WO2006115122A1

WO2006115122A1 - 粉粒体帯電制御装置及び該方法

Info

Publication number: WO2006115122A1
Application number: PCT/JP2006/308122
Authority: WO
Inventors: Shuji Matsusaka; Hiroaki Masuda
Original assignee: Kyoto University
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2006-11-02
Also published as: TW200706238A; JPWO2006115122A1

Abstract

　本発明は、粉粒体の帯電状態を制御し得る粉粒体帯電制御装置及び粉粒体帯電制御方法を提供する。本発明に係る粉粒体帯電制御装置は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体が衝突接触する面に、互いに仕事関数が異なる第１帯電材Ａ１４１ａ及び第２帯電材Ｂ１４２ａを有し、接地した帯電制御部１４を備える。

Description

明細書

粉粒体帯電制御装置及び該方法

技術分野

[0001] 本発明は、粉粒体の帯電状態を制御し得る粉粒体帯電制御装置及び粉粒体帯電制御方法に関する。

背景技術

[0002] 粉粒体の帯電は、静電粉体塗装、電子写真及び粉体流量計測等の様々な技術に利用されているが、気相系で粉粒体を取り扱う場合、凝集、付着及び粉塵爆発等の様々な取り扱い上の阻害要因として作用する。そのため、気相系で粉粒体を取り扱う技術にぉレ、て、帯電量やその分布等の粉粒体の帯電状態を制御することが要請されている。

[0003] 特許文献 1には、粉体を帯電する粉体帯電装置として、粉体を気流に乗せ、帯電機能材料に衝突接触させて帯電させる粉体帯電装置が開示されている。

[0004] また、粉粒体の帯電量は、伝統的なファラデーケージを用いて測定されてきたが、近年、個々の粒子の大きさと帯電量とを同時に測定し得る装置（electricaト single par tide aerodyneamic relaxation time analyze 以「 E— SPARTアナフザ」と略己する。）が開発され、統計的に処理することによって帯電量の分布の解析が可能となつている (非特許文献 1)。

[0005] ところで、上記のように粉粒体の帯電状態を制御することが要請されている力上記特許文献 1の粉体帯電装置は、粉体を帯電し得るが、その帯電状態を制御することは可能となっていない。

特許文献 1 :特開 2003— 098822号公報

非特許文献 1 : M. K. Mazumder, R. E. Ware, T. Yokoyama, B. J. Rubin, D . Kamp, "Measurement of particles size and electrostatic charge dis tnbution on toners using E— SPART analyzer , IEEE Trans. Indust . Appl. 27. 1991 , p611— 619

発明の開示 [0006] 本発明は、上記事情に鑑みて為された発明であり、粉粒体の帯電状態を制御し得る粉粒体帯電制御装置及び粉粒体帯電制御方法を提供することを目的とする。

[0007] 本発明の一態様に係る粉粒体帯電制御装置は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体が衝突接触する面に、互いに仕事関数が異なる第 1及び第 2帯電材を有し、接地した帯電制御部を備えるものである。そして、本発明の他の一態様に係る粉粒体帯電制御方法は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体を互いに仕事関数が異なる第 1及び第 2帯電材に衝突接触させることによって前記粉粒体の帯電状態を制御するものである。

[0008] ここで、粉粒体とは、サブミクロン単位から約 5ミリ以下の大きさの球形、紡錘形、円筒形、円錐台形及び平板形等の任意形状の粉体及び粒体をいう。

[0009] このような構成の粉粒体帯電制御装置及び粉粒体帯電制御方法は、帯電量やその分布等の粉粒体の帯電状態を制御することができる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]本発明に係る粉粒体帯電制御装置及び該方法における帯電状態の制御を説明するための図である。

[図 2]実施形態における粉粒体帯電制御装置の構成を示す図である。

[図 3]実施形態における帯電制御部の構成を示す図である。

[図 4]帯電制御部の他の構成を示す外観斜視図（その 1)である。

[図 5]E_ SPARTの測定原理を説明するための図である。

[図 6]螺旋状の円筒管の長さと粉流体の帯電量との関係を示す図（その 1)である

[図 7]螺旋状の円筒管の長さと粉流体の帯電量との関係を示す図（その 2)である

[図 8]帯電制御部の他の構成を示す外観斜視図（その 2)である。

[図 9]帯電制御部の他の構成を示す外観斜視図（その 3)である。

[図 10]帯電制御部の他の構成を示す外観斜視図（その 4)である。

[図 11]帯電制御部の他の構成を示す外観斜視図（その 5)である。

発明を実施するための最良の形態

[0011] まず、本発明の原理について以下に説明する。

[0012] (原理）本発明では、粉粒体の帯電状態は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体が衝突接触する面に、互いに仕事関数が異なる第 1及び第 2帯電材を有し、接地した帯電制御部によって制御される。

