JP2010500056A - 帯電防止装置 - Google Patents

Abstract

電位を安全に放電する防止装置は、装着者と接触するように構成したインターフェース（１０、５０、６０）を具える。インターフェース内の導電路は装着者に接触しており、接地されている。この導電路には第１の回路装置（３０）が設けられている。この第１の回路装置（３０）は、少なくとも一の可変抵抗を有しており、装着者と地面の間の電位差の増大に応じて導電路内の導通性を減じるように、第１のレベルの可変抵抗に対抗し、防止装置を通して静電気放電させる。
【選択図】 図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年８月１１日付の国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２００６／０５２７８９、並びに２００７年２月１９日付の米国仮特許出願第６０／８９０，５４９号の優先権を主張するものである。

本出願は、電気ショック防止、より具体的には、放電に対する保護に用いられる防止装置に係る。

人間とその周囲環境との相互作用（動きを通じたの摩擦など）は、人体に静電気帯電を生じさせる。人は、通常非導電性の衣類（例えば、優れた絶縁体であるゴム底の靴）を装着しており、これが人体による静電気帯電を助長する。より具体的に言えば、衣類はときに人体と地面との間のインターフェースとなる。このインターフェースが絶縁体としての特性（例えば、ゴム底の靴）を持っている場合、人体が静電気を蓄える。このように、地面と同位になる物体と触れ合うと電荷が地面に放電されるので、不快な静電気によるショックを感じる。

いくつかの作業現場においては、作業者の静電気帯電のレベルがコントロールされている。一例として、エレクトロニクスの分野では、１００Ｖの帯電は、作業者はそのような帯電による放電を感じ取れないにしても、磁気記録媒体上のデータが消失するといった、電子部品へのダメージを与えかねない。炭化水素類を取扱う（石油およびガス業界）場合、５０Ｖの帯電が引火性の気化ガスを発火させかねない。プラスチック業界においては、この大きさの静電気帯電が、電気ショックに起因する重大な損害が生じる事態となりかねない。このため、静電気帯電のコントロールは、作業者の安全あるいは生産性レベルの維持を左右する程に重要である。

靴やリスト・バンドあるいはヒール・パッドやアンクル・ブレスレットのような防止装置が作業者の帯電をコントロールすべく開発されてきた。しかしながら、もしこれらの防止装置の導電性が高いと、その装着者にとっては感電死のリスクが高まることになる。導電性の高い防護用具の装着者は、高電圧機器あるいは高圧電線に対してグラウンドとなることがある。

多くの製品が開発されており、導電性の絶縁具あるいは帯電防止具の必要性に取り組む特許も認められている。なかでも、特許の例として、米国特許第４９３，７８２号や第２，２６１，０７２号あるいは第２，７１２，０９９号がある。

従って、本発明の目的とは、先行技術に関連する問題に取り組む帯電防止装置を提供することである。

そこで、好ましい実施例によれば、装着者と接触するように構成されたインターフェイスと；装着者に接触している該インターフェース内の導電路であって、接地されている導電路と；該導電路に組込まれている第１の回路装置であって、装着者とグラウンド間の電位差が高まる程に前記導電路内の導電性を減じる第１レベルの可変抵抗に対抗する第１の可変抵抗を有し、防止装置を通して静電気を放電させる、第１の回路装置と；を具える、電位を安全に放電する防止装置が提供されている。

更に、好ましい実施例によれば、前記第１の回路装置は、第１の抵抗および第１のトランジスタ対で構成されており、この第１のトランジスタ対は、第１の抵抗に対して、電流の流れる方向において前記第１の抵抗にかかる電位差に応じて第１のレベルの可変抵抗を提供するように構成されている。

更に好ましい実施例によれば、前記防止装置は前記導電路内で前記第１の回路装置と直列に接続された第２の回路装置を具え、当該第２の回路装置は第２の抵抗と第２のトランジスタ対で構成されており、この第２のトランジスタ対は、第２の抵抗に対して、電流の流れる方向において前記第２の抵抗にかかる電位差に従って変化する第２の抵抗を提供するように構成されている。

更に好ましい実施例によれば、前記第１のトランジスタ対のトランジスタは、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、前記第１の抵抗の対向する側に配置されて、装着者からグラウンドへ電流が流れる際にデプレッションモードで動作するよう構成されている。

