JP5805027B2 - イオン生成装置及び異常放電検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、コロナ放電方式のイオン生成装置に関する。

コロナ放電により正及び負の空気イオンを生成するコロナ放電方式のイオン生成装置は、従来より、例えば除電対象物の除電を行なうための除電装置として一般に利用されている。

この種のイオン生成装置では、例えば特許文献１に見られるように、電極が放電不良になっていることや、異常放電状態になっていることを検出し得るようにしたものが知られている。

上記特許文献１には、放電電極に対向するアース電極（所謂、対向電極）を、抵抗素子、発光ダイオード及びフォトカプラの発光素子等を有する回路を介して接地部に接続し、上記発光ダイオードの発光状態や、フォトカプラの受光素子の出力に基づいて、異常放電の発生や、放電不良の発生を検知する技術が記載されている。

特許第２８１６６６７号公報

ところで、イオン生成装置で発生し得る異常な放電現象としては、接地された（もしくは接地部に導通する）なんらかの異物物体がイオン生成装置の放電電極に接近もしくは接触した場合に、該放電電極と異物物体との間で発生する放電現象がある。

以降、本明細書では、特にことわらない限り、「異常放電」は、上記のように放電電極と異物物体との間で発生する放電を意味する。また、この異物物体は、正常なコロナ放電を発生させるためにイオン生成装置に備えられている構成要素（対向電極等）ではない物体を意味する。

上記の如き異常放電は、火花放電となりやすいことから、放電電極の損傷もしくは急激な劣化、あるいは、放電電極に高電圧を印加する高電圧発生回路の損傷等の不具合を引き起こしやすい。

従って、上記の如き異常放電が発生した場合には、それを速やかに検知し得るようにすることが望まれる。

しかるに、特許文献１に見られる如き従来のイオン生成装置では、以下に示す理由によって、放電電極と異物物体との間で発生する異常放電を確実に検知することが困難なものとなっていた。

すなわち、放電電極と異物物体との間で異常放電が発生した場合には、その放電電流自体は、放電電極と異物物体との間に流れるため、対向電極としての前記アース電極と接地部との間の回路の発光ダイオードやフォトカプラの発光素子に流れる電流とはならない。

また、本願発明者の各種実験、検討によれば、電磁波現象（詳しくは空間の変位電流）に起因してアース電極に誘起される電圧によって、アース電極と接地部との間で、上記異常放電の発生に応じた電流変動は発生し得るものの、その電流変動は通常、比較的短い時間幅のパルス状の変動となる。このため、該電流変動を発光ダイオードや、フォトカプラの発光素子の発光出力に基づいて検知することは極めて困難である。

このようことから、特許文献１に見られる如き従来のイオン生成装置では、放電電極と異物物体との間で発生する異常放電を確実に検知することが困難なものとなっていた。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、放電電極と異物物体との間で発生する異常放電を高い信頼性で適切に検知することができるイオン生成装置、及び異常放電検知方法を提供することを目的とする。

本発明のイオン生成装置は、上記の目的を達成するために、放電電極に正又は負の高電圧を印加することにより該放電電極からコロナ放電を発生させ、該コロナ放電により空気イオンを生成するイオン生成装置において、
前記放電電極に対向して配置された検出用電極と、該検出用電極と接地部との間に接続され、該検出用電極と接地部との間に流れる電流に応じた電圧信号を出力するインピーダンス回路と、前記電圧信号が入力され、該電圧信号に基づいて、前記放電電極と前記検出用電極以外の異物物体との間で発生する放電である異常放電の発生の有無を検知する異常放電検知手段とを備え、前記異常放電検知手段は、前記異常放電が発生したときに該異常放電の発生に起因して前記電圧信号に含まれるパルス信号を組成する周波数成分を含む高周波成分を通過させ、且つ、該高周波成分よりも低い周波数の低周波成分を遮断する周波数通過特性を有するフィルタリング処理を前記電圧信号に施すフィルタリング手段と、該フィルタリング手段の出力から、前記パルス信号に該当する信号を検出する処理を実行するパルス信号検出手段とを含み、該パルス信号検出手段により前記パルス信号に該当する信号が検出されるか否かにより、前記異常放電の発生の有無を検知するように構成され、
前記フィルタリング手段は、前記電圧信号の電圧値が所定の形態で変化するパルス信号をフィルタリング対象のパルス信号として前記フィルタリング処理を実行するように構成されており、前記所定の形態は、当該パルス信号の発生時に、前記電圧信号の電圧値が、当該パルス信号の発生前の電圧値から、該発生前の電圧値の極性と逆極性の電圧値に変化するという形態であることを特徴とする（第１発明）。

なお、上記インピーダンス回路は、抵抗素子、容量素子等、インピーダンスを有する１つ以上の回路素子により構成される回路を意味する。

また、放電電極に印加する正又は負の高電圧は、正及び負のいずれか一方の極性のみの直流電圧であってもよいが、極性が交互に変化する交流状の電圧であってもよい。

また、前記異物物体は、より詳しくは、前記した如く、正常なコロナ放電を発生させるためにイオン生成装置に備えられている構成要素ではない物体を意味する。

これらのことは、後述の他の発明においても同様である。

上記第１発明によれば、前記放電電極に正又は負の高電圧を印加している状態で、前記異常放電が発生すると、通常、前記放電電極の電位（接地部に対する電位）の大きさが、急激に小さくなる。

一方、前記放電電極の印加される電圧が変化すると、該放電電極と前記検出用電極との間には、それらの間の空間の静電容量に応じた変位電流が発生し、その変位電流によって、前記検出用電極に電圧が誘起される。そして、この誘起電圧によって、放電電極と前記検出用電極との間には、上記変位電流に相当する電流（変位電流と同じ電流値の電流）が前記インピーダンス回路を通って流れる。

特に、前記異常放電が発生した場合には、前記放電電極の電位（接地部に対する電位）の大きさが急激に小さくなることに起因して、前記放電電極と検出用電極との間には、小さな時間幅のパルス状の変位電流が発生する。そして、この変位電流に相当するパルス状の電流が前記インピーダンス回路を通って流れる。

