JP2004319358A

JP2004319358A - 除電装置

Info

Publication number: JP2004319358A
Application number: JP2003113960A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Uehashi; 勝行上橋; Teppei Hodohara; 鉄平保土原; Katsuki Fukuda; 勝喜福田
Original assignee: Kasuga Denki Inc
Current assignee: Kasuga Denki Inc
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP3912316B2

Abstract

【課題】火花放電が抑制され、長期間にわたりイオンバランスを維持する安定した除電効果を発揮できるとともに、放電電極の摩耗・損傷が少ない除電装置を提供する。
【解決手段】口金であるアース電極１３の内面に絶縁部材１４を設け、放電針９との間に絶縁部材１４による静電容量を介在させる。アース電極１３とグランドとの間にコンデンサ素子を接続し、放電電流がこのコンデンサ素子を通じてグランドへ流れるようにする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電により生じたイオンをエアー等の気体と共に噴射して除電する除電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の除電装置として、本体を片手で持って操作できるようにガン形（ピストル形）としたものとか、設置して使用するように本体を箱形としたものなどがあるが、その放電噴射部は、大半は、キャップ状のノズルに針状の放電電極を内包したものである。ノズルの噴射口は通常は１個で、そこから集中して噴射するのが一般的である。本出願人はこのような除電装置の他に、噴射音を小さくするとともに、除電ムラを少なくし、しかもプラス・マイナスのイオンバランスも図れるようにするため、特許文献１（特開２００２−２６０８９３号公報）に開示されているように、キャップ状のノズルの先端に、口径が小さい複数の噴射口を同一円周線上に等間隔に設けたものも提供している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６０８９３号公報（第２頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、いずれも次のような問題点があった。
▲１▼ 針状の放電電極（以下、放電針と言う）が放電により直ぐに汚れ、短時間（約２４時間程度）の使用で除電できなくなり、使用するたびに放電針の掃除が必要で、作業性が悪かった。
▲２▼ エアー噴射圧が少し変わっても、プラス・マイナスのイオン生成量を等量とするイオンバランスが崩れるため、エアー噴射圧を変えるたびにイオンバランスの再調整が必要で、エアー噴射圧の使用範囲も狭かった。
▲３▼ イオンバランスが短時間の使用で崩れるため、定期的なイオンバランス調整とその確認が必要であった。
▲４▼ 放電針とアース電極との間の放電距離が厳密で、その調整に長時間を要していた。
▲５▼ 放電針の放電による摩耗・損傷が激しく、短時間の使用で短くなったり先端が変形し、放電針の交換を頻繁に行わなければならなかった。
▲６▼ アース電極に、その金属内部の放電腐食が発生していた。
【０００５】
本発明者らは、このような問題点を解決するため、原因の究明に努めたところ、次のようなことを見出した。
従来、放電針からの放電を良くする等の目的で、アース電極はグランドに直接接地されているが、そのためにコロナ放電を維持できずに火花放電となることが多く、火花放電となると放電針に塵埃等が付着したり、その先端が摩耗・損傷し、そうするとますます火花放電に進む傾向となる。これが上述したような問題を引き起こしているものと思われる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、このような知見に基づき、火花放電を抑制することで上述した問題を一掃できる本発明を案出したもので、その特徴は、放電電極に高電圧電源より高電圧を印加し、該放電電極とアース電極となる噴射部の口金との間で放電させながら、噴射部から気体を噴射する除電装置において、口金側であってグランドへ至る間に静電容量（コンデンサ）を設けたことにある。
【０００７】
このようにアース電極となる口金側に静電容量（コンデンサ）を設けると、放電電極からの放電電流がプラス・マイナスいずれの極性も減衰されるため、火花放電が抑制されるとともに、プラス・マイナス両極性のイオン生成が平均化される。
【０００８】
口金の内面に設けた絶縁部材をもって静電容量（コンデンサ）とすることができる。その絶縁部材は、放電電極との間で口金の内周面を覆う形態がよく、更には口金の内周に着脱可能に螺合するとよい。
