻線５ｂを有する巻線トランス５と、その一次巻線５ａに印加する複数のパルス列電圧を出力するパルス列出力回路６とを備えている。巻線トランス５の二次巻線５ｂの一端は放電針２に接続され、他端は対向電極１５に接続されている。

なお、図１では１つの放電針２と対向電極１５を示しているが、前述の従来例（図６）のように、１つの対向電極に対して配置された複数の放電針２が高圧ケーブル等を介して二次巻線５ｂの一端に接続される構成でもよい。

本実施形態では、対向電極１５に接続した二次巻線５ｂの他端は、後述のように微放電を検出するために、抵抗器（抵抗値が一定又は可変でもよい）１６を介して接地されている。

パルス列出力回路６は、所謂Ｈブリッジ型の回路であり、第１のスイッチ素子７及び第２のスイッチ素子８を直列に接続してなる第１の直列回路１１と、第３のスイッチ素子９及び第４のスイッチ素子１０を直列に接続してなる第２の直列回路１２と、これらの直列回路１１，１２を並列に接続してなる並列回路１３に直流電圧を印加する直流電源１４とを備える。

各スイッチ素子７〜１０は、半導体スイッチ素子である。本実施形態では、第１及び第３のスイッチ素子７，９はｐチャネルＦＥＴで構成され、第２及び第４のスイッチ素子８，１０はｎチャネルＦＥＴで構成されている。そして、各スイッチ素子７〜１０は、それぞれの制御信号入力部であるゲートが制御回路４に接続され、該制御回路４から与えられる制御信号（オン・オフ信号）に応じて、各スイッチ素子７〜１０のオン・オフ（ソース・ドレン間の導通・遮断）が制御されるようになっている。

なお、各スイッチ素子７〜１０を、スイッチングトランジスタにより構成してもよい。あるいは、ＦＥＴとスイッチングトランジスタとを混在させてもよい。例えば、スイッチ素子７〜１０のうちのスイッチ素子７，９をＦＥＴで構成し、スイッチ素子８，１０をスイッチングトランジスタで構成してもよい。

第１及び第２のスイッチ素子７，８を含む第１の直列回路１１におけるスイッチ素子７側の一端（スイッチ素子７のソース）と、第３及び第４のスイッチ素子９，１０を含む第２の直列回路１２におけるスイッチ素子９側の一端（スイッチ素子９のソース）とが接続されると共に、第１の直列回路１１のスイッチ素子８側の他端（スイッチ素子８のソース）と、第２の直列回路１２のスイッチ素子１０側の他端（スイッチ素子１０のソース）とが接続されている。これにより、第１の直列回路１１と第２の直列回路１２とが並列に接続されて、前記並列回路１３が構成されている。

この並列回路１３のスイッチ素子７，９側の一端は、直流電圧（例えば24Ｖ）を出力する直流電源１４の正極に接続され、並列回路１３のスイッチ素子８，１０側の他端は、接地されている。なお、直流電源１４の負極は接地されており、並列回路１３のスイッチ素子８，１０側の他端に導通している。これにより、直流電源１４から並列回路１３に直流電圧が印加されるようになっている。

第１の直列回路１１の両スイッチ素子７，８間の接続点１１ａと、第２の直列回路１２の両スイッチ素子９，１０間の接続点１２ａとが、パルス列出力回路６の一対の出力部となっており、この出力部１１ａ，１２ａに、前記巻線トランス５の一次巻線５ａの両端がそれぞれ接続されている。

なお、本実施形態では、パルス列出力回路６の出力部１１ａ，１２ａから巻線トランス５の一次巻線５ａに印加する電圧に関し、一方の出力部１１ａ側が他方の出力部１２ａ側に対して正の電位となる電圧の極性を正極性、他方の出力部１２ａ側が一方の出力部１１ａ側に対して正の電位となる電圧の極性を負極性の電圧と定義する。この場合、本実施形態では、一次巻線５ａに正極性の電圧が印加されたときに二次巻線５ｂに放電電極２側が正極性となる高電圧が発生し、一次巻線５ａに負極性の電圧が印加されたときに二次巻線５ｂに放電電極２側が負極性となる高電圧が発生するようになっている。

