イオン発生装置
【課題】一次側と二次側が直流的に絶縁され且つ二次側がフローティング構造のＡＣ−ＤＣコンバータを用いても、当該ＡＣ−ＤＣコンバータの故障や当該ＡＣ−ＤＣコンバータによる感電の発生を抑制する。
【解決手段】高圧放電用電源装置１は、商用電源１００に接続し、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と高圧コンバータ２０とを備える。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、トランスＴｒ１０の一次側と二次側とが絶縁され、二次側がフローティング構造からなる。高圧コンバータ２０も、一次側と二次側とが絶縁された構造からなる。イオンを発生した際に生じるリターン電流が流れる際、高圧コンバータ２０の一次側と二次側との間の絶縁されていることで、高圧コンバータ２０の一次側と二次側との間に高電圧が生じる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間のリターン電流による電圧が低下する。
【解決手段】高圧放電用電源装置１は、商用電源１００に接続し、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と高圧コンバータ２０とを備える。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、トランスＴｒ１０の一次側と二次側とが絶縁され、二次側がフローティング構造からなる。高圧コンバータ２０も、一次側と二次側とが絶縁された構造からなる。イオンを発生した際に生じるリターン電流が流れる際、高圧コンバータ２０の一次側と二次側との間の絶縁されていることで、高圧コンバータ２０の一次側と二次側との間に高電圧が生じる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間のリターン電流による電圧が低下する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、商用電源から電源供給を受けて直流高電圧を生成し、正イオンや負イオン等を発生させるためのイオン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、負イオン発生装置等の各種のイオン発生装置が、多く流通し、一般的な家庭でも多く利用されている。このようなイオン発生器は、例えば特許文献１に示すように、直流電源またはＡＣ−ＤＣ（交流−直流）コンバータ、高圧トランス、およびイオン発生部を備える。ＡＣ−ＤＣコンバータの場合は、商用電源からの電源供給を受けて、比較的低電圧（例えば１２Ｖ）の直流電圧を発生する。高圧トランスは、ＡＣ−ＤＣコンバータからの直流電圧から生成される交番電圧を昇圧することで、高電圧を発生する。高圧トランスの出力側（二次側）には平滑回路が備えられ、当該平滑回路から高電圧の直流電圧が出力される。イオン発生部は、印加された直流高電圧によりコロナ放電することで、負イオンもしくは正イオンを発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３９９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に示すイオン発生装置では、高圧トランスの１次コイルの一端はスイッチング素子を介して接地されており、２次コイルの一端も接地されているため、接地点において接続されていることになる。
【０００５】
しかしながら、このような構成のＡＣ−ＤＣコンバータでは、次に示すような問題が生じる。図５は、特許文献１の回路構成を簡略化して示す図である。
【０００６】
イオン発生装置から空気中に負イオンを発生する場合の各部の電流、電圧は、図５の二点鎖線の太線に示すようなリターン電流Ｉｄｓが流れる場合と等価となる。
【０００７】
リターン電流Ｉｄｓは、イオン発生部３０の高電位側から高圧放電用電源装置１Ｐの高圧コンバータ２０Ｐの高圧トランスＴｒ２０のダイオードＤ２０、二次側コイル、高圧トランスＴｒ２０の二次側コイルと一次側コイルとの接続ラインを介して、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０に達する。ここで、図５に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側が絶縁されているが、当該ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側の絶縁抵抗を等価的にあらわしたＲｉ１０Ｐが、リターン電流Ｉｄｓの伝搬経路となる。そして、リターン電流Ｉｄｓは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側から商用電源１００のアースへ流れ、イオン発生部３０の高電位側とアース間のインピーダンスＺｄｓを介して、イオン発生部３０の高電位側に達する。このようなリターン電流Ｉｄｓの経路により、負イオンが放出される。
【０００８】
しかしながら、図５に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側が、絶縁されている場合、当該一次側と二次側との間には絶縁抵抗Ｒｉ１０Ｐが介在することになり、電流が流れた場合は電位差が生じる。さらに、図５に示すように、高圧コンバータ２０ＰのトランスＴｒ２０の一次側と二次側とが導通していれば、これらの間の接続抵抗Ｒｉ２０Ｐは略０Ωであり、電流が流れた場合も電位差はほとんど生じない。このため、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の二次側が接地されていなければ（フローティング構造であれば）、Ｃ２０で発生している高電圧を、ＺｄｓとＲｉ１０Ｐで分圧することになり、Ｒｉ１０Ｐの両端に高い電圧が発生することになる。
【０００９】
このため、トランスＴｒ１０に一次側と二次側との間に、例えばキロボルトオーダの電圧がかかり、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０が絶縁破壊を起こして故障するという問題が生じる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０のトランスＴｒ１０の二次側の電位が、例えばキロボルトオーダのように非常に高くなるので、ユーザがさわった際に感電してしまう可能性がある。
