專利名稱：使用紫外線輻射改變電荷的制作方法
使用紫外線輻射改變電荷
背景技術(shù)：
在電介質(zhì)材料上經(jīng)常發(fā)生靜電荷積聚T當(dāng)電介質(zhì)材料與另一材料接觸時，發(fā)生表 面電荷交換。當(dāng)這些材料隨后被分離時，一些交換的電荷可能保留在一個或二個材料上。保 留的電荷的量取決于各自的材料特性以及外部因素諸如濕度或外加電場。由于電介質(zhì)材料的低導(dǎo)電率，保留在電介質(zhì)材料上的電荷至少暫時被捕獲在表面 上直到其或者泄到地面或者被諸如離子發(fā)生器的外部源或者被空氣中環(huán)境離子所中和。電 介質(zhì)材料上的靜電荷可以導(dǎo)致各種問題，包括涂層缺陷。電介質(zhì)材料的靜電放電可以導(dǎo)致 另外的問題。

發(fā)明內(nèi)容
一般地說，本專利涉及使用紫外線輻射改變電介質(zhì)材料的電荷。在一種可能的構(gòu) 造中并作為非限制性實例，電荷改變涉及紫外線輻射源和氣源。來自氣源的氣體被引入帶 電的電介質(zhì)材料鄰近的區(qū)域。來自紫外線輻射源的紫外線輻射被提供到氣體和電介質(zhì)材料 之間的界面來改變存在于電介質(zhì)材料上的電荷。一個方面是一種用于改變電介質(zhì)材料上的電荷的電荷改變系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣源 以用于將氣體引入鄰近電介質(zhì)材料的位置使得氣體在該位置處具有比在大氣中更高的濃 度；以及紫外線輻射源以用于產(chǎn)生紫外線輻射并引導(dǎo)紫外線輻射到達該位置；其中紫外線 輻射與氣體和電介質(zhì)材料相互作用以改變電介質(zhì)材料上的電荷。另一個方面是一種改變電介質(zhì)材料上電荷的方法，該方法包括獲得電介質(zhì)材料； 將氣體引入鄰近電介質(zhì)材料的區(qū)域，使得氣體在該區(qū)域具有比在大氣中更高的濃度；用紫 外線輻射照射該區(qū)域和電介質(zhì)材料；以及在照射電介質(zhì)材料的同時改變電介質(zhì)材料上的電荷。另一個方面是一種電荷改變系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電介質(zhì)材料通道以用于接收電介質(zhì) 材料；含有氣體的氣源，該氣源被布置用于向鄰近電介質(zhì)材料通道的位置供給氣體以增加 該位置處的氣體濃度；以及紫外線輻射源以用于利用紫外線輻射照射該位置來激發(fā)氣體并 改變電介質(zhì)材料上的電荷。


圖1是根據(jù)本發(fā)明用于改變電介質(zhì)材料上電荷的一個示例性的電荷改變系統(tǒng)的 框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性的電荷改變系統(tǒng)的另一個框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)的框圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)的框圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)的框圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)的框圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的用于實施實驗的測試系統(tǒng)的示意性框圖。
圖8是顯示使用氮氣和圖7所示測試系統(tǒng)所獲得的帶正電的電介質(zhì)材料測試結(jié)果 的柱狀圖。圖9是顯示使用氮氣和圖7所示測試系統(tǒng)所獲得的帶負電的電介質(zhì)材料測試結(jié)果 的柱狀圖。圖10是進一步示出了圖8所示測試結(jié)果的測量的時間線。圖11是顯示使用氮氣和圖7所示測試系統(tǒng)所獲得的測試結(jié)果的圖。圖12是顯示使用氮氣和圖7所示測試系統(tǒng)所獲得的測試結(jié)果的圖。圖13是顯示使用二氧化碳和圖7所示測試系統(tǒng)所獲得的測試結(jié)果的圖。圖14是顯示使用氬氣和圖7所示測試系統(tǒng)所獲得的測試結(jié)果的圖。圖15是顯示使用氬氣和圖7所示測試系統(tǒng)所獲得的測試結(jié)果的圖。
具體實施例方式各實施例將參照附圖進行詳細描述，其中在整個若干視圖中類似的附圖標(biāo)記表示 類似的部件和組件。對各種實施方式的參照不限制本文所附權(quán)利要求書的范圍。另外，本 說明書中闡明的任何實例并非意圖進行限制，而只是闡明所附權(quán)利要求書的許多可能實施 例中的某些。圖1是用于改變電介質(zhì)材料90上的電荷的一個示例性的電荷改變系統(tǒng)100的框 圖。電荷改變系統(tǒng)100包括外殼101，氣源102和紫外線輻射源104。氣源102是氣體103 的來源。紫外線輻射源104產(chǎn)生紫外線輻射105。電介質(zhì)材料90的實例包括聚酯、聚乙烯、聚丙烯、布(諸如尼龍)、紙、層合物、玻璃 等。雖然被稱為電介質(zhì)材料，在一些實施例中，電介質(zhì)材料90與導(dǎo)電層、防靜電層、導(dǎo)電區(qū) 域，防靜電區(qū)域等相結(jié)合。在一些實施例中，電介質(zhì)材料90以具有延伸長度的片料卷材的 形式存在，諸如參照圖2所描述的。