帯電付与装置および方法

【課題】
幅広いレベルの帯電を、容易に、かつ、安価にシート表面に付与する帯電付与装置、方法を提供する。
【解決手段】
電荷吸引電極に接触して電気絶縁性シートを走行させながら、シートと非接触に配置された電荷供給電極からシートの表面に荷電子を供給するとともに、電荷供給電極の近傍に配置された導電性部材の絶縁抵抗値の切替え制御、および/または、電荷供給電極に印加される電圧を制御することにより、シート表面への帯電レベルを幅広い範囲で容易に制御する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、帯電付与装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電気絶縁性シート、特に電気絶縁性の高いプラスチックフィルムを搬送したり、巻き取るときに、シートが蛇行したり、巻きずれを起こすことがよくある。そのような不都合を生ずる原因には、シート側の原因として、シートの厚み斑、シート表面の摩擦係数不足等があり、また、装置側の原因として、搬送ローラの速度や搬送張力、搬送ローラの平行度、機械的振動等がある。従来は、これらを最適化することで上述の不都合を回避しようとしてきたが、近年、シート搬送の高速化、シートの長尺化等が進んできたため、これらの対策では対応が困難になってきた。
【0003】
このような問題に対して、いくつかの静電気応用技術が試みられている。すなわち、電気絶縁性シートの蛇行や、巻き取り時の巻きずれについては、シート表面をあらかじめシート製造工程内で帯電させておき、静電気力によって搬送ローラや巻取ロールに密着させ、滑りにくくするという方法である。たとえば、特許文献1では、針状電極等の非接触電極を用いてシートの帯電を制御し、搬送や巻き取りを最適化することを提案している。しかし、この方法では、針状電極等の非接触電極から生成され、シート表面に到達するイオン量が少なすぎるため、例えば、100m/分以上の高速搬送シートに対しては、強い帯電付与が困難である場合がある。
【0004】
また、特許文献2では、減圧雰囲気下であるが、針状電極等の非接触電極と、シートを挟んで配置され、電圧が印加された電荷吸引電極を用いて、シートの幅方向の広い範囲に対して、シート表面に帯電付与することが提案されている。この方法では、針状電極等の非接触電極から生成されたイオンが、高電圧が印加された電荷吸引電極によってシート表面に引き寄せられるため、上述の方法に比べると、シート表面に付与される帯電量は増加する。しかし、この方法でも、100m/分以上の高速搬送シートに対しては、帯電量不足によるシートの巻きずれが起こる場合があり、生成イオン量を増加すべく針状電極への印加電圧を増加すると、針状電極と接地されたアース電極間で異常放電が発生するため、生成イオン量に限界があり、そのため、電荷吸引電極の印加電圧を増加させてもシートに付与される帯電量には限界があった。また、電荷吸引電極に高電圧を印加する構成上、電荷吸引電極をアースに対して電気的に絶縁化する対策が別途必要であり、また、電荷吸引電極に対し、電圧印加用の高電圧電源が別途必要であるため、帯電付与装置のコストが高くなる。更に、シートの幅方向に対し、広い範囲に帯電を付与するため、シート搬送ロールと帯電したシートとの間での剥離放電の発生などにより、シート幅方向の広い範囲に、正極性帯電と負極性帯電とが複雑に混在した帯電斑が発生しやすいという問題がある。このようなシート表面の帯電状態は、後工程で塗布抜け等の欠点を起こしやすい。
【0005】
また、特許文献3、特許文献4では、大気圧下で、シート幅方向端部の狭い範囲に接触して配置されたローラ電極に高電圧を印加し、シート表面に帯電を付与して、蛇行や巻きずれを防止することを提案している。これらの技術は、ローラ電極とシートとの間の微小ギャップ間で直接、放電を発生させて帯電付与する。しかし、この方法では、ある印加電圧を境に急激にシート表面に強い帯電が付与されるため、強い帯電付与には好ましいが、印加電圧に応じて容易に、シート表面に付与する微弱な帯電を制御することは困難であり、特に、小さな厚み、例えば、1〜2μmの厚みのシートに強い帯電を付与すると、巻き取られたロール状積層シートを次工程で巻き出す際に、積層シート間の静電気による密着力が大きすぎて、シートが破れやすいという問題がある。また、シート表面に、帯電を付与するローラ電極がある圧力をもって接触しているため、特に、小さな厚みのシートでは、シートがシワなどの損傷を受け、破れやすいという問題があった。
【特許文献1】特開昭51−71351号公報
【特許文献2】特開2004−043569号公報
【特許文献3】特許第3658828号公報
