TWI712337B

TWI712337B - 靜電消除器

Info

Publication number: TWI712337B
Application number: TW105103154A
Authority: TW
Inventors: 張谷友和; 土志田孝之
Original assignee: 日商Ｓｍｃ股份有限公司
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2020-12-01
Also published as: KR20160102338A; TW201640960A; US10044174B2; KR102524759B1; US20160249441A1; CN105914584A; DE102016102776A1; JP6399402B2; JP2016154116A; CN105914584B

Abstract

以屏蔽電纜電氣連接將放電電極裝戴於第1外殼而成的電極單元、及將對該電極單元輸出脈衝狀的高電壓的高電壓產生電路收容於第2外殼而成的電源控制單元，將電容器連接於將屏蔽電纜的屏蔽層與接地之間電氣連接的接地線。

Description

靜電消除器

本發明，係有關如下靜電消除器：用於將正及負的高電壓對放電針等的放電電極交替施加，而予以產生正及負的兩極性的離子，從而將帶電的工件等電氣中和。

自歷來，已知如下靜電消除器：將正及負的高電壓對放電針等的放電電極交替施加，而予以產生正及負的兩極性的離子，從而將帶電的工件等電氣中和。一般而言，此種靜電消除器，係如示於例如專利文獻1，上述放電電極、包含將正及負的高電壓對上述放電電極而輸出的高電壓產生電路的電源控制部被編入相同的外殼內而一體化。為此，外殼的外形尺寸會大型化，在打算設置該靜電消除器的場所存在空間上的制約時，有無法設置於期望的位置如此之問題。

為了消解如此之問題，於例如專利文獻2，係已揭露如下靜電消除器：將上述放電電極與上述電源控制部係收容於別個的外殼內而形成電極單元，將該放電電極的外殼小型化，使得可將該放電電極與上述電源控制部分離而設置。此時，將上述電源控制部與電極單元電氣連接時，係可想到使用被屏蔽處理的電纜(所謂屏蔽電纜)，惟該電纜係一般而言，具有在導體與屏蔽層之間設有絕緣層的構造。

另外，於靜電消除器，在放電電極而生成的離子的量，係與實際施加於該電極的電壓波形的積分值成比例，故例如從上述電源控制部輸出脈衝狀的電壓的情況下，該電壓在盡可能維持該脈衝狀波形的狀態下施加於上述放電電極為理想。

然而，於如上述之屏蔽電纜，係在上述導體與屏蔽層之間形成一種電容器(所謂，假想電容器)，而在該屏蔽電纜本身產生為雜散電容(寄生電容)的電容。為此，即使如以例如圖7的實線所示的脈衝波形的電壓從電源控制部輸出，仍由於起因於上述電容的響應延遲，而實際輸入至上述電極單元的電壓波形(亦即，實際施加於上述放電電極的電壓波形)會如示於圖8般變形，其結果，有離子產生效率降低如此的問題。另外，如此之電纜的雜散電容所致的對於離子產生效率的影響，係於專利文獻3及專利文獻4亦有指摘。

[專利文獻1]日本發明專利公開2011-014319號公報

[專利文獻2]日本發明專利公開2012-252800號公報

[專利文獻3]日本發明專利公開2011-009167號公報

[專利文獻4]日本發明專利公開2011-009168號公報

所以，本發明的技術課題，係在於：於針對將放電針等的放電電極收容於外殼而成的電極單元、對該電極單元輸出脈衝狀的高電壓的電源控制部，以可使彼此分離而配置的方式，以屏蔽電纜而電氣連接的靜電消除器方面，抑制上述屏蔽電纜的雜散電容所致的電壓波形的擾動，而抑制離子產生效率的降低。

為了解決上述技術課題，依本發明時，提供一種靜電消除器，包含具有放電電極的電極單元、對該電極單元輸出脈衝狀的高電壓的電源控制部、及將此等電極單元及電源控制部之間電氣連接的電纜，上述電極單元為將上述放電電極裝戴於與上述電源控制部係別個的第1外殼而成者，構成為可予以從該電源控制部分離而設置，上述電纜為具有由導體所成之電線、由包圍該電線的周圍的絕緣體所成之絕緣層、及由將該絕緣層的周圍包圍的導體所成之屏蔽層的屏蔽電纜，在上述屏蔽層與接地之間連接著電容器。

