JP7392520B2

JP7392520B2 - 除電装置及び除電方法

Info

Publication number: JP7392520B2
Application number: JP2020035065A
Authority: JP
Inventors: 友樹丸山; 真司山田
Original assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2023-12-06
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: JP2021140872A

Description

本発明は、静電グラビア印刷等によって帯電した材料ウェブの帯電を除去する除電装置及び除電方法に関する。

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、帯電による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、材料ウェブの帯電を除去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、材料ウェブの帯電を除去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、帯電した際の電荷の保持性が高く、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電荷も非常に大きく、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、静電グラビア印刷等の印加電圧に相当するレベルの高電圧を除電のために印加することも考えられるが、除電が不十分であったり逆に帯電してしまう虞もあり、適切な電圧の設定が困難であった。

そこで、発明者は、材料ウェブを搬送しながら表面の電位を測定して電源の出力をフィードバック制御することを試みた。
その結果、表面電位の目標値をゼロとして制御しても、搬送を停止して帯電状態を観測すると、帯電が除去しきれていない、あるいは逆に帯電していることが多発することが判明した。
両面に表面薄膜Ｍであるポリエチレンラミネートが施され、第１面側がマイナス、第２面側がプラスに帯電した材料ウェブを用いて行った実験結果を図４に示す。
材料ウェブを搬送しながら、第１電極部材の下流側に設けられた第１面電位測定器で検出される表面電位の目標値をゼロとして電源をフィードバック制御し、処理後の材料ウェブの帯電電位を計測した。
図４の右のグラフは、材料ウェブの搬送速度が１５０ｍ／ｍｉｎで除電処理を行った際の、第１面電位測定器で検出される表面電位の変化をプロットしたものである。

材料ウェブの搬送速度が７５ｍ／ｍｉｎで除電処理を行った場合は、第１面、第２面ともに良好に帯電電位は低く抑えられていたが、搬送速度が１５０ｍ／ｍｉｎの場合は、第１面側が逆にプラスに大きな帯電電位を示した。
これは、表面電位の測定値が搬送時に表面のみに現れる静電気の影響を受けやすい事に起因していると考えられ、このことから、目標値の設定は、材料ウェブの種類、搬送速度等の搬送条件によってゼロ以外の最適な値を設定する必要があることがわかった。
しかしながら、材料ウェブの保管空間、印刷空間、除電空間のそれぞれの温度、湿度等の環境条件によって表面の静電気の量が大きく左右されることから、目標値を設定するための変動要素は極めて多く、簡単な作業で最適な目標値を設定することは非常に困難である。

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、材料ウェブの種類、搬送速度等の搬送条件や環境条件が異なっても確実に帯電した材料ウェブの帯電を除去する除電装置及び除電方法を提供することを目的とする。

本発明に係る除電装置は、搬送中の材料ウェブの帯電を除去する除電装置であって、前記材料ウェブの片面である第１面に接触する第１電極部材と、前記材料ウェブの前記第１面と反対側の面である第２面に接触する第２電極部材と、前記第１電極部材に接続される電源と、前記電源の出力を制御する制御ユニットと、前記第１電極部材の下流側に設けられた第１面電位測定器と、前記第２電極部材の下流側に設けられた第２面電位測定器とを有し、前記制御ユニットは、前記第１面電位測定器の検出値が所定の目標値となるように前記電源の出力を調整する出力制御部と、前記目標値を前記第２面電位測定器の検出値に応じて変更する目標設定部とを有することにより、前記課題を解決するものである。なお、本発明において「下流側」とは搬送中の材料ウェブが移動して行く方向に基づいた位置関係を表している。

本発明に係る除電方法は、搬送中の材料ウェブの帯電を除去する除電方法であって、前記材料ウェブの片面である第１面に電源に接続された第１電極部材を接触させ、前記材料ウェブの前記第１面と反対側の面である第２面に第２電極部材を接触させ、前記電源の出力を、前記第１電極部材の下流側に設けられた第１面電位測定器の検出値が所定の目標値となるように調整するとともに、前記目標値を前記第２電極部材の下流側に設けられた第２面電位測定器の検出値に応じて変更することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る除電装置及び本請求項８に係る除電方法によれば、材料ウェブの第１面と第２面の両面の電位を測定し、第１面電位測定器の検出値が所定の目標値となるように調整するとともに、目標値を前記第２電極部材の下流側に設けられた第２面電位測定器の検出値に応じて変更することにより、材料ウェブの種類、搬送速度等の搬送条件や環境条件が異なることで表面電位の測定値が搬送時に表面のみに現れる静電気の影響を受けても、自動的に目標値が最適に変更され、帯電した材料ウェブの帯電を十分に除去することが可能となる。

