JP2007194181A - 除電方式及び除電器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のコロナ放電を用いた除電方式による問題を解消した新規な除電方式及び除電器を提供する。
【解決手段】被除電物に交流電圧が印加された放射電極４と電場分線電極２間に発生した電場を送る風力を発生する送風手段５とを有し、放射電極４と電場分線電極２間に発生した電場を送風手段５が発生する風力により被除電物へと送り、被除電の帯電を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被除電物の帯電を除去する除電方式及び除電器に関する。

従来、作業所等で静電気に帯電した被除電物の帯電を除去するには、放電電極と接地電極間に高電圧を印加してコロナ放電させて、空気をイオン化し、これを風力等で被除電物に吹き付けて除電することが行われていた。

しかしながら、放電電極と接地電極間に高電圧を印加してコロナ放電させるとオゾンが大量に発生する。オゾンは人体に対して毒性があり、作業環境として望ましくない（非特許文献１参照）。

また、コロナ放電により電磁波が発生し、被除電物がＩＣ等の電子部品の場合は、電磁波により誤動作したり、電磁波が強力な場合にはＩＣ等が破壊されたりすることがある。

また、被除電物の帯電を除去するためには風力等により強力にイオン化した空気を吹き付ける必要があり、作業員の呼吸を害したり、軽量な被除電物を飛散させたりする。

また、コロナ放電による除電方法は、コロナ放電時に発生する波形が非常に悪く、これにつれてイオンバランスが悪く、被除電物に逆極性の帯電が発生することがあり、十分な除電効果を得ることができない。
「オゾンの生体への影響」山口裕

このように従来のコロナ放電を用いた除電方法には様々な問題があった。

本発明の目的は、従来のコロナ放電を用いた除電方法による問題を解消した新規な除電方式及び除電器を提供することにある。

本発明の一態様による除電方式は、被除電物の帯電電圧より高い交流電圧が印加された放電電極と、前記放電電極から少なくとも１ｃｍ以上離れて設けられ、接地された接地電極との間に発生した電荷を、風力により前記被除電物へと送り、前記被除電物の帯電を除去することを特徴とする。

上述した除電方式において、前記接地電極は、導電性部材により形成された網部材からなるようにしてもよい。

本発明の一態様による除電器は、被除電物の帯電電圧より高い交流電圧が印加された放電電極と、前記放電電極から少なくとも１ｃｍ以上離れて設けられ、接地された接地電極と、前記放電電極と前記接地電極間に発生した電荷を送る風を発生する送風手段とを有し、前記放電電極と前記接地電極間に発生した電荷を、前記送風手段が発生する風力により前記被除電物へと送り、前記被除電物の帯電を除去することを特徴とする。

上述した除電器において、前記接地電極は、導電性部材により形成された網部材からなるようにしてもよい。

上述した除電器において、導電性部材により形成された前記網部材は線材を編んで形成したものであってもよい。

上述した除電器において、導電性部材により形成された前記網部材に更に他の網部材を重ねてもよい。

上述した除電器において、前記交流電圧は、波形がほぼ正確な正弦波である商用周波数の交流電圧を昇圧したものであってもよい。

以上の通り、本発明によれば、被除電物の帯電電圧より高い交流電圧が印加された放電電極と、放電電極から少なくとも１ｃｍ以上離れて設けられ、接地された接地電極との間に発生した電荷を、風力により被除電物へとへと送るようにしたので、オゾンを発生させることなく、被除電物の帯電を十分に除去することができる。

［一実施形態］
本発明の一実施形態による除電器について図面を用いて説明する。図１は本実施形態の除電器の構成を示す図である。

除電器のケース１１は、耐電性が高く、絶縁良好で、耐重量性に優れた材質、例えば、ポリカーボネートにより形成されている。ケース１１内部は仕切板１９により上下の空間に分割されている。

ケース１１下部の空間には、高電圧を発生するためのトランス１２が設けられている。トランス１２の低電圧側には、ケース１１壁部に設けられた交流電源入力８から交流電源が入力される。本実施形態では、商用周波数の交流電圧、例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの１００Ｖの交流電圧が入力される。トランス１２の高電圧側は、一端が放電電極４に接続され、他端が接地１３されている。

交流電源入力８とトランス１２の間には電源開閉器９が設けられている。電源開閉器９のトランス１２側にはヒューズ７が設けられている。トランス１２への交流電圧の印加をオンオフするためのトランス開閉器１０が設けられている。更に、ファンモータ５の強さを調整するための電圧調整器１５とが設けられている。

