JP2009129672A - ワイヤ電極式イオナイザ - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ電極を用いてイオンの発生量を多くし、オゾンの発生を抑制しながら、プラス及びマイナスのイオンバランスを良好に保てるようにしたワイヤ電極式イオナイザを提供する。
【解決手段】パルスＤＣまたはＤＣ方式で放電電極にコロナ放電のためのプラス及びマイナスの高電圧を印加することによりプラス及びマイナスのイオンを発生させるイオナイザにおいて、放電電極３として、プラスとマイナスの各ワイヤ電極３Ａ，３Ｂを、各ワイヤの円周方向にイオンを放出するようにして平行に配設し、プラスの高電圧を印加するワイヤ電極３Ａよりもマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極３Ｂのワイヤ径を太くする。
【選択図】図３

Description

本発明は、静電気で帯電した各種ワーク等の除電を行うワイヤ電極式イオナイザに関するものである。

従来から一般に知られているイオナイザにおいては、針電極に高電圧を印加し、針電極先端に電界を集中させてイオンを発生させているが、針電極はその先端における電界の集中が著しいので、該電極の先端が劣化しやすく、長時間使用すると性能が低下してしまうという問題点がある。
また、針電極はイオン生成領域が狭いために、イオン発生量が少なく、イオン発生量を増やすために電圧を高くすると、イオン発生量も増えるが針電極先端の電界が強くなりすぎ、強い酸化力を持つオゾンの発生を助長するなどの問題がある。

このような針電極の問題点に対処し、導電性のワイヤに高電圧を印加してその周面でイオンを発生させるようにしたイオナイザは、特許文献１により既に知られている。このイオナイザは、ワイヤを電極としてイオンを発生させるものではあるが、１本のワイヤに交流の高電圧を印加してプラスとマイナスのイオンを交互に発生させるＡＣ方式のイオナイザである。しかるに、このイオナイザのように同一電極を用いてプラス及びマイナスのイオンを発生させる場合、マイナスイオンは、プラスイオンよりも低い電圧で同濃度のイオンが発生し、そのため、１本のワイヤ電極にプラスとマイナスの同電圧を交互に印加すると、プラスとマイナスのイオンの生成量に差が生じて、生成するイオンのバランスがくずれることになる。このイオンの生成量を調整してイオンバランスを良好にするためには、高電圧発生回路にプラスとマイナスの電圧を調整するなどの調整手段を付加する必要がある。そして、この調整においてプラスイオンの発生量を増やすためにプラスの電圧を高めたとすると、プラスイオンの発生量は増えるがその電圧で電極の周囲の電界が強くなりすぎることによる問題点が発生する。
特開平１０−１８９２８２号公報

本発明の技術的課題は、ワイヤ電極を用いるという電極の改善によりイオンの発生量を多くし、しかも電極に対する印加電圧を高めてオゾンの発生を助長したりすることなく、プラス及びマイナスのイオンバランスを良好に保てるようにしたワイヤ電極式イオナイザを提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、オゾンの発生量が急激に増加する臨界的な印加電圧以下でイオンを発生させ、オゾンによる電極の消耗を抑制して、そのメンテナンス期間を向上させるようにしたワイヤ電極式イオナイザを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、パルスＤＣまたはＤＣ方式で放電電極にコロナ放電のためのプラス及びマイナスの高電圧を印加することによりプラス及びマイナスのイオンを発生させるイオナイザにおいて、上記放電電極として、プラスとマイナスの各ワイヤ電極を、各ワイヤの円周方向にイオンを放出するように配設したことを特徴とするものである。

本発明に係るワイヤ電極式イオナイザの好ましい実施形態においては、プラスの高電圧を印加するワイヤ電極よりもマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極のワイヤ径を太くし、更に具体的には、プラス電極のワイヤ径に対してマイナス電極のワイヤ径が２倍程度に設定される。
また、本発明に係るワイヤ電極式イオナイザの好ましい実施形態においては、プラス電極のワイヤ径が約５０μｍであり、マイナス電極のワイヤ径が約１００μｍであるような放電電極を用いることができる。このような放電電極を用いる場合、いずれのワイヤ径についても、±１０μｍ程度の径の変動は殆ど影響がないものと考えられる。