制御回路４は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェース回路などから構成されるものである。本実施形態では、制御回路４は、予めＲＯＭに記憶保持されたプログラムや外部からの既入力データなどに基づいて、各スイッチ素子７〜１０のゲートにオン・オフ信号（矩形波信号）を出力し、そのオン・オフ信号により、各スイッチ素子７〜１０のオン・オフ制御を行う。

次に図２を参照して、高圧電源回路３の基本的動作を説明する。図２は、各スイッチ素子７〜１０のオン・オフ制御とそれに応じて巻線トランス５の二次巻線５ｂに発生する電圧（高電圧）との関係を例示するグラフである。

本実施形態では、巻線トランス５の二次巻線５ｂに正極性の高電圧を発生させる場合には、図２中の期間ＴＰで例示する如く、第１のスイッチ素子７をオン、第２のスイッチ素子８及び第３のスイッチ素子９をオフにした状態で、第４のスイッチ素子１０のオン・オフを比較的高速で繰り返す。このとき、第４のスイッチ素子１０がオンとなっている状態でのみ、直流電源１４の出力電圧とほぼ同等の大きさの電圧値を有し、且つ、該第４のスイッチ素子１０が連続的にオンとなっている時間（オン時間）とほぼ同等の幅を有する正極性のパルス電圧（矩形波状のパルス電圧）が出力部１１ａ，１２ａ間に発生し、これが巻線トランス５の一次巻線５ａに印加される。従って、図中の期間ＴＰにおいて、第４のスイッチ素子１０のオン・オフを繰り返すことにより、そのオン・オフ波形２０と同じ波形の電圧、すなわち、複数の正極性のパルス電圧を時系列的に並べてなる正極側パルス列が出力部１１ａ，１２ａから一次巻線５ａに印加される。

この場合、期間ＴＰ（以下、正極側パルス列出力期間ＴＰという）内において、第４のスイッチ素子１０をオンにするタイミング（正極側パルス列の各パルス電圧の発生タイミング）や、第４のスイッチ素子１０のオン時間（正極側パルス列の各パルス電圧の幅）を適切に設定しておくことによって、巻線トランス５の二次巻線５ｂに、図２の最下段のグラフで示すように、正極性のパルス状（凸型状）の高電圧ＶＰを発生させることができる。

より詳しくは、本実施形態では、正極側パルス列出力期間ＴＰにおける第４のスイッチ素子１０のオン・オフ波形２０は、前半側オン・オフ波形２０ａと、後半側オン・オフ波形２０ｂとから成る。そして、正極側パルス列出力期間ＴＰにおける正極側パルス列のうち、前半側オン・オフ波形２０ａに対応する部分（以下、正極側パルス列前半部という）は、正極性の高電圧ＶＰの発生タイミングと、正極性の高電圧ＶＰの波高値Ｐ（ピーク値）とを規定する機能を有する。すなわち、正極側パルス列前半部の開始タイミング（前半側オン・オフ波形２０ａの開始タイミング）が、正極性の高電圧ＶＰの立ち上がりタイミングとなるので、該正極側パルス列前半部の開始タイミングを変化させることによって、図２に参照符号ＶＰ’を付して例示するように正極性の高電圧の発生タイミングを変化させることができる。また、正極側パルス列前半部のいずれかのパルス電圧の幅を変化させ、該正極側パルス列の各パルス電圧の幅の総和（前半側オン・オフ波形２０ａにおけるトータルのオン時間）を変化させることによって、巻線トランス５のコアの磁束飽和を生じない範囲で、図２に参照符号ＶＰ''を付して例示するように正極性の高電圧の波高値を変化させることができる。この場合、基本的には、正極側パルス列の各パルス電圧の幅の総和を長くするほど、正極性の高電圧の波高値が増加することとなる。

