JP2010516459A

JP2010516459A - コロナ電極における粉塵の凝集を防止する方法及び装置

Info

Publication number: JP2010516459A
Application number: JP2009547398A
Authority: JP
Inventors: シュリッツ、ダニエル・ジョン
Original assignee: Ventiva Inc
Current assignee: Ventiva Inc
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2010-05-20
Also published as: CN101622073A; WO2008091942B1; WO2008091942A3; US7822355B2; EP2109506A2; KR20090114407A; WO2008091942A2; US20080199208A1; TW200838625A

Abstract

本発明はコロナの発生に使用されるシャープな電極上の粉塵の凝集の防止に関する。１特徴によれば、本発明はシャープな電極上の粉塵累積を減少または阻止する粉塵シュラウドを含んでいる。粉塵シュラウドはシャープな電極近くを通過するガスの量を減少させるためにガスの流路を変化させる。シュラウドの利点は電極上に粉塵が蓄積することを防止することである。シュラウドはポンプがその他の方法でその寿命を通して正常に動作することができるように静電ポンプに対する簡単で受動的な付加物である。実施形態では、シュラウドは特に電子冷却のヒートシンク応用で使用されるコロナ電極を保護するために使用されることができる。これは空気から粉塵又は化学物質或いは微生物粒子を洗浄するための静電集塵装置で使用されることもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は静電ガスポンプに関し、特にコロナを発生するためのような、静電ガスポンプで使用されるシャープな電極上の粉塵の凝集を防止するための方法及び装置に関する。

本出願は2007年１月24日提出の米国暫定特許出願第60/886,497号明細書からの優先権を主張している。

静電ガスポンプはガスギャップにより分離される１以上のシャープな（コロナ）電極と鈍い（中性）電極からなる。電界は２つの電極間に与えられ、コロナ放電として呼ばれるガスの部分的な破壊をシャープな電極の近くで生じる。放電は中和化電極に引き付けられるイオンを発生する。その途中で、イオンは圧力ヘッドを生成する中性ガス分子と衝突し、機械的ファンにより生成されるものと類似して流れる。

内容が全体としてここで参考文献として組み込まれている2006年１月23日提出の米国特許出願第11/338,617号明細書（発明の名称“Electrohydrodynamic Gas Flow Cooling System”）は静電ガスポンプの最新技術を劇的に進歩させた。それにもかかわらず本発明者はある改良の機会が残されていることを認識している。例えばコロナの形成は典型的に小さい寸法のシャープな電極を必要とする。しかしながら、本発明者は粉塵がシャープな電極上に累積するので、その有効寸法が増加することを認識している。このことは最大の電界強度の減少とイオン生成の減少を生じる。長時間にわたって堆積した粉塵はコロナ放電を停止させる可能性がある。粉塵はガスにより伝送される。これがシャープな電極を含めた任意の表面上を通過するとき、付着する可能性がある。粉塵が表面に取り付くと、そこに留まり累積する傾向がある。

この問題を解決しようとする幾つかの従来技術の方法及び装置が開発されている。通常、これらの装置は典型的にａ）ノズルからシャープな電極へ噴出された圧縮ガスが破片を取り除いて清浄にする手段と、ｂ）クリーニングパッド又は他の装置を使用する摩擦洗浄と、ｃ）破片を除去するためのシャープな電極の振動手段のようなアクチブ技術と付加的な機構の１つを使用して典型的に作用する。

