JP2011238575A - Power supply device of surface creepage discharge type ion generating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、除電機能、帯電機能または環境改善機能を有する沿面放電式イオン発生装置の高圧電源波形に関するものである。 The present invention relates to a high-voltage power supply waveform of a creeping discharge ion generator having a charge eliminating function, a charging function, or an environment improving function.
一般的に、沿面放電式イオン発生装置は、イオン発生素子からイオンを放出させ、除電機能、帯電機能または環境改善機能を有している。イオン発生素子は、誘電体を間に介して放電電極と誘導電極が表と裏に配設されており、両電極間に高周波の高電圧を印加することにより、放電電極において沿面放電を起こし、マイナスイオンやプラスイオンを放出させる。 In general, the creeping discharge type ion generator releases ions from an ion generating element and has a charge eliminating function, a charging function, or an environment improving function. In the ion generating element, a discharge electrode and an induction electrode are disposed on the front and back sides with a dielectric interposed therebetween, and by applying a high frequency high voltage between both electrodes, creeping discharge is caused in the discharge electrode, Release negative ions and positive ions.
イオン発生素子の誘電体には、集成マイカ、ガラス、セラミックなどの絶縁物が使用され、放電電極および誘導電極には、金属箔や導電性塗料が使用される。また、誘電体の放電電極が形成された表面および放電電極には、誘電体および放電電極の放電劣化による損傷や酸化防止および誘電体の吸湿防止のために、保護層となる絶縁性の樹脂材料がコーティングされている。保護層には、放電やオゾンによる劣化に強いガラス系やシリコン系のハードコート材を材料としたハードコート層が使用され、これにより長期に安定した放電が行われる。 Insulators such as laminated mica, glass, and ceramic are used for the dielectric of the ion generating element, and metal foil and conductive paint are used for the discharge electrode and the induction electrode. In addition, on the surface on which the dielectric discharge electrode is formed and on the discharge electrode, an insulating resin material serving as a protective layer is provided for preventing damage due to deterioration of the dielectric and the discharge electrode and preventing oxidation and moisture absorption of the dielectric. Is coated. For the protective layer, a hard coat layer made of a glass-based or silicon-based hard coat material that is resistant to deterioration due to electric discharge or ozone is used, so that stable discharge is performed over a long period of time.
沿面放電式イオン発生装置の高周波高電圧電源には、一般にパルス波が使用され、そのパルス幅は0.5〜10μsec、パルス数は100〜1000pps、波高値は1000〜3000Vppである。プラスイオン発生器の場合正極性のパルス波、マイナスイオン発生器の場合負極性のパルス波が使用され、それぞれに正負のDCバイアスが重畳される。その大きさはパルス波高値の30〜40%に調整される。また、その極性が負の場合マイナスイオンが放出され、正の場合プラスイオンが放出される。 A pulse wave is generally used for the high-frequency high-voltage power supply of the creeping discharge ion generator, the pulse width is 0.5 to 10 μsec, the number of pulses is 100 to 1000 pps, and the peak value is 1000 to 3000 Vpp. In the case of a positive ion generator, a positive pulse wave is used, and in the case of a negative ion generator, a negative pulse wave is used, and a positive and negative DC bias is superimposed on each. Its magnitude is adjusted to 30-40% of the pulse peak value. Further, when the polarity is negative, negative ions are released, and when the polarity is positive, positive ions are released.
ここで、マイナスイオン発生器の場合には負の高圧パルス波が放電電極に印加されると、放電電極の金属箔や導電性塗料には自由電子が多く存在し電子が飛び出しやすいので、印加電圧が低くても、放電電極周辺に多量のプラズマ空間を形成することができ、その中の一部のマイナスイオンが負のDCバイアスにより放出される。また残りのマイナスイオンは誘電体層の保護膜に衝突吸収される。 Here, in the case of a negative ion generator, when a negative high voltage pulse wave is applied to the discharge electrode, there are many free electrons in the metal foil or conductive paint of the discharge electrode, and the electrons are likely to jump out. Even if it is low, a large amount of plasma space can be formed around the discharge electrode, and some negative ions are released by a negative DC bias. The remaining negative ions are absorbed by the protective film of the dielectric layer.