これにより、前記インピーダンス回路から出力される電圧信号には、上記パルス状の変位電流に対応するパルス信号が含まれることとなる。また、このようなパルス信号は、比較的高周波の周波数成分により組成される。

そこで、第１発明では、前記インピーダンス回路から出力される電圧信号に、前記フィルタリング手段によって、前記フィルタリング処理を施す。このフィルタリング処理では、前記異常放電が発生したときに該異常放電の発生に起因して前記電圧信号に含まれるパルス信号を組成する周波数成分を含む高周波成分を通過させ、且つ、該高周波成分よりも低い周波数の低周波成分を遮断する。この場合、フィルタリング処理は、前記電圧信号の電圧値が前記所定の形態（当該パルス信号の発生時に、前記電圧信号の電圧値が、当該パルス信号の発生前の電圧値から、該発生前の電圧値の極性と逆極性の電圧値に変化するという形態）で変化するパルス信号をフィルタリング対象のパルス信号として実行される。

このため、前記電圧信号に、前記異常放電の発生に起因する前記パルス信号が含まれている場合には、前記パルス信号に該当する信号（パルス状の信号）が顕著に含まれるような信号が前記フィルタリング手段の出力として得られる。

さらに、第１発明では、前記パルス信号検出手段によって、前記フィルタリング手段の出力から、前記パルス信号に該当する信号を検出する処理が実行される。このとき、前記電圧信号に、前記異常放電の発生に起因する前記パルス信号が含まれている場合には、前記フィルタリング手段の出力は、前記した如く、前記パルス信号に該当する信号（パルス状の信号）が顕著に含まれるような信号となる。

従って、前記電圧信号に、前記異常放電の発生に起因する前記パルス信号が含まれている場合には、該パルス信号を適切に検出することができることとなる。

そして、前記異常放電検知手段は、前記パルス信号検出手段により前記パルス信号が検出されるか否かにより、前記異常放電の発生の有無を検知する。すなわち、該異常放電検知手段は、前記パルス信号検出手段により前記パルス信号が検出され場合に、前記異常放電が発生したことを検知する。

これにより、第１発明によれば、放電電極と異物物体との間で異常放電が発生した場合に、その異常放電の発生を高い信頼性で適切に検知できることとなる。

上記第１発明では、前記パルス信号検出手段は、前記フィルタリング手段の出力から、あらかじめ設定された所定値以上の大きさの電圧値と、あらかじめ設定された所定幅以上の時間幅とを有するパルス状の信号を、前記パルス信号に該当する信号として検出するように構成されていることが好ましい（第２発明）。

ここで、前記フィルタリング手段の出力には、一般に、高周波のノイズ成分が含まれる。ただし、前記異常放電の発生に起因して前記電圧信号に含まれることとなる前記パルス信号は、通常、その大きさ（ピーク値）が一般的なノイズ成分よりも大きく、また、時間幅も一般的なノイズ成分に比して大きい。

そこで、第２発明では、前記パルス信号検出手段は、前記フィルタリング手段の出力から、あらかじめ設定された所定値以上の大きさの電圧値と、あらかじめ設定された所定幅以上の時間幅とを有するパルス状の信号を、前記パルス信号に該当する信号として検出する。

これにより、前記パルス信号検出手段は、前記異常放電の発生に起因して前記電圧信号に含まれることとなる前記パルス信号に該当する信号（パルス状の信号）を、前記フィルタリング手段の出力から高い信頼性で適切に検出できることとなる。

なお、前記パルス状の信号の大きさに関する上記所定値と、時間幅に関する上記所定幅とは、前記パルス信号に該当する信号と、ノイズ成分の信号とを区別し得るようにあらかじめ実験等に基づいて設定しておけばよい。

前記第１又は第２発明のイオン生成装置は、その一形態のイオン生成装置として、例えば前記放電電極に正又は負の高電圧を一定の周期で印加することにより該放電電極からコロナ放電を発生させるイオン生成装置であってもよい。そして、この場合には、前記フィルタリング手段は、通過させる前記高周波成分が、少なくとも前記一定の周期に対応する周波数よりも高い周波数の成分となるように構成されていることが好ましい（第３発明）。

ここで、前記放電電極に正又は負の高電圧を一定の周期で印加するイオン生成装置では、前記異常放電が発生することなく、前記コロナ放電が正常に発生している場合であっても、前記電圧信号には、前記一定の周期（前記放電電極に正又は負の高電圧を印加する周期）に対応する周波数、すなわち、前記一点の周期の逆数値の周波数を有する周波数成分が含まれるようになる。

この場合、第３発明における前記フィルタリング手段は、通過させる前記高周波成分が、少なくとも前記一定の周期に対応する周波数よりも高い周波数の成分となるように構成されているので、該フィルタリング手段の出力には、前記一定の周期に対応する周波数を有する周波数成分が、常に含まれないようになる。

このため、前記異常放電の発生時における前記フィルタリング手段の出力には、該異常放電の発生に起因する前記パルス信号に該当するパルス状の信号が、顕著性の高い信号として得られることとなる。

従って、第３発明によれば、前記異常放電の発生に起因する前記パルス信号が前記電圧信号に含まれている場合に、該パルス信号に該当するパルス状の信号を前記フィルタリン手段の出力から、より一層高い信頼性で適切に検出するようにすることができる。

なお、第３発明のイオン生成装置は、前記放電電極に正及び負の高電圧を交互に印加するイオン生成装置であってもよい。また、放電電極に印加する正及び負の高電圧は、正弦波状の電圧に限らず、パルス状の電圧であってもよい。

前記第１〜第３発明では、前記異常放電検知手段は、前記異常放電が発生したことを検知したとき、前記放電電極への前記高電圧の印加を遮断するように構成されていることが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、前記異常放電が発生した場合に、前記放電電極への前記高電圧の印加が遮断される。このため、放電電極の損傷もしくは急激な劣化、あるいは、前記高電圧を発生する高電圧発生回路の損傷等が生じるのを防止することができる。