【０００９】
絶縁部材による静電容量の他に、それとの二重の静電容量として、口金とグランド間にコンデンサ素子を接続すれば、上述の効果が一層良くなる。この場合、コンデンサ素子へ流れる放電波を検出して、高電圧電源をフィードバック制御することができるし、放電状況を知らせることもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図５は、除電器本体１をガン形とした本発明の一実施例を示す。図１及び図２において、除電器本体１は樹脂成形され、引き金２を引くと内蔵した弁３が開き、銃底部の接続口４に接続したホース（図示せず）を通じて銃身部５の空室５ａ中へエアーが送入されるようになっている。銃身部５の先端には、樹脂成形された延長銃身部６が互いの雌雄のねじを螺合させて着脱可能に接続され、この延長銃身部６上に、後述する高電圧発生回路等を内蔵した電源ボックス７が搭載されている。また、延長銃身部６の先端突部６ａには、互いの雌雄のねじを後述のように螺合させてノズル８が着脱可能に取り付けられ、延長銃身部６の先端凹部６ｂの中心に突設された針状の放電電極（以下、放電針と言う）９は、このノズル８に内包されている。
【００１２】
図３に示すように、放電針９は、延長銃身部６内に埋め込まれた電極ホルダ１０の先端に着脱可能に植設され、この電極ホルダ１０を介して電源ボックス７内の高電圧発生回路と接続されていて、高電圧を印加される。
【００１３】
延長銃身部６には、銃身部５の空室５ａから延びてきて放電針９の周囲で先端が開口する複数本のエアー通路１１が設けられている。
【００１４】
ノズル８の構造を図３〜図５によって説明する。ノズル８は、３つの部品、つまり樹脂成形されたキャップ状ノズル本体１２と、ステンレス等の金属で作られた円筒形の口金であるアース電極１３と、樹脂成形された円筒形の絶縁部材１４とからなる。
【００１５】
ノズル本体１２は、その前部１２Ａが後部１２Ｂよりも内径が小さくなっていて、内周面に段部１２ａを形成しているとともに、後部１２Ｂの内周面後端部分に雌ねじ１２ｂを形成し、また前部１２Ａの外径が先端開口１２ｃに向かって次第に小さくなっている。
【００１６】
アース電極１３は、その前部１３Ａが後部１３Ｂよりも内径及び外径の両方とも小さくなっていて、内周面と外周面に段部１３ａ・１３ｂを形成するとともに、後部１３Ｂの内周面に雌ねじ１３ｃ、後部１３Ｂの外面後端部分に雄ねじ１３ｄを形成しており、全体がノズル本体１２内にすっぽりと収まる大きさ及び形状となっている。アース電極１３の前部１３Ａの内周面先端部分は、先端開口１３ｅに向かって内径が次第に大きくなっている。
【００１７】
絶縁部材１４は、アース電極１３よりもはるかに短い円筒形で、後端に鍔部１４ａを有し、この鍔部１４ａの前面に段部１４ｂを形成するとともに、鍔部１４ａの外周面に雄ねじ１４ｃを形成しており、全体がアース電極１３内の中間部分に収まる大きさ及び形状となっている。絶縁部材１４の内周面の後端部分は、後端開口１４ｄに向かって内径が次第に大きくなっているとともに、内周面の前端部分も、先端開口１４ｅに向かって内径が次第に大きくなっている。
【００１８】
ノズル８は、これらノズル本体１２、アース電極１３及び絶縁部材１４を次のように組み立てて構成されている。
図５に示すように、絶縁部材１４の雄ねじ１４ｃを、絶縁部材１４の外周の段部１４ｂがアース電極１３の内周の段部１３ｂに当接するところまで、アース電極１３の雌ねじ１３ｃに螺合させ、絶縁部材１４をアース電極１３の前部１３Ａ内に嵌合させる。アース電極１３の雄ねじ１３ｄを、アース電極１３の外周の段部１３ａがノズル本体１２の内周の段部１２ａに当接するところまで、ノズル本体１２の雌ねじ１２ｂに螺合させ、アース電極１３の前部１３Ａをノズル本体１２の前部１２Ａ内に、アース電極１３の後部１３Ｂをノズル本体１２の後部１２Ｂ内に嵌合させる。
【００１９】
このような構造としたノズル８は、図３に示すように、アース電極１３の雌ねじ１２ｂを延長銃身部６の先端突部６ａの外周面に形成された雄ねじ６ｃに螺合させることにより、延長銃身部６の先端突部６ａを覆ってこれに着脱可能に取り付けられている。
【００２０】
このようにノズル８を取り付けると、そのアース電極１３の後端が、延長銃身部６の先端突部６ａの回りに付設された金属リングであるアース接続端子１５に圧接し、アース電極１３がアース接続端子１５を介して電源ボックス７内の高電圧発生回路と接続され、接地される。
【００２１】
また、絶縁部材１４は、放電針９の先端とアース電極１３の内面の中間部分との間に介在し、絶縁部材１４の内部空間は延長銃身部６の先端凹部６ｂと共に、延長銃身部６のエアー通路１１からのエアーをノズル本体１２の先端開口１２ｃより噴射するエアー噴射空間１６を形成する。このエアー噴射空間１６は、絶縁部材１４の内周面の後端部分が、上述のように後端開口１４ｄに向かって内径が次第に大きくなっているので、延長銃身部６のエアー通路１１からのエアーはここで絞られる（収斂する）。放電針９の先端は、この絞られるところの中央に位置し、そこから絶縁部材１４を介し口金であるアース電極１３へ向かって放電するので、放電針９の先端とアース電極１３（接地）間には、電気的には絶縁部材１４による静電容量（コンデンサ）が介在した状態で放電が行われ、火花放電が抑制される。