逆に、プラスイオン発生器の場合には正の高圧パルス波が放電電極に印加されると、放電開始の初期電子は誘電体層から飛び出し、放電電極に向かいながらプラズマ空間を形成することになるが、誘電体や保護膜は絶縁物で電子が少なく、さらに電子が飛び出す仕事関数が大きいので大きなエネルギーを必要とすることになり、高電圧を印加する必要がある。プラズマ空間中の一部のプラスイオンは正のDCバイアスにより放出される。また残りのプラスイオンは誘電体層の保護膜に衝突吸収される。プラスイオンはマイナスイオンに比べ約2倍の質量があるので、誘電体層のダメージが大きく、耐久寿命はマイナスイオン発生器に比べ著しく低下する。 Conversely, in the case of a positive ion generator, when a positive high-voltage pulse wave is applied to the discharge electrode, the initial electrons at the start of discharge jump out of the dielectric layer and form a plasma space toward the discharge electrode. However, the dielectric and the protective film are insulators and have a small number of electrons. Further, since the work function for the electrons to jump out is large, a large energy is required and a high voltage needs to be applied. Some positive ions in the plasma space are ejected by a positive DC bias. The remaining positive ions are impact-absorbed by the protective film of the dielectric layer. Since positive ions have about twice the mass of negative ions, the dielectric layer is greatly damaged, and the durability life is significantly reduced compared to negative ion generators.
これら電子の飛び出しやイオンの衝突により、イオン発生素子の誘電体は次第に放電劣化をしていく。絶縁物は酸化され、ボイドが発生したり形状が異形になったり、その有機結合が破壊され導電性を持つようになる。また放電電極は金属系であるが、酸化や窒素酸化物の付着により、導電性が低下したり形状が凹凸になると、本来の放電が阻害されるので、沿面放電がが起りにくくなるため、電圧を上げなければならなくなる。そして最終的に電圧を上げても放電が発生しなくなり耐久寿命となる。 The dielectric of the ion generating element gradually deteriorates due to discharge of these electrons and collision of ions. The insulator is oxidized, and voids are generated or the shape becomes irregular, or the organic bond is broken and becomes conductive. In addition, the discharge electrode is metallic, but if the conductivity decreases or the shape becomes uneven due to adhesion of oxide or nitrogen oxide, the original discharge is hindered, so that creeping discharge is less likely to occur. Will have to be raised. And even if the voltage is finally increased, no discharge occurs and the endurance life is reached.
沿面放電式イオン発生装置はイオン発生素子を頻繁に清掃し生成劣化物を取り除いたり、交換パーツとして定期的に交換している。特にプラスイオン発生器の劣化はマイナスイオン発生器に比べて著しく、その保守回数の頻度も多くなっている。 Creeping discharge type ion generators frequently clean the ion generating elements to remove the generated degradation products, and regularly replace them as replacement parts. In particular, the deterioration of the positive ion generator is remarkable compared to the negative ion generator, and the frequency of maintenance is increased.
特に、沿面放電式イオン発生装置を除電器として使用する場合、プラスイオン発生器とマイナスイオン発生器を同時に稼働する必要があり、プラスイオン発生素子は、マイナスイオン発生素子より早く交換しなければならなくなり、その交換タイミングの管理が必要となって、生産性を著しく阻害している。 In particular, when a creeping discharge ion generator is used as a static eliminator, it is necessary to operate a positive ion generator and a negative ion generator at the same time, and the positive ion generator must be replaced earlier than the negative ion generator. As a result, it is necessary to manage the replacement timing, which significantly impedes productivity.
本発明の目的は、耐久寿命が長いプラスイオン発生装置の高圧電源仕様を提供することである。 An object of the present invention is to provide a high voltage power supply specification for a positive ion generator having a long durability life.
本発明のプラスイオン発生装置の高圧電源仕様は、負極性のパルス波に正のDCバイアスを重畳させ、プラスイオンを放出させるものである。 The high-voltage power supply specification of the positive ion generator of the present invention is to emit positive ions by superimposing a positive DC bias on a negative pulse wave.