在其他實施例中，電介質(zhì)材料90以離散或單獨項的形 式存在，諸如具有范圍從大約0. 1米到大約1米的長度和從約0. 1米到約1米的寬度。在 一些實施例中，電介質(zhì)材料90具有范圍從約3微米到約3000微米并且通常從約10微米到 約1500微米的厚度。電介質(zhì)材料90的一些實施例通常具有平面的結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)材料90 的其他實施例具有三維的結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，電荷改變系統(tǒng)100包括外殼101。外殼101運轉(zhuǎn)以包含或部分地 包含來自外殼101內(nèi)氣源102的氣體103。一些實施例不包括外殼101。電荷改變系統(tǒng)100 的其他實施例包括以罩、壁、一組壁、圓筒或偏圓筒、球體或偏球體等形式存在的外殼101。 外殼101的一個實施例是紫外線室的外殼。在一些實施例中，外殼101包括一個或多個穿 過其進入和離開電介質(zhì)材料90的開口。外殼101的一些實施例還包括入口或接頭以用于 接收輸入，諸如連接來自氣源102的軟管的氣源入口、用于接收電能以為紫外線輻射源104 供電的電插座、以及其他所需的入口或接頭。氣源102是氣體103的來源。在一些實施例中，氣源102是含有加壓氣體或液體 的氣罐。在其他實施例中，氣源102是含有固體(例如干冰)的容器。氣源102被布置用 于將氣體103引入鄰近電介質(zhì)材料90的區(qū)域110，諸如穿過一個或多個軟管、管子、管道、或 其他導(dǎo)管。在一些實施例中，氣源102用來清除或部分清除來自外殼101的大氣并用氣體 103置換大氣。在一些實施例中，使用多個氣源102。
除大氣外氣體103包括一種或多種氣體。在一些實施例中，氣體103是氮氣(N2)、 二氧化碳(CO2)、氬氣(AR)、或這些氣體的組合。在另一實施例中，氣體103是一種稀有氣 體或多種稀有氣體的組合。其他氣體或氣體的組合用在其他實施例中。在一些實施例中， 氣體103被引入大氣使得其與鄰近電介質(zhì)材料90的大氣混合。紫外線輻射源104產(chǎn)生紫外線輻射105。紫外線輻射是通常具有波長范圍從約30 納米至約400納米的電磁輻射。紫外線輻射源104的實例包括各種類型的燈、燈泡或發(fā)光 二極管(LED)。除了紫外線輻射105，一些紫外線輻射源104也產(chǎn)生具有紫外光譜以外波長 的電磁輻射。紫外線輻射源104的一個實例是帶有“D”燈泡或“H”燈泡的由位于馬里蘭州 蓋瑟斯堡的輻深紫外系統(tǒng)公司(FUSION UV SYSTEMS, INC )制造的型號F450的紫外系統(tǒng)。 紫外線輻射源104產(chǎn)生紫外線輻射105并引導(dǎo)紫外線輻射105到區(qū)域110，包括穿過氣體 103并到達電介質(zhì)材料90上。使用電荷改變系統(tǒng)101可改變電介質(zhì)材料90上的靜電荷。這樣做，需提供包括不 需要的靜電荷的電介質(zhì)材料90。氣體103被從氣源102引入鄰近電介質(zhì)材料90的位置。 紫外線輻射由紫外線輻射源104產(chǎn)生并引導(dǎo)到鄰近電介質(zhì)材料90的位置。紫外線輻射激 發(fā)氣體103并允許氣體103與靜電荷相互作用以改變電荷。例如，位于電介質(zhì)材料90上的 過量電子會從電介質(zhì)材料90轉(zhuǎn)移進氣體103，然后氣體103攜帶電子遠離電介質(zhì)材料90。 所以，電荷改變系統(tǒng)101適用于改變存在于電介質(zhì)材料90上不需要的電荷。在一些實施例 中，電荷改變包括從電介質(zhì)材料90去除電子。在其他實施例中，電荷改變包括向電介質(zhì)材 料90加入電子。在一些實施例中，電介質(zhì)材料90上的凈電荷被中和到小于約100伏特的 電勢。一旦存在于電介質(zhì)材料90上不需要的電荷已經(jīng)被中和掉，就可以進行后續(xù)工序， 諸如涂覆、處理、包裝、加工潛在易燃材料、以及其他工序。涂覆涂層之前改變電介質(zhì)材料90 上電荷的一個優(yōu)點是可以減少或消除過量電荷引起的涂層缺陷。在(通過人工或機器)處 理、包裝或加工潛在易燃材料之前改變電介質(zhì)材料90上電荷的一個優(yōu)點是可以減少或消 除靜電放電導(dǎo)致?lián)p傷或損害的風(fēng)險。其他實施例包括其他特征、用途和優(yōu)點。圖2是用于改變電介質(zhì)材料92上電荷的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)200的框圖。 電荷改變系統(tǒng)200包括外殼201、氣源202和紫外線輻射源204。氣源202是氣體203的來 源。紫外線輻射源204產(chǎn)生紫外線輻射205。在這個實施例中，電荷改變系統(tǒng)200已經(jīng)在輥 子210周圍形成。一些實施例也包括可選的涂層涂覆裝置212。在這個實施例中，電介質(zhì)材料92以具有延伸長度的片料卷材的形式存在。例如， 一些實施例包括具有長度、寬度和厚度的片料卷材。長度通常大于約1米，常常大于約10 米，并且有時大于約100米。寬度通常在約0.25米和約5米之間。厚度通常在從約3微米 到約3000微米的范圍內(nèi)。