イオン濃度測定回路及びイオン電流センサ
【課題】イオンバランスの適切な維持を可能にするイオン濃度測定回路と、このイオン濃度測定回路に使用して好適なイオン電流センサを提供する。
【解決手段】コロナ放電により放電電極１０１の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、イオンを捕集してイオン電流が流れると共に放電電極１０１により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサＳ１、及び、第１のセンサＳ１とは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部Ｓ２ａに誘導電流が流れると共にセンサ部Ｓ２ａがイオンを捕集しないようにセンサ部Ｓ２ａの表面が周囲から絶縁された第２のセンサＳ２、からなるイオン電流センサＳと、第１のセンサＳ１の出力信号と第２のセンサＳ２の出力信号との差を検出するための第１〜第３のアンプＡ１〜Ａ３等を備える。
【解決手段】コロナ放電により放電電極１０１の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、イオンを捕集してイオン電流が流れると共に放電電極１０１により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサＳ１、及び、第１のセンサＳ１とは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部Ｓ２ａに誘導電流が流れると共にセンサ部Ｓ２ａがイオンを捕集しないようにセンサ部Ｓ２ａの表面が周囲から絶縁された第２のセンサＳ２、からなるイオン電流センサＳと、第１のセンサＳ１の出力信号と第２のセンサＳ２の出力信号との差を検出するための第１〜第３のアンプＡ１〜Ａ３等を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロナ放電を利用して正負イオンを発生し、除電対象物を除電するためのイオナイザにおいて、イオナイザから発生する正負のイオン濃度（イオン電流）を測定するためのイオン濃度測定回路、及び、このイオン濃度測定回路に用いられるイオン電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオナイザとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
図７は特許文献１に記載されたイオナイザの概略構成図であり、図７において、１はファン、２は放電電極（エミッタ）、３はグリッド、４ａ，４ｂは送風方向に沿って配置されたイオン電流センサ、５ａ，５ｂはアンプ、６ａ，６ｂはＡ／Ｄ変換器、７は演算回路、８は直流バイアス電源、９はトランス、１０は交流電源、１１は制御部を示している。
なお、ファン１、放電電極２及びグリッド３はイオナイザ本体に設けられており、このイオナイザ本体のグリッド３に近接して、適宜な支持部材によりイオン電流センサ４ａ，４ｂが保持されている。
【０００３】
上記従来技術では、各イオン電流センサ４ａ，４ｂによりそれぞれ検出したイオン濃度の差を演算回路７により求め、送風方向の延長線上にある除電対象物における正負イオン濃度がバランスするように、前記の差に応じて直流バイアス電源８の電圧を制御することで放電電極２の周囲に発生する正負のイオン量を制御している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１００８７０号公報（段落［００１９］〜［００３０］、図１〜図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示したイオナイザでは、構造上、イオン電流センサ４ａ，４ｂがイオナイザ本体と一体化されており、放電電極２とイオン電流センサ４ａ，４ｂとの間の距離はそれほど離れていない。
このため、イオン電流センサ４ａ，４ｂは放電電極２から発生する正負イオンを検出可能であると同時に、放電電極２によって形成される電界の影響を強く受けてしまい、この電界による誘導電流が本来のイオン電流と共にイオン電流センサ４ａ，４ｂによって検出されることになる。上記の誘導電流は、放電電極２とイオン電流センサ４ａ，４ｂとの間の距離が短い場合には支配的な値となり、一般に微小なイオン電流を正確に検出することが困難である。
【０００６】
放電電極２による電界の影響を受けないようにイオン電流センサ４ａ，４ｂを配置するためには、イオン電流センサ４ａ，４ｂをイオナイザ本体から分離して遠くに配置し、両者をケーブルによって接続する等の方法が考えられるが、除電対象物の移動時にケーブルが邪魔になったり、ケーブルの引き回しが煩雑になる等の問題がある。
【０００７】
上述したように、イオン電流センサにより検出される電流は、イオン電流より放電電極の電界による誘導電流が支配的であるため、イオナイザから発生する正負イオンの発生比率を正確に検出することができない。このため、始動時に設定した正負のイオンバランスが、時間の経過と共に次第にずれてしまうという問題がある。
【０００８】
