(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置と、該電源装置に電気的に接続されると共に、所要間隔をあけて平行に配設された正極および負極と、を有し、
前記正極および前記負極は、同一形状の線状体により形成されていて、
前記正極または前記負極のうち少なくとも前記負極に印加される電圧が、コロナ放電が可能な電圧であると共に前記コロナ放電により発生するオゾン量が過剰にならない所定範囲に維持されており、
前記負極と前記電源装置との間には前記負極への供給電流量を制限するための負極側電流制限抵抗が電気的に接続され、
前記正極と前記電源装置との間には前記正極への供給電流量を制限するための正極側電流制限抵抗が電気的に接続されていて、前記負極側電流制限抵抗の電気抵抗値は、前記正極側電流制限抵抗の電気抵抗値よりも大きいことを特徴とする帯電体除電装置。
【請求項２】
前記正極および前記負極は、それぞれ直流電圧増幅回路を介して前記電源装置と電気的に接続されていて、
前記負極に印加される電圧の絶対値は、前記正極に印加される電圧の絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の帯電体除電装置。
【請求項３】
前記所定範囲は、前記正極および前記負極からそれぞれ３０ｃｍ離反した位置におけるオゾン濃度が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の帯電体除電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は帯電体除電装置に関し、より詳細には、コロナ放電により帯電体のエネルギーを消費させることによって帯電体の除電を行う帯電体除電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形装置により成形された樹脂成形品は、他の材料からなる物品との接触により生じる静電気により帯電した状態になることが多い。このように帯電状態にある樹脂成形品を搬送ロボット等により搬送しようとする場合、静電気の作用により樹脂成形品が搬送ロボットのアーム（チャック部）に付着し、アームから引き離すことができなくなってしまうことがあり、樹脂成形品のハンドリングにおいて支障があった。
【０００３】
このような不具合を解決すべく、出願人は特許文献１に開示されているような構成を具備する帯電体除電装置についての提案を行った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−００２０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような帯電体除電装置においては、負極の方が正極よりもコロナ放電の規模が卓越する特性を克服するため、正極と負極の電極形状を異ならせることで両極のコロナ放電の規模を等しくする構成が採用されている。しかしながらこのような構成を採用したことにより、次のような課題の所在が明らかになった。
【０００６】
すなわち、製品を構成する部品点数が多くなり、在庫や図面の管理に手間がかかるといった課題がある。ここで、在庫の手間とは具体的に、手配部品の種類が増える、棚が増える等が挙げられ、図面の手間とは具体的に、電極部は正負二種類の図面が必要となり、それに関連して派生する図面もそれぞれ二種類ずつ必要となり、共通部品の変更が生じた場合においても、二種類の図面をそれぞれ修正する必要が生じる等が挙げられる。
また、二種類の電極を組み立てる上で、それぞれ異なる部品を使い分ける必要が生じるといった課題がある。これは、使用部品の選定を誤れば不良品を生産する危険があるというものであり、たとえば、誤って負極のコロナ放電が過剰となる構成を選定すると、オゾン発生が過剰となり、人体への悪影響や周辺物体が腐食するおそれが生じるということが挙げられる。また、電極に高電圧ケーブルを接続する際には、正極に正極用高電圧ケーブルを、負極に負極用高電圧ケーブルを接続するように確認する手間が生じるといった課題がある。また、接続先を誤り、本来正極用の電極に負極の高電圧が印加された場合は、オゾン発生が過剰となるといった課題もある。
【０００７】
そこで本発明は、部品点数を可及的に少なくすると共に、正極と負極との両極において過剰なオゾンを発生させることなく適切なコロナ放電により帯電体を除電処理することを可能にした帯電体除電装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者は鋭意研究を行った結果、以下の構成に想到した。
