JP4958271B2

JP4958271B2 - イオン化装置の放電電極ユニット

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Publication number: JP4958271B2
Application number: JP2007007190A
Authority: JP
Inventors: 司藤田
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: JP2008176952A

Description

この発明は、空気中の静電気制御またはワークの除電に関し、より詳しくは、前記静電気制御若しくはワークの除電に用いるイオン化装置の放電電極ユニットに関する。

放電電極に高電圧を印加してイオンを発生させるイオン化装置は、従来から雰囲気ガス中に含有する塵埃が放電電極の先端部に付着して除電速度が低下するという問題を有している。この問題に関連して、特許文献１はイオン化装置の放電電極ユニットを開示している。この放電電極ユニットは、中心孔から放電電極の先端部を突出させると共にクリーンガスを噴出させて、このクリーンガスで雰囲気ガスを取り込みながらイオンを被除電体に搬送するようになっている。

この放電電極ユニットによれば、放電電極の先端部がクリーンガスで包囲されるため放電電極の経時的な汚れを低減できるので、イオン発生量の経時的な低下を抑制できると共に、クリーンガスが雰囲気ガスを巻き込んで、この合体した十分な流量のガス流でイオンをワーク(被除電体)に向けて搬送でき、これにより高い除電速度を達成できるという利点を有している。

特開２００６−４０８６０号公報

しかし、特許文献１に開示の放電電極ユニットであっても、高電圧が印加される放電電極の先端部に塵埃が堆積することを完全に防止できないことは言うまでもない。逆に、雰囲気ガスを巻き込んでイオン搬送流を生成することから、雰囲気ガスに含まれる塵埃が放電電極の先端部に付着し易くなってしまうという可能性がある。このことから、特許文献１にも開示のように、放電電極の尖った先端部の一部を欠落させる工夫が必要となっていた。

この発明の目的は、雰囲気ガスを巻き込んでイオン搬送流のガス量を増量した場合に問題となる放電電極の先端部の汚れを抑制することのできる放電電極ユニットを提供することにある。

かかる技術的課題は、本発明によれば、
隆起したヘッド部と、該ヘッド部の回りに配置されたフィンガーガードとを有し、
該フィンガーガードが、前記ヘッド部の側面領域に雰囲気ガスが前記フィンガーガード内に流入可能な周囲窓と、前記隆起したヘッド部の前方に開放した開口とを有し、
前記隆起したヘッド部の中心孔に、高電圧を印加する放電電極の先端部が外部に突出した状態で配設されると共に該放電電極の回りにクリーンガスが吐出されて、該クリーンガスによって前記周囲窓を通じて流入した雰囲気ガスを取り込みながら前記放電電極によって生成されるイオンを前記開口を通じて被除電体に向けて搬送するイオン化装置の放電電極ユニットであって、
前記隆起したヘッド部がファイバを含む樹脂で構成されて、該ファイバの一部が前記隆起したヘッド部のテーパ面から露出していることを特徴とする放電電極ユニットを提供することにより達成される。

すなわち、本発明の放電電極ユニットによれば、放電電極の先端部を包囲するクリーンガスに巻き込まれる雰囲気ガスを案内する隆起したヘッド部のテーパ面にファイバの一部が露出して、微視的にはファイバの一部がテーパ面からひげ状に突出しているため、このファイバによって雰囲気ガス中の塵埃を捕捉することが出来る。更に、本発明によれば、テーパ面に突起又は溝が形成されているため、これによりテーパ面に沿って流れ込む雰囲気ガスに乱れを生成して雰囲気ガスがテーパ面と接する頻度を高めることができるため、上述した雰囲気ガス中の塵埃を捕捉する効率を高めることができる。この結果、放電電極の先端部の汚れを抑制して、経時的なイオン発生量の低下を抑制することができる。また、ファイバを含有した樹脂でヘッド部を構成することで、ヘッド部の剛性を高めることができると共に、ファイバをグラスファイバのような難燃性のファイバで構成したときには、難燃性と絶縁性に優れたヘッド部を提供することができる。このことは、高電圧が印加される放電電極を包囲するヘッド部として好ましい物性となることを意味している。