一方、イオナイザの放電電極は、静電気によって先端にダストが付着する性質があり、放電電極にダストが付着すると正負イオンの発生比率が変化すると共に電界強度も変化する。また、付着したダストに起因する正負イオンの発生比率と電界強度とは、その変化の度合いが異なるため、イオン電流と電界による誘導電流とを合算したイオン電流センサの出力電流によりイオンバランスを制御している従来のイオナイザでは、放電電極へのダストの付着がイオンバランスのずれを一層助長することにもなる。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、イオンバランスの適切な保持を可能にするイオン濃度測定回路と、このイオン濃度測定回路に使用して好適なイオン電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係るイオン濃度測定回路は、コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と第２のセンサの出力信号との差を検出する検出手段と、を備えたものである。
【００１１】
請求項２に係るイオン濃度測定回路は、請求項１において、前記検出手段は、第１のセンサの出力信号を増幅する第１の増幅手段と、第２のセンサの出力信号を増幅する第２の増幅手段と、第１の増幅手段の出力信号と第２の増幅手段の出力信号との差分を増幅する差動増幅手段と、からなるものである。
【００１２】
請求項３に係るイオン電流センサは、コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンを捕集してイオン電流が流れると共に、前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、からなるものである。
【００１３】
請求項４に係るイオン電流センサは、請求項３において、絶縁性の基板上に第１及び第２のセンサが櫛の歯状に交互に配置され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されているものである。
【００１４】
請求項５に係るイオン電流センサは、請求項３において、チップ状の第１及び第２のセンサが一体的に形成され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されているものである。
【００１５】
請求項６に係るイオン電流センサは、請求項３において、前記放電電極を備えたイオナイザ本体に、前記放電電極を挟んで第１のセンサ及び第２のセンサが配置されているものである。
【００１６】
請求項７に係るイオン濃度測定回路は、コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサに一端が接続されたコンデンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と前記コンデンサの他端から得られる出力信号との差を検出する検出手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るイオン濃度測定回路及びイオン電流センサによれば、放電電極により形成される電界に起因した誘導電流の影響を受けずに、正負イオン濃度を測定することができ、適切なイオンバランス制御を行うことができる。
また、イオン濃度測定回路の回路構成やイオン電流センサの構造は極めて簡単であるから、低コストにて提供できる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、第１実施形態に係るイオン濃度測定回路の回路図である。図１において、Ｓ１は、コロナ放電により放電電極（図示せず）の周囲に発生した正負のイオンを捕集するための導電部材が露出した第１のセンサである。また、Ｓ２は、第１のセンサＳ１と並設され、または適宜な間隔を置いて配置される第２のセンサであり、導電部材からなるセンサ部Ｓ２ａと、このセンサ部Ｓ２ａによって正負のイオンを捕集しないように、センサ部Ｓ２ａの表面を周囲から絶縁する絶縁部材Ｓ２ｂとからなっている。ここで、第１のセンサＳ１と第２のセンサＳ２のセンサ部Ｓ２ａとは、表面積が等しい。
これらの第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２により、イオン電流センサＳが構成されている。
【００１９】
第１のセンサＳ１は抵抗Ｒ１を介して第１のアンプＡ１の非反転入力端子に接続され、アンプＡ１の反転入力端子は抵抗Ｒ２を介して接地されている。なお、Ｒ３はアンプＡ１の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗である。
同様にして、第２のセンサＳ２のセンサ部Ｓ２ａは抵抗Ｒ４を介して第２のアンプＡ２の非反転入力端子に接続され、アンプＡ２の反転入力端子は抵抗Ｒ５を介して接地されている。なお、Ｒ６はアンプＡ２の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗である。
【００２０】
第１のアンプＡ１の出力端子は抵抗Ｒ７を介して第３のアンプＡ３の反転入力端子に接続されていると共に、第２のアンプＡ２の出力端子は抵抗Ｒ８を介して第３のアンプＡ３の非反転入力端子に接続されている。なお、この非反転入力端子は抵抗Ｒ９を介して接地されている。また、Ｒ１０はアンプＡ３の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗である。更に、アンプＡ３の出力端子は、抵抗Ｒ１１を介して一端が接地されたコンデンサＣに接続され、その接続点が回路全体の出力端子となっている。