這樣的電介質(zhì)材料有時以成卷形式儲存，然后為了進行工序而展 開，諸如將涂層涂覆到電介質(zhì)材料或在制造過程中使用電介質(zhì)材料。提供輥子210用來引導(dǎo)電介質(zhì)材料92沿著所需的通道前進。當(dāng)電介質(zhì)材料92與 輥子210接觸時，在電介質(zhì)材料92與輥子210之間發(fā)生表面電荷交換。當(dāng)電介質(zhì)材料92 隨后與輥子210分離，一些電荷保留在電介質(zhì)材料92上。電荷改變系統(tǒng)200適用于改變電 荷，諸如降低電介質(zhì)材料92上的平均電荷電勢。這樣，電荷改變系統(tǒng)200的一些實施例提 供多種益處，包括降低靜電沖擊風(fēng)險、減少涂層缺陷、減少電荷釘住(諸如在間隙干燥器和紫外線室中)的可能性、以及由于降低了對灰塵和其他碎片的吸引力而提高了產(chǎn)品的清潔度。氣源202是氣體203的來源。在這個實施例中，氣體203被引入外殼201來用氣 體203至少部分地填充外殼201。具體地講，氣體203從氣源202分配到電荷改變區(qū)域209。 電荷改變區(qū)域209是電荷改變發(fā)生的區(qū)域。在這個實施例中，電荷改變區(qū)域209是輥子210 和卷材92之間剛好超過卷材92與輥子210分離位置的區(qū)域。在其他實施例中，電荷改變 區(qū)域209被布置在其他位置。紫外線輻射源204產(chǎn)生紫外線輻射205到電荷改變區(qū)域209。電荷改變系統(tǒng)200 的一些實施例的有益效果是其能夠在其他電荷改變系統(tǒng)難以到達的區(qū)域改變電荷。紫外線 輻射源204的一些實施例能夠在可提供氣體203和紫外線輻射205的任何位置上改變電 荷。例如，電荷改變系統(tǒng)200將氣體203和紫外線輻射205引入電荷改變區(qū)域209。紫外線 輻射205與氣體203相互作用來改變存在于電介質(zhì)材料92上的電荷，諸如降低平均電荷電 勢。電荷改變的量隨許多因素而變。其中一個因素是電介質(zhì)材料穿過電荷改變系統(tǒng) 200的速度。一般地，速度越慢導(dǎo)致電介質(zhì)材料92上電荷減少地越多。另一個因素是紫外 線輻射源204的強度。通常，強度越大導(dǎo)致電介質(zhì)材料92上電荷減少地越多。在外殼201 中氣體203的濃度也對電荷改變有影響。其他因素在本文中進一步描述。在一些實施例中， 利用電荷改變系統(tǒng)200，電荷可以從千伏特或更高降低到小于100伏特?！嵤├舶ㄍ繉油扛惭b置212。涂層涂覆裝置212將任何所需材料的涂層 涂覆到電介質(zhì)材料92的至少一個側(cè)面。涂層涂覆裝置212的實例包括芯、噴霧涂敷器、凹 版等。圖3是用于改變電介質(zhì)材料92上電荷的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)300的框圖。 電荷改變系統(tǒng)300包括外殼301、氣源302和紫外線輻射源304。氣源302是氣體303的來 源。紫外線輻射源304是紫外線輻射305的發(fā)生器。在這個實施例中，電荷改變系統(tǒng)300包括輥子310。輥子310由對于紫外線輻射透 光或半透光的材料制得。例如，輥子310由玻璃或塑料制得。紫外線輻射源304位于輥子310之內(nèi)。輥子310對紫外線輻射305透光，使得紫 外線輻射305能通過輥子310。使用期間，電介質(zhì)材料92進入電荷改變系統(tǒng)301并被引導(dǎo)部分地纏繞輥子310。 當(dāng)電介質(zhì)材料92與輥子310接觸時，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。當(dāng)電介質(zhì)材料92隨后與輥子310分 離時，一些轉(zhuǎn)移的電荷保留在電介質(zhì)材料92上。氣源302在外殼301之內(nèi)提供氣體303，氣 體303在外殼301之內(nèi)分散。紫外線輻射源302在輥子310內(nèi)產(chǎn)生紫外線輻射303，該紫外 線輻射303通過輥子310到達電介質(zhì)材料92上。此外，紫外線輻射305也照射輥子310和 電介質(zhì)材料92之間的區(qū)域，在該區(qū)域電介質(zhì)材料92與輥子310分離。紫外線輻射305與 氣體303相互作用以改變電介質(zhì)材料92上的電荷，諸如通過激發(fā)氣體303原子或分子來致 使氣體303去除不需要的電荷。在一些實施例中，當(dāng)電介質(zhì)材料92進入電荷改變系統(tǒng)301時，電荷改變系統(tǒng)301 作用來去除存在于電介質(zhì)材料92上的電荷。在另一實施例中，當(dāng)電介質(zhì)材料92電介質(zhì)材 料92進入電荷改變系統(tǒng)301時，電介質(zhì)材料92實質(zhì)上是中性的并且實質(zhì)上呈中性地退出電荷改變系統(tǒng)301。在一些實施例中，如果平均電荷電勢小于100伏特，電介質(zhì)材料實質(zhì)上 是中性的。換句話說，在一些實施例中使用電荷改變系統(tǒng)301來去除由輥子310或通過與 另一物體或材料相互作用而添加的電荷。如果需要，在電荷改變系統(tǒng)300的一些實施例中使用可選的涂層涂覆裝置(如，圖 2所示212)來將材料的涂層涂覆到電介質(zhì)材料92上。其他可能的實施例包括串聯(lián)布置兩個或更多個鄰近電介質(zhì)材料92的電荷改變系 統(tǒng)。