JP3001243B2 - 帯電体の帯電電荷の半減期の計測方法及びその計測装置 - Google Patents

帯電体の帯電電荷の半減期の計測方法及びその計測装置

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JP3001243B2 JP2253375A JP25337590A JP3001243B2 JP 3001243 B2 JP3001243 B2 JP 3001243B2 JP 2253375 A JP2253375 A JP 2253375A JP 25337590 A JP25337590 A JP 25337590A JP 3001243 B2 JP3001243 B2 JP 3001243B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、帯電体の帯電電荷の半減期の計測方法及び
その計測装置に関する。
(従来の技術) 最近の合成樹脂及び合成繊維等の高分子物質の開発に
伴い静電気による様々な障害が発生し、これらの物質の
帯電防止対策の研究のために、帯電体の帯電電荷の半減
期を計測することが行われている。
従来、帯電体の帯電電荷の半減期の計測方法において
は、帯電体の帯電電荷が時間の経過と共に漏れ電荷によ
り減少することを利用する電荷減衰法が知られている。
この方法としては、帯電電荷の半減期を計測しようと
する帯電体を直流高電圧によるコロナ放電で発生した空
気イオンにより荷電し、該帯電体の帯電電荷が飽和状態
に達した後に荷電を停止し、帯電体の帯電電荷の減衰す
る状態を連続的に検出してその減衰状態の波形像をシン
クロコープ又はセルフ・レコーダーにより記録して該帯
電電位が初期帯電電位の1/2になったときの時間を半減
期として計測する方法が知られている。
しかしながら、上記従来の計測方法は、帯電体の帯電
電荷の半減期の時間が来るまで計測を続けて待たなけれ
ばならず、帯電体の半減期の長いものでは30分乃至1時
間又は1時間以上にも及ぶため、計測試料数が多い場合
には計測に数日を費やす。このため、従来の計測方法で
は、計測に多大な時間を要するという問題があった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、かかる不都合を解消して、帯電体の帯電電
荷の半減期の計測時間を短縮して計測能率を向上するこ
とが出来る帯電体の帯電電荷の半減期の計測方法及びそ
の計測装置を提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成するために、帯電電荷の半
減期を計測しようとする帯電体を帯電させた後、帯電電
荷が減衰する状態を検出して帯電体の帯電電荷の半減期
の計測をする方法において、帯電体を荷電して帯電させ
る荷電工程と、荷電を停止した後の降下する帯電電位を
計測する計測工程と、荷電停止時から前記計測工程の帯
電電位の計測時までの経過時間を計測する計時工程と、
荷電停止後の帯電電位とその経過時間とを所定の降下電
位量ごとに繰り返し検出すると共に降下電位量ごとのそ
れぞれの検出値から帯電体の時定数を演算し該時定数を
基に帯電電荷の半減期の演算を行う演算工程と、前記演
算工程により繰り返し演算された各半減期の演算値が収
束して一定範囲の変動値内に到達したときに帯電体の帯
電電荷の半減期と判定する判定工程とから成ることを特
徴とする。
また、本発明は、上記の帯電体の半減期の計測をする
装置において、帯電体を荷電する荷電手段と、該荷電手
段により荷電された帯電体の帯電電位を計測する計測手
段と、該荷電手段が荷電を停止してから該計測手段の帯
電電位の計測時までの経過時間を計測する計時手段と、
計測手段と計時手段とから荷電停止後の帯電電位とその
経過時間とをそれぞれ所定の降下電位量ごとに繰り返し
検出すると共に降下電位量ごとのそれぞれの検出値から
帯電体の時定数を演算し該時定数を基に帯電電荷の半減
期の演算を行う演算手段と、前記演算手段に所定の降下
電位量ごとに繰り返し半減期を演算させその各演算値が
収束し一定範囲の変動値内に到達したときに帯電体の帯
電電荷の半減期と判定する制御手段とから成ることを特
徴とする。
(作用) 本発明は、上記手段によれば、荷電手段により荷電さ
れた帯電体の帯電電荷は、荷電を停止することにより時
間の経過と共に漏れ電荷により減少するため、この漏れ
電荷の減少分だけ帯電体の帯電電位が降下する。
この帯電電荷と漏れ電荷における帯電体の電気的特性
は、理論的には、帯電体の初期帯電電位をEoとし、荷電
を停止してt時間を経過した後の降下した帯電体の帯電
