(57)【要約】【課題】本発明の課題は、静電気除電に用いる装置内の静電気除電体について、除電体自体の腐食が無く、また、除電されるべき気体や液体を汚染しないものを得ることである。【解決手段】タングステンの表層部のみを炭化したタングステンまたはモリブデンにより静電気除電体を製作することによって、前期課題を解決できる。  炭化したタングステンまたはモリブデンの層は表面から０．０１〜２０μｍが適当であり、多くの用途には棒状のものを用いることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステン基材の表面に、厚さ０．０１μｍ以上、２０μｍ以下のタングステン炭化物層を有する静電気除電体。
【請求項２】
モリブデン基材の表面に、厚さ０．０１μｍ以上、２０μｍ以下のモリブデン炭化物層を有する静電気除電体。
【請求項３】
形状が、円柱状である請求項１または請求項2に記載の静電気除電体。
【請求項４】
タングステン基材が、純度９９．９％以上のタングステンまたはカリウムを１〜３００ｐｐｍ含有するカリウムドープタングステンのいずれかからなることを特長とする請求項１に記載の静電気除電体。
【請求項５】
モリブデン基材が、純度９９．９％以上のモリブデンまたはカリウムを１〜３００ｐｐｍ含有するカリウムドープモリブデンのいずれかからなることを特長とする請求項２に記載の静電気除電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器、ＯＡ機器、衣服などの除電機、イオナイザー、食品工業用装置用除電気、化学工業用装置除電機、医薬品製造装置用除電機、エミッタアセンブリなどに用いられる除電機において、発生する静電気を除去する静電気除電体に関する
【背景技術】
【０００２】
静電気は物体同士の接触、剥離、摩擦などによって生じるが、蓄積された静電気が放出される際には瞬間的に大電圧を生じるために、電子部品や電子機器、およびそれらを製造する装置においては故障、誤動作を引き起こす原因となる。塗装ブース内においては、静電気の発生により塗装むらが生じる。
【０００３】
ガラスなどの電気絶縁性材料が被覆された部材で形成される機器、たとえば攪拌反応装置では、溶剤と被覆層との間でそれぞれ帯電が起こり、ガラスライナー層の破損や、液体の変質、着荷や爆発燃焼などを生じる恐れがある。
【０００４】
このような静電気を未然に防ぐために、イオナイザー（除電機）などにはステンレス鋼のような腐食しにくい材料による静電気除電体が用いられてきたが、さまざまな金属物質からなるステンレス鋼のような材料では、液中や気中にさまざまな金属イオンが溶け出すなどして装置や気体、液の品質を害するという欠点があった。また、２００℃を越えるような高温の大気中での使用では、ステンレス鋼なども変質や、気中へのイオン拡散などが指摘されている。
【０００５】
特許文献１には、静電気除電体としてＴｉＣ、ＳｉＣ、ＺｒＯ２、ほう化ランタン、炭化タングステンなどからなる鋭い先端部を持つ技術が開示されている。これらの材料はステンレス鋼などの鉄形の材料と比較して腐食されにくく、不純物元素も少なくすることができる。一方で、これらの電気抵抗率を比較した場合はステンレス系の材料と比較しても高いために、除電作用としてはステンレス系の除電体と比較して、同等か、それ以下にとどまっていた。
ステンレスの電気抵抗率は代表的な数値で７×１０−５Ω・ｃｍ程度。ＴｉＣは５×１０−４Ω・ｃｍ、ＳｉＣは助剤により大きく異なるが１０２Ω・ｃｍ〜１０９Ω・ｃｍ、ＺｒＯ２は絶縁体、炭化タングステンは５×１０−５Ω・ｃｍ程度である。
【０００６】
特許文献２には、放電電極の素材としてタングステンまたはタングステン合金を用いた携帯型除電機が開示されている。タングステンの電気抵抗率は５×１０−６Ω・ｃｍ程度と、電気抵抗率は望ましい。だが、金属タングステンや一般的にタングステン合金と呼ばれるカリウムをドープしたタングステン、金属レニウムを添加したタングステン、セリアやイットリアなど酸化物を添加したタングステンなどは、いずれも大気雰囲気中や液体中での使用に際して、酸化が起こりやすく、酸化物でタングステン表層が剥がれ落ちて除電部材が損耗するだけでなく、液体や空気を粉塵や破片にて汚染することになり、満足な結果が得られない。この例として、大気雰囲気中にて用いられるイオナイザーにおいて、３００℃の条件にて連続２４時間除電を行ったところ、表面は黄色に変色し、図４（ｂ）に示すような腐食が発生した。