例えば米国特許第4,318,718号明細書（発明の名称“Discharge wire cleaning devicefor an electric dust collector”）では、コロナ放電ワイヤ上に累積した粉塵はノズルから噴出される圧縮ガスを使用して洗浄される。米国特許第6,868,242号明細書（発明の名称“Mechanism and method for cleaning corona wire”）では、コロナ放電ワイヤはクリーニングパッドの穴を通って延在し、クリーニングパッドの運動は放電ワイヤを摩擦して洗浄する。米国特許第6,580,885号明細書（発明の名称“Automatic mechanism for cleaning corona wires”）では、クリーニングパッドは表面を拭くためにコロナワイヤの周囲周辺に巻き付けられている。コロナワイヤの長さに沿って保持手段を動かすことにより、これを洗浄する。米国特許第5,940,656号明細書（発明の名称“Apparatus for cleaning toner supply cartridge corona wire”）では、それに取付けられた研磨素子を有するクリーニングアセンブリがコロナワイヤの長さに沿って滑動し、これを摩擦して洗浄する。米国特許第5,761,578号明細書（発明の名称“Corona wire cleaning by mechanical vibration of the wire”）では、コロナワイヤはワイヤから粒子を払い落とすために異なる周波数で振動される。米国特許第5,697,019号明細書（発明の名称“Cleaning device of corona charging unit in image forming apparatus”）では、クリーニング装置は中に穴を含むガイドスリットを有し、ガイドスリットに沿って滑動する。穴はコロナワイヤを摩擦洗浄するハンドルを有するクリーニングシャフトを有する。米国特許第5,594,532号明細書（発明の名称“Cartridge, cartridge cleaning apparatus and method for cleaning a corona wire”）では、コロナワイヤはフェルト片を使用して摩擦洗浄される。フェルト片は手作業で動作されるプラスティックアームに取付けられている。米国特許第5,485,255号明細書（発明の名称“Automatic cleaning mechanism for a corona charger using cleaning pad”）では、コロナワイヤとグリッドはクリーニングパッドを使用して摩擦洗浄される。米国特許第5,384,623号明細書（発明の名称“Process control stabilizing system including a cleaning device for the corona wires”）では、コロナワイヤは摩擦洗浄される。洗浄の必要性は表面電位又は光密度を測定するセンサを使用して検出される。米国特許第5,182,694号明細書（発明の名称“Corona discharging apparatus with automatic cleaning mechanism for corona wire”）では、幾つかのクリーニング装置がコロナワイヤを摩擦洗浄するために異なる方向から使用される。米国特許第5,023,748号明細書（発明の名称“Corona wire cleaning device for a corona unit”）では、クリーニング部材は駆動プーリーを使用してケースに沿って滑動するときにコロナワイヤを擦る。米国特許第5,012,093号明細書（発明の名称“Cleanign device for wire electrode of corona discharger”）では、コロナワイヤ電極はワイヤ電極、モーターを使用して駆動されるとクリーニング部材の相対的な動作により洗浄される。米国特許第4,956,671号明細書（発明の名称“Wire cleaning device for a corona discharge type charger”）では、１対のクリーニングパッドがコロナワイヤに関して動き、それを摩擦洗浄する。米国特許第4,885,466号明細書（発明の名称“Corona wire cleaning device utilizing a position detection system”）では、クリーニング装置はコロナ放電装置中の帯電ワイヤを洗浄するための可動クリーナーと、クリーナーを動作するためのモーターとを有している。米国特許第4,846,363号明細書（発明の名称“Cleaning device for a corona discharger”）では、クリーナーパッドはコロナワイヤを擦る。クリーナーパッドは送り螺子により駆動される。米国特許第4,811,050号明細書（発明の名称“Apparatus for the forming of image with a cleaning device for a corona wire”）では、コロナワイヤはシステムの取外し可能な本体の一部である。クリーニングパッドはその本体が取り外されるときコロナワイヤに接触する。米国特許第4,038,546号明細書（発明の名称“Cleaning apparatus for a corona generating device”）では、クリーニングパッドを含むブロックはコロナワイヤを包囲するＵ型の遮蔽に沿って滑動する。米国特許第4,019,055号明細書（発明の名称“Corona cleaning assembly”）では、ワイパーが電極ワイヤに接触し、ワイパーの動作がワイヤを洗浄する。装置はさらに電極を部分的に包囲する遮蔽も含んでいる。米国特許第3,978,379号明細書（発明の名称“Corona generating device with an improved cleaning mechanism”）では、研磨剤が含浸されたクリーニング部材は電極ワイヤと接触し、この部材の動作がワイヤを洗浄する。装置は電極を部分的に包囲する遮蔽も含んでいる。米国特許第3,965,400号明細書（発明の名称“Corona generating device with improved built-in cleaning mechanism”）では、ワイパーが電極ワイヤと接触し、ワイパーの動作がワイヤを洗浄する。装置は電極を部分的に包囲する遮蔽も含んでいる。米国特許第3,953,772号明細書（発明の名称“Cleaning of corona electrode”）では、コロナ電極ワイヤは制御された機械的プラッキングまたは電磁的または静電的誘起振動のいずれかによってワイヤに振動を周期的に誘起することによって洗浄される。米国特許第3,942,006号明細書（発明の名称“Corona generator cleaning apparatus”）では、ワイパーは粉塵を摩擦除去するためにコロナワイヤとグリッドワイヤに沿って移動する。米国特許第6,972,057号明細書（発明の名称“Electrode cleaning for air conditioner devices”）では、コロナワイヤ電極はフレキシブルなマイラータイプシート材料を使用して、またはビーズ状部材を細長いワイヤに沿って通過することにより摩擦洗浄される。クリーニング本体とワイヤ電極の相対的運動はコレクタ電極が洗浄のために取外されているときに生じる。米国特許第6,908,501号明細書（発明の名称“Electrode self-cleaning mechanism for air conditioner devices”）では、コロナワイヤ電極は開口を有するクリーニング部材を通過する。クリーニング部材はワイヤに沿って移動し、それを摩擦洗浄する。米国特許第6,749,667号明細書（発明の名称“Electrode self-cleaning mechanism for electro-kinetic air transporter-conditioner devices”）では、コロナワイヤ電極は孔を有するビーズ部材を通過する。ビーズはワイヤに沿って移動し、それを摩擦洗浄する。米国特許第6,709,484号明細書（発明の名称“Electrode self-cleaning mechanism for electro-kinetic air transporter conditioner devices”）では、コロナワイヤ電極はフレキシブルなマイラータイプシート材料を使用して、またはビーズ状部材を細長いワイヤに沿って通過することにより摩擦洗浄される。米国特許第6,350,417号明細書（発明の名称“Electrode self-cleaning mechanism for electro-kinetic air transporter conditioner devices”）では、コロナワイヤ電極はフレキシブルなマイラータイプシート材料を使用して、またはビーズ状部材を細長いワイヤに沿って通過することにより摩擦洗浄される。米国特許第4,984,019号明細書（発明の名称“Electrode wire cleaning ”）では、電極ワイヤが汚染物質を取り除くために振動される。米国特許第4,734,580号明細書（発明の名称“Built-in ionizing electrode cleaning apparatus”）では、毛の付いたブラシが電極ワイヤ近くに取付けられ、ワイヤを摩擦洗浄できる。米国特許第4,008,057号明細書（発明の名称“Electrostatic precipitator electrode cleaning system”）では、電極は電気的に付勢されたシェイキング装置を使用して洗浄される。

