(57)【要約】本発明は、出口を有する粉末フィードを有するコロナ帯電装置に関する。この装置は、入口と帯電粉末出口とを有する内部帯電空洞を有する。粉末フィード出口は、内部帯電空洞の入口に配置されている。この装置は、粉末の流れを粉末フィード出口から下流に帯電粉末出口まで導くようにされている。この装置は、１つ以上の突起を備えているコロナ帯電器も含んでおり、これらの突起は、粉末の流れと交差する、突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されている。この装置は、回転接地電極も含んでおり、この回転接地電極は、帯電するか又は接地されて突起からの前記コロナ流を引きつけるようにされており、且つ、内部帯電空洞と設置電極クリーナーとの間で接地電極のセグメントを回転させるようにされている。
2006520272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ帯電装置であって、
出口を有する粉末フィードと、
入口と帯電粉末出口とを有する内部帯電空洞であって、前記粉末フィード出口が前記内部帯電空洞の入口に配置されており、前記装置が粉末の流れを前記粉末フィード出口から下流に前記帯電粉末出口まで導くようにされている、前記内部帯電空洞と、
１つ以上の突起を備えているコロナ帯電器であって、前記１つ以上の突起が、前記粉末の流れと交差する、前記突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されている先端、を有する、前記コロナ帯電器と、
前記突起からの前記コロナ流を引きつける目的で、帯電するか又は接地されるようにされている接地電極であって、前記内部帯電空洞の中に前記接地電極のセグメントを回転させるようにされている回転接地電極でよい、前記接地電極と、
以下の（ａ）〜（ｆ）のうちの１つ以上と、すなわち、
（ａ）前記接地電極が回転接地電極であり、
（ｂ）前記接地電極が回転接地電極である、接地電極クリーナー、
（ｃ）前記コロナ帯電器の下流に位置している電界電極であって、前記粉末の流れに混入している自由イオンを前記接地電極又は第２の接地電極に接触させるように配置及び構成されている、前記電界電極、
（ｄ）（ｉ）前記粉末の流れと前記突起の先端との間のシージングガスの流れ、又は、（ｉｉ）前記粉末の流れと前記接地電極との間のシージングガスの流れ、又は、（ｉｉｉ）前記粉末の流れと前記帯電室の側壁との間のシージングガスの流れ、を提供する目的で前記粉末フィードの周囲に配置されている１本以上のシース導管、
（ｅ）１つ以上の突起の周囲及び前記内部帯電空洞の中に配置されている１本以上のシース導管であって、１つ以上の突起をクリーニングする目的でガスのパルスを使用することができるようにされている、前記１本以上のシース導管、及び、
（ｆ）前記装置の内側部分から、前記帯電空洞内に突き出している前記突起の部分までの範囲について、前記１つ以上の突起の周囲に配置されている１本以上のシースダクトと、
前記１本以上のシース導管に接続されているマニホールドであって、前記１本以上のシース導管を通じてガスを導くように配置されている、前記マニホールドと、
前記マニホールドに接続されている制御可能なガス圧源との組み合わせ、
のうちの１つ以上と、
を備える、コロナ帯電装置。
【請求項２】
前記回転接地電極が円盤を備える、請求項１に記載のコロナ帯電装置。
【請求項３】
前記クリーナーが、前記回転接地電極から粉末をかき集めるための１つ以上のスクレーパーを備える、請求項２に記載のコロナ帯電装置。
【請求項４】
前記クリーナーが、
前記回転接地電極から粉末をかき集めるための２つ以上のスクレーパーであって、スクレーパーのそれぞれが、前のスクレーパーによってクリーニングされた回転接地電極のセグメントの位置に来るように連続的に配置されている、前記２つ以上のスクレーパーを備える、請求項２に記載のコロナ帯電装置。
【請求項５】
前記コロナ帯電器の下流に位置している電界電極であって、前記粉末の流れに混入している自由イオン電荷を前記接地電極に接触させるように配置及び構成されている、前記電界電極を備える、請求項１に記載のコロナ帯電装置。
【請求項６】
前記コロナ帯電装置の出力が導かれる堆積領域に集められた粉末の量を示す信号を受け取り、そのような信号を使用して前記コロナ帯電装置からの出力を制御するようにされているコントローラを更に備える、請求項５に記載のコロナ帯電装置。
【請求項７】
前記帯電空洞に電圧及び電流を生成するように作動する１つ以上の電源と、
前記接地電極を監視し、前記電源の電圧を変化させることによって前記１つ以上のニードルへの正確な電流を維持する、フィードバック制御回路と、
前記突起によってコロナイオン流が生成されるように１つ以上の突起に電気的に接続されている個々の安定抵抗器と、
を備える、請求項１に記載のコロナ帯電装置。
【請求項８】
粉末をコロナ帯電させる方法であって、
１つ以上の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップであって、前記１つ以上の突起の先端と、２つ以上のセグメントを有する回転可能な電極との間にコロナフィールドを形成するステップを含んでいることができる、前記ステップと、
前記粉末を前記コロナフィールド中に通過させて前記粉末を帯電させ、随意的に、前記粉末を更なる処理経路沿いに通過させる、ステップと、
以下のプロセス（ａ）、（ｂ）の一方又は両方を実施するステップと、すなわち、
前記接地電極のセグメントをクリーニング装置まで定期的に回転させ、その一方で、前記コロナに位置合わせされている別の１つ以上のセグメントを提供するステップと、
前記クリーニング装置の中を回転している前記接地電極のセグメントをクリーニングするステップと、
を含んでいるプロセス（ａ）、及び、
前記処理経路内の前記粉末に第２の電界を作用させて、前記粉末に混入している自由イオンを前記接地電極又は第２の接地電極に接触させるステップであって、前記第２の電界が、前記方法によって生成される前記粉末中の前記自由イオンを、前記第２の電界なしで前記方法を実行した場合と比較して１／１００又はそれ以下に減少させる効果がある、前記ステップを含んでいるプロセス（ｂ）、
の一方又は両方を実施するステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項９】
前記第２の電界が、
（ａ）前記方法によって生成される前記粉末中の前記自由イオンを、前記第２の電界なしで前記方法を実行した場合と比較して１／１０００又はそれ以下に減少させる効果、又は、
（ｂ）前記粉末の流れが堆積領域に塗布されるときに、前記自由イオンに起因する前記堆積領域における電流を、帯電粉末に起因する前記堆積領域における電流の０．０５％に低減させる効果、
を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
堆積領域を静電的にコーティングする方法であって、
帯電粉末を前記堆積領域に導くステップであって、前記帯電粉末が、帯電自由分子の（電流ベースで）０．０５％によって汚染される、前記ステップと、
そのようにして導かれた帯電粉末を前記堆積領域に静電的に引きつけるステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項１１】
粉末をコロナ帯電させる方法であって、
１つ以上の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、
前記粉末を前記コロナフィールド中に通過させて前記粉末を帯電させ、随意的に、前記粉末を更なる処理経路沿いに通過させる、ステップと、
以下のステップ（ａ）、（ｂ）の一方又は両方を実施するステップと、すなわち、
前記粉末の流れとほぼ同じ速度を有するガスの流れを、前記粉末の流れと、前記１つ以上の突起、前記接地電極、又は前記帯電室の壁との間に同時に通過させるステップ（ａ）、
及び、
１つ以上の突起について、前記１つ以上の突起の周囲のシースを通じて前記帯電空洞内にガスのパルスを定期的に送るステップ（ｂ）であって、前記ガスのパルスが、前記１つ以上の突起の先端に粉末が蓄積している場合に、そのような粉末部分を取り除く効果がある、前記ステップ（ｂ）
