紫外線を用いる電荷変更

专利摘要:
誘電材料（９０）の電荷を変更するためのシステム（１０９）は、紫外線を利用する。このシステムはガス源（１０２）と紫外線源（１０４）を備える。ガス源（１０２）は、誘電材料（９０）に隣接する領域にガス（１０３）を導入する。紫外線源（１０４）は、この領域に照射を行って、誘電材料上の電荷を調節するように配置されている。誘電材料（９０）上の電荷を変更する方法も開示し、この方法では、誘電材料（９０）に隣接する領域にガス（１０３）を導入する。続いて、この領域に紫外線（１０５）を照射して、誘電材料（９０）上の電荷を変更する。
公开号:JP2011511996A
申请号:JP2010539696
申请日:2008-12-16
公开日:2011-04-14
发明作者:エム． ジェンドレジャック，リチャード；エー．エフ． ジョンソン，ミッチェル；エル． フィリップス，デイビッド；ティー． ベンソン，ピーター
申请人:スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー；
IPC主号:H05F3-06

专利说明:

[0001] 静電荷の蓄積は、誘電材料上で発生することが多い。誘電材料が別の材料と接触すると、表面電荷の交換が起こる。続いてこれらの材料を引き離すと、交換された電荷の一部は、一方又は双方の材料上に残留することがある。残留する電荷の量は、湿度又は印加される電場のような外部要因に加えて、それぞれの材料特性によって決まる。]
発明が解決しようとする課題

[0002] 誘電材料の低い伝導度のために、誘電材料上に残留する電荷は、接地に流れ出るか、又は、イオナイザのような外部源によって若しくは空中の周囲イオンによって中和されるかのいずれかまで、少なくとも一時的に表面上に捕獲される。誘電材料上の静電荷は、コーティング欠陥を含む様々な問題を招く場合がある。誘電材料からの静電気の放電は、更なる問題を招くことがある。]
課題を解決するための手段

[0003] 大まかに言えば、本特許は紫外線を用いて誘電材料の電荷を変更することを目的とする。１つの可能な形状において及び非限定例によっては、電荷変更は紫外線源とガス源を伴う。帯電している誘電材料の近くに、ガス源から出るガスを導入する。紫外線源から放出される紫外線を前記ガスと誘電材料との境界面に供給して、誘電材料上に存在する電荷を変更する。]
[0004] １つの態様は、誘電材料上の電荷を変更するための電荷変更システムであって、誘電材料に隣接する場所にガスを導入して、そのガスが前記場所で、大気中におけるよりも高い濃度を有するようにするためのガス源と、紫外線を発生させると共に、その紫外線を前記場所に向かわせるための紫外線源であって、その紫外線が前記ガス及び前記誘電材料と相互作用して、前記誘電材料上の電荷を変更する紫外線源と、を備えるシステムである。]
[0005] 別の態様は、誘電材料上の電荷を変更する方法であって、誘電材料を得る工程と、誘電材料に隣接する領域にガスを導入して、そのガスが前記領域で、大気中におけるよりも高い濃度を有するようにする工程と、前記領域及び前記誘電材料に紫外線を照射する工程と、前記誘電材料に照射を行いながら、前記誘電材料上の電荷を変更する工程と、を含む方法である。]
[0006] 更に別の態様は、誘電材料を受け入れるための誘電材料経路と、ガスを含むガス源であって、前記誘電材料経路に隣接する場所に前記ガスを供給して、その場所における前記ガスの濃度を高めるように配置されたガス源と、前記場所に紫外線を照射して、前記ガスを励起させると共に、前記誘電材料上の電荷を変更するための紫外線源と、を備える電荷変更システムである。]
図面の簡単な説明

[0007] 本開示による、誘電材料上の電荷を変更するための代表的な電荷変更システムのブロック図。
本開示による代表的な電荷変更システムの別のブロック図。
本開示による別の代表的な電荷変更システムのブロック図。
本開示による別の代表的な電荷変更システムのブロック図。
本開示による別の代表的な電荷変更システムのブロック図。
本開示による別の代表的な電荷変更システムのブロック図。
本開示による実験を行うために用いた試験システムの概略ブロック図。
窒素と図７に示されている試験システムを用いて、正電荷を持つ誘電材料について得られた試験結果を示す棒グラフ。
窒素と図７に示されている試験システムを用いて、負電荷を持つ誘電材料について得られた試験結果を示す棒グラフ。
図８に示されている試験結果の測定値を更に示すタイムライン。
窒素と図７に示されている試験システムを用いて得られた試験結果を示すグラフ。
窒素と図７に示されている試験システムを用いて得られた試験結果を示すグラフ。
二酸化炭素と図７に示されている試験システムを用いて得られた試験結果を示すグラフ。
アルゴンと図７に示されている試験システムを用いて得られた試験結果を示すグラフ。
アルゴンと図７に示されている試験システムを用いて得られた試験結果を示すグラフ。] 図７ 図８
[0008] 図面を参照して様々な実施形態について詳しく説明していくが、いくつかの図面全体にわたって、同様の参照番号は、同様の部品及びアセンブリを表す。様々な実施形態の参照が、本明細書に添付の請求項の範囲を限定することはない。加えて、本明細書に記載されたいかなる実施例も、限定することを意図するものではなく、添付の請求項の多くの可能な実施形態のいくつかを示すものにすぎない。]
[0009] 図１は、誘電材料９０上の電荷を変更するための代表的な電荷変更システム１００のブロック図である。電荷変更システム１００はハウジング１０１、ガス源１０２、及び紫外線源１０４を備える。ガス源１０２はガス１０３の供給源である。紫外線源１０４は紫外線１０５を発生させる。] 図１