前記第１〜第４発明では、イオン生成装置は、複数の放電電極を備えるものであってもよい。そして、この場合、各放電電極毎に、各別に前記検出電極及びインピーダンス回路を備えるようにしてもよい。

ただし、複数の前記放電電極を有している場合に、該複数の放電電極のうちの少なくとも１グループのＮ個（Ｎ：２以上の整数）の放電電極に対向する１つ以上の前記検出用電極を有するようにして、前記Ｎ個の放電電極に対向する１つ以上の前記検出用電極を、単一の前記インピーダンス回路に接続するようにしてもよい（第５発明）。

この第５発明によれば、単一のインピーダンス回路をＮ個の放電電極に対して共用できるので、前記異常放電の発生を検知し得るイオン生成装置の構成を簡略化できると共に、該イオン生成装置のコストを低減できる。

なお、第５発明では、前記Ｎ個の放電電極に対向する検出用電極は、当該Ｎ個の放電電極のそれぞれに各別に対向する複数の検出用電極であってもよいが、当該Ｎ個の放電電極に対して共通の一体構造の検出用電極であってもよい。

また、前記第１〜第５発明では、前記検出用電極とは別に、コロナ放電を発生させるために前記放電電極に対向して該放電電極の近傍に配置される対向電極が備えられていてもよい。

ただし、前記検出用電極は、対向する前記放電電極との間にコロナ放電を発生させる対向電極としての機能を兼ねるように配置されていてもよい（第６発明）。

この第６発明によれば、前記検出用電極が前記対向電極としての機能を兼ねることで、イオン生成装置の部品点数を削減できる。従って、異常放電の発生を検知し得るイオン生成装置の構成を簡略化できると共に、該イオン生成装置のコストを低減できる。

次に、本発明のイオン生成装置の異常放電検知方法は、放電電極に正又は負の高電圧を印加することにより該放電電極からコロナ放電を発生させ、該コロナ放電により空気イオンを生成するイオン生成装置において、前記放電電極と該放電電極に対向して配置された検出用電極以外の異物物体との間で発生する放電である異常放電の発生の有無を検知する方法であって、前記検出用電極と接地部との間に接続され、該検出用電極と接地部との間に流れる電流に応じた電圧信号を出力するインピーダンス回路を用い、前記異常放電が発生したときに該異常放電の発生に起因して前記電圧信号に含まれるパルス信号を組成する周波数成分を含む高周波成分を通過させ、且つ、該高周波成分よりも低い周波数の低周波成分を遮断する周波数通過特性を有するフィルタリング処理を前記電圧信号に施すステップと、該フィルタリング処理により得られた信号から、前記パルス信号に該当する信号を検出する処理を実行し、前記パルス信号に該当する信号が検出されるか否かによって前記異常放電の発生の有無を検知するステップとを備え、前記フィルタリング処理を前記電圧信号に施すステップは、前記電圧信号の電圧値が所定の形態で変化するパルス信号をフィルタリング対象のパルス信号として前記フィルタリング処理を実行するように構成されており、前記所定の形態は、当該パルス信号の発生時に、前記電圧信号の電圧値が、当該パルス信号の発生前の電圧値から、該発生前の電圧値の極性と逆極性の電圧値に変化するという形態であることを特徴とする（第７発明）。

この第７発明によれば、前記インピーダンス回路から出力される電圧信号に、前記フィルタリング処理を施すことによって、前記異常放電が発生した場合には、前記第１発明と同様に、前記異常放電に発生に起因する前記パルス信号に該当する信号（パルス状の信号）が顕著に含まれる信号が得られる。

従って、上記フィルタリング処理により得られた信号から、前記異常放電の発生に起因する前記パルス信号を適切に検出できる。

このため、該パルス信号が検出されるか否かによって前記異常放電の発生の有無を検知することができる。

従って、第７発明によれば、放電電極と異物物体との間で異常放電が発生した場合に、その異常放電の発生を高い信頼性で適切に検知できる。

なお、第７発明においても、前記第２〜第６発明と同様の態様を採用できる。

補足すると、以上説明した本発明では、前記コロナ放電により生成される空気イオンを除電対象物に向って送風するファン等の送風手段が備えられていてもよい。

本発明の一実施形態のイオン生成装置の概略構成を示す図。 図２（ａ）は放電電極及び検出用電極の配置構成の一例を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）のII矢視図。 図１に示すインピーダンス回路と異常放電検知出力発生回路との具体的な構成を示す図。 図３に示すハイパスフィルタとパルス信号検出部との回路構成の例を示す図。 実施形態のイオン生成装置の放電電極に発生する電位の変化の例を示すグラフ。 図６（ａ）〜（ｆ）は、実施形態の異常放電検知出力発生回路の作動を説明するためのグラフ 本発明の実施形態の変形態様を説明するための図。

本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のイオン生成装置１は、コロナ放電によって正及び負の空気イオンを生成するための構成として、放電電極２と、この放電電極２に印加する正及び負の高電圧を発生する高電圧発生回路３とを備える。

さらにイオン生成装置１は、異常放電の発生の有無を検知するための構成として、放電電極２に対向して配置された検出用電極４と、該検出用電極４及び接地部５の間に接続されたインピーダンス回路６と、このインピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpが入力される異常放電検知出力発生回路７とを備える。

上記異常放電は、放電電極２と検出用電極４以外の異物物体との間での放電である。

高電圧発生回路３は、パルス状の正の高電圧及び負の高電圧を、出力端子３ａから一定の周期で交互に出力する回路である。なお、高電圧発生回路３から出力される高電圧の周波数（正及び負の高電圧の発生周期の逆数値の周波数）は、本実施形態では、例えば２６０Ｈｚの周波数である。

かかる高電圧発生回路３としては、例えば特開２００９−４１７７号公報等にて本願出願人が提案した回路が採用される。ただし、高電圧発生回路３は、他の公知の回路構成のものであってもよい。また、高電圧発生回路３は、正弦波状の交流高電圧を出力する回路であってもよい。