ケース１１には、交流電圧が入力されたことを示す青色ネオンランプ１７と、交流電圧がトランス１２に印加されたことを示す赤色ネオンランプ１６が設けられている。

ケース１１の上部空間の中央には、交流電圧を印加し、放射するための放電電極（放射電極）４が設けられている。放電電極４はトランス１２の高電圧側に接続されている。放電電極４はグラファイト繊維により形成されている。

ケース１１の上部空間における放電電極４の右側には、接地電極２が設けられている。接地電極２は接地１４されている。接地電極２は、１枚又は複数枚の網部材により構成されている。例えば、図２に示すように、２枚の網部材２ａ、２ｂが重ね合わされている。網部材２ａ、２ｂは、例えば、太さ０．１ｍｍ径の針金を用いて、網目が２ｍｍの金網である。

放電電極４と接地電極２によりイオンを発生するが、放電電極４と接地電極２間の距離は、従来のイオナイザーの放電電極と接地電極間の距離よりも長くなるように設定されている。

従来のイオナイザーでは、多量のイオンを発生させるためには大きな放電電流が必要であると考え、放電電極と接地電極間の距離をできるだけ短くしている。放電電流が多くなるとオゾンが大量に発生することは避けられない。

これに対し、本実施形態では、放電電極４と接地電極２間の距離を、従来のイオナイザーの放電電極と接地電極間の距離よりも長く、具体的には、少なくとも１ｃｍ以上になるように設定し、放電電極４に交流電圧を印加するようにしている。これにより、イオンの発生量が増加し、オゾンの発生量を抑制し、被除電物への除電効果を高めることができる。この点について原理については後述する。

ケース１１の上部空間における放電電極４の左側にはファンモーター５が設けられている。このファンモータ５により、ケース１１の上部空間に、図１の左側から右側に流れる風力を発生させる。これにより、放電電極４と接地電極２間の空間３に発生したイオンを被除電物へと送り、その帯電を除去する。

ファンモータ５の左側の空気の吸入口には、吸入する空気から塵埃等を除去するためのフィルタ６が設けられている。フィルタ６は例えばポリウレタンフォームにより形成されている。

接地電極２の右側の空気の放出口には、接地電極２よりも放出口側に、異物が装置内に入るの防ぐために、金網フィルタ１が設けられている。金網フィルタ１として、例えば、網目が１０ｍｍのステンレス製の網部材等を組み合わせて形成する。この金網フィルタ１も、接地電極２と同様に、接地１４されている。

次に、本実施形態による除電器の動作について説明する。

静電気を除電する対象である被除電物（図示せず）に、上部空間の空気の放出口が向くようにケース１１を設置する。そして、ケース１１の交流電源入力８に商用周波数の交流電源を接続する。

除電をする場合には、まず、ケース１１の電源開閉器９をオンする。青色ネオンランプ１７の点灯により交流電源が入力されたことを確認する。また、ファンモータ５が回転して、ケース１１の上部空間において左側の吸入口から空気を吸入して、右側の放出口に空気が放出される空気の流れが形成される。

次に、トランス開閉器１０をオンする。ケース１１の赤色ネオンランプ１６の点灯により高電圧が印加されたことを確認する。

次に、接地電極２を接地した状態で、被除電物に適した交流の高電圧を放電電極４に印加する。被除電物が帯電したときの耐電電圧を前もって測定又は予測しておき、その耐電電圧よりも高い交流の高電圧を印加する。

交流の高電圧が放電電極４に印加されると、放電電極４と接地電極２との間の空間３に交流の高電圧により正イオンと負イオンとが交互に発生する。ケース１の上部空間には左側の吸入口側から右側の放出口側への空気の流れが形成されているので、放電電極４と接地電極２間の空間３に発生した正負イオン（電荷）と空気の混合気体が、ファンモータ５による風力により接地電極２と金網フィルタ１を通過して放出され、ケース１１の右側にある被除電物（図示せず）に照射される。

正負イオン（電荷）と空気の混合気体には、正負イオン（電荷）により電場が形成されており、それが被除電物に接近又は接触すると、被除電物の静電気を除去して被除電物の帯電を除去する。

すなわち、空間３に発生した正負イオンによるイオン線（イオン線条）が、接地電極２である金網の各網目を通過して、被除電物の帯電面全体に到達し、これにより被除電物の除電が開始される。これにより、被除電物の帯電が非常に短時間で達成される。