[0010] 誘電材料９０の例としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、布（ナイロンなど）、紙、ラミネート、ガラス等が挙げられる。誘電材料と称されているが、いくつかの実施形態では、誘電材料９０は、導電層、静電気防止層、導電領域、静電気防止領域等と組み合わされている。いくつかの実施形態では、誘電材料９０は、図２を参照して説明されているもののように、広範な長さを有するシートストックのウェブの形状をしている。別の実施形態では、誘電材料９０は、約０．１メートル〜約１メートルの範囲の長さと、約０．１メートル〜約１メートルの幅を有するもののように、別個、つまり個別の品目の形状をしている。いくつかの実施形態では、誘電材料９０は、約３マイクロメートル〜約３０００マイクロメートル、典型的には約１０マイクロメートル〜約１５００マイクロメートルの範囲の厚みを有する。誘電材料９０のいくつかの実施形態は、概ね平面のトポグラフィーを有する。誘電材料９０の別の実施形態は、三次元トポグラフィーを有する。] 図２
[0011] いくつかの実施形態では、電荷変更システム１００はハウジング１０１を備える。ハウジング１０１は、ガス源１０２から出るガス１０３をハウジング１０１内に収容するか、又は部分的に収容する働きをする。いくつかの実施形態はハウジング１０１を備えない。電荷変更システム１００の別の実施形態は、シールド、１枚の壁、一式の壁、円筒若しくは部分的な円筒、球体若しくは部分的な球体等の形状のハウジング１０１を備える。ハウジング１０１の例は、紫外線チャンバのハウジングである。いくつかの実施形態では、ハウジング１０１は、誘電材料９０が出入りする１つ以上の開口部を備える。また、ハウジング１０１のいくつかの実施形態は、ガス源１０２から出るホースを連結するためのガス源ポートのような、投入物を受け入れるためのポート又はコネクタと、電気エネルギーを受け入れて、紫外線源１０４に動力を供給するための電気レセプタクルと、その他の所望なポート又はコネクタとを備える。]
[0012] ガス源１０２はガス１０３の供給源である。いくつかの実施形態では、ガス源１０２は、加圧ガス又は液体を収容するガスタンクである。別の実施形態では、ガス源１０２は、固体（例えばドライアイス）を含む容器である。ガス源１０２は、１つ以上のホース、チューブ、パイプ、又はその他の導管を通じる等によって、誘電材料９０に隣接する領域１１０にガス１０３を導入するように配置されている。いくつかの実施形態では、ガス源１０２を用いて、ハウジング１０１から大気を取り除くか又は部分的に取り除くと共に、大気をガス１０３と交換する。いくつかの実施形態では、複数のガス源１０２を用いる。]
[0013] ガス１０３は大気以外の１つ以上のガスを含む。いくつかの実施形態では、ガス１０３は窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、アルゴン（ＡＲ）、又はこれらの混合物である。更に別の実施形態では、ガス１０３は１種類の希ガス又は希ガスの混合物である。他の実施形態では、他のガス又はガスの混合物を用いる。いくつかの実施形態では、ガス１０３は、誘電材料９０に隣接する大気と混ざるように、大気中に導入される。]
[0014] 紫外線源１０４は紫外線１０５を発生させる。紫外線は、約３０ナノメートル〜約４００ナノメートルの範囲の波長を典型的に有する電磁放射線である。紫外線源１０４の例としては、様々なタイプのランプ、バルブ、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）が挙げられる。紫外線１０５に加えて、一部の紫外線源１０４は、紫外スペクトル以外の波長を有する追加的な電磁放射線も発生させる。紫外線源１０４の１つの例は、メリーランド州ゲイザースバーグ（Gaithersburg）に位置するフュージョンＵＶシステムズ社（FUSION UV SYSTEMS, INC）（登録商標）製の、「Ｄ」バルブ又は「Ｈ」バルブのいずれかを備えるモデル４５０という紫外線システムである。紫外線源１０４は紫外線１０５を発生させ、紫外線１０５を領域１１０の方に方向付ける（ガス１０３の中を通し、誘電材料９０の上に方向付けることを含む）。]
[0015] 電荷変更システム１０１を用いて、誘電材料９０上の静電荷を変更することができる。これを行うために、望ましくない静電荷を含む誘電材料９０を準備する。誘電材料９０に隣接する場所に、ガス１０３をガス源１０２から導入する。紫外線源１０４によって紫外線を発生させ、誘電材料９０に隣接する場所に方向付ける。この紫外線はガス１０３を励起させ、ガス１０３が静電荷と相互作用できるようにして、電荷を変更する。例えば、誘電材料９０上に位置する過剰電子を誘電材料９０からガス１０３の中に移動させることになり、続いてガス１０３がこの電子を誘電材料９０から運び去る。したがって、電荷変更システム１０１は、誘電材料９０上に存在する望ましくない電荷を変更するのに有用である。いくつかの実施形態では、電荷変更は、誘電材料９０から電子を取り除くことを含む。別の実施形態では、電荷変更は誘電材料９０に電子を付加することを含む。いくつかの実施形態では、誘電材料９０上の正味電荷を約１００ボルト未満の電位まで中和する。]
[0016] 誘電材料９０上に存在する望ましくない電荷を中和したら、次の処理工程、例えばコーティング、ハンドリング、パッケージング、潜在的に可燃性の材料に関わる処理、及びその他の処理工程を行うことができる。コーティングを塗布する前に誘電材料９０上の電荷を変更することの利点は、過剰電荷によって生じるコーティング欠陥が軽減又は排除されることである。ハンドリング（人又は機械によるもの）、パッケージング、又は潜在的に可燃性の材料に関わる処理の前に、誘電材料９０上の電荷を変更することの利点は、静電荷が負傷又は損傷を招くリスクが軽減又は排除されることである。他の実施形態は他の機構、用途、及び利点を含む。]
[0017] 図２は、誘電材料９２上の電荷を変更するための別の代表的な電荷変更システム２００のブロック図である。電荷変更システム２００はハウジング２０１、ガス源２０２、及び紫外線源２０４を備える。ガス源２０２はガス２０３の供給源である。紫外線源２０４は紫外線２０５を発生させる。この実施形態では、電荷変更システム２００はローラー２１０の周囲に形成されている。いくつかの実施形態は、任意のコーティング塗布装置２１２も備える。] 図２
