JP3747346B2 - 帯電物の表面電位検出装置および該検出装置を用いた 除電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電物の表面電位の検出範囲を拡張するとともに安全性を高めた表面電位検出装置と、該表面電位検出装置を用いた除電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶製造ライン等において、対象物体が帯電しているとほこり等が付着して製品が不良品となることがあり、また、コンベア等により物体を搬送している場合には、小さい対象物体が帯電することにより製品同士が吸引されて接触してしまい、生産ラインが停止してしまうことがある。このため、静電気の発生を抑制する必要がある個所には、限られたスペースに多数の除電装置が配置される場合がある。
【０００３】
静電気は対象物体に蓄積されている正または負の電荷により生ずるものであり、静電気に起因する対象物体の帯電電位は、大地を基準電位として、対象物体の表面電位を測定することにより決定されている。除電の原理は、このような対象物体に蓄積されている電荷を大地に流し込むか、または蓄積されている電荷とは反対の極性のイオンを吹き付けて帯電電位を中和することにより、対象物体に蓄積されている電荷をゼロに近づけるものである。
【０００４】
上記した除電の原理を応用して、従来除電装置として、電極針に直流高電圧または交流高電圧を印加して電極針からプラス、マイナスのイオンを発生させて、このイオンを対象物体に吹き付けるようにしたものが知られている。図１７は、直流型の除電装置の一例を示す回路図である。図において、２１は直流または交流の電源部、２２は接続線、２３は電源制御回路、２４は正の高電圧発生回路、２５は負の高電圧発生回路、２６は正の電極針、２７は負の電極針、２８はファンである。
【０００５】
正の高電圧発生回路２４、負の高電圧発生回路２５には例えばコンデンサとダイオードからなる倍電圧整流回路が用いられて小型化が図られている。正負の高電圧発生回路２４、２５には、電極針２６、２７を取り付けることに代えて細線等の長尺状物や突起部を有する部材等の電極手段を取り付けてイオン発生部とすることもできる。
【０００６】
電極針は対象物体からある距離をおいて配置されているが、プラス、マイナスのイオンの反発力によりイオンが飛ばされて対象物体に付着する。この反発力が弱くてそのままでは電極針から発生したイオンが対象物体には付着しにくい場合には、図示のように電極針から発生したイオンを対象物体に吹き付けるためにファン２８が設けられていることがある。電極針２６、２７から発生するプラス、マイナスのイオンは、前記したファン２８により対象物体に吹き付けられ、帯電電位を中和する。
【０００７】
図１８は、直流型の除電装置の別の例を示す回路図である。この例では、帯電物２９に接近した位置にセンサ３０を設置する構成としている。帯電物２９の帯電極性と帯電電圧の大きさをセンサ３０により検出し、検出信号は表示装置３１を介してＡ／Ｄ変換器３２に供給する。センサ３０の検出信号により帯電物２９の帯電の状態を表示装置３１に表示するので、作業者は帯電物２９の帯電の状態を確認できる。
【０００８】
図１９は、図１８に示されたようなセンサを用いて帯電物の帯電状態を検出する従来例の構成の回路図である。図において１は帯電物、２はセンサ、３は増幅器である。センサ２は、帯電物１とセンサ２間に生成されている電気力線Ｅｆの本数（電界の強さ）を測定することにより、帯電物１の表面電位を非接触で測定している。この測定値は帯電物１の帯電の極性とその大きさを表している。
【０００９】
図２０は、センサを用いて帯電物の帯電状態を検出する従来例の別の構成の回路図である。図において、１は帯電物、２はセンサ、３は増幅器、Ｉは積分器、５は高圧電源、ＶＲは分圧器である。センサ２は、前記のように帯電物１とセンサ２間に生成されている電気力線Ｅｆの本数（電界の強さ）を測定するものであるが、この電気力線Ｅｆは帯電物１とセンサ２との両物体間の電位差により発生する。
【００１０】
図２０の例では、このような電気力線の性質を利用している。すなわち、センサ２の検出信号を増幅器３、積分器Ｉを介して高圧電源５に入力し、高圧電源５からはセンサ２の検出信号がゼロとなるような出力電圧をセンサ２に供給するフィードバック制御を行っている。センサ２の検出信号がゼロとなるのは、帯電物１の電位とセンサ２の電位が等しい場合であるから、このときのセンサ２への供給電圧の値が帯電物１の帯電電位に相当する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
帯電物１とセンサ２間の電気力線Ｅｆの本数は、図２１の説明図に示すように両者間の距離に依存して変化する。同図（ａ），（ｂ），（ｃ）のように、センサ２の位置を帯電物１から離していくにしたがって、センサ２で検出される信号の値は小さくなる。
【００１２】
図２２は、帯電物１とセンサ２間の距離に対するセンサ２の出力信号との関係を示す特性図である。図に示すように、センサ２で得られる出力信号（帯電物１の表面電位）は、帯電物１とセンサ２間の距離に応じて変動するので、図１９で説明したような従来例の構成では測定精度が悪くなるという問題があった。
【００１３】
また、図２０で説明した従来例においては、センサ２に高圧電源５の出力電圧を供給しているので、センサ２の測定範囲は、高圧電源５の電源電圧の範囲内に制限され、広範囲の測定レンジを得ようとすると高圧電源５が大型化してしまいコストが高くなり、しかも、高電圧をセンサ２に供給することになるので作業者が感電する危険性があるという問題があった。
【００１４】
更に、帯電物の表面電位をセンサにより測定して、この測定結果に基づいて高電圧発生手段を制御しイオン量を中和することにより帯電物を除電する除電装置においては、センサに上記のような問題があるために精度良くかつ安全に帯電物の除電ができないという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような問題に鑑みて、帯電物の表面電位の測定精度を向上させ、検出範囲を拡張するとともに安全性を高めた表面電位検出装置の提供を目的とするものである。
【００１６】
また、帯電物の表面電位をセンサにより測定して、この測定結果に基づいて高電圧発生手段を制御しイオン量を中和することにより精度良くかつ安全に帯電物の除電を行える除電装置の提供を目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、帯電物と対向配置され、該帯電物との間に生成される電界の強さを検出するセンサと、前記センサに高電圧を供給する高圧電源と、前記センサからの出力信号が入力され、前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロとなるような指令信号を前記高圧電源に出力することにより、前記センサに供給された電圧値から前記帯電物の表面電位を求める制御装置とを有する帯電物の表面電位検出装置において、前記制御装置は、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を変化させた際に前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロにならないときには、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を予め設定された測定毎に各々異なった電圧値で指令し、前記センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶された複数のセンサの出力信号の値から前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴とする帯電物の表面電位検出装置によって達成される。
【００１８】
