JP5784331B2 - 放電装置 - Google Patents

Description

この発明は、防爆仕様が要求される環境において利用可能な、放電装置に関する。

従来から、例えば静電塗装現場で、導電性プライマーを塗布した後、本塗装を行なう前にワークのアースを確認することが行なわれている。
このように、ワークのアースを確認するのは、静電塗装による本塗装時にワークにはアース線を接続しているが、このアース線が外れていたり、接触不良があったりしてワークのアースが取れていないと、本塗装時にワークが高電位に帯電し、アース帯との間で放電が起こって火花が発生すると危険だからである。
また、アースが不十分な状態で静電塗装を行なっても、きちんとした塗膜が形成されず、塗装不良となってしまうこともある。

そのため、アースすべきワークがアースされているかどうかを確認しているが、その方法として、次のような方法が知られている。
特許文献１に記載された方法は、導電性塗料を塗布したワークにアース線を接続するとともに、このワークに対してイオンを放射してその表面を帯電させてから、非接触の表面電位計によってワーク表面の電位を測定するというものである。
ワークに対する導電性塗膜にも欠陥がなく、アース線が接続されてきちんとアースされている場合には、上記電位計で計測される表面電位が低くなるはずである。そのため、計測した表面電位から、ワークのアースが取れているかどうかということが分かる。
このような方法を利用して、ワークのおよその電気抵抗値を求めることもできる（特許文献２参照）。

上記のようなアース確認の目的でワークを帯電させるために、イオンを放射する放電装置を用いているが、高圧を印加した放電電極の先端からは、放電による火花が発生することがある。例えば、放電電極に金属粉などの異物が接近したときには、その間に火花が発生して危険である。
特に上記塗装現場など、有機溶剤を用いている現場で火花が発生すれば、それが有機溶剤に引火する可能性がある。
そこで、上記のような引火しやすい環境で使用する放電装置は防爆仕様でなければならない。防爆用放電装置としては、放電電極をケーシングで覆うとともに、イオン風が放射される側の面に、外部からの異物の侵入を防止する大きさの小孔を形成したものが知られている。そして、上記放電電極で生成されたイオンは、ケーシングに供給されるエアとともに、イオン風として上記小孔から放射されるようにしている。

特許第３６１１０３７号公報 特許第４３８８０５９号公報

上記のように、放電電極の先端側を覆った放電装置では、放電電極で生成されたイオン風が上記開口の小さな小孔で絞られ、ケーシングの外部に放射されるイオンの量が少なくなってしまうという問題があった。このようにワークに対して放射するイオン量が少なくなれば、ワークを帯電させられないことになる。放電電極で生成されるイオン量を増やすためには、印加電圧を高くすることも考えられるが、印加電圧を高くするのにも限界があるし、生成されたイオンが放射されないのでは効率が悪い。
この発明は、ケーシング内への異物の進入を防止しながら、放電電極で生成したイオンを効率的に放射できる放電装置を提供することである。

第１の発明は、エア供給源に接続する密閉されたケーシングと、上記ケーシング内においてイオン放射側に設けられた複数の放電電極と、上記イオン放射側に設けた壁面に形成され、上記放電電極の数よりも多いエア放射用小孔とを備えている。
そして、上記複数のエア放射用小孔を上記壁面の中心を円の中心とする円周上に等間隔に配置するとともに、上記放電電極の各先端に上記エア放射用小孔を対向させたことを特徴とする。

第２の発明は、上記放電電極の先端から上記壁までの距離を変更可能にする電極位置調整手段を設けたことを特徴とする。

第３の発明は、上記放電電極に印加する高電圧を制御する電源制御回路を、上記ケーシング内に収容したことを特徴とする。

第４の発明は、上記ケーシング内の圧力を検出する圧力センサを備えたことを特徴とする。

第５の発明は、上記ケーシング内のイオン放射側に、上記エア放射用小孔に連続し、このエア放射用小孔の開口より大きな流路断面を有する絶縁材料からなるエア導入路を複数形成し、上記エア導入路のうち上記放電電極に対向したエア放射用小孔に連続したエア導入路内に１つの上記放電電極の先端を設けたことを特徴とする。