[0018] この例では、誘電材料９２は、広範な長さを有するシートストックのウェブの形状をしている。例えばいくつかの実施形態は、ある長さ、幅、及び厚みを有するシートストックのウェブを含む。この長さは典型的には約１メートルを超え、約１０メートルを超える場合が多く、約１００メートルを超えることもある。幅は典型的には約０．２５メートル〜約５メートルである。厚みは典型的には約３マイクロメートル〜約３０００マイクロメートルの範囲である。このような誘電材料はロール状で保管されていることがあり、その結果、処理工程を行うために、例えばコーティングを誘電材料に塗布するか、又は製造プロセスで誘電材料を用いるために、巻き出す。]
[0019] ローラー２１０は、誘電材料９２を所望の経路に沿うように誘導するために設けられている。誘電材料９２がローラー２１０と接触すると、誘電材料９２とローラー２１０との間で表面電荷の交換が起こる。その後、誘電材料９２がローラー２１０から離れると、電荷の一部が誘電材料９２上に残留する。電荷変更システム２００は、誘電材料９２上の平均帯電電位を低下させる等のために、電荷を変更するのに有用である。この方法では、電荷変更システム２００のいくつかの実施形態は、静電気ショックのリスクの軽減、コーティング欠陥の軽減、ギャップ乾燥機及び紫外線チャンバ等における帯電吸着（charge tack-down）機会の軽減、並びに、ちり及びその他のくずの吸着軽減による製品清浄度の向上を含め、多数の効果を提供する。]
[0020] ガス源２０２はガス２０３の供給源である。この実施形態では、ガス２０３をハウジング２０１の中に導入し、ハウジング２０１をガス２０３によって少なくとも部分的に満たす。具体的には、ガス２０３をガス源２０２から電荷変更領域２０９まで放出する。電荷変更領域２０９は、電荷変更が起こる領域である。この実施形態では、電荷変更領域２０９は、ローラー２１０と、ウェブ９２がローラー２１０から離れる場所のすぐ向こう側のウェブ９２との間の領域である。電荷変更領域２０９は、他の実施形態では別の場所に配置されている。]
[0021] 紫外線源２０４は電荷変更領域２０９に紫外線２０５を発生させる。電荷変更システム２００のいくつかの実施形態の利点は、他の電荷変更システムではアクセスしにくい区域で電荷を変更できることである。紫外線源２０４のいくつかの実施形態は、ガス２０３と紫外線２０５とを供給できるいずれの場所でも電荷を変更することができる。例えば、電荷変更システム２００は、ガス２０３と紫外線２０５とを電荷変更領域２０９の中に導入する。紫外線２０５はガス２０３と相互作用して、誘電材料９２上に存在する電荷を変更し、例えば平均帯電電位を低下させる。]
[0022] 電荷を変更する量は、多くの要因によって可変である。１つの要因は、誘電材料が電荷変更システム２００の中を移動する速度である。一般に、速度が遅いほど、誘電材料９２上の電荷の低下が大きくなる。別の要因は紫外線源２０４の強度である。一般に、強度が高いほど、誘電材料９２上の電荷の低下が大きくなる。ハウジング２０１内のガス２０３の濃度も、電荷変更に影響を与える。本明細書ではその他の要因について更に説明する。いくつかの実施形態では、電荷変更システム２００によって、電荷を数キロボルト以上から１００ボルト未満に低下させることができる。]
[0023] いくつかの実施形態はコーティング塗布装置２１２も備える。コーティング塗布装置２１２は、任意の所望の材料のコーティングを誘電材料９２の少なくとも片側に塗布する。コーティング塗布装置２１２の例としては、ダイ、スプレーアプリケータ、グラビア等が挙げられる。]
[0024] 図３は、誘電材料９２上の電荷を変更するための別の代表的な電荷変更システム３００のブロック図である。電荷変更システム３００はハウジング３０１、ガス源３０２、及び紫外線源３０４を備える。ガス源３０２はガス３０３の供給源である。紫外線源３０４は紫外線３０５の発生器である。] 図３
[0025] この実施形態では、電荷変更システム３００はローラー３１０を備える。ローラー３１０は、紫外線を通すか又は部分的に通す材料で作られている。例えば、ローラー３１０はガラス又はプラスチックで作られている。]
[0026] 紫外線源３０４はローラー３１０内に位置する。紫外線３０５がローラー３１０を通り抜けることができるように、ローラー３１０は紫外線３０５を通す。]
[0027] 使用中、誘電材料９２は電荷変更システム３０１に入り、部分的にローラー３１０の周囲に方向付けられる。誘電材料９２がローラー３１０と接触すると、電荷移動が起こる。その後、誘電材料９２がローラー３１０から離れると、移動した電荷の一部が誘電材料９２上に残留する。ガス源３０２はガス３０３をハウジング３０１内に供給し、そのガスはハウジング３０１内で分散する。紫外線源３０２はローラー３１０内に紫外線３０３を発生させ、その紫外線はローラー３１０を通り抜けて誘電材料９２の上に達する。加えて、紫外線３０５は更にローラー３１０と誘電材料９２との間の領域も照射し、この領域で誘電材料９２はローラー３１０から離れる。紫外線３０５はガス３０３と相互作用して、ガス３０３の原子又は分子を励起させ、望ましくない電荷をガス３０３に取り除かせる等して、誘電材料９２上の電荷を変更する。]
[0028] いくつかの実施形態では、電荷変更システム３０１は、誘電材料９２が電荷変更システム３０１に入ると、誘電材料９２上に存在する電荷を取り除く働きをする。別の実施形態では、誘電材料９２が電荷変更システム３０１に入るとき、誘電材料９２は実質的に中性であり、実質的に中性の状態で電荷変更システム３０１から出る。いくつかの実施形態では、平均帯電電位が１００ボルト未満である場合、誘電材料は実質的に中性である。換言すれば、いくつかの実施形態では、電荷変更システム３０１を用いて、ローラー３１０によって、又は別の物体若しくは材料との相互作用によって付加された電荷を取り除く。]
