JP4215863B2 - 静電気除去装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気除去装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、直線状の放電領域を形成し、安定してムラなく高速で静電気を除去することができ、しかも発塵がなく保守管理が容易で、寿命の長い静電気除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製造工場において発生する静電気は、生産の障害となる場合が多いので、生産工程において、静電気を除去する必要がある。例えば、製紙工程や印刷工程において発生する静電気は、紙揃え不良、紙詰まり、印刷不良などを引き起こす。フィルム生産工程において発生する静電気は、ピンホールや傷の発生などを引き起こす。半導体、ＩＣ、液晶などの生産工程では、電子回路パターンの微細化に伴い、静電気によって引き起こされる放電によって製品が破壊に至るなどの問題が生じている。食品工業においては、製造過程で帯電することによって、製品や容器に塵埃が付着する。
生産工程において静電気を除去するために、放射線や高電圧のコロナ放電などによってイオンを発生させ、発生したイオンを静電気が蓄積している場所に積極的に導いて中和させる方法が広く知られている。コロナ放電させるための電極としては、針電極や線条電極などが用いられる。しかし、現在製品化されている静電気除去装置は、針電極を用いるものが主体となっていて、線条電極方式のものはほとんど存在しない。
針電極は、尖った針状の電極の先端からコロナ放電させるもので、静電気を除去すべき対象物の全幅にわたって複数個の針電極を配列して使用される。針電極には比較的短時間で焼損が生じ、放電電流の均一な分布が妨げられるので、頻繁に清掃や交換を行う必要がある。線条電極は、静電気を除去すべき対象物の全幅にわたって細い電極線を空中に張り、交流又はパルス高電圧を印加するものである。コロナ放電を強めるためには電極線を極めて細くする必要があるが、空気酸化や放電スパッタによる消耗、損傷と、高電圧信号による振動などにより、常に断線のおそれがあり、それに伴う人体などへの接触による危険性が危惧される。線条電極は、直線状の電極全体に放電することにより、針電極のような不連続の位置での放電に比べて、連続線状にイオンが発生するため、対象物に対して均一かつ高速な除電が可能であるが、電極線の金属表面に劣化が生ずると、均一性が損なわれ、線条電極の特性が失われるとともに、イオン発生量の減少による除電速度の低下も生ずる。
従来より使用されている針電極、線条電極ともに、電極の劣化は大きな問題であり、通常３ないし６カ月ごとのクリーニングや、１年程度での電極の交換が必要とされる。このために、静電気除去装置の保守管理には多大の時間と費用を要する。例えば、紙やフィルムなどを移動させつつ平面全体の均一な除電を必要とする印刷機器や、それらの関連機器では、除電性能が劣化することは、直ちに製品の品質の低下を引き起こすことになる。また、従来の静電気除去装置では、電極の劣化による発塵が避けられず、静電気を除去すべき対象物に悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、電極を用いてコロナ放電させる場合、電極自体の劣化による異物の発生のほかに、気体の酸化により生成する物質が電極表面に沈着するという問題もある。このために、安定してムラなく高速で静電気を除去することができ、しかも発塵がなく保守管理が容易で、寿命の長い高性能の静電気除去装置が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、直線状の放電領域を形成し、安定してムラなく高速で静電気を除去することができ、しかも発塵がなく保守管理が容易で、寿命の長い静電気除去装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、太さを０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍとした電極線をスパイラル状にした単芯極細線からなる電極線、あるいは太さを０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍとした電極線を極細編組線とした電極線を石英ガラス管内に高分子固着剤により固定した石英ガラス管封入電極を用いることにより、劣化と発塵がなく、長期間安定した性能を発揮する静電気除去装置を得ることができることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