本願発明によれば、ケーシング内への異物の混入を防止しながら、放電電極で生成されたイオンを効率的に放射することができる。
特に、イオンが生成される放電電極に対応した位置以外にも、エア放射用小孔を設けているので、個々の小孔の大きさを異物が混入しない大きさにしながら、ケーシング内を流れるエアの流量を確保することができる。そのため、生成したイオンを上記エアにのせて効率的に放射することができる。

第２発明では、電極位置を調整することができるので、電極位置によってイオンの放射量を調整し、目的にあわせた帯電や除電が可能になる。
第３の発明では、ケーシング内に高圧制御回路を収容しているので、ケーシング外には高電圧用ケーブルが不要になる。ケーシングから外部電源までを高電圧用ケーブルで接続する場合には、高電圧用ケーブルの長さが長くなり、その間、高電圧が引き回されることになって危険であるし、上記高電圧用ケーブルから漏れる電流が他の電子機器に電気的ノイズとして影響を与えることもある。しかし、第３の発明によれば、ケーシング外には通常の低電圧ケーブル、例えば直流１０V以下のものを用いることができるので、上記のような問題を起こすことがない。

第４の発明では、圧力センサを設けてケーシング内の圧力を検出できるので、ケーシング内の圧力が外部の圧力より高くなるようにケーシングに接続したエア供給源を制御して、エアパージを確実に行なうことができる。そして、エアパージを行なってから放電電極に高電圧を印加するように制御すれば、ケーシング内の異物を放出することができるとともに、エア放出用小孔から異物が混入することをより確実に防止できる。

第５の発明によれば、ケーシングに供給されたエアが、エア導入路を介してエア放射用小孔に導かれ、ケーシング内のエアが無駄なくエア放射用小孔へ向かう流れとなる。そして、上記エア導入路内に設けた放電電極の先端で生成されたイオンは、上記エアの流れに乗ってより効率的に放射される。

図１は実施形態の放電装置の外観図である。 図２は実施形態の後端側カバーを取り外した状態の底面図である。 図３は実施形態のイオン放出側を示す平面図である。 図４は、図２のIV-IV線断面図である。 図５は、図３のV-V線断面図である。

図１〜図５に示す放電装置は、筒状のケーシング本体１内に、この発明の放電電極である３本の電極針２（図２，４参照）を備えた防爆用の装置である。
上記ケーシング本体１は、アルミニウムなどの導電性材料で構成した両端を開放した円筒部材であり、その先端には、この発明の壁面を構成する金属製の前面円板３及び押さえ板４を設け、後端をカバー部材５で覆っている。
また、上記ケーシング本体１の先端側内周には、上記前面円板３及び押さえ板４などを取り付けるための取り付けブロック６を圧入するとともに、後端側内周には密閉ブロック７を圧入している。
そして、上記ケーシング本体１であって、上記密閉ブロック７と上記全面円板３との間が、この発明の密閉されたケーシングの内部である。

また、上記ケーシング本体１の内周には、図４、５に示すように、ケーシング本体１よりも軸方向長さが短い樹脂製の筒部材８を圧入し、上記取り付けブロック６及び密閉ブロック７はその一部を上記筒部材８内に圧入してケーシング本体１に固定するようにしている。
なお、図４は、図２のIV-IV線断面図であり、図５は図３のV-V線断面図である。

図４に示す上記取り付けブロック６は、絶縁性樹脂製の円盤状のブロックであり、ケーシング本体１内に圧入するとともに、側面からねじ部材１４によって止められている。
そして、この取り付けブロック６には、軸方向に貫通するエア導入路６ａを複数形成するとともに、前面には上記前面円板３を嵌める円形凹部６ｂを備えている。

上記前面円板３は、図２、４に示すように、複数のエア放射用小孔３ａを形成した金属製の部材で、このエア放射用小孔３ａと上記取り付けブロック６のエア導入路６ａの中心とが一致するように取り付け、前面円板３の中心を六角穴付きのボルト２５によって上記取り付けブロック６に固定している。
さらに、この前面円板３及び取り付けブロック６の表面を、リング状の金属製の押さえ板４で覆うとともに、この押さえ板４を、複数のボルト２５によって取り付けブロック６に固定している。

