JP4027410B1 - コロナ放電型イオナイザの検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コロナ放電型イオナイザのエミッタから発生するイオンによる真電流のみを検出し、更には、この真電流のうち実際に被除電物の除電に寄与する除電電流を検出可能として、エミッタの汚れや劣化程度、除電性能等を確認可能とする。
【解決手段】高電圧が印加されるエミッタの近傍に接地電極が配置されたコロナ放電型イオナイザにおいて、接地電極に流れる全電流と、エミッタに印加される高電圧による第１の誘導電流とを同時に測定し、第１の誘導電流から、前記全電流の成分であってエミッタが形成する電界によって接地電極に流れる第２の誘導電流を推定し、前記全電流と第２の誘導電流との差分から、エミッタが生成するイオンによって生じる真電流を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コロナ放電型イオナイザのエミッタの汚れや劣化程度を検出し、更には、実際に被除電物の除電に寄与する除電電流を検出可能としたコロナ放電型イオナイザの検査方法及び検査装置に関するものである。

周知のように、コロナ放電型イオナイザは、エミッタに高電圧を印加して周囲の空気をイオン化し、正または負のイオン（荷電粒子）を発生させるものであり、これらのイオンを帯電した被除電物に供給して除電を行うものである。
例えば、交流型イオナイザでは、１本のエミッタに交流高電圧を印加することにより、正負のイオンを交互に発生させて被除電物に供給している。

しかしながら、前記エミッタから発生したイオンの一部は、エミッタ近傍に配置された接地電極に吸収されて電流として流れ、残りのイオンが被除電物側に供給されて除電に寄与することになる。
このとき、エミッタの先端に微粒子が付着していたり、エミッタが劣化して先端の曲率半径が大きくなっていると、エミッタが生成するイオンの量が減少するので、実際に除電に寄与するイオンの量も減少してしまう。

従来では、このような状態になっても、イオナイザの電源スイッチがＯＮになっていれば当然にイオンが生成されていると思い込んで使用している場合が多く、上述したエミッタの汚れや劣化によってイオン生成量が完全にゼロになっていてもこれに気が付かないこともあった。

このような問題の解決策としては、エミッタが生成するイオンによって流れる電流を測定して表示することが考えられる。具体的には、特許文献１に記載されているように、エミッタ近傍の接地電極に電流測定用抵抗や電流計を接続し、エミッタによるイオン生成量に応じた電流を測定する方法が公知となっている。

特開２００４−１２７８５８号公報（段落［００１７］、図３等）

しかし、上記特許文献１記載の方法により測定した電流は、高電圧が印加されるエミッタが形成する電界によって接地電極に流れる誘導電流（変位電流）が支配的となるため、エミッタから発生するイオンによる電流（以下、真電流ともいう）はほとんど測定不可能になってしまうという問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、接地電極を流れる全電流から誘導電流を除去して真電流のみを検出するようにし、この真電流から、エミッタの汚れや劣化程度、更には、実際に被除電物の除電に寄与する除電電流を検出可能としたコロナ放電型イオナイザの検査方法及び検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係るコロナ放電型イオナイザの検査方法は、高電圧が印加されるエミッタの近傍に接地電極が配置されたコロナ放電型イオナイザにおいて、
前記接地電極に流れる全電流と、エミッタに印加される前記高電圧による第１の誘導電流とを同時に測定し、
第１の誘導電流から、前記全電流の成分であってエミッタが形成する電界によって前記接地電極に流れる第２の誘導電流を推定し、
前記全電流と第２の誘導電流との差分から、エミッタが生成するイオンによって生じる真電流を測定するものである。

請求項２に係る検査方法は、請求項１において、前記真電流から、エミッタの汚れや劣化程度を検出するものである。
また、請求項３に係る検査方法は、請求項１において、前記真電流から、被除電物に到達するイオンによって流れる除電電流を測定するものである。

