JP2007042287A - イオン生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型、軽量で、さらに、イオン生成の効率を向上することができるイオン生成装置を提供する。
【解決手段】接地された放電発生部を有する導体からなる放電電極部13と、放電電極部13の両側に設けられた、導体からなる一対の電界形成電極部14,15と、放電電極部13及び一対の電界形成電極部14,15を互いに絶縁させて一体に支持する支持部18と、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力し、電界形成電極部14,15にそれぞれ正及び負のパルス高電圧を印加するパルス高圧電源44とを備える。正及び負のパルス高電圧の印加により、電界形成電極部14,15のそれぞれと放電電極部13との間で前記放電発生部に集中する電界を形成し、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正、負の空気イオンを交互に生成する。
【選択図】図1
【解決手段】接地された放電発生部を有する導体からなる放電電極部13と、放電電極部13の両側に設けられた、導体からなる一対の電界形成電極部14,15と、放電電極部13及び一対の電界形成電極部14,15を互いに絶縁させて一体に支持する支持部18と、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力し、電界形成電極部14,15にそれぞれ正及び負のパルス高電圧を印加するパルス高圧電源44とを備える。正及び負のパルス高電圧の印加により、電界形成電極部14,15のそれぞれと放電電極部13との間で前記放電発生部に集中する電界を形成し、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正、負の空気イオンを交互に生成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、帯電物体の静電気を中和して除電するのに適した正、負の空気イオンを、空気中でコロナ放電を発生させて生成するイオン生成装置(除電装置とも呼ばれる)に関する。
従来、帯電体の静電気を中和して除電するのに適した正及び負の空気イオンを生成するコロナ放電式イオン生成装置として、電圧印加式除電装置と自己放電式除電装置との2方式の装置が知られている。
電圧印加式除電装置は、例えば図20,21に示すように、除電本体部aと交流高圧電源b、並びに両者を接続する高圧ケーブルcで構成される。除電本体部aは、棒状の絶縁体の柄部eの長手方向に配設された多数の針状の放電電極dと、該柄部eの両端部に絶縁材を介して支持され、放電電極dと間隔を存して対向する接地電極fとを有する。接地電極fは導線gを介して接地されている。また、交流高圧電源bとしては、信頼性の高い巻線トランスが用いられる。この電圧印加式除電装置においては、交流高圧電源bからの高電圧を高圧ケーブルcを介して放電電極dに印加することにより、放電電極dと接地電極fとの間に交流高電界が形成され、放電電極dの先端に電界が集中してコロナ放電が発生し、正、負の空気イオンが生成される。そして、これらの正、負の空気イオンにより帯電体xの電荷を中和して除電することができる。しかし、この電圧印加式除電装置は、交流高圧電源bを用いるため、大型で重量のあるものとなるという不都合がある。
また、自己放電式除電装置は、例えば図22に示すように、放電電極として、アルミニウム等の導体の柄部hに保持され、該柄部hから延びる導線jを介して接地されている複数の導電性繊維iを有する。この自己放電式除電装置は、帯電体xの静電気エネルギーを利用して空気イオンを生成するもので、帯電体xからの電界を、放電電極である接地した導電性繊維iに集中させ、その電界によってコロナ放電を発生させ、空気イオンを生成する。帯電体xが負に帯電している場合は、正の空気イオンが放電電極により生成されて帯電体xの負電荷が中和される。帯電体xが正に帯電している場合は、負の空気イオンが放電電極により生成されて帯電体xの正電荷が中和される。このように、自己放電式除電装置は、帯電体xの静電気エネルギーを利用して空気イオンを生成するので、前述した電圧印加式除電装置のように高圧電源を必要としない。しかし、この自己放電式除電装置による除電の性能は、帯電体xの帯電電圧の大小に応じて決まるものである。よって、帯電電圧が、コロナ放電を発生させるのに必要な所定の電圧(具体的には、正負共に絶対値が3.0kV程度)より低い場合には、コロナ放電が全く発生せず、除電が行われないという不都合がある。
このため、自己放電式除電装置の不都合を補うイオン生成装置として、電界形成電極部を設けた自己放電式イオン生成装置(以下、これを電界形成電極式イオン生成装置と呼ぶ)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電界形成電極式イオン生成装置は、例えば図23,24に示すように、除電本体部kと交流高圧電源l、並びに両者を接続する高圧ケーブルmで構成される。除電本体部kは、絶縁体の支持部nに形成された接地電極部oと電界形成電極部pとを備える。接地電極部oは、放電電極として、アルミニウム等の導体の柄部qに保持され、該柄部qから延びる導線sを介して接地されている複数の導電性繊維rを有する。接地電極部oは、支持部nの長手方向に形成された溝部uに装着されている。また、電界形成電極部pは、支持部nの内部に挿入された、絶縁体tに被覆された一対の導電性芯材からなり、該一対の電界形成電極部pは、接地電極部oの両側に沿って設けられている。そして、電界形成電極部pに、交流高圧電源lから高圧ケーブルmを介して交流高電圧が印加される。
この電界形成電極式イオン生成装置においては、帯電体xの帯電電圧が、コロナ放電を発生させるのに必要な所定の電圧より低い場合でも、電界形成電極部pに帯電電圧の不足を補うように交流高圧電源lから電圧を印加することにより、接地電極部oの導電性繊維rの先端に電界を集中させ、コロナ放電を発生させて正、負の空気イオンを生成することができ、帯電体xの除電を行うことができる。
しかしながら、前記電界形成電極式イオン生成装置において、帯電電圧の低い帯電体xの除電を効果的に行わせるために、電圧印加式除電装置と同等の交流高電圧を、電界形成電極部pに印加させている。よって、交流高圧電源lを用いることとなり、このため、装置が大型で重量のあるものとなるという不都合がある。また、交流高圧電源lの出力波形は正弦波であるので、前記電圧形成電極式イオン生成装置において、交流高電圧を印加する場合に、正、負の電圧が切り換わるときには電圧が低くなる。そして、この電圧が低くなる区間ではコロナ放電が発生しないので空気イオンの生成が休止するため、イオン生成の効率が低下するという不都合がある。
特開平9−63788号公報
本発明は、かかる不都合を解消して、小型、軽量で、さらに、イオン生成の効率を向上することができるイオン生成装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明の第1態様のイオン生成装置は、接地された放電発生部を有する導体からなる放電電極部と、該放電電極部の両側に設けられた、導体からなる一対の電界形成電極部と、該放電電極部及び該一対の電界形成電極部を互いに絶縁させて一体に支持する支持部と、該一対の電界形成電極部に電圧を印加する高圧電源とを備えるイオン生成装置において、前記高圧電源は、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するパルス高圧電源で構成され、前記一対の電界形成電極部のうちの一方である第1電界形成電極部と、前記一対の電界形成電極部のうちの他方である第2電界形成電極部とに、それぞれ正及び負のパルス高電圧を印加するように、該一対の電界形成電極部に接続され、前記正及び負のパルス高電圧の印加により、前記第1及び第2電界形成電極部のそれぞれと前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界を形成し、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正、負の空気イオンを交互に生成することを特徴とする。
前記本発明の第1態様のイオン生成装置によれば、前記高圧電源は、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するパルス高圧電源で構成される。前記パルス高圧電源は、一般的に、交流高圧電源よりも小型で軽量なものであるので、該パルス高圧電源を用いることで、前記イオン生成装置を小型・軽量化することができる。なお、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するとは、正のパルス高電圧のパルス列と、負のパルス高電圧のパルス列とを、次のようにそれぞれ生成することである。すなわち、前記正のパルス高電圧のパルス列の1パルスが出力されている期間内で、前記負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力を停止し、該負のパルス高電圧のパルス列の1パルスが出力されている期間内で、該正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力を停止するように、該正及び負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の開始タイミング及び停止タイミングを調整して、正及び負のパルス高電圧のパルス列を生成する。
