除電装置及び除電制御方法
【課題】 除電装置からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる除電装置を提供する。
【解決手段】 放電電極２に対し、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２を交互に繰返し印加する電極駆動手段と、駆動電圧Ｖ１の電圧値と駆動電圧Ｖ２の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整手段と、駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとの少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整手段と、電圧値の調整量及び印加時間の調整量を制御する駆動制御手段により構成される。駆動制御手段は、正イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくする。
【解決手段】 放電電極２に対し、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２を交互に繰返し印加する電極駆動手段と、駆動電圧Ｖ１の電圧値と駆動電圧Ｖ２の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整手段と、駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとの少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整手段と、電圧値の調整量及び印加時間の調整量を制御する駆動制御手段により構成される。駆動制御手段は、正イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除電装置及び除電制御方法に係り、さらに詳しくは、コロナ放電のための駆動電圧を放電電極に繰返し印加することによって、放電電極の周辺に正イオン及び負イオンを発生させる除電装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
除電器は、静電気などによって帯電したワークに正イオン又は負イオンを供給することにより、ワークから余分な電気を除去する装置である。放電用の電極針に駆動用の高電圧を印加した際に、電極針の先端に生じるコロナ放電を利用する除電装置には、放電電極に駆動電圧を印加する際の駆動方式として、ＤＣ方式、ＡＣ方式、パルスＤＣ方式、パルスＡＣ方式などのタイプがある。ＤＣ方式では、大地アースに対し正電位が維持される正側電極と負電位が維持される負側電極とが、放電電極として設けられる。ＡＣ方式では、単一の放電電極に交流電圧が印加される。パルスＤＣ方式では、パルス状の駆動電圧が正側電極と負側電極とに交互に印加される。パルスＡＣ方式では、パルス状の交流電圧が単一の放電電極に印加される。
【０００３】
通常、除電対象物は、正に帯電しているのか、或いは、負に帯電しているのかがわからないので、正イオン及び負イオンの両イオンを発生させる必要がある。また、除電が完了した際に、除電対象物上に静電気が残留しないようにするためには、正イオン及び負イオンを等しい量だけ発生させなければならない。ところが、コロナ放電によって放電電極を流れる電流の電圧特性は、正極性と負極性とで対称ではない（例えば、特許文献１）。例えば、コロナ放電に必要な駆動電圧の下限値は、負極性の方が低い。そこで、従来の除電装置では、正極性放電と負極性放電とが均等に生じるように、放電電極の駆動制御が行われる（例えば、特許文献２〜５）。特許文献２は、ＡＣ方式の除電装置であり、放電電極に正極性のＤＣバイアスが印加されている。この特許文献２には、イオンセンサの出力に基づいて、ＤＣバイアスを調整することが記載されている。
【０００４】
特許文献３は、パルスＤＣ方式の除電装置であり、駆動周期を一定に保ちつつ、正側電極に印加する正極駆動電圧の印加時間と負側電極に印加する負極駆動電圧の印加時間との比率を調整することにより、イオンバランスを調整している。特許文献４は、パルスＡＣ方式の除電装置であり、正極性駆動電圧の印加時間と負極性駆動電圧の印加時間とを一致させたまま、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧の各電圧値を調整することにより、イオンバランスを調整している。また、特許文献５では、駆動周期を一定に保ちつつ、正極性駆動電圧の印加時間と負極性駆動電圧の印加時間との比率を調整することにより、イオンバランスを調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４８７２０８３号明細書
【特許文献２】特開平８−２９８１９７号公報
【特許文献３】特許第４３６７５８０号公報
【特許文献４】特開２００８−１３５３２９号公報
【特許文献５】特許第４２１９４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した様な従来の除電装置では、除電装置からの距離に応じてイオンバランスが変化することが知られており、従って、除電装置から特定の距離でイオンバランスをゼロにできたとしても、除電装置の近傍におけるイオンバランスが顕著に劣化してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明は、イオンバランスの距離特性を向上させることができる除電装置及び除電制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
特に、所望量の正イオン及び負イオンをそれぞれ発生させることができるとともに、除電装置からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる除電装置を提供することを目的とする。また、除電装置の近傍におけるイオンバランスの劣化を抑制することができる除電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明による除電装置は、放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動手段と、上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整手段と、上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整手段と、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御手段を備え、上記駆動制御手段が、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくするように構成される。
【００１０】
この様な構成によれば、増加させるイオンと同極性の駆動電圧の電圧値を増加させ、或いは、逆極性の駆動電圧の電圧値を減少させる一方、同極性の駆動電圧の印加時間の比率を小さくするので、駆動電圧の繰返し間隔よりも長い時間における放電電極の平均電位を一定に保つことができる。このため、駆動電圧の電圧値や印加時間を調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。従って、除電装置からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【００１１】
第２の本発明による除電装置は、上記構成に加え、上記放電電極の周辺における正イオン及び負イオン間のイオンバランスを検出するイオンバランス検出手段を備え、上記駆動制御手段が、検出されたイオンバランスに基づいて、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御するように構成される。この様な構成によれば、イオンバランスの検出値に応じて、駆動電圧の電圧値や印加時間を自動調整させることができる。
【００１２】
第３の本発明による除電装置は、上記構成に加え、上記イオンバランス及び上記平均電位の各目標値を保持する目標値記憶手段と、上記放電電極の出力電圧を検出する電極電圧検出手段とを備え、上記駆動制御手段が、上記イオンバランスが対応する目標値と一致するまで、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各電圧値を調整する電圧調整処理を繰返し行い、上記電圧調整処理の終了後、上記出力電圧から求められる上記平均電位が対応する目標値と一致するように、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各印加時間を調整するように構成される。
【００１３】
この様な構成によれば、イオンバランスに基づく電圧調整処理が終了してから、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧の各印加時間を調整するので、イオンバランス及び平均電位を所望の目標値に速やかに近づけることができる。
【００１４】
第４の本発明による除電装置は、上記構成に加え、上記イオンバランス検出手段が、接地電極及び大地アース間を流れる電流に基づいて、上記イオンバランスを検出し、上記電極電圧検出手段が、昇圧トランスの２次側接地端子と大地アースとの間を流れる電流に基づいて、上記出力電圧を検出するように構成される。
【００１５】
この様な構成によれば、接地電極及び大地アース間を流れる電流によってイオンバランスを検出するので、表面電位計やイオンモニタを用いる場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。また、昇圧トランスの２次側接地端子及び大地アース間を流れる電流によって出力電圧を検出するので、放電電極の出力電圧を分圧用の抵抗器を用いて直接検出する場合に比べ、装置の製造コストを低減させることができる。
【００１６】
第５の本発明による除電制御方法は、放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動ステップと、上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整ステップと、上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整ステップと、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御ステップとを備え、上記駆動制御ステップでは、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくするように構成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による除電装置及び除電制御方法では、駆動電圧の繰返し間隔よりも長い時間における放電電極の平均電位を一定に保つことができるので、駆動電圧の電圧値や印加時間を調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。
【００１８】
従って、所望量の正イオン及び負イオンをそれぞれ発生させることができるとともに、除電装置からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。特に、除電装置の近傍におけるイオンバランスの劣化を抑制することができ、イオンバランスの距離特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１による除電器１の一構成例を示したブロック図であり、パルスＡＣ方式の除電装置が示されている。
【図２】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示したタイミングチャートであり、ＣＰＵ５により生成されるＰＷＭ信号ＳＷｎ，ＳＷｐが示されている。
【図３】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、出力電圧に応じてパルス幅が異なるＰＷＭパルスＰｋが示されている。
【図４】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の平均電位Ｖ０に応じてデューティ比が異なるＰＷＭ信号ＳＷｎが示されている。
【図５】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の電位が示されている。
【図６】図１のＣＰＵ５内の構成例を示したブロック図である。
【図７】図６のＣＰＵ５におけるイオンバランス制御時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図８】図６のＣＰＵ５における電圧制御時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図９】図１の除電器１を用いて測定されたイオンバランスの距離特性を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による除電装置１００の構成例を示したブロック図である。
【図１１】図１０の除電装置１００における放電電極１０４の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極１０４の電位が示されている。
【図１２】本発明の実施の形態３による除電装置２００の構成例を示したブロック図である。
【図１３】図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図１４】図１２の除電装置２００において用いられる電圧テーブルの一例を示した図であり、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３に対応する出力電圧ｖ１，ｖ２が示されている。
【図１５】図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示した図であり、デューティ比Ｄが異なる場合の電位Ｖａ，Ｖｂが示されている。
【図１６】本発明による除電装置において放電電極の出力電圧を検出する出力電圧検出部の他の構成例を示したブロック図である。
【図１７】本発明の実施の形態４による除電装置３００の構成例を示したブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態５による除電装置４００の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
＜除電器１＞
図１は、本発明の実施の形態１による除電器１の一構成例を示したブロック図であり、パルスＡＣ方式の除電装置が示されている。この除電器１は、放電電極２、接地電極３、ＤＣ電源４、ＣＰＵ５、増幅器６，１６，２６、Ａ／Ｄ変換器７，１７，２７、スイッチング素子１１，２１、発振回路１２，２２、昇圧トランス１３，２３、倍電圧整流回路１４，２４、電圧検出用整流回路１５及び２５により構成される。
【００２１】
発振回路１２、昇圧トランス１３及び倍電圧整流回路１４は、負側駆動電圧Ｖ２を放電電極２に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。発振回路２２、昇圧トランス２３及び倍電圧整流回路２４は、正側駆動電圧Ｖ１を放電電極２に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。
【００２２】
