JPS6219033B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 固体微粒子に電荷を供与する方法には、特別な
荷電装置を用いず接触帯電摩擦帯電を利用する方
法と、第１図に示したごときコロナ放電用針状ま
たは線状電極１、平板形または円筒状・環状等の
対向電極２、直流電源３等よりなる荷電装置を用
いて直流コロナ放電４を行なわしめ、このコロナ
放電によつて生ずるイオン５の固体微粒子６への
コロナ空間８における衝突・付着現象を利用する
方法とが一般に用いられている。この場合、前者
は粒子が受領する荷電量の大きさが明確に定まり
にくく、したがつて粒子帯電量の制御が技術的に
むづかしいという大きな欠点がある。コロナ放電
を利用する第１図のごとき方法では、一般に帯電
粒子７の得る飽和帯電量が粒径の２乗と荷電域の
電界強度とに比例するという明確な定量関係は存
在するが、帯電粒子７はコロナ放電極１から対向
極２に向かうクローン力によつて駆動され、荷電
量の大きい粒子が対向電極面９に付着して目的と
する作業域１０に排出されず、帯電量の少ない粒
子のみが荷電装置から排出される大きな欠点があ
つた。

この欠点を克服するため、本発明者は別発明
「粒子荷電装置」（特許願昭和46年第50087号）に
おいて、例えば第２図に示す如く相互に絶縁され
一定の間隔をへだてて互に平行に配置せる交番電
極１１，１２を設け、該交番電極のおのおのに小
孔又は細隙１３，１４を設けてそれぞれの中央に
該交番電極から絶縁して放電用第３電極１５，１
６を設け、該交番電極１１，１２間に例えば変圧
器１７の二次巻線端子１８，１９を介して交番電
圧を印加、電極中間の荷電空間２０に交番電界を
形成せしめ、更に該放電用第３電極１５，１６に
例えば図示の整流器２１，２２、抵抗２３，２
４、コンデンサ２５，２６と結合の上該変圧器１
７の二次巻線端子２７，２８を介して図示の如く
交番電圧を供給する等の方法により、図の例では
交番電極１１が負極性の充分高い電圧となつた時
にこれと第３電極１５との間のみにくり返しパル
ス放電を発生せしめて（この時１２，１６間には
放電を発生せしめない）生成負イオンを荷電空間
２０内に左方より右方に向つて放出せしめて固体
微粒子に射突荷電せしめ、次に極性が反転し電極
１２が負極性の充分高い電圧となつた時には上述
の原理で負イオンを荷電空間２０内に右方より左
方に向つて放出せしめて同じくこれに射突荷電せ
しめ、かくして常に粒子に本例では負の強力な電
荷を与えつつ粒子に働くクーロン力は交番せしめ
て、粒子の電極への附着を防止する方法を提案し
た。

しかし乍ら本発明はその構造が極めて簡単な反
面、(1)荷電効率を上昇せしめるためイオン源を増
すには夫々の交番電極に多数の小孔又は細隙と放
電用第３電極を設ける必要がある、(2)放電用第３
電極と交番電極に発生するくり返しパルス放電の
エネルギにより、若しふんいきが可燃性ガスを含
む時は、これが着火する恐れがある等の欠点が見
出された。

そこで本発明者は、この欠点を克服するため第
２の別発明「高性能粒子荷電装置」（特許願昭和
48年第100901号、特開昭50−52673号）におい
て、上記火花放電用第３電極１５，１６の代り
に、曲率半径の小さなコロナ放電極を用い、交番
電極１１，１２間に印加される交番電圧に同期し
て１１，１２がその所定（正又は負）極性をとる
半周期毎に交互に１５と１１，１６と１２の間に
１５，１６の１１，１２に対する極性が上記所定
極性と同一極性となる如く脈動電圧を印加して、
１５，１６よりそれぞれ相対する交番電極１２，
１１に向つて、火花放電の代りに上記所定極性の
着火性のない単極性コロナ放電を発生せしめ、こ
れにより供給せる所定極性の単極性イオンを１
１，１２間の荷電空間２０内に交互に放出走行せ
しめて粒子に射突荷電せしめる方法を提案した。

