KR100489819B1 - 고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파의 교류 고전압을 사용하여 생성이온의 교번속도를 대전물체의 이동속도에 상응하도록 상승시켜 정전기 제거효과를 높힌 고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거 장치에 관한 것으로, 본 발명의 정전기 제거 장치는 전압인가시 코로나방전에 의해 이온을 생성시키도록 침상부분이 2mm의 곡률반경으로 형성되는 다수의 침상전극을 약 20~30mm간격으로 일렬로 배열하여 형성되는 방전전극부와, 전압이 인가된 방전전극부로부터 이온발생을 유도하기 위한 접지전극부와, 고주파의 교류 고전압을 생성시켜 상기 방전전극부의 각 침상전극에 인가하는 고주파 고전압 발생부를 포함하여 이루어진다.

Description

고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거 장치{APPARATUS FOR REMOVING A STATIC ELECTRICITY BY HIGH FREQUENCY-HIGH VOLTAGE}

본 발명은 정전기 제거 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파의 교류 고전압을 이용하여 대전물체의 이동속도에 상응하는 교번속도로 이온을 발생시킴으로써 정전기 제거효율을 향상시킬 수 있는 정전기 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로, 콘덴서 제조공정에는 고절연성 필름(예, 폴리프로필렌 필름 등)을 롤러를 이용하여 고속으로 이동시키면서 상기 필름위에 고유전성물질을 도포하는 공정이 포함된다. 그런데 이런 공정에서는 상기 필름과 롤러사이에 마찰과 박리 등에 의해 다량의 정전전압(최대 20,000V)이 발생되고, 이는 작업의 효율을 저하시키는 원인이 될 수 있기 때문에, 정전기를 제거하는 장치를 사용하게 된다.

종래에 제안된 정전기 제거장치는 교류상용 또는 DC 펄스전압을 이용하는데, 상기의 콘덴서 제조 공정에서 고절연성 필름에 고유전성물질을 도포하는데 있어서 상기 절연 필름은 고속으로 이동되기 때문에, 종래의 정전기 제거장치를 사용할 경우, 제전 후에도 잔류 정전기 전압이 최대 7,000volt 까지 발생하는 등 정전기 제거 효율 불량 문제가 발생해 왔다.

그 원인을 살펴보면, 완전한 정전기 제거를 위해서는 대전물체의 이동속도에 따라 순시적으로 정전기를 제거할 수 있어야 하는데, 종래의 정전기 제거장치는 교류상용전압 또는 DC전압을 사용하기 때문에 발생이온의 교번속도가 낮아 충분한 정전기 제거효과를 얻을 수 없었다.

