JP2014053220A - イオナイザ - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗器の発熱を抑制すると共に、２つの直流電圧発生回路の切替時間を短縮して応答性を改善することにより、除電性能を向上させる。
【解決手段】イオナイザ１０において、２つの出力抵抗器２２ａ、２２ｂは、スイッチ部２４を介して針電極１４と接続される。直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂは、それぞれ、イオナイザ１０の動作中、直流高電圧を連続的に発生する。しかも、スイッチ部２４を構成する第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂは、互いに異なる時間帯にオンとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極に電圧を印加することにより、該電極の近傍にイオンを発生させるイオナイザに関する。

従来より、電極に高電圧に印加して該電極の近傍でイオンを発生させ、発生したイオンを除電対象物に向けて放出することにより、該除電対象物に帯電した電荷を中和して除電する技術が、特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１には、高周波発振回路で発生した高周波の高電圧を２つの倍電圧整流回路に供給し、一方の倍電圧整流回路で整流された正極性の直流高電圧を一方の抵抗器を介して一方の電極に印加し、他方の倍電圧整流回路で整流された負極性の直流高電圧を他方の抵抗器を介して他方の電極に印加することが開示されている。

特許文献２には、１つの電極に対して、正極性の高電圧発生回路及び抵抗器の直列回路と、負極性の高電圧発生回路及び抵抗器の直列回路とが並列に接続された技術が開示されている。この場合、正極性の高電圧発生回路と負極性の高電圧発生回路とを交互に動作させることにより、正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とが交互に生成され、電極に印加される。

特許文献３には、１つの電極に対して、正極性の高電圧発生回路及び半導体スイッチの直列回路と、負極性の高電圧発生回路及び半導体スイッチの直列回路とが並列に接続された技術が開示されている。この場合、正極性の高電圧発生回路及び半導体スイッチと、負極性の高電圧発生回路及び半導体スイッチとを交互に動作させることにより、正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とが交互に生成され、電極に印加される。

一方、イオナイザに適用可能な高電圧スイッチング回路が特許文献４に開示されている。特許文献４の高電圧スイッチング回路は、正極性の直流電源及び負極性の直流電源と、４つの半導体スイッチング素子とを含み構成され、半導体スイッチング素子のオンオフを制御することにより、正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とを交互に負荷に印加する。

特開平１０−６４６９１号公報 特開２０００−５８２９０号公報 特開２００７−６６７７０号公報 特開平１０−１０８４８０号公報

ところで、特許文献２のイオナイザでは、電極に対して２つの抵抗器が並列に接続されている。そのため、一方の直流高電圧発生回路及び抵抗器を介して電極に直流電圧を印加した場合、一方の抵抗器を流れる電流の一部が他方の抵抗器を介して他方の直流高電圧発生回路に流れ込む可能性がある。これにより、電極に実際に印加される電圧の値は、一方の直流高電圧発生回路で生成された直流電圧の値よりも低下する。例えば、２つの抵抗器が同じ抵抗値であれば、電極に印加される電圧の値は、直流電圧の値に対して１／２となる。この結果、電極近傍でのイオンの発生効率が大幅に低下し、除電対象物に帯電した電荷に対するイオナイザの除電性能が著しく低下する。

このような問題に対して、電極に印加される電圧の値の低下を補償して除電性能を確保するために、一方の直流高電圧発生回路に発生する直流電圧を昇圧させれば、２つの抵抗器を流れる各電流に起因した発熱量（ジュール熱）が大きくなり、直流高電圧発生回路等を収容するイオナイザのケーシングの温度が上昇してしまう。

なお、他方の直流高電圧発生回路及び抵抗器を介して電極に直流電圧を印加した場合でも同様の問題が惹起される。

そこで、特許文献３のイオナイザのように、抵抗器を用いない構成とすれば、上記の問題は解消されるようにも考えられる。

しかしながら、特許文献２の抵抗器は、直流高電圧発生回路を保護するために設けられた電流制限用の保護抵抗器であるため、この保護抵抗器がなければ、直流高電圧発生回路を適切に保護することができなくなる。

