JP4664090B2 - エアーノズル型イオン生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯電体の静電気を中和して除電するのに適した正及び負の空気イオンを、空気中でコロナ放電を発生させて生成し、圧縮空気と共に噴出するエアーノズル型イオン生成装置に関する。

従来より、正及び負の空気イオンを圧縮空気と共に噴出するエアーノズル型イオン生成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７は従来のエアーノズル型イオン生成装置の外観図であり、図８は図７に示したエアーノズル型イオン生成装置の縦断面図である。

図７及び図８を参照して、従来のエアーノズル型イオン生成装置１００は、円筒形状で内部に空気通路１１３（１１３ａ，１１３ｂ）が軸方向に貫通して設けられると共に、放電針１１０が植設されたノズル本体１０１と、空気通路１１３の出口に周状に設けられた対向電極１１１と、ノズル本体１０１の下面に固設されて交流高圧電源１１２を内蔵した電源ケース１０４とを備えている。

ノズル本体１００の空気通路１１３（１１３ａ，１１３ｂ）の入口には、空気供給装置（図示しない）に接続される空気供給管１０５が羅着されている。また、空気通路１１３の出口には、先端にノズル口１０６が形成された金属製のノズルキャップ１０２が羅着され、該ノズルキャップ１０２とノズル本体１０１との間に対向電極１１１が挟持されている。そのため、対向電極１１１とノズルキャップ１０２が接触して電気的に導通し、ノズルキャップ１０２自体も対向電極として機能する。

また、放電針１１０は、金属製のソケット１１４を介してノズル本体１０１のネジ穴１１５に羅着されている。そして、放電針１１０は、絶縁被覆１２０で覆われた交流高圧電源１１２の出力ケーブル１１２ａに半田付けされた金属製の電極環１２１と接触して、電気的に導通している。一方、交流高圧電源１１２の戻りケーブル１１２ｂは、対向電極１１１と接続されている。

そして、交流高圧電源１１２により、出力ケーブル１１２ａ及び戻りケーブル１１２ｂを介して放電針１１０と対向電極（対向電極１１１及びノズルキャップ１０２）間に高周波の高電圧が印加されると、放電針１１０の先端でコロナ放電が発生し、正負の空気イオンが生成される。

ここで、ノズル本体１０１の空気通路１１３ｂ及びノズルキャップ１０２の内径Ｗ₁₀を小さくすることによって、対向電極と放電針１１０との間隔を狭めて放電針１１０を対向電極に接近させることができる。そして、これにより、放電針１１０の先端に集中する電界が強くなって空気イオンの生成量が増加する。

また、放電針１１０とノズルキャップ１０２との間を流通する圧縮空気により、放電針１１０の先端で生成された空気イオンがノズル口１０６へと移送されるが、ノズル本体１０１の空気通路１１３ｂ及びノズルキャップ１０２の内径Ｗ₁₀を小さくことにより、放電針１１０の周囲における空気の流量を増大させて、ノズル口１０６への空気イオンの移送量を増加させることができる。

しかし、ノズルキャップ１０２と放電針１１０との間隔Ｗ₁₀を狭める程、放電針１１０の先端で発生した空気イオンのうちでノズルキャップ１０２に捕獲されるものの割合が大きくなるため、却ってノズル口１０６から噴出される空気イオンの量が減少し、空気イオン供給の効率が低下するという不都合がある。また、放電針１１０の先端部で発生する空気イオンの増加に伴って、空気イオンの生成に付随して発生するオゾンの量も増加するという不都合がある。
特開２００２−２０８４９７号公報

本発明は上記不都合を解消し、空気イオンを効率良く供給すると共に、空気イオンの生成に伴うオゾンの発生を抑制することができるエアーノズル型イオン生成装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、圧縮空気が供給されるノズル内に先端をノズル口に向けて設けられた放電針と、該放電針と対向した対向電極と、該放電針と該対向電極との間に交流高電圧を印加する交流高圧電源とを有し、該交流高圧電源により該放電針と該対向電極との間に高電圧が印加されたときに生じるコロナ放電により生成される正及び負の空気イオンを、ノズル口から圧縮空気と共に噴出するエアーノズル型イオン生成装置の改良に関する。