[0013] 粉粒体を気流に乗せて速度を与え、帯電材に衝突接触させると、粉粒体と帯電材との仕事関数 Wの差に基づく電位差により表面電荷が正負に分離して帯電する。気流中に含まれる帯電対象の粉粒体が衝突接触する面に互いに仕事関数の異なる第 1及び第 2帯電材が有ると、粉粒体は、衝突接触により、第 1帯電材で第 1帯電量に帯電し、第 2帯電材で第 2帯電量に帯電する。そして、これに伴って、第 1帯電材は、粉粒体の電荷と異符号であって第 1帯電量に帯電し、第 2帯電材は、粉粒体の電荷と異符号であって第 2帯電量に帯電するが、接地されているので、第 1及び第 2帯電材の各電荷は、除去され 0電位に維持される。このため、粉粒体は、帯電量やその分布等の粉粒体の帯電状態が制御される。

[0014] 理論的には、次のように解析される。気流中に含まれる粉粒体の帯電は、帯電材に衝突接触を繰り返すことによって増加する一方、帯電量の増加に伴って緩和してゆくので、長さ Lの帯電材を、衝突接触を繰り返しながら通過した場合における粉粒体単位質量当たりの帯電量 q は、式 1によって表される。

[0015]

(式 1)

[0016] ここで、 q は、帯電材に進入する初期状態における粉粒体単位質量当たりの帯電 mO

量 (初期電荷）であり、 q は、帯電材を、衝突接触を繰り返しながら通過した結果その帯電量が飽和 (平衡)した場合 (飽和 (平衡)状態）における粉粒体単位質量当たりの帯電量 (飽和帯電量、平衡帯電量)であり、 Lは、帯電定数である。

0

[0017] 第 1帯電材 Aの長さを、初期電荷を q 、飽和帯電量を q 、帯電定数を L

A mAO mA∞ 0 とし、第 2帯電材 Bの長さを、初期電荷を q 、飽和帯電量を q 、帯電定数を

B mBO mB∞

L とすると、第 1帯電材 Aを、衝突接触を繰り返しながら通過した場合における粉粒

OB

体の単位質量当たりの帯電量 q 、及び、第 2帯電材 Bを、衝突接触を繰り返しなが mA

ら通過した場合における粉粒体の単位質量当たりの帯電量 q は、それぞれ式 2及 mB

び式 3によって表される。 (式 3)

[0020] 図 lは、本発明に係る粉粒体帯電制御装置及び該方法における帯電状態の制御を説明するための図である。粉粒体が第 1帯電材 Aによって正に帯電し、第 2帯電材 Bによって負に帯電し、そして、初期電荷 q 及び初期電荷 q を 0とすると、式 2は mAO mBO

、例えば、図 1 (A)の最初の立上り曲線 Aであり、式 3は、例えば、図 1 (A)の最初の立下り曲線 Bで表される。

[0021] N番目の第 2帯電材 Bの出口（第 2帯電材 Bを N通過後）における粉粒体の単位質量当たりの帯電量 q は、 N番目の第 1帯電材 Aの出口（第 1帯電材 Aを通過後）にお mB、 N

ける粉粒体の単位質量当たりの帯電量を q . _とすると、式 4によって表される。

[0022]

[0023] また、 N+ l番目の第 1帯電材 Aの出口における粉粒体の単位質量当たりの帯電量は、式 5によって表される。

(式 δ)

[0025] これら式 4及び式 5による論理計算結果が図 1である。図 1 (A)は、第 1帯電材 Aの長さと第 2帯電材 Bの長さとが等しい場合（AL = AL )において、それら

A B A B

の長さ、 ALを種々に変えた場合における帯電制御部の粉粒体の帯電状態を

A B

表す式 4及び式 5による理論計算結果を示す。実線は、 Ah = AL =0. 25mの場

A B

合を示し、破線は、 L = AL =0. 5mの場合を示し、二点鎖線は、 AL = AL

A B A B

= lmの場合を示し、一点鎖線は、 = AL = 2mの場合を示す。

A B

[0026] 図 1 (B)は、第 1帯電材 Aの長さが第 2帯電材 Bの長さの 2倍である場合 (

A B

△L = 2 X AL )において、それらの長さヽ ALを種々に変えた場合における

A B A B

帯電制御部の粉粒体の帯電状態を表す式 4及び式 5による理論計算結果を示す。実線は、 = 2 X AL =0. 5mの場合を示し、破線は、 = 2 X AL = lmの

A B A B

場合を示し、二点鎖線は、 L = 2 X AL = 2mの場合を示す。

A B

[0027] このように式 4及び式 5によって帯電制御部内における粉粒体の帯電状態が論理的に計算され得る。従って、粉粒体の帯電量の分布が所望の帯電量の分布となるように式 4及び式 5に基づいて第 1及び第 2帯電材八、 Bの個数及び長さを設計することによって帯電制御部内における粉粒体の帯電量の分布が制御される。

