JP5069495B2 - イオンバランス調整回路および除電装置 - Google Patents

Description

この発明は、帯電物体に正負のイオンを照射して電気的に中性にする除電装置に用いるイオンバランス調整回路およびこれを備えた除電装置に関するものである。

従来から、半導体製造ラインや携帯電話などのセル生産工程などでは、部品帯電による静電気障害や静電吸着を防ぐため、作業台やコンベア等の近傍に除電装置が配置されている。

こうした製造現場で使用される除電装置には、正又は負の電荷が全体的或いは部分的に過剰となり、電荷が不均一な状態にある除電対象物（部品）に対し、正又は負のイオンを放出（照射）して電気的に中和するものがある。

このような除電装置は、除電方式により幾つかのタイプに分類される。以下、各方式の特徴について簡単に説明する。

（１）ＡＣ式
１つの放電針に正弦波高電圧（周波数５０／６０Ｈｚ）を印加し、正負のイオンを交互に発生させるようにしたものである。１つの放電針から正負のイオンを発生させているため、イオンバランスの経時的な偏りや、空間的な偏りも少ないことが特徴である。

ここで、イオンバランスとは、イオン照射後の除電対象物（被除電物）の残留電位が０ボルトからどの程度離れているか、いないかを示すもので、残留電位が定常的に０ボルトとなることが理想特性となる。

そして、イオンバランスの経時的な偏りとは、除電装置を連続運転した場合に、正負それぞれの放電針の汚れ付着や腐食、磨耗の度合いに差が生じて、残留電位に偏りが生じることをいう。

また、イオンバランスの空間的な偏りとは、除電対象物にイオンを照射したときに、除電対象物の位置により残留電位に差が生じることをいう。このイオンバランスの空間的な偏りは、後述するように、除電装置から所定距離を離して規則的に配置した除電対象物にイオンを照射して、どの位置の除電対象物に残留電位があるかを測定することにより判定される。

さらに、後述するイオンバランスの振幅とは、正負のイオンが照射された除電対象物の表面電位が正側、負側に周期的に変動することをいう。

（２）ＤＣ式
正放電針と負放電針に、それぞれ正負の高電圧を印加することにより、各放電針から定常的に正負のイオンを発生させるようにしたものである。放出された正負のイオンが除電対象物に達するまでに再結合しにくく、ＡＣ式に比べてイオンを遠くまで飛ばすことができることが特徴である。

（３）ＡＣ高周波式
１つの放電針に周波数２０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚの高周波電圧を印加するようにしたものである。一般的なＡＣ式に比べて、トランスを軽く、小さくすることができるという特徴がある。

（４）パルスＤＣ式
正放電針と負放電針に、それぞれ正負の高電圧を交互に印加することにより、各放電針から正負のイオンを交互に発生させるようにしたものである。一般的なＤＣ式よりも、イオンバランスの経時的な偏りが改善されていることが特徴である（例えば、特許文献１参照）。

（５）パルスＡＣ式
１つの放電針に矩形波の高電圧を印加するようにしたものである。一般的なＡＣ式よりもイオン発生量を増加させることができるとともに、発振周波数を可変とすることができる点が特徴である（例えば、特許文献２参照）。

また、上記のような従来の除電装置においてイオンバランスを調整するには、放電針に印加する高電圧を可変させる方法や、イオンバランス調整用の電極に電圧を印加し、その印加電圧を可変させる方法が行われている。
特開２００２−４３０９２号公報 特開２０００−５８２９０号公報

しかしながら、上述した従来の各除電方式には、それぞれ以下のような課題がある。

（１）ＡＣ式
高電圧を発生させるトランスが重く、大きくなる。この種の除電装置は、卓上、或いは吊り下げて使用されることが多く、小型軽量な除電装置とすることが望ましいが、ＡＣ式では装置を小型軽量にすることが難しい。

また、正負のイオンを交互に発生させているため、除電対象物を正負交互に帯電させていることになり、時間的に見ると、イオンバランスに振幅が生じることになる。このため、イオン照射後の残留電位を０ボルト付近に保つことが難しい。

さらに、ＤＣ式に比べて正負イオンの発生量が少ないため、減衰時間特性の点でＤＣ式に劣る。ここで、減衰時間特性とは、イオン照射後に除電対象物の電位が許容レベルとなるまでの時間をいう。したがって、帯電した除電対象物の電位を許容レベルに短時間で下げることができれば、減衰時間特性が優れていることになる。

同様に、ＤＣ式に比べて正負イオンの発生量が少ないため、除電範囲の点でもＤＣ式に劣る。ここで、除電範囲とは、イオン照射により除電対象物の電位を許容レベルまで下げることができる空間的な範囲をいう。