、（１）電極線を石英ガラス管の内壁に接する位置に配置し、絶縁性液状高分子固着剤を該管内に充填し硬化することにより電極線を固定した石英ガラス管封入電極よりコロナ放電させ、発生したイオンによって静電気を除去することを特徴とする静電気除去装置、（２）２本の石英ガラス管封入電極を平行に配置し、高電圧側の電極を固定し、低電圧側の電極を移動可能とし、両電極を密接又は近接状態においてコロナ放電させ、両電極の間隔を広げて電極のクリーニングを行う第(１)項記載の静電気除去装置、及び、（３）＋パルス用の電源回路と−パルス用の電源回路を個別に設けたブリッジ型高電圧パルス発生回路を用い、＋電圧と−電圧を個別に設定可能とした第(２)項記載の静電気除去装置、を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の静電気除去装置は、電極線を石英ガラス管の内壁に接する位置に配置し、絶縁性液状高分子固着剤を該管内に充填し硬化することにより電極線を固定した石英ガラス管封入電極を用いる。図１は、本発明装置に用いる石英ガラス管封入電極の説明図である。図１(ａ)に示す態様においては、石英ガラス管１の内壁に接する位置にスパイラル状の単芯極細線からなる電極線２を配置し、高分子固着剤３を用いて固着している。図１(ｂ)に示す態様においては、石英ガラス管１の内壁に接する位置に極細編組線からなる電極線４を配置し、高分子固着剤３を用いて固着している。
本発明に用いる石英ガラス管の寸法に特に制限はないが、内径が１.５〜２.０mmであることが好ましい。内径が１.５mm未満であると、スパイラル状の電極線を配置して高分子固着剤で固定する作業が困難となるおそれがある。内径が２.０mmを超えると、発生イオンを対象物に送るときの風損が大きくなり、除電時間が長くなるおそれがある。石英ガラス管の長さに特に制限はなく、静電気除去の対象物の寸法に応じて適宜選択することができ、例えば、３００mm、６００mm、９５０mmなどとすることができる。
本発明に用いる電極線の形状に特に制限はなく、例えば、単芯極細線、極細編組線などを挙げることができる。電極線の材質にも特に制限はなく、例えば、銅線、チタン線、タングステン線などを挙げることができる。電極線の太さは、０.０５〜０.３mmであることが好ましく、０.１〜０.２mmであることがより好ましい。電極線の太さが０.０５mm未満であると、石英ガラス管封入電極製造の際の作業性が低下するおそれがある。電極線の太さが０.３mmを超えると、コロナ放電の強さが低下するおそれがある。電極線の末端は、高電圧発生回路から放電用電圧の供給を受ける電極端子部５として石英ガラス管の外側に出しておく。
【０００６】
本発明に用いる高分子固着剤に特に制限はなく、例えば、二液型ゲル状シリコーン、ポリウレタン、エポキシ樹脂などを挙げることができる。これらの中でゲル状シリコーンは、接着強度が大きく、適度の弾性を有して電極線と石英ガラス管の寸法変化に対応しながら電極線を固定することができ、石英ガラス管が破壊された場合にもガラス片の飛散を防止することができるので、特に好適に使用することができる。
本発明装置に用いる石英ガラス管封入電極は、スパイラル状の単芯線や極細編組線などを電極線として用いることができるので、電極線の長さを石英ガラス管封入電極の実長よりもはるかに長くして、強力なコロナ放電を行うことができる。また、高分子固着剤により石英ガラス管内が充填され、電極線が空気と接触することがないので、コロナ放電により電極線が酸化されるおそれがない。電極線は、石英ガラス管と高分子固着剤により保護されているので、物理的にも損傷を受けるおそれがない。このために、本発明装置に用いる石英ガラス管封入電極は、寿命が長く、保守管理が容易であり、発塵による周辺の汚染を生じない。
【０００７】
本発明装置においては、１本の石英ガラス管封入電極を高電圧側の電極とし、低電圧側の電極に対向させて、両者の間でコロナ放電させることが好ましい。低電圧側の電極に特に制限はなく、例えば、ステンレス鋼製の板、棒などを用いることも可能であるが、安定してコロナ放電させるためには、低電圧側の電極にも石英ガラス管封入電極を用いることが好ましい。すなわち、本発明装置においては、２本の石英ガラス管封入電極を平行に配置し、一方を高電圧側の電極とし、他方を低電圧側の電極として、両者の間でコロナ放電させることが好ましい。