放電電極２は、所定の駆動電圧を印加することによって、コロナ放電を発生させるための電極であり、例えば、１又は２以上の導体針からなる。放電電極２には、正側駆動電圧Ｖ１と負側駆動電圧Ｖ２とが交互に繰返し印加される。接地電極３は、放電電流を回収するためのグランド電極であり、イオン電流検出用の抵抗素子Ｒｆを介して大地アースに接続されている。
【００２３】
ＤＣ電源４は、発振回路１２及び２２へ直流電源を供給するための電源ユニットであり、所定の直流電圧ＶＤＣが、スイッチング素子１１を介して発振回路１２に印加されるとともに、スイッチング素子２１を介して発振回路２２に印加される。
【００２４】
発振回路１２は、ＤＣ電源４から供給される直流電圧ＶＤＣを交流電圧ＶＡＣに変換して昇圧トランス１３を駆動するインバータ回路である。交流電圧ＶＡＣの大きさは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号ＳＷｎによってスイッチング素子１１のオン時間を調整することによって制御される。
【００２５】
倍電圧整流回路１４は、複数のコンデンサと複数のダイオード（整流素子）とからなる昇圧回路であり、直列に接続されたコンデンサ間がダイオードによってはしご状に連結されている。倍電圧整流回路１４は、昇圧トランス１３の２次側出力端子に接続されている。昇圧トランス１３の２次側接地端子は、出力電圧検出用の抵抗素子Ｒｎを介して大地アースに接続されている。
【００２６】
発振回路２２は、ＤＣ電源４から供給される直流電圧ＶＤＣを交流電圧ＶＡＣに変換して昇圧トランス２３を駆動するインバータ回路である。交流電圧ＶＡＣの大きさは、ＰＷＭ信号ＳＷｐによってスイッチング素子２１のオン時間を調整することによって制御される。
【００２７】
倍電圧整流回路２４は、倍電圧整流回路１４と同様の構成からなり、昇圧トランス２３の２次側出力端子に接続されている。倍電圧整流回路１４と倍電圧整流回路２４とでは、ダイオードの向きが異なる。昇圧トランス２３の２次側接地端子は、出力電圧検出用の抵抗素子Ｒｐを介して大地アースに接続されている。
【００２８】
除電器１から出力される電流は、イオン電流Ｉｉと呼ばれ、放電電極２の周辺の空気などがコロナ放電によって電離することにより生じる正イオン及び負イオン間のイオンバランスを示す。イオン電流Ｉｉは、大地アースから抵抗素子Ｒｆを介して接地電極３側へ流れる。
【００２９】
抵抗素子Ｒｆは、大地アースから接地電極３側へ流れるイオン電流Ｉｉを電圧信号に変換するための抵抗器であり、変換後の電圧信号は、増幅器６により増幅され、Ａ／Ｄ変換器７によりデジタルデータへ変換される。つまり、抵抗素子Ｒｆ、増幅器６及びＡ／Ｄ変換器７により、イオンバランスが検出される。ここでは、イオンバランスの検出値をＶｆとしている。
【００３０】
電圧検出用整流回路１５は、昇圧トランス１３の２次側接地端子を流れる電流によって負側出力電圧を検出するための整流回路であり、２つのコンデンサ１５ａ，１５ｂと２つのダイオード１５ｃ，１５ｄとからなる。電圧検出用整流回路１５では、入力端子及び大地アース間にコンデンサ１５ａとダイオード１５ｃとが直列接続され、ダイオード１５ｃのカソード端子及び大地アース間にダイオード１５ｄとコンデンサ１５ｂとが直列接続され、ダイオード１５ｄのカソード端子が出力端子に接続されている。
【００３１】
抵抗素子Ｒｎは、昇圧トランス１３の２次側接地端子から大地アースへ流れる電流を電圧信号に変換するための抵抗器であり、変換後の電圧信号は、整流回路１５によって全波整流される。整流回路１５による全波整流後の電圧信号は、増幅器１６により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタルデータへ変換される。ここでは、負側出力電圧の検出値をＶｎとしている。
【００３２】
電圧検出用整流回路２５は、昇圧トランス２３の２次側接地端子を流れる電流によって正側出力電圧を検出するための整流回路であり、２つのコンデンサ２５ａ，２５ｂと２つのダイオード２５ｃ，２５ｄとから電圧検出用整流回路１５と同様に構成されている。抵抗素子Ｒｐは、昇圧トランス２３の２次側接地端子から大地アースへ流れる電流を電圧信号に変換するための抵抗器であり、変換後の電圧信号は、整流回路２５によって全波整流される。整流回路２５による全波整流後の電圧信号は、増幅器２６により増幅され、Ａ／Ｄ変換器２７によりデジタルデータへ変換される。ここでは、正側出力電圧の検出値をＶｐとしている。
【００３３】
ＣＰＵ５は、イオンバランス、正側出力電圧及び負側出力電圧の各検出結果に基づいて、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２の各電圧値とそれぞれの印加時間とを調整するイオンバランス制御プロセッサである。イオンバランス、正側出力電圧及び負側出力電圧の検出値Ｖｆ，Ｖｐ及びＶｎは、それぞれＣＰＵ５の所定の入力ポートに入力される。また、スイッチング素子１１及び２１をオン又はオフさせるためのＰＷＭ信号ＳＷｎ及びＳＷｐは、それぞれ所定の出力ポートから出力される。
【００３４】
正側駆動電圧Ｖ１の電圧値は、ＰＷＭ信号ＳＷｐのパルス幅を調整することによって制御され、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値は、ＰＷＭ信号ＳＷｎのパルス幅を調整することによって制御される。正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐは、正側駆動電圧Ｖ１を保持し続ける持続時間であり、スイッチング素子２１のオン期間Ｔｉｐを調整することによって制御される。負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎは、負側駆動電圧Ｖ２を保持し続ける持続時間であり、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎを調整することによって制御される。スイッチング素子１１，２１を交互に繰返しオンさせることにより、正イオン及び負イオンをそれぞれ発生させることができる。
【００３５】
この除電器１では、イオンバランスの距離特性を向上させるために、放電電極２の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとの比率が調整される。
【００３６】
＜ＰＷＭ信号＞
図２は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示したタイミングチャートであり、ＣＰＵ５により生成されるＰＷＭ信号ＳＷｎ，ＳＷｐが示されている。負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎと正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐとは、それぞれスイッチング素子１１，２１のオン期間によって制御される。
【００３７】
ＰＷＭ信号ＳＷｎは、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎ中、一定の周期Ｔ１１でＰＷＭパルスＰｎが繰返し出力されるパルス信号からなる。一方、ＰＷＭ信号ＳＷｐは、スイッチング素子２１のオン期間Ｔｉｐ中、一定の周期Ｔ１１でＰＷＭパルスＰｐが繰返し出力されるパルス信号からなる。
【００３８】
スイッチング素子１１は、オン期間Ｔｉｎ中、ＰＷＭパルスＰｎによって断続的にオンされ、オン期間Ｔｉｐ中、連続的にオフされる。負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎは、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎによって規定される。スイッチング素子２１は、オン期間Ｔｉｐ中、ＰＷＭパルスＰｐによって断続的にオンされ、オン期間Ｔｉｎ中、連続的にオフされる。正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐは、スイッチング素子２１のオン期間Ｔｉｐによって規定される。
【００３９】
周期Ｔ１は、負側駆動電圧Ｖ２及び正側駆動電圧Ｖ１を交互に繰返し印加する際の繰返し間隔であり、除電周期と呼ばれる。この除電周期Ｔ１は、スイッチング素子１１，２１を交互に繰返しオンさせる際の繰返し間隔に対応し、Ｔ１＝Ｔｐ＋Ｔｎにより表される。
【００４０】
＜ＰＷＭパルスのデューティ比＞
図３は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、出力電圧に応じてパルス幅が異なるＰＷＭパルスＰｋが示されている。この図には、ＰＷＭパルスＰｋを繰返し出力する際の周期Ｔ１１（Ｔ１１＜Ｔ１）を一定に保ったまま、ＰＷＭパルスＰｋのデューティ比Ｄｐ＝Ｔ１２／Ｔ１１を変化させる場合が示されている。
【００４１】
負側駆動電圧Ｖ２の電圧値と正側駆動電圧Ｖ１の電圧値とは、それぞれＰＷＭパルスＰｎ，Ｐｐのパルス幅によって制御される。ＰＷＭパルスＰｋ（ｋ＝ｎ，ｐ）のパルス幅Ｔ１２は、ＰＷＭ信号ＳＷｋの立ち上がりから立ち下がりまでの時間であり、ＰＷＭパルスｐｋごとのスイッチング素子１１，２１のオン時間に対応する。ＰＷＭパルスＰｋごとのスイッチング素子１１，２１のオフ時間をＴ１３とすれば、Ｔ１１＝Ｔ１２＋Ｔ１３である。
【００４２】
上記デューティ比Ｄｐは、パルス幅Ｔ１２と周期Ｔ１１との比率である。放電電極２の出力電圧は、パルス幅Ｔ１２を長くすることによってデューティ比Ｄｐを大きくすれば、高くなる。一方、出力電圧は、パルス幅Ｔ１２を短くすることによってデューティ比Ｄｐを小さくすれば、低くなる。例えば、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを大きくすれば、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値が高くなるので、負イオンを増加させることができる。
【００４３】
除電周期Ｔ１が、例えば、Ｔ１＝０．００５秒〜１０秒程度であるのに対し、周期Ｔ１１は、除電周期Ｔ１の１／１００よりも小さな値が指定される。
【００４４】
＜印加時間のデューティ比＞
図４は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の平均電位Ｖ０に応じてデューティ比が異なるＰＷＭ信号ＳＷｎが示されている。この図には、スイッチング素子１１，２１を交互に繰返しオンさせる際の繰返し間隔、すなわち、除電周期Ｔ１を一定に保ったまま、印加時間のデューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１を変化させる場合が示されている。
【００４５】
負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎは、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎによって制御される。上記デューティ比Ｄｓは、負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎと除電周期Ｔ１との比率である。
【００４６】
平均電位Ｖ０は、放電電極２の電位を除電周期Ｔ１よりも長い時間で平均した時間平均値である。この平均電位Ｖ０は、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２の各電圧値が一定である場合、印加時間Ｔｎを長くすることによってデューティ比Ｄｓを大きくすれば、低くなる。一方、平均電位Ｖ０は、印加時間Ｔｎを短くすることによってデューティ比Ｄｓを小さくすれば、高くなる。
【００４７】
そこで、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとの比率、すなわち、デューティ比Ｄｓを調整するためには、例えば、デューティ比Ｄｓを大きくする場合、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を小さくし、或いは、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を大きくする。一方、デューティ比Ｄｓを小さくする場合には、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を大きくし、或いは、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を小さくする。つまり、駆動電圧の電圧値と当該駆動電圧の印加時間とを互いに反対方向へ変化させる。
【００４８】
図５は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の電位が示されている。放電電極２には、正側駆動電圧Ｖ１と負側駆動電圧Ｖ２とが交互に繰返し印加される。
【００４９】
この例では、デューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１が１／２よりも大きく、正側駆動電圧Ｖ１は、負側駆動電圧Ｖ２よりも大きくなっている。デューティ比Ｄｓを大きくする場合、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を大きくするか、或いは、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を小さくすることによって、平均電位Ｖ０（この例では、Ｖ０＜０）を一定に維持することができる。
【００５０】
一方、デューティ比Ｄｓを小さくする場合には、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を小さくするか、或いは、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を大きくすれば良い。
【００５１】
＜ＣＰＵ５＞
図６は、図１のＣＰＵ５内の構成例を示したブロック図である。このＣＰＵ５は、目標値記憶部５１，５４、イオンバランス誤差抽出部５２、平均電位算出部５３、平均電位誤差抽出部５５、駆動制御部５６、電圧値調整部５７、印加時間調整部５８及びＰＷＭ信号生成部５９により構成される。目標値記憶部５１及び５４には、イオンバランス及び平均電位Ｖ０の各目標値がそれぞれ保持される。これらの目標値は、例えば、ユーザ操作に基づいて、任意に指定することができる。
【００５２】
イオンバランス誤差抽出部５２は、イオンバランスの検出値Ｖｆと対応する目標値とを比較し、イオンバランスの制御誤差を求めて駆動制御部５６へ出力する。電圧値調整部５７は、イオンバランスの制御誤差に基づいて、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値と負側駆動電圧Ｖ２の電圧値とを調整する。平均電位算出部５３は、出力電圧の検出値Ｖｎ，Ｖｐから平均電位Ｖ０を求め、平均電位誤差抽出部５５へ出力する。平均電位Ｖ０は、Ｖ０＝Ｖｐ−Ｖｎにより求められる。
【００５３】
平均電位誤差抽出部５５は、平均電位算出部５３により求められた平均電位Ｖ０と対応する目標値とを比較し、平均電位の制御誤差を求めて駆動制御部５６へ出力する。印加時間調整部５８は、平均電位の制御誤差に基づいて、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとを調整する。
【００５４】
駆動制御部５６は、イオンバランス及び平均電位の制御誤差に基づいて、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値の調整量と印加時間Ｔｐ，Ｔｎの調整量とを制御する。ＰＷＭ信号生成部５９は、電圧値調整部５７及び印加時間調整部５８の出力に基づいて、ＰＷＭ信号ＳＷｐ、ＳＷｎを生成する。
