JP5805488B2

JP5805488B2 - 除電装置

Info

Publication number: JP5805488B2
Application number: JP2011217090A
Authority: JP
Inventors: 晃本田
Original assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP2013077469A

Description

本発明は、静電気を除去する除電装置に関するものである。

従来、正極性のイオンと負極性のイオンとを交互に発生させる除電装置として、例えば特許文献１に記載される構成が知られている。この除電装置は、高電圧を発生させるための高電圧発生回路と、その高電圧発生回路からの電圧が印加される放電針とを備えている。高電圧発生回路の入力端子は、スイッチを介して電源に接続されており、高電圧発生回路は、電源の電圧を昇圧して高電位側出力端子と低電位側出力端子との間に所定電圧を発生させるようになっている。高電位側出力端子にはコンデンサが接続され、そのコンデンサに放電針が直列接続されている。また、高電位側出力端子と低電位側出力端子との間には、第１の抵抗が接続されており、コンデンサと放電針との共通接続点と低電位側出力端子との間には、第２の抵抗が接続されている。

このような除電装置では、スイッチが所定周期で開閉動作するように制御され、これにより、電源からの電圧が間欠的に高電圧発生回路に供給される。そして、高電圧発生回路から放電針に印加される電圧は、コンデンサの充放電によりスイッチのオン・オフに応じて０Ｖを中心に正負に振幅される。即ち、スイッチがオンのときに正極性の高電圧が印加され、スイッチがオフのときに負極性の高電圧が印加されるようになっている。このように、正負の極性が周期的に反転する交流パルス電圧が放電針に印加されることにより、放電針の周囲にはコロナ放電による正極性および負極性のイオンが交互に生成され、この正と負に交互に生成されたイオンによって静電気の除去が可能となっている。

特許第４１５７３５９号公報

ところで、上記特許文献１のような除電装置では、高電圧発生回路に入力される電源電圧をスイッチによりオン・オフすることで正負のパルス電圧が生成されるため、高電圧発生回路のオン・オフの切り替えと出力端子間の電圧発生のタイムラグによって、放電針に印加される正負のパルス電圧の立ち上がり・立ち下がりが遅くなるという問題があった。

また、上記特許文献１のような除電装置では、コンデンサの充放電を利用して周期的に正負に反転するパルス電圧の生成している。このため、除電装置の起動し始めにおいては、コンデンサの充電電圧が十分でないため、放電針に印加されるパルス電圧が正極性に偏ってしまい、その結果、生成するイオンの正負のバランスが乱れるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、放電針に印加される正負のパルス電圧の立ち上がり・立ち下がりを早くするとともに、起動し始めにおいてもイオンバランスの乱れを抑えることができる除電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１〜３に記載の発明は、高電位側出力端子と低電位側出力端子との間に所定電圧を発生させる高電圧発生回路を備え、前記高電圧発生回路から出力された電圧を放電針に正負に交互に印加することで正負のイオンを交互に生成する除電装置であって、前記高電位側出力端子を前記放電針に接続し前記低電位側出力端子をグラウンドに接続する第１接続状態と、前記高電位側出力端子をグラウンドに接続し前記低電位側出力端子を前記放電針に接続する第２接続状態の２つの接続状態を切替可能な接続切替手段と、前記第１接続状態と前記第２接続状態とが交互に切り替わるように前記接続切替手段を制御する制御手段とを備えている。

これらの発明では、第１接続状態で放電針に正極性のパルス電圧が印加され、第２接続状態で放電針に負極性のパルス電圧が印加され、その第１及び第２接続状態の切り替えが高電圧発生回路の出力側の接続切替手段によってなされる。つまり、放電針に印加される正負のパルス電圧が、高電圧発生回路のオン・オフの切り替えではなく、出力側の接続切替手段のオン・オフの切り替えによって生成されるため、放電針に印加される正負のパルス電圧の立ち上がり・立ち下がりを早くすることが可能となる。また、この発明では、正負のパルス電圧を生成するためのコンデンサが不要となり、接続切替手段の第１及び第２接続状態の切り替えによって正負のパルス電圧を生成することができるため、除電装置の起動し始めにおいても放電針に印加されるパルス電圧の極性の偏りを抑えることができ、その結果、生成するイオンのバランスの乱れを抑えることができる。