また、特許文献２及び３の技術では、一方の直流高電圧発生回路（及び半導体スイッチング素子）と他方の直流高電圧発生回路（及び半導体スイッチング素子）とを交互に動作させることにより、１つの電極に対して正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とを交互に印加する。そのため、電極に直流電圧を供給する直流高電圧発生回路を切り替えた際、すなわち、一方の直流高電圧発生回路の動作（及び半導体スイッチング素子のオン）を開始させると共に、他方の直流高電圧発生回路の動作（及び半導体スイッチング素子のオン）を停止させた際、抵抗器及び浮遊容量や、直流高電圧発生回路を構成するコンデンサ及び線路抵抗に起因して、動作を開始する一方の直流高電圧発生回路の立ち上がり時間と、動作を停止する他方の直流高電圧発生回路の放電時間とがそれぞれ遅延する。この結果、電極に印加される電圧がイオンの発生に必要な電圧の値に到達するまでに要する時間が遅れ、除電性能が却って低下してしまう。

なお、一方の直流高電圧発生回路の動作を停止させると共に、他方の直流高電圧発生回路の動作を開始させる場合でも同様の問題が惹起される。

本発明は、上記の課題を解消するためになされたものであり、直流電圧発生回路の出力側に接続された抵抗器の発熱を抑制すると共に、２つの直流電圧発生回路の切替時間を短縮して応答性を改善することにより、除電性能を向上させることが可能となるイオナイザを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るイオナイザは、正極性の直流電圧を発生する第１直流電圧発生回路と、負極性の直流電圧を発生する第２直流電圧発生回路と、前記第１直流電圧発生回路の出力側に接続される第１抵抗器と、前記第２直流電圧発生回路の出力側に接続される第２抵抗器と、前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器と前記電極とを接続するスイッチ部とを有する。

この場合、前記第１直流電圧発生回路は、前記正極性の直流電圧を連続的に発生し、前記第２直流電圧発生回路は、前記負極性の直流電圧を連続的に発生する。また、前記スイッチ部は、前記第１抵抗器と前記電極との間を接続可能な第１スイッチと、前記第２抵抗器と前記電極との間を接続可能な第２スイッチとを備え、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、互いに異なる時間帯にオンとなる。

ここで、「正極性の直流電圧を連続的に発生」及び「負極性の直流電圧を連続的に発生」とは、前記イオナイザの動作中、より詳しくは、該イオナイザを用いて除電対象物に対する除電を行う時間帯においては、前記第１直流電圧発生回路が前記正極性の直流電圧を出力し続け、前記第２直流電圧発生回路が前記負極性の直流電圧を出力し続けることをいう。

従って、本発明では、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路が、常時、動作状態（通電状態）となっている。これにより、前記第１スイッチ又は前記第２スイッチがオンになれば、前記第１直流電圧発生回路で発生した正極性の直流電圧、又は、前記第２直流電圧発生回路で発生した負極性の直流電圧をそのまま前記電極に印加することができる。

しかも、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、互いに異なる時間帯にオンとなるため、前記第１抵抗器を流れる電流が前記第２抵抗器を介して前記第２直流電圧発生回路に流れ込んだり、又は、前記第２抵抗器を流れる電流が前記第１抵抗器を介して前記第１直流電圧発生回路に流れ込むことを阻止することができる。

このように、前記電極に印加される電圧の値は、前記正極性の直流電圧の値、又は、前記負極性の直流電圧の値となるため、特許文献２のように、電圧低下を補償するために直流電圧を昇圧させることが不要となる。従って、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路は、前記電極の近傍でイオンを発生させるために必要な電圧の値にまで直流電圧を降圧することが可能となる。すなわち、本発明では、特許文献２と比較して、前記イオナイザの除電性能を確保しつつ、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路で発生する直流電圧の値を低下させることが可能となる。

この結果、前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器を流れる各電流の値が低下して消費電力が低減され、前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器での発熱量を抑制することができる。これにより、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路等を収容する前記イオナイザのケーシングの温度上昇を抑制することができる。