の一方又は両方、を実施するステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項１２】
粉末をコロナ帯電させる方法であって、
互い違いに配置された一連の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、
前記コロナフィールド中に前記粉末を通過させて前記粉末を帯電させるステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項１３】
粉末をコロナ帯電させる方法であって、
１つ以上の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、
前記コロナフィールド中に前記粉末を通過させて前記粉末を帯電させるステップと、
前記コロナフィールドによって誘発されて前記粉末の流れに混入している自由イオン電荷を前記接地電極又は第２の接地電極に接触させるようにされている電界、に前記粉末を通過させて、そのような自由イオン電荷に起因する漏れ電流を、総粉末電流の（電流ベースで）０．０５％又はそれ以下に低減するステップと、
前記方法の実施中に１つ以上のサンプルを較正（ｃａｌｉｂｒａｔｅ）することによって、前記帯電粉末の比電荷を測定するステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項１４】
前記自由イオン電荷に起因する漏れ電流が、前記総粉末電流の（電流ベースで）０．０２％又はそれ以下である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記自由イオン電荷に起因する漏れ電流が、前記総粉末電流の（電流ベースで）０．００１％又はそれ以下である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記コロナフィールドを通過する前記粉末の流量、又は前記コロナフィールドのイオン電流密度、を変化させて前記比電荷を変化させるステップ、
を更に含んでいる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
金属、無機誘電体、有機誘電体、又は有機導電体から形成されている粉末をコロナ帯電させる方法であって、
１つ以上の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、
前記コロナフィールド中に前記粉末を通過させて前記粉末を帯電させるステップと、
前記コロナフィールドによって誘発されて前記粉末の流れに混入している自由イオン電荷を前記接地電極又は第２の接地電極に接触させるようにされている電界、に前記粉末を通過させるステップと、
９５％又はそれ以上の帯電効率を達成するステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項１８】
前記帯電効率が９８％又はそれ以上である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記帯電効率が９９％又はそれ以上である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記粉末の抵抗率が１０−２Ω−ｃｍ又はそれ以上である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[1]本発明は、粉末を帯電させる装置と、粉末を帯電させる方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
[2]出願人は、乾燥した薬剤粉末を素地上に堆積させて計量する乾燥粉末堆積システムを以前に開発している。このシステムは、帯電した粉末粒子を電界を使用して堆積室の入口から目標の素地まで浮揚させることに基づいている。各種のコピー機や印刷装置では、帯電した粉末（この文脈ではトナーと称される）を使用して静電的に画像を形成する。多くの産業用スプレー塗装装置では、帯電した粉末を塗布し、この粉末を、一般には熱を加えるか又は溶媒を塗布することによって噴霧後に溶かす。上記いずれの用途においても、それぞれの粉末に再現可能に電荷を印加する効率的且つ安定的な装置が必要とされている。
【０００３】
[3]薬剤の例では、堆積電極を（場合によってはフォーカシング電極と組み合わせて）用いて形成される電界を使用して、帯電した粒子を素地に当てることができる。例えば、米国特許第６，３７０，００５号明細書を参照。粉末は、摩擦帯電やコロナ帯電など任意の適切な手法によって帯電させることができるが、様々な材料にわたる有用な電荷密度は、コロナ帯電によって高い信頼性で達成されることが判明している。
【０００４】
[4]従来の帯電装置の場合、帯電ゾーンの表面に時間とともに粉末が蓄積していき、その結果、電荷の均一性の低下、コロナ放電、その他の望ましくない現象が生じる。例えば、帯電した粉末粒子が接地電極に蓄積していくとき、蓄積した粉末層が複数層になると過度の電荷蓄積が起こることがある。そのような電荷蓄積の結果として、コロナ放電が起こることがある。そのようなコロナ放電に起因して、帯電した粉末とは反対の極性の自由イオンが帯電ゾーンを横切ってコロナ電極の方へ流れる。反対の極性に帯電したイオン自身は、帯電ゾーンを横切っている粉末にも付着し、帯電装置から出る粉末の正味電荷が減少する。この影響は重大であり、帯電装置から出る粉末の正味電荷が中性のままとなることがある。本発明は、そのような極めて重大な粉末の蓄積と電荷蓄積とを最小化するためのいくつかの特徴及び形状構成を提供する。
【０００５】
[5]本発明が対処しているもう１つの課題は、粉末帯電の均一性を高める目的で、帯電ゾーンにおける均一な電界に粉末を通過させる必要があることである。帯電ゾーンにおける電界が均一であると、粉末の帯電が一貫したものとなり、帯電装置の出口から出て行く粉末の比電荷（ｃｈａｒｇｅ  ｔｏ  ｍａｓｓ  ｒａｔｉｏ）が安定する。
【０００６】
[6]安全上の潜在的な課題と、粉末を含んでいるガス源及び体積を制御するうえでの課題は、望ましくないガス流に対してコロナ帯電装置が良好にシールされているかである。本発明は、この課題にも対処している。
【０００７】
[7]本発明は、帯電装置の出口から出て行く自由イオン電流を最小化する課題にも更に対処している。システムの堆積領域における自由イオン電流は、大量堆積（ｍａｓｓ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の推定を変化させるノイズ源である。産業用スプレーシステムの場合、自由イオン電流により、部分への大量堆積が制限され、粉末塗装によって形成される表面仕上げの品質に影響することがある。
【発明の概要】
【０００８】
[8]本発明の１つの側面は、出口を有する粉末フィード（チューブ又はその他のフィード装置）を有するコロナ帯電装置に関する。この装置は、粉末フィード出口から粉末が供給される内部帯電空洞を有し、この内部帯電空洞は帯電粉末出口を有する。この装置は、粉末フィード出口からの粉末の流れを帯電粉末出口まで導くようにされている。また、この装置は、（それぞれ先端を有する）１つの以上の突起（ニードル突起など）を有するコロナ帯電器も含んでおり、これらの突起は、粉末の流れと交差する、突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されている。
【０００９】
[9]更に、この装置は、突起からのコロナ流を誘発させる目的で、帯電するか又は接地されるようにされている回転電極（回転接地電極とも称する）も含んでいることができる。本明細書において使用している用語「接地電極」は、自由イオンを引きつけるために電気的バイアスを有する電極を意味するが、必ずしも電極を接地電位にバイアスする、又は接地電位に接続しなければならないわけではない。実際に、接地電極は帯電させるか又は接地することができ、自由イオンを捕捉する面を提供する。回転接地電極は、内部帯電空洞に出入りする（及び随意的に電極クリーナーの中に入る）部分又はセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）を有する。本発明の１つの側面においては、回転電極はドラム形状である。
【００１０】
