JP4058273B2

JP4058273B2 - 静電位イオンバランス測定器および除電装置

Info

Publication number: JP4058273B2
Application number: JP2002012742A
Authority: JP
Inventors: 真高柳
Original assignee: 株式会社Ｔｒｉｎｃ
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: JP2003217892A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電位とイオンバランスを測定する測定装置とこれを用いた除電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の測定装置と除電器に関連する種々の従来例を説明する。
【０００３】
（従来例１）
図６に従来の除電システムの例を示す。図６において、除電対象物１０が＋帯電であろうと−帯電であろうと、除電器（イオナイザ）１２は常にイオンバランスが０に近いイオンを除電対象物に照射し、必ず帯電が０になるように＋イオン１４と−イオン１４をほぼ同等照射している
【０００４】
（従来例２）
図７に従来の除電システムの別の例を示す。図７において、除電対象物１０の近くに静電位測定器１６を配置し、除電対象物の静電位を測定し、これと逆極性のイオンバランスのイオンを除電器１２から照射し除電をしている。
【０００５】
（従来例３）
図８に従来の除電システムのさらに別の例を示す。図８に示すように、コンベア１８によって除電対象物１０が移送される生産ラインにおいて、前工程で除電対象物の静電位を静電位測定器１６で測定し、その除電対象物１０が後工程に流れてきたとき、これと逆極性のイオンバランスのイオンを除電器１２から照射し除電をしている。
【０００６】
（従来例４）
図９に従来の除電システムのさらに別の例を示す。図９において、除電器から除電対象物にイオンを照射すると除電対象物の帯電極性と反対極性のイオンが吸収されるので、その極性の電流が多く流れることを利用して除電対象物の帯電状況を読み取とろうとする方法が行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来例１の除電方法では除電対象物が＋帯電であろうと一帯電であろうと、常にイオンバランスが０に近いイオンを除電対象物に照射し、必ず帯電が０になるようにしている。
従って、＋帯電でも一帯電でも安定して除電できるが、ある極性の帯電を除電するのに、逆極性のイオンのみならず同極性のイオンも照射するので、その分だけ除電の所要時間がやや長くなるという問題があった。
【０００８】
また、従来例２の方法では除電対象物の近くに静電位測定器を配置し、除電対象物の静電位を測定し、これと逆極性のイオンバランスのイオンを照射し除電をしている。
しかし静電位測定器は電荷からの電気力線を読んでいるため、測定対象物の電気力線とイオンからの電気力線とを合算してしまう。結果として静電位値にイオンによる測定誤差が入ってしまい正確に検出できない。
従って、このような測定器を用いて除電制御をすることは難しく、実際に図１０に示すように除電制御系が発振してしまい、いわゆるハンチング現象を起こし、システムとしてうまく機能せず問題となっている。
【０００９】
また従来例３の別の方法では、生産ラインにおいて、前工程で除電対象物の静電位を測定し、そのものが後工程に流れてきたとき、これと逆極性のイオンバランスのイオンを照射し除電をしている。
理論的には、除電は＋Ｑの帯電に対し−Ｑの電荷をイオンとして供給し中和するのだから、帯電電荷を測定しなければならないが、実際には除電対象物の帯電電荷が測定できないため、代用特性として静電位を測定している。
測定した静電位Ｖから帯電電荷Ｑを計算するには
Ｑ＝ＣＶ
の方程式を使おうとする訳であるが、残念ながら除電対象物の静電容量Ｃが分からないので、電荷Ｑが計算できない。こうして測定した静電位から帯電量が計算できないため、照射するイオン量が分からず、適当に反対極性のイオンを照射することになる。結果として正確に徐電出来ないので最終的に帯電電荷が残ってしまったり、逆に除電の後、逆極性に帯電させてしまうという問題が起きている。
【００１０】
（従来例４）
また、従来例４の方法では、除電器から除電対象物にイオンを照射すると除電対象物の帯電極性と反対極性のイオンが吸収されるので、その極性の電流が多く流れることを利用して除電対象物の帯電状況を読み取ろうとする方法が行われている。しかし実際は除電器から放射されたイオンの多くは周囲の机や設備、壁、床、地面に吸収されてしまい、実際に除電対象物に吸収されるイオンはわずかな場合が多い。従って除電器と除電対象物との距離が至近距離であるという特殊な場合を除いて、イオンの周囲への損失が大きく、極めて不正確な測定しかできないため実用的でない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、前述のように除電プロセスを制御するうまい方法がないという問題を解決するために、従来の静電位測定器を改良し、例えイオンを照射しても測定が安定的に行える静電位イオンバランス測定器とこれを用いた新しい除電システムを提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、本発明は、対象物に照射されるイオンの領域内に配置された測定装置において、静電位センサを２つ持ち、対象物の静電位を測定する静電位センサを静電位測定対象物に向け、自分の周囲のイオンのイオンバランスを測定する静電位センサを静電位測定対象物に向けないことを特徴とする測定装置を採用するものである。
