JP2020064732A - 除電方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成で、充分な高電圧を印加することが可能であり、静電気の保持性が高い材料ウェブでも確実に除電可能な除電方法及び除電装置を提供すること。【解決手段】材料ウェブＷの帯電した片面に直流電源１１０に接続された電圧印加導電性ローラ１２０（電圧印加部材）を接触させ、前記材料ウェブに対して電圧印加部材と反対側の面の前記材料ウェブの長手方向で前記電圧印加部材が接触する位置とは異なる位置に接地導電性ローラ１３０（接地部材）を接触させ、電圧印加部材に前記静電気の極性と逆極性の直流電圧を印加して、材料ウェブに帯電した静電気を除電すること。【選択図】図２

Description

本発明は、静電グラビア印刷等によって材料ウェブに帯電した静電気を除電する除電方法及び装置に関する。

従来、紙等の材料ウェブに対して切断、プレス等の加工を行って製品を製造するものは周知である。
製品の製造にあたり、材料ウェブに静電気が帯電していると悪影響を与えることも周知であり、特に、材料ウェブを切断して複数のブランク材とした際に、静電気の反発力あるいは吸引力により、１枚ずつの切り出しに支障が生じたり、切削屑が付着したりした。
そのため、例えば、ブラシ、ローラ等の導電性部材からなる接地電極を材料ウェブに接触させることで、材料ウェブに帯電した静電気を除電するものが知られている。
また、材料ウェブを両面から金属ローラで挟み、両側の金属ローラ間に電圧を印加することで、材料ウェブに帯電した静電気を除電するものが公知である（特許文献１等参照。）。

特公昭３２−５４７７号公報

公知の除電方法は、材料ウェブが単一材料で構成されている場合にはある程度の効果は認められるが、表面にポリエチレン等の樹脂の薄膜を有するコート紙、遮光紙等の場合、帯電した際の静電気の保持性が高く、接地電極が接触するだけでは除電できないという問題があった。
特に、表面にポリエチレン等の樹脂の薄膜を有している材料ウェブに静電グラビア印刷を行う場合などは、非常に高い電圧が印加されることから、印刷後の材料ウェブには帯電する静電気も非常に多く、特許文献１のように、積極的に電圧をかけても除電が困難であった。
また、材料ウェブを両面から挟んで電圧を印加するため、電極間の距離が極めて小さく電流リークやスパークが発生する虞があり、高電圧を印加することができず、充分な除電ができないという問題があった。

本発明は、前述のような課題を解決するものであり、単純な構成で、充分な高電圧を印加することが可能であり、静電気の保持性が高い材料ウェブでも確実に除電可能な除電方法及び除電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る除電方法は、材料ウェブに帯電した静電気を除電する除電方法であって、前記材料ウェブの帯電した片面に直流電源に接続された電圧印加部材を接触させ、前記材料ウェブに対して前記電圧印加部材と反対側の面の前記材料ウェブの長手方向で前記電圧印加部材が接触する位置とは異なる位置に接地部材を接触させ、前記電圧印加部材に前記静電気の極性と逆極性の直流電圧を印加して、前記材料ウェブに帯電した静電気を除電することにより、前記課題を解決するものである。

本発明に係る除電装置は、材料ウェブに帯電した静電気を除電する除電装置であって、前記材料ウェブの帯電した片面に接触する電圧印加部材と、前記電圧印加部材と反対側の面の前記材料ウェブの長手方向で前記電圧印加部材が接触する位置とは異なる位置に接触する接地部材と、前記電圧印加部材に接続される直流電源とを有し、前記直流電源は、前記材料ウェブに対して帯電した静電気の極性と逆極性の直流電圧を印加することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る除電方法及び本請求項７に係る除電装置によれば、材料ウェブに対して前記電圧印加部材と反対側の面に接地部材を接触させ、静電気の極性と逆極性の直流電圧を印加することにより、帯電した際の極性と逆の極性で、かつ、帯電した際の電圧と同等の高電圧を印加することが可能となることから、静電気の保持性が高い材料ウェブでも確実に除電することが可能となる。
また、接地部材が接触する位置が、電圧印加部材と反対側の面の材料ウェブの長手方向で前記電圧印加部材が接触する位置とは異なる位置であること、すなわち、電圧印加部材と接地部材の接触位置がオフセットされていることにより、電極間の距離が確保され、電流リークやスパークの発生を抑制し、充分な高電圧を印加することが可能となる。