更に好ましい実施例によれば、前記第１の対及び第２の対がＭＯＳ−ＦＥＴであり、第１及び第２の各対のトランジスタは、それぞれ、第１の抵抗の対向する側、第２の抵抗の対向する側に配置されて、装着者からグラウンドへ電流が流れる際にデプレッションモードで動作するように構成されている。

更に好ましい実施例によれば、前記インターフェイスが靴であり、この靴には内側ソールと、絶縁用の中間ソールと、外側ソールを具えており、前記回路装置は中間ソールに設けられており、内側ソールと外側ソールに接触している。

更に好ましい実施例によれば、前記内側ソールは、導電層と前記回路装置に接触する導電性リボンを具えており、当該導電層は装着者の足と接触している。

更に好ましい実施例によれば、前記外側ソールは、前記回路装置と接する少なくとも一つの導電性のヒール部分と導電性タブ部分を具える。

更に好ましい実施例によれば、前記インターフェイスは、リスト・バンドおよびアンクル・バンドのいずれかであり、当該インターフェースが接地されている。

図１は、本発明の実施例による帯電防護用靴底を上側から見た分解図である。 図２は、図１の帯電防護用靴底を下側から見た分解図である。 図３は、本発明の別の実施例による帯電防護用リスト・ブレスレットを示す図である。 図４は、本発明の別の実施例による帯電防護用アンクル・ブレスレットを示す図である。 図５は、図１乃至図４の帯電防護具で使用される回路を示す図である。

ここで図面、特に図１及び２を参照すると、実施例に基づいて構成された帯電防護用靴底は、符号１０として示されている。靴底１０は、上から下へ、導電層１２、内側ソール１４、上方部分用のアセンブリ・ベース１６、中間ソール１８、及び外側ソール２０を有する。靴底１０にはこれ以外の他の層が有ってもよく、また、上記の各層はオプションでもよい。

導電層１２は、装着者の足と靴底１０との間のインターフェイスである。

内側ソール１４は、清潔さを保つ層であり、臭気と湿気を捕るべく通常吸収性がある素材で作られている。内側ソール１４はまた電気的絶縁素材で作られている。

アセンブリ・ベース１６は、その上側部分を靴底１０に繋ぐために用いる。明確にするために図示されていないが、この上側部分はアセンブリ・ベース１６と一体的になった部分であってもよい。このアセンブリ・ベースは開口部１６Ａを有する点が特徴である。

中間ソール１８は、アセンブリ・ベース１６と外側ソール２０を繋いでおり、中間ソール１８は電気的絶縁素材で作られている。

外側ソール２０は、靴底１０と地面とのインターフェイスである。

第１図および第２図を更に参照すると、靴底１０と共に用いられている帯電防止デバイスは、符号３０で表わされている。防止デバイス３０は靴底１０に組み込んだ電子部品である。この防止デバイス３０は、導電エレメントに接続しており、装着者の電荷の消散経路の部分となっている。

より具体的には、防止デバイス３０は上側電極３１Ａと下側電極３１Ｂを具えている。上側電極３１Ａは上側導電性リボン３２Ａと接触している。この上側導電性のリボン３２Ａは、内側ソール１４の開口対を通過することによって、導電層１２にも接触している。内側ソール１４は好ましくは絶縁性材料で作られているので、導電性リボン３２Ａは装着者と防護デバイス３０の間で導電路を形成する。

下側導電性リボン３２Ｂは、防護デバイス３０の下側電極３１Ｂと接触しており、アセンブリ・ベース１６の開口部１６Ａと中間ソール１８の開口対を通過することによって、外側ソール２０前側の導電性タブ部分３３と外側ソール２０後側の導電性ヒール部分３４の双方に接触する。中間ソール１８は好ましくは絶縁性材料で作られているので、導電性リボン３２Ｂが防護デバイス３０と地面との間に導電路を形成する。タブ部分３３とヒール部分３４は、通常、導電性ポリマあるいは導電性ゴムその他の素材から選択された導電性材料で作られている。導電性リボン３２Ａと３２Ｂは、通常金属素材で作られており、靴底１０の各層で代替のプリント基板としてもよい。