【００５５】
具体的には、イオンバランス及び平均電位Ｖ０がそれぞれ目標値と一致するように、印加時間のデューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１と、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐ＝Ｔ１２／Ｔ１１とが決定される。その際、駆動制御部５６により、平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、デューティ比Ｄｓ，Ｄｐの調整が行われる。例えば、正イオンを増加させる場合、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを大きくするとともに、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを小さくし、かつ、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐを短く、すなわち、デューティ比Ｄｓを大きくする。
【００５６】
これに対し、負イオンを増加させる場合には、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを大きくするとともに、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを小さくし、かつ、負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎを短く、すなわち、デューティ比Ｄｓを小さくする。つまり、増加させるイオンと同極性の駆動電圧の電圧値を大きくするとともに、逆極性の駆動電圧の電圧値を小さくし、かつ、同極性の駆動電圧の印加時間の比率を小さくする。
【００５７】
ここで、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値及び負側駆動電圧Ｖ２の電圧値とデューティ比Ｄｓとの関係は、例えば、所定の電圧テーブルとして予め保持される。或いは、所定の演算式からなる関数を用いて、これらの駆動パラメータを算出してもよい。
【００５８】
この様に、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、印加時間のデューティ比ＤｓとＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐとを調整するので、イオンバランスや出力電圧の検出値に応じてこれらの駆動パラメータを調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。
【００５９】
一般に、コロナ放電によって放電電極２を流れる電流（放電電流）の電圧特性は、正側と負側とで対称ではない。例えば、コロナ放電に必要な負側駆動電圧Ｖ２の下限値は、正側駆動電圧Ｖ１の下限値よりも小さい。また、駆動電圧と放電電流との関係は非線形であり、放電電流は駆動電圧が増加するのに伴って指数関数的に増大するが、その変化の割合も正側と負側とで大きく異なる。
【００６０】
そこで、本実施の形態による除電器１では、放電特性に大きく影響する駆動電圧の電圧値、すなわち、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐの調整を行ってから、印加時間のデューティ比Ｄｓの調整が行われる。具体的には、イオンバランスが目標値と一致するように、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐを調整する電圧調整処理が繰返し行われる。そして、平均電位Ｖ０が目標値と一致するように、デューティ比Ｄｓを調整する処理が行われる。
【００６１】
＜イオンバランス制御＞
図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は、図６のＣＰＵ５におけるイオンバランス制御時の動作の一例を示したフローチャートであり、イオンバランスの検出値に基づいて、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐを調整する処理が示されている。まず、ＣＰＵ５は、イオンバランスの検出値Ｖｆを取得し、目標値と比較する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。
【００６２】
このとき、ＣＰＵ５は、Ｖｆが目標値よりも大きければ、負イオンが過多であると判断し、正イオンを増加させるために、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを大きくするとともに、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを小さくする（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。
【００６３】
一方、Ｖｆが目標値よりも小さければ、正イオンが過多であると判断し、負イオンを増加させるために、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを小さくするとともに、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを大きくする（ステップＳ１０３，Ｓ１０６，Ｓ１０７）。ＣＰＵ５は、Ｖｆが目標値と一致するまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７の処理手順を繰り返す（ステップＳ１０５）。
【００６４】
＜電圧制御＞
図８のステップＳ２０１〜Ｓ２０８は、図６のＣＰＵ５における電圧制御時の動作の一例を示したフローチャートであり、出力電圧の検出値に基づいて、デューティ比Ｄｓを調整する処理が示されている。まず、ＣＰＵ５は、出力電圧の検出値Ｖｎ，Ｖｐを取得し、その差分（Ｖｐ−Ｖｎ）から平均電位Ｖ０を算出する（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）。
【００６５】
次に、ＣＰＵ５は、得られた平均電位Ｖ０を目標値と比較し、平均電位Ｖ０が目標値よりも大きければ、平均電位Ｖ０を下げるために、印加時間Ｔｐを小さくするとともに、印加時間Ｔｎを大きくすることによって、印加時間のデューティ比Ｄｓを大きくする（ステップＳ２０３〜Ｓ２０５）。
【００６６】
一方、平均電位Ｖ０が目標値よりも小さければ、平均電位Ｖ０を上げるために、印加時間Ｔｐを大きくするとともに、印加時間Ｔｎを小さくすることによって、印加時間のデューティ比Ｄｓを小さくする（ステップＳ２０４，Ｓ２０７，Ｓ２０８）。ＣＰＵ５は、平均電位Ｖ０が目標値と一致するまで、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５，Ｓ２０７，Ｓ２０８の処理手順を繰り返す（ステップＳ２０６）。
【００６７】
＜イオンバランスの距離特性＞
図９は、図１の除電器１を用いて測定されたイオンバランスの距離特性を従来例と比較して示した図である。この図には、除電器１を用いて得られた検出点群が測定結果Ａ１，Ａ２として示され、従来の除電装置を用いて得られた検出点群が測定結果Ｂとして示されている。
【００６８】
また、図中の測定結果Ａ１は、平均電位Ｖ０の目標値がＶ０＝０（Ｖ）の場合であり、測定結果Ａ２は、目標値がＶ０＝−４５０（Ｖ）の場合である。また、測定結果Ｂは、平均電位Ｖ０の目標値がＶ０＝４５０（Ｖ）の場合である。なお、図中の横軸は、除電器１からの距離を示し、縦軸は、イオンバランスを示す。また、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２は、５〜７ｋＶ程度である。
【００６９】
従来の除電装置では、正側駆動時と負側駆動時とで放電が均等に生じるようにするため、平均電位が正極性となるように放電電極の駆動制御が行われる。このため、除電装置から特定の距離、この例では、４６０ｍｍ付近でイオンバランスがゼロとなっているが、除電装置の近傍におけるイオンバランスが著しく劣化している。
【００７０】
例えば、イオンバランスは、除電装置からの距離が５０ｍｍから１００ｍｍまでの範囲で、急激に増大し、−２００（Ｖ）〜−１１０（Ｖ）となっている。また、距離が１００ｍｍから４００ｍｍまでの範囲では、緩やかに増加し、−１１０（Ｖ）〜−１０（Ｖ）となっている。
【００７１】
これに対し、除電器１では、除電器１からの距離にかかわらず、イオンバランスが概ね一定に保たれている。特に、平均電位Ｖ０＝０（Ｖ）の場合には、除電器１の近傍におけるイオンバランスが顕著に改善されている。例えば、イオンバランスは、除電器１からの距離が２０ｍｍから１００ｍｍまでの範囲で、−３０（Ｖ）〜０（Ｖ）となっている。また、距離が１００ｍｍ以上の範囲では、−１５〜１０（Ｖ）の範囲内となっている。
【００７２】
平均電位Ｖ０＝−４５０（Ｖ）の場合、除電器１の近傍におけるイオンバランスは、若干劣化しているが、除電器１からの距離が２００ｍｍ以上の範囲で、−１０（Ｖ）〜５（Ｖ）の範囲内であり、除電器１からの距離が遠い位置におけるイオンバランスが改善している。つまり、除電器１では、正イオン、負イオンの発生量とイオンバランスの距離特性とを切り分けて制御することができる。このため、例えば、平均電位Ｖ０の目標値として負の値を指定することにより、除電器１の近傍において従来の除電装置とは逆極性のイオンの発生量を増加させつつ、除電器１から遠い位置のイオンバランスを向上させることができる。
【００７３】
本実施の形態によれば、放電電極２の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２の各電圧値と印加時間の比率とを調整するので、イオンバランスの検出値に応じてこれらの駆動パラメータを調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。このため、イオンバランスの検出値に対し、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の各電圧値と印加時間とを適切に指定することにより、除電器１からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。特に、除電器１の近傍におけるイオンバランスの劣化を抑制することができる。
【００７４】
また、接地電極３及び大地アース間を流れる電流Ｉｉによってイオンバランスを検出するので、表面電位計やイオンモニタを用いる場合に比べ、除電器１の構成を簡素化することができる。また、昇圧トランス１３，２３の２次側接地端子及び大地アース間を流れる電流によって出力電圧を検出するので、放電電極２の出力電圧を分圧用の抵抗器を用いて直接検出する場合に比べ、除電器１の製造コストを低減させることができる。
【００７５】
実施の形態２．
実施の形態１では、パルスＡＣ方式の除電装置に本発明を適用した場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、ＡＣ方式の除電装置に本発明を適用し、放電電極の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正極性駆動電圧の印加時間と負極性駆動電圧の印加時間との比率を調整する場合について説明する。
【００７６】
図１０は、本発明の実施の形態２による除電装置１００の構成例を示したブロック図である。この除電装置１００は、単一の放電電極１０４に交流電圧が印加されるＡＣ方式の除電器であり、交流電源１０１、電圧波形調整回路１０２、昇圧トランス１０３及びＤＣバイアス用直流電源１０５により構成される。ここでは、電圧波形調整回路１０２及びＤＣバイアス用直流電源１０５を制御する制御部やイオンバランスの検出部が省略されている。
【００７７】
交流電源１０１は、所定の交流電圧を昇圧トランス１０３へ供給する商用電源である。ＤＣバイアス用直流電源１０５は、放電電極１０４にＤＣバイアスを印加するための電源ユニットであり、直流電圧の電圧値を調整することができる。この直流電源は、昇圧トランス１０３の２次側接地端子と大地アースとの間に配置されている。
【００７８】
電圧波形調整回路１０２は、出力電圧の波形を半周期ごとに歪ませるための回路であり、ダイオード１１１及び可変抵抗１１２からなる。ダイオード１１１及び可変抵抗１１２は、並列に接続されている。この電圧波形調整回路１０２は、交流電源１０１と昇圧トランス１０３との間に配置されている。
【００７９】
図１１は、図１０の除電装置１００における放電電極１０４の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極１０４の電位が示されている。放電電極１０４には、正極性駆動電圧と負極性駆動電圧とが交互に一定周期で印加される。放電電極１０４の電位の極大値は、Ｖ１１であり、極小値は、−Ｖ１２である。また、正極性駆動電圧の印加時間は、Ｔ２１であり、負極性駆動電圧の印加時間は、Ｔ２２である。除電周期は、Ｔ２＝Ｔ２１＋Ｔ２２である。
【００８０】
この例では、ＤＣバイアス用直流電源１０５により、平均電位Ｖ０が負極性となるようにＤＣバイアス（電圧値はＶ１３）が印加されている。また、電圧波形調整回路１０２により、基準電位（−Ｖ１３）よりも負側の波形が歪んでおり、負側の振幅（Ｖ１２−Ｖ１３）が、正側の振幅（Ｖ１１＋Ｖ１３）よりも小さくなっている。
【００８１】
この除電装置１００では、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、正極性駆動電圧の印加時間Ｔ２１と負極性駆動電圧の印加時間Ｔ２２との比率を調整するために、正極性駆動電圧（ピーク値はＶ１１）又は負極性駆動電圧（ピーク値はＶ１２）と、当該駆動電圧の印加時間とを互いに反対方向へ変化させる。
【００８２】
例えば、正極性駆動電圧を高くし、或いは、負極性駆動電圧を低くする場合には、正極性駆動電圧の印加時間Ｔ２１を短くし、或いは、負極性駆動電圧の印加時間Ｔ２２を長くする。一方、正極性駆動電圧を低くし、或いは、負極性駆動電圧を高くする場合には、正極性駆動電圧の印加時間Ｔ２１を長くし、或いは、負極性駆動電圧の印加時間Ｔ２２を短くする。
【００８３】
この様な構成によっても、除電装置１００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【００８４】
実施の形態３．
実施の形態１では、パルスＡＣ方式の除電装置に本発明を適用した場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、パルスＤＣ方式の除電装置に本発明を適用し、平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正側駆動電圧の印加時間と負側駆動電圧の印加時間との比率を調整する場合について説明する。
【００８５】
図１２は、本発明の実施の形態３による除電装置２００の構成例を示したブロック図である。この除電装置１００は、パルス状の駆動電圧が正側放電電極２０５と負側放電電極２１５とに交互に印加されるパルスＤＣ方式の除電器であり、直流電源２０１，２１１、発振回路２０２，２１２、昇圧トランス２０３，２１３、倍電圧整流回路２０４及び２１４により構成される。
【００８６】
