JP4020475B2 - 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、正極性または負極性の電荷に帯電している帯電体の帯電量をゼロに近づけるための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。
【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、すなわち帯電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】
上記のような除電の原理を応用した除電装置として、従来電極針に高電圧発生部からの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、またはマイナスのイオンを発生させて、このイオンを帯電体に吹き付けるようにしたものが知られている。このときの空気中を流れるプラス、またはマイナスのイオン流は、高電圧発生部と大地間の電流として考えることができる。すなわち、高電圧発生部から大地に向かって流れる電流はマイナスのイオン流に相当し、大地から高電圧発生部に向かって流れる電流はプラスのイオン流に相当している。
【０００５】
このようなイオン流と電流との相互関係により、除電装置から発生しているプラス、マイナスのイオン量が同数であれば中和されて電流はゼロとなる。図１８は、上記のような原理を用いた除電装置の従来例を示す回路図である。図において、１は直流または交流の電源部、２は接続線、３は電源制御回路、４は正極性の高電圧発生回路、５は負極性の高電圧発生回路、６は正極性の電極針、７は負極性の電極針、８はイオンを対象物体である帯電体に吹き付ける際に必要な場合に設けられるファンで電極針に近接した位置に設置されるが、プラス、またはマイナスのイオンの反発力のみでイオンが帯電体に付着する場合にはファンの設置を省略できる。９は接地線、１０はプラス、またはマイナスのイオン流に相当する電流を検出する検出抵抗である。
【０００６】
電源制御回路３において、３ａは電流センサの検出値を表示する表示部、３ｂは電極針の劣化等により電流センサの検出値、すなわち、イオン量の検出値が所定値よりも少ないときに警報を発生する警報部、３ｃは検出抵抗１０を流れる電流値を検出する電流センサ、３ｄはＡ／Ｄ変換器、３ｅは出力制御部である。このような構成の電源制御回路３により、例えば倍電圧発生回路を用いた正極性、負極性の高電圧発生回路４、５の所定の電圧制御と、ファン８の起動停止等の運転制御を行う。
【０００７】
前述したように、帯電体に対する除電は、帯電している極性とは逆極性のイオンを吹き付けることにより行われているが、このときのイオンの流れは大地を基準電位として形成されているので、除電装置で形成されているプラス、またはマイナスのイオンのいずれかの極性のイオンの発生量が他方の極性のイオンの発生量よりも多いときには、その差の値は接地線９で検出される電流の大きさに比例する。このため、接地線９に流れる電流の大きさと方向を測定することにより、除電装置からはプラス、またはマイナスのいずれの極性のイオンがどれだけの量多く発生しているかが判定できる。
【０００８】
図１８の例においては、接地線に接続した検出抵抗１０と電流センサ３ｃを用いて、除電装置から発生するイオンのいずれの極性の量が多いかを判断して、プラス、またはマイナスのイオンの発生量を常に等しくするような制御をしている。すなわち、プラス、またはマイナスのイオンの発生量が同等となるイオンバランスがとれている状態であれば検出抵抗１０を流れる電流は検出されない。したがって、接地線を流れる電流の大きさを電源制御回路３の出力制御部３ｅにフィードバックすることにより正極性または負極性の高電圧発生回路の出力電圧を制御して、イオンバランスをとるようにしている。
【０００９】
検出抵抗１０に電流が流れていない場合には、高電圧発生回路４、５の電源を切る、または、ファンの電源を切る等の措置を取ることによって節電をしたり、埃の巻き上げを防止することもできる。
【００１０】
図１９は、出力制御部３ｅで形成される制御信号により制御される正極性および負極性の高電圧発生回路４、５から出力されるパルス状電圧波形の一例を示すタイミングチャートである。図１９には、周期Ｔのうち時間ｔａでプラスイオンを発生させ、周期Ｔのうち時間ｔｂでマイナスイオンを発生させるような電圧波形が示されている。図においてＨは正または負の高電圧発生回路がオンの期間を、また、Ｌは正または負の高電圧発生回路がオフの期間を示している。電圧波形の振幅値は、例えば６０００Ｖに選定される。この実施例においては、電流センサにより検出された信号の正負の極性とその大きさに応じて出力制御部３ｅによる制御信号でパルス幅ｔａ，ｔｂを制御して、イオンバランスを得ている。
【００１１】
図２０は、図１８の構成のような除電装置の前方に正極性に帯電している帯電体１１が存在している場合のプラス、またはマイナスのイオンの状態を示す回路図である。帯電体１１が正極性に帯電していると、プラスのイオンは帯電体１１に対して反発し、マイナスのイオンは帯電体１１に対して吸着しやすい。このために、マイナスのイオンが多く発生するようになり、接地線９には大地に向かって瞬時的には電流ｉ１が流れる。
【００１２】
この際には、出力制御部３ｅは除電装置と帯電体間にはマイナスのイオンが多く存在しているものと判断し、除電装置からはプラスのイオンを多く発生させてマイナスのイオンとの中和を図るように動作する。図２１はこの場合の動作のタイミングチャートである。図２１に示すように周期Ｔのうち時間ｔｃでプラスイオンを発生させ、時間ｔｄでマイナスイオンを発生させるように、すなわち正極性の高電圧発生回路４のオン期間を負極性の高電圧発生回路５のオン期間よりも長くなるように正極性および負極性それぞれの高電圧発生回路を制御して、イオンバランスが得られるように動作する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図２０の例では、帯電体１１が正極性に帯電しているのであるから、除電装置はマイナスのイオンを多く発生させてイオンを中和するように動作すべきところ、従来例による正極性および負極性の高電圧発生回路の制御では、上記のように逆にプラスイオンを多く発生させるように動作してしまい帯電体の除電ができない場合が生じるという問題があった。
【００１４】
また、除電装置は、電源電圧を高電圧に昇圧するための昇圧トランスや制御装置等の多数の部品を有しており、電極針から発生するイオンを帯電体に吹き付けるためのファンを設置する場合にはファンを含めて、これらの構成部品を一体にしてケース等に配置しているので装置全体が大型となり、限られたスペースには設置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、帯電体の除電を確実に行うように構成した除電装置の提供を目的とするものである。
【００１６】
また、所定量の正負のイオンを発生させるために昇圧トランスの容量を変えることなく限られたスペースに設置できるように、構成部品を分割して収納できるような構成とした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】
上記目的は請求項１に係る発明において、除電装置を、電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流のピーク値を保持するピーク保持回路と、前記ピーク保持回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設ける構成とすることにより達成される。
【００１８】
また、上記目的は請求項２に係る発明において、除電装置を、電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号を形成する信号形成回路と、前記信号形成回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設ける構成とすることにより達成される。
【００１９】
また、上記目的は請求項３に係る発明において、除電装置を、電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流のピーク値を保持するピーク保持回路と、前記検出手段で検出される極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号を形成する信号形成回路と、前記ピーク保持回路および信号形成回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設ける構成とすることにより達成される。
【００２０】
また、請求項４に係る発明においては、前記請求項１、２または３に記載の発明において、電極手段から発生するイオンを帯電体に吹き付けるファンを設けたことを特徴としている。
【００２１】