ここで、第１，第２のアンプＡ１，Ａ２の増幅度は等しくなっている。
【００２１】
上記構成において、非反転増幅器としての第１のアンプＡ１及び抵抗Ｒ１〜Ｒ３は第１のセンサＳ１の出力信号を増幅する第１の増幅手段を構成し、非反転増幅器としての第２のアンプＡ２及び抵抗Ｒ４〜Ｒ６は第２のセンサＳ２のセンサ部Ｓ２ａの出力信号を増幅する第２の増幅手段を構成し、第３のアンプＡ３及び抵抗Ｒ７〜Ｒ１０は第１，第２の増幅手段の出力信号の差分を増幅する差動増幅手段を構成し、抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣは差動増幅手段の出力信号を平滑して出力する出力手段を構成している。
【００２２】
次に、図２は、上述した第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２からなるイオン電流センサＳの実施形態を示す平面図であり、絶縁性の基板Ｐ上に櫛の歯状に形成した第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２を交互に配置した例である。ここで、第１のセンサＳ１は銅箔等からなる導電部材を露出させ、第２のセンサＳ２は、センサ部Ｓ２ａとしての導電部材の表面を絶縁部材Ｓ２ｂとしてのレジスト膜により周囲から被覆して形成されている。
【００２３】
図３は、図２に示したイオン電流センサＳを、ケーブルＣＬを介してイオナイザ本体１００に接続した状態を示しており、上記ケーブルＣＬは図１に示したイオン濃度測定回路の入力側（抵抗Ｒ１，Ｒ４の一端）に接続されている。なお、図３において、１０１は放電電極である。
また、図４はイオン電流センサＳの他の実施形態を示しており、第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２をチップ状に形成して両者を一体化した例である。
【００２４】
上述したイオン電流センサＳを含むイオン濃度測定回路の動作を説明すると、以下の通りである。
まず、導電部材が露出している第１のセンサＳ１には、高電圧が印加されてコロナ放電により放電電極１０１から発生する正負のイオンが捕捉されるため、正負のイオン濃度に応じたイオン電流が流れる。同時に、第１のセンサＳ１には、放電電極１０１により形成される電界の影響により誘導電流が流れる。このため、第１のセンサＳ１からは、イオン電流と誘導電流との合成電流が流れ、第１のアンプＡ１の出力信号は上記合成電流に応じた値となる。
【００２５】
一方、導電部材であるセンサ部Ｓ２ａの表面が露出していない第２のセンサＳ２には、放電電極１０１から発生する正負イオンが捕捉されず、放電電極１０１により形成される電界の影響による誘導電流のみが流れる。このため、第２のアンプＡ２の出力信号は上記誘導電流に応じた値となる。
従って、第３のアンプＡ３において、第１のアンプＡ１の出力信号と第２のアンプＡ２の出力信号との差分を増幅することにより、誘導電流に相当する信号が相殺され、イオン電流に相当する信号のみを出力信号として取り出すことができる。
この出力信号は放電電極１０１から発生する正負のイオン濃度のバランスを反映した極性を持つため、上記極性に応じて、放電電極１０１に印加する電圧のバイアス量を制御する等の方法により、イオンバランスを制御すればよい。
【００２６】
なお、図５（ａ）〜（ｄ）は、イオン電流センサＳの更に別の実施形態を示しており、イオナイザ本体１００に第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２を配置した場合の概略的な構成図である。
すなわち、第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２をそれぞれ個別に形成し、イオナイザ本体１００の放電電極１０１を挟むように両センサＳ１，Ｓ２を配置すれば良い。この場合、図５（ａ）や図５（ｂ）のように、両センサＳ１，Ｓ２を対にしてイオナイザ本体１００の両端部や中央部に配置しても良い。ここで、図５（ａ）の場合には、２個の第１のセンサＳ１同士、２個の第２のセンサＳ２同士を互いに接続すれば良い。
【００２７】
また、図５（ｃ）や図５（ｄ）のように、一方のセンサＳ１またはＳ２の数を他方のセンサＳ２またはＳ１の数より多くしても良い。この場合、例えば、図５（ｃ）における２個の第１のセンサＳ１同士、図５（ｄ）における２個の第２のセンサＳ２同士を電気的に接続すれば良い。
更に、例えば図５（ｃ）の構成において、左側の第１のセンサＳ１と中央の第２のセンサＳ２とを用いて一つのイオン濃度測定回路を構成し、同様に右側の第１のセンサＳ１と中央の第２のセンサＳ２とを用いて別のイオン濃度測定回路を構成すると共に、これら二つのイオン濃度測定回路により測定したイオン濃度の平均値を求めても良い。
同様にして、図５（ｄ）の例では、中央の第１のセンサＳ１を共通にして第１のセンサＳ１と第２のセンサＳ２との対を二組形成し、各組を用いて二つのイオン濃度測定回路を構成することができる。
【００２８】
以上のように、図２〜図５に示したようなイオン電流センサＳを用いれば、放電電極１０１の電界に起因した誘導電流を相殺してイオン濃度を測定することができ、特に、図５のように放電電極１０１の近くにイオン電流センサＳが配置されている場合でも、上記電界に影響されることなくイオン濃度を確実に測定してイオンバランス制御を行うことができる。