（２）ＤＣ式
連続運転した場合に、正負それぞれの放電針の汚れ付着や腐食、磨耗の度合いに差が生じるため、イオンバランスの経時的な偏りが生じる。

また、放電針の位置によって、正イオンの影響を受けやすい場所、或いは負イオンの影響を受けやすい場所が生じる。このため、このような場所に配置された除電対象物を正又は負に帯電させてしまうことになり、イオンバランスの空間的な偏りが生じることになる。

（３）ＡＣ高周波式
正負のイオンの発生間隔が短いため、放出された正負のイオンが除電対象物に達するまでに再結合しやすく、イオンを遠くまで飛ばすことが難しい。また、イオンの到達量が少なくなるため、減衰時間特性も悪くなる。

（４）パルスＤＣ式
ＤＣ式の場合と同様に、連続運転した場合には、正負それぞれの放電針の汚れ付着や腐食、磨耗の度合いに差が生じるため、イオンバランスの経時的な偏りが生じる。

また、汚れが付着しやすい正放電針の影響を受けやすい場所や、汚れが付着しにくい負放電針の影響を受けやすい場所ではイオンバランスの空間的な偏りが生じるため、除電対象物を正又は負に帯電させてしまうことになる。

さらに、正負のイオンを交互に発生させることになるため、ＡＣ式と同様に除電対象物を正負交互に帯電させることになり、時間的に見ると、イオンバランスに振幅が生じることになる。

（５）パルスＡＣ式
正負のイオンを交互に発生させているため、除電対象物を正負交互に帯電させていることになり、且つＡＣ式よりもイオン発生量が多いため、時間的に見ると、イオンバランスに振幅が生じる。

また、上述した従来のイオンバランス調整方法には、つぎのような課題がある。すなわち、放電針に印加する高電圧を可変させる方法の場合は、出力高電圧を可変させることが難しい除電方式には適用できない。

また、調整用電極を用いてその印加電圧を可変させる方法の場合は、調整用電極のために新たな電源が別に必要となり、コストが高くなるうえ、外形寸法も大きくなってしまう。

この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、放電針に印加する高電圧を可変させず、調整用電極のための新たな電源も不要で、イオンバランスを電気的に調整することのできるイオンバランス調整回路を提供することを目的とする。

また、この発明は、放電針に印加する高電圧を可変させず、調整用電極のための新たな電源も不要で、イオンバランスを電気的に調整することのできるイオンバランス調整回路を備え、しかも、小型、軽量で、減衰時間特性やイオンバランス特性に優れた除電装置を提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係るイオンバランス調整回路は、印加される直流高電圧の極性に応じて正または負のイオンを生成する２ｎ個（ｎは自然数）の放電針が、ｎ個ずつ２組のグループに分けて構成された放電電極と、前記放電電極の前記各放電針に、前記両グループどうし互いに逆極性の直流高電圧を同時に、かつ、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で極性を反転させて印加する高電圧発生回路と、前記イオンが送出される前方空間を適宜の形状で遮る対向電極の機能を兼ね備え、接地されたガード電極と、前記放電電極と前記ガード電極との間に配置され、前記対向電極の機能を兼ね備えたイオンバランス調整電極とを備えた除電装置に用いるイオンバランス調整回路であって、前記イオンバランス調整電極の電位を大地と異なる電位に調整可能に構成したことを特徴とする。

この発明の請求項２に係るイオンバランス調整回路は、請求項１に記載のイオンバランス調整回路において、前記直流高電圧の発生回路の高圧接地端子と前記イオンバランス調整電極との接続部と、前記ガード電極の接地との間に挿入され、可変抵抗とダイオードとが並列接続されていることを特徴とする。

この発明の請求項３に係る除電装置は、請求項１または請求項２に記載のイオンバランス調整回路を備えたことを特徴とする。

この発明の請求項４に係る除電装置は、請求項３に記載の除電装置において、前記放電電極の前記各放電針が生成した正または負のイオンを、装置前方へ送出する送風機をさらに備えたことを特徴とする。

この発明の請求項５に係る除電装置は、請求項３または請求項４に記載の除電装置において、前記放電電極は、実質的に平面上に描く矩形の頂点に１個ずつ配置された少なくとも４個の放電針で構成され、前記各放電針は、１本の対角線上に向き合って配置された２個の放電針が一方の前記グループを構成し、別の１本の対角線上に向き合って配置された別の２個の放電針が他方の前記グループを構成することを特徴とする。

この発明の請求項６に係る除電装置は、請求項５に記載の除電装置において、前記高電圧発生回路は、１つの電源から得た２系統の交互に入力される高周波高電圧を、一方の高周波高電圧を互いに極性の異なる２つの直流高電圧に変換して出力し、また、他方の高周波高電圧を前記極性と互いに逆の２つの直流高電圧に変換して出力する極性反転回路を備えたことを特徴とする。

この発明の請求項７に係る除電装置は、請求項６に記載の除電装置において、前記極性反転回路に入力される２系統の前記高周波高電圧の交互切換周波数は、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であることを特徴とする。