【００１０】
このような問題を鑑みて、本発明の目的は、一次側と二次側が直流的に絶縁され且つ二次側がフローティング構造の汎用のＡＣ−ＤＣコンバータを用いても、当該ＡＣ−ＤＣコンバータの故障や当該ＡＣ−ＤＣコンバータによる感電の発生を抑制できるイオン発生装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明のイオン発生装置は、ＡＣ−ＤＣコンバータと、高圧コンバータとを備える。ＡＣ−ＤＣコンバータは、トランスの一次側と二次側が絶縁され、該トランスの二次側がフローティング構造からなり、商用電源からの交流電圧を所定レベルの直流電圧に変換して出力する。高圧コンバータは、出力端がイオン発生部に接続し、ＡＣ−ＤＣコンバータからの出力である直流電圧を昇圧して、イオン発生部へ出力する。ＡＣ−ＤＣコンバータの二次側に接続される高圧コンバータを含む回路は、全てアースからフローティングされ、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外に少なくとも一つの絶縁部を設け、商用電源からイオン発生部にいたるまでにおいて、二つ以上の絶縁部を設けている。
【００１２】
この構成では、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側の絶縁部以外に少なくとも一つの絶縁部を設けているので、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外の絶縁部にも高電圧がかかる。したがって、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との間の電圧が、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外の絶縁部両端の電圧に応じて低下する。
【００１３】
また、この発明のイオン発生装置では、高圧コンバータは高圧トランスを備え、高圧トランスの一次側と二次側が絶縁されている
この構成では、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との間の電圧が、高圧トランスの一次側と二次側との間の電圧に応じて低下する。
【００１４】
また、この発明のイオン発生装置では、高圧コンバータの高圧トランスの一次側と二次側との絶縁抵抗は、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との絶縁抵抗よりも大きい。
【００１５】
この構成では、高圧トランスの一次側と二次側の間に生じる電圧が、さらに高くなるので、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側に生じる電圧が、さらに低下する。これにより、さらに故障しにくく、安全なイオン発生装置を実現できる。
【００１６】
また、この発明のイオン発生装置では、ＡＣ−ＤＣコンバータが、高圧コンバータおよびイオン発生部とは、別体に形成されている。
【００１７】
この構成では、汎用のＡＣアダプタのような単体で予め形成されている場合を示している。このように、ＡＣアダプタ（ＡＣ−ＤＣコンバータ）が高圧放電用電源装置やこれを含むイオン発生装置内に備えられていない場合はユーザが触りやすい。したがって、上述の構成がより有効となる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、一次側と二次側が直流的に絶縁され且つ二次側が接地されていないフローティング構造の汎用のＡＣ−ＤＣコンバータを用いても、当該ＡＣ−ＤＣコンバータの一次側と二次側間に発生する電圧を抑圧することができる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータの故障や当該ＡＣ−ＤＣコンバータによる感電の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る高圧放電用電源装置を含むイオン発生装置の回路図である。
【図２】高圧トランスＴｒ２０の構造の一例を概略的に示す側面断面図である。
【図３】本実施形態のイオン発生装置の各部における電流や電圧の状態を示す図である。
【図４】他の構成からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを含む高圧放電用電源装置１Ａの回路図である。
【図５】従来の汎用ＡＣアダプタ（ＡＣ−ＤＣコンバータ）を用いた場合の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１の実施形態に係る高圧放電用電源装置を含むイオン発生装置の構成について図を参照して説明する。図１は本実施形態の高圧放電用電源装置１を含むイオン発生装置の回路図である。なお、本実施形態では負イオン発生装置を例に説明するが、正イオン発生装置に対しても、本実施形態の構成を適用することができる。
【００２１】
図１に示すように、イオン発生装置は、イオン発生部３０と高圧放電用電源装置１とを備える。イオン発生部３０は、既知の構造からなり、高圧放電用電源装置１から高電圧が印加されることで、コロナ放電を発生させ、負イオンを空間へ放射する。
【００２２】
高圧放電用電源装置１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０、高圧コンバータ２０を備える。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、汎用のＡＣアダプタであり、スイッチング電源の構成を備える。具体的には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、整流回路１１、トランスＴｒ１０、ダイオードＤ１０、コンデンサＣ５、コンデンサＣ１０、およびスイッチング素子Ｑ１０を備える。
【００２３】
整流回路１１は、入力側の両端が商用電源１００に接続しており、出力側の両端がトランスＴｒ１０と、当該トランスＴｒ１０の印加電圧を制御するためのスイッチング素子Ｑ１０とが直列接続されている。また、出力側の両端には、コンデンサＣ５が並列に接続されている。
