(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室内に設置され、この真空室内の測定対象の表面電位を検出する電位検出手段と、
上記電位検出手段に駆動電力を供給する電源と、
この電源と上記電位検出手段との間に設けたスイッチング手段とを備え、
上記スイッチング手段は、
上記真空室内の真空度を測定する真空度測定手段から出力される真空度測定信号に応じて動作するとともに、
上記真空度測定信号が、真空放電しやすい環境の真空度を基にして予め設定されたスイッチ解放領域に含まれているとき、上記電位検出手段と電源との接続を遮断し、
上記真空度測定信号が、上記スイッチ解放領域に含まれていないとき、上記電位検出手段と電源との接続を維持する構成にした表面電位測定装置。
【請求項２】
上記真空室内の真空度が９×１０−２〔Ｐａ〕〜９×１０４〔Ｐａ〕の範囲を上記スイッチ解放領域とした請求項１に記載の表面電位測定装置。
【請求項３】
真空室内に設置した模擬帯電物体に直流電圧を印加しながら、真空室内の真空度を複数段階に変化させ、
所定の印加電圧において真空放電が発生し始める真空度と真空放電が終了する真空度とから、真空度を基準とした真空放電領域を特定し、
上記真空放電領域を、真空室内に設置した測定対象の表面電位を測定する電位検出手段とこの電位検出手段に駆動電力を供給する電源との間に設けたスイッチング手段を解放するスイッチ解放領域とするスイッチ解放領域の設定方法。
【請求項４】
上記真空室内の真空度が９×１０−２〔Ｐａ〕〜９×１０４〔Ｐａ〕の範囲を上記スイッチ解放領域とする請求項３に記載のスイッチ解放領域の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空室内の測定対象の表面電位を測定するための表面電位測定装置と、この表面電位測定装置を作動させない、スイッチ解放領域を設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から樹脂フィルムの製造・加工工程では、フィルムの静電気帯電が原因となって生じる生産不良や品質不良が生産効率低下の要因として、大きな問題となっている。
上記樹脂フィルムの製造・加工では、ロールによって搬送されながら延伸され、用途に応じて加工処理を施されて製品化される。樹脂フィルムが製品となるまでにはいくつものロール上を流れることとなり、樹脂フィルムとロールが接触し剥離することを繰り返す過程で接触や摩擦で生じた静電気がフィルムに蓄積し、これが樹脂フィルムの静電気帯電の原因となる。
【０００３】
このように静電気に帯電した樹脂フィルムを積層したり、ロール状に巻き取ったりすると、重なり合ったフィルム同士が静電気力によって強く密着し、容易に剥がすことが出来なくなってしまう。無理に引きはがそうとすれば、フィルムが折れたり、傷ついたりしてしまう可能性がある。
また、フィルム搬送の過程でも静電気帯電によってロールとフィルムが強く密着したために搬送ロールがフィルムを巻き取ってしまい、フィルムが破断してしまうトラブルも報告されている。
【０００４】
このように、フィルムの静電気帯電が原因となって生じるトラブルを回避するためには、その原因を解決することが重要となる。樹脂フィルムの搬送時における静電気帯電については、搬送スピード、ロールの種類、フィルムの種類、生産雰囲気の環境条件（温度、湿度、ガス種）によって静電気帯電量は異なる。ロール搬送される樹脂フィルムの静電気帯電が、工程上のどこでどのくらい生じているかを知ることができれば、静電気帯電が強く発生している箇所に対して有効な対策を講じることができ、結果として静電気トラブルの少ない最適な生産条件を構築することができる。
【０００５】
また、上記のようなトラブル対策に限らず、フィルム搬送時のフィルムの蛇行を防止する目的で、フィルムとロールが密着するようにフィルムを意図的に帯電させる工程もあり、このような工程でも帯電の効果を監視する目的で樹脂フィルムの帯電状態を測定する必要がある。
そして、帯電物体の帯電状態、即ち表面電位を非接触で測定する表面電位測定装置は従来から知られている。
この種の表面電位測定装置は、帯電物体の測定対象面に検出電極を対向させ、上記帯電物体の電荷によって生成される電界によって検出電極に誘導される電荷を計測し、その値から上記帯電物体の表面電位を検出するというものである。
【０００６】
具体的には、上記検出電極の近傍に周期的に開閉するチョッパを設け、このチョッパの開閉によって検出電極が受ける電界を周期的に変化させ、検出電極からアースへ流れる変位電流を信号として検出している。
