TWI384905B - 壓電變壓器式電離器及除電方法 - Google Patents

Description

壓電變壓器式電離器及除電方法

本發明是關於利用壓電變壓器進行以靜電帶電的各種工件的除電的電離器及使用它的除電方法者。

利用壓電變壓器發生高電壓，而將該高電壓施加於針電極而發生離子的電離器，是藉由專利文獻1等傳統上就眾知。使用該壓電變壓器的電離器，是利用在壓電變壓器的1次側部分施加交流的低電壓，則在2次側部分發生高電壓者，如專利文獻1所述地，將發生於2次側部分(輸出側)的高電壓施加於針電極而被使用於離子的發生為一般。

然而，在使用上述壓電變壓器的電離器中，在針電極的前端集中電場俾發生離子之故，因而該針電極的前端局部地容易劣化，引起金屬離子的飛散，而在短時間有降低除電性能的問題點。又，針電極是離子生成領域狹窄，而離子發生量少，而為了增加離子發生量增高電壓，則離子發生量也增加惟針電極前端的電場會變過強，而有幫助發生具有強氧化力的臭氧等的問題。

專利文獻1：日本特開平10-302994號公報。

本發明的技術性課題，是提供解決使用壓電變壓器的傳統的電離器的缺點的針電極引起局部性劣化與金屬粒子的飛散，而有除電性能在短期間會降低的問題，能長時間地維持高精度的除電，藉由此也可長期化維修期間而保養也成為容易，而且可良好地保持離子平衡的壓電變壓器式的電離器，及使用該壓電變壓器的除電方法。

為了解決上述課題，本發明的一種壓電變壓器式電離器，其特徵為：具有強介質元件所成的壓電變壓器，及朝除電對象物而噴射空氣流的空氣噴嘴，上述壓電變壓器是具有：施加有驅動用的交流電壓的1次側部分，及發生高電壓的2次側部分，在該2次側部分的外面，金屬細線狀的接地電極，經由絕緣用的介質片安裝成密接於該介質片的狀態，藉此，該壓電變壓器構成在上述接地電極的周圍發生介質障壁放電而生成正負離子，上述空氣噴嘴是配設於藉由通過上述接地電極的位置的空氣流把上述離子朝除電對象物送出的方向。

在本發明中，上述壓電變壓器是形成細長的長方體形狀，而該壓電變壓器的長度方向的一半為上述1次側部分，而且另一半為上述2次側部分，在該2次側部分的表背兩面中的至少一方，朝該壓電變壓器的寬度方向延伸般地安裝有上述接地電極較佳。

較佳為，在上述壓電變壓器的2次側部分的表背兩面分別設有上述接地電極，表面側的接地電極數與背面側的接地電極數為同數，而且表面側的接地電極與背面側的接地電極配設於互相相對應的位置。

在本發明中，從上述空氣噴嘴所噴出的空氣流沿著上述壓電變壓器的外面而朝與上述接地電極正交的方向流動的方式所構成較佳。

在本發明中，上述介質片為聚醯亞胺薄膜所形成。又，上述接地電極為藉由黏貼於上述介質片的金屬線，或是印刷或蒸鍍於該介質片的金屬膜所形成。

在本發明的具體性的實施形態中，具有：輸出被施加於上述壓電樂壓器的1次側部分的交流電壓的電壓發生器，及測定除電對象物的帶電電位量的感測器，及將依該感測器的測定訊號反饋於上述電壓發生器而控制離子平衡的控制電路。

上述電壓發生器是直流電源，及振盪電路，及依據該振盪電路的輸出來切換正負的半導體開關元件所構成，而構成從該電壓發生器能輸出矩形開關波形的交流電壓，又，上述控制電路，是構成藉由來自上述感測器的測定訊號能控制該電壓發生器的開關頻率。

又，本發明的除電方法，其特徵為：具有施加有驅動用的交流電壓的1次側部分，及發生高電壓的2次側部分，使用在該2次側部分的外面，金屬細線狀的接地電極經由絕緣用的介質片密接狀態地安裝的壓電變壓器，藉由在該壓電變壓器的上述1次側部分施加交流電壓而在2次側部分發生高電壓，在上述介質片上，於上述接地電極的周圍發生介質障壁放電而生成正負的離子，與其同時地從空氣噴嘴，通過上述壓電變壓器的上述接地電極的配設場所而朝除電對象物流動空氣流。

如以上所詳述，依照本發明，藉由壓電變壓器可提供能長時間地維持高精度的除電，藉由此也可長期化維持期間而保養也成為容易，而且可良好地保持離子平衡的電離器，及除電方法。