請求項４に係るコロナ放電型イオナイザの検査装置は、高電圧が印加されるエミッタの近傍に接地電極が配置されたコロナ放電型イオナイザにおいて、
前記接地電極に流れる全電流を測定する手段と、
エミッタに印加される前記高電圧による第１の誘導電流を前記全電流と同時に測定する手段と、
第１の誘導電流から、前記全電流の成分であってエミッタが形成する電界によって前記接地電極に流れる第２の誘導電流を推定する手段と、
前記全電流と第２の誘導電流との差分から、エミッタが生成するイオンによって生じる真電流を測定する演算手段と、を備えたものである。

請求項５に係る検査装置は、請求項４において、前記真電流から、エミッタの汚れや劣化程度を検出するものである。
また、請求項６に係る検査装置は、請求項４において、前記真電流から、被除電物に到達するイオンによって流れる除電電流を測定するものである。

請求項７に係る検査装置は、請求項４〜６の何れか１項において、
第１の誘導電流を測定する手段は、エミッタに高電圧を印加する高電圧発生手段とエミッタとを接続するケーブルの近傍に配置されて第１の誘導電流を検出する補助電極を備えているものである。
また、請求項８に係る検査装置は、請求項４〜６の何れか１項において、
第１の誘導電流を測定する手段は、エミッタの近傍に配置されて第１の誘導電流を検出する補助電極を備えているものである。

請求項９に係る検査装置は、請求項７または８において、
前記補助電極に接続された第１の抵抗と、
前記接地電極に接続された第２の抵抗と、
前記演算手段として、第１の誘導電流により第１の抵抗に生じる電圧降下と前記全電流により第２の抵抗に生じる電圧降下との差分を増幅する差動増幅回路と、を備え、
前記第１の抵抗または第２の抵抗の少なくとも一方を可変として、第１の誘導電流により第１の抵抗に生じる電圧降下と、第２の誘導電流により第２の抵抗に生じる電圧降下とを等しくするものである。

本発明のコロナ放電型イオナイザの検査方法及び検査装置によれば、エミッタが形成する電界によって接地電極に流れる誘導電流を除去し、エミッタが生成するイオンによる真電流のみを確実に測定することができる。このため、測定した真電流に基づいて、エミッタの汚れや劣化程度、被除電物の除電に寄与する除電電流等を検出可能であり、イオナイザの保守点検や除電性能の評価を容易に行うことができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す構成図である。図１において、１０は交流の高電圧を発生する高電圧発生回路であり、その出力側にはケーブル２１を介して針状のエミッタ２０が接続されている。また、エミッタ２０の近傍にはリング状の接地電極３０が同心状に配置されていると共に、この接地電極３０は、接続点Ａ及び抵抗Ｒ_Ｇ（請求項における第２の抵抗に相当する）を介して接地されている。

一方、高電圧発生回路１０とエミッタ２０との間のケーブル２１を包囲するように円筒状の補助電極４０が設けられており、この補助電極４０は、接続点Ｂ及び可変抵抗Ｒ_Ｃ（請求項における第１の抵抗に相当する）を介して接地されている。
前記接続点Ａ，Ｂは、それぞれ抵抗Ｒ_２，Ｒ_１を介してオペアンプ５０の非反転入力端子、反転入力端子に接続されており、前記非反転入力端子は抵抗Ｒ_４を介して接地されている。なお、Ｒ_３は帰還抵抗である。
ここで、オペアンプ５０及び抵抗Ｒ_１〜Ｒ_４は周知の差動増幅回路を構成しており、各抵抗値は、簡単化のためにＲ_１＝Ｒ_２，Ｒ_３＝Ｒ_４に設定されている。