直流電源２０１、発振回路２０２、昇圧トランス２０３及び倍電圧整流回路２０４は、正側駆動電圧ｖａを放電電極２０５に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。直流電源２１１、発振回路２１２、昇圧トランス２１３及び倍電圧整流回路２１４は、負側駆動電圧ｖｂを放電電極２１５に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。
【００８７】
正側駆動電圧ｖａの電圧値は、直流電源２０１の出力電圧ｖ１を調整することによって制御され、負側駆動電圧ｖｂの電圧値は、直流電源２１１の出力電圧ｖ２を調整することによって制御される。正側駆動電圧ｖａを印加する印加時間Ｔａは、スイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂを交互に繰返しオンさせる際のスイッチング素子ＳＷａのオン時間を調整することによって制御される。一方、負側駆動電圧ｖｂを印加する印加時間Ｔｂは、スイッチング素子ＳＷｂのオン時間を調整することによって制御される。
【００８８】
図１３は、図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示したタイミングチャートである。正側駆動電圧ｖａの印加時間Ｔａと負側駆動電圧ｖｂの印加時間Ｔｂとは、それぞれスイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂのオン時間によって制御される。
【００８９】
スイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂは、周期Ｔ３で交互に繰返しオンされる。周期Ｔ３は、除電周期であり、Ｔ３＝Ｔａ＋Ｔｂにより表される。除電装置２００では、周期Ｔ３を一定に保ったまま、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３が調整される。その際、放電電極２０５，２１５の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、直流電源２０１，２１１の出力電圧ｖ１，ｖ２が調整される。
【００９０】
図１４は、図１２の除電装置２００において用いられる電圧テーブルの一例を示した図であり、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３に対応する出力電圧ｖ１，ｖ２が示されている。直流電源２０１の出力電圧ｖ１は、デューティ比Ｄがｄ１〜ｄ２の範囲で、ｖ１２からｖ１１まで負の傾きの直線２２１に沿って減少している。一方、直流電源２１１の出力電圧ｖ２は、デューティ比Ｄがｄ１〜ｄ２の範囲で、ｖ１１からｖ１２まで正の傾きの直線２２２に沿って増加している。
【００９１】
除電装置２００では、この様なデューティ比Ｄごとの電圧値からなる電圧テーブルが予め保持され、イオンバランスの検出値などからデューティ比Ｄが指定されれば、それに応じて適切な電圧値が電圧テーブルによって決定される。
【００９２】
図１５は、図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示した図であり、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３が異なる場合の電位Ｖａ，Ｖｂが示されている。図中の（ａ）には、Ｔａ＜Ｔｂの場合が示され、（ｂ）には、Ｔａ＝Ｔｂの場合が示され、（ｃ）には、Ｔａ＞Ｔｂの場合が示されている。
【００９３】
放電電極２０５の電位Ｖａは、スイッチング素子ＳＷａのオン期間中、ｖａであり、スイッチング素子ＳＷｂのオン期間中は、０である。一方、放電電極２１５の電位Ｖｂは、スイッチング素子ＳＷｂのオン期間中、−ｖｂであり、スイッチング素子ＳＷａのオン期間中は、０である。
【００９４】
Ｔａ＜Ｔｂの場合、正側駆動電圧ｖａの印加時間Ｔａが短く、正側駆動電圧ｖａが負側駆動電圧ｖｂよりも大きくなるように、直流電源２０１，２１１の出力電圧ｖ１，ｖ２が調整される。一方、Ｔａ＞Ｔｂの場合には、正側駆動電圧ｖａの印加時間Ｔｂが長く、正側駆動電圧ｖａが負側駆動電圧ｖｂよりも小さくなるように、直流電源２０１，２１１の出力電圧ｖ１，ｖ２が調整される。
【００９５】
この様な構成によっても、除電装置１００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【００９６】
なお、実施の形態１では、昇圧トランス１３，２３の２次側接地端子と大地アースとの間を流れる電流に基づいて、放電電極２の出力電圧を検出する場合の例について説明したが、本発明は出力電圧の検出方法をこれに限定するものではない。例えば、寄生容量に蓄積された電荷を放電させるためのシャント（shunt）抵抗Ｒｓを流れる電流によって、出力電圧を検出するような構成であってもよい。
【００９７】
図１６は、本発明による除電装置において放電電極の出力電圧を検出する出力電圧検出部の他の構成例を示したブロック図である。図中の（ａ）には、シャント抵抗Ｒｓと大地アースとの間に電圧検出用の抵抗素子Ｒｖが配置される場合が示されている。シャント抵抗Ｒｓは、放電電極への配線と大地アースとの間に生じる寄生容量に蓄積された電荷を大地アースへ放電させるための抵抗器であり、高圧電源の出力端子に接続されている。
【００９８】
シャント抵抗Ｒｓ及び抵抗素子Ｒｖは、直列に接続され、シャント抵抗Ｒｓを流れる電流（シャント電流）によって、放電電極の出力電圧が検知される。検知される出力電圧は、Ｒｓ及びＲｖによって分圧される。
【００９９】
図中の（ｂ）には、高圧電源の接地端子と大地アースとの間に電圧検出用の抵抗素子Ｒｖが配置される場合が示されている。放電電極の出力電圧は、抵抗素子Ｒｖを流れる電流によって検知される。抵抗素子Ｒｖを流れる電流には、イオン電流Ｉｉも含まれることから、シャント電流がイオン電流Ｉｉよりも十分に大きければ、出力電圧の誤差を小さくすることができる。
【０１００】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、駆動電圧が放電電極に単一の周期で繰返し印加される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、イオン発生用の高周波駆動とイオン搬送用の低周波駆動とを行う場合について説明する。
【０１０１】
図１７は、本発明の実施の形態４による除電装置３００の構成例を示したブロック図である。この除電装置３００は、放電電極３０１、高周波電源３０２、低周波電源３０３、イオン電流検出部３０４、比較器３０５，３０７及び電圧計３０６により構成される。
【０１０２】
高周波電源３０２は、正イオン及び負イオンを発生させるための高周波電圧を出力し、低周波電源３０３は、発生したイオンを搬送するための低周波電圧を出力する。高周波電源３０２を低周波電源３０３から供給される低周波電圧によって駆動することにより、低周波電圧が高周波電圧に重畳された駆動電圧が放電電極３０１に印加される。
【０１０３】
イオン電流検出部３０４は、低周波電源３０３の接地端子を介して大地アースへ流れるイオン電流を検出し、イオンバランスを検知する。比較器３０５は、イオン電流検出部３０４により検知されたイオンバランスと目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、駆動電圧を決定し、低周波電源３０３へ出力する。
【０１０４】
電圧計３０６は、低周波電源３０３の出力電圧を検出し、平均電位Ｖ０を算出する。比較器３０７は、電圧計３０６により算出された平均電位Ｖ０と目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、印加時間のデューティ比を決定し、低周波電源３０３へ出力する。
【０１０５】
この除電装置３００では、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、低周波電圧の正側駆動電圧及び負側駆動電圧と、正側駆動電圧の印加時間及び負側駆動電圧の印加時間とが調整される。この様な構成によっても、除電装置３００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【０１０６】
実施の形態５．
実施の形態１〜３では、駆動電圧が放電電極に単一の周期で繰返し印加される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、イオン発生用の高周波電圧が印加される放電電極とイオン搬送用の低周波電圧が印加される放電電極とを用いる場合について説明する。
【０１０７】
図１８は、本発明の実施の形態５による除電装置４００の構成例を示したブロック図である。この除電装置４００は、イオン発生用放電電極４０１、高周波電源４０２、イオン搬送用放電電極４０３、低周波電源４０４、イオン電流検出部４０５、比較器４０６，４０８及び電圧計４０７により構成される。
【０１０８】
イオン発生用放電電極４０１は、正イオン及び負イオンを発生させるための高周波電圧が印加される放電電極であり、高周波電源４０２の出力端子に接続される。イオン搬送用放電電極４０３は、発生したイオンを搬送するための低周波電圧が印加される放電電極であり、低周波電源４０４の出力端子に接続される。
【０１０９】
比較器４０６は、イオン電流検出部４０５により検知されたイオンバランスと目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、駆動電圧を決定し、低周波電源４０４へ出力する。比較器４０８は、電圧計４０７により算出された平均電位Ｖ０と目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、印加時間のデューティ比を決定し、低周波電源４０４へ出力する。
【０１１０】
この除電装置４００では、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、低周波電圧の正側駆動電圧及び負側駆動電圧と、正側駆動電圧の印加時間及び負側駆動電圧の印加時間とが調整される。この様な構成によっても、除電装置４００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【０１１１】
なお、実施の形態１，４及び５では、イオンバランスの検出値に基づいて駆動電圧の電圧値を調整し、出力電圧の検出値に基づいて駆動電圧の印加時間を調整する場合の例について説明したが、イオンバランスの検出値に基づいて駆動電圧の印加時間を調整し、出力電圧の検出値に基づいて駆動電圧の電圧値を調整するような構成であってもよい。
【０１１２】
また、実施の形態１，４及び５では、高圧電源の出力電圧を検出することによって、放電電極の出力電圧を検知する場合の例について説明したが、高圧電源の入力電圧を検出することによって出力電圧を検知するような構成であっても良い。例えば、昇圧トランスをインバータ回路（発振回路）で駆動する場合、昇圧トランスの出力電圧は、インバータ回路の入力電圧に比例する。そこで、インバータ回路への入力電圧を測定することにより、放電電極の出力電圧を検知することができる。
【０１１３】
また、実施の形態１では、除電周期Ｔ１を一定に保ちつつ、印加時間のデューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１を調整する場合の例について説明したが、正極性駆動電圧又は負極性駆動電圧のいずれか一方の駆動電圧の印加時間を固定し、他方の駆動電圧の印加時間を調整するような構成であっても良い。
【０１１４】
また、実施の形態１では、正イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧を大きくするとともに、負極性駆動電圧を小さくし、負イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧を小さくするとともに、負極性駆動電圧を大きくする構成について説明した。しかしながら、本発明には、増加させようとするイオンと同極性の駆動電圧又は逆極性の駆動電圧のいずれか一方の駆動電圧の電圧値を固定し、他方の駆動電圧の電圧値を調整するような構成のものも含まれる。
【０１１５】
また、実施の形態１，４及び５では、イオンバランスの検出値に応じて、駆動電圧の電圧値や印加時間が自動調整される場合の例について説明したが、本発明はイオンバランスを検出して電圧値や印加時間などの駆動パラメータを自動調整するものに限定されるものではない。例えば、ユーザ操作を検知し、正イオンを相対的に増加させ、或いは、負イオンを相対的に増加させることがユーザにより指示された場合に、増加させるイオンと同極性の駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、当該駆動電圧の印加時間の比率を小さくするような構成であっても良い。また、この様なユーザ操作に基づくマニュアル制御モードと、イオンバランスの検出値に基づく自動制御モードとをユーザに選択させるような構成であっても良い。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 除電器
２ 放電電極
３ 接地電極
４ ＤＣ電源
５ ＣＰＵ
６，１６，２６ 増幅器
７，１７，２７ Ａ／Ｄ変換器
１１，２１ スイッチング素子
１２，２２ 発振回路
１３，２３ 昇圧トランス
１４，２４ 倍電圧整流回路
１５，２５ 電圧検出用整流回路
５１，５４ 目標値記憶部
５２ イオンバランス誤差抽出部
５３ 平均電位算出部
５５ 平均電位誤差抽出部
５６ 駆動制御部
５７ 電圧値調整部
５８ 印加時間調整部
５９ ＰＷＭ信号生成部
Ｄｐ ＰＷＭパルスのデューティ比
Ｄｓ 印加時間のデューティ比
Ｐｎ，Ｐｐ ＰＷＭパルス
Ｔ１ 除電周期
Ｔｎ 負極性駆動電圧の印加時間
Ｔｐ 正極性駆動電圧の印加時間
Ｖ０ 平均電位
Ｖ１ 正側駆動電圧
Ｖ２ 負側駆動電圧
Ｖｆ イオンバランスの検出値
Ｖｎ 負側出力電圧の検出値
Ｖｐ 正側出力電圧の検出値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除電装置及び除電制御方法に係り、さらに詳しくは、コロナ放電のための駆動電圧を放電電極に繰返し印加することによって、放電電極の周辺に正イオン及び負イオンを発生させる除電装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
除電器は、静電気などによって帯電したワークに正イオン又は負イオンを供給することにより、ワークから余分な電気を除去する装置である。放電用の電極針に駆動用の高電圧を印加した際に、電極針の先端に生じるコロナ放電を利用する除電装置には、放電電極に駆動電圧を印加する際の駆動方式として、ＤＣ方式、ＡＣ方式、パルスＤＣ方式、パルスＡＣ方式などのタイプがある。ＤＣ方式では、大地アースに対し正電位が維持される正側電極と負電位が維持される負側電極とが、放電電極として設けられる。ＡＣ方式では、単一の放電電極に交流電圧が印加される。パルスＤＣ方式では、パルス状の駆動電圧が正側電極と負側電極とに交互に印加される。パルスＡＣ方式では、パルス状の交流電圧が単一の放電電極に印加される。
【０００３】
通常、除電対象物は、正に帯電しているのか、或いは、負に帯電しているのかがわからないので、正イオン及び負イオンの両イオンを発生させる必要がある。また、除電が完了した際に、除電対象物上に静電気が残留しないようにするためには、正イオン及び負イオンを等しい量だけ発生させなければならない。ところが、コロナ放電によって放電電極を流れる電流の電圧特性は、正極性と負極性とで対称ではない（例えば、特許文献１）。例えば、コロナ放電に必要な駆動電圧の下限値は、負極性の方が低い。そこで、従来の除電装置では、正極性放電と負極性放電とが均等に生じるように、放電電極の駆動制御が行われる（例えば、特許文献２〜５）。特許文献２は、ＡＣ方式の除電装置であり、放電電極に正極性のＤＣバイアスが印加されている。この特許文献２には、イオンセンサの出力に基づいて、ＤＣバイアスを調整することが記載されている。
