JP3912316B2 - 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、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、キャップ状のノズルに針状の放電電極である放電針を内包し、該放電針に高電圧電源より高電圧を印加してノズル側のアース電極との間で放電させながら、ノズルから気体を噴射する除電装置において、次のような構成にしたことを特徴とする。
【0007】
ノズル8は、樹脂成形されたキャップ状のノズル本体12と、金属で作られた円筒形の口金であるアース電極13と、これよりも短い円筒形の樹脂成形された絶縁部材14との3つの部品からなる。そして、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内に嵌合させるとともに、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内に嵌合させてノズル8が構成され、絶縁部材14が、口金であるアース電極13の内面の中間部分と前記放電針9の先端との間に介在して、これら放電針9とアース電極13との間の静電容量を形成する。また、アース電極13とグランドとの間にコンデンサ素子CX2が接続されている。
【0008】
このように口金であるアース電極の内面の中間部分と放電針9の先端との間に絶縁部材を設けると、この絶縁部材が静電容量(コンデンサ)となり、放電針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。
【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
17 AC/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 (3)

  1. キャップ状のノズルに針状の放電電極である放電針を内包し、該放電針に高電圧電源より高電圧を印加してノズル側のアース電極との間で放電させながら、ノズルから気体を噴射する除電装置において、前記ノズル(8)が、樹脂成形されたキャップ状のノズル本体(12)と、金属で作られた円筒形の口金であるアース電極(13)と、これよりも短い円筒形の樹脂成形された絶縁部材(14)とからなり、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)内に嵌合させるとともに、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)内に嵌合させてノズル(8)が構成され、絶縁部材(14)が、口金であるアース電極(13)の内面の中間部分と前記放電針(9)の先端との間に介在して、これら放電針(9)とアース電極(13)との間の静電容量を形成し、また、アース電極(13)とグランドとの間にコンデンサ素子(CX2)が接続されていることを特徴とする除電装置。
  2. コンデンサ素子(CX2)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1記載の除電装置。
  3. コンデンサ素子(CX2)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1又は2記載の除電装置。
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