さらに、前記パルス高圧電源は、前記第1電界形成電極部に正のパルス高電圧を印加し、前記第2電界形成電極部に負のパルス高電圧を印加する。そして、前記第1電界形成電極部に正のパルス高電圧が印加されているときには、前記第1電界形成電極部と前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界が形成され、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により負の空気イオンが生成される。また、前記第2電界形成電極部に負のパルス高電圧が印加されているときには、前記第2電界形成電極部と前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界が形成され、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正の空気イオンが生成される。そして、生成された正、負の空気イオンにより、除電の対象物体である帯電体の電荷を中和して除電を行う。このとき、本発明の第1態様のイオン生成装置によれば、前記パルス高圧電源により、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧とが間断なく交互に印加されるので、正の高電圧と負の高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間を、交流高圧電源を用いた場合よりも短縮して、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
また、前記正及び負のパルス高電圧のパルス列の1パルスは、一般には、該1パルスの出力期間の開始時の立上り及び停止時の立下りに時間遅れがあるため、完全な矩形のパルスにはならない。このとき、正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力が停止してから、負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力を開始し、負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力が停止してから、正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力を開始すると、正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの実際の出力の大きさが、コロナ放電を発生するのに必要な所定電圧以下になった時点から、負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの実際の出力の大きさが、該所定電圧以上になる時点までの区間と、負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの実際の出力の大きさが、該所定電圧以下になった時点から、負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの実際の出力の大きさが、該所定電圧以上になる時点までの区間は、イオン生成の休止時間となる。よって、本発明の第1態様のイオン生成装置において、前記パルス高圧電源は、前記負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の開始タイミングを、前記正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の停止タイミングより第1所定時間早くすると共に、該正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の開始タイミングを、該負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の停止タイミングより第2所定時間早くすることが好ましい。
これによれば、前記パルス高圧電源は、前記負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の開始タイミングを、前記正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の停止タイミングより第1所定時間早くするので、前記第1電界形成電極部に印加される正の1パルスの停止時の立下りの期間と、前記第2電界形成電極部に印加される負の1パルスの開始時の立上りの期間とが重なるようにして、イオン生成の休止時間をなくすことができる。ここで、前記第1所定時間は、正の1パルスの停止時の立下りと、負の1パルスの開始時の立上りの遅れの特性に応じて、予め定められる所定時間である。また、前記パルス高圧電源は、正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の開始タイミングを、前記負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の停止タイミングより第2所定時間早くするので、前記第2電界形成電極部に印加される負の1パルスの停止時の立下りの期間と、前記第1電界形成電極部に印加される正の1パルスの開始時の立上りの期間とが重なるようにして、イオン生成の休止時間をなくすことができる。ここで、前記第2所定時間は、負の1パルスの停止時の立下りと、正の1パルスの開始時の立上りとの遅れの特性に応じて、予め定められる所定時間である。よって、正の高電圧と負の高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間をなくして、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
さらに、本発明の第1態様のイオン生成装置において、前記放電電極部は、ダイオードと抵抗とを並列に接続してなる並列回路を介して接地されていることが好ましい。
これによれば、前記正及び負のパルス高電圧の印加により、前記第1及び第2電界形成電極部のそれぞれと前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界が形成されると、前記並列回路に電流が流れる。このとき、前記放電電極部の電位は、前記ダイオードの向き及び前記抵抗の抵抗値の大きさにより正又は負に偏るため、前記放電発生部で生成される正、負の空気イオンの生成量が、正又は負に偏ったものとなる。よって、前記並列回路により、生成する正、負の空気イオンのバランスを予め所望のイオンバランスに設定することができる。さらに、前記抵抗の抵抗値を可変的に設定できるように構成することで、例えば、センサ等からの外部指令やダイヤル操作等によって、生成する正、負の空気イオンのバランスを所望のイオンバランスに容易に変更することができる。
次に、本発明の第2態様のイオン生成装置は、放電発生部を有する導体からなる放電電極部と、該放電電極部の両側に設けられた、導体からなる一対の電界形成電極部と、該放電電極部及び該一対の電界形成電極部を互いに絶縁させて一体に支持する支持部と、該一対の電界形成電極部に電圧を印加する高圧電源とを備えるイオン生成装置において、前記高圧電源は、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するパルス高圧電源で構成され、前記一対の電界形成電極部のうちの一方である第1電界形成電極部と前記放電電極部とに、正のパルス高電圧を選択的に印加可能に第1スイッチを介して接続されると共に、該一対の電界形成電極部のうちの他方である第2電界形成電極部と該放電電極部とに、負のパルス高電圧を選択的に印加可能に第2スイッチを介して接続され、該第1電界形成電極部に正のパルス高電圧を印加する際に、該放電電極部に負のパルス高電圧を印加すると共に、該第2電界形成電極部に負のパルス高電圧を印加する際に、該放電電極部に正のパルス高電圧を印加するように第1及び第2スイッチを制御する手段を備え、前記正及び負のパルス高電圧の印加により、前記第1及び第2電界形成電極部のそれぞれと前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界を形成し、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正、負の空気イオンを交互に生成することを特徴とする。
本発明の第2態様のイオン生成装置によれば、前記第1態様のイオン生成装置と同様に、前記高圧電源は、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するパルス高圧電源で構成される。前記パルス高圧電源は、一般的に、交流高圧電源よりも小型で軽量なものであるので、該パルス高圧電源を用いることで、前記イオン生成装置を小型・軽量化することができる。なお、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するとは、前記第1態様で説明したように、正及び負のパルス高電圧のパルス列を生成することである。
また、前記第1態様のイオン生成装置と同様に、前記パルス高圧電源は、前記第1電界形成電極部に正のパルス高電圧を印加し、前記第2電界形成電極部に負のパルス高電圧を印加する。そして、前記第1電界形成電極部に正のパルス高電圧が印加されているときには、前記第1電界形成電極部と前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界が形成され、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により負の空気イオンが生成される。また、前記第2電界形成電極部に負のパルス高電圧が印加されているときには、前記第2電界形成電極部と前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界が形成され、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正の空気イオンが生成される。そして、生成された正、負の空気イオンにより、除電の対象物体である帯電体の電荷を中和して除電を行う。このとき、本発明の第2態様のイオン生成装置によれば、前記第1態様のイオン生成装置と同様に、前記パルス高圧電源により、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧とが間断なく交互に印加されるので、正の高電圧と負の高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間を、交流高圧電源を用いた場合よりも短縮して、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