また、正極側パルス列のうち、後半側オン・オフ波形２０ｂに対応する部分（以下、正極側パルス列後半部という）は、正極性の高電圧ＶＰがピーク値から０［Ｖ］まで低下した直後に、二次巻線５ｂに負極性の逆起電圧が発生するのを防止する機能を有する。すなわち、正極性の高電圧ＶＰがピーク値から０［Ｖ］まで低下する過程や、０［Ｖ］の近傍付近で１つ又は複数の正極性のパルス電圧を出力部１１ａ，１２ａから一次巻線５ａに印加することによって、二次巻線５ｂに負極性の逆起電圧が発生するのを防止することができる。

また、本実施形態では、巻線トランス５の二次巻線５ｂに負極性の高電圧を発生させる場合には、図中の期間ＴＮで例示する如く、第３のスイッチ素子９をオン、第１のスイッチ素子７及び第４のスイッチ素子１０をオフにした状態で、第２のスイッチ素子８のオン・オフを比較的高速で繰り返す。このとき、第２のスイッチ素子８がオンとなっている状態でのみ、直流電源１４の出力電圧とほぼ同等の大きさの電圧値を有し、且つ、該第２のスイッチ素子８のオン時間とほぼ同等の幅を有する負極性のパルス電圧（矩形波状のパルス電圧）が出力部１１ａ，１２ａ間に発生し、これが、巻線トランス５の一次巻線５ａに印加される。従って、図中の期間ＴＮにおいて、第２のスイッチ素子８のオン・オフを繰り返すことにより、そのオン・オフ波形２１と同等の波形の電圧、すなわち、複数の負極性のパルス電圧から成る負極側パルス列が出力部１１ａ，１２ａから一次巻線５ａに印加される。

この場合、期間ＴＮ（以下、負極側パルス列出力期間ＴＮという）内において、第２のスイッチ素子８をオンにするタイミング（負極側パルス列の各パルス電圧の発生タイミング）や、第２のスイッチ素子８のオン時間（負極側パルス列の各パルス電圧の幅）を適切に設定しておくことによって、巻線トランス５の二次巻線５ｂに、図２の最下段のグラフで示すように負極性のパルス状（凸型状）の高電圧ＶＮを発生させることができる。

より詳しくは、本実施形態では、正極側パルス列出力期間ＴＰの場合と同様に、負極側パルス列出力期間ＴＮにおける第２のスイッチ素子８のオン・オフ波形２１は、前半側オン・オフ波形２１ａと、後半側オン・オフ波形２１ｂとから構成される。そして、負極側パルス列出力期間ＴＮにおける負極側パルス列のうち、前半側オン・オフ波形２１ａに対応する部分（以下、負極側パルス列前半部という）は、負極性の高電圧ＶＮの発生タイミングと、負極性の高電圧ＶＮの波高値Ｎ（ピーク値）とを規定する機能を有する。すなわち、負極側パルス列前半部の開始タイミングが、負極性の高電圧ＶＮの立ち上がりタイミングとなるので、該負極側パルス列前半部の開始タイミングを変化させることによって、図２に参照符号ＶＮ’を付して例示するように負極性の高電圧の発生タイミングを変化させることができる。また、負極側パルス列前半部の１つ以上のパルス電圧の幅を変化させ、該負極側パルス列の各パルス電圧の幅の総和（前半側オン・オフ波形２１ａにおけるトータルのオン時間）を変化させることによって、巻線トランス５のコアの磁束飽和を生じない範囲で、図２に参照符号ＶＮ''を付して例示するように負極性の高電圧の波高値を変化させることができる。この場合、基本的には、負極側パルス列の各パルス電圧の幅の総和を長くするほど、負極性の高電圧の波高値の大きさ（絶対値）が増加することとなる。