そして、前記ノズル内に設けられて、前記放電針が先端をノズル口側の第１の開口端から突出して挿入されると共に、内周壁と前記放電針との間に空気の流通路が形成された円筒部材と、前記ノズルの圧縮空気供給口から供給される圧縮空気を、前記円筒部材のノズル口と反対側の第２の開口端から前記円筒部材内に導入する圧縮空気導入手段とを備え、前記放電針と前記対向電極との間隔が、前記放電針と前記円筒部材との間隔よりも広く設定されていることを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記放電針が前記円筒部材に挿入され、前記圧縮空気導入手段により、前記円筒部材の第２の開口端に圧縮空気が供給されるため、前記円筒部材内を流通して前記第１の開口端からノズル口に向かって噴出される圧縮空気により、前記放電針の先端で発生する空気イオンをノズル口まで効率良く移送することができる。

そして、これにより、前記放電針の先端で発生した空気イオンのうち、ノズル口から噴出される空気イオンの割合を増加させることができる。そのため、前記放電針と前記対向電極との間隔を前記放電針と前記円筒部材との間隔よりも広く設定して、火花放電の発生防止やオゾンの生成量の減少を図り、これに伴って空気イオンの生成量が減少した場合であっても、ノズル口から噴出される空気イオンの量を確保することができる。

また、前記円筒部材の前記第１の開口端の周囲からノズル口の方向に、前記円筒部材の軸方向に沿った空気流を生じさせる周囲空気流生成手段を備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記周囲空気流生成手段により、前記円筒部材の周囲からノズル口の方向に、前記円筒部材の軸方向に沿った空気流を生じさせることにより、前記放電針の先端で発生した空気イオンがノズルの内壁に向かって拡散することが抑制される。そのため、前記放電針の先端で生成された空気イオンをさらに効率良くノズル口に向けて移送することができる。

また、前記圧縮空気導入手段として、前記円筒部材の前記第２の開口端及び前記ノズルの圧縮空気供給口と連通した空気室を備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記圧縮空気供給口から供給される圧縮空気を、前記空気室を介して前記第２の開口端から前記円筒部材内に集中的に供給することができ、前記圧縮空気導入手段を簡易な構成で実現することができる。

また、前記空気室と前記円筒部材の前記第２の開口端とが、前記空気室の仕切り壁を貫通した第１の貫通孔を介して連通し、前記周囲空気流生成手段として、前記空気室の仕切り壁の前記第１の貫通孔の周囲に、前記円筒部材の軸方向に沿って貫通した第２の貫通孔を備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記ノズルの圧縮空気供給口から前記空気室内に供給される圧縮空気の一部が、前記円筒部材の軸方向に沿って貫通された前記第２の貫通孔から噴出され、これにより、前記円筒部材の周囲からノズル口の方向に、前記円筒部材の軸方向に沿った空気流が生じる。そのため、前記第２の貫通孔を設けるという簡易な構成により前記周囲空気流生成手段を構成することができる。

また、前記円筒部材は、電気絶縁性の材料により形成されていることを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記円筒部材を導電性材料で形成した場合に生じ得る、前記放電針の先端で生成された空気イオンが、前記円筒部材との接触により電荷を失って消失することを防止することができる。

また、前記交流高圧電源は、高周波トランスにより生成した高周波の交流高電圧を前記放電針と前記対向電極との間に印加することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記放電針と前記対向電極との間に高周波の交流高電圧を印加することにより、該交流高電圧を印加したときの前記放電針と前記対向電極間の交流インピーダンスを低下させて、前記放電針から前記対向電極への電流量を増加させることができる。そして、これにより、前記放電針の先端で発生する空気イオンの生成量を増加させることができる。

