JPS58902B2 - 粒子荷電装置用電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は帯電粒子を利用する各種装置における粒子荷
電装置用電極に関するものである。

従来固体粒子に電荷を供与する装置として最も初期のも
のには、直流電源を用い、針状又は線状等の放電極に対
して面状の対向電極を配し両電極間をコロナ放電界とし
、ここに粒子を通して荷電を行うものがあった。

このような形式のものにおいては電極間に形成された電
界によって荷電粒子がクローン力を受けて対向電極に付
着し、少荷電量の粒子のみが所定の作業空間に排出され
る結果となり、荷電効率は著しく低いものとなっていた
。

また粒子の電気抵抗が高いときは上記付着粒子層がイオ
ン流の飛来による蓄積電荷により絶縁破壊を起し、ここ
から逆電離を生じその逆極性イオンが他の荷電粒子の電
荷を中和し、著しい荷電効率の低下をもたらすという問
題があった。

本発明者は上記欠点を解消する装置として１例えば特願
昭５２−１０６４００号、特願昭５２−１５０９３７号
等の明細書及び図面に示されるような粒子荷電装置を提
供している。

ここで示される装置は、交番電界中で電界に同期して両
端電極より単極性イオンを供給し１粒子に両方向から交
互に上記単極性イオンを射突せしめて荷電することを特
徴としており、この方式のものを「ボクサーチャージャ
ー」と称する。

しかし、上記ボクサーチャージャーにおいては。

後で詳述するようにその電極はすべて平面的な対向面構
成として考えられており、したがって両対向面電極の端
部に強力な電界集中が生じ１両対向面電極間の交番電界
値がある限界をこえると該端部より非励起時にあっても
交流コロナ放電を生ずるに至り、ここから放出する異極
性イオンにより正常な極性のイオンや粒子の電荷が中和
されるという問題がある。

この発明は上記問題点を解消若しくは改善する電極を提
供せんとするものであるが、先ず本発明の電極の主な用
途であるボクサーチャージャーの構成及び作用を図示例
につき説明すると、第１図はボクサーチャージャーの１
例を示す説明図で。

１．２はそれぞれ相対向して絶縁配設された１対の平行
な面状プラズマ発生部で１本例ではそれぞれ平面上に互
に隣接して平行且つ等間隔に絶縁配設された各２組の線
状放電極群３（３ａ、３ｂ。

３ｃ・・・）と４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）及び５（
５ａ５ｂ、５ｃ・・・）と６（６ａ、６ｂ、６ｃ・・・
）とからなっている。

この内３は共通導線７．保護抵抗８を介して本例では断
続的に作動する一方のコロナ発生用の交流電源９におけ
る一方の出力端子１０に接続されている。

また放電極群４は共通導線１１、保護抵抗１２を介して
該電源９の他方の出力端子１３に接続されている。

次に反対側の放電極群５は共通導線１４．保護抵抗１５
を介して本例では断続作動する他方のコロナ発生用の交
流電源１６の一方の出力端子１７に接続され、同じく放
電極群６は共通導線１８゜保護抵抗１９を介して電源１
６の他方の出力端子２０に接続されている。

２１は１対の面状プラズマ発生部１，２の間の荷電空間
Ａに交流主電界を形成するための主電界形成用の交流高
圧電源で、交流電源２２と昇圧変圧器２３からなり、そ
の出力端子２４，２５はそれぞれ端子１３，２０と接続
されている。

上記構成により面状プラズマ発生部１，２には交流高電
圧が印加され、荷電空間Ａには交流主電界が形成される
。

いま出力端子２４，２５が特定の極性、例えば正極性と
なった時にのみその信号が導線２６，２７を通じて交流
電源９，１６に伝えられ、それぞれの交流電源９，１６
が作動して交流電圧を発生するようになっている。

したがっていま面状プラズマ発生部１，２に対して例え
ば正極性となったとき、プラズマ発生部１を構成する相
隣る放電極３，４の間にコロナ発生用交流電源９より高
周波交流高電圧が印加され１両組の放電極は高周波の交
流コロナ放電を行って正負イオンを供給し、その近傍に
これに沿って正負両極性のイオンよりなるプラズマを面
状に形成する。