[0029] 電荷変更システム３００のいくつかの実施形態では、所望に応じて、任意のコーティング塗布装置（例えば図２で示されている２１２）を用いて、材料のコーティングを誘電材料９２に塗布する。] 図２
[0030] その他の考え得る実施形態としては、誘電材料９２に隣接させて直列に配置した２つ以上の電荷変更システムが挙げられる。複数の電荷変更システムによって、いくつかの実施形態は、より速い速度で誘電材料９２を動かせるようになるうえに、依然として、誘電材料９２上の電荷変更は所望どおりに達成される。複数の電荷変更システムによって、別の実施形態は、誘電材料９２上の電荷変更のレベル向上を達成することができる。]
[0031] 図４は、誘電材料９２上の電荷を変更するための別の代表的な電荷変更システム４００のブロック図である。電荷変更システム４００は、ガス４０３を供給するガス源４０２と、紫外線４０５を供給する紫外線レーザー４０４とを備える。] 図４
[0032] 図示されている実施形態では、誘電材料９２は左側から電荷変更システム４００に入り、右側から出る。誘電材料９２は、電荷変更システム４００に入る前に帯電する。例えば、誘電材料９２はロールストックから巻き出され、その結果、電荷が蓄積される。別の例として、別の材料（例えばウール）を横断するように誘電材料９２を引いて動かす等によって、誘電材料９２をその別の材料と摩擦接触させる。更に別の例は、誘電材料９２上に電荷を堆積させるコロナ放電を含む。]
[0033] 続いて、帯電している誘電材料が電荷変更システム４００に入る。電荷変更システム４００は、帯電している誘電材料９２の表面に、ガス源４０２から出るガス４０３を導入する。紫外線レーザー４０４は紫外線４０５を発生させ、この紫外線を、帯電している誘電材料９２の選択された場所に方向付けて、その場所の電荷を選択的に変更する。所望に応じて、モーターを用いて紫外線レーザー４０４を誘導し、いずれかの所望のパターンで誘電材料９２に照射することができる。この方法では、誘電材料９２は選択的に帯電が解消される。]
[0034] 続いて、選択的に帯電が解消された誘電材料９２を利用するために、次の処理を行う。例えば、コーティングを塗布する。誘電材料９２の帯電又は非帯電領域は別々の形でコーティングと相互作用し、それによってコーティング内にパターン、形、又はデザインを作り出す。別の例としては、トナーを誘電材料９２に塗布する。このトナーは、帯電している領域に付着させる。続いて、誘電材料９２を紙又はその他の材料に接触させて、トナー像をその紙の上に転写する。所望に応じて、熱を用いてトナーを溶かして紙に固着させる。他の用途では、別の処理工程を用いる。]
[0035] 図５は、誘電材料９２上の電荷を変更するための別の代表的な電荷変更システム５００のブロック図である。電荷変更システム５００は、ガス５０３を供給するガス源５０２と、紫外線５０５を供給する紫外線源５０４と、紫外線フィルター５０６とを備える。電荷変更システム５００は、誘電材料９２上の電荷を選択的に変更するために用いることができる点で、図４に示されている電荷変更システム４００と似ている。] 図４ 図５
[0036] 電荷変更システム５００は、紫外線５０５を発生させるバルブ又はランプのような紫外線源５０４を備える。誘電材料９２上の電荷を選択的に変更するために、紫外線フィルター５０６が設けられている。紫外線フィルター５０６は、紫外線の望ましくない光線のみが通れるようにすると共に、望ましくない光線を吸収又は反射する。]
[0037] 紫外線フィルター５０６の例は、非透過性の印刷イメージを含む透過性材料のシートである。紫外線５０５は、フィルタリングされた紫外線５０７として透過性材料の非印刷領域を通り抜けるが、印刷領域は通り抜けない。その結果、フィルタリングされた紫外線５０７は、所望のパターンで誘電材料９２を照射する。フィルタリングされた紫外線５０７が照射される誘電材料９２の表面領域では、電荷が変更され、放射線５０７が照射されない領域では、電荷は変更されない。この方法では、電荷は誘電材料９２上で選択的にパターン化される。]
[0038] 紫外線フィルター５０６の別の考えられ得る例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。ＬＣＤは、選択的にオン又はオフにできる、格子状に配列された画素を備える。画素がオフのとき、紫外線はＬＣＤの画素を通り抜ける。画素がオンのとき、紫外線は吸収され、通り抜けない。紫外線５０５はＬＣＤを通るように方向付けられるが、フィルタリングされた紫外線５０７はオフ状態の画素のみを通り抜ける。フィルタリングされた紫外線５０７は、誘電材料９２の選択された領域を照射して、それらの場所の電荷を変更する。別の実施形態は、紫外線をフィルタリングするための他の装置を備える。]
[0039] 図６は、誘電材料９２上の電荷を変更するための別の代表的な電荷変更システム６００のブロック図である。電荷変更システム６００はガス源６０２と、紫外線源６０４と、接地プレート６０６と、スクリーン６１０と、電圧供給部６１２とを備える。] 図６
[0040] 接地プレート６０６、又は接地ローラー等を横断するように誘電材料９２を前進させるのが望ましいときもある。しかし、接地プレート６０６は、誘電材料９２上に存在する電荷と相互作用することによって、電荷変更に干渉する。例えば、誘電材料９２上に正電荷が存在する場合、接地プレート６０６はその正電荷を引きつけ、それによって、その正電荷から出る力線を接地プレート６０６に向けて、かつ紫外線源６０４から離れるように方向付けることになる。]