この発明の請求項８に係る除電装置は、請求項６または請求項７に記載の除電装置において、前記極性反転回路は、各系統の前記高周波高電圧を変換して得られる２つの互いに逆極性の直流高電圧を２組の前記グループにそれぞれ出力することで、前記両グループどうし互いに逆極性の直流高電圧を同時に印加し、また、２系統の前記高周波高電圧の入力が交互に切り換えられることで、前記両グループどうし一定期間毎に直流高電圧の極性を反転させて印加することを特徴とする。

この発明の請求項９に係る除電装置は、請求項３〜請求項８のいずれか１項に記載の除電装置において、前記高電圧発生回路は、直流電源回路と、前記直流電源回路の直流電圧を高周波電圧に変換するとともに、当該高周波電圧を２系統の出力ラインに一定期間毎に交互に切り換えて出力する出力制御回路と、前記出力制御回路から出力された高周波電圧を前記高周波高電圧に昇圧する変圧回路と、をさらに備えたことを特徴とする。

この発明は以上のように、印加される直流高電圧の極性に応じて正又は負のイオンを生成する放電電極と、生成した前記イオンが送出される前方空間に配置される対向電極とを備えた除電装置に用いるイオンバランス調整回路であって、前記対向電極の一部の電位を大地と異なる電位に調整可能に構成したので、イオンバランス調整回路が、放電針に印加する高電圧を可変させず、調整用電極のための新たな電源も不要で、イオンバランスを電気的に調整することができる。

また、この発明は、印加される直流高電圧の極性に応じて正又は負のイオンを生成する２ｎ個（ｎは自然数）の放電針が、ｎ個ずつ２組のグループに分けて構成された放電電極と、前記放電電極の前記各放電針に、前記両グループどうし互いに逆極性の直流高電圧を同時に、かつ、一定期間毎に極性を反転させて印加する高電圧発生回路と、前記イオンが送出される前方空間を適宜の形状で遮る接地されたガード電極と、前記放電電極と前記ガード電極との間に配置されたイオンバランス調整電極と、前記イオンバランス調整電極の電位を大地と異なる電位に調整可能なイオンバランス調整回路と、を備えた構成としたので、イオンバランス調整回路が、放電針に印加する高電圧を可変させず、調整用電極のための新たな電源も不要で、イオンバランスを電気的に調整することができ、しかも、このようなイオンバランス調整回路を備えた除電装置は、小型、軽量で、減衰時間特性やイオンバランス特性に優れている。

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、この発明による除電装置の一実施形態を示す全体構成図、図２は放電電極の構成を示す説明図である。

図１に示すように、この除電装置１は、高電圧発生回路１０、放電電極２０、送風機３０、ストリーマコロナパルス検知電極４０、ストリーマコロナパルス信号検知装置５０およびガード電極６０を備え、さらに、イオンバランス調整電極５を備えている。また、符号７０は除電対象物である。

高電圧発生回路１０は、放電電極２０に対して、一定期間毎に交互に極性の異なる直流高電圧を同時に印加する回路である。高電圧発生回路１０の構成については後述する。

放電電極２０は、印加される直流高電圧の極性に応じて正又は負のイオンを生成する２ｎ個（ｎは自然数）の放電針が、ｎ個ずつ２組のグループに分けて構成されたものである。

すなわち、放電電極２０は、図２に示すように、実質的に平面上に描く矩形（例えば正方形）の頂点に１個ずつ配置された少なくとも４個の放電針２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで構成される。各放電針２０ａ〜２０ｄは、１本の対角線上に向き合って配置された２個の放電針２０ａ，２０ｃが一方のグループを構成し、別の１本の対角線上に向き合って配置された別の２個の放電針２０ｂ，２０ｄが他方のグループを構成する。

各放電針２０ａ〜２０ｄは、正極性の直流高電圧が印加されたときには正イオンを出力し、負極性の直流高電圧が印加されたときには負イオンを出力するものである。高電圧発生回路１０から供給された直流高電圧が放電針２０ａ〜２０ｄに印加されると、放電針２０ａ〜２０ｄとガード電極６０との間でコロナ放電が発生して、正イオン及び負イオンが出力される。この放電電極２０には、高電圧発生回路１０から一定期間毎に交互に極性の異なる直流高電圧が供給される。

各放電針２０ａ〜２０ｄは、図２に示すように、先端が中心方向に向くように４箇所に配置されている。このうち、先端が対向する放電針同士が同極性のイオンを出力する電極対（グループ）となる。すなわち、放電針２０ａ，２０ｃが第１グループとなり、放電針２０ｂ，２０ｄが第２グループとなる。そして、一方のグループが正イオンを出力する間、他方のグループでは負イオンを同時に出力し、また一方のグループが負イオンを出力する間、他方のグループでは正イオンを同時に出力する。