特に請求項１に記載の発明は、前記接続切替手段は、前記低電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第１のスイッチング素子と、前記高電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第２のスイッチング素子と、前記高電位側出力端子と前記低電位側出力端子との間に直列接続された第１のインピーダンス素子及び第２のインピーダンス素子とを備え、前記第１のインピーダンス素子と前記第２のインピーダンス素子との接続点に前記放電針が接続されており、前記第１のスイッチング素子がオン、且つ前記第２のスイッチング素子がオフのときに前記第１接続状態となり、前記第２のスイッチング素子がオン、且つ前記第１のスイッチング素子がオフのときに前記第２接続状態となることを特徴とする。

この発明では、第１及び第２接続状態を切り替えるための接続切替手段を構成するスイッチング素子を２つで構成することができ、その結果、部品点数の増加を抑えることが可能となる。

特に請求項２に記載の発明は、前記接続切替手段は、前記高電位側出力端子と前記放電針との間を入り切りする第１のスイッチング素子と、前記高電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第２のスイッチング素子と、前記低電位側出力端子と前記放電針との間を入り切りする第３のスイッチング素子と、前記低電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第４のスイッチング素子とを備え、前記第１及び第４のスイッチング素子がオン、且つ前記第２及び第３のスイッチング素子がオフのときに前記第１接続状態となり、前記第２及び第３のスイッチング素子がオン、且つ前記第１及び第４のスイッチング素子がオフのときに前記第２接続状態となることを特徴とする。

この発明では、高電圧発生回路で発生する電圧をそのまま放電針に印加することが可能となるため、除電装置の省電力化に寄与できる。
特に請求項３に記載の発明は、前記放電針は、前記高電位側出力端子に接続された正極用放電針と、前記低電位側出力端子に接続された負極用放電針とからなり、前記接続切替手段は、前記低電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第１のスイッチング素子と、前記高電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第２のスイッチング素子と、前記高電位側出力端子と前記低電位側出力端子との間に接続されたインピーダンス素子とを備え、前記第１のスイッチング素子がオン、且つ前記第２のスイッチング素子がオフのとき、前記高電位側出力端子と前記正極用放電針とが接続される前記第１接続状態となり、前記第２のスイッチング素子がオン、且つ前記第１のスイッチング素子がオフのとき、前記低電位側出力端子と前記負極用放電針とが接続される前記第２接続状態となることを特徴とする。

この発明では、第１及び第２接続状態を切り替えるための接続切替手段を構成するスイッチング素子を２つで構成することができるとともに、高電圧発生回路で発生する電圧をそのまま放電針に印加することが可能となるため、除電装置の省電力化に寄与できる。

従って、上記記載の発明によれば、放電針に印加される正負のパルス電圧の立ち上がり・立ち下がりを早くするとともに、起動し始めにおいてもイオンバランスの乱れを抑えることができる。

除電装置の回路図。除電装置の作用を説明するためのタイミングチャート。別例の除電装置の回路図。別例の除電装置の回路図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の除電装置１０は、発振回路１１に接続された高電圧発生回路１２を備え、この高電圧発生回路１２には、発振回路１１からの交流電圧が入力されるようになっている。

高電圧発生回路１２は、発振回路１１に１次巻線が接続された昇圧トランス１３と、コッククロフト型の倍電圧整流回路１４とを備えている。昇圧トランス１３の２次巻線の一端側は、倍電圧整流回路１４を介して高電位側出力端子１２ａに接続されており、この倍電圧整流回路１４は、グラウンドに対して正極性の直流電圧を生成するようになっている。一方、昇圧トランス１３の２次巻線の他端側は、低電位側出力端子１２ｂに接続されている。