以下に、添付の図面に基づいて実施例の放電電極ユニットを詳しく説明する。

図１は、実施例の放電電極ユニットが適用されるイオン化装置（除電装置）の内部構造を説明するための図であり、図２は具体例としてイオン化装置の外形を示す斜視図である。イオン化装置１００は、上端を閉じた逆Ｕ字断面形状のケース１０を有し、ケース１０内部の下側領域には複数のガス通路ユニット１１を含むガス通路１２が配設され、各ガス通路ユニット１１に関連して、複数の放電電極１３が互いに間隔を隔てて配置されている。

ケース１０の上側領域には、高電圧ユニットを収容した高圧ボックス１４と、電源回路や例えば表示装置やＣＰＵを含む制御ユニット１５とが配置されている。ケース１０の長手方向の両側端部には、クリーンガス用ポート１６が設けられ、このクリーンガス用ポート１６を通して、図外のガス源からクリーンガスがガス通路１２に供給される。

クリーンガス用ポート１６を通じてガス通路ユニット１１に導入されるクリーンガスは、例えば窒素ガスなどの不活性ガスや、大気中のゴミを濾過し、水分を除去した濾過エアからなるクリーンガス、好ましくは更に有機化合物を除去したクリーンガスを挙げることができる。

放電電極１３は、後に説明するように放電電極ユニット２００に組み込まれており、放電電極ユニット２００をケース１０に装着することにより、放電電極１３がイオン化装置１００に組み込まれる。なお、図１，図２において、参照符号１７は、ケース１０の内部を上下に仕切る隔壁を示し、１８は隣接するイオン化装置１００同士を連結するモジュラコネクタ用の接続端子を示す。また、符号１９は接地した対向電極プレートを示し、対向電極プレート１９は実質的にケース１０の一部を構成して、この対向電極プレート１９によってケース１０の下側開口が閉じられている。

図３は、イオン化装置１００の制御回路の概要を示す図である。イオン化装置１００は、同一の放電電極１３からプラスイオンとマイナスイオンとが交互に発生するように、パルスＡＣ式イオン発生方式が採用されている。イオン化装置１００の制御回路は、プラス側高電圧発生回路３０とマイナス側高電圧発生回路３１とを有し、これらの高電圧発生回路３０、３１で高圧ボックス１４（図１）に内蔵された高電圧ユニットが構成されている。

プラス側高電圧発生回路３０とマイナス側高電圧発生回路３１は、共に、トランス３２、３３の一次側コイルに接続された自励発振回路３４、３５と、二次側コイルに接続された例えば倍整流回路からなる昇圧回路３６、３７とを含む。高電圧発生回路３０、３１と放電電極１３との間には保護抵抗つまり第１抵抗Ｒ１が設けられている。

トランス３２、３３の二次コイルの接地端ＧＮＤと、フレームグランドＦＧとの間には、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３とが直列に接続され、また、対向電極プレート１９とフレームグラウンドＦＧとの間には第４抵抗Ｒ４と上述した第３抵抗Ｒ３とが直列に接続されている。

第４抵抗Ｒ４を流れる電流をイオン電流検知回路３８で検出することにより、放電電極１３の近傍のイオンバランスを知ることができる。第３抵抗Ｒ３を流れる電流をイオン電流検知回路３８で検出することにより、ワークまたは帯電物の近傍のイオンバランスを知ることが出来る。第２抵抗Ｒ２を流れる電流を異常放電電流検知回路３９で検出することで、放電電極１３と対向電極プレート１９またはフレームグラウンドＦＧとの間の異常放電を検出することが出来、ＣＰＵ１４で異常放電と判断したときには、アラーム手段である表示ＬＥＤ４０を点灯するなどして操作者に異常を知らせることができる。

以上、パルスＡＣ式イオン発生方式を採用したイオン化装置１００の制御回路を説明したが、商用電流周波数でプラスイオンとマイナスイオンとが交互に発生するＡＣ方式や、プラスイオンとマイナスイオンが同時に発生するＳＳＤＣ方式を採用してもよく、プラスイオンとマイナスイオンが交互に発生するパルスＤＣ方式を採用してもよい。