例えば、図２（ａ）に示すように、期間Ａでは、第１グループの放電針２０ａ，２０ｃが正イオンを出力し、第２グループの放電針２０ｂ，２０ｄが負イオンを出力する。また、図２（ｂ）に示すように、次の期間Ｂでは、第１グループの放電針２０ａ，２０ｃが負イオンを出力し、第２グループの放電針２０ｂ，２０ｄが正イオンを出力する。以下同様にして、各グループは一定期間毎に上記期間Ａの出力と期間Ｂの出力とを交互に繰り返す。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、対向する放電針に常に同極性の電圧を印加することで、イオンバランス特性を向上させることができる。しかし、対向する放電針に常に異極性の電圧を印加するようにしてもよい。また、放電針の数は、４個に限らず、２ｎ個（ｎは自然数）であればよい。

また、放電針２０ａ〜２０ｄは、図１に示すように、送風機３０の送風方向（図で左から右方向）に対してほぼ直角に配置されている。異極性放電針の極間距離Ｋは、空間的なイオンバランスの性能と使用時の装置本体と除電対象物７０との距離Ｌにより決定される。一例として、Ｌ＝１５０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲では、Ｋ＝４０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度が好適な範囲となる。

送風機３０は、放電電極２０の風上側に配置され、図示しないファンをモータで回転させることにより送風を行うものである。この送風によって、放電電極２０から出力された正イオン及び負イオンは除電対象物７０に向けて搬送されることになる。

ストリーマコロナパルス検知電極４０は、送風機３０と放電電極２０との間に配置され、放電電極２０のコロナ放電による放電電流を検知して、検知した放電電流に応じたパルス信号（検知信号）を出力する。

ストリーマコロナパルス信号検知装置５０は、ストリーマコロナパルス検知電極４０から出力されたパルス信号に基づいて、コロナ放電の放電状態が正常であるか否かを判断する。すなわち、ストリーマコロナパルス放電が発生している場合には、コロナ放電による放電電流が短時間で大きく変化する（極めて急峻に変化する）ので、検知した放電電流に応じたパルス信号が所定のレベルを超えているときは、コロナ放電の異常と判定することができる。

一般に、コロナ放電の異常は放電針の汚れ付着により発生頻度が増加することが知られている。このため、コロナ放電の異常を検知する装置を備えることにより、放電針の清掃時期を正確に知ることができるので、メンテナンスを確実に行うことができる。

ガード電極６０は、作業者の指などが高電圧が印加されている放電針に触れないようにするためのものであり、放電電極２０と除電対象物７０との間に配置される。ガード電極６０は接地電位（大地）に接続されており、各放電針２０ａ〜２０ｄの対向電極としても機能する。ガード電極６０は、誘導による除電対象物７０の電圧変動を少なくするため、金属等の導体で形成されることが望ましい。

また、ガード電極６０の構造は、リング状の金属電極を同心円に配置したものなどが用いられるが、この例に限らず、作業者の指などが入らないだけの間隔で、且つイオンの通過が容易となるような間隔が確保されていればよい。

さらに、ガード電極６０は、放電針との間が距離Ｍ（＜極間距離Ｋ）となるように配置することが望ましい。放電電極２０でコロナ放電が始まると、各放電針２０ａ〜２０ｄ間の電位差よりもガード電極−放電針間の電位差の方が大きいので、発生した正負イオンはガード電極６０に向かって飛ぶ。このとき、ガード電極６０があると正負イオンが捕らえられるため、減衰時間特性は若干低下する。しかし、ガード電極６０を設けることにより、イオンバランスの振幅を大幅に軽減することができる。

イオンバランス調整電極５は、放電電極２０とガード電極６０との間に配置される。ここで、これら三者の関係を説明する。

印加される直流高電圧の極性に応じて正又は負のイオンを生成する放電電極２０と、生成したイオンが送出される前方空間を適宜の形状で遮る接地されたガード電極６０との関係は、図３に示すように、放電電極２０の前方空間（図では右方空間）にガード電極６０が無いことが理想である。

この場合、放電電極２０により生成され、その前方空間へ送出される（図で右方向へ飛んで行く）イオンの発生量が多く、それだけ除電作用がはたらくからである。

しかし、放電電極２０の前方空間が完全に開放していると、利用者（作業者）の指が放電電極２０に触れるなどの事故が発生するおそれがあるため、実際には、図４に示すように、放電電極２０の前方空間を適宜の形状で遮るガード電極６０を配置する必要がある。

この場合、放電電極２０により生成され、その前方空間へ送出される（図で右方向へ飛んで行く）イオンの一部がガード電極６０に捕集されてしまうため、ガード電極６０を越えて送出される（図でガード電極６０より右方まで飛んで行く）イオンの発生量が、図３に比べて減る。

そこで、放電電極２０とガード電極６０との間にイオンバランス調整電極５を配置する場合は、図５に示すように、ガード電極６０の線材に比べて太くない（同程度の太さまたはそれ以下の太さの）線材を用いて、しかも、イオンの送出方向正面からみて（図でガード電極６０の右側から左方をみて）、ガード電極６０に実質的に隠れる位置に設置することが好ましい。