また、上記目的は請求項５に係る発明においては、前記請求項１、２または３に記載の発明において、除電装置を、前記電源制御回路を一方のユニットに、高電圧発生手段と電極手段とを他方のユニットに分離してそれぞれ別個のケースに収納し、両ユニットをケーブルで接続する構成とすることにより達成される。
【００２２】
請求項１の構成では、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持して除電装置を制御している。また、請求項２の構成では、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して，電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。更に、請求項３の構成では、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持し、電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。このように請求項１、２、及び３の構成とすることにより、接地線に流れる電流の時間的な変化を考慮して除電装置を制御しているので、確実に帯電体の除電を行うことができる。
【００２３】
請求項４の構成とすることにより、電極手段に近接した位置にファンを設けているので、電極手段から発生するイオンを帯電体に吹き付けて除電を効果的に行うことができる。
【００２４】
また、請求項５の構成とすることにより、高電圧の構成部品と他の構成部品とを分離してそれぞれ別個のユニットに収納しているので、帯電体に対して設置のスペースを考慮してこれらのユニットを配置できる。各ユニットを接続するケーブルは低電圧の仕様のものが適用され、線径の細いもので足りる。また、ケーブルを作業現場で引き回しても作業員に感電等の危険を及ぼす恐れがない。
【００２５】
【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３は本発明の原理を説明する回路図であり、図４、図５は除電装置３０により帯電体１１の除電が終了するまでの接地線９に流れる電流の時間的な変化を示す特性図である。図３において、帯電体１１が正極性に帯電しているとすると接地線９には図４に示すようなマイナスのイオン流に相当するｉ１方向の電流が流れて時間と共に減衰する。また、帯電体１１が負極性に帯電しているとすると接地線９には図５に示すようなプラスのイオン流に相当するｉ２方向の電流が流れて時間と共に減衰する。
【００２６】
図３において、接地線９に流れる電流のピーク値は帯電体１１の帯電電圧の大きさに応じて大きくなる。図６は、このような接地線９に流れる電流のピーク値と帯電体１１の帯電電圧の大きさとの関係を示す特性図であり、帯電体１１が正極性に帯電している場合の例である。特性ｐａは、帯電体１１の帯電電圧が小さく電流のピーク値は小さな値のｉａとなる。特性ｐｂは、帯電体１１の帯電電圧が特性ｐａの場合よりも大きく電流のピーク値はｉｂで中位の値となる。特性ｐｃは、帯電体１１の帯電電圧が大きく電流のピーク値は大きな値のｉｃとなる。
【００２７】
図７は、帯電体の大きさと、接地線９に流れる電流がピーク値から時間的に減衰する傾き、すなわち、ピーク値から減衰する方向の微分信号との関係を示す特性図である。特性Ｐｄ１は、帯電体の大きさが小さい場合であり、接地線９に流れる電流がピーク値ｉｄから時間的に減衰する傾きＳ１は大きくなり短時間で減衰する。特性Ｐｄ２は、帯電体の大きさが中位の場合であり、接地線９に流れる電流がピーク値ｉｄから時間的に減衰する傾きＳ２はＳ１よりも緩やかであり減衰時間は特性Ｐｄ１よりも長くなる。
【００２８】
特性Ｐｄ３は、帯電体の大きさが大きい場合であり、接地線９に流れる電流がピーク値ｉｄから時間的に減衰する傾きＳ３はＳ２よりも更に緩やかであり、減衰時間は特性ｐｄ２よりも延長される。このように、帯電体の大きさが大きいほど帯電量も多くなるので、接地線に流れる電流がピーク値から時間的に減衰する傾きは緩やかとなり、減衰時間は長くなる特性を有している。
【００２９】
本発明は、図６に示したような接地線に流れる極性の電流のピーク値と帯電体の帯電電圧との関係の特性、および、図７に示したような接地線に流れる極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きと帯電体の大きさとの関係の特性に着目してななされたものである。すなわち、図８の特性図に示すように、接地線に流れる電流を検出して、その正負の極性と、電流のピーク値ｉｅ、または接地線に流れる電流の正負の極性と，電流のピーク値ｉｅから時間的に減衰する傾きＳｅ、更には接地線に流れる電流の正負の極性と電流のピーク値ｉｅ及びピーク値ｉｅから時間的に減衰する傾きＳｅを判定し、その判定結果により除電装置を制御してイオンバランスを得るものである。
【００３０】
このように、本発明においては除電装置により除電を行う際に接地線に流れる電流の時間的な変化を考慮して除電装置を制御しているので、図２０、図２１の従来例で説明したように、検出抵抗に流れる瞬時的な電流検出により帯電体の帯電極性と同じ極性のイオンを除電装置から出力してしまい、有効に除電できないという問題は生じない。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態の除電装置の回路図である。図１８の従来例と同じところまたは対応するところには同じ符号を付して詳細な説明は省略し、本発明の特徴である電源制御回路３の構成について説明する。接地線９に流れる電流は電流センサ３ｃにより検出されて増幅器３ｆにより増幅される。増幅器３ｆにより増幅された検出電流は、一方ではピークホールド回路３ｇに入力されてピーク値が一旦保持され、続いて第１のＡ／Ｄ変換器３ｄに入力されてピーク値の信号をデジタル値に変換し、このデジタル値の信号はマイクロコンピュータ３ｊに入力される。このように接地線９に流れる電流は検出されるとピークホールド回路３ｇに入力されてピーク値が保持される構成としているので、瞬間的な外乱信号やノイズ等は除去されて影響は受けない。
【００３２】
増幅器３ｆにより増幅された検出電流は、他方では微分回路３ｈに入力されて微分され、単位時間毎の増加または減少の割合い、すなわち電流の時間的な傾きの信号を形成する。次にこの微分信号は第２のＡ／Ｄ変換器３ｉに入力されてデジタル値に変換され、デジタル値に変換された微分信号はマイクロコンピュータ３ｊに入力される。３ｋは正の高電圧発生回路４のスイッチング回路、３ｌは負の高電圧発生回路５のスイッチング回路である。
【００３３】
次に本発明の除電装置の動作について説明する。帯電体が正極性に帯電しているものとすると、電源制御回路３の電流センサ３ｃは図８に示すようなマイナスのイオン流に相当する電流を検出する。そして、ピークホールド回路３ｇはピーク値ｉｅを保持し、ピークホールド回路で一旦保持されたピーク値の信号は第１のＡ／Ｄ変換器３ｄを通してデジタル値に変換されマイクロコンピュータ３ｊに入力される。また、電流センサ３ｃで検出された信号は微分回路３ｈにより単位時間毎に微分され、第２のＡ／Ｄ変換器３ｉを通してデジタル値に変換されマイクロコンピュータ３ｊに入力される。
【００３４】
このようにして、電流センサ３ｃで検出された電流の極性、そのピーク値、電流の時間的な傾きの信号に相当する微分信号がマイクロコンピュータ３ｊに入力される。微分信号の中には、電流がピーク値から減衰する方向の微分信号が含まれる。マイクロコンピュータ３ｊは、電流センサ３ｃで検出された電流の極性とピークホールド回路で保持された電流のピーク値、または、電流センサ３ｃで検出された電流の極性と電流がピーク値から減衰する方向の微分信号、更には、電流センサ３ｃで検出された電流の極性とピークホールド回路で保持された電流のピーク値及び電流がピーク値から減衰する方向の微分信号により、除電装置の制御信号を形成する。
【００３５】
すなわち、マイクロコンピュータ３ｊは上記のような各入力信号に基づいて、除電装置からはいずれの極性のイオンをどれだけの量出力すればイオンバランスが得られるかの判定と演算を実行する。この判定及び演算結果に基づき、前記スイッチング回路３ｋ、３ｌに対するオン、オフ制御を行い、正極性及び負極性の高電圧発生回路４、５の駆動、停止を制御する。
【００３６】
図２は、マイクロコンピュータ３ｊによりスイッチング回路３ｋ、３ｌをオン、オフ制御した場合の正極性及び負極性の高電圧発生回路４、５の動作の一例を示すタイミングチャートである。帯電体は正の極性に帯電しているものとすると、除電装置からはマイナスのイオンを多く発生させることによりイオンバランスが得られるので、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのＴａ時間は負の高電圧発生回路５を継続して駆動し、この間正極性の高電圧発生回路４は継続して停止としている。
【００３７】
マイクロコンピュータ３ｊは，前記電流センサで検出された極性の電流のピーク値と、検出された極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号に相当する微分信号に基づき、帯電体の帯電電圧の大きさと帯電体の大きさとを判定する。そして、帯電体の帯電電圧を０とするために必要なイオン量が除電装置から出力されるように、上記の負極性の高電圧発生回路５を継続して駆動する時間Ｔａを演算する。
