CN1261227C - 树脂电极及使用该树脂电极的静电式集尘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供作为电极具有充分的导电性且放电特性及集尘特性优良的树脂电极以及使用该树脂电极的静电式集尘装置。用作放电电极的对向电极的树脂电极，是由在聚烯烃或聚酯树脂中配入导电性碳黑的导电性树脂构成。

Description

树脂电极及使用该树脂电极的静电式集尘装置
技术领域
本发明涉及静电式集尘装置的电离源部、复印机、除静电装置、臭氧发生装置等的电晕放电电极的对向电极所使用的树脂电极，静电式集尘装置的集电部的集尘电极，以及使用电离源部对向电极和集电部集尘电极的静电式集尘装置。
背景技术
例如，静电式集尘装置通过电晕放电等使气流中的尘埃带上电荷，该带电粒子在电场中通过时，而被静电力所捕捉并被除去，所以从工业用的大型装置到家庭用的小型装置的各种型式上得到使用。
在这样的静电式集尘装置上，通常将铝、不锈钢等金属材料用于使尘埃粒子带上电荷的电离源部的对向电极和捕捉带电粒子的集尘电极。
这样的电极构成，一般在电离源部将与电晕放电电极相对向的对向电极以隔板为中介而排列，集电部也是同样地将施加正电位或负电位的高压侧电极和与其相对向的接地电极交替地以隔板为中介平行地排列的构造。
但是，将金属板用于电极时，导电率好，但是有电极本身的重量变重的问题。
另外，将金属板用于电极时，需要将多片金属板以隔板为中介层叠地形成，所以有组装工序繁杂的问题。
所以，为了简化电极的组装工序，可以考虑不用电极层叠的构造，而用通过钣金压制加工等一体形成的电极，但是不能将极板的进深加长到极板间的间距以上，故不能制成大面积的电极。另外，例如有被折弯的折弯部等使粒子不带电荷而通过的区域，而造成集尘性能下降的问题。
另外，由金属板制成的电极还存在着难以制成复杂形状的电极、制造成本高的问题。
为了解决这样的问题，开发了用具有导电性的树脂制造电极的技术。
作为具有导电性的树脂，可以在作为基材的树脂中，适当地配入例如碳黑、碳纤维、导电性金属须晶及不锈钢纤维等的导电材料来得到。
但是，目前一般地说来，配入作为导电材料的碳黑时，不大量地配入的话就不能得到作为对向电极所需的低阻抗值，而大量配入的话则使树脂的强度大幅度地下降。而且，一般是采用在ABS树脂内配上作为导电材料的碳纤维而制成的树脂电极。
因为碳纤维为纤维状，所以与颗粒状的碳黑相比，具有即使是少量也可以得到所需的阻抗值的优点，但是存在不能得到足够的集尘性能的问题。
因此，为了解决这个问题，在由配入碳纤维的ABS树脂组成的树脂电极中再掺入吸水性聚合物的提案被提了出来(特平开08-227789号公报)。
这种掺入了吸水性聚合物的导电树脂，具有在树脂的表面有均匀的导电性能，容易导通，可以减少掺入树脂的碳纤维量的优点。
但是，掺入了吸水性聚合物的树脂电极，在高温湿度(比15℃、30％高)的条件下，可以得到集尘效率以及放电特性等的特性及性能好的树脂电极，但是在低温湿度(15℃、30％以下)的条件下，则有特性及性能下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种作为电极来说具有充分的导电性且放电特性及集尘特性优良的树脂电极以及使用这种树脂电极的静电式集尘装置。
为了达到上述目的而进行反复研究的结果，发现用碳纤维作为导电材料时，由于导电材料相互之间不接触的话就无法导通，所以必须使纤维在树脂中被随机地配置，而使导电材料之间有电的接触，但是这样的结果是，由于树脂表面从微观上看是不均匀的，所以不能均匀地放电，而集尘效果降低。另外，碳黑相对于目前一般作为树脂电极而使用的ABS树脂来说，有分散性不理想且强度低的倾向，不能得到实用水平上的导电性、强度及成型性，但是发现了所给定的导电性碳黑，相对于聚丙烯等特定的树脂可以均匀地分散且表面状态即使从微观上看也是没有集中在某些点而容易地成为均匀分布，可以得到良好的放电特性以及集尘特性，从而完成了本发明。
本发明的第一方面，是用于放电电极的对向电极中的树脂电极，其特征在于：由在聚烯烃或聚酯树脂中配入导电性碳黑的导电性树脂构成。
在第一方面中，通过将聚烯烃或聚酯树脂用于作为基材的树脂，可以使导电性碳黑均等地分布。另外，树脂表面从微观上看也是均匀的，所以可以得到均匀的放电特性，也提高了集尘特性。