また、前記スイッチ部を構成する前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフによって、前記電極に供給される電圧が前記正極性の直流電圧又は前記負極性の直流電圧に切り替わるため、前記電極に対する前記第１直流電圧発生回路と前記第２直流電圧発生回路との切替時間（前記電極に対する前記正極性の直流電圧と前記負極性の直流電圧との切替時間）は、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチでのスイッチング時間に依存することになる。従って、前記正極性の直流電圧及び前記負極性の直流電圧よりも耐電圧の高い、高速応答のスイッチング素子を前記第１スイッチ及び前記第２スイッチとして採用すれば、前記切替時間を容易に短縮化することができる。

さらに、本発明では、前述のように、前記第１直流電圧発生回路は、前記正極性の直流電圧を連続的に発生すると共に、前記第２直流電圧発生回路は、前記負極性の直流電圧を連続的に発生する。そのため、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがオンオフすると、前記正極性の直流電圧又は前記負極性の直流電圧が前記電極に直ちに供給される。すなわち、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフによる切り替えによって、前記電極に印加される電圧の値は、前記正極性の直流電圧又は前記負極性の直流電圧の値に速やかに変化する。このように、前記切替時間が短縮化され、前記正極性の直流電圧又は前記負極性の直流電圧の値に速やかに変化するため、前記イオナイザの除電性能を向上させることができる。

また、前記正極性の直流電圧及び前記負極性の直流電圧の連続的な発生と、前記切替時間の短縮化とによって、前記第１直流電圧発生回路又は前記第２直流電圧発生回路の放電時間と、前記第１直流電圧発生回路又は前記第２直流電圧発生回路の立ち上がり時間とが、前記第１抵抗器、前記第２抵抗器及び浮遊容量や、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路を構成するコンデンサ並びに線路抵抗の影響を受けることを阻止することができる。

このように、本発明では、前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器と前記電極との間に前記スイッチ部を介挿させたことにより、前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器の発熱が抑制されると共に、前記切替時間が短縮化して応答性が改善され、前記イオナイザの除電性能を向上させることができる。

ここで、前記イオナイザは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御回路をさらに有してもよい。この場合、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、前記スイッチ制御回路から供給される制御信号によりオン又はオフとなる半導体スイッチング素子であることが好ましい。電力用のトランジスタ、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子（例えば、Ｓｉからなる耐圧４０００Ｖ程度のトランジスタ）は、高速応答が可能であるため、上述した切替時間の短縮化による効果を容易に得ることができる。

また、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路は、例えば、コンデンサ及びダイオードから構成され、該コンデンサを直列に積み上げた多段整流回路であるコッククロフト・ウォルトン回路であることが好ましい。

この場合、前記電極の近傍でイオンを発生させるために必要な電圧の値にまで直流電圧を降圧させるためには、単純に、前記コッククロフト・ウォルトン回路を構成するコンデンサの段数を減らせばよい。従って、前記コッククロフト・ウォルトン回路を用いた場合、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路で発生する直流電圧の値を容易に低下させることができる。

なお、前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路では、前記コッククロフト・ウォルトン回路に代えて、倍電圧整流回路等の他の直流高電圧発生回路を採用することも可能である。

また、上述のイオナイザは、交流電圧を発生する交流電圧発生回路と、前記交流電圧発生回路が１次巻線に接続された変圧器とをさらに有してもよい。この場合、（１）前記交流電圧発生回路及び前記変圧器を１組として、一方の組の変圧器の２次巻線に前記第１直流電圧発生回路を接続すると共に、他方の組の変圧器の２次巻線に前記第２直流電圧発生回路を接続する。あるいは、（２）前記１組の変圧器の２次巻線に前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路を接続する。

（１）又は（２）のいずれの場合であっても、前記交流電圧発生回路は、前記交流電圧を連続的に発生することが好ましい。このようにすれば、前記交流電圧を利用して前記正極性の直流電圧及び前記負極性の直流電圧を連続的に発生させることが可能となる。