また前記制御装置は、前記センサに供給された電圧値と前記センサの出力信号の値との関係を最小自乗法を用いて一次方程式を求めることにより、前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴する。
【００１９】
また前記表面電位検出装置は、さらに、前記センサとは電気的に絶縁され前記センサからの出力信号が入力される信号伝達手段を有し、前記制御装置は、前記信号伝達手段からの出力信号が入力される構成としたことを特徴とする。
【００２０】
前記制御装置は、さらに、
前記指令信号による供給電圧値が前記高圧電源の電源電圧の範囲外であるときには、前記遮断手段に指令信号を出力してセンサへの高電圧の供給を遮断することを特徴とする。
【００２１】
また前記制御装置は、さらに、前記センサの帯電物との対向面に設けられ帯電物から放射される電気力線を通過させてセンサに導入するための間隙を形成した絶縁シートと、前記間隙が設けられ絶縁シートに取り付けられる金属板と、前記センサと金属板間に接続される抵抗とを有することを特徴とする。
【００２２】
また上記課題は、電源電圧を所定の電圧に昇圧する高電圧発生手段と、
高電圧発生手段の出力電圧が供給されて先端部からプラスとマイナスのイオンを発生する電極手段と、帯電物と対向配置され、該帯電物との間に生成される電界の強さを検出するセンサと、前記センサに高電圧を供給する高圧電源と、前記センサからの出力信号が入力され、前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロとなるような指令信号を前記高圧電源に出力することにより、前記センサに供給された電圧値から前記帯電物の表面電位を求める制御装置とを有する除電装置において、前記制御装置は、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を変化させた際に前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロにならないときには、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を予め設定された測定毎に各々異なった電圧値で指令し、前記センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶された複数のセンサの出力信号の値から前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴とする除電装置によって達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の帯電物の表面電位検出装置の概略の構成を説明する基本的な回路図である。図において、１は帯電物、２はセンサ、３は増幅器、４は制御回路、５は高圧電源、６は電圧検出回路、７は切り替え回路である。本発明においては、センサ２による帯電物１の表面電位の測定を、センサ２に高圧電源５の出力電圧を供給した状態で行う場合と、センサ２に高圧電源５の出力電圧を供給しない状態で行う場合とを併用することを基本的な構成としている。
【００２４】
図１の例では、高圧電源５の出力電圧は、電源電圧の範囲内であれば切り替え回路７を介してセンサ２に供給される。このときのセンサ２の出力信号を制御回路に入力しているが、電圧検出回路６により検出される高圧電源５の出力電圧が電源電圧の範囲外となれば、制御回路４からの信号により切り替え回路７を遮断して、このときのセンサ２の出力信号を制御回路４に入力している。
【００２５】
図２（ａ）は、センサ２に供給される高圧電源５の電圧Ｖｓとセンサ２から得られる出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す特性図である。図に示すように、センサ２に供給される電圧Ｖｓを増加させるにしたがって、帯電物１とセンサ２間の電位差は小さくなるので、センサ２から得られる出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。この出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるときの印加電圧Ｖｓの値は、帯電物の表面電位Ｖｔに相当する。
【００２６】
図２（ｂ）は図２（ａ）の特性で説明した本発明のセンサによる測定原理を説明する説明図である。帯電物の表面電位をＶｔとすると、センサ２に供給される電圧との間に差がある場合には、センサ２の出力電圧はその差の電圧に相当するが、両者の電圧に差がない場合にはセンサ２の出力電圧はゼロとなる。すなわち、このときのセンサ２への供給電圧が帯電物１の表面電位Ｖｔに相当することになる。
【００２７】
図３は、図１に示した本発明の実施の形態に係る帯電物の表面電位検出装置の具体的な回路図である。図において、２はセンサ、３は増幅器、５は高圧電源、８はＡ／Ｄ変換器、９は比較器、１０はフォトカプラ、１１は中央処理装置（ＣＰＵ），１２はＤ／Ａ変換器である。破線内に配置されているセンサ２、増幅器３、Ａ／Ｄ変換器８、比較器９は、高圧電源５の出力電圧が供給される測定器の高圧部Ａを形成している。
【００２８】
図３の例では、高圧部Ａには高圧電源５から出力される高電圧が供給されているので、危険防止の観点から高圧部ＡとＣＰＵ１１とは電気的に絶縁してフォトカプラ１０を介して非接触で信号を伝達する構成としている。センサ２の出力電圧はアナログの信号であるが、高圧部ＡにＡ／Ｄ変換器８を設けてデジタル値に変換することにより信号処理を簡単に行えるようにしている。Ａ／Ｄ変換器８を設けずに増幅器３よりアナログ値の信号Ｂとして取り出す構成としても良い。
【００２９】
図４は、図３の構成において帯電物の表面電位を検出する手順を示すフローチャートである。次にこの検出手順について説明する。
（１）ＣＰＵ１１より高圧部Ａの電位が０Ｖとなるような指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する（ステップＳ１）。
（２）センサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔの値が０よりも小さいかどうかを判断する（ステップＳ２）。
【００３０】
（３）ステップＳ２の判断結果がＮＯであればセンサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔの値が正の場合であるから、帯電物１を基準とした場合に帯電物１よりも高圧部Ａの電位が低いことになり、高圧部Ａに供給する電圧を上昇させて両者間の電位をゼロに近ずけるように高圧電源の出力電圧を制御する（ステップＳ３）。
（４）ステップＳ２の判断結果がＹＥＳであればセンサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔの値が負の場合であるから、帯電物１を基準とした場合に帯電物１よりも高圧部Ａの電位が高いことになり、高圧部Ａに供給する電圧を下降させて両者間の電位をゼロに近づけるように高圧電源の出力電圧を制御する（ステップＳ４）。
【００３１】
（５）高圧部Ａに高圧電源５から供給されている電圧ＶＡが、高圧電源５の電源電圧の下限値−ＶＨと上限値＋ＶＨの範囲内であるかどうかを判断する（ステップＳ５）。
（６）ステップＳ５の判断がＹＥＳであれば、高圧部Ａに供給されている電圧はまだ高圧電源５の電源電圧の範囲内であるから、ＣＰＵ１１はＤ／Ａ変換器１２に次の指令信号を出力する（ステップＳ６）。以下、ステップＳ２〜ステップＳ６のループ処理を繰り返す。
【００３２】
（７）ステップＳ５の判断がＮＯであれば、高圧部Ａに供給されている電圧は高圧電源５の電源電圧の範囲外となるので、ループ処理を抜けて高圧部Ａには高圧電源５からの電圧を供給せずに、この状態でセンサの出力信号Ｖｏｕｔを読み取る。
【００３３】
