JPH08214450A

JPH08214450A - 高電圧発生装置

Info

Publication number: JPH08214450A
Application number: JP7039253A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ikegami; 英雄池上; Masao Ando; 正夫安藤; Hitoshi Dogoshi; 仁堂腰; Naoto Chikagawa; 直人近川; Nobuaki Miki; 修昭三木; Hiroyuki Aida; 宏之相田; Yutaka Hotta; 豊堀田; Masataka Ueno; 正隆上野
Original assignee: Technova Inc
Current assignee: Technova Inc
Priority date: 1995-02-04
Filing date: 1995-02-04
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易な構成で高電位を発生させることがで
き、負荷側へ１本の送電線にて電位を送れる高電圧発生
装置を提供する。【構成】電源装置３０が、モノバイブレータＭの二次
側Ｌ２で共振を発生させる周波数の電流を一次側Ｌ１に
流し、該二次側Ｌ２に高電位を発生させ接続された送電
線５０に沿って電荷の変動を生ぜしめる。該送電線５０
に正電荷が誘起されているとき、アノード側が該単線の
送電線５０に接続された第１ダイオードＤ１のカソード
側に正電荷が誘起する。他方、該送電線５０に負電荷が
誘起されているとき、カソード側が該単線の送電線５０
に接続された第２ダイオードＤ２のアノード側に負電荷
が誘起する。これにより、該第１ダイオードＤ１のカソ
ード側と該第２ダイオードＤ２のアノード側との間に高
電圧を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高電圧発生装置に関
し、特に、出力端子間に高い静電気を発生させ得る高電
圧発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から単極で高い静電気を発生せしめ
る装置としてファン・デ・グラフ起電機が用いられてい
る。この構造について図６を参照して説明する。ファン
・デ・グラフ起電機は、接地端子１０２と高電圧端子１
０４とを絶縁ベルト１０６で結び、高電圧端子１０４側
に設けられた中空金属電極１０８に高電位を発生せしめ
るものである。ここでは、接地端子１０２側のＡ点に櫛
電極を置きコロナ放電を起こして、絶縁ベルト１０６に
イオンを吹きつける。このイオンは、絶縁ベルト１０６
によって高電圧端子１０４側へ運ばれる。そして、Ｄ点
で櫛電極を介して中空金属電極１０８へ電荷が移る。こ
れにより、静電誘導でマイナス電荷が発生するが、それ
らは櫛電極Ｃから櫛電極Ｂを経て絶縁ベルト１０６の裏
側へ移動する。これらマイナス電荷は、絶縁ベルト１０
６により接地端子１０２側へ搬送され、Ｅ点で櫛電極を
介して地球という大容量の導体へ逃げる。このファン・
デ・グラフ起電機は、中空金属電極１０８を非常に高い
電位に帯電させ得るので、原子核実験のための小型加速
器等に利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高い静電気にて動作す
る電気集塵装置や静電塗装装置において、高電圧発生装
置が電源として用いられているが、この高電圧発生装置
の構造は、要求されている電位が高くなるに伴い複雑に
なった。また、高電圧発生装置で発生した高電位を電気
集塵装置や静電塗装装置まで送るのに、大地を帰路とし
ない限り高電圧送電用の１対のケーブルが必要となっ
た。

【０００４】一方、高電圧発生装置として上述したファ
ン・デ・グラフ起電機を用いた場合には、単極で静電気
を発生させるため、該ファン・デ・グラフ起電機にて発
生した高電位を電気集塵装置や静電塗装装置まで１本の
線で送ることができる。しかしながら、このファン・デ
・グラフ起電機は、構造が複雑であると共に可動部分を
有するため信頼性が低かった。