【０００７】
【特許文献１】実開２００１−２３３３９６号公報
【特許文献２】特開平０９−１２０８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、静電気除電に用いる装置内の静電気除電体について、除電体自体の腐食が無く、また、除電されるべき気体や液体を汚染しないものを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
タングステンまたはモリブデンの基材表層部のみを炭化したタングステンまたはモリブデンにより静電気除電体を製作することによって、前期課題を解決できる。
【００１０】
炭化したタングステンまたはモリブデンの層は表面から０．０１〜２０μｍが適当であり、多くの用途には棒状のものを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
速やかに静電気除電を行うことができ、かつ、空気や液中に不純物を残さない静電気除電を行うことができ、交換寿命も著しく長い静電気除電材を得ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
請求項１に記載の本発明はタングステン基材の表面に、厚さ０．０１μｍ以上、２０μｍ以下のタングステン炭化物層を有する静電気除電体である。タングステンの電気抵抗率は５×１０−６Ω・ｃｍ程度と低く、静電気除電用途には向いている一方で、タングステンは酸化しやすいという問題がある。電気的な影響もある大気中や液中では、タングステンは特に酸化しやすい。そのために、静電気除電用部材として用いる際にも表面の酸化が進行して、ＷＯやＷ２Ｏ、ＷＯ３などに変化し、黄色に変色し、剥離を起こす。そのために、空気中や液中にタングステン酸化物が拡散され、汚染の原因となる。汚染が特に問題ではない場合でも、タングステン自体が損耗し、また、電気抵抗率が大幅に大きくなるに、長時間交換なしで用いることはできない。
【００１３】
本発明の静電気除電材は、タングステンの基材表面から０．０１〜２０μｍの深さまでの炭化層を持つことに特徴がある。表面に炭化層を設けることにより、タングステンの酸化は極端に小さく、ほとんど無視することができるようにできるよう改善される。炭化層はその耐酸化性の効果を出すためには、少なくとも０．０１μｍは必要である。また、２０μｍを超える場合は、本来のタングステンの持つ電気的性能（導電性）が失われるために好ましくない。タングステン炭化物はタングステンと比較して、電気抵抗率が１０倍程度増加するが、２０μｍを超えない厚さであれば、電気抵抗率は金属タングステンと比較して変化しない。２０μｍを超えると、電気抵抗率は急激に上昇するために、静電気除電材としては望ましくなくなる。これらのことから、電気除電材がたとえば空気中で静電気除去に使用される場合は〜数μｍの厚さで十分であり、溶液などの撹拌に用いられるような磨耗が若干ながらも起きる用途の場合には炭化物層の厚さを比較的厚く（〜２０μｍ）すればよい。表面炭化物層はＷＣ、Ｗ２Ｃ、およびそれらの複合材料からなる。
【００１４】
請求項２に記載の本発明は、モリブデン基材の表面に、厚さ０．０１μｍ以上、２０μｍ以下のモリブデン炭化物層を有する静電気除電体である。モリブデンも酸素含有雰囲気中で酸化を起こしやすい。炭化物層の厚さの限定理由は、請求項１と同様である。モリブデンの電気抵抗は５．２×１０−６Ω・ｃｍであり、炭化モリブデンは１．０×１０−４Ω・ｃｍである。
【００１５】
請求項３に記載の本発明は、形状が円柱状である請求項１に記載の静電気除電体である。空気中や液体中では、特に棒状のものが効率的である。本発明の棒状の静電気除電体は陵部を機械的に面取りした円柱や、バレル処理などの方法にて表面や両部を滑らかにしたものも含まれる。これにより、比表面積を最小にとどめることができ、また流体の流れを乱さずに、わずかな脱落も防ぐことができる。用途にもよるが、円柱先端を錘にすることもできる。
請求項４に記載の本発明は、タングステン基材が、純度９９．９％以上のタングステンまたはカリウムを１〜３００ｐｐｍ含有するカリウムドープタングステンのいずれかからなることを特長とする請求項１に記載の静電気除電体である。タングステンに金属レニウムや希土類の酸化物などを添加したものは、耐薬品性や耐酸化性を損ねる恐れがあることや、製造費用が増加するなど好ましくない要因も加わる。