この表面電位測定装置では、上記チョッパを開閉するチョッパ駆動回路や、検出電極からの信号を増幅したり信号を電位値に変換したりする検出回路が設けられているが、検出電極からの変位電流を検出するためには、上記回路に対して所定の電圧を印加することが必要である。そのため、上記チョッパ駆動回路や、検出回路には電源が接続され、この表面電位測定装置の装置本体のスイッチを入れると、上記回路に対し必要な電力が供給され、上記検出電極及びチョッパが機能するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０２１６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方で近年は、フィルムの高機能化の手法のひとつとして、ガスバリア性、導電性、光学特性を付与するため、この付与したい機能に応じた無機材料や金属を、ベースとなる樹脂フィルムの表面に成膜する、真空成膜プロセスを備えたフィルムの生産が増加している。このように真空室内でロールによって搬送されるフィルムにも、上記した大気中での現象と同様に、フィルムとロールとの接触や摩擦に起因する静電気帯電が発生し、生産トラブルとなっていることが報告されている。
また、真空室内においても大気中と同様に樹脂フィルムの表面を帯電させる工程があり、真空室内においても樹脂フィルムの帯電状態を確認することが求められている。
【０００９】
測定環境が真空室であっても、表面電位の検出原理は、上記した従来の表面電位測定装置と同じである。そのため、上記したような通常の表面電位測定装置を用いることが考えられるが、真空室内で上記表面電位測定装置を用いると、大気圧下とは違う次のような問題が発生することがある。
真空室では、大気圧下では放電が発生しないような直流の１．０〔ｋＶ〕未満の低い帯電電位であっても、特定の真空度範囲では、容易に放電が起こることが知られている。一般に「真空放電」と称されるこの現象は、大気圧よりも少し減圧した低真空度領域で起こりやすい。
【００１０】
上記したように、上記従来の表面電位測定装置では、その装置本体のスイッチを入れると、上記したチョッパ駆動回路や、検出回路などに電力が供給される。この電力により、真空室内に設けられた検出電極やチョッパなどからなる電位検出手段に電圧が印加されることになる。
このように電圧が印加された状態で、上記電位検出手段の周囲が真空放電しやすい真空度になると、上記電位検出手段から真空放電が起こってしまう。つまり、電位検出手段から空間中に電流が流れて、上記電位検出手段内に過電流が流れてしまう。過電流が生じると、上記チョッパ駆動回路や検出回路あるいはそれに接続された装置本体が誤動作したり故障したりしてしまい、正確な表面電位測定ができなくなる。
【００１１】
一方で、フィルム等が搬送される真空室内での真空度の分布は、フィルム表面に吸着していたＨ２Ｏ等の分子が真空度に応じて脱離してアウトガスとして真空度を悪化させるために、真空室内の位置に応じて時々刻々と変化する。そのため、電位検出手段の周囲の真空度を常時監視し、真空放電しやすい真空度になったら装置本体のスイッチを切ったり、安全な真空度になったらスイッチを入れたりという動作を手動で繰り返し行なうことは作業者の大きな負担となる。
したがってこの発明の目的は、電位検出手段を真空室内に設置した表面電位測定装置のダメージを自動的に回避して、測定対象の表面電位を正確に検出することができる表面電位測定装置を提供することである。
また、もう一つの目的は、表面電位測定装置のダメージを回避するために、電位検出手段への電力供給を停止させるべきスイッチ解放領域を設定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、真空室内に設置され、この真空室内の測定対象の表面電位を検出する電位検出手段と、上記電位検出手段に駆動電力を供給する電源と、この電源と上記電位検出手段との間に設けたスイッチング手段とを備え、上記スイッチング手段は、上記真空室内の真空度を測定する真空度測定手段から出力される真空度測定信号に応じて動作するとともに、
上記真空度測定信号が、真空放電しやすい環境の真空度を基にして予め設定されたスイッチ解放領域に含まれているとき、上記電位検出手段と電源との接続を遮断し、
上記真空度測定信号が、上記スイッチ解放領域に含まれていないとき、上記電位検出手段と電源との接続を維持する構成にしたことを特徴とする。