本実施形態のイオン生成装置１では、制御回路４は、前記正極側パルス列出力期間ＴＰの如く、第１のスイッチ素子７をオン、第２のスイッチ素子８及び第３のスイッチ素子９をオフにしつつ、第４のスイッチ素子１０のオン・オフを繰り返すように、各スイッチ素子７〜１０のオン・オフ制御を行なう正極側パルス列出力制御と、前記負極側パルス列出力期間ＴＮの如く、第３のスイッチ素子９をオン、第１のスイッチ素子７及び第４スイッチ素子１０をオフにしつつ、第２のスイッチ素子８のオン・オフを繰り返すように、各スイッチ素子７〜１０のオン・オフ制御を行なう負極側パルス列出力制御とを、互いに同一の周期で交互に実行する。

なお、本実施形態では、正極側パルス列出力期間ＴＰと負極側パルス列出力期間ＴＮとの間の期間では、図２に示す如く、第１のスイッチ素子７及び第３のスイッチ素子９をオンに制御すると共に、第２のスイッチ素子８及び第４のスイッチ素子１０をオフに制御する。

図３は、このように各スイッチ素子８〜１０のオン・オフ制御を行った場合に、巻線トランス５の二次巻線５ｂに発生する高電圧（交流高電圧）の波形の例を示すグラフである。図示の如く、二次巻線５ｂには、正極性の高電圧ＶＰと、負極性の高電圧ＶＮとが一定の周期Ｔａで交互に発生する。そして、このように発生する高電圧が、二次巻線５ｂから放電電極２に対向電極１５との間で印加されることとなる。

この場合、本実施形態では、周期Ｔａは予め定められた一定周期とされ、例えば、５ｍ秒（周波数換算で200 Ｈz）である。そして、制御回路４には、正極性の高電圧ＶＰの各周期Ｔａにおける正極側パルス列出力制御の開始タイミング（正極性の高電圧ＶＰの立ち上がりタイミング）と、負極側パルス列の出力制御の開始タイミング（負極性の高電圧ＶＮの立ち上がりタイミング）との間の時間間隔Ｔｂ（以下、正負間時間Ｔｂという）を規定するデータや、正極側パルス列出力制御における第４のスイッチ素子１０のオン・オフ波形２０のパターンを規定するデータ、負極側パルス列出力制御における第２のスイッチ素子８のオン・オフ波形２１のパターンを規定するデータ等を外部から入力することができるようになっている。

これらのデータは、例えば、正極性の高電圧ＶＰの１周期Ｔａの期間における所定の刻み時間（例えば２０μｓ）毎の各スイッチ素子７〜１０のオン・オフ状態を示すデータ（以下、スイッチオン・オフデータという）により構成される。

そして、制御回路４は、入力されたスイッチオン・オフデータを基に、正極側パルス列出力制御と負極側パルス列出力制御とを交互に実行し、各スイッチ素子７〜１０のオン・オフを制御する。この場合、制御回路４は、各周期Ｔａにおいて、所定の刻み時間毎に、スイッチオン・オフデータに従って各スイッチ素子７〜１０のオン・オフ制御を行う。

補足すると、本実施形態では、正極側パルス列出力期間ＴＰにおいて、第３のスイッチ素子９をオフ状態に維持しているが、第４のスイッチ素子１０をオン状態に制御する時に第３のスイッチ素子９をオフ状態に制御し、第４のスイッチ素子１０をオフ状態に制御する時に第３のスイッチ素子９をオン状態に制御するようにしてもよい。換言すれば、第４のスイッチ素子１０のオン、オフと逆に、第３のスイッチ素子９をオフ、オンに制御するようにしてもよい。同様に、負極側パルス列出力期間ＴＮにおいて、第２のスイッチ素子８をオン状態に制御する時に第１のスイッチ素子７をオフ状態に制御し、第２のスイッチ素子８をオフ状態に制御する時に第１のスイッチ素子７をオン状態に制御するようにしてもよい。換言すれば、第２のスイッチ素子８のオン、オフと逆に、第１のスイッチ素子７をオフ、オンに制御するようにしてもよい。

