静电去除装置的制作方法

1.本发明涉及一种静电去除装置。


背景技术：

2.飞机在机翼上设置多个放电刷，利用自放电来减少静电。特别是，根据帕邢曲线，由于比地面容易发生放电，因此对于在气压较低的高空的飞机是有效的。另一方面，直升机的旋翼高速地旋转，而且人会接近机体，因此难以设置具有尖锐突起的放电刷。另外，人造卫星、太空探测器以金属覆盖表面，在不得已的情况下，建议在电介质上施加导电性涂层，使整个表面等电位。如果整个表面是等电位，则不会发生沿面放电，但依然无法防止位于表面与内部电路间的电介质的绝缘破坏。
3.在日本特开2005
‑
267962号公报(文献1)中公开了如下内容：在以往的表面放电抑制技术中，为了避免带电而使用了导电性材料、导电性涂层，但利用于卫星的较多的导电性材料不仅高价，而且容易发生涂层材料的剥离、离解，因此具有处理性较差，且仅容易适用于表面均匀且平坦的构造的部位的缺点，与此相对，通过在电介质周围设置放电电极，用低成本简便地抑制表面放电的影响。即，在文献1中公开的放电装置具备：导电性的板；电介质，其覆盖板的一个面；以及放电电极，其一端与板电连接，另一端向电介质的不与板接触的面突出。


技术实现要素：

4.期望去除难以接地的物体、主要是航空航天设备，特别是宇宙空间的人造卫星、太空探测器(航天器)的静电，防止由静电导致的故障的发生。即，由于航空航天设备无法接地，因此机体容易携带静电，通信等的电气设备遭受故障。特别是人造卫星、太空探测器的周围为真空，因此难以通过自放电(电晕放电)而减少静电。当在机体表面和内部电路产生较大的电位差时，在位于它们之间的电介质发生绝缘破坏而损伤。由此，意外地停止运行的人造卫星的例子较多。另外，在机体表面的导电部分散的情况下，当在各个导电部间产生电位差时，在位于交界的电介质发生沿面放电，机体逐渐损伤。另外，当机体表面的电介质带电时，由于在与周围之间发生的放电而使电介质自身绝缘破坏。当这些现象在太阳能电池板发生时，运行期间受到限制。
5.在上述的文献1的例子中，在轨道上，伴随着宇宙粒子的流入流出，整个航天器甚至具有数kv的电位，但电介质相对于航天器的电位浮游，因此具有与整个航天器的电位独立的电位。当航天器电位与电介质电位的电位差到达400v以上时，想要利用电介质与纤维状放电电极之间发生放电的情况来消除航天器电位与电介质电位的电位差。然而，对于文献1的放电装置，考虑到在表面发生沿面放电，并利用喷出的等离子吸收、缓和电荷，由于表面等离子化而被破坏，因此可能无法期望长期的工作。另外，在轨道高度是数百km以上，例如从低轨道(leo，高度为2000km以下)到中轨道(meo，高度从2000km到地球同步轨道(35786km))以及更高的轨道高度处，周围的气压大幅地下降。因此，放电开始电压成为数千
kv或更高，实质上不开始放电，万一发生放电时，成为担心由该放电电压引起的破坏的状况。
6.本发明的一技术方案是一种静电去除装置，该静电去除装置具有：第1导电体，其与静电去除对象物的至少一部分电连接；以及电介质壳，其是在与第1导电体之间形成第1空间的电介质壳，该第1空间密封有降低放电开始电压的条件下的第1气体(第1类型的气体)，所述电介质壳暴露于外部空间。该静电去除装置通过在第1空间密封规定的条件的气体，能够不被外部空间的条件影响地维持放电开始电压。因此，能够利用静电去除对象物的表面电位，借助透过电介质壳的与外部空间之间的电场，而在第1空间内发生放电。放电是放出热、电磁波、声音这样的能量，将电能转换为其他能量而放出的现象。因此，通过在第1空间内发生放电，能够去除携带静电的静电去除对象物的静电，能够减少其表面电位。