[0041] この干渉は、スクリーン６１０と電圧源６１２とを設けることによって解消される。スクリーン６１０は、金属のような導電材料で作られたスクリーンである。電圧源６１２はスクリーン６１０に電気的に接続されている。電圧源６１２は、接地プレート６０６に対するスクリーン６１０上に電圧を発生させる。この電圧は正若しくは負の値、又は接地のいずれかであってよく、いくつかの実施形態では、この電圧は正及び負の値、並びに接地の間で切り替わる。]
[0042] スクリーン６１０と接地プレート６０６との間の電圧は、誘電材料９２上の電荷を引きつけ、それによって力線（図示せず）の方向を変えて、スクリーン６１０の方を向くようにする。紫外線源６０４は紫外線６０５を発生させ、この紫外線はスクリーン６１０を通り抜けると共に、ガス６０６と相互作用して、誘電材料９２上の電荷を変更する。]
[0043] 下記の非限定例は、本開示による様々な実施形態を例示している。]
[0044] 図７は、下記の実験を行うために用いた試験システム７００の概略ブロック図である。試験システム７００は紫外線チャンバ７０２と、ガス源７０４と、紫外線源７０６とを備えていた。誘電材料７１０をロールストック７１２から巻き出し、経路に沿って紫外線チャンバ７０２を通ってからペーサーロール７１４を通るように方向付け、ロール７１６に再び巻いた。] 図７
[0045] 下記の試験では、誘電材料７１０は、約５１マイクロメートル（約０．００２インチ）の厚みと約１５．２ｃｍ（６インチ）の幅を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であった。]
[0046] 誘電材料７１０の経路沿いには、様々な器械があった。これらの器械は核棒７２０と、コロトロン７２２と、入力電圧メーター７２４と、出力電圧メーター７２６を含んでいた。誘電材料７１０をロールストック７１２から巻き出してから、核棒７２０のそばを通過させた。誘電材料７１０を巻き出すと、誘電材料７１０上に多大な電荷が発生した。核棒７２０を用いて、誘電材料７１０上に存在する電荷を低下させた。続いて、コロトロン７２２によって誘電材料７１０に電荷を印加した。コロトロン７２２は、５０Ｍオームの抵抗器を通じて＋１５ｋＶ／２０ｍＡのグラスマン（Glassman）社製直流電源によって、又は１００Ｍオームの抵抗器を通じて−２０ｋＶ／１５ｍＡのグラスマン（Glassman）社製直流電源によってのいずれかで動力を供給される２線式コロトロンであった。誘電材料７１０に印加した電荷は概して約２ｋＶであった（入力電圧メーター７２４で測定した場合）。]
[0047] 紫外線チャンバ７０２に入る前に、入力電圧メーター７２４を用いて、誘電材料７２４のフリースパン電位を測定した。入力電圧メーター７２４は３Ｍ ７１８という静電気メーターであった。続いて、誘電材料７１０を紫外線チャンバ７０２に通し、紫外線チャンバ７０２において、ガス源７０４から出るガスと、紫外線源７０６から放出される紫外線とに誘電材料７１０を暴露した。紫外線チャンバ７０２から出たら、出力電圧メーター７２６を用いて、誘電材料７２４のフリースパン電位を再び測定した。ーター７２６は３Ｍ７１８という静電気メーターであった。メーター７２４及び７２６は、データを収集するテクトロニクス（Tektronix）ＴＤＳ ３０３４Ｂというオシロスコープに接続されていた。]
[0048] 続いて、誘電材料７１０をペーサーロール７１４に通し、このロールが誘電材料７１０の速度を制御した。次いで、誘電材料７１０を再び巻いてロール７１６にした。]
[0049] 実施例１−窒素
この試験では、紫外線チャンバ７０２にガス源７０４から窒素（Ｎ２）ガスを供給した。ＵＶ源７０６は、フュージョン（Fusion）Ｆ４５０というＤ型バルブ、又は下に明記されているＨ型バルブのいずれかであり、フュージョン（Fusion）Ｐ１１５という可変電源（１００％の出力において１１８ワット／ｃｍ（３００ワット／インチ））を動力源とした。入力メーター７２４によって入力電位を、出力メーター７２６によって出力電位を測定した。]
[0050] 図８及び図９はそれぞれ、正電荷を持つ誘電材料（図８）と、負電荷を持つ誘電材料（図９）に関する試験結果を示している棒グラフである。図示されている試験では、ガス源の状態（オン又はオフ）、及び紫外線源の状態（オン又はオフ）を含め、様々な条件を試験した。誘電材料を紫外線チャンバに速度１０メートル／分、及び速度２５メートル／分で通す試験も行った。] 図８ 図９
[0051] 図８は、正電荷を持つ誘電材料を投入物として用いて行った試験を示している。入力電位と出力電位が示されている。「エラーバー」は、入力電位と出力電位の時間平均標準偏差を表しており、測定値の実際の誤差を表しているのではない。入力電位は典型的には約２ｋＶである。グラフは事例８０２、事例８０４、事例８０６、及び事例８０８の結果を示している。事例８０２では、ガス源（Ｎ２）はオフで、紫外線源（Ｄ型バルブ）はオフであった。事例８０４では、ガス源はオンで、紫外線源はオフであった。事例８０６では、ガス源はオフで、紫外線源はオンであった。事例８０８では、ガス源も紫外線源もオンであった。これらの試験では、紫外線源が「オン」の場合、最大（１００％）出力で動作している。] 図８
[0052] 各事例（８０２、８０４、８０６、及び８０８）において、２種類の試験を行った。第１の事例（各事例の左側の２本の棒によって表されている）は、１０メートル／分の誘電材料速度を伴うものであった。第２の事例（各事例の右側の２本の棒によって表されている）は、２５メートル／分の誘電材料速度を伴うものであった。]
[0053] 事例８０２は測定値８１０、８１２、８１４、及び８１６を示している。測定値８１０及び８１４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値８１２及び８１６は、紫外線チャンバを通り抜けた後の出て行くときの電位の測定値である。平均電位が示されている。ガス源と紫外線源の両方がオフであったこの事例では、出て行くときの電位は概して、入ってくるときの電位とほぼ同じであった。]