[0028] また、 N番目の第 1帯電材 Aの出口における粉粒体の単位質量当たりの帯電量 q

mA と N+ 1番目の第 1帯電材 Aの出口における粉粒体の単位質量当たりの帯電量 q

m とを等しいとすることによって、第 1帯電材 Aの出口における粉粒体の単位質量

A N +

当たりの帯電量の収束値 q が求められ、式 6によって表される。同様に、第 2帯 mA N

電材 Bの出口における粉粒体の単位質量当たりの帯電量の収束値 q が求めら mB N れ、式 7によって表される。

[0031] 式 6及び式 7を用いることによって帯電制御部内における粉粒体の帯電量 qを収束値 q* と収束値との間に制御することもできる。第 1帯電材 Aの長さと mA N mB, N A 第 2帯電材 Bの長さとを等しくした場合、帯電制御部が接地されているので、図

B

1 (A)に示すように、粉粒体の帯電量は、電荷 0を中心に、式 6で与えられる収束値 q * と式 7で与えられる収束値 q* との間に分布する。また、第 1帯電材 Aの長さ mA N mB, N

△L が第 2帯電材 Bの長さの 2倍にした場合、帯電制御部が接地されているの

A B

で、図 1 (B)に示すように、粉粒体の帯電量は、式 6で与えられる収束値 q* と式 7

mA N で与えられる収束値 q* とに応じて決定される所定値を中心に、式 6で与えられる mB, N

収束値 q* と式 7で与えられる収束値との間に分布する。

mA N mB N [0032] さらに、帯電制御部の出口における粉粒体の帯電量が所望の帯電量となるように式 4及び式 5に基づいて第 1及び第 2帯電材八、 Bの個数及び長さを設計することによって帯電制御部の出口における粉粒体の帯電量を制御することもできる。ここで、帯電制御部の出口における粉粒体の帯電量を制御する場合、粉粒体の帯電量を収束させた後に、所望の帯電量に制御した方が、初期電荷を無視することができるため、より精度よく粉粒体の帯電量を制御することができる。

[0033] ここで、帯電定数 Lは、式 1及び図 1から分かるように、曲線 Aの立上りの傾き（曲線

0

Bの立下りの傾き）に関する値であり、粉粒体の第 1及び第 2帯電材に対する相対速度の大小、粉粒体と第 1及び第 2帯電材との接触時間の大小、粉粒体と第 1及び第 2 帯電材との接触の際の相互作用の大小等によって決定される値である。このため、第 1帯電材 Aの仕事関数 W と第 2帯電材 Bの仕事関数 Wとの差が大きいほど、粉

A B

粒体の帯電量をより短い長さの第 1帯電材 Aで飽和帯電量 q に飽和させるこ

A mA∞

とができ、より短い長さの第 2帯電材 Bで飽和帯電量 q に飽和させることがで

B mB∞

きる。そして、粉粒体の帯電量をより少ない第 1及び第 2帯電材八、 Bの組で収束させることもできる。このような帯電定数 Lは、例えば、単一の帯電材に粉粒体を通過させ

0

、その帯電量を計測し、計測結果と式 1とをフィッティングすることによって求めること力 Sできる。同様にして飽和帯電量 q も求めることができる。

[0034] 次に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

[0035] (実施形態）

図 2は、実施形態における粉粒体帯電制御装置の構成を示す図である。図 3は、実施形態における帯電制御部の構成を示す図である。図 3 (A)は、帯電制御部の外観構成を示し、図 3 (B)は、第 1及び第 2帯電材の配置の様子を示す図である。

[0036] 図 2において、粉粒体帯電制御装置 1は、気流生成部 11と、粉粒体供給部 12と、粉粒体含有気流生成部 13と、帯電制御部 14とを備えて構成される。

[0037] 気流生成部 11は、気流を生成する機器である。気流生成部 11は、本実施形態では、例えば、装置外から空気を取り入れこの取り入れた空気から塵等の異物を除去するフィルタ（Filter) 111と、フィルタ 111からの空気に圧力を加えて圧縮することによつて空気の流れ（気流）を生成するコンプレッサ（Compressor) 112と、コンプレッサ 1 12からの空気の湿度を低減するコンデンサ（Condenser) 113と、コンデンサ 113からの空気に水の粒子 (霧、ミスト）が含まれている場合にこれを空気から分離して除去し、このミストを除去した空気を粉粒体含有気流生成部 13に供給するミストセパレータ（ Mist s印 arator) 114とを備えて構成される。本実施形態では、気流を生成する際に空気を用いたが、空気に代えて、帯電状態を制御された粉粒体の用途に応じた気体を用いてよい。

[0038] 粉粒体供給部 12は、粉粒体を供給する機器である。粉粒体供給部 12は、本実施形態では、例えば、一定量、連続的に粉粒体を供給するテーブルフィーダ (Table fee der)を備えて構成される。

[0039] 粉粒体含有気流生成部 13は、気流生成部 11で生成した気流に、粉粒体供給部 1 2から供給される粉粒体を含ませて、粉粒体を含む気流を帯電制御部 14に導入する機器である。粉粒体含有気流生成部 13は、本実施形態では、例えば、気流生成部 1 1のミストセパレータ 114から供給される気流によって生じる負圧を利用して粉粒体供給部 12のテーブルフィーダから一定量の粉粒体を吸い込み、この吸い込んだ粉粒体をミストセパレータ 114から供給される気流中に分散させてエアロゾル流を生成し、そして、この生成したエアロゾル流を帯電制御部 14に供給するェジェクタ（Ejector) を備えて構成される。

