(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサ又は抵抗を接続した放電電極を真空室内に設置し、この放電電極にコンデンサ又は抵抗を介して交流高電圧を印加して、その放電により生ずる放電電流を測定し、放電電流が急激に上昇するところから最大域に達する範囲で真空室内を減圧して、放電電極からグロー放電を生じさせることにより、真空室内の被除電物をプラズマ雰囲気で除電することを特徴とする減圧下での除電方法。
【請求項２】
真空室内を３１．３ｋＰａ〜１Ｐａまで減圧することを特徴とする請求項１に記載の減圧下での除電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧以下の減圧下で除電する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の除電は、放電により空気を電離させてプラス・マイナスのイオンを生成し、そのプラス・マイナスのイオンにより帯電物体を除電するのが通念で、空気（ガス分子）が希薄になる減圧下（真空中）では、空気の電離が起こりにくくなるため、プラス・マイナスのイオンが生成せず、除電できないという考えであった。
【０００３】
このような観念から、除電効率を向上させたり三次元の帯電面を除電するような場合、例えば送風により空気を積極的に送っているが、高密度に除電することができず、特に、プラス・マイナス両方の極性が模様のように複雑に混在している様相の帯電（帯電模様）に対しては、除電ムラや逆帯電という問題を払拭することができなかった。
【０００４】
本出願人は、上記のような帯電模様まで高密度に除電できる方法として、特許第２６５１４７６号公報に記載されているように、平面的な拡がりをもったイオン吸引電極を用い、これ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、このイオン吸引電極に、正負が交互に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除電方法を提供している。
【０００５】
しかし、この方法によると、帯電物体の表面積よりも大きいイオン吸引電極を必要とするため、装置規模が大きくなるうえに、イオン吸引電極及び正負イオン生成用除電電極のための電源装置も複雑になるなどの問題がある。
【０００６】
また、紫外線を照射して真空中でも除電できる方法（例えば特公平５−１２８３９号公報参照）も提案しているが、弱帯電の場合しか適用できず、また高密度の除電は期待できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、帯電物体が、強帯電であってもかつ三次元形状であっても減圧下（真空中）で高性能かつ高密度の除電ができる除電方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の除電方法は、放電電極を真空室内に設置して交流高電圧を印加し、放電電極からグロー放電が生ずるまで真空室内を減圧して、被除電物を真空室内の放電プラズマ雰囲気で除電することを特徴とする。
【０００９】
複数の放電電極を真空室内に並べて設置して、これらに交流高電圧を同時に印加すると、除電効率が向上する。真空室内の減圧は、放電電流が急激に上昇するところから最大域までの範囲内で行う。その減圧は、真空室内のガスが空気の場合、３１．３ｋＰａ〜１Ｐａである。なお、ここで１Ｐａは、実施例で示しているようにマイナス放電電流値が最大になるところでなく、最大になってから下降したところであり、本発明で言う「最大域」とは、このように最大値から下降したところまでを含めた意味である。
【００１０】
安定したグロー放電にするため、放電電極にコンデンサ又は抵抗を接続し、コンデンサ又は抵抗を介して（容量結合又は抵抗結合により）交流高電圧を放電電極に印加する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１（Ａ）に本発明による方法の模式図、同図（Ｂ）にそれに用いる放電電極ユニットを示す。真空容器１内の所定位置に、針状の複数本の放電電極（電極針）２が所定の間隔をおきかつ先端を同方向に向けて設置されている。具体的には、これら放電電極２は、図２に示すようにその一本一本が鍔付きの誘電体コア３に植設され、横長のプリント基板４に等間隔に設けられたスルホール５に誘電体コア３に嵌合させることにより、放電電極２は、プリント基板４上に等間隔（例えば１５ｍｍピッチ）で一列に突設されている。図３に示すように各スルホール５の内周縁には導電層６が形成され、全スルホール５の導電層６は、プリント基板４の裏面にプリントされた配線パターン７により電気接続されている。従って、各放電電極２は、共通の給電線となる配線パターン７に対してそれぞれの誘電体コア３により容量結合されていることになる。
