JP4663766B2 - Static eliminator - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a static eliminator for bringing the charge amount of a charged body charged with a positive or negative charge close to zero.
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。 If the target object is charged in a liquid crystal production line, etc., dust may adhere to the product and the product may become defective.If the object is transported by a conveyor, etc., the small target object will be charged. As a result, the products are attracted and contacted, and the production line may stop. For this reason, a large number of static eliminators are arranged in a limited space where it is necessary to suppress the generation of static electricity.
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。 Static electricity is caused by positive or negative charges accumulated in the target object, and the charged potential of the target object caused by static electricity is determined by measuring the surface potential of the target object with the ground as a reference potential. . The principle of static elimination is that the charge accumulated in the target object is poured into the ground, or ions of the opposite polarity to the accumulated charge are sprayed to neutralize the charged potential, That is, the charge accumulated in the charged body is brought close to zero.
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出力させて、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。 As a static elimination device applying the principle of static elimination as described above, a DC high voltage or an AC high voltage from a high voltage generator is applied to a conventional electrode needle, and positive or negative ions are output from the electrode needle. One in which ions are sprayed onto a charged body is known. At this time, the positive or negative ion flow flowing in the air can be considered as a current between the high voltage generation unit and the ground. In other words, the current flowing from the high voltage generating portion toward the ground corresponds to a negative ion flow, and the current flowing from the ground toward the high voltage generating portion corresponds to a positive ion flow.
このようなイオン流と電流との相互関係により、除電装置から出力しているプラス、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１２は、上記のような原理を用いた除電装置を示す回路図である。図において、２１ａ、２１ｂは直流可変電圧装置、２２ａ、２２ｂはスイッチ、２３ａは正極性の電極針、２３ｂは負極性の電極針、２４は制御信号ｐａ〜ｐｄを出力する制御回路、２５は除電の対象物体である。 Due to the mutual relationship between the ion current and the current, if the same number of positive and negative ions are output from the static eliminator, they are neutralized and the current becomes zero. FIG. 12 is a circuit diagram showing a static eliminator using the above principle. In the figure, 21a and 21b are direct-current variable voltage devices, 22a and 22b are switches, 23a is a positive electrode needle, 23b is a negative electrode needle, 24 is a control circuit that outputs control signals pa to pd, and 25 is a static eliminator. The target object.
制御回路２４の信号により直流可変電圧装置２１ａ、２１ｂ、スイッチ２２ａ、２２ｂを動作させて、対象物体２５の帯電の極性とは反対極性の電極針に直流の高電圧を印加して除電する。例えば対象物体２５が負極性に帯電している場合には正極性の電極針２３ａに直流の高電圧を印加して正極性のイオンを対象物体２５に吹き付ける。正負の極性の電極針からイオンを対象物体に吹き付けるには、イオン同士の反発力（クーロン力）を利用する。イオン同士の反発力が弱いときには、ファンやコンプレッサー等の外力を利用することもある。
The DC variable voltage devices 21a and 21b and the
ところで、電極針に高電圧を印加するときに発生するイオン量と電圧の関係は、図１３の特性図のように表される。Ｑ１は負極性の電圧−イオン量の特性、Ｑ２は正極性の電圧−イオン量の特性を示している。この特性図に示されているように負極性のイオンの方が正極性のイオンよりも低電圧で発生する傾向にある。このため、正負双方の極性の電極針からイオンを等量発生させてイオンバランスを取る必要がある場合には、正負の直流可変電圧装置２１ａ、２１ｂにより出力電圧の調整を行い、またはスイッチ２２ａ、２２ｂの開閉時間、すなわち、電圧印加時間を調整して電圧の大きさを制御している。
Incidentally, the relationship between the amount of ions generated when a high voltage is applied to the electrode needle and the voltage is expressed as shown in the characteristic diagram of FIG. Q1 indicates a negative voltage-ion amount characteristic, and Q2 indicates a positive voltage-ion amount characteristic. As shown in this characteristic diagram, negative ions tend to be generated at a lower voltage than positive ions. For this reason, when it is necessary to generate equal amounts of ions from both positive and negative electrode needles to achieve ion balance, the output voltage is adjusted by the positive and negative DC variable voltage devices 21a and 21b, or the
イオンバランスを取りながらイオン同士の反発力（クーロン力）を利用して電極針から対象物体にイオンを吹き付ける際には、スイッチ２２ａ、２２ｂを交互に開閉制御しており、正負双方の極性の電極針にはパルス状の高電圧が交互に印加される。このときの周波数は、電極針と対象物体との距離に応じて最適な周波数が選定される。近距離の場合には周波数が高く、遠距離の場合には周波数は低く選定される。
When ions are blown from the electrode needle to the target object by utilizing the repulsive force (Coulomb force) between the ions while maintaining the ion balance, the
例えば、この距離が５０ｍｍ程度の近接した距離であれば３０〜１００Ｈｚ、クリーンルームの作業台（クリーンベンチ）のように当該距離が５００ｍｍ程度の場合には１０〜１Ｈｚ、クリーンルームの天井のように当該距離が２０００ｍｍ以上の場合には１Ｈｚ以下に選定される。このように、電極針と対象物体との距離が大きいときには、電極針で発生したイオンが対象物体に到達するまでに時間がかかるので同一極性の電圧を長い時間印加することが必要となり、直流方式の除電装置が適している。 For example, if this distance is a close distance of about 50 mm, 30 to 100 Hz, if the distance is about 500 mm like a clean room worktable (clean bench), the distance is about 10 to 1 Hz if the distance is about 500 mm, like the clean room ceiling. Is selected to be 1 Hz or less. In this way, when the distance between the electrode needle and the target object is large, it takes time for the ions generated by the electrode needle to reach the target object, so it is necessary to apply a voltage of the same polarity for a long time. The static eliminator is suitable.
