(57)【要約】【課題】高電圧発生用のトランスを小型化した除電装置、除電装置用電源装置および除電用高電圧発生方法を提供する。【解決手段】除電装置は、空気に高電圧を印加して電離させ、イオンを発生させるための少なくとも一の放電電極１と、放電電極１に電力を供給するための交流の高圧電源部２とを備える。高圧電源部は、放電電極に印加する高電圧として、緩やかな立ち上がり部分と急峻な下降部分を持つ鋸波形の電圧を発生させる鋸波発生源であり、鋸波発生源で発生させた鋸波形の電圧を放電電極に印加し、放電電極でもってコロナ放電を生じさせ、空気を電離してプラスおよびマイナスのイオンを発生させる。高圧電源部はトランスを備え、１次巻線に電流を流している際には、整流素子で２次巻線の電流を阻止してトランスにエネルギーを蓄え、１次巻線の電流を遮断すると２次巻線に電流が流れるよう構成されている。【選択図】  図１１
2004273357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気に高電圧を印加して電離させ、イオンを発生させるための少なくとも一の放電電極（１）と、前記放電電極（１）に電力を供給するための交流の高圧電源部（２）とを備える除電装置であって、前記除電装置は、
前記高圧電源部（２）が、前記放電電極（１）に印加する高電圧として、緩やかな立ち上がり部分と急峻な下降部分を持つ鋸波形の電圧を発生させる鋸波発生源であり、
前記鋸波発生源で発生させた鋸波形の電圧を前記放電電極（１）に印加し、放電電極（１）でもってコロナ放電を生じさせ、空気を電離してプラスおよびマイナスのイオンを発生させるよう構成してなることを特徴とする除電装置。
【請求項２】
前記高圧電源部（２）が、１次巻線、２次巻線およびコアを備えるトランス（２Ｂ）を備え、
１次巻線に電流を流している際には、２次巻線に電流を流さずトランス（２Ｂ）にエネルギーを蓄え、１次巻線の電流を遮断すると２次巻線に電流が流れるよう構成されてなることを特徴とする請求項１記載の除電装置。
【請求項３】
前記高圧電源部（２）が、前記トランス（２Ｂ）の１次巻線に接続されて回路端子間の導通／非導通を行うスイッチング素子（５２）と、前記スイッチング素子（５２）を駆動するためのパルス信号を発生させるスイッチング素子駆動部（５１）と、前記トランス（２Ｂ）の２次巻線に接続された整流素子（５３）を備えており、前記スイッチング素子（５２）によって１次巻線に電流が流れている間に、整流素子（５３）を用いて２次側に電流が流れることを阻止するよう構成されてなることを特徴とする請求項２記載の除電装置。
【請求項４】
前記高圧電源部（２）がフライバックトランスにより構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の除電装置。
【請求項５】
前記放電電極（１）が、前記高圧電源部（２）のアースに接続可能な１次側接地端子と絶縁されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の除電装置。
【請求項６】
前記高圧電源部（２）が、前記トランス（２Ｂ）の前記１次巻線に印加される電圧に、１次巻線に対する２次巻線の巻線比を乗じた電圧よりも高い電圧を発生することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の除電装置。
【請求項７】
少なくとも一の放電電極（１）を備えており、放電電極（１）に高電圧を印加して空気を電離させ、イオンを発生させる除電装置用の高圧電源装置であって、前記除電装置用高圧電源装置は、
１次巻線、２次巻線およびコアを備えるトランスと、２次巻線に接続された整流素子（５３）を備えており、
１次巻線に電流を流す間は、整流素子（５３）で２次側に電流が流れることを阻止しトランス（２Ｂ）にエネルギーを蓄え、１次巻線の電流を遮断すると２次巻線に整流素子（５３）の順方向に電流が流れ、これによって前記放電電極（１）に印加する高電圧として、緩やかな立ち上がり部分と急峻な下降部分を持つ鋸波形の電圧を発生させるよう構成してなることを特徴とする除電装置用電源装置。
【請求項８】
空気に高電圧を印加して電離させ、イオンを発生させるための少なくとも一の放電電極（１）と、前記放電電極（１）に電力を供給するための交流の高圧電源部（２）とを備える除電装置に必要な高電圧を発生させる除電用高電圧発生方法であって、
１次巻線、２次巻線およびコアを備える高圧電源部（２）の１次巻線に電流を流す際に２次巻線に電流を流さずトランス（２Ｂ）に磁束としてエネルギーを蓄えるステップと、
１次巻線の電流を遮断する際に逆起電力によりトランス（２Ｂ）に蓄積されたエネルギーで２次巻線に電流を流し、前記高圧電源部（２）が緩やかな立ち上がり部分と急峻な下降部分を持つ鋸波形の高電圧を発生させるステップと、