図４以降の図面は放電電極ユニット２００に関する図である。図４は放電電極ユニット２００の側面図であり、図５は、放電電極ユニット２００の平面図であり、図６は、図５のVI-VI線に沿った縦断面図であり、図７は、図５のVII-VII線に沿った縦断面図である。これら図４〜図７を参照して、放電電極ユニット２００は、中空の軸部２０２と、この軸部の先端に設けられたヘッド部２０４とを有し、軸部２０２には、放電電極１３が挿入されると共に、放電電極１３の回りにガス通路が形成される。放電電極ユニット２００の基本構造及び放電電極１３への電源供給経路は、特開２００６−４０８６０号公報（特願２００４−３３７２１６号）に開示の放電電極ユニットと実質的に共通であることから、その詳しい説明は省略すると共に、当該特願２００４−３３７２１６号の開示をここに援用する。

放電電極ユニット２００は、軸部２０２とヘッド部２０４との間に、図４などに仮想線で示すように、ゴムなどの弾性材料からなるシール部材２０６が嵌装される。

ヘッド部２０４は、図４、図６、図７から理解できるように中心の頂部に向けて隆起した外形輪郭を有し、そのテーパ面２０８の頂部に、放電電極１３の先端部が挿通される円形中心孔２１０が形成されている。図示の例では、略円錐状に隆起した外形輪郭を有しているが、これに代えて略角錐状であってもよい。すなわち、ヘッド部２０４の隆起した外形輪郭は略錐体形状である。

ヘッド部２０４は、放電電極１３の先端を包囲して位置するフィンガーガード２１２を有する。フィンガーガード２１２は、テーパ面２０８の前方に離間して位置する円周方向に連続するリング２１４と、リング２１４とテーパ面２０８の外周縁部との間を連結する複数の脚部２１６とを有し、この複数の脚部２１６は、リング２１４の周方向に互いに離間して配設されて、隣接する脚部２１６、２１６の間に外部エア導入用の周囲窓２１８が形成されている。フィンガーガード２１２は、例えば放電電極ユニット２００を交換するときに指が放電電極１３の先端１３ａに触れるのを阻止するためのガード部材であることから、例えばリング２１４は、これによって形成される開口２１４ａを有している限り、円周方向に不連続であってもよい。

イオン化装置１００の内部のクリーンガス通路１２（図１）を通じて放電電極ユニット２００内に供給されるクリーンガスは、中空軸部２０２に導入され、この中空軸部２０２の先端の円形中心孔２１０を通じて中空軸部２０２の軸線方向に吐出される。この中心孔２１０には前述したように放電電極１３の先端部が貫通して外部に露出しており、したがって、中心孔２１０は、放電電極１３の回りに円周方向に連続するクリーンガス噴出口を形成する。中空軸部２０２の中心孔２１０から吐出されたクリーンガスによって中心孔２１０の近傍に負圧が発生するため、雰囲気ガスは、上述した周囲窓２１８を通じてフィンガーガード２１２内に流入し、そしてテーパ面２０８で案内されてクリーンガスと合流して、イオンを搬送するための搬送流としてフィンガーガード２１２の開口２１４ａを通じて外部に吐出される。

放電電極ユニット２００はプラスチック成型品であり、少なくともヘッド部２０４がファイバを含む樹脂で構成されている。好ましくは、短繊維のファイバを含むのがよく、ファイバの種類は、一般的にはグラスファイバである。これによりヘッド部２０４の剛性及び難燃性と絶縁性を高めることができる他、このような短繊維のファイバを含む樹脂で放電電極ユニット２００を成形したときには、ヘッド部２０４のテーパ面２０８の表面から直径が１０μm以下のファイバの一部が露出した状態となり、この露出したファイバによってフィンガーガード２１２内に流入した雰囲気ガス中の塵埃を捕捉することができる。ヘッド部２０４を射出成形することを前提としたときには、成形性を確保するために、ファイバの含有率を重量比で３０〜４０％であるのが好ましい。