7.电介质壳也可以是圆顶状、球状或椭圆球状。容易承受与外部空间的压力差。电介质壳也可以覆盖第1空间的表面积的至少50％。电介质壳也可以在向外部空间突出的状态下以不与其他物体接触的状态暴露。容易借助电介质壳而在第1空间反映外部空间的电场的影响。
8.外部空间典型的是宇宙空间或不存在大气的行星或卫星上的空间。电介质壳也可以是透光性的。即使是热、声这样的能量难以向外部放出的真空中，也容易利用电磁波(光)将由放电产生的能量向外部空间放出。既可以是，电介质壳形成将第1导电体包含在中心或内部的第1空间，也可以是，第1导电体覆盖第1空间的表面的局部，形成第1空间的局部。即，第1导电体既可以与电介质壳一起形成密封气体的容器的一部分，也可以不形成密封气体的容器的一部分。
9.既可以是，第1导电体能够相对于静电去除对象物装卸，也可以是，第1导电体是静电去除对象物的一部分。另外，静电去除装置也可以具有设置于第1空间内并与第1导电体电连接的放电电极。容易进一步降低放电开始电压。放电电极优选的一个例子包括形成为直立的圆弧的线状的电极。
10.本发明的另一技术方案是具有上述的静电去除装置的静电去除对象物。静电去除对象物也可以具有在其轮廓的至少一部分与外部空间之间形成第1空间的电介质壳，该第1空间密封有降低放电开始电压的条件下的气体。静电去除对象物是可能由于静电而表面电位上升的物体即可，列举出例如汽车、船舶、人体及其装饰品、便携式电气设备、电子电路等。特别是，移动的物体难以接地的情况较多，因此作为静电去除对象物，具备上述的静电去除装置是有效的。静电去除对象物的最优选的例子是在难以相对于外部空间放出静电的在空间内航行的航空航天设备。
附图说明
11.图1是表示静电去除装置的概要的立体图。
12.图2是表示静电去除装置的概要的、从底面方向观察的立体图。
13.图3是表示静电去除装置的概略结构的剖视图。
14.图4是表示帕邢曲线的若干例子的图。
15.图5是表示搭载有静电去除装置的卫星的概要的图。
16.图6是表示静电去除装置的不同的例子的立体图。
17.图7是表示图6所示的装置的概略结构的剖视图。
18.图8是表示静电去除装置的又一不同的例子的立体图。
19.图9是表示静电去除装置的又一不同的例子的立体图。
20.图10是表示静电去除装置的又一不同的例子的立体图。
21.图11是表示静电去除装置的又一不同的例子的剖视图。
22.图12是表示静电去除装置的又一不同的例子的立体图。
23.图13是表示静电去除装置的又一不同的例子的剖视图。
具体实施方式
24.在图1中，表示静电去除装置的一个例子的外观。在图2中，表示从对象物取下了静电去除装置的状态，在图3中，利用安装于对象物的状态的剖视图表示静电去除装置的概略结构。该静电去除装置(去除装置、除电装置)10是安装于人造卫星等静电去除对象物1的轮廓(外壳、外壁、外壁面、外表面)3的装置，其具有：第1导电体11，其与静电去除对象物(去除对象物、除电对象物)1的至少一部分、在本例中是轮廓3电连接；以及电介质壳15，在其与第1导电体11之间形成第1空间13，在该第1空间13密封有降低放电开始电压的条件下的第1气体(第1类型的气体)12。电介质壳15以暴露于去除对象物1的外侧的空间(外部空间)9的方式设置。
25.在该去除装置10，由构成底部(底板)的板状的第1导电体11和安装于该第1导电体11上的圆顶状的电介质壳15构成将气体12封入的封闭容器16。通过利用铆钉19、安装螺钉、导电性粘接剂等将以凸缘状向电介质壳15的周围突出的第1导电体11安装于导电性的轮廓3，从而将去除装置10固定于静电去除对象物1，同时，第1导电体11与静电去除对象物1的轮廓3电连接。