本請求項２及び本請求項９に記載の構成によれば、目標値を第２面電位測定器の検出値に設定することにより、目標値の設定の演算を行う必要がなく、より簡単な構成で帯電した材料ウェブの帯電を除去することができる。
本請求項３及び本請求項１０に記載の構成によれば、第１電極部材と第１面電位測定器の間、及び、第２電極部材と第２面電位測定器の間の少なくともいずれかで、材料ウェブの表面に発生した静電気を除去することで、表面電位の測定値に与える搬送時に表面のみに現れる静電気の影響を小さくすることができさらに効果的に帯電の除去が可能となる。

本請求項４及び本請求項１１に記載の構成によれば、第１電極部材及び第２電極部材が、導電性の表面を有する導電性ローラで構成され、材料ウェブを搬送しながらでも確実に接触を保ち、帯電の除去ができる。
また、第１電極部材及び第２電極部材である２つの導電性ローラが、材料ウェブを搬送する搬送機構の一部を構成することで、帯電の除去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５及び本請求項１２に記載の構成によれば、第１電極部材及び第２電極部材の少なくとも一方の表面の、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により、所定の電気抵抗値を持つことで、帯電の除去性能を維持しつつ、高電圧を印加しても電流リークやスパークの発生を抑制できる。
本請求項６及び本請求項１３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１４に記載の構成によれば、第１電極部材の幅方向の電源接続位置が、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、帯電の除去能力の分布を同様とすることができ、より確実に、かつ、均一に帯電の除去が可能となる。

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概略説明図。本発明の第１実施形態に係る除電装置の制御概念図。本発明の比較実験結果のグラフ。本発明の実験結果のグラフ。

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を挟むように第１電極部材１２０と第２電極部材１３０を配置し、第１電極部材１２０には電源１１０から電圧（本説明図では直流電圧）を印加し、第２電極部材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の帯電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、静電グラビア印刷が行われるものにおいては、薄膜Ｍ側に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には帯電する電荷も非常に多く、特に、薄膜Ｍ側が多く帯電する。
薄膜Ｍ側に、第１電極部材１２０を配置し、積極的に電源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を挟むように第１電極部材である電圧印加導電性ローラ１２０と第２電極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には電源１１０から直流電圧を印加し、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の帯電を除去するように構成されている。
電圧印加導電性ローラ１２０及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。

電源１１０の出力は、制御ユニット１５０により制御される。
電圧印加導電性ローラ１２０の下流側には第１面電位測定器１２２が設けられ、接地導電性ローラ１３０の下流側には第２面電位測定器１３２が設けられている。
接地導電性ローラ１３０と第２面電位測定器１３２の間には、材料ウェブＷの表面に発生した静電気を除去する静電気除去ユニットであるイオナイザ１４０が設けられている。
制御ユニット１５０は、図３に示すように、目標設定部１５２と出力制御部１５１を有し、出力制御部１５１は、目標設定部１５２で決定された目標値と第１面電位測定器１２２から入力される検出値を比較して電源１１０の出力を制御するように構成されている。
また、目標設定部１５２は第２面電位測定器１３２から入力される検出値に応じて目標値を決定するように構成されている。

電圧印加導電性ローラ１２０と電源１１０との接続は、静電グラビア印刷機の電圧印加圧胴と印刷機電圧源との接続と同じ側とすることで、静電グラビア印刷機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、電圧印加導電性ローラ１２０、接地導電性ローラ１３０の表面の導電性樹脂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、第１電極部材を電圧印加導電性ローラ１２０とし、第２電極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、材料ウェブＷが電圧印加導電性ローラ１２０や接地導電性ローラ１３０に巻き掛けられてもよく、電圧印加導電性ローラ１２０、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

前述した比較実験例と同様に、両面に表面薄膜Ｍであるポリエチレンラミネートが施され、第１面側がマイナス、第２面側がプラスに帯電した材料ウェブを用いて行った実験結果を図５に示す。
材料ウェブを搬送しながら、第１電極部材の下流側に設けられた第１面電位測定器で検出される表面電位に基づいて電源をフィードバック制御するのは同様であるが、目標値を第２面電位測定器で検出される表面電位とし、処理後の材料ウェブの帯電電位を計測した。