[10]本発明の別の側面においては、装置は、帯電粉末出口から相異なる距離に位置する２つ以上の突起を含んでおり、突起の先端から回転電極までの距離がより均一であるように、２つ以上（又は３つ以上、若しくは４つ以上）のそのような突起が帯電空洞の中に突き出す量が異なっている。
【００１１】
[11]本発明の更に別の側面においては、回転電極は、コロナ帯電器に隣接する回転電極のセグメントが実質的に平らである、帯又は金属テープ（ｍｅｔａｌｉｚｅｄ  ｔａｐｅ）である。回転電極は、随意的に円盤形状である。
【００１２】
[12]本発明の別の側面においては、電極クリーナーは、回転電極から粉末をかき集める１つ以上のスクレーパーである。随意的に、クリーナーは、回転電極から粉末をかき集める２つ以上のスクレーパーであって、スクレーパーのそれぞれが、前のスクレーパーによってクリーニングされた回転電極のセグメントの位置に来るように連続的に配置されている、２つ以上のスクレーパー、を含んでいることができる。
【００１３】
[13]本発明の別の側面においては、クリーナーは、液体をスポンジに出力する液体フィードであって、スポンジが回転電極に接触するように配置されている、液体フィードと、回転電極から液体と液体に混入している粉末とをかき集めるための１つ以上のスクレーパーと、を含んでいる。
【００１４】
[14]本発明の別の側面においては、追加の電極は、コロナ帯電器の下流に位置しており、且つ、粉末の流れに混入している自由イオン電荷を接地電極に接触させるように配置及び構成されている。この装置は、コロナ帯電装置の出力が導かれるターゲット領域又は堆積領域において集められた電流量を示す信号を受け取り、且つ、装置を停止させるべきであるか、装置を新しい堆積領域に移動させるべきであるか、又はコロナ帯電装置からの出力を受け取るように新しい堆積領域を移動させるべきであるかを、そのような信号を使用して判断するようにされている、コントローラ、を含んでいることができる。
【００１５】
[15]本発明の別の側面は、粉末をコロナ帯電させる方法であって、１つ以上の突起の先端と、２つ以上のセグメントを有する回転可能な接地電極との間に、コロナフィールド（ｃｏｒｏｎａ  ｆｉｅｌｄ）を形成するステップと、コロナフィールド中に粉末を通過させて粉末を帯電させるステップと、接地電極の１つ以上のセグメントをクリーニング装置まで回転させ、その一方で、コロナに位置合わせされている別の１つ以上のセグメントを提供するステップと、クリーニング装置の中を回転している接地電極のセグメントをクリーニングするステップと、を含んでいる方法、に関する。
【００１６】
[16]本発明の別の側面においては、装置は、出口を有する粉末フィードと、入口と帯電粉末出口とを有する内部帯電空洞であって、粉末フィード出口が内部帯電空洞の入口に配置されており、装置が粉末の流れを粉末フィード出口から下流に帯電粉末出口まで導くようにされている、内部帯電空洞と、１つ以上の突起を備えているコロナ帯電器であって、各突起が、粉末の流れと交差する、突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されている先端を有する、コロナ帯電器と、突起からのコロナ流を誘発させる目的で、帯電するか又は接地されるようにされている接地電極と、コロナ帯電器の下流に位置している電界電極であって、粉末の流れに混入している自由電荷を接地電極又は第２の接地電極に接触させるように配置及び構成されている、電界電極と、を有する。
【００１７】
[17]本発明の別の側面においては、装置は、（先端を有する）１つ以上の突起であって、粉末の流れと交差する、突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されている、１つ以上の突起と、突起からのコロナ流を誘発させる目的で、帯電するか又は接地されるようにされている接地電極と、コロナ帯電器の下流に位置している電界電極であって、粉末の流れに混入している自由電荷を接地電極又は第２の接地電極に接触させるように配置及び構成されている、電界電極と、を含んでいる。
【００１８】
[18]本発明の別の側面においては、装置は、帯電ゾーンに電圧及び電流を生成するように作動する１つ以上の電源と、接地電極を監視し、電源の電圧を変化させることによって１つ以上のニードルへの正確な電流を維持する、１つ以上のフィードバック制御回路と、突起によってコロナイオン流が生成されるようにする、１つ以上の突起における安定抵抗器と、を含んでいる。
【００１９】
[19]本発明の別の側面は、粉末をコロナ帯電させる方法であって、１つ以上の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、（ｉ）粉末をコロナフィールド中に通過させて粉末を帯電させ、（ｉｉ）粉末を更なる処理経路沿いに通過させる、ステップと、処理経路内の粉末に第２の電界を作用させて、粉末に混入している自由イオンを接地電極又は第２の接地電極に接触させるステップであって、第２の電界が、方法によって生成される粉末中の自由イオンを、第２の電界なしで方法を実行した場合と比較して１／１００以下又は１／１０００以下に減少させる効果がある、ステップと、を含んでいる方法、に関する。
【００２０】
[20]本発明の別の側面においては、第２の電界は、粉末の流れが堆積領域に塗布されるときに、自由イオンに起因する堆積領域における電流を、帯電した粉末に起因する堆積領域における電流の０．０５％又はそれ以下（好ましくは０．０１％又はそれ以下）に低減させる効果がある。
【００２１】
[21]本発明の別の側面においては、装置は、出口を有する粉末フィードと、入口と帯電粉末出口とを有する内部帯電空洞であって、粉末フィード出口が内部帯電空洞の入口に配置されており、装置が粉末の流れを粉末フィード出口から下流に帯電粉末出口まで導くようにされている、内部帯電空洞と、１つ以上の突起を備えているコロナ帯電器であって、突起のそれぞれが、粉末の流れと交差する、突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されている先端を有する、コロナ帯電器と、突起からのコロナ流を誘発させる目的で、帯電するか又は接地されるようにされている接地電極と、を含んでおり、随意的に、（ｉ）粉末の流れと突起の先端との間のシージングガスの流れ、及び（ｉｉ）粉末の流れと接地電極との間のシージングガスの流れ、を提供する目的で粉末フィードの周囲に配置されている１本以上のシース導管、を含んでいる。
【００２２】
[22]本発明の別の側面においては、装置は、随意的に粉末フィードよりも大きい幅を有する、粉末フィード出口に取り付けられているか又は組み込まれているノズル部品を含んでいる。ノズル部品は、粉末の流れの流速に合致する（動作温度における単位時間あたり１ｍあたりの体積において）より小さなガス流が得られるように、１本以上のシース導管を狭め、且つ、対応するシージングガスの流れを粉末の流れから隔てるようにすることもできる。
【００２３】
[23]本発明の別の側面においては、装置は、シース導管を通じて供給するガスを集めることを目的とする、ノズル部品の上流に形成されているマニホールドを含んでいる。
【００２４】
[24]本発明の別の側面においては、ノズルは、コロナ電流に平行な次元において粉末流を狭め、且つ、その次元に直交する平面において粉末流を広げるようにされているノズル出口、を有する。
【００２５】
[25]本発明の別の側面は、粉末をコロナ帯電させる方法であって、１つ以上の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、粉末をコロナフィールド中に通過させて粉末を帯電させ、粉末を更なる処理経路沿いに通過させるステップと、粉末の流れとほぼ同じ速度を有するガスの流れを、粉末の流れと突起又は接地電極との間に同時に通過させるステップと、を含んでいる方法、に関する。
【００２６】
[26]本発明の別の側面においては、装置は、出口を有する粉末フィードと、入口と帯電粉末出口とを有する内部帯電空洞であって、粉末フィード出口が内部帯電空洞の入口に配置されており、装置が粉末フィード出口から下流に粉末の流れを帯電粉末出口まで導くようにされている、内部帯電空洞と、（先端をそれぞれが有する）互い違いに配置された３つ以上の一連の突起を備えているコロナ帯電器であって、一連の突起が、粉末の流れと交差する、突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されている、コロナ帯電器と、突起からのコロナ流を誘発させる目的で、帯電するか又は接地されるようにされている接地電極と、を含んでいる。