前述したように、本実施形態によれば、従来のイオナイザーとは異なり、大量のイオンを発生させると共に、人体に有害なオゾンの発生量を抑制することができる。この原理について、図３を用いて、説明する。

図３は、本実施形態による除電時の状態を等価回路として示したものである。

この等価回路において、Ｃは放電電極、ＣＤは接地電極、Ｔは被除電物であり、ＴＶは交流電源の電源電圧値、Ｒは回路の合計抵抗値、Ｒ１はトランスの内部抵抗値、Ｒ２は配線の抵抗値、Ｒ３は放電時の放電抵抗値、Ｒ４は被除電物の内部抵抗値、Ａは回路電流、Ａ１は送風により被除電物に流れる電流値、Ｖ１は被除電物に印加する電圧である。

従来のイオナイザーのように放電電極と接地電極を近接させたとき、具体的には、１ｃｍよりも短くした場合について考察する。

トランスの内部抵抗値Ｒ１は１３００Ω、配線の抵抗値Ｒ２は５０００Ωであり、放電電極と接地電極を近接させたときの放電時の放電抵抗値Ｒ３は１０００００Ωであるので、回路全体の抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３
＝１３００＋５０００＋１０００００＝１０６３００Ω
となる。

交流電源の電源電圧値ＴＶは７０００Ｖであるから、回路電流Ａは、
Ａ＝ＴＶ／Ｒ＝７０００／１０６３００＝０．０６６Ａ
となる。

この場合、被除電物に印加する電圧Ｖ１、被除電物に流れる電流値Ａ１は、
Ｖ１＝Ｒ３×Ａ＝１０００００×０．０６６＝６６００Ｖ
Ａ１＝Ｖ１／（Ｒ３＋Ｒ４）
＝６６００／（１０００００＋５０００）＝０．０６３Ａ
となる。

したがって、被除電物には、イオン発生に寄与する電圧Ｖ１として６６００Ｖが印加され、オゾン発生に寄与する電流Ａ１として、０．０６３Ａが流れることになる。

これに対し、本実施形態のように放電電極と接地電極を少なくとも１ｃｍ以上、具体的には、８ｃｍ程度離した場合について同様に考察する。

トランスの内部抵抗値Ｒ１は１３００Ω、配線の抵抗値Ｒ２は５０００Ωであり、放電電極と接地電極を近接させたときの放電時の放電抵抗値Ｒ３は８０００００Ωであるので、回路全体の抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３
＝１３００＋５０００＋８０００００＝８０６３００Ω
となる。

交流電源の電源電圧値ＴＶは７０００Ｖであるから、回路電流Ａは、
Ａ＝ＴＶ／Ｒ＝７０００／８０６３００＝０．００８６８Ａ
となる。

この場合、被除電物に印加する電圧Ｖ１、被除電物に流れる電流値Ａ１は、
Ｖ１＝Ｒ３×Ａ＝８０００００×０．００８６８＝６９４４Ｖ
Ａ１＝Ｖ１／（Ｒ３＋Ｒ４）
＝６９４４／（８０００００＋５０００）＝０．００８７Ａ
となる。

したがって、被除電物には、イオン発生に寄与する電圧Ｖ１として６９４４Ｖが印加され、オゾン発生に寄与する電流Ａ１として、０．００８７Ａが流れることになる。

このように、本実施形態の場合には、イオン発生に寄与する電圧Ｖ１は、従来のイオナイザーよりも５％程度大きいが、オゾン発生に寄与する電流Ａ１は、従来のイオナイザーの場合の約１４％と大きく減少する。

本願発明者等は、長年の静電気除電方法の鋭意研究の結果、除電に寄与するイオンの発生量はコロナ放電時の電圧に比例し、オゾンの発生量はコロナ放電時に電流に比例しているという知見に至った。したがって、本実施形態によれば、従来よりも多くのイオンを発生させることができ被除電物を効率よく除電し、毒性のあるオゾン発生については従来よりも飛躍的に減少させることができる。

本実施形態では、放電電極と接地電極間の間隔を、従来のイオナイザーにおける放電電極と接地電極間の間隔よりも大きくしている。これにより、本実施形態の放電電極は空間に放射し、電圧の全周囲を電気抵抗値が無限大の空気に覆われた電場となる。これを風力により送るので、長距離にわたり送っても電圧が減衰することがなく、イオンの減衰なく除電効果を持続できる。オゾンは長距離にわたり送ると、距離に比例して電気抵抗値が増加するので、オゾンは減衰し、ついには零となる。これにより、離れた被除電物の近傍で作業する作業者への安全を図ることができる。