これによると、放電電極には負の高圧パルス波が印加され、ここから電子が放出される、放電電極は金属系なので自由電子が多く低電圧で電子が飛び出して沿面放電が起こり、密度の高いプラズマ空間を放電電極周辺の空間に形成する。そしてこの放電電極に印加された正のDCバイアスでプラスイオンが外に放出される。この正のDCバイアスは直流なので沿面放電の発生には寄与しない。誘電体の保護膜に衝突するのは、誘導電極は放電電極に比べ相対的に正なので、マイナスイオンであり、プラスイオンに比べダメージが少ない。従って耐久寿命の長いプラスイオン発生素子を提供することができる。 According to this, a negative high voltage pulse wave is applied to the discharge electrode, and electrons are emitted from it. Since the discharge electrode is a metal system, there are many free electrons and electrons are ejected at a low voltage, resulting in creeping discharge and high density. A plasma space is formed in the space around the discharge electrode. Then, positive ions are released to the outside by a positive DC bias applied to the discharge electrode. Since this positive DC bias is direct current, it does not contribute to the occurrence of creeping discharge. The dielectric electrode collides with the dielectric protective film because the induction electrode is relatively positive compared to the discharge electrode, and thus is a negative ion, and is less damaged than the positive ion. Accordingly, it is possible to provide a positive ion generating element having a long durability life.
前記高圧電源仕様は、パルス幅が0.5〜10μsec、パルス波高値が負極性の1000〜3000Vpp、DCバイアスは+300〜1200Vであることが望ましい。 The high-voltage power supply specification preferably has a pulse width of 0.5 to 10 μsec, a pulse peak value of 1000 to 3000 Vpp having a negative polarity, and a DC bias of +300 to 1200 V.
本発明のプラスイオン発生素子用高圧電源仕様によれば、自由電子の多い金属系放電電極から電子が容易に飛び出し、密度の高いプラズマ空間を形成するとともに、放電電極の損傷、酸化劣化を防止できる。また放電電極近傍の誘電体の劣化を防止することができる。これらより、印加電圧が低く、耐久寿命の長いプラスイオン発生素子を提供することができる。 According to the high voltage power supply specification for the positive ion generating element of the present invention, electrons can be easily ejected from a metal-based discharge electrode with many free electrons to form a high-density plasma space, and damage to the discharge electrode and oxidation deterioration can be prevented. . Moreover, deterioration of the dielectric near the discharge electrode can be prevented. Thus, a positive ion generating element with a low applied voltage and a long durability life can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図を参照しつつ説明する。図1は、本発明によるプラスイオン発生器用高電圧電源の仕様であり、パルス波1とDCバイアス2を畳畳した波形である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a specification of a high voltage power supply for a positive ion generator according to the present invention, which is a waveform obtained by folding a
パルス波1は、負極性でその波高値は−1800Vppである。これは−1000〜−3000Vppであることが望ましい。このピーク付近で負の放電が多数発生する。 The
また、パルス幅は1μsecで、周波数は300ppsある。このパルス幅は0.5〜10μsec、周波数は100〜1000ppsであることが望ましい。この周期で放電が発生する、パルス幅は短いほど効率が良い。 The pulse width is 1 μsec and the frequency is 300 pps. The pulse width is preferably 0.5 to 10 μsec and the frequency is preferably 100 to 1000 pps. The discharge is generated in this cycle. The shorter the pulse width, the better the efficiency.
DCバイアス2は、正極性で+630Vである。これはパルス波高値の30〜40%であることが望ましい。このDCバイアスによりプラスイオンが外に放出される。 The
図2は、従来仕様のプラスイオン発生器とマイナスイオン発生器の電源仕様であり、比較例として示す。プラスイオン発生器の電源は、プラスのパルス波とプラスのDCバイアスの合成であり、マイナスイオン発生器の電源はマイナスのパルス波とマイナスのDCバイアスの合成で構成される。 FIG. 2 shows power supply specifications of a conventional plus ion generator and a minus ion generator, which are shown as a comparative example. The power source of the positive ion generator is a combination of a positive pulse wave and a positive DC bias, and the power source of the negative ion generator is a combination of a negative pulse wave and a negative DC bias.