【００２７】
[27]本発明の別の側面においては、装置は、帯電ゾーンに電圧及び電流を生成するように作動する１つ以上の電源と、接地電極を監視し、電源の電圧を変化させることによって１つ以上のニードルへの正確な電流を維持するフィードバック制御回路と、突起によってコロナイオン流が生成されるようにする、突起に直列に電気的に接続されている個々の安定抵抗器と、を含んでいる。
【００２８】
[28]本発明の別の側面は、粉末をコロナ帯電させる方法であって、互い違いに配置された一連の突起の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、コロナフィールド中に粉末を通過させて粉末を帯電させるステップと、を含んでいる方法、に関する。
【００２９】
[29]本発明の別の側面においては、装置は、出口を有する粉末フィードと、入口と帯電粉末出口とを有する内部帯電空洞であって、粉末フィード出口が内部帯電空洞の入口に配置されており、装置が粉末の流れを粉末フィード出口から下流に帯電粉末出口まで導くようにされている、内部帯電空洞と、１つ以上の突起を備えているコロナ帯電器であって、突起が、粉末の流れと交差する、突起からのコロナイオン流、を促進するように配置及び構成されており且つ帯電空洞の中に突き出している部分、を有する、コロナ帯電器と、突起からのコロナ流を誘発させる目的で、帯電するか又は接地されるようにされている接地電極と、装置の内側部分から、帯電空洞内に突き出している突起の部分までの範囲について、１つ以上の突起の周囲に配置されている１本以上のシースダクトと、１本以上のシース導管に接続されているマニホールドであって、１本以上のシース導管を通じてガスを導くように配置されている、マニホールドと、マニホールドに接続されている制御可能なガス圧力源と、を含んでいる。
【００３０】
[30]本発明の別の側面においては、装置は、（帯電空洞の中に突き出しているそれぞれの先端を含んでいる部分をそれぞれが有する）１つ以上の突起、の先端と接地電極との間にコロナフィールドを形成するステップと、粉末をコロナフィールド中に通過させて粉末を帯電させ、粉末を更なる処理経路沿いに通過させるステップと、１つ以上の突起について、１つ以上の突起の周囲のシースを通じて帯電空洞内にガスのパルスを定期的に送るステップであって、ガスのパルスが、突起の先端に粉末が蓄積している場合に、そのような粉末部分を取り除く効果がある、ステップと、を含んでいる。
【詳細な説明】
【００３１】
[40]図１は、本発明によるコロナ帯電装置１００の横断面を示している。この装置は、一般的に、帯電室１０３に位置している１つ以上のニードルと、接地電極と、電界電極とを含んでいる。ニードルは、電源（図示していない）によって電圧が印加される。この一例としての実施形態においては、粉末フィード１０１（この場合には管であり、これは円形、楕円形、正方形、長方形、三角形、又はこれらの形状で角を丸めたもの、或いは任意の適切な形状でよい）は、帯電室入口１０４に配置されており、且つコロナ帯電ゾーン内のニードル１０５の突出端部より（粉末流に対して）上流に位置している出口１０２、を有する。粉末フィードと帯電室は、様々な断面輪郭を有することができ、例えば、以下に限定されないが、正方形、長方形、円形、楕円形、或いはその他の単純又は複雑な幾何学形状である。ニードル１０５は、ニードルホルダー１０６Ａに配置されている。ニードル１０５とワイヤ１０６Ｂとの間の接続を電気的に絶縁し且つ機械的に拘束する目的で、適切な材料１０６（ポッティング複合材料など）が使用されている。
【００３２】
[41]上流から下流への軸は、Ｂ−Ａとして示してあり、Ａは下流側であり、Ｂは上流側である。コロナフィールドの軸は、図１ＢにおいてＣ−Ｄとして示してある。ニードル突起は、溝１１１に配置されているドラム形状の接地電極までの距離が比較的均一になるように配置されている（接地電極のドラムについては図２を参照）。この一例としての例における溝１１１の直径は、３インチである。これ以外の寸法も、本発明の範囲から逸脱することなく可能であることが理解されるであろう。アラインメント境界１１２は、ニードル突起１０５を整列させる境界を定義する想像上の円であり、この円は、原点がドラムの回転軸と同じであり、半径がドラムより大きい。電界電極１２１は、更に下流に配置されており、Ｄ１は、電界電極１２１の上流側の縁部と下流のニードル突起１０５（の中心軸）との間の距離であり、設計上の有用な特徴である。Ｄ１が小さすぎる場合、ニードル突起１０５と電界電極１２１との間で、粉末によって促進される直接放電が起こりやすい。ニードル突起と電界電極１２１とに印加される電圧の差が１０００Ｖであるとき、そのようなアーク放電を防止するためのＤ１の十分な値は、０．１００インチである。Ｄ１は、様々な条件（例えば、印加電圧、粉末の特性）に応じて変えることができることが理解されるであろう。例えば、粘着性があり導電性の粉末を帯電させるときにアーク放電を確実に防止するためには、０．２００インチなど、より大きな隙間が望ましい。帯電ゾーンＣＺは、（電源によって電圧が印加される）コロナニードル１０５と、電界電極（存在時）と、接地電極の該当部分と、この領域内の帯電室の壁とによって形成されている。
【００３３】
[42]ニードル突起１０５に印加される電位と同じ極性の電位が、電界電極１２１に印加され、値は、粉末の流れに混入しているイオンが接地電極に接触するように、Ｂ−Ａ軸沿いの電界電極１２１の長さに応じて調整される。粉末に対してイオンの移動度が高い場合にも、接地電極への粉末の偏向が最小化され、且つＢ−Ａ軸に沿った流体の流れが乱されないように、電圧が調整される。
【００３４】
[43]この実施形態においては、帯電室１０３の断面は、ノズル１３１の円形輪郭に遷移している。マニホールド１４１は、シース導管１４２，１４３（図１Ｂを参照）を流れるガスを提供する。この実施形態においては、これらの導管は連続しており粉末フィードの周囲に環として結合されており、これによって粉末フィード１０１全体を覆っているが、本明細書においては、粉末を作用電極から離れたまま導くガスの流れの重要性を示す目的で、これらの導管を個別の要素として示してある。あらゆる場所において粉末の堆積は望ましくないため、横方向シース導管（図示していない）も当然ながら有用である。シース導管１４２，１４３を流れるガスは、粉末を含んでいるガス流と連携して、帯電室１０３の側面に粉末が蓄積しないようにする流体バリアを形成する。図示した実施形態においては、マニホールド１４１は、図示した横断面の上及び下（これらは図示していない）から送られる、フィードからのガスを受け入れる。
【００３５】
[44]図１Ｂに見られるように、ニードル突起１０５は、帯電室の中に突き出している部分１０５Ａを有する。このような突起の距離は、ニードル突起に生じる電荷が、ニードル突起が埋め込まれている誘電体の表面に拡散することなくニードル突起の先端に集中する一方で、長すぎるためにニードル突起付近のガス流に過度に渦が発生することのないように、選択されることが好ましい。本明細書に図示したものとは異なる本発明の実施形態として、突起の距離が均一である実施形態を使用すると、場合によっては、この調整をより最適に行うことができる。
【００３６】
[45]図示した装置によって使用されるイオン源は、接地電極の向かいに位置する一連のニードル突起（例えば、ステンレス鋼、タングステン、又はその他の適切な材料）である。この一連のニードル突起に高電圧が印加され、ニードル突起の先端と接地電極との間に強い電界が形成される。ニードル突起の先端における電界は、ニードル突起のそれぞれの先端にコロナが形成されるのに十分な大きさにすることができる。一連のニードルからコロナを生成する能力は、高インピーダンスの抵抗器によって各ニードルを電気的に安定化することによって達成することができる。負のコロナの場合、コロナ中の一方の極性の自由イオンは電界によって接地電極まで加速され、コロナ中の反対の極性のイオンはニードル突起の先端まで加速される。正のコロナの場合、作用がやや異なり、例えば、ＪＡ  Ｃｒｏｓｓの「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（１９８７，ＩＯＰ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｌｉｍｉｔｅｄ，ｐａｇｅ  ４８）を参照。ニードル突起（イオン源）と接地電極との間に形成されている単極イオン束の中を粉末が通過するとき、粉末の表面にイオンが付着することによって粉末が帯電する。