【００２２】
放電針９の先端の回りで絞られたエアーは、放電により生成されたイオンを集めるようにして絶縁部材１４中を通り抜け、アース電極１３の前部１３Ａの先端開口１３ｅ（ノズル本体１２の先端開口１２ｃ）から噴出されるが、絶縁部材１４の内周面の前端部分が、先端開口１４ｅに向かって内径が次第に大きくなっているとともに、これに続いてアース電極１３の内周面の前端部分も、先端開口１３ｅに向かって内径が次第に大きくなっているので、イオンと共に放射状に拡散して噴射される。
【００２３】
図６にこの除電装置の電気回路構成を示し、放電針９に高電圧を印加する高電圧発生回路はこの中に含まれている。この高電圧発生回路は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１７により商用周波数電源に接続され、直流電圧（＋１２Ｖ〜＋２４Ｖ）を入力される。入力された直流電圧は、定電圧回路１８により一定の直流電圧にして自励式発振駆動回路１９に印加され、高周波の交流電圧に変換された後、高周波トランス２０により高周波の高電圧に昇圧され、容量結合用コンデンサＣＸ１を介して放電針９に印加される。
【００２４】
この放電針９と口金であるアース電極１３との間には、絶縁部材１４による静電容量が介在しているとともに、アース電極１３とグランドとの間には、更にコンデンサ素子ＣＸ２が接続され、放電針９とアース電極１３との間の放電による高周波の放電電流は、このコンデンサ素子ＣＸ２でも減衰されてグランドへ流れる。従って、このコンデンサ素子ＣＸ２及び絶縁部材１４による静電容量が無い通常の場合に比べて、放電そのものは総じて弱められるが、高周波の放電であっても火花放電は生ぜず、またプラス・マイナス両極性のイオン生成が平均化されるので、イオンバランスを長時間維持できる。
【００２５】
なお、このような構造のノズル８は、除電器本体を箱形としたものにも適用できる。
【００２６】
本発明者らは、口金であるアース電極１３の内周に上記のように絶縁部材１４を付設するとともに、アース電極１３にコンデンサ素子ＣＸ２を接続した（静電容量有り）本発明のノズル８の場合と、それらが無い（静電容量無し）従来のノズルの場合との性能を比較するため、図７に示すような実験を行った。
【００２７】
図７において、除電器本体１と帯電させた帯電板２１とを、それぞれ碍子２２・２３に支持して互いに離して設置する。ノズル８から帯電板２１までの距離は１５０ｍｍ、帯電板２１は１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形とした。除電器本体１にエアーを供給し、その圧力及び流量を圧力計２４及び流量計２５にて測定しながら、ノズル８から帯電板２１に向かってエアーと共にイオンを噴射し、帯電板２１の除電推移を容量が２０ｐＦの静電モニタ装置２６にて数日間について測定した。放電針９の長さは、絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設した（静電容量有り）ノズルの場合が１６ｍｍ、それが無い（静電容量無し）ノズルの場合が１７ｍｍである。
【００２８】
図８は、エアーの圧力を０．３ＭＰａとして、帯電板２１の除電によるプラス・マイナスのイオンバランスを測定したグラフで、横軸が日数、縦軸が帯電板２１の測定電圧（Ｖ）である。絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設していない（静電容量無し）ノズルの場合には、破線で示すように、電源投入から３日までは低いマイナス電圧であったが、４日目以降は電圧が＋１０００Ｖになったままで、除電できなくなった。一方、絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設した（静電容量有り）ノズルの場合には、実線で示すように、４日目以降もプラス又はマイナスの低い電圧を維持し、引き続き同じ条件で除電できた。
【００２９】
図９は、エアーの圧力を０．４５ＭＰａに上げた場合の同様のグラフである。絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設していない（静電容量無し）ノズルの場合には、破線で示すように、電源投入の翌日に電圧が＋１０００Ｖになったままで、それ以降除電できなくなった。。一方、絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設した（静電容量有り）ノズルの場合には、実線で示すように、翌日以降もマイナスの低い電圧を維持し、引き続き同じ条件で除電できた。