また、（２）の回路構成は、（１）の回路構成と比較して、前記交流電圧発生回路及び前記変圧器が１組減るため、回路構成が簡単化され、前記イオナイザを安価に製造することが可能となる。あるいは、（１）の回路構成のイオナイザであっても、一方の組の交流電圧発生回路及び変圧器が故障した場合には、他方の組の交流電圧発生回路及び変圧器を利用して（２）の回路構成に変更することにより、引き続き、イオナイザとして使用することが可能である。

なお、上記の交流電圧発生回路は、直流の入力電圧を前記交流電圧に変換して前記変圧器の１次巻線に出力するインバータ回路であることが好ましい。

本発明によれば、第１抵抗器及び第２抵抗器と電極との間にスイッチ部を介挿させたことにより、前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器の発熱が抑制されると共に、前記電極に印加される正極性の直流電圧及び負極性の直流電圧の切替時間が短縮化して応答性が改善されるので、イオナイザの除電性能を向上させることができる。

本実施形態に係るイオナイザの回路図である。 図１のイオナイザの変形例を示す回路図である。 比較例に係るイオナイザの回路図である。 本実施形態及び比較例について、針電極に印加される出力電圧の時間変化を図示したタイムチャートである。

本発明に係るイオナイザの好適な実施形態について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。

［本実施形態の構成］
本実施形態に係るイオナイザ１０は、図１に示すように、直流高電圧を生成する直流高電圧発生部１２と、生成した直流高電圧（出力電圧）Ｖｏｕｔが印加される針電極１４とから構成される。針電極１４に出力電圧Ｖｏｕｔを印加すると、針電極１４の近傍にイオンが発生し、発生したイオンを除電対象物に放出すれば、該除電対象物に蓄積された電荷を中和して、除電することができる。

直流高電圧発生部１２は、正極性の出力電圧である＋Ｖｏｕｔ（正極性の直流高電圧であり、以下、正極性電圧＋Ｖｏｕｔともいう。）を生成する正極性電圧発生部１２ａと、負極性の出力電圧である−Ｖｏｕｔ（負極性の直流高電圧であり、以下、負極性電圧−Ｖｏｕｔともいう。）を生成する負極性電圧発生部１２ｂとを有する。

正極性電圧発生部１２ａは、直流電圧Ｖｉｎ（直流の入力電圧）を交流電圧に変換するインバータ回路としての電圧駆動回路１６ａ（交流電圧発生回路）と、電圧駆動回路１６ａで発生した交流電圧を昇圧する変圧器１８ａと、昇圧した交流電圧を整流して正極性電圧＋Ｖｏｕｔを生成する直流高電圧発生回路２０ａ（第１直流電圧発生回路）とを含み構成されている。

負極性電圧発生部１２ｂは、正極性電圧発生部１２ａと略同じ回路構成であり、直流電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換するインバータ回路としての電圧駆動回路１６ｂ（交流電圧発生回路）と、電圧駆動回路１６ｂで発生した交流電圧を昇圧する変圧器１８ｂと、昇圧した交流電圧を整流して負極性電圧−Ｖｏｕｔを生成する直流高電圧発生回路２０ｂ（第２直流電圧発生回路）とを含み構成されている。

直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂは、例えば、コンデンサ及びダイオードから構成され、該コンデンサを直列に積み上げた多段整流回路であるコッククロフト・ウォルトン回路であることが好ましい。あるいは、倍電圧整流回路であってもよい。いずれにしても、交流電圧を直流高電圧に変換することが可能な直流高電圧発生回路であればよい。

直流高電圧発生回路２０ａの出力側には、正極性電圧発生部１２ａの回路保護を目的とした電流制限抵抗器としての出力抵抗器２２ａ（第１抵抗器）が接続されている。一方、直流高電圧発生回路２０ｂの出力側には、負極性電圧発生部１２ｂの回路保護を目的として、出力抵抗器２２ａと同様の出力抵抗器２２ｂ（第２抵抗器）が接続されている。