また、放電電極へのダストの付着による正負イオンの発生比率と電界強度とについて、両者の変化の度合いが異なるとしても、電界に起因する誘導電流は最終的に相殺されるので、上記ダストによって測定誤差が助長されるおそれも少ない。
【００２９】
次に、図６は本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
この実施形態は、第１実施形態における第２のセンサＳ２に代えて、第１のセンサＳ１の一端とアンプＡ２側の抵抗Ｒ４の一端との間にコンデンサＣ１を接続し、第１のセンサＳ１とコンデンサＣ１とによってイオン電流センサＳ’を構成してある。
【００３０】
第１実施形態によると、第２のセンサＳ２に接続されるケーブルの長さやその引き回しなどの影響により第２のセンサＳ２のコンデンサ成分（容量値）が一定にならず、放電電極１０１からの電界によってセンサ部Ｓ２ａから出力される誘導電流が一定にならない場合がある。
このため、第２実施形態では、第２のセンサＳ２を除去して第１のセンサＳ１の一端とアンプＡ２側の抵抗Ｒ４の一端との間に所定値のコンデンサＣ１を接続し、第１のセンサＳ１から上記コンデンサＣ１を介して電界による誘導電流のみをアンプＡ２側に取り出すようにしたものである。
【００３１】
この第２実施形態においても、第１のアンプＡ１の非反転入力端子にはイオン電流と誘導電流との合成電流が流入し、第２のアンプＡ２の非反転入力端子には誘導電流のみが流入する。従って、第３のアンプＡ３によって第１のアンプＡ１の出力信号と第２のアンプＡ２の出力信号との差分を増幅することにより、誘導電流に相当する信号が相殺され、イオン電流に相当する信号のみを出力信号として取り出すことができ、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
特に、この第２実施形態によれば、イオン濃度を安定して測定することができると共に、イオン電流センサＳ’の構成を簡略化してコストを一層低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオン濃度測定回路の回路図である。
【図２】イオン電流センサの実施形態を示す平面図である。
【図３】図２のイオン電流センサの使用状態を示す図である。
【図４】イオン電流センサの別の実施形態を示す図である。
【図５】イオン電流センサの更に別の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るイオン濃度測定回路の回路図である。
【図７】従来技術を示す概略的な構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ，Ｓ’：イオン電流センサ
Ｓ１：第１のセンサ
Ｓ２：第２のセンサ
Ｓ２ａ：センサ部
Ｓ２ｂ：絶縁部材
Ａ１〜Ａ３：アンプ
Ｒ１〜Ｒ１１：抵抗
Ｃ，Ｃ１：コンデンサ
Ｐ：基板
ＣＬ：ケーブル
１００：イオナイザ本体
１０１：放電電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロナ放電を利用して正負イオンを発生し、除電対象物を除電するためのイオナイザにおいて、イオナイザから発生する正負のイオン濃度（イオン電流）を測定するためのイオン濃度測定回路、及び、このイオン濃度測定回路に用いられるイオン電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオナイザとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
図７は特許文献１に記載されたイオナイザの概略構成図であり、図７において、１はファン、２は放電電極（エミッタ）、３はグリッド、４ａ，４ｂは送風方向に沿って配置されたイオン電流センサ、５ａ，５ｂはアンプ、６ａ，６ｂはＡ／Ｄ変換器、７は演算回路、８は直流バイアス電源、９はトランス、１０は交流電源、１１は制御部を示している。
なお、ファン１、放電電極２及びグリッド３はイオナイザ本体に設けられており、このイオナイザ本体のグリッド３に近接して、適宜な支持部材によりイオン電流センサ４ａ，４ｂが保持されている。
【０００３】
上記従来技術では、各イオン電流センサ４ａ，４ｂによりそれぞれ検出したイオン濃度の差を演算回路７により求め、送風方向の延長線上にある除電対象物における正負イオン濃度がバランスするように、前記の差に応じて直流バイアス電源８の電圧を制御することで放電電極２の周囲に発生する正負のイオン量を制御している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１００８７０号公報（段落［００１９］〜［００３０］、図１〜図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示したイオナイザでは、構造上、イオン電流センサ４ａ，４ｂがイオナイザ本体と一体化されており、放電電極２とイオン電流センサ４ａ，４ｂとの間の距離はそれほど離れていない。
このため、イオン電流センサ４ａ，４ｂは放電電極２から発生する正負イオンを検出可能であると同時に、放電電極２によって形成される電界の影響を強く受けてしまい、この電界による誘導電流が本来のイオン電流と共にイオン電流センサ４ａ，４ｂによって検出されることになる。上記の誘導電流は、放電電極２とイオン電流センサ４ａ，４ｂとの間の距離が短い場合には支配的な値となり、一般に微小なイオン電流を正確に検出することが困難である。