26.封入于静电去除装置10的第1空间13的气体12是氩、氦、氖、氙、氪等稀有气体、含有稀有气体和氮气等的非活性气体、或含有这些气体中的至少一者的混合物(混合气体)等，并且是压力(容器16的内压)例如调整为0.5torr～20torr(50pa～3000pa)，进而调整为1torr～10torr(100pa～1500pa)的气体。混合气体的一个例子是除了主要成分的稀有气体(发光气体)以外还含有冷激气体(缓冲气体)的彭宁气体。这些条件的气体是降低放电开始电压的第1气体12的一个例子，可以含有其他成分，也可以是由其他成分构成的气体，压力也根据气体的成分调整为使放电开始电压变低即可。
27.在图4中，表示若干种气体的帕邢曲线。根据帕邢定律，放电开始电压v是气压p与电极的间隔(d)之积的函数f(pd)。如果考虑到在去除装置10的第1空间13的内部引起cm单位的放电，则优选预先将含有非活性气体的第1气体12以上述的压力范围封入于第1空间13。
28.在图5中，表示将人造卫星作为静电去除对象物1而设置多个静电去除装置10的一个例子。放电(例如雷)是电流这样的常识是支配性的。另一方面，放电放出热、电磁波、声这样的能量。相反而言，可以说如果发生放电，则能够减少电能，具体来说能够减少携带静电的物体的表面电位。因此，将难以接地的物体，主要是航空航天设备，特别是宇宙空间的人造卫星、太空探测器作为静电去除对象物1，通过安装去除装置10，利用由在对象物1产生的静电带来的表面电位，能够使封入封闭空间13的气体12发生放电。因此，利用由去除装置10
的放电导致的能量的放出，能够降低或去除除电对象物体1的静电。
29.电介质壳15是由容易使周围(外部空间)9的电场向封入有气体12的第1空间13进入的材料形成的壁体即可，并且构成容器(压力容器、密封容器)的全部或局部即可。在去除装置10，利用透过或穿过电介质壳15而进入到第1空间13的电场(electric field)，在与第1导电体11之间形成了空间电场(电位差)。因此，在去除装置10，在成为容易发生自放电的环境的第1空间13的内部，在比外部空间9小得多的电位差下发生自放电。
30.电介质壳15优选为在比静电去除对象物1的轮廓3向外部空间9突出的状态下以不与其他物体接触的状态暴露。根据实验和计算机模拟，形成放电的第1空间(放电区域)13在比对象物1的轮廓(机体表面)3向外部突出时容易发生放电。另一方面，如果是形成于轮廓(金属表面)3的凹部内，则难以形成较强的电场，而难以发生放电。
31.为了高效地放出由于放电而产生的电磁波(光)，电介质壳15可以使用由电介质构成的透光性的构件，例如使用透明树脂、玻璃作为透明的构件。特别是，石英玻璃、耐热玻璃(硼硅酸玻璃)等玻璃材料不会劣化，热膨胀率也较小，因此对于周期性地暴露于高温和低温的人造卫星最适合。也可以是含有锗的玻璃、含有硫属化物的玻璃等容易透过红外线的材料，适合用于将在形成放电的第1空间13内产生的热向外部空间9放出。另外，也可以是，电介质壳15覆盖形成放电的第1空间13的表面积的至少50％，使外部的电场容易进入第1空间13。
32.电介质壳15的形状没有特别地限定，但为了承受封入于内部的气体12与外界9的气压差，上部的形状可以是半球形(圆顶状)、球体、椭圆球体、半椭圆球状等。另外，电介质壳15的厚度可以考虑气压差、气体12的泄漏来选择。而且，电介质壳15可以考虑由于放电而产生的热来选择原材料、构造。特别是，在宇宙空间中，热仅通过辐射而放出。因此，电介质壳15可以也相对于红外线具备透过性。为了确保放电的能量放出量，作为形成放电的第1空间13，优选为确保某种程度的体积，电介质壳15的直径(长轴长度、对角线的长度、代表性的长度)可以是数mm到数10cm，代表直径(长度)的下限可以是5mm，也可以是10mm，还可以是20mm，上限可以是500mm，也可以是300mm，还可以是100mm。电介质壳15和去除装置10的尺寸根据去除对象物1的大小，可以是上述的尺寸以上，也可以是以下。