本請求項２及び本請求項８に記載の構成によれば、電圧印加部材が導電性の表面を有する電圧印加導電性ローラであり、接地部材が導電性の表面を有する接地導電性ローラであることにより、材料ウェブを搬送しながらでも確実に接触を保ち、除電することができる。
また、電圧印加部材及び接地部材が搬送機構の一部を構成することができ、除電のために設備が大型化するのを抑制することができる。
本請求項３及び本請求項９に記載の構成によれば、材料ウェブを、電圧印加導電性ローラ及び接地導電性ローラの少なくとも一方に所定距離掛け回して面で接触させることで、材料ウェブの同一箇所に対して電圧を印加する時間を長くすることができ、より均等に安定的に電圧を印加することが可能となり、さらに効果的に除電可能となる。

本請求項４及び本請求項１０に記載の構成によれば、電圧印加導電性ローラの表面の少なくとも材料ウェブと接する部分が導電性樹脂で構成されていることから、所定の電気抵抗値を持つことで、除電性能を維持しつつ、高電圧を印加しても電流リークやスパークの発生をさらに抑制できる。
特に、材料ウェブが導電性の中間層を持つ多層構成の場合に、中間層が露出する材料ウェブ端部において、中間層と電圧印加導電性ローラの間の電流リークやスパークの発生を効果的に抑制できる。
本請求項５及び本請求項１１に記載の構成によれば、材料ウェブが静電グラビア印刷されていることにより、静電グラビア印刷の条件から帯電の状態を容易に推測でき、適切な極性で適切な電圧を印加することができる。
本請求項６及び本請求項１２に記載の構成によれば、電圧印加部材の幅方向の直流電源接続位置が、静電グラビア印刷を実施した静電グラビア印刷機の電圧印加された圧胴ローラの幅方向の電圧源接続位置と同一であることにより、材料ウェブの幅方向の帯電の分布と、除電能力の分布を同様とすることができ、より確実に、かつ、均一に除電することが可能となる。

本発明の原理にかかる説明図。 本発明の第１実施形態に係る除電装置の説明図。 本発明の第２実施形態に係る除電装置の説明図。 本発明の第３実施形態に係る除電装置の説明図。 除電装置と静電グラビア印刷機の直流電源接続方向の説明図。 本発明の実験形態の説明図と実験結果のグラフ。

本発明の除電装置の原理は、図１に示すように、材料ウェブＷを挟むように電圧印加部材１２０と接地部材１３０を配置し、電圧印加部材１２０には直流電源１１０から電圧を印加し、接地部材１３０はアースすることで、材料ウェブＷの厚み方向に電界を付与して材料ウェブＷに帯電した静電気を除去するものである。
特に、材料ウェブＷは表面にポリエチレン等の樹脂の薄膜Ｍを有し、薄膜Ｍ側に静電グラビア印刷が行われるものにおいては、静電グラビア印刷で非常に高い電圧が印加されることから、印刷後の材料ウェブＷには帯電する静電気も非常に多く、特に、薄膜Ｍ側が多く帯電する。
薄膜Ｍ側に、電圧印加部材１２０を配置し、積極的に直流電源１１０から電圧を印加することで除電効果を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る除電装置は、図２に示すように、走行する材料ウェブＷを挟むように電圧印加部材である電圧印加導電性ローラ１２０と接地部材である接地導電性ローラ１３０を配置し、電圧印加導電性ローラ１２０には直流電源１１０から電圧を印加し、接地導電性ローラ１３０はアースすることで、材料ウェブＷの厚み方向に電界を付与して材料ウェブＷに帯電した静電気を除去するものである。

電圧印加導電性ローラ１２０が材料ウェブＷに接触する位置と、反対側の面で接地導電性ローラ１３０が材料ウェブＷに接触する位置とは、材料ウェブＷの長手方向で異なる位置となるよう配置、すなわち、電圧印加導電性ローラ１２０と接地導電性ローラ１３０がオフセットして配置されている。
また、電圧印加導電性ローラ１２０および接地導電性ローラ１３０は、表面が導電性樹脂１２１、１３１で形成されている。

電圧印加導電性ローラ１２０と接地導電性ローラ１３０がオフセットして配置されていることで、電極間の距離が確保され、電流リークやスパークの発生を抑制し、充分な高電圧を印加することが可能となる。
また、電圧印加導電性ローラ１２０および接地導電性ローラ１３０の表面が導電性樹脂１２１、１３１で形成され、導電性樹脂１２１、１３１の電気抵抗値を持つことで、除電性能を維持しつつ、電流リークやスパークの発生をさらに抑制できる。