多個電荷改變系統(tǒng)允許一些實施例以更快的速度移動電介質(zhì)材料92同時仍然獲得在 電介質(zhì)材料92上所需的電荷改變。多個電荷改變系統(tǒng)允許其他實施例在電介質(zhì)材料92上 獲得更高水平的電荷改變。圖4是用于改變電介質(zhì)材料92上電荷的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)400的框圖。 電荷改變系統(tǒng)400包括提供氣體403的氣源402和提供紫外線輻射405的紫外線輻射激光 404。在圖示的實施例中，電介質(zhì)材料92從左邊進入電荷改變系統(tǒng)400并從右邊離開。 進入電荷改變系統(tǒng)400之前，電介質(zhì)材料92是帶電的。例如，電介質(zhì)材料92從滾卷片料展 開，導(dǎo)致電荷積聚。又如另一實施例，電介質(zhì)材料92與另一材料(例如羊毛)摩擦接觸，諸 如通過拉引電介質(zhì)材料92穿過該材料。而另一實施例涉及電暈放電以在電介質(zhì)材料92上 沉積電荷。然后帶電的電介質(zhì)材料進入電荷改變系統(tǒng)400。電荷改變系統(tǒng)400將來自氣源402 的氣體403引入電荷電介質(zhì)材料92的表面。紫外線輻射激光404產(chǎn)生紫外線輻射405， 紫外線輻射405被引導(dǎo)到選擇的帶電電介質(zhì)材料92的位置來選擇性地改變這些位置的電 荷。如果需要，可以使用電機來引導(dǎo)紫外線輻射激光404以任何所需的圖案照射電介質(zhì)材 料92。這樣，電介質(zhì)材料92選擇性地不帶電。然后進行后續(xù)的處理來使用選擇性地不帶電的電介質(zhì)材料92。例如，涂覆涂層。 電介質(zhì)材料92的帶電和不帶電的區(qū)域與涂層不同地相互作用，從而在涂層上生成圖案、形 狀或設(shè)計。又如另一實施例，調(diào)色劑被涂覆到電介質(zhì)材料92。調(diào)色劑被吸引到帶電的區(qū)域。 然后電介質(zhì)材料92與紙或其他材料接觸來將調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)移到紙上?？筛鶕?jù)需要，使用加 熱來熔化并將調(diào)色劑粘結(jié)到紙上。在其他應(yīng)用中使用其他工序。圖5是用于改變電介質(zhì)材料92上電荷的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)500的框圖。 電荷改變系統(tǒng)500包括提供氣體503的氣源502，提供紫外線輻射505的紫外線輻射源504 和紫外線輻射濾光器506。電荷改變系統(tǒng)500與圖4所示電荷改變系統(tǒng)400在可被用于選 擇性地改變電介質(zhì)材料92上的電荷方面相似。電荷改變系統(tǒng)500包括紫外線輻射源504，諸如產(chǎn)生紫外線輻射505的燈泡或燈。 紫外線輻射濾光器506被提供用來選擇性改變電介質(zhì)材料92上的電荷。紫外線輻射濾光 器506只允許不需要的紫外線輻射線通過并吸收或反射不需要的射線。紫外線輻射濾光器506的一個實例是一片包括非透光印刷版圖像的透光材料。紫 外線輻射505作為經(jīng)過過濾的紫外線輻射507通過透光材料的未印刷區(qū)域，但不通過印刷 區(qū)域。結(jié)果，經(jīng)過過濾的紫外線輻射507以所需的圖案照射電介質(zhì)材料92。在經(jīng)過過濾的 紫外線輻射507照射的電介質(zhì)材料92的表面區(qū)域，電荷改變，而在輻射507未照射的表面 區(qū)域電荷沒有改變。這樣，電荷在電介質(zhì)材料92上選擇性地圖案化。
紫外線輻射濾光器506的另一個可能的實例是液晶顯示器(IXD)。IXD包括布置 在網(wǎng)格中的像素，其可以選擇性地打開或關(guān)閉。當(dāng)像素關(guān)閉時，紫外線輻射通過LCD像素。 當(dāng)像素打開時，紫外線輻射被吸收并且不通過。紫外線輻射505被引導(dǎo)穿過IXD，但濾過的 紫外線輻射507只通過關(guān)閉的那些像素。濾過的紫外線輻射507照亮選擇的電介質(zhì)材料92 的區(qū)域來改變那些位置上的電荷。其他實施例包括用于過濾紫外線輻射的其他裝置。圖6是用于改變電介質(zhì)材料92上電荷的另一示例性的電荷改變系統(tǒng)600的框圖。 電荷改變系統(tǒng)600包括氣源602，紫外線輻射源604，接地板606，篩網(wǎng)610和電壓源612。有時需要電介質(zhì)材料92通過接地板606，接地輥子等。然而，接地板606通過與存 在于電介質(zhì)材料92上的電荷相互作用而干擾電荷改變。例如，如果電介質(zhì)材料92上存在 正電荷，接地板606會吸引正電荷引起來自正電荷的電場線被引導(dǎo)朝向接地板606并遠離 紫外線輻射源604。通過提供篩網(wǎng)610和電壓源612可以解決干擾問題。篩網(wǎng)610是諸如金屬的導(dǎo)電 材料篩網(wǎng)。電壓源612與篩網(wǎng)610電連接。電壓源612在篩網(wǎng)610上產(chǎn)生相對于接地板 606的電壓電勢。電壓可以或者為正或者為負或者為零，并且在一些實施例中，電壓在正和 負和零之間轉(zhuǎn)換。篩網(wǎng)610和接地板606之間的電壓電勢吸引電介質(zhì)材料92上的電荷，從而使電場 線(未示出)重定向而指向篩網(wǎng)610。