JP4111348B2

JP4111348B2 - 除電装置

Info

Publication number: JP4111348B2
Application number: JP2006321710A
Authority: JP
Inventors: 靖則寺崎; 史崇入江
Original assignee: Hugle Electronics Inc
Current assignee: Hugle Electronics Inc
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: CN101361407B; KR101340392B1; KR20090106980A; CN101361407A; JP2008135329A; WO2008065981A1; TWI369925B; TW200836593A

Description

本発明は、放電針に交流電圧パルス（正負の高電圧パルス）を印加して正負イオンを発生させ、これらの正負イオンにより被除電物を除電する除電装置に関するものである。

従来、この種の除電装置として、例えば特許文献１、特許文献２に記載されたものが公知となっている。
図４は、特許文献１に記載された従来技術を示す回路図である。図４において、１０１は直流電源、１０２ａ，１０２ｂはスイッチ、１０３は制御回路、１０４は正側高電圧発生回路、１０５は負側高電圧発生回路、１０４ａ，１０５ａはトランス、１０４ｂ，１０５ｂは倍電圧整流回路、１０６は放電針、１０７ａ，１０７ｂは抵抗、１０８は浮遊容量を示している。

次に、この従来技術の動作を略述する。
制御回路１０３により正側のスイッチ１０２ａ、負側のスイッチ１０２ｂを交互にオン（他方のスイッチはオフ）すると、正側高電圧発生回路１０４から出力される正の高電圧パルスと負側高電圧発生回路１０５から出力される負の高電圧パルスが放電針１０６に交互に印加される。これにより、放電針１０６の周囲には正負イオンが交互に発生するので、放電針１０６側から被除電物（図示せず）方向へ送風することにより、被除電物に対して正負のイオンを供給することができる。また、各スイッチ１０２ａ，１０２ｂのオンオフ時間やそのデューティ比を変更すれば、放電針１０６に印加される正負の電圧の大きさや周波数を制御することができ、これによって正負イオンのイオンバランス制御を可能にしている。

また、図５は、特許文献２に記載された従来技術を示す回路図である。図５において、２０１は正側高電圧発生回路、２０２は負側高電圧発生回路、２０１ａ，２０２ａは自励発振回路、２０１ｂ，２０２ｂはトランス、２０１ｃ，２０２ｃは倍電圧整流回路、２０３ａ，２０３ｂはツェナーダイオード、２０４は抵抗、２０５は放電針、２０６は対向電極（グラウンドプレート）、２０７〜２０９は抵抗、２１０はイオン電流検知回路、２１１は異常放電電流検知回路、２１２はＣＰＵ、２１３は表示ＬＥＤ、２１４はフレームグラウンド、２１５は高圧側グラウンドである。

この従来技術においても、正側高電圧発生回路２０１及び負側高電圧発生回路２０２から放電針２０５に正負の高電圧パルスが印加され、放電針２０５から正負イオンが交互に発生する。そして、抵抗２０７を流れる電流の変化をイオン電流検知回路２１０により検知して放電針２０５の汚れを検出し、これを表示ＬＥＤ２１３により表示する。また、抵抗２０７を流れる正負の電流のバランスからイオン発生量のイオンバランスを検出すると共に、抵抗２０８を流れる電流から被除電物近傍におけるイオンバランスを検出することができ、これらの検出結果に応じてＣＰＵ２１２から各発振回路２０１ａ，２０２ａに送られる制御信号のデューティ比を制御することにより、イオンバランスの制御が可能である。
なお、異常放電電流検知回路２１１は、抵抗２０９を流れる電流から放電針２０５とグラウンドプレート２０６との間の異常放電を検出してアラーム表示等を行うためのものである。

特開２０００−５８２９０号公報（段落［００３５］〜［００４９］、図１〜図３等）特開２００２−２１６９９５号公報（段落［００２０］〜［００２４］、図５等）

特許文献１に記載された従来技術では、イオンバランスを最適に制御するために、制御回路１０３によってスイッチ１０２ａ，１０２ｂのオンオフ時間やそのデューティ比を調整する必要があり、制御回路１０３の構成が複雑になるという問題がある。
また、特許文献２に記載された従来技術では、抵抗２０７，２０８によって放電針２０５の近傍の発生イオンや被除電物近傍における正負イオンのイオンバランスを検出可能であるが、イオンバランスを制御する方法は基本的に特許文献１と同様であるため、ＣＰＵ２１２による制御プログラム等が複雑化するおそれがあった。
更に、特許文献２に係る従来技術では、放電針２０５から高圧側グラウンド２１５を介してトランス２０１ｂ，２０２ｂの二次側に流れるイオン電流を検出することができず、これによってイオンバランスを高精度に制御できないという問題があった。