このようにすれば、イオンバランス調整電極５を設置したことで、放電電極２０からその前方空間へ送出される（図で右方向へ飛んで行く）イオンの一部が捕集される量は、ガード電極６０だけの場合に比べてほとんど増えないことになる。そのため、ガード電極６０を越えて送出される（図でガード電極より右方まで飛んで行く）イオンの発生量を妨げず、安全性も確保することができる。

ガード電極６０が、例えば、図６に示すような形状のものである場合、イオンバランス調整電極５は、例えば、図７に示すような形状に構成することができる。すなわち、電極部材（線材）５ａ，５ｂがほぼコ字状に形成された簡単な形状のものである。このようなイオンバランス調整電極５は、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、イオンの送出方向正面からみて、ガード電極６０に実質的に隠れる位置に設置可能である。

このようなイオンバランス調整電極５は、機械的に駆動させる部分がないため、信頼性が高い。また、形状はコ字状に限定しないが、いずれにしろきわめて簡単な形状でよい。さらに、除電装置１のイオン発生を阻害せず、かつ、安全性も確保することができる。

しかし、イオンバランス調整電極５の設置位置は、上記のように、イオンの送出方向正面からみて、ガード電極６０に実質的に隠れる位置に限定されない。すなわち、放電電極２０からガード電極６０に至る放電領域内に設置されればよい。

次に、高電圧発生回路１０の構成について説明する。すなわち、高電圧発生回路１０は、放電電極２０の各放電針２０ａ〜２０ｄに、両グループどうし互いに逆極性の直流高電圧を同時に、かつ、一定期間毎に極性を反転させて印加するものである。

図９に示すように、高電圧発生回路１０は、ＤＣ電源回路１１、出力制御回路１２、変圧回路１３、極性反転回路１４で構成される。

ＤＣ電源回路１１は、図示しない交流電源（ＡＣ１００Ｖ）に接続され、交流電圧を直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換して出力する回路である。

出力制御回路１２は、ＤＣ電源回路１１から出力された直流電圧を可聴周波数を上回る高周波電圧（２０ｋＨｚ〜）に変換するとともに、この高周波電圧を２系統の出力ラインに一定期間毎に交互に切り換えて出力するものである。

この２系統の出力の交互切換周波数は、１０〜１００Ｈｚの範囲である。例えば、出力の交互切換周波数を５０Ｈｚとした場合、一周期は０．０２ｓとなるため、その半周期である０．０１ｓが上記の一定期間となる。

このように、出力制御回路１２により高周波電圧を２系統の出力ラインに交互に出力する際の交互切換周波数を１０〜１００Ｈｚの範囲とすることで、各グループの放電針から出力される正負イオンの極性も、この交互切換周波数で規定される一定期間毎に反転することになる。

これにより、正負イオンの発生間隔を長くとることができるため、ＡＣ高周波式除電装置に比べて、放出された正負イオンが除電対象物に達するまでに再結合しにくくなり、イオンを遠くまで飛ばすことができる。

変圧回路１３は、可聴周波数を上回る（２０ｋＨｚ〜）発振周波数に対応した高周波巻線トランス又は圧電トランスで構成され、出力制御回路１２から出力された高周波電圧を昇圧し、高周波高電圧として出力する回路である。

変圧回路１３は、トランスＬ１，Ｌ２で構成され、このトランスＬ１，Ｌ２から高周波電圧が一定期間毎に交互に出力される。変圧回路１３の出力側は極性反転回路１４と２系統の出力ラインで接続され、トランスＬ１，Ｌ２から出力された高周波高電圧は、各出力ラインから極性反転回路１４に交互に出力される。

可聴周波数を上回る（２０ｋＨｚ〜）発振周波数に対応した高周波巻線トランス又は圧電トランスにより変圧回路１３を構成しているため、ＡＣ式除電装置に比べて装置を小型軽量に構成することができる。

極性反転回路１４は、変圧回路１３から一定期間毎に交互に出力された高周波高電圧を、同一期間に互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧に変換するとともに、この２つの直流高電圧の極性を一定期間毎に反転させて、放電電極２０の両グループに出力するものである。

すなわち、正極性の直流高電圧を放電電極２０の第１グループに出力するときは、同時に、負極性の直流高電圧を放電電極２０の第２グループに出力し、また、負極性の直流高電圧を放電電極２０の第１グループに出力するときは、同時に、正極性の直流高電圧を放電電極２０の第２グループに出力する。

放電電極２０の第１及び第２グループに対して互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧を印加することで、ＡＣ式除電装置に比べて正負イオンの発生量を多くすることができる。このため、帯電した除電対象物の電位を許容レベルに短時間で下げることができ、減衰時間特性を向上させることができる。また、正負イオンの発生量が少ないＡＣ式除電装置に比べて除電範囲を広げることが可能となる。

