JP4719207B2 - 除電方法及び除電装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成型品等の表面に残留する帯電模様を除去するのに好適な除電方法及び除電装置に関する。

本出願人は、特許文献１（特許第２６５１４７６号公報）に記載されているように、走行するフィルム等に残留する帯電模様まで除去できる除電方法及び除電装置を既に提供している。これは、帯電物体の走行方向及び直交する方向に拡がる面を有するイオン吸引電極を、正負イオン生成用除電電極に対して帯電物体を挟んで対向配置し、正負イオン生成用除電電極に正負の高電圧を交互に印加して正負のイオンを交互に生成すると同時に、イオン吸引電極に、正負イオン生成用除電電極へ印加される高電圧と同期してそれと正負が逆極性になる高電圧を交互に印加し、正負イオン生成用除電電極で発生した正負のイオンをイオン吸引電極で吸引して帯電物体に強制的に照射する。

この除電方法及び除電装置は、正負の帯電部分が複雑に混在した模様となっている帯電模様まで高密度に除電できることから、プラスチックフィルムの表面処理分野等で品質向上に大いに貢献し、好評を博している。

しかし、これは、フィルム等の薄板状のものを除電対象物とし、それを走行させながらその平面を除電する場合しか適用できない。また、除電対象物の走行方向及び直交する方向に拡がる面を有するイオン吸引電極を必要とする。
特許第２６５１４７６号公報

本発明者は、立体的な面を有する樹脂成型品に対してもフィルム等と同様に高密度に除電できないか、との顧客のニーズに応えるために、鋭意研究をした結果、立体的な面を有する樹脂成型品に対しても、フィルム等と同様に、帯電模様を残らず除去できる本発明に到達したものである。

請求項１に係る本発明の除電方法は、正イオンを生成する正イオン生成モードと、負イオンを生成する負イオン生成モードと、正負イオンを同時に生成する正負イオン同時生成モードとを切り替えることができる正負イオン生成装置を用い、この正負イオン生成装置を正イオン生成モード又は負イオン生成モードの一方のモードにして一方の極性のイオンのみを除電対象物に照射することにより、他方の極性の電荷を除去して一方の極性の帯電電位が優勢な第１の帯電状態とする第１の強制帯電過程と、正負イオン生成装置を他方の極性のイオン生成モードにして他方の極性のイオンのみを除電対象物に照射することにより、一方の極性の電荷を除去して他方の極性の帯電電位が優勢な第２の帯電状態とする第２の強制帯電過程とを周期的に繰り返した後、正負イオン生成装置を正負イオン同時生成モードにして除電対象物に正負のイオンを同時に照射して正負の電荷が消滅する中和除電状態とすることを特徴とする。

請求項１に従属する請求項２に係る発明は、正イオン生成モード及び負イオン生成モードのそれぞれにおいて、イオンを送風により除電対象物に照射することを特徴とする。

同じく請求項３に係る発明は、第１の強制帯電過程と第２の強制帯電過程との交互繰り返し周波数を、除電対象物までの距離に応じて変えることを特徴とする。

請求項４に係る本発明の除電装置は、次のような回路を備えたことを特徴とする。
正電極に正の高電圧を印加する正高電圧発生回路。
負電極に負の高電圧を印加する負高電圧発生回路。
正高電圧発生回路を動作させて正イオンを生成する正イオン生成モードと、負高電圧発生回路を動作させて負イオンを生成する負イオン生成モードと、正高電圧発生回路及び負高電圧発生回路を同時に動作させて正負イオンを同時に生成する正負イオン同時生成モードとを切り替える正負高圧切替回路。
除電対象物を一方の極性の帯電電位が優勢な第１の帯電状態と、他方の極性の帯電電位が優勢な第２の帯電状態とに周期的に交互に強制帯電させるため、正負高圧切替回路を周期的に制御して正イオン生成モードと負イオン生成モードとを交互に周期的に反転させる正負周期反転回路。
正負高圧切替回路を制御し、正負周期反転回路による正イオン生成モードと負イオン生成モードとの交互切替の持続時間である帯電時間と、その帯電時間後に正負イオン同時生成モードにして除電対象物に正負のイオンを同時に照射して正負の電荷が消滅する中和除電状態とするための除電時間とを設定する帯電時間／除電時間設定回路。

請求項１に係る本発明では、正イオン生成モードと負イオン生成モードと正負イオン同時生成モードとの３つのモードに切り替えることができる正負イオン生成装置のみを用い、正イオン生成モードと負イオン生成モードとを交互に周期的に繰り返すことにより、除電対象物を正負交互に強制的に帯電させる。正負交互に強制帯電させることにより、当初は正の電位に強く帯電していた部分は、負への強制帯電過程で弱められ、逆に負の電位に強く帯電していた部分は正への強制帯電過程で弱められ、これが正負交互に繰り返されることにより、帯電模様は正負両方とも薄れていく。薄れた帯電模様は、正負イオン生成装置を正負イオン同時生成モードとして除電対象物に正負のイオンを同時に照射することにより、正負いずれか一方に偏ることなく、正負の電荷が両方とも消滅する中和除電状態となる。すなわち、帯電模様が消滅する。
従って、樹脂成型品の立体面に残留している帯電模様であっても、残らず除去できる。