これに対して電極針と対象物体との距離が近接している場合には、比較的高い周波数で電極針からイオンを出力する必要があるので、交流方式の除電装置が適している。特に、除電の対象物体が走行しているフイルムやシート等の長尺状の物体の場合には、ムラなく除電するためには一定値以上の周波数で電極針からイオンを出力することが要求されている。 On the other hand, when the distance between the electrode needle and the target object is close, it is necessary to output ions from the electrode needle at a relatively high frequency. Therefore, an AC type static eliminator is suitable. In particular, in the case of a long object such as a film or sheet on which the target object of static elimination is traveling, it is required to output ions from the electrode needle at a frequency equal to or higher than a certain value in order to eliminate static electricity evenly. ing.
図１４は、このような長尺状の物体の除電に適用される交流方式の除電装置の一例を示す回路図である。図において、３１は商用電源、３２は昇圧トランス、３３は直流バイアス電源、３４は正負の極性のイオンを交互に発生する電極針、３５は矢視Ａ方向に走行するフイルムである。電極針３４は、フイルム３５の走行面から高さＨが５０ｍｍ程度の位置に設定される。Ｌは電極針３４による除電範囲であり５０ｍｍ程度の長さに設定される。このときのフイルム３５の走行速度をｖ（ｍ／ｓ）とすると、最適な周波数Ｆは、Ｆ≧（ｖ／Ｌ）で表される。したがって、ｖ＝２．５（ｍ／ｓ）とすると、Ｆ≧（２５０／５）より最適な周波数は５０Ｈｚ以上に設定される。
FIG. 14 is a circuit diagram showing an example of an AC type static eliminator applied to neutralize such a long object. In the figure, 31 is a commercial power source, 32 is a step-up transformer, 33 is a DC bias power source, 34 is an electrode needle that alternately generates positive and negative ions, and 35 is a film that runs in the direction of arrow A. The
図１５は、直流バイアス電源３３による昇圧トランス３２の２次側電圧の制御の一例を示す特性図である。バイアス電圧ＶＢを制御することにより、２次側電圧の０レベルが変わり電極針３４から発生する正負の極性のイオン量が調整される。このように、交流方式の除電装置は走行している長尺状の物体に対して近接した位置に電極針を配置して効果的に除電できる。しかしながら、周波数は商用電源により一律に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに設定され、電極針と対象物体の距離に応じて最適な周波数を設定することができないという問題がある。また、昇圧トランスは大型で重いため、設置場所に制約を受けるという問題がある。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing an example of control of the secondary side voltage of the step-
そこでトランスの小型軽量化を図るために可変周波数の高周波トランスを用いた除電装置が開発されている。図１６はこのような除電装置の一例を示す回路図である。図１６において、４１は直流電源、４２ａ、４２ｂはスイッチ、４３ａ、４３ｂは高周波発振回路、４４ａ、４４ｂはトランス、４５ａ、４５ｂは倍電圧整流回路、４６は正極性の電極針、４７は負極性の電極針である。 In order to reduce the size and weight of the transformer, a static eliminator using a variable frequency high frequency transformer has been developed. FIG. 16 is a circuit diagram showing an example of such a static eliminator. In FIG. 16, 41 is a DC power supply, 42a and 42b are switches, 43a and 43b are high frequency oscillation circuits, 44a and 44b are transformers, 45a and 45b are voltage doubler rectifier circuits, 46 is a positive electrode needle, and 47 is a negative polarity. Electrode needle.
高周波発振回路４３ａ、４３ｂを動作させることにより、トランス４４ａ、４４ｂの２次側には高周波電圧が発生する。倍電圧整流回路４５ａ、４５ｂは、コッククロフト・ウオルトンの回路といわれる周知の構成であり、コンデンサＣ１〜Ｃ４とダイオードＤ１〜Ｄ４で構成されている。コンデンサとダイオードとを組み合わせた単位ブロックの段数をｎ、入力電圧をＶｓとすると、倍電圧整流回路４５ａ、４５ｂの出力側にはｎＶｓの電圧が得られる。図１４の例ではｎ＝４であるので、倍電圧整流回路４５ａ、４５ｂの出力側には４Ｖｓの高電圧が形成されてそれぞれの電極針４６、４７に印加される。
By operating the high-
図１７は高周波トランスを用いた除電装置の他の例を示す回路図である。図１７において、４１は直流電源、４２ｃはスイッチ、４３ｃは高周波発振回路、４４ｃはトランス、４５ａ、４５ｂは倍電圧整流回路、４６は正極性の電極針、４７は負極性の電極針である。この例では、単一のトランス４４ｃの２次側に発生する高周波電圧を倍電圧整流回路４５ａ、４５ｂにより昇圧し、正極性の電極針４６と負極性の電極針４７に印加する構成としている。
図１６の例では、高周波発振回路４３ａ、４３ｂを個別に制御することにより、正極性の電極針と負極性の電極針に印加する電圧をそれぞれ制御することができるのでイオンバランスを取りやすいという利点がある。しかしながら、正イオンと負イオンの発生する場所が違うので除電ムラが発生し、また、正極性と負極性の電極針をそれぞれ必要とするのでコストが高くなるという問題があった。
In the example of FIG. 16, the voltage applied to the positive electrode needle and the negative electrode needle can be controlled by individually controlling the high-
また、図１７の例では単一の高周波発振回路、トランス、電極針により正負の極性のイオンを発生させることができるので、構成が簡単でコストが安くなるという利点がある。しかしながら、正極性の電圧と負極性の電圧を個別に制御することができないので、イオンバランスを取りにくいという問題があった。 In the example of FIG. 17, positive and negative polar ions can be generated by a single high-frequency oscillation circuit, transformer, and electrode needle, so that there is an advantage that the configuration is simple and the cost is low. However, since the positive voltage and the negative voltage cannot be individually controlled, there is a problem that it is difficult to achieve ion balance.