電位をE(t)とすると、E(t)は、帯電体の漏れ抵
抗Rcと静電容量Cとにより、 E(t)=Eoe−t/CRc ・・・(1) の関係がある。従って、帯電体の時定数CRcは となり、式(2)にt,E(t)を与えることにより時定
数CRcが得られる。
そして、半減期のt′時間を経過したときは、帯電体
の帯電電荷E(t)が初期帯電電位Eoの1/2に減衰する
ので式(2)より、 となり、半減期t′は t′=CRc・ln2 ・・・(3) として理論的に得られる。
しかし、実際の計測においては、帯電体の帯電電荷
は、各種のイオン種の総和として計測され、各イオンの
移動度は、すべて同一ではなく違いがあるから、移動度
の大きなイオンは、計測の初期において減衰し、移動度
の小さなイオンは、最後まで残留する。実際に実験デー
タを調べてみると第3図が得られる。第3図は、横軸に
経過時間tとなり、縦軸に帯電体の帯電電位の対数値を
とったもので、式(1)に従えば、帯電電位Eは、経過
時間tに対し、右下がりの直線になる筈であるが、No.1
〜3の3種のサンプルの実際のデータは、初期の減衰が
早く、完全な直線にはならない。しかしながら、実際の
データをみると、ある程度、時間が経過した後は、帯電
電位Eの対数と経過時間tの関係は直線となる。従っ
て、各経過時間tにおける時定数CRcを求め、この時定
数CRcが一定値に達した後は、帯電電位Eを時間tの関
数として外挿計算することが可能となる。
(実施例) 本発明の実施例を第1図及び第2図を参照して説明す
る。
先ず、第1図の本発明を実施する計測装置のブロック
図を参照して計測装置の構成について説明する。
計測装置の主な構成は、計測しようとする帯電体1を
帯電させる荷電手段2と、該帯電体1の帯電電位を計測
する計測手段3と、該荷電手段2の荷電停止後の経過時
間を計測する計時手段4と、計測手段3と計時手段4と
から荷電停止後の帯電電位とその経過時間とをそれぞれ
所定の降下電位量ごとに繰り返し検出すると共に降下電
位量ごとのそれぞれの検出値から帯電体1の時定数を演
算し該時定数を基に帯電電荷の半減期の演算を行う演算
手段5と、前記演算手段5に所定の降下電位量ごとに繰
り返し演算された半減期の各演算値の収束状態から帯電
体1の帯電電荷の半減期と判定する制御手段6とから構
成される。
更に、詳述すると、荷電手段2は、直流高電圧による
コロナ放電で空気イオンを発生させるための直流高電圧
電源部7と発生した空気イオンにより帯電体1を荷電し
て電荷を帯電させる帯電電極8とから成る。該直流高電
圧電源部7は、制御手段6から出力されるON/OFF信号に
より制御され、ON信号の出力の基のコロナ放電を開始す
ると共に帯電電極8により帯電体1を荷電させ、OFF信
号の出力によりコロナ放電が停止され帯電電極8が荷電
を停止する。
次に、計測手段3は、前記荷電手段2により荷電され
た帯電体1の帯電電位を計測し、その計測方法について
はJIS規格のにより帯電体1への接近と離反との繰り返
しを行わせることにより計測をする。このため、帯電体
1をターンテーブル9に載せてモーター11により回転さ
せ、該帯電体1の帯電電位を検出する検出器10への接近
と離反とを繰り返し行わせて計測をさせる。また、ター
ンテーブル9のモーター11の作動は、接続された制御手
段6からのON信号/OFF信号により制御される。そして、
検出器10により検出された帯電体1の帯電電位は、該検
出器10に接続されたA/D変換器12にアナログ値で出力さ
れ、A/D変換器12によりデジタル値に変換されて演算手
段5に出力される。
また、計時手段4は、前記荷電手段2に接続され、荷
電手段2が制御手段6からのOFF信号の出力により荷電
を停止すると同時に該荷電手段2からの出信号により荷
電停止後の経過時間の計測を開始する。計測された経過
時間は、演算手段5に出力される。
そして、演算手段5は、荷電手段2により帯電体1を
荷電する工程においては、前記A/D変換器12から出力さ
れる帯電電位の計測値を一定時間の間隔で読み込むと共
に該演算手段5に接続された記憶装置13にその帯電電位
を記憶させ、各電位差の演算をする。
また、荷電手段2の荷電停止後の半減期を演算する工
程においては、降下する帯電体1の帯電電位を後述の所
定の降下電位量ごとにA/D変換器12から読み込むと共に
荷電停止後からそれぞれの帯電電位の読み込み時までの
経過時間を計時手段4から読み込み、所定の降下電位量
ごとの各検出値を基に帯電体1の時定数を演算し該時定
数を基に帯電電荷の半減期の演算を行う。
制御手段6は、図示しない入力スイッチをONにするこ