以上の例は、図３の構成において高圧部ＡのＡ／Ｄ変換器８からフォトカプラ１０を介して出力されるデジタル信号をＣＰＵ１１で処理するものであるが、高圧部Ａ内で一部の処理を行う構成とすることもできる。この場合には、比較器９においてセンサ２の出力信号の大きさについて図４のステップＳ２の判断を行い、判断結果の信号をフォトカプラ１０を介してＣＰＵ１１に送り、ＣＰＵ１１は高圧電源５の高圧部Ａに対する供給電圧の指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する構成とすることも可能である。
【００３４】
図５、６は、図３の回路図と図４のフローチャートで説明した、本発明の帯電物１の表面電位検出センサの動作特性を示す特性図である。図５は、帯電物１の表面電位Ｖｔが高圧電源５の電源電圧の範囲内であるとき（−ＶＨ＜Ｖｔ＜＋ＶＨ）の特性である。図に示されているようにセンサ２に供給される電圧は、図４のフローチャートで説明したような高圧電源５に対するフィードバック制御により次第に一定値Ｖｓに収斂し、Ｖｔ＝Ｖｓのときにセンサ２の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるので、この状態でセンサ２に供給されている高圧電源５の出力電圧Ｖｓの値から帯電物１の表面電位Ｖｔが検出できる。
【００３５】
図６は、帯電物１の表面電位Ｖｔが高圧電源５の電源電圧の範囲よりも小さいかまたは大きい場合（Ｖｔ＜−ＶＨ，Ｖｔ＞＋ＶＨ）の特性である。図に示されているのは、Ｖｔ＞＋ＶＨの場合であるがセンサ２に供給される電圧は次第に上昇していき、＋ＶＨの値で一定となりこれ以上は大きくされない。このときにセンサ２に供給される電圧は遮断され、この状態でセンサ２の出力電圧Ｖｏｕｔを読み取り、帯電物１の表面電位Ｖｔを検出する。
【００３６】
このように、図３に具体的な回路図を示した本発明の実施の態様によれば、従来、帯電物の表面電位の値が高圧電源の電源電圧の範囲外であれば、電源電圧の範囲が異なる高圧電源を別個に用意しないと測定できなかったという問題が解消される。
【００３７】
図７は、本発明の別の実施の態様における回路図である。図３と同じ図示番号については説明を省略するが、この例では、予め高電圧部Ａに供給する高圧電源５の出力電圧を数点設定しておき、各供給電圧においてセンサ２で検出された信号に相当する出力電圧をＣＰＵ１１に記憶させる。帯電物１の表面電位は、ＣＰＵ１１に記憶されているセンサ２の検出信号に基づいて演算で求める。
【００３８】
図８は、図７に示した回路図の構成により帯電物の表面電位を検出する手順のフローチャートである。次にこのフローチャートについて説明する。
（１）ＣＰＵ１１よりの指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する（ステップＳ１１）。高圧電源５は、この指令信号に基づいて所定の電圧ＶＡを高圧部Ａに供給する。
（２）センサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔを増幅器３を介してＡ／Ｄ変換器８に入力する（ステップＳ１２）。
【００３９】
（３）Ａ／Ｄ変換器８からの信号をフォトカプラ１０を介してＣＰＵ１１に入力し、この値を記憶させる（ステップＳ１３）。
（４）ＣＰＵ１１より高圧部Ａに供給する次の電圧指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する（ステップＳ１４）。高圧電源５は、この指令信号に基づいて所定の電圧ＶＡを高圧部Ａに供給する。
【００４０】
（５）センサ２により予め設定した回数の測定が行われたかどうかを判断する（ステップＳ１５）。判断結果がＮＯであれば、ステップＳ１２〜ステップＳ１５のループ処理を繰り返す。
（６）このときの判断結果がＹＥＳであれば、高圧部Ａに供給された設定回数分の電圧ＶＡと各ＶＡに対するセンサ２の出力電圧Ｖｏｕｔとの関係から、演算により帯電物の表面電位Ｖｔを求める（ステップＳ１６）。
【００４１】
図９は、図８のフローチャートで説明した帯電物の表面電位を演算により検出する場合の特性図である。図に示すように、高圧部Ａに供給される高圧電源５の出力電圧ＶＡの値が電源電圧の範囲内（−ＶＨ＜ＶＡ＜＋ＶＨ）において、センサ２の検出信号に基づく出力電圧Ｖｏｕｔを数点プロットしておく。次に、各プロット点を結ぶ直線の方程式を例えば最小自乗法により求める。この直線を延長してＶＡの軸と交差する点はセンサの出力電圧Ｖｏｕｔがゼロの点、即ち、帯電物の表面電位Ｖｔと高圧部Ａの供給電圧ＶＡとが等しい値となるから、この交差する点で帯電物の表面電位Ｖｔを求めることができる。
【００４２】
帯電物１とセンサ２間の電気力線（電束密度）Ｅｆの本数は、電界の大きさに比例するから、帯電物１の表面電位Ｖｔを基準にすると高圧部Ａに供給される電圧、すなわちセンサ２に供給される電圧ＶＡを変化させた場合には、図９のＶＡとＶｏｕｔとの関係を示す特性は必ず直線で表されることになる。このため、本発明のこのような構成によれば、帯電物１に対するセンサ２の設置の位置が変わり、両者間の距離が変動しても、図９の特性は直線の傾きが変わるだけであり帯電物１の表面電位Ｖｔは的確に検出できる。
【００４３】
図１０は、センサ２に高電圧を印加することにより、作業者に対する感電の危険が発生することを防止する手段を講じた帯電物の表面電位検出装置の例の説明図である。図において、１３は絶縁シート、１４は金属板、Ｒ１はセンサ２と金属板１４間に接続される抵抗である。帯電物から放射される電気力線は金属板１４、１４間及び絶縁シート１３、１３間に形成されている間隙部Ｐを通して導入されてセンサ２で検出される。このような危険防止手段の作用について図１１の回路図により説明する。
【００４４】
図１１において、ＲＨは人体の抵抗である。高圧電源からの出力電圧でセンサ２に供給されている電圧をＶｓとして、このときにセンサ２に触れると人体に加わる電圧Ｖｒは、Ｖｒ＝｛ＲＨ／（Ｒ１＋ＲＨ）｝Ｖｓ、で表される。センサ２と金属板１４間に接続される抵抗Ｒ１の値を大きくすることにより、人体に加わる電圧Ｖｒを感電の危険のない微小な値に減少させることができる。
【００４５】
図１２は、金属板１４の帯電物１に対する対向面の大きさを拡張した構成の説明図である。３はセンサ２の検出信号を増幅する増幅器である。このように金属板１４の帯電物１に対する対向面の大きさを拡張した構成とすることにより、帯電物１とセンサ２間に生成される電気力線の分布は均一となり、帯電物１の表面電位の検出が精度よく行える。
【００４６】
図１０、図１２に示されたような、電気力線を通過させる間隙を形成した絶縁シートと金属板とをセンサに取り付け、センサと金属板とを抵抗値の大きな抵抗で接続した構成は、図３、図７で説明した構成のセンサからの出力信号により帯電物の表面電位を検出する本発明の帯電物の表面電位検出装置に適用される。
【００４７】
図１３は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの具体的な構成の説明図である。図において、ａは基体、ｂは取付部、ｃは測定窓、ｄは回転部である。帯電物からの電気力線は、センサの測定窓ｃから入力されて出力電圧が形成される。この例においては、取付部ｂを回転させることにより測定窓ｃの位置が変わる。このため、帯電物が配置されている位置に合わせて基体ａは固定したままで測定窓ｃの位置を変えることにより、帯電物の表面電位を検出できるのでセンサの使い勝手が良くなる。
【００４８】
図１４は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの別の構成の説明図である。この例では、図１４（ａ）がセンサの基本的な測定位置であるが、帯電物の位置に応じて基体ａの位置は固定したまま測定窓ｃの位置を変えることができる。例えば、図１４（ｂ）のようにして取付部ｂを矢印Ｐ方向に引出し、次に矢印Ｑ方向に取付部ｂを９０度回転して基体ａに取り付けると、図１４（ｃ）に示すように測定窓ｃの位置は基体ａの表面側に位置するようになる。
【００４９】