【０００６】
放電電極２による電界の影響を受けないようにイオン電流センサ４ａ，４ｂを配置するためには、イオン電流センサ４ａ，４ｂをイオナイザ本体から分離して遠くに配置し、両者をケーブルによって接続する等の方法が考えられるが、除電対象物の移動時にケーブルが邪魔になったり、ケーブルの引き回しが煩雑になる等の問題がある。
【０００７】
上述したように、イオン電流センサにより検出される電流は、イオン電流より放電電極の電界による誘導電流が支配的であるため、イオナイザから発生する正負イオンの発生比率を正確に検出することができない。このため、始動時に設定した正負のイオンバランスが、時間の経過と共に次第にずれてしまうという問題がある。
【０００８】
一方、イオナイザの放電電極は、静電気によって先端にダストが付着する性質があり、放電電極にダストが付着すると正負イオンの発生比率が変化すると共に電界強度も変化する。また、付着したダストに起因する正負イオンの発生比率と電界強度とは、その変化の度合いが異なるため、イオン電流と電界による誘導電流とを合算したイオン電流センサの出力電流によりイオンバランスを制御している従来のイオナイザでは、放電電極へのダストの付着がイオンバランスのずれを一層助長することにもなる。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、イオンバランスの適切な保持を可能にするイオン濃度測定回路と、このイオン濃度測定回路に使用して好適なイオン電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係るイオン濃度測定回路は、コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と第２のセンサの出力信号との差を検出する検出手段と、を備えたものである。
【００１１】
請求項２に係るイオン濃度測定回路は、請求項１において、前記検出手段は、第１のセンサの出力信号を増幅する第１の増幅手段と、第２のセンサの出力信号を増幅する第２の増幅手段と、第１の増幅手段の出力信号と第２の増幅手段の出力信号との差分を増幅する差動増幅手段と、からなるものである。
【００１２】
請求項３に係るイオン電流センサは、コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンを捕集してイオン電流が流れると共に、前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、からなるものである。
【００１３】
請求項４に係るイオン電流センサは、請求項３において、絶縁性の基板上に第１及び第２のセンサが櫛の歯状に交互に配置され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されているものである。
【００１４】
請求項５に係るイオン電流センサは、請求項３において、チップ状の第１及び第２のセンサが一体的に形成され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されているものである。
【００１５】
請求項６に係るイオン電流センサは、請求項３において、前記放電電極を備えたイオナイザ本体に、前記放電電極を挟んで第１のセンサ及び第２のセンサが配置されているものである。
【００１６】
請求項７に係るイオン濃度測定回路は、コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサに一端が接続されたコンデンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と前記コンデンサの他端から得られる出力信号との差を検出する検出手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るイオン濃度測定回路及びイオン電流センサによれば、放電電極により形成される電界に起因した誘導電流の影響を受けずに、正負イオン濃度を測定することができ、適切なイオンバランス制御を行うことができる。
また、イオン濃度測定回路の回路構成やイオン電流センサの構造は極めて簡単であるから、低コストにて提供できる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、第１実施形態に係るイオン濃度測定回路の回路図である。図１において、Ｓ１は、コロナ放電により放電電極（図示せず）の周囲に発生した正負のイオンを捕集するための導電部材が露出した第１のセンサである。また、Ｓ２は、第１のセンサＳ１と並設され、または適宜な間隔を置いて配置される第２のセンサであり、導電部材からなるセンサ部Ｓ２ａと、このセンサ部Ｓ２ａによって正負のイオンを捕集しないように、センサ部Ｓ２ａの表面を周囲から絶縁する絶縁部材Ｓ２ｂとからなっている。ここで、第１のセンサＳ１と第２のセンサＳ２のセンサ部Ｓ２ａとは、表面積が等しい。
これらの第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２により、イオン電流センサＳが構成されている。
【００１９】