出力抵抗器２２ａ、２２ｂと針電極１４との間には、スイッチ部２４が設けられ、該スイッチ部２４は、スイッチ制御回路２６により制御される。スイッチ部２４は、出力抵抗器２２ａと針電極１４との間を電気的に接続可能な第１スイッチ２８ａと、出力抵抗器２２ｂと針電極１４との間を電気的に接続可能な第２スイッチ２８ｂとを含み構成されている。第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂは、スイッチ制御回路２６から供給される制御信号によりオン又はオフされるトランジスタ、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子（例えば、Ｓｉからなる耐圧４０００Ｖ程度のトランジスタ）であることが好ましい。なお、参照数字３０は、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂと針電極１４との接続点を示している。

従って、スイッチ制御回路２６が第１スイッチ２８ａに制御信号を供給した場合、第１スイッチ２８ａがオンとなり、直流高電圧発生回路２０ａ及び出力抵抗器２２ａと針電極１４とが導通する。一方、スイッチ制御回路２６が第２スイッチ２８ｂに制御信号を供給した場合、第２スイッチ２８ｂがオンとなり、直流高電圧発生回路２０ｂ及び出力抵抗器２２ｂと針電極１４とが導通する。

前述のように、正極性電圧発生部１２ａにおける電圧駆動回路１６ａから変圧器１８ａまでの構成と、負極性電圧発生部１２ｂにおける電圧駆動回路１６ｂから変圧器１８ｂまでの構成とは、略同一である。そこで、本実施形態では、図２に示すように、正極性電圧発生部１２ａ及び負極性電圧発生部１２ｂにおいて、電圧駆動回路１６及び変圧器１８を共用化し、変圧器１８の２次巻線に直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂを並列に接続してもよい。

［本実施形態の動作］
本実施形態に係るイオナイザ１０は、以上のように構成されるものであり、次に、その動作について説明する。

図３は、比較例に係るイオナイザ４０の回路図であり、出力抵抗器２２ａ、２２ｂと針電極１４との間にスイッチ部２４及びスイッチ制御回路２６が設けられていない点で、本実施形態に係るイオナイザ１０（図１及び図２参照）とは異なる。

図４は、本実施形態に係るイオナイザ１０の動作、及び、比較例に係るイオナイザ４０の動作、特に、出力電圧Ｖｏｕｔ、Ｖｏｕｔ´の出力動作を説明するためのタイムチャートである。

本実施形態に係るイオナイザ１０では、図示しない除電対象物に対する除電を行う場合、電圧駆動回路１６、１６ａ、１６ｂに直流電圧Ｖｉｎを連続して供給する。これより、インバータである電圧駆動回路１６、１６ａ、１６ｂは、直流電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換し、変圧器１８、１８ａ、１８ｂの１次巻線に出力する。変圧器１８、１８ａ、１８ｂは、１次巻線に供給された交流電圧を昇圧し、昇圧後の交流電圧を直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂに供給する。

直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂは、イオナイザ１０の動作中、具体的には、除電対象物に対する除電を行うために、電圧駆動回路１６、１６ａ、１６ｂに直流電圧Ｖｉｎが連続して供給されている間、変圧器１８、１８ａ、１８ｂの２次巻線側で昇圧された交流電圧を正極性電圧＋Ｖｏｕｔ又は負極性電圧−Ｖｏｕｔに変換し、出力抵抗器２２ａ、２２ｂに出力する動作を継続して行う。

図４には、一例として、０の時点から８ｔの時点まで、直流高電圧発生回路２０ａが電圧値＋Ｖａの正極性電圧＋Ｖｏｕｔを連続的に出力すると共に、直流高電圧発生回路２０ｂが電圧値−Ｖａの負極性電圧−Ｖｏｕｔを連続的に出力する場合を図示している。

スイッチ制御回路２６は、所定の時間間隔（図４では、Ｔ／２）で、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂに対して、トランジスタ、ＦＥＴ又はＭＯＳＦＥＴをオンさせるための制御信号を交互に出力する。これにより、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂは、時間Ｔの周期でＴ／２の時間ずつ交互にオンする。すなわち、周期Ｔのうち、前半のＴ／２の時間帯では、第１スイッチ２８ａがオンになると共に、第２スイッチ２８ｂがオフとなり、後半のＴ／２の時間帯では、第１スイッチ２８ａがオフになると共に、第２スイッチ２８ｂがオンとなる。