【００２４】
トランスＴｒ１０の一次側と二次側とは電力伝送経路において絶縁されている。トランスＴｒ１０の二次側コイルの両端子間には、ダイオードＤ１０と平滑コンデンサＣ１０とからなる平滑回路が接続されている。この際、ダイオードＤ１０のアノードは、トランスＴｒ１０の二次側コイルの一方端に接続し、カソードは平滑用コンデンサＣ１０に接続する。
【００２５】
このダイオードＤ１０、平滑用コンデンサＣ１０からなる二次側回路は、接地されないフローティング構造からなる。そして、この平滑回路の平滑用コンデンサＣ１０の両端が、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力端子となる。
【００２６】
このような構成からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、商用電源から入力される商用電圧（例えば、１００Ｖ，６０Ｈｚ）を交流−直流変換して、所定電圧値（例えば、１２Ｖ）の直流電圧を、出力端から出力する。
【００２７】
高圧コンバータ２０は、高圧トランスＴｒ２０、ダイオードＤ２０、平滑用コンデンサＣ２０、スイッチング素子Ｑ２０を備える。
【００２８】
高圧コンバータ２０の入力端、すなわちＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力端には、高圧トランスＴｒ２０と、当該高圧トランスＴｒ２０の印加電圧を制御するためのスイッチング素子Ｑ２０とが直列接続されている。
【００２９】
高圧トランスＴｒ２０の一次側と二次側とは電力伝送経路において絶縁されている。図２は高圧トランスＴｒ２０の構造の一例を概略的に示す側面断面図である。高圧トランスＴＲ２０は、ボビン２０１、コア２０２、一次側巻線２０３、二次側巻線２０４、実装用回路基板２０５、一次側端子２０６、二次側端子２０７、およびスリット２１０を備える。
【００３０】
ボビン２０１は、中央に貫通孔が形成されており、側壁面には貫通孔の軸方向に沿って、複数個（図２では５個）の溝が配列して形成されている。それぞれの溝内には、一次側巻線２０３もしくは二次側巻線２０４が巻回されている。図２の例であれば、複数の溝の配列方向の一方端の溝には一次側巻線２０３が巻回され、他の溝には二次側巻線２０４が巻回されている。各溝に巻回された二次側巻線２０４は連続した一本の導線による形成されている。
【００３１】
コア２０２は、フェライト等の磁性体からなり、少なくともその一部がボビン２０１の貫通孔に挿嵌された形状からなる。
【００３２】
一次側巻線２０３および二次側巻線２０４が巻回されたボビン２０１とコア２０２との複合体は、実装用回路基板２０５に実装されている。一次側巻線２０３は、一次側端子２０６を介して実装用回路基板２０５の一次側電極パターン（図示せず）に接続している。二次側巻線２０４は、二次側端子２０７を介して実装用回路基板２０５の二次側電極パターン（図示せず）に接続している。なお、一次側電極パターンと二次側電極パターンとは、可能な限り離間するように形成されている。これにより、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側の絶縁性を保持することができる。さらに、本実施形態の高圧トランスＴＲ２０の実装用回路基板２０５の一次側電極パターンと二次側電極パターンとの間には、スリット２１０が形成されている。このように、スリット２１０を形成することで、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側の絶縁性を、さらに高くすることができる。
【００３３】
また、高圧トランスの別の形態として、２次巻線と２次側整流部分の高電圧部を、プリント基板上に配置せず、高圧トランスのモジュール内に構成し、高圧部分を絶縁樹脂で封止した場合にも、絶縁性を高くすることができる。
【００３４】
高圧トランスＴｒ２０の二次側コイルの両端子間には、ダイオードＤ２０と平滑コンデンサＣ２０とからなる平滑回路が接続されている。この際、ダイオードＤ２０のカソードは、高圧トランスＴｒ１０の二次側コイルの一方端に接続し、アノードは平滑用コンデンサＣ２０に接続する。
【００３５】
このダイオードＤ２０、平滑用コンデンサＣ２０からなる二次側回路も、接地されないフローティング構造からなる。そして、この平滑回路の平滑用コンデンサＣ２０の両端が、高圧コンバータ２０の出力端、言い換えれば高圧放電用電源装置１の出力端となる。
【００３６】
このような構成からなる高圧コンバータ２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０から入力される所定電圧値（例えば、１２Ｖ）の直流電圧を昇圧して、当該入力電圧よりも大幅に高い電圧（例えば、約−４ｋＶ）を、出力端から出力する。このように高圧放電用電源装置１から出力された直流高電圧は、上述のようにイオン発生部３０へ印加される。
【００３７】
このような構成のイオン発生装置とすることで、上述のＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側間に高電圧が印加されてしまう課題を解決することができる。図３は、本実施形態のイオン発生装置の各部における電流や電圧の状態を示す図である。
【００３８】
本実施形態の構成では、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側とが絶縁されているので、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間が高い絶縁抵抗を有するだけでなく、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間も高い絶縁抵抗を有する。
【００３９】
この構成において、負イオンを発生して、図３に示すようなリターン電流Ｉｄｓが流れると、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ１０に基づく電圧Ｖ１０とともに、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ２０に基づく電圧Ｖ２０も生じる。
【００４０】