本发明的第二方面是，第一方面中的树脂电极的特征在于：上述导电性碳黑的氮比表面积为500m2/g以上，DBP吸油量为200cm3/100g以上。
在第二方面中，在聚烯烃或聚酯树脂中可以良好地分散，从而可以均匀放电。
本发明的第三方面是，第一或第二方面中的树脂电极的特征在于：体积电阻率为107Ωcm数量级以下。
在第三方面中，通过导电性碳黑的均匀分散，可以得到规定的体积电阻率。
本发明的第四方面是，第一～第三中任一方面中的树脂电极的特征在于：作为连接于正电位的放电电极的对向电极来使用。
在第四方面中，通过将树脂电极作为连接于正电位的放电电极的对向电极来使用，可以得到良好的集尘特性。
本发明的第五方面是，第一～第四中任一方面中的树脂电极的特征在于：用于具有电晕放电电极的对向电极、静电式集尘装置的集电部集尘电极及电离源-集尘器一体型静电式集尘装置的电离源部对向电极和集电部集尘电极的功能的电极中任一个。
在第五方面中，通过将本发明的树脂电极用作这些电极，可以得到良好的集尘特性。
本发明的第六方面是静电式集尘装置，其特征在于：将第一～第五中任一方面中的树脂电极作为电离源部的对向电极使用。
在第六方面中，通过将放电特性均匀的树脂电极作为对向电极使用，可以提高集尘特性。
本发明的第七方面是静电式集尘装置，其特征在于：利用第一～第五中任一方面的树脂电极，将电离源部的对向电极和集电部的集尘电极形成为一体。
在第七方面中，通过将对向电极和集尘电极形成为一体，在大幅度地降低制造成本且增大集尘面积从而提高集尘效率的同时，可以提高电极的强度而防止变形等。
在本发明中，通过将规定的导电性碳黑配入聚烯烃或聚酯树脂中，可以将导电性碳黑没有集中在某些点而均匀地分散，其结果是树脂表面即使从微观上看也是明显均匀的，可以得到良好的放电特性及集尘特性。
在这里，作为聚烯烃树脂，可以举出例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。
另外，作为聚酯树脂，可以举出例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
这样的树脂，与ABS树脂不同，导电性碳黑被均匀地分散，而且树脂自身的强度也很少降低。
另外，虽然只要导电性碳黑被在这些树脂中均匀地分散并具有良好的导电性能的话，不作特别的限定，但优选氮比表面积为500m2/g以上，DBP吸油量为200cm3/100g以上。由此，推定可以得到良好的分散性及导电性。
作为这样的导电性碳黑，可以举出例如ケッチエンブラック(商品名)。
另外，虽然对这样的导电性碳黑的粒度不作特别的限定，但是要在μm数量级以下，优选为nm数量级程度。由于具有这样的粒径，可以在树脂中均匀地分散，可以发挥均匀放电和良好的集尘特性。
这样由添加了导电性碳黑的树脂构成的树脂电极的体积电阻率为107cm数量级以下是所希望的。因为这样可以得到良好的放电特性以及集尘特性。
为了使本发明的树脂电极成型，需要使用配入了导电性碳黑的树脂，而为了将导电性碳黑配入作为基材的树脂内，通过利用例如两辊混炼机、班伯里混炼机、连续混炼机等并按通常的方法熔融混合，可以进行调制。在这种情况下，优选配入相对于作为基材的树脂的18重量％～30重量％的导电性碳黑。比这个配入量少的话，不能得到所希望的导电性能，因而不能得到良好的放电特性以及集尘特性。而比这多的话则导电性树脂的机械强度下降。特别是作为静电式集尘装置的电极使用时，作为安全措施一般要配入阻燃剂，但是配入阻燃剂与仅在树脂内配入导电性碳黑的情况相比有机械强度下降的倾向。如果机械强度比这时的强度还要低的话，在对由于集尘而造成的电极污秽进行洗净和组装作业时，不进行特殊的作业就会损坏电极等，以通过洗净而使电极反复使用的静电式集尘装置的优点就会丧失。
本发明的树脂电极，可以通过上述那样用配入了导电性碳黑的树脂成型而制造，而不必限定成型方法。例如用注塑成型、冲压成型等成型即可。另外，这样制造的本发明的树脂电极可以用于静电式集尘装置的电离源部的对向电极、给电离源部的对向电极和集电部的集尘电极以共同电位的电离源/集尘器一体型的电极等。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的静电式集尘装置的一个例子的示意图。
图2是表示本发明实施方式2的静电式集尘装置的一个例子的分解立体图。
图3是图2的示意图。
图4是表示本发明试验例1的试验方法的平面图。