請求項２に係る発明は、正イオン生成モード及び負イオン生成モードのそれぞれにおいて、イオンを送風により除電対象物に照射するので、それぞれの極性の帯電電位を高めることができるとともに、除電対象物の凹凸面に対しても平均的に強制帯電させて、正負混在した帯電模様を薄くできる。

請求項３に係る発明は、第１の強制帯電過程と第２の強制帯電過程との交互繰り返し周波数を、除電対象物までの距離に応じて変えるので、第１の強制帯電過程と第２の強制帯電過程のそれぞれにおいて、生成したイオンが途中で中和することなく、除電対象物まで充分に到達させることができる。

請求項４に係る本発明の除電装置によれば、上記のような除電方法を、正高電圧発生回路と負高電圧発生回路と正負高圧切替回路と正負周期反転回路と帯電時間／除電時間設定回路とから除電装置によって自動的に実施できる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明による除電装置の全体構成を示す。この除電装置は、複数の正電極１と同数の負電極２とによる放電により、正負のイオンを時間的に前後して正負別々に生成できるとともに、同時にも生成できる正負イオン生成装置でもある。正電極１及び負電極２は、例えば本発明者の発明に係る特許第２５２５７２０号公報に記載されているように、リング状の電極ホルダに配設され、これらの後段には、同公報に記載されているような関係でファン３が配置されており、それぞれの電極１・２の放電により生じた正負のイオンは、ファン３からの送風により前方へ飛ばされる。

正電極１には、正高圧発振回路４の発振出力を正倍電圧整流回路５で倍電圧整流した正の高電圧が印加され、負電極２には、負高圧発振回路６の発振出力を負倍電圧整流回路７で倍電圧整流した負の高電圧が印加される。この部分の具体的構成は、例えば本発明者の発明に係る特許第３９４１８７２号公報に開示されているので、詳細は省略する。

正高圧発振回路４及び負高圧発振回路６は、正負高圧切替回路８により、交互に周期的に切り替えて動作させることができるようになっているとともに、両方を同時に動作させることができるようにもなっている。交互に周期的に動作させるときの周波数は、周波数設定回路９により多段階に設定できる。すなわち、これにて設定した周波数にて発振回路１０を発振させて正負高電圧制御信号発生回路１１からその周波数に応じた二値信号を出力すると、正負高圧切替回路８が、正高圧発振回路４と負高圧発振回路６とを周波数設定回路９で設定した周期で交互に動作させる。

正高圧発振回路４が動作したときには、正電極１に正の高電圧が印加されるので、本除電装置は正のイオンが生成される正イオン生成モードとなる。逆に、負高圧発振回路６が動作したときには、負電極２に負の高電圧が印加されるので、本除電装置は負のイオンが生成される負イオン生成モードとなる。そして、正イオン生成モードと負イオン生成モードとが、周波数設定回路９に設定した周波数で交互に繰り返されることになる。

一方、正高圧発振回路４と負高圧発振回路６とを同時に動作させたときには、本除電装置は正負イオンを同時に生成する正負イオン同時生成モードとなる。

本発明では、正イオン生成モードと負イオン生成モードとを交互の周期的に繰り返すときには、除電対象物を除電するのではなく、正イオン生成モード時には、除電対象物に正のイオンのみをファン３から送風しながら照射して、正の極性の帯電電位が優勢となるように強制帯電させ、負イオン生成モード時には、除電対象物に負のイオンのみをファン３から送風しながら照射して、負の極性の帯電電位が優勢となるように強制帯電させ、これを周期的に交互に反転する。

このような正負交互の周期的な強制帯電を所要時間（以下、この時間を「帯電時間」と言う。）だけ継続した後、次に、正負イオン同時生成モードとして、正負のイオンをファン３から送風しながら除電対象物に同時に照射して正負両極性を除電し、これを所要時間（以下、この時間を「除電時間」と言う。）だけ継続する。

正イオン生成モードと負イオン生成モードとを交互の周期的に繰り返して正負交互の強制帯電を行うか、正負イオン同時生成モードとして正負両極性を除電するかは、外部からの切替指令に従い、帯電・除電時間設定回路１２からの二値信号によって正負高圧切替回路８が制御されることで切り替えられ（例えば、この二値信号が「Ｈ」の時は帯電、「Ｌ」の時は除電）、また、前者の帯電時間と後者の除電時間とは、その二値信号の時間幅で決まるようになっている。