次に、極性反転回路１４の構成と動作について説明する。図１０は、この発明によるイオンバランス調整回路の一実施形態を、極性反転回路とともに示す回路図である。

図１０に示すように、極性反転回路１４は、コンデンサＣ１〜Ｃ８、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、ダイオードＤ１〜Ｄ８からなる整流回路により構成される。この整流回路には、トランスＬ１，Ｌ２から、入力Ａ，入力Ｂで示すような高周波高電圧が所定時間毎に交互に供給される。整流回路では、入力された高周波高電圧を整流して直流高電圧とし、出力Ａ，出力Ｂで示す出力を出力端から出力する。

トランスＬ１から入力Ａが供給されると（この期間、入力Ｂはゼロ）、この入力Ａは整流回路で整流された後、出力Ａには正極性の電圧が、また出力Ｂには負極性の電圧がそれぞれ出力される。また次の期間において、トランスＬ２から入力Ｂが供給されると（この期間、入力Ａはゼロ）、この入力Ｂは整流回路で整流された後、出力Ａには負極性の電圧が、また出力Ｂには正極性の電圧がそれぞれ出力される。

このように、トランスＬ１，Ｌ２から一定期間毎に交互に入力Ａ，Ｂの高周波高電圧が供給されると、極性反転回路１４では、入力された高周波高電圧が整流・平滑化されるとともに、各周期毎に極性が反転されて出力Ａ，Ｂに出力される。そして、出力Ａには第１グループの放電針２０ａ，２０ｃが接続され、出力Ｂには第２グループの放電針２０ｂ，２０ｄが接続されているため、各グループから出力されるイオンの極性は一定期間毎に反転することになる。

すなわち、図２（ａ）に示すように、期間Ａでは、第１グループの放電針２０ａ，２０ｃからは正イオンが出力され、同時に、第２グループの放電針２０ｂ，２０ｄからは負イオンが出力される。また、図２（ｂ）に示すように、次の期間Ｂでは、第１グループの放電針２０ａ，２０ｃからは負イオンが出力され、同時に、第２グループの放電針２０ｂ，２０ｄからは正イオンが出力される。そして、各グループから出力されるイオンの極性は一定期間毎に反転されるので、各グループの放電針からは一定期間毎に異なる極性のイオンが出力されることになる。

また、図１０には、この発明によるイオンバランス調整回路の一実施形態が示されている。イオンバランス調整回路６は、対向電極（ガード電極６０およびイオンバランス調整電極５（図９参照））の一部の電位を、大地と異なる電位に調整可能に構成したものである。

図１０に示す実施形態では、イオンバランス調整回路６は、イオンバランス調整電極５の電位を、大地と異なる電位に調整するものである。すなわち、イオンバランス調整回路６は、高電圧発生回路１０の高圧接地端子と、ガード電極６０の接地との間に挿入されている。そして、イオンバランス調整回路６の高圧接地端子側に、イオンバランス調整電極５が接続されている。

イオンバランス調整回路６は、可変抵抗ＶＲおよび抵抗Ｒと、ダイオードＤとが並列接続された回路である。ダイオードＤは、アノードがガード電極６０の接地側、カソードが高電圧発生回路１０の高圧接地端子側にそれぞれ接続されている。

この場合、可変抵抗ＶＲを調整してＶＲ＋Ｒの抵抗値を大きくすると、イオンバランス調整電極５の電位が上がる。すなわち、ガード電極６０の接地電位に対して、イオンバランス調整電極５のプラス電位がさらに上昇する。これにより、負イオンを吸引し消失させる傾向が強くなる。

反対に、可変抵抗ＶＲを調整してＶＲ＋Ｒの抵抗値を小さくすると、イオンバランス調整電極５の電位が下がる。すなわち、ガード電極６０の接地電位に対して、イオンバランス調整電極５のプラス電位が下降する。これにより、負イオンを吸引し消失させる傾向が弱くなる。

そこで、可変抵抗ＶＲを最小にした状態でイオンバランスがマイナスとなるように、回路定数等を設計しておくことで、ＶＲ＋Ｒの抵抗値が小さいときイオンバランスはマイナス優位となり、ＶＲ＋Ｒの抵抗値を大きくするとイオンバランスはプラス優位となる。

これにより、イオンバランス調整回路６は、イオンバランス調整電極５によるイオンバランスを目標に向けて調整することができる。すなわち、可変抵抗ＶＲを調整することにより、イオンバランスをプラスにもマイナスにも任意に調整することができる。そのため、イオンバランスをゼロにする調整ももちろん可能である。

図１１には、この発明によるイオンバランス調整回路の他の実施形態が示されている。このイオンバランス調整回路７は、ダイオードＤのアノードを高電圧発生回路１０の高圧接地端子側、カソードをガード電極６０の接地側にそれぞれ接続した以外は、図１０に示すイオンバランス調整回路６と同様のものである。

