JPH0416920B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電除去装置または中和装置に関し、
詳しくいうと、交流電源の高電圧側が通常は指向
された配置を有する放電電極に接続されかつ交流
電源の他側が該放電電極に隣接する導電性部材ま
たはケーシングに接続され、正および負の両イオ
ンが放出されるようにしたコロナ放電装置に関す
る。これら両極性のイオンは摩擦力、機械的力、
電気的力あるいはその他によつて生じる力により
静電的に帯電された物品の表面を中和するために
使用される。本発明は特に、イオンの放出が正お
よび負の等数のイオンを発生するようにあるいは
特定の極性のイオンを優勢に発生するように調節
可能に制御できる静電除去装置に関する。

静電除去装置は特定の極性に帯電された物品あ
るいは正および負の両電荷の若干をこれら物品あ
るいは材料の表面の種々の部分に有しかつ正味の
残留電荷をある帯域に有する物品あるいは材料を
中和するために正および負の両イオンを発生する
ための装置である。例えば15000Vのような相当
に高い交流高電圧がこのような静電除去装置の先
のとがつた放電電極と接地されたケーシングまた
はシールドとの間に供給されると、これら放電電
極から正および負イオンが放出される。ある環境
のもとでは正および負イオンの発生は正確に等数
であるかも知れないが、多くの場合に一方または
他方の極性のイオンが、(1)高電圧がイオン化電極
に結合される態様、すなわち高電圧が装置に直接
印加される場合のように電極が抵抗結合されてい
るかまたは無衝撃（シヨツクレス）形式の装置の
場合のように電極が容量結合されているかによつ
て、(2)静電除去装置の幾何学的配列、特に装置の
接地される部分の形状、およびそのイオン化電極
に対する関係によつて、(3)静電除去装置と放電を
受ける物質間の距離、および放出されて実際に帯
電物質に到達する正または負のそれぞれのイオン
の量に影響を与える静電除去装置に対して隣接す
る接地体の存在によつて、優勢となる。

高電圧が直接接続された静電除去装置において
は、たとえ放電電極が正および負の電圧振幅の等
しい交流電源に接続されても、通常は負イオンが
優勢に発生される。過剰の負イオンの発生はかか
る負イオンの移動度がより大きい結果であり、ま
た電圧の正の半サイクル中に生じるイオン化より
も負の半サイクル中に生じるイオン化の方が大き
いというコロナ形成中の固有の特性のためでもあ
る。

高電圧が容量的に結合された静電除去装置にお
いては、通常正イオンの放出が優勢であり、正イ
オンがより多く発生するのは直流電圧がコンデン
サの両端間に放電電極を僅かに正にバイアスする
方向で発生されるためである。すなわち、容量的
に結合された装置では、印加電圧の負の半サイク
ル中、より多くの負イオンを発生させる放電電極
の上記した特性は交流電圧に代数的に加算される
正の直流電圧にコンデンサを充電する。すなわ
ち、負の交流電圧に正の直流電圧が加算されるの
で、実際の負電圧は絶対値で小さくなり、負イオ
ンの発生が少なくなる。従つて、ケーシングに対
して放電電極の電圧は負の半サイクル中より正の
半サイクル中の方が大きくなり、過剰の正イオン
が容量的に結合された放電電極から放出されるこ
とになる。

かくして、中和されるべき物質が接地された表
面あるいは他の表面上に、またはそれに隣接して
いる場合には、この物質は容量結合された静電除
去装置の場合には放出される優勢な正電荷の極性
に帯電し、また直接結合された静電除去装置の場
合には放出される優勢な負電荷の極性に帯電す
る。中和された物品あるいはシートが必要である
場合には、勿論、等数の正および負イオンを有す
ることが望ましい。しかしながら、他の環境にお
いては、例えば前以つて中和されたシートを順次
積み重ねて行く場合に、次のシートが積み重ねら
れた前のシート上を摺動して重なることになるの
で下側のシートを摩擦帯電してしまうというよう
な場合には、シートを極く僅かに正または負に帯
電させるということがしばしば重要なことにな
る。このような場合には、一方または他方の極性
のイオンが僅かに優勢であるイオンの放出を生じ
させ、積層するシートを、積層されるときにこの
シートが下側のシートを摩擦摺動することにより
生じる電荷を丁度中和させるのに必要な程度に反
対極性に、あらかじめ帯電させることが望まれ
る。