しかし乍ら上記第２の別発明は、イオン源とし
て火花放電の代りに単極性コロナ放電を用いるの
で着火性はないが、交番電極に電気抵抗の高い粒
子が附着するときは、その上に向い側のコロナ放
電極より飛来する単極性イオンが蓄積、粒子電位
が上昇して絶縁破壊を生じ、ここから逆極性のコ
ロナを発生し、荷電空間にコロナ放電極より供給
される単極性イオンと逆の極性のイオンを供給す
るという逆電離とよばれる現象が発生、この逆極
性イオンの中和効果により粒子荷電量が大巾に低
下するという致命的欠点が生ずるのをさけ得なか
つた。

また上記の両別発明に共通の欠点として、それ
ぞれの交番電極に附属するイオン源が狭い領域に
局在して単に一対のみ存在するため、荷電空間中
でイオンが走行して実際に荷電を行う有効荷電空
間の巾が極めて小さくなり、粒子の荷電空間通過
速度を上げると粒子が荷電される有効時間が大巾
に短かくなり、飽和電荷量まで充分に荷電されな
いうちに排出される様になるという難点があつ
た。

本発明の目的は上記の欠点を改良した極めて高
性能の交番電界型の粒子荷電装置を提供し、これ
によつて集塵装置、分級・輸送装置のごとき諸種
の電気力学的微粒子制御装置や、静電植毛装置、
静電塗装装置のごとき各種静電応用装置等におい
て必要とされるところの大量の電荷を有する高濃
度の固体もしくは液体の微粒子を発生せしめ必要
な作業域に多量かつ正確に供給する新規にして高
い効率を有する粒子荷電装置を提供するにある。

本発明は上記の目的を、着火性を有するくり返
しパルス火花放電利用のイオン源ないし、着火性
はないが単極性イオンのみを生成する単極性コロ
ナ放電利用のイオン源の代りに、着火性がなく且
つ正・負両極性イオンを豊富に含むプラズマを放
電域に形成する作用をもつた所の絶縁物を介した
無電極コロナ放電を用い、しかもこれを広い面上
に分布発生させた面状イオン源を用いることによ
つて達成する。

すなわち本発明は、交番電界を形成し且つ無電
極コロナ放電を行なうための複数個の平行かつ近
接して配設された線状、ストリツプ状、又は適当
な形状の放電極群より成る放電極集合体の対を互
に平行に絶縁対向せしめて設け、おのおのの放電
極集合体の近傍に絶縁物を介してこれと対向の上
これに無電極コロナ放電を誘起せしめるための誘
導電極を設け、該放電極集合体の対の間に交番電
圧を印加してその間の空間に交番電界を構成し、
かつ該放電極集合体が特定の極性となつた時にの
み、これとこれに近接対向せる該誘導電極との間
に別の交流電源を用いて無電極コロナ放電を発生
せしめ、これによつて両放電極集合体のそれぞれ
の表面に交互に正・負両イオンを含むプラズマを
形成、このプラズマから交互に上記極性の単極性
イオンを該空間に放出せしめ、その射突によつて
該空間中に導入された微粒子を交番電界中で荷電
することを特徴とする。これによつて、(1)該放電
極集合体表面には簡単に粒子走行方向に充分な長
さを有する面状のプラズマイオン源を形成し、こ
れから多量の単極性イオンを荷電空間全域に均一
に供給し、充分な荷電時間と相まつて荷電効率を
上げることができると共に、(2)その放電エネルギ
を制限して確実に着火危険性を防止することがで
きるうえ、更に(3)たとえ交番電極上に高抵抗粒子
が附着しても、その上に蓄積する飛来単極性イオ
ン電荷が上記プラズマイオン源から供給される逆
極性イオンにより直ちに中和され、逆電離の発生
とそれによる荷電性能の低下がないという作用効
果が得られ、強力かつ安全に粒子を荷電すること
が可能となる。