また、前記高周波トランスとして圧電トランスを用いることにより、巻線式のトランスを用いた場合に比べて前記交流高圧電源を小型化することができるため、ノズルと交流高圧電源の一体化を容易に実現することができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１は本発明のエアーノズル型イオン生成装置の全体構成図、図２は図１に示したエアーノズル型イオン生成装置の外観斜視図、図３は第１の実施形態におけるエアーノズル型イオン生成装置の縦断面図、図４は第２の実施形態におけるエアーノズル型イオン生成装置の縦断面図、図５は図４に示したエアーノズル型イオン生成装置のＶ−Ｖ線断面図、図６はエアーノズル型イオン生成装置に対する試験装置の構成図である。

図１を参照して、エアーノズル型イオン生成装置１（以下、イオン生成装置１という）は、ノズル本体１４とノズルキャップ１８とからなるノズルと、交流高圧電源４とからなり、交流高圧電源４の出力ケーブル４ａがノズル本体１４内に設けられた放電針２に接続され、戻りケーブル４ｂがノズルキャップ１８の外周に配置された対向電極３に接続されている。また、ノズル本体１４の空気供給管１６と空気配管３１を介して接続された圧縮空気供給装置３０から、ノズル本体１４に圧縮空気が供給される。

図２を参照して、イオン生成装置１は、ノズル本体１４と、交流高圧電源４を収容した電源ケース１５とを一体的に連結して構成されている。また、対向電極３は、ノズル本体１４とノズルキャップ１８により挟持され、放電針２と対向電極３間のコロナ放電により生成された空気イオンが圧縮空気と共にノズル口１７から噴出される。

［第１の実施形態］図３を参照して、第１の実施形態について説明する。ノズル本体１４とノズルキャップ１８は、電気絶縁性の材料で形成されている。そして、ノズル本体１４の空気通路１３（１３ａ，１３ｂ）の出口に、ノズル口１７が先端に生成されたノズルキャップ１８が螺着され、ノズルキャップ１８とノズル本体１４との間に対向電極３を挟持するようにしている。

ノズル本体１４の空気通路１３はその入口から出口まで直状で断面円形であるが、中途から出口までの出口寄りの空気通路１３ｂは、入口寄りの空気通路１３ａよりも拡径されている。そして、入口寄りの空気通路１３ａの中心軸は、拡径された出口寄りの空気通路１３ｂの中心軸の上方に位置している。

放電針２は、その軸が空気通路１３ｂ及びノズル先端部１８の中心軸に一致し、且つ、その先端が対向電極３の中心に位置するように、金属製のソケット１９を介してノズル本体１４のネジ穴２２に螺着されている。そのため、放電針２はその先端をノズル口１７に向けて装着されている。

電源ケース１５内に設けられた交流高圧電源４の出力ケーブル４ａは、絶縁被覆２０で覆われ、金属製の電極環２１の環内に嵌入されて電極環２１に半田付けされている。そして、出力ケーブル４ａと電極環２１は、電源ケース１５側から放電針２の軸と直交する方向でノズル本体１４の内部に挿入されている。このとき、電極環２１の外周面が放電針２の後端及びソケット１９に接触して電気的に導通する。

また、ノズル本体１４の放電針２の先端付近と対向する部分の外側に、対向電極３が配置されている。そのため、放電針２と対向電極３が、電気絶縁性材料で形成されたノズルキャップ１８を介して対向した状態となっている。そして、対向電極３は、交流高圧電源４の戻りケーブル４ｂと接続されて接地されている。

交流高圧電源４は、商用交流電源から直流電圧を生成する直流電源２５と、直流電源２５から出力される直流電圧の印加により高周波交流電圧を発生する発振回路２６と、該高周波交流電圧を圧電セラミックスからなる圧電素子２７により昇圧して高周波高電圧を出力する圧電トランス２８とを備えている。このように、圧電トランス２８を用いて昇圧回路を構成することにより、商用交流電源を巻線トランスにより直接的に昇圧する場合に比べて、交流高圧電源４の小型化及び軽量化を図ることができる。