[0040] 帯電制御部 14は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体を互いに仕事関数 Wが異なる第 1及び第 2帯電材 A、 Bに衝突接触させることによって粉粒体の帯電状態を制御する機器であり、気流中に含まれる粉粒体が衝突接触する面に、互いに仕事関数 Wが異なる第 1及び第 2帯電材八、 Bを有し、接地した部材を備える。帯電材は、粉粒体が接触することによってこれらの表面電荷が正負に分離して粉粒体を帯電させる帯電機能を持つ材料である。帯電制御部 14は、本実施形態では、例えば、図 3に示すように、導電性を有する材料 (例えば、金属や合金や導電性の有機材料等)から成り、粉粒体を含む気流が流入する流入口 143aと、帯電状態が制御された粉粒体が流出する流出口 144aとを備え、内面に第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aを交互に長尺方向に有する直状の円筒管 14aである。なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

[0041] 第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aは、円筒管 14aの内面に例えばメツキ法によってコーティング (被覆）される。また例えば、第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aは、円筒管 14aの内面に例えば蒸着によってコーティングされる。また例えば、第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aは、第 1帯電材 A141aを含むペースト（又はペイント）及び第 2帯電材 B142aを含むペースト（又はペイント）を内面に塗布することによってコーティングされる。また例えば、第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B 142aは、第 1帯電材 A141aの板（例えば薄板）及び第 2帯電材 B142aの板（例えば薄板）を内面に接着剤で貼ることによってコーティングされる。また例えば、第 1帯電材 A141aの円筒管及び第 2帯電材 B142aの円筒管を交互に直列に接続することによって直状の円筒管 14aを構成してもよい。円筒管は、例えば、接着剤によって接続される。また例えば、円筒管は、円筒管の両端にフランジを設けフランジをネジ留めすることによって接続される。第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aの厚さは、円筒管 14aを構成する材料の影響が及ばないように設定することが好ましぐたとえ円筒管 14aを構成する材料の影響が及んだとしても、第 1帯電材 A141aの部分と第 2 帯電材 B142aの部分との仕事関数 W 、Wに相違が有るように設定される。

A B

[0042] 第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aは、帯電機能を有し互いに仕事関数 W

A

、 Wが異なれば、どのような材料でもよい。第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142

B

aとしては、例えば、ステンレス鋼、真鍮 (brass)、窒化チタン (TiN)、白金（Pt)、ニッケル (Ni)、カーボン (炭素、 C)を混入したテフロン（カーボン混入テフロン)及びカーボンを混入したナイロン (カーボン混入ナイロン)等を挙げることができる。テフロンやナイロンにカーボンを混入するのは、粉粒体を帯電させた結果、円筒管 14aに帯電した電荷を接地へ逃がすためであり、この目的を達するように混入するカーボンの量が設定される。なお、テフロンは、登録商標である。

[0043] このような材料の仕事関数 Wを大きい順に並べると、発明者らの実測によると、白金

> (ステンレス鋼、窒化チタン） > (真鍮、ニッケル）、カーボン混入テフロン >カーボン混入ナイロン、であった。 [0044] また、粉粒体の帯電は、粉粒体の材料と帯電体の材料とに依存する。例えば、粉粒体がアルミナの場合では、発明者らの実測によると、帯電材カ Sステンレス鋼の場合には粉粒体は正に帯電し、帯電材が真鍮の場合には粉粒体は負に帯電する。

[0045] ここで、各材料の仕事関数は、学術文献や日本で発行されてレ、るレ、わゆる理科年鑑等に開示されているが、購入した各材料の原材料や円筒管 14aの内面に実際に配置された原材料は、汚染等の何らかの原因によって仕事関数 Wが文献値としばしば異なることがある。そのため、仕事関数 Wを実測した上で用いることが好ましい。仕事関数 Wは、公知の任意の測定法によって計測すればよい。例えば、仕事関数 Wは、導電性の容器とこの容器に電気的に接続した基準電極 (例えば金 (Au)製)とを用意し、仕事関数 Wを測定する粉粒体を容器に詰めて容器と基準電極とを対向させ、容器と基準電極との電位差を測定することによって仕事関数 Wを求める接触電位差測定法によって計測する。

[0046] 帯電制御部 14内における粉粒体の帯電量の分布を制御する場合には、第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aの個数及び長さ、 ALは、上述したように、粉

A B

粒体の帯電量の分布が所望の帯電量の分布となるように式 4及び式 5に基づいて設計される。

[0047] また、帯電制御部 14の出口における粉粒体の帯電量を制御する場合には、第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aの個数及び長さ、 ALは、上述したように、