本実施形態による除電器と、従来と同様な構成のイオナイザーとを用いて、オゾン発生量とイオン発生量について試験を行った。

本実施形態の除電器では放電電極と接地電極の間の距離を８ｃｍであり、従来のイオナイザーでは放電電極と接地電極の間の距離は０．６ｃｍである。

オゾン発生量については、温度２１．１℃、湿度４８．３％の環境で、５００×６００×５００ｍｍの塩ビ箱内に除電器、イオナイザーを入れ、箱内の空気をオゾン測定器により吸引して測定した。

従来のイオナイザーでは、電源投入後、１分後の測定値が０．０２０ｐｐｍであり、時間が経過するにつれ、２分後は０．０５３ｐｐｍ、３分後は０．０８２ｐｐｍ、４分後は０．１０６ｐｐｍ、５分後は０．１２７ｐｐｍ、６分後は０．１４５ｐｐｍ、７分後は０．１５７ｐｐｍ、８分後は０．１６７ｐｐｍ、９分後は０．１７５ｐｐｍ、１０分後は０．１８３ｐｐｍと増大した。

これに対し、本実施形態の除電器では、電源投入後、１分後の測定値が０．００７ｐｐｍであり、時間が経過するにつれ、２分後は０．００７ｐｐｍ、３分後は０．００６ｐｐｍ、４分後は０．００７ｐｐｍ、５分後は０．００８ｐｐｍ、６分後は０．００７ｐｐｍ、７分後は０．００７ｐｐｍ、８分後は０．００８ｐｐｍ、９分後は０．００９ｐｐｍ、１０分後は０．００７ｐｐｍと、ほとんど０．００７〜０．００９ｐｐｍの間の毒性の低い値で変化しなかった。したがって、本実施形態の除電器はオゾン発生が無いといえる。

イオン発生量については、温度２４．３℃、湿度４８．３％の環境で、本実施形態の除電器から発生するイオンをイオン計数器（″Ａｉｒ Ｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｅｔｅｒ Ｍｏｄｅｌ １１０″ Ｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎｃ．製）により測定した。

測定した結果、本実施形態の除電器からは、正イオンが５９０，０００個／秒、発生し、負イオンが６２０，０００個／秒、発生した。これは、従来のイオナイザーが発生する量の２倍以上であった。

［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、ひとつのケース１１としたが、ケース１１の他に別個にコントロールケースを設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、金網フィルタとして、２枚の２ｍｍの網目のステンレス製網部材を用いたが、使用する網部材の網目の大きさ、使用する網部材の枚数等は、上記実施形態に限定されない。

本発明の一実施形態による除電器の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による除電器の接地電極を示す図である。 本発明の一実施形態による除電器における除電時の状態の等価回路である。

符号の説明

１…金網フィルタ
２…接地電極
２ａ、２ｂ…網部材
３…空間
４…放電電極
５…ファンモータ
７…ヒューズ
８…交流電源入力
９…電源開閉器
１０…トランス開閉器
１１…ケース
１２…トランス
１３、１４…接地
１５…電圧調整器
１６…赤色ネオンランプ
１７…青色ネオンランプ
１９…仕切板

Claims (4)

1. 被除電物の帯電電圧より高い交流電圧が印加された放電電極と、前記放電電極から少なくとも１ｃｍ以上離れて設けられ、接地された接地電極との間に発生した電荷を、風力により前記被除電物へと送り、前記被除電物の帯電を除去することを特徴とする除電方式。
2. 請求項１記載の除電方式において、
   前記接地電極は、導電性部材により形成された網部材からなることを特徴とする除電方式。
3. 被除電物の帯電電圧より高い交流電圧が印加された放電電極と、
   前記放電電極から少なくとも１ｃｍ以上離れて設けられ、接地された接地電極と、
   前記放電電極と前記接地電極間に発生した電荷を送る風を発生する送風手段とを有し、
   前記放電電極と前記接地電極間に発生した電荷を、前記送風手段が発生する風力により前記被除電物へと送り、前記被除電物の帯電を除去することを特徴とする除電器。
4. 請求項３記載の除電器において、
   前記接地電極は、導電性部材により形成された網部材からなることを特徴とする除電器。

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