【０００４】
特許文献３は、パルスＤＣ方式の除電装置であり、駆動周期を一定に保ちつつ、正側電極に印加する正極駆動電圧の印加時間と負側電極に印加する負極駆動電圧の印加時間との比率を調整することにより、イオンバランスを調整している。特許文献４は、パルスＡＣ方式の除電装置であり、正極性駆動電圧の印加時間と負極性駆動電圧の印加時間とを一致させたまま、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧の各電圧値を調整することにより、イオンバランスを調整している。また、特許文献５では、駆動周期を一定に保ちつつ、正極性駆動電圧の印加時間と負極性駆動電圧の印加時間との比率を調整することにより、イオンバランスを調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４８７２０８３号明細書
【特許文献２】特開平８−２９８１９７号公報
【特許文献３】特許第４３６７５８０号公報
【特許文献４】特開２００８−１３５３２９号公報
【特許文献５】特許第４２１９４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した様な従来の除電装置では、除電装置からの距離に応じてイオンバランスが変化することが知られており、従って、除電装置から特定の距離でイオンバランスをゼロにできたとしても、除電装置の近傍におけるイオンバランスが顕著に劣化してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明は、イオンバランスの距離特性を向上させることができる除電装置及び除電制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
特に、所望量の正イオン及び負イオンをそれぞれ発生させることができるとともに、除電装置からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる除電装置を提供することを目的とする。また、除電装置の近傍におけるイオンバランスの劣化を抑制することができる除電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明による除電装置は、放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動手段と、上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整手段と、上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整手段と、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御手段を備え、上記駆動制御手段が、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくするように構成される。
【００１０】
この様な構成によれば、増加させるイオンと同極性の駆動電圧の電圧値を増加させ、或いは、逆極性の駆動電圧の電圧値を減少させる一方、同極性の駆動電圧の印加時間の比率を小さくするので、駆動電圧の繰返し間隔よりも長い時間における放電電極の平均電位を一定に保つことができる。このため、駆動電圧の電圧値や印加時間を調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。従って、除電装置からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【００１１】
第２の本発明による除電装置は、上記構成に加え、上記放電電極の周辺における正イオン及び負イオン間のイオンバランスを検出するイオンバランス検出手段を備え、上記駆動制御手段が、検出されたイオンバランスに基づいて、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御するように構成される。この様な構成によれば、イオンバランスの検出値に応じて、駆動電圧の電圧値や印加時間を自動調整させることができる。
【００１２】
第３の本発明による除電装置は、上記構成に加え、上記イオンバランス及び上記平均電位の各目標値を保持する目標値記憶手段と、上記放電電極の出力電圧を検出する電極電圧検出手段とを備え、上記駆動制御手段が、上記イオンバランスが対応する目標値と一致するまで、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各電圧値を調整する電圧調整処理を繰返し行い、上記電圧調整処理の終了後、上記出力電圧から求められる上記平均電位が対応する目標値と一致するように、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各印加時間を調整するように構成される。
【００１３】
この様な構成によれば、イオンバランスに基づく電圧調整処理が終了してから、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧の各印加時間を調整するので、イオンバランス及び平均電位を所望の目標値に速やかに近づけることができる。
【００１４】
第４の本発明による除電装置は、上記構成に加え、上記イオンバランス検出手段が、接地電極及び大地アース間を流れる電流に基づいて、上記イオンバランスを検出し、上記電極電圧検出手段が、昇圧トランスの２次側接地端子と大地アースとの間を流れる電流に基づいて、上記出力電圧を検出するように構成される。
【００１５】
この様な構成によれば、接地電極及び大地アース間を流れる電流によってイオンバランスを検出するので、表面電位計やイオンモニタを用いる場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。また、昇圧トランスの２次側接地端子及び大地アース間を流れる電流によって出力電圧を検出するので、放電電極の出力電圧を分圧用の抵抗器を用いて直接検出する場合に比べ、装置の製造コストを低減させることができる。
【００１６】
第５の本発明による除電制御方法は、放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動ステップと、上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整ステップと、上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整ステップと、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御ステップとを備え、上記駆動制御ステップでは、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくするように構成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による除電装置及び除電制御方法では、駆動電圧の繰返し間隔よりも長い時間における放電電極の平均電位を一定に保つことができるので、駆動電圧の電圧値や印加時間を調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。
【００１８】
従って、所望量の正イオン及び負イオンをそれぞれ発生させることができるとともに、除電装置からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。特に、除電装置の近傍におけるイオンバランスの劣化を抑制することができ、イオンバランスの距離特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１による除電器１の一構成例を示したブロック図であり、パルスＡＣ方式の除電装置が示されている。
【図２】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示したタイミングチャートであり、ＣＰＵ５により生成されるＰＷＭ信号ＳＷｎ，ＳＷｐが示されている。
【図３】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、出力電圧に応じてパルス幅が異なるＰＷＭパルスＰｋが示されている。
【図４】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の平均電位Ｖ０に応じてデューティ比が異なるＰＷＭ信号ＳＷｎが示されている。
【図５】図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の電位が示されている。
【図６】図１のＣＰＵ５内の構成例を示したブロック図である。
【図７】図６のＣＰＵ５におけるイオンバランス制御時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図８】図６のＣＰＵ５における電圧制御時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図９】図１の除電器１を用いて測定されたイオンバランスの距離特性を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による除電装置１００の構成例を示したブロック図である。
【図１１】図１０の除電装置１００における放電電極１０４の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極１０４の電位が示されている。
【図１２】本発明の実施の形態３による除電装置２００の構成例を示したブロック図である。
【図１３】図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図１４】図１２の除電装置２００において用いられる電圧テーブルの一例を示した図であり、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３に対応する出力電圧ｖ１，ｖ２が示されている。
【図１５】図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示した図であり、デューティ比Ｄが異なる場合の電位Ｖａ，Ｖｂが示されている。
【図１６】本発明による除電装置において放電電極の出力電圧を検出する出力電圧検出部の他の構成例を示したブロック図である。
【図１７】本発明の実施の形態４による除電装置３００の構成例を示したブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態５による除電装置４００の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
＜除電器１＞
図１は、本発明の実施の形態１による除電器１の一構成例を示したブロック図であり、パルスＡＣ方式の除電装置が示されている。この除電器１は、放電電極２、接地電極３、ＤＣ電源４、ＣＰＵ５、増幅器６，１６，２６、Ａ／Ｄ変換器７，１７，２７、スイッチング素子１１，２１、発振回路１２，２２、昇圧トランス１３，２３、倍電圧整流回路１４，２４、電圧検出用整流回路１５及び２５により構成される。
【００２１】
発振回路１２、昇圧トランス１３及び倍電圧整流回路１４は、負側駆動電圧Ｖ２を放電電極２に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。発振回路２２、昇圧トランス２３及び倍電圧整流回路２４は、正側駆動電圧Ｖ１を放電電極２に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。
【００２２】
放電電極２は、所定の駆動電圧を印加することによって、コロナ放電を発生させるための電極であり、例えば、１又は２以上の導体針からなる。放電電極２には、正側駆動電圧Ｖ１と負側駆動電圧Ｖ２とが交互に繰返し印加される。接地電極３は、放電電流を回収するためのグランド電極であり、イオン電流検出用の抵抗素子Ｒｆを介して大地アースに接続されている。
【００２３】
ＤＣ電源４は、発振回路１２及び２２へ直流電源を供給するための電源ユニットであり、所定の直流電圧ＶＤＣが、スイッチング素子１１を介して発振回路１２に印加されるとともに、スイッチング素子２１を介して発振回路２２に印加される。
【００２４】
発振回路１２は、ＤＣ電源４から供給される直流電圧ＶＤＣを交流電圧ＶＡＣに変換して昇圧トランス１３を駆動するインバータ回路である。交流電圧ＶＡＣの大きさは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号ＳＷｎによってスイッチング素子１１のオン時間を調整することによって制御される。
【００２５】
倍電圧整流回路１４は、複数のコンデンサと複数のダイオード（整流素子）とからなる昇圧回路であり、直列に接続されたコンデンサ間がダイオードによってはしご状に連結されている。倍電圧整流回路１４は、昇圧トランス１３の２次側出力端子に接続されている。昇圧トランス１３の２次側接地端子は、出力電圧検出用の抵抗素子Ｒｎを介して大地アースに接続されている。
【００２６】
発振回路２２は、ＤＣ電源４から供給される直流電圧ＶＤＣを交流電圧ＶＡＣに変換して昇圧トランス２３を駆動するインバータ回路である。交流電圧ＶＡＣの大きさは、ＰＷＭ信号ＳＷｐによってスイッチング素子２１のオン時間を調整することによって制御される。
【００２７】
倍電圧整流回路２４は、倍電圧整流回路１４と同様の構成からなり、昇圧トランス２３の２次側出力端子に接続されている。倍電圧整流回路１４と倍電圧整流回路２４とでは、ダイオードの向きが異なる。昇圧トランス２３の２次側接地端子は、出力電圧検出用の抵抗素子Ｒｐを介して大地アースに接続されている。
【００２８】
除電器１から出力される電流は、イオン電流Ｉｉと呼ばれ、放電電極２の周辺の空気などがコロナ放電によって電離することにより生じる正イオン及び負イオン間のイオンバランスを示す。イオン電流Ｉｉは、大地アースから抵抗素子Ｒｆを介して接地電極３側へ流れる。
【００２９】
抵抗素子Ｒｆは、大地アースから接地電極３側へ流れるイオン電流Ｉｉを電圧信号に変換するための抵抗器であり、変換後の電圧信号は、増幅器６により増幅され、Ａ／Ｄ変換器７によりデジタルデータへ変換される。つまり、抵抗素子Ｒｆ、増幅器６及びＡ／Ｄ変換器７により、イオンバランスが検出される。ここでは、イオンバランスの検出値をＶｆとしている。
【００３０】
電圧検出用整流回路１５は、昇圧トランス１３の２次側接地端子を流れる電流によって負側出力電圧を検出するための整流回路であり、２つのコンデンサ１５ａ，１５ｂと２つのダイオード１５ｃ，１５ｄとからなる。電圧検出用整流回路１５では、入力端子及び大地アース間にコンデンサ１５ａとダイオード１５ｃとが直列接続され、ダイオード１５ｃのカソード端子及び大地アース間にダイオード１５ｄとコンデンサ１５ｂとが直列接続され、ダイオード１５ｄのカソード端子が出力端子に接続されている。
【００３１】
抵抗素子Ｒｎは、昇圧トランス１３の２次側接地端子から大地アースへ流れる電流を電圧信号に変換するための抵抗器であり、変換後の電圧信号は、整流回路１５によって全波整流される。整流回路１５による全波整流後の電圧信号は、増幅器１６により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタルデータへ変換される。ここでは、負側出力電圧の検出値をＶｎとしている。