この場合は、図１０に示すイオンバランス調整回路６の場合と反対に、可変抵抗ＶＲを調整してＶＲ＋Ｒの抵抗値を大きくすると、イオンバランスはマイナス優位となり、ＶＲ＋Ｒの抵抗値を小さくすると、イオンバランスはプラス優位となる。

これにより、イオンバランス調整回路７もまた、イオンバランス調整電極５によるイオンバランスを目標に向けて調整することができる。すなわち、可変抵抗ＶＲを調整することにより、イオンバランスをプラスにもマイナスにも、もちろんゼロにも任意に調整することができる。

図１２には、この発明によるイオンバランス調整回路のさらに他の実施形態が示されている。このイオンバランス調整回路８は、可変抵抗ＶＲとダイオードＤとが並列接続された回路であり、抵抗Ｒを除去した以外は、図１０に示すイオンバランス調整回路６と同様のものである。

図１０に示すイオンバランス調整回路６の場合は、可変抵抗ＶＲと直列にこれを保護する抵抗Ｒを設けてあるため、可変抵抗ＶＲには、耐圧性能が比較的小さく、そのため、比較的低コストで、比較的小型のものを用いることができる。

これに対し、図１２に示すイオンバランス調整回路８の場合は、可変抵抗ＶＲを保護する抵抗Ｒを設けてないため、可変抵抗ＶＲには、耐圧性能が充分大きいものを用いる必要がある。しかし、保護抵抗Ｒによるバイアスを考慮せずにイオンバランスの調整が行える利点がある。

さらに、図示は省略してあるが、図１１に示すイオンバランス調整回路７の場合も、可変抵抗ＶＲを保護する抵抗Ｒを除去することが可能である。

以上説明したように、この除電装置１は、可聴周波数を上回る（２０ｋＨｚ〜）発振周波数に対応した高周波巻線トランス又は圧電トランスにより変圧回路を構成したため、ＡＣ式除電装置に比べて装置を小型軽量にすることができる。

また、放電電極２０の第１及び第２グループに対して互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧を印加するため、ＡＣ式除電装置に比べて正負イオンの発生量を多くすることができ、減衰時間特性を向上させることができる。同様の理由から、ＡＣ式除電装置に比べて除電範囲を広げることができる。

また、除電装置１は、２つのグループに分かれた放電針から同一期間に正負のイオンを同時に発生させるとともに、各グループから出力されるイオンの極性を一定期間毎に反転させるようにしたため、放出される正負イオンの極性が一定期間毎に反転するとともに、イオンを放出する位置も一定期間毎に切り替わることになる。

これにより、同一期間において正負イオンが同時に発生することになるため、帯電プレート表面における正負のイオン量がほぼ同じとなる。したがって、電位の中和が促進されて、帯電プレート表面の残留電位を小さくすることができる。この結果、イオンバランスの振幅をゼロに近づけることができるとともに、振幅の偏りも少なくすることができる。

また、除電装置１は、放出される正負イオンの極性が一定期間毎に反転するとともに、イオンを放出する位置も一定期間毎に切り替わるため、除電対象物の位置によって正又は負いずれか一方のイオンの影響を受けることがなく、すべての帯電プレートに正負のイオンをほぼ均等に照射することができる。したがって、イオンバランスの空間的な偏りを小さくすることができる。

また、除電装置１は、各グループの放電針から放出される正負イオンの極性を一定期間毎に反転させるため、連続運転した場合でも、それぞれの放電針の汚れ付着及び腐食、磨耗の度合いはほぼ均等となる。このため、放電針ごとの残留電位の偏りが生じることがなく、イオンバランスの経時的な偏りを少なくすることができる。

また、除電装置１は、高周波電圧を２系統の出力ラインに交互に出力する際の交互切換周波数を１０〜１００Ｈｚの範囲としているため、正負イオンの発生間隔を長くすることができる。このため、ＡＣ高周波式除電装置に比べて、放出された正負イオンが除電対象物に達するまでに再結合しにくくなり、イオンを遠くまで飛ばすことができる。

また、除電装置１は、送風機３０と放電電極２０との間に、コロナ放電によるパルス信号を検知するストリーマパルス検知手段として、ストリーマコロナパルス検知電極４０とストリーマコロナパルス信号検知装置５０とを設けているため、放電針の清掃時期を正確に知ることができるようになり、メンテナンスを確実に行うことができる。

また、除電装置１は、放電電極２０と除電対象物７０との間にガード電極６０を設けているため、イオンバランスの振幅を大幅に軽減することができる。

さらに、除電装置１は、放電電極２０とガード電極６０との間（ガード電極６０の裏側）にイオンバランス調整電極５を設け、イオンバランス調整回路６に接続してあるため、イオンバランス調整回路６の可変抵抗ＶＲを調整することで、イオンバランスをプラスにもマイナスにも任意に調整することができる。

