JP2017089412A - エアーコントロールユニットおよびそれを備えたエアー機器 - Google Patents

Abstract

【課題】エアー機器の一種である除電除塵装置において耐久性を損なわない。
【解決手段】除電除塵装置１０００は、外部からの電力供給が不要であって、圧縮エアーを用いて発電する発電ユニット１２００と、発電した電力を用いてエアーをイオン化する放電ユニット１４００と、除電および除塵するためにイオン化したエアーを噴射するノズルユニット１３００とを含む。この除電除塵装置１０００においては、外部から供給された圧縮エアーを、発電前エアー配管１０２０を流れて発電ユニット１２００へ供給される第一圧縮エアーと、エアーコントロールユニット１１００により調整された流量がダスター用エアー配管１０３０を流れて発電ユニット１２００を介さないでノズルユニット１３００へ供給される第二圧縮エアーとに分割される。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、高電圧の交流電力を針状の電極（放電針）に印加することにより発生したコロナ放電を用いてイオン化した空気（エアー、圧縮エアーと記載する場合がある）をノズルから噴射して除電するとともに除塵する除電除塵装置等のエアー機器に関し、特に、外部からの電力供給が不要なエアー機器に関する。さらに、特に、このような除電除塵装置を含め各種のエアー機器に好適に用いられるエアーコントロールユニットに関する。

従来、ガン型形状の本体に、高電圧発生回路、放電部（電極を含む）、ノズル、エアー通路、エアー通路を開閉するためのバルブおよびそのバルブを操作する引金を設けたガン型除電器が公知である。このような公知のガン型除電器は、商用電源を電源とし、商用電源のコンセントにＡＣ−ＤＣアダプタまたは電源トランスを介してコードまたは高圧ケーブルを介して接続していた。そのため、商用電源のコンセントがないところでは使用できなく、さらに、コードまたは高圧ケーブルが操作の邪魔になる等の問題があった。

このような問題に対して、実開平６−４４０９８号公報（特許文献１）は、商用電源がない場所でも使用できるとともに、操作性が良くしかも小型化も容易な除電除塵装置を開示する。この特許文献１に開示された除電除塵装置は、高電圧発生回路で発生した高電圧を放電部の電極に印加し、この放電部にエアー通路を通じてエアーを送ってこの放電部で発生したイオンをエアーとともにノズルから噴射するガン型の除電除塵装置において、高電圧発生回路に給電する発電機を備え、この発電機を駆動するエアー回転フィン（回転翼、風車）を、エアー通路を通るエアーによって回転させるべくエアー通路中に配置したことを特徴とする。

実開平６−０４４０９８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたこの除電除塵装置においては、発電機とバルブとノズルとを単一の流路で接続して発電用に用いたエアーをそのまま除塵用のエアーとして用いているために、発電機とノズルとに同じ流量のエアーが流れる。変動量が少なく回転フィンおよび発電機が過回転にならない発電に好適なエアー流量と（以下における過回転の説明の際に回転フィンおよび発電機のいずれか一方しか記載しない場合がある）、除塵対象によって流量が変動する除塵に好適なエアー流量とでは求められる流量特性が異なるにもかかわらず、発電機とノズルとに同じ流量のエアーが流れるために、安定した発電量の確保および／または除塵するために必要十分な流量の確保が難しく、満足できる除電効果および／または除塵効果を発現することが困難である。特に、除塵に好適なエアー流量を確保すると、回転フィンが過回転になってしまい、回転フィンおよび発電機の回転軸を支持する軸受等の耐久性に問題が生じる可能性がある。

そして、このような問題点を解決するための要素技術（後述する本発明に係るエアーコントロールユニット等）が開発されていないのが現状である。これらの要素技術は、除電除塵装置のみに適用されるものではなく、エアー工具（エアードライバ、エアーインパクトレンチ、エアーサンダー、エアーグラインダー、エアードリル等）を含む、空気圧を用いる多くのエアー機器へ広く用いられる技術である。