高電圧発生回路１２の出力側には、接続切替手段を構成する切替回路２０が設けられている。切替回路２０は、第１のスイッチ２１（第１のスイッチング素子）と、第２のスイッチ２２（第２のスイッチング素子）と、第１の抵抗２３（第１のインピーダンス素子）と、第２の抵抗２４（第２のインピーダンス素子）とを備えている。高電圧発生回路１２の低電位側出力端子１２ｂは、第１のスイッチ２１を介してグラウンドに接続されている。一方、高電位側出力端子１２ａは、第２のスイッチ２２を介してグラウンドに接続されている。また、高電位側出力端子１２ａと低電位側出力端子１２ｂとの間には、直列接続された第１及び第２の抵抗２３，２４が接続されている。そして、第１の抵抗２３と第２の抵抗２４との接続点２５には、放電針２６が接続されている。尚、第１の抵抗２３と第２の抵抗２４の抵抗値は、等しく設定されている。

この切替回路２０の第１及び第２のスイッチ２１，２２はそれぞれ、オン・オフが制御回路２７によって制御されるようになっている。また、第１及び第２のスイッチ２１，２２には、炭化ケイ素よりなる半導体スイッチが用いられている。

また、除電装置１０は、放電針２６の先端近傍に設けられた環状の対向電極２８を備えている。この対向電極２８はグラウンドに接続されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。

制御回路２７は、第１及び第２のスイッチ２１，２２を所定周期でオン・オフさせる。このとき、制御回路２７は、第１のスイッチ２１がオン（閉状態）のときは第２のスイッチ２２がオフ（開状態）となるように、反対に第１のスイッチ２１がオフのときは第２のスイッチ２２がオンとなるように制御する。第１のスイッチ２１がオン、第２のスイッチ２２がオフのときには、高電位側出力端子１２ａが放電針２６に接続され、低電位側出力端子１２ｂが第１のスイッチ２１を介してグラウンドに接続される第１接続状態となる。一方、第１のスイッチ２１がオフ、第２のスイッチ２２がオンのときには、低電位側出力端子１２ｂが放電針２６に接続され、高電位側出力端子１２ａが第２のスイッチ２２を介してグラウンドに接続される第２接続状態となる。このような第１接続状態と第２接続状態とを交互に切り替えるべく、制御回路２７は第１及び第２のスイッチ２１，２２を所定周期でオン・オフさせる。

図２に示すように、第１のスイッチ２１がオン、第２のスイッチ２２がオフとされると、高電位側出力端子１２ａの出力電圧Ａが立ち上がり、＋Ｖとなる。一方、このとき、低電位側出力端子１２ｂは、オン状態の第１のスイッチ２１を介してグラウンドと接続され、低電位側出力端子１２ｂの出力電圧Ｂは０となる。ここで、放電針２６は、第１の抵抗２３と第２の抵抗２４の接続点２５に接続され、第１の抵抗２３と第２の抵抗２４の抵抗値は等しく設定されている。これにより、放電針２６に印加される出力電圧Ｃは、＋Ｖ／２となる。

反対に、第１のスイッチ２１がオフ、第２のスイッチ２２がオンとされると、低電位側出力端子１２ｂの出力電圧Ｂが立ち下がり、−Ｖとなる。一方、このとき、高電位側出力端子１２ａは、オン状態の第２のスイッチ２２を介してグラウンドと接続され、高電位側出力端子１２ａの出力電圧Ａは０となる。そして、放電針２６に印加される出力電圧Ｃは、−Ｖ／２となる。