图5是表示本发明试验例2的试验方法的平面图。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的构成。
(实施方式1)
图1是表示使用本发明实施方式1的树脂电极的静电式集尘装置的一个例子的示意图。
如图1所示，静电式集尘装置1具有：由放电电极11及其对向电极12构成的作为加电部的电离源部10；由当放电电极11与正电位相连接时、相对地与正电位相连接的非集尘电极21及相对地与负电位相连接的集尘电极22构成的作为集尘部的集电部20。另外，放电电极11与负电位相连接时，非集尘电极21相对地与负电位相连接，集尘电极22相对地与正电位相连接。
电离源部10，并列设置多个平板状的对向电极12并互相导通，在各对向电极12之间，以与对向电极12不接触的方式配置放电电极11。
另外，集电部20在电离源部10的下游侧并列设置多个平板状的集尘电极22，在各集尘电极22之间分别设置平板状的非集尘电极21。即，集电部20，交互地并列设置集尘电极22和非集尘电极21。
另外，集尘电极22和非集尘电极21不能直接接触。另外，非集尘电极21除供电部以外，不与框体和箱体等接触是所希望的。这是因为，通过静电式集尘装置1的框体和箱体等绝缘物表面间接地接地会引起电位下降。
在这样的实施方式中，电离源部10和集电部20由放电电极11、对向电极12、非集尘电极21和集尘电极22的组合而形成，而对向电极12以及集尘电极22由体积电阻率为107Ωcm数量级以下的导电性树脂材料形成，非集尘电极21由体积电阻率为1010～1013Ωcm的半导电性树脂材料形成，这是优选的。
在这样构成的电离源部10和集电部20上，即使导电性粉尘混在被电离源部10加了电荷的尘埃粒子中，由于非集尘电极21的电荷移动被半导电性树脂材料的电阻所限制，所以可防止非集尘电极21和集尘电极22之间发生火花。
通过用配入了导电性碳黑的聚烯烃或聚酯树脂构成这样的静电式集尘装置1的对向电极12，可以得到放电性能良好、集尘性能优良的静电式集尘装置1。
当然，集尘电极22也同样可以用配入了导电性碳黑的聚烯烃或聚酯树脂构成。
另外，放电电极11，就静电式集尘装置来说，可使用众所周知的线式或针式，作为形成非集尘电极21的半导电性树脂材料来说，不需特别限制，例如可以举出在ABS树脂中配入导电材料或者还配入吸水性树脂的树脂制电极等。
另外，本实施方式中，作为静电式集尘装置1仅表示了集尘部和加电部，而这个静电式集尘装置1还同时使用使空气通风的吸入装置和送风装置，组装并使用空气清洁装置、冷暖空调装置、空气调和装置等。
(实施方式2)
图2是表示使用本发明实施方式2的树脂电极的静电式集尘装置的一个例子的分解立体图。图3是其示意图。
如图2和图3所示，静电式集尘装置1A具有：由放电电极11A及其对向电极12A构成的作为加电部的电离源部10A；由当放电电极连接于正电位时、相对地与正电位相连接的非集尘电极21A及相对地与负电位相连接的集尘电极22A构成的集电部20A。另外，放电电极11A与负电位相连接时，与上述实施方式1相同地设定各电极的电位即可。
电离源部10A的对向电极12A和集电部20A的集尘电极22A具有平板形状，，对向电极12A以向气流方向突出的方式并列地设置在使含有收集的尘埃粒子的空气通过的框体35的一个面上，在框体35的相反一侧的面上，集尘电极22A在与对向电极12A的并列方向相垂直的方向上并列地设置并形成为一体。
这样通过将对向电极12A和集尘电极22A形成为一体，可以增大集尘面积，提高带电粒子的捕集效率。另外，通过将对向电极12A和集尘电极22A在相互垂直的方向上并列设置可以提高强度，既可以防止各电极的翘曲和挠变变形，还由于不需要对向电极12A和集尘电极22A之间的空间，可以使静电式集尘装置1A做得更紧凑。
集电部20A的非集尘电极21A具有可以插通集尘电极22A且使集尘电极22A和非集尘电极21A以均等的间隔而不互相接触那样形成的开口部25。通过将集尘电极22A均等地插入该非集尘电极21A的开口部25，可以形成能在非集尘电极21A和集尘电极22A之间施加均匀电场的集电部20A。
另外，构成电离源部10A的放电电极11A设置在与框体35嵌合的嵌合部13的对向电极12A相对向的位置上，在其之间可以插通对向电极12A。即，将嵌合部13嵌合入框体35的话，对向电极12A被以均等的间隔插入设置在嵌合部13上的放电电极11A之间并被固定。