【００３０】
図１０は、エアーの圧力を０．３ＭＰａとして、帯電板２１の電圧が＋１０００Ｖから＋１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフである。絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設していない（静電容量無し）ノズルの場合には、破線で示すように、４日目以降は減衰しなくなった。絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設した（静電容量有り）ノズルの場合には、実線で示すように、最初の一日までは前者の場合よりも減衰時間がやや長いが、それ以降は減衰時間が短くなり、その短いままを維持した。
【００３１】
図１１は、エアーの圧力を０．３ＭＰａとして、帯電板２１の電圧が−１０００Ｖから−１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフである。マイナス電圧の場合も図１０のプラス電圧の場合と同様であった。
【００３２】
図１２は、エアーの圧力を０．４５ＭＰａに上げ、帯電板２１の電圧が＋１０００Ｖから＋１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフ、図１３は、同じく帯電板２１の電圧が−１０００Ｖから−１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフで、これらの場合も図１０及び図１１の場合とほぼ同様であった。
【００３３】
以上の結果から、絶縁部材１４及びコンデンサ素子ＣＸ２を付設した（静電容量有り）ノズルの場合には、それを付設していない（静電容量無し）ノズルの場合に比べて、使用当初のみ除電性能が劣るものの、イオンバランスを長時間維持し、長時間使用しても同じ除電性能が落ちないことが分かった。
【００３４】
図６の回路図において説明したように、アース電極１３とグランドとの間にコンデンサ素子ＣＸ２を接続すると、高周波の放電電流（放電波）はコンデンサ素子ＣＸ２を通じてグランドへ流れるので、それを放電信号として定電圧回路１８内のコントロール駆動回路１８ａにフィードバックすれば、定電圧回路１８の出力を放電の変化に応じて自動制御して放電を一定の状態に維持できる。
【００３５】
また、図６に示す回路には、除電のイオンバランスを図るために、高周波トランス２０の二次側に、放電中に生ずる電流を検出して発振駆動回路１９へフィードバックさせる除電バランス回路２７を設け、またこの除電バランス回路２７中に、高電圧が発生していることを表示する高電圧発生確認表示灯である発光ダイオード２８を設けているが、コンデンサ素子ＣＸ２により得られる上記放電信号を用いて光又は音により放電状況を報知することもできる。
【００３６】
図１４は、口金であるアース電極１３の内周に絶縁部材１４を付設していることでは同じであるが、アース電極１３とグランドとの間にコンデンサ素子ＣＸ２を接続した（コンデンサ素子有り）場合と、それを接続しない（コンデンサ素子無し）場合について、エアーの圧力を段階的に上げ、帯電板２１の除電によるプラス・マイナスのイオンバランスを測定したグラフである。
【００３７】
図１５は、口金であるアース電極１３の内周に絶縁部材１４を付設していることでは同じであるが、アース電極１３とグランドとの間にコンデンサ素子ＣＸ２を接続した（コンデンサ素子有り）場合と、それを接続しない（コンデンサ素子無し）場合について、エアーの圧力を段階的に上げ、帯電板２１の電圧が＋１０００Ｖから＋１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を測定したグラフである。
【００３８】
図１６は、同様に帯電板２１の電圧が−１０００Ｖから−１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を測定したグラフである。
【００３９】
これらの図から分かるように、アース電極１３とグランドとの間にコンデンサ素子ＣＸ２を接続した（コンデンサ素子有り）場合は、それを接続しない（コンデンサ素子無し）場合に比べて、エアーの圧力を上げてもイオンバランス及び除電性能の両方につき良好である。
【００４０】
図１７は本発明の変形例で、そのノズル部分のみの概要を示す。この例では、円筒形の口金であるアース電極２９がノズル本体となっていて、その内周に静電容量（コンデンサ）となる円筒形の絶縁部材３０、更にその内周に円筒形の集電電極３１が同心円状に設けられ、また集電電極３１の内周にはエアー噴射を整流案内する絶縁ガイト３２が設けられ、更に口金であるアース電極２９の先端開口には絶縁キャップ３３が設けられている。この場合には、放電針９からの放電は集電電極３１で集電され、絶縁部材３０で放電電流を減衰されてアース電極２９へと行われる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、アース電極となる口金側に静電容量（コンデンサ）を設けたので、放電電極からの放電電流がプラス・マイナスいずれの極性も減衰されるため、火花放電が抑制されるとともに、プラス・マイナス両極性のイオン生成が平均化される。従って、次のような効果を奏する。