【０００５】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、簡易な
構成で高電位を発生させ得ると共に、高電圧発生装置か
ら負荷側へ１本の送電線にて電位を送れる高電圧発生装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の高電圧発生装置では、一次側に少ない数の
巻線が巻回され、二次側に多くの数の巻線が巻回され、
二次側の一端がフローティング又は一次側に接続され他
端が単線の送電線に接続されたトランスと、前記トラン
スの一次側に接続され、トランスの二次側で共振を発生
させる周波数の電流を一次側に流す電力供給手段と、ア
ノード側が前記単線の送電線に接続された第１整流素子
と、カソード側が該単線の送電線に接続された第２整流
素子とから成り、第１整流素子のカソード側と第２整流
素子のアノード側との間に高電圧を発生させることを特
徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の高電圧発生装置では、電力供給手段
が、トランスの二次側で共振を発生させる周波数の電流
をトランスの一次側に流し、該二次側に高電位を発生さ
せ接続された送電線に沿って電荷の変動を生ぜしめる。
該送電線に正電荷が誘起されているとき、アノード側が
前記単線の送電線に接続された第１整流素子のカソード
側に正電荷が誘起する。他方、前記送電線に負電荷が誘
起されているとき、カソード側が前記単線の送電線に接
続された第２整流素子のアノード側に負電荷が誘起す
る。これにより、該第１整流素子のカソード側と該第２
整流素子のアノード側との間に高電圧を発生させる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の高電圧発生装置
の回路図であり、図２は該高電圧発生装置の送電原理を
示す説明図である。図１に示すように第１実施例の高電
圧発生装置は、電源装置３０及びモノバイブレータＭか
ら、一対のダイオードＤ１、Ｄ２へ１本の送電線５０に
より電荷を送るように構成されている。モノバイブレー
タＭは、一次側Ｌ１と二次側Ｌ２との巻線比が非常に大
きく設定され、一次Ｌ１、二次Ｌ２が共通に接続される
と共に、一次Ｌ１及び二次Ｌ２が同心状に配置された空
心トランスからなる。そして、電源装置３０は、モノバ
イブレータＭの二次側Ｌ２のインダクタンス分と二次側
の浮遊容量Ｃｔとが共振する周期の電流を、一次側Ｌ１
に流す。これにより、モノバイブレータＭの二次側Ｌ２
の出力端に非常に高い電位を発生させる。

【０００９】この高電位は送電線５０に加わり一対のダ
イオードＤ１、Ｄ２を介してコンデンサＣ２（ここでは
図示及び説明の便宜上、電気集塵装置をコンデンサＣ２
で表す）の両端の電極板に高電位が印加される。この単
線での電荷の伝送について以下図２を参照して説明す
る。

【００１０】まず、図２（Ａ）に示すように単線の送電
線５０にコンデンサＣ２のみが接続された状態を考え
る。ここで、モノバイブレータＭの出力端に大地に対し
て正の高電位が発生すると、該送電線５０上には正の電
荷が存在することとなり、コンデンサＣ２の電極板Ｃａ
側には正の電荷が印加され、反対側の電極板Ｃｂにおい
て、該電極板Ｃａ側と対向する面には負の電荷が誘起さ
れ、この反対面には正の電荷が誘起される。

【００１１】次に、図２（Ｂ）に示すように該コンデン
サＣ２に対して直列にダイオードＤ１を挿入すると、発
振しているモノバイブレータＭの出力端が負の電位に切
り換わっても、コンデンサＣ２の電極板Ｃａと電極板Ｃ
ｂとの間の電位差は０のままである。これは、上述した
ように誘導によって電極板Ｃｂ側が電極板Ｃａと同じ電
位となっているからである。

【００１２】ここで、電極板Ｃａと電極板Ｃｂとの間で
電位差を生ぜしめるためには、電極板Ｃｂ側の電荷を正
から負に変える操作が必要となる。このため図２（Ｃ）
に示すようにダイオードＤ１とは反対向きにダイオード
Ｄ２を介挿させる。これにより、電極板Ｃｂ側は、正電
位が該ダイオードＤ２を介して送電線５０側に帰還し、
負電位となる。このため、図１に示すようにコンデンサ
Ｃ２の両端（電極板Ｃａ及び電極板Ｃｂ）に静電気を印
加することができる。

【００１３】上述した現象は、単線の送電線５０上の表
面電荷による現象であるため、送電線５０を移動する導
電電流は存在しない。従って、この単線の送電線の太さ
は非常に細くともよい。また、送電線は１本で、大地を
帰路としなくとも電荷の伝送が行える。