さらに、本発明の第2態様のイオン生成装置では、前記パルス高圧電源は、前記第1電界形成電極部に正のパルス高電圧を印加する際に、前記放電電極部に負のパルス高電圧を印加すると共に、前記第2電界形成電極部に負のパルス高電圧を印加する際に、該放電電極部に正のパルス高電圧を印加する。このとき、コロナ放電による空気イオンの生成量は、前記第1及び第2電界形成電極部のそれぞれと放電電極部との電位差に比例する。よって、正及び負のパルス高電圧の一方のみにより空気イオンを生成させる場合に比べて、半分の電圧で同等の空気イオンを生成することができる。これにより、前記パルス高圧電源をより小型で軽量なものにすることができ、前記イオン生成装置をより小型・軽量化することができる。
また、本発明の第1態様及び第2態様のイオン生成装置において、前記パルス高圧電源は、一定値の直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源の出力が第3スイッチを介して入力され、その入力時に正の高電圧を発生する第1高電圧発生回路と、該直流電源の出力が第4スイッチを介して入力され、その入力時に負の高電圧を発生する第2高電圧発生回路と、該第3及び第4スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換える第1制御手段とを備え、該第3及び第4スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換えることによって、前記正及び負のパルス高電圧を出力することが好ましい。
これによれば、前記第3及び第4スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換えることによって、前記正及び負のパルス高電圧が出力されるので、簡単な構成で、正及び負のパルス高電圧を出力させることができる。
または、本発明の第1態様及び第2態様のイオン生成装置において、前記パルス高圧電源は、正の一定値の高電圧を第5スイッチを介して出力する第1直流高圧電源と、負の一定値の高電圧を第6スイッチを介して出力する第2直流高圧電源と、該第5及び第6スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換える第2制御手段とを備え、該第5及び第6スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換えることによって、前記正及び負のパルス高電圧を出力することが好ましい。
これによれば、前記第5及び第6スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換えることによって、前記正及び負のパルス高電圧が出力されるので、簡単な構成で、正及び負のパルス高電圧を出力させることができる。さらに、前記パルス高圧電源は、第1直流高圧電源及び第2直流高圧電源の出力側をそれぞれ第5及び第6スイッチで切り換えることで、正及び負のパルス高電圧を出力しているので、正及び負の1パルスの出力期間の開始時の立上り及び停止時の立下りの時間遅れは極めて少なく、正及び負の1パルスは完全な矩形のパルスに近いものになる。従って、これによれば、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間をほとんどなくして、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
さらに、本発明の第1態様及び第2態様のイオン生成装置において、前記正、負の空気イオンを搬送するための空気を、前記放電電極部の放電発生部へ供給する空気供給流路が、前記支持部に設けられていることが好ましい。
これによれば、放電発生部から除電の対象物体である帯電体へ空気イオンを搬送する空気の流量を増加させることで、除電の効率を向上させることができる。
さらに、本発明の第1態様及び第2態様のイオン生成装置において、前記パルス高圧電源は、前記正及び負のパルス高電圧のパルス幅を変更する手段を備えることが好ましい。
これによれば、前記パルス高圧電源は、前記正及び負のパルス高電圧のパルス幅を変更する手段を備えるので、例えば、センサ等からの外部指令やダイヤル操作等によって、該正のパルス幅と負のパルス幅とを変更することができる。そして、正及び負のパルス高電圧のパルス幅の比率を変更することにより、正、負の空気イオンの生成量の比率が制御されるので、生成する正、負の空気イオンのバランスを所望のイオンバランスに容易に変更することができる。
さらに、本発明の第1態様及び第2態様のイオン生成装置において、前記支持部に、前記パルス高圧電源が一体的に設けられていることが好ましい。
これによれば、前記支持部に、前記パルス高圧電源が一体的に設けられているので、前記パルス高圧電源と前記一対の電界形成電極部とを接続する高圧ケーブルの配線を容易にすることができると共に、前記イオン生成装置をより小型・軽量化することができる。
なお、本発明の第1態様及び第2態様のイオン生成装置において、前記放電電極部は、先鋭な部分を有する導体、又は線状の導体であることが好ましい。例えば、前記放電電極部として、前記一対の電界形成電極部に平行になるように前記支持部に支持された、導体からなる部材の長手方向に、互いに間隔を存して配設された複数の導電性繊維が挙げられる。この場合、前記放電発生部は、前記複数の導電性繊維となる。また、例えば、前記放電電極部として、前記一対の電界形成電極部に平行になるように前記支持部に支持された、導体からなる部材の長手方向に、互いに間隔を存して配設された複数の金属製の針状の電極が挙げられる。この場合、前記放電発生部は、前記複数の金属製の針状の電極となる。また、例えば、前記放電電極部として、前記一対の電界形成電極部に平行になるように前記支持部に支持された薄い金属板の鋸刃状の放電電極が挙げられる。この場合、前記放電発生部は、鋸刃の先端部分となる。また、例えば、前記放電電極部として、前記一対の電界形成電極部に平行になるように前記支持部に支持された金属製のワイヤ状の放電電極が挙げられる。この場合、前記放電発生部は、前記ワイヤ状の放電電極全体となる。
本発明の一実施形態を添付の図面を参照して説明する。まず、本発明の第1実施形態を、図1〜図4を参照して説明する。図1は、本実施形態におけるイオン生成装置を示す説明図であり、図2は、図1のII−II線断面を矢示方向に見た説明図であり、図3は、図1のイオン生成装置のパルス高圧電源の回路の一例を示す説明図であり、図4は、図1のイオン生成装置のパルス高圧電源のスイッチの切り換えの経時変化を示すグラフである。なお、本実施形態におけるイオン生成装置は、本発明の第1態様に係るイオン生成装置である。
図1を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置1は、放電発生部を有する放電電極部13と、放電電極部13の両側に設けられた一対の電界形成電極部14,15と、放電電極部13及び電界形成電極部14,15とを絶縁して支持する支持部18と、電界形成電極部14,15に電圧を印加するパルス高圧電源44とを備える。なお、放電電極部13と、電界形成電極部14,15と、支持部18とによって、除電本体部2が構成される。
放電電極部13は、アルミニウム等の導体からなる柄部10と、柄部10の長手方向に互いに間隔を存して配設された複数の導電性繊維11とによって構成される。各導電性繊維11は、複数の導電性繊維を束ねて形成されており、その束の一端が柄部10に固定されている。各導電性繊維11の開放された側の先端が、放電発生部を形成する。また、放電電極部13は、柄部10を介して、絶縁体により形成された支持部18に支持され、柄部10から延びる接地線12を介して接地されている。
パルス高圧電源44は、正の高電圧を発生する高電圧発生回路3と、負の高電圧を発生する高電圧発生回路4と、高電圧発生回路3,4への入力を調整して、高電圧発生回路3,4からそれぞれ正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力させるパルス制御装置7とで構成される。パルス制御装置7は、接続線8,9を介して、それぞれ高電圧発生回路3,4の入力側に接続されている。また、高電圧発生回路3の出力側は、高圧ケーブル5を介して電界形成電極部14に接続され、高電圧発生回路4の出力側は、高圧ケーブル6を介して電界形成電極部15に接続されている。パルス高圧電源44は、一般的に、交流高圧電源よりも小型で軽量なものである。
次に、図2を用いて、放電電極部13と、電界形成電極部14,15と、支持部18とについて、より詳細に説明する。図2を参照して、電界形成電極部14,15は、一対のロッド状の導電性芯材から構成される。電界形成電極部14,15は、外周囲をそれぞれ筒状の絶縁体16,17により被覆され、支持部18の長手方向に平行になるように支持部18に形成された一対の孔部45,46にそれぞれ絶縁体16,17と共に挿入されている。そして、絶縁体16,17の外周囲と孔部45,46の内壁面とが接して固定されている。
さらに、支持部18には、両電界形成電極部14,15の間に、支持部18の長手方向に平行になるように、溝部19が形成されている。そして、溝部19に、放電電極部13の柄部10が嵌め込まれて固定されている。このとき、放電電極部13は、電界形成電極部14,15のそれぞれと放電電極部13との間に形成された正、負の電界が、導電性繊維11の先端に集中するような位置に配置されている。