この時プラズマ発生部１から同２へ向う右向きの主電界
の作用で該プラズマ中より正イオンのみが荷電空間に引
出されて右方に駆動され、上方よりここに導入された粒
子３０に射突してこれを荷電する。

その際交流電源１６は導線２７を介しての動作信号が与
えられないので休止しており、したがって負極性にある
いま一つの面状プラズマ発生部２を構成する２組の放電
極群５と６の間には高周波交流高電圧が印加されず、両
組の放電極間には高周波コロナ放電、したがってプラズ
マは発生しない。

その結果上記プラズマ発生部２から負極性イオンが主電
界の作用で荷電空間Ａに引出されることなく１粒子に与
えられる正電荷を減少させることもない。

次にプラズマ発生部１，２の極性が反転したときには、
上記作動も完全に反転し、今度は正極性となった面状プ
ラズマ発生部２のみがプラズマを形成して荷電空間Ａに
左方に向けて正イオンを供給するが、プラズマ発生部１
の方はプラズマ形成作動を休止する。

このようにして荷電空間Ａの電界は周期的に左右に交番
するが、その中では常に正（又は負）の単極性イオンの
みが往復し、粒子３０は本例では正極性のイオンによっ
て左右から交互に射突され、理論的に定まる飽和値まで
迅速に荷電され、帯電粒子３１となって荷電空間を振動
しつつ電極に付着することなく、重力又は矢印方向の気
流の作用で作業域Ｂに供給される。

第２図は本発明の電極を使用し得るボクサーチャージャ
ーの２番目の例を示す構成の説明図で。

この例は前述の例におけるプラズマ発生部１及び２の構
成電極３，４又は５，６からなる２組の電極の一方を板
状の非コロナ電極として構成し、他の一方をコロナ放電
を行うコロナ放電極としたものである。

即ちこの例では非コロナ電極４１，４２は第１図に示す
例の放電極群４及び６の代りに１枚の板状物として設け
られ、放電極群３，５の外側の位置にこれらの電極群と
平行に設けられている。

図における１〜２７で示される各要素の名称及び機能は
第１図における同一番号の要素のそれと同一である。

但し、このように非コロナ電極とコロナ放電極を組合わ
せでプラズマ発生部を構成し、ここに除電効果（逆電離
防止効果）を有するプラズマを形成するには、コロナ放
電極が交流コロナ放電を行って正負イオンを供給する必
要があり、そのためには電源９，１６の周波数は電源２
１の周波数より高く選ぶ必要がある。

以上は既に本発明者が頭書の課題解決のために既に開発
し特願昭５２−１５０９３７号として特許出願されてい
るものの一部であるが、これらに使用される放電極とし
てはストリップ状又は棒状のものやそれらに突起を付し
たもの、あるいは星形、角形断面のものしかなく、これ
らを近接して設けて平面上に設は面状プラズマ発生部を
構成した場合。

相対向する面状プラズマ発生部の端部には必然的に強力
な電界集中を生ずる。

その結果鎖端部において交流コロナ放電を生じ、ここか
ら荷電空間端部に放出される異極性イオンにより正常極
性のイオンや粒子の電荷が中和される問題があることは
既に述べた通りである。

以下この点を解消する本発明の電極を図示する実施態様
につき詳細に説明すると、第３図は本発明の電極を第１
図に示すボクサーチャージャーに使用した場合の例を示
す一部省略拡大大断面図である。

即ちこの例においてはコイル径、材料断面及びピッチ共
に等しいコイル部分が同形をなす２本のらせん状に形成
した電極５３５４を同心的に且つ隣接するコイルピッチ
が均等をなすように重ね合わせ、第１図の説明における
電極群３，４（又は５，６）に相当せしめたもので、コ
イル部分の各リング５３ａ、５３ｂ、５３ｃ・・・及び
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ・・・は各電極３ａ、３ｂ３ｃ
・・・及び４ａ、４ｂ、４ｃ・・・に相当する。

本例では電極５３，５４は一定の弾性を有するコイルス
プリングとして形成され、その上端及び下端は互に絶縁
されて増付部５７ａ、５７ｂと同６１ａ、６１ｂにそれ
ぞれ取付けられて張設されている。