放電電極２は、先鋭な先端部を有するように針状の導体により構成されている。この放電電極２は、本実施形態では、絶縁体から成る容量性部材８と、高圧ケーブル９とを介して高電圧発生回路３の出力端子３ａに接続されている。容量性部材８は、所定の容量値を有するコンデンサとして機能する部材である。従って、放電電極２は、高電圧発生回路３の出力端子３ａに容量結合の形態で接続されている。

なお、放電電極２と高電圧発生回路３の出力端子３ａとの間に、容量性部材８と直列に抵抗素子が介装されていてもよい。あるいは、容量性部材８の代わりに、抵抗素子を介して放電電極２を高電圧発生回路３に接続する（すなわち、放電電極２を、高電圧発生回路３の出力端子３ａに抵抗結合の形態で接続する）ようにしてもよい。

検出用電極４は、導体により構成されており、放電電極２に近接して対向するように配置されている。より具体的には、本実施形態では、検出用電極４は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えば環状に形成されている。そして、検出用電極４は、放電電極２の先端部の周囲を囲むようにして（換言すれば、放電電極２の軸心方向と直交する方向で、放電電極２の外周面と間隔を存するようにして）、該放電電極２と同軸心に配置されている。

ただし、検出用電極４は、例えば図２（ａ）に二点鎖線で示すように、放電電極２の軸心方向で該放電電極２の先端から若干の間隔を存するように該放電電極２の前方側に配置されていてもよい。また、検出用電極４の形状は、環状に限らず線状、あるいは、板状等であってもよい。

補足すると、本実施形態のイオン生成装置１は、図示しない除電対象物の除電を行なうための除電装置として利用されるものである。このため、本実施形態のイオン生成装置１では、除電対象物の除電を行なう場合には、放電電極２の近辺でコロナ放電により生成される正及び負の空気イオンを、該放電電極２の前方に配置される除電対象物に向って移送するために、図示しない送風ファン等のエア供給機構（送風手段）によって、図２（ａ）に破線矢印で示す如く、放電電極２の前方側に向ってエア供給（送風）が行なわれるようになっている。

そして、検出用電極４は、放電電極２側から除電対象物への空気イオンの移送が極力妨げられないようにするために、上記の如く放電電極２の軸心方向と直交する方向で、放電電極２と間隔を存するように配置されている。

また、本実施形態では、検出用電極４は、放電電極２との間でコロナ放電を発生させる対向電極としての機能を兼ねるものである。そして、検出用電極４と、放電電極２の先端部との間の間隔（あるいは検出用電極４の半径）は、放電電極２と検出用電極４との間のコロナ放電が適切に発生し得るように設定されている。

ここで、検出用電極４の配置に関する本願発明者の実験、検討によれば、前記異常放電の発生の有無を適切に検知し得るようにする上では、検出用電極４と放電電極２の先端の間の、該放電電極２の軸心方向での距離が、−５０〜５０ｍｍの範囲内の距離（好適には、−５０〜０ｍｍの範囲内の距離）となり、且つ、検出用電極４と放電電極２の先端の間の、該放電電極２の軸心方向と直交する方向での距離が、５０ｍｍ以下の距離（好適には、１０〜３０ｍｍの範囲内の距離）となるように、放電電極２に対する検出用電極４の配置位置を設定しておくことが望ましい。

なお、放電電極２の軸心方向での上記距離は、詳しくは、放電電極２の先端から該放電電極２の基端側に近づく距離を負の距離（−５０ｍｍ等）、放電電極２の先端から該放電電極２の基端側と反対側に離れる距離を正の距離（５０ｍｍ等）としている。例えば図２（ａ）に実線で示す検出用電極４と放電電極２の先端との間の、該放電電極２の軸心方向の距離が負の距離であり、図２（ａ）に二点差線で示す検出用電極４と放電電極２の先端との間の、該放電電極２の軸心方向の距離が正の距離である。

補足すると、放電電極２と検出用電極４との間の空間は、電気的には、図３において参照符号Ａを付して示す如き等価回路で表現される。この等価回路Ａは、放電電極２と検出用電極４との間の静電容量に相当する容量素子Ｃaに、放電電極２と検出用電極４との間のコロナ放電によって流れる放電電流の抵抗に相当する抵抗素子Ｒdisを、スイッチＳＷdisを介して並列接続した回路である。

この場合、上記スイッチＳＷdisは、コロナ放電の発生状態でＯＮとなり、コロナ放電が発生していない状態ではＯＦＦとなるスイッチである。従って、等価回路Ａは、コロナ放電の発生状態では、容量素子Ｃaと抵抗素子Ｒdisとの並列回路により構成され、コロナ放電が発生していない状態では、容量素子Ｃaにより構成される回路である。

インピーダンス回路６は、インピーダンスを有する回路素子により構成された回路である。このインピーダンス回路６は、本実施形態では、図３に示すように、単一の抵抗素子１０により構成された回路である。

そして、インピーダンス回路６は、検出用電極４と接地部５との間でインピーダンス回路６を介して流れる電流に応じた電圧信号Ｖpとして、抵抗素子１０に発生する電圧を出力する。該抵抗素子１０に発生する電圧は、本実施形態では、検出用電極４と接地部５との間の電圧に一致する。

この場合、インピーダンス回路６の抵抗素子１０の抵抗値は、放電電極２と前記異物物体との間で異常放電が発生した場合に電圧信号Ｖpに含まれることとなる後述のパルス信号が異常放電検知出力発生回路７で検知可能な大きさの信号となるように設定される。その抵抗値は、例えば３ｋΩ程度に設定される。

なお、インピーダンス回路６の回路構成は、図３の構成に限られるものではない。例えば、２つ以上の抵抗素子を直列もしくは並列に接続して構成されていてもよい。そして、インピーダンス回路６は、検出用電極４と接地部５との間の電圧を分圧した電圧を電圧信号Ｖpとして出力するようにしてもよい。さらに、インピーダンス回路６は、抵抗素子に加えて、例えば容量素子を含んでいてもよい。