粉塵問題を解決するための全てのこれら又は他の先行技術の方法及び装置は予防策と比較して補正策であり、さらに付加的な構造および機構によってアクチブな介入を必要とする。さらにこれらは既に粉塵でカバーされた後、しばしば粉塵が累積した結果として動作性能が不調になるか停止した後、電極を洗浄する。本発明は特に、代わりに初めの段階でシャープな電極に粉塵が付着することを防止することによって利点を得ることができることを認識する。

本発明はコロナの発生に使用されるシャープな電極上の粉塵凝集の防止に関する。ある特徴によれば、本発明はシャープな電極上の粉塵累積を減少または阻止する粉塵シュラウドを含んでいる。粉塵シュラウドはシャープな電極の近くを通過するガス量を減少するようにガス流路を変化させる。シュラウドの利点は電極上に粉塵が蓄積することを阻止することである。シュラウドはポンプがその他の方法ではその寿命を通して正常に動作することができるように静電ポンプに対する簡単で受動的な付加物である。実施形態では、シュラウドは特に電子冷却のヒートシンク応用で使用されるコロナ電極を保護するために使用されることができる。これは空気から粉塵又は化学物質或いは微生物粒子を洗浄するための静電集塵装置で使用されることもできる。

本発明によるシャープな電極の粉塵シュラウドのある広い特徴を示す図である。本発明による粉塵シュラウドの幾つかの可能な実施形態を示す図である。電気流体力学冷却システムにおける本発明による粉塵シュラウドの１例の応用を示す図である。