前記鋸波発生源で発生させた鋸波形の高電圧を前記放電電極（１）に印加し、放電電極（１）でもってコロナ放電を生じさせ、空気を電離してプラスおよびマイナスのイオンを発生させるステップと、
を備えることを特徴とする除電用高電圧発生方法。
【請求項９】
前記放電電極（１）が、前記高圧電源部（２）のアースに接続可能な１次側接地端子と絶縁されていることを特徴とする請求項８に記載の除電用高電圧発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン化装置（イオナイザ）等、正または負に帯電している帯電体の電荷を除電するための除電装置、除電装置用電源装置および除電用高電圧発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶製造ライン等において、対象物が帯電しているとほこり等が付着して製品が不良品となることがあり、また、コンベア等により物体を搬送している場合には、小さい対象物が帯電することにより製品同士が吸引されて接触してしまい、生産ラインが停止してしまうことがある。このため、静電気の発生を抑制する必要がある個所には、限られたスペースに多数の除電装置が配置される。
【０００３】
静電気は対象物に蓄積されている正または負の電荷により生ずるものであり、静電気に起因する対象物の帯電電位はアースを基準電位として、対象物の表面電位を測定することにより決定されている。除電の原理は、このような対象物に蓄積されている電荷をアースに流し込むか、または蓄積されている電荷とは反対の極性のイオンを吹き付けて帯電電位を中和することにより、対象物、すなわち帯電体に蓄積されている電荷をゼロに近づけるものである。
【０００４】
除電装置は、上記の原理に従って対象物が正または負に帯電した状態から除電する。コロナ放電式の除電装置は、放電用の電極針に高電圧電源からの直流高電圧または交流高電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。図１に除電装置の概略図を示す。この図に示す除電装置は、コロナ放電を生じさせる放電電極１と、交流電源に接続された高圧電源部２と、放電電極１と高圧電源部２とを接続するカップリングコンデンサ５０とを備える。除電装置は、交流電源で高圧電源部２である高圧トランス２Ａを駆動し、放電電極１に高電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。コロナ放電によって放電電極１の周辺に存在する空気は電離され、プラスまたはマイナスのイオンを発生させる。電離した空気のイオンは除電装置に設けられたファン等で送風されて対象物まで搬送される。プラスイオンやマイナスイオンで対象物の帯電電位が中和されることにより、対象物に蓄積されている帯電電荷はゼロに近づき、除電される。
【０００５】
除電装置で発生されて空気中を流れるプラス、またはマイナスのイオン流は、高電圧電源とアース間の電流として考えることができる。すなわち、高電圧電源からアースに向かって流れる電流はマイナスのイオン流に相当し、アースから高電圧発生部に向かって流れる電流はプラスのイオン流に相当している。このようなイオン流と電流との相互関係により、除電装置から発生しているプラス、マイナスのイオン量が同数であれば中和されて電流はゼロとなる。したがって、除電装置は発生されるプラス、マイナスのイオン量のバランス（イオンバランス）を維持することで正しく除電を実行できる。
【０００６】
このような除電装置には、ファンを備えるファン型あるいはブロア型の除電装置がある。例えば図２に示す特許文献１は４つの電極針２３を備えたプラッタ２２をモジュール化したイオン化装置を開示している。このタイプの除電装置は、内蔵したファン７によりイオンを対象物に向かって搬送し、広範囲に除電することができる。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許６１３７６７０号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
除電装置が利用される使用環境の省スペース化に伴って、近年は除電装置自体の小型化、薄型化が求められている。しかしながら、放電を生じさせるための高電圧の発生に使用する高圧トランスは、昇圧比を大きくするために１次側巻き線に比して２次側の巻数を増やさねばならず、そのため高圧トランスのサイズが大きくなるという問題があった。高圧トランスは電子部品の中でも特にサイズの大きい部品であるため、高圧トランスを小型化できれば、除電装置自体のサイズの薄型化、小型化に大きく貢献できる。