依上述靜電消除器時，包含上述電容器的電纜整體的電容被抑制成比在上述電線與屏蔽層之間產生的電纜單體的電容(電纜的雜散電容)小，故比起不連接上述電容器的情況，通過該電纜施加於上述放電電極的脈衝電壓的波形的擾動會減低，使得可抑制離子產生效率的降低。

此時，上述電容器具有比在上述電纜的電線與屏蔽層之間的電容(電纜的雜散電容)小的電容時，使包含該電容器的電纜整體的電容，進一步可小於上述電纜的雜散電容的一半為理想。

於本發明相關之靜電消除器，係上述電源控制部可為將正及負的脈衝狀的高電壓交替連續輸出者。

此時，優選上，係上述電源控制部，具有高電壓產生電路，該高電壓產生電路係將來自振盪電源的振盪電壓升壓而轉換成正及負的直流電壓，同時將該正及負的直流電壓交替連續切換而對上述電極單元輸出。此外，較優選上，係上述電極單元具有第1放電電極與第2放電電極，上述高電壓產生電路為將對上述第1放電電極施加正的直流電壓並對第2放電電極施加負的直流電壓的第1極性模式的電壓、及對上述第1放電電極施加負的直流電壓並對第2放電電極施加正的直流電壓的第2極性模式的電壓，交替連續切換而對上述電極單元輸出者。

另外，於本發明相關之靜電消除器，係可上述電容器被配置於上述電纜，或者可上述高電壓產生電路被收容於第2外殼，上述電容器被配置於該第2外殼。

再者，於本發明相關之靜電消除器，係可供於將上述屏蔽層的電荷放電至地上用的放電電阻被與上述電容器並聯連接。

如此，於本發明相關之靜電消除器，係於以屏蔽電纜電氣連接輸出脈衝狀的高電壓的電源控制部、及將放電電極裝載於與該電源控制部係別個的第1外殼而成的電極單元的靜電消除器中，在上述電纜的屏蔽層與接地之間連接電容器。為此，成為在上述電纜的電線及屏蔽層之間所形成的一種的電容器(亦即，假想電容器)與上述電容器串聯連接的狀態，可使包含該電容器的電纜整體的電容，被抑制成比在上述電線與屏蔽層之間產生的電纜單體的電容(亦即，屏蔽電纜的雜散電容)小。其結果，比起不連接上述電容器的情況，通過上述電纜而施加於放電電極的電壓波形的擾動被減低，可抑制離子產生效率的降低。