【００１３】
第２の発明は、上記真空室内の真空度が９×１０−２〔Ｐａ〕〜９×１０４〔Ｐａ〕の範囲を上記スイッチ解放領域としたことを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、真空室内に設置した模擬帯電物体に直流電圧を印加しながら、真空室内の真空度を複数段階に変化させ、所定の印加電圧において真空放電が発生し始める真空度と真空放電が終了する真空度とから、真空度を基準とした真空放電領域を特定し、上記真空放電領域を、真空室内に設置した測定対象の表面電位を測定する電位検出手段とこの電位検出手段に駆動電力を供給する電源との間に設けたスイッチング手段を解放するスイッチ解放領域とすることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明を前提とし、上記真空室内の真空度が９×１０−２〔Ｐａ〕〜９×１０４〔Ｐａ〕の範囲を上記スイッチ解放領域とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、真空室内の真空度が、真空放電しやすいスイッチ解放領域になったとき、自動的に電位検出手段への電力供給のスイッチが遮断される。そのため、真空室内に設置した電位検出手段に過電流が流れて、電位検出手段や、これに接続された回路などが破損してしまうことがない。つまり、真空放電によって表面電位測定装置が破損することを防止できる。
また、スイッチ解放領域以外では、電位検出手段へ自動的に電力を供給することができ、真空室内の測定対象の表面電位を正確に測定することができる。
【００１７】
第３の発明によれば、電位検出手段と電源との間に設けたスイッチの開放領域を設定することができる。
【００１８】
第２、４の発明によれば、真空室内の真空度が９×１０−２〔Ｐａ〕〜９×１０４〔Ｐａ〕の範囲にあるとき、スイッチング手段が、電位検出手段への電力供給を自動的に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施形態のブロック図である。
【図２】実施形態の表面電位測定装置のスイッチ解放領域を設定するための実験装置の概略図である。
【図３】実施形態のスイッチ解放領域を設定するための実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すこの発明の一実施形態は、真空室１内に設けられた測定対象２の表面電位を測定する表面電位測定装置である。
この実施形態の表面電位装置は、真空室１内に設けた電位検出手段３と、この電位検出手段３とケーブルで接続された装置本体４とからなる。
電位検出手段３には、図示してないが、上記測定対象２に対向して配置される検出電極と、この検出電極の露出面積を周期的に変更するチョッパと、チョッパ駆動回路と、検出電極からの信号を処理する検出回路とが含まれている。そして、これらの構成要素が、ステンレス製のカバーで覆われている。
【００２１】
また、上記電位検出手段３には、検出電極に誘起された電流に基づく電位検出信号を出力する信号線８と、駆動電源を供給するための電力線９，１０とを備えたケーブルが接続され、このケーブルは装置本体４に接続されている。
上記装置本体４には、上記信号線８を介して電位検出手段３と接続する表示手段５と、上記電力線９，１０を介して電位検出手段３に接続される電源６と、上記電力線９と電力線１０との間で開閉し、上記電源６と電位検出手段３との接続を維持したり、遮断したりするスイッチング手段７とを備えている。
上記表示手段５は、電位検出手段３から出力される電位検出信号に基づいた表面電位値を表示する機能を備えている。
【００２２】
また、真空室１内の真空度を測定する真空度センサからなる真空度測定手段１１を設け、この真空度測定手段１１と上記スイッチシング手段７とを信号線１２を介して接続し、真空度測定信号が上記スイッチング手段７に入力されるようにしている。
上記スイッチング手段７は、入力された真空度測定信号に応じて、開閉するものであるが、スイッチング手段７にはスイッチを開くスイッチ解放領域が設定されている。
このスイッチ解放領域は、後で詳しく説明するが、真空放電が発生し易い真空度を基に決定したものである。したがって、真空放電が発生しやすい真空度領域では、スイッチング手段７が解放され、電源６と電位検出手段３との接続が遮断される。
このようなスイッチング手段７は、スイッチ解放領域の境界に対応した信号によって開閉動作をするリレーの組み合わせで実現することができる。
【００２３】