このようにすることにより、特に、第４のスイッチ素子１０のオンの直後のオフの時間や、第２のスイッチ素子８のオンの直後のオフの時間が比較的長くなるような場合に、巻線トランス５の一次巻線５ａに流れる電流が急激に変化するのを防止し、ひいては、正極性の高電圧ＶＰ及び負極性の高電圧ＶＮの変化を滑らかに行うことが可能となる。

また、本実施形態では、正極側パルス列出力期間ＴＰにおける第４のスイッチ素子１０は、所定の刻み時間毎に、オンまたはオフのいずれかに制御されるようにしているが、この刻み時間内で第４のスイッチ素子１０がオンとなる時間の割合であるデューティを制御するようにしてもよい。この場合、正極側パルス列出力期間ＴＰにおける第４のスイッチ素子１０のオン・オフ波形のうちの、前半部の波形におけるデューティを調整することによって、正極性の高電圧の波高値を調整することができる。また、後半部の波形におけるデューティを調整することによって、正極性の高電圧が０［Ｖ］に低下した直後に、負極性の逆起電圧が生じるのを防止できる。同様に、負極側パルス列出力期間ＴＮにおける第２のスイッチ素子８のオン・オフの制御では、所定の刻み時間内で第２のスイッチ素子８がオンとなる時間の割合であるデューティを制御するようにしてもよい。この場合、負極側パルス列出力期間ＴＮにおける第２のスイッチ素子８のオン・オフ波形のうちの、前半部の波形におけるデューティを調整することによって、負極性の高電圧の波高値を調整することができる。また、後半部の波形におけるデューティを調整することによって、負極性の高電圧が０［Ｖ］に低下した直後に、正極性の逆起電圧が生じるのを防止できる。

以上のように構成されたイオン生成装置１では、巻線トランス５の二次巻線５ｂから放電針２に正極性の高電圧ＶＰが印加されている時に、放電針２の先端部近傍で発生するコロナ放電によって、正極性の空気イオンが生成される。そして、その生成された正極性の空気イオンが放電針２の先端部近傍から離れる方向に放出される。また、二次巻線５ｂから放電針２の負極性の高電圧ＶＮが印加されている時に、放電針２の先端部近傍で発生するコロナ放電によって、負極性の空気イオンが生成される。そして、その生成された負極性の空気イオンが放電針２の先端部近傍から離れる方向に放出される。

以上が、本実施形態のイオン生成装置１の構成及び基本的動作である。なお、イオン生成装置１には、放電針２の近辺に空気イオンを搬送する空気流を発生させるファンなどの手段を設けてもよい。

次に、本実施形態においては、前述のように放電電極の絶縁性低下に起因して発生する微放電を検知して電源遮断や警報表示等の処理を行うために、次のようなＰＤ検出装置を備えている。

すなわち、図１の実施形態では、微放電検出手段として、図１の巻線トランス５の二次巻線５ｂの他端に接続した抵抗器１６を備え、図４に示すＰＤ検出装置３０は、この抵抗器１６の一端から取り出されるＰＤ検出信号を入力するハイパスフィルタ３１と、その出力（高周波信号）を入力して所定の時間幅（例えば20μsec）を有する方形波を生成するワンショットタイマ３２と、このタイマから出力される方形波信号を入力し、それに基づいて微放電を判定したとき所定の警報信号を出力するマイクロコンピュータ３３とを備える。このＰＤ検出装置３０は、上記ＰＤ検出信号に基づいて微放電を判断し警報その他必要な信号を出力する微放電判定手段を構成している。