通过用配入了导电性碳黑的聚烯烃或聚酯树脂构成这样的静电式集尘装置1A的成为一体的对向电极12A及集尘电极22A，可以得到放电特性良好、集尘特性优良的静电式集尘装置1A。
(实施例1)
使用在聚丙烯树脂中配入了30重量％作为导电性碳黑的ケッチエンブラック(CB)制成的导电性树脂而成型制得100mm×26mm×0.8mm(厚度)的树脂电极。体积电阻率为100～101Ωcm。
(实施例2)
使用在聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中配入了20重量％作为导电性碳黑的ケッチエンブラッケ(CB)制成的导电性树脂而成型制得100mm×26mm×0.8mm(厚度)的树脂电极。体积电阻率为103Ωcm。
(实施例3)
使用在聚丙烯树脂中配入了18重量％作为导电性碳黑的ケッチエンブラック(CB)制成的导电性树脂而成型制得100mm×26mm×0.8mm(厚度)的树脂电极。体积电阻率为105Ωcm。
(比较例1)
使用在聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中配入了20重量％碳纤维(CF)制成的导电性树脂而成型制得100mm×26mm×3.0mm(厚度)的树脂电极。体积电阻率为103Ωcm。
(比较例2)
使用在ABS树脂中配入了20重量％碳纤维(CF)制成的导电性树脂而成型制得100mm×26mm×0.8mm(厚度)的树脂电极。体积电阻率为101～102Ωcm。
(比较例3)
使用在聚丙烯树脂中配入了15重量％作为导电性碳黑的ケッチエンブラック(CB)制成的导电性树脂而成型制得100mm×26mm×0.8mm(厚度)的树脂电极。体积电阻率为108Ωcm。
(试验例1)
以实施例1～3和比较例1～3的树脂电极作为对向电极进行放电特性的测定。
如图4所示，放电特性的测定是如下这样进行的，即，将树脂电极作为对向电极12B，以14mm的间隔平行设置，在中心设置由金属(钨)线构成的极细的放电电极11B，使其正放电，多次测定标准动作点(20μm)处的施加电压。
以此时的施加电压相对于在金属制的对向电极处的施加电压测定值的比率评价放电特性。将其结果作为包括偏差部分的值示于下述表1中。
作为评价基准来说，优选满足下述式(1)，以此作为合格基准。另外，表示该基准以外的放电特性的情况是，作为金属线的放电电极11A振动，发生尘埃粒子几乎不带电荷等的所谓反电离现象，就静电式集尘装置来说不能发挥作用。
(式1)
表1
  基底树脂   导电材料 导电材料的配入量(重量％)   放电特性(15℃、27％RH)   放电特性(20℃、65％RH)
 实施例1   PP   CB   30   1.0O.01   1.00±0.01
 实施例2   PBT   CB   20   1.00±0.01   1.00±0.01
实施例3 PP CB 18   1.00+0.03～1.00-0.01 1.00±0.01
比较例1 PBT CF 20   发生反电离(0.84)   发生反电离(0.90)
比较例2   ABS树脂   CF+吸水性树脂 20 发生反电离(0.90) 1.00±0.01
比较例3 PP CB 15   发生反电离(1.12)   发生反电离(1.09)
由表1可知，实施例1、2及3的在聚烯烃树脂或聚酯树脂中配入了导电性碳黑的对向电极12B，任何一个都可以得到基准内的稳定的放电特性。另外，比较例1的在聚丙烯树脂中上配入了碳纤维的对向电极，发生了反电离现象。
另外，在实施例1的电极上用与放电特性测定试验相同的条件进行连续放电的结果，即使连续进行3000小时，放电特性也无变化，而且即使继续更长时间也没发生问题(现在正在继续)。另外，在正放电时很少发生因电晕放电造成的臭氧，作为静电式集尘装置来说，是较理想的。
(试验例2)
用SEM观察实施例1、3及比较例1的树脂电极的表面。其结果是，实施例1的树脂电极的表面是光滑的，可以确认表面的导通状态，观察不到碳黑的粒子，而在比较例1的树脂电极上，可以观察到碳纤维，可以明显地观察到碳纤维存在的部位和不存在的部位，可以判别导通的部分和不导通的部分。
就实施例3来说，表面的光滑程度、导通状态与实施例1相同，同样不能观察到碳黑的粒子，并且也没有发现与实施例1的表面观察上的不同点。