なお、本発明においていう「非接地」とは、抵抗等の負荷を挟んで接地し、接地電位とは異なる電位にした構成も含むものとする。

この発明による除電装置の一実施形態を示す全体構成図である。 放電電極の構成を示す説明図である。 放電電極に対するガード電極の理想状態を示す概略的左側面図である。 放電電極に対するガード電極の実際の状態を示す概略的左側面図である。 イオンバランス調整電極を挿入した状態を示す概略的左側面図である。 ガード電極の一例を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）右側面図である。 イオンバランス調整電極の一例を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）右側面図である。 図６のガード電極に図７のイオンバランス調整電極を組み合わせた状態の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）背面図である。 高電圧発生回路の構成を示すブロック図である。 この発明によるイオンバランス調整回路の一実施形態を、極性反転回路とともに示す回路図である。 この発明によるイオンバランス調整回路の他の実施形態を、極性反転回路とともに示す回路図である。 この発明によるイオンバランス調整回路のさらに他の実施形態を、極性反転回路とともに示す回路図である。

符号の説明

１ 除電装置
５，５ａ，５ｂ イオンバランス調整電極
６，７，８ イオンバランス調整回路
１０ 高電圧発生回路
１１ ＤＣ電源回路
１２ 出力制御回路
１３ 変圧回路
１４ 極性反転回路
２０ 放電電極
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 放電針
３０ 送風機
４０ ストリーマコロナパルス検知電極
５０ ストリーマコロナパルス信号検知装置
６０ ガード電極
７０ 除電対象物
Ｌ１，Ｌ２ トランス

Claims (9)

1. 印加される直流高電圧の極性に応じて正または負のイオンを生成する２ｎ個（ｎは自然数）の放電針が、ｎ個ずつ２組のグループに分けて構成された放電電極と、
   前記放電電極の前記各放電針に、前記両グループどうし互いに逆極性の直流高電圧を同時に、かつ、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で極性を反転させて印加する高電圧発生回路と、
   前記イオンが送出される前方空間を適宜の形状で遮る対向電極の機能を兼ね備え、接地されたガード電極と、
   前記放電電極と前記ガード電極との間に配置され、前記対向電極の機能を兼ね備えたイオンバランス調整電極と、
   を備えた除電装置に用いるイオンバランス調整回路であって、
   前記イオンバランス調整電極の電位を大地と異なる電位に調整可能に構成した、
   ことを特徴とするイオンバランス調整回路。
2. 請求項１に記載のイオンバランス調整回路において、
   前記高電圧発生回路の高圧接地端子と前記イオンバランス調整電極との接続部と、前記ガード電極の接地との間に挿入され、可変抵抗とダイオードとが並列接続されている、
   ことを特徴とするイオンバランス調整回路。
3. 請求項１または請求項２に記載のイオンバランス調整回路を備えた、
   ことを特徴とする除電装置。
4. 請求項３に記載の除電装置において、
   前記放電電極の前記各放電針が生成した正または負のイオンを、装置前方へ送出する送風機をさらに備えた、
   ことを特徴とする除電装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の除電装置において、
   前記放電電極は、実質的に平面上に描く矩形の頂点に１個ずつ配置された少なくとも４個の放電針で構成され、
   前記各放電針は、１本の対角線上に向き合って配置された２個の放電針が一方の前記グループを構成し、別の１本の対角線上に向き合って配置された別の２個の放電針が他方の前記グループを構成する、
   ことを特徴とする除電装置。
6. 請求項５に記載の除電装置において、
   前記高電圧発生回路は、１つの電源から得た２系統の交互に入力される高周波高電圧を、一方の高周波高電圧を互いに極性の異なる２つの直流高電圧に変換して出力し、また、他方の高周波高電圧を前記極性と互いに逆の２つの直流高電圧に変換して出力する極性反転回路を備えた、
   ことを特徴とする除電装置。
7. 請求項６に記載の除電装置において、
   前記極性反転回路に入力される２系統の前記高周波高電圧の交互切換周波数は、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲である、
   ことを特徴とする除電装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の除電装置において、
   前記極性反転回路は、各系統の前記高周波高電圧を変換して得られる２つの互いに逆極性の直流高電圧を２組の前記グループにそれぞれ出力することで、前記両グループどうし互いに逆極性の直流高電圧を同時に印加し、また、２系統の前記高周波高電圧の入力が交互に切り換えられることで、前記両グループどうし一定期間毎に直流高電圧の極性を反転させて印加する、
   ことを特徴とする除電装置。
9. 請求項３〜請求項８のいずれか１項に記載の除電装置において、
   前記高電圧発生回路は、
   直流電源回路と、
   前記直流電源回路の直流電圧を高周波電圧に変換するとともに、当該高周波電圧を２系統の出力ラインに一定期間毎に交互に切り換えて出力する出力制御回路と、
   前記出力制御回路から出力された高周波電圧を前記高周波高電圧に昇圧する変圧回路と、
   をさらに備えた、
   ことを特徴とする除電装置。

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