[0054] 事例８０４は測定値８２０、８２２、８２４、及び８２６を示している。測定値８２０及び８２４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値８２２及び８２６は出て行くときの電位の測定値である。ガス源はオンであったが紫外線源はオフであったこの事例では、出て行くときの電位は概して、入ってくるときの電位とほぼ同じであった。]
[0055] 事例８０６は測定値８３０、８３２、８３４、及び８３６を示している。測定値８３０及び８３４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値８３２及び８３６は出て行くときの電位の測定値である。ガス源がオフで、紫外線源がオンであったこの事例では、出て行く電位の多少の低下が測定されたが、測定値８３２及び８３６は１ｋＶ超のままであった。]
[0056] 事例８０８は測定値８４０、８４２、８４４、及び８４６を示している。測定値８４０及び８４４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値８４２及び８４６は出て行くときの電位の測定値である。ガス源と紫外線源の両方がオンであったこの事例では、測定値８４２及び８４６によって、出て行くときの電位のかなりの低下が測定された。具体的には、第１の試験（１０メートル／分の誘電材料速度によるもの）では、入ってくるときの電位（測定値８４０）は約２ｋＶで、出て行くときの電位（測定値８４２）は約０．１ｋＶであった。第２の試験（２５メートル／分の誘電材料速度によるもの）では、入ってくるときの電位（測定値８４２）は約２ｋＶで、出て行くときの電位（測定値８４４）は約０．３ｋＶであった。]
[0057] したがって、正電荷を持つ誘電材料に対する電荷の引き下げは、ガス源をオンにし、紫外線源もオンにしたときに最も効果的であったことが明らかになった。]
[0058] 図９は、負電荷を持つ誘電材料を投入物として用いて行った試験を示している。入力電位と出力電位が示されている。入力電位は約１ｋＶ〜２ｋＶであった。グラフは事例９０２、事例９０４、事例９０６、及び事例９０８の結果を示している。事例９０２では、ガス源（Ｎ２）はオフで、紫外線源（Ｄ型バルブ）はオフであった。事例９０４では、ガス源はオンで、紫外線源はオフであった。事例９０６では、ガス源はオフで、紫外線源はオンであった。事例９０８では、ガス源も紫外線源もオンであった。これらの試験では、紫外線源が「オン」の場合、最大（１００％）出力で動作している。] 図９
[0059] 各事例（９０２、９０４、９０６、及び９０８）において、２種類の試験を行った。第１の事例（各事例の左側の２本の棒によって表されている）は、１０メートル／分の誘電材料速度を伴うものであった。第２の事例（各事例の右側の２本の棒によって表されている）は、２５メートル／分の誘電材料速度を伴うものであった。]
[0060] 事例９０２は測定値９１０、９１２、９１４、及び９１６を示している。測定値９１０及び９１４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値９１２及び９１６は、紫外線チャンバを通り抜けた後の出て行くときの電位の測定値である。平均電位が示されている。ガス源と紫外線源の両方がオフであったこの事例では、出て行くときの電位は概して、入ってくるときの電位とほぼ同じであった。]
[0061] 事例９０４は測定値９２０、９２２、９２４、及び９２６を示している。測定値９２０及び９２４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値９２２及び９２６は出て行くときの電位の測定値である。ガス源はオンであったが紫外線源はオフであったこの事例では、出て行くときの電位は概して、入ってくるときの電位とほぼ同じであった。]
[0062] 事例９０６は測定値９３０、９３２、９３４、及び９３６を示している。測定値９３０及び９３４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値９３２及び９３６は出て行くときの電位の測定値である。ガス源はオフで、紫外線源はオンであったこの事例では、出て行くときの電位は概して、入ってくるときの電位とほぼ（abou）同じであった。]
[0063] 事例９０８は測定値９４０、９４２、９４４、及び９４６を示している。測定値９４０及び９４４は入ってくるときの電位の測定値であり、測定値９４２及び９４６は出て行くときの電位の測定値である。ガス源と紫外線源の両方がオンであったこの事例では、測定値９４２によって、出て行くときの電位のかなりの低下が測定され、測定値９４６によって多少の低下が測定された。具体的には、第１の試験（１０メートル／分の誘電材料速度によるもの）では、入ってくるときの電位（測定値９４０）は約１．５ｋＶで、出て行くときの電位（測定値９４２）は約０ｋＶであった（測定値９４２はわずかにプラスであったことに留意されたい）。第２の試験（２５メートル／分の誘電材料速度によるもの）では、入ってくるときの電位（測定値９４２）は約１．１ｋＶで、出て行くときの電位（測定値９４４）は約０．７ｋＶであった。]
[0064] したがって、正電荷を持つ誘電材料に対する電荷の引き下げは、ガス源をオンにし、紫外線源もオンにしたときに最も効果的であったことが明らかになった。また、誘電材料の速度が遅い方が効果的であった。]
[0065] 図１０は、２０秒の期間にわたる測定８４０及び８４２の試験結果を示しているタイムラインである。測定８４０及び８４２は、ガス源（Ｎ２）をオンに、紫外線源（Ｄ型バルブ）をオンにして行った。入ってくるときの電位の平均（測定値８４０）は約２ｋＶ（標準偏差は約０．１７１）で、出て行くときの電位の平均（測定値８４２）は約０．１ｋＶ（標準偏差は約０．０４７）であった。つまり、誘電材料上に存在する正電荷を約１００ボルトに低下させることが可能である。速度が遅いほど（例えば暴露時間が長いほど）、電荷を低下させることができる。] 図１０