とにより、直流高電圧電源部7とモーター11とにON信号
を出力して、荷電手段2に帯電体1を荷電させると共に
計測手段3にその帯電電位の計測させ、該帯電電位の計
測値から帯電体1の帯電電位が一定量に達したときに、
該直流高電圧電源部7にOFF信号を出力して荷電手段2
に荷電を停止させる。次いで、荷電停止後、前記演算手
段5に帯電体1の所定の降下電位量ごとに該帯電体1の
時定数とその帯電電荷の半減期とを演算させると共に演
算された半減期の各演算値を基にその収束状態から半減
期を判定する。判定した半減期の結果は、表示器14に表
示される。
次に、以上の計測装置の構成に基づき、第2図に示す
制御手段6のプログラムのフローチャート図を参照して
作業の流れと計測方法について説明する。
第2図のSTEP1〜7は、帯電体1への荷電工程であ
る。
計測の開始は、制御手段6の図示しない入力スイッチ
をONにすることにより始まり、STEP1において、制御手
段6から直流高電圧電源部7とモーター11とにON信号が
出力され、帯電電極8による帯電体1への荷電と計測手
段3によるその帯電電位の計測が始まる。
次に、STEP2において一定時間待ち、帯電体1を帯電
電極8により荷電して電荷を帯電させた後、A/D変換器1
2により出力された帯電電位EnをSTEP3において演算手段
5に読み込ませると共に記憶装置13にその読み込み値を
記憶させる。
そして、再度STEP4において一定時間待って更に帯電
体1を荷電させた後、前記と同様にしてSTEP5で帯電電
位En+1を演算手段5に読み込ませ、ここで、今回の帯電
電位En+1と前回の帯電電位Enとの電位差を演算手段5に
比較させる(STEP6)。その電位差が収束して一定範囲
の変動値内(0.95≦En/En+1≦1.05)に到達しているか
否かの判定をする(STEP7,YESorNO)。
上記の判定の結果、電位差が収束して一定範囲の変動
値に到達していると判定したときに、帯電電位が一定量
になったとみなして帯電体1への荷電工程は終了する
(STEP7,YES)。
一方、電位差が一定範囲の変動値に到達していないと
判定したときには、STEP7,NOによりSTEP4に戻りSTEP4〜
7の作業を繰り返し行わせる。
上記のSTEP1〜7の制御手段6により、帯電体1に帯
電電荷を一定量に帯電させた後、STEP8おいて制御手段
6から直流高電圧電源部7に対してOFF信号が出力され
ることにより帯電電極8による帯電体1への荷電を停止
され、同時に該直流高電圧電源部7から計時手段4に対
して荷電停止後の経過時間の計測開始の信号が出力さ
れ、半減期の計測が開始される。
先ず、STEP8で荷電を停止された帯電体1の帯電電荷
は、時間の経過と伴に漏れ電荷により減少してその帯電
電位が降下するが、その帯電体1の降下電位量は荷電停
止後の初期の場合にバラツキが大きいため、STEP9にお
いて一定時間待つことにより降下電位量のバラツキを安
定させる。
そして、一定時間経過した後(STEP10,n←1)、A/D
変換器12より出力される帯電体1の帯電電位E(tn-1
と計時手段4により出力される荷電停止後の経過時間t
n-1とを演算手段5に読み込ませ、それぞれの読み込み
値を記憶装置13に記憶させる。(STEP11)。
次に、STEP12において、再度演算手段5に前回の帯電
電位E(tn-1)と比較してその帯電電位の降下電位量が
下記に示すΔE(tn)以上になるときの帯電電位E
(tn)及び荷電停止後からの経過時間tnと、この時の帯
電電位E(tn)を読み込ませる。
そして、STEP13において、今回の帯電電位E(tn)及
び経過時間tnと前回の帯電電位E(tn-1)及び経過時間
tn-1とから演算手段5により、下記の演算式に従って帯
電体1の時定数を演算させると共に該時定数を基にして
帯電電荷の半減期t′を演算させる。
時定数CRc/は、前記式(2)から導かれ、 また、半減期tn=CRc′・ln2は 更に、STEP14(n←n+1)〜STEP16において、前記
STEP12〜13と同様にして、演算手段5に半減期t′
演算させる。
ここで、STEP17により、今回演算された半減期t′
と前回演算された半減期t′とを比較して、その差|
t′−t′2|が収束し、一定範囲の変動値内に到達し
ているか否かの判定を行う。その判定条件を、下記に示
す。
|t′n-1−t′n|≦K ・・・(7) Kは判定定数で、0.1〜1秒程度に設定する。
STEP17において、半減期の判定条件を充たしていると
判断したときは、半減期が一定範囲の変動値内に到達し
ているとみなしてt′を帯電体1の帯電電荷の半減期
として判定する(STEP18,YES)。