次に、図3を用いて、パルス高圧電源44について、より詳細に説明する。図3を参照して、高電圧発生回路3は、昇圧トランス3aと、正の倍電圧整流回路3bとで構成され、高電圧発生回路4は、昇圧トランス4aと、負の倍電圧整流回路4bとで構成される。また、パルス制御装置7は、高電圧発生回路3を動作させるスイッチ7aと、高電圧発生回路4を動作させるスイッチ7bと、スイッチ7a,7bをそれぞれ切り換えるパルス制御回路7cと、電源回路7dとで構成される。電源回路7dは、一定値の直流電圧を出力する直流電源である。電源回路7dは、例えば、商用交流電源と交流−直流インバータとからなり、交流電源の電圧を直流に変換して供給する。
スイッチ7aの一端は、昇圧トランス3aの1次側に接続され、他端は、電源回路7dに接続されている。スイッチ7aがオンになると、電圧回路7dから供給される電圧により、昇圧トランス3aの1次側に電流が流れ、昇圧トランス3aの2次側にパルス状の高電圧が発生する。また、スイッチ7bの一端は、昇圧トランス4aの1次側に接続され、他端は電源回路7dに接続されている。スイッチ7bがオンになると、電源回路7dから供給される電圧により、昇圧トランス4aの1次側に電流が流れ、昇圧トランス4aの2次側にパルス状の高電圧が発生する。
昇圧トランス3aの2次側は、倍電圧整流回路3bの入力側に接続され、倍電圧整流回路3bの出力側は、高圧ケーブル5に接続されている。昇圧トランス3aの2次側に発生するパルス状の高電圧は、倍電圧整流回路3bにより昇圧され、電界形成電極部14に印加される。また、昇圧トランス4aの2次側は、倍電圧整流回路4bの入力側に接続され、倍電圧整流回路4bの出力側は、高圧ケーブル6に接続されている。昇圧トランス4aの2次側に発生するパルス状の高電圧は、倍電圧整流回路4bにより昇圧され、電界形成電極部15に印加される。
倍電圧整流回路3b,4bは、コッククロフト・ウォルトン回路といわれる周知の構成であり、コンデンサとダイオードと抵抗とで構成されている。倍電圧整流回路3b,4bの出力側には、コンデンサとダイオードとを組み合わせた単位ブロックの段数に応じて、入力電圧の所定倍の大きさの正及び負のパルス高電圧が得られる。例えば、図1に例示した回路では、高電圧発生回路3から+7kVの正のパルス高電圧が出力され、高電圧発生回路4から−7kVの負のパルス高電圧が出力される。
パルス制御回路7cは、スイッチ7aのオン・オフを所定周期で切り換えて、高電圧発生回路3から出力される正のパルス高電圧のパルス列を生成し、スイッチ7bのオン・オフを所定周期で切り換えて、高電圧発生回路4から出力される負のパルス高電圧のパルス列を生成する。このとき、パルス制御回路7cは、スイッチ7aをオンに切り換えると同時に、スイッチ7bをオフに切り換え、スイッチ7aをオフに切り換えると同時に、スイッチ7bをオンに切り換える。これにより、正のパルス高電圧のパルス列の1パルス(正の1パルス)が出力されている期間内で、負のパルス高電圧のパルス列の1パルス(負の1パルス)の出力が停止され、負の1パルスが出力されている期間内で、正の1パルスの出力が停止されるように、正及び負のパルス高電圧のパルス列が生成される。
さらに、パルス制御回路7cは、スイッチ7aをオンに切り換えてからオフに切り換えるまでの時間(正のパルス幅)と、スイッチ7bをオンに切り換えてからオフに切り換えるまでの時間(負のパルス幅)とが、それぞれ予め設定された所定パルス幅になるように、スイッチ7a,7bを切り換える。所定パルス幅は、例えば、センサ等からの外部指令やダイヤル操作等によって可変的に設定される値である。これによれば、正及び負のパルス高電圧のパルス幅の比率が変更され、正、負の空気イオンの生成量の比率が制御されるので、生成する正、負の空気イオンのイオンバランスを所望のイオンバランスに容易に変更することができる。
なお、電界形成電極部14は、本発明の第1電界形成電極部に相当し、電界形成電極部15は、本発明の第2電界形成電極部に相当する。また、高電圧発生回路3は、本発明の第1高電圧発生回路に相当し、高電圧発生回路4は、本発明の第2高電圧発生回路に相当する。また、スイッチ7aは、本発明の第3スイッチに相当し、スイッチ7bは、本発明の第4スイッチに相当し、パルス制御回路7cは、本発明の第1制御手段に相当し、電源回路7dは、本発明の直流電源に相当する。
次に、本実施形態のイオン生成装置1の作動(除電作動)について説明する。イオン生成装置1によって帯電体xの除電を行う場合には、帯電体xに一定の距離を隔てて除電本体部2を対峙させる(導電性繊維11の先端を帯電体xに対向させる)。
帯電体xの除電を行う処理を、図4を用いて説明する。図4は、図1のイオン生成装置1のパルス高圧電源44におけるスイッチ7a,7bの切り換えの経時変化を例示するグラフである。図4において、スイッチ7aのオン・オフ、スイッチ7bのオン・オフの経時変化の様子がそれぞれ上段側から示されている。図4を参照して、期間t0〜t1が、正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間(正のパルス幅)であり、期間t1〜t2が、負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間(負のパルス幅)である。
まず、時刻t0に、スイッチ7aがオンにされると共に、スイッチ7bがオフにされる。これにより、正の高電圧発生回路3から、正の1パルスの出力が開始される。これと共に、負の高電圧発生回路4からの負の1パルスの出力は停止される。この正のパルス高電圧は、高圧ケーブル5を介して、電界形成電極部14に印加される。この正のパルス高電圧の印加により、電界形成電極部14と放電電極部13との間で、複数の導電性繊維11の先端に集中する電界(電界形成電極部14から導電性繊維11の先端に向かう電界)が形成される。そして、この電界によって導電性繊維11の先端で発生するコロナ放電により、負の空気イオンが生成される。
次に、時刻t1に、スイッチ7aがオフにされると共に、スイッチ7bがオンにされる。これにより、負の高電圧発生回路4から、負の1パルスの出力が開始される。これと共に、正の高電圧発生回路3からの正の1パルスの出力が停止される。この負のパルス高電圧は、高圧ケーブル6を介して、電界形成電極部15に印加される。この負のパルス高電圧の印加により、電界形成電極部15と放電電極部13との間で、複数の導電性繊維11に集中する電界(導電性繊維11の先端から電界形成電極部15に向かう電界)が形成される。そして、この電界によって導電性繊維11の先端で発生するコロナ放電により、正の空気イオンが生成される。
次に、時刻t2に、時刻t0と同様に、スイッチ7aがオンにされると共に、スイッチ7bがオフにされる。以下、期間t0〜t2と同様の処理が繰り返される。これにより、正、負の空気イオンが交互に生成される。そして、その生成された正、負の空気イオンが帯電体xに向かって移動し、帯電体xの電荷が中和されて除電が行われる。
本実施形態のイオン生成装置1によれば、パルス高圧電源44を用いることで、イオン生成装置1を小型・軽量化することができる。さらに、パルス高圧電源44により、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧とが間断なく交互に印加されるので、正の高電圧と負の高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間を、交流高圧電源を用いた場合よりも短縮して、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、パルス制御回路7cは、正のパルス幅と負のパルス幅とを、それぞれセンサ等からの外部指令やダイヤル操作等によって可変的に予め設定される所定パルス幅になるように、スイッチ7a,7bを切り換えるものとしたが、所定パルス幅を可変的に設定する手段を備えず、正のパルス幅と負のパルス幅とが同じ値となるように、スイッチ7a,7bを切り換えるものとしてもよい。
次に、本発明の第2実施形態について、図5を参照して説明する。図5は、本実施形態におけるイオン生成装置のパルス高圧電源の出力電圧の波形を示すグラフである。なお、本実施形態は、第1実施形態と、パルス制御回路7cが、スイッチ7aのオン・オフを切り換えるタイミングと、スイッチ7bのオン・オフを切り換えるタイミングとを調整する部分のみが相違するものである。
前記第1実施形態のイオン生成装置1では、パルス制御回路7cは、スイッチ7aをオンに切り換えると同時に、スイッチ7bをオフに切り換え、スイッチ7aをオフに切り換えると同時に、スイッチ7bをオンに切り換えるものとしている。これに対し、本実施形態のイオン生成装置では、パルス制御回路7cは、スイッチ7bをオンにするタイミングを、スイッチ7aをオフにするタイミングより、第1所定時間tb早くし、スイッチ7aをオンにするタイミングを、スイッチ7bをオフにするタイミングより、第2所定時間ta早くする。
なお、第1所定時間tbは、正の1パルスの停止時の立下りと、負の1パルスの開始時の立上りの遅れの特性に応じて、予め定められる所定時間であり、第2所定時間taは、負の1パルスの停止時の立下りと、正の1パルスの開始時の立上りとの遅れの特性に応じて、予め定められる所定時間である。
本実施形態のイオン生成装置の作動を、図5(a)を用いて説明する。本実施形態では、パルス高圧電源44の出力電圧の波形は、正及び負の1パルスの出力期間の開始時の立上り及び停止時の立下りの時間遅れを考慮すると、図5(a)のグラフの実線で例示するようなものになる。図5(a)のグラフで、横軸は時間を示し、縦軸は出力電圧を示している。グラフ中の電圧Vsは、コロナ放電を発生するのに必要な最低電圧の絶対値であり、電圧Vaは、パルス高電圧の最大電圧(ピーク値)の絶対値である。