【００３２】
電圧検出用整流回路２５は、昇圧トランス２３の２次側接地端子を流れる電流によって正側出力電圧を検出するための整流回路であり、２つのコンデンサ２５ａ，２５ｂと２つのダイオード２５ｃ，２５ｄとから電圧検出用整流回路１５と同様に構成されている。抵抗素子Ｒｐは、昇圧トランス２３の２次側接地端子から大地アースへ流れる電流を電圧信号に変換するための抵抗器であり、変換後の電圧信号は、整流回路２５によって全波整流される。整流回路２５による全波整流後の電圧信号は、増幅器２６により増幅され、Ａ／Ｄ変換器２７によりデジタルデータへ変換される。ここでは、正側出力電圧の検出値をＶｐとしている。
【００３３】
ＣＰＵ５は、イオンバランス、正側出力電圧及び負側出力電圧の各検出結果に基づいて、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２の各電圧値とそれぞれの印加時間とを調整するイオンバランス制御プロセッサである。イオンバランス、正側出力電圧及び負側出力電圧の検出値Ｖｆ，Ｖｐ及びＶｎは、それぞれＣＰＵ５の所定の入力ポートに入力される。また、スイッチング素子１１及び２１をオン又はオフさせるためのＰＷＭ信号ＳＷｎ及びＳＷｐは、それぞれ所定の出力ポートから出力される。
【００３４】
正側駆動電圧Ｖ１の電圧値は、ＰＷＭ信号ＳＷｐのパルス幅を調整することによって制御され、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値は、ＰＷＭ信号ＳＷｎのパルス幅を調整することによって制御される。正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐは、正側駆動電圧Ｖ１を保持し続ける持続時間であり、スイッチング素子２１のオン期間Ｔｉｐを調整することによって制御される。負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎは、負側駆動電圧Ｖ２を保持し続ける持続時間であり、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎを調整することによって制御される。スイッチング素子１１，２１を交互に繰返しオンさせることにより、正イオン及び負イオンをそれぞれ発生させることができる。
【００３５】
この除電器１では、イオンバランスの距離特性を向上させるために、放電電極２の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとの比率が調整される。
【００３６】
＜ＰＷＭ信号＞
図２は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示したタイミングチャートであり、ＣＰＵ５により生成されるＰＷＭ信号ＳＷｎ，ＳＷｐが示されている。負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎと正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐとは、それぞれスイッチング素子１１，２１のオン期間によって制御される。
【００３７】
ＰＷＭ信号ＳＷｎは、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎ中、一定の周期Ｔ１１でＰＷＭパルスＰｎが繰返し出力されるパルス信号からなる。一方、ＰＷＭ信号ＳＷｐは、スイッチング素子２１のオン期間Ｔｉｐ中、一定の周期Ｔ１１でＰＷＭパルスＰｐが繰返し出力されるパルス信号からなる。
【００３８】
スイッチング素子１１は、オン期間Ｔｉｎ中、ＰＷＭパルスＰｎによって断続的にオンされ、オン期間Ｔｉｐ中、連続的にオフされる。負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎは、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎによって規定される。スイッチング素子２１は、オン期間Ｔｉｐ中、ＰＷＭパルスＰｐによって断続的にオンされ、オン期間Ｔｉｎ中、連続的にオフされる。正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐは、スイッチング素子２１のオン期間Ｔｉｐによって規定される。
【００３９】
周期Ｔ１は、負側駆動電圧Ｖ２及び正側駆動電圧Ｖ１を交互に繰返し印加する際の繰返し間隔であり、除電周期と呼ばれる。この除電周期Ｔ１は、スイッチング素子１１，２１を交互に繰返しオンさせる際の繰返し間隔に対応し、Ｔ１＝Ｔｐ＋Ｔｎにより表される。
【００４０】
＜ＰＷＭパルスのデューティ比＞
図３は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、出力電圧に応じてパルス幅が異なるＰＷＭパルスＰｋが示されている。この図には、ＰＷＭパルスＰｋを繰返し出力する際の周期Ｔ１１（Ｔ１１＜Ｔ１）を一定に保ったまま、ＰＷＭパルスＰｋのデューティ比Ｄｐ＝Ｔ１２／Ｔ１１を変化させる場合が示されている。
【００４１】
負側駆動電圧Ｖ２の電圧値と正側駆動電圧Ｖ１の電圧値とは、それぞれＰＷＭパルスＰｎ，Ｐｐのパルス幅によって制御される。ＰＷＭパルスＰｋ（ｋ＝ｎ，ｐ）のパルス幅Ｔ１２は、ＰＷＭ信号ＳＷｋの立ち上がりから立ち下がりまでの時間であり、ＰＷＭパルスｐｋごとのスイッチング素子１１，２１のオン時間に対応する。ＰＷＭパルスＰｋごとのスイッチング素子１１，２１のオフ時間をＴ１３とすれば、Ｔ１１＝Ｔ１２＋Ｔ１３である。
【００４２】
上記デューティ比Ｄｐは、パルス幅Ｔ１２と周期Ｔ１１との比率である。放電電極２の出力電圧は、パルス幅Ｔ１２を長くすることによってデューティ比Ｄｐを大きくすれば、高くなる。一方、出力電圧は、パルス幅Ｔ１２を短くすることによってデューティ比Ｄｐを小さくすれば、低くなる。例えば、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを大きくすれば、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値が高くなるので、負イオンを増加させることができる。
【００４３】
除電周期Ｔ１が、例えば、Ｔ１＝０．００５秒〜１０秒程度であるのに対し、周期Ｔ１１は、除電周期Ｔ１の１／１００よりも小さな値が指定される。
【００４４】
＜印加時間のデューティ比＞
図４は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の平均電位Ｖ０に応じてデューティ比が異なるＰＷＭ信号ＳＷｎが示されている。この図には、スイッチング素子１１，２１を交互に繰返しオンさせる際の繰返し間隔、すなわち、除電周期Ｔ１を一定に保ったまま、印加時間のデューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１を変化させる場合が示されている。
【００４５】
負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎは、スイッチング素子１１のオン期間Ｔｉｎによって制御される。上記デューティ比Ｄｓは、負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎと除電周期Ｔ１との比率である。
【００４６】
平均電位Ｖ０は、放電電極２の電位を除電周期Ｔ１よりも長い時間で平均した時間平均値である。この平均電位Ｖ０は、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２の各電圧値が一定である場合、印加時間Ｔｎを長くすることによってデューティ比Ｄｓを大きくすれば、低くなる。一方、平均電位Ｖ０は、印加時間Ｔｎを短くすることによってデューティ比Ｄｓを小さくすれば、高くなる。
【００４７】
そこで、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとの比率、すなわち、デューティ比Ｄｓを調整するためには、例えば、デューティ比Ｄｓを大きくする場合、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を小さくし、或いは、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を大きくする。一方、デューティ比Ｄｓを小さくする場合には、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を大きくし、或いは、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を小さくする。つまり、駆動電圧の電圧値と当該駆動電圧の印加時間とを互いに反対方向へ変化させる。
【００４８】
図５は、図１の除電器１における放電電極２の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極２の電位が示されている。放電電極２には、正側駆動電圧Ｖ１と負側駆動電圧Ｖ２とが交互に繰返し印加される。
【００４９】
この例では、デューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１が１／２よりも大きく、正側駆動電圧Ｖ１は、負側駆動電圧Ｖ２よりも大きくなっている。デューティ比Ｄｓを大きくする場合、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を大きくするか、或いは、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を小さくすることによって、平均電位Ｖ０（この例では、Ｖ０＜０）を一定に維持することができる。
【００５０】
一方、デューティ比Ｄｓを小さくする場合には、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値を小さくするか、或いは、負側駆動電圧Ｖ２の電圧値を大きくすれば良い。
【００５１】
＜ＣＰＵ５＞
図６は、図１のＣＰＵ５内の構成例を示したブロック図である。このＣＰＵ５は、目標値記憶部５１，５４、イオンバランス誤差抽出部５２、平均電位算出部５３、平均電位誤差抽出部５５、駆動制御部５６、電圧値調整部５７、印加時間調整部５８及びＰＷＭ信号生成部５９により構成される。目標値記憶部５１及び５４には、イオンバランス及び平均電位Ｖ０の各目標値がそれぞれ保持される。これらの目標値は、例えば、ユーザ操作に基づいて、任意に指定することができる。
【００５２】
イオンバランス誤差抽出部５２は、イオンバランスの検出値Ｖｆと対応する目標値とを比較し、イオンバランスの制御誤差を求めて駆動制御部５６へ出力する。電圧値調整部５７は、イオンバランスの制御誤差に基づいて、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値と負側駆動電圧Ｖ２の電圧値とを調整する。平均電位算出部５３は、出力電圧の検出値Ｖｎ，Ｖｐから平均電位Ｖ０を求め、平均電位誤差抽出部５５へ出力する。平均電位Ｖ０は、Ｖ０＝Ｖｐ−Ｖｎにより求められる。
【００５３】
平均電位誤差抽出部５５は、平均電位算出部５３により求められた平均電位Ｖ０と対応する目標値とを比較し、平均電位の制御誤差を求めて駆動制御部５６へ出力する。印加時間調整部５８は、平均電位の制御誤差に基づいて、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐと負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎとを調整する。
【００５４】
駆動制御部５６は、イオンバランス及び平均電位の制御誤差に基づいて、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値の調整量と印加時間Ｔｐ，Ｔｎの調整量とを制御する。ＰＷＭ信号生成部５９は、電圧値調整部５７及び印加時間調整部５８の出力に基づいて、ＰＷＭ信号ＳＷｐ、ＳＷｎを生成する。
【００５５】
具体的には、イオンバランス及び平均電位Ｖ０がそれぞれ目標値と一致するように、印加時間のデューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１と、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐ＝Ｔ１２／Ｔ１１とが決定される。その際、駆動制御部５６により、平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、デューティ比Ｄｓ，Ｄｐの調整が行われる。例えば、正イオンを増加させる場合、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを大きくするとともに、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを小さくし、かつ、正側駆動電圧Ｖ１の印加時間Ｔｐを短く、すなわち、デューティ比Ｄｓを大きくする。
【００５６】
これに対し、負イオンを増加させる場合には、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを大きくするとともに、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを小さくし、かつ、負側駆動電圧Ｖ２の印加時間Ｔｎを短く、すなわち、デューティ比Ｄｓを小さくする。つまり、増加させるイオンと同極性の駆動電圧の電圧値を大きくするとともに、逆極性の駆動電圧の電圧値を小さくし、かつ、同極性の駆動電圧の印加時間の比率を小さくする。
【００５７】
ここで、正側駆動電圧Ｖ１の電圧値及び負側駆動電圧Ｖ２の電圧値とデューティ比Ｄｓとの関係は、例えば、所定の電圧テーブルとして予め保持される。或いは、所定の演算式からなる関数を用いて、これらの駆動パラメータを算出してもよい。
【００５８】
この様に、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、印加時間のデューティ比ＤｓとＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐとを調整するので、イオンバランスや出力電圧の検出値に応じてこれらの駆動パラメータを調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。
【００５９】
一般に、コロナ放電によって放電電極２を流れる電流（放電電流）の電圧特性は、正側と負側とで対称ではない。例えば、コロナ放電に必要な負側駆動電圧Ｖ２の下限値は、正側駆動電圧Ｖ１の下限値よりも小さい。また、駆動電圧と放電電流との関係は非線形であり、放電電流は駆動電圧が増加するのに伴って指数関数的に増大するが、その変化の割合も正側と負側とで大きく異なる。
【００６０】
そこで、本実施の形態による除電器１では、放電特性に大きく影響する駆動電圧の電圧値、すなわち、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐの調整を行ってから、印加時間のデューティ比Ｄｓの調整が行われる。具体的には、イオンバランスが目標値と一致するように、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐを調整する電圧調整処理が繰返し行われる。そして、平均電位Ｖ０が目標値と一致するように、デューティ比Ｄｓを調整する処理が行われる。