【００１４】更に、該高電圧発生装置において、高い電
荷を発生せしめる方法について再び図１を参照して説明
する。該送電線５０の電位が正側と負側とで最大に振れ
る（振幅する）ための条件として、送電線５０の回りの
空間の浮遊容量ＣｔとモノバイブレータＭの二次側とが
直列共振回路を形成することが必要となる。この共振条
件は、周波数ｆ＝１／｛２π√（Ｌ₂・Ｃｔ）｝として
表される（ここで、二次側Ｌ２のインダクタンス分をＬ
₂とする）。これを更に詳細に説明すると、モノバイブ
レータＭの二次側Ｌ２に一次側Ｌ１（ここで、一次側Ｌ
１のインダクタンス分をＬ₁とする）から相互誘導され
る電圧は、一次・二次間の相互インダクタンスをＭ_Mと
し、一次側の電流をｉ₁とすると、ｊωＭ_Mｉ₁で表さ
れる。二次側の電流をｉ₂、二次側のコンダクタンス分
をＲ₂として表すと、次式が成立する。

【数１】ｊωＭ_Mｉ₁＝Ｒ₂ｉ₂＋ｊ（ωＬ₂＋１／ｊ
ωＣｔ）ｉ₂

【００１５】即ち、ω＝１／√（Ｌ₂・Ｃｔ）の時に最
小インピーダンスとなり、最大電圧がモノバイブレータ
Ｍの二次側に発生する。ここで、送電線５０を長くする
と浮遊容量Ｃｔも大きくなるため、上述した共振周波数
は低くなる。いずれにせよ、単線の送電線５０上の電位
は、（１／ｊωＣｔ）ｉ₂により決定されると考えられ
る。なお、この二次側電流ｉ₂は、浮遊容量Ｃｔに対す
る変位電流として位置づけることができる。

【００１６】引き続き上述した高電圧発生装置の構成に
ついて更に詳細に説明する。図３は、図１に示すの電源
装置３０の回路図を示している。電源装置３０は、商用
電源を昇圧するトランス３１、昇圧された電圧を平滑す
る第１平滑回路３２、及び、第２平滑回路３３から成る
電源部３４と、水晶発振子３５を有する発振回路３６か
ら成る発振部３７と、増幅器３８、第１トランジスタＴ
Ｒ１、第２トランジスタＴＲ２、及び、同調用のコンデ
ンサＣ１から成る増幅部３９と、モノバイブレータＭ
と、発振部３７の発振周波数を該モノバイブレータＭの
共振周波数へ同調させる自動同調回路４１から成る同調
部４０とから構成される。

【００１７】モノバイブレータＭは、一次側Ｌ１に１４
０ターン巻線が巻回され、二次側Ｌ２に１６０００ター
ン巻線が巻回され１００以上の巻線比にされ、一次Ｌ
１、二次Ｌ２が共通に接続されると共に、一次Ｌ１及び
二次Ｌ２が同心状に配置された空心トランスからなる。
該モノバイブレータＭの二次側Ｌ２の出力端子は、電力
線５０を介して図４に示す一対のダイオードＤ１、Ｄ２
に接続されている。

【００１８】図４に示すように第１ダイオードＤ１はア
ノード側が電力線５０に接続され、第２ダイオードＤ２
はカソード側が該電力線５０に接続されている。そし
て、第１ダイオードＤ１のカソード側と第２ダイオード
Ｄ２のアノード側とは、電気集塵装置６０（図１中には
コンデンサＣ２として表されていた点に注意されたい）
に接続され高い静電気を印加する。この電気集塵装置６
０は、第１ダイオードＤ１のカソード側と接続される円
筒６３と、第２ダイオードＤ２のアノード側と接続され
る碍管６１とを備え、碍管６１には、重錘６４により張
力が付与される針金放電極６２が吊り下げられている。
また、円筒６３には、粉塵を含むガスを導入する導入口
６３ａと、粉塵を除去したガスを導出する導出口６３ｂ
と、分離したダストを堆積させるホッパ６３ｃとが形成
されている。

【００１９】次に、第１実施例の高電圧発生装置による
静電気発生動作について説明する。先ず、図５に示す電
源装置３０の電源部３４のスイッチＳＷ１をオンにす
る。これにより、トランス３１が通電されて、第１平滑
回路３２からの電圧が発振回路３６に印加され、該発振
回路３６が水晶発振子３５の固有振動数に従い発振を開
始する。この固有振動数は、増幅部３９のコンデンサＣ
１（コンダクタンス分をＣ₁として表す）とモノバイブ
レータＭの一次側Ｌ１に発振を生ぜしめる周波数〔ｆ１
＝１／｛２π√（Ｌ₁・Ｃ₁）〕に設定されている。