また、上記電位検出手段３におけるカバー部材及びこれに取り付けられたケーブルの被覆材などは、上記従来の表面電位測定装置のものを、真空用に改良している。
例えば、ステンレス製のカバー部材の表面は、従来のヘアライン仕上げから、鏡面仕上げに変更している。カバー部材を鏡面仕上げにすることによって、表面積が小さくなるのでアウトガスの発生量を少なくできる。さらに、鏡面によって輻射熱を反射するため、表面電位測定装置の電位検出手段３が熱の影響を受けにくくなる。例えば、真空室内に蒸着装置が設けられているような場合、蒸着装置によって熱が発生するが、その熱の影響が電位検出手段３に及ぶことを防止できる。
さらにまた、カバーに取り付けたケーブルの被覆材の材質を通常の塩化ビニルからフッ素系樹脂に変更することで、アウトガスの発生を抑えるようにしている。
【００２４】
次に、上記スイッチシング手段７に設定するスイッチ解放領域について説明する。
上記スイッチ解放領域は、真空度の領域であり、この真空度領域では上記スイッチング手段が解放されることで、上記電位検出手段３に電力が供給されなくなるようにしている。
そして、このスイッチ解放領域は、図２に示す実験装置を用いた実験によって設定している。
【００２５】
図２の実験装置は、真空チャンバ１３内に、模擬帯電物体としての帯電板１４を設置し、この金属板１４に直流の高電圧電源１５を接続している。上記帯電板１４は、１５０〔ｍｍ〕×１５０〔ｍｍ〕の正方形の板である。
また、上記高電圧電源１５にはその出力電圧を確認するための電圧計１６を接続している。
【００２６】
さらに、帯電板１４と対向する位置には、上記帯電板１４の表面電位を検出するための電位検出手段１７を設け、この電位検出手段１７は、真空チャンバ１３の外に設置した装置本体１８に接続されている。上記電位検出手段１７は、春日電機（株）製の電位センサＫＳ−２１００のカバー及びケーブルの被覆材を、この実施形態の電位検出手段３と同様に真空用に改良したものである。また、装置本体１８は、春日電機（株）製の静電気測定器本体ＫＳＤ−０１２０である。
そして、上記装置本体１８には記録装置１９を接続し、上記電位検出手段１７で検出して装置本体１８から出力される表面電位測定値を記録するようにしている。
なお、上記真空チャンバ１３には図示しない真空ポンプ及び真空度測定手段を接続して、真空チャンバ１３内の真空度を、大気圧（１×１０５〔Ｐａ〕）〜１×１０−5〔Ｐａ〕の範囲で制御できるようにしている。
【００２７】
実験方法は次のとおりである。
先ず、真空チャンバ１３内を大気圧から一気に１×１０−5〔Ｐａ〕まで減圧してから、真空をリークさせて真空度を１桁ずつ下げる。複数段階の真空度を実現し、各真空度において１５分間のエージングを行ない、その後、高電圧電源１５によって、−１５〔ｋＶ〕〜＋１５〔ｋＶ〕の範囲で、帯電板１４に電圧を印加する。そして、上記電圧を印加したときの帯電板１４の表面電位を測定し、その結果を記録装置１９で記録する。
【００２８】
ただし、帯電板１４に電圧を印加して、帯電板１４からの真空放電が確認された場合には、表面電位測定装置の上記装置本体１８のスイッチをオフにして、表面電位測定は行なわない。言い換えれば、帯電板１４に電圧を印加して真空放電がないことを確認してから上記装置本体１８のスイッチをオンにして、電位検出手段１７を作動状態にする。
このようにしたのは、真空放電による過電流で電位検出手段１７や装置本体１８が破損してしまうことを防止するためである。
上記のように、各真空度において印加電圧を変化させながら、帯電板１４からの真空放電の有無を確認し、真空放電が発生する真空度を特定した。
【００２９】
なお、上記真空放電の有無は、目視で確認することができるが、高電圧電源１５に接続した電圧計１６の検出値からも確認できる。
真空放電が起こるときには、上記帯電板１４から真空中に電流が流れてしまうため、帯電板１４は高電位を保つことができない。そこで、高電圧電源１５を操作しても電圧を上げることができない。高電圧電源１５から目的の電圧が出力されないことは、上記電圧計１６の検出値から確認でき、帯電板１４が帯電状態を維持できない、すなわち真空放電が発生していることが確認できるのである。
【００３０】
上記のような実験の結果は、図３の表に示すとおりである。この表は、各真空度において、帯電板１４に印加する電圧を変化させたとき、上記電位検出手段１７で検出され、装置本体１８に表示された表面電位の表示値を示している。そして、この表中、「放電発生」と記載された領域は、真空放電が発生した領域である。この真空放電が発生した領域では、上記したように印加電圧を上げることができなかった。なお、この領域では、上記装置本体１８のスイッチをオフにして、電位検出手段１７の動作を停止させている。