【特許文献4】特開2002−179822号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、上記従来の技術の上述した問題点に対し、容易かつ安価に、品質上問題ない帯電シートの製造方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明によれば、電荷吸引電極と、走行する電気絶縁性のシートを挟んで前記電荷吸引電極の反対側にあって前記シートに非接触に前記電荷吸引電極に対向配置された電荷供給電極と、該電荷供給電極の近傍に配置された導電性部材と、前記電荷供給電極に電圧を印加する電源とを備えている帯電付与装置であって、
(1)前記導電性部材と前記電荷供給電極の最短距離が、前記電荷供給電極と前記電荷吸引電極の最短距離よりも小さくなるように、前記導電性部材が配置されており、
(2)前記導電性部材の電位を、前記電荷供給電極から前記電気絶縁性シートに供給される電荷量が多くなる第1の電位と少なくなる第2の電位との二つの状態の間で切替可能な切り替え手段を備えている
ことを特徴とする帯電付与装置が提供される。
【0008】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記切替手段は、前記導電性部材の電位が前記第1の電位となる状態において前記導電性部材と前記電荷吸引電極とを電気的に絶縁するものである帯電付与装置が提供される。
【0009】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記電荷供給電極と前記電気絶縁性シートとの間に前記電気絶縁性シートと非接触に前記電荷吸引電極に対して電気的に絶縁されたスリット部材と、該スリット部材のスリット幅を前記シート幅方向に制御する手段とを有することを特徴とする帯電付与装置が提供される。
【0010】
また、本発明の別の形態によれば、前記装置を用いて電気絶縁性シートに帯電を付与し、帯電付与後の前記電気絶縁性シートの電位を測定し、前記電気絶縁性シート表面の電位が所望の値になるように、電荷供給電極に接続された電源の印加電圧を制御することを特徴とする帯電付与方法が提供される。
【0011】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記装置を用い、帯電付与後の電気絶縁性シートの電位を測定し、前記電気絶縁性シート表面の電位が所望の値になるように、前記切り替え手段を制御することを特徴とする帯電付与方法が提供される。
【0012】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記帯電付与装置を用いて電気絶縁性シートの電位を測定し、電気絶縁性シートの幅方向に対し、前記電気絶縁性シート表面に帯電を付与された帯電領域の幅が所望の値になるように、電気絶縁性スリット部材のスリット幅を制御することを特徴とする帯電付与方法が提供される。
【0013】
また、本発明の別の形態によれば、押出機によりポリマーを押し出し、該ポリマーをシート状に成形して電気絶縁性シートとなし、前記帯電付与方法を用いて前記電気絶縁性シートを帯電させ、該電気絶縁性シートを巻き取ってシートロール体となす、帯電シートロール体の製造方法が提供される。
本発明が適用される電気絶縁性シートの代表的なものは、プラスチックフィルム、布帛、紙である。シートの形態には、通常、ロール状に巻かれた状態で取り扱われる長尺シートと、通常、多数枚積層された状態で取り扱われる枚葉シートがある。プラスチックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ナイロンフィルム、アラミドフィルム、ポリエチレンフィルム等がある。一般に、プラスチックフィルムは、他の材料からなるシートに比べ、電気絶縁性が高い。
【0014】
本発明において、「導電性部材」とは、体積抵抗値が10Ω・cm以下の部材をいう。
【0015】
本発明において、「電位」とは、大地(アース)を0Vとし、そこを基準とする表面電位をいう。実用上は、電荷供給電極に接続される電源のアース側端子の電位とすればよい。
【0016】
本発明において、「電気的に絶縁する」とは、絶縁抵抗値が、1GΩ以上であることをいう。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、シートと非接触に配置された電荷供給電極の制御により、微弱な帯電から強い帯電まで所望の帯電レベルを容易に形成することができ、また、シートの幅方向に対する帯電付与範囲を制御できる。これによって、シート搬送の高速化やシートの長尺化に対しても、シートの蛇行や巻きずれを防止することができるとともに、後工程で塗布抜けなどの原因となる強い帯電斑を防止できる。更に、安価でコンパクトな装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の電気絶縁性シートの帯電付与装置の好ましい実施形態例を図面を参照しながら説明する。電気絶縁性シートとしてプラスチックフィルム(以下、単に、フィルムという)を用いる場合を例にとって説明する。本発明は、これらの例に限られるものではない。