本発明はこのような問題に鑑みて、簡単な回路構成で電極手段に印加される電圧の周波数と、正極性及び負極性の電圧の大きさを個別に制御することができる除電装置の提供を目的とするものである。 In view of such problems, the present invention provides a static eliminator that can individually control the frequency of the voltage applied to the electrode means and the magnitude of the positive and negative voltages with a simple circuit configuration. It is the purpose.
上記目的は請求項１に係る発明において、除電装置を、外部電源から電圧が供給される正極性の高電圧発生回路及び負極性の高電圧発生回路と、正極性の高電圧発生回路の出力端子と負極性の高電圧発生回路の出力端子との間に直列接続される第１、第２のインピーダンス素子と、前記第１、第２のインピーダンス素子の接続点に接続され、前記正極性及び負極性の高電圧発生回路の出力電圧の印加により正極性のイオンと負極性のイオンを出力する電極針と、正極性の高電圧を電極針に印加する際に形成される第１の給電経路を開閉する第１の電子的スイッチと、負極性の高電圧を電極針に印加する際に形成される第２の給電経路を開閉する第２の電子的スイッチと、第１の電子的スイッチと第２の電子的スイッチの開閉時間を制御する制御装置とを備え、前記正極性の高電圧発生回路および前記び負極性の高電圧発生回路は、各々、複数の直列に配置されたダイオードと複数のコンデンサとからなる倍電圧整流回路を備え、前記制御装置が、前記第１の電子的スイッチが閉状態且つ前記第２の電子的スイッチが開状態である正極性動作状態と、前記第１の電子的スイッチが開状態且つ前記第２の電子的スイッチが閉状態である負極性動作状態とを交互に繰り返すことで、前記電極針に所定周期の正負の極性を反転した電圧を交互に印加させて、前記電極針から正極性のイオンと負極性のイオンを交互に出力させ、前記制御装置により前記正極性動作状態に制御された場合に、前記正極性の高電圧発生回路の正極性の出力電圧が前記直列接続された第１、第２のインピーダンス素子により分圧され、該分圧された正極性の出力電圧が前記電極針に印加されるように構成されると、共に、前記制御装置により前記負極性動作状態に制御された場合に、前記負極性の高電圧発生回路の負極性の出力電圧が前記直列接続された第１、第２のインピーダンス素子により分圧され、該分圧された負極性の出力電圧が前記電極針に印加されるように構成されることにより達成される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a neutralization apparatus comprising: a positive high voltage generation circuit to which a voltage is supplied from an external power supply; a negative high voltage generation circuit; and an output terminal of the positive high voltage generation circuit. And the first and second impedance elements connected in series between the output terminal of the negative voltage high-voltage generating circuit and the connection point of the first and second impedance elements, the positive and negative electrodes An electrode needle that outputs positive ions and negative ions by applying an output voltage of the high-voltage generating circuit, and a first feeding path formed when a positive high voltage is applied to the electrode needle. A first electronic switch that opens and closes, a second electronic switch that opens and closes a second power supply path formed when a negative high voltage is applied to the electrode needle, a first electronic switch, Control for opening and closing time of electronic switch A positive voltage high voltage generating circuit and a negative voltage high voltage generating circuit each comprising a voltage doubler rectifier circuit comprising a plurality of diodes arranged in series and a plurality of capacitors, A control device comprising: a positive operating state where the first electronic switch is closed and the second electronic switch is open; and a first electronic switch is open and the second electronic switch is open. By alternately repeating the negative polarity operation state in which the switch is closed, a voltage obtained by reversing the positive / negative polarity of a predetermined cycle is alternately applied to the electrode needle, and positive ions and negative polarity are applied from the electrode needle. When the control device controls the positive polarity operation state, the positive polarity output voltage of the positive polarity high voltage generation circuit is connected to the first and second series connected in series. Impedance element And the divided positive output voltage is applied to the electrode needle, and when both are controlled to the negative polarity operating state by the control device, the negative electrode The negative output voltage of the high voltage generating circuit is divided by the first and second impedance elements connected in series, and the divided negative output voltage is applied to the electrode needle. It is achieved by being configured.
また、請求項１に記載の除電装置において、第１の電子的スイッチと第２の電子的スイッチの開閉時間を制御することにより、電極針に印加する電圧の周波数を制御してなるように構成されることにより達成される。
The static eliminator according to
さらに、請求項１に記載の除電装置において、第１、第２のインピーダンス素子は、抵抗と前記電極針に印加される前記出力電圧の立ち上がりの応答性を改善する手段とで形成したことにより達成される。
Further, in the static eliminator according to
本発明によれば、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉時間の制御により、電極手段から出力される正負の極性のイオン量を個別に制御しているので、簡単な構成で効果的に除電を行うことができる。また、単一の電極手段により正負の極性のイオンを出力させるので除電ムラがなく、電極針の数を１／２にできその結果除電装置のコストが安くなる。 According to the present invention, the amount of positive and negative ions output from the electrode means is individually controlled by controlling the opening / closing time of the first switch and the second switch, so that it is effective with a simple configuration. Static elimination can be performed. Also, since positive and negative polar ions are output by a single electrode means, there is no unevenness in static elimination, and the number of electrode needles can be halved. As a result, the cost of the static elimination apparatus is reduced.