【００３７】
[46]自由イオンの移動度は非常に高い。帯電ゾーン内のほとんどの自由イオンは、ニードル突起の先端と接地電極との間の電界によって接地電極に導かれる。しかしながら、コロナ帯電装置を帯電粉末堆積システムの残りに結合しての屋内実験によって、自由イオンの一部はそのような帯電装置から外に逃げることが判明した。外に逃げる自由イオンの数は、特定の用途に対しては大きすぎた（例：帯電電流５０ｕＡ、粉末信号（ｐｏｗｄｅｒ  ｓｉｇｎａｌ）４００ｎＡの場合、〜４０ｎＡ）。この数は、帯電装置から出る総粉末電流の約１０〜２０％に相当する。これらの自由イオンは、蓄積した電荷を代わりのインジケータとして使用して堆積を測定するときの妨げとなり、堆積工程の有効性と均一性とに悪影響を及ぼす。例えば、堆積素地の縁部に、これらの自由イオンからの電荷が蓄積し、それによって堆積とコロナ放電とが不均一になることがある。また、導電性の容器の内側をコーティングする場合、容器の入口の縁部で終わる電気力線に起因して、入口縁部に自由イオンが蓄積する。これによって、容器の縁部に粉末が集まり出すとコロナ放電が起こる。この後、コロナ放電により、帯電粉末とは逆の極性の自由イオンが空気中に放出される。これらの自由イオンは、逆の極性の帯電粉末に付着し、粉末粒子を部分的又は完全に放電させる。
【００３８】
[47]従来の静電ガンによって塗布される粉末コーティングの厚さは、噴霧材料が塗布される面において起こる逆電離に起因して制限される。従来の静電ガンは、イオン化空気と帯電粉末の両方を噴霧し、これらが表面に蓄積する。帯電粉末コーティングの厚さが２層以上の粉末粒子層になると、すでに存在している粉末堆積にイオン化空気分子が付着し、粉末の帯電レベルが更に高くなる。この追加の帯電に起因して粉末層が放電し、その結果として、イオン電流が電界沿いに静電ガンの方に逆流する。このイオン電流は、粉末とは極性が逆であり、入ってくる粉末粒子は表面に達する前に放電する。これらの中和した粉末粒子は、一般には表面には堆積せず、無用に空中に浮遊したままとなる。
【００３９】
[48]出願人は、本明細書において「電界電極」又は「電界捕捉電極」と称した電極が、混入しているイオンの問題を解決しうることを認識した。電界電極は、ニードル突起に印加されるものと極性が同じであり大きさが同程度の極性によって作動する。この電界電極の（Ｂ−Ａ軸に沿った）長さは、移動度の高い自由イオンの、電界による移動度が、ガス流によって押されて接地電極を超える前に帯電室のＣ−Ｄ軸を通過するのに十分であると予測される移動度となるように決定される。電界捕捉電極は、ニードル突起の先端に印加される電圧に近い値の電圧までバイアスがかかる。この電極を追加することにより、帯電器から出る自由イオン電流が、同じ５０ｕＡの帯電電流の場合に例えば４０ｎＡから３０ｐＡ未満まで減少し、信号対雑音比が例えば１０００倍向上する。
【００４０】
[49]自由イオンを低減させることによって、逆電離の可能性が、何層もの粉末粒子層が堆積している状況に限られる。本発明の装置と方法とを使用したときの、堆積する粉末塗装の一般的な堆積密度は、１０９ｍｇ／ｉｎｃｈ２である。逆電離現象は、粉末表面のピッティング（ｐｉｔｔｉｎｇ）につながることもある。本発明によってより再現可能に達成することができるように、逆電離現象なしに粉末が塗布されるときには、表面のピッティングは実質的に生じない。更に、本発明の帯電装置と帯電手法では、より接着力の強い粉末コーティングが可能である。従来の静電噴霧システムによる粉末の一般的な比電荷は、０．５ｎｃ／ｍｇである。本発明では、同じ粉末を使用して４ｎｃ／ｍｇの比電荷を達成することができる。この電荷密度は、８倍強い接着力につながる。
【００４１】
[50]強く帯電した粉末では、空間電荷の大きいクラウドも発生する。粉末を堆積領域の方に運ぶのはこの空間電荷であり、この空間電荷は、粉末を堆積領域から離れる方向及び排出口に運びうる空気力（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ）に打ち勝つ力である。従って、高い比電荷は、高い粉末移動効率を達成するうえで有効である。
【００４２】
[51]本発明の帯電装置と帯電手法では、装置の出力を堆積領域にずっと近づけることもできる。一般的な噴霧塗装コロナガンにおいては、ガンの出口における粉末をイオンによって帯電させるためには、ガンを堆積領域から数フィート離さなければならない。本発明の帯電装置では、粉末を内部で、すなわち、装置から出たときではなくガン自体の中で帯電させるため、粉末はガンから出るときにはすでに帯電しており、従って、堆積領域のずっと近くに、場合によっては例えば１インチという近さに配置することができる。この近さにより、移動効率も高まる。
【００４３】
[52]コロナ帯電装置の電極以外で粉末の流路に接する部分は、一般には、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、スチレン、セラミック、ガラスなどの誘電体材料、又は、例えば導電率が約１０１５ｏｈｍ−ｃｍのオーダーであるその他の誘電体材料から作製される（ただしこれらに限定されない）。
【００４４】
[53]図２に示した溶媒ベースのクリーナー５００は、ドラム形状の接地電極１１３が溝１１１に取り付けられている状態で、溝１１１の開いた側に取り付けることができる。溶媒タンクは、（スポンジブラケット５１１上の）スポンジ５１２に流体連通状態に結合されている。スポンジは、接地電極に適切に接触するように調整することのできるブラケット（図示していない）に嵌め込まれていることが好ましい。ワイパーブレード５２１，５３１は、それぞれワイパーブラケット５２２，５３２に嵌め込まれており、接地電極の表面にほぼ接している。ワイパーブレード５２１，５３１は、接地電極に適切に接触するように調整可能であることも好ましい。一例として構成されているこのクリーナーは、図示した向きにコロナ帯電器に取り付けられている。ワイパーブレード５２１，５３１は、ドラムからぬぐい取った液体を外（左）に導き、その液体は排液容器５４１に導かれる。この図においては、ワイパーブレード５２１，５３１は、ドラム表面にほぼ接している。使用する溶媒は、粉末を溶解する能力、又はワイパー段において溶媒に混入するように粉末塊を小さくする能力のいずれかに基づいて選択される。
【００４５】
[54]溶媒ベースのクリーナーにおいて使用することのできるブレードとしては、自動車のワイパーブレードの一部が挙げられる。その他の材料及び構成は、当業者には明らかであろう。溶媒供給装置（ｓｏｌｖｅｎｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）は、噴霧装置、ミスト発生装置、その他に置き換えることができる。
【００４６】
[55]図示した実施形態では、帯電室に入る粉末粒子の初期軌道を帯電室の中央部分に制限することによって、逆電離と、帯電室の壁への帯電粉末の蓄積とが最小になるように、シース導管を使用している。このことは、例えばチューブインチューブデザインを使用する、すなわち、（全体的に）管状の帯電室の中に個別の粉末フィードを配置することによって達成することができる。管内を移動する粉末は、管の断面全体にわたり均一に分布することが知られている。チューブインチューブデザインによって、粉末粒子は帯電室の中央部分に限定される。このことは、粒子が壁に接触する前にＢ−Ａ方向に更に強制的に移動させることによって、粒子と壁との相互作用を最小化するうえで有効である。
【００４７】
