(57)【要約】【課題】  高い電荷保持能力を実現するエレクトレット化方法、及びエレクトレット化装置を提供することである。【解決手段】  まず、接地されたホットプレート１上に、絶縁体である処理対象２を載せる。そして、その上から絶縁体からなるカバーシート６を載せて、上記処理対象２を覆う。その後、ホットプレート１によって処理対象２を加熱しながら、同時に、上記カバーシート６の表面に放電電極３からイオンを照射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地されたホットプレート上に、絶縁体である処理対象を載せ、
その上から、上記処理対象を覆う絶縁体からなるカバーシートを載せ、
上記カバーシートの表面にイオンを照射する
エレクトレット化方法。
【請求項２】
上記カバーシートの表面にイオンを照射する過程で、上記カバーシートと上記処理対象との間に放電を発生させる請求項１に記載のエレクトレット化方法。
【請求項３】
上記ホットプレート上に導電性シートを載せ、
上記導電性シート上に上記処理対象物及びカバーシートを載せ、
上記処理対象物及びカバーシートと上記ホットプレートとの間に、上記導電性シートを介在させる請求項１又は２に記載のエレクトレット化方法。
【請求項４】
接地させるとともに絶縁体の処理対象を載せるホットプレートと、
上記ホットプレートに向かってイオンを放射する放電電極と、
上記ホットプレートに載せた処理対象を覆う絶縁体からなるカバーシートと、
を備えたエレクトレット化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半永久的に帯電状態を保持させるエレクトレット化方法及びエレクトレット化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂シートなどに、帯電状態を維持させるエレクトレット化として、放電を利用するもの、熱エネルギーを利用するもの、高エネルギー放射線を照射するものなど様々な方法が知られている。
例えば、放電電極と対向するアース電極上に処理対象となる樹脂シートを載置するとともに、上記放電電極に高電圧を印加することによって樹脂シートに電荷を注入する方法がある。
このような装置によってエレクトレット化された樹脂シートは、その静電気力が様々な用途に利用されるが、いずれの用途においても電荷保持能力が高く、長期にわたって性能が劣化しないことが要求される。
【０００３】
エレクトレット化された樹脂シートの電荷保持能力の高さは、エレクトレット化処理においてトラップされた電荷がどれだけ逃げにくいかということに相当し、これは電荷のトラッピング準位がどれだけ深いかということによる。
そして、上記トラッピング準位を深くするためには、エレクトレット化処理時に樹脂シートに対し、より高いエネルギーを付与する必要がある。
そこで、図５に示すように、ホットプレート１を接地して、処理対象である樹脂シート２に対して放電電極３からイオン照射を行ないながら、ホットプレート１による熱エネルギーの供給も行なうことが考えられている。なお、放電電極３には直流高電圧電源４が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０８９４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したようにホットプレート１を接地電極として用いて放電イオンを照射する従来のエレクトレット化方法では、処理中に加熱された樹脂シート２が反ってしまい、樹脂シート２全体に熱が伝わらない上、放電によるイオンの照射も不均一になってしまう。そのため、均一なエレクトレット化ができないという問題があった。また、樹脂シート２がホットプレートから浮き上がってしまうと、樹脂シート２の全体に熱の効果が付与されないことになる。そのため、期待した熱エネルギー効果が発揮されず、電荷保持能力も不十分だった。