樹脂としては、絶縁性に優れた樹脂を選択するのがよく、また、好ましくは難燃性に優れた樹脂を選択するのがよい。例えば熱硬化性樹脂（例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂）は一般的に剛性や難燃性に関しては優れている。他方、熱可塑性樹脂（例えばポリエチレン、ポリスチレン）は、難燃性、成型性に関しては優れている。しかし、熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に比べて一般的に成形性に劣る。このように樹脂は様々な特性を有していることから、ヘッド部２０４に関して好ましいと思われる樹脂を任意に選択すればよい。成形性、難燃性に優れている例えばポリスチレンを選択した場合、上述したグラスファイバを混入させることで必要とされる剛性を確保するのが容易となるだけでなく、難燃性及び絶縁性も更に好ましいものにすることができる。勿論、グラスファイバの代わりにカーボンファイバであってもよいことは言うまでもない。ただし、カーボンファイバを採用するときには、絶縁性を確保するために、グラスファイバに比べて、その含有割合を低下させるのが好ましい。

図５などに示すように、ヘッド部２０４のテーパ面２０８には、径の異なる複数の円周溝２２０が中心孔２１０を中心に形成されている。この円周溝２２０は、放電電極ユニット２００を成型した後に切削加工により形成してもよいが、一般的には、放電電極ユニット２００を成型するときに円周溝２２０が一緒に成形されるのがよい。図示の例では周方向に連続して延びる突起又は溝２２０は円形であるが、波形にウネウネと延びる形状であってもよい。突起又は溝２２０の断面形状は、矩形であってもよいし、半円形状であってもよいし、三角形状であってもよい。また、突起又は溝２２０の高さ又は深さは一般的に数μm乃至数１００μmであるのがよい。

テーパ面２０８は、図示の例では、外周部分２０８ａの傾斜角よりも内周部２０８ｂの傾斜角が大きくなっている。これにより、雰囲気ガスがテーパ面２０８に沿って流動する距離を拡大することができると共に、雰囲気ガスの流動方向をワーク（被除電体）に向けて案内することができると共に雰囲気ガスが放電電極１３の先端部１３ａと接してしまうのを抑制することができる。また、この内周部２０８ｂに沿った上下方向に延びる接線の交点ＣＰに関連して放電電極１３の先端１３ａ(一般的には尖った先端)の突出位置が設定されている（図８）。具体的には、良好なイオン発生効率を確保するには、放電電極１３の先端１３ａは中心孔２１０の開口端から上記交点ＣＰの間に位置決めされるのがよい。

ヘッド部２０４の中心孔２１０からクリーンガスを噴出させながら放電電極１３に高電圧を印加することで、フィンガーガード２１２の周囲窓２１８を通じてフィンガーガード２１２の内部に流入する雰囲気ガスを巻き込んで放電電極１３の回りからクリーンガスが吐出され、これによりイオンがワーク(被除電体)に向けて供給される。

周囲窓２１８、つまり隣接する２つの脚部２１６、２１６間の周囲窓２１８を通じてフィンガーガード２１２の内部に流入する雰囲気ガスは、ヘッド部２０４の中心孔２１０に向けてテーパ面２０８に沿って流れ込んで、中心孔２１０から吐出されるクリーンガスと合流することになる。ヘッド部２０４は、前述したように、少なくともヘッド部２０４の表面から外部に露出したファイバを含む樹脂で構成されている。ヘッド部２０４を射出成形する場合には、ベースの樹脂材料である例えばポリスチレンに対してファイバを上述した重量含有率（３０〜４０％）となるように無作為に含有させたときに、微視的にヘッド部２０４のテーパ面２０８にファイバの一部をひげ状に突出させた状態を形成することができる。そして、これにより雰囲気ガス中に含まれる塵埃を捕捉することができる。ファイバの直径は１０μm以下であるのが好ましい。

テーパ面２０８には、図８から最も良く分かるように、雰囲気ガスの流れ方向と交差する方向に延びる円周溝２２０を横断することになる。この円周溝２２０は円周突起であってもよいが、この円周溝(円周突起)２２０の存在によってテーパ面２０８に沿って流動する雰囲気ガスの流れに乱れが発生し、これにより雰囲気ガスがテーパ面２０８と接する頻度が高くなる。