更に、本発明の好ましい具体的実施形態としては、ハウジングの下面の長手方向に沿って、放電電極をそれぞれ有する複数の絶縁性材料からなる電極カートリッジが等間隔に取り付けられ、該電極カートリッジは、その前面に凹部を有し、絶縁材からなるカップ状の保持枠の周囲に間隔を置いて平行に電極用ワイヤを巻き付けることにより、その保持枠の口部間に一対のプラス及びマイナスのワイヤ電極を形成させて、これらのワイヤ電極が凹部の前面開口側に位置するようにして、保持枠と共に該凹部内に収容し、上記一対のプラス及びマイナスのワイヤ電極をそれぞれ電極カートリッジの内底に設けた一対の通電金具を通してプラス及びマイナスの高電圧発生部に電気的に接続しているものとして構成される。

本発明の他の実施形態においては、プラス及びマイナスのワイヤ電極に印加する高電圧を、印加電圧を高めると急激にオゾン発生量が多くなる臨界的印加電圧以下で帯電時間が短い範囲内に設定可能であるものとして構成され、これによってオゾンによるワイヤ電極の消耗を抑制して、そのメンテナンス期間を向上させることができる。

上記構成を有するワイヤ電極式イオナイザにおいては、高電圧発生部からプラス及びマイナスのワイヤ電極に対してパルスＤＣ方式の高電圧、即ち、プラスのパルス状高電圧とマイナスのパルス状高電圧とが交互に印加され、あるいは、ＤＣ方式の高電圧、即ち、プラス及びマイナスのワイヤ電極にそれぞれプラス及びマイナスの高電圧が印加されると、これら両ワイヤ電極の周囲にイオン生成領域が形成されてイオンが発生、放出される。このとき、両ワイヤ電極の径が同じであれば、マイナスイオンがプラスイオンよりも多く発生するが、プラスの高電圧を印加する電極よりもマイナスの高電圧を印加する電極のワイヤ径を太くしておくことなどにより、イオンの生成量が調整され、イオンバランスが改善される。

以上に詳述した本発明のワイヤ電極式イオナイザによれば、ワイヤ電極を用いるという電極構造の改善によりイオンの発生量を多くし、しかも電極に対する印加電圧を高めてオゾンの発生を助長したりすることなく、プラス及びマイナスのイオンバランスを良好に保つことができる。また、オゾンの発生量を抑制し、ワイヤ電極のメンテナンス期間を向上させることができる。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るワイヤ電極式イオナイザの全体的構成の概要をブロック図によって示すものであり、図２〜図４はその実施例の要部構成を示すものである。
このワイヤ電極式イオナイザは、概略的には、図１に示すように、周知のイオナイザと同様に、ハウジング１内に、制御装置によって制御されるプラス及びマイナスの高電圧発生部を備え、それらによって、図２〜図４に示すようなイオナイザのハウジング１に設けた放電電極３に、コロナ放電のためのプラス及びマイナスの高電圧を印加し、それぞれプラス及びマイナスのイオンを発生させるように構成したものである。

更に具体的に説明すると、上記イオナイザは、図２及び図３示すように、横に細長い中空のハウジング１を有し、このハウジング１の下面の長手方向に沿って、上記放電電極３をそれぞれ有する複数の電極カートリッジ２が等間隔に着脱自在に取り付けられている。各電極カートリッジ２は、絶縁性材料により形成され、図３及び図４から分かるように、平面形状が略長円形を有していて、その前面（下面）に略長円形状の凹部２ａを有するものである。そして、絶縁材からなるカップ状の保持枠５の周囲に間隔を置いて平行に電極用ワイヤを巻き付けることにより、その保持枠５の口部間に張設される該ワイヤで、一対のプラス及びマイナスのワイヤ電極３Ａ，３Ｂを形成させ、これらのワイヤ電極３Ａ，３Ｂが上記電極カートリッジ２の凹部２ａの前面開口側に位置するようにして、該凹部２ａ内に保持枠５を収容している。従って、上記保持枠５の口部に直線状に張設されたワイヤ電極３Ａ，３Ｂは、その円周方向にイオンを放出するように配設されている。

上記一対のプラス及びマイナスのワイヤ電極３Ａ，３Ｂは、それぞれ電極カートリッジ２の内底に設けた一対の通電金具６を通して前記プラス及びマイナスの高電圧発生部に電気的に接続されるものである。上記電極用ワイヤとしては、表面に金メッキを施したタングステン製のものが望ましいが、それに限るものではない。

また、該凹部２ａの内底壁の中央部を貫通するようにノズル取付孔７を形成し、このノズル取付孔７に、ハウジング１内の図示しないエア流路を通して空気圧源に接続したエアノズル８を、そのエア吹出口８ａがプラスのワイヤ電極３Ａとマイナスのワイヤ電極３Ｂとの間に向けて開口するように取り付けている。
なお、上記エアノズル８は、そのエア吹出口８ａをプラスのワイヤ電極３Ａとマイナスのワイヤ電極３Ｂとの間に向けているが、必ずしもこのような位置あるいは向きに開口させる必要があるものではなく、更に最適な位置があればそこに配設することができる。