A B

粉粒体の帯電量が所望の帯電量となるように式 4及び式 5に基づいて設計される。

[0048] このような構成の粉粒体帯電制御装置 1では、気流生成部 11で気流が生成され、粉粒体供給部 12から供給された粉粒体がこの生成された気流に粉粒体含有気流生成部 13で含有され、粉粒体を含む気流が生成される。この生成された粉粒体を含む気流は、帯電制御部 14に導入される。粉粒体は、帯電制御部 14の内面に衝突接触を繰り返すことによって、第 1帯電材 A141aで第 1帯電量に帯電し、第 2帯電材 142a で第 2帯電量に帯電する。第 1帯電材 A141a及び第 2帯電材 B142aの個数及び長さ AL 、が式 4及び式 5に基づいて設計されているので、帯電制御部 14内にお

A B

ける粉粒体の帯電量の分布が収束又は未収束で所望の帯電量の分布となり、粉粒体の帯電状態が制御される。あるいは、帯電制御部 14の出口における粉粒体の帯電量が所望の帯電量となり、粉粒体の帯電状態が制御される。このように本実施形態の粉粒体帯電制御装置 1は、帯電量やその分布等の粉粒体の帯電状態を制御すること力 Sできる。

[0049] (実施例）

次に、実施例について説明する。図 4は、帯電制御部の他の構成を示す外観斜視図である。本実施例では、粉粒体帯電制御装置 1は、図 2に示す構成であるが、帯電制御部 14に図 3に示す構成の代わりに図 4に示す構成を用いた。この図 4に示す帯電制御部 14は、導電性を有する材料から成り、粉粒体を含む気流が流入する流入口 143bと、帯電状態が制御された粉粒体が流出する流出口 144bとを備え、内面に第 1帯電材 A141b及び第 2帯電材 B142bを交互に長尺方向に有する螺旋状の円筒管 14bである。このように円筒管 14bを螺旋状にすることにより、気流中に含まれる粉粒体が遠心力によってより確実に内面に衝突接触するので、直状の円筒管 14aよりも、帯電状態の制御がより理論値に合ったものとなり、粉粒体の帯電状態をより高精度に制御することができる。また、円筒管 14bを螺旋状にすることにより直状の円筒管 14aよりも帯電定数 Lを小さくすることができるから、直状の円筒管 14aに較べてコン

0

パクト (小型）に帯電制御部 14を構成することができる。

[0050] そして、帯電制御部 14から流出した粉粒体をサンプリングし、このサンプリングした粉粒体の径および帯電量を E— SPARTアナライザ (ホソカワミクロン製）で測定した。

[0051] 図 5は、 E— SPARTの測定原理を説明するための図である。図 5において、測定セノレ 200の中には、所定の周波数（例えば 1kHz)で音波振動する電極 203、 204力 S酉己設されている。粉粒体 205は、粉粒体帯電制御装置 1の帯電制御部 14から流入口 2 01を介してこの測定セル 200に流入され、電極 203、 204によって発生した音波による空気振動に従って振動しながら降下してこの電極 203、 204間を通過し、流出口 2 02から流出される。この際に、慣性の大きな粉粒体ほど音波から遅れて振動し、位相遅れが生じる。そして、電極 203、 204間に所定の直流電圧を印加すると、粉粒体 2 05は、その径及び帯電量の大きさと電界強度とに応じて振動しながら全体として気流の流れる方向力偏って移動する。このため、これら粉粒体 205の位相遅れと偏流度とを、粉粒体 205にレーザ光 206を照射してレーザドッブラ法によって測定することで粉粒体 205の径と帯電量の分布とを同時に測定することができる。

[0052] 即ち、径 D、質量 Mの粉粒体が u sin co tで振動する直流電極 203、 204間を通 p p a

過する際の運動方程式は、水平方向の速度 V 、緩和時間 τ 、カニンガムのスリップ

Ρ Ρ

補正係数 C、気体の粘性係数 μ、粒子密度 ρ とすると、式 8及び式 9で与えられる。 p=¾si歸 t · ·· ( )

[0054]

τ Ζ π μ ϋρ ΙΒ μ

[0055] 式 8の定常解は、式 10及び式 1 1で与えられる。 · · · (式 10)

[0057]

Θ =tan- ¹ (ω τ_ρ ) …（式 11)

[0058] また、式 9及び式 1 1から粉粒体の空気力学的径 Dが式 12のように計算される。

[0059] _{Όη= ι}ψ ≡ϊ …(式 ₁₂₎

[0060] 従って、粉粒体の振動 V の位相遅れ Θを測定することにより、式 12から個々の粉

P

粒体の空気力学的径 Dが求められる。

P

[0061] また、流体抵抗とのつりあいから、径 D、帯電量 qの粉粒体が電界強度 Eの中を浮

P

遊する際の定常速度 V は、式 13で与えられる。

E

[0062]

^E 3 D_p (式 )

[0063] 従って、移動速度成分を測定することにより、式 13から q/Dが得られ、これと先に

P

求めた Dとから帯電量 qが求められる。

P

[0064] 図 6及び図 7は、螺旋状の円筒管の長さと粉流体の帯電量との関係を示す図である。各図の横軸は、メートル単位で表す螺旋状の円筒管の長さを示し、各図の縦軸は、 C/kg単位で表す帯電量を示す。また、図 6の秦は、実験値を示し、実線は、計算結果を示す。図 7の〇は、実験値を示し、破線は、計算結果を示す。 [0065] 図 6 (A)は、第 1帯電材 A141bが真鍮（brass)であり、第 2帯電材 B142bがステンレス鋼（SUS316)であって、第 1帯電材 A141bの長さと第 2帯電材 B142bの