【０００９】
低い巻き線比で高電圧を発生できるトランスとしては、フライバックトランスが知られている。しかしながら、フライバックトランスで発生される電圧の波形は正弦波とならない。イオンバランスを維持するには正弦波もしくは矩形波が適当と考えられていたため、イオンバランスを制御する必要のある除電装置にはフライバックトランスは不適と考えられ、従来使用されてこなかった。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、高い除電性能を実現しながら装置の小型化が可能な除電装置、除電装置用電源装置および除電用高電圧発生方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の除電装置は、空気に高電圧を印加して電離させ、イオンを発生させるための少なくとも一の放電電極１と、前記放電電極１に電力を供給するための交流の高圧電源部２とを備える。この除電装置は、前記高圧電源部２が、前記放電電極１に印加する高電圧として、緩やかな立ち上がり部分と急峻な下降部分を持つ鋸波形の電圧を発生させる鋸波発生源であり、前記鋸波発生源で発生させた鋸波形の電圧を前記放電電極１に印加し、放電電極１でもってコロナ放電を生じさせ、空気を電離してプラスおよびマイナスのイオンを発生させるよう構成してなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の除電装置は、請求項１に加えて、前記高圧電源部２が、１次巻線、２次巻線およびコアを備えるトランス２Ｂを備え、１次巻線に電流を流している際には、２次巻線に電流を流さずトランス２Ｂにエネルギーを蓄え、１次巻線の電流を遮断すると２次巻線に電流が流れるよう構成されてなることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に記載の除電装置は、請求項２に加えて、前記高圧電源部２が、前記トランス２Ｂの１次巻線に接続されて回路端子間の導通／非導通を行うスイッチング素子５２と、前記スイッチング素子５２を駆動するためのパルス信号を発生させるスイッチング素子駆動部５１と、前記トランス２Ｂの２次巻線に接続された整流素子５３を備えており、前記スイッチング素子５２によって１次巻線に電流が流れている間に、整流素子５３を用いて２次側に電流が流れることを阻止するよう構成されてなることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、本発明の請求項４に記載の除電装置は、請求項１から３のいずれかに加えて、前記高圧電源部２がフライバックトランスにより構成されていることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明の請求項５に記載の除電装置は、請求項１から４のいずれかに加えて、前記放電電極１が、前記高圧電源部２のアースに接続可能な１次側接地端子と絶縁されていることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、本発明の請求項６に記載の除電装置は、請求項２から５のいずれかに加えて、前記高圧電源部２が、前記トランス２Ｂの前記１次巻線に印加される電圧に、１次巻線に対する２次巻線の巻線比を乗じた電圧よりも高い電圧を発生することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項７に記載の除電装置用高圧電源装置は、少なくとも一の放電電極１を備えており、放電電極１に高電圧を印加して空気を電離させ、イオンを発生させる除電装置用の高圧電源装置であって、前記除電装置用高圧電源装置は、１次巻線、２次巻線およびコアを備えるトランス２Ｂと、２次巻線に接続された整流素子５３を備えており、１次巻線に電流を流す間は、整流素子５３で２次側に電流が流れることを阻止しトランス２Ｂにエネルギーを蓄え、１次巻線の電流を遮断すると２次巻線に整流素子５３の順方向に電流が流れ、これによって前記放電電極１に印加する高電圧として、緩やかな立ち上がり部分と急峻な下降部分を持つ鋸波形の電圧を発生させるよう構成してなることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８に記載の除電用高電圧発生方法は、空気に高電圧を印加して電離させ、イオンを発生させるための少なくとも一の放電電極１と、前記放電電極１に電力を供給するための交流の高圧電源部２とを備える除電装置に必要な高電圧を発生させる除電用高電圧発生方法であって、１次巻線、２次巻線およびコアを備える高圧電源部２の１次巻線に電流を流す際に２次巻線に電流を流さずトランス２Ｂに磁束としてエネルギーを蓄えるステップと、１次巻線の電流を遮断する際に逆起電力によりトランスに蓄積されたエネルギーで２次巻線に電流を流し、前記高圧電源部２が緩やかな立ち上がり部分と急峻な下降部分を持つ鋸波形の高電圧を発生させるステップと、前記鋸波発生源で発生させた鋸波形の高電圧を前記放電電極１に印加し、放電電極１でもってコロナ放電を生じさせ、空気を電離してプラスおよびマイナスのイオンを発生させるステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明の請求項９に記載の除電用高電圧発生方法は、請求項８に加えて、前記放電電極１が、前記高圧電源部２のアースに接続可能な１次側接地端子と絶縁されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための除電装置、除電装置用電源装置および除電用高電圧発生方法を例示するものであって、本発明は除電装置、除電装置用電源装置および除電用高電圧発生方法を以下のものに特定しない。
【００２１】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態としてファンタイプの交流（ＡＣ）型イオン化装置に利用する例を説明する。ただ、本発明はファン型に限られず、ファンを有しないバー型などにも利用可能である。イオン化した空気を帯電した対象物に搬送する方法には、対象物とイオンと間に発生するクーロン力によって搬送される方法や、ファンなどの送風手段によって搬送する方法、あるいは外部より圧縮空気を供給しその空気流によって搬送する方法などがある。
【００２３】
図３および図４に本発明の一実施の形態に係る除電装置用脱着ユニットの斜視図を、図５に除電装置用脱着ユニットを除電装置本体２１に装着する状態を示す斜視図を、図６に除電装置用脱着ユニットを除電装置本体２１に装着した除電装置をそれぞれ示す。これらの図に示すように、放電電極１や高圧電源部２を含む除電装置用脱着ユニット２０を除電装置本体２１から脱着可能としており、これによって摩耗した放電電極１などを容易に交換することができる。
【００２４】
［除電装置用脱着ユニット２０］
図３は、除電装置用脱着ユニット２０を斜め上方から見た斜視図、図４は斜め下方から見た斜視図である。これらの図に示す除電装置用脱着ユニット２０は、矩形型で略平板状の支持体４の中央に略円形の通気口３を開口している。支持体４はプラスチックや樹脂などで形成される。通気口３を構成する中空円筒の内面である内壁９には、通気口３の開口中心に向かって突出するように設けられた４つの放電電極１を備える。放電電極１は内壁９に直接固定する他、放電電極１を脱着可能に保持する電極保持部を内壁９に固定することで、電極のみを交換可能とすることもできる。
【００２５】
除電装置用脱着ユニット２０の大きさは、除電装置本体２１とほぼ同じか若干小さい面積として、除電装置本体２１の保持部８に挿入できる大きさおよび形状に形成される。除電装置用脱着ユニット２０を除電装置本体２１に装着すると、除電装置用脱着ユニット２０の通気口３と、除電装置本体２１のケース開口部５とがほぼ一致するように、通気口３の大きさおよび位置は設計されている。
【００２６】
除電装置用脱着ユニット２０の後端は、図３および図４に示すように下方に突出して高圧電源部２を収納する高圧電源収納部１６を設けている。ユニットの装着方向に対して後端側に高圧電源収納部１６を設けることで、ほぼ一定の厚さの薄い部分から除電装置本体２１に挿入して、後端の厚くなった部分は最後に除電装置本体２１のケース６に収納されるように構成できるので、挿入や脱着のしやすい形状にでき、また除電装置本体２１に必要なユニットの挿入スペースを小さくでき、ケース６内部を効率的に利用できる。
【００２７】
高圧電源部２は、電源電圧を所定の電圧に昇圧する高圧トランス２Ａが利用できる。図７の断面図に示すように、高圧電源収納部１６に収納される高圧電源部２は、高圧電線１７によって放電電極１と接続されている。この図に示す高圧電源部２はプラス側、マイナス側の端子が分離された２枚の回路基板で構成されている。この除電装置用脱着ユニット２０は高圧電源部２を内蔵しているため、高圧電源部２用の回路もユニット内に内蔵でき、これによって高電圧を外部すなわち除電装置本体２１と通電する必要がなく、高電圧用のコネクタを設ける必要もない。
【００２８】
［絶縁部材４７］
放電電極１は針状の先鋭な金属で構成された電極針であり、図８に示すように、先端部分を除いて絶縁部材４７で被覆されている。これによって、電極の先端部分以外からの放電を防止し、安定した放電を得ることができる。
【００２９】