따라서, 당 기술분야에서는 이러한 문제를 해결하고 대전물체의 이동속도에 상응하는 발생이온의 교번속도를 얻을 수 있는 새로운 정전기 제거장치가 요구되어 왔다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하여 고속으로 이동하는 대전물체에 적합한 정전기 제거 장치를 안출하기 위한 것으로서, 그 목적은 고주파의 교류 고전압을 사용하여 발생이온의 교번속도를 대전물체의 이동속도에 상응하도록 상승시켜 정전기 제거효과를 높힌 고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거 장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 정전기 제거 장치는, 전압인가시 코로나방전에 의해 이온을 발생시키기 위하여 끝단이 약 2mm의 곡률반경을 갖도록 형성된 복수개의 침상 전극이 약 20~30mm 간격으로 일렬로 배열된 방전전극부; 상기 방전전극부에 소정의 간격으로 두고 배치되고, 상기 방전전극부에 전압이 인가될 경우에 상기 침상전극으로부터 이온발생을 유도하기 위한 접지전극부;상기 방전전극부의 후면에 배치되고, 상기 복수개의 침상전극으로부터 발생된 이온이 피대전물체측으로 이동되도록 송풍을 발생시키기 위한 송풍기; 및기설정된 주파수의 고주파신호를 발생시키는 주파수발생기와, 상기 주파수발생기로부터 출력된 주파수신호에 대응하는 펄스신호를 생성시키고, 보상신호에 따라서 상기 생성된 펄스신호의 폭을 조절하는 펄스폭변조회로와, 상기 펄스폭변조회로로부터 출력된 펄스신호를 승압하여 교류고전압을 생성시켜 상기 방전전극부로 인가하는 고전압발생부와, 상기 고전압발생회로로부터 출력된 교류고전압을 피드백받아 적분하여 보상신호를 생성하고 상기 펄스폭변조회로로 인가하는 이온발런싱회로로 이루어져, 상기 방전전극부의 다수 침상전극에 고주파의 교류 고전압을 제공하는 고주파 고전압 발생부를 포함하여 이루어진다.또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 구성수단으로서, 본 발명의 정전기 제거 장치는, 전압인가시 코로나방전에 의해 이온을 발생시키기 위하여 끝단이 약 2mm의 곡률반경을 갖도록 형성된 복수개의 침상 전극이 약 20~30mm 간격으로 일렬로 배열된 방전전극부; 상기 방전전극부에 소정의 간격으로 두고 배치되고, 상기 방전전극부에 전압이 인가될 경우에 상기 침상전극으로부터 이온발생을 유도하기 위한 접지전극부;상기 방전전극부의 후단의 일정 공간에 형성되고 공기주입구를 통해 공급된 공기에 의해 높아진 내부 압력을 통해 이온을 피대전체측으로 이동시키기 위한 공기통; 및기설정된 주파수의 고주파신호를 발생시키는 주파수발생기와, 상기 주파수발생기로부터 출력된 주파수신호에 대응하는 펄스신호를 생성시키고, 보상신호에 따라서 상기 생성된 펄스신호의 폭을 조절하는 펄스폭변조회로와, 상기 펄스폭변조회로로부터 출력된 펄스신호를 승압하여 교류고전압을 생성시켜 상기 방전전극부로 인가하는 고전압발생부와, 상기 고전압발생회로로부터 출력된 교류고전압을 피드백받아 적분하여 보상신호를 생성하고 상기 펄스폭변조회로로 인가하는 이온발런싱회로로 이루어져, 상기 방전전극부의 다수 침상전극에 고주파의 교류 고전압을 제공하는 고주파 고전압 발생부를 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거장치는, 주파수 17KHz, 최대전압 7000Volt의 고주파 교류전압을 발생시키고, 상기 고주파 교류전압을 이온을 발생시키는 방전전극에 인가함으로서 고속으로 이동하는 물체 표면의 정전기를 효율적으로 제공하고자 한다. 이하, 본 발명에 따른 정전기 제거장치를 송풍형과 막대형, 두 실시형태를 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태로서, 고주파 교류 고전압을 이용한 송풍형 정전기 제거장치이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송풍형 정전기 제거장치(10)는 송풍기(11)와 제1 및 제2 방전전극부(12a,12b) 및 상기 제1,2방전전극부(12a,12b) 각각에 고주파 고전압을 인가하기 위한 제1 및 제2 고주파고전압 발생부(13a,13b)를 구비하고 있다. 상기 송풍기(11)는 제1 및 제2 방전전극부(12a,12b) 후면에 설치되어 있다. 또한, 상기 제1,2 방전전극부(12a,12b)는 각각 복수개의 침상전극이 일렬로 배열된 구조로 이루어지며, 상기 정전기 제거장치(10) 내의 상부와 하부에 서로 대향하도록 장착되어 있다.