米国特許第4093543号には、容量結合された無
衝撃形式の静電除去装置に対する可調整のイオン
放出装置が開示されている。この装置においては
交流高電圧源の接地側に接続された先のとがつた
導電性針状体が先のとがつた複数の放電電極の少
なくともいくつかと離間状態で隣接し、相互作用
するように配置されている。導電性針状体は各極
性の等数のイオンが放出されるように放電電極に
対して調節可能に位置付けることができるように
なつている。

放出される正および負イオンの数をバランスさ
せるための他の方法は単一のハウジング内に２つ
の静電除去装置または２つの電極を設け、一方の
装置または電極に一極性の直流電圧を供給し、他
方の装置または電極に反対極性の直流電圧を供給
することであつた。それぞれの電極に対する電圧
を制御することによつて正負のイオンを正確に混
合したものが発生できる。しかしながら、直流を
使用するために容量結合を使用することができ
ず、従つて、無衝撃形式の静電除去装置を構成す
ることができない欠点がある。

米国特許第2879395号には、放電電極と該放電
電極を取囲むケーシング間に交流高電圧
（6500VAC）を供給するとともに上記ケーシング
と接地間に直流電力供給装置（600VDC）を接続
し、各極性のイオンの発生を等化するようにして
いる。かかる直流電力供給装置の挿入はケーシン
グまたは放電電極に適当極性の直流バイアスを与
えるように機能し、そして通常優勢な極性のイオ
ンの出力をさまたげるように、あるいは優勢でな
い極性のイオンの出力を強くするように、接続さ
れており、直流電圧の大きさを適当に調節するこ
とによつて正および負イオンの放出の所望のバラ
ンスを取つていた。しかしながら、直流電力供給
装置の追加は別個の電力供給装置を必要とすると
いう欠点を有し、従つて装置を高価、大形にす
る。また、直流電力供給装置が容量結合方式にお
いてケーシングに接続される場合には、このケー
シングは接地レベルより高電位となるから、使用
者に対する衝撃をさけるために、またケーシング
が接地に接触した場合には直流電力供給装置を短
絡することになるので、ケーシングを絶縁しなけ
ればならないという欠点があつた。

従つて、本発明の目的は等量の正および負イオ
ンを発生するように、あるいは一方の極性のイオ
ンが優勢に発生されるように、イオンの放出が調
整できる静電除去装置を提供することである。

本発明の他の目的は放電電極が交流高電圧源に
直接結合されているか、容量結合されているかに
関係なく、イオンの放出が容易に調整できる静電
除去装置を提供することである。

本発明の他の目的は静電除去装置の寸法を小さ
くし、構成素子の絶縁要件を最小にする高電圧ト
ランスの１次側に対する抵抗とコンデンサとを含
む電流方向感応形インピーダンス回路を提供する
ことである。

本発明の他の目的はイオンを容易に、かつ経済
的に発生でき、頑丈な構成の、動作効率および能
率の高い上記した特徴を有する静電除去装置を提
供することである。

本発明によれば、高電圧トランスの１次側と直
列の抵抗とコンデンサとを含む電流方向感応形イ
ンピーダンス回路を使用してコロナ放電電極に印
加される交流電位の振幅および、あるいは持続時
間を制御するイオン放出が制御できる静電除去装
置が提供される。この電流方向感応形インピーダ
ンス回路は互いに直列のダイオードおよび可変抵
抗と、これに並列のコンデンサを含み、このコン
デンサはダイオードの配向状態に依存した特定の
方向にトランス１次側に放電する。抵抗およびコ
ンデンサの適当な値を選択し、かつ負荷の換算イ
ンピーダンスに関して時定数を整合させることに
よつて、トランスの電圧の振幅を可変でき、また
印加される電圧の各半サイクルの周期を操作する
ことができる。ダイオードの方向に依存して、交
流高電圧が放電電極に直接結合されるか、容量結
合されるかに関係なく、等数の正および負イオン
を生じさせるように、あるいは特定極性のイオン
を優勢にするようにイオンの放出が制御できる。