また図示する例では電極線をこの発明の目的からみて最
も好ましいと考えられる略正方形断面としたが、その他
に円形、長方形等の断面形状にすることも可能である。

さらに両電極５３゜５４のいずれか一方を非コロナ電極
とし、他方をコロナ放電極とすることもできる。

さらに第３図では図示しないが、電極５３゜５４をコイ
ル状に形成又は保持するに当り１両者のコイル内径部に
これと等しい外径の絶縁管を挿通し、あるいは該絶縁管
に電極を２条にして巻着し、コイルと絶縁管を固定して
おくこともできる。

本例においては上述のようにコイルの各ピッチ毎に形成
されるリング５３ａ、５３ｂ、５３ｃ・・・と５４ａ、
５４ｂ、５４ｃ・・・との隣接間隔がどの部位において
もスパイラル状の均一間隔をなし。

しかもこれをスプリングとした場合は両端に張力を与え
て緊張固定することにより電極が機械的あるいは熱的な
変形を生じても電極間隔の均一性が１保たれ、またその
均一を保つためのスペーサー等も不要である。

その結果両電極５３，５４の間に特別に電界集中を生じ
ることがなく、非励起時側の電極に異極性のコロナ放電
を生じて正常イオンの極性が中和されることもなくなる
。

しかもコイル状構成としてイオン発生部を形成せる結果
、コイル軸に垂直な断面でみると、平面状構成の時に生
ずる如き端部はまったく生じないので、その結果、交番
主電界による非励起時の好ましからざる交流コロナ放電
は完全に解消し、交番主電界の値を極めて高い値に設定
し、これにより、この値に比例する関係にある所の粒子
電荷量を大巾に増大せしめることができる。

この場合端部交流コロナ放電の問題は上述の方法で解消
するが１次に交番主電界値を上げて行くと、非励起時に
おけるプラズマ発生部の構成電極から該主電界による好
ましからざる異極性のコロナ放電が発生する様になり、
ここから放出する異極性イオンが正常極性イオンや粒子
電荷を中和するという問題を生ずる。

これを防止するにはプラズマ発生部を構成する互に隣接
する所のコロナ放電極間の間隔を出来る限り小さくする
必要がある。

しかしこの場合通常の直流又は交流の励起電圧を印加す
ると、コロナ放電が極めて不安定となり。

コロナの発生に先立って容易に火花を生じ場所的に均一
なプラズマの発生が不可能となる。

これに対し、励起電圧として立上りが極めて急峻で、巾
の短かい（１ナノ秒〜１マイクロ秒）のくり返しパルス
高電圧を用いると、その火花発生電圧は大巾に上昇する
反面そのコロナないしストリーマ放電の発生は極めて容
易かつ活発となり、該両コロナ放電極の間隔を著るしく
小さくすることが可能となり、これにより主電界強度を
大巾に高め得て、粒子電荷量の大巾増大が可能となる。

かかる短かいパルス巾の急峻パルス高電圧は公知のプル
ムラインパルス発生回路により容易に発生できるが、こ
の他いかなる他の方法を用いて発生してもよい。

かかる短かい巾のパルス高電圧はコロナ放電極上を進行
波として進行し、その間にコロナ放電極の全長にわたっ
てパルス的コロナ放電を生ぜしめることにより場所的に
極めて均一なプラズマを発生し、その開放端で多重反射
することによって、その全エネルギーを効率よくコロナ
放電に転換するというオリ点もある。

第４図はこの発明の電極の他の例を示す一部省略拡大断
面図で、この構造のものも第２図に示したボクサーチャ
ージャーの電極として使用するのに好適である。

即ち本例においではコロナ放電極５３を、前記同様の各
種断面形状をなす線状とし、これを円筒状に形成された
ガラス等の絶縁物よりなる筒状体４３の外周に均一ピッ
チのらせん状に巻着固定して形成し、その各ピッチ毎の
リング５３ａ、５３ｂ、５３ｃ・・・を第２図における
電極３ａ、３ｂ、３ｃ・・・に対応せしめている。