【００１３】
また、本発明は、除電対象物の静電位と、自分の周囲のイオンのイオンバランスとを測定する測定装置で、静電位センサを２つ持ち、対象物の静電位を測定する静電位センサを静電位測定対象物に向け、自分の周囲のイオンのイオンバランスを測定する静電位センサを静電位測定対象物に向けず、２つの静電位センサの測定値の差を演算し、自分の周囲のイオンの影響により対象物の静電位測定値に含まれる誤差を軽減し、除電対象物の静電位を測定する測定装置を採用するものである。
【００１４】
また、本発明は、前記測定装置を用いて除電対象物の静電位を測定しつつ、その極性と逆極性のイオンバランスのイオンを除電対象物に照射して除電することを特徴とする除電装置を採用するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の静電位イオンバランスセンサは、除電対象物と除電器（イオナイザ）間に配置され、２つの静電位測定器を内蔵し、除電対象物の静電位とイオンのイオンバランスの両者を同時に測定する。測定値からイオンバランスの成分を除去し最終的に求める静電位値を割り出す。これにより周囲にイオンが有る無しに拘わらず、常時正確な静電位を捉えることが可能になったので、これを用いて除電対象物の帯電状況に合わせたイオンを照射し、高速で高精度な除電ができる除電器が得られる。
【００１６】
（実施例１）
次に、本発明の実施例を説明する。図１に実施例とし静電位イオンバランス測定器と除電器、及びこれらを用いた新しい除電システムを示す。
本発明の静電位イオンバランス測定器２２は、除電対象物１０と除電器（イオナイザ）１２の間で除電対象物の近くに配置され、２つの静電位測定器（図２、図３を参照して後述する）を内蔵し、１つが除電対象物の方向を向き、他方が除電対象物と反対の方向（この図の場合はイオナイザの方向）を向くように配置されて用いられる。
イオナイザ１２はイオンを放射しているので静電位イオンバランス測定器２２の周囲はイオンで満たされている。
【００１７】
図２は本発明の実施例である静電位イオンバランス測定器だけを拡大し、この測定器とともに除電器と除電対象物を示す図である。
本発明の静電位イオンバランスセンサ２２は、除電対象物１０とイオナイザ１２との間で除電対象物１０の近くに配置され、２つの静電位測定器２２ａ、２２ｂを内蔵し、１つ（２２ａ）が除電対象物１０の方向を向き、他方（２２ｂ）が除電対象物１０と反対の方向を向く。イオナイザ１２はイオンを放射しているので静電位イオンバランス測定器２２の周囲はイオンで満たされている。静電位測定器２２ｂは除電対象物１０と周囲のイオンの両方から電界を受け、それにより電圧を誘起される。尚、説明の便宜上、関連する物理量の各々を次の表１の記号で表す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
除電対象物１０の方向を向いている静電位測定器２２ｂは除電対象物１０からの電気力線Ｅ_tと周囲のイオンからの電気力線−ｅ_iを受ける。その結果、両方の電気力線によりそれぞれＶ_tと−ｖ_iの電圧が誘起される。すなわち、除電対象物１０の方向を向いている静電位測定器２２ｂからはＶ_t−ｖ_iなる電圧が出力される。
除電対象物１０と反対の方向を向いている他方の静電位測定器２２ａは除電対象物１０からの電気力線ｅ_tと周囲のイオンからの電気力線−Ｅ_iを受ける。その結果、両方の電気力線によりそれぞれｖ_tと−Ｖ_iの電圧が誘起される。すなわち、イオナイザの方向を向いている静電位測定器２２ａからはｖ_t−Ｖ_iなる電圧が出力される。
【００２０】
その後、演算装置２２ｃで両者の差を計算し出力電圧Ｖ_outとする。
Ｖ_out＝（Ｖ_t−ｖ_i）−（ｖ_t−Ｖ_i）
＝Ｖ_t−ｖ_t＋Ｖ_i−ｖ_i
ここで、ΔＶ_t＝Ｖ_t−ｖ_t
ΔＶ_i＝Ｖ_i−ｖ_i
とすると
Ｖ_out＝ΔＶ_t＋ΔＶ_i
となる。
【００２１】
一般的に、電界は距離の２乗に反比例して減衰するのに対し、除電器１２から放射されるイオンは比較的よく飛ぶ。またファン（図示せず）やブロアー（図示せず）で加勢されるとさらに飛距離が伸びるので、距離に対し急激な減衰は無い（後述の実験値参照）。
従って近似的に
ｖ_tはＶ_tに比べて急激に減衰するので ΔＶ_t≒Ｖ_t
ｖ_iはＶ_iに比べてあまり減衰しないので ΔＶ_i≒０
したがって演算結果の出力電圧
Ｖ_out≒Ｖ_t
となり、元来求めていた除電対象物１０からの静電位に近似した値を求めることが出来ることになり、イオンの影響を相殺できる。
【００２２】
以上の理論を実験により確認したので以下に表２、表３により実験値を示す。なお、除電器１２は普及型のファン型で風によりイオンを運ぶタイプを使用した。
【００２３】
【表２】

【００２４】
【表３】

【００２５】
以上の実験からも電界の減衰が急激であるのに対しイオンの減衰は緩やかであることが分かる。
【００２６】
静電位イオンバランス測定器２２のさらに詳細なブロック図を図３に示す。
静電位イオンバランス測定器２２は２つの静電位測定器２２ａ、２２ｂを持ち、一方（２２ｂ）は除電対象物１０の測定すべき表面を向き、他方（２２ａ）は除電対象物１０からの電気力線を極力受けないように、これと反対方向を向くように配置される。２つの測定器２２ａ、２２ｂからの測定値は演算装置２２ｃで演算され、その結果は電圧調整器２２ｅの出力電圧を変化させることによってバイアス調整器２２ｄでバイアスを調整され、さらにデータ補正器２２ｆでデータ補正され静電位表示器２２ｇで静電位データとして表示され、出力される。一方、除電対象物１０と反対側を向いた静電位測定器２２ａの出力は増幅器２２ｈで増幅され、イオンバランス表示器２２ｉでイオンバランス測定値として表示され、出力される。
【００２７】
次に、図４に示すように、静電位イオンバランス測定器２２から得られた静電位とイオンバランスの２つのデータは、次の制御選択回路２４で後処理されて、除電器１２に送られる。
静電位測定値Ｖ_outは、絶対値化回路２４ａに入り絶対値｜Ｖ_out｜にされ、
電圧調整器２４ｃで予め決められている閾値Ｖ_oと比較され、大きければスイッチ１（ＳＷｌ）（２４ｄ）を閉じて静電位測定値Ｖ_outを、そのまま除電器の±イオン発生器１２ａに送り、その逆極性のイオンを強化してイオン照射する。
静電位測定値Ｖ_outの絶対値｜Ｖ_out｜が、逆に、予め決められている閾値Ｖ_oより小さければスイッチ２（ＳＷ２）（２４ｅ）を閉じて、今度はイオンバランス測定値Ｖ_balをそのまま除電器の±イオン発生器１２ａに送り、その逆極性のイオンを強化してイオン照射する。
【００２８】
図５は従来例に対する本発明の効果を説明するための図である。すなわち、図５は従来の±０のイオン即ち中性のイオンをかける方式に比べて本発明の方式が除電特性をどの程度改良したかを示す。
図５ａは従来例の±０のイオンをかける方式の除電特性を示す。即ち比較的長い時間Ｔ₀を掛けなければ除電は完了しない。
これに対し、図５ｂに示す本発明の方式では、まずフェーズ１では、測定された静電位と逆極性のイオンを照射する。積極的に逆極性のイオンを照射するので除電曲線は急激に降下し、閾値Ｖ_oと等しくなったところ（時間Ｔ₁経過後）で終了する。次にフェーズ２に移り、イオンバランスデータを見ながら測定されたイオンバランスデータと逆極性のイオンを照射する。静電位が０になるまでのフェーズ２の時間をＴ₀とすると、本方式の除電時間はＴ_l＋Ｔ₂になる。Ｔ_l＋Ｔ₂＜Ｔ₀となるので、結果としてフェーズ１で急激に下がる分の短縮時間ΔＴだけ本方式のほうが短くなる。
【００２９】
本方式の特徴は、除電の前半で静電位が十分に高いときは、帯電静電位の逆極性イオンを照射し急激に除電する。除電の終盤では精度良く０に近づけるために、静電位よりはイオンバランスに着目し、絶えずイオンバランスが０のイオンを照射するように努める。言い換えると除電の前半では除電制御を行い、力で静電気を押さえつけるが、終盤では不安定になるかも知れない除電制御は停止し、照射するイオンを出来るだけ中性にすることに制御を移し、除電はイオンバランスの良いイオンの中で自動的に安定して自然に０に収束するようにしている。こうして高速にして安定しており信頼性も高く、しかも高精度な除電システムが実現した。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、除電の前半では除電制御を行い力で静電気を押さえつけるが、終盤では不安定になるかも知れない除電制御は停止し、照射するイオンを出来るだけ中性にすることに制御を移し、除電はイオンバランスの良いイオンの中で自動的に安定して自然に０に収束するようにしている。こうして高速にして安定しており信頼性も高く、しかも高精度な従来にない理想的な除電システムが実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の除電装置を説明するための概略図である。
【図２】図２は本発明の除電装置を詳細に説明するための概略図である。
【図３】図３は本発明の静電位イオンバランス測定器の回路ブロック図である。
【図４】図４は除電器でのイオン発生を制御する制御回路のブロック図である。
【図５】図５は従来例と本発明の除電特性を説明するためのグラフである、
【図６】図６は従来例の除電方式を説明するための図である。
【図７】図７は他の従来例の除電方式を説明するための図である。
【図８】図８はさらに他の従来例の除電方式を説明するための図である。
【図９】図９はさらに他の従来例の除電方式を説明するための図である。
【図１０】図１０は従来例の欠点を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１０除電対象物
１２除電器
２２静電位イオンバランス測定器
２２ａ、２２ｂ静電位測定器
２２ｃ演算装置