絶縁部材４７には樹脂やセラミック等が利用できる。絶縁部材４７は、例えば図９に示すように、中空の略円筒状に形成した絶縁チューブとして放電電極１の円柱状部分の側面を被覆する。絶縁チューブの外形は円錐状や角柱状、プリズム状に形成してもよい。好ましくは、図１０に示すように放電電極１の円柱部分に加えて、円柱部分から円錐部分への境目部分も絶縁部材４７で被覆する。絶縁部材４７は、樹脂やセラミック製の円筒を放電電極１の上から被せる、半円筒状に形成して両側面から狭着する、あるいは樹脂で放電電極１と一体成型する等の方法で放電電極１を被覆する。放電電極１の先端以外を樹脂やセラミックスなどの絶縁部材４７で覆うことで、針先以外からの放電を防げ、安定した放電を得られる。放電は電界の不均一な部分で発生するため、放電電極１で絶縁部材４７に覆われていない部分は、針先の先端の尖り以外は平滑な表面とすることが好ましい。上述のように絶縁部材４７で被覆することにより放電が安定するので、除電速度の向上やイオンバランスの改善が得られる。
【００３０】
図７の断面図に示すように、放電電極１はプラス用、マイナス用に分けられ、それぞれが高圧電源部２のプラス側、マイナス側と高圧電線１７で接続されている。高圧電線１７は配線後、充填材１８でモールドされる。放電電極１には高圧電線１７を介して高圧電源部２の出力電圧が供給されて、コロナ放電を行い、電極の先端からプラスとマイナスのイオンを発生する。
【００３１】
なお、本発明の除電装置においてはプラス、マイナスのイオンを発生させる構成はこれに限らず、例えば正負の高圧電源部に細線等の長尺状物や突起部を有する部材等の電極手段を取り付けてイオン発生部とすることもできる。
【００３２】
図１１に、本発明の一実施の形態に係る除電装置用電源装置の回路図を、図１２に、図１１の回路における入力と出力波形をそれぞれ示す。除電装置用電源装置は、スイッチング素子駆動部５１と、スイッチング素子５２と、トランス２Ｂと、トランス２Ｂの２次側に接続された整流素子５３と、カップリングコンデンサ５０を備える。
【００３３】
トランス２Ｂは１次巻線と２次巻線とコアを備える。この図に示すトランス２Ｂは１次側と２次側の巻線方向を同じにしてある。トランス２Ｂの１次側端子には、一方に直流電源Ｖｄが接続され、他方にはスイッチング素子５２が接続される。スイッチング素子５２は周波数特性に優れたスイッチング電源用の増幅素子が利用でき、例えばパワーＭＯＳ  ＦＥＴ等が利用できる。図１１においては、スイッチング素子５２のゲート側にスイッチング素子駆動部５１、ドレイン側にトランス２Ｂの１次側端子、ソース側に保護抵抗を接続している。ただ、ＦＥＴに替えてバイポーラトランジスタなど他のスイッチング素子も利用できることはいうまでもない。
【００３４】
スイッチング素子駆動部５１は、図１２に示すような矩形状の電圧をスイッチング素子５２に入力する。スイッチング素子５２がパルス状入力によってＯＮされると、トランス２Ｂの１次側に直流電源Ｖｄから電流が流れる。１次側の電流によってトランス２Ｂのコアは磁化されるが、このときトランス２Ｂの２次側では整流素子５３によって通電が阻止されるため電流が流れず、エネルギーは磁束としてトランス２Ｂに蓄えられる。整流素子５３はダイオードやサイリスタなどが利用でき、図１１においてはダイオードＤを利用している。
【００３５】
一方、スイッチング素子駆動部５１からの入力が０となりスイッチング素子５２がＯＦＦされると、１次側には電流がなくなるため、１次巻線と２次巻線の電圧の極性が反転する。このとき、ダイオードＤは順方向にバイアスされて電流が流れ、トランス２Ｂに蓄積されたエネルギーが開放される。これにより、出力に電圧が発生する。出力波形は、図１２に示すようにゆっくりした立上がり時間と急激な下降部分を持つ鋸波状となる。
【００３６】
［フライバックトランス］
図１１の回路は、フライバックトランスあるいはフライバックコンバータを構成している。フライバックトランスとは、フライバックコンバータを構成する回路で使用するトランスであり、フライバックコンバータとはフライバック動作を実現する電圧変換回路を意味する。ここでフライバック動作について説明する。
【００３７】
図１３はフライバックコンバータの基本構成を示す。図において、スイッチング素子５２はバイポーラトランジスタＴｒを利用している。図１３の回路においてトランジスタＴｒがＯＮすると、図１４に示すようにトランス２Ｂの１次側には電流が流れるが、２次側はダイオードＤによって電流が流れない。そのため、１次巻線に供給されたエネルギーは、トランス２Ｂ内に磁束として蓄えられた状態になる。
【００３８】
次に図１５に示すようにトランジスタＴｒがＯＦＦすると、１次巻線には電流が流れなくなるため逆起電力が発生し、トランス２Ｂの巻き線比以上の高電圧である出力電圧Ｖｏが生じる。またトランス２Ｂ内の磁束を維持する方向に２次巻線に電流が流れる。