次に、本実施形態の動作原理を説明する。
まず、高電圧発生回路１０によりエミッタ２０に高電圧を印加すると、エミッタ２０の周囲の空気がイオン化される。このとき、接地電極３０に流れる全電流Ｉ_Ｇは、生成イオンによる真電流Ｉ_Ｒとエミッタ２０が形成する電界による誘導電流（変位電流）Ｉ_Ｉとの和になるから、真電流Ｉ_Ｒに関して数式１が導かれる。なお、上記誘導電流Ｉ_Ｉは請求項における第２の誘導電流に相当する。
［数式１］
Ｉ_Ｒ＝Ｉ_Ｇ−Ｉ_Ｉ

一方、補助電極４０を介して取り出される電流Ｉ_Ｃは真電流Ｉ_Ｒに影響されず、高電圧発生回路１０からエミッタ２０に印加された高電圧による誘導電流のみである。但し、接地電極３０と補助電極４０との形状が異なるため、接地電極３０に流れる誘導電流Ｉ_Ｉと補助電極４０に流れる誘導電流Ｉ_Ｃとの大きさは異なる。この誘導電流Ｉ_Ｃは請求項における第１の誘導電流に相当する。
誘導電流Ｉ_Ｉと誘導電流Ｉ_Ｃとの関係を示す係数αを、
α＝Ｉ_Ｉ／Ｉ_Ｃ
とすると、数式１は数式２となる。
［数式２］
Ｉ_Ｒ＝Ｉ_Ｇ−Ｉ_Ｉ＝Ｉ_Ｇ−αＩ_Ｃ

ここで、接地電極３０に流れる全電流Ｉ_Ｇと補助電極４０に流れる誘導電流Ｉ_Ｃ（第１の誘導電流）とを同時に測定し、誘導電流Ｉ_Ｃに基づいて接地電極３０に流れる誘導電流Ｉ_Ｉ（第２の誘導電流）を推定して全電流Ｉ_Ｇと誘導電流Ｉ_Ｉとの差分（Ｉ_Ｇ−Ｉ_Ｉ）を求めれば、前記数式１によって真電流Ｉ_Ｒを測定することができる。
真電流Ｉ_Ｒはエミッタ２０による生成イオンの濃度に比例するので、真電流Ｉ_Ｒを測定できれば、エミッタ２０の汚れや劣化程度を推測できると共に、エミッタ２０の下方にある被除電物（図示せず）に吸収されて除電に寄与する除電電流の大きさを推測することが可能となる。

この実施形態では、数式２による差分演算を、オペアンプ５０からなる差動増幅回路によって等価的に行っている。
すなわち、図１の回路において、誘導電流Ｉ_Ｉによる抵抗Ｒ_Ｇにおける電圧降下（＝Ｉ_Ｉ×Ｒ_Ｇ）と、誘導電流Ｉ_Ｃによる可変抵抗Ｒ_Ｃにおける電圧降下（＝Ｉ_Ｃ×Ｒ_Ｃ）とが等しい場合、オペアンプ５０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、真電流Ｉ_Ｒによる抵抗Ｒ_Ｇにおける電圧降下（＝Ｉ_Ｒ×Ｒ_Ｇ）に比例した大きさになるから、この出力電圧Ｖ_ＯＵＴを検出すれば真電流Ｉ_Ｒを測定することができる。

また、上述した抵抗Ｒ_Ｇにおける電圧降下（＝Ｉ_Ｉ×Ｒ_Ｇ）と可変抵抗Ｒ_Ｃにおける電圧降下（＝Ｉ_Ｃ×Ｒ_Ｃ）とを等しくするためには、オシロスコープ等により接続点Ａ，Ｂの電圧を観察してこれらの電圧が等しくなるように可変抵抗Ｒ_Ｃを調整すればよい。この可変抵抗Ｒ_Ｃの調整動作により、等価的に、誘導電流Ｉ_Ｃから誘導電流Ｉ_Ｉを推定することができる。