ここで、高圧放電用電源装置１の出力電圧Ｖｏは一定である。出力電圧Ｖｏは、イオン発生部３０の高電位側とアース間の電圧Ｖｚと、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ１０と、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ２０の合計に一致する。したがって、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ２０が高電圧になると、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ１０は、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ２０の電圧に応じて低下する。
【００４１】
このように、本実施形態の構成を用いることで、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ１０を低下させることができる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の故障を抑制できるとともに、フローティング構造からなる二次側をユーザが触れることにより生じる感電等の高電圧による不具合を抑制できる。
【００４２】
なお、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ１０と、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ２０との間の抵抗値の高低関係を具体的に示していなかった。しかしながら、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ２０を、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ１０以上（Ｒｉ２０≧Ｒｉ１０）にする。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間に生じる電圧Ｖ１０を大きく低下させることができ、上述の作用をより効果的に得ることができる。
【００４３】
また、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外に設けた絶縁部として、高圧コンバータの一次側と二次側とを絶縁した場合を示したが、ＡＣ−ＤＣコンバータと高圧コンバータの間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けて、そのＤＣ−ＤＣコンバータの一次側と二次側とを絶縁した場合でも同じように上述の作用を得ることができる。
【００４４】
また、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０としてスイッチング電源を用いた場合を示したが、図４に示すような商用周波数の電源トランスで構成されたＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを用いてもよい。図４は、他の構成からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを含む高圧放電用電源装置１Ａの回路図である。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは、トランスＴｒ１０、整流回路１１、および平滑コンデンサＣ１０を備える。トランスＴｒ１０の入力端（一次側）は商用電源に接続する。トランスＴｒ１０の出力端（二次側）は整流回路１１に接続する。整流回路の出力端子間には平滑用コンデンサＣ１０が接続されている。このような一般的な、二次側がフローティング構造からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａにも、上述の作用効果を得ることができる。
【００４５】
また、上述の説明では、イオン発生装置を例に示したが、同様にコロナ放電を利用するオゾン発生装置等に備えられた高電圧放電用電源装置にも、上述の構成を適用することができる。
【００４６】
また、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と高圧コンバータ２０とが単一の筐体に備えられているか、別体であるかを特に言及していなかった。しかしながら、特にＡＣ−ＤＣコンバータ１０が別体で構成される場合、すなわち、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０が市販の汎用ＡＣ−ＤＣアダプタであるような場合に、ユーザがハンドリングする頻度が高く、本発明の構成はより有効である。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ｐ−高圧放電用電源装置、１０，１０Ａ−ＡＣ−ＤＣコンバータ、２０，２０Ｐ−高圧コンバータ、３０−イオン発生部、１００−商用電源、Ｔｒ１０−トランス、Ｔｒ２０−高圧トランス、Ｃ１０，Ｃ２０−平滑用コンデンサ、Ｄ１０，Ｄ２０−ダイオード、Ｑ１０，Ｑ２０−スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、商用電源から電源供給を受けて直流高電圧を生成し、正イオンや負イオン等を発生させるためのイオン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、負イオン発生装置等の各種のイオン発生装置が、多く流通し、一般的な家庭でも多く利用されている。このようなイオン発生器は、例えば特許文献１に示すように、直流電源またはＡＣ−ＤＣ（交流−直流）コンバータ、高圧トランス、およびイオン発生部を備える。ＡＣ−ＤＣコンバータの場合は、商用電源からの電源供給を受けて、比較的低電圧（例えば１２Ｖ）の直流電圧を発生する。高圧トランスは、ＡＣ−ＤＣコンバータからの直流電圧から生成される交番電圧を昇圧することで、高電圧を発生する。高圧トランスの出力側（二次側）には平滑回路が備えられ、当該平滑回路から高電圧の直流電圧が出力される。イオン発生部は、印加された直流高電圧によりコロナ放電することで、負イオンもしくは正イオンを発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３９９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に示すイオン発生装置では、高圧トランスの１次コイルの一端はスイッチング素子を介して接地されており、２次コイルの一端も接地されているため、接地点において接続されていることになる。