また、第１のスイッチと第２のスイッチの単位時間あたりの開閉頻度を変えること、すなわち、電極針に印加される電圧の周波数を制御第１の電子的スイッチと第２の電子的スイッチの開閉時間を制御することにより、電極針と除電の対象物体との距離に応じて最適の周波数で電極針に電圧を印加することができ、これにより効果的に除電を行うことができる。 In addition, the switching frequency of the first switch and the second switch per unit time is changed, that is, the frequency of the voltage applied to the electrode needle is controlled. The opening and closing of the first electronic switch and the second electronic switch By controlling the time, it is possible to apply a voltage to the electrode needle at an optimum frequency according to the distance between the electrode needle and the target object to be neutralized, thereby effectively eliminating the charge.
電極針と接地間に形成される浮遊容量の影響を第１、第２のインピーダンス素子で除去するので、電極手段に高電圧発生回路の出力電圧が印加されたときの立上りの特性が改善される。 Since the influence of the stray capacitance formed between the electrode needle and the ground is removed by the first and second impedance elements, the rise characteristic when the output voltage of the high voltage generating circuit is applied to the electrode means is improved. .
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の除電装置の一例を示す回路図である。図１において、１は直流電源で例えば二次電池等の外部直流電源を用いる。２ａ、２ｂは直流電源１の出力側に設けられるスイッチ、３は制御信号Ｓａ、Ｓｂによりスイッチ２ａ、２ｂの開閉時間を制御する制御装置である。スイッチ２ａ、２ｂは、トランジスタ等の電子的スイッチを用いることができる。４は、トランス４ａ、倍電圧整流回路４ｂよりなる正極性の高電圧発生回路、５は、トランス５ａ、倍電圧整流回路５ｂよりなる負極性の高電圧発生回路である。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a static eliminator of the present invention. In FIG. 1,
各高電圧発生回路４、５において、倍電圧整流回路４ｂ、５ｂのコンデンサとダイオードを組み合わせたブロックの段数は適宜の段数に設定され、所定の値の直流高電圧が高電圧発生回路４、５の出力端子６、７に得られる。出力端子６、７間には、電流制限用のインピーダンスとして作用する等価の抵抗Ｒ１、Ｒ１を直列に接続し、両抵抗の接続点８に電極針９を接続する。
In each of the high
スイッチ２ａは、直流電源１から供給される電圧により正極性の高電圧発生回路４が動作して、電極針９に正極性の高電圧を印加する際に形成される第１の給電経路を開閉するスイッチとして機能する。また、スイッチ２ｂは、直流電源１から供給される電圧により負極性の高電圧発生回路５が動作して、電極針９に負極性の高電圧を印加する際に形成される第２の給電経路を開閉するスイッチとして機能する。
The switch 2 a opens and closes the first power supply path formed when the positive high
図２、図３は図１の除電装置の高電圧発生回路の出力電圧の波形を示す特性図である。図２、図３を参照して図１の除電装置の動作を説明する。制御装置３からの制御信号Ｓａ、Ｓｂによりスイッチ２ａをオン、スイッチ２ｂをオフにする。この際に、正極性の高電圧発生回路４のトランス４ａの２次側にはパルス状の高電圧が発生する。
2 and 3 are characteristic diagrams showing waveforms of output voltages of the high voltage generation circuit of the static eliminator of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. The control signals Sa and Sb from the
このトランス４ａの２次側に発生したパルス状の高電圧を倍電圧整流回路４ｂにより昇圧して、振幅値Ｖａの正極性のパルス電圧を正極性の高電圧発生回路４から出力し、電極針９に印加する。電極針９からは正極性のイオンが出力されて図示しない対象物体に吹き付けられる。
The pulsed high voltage generated on the secondary side of the transformer 4a is boosted by the voltage doubler rectifier circuit 4b, and a positive pulse voltage with an amplitude value Va is output from the positive high
ｔａ時間スイッチ２ａをオン、スイッチ２ｂをオフにして、電極針９に振幅値Ｖａ／２の正極性のパルス電圧を印加してから、次に制御装置３からの制御信号Ｓａ、Ｓｂによりスイッチ２ａをオフ、スイッチ２ｂをオンにする。この際には、負極性の高電圧発生回路５のトランス５ａの２次側にはパルス状の高電圧が発生する。このトランス５ａの２次側に発生したパルス状の高電圧を倍電圧整流回路５ｂにより昇圧して、振幅値Ｖａの負極性のパルス電圧を負極性の高電圧発生回路５から出力し、電極針９に印加する。電極針９からは負極性のイオンが出力されて図示しない対象物体に吹き付けられる。
The ta time switch 2a is turned on, the
ｔｂ時間スイッチ２ａをオフ、スイッチ２ｂをオンにして、電極針９に振幅値Ｖａ／２の負極性のパルス電圧を印加してから、次に再度スイッチ２ａをオン、スイッチ２ｂをオフにして電極針９に振幅値Ｖａ／２の正極性のパルス電圧を印加する。以下、スイッチ２ｂ、２ａを交互に開閉し、周期Ｔ（Ｔ＝ｔａ＋ｔｂ）で正負の極性を反転したパルス電圧を交互に電極針９に印加する。
tb time switch 2a is turned off,