【００６１】
＜イオンバランス制御＞
図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は、図６のＣＰＵ５におけるイオンバランス制御時の動作の一例を示したフローチャートであり、イオンバランスの検出値に基づいて、ＰＷＭパルスＰｐ，Ｐｎの各デューティ比Ｄｐを調整する処理が示されている。まず、ＣＰＵ５は、イオンバランスの検出値Ｖｆを取得し、目標値と比較する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。
【００６２】
このとき、ＣＰＵ５は、Ｖｆが目標値よりも大きければ、負イオンが過多であると判断し、正イオンを増加させるために、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを大きくするとともに、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを小さくする（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。
【００６３】
一方、Ｖｆが目標値よりも小さければ、正イオンが過多であると判断し、負イオンを増加させるために、ＰＷＭパルスＰｐのデューティ比Ｄｐを小さくするとともに、ＰＷＭパルスＰｎのデューティ比Ｄｐを大きくする（ステップＳ１０３，Ｓ１０６，Ｓ１０７）。ＣＰＵ５は、Ｖｆが目標値と一致するまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７の処理手順を繰り返す（ステップＳ１０５）。
【００６４】
＜電圧制御＞
図８のステップＳ２０１〜Ｓ２０８は、図６のＣＰＵ５における電圧制御時の動作の一例を示したフローチャートであり、出力電圧の検出値に基づいて、デューティ比Ｄｓを調整する処理が示されている。まず、ＣＰＵ５は、出力電圧の検出値Ｖｎ，Ｖｐを取得し、その差分（Ｖｐ−Ｖｎ）から平均電位Ｖ０を算出する（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）。
【００６５】
次に、ＣＰＵ５は、得られた平均電位Ｖ０を目標値と比較し、平均電位Ｖ０が目標値よりも大きければ、平均電位Ｖ０を下げるために、印加時間Ｔｐを小さくするとともに、印加時間Ｔｎを大きくすることによって、印加時間のデューティ比Ｄｓを大きくする（ステップＳ２０３〜Ｓ２０５）。
【００６６】
一方、平均電位Ｖ０が目標値よりも小さければ、平均電位Ｖ０を上げるために、印加時間Ｔｐを大きくするとともに、印加時間Ｔｎを小さくすることによって、印加時間のデューティ比Ｄｓを小さくする（ステップＳ２０４，Ｓ２０７，Ｓ２０８）。ＣＰＵ５は、平均電位Ｖ０が目標値と一致するまで、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５，Ｓ２０７，Ｓ２０８の処理手順を繰り返す（ステップＳ２０６）。
【００６７】
＜イオンバランスの距離特性＞
図９は、図１の除電器１を用いて測定されたイオンバランスの距離特性を従来例と比較して示した図である。この図には、除電器１を用いて得られた検出点群が測定結果Ａ１，Ａ２として示され、従来の除電装置を用いて得られた検出点群が測定結果Ｂとして示されている。
【００６８】
また、図中の測定結果Ａ１は、平均電位Ｖ０の目標値がＶ０＝０（Ｖ）の場合であり、測定結果Ａ２は、目標値がＶ０＝−４５０（Ｖ）の場合である。また、測定結果Ｂは、平均電位Ｖ０の目標値がＶ０＝４５０（Ｖ）の場合である。なお、図中の横軸は、除電器１からの距離を示し、縦軸は、イオンバランスを示す。また、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２は、５〜７ｋＶ程度である。
【００６９】
従来の除電装置では、正側駆動時と負側駆動時とで放電が均等に生じるようにするため、平均電位が正極性となるように放電電極の駆動制御が行われる。このため、除電装置から特定の距離、この例では、４６０ｍｍ付近でイオンバランスがゼロとなっているが、除電装置の近傍におけるイオンバランスが著しく劣化している。
【００７０】
例えば、イオンバランスは、除電装置からの距離が５０ｍｍから１００ｍｍまでの範囲で、急激に増大し、−２００（Ｖ）〜−１１０（Ｖ）となっている。また、距離が１００ｍｍから４００ｍｍまでの範囲では、緩やかに増加し、−１１０（Ｖ）〜−１０（Ｖ）となっている。
【００７１】
これに対し、除電器１では、除電器１からの距離にかかわらず、イオンバランスが概ね一定に保たれている。特に、平均電位Ｖ０＝０（Ｖ）の場合には、除電器１の近傍におけるイオンバランスが顕著に改善されている。例えば、イオンバランスは、除電器１からの距離が２０ｍｍから１００ｍｍまでの範囲で、−３０（Ｖ）〜０（Ｖ）となっている。また、距離が１００ｍｍ以上の範囲では、−１５〜１０（Ｖ）の範囲内となっている。
【００７２】
平均電位Ｖ０＝−４５０（Ｖ）の場合、除電器１の近傍におけるイオンバランスは、若干劣化しているが、除電器１からの距離が２００ｍｍ以上の範囲で、−１０（Ｖ）〜５（Ｖ）の範囲内であり、除電器１からの距離が遠い位置におけるイオンバランスが改善している。つまり、除電器１では、正イオン、負イオンの発生量とイオンバランスの距離特性とを切り分けて制御することができる。このため、例えば、平均電位Ｖ０の目標値として負の値を指定することにより、除電器１の近傍において従来の除電装置とは逆極性のイオンの発生量を増加させつつ、除電器１から遠い位置のイオンバランスを向上させることができる。
【００７３】
本実施の形態によれば、放電電極２の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正側駆動電圧Ｖ１及び負側駆動電圧Ｖ２の各電圧値と印加時間の比率とを調整するので、イオンバランスの検出値に応じてこれらの駆動パラメータを調整した際に、イオンバランスが劣化するのを抑制することができる。このため、イオンバランスの検出値に対し、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の各電圧値と印加時間とを適切に指定することにより、除電器１からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。特に、除電器１の近傍におけるイオンバランスの劣化を抑制することができる。
【００７４】
また、接地電極３及び大地アース間を流れる電流Ｉｉによってイオンバランスを検出するので、表面電位計やイオンモニタを用いる場合に比べ、除電器１の構成を簡素化することができる。また、昇圧トランス１３，２３の２次側接地端子及び大地アース間を流れる電流によって出力電圧を検出するので、放電電極２の出力電圧を分圧用の抵抗器を用いて直接検出する場合に比べ、除電器１の製造コストを低減させることができる。
【００７５】
実施の形態２．
実施の形態１では、パルスＡＣ方式の除電装置に本発明を適用した場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、ＡＣ方式の除電装置に本発明を適用し、放電電極の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正極性駆動電圧の印加時間と負極性駆動電圧の印加時間との比率を調整する場合について説明する。
【００７６】
図１０は、本発明の実施の形態２による除電装置１００の構成例を示したブロック図である。この除電装置１００は、単一の放電電極１０４に交流電圧が印加されるＡＣ方式の除電器であり、交流電源１０１、電圧波形調整回路１０２、昇圧トランス１０３及びＤＣバイアス用直流電源１０５により構成される。ここでは、電圧波形調整回路１０２及びＤＣバイアス用直流電源１０５を制御する制御部やイオンバランスの検出部が省略されている。
【００７７】
交流電源１０１は、所定の交流電圧を昇圧トランス１０３へ供給する商用電源である。ＤＣバイアス用直流電源１０５は、放電電極１０４にＤＣバイアスを印加するための電源ユニットであり、直流電圧の電圧値を調整することができる。この直流電源は、昇圧トランス１０３の２次側接地端子と大地アースとの間に配置されている。
【００７８】
電圧波形調整回路１０２は、出力電圧の波形を半周期ごとに歪ませるための回路であり、ダイオード１１１及び可変抵抗１１２からなる。ダイオード１１１及び可変抵抗１１２は、並列に接続されている。この電圧波形調整回路１０２は、交流電源１０１と昇圧トランス１０３との間に配置されている。
【００７９】
図１１は、図１０の除電装置１００における放電電極１０４の駆動動作の一例を示した図であり、放電電極１０４の電位が示されている。放電電極１０４には、正極性駆動電圧と負極性駆動電圧とが交互に一定周期で印加される。放電電極１０４の電位の極大値は、Ｖ１１であり、極小値は、−Ｖ１２である。また、正極性駆動電圧の印加時間は、Ｔ２１であり、負極性駆動電圧の印加時間は、Ｔ２２である。除電周期は、Ｔ２＝Ｔ２１＋Ｔ２２である。
【００８０】
この例では、ＤＣバイアス用直流電源１０５により、平均電位Ｖ０が負極性となるようにＤＣバイアス（電圧値はＶ１３）が印加されている。また、電圧波形調整回路１０２により、基準電位（−Ｖ１３）よりも負側の波形が歪んでおり、負側の振幅（Ｖ１２−Ｖ１３）が、正側の振幅（Ｖ１１＋Ｖ１３）よりも小さくなっている。
【００８１】
この除電装置１００では、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、正極性駆動電圧の印加時間Ｔ２１と負極性駆動電圧の印加時間Ｔ２２との比率を調整するために、正極性駆動電圧（ピーク値はＶ１１）又は負極性駆動電圧（ピーク値はＶ１２）と、当該駆動電圧の印加時間とを互いに反対方向へ変化させる。
【００８２】
例えば、正極性駆動電圧を高くし、或いは、負極性駆動電圧を低くする場合には、正極性駆動電圧の印加時間Ｔ２１を短くし、或いは、負極性駆動電圧の印加時間Ｔ２２を長くする。一方、正極性駆動電圧を低くし、或いは、負極性駆動電圧を高くする場合には、正極性駆動電圧の印加時間Ｔ２１を長くし、或いは、負極性駆動電圧の印加時間Ｔ２２を短くする。
【００８３】
この様な構成によっても、除電装置１００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【００８４】
実施の形態３．
実施の形態１では、パルスＡＣ方式の除電装置に本発明を適用した場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、パルスＤＣ方式の除電装置に本発明を適用し、平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、正側駆動電圧の印加時間と負側駆動電圧の印加時間との比率を調整する場合について説明する。
【００８５】
図１２は、本発明の実施の形態３による除電装置２００の構成例を示したブロック図である。この除電装置１００は、パルス状の駆動電圧が正側放電電極２０５と負側放電電極２１５とに交互に印加されるパルスＤＣ方式の除電器であり、直流電源２０１，２１１、発振回路２０２，２１２、昇圧トランス２０３，２１３、倍電圧整流回路２０４及び２１４により構成される。
【００８６】
直流電源２０１、発振回路２０２、昇圧トランス２０３及び倍電圧整流回路２０４は、正側駆動電圧ｖａを放電電極２０５に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。直流電源２１１、発振回路２１２、昇圧トランス２１３及び倍電圧整流回路２１４は、負側駆動電圧ｖｂを放電電極２１５に繰返し印加するための電極駆動ユニットである。
【００８７】
正側駆動電圧ｖａの電圧値は、直流電源２０１の出力電圧ｖ１を調整することによって制御され、負側駆動電圧ｖｂの電圧値は、直流電源２１１の出力電圧ｖ２を調整することによって制御される。正側駆動電圧ｖａを印加する印加時間Ｔａは、スイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂを交互に繰返しオンさせる際のスイッチング素子ＳＷａのオン時間を調整することによって制御される。一方、負側駆動電圧ｖｂを印加する印加時間Ｔｂは、スイッチング素子ＳＷｂのオン時間を調整することによって制御される。
【００８８】
図１３は、図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示したタイミングチャートである。正側駆動電圧ｖａの印加時間Ｔａと負側駆動電圧ｖｂの印加時間Ｔｂとは、それぞれスイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂのオン時間によって制御される。
【００８９】
スイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂは、周期Ｔ３で交互に繰返しオンされる。周期Ｔ３は、除電周期であり、Ｔ３＝Ｔａ＋Ｔｂにより表される。除電装置２００では、周期Ｔ３を一定に保ったまま、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３が調整される。その際、放電電極２０５，２１５の平均電位Ｖ０が一定に保たれるように、直流電源２０１，２１１の出力電圧ｖ１，ｖ２が調整される。
【００９０】
図１４は、図１２の除電装置２００において用いられる電圧テーブルの一例を示した図であり、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３に対応する出力電圧ｖ１，ｖ２が示されている。直流電源２０１の出力電圧ｖ１は、デューティ比Ｄがｄ１〜ｄ２の範囲で、ｖ１２からｖ１１まで負の傾きの直線２２１に沿って減少している。一方、直流電源２１１の出力電圧ｖ２は、デューティ比Ｄがｄ１〜ｄ２の範囲で、ｖ１１からｖ１２まで正の傾きの直線２２２に沿って増加している。
【００９１】
除電装置２００では、この様なデューティ比Ｄごとの電圧値からなる電圧テーブルが予め保持され、イオンバランスの検出値などからデューティ比Ｄが指定されれば、それに応じて適切な電圧値が電圧テーブルによって決定される。
【００９２】
図１５は、図１２の除電装置２００における放電電極２０５，２１５の駆動動作の一例を示した図であり、デューティ比Ｄ＝Ｔａ／Ｔ３が異なる場合の電位Ｖａ，Ｖｂが示されている。図中の（ａ）には、Ｔａ＜Ｔｂの場合が示され、（ｂ）には、Ｔａ＝Ｔｂの場合が示され、（ｃ）には、Ｔａ＞Ｔｂの場合が示されている。
【００９３】
放電電極２０５の電位Ｖａは、スイッチング素子ＳＷａのオン期間中、ｖａであり、スイッチング素子ＳＷｂのオン期間中は、０である。一方、放電電極２１５の電位Ｖｂは、スイッチング素子ＳＷｂのオン期間中、−ｖｂであり、スイッチング素子ＳＷａのオン期間中は、０である。
【００９４】
Ｔａ＜Ｔｂの場合、正側駆動電圧ｖａの印加時間Ｔａが短く、正側駆動電圧ｖａが負側駆動電圧ｖｂよりも大きくなるように、直流電源２０１，２１１の出力電圧ｖ１，ｖ２が調整される。一方、Ｔａ＞Ｔｂの場合には、正側駆動電圧ｖａの印加時間Ｔｂが長く、正側駆動電圧ｖａが負側駆動電圧ｖｂよりも小さくなるように、直流電源２０１，２１１の出力電圧ｖ１，ｖ２が調整される。
【００９５】
この様な構成によっても、除電装置１００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【００９６】