본 발명의 가장 큰 특징인 제1 및 제2 고주파고전압 발생부(13a,13b)는 고주파 고전압을 발생시켜 상기 제1 및 제2 방전전극부(12a,12b)의 침상전극에 인가시키고, 이에 상기 제1,2 방전전극부(12a,12b)의 침상전극에서는 코로나 방전에 의해 이온이 발생된다. 이때, 이온은 고주파인 전압의 주파수에 대응하는 빠른 교번속도로 발생된다. 최종적으로, 상기 발생된 이온은 후단에 설치된 송풍기(11)에서 불어오는 바람에 의하여 피대전물체(14)측으로 이동하며, 피대전물체(14) 표면의 정전기와 결합하여 제전작용을 일으킨다. 앞서 설명한 것과 같이 본 발명의 고주파 정전기 제거 장치에서는 이온이 빠른 교번속도로 발생되기 때문에 피대전물체(14)가 고속으로 주행하더라도 효과적으로 정전기를 제거할 수 있다. 상기에서, 고주파 고전압발생부(13a,13b)는 상기 제1,2방전전극부(12a,12b)에 동시에 연결된 하나의 고주파 고전압 발생부로 구현될 수 도 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태로서, 공기압 방식을 이용한 막대형 정전기 제거장치의 구성도이다. 상기 막대형 정전기 제거장치는 주입구를 통해 공기통에 공기를 공급하고 상대적으로 높아진 공기통 내의 기압에 의한 기압차를 이용하여, 발생된 이온을 피대전물체측으로 이동시키는 것으로서, 도 1에 보인 송풍형 정전기 제거장치보다 작은 사이즈로 구현가능하다.

본 발명은 상기 막대형 정전기 제거장치(20)의 공기주입구과 이온배출구 사이에 일정간격으로 두고 일렬로 배열되는 다수의 침상전극으로 이루어지는 방전전극부(21)와, 상기 방전전극부(21)에 구비된 다수의 침상전극에 고주파 고전압을 인가하는 고주파고전압발생부(22)를 포함한다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 고주파 고전압발생부를 통해 주파수 17KHz이고, 전압은 최대 7,000volt 인 고주파고전압을 발생시킬 수 있다. 이러한 고주파의 교류고전압을 상기 방전전극부(21)의 침상전극에 인가하여 고주파 교류고전압에 의해 코로나 방전으로 이온을 발생시킴으로써 발생이온의 교번속도를 빠르게 할 수 있다.

이 때, 송풍형 정전기 제거장치의 경우, 제1,2 방전전극부(12a,12b)가 도 3의 (a),(b)에 도시한 바와 같이, 1열에 8개의 침상전극(31)을 바람직하게는 약 25㎜간격으로 배열한다. 각 열에 배열된 방전전극부(12a,12b)는 송풍방향에 의해 각각의 침상전극으로부터 발생된 이온이 피대전물체에 효율적으로 이동할 수 있도록 상호 대향하도록 배치하는 것이 바람직하다.

그리고, 막대형 정전기 제거장치의 경우 이온을 발생시키는 방전전극부(21)를 도 4의 (a),(b)에 도시한 바와 같이, 30개의 침상전극을 약 25㎜간격으로 1열로 배열하였다.

침상전극 간의 간격은 이온발생량이 최대이고, 전극사이에서 스파크방전을 일으키지 않도록 하기 위해서 약 20-30㎜가 바람직하고, 약 25㎜가 가장 바람직하다.

또한, 상기 방전전극부(12a, 12b, 21)에 구비되는 침상전극은 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 길이는 13mm, 직경은 1.53mm, 재질은 텅스텐(99.95%)으로 이루어진 것으로, 침상전극의 끝부분을 2mm의 곡률반경으로 하는 것이 이온 발생량 및 이온의 생성범위를 최적화하는데 바람직하다.

상기와 같은 구성된 침상전극은 고주파고전압발생부(13a, 13b, 22)로부터 고주파의 교류고전압이 인가되면 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 전기력선 분포가 이루어진다.

도 5는 상기 방전전극부(12a, 12b, 21)에 고주파의 교류고전압을 인가하는 고주파고전압발생부(13a, 13b, 22)에 대한 구성도이다.