この結果、第１スイッチ２８ａがオンとなる時間帯において、直流高電圧発生回路２０ａは、出力抵抗器２２ａ、第１スイッチ２８ａ及び接続点３０を介して針電極１４に、電圧値＋Ｖａの正極性電圧＋Ｖｏｕｔを印加することができる。一方、第２スイッチ２８ｂがオンとなる時間帯において、直流高電圧発生回路２０ｂは、出力抵抗器２２ｂ、第２スイッチ２８ｂ及び接続点３０を介して針電極１４に、電圧値−Ｖａの負極性電圧−Ｖｏｕｔを印加することができる。

従って、針電極１４に印加される出力電圧Ｖｏｕｔは、図４に示すように、Ｔ／２の時間毎に電圧値が＋Ｖａと−Ｖａとに切り替わる矩形状の交流電圧となる。前述のように、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂは、イオナイザ１０の動作中、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ又は負極性電圧−Ｖｏｕｔを出力し続けているため、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧極性を切り替えるために必要な時間（切替時間）は、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂのスイッチング時間に依存する。

第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂは、トランジスタ、ＦＥＴ又はＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子であるため、スイッチング時間が比較的短く、切替時間を短縮化することが容易である。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧極性を急峻に切り替えることが可能である。

なお、正極性電圧＋Ｖｏｕｔが針電極１４に印加される時間帯には、針電極１４の近傍に正イオンが発生し、一方で、負極性電圧−Ｖｏｕｔが針電極１４に印加される時間帯には、針電極１４の近傍に負イオンが発生する。従って、イオナイザ１０では、発生した正イオン又は負イオンを除電対象物に向けて放出することにより、該除電対象物に帯電した電荷を中和し、該電荷を除電することができる。

一方、比較例に係るイオナイザ４０では、本実施形態に係るイオナイザ１０のように、スイッチ部２４及びスイッチ制御回路２６が備わっていないため、例えば、時間Ｔ／２毎に、電圧駆動回路１６ａ、１６ｂに対する直流電圧Ｖｉｎの供給又は停止を繰り返し行うことで、針電極１４に印加する正極性電圧＋Ｖｏｕｔ´及び負極性電圧−Ｖｏｕｔ´の極性を切り替えることが考えられる。

しかしながら、このような切替方法では、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂを構成するコンデンサと線路抵抗とに起因した時間遅れや、出力抵抗器２２ａ、２２ｂと浮遊容量とに起因した時間遅れによって、針電極１４に印加される出力電圧Ｖｏｕｔ´がなまってしまう。この結果、針電極１４の近傍での正イオン又は負イオンの発生に必要な電圧に到達する時間が短くなって、正イオン又は負イオンの発生効率が低下し、イオナイザ４０の除電性能が低下してしまう。

これに対して、本実施形態に係るイオナイザ１０では、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂから正極性電圧＋Ｖｏｕｔ及び負極性電圧−Ｖｏｕｔを出し続け、スイッチ部２４及びスイッチ制御回路２６を用いて、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂと針電極１４との導通の切替を行っているため、時間Ｔ／２毎に、針電極１４に印加される出力電圧Ｖｏｕｔの極性を急峻に切り替えることができる。これにより、電圧値＋Ｖａ、−Ｖａが針電極１４の近傍での正イオン又は負イオンの発生に必要な電圧よりも高ければ、略Ｔ／２の時間内では正イオン又は負イオンを確実に発生させることができる。この結果、正イオン又は負イオンの発生効率が向上し、イオナイザ１０の除電性能を高めることができる。

［本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係るイオナイザ１０において、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂは、該イオナイザ１０の動作中（除電対象物に対する除電を行う際）、常時、動作状態（通電状態）にある。これにより、第１スイッチ２８ａ又は第２スイッチ２８ｂがオンになれば、直流高電圧発生回路２０ａで発生した正極性電圧＋Ｖｏｕｔ、又は、直流高電圧発生回路２０ｂで発生した負極性電圧−Ｖｏｕｔをそのまま針電極１４に印加することができる。