【００３９】
このようにフライバック動作とは、１次巻線に電流を流している際には２次巻線に電流を流さずにエネルギーを蓄え、１次巻線の電流を遮断すると２次巻線に電流が流れるように構成されたものであり、フライバックトランスとは上記のフライバック動作を実現するためのトランスを指す。具体的には、図１４に示すようにトランス２Ｂの２次側に接続されたダイオードＤでもって、１次巻線に電流が流れている際に２次側に電流が流れることを阻止している。また図１６に示すように、ダイオードＤの向きを図１４と逆向きに接続して、かつ２次巻線の巻き方向も変えて入出力の位相を同じにしても、フライバック動作が実現される。
【００４０】
なお、図１７に示すフォーワードコンバータでは、２次巻線に電流がいずれの方向にも流れるため、本明細書でいうフライバック動作に該当しない。
【００４１】
以上のようにフライバックトランスを使用して放電を行ったところ、１次側巻線と２次側巻線の巻線比以上に昇圧された電圧が２次側に出力され、非常に少ない巻数で放電に十分な電圧を得られることが判明した。このときの条件は、スイッチング素子駆動部５１の入力電圧が３０Ｖｐ−ｐの矩形波、直流電源Ｖｄが３０Ｖ、トランス２Ｂの巻線は１次側が９Ｔ、２次側が３０＊１０Ｔであり、得られた出力電圧が１２．５ｋＶの鋸波であった。このように、巻数比が約３３倍であるのに対して、約４１７倍の出力電圧が得られている。
【００４２】
また、一般にフライバックトランスの２次側にはリンギング波形のような過度的な振動波形が現れるが、この波形をコンデンサ等で整流することにより、図１２に示すような下方に鋭く突出した鋸波を得ることができた。
【００４３】
本発明者らは、このようにして得られた高電圧波形を用いて放電させると、従来よりも低い電圧で放電が得られることを見出した。従来より放電に使用されてきた正弦波で放電させた場合、放電開始電圧の振幅が６．４ｋＶｐｐであったのに対し、本発明の実施例に係る鋸波を使用した場合は５．０ｋＶｐｐで放電が開始した。放電電極に印加される電圧波形が急峻であると、放電が生じ易い。このため本実施例では、印加電圧を図１２に示すようにマイナス側で急峻なピークが生じる鋸波形とすることで、この部分で放電が起こり易くして、低い電圧でも放電が開始されるようにしている。これによって、より低い電圧でも放電が可能となり、トランスの出力を小さくできる。このことは、トランスの巻数を減らし、装置の更なる小型化に寄与する。
【００４４】
［カップリングコンデンサ５０］
さらに除電装置用電源装置は、鋸波を使用することに加えて、カップリングコンデンサ５０を介して除電装置の放電電極に接続している。本発明者らはこれによって正負のイオンをバランス良く発生できることを見出した。これは、コンデンサを介することで放電電極に適当な直流バイアス電圧が発生するためと考えられる。コンデンサを接続することによって正負のイオンの発生量が均等になり、イオンバランスが改善される。ただ、正弦波を放電電極に印加してイオンを発生させる場合、コンデンサの作用のみではイオンバランスが時間的に変動することを抑制することができなかった。特に正弦波では入力電圧が緩やかに変化するため、波形上のどのポイントで放電が開始されるのかが不明であり、放電が開始されるポイントによってイオンの極性および発生量が変化するため、イオンバランスが不安定になるという問題があった。これに対し正弦波でなく鋸波を利用することで、このようなイオンバランスの時間変動も抑制されることが確認された。鋸波では図１２に示すように下方に急峻なピークによって確実に放電が発生するため、放電が発生する波形上のポイントが一定に固定され、イオンバランスを安定化できるからである。このように本実施例では鋸波とコンデンサを組み合わせることで、イオンバランスを正確かつ確実に維持することができる。なお、放電電極１はカップリングコンデンサ５０を介すことでアースからは絶縁されているので、例えばトランスの２次側の接地端子をアースや１次側の接地端子から絶縁することでも同様の効果を得られると思われる。
【００４５】
さらに、鋸波を使用した場合の除電能力も、従来の正弦波を使用した場合に劣らないことが判明した。比較例として、放電電極への印加電圧として鋸波および正弦波をそれぞれ使用して、±１０００Ｖの帯電を±１００Ｖに除電するまでの除電時間を測定した。その結果、鋸波を使用した場合で１．８ｓｅｃ、正弦波を使用した場合で２．０ｓｅｃであった。またこのときのイオンバランスは、鋸波の場合で０〜＋１０Ｖ、正弦波の場合で−５〜＋５Ｖであった。
【００４６】