インピーダンス回路６は、基本的には、放電電極２に印加される正又は負の高電圧に応じて、放電電極２と検出用電極４との間の空間に発生する変位電流に応じた電圧信号（放電電極２に印加する高電圧の周波数よりも高周波域の周波数成分を含む電圧信号）を出力し得るように構成されていればよい。

異常放電検知出力発生回路７は、本発明における異常放電検知手段に相当するものである。ここで、異常放電検知出力発生回路７の具体的な構成を説明する前に、インピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpについて説明しておく。

放電電極２に高電圧発生回路３から正及び負の高電圧のいずれか一方、例えば正の高電圧を印加した場合、接地部５に対する放電電極２の電位（実測値）は、異常放電が発生しない正常な場合には、図５のグラフa1で示すように変化する。

一方、放電電極２への正の高電圧の印加途中で、放電電極２と異物物体との間で火花放電等の異常放電が発生した場合には、放電電極２の電位（実測値）は、図５のグラフa2で示すように変化する。すなわち、異常放電の発生に伴い、放電電極２の電位の大きさが急激に低下する（急激にゼロ電位に近づく）。

なお、上記のような放電電極２の電位の変化は、放電電極２に負の高電圧を印加した場合についても同様である。この場合には、放電電極２の電位は、図５のグラフa1，a2の極性を反転させた形態で変化する。

他方、放電電極２への正又は負の高電圧の印加時には、放電電極２と検出用電極４との間の静電容量に応じて、該放電電極２と検出用電極４との間に、放電電極２の電位の変化に伴う変位電流が発生し、その変位電流によって、検出用電極４に電圧が誘起される。そして、この誘起電圧によって、検出用電極４と接地部５との間には、上記変位電流に相当する電流（変位電流と同じ電流値の電流）が前記インピーダンス回路６を通って流れる。これにより、該インピーダンス回路６から上記変位電流に応じた電圧信号Ｖpが出力される。

このとき、異常放電が発生していない正常な状態では、電圧信号Ｖpは放電電極２の電位の変化と同様の形態で概ね滑らかに変化するが、異常放電が発生した場合には、放電電極２の電位が前記した如く急激に変化することに応じて、前記変位電流も急激に変化する。このため、インピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpに急峻なパルス信号が含まれるようになる。

例えば、異常放電の発生によって、図５のグラフa2で示すように放電電極２の電位が変化した場合、インピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpは、概ね図６（ａ）に示すような形態で変化して、該電圧信号Ｖpに異常放電に起因するパルス信号が含まれるようになる。

そこで、本実施形態の前記異常放電検知出力発生回路７は、放電電極２に正及び負の高電圧の一方、例えば正の高電圧が印加されている状態でインピーダンス回路６から入力される電圧信号Ｖpから、異常放電に起因するパルス信号の有無を検出するように機能するものである。

以下に、かかる機能を有する異常放電検知出力発生回路７を具体的に説明する。異常放電検知出力発生回路７は、本実施形態では、図３に示す如く、インピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpが入力されるハイパスフィルタ１１と、このハイパスフィルタ１１の出力から、前記異常放電が発生したときに電圧信号Ｖpに含まれることとなるパルス信号に該当する信号（パルス状の信号）を検出して、該パルス状の信号の有無を示す出力を、異常放電の発生の有無を示す出力として生成するパルス信号検出部１２とを備える。

ハイパスフィルタ１１は、本発明におけるフィルタリング手段に相当するものである。このハイパスフィルタ１１は、インピーダンス回路６から入力される電圧信号Ｖpのうち、所定の遮断周波数よりも低域側の周波数成分を遮断し、該遮断周波数以上の周波数成分を通過する周波数通過特性（ハイパス特性）を有する。

この場合、ハイパスフィルタ１１の上記遮断周波数は、高電圧発生回路３から出力される高電圧の周波数（正及び負の高電圧の発生周期の逆数値の周波数）よりも高い周波数に設定されている。

その遮断周波数は、より詳しくは、異常放電を生じることなく放電電極２のコロナ放電が正常に行なわれている場合にインピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpに応じてハイパスフィルタ１１から出力される信号（特に、放電電極２への高電圧の印加周期の逆数値の基本周波数成分の信号と、その基本周波数の整数倍の高調波成分の信号）の大きさが十分に微小なものとなり、且つ、異常放電に起因するパルス信号が電圧信号Ｖpに含まれる場合には、該パルス信号に該当する信号が、ハイパスフィルタ１１から出力されるように設定される。本実施形態では、この遮断周波数は、例えば３０ｋＨｚ程度に設定されている。

かかるハイパスフィルタ１１としては、種々様々の形態の回路構成を採用することができる。一例として、ハイパスフィルタ１１は、例えば図４に示すようなアナログフィルタ（増幅回路を含むアナログフィルタ）により構成される。

このハイパスフィルタ１１は、コンデンサ１１ａ、抵抗素子１１ｂ、トランジスタ１１ｃ、抵抗素子１１ｄを図示の如く接続して構成されている。そして、該ハイパスフィルタ１１は、放電電極２に正の高電圧が印加されている状態でインピーダンス回路６から入力される電圧信号Ｖpからコンデンサ１１ａを介して高周波成分を抽出（低周波成分を遮断）し、この高周波成分を、トランジスタ１１ｃを介して増幅することで、電圧信号Ｖpの高周波成分を示す検出信号Ｖadを出力する。

例えば、インピーダンス回路６の電圧信号Ｖpが、図６（ａ）に示すようなパルス信号を含む電圧信号である場合に、図４のＰ１の位置の電圧（トランジスタ１１ｃのベースに対する入力電圧）は、図６（ｂ）に示すようにパルス状に変化する信号となる。このとき、ハイパスフィルタ１１から出力される検出信号Ｖadは、図６（ｃ）に示すようにパルス状に変化する信号、すなわち、電圧信号Ｖpに含まれるパルス信号に該当するパルス状の信号となる。