【0019】
図1は、第1の実施形態の装置1の概略断面図である。高電圧電源1bが接続された電荷供給電極1aと、この電荷供給電極1aに対向配置された、アースに接続された電荷吸引電極1cとを有している。電荷供給電極1aと電荷吸引電極1cとの間には、電気絶縁性シートS(以下、単にシートSと呼ぶ)の移動経路が形成されている。電荷供給電極1aから生成された正のイオンおよび/または負のイオンは、高電圧が印加された電荷供給電極1aと、アースされた電荷吸引電極1cとの間の電位差によって形成される電界によってシートSの表面に引き寄せられ、シートSの表面を帯電させる。なお、高電圧電源1bから電荷供給電極1aに印加される電圧波形は、直流でも交流でもよいが、帯電付与後のシートの巻取り時に、積層されるシート間の密着面積を広くし、確実なシート蛇行防止が必要な場合は直流電圧のほうが好ましく、シート間の密着性をやや弱める場合は、交流電圧のほうが好ましい。これは、シート巻取り条件に応じて適宜選択すればよい。なお、交流電圧を使用する場合は、シートの移動速度は100m/分以上の場合好ましく、交流電源をより安価にするため、商用の周波数の交流出力電源で十分である。ただし、シートの移動速度がそれ以下の場合は、シートSの表面に付与される正帯電と負帯電が互いに除電されてしまい、シートSに交流帯電がうまく付与されない場合も考えられ、このような影響を無視し容易に帯電を付与できる直流電圧のほうが、使いやすさではメリットがある。シートSは、ローラ状の電荷吸引電極1cと接触しながら走行している。なお、電荷吸引電極1cは、平板状でもよいが、シートSを傷なく、容易に搬送するためには、ローラ状の方が好ましい。電荷吸引電極1cは、アースと同電位となり、かつ、搬送するシートSの表面を損傷させないよう、表面をハードクロムめっき処理した金属製ローラを用いるのが好ましい。電荷供給電極1aと電荷吸引電極1cとは、シートSを挟んで対向配置している。電荷供給電極1aは、正や負のイオンを発生させるもので、コロナ放電式除電器に用いられるような針状電極である。なお、針状電極以外の、例えば、球状、ブレード刃状、ワイヤ状などの形状でもよいが、より低電圧で効率よくイオン生成が可能な針状電極が最も好ましい。
【0020】
電荷供給電極1aとして、針状電極を使用する場合、帯電させたい領域に向けて、針状電極が1本配置されており、針状電極の針先は、ローラ状の電荷吸引電極1cの軸芯に直交する向きに対向配置されている。針電極の材質は、発塵の観点からニッケル合金などが最も好ましいが、軽微な発塵が問題なければ、オゾン劣化の影響が小さく、コスト的に安いステンレススチール(例えば、SUS304)で十分である。
【0021】
図1に示す装置1は、電荷供給電極1aの近傍には、導電性部材たる金属製部材1dが配置され、金属製部材1dは2つの金属製部材1d、1dから構成されている。2つの金属製部材1d、1dは、金属製のL字型部材であり、シートSの移動方向に平行に、距離Wを設けて配置されている。なお、2つの金属製部材1d、1dの材質は、オゾンによる劣化防止の観点からSUS304を用いることが最も好ましく、形状に関しては、平板状でもよいが、曲げ強度の観点からL字型にするのが最も好ましい。2つの金属製部材1d、1dのシートSの移動方向の長さは、狭い設置スペースにも設置できるよう、おおよそ10〜50mm程度が好ましい。2つの金属製部材1d、1dのそれぞれと電荷供給電極1aの針先端との最短距離Lは同じになるように配置され、かつ、2つの金属製部材1d、1dのそれぞれと電荷吸引電極1cとの最短距離Hが同じになるように配置されている。金属製部材1dとアースとの配線経路の間には、接点1eが、金属製部材1dの絶縁抵抗切り替え手段として配置されている。この接点1eは、電気的に駆動する電磁開閉器を用いてもよいし、手動の切り替えスイッチを用いても良い。
【0022】
接点1eの開閉状態に関わらず、L < Lの場合、主に針状の電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの間で直接、コロナ放電することとなり、ある印加電圧を境に急激に帯電量が増加するため、強い帯電付与の制御が可能となるが、弱い帯電量を印加電圧の調整のみで実施することは困難である。一方、L≧ Lの場合、接点1eを閉とすると、金属製部材1dは接地される(電位が第2の電位となる)ため、主に、針状の電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの間でコロナ放電が発生し、これによって生成したイオンは、その一部は、アースされた金属製部材1dからアースに漏洩するが、残った生成イオンは、針状の電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの間に形成される電界によって、シートSの表面まで搬送することになり、微弱な帯電の付与に対して、電荷供給電極1aの印加電圧の調整により制御することが可能となる。