図１５は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの更に別の構成の説明図である。図１５（ａ）が基本的なセンサの配置位置で、図１５（ｂ）はその矢視Ｘ方向の正面図である。図１５（ｃ）は、回転部ｄで取付部ｂを上側に折り曲げて測定窓の位置を上側とした状態の説明図である。また、この例では、図１５（ｄ）の破線に示す様にして取付部ｂを下側に折り曲げるようにして測定窓ｃの配置位置を下側に変更することもできる。
【００５０】
図１６は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの更に別の構成の説明図である。この例では図１６（ａ）のセンサの基本的な配置位置から、回転部ｄにより取付部ｂを矢印Ｔ方向に水平に回転させることにより、図１６（ｂ）のように帯電物に対する測定窓ｃの配置位置を基体ａの側面側に変えることができる。
【００５１】
以上の例は、直流の高電圧を用いた除電装置に帯電物の表面電位検出装置を適用した例の説明であるが、本発明は交流の高電圧を用いた除電装置にも適用できる。図２３は、交流の高電圧を用いた除電装置の例を説明する回路図である。図において、４１は交流電源、４２は昇圧トランス、４３は電極針、ｆはファンである。昇圧トランス４２の出力側からは、電源電圧を所定の電圧に昇圧した高電圧の交流が得られ、電極針の先端部からは、プラス、マイナスのイオンが交互に出力される。
【００５２】
この場合にも、電極針４３を取り付けることに代えて細線等の長尺状物や突起部を有する部材等の電極手段を取り付けてイオン発生部とすることもできる。また、ファンも必要に応じて取り付けられるものである。
【００５３】
このような交流型の除電装置においても、帯電物に近接して配置される帯電物の表面電位検出装置は、これまで説明してきた直流型の除電装置に適用されるものと同様の構成のものが適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の帯電物の表面電位検出装置は、センサによる帯電物の表面電位の測定を、高圧電源の電源電圧の範囲内ではセンサに高圧電源の出力電圧を供給した状態で行い、高圧電源の電源電圧の範囲外ではセンサに高圧電源の出力電圧を供給しない状態で行う構成としているので、広範囲の帯電物の表面電位の検出ができる。
【００５５】
また、本発明の帯電物の表面電位検出装置は、高圧電源の電源電圧の範囲内でセンサに供給される電圧値を予め設定された回数で複数回供給し、センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶されたセンサの出力信号の値から帯電物の表面電位の値を演算する構成としているので、帯電物とセンサ設置位置との距離に拘りなく精度良く帯電物の表面電位の検出ができる。
【００５６】
また、本発明の帯電物の表面電位検出装置は、センサに絶縁シートを介して金属板を取り付け、センサと金属板とを抵抗値の大きな抵抗で接続しているので、作業者がセンサに触れても感電の心配がなく安全に帯電物の表面電位の検出ができる。
【００５７】
また、本発明の除電装置は、上記の各特徴を有する帯電物の表面電位検出装置を用いた構成としているので、帯電物の除電を精度良くまた安全に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における基本的な構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態における帯電物の表面電位を測定する原理を説明する特性図である。
（ｂ）本発明の実施の形態における帯電物の表面電位を測定する原理を説明する説明図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の回路図である。
【図４】本発明に係る実施の形態における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る実施の形態における特性を示す特性図である。
【図６】本発明に係る実施の形態における特性を示す特性図である。
【図７】本発明に係る別の実施の形態の回路図である。
【図８】本発明に係る別の実施の形態における処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る別の実施の形態における特性を示す特性図である。
【図１０】本発明に係るセンサの構成の説明図である。
【図１１】本発明に係るセンサの別の構成の説明図である。
【図１２】本発明に係るセンサの別の構成の説明図である。
【図１３】本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ） 本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１５】（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ） 本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１６】（ａ），（ｂ） 本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１７】直流型の除電装置の回路図である。
【図１８】本発明が適用される直流型の除電装置の回路図である。
【図１９】従来例の説明図である。
【図２０】従来例の回路図である。
【図２１】（ａ），（ｂ），（ｃ） 帯電物とセンサ間の電気力線の分布の説明図である。
【図２２】帯電物とセンサ間の距離に対するセンサ出力の関係を示す特性図である。
【図２３】本発明が適用される交流型の除電装置の回路図である。
【符号の説明】
１ 帯電物
２ センサ
３ 増幅器
４ 制御回路
５ 高圧電源
６ 電圧検出回路
７ 切り替え回路
８ Ａ／Ｄ変換器
９ 比較器
１０ フォトカプラ
１１ ＣＰＵ
１２ Ｄ／Ａ変換器
１３ 絶縁シート
１４ 金属板
Ｅｆ 電気力線
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電物の表面電位の検出範囲を拡張するとともに安全性を高めた表面電位検出装置と、該表面電位検出装置を用いた除電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶製造ライン等において、対象物体が帯電しているとほこり等が付着して製品が不良品となることがあり、また、コンベア等により物体を搬送している場合には、小さい対象物体が帯電することにより製品同士が吸引されて接触してしまい、生産ラインが停止してしまうことがある。このため、静電気の発生を抑制する必要がある個所には、限られたスペースに多数の除電装置が配置される場合がある。
【０００３】
静電気は対象物体に蓄積されている正または負の電荷により生ずるものであり、静電気に起因する対象物体の帯電電位は、大地を基準電位として、対象物体の表面電位を測定することにより決定されている。除電の原理は、このような対象物体に蓄積されている電荷を大地に流し込むか、または蓄積されている電荷とは反対の極性のイオンを吹き付けて帯電電位を中和することにより、対象物体に蓄積されている電荷をゼロに近づけるものである。
【０００４】
上記した除電の原理を応用して、従来除電装置として、電極針に直流高電圧または交流高電圧を印加して電極針からプラス、マイナスのイオンを発生させて、このイオンを対象物体に吹き付けるようにしたものが知られている。図１７は、直流型の除電装置の一例を示す回路図である。図において、２１は直流または交流の電源部、２２は接続線、２３は電源制御回路、２４は正の高電圧発生回路、２５は負の高電圧発生回路、２６は正の電極針、２７は負の電極針、２８はファンである。
【０００５】
正の高電圧発生回路２４、負の高電圧発生回路２５には例えばコンデンサとダイオードからなる倍電圧整流回路が用いられて小型化が図られている。正負の高電圧発生回路２４、２５には、電極針２６、２７を取り付けることに代えて細線等の長尺状物や突起部を有する部材等の電極手段を取り付けてイオン発生部とすることもできる。