紫外線輻射源604產(chǎn)生紫外線輻射605，紫外線輻射 605通過篩網(wǎng)610并與氣體606相互作用以改變電介質(zhì)材料92上的電荷。實施例以下非限定性實施例示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例。圖7是用于實施下面所述的實驗的測試系統(tǒng)700的示意性框圖。測試系統(tǒng)700包 括紫外線室702，氣源704和紫外線源706。電介質(zhì)材料710從滾卷片料712展開并被引導(dǎo) 沿著穿過紫外線室702的通道，穿過定速輥714并重新卷滾進輥子716。在以下描述的測試中，電介質(zhì)材料710是具有厚度約0.002英寸(約51微米)和 寬度約六英寸的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。沿著電介質(zhì)材料710的通道是各種器械。器械包括核棒720、電暈器722、輸入電 壓計量儀724和輸出電壓計量儀726。電介質(zhì)材料710從滾卷片料712展開然后經(jīng)過核棒 720。展開的電介質(zhì)材料710在電介質(zhì)材料710上產(chǎn)生大量的電荷。核棒720用來減少存 在于電介質(zhì)材料710上的電荷。然后用電暈器722將電荷施加到電介質(zhì)材料710。電暈器 722是雙絲電暈器，通過50毫歐姆電阻器由+ISkVAOm Glassman直流電源或者通過100毫 歐姆電阻器由-20kV/15mA Glassman直流電源供電。施加到電介質(zhì)材料710的電荷一般約 2kV(由輸入電壓計量儀724測量)。進入紫外線室702之前，輸入電壓計量儀724用來測量電介質(zhì)材料724的懸跨電 勢。輸入電壓計量儀724是3M 718靜電計量儀。然后電介質(zhì)材料710通過紫外線室702， 在紫外線室702中電介質(zhì)材料710暴露于來自氣源704的氣體和來自紫外線源706的紫外 線輻射。在離開紫外線室702時，輸出電壓計量儀726用來再一次測量電介質(zhì)材料724的 懸跨電勢。計量儀726是3M 718靜電計量儀。計量儀724和726與收集數(shù)據(jù)的Tektronix TDS 3034B示波器相連。然后電介質(zhì)材料710通過定速輥714，定速輥714控制電介質(zhì)材料710的速度。電介質(zhì)材料710然后重新卷滾進輥子716。實施例1-氮氣在這個測試中，供給紫外線室702來自氣源704的氮氣(N2)。UV源706是按照以 下所述的Fusion F450 D-型燈泡或者H-型燈泡并且由Fusion Pl 15可變電源(在100% 的功率時300瓦特/英寸)供電。輸入和輸出電勢分別通過輸入計量儀724和輸出計量儀 726測量。圖8和9是顯示帶正電(圖8)和帶負電(圖9)的電介質(zhì)材料測試結(jié)果的柱狀 圖。在所示的測試中，涉及氣源的狀態(tài)(打開或關(guān)閉)和紫外線輻射源的狀態(tài)(打開或關(guān) 閉)的各種條件均被測試。還進行了電介質(zhì)材料以10米/分的速率和25米/分的速率移 動穿過紫外線室的測試。圖8示出了使用帶正電的電介質(zhì)材料作為輸入進行的測試。顯示了輸入電勢和輸 出電勢?！罢`差柱”代表輸入和輸出的時間平均標(biāo)準(zhǔn)偏差并不代表測量中的實際誤差。輸入 電勢通常為約2kV。圖形顯示實例802、實例804、實例806和實例808的結(jié)果。在實例802 中，關(guān)閉氣源(N2)并關(guān)閉紫外線輻射源(D-型燈泡)。在實例804中，打開氣源并關(guān)閉紫外 線輻射源。在實例806中，關(guān)閉氣源并打開紫外線輻射源。在實例808中，同時打開氣源和 紫外線輻射源。在這些測試中，當(dāng)紫外線輻射源處于打開狀態(tài)時，其以全功率(100% )工 作。在每個實例中(802、804、806和808)均進行兩次測試。第一個實例(由每個實例 的左邊兩個柱形表示)涉及10米/分的電介質(zhì)材料。第二個實例(由每個實例的右邊兩 個柱形表示)涉及25米/分的電介質(zhì)材料。實例802示出了對810、812、814和816的測量。測量810和814是對進入電勢的 測量并且測量812和816是對穿過紫外線室后離開電勢的測量。示出了平均電勢。在這個 實例中，同時關(guān)閉氣源和紫外線源，離開電勢通常和進入電勢約相同。實例804示出了對820、822、824和826的測量。測量820和824是對進入電勢的 測量并且測量822和826是對離開電勢的測量。在這個實例中，打開氣源但關(guān)閉紫外線源， 離開電勢通常和進入電勢約相同。實例806示出了對830、832、834和836的測量。測量830和834是對進入電勢的 測量并且測量832和836是對離開電勢的測量。在這個實例中，關(guān)閉氣源并打開紫外線輻 射源，測得離開電勢的一些下降，但測量832和836仍保持在IkV以上。實例808示出了對840、842、844和846的測量。測量840和844是對進入電勢的 測量并且測量842和846是對離開電勢的測量。在這個實例中，同時打開氣源和紫外線輻射 源，通過測量842和846測得離開電勢明顯下降。特別地，在第一個測試中(電介質(zhì)材料速 度10米/分)，進入電勢(測量840)為約2kV并且離開電勢(測量842)為約0. lkV。在 第二個測試中(電介質(zhì)材料速度25米/分)，進入電勢(測量842)為約2kV并且離開電勢 (測量844)為約0. 3kV。所以發(fā)現(xiàn)當(dāng)打開氣源并且還打開紫外線輻射源時，帶正電電介質(zhì)材料電荷的減少