本発明は、このような問題点に鑑み、外部からの電力供給が不要な各種のエアー機器に好適に用いられるエアーコントロールユニットおよびそれを用いたエアー機器を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明のある局面に係るエアーコントロールユニットは、入力ポートおよび出力ポートを備えたエアーコントロールユニットであって、前記入力ポートに接続された入力管路と、前記出力ポートに接続された出力管路と、前記入力管路と前記出力管路とを連通する、前記入力管路の流路面積よりも大きい流路面積を備えた連通管路とを備え、前記連通管路内に、前記入力管路と前記連通管路との連結部に前記入力管路を塞ぐように設けられた、前記連通管路の流路面積よりも小さく、かつ、前記入力管路の流路面積よりも大きい径の球状体と、前記球状体の前記連結部の反対面に当接された弾性部材と、前記弾性部材の弾性力を調整可能に設けられた調整部材とを備える。

本発明の別の局面に係るエアー機器は、上述したエアーコントロールユニットを備えるように構成することができ、前記入力ポートに接続された管路側に、回転翼をエアーで回転させることにより発電する発電ユニットが接続される。
好ましくは、このエアー機器において、前記出力ポート側に、前記発電ユニットを経由したエアーが合流する管路が接続されるように構成することができる。

さらに好ましくは、このエアー機器において、前記発電ユニットが交換可能にように構成することができる。
さらに好ましくは、前記発電ユニットによる過大発電状態または過小発電状態を警告表示する警告灯をさらに備えるように構成することができる。

本発明によれば、外部からの電力供給が不要な各種のエアー機器に好適に用いられるエアーコントロールユニットおよびそれを用いたエアー機器を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る除電除塵装置の機能ブロック図である。 図１のエアーコントロールユニットの断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るエアーコントロールユニット１１００を含む除電除塵装置１０００を、図面に基づき詳しく説明する。なお、本発明に係るエアーコントロールユニットは、このような除電除塵装置１０００以外の各種のエアー機器へ好適に用いることが可能であるので、この除電除塵装置は適用例の一例でしかない。
本実施の形態に係る除電除塵装置１０００の全体について、図１に示すこの除電除塵装置１０００の機能ブロック図を参照して説明する。この除電除塵装置１０００は、外観形状は、操作性および可搬性が良好な小型のガン型の除電除塵装置であっても、据え置き型（ガン型ではないノズル型およびバー型）の除電除塵装置であっても、たとえば図１に示す除電除塵装置１０００の構成の一部をこの除電除塵装置１０００の外部に備えるものであっても、いずれの態様であっても構わない。

この除電除塵装置１０００は、外部からの電力供給が不要な除電除塵装置であって、大略的には、外部から供給された圧縮エアーを用いて発電する発電ユニット１２００と、発電した電力を電極（放電針１４３０）に印加することにより発生したコロナ放電を用いてエアーをイオン化する放電ユニット１４００と、除電および除塵するためにイオン化したエアーを噴射するノズルユニット１３００とを含む。この除電除塵装置１０００は、コンプレッサ接続配管１０１０およびバルブ１００４を介して、所望の空気圧（たとえば０．１〜０．７ＭＰａ）のエアーを供給するコンプレッサ１００２に、圧縮エアー配管１０１２により接続されている。

この除電除塵装置１０００においては、外部のコンプレッサ１００２から供給された圧縮エアーを、レギュレータ１００６（たとえば０．１ＭＰａ程度まで減圧）および発電前エアー配管１０２０を流れて発電ユニット１２００へ供給される第一圧縮エアーと、エアーコントロールユニット１１００およびダスター用エアー配管１０３０を流れて発電ユニット１２００を介さないでノズルユニット１３００へ供給される第二圧縮エアーとに分割していることを特徴とする。

さらに、特徴的であるのは、この除電除塵装置１０００は、第一圧縮エアーが流れる第一エアー配管（発電前エアー配管１０２０および発電後エアー配管１０４０）と、第二圧
縮エアーが流れる第二エアー配管（ダスター用エアー配管１０３０）とをさらに含み、発電ユニット１２００よりも上流側の圧縮エアー配管１０１２において、第一エアー配管側の配管１０１２Ａと第二エアー配管側の配管１０１２Ｂとに分岐され、発電ユニット１２００よりも圧縮エアーの下流側のノズルユニット１３００において、第一エアー配管側の配管と第二エアー配管側の配管とが合流される。