なお、異常放電が発生していない状態では、ハイパスフィルタ１１から出力される検出信号Ｖadは、ほぼゼロレベルの電圧値に維持される信号となる。

ここで、インピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpには、一般には、ハイパスフィルタ１１を通過可能な高周波のノイズ成分が含まれる。ただし、そのようなノイズ成分は、通常、瞬時的にひげ状に立ち上がるような信号である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）では、図を判り易くするための便宜上、上記の如きノイズ成分を除去した形で信号波形を記載している。

上記ノイズ成分に対して、前記異常放電の発生に起因して電圧信号Ｖpに含まれることとなるパルス信号、ひいては、該パルス信号に該当する信号としてハイパスフィルタ１１から出力されるパルス状の信号は、そのピーク値及び時間幅の一方又は両方が、通常、上記の如きノイズ成分よりも大きなものとなる。

そこで、パルス信号検出部１２は、ハイパスフィルタ１１の出力（検出信号Ｖad）から、あらかじめ設定された所定値以上の大きさの電圧値（ピーク値）を有し、且つ、あらかじめ設定された所定幅以上の時間幅を有するパルス状の信号を、異常放電が発生した場合に電圧信号Ｖpに含まれることとなるパルス信号に該当する信号として検出する。そして、パルス信号検出部１２は、該パルス状の信号が検出されたか否かを示す信号Ｖoutを、前記異常放電の有無を示す異常放電検知信号Ｖoutとして出力する。なお、パルス信号検出部１２は、本発明におけるパルス信号検出手段に相当するものである。

このような機能を有するパルス信号検出部１２は、種々様々の形態の回路構成によって実現できる。一例として、パルス信号検出部１２は、例えば図４に示すような回路により構成される。このパルス信号検出部１２は、ハイパスフィルタ１１の出力（検出信号Ｖad）が入力されるシュミットトリガ回路１２ａと、このシュミットトリガ回路１２ａの出力を積分する積分回路１２ｂと、この積分回路１２ｂの出力が入力されるシュミットトリガ回路１２ｃとを備える。

シュミットトリガ回路１２ａは、ハイパスフィルタ１１の出力（検出信号Ｖad）に、所定値以上の大きさのピーク値を有するパルス状の信号が含まれている場合に、そのパルス状の信号の幅に相当するパルス幅を有する矩形波信号を出力する。例えば、図６（ｃ）に示したように、検出信号Ｖadに、異常放電に対応するパルス信号が含まれている場合に、シュミットトリガ回路１２ａの出力電圧（図４のＰ２の位置の電圧）は、図６（ｄ）に示すような矩形波信号となる。

かかるシュミットトリガ回路１２ａにより、検出信号Ｖadからピーク値が小さいノイズ成分が除去される。

このシュミットトリガ回路１２ａの出力を入力する積分回路１２ｂは、例えば可変抵抗値の抵抗素子１２b1及びコンデンサ１２b2を図示の如く接続して構成される。そして、該積分回路１２ｂは、シュミットトリガ回路１２ａの出力（矩形波信号）を、あらかじめ調整された抵抗素子１２b1の抵抗値とコンデンサ１２b2の容量値とに応じて規定される所定の時定数で積分した信号をコンデンサ１２b2から出力する。

例えば、シュミットトリガ回路１２ａから、図６（ｄ）に示したような矩形波信号が積分回路１２ｂに入力された場合に、積分回路１２ｂの出力電圧（図４のＰ３の位置の電圧）は、図６（ｅ）に示すような信号となる。

なお、上記積分回路１２ｂは、換言すれば、ローパス特性のフィルタである。

この積分回路１２ｂの出力を入力するシュミットトリガ回路１２ｃは、積分回路１２ｂの出力レベル（電圧値）が所定値以上となった場合に、ハイレベルの矩形波信号を出力し、積分回路１２ｂの出力レベルが所定値よりも小さい状態では、ローレベルの信号を出力する。

例えば図６（ｅ）に示したような信号が積分回路１２ｂから出力された場合に、シュミットトリガ回路１２ｃから、図６（ｆ）に示すようなハイレベルの矩形波信号が出力される。

このようにシュミットトリガ回路１２ｃから出力される信号が、前記異常放電検知信号Ｖoutである。

ここで、前記積分回路１２ｂの出力レベルが所定値以上となるということは、シュミットトリガ回路１２ａに入力されたパルス状の信号が、所定値以上の大きさの電圧値（ピーク値）を有し、且つ、所定幅以上の時間幅を有するパルス状の信号であることを意味する。

従って、パルス信号検出部１２は、上記の回路構成によって、所定値以上の大きさの電圧値（ピーク値）を有し、且つ、あらかじめ設定された所定幅以上の時間幅を有するパルス状の信号を検出できることとなる。

そのため、パルス信号検出部１２がシュミットトリガ回路１２ｃから出力する異常放電検知信号Ｖoutが、電圧信号Ｖpに異常放電の発生に起因するパルス信号が含まれるか否かを示す信号として得られることとなる。

なお、本実施形態では、異常放電検知出力発生回路７の出力（パルス信号検出部１２から出力される異常放電検知信号Ｖout）は、前記高電圧発生回路３の動作制御に利用され、該異常放電検知信号Ｖoutが、異常放電の発生を示すハイレベルの矩形波信号になった場合に、それに応じて、高電圧発生回路３の作動（高電圧の出力）が停止される。

この場合、高電圧発生回路３の作動を停止させることに加えて、表示器、ランプ、ブザー等の報知器（図示省略）によって、異常放電が発生した旨を作業者等に報知するようにしてもよい。

補足すると、前記異常放電検知出力発生回路７のハイパスフィルタ１１や、パルス信号検出部１２の回路構成は、図４に示したものに限定されるものでないことはもちろんであり、他の回路構成を採用してもよい。

また、ハイパスフィルタ１１の代わりに、低域側の遮断周波数に加えて、高域側の遮断周波数をも有するバンドパスフィルタを用いてもよい。さらに、ハイパスフィルタ１１は、ＦＦＴ等のデジタル処理、あるいはソフトウェア処理によって、電圧信号Ｖpにハイパス特性（又はバンドパス特性）のフィルタリング処理を施すものであってもよい。