第１のセンサＳ１は抵抗Ｒ１を介して第１のアンプＡ１の非反転入力端子に接続され、アンプＡ１の反転入力端子は抵抗Ｒ２を介して接地されている。なお、Ｒ３はアンプＡ１の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗である。
同様にして、第２のセンサＳ２のセンサ部Ｓ２ａは抵抗Ｒ４を介して第２のアンプＡ２の非反転入力端子に接続され、アンプＡ２の反転入力端子は抵抗Ｒ５を介して接地されている。なお、Ｒ６はアンプＡ２の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗である。
【００２０】
第１のアンプＡ１の出力端子は抵抗Ｒ７を介して第３のアンプＡ３の反転入力端子に接続されていると共に、第２のアンプＡ２の出力端子は抵抗Ｒ８を介して第３のアンプＡ３の非反転入力端子に接続されている。なお、この非反転入力端子は抵抗Ｒ９を介して接地されている。また、Ｒ１０はアンプＡ３の出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗である。更に、アンプＡ３の出力端子は、抵抗Ｒ１１を介して一端が接地されたコンデンサＣに接続され、その接続点が回路全体の出力端子となっている。
ここで、第１，第２のアンプＡ１，Ａ２の増幅度は等しくなっている。
【００２１】
上記構成において、非反転増幅器としての第１のアンプＡ１及び抵抗Ｒ１〜Ｒ３は第１のセンサＳ１の出力信号を増幅する第１の増幅手段を構成し、非反転増幅器としての第２のアンプＡ２及び抵抗Ｒ４〜Ｒ６は第２のセンサＳ２のセンサ部Ｓ２ａの出力信号を増幅する第２の増幅手段を構成し、第３のアンプＡ３及び抵抗Ｒ７〜Ｒ１０は第１，第２の増幅手段の出力信号の差分を増幅する差動増幅手段を構成し、抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣは差動増幅手段の出力信号を平滑して出力する出力手段を構成している。
【００２２】
次に、図２は、上述した第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２からなるイオン電流センサＳの実施形態を示す平面図であり、絶縁性の基板Ｐ上に櫛の歯状に形成した第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２を交互に配置した例である。ここで、第１のセンサＳ１は銅箔等からなる導電部材を露出させ、第２のセンサＳ２は、センサ部Ｓ２ａとしての導電部材の表面を絶縁部材Ｓ２ｂとしてのレジスト膜により周囲から被覆して形成されている。
【００２３】
図３は、図２に示したイオン電流センサＳを、ケーブルＣＬを介してイオナイザ本体１００に接続した状態を示しており、上記ケーブルＣＬは図１に示したイオン濃度測定回路の入力側（抵抗Ｒ１，Ｒ４の一端）に接続されている。なお、図３において、１０１は放電電極である。
また、図４はイオン電流センサＳの他の実施形態を示しており、第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２をチップ状に形成して両者を一体化した例である。
【００２４】
上述したイオン電流センサＳを含むイオン濃度測定回路の動作を説明すると、以下の通りである。
まず、導電部材が露出している第１のセンサＳ１には、高電圧が印加されてコロナ放電により放電電極１０１から発生する正負のイオンが捕捉されるため、正負のイオン濃度に応じたイオン電流が流れる。同時に、第１のセンサＳ１には、放電電極１０１により形成される電界の影響により誘導電流が流れる。このため、第１のセンサＳ１からは、イオン電流と誘導電流との合成電流が流れ、第１のアンプＡ１の出力信号は上記合成電流に応じた値となる。
【００２５】
一方、導電部材であるセンサ部Ｓ２ａの表面が露出していない第２のセンサＳ２には、放電電極１０１から発生する正負イオンが捕捉されず、放電電極１０１により形成される電界の影響による誘導電流のみが流れる。このため、第２のアンプＡ２の出力信号は上記誘導電流に応じた値となる。
従って、第３のアンプＡ３において、第１のアンプＡ１の出力信号と第２のアンプＡ２の出力信号との差分を増幅することにより、誘導電流に相当する信号が相殺され、イオン電流に相当する信号のみを出力信号として取り出すことができる。
この出力信号は放電電極１０１から発生する正負のイオン濃度のバランスを反映した極性を持つため、上記極性に応じて、放電電極１０１に印加する電圧のバイアス量を制御する等の方法により、イオンバランスを制御すればよい。
【００２６】
なお、図５（ａ）〜（ｄ）は、イオン電流センサＳの更に別の実施形態を示しており、イオナイザ本体１００に第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２を配置した場合の概略的な構成図である。
すなわち、第１のセンサＳ１及び第２のセンサＳ２をそれぞれ個別に形成し、イオナイザ本体１００の放電電極１０１を挟むように両センサＳ１，Ｓ２を配置すれば良い。この場合、図５（ａ）や図５（ｂ）のように、両センサＳ１，Ｓ２を対にしてイオナイザ本体１００の両端部や中央部に配置しても良い。ここで、図５（ａ）の場合には、２個の第１のセンサＳ１同士、２個の第２のセンサＳ２同士を互いに接続すれば良い。
【００２７】