この発明の目的は、高い電荷保持能力を実現するエレクトレット化方法及びエレクトレット化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、接地されたホットプレート上に、絶縁体である処理対象を載せ、その上から、上記処理対象を覆う絶縁体からなるカバーシートを載せ、上記カバーシートの表面にイオンを照射することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、上記カバーシートの表面にイオンを照射する過程で、上記カバーシートと上記処理対象との間に放電を発生させることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、上記ホットプレート上に導電性シートを載せ、上記導電性シート上に上記処理対象物及びカバーシートを載せ、上記処理対象物及びカバーシートと上記ホットプレートとの間に、上記導電性シートを介在させることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、接地させるとともに絶縁体の処理対象を載せるホットプレートと、上記ホットプレートに向かってイオンを放射する放電電極と、上記ホットプレートに載せた処理対象を覆う絶縁体からなるカバーシートとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、処理対象を覆ったカバーシートが、イオン照射によって帯電すると、接地されたホットプレートに引き付けられて、処理対象をホットプレートに押し付けることになる。したがって、ホットプレートで加熱された処理対象が反ってしまったり、浮き上がったりするようなことがない。そのため、熱が逃げることなく、処理対象全体に均一に熱エネルギーが供給される。
また、処理対象を接地されたホットプレートに押し付けた状態で、イオン照射するので、処理対象全体に、均一かつ効率的にイオン照射ができる。このようなイオン照射と熱エネルギーの供給とを同時に行なうことによって、電荷保持能力が高いエレクトレット化ができる。
【００１１】
さらに、帯電したカバーシートが上記ホットプレートに引き付けられる過程で、カバーシートと処理対象との距離が縮まって放電しやすい条件が整えば、その間で放電が起こる。この放電のエネルギーによって処理対象の深い準位に電荷を注入できる。
また、処理対象が、ホットプレートの載置面に対して小さい場合や、処理対象に孔が形成されているような場合にも、カバーシートで処理対象を覆うことで、ホットプレートの露出面が直接放電電極と対向することがない。ホットプレートの露出面があると、処理対象とホットプレートの露出面との境界部分に異常放電が起こってしまい、処理効率が落ちたり、処理対象にダメージを与えてしまったりすることがある。しかし、この発明によれば、そのようなことはない。特に、面積が小さい処理対象を、複数載置した上からカバーシートで覆えば、複数の処理対象を同時に処理することもできる。
【００１２】
第２の発明によれば、カバーシートと処理対象との間で発生した放電のエネルギーによって処理対象の深いトラッピング準位に電荷を注入できる。その結果、より電荷保持能力の高いエレクトレット化が実現できる。
【００１３】
第３の発明によれば、ホットプレート上の導電性シートはホットプレートと同電位になるので、導電性シートに対するホットプレートの引き付け力は発生しない。処理対象及びカバーシートは導電性シートに密着するが、導電性シートとホットプレートとの間に吸引力が発生していないので、カバーシート及び処理対象を導電性シートごとホットプレートから剥がすことは容易である。そして、ホットプレートから剥がした導電性シートはすぐに冷めるので、冷めた導電性シートから処理対象を剥がすことができる。したがって、導電シートを介在させない場合と比べて、処理対象の剥離が容易になり、連続処理も可能になる。
また、導電性シートが熱伝導度の高い金属などであれば、ホットプレートから処理対象への熱の伝達を阻害することもない。
【００１４】
第４の発明によれば、カバーシートによって、ホットプレート上の処理対象が反ってしまうことを防止しながら、熱エネルギーと放電イオンとを同時に供給することができる。その結果、より深いトラッピング準位まで電荷を注入でき、電荷保持能力の高いエレクトレット化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態を説明する概念図である。
【図２】比較実験である実験２を説明する概念図である。
【図３】比較実験である実験３を説明する概念図である。
【図４】エレクトレット化処理された処理対象の熱刺激表面電位の減衰（ＴＳＣＤ）の測定結果を示すグラフである。
【図５】従来のエレクトレット化装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明のエレクトレット化方法の一実施形態を、図１を用いて説明する。