[56]粉末粒子をＢ−Ａ方向に加速させる力は、空気抵抗力と電界である（電界は粒子をＣ−Ｄ方向に加速させる）。シース導管からの空気の流れと粉末フィードとが帯電室に入るときにこれらを混合することにより、粒子に対する半径方向の抵抗力が生じる。電界の力は、ニードル突起の先端のコロナ放電に必要な印加された電界と、電界電極と、イオンが付着した粉末の空間電荷の結果である。空気流を混合することによる乱流効果（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔｓ）は、チューブインチューブデザインの動作条件と、帯電室を作動させるときの静圧とによって最小化される。シース導管の中を流れる空気又はその他のガスの速度と粉末の流れの速度は、これら２つのガス流が混ざるところでの乱流を最小にする目的で、同じにされている。乱流を低減させる目的で、粉末フィードを出口において機械的に（例えば７度未満の角度だけ）傾けることができる。
【００４８】
[57]本開示において「接地電極」と称している電極は、接地電位にて作動させるのが都合よいが、当業者に認識されるように、それ以外の電位も有用である。
【００４９】
[58]上記に示した装置を使用し、以下の動作パラメータ又は特徴が達成された。
【００５０】
[59]可変送り速度：システムを通過する粉末のスループット率。粉末０．５ｇ／分〜５０ｇ／分
【００５１】
[60]帯電効率：インライン帯電器を出る粉末の９９％以上（すなわち単極に帯電している粒子の、それとは反対の極性に帯電している粒子及び中性粒子に対する割合）
【００５２】
[61]粉末効率：粉末の効率（すなわちインライン帯電器に入る粉末に対する帯電器を出る粉末の割合）。９９％より大きい。
【００５３】
[62]イオン漏れ電流：自由イオンに起因して帯電器を出る漏れ電流は、送り速度０．５ｇ／分の場合に５０ｐＡ未満である。これより送り速度が大きい場合、漏れ電流は総粉末電流の０．０１％未満である。強く帯電した薬剤粉末は、乾燥粉末塗料よりも粒子サイズが小さく、従って、例えば送り速度８．５ｇ／分における比電荷が−５．５ｕＣ／ｇになることもある。この場合、漏れ電流の測定値は１４ｐＡであり、これは総粉末電流の０．００２％未満であった。
【００５４】
[63]可変の粒子帯電：粒子によって集められる電荷の量は、帯電ゾーンにおける電界とイオン密度との関数である。帯電ゾーンのイオン密度は、図８と図１０とに示した制御回路によって制御される。この制御回路は、粉末の比電荷を変化させる目的に使用することができる。この制御は、粉末の比電荷を小さくすることによって単位面積あたりの堆積質量を高める目的に使用することができる。
【００５５】
[64]幅広い種類の粉末への対応：金属、無機誘電体、有機誘電体、及び有機導電体から形成されている粉末は、本発明の装置によって正常に帯電した。
【００５６】
[65]図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態は、上述した数多くの形状構成の変形を有し、１００番台の参照番号を２００番台の一連の参照番号に置き換えてある。更に、ノズル部品２５１を示しており、これは、Ｃ−Ｄ軸に垂直な平面において粉末の流れを広げ（図３Ｃ参照）、その一方で、Ｃ−Ｄ軸とＢ−Ａ軸の両方に平行な平面において粉末の流れを狭めるように作用する。シース導管にガスを供給するマニホールド２４１には、ダクト２４５また類似する入口によってガスが送られる。接地電極２１３は、動作時に図３Ｃの矢印によって示したように回転する円盤である。スクレーパーブレード２７１は、ホルダー２７１Ａによって保持されており、粉末をかき集め、それらの粉末は、タンク２７２と真空ポート２７３を通じて排出される。圧力を均一にするためのガス入口は、主入力２０１を通じて設けられている。圧力の不均衡が生じる場合、粉末及びガスが流れないダウンタイム中にのみ残留粉末を真空除去することもできる。図３Ｅは、ノズル２３１を通じてノズル部品２５１における帯電室２０３を見た図を示している。この図は、ノズル出口２５３を示している。影２５４は、ノズル部品２５１が正方形輪郭からノズル出口２５３の楕円輪郭に遷移している状況を示している。影２３２は、帯電室２０３が正方形輪郭からノズル２３１の外縁部の楕円又は円形輪郭に遷移している状況を示している。
【００５７】
[66]図３に示した装置の重要な特徴は、周囲空気の侵入を防止するシール２６１によって提供される気密性である。設計上のこの特徴によって、下流方向に印加される吸引力により、又は上流から印加される圧力により、粉末を帯電装置の中を移動させることができる。
【００５８】
[67]図３の装置のもう１つの重要な特徴は、ニードル突起が帯電室内に均一の距離だけ延びており、ニードルが最適な距離以上に突き出していないため、ガス乱流が最小化されていることである。また、接地電極がコンパクトな設計であるため、帯電ゾーンの長さ（帯電領域の後ろ、出口ノズルより前）が減少している。このことにより、帯電粉末が帯電ゾーンに付着する危険性が低減している。空間を小さくするこの設計において使用することのできる他の接地電極としては、例えば導電性テープや導電性帯が挙げられる。
【００５９】
[68]粉末フィードの幾何学形状は、コロナ形成フィールドのうち均一な部分を通過する粉末の速度が遅くなるように調整されている。粉末フィードの内径を（例えば楕円の開口に）徐々に変化させることによって、帯電ゾーンを通る粉末の軌跡をより良好に制御することができる。帯電室の断面は、壁が帯電コンポーネントから離れるように拡張されている。ノズル部品は、シースガスの流れを壁のみに制限し、これによって、より幅の広い帯電室の場合にガスの総使用量を減少させることができる。帯電ゾーンにおける電流密度をより均一にすることと、ニードルに起因する空気力学的後流効果（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｗａｋｅ  ｅｆｆｅｃｔ）を低減することによってニードルの清浄度を高めることとを目的として、ニードル突起は随意的に互い違いに配置されている。
【００６０】
[69]図示した接地電極の平らな円盤の表面は、帯電室の底面に平行であり、これによって空気力学特性が良好になる。円盤形状では、帯電ゾーンを長くすることもできる。円盤の外径は、電界電極の縁部から円盤の（該当する面の）外径の縁までの距離を、例えば電界電極から接地電極までの（コロナフィールドの軸に平行な）直線距離よりも１０％又はそれ以上大きくすることによって確立した。この距離によって、電界電極と円盤の縁部との間で静電界の強度が最大になるのではなく（この状況ではコロナ放電が促進されうる）、電界電極とそれに対応する接地電極の部分との間で静電界の強度が最大になる。円盤の内径は、同様に、ニードル突起から円盤の内径縁部までの距離を、例えば二ードル突起から接地電極までの最小距離よりも１０％又はそれ以上大きくすることによって確立した。
【００６１】
[70]より単純なクリーニング装置を使用することは、効果的であることが判明した。複数層の粉末が接地電極面に残ると、装置が逆電離の状態になって誤った極性のイオンが生成され、単極に帯電した状態が乱されることがある。溶媒ベースのクリーニングでは、優れたクリーニングが提供され、単層の粉末さえもが取り除かれるが、この実施形態のブレードによってかき集める方式では、接地電極上の非常にわずかなほとんど認識できない微粒子の層のみが取り除かれる。テストでは、動作時にかき集め方式によって達成された比電荷と均一性は、溶媒ベースのクリーナーの場合と非常に類似することが示された。
【００６２】
[71]回転電極（回転接地電極）は、例えば、金属製のドラム、円盤又は帯、帯状形状の（戦車が通った跡に似た）板、その他とすることができる。用語「回転」又はその語形成要素は、本明細書においては最も広い意味で使用しており、軸を中心とする回転のみならず、連続的な単純な進行も含む。従って、回転電極は、裏面が粘着性であるか又はその他の、再利用可能又は使い捨て型の可動帯、可動テープ、又は可動ウェブとして形成することができる。回転電極は、例えば、３〜５インチ／秒の面速度で移動するようにすることができる。接地電極に対する刃の角度は、例えば、接点から１９゜である。なお、刃と接地電極との間の角度は、本発明の範囲から逸脱することなく、クリーニング効率を最大にする目的で０゜〜９０゜の範囲内で変えることができることが理解されるであろう。例えば、プラスチック又は金属の刃を使用することができる。金属刃の場合、例えば、０．００５〜０．０１５"の厚さを使用することができ、プラスチックの場合、例えば、０．０１５〜０．０２５"の厚さを使用することができる。刃は、接地電極の作用面よりも柔らかい材料から選択される。刃と接地電極面との間に詰まった粉末のかたまりを取り除く目的で、接地電極の振動運動を必要に応じて使用するか又はプログラムすることができる（記号"は単位「インチ」を意味する）。