本発明の第２実施形態に係る除電装置は、図３に示すように、第１実施形態と同様に、走行する材料ウェブＷを挟むように電圧印加部材である電圧印加導電性ローラ１２０と接地部材である接地導電性ローラ１３０を配置し、電圧印加導電性ローラ１２０には直流電源１１０から電圧を印加し、接地導電性ローラ１３０はアースすることで、材料ウェブＷの厚み方向に電界を付与して材料ウェブＷに帯電した静電気を除去するものである。

電圧印加導電性ローラ１２０が材料ウェブＷに接触する位置と、反対側の面で接地導電性ローラ１３０が材料ウェブＷに接触する位置とは、材料ウェブＷの長手方向で異なる位置となるよう配置、すなわち、電圧印加導電性ローラ１２０と接地導電性ローラ１３０がオフセットして配置されている。
また、電圧印加導電性ローラ１２０および接地導電性ローラ１３０は、表面が導電性樹脂１２１、１３１で形成されている。

さらに、電圧印加導電性ローラ１２０に材料ウェブＷが約９０°掛け回され、反対側の面で接地導電性ローラ１３０に材料ウェブＷが約９０°掛け回されるように、それぞれのローラが配置されている。
このことで、材料ウェブＷが電圧印加導電性ローラ１２０および接地導電性ローラ１３０に面で接触し、材料ウェブＷの同一箇所に対して電圧を印加する時間を長くすることができ、より均等に安定的に電圧を印加することが可能となり、さらに効果的に除電可能となる。

本発明の第３実施形態に係る除電装置は、図４に示すように、第２実施形態のものに加えて、電圧印加導電性ローラ１２０を挟んで、接地導電性ローラ１３０を２個配置し、電圧印加導電性ローラ１２０に材料ウェブＷが約１８０°掛け回され、反対側の面で２個の接地導電性ローラ１３０に材料ウェブＷがそれぞれ約９０°掛け回されるように配置されている。
また、電圧印加導電性ローラ１２０の材料ウェブＷが約１８０°掛け回された範囲の対向面側に、僅かなギャップを介して接地部材１３０ａが配置されている。
これらの構成により、材料ウェブＷが電圧印加導電性ローラ１２０および接地導電性ローラ１３０にさらに多くの面で接触し、電圧印加導電性ローラ１２０と接地部材１３０ａの間で強電界が形成されることにより、材料ウェブＷに対してより均等に安定的に電圧を印加することが可能となり、さらに効果的に除電可能となる。
なお、直流電源１１０が高圧印加導電性ローラ１２０に印加する電圧は、材料ウェブＷの帯電電位を測定する静電気測定器Ｓ１、Ｓ２の測定値をもとに、印加電圧制御手段（図示せず）により制御することで、除電不足や、過剰な電圧による逆帯電を防ぐことができ、より確実に除電可能となる。制御の方法としては、除電装置に入ってくる材料ウェブの帯電電位を入口側の静電気測定器Ｓ１により測定し、測定値に応じて印加する電圧を調整する方法や、除電装置から出てきた材料ウェブの帯電電位を出口側の静電気測定器Ｓ２により測定し、測定した値が目標とする値になるよう印加する電圧を調整する方法、もしくはその両方を組み合わせる方法などがある。

上記の各実施形態において、電圧印加導電性ローラ１２０と直流電源１１０との接続は、図５に示すように、静電グラビア印刷機Ｐの電圧印加圧胴ＥＲと印刷機直流電源Ｖとの接続と同じ側（図では右側）とすることで、静電グラビア印刷機Ｐにおける材料ウェブＷの幅方向の帯電の分布と、除電装置１００の除電能力の分布を同様とすることができ、均一に除電することが可能となる。
また、上記の各実施形態において、電圧印加導電性ローラ１２０、接地導電性ローラ１３０の導電性樹脂１２１、１３１は、導電性の中間層を含む多層構成の材料ウェブＷに対し＋１．５ｋＶ印加時に体積抵抗率１０^８Ω・ｃｍでスパーク発生を抑制可能であった。

なお、上記各実施形態は、電圧印加部材を電圧印加導電性ローラ１２０とし、接地部材を接地導電性ローラ１３０としたが、電気的に電圧印加部材、接地部材として機能するものであれば、固定されて材料ウェブと摺動するものであってもよく、無端ベルト等であってもよい。
また、電圧印加導電性ローラ１２０と接地導電性ローラ１３０の配置や、それぞれに巻き掛けられる材料ウェブの角度も、設置スペースや除電能力に応じていかなるものであってもよい。