【００１３】
このように複数本の放電電極２を保持したプリント基板４を、図４に示すように断面Ｕ字状のボディ８内に配置して絶縁モールド９中に埋設し、放電電極２の先端部のみを絶縁モールド９の表面から突出させることにより、全体として一本の放電電極ユニット１０となっている。この放電電極ユニット１０を真空容器１内において架台に水平に固定することにより、複数本の放電電極２は真空容器１内の所定位置に水平に固定設置されている。
【００１４】
プリント基板４の裏面にプリントされた配線パターン７は、高圧ケーブル１１を介して真空容器１外の交流高電圧電源１２に電気接続され、複数本の放電電極２には、それぞれの誘電体コア３によるコンデンサを介して交流高電圧が同時に印加される。誘電体コア３に代えて抵抗体コアを用いれば、抵抗結合となり、抵抗を介して交流高電圧が同時に印加されることになる。
【００１５】
真空容器１は、外部から透視できるように透明になっている。真空容器１内、つまり真空室１ａは、外部の真空ポンプ１３により無段階に徐々に真空圧（大気圧以下）に減圧できるようになっている。
【００１６】
本発明の除電方法は、このような真空式除電装置を用い、図１（Ａ）に示すように、被除電物Ａを放電電極２から距離Ｌ１だけ離して真空室１ａ内に入れ、複数本の放電電極２に交流高電圧を印加したまま、これら放電電極２からグロー放電が生ずるまで真空室１ａ内を減圧することにより、被除電物Ａを真空室１ａ内の放電プラズマ雰囲気で除電する。以下に本発明者らが行った実験とその結果について説明する。
【００１７】
除電電流を測定するため、被除電物Ａの設置位置から後方に更に距離Ｌ２だけ離して金属の帯電板Ｂを真空室１ａ内に垂直に立てて設置し、この帯電板Ｂに、図５に示すように電圧計１４と抵抗１５（抵抗値１００ＫΩ）を接地に対して並列接続して、帯電板Ｂに流れ込む電流を測定する第１の電流測定（電圧計での測定）を行った。また、放電電極２に印加する電圧を一定として真空度を徐々に上げたときの電流と、真空度を一定として放電電極２に印加する電圧を徐々に上げたときの電流について測定した。また、放電電極２を誘電体コア３に植設して容量結合とした放電電極ユニット１０と、誘電体コア３に代えて抵抗体コアに放電電極２を植設して抵抗結合とした放電電極ユニットの２つのタイプについて行った。
【００１８】
放電電極２と被除電物Ａと帯電板Ｂは次のような条件とした。
放電電極２と被除電物Ａとの距離Ｌ１    ７０ｍｍ
帯電板Ｂのサイズ    １５０×１５０ｍｍ
被除電物Ａと帯電板Ｂとの距離Ｌ２    ５０ｍｍ
帯電板Ｂの材質    ステンレス
【００１９】
図６は、容量結合した放電電極ユニット１０を用い、それへの印加電圧は５ｋＶと一定にして真空容器１ａ内を減圧して圧力（ｋＰａ）を徐々に下げ、帯電板Ｂに流れる放電電流（μＡ）を電圧計を用いて測定した放電電流−圧力特性のグラフで、対数目盛にして表す。
【００２０】
図７は、同じく容量結合した放電電極ユニット１０を用い、真空容器１ａ内の圧力は０．０１ｋＰａと一定にして放電電極ユニット１０へ印加する電圧を１ｋＶずつ上昇させ、帯電板Ｂに流れる放電電流を電圧計を用いて測定した放電電流−電圧特性のグラフである。
【００２１】
図８は、抵抗結合した放電電極ユニットを用い、それへの印加電圧は５ｋＶと一定にして真空容器１ａ内を減圧して圧力を徐々に下げ、帯電板Ｂに流れる放電電流を電圧計を用いて測定した放電電流−圧力特性のグラフである。
【００２２】
図９は、同じく抵抗結合した放電電極ユニットを用い、真空容器１ａ内の圧力は０．０１ｋＰａと一定にして放電電極ユニットへ印加する電圧を１ｋＶずつ上昇させ、帯電板Ｂに流れる放電電流を電圧計を用いて測定した放電電流−電圧特性のグラフである。
【００２３】
図６〜図９から分かるように、容量結合及び抵抗結合のいずれの場合も、帯電板Ｂに流れる放電電流は、印加電圧に比例して上昇したが、印加電圧を一定して真空容器１ａ内の圧力を徐々に低下させて行った場合、圧力があるところまで低下してから急激に上昇した。その急激な上昇に従い放電電極２からグロー放電による青紫色の発光量が急激に増加して球形に膨張するのが、肉眼でも観察された。放電電流の上昇推移は圧力を更に下げても続き、放電電流が最高域になるまではほぼ同じような上昇カーブであるが、最高域になってから圧力の更なる低下に従い減衰し、その減衰に伴い放電電極２の周囲の球形の発光の大きさも収縮するのが観察された。なお、抵抗結合の場合の図１２に示す測定結果では、最高域に達した後の減衰が数値として現れなかったが、発光の減衰は確認できた。