更に、L≧ Lの関係を維持した状態で、接点1eを開とするだけで、金属製部材1dはアースに対して絶縁される(接点が閉のときよりも電荷供給電極に近い第1の電位になる)ため、主に、針状の電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの間で直接、コロナ放電することとなり、生成したイオンは、アースにほとんど漏洩することなく、L< Lの場合と同じように、強い帯電付与の制御が可能となる。
【0023】
このように接点1eを設けることで、帯電付与装置の各部材の位置関係を変更するなどの作業上の手間を省き、電荷供給電極1aへの印加電圧の調整のみで、微弱な帯電から強い帯電までの広い範囲の帯電をシートSの表面に付与でき、シートSの製造条件、及び、シートSの蛇行、巻きずれの具合に応じて、付与する帯電量を容易に制御できる。
なお、電荷供給電極1aに印加する電圧はエネルギー的な観点、電源のコストの点、及び、安全面から、なるべく小さいほうが好ましく、おおよそ10kV0−p以下に抑えることが好ましい。この場合、針状の電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの最短距離Lは、5mm以上、10mm以下が好ましい。5mmより小さくなると、印加電圧が高い場合、針状の電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの間で異常放電が起こりやすくなり、シートSへの着火などの危険がある。また、10mm以上の場合は、印加電圧が低い場合、針状の電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの間でコロナ放電がほとんど発生せず、イオン生成量が極めて小さくなる。この場合、針状の電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの最短距離Lは、10〜20mmが好ましい。20mm以上になると、電荷供給電極1aに10kV0−pの電圧を印加しても、針状の電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの間に形成される電界強度が極めて小さくなり、生成したイオンをシートSの表面まで搬送する能力が極めて小さくなるからである。
【0024】
このように、帯電条件の制御について、帯電条件の調整は、接点1eの開閉操作、および、電荷供給電極1aの印加電圧を設定することだけで行うのが好ましい。さらに好ましいのは、帯電処理直後の電気絶縁性シートSの電位または電荷密度をモニタリングし、その値が一定になるように、接点1eの開閉操作、および、電荷供給電極1aの印加電圧を制御することである。電気絶縁性シートSの電位をモニタリングする方法としては、アースされた導電性の搬送ローラ上をシートSが移動するところで微小スポットタイプの電位計の電位測定値から表面電荷密度を求める方法がある。この電荷密度がほぼ一定になるように電荷供給電極1aの印加電圧、及び、接点1eを制御することもできる。なお、帯電処理を施す前のシートSの表面の電荷密度が予めわかっている場合は、本装置を用い、シートSの表面の電荷密度とほぼ同じ量で、かつ、逆極性の電荷を付与することにより、除電装置として使用することも可能である。
【0025】
シートSの幅方向に対し、広い範囲に帯電付与の処理を施すと、後工程で帯電による各種品質上の問題、例えば、塗布はじきやブロッキングによるフィルム破れが生ずる場合があるため、シートSの幅方向に対し、シートSの端部に近い範囲に帯電を付与することが好ましい。これは、シートSの両端部は通常、後工程でカットされ、製品にはならないからである。ただし、シートSの両端部に近い、後工程でカットされる範囲は、後工程のプロセスにもよるため、カットされる範囲が狭い場合は、シートSの幅方向に対する、帯電付与幅を制限する必要がある。
【0026】