【００３８】
なお、以上の例では正極性の高電圧発生回路４、負極性の高電圧発生回路５には正極性および負極性の電極針６、７を取り付ける構成について説明したが、本発明の除電装置においてはイオン発生部の構成はこれに限らず、正極性および負極性の高電圧発生回路には、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。
【００３９】
図１において、電源制御回路３には表示部３ａが設けられている。この表示部３ａは、電極針６、７から発生しているプラス、またはマイナスのイオンについて、いずれの極性のイオンがどれだけの量多く発生しているかを検出している電流センサ３ｃの信号を表示するものであるが、この電流センサ３ｃの信号は、イオン発生部の上記特性の信号であると共に、帯電体のイオン付着状態の信号であるものと考えることができる。
【００４０】
すなわち、帯電体に付着しているイオンが正負の極性でバランスしている状態であれば電流センサ３ｃの信号はゼロとなるが、いずれかの極性のイオンの付着量が多い場合には電流センサ３ｃの信号はゼロとはならない。表示部３ａに表示されたデータを監視することにより帯電体の除電の状態を作業者は判断できるので、電流センサ３ｃの信号をゼロとなるように電源制御回路３を制御することにより、帯電体の除電の完了を確認することができる。
【００４１】
また、電源制御回路３には警報部３ｂが設けられている。この警報部３ｂは、電極針６、７から発生しているプラス、またはマイナスのイオンについて、電極針の摩耗や埃の付着等によりイオンの発生量が所定の範囲よりも少ない場合には警報を発生するものである。警報部の構成としては、正極性および負極性の高電圧発生回路４、５の電圧対電流の特性をモニタリングして、基準値と比較して比較値が一定の範囲外であれば警報信号を発生する構成とすることができる。このような警報部を設けることにより、作業者は、除電装置のメンテナンスを適正に行うことができる。
【００４２】
図９は、本発明の除電装置の各構成部品をユニット化してケースに収納する例の配置図である。図に示すように、ユニット１２には直流または交流の電源部１、接続線２、電源制御回路３、接地線９、検出抵抗１０を配置してケースに収納する。また、ユニット１３には、正極性の高電圧発生回路４、負極性の高電圧発生回路５、正極性の電極針６、負極性の電極針７、ファン８を配置してケースに収納する。ファン８は設けない場合もある。ユニット１２，１３は、両端にコネクタを有するケーブル１４により接続する。なお、電源部として商用周波数の電源を使用する場合等には、電源部１はユニット１２とは分離して配置することができる。
【００４３】
除電装置は、帯電体の存在している場所によってはスペースの関係等によりできるだけ小型であることが要請されるが、一定の高電圧を発生するためには昇圧トランスの容量の関係から小型化には限界がある。図９のように除電装置を二つのユニットに分割するとイオンの発生、吹き付けに必要な正極性の電極針６、負極性の電極針７、ファン８を配置したユニット１３のみをユニット１２から分離して帯電体の近傍に設置できるので、除電装置を小型化したと同様にスペースの問題は解消できる。
【００４４】
しかも、高電圧発生部はユニット１３にまとめて配置しているので、低圧側のユニット１２から配線されるケーブル１４は細い線径のものが使用でき、ケーブル内は低圧の電圧が印加されているので床面等に引き回しても作業者が感電等の事故を引き起こす恐れがなく、作業者の安全が図れる。
【００４５】
図１０は、別の実施の形態を説明する回路図である。この例では、接地線に検出抵抗を接続することに代えて、帯電体１１に近接した位置にセンサヘッド１６を配置する構成としている。帯電体１１の帯電極性と帯電電圧の大きさをセンサヘッド１６により検出し、検出信号はセンサコントローラ１５に設けた表示部１７を介してＡ／Ｄ変換器１８に供給する。センサヘッド１６の検出信号により帯電体の帯電の状態を表示部１７に表示するので、作業者は帯電体の帯電の状態を帯電体に近い位置で確認できる。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換器１８によりデジタル信号に変換された検出信号は、電源制御回路３に入力され、帯電体に帯電されている極性とは逆極性のイオンを帯電体に大量に吹き付けるように、正極性または負極性の高電圧発生回路４、５の一方の出力電圧を一時的に大きくするように制御して、帯電体から急速に除電する。高電圧発生回路の電圧が低下して定常値に達すると、センサヘッドを用いない通常の運転モードに移行し、イオンバランスした状態を保持して、帯電体の帯電をゼロに近づける。
【００４７】
図１１は、図１０に示されたようなセンサコントローラ１５を用いてセンサヘッド１６の校正を行う例の回路図である。図１１に示すようにセンサコントローラ１５には、直流２４Ｖの電源１５ａ、直流２４Ｖを例えば直流１０００Ｖに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｂ、センサヘッド１６の検出出力が入力され、当該の入力値を表示する表示部やセンサ感度を調整する調整部等が設けられている制御回路１５ｃ、１０ＭΩ程度の感電防止用抵抗１５ｄ、校正用出力端子１５ｅが設けられている。１９は金属板、２０は校正用出力端子１５ｅに導線で接続されている校正用ヘッドである。
【００４８】
次に、上記のようなセンサコントローラ１５によるセンサヘッド１６の校正機能について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｂで１０００Ｖに昇圧された直流電圧を校正用出力端子１５ｅから出力し、校正用ヘッド２０を金属板１９に接触させると、感電防止用抵抗１５ｄを通して金属板１９は１０００Ｖに帯電する。この状態でセンサヘッド１６により金属板１９の帯電電圧を検出し検出値を制御回路１５ｃに入力する。入力された帯電電圧を制御回路１５ｃに設けた表示部により確認する。表示部に表示された入力値をみながらセンサ感度を調整して、表示される入力値が１０００Ｖになるようにセンサヘッド１６の校正を行う。
【００４９】
図１２は、センサコントローラ１５を用いて除電装置３０の除電能力を評価し、メンテナンスの必要性の有無を判断する例の回路図である。図１１と同様にして校正用出力端子１５ｅから１０００Ｖの直流電圧を出力し、校正用ヘッド２０を金属板１９に接触させて金属板１９を１０００Ｖに帯電させる。このときに除電装置３０がない場合には、センサヘッド１６による金属板１９の帯電電圧の検出値は１０００Ｖとなる。
【００５０】
次に、除電装置３０を配置して除電装置３０からマイナスのイオンを金属板１９に吹き付けて除電すると、センサヘッド１６による金属板１９の帯電電圧の検出値は、金属板１９の帯電電圧１０００Ｖから除電装置３０による除電値を減算した値となり、この検出値が制御回路１５ｃに設けた表示部に表示される。この表示された検出値から除電装置３０の除電能力を評価し、所定の除電がなされていない場合にはメンテナンスが必要であるものと判断する。
【００５１】
除電装置３０の除電能力が低下する原因としては、長期間の放電による電極針の劣化、ほこり等の異物の付着、ファンを用いる場合にはエアフィルタの目詰りによる風量の低下等がある。上記のようにして除電装置３０の除電能力が低下していると判断された場合には、電極針やエアフィルタのメンテナンスを行い除電装置３０の除電能力を回復させる。
【００５２】
図１３は、除電装置３０の収納ケースの一例を示す概略の斜視図である。図において、３１は電源部等を収納する基体ケース、３２は電極針等を収納する補助ケース、３３は補助ケース３２の前面に取り付けられ、電極針に直接作業者の手が触れないように保護しているメッシュ板である。補助ケース３２は基体３１に着脱自在に取り付けられ、メッシュ板３３は補助ケース３２に着脱自在に取り付けられている。
【００５３】
図１４は、電極針を固定する例を示す平面図である。補助ケース３２には電極針６の固定板３４が配置されており、固定板３４には電極針の本数分の着脱部３５が設けられ電極針６は着脱部３５に固定されている。劣化した電極針６を交換する場合には、基体ケース３１から補助ケース３２を取外し、補助ケース３２の前面に固定されているメッシュ板３３を取外す。補助ケース３２に配置されている固定板３４の着脱部３５から劣化した電極針６を１本ずつ引き抜き、新らしい電極針を当該の着脱部３５に装着する。
【００５４】
図１４の構成では、劣化した電極針を作業者が１本ずつ着脱部３５から引き抜き、新らしい電極針を当該の着脱部３５に装着するので電極針の先端部に手が触れ、安全性が損なわれれる恐れがある。このために、図１５の平面図に示すようにして電極針を固定する部分を改良している。図１５において、３６はプリント基板、３６ａ、３６ｂはプリント基板３６の両端に形成されている引出片である。電極針６はプリント基板３６に直接に固定されている。なお、電極針６はプリント基板３６に代えて絶縁物や金属で複数の針を固定する構成とすることもできる。