[0066] ランプの出力が電荷に及ぼす効果が、図１１及び１２に示されている。いずれのグラフでも、ｘ軸は、入ってくるときの電位を出て行くときの電位で除した値であり、ｙ軸はランプ出力のパーセンテージ（最大出力に対する割合）である。入ってくるときの電位は、事例８０２及び９０２と同様であった。] 図１１
[0067] 図１１は、誘電材料７１０を紫外線チャンバ７０２に速度１０メートル／分で通した試験を示しているグラフである。このグラフは線１１０２、１１０４、１１０６、及び１１０８を含む。線１１０２及び１１０４は、負電荷を持つ誘電材料（例えば、マイナス２０ｋＶ／１５ｍＡのグラスマン（Glassman）社製直流電源を動力源とするコロトロン）を用いた試験結果であり、線１１０６及び１１０８は、正電荷を持つ誘電材料（例えば、プラス１５ｋＶ／２０ｍＡのグラスマン（Glassman）社製直流電源を動力源とするコロトロン）を用いた試験結果である。線１１０２及び１１０６は、Ｄ型バルブを用いた試験結果であり、線１１０４及び１１０８は、Ｈ型バルブを用いた試験結果である。] 図１１
[0068] 概して、いずれの試験も、ランプ出力が高いほど電荷の低下を示した。正電荷を持つ誘電材料に対してはＨ型バルブが一番良く機能し、負電荷を持つ誘電材料に対してはＤ型バルブが一番良く機能した。]
[0069] 図１２は、誘電材料７１０を紫外線チャンバ７０２に速度２５メートル／分で通した試験を示しているグラフである。このグラフは線１２０２、１２０４、１２０６、及び１２０８を含む。線１２０２及び１２０４は、負電荷を持つ誘電材料を用いた試験結果であり、線１２０６及び１２０８は、正電荷を持つ誘電材料を用いた試験結果である。線１２０２及び１２０６は、Ｄ型バルブを用いた試験結果であり、線１２０４及び１２０８は、Ｈ型バルブを用いた試験結果である。] 図１２
[0070] 概して、いずれの試験も、ランプ出力が高いほど電荷の低下を示した。正電荷を持つ誘電材料、及び負電荷を持つ誘電材料のいずれに対しても、Ｈ型バルブがより良く機能した。加えて、負電荷の方が正電荷よりも低下した。]
[0071] 実施例２−二酸化炭素
この試験では、紫外線チャンバ７０２にガス源７０４から二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを供給すると共に、フュージョン（Fusion）Ｆ４５０というＨ型バルブを備え付けた。入力メーター７２４によって入力電位を、出力メーター７２６によって出力電位を測定した。入ってくるときの電位は事例８０２及び９０２と同様であった。]
[0072] これらの試験の結果は、誘電材料上の電荷の低下度が二酸化炭素の場合の方が小さいこと以外は、（上記の）窒素の場合の試験結果と同様であった。]
[0073] 図１３は、誘電材料７１０を紫外線チャンバ７０２に速度１０メートル／分で通した試験を示しているグラフである。このグラフでは、ｘ軸は、入ってくるときの電位を出て行くときの電位で除した値であり、ｙ軸はランプ出力のパーセンテージ（最大出力に対する割合）である。] 図１３
[0074] このグラフは線１３０２及び１３０４を含む。線９０２は負の電荷を持つ誘電材料の試験結果である。線９０４は正の電荷を持つ誘電材料の試験結果である。図示されているように、電荷は概して、ランプ出力が高いほど低下した。加えて、線９０４は、誘電材料上で正電荷の方が負電荷よりも低下したことを示している。]
[0075] 実施例３−アルゴン
この試験では、紫外線チャンバ７０２にガス源７０４からアルゴン（ＡＲ）ガスを供給すると共に、フュージョン（Fusion）Ｆ４５０というＤ型バルブ、又は下に明記されているようなＨ型バルブを備え付けた。入力メーター７２４によって入力電位を、出力メーター７２６によって出力電位を測定した。入ってくるときの電位は事例８０２及び９０２と同様であった。]
[0076] ランプの出力が電荷に及ぼす効果が、図１４及び１５に示されている。いずれのグラフでも、ｘ軸は、入ってくるときの電位を出て行くときの電位で除した値であり、ｙ軸はランプ出力のパーセンテージ（最大出力に対する割合）である。] 図１４
[0077] 図１４は、誘電材料７１０を紫外線チャンバ７０２に速度１０メートル／分で通した試験を示しているグラフである。このグラフは線１４０２、１４０４、１４０６、及び１４０８を含む。線１４０２及び１４０４は、負電荷を持つ誘電材料（例えば、２０ｋＶ／１５ｍＡの負のグラスマン（Glassman）社製直流電源を動力源とするコロトロン）を用いた試験結果であり、線１４０６及び１４０８は、正電荷を持つ誘電材料（例えば、１５ｋＶ／２０ｍＡの正のグラスマン（Glassman）社製直流電源を動力源とするコロトロン）を用いた試験結果である。線１４０２及び１４０６は、Ｄ型バルブを用いた試験結果であり、線８０４及び８０８は、Ｈ型バルブを用いた試験結果である。] 図１４
[0078] 概して、いずれの試験も、ランプ出力が高いほど電荷の低下を示した。正電荷を持つ誘電材料、及び負電荷を持つ誘電材料のいずれに対しても、Ｈ型バルブが一番良く機能した。予め正電荷を持たせた誘電材料に、Ｄ型バルブを用いて負電荷を印加できることも明らかになった。したがって、電荷変更は、電荷の引き下げのみならず、電荷の付加も含む。]
[0079] 図１５は、誘電材料７１０を紫外線チャンバ７０２に速度２５メートル／分で通した試験を示しているグラフである。このグラフは線１５０２、１５０４、１５０６、及び１５０８を含む。線１５０２及び１５０４は、負電荷を持つ誘電材料を用いた試験結果であり、線１５０６及び１５０８は、正電荷を持つ誘電材料を用いた試験結果である。線１５０２及び１５０６は、Ｄ型バルブを用いた試験結果であり、線１５０４及び１５０８は、Ｈ型バルブを用いた試験結果である。] 図１５
[0080] 概して、いずれの試験も、ランプ出力が高いほど電荷の低下を示した。正電荷を持つ誘電材料、及び負電荷を持つ誘電材料のいずれに対しても、Ｈ型バルブがより良く機能した。加えて、負電荷の方が正電荷よりも低下した。]