また、図５（ｃ）や図５（ｄ）のように、一方のセンサＳ１またはＳ２の数を他方のセンサＳ２またはＳ１の数より多くしても良い。この場合、例えば、図５（ｃ）における２個の第１のセンサＳ１同士、図５（ｄ）における２個の第２のセンサＳ２同士を電気的に接続すれば良い。
更に、例えば図５（ｃ）の構成において、左側の第１のセンサＳ１と中央の第２のセンサＳ２とを用いて一つのイオン濃度測定回路を構成し、同様に右側の第１のセンサＳ１と中央の第２のセンサＳ２とを用いて別のイオン濃度測定回路を構成すると共に、これら二つのイオン濃度測定回路により測定したイオン濃度の平均値を求めても良い。
同様にして、図５（ｄ）の例では、中央の第１のセンサＳ１を共通にして第１のセンサＳ１と第２のセンサＳ２との対を二組形成し、各組を用いて二つのイオン濃度測定回路を構成することができる。
【００２８】
以上のように、図２〜図５に示したようなイオン電流センサＳを用いれば、放電電極１０１の電界に起因した誘導電流を相殺してイオン濃度を測定することができ、特に、図５のように放電電極１０１の近くにイオン電流センサＳが配置されている場合でも、上記電界に影響されることなくイオン濃度を確実に測定してイオンバランス制御を行うことができる。
また、放電電極へのダストの付着による正負イオンの発生比率と電界強度とについて、両者の変化の度合いが異なるとしても、電界に起因する誘導電流は最終的に相殺されるので、上記ダストによって測定誤差が助長されるおそれも少ない。
【００２９】
次に、図６は本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
この実施形態は、第１実施形態における第２のセンサＳ２に代えて、第１のセンサＳ１の一端とアンプＡ２側の抵抗Ｒ４の一端との間にコンデンサＣ１を接続し、第１のセンサＳ１とコンデンサＣ１とによってイオン電流センサＳ’を構成してある。
【００３０】
第１実施形態によると、第２のセンサＳ２に接続されるケーブルの長さやその引き回しなどの影響により第２のセンサＳ２のコンデンサ成分（容量値）が一定にならず、放電電極１０１からの電界によってセンサ部Ｓ２ａから出力される誘導電流が一定にならない場合がある。
このため、第２実施形態では、第２のセンサＳ２を除去して第１のセンサＳ１の一端とアンプＡ２側の抵抗Ｒ４の一端との間に所定値のコンデンサＣ１を接続し、第１のセンサＳ１から上記コンデンサＣ１を介して電界による誘導電流のみをアンプＡ２側に取り出すようにしたものである。
【００３１】
この第２実施形態においても、第１のアンプＡ１の非反転入力端子にはイオン電流と誘導電流との合成電流が流入し、第２のアンプＡ２の非反転入力端子には誘導電流のみが流入する。従って、第３のアンプＡ３によって第１のアンプＡ１の出力信号と第２のアンプＡ２の出力信号との差分を増幅することにより、誘導電流に相当する信号が相殺され、イオン電流に相当する信号のみを出力信号として取り出すことができ、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
特に、この第２実施形態によれば、イオン濃度を安定して測定することができると共に、イオン電流センサＳ’の構成を簡略化してコストを一層低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオン濃度測定回路の回路図である。
【図２】イオン電流センサの実施形態を示す平面図である。
【図３】図２のイオン電流センサの使用状態を示す図である。
【図４】イオン電流センサの別の実施形態を示す図である。
【図５】イオン電流センサの更に別の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るイオン濃度測定回路の回路図である。
【図７】従来技術を示す概略的な構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ，Ｓ’：イオン電流センサ
Ｓ１：第１のセンサ
Ｓ２：第２のセンサ
Ｓ２ａ：センサ部
Ｓ２ｂ：絶縁部材
Ａ１〜Ａ３：アンプ
Ｒ１〜Ｒ１１：抵抗
Ｃ，Ｃ１：コンデンサ
Ｐ：基板
ＣＬ：ケーブル
１００：イオナイザ本体
１０１：放電電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と第２のセンサの出力信号との差を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とするイオン濃度測定回路。
【請求項２】
請求項１に記載したイオン濃度測定回路において、
前記検出手段は、
第１のセンサの出力信号を増幅する第１の増幅手段と、
第２のセンサの出力信号を増幅する第２の増幅手段と、
第１の増幅手段の出力信号と第２の増幅手段の出力信号との差分を増幅する差動増幅手段と、
からなることを特徴とするイオン濃度測定回路。
【請求項３】
コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンを捕集してイオン電流が流れると共に、前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、
この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、
からなることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項４】
請求項３に記載したイオン電流センサにおいて、