この場合、接続点Ａに流れる電流は全電流Ｉ_Ｇ（＝Ｉ_Ｒ＋Ｉ_Ｉ）であるが、誘導電流Ｉ_Ｉと真電流Ｉ_Ｒとは位相がずれているのに対して誘導電流Ｉ_Ｉ，Ｉ_Ｃは同位相であるため、抵抗Ｒ_Ｇにおける電圧降下（＝Ｉ_Ｉ×Ｒ_Ｇ）と可変抵抗Ｒ_Ｃにおける電圧降下（＝Ｉ_Ｃ×Ｒ_Ｃ）とをオシロスコープ等により観察しながら両者が等しくなるように可変抵抗Ｒ_Ｃを調整することは可能である。
なお、この実施形態では抵抗Ｒ_Ｇを固定抵抗、抵抗Ｒ_Ｃを可変抵抗としているが、抵抗Ｒ_Ｇを可変抵抗、抵抗Ｒ_Ｃを固定抵抗として抵抗Ｒ_Ｇを調節しても良い。

上記のように、この実施形態によれば、図１に示すような簡単な回路構成で真電流Ｉ_Ｒを測定することができ、オペアンプ５０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを利用してエミッタ２０の汚れや劣化状態、除電電流の大きさ等を表示または出力させることが可能になる。
なお、図２は図１における接地電極３０の具体的構成を拡大して示すためのもので、３１は接地電極本体、３２は絶縁体、３３は抵抗Ｒ_Ｇに接続されるリード線である。この図２では、便宜的に図１における差動増幅器の図示を省略してある。

図３は、上述した第１実施形態の効果を説明するための波形図であり、新品のエミッタ（先端の曲率半径が１０μｍ）に高電圧を印加した際のオペアンプ５０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴと、全電流Ｉ_Ｇによる抵抗Ｒ_Ｇにおける電圧降下（これをＶ_Ｇとする）と、誘導電流Ｉ_Ｃによる可変抵抗Ｒ_Ｃにおける電圧降下（これをＶ_Ｃとする）とを示している。
これに対し、図４は、エミッタが劣化した状態を模擬するために、先端の曲率半径が５００μｍのエミッタを用いて、図３と同様にＶ_ＯＵＴ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｃを測定した場合の波形図である。

図３，図４の比較から明らかなように、エミッタが新品の場合には有意な値を持つ出力電圧Ｖ_ＯＵＴを得ることができ、この出力電圧Ｖ_ＯＵＴから真電流Ｉ_Ｒの大きさを明確に検出可能であるが、エミッタが劣化してくると、出力電圧Ｖ_ＯＵＴつまり真電流Ｉ_Ｒはほとんど確認できなくなる。
このことから、第１実施形態によれば、エミッタの汚れや劣化状態、真電流や実際に除電に寄与する除電電流を容易に把握できることが判る。

次に、図５は本発明の第２実施形態を示す構成図である。
前述した第１実施形態では、誘導電流Ｉ_Ｃを検出するために、ケーブル２１を包囲する円筒状の補助電極４０を用いているが、図５の第２実施形態に示すように、ケーブル２１に近接させて平板状の補助電極４１を配置しても良い。
また、図６は本発明の第３実施形態を示す構成図であり、前記補助電極４０，４１に代えて、図６に示すようにコイル状に形成した補助電極４２をケーブル２１に巻き付けて使用しても良い。

更に、図７は、本発明の第４施形態を示す構成図である。
この実施形態は、被覆した電線により補助電極４３を構成し、この補助電極４３の先端部をエミッタ２０の近傍に配置した例であり、このような構成の補助電極４３を用いても誘導電流Ｉ_Ｃを検出することができる。

なお、図７中の補助電極４３先端部の拡大図において、４４は可変抵抗Ｒ_Ｃに接続されるリード線、４５はリード線４４の先端部まで覆うように被覆された絶縁体を示す。このようにエミッタ２０に近接するリード線４４の先端部を絶縁体４５にて完全に被覆することにより、エミッタ２０から生成されたイオンによる真電流までも補助電極４３によって検出してしまうのを防止することができる。