発電ユニット１２００は、発電前エアー配管１０２０と発電後エアー配管１０４０とに接続され、ハウジングケース等に収納された回転翼１２１０と、回転電機である発電機１２２０と、発電機１２２０に接続され発電機１２２０の定格電圧（たとえばＤＣ１２Ｖ）に対して出力電圧が±２Ｖの範囲から外れると警告表示する警告灯１２３０とから構成されている。

また、回転翼１２１０と発電機１２２０とは、回転軸により機械的に接続されており、回転軸は軸受により支持されている。この場合において、第一エアー配管（発電前エアー配管１０２０および発電後エアー配管１０４０）を流れる第一圧縮エアー流量が多くて発電機１２２０の回転数が定格回転数よりも所定の範囲を超えて上昇している時間が継続すると、軸受等の機械部品の耐久性が損なわれる場合がある。

ここで、発電機１２２０の一般的な電気特性として、流量が多くて回転数が定格回転数よりも所定の範囲を超えて上昇すると出力電圧が定格出力電圧よりも＋２Ｖの範囲を超えて、流量が少なく回転数が定格回転数よりも所定の範囲を超えて下降すると出力電圧が定格出力電圧よりも−２Ｖの範囲を超える。このような発電機１２２０の電気特性に基づいて、警告灯１２３０は、たとえば、出力電圧が定格出力電圧よりも＋２Ｖを超えると過大電圧警告を表示することができ、出力電圧が定格出力電圧よりも−２Ｖを超えると過小電圧警告を表示することができる。ここで、発電機１２２０の過回転による耐久性の低下を防止するという観点からは、この警告灯１２３０は、過大電圧警告を表示するのみであっても構わない。

なお、この発電ユニット１２００は、この除電除塵装置１０００に交換可能に搭載されており、この発電ユニット１２００単位またはこの発電ユニット１２００を構成する部品単位で簡単に交換することができる。
放電ユニット１４００は、ノズルユニット１３００から噴出される圧縮エアーをイオン化する。放電ユニット１４００は、発電機１２２０に接続され発電された電力の供給を受ける制御基板１４１０と、制御基板１４１０に接続され発電機１２２０により発電された電力に基づいて高圧電力を発生させる高圧電力発生基板１４２０と、高圧電力発生基板１４２０に接続され高圧電力が印加されることによりコロナ放電を発生させる放電針１４３０とにより構成される。

これらの制御基板１４１０、高圧電力発生基板１４２０および放電針１４３０（放電針１４３０自体の構造）は、公知のものであるので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
そして、本実施の形態に係る除電除塵装置１０００は、第二エアー配管側にエアーコントロールユニット１１００を備える点が最大の特徴である。図２を参照して、このエアーコントロールユニット１１００について説明する。

このエアーコントロールユニット１１００は、第二エアー配管側の配管１０１２Ｂを接続する入力ポート１０１２ＢＰおよびダスター用エアー配管１０３０を接続する出力ポート１０３０Ｐを備えたダスター用エアー配管１０３０を流れるエアー流量を調整することにより、第一エアー配管（発電前エアー配管１０２０および発電後エアー配管１０４０）を流れて発電ユニット１２００の回転翼１２１０へ供給されるエアー流量を調整して発電機１２２０が所望の回転数の回転を維持して所望の電力（電圧）を発生させる。

このエアーコントロールユニット１１００は、入力ポート１０１２ＢＰに接続された入力管路１１１０と、出力ポート１０３０Ｐに接続された出力管路１１３０と、入力管路１１１０と出力管路１１３０とを連通する、入力管路１１１０の流路面積よりも大きい流路面積を備えた連通管路１１２０とを備える。そして、この連通管路１１２０内に、入力管路１１１０と連通管路１１２０との連結部に入力管路１１１０を塞ぐように設けられた、連通管路１１２０の流路面積よりも小さく、かつ、入力管路１１１０の流路面積よりも大
きい径の球状体１１２４と、球状体１１２４の連結部の反対面に当接された弾性部材１１２２と、弾性部材１１２２の弾性力を調整可能に設けられた調整部材１１０４とを備える。

