寄 書 微粒子 に働 く最大静電気力の検討 増 田 弘 昭*,松 坂 修 二* Maximum Electrostatic Force acting on a Particle by Hiroaki MASUDA fi and Shuji MATSUSAKA t Key Words : Electrostatic Force, Fine Particle, Air Breakdown, Saturation Charge, Surface Charge Density 1.は じ め に 粉 体 プ ロ セ ス で は,個 々の 粒 子 が壁 面 あ る い は 周 囲 の粒子 と接触 や衝 突 を繰 り返 して お り,静電 気 に よ っ て帯電量 が著 し く増加 す る と,操作性能 に影響 がみ ら れ る。 一 方,電 気 集 塵,静 電 粉 体 塗 装,電 子 写 真 な ど の よ うに,粒 子 の 帯 電 性 を積 極 的 に利 用 す る技 術 も進 め られ て い る が,理論 的 に十 分 解 明 さ れ て い る と は 言 え ない。一般 に,粒 子 が 小 さ く な る と帯 電 に基 づ く静 電 気力 の影 響 が 強 く現 わ れ る よ うに な る た め,特 に微 粒 子 の静 電 気 現 象 が 重要 と い え る が,粗 粒 子 に対 す る説 明をその ま ま微粒子 に適用 して い る場合 が 多い よ うで ある。 本 報 で は,微 粒 子 の 気 中 放 電 限 界 に基 づ く飽 和 帯 電 を考慮 した と きの静電 気力 を推算 し,フ ァ ン ・デル ・ ワール スカ をは じめ とす る他 の付着 力 と比較検討 す る。 2.気 中放 電 限 界 と最 大 表 面 電 荷 密 度 粗 粒 子 の 気 中 放 電 限 界 は電 界 強 度 を 用 い て説 明 さ れ て い る が,放電 限 界 に は 二 つ の 異 な る基 準 す な わ ち電 界と電圧 が あ り,両方 の限界値 を超 え る と きに放電 し 始め る こ と が指 摘 さ れ て い る1)。 電 界 お よ び 電 圧 に関 す る気中放電限界 と して,そ れ ぞれ次 の値 が用 い られ る。 (1) (2) こ こ で,Vbkは パ ッシ ェ ンの法則2)にお け る絶緑破壊 電 圧 の 最 小 値 に 相 当 す る。 こ れ ら の 値 は,平行 平板 間 の 測 定 結 果 に基 づ く も の で あ る が,飽 和 帯 電 量 の 説 明 に は 十 分 で あ る と考 え られ て い る1)。 基 本的 な電 気理論 に基 づ い て放電 限界 に対応 す る最 大表面電荷 密度 に つ い て以下 に検討 す る。電荷q,電位 yの 粒子 が外 部電界 の働 か ない空間 で孤立 して い る と き,静電容量Cと の間 に次式 が成 立 す る。 (3) 粒子 を直径Dpの球 形 と考 え る と静電容量 は次式 で与 え られ る。 (4) こ こで,εoは周囲 の媒体(空気)の誘電率 で あ る。 この と きの 帯 電 量qはEqs.(3),(4)か ら次式 と なる。 (5) ま た,粒子表面 にお け る電界強度 をEと す る とqは 次 の よ うに も表 わ され る。 (6) 最 大 表 面 電 荷 密 度 σmaxは,電 界 と電圧 に関 す る気 中放電 限 界 値 を 用 い,Eqs.(5),(6)を 粒 子 の 表 面積 πDp2で 割 る こ と に よ っ て 求 め る こ とが で き る。 す な わ ち, 1993年4月2日受 付 *京 都 大 学 工 学 部 化 学 工 学 教 室 (〒606-01京都 市左 京区吉 田本 町)TEL075-753-5565 †Dept. of Chem. Eng., Kyoto Univ., (Yoshida-Honmachi,Sakyo-ku,Kyoto606-01) Vol.30No.10(1993) (27) 713