図5(a)を参照して、まず、時刻t0より第2所定時間ta早い時刻t0’に、スイッチ7aがオンにされ、正の1パルスの出力が開始される。このとき、スイッチ7bはオンにされており、負のパルス高電圧の出力の絶対値はVaで、正の空気イオンが生成されている。次に、時刻t0で、スイッチ7bがオフにされる。さらに、時刻t3で、負のパルス高電圧の出力の絶対値がVsより小さくなって、正の空気イオンの生成が停止される。このとき、正のパルス高電圧の出力はVs以上となっており、負の空気イオンの生成が開始されている。これにより、負の1パルスの停止時の立下りの期間と、正の1パルスの開始時の立上りの期間とが重なるようにする。
さらに、時刻t1より第1所定時間tb早い時刻t1’に、スイッチ7bがオンにされ、負の1パルスの出力が開始される。このとき、スイッチ7aはオンにされており、正のパルス高電圧の出力の絶対値はVaで、負の空気イオンが生成されている。次に、時刻t1に、スイッチ7aがオフにされる。さらに、時刻t4で、正のパルス高電圧の出力の絶対値がVsより小さくなって、負の空気イオンの生成が停止される。このとき、負のパルス高電圧の出力の絶対値はVs以上となっており、正の空気イオンの生成が開始されている。これにより、正の1パルスの停止時の立下りの期間と、負の1パルスの開始時の立上りの期間とが重なるようにする。
さらに、時刻t2より第2所定時間ta早い時刻t2’に、時刻t0’と同様に、スイッチ7aがオンにされ、正の1パルスの出力が開始される。以下、期間t0’〜t2’と同様の処理が繰り返される。
以上の処理により、電界形成電極部14,15のいずれかには、常にVs以上の大きさの電圧が印加される。よって、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間をなくすことができる。
なお、前記第1実施形態において、図4に示したタイミングでスイッチ7a,7bを切り換えた場合、正及び負の1パルスの出力期間の開始時の立上り及び停止時の立下りの時間遅れを考慮すると、パルス高圧電源44の出力電圧の波形は、図5(b)のグラフの実線で例示するようなものになる。図5(b)のグラフで、横軸は時間を示し、縦軸は出力電圧を示している。グラフ中の電圧Vsは、コロナ放電を発生するのに必要な最低電圧の絶対値であり、電圧Vaは、パルス高電圧の最大電圧(ピーク値)の絶対値である。
図5(b)を参照して、時刻t0に、スイッチ7bがオフにされると共に、スイッチ7aがオンにされる。さらに、時刻t1に、スイッチ7aがオフにされると共に、スイッチ7bがオンにされる。さらに、時刻t2に、スイッチ7bがオフにされると共に、スイッチ7aがオンにされる。このとき、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧との切り換え時の期間t3〜t4,t5〜t6は、イオン生成の休止時間となっている。
本実施形態のイオン生成装置によれば、第1実施形態と同様に、パルス高圧電源44を用いることで、イオン生成装置1を小型・軽量化することができる。また、パルス高圧電源44により、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧とが間断なく交互に印加されるので、正の高電圧と負の高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間を、交流高圧電源を用いた場合よりも短縮して、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
さらに、本実施形態のイオン生成装置によれば、負の1パルスの停止時の立下りの期間と正の1パルスの開始時の立上りの期間とが重なるようにし、正の1パルスの停止時の立下りの期間と、負の1パルスの開始時の立上りの期間とが重なるようにして、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間をなくし、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
次に、本発明の第3実施形態を、図6を参照して説明する。図6は、本実施形態におけるイオン生成装置のパルス高圧電源の回路の一例を示す説明図である。なお、本実施形態は、第1実施形態において、パルス高圧電源44の代わりに、パルス高圧電源44aを用いたものである。
図6を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置1aのパルス高圧電源44aは、正の一定値の直流高電圧(例えば、+7kV)を出力する直流高圧電源3cと、負の一定値の直流高電圧(例えば、−7kV)を出力する直流高圧電源4cと、直流高圧電源3c,4cの出力を調整して、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力させるパルス制御装置20とで構成される。なお、直流高圧電源3c,4cは、例えば、直流電源、高周波スイッチング回路、昇電トランス、倍電圧整流回路等で構成されるような直流高圧電源である。また、パルス高圧電源44aは、一般的に、交流高圧電源よりも小型で軽量なものである。
パルス制御装置20は、電界形成電極部14へ正のパルス高電圧を出力するためのスイッチ20aと、電界形成電極部15へ負のパルス高電圧を出力するためのスイッチ20bと、スイッチ20a,20bをそれぞれ切り換えるパルス制御回路20cとで構成される。スイッチ20aの一端は、高圧ケーブル5を介して電界形成電極部14に接続され、他端は、正の直流高圧電源3cの出力線21、もしくは接地線22に切換可能に接続されている。また、スイッチ20bの一端は、高圧ケーブル6を介して電界形成電極部15に接続され、他端は、負の直流高圧電源4cの出力線23、もしくは接地線22に切換可能に接続されている。
スイッチ20aの他端が、正の直流高圧電源4cの出力線21側に接続されるように切り換えられると(スイッチ20aがオンにされている状態)、正の高電圧が、正の直流高圧電源3cから高圧ケーブル5を介して、電界形成電極部14に印加される。スイッチ20aの他端が、接地線22側に接続されるように切り換えられると(スイッチ20aがオフにされている状態)、電界形成電極部14への正の高電圧の印加が停止される。また、スイッチ20bの他端が、負の直流高圧電源4cの出力線23側に接続されるように切り換えられると(スイッチ20bがオンにされている状態)、負の高電圧が、負の直流高圧電源4cから高圧ケーブル6を介して、電界形成電極部15に印加される。スイッチ20bの他端が、接地線22側に接続されるように切り換えられると(スイッチ20bがオフにされている状態)、電界形成電極部15への負の高電圧の印加が停止される。
パルス制御回路20cは、スイッチ20aのオン・オフを所定周期で切り換えて、正のパルス高電圧のパルス列を生成し、スイッチ20bのオン・オフを所定周期で切り換えて、負のパルス高電圧のパルス列を生成する。このとき、パルス制御回路20cは、第1実施形態においてパルス制御回路7cがスイッチ7a,7bをそれぞれ切り換えるのと同様のタイミングで、スイッチ20a,20bをそれぞれ切り換える。
なお、正の直流高圧電源3cは、本発明の第1直流高圧電源に相当し、負の直流高圧電源4cは、本発明の第2直流高圧電源に相当する。また、スイッチ20aは、本発明の第5スイッチに相当し、スイッチ20bは、本発明の第6スイッチに相当し、パルス制御回路20cは、本発明の第2制御手段に相当する。
本実施形態のイオン生成装置1aにおいては、スイッチ20a,20bのオン・オフをそれぞれ切り換えることによって、パルス高圧電源44aから正及び負のパルス高電圧を出力させる。このパルス高圧電源44aは、第1実施形態のパルス高圧電源44と同様に、小型で軽量なものである。また、パルス高圧電源44aにおけるスイッチ20a,20bの切り換えの経時変化は、第1実施形態と同様、図4のグラフに例示されるようなものになる。従って、本実施形態のイオン生成装置1aによれば、第1実施形態と同様に、帯電体の電荷を中和して除電することができるものであり、第1実施形態と同様の効果を奏する。
さらに、本実施形態のイオン生成装置1aにおいて、パルス高圧電源44aは、直流高圧電源3c,4cの出力側をそれぞれスイッチ20a,20bで切り換えることで、正及び負のパルス高電圧を出力しているので、正及び負の1パルスの出力期間の開始時の立上り及び停止時の立下りの時間遅れは極めて少なく、正及び負の1パルスは完全な矩形のパルスに近いものになる。従って、本実施形態のイオン生成装置1aによれば、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間をほとんどなくして、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
なお、本実施形態の変形例として、第2実施形態において、パルス高圧電源44の代わりに、パルス高圧電源44aを用いるものとしてもよい。このとき、パルス制御回路20cは、第2実施形態においてパルス制御回路7cがスイッチ7a,7bをそれぞれ切り換えるのと同様のタイミングで、スイッチ20a,20bをそれぞれ切り換えるものとする。
次に、本発明の第4実施形態を、図7,8を参照して説明する。図7は、本実施形態におけるイオン生成装置を示す説明図であり、図8は、図7のVIII−VIII線断面を矢示方向に見た説明図である。なお、本実施形態は、第2実施形態において、放電電極部13の代わりに、放電電極部13aを用いたものである。
図7を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置の放電電極部13aは、アルミニウム等の導体からなる柄部10aと、柄部10aの長手方向に互いに間隔を存して配設された複数の金属製の針状電極24とによって構成される。各針状電極24は、その一端が柄部10aに固定されている。各針状電極24の開放された側の先端が、放電発生部を形成する。また、放電電極部13aは、柄部10aを介して、絶縁体により形成された支持部18に支持され、柄部10aから延びる接地線12を介して接地されている。なお、放電電極部13aと、電界形成電極部14,15と、支持部18とによって、除電本体部2aが構成される。