ヘッド部２０４は、前述したように、短繊維のファイバを含む樹脂で構成されており、微視的には、テーパ面２０８はその表面にファイバの一部が露出しひげ状に突出した状態となっていることから、このファイバによって雰囲気ガスに含まれる塵埃を捕捉することができ、特に、雰囲気ガスの流れと交差する方向に延びる円周溝(又は円周突起)２２０によって捕捉効率を高めることができ、これにより放電電極１３の外部に露出した先端部への塵埃等の付着及び堆積を抑制することができ、イオン発生効率の経時的な低下を抑えることができる。言うまでもないが、このことは放電電極１３の交換時期を延長できることを意味する。

上述した例では、ヘッド部２０４のテーパ面２０８に円周溝(又は円周突起)２２０を形成した例を説明したが、ヘッド部２０４に円周溝(又は円周突起)２２０によって塵埃の捕捉効果の高める必要が無ければ、ヘッド部２０４のテーパ面２０８から円周溝(又は円周突起)２２０を省いてもよい。

図９以降の図面は、上述した円周溝(円周突起)２２０に代わる凹所又は突起の形状又は配置に関する変形例を例示するものである。図９は、円周方向に不連続な溝又は突起２２２を設けた例を示す。図示の例では、直径の異なる３列の円周上に不連続な円弧状又は略長方形の溝又は突起２２２を設けてあるが、列の数は任意であり、溝又は突起２２２を千鳥状に配設してもよく、また、テーパ面２０８の内周部又は外周部だけに設けるようにしてもよい。

図１０は、円形の溝又は突起２２４を直径の異なる３列の円周状に配置してあるが、列の数は任意であり、円形の溝又は突起２２４を千鳥状に配設してもよく、また、テーパ面２０８の内周部又は外周部だけに設けるようにしてもよい。また、図９に例示の円弧状又は略長方形の溝又は突起２２２を混在させるようにしてもよい。また、円形の溝又は突起２２４は、その形状として長円又は楕円形であってもよい。

図１１は、螺旋状に断続的に突起又は溝２２６を配置した例を示す。この螺旋状に複数の突起又は溝２２６を配置するのに、図１１の例では長さを異ならせた長方形の形状の突起又は溝２２６を図示してあるが、同じ長さ寸法であってもよく、また、円形、長円、楕円であってもよい。また、図１２に示すように、螺旋状に連続する突起又は溝２２８であってもよい。なお、図１２では、螺旋状に連続する突起又は溝２２８は湾曲して延びているが、波形にウネウネと延びる形状であってもよい。

如上の説明において、隣接する脚部２１６、２１６間の周囲窓２１８に関して、図示のように何も存在しない開放周囲窓であってもよいし、雰囲気ガスの自由な通過を許容可能な、例えば比較的大きな編み目のネット状の構成であってもよく、また、柵状の構造を有していてもよい。フィンガーガード２１２の設計においては、各脚部２１６が占有する投影面積を抑えて、周囲窓２１８の総面積を大きく設定することが望ましい。

如上のように、短繊維のファイバを含む樹脂からなるヘッド部２０４は、その中心孔２１０から突出する放電電極１３の先端部が同じ中心孔２１０から噴出するクリーンガスで覆われるため放電電極１３の先端部の汚れを抑制できだけでなく、雰囲気ガスの流れを案内するテーパ面２０８に突起又は溝２２８、２２０などを設けることで雰囲気ガスに含まれる塵埃を積極的に捕捉することができ、これにより放電電極１３の先端部の汚れを一層抑制することができることから、イオン化効率の経時的な低下を防止しつつ放電電極１３の交換時期を延長することができる。

なお、上述の実施例では放電電極１３が外部に突出する同じ中心孔２１０からクリーンガスを噴射するようにしたが、勿論、放電電極１３が突出する孔とは別の孔からクリーンガスを噴射してもよいことは言うまでもない。

前述の実施例では、ヘッド部２０４とフィンガーガード２１２とが射出成形により一体成形されているが、ヘッド部２０４とフィンガーガード２１２とを別々に射出成形して、これを後工程で接合するようにしてもよい。射出成形では、ヘッド部２０４とフィンガーガード部２１２を一体成形又は別体成形する場合、一般的には樹脂の溶融温度は２８０°C〜２９０°Cに設定されるが、ファイバ含有樹脂の場合には、更に１０°C上昇させた溶融温度に設定するのが好ましい。