(试验例3)
对用实施例1、实施例3、比较例2及比较例3的树脂电极构成的对向电极12B进行了性能评价。
性能评价是，对15℃、湿度27％RH的条件下的集尘效率、表面状态的SEM观测、将各对向电极12B作为装入静电式集尘装置时的成型品的放电效率进行测定。其结果示于下述表2中。
另外，集尘效率的测定，如图5所示，在设置于烟道40大约中间的缩颈部41上设置与设置了实施例1的对向电极12B的图2中所表示的结构相同的静电式集尘装置1B。从其一侧用送风装置50送入粒子物质，测定通过静电式集尘装置1B前和通过静电式集尘装置1B后的粒子物质的量。
详细地说就是，在烟道40的送风装置50一侧，用粒子发生器42产生由DOP(邻苯二甲酸二辛酯)形成的集尘用粒子，通过送风装置50以1.3m3/min的风量使其通过静电式集尘装置1B。
用粒子量测定器45在烟道40的集尘前粒子采集口43和集尘后粒子采集口44测定此时的通过前和通过后的粒子量(粒子数)。
而且，粒子发生器42产生的粒子物质的粒径为0.3～0.5μm。集尘前粒子量为1500～3000个/L(升)，由这样的测定结果通过下述式(2)计算出集尘效率。其结果示于下述表2中。
(式2)
表2
导电材料  放电特性(15℃、27％RH)   放电特性(20℃、65％RH)
实施例1 CB   85稳定   85稳定
实施例3 CB   85稳定   85稳定
比较例2   CF+吸水性树脂   72不稳定   85稳定
 比较例3   CB   28   28
从表2可知，实施例1及3的树脂电极不受环境状态所左右而是稳定的，而且显示了高集尘性能，但是比较例2的树脂电极在低温湿度下集尘效率下降，每次测定数值都呈偏差为测定误差范围以上那样的不稳定状态。
另外，比较例3的树脂电极的集尘性能明显变低。这被认为是由于导电材料的配入量不足而引起集尘性能达不到所需的值(例如，80％)。
工业上的可利用性
如以上说明的那样，在本发明中，通过用在作为基材树脂的聚烯烃或聚酯树脂中配入了导电性碳黑的导电性树脂构成树脂电极，导电性碳黑不集中于某些点而均匀分散，显示了导电性，所以不受环境状态所左右而是稳定的，可以实现均匀的放电，而将该树脂电极作为对向电极的静电式集尘装置，可提高集尘效率。

Claims (13)

1.一种用于放电电极的对向电极的树脂电极，其特征在于：由在聚烯烃或聚酯树脂中配入了氮比表面积为500m2/g以上、DBP吸油量为200cm3/100g以上的导电性碳黑的导电性树脂构成，体积电阻率为107Ωcm数量级以下，且在15℃、27％RH条件下放电时的放电特性，即由树脂电极构成的对向电极处的施加电压与由金属电极构成的对向电极处的施加电压比为1.00±0.05。
2.如权利要求1所述的树脂电极，其特征在于：所述导电性碳黑相对于作为基材的树脂的配入量为18重量％～30重量％。
3.如权利要求1所述的树脂电极，其特征在于：作为连接于正电位的放电电极的对向电极来使用。
4.如权利要求2所述的树脂电极，其特征在于：作为连接于正电位的放电电极的对向电极来使用。
5.一种将权利要求1～4中任一项所述的树脂电极作为电离源部的对向电极来使用的静电式集尘装置。
6.如权利要求1所述的树脂电极，其特征在于：该电极具有电离源-集尘器一体型静电式集尘装置的电离源部对向电极和集电部集尘电极的功能。
7.如权利要求2所述的树脂电极，其特征在于：该电极具有电离源-集尘器一体型静电式集尘装置的电离源部对向电极和集电部集尘电极的功能。
8.一种使用权利要求6或7所述的树脂电极的静电式集尘装置。
9.一种用于静电式集尘装置的集电部的集尘电极的树脂电极，其特征在于：由在聚烯烃或聚酯树脂中配入了氮比表面积为500m2/g以上、DBP吸油量为200cm3/100g以上的导电性碳黑的导电性树脂构成，体积电阻率为107Ωcm数量级以下。
10.如权利要求9所述的树脂电极，其特征在于：所述导电性碳黑相对于作为基材的树脂的配入量为18重量％～30重量％。
11.如权利要求9或10所述的树脂电极，其特征在于：与体积电阻率为1010～1013Ωcm的非集尘电极相对向配置地使用。
12.一种使用权利要求9或10所述的树脂电极的静电式集尘装置。
13.一种使用权利要求11所述的树脂电极的静电式集尘装置。
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