すなわち、電源装置と、該電源装置に電気的に接続されると共に、所要間隔をあけて平行に配設された正極および負極と、を有し、前記正極および前記負極は、同一形状の線状体により形成されていて、前記正極または前記負極のうち少なくとも前記負極に印加される電圧が、コロナ放電が可能な電圧であると共に前記コロナ放電により発生するオゾン量が過剰にならない所定範囲に維持されており、前記負極と前記電源装置との間には前記負極への供給電流量を制限するための負極側電流制限抵抗が電気的に接続され、前記正極と前記電源装置との間には前記正極への供給電流量を制限するための正極側電流制限抵抗が電気的に接続されていて、前記負極側電流制限抵抗の電気抵抗値は、前記正極側電流制限抵抗の電気抵抗値よりも大きいことを特徴とする帯電体除電装置である。
【０００９】
本構成によれば、コロナ放電を行う正極または負極から発生するオゾンによる不都合が生じることのない範囲で、帯電体が正極と負極の間を通過させる際に帯電体と正極または負極との間、主に正極または負極の表面上で瞬間的にコロナ放電を生じさせることができる。このコロナ放電による熱や電磁波（光）の放出によって帯電体の静電エネルギーが消費され、一瞬で帯電体を除電処理することができる。
また、正極と負極を同一形状の電極にすることで従来技術に比較して帯電体除電装置の部品点数を削減することができ、帯電体除電装置の部品管理の手間や製造コストの低減が可能になる。
さらに、きわめて簡易な構成により負極に供給する電流を正極に対する電流よりも少なくすることができる。これにより、正極と負極とに印加する電圧の絶対値を等しくすることができるため、正極と負極とにおける電界のバランスを維持した状態で負極におけるコロナ放電によるオゾンの発生量を最小限に抑えることができる。また、正極と負極とにおける構造上の相違部分を、電気回路が形成されている基板内で完結させることができるので、従来の帯電体除電装置の部品点数に比較して少ない部品点数で帯電体除電装置を構成することが可能になる。
【００１０】
また、前記正極および前記負極は、それぞれ直流電圧増幅回路を介して前記電源装置と電気的に接続されていて、前記負極に印加される電圧の絶対値は、前記正極に印加される電圧の絶対値よりも小さいことが好ましい。
【００１１】
これにより、正極と負極とがそれぞれ同一の電極により形成されていても、負極におけるコロナ放電の規模を抑制することができる。これにより、負極におけるコロナ放電によるオゾンの発生量を最小限に抑えることができる。また、正極と負極とにおける構造上の相違部分を、電気回路が形成されている基板内で完結させることができるので、従来の帯電体除電装置の部品点数に比較して少ない部品点数で帯電体除電装置を構成することが可能になる。
【００１４】
また、前記所定範囲は、前記正極および前記負極からそれぞれ３０ｃｍ離反した位置におけるオゾン濃度が０．１ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
これにより、コロナ放電による過剰なオゾンの発生の有無を客観的に特定することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる帯電体除電装置の構成によれば、正極または負極のうち少なくとも負極におけるコロナ放電による過剰なオゾンの発生を防ぐことができると共に、帯電体除電装置の部品点数を削減することができる。これにより、帯電体除電装置の部品の調達費用や管理費用が軽減されることになり、安全な帯電体除電装置をより安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における帯電体除電装置の概略構成図である。
【図２】第２実施形態における帯電体除電装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる帯電体除電装置について実施形態に基づいて説明を行う。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における帯電体除電装置の概略構成図である。
本実施形態にかかる帯電体除電装置１０は、電源装置２０と、所要間隔をあけて平行に配設された線状体からなる正極３０および負極４０が配設されている。正極３０および負極４０はそれぞれ電源装置２０に電気的に接続されている。また、正極３０と負極４０の離間距離は、除電処理を行う対象の帯電体Ｔまたは帯電体Ｔおよび帯電体Ｔを搬送する搬送手段（図示せず）の大きさにより適宜設定することができる。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態にかかる電源装置２０は、電源供給部２２と、制御回路２４と、圧電トランス２６と、直流電圧増幅回路２８とを有している。電源供給部２２と、制御回路２４と、圧電トランス２６と、直流電圧増幅回路２８と、はそれぞれが記載順で電気的に接続されている。