図２は、２本の石英ガラス管封入電極を線状対面電極として配置した状態を示す説明図である。図２(ａ)に示す態様においては、高電圧側の電極６と低電圧側の電極７を密接した状態に配置し、図２(ｂ)に示す態様においては、高電圧側の電極６と低電圧側の電極７を距離ｄを離して近接した状態に配置している。高電圧側の電極の端子８に±Ｖの電圧を加え、低電圧側の電極の端子９を接地して０Ｖにしたとき、両電極間の電位差は±Ｖとなる。石英ガラス管の管壁の厚さをＬとすると、図２(ａ)に示す態様においてはＶが空間距離２Ｌの放電電圧以上になり、図２(ｂ)に示す態様においてはＶが空間距離２Ｌ＋ｄの放電電圧以上になると、両電極間にコロナ放電が始まりイオンが発生する。両電極間の間隔は、どの位置においても一定の距離２Ｌ又は２Ｌ＋ｄが保たれ、石英ガラスの均一な超絶縁特性によって、直線状に均一な放電領域が形成される。本発明の静電気除去装置において、石英ガラス管封入電極を線状対面電極として配置すると、針電極方式と異なり、極めて均一性の高い直線放電領域から発生する大量のイオンによって、高速かつ均一な静電気の除去を行うことができる。
【０００８】
本発明の静電気除去装置は、線状対面電極として平行に配置したコロナ放電をさせる２本の石英ガラス管封入電極のうち、高電圧側の電極を固定し、低電圧側の電極を移動可能とした構成とすることができる。図３は、高電圧側の電極を固定し、低電圧側の電極を移動可能とした態様の本発明装置の斜視図であり、図３(ａ)は、通常作動時の状態を、図３(ｂ)は、電極をクリーニングするときの状態を示す。石英ガラス管封入電極は、電極線自体は酸化されることがなく、特別の保守管理を必要としないが、対面する両電極管の間で放電するために、長時間使用すると、放電時のスパッタリングによって、石英ガラス管の表面に空気酸化物が付着する。空気酸化物が蓄積すると、イオン発生量が減少したり、酸化物の蓄積量が多くなると、発塵が生ずる場合もある。このような場合には、石英ガラス管の表面をクリーニングすることが必要となる。
図３に示す態様の本発明装置においては、高電圧側の電極６は、電極固定ユニット１０及び１１の固定ネジ１２及び１３により固定されている。低電圧側の電極７は、電極固定ユニット１０及び１１の固定ネジ１４及び１５により、高電圧側の電極６に密接して固定されている。固定ネジ１４及び１５は、長穴１６及び１７の中を通り、ネジを締めることによって低電圧側の電極７を高電圧側の電極６に押し付ける。図３(ａ)に示す通常作動時においては、高電圧側の電極６の端子８に高電圧を印加し、低電圧側の電極７の端子９を接地し、両電極間に電位差を与えることにより、コロナ放電が起こり、直線状に均一に大量のイオンが発生する。発生したイオンは、送風ユニット１８の吹き出し口１９から出る風によって、図中の矢印（→）の方向に送られ、静電気を除去すべき対象物に当てられる。帯電した対象物は、イオンと接触することにより、静電気が中和され、高速で静電気の除去が行われる。図３(ｂ)に示すクリーニング時においては、固定ネジ１４及び１５をゆるめ、低電圧側の電極７を高電圧側の電極６から離することができるので、石英ガラス管封入電極の表面を容易にクリーニングすることができる。
【０００９】
本発明の静電気除去装置は、＋パルス用の電源回路と−パルス用の電源回路を個別に設けたブリッジ型高電圧パルス発生回路を用い、＋電圧と−電圧を個別に設定可能とすることが好ましい。図４は、本発明装置に用いる高電圧パルス発生回路の一態様の回路図である。回路２０は周波数設定用発振回路であり、周波数設定用可変抵抗ＶＲ１により周波数を変えることができる。回路２１及び２２は、それぞれ±高電圧パルス幅設定用回路であり、パルス幅設定用可変抵抗ＶＲ２及びＶＲ３によりパルス幅を調整することができる。＋パルスと−パルスは、ＶＲ１により設定された周波数で交互に発生する。＋パルスは、まずブリッジ回路の低電圧側パワートランジスタＱ４をドライブする。また、＋パルスは、＋パルス用レベルシフト回路２３を通り、＋パルス用遅延回路２４を通って、高電圧側パワートランジスタＱ１をドライブする。この結果、Ｑ４がオンしたのち、わずかに遅れてＱ１がオンする。一方、回路入力ＤＣ電圧Ｖiは、＋パルス用電圧設定回路Ｖaの出力電圧設定用可変抵抗ＶＲＡで設定された電圧が、流れ込み防止ダイオードＤ１を通過して出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ１に電圧Ｖ１として充電される。このために、Ｑ４とＱ１がオンすると、高電圧パルス発生トランスＴの一次側に電圧Ｖ１が加えられ、トランスの二次側のＶ＋と０Ｖに＋高電圧パルスが発生し、電極は＋放電する。Ｑ４とＱ１がオンしている間に放電された出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ１の電圧は、＋高電圧パルスの発生が終わると、再びＶ１電圧に充電されて次の＋パルスによるドライブに備えられる。