また、ノズル本体１４とノズルキャップ１８のねじ込み部分に、電気絶縁性材料で形成された円筒部材５０が嵌め込まれている。円筒部材５０は、円板部５０ｂと円筒部５０ａとからなり、円筒部５０ａの中心軸に合わせて放電針２が挿入されている。円板部５０ｂは、空気通路１３ｂを仕切り、円筒部５０ａと連通する第１の貫通孔５１と、空気供給管１６と連通する空気通路１３ａとの接続箇所以外が閉塞された空気室５２を形成する。なお、円板部５０ｂは、空気室５２の仕切り壁を形成する。

この場合、空気供給管１６から供給される圧縮空気は、空気通路１３ａを経由して空気室５２内に流入し、第１の貫通孔５１から円筒部５０ａ内に供給される。そのため、空気供給管１６から供給される圧縮空気の全てを円筒部５０ａ内に供給することができる。そして、円筒部５０ａの内径は空気通路部１３ｂの内径よりも小さいため、放電針２と対向電極３との間隔Ｗ₁が、放電針２と円筒部５０ａとの間隔Ｗ₂よりも広く設定される。

このように、放電針２と対向電極３との間隔Ｗ₁をある程度広くとることで、放電針２の先端で生じる空気イオンの生成量を抑えて、空気イオンの生成に伴うオゾンの生成量を減少させることができる。また、放電針２と円筒部５０ａとの間隔Ｗ ₂ を狭めることで、円筒部５０ａの内壁と放電針２との間に形成される通路を通過する圧縮空気の流通速度が高められ、円筒部材５０の第１の開口端５３からノズル口１７に向かう空気の流れを生じさせて、空気イオンを効率良くノズル口１７まで移送することができる。

そのため、放電針２の先端で生成される空気イオンのうち、ノズル口１７から噴出される空気イオンの割合が増加し、放電針２と対向電極３との間隔Ｗ₁を広くすることによる、空気イオンの生成量の減少分を補って空気イオンの供給量を確保することができる。

なお、放電針２の先端が円筒部材５０の円筒部５０ａの内部に配置された場合は、円筒部材５０が電気絶縁性材料で形成されていても、円筒部５０ａが対向電極として空気イオンを捕捉するので、放電針２の先端を円筒部材５０の第１の開口端５３から突出させて配置する必要がある。

また、放電針２と対向電極３との間に、電気絶縁性の材料で形成されたノズルキャップ１８が介在しているため、コロナ放電により生成される正及び負の空気イオンとコロナ放電により副次的に生成されるオゾンが対向電極３に触れることがない。そのため、正及び負の空気イオンやオゾンとの接触による化学反応によって対向電極３が腐食することがなく、対向電極３の腐食により生じた塵がノズル口１７から噴出されて、除電対象物及びその近傍を汚染することを防止することができる。

［第２の実施形態］次に、第２の実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。なお、上述した第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第２の実施の形態のイオン生成装置は、円筒部材５０の円板部５０ｂに形成された第１の貫通孔５１の周囲に、円筒部５０ａの軸方向に沿って第２の貫通孔５５が形成されている点のみが第１の実施形態と相違する。

図５を参照して、円筒部材５０の円板部５０ｂには、第１の貫通孔５１よりも小径な４個の第２の貫通孔５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ）が、第１の貫通孔５１の周囲の同心円上に等間隔で配設されている。

このように円筒部材５０の円板部５０ｂに第２の貫通孔５５を設けた場合、図４を参照して、空気供給管１６から空気室５２に供給された圧縮空気は、第１の貫通孔５１から円筒５０ａ内に流入すると共に、第２の貫通孔５５からノズルキャップ１８内に流入する。そして、第２の貫通孔５５は円筒部５０の軸方向に沿って貫通して設けられているため、第２の貫通孔５５から噴出される圧縮空気により、円筒部５０ａの開口端５３からノズル口１７に向けて噴出される空気イオンを含んだ空気流ｘと、ほぼ平行な空気流ｙが生じる。