最有效。圖9示出了使用帶負電的電介質(zhì)材料作為輸入進行的測試。顯示了輸入電勢和輸 出電勢。輸入電勢在約IkV和2kV之間。圖形示出了實例902、實例904、實例906和實例908的結(jié)果。在實例902中，關(guān)閉氣源(N2)以及紫外線輻射源(D-型燈泡)。在實例904 中，打開氣源并關(guān)閉紫外線輻射源。在實例906中，關(guān)閉氣源并打開紫外線輻射源。在實例 908中，同時打開氣源和紫外線輻射源。在這些測試中，當(dāng)紫外線輻射源處于打開狀態(tài)時，其 以全功率(100% )工作。在每個實例(902、904、906和908)中均進行兩個測試。第一個實例(由每個實例 的左邊兩個柱形表示)涉及10米/分的電介質(zhì)材料速度。第二個實例(由每個實例的右 邊兩個柱形表示)涉及25米/分的電介質(zhì)材料速度。實例902示出了 910、912、914和916的測量。測量910和914是對進入電勢的測
量并且測量912和916是對通過紫外線室后離開電勢的測量。示出了平均電勢。在這個實 例中，同時關(guān)閉氣源和紫外線源，離開電勢通常和進入電勢約相同。實例904示出了 920、922、924和926的測量。測量920和924是對進入電勢的測 量并且測量922和926是對離開電勢的測量。在這個實例中，打開氣源而關(guān)閉紫外線輻射 源，離開電勢通常和進入電勢約相同。實例906示出了 930、932、934和936的測量。測量930和934是對進入電勢的測 量并且測量932和936是對離開電勢的測量。在這個實例中，關(guān)閉氣源但打開紫外線輻射 源，離開電勢通常和進入電勢約相同。實例908示出了 940、942、944和946的測量。測量940和944是對進入電勢的測 量并且測量942和946是對離開電勢的測量。在這個實例中，同時打開氣源和紫外線輻射 源，通過測量942測得離開電勢的明顯下降，并且通過測量946測得一些下降。特別地，在 第一個測試中(電介質(zhì)材料速度10米/分)，進入電勢(測量940)為約1.5kV并且離開 電勢(測量942)為約OkV(注意測量942甚至是輕微帶正電的)。在第二個測試中(電介 質(zhì)材料速度25米/分)進入電勢(測量942)為約l.lkV并且離開電勢(測量944)為約 0. 7kV。所以發(fā)現(xiàn)當(dāng)同時打開氣源和紫外線輻射源時，帶正電電介質(zhì)材料電荷的減少最有 效。電介質(zhì)材料的速度越慢也越有效。圖10是顯示經(jīng)過20秒的時間測量840和842的測試結(jié)果的時間線。測量840和 842在氣源(N2)打開并且紫外線輻射源(D-型燈泡)打開的狀態(tài)下進行。平均進入電勢 (測量840)為約2kV，其標(biāo)準(zhǔn)偏差約0.171，并且平均離開電勢(測量842)為約0. lkV，其 標(biāo)準(zhǔn)偏差約0. 047。所以，將存在于電介質(zhì)材料上的正電荷降低到約100伏特是可能的。速 度越慢(如，增加暴露時間)越可進一步減少電荷。燈功率對電荷的影響如圖11和12所示。在兩個圖形中，χ-軸是進入電勢和離開 電勢的比值而y-軸是燈功率百分?jǐn)?shù)(占全功率的百分比)。實例802和902的進入電勢相 似。圖11是顯示電介質(zhì)材料710以10米/分的速率穿過紫外線室702的測試圖。該 圖包括線1102、1104、1106和1108。線1102和1104是使用帶負電的電介質(zhì)材料(例如由 負20kV/15mA Glassman直流電源供電的電暈器)的測試結(jié)果以及線1106和1108是使用 帶正電的電介質(zhì)材料(例如由正15kV/20mA Glassman直流電源供電的電暈器)的測試結(jié) 果。線1102和1106是使用D-型燈泡的測試結(jié)果以及線1104和1108是使用H-型燈泡的 測試結(jié)果。
一般來講，所有測試均顯示隨著燈功率的增加電荷減少。H-型燈泡對于帶正電的 電介質(zhì)材料來說效果最好，而D-燈泡對于帶負電的電介質(zhì)材料來說效果最好。圖12是顯示電介質(zhì)材料710以25米/分的速率穿過紫外線室702的測試圖。該 圖包括線1202、1204、1206和1208。線1202和1204是使用帶負電的電介質(zhì)材料的測試結(jié) 果以及線1206和1208是使用帶正電的電介質(zhì)材料的測試結(jié)果。線1202和1206是使用 D-型燈泡的測試結(jié)果以及線1204和1208是使用H-型燈泡的測試結(jié)果。一般來講，所有測試顯示隨著燈功率的增加電荷減少。H-型燈泡對于帶正電和帶 負電的電介質(zhì)材料來說均效果更好。此外，負電荷比正電荷減少的多。實施例2- 二氧化碳在這個測試中，給紫外線室702供給來自氣源704的二氧化碳(CO2)氣并為其配 有Fusion F450H-型燈泡。輸入和輸出電勢分別通過輸入計量儀724和輸出計量儀726測 量。實例802和902的進入電勢相似。這些測試的結(jié)果與氮氣測試(以上所述)的結(jié)果相似，不同的是二氧化碳在電介 質(zhì)材料上電荷的減少程度更小。