除電器による対策

空気は、78%の窒素分子と残りほとんどの酸素分子と、わずかな二酸化炭素と水蒸気で構成されています。
これらの空気中の分子が、風や嵐、雷などの気象条件や太陽の放射線、地表の放射線物質が原因により、電気的にプラスまたはマイナスに電離することにより、空気イオンが発生します。
この空気イオンは、プラスとマイナスどちらの極性もあり、それぞれ逆の電荷と結合することで電気的に中和するという特性を持っています。この特性を利用して、電気的に一方の極性に偏ってしまった物体に逆極性のイオンを供給することで、強制的に帯電電荷を中和し、結果的に帯電物の除電をする装置が除電器(イオナイザー)なのです。
除電器(イオナイザー)には、静電気を中和(除電)するだけでなく、材料の帯電防止や空気中の微粒子の帯電防止の効果もあります。また、湿度を嫌う作業環境で、接地なども適さない場合(動いている装置や絶縁物など)の静電気除去補完対策として多く用いられ、静電気防止管理には欠かすことのできない除電方法の1つです。
除電器(イオナイザー)の種類は、空気分子の電離方法によって「コロナ放電式」と「光照射式」に分けられます。
コロナ放電式の除電器は、針状の放電電極へ電界を集中させることによりコロナ放電を発生させ、イオン化した空気で除電する仕組みで、さらに「自己放電式」と「電圧印加式」に分かれます。
光照射式の除電器は、微弱な軟X線を使用することから、「軟X線式」と呼ばれます。
次に、これら除電器(イオナイザー)の、それぞれの特徴や使用用途、メカニズムについて詳しく説明していきます

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自己放電式

自己放電式

帯電体に、繊維やワイヤーなど針のように尖った導体(金属など)を接近させると、その先端部には誘導電荷が集中し、先端部の電界が強くなり、その結果気中放電の一種であるコロナ放電が発生します。図のとき、針電極以外では絶縁破壊強度を越えていないので、放電は先端部だけで起こることになります。
このコロナ放電が開始すると、帯電電荷と逆極性のイオンが発生し、電界の電荷は中和されます。この現象を利用して静電気を除電するのが、コロナ放電式の除電器です。

自己放電式

自己放電式除電器は、カーボンなどの導電性の繊維を束ねたブラシ状のものを接地するという、シンプルな構造でできています。(図)帯電物が接近することによって静電誘導が起こり、接地を通して導電性繊維の先に帯電物と反対極性の電荷が集中します。これが、一定量を超えると、コロナ放電を起こし、発生した空気イオンは帯電物に引き寄せられ、帯電物の電荷と結びつき、中和状態になります。
この自己放電式除電器は、電圧供給源を必要とせず、安価で取り付けも容易なことから幅広く利用されています。身近なものでは、ファクシミリやコピー機の給排紙口付近に取り付けられ、用紙の除電などに使用されています。

自己放電式

図は、自己放電式除電器の除電能力を表したものです。自己放電式除電器は、帯電物の電荷によって電界を作るので、帯電物の電荷量が多ければ多いほど強くなりますが、逆に帯電体の電荷量が少ないとコロナ放電は起りません。そのため、静電気を完全に除去することは難しく、精度の高い除電には不向きです。

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電圧印加式

電圧印加式除電器は、先端の尖った電極針に高圧電源を用いて自発的にコロナ放電を起こすという、高電圧放電技術の応用で、帯電電荷を中和する装置です。

下図のように、コロナ放電を発生させるため高電圧を印加する針状の電極と、高圧電源、アース電極で構成されており、電極針に高電圧(3kV以上)を印加することで電極針の先端部分でコロナ放電を発生させています。
コロナ放電が発生すると、電極針周辺に存在している空気が電離し、イオンとなって、このイオンを帯電物に与えることで除電を行っています。

電圧印加式

電圧印加式

自己放電式除電器のイオン生成が除電対象物の帯電量に依存することに対し、電圧印加式除電器は、電極針に強制的に高電圧をかけるので、電源を入れるだけで安定した高い除電能力を発揮するので、精度の高い除電を必要とする製造現場などで、多く利用されています。図は、電圧印加式の中で一般的な交流式(AC方式)除電器です。電極針を等間隔で並べた電極と長方形の板状の対向電極で構成されており、対向電極は接地されています。
この交流式(AC方式)除電器は、一定サイクル毎にプラスまたはマイナスの放電でイオンを生成し、生成されたイオンの一部が対向電極に吸収され、残りのイオンは対向電極を通り抜け、帯電体表面に届きその電荷を中和するというメカニズムです。

これら電圧印加式除電器の電極針は、鋭い程イオン発生能力が高まります。
電極針先端はイオンが衝突するため破壊されやすいので、イオン衝突によるストレスに強い材料を選ぶ必要があります。スチール製の電極針は加工が容易な反面ストレスには弱く、タングステン製はストレスに強く長寿命なのですが、比較的高価になります。

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軟X線式

紫外線より波長の短い10分の数[nm]から数十[nm]の範囲のX線の一種です。
この軟X線は、空気を電離する作用があり、空気中のガス分子を直接イオン化することで除電する装置が、軟X線式除電器(光照射式)です。
特徴は、軟X線を照射するだけで除電効果が得られるので、短時間で広い範囲の除電が可能です。
しかし、軟X線は微弱とはいえ、X線の一種であるため人体には有害であり、法的な届け出義務もあります。使用に際しては十分な管理と特別な遮へい設備が必要で、コストも問題となります。
このようなことから、現実的には、パイプ内を流動する粉体の除電など、イオンが届きにくい限られた空間で除電する場合、コロナ放電式の代わりに使用されることが多いようです。

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