【００３１】
上記実験結果から、真空度が９×１０−２〔Ｐａ〕〜９×１０４〔Ｐａ〕の範囲で、真空放電が発生しやすいことを確認できた。
また、図３において「放電発生」と記載されていない領域では、上記電位検出手段１７及び装置本体１８によって、帯電板１４に印加した電圧に相当する表面電位が検出されることも確認できた。
したがって、この実施形態では、上記真空度が９×１０−２〔Ｐａ〕〜９×１０４〔Ｐａ〕の真空度の範囲を、上記スイッチング手段７のスイッチ解放領域と設定することにした。
【００３２】
なお、上記スイッチ解放領域であっても、印加電圧の絶対値が小さい場合には、真空放電が発生しない範囲もあったが、この実施形態では、スイッチ解放領域以外の真空度では、印加電圧が±１５〔ｋＶ〕の場合にも、真空放電が発生することがない、スイッチ解放領域を選択した。
ただし、上記スイッチ解放領域は所定の電圧において真空放電が発生する真空度を基に設定するもので、その電圧の基準を±１５〔ｋＶ〕にする必要はない。測定対象の物質や環境に応じて上記電圧の基準を決めるようにしてもよい。
【００３３】
上記のようにしてスイッチ解放領域が設定されたこの実施形態の表面電位測定装置は、装置本体４の図示しないスイッチをオンにすると、電源６から真空室１内の電位検出手段３に電力が供給され、電位検出手段３が作動状態となる。
そして、上記真空度測定手段１１から出力される真空度測定信号が、スイッチ解放領域に含まれないときには、スイッチング手段７が接続を維持する。
【００３４】
しかし、真空室１内の真空度が上記スイッチ解放領域の真空度になると、真空度測定手段１１から出力された真空度測定信号によって、スイッチング手段７が解放され、電源６と電位検出手段３との接続が遮断される。そのため、真空放電が発生しやすい真空度であっても、上記電位検出手段３から外部へ電流が流れてこの表面電位測定装置内に過電流が流れることがない。したがって、過電流による破損の心配がない。
【００３５】
また、一旦、電源６と電位検出手段３との接続が遮断されても、真空度が変化して、上記真空度測定信号が、スイッチ解放領域から出れば、スイッチング手段７が上記電源６と電位検出手段３とを接続して、電位検出手段３が作動状態となる。
このように、真空室１内の真空度に応じて、電位検出手段３への電力供給が自動的に制御されるので、人が手動でスイッチを制御しなくても、安全な領域での表面電位測定を継続しながら、過電流による破損を防止することができる。
【００３６】
なお、この実施形態では、上記スイッチング手段７を、リレーによって構成しているが、スイッチング手段７は、この実施形態の構成に限定されない。
例えば、スイッチング手段を、制御部と接点部とで構成することもできる。その場合、上記制御部は、真空度測定手段１１から出力される真空度測定信号に基づいて、接点部を制御する機能を備え、上記真空度測定手段からの入力された真空度測定信号と、あらかじめ設定されているスイッチ解放領域とを対比して、上記真空度測定信号がスイッチ解放領域に含まれている場合には、接点部を開放して電位検出手段への電力供給を遮断するようにする。
【００３７】
また、上記実施形態では、真空室１内に設ける電位検出手段３に、チョッパ駆動回路や検出回路を設けているが、これらの回路は、真空室１の外、例えば装置本体４内に設けてもよい。
さらに、真空室１内の位置によって真空度のばらつきがある場合には、上記真空度測定手段１１は、電位検出手段３の近傍に設けることが好ましい。
また、電位検出手段３もチョッパを備えたものに限定されず、チョッパ以外の方法で検出電極へ作用する電界を変化させるものを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
真空室内の測定対象の表面電位を測定する場合に有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１    真空室
２    測定対象
３    検出手段
６    電源
１１    真空度測定手段
１３    真空チャンバ
１４    （模擬帯電物体）帯電板
１５    高電圧電源
【図１】
0006464457.tif 000002
【図２】
0006464457.tif 000003
【図３】
0006464457.tif 000004