【０００６】
電極針は対象物体からある距離をおいて配置されているが、プラス、マイナスのイオンの反発力によりイオンが飛ばされて対象物体に付着する。この反発力が弱くてそのままでは電極針から発生したイオンが対象物体には付着しにくい場合には、図示のように電極針から発生したイオンを対象物体に吹き付けるためにファン２８が設けられていることがある。電極針２６、２７から発生するプラス、マイナスのイオンは、前記したファン２８により対象物体に吹き付けられ、帯電電位を中和する。
【０００７】
図１８は、直流型の除電装置の別の例を示す回路図である。この例では、帯電物２９に接近した位置にセンサ３０を設置する構成としている。帯電物２９の帯電極性と帯電電圧の大きさをセンサ３０により検出し、検出信号は表示装置３１を介してＡ／Ｄ変換器３２に供給する。センサ３０の検出信号により帯電物２９の帯電の状態を表示装置３１に表示するので、作業者は帯電物２９の帯電の状態を確認できる。
【０００８】
図１９は、図１８に示されたようなセンサを用いて帯電物の帯電状態を検出する従来例の構成の回路図である。図において１は帯電物、２はセンサ、３は増幅器である。センサ２は、帯電物１とセンサ２間に生成されている電気力線Ｅｆの本数（電界の強さ）を測定することにより、帯電物１の表面電位を非接触で測定している。この測定値は帯電物１の帯電の極性とその大きさを表している。
【０００９】
図２０は、センサを用いて帯電物の帯電状態を検出する従来例の別の構成の回路図である。図において、１は帯電物、２はセンサ、３は増幅器、Ｉは積分器、５は高圧電源、ＶＲは分圧器である。センサ２は、前記のように帯電物１とセンサ２間に生成されている電気力線Ｅｆの本数（電界の強さ）を測定するものであるが、この電気力線Ｅｆは帯電物１とセンサ２との両物体間の電位差により発生する。
【００１０】
図２０の例では、このような電気力線の性質を利用している。すなわち、センサ２の検出信号を増幅器３、積分器Ｉを介して高圧電源５に入力し、高圧電源５からはセンサ２の検出信号がゼロとなるような出力電圧をセンサ２に供給するフィードバック制御を行っている。センサ２の検出信号がゼロとなるのは、帯電物１の電位とセンサ２の電位が等しい場合であるから、このときのセンサ２への供給電圧の値が帯電物１の帯電電位に相当する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
帯電物１とセンサ２間の電気力線Ｅｆの本数は、図２１の説明図に示すように両者間の距離に依存して変化する。同図（ａ），（ｂ），（ｃ）のように、センサ２の位置を帯電物１から離していくにしたがって、センサ２で検出される信号の値は小さくなる。
【００１２】
図２２は、帯電物１とセンサ２間の距離に対するセンサ２の出力信号との関係を示す特性図である。図に示すように、センサ２で得られる出力信号（帯電物１の表面電位）は、帯電物１とセンサ２間の距離に応じて変動するので、図１９で説明したような従来例の構成では測定精度が悪くなるという問題があった。
【００１３】
また、図２０で説明した従来例においては、センサ２に高圧電源５の出力電圧を供給しているので、センサ２の測定範囲は、高圧電源５の電源電圧の範囲内に制限され、広範囲の測定レンジを得ようとすると高圧電源５が大型化してしまいコストが高くなり、しかも、高電圧をセンサ２に供給することになるので作業者が感電する危険性があるという問題があった。
【００１４】
更に、帯電物の表面電位をセンサにより測定して、この測定結果に基づいて高電圧発生手段を制御しイオン量を中和することにより帯電物を除電する除電装置においては、センサに上記のような問題があるために精度良くかつ安全に帯電物の除電ができないという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような問題に鑑みて、帯電物の表面電位の測定精度を向上させ、検出範囲を拡張するとともに安全性を高めた表面電位検出装置の提供を目的とするものである。
【００１６】
また、帯電物の表面電位をセンサにより測定して、この測定結果に基づいて高電圧発生手段を制御しイオン量を中和することにより精度良くかつ安全に帯電物の除電を行える除電装置の提供を目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、帯電物と対向配置され、該帯電物との間に生成される電界の強さを検出するセンサと、前記センサに高電圧を供給する高圧電源と、前記センサからの出力信号が入力され、前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロとなるような指令信号を前記高圧電源に出力することにより、前記センサに供給された電圧値から前記帯電物の表面電位を求める制御装置とを有する帯電物の表面電位検出装置において、前記制御装置は、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を変化させた際に前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロにならないときには、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を予め設定された測定毎に各々異なった電圧値で指令し、前記センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶された複数のセンサの出力信号の値から前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴とする帯電物の表面電位検出装置によって達成される。
【００１８】
また前記制御装置は、前記センサに供給された電圧値と前記センサの出力信号の値との関係を最小自乗法を用いて一次方程式を求めることにより、前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴する。
【００１９】
また前記表面電位検出装置は、さらに、前記センサとは電気的に絶縁され前記センサからの出力信号が入力される信号伝達手段を有し、前記制御装置は、前記信号伝達手段からの出力信号が入力される構成としたことを特徴とする。
【００２０】
前記制御装置は、さらに、
前記指令信号による供給電圧値が前記高圧電源の電源電圧の範囲外であるときには、前記遮断手段に指令信号を出力してセンサへの高電圧の供給を遮断することを特徴とする。
【００２１】
また前記制御装置は、さらに、前記センサの帯電物との対向面に設けられ帯電物から放射される電気力線を通過させてセンサに導入するための間隙を形成した絶縁シートと、前記間隙が設けられ絶縁シートに取り付けられる金属板と、前記センサと金属板間に接続される抵抗とを有することを特徴とする。
【００２２】
また上記課題は、電源電圧を所定の電圧に昇圧する高電圧発生手段と、
高電圧発生手段の出力電圧が供給されて先端部からプラスとマイナスのイオンを発生する電極手段と、帯電物と対向配置され、該帯電物との間に生成される電界の強さを検出するセンサと、前記センサに高電圧を供給する高圧電源と、前記センサからの出力信号が入力され、前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロとなるような指令信号を前記高圧電源に出力することにより、前記センサに供給された電圧値から前記帯電物の表面電位を求める制御装置とを有する除電装置において、前記制御装置は、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を変化させた際に前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロにならないときには、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を予め設定された測定毎に各々異なった電圧値で指令し、前記センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶された複数のセンサの出力信号の値から前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴とする除電装置によって達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の帯電物の表面電位検出装置の概略の構成を説明する基本的な回路図である。図において、１は帯電物、２はセンサ、３は増幅器、４は制御回路、５は高圧電源、６は電圧検出回路、７は切り替え回路である。本発明においては、センサ２による帯電物１の表面電位の測定を、センサ２に高圧電源５の出力電圧を供給した状態で行う場合と、センサ２に高圧電源５の出力電圧を供給しない状態で行う場合とを併用することを基本的な構成としている。