また筒状体４３の内周には導電膜９１が塗着又は薄肉管
の接着等により形成され、第２図における非コロナ電極
４１（又は４２）と対応せしめられている。

上記第４図に示す例の電極においても電極間隔が安定し
、非励起時の電極に異極性のコロナ放電の発生を防止で
きる等、共通の技術的効果を奏するものである。

第５図は本発明の電極を一対だけ相対応せしめで設けた
場合の配置状態を示す平面図で、この場合は相対向する
電極群が従来平面的なプラズマ発生部に限られていたの
に対し１曲面状のプラズマ発生部の形成を可能にしてい
る。

これは各電極群におけるプラズマ発生部がらせん状放電
極のまわりに円筒状に形成されることに基づくものであ
る。

第６図は本発明の電極を相対応せしめて平行に腹数個並
べで設けた場合の平面図で、この場合曲面状のプラズマ
発生部が多数並設されることにより、全体としては略平
面状のプラズマ発生部を形成することをこなる。

なお本発明の電極は図示するボクサーチャージャーのみ
ならず、構造的及び機能的に可能な限りムく粒子荷電装
置に利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はともに本発明の電極を利用し得る粒子
荷電装置の例を示す構成説明図、第３図。 第４図はいずれも本発明の電極の１実施態様を示す一部
省略拡大断面図、第５図、第６図はともに本発明の電極
の配置例を示す平面図である。 １２・・・・・・面状プラズマ発生部、３．（３ａ。 ３ｂ、３ｃ・・・）、４．（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）
・・・・・・放電極群、５．（５ａ、５ｂ、５ｃ・・・
）、６゜（６ａ、６ｂ、６ｃ・・・）・・・・・・放電
極群、７・・・・・・共通導線、８・・・・・・保護抵
抗、９・・・・・・交流電源、１０・・・・・・出力端
子、１１・・・・・・共通導線、１２・・・・・・保護
抵抗、１３・・・・・・出力端子、１４・・・・・・共
通導線。 １５・・・・・蘇護抵抗、１６・・・・・・交流電源、
１７・・・・・・出力端子、１８・・・・・・共通導線
、１９・・・・・・保護抵抗。 ２０・・・・・・出力端子、２１・・・・・・交流高圧
電源、２２・・・・・・交流電源、２３・・・・・・昇
圧変圧器、２４，２５・・・・・・出力端子、２６，２
７・・・・・・導線、３０，３１・・・・・・粒子、４
１，４２・・・・・・非コロナ電極、４３・・・・・・
筒状体、５３，５４・・・・・・電極、５３ａ、５３ｂ
。 ５３ｃ・・・、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ・・・・・・リ
ング、５７ａ、５７ｂ、 ６１ａ、 ６１ｂ・・・・・
・取付部、９１・・・・・・導電膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電空間を介して相対向して設けられ且つ前記荷電
   空間に交番主電界を形成する主電界形成用電極及び上記
   各主電界形成用電極に近接して該電極との間でコロナを
   発生せしめるコロナ放電極とを各設けて相対向するプラ
   ズマ発生部を形成し。 前記荷電空間における交番電界に同期して各プラズマ発
   生部において交互に単極性イオンを発生せしめ、上記荷
   電空間を通過する粒子に両方向から単極性イオンを射突
   せしめて荷電する装置において、上記各プラズマ発生部
   で円筒状のプラズマを発生させるように前記コロナ放電
   極をコイルピッチが均一ならせん形に形成し、主電界形
   成用電極を円筒状又は上記コロナ放電極と等しいコイル
   ピッチを有するらせん形に形成するとともに、上記主電
   界形成用電極とコロナ放電極とを同一軸上に且つ互に均
   一の間隔を保持するように配設してなる粒子荷電装置用
   電極。 ２ 主電界形成用電極とコロナ放電極を、ともにコイル
   スプリングとして形成した特許請求の範囲第１項に記載
   の粒子荷電装置用電極。 ３ コロナ放電極を絶縁物よりなる円筒形の筒状体の外
   周に巻着固定し、主電界形成用電極が上記円筒形の筒状
   体の内周面に沿って形成される導電膜である特許請求の
   範囲第１項に記載の粒子荷電装置用電極。