この空気流ｙはノズルキャップ１８の内壁に沿って流れるため、空気流ｙにより、空気イオンを含んだ空気流ｘがノズルキャップ１８の内壁に向って拡散することが妨げられる。これにより、空気イオンがノズルキャップ１８に接触して電荷を失うことを抑制して、放電針２の先端で発生した空気イオンを効率よくノズル口１７へと移送することができる。

次に、以上説明したイオン生成装置１の除電特性について説明する。図６を参照して、本願発明者らは、帯電プレートモニタ４０を用いてイオン生成装置１の除電効果を調べる試験を行なった。帯電プレートモニタ４０は、絶縁部材４３を介して本体４１に取り付けられた１５０mm角の金属製プレート４２（帯電体）を備えている。金属製プレート４２は、除電すべき帯電体を模擬するものである。

また、帯電プレートモニタ４０は、本体４１の内部に、金属製プレート４２の電位を測定する表面電位測定装置４４と、金属製プレート４２に電荷を付与する高電圧電源４５と、金属製プレート４２の電位の変化時間を測定するタイマ４６とを備えている。

試験方法として、金属製プレート４２の上面の距離Ｌを隔てた位置にイオン生成装置１を設置し、イオン生成装置１から噴出される正及び負の空気イオンを含んだ空気を、帯電プレートモニタ４０の金属製プレート４２に吹き当てる。このとき、吹き当てられる空気中の正及び負の空気イオンに偏りがあると、金属製プレート４２に電荷が蓄積されて、表面電位測定装置４４により検出される電圧の絶対値が大きくなる。そこで、この電圧（オフセット電圧という）を、イオンバランスの指標として測定する。

また、金属製プレート４２を高電圧電源４５により±1,000Ｖに帯電させた状態でイオン生成装置１から噴出される正及び負の空気イオンを含んだ空気を吹き当てて、静電気を中和したときに、金属製プレート４２の電位が±100Ｖまで低下するまでに要する時間（減衰時間）を測定する。

上述した第２の実施形態によるイオン生成装置１及び上記背景技術で説明した図７及び図８に示した金属性のノズルキャップ１０２を備えた従来のイオン生成装置１００に対して、上記減衰時間とオフセット電圧を測定した比較結果を以下の表１に示す。なお、イオン生成装置１のノズルキャップ１８はＡＢＳ樹脂製、従来のイオン生成装置１００のノズルキャップ１０２はアルミ製であり、共に圧電セラミックスを用いた圧電トランスにより交流高電圧（周波数：６８kHz、出力電圧２kV）を生成して、放電針と対向電極間に印加した。

また、両イオン生成装置共に、圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気の圧力を０．１MPaとし、ノズル口から金属性プレート４２までの距離Ｌを５０mmとして、試験を行なった。

上記表１に示した試験結果から、本発明のイオン生成装置１による場合には、減衰時間及びオフセット電圧について、従来のイオン生成装置１００とほぼ同レベルの効果が得られ、実用上問題ないことがわかる。そして、その上で、本発明のイオン生成装置１による場合には、従来のイオン生成装置１００よりもオゾン濃度が減少することが確認できた。

なお、本実施の形態では、本発明の圧縮空気導入手段として、円筒部材５０の第２の開口端５４及び空気通路１３ｂと連通した空気室５２を備えたが、他の構成により、例えば空気通路１３ｂを直接円筒部材５０の第２の開口端５４に連通させる等の他の構成による圧縮空気導入手段を備えてもよい。

また、本実施の形態では、本発明の周囲空気流生成手段として、円筒部材５０の円板部５０ｂに設けられた第２の貫通孔５５を備えたが、他の構成により、例えば空気通路１３ｂから分岐させた空気配管を円筒部５０ａに沿って設ける等の構成による周囲空気流生成手段を備えてもよい。