【００５５】
電極針６が劣化すると、引出片３６ａ，３６ｂに手をかけてプリント基板３６を補助ケース３２から引出し、すべての電極針６をプリント基板３６ごと新しいものと交換する。このため、電極針６の交換時には直接に電極針６に手を触れないので作業の安全が図れる。電極針６には同じ高電圧が印加されて放電するのでほぼ同時期に劣化するものと考えられ、このようにすべての電極針６の交換を行っても電極針６を無駄にするものではない。また、プリント基板３６は安価に入手できるので、電極針６と同時にプリント基板３６も交換することにしてもコストの上でそれ程の負担増とはならない。
【００５６】
以上の例は、直流の高電圧を用いた除電装置の例であるが、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１６は、交流を用いた除電装置の原理を示す回路図である。図において、２０は電源部、２１は昇圧トランス、２２は電極針、８はファンである。昇圧トランス２１の一次側巻線は、商用周波数電源等の低圧の電源部２０に接続され、二次巻線からは例えば３０００〜１００００ボルト程度の交流高電圧を出力して電極針２２に印加し、電極針２２からはプラス、またはマイナスのイオンが交互に発生する。
【００５７】
電極針２２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、またはマイナスのイオンの反発力によりイオンが飛ばされて帯電体に付着する。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帯電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帯電体に吹き付けるためにファン８が設けられることがある。電極針２２から発生するプラス、またはマイナスのイオンは、前記したファン８により帯電体に吹き付けられ、帯電電位を中和して除電する。
【００５８】
図１７は、本発明による除電装置に交流の高電圧を用いた例を説明する回路図である。図において、２０は交流電源、２１は昇圧トランス、２２は電極針である。電源制御回路３には、Ａ／Ｄ変換器２３、直流バイアス電源回路２４、検出回路２５、制御回路２６、電圧制御回路２７が設けられている。２８は検出抵抗である。昇圧トランス２１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、電圧制御回路２７を介して所定の電圧が電極針２２に印加される。電極針２２の先端部からは、プラス、またはマイナスのイオンが交互に出力される。
【００５９】
この例では、昇圧トランス２１の二次側巻線の接地線に、直流バイアス電源回路２４を介して検出抵抗２８を接続しているので、検出抵抗２８には電極針２２から発生しているイオンに相当する正負の直流電流が流れる。図１の直流高電圧を用いた除電装置と同様にして、検出回路２５により除電装置の電極針２２から発生しているプラス、またはマイナスのイオン量の差が判断でき、この差をゼロにするように制御回路２６の信号により電圧制御回路２７を制御して、イオンバランスを得る。検出回路２５では交流電源周波数をカットするローパスフィルタ等の手段により、正負のイオン量の差を検出することができる。制御回路２６に、検出回路２５で検出された電流のピークホールド回路や、微分回路を設けることにより図１の直流高電圧を用いた除電装置と同様に除電装置を制御できる。
【００６０】
なお、交流型の除電装置においては、電源側からは正負のサイクルで電圧が供給されているので、電極針２２では原理的にはプラス、またはマイナスのイオンが交互に同量発生することになるが、オフセットの影響等により常に正負のイオンが同量電極針２２から発生しているわけではない。このため、昇圧トランス２１と電極針２２の間に電圧制御回路２７を設けて電圧のレベル調整をすることにより、電極針２２からの正負のイオン発生量を調整している。
【００６１】
交流型の除電装置においても、プラス、またはマイナスのイオンを交互に出力する手段としては、電極針２２に代えて、細線等の長尺状物や突起部を有する部材を用いる構成とすることもできる。
【００６２】
更に、交流型の除電装置においても、図１に記載したような直流型の除電装置と同様に、対象物に付着したイオンの正負の極性と量を表示する表示装置と、電極針から出力されるイオン量が所定の範囲外となると警報を発生する警報装置を設ける構成とすることもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持して除電装置を制御している。また、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して，電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。更に、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持し、電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。このような構成とすることにより、接地線に流れる電流の時間的な変化を考慮して除電装置を制御しているので、確実に帯電体の除電を行うことができる。
【００６４】
また、電極手段に近接した位置にファンを設けることにより、電極手段から発生するイオンを対象物体に吹き付けて除電を効果的に行うことができる。
【００６５】
また、高電圧の構成部品と他の構成部品とを分離してそれ別個のユニットに収納しているので、対象物体に対して設置のスペースを考慮してこれらのユニットを配置できる。各ユニットを接続するケーブルは低電圧の仕様のものが適用され、線径の細いもので足りる。また、ケーブルを作業現場で引き回しても作業員に感電等の危険を及ぼす恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除電装置の好適な実施の形態における構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係る除電装置のタイミングチャートである。
【図３】本発明の基本原理を示す回路図である。
【図４】除電装置の一般的な特性図である。
【図５】除電装置の一般的な特性図である。
【図６】除電装置の一般的な特性図である。
【図７】除電装置の一般的な特性図である。
【図８】本発明の基本原理を示す特性図である。
【図９】本発明に係る除電装置の実施の形態における他の構成を示す配置図である。
【図１０】除電装置にセンサヘッドを付設した例の構成を示す回路図である。
【図１１】センサコントローラの機能の一例を示す回路図である。
【図１２】センサコントローラの機能の他の例を示す回路図である。
【図１３】除電装置の収納ケースの一例を示す斜視図である。
【図１４】電極針取付けの一例を示す平面図である。
【図１５】電極針取付けの他の例を示す平面図である。
【図１６】交流を用いた除電装置の基本原理を示す回路図である。
【図１７】交流を用いた除電装置に本発明を用いた例を示す回路図である。
【図１８】除電装置の従来例を示す回路図である。
【図１９】従来例の除電装置のタイミングチャートである。
【図２０】従来例の除電装置の電源制御装置の一例を示す回路図である。
【図２１】従来例の除電装置のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 電源部
２ 接続線
３ 電源制御回路
４ 正極性の高電圧発生回路
５ 負極性の高電圧発生回路
６ 正極性の電極針
７ 負極性の電極針
８ ファン
９ 接地線
１０ 検出抵抗
１１ 帯電体
１２ 第１のユニット
１３ 第２のユニット
１４ ケーブル
１５ センサコントローラ
１６ センサヘッド
１７ 表示装置
１８ Ａ／Ｄ変換器
１９ 金属板
２０ 校正用ヘッド
３０ 除電装置
３６ プリント基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極性または負極性の電荷に帯電している帯電体の帯電量をゼロに近づけるための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。
【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、すなわち帯電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】
上記のような除電の原理を応用した除電装置として、従来電極針に高電圧発生部からの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、またはマイナスのイオンを発生させて、このイオンを帯電体に吹き付けるようにしたものが知られている。このときの空気中を流れるプラス、またはマイナスのイオン流は、高電圧発生部と大地間の電流として考えることができる。すなわち、高電圧発生部から大地に向かって流れる電流はマイナスのイオン流に相当し、大地から高電圧発生部に向かって流れる電流はプラスのイオン流に相当している。