実験例

材料ウェブとして遮光紙を用い、表面薄膜Ｍであるポリエチレン側が約−４１０Ｖに帯電した状態で、図６に示すように、電圧印加部材および接地部材を当て、オフセット距離ごとに除電処理として電圧印加部材に＋１．５ｋＶの直流電圧を０．５秒間印加し、除電後の電圧印加部材中心位置の材料ウェブの帯電電位を測定した。
なお、電圧印加部材および接地部材に対向する絶縁部材は、材料ウェブを各電極に押し当てるための押圧部材である。
実験の結果、前記条件ではオフセット距離５０ｍｍの場合に最も効果的に除電された。
除電時に印加する電圧が一定の場合、オフセット距離が短すぎると逆帯電し、オフセット距離が長すぎると除電不足となる。
最適な除電をするためには、オフセット位置を最適な距離に調整するか、オフセット距離に応じて印加する電圧を調整することで除電可能となる。

１００ ・・・ 除電装置
１１０ ・・・ 直流電源
１２０ ・・・ 電圧印加導電性ローラ（電圧印加部材）
１２１ ・・・ 導電性樹脂
１３０ ・・・ 接地導電性ローラ（接地部材）
１３１ ・・・ 導電性樹脂
Ｗ ・・・ 材料ウェブ
Ｍ ・・・ 表面薄膜
Ｐ ・・・ 静電グラビア印刷機
ＥＲ ・・・ 電圧印加圧胴
Ｖ ・・・ 印刷機直流電源
Ｓ ・・・ 静電気測定器

Claims (12)

1. 材料ウェブに帯電した静電気を除電する除電方法であって、
   前記材料ウェブの帯電した片面に直流電源に接続された電圧印加部材を接触させ、
   前記材料ウェブに対して前記電圧印加部材と反対側の面の前記材料ウェブの長手方向で前記電圧印加部材が接触する位置とは異なる位置に接地部材を接触させ、
   前記電圧印加部材に前記静電気の極性と逆極性の直流電圧を印加して、前記材料ウェブに帯電した静電気を除電することを特徴とする除電方法。
2. 前記電圧印加部材が、導電性の表面を有する電圧印加導電性ローラであり、
   前記接地部材が、導電性の表面を有する接地導電性ローラであり、
   前記材料ウェブを搬送しながら前記材料ウェブと前記電圧印加導電性ローラ及び接地導電性ローラとが接触して、前記材料ウェブに帯電した静電気を除電することを特徴とする請求項１に記載の除電方法。
3. 前記材料ウェブを、前記電圧印加導電性ローラ及び前記接地導電性ローラの少なくとも一方に所定距離掛け回して面で接触させ、前記材料ウェブに帯電した静電気を除電することを特徴とする請求項２に記載の除電方法。
4. 前記電圧印加導電性ローラの表面の、少なくとも前記材料ウェブと接する部分が導電性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の除電方法。
5. 前記材料ウェブが静電グラビア印刷されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の除電方法。
6. 前記電圧印加部材の幅方向の直流電源接続位置が、前記静電グラビア印刷を実施した静電グラビア印刷機の電圧印加された圧胴ローラの幅方向の電圧源接続位置と同一であることを特徴とする請求項５に記載の除電方法。
7. 材料ウェブに帯電した静電気を除電する除電装置であって、
   前記材料ウェブの帯電した片面に接触する電圧印加部材と、前記電圧印加部材と反対側の面の前記材料ウェブの長手方向で前記電圧印加部材が接触する位置とは異なる位置に接触する接地部材と、前記電圧印加部材に接続される直流電源とを有し、
   前記直流電源は、前記材料ウェブに対して帯電した静電気の極性と逆極性の直流電圧を印加することを特徴とする除電装置。
8. 前記電圧印加部材が、導電性の表面を有する電圧印加導電性ローラで構成され、
   前記接地部材が、導電性の表面を有する接地導電性ローラで構成され、
   前記電圧印加導電性ローラ及び接地導電性ローラが、前記材料ウェブを搬送する搬送機構の一部を構成することを特徴とする請求項７に記載の除電装置。
9. 前記電圧印加導電性ローラ及び前記接地導電性ローラの少なくとも一方は、前記材料ウェブが所定距離掛け回されて、面で接触するよう配置されていることを特徴とする請求項８に記載の除電装置。
10. 前記電圧印加導電性ローラの表面の、少なくとも前記材料ウェブと接する部分が導電性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の除電装置。
11. 前記材料ウェブが静電グラビア印刷されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の除電装置。
12. 前記電圧印加部材の幅方向の直流電源接続位置が、前記静電グラビア印刷を実施した静電グラビア印刷機の電圧印加された圧胴ローラの幅方向の電圧源接続位置と同一であることを特徴とする請求項１１に記載の除電装置。