次に、図8を用いて、放電電極部13aについて、より詳細に説明する。図8を参照して、支持部18に形成された溝部19に、放電電極部13aの柄部10aが嵌め込まれて固定されている。このとき、放電電極部13aは、電界形成電極部14,15のそれぞれと放電電極部13aとの間に形成された正、負の電界が、針状電極24の先端に集中するような位置に配置されている。以上説明した以外の構成は、第2実施形態と同じである。
本実施形態によれば、放電電極部13aは、第2実施形態の放電電極部13と同様に、放電発生部である針状電極24の先端でコロナ放電を発生し、正、負の空気イオンを生成するものであり、第2実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態の変形例として、第1,第3実施形態及びその変形例のいずれかにおいて、放電電極部13の代わりに、放電電極部13aを用いるものとしてもよい。
次に、本発明の第5実施形態を、図9,10を参照して説明する。図9は、本実施形態におけるイオン生成装置を示す説明図であり、図10は、図9のX−X線断面を矢示方向に見た説明図である。なお、本実施形態は、第2実施形態において、放電電極部13の代わりに、放電電極部13bを用いたものである。
図9を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置の放電電極部13bは、ステンレス鋼板等の薄い金属板から抜き型部品として形成された鋸刃状電極25によって構成される。鋸刃状電極25の鋸刃の刃先部分が、放電発生部を形成する。放電電極部13bは、鋸刃状電極25の鋸刃のない側を柄部10bとして、柄部10bを介して絶縁体により形成された支持部18に支持され、柄部10bから延びる接地線12を介して接地されている。なお、放電電極部13bと、電界形成電極部14,15と、支持部18とによって、除電本体部2bが構成される。
次に、図10を用いて、放電電極部13bについて、より詳細に説明する。図10を参照して、支持部18に形成された溝部19に、放電電極部13bの柄部10bが嵌め込まれて固定されている。このとき、放電電極部13bは、電界形成電極部14,15のそれぞれと放電電極部13bとの間に形成された正、負の電界が、鋸刃状電極25の鋸刃の刃先部分に集中するような位置に配置されている。以上説明した以外の構成は、第2実施形態と同じである。
本実施形態によれば、放電電極部13bは、第2実施形態の放電電極部13と同様に、放電発生部である鋸刃状電極25の鋸刃の刃先部分でコロナ放電を発生し、正、負の空気イオンを生成するものであり、第2実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態の変形例として、第1,第3実施形態及びその変形例のいずれかにおいて、放電電極部13の代わりに、放電電極部13bを用いるものとしてもよい。
次に、本発明の第6実施形態を、図11,12を参照して説明する。図11は、本発明の第6実施形態におけるイオン生成装置を示す説明図であり、図12は、図11のXII−XII線断面を矢示方向に見た説明図である。なお、本実施形態は、第2実施形態において、放電電極部13の代わりに、放電電極部13cを用いたものである。
図11を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置の放電電極部13cは、細い金属ワイヤで形成されたワイヤ状電極26によって構成される。ワイヤ状電極26の全体が、放電発生部を形成する。放電電極部13cは、支持部18に設けられた一対の対向した支持部材27,28の間に、直線状に張り渡され、放電電極部13cに電気的に接続された接地線12を介して接地されている。なお、放電電極部13cと、電界形成電極部14,15と、支持部18とによって、除電本体部2cが構成される。
次に、図12を用いて、放電電極部13cについて、より詳細に説明する。図12を参照して、支持部18の両端には、両電界形成電極部14,15にの間に、支持部18の長手方向に垂直になるように、絶縁体からなる一対の対向した支持部材27,28が垂設されている。そして、両支持部材27,28の間に、ワイヤ状電極26が直線状に張り渡され、ワイヤ状電極26の両端が両支持部材27,28に固定されている。このとき、放電電極部13cは、電界形成電極部14,15のそれぞれと放電電極部13cとの間に形成された正、負の電界が、ワイヤ状電極26に集中するような位置に配置されている。以上説明した以外の構成は、第2実施形態と同じである。
本実施形態によれば、放電電極部13cは、第2実施形態の放電電極部13と同様に、放電発生部であるワイヤ状電極26でコロナ放電を発生し、正、負の空気イオンを生成するものであり、第2実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態の変形例として、第1,第3実施形態及びその変形例のいずれかにおいて、放電電極部13の代わりに、放電電極部13cを用いるものとしてもよい。
次に、本発明の第7実施形態を、図13,14を参照して説明する。図13は、本実施形態におけるイオン生成装置を示す説明図であり、図14は、図13のXIV−XIV線断面を矢示方向に見た説明図である。なお、本実施形態は、第5実施形態において、支持部18を、空気供給流路を備える構成(支持部18d)としたものである。
図13を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置の支持部18dには、放電電極部13bの上部に平行に形成された貫通孔である空気供給流路29が設けられている。空気供給流路29の内壁の放電電極部13bに対向する支持部18dの壁面には、複数の空気ノズル孔30が設けられている。なお、放電電極部13bと、電界形成電極部14,15と、支持部18dとによって、除電本体部2dが構成される。
次に、図14を用いて、支持部18dについて、より詳細に説明する。図14を参照して、支持部18dの各空気ノズル孔30は、鋸刃状電極25の刃先の部分に、空気供給流路29から空気が供給されるように設けられている。空気供給流路29から空気ノズル孔を介して供給される空気の噴出流により、空気イオンが帯電体x(図示しない)へと搬送される。以上説明した以外の構成は、第5実施形態と同じである。
本実施形態によれば、第5実施形態と同様の効果を奏することができると共に、さらに、放電発生部から除電の対象物体である帯電体へ空気イオンを搬送する空気の流量を増加させることで、除電の効率を向上させることができる。
なお、本実施形態の変形例として、第1〜第4,第6実施形態及びその変形例のいずれかにおいて、支持部18の代わりに、支持部18dを用いるものとしてもよい。
次に、本発明の第8実施形態を、図15を参照して説明する。図15は、本発明の第8実施形態におけるイオン生成装置を示す説明図である。なお、本実施形態は、第2実施形態において、放電電極部13を、ダイオードと抵抗とを並列に接続してなる並列回路を介して接地する構成としたものである。
図15を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置において、放電電極部13の柄部10から延びる接地線12は、ダイオード32と抵抗33と並列に接続してなる並列回路31の一端に接続され、並列回路31の他端は、接地線34により接地されている。抵抗33の抵抗値の大きさ及びダイオード32の向きは、生成する正、負の空気イオンのバランスを所定のイオンバランスにするように、予め設定されている。なお、抵抗33の抵抗値は、例えば、センサ等からの外部指令やダイヤル操作等によって、可変に設定できるように設けられている。以上説明した以外の構成は、第2実施形態と同じである。
本実施形態によれば、放電電極部13でコロナ放電が発生すると、並列回路31に電流が流れる。このとき、放電電極部13の電位は、抵抗33の抵抗値の大きさ及びダイオード32の向きにより、正又は負に偏る。例えば、図15に示した例では、放電電極部13の電位は正に偏る。このため、放電発生部13に集中する電界の、正のパルス高電圧の印加により形成される電界と負のパルス高電圧の印加により形成される電界とのバランスが偏り、生成される正、負の空気イオンのそれぞれの生成量が変更される。これにより、生成する正、負の空気イオンのバランスを予め所望のイオンバランスに変更することができる。
なお、本実施形態の変形例として、第1,第3〜第7実施形態及びその変形例のいずれかにおいて、放電電極部13,13a,13b,13cを、並列回路31を介して接地する構成としてもよい。
次に、本発明の第9実施形態について図16を参照して説明する。図16は、本実施形態におけるイオン生成装置を示す説明図である。なお、本実施形態は、第7実施形態において、支持部18dにパルス高圧電源44を一体的に設けたものである。
図16を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置1bの支持部18dには、パルス高圧電源44を構成する高電圧発生回路3,4と、パルス制御装置7とが、一体的に組み込まれている。高電圧発生回路3,4をそれぞれ電界形成電極部14,15に接続する高圧ケーブル5,6は、支持部18dの内部に配線されている。放電電極部13bと、電界形成電極部14,15と、支持部18dとによって、除電本体部2eが構成される。以上説明した以外の構成は、第7実施形態と同じである。
本実施形態のイオン生成装置1bによれば、第7実施形態と同様の効果を奏することができると共に、さらに、支持部18dにパルス高圧電源44が一体的に設けられているので、高圧ケーブル5,6の配線を容易にすることができると共に、イオン生成装置1bをより小型・軽量化することができる。