また、本実施の形態では、高周波交流電圧を放電針２と対向電極３間に印加することで、電流がノズルを流れる際のインピーダンスを減少させたが、商用電源の周波数程度の交流電圧を印加する場合であっても本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、本発明の高周波トランスとして圧電トランスを用いたが、高周波発振昇圧トランスを用いてもよい。この場合にも、高圧巻線部を小型にできるので、商用周波数の巻線トランスを用いる場合に比べて、交流高圧電源４を小型化することができる。

本発明のエアーノズル型イオン生成装置の全体構成図。 図１に示したエアーノズル型イオン生成装置の外観斜視図。 第１の実施形態におけるエアーノズル型イオン生成装置の縦断面図。 第２の実施形態におけるエアーノズル型イオン生成装置の縦断面図。 図４に示したエアーノズル型イオン生成装置のＶ−Ｖ線断面図。 エアーノズル型イオン生成装置に対する試験装置の構成図。 従来のエアーノズル型イオン生成装置の外観斜視図。 従来のエアーノズル型イオン生成装置の縦断面図。

符号の説明

１…エアーノズル型イオン生成装置、２…放電針、３…対向電極、４…交流高圧電源、４ａ…出力ケーブル、４ｂ…戻りケーブル、１３…空気通路、１４…ノズル本体、１６…空気供給管、１８…ノズルキャップ、２５…直流電源、２６…発振回路、２８…圧電トランス、５０…円筒部材、５１…第１の貫通孔、５２…第１の空気室、５３…第１の開口端、５４…第２の開口端、５５…第２の貫通孔

Claims (7)

1. 圧縮空気が供給されるノズル内に先端をノズル口に向けて設けられた放電針と、該放電針と対向した対向電極と、該放電針と該対向電極との間に交流高電圧を印加する交流高圧電源とを有し、該交流高圧電源により該放電針と該対向電極との間に高電圧が印加されたときに生じるコロナ放電により生成される正及び負の空気イオンを、ノズル口から圧縮空気と共に噴出するエアーノズル型イオン生成装置において、
   前記ノズル内に設けられて、前記放電針が先端をノズル口側の第１の開口端から突出して挿入されると共に、内周壁と前記放電針との間に空気の流通路が形成された円筒部材と、
   前記ノズルの圧縮空気供給口から供給される圧縮空気を、前記円筒部材のノズル口と反対側の第２の開口端から前記円筒部材内に導入する圧縮空気導入手段とを備え、
   前記放電針と前記対向電極との間隔が、前記放電針と前記円筒部材との間隔よりも広く設定されていることを特徴とするエアーノズル型イオン生成装置。
2. 前記円筒部材の前記第１の開口端の周囲からノズル口の方向に、前記円筒部材の軸方向に沿った空気流を生じさせる周囲空気流生成手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のエアーノズル型イオン生成装置。
3. 前記圧縮空気導入手段として、前記円筒部材の前記第２の開口端及び前記ノズルの圧縮空気供給口と連通した空気室を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエアーノズル型イオン生成装置。
4. 前記空気室と前記円筒部材の前記第２の開口端とが、前記空気室の仕切り壁を貫通した第１の貫通孔を介して連通し、
   前記周囲空気流生成手段として、前記空気室の仕切り壁の前記第１の貫通孔の周囲に、前記円筒部材の軸方向に沿って貫通した第２の貫通孔を備えたことを特徴とする請求項３記載のエアーノズル型イオン生成装置。
5. 前記円筒部材は、電気絶縁性の材料により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載のエアーノズル型イオン生成装置。
6. 前記交流高圧電源は、高周波トランスにより生成した高周波の交流高電圧を前記放電針と前記対向電極との間に印加することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項記載のエアーノズル型イオン生成装置。
7. 前記高周波トランスが圧電トランスであることを特徴とする請求項６記載のエアーノズル型イオン生成装置。

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