【００２４】
また、予め帯電させた被除電物Ａ（プラスチックフィルム）を、放電電極２から距離Ｌ１（７０ｍｍ）だけ離して対向させて真空室１ａに設置し、放電電極２に印加する交流高電圧は５ｋＶと一定にして、真空室１ａの真空度を徐々に上げて（圧力を徐々に下げる）被除電物Ａに対する除電実験をし、被除電物Ａの表面（フィルム面）の帯電模様に対する除電を確認した。
【００２５】
プラスチックフィルムの帯電状況は、プラス・マイナス両方の極性が複雑に混在した帯電模様を呈していることから、その帯電状況と除電状況とを視覚的に把握するため、静電式複写に使用される２種のトナーを用い、プラスの帯電極性部分には青トナー、マイナスの帯電極性部分には赤トナーを付着させて、真空室１ａ内の圧力の変化に対するフィルム表面の除電状況を観測した。交流高電圧電源１２の電源オン時間はそれぞれ１秒である。
【００２６】
図１０〜図２５にフィルムの帯電模様を示している。実際にはプラス・マイナス両方の極性が混在していることから、プラスの帯電極性部分は青色、マイナスの帯電極性部分は赤色で現れているが、カラーで図示できないため、帯電部分は全て黒で表さざるを得ないので、プラス・マイナス両方の帯電極性部分を全て黒で表現した図と、その中からプラスの帯電極性部分のみを取り出して黒で表現した図と、マイナスの帯電極性部分のみを取り出して黒で表現した図の３つに分けて示している。黒色の濃淡は帯電電位の強弱を表している。
【００２７】
図１０は、フィルムを真空室１ａ内で除電する前（空気中）のフィルム表面に現れたプラス・マイナス両方の帯電模様（青と赤）を示した図、図１１は、その中からプラスの帯電模様のみ（青のみ）を取り出した図、図１２は、マイナスの帯電模様のみ（赤のみ）を取り出した図である。
【００２８】
図１３は、真空室１ａの圧力（真空度）を９１．３ｋＰａにしてフィルムを除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図、図１４は、その中からプラスの帯電模様のみを取り出した図、図１５は、マイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【００２９】
図１６は、真空度を７１．３ｋＰａにして除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図、図１７は、その中からプラスの帯電模様のみを取り出した図、図１８は、マイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【００３０】
図１９は、真空度を５１．３ｋＰａにして除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図、図２０は、その中からプラスの帯電模様のみを取り出した図、図２１は、マイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【００３１】
図２２は、真空度を４１．３ｋＰａにして除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図、図２３は、その中からプラスの帯電模様のみを取り出した図、図２４は、マイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【００３２】
図２５は、真空度を３１．３ｋＰａにして除電したときのフィルム表面で、帯電模様は現れなかった。真空度を２１．３ｋＰａ、１１．３ｋＰａにしたときも帯電模様は現れなかった。
【００３３】
これらの帯電模様図と図６、図８に示した放電電流−圧力特性図とを対比すれば分かるように、真空室１ａの圧力のあるところまで低下して放電電流が急激に上昇すると、プラス・マイナス両極性とも帯電模様は全く消滅し、高密度に綺麗に除電されていることを示している。
【００３４】
これは、被除電物Ａであるプラスチックフィルムの裏面（放電電極２とは反対側）にトナー付着させた場合も同様であった。このような減圧の進行に伴う現象、つまり真空度が高くなる（圧力が低下する）に従い空気が希薄になり、電離する空気量が減少していくのに、除電性能が高まっていく現象は、放電電極からの放電で空気を電離させて、プラス・マイナスのイオンのみで除電していた従来の除電法の考えとは適合せず、真空室１ａ全体が放電プラズマ雰囲気（荷電粒子であるイオンと電子が混在して電気的に中性な状態）になっていて、中性なプラズマによりフィルムの帯電部分がプラス・マイナス両極性とも同時に除電されるからであると想像される。また、プラズマに電界が印加されると、荷電粒子であるイオンと電子の移動に伴ってプラズマ中に電流が流れてプラズマに導電性が生じ、これが上記のように測定された放電電流を引き起こし、放電電流が最高域になったところがプラズマの導電性が最高に上昇したことと符合すると思われる。