본 발명에 채용되는 고주파 고전압 발생부는 미리 설정된 고주파(예를 들어, 17KHz)의 주파수신호를 발생시키는 주파수발생기(51)와, 상기 주파수발생기(51)로부터 출력된 설정된 고주파의 신호를 기준으로 펄스신호를 발생시키는 펄스폭변조회로(52)와, 상기 펄스폭변조회로(52)로부터 인가되는 펄스신호의 설정된 전압레벨로 승압하여 고주파 교류고전압신호로 출력시키는 고전압발생회로(53)와, 상기 고전압발생회로(53)로부터 출력되는 고전압을 피드백받아 출력변동에 따른 보상값을 상기 펄스폭변조회로(52)에 인가하는 이온밸런스회로(54)로 이루어진다.

상기 펄스폭변조회로(52)는 상기 주파수발생기(51)로부터 출력된 기준신호에서 상기 이온밸런스회로(54)로부터 인가된 보상신호를 감안하여 펄스신호의 폭을 조절하게 된다.

도 7은 상기 펄스폭변조회로(53) 및 고전압발생회로(53)에 대한 일실시예를 보인 상세 회로도로서, 상기 주파수발생기(51)의 출력신호는 헤더1,2(J3)로 동시 인가되고, 각각 포토커플러(U1)를 통해 소정 주기의 클럭신호로서 PWM IC(U3)로 인가된다. 상기에서, 상,하부의 PWM IC(U3)에서는 각각 +펄스신호와 -펄스신호가 인가되고, 이는 각각 고전압발생회로(53)의 트랜스포머(T1)에 입력되고, 상기 트랜스포머(T1)의 2차코일측으로 교류 고전압신호가 출력된다. 상기와 같이 발생된 교류전압신호는 도 6에 도시한 바와 같은 방전전극부(12a,b, 21)의 침상전극에 각각 인가되어, 빠른 교번속도로 이온을 발생시킨다.

그리고, 도 8은 이온발런스회로(54)의 일실시예를 보인 회로도로서, 상기에서 입력단자(J7)는 상기 고전압발생회로(53)의 출력단자에 연결되어, 교류 고전압신호가 인가되고, 이는 연산증폭기(U4D)에서 증폭되고, 각각 +측과 -측신호가 각각 연산증폭기(U4B) 및 수동소자들(R29, R30, C27, C30,..)로 이루어진 적분회로에 의해 적분된 후, 상기 펄스폭변조회로(52)로 인가되어 보상신호로 이용된다.

이상 도 7 및 도 8에 도시한 회로도는 단지 교류고전압발생을 위한 회로구성에 대한 일실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 정전기 제거장치를 한정하고자 하는 것은 아니다.

상기와 같이, 고주파고전압발생부(13a,b, 22)로부터 발생된 고주파의 교류고전압신호는 방전전극부(12a,12b, 21)로 인가되고, 이에 상기 방전전극부(12a,12b, 21)의 침상전극에서 코로나 방전에 의해 이온이 생성되고, 이렇게 생성된 이온은 송풍기(11)에 의해 최대풍량 0.87[㎥/min]의 바람을 발생시켜 생성이온을 피대전물체로 날려보내거나, 공기주입구를 통해 최대압력 5kg/㎤로의 공기주입에 의해 피대전물체(14,23)측으로 이동된다. 그리고, 피대전물체(14,23)의 표면에 발생된 정전기이온과 결합하여, 정전기가 제거된다.

이때, 상기 전극부(12a,12b, 21)로 인가되는 전압의 17KHz의 고주파이므로 그 만큼 생성이온의 교번속도가 증가되고, 그 결과, 고속(최대 50 m/sec)으로 이동하는 피대전물체의 정전기를 신속하게 제거할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 고주파의 전압을 방전전극에 인가하여 생성이온의 교번속도를 높힘으로서, 고속으로 이동하는 피대전물체에 발생된 정전기를 효과적으로 제거할 수 있게 되는 우수한 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 고주파 교류고전압을 이용한 정전기 제거 장치를 보인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거 장치를 보인 구성도이다.

도 3은 도 1에 도시한 정전기 제거장치에서의 방전전극부에 대한 측면도 및 평면도이다.

도 4는 도 2에 도시한 정전기 제거장치에서의 방전전극부에 대한 측면도 및 평면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 고주파 교류 고전압을 이용한 정전기 제거 장치에 있어서 고주파교류전압발생부의 구성을 보인 블럭도이다.