【００４２】
▲１▼ 放電が安定になり、長期間にわたりイオンバランスを維持する安定した除電効果を発揮できる。
▲２▼ 放電電極（放電針）が汚れても、上記▲１▼の効果がある。
▲３▼ エアー噴射圧が変動しても、イオンバランスに影響しない。
▲４▼ 放電電極内部の放電腐食が無くなり、その腐食による劣化を防止できる。
▲５▼ 放電電極の摩耗・損傷が少なくなるため、その清掃や交換の期間が従来よりも長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】除電器本体をガン形とした本発明の一実施例の断面図である。
【図２】その正面図である。
【図３】その一部の拡大断面図である。
【図４】そのノズルの分解断面図である。
【図５】組み立て状態の断面図である。
【図６】電気的構成を示す回路図である。
【図７】除電性能実験の測定解説図である。
【図８】図７において、エアーの圧力を０．３ＭＰａとして、帯電板の除電によるプラス・マイナスのイオンバランスを測定したグラフである。
【図９】エアーの圧力を０．４５ＭＰａとして同様に測定したグラフである。
【図１０】エアーの圧力を０．３ＭＰａとして、帯電板の電圧が＋１０００Ｖから＋１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフである。
【図１１】エアーの圧力を０．３ＭＰａとして、帯電板の電圧が−１０００Ｖから−１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフである。
【図１２】エアーの圧力を０．４５ＭＰａとして、帯電板の電圧が＋１０００Ｖから＋１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフである。
【図１３】エアーの圧力を０．４５ＭＰａとして、帯電板の電圧が−１０００Ｖから−１００Ｖまで除電されるまでの時間（減衰時間）を日毎に測定したグラフである。
【図１４】コンデンサ素子の有無により比較したイオンバランスの測定結果のグラフである。
【図１５】コンデンサ素子の有無により比較した帯電板プラス電圧の減衰時間の測定結果のグラフである。
【図１６】コンデンサ素子の有無により比較した帯電板マイナス電圧の減衰時間の測定結果のグラフである。
【図１７】本発明の変形例で、そのノズル部分のみの概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１除電器本体
２引き金
３弁
４接続口
５銃身部
５ａ空室
６延長銃身部
６ａ先端突部
７電源ボックス
８ノズル
９放電電極（放電針）
１０電極ホルダ
１１エアー通路
１２ノズル本体
１２Ａ前部
１２Ｂ後部
１２ａ段部
１２ｂ雌ねじ
１２ｃ先端開口
１３アース電極
１３Ａ前部
１３Ｂ後部
１３ａ・１３ｂ段部
１３ｃ雌ねじ
１３ｄ雄ねじ
１３ｅ先端開口
１４絶縁部材
１４ａ鍔部
１４ｂ段部
１４ｃ雄ねじ
１４ｄ後端開口
１４ｅ先端開口
１５アース接続端子
１６エアー噴射空間
１７ＡＣ／ＤＣアダプタ
１８定電圧回路
１９発振駆動回路
２０高周波トランス
ＣＸ１容量結合用コンデンサ
ＣＸ２コンデンサ素子
２１帯電板
２２・２３碍子
２４圧力計
２５流量計
２６静電モニタ装置
２７除電バランス回路
２８発光ダイオード
２９アース電極
３０絶縁部材
３１集電電極
３２絶縁ガイト
３３絶縁キャップ

Claims

放電電極に高電圧電源より高電圧を印加し、該放電電極とアース電極となる噴射部の口金との間で放電させながら、噴射部から気体を噴射する除電装置において、前記口金側であってグランドへ至る間に静電容量を設けたことを特徴とする除電装置。
静電容量が口金の内面に設けた絶縁部材であることを特徴とする請求項１記載の除電装置。
絶縁部材が放電電極との間で口金の内周面を覆っていることを特徴とする請求項２記載の除電装置。
絶縁部材が口金の内周に着脱可能に螺合されていることを特徴とする請求項３記載の除電装置。
静電容量が、口金とグランド間に接続されるコンデンサ素子を含むことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の除電装置。
コンデンサ素子へ流れる放電波を検出して高電圧電源をフィードバック制御するフィードバック制御回路を備えたことを特徴とする請求項５記載の除電装置。
コンデンサ素子へ流れる放電波を検出して放電状況を知らせる報知回路を備えたことを特徴とする請求項５又は６記載の除電装置。