上記のように、制御回路２７によって第１接続状態と第２接続状態とが所定周期で交互に切り替えられると、振幅がＶ／２の交流パルス電圧（出力電圧Ｃ）が放電針２６に印加される。これにより、放電針２６の先端の周囲には、コロナ放電によって正負のイオンが交互に同量生成されるようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）高電位側出力端子１２ａを放電針２６に接続し低電位側出力端子１２ｂをグラウンドに接続する第１接続状態と、高電位側出力端子１２ａをグラウンドに接続し低電位側出力端子１２ｂを放電針２６に接続する第２接続状態の２つの接続状態を切替可能な切替回路２０と、第１接続状態と第２接続状態とが交互に切り替わるように切替回路２０を制御する制御回路２７とを備える。これにより、第１接続状態で放電針２６に正極性のパルス電圧が印加され、第２接続状態で放電針２６に負極性のパルス電圧が印加され、その第１及び第２接続状態の切り替えが高電圧発生回路１２の出力側の切替回路２０によってなされる。つまり、放電針２６に印加される正負のパルス電圧が、高電圧発生回路１２のオン・オフの切り替えではなく、高電圧発生回路１２の出力側の切替回路２０のオン・オフの切り替えによって生成されるため、放電針２６に印加される正負のパルス電圧の立ち上がり・立ち下がりを早くすることが可能となる。また、正負のパルス電圧を生成するためのコンデンサが不要となり、切替回路２０の第１及び第２接続状態の切り替えによって正負のパルス電圧を生成することができるため、除電装置１０の起動し始めにおいても放電針２６に印加されるパルス電圧の極性の偏りを抑えることができ、その結果、生成するイオンのバランスの乱れを抑えることができる。

（２）切替回路２０は、低電位側出力端子１２ｂとグラウンドとの間を入り切りする第１のスイッチ２１と、高電位側出力端子１２ａとグラウンドとの間を入り切りする第２のスイッチ２２と、高電位側出力端子１２ａと低電位側出力端子１２ｂとの間に直列接続された第１の抵抗２３及び第２の抵抗２４とを備える。そして、第１の抵抗２３と第２の抵抗２４との接続点２５に放電針２６が接続され、そして、第１のスイッチ２１がオン、且つ第２のスイッチ２２がオフのときに第１接続状態となり、第２のスイッチ２２がオン、且つ第１のスイッチ２１がオフのときに第２接続状態となる。これにより、第１及び第２接続状態を切り替えるための切替回路２０を構成するスイッチング素子を２つで構成することができ、その結果、部品点数の増加を抑えることが可能となる。

（３）切替回路２０を構成する第１及び第２のスイッチ２１，２２が炭化ケイ素よりなるため、第１及び第２のスイッチ２１，２２に高電圧耐性を持たせることが可能となる。これにより、高電圧発生回路１２の出力側に設けられる切替回路２０を好適に動作させることが可能となる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の切替回路２０の構成を、例えば図３や図４に示す構成に変更してもよい。

図３に示す構成では、切替回路２０は、制御回路２７によってそれぞれオン・オフ制御される第１〜第４のスイッチ３１〜３４を備えている。高電位側出力端子１２ａは、第１のスイッチ３１（第１のスイッチング素子）を介して放電針２６に接続されるとともに、第３のスイッチ３３（第３のスイッチング素子）を介してグラウンドに接続されている。一方、低電位側出力端子１２ｂは、第２のスイッチ３２（第２のスイッチング素子）を介して放電針２６に接続されるとともに、第４のスイッチ３４（第４のスイッチング素子）を介してグラウンドに接続されている。また、放電針２６は、抵抗３５を介して接地されている。

このような除電装置１０では、第１及び第４のスイッチ３１，３４がともにオン、且つ第２及び第３のスイッチ３２，３３がともにオフのとき、高電位側出力端子１２ａが放電針２６に接続され、低電位側出力端子１２ｂがグラウンドに接続された第１接続状態となる。反対に、第１及び第４のスイッチ３１，３４がともにオフ、且つ第２及び第３のスイッチ３２，３３がともにオンのとき、高電位側出力端子１２ａがグラウンドに接続され、低電位側出力端子１２ｂが放電針２６に接続された第２接続状態となる。そして、制御回路２７は、所定周期で第１及び第２接続状態を交互に切り替えるべく、第１〜第４のスイッチ３１〜３４を制御する。