先行技術のデバイスに係る問題点を克服するため、帯電の防止デバイス３０は装着者によって蓄積された電荷に応じた可変抵抗を提供する。防止デバイスの可変抵抗は、様々なレベルの電位の放電に対して抵抗値のレベルを変える回路装置の形で提供されている。図５を参照すると、防止デバイス３０の回路は符号４０として表わされており、上側電極３１Ａと下側電極３１Ｂを有する。

装着者から地面への放電が起こると、電極３１Ａから電極３１Ｂに向けて、電流はトランジスタ４１ＡＢ／４１ＢＡ（第１の回路装置）と４２ＡＢ／４２ＢＡ（第２の回路装置）を通過せざるを得ない。このトランジスタは、実施例においてはデプレッション型ＭＯＳ−ＦＥＴ（すなわち、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）であるが、他のタイプの電界効果トランジスタも同様に適用可能である。トランジスタ４１ＡＢ／４１ＢＡおよび４２ＡＢ／４２ＢＡは、デプレッション・モードで動作するよう、一方の電極における放電電位、トランジスタの電圧閾値、及びゲート（ｇ）、ソース（ｓ）およびドレイン端子のそれぞれにおける電圧によって変化するように選択されている。この図においては、電極３１Ａに正の電圧が印加される、すなわち、電流が装着者からグラウンドに流れるときに、その場合にはＶｇｓが負であるため、トランジスタ４１ＡＢと４２ＡＢについてデプレッションモードの動作が確実に行われる。

同様に、正の電圧が電極３１Ａに印加される、すなわち、電流が装着者からグラウンドに流れるときに、その場合にはＶｇｓが正であるため、トランジスタ４１ＢＡおよび４２ＢＡのディプレーション・モードでの動作が確実に行われる。

トランジスタ４１ＡＢおよび４２ＡＢのゲートとソースの端子それぞれに負のＶｇｓ電圧が印加され、トランジスタ４１ＢＡおよび４２ＢＡのゲートとソースの端子それぞれに正のＶｇｓ電圧が印加されると、全てのトランジスタは電極３１Ａおよび３１Ｂにかかる電位差に応じて、その導電性を低下させることになる。これは、装着者の帯電電位に応じて放電路全体の抵抗値が増えることになる。

抵抗４３および４４は、それぞれトランジスタ４１ＡＢおよび４２ＡＢの下流側にあり、放電路により大きな抵抗を提供するとともに、各トランジスタがデプレッション・モードで動作すべきか否かを検出する手段を提供する。

例えば電極３１Ａに印加された電圧が最小閾値より低い場合は、トランジスタは、トランジスタ４１ＡＢ／４１ＢＡおよび４２ＡＢ／４２ＢＡのドレインからソースへ（またはソースからドレインへ）同じように電流が流れないように動作し、電極３１Ａに印加された電圧が閾値よりも大きい場合より、抵抗値がより低い抵抗路を提供する。

この電圧が閾値の最大値よりも高ければ、トランジスタ４１ＢＡ／ＢＡおよび４２ＡＢ／ＢＡは、抵抗４３および４４の各々に生じる電圧差に応じて変動する自己の内部抵抗に則して、抵抗４３および４４を電流に対抗させる。

トランジスタ４１ＡＢ／ＢＡおよび４２ＡＢ／ＢＡの動作は、各トランジスタの動作上の抵抗率または導通率、すなわち、各放電路によって提供される全抵抗を規定する抵抗４３および４４のいずれか一方によって、最小閾値と最大閾値の間の中間値を決めるように連繋している。

説明の目的で記載した一実施例において、防止デバイス３０は、最大５Ｖまでの電圧に対して平均０．０２メガΩよりも小さい抵抗値であり、５Ｖから１００Ｖの間では平均０．４メガΩ、１００Ｖから３００Ｖの間で平均１．０メガΩ、そして３００Ｖを超える電圧に対しては平均１．４メガΩの抵抗値で対抗する。想定される防止デバイスの用途に応じてこれ以外の閾値を設定することもできる。上記の閾値は、グラウンドからの静電気によるショックに対して装着者を防護しつつ、装着者の静電気帯電を安全に地面に放散させるのに適している。

トランジスタ４２ＢＡ（あるいはトランジスタが単一セットで設定されている場合にはトランジスタ４１ＢＡ）は装着者へのあらゆる放電を阻止するので、防止デバイス３０は、電極３１Ａ（装着者側）に比べてより大きな電位が電極３１Ｂ（あるいはグラウンド）にかかっても防護の役割を果たす。