【００２４】
図１の例では、高圧電源５の出力電圧は、電源電圧の範囲内であれば切り替え回路７を介してセンサ２に供給される。このときのセンサ２の出力信号を制御回路に入力しているが、電圧検出回路６により検出される高圧電源５の出力電圧が電源電圧の範囲外となれば、制御回路４からの信号により切り替え回路７を遮断して、このときのセンサ２の出力信号を制御回路４に入力している。
【００２５】
図２（ａ）は、センサ２に供給される高圧電源５の電圧Ｖｓとセンサ２から得られる出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す特性図である。図に示すように、センサ２に供給される電圧Ｖｓを増加させるにしたがって、帯電物１とセンサ２間の電位差は小さくなるので、センサ２から得られる出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。この出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるときの印加電圧Ｖｓの値は、帯電物の表面電位Ｖｔに相当する。
【００２６】
図２（ｂ）は図２（ａ）の特性で説明した本発明のセンサによる測定原理を説明する説明図である。帯電物の表面電位をＶｔとすると、センサ２に供給される電圧との間に差がある場合には、センサ２の出力電圧はその差の電圧に相当するが、両者の電圧に差がない場合にはセンサ２の出力電圧はゼロとなる。すなわち、このときのセンサ２への供給電圧が帯電物１の表面電位Ｖｔに相当することになる。
【００２７】
図３は、図１に示した本発明の実施の形態に係る帯電物の表面電位検出装置の具体的な回路図である。図において、２はセンサ、３は増幅器、５は高圧電源、８はＡ／Ｄ変換器、９は比較器、１０はフォトカプラ、１１は中央処理装置（ＣＰＵ），１２はＤ／Ａ変換器である。破線内に配置されているセンサ２、増幅器３、Ａ／Ｄ変換器８、比較器９は、高圧電源５の出力電圧が供給される測定器の高圧部Ａを形成している。
【００２８】
図３の例では、高圧部Ａには高圧電源５から出力される高電圧が供給されているので、危険防止の観点から高圧部ＡとＣＰＵ１１とは電気的に絶縁してフォトカプラ１０を介して非接触で信号を伝達する構成としている。センサ２の出力電圧はアナログの信号であるが、高圧部ＡにＡ／Ｄ変換器８を設けてデジタル値に変換することにより信号処理を簡単に行えるようにしている。Ａ／Ｄ変換器８を設けずに増幅器３よりアナログ値の信号Ｂとして取り出す構成としても良い。
【００２９】
図４は、図３の構成において帯電物の表面電位を検出する手順を示すフローチャートである。次にこの検出手順について説明する。
（１）ＣＰＵ１１より高圧部Ａの電位が０Ｖとなるような指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する（ステップＳ１）。
（２）センサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔの値が０よりも小さいかどうかを判断する（ステップＳ２）。
【００３０】
（３）ステップＳ２の判断結果がＮＯであればセンサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔの値が正の場合であるから、帯電物１を基準とした場合に帯電物１よりも高圧部Ａの電位が低いことになり、高圧部Ａに供給する電圧を上昇させて両者間の電位をゼロに近ずけるように高圧電源の出力電圧を制御する（ステップＳ３）。
（４）ステップＳ２の判断結果がＹＥＳであればセンサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔの値が負の場合であるから、帯電物１を基準とした場合に帯電物１よりも高圧部Ａの電位が高いことになり、高圧部Ａに供給する電圧を下降させて両者間の電位をゼロに近づけるように高圧電源の出力電圧を制御する（ステップＳ４）。
【００３１】
（５）高圧部Ａに高圧電源５から供給されている電圧ＶＡが、高圧電源５の電源電圧の下限値−ＶＨと上限値＋ＶＨの範囲内であるかどうかを判断する（ステップＳ５）。
（６）ステップＳ５の判断がＹＥＳであれば、高圧部Ａに供給されている電圧はまだ高圧電源５の電源電圧の範囲内であるから、ＣＰＵ１１はＤ／Ａ変換器１２に次の指令信号を出力する（ステップＳ６）。以下、ステップＳ２〜ステップＳ６のループ処理を繰り返す。
【００３２】
（７）ステップＳ５の判断がＮＯであれば、高圧部Ａに供給されている電圧は高圧電源５の電源電圧の範囲外となるので、ループ処理を抜けて高圧部Ａには高圧電源５からの電圧を供給せずに、この状態でセンサの出力信号Ｖｏｕｔを読み取る。
【００３３】
以上の例は、図３の構成において高圧部ＡのＡ／Ｄ変換器８からフォトカプラ１０を介して出力されるデジタル信号をＣＰＵ１１で処理するものであるが、高圧部Ａ内で一部の処理を行う構成とすることもできる。この場合には、比較器９においてセンサ２の出力信号の大きさについて図４のステップＳ２の判断を行い、判断結果の信号をフォトカプラ１０を介してＣＰＵ１１に送り、ＣＰＵ１１は高圧電源５の高圧部Ａに対する供給電圧の指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する構成とすることも可能である。
【００３４】
図５、６は、図３の回路図と図４のフローチャートで説明した、本発明の帯電物１の表面電位検出センサの動作特性を示す特性図である。図５は、帯電物１の表面電位Ｖｔが高圧電源５の電源電圧の範囲内であるとき（−ＶＨ＜Ｖｔ＜＋ＶＨ）の特性である。図に示されているようにセンサ２に供給される電圧は、図４のフローチャートで説明したような高圧電源５に対するフィードバック制御により次第に一定値Ｖｓに収斂し、Ｖｔ＝Ｖｓのときにセンサ２の出力電圧Ｖｏｕｔがゼロとなるので、この状態でセンサ２に供給されている高圧電源５の出力電圧Ｖｓの値から帯電物１の表面電位Ｖｔが検出できる。
【００３５】
図６は、帯電物１の表面電位Ｖｔが高圧電源５の電源電圧の範囲よりも小さいかまたは大きい場合（Ｖｔ＜−ＶＨ，Ｖｔ＞＋ＶＨ）の特性である。図に示されているのは、Ｖｔ＞＋ＶＨの場合であるがセンサ２に供給される電圧は次第に上昇していき、＋ＶＨの値で一定となりこれ以上は大きくされない。このときにセンサ２に供給される電圧は遮断され、この状態でセンサ２の出力電圧Ｖｏｕｔを読み取り、帯電物１の表面電位Ｖｔを検出する。
【００３６】
このように、図３に具体的な回路図を示した本発明の実施の態様によれば、従来、帯電物の表面電位の値が高圧電源の電源電圧の範囲外であれば、電源電圧の範囲が異なる高圧電源を別個に用意しないと測定できなかったという問題が解消される。
【００３７】
図７は、本発明の別の実施の態様における回路図である。図３と同じ図示番号については説明を省略するが、この例では、予め高電圧部Ａに供給する高圧電源５の出力電圧を数点設定しておき、各供給電圧においてセンサ２で検出された信号に相当する出力電圧をＣＰＵ１１に記憶させる。帯電物１の表面電位は、ＣＰＵ１１に記憶されているセンサ２の検出信号に基づいて演算で求める。