도 6은 본 발명에 의한 장치에 구비되는 방전침의 외형도 및 방전침에서의 전기력선 분포도이다.

도 7은 본 발명에 의한 장치에 있어서, 고주파교류전압발생부의 펄스폭변조부의 회로도이다.

도 8은 본 발명에 의한 장치에 있어서, 고주파교류전압발생부의 이온밸런스부의 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10, 20 : 정전기 제거 장치

11 : 송풍기 12a, 12b, 21 : 전극부

13a, 13b, 22 : 고주파고전압발생부 14, 23 : 대전물체

51 : 주파수발생기 52 : 펄스폭변조회로

53 :고전압발생회로 54 : 이온발런싱회로

Claims (7)

1. 전압인가시 코로나방전에 의해 이온을 발생시키기 위하여 끝단이 약 2mm의 곡률반경을 갖도록 형성된 복수개의 침상 전극이 약 20~30mm 간격으로 일렬로 배열된 하나 이상의 방전전극부;

   상기 방전전극부에 소정의 간격으로 두고 배치되고, 상기 방전전극부에 전압이 인가될 경우에 상기 침상전극으로부터 이온발생을 유도하기 위한 접지전극부;

   상기 방전전극부의 후면에 배치되고, 상기 복수개의 침상전극으로부터 발생된 이온이 피대전물체측으로 이동되도록 송풍을 발생시키기 위한 송풍기; 및

   17KHz 이하의 고주파 전기신호를 발생시키는 주파수발생기와, 상기 주파수발생기로부터 출력된 주파수신호에 대응하는 펄스신호를 생성시키고, 보상신호에 따라서 상기 생성된 펄스신호의 폭을 조절하는 펄스폭변조회로와, 상기 펄스폭변조회로로부터 출력된 펄스신호를 7000볼트이하의 교류고전압신호로 변환하여 상기 방전전극부로 인가하는 고전압발생부와, 상기 고전압발생회로로부터 출력된 교류고전압을 피드백받아 적분하여 상기 펄스폭변조회로에 출력변동에 따른 펄스 폭 조절신호를 인가하는 이온발런싱회로로 이루어지는 고주파 고전압 발생부를 포함하는 정전기 제거 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는

   상기 방전전극부가 평행하게 배열된 2개의 방전전극부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전기 제거장치.
3. 전압인가시 코로나방전에 의해 이온을 발생시키기 위하여 끝단이 약 2mm의 곡률반경을 갖도록 형성된 복수개의 침상 전극이 약 20~30mm 간격으로 일렬로 배열된 하나 이상의 방전전극부;

   상기 방전전극부에 소정의 간격으로 두고 배치되고, 상기 방전전극부에 전압이 인가될 경우에 상기 침상전극으로부터 이온발생을 유도하기 위한 접지전극부;

   상기 방전전극부 후단의 일정 공간에 형성되고 공기주입구를 통해 공급된 공기에 의해 높아진 내부 압력을 통해 이온을 피대전체측으로 이동시키기 위한 공기통; 및

   17KHz이하의 고주파신호를 발생시키는 주파수발생기와, 상기 주파수발생기로부터 출력된 주파수신호에 대응하는 펄스신호를 생성시키고, 보상신호에 따라서 상기 생성된 펄스신호의 폭을 조절하는 펄스폭변조회로와, 상기 펄스폭변조회로로부터 출력된 펄스신호를 승압하여 7000볼트 이하의 교류고전압을 생성시켜 상기 방전전극부로 인가하는 고전압발생부와, 상기 고전압발생회로로부터 출력된 교류고전압을 피드백받아 적분하여 상기 펄스폭변조회로에 출력변동에 따른 펄스 폭 조절신호를 인가하는 이온발런싱회로로 이루어지는 고주파 고전압 발생부를 포함하는 정전기 제거 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 방전전극부는 평행하게 설치되는 2개의 방전전극부로 이루어지는 것을 특징으로 정전기 제거장치.
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