図５は、上記ＰＤ検出装置３０におけるハイパスフィルタ３１及びワンショットタイマ３２の回路構成を示す。

ハイパスフィルタ３１は、ＰＤ検出信号が入力される入力端に接続した所定の容量Ｃ1と、直流電圧Ｖccが印加される抵抗Ｒ1とからなり、その容量と抵抗の値によって決まる周波数（範囲）の高周波信号を出力する。

ワンショットタイマ３２は、入力端にベースを接続し、エミッタ側に直流電圧Ｖccが印加されるトランジスタＱ1と、そのコレクタ側と接地との間に接続した抵抗Ｒ2と、トランジスタＱ1のコレクタ側に一端を接続した抵抗Ｒ3と、抵抗Ｒ3の他端にベースを接続し、エミッタを接地したトランジスタＱ2と、そのコレクタに接続して直流電圧Ｖccが印加される抵抗Ｒ4と、トランジスタＱ2と抵抗Ｒ4との接続点と接地との間に接続した容量Ｃ2と、前記抵抗Ｒ4と容量Ｃ2との接続点における電圧信号を順次反転する２つのインバータＩ1及びＩ2とを備えている。

次に、上記ＰＤ検出装置３０による微放電検出動作について説明する。

図１の構成において、巻線トランス５の二次側から出力される高電圧が、放電電極を構成する放電針２と対向電極１５との間に印加されてコロナ放電を発生させるとき、前述のように放電電極の絶縁性低下に起因して微放電が発生することとなる。その場合、微放電による電流が巻線トランス５の二次巻線２ｂから抵抗器１６を流れる。このとき、抵抗器１６の一端で検出される電圧は、主にパルス幅が２〜10 nsec（ナノ秒）という高周波信号であり、図６（Ａ）に示すように、巻線トランス５の二次巻線５ｂに発生する交流高電圧（図３）のピーク波形に重畳したＰＤ検出信号として、図５に（Ａ）で示すハイパスフィルタ３１の入力部に入力される。

ハイパスフィルタ３１では、前記Ｒ1及びＣ1からなるフィルタにより、ＰＤ検出信号が、図６（Ｂ）に示すような高周波信号として生成される。

この高周波信号は、ワンショットタイマ３２に入力され、図６（Ｃ）に示すように、マイコン（ＣＰＵ）３３が検知可能な時間幅（例えば、20μsec）を有する方形波に波形成形される。

詳細には、図５に示すワンショットタイマ３２においては、これに入力される信号（Ｂ）が高レベル（Ｈ）の場合には、トランジスタＱ1がオフ、従って抵抗Ｒ2の電圧が低く、抵抗Ｒ3を介して接続したトランジスタＱ2のベース電圧も低いので、トランジスタＱ2もオフとなる。このため、直流電圧Ｖccが印加される抵抗Ｒ4を介して容量Ｃ2が充電され、抵抗Ｒ4と容量Ｃ2との接続点における電圧信号がＨになる。この電圧信号は、２つのインバータＩ1及びＩ2により順次反転されて、図６（Ｃ）に示すような所定時間幅のパルス信号となって出力され、ＣＰＵ３３への入力となる。一方、入力信号（Ｂ）が低レベル（Ｌ≒０）の場合には、トランジスタＱ1がオン、従って抵抗Ｒ2の電圧が高く（≒Ｖcc）、これが抵抗Ｒ3を介してトランジスタＱ2のベースに印加されるので、トランジスタＱ2もオンとなる。このため、容量Ｃ2が放電し、抵抗Ｒ4と容量Ｃ2との接続点における電圧信号はＬである。

ＣＰＵ３３は、上記のようにワンショットタイマ３２から出力されるパルスの数をカウントし、予め設定された個数（例えば、１秒当りの個数）Ｎを超えたとき、微放電と判定する。その結果、ＣＰＵ３３から図１の制御回路４に電源回路３への電源供給を遮断する信号を送ると共に、イオン生成装置の筐体の正面等に配置したＬＥＤ等の警報表示器３４に、これを点灯もしくは点滅させる警報信号を送る。これらの措置、すなわち電源供給の遮断によって電源回路３やイオン生成装置本体の発火、焼損等の事故を防止すると共に、警報表示によって放電電極の絶縁性低下を報知し、電極周辺に付着している煤や汚れの除去を促すことができる。