なお、実施の形態１では、昇圧トランス１３，２３の２次側接地端子と大地アースとの間を流れる電流に基づいて、放電電極２の出力電圧を検出する場合の例について説明したが、本発明は出力電圧の検出方法をこれに限定するものではない。例えば、寄生容量に蓄積された電荷を放電させるためのシャント（shunt）抵抗Ｒｓを流れる電流によって、出力電圧を検出するような構成であってもよい。
【００９７】
図１６は、本発明による除電装置において放電電極の出力電圧を検出する出力電圧検出部の他の構成例を示したブロック図である。図中の（ａ）には、シャント抵抗Ｒｓと大地アースとの間に電圧検出用の抵抗素子Ｒｖが配置される場合が示されている。シャント抵抗Ｒｓは、放電電極への配線と大地アースとの間に生じる寄生容量に蓄積された電荷を大地アースへ放電させるための抵抗器であり、高圧電源の出力端子に接続されている。
【００９８】
シャント抵抗Ｒｓ及び抵抗素子Ｒｖは、直列に接続され、シャント抵抗Ｒｓを流れる電流（シャント電流）によって、放電電極の出力電圧が検知される。検知される出力電圧は、Ｒｓ及びＲｖによって分圧される。
【００９９】
図中の（ｂ）には、高圧電源の接地端子と大地アースとの間に電圧検出用の抵抗素子Ｒｖが配置される場合が示されている。放電電極の出力電圧は、抵抗素子Ｒｖを流れる電流によって検知される。抵抗素子Ｒｖを流れる電流には、イオン電流Ｉｉも含まれることから、シャント電流がイオン電流Ｉｉよりも十分に大きければ、出力電圧の誤差を小さくすることができる。
【０１００】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、駆動電圧が放電電極に単一の周期で繰返し印加される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、イオン発生用の高周波駆動とイオン搬送用の低周波駆動とを行う場合について説明する。
【０１０１】
図１７は、本発明の実施の形態４による除電装置３００の構成例を示したブロック図である。この除電装置３００は、放電電極３０１、高周波電源３０２、低周波電源３０３、イオン電流検出部３０４、比較器３０５，３０７及び電圧計３０６により構成される。
【０１０２】
高周波電源３０２は、正イオン及び負イオンを発生させるための高周波電圧を出力し、低周波電源３０３は、発生したイオンを搬送するための低周波電圧を出力する。高周波電源３０２を低周波電源３０３から供給される低周波電圧によって駆動することにより、低周波電圧が高周波電圧に重畳された駆動電圧が放電電極３０１に印加される。
【０１０３】
イオン電流検出部３０４は、低周波電源３０３の接地端子を介して大地アースへ流れるイオン電流を検出し、イオンバランスを検知する。比較器３０５は、イオン電流検出部３０４により検知されたイオンバランスと目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、駆動電圧を決定し、低周波電源３０３へ出力する。
【０１０４】
電圧計３０６は、低周波電源３０３の出力電圧を検出し、平均電位Ｖ０を算出する。比較器３０７は、電圧計３０６により算出された平均電位Ｖ０と目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、印加時間のデューティ比を決定し、低周波電源３０３へ出力する。
【０１０５】
この除電装置３００では、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、低周波電圧の正側駆動電圧及び負側駆動電圧と、正側駆動電圧の印加時間及び負側駆動電圧の印加時間とが調整される。この様な構成によっても、除電装置３００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【０１０６】
実施の形態５．
実施の形態１〜３では、駆動電圧が放電電極に単一の周期で繰返し印加される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、イオン発生用の高周波電圧が印加される放電電極とイオン搬送用の低周波電圧が印加される放電電極とを用いる場合について説明する。
【０１０７】
図１８は、本発明の実施の形態５による除電装置４００の構成例を示したブロック図である。この除電装置４００は、イオン発生用放電電極４０１、高周波電源４０２、イオン搬送用放電電極４０３、低周波電源４０４、イオン電流検出部４０５、比較器４０６，４０８及び電圧計４０７により構成される。
【０１０８】
イオン発生用放電電極４０１は、正イオン及び負イオンを発生させるための高周波電圧が印加される放電電極であり、高周波電源４０２の出力端子に接続される。イオン搬送用放電電極４０３は、発生したイオンを搬送するための低周波電圧が印加される放電電極であり、低周波電源４０４の出力端子に接続される。
【０１０９】
比較器４０６は、イオン電流検出部４０５により検知されたイオンバランスと目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、駆動電圧を決定し、低周波電源４０４へ出力する。比較器４０８は、電圧計４０７により算出された平均電位Ｖ０と目標値とを比較し、その比較結果に基づいて、印加時間のデューティ比を決定し、低周波電源４０４へ出力する。
【０１１０】
この除電装置４００では、平均電位Ｖ０を一定に保ちつつ、低周波電圧の正側駆動電圧及び負側駆動電圧と、正側駆動電圧の印加時間及び負側駆動電圧の印加時間とが調整される。この様な構成によっても、除電装置４００からの距離にかかわらず、イオンバランスを均一に保つことができる。
【０１１１】
なお、実施の形態１，４及び５では、イオンバランスの検出値に基づいて駆動電圧の電圧値を調整し、出力電圧の検出値に基づいて駆動電圧の印加時間を調整する場合の例について説明したが、イオンバランスの検出値に基づいて駆動電圧の印加時間を調整し、出力電圧の検出値に基づいて駆動電圧の電圧値を調整するような構成であってもよい。
【０１１２】
また、実施の形態１，４及び５では、高圧電源の出力電圧を検出することによって、放電電極の出力電圧を検知する場合の例について説明したが、高圧電源の入力電圧を検出することによって出力電圧を検知するような構成であっても良い。例えば、昇圧トランスをインバータ回路（発振回路）で駆動する場合、昇圧トランスの出力電圧は、インバータ回路の入力電圧に比例する。そこで、インバータ回路への入力電圧を測定することにより、放電電極の出力電圧を検知することができる。
【０１１３】
また、実施の形態１では、除電周期Ｔ１を一定に保ちつつ、印加時間のデューティ比Ｄｓ＝Ｔｎ／Ｔ１を調整する場合の例について説明したが、正極性駆動電圧又は負極性駆動電圧のいずれか一方の駆動電圧の印加時間を固定し、他方の駆動電圧の印加時間を調整するような構成であっても良い。
【０１１４】
また、実施の形態１では、正イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧を大きくするとともに、負極性駆動電圧を小さくし、負イオンを増加させる場合に、正極性駆動電圧を小さくするとともに、負極性駆動電圧を大きくする構成について説明した。しかしながら、本発明には、増加させようとするイオンと同極性の駆動電圧又は逆極性の駆動電圧のいずれか一方の駆動電圧の電圧値を固定し、他方の駆動電圧の電圧値を調整するような構成のものも含まれる。
【０１１５】
また、実施の形態１，４及び５では、イオンバランスの検出値に応じて、駆動電圧の電圧値や印加時間が自動調整される場合の例について説明したが、本発明はイオンバランスを検出して電圧値や印加時間などの駆動パラメータを自動調整するものに限定されるものではない。例えば、ユーザ操作を検知し、正イオンを相対的に増加させ、或いは、負イオンを相対的に増加させることがユーザにより指示された場合に、増加させるイオンと同極性の駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、当該駆動電圧の印加時間の比率を小さくするような構成であっても良い。また、この様なユーザ操作に基づくマニュアル制御モードと、イオンバランスの検出値に基づく自動制御モードとをユーザに選択させるような構成であっても良い。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 除電器
２ 放電電極
３ 接地電極
４ ＤＣ電源
５ ＣＰＵ
６，１６，２６ 増幅器
７，１７，２７ Ａ／Ｄ変換器
１１，２１ スイッチング素子
１２，２２ 発振回路
１３，２３ 昇圧トランス
１４，２４ 倍電圧整流回路
１５，２５ 電圧検出用整流回路
５１，５４ 目標値記憶部
５２ イオンバランス誤差抽出部
５３ 平均電位算出部
５５ 平均電位誤差抽出部
５６ 駆動制御部
５７ 電圧値調整部
５８ 印加時間調整部
５９ ＰＷＭ信号生成部
Ｄｐ ＰＷＭパルスのデューティ比
Ｄｓ 印加時間のデューティ比
Ｐｎ，Ｐｐ ＰＷＭパルス
Ｔ１ 除電周期
Ｔｎ 負極性駆動電圧の印加時間
Ｔｐ 正極性駆動電圧の印加時間
Ｖ０ 平均電位
Ｖ１ 正側駆動電圧
Ｖ２ 負側駆動電圧
Ｖｆ イオンバランスの検出値
Ｖｎ 負側出力電圧の検出値
Ｖｐ 正側出力電圧の検出値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動手段と、
上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整手段と、
上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整手段と、
上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御手段とを備え、
上記駆動制御手段は、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくすることを特徴とする除電装置。
【請求項２】
上記放電電極の周辺における正イオン及び負イオン間のイオンバランスを検出するイオンバランス検出手段を備え、
上記駆動制御手段は、検出されたイオンバランスに基づいて、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御することを特徴とする請求項１に記載の除電装置。
【請求項３】
上記イオンバランス及び上記平均電位の各目標値を保持する目標値記憶手段と、
上記放電電極の出力電圧を検出する電極電圧検出手段とを備え、
上記駆動制御手段は、上記イオンバランスが対応する目標値と一致するまで、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各電圧値を調整する電圧調整処理を繰返し行い、上記電圧調整処理の終了後、上記出力電圧から求められる上記平均電位が対応する目標値と一致するように、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各印加時間を調整することを特徴とする請求項２に記載の除電装置。
【請求項４】
上記イオンバランス検出手段は、接地電極及び大地アース間を流れる電流に基づいて、上記イオンバランスを検出し、
上記電極電圧検出手段は、昇圧トランスの２次側接地端子と大地アースとの間を流れる電流に基づいて、上記出力電圧を検出することを特徴とする請求項３に記載の除電装置。
【請求項５】
放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動ステップと、
上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整ステップと、
上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整ステップと、
上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御ステップとを備え、
上記駆動制御ステップでは、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくすることを特徴とする除電制御方法。
【請求項１】
放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動手段と、
上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整手段と、
上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整手段と、
上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御手段とを備え、
上記駆動制御手段は、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくすることを特徴とする除電装置。
【請求項２】
上記放電電極の周辺における正イオン及び負イオン間のイオンバランスを検出するイオンバランス検出手段を備え、
上記駆動制御手段は、検出されたイオンバランスに基づいて、上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御することを特徴とする請求項１に記載の除電装置。
【請求項３】
上記イオンバランス及び上記平均電位の各目標値を保持する目標値記憶手段と、
上記放電電極の出力電圧を検出する電極電圧検出手段とを備え、
上記駆動制御手段は、上記イオンバランスが対応する目標値と一致するまで、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各電圧値を調整する電圧調整処理を繰返し行い、上記電圧調整処理の終了後、上記出力電圧から求められる上記平均電位が対応する目標値と一致するように、上記正極性駆動電圧及び上記負極性駆動電圧の各印加時間を調整することを特徴とする請求項２に記載の除電装置。
【請求項４】
上記イオンバランス検出手段は、接地電極及び大地アース間を流れる電流に基づいて、上記イオンバランスを検出し、
上記電極電圧検出手段は、昇圧トランスの２次側接地端子と大地アースとの間を流れる電流に基づいて、上記出力電圧を検出することを特徴とする請求項３に記載の除電装置。
【請求項５】
放電電極に対し、コロナ放電のための駆動電圧として、正極性駆動電圧及び負極性駆動電圧を交互に繰返し印加する電極駆動ステップと、
上記正極性駆動電圧の電圧値と上記負極性駆動電圧の電圧値との少なくともいずれか一方を調整する電圧値調整ステップと、
上記正極性駆動電圧の印加時間と上記負極性駆動電圧の印加時間との少なくともいずれか一方を調整する印加時間調整ステップと、
上記電圧値の調整量及び上記印加時間の調整量を制御する駆動制御ステップとを備え、
上記駆動制御ステップでは、正イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に増加させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を小さくし、負イオンを増加させる場合に、上記正極性駆動電圧の電圧値を相対的に減少させるとともに、上記正極性駆動電圧の印加時間の比率を大きくすることを特徴とする除電制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２２１７６１（Ｐ２０１２−２２１７６１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６７８１（Ｐ２０１１−８６７８１）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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