A

長さとが 1対 1の割り合い（AL = AL =0. 5m)である場合を示す。

B A B

[0066] 図 6 (B)は、第 1帯電材 A141bがステンレス鋼（SUS316)であり、第 2帯電材 B14 2bが真鍮（brass)であって、第 1帯電材 A141bの長さと第 2帯電材 B142bの

A

長さとが 1対 1の割り合い（AL = AL =0. 5m)である場合を示す。

B A B

[0067] 図 7 (A)は、第 1帯電材 A141bが真鍮 (brass)であり、第 2帯電材 B142bがステンレス鋼（SUS316)であって、第 1帯電材 A141bの長さと第 2帯電材 B142bの

A

長さとが 1対 1の割り合い（AL = AL = 1. Om)である場合を示す。

B A B

[0068] 図 7 (B)は、第 1帯電材 A141bがステンレス鋼（SUS316)であり、第 2帯電材 B14 2bが真鍮（brass)であって、第 1帯電材 A141bの長さと第 2帯電材 B142bの

A

B A B

[0069] 図 6及び図 7から分かるように、実験値は、理論値とほぼ一致している。

[0070] (変形形態）

次に、帯電制御部 14の変形形態について説明する。図 8乃至図 11は、帯電制御部の他の構成を示す外観斜視図である。図 9 (A)は、外観斜視図であり、図 9 (B)〜

(E)は、上面図である。

[0071] 帯電制御部 14は、上述では、図 3に示す直状の円筒管 14aや図 4に示す螺旋状の円筒管 14bの形態であるが、他の形態でもよぐ例えば、図 8乃至図 11に示す形態でもよレ、。要は、帯電制御部 14は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体が衝突接触する面に、互いに仕事関数 Wが異なる第 1及び第 2帯電材が備えられていればよレ、。

[0072] 例えば、図 8に示す形態では、帯電制御部 14は、導電性を有する材料から成り、粉粒体を含む気流が流入する流入口 143c、 143c'と、帯電状態が制御された粉粒体が流出する流出口 144c、 144c'とを備え、内面に第 1帯電材 A141c、 141c'及び第 2帯電材 B142c、 142c'を周方向に有し、接地された直状の円筒管 14c、 14c'である。図 8 (A)は、第 1帯電材 A141cの周方向の長さと第 2帯電材 B142cの周方向の長さとが 1対 1である円筒管 14cから成る帯電制御部 14を示す。図 8 (B)は、第 1帯電材 A141c'の周方向の長さと第 2帯電材 B142c'の周方向の長さとが 3対 1である円筒管 14c'から成る帯電制御部 14を示す。

[0073] このような円筒管 14c、 14c'から成る帯電制御部 14から流出する粉粒体の単位質量当たりの帯電量 q は、 AL =n X ALとすると、式 14によって表される。

mA, N A B

[⁰⁰⁷⁴] ¾ηΑ∞β Β+¾ΒΒ«∞ LOA

¾nA»N— ¾nB,N一 ' ； ~ * · ' 14,

[0075] また例えば、図 9に示す形態では、帯電制御部 14は、導電性を有する材料力成り、側面 153dの一方端に形成された流入口 143dから、接線方向で粉粒体を含む気流が内部に流入するように、側面 153dの一方端に設けられた流入部 151dと、側面 153dの他方端に形成された流出口 144dから、この流入口 143dから流入した粉粒体を含む気流が接線方向で内部から流出するように、側面 153dの他方端に設けられた流出部 152dとを備え、内面に第 1帯電材 A141d及び第 2帯電材 B142dを周方向に有し、接地された円筒缶 14dである。図 9 (C)は、第 1帯電材 A141dの周方向の長さと第 2帯電材 B142dの周方向の長さとが 1対 1である円筒缶 14dから成る帯電制御部 14を示す。図 9 (D)は、第 1帯電材 A141dの周方向の長さと第 2帯電材 B142d の周方向の長さとが 3対 1である円筒管 14d'から成る帯電制御部 14を示す。図 9 (E )は、第 1帯電材 A141dの周方向の長さと第 2帯電材 B142dの周方向の長さとが 1 対 1であって、第 1帯電材 A141d— 1、 141d— 2及び第 2帯電材 B142d— 1、 142d 2を交互に周方向に有する円筒缶 14d"力成る帯電制御部 14を示す。

[0076] このような円筒缶 14dから成る帯電制御部 14は、図 4に示す螺旋状の円筒管 14b 力成る帯電制御部 14と同様の効果が得られると共に、螺旋状の円筒管 14bよりも簡単に製作することができる。