図2に示す装置2は、本発明の第2の実施形態の概略断面図である。装置2は、図1に示す装置1の前面に帯電付与幅を制限する、スリット部材2gを備えている。スリット部材2gは、スリットの構成部材2g、2gを備えている。スリット部材2gの材質に関しては特に制約はないが、金属部材などを含む、電気抵抗値が、10Ω・cm以下の導電性部材を用いる場合は、スリット部材2gの絶縁抵抗値を1GΩ以上にして、アースと電気的に絶縁した状態で使用し、電荷供給電極2aから生成されたイオンがスリット部材2gを通して、アースに洩れないようにする必要がある。これは、電荷供給電極2aから生成されたイオンがアースに漏れるとシートSに付与される帯電量が大幅に低下するのを防止するためである。なお、スリット部材2gの構成部材である2g、2gは、シートSの移動方向に対して平行な位置に配置し、それぞれが電荷供給電極2aからの距離が等しい位置に配置されることが好ましい。スリット部材2gの構成部材である2g、2gとの間隙Dは、シートSの表面に付与したい帯電の幅に応じて制御できる、スリット部材の間隙調整機構2hを備えることで任意に調整可能である。スリット部材の間隙調整機構2hは手動による調整でもよいし、アクチュエータを備えた自動調整でもよい。金属製部材2dとスリット部材2gの間には、生成したイオンの拡散を防止するため、拡散防止壁2iが設置されている。拡散防止壁2iに関しても、材質は問わないが、生成イオンがアースに洩れないように絶縁抵抗値を1GΩ以上にすることが好ましい。金属製部材2d、スリット部材2g、拡散防止壁2iのシートSの移動方向の長さは、狭い設置スペースにも設置できるよう、おおよそ10〜50mm程度が好ましい。また、スリット部材の間隙調整機構2hによる、スリット部材2gのシートSの幅方向に対する間隙調整距離は、おおよそ2〜10mmが最も好ましい。なお、スリット部材の間隙調整機構2hの可動に併せて拡散防止壁2iも容易に可動できるよう厚みが数10μmの電気絶縁性シートなどを用いるのが最も好ましい。スリット部材2gの任意の位置と電荷吸引電極2cの任意の位置との最短距離の平均値Lは、2mm≦L≦5mm以下が好ましい。これは、Lが5mmより大きくなると、生成したイオンは、スリット部材2gの間隙を通過後、シートSの幅方向に拡散してシートSの表面に付与されるため、シートSの表面の帯電の幅がスリット部材2gの間隙D以上に広くなるからである。また、Lが2mmより小さくなると、生成したイオンのほとんどが、スリット部材2gに付着するため、シートSの表面までイオンが搬送されず、シートSの表面への帯電付与が困難となるからである。なお、スリット部材2gを配置せず、金属製部材2dに対して、スリット部材2gと同じように帯電幅制御の機能を付加してもよいが、スリットの幅によって、放電状態が異なり、シートSの表面に付与される単位面積当たりの帯電量がかわるため、シートSの幅方向の帯電付与幅とシートSの帯電量とを同時に制御することが困難となるため、金属製部材2dは、ある印加電圧に対し、電荷供給電極2aとの間の放電を安定させ、イオン生成を補助する機能とし、シートSの表面への帯電付与幅を制御するスリット部材2gとは、その機能をわけることが好ましい。
【0027】
電気絶縁性シートSの幅および厚みは、シート搬送の難しさの点で、広幅および厚みが薄い電気絶縁性シートが好適である。具体的には、幅100mm以上、厚み10μm以下の電気絶縁性シートが好ましい。なお、上記実施形態では、いずれも導電性部材の第1の電位は、アース(本実施形態の電荷吸引電極の電位)に対して絶縁することで実現したが、別の電源や所定電位の部材と接続することによっても実現できる。
【実施例】
【0028】
以下に示す実施例、参考例、および比較例において、帯電電荷密度の測定は、アースされた金属板上に電気絶縁性シートSを密着するように貼り付け、シートSの帯電付与範囲の上から微小スポットタイプの表面電位計(商品名:プローブ1017EH、モンロー社製、開口部直径:0.5mm)をシートSとのギャップ1mmで取り付け、シートSの表面の、シートSの幅方向の帯電付与範囲の中心に表面電位計が位置するように、金属板をXYステージなどで1m/分で5秒間移動させ、表面電位v(V)を測定し、その最大値を読み取った。ここで、シートSの厚みがt(m)、真空誘電率をε(F/m)、シートSの比誘電率をεとする場合、シートSの表面の電位測定範囲における単位面積あたりの電荷密度σ(μC/m)は、式(1)によって求まる。ここで、εは真空中の誘電率8.854×10−12(F/m)、εはポリエチレンテレフタレートの比誘電率であり、3とした。
【0029】
これによって、電荷密度σ(μC/m)を求めた。シートSの表面に付与された、シートSの幅方向の帯電の幅の測定については、シートSの帯電状態を可視化するために、プリンタや複写機に使用される粉末トナーを電気絶縁性シートSの表面にふりかけ、粉末トナーが付着した範囲の幅を確認することによって行った。
【0030】
【数1】

【0031】
[参考例1]
図1に示した装置1を用い、厚み2μm、幅250mmのPETフィルムを大気圧下で帯電付与した。なお、装置1は、フィルム両端部から20〜40mmの範囲に帯電が付与されるよう、フィルムの幅方向に2個配置した。2個の帯電付与装置における帯電付与条件は同じであり、以下のとおりとした。なお、金属製部材1dのシートSの移動方向の長さは30mmとし、SUS304製の厚み1mmのL字型の部材を用いた。電荷供給電極への印加電圧V(単位:kV)を変えて、シートSの表面の電荷密度の最大値σmax(単位:μC/m)を求めた。