圖13是顯示電介質(zhì)材料710以10米/分的速率穿過紫外線室702的測試圖。在 該圖中，X-軸是進入電勢和離開電勢的比值以及y_軸是燈功率百分?jǐn)?shù)(占全功率的百分 比)。該圖包括線1302和1304。線902是帶負電的電介質(zhì)材料的測試結(jié)果。線904是 帶正電的電介質(zhì)材料的測試結(jié)果。如所示，電荷一般隨著燈功率的增加而減少。此外，線 904顯示在電介質(zhì)材料上正電荷比負電荷減少的多。實施例3-氬氣在這個測試中，給紫外線室702供給來自氣源704的氬(AR)氣并為其配有如下所 述的Fusion F450D-型燈泡或H-型燈泡。輸入和輸出電勢分別通過輸入計量儀724和輸 出計量儀726測量。實例802和902的進入電勢相似。燈功率對電荷的影響如圖14和15所示。在兩個圖形中，χ-軸是進入電勢和離開 電勢的比值并且y-軸是燈功率百分?jǐn)?shù)(占全功率的百分比)。圖14是顯示電介質(zhì)材料710以10米/分的速率穿過紫外線室702的測試圖。該 圖包括線1402、1404、1406和1408。線1402和1404是使用帶負電的電介質(zhì)材料(例如由 負20kV/15mA Glassman直流電源供電的電暈器)的測試結(jié)果以及線1406和1408是使用 帶正電的電介質(zhì)材料(例如由正15kV/20mA Glassman直流電源供電的電暈器)的測試結(jié) 果。線1402和1406是使用D-型燈泡的測試結(jié)果以及線804和808是使用H-型燈泡的測 試結(jié)果。一般來講，所有測試顯示隨著燈功率的增加電荷減少。H-型燈泡對于帶正電和帶 負電的電介質(zhì)材料來說均效果最好。也發(fā)現(xiàn)可使用D-型燈泡將負電荷施加到先前帶正電 的電介質(zhì)材料上。所以，電荷改變不僅包括電荷減少也包括電荷添加。圖15是顯示電介質(zhì)材料710以25米/分的速率穿過紫外線室702的測試圖。該 圖包括線1502、1504、1506和1508。線1502和1504是使用帶負電的電介質(zhì)材料的測試結(jié) 果以及線1506和1508是使用帶正電的電介質(zhì)材料的測試結(jié)果。線1502和1506是使用 D-型燈泡的測試結(jié)果以及線1504和1508是使用H-型燈泡的測試結(jié)果。
一般來講，所有測試顯示隨著燈功率的增加電荷減少。H-型燈泡對于帶正電和帶 負電的電介質(zhì)材料來說均效果更好。此外，負電荷比正電荷減少的多。實施例4下面提供測試結(jié)果的概要。在每個測試中，紫外線輻射源在全功率下使用。如所 指出的那樣，使用各種氣源。表1提供使用初始帶正電的電介質(zhì)材料以10米/分移動的測試結(jié)果。表1-講入電勢/離開電勢 表2提供使用初始帶負電的電介質(zhì)材料以10米/分移動的測試結(jié)果。表2-講入電勢/離開電勢 表3提供使用初始帶正電的電介質(zhì)材料以25米/分移動的測試結(jié)果。表3-進入電勢/離開電勢 表4提供使用初始帶負電的電介質(zhì)材料以25米/分移動的測試結(jié)果。表4-進入電勢/離開電勢 上述各實施例僅通過示例給出，并不應(yīng)認(rèn)為是對本文所附權(quán)利要求書的限制。本 領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會容易地意識到可做出各種修改和變更，這些修改和變更并不遵從本 文所示和所述的示例性實施例，也不脫離下文權(quán)利要求書的真正實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
一種用于改變電介質(zhì)材料上的電荷的電荷改變系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括氣源，所述氣源用于將氣體引入到鄰近所述電介質(zhì)材料的位置，使得所述氣體在該位置具有比大氣中更高的濃度；以及紫外線輻射源，所述紫外線輻射源用于產(chǎn)生紫外線輻射并引導(dǎo)所述紫外線輻射到達所述位置；其中所述紫外線輻射與所述氣體和所述電介質(zhì)材料相互作用以改變所述電介質(zhì)材料上的電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷改變系統(tǒng)，其中所述紫外線輻射與所述氣體和所述電 介質(zhì)材料相互作用以將平均電荷電勢的絕對值從大于約1000伏特的初始值降低到小于約 150伏特。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷改變系統(tǒng)，其中所述氣源含有選自氮氣、二氧化碳、氬氣 和稀有氣體的氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷改變系統(tǒng)，其中所述紫外線輻射源包括激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電荷改變系統(tǒng)，其中所述激光被布置用于以預(yù)定圖案選擇性 地改變所述電介質(zhì)材料上的電荷，以為后續(xù)處理制備電介質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷改變系統(tǒng)，還包括濾光器，所述濾光器被布置用于過濾 所述紫外線輻射從而在所述電介質(zhì)材料上以預(yù)定圖案選擇性地引導(dǎo)所述紫外線輻射，以為 后續(xù)處理制備電介質(zhì)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷改變系統(tǒng)，其中所述紫外線輻射源產(chǎn)生具有從約30納米 至約400納米范圍內(nèi)波長的電磁輻射。