このように、制御装置３からの制御信号Ｓａ、Ｓｂでスイッチ２ａ、２ｂの開閉時間を制御し、前記電圧の極性を変化させる周期Ｔの単位時間あたりの繰り返し回数を適宜設定することにより、電極針９にはＥ１の波形で示される所定の周波数の高電圧が印加されることになる。ここで、単位時間あたりの周期Ｔの繰り返し回数は、単位時間あたりのスイッチ２ａ、２ｂの開閉頻度で規定される。このため、電極針９に印加される電圧の周波数の制御は、単位時間あたりのスイッチ２ａ、２ｂの開閉頻度を変えることにより、すなわち、単位時間あたりのスイッチ２ａ、２ｂの開閉時間を制御することにより行われるものである。
Thus, the control signals Sa and Sb from the
図２は、各スイッチ２ａ、２ｂのオンの時間ｔａとｔｂを等しく、すなわち、正極性の高電圧発生回路４と負極性の高電圧発生回路５の動作時間を等しくして、電極針９に印加される正負の極性の電圧の大きさを同じ値に設定している。しかしながら、前記のように負極性のイオンが低電圧で発生しやすい傾向にあるので、正負の極性の電圧の大きさを同じ大きさにして電極針９に印加すると、イオンバランスが取れない場合がある。
In FIG. 2, the on-times ta and tb of the
このような場合には、図３のように一周期Ｔ内でスイッチ２ａのオン時間ｔｐをスイッチ２ｂのオン時間ｔｑよりも長く設定し、電極針９に印加する電圧は、正極性の電圧が負極性の電圧よりも大きくなるように電圧を制御する。すなわち、一周期Ｔ内でスイッチ２ａ、２ｂの開閉時間の比率を変えて、正極性及び負極性の電圧の大きさを制御する。
In such a case, as shown in FIG. 3, the on time tp of the switch 2a is set longer than the on time tq of the
この際には、電極針９にはＥ２の波形で示される所定の周波数の高電圧が印加されることになる。電極針９に電圧が印加される時間は、一周期内で正極性のパルス電圧が印加される時間が負極性のパルス電圧が印加される時間よりも長くなるので、正極性のイオン量が増加する傾向が強くなり、イオンバランスが取られることになる。
At this time, the
また、対象物体が正極性に強く帯電している場合には、スイッチ２ｂのオン時間ｔｂをスイッチ２ａのオン時間ｔａよりも長く設定する。この場合には、電極針９に印加される電圧は、負極性の電圧が正極性の電圧よりも大きくなるように制御される。
When the target object is strongly charged with positive polarity, the on-time tb of the
図３において周期を図２の例と同一の周期Ｔに設定すると、スイッチ２ａ、２ｂの開閉時間の比率を制御することにより、周波数を固定したままで電極針９に印加される正負の極性の電圧の大きさを変えることができる。すなわち、電極針９で発生する正負の極性のイオン量の大きさを制御することができる。
In FIG. 3, when the cycle is set to the same cycle T as in the example of FIG. 2, by controlling the ratio of the open / close times of the
また、図２の例とは異なる周期でスイッチ２ａ、２ｂを開閉して、すなわち、スイッチ２ａ、２ｂの開閉頻度を変えて、電極針９に印加する電圧の周波数を制御すると共に、一周期内のスイッチ２ａ、２ｂの開閉時間の比率を変えて、電極針９に印加される正負の極性の電圧の大きさも変える構成とすることができる。
Further, the
このように図１の除電装置は、スイッチ２ａ、２ｂの開閉時間を制御することにより、電極針９に印加する電圧の周波数の制御と、正負の極性の電圧の個別の大きさの制御をそれぞれ独立して行うことができるが、更に、電極針９に印加する電圧の周波数と共に、正負の極性の個別の電圧の大きさを同時に制御することができる。また、単一の電極針により正負の極性のイオンを出力させるので、コストを低減することができる。
As described above, the static eliminator of FIG. 1 controls the frequency of the voltage applied to the
ところで図１の除電装置は、電極針９と接地間に浮遊容量Ｃｆが形成されている。このような浮遊容量Ｃｆに起因して時定数が大きくなるために電極針９に電圧が印加された際の応答性が悪くなり、図４の特性図に示すように電極針９に印加される電圧はＥ３の波形のように立上りに遅れが発生する。このため、電極針９に印加される電圧の大きさが不足して十分にイオンを発生することができないという問題がある。
In the static eliminator shown in FIG. 1, a stray capacitance Cf is formed between the
図５は、このような浮遊容量Ｃｆの影響を除去するための構成を示す回路図である。図１の例では正極性の高電圧発生回路４と負極性の高電圧発生回路５の出力端子６、７間に、抵抗Ｒ１、Ｒ１の直列回路を接続している。図５の例では、前記抵抗Ｒ１に代えて抵抗Ｒ２とコンデンサＣａの並列回路を直列に接続する構成としている。このように、出力端子６、７間にコンデンサを含むインピーダンスを接続しているので、浮遊容量Ｃｆによるインピーダンスは打ち消される。このため応答性が良くなり、電極針９に印加される電圧は立上りの遅れがなくＥ４の波形のように改善される。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration for removing the influence of the stray capacitance Cf. In the example of FIG. 1, a series circuit of resistors R <b> 1 and R <b> 1 is connected between
図６は、本発明の別の実施の形態を示す回路図である。図６の例では、図１の抵抗Ｒ１に代えて抵抗Ｒ３とツェナーダイオードＺｄの直列回路を接続している。ここで正極性の高電圧発生回路４の出力電圧をＶｂ、負極性の高電圧発生回路５の出力電圧をＶｃ、ツェナーダイオードＺｄのツェナー電圧をＶｚとするとき、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｚの関係は、２Ｖｚ≦Ｖｂ、２Ｖｚ≦Ｖｃとなるようにツェナー電圧Ｖｚを定める。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention. In the example of FIG. 6, a series circuit of a resistor R3 and a Zener diode Zd is connected instead of the resistor R1 of FIG. Here, when the output voltage of the positive high
正極性の高電圧発生回路４から電圧Ｖｂが出力されているときには、出力端子６からの出力電流Ｉｂは、Ｉｂ＝（Ｖｂ−２Ｖｚ）／２Ｒ３となる。また、負極性の高電圧発生回路５から電圧Ｖｃが出力されているときには、出力端子７からの出力電流Ｉｃは、Ｉｃ＝（Ｖｃ＋２Ｖｚ）／２Ｒ３となる。
When the voltage Vb is output from the positive high