以下、本発明の好ましい実施例について添付図
面を参照して詳細に説明する。

同様の参照符号が同様の部品を示す添付図面を
参照すると、総括的にＡと指示された静電除去装
置に印加される交流電位の振幅および、または持
続時間を変更するためのイオン放出を制御する電
流方向感応形インピーダンス回路が示されてい
る。

第１図において、静電除去装置Ａは交流高電圧
電源Ｂにコンデンサ１４を介して容量結合された
放電電極１２と、接地されかつ放電電極１２に離
間状態で隣接するケーシングまたはハウジング１
６を含む。容量結合の静電除去装置Ａは例えば米
国特許第3120626号、第3443155号あるいは第
3585448号に示されているような通常の無衝撃形
式のものであり、放電電極１２が絶縁ケーブル１
８のまわりに同心的に配置された導電性リングま
たは半導電性スリーブから突出し、絶縁ケーブル
１８の中心導体が交流高電圧電源Ｂの高電圧側に
接続されている。トランスＴの２次側Ｔ２の両側
の端子２０，２２は容量結合された電極１２およ
びケーシング１６にそれぞれ接続されている。前
に記載したように、容量結合された静電除去装置
Ａは通常僅かに過剰の正イオンをその電極から発
生する。

本発明の電流方向感応形インピーダンス回路は
トランスＴの１次側Ｔ１と直列のコンデンサＣを
含む。このコンデンサＣと並列に、直列接続され
たダイオードＤおよび可変抵抗Ｒが配置されてい
る。スイツチ２４は電流方向感応形インピーダン
ス回路の極性を反転することが望まれるときにダ
イオードＤ１が組み入れられることを可能にす
る。コンデンサＣは通常の低電圧の2.25マイクロ
フアラド（μF）の設計のものであり、例えば
1000オーム（Ω）のポテンシヨメータである可変
抵抗Ｒの抵抗値と組合されてトランスＴのインピ
ーダンスと整合するようになつている。すなわ
ち、静電除去装置に対しては、コンデンサＣはト
ランスＴおよびその負荷のインダクタンスとほぼ
共振状態の容量を提供するように選択され、それ
によつて光流源Ｇおよびトランス１次側Ｔ１の電
圧のピーク振幅を実質的に等しくしている。ダイ
オードＤは１アンペ（Ａ）の1N4004シリコン整
流器であることが好ましい。

第２Ａ図を参照すると、図示の実線の正弦波は
交流源Ｇ（例えば、110Vのライン電源）からのラ
イン電圧V₀を表す。

ここで、第１図の回路の動作を説明する。第１
図の回路は２つの動作モードを有する。一方のモ
ードは、ダイオードがオン状態であり短絡回路と
しては近似できるときであり、他方のモードはダ
イオードがオフ状態であり開放回路として近似で
きるときである。これら２つのモードそれぞれの
相対的な持続時間は抵抗Ｒ、コンデンサＣおよび
１次巻線Ｔ１のインダクタンスの値に依存する。