なお、本実施形態の変形例として、第1〜第6,第8実施形態及びその変形例のいずれかにおいて、支持部18にパルス高圧電源44又は44aを一体に設けるものとしてもよい。
次に、本発明の第10実施形態について図17,18を参照して説明する。図17は、本実施形態におけるイオン生成装置のパルス高圧電源の回路の一例を示す説明図であり、図18は、図17のイオン生成装置のパルス高圧電源のスイッチの切り換えの経時変化を示すグラフである。なお、本実施形態におけるイオン生成装置は、本発明の第2態様に係るイオン生成装置である。
図17を参照して、本実施形態におけるイオン生成装置1cの放電電極部13aは、柄部10aから延びる導線36を介して、パルス高圧電源44cに接続されている。なお、これ以外の放電電極部13a、電界形成電極部14,15、支持部18の構成は、第4実施形態と同じである。
パルス高圧電源44cは、正の一定値の直流高電圧を出力する直流高圧電源3cと、負の一定値の直流高電圧を出力する直流高圧電源4cと、直流高圧電源3c,4cの出力を調整して、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力させるパルス制御装置35とで構成される。なお、直流高圧電源3c,4cは、第3実施形態と同様に、例えば、直流電源、高周波スイッチング回路、昇電トランス、倍電圧整流回路等で構成されるような直流高圧電源である。また、パルス高圧電源44cは、一般的に、交流高圧電源よりも小型で軽量なものである。
パルス制御装置35は、電界形成電極部14へ正のパルス高電圧を出力するためのスイッチ35aと、電界形成電極部15へ負のパルス高電圧を出力するためのスイッチ35bと、放電電極部13aへの出力を切り換えるスイッチ35cと、スイッチ35a,35b,35cをそれぞれ切り換えるパルス制御回路35dとで構成される。スイッチ35aの一端は、高圧ケーブル5を介して電界形成電極部14に接続され、他端は、正の直流高圧電源3cの出力線21、もしくは接地線22に切換可能に接続されている。また、スイッチ35bの一端は、高圧ケーブル6を介して電界形成電極部15に接続され、他端は、負の直流高圧電源4cの出力線23、もしくは接地線22に切換可能に接続されている。また、スイッチ35cの一端は、高圧ケーブル36を介して放電電極部13aに接続され、他端は、正の直流高圧電源3cの出力線21、もしくは負の直流高圧電源4cの出力線23に切換可能に接続されている。
スイッチ35aの他端が、正の直流高圧電源3cの出力線21側に接続されるように切り換えられると(スイッチ35aがオンにされている状態)、正の高電圧が、正の直流高圧電源3cから高圧ケーブル5を介して、電界形成電極部14に印加される。スイッチ35aの他端が、接地線22側に接続されるように切り換えられると(スイッチ35aがオフにされている状態)、電界形成電極部14への正の高電圧の印加が停止される。また、スイッチ35bの他端が、負の直流高圧電源4cの出力線23側に接続されるように切り換えられると(スイッチ35bがオンにされている状態)、負の高電圧が、負の直流高圧電源4cから高圧ケーブル6を介して、電界形成電極部15に印加される。スイッチ35bの他端が、接地線22側に接続されるように切り換えられると(スイッチ35bがオフにされている状態)、電界形成電極部15への負の高電圧の印加が停止される。
また、スイッチ35cの他端が、正の直流高圧電源3cの出力線21側に接続されるように切り換えられると(スイッチ35cが正の側にされている状態)、正の高電圧が、正の直流高圧電源3cから高圧ケーブル36を介して、放電電極部13aに印加される。スイッチ35cの他端が、負の直流高圧電源4cの出力線23側に接続されるように切り換えられると(スイッチ35cが負の側にされている状態)、負の高電圧が、負の直流高圧電源4cから高圧ケーブル36を介して、放電電極部13aに印加される。
パルス制御回路35dは、スイッチ35aのオン・オフを所定周期で切り換えて、正のパルス高電圧のパルス列を生成し、スイッチ35bのオン・オフを所定周期で切り換えて、負のパルス高電圧のパルス列を生成する。このとき、パルス制御回路35dは、第1実施形態においてパルス制御回路7cがスイッチ7a,7bをそれぞれ切り換えるのと同様のタイミングで、スイッチ35a,35bをそれぞれ切り換える。さらに、パルス制御回路35dは、スイッチ35aをオンに切り換えると同時に、スイッチ35cを負の側に切り換え、スイッチ35bをオンに切り換えると同時に、スイッチ35cを正の側に切り換える。
なお、正の直流高圧電源3cは、本発明の第1直流高圧電源に相当し、負の直流高圧電源4cは、本発明の第2直流高圧電源に相当する。また、スイッチ35aは、本発明の第5スイッチに相当し、スイッチ35bは、本発明の第6スイッチに相当し、パルス制御回路35dは、本発明の第2制御手段に相当する。また、スイッチ35cは、本発明の第1及び第2スイッチに相当する。
次に、本実施形態のイオン生成装置1cの作動(除電作動)について説明する。イオン生成装置1cによって帯電体xの除電を行う場合には、帯電体xに一定の距離を隔てて除電本体部2aを対峙させる(針状電極24の先端を帯電体xに対向させる)。
帯電体xの除電を行う処理を、図18を用いて説明する。図18は、図17のイオン生成装置1cのパルス高圧電源44cにおけるスイッチ35a,35b,35cの切り換えの経時変化を例示するグラフである。図18において、スイッチ35aのオン・オフ、スイッチ35bのオン・オフ、スイッチ35cの正・負の経時変化の様子がそれぞれ上段側から示されている。図18を参照して、期間t0〜t1が、正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間(正のパルス幅)であり、期間t1〜t2が、負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間(負のパルス幅)である。
まず、時刻t0に、スイッチ35aがオンにされると共に、スイッチ35bがオフにされ、スイッチ35cが負の側に切り換えられる。これにより、正の直流高圧電源3cから、正の1パルスの出力が開始されて、正のパルス高電圧が高圧ケーブル5を介して電界形成電極部14に印加される。これと共に、負の直流高圧電源4cから電界形成電極部15への負の1パルスの出力が停止され、負の直流高圧電源4cから放電電極部13aへの負の1パルスの出力が開始されて、負のパルス高電圧が高圧ケーブル36を介して、放電電極部13aに印加される。この正及び負のパルス高電圧の印加により、電界形成電極部14と放電電極部13aとの間で、放電発生部である複数の針状電極24の先端に集中する電界が形成される。そして、この電界によって針状電極24の先端で発生するコロナ放電により、負の空気イオンが生成される。
次に、時刻t1に、スイッチ35aがオフにされると共に、スイッチ35bがオンにされ、スイッチ35cが正の側に切り換えられる。これにより、負の直流高圧電源4cから、負の1パルスの出力が開始されて、負のパルス高電圧が高圧ケーブル6を介して電界形成電極部15に印加される。これと共に、正の直流高圧電源3cから電界形成電極部14への正の1パルスの出力が停止され、正の直流高圧電源3cから放電発生部13aへの正の1パルスの出力が開始されて、正のパルス高電圧が高圧ケーブル36を介して放電電極部13aに印加される。この正及び負のパルス高電圧の印加により、電界形成電極部15と放電電極部13aとの間で、放電発生部である複数の針状電極24の先端に集中する電界が形成される。そして、この電界によって針状電極24の先端で発生するコロナ放電により、正の空気イオンが生成される。
次に、時刻t2に、時刻t0と同様に、スイッチ35aがオンにされると共に、スイッチ35bがオフにされ、スイッチ35cが負の側に切り換えられる。以下、期間t0〜t2と同様の処理が繰り返される。これにより、正、負の空気イオンが交互に生成される。そして、その生成された正、負の空気イオンが帯電体xに向かって移動し、帯電体xの電荷が中和されて除電が行われる。
本実施形態のイオン生成装置1cによれば、第1実施形態と同様に、パルス高圧電源44cを用いることで、イオン生成装置1cを小型・軽量化することができる。また、パルス高圧電源44cにより、正のパルス高電圧と負のパルス高電圧とが間断なく交互に印加されるので、正の高電圧と負の高電圧との切り換え時に生じるイオン生成の休止時間を、交流高圧電源を用いた場合よりも短縮して、イオン生成の効率を向上させることができ、除電の効率を向上させることができる。
さらに、本実施形態のイオン生成装置1cによれば、パルス高圧電源44cは、電界形成電極部14に正のパルス高電圧を印加する際に、放電電極部13aに負のパルス高電圧を印加し、電界形成電極部15に負のパルス高電圧を印加する際に、放電電極部13aに正のパルス高電圧を印加するので、正及び負のパルス高電圧の一方のみにより空気イオンを生成させる場合に比べて、半分の電圧で同等の空気イオンを生成することができる。これにより、パルス高圧電源44cをより小型で軽量なものにすることができ、イオン生成装置をより小型・軽量化することができる。
なお、本実施形態の変形例として、放電電極部13aの代わりに、第1実施形態の放電電極部13、第5実施形態の放電電極部13b、第6実施形態の放電電極部13cを用いるものとしてもよい。また、支持部18の代わりに、第7実施形態の支持部18dを用いるものとしてもよい。さらに、第9実施形態と同様に、パルス高圧電源44cを支持部18に一体的に組み込んでもよい。
次に、本発明のイオン生成装置の除電性能の試験について、図19を参照して説明する。本発明のイオン生成装置としては、本発明の第4実施形態によるイオン生成装置(以下、実施例装置A)、及び本発明の第7実施形態に本発明の第4実施形態の放電電極部13aを適用した変形例によるイオン生成装置(以下、実施例装置B)の2種類の装置を用いている。また、図19は、本発明のイオン生成装置による除電特性を試験するための試験装置の概略図である。なお、図19には、試験装置と共に、実施例装置Aが図示されている。