そこで本発明の解決課題は、簡単な構成の制御回路によりイオンバランスを適切かつ高精度に制御可能とした除電装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、正負の極性のうち何れか一方の極性の電圧パルスを発生する第１の高電圧発生回路と、前記電圧パルスの極性とは逆極性の直流バイアス電圧を発生する第２の高電圧発生回路と、前記電圧パルスに前記直流バイアス電圧を重畳して得た交流電圧パルスが抵抗を介して印加され、対向電極との間のコロナ放電により正負イオンを発生する放電針と、前記放電針と前記対向電極との間に流れる放電電流を検出するための放電電流検出用抵抗と、前記放電針と第１，第２の高電圧発生回路との間に接地点を介して流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出用抵抗と、前記放電電流検出用抵抗及びイオン電流検出用抵抗による検出信号を合成し、その合成信号に応じて前記直流バイアス電圧の大きさを調整して前記放電針から発生する正負イオンのイオンバランスを制御する制御回路と、を備えたものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した除電装置において、第１の高電圧発生回路から出力される電圧パルスの周波数を可変する手段を備えたものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した除電装置において、第１の高電圧発生回路から出力される電圧パルスが正極性であり、第２の高電圧発生回路から出力される直流バイアス電圧が負極性であることを特徴とする。

本発明によれば、従来技術のように、正電圧パルスや負電圧パルスのデューティ比を変化させる等の複雑な方法によらず、正負のイオンバランスを適切かつ高精度に制御することができ、回路構成の簡略化やコストの低減を図ることができる。
また、放電電流検出用抵抗及び第１，第２のイオン電流検出用抵抗による電流検出値に基づいて直流バイアス電圧を調整することにより、高精度なイオンバランス制御が可能になる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態を示す回路構成図である。同図において、１は直流電源であり、その正極は制御回路２の電源端子に接続されている。制御回路２の入力端子２Ｃには、後述する放電電流検出用抵抗１１、イオン電流検出用抵抗１２及び抵抗１３，１４の各一端が接続され、制御回路２の第１の出力端子２Ａはスイッチ３を介して正側発振回路４Ｐの入力側に接続されていると共に、制御回路２の第２の出力端子２Ｂは負側発振回路４Ｎの入力側に接続されている。

正側発振回路４Ｐの出力側にはトランス５Ｐの一次巻線が接続され、その二次巻線には複数のコンデンサ６１、ツェナーダイオード６２及びダイオード６３からなる倍電圧整流回路６Ｐが接続されている。この倍電圧整流回路６Ｐは、トランス５Ｐの二次巻線に発生する高周波交流電圧を昇圧、整流し、正電圧パルスを出力するように動作する。
ここで、トランス５Ｐ及び倍電圧整流回路６Ｐは、第１の高電圧発生回路としての正側高電圧発生回路５０Ｐを構成している。

また、負側発振回路４Ｎの出力側にはトランス５Ｎの一次巻線が接続され、その二次巻線には複数のコンデンサ６４及びダイオード６５からなる倍電圧整流回路６Ｎが接続されている。この倍電圧整流回路６Ｎは、トランス５Ｎの二次巻線に発生する高周波交流電圧を昇圧、整流し、負の直流バイアス電圧を出力するように動作する。
ここで、トランス５Ｎ及び倍電圧整流回路６Ｎは、第２の高電圧発生回路としての負側高電圧発生回路５０Ｎを構成している。

正側高電圧発生回路５０Ｐの出力端子は接続点１５に直接接続されていると共に、負側高電圧発生回路５０Ｎの出力端子は電流阻止用の抵抗７を介して前記接続点１５に接続されている。更に、接続点１５には、抵抗８を介して放電針９が接続されている。

１０は前記放電針９に近接して配置された対向電極であり、この対向電極１０は放電電流検出用抵抗１１及び接続点１６を介して前記制御回路２の入力端子２Ｃに接続されている。
また、トランス５Ｐ，５Ｎの二次巻線の一端は、それぞれ抵抗１３，１４及び前記接続点１６を介して制御回路２の入力端子２Ｃに接続されている。そして、接続点１６は、イオン電流検出用抵抗１２を介して接地（除電装置自体のアースに接続）されている。
すなわち、制御回路２の入力端子２Ｃには、放電電流検出用抵抗１１、イオン電流検出用抵抗１２及び抵抗１３，１４の各一端が、接続点１６により一括して接続されていることになる。