【０００５】
このようなイオン流と電流との相互関係により、除電装置から発生しているプラス、マイナスのイオン量が同数であれば中和されて電流はゼロとなる。図１８は、上記のような原理を用いた除電装置の従来例を示す回路図である。図において、１は直流または交流の電源部、２は接続線、３は電源制御回路、４は正極性の高電圧発生回路、５は負極性の高電圧発生回路、６は正極性の電極針、７は負極性の電極針、８はイオンを対象物体である帯電体に吹き付ける際に必要な場合に設けられるファンで電極針に近接した位置に設置されるが、プラス、またはマイナスのイオンの反発力のみでイオンが帯電体に付着する場合にはファンの設置を省略できる。９は接地線、１０はプラス、またはマイナスのイオン流に相当する電流を検出する検出抵抗である。
【０００６】
電源制御回路３において、３ａは電流センサの検出値を表示する表示部、３ｂは電極針の劣化等により電流センサの検出値、すなわち、イオン量の検出値が所定値よりも少ないときに警報を発生する警報部、３ｃは検出抵抗１０を流れる電流値を検出する電流センサ、３ｄはＡ／Ｄ変換器、３ｅは出力制御部である。このような構成の電源制御回路３により、例えば倍電圧発生回路を用いた正極性、負極性の高電圧発生回路４、５の所定の電圧制御と、ファン８の起動停止等の運転制御を行う。
【０００７】
前述したように、帯電体に対する除電は、帯電している極性とは逆極性のイオンを吹き付けることにより行われているが、このときのイオンの流れは大地を基準電位として形成されているので、除電装置で形成されているプラス、またはマイナスのイオンのいずれかの極性のイオンの発生量が他方の極性のイオンの発生量よりも多いときには、その差の値は接地線９で検出される電流の大きさに比例する。このため、接地線９に流れる電流の大きさと方向を測定することにより、除電装置からはプラス、またはマイナスのいずれの極性のイオンがどれだけの量多く発生しているかが判定できる。
【０００８】
図１８の例においては、接地線に接続した検出抵抗１０と電流センサ３ｃを用いて、除電装置から発生するイオンのいずれの極性の量が多いかを判断して、プラス、またはマイナスのイオンの発生量を常に等しくするような制御をしている。すなわち、プラス、またはマイナスのイオンの発生量が同等となるイオンバランスがとれている状態であれば検出抵抗１０を流れる電流は検出されない。したがって、接地線を流れる電流の大きさを電源制御回路３の出力制御部３ｅにフィードバックすることにより正極性または負極性の高電圧発生回路の出力電圧を制御して、イオンバランスをとるようにしている。
【０００９】
検出抵抗１０に電流が流れていない場合には、高電圧発生回路４、５の電源を切る、または、ファンの電源を切る等の措置を取ることによって節電をしたり、埃の巻き上げを防止することもできる。
【００１０】
図１９は、出力制御部３ｅで形成される制御信号により制御される正極性および負極性の高電圧発生回路４、５から出力されるパルス状電圧波形の一例を示すタイミングチャートである。図１９には、周期Ｔのうち時間ｔａでプラスイオンを発生させ、周期Ｔのうち時間ｔｂでマイナスイオンを発生させるような電圧波形が示されている。図においてＨは正または負の高電圧発生回路がオンの期間を、また、Ｌは正または負の高電圧発生回路がオフの期間を示している。電圧波形の振幅値は、例えば６０００Ｖに選定される。この実施例においては、電流センサにより検出された信号の正負の極性とその大きさに応じて出力制御部３ｅによる制御信号でパルス幅ｔａ，ｔｂを制御して、イオンバランスを得ている。
【００１１】
図２０は、図１８の構成のような除電装置の前方に正極性に帯電している帯電体１１が存在している場合のプラス、またはマイナスのイオンの状態を示す回路図である。帯電体１１が正極性に帯電していると、プラスのイオンは帯電体１１に対して反発し、マイナスのイオンは帯電体１１に対して吸着しやすい。このために、マイナスのイオンが多く発生するようになり、接地線９には大地に向かって瞬時的には電流ｉ１が流れる。
【００１２】
この際には、出力制御部３ｅは除電装置と帯電体間にはマイナスのイオンが多く存在しているものと判断し、除電装置からはプラスのイオンを多く発生させてマイナスのイオンとの中和を図るように動作する。図２１はこの場合の動作のタイミングチャートである。図２１に示すように周期Ｔのうち時間ｔｃでプラスイオンを発生させ、時間ｔｄでマイナスイオンを発生させるように、すなわち正極性の高電圧発生回路４のオン期間を負極性の高電圧発生回路５のオン期間よりも長くなるように正極性および負極性それぞれの高電圧発生回路を制御して、イオンバランスが得られるように動作する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図２０の例では、帯電体１１が正極性に帯電しているのであるから、除電装置はマイナスのイオンを多く発生させてイオンを中和するように動作すべきところ、従来例による正極性および負極性の高電圧発生回路の制御では、上記のように逆にプラスイオンを多く発生させるように動作してしまい帯電体の除電ができない場合が生じるという問題があった。
【００１４】
また、除電装置は、電源電圧を高電圧に昇圧するための昇圧トランスや制御装置等の多数の部品を有しており、電極針から発生するイオンを帯電体に吹き付けるためのファンを設置する場合にはファンを含めて、これらの構成部品を一体にしてケース等に配置しているので装置全体が大型となり、限られたスペースには設置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、帯電体の除電を確実に行うように構成した除電装置の提供を目的とするものである。
【００１６】
また、所定量の正負のイオンを発生させるために昇圧トランスの容量を変えることなく限られたスペースに設置できるように、構成部品を分割して収納できるような構成とした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】
上記目的は請求項１に係る発明において、除電装置を、電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流のピーク値を保持するピーク保持回路と、前記ピーク保持回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設ける構成とすることにより達成される。
【００１８】
また、上記目的は請求項２に係る発明において、除電装置を、電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号を形成する信号形成回路と、前記信号形成回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設ける構成とすることにより達成される。
【００１９】
また、上記目的は請求項３に係る発明において、除電装置を、電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流のピーク値を保持するピーク保持回路と、前記検出手段で検出される極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号を形成する信号形成回路と、前記ピーク保持回路および信号形成回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設ける構成とすることにより達成される。
【００２０】
また、請求項４に係る発明においては、前記請求項１、２または３に記載の発明において、電極手段から発生するイオンを帯電体に吹き付けるファンを設けたことを特徴としている。
【００２１】
また、上記目的は請求項５に係る発明においては、前記請求項１、２または３に記載の発明において、除電装置を、前記電源制御回路を一方のユニットに、高電圧発生手段と電極手段とを他方のユニットに分離してそれぞれ別個のケースに収納し、両ユニットをケーブルで接続する構成とすることにより達成される。
【００２２】
請求項１の構成では、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持して除電装置を制御している。また、請求項２の構成では、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して，電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。更に、請求項３の構成では、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持し、電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。このように請求項１、２、及び３の構成とすることにより、接地線に流れる電流の時間的な変化を考慮して除電装置を制御しているので、確実に帯電体の除電を行うことができる。
【００２３】