33.静电去除装置10的第1导电体11与电介质壳15可以是不同的原材料，也可以是，对一体的原材料的局部，例如对电介质壳15的局部实施导电加工而作为第1导电体11。像后述那样，也可以是，第1导电体11是去除对象物1的一部分，例如是导电性的轮廓3的一部分。第1导电体11既可以是金属，也可以是石墨烯、氧化铟锡那样的透明电极。静电去除装置10所连接的静电去除对象物1的局部典型为导电性的部分或为了得到导电性而利用涂层等进行了加工的部分。
34.在作为静电去除对象物1的航空航天设备的整个表面不是等电位的情况下，也可以将去除装置10设置于每个等电位的部分。能够根据预想带电的静电的强度、由放电带来的能量而适当选择去除装置10的大小、设置数量。当无法接地的航空航天设备1携带静电时，导电性外表面3的表面电位的绝对值上升。当表面电位的绝对值达到与封闭罩(电介质壳)15内的气体12的状态相应的放电开始电压时，气体12放电。放电放出热、电磁波(光)、声这样的能量。从能量守恒定律的观点来看，代替放出的能量而失去表面电位。作为结果，去除航空航天设备1的静电。
35.此外，去除装置10的被称为放电的现象是指暴露于较强的电场的气体等离子化的现象。在去除装置10发生的放电可以是沿着电介质壳15的沿面放电，也可以是单电极的放电(电晕放电，也称为圣埃尔莫的火)，还可以是伴随着气体的等离子化的自放电。在多个航空航天设备1接近了的情况下，由于各自的表面电位的差异而在外部空间9形成电场，为了消除该电场而在静电去除装置10的第1空间13发生放电。其结果为，能够降低在多个航空航天设备1之间发生放电的可能性。
36.在图6中，利用立体图表示静电去除装置10的不同的例子的概略构造，在图7中，利用剖视图表示概略构造。该静电去除装置10除了上述的静电去除装置以外，还在封闭罩(电介质壳)15内的第1空间13设置放电电极17，并将其与去除对象物1、例如航空航天设备的导电性外表面(导电性轮廓)3连接。也可以在航空航天设备1的外表面(轮廓)3安装放电电极17。
37.在图8～图10中，表示具备不同的形状的放电电极17的静电去除装置10的例子。放电根据电力线的密度而发生。因此，对于具备如图6和图7所示的呈突状部状的放电电极17、如图8所示的呈边缘状的放电电极17、如图9和图10所示的呈细线状的放电电极17的静电去除装置10，能够提高第1空间13的电力线的密度，而能够得到降低放电开始电压的效果。因此，即使在外部空间9的电位差(electric field)较小的情况下，也能够进一步在第1空间13容易地形成放电，由此，能够尽可能地降低航空航天设备1的表面电位。
38.特别是，如图10所示那样的、形成为相对于基板(第1导电体)11直立的圆弧的细线状的放电电极17根据实验而与其他电极形状相比最容易发生放电。对于该去除装置10，电力线容易集中在电极17，能够尽可能地降低放电开始电压，因此静电去除能力较高。放电电极17的一个例子是将直径为0.01mm～0.05mm左右的钨线加工为5mm～20mm左右或8mm～15mm左右的直径的半圆状。玻璃制的电介质壳15是长轴长度为30mm～50mm左右，短轴长度为10mm～40mm左右的半椭圆球。该去除装置10的包括了基板(基座、第1导电体)11的尺寸是长边为60mm～80mm，短边为25mm～55mm，高度为10mm～35mm左右，即使是小型的卫星也能够简单地安装。
39.放电电极17的形状不限定于此，是能够提高电力线的密度的形状即可。放电电极17为了耐消耗、耐腐蚀，也可以对熔点较高的钨实施镀金来使用。为了高效地放出产生的电磁波，放电电极17以外的与气体12接触的底面(第1导电体)11也可以是镜面。具备放电电极17的静电去除装置10的放电电极17作为第1导电体11发挥功能。因此，放电电极17与作为去除对象物1的航空航天设备的外表面(轮廓)3电连接即可，在形成第1空间13的周围的部分也可以没有导电性。即，第1空间13也可以仅由电介质壳15形成。