【０００５】
しかしながら、このような構成のＡＣ−ＤＣコンバータでは、次に示すような問題が生じる。図５は、特許文献１の回路構成を簡略化して示す図である。
【０００６】
イオン発生装置から空気中に負イオンを発生する場合の各部の電流、電圧は、図５の二点鎖線の太線に示すようなリターン電流Ｉｄｓが流れる場合と等価となる。
【０００７】
リターン電流Ｉｄｓは、イオン発生部３０の高電位側から高圧放電用電源装置１Ｐの高圧コンバータ２０Ｐの高圧トランスＴｒ２０のダイオードＤ２０、二次側コイル、高圧トランスＴｒ２０の二次側コイルと一次側コイルとの接続ラインを介して、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０に達する。ここで、図５に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側が絶縁されているが、当該ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側の絶縁抵抗を等価的にあらわしたＲｉ１０Ｐが、リターン電流Ｉｄｓの伝搬経路となる。そして、リターン電流Ｉｄｓは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側から商用電源１００のアースへ流れ、イオン発生部３０の高電位側とアース間のインピーダンスＺｄｓを介して、イオン発生部３０の高電位側に達する。このようなリターン電流Ｉｄｓの経路により、負イオンが放出される。
【０００８】
しかしながら、図５に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側が、絶縁されている場合、当該一次側と二次側との間には絶縁抵抗Ｒｉ１０Ｐが介在することになり、電流が流れた場合は電位差が生じる。さらに、図５に示すように、高圧コンバータ２０ＰのトランスＴｒ２０の一次側と二次側とが導通していれば、これらの間の接続抵抗Ｒｉ２０Ｐは略０Ωであり、電流が流れた場合も電位差はほとんど生じない。このため、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の二次側が接地されていなければ（フローティング構造であれば）、Ｃ２０で発生している高電圧を、ＺｄｓとＲｉ１０Ｐで分圧することになり、Ｒｉ１０Ｐの両端に高い電圧が発生することになる。
【０００９】
このため、トランスＴｒ１０に一次側と二次側との間に、例えばキロボルトオーダの電圧がかかり、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０が絶縁破壊を起こして故障するという問題が生じる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０のトランスＴｒ１０の二次側の電位が、例えばキロボルトオーダのように非常に高くなるので、ユーザがさわった際に感電してしまう可能性がある。
【００１０】
このような問題を鑑みて、本発明の目的は、一次側と二次側が直流的に絶縁され且つ二次側がフローティング構造の汎用のＡＣ−ＤＣコンバータを用いても、当該ＡＣ−ＤＣコンバータの故障や当該ＡＣ−ＤＣコンバータによる感電の発生を抑制できるイオン発生装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明のイオン発生装置は、ＡＣ−ＤＣコンバータと、高圧コンバータとを備える。ＡＣ−ＤＣコンバータは、トランスの一次側と二次側が絶縁され、該トランスの二次側がフローティング構造からなり、商用電源からの交流電圧を所定レベルの直流電圧に変換して出力する。高圧コンバータは、出力端がイオン発生部に接続し、ＡＣ−ＤＣコンバータからの出力である直流電圧を昇圧して、イオン発生部へ出力する。ＡＣ−ＤＣコンバータの二次側に接続される高圧コンバータを含む回路は、全てアースからフローティングされ、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外に少なくとも一つの絶縁部を設け、商用電源からイオン発生部にいたるまでにおいて、二つ以上の絶縁部を設けている。
【００１２】
この構成では、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側の絶縁部以外に少なくとも一つの絶縁部を設けているので、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外の絶縁部にも高電圧がかかる。したがって、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との間の電圧が、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外の絶縁部両端の電圧に応じて低下する。
【００１３】
また、この発明のイオン発生装置では、高圧コンバータは高圧トランスを備え、高圧トランスの一次側と二次側が絶縁されている
この構成では、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との間の電圧が、高圧トランスの一次側と二次側との間の電圧に応じて低下する。
【００１４】
また、この発明のイオン発生装置では、高圧コンバータの高圧トランスの一次側と二次側との絶縁抵抗は、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との絶縁抵抗よりも大きい。
【００１５】
この構成では、高圧トランスの一次側と二次側の間に生じる電圧が、さらに高くなるので、ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側に生じる電圧が、さらに低下する。これにより、さらに故障しにくく、安全なイオン発生装置を実現できる。
【００１６】