なお、電源装置２０は、本実施形態で示した構成に限定されるものではなく、他の公知の構成要素を適宜組み合わせた電源装置２０の構成を採用することもできる。
【００２１】
本実施形態においては電源供給部２２として商用電源を用いている。電源供給部２２から供給されたＡＣ１００ボルトまたはＡＣ２００ボルトは、まず、コンバータが搭載された制御回路２４により直流１２ボルトに変換された後、昇圧チョッパ回路により任意のピーク値を持つパルス状の電圧信号に変換される。制御回路２４により生成された任意のピーク値を持つパルス状の電圧信号は、次に圧電トランス２６によって最大ＡＣ２キロボルトに昇圧される。続けて最大ＡＣ２キロボルトの電圧は、直流電圧増幅回路２８としてのコッククロフト・ウォルトン回路によりＡＣ／ＤＣ変換（整流）がなされると共に更なる昇圧処理がなされる。
【００２２】
このようにして生成された直流電圧が正極３０と負極４０に印加（供給）される。本実施形態における帯電体除電装置１０の正極３０および負極４０への印加電圧は、それぞれの印加電圧の絶対値がコロナ放電開始電圧の直前電圧の絶対値以上となるように維持されている。
【００２３】
ここで、コロナ放電開始電圧とは、コロナ放電を開始した際における電極への印加電圧のことを指している。なお、コロナ放電とは、電界に生じた電気力線の密度が一定以上に達し電界が強くなったときに大気をプラズマ化させる現象である。電気力線の密度が高い領域を電界が強いと表現し、電界が強い領域でコロナ放電は発生する。また、コロナ放電開始電圧の直前電圧とは、帯電体Ｔの接近等により電気力線の密度が少しでも上昇すれば直ちにコロナ放電が開始される状態にある電圧のことを指している。もし、正極３０または負極４０に印加される電圧がコロナ放電開始電圧以上になると、帯電体Ｔが通過しなくともコロナ放電が発生し、電圧の上昇と共に正極３０および負極４０からのオゾン発生量が加速度的に増加するため危険である。そこで、本実施形態においては、正極３０および負極４０に供給する電圧をそれぞれ調整する（電圧の絶対値を異ならせる）ことにより、コロナ放電によるオゾンの発生が過剰にならないようにしている。ここで、コロナ放電によるオゾンの発生が過剰にならない所定範囲としては、正極３０および負極４０の外表面からそれぞれ３０ｃｍ離反した位置におけるオゾン濃度が０．１ｐｐｍ以下であることが好ましいとされている。
【００２４】
本実施形態における正極３０および負極４０には、それぞれ同一材料かつ同一形状に形成された電極が用いられている。このように、同一の電極に形成された正極３０と負極４０を用いた場合、負極４０におけるコロナ放電開始電圧の方が正極３０におけるコロナ放電開始電圧よりも大幅に低くなる。そこで、本実施形態においては、負極４０に印加される電圧が負極４０におけるコロナ放電開始電圧よりも極端に高くならないようにするための回路構成を採用することにより、負極４０への印加電圧を低減させている。
【００２５】
このような負極４０に対する印加電圧を低減させるための回路構成として、本実施形態では、直流電圧増幅回路２８としてのコッククロフト・ウォルトン回路を正極側分岐部２８Ａと負極側分岐部２８Ｂとにそれぞれ分岐させ、正極側分岐部２８Ａと負極側分岐部２８Ｂとにおける昇圧回路段数をそれぞれ異ならせている。具体的には、正極側分岐部２８Ａの昇圧回路段数を、負極側分岐部２８Ｂの昇圧回路段数よりも多段にしている。これにより負極４０に供給される最終昇圧電圧の絶対値を正極３０に供給される最終昇圧電圧の絶対値よりも小さくすることができる。
【００２６】
なお、コッククロフト・ウォルトン回路は入力された電圧を昇圧回路段数に２を乗じた倍数に昇圧するものである（昇圧回路段数をｎとした場合、入力電圧は２ｎ倍に昇圧される。例えば、昇圧回路段数が１段の場合は２倍に昇圧し、昇圧回路段数が２段の場合は４倍に昇圧し、昇圧回路段数が３段の場合は６倍に昇圧する）ので、正極側分岐部２８Ａの昇圧回路段数と負極側分岐部２８Ｂの昇圧回路段数との差は、正極３０と負極４０との電極形状等に応じて両者にコロナ放電開始電圧の直前電圧が印加されるように適宜設定することができる。
【００２７】