ヘッド部２０４とフィンガーガード２１２を別々に成形し、後工程でこれを結合する手法としては、（１）凹凸嵌合、（２）超音波溶着、（３）ねじ止め、（４）接着剤による接合などを採用することができるだけでなく、個々に成形したヘッド部２０４とフィンガーガード２１２を一体化するための金型に装填して、これらの接合部に樹脂を流し込んで結合する手法を採用してもよい。

本発明の実施例のイオン化装置の構造を説明するための図である。実施例のイオン化装置の外形を示す斜視図である。実施例のイオン化装置の回路図である。イオン化装置に交換可能に設けられる放電電極ユニットの側面図である。放電電極ユニットの正面図である。図５のVI−VI線に沿った縦断面図である。図５のVII−VII線に沿った縦断面図である。放電電極ユニットの放電電極の先端の好ましい突出量を説明するための図である。放電電極ユニットの隆起したテーパ面に形成される突起又は溝の第１変形例を説明するための図であり、テーパ面を平面視した状態で示す図である。放電電極ユニットの隆起したテーパ面に形成される突起又は溝の第２変形例を説明するための図であり、テーパ面を平面視した状態で示す図である。放電電極ユニットの隆起したテーパ面に形成される突起又は溝の第３変形例を説明するための図であり、テーパ面を平面視した状態で示す図である。放電電極ユニットの隆起したテーパ面に形成される突起又は溝の第４変形例を説明するための図であり、テーパ面を平面視した状態で示す図である。

符号の説明

１００イオン化装置
２００放電電極ユニット
２０２中空軸部
２０４ヘッド部
２０８略円錐状に隆起した外形輪郭のテーパ面
２１０円形中心孔
２１２フィンガーガード
２１８周囲窓(雰囲気ガス導入用)
２２０円周溝

Claims

隆起したヘッド部と、該ヘッド部の回りに配置されたフィンガーガードとを有し、
該フィンガーガードが、前記ヘッド部の側面領域に雰囲気ガスが前記フィンガーガード内に流入可能な周囲窓と、前記隆起したヘッド部の前方に開放した開口とを有し、
前記隆起したヘッド部の中心孔に、高電圧を印加する放電電極の先端部が外部に突出した状態で配設されると共に該放電電極の回りにクリーンガスが吐出されて、該クリーンガスによって前記周囲窓を通じて流入した雰囲気ガスを取り込みながら前記放電電極によって生成されるイオンを前記開口を通じて被除電体に向けて搬送するイオン化装置の放電電極ユニットであって、
前記隆起したヘッド部がファイバを含む樹脂で構成されて、該ファイバの一部が前記隆起したヘッド部のテーパ面から露出していることを特徴とする放電電極ユニット。
前記隆起したヘッド部のテーパ面には、該テーパ面に沿って流れる雰囲気ガスの流れを乱す溝又は突起が形成されている、請求項１に記載の放電電極ユニット。
前記溝又は突起が、前記テーパ面の傾斜方向に沿って流れる雰囲気ガスの流れと交差する方向に延びる形状を有する、請求項２に記載の放電電極ユニット。
前記テーパ面の上下方向に延びる接線の交点と前記中心孔との間に前記放電電極の先端が位置決めされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放電電極ユニット。
前記中心孔から前記クリーンガスが噴射される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放電電極ユニット。
頂部にクリーンガスを吐出する中心孔を備えた略錐体形状のヘッド部と、
前記中心孔から外部に突出する放電電極と、
該放電電極の先端部の回りに設けられ且つ前記放電電極の前方に開口を備えたフィンガーガードとを有するイオン化装置であって、
該フィンガーガードが、前記ヘッド部から離れる方向に延び且つ前記先端部の周囲方向に互いに間隔を隔てて配置された複数の脚と、隣接する２つの脚間に雰囲気ガスが前記フィンガーガードの内部に流入可能な周囲窓とを有し、
前記略錐体形状のヘッド部の傾斜面に、前記周囲窓を通じて前記フィンガーガード内に流入した雰囲気ガスのガス流と交差する方向に延びる溝又は突起が形成され、
前記略錐体形状のヘッド部がファイバを含む樹脂で構成されて、該ファイバの一部が前記略錐体形状のヘッド部の傾斜面から露出していることを特徴とする放電電極ユニット。