【００３８】
図８は、図７に示した回路図の構成により帯電物の表面電位を検出する手順のフローチャートである。次にこのフローチャートについて説明する。
（１）ＣＰＵ１１よりの指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する（ステップＳ１１）。高圧電源５は、この指令信号に基づいて所定の電圧ＶＡを高圧部Ａに供給する。
（２）センサ２からの出力電圧Ｖｏｕｔを増幅器３を介してＡ／Ｄ変換器８に入力する（ステップＳ１２）。
【００３９】
（３）Ａ／Ｄ変換器８からの信号をフォトカプラ１０を介してＣＰＵ１１に入力し、この値を記憶させる（ステップＳ１３）。
（４）ＣＰＵ１１より高圧部Ａに供給する次の電圧指令信号をＤ／Ａ変換器１２に出力する（ステップＳ１４）。高圧電源５は、この指令信号に基づいて所定の電圧ＶＡを高圧部Ａに供給する。
【００４０】
（５）センサ２により予め設定した回数の測定が行われたかどうかを判断する（ステップＳ１５）。判断結果がＮＯであれば、ステップＳ１２〜ステップＳ１５のループ処理を繰り返す。
（６）このときの判断結果がＹＥＳであれば、高圧部Ａに供給された設定回数分の電圧ＶＡと各ＶＡに対するセンサ２の出力電圧Ｖｏｕｔとの関係から、演算により帯電物の表面電位Ｖｔを求める（ステップＳ１６）。
【００４１】
図９は、図８のフローチャートで説明した帯電物の表面電位を演算により検出する場合の特性図である。図に示すように、高圧部Ａに供給される高圧電源５の出力電圧ＶＡの値が電源電圧の範囲内（−ＶＨ＜ＶＡ＜＋ＶＨ）において、センサ２の検出信号に基づく出力電圧Ｖｏｕｔを数点プロットしておく。次に、各プロット点を結ぶ直線の方程式を例えば最小自乗法により求める。この直線を延長してＶＡの軸と交差する点はセンサの出力電圧Ｖｏｕｔがゼロの点、即ち、帯電物の表面電位Ｖｔと高圧部Ａの供給電圧ＶＡとが等しい値となるから、この交差する点で帯電物の表面電位Ｖｔを求めることができる。
【００４２】
帯電物１とセンサ２間の電気力線（電束密度）Ｅｆの本数は、電界の大きさに比例するから、帯電物１の表面電位Ｖｔを基準にすると高圧部Ａに供給される電圧、すなわちセンサ２に供給される電圧ＶＡを変化させた場合には、図９のＶＡとＶｏｕｔとの関係を示す特性は必ず直線で表されることになる。このため、本発明のこのような構成によれば、帯電物１に対するセンサ２の設置の位置が変わり、両者間の距離が変動しても、図９の特性は直線の傾きが変わるだけであり帯電物１の表面電位Ｖｔは的確に検出できる。
【００４３】
図１０は、センサ２に高電圧を印加することにより、作業者に対する感電の危険が発生することを防止する手段を講じた帯電物の表面電位検出装置の例の説明図である。図において、１３は絶縁シート、１４は金属板、Ｒ１はセンサ２と金属板１４間に接続される抵抗である。帯電物から放射される電気力線は金属板１４、１４間及び絶縁シート１３、１３間に形成されている間隙部Ｐを通して導入されてセンサ２で検出される。このような危険防止手段の作用について図１１の回路図により説明する。
【００４４】
図１１において、ＲＨは人体の抵抗である。高圧電源からの出力電圧でセンサ２に供給されている電圧をＶｓとして、このときにセンサ２に触れると人体に加わる電圧Ｖｒは、Ｖｒ＝｛ＲＨ／（Ｒ１＋ＲＨ）｝Ｖｓ、で表される。センサ２と金属板１４間に接続される抵抗Ｒ１の値を大きくすることにより、人体に加わる電圧Ｖｒを感電の危険のない微小な値に減少させることができる。
【００４５】
図１２は、金属板１４の帯電物１に対する対向面の大きさを拡張した構成の説明図である。３はセンサ２の検出信号を増幅する増幅器である。このように金属板１４の帯電物１に対する対向面の大きさを拡張した構成とすることにより、帯電物１とセンサ２間に生成される電気力線の分布は均一となり、帯電物１の表面電位の検出が精度よく行える。
【００４６】
図１０、図１２に示されたような、電気力線を通過させる間隙を形成した絶縁シートと金属板とをセンサに取り付け、センサと金属板とを抵抗値の大きな抵抗で接続した構成は、図３、図７で説明した構成のセンサからの出力信号により帯電物の表面電位を検出する本発明の帯電物の表面電位検出装置に適用される。
【００４７】
図１３は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの具体的な構成の説明図である。図において、ａは基体、ｂは取付部、ｃは測定窓、ｄは回転部である。帯電物からの電気力線は、センサの測定窓ｃから入力されて出力電圧が形成される。この例においては、取付部ｂを回転させることにより測定窓ｃの位置が変わる。このため、帯電物が配置されている位置に合わせて基体ａは固定したままで測定窓ｃの位置を変えることにより、帯電物の表面電位を検出できるのでセンサの使い勝手が良くなる。
【００４８】
図１４は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの別の構成の説明図である。この例では、図１４（ａ）がセンサの基本的な測定位置であるが、帯電物の位置に応じて基体ａの位置は固定したまま測定窓ｃの位置を変えることができる。例えば、図１４（ｂ）のようにして取付部ｂを矢印Ｐ方向に引出し、次に矢印Ｑ方向に取付部ｂを９０度回転して基体ａに取り付けると、図１４（ｃ）に示すように測定窓ｃの位置は基体ａの表面側に位置するようになる。
【００４９】
図１５は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの更に別の構成の説明図である。図１５（ａ）が基本的なセンサの配置位置で、図１５（ｂ）はその矢視Ｘ方向の正面図である。図１５（ｃ）は、回転部ｄで取付部ｂを上側に折り曲げて測定窓の位置を上側とした状態の説明図である。また、この例では、図１５（ｄ）の破線に示す様にして取付部ｂを下側に折り曲げるようにして測定窓ｃの配置位置を下側に変更することもできる。
【００５０】
図１６は、本発明による帯電物の表面電位を検出するセンサの更に別の構成の説明図である。この例では図１６（ａ）のセンサの基本的な配置位置から、回転部ｄにより取付部ｂを矢印Ｔ方向に水平に回転させることにより、図１６（ｂ）のように帯電物に対する測定窓ｃの配置位置を基体ａの側面側に変えることができる。
【００５１】
以上の例は、直流の高電圧を用いた除電装置に帯電物の表面電位検出装置を適用した例の説明であるが、本発明は交流の高電圧を用いた除電装置にも適用できる。図２３は、交流の高電圧を用いた除電装置の例を説明する回路図である。図において、４１は交流電源、４２は昇圧トランス、４３は電極針、ｆはファンである。昇圧トランス４２の出力側からは、電源電圧を所定の電圧に昇圧した高電圧の交流が得られ、電極針の先端部からは、プラス、マイナスのイオンが交互に出力される。
【００５２】
この場合にも、電極針４３を取り付けることに代えて細線等の長尺状物や突起部を有する部材等の電極手段を取り付けてイオン発生部とすることもできる。また、ファンも必要に応じて取り付けられるものである。
【００５３】
このような交流型の除電装置においても、帯電物に近接して配置される帯電物の表面電位検出装置は、これまで説明してきた直流型の除電装置に適用されるものと同様の構成のものが適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の帯電物の表面電位検出装置は、センサによる帯電物の表面電位の測定を、高圧電源の電源電圧の範囲内ではセンサに高圧電源の出力電圧を供給した状態で行い、高圧電源の電源電圧の範囲外ではセンサに高圧電源の出力電圧を供給しない状態で行う構成としているので、広範囲の帯電物の表面電位の検出ができる。
【００５５】