・電荷供給電極1a:SUS304製 直径0.9mmの針状電極。針の本数1本。
・電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの距離L:10mm
・電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの距離L:5mm
・2つの金属製部材1d、1dの距離W:8mm
・2つの金属製部材1d、1dと電荷吸引電極1cとの距離H:7mm
・電荷吸引電極1c:直径100mm、幅350mmのアースされた金属ロール
・接点1e:閉状態
・フィルム速度:150m/分
[比較例1]
参考例1と同じ帯電付与条件で、装置1の金属製部材1dを取り外した状態で、電荷供給電極への印加電圧V(単位:kV)を変えて、シートSの表面の電荷密度の最大値σmax(単位:μC/m)を求めた。
[まとめ1]
参考例1、及び、比較例1の測定結果を図3に示す。参考例1のように、アースされた金属製部材1dを有する場合、低い印加電圧においても印加電圧に応じて、なだらかにσmaxが増加する傾向があるため、印加電圧の調整により、微弱なレベルの帯電をシートSの表面に付与することが容易である。一方、比較例1のように、アースされた金属製部材1dを有しない場合、実施例1に比べ、強い帯電量を付与することは可能だが、DC3.4kVになると電圧印加電圧の増分に対し、σmaxが急激な増加傾向を示し、印加電圧のわずかな変化でシートSの表面の帯電量が大幅に変化するため、印加電圧の調整では、微弱なレベルの帯電をシートSの表面の帯電量を容易に制御することは極めて困難である。
[比較例2]
図1に示した装置1を用い、電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの距離Lを15mmにした以外は、参考例1と同じ帯電付与条件とし、厚み2μm、幅250mmのPETフィルムを大気圧下で帯電付与した。電荷供給電極1aへの印加電圧V(単位:kV)を変えて、シートSの表面の電荷密度の最大値σmax(単位:μC/m)を求めた。
[参考例2]
図1に示した装置1を用い、電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの距離Lを15mm、電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの距離Lを20mm、2つの金属製部材1d、1dの距離Wを28mm、2つの金属製部材1d、1dと電荷吸引電極1cとの距離Hを17mmにした以外は、参考例1と同じ帯電付与条件とし、厚み2μm、幅250mmのPETフィルムを大気圧下で帯電付与した。電荷供給電極1aへの印加電圧V(単位:kV)を変えて、シートSの表面の電荷密度の最大値σmax(単位:μC/m)を求めた。
[比較例3]
図1に示した装置1を用い、電荷供給電極1aの針先端と金属製部材1dとの距離Lを25mm、電荷供給電極1aの針先端と電荷吸引電極1cとの距離Lを20mm、2つの金属製部材1d、1dの距離Wを48mm、2つの金属製部材1d、1dと電荷吸引電極1cとの距離Hを17mmにした以外は、参考例1と同じ帯電付与条件とし、厚み2μm、幅250mmのPETフィルムを大気圧下で帯電付与した。電荷供給電極1aへの印加電圧V(単位:kV)を変えて、シートSの表面の電荷密度の最大値σmax(単位:μC/m)を求めた。結果を図4に示す。
[まとめ2]
参考例1と比較例2、及び、参考例2と比較例3との対比から、L<Lの場合、印加電圧Vを増加させていくと、ある印加電圧でσmaxが急激に大きくなるため、わずかな印加電圧Vの変化によって帯電量が大きく変わってしまうため、帯電の付与は不安定であり、帯電量の細かな調整が必要なプロセスにおいては、その調整が困難である。一方、L>Lの場合は、同じ印加電圧では帯電レベルは、L<Lの場合よりやや少ないが、わずかな印加電圧Vの差によってσmaxの絶対値が大きくかわることがないため、安定した帯電付与が可能であり、また、弱いレベルの帯電の、細かな調整が必要なプロセスには好ましいことがわかる。
[実施例1]