ドープ材としてのカリウムは、タングステンの粒界に球状となって存在しており、また量も少ないため表面にはほとんど露出していない。カリウムはタングステンのドープ材として最も使用される金属であるが、この性質のためにほとんど無視でき、純タングステンと同様に使用可能である。また、表層部のカリウムは、炭化の段階で表面から優先的に排出されるために、やはり影響はほぼ無視できる。
【００１６】
請求項５に記載の本発明は、モリブデン基材が、純度９９．９％以上のモリブデンまたはカリウムを１〜３００ｐｐｍ含有するカリウムドープモリブデンのいずれかからなることを特長とする請求項２に記載の静電気除電体である。カリウム添加の理由については、請求項４と同様である。
【００１７】
本発明の静電気除電材料を得るには、下記製造方法を用いるのが最も確実で安価である。
【００１８】
まず、タングステン系材料、特に純タングステンもしくはカリウムをドープした棒状のタングステンの焼結体、純モリブデンもしくはカリウムをドープした棒状のモリブデンの焼結体（基材）を得る。これは、通電焼結後に熱間鍛造を行なう方法、非酸化雰囲気下でグリーン体を焼結する方法など、どのような公知の手段もとることができる。
【００１９】
この基材に、必要な際には陵部への面取り加工や、全体へのバレル加工（アルミナやジルコニアなどの硬質砥粒を分散した液体による研磨）を行う。タングステン焼結体の切断時にできたバリなどから、空気や液中へのタングステンやその不純物が流出するのを防ぐことが容易になる。
【００２０】
その後に、表面の炭化処理を行う。炉を用いて、カーボン、メタン、一酸化炭素、水素雰囲気などの非酸化雰囲気中で１０００度〜２５００度、０．１〜５時間程度熱処理することにより、タングステンやモリブデンを基材表面から０．０１〜２０μｍの深さまで炭化することができる。その後冷却すれば、目的とする静電気除電体が得られる。
以下、実施例によって、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例】
【００２１】
実施例として、高温の空気の除電に使用されるイオナイザーに用いる静電気除電体として、以下に示す１０種類の試料を準備した。
試料１（本発明）純度９９．９％タングステン基材の表面を炭化処理し、１０μｍの炭化層を設けた試料
試料２（本発明）タングステンに１０ｐｐｍのカリウムをドープしたドープタングステン基材の表面を炭化処理し、１０μｍの炭化層を設けた試料
試料３（本発明）純度９９．９５％モリブデン基材の表面を炭化処理し、０．１μｍの炭化層を設けた試料
試料４（本発明）  モリブデンに５ｐｐｍのカリウムをドープしたドープモリブデン基材の表面を炭化処理し、０．１μｍの炭化層を設けた試料
試料５（比較例）純度９９．９％のタングステン試料
試料６（比較例）純度９９．９５％のモリブデン試料
試料７（比較例）酸化トリウムを１％含むタングステン試料
試料８（比較例）ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の試料
試料９（比較例）部分安定化ジルコニアの試料
試料１０（比較例）炭化タングステン（ＷＣ−５質量％Ｃｏ）の試料
それぞれの試料は、φ２（ｍｍ）×５０（ｍｍ）の円柱状とし、図２に示すようにバレル加工を行ない、表面を滑らかにして陵部を丸めた。
【００２２】
試料１および試料２の製造方法を以下に示す。
純度９９．９％の純タングステンと、１０ｐｐｍのカリウムをドープしたタングステンの線状材料を、カッチング装置にて長さ５０ｍｍに切断した。切断後に、平均粒子径がφ１μｍの酸化ジルコニウムを研磨剤として、バレル加工を１時間行なったところ、陵部は丸められ、全体が滑らかな円柱となった(図２)。
次に、得られた円柱状のタングステンを、カーボン粉末と混合した状態でカーボンの容器に投入し、アルゴンガス雰囲気中で熱処理（炭化処理）を行なった。熱処理条件は、最高温度１５００℃、２時間保持後冷却とした。
【００２３】
冷却後に処理したタングステン円柱を、切断して断面を観察したところ、図１に示すように表面から１０μｍ程度の炭化物層が観察できた。ＥＰＭＡで分析の結果、タングステンの炭化物と炭化された層（Ｗ２Ｃおよび／またはＷＣ）であることが確認できた。
【００２４】
試料３および試料４の製造方法を以下に示す。
純度９９．９５％の純モリブデンおよび５ｐｐｍのカリウムをドープしたモリブデンの線状材料を、カッチング装置にて長さ５０ｍｍに切断した。切断後に、平均粒子径がφ１μｍの酸化ジルコニウムを研磨剤として、バレル加工を１時間行なったところ、陵部は丸められ、全体が滑らかな円柱となった。