比較例装置としては、図20,21に示した従来の電圧印加式除電装置と同様のものを用いている。比較例装置の高圧電源は、±7kV出力の巻線トランスで、周波数は50Hzの交流高圧電源である。また、比較例装置の放電電極は、直径1.5mmのステンレス鋼棒の先端を尖らせた針状電極である。なお、正の高電圧を印加した場合のイオン生成の特性と、負の高電圧を印加した場合のイオン生成の特性とは、一般的に異なるので、正、負のイオンのバランスが偏るため、比較例装置においては、本発明の第8実施形態と同様の、ダイオードと抵抗とを並列に接続してなる並列回路(以下、イオンバランサ)が設置されている。
実施例装置A,Bについて、針状電極は、比較例装置の針状電極と同様のものとし、パルス高圧電源は、±7kVのパルス高電圧を出力するものとした。また、パルス高電圧の出力の周波数は50Hzとし、正及び負のパルス高電圧のパルス幅の比率は同じとした。なお、実施例装置Aは、イオンバランサの設置が無い場合で、実施例装置Bは、イオンバランサの設置が有る場合となる。
次に、試験に使用した試験装置について、図19を参照して説明する。試験装置としては、帯電プレートモニタ37を用いている。帯電プレートモニタ37は、帯電電圧の減衰時間及びイオンバランスを測定するものであり、本体38には、150mm角の金属製プレート(帯電体)39が、絶縁物40を介して取り付けられている。金属製プレート39は、除電すべき帯電体xを模擬するものである。また、本体38には、金属製プレート39に電荷を与える高電圧電源42と、金属製プレート39の帯電電圧を測定する表面電位測定装置41と、金属製プレート39の電圧の減衰時間を測定するタイマ43とが内蔵されている。
試験では、帯電プレートモニタ37の金属製プレート39の上面からL(mm)の距離の位置に除電本体部を設置し、除電本体部で生成された空気イオンを金属製プレート39に供給する。そして、金属製プレート39を、高電圧電源42により所定の初期帯電電圧に帯電させ、これに空気イオンを供給して電荷を中和し、所定の帯電電圧まで低下させるのに要する減衰時間を測定する。このとき、空気中の正、負イオンに偏りがあると、金属製プレート39に正、負いずれかの電荷が蓄積して、その電圧の絶対値が大きくなる。この電圧は、オフセット電圧と呼ばれ、イオンバランスの指標となるものである。帯電プレートモニタ37により、このオフセット電圧を測定する。
試験条件としては、実施例装置A,Bと比較例装置とのいずれも、針状電極の先端から金属製プレート39までの距離Lを300mmとした。また、除電特性として、金属製プレート39の帯電電圧が+1,000Vから+100Vまで減衰する時間と、−1,000Vから−100Vまで減衰する時間を測定した。また、イオンバランス特性として、定常時の金属製プレート39のオフセット電圧を測定した。
試験結果を表1に示す。この結果において、イオンバランサを備えた実施例装置Bと比較例装置とでは、減衰時間はほぼ同レベルであると言える。また、オフセット電圧についても、実施例装置Bと比較例装置とでは、イオンバランサの抵抗値を変更することでイオンバランスを0に近づけるように制御できるので、ほぼ同レベルであると言える。また、実施例装置Aでは、イオンバランサを備えないため、イオンバランスが負の側に偏ったものとなっているが、帯電体xが正に帯電しやすいものであれば、支障なく除電を行うことができると言える。なお、表1には示していないが、比較例装置にイオンバランサを備えないものとした場合には、実施例装置Aと同様に、イオンバランスが偏ったものとなる。よって、本発明により、比較例装置と同レベルの除電性能を有する、小型で軽量なイオン生成装置を提供することができる。
1,1a,1b,1c…イオン生成装置、3,4…高電圧発生回路、3c,4c…直流高圧電源、7a,7b,20a,20b,35a,35b,35c…スイッチ、7c,20c,35d…パルス制御回路(制御手段)、7d…電源回路(直流電源)、13,13a,13b,13c…放電電極部、14,15…電界形成電極部、18,18d…支持部、29…空気供給流路、31…並列回路、44,44a,44c…パルス高圧電源。
Claims (9)
- 接地された放電発生部を有する導体からなる放電電極部と、該放電電極部の両側に設けられた、導体からなる一対の電界形成電極部と、該放電電極部及び該一対の電界形成電極部を互いに絶縁させて一体に支持する支持部と、該一対の電界形成電極部に電圧を印加する高圧電源とを備えるイオン生成装置において、
前記高圧電源は、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するパルス高圧電源で構成され、前記一対の電界形成電極部のうちの一方である第1電界形成電極部と、前記一対の電界形成電極部のうちの他方である第2電界形成電極部とに、それぞれ正及び負のパルス高電圧を印加するように、該一対の電界形成電極部に接続され、
前記正及び負のパルス高電圧の印加により、前記第1及び第2電界形成電極部のそれぞれと前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界を形成し、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正、負の空気イオンを交互に生成することを特徴とするイオン生成装置。 - 前記パルス高圧電源は、前記負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の開始タイミングを、前記正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の停止タイミングより第1所定時間早くすると共に、該正のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の開始タイミングを、該負のパルス高電圧のパルス列の1パルスの出力期間の停止タイミングより第2所定時間早くすることを特徴とする請求項1記載のイオン生成装置。
- 前記放電電極部は、ダイオードと抵抗とを並列に接続してなる並列回路を介して接地されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のイオン生成装置。
- 放電発生部を有する導体からなる放電電極部と、該放電電極部の両側に設けられた、導体からなる一対の電界形成電極部と、該放電電極部及び該一対の電界形成電極部を互いに絶縁させて一体に支持する支持部と、該一対の電界形成電極部に電圧を印加する高圧電源とを備えるイオン生成装置において、
前記高圧電源は、正及び負のパルス高電圧を交互に周期的に出力するパルス高圧電源で構成され、前記一対の電界形成電極部のうちの一方である第1電界形成電極部と前記放電電極部とに、正のパルス高電圧を選択的に印加可能に第1スイッチを介して接続されると共に、該一対の電界形成電極部のうちの他方である第2電界形成電極部と該放電電極部とに、負のパルス高電圧を選択的に印加可能に第2スイッチを介して接続され、該第1電界形成電極部に正のパルス高電圧を印加する際に、該放電電極部に負のパルス高電圧を印加すると共に、該第2電界形成電極部に負のパルス高電圧を印加する際に、該放電電極部に正のパルス高電圧を印加するように第1及び第2スイッチを制御する手段を備え、
前記正及び負のパルス高電圧の印加により、前記第1及び第2電界形成電極部のそれぞれと前記放電電極部との間で前記放電発生部に集中する電界を形成し、この電界によって該放電発生部で発生するコロナ放電により正、負の空気イオンを交互に生成することを特徴とするイオン生成装置。 - 前記パルス高圧電源は、一定値の直流電圧を出力する直流電源と、該直流電源の出力が第3スイッチを介して入力され、その入力時に正の高電圧を発生する第1高電圧発生回路と、該直流電源の出力が第4スイッチを介して入力され、その入力時に負の高電圧を発生する第2高電圧発生回路と、該第3及び第4スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換える第1制御手段とを備え、該第3及び第4スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換えることによって、前記正及び負のパルス高電圧を出力することを特徴とする請求項1〜請求項4のうちいずれか1項記載のイオン生成装置。
- 前記パルス高圧電源は、正の一定値の高電圧を第5スイッチを介して出力する第1直流高圧電源と、負の一定値の高電圧を第6スイッチを介して出力する第2直流高圧電源と、該第5及び第6スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換える第2制御手段とを備え、該第5及び第6スイッチのオン・オフをそれぞれ切り換えることによって、前記正及び負のパルス高電圧を出力することを特徴とする請求項1〜請求項4のうちいずれか1項記載のイオン生成装置。
- 前記正、負の空気イオンを搬送するための空気を、前記放電電極部の放電発生部へ供給する空気供給流路が、前記支持部に設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項6のうちいずれか1項記載のイオン生成装置。
- 前記パルス高圧電源は、前記正及び負のパルス高電圧のパルス幅を変更する手段を備えることを特徴とする請求項1〜請求項7のうちいずれか1項記載のイオン生成装置。
- 前記支持部に、前記パルス高圧電源が一体的に設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項8のうちいずれか1項記載のイオン生成装置。
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