なお、この実施形態では、上記エア放射用小孔３ａ及びエア導入路６ａを、それぞれ６個形成している。ただし、その数は６個に限らず、上記エア放射用小孔３ａとエア導入路６ａとが対応していればよい。
また、上記エア放射用小孔３ａは、その開口径を異物の進入を防止できる大きさにしたものであり、この実施形態では全てのエア放射用小孔３ａの開口径を１〔ｍｍ〕未満の同一寸法にしている。そして、６個のエア放射用小孔３ａを前面円板３の中心を円の中心とする円周上に等間隔に配置している（図２参照）。

また、上記取り付けブロック６の後方には、３本の電極針２を取り付けている。電極針２の本数は３本に限らず、その本数は必要なイオン量や印加電圧などに応じて決めればよい。但し、上記エア放射用小孔３ａの個数の方が電極針２の本数よりも多くなるようにしている。

そして、図２，４に示すように、上記３本の電極針２を、電極保持部材９の三方に突出した板状の突出部９ａの先端に取り付けている。この電極保持部材９は、ステンレスなど導電性部材で、突出部９ａに雌ねじを形成したねじ孔９ｂを備えている。
また、上記電極針２の外周には雄ねじからなるねじ部２ａを形成し、このねじ部２ａを上記ねじ孔９ｂにねじ込んで、電極針２を保持部材９に止める。
さらに、電極針２のねじ部２ａには止めナット１０をねじ込んで、その位置を固定している。

言い換えれば、上記止めナット１０を緩めれば、電極針２を回して軸方向に移動させることができる。
従って、この実施形態においては、電極針２の外周に形成したねじ部２ａと電極保持部材９のねじ孔９ｂとによって、この発明の電極位置調整手段を構成することになる。
そして、電極針２の位置を変えると、電極針２の先端からエア放射用小孔３ａまでの距離が変わるので、イオンの放射量を変えることができる。
但し、イオン放射量は、上記電極針２の位置だけでなく、電極針２の本数、電極針２に印加する電圧、及びエア流量などの影響を受けるので、これらの要素を、目的にあわせて調整する必要がある。

上記のようにして電極針２を保持した電極保持部材９の中心に、樹脂製の支持部材１１を挿入固定するとともに、この支持部材１１を、取り付けブロック６の中心に取り付けるようにしている。このとき、個々の電極針２はその先端を、それぞれ上記エア放射用小孔３ａに対向するようにしている。
なお、上記支持部材１１の先端外周にはねじ部１１ａを設け、取り付けブロック６の中央には上記ねじ部１１ａとねじ結合するねじ孔６ｃを形成し、これらねじ部１１ａとねじ孔６ｃとによって支持部材１１を取り付けブロック６に固定している。
また、上記電極針２と上記前面円板３とは、上記樹脂製の支持部材１１及び取り付けブロック６を介在させることによって電気的に絶縁されている。

そして、上記電極保持部材９に、後で説明する電源制御回路１２を接続し、この電極保持部材９を介して電極針２に高電圧を印加するようにしている。
上記電源制御回路１２は、図４に示すように、支持部材１３を介して上記取り付けブロック６に取り付けられている。そして、この電源制御回路１２は、図示しない昇圧トランスなどを実装したプリント基板からなり、外部電源から供給される電圧を高電圧に変換して電極針２に対して出力する回路である。
上記のように、この実施形態では、高電圧を出力する上記電源制御回路１２をケーシング本体１内に設けたので、ケーシング本体１の外部に、高電圧用ケーブルを設ける必要がない。そのため、高電圧ケーブルが引き回されることによる漏電や放電による危険や、他の電子機器へノイズの悪影響を排除することができる。

一方、ケーシング本体１の後端側に圧入した密封ブロック７は、図５に示すように、リング状の第１部材７ａと、これにねじ部材１４で固定した第２部材７ｂとからなる。そして、第１部材７ａの一部を上記筒部材８に挿入するとともに、全体をケーシング本体１に圧入している。
また、図３は、ケーシング本体１の後端側のカバー５をはずした状態の底面図で、上記密封ブロック７の外側の面を示している。