このようにコッククロフト・ウォルトン回路をそれぞれ昇圧回路段数の異なる正極側分岐部２８Ａと負極側分岐部２８Ｂとに分岐させた構成を採用することで、負極４０に印加される電圧の絶対値を正極３０に印加される電圧の絶対値よりも小さくすることができる。このようにして正極３０と負極４０との両極に対してコロナ放電開始電圧の直前電圧を印加した状態にすることができる。このようにコロナ放電開始電圧の直前電圧が印加されている状態の正極３０と負極４０との間に帯電体Ｔを通過させると、帯電体Ｔと正極３０との間、または帯電体Ｔと負極４０との間のいずれかで電気力線の密度が上昇して突出したコロナ放電が発生し、帯電体Ｔの静電エネルギーを消費させることができる。なお、電気力線の密度が上昇して突出したコロナ放電が発生する領域は、主に正極３０または負極４０の表面であるが、帯電体Ｔに突状部がある場合は、帯電体Ｔの表面でもこのようなコロナ放電は発生する。
【００２８】
コロナ放電開始電圧の直前電圧が印加された状態に維持された正極３０と負極４０との間に帯電体Ｔを通過させることにより、両者の間の電界の変化は光の速さで伝搬させることができる。このため、帯電体Ｔを正極３０と負極４０との間を高速で通過させたとしても、突出したコロナ放電が確実に発生し、帯電体Ｔの除電処理を確実に行うことができる。このように短時間で大量の帯電体Ｔを確実に除電処理することができる点において、本実施形態にかかる帯電体除電装置１０は使い勝手が極めて良好である。
【００２９】
また、正極３０と負極４０にはコロナ放電開始電圧の直前電圧が印加されてはいるものの、帯電体Ｔを通過させる際のみ突出したコロナ放電を生じさせているので、帯電体Ｔを除電処理する際の突出したコロナ放電が間欠的な発生となり、突出したコロナ放電に伴うオゾンの発生量も最小限に抑えることができる。したがって、帯電体除電装置１０の周辺環境へのオゾンによる悪影響を少なくすることができる点において好都合である。
【００３０】
（第２実施形態）
本実施形態においては、直流電圧増幅回路２８としてのコッククロフト・ウォルトン回路の昇圧回路段数を正極側分岐部２８Ａと負極側分岐部２８Ｂとで等しくしながらも、正極３０と負極４０とにおいてコロナ放電の規模を等しくするための回路構成を採用している。本実施形態は、コッククロフト・ウォルトン回路と正極３０および負極４０との間に、それぞれの電極への供給電流量を制限するための正極側電流制限抵抗５０と負極側電流制限抵抗５２とを配設した構成を採用した。
【００３１】
ここで、負極側電流制限抵抗５２は、正極側電流制限抵抗５０に対して電気抵抗値が大きく設定されているので、コッククロフト・ウォルトン回路と正極３０および負極４０に供給される電圧の絶対値が同じであれば、負極４０への供給電流の絶対値は正極３０への供給電流の絶対値よりも小さくなる。このような正極側電流制限抵抗５０と負極側電流制限抵抗５２とを配設することで、正極３０と負極４０に供給する電圧の絶対値を等しくすることができ、正極３０と負極４０における電界のバランスを維持した状態で正極３０と負極４０の両方に過剰なオゾンの発生を伴わないコロナ放電をさせることができる点において好都合である。
【００３２】
本実施形態における帯電体除電装置１０の構成は、直流電圧増幅回路２８としてのコッククロフト・ウォルトン回路により昇圧された電圧の絶対値を正極３０と負極４０とで等しくすることに加え、電気抵抗値が異なる正極側電流制限抵抗５０および負極側電流制限抵抗５２を配設する構成以外については、第１実施形態における帯電体除電装置１０と同様にすることができるため、第１実施形態と同符号を用いることによりここでの詳細な説明は省略している。
【００３３】
第１実施形態においては、正極３０と負極４０に供給する電圧を調整（互いに絶対値が異なる電圧を印加）することで正極３０と負極４０とでコロナ放電の規模を等しくしていた。換言すると、電極を形成する線状体の表面における電気力線密度の調整である。これに対して本実施形態においては、正極３０と負極４０とに供給する電流量を調整（互いに絶対値が異なる電流量を供給）することで正極３０と負極４０とにおけるコロナ放電の規模を等しくしている。これを換言すると電極へのエネルギー供給量の調整である。
【００３４】
このように第１実施形態と第２実施形態とにおいては、正極３０および負極４０とを形成する線状体の表面における電気力線密度を調整する構成と、正極３０および負極４０へのエネルギー供給量を調整する構成とで互いの構成が異なるものの、正極３０および負極４０でのコロナ放電の規模を調整するという共通の目的を実現する構成である。なお、ここでいうコロナ放電の規模とは、例えばコロナ放電によるオゾンの発生量により規定することができる。
【００３５】
次に、第２実施形態にかかる帯電体除電装置１０を用いた帯電体Ｔの除電方法について説明を行う。ここでは、プラスに帯電した帯電体Ｔの除電処理を行う場合について説明を行うものとする。
