JPS5933800A - イオン放出を制御できる静電除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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四す放
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って生じる力により
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材
料、あるいは正および負の両電荷の若干をこれら物品あ
るいけ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ｉｓ、ｏｏｏｖ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った放［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（
ショックレス）形式の装置の場合のように電極が容は結
合されているかによって、（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って、（３）静電除去装
置と放電を受ける物質量の距離、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瞬接する接地体
の存在によって、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
。従って、ケーシングに対して放′ｌｔ電極の電圧は負
の牛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、例えば前以って
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上を摩擦
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４．０９　＆　５４３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った導電性針状体が
先のとがっ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
ようになっている。

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′耐圧を供給し、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った。それぞれの電
極に対する電圧を制御することによって正負のイオンを
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
って、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２．８７９．３９５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（６５００Ｖ
ＡＣ）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′ＮＬ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
によって正および負イオンの放出の所望のバランスを取
っていた。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、従っ
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屯位となるから、
使用者に対する＠撃をさけるために、また・ゲージング
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
という欠点があった。

従って、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ｇ’ａ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シ、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ＲＣバイア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ＲＣ
バイア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。このバ
イア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って、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ｔ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バイア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に離間状態で瞬接するケー
シングまたはハウジング１６を含む。容量結合の静電除
去装置Ａは例えば米国特許第３，１２０，６２６号、第
！１，４４５，１５５号あるいは第５．５８５，４４８
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１８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１！源
Ｂの高ｉｔ圧側に接続されている。トランスＴの２次側
Ｔ２の両端の端子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。

本発明のバイアス回路はトランス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。スイッチ２４はバイアス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）のポテンショ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
になっている。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
れによって交流源Ｇおよびトランス１次側Ｔ１のｉ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アンペア（Ａ）のｌＮ４００４シリコン整流器である
ことが好ましい。

第２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）がらのライン′闇圧Ｖ
ｏを表わす。このライン電圧ＶＯは、バイアス回路が含
まれていない場合には、そのま＼トランスＴの１次側電
圧■７□となる。抵抗Ｒが０に等しい（すなわち、バイ
アスされない）場合には、バイアス回路がダイオードＤ
を除き事実上除去されるので、１次側電圧ｖＴ□は同じ
く久方電圧Ｖｏに従う。しかしながら、抵抗Ｒが増大す
ると、サイクルの正の部分が狭くなり、他方サイクルの
負の部分の周期が拡大される。第２図の点線の曲線から
分るように、負の半サイクルの周期は広くなり、従って
負の部分の曲線の下側の領域が正の部分の領域より大き
くなる。かくして、コンデンサＣの容量がトランスＴお
よびその負荷のインダクタンスとほぼ共振状態にあると
、ピーク電圧の電圧振幅はトランス１次側Ｔ１の場合と
交流源Ｇの場合とで実質的に同じである。しかしながら
、１次側Ｔ１の負電圧、従って放電電極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、それ故容量
結合された静電除去装置Ａの場合には、貴イオン発生の
周期が長くなる。

第１Ａ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２．１６３．２９４号あるいはｆＪＸ！ｈ１５７，
８０６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１６Ａ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Ａ
１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。

従って、トランスＴに印加される電圧の方向を逆にする
ダイオードが使用される。スイッチ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＼である。第３図を参照すると
、正弦波の第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。静電除去装置Ａ１の直接接
続されたｉｔ極１２Ａに印加される正の電圧の周期が長
くなることによっ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。正電圧の持続時間が長ぐなるようにするために、ス
イッチ２４０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って、トランスビーク電圧は
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、本発明のバイアス
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、従って、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図は本発明のバイア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
は本発明のバイア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２図は本発明のバ
イアス回路の使用により負イオンの発生が優勢となる態
様を説明する電圧振幅対時間の関係の波形図、第３図は
本発明のバイア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電圧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 １２：放電電極 １４：コンデンサ １６：ケーシング（ハウジング） １８：絶縁ケーブル ２４：スイッチ Ｔニドランス Ｔ１ニドランス１次巻線 Ｔ２ニドランス２次巻線 Ｒ：可変抵抗 Ｃ：コンデンサ Ｄ、Ｄｌ：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 (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次巻線が静電除去装置の放電電極に結合されて
   いるトランスを有する高電圧交流電源において、前記ト
   ランスの１次巻線と直列に接続され、かつ交流波形の歪
   みを生じるのに十分な前記トランスのコアを通る電流の
   直流成分を生じさせるためのバイアス手段を含み、該バ
   イアス手段が交流デユーティサイクルを、交流電圧の第
   １の牛サイクルを短かくシ、かつその第２の部分の持続
   時間を長くするように、変更し、静電除去装置かＧ６極
   性の等数のイオンが、あるいは特定の極性のイオンが優
   勢に、放出されるように静電除去装置のイオンの放出を
   制御できるようにしたことを特徴とする高電圧交流電源
   。
2. （２）前記バイアス手段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. （３）　　前記バイアス手段が前記トランスの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っ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. （４）前記整流装置が少なくとも１つのダイオードを含
   み、前記抵抗が前記バイアス手段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. （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ッ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。