【００３５】
ところが、放電電流は、真空室１ａの圧力の低下に伴い上昇して最高域に達した後、更に圧力を１Ｐａまで下げていくと減衰し、放電電極３の周囲に生じている球形の発光の大きさも収縮するのが観察された。これは、圧力を下げ過ぎると放電電流が低下し、却って除電性能が低下することを示している。
【００３６】
本発明者らは、このような現象の理由を究明するために、圧力の変化に伴う分子及び電子の平均自由行程の変化について計算した。
分子及び電子の平均自由行程は近似的に次式で求められる。
【００３７】
【数１】
0003619989.tif 000002
【００３８】
ここで、λｇは分子の平均自由行程、λｅは電子の平均自由行程、Ｐは圧力［Ｔｏｒｒ］で、Ｋ［×１０−３］はガスにより異なり、次の表１に示すとおりである。
【００３９】
【表１】
0003619989.tif 000003
【００４０】
上述したような除電実験を行った環境での空気の平均自由行程を求めたところ表２のようになった。図２６はこれをグラフで表したものである。
【００４１】
【表２】
0003619989.tif 000004
【００４２】
図２６の圧力−平均自由行程のグラフと、図６及び図８の放電電流−圧力特性のグラフとを対比すれば分かるように、平均自由行程が急激に上昇する圧力域では放電電流も急激な上昇推移を呈し、平均自由行程の上昇推移と放電電流の上昇推移とは符合している。従って、放電電流の急激な上昇は、真空室１ａでの空気の分子数の減少以上に、平均自由行程の急激な上昇が大きく寄与していると言える。しかし、更に圧力が低下したときには、平均自由行程は更に上昇するが、上記のように放電電流は減衰しており、これは分子数の減少に伴うイオンの急激な減少の度合いの方が大きくなったためであると思われる。
【００４３】
真空室１ａ内を減圧して最高域に達したときの放電電流は、大気圧中での放電に比べてはるかに大きな値で、放電電極間が短絡したときの短絡電流に近く、このことから、プラズマによる導電性が最高に達したことで、これが高密度の除電に有効に寄与していると思われる。
【００４４】
また、容量結合及び抵抗結合しない放電電極で実験したところ、減圧下では導電性が向上して、短絡電流に近い放電電流が流れるため、１個の放電電極から集中して大きなプラズマ放電が接地体に向かって流れ、安定なグロー放電を生成することができず、上記と同等の除電効果が得られなかった。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、帯電物体を強帯電であっても減圧下（真空中）で高性能かつ高密度の除電ができる。また、三次元形状の帯電物体であっても、その内部まで高密度に除電でき、更に装置規模も小さくできる。
【００４６】
また、大気圧下での除電では解決しない場合にも、ある減圧下で除電することで、帯電模様までしかもプラス・マイナスの帯電極性に関係なく綺麗に除電できるので、実用価値の高い新たな除電方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明による方法の模式図で、（Ｂ）はそれにおいて用いる放電電極ユニットの正面図である。
【図２】放電電極ユニットにおける放電電極のプリント基板上での実装構造を示す一部分の断面図である。
【図３】プリント基板の裏面図である。
【図４】放電電極ユニットの断面図である。
【図５】図１の方法にて実験した放電電流の測定手法を示す模式図である。
【図６】容量結合した放電電極ユニットを用い、それへの印加電圧は一定にして真空容器内を減圧して圧力を徐々に下げ、帯電板に流れる放電電流を電圧計を用いて測定した放電電流−圧力特性のグラフである。
【図７】同じく容量結合した放電電極ユニットを用い、真空容器内の圧力は一定にして放電電極ユニットへ印加する電圧を上昇させ、帯電板に流れる放電電流を電圧計を用いて測定した放電電流−電圧特性のグラフである。
【図８】抵抗結合した放電電極ユニットを用い、それへの印加電圧は一定にして真空容器内を減圧して圧力を徐々に下げ、帯電板に流れる放電電流を電圧計を用いて測定した放電電流−圧力特性のグラフである。
【図９】同じく抵抗結合した放電電極ユニットを用い、真空容器内の圧力は一定にして放電電極ユニットへ印加する電圧を上昇させ、帯電板に流れる放電電流を電圧計を用いて測定した放電電流−電圧特性のグラフである。
【図１０】プラスチックフィルムを真空室内で除電する前のフィルム面に現れたプラス・マイナス両方の帯電模様を示す図である。