次に、得られた円柱状のタングステンを、カーボン粉末と混合した状態でカーボンの容器に投入し、アルゴンガス雰囲気中で熱処理（炭化処理）を行なった。熱処理条件は、最高温度１２００℃、１０分保持後冷却とした。
【００２５】
冷却後に処理したモリブデン円柱を、切断して断面を観察したところ、表面から０．１μｍ程度の炭化物層が観察できた。ＥＰＭＡで分析の結果、モリブデンの炭化物と炭化された層（Ｍｏ２Ｃおよび／またはＭｏＣ）であることが確認できた。
実施例（試料１〜試料４）及び比較例（＊試料５〜＊試料１０）
図３に示すような固定方法で、イオナイザー用の棒状徐電体として前記試料１〜＊試料１０を用いた。イオナイザーの空気通路上に突起物として用いることにより、電荷を持った空気を除電することが目的である。前記空気は５００℃程度と、高温での使用である。この雰囲気下にて２４０時間運転をすることで試験を行なった。
【００２６】
試料１〜試料＊１０について、前記イオナイザーに用いた結果を以下に示す。なお、「＊」のついた試料は、本発明の範囲外の比較例である。
試料１、試料２、試料３および試料４は、試料後も全く状態に変化が無く、また、イオナイザー中に不純なイオンの拡散は見られなかった。静電気除電体として良好に使用することができた。
【００２７】
＊試料５は、使用中に表面の酸化が急激に進行し、表面が黄色に変色していた。表面は一部剥離し、イオナイザー中に粉塵として拡散しており、静電気除電体として適当ではなかった。黄色の粉塵を調査したところ、タングステン酸化物であることが確認された。
＊試料６は、使用中に表面の酸化が急激に進行し、表面が褐色に変色していた。表面は一部剥離し、イオナイザー中に粉塵として拡散しており、静電気除電体として適当ではなかった。褐色の粉塵を調査したところ、モリブデン酸化物であることが確認された。
＊試料７は＊試料５と同様に表面の変色および剥離が起きており、静電気除電体として適当ではなかった。
【００２８】
＊試料８は、使用後に表面的な変化は若干の変色程度であったが、イオナイザー中に相当量のＦｅおよびＮｉのイオンが検出された。イオナイザー中の静電気除電体としては不適であった。また、電気抵抗が５×１０５（Ω・ｃｍ）程度と高いために、除電効果が試料１〜試料４と比較して若干低かった。
【００２９】
＊試料９は、使用中、使用後とも変色は無かった。また検出されたイオンにはＺｒ成分はなかった。しかしながら、絶縁体であるために空気除電の効果が上がらず、静電気除電体としては不適であった。
【００３０】
＊試料１０は、使用中、使用後とも見かけ上は変質しなかったが、処理した空気中にバインダーであるＣｏイオンが検出された。また、電気抵抗値が１．５×１０５程度と試料１〜試料４に対しても高いために、静電気除電体としては好ましくなかった。
【００３１】
また、Ｃｏなどの金属バインダーを添加せずに製作したＷＣは、焼結が難しく、棒状に製作するためには大きな費用および設備が必要となる。
【００３２】
また、試料１の類似実験として、タングステンの表面の炭化物層が０．０１μｍ未満の試料、２０μｍより厚い試料で実験を行なった。その結果、０．０１μｍ未満の試料は比較試料である＊試料３、＊試料４と同様に、表面の変色が起こり、一部剥離も発生していた。また、炭化物層が２０μｍより厚いものは、電気抵抗率がタングステン（５×１０−６Ω・ｃｍ）より約１０倍増加しており、除電の効果は試料１〜試料４よりも劣った。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の表面から約１０μｍに炭化層を有するタングステン静電気除電体の断面を示す
【図２】バレル加工した後の棒状のタングステン静電気除電体
【図３】本発明の静電気除電体を、イオナイザー用静電気除電体として使用した例である
【図４】（ａ）本発明の静電気除電体、使用後（ｂ）表面に剥離が発生した比較例のタングステン静電気除電体、使用後
【符号の説明】
【００３４】
1  表面からのタングステン(モリブデン)炭化物層
２  タングステン（モリブデン）基材
３  本発明の静電気除電体（棒状）
４  気体
５  気体の進行方向
6  導体
7  アース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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