請求項４の構成とすることにより、電極手段に近接した位置にファンを設けているので、電極手段から発生するイオンを帯電体に吹き付けて除電を効果的に行うことができる。
【００２４】
また、請求項５の構成とすることにより、高電圧の構成部品と他の構成部品とを分離してそれぞれ別個のユニットに収納しているので、帯電体に対して設置のスペースを考慮してこれらのユニットを配置できる。各ユニットを接続するケーブルは低電圧の仕様のものが適用され、線径の細いもので足りる。また、ケーブルを作業現場で引き回しても作業員に感電等の危険を及ぼす恐れがない。
【００２５】
【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３は本発明の原理を説明する回路図であり、図４、図５は除電装置３０により帯電体１１の除電が終了するまでの接地線９に流れる電流の時間的な変化を示す特性図である。図３において、帯電体１１が正極性に帯電しているとすると接地線９には図４に示すようなマイナスのイオン流に相当するｉ１方向の電流が流れて時間と共に減衰する。また、帯電体１１が負極性に帯電しているとすると接地線９には図５に示すようなプラスのイオン流に相当するｉ２方向の電流が流れて時間と共に減衰する。
【００２６】
図３において、接地線９に流れる電流のピーク値は帯電体１１の帯電電圧の大きさに応じて大きくなる。図６は、このような接地線９に流れる電流のピーク値と帯電体１１の帯電電圧の大きさとの関係を示す特性図であり、帯電体１１が正極性に帯電している場合の例である。特性ｐａは、帯電体１１の帯電電圧が小さく電流のピーク値は小さな値のｉａとなる。特性ｐｂは、帯電体１１の帯電電圧が特性ｐａの場合よりも大きく電流のピーク値はｉｂで中位の値となる。特性ｐｃは、帯電体１１の帯電電圧が大きく電流のピーク値は大きな値のｉｃとなる。
【００２７】
図７は、帯電体の大きさと、接地線９に流れる電流がピーク値から時間的に減衰する傾き、すなわち、ピーク値から減衰する方向の微分信号との関係を示す特性図である。特性Ｐｄ１は、帯電体の大きさが小さい場合であり、接地線９に流れる電流がピーク値ｉｄから時間的に減衰する傾きＳ１は大きくなり短時間で減衰する。特性Ｐｄ２は、帯電体の大きさが中位の場合であり、接地線９に流れる電流がピーク値ｉｄから時間的に減衰する傾きＳ２はＳ１よりも緩やかであり減衰時間は特性Ｐｄ１よりも長くなる。
【００２８】
特性Ｐｄ３は、帯電体の大きさが大きい場合であり、接地線９に流れる電流がピーク値ｉｄから時間的に減衰する傾きＳ３はＳ２よりも更に緩やかであり、減衰時間は特性ｐｄ２よりも延長される。このように、帯電体の大きさが大きいほど帯電量も多くなるので、接地線に流れる電流がピーク値から時間的に減衰する傾きは緩やかとなり、減衰時間は長くなる特性を有している。
【００２９】
本発明は、図６に示したような接地線に流れる極性の電流のピーク値と帯電体の帯電電圧との関係の特性、および、図７に示したような接地線に流れる極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きと帯電体の大きさとの関係の特性に着目してななされたものである。すなわち、図８の特性図に示すように、接地線に流れる電流を検出して、その正負の極性と、電流のピーク値ｉｅ、または接地線に流れる電流の正負の極性と，電流のピーク値ｉｅから時間的に減衰する傾きＳｅ、更には接地線に流れる電流の正負の極性と電流のピーク値ｉｅ及びピーク値ｉｅから時間的に減衰する傾きＳｅを判定し、その判定結果により除電装置を制御してイオンバランスを得るものである。
【００３０】
このように、本発明においては除電装置により除電を行う際に接地線に流れる電流の時間的な変化を考慮して除電装置を制御しているので、図２０、図２１の従来例で説明したように、検出抵抗に流れる瞬時的な電流検出により帯電体の帯電極性と同じ極性のイオンを除電装置から出力してしまい、有効に除電できないという問題は生じない。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態の除電装置の回路図である。図１８の従来例と同じところまたは対応するところには同じ符号を付して詳細な説明は省略し、本発明の特徴である電源制御回路３の構成について説明する。接地線９に流れる電流は電流センサ３ｃにより検出されて増幅器３ｆにより増幅される。増幅器３ｆにより増幅された検出電流は、一方ではピークホールド回路３ｇに入力されてピーク値が一旦保持され、続いて第１のＡ／Ｄ変換器３ｄに入力されてピーク値の信号をデジタル値に変換し、このデジタル値の信号はマイクロコンピュータ３ｊに入力される。このように接地線９に流れる電流は検出されるとピークホールド回路３ｇに入力されてピーク値が保持される構成としているので、瞬間的な外乱信号やノイズ等は除去されて影響は受けない。
【００３２】
増幅器３ｆにより増幅された検出電流は、他方では微分回路３ｈに入力されて微分され、単位時間毎の増加または減少の割合い、すなわち電流の時間的な傾きの信号を形成する。次にこの微分信号は第２のＡ／Ｄ変換器３ｉに入力されてデジタル値に変換され、デジタル値に変換された微分信号はマイクロコンピュータ３ｊに入力される。３ｋは正の高電圧発生回路４のスイッチング回路、３ｌは負の高電圧発生回路５のスイッチング回路である。
【００３３】
次に本発明の除電装置の動作について説明する。帯電体が正極性に帯電しているものとすると、電源制御回路３の電流センサ３ｃは図８に示すようなマイナスのイオン流に相当する電流を検出する。そして、ピークホールド回路３ｇはピーク値ｉｅを保持し、ピークホールド回路で一旦保持されたピーク値の信号は第１のＡ／Ｄ変換器３ｄを通してデジタル値に変換されマイクロコンピュータ３ｊに入力される。また、電流センサ３ｃで検出された信号は微分回路３ｈにより単位時間毎に微分され、第２のＡ／Ｄ変換器３ｉを通してデジタル値に変換されマイクロコンピュータ３ｊに入力される。
【００３４】
このようにして、電流センサ３ｃで検出された電流の極性、そのピーク値、電流の時間的な傾きの信号に相当する微分信号がマイクロコンピュータ３ｊに入力される。微分信号の中には、電流がピーク値から減衰する方向の微分信号が含まれる。マイクロコンピュータ３ｊは、電流センサ３ｃで検出された電流の極性とピークホールド回路で保持された電流のピーク値、または、電流センサ３ｃで検出された電流の極性と電流がピーク値から減衰する方向の微分信号、更には、電流センサ３ｃで検出された電流の極性とピークホールド回路で保持された電流のピーク値及び電流がピーク値から減衰する方向の微分信号により、除電装置の制御信号を形成する。
【００３５】
すなわち、マイクロコンピュータ３ｊは上記のような各入力信号に基づいて、除電装置からはいずれの極性のイオンをどれだけの量出力すればイオンバランスが得られるかの判定と演算を実行する。この判定及び演算結果に基づき、前記スイッチング回路３ｋ、３ｌに対するオン、オフ制御を行い、正極性及び負極性の高電圧発生回路４、５の駆動、停止を制御する。
【００３６】
図２は、マイクロコンピュータ３ｊによりスイッチング回路３ｋ、３ｌをオン、オフ制御した場合の正極性及び負極性の高電圧発生回路４、５の動作の一例を示すタイミングチャートである。帯電体は正の極性に帯電しているものとすると、除電装置からはマイナスのイオンを多く発生させることによりイオンバランスが得られるので、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのＴａ時間は負の高電圧発生回路５を継続して駆動し、この間正極性の高電圧発生回路４は継続して停止としている。
【００３７】
マイクロコンピュータ３ｊは，前記電流センサで検出された極性の電流のピーク値と、検出された極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号に相当する微分信号に基づき、帯電体の帯電電圧の大きさと帯電体の大きさとを判定する。そして、帯電体の帯電電圧を０とするために必要なイオン量が除電装置から出力されるように、上記の負極性の高電圧発生回路５を継続して駆動する時間Ｔａを演算する。
【００３８】
なお、以上の例では正極性の高電圧発生回路４、負極性の高電圧発生回路５には正極性および負極性の電極針６、７を取り付ける構成について説明したが、本発明の除電装置においてはイオン発生部の構成はこれに限らず、正極性および負極性の高電圧発生回路には、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。
【００３９】
図１において、電源制御回路３には表示部３ａが設けられている。この表示部３ａは、電極針６、７から発生しているプラス、またはマイナスのイオンについて、いずれの極性のイオンがどれだけの量多く発生しているかを検出している電流センサ３ｃの信号を表示するものであるが、この電流センサ３ｃの信号は、イオン発生部の上記特性の信号であると共に、帯電体のイオン付着状態の信号であるものと考えることができる。
【００４０】