また、例えば、ハイパスフィルタ１１（又はバンドパスフィルタ）の出力をＡ／Ｄ変換器を介してデジタル値として検知し、その検知したデジタル値から、ＣＰＵ等を有する演算処理ユニットのソフトウェア処理によって、異常放電に起因するパルス信号の有無を検出するようにしてもよい。

また、異常放電検知出力発生回路７は、異常放電の発生に起因するパルス信号が電圧信号Ｖpに含まれていない状態では、ハイレベルの信号を出力し、該パルス信号が電圧信号Ｖpに含まれている場合に、ローレベルの信号を出力するようにしてもよい。

次に、本実施形態のイオン生成装置１の異常放電の検知に関する全体的な作動を説明する。

除電対象物（帯電物体）の除電を行なう場合に、高電圧発生回路３を起動することで、該高電圧発生回路３の出力端子３ａから放電電極２に、正及び負の高電圧が一定周期で交互に印加される。なお、この場合、エア供給機構による送風も行なわれる。ただし、送風を行なうことは必須ではない。

このとき、放電電極２に正又は負の高電圧が印加されている期間において、放電電極２と対向電極としての検出用電極４との間で該放電電極２の先端部に集中するように発生する電界によって、放電電極２の先端部からコロナ放電が発生する。そして、このコロナ放電によって空気がイオン化することで、空気イオンが生成される。

この場合、放電電極２に正の高電圧が印加された状態でのコロナ放電によって、正の空気イオンが生成され、放電電極２に負の高電圧が印加された状態でのコロナ放電によって、負の空気イオンが生成される。

そして、このように生成される正及び負の空気イオンによって、除電対象物の帯電電荷が中和され、該除電対象物の除電がなされる。

このような作動中において、放電電極２からのコロナ放電が正常に発生している場合には、異常放電検知出力発生回路７の前記した作動によって、該異常放電検知出力発生回路７から出力される異常放電検知信号Ｖoutは、異常放電が発生していないことを示す信号（本実施形態ではローレベルの信号）に維持される。

一方、接地された（もしくは接地部に導通する）なんらかの異物物体が放電電極２に接近もしくは接触すると、放電電極２と該異物物体との間で異常放電が発生する。

このとき、インピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpに、前記したように、異常放電の発生に起因するパルス信号が含まれることとなる。

そして、このパルス信号に該当するパルス状の信号が、異常放電検知出力発生回路７の前記した作動によって、ハイパスフィルタ１１の出力（検出信号Ｖad）から検出され、該異常放電検知出力発生回路７から、異常放電が発生していることを示す異常放電検知信号Ｖout（本実施形態では、ハイレベルの矩形波信号）が出力される。

これに応じて、前記高電圧発生回路３の作動が停止され、放電電極２への正及び負の高電圧の印加が遮断される。

以上の如く、本実施形態によれば、放電電極２と異物物体との間で異常放電が発生した場合に、該異常放電の発生を、高い信頼性で検知することができる。そして、その検知に応じて直ちに、放電電極２への正及び負の高電圧の印加を遮断することで、放電電極２の損傷もしくは急激な劣化、あるいは、高電圧発生回路３の損傷を防止することができる。

補足すると、前記高電圧発生回路３の出力端子３ａと、異物物体との間で異常放電が生じることもある。その場合においても、前記インピーダンス回路６の電圧信号Ｖpには、放電電極２と異物物体との間で異常放電が発生した場合と概ね同様に、異常放電に起因するパルス信号が含まれることとなる。そして、この場合においても、異常放電検知出力発生回路７により、当該異常放電の発生を検知できる。

次に、本発明の実施形態の変形態様をいくつか説明する。

前記実施形態では、放電電極２が単一である場合のイオン生成装置１を例にとって説明したが、本発明を適用するイオン生成装置は、複数の放電電極２を備えるものであってもよい。

その場合、各放電電極２毎に、検出用電極４、インピーダンス回路６及び異常放電検知出力発生回路７の組を備えるようにしてもよいが、イオン生成装置に備える全ての放電電極２を、例えばＮ個（Ｎ：２以上の整数）ずつのグループに分類しておき、各グループのＮ個の放電電極２に対して、単一のインピーダンス回路６及び異常放電検知出力発生回路７を共用してもよい。

例えば、図７に示すように、１つのグループに属するＮ個（図示例では５個）の放電電極２のそれぞれに対向して配置された検出用電極４を、単一のインピーダンス回路６に並列に接続し、このインピーダンス回路６の出力（電圧信号Ｖp）を、前記実施形態と同様の異常放電検知出力発生回路７に入力するようにしてもよい。なお、この場合、上記Ｎ個の放電電極２には、同じ高電圧が高電圧発生回路３から同時に印加される。

このようにしても、インピーダンス回路６から出力される電圧信号Ｖpは、異常放電の発生時に、それに起因するパルス信号が前記実施形態と同様に含まれるものとなる。従って、異常放電検知出力発生回路７により、該パルス信号を適切に検出して、異常放電の発生を検知できる。

なお、図７に示す例では、Ｎ個の放電電極２のそれぞれ毎に、検出用電極４を備えるようにしているが、それらの検出用電極４を一体に構成して、Ｎ個の放電電極２に対して共通の検出用電極４を備えるようにしてもよい。この場合には、当該共通の検出用電極４は、例えば、各放電電極２にそれぞれ臨む複数の貫通穴を穿設した板状の導体部材、あるいは、Ｎ個の放電電極２の側方に配置した棒状の導体部材により構成することができる。

また、前記実施形態では、異常放電検知出力発生回路７は、放電電極２に正の高電圧が印加された状態でのインピーダンス回路６の電圧信号Ｖpに、異常放電の発生に起因するパルス信号が含まれているか否かを検知するようにしたが、放電電極２に負の高電圧が印加された状態でのインピーダンス回路６の電圧信号Ｖpに、異常放電の発生に起因するパルス信号が含まれているか否かを検知するようにしてもよい。