【図１１】図１０からプラスの帯電模様のみ（青のみ）を取り出した図である。
【図１２】同じくマイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図１３】真空室の圧力を９１．３ｋＰａにしてフィルムを除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図である。
【図１４】図１３からプラスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図１５】同じくマイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図１６】真空室の圧力を７１．３ｋＰａにしてフィルムを除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図である。
【図１７】図１６からプラスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図１８】同じくマイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図１９】真空室の圧力を５１．３ｋＰａにしてフィルムを除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図である。
【図２０】図１９からプラスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図２１】同じくマイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図２２】真空室の圧力を４１．３ｋＰａにしてフィルムを除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図である。
【図２３】図２２からプラスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図２４】同じくマイナスの帯電模様のみを取り出した図である。
【図２５】真空室の圧力を３１．３ｋＰａにしてフィルムを除電したときのプラス・マイナス両方の帯電模様を示した図である。
【図２６】圧力の変化に伴う空気の分子及び電子の平均自由行程の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ      被除電物
Ｂ      帯電板
１      真空容器
１ａ    真空室
２      放電電極
３    誘電体コア
４    プリント基板
５    スルホール
６    導電層
７    配線パターン
８    ボディ
９    絶縁モールド
１０  放電電極ユニット
１１  高圧ケーブル
１２  交流高電圧電源
１３  真空ポンプ
【図１】
0003619989.tif 000005
【図２】
0003619989.tif 000006
【図３】
0003619989.tif 000007
【図４】
0003619989.tif 000008
【図５】
0003619989.tif 000009
【図６】
0003619989.tif 000010
【図７】
0003619989.tif 000011
【図８】
0003619989.tif 000012
【図９】
0003619989.tif 000013
【図１０】
0003619989.tif 000014
【図１１】
0003619989.tif 000015
【図１２】
0003619989.tif 000016
【図１３】
0003619989.tif 000017
【図１４】
0003619989.tif 000018
【図１５】
0003619989.tif 000019
【図１６】
0003619989.tif 000020
【図１７】
0003619989.tif 000021
【図１８】
0003619989.tif 000022
【図１９】
0003619989.tif 000023
【図２０】
0003619989.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
0003619989.tif 000026
【図２３】
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【図２４】
0003619989.tif 000028
【図２５】
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【図２６】
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