また、正高電圧発振回路４から正電極１までの間、及び、負高電圧発振回路６から負電極２までの間で異常が生じたときは、正高電圧発振回路４と負高電圧発振回路６のそれぞれにおいて、電圧又は電流が急変するなどの異常が生ずるので、これを高圧異常検出回路１３で検出して警報器１４を動作させるようになっている。

＜実験例１＞
本発明者は、正負の電極１・２と除電対象物との距離を３００ｍｍ、５００ｍｍと２段階に変え、それぞれの距離の場合について、正イオン生成モードと負イオン生成モードとの交互の切り替え周波数を、周波数設定回路９で０．２５Ｈｚから５Ｈｚの範囲で変化させ、また、ファン３からの送風を行った場合と、行わなかった場合のそれぞれについて、除電対象物の帯電電位を２回ずつ測定した。図２はその実験結果を示すグラフで、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は帯電電位（Ｖ）を示す。

この実験結果から、正イオン生成モードと負イオン生成モードとの交互の切り替え周波数が１Ｈｚを越えて高くなると、除電対象物の帯電電圧が低下し、１Ｈｚより低くなるに従い帯電電圧が高くなることが分かった。また、ファン３にて送風すると帯電電位が高くなること、さらに、交互の切り替え周波数を除電対象物までの距離に応じて可変することにより、生成したイオンが途中で中和することなく、除電対象物まで充分に到達させることができることも分かった。

＜実験例２＞
正負の電極１・２と除電対象物との距離を、実験例１と同様に、３００ｍｍ、５００ｍｍと２段階に変え、それぞれの距離の場合について、ファン３からの送風を行ったまま、正イオン生成モードと負イオン生成モードとの交互の切り替え周波数を、周波数設定回路９で０．２５Ｈｚから５Ｈｚの範囲で変化させ、除電対象物が所定の電位まで除電される除電時間の変化を測定した。図３はその実験結果を示すグラフで、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は除電所要時間（ｓｅｃ）を示す。

この実験結果から、距離が３００ｍｍでは、除電対象物へ到達する正負のイオン到達率が高いので、周波数が０．２５Ｈｚから５Ｈｚの範囲で変化しても、除電時間はほとんど変わらなかったが、距離が５００ｍｍの場合には、周波数が高くなるに従い除電時間が長くなり、周波数が０．５Ｈｚを越えると除電時間の上昇率が急に高くなり、除電効率が悪くなることが分かった。

＜実験例３＞
厚さ１６μｍのポリエチレンテレフタラートフィルム（以下、「ＰＥＴフィルム」と記す。）を除電対象物のサンプルとして用い、正イオン生成モードにして未処理のＰＥＴフィルムに正イオンのみを照射した場合と、その正イオン照射後に負イオン生成モードにして負イオンのみを照射した場合と、その負イオン照射後に正負イオン同時生成モードにして正負イオンを同時に照射した場合と、未処理のＰＥＴフィルムに正負イオンを同時に照射した場合のそれぞれについて、ＰＥＴフィルム表面に青トナーと赤トナーとを塗布し、静電気で付着したトナーによる帯電模様を写真撮影した。

図４は、本除電装置で処理する前の未処理のＰＥＴフィルム表面の帯電模様を示し、正帯電部分には青トナーが付着し、負帯電部分には赤トナーが付着した現物を写真撮影し、それを画像処理して濃淡（黒色と灰色）の二値化画像として表したもので、濃部分が正帯電部分、淡部分（ハーフトーン）が負帯電部分である。

図５は、本除電装置を正イオン生成モードにして未処理のＰＥＴフィルムに正イオンのみを照射した場合の帯電模様で、正負の電極１・２との距離は３００ｍｍ、正電極１に印加した電圧は＋５ｋＶ、正イオンの照射時間は５秒である。

図６は、本除電装置を負イオン生成モードにして、正イオン照射後のＰＥＴフィルムに負イオンのみを照射した場合の帯電模様で、正負の電極１・２との距離は３００ｍｍ、負電極２に印加した電圧は−５ｋＶ、負イオンの照射時間は５秒である。

図７は、本除電装置を正負イオン同時生成モードにして、負イオン照射後のＰＥＴフィルムに正負イオンを同時に照射した場合の帯電模様で、正負の電極１・２との距離は３００ｍｍ、正電極１に印加した電圧は＋６ｋＶ、負電極２に印加した電圧は−５ｋＶ、正負イオンの照射時間は５秒である。

図８は、本除電装置を正負イオン同時生成モードにして、未処理のＰＥＴフィルムに正負イオンを同時に照射した場合の帯電模様で、正負の電極１・２との距離は３００ｍｍ、正電極１に印加した電圧は＋６ｋＶ、負電極２に印加した電圧は−５ｋＶ、正負イオンの照射時間は１５秒である。