なお、図２は、前記出力端子２Ｂから負側の発振回路４Ｎに与える信号を生成するための制御部２０Ｂの構成と、各抵抗１１〜１４の接続関係を示す回路図であり、制御部２０Ｂは前記制御回路２の一部を構成している。
図２において、各抵抗１１〜１４の一端が一括接続されている入力端子２Ｃ（接続点１６）にはコンデンサ２１の一端が接続され、その他端は接地されている。また、コンデンサ２１の一端は、抵抗２２を介して反転増幅器としてのオペアンプ２３の反転入力端子に接続され、オペアンプ２３の非反転入力端子はボリューム抵抗２５に接続されている。２４はオペアンプ２３の帰還抵抗である。

そして、オペアンプ２３の出力端子が前記制御回路２の出力端子２Ｂとして負側の発振回路４Ｎに接続されている。なお、実際には、オペアンプ２３の出力側と出力端子２Ｂとの間に更に電流増幅回路等が接続されているが、ここでは便宜的にこれらの図示を省略してある。

次に、この実施形態の動作を図３を参照しつつ説明する。
主電源をオンすることにより前記スイッチ３がオンし、制御回路２の出力端子２Ａから正側の発振回路４Ｐに制御信号が送られる。これにより、発振回路４Ｐからは、高周波の交流電圧が出力され、この交流電圧は正側高電圧発生回路５０Ｐ内の倍電圧整流回路６Ｐにより昇圧、整流されて正電圧パルスとして接続点１５に供給される。図３（ａ）は、この正電圧パルスを示しており、例えば大きさを＋Ｐ_１〔Ｖ〕、デューティ比を５０％としてある。

一方、制御回路２内の前記制御部２０Ｂの動作により、出力端子２Ｂからは、ボリューム抵抗２５の値に応じて初期設定された制御信号が出力され、この制御信号が負側の発振回路４Ｎに送られる。これにより、発振回路４Ｎからは高周波の交流電圧が出力され、この交流電圧は負側高電圧発生回路５０Ｎ内の倍電圧整流回路６Ｎにより昇圧、整流され、抵抗７を介して負の直流バイアス電圧として図１の接続点１５に供給される。図３（ｂ）は、この直流バイアス電圧を示しており、その大きさを−Ｎ〔Ｖ〕とする。

このため、図３（ｃ）に示すように、接続点１５の電圧は図３（ａ）の正電圧パルスに図３（ｂ）の負の直流バイアス電圧を重畳したものとなり、正側の振幅が＋Ｐ_２〔Ｖ〕（Ｐ_２＝Ｐ_１−Ｎ）、負側の振幅が−Ｎ〔Ｖ〕の交流パルスとなる。
この交流パルスは抵抗８を介して放電針９に印加されるので、対向電極１０との間に生じるコロナ放電により放電針９の周囲の空気をイオン化し、正負イオンを発生させることになる。なお、図３（ｃ）における振幅をＰ_２＝Ｎとすることにより、放電針９には絶対値及びパルス幅の等しい正電圧パルス、負電圧パルスが交互に印加されることになる。

ここで、放電針９と対向電極１０との間に流れる放電電流は放電電流検出用抵抗１１と抵抗１３，１４との直列回路を流れるため、放電電流検出値に応じた電圧が接続点１６に発生し、この電圧は図２の入力端子２Ｃに現れる。
また、放電針９から発生した正負イオンにより被除電物の除電に寄与するイオン電流は、放電針９とトランス５Ｐ，５Ｎの二次巻線との間で除電装置の接地点を介して流れ、言い換えれば、イオン電流検出用抵抗１２及び抵抗１３，１４を介して流れるため、正負のイオン電流検出値に応じた電圧が接続点１６に発生し、この電圧も入力端子２Ｃに現れることになる。
なお、上記の説明から明らかなように、抵抗１３，１４は、放電電流の検出、イオン電流の検出の双方に寄与している。

従って、入力端子２Ｃの電圧は、放電針９と対向電極１０との間を流れる放電電流検出値と、実際に被除電物の除電に寄与するイオン電流検出値とを合成した信号となり、放電電流及びイオン電流の両方を考慮した正負イオン量のバランスを反映した値になる。
図２に示した制御部２０Ｂでは、オペアンプ２３の動作によって入出力電圧の極性が反転するので、例えば入力端子２Ｃの電圧が正方向に変化すれば出力端子２Ｂの電圧は負方向に変化する。従って、正負イオンのアンバランスによって入力端子２Ｃの電圧が正負何れかの方向に変化すると、出力端子２Ｂの電圧はその変化を打ち消す方向に変化することになる。