上記の実施形態では、微放電検出手段として、図１に「ＰＤ検出(1)」として示すように、巻線トランス５の二次側巻線５ｂの接地側に接続した抵抗器１６を流れる電流（接地側出力の戻り電流）によって微放電を検出するようにしているが、図１に「ＰＤ検出(2)」として示すように、巻線トランス５の放電針側出力から検出するようにしてもよい。

また、微放電によって生ずる電流はトランスの二次側で生じるが、トランスの相互誘導作用により、一次側にも同じ電流波形が生成されるので、巻線トランス５の一次側から検出してもよい。

図７は、微放電を巻線トランス５の一次側に接続したパルス列出力回路６の直流電源側又は接地側から検出する場合の実施形態を示す。図７に示すように、パルス列出力回路６の接地側から検出する場合は、その接地側の２つのスイッチ素子８及び１０の接続点と接地との間に抵抗器３５を接続する。そして、「ＰＤ検出(3)」として示すように、その接続点ｂからＰＤ検出信号を取り出す。一方、パルス列出力回路６の直流電源（定電圧源Ｖcc）側から検出する場合は、「ＰＤ検出(4)」として示すように、その直流電源側の２つのスイッチ素子７及び９の接続点ａからＰＤ検出信号を取り出すようにする。

以上の実施形態では、高圧電源回路はＨブリッジ回路を備えて構成されているが、その構成はＨブリッジ回路に限らず、放電電極に必要な高電圧を出力できるものであればよい。また、巻線トランスの一次側に加えられる電圧は、直流でも交流でもよく、二次側から出力される高電圧も直流、交流のいずれでもよい。

例えば、図８（Ａ）に示すように、巻線トランス５の一次巻線５ａに交流電源（例えば、商用周波数電源）３６を接続して一次側に交流電圧を印加する構成の電源回路でもよい。この場合、一次巻線５ａの接地側に抵抗器３７を接続し、その接続点ｃからＰＤ検出信号を取り出す。或いは、一次巻線５ａの非接地側の点ｄからＰＤ検出信号を取り出すようにしてもよい。また、巻線トランス５の二次側から微放電を検出する場合は、巻線トランス５の二次巻線５ｂの接地側に抵抗器３８を接続し、その接続点ｅからＰＤ検出信号を取り出す。或いは、二次巻線５ｂの非接地側の点ｆから検出するようにしてもよい。

更に、図８（Ｂ）に示すように、巻線トランス５の一次巻線５ａの一端に直流定電圧Ｖccを加えると共に他端に発振回路３９を接続して、一次側にクロック信号のような交流高周波電圧を印加する。そして、二次巻線５ｂには、例えばコッククロフト回路のような直流高電圧出力回路４０を接続して、二次側から直流高電圧を出力する構成の電源回路でもよい。この場合、一次巻線５ａの定電圧側又は発振回路側のどちらからＰＤ検出信号を取り出してもよい。或いは、二次巻線５ｂの接地側に抵抗器３８を接続し、その接続点からＰＤ検出信号を取り出す、又は二次巻線５ｂの非接地側もしくは直流高電圧出力回路４０の出力端から、ＰＤ検出信号を取り出すようにしてもよい。

図９に示した従来例では、電源回路４１は、直流電圧を印加することにより交流高周波電圧を発生する発振回路５１と、発生した交流高周波電圧を昇圧する巻線トランス５２とからなる。発振回路５１は、直流電源回路５３を介して商用電源５４に接続され、巻線トランス５２は、発振回路５１の出力を一次巻線で受け、電磁誘導により二次巻線で高電圧として、出力端子から高圧ケーブル４２に出力する。或いは、巻線トランス５２の代わりに、圧電セラミックスからなる圧電トランスを用いて高周波電圧を昇圧する構成でもよい。いずれにしても、図８（Ａ）又は（Ｂ）と同様に、巻線トランス５２の一次側、二次側のどちらからでも、ＰＤ検出信号を取り出すことができる。