[0081] （実施例４）
試験結果の要旨を以下に示す。各試験では、紫外線源を最大出力で用いた。示されているように、様々なガス源を用いた。]
[0082] 表１は、１０メートル／分で移動する、初期時点では正電荷を持っている誘電材料を用いた試験結果を示している。]
[0083] ]
[0084] 表２は、１０メートル／分で移動する、初期時点では負電荷を持っている誘電材料を用いた試験結果を示している。]
[0085] ]
[0086] 表３は、２５メートル／分で移動する、初期時点では正電荷を持っている誘電材料を用いた試験結果を示している。]
[0087] ]
[0088] 表４は、２５メートル／分で移動する、初期時点では負電荷を持っている誘電材料を用いた試験結果を示している。]
[0089] ]
実施例

[0090] 上記の様々な実施形態は、実例としてのみ提供されており、添付の請求項を限定するものと解釈すべきではない。当業者は、本明細書に例示及び記載されている例示的実施形態及び用途に従わず、かつ下記の請求項の趣旨及び範囲から逸脱せずに行うことのできる様々な修正と変更を容易に認識するであろう。]

权利要求:

請求項1
誘電材料上の電荷を変更するための電荷変更システムであって、前記システムが、前記誘電材料に隣接する場所にガスを導入して、前記ガスが前記場所で、大気中におけるよりも高い濃度を有するようにするためのガス源と、紫外線を発生させると共に、前記紫外線を前記場所に方向付けるための紫外線源であって、前記紫外線が前記ガス及び前記誘電材料と相互作用して、前記誘電材料上の電荷を変更する、紫外線源と、を備える電荷変更システム。
請求項2
前記紫外線が前記ガス及び前記誘電材料と相互作用して、平均帯電電位の絶対値を、約１０００ボルトを超える初期値から約１５０ボルト未満に低下させる、請求項１に記載の電荷変更システム。
請求項3
前記ガス源が、窒素、二酸化炭素、アルゴン、及び希ガスからなる群から選択されるガスを含む、請求項１に記載の電荷変更システム。
請求項4
前記紫外線源がレーザーを含む、請求項１に記載の電荷変更システム。
請求項5
前記レーザーが、前記誘電材料上の電荷を所定のパターンで選択的に変更して、次の処理用の誘電材料を作製するように配置されている、請求項４に記載の電荷変更システム。
請求項6
前記紫外線をフィルタリングし、前記紫外線を所定のパターンで前記誘電材料上に選択的に方向付けて、次の処理用の誘電材料を作製するように配置されたフィルターを更に備える、請求項１に記載の電荷変更システム。
請求項7
前記紫外線源が、約３０ナノメートル〜約４００ナノメートルの範囲の波長を有する電磁放射線を発生させる、請求項１に記載の電荷変更システム。
請求項8
誘電材料上の電荷を変更する方法であって、前記方法が、前記誘電材料を得る工程と、前記誘電材料に隣接する領域にガスを導入して、前記ガスが前記領域で、大気中におけるよりも高い濃度を有するようにする工程と、前記領域及び前記誘電材料に紫外線を照射する工程と、前記誘電材料に照射を行いながら、前記誘電材料上の電荷を変更する工程と、を含む方法。
請求項9
前記誘電材料が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、布、紙、ラミネート、及びガラスからなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
請求項10
前記誘電材料が、約１メートル〜約１００メートルの範囲の長さと、約０．２５メートル〜約５メートルの範囲の幅と、約３マイクロメートル〜約３０００マイクロメートルの範囲の厚みとを有する、請求項８に記載の方法。
請求項11
前記誘電材料を得る工程が、帯電している誘電材料を得ることを含み、前記誘電材料上の電荷を変更する工程が、前記誘電材料上の電荷を低下させることを含む、請求項８に記載の方法。
請求項12
帯電している前記誘電材料が、１０００ボルトを超える電位を有し、前記誘電材料上の電荷を低下させる工程が、前記電位を１５０ボルト未満に低下させることを含む、請求項８に記載の方法。
請求項13
前記誘電材料上の電荷を低下させる工程が、前記電位を１００ボルト未満に低下させることを含む、請求項１２に記載の方法。
請求項14
電荷を変更する工程を所定のパターンで行って、第１の帯電電位を有する第１の領域と、第２の帯電電位を有する第２の領域とを形成させ、前記第１の帯電電位が前記第２の帯電電位よりも大きい、請求項８に記載の方法。
請求項15
前記誘電材料を得る工程が、ロール状の誘電材料の一部を巻き出すことと、少なくとも１つのローラーを有する領域を通り抜けるように、前記誘電材料の前記巻き出し部分を送ることとを含み、電荷を変更する工程が、前記誘電材料上の電荷を低下させることを含む、請求項８に記載の方法。
請求項16
前記ローラーが接地に電気的に接続されており、電荷を変更しながら、スクリーンを通過するように前記巻き出し部分を送ることを更に含む、請求項１５に記載の方法。
請求項17
前記巻き出し部分を送ることが、前記巻き出し部分を毎分約１０メートル〜毎分約２５メートルの範囲の速度で移動させることを含む、請求項１５に記載の方法。
請求項18
誘電材料を受け入れるための誘電材料経路と、ガスを含むガス源であって、前記ガス源が、前記誘電材料経路に隣接する場所に前記ガスを供給して、前記場所における前記ガスの濃度を上昇させるように配置された、ガス源と、前記場所に紫外線を照射して、前記ガスを励起させると共に、前記誘電材料上の電荷を変更するための紫外線源と、を備える電荷変更システム。
請求項19
前記ガスが、窒素及びアルゴンからなる群から選択される、請求項１８に記載の電荷変更システム。
請求項20
前記紫外線源がバルブ、ランプ、又は発光ダイオードである、請求項１８に記載の電荷変更システム。
請求項21
電荷を変更することが、前記誘電材料上の帯電電位の大きさを増大させることを含む、請求項１８に記載の電荷変更システム。