しかも、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂは、互いに異なる時間帯にオンとなるため、出力抵抗器２２ａを流れる電流が出力抵抗器２２ｂを介して直流高電圧発生回路２０ｂに流れ込んだり、又は、出力抵抗器２２ｂを流れる電流が出力抵抗器２２ａを介して直流高電圧発生回路２０ａに流れ込むことを阻止することができる。

このように、針電極１４に印加される出力電圧Ｖｏｕｔの値は、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ又は負極性電圧−Ｖｏｕｔの値（＋Ｖａ、−Ｖａ）となるため、特許文献２のように、電圧低下を補償するために直流電圧を昇圧させることが不要となる。従って、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂは、針電極１４の近傍で正イオン又は負イオンを発生させるために必要な電圧の値にまで正極性電圧＋Ｖｏｕｔ及び負極性電圧−Ｖｏｕｔを降圧することが可能となる。すなわち、本実施形態では、特許文献２と比較して、イオナイザ１０の除電性能を確保しつつ、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂで発生する正極性電圧＋Ｖｏｕｔ及び負極性電圧−Ｖｏｕｔの値を低下させることが可能となる。

この結果、出力抵抗器２２ａ、２２ｂを流れる各電流の値が低下してイオナイザ１０の消費電力が低減され、出力抵抗器２２ａ、２２ｂでの発熱量を抑制することができる。これにより、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂ等を収容するイオナイザ１０のケーシングの温度上昇を抑制することができる。

また、スイッチ部２４を構成する第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂのオンオフによって、針電極１４に供給される出力電圧Ｖｏｕｔが正極性電圧＋Ｖｏｕｔ又は負極性電圧−Ｖｏｕｔに切り替わるため、針電極１４に対する直流高電圧発生回路２０ａと直流高電圧発生回路２０ｂとの切替時間（針電極１４に対する正極性電圧＋Ｖｏｕｔと負極性電圧−Ｖｏｕｔとの切替時間）は、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂでのスイッチング時間に依存することになる。従って、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ及び負極性電圧−Ｖｏｕｔよりも耐電圧の高い、高速応答のトランジスタ、ＦＥＴ又はＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂとして採用すれば、切替時間を容易に短縮化することができる。

さらに、本実施形態では、前述のように、イオナイザ１０の動作中、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂは、それぞれ、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ及び負極性電圧−Ｖｏｕｔを連続的に発生するので、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂがオンオフすると、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ又は負極性電圧−Ｖｏｕｔが針電極１４に直ちに供給される。すなわち、第１スイッチ２８ａ及び第２スイッチ２８ｂのオンオフによる切り替えによって、針電極１４に印加される出力電圧Ｖｏｕｔの値は、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ又は負極性電圧−Ｖｏｕｔの値に速やかに変化する。このように、切替時間が短縮化され、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ又は負極性電圧−Ｖｏｕｔの値に速やかに変化するため、イオナイザ１０の除電性能を向上させることができる。

また、正極性電圧＋Ｖｏｕｔ及び負極性電圧−Ｖｏｕｔの連続的な発生と、切替時間の短縮化とによって、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂの放電時間及び立ち上がり時間が、出力抵抗器２２ａ、２２ｂ及び浮遊容量や、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂを構成するコンデンサ及び線路抵抗の影響を受けることを阻止することができる。

このように、本実施形態では、出力抵抗器２２ａ、２２ｂと針電極１４との間にスイッチ部２４及びスイッチ制御回路２６を介挿させたことにより、出力抵抗器２２ａ、２２ｂの発熱が抑制されると共に、切替時間が短縮化して応答性が改善され、イオナイザ１０の除電性能を向上させることができる。