図３に示すように、樹脂製の密封ブロック７には、取り付け孔１７とエア供給孔１９とを貫通させている。
上記取り付け孔１７は、図示しない外部のコントローラなどに接続する低電圧用ケーブル１５とケーシング内の上記電源制御回路１２とを接続するためのコネクタ１６（図１参照）を取り付けるための孔で、上記エア供給孔１９は、図示しないエア供給源に接続するエアチューブ１８（図１参照）を取り付けるための孔である。
なお、カバー部材５には、上記コネクタ１６やエアチューブ１８を引き出す孔が形成されている。

また、図３，５に示すように、密閉ブロック７には、一対の取り付け凹部２０，２０を形成するとともに、この取り付け凹部２０，２０のそれぞれには、ケーシング内の圧力を検出するための圧力センサ２１，２１を取り付けている。これら圧力センサ２１は、上記取り付け凹部２０の底面を貫通する検出部２１ａの外周のねじ部２１ｂに、一対の止めナット２２，２３を取り付け、これら止めナット２２，２３で取り付け凹部２０の底面を挟み込むことによって、密封ブロック７に固定されている。
そして、この圧力センサ２１の信号線を、上記コネクタ１６を介して図示しない表示部に接続し、その検出値を表示するようにしている。
なお、上記のように、ケーシング本体１に一対の圧力センサ２１を設けたのは、一方の圧力センサ２１が故障した場合に他方の圧力センサ２１の検出信号を確認できるようにするためである。
また、図４中、符号２４は、Ｏリングである。

上記のように構成したこの実施形態の防爆用放電装置の作用を以下に説明する。
なお、この放電装置を使用する際には、上記ケーシング本体１にアース線を接続する。
まず、エア供給源からエアチューブ１８を介してケーシング本体１内にエアを供給し、上記表示部によって、上記圧力センサ２１の検出値が所定の圧力になるのを確認してから、電源をオンにする。
上記所定の圧力とは、ケーシング内に供給されたエアが上記前面円板３のエア放射用小孔３ａから確実に放出される圧力である。つまり、外部の圧力より高い圧力である。

このように、上記圧力センサ２１の圧力を確認することで、ケーシング本体１内、すなわち電極針２の周囲をエアパージしてから、高電圧を印加することができる。
このエアパージによって、電極針２に高電圧を印加する前に、ケーシング本体１内の異物を放出することができるとともに、高電圧印加時に、エア放射用小孔３ａからケーシング本体１内に上記エア放射用小孔３ａよりも小さい異物が混入しないようにできる。
従って、高電圧を印加した状態の上記電極針２に、金属粉などの異物が接近して、放電による火花が発生することを防止できる。

上記のように、エア供給源からケーシング本体１内にエアを供給すると、そのエアは上記６個のエア放射用小孔３ａから放射される。このとき、エアは取り付けブロック６に形成したエア導入路６ａによってエア放射用小孔３ａに導かれるので、ケーシング１内のエアは、あまり乱れることなく軸方向流れとなる。
このような軸方向のエア流が形成された状態で、上記電極針２に高電圧を印加すると電極針２の先端側に生成されたイオンが上記エア流に乗ってイオン風として、電極針２に対向するエア放射用小孔３ａから放射される。
この実施形態では、電極針２と対向する位置にエア放射小孔３ａを設けているので、生成されたイオンは直ちにエア流に乗って放射され、イオン風が外部に放射されるまでに、ケーシング本体１の側面などに衝突するなどして中和されにくくしている。つまり、生成されたイオンを効率的に放射できる。