一方、上記の判定条件を充たしていないと判断したと
きには、STEP19,NOにより半減期が一定範囲の変動値内
に到達していないと判定しSTEP14に戻り、再度STEP14〜
18の計測と演算とを繰り返し行わせ、今回と前回との半
減期の差|t′−t′n-1|が収束し、一定範囲の変動値
内に到達しているか否かの判定を行う。
STEP18の判定の結果がYESの場合は、STEP19により制
御手段6からモーター11に対してOFF信号が出力され、
ターンテーブル9が停止されると共に計時手段4が停止
され、STEP20で表示器14に判定した帯電体1の帯電電荷
の半減期を表示して計測が終了する。
本実施例は、以上のように構成され、帯電体の帯電電
荷の半減期が時定数のみに依存することに着目し、帯電
体を帯電させた後、漏れ電荷により降下する帯電体の帯
電電位とその降下するのに要する経過時間とを繰り返し
検出することにより、帯電体の時定数を演算させると共
に該時定数から繰返し演算された各半減期の収束状態か
ら、判定除数Kにより、それに応じた許容範囲内におい
て帯電電荷の半減期を判定することが出来、実際の半減
期に到達する時間が来るまで計測を続ける必要がなく、
計測途中において帯電体に半減期を判定することが出来
る。
(発明の効果) 本発明は、前記説明から明らかなように、帯電体の帯
電電荷の半減期は時定数のみに依存するため、該時定数
を帯電体の降下する帯電電位とその降下するのに要する
経過時間とから求めて帯電電荷の半減期を予測し判定す
ることにより、求める半減期の許容範囲内においては、
その半減期の時間が来るまで計測を続ける必要がなく、
計測途中において半減期を判定することが出来、計測時
間を短縮して計測能率を向上することが出来る帯電体の
帯電電荷の半減期の計測方法及びその計測装置を提供す
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明の実施の一例を示し、第1
図は計測装置の構成を示すブロック図であり、第2図は
計測装置の制御手段のプログラムのフローチャート図で
あり、第3図は電位の減衰を示す線図である。 1……帯電体、2……荷電手段 3……計測手段、4……計時手段 5……演算手段、6……制御手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−231578(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/60 G01R 29/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】帯電電荷の半減期を計測しようとする帯電
    体を帯電させた後、帯電電荷が減衰する状態を検出して
    帯電体の帯電電荷の半減期の計測をする方法において、
    帯電体を荷電して帯電させる荷電工程と、荷電を停止し
    た後の降下する帯電電位を計測する計測工程と、荷電停
    止時から前記計測工程の帯電電位の計測時までの経過時
    間を計測する計時工程と、荷電停止後の帯電電位とその
    経過時間とを所定の降下電位量ごとに繰り返し検出する
    と共に降下電位量ごとのそれぞれの検出値から帯電体の
    時定数を演算し該時定数を基に帯電電荷の半減期の演算
    を行う演算工程と、前記演算工程により繰り返し演算さ
    れた各半減期の演算値が収束して一定範囲の変動値内に
    到達したときに帯電体の帯電電荷の半減期と判定する判
    定工程とから成ることを特徴とする帯電体の帯電電荷の
    半減期の計測方法。
  2. 【請求項2】帯電体を荷電する荷電手段と、該荷電手段
    により荷電された帯電体の帯電電位を計測する計測手段
    と、該荷電手段が荷電を停止してから該計測手段の帯電
    電位の計測時までの経過時間を計測する計時手段と、計
    測手段と計時手段とから荷電停止後の帯電電位とその経
    過時間とをそれぞれ所定の降下電位量ごとに繰り返し検
    出すると共に降下電位量ごとのそれぞれの検出値から帯
    電体の時定数を演算し該時定数を基に帯電電荷の半減期
    の演算を行う演算手段と、前記演算手段に所定の降下電
    位量ごとに繰り返し半減期を演算させその各演算値が収
    束し一定範囲の変動値内に到達したときに帯電体の帯電
    電荷の半減期と判定する制御手段とから成ることを特徴
    とする帯電体の帯電電荷の半減期の計測装置。
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