また、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂがコッククロフト・ウォルトン回路である場合、針電極１４の近傍で正イオン又は負イオンを発生させるために必要な電圧の値にまで出力電圧Ｖｏｕｔを降圧させるためには、単純に、コッククロフト・ウォルトン回路を構成するコンデンサの段数を減らせばよい（例えば、７段構成から４段構成に変更する。）。このように、コッククロフト・ウォルトン回路を用いた場合には、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂで発生する正極性電圧＋Ｖｏｕｔ及び負極性電圧−Ｖｏｕｔの値を容易に降圧することができる。

また、図２に示す変形例は、図１の構成と比較して、電圧駆動回路及び変圧器の組み合わせが１組分減るため、回路構成が簡単化され、イオナイザ１０を安価に製造することが可能となる。一方、図１の構成では、一方の組の電圧駆動回路及び変圧器が故障した場合、他方の組の電圧駆動回路及び変圧器を利用して図２の構成に変更することにより、引き続き、イオナイザ１０として使用することが可能である。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…イオナイザ １２…直流高電圧発生部
１２ａ…正極性電圧発生部 １２ｂ…負極性電圧発生部
１４…針電極 １６、１６ａ、１６ｂ…電圧駆動回路
１８、１８ａ、１８ｂ…変圧器 ２０ａ、２０ｂ…直流高電圧発生回路
２２ａ、２２ｂ…出力抵抗器 ２４…スイッチ部
２６…スイッチ制御回路 ２８ａ…第１スイッチ
２８ｂ…第２スイッチ ３０…接続点

しかしながら、このような切替方法では、直流高電圧発生回路２０ａ、２０ｂを構成するコンデンサと線路抵抗とに起因した時間遅れや、出力抵抗器２２ａ、２２ｂと浮遊容量とに起因した時間遅れによって、針電極１４に印加される出力電圧Ｖｏｕｔ´がなまってしまう。この結果、針電極１４の近傍での正イオン又は負イオンの発生に必要な電圧に到達する時間が長くなって、正イオン又は負イオンの発生効率が低下し、イオナイザ４０の除電性能が低下してしまう。

Claims (5)

1. 電極に電圧を印加することにより、該電極の近傍にイオンを発生させるイオナイザにおいて、
   正極性の直流電圧を発生する第１直流電圧発生回路と、
   負極性の直流電圧を発生する第２直流電圧発生回路と、
   前記第１直流電圧発生回路の出力側に接続される第１抵抗器と、
   前記第２直流電圧発生回路の出力側に接続される第２抵抗器と、
   前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器と前記電極とを接続するスイッチ部と、
   を有し、
   前記第１直流電圧発生回路は、前記正極性の直流電圧を連続的に発生し、
   前記第２直流電圧発生回路は、前記負極性の直流電圧を連続的に発生し、
   前記スイッチ部は、前記第１抵抗器と前記電極との間を接続可能な第１スイッチと、前記第２抵抗器と前記電極との間を接続可能な第２スイッチとを備え、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、互いに異なる時間帯にオンとなることを特徴とするイオナイザ。
2. 請求項１記載のイオナイザにおいて、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御回路をさらに有し、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、前記スイッチ制御回路から供給される制御信号によりオン又はオフとなる半導体スイッチング素子であることを特徴とするイオナイザ。
3. 請求項１又は２記載のイオナイザにおいて、
   前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路は、コッククロフト・ウォルトン回路であることを特徴とするイオナイザ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオナイザにおいて、
   交流電圧を発生する交流電圧発生回路と、前記交流電圧発生回路が１次巻線に接続された変圧器とをさらに有し、
   前記交流電圧発生回路及び前記変圧器を１組として、一方の組の変圧器の２次巻線に前記第１直流電圧発生回路が接続されると共に、他方の組の変圧器の２次巻線に前記第２直流電圧発生回路が接続されるか、あるいは、前記１組の変圧器の２次巻線に前記第１直流電圧発生回路及び前記第２直流電圧発生回路が接続され、
   前記交流電圧発生回路は、前記交流電圧を連続的に発生することを特徴とするイオナイザ。
5. 請求項４記載のイオナイザにおいて、
   前記交流電圧発生回路は、直流の入力電圧を前記交流電圧に変換して前記変圧器の１次巻線に出力するインバータ回路であることを特徴とするイオナイザ。

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