次に、具体的な実施例を比較例と合わせて図3および図4に示す。図3は印加電圧と除電時間の関係を示すグラフであり、縦軸に除電時間を示し、横軸に印加電圧を示している。図4は耐久試験の結果を示すグラフであり、縦軸に印加電圧を示し、横軸に耐久時間を示している。なお、除電時間とは、イオン発生素子から5cm離れた位置に1000Vに帯電させた15cm角のプレートを置いた後、イオン発生素子から放出されたイオンがこのプレートの電位を100Vに除電する時間である。 Next, specific examples are shown in FIGS. 3 and 4 together with comparative examples. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the static elimination time. The vertical axis represents the static elimination time, and the horizontal axis represents the applied voltage. FIG. 4 is a graph showing the results of the durability test, where the vertical axis represents the applied voltage and the horizontal axis represents the durability time. The static elimination time refers to the time required for ions discharged from the ion generating element to discharge the potential of the plate to 100 V after placing a 15 cm square plate charged to 1000 V at a position 5 cm away from the ion generating element. is there.
図3にしめすように、従来のマイナスイオン発生器は、放電電極が金属なので電子が容易に飛び出し、またマイナスイオンは軽いので外に放出されやすく、除電時間は最も短い。従来のプラスイオン発生器は、絶縁物の誘電体から電子が飛び出るが障害が大きく飛び出し難い、またプラスイオンは重く外に放出されにくい、このため除電時間は長くなる。本発明によるプラスイオン発生器は、マイナスのパルス波により、マイナスイオン発生器と同じ放電形態でプラズマ空間を形成する、そして正のDCバイアスでプラスイオンを放出する、その結果従来のプラスイオン発生器とマイナスイオン発生器の中間の徐電時間となる。 As shown in FIG. 3, in the conventional negative ion generator, since the discharge electrode is a metal, electrons are easily emitted, and since the negative ions are light, they are easily released to the outside, and the time for static elimination is the shortest. In the conventional positive ion generator, electrons are ejected from the dielectric material of the insulator, but the obstacles are large and difficult to eject, and the positive ions are heavy and difficult to be released to the outside. The positive ion generator according to the present invention forms a plasma space with a negative pulse wave in the same discharge form as the negative ion generator and emits positive ions with a positive DC bias, resulting in a conventional positive ion generator. And the negative charging time between the negative ion generator.
次に、耐久試験について図4を参照しつつ説明する。これは、除電時間が1秒となるようにフィードバック制御した場合の印加電圧の推移を示しており、この印加電圧が3kVpp以上になるとイオン発生素子の耐久寿命に到達したと判断する。 Next, the durability test will be described with reference to FIG. This shows the transition of the applied voltage when feedback control is performed so that the static elimination time is 1 second. When the applied voltage becomes 3 kVpp or more, it is determined that the endurance life of the ion generating element has been reached.
図4に示すように、プラスイオン発生器の寿命が短く、2000時間程度である、これに対しマイナスイオン発生器は、初期の電圧も低く、5000時間以上の寿命である。本発明によるプラスイオン発生器の寿命はその中間位で、4000時間以上である。 As shown in FIG. 4, the lifetime of the positive ion generator is short, about 2000 hours, whereas the negative ion generator has a low initial voltage and a lifetime of 5000 hours or more. The lifetime of the positive ion generator according to the present invention is in the middle of 4000 hours or more.
このように、本発明の電源仕様では、従来品に比べ低い電圧でプラスイオンの発生が可能となり、且つ誘電体の損傷劣化も少なく、耐久寿命も長くなる Thus, in the power supply specification of the present invention, it is possible to generate positive ions at a lower voltage than the conventional product, and there is less damage deterioration of the dielectric, and the durability life is extended.