また、この発明のイオン発生装置では、ＡＣ−ＤＣコンバータが、高圧コンバータおよびイオン発生部とは、別体に形成されている。
【００１７】
この構成では、汎用のＡＣアダプタのような単体で予め形成されている場合を示している。このように、ＡＣアダプタ（ＡＣ−ＤＣコンバータ）が高圧放電用電源装置やこれを含むイオン発生装置内に備えられていない場合はユーザが触りやすい。したがって、上述の構成がより有効となる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、一次側と二次側が直流的に絶縁され且つ二次側が接地されていないフローティング構造の汎用のＡＣ−ＤＣコンバータを用いても、当該ＡＣ−ＤＣコンバータの一次側と二次側間に発生する電圧を抑圧することができる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータの故障や当該ＡＣ−ＤＣコンバータによる感電の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る高圧放電用電源装置を含むイオン発生装置の回路図である。
【図２】高圧トランスＴｒ２０の構造の一例を概略的に示す側面断面図である。
【図３】本実施形態のイオン発生装置の各部における電流や電圧の状態を示す図である。
【図４】他の構成からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを含む高圧放電用電源装置１Ａの回路図である。
【図５】従来の汎用ＡＣアダプタ（ＡＣ−ＤＣコンバータ）を用いた場合の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１の実施形態に係る高圧放電用電源装置を含むイオン発生装置の構成について図を参照して説明する。図１は本実施形態の高圧放電用電源装置１を含むイオン発生装置の回路図である。なお、本実施形態では負イオン発生装置を例に説明するが、正イオン発生装置に対しても、本実施形態の構成を適用することができる。
【００２１】
図１に示すように、イオン発生装置は、イオン発生部３０と高圧放電用電源装置１とを備える。イオン発生部３０は、既知の構造からなり、高圧放電用電源装置１から高電圧が印加されることで、コロナ放電を発生させ、負イオンを空間へ放射する。
【００２２】
高圧放電用電源装置１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０、高圧コンバータ２０を備える。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、汎用のＡＣアダプタであり、スイッチング電源の構成を備える。具体的には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、整流回路１１、トランスＴｒ１０、ダイオードＤ１０、コンデンサＣ５、コンデンサＣ１０、およびスイッチング素子Ｑ１０を備える。
【００２３】
整流回路１１は、入力側の両端が商用電源１００に接続しており、出力側の両端がトランスＴｒ１０と、当該トランスＴｒ１０の印加電圧を制御するためのスイッチング素子Ｑ１０とが直列接続されている。また、出力側の両端には、コンデンサＣ５が並列に接続されている。
【００２４】
トランスＴｒ１０の一次側と二次側とは電力伝送経路において絶縁されている。トランスＴｒ１０の二次側コイルの両端子間には、ダイオードＤ１０と平滑コンデンサＣ１０とからなる平滑回路が接続されている。この際、ダイオードＤ１０のアノードは、トランスＴｒ１０の二次側コイルの一方端に接続し、カソードは平滑用コンデンサＣ１０に接続する。
【００２５】
このダイオードＤ１０、平滑用コンデンサＣ１０からなる二次側回路は、接地されないフローティング構造からなる。そして、この平滑回路の平滑用コンデンサＣ１０の両端が、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力端子となる。
【００２６】
このような構成からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、商用電源から入力される商用電圧（例えば、１００Ｖ，６０Ｈｚ）を交流−直流変換して、所定電圧値（例えば、１２Ｖ）の直流電圧を、出力端から出力する。
【００２７】
高圧コンバータ２０は、高圧トランスＴｒ２０、ダイオードＤ２０、平滑用コンデンサＣ２０、スイッチング素子Ｑ２０を備える。
【００２８】
高圧コンバータ２０の入力端、すなわちＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力端には、高圧トランスＴｒ２０と、当該高圧トランスＴｒ２０の印加電圧を制御するためのスイッチング素子Ｑ２０とが直列接続されている。
【００２９】
高圧トランスＴｒ２０の一次側と二次側とは電力伝送経路において絶縁されている。図２は高圧トランスＴｒ２０の構造の一例を概略的に示す側面断面図である。高圧トランスＴＲ２０は、ボビン２０１、コア２０２、一次側巻線２０３、二次側巻線２０４、実装用回路基板２０５、一次側端子２０６、二次側端子２０７、およびスリット２１０を備える。
【００３０】
ボビン２０１は、中央に貫通孔が形成されており、側壁面には貫通孔の軸方向に沿って、複数個（図２では５個）の溝が配列して形成されている。それぞれの溝内には、一次側巻線２０３もしくは二次側巻線２０４が巻回されている。図２の例であれば、複数の溝の配列方向の一方端の溝には一次側巻線２０３が巻回され、他の溝には二次側巻線２０４が巻回されている。各溝に巻回された二次側巻線２０４は連続した一本の導線による形成されている。
【００３１】
コア２０２は、フェライト等の磁性体からなり、少なくともその一部がボビン２０１の貫通孔に挿嵌された形状からなる。
【００３２】
