JP2009059590A - 除電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期使用を可能としつつイオンバランスの変動を抑制することが可能な除電装置を提供する。
【解決手段】除電装置１０は、複数の放電電極１３と、正極性電圧回路２２と、負極性電圧回路２４と、放電電極１３各々に対して、正極性電圧回路２２からの正極性電圧と負極性電圧回路２４からの負極性電圧とを異なる時期に印加させる制御手段４４とを備え、制御手段４４は、同時期において複数の放電電極１３のうち一部の放電電極１３に正極性電圧を印加させ、別の一部の放電電極１３に負極性電圧を印加させる構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、除電装置に関する。

除電装置は、除電対象物に正極性イオンと負極性イオンとを吹き付けて除電対象物を除電する、換言すれば除電対象物の電荷を中和するものであり、これには直流タイプと交流タイプとがある。

直流タイプは、常に正極性電圧が印加されて正極性イオンのみを発生する正極性の放電電極と、常に負極性電圧が印加されて負極性イオンのみを発生する負極性の放電電極とを備えている。このため、直流タイプでは正極性イオンと負極性イオンと同時期に除電対象物に吹き付けることができるので、除電速度（所定電位の帯電体を除電するまでに要する時間）が速いというメリットがある。しかし、その反面、直流タイプは長期使用により正負極性のイオンバランスが崩れるというデメリットがある。即ち、放電電極は印加電圧の極性によって経時的な磨耗度合いに差が生じる。直流タイプでは、上述したように、各放電電極には常に同極性の電圧を印加する構成であるため、長期使用により正極性の放電電極と負極性の放電電極との磨耗度合いに差が生じ、正負極性のイオンバランスが崩れて除電性能が低下してしまう。

一方、交流タイプは、同一の放電電極に正極性電圧と負極性電圧とを交互に印加して、同一の放電電極から正極性イオンと負極性イオンとを交互に発生させる構成である（特許文献１，２参照）。ここで、交流タイプの除電装置でも、広い範囲を除電するために上記放電電極を複数本、備えるものがある。しかし、上述したように交流タイプは同一の放電電極に正極性電圧と負極性電圧とを交互に印加する構成であるから、長期使用してイオンバランスが崩れることが直流タイプに比べて少ないというメリットがある。
特開２０００−５８２９０公報 特開２００４−６３４３１公報

ところが、複数の放電電極を備えた、従来の交流タイプの除電装置は、同時期に全ての放電電極に一律に同極性の電圧を印加する構成であった。このため、同時期において除電対象物には正極性イオン及び負極性イオンのいずれか一方のみが吹き付けられることになり、イオンバランスが時間経過と共に交互に大きく変動してしまうという点で、直流タイプに比べて除電性能が劣るという問題があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、長期使用を可能としつつイオンバランスの変動を抑制することが可能な除電装置を提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、第１の発明に係る除電装置は、複数の放電電極と、正極性電圧を出力する正極性電圧回路と、負極性電圧を出力する負極性電圧回路と、前記放電電極各々に対して、前記正極性電圧回路からの前記正極性電圧と前記負極性電圧回路からの前記負極性電圧とを異なる時期に印加させる制御手段とを備え、前記制御手段は、同時期において前記複数の放電電極のうち一部の放電電極に前記正極性電圧回路からの前記正極性電圧を印加させ、別の一部の放電電極に前記負極性電圧回路からの前記負極性電圧を印加させる構成である。
本発明によれば、放電電極各々に対して、正極性電圧と負極性電圧とを異なる時期に印加する構成であるから、直流タイプの除電装置に比べて長期使用による除電性能の低下を抑制できる。また、同時期でみれば、一部の放電電極に正極性電圧を印加し、別の一部の放電電極に負極電圧を印加する構成であるから、従来の交流タイプに比べてイオンバランスの変動を抑制できる。

第２の発明は、第１の発明の除電装置であって、前記制御手段は、前記正極性電圧が印加される放電電極と、前記負極性電圧が印加される放電電極とが同時期において同数になるよう制御する。
本発明によれば、イオンバランス変動を直流タイプ程度まで抑えることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の除電装置であって、前記複数の放電電極は、所定数ずつ分けられて複数の単位放電電極とされ、前記複数の単位放電電極は一列状に配列され、前記制御手段は、前記単位放電電極各々に前記正極性電圧と前記負極性電圧とを交互に印加させ、且つ、隣り合う前記単位放電電極同士の印加電圧が同時期において互いに逆極性になるよう制御する。
本発明によれば、単位放電電極（所定数ずつの放電電極）各々に正極性電圧と負極性電圧とが交互に印加され、且つ、隣り合う単位放電電極同士に同時期において逆極性電圧が印加されるため、イオンバランスの変動をより確実に抑制することができる。