上述の防護デバイス３０は、図５に示すＰ型トランジスタに代えてＮ型トランジスタにしたりＮ型をＰ型にすることで、放電路が電極３１Ｂから電極３１Ａ（第２の方向）に流れることが求められる場合でも、同様の可変抵抗方式の保護を提供するように構成できる。その他の様々な構成も同様に考えられる。

回路４０はどちらの方向でも直列に接続されたトランジスタ／抵抗器セット対を有するものとして表わされているが、回路４０を、トランジスタ／抵抗器セット対に対して単一方向となるように制限することも考えられる。また、想定される用途に防止デバイス３０をカスタマイズすべく、単一のトランジスタ／抵抗器セットあるいは多数のトランジスタ／抵抗器セットを、回路４０に提供することができる。

この可変抵抗方式の防止を、その他のフォーマットで提供することも想定されている。一例として、図３を参照すると、帯電防護のリスト・ブレスレットが、符号５０で表わされている。このリスト・ブレスレット５０は装着者の手首に導通するように連結されており、ワイヤ５１によって防止デバイス３０が地面Ｇに通じていることが特徴である。別の例では図４を参照すると、帯電防止用アンクル・ブレスレットが符号６０として表わされている。アンクル・ブレスレット６０は装着者の足首に導通して連結されており、ワイヤ６１で地面に接続されている防止デバイスを具える。

Claims (9)

1. 安全に電位を放電する防止装置において：
   装着者と接触するように構成されたインターフェースと；
   前記装着者に接触している導電路であって、地面に接地している前記インターフェース内の導電路と；
   前記導電路内の第１の回路装置であって、前記装着者と地面間の電位差が高まるにつれて前記導電路内の導通性を減じる、第１のレベルの可変抵抗に対抗するような少なくとも一の可変抵抗を有しており、前記防止装置を介して静電放電できる第１の回路装置と；
   を具えることを特徴とする安全に電位を放電する防止装置。
2. 請求項１に記載の防止装置において、前記第１の回路装置が、第１の抵抗と第１のトランジスタ対を具え、当該第１のトランジスタ対が、電流の流れる方向において前記第１の抵抗にかかる電位差によって変化する第１のレベルの可変抵抗を提供するべく、第１の抵抗に対して配置されていることを特徴とする防止装置。
3. 請求項２に記載の防止装置が更に、前記導電路に前記第１の回路装置と直列に接続された第２の回路装置を具え、当該第２の回路装置は第２の抵抗と第２のトランジスタ対を有し、当該第２のトランジスタ対は、電流の流れる方向において前記第２の抵抗器にかかる電位差によって変化する第２のレベルの抵抗を提供するべく、第２の抵抗に対して配置されていることを特徴とする防止装置。
4. 請求項２に記載の防止装置において、前記第１の対のトランジスタがＭＯＳ−ＦＥＴであり、当該トランジスタが、前記装着者から地面に電流が流れる際にデプレッション・モードで動作するべく、第１の抵抗の対向する側に配置されていることを特徴とする防止装置。
5. 請求項３に記載の防止装置において、前記第１の対および第２の対のトランジスタがＭＯＳ−ＦＥＴであり、前記第１の対及び第２の対のトランジスタがそれぞれ、前記装着者から地面に電流が流れる際にデプレッション・モードで動作するべく、前記第１の抵抗と第２の抵抗の対向する側に配置されていることを特徴とする防止装置。
6. 請求項１に記載の防止装置において、前記インターフェイスが靴であり、当該靴が内側ソールと、絶縁性の中間ソールと、外側ソールとを具え、前記回路装置が前記中間ソールに組み込まれており、前記内側ソールと外側ソールに接続していることを特徴とする防止装置。
7. 請求項６に記載の防止装置において、前記内側ソールが導通層と前記回路装置に接触する導電性のリボンを具え、当該導通層が装着者の足に接触していることを特徴とする防止装置。
8. 請求項６に記載の防止装置において、前記外側ソールが、前記回路装置に接触している少なくとも一の導電性ヒール部分と導電性タブ部分を具えることを特徴とする防止装置。
9. 請求項１に記載の防止装置において、前記インターフェイスが、リスト・バンドか、アンクル・バンドのいずれかであり、当該インターフェイスが接地されていることを特徴とする防止装置。

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