図1に示した装置1を用い、厚み2μm、幅250mmのPETフィルムを大気圧下で、σmaxが450μC/mになるまで帯電付与を試みた。帯電付与条件等は実施例1と同じである。参考例1と同様に印加電圧V(単位:kV)を増加させていき、図5に示すA点まで昇圧し、約370μC/mの電荷密度を得た。なお、印加電圧を更に増加させると、DC+10.2kVで異常放電が発生したため、これ以上印加電圧増加による電荷密度の増加はできなかった。そこで、印加電圧がDC+10kVになった点(A点)で、金属製部材1dとアース間に備えられた接点切り替え機構1eを開とすると、図5に示すように約500μC/mの電荷密度を得た(図5のA点)。A点から、徐々に印加電圧をDC+9kVまで徐々に低下させると、シートSの表面に約450μC/mの電荷密度を得ることができた。実施例1の結果を図5に示す。参考例1に示したように、接点1eを閉とすると、印加電圧Vに従って、測定データrに沿って、帯電量が制御でき、弱いレベルの帯電を印加電圧の調整で容易に得ることができる。印加電圧の仕様上限などに達し、これ以上印加電圧を増加できない状況で、更に大きな帯電レベルが必要な場合は、印加電圧は維持した状態で、接点1eを開とすると、測定データrに沿って印加電圧Vに従って帯電量を制御できる。なお、接点1eを開とすると、比較例1の結果よりやや帯電量が小さいものの、印加電圧Vのわずかな変化によって、急激に帯電レベルが変化することはなく、印加電圧Vの調整のみで、比較的容易に強いレベルの帯電を制御することが可能となる。
このように、装置1を用い、金属製部材1dの絶縁抵抗値を接点により切り替える機構1eを設けることによって、微弱なレベルの帯電から強いレベルの帯電までを、印加電圧Vの比較的容易な調整のみによって、制御することが可能となる。
[実施例2]
図2に示した装置2を用い、厚み2μm、幅250mmのPETフィルムを大気圧下で帯電付与した。なお、装置2は、フィルム両端部から20〜40mmの範囲に帯電が付与されるよう、フィルムの幅方向に1個配置した。なお、拡散防止壁2iは約40μmの厚みのPETフィルムを用い、金属製部材2d、スリット部材2gはともにSUS304製の厚み1mmのL字型の部材を用いた。金属製部材2d、スリット部材2g、拡散防止壁2iのシートSの移動方向の長さは30mmとした。帯電付与条件は、以下のとおりとした。スリット幅可変機構2hは、手動でスリット部材2g、2gを操作して、スリット幅D(単位:mm)を可変し、シートSの表面の電荷密度の最大値σmax(単位:μC/m)、及び帯電付与幅w(単位:mm)を求めた。
・電荷供給電極2a:針状電極。針の本数1本。
・電荷供給電極2aの針先端と電荷吸引電極2cとの距離L:10mm
・電荷供給電極2aの針先端と金属製部材2dとの距離L:5mm
・2つの金属製部材2d、2dの距離W:8mm
・2つの金属製部材2d、2dと電荷吸引電極2cとの距離H:7mm
・電荷吸引電極2c:直径100mm、幅350mmのアースされた金属ロール
・スリット部材2g、2gと電荷吸引電極2cとの距離L:3mm
・電荷供給電極2aへの印加電圧:DC+5.0kV
・接点2e:閉状態
・フィルム速度:150m/分
実施例2の結果を図6に示す。参考例1との対比から、スリット幅Dが2mm以下の場合は、シートSの表面に付与されないが、スリット幅Dが3mm以上の場合は、シートSの表面に付与される電荷密度最大値σmaxは大幅な低下はなく付与され、また付与される帯電幅wも、スリット幅Dとほぼ同じ幅が得られることを確認し、スリット幅Dの調整により、シートSの表面に付与される帯電幅を制御することができることがわかった。なお、スリット幅Dが2mm以下の場合、シートSの表面に帯電が付与されない理由としては、スリット幅が狭すぎると、シートSの表面に付与されるべきイオンが、スリット部材自体を帯電させるにとどまり、スリットを通過してシートSの表面に達しないことが考えられる。同様に、参考例1と比較して、電荷密度最大値σmaxがやや小さい理由として、シートSの表面に付与されるべきイオンが、イオン拡散防止壁2i、及びスリット部材2gを帯電させるのに用いられ、シートSの表面に達するイオン量がやや減ることが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明は、電気絶縁性フィルム表面への帯電付与装置、および、電気絶縁性フィルムの製造方法に限らず、シリコンウエハ、ガラス基板等の枚葉物フィルムの製造方法などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る装置の概略断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係る装置の概略断面図である。
【図3】参考例1、及び、比較例1におけるシートSの表面に付与される電荷密度最大値σmaxと印加電圧Vの関係を示す図である。
【図4】参考例1、2、及び、比較例2、3におけるシートSの表面に付与される電荷密度最大値σmaxと印加電圧Vの関係を示す図である。
【図5】実施例1におけるシートSの表面に付与される電荷密度最大値σmaxと印加電圧Vの関係、及び、接点操作による電荷密度最大値σmaxの挙動を示す図である。
【図6】実施例2におけるシートSの表面に付与される電荷密度最大値σmaxとスリット幅Dの関係、及び、シートSの表面に付与される帯電幅wとスリット幅Dの関係を示す図である。
【符号の説明】
【0034】
1:帯電付与装置