第４の発明は、第１または第２の発明の除電装置であって、前記複数の放電電極は、所定数ずつ分けられて複数の単位放電電極とされ、前記複数の単位放電電極はジグザグ状に配列され、前記制御手段は、前記単位放電電極各々に前記正極性電圧と前記負極性電圧とを交互に印加させ、且つ、隣り合う前記単位放電電極同士の印加電圧が同時期において互いに逆極性になるよう制御する。
隣り合う単位放電電極同士の印加電圧を、同時期において逆極性にした場合、相互に影響し合うことがないように、両単位放電電極同士の距離をなるべく遠ざける必要がある。そこで、複数の単位放電電極をジグザグ状に配列することで、一列状に配列する場合に比べて、除電装置の全長を短くすることができるし、複数の単位放電電極の並び方向において複数の単位放電電を近接配置でき、密度の濃い正極性イオンおよび負極性イオンを発生させることができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれか一つの発明の除電装置であって、前記別の一部の放電電極は、全ての前記放電電極のうち前記一部の放電電極を除いた残り全ての放電電極である。
本発明によれば、全ての放電電極から正極性イオン或いは負極性イオンを発生させるので、効率よく除電することができる。

本発明によれば、長期使用を可能としつつイオンバランスの変動を抑制することができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について図１〜図３を参照して説明する。
（除電装置の全体構成）
図１に示すように、本実施形態に係る除電装置１０は、一列状に配列された複数の放電電極１３（放電針）を備え、広範囲の除電を要する除電対象物Ｗ（例えば幅広い基板や液晶などのワーク、包装用フィルムなど幅広いワーク）を除電するために使用される。

具体的には、除電装置１０は箱形ケース１１の一面側に複数の吹き出し口１２が一列状に形成されている。各吹き出し口１２内にはそれぞれ放電電極（放電針）１３が設けられている。なお、各放電電極１３の後方にはクロスフローファン（図示せず）が配置されており、このクロスフローファンが送る空気流によって、各放電電極１３に発生した正極性イオン及び負極性イオンを各吹き出し口１２から外部に送り出すことができる。

（電気的構成）
図２には、除電装置１０の電気的構成（クロスフローファンのための構成を除く）が示されている。

交流電源２０には、直流高電圧（正極性）を出力する倍電圧整流回路（正極性電圧回路の一例）２２がトランス２１を介して接続される。トランス２１の二次側の端子が倍電圧整流回路２２の入力端子２５に接続されており、交流電源２０の電源電圧がトランス２１に印加されると、その電圧が巻き数比を乗じた電圧に昇圧されて、入力端子２５Ａに２次電圧Ｖ１が印加される。

また、交流電源２０には、直流高電圧（負極性）を出力する倍電圧整流回路（負極性電圧回路の一例）２４がトランス２３を介して接続されている。トランス２３の二次側の端子が倍電圧整流回路２４の入力端子２６に接続されており、交流電源２０の電源電圧がトランス２３に印加されると、その電圧が巻き数比を乗じた電圧に昇圧されて、入力端子２６Ａに２次電圧Ｖ１が印加される。

両倍電圧整流回路２２，２４はいわゆるコッククロフト・ウォルトン型の倍電圧整流回路である。倍電圧整流回路２２はコンデンサ２７，２８、整流用のダイオード２９，３０を備えて回路構成されており、トランス２１の２次電圧Ｖ１が入力端子２５Ａ，２５Ｂに印加されると、２次電圧Ｖ１の２倍の電圧が図示する極性でもって、出力側端子３１の一方側の端子３１Ａに現れる。

具体的に説明すると、倍電圧整流回路２２の入力端子２５Ｂが正極性となるような交流電圧（２次電圧Ｖ１）が印加されると、整流ダイオード２９が通電状態となるので、コンデンサ２７が２次電圧Ｖ１の電圧レベルまで充電される。