図3と図4の結果を表1にまとめる。表1中の除電電圧とは、イオン発生素子から5cm離れた位置に1000Vに帯電させた15cm角のプレートを置いた後、素子から放出されたイオンがこのプレートの電位を100Vにする除電時間が1秒を示すイオン発生素子の駆動電圧である。耐久時間とは、除電時間が1秒となるようにフィードバック制御した場合の印加電圧が3kVpp以上となるまでの時間である。 The results of FIGS. 3 and 4 are summarized in Table 1. The static elimination voltage in Table 1 is the static elimination time when a 15 cm square plate charged to 1000 V is placed at a position 5 cm away from the ion generating element, and then the ions discharged from the element bring the potential of this plate to 100 V. It is the drive voltage of the ion generating element which shows 1 second. The endurance time is the time until the applied voltage becomes 3 kVpp or more when feedback control is performed so that the charge removal time is 1 second.
従来のプラスイオン発生器は、電子が飛び出し難いのでプラズマ空間発生のための電圧を高くせねばならず、またプラスイオンは重いためそれを外に放出させるには駆動電圧を上げねばならなかった、そのため初期の徐電電圧は1.9kVppと高い。 In the conventional positive ion generator, it is difficult for electrons to jump out, so the voltage for generating the plasma space has to be increased, and since the positive ions are heavy, the driving voltage has to be increased in order to release them. Therefore, the initial slow voltage is as high as 1.9 kVpp.
これに対し、従来のマイナスイオン発生器は、電子が飛び出し易いのでプラズマ空間密度が高くなり電圧は低くてよい、またマイナスイオンは軽いので駆動電圧は低くてよく、初期の徐電電圧は1.5kVppと低い。 On the other hand, in the conventional negative ion generator, electrons are likely to jump out, so that the plasma space density becomes high and the voltage may be low. In addition, since negative ions are light, the driving voltage may be low. As low as 5 kVpp.
本発明によるプラスイオン発生器は、電子が飛び出し易いマイナスイオン発生器の放電駆動電圧であるが、正のDCバイアス駆動でプラスイオンを放出しているので、初期の徐電電圧は上記の中間で1.8kVppであった。 The positive ion generator according to the present invention is a discharge driving voltage of a negative ion generator in which electrons are likely to jump out. However, since positive ions are released by positive DC bias driving, the initial slow voltage is intermediate between the above. It was 1.8 kVpp.
また、従来のプラスイオン発生器は、重いプラスイオンが誘電体に衝突するため誘電体の劣化損傷が大きく早期に放電が起こり難くなる、耐久時間は3000時間程程度であった。 Further, the conventional plus ion generator has a durability time of about 3000 hours, because heavy plus ions collide with the dielectric material, so that the dielectric material is greatly deteriorated and damaged and it is difficult for electric discharge to occur early.
従来のマイナスイオン発生器は、軽いマイナスイオンが誘電体に衝突するので誘電体の劣化損傷は小さく放電は長期継続して起こり、耐久時間は5000時間以上である。 In the conventional negative ion generator, since the light negative ions collide with the dielectric, the deterioration and damage of the dielectric are small, and the discharge occurs continuously for a long time, and the durability time is 5000 hours or more.
放電により生成する空気のイオン種とその相対質量の1例を表2に示す。幾種類ものイオンが発生する、相対質量の平均値を見ると、プラスイオンの方がマイナスイオンより約2倍の質量である。このためプラスイオンはDCバイアスの電界でも放出されにくく、また誘電体に衝突すると大きな損傷ダメージを与える。 Table 2 shows an example of ionic species of air generated by discharge and its relative mass. Looking at the average value of the relative mass at which several types of ions are generated, the mass of positive ions is about twice that of negative ions. For this reason, positive ions are difficult to be emitted even by an electric field of DC bias, and when they collide with a dielectric, they cause great damage and damage.
本発明によるプラスイオン発生器用高圧電源を使用したプラスイオン発生器においても、プラスイオンを放出させるためには、マイナスイオン放出に比べて電圧を高くする必要があるが、軽いマイナスイオンが誘電体に与える劣化損傷は小さく、そのため放電面の劣化損傷が従来品に比べて小さく耐久時間は4000時間以上となっている。 Even in the positive ion generator using the high voltage power supply for the positive ion generator according to the present invention, in order to release the positive ions, it is necessary to increase the voltage as compared with the negative ion emission. The deterioration damage given is small, so the deterioration damage on the discharge surface is smaller than that of the conventional product and the durability time is 4000 hours or more.
1 パルス波
2 DCバイアス1
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