1‧‧‧靜電消除器

2‧‧‧電極單元

2a‧‧‧放電電極

2b‧‧‧放電電極

3‧‧‧電源控制部

4‧‧‧振盪電源

5‧‧‧高電壓產生電路

6‧‧‧電源控制單元

7‧‧‧升壓整流電路

8‧‧‧極性控制電路

9‧‧‧第1升壓變換器

10‧‧‧第2升壓變換器

11‧‧‧第3升壓變換器

12‧‧‧第4升壓變換器

13‧‧‧第1正極電路

14‧‧‧第1負極電路

15‧‧‧第2正極電路

16‧‧‧第2負極電路

17‧‧‧第1開關

18‧‧‧第2開關

19‧‧‧第3開關

20‧‧‧第4開關

21‧‧‧指令電路

22‧‧‧邏輯反轉電路

30a‧‧‧電纜

30b‧‧‧電纜

31‧‧‧電線

32‧‧‧絕緣層

33‧‧‧屏蔽層

34‧‧‧護套層

35‧‧‧接地線

36‧‧‧電容器

37‧‧‧放電電阻

C0‧‧‧電容

C1‧‧‧電容

FG‧‧‧框架接地

H1‧‧‧第1外殼

H2‧‧‧第2外殼

圖1，係針對本發明相關之靜電消除器的第1實施形態的全體構成作繪示的示意方塊圖。

圖2，係針對圖1的屏蔽電纜的示意構成作繪示的剖面圖。

圖3，係針對在本發明相關之靜電消除器中通過屏蔽電纜而施加於放電電極的實際的電壓波形作繪示的圖形。

圖4，係針對示於圖1及圖2的電容器的一個連接例作繪示的示意方塊圖。

圖5，係針對示於圖1及圖2的電容器的其他連接例作繪示的示意方塊圖。

圖6，係針對本發明相關之靜電消除器的第2實施形態的主要部分局部作繪示的示意方塊圖。

圖7，係針對從高電壓產生電路所輸出的電壓波形作繪示的圖形。其中，點劃線係表示理論上的波形，實線係表示實際的波形。

圖8，係針對在先前技術中通過屏蔽電纜而施加於放電電極的實際的電壓波形作繪示的圖形。

於以下，基於圖1-圖5，而詳細說明有關本發明相關之靜電消除器的第1實施形態。

另外，本發明，係對於將脈衝狀的高電壓施加於放電針等的放電電極的靜電消除器方面有效，惟其中尤其較優選使用於如下交流波方式的靜電消除器：對1個或複數個放電電極的各者交替連續施加正及負的直流高電壓(亦即，將正及負的脈衝狀的高電壓交替連續施加)，從而從上述各放電電極使正及負的兩極性的離子交替產生。

所以，於以下，係舉上述交流波方式的靜電消除器為一例作說明。

靜電消除器1，係具有：包含藉電暈放電予以產生離子的放電電極2a、2b而成的電極單元2；以及將正及負的直流高電壓，以既定的時間間隔(示於圖7的周期T的一半)交替連續切換而對上述電極單元2輸出，對上述放電電極2a、2b施加的電源控制部3。藉此，從上述放電電極2a、2b放出對應於所施加的極性的離子(正電壓時正離子，負電壓時負離子)，使得能以該離子將帶電的被除電物作電氣中和而除電。

於此，於本實施形態下上述放電電極，係如示於圖 1，由使彼此不同的極性的離子同時產生的第1放電電極2a及第2放電電極2b而構成。並且，上述電極單元2，係將此等第1放電電極2a及第2放電電極2b，裝戴於單一的第1外殼H1(更具體而言，收容於單一的第1外殼H1內的狀態下固定於該外殼H1)從而構成。

此外，於本實施形態，上述電源控制部3，係包含：輸出既定的頻率(例如，50KHz)的振盪電壓的振盪電源4；以及將該振盪電壓升壓而轉換成正及負的直流高電壓，同時將此等正及負的直流高電壓以上述既定的時間間隔(T/2)交替連續切換而輸出的高電壓產生電路5。此時，上述電源控制部3的電源4及高電壓產生電路5，係收容於與上述第1外殼H1係別個地形成的單一的第2外殼H2內而形成電源控制單元6。

並且，上述電源控制單元6(具體而言電源控制部3的高電壓產生電路5)與電極單元2，係藉供於將來自上述高電壓產生電路5的直流高電壓傳送至該電極單元2而施加於放電電極2a、2b用的電纜30a、30b而電氣連接，使得可予以彼此分離而設置。亦即，使得可將直接攸關離子的產生及放出的包含放電電極2a、2b而成的電極單元2、及不直接攸關離子的產生及放出的包含電源4、高電壓產生電路5等而成的電源控制單元6，彼此分離而分別設置於適切的場所。

為此，可將上述第1外殼H1小型化而將上述電極單元2小型化，其結果，使得即使在被除電物的附近存在空間上的制約，無法設置靜電消除器1的裝置整體的情況下，仍可將上述電極單元2設置於被除電物的附近，將上述電源控制單元6設置於從該處分離的別的位置。

更具體說明時，上述電源控制單元6(亦即，電源控制部3)的高電壓產生電路5，係由以下而構成：將來自上述電源4的振盪電壓升壓及整流而轉換成正及負的直流高電壓的升壓整流電路7；以及將通過上述電纜30a、30b對電極單元2所輸出的上述直流高電壓的極性，以上述既定的時間間隔(T/2)交替連續切換的極性控制電路8。