上記プラス及びマイナスのワイヤ電極３Ａ，３Ｂは、それぞれ前記プラス及びマイナスの高電圧発生部に接続され、パルスＤＣ方式またはＤＣ方式で、コロナ放電のためのプラス及びマイナスの高電圧が印加され、それぞれプラス及びマイナスのイオンが放出されるものである。なお、パルスＤＣ方式の場合、プラスのワイヤ電極に高電圧発生部からのプラスの高電圧を印加している際には、マイナスの電極側は接地し、マイナスのワイヤ電極に高電圧発生部からのマイナスの高電圧を印加している際には、プラスの電極側は接地するように制御することになる。

上記放電電極３においては、プラス及びマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極３Ａ，３Ｂとして同一のものを用い、プラス及びマイナスの同電圧を印加すると、特許文献１との関連において前述したところから明らかなように、マイナスイオンの生成量がプラスイオンのそれよりも多くなり、そのため、プラスとマイナスのイオンの生成量に差が生じてイオンバランスがくずれることになる。そこで、上記放電電極３においては、プラスの高電圧を印加するワイヤ電極３Ａよりもマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極３Ｂのワイヤ径を太くしている。

プラス及びマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極として同一のものを用い、それらに同電圧を印加した場合に、マイナスイオンの生成量がプラスイオンのそれよりも多くなることは、本発明者らが以下に示すような実験例により確認している。

図５は、プラスとマイナスのワイヤ電極に径が１００μｍのワイヤを用いたときの帯電時間を示すものである。この帯電時間とは、１５０ｍｍ×１５０ｍｍのチャージプレートを、０Ｖから１０００Ｖに帯電させるのに要する時間であり、帯電時間が短いものほどイオン生成量が多いということができる。同図によれば、印加電圧が８ｋＶを超えない範囲では、マイナスの高電圧を印加した場合の帯電時間がプラスの高電圧を印加した場合よりも短く、マイナスのイオンの生成量が多いことが明らかである。
また、図６は、プラスとマイナスのワイヤ電極に径が１００μｍのワイヤを用いたときのオゾン濃度を示すものである。

上記図５から、印加電圧が８ｋＶを超えるとプラスとマイナスのイオン生成量が同じになることがわかるが、図６から、同印加電圧を超えると発生するオゾン濃度が急激に増大することがわかる。そのため、上記ワイヤ電極を使用するイオナイザにおいては、オゾン濃度が増加する臨界的印加電圧以下で、プラスとマイナスのイオン生成量を調整しながら使用するのが適切であるといえる。

次に、図７及び図８として、プラス及びマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極におけるワイヤ径を変えた場合のイオン生成量及びオゾン発生量に与える影響についての実験例を示す。これらの実験例では、プラスの高電圧を印加するワイヤ電極に径が５０μｍのワイヤを、マイナスの高電圧を印加するワイヤ電極に径が１００μｍのワイヤを使用した。
図７及び図８から、印加電圧が６．５ｋＶ〜７ｋＶの間に、イオンの生成が多く、且つオゾンの発生が少ない領域があり、この範囲で使用するのが適切であることがわかる。
即ち、上記ワイヤ電極を使用して、プラスとマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極のワイヤ径を変えた場合にも、印加電圧を高めると急激にオゾン発生量が多くなる臨界的印加電圧があり、一方、その電圧以下で帯電時間が短く、イオン生成量が多い領域が存在するので、この範囲がイオナイザの使用に適した印加電圧であるといえる。

また、上記実験例においては、プラスの電圧を印加するワイヤ電極におけるワイヤの径を５０μｍとし、マイナスの電圧を印加するワイヤ電極におけるワイヤの径を１００μｍとして、オゾン発生量を抑えながらイオン生成量の増加を図り、しかも、上記ワイヤ径により発生するプラス及びマイナスのイオンのバランスを取ることを試みたが、その実験結果によれば、プラス及びマイナスの電圧を印加するワイヤ電極の径をいずれも１００μｍとした場合に比して、プラスとマイナスの帯電時間の差が小さくなっていることから、上記ワイヤ径の差はイオンバランスの改善のために有効であることがわかる。但し、上記ワイヤ径の差は、印加電圧との関係で最適な径差に変動があるため、現実的なイオナイザの設計においては各種設計、稼動条件を勘案して設定されるべきであり、一般的には、プラス電極のワイヤ径に対してマイナス電極のワイヤ径を２倍程度、具体的には１．５〜３倍程度にするのが適切と考えられる。また、ワイヤの径差をある程度適切な範囲に設定したうえで、微小範囲内で、プラスとマイナスの印加電圧を調整し、あるいは、プラスとマイナスの電圧の印加時間に差を持たせるなどの調整手段を付加することもできる。