さらに詳しくは、図２に示すように、このエアーコントロールユニット１１００は、略直方体形状の金属素材（直方体１１０２とする）を加工して、入力ポート１０１２ＢＰおよび入力管路１１１０と、出力ポート１０３０Ｐおよび出力管路１１３０と、連通管路１１２０とを形成している。ここでは、弾性部材１１２２としてコイルばねを用いており、また、このコイルばねの弾性力を調整する調整部材１１０４として六角ボルトを用いている。この六角ボルトは、直方体１１０２の入力ポート１０１２ＢＰの管径中心軸と一致する穴に設けた雌ネジ１１０６と螺合する。そして、この六角ボルトを直方体１１０２に対して退行させると弾性部材１１２２であるコイルばねの弾性力が減じて入力管路１１１０と連通管路１１２０との連結部における流路面積が広がり出力ポート１０３０Ｐに接続された出力管路１１３０へ流れるエアーの流量を増加させて結果的に発電ユニット１２００に流れる流量が低下する。逆に、この六角ボルトを直方体１１０２に対して進行させると弾性部材１１２２であるコイルばねの弾性力が増して入力管路１１１０と連通管路１１２０との連結部における流路面積を狭めて出力ポート１０３０Ｐに接続された出力管路１１３０へ流れるエアーの流量を低下させて結果的に発電ユニット１２００に流れる流量が上昇する。

このような作用効果を発現することができるように、このエアーコントロールユニット１１００の各部寸法（特に流路面積）および弾性部材１１２２の弾性力および調整部材１１０４の調整幅が設定されている。なお、弾性部材１１２２はコイルばねに限定されるものではなく、調整部材１１０４は六角ボルトと直方体１１０２に設けられた雌ネジ１１０６との組合せに限定されるものではない。

以上のような構造を備えたエアーコントロールユニット１１００を備えた除電除塵装置１０００の使用方法について説明する。
この除電除塵装置１０００が操作性および可搬性が良好な小型のガン型の外観形状を備える場合、常に同じコンプレッサ１００２が接続されて圧縮エアーが供給されるわけではないので、接続されるコンプレッサ１００２が変更される毎に以下の使用方法で調整される。また、上述したように、この除電除塵装置１０００においては発電ユニット１２００が交換可能（発電ユニット１２００単位で交換可能または発電ユニット１２００を構成する部品単位で交換可能）に構成されているので、接続されるコンプレッサ１００２が変更されない場合であっても発電ユニット１２００が交換される毎に以下の使用方法で調整される。

なお、以下の説明においては、コンプレッサ接続配管１０１０およびバルブ１００４を介して、所望の空気圧（たとえば０．１〜０．７ＭＰａ）のエアーを供給するコンプレッサ１００２にこの除電除塵装置１０００が圧縮エアー配管１０１２により接続され、レギュレータ１００６は所望のエアー圧力まで減圧（たとえば０．１ＭＰａ程度まで減圧）するように設定されているとする。また、回転翼１２１０の過回転を防止するために、ダスター用エアー配管１０３０を流れてノズルユニット１３００へ流れる第二圧縮エアーの流量が０ではないように（発電ユニット１２００にいきなり大流量のエアーが流れて回転翼１２１０が過回転になることを回避するために）、エアーコントロールユニット１１００の調整部材１１０４が初期設定されている。

バルブ１００４を開いて、コンプレッサ１００２からこの除電除塵装置１０００へ圧縮エアーを供給する。発電前エアー配管１０２０を流れて発電ユニット１２００へ第一圧縮エアーが供給されると、発電が開始される。また、エアーコントロールユニット１１００およびダスター用エアー配管１０３０を流れて（発電ユニット１２００を介さないで）ノズルユニット１３００へ第二圧縮エアーが供給されて、ノズルユニット１３００からエアーが噴射され始める。