以上のように、フライバックトランスを使用しても十分な除電能力を発揮できることが確認できた。従来は、フライバックトランスではリンギングなどにより波形が乱れるため、除電装置に利用すればイオンバランスが悪くなると考えられていた。このため、イオンバランスを考慮する必要のある除電装置では正弦波などが適切であるとして、フライバックトランスは利用されていなかった。しかしながら、本発明者らはフライバックトランスで発生させた鋸波でも放電特性が良いことを見出し、これを除電装置に利用することでイオンバランスを維持し、かつ放電開始電圧を下げ、装置の小型化を実現した。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の除電装置、除電装置用電源装置および除電用高電圧発生方法によれば、除電装置の放電電極に印加する高電圧を鋸波状として、高い除電能力を維持しつつ装置の小型化が実現される。鋸波は急峻な下降部分を有するため、除電開始電圧を低くすることができる。これによって高圧電源部を低電圧にできるため、装置の小型化が実現される。また鋸波を使用することでイオンバランスの時間変動が抑制され、イオンバランスが良くなり除電能力が改善される。特に高圧電源部にフライバックトランスを使用することで、簡単な回路で鋭い鋸波を得ることができ、かつ１次側と２次側の巻数比を小さくでき、さらにトランスの小型化、ひいては除電装置のコンパクト化を図ることができる。このように本発明によれば、除電能力の維持と装置の小型化を両立した除電装置、除電装置用電源装置および除電用高電圧発生方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】交流型の除電装置の構成を示す概略図である。
【図２】従来の除電装置の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る除電装置用脱着ユニットを斜め上方から見た斜視図である。
【図４】図３の除電装置用脱着ユニットを斜め下方から見た斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る除電装置用脱着ユニットを除電装置本体に装着する状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る除電装置用脱着ユニットを除電装置本体に装着した除電装置を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る除電装置用脱着ユニットを示す断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る除電装置の放電電極を絶縁部材で被覆する状態を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る除電装置の放電電極を絶縁部材で被覆する状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る除電装置の放電電極を絶縁部材で被覆する状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る除電装置用電源装置の回路図である。
【図１２】図１１の回路における入力波形と出力波形を示すグラフである。
【図１３】フライバックコンバータの一の基本構成を示す回路図である。
【図１４】図１３のフライバックコンバータにおいてトランジスタがＯＮした状態での動作を示す回路図である。
【図１５】図１３のフライバックコンバータにおいてトランジスタがＯＦＦした状態での動作を示す回路図である。
【図１６】フライバックコンバータの他の基本構成を示す回路図である。
【図１７】フォーワードコンバータの基本構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１・・・放電電極
２・・・高圧電源部
２Ａ・・・高圧トランス
２Ｂ・・・トランス
３・・・通気口
４・・・支持体
５・・・ケース開口部
６・・・ケース
７・・・ファン
８・・・保持部
９・・・内壁
１６・・・高圧電源収納部
１７・・・高圧電線
１８・・・充填材
２０・・・除電装置用脱着ユニット
２１・・・除電装置本体
２２・・・プラッタ
２３・・・電極針
４７・・・絶縁部材
５０・・・カップリングコンデンサ
５１・・・スイッチング素子駆動部
５２・・・スイッチング素子
５３・・・整流素子
Ｄ・・・ダイオード
Ｔｒ・・・バイポーラトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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