具体的には、入力端子２Ｃの電圧として正イオン量が過剰であることを検出すると、出力端子２Ｂからは図３（ｂ）における直流バイアス電圧を負方向に増加させるような制御信号が出力され、この制御信号に基づいて発振回路４Ｎ及び負側高電圧発生回路５０Ｎにより負方向に増加した直流バイアス電圧が生成される。
このため、図３（ｃ）の交流パルスにおける負電圧パルスの面積が増加するので、負イオン量が増加し、正負のイオンバランスを保つように制御が行われる。

負イオン量が過剰である場合の動作は上記と逆になり、図３（ｂ）における直流バイアス電圧を減少させる（０方向に近付ける）ような制御信号によって負の直流バイアス電圧を減少させるので、負イオン量が減少し、正負のイオンバランスを保つように制御が行われる。
上記のような動作により、放電針９から発生する正負のイオン量をバランスさせることができる。

また、制御部２０Ｂにおけるボリューム抵抗２５の値を調整すれば、負の直流バイアス電圧の初期値を変更することができ、被除電物の帯電極性に応じた最適な直流バイアス電圧を設定することが可能である。

なお、前記スイッチ３のオンオフ周波数や発振回路４Ｐの発振周波数を制御することにより、正側高電圧発生回路５０Ｐから出力される正電圧パルスの周波数を変化させることができると共に、発振回路４Ｐの出力電圧の振幅を調整することによって正電圧パルスの振幅を任意の値に変化させることができる。
このように正電圧パルスの周波数や振幅、負の直流バイアス電圧の大きさを適宜調整することにより、図３（ｃ）に示した交流パルスの周波数や正負パルスの面積の比率を変化させることができるから、正負のイオンバランスを保つばかりでなく、被除電物の帯電極性に応じて正または負のイオンを余分に供給するといった制御を行うことも可能である。

また、上記の実施形態では、正側高電圧発生回路５０Ｐから正電圧パルスを発生させ、負側高電圧発生回路５０Ｎから負の直流バイアス電圧を発生させてこれらを重畳しているが、回路構成を変更することにより、正側高電圧発生回路５０Ｐから正の直流バイアス電圧を発生させ、負側高電圧発生回路５０Ｎから負電圧パルスを発生させてこれらを重畳し、放電針９に印加しても良い。

本発明の実施形態を示す回路構成図である。実施形態における制御部及び各抵抗の接続関係を示す回路図である。実施形態の動作を示す波形図である。特許文献１に記載された従来技術の回路構成図である。特許文献２に記載された従来技術の回路構成図である。

符号の説明

１：直流電源
２：制御回路
２Ａ，２Ｂ：出力端子
２Ｃ：入力端子
３：スイッチ
４Ｐ：正側発振回路
４Ｎ：負側発振回路
５Ｐ，５Ｎ：トランス
６Ｐ，６Ｎ：倍電圧整流回路
６１，６４：コンデンサ
６２：ツェナーダイオード
６３，６５：ダイオード
７，８，１２：抵抗
９：放電針
１０：対向電極
１１：放電電流検出用抵抗
１２：イオン電流検出用抵抗
１３，１４：抵抗
１５，１６：接続点
２０Ｂ：制御部
２１：コンデンサ
２２：抵抗
２３：オペアンプ
２４：帰還抵抗
２５：ボリューム抵抗
５０Ｐ：正側高電圧発生回路
５０Ｎ：負側高電圧発生回路

Claims

正負の極性のうち何れか一方の極性の電圧パルスを発生する第１の高電圧発生回路と、
前記電圧パルスの極性とは逆極性の直流バイアス電圧を発生する第２の高電圧発生回路と、
前記電圧パルスに前記直流バイアス電圧を重畳して得た交流電圧パルスが抵抗を介して印加され、対向電極との間のコロナ放電により正負イオンを発生する放電針と、
前記放電針と前記対向電極との間に流れる放電電流を検出するための放電電流検出用抵抗と、
前記放電針と第１，第２の高電圧発生回路との間に接地点を介して流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出用抵抗と、
前記放電電流検出用抵抗及びイオン電流検出用抵抗による検出信号を合成し、その合成信号に応じて前記直流バイアス電圧の大きさを調整して前記放電針から発生する正負イオンのイオンバランスを制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする除電装置。
請求項１に記載した除電装置において、
第１の高電圧発生回路から出力される電圧パルスの周波数を可変とする手段を備えたことを特徴とする除電装置。
請求項１または２に記載した除電装置において、
第１の高電圧発生回路から出力される電圧パルスが正極性であり、第２の高電圧発生回路から出力される直流バイアス電圧が負極性であることを特徴とする除電装置。