以下，依照圖式詳細地說明本發明的實施例。

第1圖及第2圖是表示本發明的電離器的實施的一例。該電離器是使用具有自發極化的PZT(鈦酸鋯酸鉛)等的強介質元件2所構成的壓電變壓器1，而將該壓電變壓器1的高電壓面使用作為面狀高電壓電極者。該壓電變壓器1是當在其1次側部分2A的厚度T方向兩面施加交流電壓，則在2次側部分2B的外面感應電荷者，而將該壓電變壓器1使用作為生成離子所用的電極。結果，不會引起如將壓電變壓器的高電壓直接施加於針電極的習知品的局部劣化或金屬粒子的飛散等，長時間地可維持高精度的除電作用，藉由此，也可長期化維修期間，而且可保持良好的離子平衡者。

更具體地加以說明，圖示的上述壓電變壓器1是Rosen型，藉由朝一方向細長且橫寬W比厚度T還要薄的長方體狀的上述強介質元件2所形成。該壓電變壓器1亦即強介質元件2的長度L方向的一半，是作為1次側部分2A朝厚度T方向被自發極化，而另一半是作為2次側部分2B朝長度L方向被自發極化，在該強介質元件2的1次側部分2A，於其厚度T方向的兩面亦即表背兩面形成有蒸鍍金屬的通電用電極3。因此，當將交流電壓從電壓發生器8經上述通電用電極3施加於上述1次側部分2A，是朝上述強介質元件2的厚度T方向形成有交流電場，藉由反壓電效應，該1次側部分2A是朝長度L方向伸縮振動。該振動數是相等於施加電壓的頻率，在某一頻率，元件全體諧振，成為強烈的機械振動。這時候，上述2次側部分2B是朝長度L方向伸縮之故，因而藉由壓電效應而在該2次側部分2B感應著電荷。

在上述壓電變壓器1的2次側部分2B，於平坦的表背兩面分別經由介質片4以密接狀態安裝有金屬細線狀的接地電極5，經由接地線5a被接地。亦即，在上述2次側部分2B的表面及背面，分別黏貼著上述介質片4，於該介質片4的表面，以密接於該介質片4的狀態安裝有1條或複數支的上述接地電極5。在圖示的例子中，於上述2次側部分2B的表面側與背面側的最高電壓發生領域內，朝位於等電位方向的寬度W方互相平行地分別安裝有兩條接地電極5。表面側的接地電極5與背面側的接地電極5，是佔有經由上述強介質元件2與介質片4互相對應的位置。但是，表面側的接地電極5與背面側的接地電極5，是互相的位置在壓電變壓器1的長度L方向不相同也可以。

如此地，將壓電變壓器1的2次側部分2B的高電壓面使用作為電離器的面狀高電壓電極，而於該2次側部分2B的外面經由介質片4密接配置著金屬細線狀的接地電極5，藉此以發生於該2次側部分2B的高電壓經由上述介質片4而發生介質障壁放電亦即交流電量放電於接地電極5的周圍，藉由該介質障壁放電的電漿6電離空氣中的氣體分子而發生除電用的正負離子。在上述障壁放電中，可能為在放電時移動空間的荷電粒子的一部分被離子化，或是電離中性分子而生成離子，把該離子的一部分被放出至電漿外部。所以，可說明離子放出量是依存於放電電荷量。

作為上述介質片4，適用聚醯亞胺等的絕緣性高分子薄膜，惟並不被限定於此者，例如可使用玻璃等薄板。又，如圖示地，上述接地電極5是可將導電性金屬線以接著其他手段安裝於介質片4所構成，惟若在該金屬線與介質片4之間有不均勻的間隙，則也有進行依放電集中所致的劣化或磨耗的可能性之故，因而對於介質片4的密接性很重要，由此種觀點，上述接地電極5是以印刷或蒸鍍於介質片4的金屬膜所形成較佳。

又，作為上述介質片4使用玻璃等的硬質原材料時，對於壓電變壓器1的接合之際，成為必須考慮到不會妨礙到該壓電變壓器1的機械振動的方式介設帶狀的緩衝材等。

上述電離器是又在上述接地電極5的周圍而將利用交流電暈所發生的離子噴在帶電的工件等的除電對象物11之故，因而具有被連接於空氣壓縮機等的空氣壓源的空氣噴嘴7。該空氣噴嘴7是將空氣吹出口7a朝上述壓電變壓器1的長度方向分別配設於上述壓電變壓器1的表背兩面側，而從該空氣吹出口7a所噴射出的空氣流9，是成為沿著上述壓電變壓器1的外面，而朝與上述介質片4上的接地電極5正交的方向流動。藉此，含有離子的空氣流被噴在上述除電對象物11，俾進行帶電的該除電對象物11的除電。但是，該上述空氣噴嘴7是一個也可以，而構成該一個空氣噴嘴7是沿著上述壓電變壓器1的表背兩面噴射空氣也可以。