於此，於本實施形態，係上述電纜由連接於上述第1放電電極2a而供應電壓的第1電纜30a、及連接於上述第2放電電極2b而供應電壓的第2電纜30b而構成。為此，上述極性控制電路8控制上述升壓整流電路7，而對於上述第1及第2電纜30a、30b，使彼此不同的極性的電壓同時輸出，同時使該極性以上述既定的時間間隔(T/2)交替連續切換而輸出。

亦即，於本實施形態，上述電源控制單元6，係變得可將對上述第1放電電極2a施加正的直流高電壓的同時對第2放電電極2b施加負的直流高電壓的第1極性模式的電壓、及對上述第1放電電極2a施加負的直流高電壓的同時對第2放電電極2b施加正的直流高電壓的第2極性模式的電壓，以上述既定的時間間隔(T/2)交替連續切換，通過上述第1及第2電纜30a、30b對上述電極單元2輸出。

於此，上述升壓整流電路7，係如示於圖1，具有：將從上述電源4輸出的振盪電壓作升壓的第1升壓變換器9及第2升壓變換器10、及同樣將從上述電源4輸出的振盪電壓作升壓的第3升壓變換器11及第4升壓變換器12。此外，該升壓整流電路7，係具有：將以上述第1及第3升壓變換器9、11而升壓的振盪電壓，分別轉換成正極性的直流高電壓的第1及第2正極電路13、15；以及將以上述第2及第4升壓變換器10、12而升壓的振盪電壓，分別轉換成負極性的直流高電壓的第1及第2負極電路14、16。並且，上述第1正極電路13及第1負極電路14連接於上述第1電纜30a，上述第2正極電路15及第2負極電路16連接於上述第2電纜30b。

另一方面，上述極性控制電路8，係具有：將上述電源4與上述第1、第2正極電路13、15之間的電氣連接分別個別導通/關斷的第1及第3開關17、19、及將上述電源4與第1及第2負極電路14、16之間的電氣連接分別個別導通/關斷的第2及第4開關18、20。再者，該極性控制電路8，係具有輸出供於將上述第1-第4開關17-20開閉用的指令信號(導通/關斷信號)的指令電路21。此時，在該指令電路21與上述第2開關18及第3開關19之間，係連接著使來自上述指令電路21的指令信號反相的邏輯反轉電路22，藉此，對於上述第1及第4開關17、20，係來自上述指令電路21的指令信號被不變直接輸入，另一方面對於上述第2及第3開關18、19，係輸入與來自上述指令電路21的指令信號係相反的信號。

亦即，從指令電路21輸出閉指令信號(導通信號)的情況下，係第1及第4開關17、20關閉，同時第2及第3開關18、19打開。藉此，來自第1正極電路13的正的直流高電壓通過第1電纜30a而施加於第1放電電極2a，同時來自第2負極電路16的負的直流高電壓通過第2電纜30b而施加於第2放電電極2b(第1極性模式)。

反之，從指令電路21輸出開指令信號(關斷信號)的情況下，係第2及第3開關18、19關閉，同時第1及第4開關17、20打開。藉此，來自第1負極電路14的負的直流高電壓通過第1電纜30a而施加於第1放電電極2a，同時來自第2正極電路15的正的直流高電壓通過第2電纜30b而施加於第2放電電極2b(第2極性模式)。

因此，將從上述指令電路21輸出的指令信號以既定的時間間隔(T/2)切換，使得從上述電源控制單元6係理論上，交替連續輸出如以圖7的點劃線所示的正及負的直流高電壓(亦即，正及負的矩形脈衝狀的電壓)。並且在本實施形態，係通過第1及第2電纜30a、30b而輸出的電壓的極性彼此成為反極性，故上述之第1極性模式及第2極性模式的電壓被以既定的時間間隔(T/2)交替連續切換而對上述電極單元2輸出。總之，由正及負的連續矩形脈衝波所成的彼此相位180度不同的周期T的交流波電壓被從上述電源控制單元6通過上述第1及第2電纜30a、30b分別輸出。其中，從上述電源控制單元6實際輸出的電壓波形，係因在該電源控制單元6內的響應延遲，而成為如以圖7的實線所示的由正及負的連續脈衝波所成的周期T的交流波形。