【００２０】一方、第２平滑回路３３から、ライン３３
ａを介して＋１００Ｖの電位が、また、ライン３３ｃを
介して−１００Ｖの電位が増幅器３８に印加される。該
増幅器３８は、ライン３８ａを介して＋１００Ｖの電位
を第１トランジスタＴＲ１のコレクタに加え、また、ラ
イン３８ｃを介して−１００Ｖの電位を第２トランジス
タＴＲ２のコレクタ側に印加させ、更に、信号ライン３
８ｂを介して第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２の
ベースに、上記発振回路３６からの信号を加える。これ
により、第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２が通電
・停止を繰り返し、上述したようにモノバイブレータＭ
の一次側Ｌ１とコンデンサＣ１との共振する周波数の電
流が、当該モノバイブレータＭの一次側Ｌ１に流され
る。

【００２１】モノバイブレータＭの二次側で電位が最高
になるのは、二次側Ｌ２のインダクタンス分Ｌ₂と二次
側（送電線５０）の浮遊容量Ｃｔとの共振する周期の電
流が、一次側Ｌ１に流されたときである。この浮遊容量
Ｃｔは、状態により変化するため該共振周波数は変動す
ることになる。この変動する周波数に同調させるため、
自動同調回路４１が、二次側Ｌ２の電位をライン４２か
らの信号を基に監視しながら、ライン３６ｂを介して走
査信号を発振回路３６へ送出する。該発振回路３６は、
走査信号に基づき設定された範囲で発振周波数をスキャ
ンし、この発振信号に基づき増幅器３８がモノバイブレ
ータＭの一次側Ｌ１に電流を流すことにより、二次側Ｌ
２の電位を変動させる。二次側Ｌ２で共振状態となり電
位が最高になると、これを自動同調回路４１が、二次側
Ｌ２のライン４２からの電位を基に検出し、発振回路３
６の周波数を固定する。このとき、二次側Ｌ２に接続さ
れた送電線５０に、高い電位の正電荷と負電荷とが交互
に発生する。

【００２２】この送電線５０に正電荷が帯電していると
きに、図２を参照して上述した如く第１ダイオードＤ１
を介して電気集塵装置６０の円筒６３及び針金放電極６
２に正の電荷が印加される。そして、この送電線５０に
負電荷が帯電すると、第２ダイオードＤ２を介して針金
放電極６２側の正電位は、送電線５０側に帰還し負電位
となる。このため、円筒６３側に正の電荷が、また、針
金放電極６２側に負の電荷が印加される。

【００２３】ここで、針金放電極６２に負の高電位が与
えられ、コロナ放電が起きると、該針金放電極６２から
正側の電位が印加された円筒６３に向かって負イオンの
流れが生じるとともに、両電極間に直流の高電界が形成
される。円筒６３の下方の導入口６３ａから固体又は液
体微粒子を含むガスを導入すると、粒子は負イオンの射
突によって直ちに強力に電荷され、クーロン力により円
筒６３の内面に付着される。浄化ガスは上方の導出口６
３ｂから導出される。円筒６３の内面に付着された粒子
層は、ホッパ６３ｃまで落下し、ここに堆積される。

【００２４】この第１実施例の高電圧発生装置によれ
ば、電源装置３０が、モノバイブレータＭの二次側で発
振するように電力を制御するため、送電線５０に非常に
高い電位を容易に発生させ、電気集塵装置６０に高い電
位を印加させることができる。また、モノバイブレータ
Ｍから第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２までの電荷の移
送は、単線の送電線５０上の表面電荷による現象である
ため、送電線５０の太さは非常に細くともよい。このた
め、集積回路を用いた電源装置３０から電気集塵装置６
０まで１本の細い送電線５０で電位を送ることが可能と
なり、該電源装置３０を粉塵を含むガスから離せた場所
に配置することが容易になる。特に、１本の細い送電線
で電位を送ることは、上述した複雑な構成を有するファ
ン・デ・グラフ起電機を用いれば可能であったが、この
第１実施例では、可動部分を有さない簡易な構成の電源
装置３０とモノバイブレータＭとによってこれを可能に
している。