これらの図を比較すれば分かるように、図４の未処理のときは、正帯電部分を示す濃部分と負帯電部分を示す淡部分とが、明確に識別できる濃度差と大きさと輪郭をもって混在しているが、図５に示すように、正イオンのみを照射した後は、正帯電部分を示す濃部分が増大するどころか若干減少し、負帯電部分を示す淡部分は面積が図４の場合に比べて減少し、全体として帯電模様が微細化している。図６に示すように、さらに負イオンのみを照射した後は、今度は、正帯電部分を示す濃部分の面積が減少し、全体として帯電模様がさらに微細化している。図７に示すように、続いて正負イオンを同時に照射すると、正帯電部分を示す濃部分も、負帯電部分を示す淡部分もほとんど消滅し、帯電模様が無くなっている。

図８は、比較のために、正負のイオンを別々に照射せずに、未処理のＰＥＴフィルムに正負イオンを同時に照射した場合であるが、この場合には、正帯電した濃部分と負帯電した淡部分とが若干薄くなっているものの、帯電模様がまだ残っている。

本発明による除電装置の構成を示すブロック図である。 同除電装置の実験結果で、正イオン生成モードと負イオン生成モードとの交互の切り替え周波数を変化させて除電対象物の帯電電位を測定したグラフである。 同じく除電対象物が所定の電位まで除電される除電時間の変化を測定したグラフである。 未処理のＰＥＴフィルム表面の帯電模様を示す図である。 未処理のＰＥＴフィルムに正イオンのみを５秒間照射した場合の帯電模様を示す図である。 正イオン照射後のＰＥＴフィルムに負イオンのみを５秒間照射した場合の帯電模様を示す図である。 負イオン照射後のＰＥＴフィルムに正負イオンを同時に５秒間照射して、帯電模様が無くなったことを示す図である。 比較のために、正負のイオンを別々に照射する過程を省略して、未処理のＰＥＴフィルムに正負イオンを同時に１５秒間照射した場合の帯電模様を示す図である。

符号の説明

１ 正電極
２ 負電極
３ ファン
４ 正高圧発振回路
５ 正倍電圧整流回路
６ 負高圧発振回路
７ 負倍電圧整流回路
８ 正負高圧切替回路
９ 周波数設定回路
１０ 発振回路
１１ 正負高電圧制御信号発生回路
１３ 高圧異常検出回路
１４ 警報器

Claims (2)

1. 正イオンを生成する正イオン生成モードと、負イオンを生成する負イオン生成モードと、正負イオンを同時に生成する正負イオン同時生成モードとを切り替えることができる正負イオン生成装置を用い、この正負イオン生成装置を正イオン生成モード又は負イオン生成モードの一方のモードにして一方の極性のイオンのみを送風しながら除電対象物に照射することにより、一方の極性の帯電電位が優勢な第１の強制帯電状態とする第１の強制帯電過程と、正負イオン生成装置を他方の極性のイオン生成モードにして他方の極性のイオンのみを送風しながら除電対象物に照射することにより、他方の極性の帯電電位が優勢な第２の強制帯電状態とする第２の強制帯電過程とを周期的に繰り返した後、正負イオン生成装置を正負イオン同時生成モードにして除電対象物に正負のイオンを送風しながら同時に照射して正負の電荷が消滅する中和除電状態とすることを特徴とする除電方法。
2. 正電極に正の高電圧を印可する正高電圧発生回路と、
   負電極に負の高電圧を印可する負高電圧発生回路と、
   前記正高電圧発生回路を動作させて正イオンを生成する正イオン生成モードと、前記負高電圧発生回路を動作させて負イオンを生成する負イオン生成モードと、正高電圧発生回路及び負高電圧発生回路を動じに動作させて正負イオンを動じに生成する正負イオン同時生成モードとを切り替える正負高圧切替回路と、
   生成されたイオンを送風により除電対象物に照射するためのファンと、
   除電対象物を一方の極性の帯電電位が優勢な第１の強制帯電状態と、他方の極性の帯電電位が優勢な第２の強制帯電状態とに周期的に交互に強制帯電させるため、前記正負高圧切替回路を周期的に制御して前記正イオン生成モードと前記負イオン生成モードとを、前記ファンを動作させながら交互に周期的に反転させる正負周期反転回路と、
   前記正負高圧切替回路を制御し、前記正負周期反転回路による正イオン生成モードと負イオン生成モードとの交互切替の持続時間である帯電時間と、その帯電時間後に前記正負イオン同時生成モードにして除電対象物に正負のイオンを、前記ファンを動作させながら同時に照射して正負の電荷が消滅する中和除電状態とするための除電時間とを設定する帯電時間／除電時間設定回路と
   を備えたことを特徴とする除電装置。

Images