なお、上記各実施形態では交流式のコロナ放電型イオナイザについて説明したが、本発明による測定原理は、直流式のコロナ放電型イオナイザにも適用可能である。

本発明の第１実施形態を示す構成図である。 図１の主要部の説明図である。 第１実施形態の効果を説明するための波形図である。 第１実施形態の効果を説明するための波形図である。 本発明の第２実施形態を示す構成図である。 本発明の第３実施形態を示す構成図である。 本発明の第４実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１０：高電圧発生回路
２０：エミッタ
２１：ケーブル
３０：接地電極
３１：接地電極本体
３２：絶縁体
３３：リード線
４０〜４３：補助電極
４４：リード線
４５：絶縁体
５０：オペアンプ
Ｒ_Ｃ：可変抵抗（第１の抵抗）
Ｒ_Ｇ：抵抗（第２の抵抗）
Ｒ_１〜Ｒ_４：抵抗

Claims (9)

1. 高電圧が印加されるエミッタの近傍に接地電極が配置されたコロナ放電型イオナイザにおいて、
   前記接地電極に流れる全電流と、エミッタに印加される前記高電圧による第１の誘導電流とを同時に測定し、
   第１の誘導電流から、前記全電流の成分であってエミッタが形成する電界によって前記接地電極に流れる第２の誘導電流を推定し、
   前記全電流と第２の誘導電流との差分から、エミッタが生成するイオンによって生じる真電流を測定することを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査方法。
2. 請求項１に記載したコロナ放電型イオナイザの検査方法において、
   前記真電流から、エミッタの汚れや劣化程度を検出することを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査方法。
3. 請求項１に記載したコロナ放電型イオナイザの検査方法において、
   前記真電流から、被除電物に到達するイオンによって流れる除電電流を測定することを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査方法。
4. 高電圧が印加されるエミッタの近傍に接地電極が配置されたコロナ放電型イオナイザにおいて、
   前記接地電極に流れる全電流を測定する手段と、
   エミッタに印加される前記高電圧による第１の誘導電流を前記全電流と同時に測定する手段と、
   第１の誘導電流から、前記全電流の成分であってエミッタが形成する電界によって前記接地電極に流れる第２の誘導電流を推定する手段と、
   前記全電流と第２の誘導電流との差分から、エミッタが生成するイオンによって生じる真電流を測定する演算手段と、
   を備えたことを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査装置。
5. 請求項４に記載したコロナ放電型イオナイザの検査装置において、
   前記演算手段の出力から、エミッタの汚れや劣化程度を検出することを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査装置。
6. 請求項４に記載したコロナ放電型イオナイザの検査装置において、
   前記演算手段の出力から、被除電物に到達するイオンによって流れる除電電流を測定することを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査装置。
7. 請求項４〜６の何れか１項に記載したコロナ放電型イオナイザの検査装置において、
   第１の誘導電流を測定する手段は、
   エミッタに高電圧を印加する高電圧発生手段とエミッタとを接続するケーブルの近傍に配置されて第１の誘導電流を検出する補助電極を備えていることを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査装置。
8. 請求項４〜６の何れか１項に記載したコロナ放電型イオナイザの検査装置において、
   第１の誘導電流を測定する手段は、
   エミッタの近傍に配置されて第１の誘導電流を検出する補助電極を備えていることを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査装置。
9. 請求項７または８に記載したコロナ放電型イオナイザの検査装置において、
   前記補助電極に接続された第１の抵抗と、
   前記接地電極に接続された第２の抵抗と、
   前記演算手段として、第１の誘導電流により第１の抵抗に生じる電圧降下と前記全電流により第２の抵抗に生じる電圧降下との差分を増幅する差動増幅回路と、
   を備え、
   前記第１の抵抗または第２の抵抗の少なくとも一方を可変として、第１の誘導電流により第１の抵抗に生じる電圧降下と、第２の誘導電流により第２の抵抗に生じる電圧降下とを等しくすることを特徴とするコロナ放電型イオナイザの検査装置。

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