発電ユニット１２００の警告灯１２３０が警告を表示していなければ、エアーコントロールユニット１１００の調整部材１１０４を作業者は特に操作しない。
発電ユニット１２００の警告灯１２３０が過大電圧警告を表示していると（出力電圧が＋２Ｖの範囲を超えていると）、発電ユニット１２００を流れるエアー流量が多くて回転数が定格回転数よりも所定の範囲を超えて上昇しているので、作業者はエアーコントロールユニット１１００の調整部材１１０４である六角ボルトを直方体１１０２に対して退行させて弾性部材１１２２であるコイルばねの弾性力を減少させて入力管路１１１０と連通管路１１２０との連結部における流路面積を広げて出力ポート１０３０Ｐに接続された出力管路１１３０へ流れるエアーの流量を増加させて結果的に発電ユニット１２００に流れる流量を低下させる。このとき、過大電圧警告を表示してなくなるまでエアーコントロールユニット１１００の調整部材１１０４である六角ボルトを直方体１１０２に対して退行させる（六角ボルト（通常の右ネジであるとする）を反時計方向に回す）。

発電ユニット１２００の警告灯１２３０が過小電圧警告を表示していると（出力電圧が−２Ｖの範囲を超えていると）、発電ユニット１２００を流れるエアー流量が少なくて回転数が定格回転数よりも所定の範囲を超えて低下しているので、作業者はエアーコントロールユニット１１００の調整部材１１０４である六角ボルトを直方体１１０２に対して進行させて弾性部材１１２２であるコイルばねの弾性力を増加させて入力管路１１１０と連通管路１１２０との連結部における流路面積を狭めて出力ポート１０３０Ｐに接続された出力管路１１３０へ流れるエアーの流量を減少させて結果的に発電ユニット１２００に流れる流量を増加させる。このとき、過小電圧警告を表示してなくなるまでエアーコントロールユニット１１００の調整部材１１０４である六角ボルトを直方体１１０２に対して進行させる（六角ボルト（通常の右ネジであるとする）を時計方向に回す）。

この場合において、発電機１２２０の過回転による耐久性の低下を防止するという観点からは、過大電圧警告に対応する操作のみを実行するようにしても構わない。
このように調整した後において、この除電除塵装置１０００を継続的に使用している場合に、何らかの原因で発電ユニット１２００の警告灯１２３０が過大電圧警告または過小電圧警告を表示した場合にも、上述した使用方法で調整する。

以上のようにして、エアー機器の一種である本実施の形態に係る除電除塵装置によると、発電用に用いる圧縮エアーと除塵用の圧縮エアーとを分割して、外部からの電力供給が不要な除電除塵装置を実現したので、除電機能および除塵機能を十分に発揮するとともに、発電ユニットの耐久性を損なわない除電除塵装置を提供することができる。そして、このような特段の作用効果を発現する除電除塵装置は、本発明に係るエアーコントロールユニットを用いることにより実現できたものである。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係るエアーコントロールユニットは、外部からの電力供給が不要なエアー機器（一例として除電除塵装置）に好適に適用することができ、特に、発電ユニットの耐久性を損なわないエアー機器に好適に適用することができる。

１０００ 除電除塵装置
１１００ エアーコントロールユニット
１２００ 発電ユニット
１３００ ノズルユニット
１４００ 放電ユニット

Claims (5)

1. 入力ポートおよび出力ポートを備えたエアーコントロールユニットであって、
   前記入力ポートに接続された入力管路と、
   前記出力ポートに接続された出力管路と、
   前記入力管路と前記出力管路とを連通する、前記入力管路の流路面積よりも大きい流路面積を備えた連通管路とを備え、
   前記連通管路内に、
   前記入力管路と前記連通管路との連結部に前記入力管路を塞ぐように設けられた、前記連通管路の流路面積よりも小さく、かつ、前記入力管路の流路面積よりも大きい径の球状体と、
   前記球状体の前記連結部の反対面に当接された弾性部材と、
   前記弾性部材の弾性力を調整可能に設けられた調整部材とを備える、エアーコントロールユニット。
2. 請求項１に記載のエアーコントロールユニットを用いたエアー機器であって、
   前記入力ポートに接続された管路側に、回転翼をエアーで回転させることにより発電する発電ユニットが接続される、エアー機器。
3. 前記出力ポート側に、前記発電ユニットを経由したエアーが合流する管路が接続される、請求項２に記載のエアー機器。
4. 前記発電ユニットが交換可能に構成された、請求項２または請求項３に記載のエアー機器。
5. 前記発電ユニットによる過大発電状態または過小発電状態を警告表示する警告灯をさらに備える、請求項２〜請求項４のいずれかに記載のエアー機器。

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