8.一種改變電介質(zhì)材料上電荷的方法，所述方法包括獲得所述電介質(zhì)材料；將氣體引入鄰近所述電介質(zhì)材料的區(qū)域，使得所述氣體在所述區(qū)域具有比在大氣中更 高的濃度；用紫外線輻射照射所述區(qū)域和所述電介質(zhì)材料；以及在照射所述電介質(zhì)材料的同時改變所述電介質(zhì)材料上的電荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電介質(zhì)材料選自聚酯、聚乙烯、聚丙烯、布、 紙、層合物和玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電介質(zhì)材料具有從約1米到約100米范圍的 長度，和從約0. 25米到約5米范圍的寬度以及從約3微米到約3000微米范圍的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中獲得所述電介質(zhì)材料包括獲得帶電的電介質(zhì)材 料，并且其中改變所述電介質(zhì)材料上的電荷包括減少所述電介質(zhì)材料上的電荷。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述帶電的電介質(zhì)材料具有大于1000伏特的電 勢，并且其中減少所述電介質(zhì)材料上的電荷包括將所述電勢降低到150伏特以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中減少所述電介質(zhì)材料上的電荷包括將所述電勢 降低到100伏特以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中以預(yù)定圖案來執(zhí)行改變電荷以便形成具有第一 電荷電勢的第一區(qū)域和具有第二電荷電勢的第二區(qū)域，其中所述第一電荷電勢大于所述第 二電荷電勢。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中獲得所述電介質(zhì)材料包括2展開成卷電介質(zhì)材料的一部分；以及用至少一個輥子進給所述電介質(zhì)材料的展開部分穿過所述區(qū)域；并且其中改變電荷包 括減少所述電介質(zhì)材料上的電荷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述輥子與地電連接，并且還包括在改變電荷 時越過篩網(wǎng)進給所述展開部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中進給所述展開部分包括以從約10米每分鐘到約 25米每分鐘范圍的速度移動所述展開部分。
18.一種電荷改變系統(tǒng)，包括電介質(zhì)材料通道，所述電介質(zhì)材料通道用于接收電介質(zhì)材料；含有氣體的氣源，所述氣源被布置用于向鄰近所述電介質(zhì)材料通道的位置供給所述氣 體以增加在所述位置處所述氣體的濃度；以及紫外線輻射源，所述紫外線輻射源用于利用紫外線輻射照射所述位置來激發(fā)所述氣體 并且改變所述電介質(zhì)材料上的電荷。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電荷改變系統(tǒng)，其中所述氣體選自氮氣和氬氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電荷改變系統(tǒng)，其中所述紫外線輻射源是燈泡、燈或發(fā)光 二極管。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電荷改變系統(tǒng)，其中改變電荷包括增加所述電介質(zhì)材料上 的電荷電勢的大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用紫外線輻射來改變電介質(zhì)材料(90)上的電荷的系統(tǒng)(109)。所述系統(tǒng)包括氣源(102)和紫外線輻射源(104)。所述氣源(102)將氣體(103)引入鄰近電介質(zhì)材料(90)的區(qū)域。所述紫外線輻射源(104)被布置用于照射所述區(qū)域以調(diào)整電介質(zhì)材料上的電荷。本發(fā)明還公開了一種改變電介質(zhì)材料(90)上的電荷的方法，在該方法中氣體(103)被引入鄰近電介質(zhì)材料(90)的區(qū)域。然后用紫外線輻射(105)照射所述區(qū)域以改變電介質(zhì)材料(90)上的電荷。
文檔編號H05F3/06GK101904226SQ200880122029
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者彼得·T·本松, 戴維·L·菲利普斯, 理查德·M·讓德爾杰克, 米切爾·A·F·約翰遜 申請人:3M創(chuàng)新有限公司