ライン電圧の極性に拘らず一つのモードのみが
存在する場合において２つの極端な状況がある。
これらの状況の一方の状況は、抵抗Ｒが０の場合
である。この場合、ダイオードは常に短絡（オ
ン）状態であり、ダイオードを常時オン状態に維
持するのに十分大きな交流電流が１次巻線を通じ
て流れる。トランスの１次側におけるライン電圧
波形の歪はなく、その結果、トランスの２次側電
圧波形もまた歪まず、第１図の回路はイオン放出
に何らの影響も与えない。これは好ましくない状
態である。他方の状況は、抵抗Ｒが非常に大きく
ダイオードは事実上常にオフ状態でありそして交
流電流が専らコンデンサＣを流れる場合である。
この場合も、トランスの１次側の電圧波形および
２次側電圧波形に歪は何らなく、回路はイオン放
出に何らの影響も与えない。しかしながら、抵抗
Ｒの値が実用領域にあるとき、ダイオードは両方
のモードで連続動作する。抵抗Ｒの値に応じて、
ダイオードがオン状態またはオフ状態である時間
が異なる。その結果、回路のインピーダンスは、
１つの値から別の値へ変化し、そして１次側の電
圧波形は歪む。トランスの１次側の歪んだ電圧波
形をフーリエ変換すると直流成分と交流成分（高
調波）とに分けられ、直流成分はトランスの２次
側へは伝達されないが、交流成分はトランスの２
次側へ伝達される。このようにして１次側電圧波
形の歪は２次側へ伝えられ、トランスの２次側の
電圧波形から直流成分が除去された形の歪んだ形
状となる。この様子を表した図が第２Ｂ図であ
る。第２Ｂ図には直流成分が除去されたトランス
の２次側電圧波形の一例を表している。かかるト
ランスの２次側電圧波形の歪みによつてイオン放
出のバランスに影響を与える。抵抗Ｒが増加する
に応じて、ダイオードはサイクルの長時間にわた
りオフ状態に留まり、１次側および２次側の電圧
波形の歪、すなわち非対称性、が増加する。全回
路部品の相互作用は非常に複雑でありまたトラン
スの１次巻線のインダクタンスとコンデンサＣの
共振の影響もあり、ダイオードがオフ状態である
時間中、１次巻線のピーク電圧は、ダイオードが
オン状態であるときのピーク電圧に対して増加さ
せることも可能である。これら２つの状況の結果
として、サイクルの正の部分にピークが生じそし
て正の部分が狭くなり、一方、負の部分の周期が
拡大される。すなわち、第２Ｂ図の破線の曲線か
ら分かるように、２次側電圧波形の負の半サイク
ルの周期は長くなり、したがつて負の部分の曲線
の下側の領域が正の部分の領域よりも大きくな
る。したがつて、２次側電圧波形の負電圧、それ
ゆえ放電電極１２に対する高電圧は正の部分より
も持続時間が長くなり、それゆえ容量結合された
静電除去装置Ａの場合には、負イオンの発生周期
が長くなる。

第１図には、放電電極１２が端子２０，２２を
介してトランスＴの２次側Ｔ２に直接接続された
（すなわち、コンデンサがない）直接接続の静電
除去装置Ａ１が示されている。直接接続された静
電除去装置は例えば米国特許第2163294号あるい
は第317806号に示されており、放電電極１２Ａが
電源の高電圧側に直接接続され、ハウジング１６
Ａがこの電源の接地側に接続されている。直接接
続された静電除去装置Ａ１は前に記載したように
通常、僅かに過剰の負イオンを放出する。

従つて、トランスＴに印加される電圧の方向を
逆にするダイオードＤ１が使用される。スイツチ
２４は可変抵抗Ｒと直列にダイオードＤ１を含む
ように投入され、コンデンサＣは並列接続された
まゝである。回路の動作原理は上述と同様であ
る。第３図Ａを参照すると、トランスの１次側電
圧波形の第１の部分（負の半サイクル）が狭くな
り、一方第２の部分、すなわち正の半サイクルが
拡大されることが分る。それ故、正の半サイクル
の持続時間が長くなり、正の半サイクルの曲線の
下側の領域が負の半サイクルの領域より大きくな
る。かかる１次側電圧波形の歪は、先と同様に、
直流成分が除去された形で、トランスの２次側へ
伝えられ、静電除去装置Ａ１の直接接続された電
極１２Ａに印加される正の電圧の周期が長くなる
ことによつて負イオンが優勢となることが補償さ
れ、バランスされたイオンの放出が達成されるこ
とになる。第３Ｂ図は直流成分が除去された２次
側電圧波形の一例を表している。正電圧の持続時
間が長くなるようにするために、スイツチ２４の
代りに１次巻線Ｔ１または２次巻線Ｔ２を逆にし
てもよいということを理解すべきである。

負荷の換算インピーダンスと整合するようにＲ
およびＣを適当に選択することによつて、トラン
スピーク電圧はＲの調整範囲にわたり一定に維持
することができ、交流電圧曲線の第２の部分の持
続時間が特定極性のイオンの放出の限度を決定す
る。また、１次巻線Ｔ１のインダクタンスに関し
てＣの容量を変化させて電圧振幅を可変し、合計
のイオンの総数をより高い値に、あるいはより低
い値に変えることもできる。それ故、本発明の電
流方向感応形インピーダンス回路は静電除去装置
からバランスされた等数の正および負イオンを放
出させることができ、さらに一方の極性のイオン
を優勢にすることもできるということは極めて明
らかである。