[0077] また例えば、図 10 (A)に示す形態では、帯電制御部 14は、導電性を有する材料力成り、側面 153eの一方端に形成された流入口 143eから、接線方向で粉粒体を含む気流が内部に流入するように、側面 153eの一方端に設けられた流入部 151eと、側面 153eの他方端に形成された流出口 144e力ら、この流入口 143eから流入した粉粒体を含む気流が接線方向で内部から流出するように、側面 153eの他方端に設けられた流出部 152eとを備え、流入部 151eに近い面（上面） 154eの半径が流出部 152eに近い面 (底面） 155eの半径よりも大きい円錐台状であって、内面に第 1帯電材 A141e及び第 2帯電材 B142e (不図示）を周方向に有し、接地された円筒缶 14e である。第 1帯電材 A141e及び第 2帯電材 B142eの配置は、例えば、図 9 (C)乃至（ E)のように適宜配置される。

[0078] 図 9に示す円筒缶 14dから成る帯電制御部 14では、流入口 143dから流入した粉粒体は、円筒缶 14dの内面と衝突接触するので、減速して流出口 144dから流出するが、図 10 (A)に示すように円筒缶 14eを先細りの円錐台状の形状とすることにより、円筒缶 14dの内面と衝突接触することによって減速する速度を補償することができる

[0079] そして、図 10 (A)に示す形態において、側面 153eに対し電位を持つ電極 161をさらに内蔵するように構成してもよい。このような帯電制御部 14は、例えば、図 10 (B) に示すように、図 10 (A)に示す円筒缶 14eに、導電性を有する材料から成る棒状の電極 161を円筒缶 14eの軸心にさらに備える円筒缶 14e'で構成され、可変の直流電源 162によって直流電圧がこの電極 161に印加される。ここで、側面 153eと電極 1 61とが電気的に絶縁するように、絶縁性を有する材料で面 154e、 155eが構成されたり、電極 161が絶縁性を有する材料を介して面 154e、 155eに接続されるように構成される。

[0080] 図 3、図 4、図 8、図 9及び図 10 (A)に示す構成では、接地するので、上述したように、粉粒体の帯電量は、式 6で与えられる収束値と式 7で与えられる収束値 q mA、 N

* とに応じて決定される所定値を中心に、式 6で与えられる収束値と式 7 mB、 N mA、 N で与えられる収束値 q* との間に分布するが、図 10 (B)に示す構成では、電極 1 mB、 N

61によってこの所定値に初期電位 (オフセット電位）を与えずらすことができる。なお、図 9に示す構成において、このような電極 161をさらに設けてもよい。

[0081] また例えば、図 11に示す形態では、帯電制御部 14は、導電性を有する材料力成り内面に第 1帯電材 Α14Πを有する直状の円筒管 17Πと、導電性を有する材料から成り外面に第 2帯電材 B142fを有する直状の棒 172fとを備え、円筒管 17Πの内面と棒 172fの外面との間に粉粒体を含む気流が流れるように棒 172fが配置され、粉粒体を含む気流が流入する流入口 143fと帯電状態が制御された粉粒体が流出する流出口 144fとが構成される。例えば、粉粒体を含む気流の流れを実質的に妨げないように、円筒管 171fの内面から棒 172fの外面へ周方向に所定の間隔を空けて複数本のスポークが設けられる。また、棒 172fの代わりに円筒管でもよい。このような構成によっても粉粒体の帯電状態を制御することができる。

[0082] 本明細書は、上記のように様々な発明を開示している力そのうち主な発明を以下に纏める。

[0083] 本発明の一態様に係る粉粒体帯電制御装置は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体が衝突接触する面に、互いに仕事関数が異なる第 1及び第 2帯電材を有し、接地した帯電制御部を備えるものである。そして、本発明の他の一態様に係る粉粒体帯電制御方法は、気流中に含まれる帯電対象の粉粒体を互いに仕事関数が異なる第 1及び第 2帯電材に衝突接触させることによって前記粉粒体の帯電状態を制御するものである。このような構成の粉粒体帯電制御装置及び粉粒体帯電制御方法は、帯電量やその分布等の粉粒体の帯電状態を制御することができる。

[0084] そして、上述の粉粒体帯電制御装置において、前記気流を生成する気流生成部と、前記粉粒体を供給する粉粒体供給部と、前記気流生成部で生成した気流に前記粉粒体供給部から供給される粉粒体を含ませて粉粒体を含む気流を前記帯電制御部に導入する粉粒体含有気流生成部とをさらに備える。このような構成の粉粒体帯電制御装置は、粉粒体を含ませた気流を帯電制御部に流入させることができ、その粉粒体の帯電状態を制御することができる。