図１は、この実施形態を実施するための、この発明のエレクトレット化装置を模式的に示しているが、従来と同じ構成要素には、図５と同じ符号を用いている。
すなわち、このエレクトレット化装置は、接地されたホットプレート１と、これに対向するとともに高電圧電源４に接続された放電電極３と、処理対象である樹脂シート２を覆うカバーシート６とを備えている。
【００１７】
このような装置を用いて処理対象である樹脂シート２をエレクトレット化する手順は次のとおりである。
まず、ホットプレート１上に例えば金属箔などの導電性シート５を敷いて、その上に樹脂シート２を置き、これら導電性シート５及び樹脂シート２を樹脂製のカバーシート６で覆う。そして、上記樹脂シート２をホットプレート１で加熱しながら、放電電極３に高電圧を印加してカバーシート６の上からイオンを照射する。
放電電極３に高電圧が印加され、イオンが照射されると、上記カバーシート６の表面が帯電するので、その表面電荷とアースされたホットプレート１との間に引力がはたらき、カバーシート６がホットプレート１に引き付けられる。
【００１８】
ホットプレート１に引き付けられたカバーシート６によって、樹脂シート２は押さえ付けられ、加熱されても反ってしまうことはない。
この状態で所定時間イオン照射を行なえば、樹脂シート２は、ホットプレート１からの熱エネルギーの供給を受けながら放電エネルギーを照射され、エレクトレット化される。
この方法によってエレクトレット化された樹脂シート２の電荷保持能力を、熱刺激表面電位減衰（ＴＳＣＤ）によって評価したところ、従来の一般的な方法でエレクトレット化された樹脂シートと比べて高いことがわかった。この測定結果については後で詳細に説明する。
【００１９】
上記したこの実施形態のエレクトレット化方法を用いた実験１について説明する。
〈実験１〉
この実験１は、図１に示すものであるが、樹脂シート２は厚み１〔ｍｍ〕のフッ素系樹脂（ＰＴＦＥ）製シート、カバーシート６は厚み８０〔μｍ〕のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製シート、導電性シート５は厚み５０〔μｍ〕のアルミ箔で、加熱及びイオン照射を１０〔分間〕行なった。
なお、上記ホットプレート１の加熱温度は１６０〔℃〕、放電電極３への印加電圧は−２０〔ｋＶ〕、放電電極３の先端と樹脂シート２の表面までの距離は１０〔ｍｍ〕である。
【００２０】
また、上記したこの発明のエレクトレット化方法と比較するため、実験２，３を以下のとおり行なった。
〈実験２〉
図２に示すように、ホットプレート１上に、上記実験１と同様の樹脂シート２を載せて、その上にセラミックプレート７を載せた。このセラミックプレート７は、中央に開口７ａを備えた厚み５〔ｍｍ〕の円盤状のプレートで、加熱された樹脂シート２が反らないようにする重石として機能するものである。
その他、加熱温度、印加電圧、処理時間、樹脂シート２と放電電極３との距離は、上記実験１と同じである。
【００２１】
〈実験３〉
図３に示すように、ホットプレート１上にアルミ箔からなる導電性シート５を敷き、その上に、上記実験１，２で用いたのと同様の樹脂シート２を載せて、加熱及びイオン照射を行なった。
加熱温度、印加電圧、処理時間は、上記実験１，２と同じである。
この実験３では、上記セラミックプレート７のような重石やカバーシート６を用いていないため、加熱された樹脂シート２は、図３のように反ってしまった。
【００２２】
このとき、ホットプレート１に接触した導電性シート５は接地されているので、帯電した樹脂シート２は導電性シート５に引き付けられ、樹脂シート２と導電性シート５とが一体となってホットプレート１から浮き上がっている。このように樹脂シート２の裏面には導電性シート５が密着しているため、樹脂シート２が浮き上がったとしても、ホットプレート１の熱エネルギーは導電性シート５を介して樹脂シート２に十分に伝達されると考えられる。ただし、浮き上がった樹脂シート２の中央部分は、他の部分と比べて放電電極３との距離が近くなるため、樹脂シート２に対するイオン照射量は不均一になってしまうことが予想される。
【００２３】
〈電荷保持能力の評価〉
上記実験１〜３でエレクトレット化処理された樹脂シート２の表面電位は、いずれも約２〜３〔ｋＶ〕で、どの方法でもエレクトレット化されていることが確認できた。
これら実験１〜３でエレクトレット化された各樹脂シート２の電荷保持能力を確認するため、上記のエレクトレット化実験１〜３のそれぞれで処理した樹脂シート２の熱刺激表面電位の測定を行なった。熱刺激表面電位とは、熱エネルギーを供給しながら測定される表面電位のことである。