本発明のこれら及び他の特徴を添付図面を伴って本発明の以下の特別な実施形態を再検討するとき当業者により明白にあるであろう。
当業者が本発明を実施することができるように本発明の例示的な例として与えられている図面を参照にして本発明を詳細に説明する。明白に、以下の図面及び例は本発明の技術的範囲を単一の実施形態に限定する意図はなく、他の実施形態は幾つかの又は他の説明された又は示された素子の交換によって可能である。さらに、本発明のある素子が部分的または十分に既知のコンポーネントを使用して構成されることができる場合、本発明を理解するために必要なこのような既知のコンポーネントのこれらの部分だけが説明され、このような既知のコンポーネントの他の部分の詳細な説明は本発明を曖昧にしないように省略されている。本明細書では、単一のコンポーネントを示す実施形態は限定であると考えられるべきではなく、本発明はここで他に明確に述べられていないならば、複数の同じコンポーネントを含む他の実施形態を含むことを意図される。さらに出願人はそれ自体が明確に述べられていないならば、明細書又は請求項中の任意の用語が普通ではない、特別な意味を有することを意図してはいない。さらに本発明はここでは例示により示した既知のコンポーネントに対する現在及び将来の既知の均等物を含んでいる。

通常、本発明は静電ガスポンプ中の１以上の電極の対上の粉塵の累積を減少または阻止するための方法及び装置を提供する。好ましくは粉塵シュラウドは保護された電極の近くを通過するガス量を減少するためにガス流路を変化させる。

本発明のある一般的な特徴によれば、図１に示されているように、シュラウド102は静電ガスポンプの鈍い電極（図示せず）と共に使用されるシャープな電極104に隣接して位置される。１つの可能な例では、シャープな電極104はワイヤである。例えば米国特許同時出願第11/338,617号明細書に記載されているような電気流体力学的ガスポンピング技術を使用して、ガス流は図１に示されている矢印により示されているようにシャープな電極104から鈍い電極への方向で生成される。シュラウド102は静電ポンピング機構により生成されるガス流の方向に関してシャープな電極104の上流に配置されることが好ましく、それによってシャープな電極104周辺のガス流の方向を転換する。粉塵は典型的にそれがなければガス流によりシャープな電極104へ伝送されるので、流動の減少は粉塵への露出も減少する。シュラウド102はしたがって実質的に流体の妨げを増加せずにシャープな電極104上の粉塵の蓄積率を非常に減少する。

本発明の原理は図２の（Ａ）乃至（Ｃ）に示されているようにコロナ電極を覆うために使用されることができる多くの異なる形状及び材料を含んでいる。図２の（Ａ）に示されているように、シュラウド202A’の上流エッジは流動抵抗を下げるように任意の多くの方法で流線形化されることができる。さらに、図２の（Ｂ）に示されているように、コロナ電極204Bはシュラウド202Bの空洞内に位置されることができる。図２の（Ｃ）に示されるように、コロナ電極204Cはシュラウド202Cに接触してもよく接触されなくてもよい。さらに、シュラウドは導電性であっても導電性でなくてもよい。

本発明は図１および２に示されているように円形の断面を有するコロナ電極ワイヤに加えて多くの異なるタイプの電極で実施されることができ、したがってこれらの図面のシャープな電極の説明は代表的なものであり限定ではないと考えるべきであることをさらに注意すべきである。例えば米国特許同時出願第11/338,617号明細書はシャープな先端と円形ではない押出し形状を有するものを含めた種々のタイプのシャープな電極を開示しており、本発明は特にこれらの実施形態で実施されることができる。

シュラウドの利点は静電対中の１以上の電極に粉塵が蓄積することを防止することである。蓄積がなければ、コロナ放電素子はその寿命を通して正常に動作することができる。本発明の特徴によれば、粉塵の蓄積を除去するためのアクチブで時には複雑な機構を要する従来技術と対照的に、シュラウドは静電ポンプに対する簡単で受動的な付加物である。

本発明の原理は静電ガスポンプで、または種々の静電集塵装置で使用されるコロナ放電に適用されることができる。コロナが例えば米国特許同時出願第11/338,617号明細書に開示されている冷却システムのような冷却システムの静電ポンプとして使用される場合、粉塵シュラウドの好ましい設定は図３の（Ａ）と（Ｂ）に示されている。

図３の（Ａ）に示されている例示的な実施形態ではシュラウド302は誘電体であり、コロナ電極304からオフセットされている。オフセットはイオンの発生を助ける。これらのタイプの応用では、コロナ電極304は典型的に直径１乃至５０μｍのワイヤであり、オフセットは誘電体から約１０乃至２００μｍである。シュラウド302の幅はコロナ電極よりも３乃至５倍だけ広い必要があるが、実際にはさらに広い寸法を必要とする可能性がある。