一次側巻線２０３および二次側巻線２０４が巻回されたボビン２０１とコア２０２との複合体は、実装用回路基板２０５に実装されている。一次側巻線２０３は、一次側端子２０６を介して実装用回路基板２０５の一次側電極パターン（図示せず）に接続している。二次側巻線２０４は、二次側端子２０７を介して実装用回路基板２０５の二次側電極パターン（図示せず）に接続している。なお、一次側電極パターンと二次側電極パターンとは、可能な限り離間するように形成されている。これにより、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側の絶縁性を保持することができる。さらに、本実施形態の高圧トランスＴＲ２０の実装用回路基板２０５の一次側電極パターンと二次側電極パターンとの間には、スリット２１０が形成されている。このように、スリット２１０を形成することで、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側の絶縁性を、さらに高くすることができる。
【００３３】
また、高圧トランスの別の形態として、２次巻線と２次側整流部分の高電圧部を、プリント基板上に配置せず、高圧トランスのモジュール内に構成し、高圧部分を絶縁樹脂で封止した場合にも、絶縁性を高くすることができる。
【００３４】
高圧トランスＴｒ２０の二次側コイルの両端子間には、ダイオードＤ２０と平滑コンデンサＣ２０とからなる平滑回路が接続されている。この際、ダイオードＤ２０のカソードは、高圧トランスＴｒ１０の二次側コイルの一方端に接続し、アノードは平滑用コンデンサＣ２０に接続する。
【００３５】
このダイオードＤ２０、平滑用コンデンサＣ２０からなる二次側回路も、接地されないフローティング構造からなる。そして、この平滑回路の平滑用コンデンサＣ２０の両端が、高圧コンバータ２０の出力端、言い換えれば高圧放電用電源装置１の出力端となる。
【００３６】
このような構成からなる高圧コンバータ２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０から入力される所定電圧値（例えば、１２Ｖ）の直流電圧を昇圧して、当該入力電圧よりも大幅に高い電圧（例えば、約−４ｋＶ）を、出力端から出力する。このように高圧放電用電源装置１から出力された直流高電圧は、上述のようにイオン発生部３０へ印加される。
【００３７】
このような構成のイオン発生装置とすることで、上述のＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側間に高電圧が印加されてしまう課題を解決することができる。図３は、本実施形態のイオン発生装置の各部における電流や電圧の状態を示す図である。
【００３８】
本実施形態の構成では、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側とが絶縁されているので、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間が高い絶縁抵抗を有するだけでなく、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間も高い絶縁抵抗を有する。
【００３９】
この構成において、負イオンを発生して、図３に示すようなリターン電流Ｉｄｓが流れると、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ１０に基づく電圧Ｖ１０とともに、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ２０に基づく電圧Ｖ２０も生じる。
【００４０】
ここで、高圧放電用電源装置１の出力電圧Ｖｏは一定である。出力電圧Ｖｏは、イオン発生部３０の高電位側とアース間の電圧Ｖｚと、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ１０と、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ２０の合計に一致する。したがって、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ２０が高電圧になると、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ１０は、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ２０の電圧に応じて低下する。
【００４１】
このように、本実施形態の構成を用いることで、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の電圧Ｖ１０を低下させることができる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の故障を抑制できるとともに、フローティング構造からなる二次側をユーザが触れることにより生じる感電等の高電圧による不具合を抑制できる。
【００４２】
なお、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ１０と、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ２０との間の抵抗値の高低関係を具体的に示していなかった。しかしながら、高圧トランスＴＲ２０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ２０を、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間の絶縁抵抗Ｒｉ１０以上（Ｒｉ２０≧Ｒｉ１０）にする。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の一次側と二次側との間に生じる電圧Ｖ１０を大きく低下させることができ、上述の作用をより効果的に得ることができる。
【００４３】
また、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外に設けた絶縁部として、高圧コンバータの一次側と二次側とを絶縁した場合を示したが、ＡＣ−ＤＣコンバータと高圧コンバータの間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けて、そのＤＣ−ＤＣコンバータの一次側と二次側とを絶縁した場合でも同じように上述の作用を得ることができる。
【００４４】