その結果、材料ウェブの搬送速度が７５ｍ／ｍｉｎ、１５０ｍ／ｍｉｎのいずれでも、第１面、第２面ともに良好に帯電電位は低く抑えられていた。
図５の右のグラフは、材料ウェブの搬送速度が１５０ｍ／ｍｉｎで除電処理を行った際の、第１面電位測定器で検出される表面電位と第２面電位測定器で検出される表面電位の変化をプロットしたものである。
最終的に、目標電位（第２面電位測定器で検出される表面電位）が－１００Ｖ付近で収束しているが、処理後の材料ウェブの帯電電位は極めて小さくなっている。
この－１００Ｖが、この実験条件における静電気の影響と考えられ、本実験例では、目標電位を第２面電位測定器で検出される表面電位とすることで、静電気の影響を排除できたことを示している。
この実験例では、目標電位を第２面電位測定器で検出される表面電位としたが、何らかの演算を行って目標を設定してもよい。

１００・・・除電装置
１１０・・・電源
１２０・・・電圧印加導電性ローラ（第１電極部材）
１２１・・・導電性樹脂
１２２・・・第１面電位測定器
１３０・・・接地導電性ローラ（第２電極部材）
１３１・・・導電性樹脂
１３２・・・第２面電位測定器
１４０・・・イオナイザ（静電気除去ユニット）
１５０・・・制御ユニット
１５１・・・出力制御部
１５２・・・目標設定部
Ｗ・・・材料ウェブ
Ｍ・・・表面薄膜

Claims

搬送中の材料ウェブの帯電を除去する除電装置であって、
前記材料ウェブの片面である第１面に接触する第１電極部材と、前記材料ウェブの前記第１面と反対側の面である第２面に接触する第２電極部材と、前記第１電極部材に接続される電源と、前記電源の出力を制御する制御ユニットと、前記第１電極部材の下流側に設けられた第１面電位測定器と、前記第２電極部材の下流側に設けられた第２面電位測定器とを有し、
前記制御ユニットは、前記第１面電位測定器の検出値が所定の目標値となるように前記電源の出力を調整する出力制御部と、前記目標値を前記第２面電位測定器の検出値に応じて変更する目標設定部とを有することを特徴とする除電装置。
前記目標設定部が、前記目標値を前記第２面電位測定器の検出値に設定することを特徴とする請求項１に記載の除電装置。
前記第１電極部材と前記第１面電位測定器の間、及び、前記第２電極部材と前記第２面電位測定器の間の少なくともいずれかに、前記材料ウェブの表面に発生した静電気を除去する静電気除去ユニットを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の除電装置。
前記第１電極部材及び前記第２電極部材が、導電性の表面を有する導電性ローラで構成され、
前記第１電極部材及び前記第２電極部材である２つの前記導電性ローラが、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１から請求項３のいずれかに記載の除電装置。
前記第１電極部材及び前記第２電極部材の少なくとも一方の表面の、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１から請求項４のいずれかに記載の除電装置。
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から請求項５のいずれかに記載の除電装置。
前記第１電極部材の幅方向の電源接続位置が、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６に記載の除電装置。
搬送中の材料ウェブの帯電を除去する除電方法であって、
前記材料ウェブの片面である第１面に電源に接続された第１電極部材を接触させ、
前記材料ウェブの前記第１面と反対側の面である第２面に第２電極部材を接触させ、
前記電源の出力を、前記第１電極部材の下流側に設けられた第１面電位測定器の検出値が所定の目標値となるように調整するとともに、前記目標値を前記第２電極部材の下流側に設けられた第２面電位測定器の検出値に応じて変更することを特徴とする除電方法。
前記目標値を前記第２面電位測定器の検出値に設定することを特徴とする請求項８に記載の除電方法。
前記第１電極部材と前記第１面電位測定器の間、及び、前記第２電極部材と前記第２面電位測定器の間の少なくともいずれかで、前記材料ウェブの表面に発生した静電気を除去することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の除電方法。
前記第１電極部材及び前記第２電極部材が、導電性の表面を有する導電性ローラであり、
２つの前記導電性ローラが前記材料ウェブを搬送しながら前記材料ウェブと接触して、前記材料ウェブの帯電を除去することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の除電方法。
前記第１電極部材及び前記第２電極部材の少なくとも一方の表面の、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から請求項１１のいずれかに記載の除電方法。
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８から請求項１２のいずれかに記載の除電方法。
前記第１電極部材の幅方向の電源接続位置が、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１３に記載の除電方法。