なお、上記イオン風は、主に、電極針２に対応したエア放射用小孔３ａから放射され、他のエア放射用小孔３ａからはイオン濃度が低いエアが放射されることになる。このように、電極針２の先端と対向しないエア放射用小孔３ａは、イオンがほとんど放射されないが、このようなエア放射用小孔３ａを設けた理由は次のとおりである。
この防爆用放電装置は、ケーシング本体１内に異物が混入し難いように、エア放射用小孔３ａの直径を１〔ｍｍ〕未満にしているが、このようにエア放射用小孔３ａの直径を小さくすれば、エアがスムーズに流れないことがある。エアがスムーズに流れなければ、生成されたイオンは、ケーシング本体１内で中和してしまい、イオン風が外部に放射されなくなる。そこで、この実施形態では、エアの供給流量を確保してスムーズな流れを作るために、上記エア放射用小孔３ａの直径を小さくした分、エア放射用小孔３ａの個数を多くしているのである。

このようにエア放射用小孔３ａの数を多くすれば、個々のエア放射用小孔３ａの開口径を小さくしても、全開口によるエアの流路断面積を大きくすることができ、イオン風がスムーズに放射される。
従って、この実施形態の防爆用放電装置は、個々のエア放射用小孔３ａの開口径が小さくても、効率的にイオン風を放射でき、これによって十分な帯電ができる。
また、エア放射用小孔３ａの数を、電極針２の本数よりも多くしたのは、電極針２の本数に応じてエア放射用小孔３ａの総数を設定するためである。なぜなら、電極針２の本数が多くなればそれだけ多くのイオンが生成されるので、そのイオンを外部に放射するためには、より多くのエア流量が必要になるからである。

以上のように、この実施形態の防爆用放電装置は、密閉されたケーシング内に設けた電極針２の周囲に、火花発生の原因となるような異物の混入がないようにしながら、上記電極針２で生成されたイオンを無駄なく効率的に、放射できるものである。
なお、上記防爆用放電装置は、エアを供給してケーシング内の圧力が処置の圧力以上になったことを確認してから、電極針２に高電圧を印加するようにしているが、上記圧力の確認や電源の制御は、作業員が手動で行なうようにしてもよいし、コントローラによって自動的に制御するようにしてもよい。
コントローラを用いる場合には、上記コントローラに上記圧力センサ２１の信号線を接続し、その検出信号に応じて上記電源制御回路１２の出力のオン・オフを制御するようにする。

また、上記防爆用放電装置を、アースチェッカーとして利用する場合には、上記コントローラに、エア供給源及び表面電位計を接続し、エア供給の開始、電源のオン、表面電位計の測定開始などのタイミングを自動制御することもできる。
さらに、上記実施形態の防爆用放電装置は、上記電源制御回路１２を、その出力電圧の極性をプラス・マイナスに交互に変更可能なものとすることで、帯電装置としてだけでなく、プラス・マイナスのイオンを交互に放射する防爆用の除電装置としても利用できる。

この発明の防爆用放電装置は、防爆仕様が要求される様々な環境において、帯電装置あるいは除電装置として有用である。

１ ケーシング本体
２ 電極針
３ 前面円板
３ａ エア放射用小孔
６ａ エア導入路
７ 密閉ブロック
１２ 電源制御回路
１８ エアチューブ
２１ 圧力センサ

Claims (5)

1. エア供給源に接続する密閉されたケーシングと、上記ケーシング内においてイオン放射側に設けられた複数の放電電極と、上記イオン放射側に設けた壁面に形成され、上記放電電極の数よりも多いエア放射用小孔とを備え、
   上記複数のエア放射用小孔を上記壁面の中心を円の中心とする円周上に等間隔に配置するとともに、上記放電電極の各先端に上記エア放射用小孔を対向させた放電装置。
2. 上記放電電極の先端から上記壁面までの距離を変更可能にする電極位置調整手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
3. 上記放電電極に印加する高電圧を制御する電源制御回路を、上記ケーシング内に収容したことを特徴とする請求項１または２に記載の放電装置。
4. 上記ケーシング内の圧力を検出する圧力センサを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の放電装置。
5. 上記ケーシング内のイオン放射側に、上記エア放射用小孔に連続し、このエア放射用小孔の開口より大きな流路断面を有する絶縁材料からなるエア導入路を複数形成し、上記エア導入路のうち上記放電電極に対向したエア放射用小孔に連続したエア導入路内に１つの上記放電電極の先端を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の放電装置。

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