帯電体除電装置１０の図示しないスイッチをオンにすると、電源供給部２２から供給された商用電源が、制御回路２４、圧電トランス２６、直流電圧増幅回路２８、正極側電流制限抵抗５０および負極側電流制限抵抗５２により正極３０と負極４０とにおけるコロナ放電の規模が調整された状態にすることができる。
【００３６】
搬送ロボット（図示せず）等を用い、コロナ放電開始電圧の直前電圧以上の電圧が印加されている正極３０と負極４０との間に帯電体Ｔを通過させると、帯電体Ｔの持つ電位により正極３０と負極４０との間の電界が変化し、帯電体Ｔと負極４０との間で電気力線の密度が上昇し突出したコロナ放電が生じる。このように帯電体Ｔと負極４０との間で突出したコロナ放電が生じることにより、帯電体Ｔの静電エネルギーが消費され、最終的には帯電体Ｔが除電処理されることになる。電界が変化する際の反応速度は光の速さで行われるため、帯電体Ｔを正極３０と負極４０の間に高速で通過させた場合であっても確実に帯電体Ｔの除電処理を行うことができる。
【００３７】
なお、図２においては正極３０と負極４０との間に帯電体Ｔを紙面直交方向（紙面手前側から紙面奥側への向きと、紙面奥側から紙面手前側への向き）に通過させるように示しているが、帯電体Ｔを正極３０と負極４０との間に通過させる方向はこの方向に限定されるものではない。帯電体Ｔは、図２に示した通過方向の他、正極３０と負極４０との間を紙面に対して傾斜する方向に通過させてもよい。
【００３８】
また、図２においては、帯電体Ｔが正極３０と負極４０との中間位置を通過している状態を示しているが、本実施形態のように帯電体Ｔがプラスに帯電している場合には、正極３０と負極４０との間において可及的に負極４０に近い位置を通過させることで、負極４０と帯電体Ｔとの間の突出したコロナ放電をより効果的に行うことができる。これと同様の理由により、帯電体Ｔがマイナスに帯電している場合には、帯電体Ｔを正極３０と負極４０との間において可及的に正極３０に近い位置を通過させることが好ましい。
【００３９】
以上に、本実施形態に基づいて帯電体除電装置１０およびこれを用いた帯電体除電方法について詳細に説明したが、本発明における帯電体除電装置１０およびこれを用いた帯電体除電方法の技術的範囲は、以上に示した実施形態に限定されるものではない。例えば、第２実施形態においては、正極３０と負極４０とに正極側電流制限抵抗５０と負極側電流制限抵抗５２を電気的に接続した構成について説明しているが、負極側電流制限抵抗５２のみが配設された形態を採用することもできる。これにより、第２実施形態と同様な正極３０と負極４０とにおけるコロナ放電状態を実現しつつも正極側電流制限抵抗５０の配設を省略することができる点において好都合である。
【００４０】
また、実施形態１および実施形態２においては、正極３０および負極４０にコロナ放電開始電圧の直前電圧よりも高い電圧が印加された場合、正極３０と負極４０では常時コロナ放電がなされている状態になる。しかしながら、正極３０と負極４０に印加される電圧がコロナ放電開始電圧の直前電圧よりも極端に高くなければ、正極３０と負極４０において継続的に発生するコロナ放電は、オゾンの発生を伴わないいわゆる微弱なコロナ放電にすることができる。このような微弱なコロナ放電が発生している正極３０と負極４０との間に帯電体Ｔを通過させれば、静電エネルギーが少ない帯電体Ｔであっても、突出したコロナ放電を生じさせることができ、帯電体Ｔの静電エネルギーを確実に消費させ、確実な帯電体Ｔの除電処理が可能になる点で好都合である。
【００４１】
このような正極３０と負極４０において常時微弱なコロナ放電を生じさせるような電圧印加状態の他に、帯電体Ｔの静電エネルギーが充分高いことが明らかである場合等においては、正極３０と負極４０にコロナ放電開始電圧の直前電圧を印加するようにしてもよい。このような電圧印加状態によれば、正極３０と負極４０における微弱なコロナ放電が生じることがなく、正極３０と負極４０との間に帯電体Ｔを通過させたときのみにおいて、突出したコロナ放電を発生させることができる点において好都合である。
【００４２】
また、以上に説明した実施形態１，２および上記変形例で説明した構成を適宜組み合わせた形態を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  帯電体除電装置，
２０  電源装置，２２  電源供給部，２４  制御回路，２６  圧電トランス，
２８  直流電圧増幅回路，２８Ａ  正極側分岐部，２８Ｂ  負極側分岐部，
３０  正極，４０  負極，５０  正極側電流制限抵抗，５２  負極側電流制限抵抗，
Ｔ  帯電体
【図１】
0006595796.tif 000002
【図２】
0006595796.tif 000003