【００２４】
エレクトレット化された樹脂シート２の表面電位は樹脂シート２が保持している電荷の放出とともに減衰するが、この減衰は電荷のトラッピング準位が深いほど遅くなる。
そこで、表面電位の減衰を測定することで、エレクトレット化された樹脂シート２の電荷保持能力、すなわちエレクトレット化の寿命を評価することができる。
しかし、エレクトレット化された樹脂シート２の表面電位が自然に減衰するのを測定するのは時間かかる。
そこで、加速試験として熱刺激表面電位を測定する。エレクトレット化された樹脂シート２を加熱することによって電荷が移動しやすくなって、保持した電荷が放出されやすくなることを利用している。
【００２５】
電荷が放出される過程で、エレクトレット化された樹脂シートに与える熱エネルギーが多いほど、すなわち高温になるほど、電荷の移動が活発になって表面電位の減衰が速くなると考えられる。
言い換えれば、高温になっても表面電位が減衰しないものほど、電荷保持能力が高いと言える。したがって、熱刺激表面電位の減衰から、エレクトレット化された樹脂シート２の電荷保持能力を検出することができる。そこで、上記熱刺激表面電位の温度に対する減衰率ｄＶ／ｄＴから、電荷保持能力を測定することにした。
この熱刺激表面電位の測定は、エレクトレット化された樹脂シート２をホットプレート１上で２０〔℃〕から１９０〔℃〕まで連続的に加熱し、同時に表面電位を表面電位測定装置で計測することによって行なった。
【００２６】
〈評価結果〉
熱刺激表面電位の減衰率の測定結果を、図４のグラフに示す。
図４のグラフは、樹脂シート２を、２０〔℃〕〜１９０〔℃〕まで連続的に加熱する間で測定した表面電位の、温度に対する減衰率ｄＶ／ｄＴのグラフである。
一点鎖線で示したグラフ（ａ）がこの発明のエレクトレット化方法である実験１によってエレクトレットされた樹脂シート２の熱刺激表面電位の減衰率であり、そのピークは約１７０〔℃〕にある。
一方、実線で示したグラフ（ｂ）は、実験２でエレクトレット化された樹脂シート２の熱刺激表面電位の減衰率であり、そのピークは約９０〔℃〕にある。
また、破線で示したグラフ（ｃ）は、実験３でエレクトレット化された樹脂シート２の熱刺激表面電位の減衰率であり、そのピークは約９０〔℃〕にある。
上記減衰率のピークは、その温度になると表面電位の減衰率が急に高くなることを示している。
【００２７】
上記の結果から、この発明の実施形態のエレクトレット化方法を用いた実験１では、他の実験２，３のエレクトレット化方法と比べて、減衰率のピークが高温側にあることが分かった。なお、上記比較実験である実験２，３のエレクトレット化方法によって処理された樹脂シート２の熱刺激表面電位の減衰率のピークに対応する温度９０〔℃〕は、一般的な他のエレクトレット化方法によって処理されたＰＴＦＥ製シートのものと変わらなかった。
つまり、実験１すなわちこの実施形態のエレクトレット化方法を用いれば、他のエレクトレット化方法と比べて、電荷保持能力の高いエレクトレット化が実現できることが確認できた。
【００２８】
この実施形態のエレクトレット化方法によれば、電荷保持能力が高いエレクトレット化が実現できるメカニズムは以下のように推測できる。
この実施形態では、導電性シート５を介してホットプレート１上に載せた樹脂シート２をカバーシート６で覆っているので、放電電極３に高電圧を印加してアースされたホットプレート１及び導電性シート５との間で放電を発生させると、カバーシート６の表面が帯電する。カバーシート６が帯電すると、ホットプレート１との間に吸引力が発生し、カバーシート６がホットプレート１側に引き付けられる。これにより、樹脂シート２は押さえられ、加熱されても反ったり浮き上がったりすることがない。その結果、樹脂シート２の全体に均一に熱エネルギーが供給される。
【００２９】
さらに、カバーシート６の帯電によって、カバーシート６が上記ホットプレート１に引き付けられる過程で、カバーシート６と樹脂シート２との距離が縮まって微細空間が形成され、この微細空間に放電しやすい条件が整って放電が起こる。この放電のエネルギーによって処理対象の深い準位に電荷を注入できる。
このような微細空間での放電と熱エネルギーの供給とを同時に行なうことによって、より深い準位への電荷注入が可能になり、電荷保持能力が高いエレクトレット化ができると考えられる。
【００３０】