第１接続状態では、放電針２６に対して高電位側出力端子１２ａの出力電圧Ａが印加される。一方、第２接続状態では、放電針２６に対して低電位側出力端子１２ｂの出力電圧Ｂが印加される。つまり、放電針２６には、振幅がＶの交流パルス電圧が放電針２６に印加され、これにより、放電針２６の先端の周囲には、コロナ放電によって正負のイオンが交互に同量生成される。

このような構成によれば、高電圧発生回路１２で発生する電圧（出力端子１２ａ，１２ｂ間の電位差Ｖ）をそのまま放電針２６に印加することが可能となるため、除電装置１０の省電力化に寄与できる。

また、図４に示す構成では、切替回路２０は、制御回路２７によってそれぞれオン・オフ制御される第１及び第２のスイッチ４１，４２（第１及び第２のスイッチング素子）と、高電位側出力端子１２ａと低電位側出力端子１２ｂとの間に接続された抵抗４３（インピーダンス素子）とを備える。低電位側出力端子１２ｂは、第１のスイッチ４１を介してグラウンドに接続されている。一方、高電位側出力端子１２ａは、第２のスイッチ４２を介してグラウンドに接続されている。そして、高電位側出力端子１２ａには正極用放電針２６ａが接続され、低電位側出力端子１２ｂには負極用放電針２６ｂが接続されている。

このような除電装置１０では、第１のスイッチ４１がオン、且つ第２のスイッチ４２がオフのとき、高電位側出力端子１２ａが正極用放電針２６ａに接続され、低電位側出力端子１２ｂがグラウンドに接続された第１接続状態となる。反対に、第１のスイッチ４１がオフ、且つ第２のスイッチ４２がオンのとき、高電位側出力端子１２ａがグラウンドに接続され、低電位側出力端子１２ｂが負極用放電針２６ｂに接続された第２接続状態となる。そして、制御回路２７は、所定周期で第１及び第２接続状態を交互に切り替えるべく、第１及び第２のスイッチ４１，４２を制御する。

第１接続状態では、正極用放電針２６ａに対して高電位側出力端子１２ａの出力電圧Ａが印加され、これにより、正極用放電針２６ａの先端の周囲にコロナ放電によって正極性のイオンが生成される。一方、第２接続状態では、負極用放電針２６ｂに対して低電位側出力端子１２ｂの出力電圧Ｂが印加され、これにより、負極用放電針２６ｂの先端の周囲にコロナ放電によって負極性のイオンが生成されるようになっている。

このような構成では、第１及び第２接続状態を切り替えるための切替回路２０を構成するスイッチング素子を２つで構成することができ、その結果、部品点数の増加を抑えることが可能となる。それに加え、高電圧発生回路１２で発生する電圧（出力端子１２ａ，１２ｂ間の電位差Ｖ）をそのまま正極用放電針２６ａ及び負極用放電針２６ｂに印加することが可能となるため、除電装置１０の省電力化に寄与できる。

尚、図４に示す構成では、正極用放電針２６ａと負極用放電針２６ｂにそれぞれ対応して対向電極２８を２つ設けているが、１つの対向電極を兼用する構成としてもよい。
・上記実施形態では、各スイッチ２１，２２に炭化ケイ素よりなる半導体スイッチを用いたが、これに特に限定されるものではなく、高電圧耐性を有するものであれば他の半導体スイッチを用いてもよい。

１０…除電装置、１２…高電圧発生回路、１２ａ…高電位側出力端子、１２ｂ…低電位側出力端子、２０…切替回路（接続切替手段）、２１，２２，３１〜３４，４１，４２…スイッチ（スイッチング素子）、２３，２４，４３…抵抗（インピーダンス素子）、２５…接続点、２６…放電針、２６ａ…正極用放電針、２６ｂ…負極用放電針、２７…制御回路（制御手段）。