その後、２次電圧Ｖ１の極性が切り替わって、今度は、入力端子２５Ａが正極性となる電圧が印加されると、このときには、トランス２１の２次側とコンデンサ２７とが直列状態となるとともに、ダイオード３０が通電状態となるため、コンデンサ２８が充電されてゆき、やがて２次電圧Ｖ１の２倍の電圧レベルになる。これにより、２次電圧Ｖ１の２倍の電圧が、図示する極性でもって、出力側端子３１の一方側の端子３１Ａに現れる。尚、倍電圧整流回路２２のもう一方の出力端子３１Ｂはアースに接続されている。

一方、倍電圧整流回路２４についても、基本構成は倍電圧整流回路２２と同様であり、コンデンサ３５、３６、整流用のダイオード３７，３８を備えて回路構成されており、トランス２３の２次電圧Ｖ１の２倍の電圧が図示する極性でもって、出力側端子３９の一方側の端子３９Ａに現れる。尚、倍電圧整流回路２４のもう一方の出力端子３９Ｂはアースに接続されている。

ここで、上記複数の放電電極１３は、同数ずつの２つのグループ（第１グループＧ１、第２グループＧ２）に分けられており、第１グループＧ１の放電電極１３（一部の放電電極の一例 以下、第１放電電極１３Ａという。）と第２グループの放電電極１３（別の一部の放電電極の一例 以下、第２放電電極１３Ｂという。）とが交互に配置されている（図１，２参照）。なお、図２には複数の放電電極１３のうち４本のみ図示し、その他の放電電極１３は省略してある。

そして、倍電圧整流回路２２の出力端子３１Ａと、倍電圧整流回路２４の出力端子３９Ａとの間には、２組の半導体スイッチが並列接続されている。１組目の半導体スイッチ４０，４１は、倍電圧整流回路２２の出力端子３１Ａと倍電圧整流回路２４の出力端子３９Ａとの間に直列接続され、両半導体スイッチ４０，４１の間に上記第１放電電極１３Ａ群が接続されている。一方、２組目の半導体スイッチ４２，４３は、倍電圧整流回路２２の出力端子３１Ａと倍電圧整流回路２４の出力端子３９Ａとの間に直列接続され、両半導体スイッチ４２，４３の間に上記第２放電電極１３Ｂ群が接続されている。また、除電装置１０には、上記半導体スイッチ４０〜４３をオンオフ駆動するスイッチ駆動部４４が設けられている。この半導体スイッチ４０〜４３、スイッチ駆動部４４及び反転回路４５が制御手段の一例である。

なお、半導体スイッチ４０〜４３はいずれもパワーＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴとする）より形成しているが、ＦＥＴを構成する半導体に、炭化ケイ素半導体（ＳｉＣ）を使用している。半導体成分に炭化ケイ素を含む半導体は、物性としてバンドギャップが広い。そのため、このような半導体でＦＥＴ等のスイッチング素子を構成すると、ＰＮ接合面で電荷の移動が起こり難く、耐電圧が高いという特性がある。このような特性のスイッチング素子を高圧側のスイッチとして用いれば、少数のスイッチング素子で高圧の切り替えを行なうことが出来るので、部品点数が少なくて済み、回路の小型化に寄与する。

（除電装置の動作）
スイッチ駆動部４４は、除電装置１０が電源オンされると、パルス信号Ｓ１を出力する。半導体スイッチ４０，４３は、上記パルス信号Ｓ１をそのまま受ける一方、半導体スイッチ４１，４２は、反転回路４５によって上記パルス信号Ｓ１のハイローレベルが反転された信号を受ける。

これにより、図３に示すように、パルス信号Ｓ１がハイレベルのときに、半導体スイッチ４０，４３がオンする一方で半導体スイッチ４１，４２がオフする。即ち、第１放電電極１３Ａは、倍電圧整流回路２２から正極性の高電圧が印加され、コロナ放電により正極性イオンを発生させる（図３では「＋」で示した期間を参照）。このとき、第２放電電極１３Ｂは、倍電圧整流回路２４から負極性の高電圧が印加され、コロナ放電により負極性イオンを発生させる（図３では「−」で示した期間を参照）。