【００２５】次に、本発明の第２実施例の高電圧発生装
置について図５を参照して説明する。ここで、第２実施
例の電源装置及びモノバイブレータＭは、図３を参照し
て上述した第１実施例と同様であるため、図示及び説明
を省略し、第２実施例の高電圧発生装置により高電位が
印加される静電塗装装置について説明する。図５は、静
電塗装装置の塗装用ガン７０を示している。この塗装用
ガン７０は、絶縁物円筒７９と放電極７６とから構成さ
れ、絶縁物円筒７９には導入口７９ａから粉体塗料が空
気輸送され、放電極７６には保護抵抗７４を介して第２
ダイオードＤ２からの負電位が印加される。他方、塗装
用ガン７０の対向位置には被塗装物７８が置かれ、該被
塗装物７８には第１ダイオードＤ１からの正電位が印加
される。

【００２６】ここで、図３に示す電源装置３０が、モノ
バイブレータＭの二次側Ｌ２で共振状態となる電流を一
次側Ｌ１に流すと、二次側Ｌ２に接続された送電線５０
に高い電位の正電荷と負電荷とが交互に発生する。図５
に示す第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２では、この送電
線５０に正電荷が帯電しているときに、図２を参照して
上述した如く第１ダイオードＤ１を介して被塗装物７８
及び塗装用ガン７０の放電極７６に正の電荷が印加され
る。そして、この送電線５０に負電荷が帯電すると、第
２ダイオードＤ２を介して放電極７６側の正電位は、送
電線５０側に帰還して負電位となる。このため、被塗装
物７８側に正の電荷が、また、放電極７６側に負の電荷
が印加される。この電荷により、放電極７６から粉体塗
料が負に帯電して被塗装物７８側に飛翔して塗装が行わ
れる。

【００２７】以上説明したように第１実施例の高電圧発
生装置では、電気集塵装置６０に高電圧を印加し、第２
実施例の高電圧発生装置では、静電塗装装置に高電圧を
印加する例を挙げたが、本発明の高電圧発生装置は、高
圧の静電気を必要とする種々の装置、例えば、静電印刷
装置、静電選別装置、静電植毛装置等に好適に用いるこ
とができる。

【００２８】なお、上述した第１・第２実施例では、自
動同調回路４１が、モノバイブレータＭの二次側Ｌ２で
共振を起こさせるように発振回路３６の発振周波数を走
査し、二次側の電位を検出することにより二次側共振周
波数に一次側の周波数を固定したが、この自動同調回路
４１を設けることなく、二次側Ｌ２で共振を生ぜしめる
であろう周波数に発振回路３６を設定しておくことも可
能である。また、該第１・第２実施例では、モノバイブ
レータＭを高電位発生用のトランスとして用いたが、こ
の代わりにテスラーコイルを用いることも可能である。

【００２９】

【効果】以上説明したように本発明によれば、モノバイ
ブレータの二次側で発振するように電力を制御するた
め、非常に高い電位を簡易な構成の電源装置で発生させ
ることができる。また、モノバイブレータから第１、第
２ダイオードまでの電荷の移送を、単線の送電線上の表
面電荷の帯電により送るため、細い送電線で遠くまで移
送することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る高電圧発生装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す高電圧発生装置の動作原理を示す回
路図である。

【図３】図１に示す電源装置の回路図である。

【図４】第１実施例の電気集塵装置を示す模式図であ
る。

【図５】第２実施例に係る静電塗装装置の模式図であ
る。

【図６】ファン・デ・グラフ起電機の構成を示す模式図
である。

【符号の説明】

３０電源装置５０送電線６０電気集塵装置７０塗装用ガンＭモノバイブレータＤ１第１ダイオードＤ２第２ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近川直人北海道札幌市西区山の手１条10丁目２番１ −108 (72)発明者三木修昭北海道札幌市厚別区厚別中央１条５丁目１ −22 ライオンズステーションプラザ新札幌ビル703 (72)発明者相田宏之北海道江別市野幌屯田町15−５ (72)発明者堀田豊北海道札幌市西区山の手１条10丁目２番１ −108 (72)発明者上野正隆北海道札幌市南区南37条西11丁目９−３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次側に少ない数の巻線が巻回され、二
次側に多くの数の巻線が巻回され、二次側の一端がフロ
ーティング又は一次側に接続され他端が単線の送電線に
接続されたトランスと、前記トランスの一次側に接続され、トランスの二次側で
共振を発生させる周波数の電流を一次側に流す電力供給
手段と、アノード側が前記単線の送電線に接続された第１整流素
子と、カソード側が該単線の送電線に接続された第２整流素子
とから成り、第１整流素子のカソード側と第２整流素子のアノード側
との間に高電圧を発生させることを特徴とする高電圧発
生装置。