上記構成を有するワイヤ電極式イオナイザにおいては、高電圧発生部からプラス及びマイナスのワイヤ電極３Ａ，３Ｂに対して、プラスのパルス状高電圧とマイナスのパルス状高電圧とが交互に印加され、あるいは、プラス及びマイナスのワイヤ電極３Ａ，３Ｂにそれぞれプラス及びマイナスの高電圧が印加されると、これら両ワイヤ電極の周囲にイオン生成領域が形成されてイオンが発生、放出される。このとき、両ワイヤ電極３Ａ，３Ｂの径が同じであれば、マイナスイオンがプラスイオンよりも多く発生するが、プラスの高電圧を印加する電極よりもマイナスの高電圧を印加する電極のワイヤ径を太くしておくことなどにより、イオンの生成量が調整され、上記実験例によって示すようにイオンバランスが改善される。

また、プラス及びマイナスのワイヤ電極３Ａ，３Ｂに印加する高電圧を、印加電圧を高めると急激にオゾン発生量が多くなる臨界的印加電圧以下で帯電時間が短い範囲内に設定することにより、オゾンの発生が効果的に抑制されるので、オゾンによるワイヤ電極の消耗を抑制して、そのメンテナンス期間を向上させることができる。

本発明に係るワイヤ電極式イオナイザの全体的構成の概要を示すブロック図である。 本発明に係るワイヤ電極式イオナイザの部分正面図である。 同部分底面図である。 上記イオナイザにおける電極カートリッジのワイヤ電極取付部分の断面図である。 プラスとマイナスのワイヤ電極に同径のワイヤを用いたときの印加電圧と帯電時間との関係を示すグラフである。 プラスとマイナスのワイヤ電極に同径のワイヤを用いたときの印加電圧と発生したオゾン濃度との関係を示すグラフである。 プラスとマイナスのワイヤ電極におけるワイヤを変えた場合の印加電圧と帯電時間との関係を示すグラフである。 プラスとマイナスのワイヤ電極におけるワイヤを変えた場合の印加電圧と発生したオゾン濃度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ハウジング
２ 電極カートリッジ
２ａ 凹部
３Ａ プラスのワイヤ電極
３Ｂ マイナスのワイヤ電極

Claims (6)

1. パルスＤＣまたはＤＣ方式で放電電極にコロナ放電のためのプラス及びマイナスの高電圧を印加することによりプラス及びマイナスのイオンを発生させるイオナイザにおいて、
   上記放電電極として、プラスとマイナスの各ワイヤ電極を、各ワイヤの円周方向にイオンを放出するように配設した、
   ことを特徴とするワイヤ電極式イオナイザ。
2. プラスの高電圧を印加するワイヤ電極よりもマイナスの高電圧を印加するワイヤ電極のワイヤ径を太くした、
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極式イオナイザ。
3. プラス電極のワイヤ径に対してマイナス電極のワイヤ径が２倍程度である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のワイヤ電極式イオナイザ。
4. プラス電極のワイヤ径が約５０μｍであり、マイナス電極のワイヤ径が約１００μｍである、
   ことを特徴とする請求項３に記載のワイヤ電極式イオナイザ。
5. ハウジングの下面の長手方向に沿って、放電電極をそれぞれ有する複数の絶縁性材料からなる電極カートリッジが等間隔に取り付けられ、該電極カートリッジは、その前面に凹部を有し、絶縁材からなるカップ状の保持枠の周囲に間隔を置いて平行に電極用ワイヤを巻き付けることにより、その保持枠の口部間に一対のプラス及びマイナスのワイヤ電極を形成させて、これらのワイヤ電極が凹部の前面開口側に位置するようにして、保持枠と共に該凹部内に収容し、上記一対のプラス及びマイナスのワイヤ電極をそれぞれ電極カートリッジの内底に設けた一対の通電金具を通してプラス及びマイナスの高電圧発生部に電気的に接続している、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤ電極式イオナイザ。
6. プラス及びマイナスのワイヤ電極に印加する高電圧を、印加電圧を高めると急激にオゾン発生量が多くなる臨界的印加電圧以下で帯電時間が短い範囲内に設定可能である、
   こと特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のワイヤ電極式イオナイザ。

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