あるいは、放電電極２に正の高電圧が印加された状態と、負の高電圧が印加された状態との両方で、インピーダンス回路６の電圧信号Ｖpに、異常放電の発生に起因するパルス信号が含まれているか否かを検知するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、放電電極２に正及び負の高電圧を交互に印加するイオン生成装置（交流方式のイオン生成装置）を例にとって説明したが、本発明を適用するイオン生成装置は、放電電極２に正及び負の高電圧のうちの一方の極性の高電圧だけを印加するよな直流方式のイオン生成装置であってもよい。さらに、この場合、正の高電圧を印加する放電電極と、負の高電圧を印加する放電電極とを各別に備える直流方式のイオン生成装置であってもよい。

これらの直流方式のイオン生成装置においても、前記実施形態のイオン生成装置と同様の構成で、放電電極に対向する検出用電極と接地部とを接続するインピーダンス回路と、異常放電検知出力発回路と備えるようにすることで、前記実施形態と同様に、異常放電の発生を検知することができる。

１…イオン生成装置、２…放電電極、４…検出用電極、５…接地部、６…インピーダンス回路、７…異常放電検知出力発生回路（異常放電検知手段）、１１…ハイパスフィルタ（フィルタリング手段）、１２…パルス信号検出部（パルス信号検出手段）。

Claims (7)

1. 放電電極に正又は負の高電圧を印加することにより該放電電極からコロナ放電を発生させ、該コロナ放電により空気イオンを生成するイオン生成装置において、
   前記放電電極に対向して配置された検出用電極と、
   該検出用電極と接地部との間に接続され、該検出用電極と接地部との間に流れる電流に応じた電圧信号を出力するインピーダンス回路と、
   前記電圧信号が入力され、該電圧信号に基づいて、前記放電電極と前記検出用電極以外の異物物体との間で発生する放電である異常放電の発生の有無を検知する異常放電検知手段とを備え、
   前記異常放電検知手段は、前記異常放電が発生したときに該異常放電の発生に起因して前記電圧信号に含まれるパルス信号を組成する周波数成分を含む高周波成分を通過させ、且つ、該高周波成分よりも低い周波数の低周波成分を遮断する周波数通過特性を有するフィルタリング処理を前記電圧信号に施すフィルタリング手段と、該フィルタリング手段の出力から、前記パルス信号に該当する信号を検出する処理を実行するパルス信号検出手段とを含み、該パルス信号検出手段により前記パルス信号に該当する信号が検出されるか否かにより、前記異常放電の発生の有無を検知するように構成され、
   前記フィルタリング手段は、前記電圧信号の電圧値が所定の形態で変化するパルス信号をフィルタリング対象のパルス信号として前記フィルタリング処理を実行するように構成されており、前記所定の形態は、当該パルス信号の発生時に、前記電圧信号の電圧値が、当該パルス信号の発生前の電圧値から、該発生前の電圧値の極性と逆極性の電圧値に変化するという形態であることを特徴とするイオン生成装置。
2. 請求項１記載のイオン生成装置において、
   前記パルス信号検出手段は、前記フィルタリング手段の出力から、あらかじめ設定された所定値以上の大きさの電圧値と、あらかじめ設定された所定幅以上の時間幅とを有するパルス状の信号を、前記パルス信号に該当する信号として検出するように構成されていることを特徴とするイオン生成装置。
3. 請求項１又は２記載のイオン生成装置において、
   当該イオン生成装置は、前記放電電極に正又は負の高電圧を一定の周期で印加することにより該放電電極からコロナ放電を発生させるイオン生成装置であり、
   前記フィルタリング手段は、通過させる前記高周波成分が、少なくとも前記一定の周期に対応する周波数よりも高い周波数の成分となるように構成されていることを特徴とするイオン生成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン生成装置において、
   前記異常放電検知手段は、前記異常放電が発生したことを検知したとき、前記放電電極への前記高電圧の印加を遮断するように構成されていることを特徴とするイオン生成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン生成装置において、
   複数の前記放電電極と、該複数の放電電極のうちの少なくとも１グループのＮ個（Ｎ：２以上の整数）の放電電極に対向する１つ以上の前記検出用電極とを有しており、
   前記Ｎ個の放電電極に対向する１つ以上の前記検出用電極が、単一の前記インピーダンス回路に接続されていることを特徴とするイオン生成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン生成装置において、
   前記検出用電極は、対向する前記放電電極との間にコロナ放電を発生させる対向電極としての機能を兼ねるように配置されていることを特徴とするイオン生成装置。
7. 放電電極に正又は負の高電圧を印加することにより該放電電極からコロナ放電を発生させ、該コロナ放電により空気イオンを生成するイオン生成装置において、前記放電電極と該放電電極に対向して配置された検出用電極以外の異物物体との間で発生する放電である
   異常放電の発生の有無を検知する方法であって、
   前記検出用電極と接地部との間に接続され、該検出用電極と接地部との間に流れる電流に応じた電圧信号を出力するインピーダンス回路を用い、前記異常放電が発生したときに該異常放電の発生に起因して前記電圧信号に含まれるパルス信号を組成する周波数成分を含む高周波成分を通過させ、且つ、該高周波成分よりも低い周波数の低周波成分を遮断する周波数通過特性を有するフィルタリング処理を前記電圧信号に施すステップと、
   該フィルタリング処理により得られた信号から、前記パルス信号に該当する信号を検出する処理を実行し、前記パルス信号に該当する信号が検出されるか否かによって前記異常放電の発生の有無を検知するステップとを備え、
   前記フィルタリング処理を前記電圧信号に施すステップは、前記電圧信号の電圧値が所定の形態で変化するパルス信号をフィルタリング対象のパルス信号として前記フィルタリング処理を実行するように構成されており、前記所定の形態は、当該パルス信号の発生時に、前記電圧信号の電圧値が、当該パルス信号の発生前の電圧値から、該発生前の電圧値の極性と逆極性の電圧値に変化するという形態であることを特徴とするイオン生成装置の異常放電検知方法。

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