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まるごとわかる 静電気/クリーン機器

静電気を科学する

コロナ放電式除電器の仕組み

前回に引き続き、除電器を使った静電気対策について解説します。

除電器とは空気イオンを利用して静電気を中和する機器のことです。前回は空気イオンの生成方法によって除電器が「光照射式」と「コロナ放電式」に分けられることを説明しました。光照射式は軟X線、コロナ放電式はコロナ放電という放電現象を利用して空気イオンを生成していましたね。もちろん、どちらの方式にも良さはありますが、価格の手頃さや使い勝手の良さから、製造現場ではコロナ放電式除電器が多く見られます。

そこで、今回はコロナ放電式除電器にスポットを当てることにします。

静電誘導でコロナ放電を起こす

コロナ放電は、針のように尖った導体の先に高電圧がかかった場合に起きる放電現象です。コロナ放電が起きると、放電した電子は付近の空気分子とぶつかり、針先の周囲に空気イオンを生成します。これ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。
コロナ放電式除電器のメカニズム
「静電誘導でコロナ放電を起こす」の説明画像
みなさんは、ファクシミリやコピー機の給排紙口付近に、ブラシのようなものがついているのに気づいたことはありませんか?実はあれも、れっきとしたコロナ放電式除電器です。金属フレームと導電線の繊維からできていて、アース線とつながっているだけの、とてもシンプルな構造です。
このような構造の除電器のことを自己放電式除電器と呼びます。こんな簡単なもので静電気が除去できるなんて、なんだか不思議ですね。しかも、それがコロナ放電や空気イオンと関係があるのだから驚きです。

それにしても、高圧電源もなくアースと金属フレーム、導電性繊維だけで、いったいどうやってコロナ放電を起こすのでしょう?そこで、みなさんに思い出してほしいのが、アースの働きです。
通常、アースを施した導体は、自由に電荷が動き回ることができるので、どちらかの極性に偏ることはありません。しかし、近くに帯電した物体がある場合は別です。帯電した物体側の導体の表面には、帯電体と反対極性の電荷が引き寄せられて集まってきます。これが静電誘導という現象です。実は、コロナ放電式除電器の中で自己放電式と分類される除電器は、このエネルギーをうまく利用しているのです。

自己放電式除電器のメカニズム

このように、自己放電式除電器は金属フレームとブラシ状の導電性繊維を組み合わせてアースにつないでいるので、非常に電気を流しやすい構造になっています。そこに帯電した物体が近づくと静電誘導が起こり、アースを通して導電性繊維の先に帯電物と反対極性の電荷がどんどん集まってきます。右のイラストでも、先端にたくさんの電荷が集まっている様子がわかりますね。そして、それが一定量を超えると、コロナ放電を起こすのです。
自己放電式除電器のメカニズム
「自己放電式除電器のメカニズム」の説明画像
その結果、発生した空気イオンは、帯電物にそのまま引き寄せられて帯電物の電荷と結び付き、電気的に中和状態になります。これが自己放電式除電器の除電のメカニズムです。高圧電源を必要とせず、アースを取り付けるだけで安価に設置できるので、ファクシミリやコピー機の紙の除電などに幅広く利用されています。

さて、ここまでの説明で、すでに気づいたかもしれませんが、自己放電式除電器の除電能力は、除電対象物の帯電量と帯電物との距離に依存しています。帯電物と導電性繊維の距離が遠すぎたり、帯電量が少なすぎたりするとコロナ放電は起こりません。したがって、自己放電式除電器は、除電後も数kVは静電気が残ってしまします。

また、使用しているうちに導電性繊維が切れることも考えられるので、異物混入を嫌う工程では使用をひかえた方がよいでしょう。より精度の高い除電を求める場合には、光照射式除電器か、次に紹介する電圧印加式除電器を使う必要があります。

電圧印加式除電器のメリット

自己放電式のイオン生成は除電対象物の帯電量に依存しているので、その能力には限界があります。それに対して電圧印加式除電器は、電極針という尖った針の先に強制的に高電圧をかけてコロナ放電を起こし、イオンを生成します。電源を入れるだけで安定したイオンを生成できるのが、この方式のメリットです。取付けの手間がかからず、高い除電能力を発揮するので、製造現場ではこのタイプの除電器を取り付けているところが多いようです。
電圧印加式除電器のメカニズム
「電圧印加式除電器のメリット」の説明画像
さて、2ページにわたってさまざまなタイプの除電器について紹介しましたが、それぞれの特徴について、大まかに理解してもらえたでしょうか。静電気除去という目に見えない作業をこなす除電器も、そのメカニズムを知ると少し身近に感じてきませんか。

次のページでは、身の周りの静電気対策、保管時の静電気対策について紹介します。

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