1a:電荷供給電極(針状電極)
1b:高圧電源
1c:アースされたローラ状電荷吸引電極
1d:金属製部材
1d:金属製部材の1つ
1d:金属製部材の1つ
1e:接点切り替え機構
S:電気絶縁性シート
:電荷供給電極1aと電荷吸引電極1cの最短距離
:電荷供給電極1aと各金属製部材1d、1dとの最短距離
:各金属製部材1d、1dと電荷吸引電極1cの最短距離
:各金属製部材1dと1dとの最短距離
2:帯電付与装置
2a:電荷供給電極(針状電極)
2b:高圧電源
2c:アースされたローラ状電荷吸引電極
2d:金属製部材
2d:金属製部材の1つ
2d:金属製部材の1つ
2e:接点切り替え機構
2g:スリット部材
2g:スリット部材の1つ
2g:スリット部材の1つ
2h:スリット幅調整機構
2i:イオン拡散防止壁
:スリット部材2gとスリット部材2gとの最短距離(スリット幅)
:スリット部材2g、及びスリット部材2gと電荷吸引電極1cとの最短距離
V:電荷供給電極1a、または、2aに印加される電圧ピーク値
σmax:シートSの表面に付与される帯電電荷密度の最大値
w:シートSの表面に付与される帯電の幅
r1:接点切り替え機構1eを閉した状態で、印加電圧Vを変えた場合の帯電電荷密度の最大値σmaxの測定データの近似曲線
r2:接点切り替え機構1eを開とした状態で、印加電圧Vを変えた場合の帯電電荷密度の最大値σmaxの測定データの近似曲線
:接点1eを閉し、印加電圧Vを10kVに設定した場合の電荷密度の最大値σmaxの到達点
:接点1eを開とし、印加電圧Vを10kVに設定した場合の電荷密度の最大値σmaxの到達点
:接点1eを開とし、印加電圧Vを約9kVに設定した場合の電荷密度の最大値σmaxの到達点

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電荷吸引電極と、走行する電気絶縁性のシートを挟んで前記電荷吸引電極の反対側にあって前記シートに非接触に前記電荷吸引電極に対向配置された電荷供給電極と、該電荷供給電極の近傍に配置された導電性部材と、前記電荷供給電極に電圧を印加する電源とを備えている帯電付与装置であって、
(1)前記導電性部材と前記電荷供給電極の最短距離が、前記電荷供給電極と前記電荷吸引電極の最短距離よりも小さくなるように、前記導電性部材が配置されており、
(2)前記導電性部材の電位を、前記電荷供給電極から前記電気絶縁性シートに供給される電荷量が多くなる第1の電位と少なくなる第2の電位との二つの状態の間で切替可能な切り替え手段を備えている
ことを特徴とする帯電付与装置。
【請求項2】
前記切替手段は、前記導電性部材の電位が前記第1の電位となる状態において前記導電性部材と前記電荷吸引電極とを電気的に絶縁するものである、請求項1に記載の帯電付与装置。
【請求項3】
前記電荷供給電極と前記電気絶縁性シートとの間に前記電気絶縁性シートと非接触に前記電荷吸引電極に対して電気的に絶縁されたスリット部材と、該スリット部材のスリット幅を前記シート幅方向に制御する手段とを有することを特徴とする、請求項1または2に記載の帯電付与装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかに記載の装置を用いて電気絶縁性シートに帯電を付与し、帯電付与後の前記電気絶縁性シートの電位を測定し、前記電気絶縁性シート表面の電位が所望の値になるように、電荷供給電極に接続された電源の印加電圧を制御することを特徴とする帯電付与方法。
【請求項5】
請求項1〜3のいずれかに記載の装置を用いて電気絶縁性シートに帯電を付与し、帯電付与後の電気絶縁性シートの電位を測定し、前記電気絶縁性シート表面の電位が所望の値になるように、前記切り替え手段を制御することを特徴とする帯電付与方法。
【請求項6】
請求項3に記載の帯電付与装置を用い、電気絶縁性シートの幅方向に対し、前記電気絶縁性シート表面に帯電を付与された帯電領域の幅が所望の値になるように、電気絶縁性スリット部材のスリット幅を制御することを特徴とする帯電付与方法。
【請求項7】
押出機によりポリマーを押し出し、該ポリマーをシート状に成形して電気絶縁性シートとなし、請求項4〜7のいずれかに記載の帯電付与方法を用いて前記電気絶縁性シートを帯電させ、該電気絶縁性シートを巻き取ってシートロール体となす、帯電シートロール体の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2008−81275(P2008−81275A)
【公開日】平成20年4月10日(2008.4.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−264100(P2006−264100)
【出願日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】