本発明をかなり詳細に説明したけれど、上記説
明は本発明を限定するためでなく、単に例示する
だけのものであり、従つて、本発明の精神から逸
脱することなしに実施できる種々の変形、変更は
本発明の範囲内に入るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電流方向感応形インピーダン
ス回路を容量結合された静電除去装置に実施した
一実施例を示す概略回路図、第１Ａ図は本発明の
電流方向感応形インピーダンス回路を直接接続さ
れた静電除去装置に実施した場合を説明する概略
図、第２Ａ図は、本発明の電流方向感応形インピ
ーダンス回路の使用により負イオンの発生が優勢
となる態様を説明する１次側電圧V_T1および交流
源Ｇのライン電圧の振幅対時間の関係の波形図で
あり、第２Ｂ図は、第２Ａ図の１次側電圧波形
V_T1から直流成分が除去された形のトランスの２
次側電圧V_T2の振幅対時間の関係の波形図、第３
Ａ図は、本発明の電流方向感応形インピーダンス
回路の使用により正イオンの発生が優勢となる態
様を説明する１次側電圧V_T1の振幅対時間の関係
の波形図であり、第３Ｂ図は、第３Ａ図の１次側
電圧波形V_T1から直流成分が除去された形のトラ
ンスの２次側電圧V_T2の振幅対時間の関係の波形
図である。 Ａ：静電除去装置、Ｂ：交流高電圧電源、１
２：放電電極、４：コンデンサ、１６：ケーシン
グ（ハウジング）、１８：絶縁ケーブル、２４：
スイツチ、Ｔ：トランス、Ｔ１：トランス１次巻
線、Ｔ２：トランス２次巻線、Ｒ：可変抵抗、
Ｃ：コンデンサ、Ｄ，Ｄ１：ダイオード、Ｇ：交
流源、Ａ１：静電除去装置、１２Ａ：放電電極、
１６Ａ：ハウジング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トランスの２次側へ結合された静電除去装置
   のイオン放出を制御する高電圧交流電源におい
   て、 トランスの１次側へ接続された電流方向感応形
   インピーダンス回路であつて、該回路のインピー
   ダンスがライン電圧の交流サイクル中の正の部分
   と負の部分とで異なる値を有しかくして該トラン
   スの１次側に交流電流成分が設定されて１次側の
   交流電圧波形が歪み、この交流成分は２次側に伝
   達され、それにより、トランスの２次側の交流電
   圧サイクルの一部の持続時間が短くなるととも
   に、交流電圧サイクルの別の部分の持続時間が長
   くなり、それにより、静電除去装置からのイオン
   放出が、等数の正イオンおよび負イオンが提供さ
   れあるいは特定の極性のイオンが優勢に提供され
   るよう、調整できるようにしたことを特徴とする
   高電圧交流電源。 ２ 前記電流方向感応形インピーダンス回路を調
   整するための手段を含む特許請求の範囲第１項記
   載の交流電源。 ３ 前記電流方向感応形インピーダンス回路が、
   前記トランスの１次巻線と直列のコンデンサおよ
   び該コンデンサと並列の直列接続された抵抗およ
   び整流装置によつて特徴付けられている特許請求
   の範囲第１項記載の交流電源。 ４ 前記整流装置が少なくとも１つのダイオード
   を含み、前記抵抗が前記電流方向感応形インピー
   ダンス回路の時定数の変更を可能にするように調
   節可能である特許請求の範囲第３項記載の交流電
   源。 ５ 前記整流装置が、第１の回路分岐に、あらか
   じめ定められた方向に前記トランス１次巻線を通
   る電流を指向するための第１のダイオードを、ま
   た第２の回路分岐に、第２の方向に前記トランス
   １次巻線を通る電流を指向するための第２のダイ
   オードを、さらにこれらダイオードを選択的に付
   勢するスイツチング手段を含む特許請求の範囲第
   ３項記載の交流電源。