次に図１の例と図６の例の特性を比較する。図１においては、出力端子６、７間の出力インピーダンスＺａは、抵抗Ｒ１とＲ１が並列に接続されているので、Ｚａ＝（Ｒ１／２）となる。正極性の高電圧発生回路４から電圧Ｖａが出力されているときに出力端子６からの出力電流Ｉａは、Ｉａ＝（Ｖａ／２Ｒ１）となる。したがって、出力端子６と接続点８の間に接続されている抵抗Ｒ１の消費電力Ｗａは、Ｗａ＝（Ｉａ）２Ｒ１＝（Ｖａ）２／４Ｒ１となる。
Next, the characteristics of the example of FIG. 1 and the example of FIG. 6 are compared. In FIG. 1, the output impedance Za between the
図６の例は、出力端子６、７間の出力インピーダンス Ｚｂは、ツェナーダイオードＺｄのインピーダンスを無視すれば抵抗Ｒ３とＲ３が並列に接続されているので、Ｚｂ＝（Ｒ３／２）となる。このときの出力端子６と接続点８の間に接続されている抵抗Ｒ３の消費電力Ｗｂは、Ｗｂ＝（Ｉｂ）２Ｒ３であるから、Ｉｂに上記の値を代入してＷｂ＝（Ｖｂ−２Ｖｚ）２／４Ｒ３となる。ここで、簡単のためにＶａ＝Ｖｂ、Ｒ１＝Ｒ３とすると、Ｗａ＞Ｗｂとなり、図６の構成にすると図１の構成よりも消費電力が少なくなり、除電装置の効率が向上する。
In the example of FIG. 6, the output impedance Zb between the
また、Ｉａ＝Ｉｂとした場合、Ｒ１＞Ｒ３となり出力インピーダンス が減少して応答性が改善される。出力端子７と接続点８間の出力インピーダンスに対する消費電力の軽減と、応答性の改善についても上記したところと同様になる。このように、図６の構成ではツェナーダイオードＺｄを用いることにより、図１の構成と出力インピーダンスが同じでも除電装置の効率を向上させることができるものである。
Further, when Ia = Ib, R1> R3 and the output impedance is reduced to improve the responsiveness. The reduction of power consumption with respect to the output impedance between the
図７は、本発明の更に別の実施の形態を示す回路図である。この例では、出力端子６と接続点８間、および出力端子７と接続点８間に、それぞれ抵抗Ｒ４とツェナーダイオードＺｄの直列回路にコンデンサＣｂを並列に接続している。このような構成とすることにより、図５の例で説明したと同じように、浮遊容量Ｃｆに起因する電極針９に印加される高電圧発生回路の出力電圧の立上りの遅延を解消し、応答性が改善される。
FIG. 7 is a circuit diagram showing still another embodiment of the present invention. In this example, a capacitor Cb is connected in parallel to a series circuit of a resistor R4 and a Zener diode Zd between the
図１、図５〜図７の構成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の出力端子６と出力端子７間には等価な２つのインピーダンスを直列に接続している。しかしながら、本発明の除電装置においては上記２つのインピーダンス は互いに等価なものには限定されない。一方のインピーダンスを他方のインピーダンス よりも大きく設定して、電極針９に高電圧を印加する構成とすることも可能である。
1 and 5 to 7, two equivalent impedances are connected in series between the
図１の例では、高電圧を電極針に印加する際に形成される給電経路を開閉する第１、第２のスイッチ２ａ、２ｂは、直流電源１とトランス４ａ、５ａとの間に接続されている。本発明においては、前記第１、第２のスイッチは、正極性の高電圧発生回路または負極性の高電圧発生回路を電極針に印加する際に形成される給電経路のどの位置に接続しても、前記した電極針に印加する電圧の周波数と電圧の大きさを制御することができるものである。
In the example of FIG. 1, first and
図８は、第１、第２のスイッチ２ａ、２ｂを倍電圧整流回路４ｂ、５ｂの入力側に接続した例を示す回路図である。図８の例では、直流電源１の出力側に直流−交流インバータ１１を接続し、直流−交流インバータ１１の出力側にトランス４ａ、５ａを接続している。
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example in which the first and
この例においても、第１のスイッチ２ａをオン、第２のスイッチ２ｂをオフにすると、電極針９には正極性の高電圧が印加される。また、第１のスイッチ２ａをオフ、第２のスイッチ２ｂをオンにすると、電極針９には負極性の高電圧が印加される。
Also in this example, when the first switch 2 a is turned on and the
更に、第１のスイッチ２ａと第２のスイッチ２ｂの単位時間あたりの開閉頻度を制御することにより、電極針９に印加される電圧の周波数を制御することができる。また、第１のスイッチ２ａと第２のスイッチ２ｂの一周期内での開閉時間の比率を制御することにより、電極針９に印加される正負の極性の電圧の大きさを制御することができる。
Furthermore, the frequency of the voltage applied to the
図１の例では、直流電源１の電圧を正極性または負極性の高電圧発生回路に供給している。本発明においては、交流電源の電圧を直流に変換して正極性または負極性の高電圧発生回路に供給する構成とすることも可能である。図９は、交流電源を用いた例を示す回路図である。図９において、ＡＣは商用交流電源、１２は交流−直流インバータである。第１のスイッチ２ａと第２のスイッチ２ｂは、交流−直流インバータ１２の出力側に接続されている。
In the example of FIG. 1, the voltage of the
交流−直流インバータ１２の出力側から電極針９までの給電経路の構成は、図１の構成と同様であるので詳細な説明は省略する。このように、本発明においては正極性または負極性の高電圧発生回路に電圧を供給する電源は、直流電源と交流電源のいずれでも適用が可能である。
The configuration of the power feeding path from the output side of the AC-