図３の（Ａ）の断面線３Ｂ−３Ｂに沿って取った図である図２の（Ｂ）に示されているように、シュラウド302はさらに１以上の空洞306を含み、それはコロナ電極304と導電体材料のシュラウド302との間にオフセットを与えている。図３の（Ｂ）にさらに示されているように、シュラウド302はシャープな電極304と鈍い電極308との間の静電ポンピング動作により生成されるガス流（例えば空気）に関してコロナ電極304から上流に配置されており、これはアルミニウムのようなヒートシンクフィン材料から構成されることができる。したがってヒートシンクフィンを通るガス流の冷却効果はシュラウド302が存在することによって減少されない。

本発明を特にその好ましい実施形態を参照して説明したが、形態と詳細の変化及び変更が本発明の技術的範囲を逸脱せずに行われることができることは当業者に容易に明白である。特許請求の範囲はこのような変化及び変更を含むことが意図されている。

Claims

静電放電に対応して電気流体力ガス流を生成する静電放電素子における粉塵の累積を減少又は防止する装置において、
静電放電素子により生成されたガス流の方向に関してシャープな電極から上流の位置で静電放電素子のシャープな電極に隣接して配置されてガス流により伝送される粉塵がシャープな電極上に衝突することを阻止する粉塵シュラウドを具備している装置。
粉塵シュラウドはシャープな電極近くを通過するガス量を減少するためにガス流を変化する請求項１記載の装置。
シュラウドはシャープな電極を部分的に包囲する空洞を含んでいる請求項２記載の装置。
シュラウドはガス流の方向でシャープな電極からオフセットされている請求項２記載の装置。
シュラウドはシャープな電極と接触している請求項２記載の装置。
シュラウドはガス流の方向に関してシャープな電極の幅よりも大きい幅を有している第１の部分を有する請求項２記載の装置。
シュラウドは第１の部分よりも小さい幅を有する第２の部分を有し、第２の部分はガス流に関して第１の部分から上流に位置されている請求項６記載の装置。
静電放電に対応して電気流体力ガス流を生成する静電放電素子における粉塵の累積を減少又は阻止する方法において、
静電放電素子により生成されたガス流の方向に関してシャープな電極から上流の位置で静電放電素子のシャープな電極に隣接して粉塵シュラウドを配置し、それによってガス流により伝送される粉塵がシャープな電極上に衝突することを阻止するステップを含んでいる方法。
さらに、シャープな電極近くを通過するガスの量を減少させるようにガス流を変化させるように粉塵シュラウドを構成する請求項８記載の方法。
さらに、シャープな電極を部分的に包囲する空洞を粉塵シュラウドに設けることを含んでいる請求項９記載の方法。
前記配置するステップにおいて、ガス流の方向でシャープな電極とシュラウドとの間にオフセットを与える請求項９記載の方法。
前記配置するステップにおいて、シャープな電極とシュラウドとの間に接触部を設ける請求項９記載の方法。
前記構成するステップにおいて、ガス流の方向に関してシャープな電極の幅よりも大きい幅を有する第１の部分を有するようにシュラウドを構成する請求項９記載の方法。
前記構成するステップにおいて、さらに、第１の部分よりも小さい幅を有する第２の部分を有するシュラウドを構成し、この第２の部分はガス流に関して第１の部分から上流に位置されている請求項１３記載の方法。
静電放電に対応して電気流体力ガス流を生成するコロナ電極を含む静電放電素子と、
静電放電素子により生成されたガス流方向に関して静電放電素子のコロナ電極から上流に配置され、ガス流により伝送される粉塵がシャープな電極上に衝突することを阻止する粉塵シュラウドとを具備しており、コロナ電極は１００μｍよりも小さい断面を有している装置。
コロナ電極はワイヤで構成されている請求項１５記載の装置。
粉塵シュラウドは誘電体材料で構成されている請求項１６記載の装置。
粉塵シュラウドは約１０乃至２００μｍコロナ電極からオフセットされている請求項１５記載の装置。
シュラウドの幅はコロナ電極の断面の５倍より小さい請求項１５記載の装置。