【００６３】
[72]この実施形態の設計では、随意的に、望ましくないガスの漏れが完全にシールされる。ドラムの代わりに円盤を使用する場合、円盤全体が静的なシールによって包含され、接地電極の周囲のロータリータイプのシールの必要性がなくなるため、シールが容易になる。円盤の軸の周囲には、適切なロータリーシールが使用される。
【００６４】
[73]この一例としての例においては、粉末フィードの内径は、約０．１２５インチの開口から０．０３５"×０．２７０"の楕円開口まで徐々に変化している。従って、この設計によってノズルが形成され、このノズルは、コロナニードルの幅全体にわたり粉末及びガスを扇形に噴出し、コロナフィールドの軸方向の粉末及びガスの層の厚さを最小にする。薄いが幅の広い粉末の流れによって、その軌跡を、ニードルの先端及び接地電極から離れた、帯電ゾーンの中心におけるより均一な静電界に限定することができる。このような軌跡制御は、ニードル突起及び接地電極の表面から離れて粉末が導かれるため、ニードル突起と接地電極とを清浄に維持するうえでも役立つ。粉末フィードのそれ以外の輪郭も、本発明の範囲から逸脱することなく可能であることが理解されるであろう。
【００６５】
[74]この実施形態の帯電室は、断面が大きい。この大きい断面によって、効率と保守の両面において良好な特性が達成されている。この形状構成では、粉末フィードの出力から壁が更に離れており、より多量のシースガスを流すことができる。
【００６６】
[75]実験によると、シースガス流は、フィードにおける粉末及びガスの速度にほぼ一致しているべきであることが判明した。いくつかの設計では、ニードル突起を十分に清浄に維持するためには、最大８０ｍ／秒又はそれ以上のフィード速度が実用的であった。０．５００"×０．５００"の正方形など比較的大きい開口の場合、このような速度のためには比較的大量のシースガス流が必要であり、これによって帯電装置の出口における速度が高くなる。一般には、帯電室に入る前にガス及び粉末の速度を落とす目的で、帯電装置に拡散器が結合されている。薬剤粉末の堆積など、いくつかの用途の場合、フィードの速度はできるだけ低いことが好ましい。堆積プロセスを左右するのは空気力ではなく静電力である必要があるため、均一な堆積のためには、通常は低い速度が必要である。それ以外の産業、例えば静電塗装などにおいても、一般には低い出口速度が好ましい。ノズル部品を使用して得られる境界層シースガスでは、上述した用途において全体的な流量が比較的低いことが要求される場合にも、帯電室の大きな横断面の恩恵が得られる。
【００６７】
[76]境界層シースガスのコンセプトは、シースガスを流す必要のある領域を、帯電室の周辺部の周囲の比較的薄い層に低減することである。シースガスの速度がフィード速度に一致している場合、流れる領域が低減されているため必要なガス量が大幅に少ないが、それにもかかわらず十分な壁のクリーニングが提供される。
【００６８】
[77]この実施形態においては、ニードル突起のパターンは、行列状の配置ではなく互い違いに配置されている。ニードル突起を互い違いに配置することには、２つのメリットがある。１つは、帯電ゾーン全体にわたりイオン電流密度がより均一になることである。従来の行列状にニードル突起を配列する場合と比較して、ニードルの互い違いの配置では隙間が少ない。もう１つは、ニードル突起を通過する空気力学的な流れにおけるメリットである。ＣＦＤモデリングにより、互い違いの配置では、下流のニードルにおいて後流効果が減少することが示された。これにより、ニードル突起の清浄性が高まる。
【００６９】
[78]ニードル突起が主流路の中に突き出している距離は、この例においては０．０４０"である。ニードル突起のこの突き出しは、本発明の範囲から逸脱することなく必要に応じて調整することができることが理解されるであろう。距離が大きすぎると空気力学的な乱流が発生し、距離が小さすぎるとハウジング（例：ポリカーボネート）が帯電して粉末帯電のクォリティが低下する。ニードル突起と接地電極との間の距離は、粉末の主流路の開口によって決まり、これについては上述してある。いくつかのデザインの場合、帯電ゾーン内の最適な電界は、１，０００，０００〜５００，０００Ｖ／ｍである。この実施形態において説明した一例としての距離の場合、この電圧は、ニードル突起の先端における約１１，７００〜１７，５００Ｖに等しい。動作時の帯電ゾーンは、通常、接地電極において測定される総電流が５０〜１００ｕＡである。
【００７０】
[79]自由イオンを接地電極に導き、従ってイオンが含まれない出力クラウド（ｉｏｎ  ｆｒｅｅ  ｏｕｔｐｕｔ  ｃｌｏｕｄ）を生成する電界電極は、この一例としての実施形態においては、ニードルの最後の列から０．２００”離れて配置されており、その長さは、この例においては０．５００”である。この間隔は、本発明の範囲から逸脱することなく、適切な範囲内で決定することができることが理解されるであろう。ニードルの最後の列からの距離は、２つの主要因から決定される。第一に、電界電極は、アークを回避するのに十分な距離だけニードル突起から離れている必要があり、第二に、この距離は、粉末によって別の電流経路が形成されないだけ十分に大きい必要がある。本発明の装置を使用した実験によって、ニードル突起との電圧差を約１０００Ｖとして電界電極を作用させたとき、出力粉末クラウドへの漏れ電流の測定値が１４ｐＡとなりうることが示された。電極間の電圧差が１０００Ｖのとき、０．２００”はアークを防止するのに十分な距離である。実際には、アークに対する十分な安全係数を確保する目的で、電界電極とニードル突起との間の電界強度は、一般的に、ニードル突起と接地電極との間の電界強度の１／２未満に維持する。
【００７１】
[80]Ｂ−Ａ軸沿いの電界電極２２１の長さは、電界電極の表面から接地電極にイオンがたどるベクトルを計算し、すべての自由イオンが確実に捕捉されるように、そのように計算された距離を２倍（又はそれ以上）にすることによって決定した。イオンの移動度は、約１．７６×１０−４ｍ２Ｖｓｅｃである。図３による装置を使用すると、約２００ｍ／ｓのイオン速度が得られる。フィード速度が８５ｍ／ｓである場合、好ましい最小長さは０．２１３”である。長さ０．５００”は、この長さの２倍以上である。これらの値は、帯電装置の形状によって異なるが、本明細書に説明したように計算することができる。
【００７２】
[81]図４は、ニードル突起３０５と電界電極３２１とを有する組合せ型装置を示している。この図を含めた各図では、一例としての寸法はインチ単位で示してある。
【００７３】
[82]図５Ａと図５Ｂは、別のニードル突起クリーニングを有するコロナ帯電装置の一部を示している。ニードル突起４０５は、シースダクトマニホールド４８１と帯電室とを結合しているシースダクト４８２を有する。シースダクトマニホールド４８１に印加されるガス圧を制御することのできるガス圧源を使用することによって、ニードル突起４０５の先端をクリーニングすることができる。このようなクリーニングパルスは、マイクロプロセッサ又はその他のコントローラによるプログラミングによって一定間隔で発生させることができる。パルスの使用は、粉末帯電が作動していないときが最適であるが、粉末帯電の作動中にパルスを使用する場合、帯電粉末の供給が過度に乱されないようにすべきである。
【００７４】
[83]図６Ｂに示したように、例えば、壁６０４を有する幅広い帯電室６０３全体にわたり複数のノズル部品を整列させることによって、粉末体積を増大させることができる。ノズル部品６５１は、複数のノズル出口６５３Ａ，６５３Ｂなどを備えている。ノズルインサート６５１の間には、シース導管６４４を設ける必要がなく、なぜなら、これらは帯電室６０３の表面を清浄に保つようには作用しないためである。図６Ａは、粉末導管６０１とノズル部品６５１とがどのように結合されているかを示している。これに代えて、図７Ａと図７Ｂとに示したように、幅の広い１つのノズル部品７５１を粉末マニホールド７０７から延ばすことができ、粉末マニホールド７０７は、複数の粉末フィード７０１又は１つの大きな粉末フィード（図示していない）から粉末を受け取ることができる。そのような幅の広いノズル部品７５１は、別のノズル部品の列に使用することで、更に幅の広い帯電室を形成することもできる。特にドラム、テープ、又は帯などの接地電極を使用する電極では、横方向の大きさを変化させることができることが当業者には明らかであろう。（テープ又はベルトは、Ｂ−Ａ方向に作用し、且つ帯電ゾーンから離れた後にクリーニングされることが好ましい。）