次に、パルス信号Ｓ１がハイレベルからローレベルになると、半導体スイッチ４１，４２がオンする一方で半導体スイッチ４０，４３がオフする。即ち、第１放電電極１３Ａは、倍電圧整流回路２４から負極性の高電圧が印加され、コロナ放電により負極性イオンを発生させる（図３では「−」で示した期間を参照）。このとき、第２放電電極１３Ｂは、倍電圧整流回路２２から正極性の高電圧が印加され、コロナ放電により正極性イオンを発生させる（図３では「＋」で示した期間を参照）。

以上により、各放電電極１３は、正極性の高電圧と負極性の高電圧とが交互に印加されることで正極性イオンと負極性イオンとを交互に発生させる。また、隣り合うもの同士（第１放電電極１３Ａと第２放電電極１３Ｂ）は、同時期において互いに逆極性の高電圧が印加されて逆極性のイオンを発生させる。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、放電電極１３各々に対して、正極性電圧と負極性電圧とを異なる時期に印加する、パルス交流タイプの構成であるから、直流タイプの除電装置に比べて長期使用による除電性能の低下を抑制できる。また、同時期でみれば、一部の放電電極１３（例えば第１放電電極１３Ａ）に正極性電圧を印加し、別の一部の放電電極１３（例えば第２放電電極１３Ｂ）に負極電圧を印加する構成であるから、従来の交流タイプに比べてイオンバランスの変動を抑制できる。

ここで、従来の交流タイプにおいて、放電電極に与える電圧を、高周波（例えば数十[KHz]）のパルス信号によって高速に極性反転させるようにすれば、正極性イオンの発生時期と負極性イオンの発生時期とが短時間で交互に切り替わることになり、イオンバランスの変動は抑制できる。ところが、高周波ほど除電速度が遅くなるというデメリットがある。一方、従来の交流タイプで低周波（例えば数十[Hz]）にすると、高周波に比べて除電速度を速くすることができる。ところが、従来の交流タイプは、全ての放電電極に対して同時期に同極性の電圧を印加していたため、低周波では一方極性のイオンのみを発生し続けている時間が長く、イオンバランス変動（変動電圧）が大きなってしまうというデメリットがある。これに対して、本実施形態では、上述したように放電電極１３各々に対して、正極性電圧と負極性電圧とを異なる時期に印加する、パルス交流タイプの構成であるから、パルス信号Ｓ１を低周波信号として除電速度を高速化を図りつつ、イオンバランス変動を抑制することができる。

また、複数の放電電極１３は、同数ずつの２つのグループ（第１グループＧ１、第２グループＧ２）に分けられており、正極性の高電圧が印加される放電電極１３と、負極性の高電圧が印加される放電電極１３とが同時期において略同数になる。従って、除電動作中において正極性イオンと負極性イオンとを略同量ずつ発生させることができるため、イオンバランス変動を直流タイプ程度まで抑えることができる。なお、本実施形態でいう同数とは必ずしも完全な同数のみを意味するものではなく、除電効果に実質的に影響のない程度の範囲で略同数であればよく、例えば両グループ間で数本程度の相違があってもよい。

更に、本実施形態によれば、隣り合うもの同士（第１放電電極１３Ａと第２放電電極１３Ｂ）は、同時期において互いに逆極性の高電圧が印加されて逆極性のイオンを発生させる。従って、除電対象物Ｗを均一に除電することができる。
また、本実施形態では、全ての放電電極１３から常に正極性イオン或いは負極性イオンを発生させる構成であるから、効率よく除電することができる。

＜実施形態２＞
図４は実施形態２を示す。前記実施形態との相違は、制御手段の構成及びその動作にあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。なお、図４には複数の放電電極１３のうち４本のみ図示し、その他の放電電極１３は省略してある。

図４に示すように、本実施形態の除電装置１０には、放電電極１３各々に対応した複数の半導体スイッチ５１〜５４が設けられている。スイッチ駆動部５５は各半導体スイッチ５１〜５４を独立にオンオフできるようになっており、これにより各放電電極１３に印加する電圧の極性を独立的に切り替えすることができる。上記実施形態１では、第１放電電極１３Ａに印加する電圧の極性反転と、第２放電電極１３Ｂに印加する電圧の極性反転とが逆位相（１８０度ずれている）になるように設定されていた。これに対して、本実施形態では、各放電電極１３に印加する電圧の極性反転を、所定位相（例えば９０度）ずつ並び順に沿ってずらしてある。これにより、正極性イオンを発生させる放電電極の位置と負極性イオンを発生させる放電電極の位置とを極性反転ごとにばらつかせることができ、除電対象物Ｗを均一に除電することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）「単位放電電極」として、上記実施形態１，２では、１ずつの放電電極１３としたが、これに限らず、２つ以上の放電電極群としてもよい。