すなわち、帯電体に付着しているイオンが正負の極性でバランスしている状態であれば電流センサ３ｃの信号はゼロとなるが、いずれかの極性のイオンの付着量が多い場合には電流センサ３ｃの信号はゼロとはならない。表示部３ａに表示されたデータを監視することにより帯電体の除電の状態を作業者は判断できるので、電流センサ３ｃの信号をゼロとなるように電源制御回路３を制御することにより、帯電体の除電の完了を確認することができる。
【００４１】
また、電源制御回路３には警報部３ｂが設けられている。この警報部３ｂは、電極針６、７から発生しているプラス、またはマイナスのイオンについて、電極針の摩耗や埃の付着等によりイオンの発生量が所定の範囲よりも少ない場合には警報を発生するものである。警報部の構成としては、正極性および負極性の高電圧発生回路４、５の電圧対電流の特性をモニタリングして、基準値と比較して比較値が一定の範囲外であれば警報信号を発生する構成とすることができる。このような警報部を設けることにより、作業者は、除電装置のメンテナンスを適正に行うことができる。
【００４２】
図９は、本発明の除電装置の各構成部品をユニット化してケースに収納する例の配置図である。図に示すように、ユニット１２には直流または交流の電源部１、接続線２、電源制御回路３、接地線９、検出抵抗１０を配置してケースに収納する。また、ユニット１３には、正極性の高電圧発生回路４、負極性の高電圧発生回路５、正極性の電極針６、負極性の電極針７、ファン８を配置してケースに収納する。ファン８は設けない場合もある。ユニット１２，１３は、両端にコネクタを有するケーブル１４により接続する。なお、電源部として商用周波数の電源を使用する場合等には、電源部１はユニット１２とは分離して配置することができる。
【００４３】
除電装置は、帯電体の存在している場所によってはスペースの関係等によりできるだけ小型であることが要請されるが、一定の高電圧を発生するためには昇圧トランスの容量の関係から小型化には限界がある。図９のように除電装置を二つのユニットに分割するとイオンの発生、吹き付けに必要な正極性の電極針６、負極性の電極針７、ファン８を配置したユニット１３のみをユニット１２から分離して帯電体の近傍に設置できるので、除電装置を小型化したと同様にスペースの問題は解消できる。
【００４４】
しかも、高電圧発生部はユニット１３にまとめて配置しているので、低圧側のユニット１２から配線されるケーブル１４は細い線径のものが使用でき、ケーブル内は低圧の電圧が印加されているので床面等に引き回しても作業者が感電等の事故を引き起こす恐れがなく、作業者の安全が図れる。
【００４５】
図１０は、別の実施の形態を説明する回路図である。この例では、接地線に検出抵抗を接続することに代えて、帯電体１１に近接した位置にセンサヘッド１６を配置する構成としている。帯電体１１の帯電極性と帯電電圧の大きさをセンサヘッド１６により検出し、検出信号はセンサコントローラ１５に設けた表示部１７を介してＡ／Ｄ変換器１８に供給する。センサヘッド１６の検出信号により帯電体の帯電の状態を表示部１７に表示するので、作業者は帯電体の帯電の状態を帯電体に近い位置で確認できる。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換器１８によりデジタル信号に変換された検出信号は、電源制御回路３に入力され、帯電体に帯電されている極性とは逆極性のイオンを帯電体に大量に吹き付けるように、正極性または負極性の高電圧発生回路４、５の一方の出力電圧を一時的に大きくするように制御して、帯電体から急速に除電する。高電圧発生回路の電圧が低下して定常値に達すると、センサヘッドを用いない通常の運転モードに移行し、イオンバランスした状態を保持して、帯電体の帯電をゼロに近づける。
【００４７】
図１１は、図１０に示されたようなセンサコントローラ１５を用いてセンサヘッド１６の校正を行う例の回路図である。図１１に示すようにセンサコントローラ１５には、直流２４Ｖの電源１５ａ、直流２４Ｖを例えば直流１０００Ｖに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｂ、センサヘッド１６の検出出力が入力され、当該の入力値を表示する表示部やセンサ感度を調整する調整部等が設けられている制御回路１５ｃ、１０ＭΩ程度の感電防止用抵抗１５ｄ、校正用出力端子１５ｅが設けられている。１９は金属板、２０は校正用出力端子１５ｅに導線で接続されている校正用ヘッドである。
【００４８】
次に、上記のようなセンサコントローラ１５によるセンサヘッド１６の校正機能について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５ｂで１０００Ｖに昇圧された直流電圧を校正用出力端子１５ｅから出力し、校正用ヘッド２０を金属板１９に接触させると、感電防止用抵抗１５ｄを通して金属板１９は１０００Ｖに帯電する。この状態でセンサヘッド１６により金属板１９の帯電電圧を検出し検出値を制御回路１５ｃに入力する。入力された帯電電圧を制御回路１５ｃに設けた表示部により確認する。表示部に表示された入力値をみながらセンサ感度を調整して、表示される入力値が１０００Ｖになるようにセンサヘッド１６の校正を行う。
【００４９】
図１２は、センサコントローラ１５を用いて除電装置３０の除電能力を評価し、メンテナンスの必要性の有無を判断する例の回路図である。図１１と同様にして校正用出力端子１５ｅから１０００Ｖの直流電圧を出力し、校正用ヘッド２０を金属板１９に接触させて金属板１９を１０００Ｖに帯電させる。このときに除電装置３０がない場合には、センサヘッド１６による金属板１９の帯電電圧の検出値は１０００Ｖとなる。
【００５０】
次に、除電装置３０を配置して除電装置３０からマイナスのイオンを金属板１９に吹き付けて除電すると、センサヘッド１６による金属板１９の帯電電圧の検出値は、金属板１９の帯電電圧１０００Ｖから除電装置３０による除電値を減算した値となり、この検出値が制御回路１５ｃに設けた表示部に表示される。この表示された検出値から除電装置３０の除電能力を評価し、所定の除電がなされていない場合にはメンテナンスが必要であるものと判断する。
【００５１】
除電装置３０の除電能力が低下する原因としては、長期間の放電による電極針の劣化、ほこり等の異物の付着、ファンを用いる場合にはエアフィルタの目詰りによる風量の低下等がある。上記のようにして除電装置３０の除電能力が低下していると判断された場合には、電極針やエアフィルタのメンテナンスを行い除電装置３０の除電能力を回復させる。
【００５２】
図１３は、除電装置３０の収納ケースの一例を示す概略の斜視図である。図において、３１は電源部等を収納する基体ケース、３２は電極針等を収納する補助ケース、３３は補助ケース３２の前面に取り付けられ、電極針に直接作業者の手が触れないように保護しているメッシュ板である。補助ケース３２は基体３１に着脱自在に取り付けられ、メッシュ板３３は補助ケース３２に着脱自在に取り付けられている。
【００５３】
図１４は、電極針を固定する例を示す平面図である。補助ケース３２には電極針６の固定板３４が配置されており、固定板３４には電極針の本数分の着脱部３５が設けられ電極針６は着脱部３５に固定されている。劣化した電極針６を交換する場合には、基体ケース３１から補助ケース３２を取外し、補助ケース３２の前面に固定されているメッシュ板３３を取外す。補助ケース３２に配置されている固定板３４の着脱部３５から劣化した電極針６を１本ずつ引き抜き、新らしい電極針を当該の着脱部３５に装着する。
【００５４】
図１４の構成では、劣化した電極針を作業者が１本ずつ着脱部３５から引き抜き、新らしい電極針を当該の着脱部３５に装着するので電極針の先端部に手が触れ、安全性が損なわれれる恐れがある。このために、図１５の平面図に示すようにして電極針を固定する部分を改良している。図１５において、３６はプリント基板、３６ａ、３６ｂはプリント基板３６の両端に形成されている引出片である。電極針６はプリント基板３６に直接に固定されている。なお、電極針６はプリント基板３６に代えて絶縁物や金属で複数の針を固定する構成とすることもできる。
【００５５】
電極針６が劣化すると、引出片３６ａ，３６ｂに手をかけてプリント基板３６を補助ケース３２から引出し、すべての電極針６をプリント基板３６ごと新しいものと交換する。このため、電極針６の交換時には直接に電極針６に手を触れないので作業の安全が図れる。電極針６には同じ高電圧が印加されて放電するのでほぼ同時期に劣化するものと考えられ、このようにすべての電極針６の交換を行っても電極針６を無駄にするものではない。また、プリント基板３６は安価に入手できるので、電極針６と同時にプリント基板３６も交換することにしてもコストの上でそれ程の負担増とはならない。
【００５６】
以上の例は、直流の高電圧を用いた除電装置の例であるが、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１６は、交流を用いた除電装置の原理を示す回路図である。図において、２０は電源部、２１は昇圧トランス、２２は電極針、８はファンである。昇圧トランス２１の一次側巻線は、商用周波数電源等の低圧の電源部２０に接続され、二次巻線からは例えば３０００〜１００００ボルト程度の交流高電圧を出力して電極針２２に印加し、電極針２２からはプラス、またはマイナスのイオンが交互に発生する。