【００７５】
[84]上述した装置は、様々な薬剤粉末を帯電させるときに有効であることが判明した。薬剤粉末は、工程処理によって粉末の取り扱い特性を最適化することには適していない。装置は、トナー粒子や塗料粒子についても有用であり、また、粒子の大きさが１ミクロン未満から数百ミクロンまでの粉末など任意の数の粉末と、導電性又は非導電性の粉末についても有用であると予測される。トナー粒子は、一般には粒子サイズが約７ミクロンであり、塗料は、一般には粒子サイズが約６０ミクロンであり、それに対し、薬剤の粒子サイズは広い範囲にわたり様々である。
【００７６】
[85]上記の説明では、工程中に接地電極をクリーニングする２つの好ましい方法を中心に示した。しかしながら、接地電極のうち本実施形態において帯電作用に無関係の部分が装置の電気的に活性な部分から遠くに移動しているとき、様々な種類のクリーニング装置を使用することができることが、当業者には認識されるであろう。具体的には、以下に限定されないが、ブラシ、真空除去、ガスの流れなどが挙げられる。
【００７７】
[86]図８は、帯電ゾーンに適切なイオン電流密度が生じるように作用する電源・制御回路の模範的なブロック図を示している。この回路は、４つの主要な回路要素として、電圧制御高電圧（ＨＶ）電源と、一連の抵抗器と、可変抵抗器と、電流制御回路とから成る。
【００７８】
[87]適切な電圧制御高電圧（ＨＶ）電源は、多数の電源製造業者から市販されている。一般には、プログラミング電圧範囲は０〜１０Ｖである。本発明の各実施形態において使用されている電源の出力電圧範囲は、０〜２０ｋＶであった。
【００７９】
[88]図８に示した一連の抵抗器は、Ｒ１〜Ｒｎと表してある。これらの抵抗器は安定抵抗器と称され、帯電ゾーン内のニードルの先端におけるコロナ電流を制限する目的で使用されている。帯電器に使用されている抵抗器の値は、１００ＭΩ〜１ＧΩの範囲である。均一な電流密度を生成するためには、抵抗器Ｒ１〜Ｒｎは比較的同程度の値とすべきである。このことは、比較的高い精度の抵抗器（例：許容誤差が１％以下）を使用することによって可能なかぎり均一な電流密度を形成するなど、様々な方法において達成することができる。
【００８０】
[89]第三の主要な回路要素は、帯電ゾーンである。この回路要素は、印加電圧によって抵抗率が変化する可変抵抗器である。帯電ゾーンは、ニードルの先端と、接地電極（ドラム、円盤など）と称されている電極と、粉末の流れとの間の空間に形成されている。
【００８１】
[90]第四の回路要素は、フィードバック制御回路（例：図８に示した２つのオペアンプ回路）である。この回路は、接地電極に集められるイオン電流が一定であるように電源を制御する目的で使用されている。接地電極に集められるイオン電流は、抵抗器Ｒｓｅｎｓｅの両端にかかる電圧に変換される。場合によっては、Ｒｓｅｎｓｅは、追加の抵抗器Ｒｂａｌｌａｓｔに直列に接続される。Ｒｂａｌｌａｓｔは、ニードルの先端すべてに付加的な安定化効果を同時に提供する。Ｒｓｅｎｓｅの両端にかかる電圧は、Ｒ−Ｃローパスフィルタによってフィルタリングされた後、オペアンプ回路の第１段によって増幅される。次いで、第１段増幅器の出力が、積分増幅器として接続されている第２段増幅器に入力される。積分増幅器への非反転入力は、制御ループへの電圧プログラミング入力である。この電圧は、帯電ゾーンを通じて電流を設定する。積分オペアンプ回路によって、ＨＶ電源への入力電圧を空気抵抗の変動に応じて調整することができる。空気抵抗の変動は、化学的な変動や表面電圧の変動などのパラメータに起因する。
【００８２】
[91]電源には、本発明の範囲から逸脱することなく補足的な機能を追加することができることが理解されるであろう（例：アーク監視機能、ＨＶ制限機能など）。
【００８３】
[92]図９は、電界電極にバイアスをかける目的に使用される模範的な回路を示している。この回路は、二重制御回路・電源を使用している。これは随意的な構成である。電界電極は、自身とニードル電極との間にアーク又はコロナが発生していない限りは電流をシンク又はソースさせることはない。図１０は、電界電極にバイアスをかけるための更に別の代替構成を示している。この回路においては、電極には、ＨＶ電源の出力と電気的接地との間に配置されている抵抗分割器（ｒｅｓｉｓｔｏｒ  ｄｉｖｉｄｅｒ）によってバイアスがかかる。
【００８４】
[93]本明細書に引用した特許及び特許出願（ただしこれらに限定されない）などの公開文献と参考文献は、個々の公開文献又は参考文献が、完全に記載されているものとして本文書に参考とすることにより組み込まれているように具体的且つ個別に示されているかのように、それぞれの全体が引用した部分全体について本文書に参考とすることにより組み込まれている。また、本出願が優先権を主張している特許出願も、公開文献及び参考文献について上記したように、本文書に参考とすることにより組み込まれている。
【００８５】
[94]本発明は、好ましい実施形態を中心に説明してきたが、この技術分野における通常の技術を有する者には、好ましい装置及び方法の変形形態を使用することができることと、本文書に具体的に説明した以外の方法によって本発明を実施できることが意図されていることとが明らかであろう。従って、本発明は、添付の請求項によって定義される本発明の精神及び範囲内に包含される変更すべてを含む。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１Ａ】接地電極としてドラムを使用しているコロナ帯電装置を示している。
【図１Ｂ】図１Ａの装置の一部を拡大して示している。
【図２】図１の帯電装置と連携して動作する典型的なクリーニング装置を示している。
【図３Ａ】本発明によるコロナ帯電装置を示している。
【図３Ｂ】図３Ａの装置の一部を拡大して示している。
【図３Ｃ】コロナ帯電装置の、一部を切り取った側面図であり、主としてクリーニング装置を示している。
【図３Ｄ】図３Ｃの装置の一部を拡大して示している。
【図３Ｅ】コロナ帯電装置の中の粉末出口を見たときの図を示している。
【図４】本発明の実施形態のニードル突起の先端と電界電極装置とを示している。
【図５】本発明の実施形態における、ニードル突起の先端をクリーニングするための形状構成を示している。
【図６Ａ】より幅の広い帯電室において使用するためのノズル部品を示している。
【図６Ｂ】より幅の広い帯電室において使用するためのノズル部品を示している。
【図７Ａ】より幅の広い帯電室において使用するためのノズル部品を示している。
【図７Ｂ】より幅の広い帯電室において使用するためのノズル部品を示している。
【図８】帯電ゾーンに適切なイオン電流密度を生じさせるように動作する制御回路及び電源の模範的なブロック図を示している。
【図９】電界電極にバイアスをかけるように動作する制御回路及び電源の模範的なブロック図を示している。
【図１０】電界電極にバイアスをかけるように動作する代替の電源・制御回路の模範的なブロック図を示している。
【図１Ａ】
2006520272.tif 000003
2006520272.tif 000004
【図２】
2006520272.tif 000005
2006520272.tif 000006
2006520272.tif 000007
2006520272.tif 000008
2006520272.tif 000009
2006520272.tif 000010
【図４】
2006520272.tif 000011
2006520272.tif 000012
2006520272.tif 000013
2006520272.tif 000014
【図８】
2006520272.tif 000015
【図９】
2006520272.tif 000016
【図１０】
2006520272.tif 000017
【国際調査報告】
2006520272.tif 000018