（２）上記実施形態１では、各放電電極１３に正極性電圧と負極性電圧とを交互に印加する構成としたが、必ずしも交互である必要はなく、要するに、正極性電圧と負極性電圧とが異なる時期に印加される構成であればよい（例えば実施形態２参照）。

（３）上記実施形態では、全ての放電電極１３に対して正極性電圧及び負極性電圧のいずれか一方が常に印加される構成であったが、これに限らず、正極性電圧及び負極性電圧のいずれも印加されていない放電電極が存在していてもよい。

（４）上記実施形態は複数の放電電極を一列状に配置した構成であったが、これに限らず複数の放電電極を二次元的に配列した構成であっても勿論よい。例えば図５上段に示すように、上記実施形態では、放電電極１３を一列状に配置し、隣り合う放電電極１３から互いに逆極性のイオンを同時期にそれぞれ発生させる構成とした。従って、中和するなど、相互に影響し合うことがないように、両放電電極１３同士の距離をなるべく遠ざける必要がある。そこで、図５下段に示すように、第１グループＧ１の第１放電電極１３Ａと、第２グループＧ２の第２放電電極１３Ｂとをジグザグ（互い違いの位置）に配置する構成としてもよい。このような構成であれば、上記実施形態１と同様の距離Ｄを確保しつつ除電装置１０の全長（図５で紙面左右方向の長さ）を短くすることができるし、複数の放電電極１３の並び方向（図５で紙面左右方向）において各放電電１３を近接配置でき、密度の濃い正極性イオンおよび負極性イオンを発生させることができる。

本発明の実施形態１に係る除電装置の斜視図 除電装置の電気的構成図 放電電極の発生イオンの極性を示すタイムチャート 実施形態２の電気構成の簡略図 実施形態１と変形例との放電電極の配置を示した模式図

符号の説明

１０…除電装置
２２…倍電圧整流回路（正極性電圧回路）
２４…倍電圧整流回路（負極性電圧回路）
４０〜４３…半導体スイッチ（制御手段）
４４…スイッチ駆動部（制御手段）
４５…反転回路（制御手段）
Ｗ…除電対象物

Claims (5)

1. 複数の放電電極と、
   正極性電圧を出力する正極性電圧回路と、
   負極性電圧を出力する負極性電圧回路と、
   前記放電電極各々に対して、前記正極性電圧回路からの前記正極性電圧と前記負極性電圧回路からの前記負極性電圧とを異なる時期に印加させる制御手段とを備え、
   前記制御手段は、同時期において前記複数の放電電極のうち一部の放電電極に前記正極性電圧回路からの前記正極性電圧を印加させ、別の一部の放電電極に前記負極性電圧回路からの前記負極性電圧を印加させる構成である除電装置。
2. 請求項１に記載の除電装置であって、
   前記制御手段は、前記正極性電圧が印加される放電電極と、前記負極性電圧が印加される放電電極とが同時期において同数になるよう制御する。
3. 請求項１または請求項２に記載の除電装置であって、
   前記複数の放電電極は、所定数ずつ分けられて複数の単位放電電極とされ、前記複数の単位放電電極は一列状に配列され、
   前記制御手段は、前記単位放電電極各々に前記正極性電圧と前記負極性電圧とを交互に印加させ、且つ、隣り合う前記単位放電電極同士の印加電圧が同時期において互いに逆極性になるよう制御する。
4. 請求項１または請求項２に記載の除電装置であって、
   前記複数の放電電極は、所定数ずつ分けられて複数の単位放電電極とされ、前記複数の単位放電電極はジグザグ状に配列され、
   前記制御手段は、前記単位放電電極各々に前記正極性電圧と前記負極性電圧とを交互に印加させ、且つ、隣り合う前記単位放電電極同士の印加電圧が同時期において互いに逆極性になるよう制御する。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の除電装置であって、
   前記別の一部の放電電極は、全ての前記放電電極のうち前記一部の放電電極を除いた残り全ての放電電極である。

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