また、本発明の帯電物の表面電位検出装置は、高圧電源の電源電圧の範囲内でセンサに供給される電圧値を予め設定された回数で複数回供給し、センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶されたセンサの出力信号の値から帯電物の表面電位の値を演算する構成としているので、帯電物とセンサ設置位置との距離に拘りなく精度良く帯電物の表面電位の検出ができる。
【００５６】
また、本発明の帯電物の表面電位検出装置は、センサに絶縁シートを介して金属板を取り付け、センサと金属板とを抵抗値の大きな抵抗で接続しているので、作業者がセンサに触れても感電の心配がなく安全に帯電物の表面電位の検出ができる。
【００５７】
また、本発明の除電装置は、上記の各特徴を有する帯電物の表面電位検出装置を用いた構成としているので、帯電物の除電を精度良くまた安全に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における基本的な構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態における帯電物の表面電位を測定する原理を説明する特性図である。
（ｂ）本発明の実施の形態における帯電物の表面電位を測定する原理を説明する説明図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の回路図である。
【図４】本発明に係る実施の形態における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る実施の形態における特性を示す特性図である。
【図６】本発明に係る実施の形態における特性を示す特性図である。
【図７】本発明に係る別の実施の形態の回路図である。
【図８】本発明に係る別の実施の形態における処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る別の実施の形態における特性を示す特性図である。
【図１０】本発明に係るセンサの構成の説明図である。
【図１１】本発明に係るセンサの別の構成の説明図である。
【図１２】本発明に係るセンサの別の構成の説明図である。
【図１３】本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ） 本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１５】（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ） 本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１６】（ａ），（ｂ） 本発明に適用されるセンサの構成の説明図である。
【図１７】直流型の除電装置の回路図である。
【図１８】本発明が適用される直流型の除電装置の回路図である。
【図１９】従来例の説明図である。
【図２０】従来例の回路図である。
【図２１】（ａ），（ｂ），（ｃ） 帯電物とセンサ間の電気力線の分布の説明図である。
【図２２】帯電物とセンサ間の距離に対するセンサ出力の関係を示す特性図である。
【図２３】本発明が適用される交流型の除電装置の回路図である。
【符号の説明】
１ 帯電物
２ センサ
３ 増幅器
４ 制御回路
５ 高圧電源
６ 電圧検出回路
７ 切り替え回路
８ Ａ／Ｄ変換器
９ 比較器
１０ フォトカプラ
１１ ＣＰＵ
１２ Ｄ／Ａ変換器
１３ 絶縁シート
１４ 金属板
Ｅｆ 電気力線
Claims (8)
- 帯電物と対向配置され、該帯電物との間に生成される電界の強さを検出するセンサと、
前記センサに高電圧を供給する高圧電源と、
前記センサからの出力信号が入力され、前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロとなるような指令信号を前記高圧電源に出力することにより、前記センサに供給された電圧値から前記帯電物の表面電位を求める制御装置とを有する帯電物の表面電位検出装置において、
前記制御装置は、
前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を変化させた際に前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロにならないときには、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を予め設定された測定毎に各々異なった電圧値で指令し、前記センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶された複数のセンサの出力信号の値から前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴とする帯電物の表面電位検出装置。 - 前記制御装置は、前記センサに供給された電圧値と前記センサの出力信号の値との関係を最小自乗法を用いて一次方程式を求めることにより、前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴とする請求項１に記載の帯電物の表面電位検出装置。
- 前記表面電位検出装置は、さらに、
前記センサとは電気的に絶縁され前記センサからの出力信号が入力される信号伝達手段を有し、
前記制御装置は、前記信号伝達手段からの出力信号が入力される構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の帯電物の表面電位検出装置。 - 前記制御装置は、さらに、
前記指令信号による供給電圧値が前記高圧電源の電源電圧の範囲外であるときには、前記遮断手段に遮断指令信号を出力してセンサへの高電圧の供給を遮断することを特徴とする請求項１乃至３に記載の帯電物の表面電位検出装置。 - 前記制御装置は、さらに、
前記センサの帯電物との対向面に設けられ帯電物から放射される電気力線を通過させてセンサに導入するための間隙を形成した絶縁シートと、
前記間隙が設けられ絶縁シートに取り付けられる金属板と、
前記センサと金属板間に接続される抵抗と、
を有することを特徴とする請求項１乃至４に記載の表面電位検出装置。 - 電源電圧を所定の電圧に昇圧する高電圧発生手段と、
高電圧発生手段の出力電圧が供給されて先端部からプラスとマイナスのイオンを発生する電極手段と、
帯電物と対向配置され、該帯電物の間に生成される電界の強さを検出するセンサと、
前記センサに高電圧を供給する高圧電源と、
前記センサからの出力信号が入力され、前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロとなるような指令信号を前記高圧電源に出力することにより、前記センサに供給された電圧値から前記帯電物の表面電位を求める制御装置とを有する除電装置において、
前記制御装置は、
前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を変化させた際に前記帯電物の表面と前記センサ間の電界の強さがゼロにならないときには、前記高圧電源の電源電圧の範囲内で前記センサに供給される電圧値を予め設定された測定毎に各々異なった電圧値で指令し、前記センサに供給された各電圧値におけるセンサの出力信号の値を記憶して、記憶された複数のセンサの出力信号の値から前記帯電物の表面電位の値を演算することを特徴とする除電装置。 - 前記制御装置は、前記センサに供給される電圧値と前記センサの出力信号の値との関係を最小自乗法を用いて一次方程式を求めることにより、前記帯電物の表面電 位の値を演算することを特徴とする請求項６に記載の除電装置。
- 前記表面電位検出装置は、さらに、
前記センサとは電気的に絶縁され前記センサからの出力信号が入力される信号伝達手段を有し、
前記制御装置は、前記信号伝達手段からの出力信号が入力される構成としたことを特徴とする請求項６または７に記載の除電装置。
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