本発明による微放電の検出は、上記のような公知の高圧電源回路により放電電極に高電圧を印加する構成にも適用できるものである。

本発明の一実施形態におけるイオン生成装置の回路構成の概略を示す図。 図１の高圧電源回路における各スイッチ素子のオン・オフ制御とそれに応じて巻線トランスの二次巻線に発生する電圧（高電圧）との関係を示すグラフ。 図１の巻線トランスの二次巻線に発生する交流高電圧の波形の例を示すグラフ。 実施形態のイオン生成装置に用いられる微放電検出装置の構成を示すブロック図。 図４の微放電検出装置の回路構成の例を示す回路図。 図５の回路の各部（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）における微放電検出信号とその一部を拡大して示す波形図。 図１の巻線トランスの一次側から微放電を検出する場合の回路構成を示す図。 巻線トランスの一次側に交流又は直流電圧を印加する電源回路において微放電を検出する場合の例を示す図。 従来のイオン生成装置の構成例を示す図。

符号の説明

１…イオン生成装置、２…放電針、３…高圧電源回路、４…制御回路、５…巻線トランス、６…パルス列出力回路、７〜１０…スイッチ素子、１１…第１の直列回路、１２…第２の直列回路、１３…並列回路、１４…直流電源、１５…対向電極、１６…抵抗器、３０…ＰＤ検出装置、 ３１…ハイパスフィルタ、３２…ワンショットタイマ、３３…マイコン、３４…警報表示器、３５…抵抗器。

Claims (6)

1. 放電電極に高電圧を印加することによって該放電電極からコロナ放電を発生させ、そのコロナ放電により空気イオンを生成するイオン生成装置において、
   前記放電電極に印加する高電圧を出力する高圧電源回路と、
   該高圧電源回路から前記放電電極に高電圧を印加したときに前記コロナ放電とは別に発生する微放電に応じた検出信号を発生する微放電検出手段と、
   該微放電検出手段からの検出信号に基づいて微放電と判定したときに警報信号を出力する微放電判定手段と
   を備えたことを特徴とするイオン生成装置。
2. 前記微放電判定手段は、微放電と判定したときに前記警報信号と共に前記高圧電源回路への電源供給を遮断する信号を出力することを特徴とする請求項１記載のイオン生成装置。
3. 前記微放電検出手段は、前記高圧電源回路の出力部から前記放電電極の接地電極側に接続した抵抗器を流れる電流によって発生する電圧を前記検出信号として、前記微放電判定手段に入力するように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン生成装置。
4. 前記微放電検出手段は、前記高圧電源回路から前記放電電極の針状電極に接続した出力部を流れる電流によって発生する電圧を前記検出信号として、前記微放電判定手段に入力するように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン生成装置。
5. 前記高圧電源回路は、一次巻線及び二次巻線を有する巻線トランスと、その一次巻線に印加する複数のパルス列電圧を出力するパルス列出力回路とを備えて構成され、
   前記微放電検出手段は、前記パルス列出力回路の接地端に接続した抵抗器を流れる電流によって発生する電圧、又は前記パルス列出力回路の定電圧源側を流れる電流によって発生する電圧を前記検出信号として、前記微放電判定手段に入力するように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン生成装置。
6. 前記高圧電源回路は、一次側に加えられた電圧を昇圧して二次側に高電圧を生成する巻線トランスと、該巻線トランスの一次側に交流電圧を印加する交流電源、又は直流電圧を印加することにより該巻線トランスの一次側に交流高周波電圧を発生する発振回路とを備えて構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のイオン生成装置。

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