另外，於本實施形態，上述第1及第2電纜30a、30b，具有彼此相同的長度者，如在以下論述，為具有彼此相同的構造者。因此，從上述電源控制單元6通過上述第1及第2電纜30a、30b，而施加於上述第1及第2放電電極2a、2b的電壓，係彼此僅極性不同(相位180度不同)，大小、周期T等的其他特性係彼此相同。為此，此處的使用圖7的說明、之後的使用圖3及圖8的說明，係方便起見，利用1個電壓波形而說明有關雙方的電壓。

上述第1及第2電纜30a、30b的各者，係如示於圖2，藉以下而構成：由將從上述電源控制單元6輸出的脈衝狀的高電壓對上述電極單元2傳送的導體所成的電線31、由包圍該電線31的外周而包覆的絕緣體所成之絕緣層32、由包圍該絕緣層32的外周而包覆的導體所成之屏蔽層33、及由進一步包圍屏蔽層33的外周而包覆的絕緣體所成的護套層34。亦即，此等絕緣層32、屏蔽層33及護套層34，係以上述電線31為中心而依序配置成同軸狀。

於此，上述電線31，係非如示於圖2限於單線而亦可為絞線。此外，上述絕緣層32，係將上述電線31電氣絕緣者，可採用聚矽氧樹脂、氟樹脂(FEP等)、交聯聚乙烯等之合成樹脂等。上述屏蔽層33，係由導體的箔、帶、編織線等所成，接地線35的一端電氣連接於該屏蔽層33。另一方面，該接地線35的另一端，係電氣連接在設於電源控制單元6的外殼H2等的框架接地FG而接地(圖4、圖5參照)。再者，上述護套層34，係上述電纜30a、30b的外皮，採用例如各種合成樹脂等的絕緣材料。

另外，如此之電纜30a、30b亦即屏蔽電纜，係具有在導體的電線31與屏蔽層33之間設有絕緣層32的構造。為此，使得在此等導體31與屏蔽層33之間形成一種電容器(假想電容器)，該電纜30a、30b本身會產生為雜散電容(寄生電容)的電容C0。並且，於如此電纜本身產生雜散電容C0，使得例如將從上述電源控制單元6輸出的電壓(圖7參照，電壓V：7000V，周期T：33ms)，通過電纜30a、30b(C0：500pF)而傳送的情況下，於脈衝的上升、下降等中發生響應延遲，於輸入至電極單元2(亦即，實際施加於放電電極2a、2b)的電壓波形會發生變形(圖8參照)。

屆時，在放電電極而生成的離子的量，係與實際施加於該電極的電壓波形的積分值成比例，故離子的產生效率會降低。尤其，上述電壓的極性如本實施形態以短周期而切換的情況下，會在正負的電壓完全升頂前下降，故離子產生效率的降低會變明顯。並且，如此之響應延遲，係上述浮遊電容C0越大越明顯顯現。

所以，於本實施形態的靜電消除器1，係如示於圖1 及圖2，使為電子構件的電容器36(電容C1)介於接地線35的中間，將該電容器36的一方的電極電氣連接於上述屏蔽層33，將該電容器36的另一方的電極電氣連接於上述接地FG。其中在此係上述電容器36的電容C1比在上述電線31與屏蔽層33之間產生的電纜單體的電容(亦即，屏蔽電纜的雜散電容)C0小。

如此，在電纜30a、30b的屏蔽層33與接地FG之間連接電容器36，使得成為在上述電線31與接地FG之間係串聯連接至少2個電容器的狀態。

屆時，包含電容器36的電纜整體的合成電容(亦即，電纜的實質的電容)Ct，係基於以下的式(1)而求出。

Ct=C0×C1/(C0+C1)‧‧‧(1)

其結果，可使上述合成電容Ct比電纜單體的電容(亦即，電纜30a、30b的雜散電容)C0小。並且，於本實施形態，係如上所述，使上述電容器36的電容C1比上述電纜的雜散電容C0小，故可將上述合成電容Ct抑制成比上述浮遊電容C0的一半小。