絶縁性の基板上に第１及び第２のセンサが櫛の歯状に交互に配置され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されていることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項５】
請求項３に記載したイオン電流センサにおいて、
チップ状の第１及び第２のセンサが一体的に形成され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されていることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項６】
請求項３に記載したイオン電流センサにおいて、
前記放電電極を備えたイオナイザ本体に、前記放電電極を挟んで第１のセンサ及び第２のセンサが配置されていることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項７】
コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサに一端が接続されたコンデンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と前記コンデンサの他端から得られる出力信号との差を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とするイオン濃度測定回路。
【請求項１】
コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と第２のセンサの出力信号との差を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とするイオン濃度測定回路。
【請求項２】
請求項１に記載したイオン濃度測定回路において、
前記検出手段は、
第１のセンサの出力信号を増幅する第１の増幅手段と、
第２のセンサの出力信号を増幅する第２の増幅手段と、
第１の増幅手段の出力信号と第２の増幅手段の出力信号との差分を増幅する差動増幅手段と、
からなることを特徴とするイオン濃度測定回路。
【請求項３】
コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンを捕集してイオン電流が流れると共に、前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、
この第１のセンサとは絶縁して配置され、かつ、前記電界によって導電性のセンサ部に誘導電流が流れると共に前記センサ部が前記イオンを捕集しないように前記センサ部の表面が周囲から絶縁された第２のセンサと、
からなることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項４】
請求項３に記載したイオン電流センサにおいて、
絶縁性の基板上に第１及び第２のセンサが櫛の歯状に交互に配置され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されていることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項５】
請求項３に記載したイオン電流センサにおいて、
チップ状の第１及び第２のセンサが一体的に形成され、これらの第１及び第２のセンサが、前記放電電極を備えたイオナイザ本体にケーブルを介して接続されていることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項６】
請求項３に記載したイオン電流センサにおいて、
前記放電電極を備えたイオナイザ本体に、前記放電電極を挟んで第１のセンサ及び第２のセンサが配置されていることを特徴とするイオン電流センサ。
【請求項７】
コロナ放電により放電電極の周囲に発生したイオンをイオン電流センサにより捕集してその濃度を測定するイオン濃度測定回路において、
前記イオンを捕集してイオン電流が流れると共に前記放電電極により形成される電界によって誘導電流が流れる第１のセンサと、この第１のセンサに一端が接続されたコンデンサと、からなる前記イオン電流センサと、
第１のセンサの出力信号と前記コンデンサの他端から得られる出力信号との差を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とするイオン濃度測定回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７８３９２（Ｐ２０１０−７８３９２Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４５３４６（Ｐ２００８−２４５３４６）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（５９１２５２７８１）ヒューグルエレクトロニクス株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（５９１２５２７８１）ヒューグルエレクトロニクス株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
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