Claims

高電位側出力端子と低電位側出力端子との間に所定電圧を発生させる高電圧発生回路を備え、
前記高電圧発生回路から出力された電圧を放電針に正負に交互に印加することで正負のイオンを交互に生成する除電装置であって、
前記高電位側出力端子を前記放電針に接続し前記低電位側出力端子をグラウンドに接続する第１接続状態と、前記高電位側出力端子をグラウンドに接続し前記低電位側出力端子を前記放電針に接続する第２接続状態の２つの接続状態を切替可能な接続切替手段と、
前記第１接続状態と前記第２接続状態とが交互に切り替わるように前記接続切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記接続切替手段は、
前記低電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第１のスイッチング素子と、
前記高電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第２のスイッチング素子と、
前記高電位側出力端子と前記低電位側出力端子との間に直列接続された第１のインピーダンス素子及び第２のインピーダンス素子と
を備え、前記第１のインピーダンス素子と前記第２のインピーダンス素子との接続点に前記放電針が接続されており、
前記第１のスイッチング素子がオン、且つ前記第２のスイッチング素子がオフのときに前記第１接続状態となり、
前記第２のスイッチング素子がオン、且つ前記第１のスイッチング素子がオフのときに前記第２接続状態となることを特徴とする除電装置。
高電位側出力端子と低電位側出力端子との間に所定電圧を発生させる高電圧発生回路を備え、
前記高電圧発生回路から出力された電圧を放電針に正負に交互に印加することで正負のイオンを交互に生成する除電装置であって、
前記高電位側出力端子を前記放電針に接続し前記低電位側出力端子をグラウンドに接続する第１接続状態と、前記高電位側出力端子をグラウンドに接続し前記低電位側出力端子を前記放電針に接続する第２接続状態の２つの接続状態を切替可能な接続切替手段と、
前記第１接続状態と前記第２接続状態とが交互に切り替わるように前記接続切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記接続切替手段は、
前記高電位側出力端子と前記放電針との間を入り切りする第１のスイッチング素子と、
前記高電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第２のスイッチング素子と、
前記低電位側出力端子と前記放電針との間を入り切りする第３のスイッチング素子と、
前記低電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第４のスイッチング素子と
を備え、
前記第１及び第４のスイッチング素子がオン、且つ前記第２及び第３のスイッチング素子がオフのときに前記第１接続状態となり、
前記第２及び第３のスイッチング素子がオン、且つ前記第１及び第４のスイッチング素子がオフのときに前記第２接続状態となることを特徴とする除電装置。
高電位側出力端子と低電位側出力端子との間に所定電圧を発生させる高電圧発生回路を備え、
前記高電圧発生回路から出力された電圧を放電針に正負に交互に印加することで正負のイオンを交互に生成する除電装置であって、
前記高電位側出力端子を前記放電針に接続し前記低電位側出力端子をグラウンドに接続する第１接続状態と、前記高電位側出力端子をグラウンドに接続し前記低電位側出力端子を前記放電針に接続する第２接続状態の２つの接続状態を切替可能な接続切替手段と、
前記第１接続状態と前記第２接続状態とが交互に切り替わるように前記接続切替手段を制御する制御手段とを備え、
前記放電針は、前記高電位側出力端子に接続された正極用放電針と、前記低電位側出力端子に接続された負極用放電針とからなり、
前記接続切替手段は、
前記低電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第１のスイッチング素子と、
前記高電位側出力端子とグラウンドとの間を入り切りする第２のスイッチング素子と、
前記高電位側出力端子と前記低電位側出力端子との間に接続されたインピーダンス素子とを備え、
前記第１のスイッチング素子がオン、且つ前記第２のスイッチング素子がオフのとき、前記高電位側出力端子と前記正極用放電針とが接続される前記第１接続状態となり、
前記第２のスイッチング素子がオン、且つ前記第１のスイッチング素子がオフのとき、前記低電位側出力端子と前記負極用放電針とが接続される前記第２接続状態となることを特徴とする除電装置。