次に本発明の特徴を図面および実施例により更
に詳細に説明する。第３図は本発明の一実施例の
構成図である。２９，３０は上記放電極集合体で
本例では絶縁板３１，３２上に互に平行に接着せ
る多数のストリツプ状電極群３３，３４より成
り、３３，３４のそれぞれは互に接続の上導線３
５，３６を介して交流電源３７の出力端子３８，
３９に接続され、空間４０に交番電界を形成す
る。４１，４２は該絶縁板３１，３２の裏側に接
着配接せる誘導電極で、それぞれ導線４３，４４
によつてそれぞれ別の交流電源４５，４６の出力
端子の一方４７，４８に接続されている。交流電
源４５，４６のいま一つの出力端子は本例では交
流電源３７の出力端子３８，３９に直接接続され
ている。該交流電源４５，４６は該放電極集合体
２９，３０が特定の極性、例えば正極性になつた
ときにのみ交番電圧を供給する断続型の交流電源
であり、これによつて、例えば放電極集合体２９
が正の時にこれと誘導電極４１の間には交番電圧
が供給され、各ストリツプ状電極３３の端縁から
絶縁板３１に向つて無電極コロナ放電を生じ、こ
れによつてプラズマから正イオンのみが空間４０
へ引き出されていま一つの放電極集合体３０へ向
い、これに吸収される。しかしこの時交流電源４
６は出力電圧を供給しないので負極性にある放電
極集合体３０に属するストリツプ状電極３４は無
電極放電を行わないのでここから空間４０に負イ
オンが供給されることはない。次に交流電源３７
の極性が反転すると上とまつたく逆の動作が行な
われ、今度は正極性となつた放電極集合体３０の
みから正イオンが空間に供給される。かくして空
間４０の電界は周期的に交番するが、この中には
常に正（又は負）の単極性イオンのみが往復し、
ここに上方から導入された微粒子４９に射突して
これを荷電する。荷電された粒子は交番クローン
力を受けて振動するが、一方向きのクローン力に
よつて電極に附着することなく最大理論電荷量ま
で強力に荷電された上で下方に排出供給される。

この場合交流電源４５，４６と交流電源３７と
の接続、あるいは誘導電極４１，４２との接続は
直接に行なわず、コンデンサを介して行なうこと
も出来る。その場合にはこの結合用コンデンサの
両端に蓄積電荷漏洩用の高抵抗を並列に接続する
のが好適である。

第４図は本発明のいま一つの実施例の構成図で
ある。図における２９より４９までの番号の要素
の名称および機能は第３図における同一番号の要
素のそれと同じである。本例では放電極集合体２
９，３０を構成するそれぞれ相互に接続されたス
トリツプ状放電極群３３，３４の中間に、これか
ら絶縁され孤立せる線状（又は点線状）のいま一
つの補助放電極群５０，５１および５２，５３が
互に孤立して配設されている。但し、同じ群に属
する電極は相互に接続されていない。補助放電極
群５０，５１，５２，５３のそれぞれと対向して
絶縁板３１，３２の裏側に図示の通りストリツプ
状誘導電極群５４，５５，５６，５７が平行に配
設されており、５４，５５，５６，５７に属する
各電極要素は互に接続され別個の群からは絶縁さ
れてそれぞれ結合コンデンサ５８，５９，６０，
６１ならびに導線６２，６３，６４，６５を介し
て上記交流電源４５，４６に図示の通り接続され
ている。６６〜６９は漏洩用高抵抗である。また
各誘導電極群５４〜５７はそれぞれ絶縁物７０，
７１中に埋設されている。

いま例えば放電極集合体２９が正極性となつた
時、交流電源４５のみが交番電圧を供給するもの
とすると、該交番電圧は結合用コンデンサ５８，
６０を介して誘導電極群５４，５６に供給され、
その結果該絶縁板３１ならびにストリツプ状放電
極群３３を介して静電誘導により孤立線状補助放
電極群５０，５２の間に交番電圧が印加される。
その結果該補助放電極群５０，５２と該ストリツ
プ状放電極群３３の端縁との間に交流コロナ放電
が発生し、ここから空間４０に向つて正イオンを
供給する。次に極性が反転すると働作が反転して
放電極集合体３０の方から正イオンが空間４０に
供給される。

かくて微粒子が効率よくかつ安全に荷電される
ことは上述の通りであるが、この場合には補助放
電極群５０，５１，５２，５３を設けることによ
り交流コロナ放電が強化され、イオン供給量が大
巾に増大して荷電効率は更に向上する。