また、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０としてスイッチング電源を用いた場合を示したが、図４に示すような商用周波数の電源トランスで構成されたＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを用いてもよい。図４は、他の構成からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを含む高圧放電用電源装置１Ａの回路図である。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは、トランスＴｒ１０、整流回路１１、および平滑コンデンサＣ１０を備える。トランスＴｒ１０の入力端（一次側）は商用電源に接続する。トランスＴｒ１０の出力端（二次側）は整流回路１１に接続する。整流回路の出力端子間には平滑用コンデンサＣ１０が接続されている。このような一般的な、二次側がフローティング構造からなるＡＣ−ＤＣコンバータ１０Ａにも、上述の作用効果を得ることができる。
【００４５】
また、上述の説明では、イオン発生装置を例に示したが、同様にコロナ放電を利用するオゾン発生装置等に備えられた高電圧放電用電源装置にも、上述の構成を適用することができる。
【００４６】
また、上述の説明では、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と高圧コンバータ２０とが単一の筐体に備えられているか、別体であるかを特に言及していなかった。しかしながら、特にＡＣ−ＤＣコンバータ１０が別体で構成される場合、すなわち、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０が市販の汎用ＡＣ−ＤＣアダプタであるような場合に、ユーザがハンドリングする頻度が高く、本発明の構成はより有効である。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ｐ−高圧放電用電源装置、１０，１０Ａ−ＡＣ−ＤＣコンバータ、２０，２０Ｐ−高圧コンバータ、３０−イオン発生部、１００−商用電源、Ｔｒ１０−トランス、Ｔｒ２０−高圧トランス、Ｃ１０，Ｃ２０−平滑用コンデンサ、Ｄ１０，Ｄ２０−ダイオード、Ｑ１０，Ｑ２０−スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次側と二次側が絶縁され、かつ二次側がアースからフローティングされた、商用電源からの交流電圧を所定レベルの直流電圧に変換して出力するＡＣ−ＤＣコンバータと、
出力端が放電によってイオンを発生するイオン発生部に接続し、前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの出力である直流電圧を昇圧して、前記イオン発生部へ出力する高圧コンバータを備え、
前記ＡＣ−ＤＣコンバータの二次側に接続される前記高圧コンバータを含む回路は、全てアースからフローティングされ、前記ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外に少なくとも一つの絶縁部を設け、商用電源からイオン発生部にいたるまでにおいて、二つ以上の絶縁部を設けたことを特徴とするイオン発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン発生装置であって、
前記高圧コンバータは高圧トランスを備え、前記高圧トランスの一次側と二次側が絶縁されていることを特徴とするイオン発生装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオン発生装置であって、
前記高圧コンバータの前記高圧トランスの一次側と二次側との絶縁抵抗は、前記ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との絶縁抵抗よりも大きい、イオン発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のイオン発生装置であって、
前記ＡＣ−ＤＣコンバータが、前記高圧コンバータおよび前記イオン発生部とは、別体に形成されている、イオン発生装置。
【請求項１】
トランスの一次側と二次側が絶縁され、かつ二次側がアースからフローティングされた、商用電源からの交流電圧を所定レベルの直流電圧に変換して出力するＡＣ−ＤＣコンバータと、
出力端が放電によってイオンを発生するイオン発生部に接続し、前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの出力である直流電圧を昇圧して、前記イオン発生部へ出力する高圧コンバータを備え、
前記ＡＣ−ＤＣコンバータの二次側に接続される前記高圧コンバータを含む回路は、全てアースからフローティングされ、前記ＡＣ−ＤＣコンバータの絶縁部以外に少なくとも一つの絶縁部を設け、商用電源からイオン発生部にいたるまでにおいて、二つ以上の絶縁部を設けたことを特徴とするイオン発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン発生装置であって、
前記高圧コンバータは高圧トランスを備え、前記高圧トランスの一次側と二次側が絶縁されていることを特徴とするイオン発生装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオン発生装置であって、
前記高圧コンバータの前記高圧トランスの一次側と二次側との絶縁抵抗は、前記ＡＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側と二次側との絶縁抵抗よりも大きい、イオン発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のイオン発生装置であって、
前記ＡＣ−ＤＣコンバータが、前記高圧コンバータおよび前記イオン発生部とは、別体に形成されている、イオン発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２２２２２８（Ｐ２０１１−２２２２２８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８８８０６（Ｐ２０１０−８８８０６）
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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