ところで、電極針から大量のイオンを出力する場合には、高電圧発生回路に用いるトランスの出力容量を大きくする必要がある。しかしながら、トランスの出力容量を大きくするとトランスが大型化する。トランスの２次側から高周波の交流電圧を出力させるために、制御装置によりトランスの１次巻線への通電のオン、オフ制御を行うが、上記のようにトランスが大型化すると、前記オン、オフ制御のスイッチング周波数が低下する。 By the way, when outputting a large amount of ions from the electrode needle, it is necessary to increase the output capacity of the transformer used in the high voltage generation circuit. However, increasing the output capacity of the transformer increases the size of the transformer. In order to output a high-frequency AC voltage from the secondary side of the transformer, on / off control of energization to the primary winding of the transformer is performed by the control device. When the transformer is enlarged as described above, the on, The switching frequency of the off control is lowered.
例えば、トランスの出力が１Ｗであれば、スイッチング周波数は約１００ＫＨｚであるが、トランスの出力が５Ｗに増大すると、スイッチング周波数は約１０〜３０ＫＨｚに低下する。このようにスイッチング周波数が低下すると、高電圧発生回路から電極針に印加される出力電圧の立上り時間が長くなるという問題がある。 For example, if the output of the transformer is 1 W, the switching frequency is about 100 KHz, but if the output of the transformer is increased to 5 W, the switching frequency is reduced to about 10 to 30 KHz. Thus, when the switching frequency is lowered, there is a problem that the rise time of the output voltage applied from the high voltage generation circuit to the electrode needle becomes longer.
図１１は、前記制御装置によるトランスの１次巻線のオンオフ制御と出力電圧の立上り時間との関係を示す特性図である。図１１において、制御装置によるスイッチオンはＨレベルに、スイッチオフはＬレベルに表示しており、スイッチのオン、オフの状態は波形Ｘで示される。このときの出力電圧は波形Ｙ１で示されるが、出力電圧はスイッチのオン動作に直ちには追随せずに時間遅れをもって立上るので、出力電圧の立上り時間が長くなっている。 FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the on / off control of the primary winding of the transformer by the control device and the rise time of the output voltage. In FIG. 11, switch-on by the control device is displayed at the H level, switch-off is displayed at the L level, and the on / off state of the switch is indicated by a waveform X. The output voltage at this time is indicated by the waveform Y1, but the output voltage rises with a time delay without immediately following the ON operation of the switch, so that the rise time of the output voltage is long.
図１０は、このような電極針から大量のイオンを出力する場合の改良例を示す回路図である。図１０において、１は直流電源、２ａはスイッチ、１０ａ、１０ｂは制御回路、４ａ１、４ａ２はトランス、４ｂ１、４ｂ２は倍電圧整流回路で、それぞれ同一値の正極性の直流高電圧を出力端子６から出力する。負極性の高電圧発生回路においても、同様にトランスを分割して２つの倍電圧整流回路を接続する。 FIG. 10 is a circuit diagram showing an improved example in the case of outputting a large amount of ions from such an electrode needle. In FIG. 10, 1 is a DC power source, 2a is a switch, 10a and 10b are control circuits, 4a1 and 4a2 are transformers, 4b1 and 4b2 are voltage doubler rectifier circuits, and output positive terminal DC high voltage of the same value respectively. Output from. In the negative high voltage generation circuit, the transformer is divided similarly to connect two voltage doubler rectifier circuits.
このようにトランスを分割すると、図１１の特性Ｙ２に示すように制御回路によるスイッチのオン動作に直ちに追随して出力電圧が立ち上がるようになり、高電圧発生回路から電極針に印加される出力電圧の立上り時間が短縮される。トランスの分割数とトランスに接続される高電圧発生回路の数は、対象物体の除電に必要とされるイオン量に応じて選定される。 When the transformer is divided in this way, the output voltage rises immediately following the switch ON operation by the control circuit as shown by the characteristic Y2 in FIG. 11, and the output voltage applied to the electrode needle from the high voltage generating circuit. Rise time is reduced. The number of transformer divisions and the number of high voltage generation circuits connected to the transformer are selected in accordance with the amount of ions required for neutralizing the target object.