このように電荷保持能力が高いエレクトレット化がきれば、エレクトレットが劣化しにくく、エレクトレットの性質を長期にわたって利用できるようになる。したがって、エレクトレット化物体の交換回数を少なくすることができる。
言い換えれば、交換作業が煩雑な、例えば人体に埋め込むようなエレクトレット化物体のエレクトレット化に利用できる。
【００３１】
上記実験１では樹脂シート２とホットプレート１との間にアルミ箔からなる導電性シート５を介在させているが、この導電性シート５を用いれば、エレクトレット処理後の樹脂シート２をホットプレート１から剥がしやすくできる。上記導電性シート５がホットプレート１と同電位になるため、ホットプレート１に対する吸引力が発生しないからである。そして、処理後の樹脂シート２を速やかにホットプレート１から剥がしとることができれば、連続処理が可能になる。ただし、この発明のエレクトレット化方法において、上記導電性シート５は必須ではない。
【００３２】
なお、導電性シート５は導電性であればよく、上記アルミ箔に限らないが、熱伝導度が高く、ホットプレート１から樹脂シート２への熱伝達を阻害しない材質を選択することが好ましい。
また、上記樹脂シート２、カバーシート６は絶縁性ならよく、その材質や厚みは上記実施形態に限定されない。ただし、カバーシート６は、耐熱性と、帯電によってホットプレート１側に引き付けられやすい柔軟性を備えていることが好ましい。
【００３３】
さらに、上記実施形態では、カバーシート６がホットプレート１の表面を覆うので、上記ホットプレート１の表面に対して面積が小さい処理対象や、中央に孔が形成されている処理対象を処理する場合にも、放電電極３に対して接地面が露出しないようにできる。放電電極３に対して接地されたホットプレート１が露出していると、この露出面と処理対象との境界部分に異常放電が起こってしまって処理効率が落ちたり、処理対象にダメージを与えてしまったりすることがあるが、上記カバーシート６で処理対象の外周や孔の内周を覆うようにすれば、そのようなことはない。例えば、面積が小さい処理対象を複数載置してからカバーシート６で覆えば、各処理対象の外周に異常放電が起こることを防止できるとともに、複数の処理対象を同時に処理することもできる。
【００３４】
なお、上記カバーシート６に小孔を設ければ、処理対処の上に載せたカバーシート６がホットプレート１に引き付けられる際に、上記小孔がエア抜き孔として機能し、カバーシート６が速やかにホットプレート１に引き付けられることもある。ただし、上記小孔の開口面積が大きすぎると、ホットプレート１を放電電極に対して露出させることで異常放電を起こしてしまう可能性があるため、十分に小さくなければならない。さらに、上記小孔は、処理対象以外の部分、例えばホットプレート1上に載置された複数の処理対象の間などに配置されることが好ましい。なぜなら、処理対象を放電電極に対して露出させないためである。
【００３５】
また、この発明のエレクトレット化方法は、絶縁性樹脂製の物体であれば、シート状の物に限らず、表面に凹凸のある物体や不織布などに対しても、電荷保持能力の高いエレクトレット化処理ができる。
なお、従来のエレクトレット化方法では、凹凸のある表面に対する処理では、放電電極から処理対象の表面までの距離が不均一になるため、エレクトレット化処理も不均一になってしまうことが多かった。ところが、この発明のエレクトレット化方法によれば、処理対象に載せたカバーシート６がホットプレート1に引き付けられて、カバーシート６と処理対対象の表面との距離がほぼ一定になって放電するので、凹凸のある表面に対してもより均一なエレクトレット化処理が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
電荷保持状態が必要であり、その交換が困難な場面に用いられる物体のエレクトレット化に有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１    （接地された）ホットプレート
２    （処理対象）樹脂シート
３    放電電極
５    導電性シート
６    カバーシート
【図１】
2017155231.tif 000003
【図２】
2017155231.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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