本発明の粒子荷電装置における放電極集合体の
構成電極としては、ストリツプ状電極、線状電
極、棒状電極、針状電極等適当な如何なる形状の
ものを用いてもよい。また誘導電極も平板電極、
ストリツプ状、線状、棒状、その他適当な如何な
る形状のものを用いてもよく必要に応じてそれぞ
れの電極を絶縁物でひふくして介在絶縁物を構成
することも出来る。また上記放電極および誘導電
極は金属の蒸着やメツキ、エツチング等によつて
形成することもできる。また上記放電極および誘
導電極は金属のみならず、導電性ないし半導電性
を有する任意の材料で構成でき、特に充分な抵抗
（約10〜100MΩ）を有する素材で構成する時は絶
縁物の絶縁破壊時にもその火花放電エネルギが制
限できて、安全性が更に向上する。

介在絶縁物３１，３２は完全な絶縁物であつて
もよいが、例えばガラス等の如くわずかな導電性
を有する無機絶縁物を使用するのが好適である。
また上記放電極を保護するため、その上面を適当
な導電性を有するガラス等の無機絶縁物をもつて
ひふくしてもよい。交流電源４５，４６は交流電
源３７と共通にし、一ケの交流電源の出力側に設
けたタツプから夫々の所要電圧を供給する様にし
てもよい。また交流電源３７は任意の正負対称な
交番電圧の発生源であればよいが、特に正負対称
の矩形波交番電圧とするのが荷電効率上昇の上で
好適である。

また交流電源４５，４６は任意の交番電圧の発
生源であつてよいが、特に交流電源３７の発生周
波数よりも充分高い周波数を有する高周波交番電
圧を発生する電源であるのが供給イオン量を増加
できて好適である。

本装置による粒子荷電量実測値の１例を示すと
つぎのとおりで、極めて短い帯電時間内にほぼ埋
論的飽和値に近い値を示しており、本発明による
新規の粒子荷電装置が著るしく有効な荷電性能を
有することが実証されている。

粒子直径2a＝26μｍ 理論飽和電荷量qc＝1.237×10^-14 〔Ｃ〕 実測最大帯電量qmax＝1.218×10^-14 〔Ｃ〕 平均帯電量ｑ＝1.204×10^-14 〔Ｃ〕 （／qc）×100＝97.3 〔％〕 荷電時間Ｔ＝50 〔ｍｓ〕

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流コロナ放電荷電装置を示す
説明図、第２図は従来の交番電界単極性イオン型
荷電装置を示す説明図、第３図は本発明の実施例
を示す構成図、第４図は他の実施例を示す構成図
である。 １はコロナ放電極、２は対向電極、４は直流コ
ロナ放電、６，７，４９は微粒子、８，４０は荷
電空間、１０は作業域、１１，１２は交番電極、
１７，３７，４５，４６は交流電源、１３，１４
は小孔、１５，１６は第３電極、２９，３０は放
電極集合体、３１，３２は絶縁板、３３，３４は
ストリツプ状放電極、４１，４２，５４，５５，
５６，５７は誘導電極、５０，５１，５２，５３
は補助放電極、５８，５９，６０，６１は結合用
コンデンサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交番電界を形成し且つ無電極コロナ放電を行
   うための複数個の平行かつ近接して配設された放
   電極群より成る放電極集合体の対を互に平行に絶
   縁対向せしめ、おのおのの該放電極集合体の近傍
   に絶縁物を介してこれと対向の上これに無電極コ
   ロナ放電を誘起せしめるための誘導電極を設け、
   該放電極集合体の対の間に交番電圧を印加するた
   めの交流電源を設けてその間の空間に交番電界を
   構成、かつ該放電極集合体が特定の極性となつた
   時にのみ、これとこれに近接対向せる該誘導電極
   との間に別の交番電圧を印加して無電極コロナ放
   電を発生せしめるための別の交流電源を設け、こ
   れによつて両放電極集合体から交互に上記極性の
   単極性イオンを該空間に放出せしめ、その射突に
   よつて該空間中に導入された微粒子を交番電界中
   で荷電することを特徴とする所の粒子荷電装置。