Claims

対象物に照射されるイオンの領域内に配置された測定装置において、静電位センサを２つ持ち、対象物の静電位を測定する静電位センサを静電位測定対象物に向け、自分の周囲のイオンのイオンバランスを測定する静電位センサを静電位測定対象物に向けないことを特徴とする測定装置。
２つの静電位センサの測定値の差を演算し、差の数値をもとに自分の周囲のイオンの影響により対象物の静電位測定値に含まれる誤差を軽減することを特徴とする請求項１項記載の測定装置。
除電対象物の静電位と、自分の周囲のイオンのイオンバランスとを測定する測定装置で、静電位センサを２つ持ち、対象物の静電位を測定する静電位センサを静電位測定対象物に向け、自分の周囲のイオンのイオンバランスを測定する静電位センサを静電位測定対象物に向けず、２つの静電位センサの測定値の差を演算し、自分の周囲のイオンの影響により対象物の静電位測定値に含まれる誤差を軽減し、除電対象物の静電位を測定する測定装置。
請求項１乃至３項のいずれか１つに記載の測定装置を用いて除電対象物の静電位を測定しつつ、その極性と逆極性のイオンバランスのイオンを除電対象物に照射して除電することを特徴とする除電装置。
請求項１乃至３項のいずれか１つに記載の測定装置を用いて除電対象物の静電位を測定しつつ、その極性と逆極性のイオンバランスのイオンを除電対象物に照射し、測定した静電位の絶対値があらかじめ設定してある設定値より小さくなったら、測定を対象物の静電位測定からイオンバランス測定に切り替え、照射するイオンのイオンバランス測定値が０のイオンを除電対象物に照射して除電することを特徴とする除電装置。
除電対象物にイオンを照射する除電器と、除電対象物と除電器との間で除電対象物の近くに配置された静電位イオンバランスセンサとから成る除電装置において、静電位イオンバランスセンサは、除電対象物からの電気力線による電圧を測定する第１静電位センサと、除電器より照射されたイオンからの電気力線による電圧を測定する第２静電位センサとを有し、前記第１静電位センサによって測定された電圧と前記第２静電位センサによって測定された電圧との差電圧が所定値より大きいとき、前記除電器は該差電圧に基づいてイオンを発生して照射し、前記差電圧が所定値より小さいとき、前記除電器は第２静電位センサによって測定された電圧に基づいてイオンを発生して照射することを特徴とする除電装置。