又，在第1圖中，作為除電對象物11使用充電板。該除電對象物11是計測電離器的除電特性所用者，模仿除電對象物者，又，充電板監測器12是進行上述除電對象物11的電位變化等的觀測、記錄者。

上述電壓發生器8是輸出諧振上述壓電變壓器1的頻率的交流電壓而施加於該壓電變壓器1者，其輸出波形是正弦波形或矩形開關波形都可以。但是，本發明人等經實驗確定藉由施加於上述壓電變壓器1的1次側部分2A的電壓的波形會使2次側部分2B的電壓的昇壓比不相同，而輸入矩形開關波時比輸入正弦波時2次側部分電壓的昇壓比還要高之故，因而可說以矩形開關波形者比正弦波形者較佳。

如第3圖所示地，將上述電壓發生器8的輸出波形作為矩形開關波形者，例如藉由24~40V左右的直流電源 ，及振盪電路，及依據該振盪電路的輸出來切換正負的FET(場效電晶體)等的半導體開關元件構成該電壓發生器，藉此可得到約35kHz的矩形開關波形的交流(矩形波交流)。又，將該電壓發生器8配置於壓電變壓器1的近旁，藉此不但可將電離器作為離子平衡的高精度化與極小型，簡化在原理上為容易的構成以外還可作成僅以直流電壓供應就可動作的簡單構成。

在上述電離器中，採用將介質片4及接地電極5配置於形成上述壓電變壓器1的強介質元件2上的沿面障壁構造。這時候，可能藉由電極的極性會使沿面放電的形態，若離子平衡偏向正時，其差異更顯著，而藉由沿面放電的電流強度會變更正離子生成量。由此事項，藉由壓電變壓器1的輸入電壓或頻率來控制離子平衡，藉此可實現高精度的離子平衡。

所以如第3圖所示，在電離器附設為了檢測出除電對象物11的帶電電位量而相對於該除電對象物11所配置的表面電位感測器13，及為了離子平衡控制以該感測器13所檢測出的帶電電位量作為調整開關頻率的訊號而反饋於上述電壓發生器8的控制電路，藉此成為可進行依離子平衡的反饋控制的高精度控制。具體地說明，若除電對象物11側為正，則降低PZT強介質元件2的驅動電壓，或進行將該驅動諧振頻率從諧振點稍偏的控制，若除電側為負，則進行其相反的控制就可以。

依照具有上述構成的壓電變壓器式電離器，例如由直流24V以半導體開關元件所製作的矩形波可進行驅動，藉此可達成極小型輕量化，又，使用介質障壁放電之故，因而同時地生成正負離子，正負離子均勻地分布，可控制成沒有除電不均勻，而反帶電也作成0V，可得到高精度的除電特性，又，變更壓電變壓器的驅動電壓的電壓值或頻率就可控制2次電壓之故，因而可進行精度優異的離子平衡的控制。

(實施例)

作為表示於第1圖及第2圖的壓電變壓器1，使用作成長度50mm，寬度13mm，厚度2mm的薄長方體形狀的Rosen型PZT壓電變壓器，作為該壓電變壓器1的1次側部分2A的電極3，將金屬蒸鍍於表背兩面，一方面，在2次側部分2B的表背兩面，黏貼為了絕緣的厚度175μm的聚醯亞胺薄膜，在該聚醯亞胺薄膜上，朝等電位方向的寬度W方向分別黏貼兩條Φ100μm的鎢線以形成接地電極5，俾接所有線的端部。上述PZT壓電變壓器是諧振規格值為33kHz的較低者。

又，將連接於空氣壓縮機的兩個空氣噴嘴7配置壓縮空氣沿著壓電變壓器1的2次側部分2B的表面兩面朝上述鎢線正交的方向流動。空氣流的流量是10l/min，流速是位於壓電變壓器下游1cm為7.5m/s，而在下游6cm為4.0m/s。

該電離器的除電特性是在上述空氣流的下游設置模仿除電對象物的帶電體的充電板11，使用它來進行計測。充電板監測器12是除了在上述充電板11給與一定的帶電以外，還藉由依該電離器的空氣離子進行除電，藉此用以觀測、記錄電位有變化時的該電位的變化者。