[0085] また、これら上述の粉粒体帯電制御装置において、前記帯電制御部は、内面に前記第 1及び第 2帯電材を交互に長尺方向に有する直状の管である。あるいは、これら上述の粉粒体帯電制御装置において、前記帯電制御部は、内面に前記第 1及び第 2帯電材を周方向に有する直状の管である。あるいは、これら上述の粉粒体帯電制御装置において、前記帯電制御部は、内面に第 1帯電材を有する直状の第 1管と、外面に第 2帯電材を有する直状の棒又は第 2管とを備え、前記第 1管の内面と前記棒又は第 2管の外面との間に前記粉粒体を含む気流が流れるように前記棒又は第 2 管が前記第 1管に内蔵されている。このような構成の粉粒体帯電制御装置は、その粉粒体の帯電状態を制御することができる。 [0086] さらに、これら上述の粉粒体帯電制御装置において、前記帯電部制御は、内面に前記第 1及び第 2帯電材を交互に長尺方向に有する螺旋状の管である。このような構成の粉粒体帯電制御装置は、帯電制御部を螺旋状にすることにより、気流中に含まれる粉粒体が遠心力によってより確実に内面に衝突接触するので、直状の場合よりも、帯電状態の制御がより理論値に合ったものとなり、粉粒体の帯電状態をより高精度に制御することができる。また、帯電制御部を螺旋状にすることにより直状の場合よりも帯電定数 Lを小さくすることができるから、帯電制御部は、直状の場合に較べて

0

コンパクト（小型）に構成され得る。

[0087] そして、これら上述の粉粒体帯電制御装置において、前記帯電制御部は、接線方向で前記粉粒体を含む気流が流入するように側面の一方端に設けられた流入部と、前記流入部から流入した前記粉粒体を含む気流が接線方向で流出するように前記側面の他方端に設けられた流出部とを備え、内面に前記第 1及び第 2帯電材を周方向に有する円筒缶である。このような構成の粉粒体帯電制御装置は、上述の帯電制御部が螺旋状である場合と同様の効果が得られると共に、螺旋状の場合よりも簡単に製作することができる。また、この粉粒体帯電制御装置において、前記帯電制御部は、前記流入部に近い面の半径が前記流出部に近い面の半径よりも大きい円錐台状の円筒缶である。このような構成の粉粒体帯電制御装置は、帯電制御部を先細りの円錐台状の形状とすることにより、内面と衝突接触することによって減速する速度を補償することができる。さらに、これらの粉粒体帯電制御装置において、前記帯電制御部は、側面が接地され、前記側面に対し電位を持つ電極をさらに内蔵する。このような構成の粉粒体帯電制御装置は、式 6で与えられる収束値 q* と式 7で与 mA、 N えられる収束値 q* とに応じて決定される所定値に電極によって初期電位 (オフセ mB、 N

ット電位）を与え、この所定値をずらすことができる。

[0088] 本願発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本願発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

産業上の利用可能性

本発明によれば、帯電量やその分布等の粉粒体の帯電状態を制御する粉粒体帯電制御装置及び粉粒体帯電制御方法が提供される。

Claims

請求の範囲

[1] 気流中に含まれる帯電対象の粉粒体が衝突接触する面に、互いに仕事関数が異なる第 1及び第 2帯電材を有し、接地した帯電制御部を備えること

を特徴とする粉粒体帯電制御装置。

[2] 前記気流を生成する気流生成部と、

前記粉粒体を供給する粉粒体供給部と、

前記気流生成部で生成した気流に前記粉粒体供給部から供給される粉粒体を含ませて粉粒体を含む気流を前記帯電制御部に導入する粉粒体含有気流生成部とをさらに備えること

を特徴とする請求項 1に記載の粉粒体帯電制御装置。

[3] 前記帯電制御部は、内面に前記第 1及び第 2帯電材を交互に長尺方向に有する直状の管であること

を特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の粉粒体帯電制御装置。

[4] 前記帯電部制御は、内面に前記第 1及び第 2帯電材を交互に長尺方向に有する螺旋状の管であること

[5] 前記帯電制御部は、内面に前記第 1及び第 2帯電材を周方向に有する直状の管であること

[6] 前記帯電制御部は、接線方向で前記粉粒体を含む気流が流入するように側面の一方端に設けられた流入部と、前記流入部から流入した前記粉粒体を含む気流が接線方向で流出するように前記側面の他方端に設けられた流出部とを備え、内面に前記第 1及び第 2帯電材を周方向に有する円筒缶であること

[7] 前記帯電制御部は、接線方向で前記粉粒体を含む気流が流入するように側面の一方端に設けられた流入部と、前記流入部から流入した前記粉粒体を含む気流が接線方向で流出するように前記側面の他方端に設けられた流出部とを備え、内面に前記第 1及び第 2帯電材を周方向に有し、前記流入部に近い面の半径が前記流出部に近レ、面の半径よりも大きレヽ円錐台状の円筒缶であること

[8] 前記帯電制御部は、側面が接地され、前記側面に対し電位を持つ電極をさらに内蔵すること

を特徴とする請求項 6又は請求項 7に記載の粉粒体帯電制御装置。

[9] 前記帯電制御部は、内面に第 1帯電材を有する直状の第 1管と、外面に第 2帯電材を有する直状の棒又は第 2管とを備え、前記第 1管の内面と前記棒又は第 2管の外面との間に前記粉粒体を含む気流が流れるように前記棒又は第 2管が前記第 1管に内蔵されていること

[10] 気流中に含まれる帯電対象の粉粒体を互いに仕事関数が異なる第 1及び第 2帯電材に衝突接触させることによって前記粉粒体の帯電状態を制御すること

を特徴とする粉粒体帯電制御方法。