【００１０】
次に、−パルスが発生すると、＋パルスが発生したときと同様に、まずブリッジ回路の低電圧側パワートランジスタＱ３をドライブする。また、−パルスは、−パルス用レベルシフト回路２５を通り、−パルス用遅延回路２６を通って、高電圧側パワートランジスタＱ２をドライブする。この結果、Ｑ３がオンしたのち、わずかに遅れてＱ２がオンする。一方、−パルス用電圧設定回路Ｖｂの出力電圧設定用可変抵抗ＶＲＢで設定された電圧Ｖ２が、流れ込み防止ダイオードＤ２を通過して出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ２に充電される。このために、Ｑ３とＱ２がオンすると、高電圧パルス発生トランスＴの一次側に電圧Ｖ２が加えられ、トランスの二次側のＶ−と０Ｖに−高電圧パルスが発生し、電極は−放電する。Ｑ３とＱ２がオンしている間に放電された出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ２の電圧は、−高電圧パルスの発生が終わると、再びＶ２電圧に充電されて次の−パルスによるドライブに備えられる。
本回路においては、流れ込み防止ダイオードＤ１及びＤ２が挿入されているので、設定電圧Ｖ１とＶ２が異なる場合でも、高い方の設定電圧、すなわち出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ１又はＣ２の充電電圧の電流が、低い方の電圧方向に流れ込んで互いに影響を及ぼすおそれはない。また、出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ１及びＣ２が挿入されているので、一定時間以上電流が流れるおそれがなく、Ｑ１〜Ｑ４が万一直流的にドライブされた場合でも、電流制限抵抗Ｒ１で規制された以上の電流が流れることはなく、安全と異常放電防止が保障される。
【００１１】
また、遅延回路２４及び２６も、設定電圧Ｖ１及びＶ２、すなわち出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ１及びＣ２の充電電圧に、互いに影響されない。例えば、＋パルスでドライブする場合、Ｖ１がＶ２より高いとき、Ｑ４がＱ１より一瞬早くドライブされると、その間にＶ１の電流がＱ１からトランスを経由し、Ｑ２の逆電圧防止ダイオードを通じて出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ２に流れ込み、Ｃ２電圧を上昇させる。逆電圧防止ダイオードに電流が流れた次の瞬間、Ｑ４がオンするときの逆電圧防止ダイオードのリカバリショート電流による出力電圧充電／パルス出力時放電用コンデンサＣ１及びＣ２の電圧変動とドライブ素子を破壊から防止する。
このように回路を構成することによって、±高電圧パルスの発生電圧を個別に設定することができる。すなわち、上記のブリッジ型高電圧パルス発生回路によれば、通常の高電圧トランス１個で構成するブリッジ方式を基本として、パルス発生周波数、±パルス幅及び±パルス電圧を個別に調整することができる。このために、従来の高電圧パルス発生回路のように、±パルス電圧が固定されたものであったり、あるいは、±パルス電圧を個別に調整するために、センタータップトランスやトランスを２個備えたものとする必要はない。従来のコロナ放電によるイオンを利用する静電気除去装置は、運転条件によっては対象物の帯電を逆に増加させるような場合もあった。本発明の静電気除去装置は、高電圧パルス発生回路において、＋電圧と−電圧を個別に設定できるので、静電気を除去すべき対象物の帯電の状態に応じてキメ細かく運転条件を設定し、対象物の帯電を完全にかつ効率的に除去することができる。
【００１２】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
長さ３００mm、外径２.８mm、内径１.６mmの石英ガラス管２本に、それぞれ電極線としてスパイラル状に巻いた直径０.１５mm、長さ６００mmのチタン線を挿入した。次いで、石英ガラス管に二液型ゲル状シリコーンを注入し、硬化させて、電極線を石英ガラス管の内壁に接する状態で固定し、図１(ａ)に示す形状の石英ガラス管封入電極２本を作製した。
この石英ガラス管封入電極２本、電極固定ユニット２個及び送風ユニットを組み合わせて、図３に示す構造の静電気除去装置を組み立て、さらに図４に示す高電圧パルス発生回路を接続して、本発明の静電気除去装置を完成した。