上記の説明では正極性または負極性のイオンを交互に出力する手段として、電極針を用いる例を説明した。本発明の除電装置においては、イオンを出力する電極手段として、電極針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。また、対象物体にイオンを吹き付けるためにファンやコンプレッサー等の外部機器を用いるかどうかも任意に定められる。 In the above description, an example in which an electrode needle is used as a means for alternately outputting positive or negative ions has been described. In the static elimination apparatus of this invention, it can also be set as the structure which uses the member which has long objects, such as a thin wire | line, and a projection part instead of an electrode needle as an electrode means which outputs ion. Whether or not an external device such as a fan or a compressor is used to spray ions on the target object is also arbitrarily determined.
以上のように請求項１に係る発明においては、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉時間の制御により、電極手段から出力される正負の極性のイオン量を個別に制御しているので、簡単な構成で効果的に除電を行うことができる。また、単一の電極手段により正負の極性のイオンを出力させるので除電ムラがなく、電極針の数を１／２にできその結果除電装置のコストが安くなる。
As described above, in the invention according to
請求項２に係る発明においては、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉時間を制御して、第１のスイッチと第２のスイッチの単位時間あたりの開閉頻度を変えることにより、電極手段に印加される電圧の周波数を制御している。このため、電極手段と除電の対象物体との距離に応じて最適の周波数で電極手段に電圧を印加することにより、効果的に除電を行うことができる。
In the invention according to
本発明の一実施の形態においては、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉時間を制御して、第１のスイッチと第２のスイッチの一周期内での開閉時間の比率を変えることにより、電極手段に印加される正極性の出力電圧と負極性の出力電圧の大きさを個別に制御している。このため、電極手段から出力される正極性と負極性のイオン量の大きさをそれぞれ個別に制御することができ、イオンバランスが取りやすくなる。 In one embodiment of the present invention, by controlling the opening / closing time of the first switch and the second switch, the ratio of the opening / closing time in one cycle of the first switch and the second switch is changed. The positive output voltage and the negative output voltage applied to the electrode means are individually controlled. For this reason, the magnitudes of the positive and negative ions output from the electrode means can be individually controlled, and the ion balance can be easily obtained.
本発明の一実施の形態においては、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉時間を制御して、第１のスイッチと第２のスイッチの単位時間あたりの開閉頻度を変えると共に、第１のスイッチと第２のスイッチの一周期内での開閉時間の比率を変えることにより、電極手段に印加される電圧の周波数と、電極手段に印加される正極性の出力電圧と負極性の出力電圧の大きさを個別に制御している。このため、電極手段と除電の対象物体との距離が変化した場合でもイオンバランスが取りやすくなる。 In one embodiment of the present invention, the opening / closing times of the first switch and the second switch are controlled to change the opening / closing frequency of the first switch and the second switch per unit time, and the first switch By changing the ratio of the open / close time within one cycle of the switch and the second switch, the frequency of the voltage applied to the electrode means, and the positive output voltage and the negative output voltage applied to the electrode means The size is individually controlled. For this reason, even when the distance between the electrode means and the object to be neutralized changes, ion balance can be easily obtained.
本発明の一実施の形態においては、直流電源と正負の高電圧発生回路の間に接続された第１のスイッチと第２のスイッチの開閉時間を制御しているので、電源電圧を変換する装置が不要であり、簡単な構成で電極手段に印加される電圧の周波数と、電極手段に印加される正極性の出力電圧と負極性の出力電圧の大きさを個別に制御することができる。 In one embodiment of the present invention, the open / close time of the first switch and the second switch connected between the DC power supply and the positive and negative high voltage generation circuit is controlled, so that the apparatus converts the power supply voltage The frequency of the voltage applied to the electrode means and the magnitude of the positive output voltage and the negative output voltage applied to the electrode means can be individually controlled with a simple configuration.
請求項３に係る発明においては、電極手段と接地間に形成される浮遊容量の影響を除去し、電極手段に高電圧発生回路の出力電圧が印加されたときの立上りの特性が改善される。
In the invention according to
本発明の一実施の形態においては、高電圧発生回路の出力端子と電極手段との間の消費電力が軽減されるので除電装置の効率を向上させることができる。また出力インピーダンスを減少させて応答性を改善することができる。 In one embodiment of the present invention, since the power consumption between the output terminal of the high voltage generation circuit and the electrode means is reduced, the efficiency of the static eliminator can be improved. Further, the output impedance can be reduced to improve the responsiveness.
本発明の一実施の形態においては、除電装置の効率を向上させることができると共に、電極手段に高電圧発生回路の出力電圧が印加されたときの立上りの特性が改善される。 In one embodiment of the present invention, the efficiency of the static eliminator can be improved, and the rising characteristics when the output voltage of the high voltage generating circuit is applied to the electrode means are improved.
１ 直流電源
２ａ、２ｂ スイッチ
３ 制御装置
４ 正極性の高電圧発生回路
５ 負極性の高電圧発生回路
４ａ、５ａ トランス
４ｂ、５ｂ 倍電圧整流回路
６、７
出力端子
８ 接続点
９ 電極針
１１ 直流−交流インバータ
１２ 交流−直流インバータ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗
Ｃａ、Ｃｂ コンデンサ
Ｃｆ 浮遊容量
Ｚｄ ツェナーダイオード
Ｓａ、Ｓｂ 制御信号
Ｉａ 出力電流
Ｅ１，Ｅ２ 電圧波形
Ｔ 周期
Ｖａ 振幅値
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