對於上述壓電變壓器1的1次側部分2A的輸入電壓是40V，振盪頻率是35.83kHz。第4圖是表示變更從上述壓電變壓器(PT)至充電板(CP)11為止的距離時的充電板電位±1kV時的除電速度的變化。由同圖，在該實施例中除電速度快速，有直流動作針電極程度的除電速度，又，最終電位接近於零之故，因而也可知離子平衡優異。

又，在作為實施例所表示的上述電離器中，複數接地電極5分別安裝於上述壓電變壓器1的2次側部分2B的表面與背面，惟該接地電極5的數是各1條也可以，或是表面與背面，即使接地電極數不相同也可以。還有，僅在上述壓電變壓器1的表面或背面也可安裝1條或複數條的接地電極。

1‧‧‧壓電變壓器

2‧‧‧強介質元件

2A‧‧‧1次側部分

2B‧‧‧2次側部分

3‧‧‧通電用電極

4‧‧‧介質片

5‧‧‧接地電極

6‧‧‧電漿

7‧‧‧空氣噴嘴

7a‧‧‧空氣吹出口

8‧‧‧電壓發生器

9‧‧‧空氣流

11‧‧‧除電對象物

12‧‧‧充電板監測器

13‧‧‧表面電位感測器

第1圖是表示本發明的電離器的實施例的模式性側面圖。

第2圖是表示上述實施例的模式性前視圖。

第3圖是表示電壓發生器的構成例的方塊圖。

第4圖是表示針對於本發明的電離器的除電速度的實驗例的圖表。

1．．．壓電變壓器

2．．．強介質元件

2A．．．1次側部分

2B．．．2次側部分

3．．．通用電極

4．．．介質片

5．．．接地電極

6．．．電漿

7．．．空氣噴嘴

7a．．．空氣吹出口

8．．．電壓發生器

9．．．空氣流

11．．．除電對象物

12．．．充電板監測器

Claims (9)

1. 一種壓電變壓器式電離器，其特徵為：具有強介質元件所成的壓電變壓器，及朝除電對象物而噴射空氣流的空氣噴嘴，上述壓電變壓器是形成長方體形狀，具有：施加有驅動用的交流電壓的1次側部分，及發生高電壓的2次側部分，在該2次側部分的厚度方向的外面，金屬細線狀的接地電極，隔著絕緣用的介質片安裝成密接於該介質片的狀態，藉此，該壓電變壓器構成在上述接地電極的周圍發生介質障壁放電而生成正負離子，上述空氣噴嘴是配設於藉由通過上述接地電極的位置的空氣流把上述離子朝除電對象物送出的方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電離器，其中，上述壓電變壓器是形成細長形狀，而該壓電變壓器的長度方向的一半為上述1次側部分，而且另一半為上述2次側部分，在該2次側部分的表背兩面中的至少一方，朝該壓電變壓器的寬度方向延伸般地安裝有上述接地電極。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電離器，其中，上述接地電極分別設於上述壓電變壓器的2次側部分的表背兩面，表面側的接地電極數與背面側的接地電極數為同數，而且表面側的接地電極與背面側的接地電極配設於互相相對應的位置。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的電離器，其中，上述空氣噴嘴是配設成從該空氣噴嘴所噴出的空氣流沿著上述壓電變壓器的外面而朝與上述接地電極正交的方向流動。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電離器，其中，上述介質片為聚醯亞胺薄膜。
6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電離器，其中，上述接地電極為藉由黏貼於上述介質片的金屬線，或是印刷或蒸鍍於該介質片的金屬膜所形成。
7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電離器，其中，具有：輸出被施加於上述壓電變壓器的1次側部分的交流電壓的電壓發生器，及測定除電對象物的帶電電位量的感測器，及將依該感測器的測定訊號反饋於上述電壓發生器而控制離子平衡的控制電路。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電離器，其中，上述電壓發生器是直流電源，及振盪電路，及依據該振盪電路的輸出來切換正負的半導體開關元件所構成，而構成從該電壓發生器能輸出矩形開關波形的交流電壓，又，上述控制電路，是構成藉由來自上述感測器的測定訊號能控制該電壓發生器的開關頻率。
9. 一種依壓電變壓器式電離器的除電方法，其特徵為：形成長方體形狀，具有施加有驅動用的交流電壓的1次側部分，及發生高電壓的2次側部分，使用在該2次側 部分的厚度方向的外面，金屬細線狀的接地電極隔著絕緣用的介質片密接狀態地安裝的壓電變壓器，藉由在該壓電變壓器的上述1次側部分施加交流電壓而在2次側部分發生高電壓，在上述介質片上，於上述接地電極的周圍發生介質障壁放電而生成正負的離子，與其同時地從空氣噴嘴，通過上述壓電變壓器的上述接地電極的配設場所而朝除電對象物流動空氣流。