この静電気除去装置を用いて、帯電プレートによる静電気除去試験を行った。寸法１５０mm×１５０mm、厚さ３mmのアルミニウム板（接地間容量２０ＰＦ）に、１,０００Ｖになるよう帯電させ、石英ガラス管封入電極からの距離を変えて静電気除去試験を行い、中央部の帯電電位が１００Ｖに低下するまでの時間を除電時間として求めた。なお、高電圧パルス発生回路のパルス発生周波数は２００〜３００Hz、±パルス幅は２〜４マイクロ秒、±パルス電圧は７〜８ｋＶとした。
石英ガラス管封入電極と帯電プレートの距離が１０cm、２０cm、３０cm、５０cm、１００cm及び１５０cmのとき、除電時間は、それぞれ０.６秒、１.０秒、１.５秒、１.９秒、４.０秒及び６.９秒であった。
比較例１
石英ガラス管封入電極の代わりに針電極を用い、実施例１と同様にして帯電プレートの静電気除去試験を行った。用いた針電極は、長さ３００mmで、コロナ放電用の針１６本を有するものであった。
針電極と帯電プレートの距離が１０cm、２０cm、３０cm、５０cm、１００cm及び１５０cmのとき、除電時間は、それぞれ１.５秒、２.６秒、５.０秒、７.９秒、１９.７秒及び３５.４秒であった。
実施例１と比較例１の結果を、第１表に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
第１表の結果から、石英ガラス管封入電極を備えた本発明の静電気除去装置を用いた実施例１においては、従来の針電極を備えた静電気除去装置を用いた比較例１に比べて、電極と帯電プレートの距離が同じ場合、除電時間は約３分の１であり、本発明の静電気除去装置を用いることにより、迅速かつ効果的に静電気を除去し得ることが分かる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の静電気除去装置は、線状の石英ガラス管封入電極よりコロナ放電させ、前述したように、断線時の危険など線条電極の短所を解決すると同時に長所を生かすことによって、安定した放電を行って連続線状に大量のイオンを発生し、迅速に帯電した対象物の静電気を除去することができ、製品としての効果は大である。また、電極線が石英ガラス管内に封入されて直接空気と接触することがないので、長寿命かつ無発塵である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明装置に用いる石英ガラス管封入電極の説明図である。
【図２】図２は、２本の石英ガラス管封入電極を線状対面電極として配置した状態を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明装置の一態様の斜視図である。
【図４】図４は、本発明装置に用いる高電圧パルス発生回路の一態様の回路図である。
【符号の説明】
１ 石英ガラス管
２ 単芯極細線からなる電極線
３ 高分子固着剤
４ 極細編組線からなる電極線
５ 電極端子部
６ 高電圧側の電極
７ 低電圧側の電極
８ 高電圧側の電極の端子
９ 低電圧側の電極の端子
１０ 電極固定ユニット
１１ 電極固定ユニット
１２ 固定ネジ
１３ 固定ネジ
１４ 固定ネジ
１５ 固定ネジ
１６ 長穴
１７ 長穴
１８ 送風ユニット
１９ 吹き出し口
２０ 周波数設定用発振回路
２１ ＋高電圧パルス幅設定用回路
２２ −高電圧パルス幅設定用回路
２３ ＋パルス用レベルシフト回路
２４ ＋パルス用遅延回路
２５ −パルス用レベルシフト回路
２６ −パルス用遅延回路

Claims (3)

1. 太さを０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍとした電極線をスパイラル状にした単芯極細線からなる電極線、あるいは太さを０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍとした電極線を極細編組線とした電極線を石英ガラス管の内壁に接する位置に配置し、絶縁性液状高分子固着剤を該管内に充填し硬化することにより電極線を固定した石英ガラス管封入電極よりコロナ放電させ、発生したイオンによって静電気を除去することを特徴とする静電気除去装置。
2. ２本の石英ガラス管封入電極を平行に配置し、高電圧側の電極を固定し、低電圧側の電極を移動可能とし、両電極を密接又は近接状態においてコロナ放電させ、両電極の間隔を広げて電極のクリーニングを行う請求項１記載の静電気除去装置。
3. ＋パルス用の電源回路と−パルス用の電源回路を個別に設けたブリッジ型高電圧パルス発生回路を用い、＋電圧と−電圧を個別に設定可能とした請求項２記載の静電気除去装置。

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