另外，分別決定上述電容器36的電容C1時，需要於各電纜30a、30b確定在電線31與屏蔽層33之間產生的雜散電容C0的情況下，係此電纜的雜散電容C0係與該電纜的長度成比例，故例如可先針對該電纜的每單位長度的電容藉計測、算出從而求出，乘算實際的電纜的長度從而確定。其中，上述電容C1，係盡可能小為理想，比0 大即可。

並且，圖3，係示出以下者：於本實施形態相關之靜電消除器1中，將從上述電源控制單元6輸出的以圖7的實線所示的脈衝狀的高電壓(約7000V)，通過連接著上述電容器36(C1：10pF)的屏蔽電纜30a、30b(C0：500pF)，而以周期T(=33ms)傳送時，輸入至上述電極單元2(亦即，於上述放電電極2a、2b實際施加)的電壓波形。此時，包含上述電容器36的電纜整體的合成電容Ct，係依上述式(1)而為9.8pF。

如此，在上述電纜的屏蔽層33與接地FG之間連接電容器36，使得可比起未連接其的情況(圖8參照)，將從電源控制單元6輸出的電壓，在維持較接近該電壓波形的波形的狀態下，對上述電極單元2輸入，其結果可使來自放電電極2a、2b的離子產生效率提升。因此，不需要為了彌補上述電纜30a、30b本身的雜散電容C0所致的離子產生效率的降低，而藉例如電源4的大型化等而使從電源控制單元6輸出的電壓變更高。

於此，上述電容器36的電容C1，係不一定要如本實施形態比電纜的雜散電容C0小。原因在於，在上述電纜30a、30b的屏蔽層33與接地FG之間連接電容器36時，從上述式(1)理論上，顯然上述合成電容Ct變比上述浮遊電容C0小。其中，電容器36，係電容越大越大型化而高價化，惟連接其因而獲得的效果係降低。為此，考量設置電容器36所得的成本效益時，如本實施形態，使該電容C1比電纜的雜散電容C0小為理想。

另外，為連接於上述接地線35的中間的電子構件的電容器36，係如示於圖4，可配置於上述電源控制單元6內，此情況下，例如可編入升壓整流電路7。或者，如示於圖5，可將該電容器36配置於屏蔽電纜30a、30b本身，此情況下，例如可固定於上述護套層34的外周或該護套層34與上述屏蔽層33之間。

接著，基於圖6，而說明有關本發明的第2實施形態。其中，此處係為了避免說明的重複，關於與上述第1實施形態相同的構成部分及基於其之作用效果，係附加相同符號而省略詳細的說明。

於本實施形態的靜電消除器1，係於連結上述屏蔽層33與框架接地FG之間的上述接地線35，將放電電阻37與電容器36並聯連接。如此，在屏蔽電纜30的屏蔽層33與框架接地FG之間配置放電電阻37，從而構成為上述屏蔽電纜30所放電的電荷通過該電阻37而放電。其中，上述放電電阻37，係不必要如本實施形態連接於與電容器36相同的接地線35上，可將設置該放電電阻37的別個的接地線連接於上述屏蔽層33與框架接地FG之間。

以上，雖詳細說明有關本發明相關之靜電消除器的實施形態，惟本發明非限定於上述的實施形態，在不脫離申請專利範圍的趣旨的範圍下可作各種的設計變更不言而喻。

例如，於上述實施形態，係將第1放電電極2a與第2放電電極2b裝戴於單一的第1外殼H1，惟可分別裝載於個別的外殼。此外，於上述實施形態，係將電源4收容於與高電壓產生電路5相同的第2外殼H2內，惟亦可作成收容於與上述第1及第2外殼H1、H2係別個的外殼內，使得可予以從電極單元2及電源控制單元6分離而設置。再者，於上述實施形態，係說明有關具有第1放電電極2a及第2放電電極2b雙方的靜電消除器，惟亦可為具有第1放電電極2a或第2放電電極2b的任一方者。