【００５７】
電極針２２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、またはマイナスのイオンの反発力によりイオンが飛ばされて帯電体に付着する。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帯電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帯電体に吹き付けるためにファン８が設けられることがある。電極針２２から発生するプラス、またはマイナスのイオンは、前記したファン８により帯電体に吹き付けられ、帯電電位を中和して除電する。
【００５８】
図１７は、本発明による除電装置に交流の高電圧を用いた例を説明する回路図である。図において、２０は交流電源、２１は昇圧トランス、２２は電極針である。電源制御回路３には、Ａ／Ｄ変換器２３、直流バイアス電源回路２４、検出回路２５、制御回路２６、電圧制御回路２７が設けられている。２８は検出抵抗である。昇圧トランス２１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、電圧制御回路２７を介して所定の電圧が電極針２２に印加される。電極針２２の先端部からは、プラス、またはマイナスのイオンが交互に出力される。
【００５９】
この例では、昇圧トランス２１の二次側巻線の接地線に、直流バイアス電源回路２４を介して検出抵抗２８を接続しているので、検出抵抗２８には電極針２２から発生しているイオンに相当する正負の直流電流が流れる。図１の直流高電圧を用いた除電装置と同様にして、検出回路２５により除電装置の電極針２２から発生しているプラス、またはマイナスのイオン量の差が判断でき、この差をゼロにするように制御回路２６の信号により電圧制御回路２７を制御して、イオンバランスを得る。検出回路２５では交流電源周波数をカットするローパスフィルタ等の手段により、正負のイオン量の差を検出することができる。制御回路２６に、検出回路２５で検出された電流のピークホールド回路や、微分回路を設けることにより図１の直流高電圧を用いた除電装置と同様に除電装置を制御できる。
【００６０】
なお、交流型の除電装置においては、電源側からは正負のサイクルで電圧が供給されているので、電極針２２では原理的にはプラス、またはマイナスのイオンが交互に同量発生することになるが、オフセットの影響等により常に正負のイオンが同量電極針２２から発生しているわけではない。このため、昇圧トランス２１と電極針２２の間に電圧制御回路２７を設けて電圧のレベル調整をすることにより、電極針２２からの正負のイオン発生量を調整している。
【００６１】
交流型の除電装置においても、プラス、またはマイナスのイオンを交互に出力する手段としては、電極針２２に代えて、細線等の長尺状物や突起部を有する部材を用いる構成とすることもできる。
【００６２】
更に、交流型の除電装置においても、図１に記載したような直流型の除電装置と同様に、対象物に付着したイオンの正負の極性と量を表示する表示装置と、電極針から出力されるイオン量が所定の範囲外となると警報を発生する警報装置を設ける構成とすることもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持して除電装置を制御している。また、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して，電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。更に、接地線に流れる正負の極性の電流を検出して、その電流のピーク値を一旦保持し、電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号により除電装置を制御している。このような構成とすることにより、接地線に流れる電流の時間的な変化を考慮して除電装置を制御しているので、確実に帯電体の除電を行うことができる。
【００６４】
また、電極手段に近接した位置にファンを設けることにより、電極手段から発生するイオンを対象物体に吹き付けて除電を効果的に行うことができる。
【００６５】
また、高電圧の構成部品と他の構成部品とを分離してそれ別個のユニットに収納しているので、対象物体に対して設置のスペースを考慮してこれらのユニットを配置できる。各ユニットを接続するケーブルは低電圧の仕様のものが適用され、線径の細いもので足りる。また、ケーブルを作業現場で引き回しても作業員に感電等の危険を及ぼす恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除電装置の好適な実施の形態における構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係る除電装置のタイミングチャートである。
【図３】本発明の基本原理を示す回路図である。
【図４】除電装置の一般的な特性図である。
【図５】除電装置の一般的な特性図である。
【図６】除電装置の一般的な特性図である。
【図７】除電装置の一般的な特性図である。
【図８】本発明の基本原理を示す特性図である。
【図９】本発明に係る除電装置の実施の形態における他の構成を示す配置図である。
【図１０】除電装置にセンサヘッドを付設した例の構成を示す回路図である。
【図１１】センサコントローラの機能の一例を示す回路図である。
【図１２】センサコントローラの機能の他の例を示す回路図である。
【図１３】除電装置の収納ケースの一例を示す斜視図である。
【図１４】電極針取付けの一例を示す平面図である。
【図１５】電極針取付けの他の例を示す平面図である。
【図１６】交流を用いた除電装置の基本原理を示す回路図である。
【図１７】交流を用いた除電装置に本発明を用いた例を示す回路図である。
【図１８】除電装置の従来例を示す回路図である。
【図１９】従来例の除電装置のタイミングチャートである。
【図２０】従来例の除電装置の電源制御装置の一例を示す回路図である。
【図２１】従来例の除電装置のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 電源部
２ 接続線
３ 電源制御回路
４ 正極性の高電圧発生回路
５ 負極性の高電圧発生回路
６ 正極性の電極針
７ 負極性の電極針
８ ファン
９ 接地線
１０ 検出抵抗
１１ 帯電体
１２ 第１のユニット
１３ 第２のユニット
１４ ケーブル
１５ センサコントローラ
１６ センサヘッド
１７ 表示装置
１８ Ａ／Ｄ変換器
１９ 金属板
２０ 校正用ヘッド
３０ 除電装置
３６ プリント基板
Claims (5)
- 電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流のピーク値を保持するピーク保持回路と、前記ピーク保持回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設けてなる除電装置。
- 電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号を形成する信号形成回路と、前記信号形成回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設けてなる除電装置。
- 電源電圧を所定の電圧に昇圧し正および負の極性の高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記高電圧発生手段から高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、前記高電圧発生手段の駆動、停止を制御する電源制御回路とを有する除電装置であって、前記電源制御回路には、電極手段から発生しているプラスとマイナスのイオン量の差に相当する正または負の極性の電流を除電装置と大地間に接続した接地線から検出する検出手段と、前記検出手段で検出される極性の電流のピーク値を保持するピーク保持回路と、前記検出手段で検出される極性の電流がピーク値から時間的に減衰する傾きの信号を形成する信号形成回路と、前記ピーク保持回路および信号形成回路からの信号により、正または負のいずれの極性の高電圧発生手段を駆動するかを判定し、当該極性の高電圧発生手段の駆動継続時間を演算する演算制御手段とを設けてなる除電装置。
- 前記電極手段から発生するイオンを帯電体に吹き付けるファンを設けたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の除電装置。
- 前記電源制御回路を一方のユニットに、高電圧発生手段と電極手段とを他方のユニットに分離してそれぞれ別個のケースに収納し、両ユニットをケーブルで接続する構成としたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の除電装置。
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