40.在图11中，表示静电去除装置10的又一不同的例子。在该静电去除装置10，第1导电体11由静电去除对象物1的一部分构成，静电去除装置10与静电去除对象物1成为一体。具体来说，该静电去除装置10将设于圆顶状的电介质壳15的周围的凸缘状的安装部15a以夹着圆环状密封件18的方式利用铆钉19等固定于作为静电去除对象物1的航空航天设备的导电性外表面(轮廓)3。通过以不与其他物体接触且以从轮廓3突出的方式在电介质壳15暴露的状态下设置，以从轮廓3突出的方式形成了放电区域(封闭空间、第1空间)13。安装部15a如果是金属则也可以不使用圆环状密封件而是焊接于轮廓3。之后，用任意的方法，以成为能够将放电开始电压设定为最小的压力的方式将气体12封入于在作为封闭罩的电介质
壳15与轮廓3之间形成的第1空间13。例如，也可以使用在电介质壳15的局部开孔，在抽真空后封入气体之后封闭该孔这样的方法。为了长期使用，作为气体12，也可以使用被认为由放电、宇宙射线引起的劣化较少的氖、氩等非活性气体。
41.在该静电去除装置10，第1空间13的气体12与作为对象物1的航空航天设备的导电性外表面(轮廓、外壳)3接触。因此，能够提供具有在轮廓3的至少一部分与外部空间9之间形成第1空间13的电介质壳15的静电去除对象物1，典型为航空航天设备，该第1空间13密封有降低放电开始电压的条件下的气体12。
42.图11所示的静电去除装置10与图1等所示的静电去除装置10不同，是与静电去除对象物1一体化的静电去除装置10，无法装卸。由电介质壳15、或由电介质壳15和第1导电体11构成封闭容器(密封容器)16的类型的静电去除装置10与静电去除对象物1独立，能够利用其他制造工序制造并且提供，而能够量产，且能够以低成本提供。而且，静电去除装置10能够相对于对象物1装卸，因此即使在静电去除装置10由于过度放电、宇宙尘埃等而损伤了的情况下，也能够简单地更换。另外，不需要在航空航天设备的制造现场进行气体12的封入作业。不需要圆环状密封件18，而无需担心由密封件的劣化导致的气体泄漏。由于不需要考虑封闭地安装，因此与航空航天设备的外表面的连接简化。也能够使用例如导电性的魔术贴(
マジックテープ
，注册商标)、导电性粘接剂等来安装静电去除装置10。如果使静电去除装置10的构造标准化，则航空航天设备的设计变得容易。具有能够向现有的航空航天设备添加静电去除装置10等若干优点。
43.在图12中，表示静电去除装置10的又一不同的例子。在静电去除对象物1怕伴随着放电的电磁噪声的情况下，若将静电去除装置10与静电去除对象物1利用杆11a或导电性电线等电连接，则静电去除装置10能够远离静电去除对象物1、例如航天设备的机体地设置。
44.在图13中，表示静电去除装置10的又一不同的例子。在该静电去除装置10，利用球形的电介质壳15(仅电介质壳)，在兼作放电电极17的第1导电体11的周围形成第1空间13。放电电极17利用导电性的支柱11a或导电性的电线等与静电去除对象物1连接。
45.此外，在上述内容中，对外观是圆顶型或球形的静电去除装置10进行了说明，但静电去除装置10是椭圆球状或更平坦的形状等能够在内部形成第1空间13的形状即可。特别是，对于在存在大气的环境中使用的情况下，为了不对空气动力造成影响，也可以设为能够将装置10的上表面设置为与作为静电去除对象物1的机体尽可能平坦。另外，静电去除对象物1也可以是航空航天设备等的壁体自身、搭载装置等。也可以将在静电难以去除的、不存在大气的行星或月球等卫星上的空间设置的构造物或车辆等作为静电去除对象物1来设置去除装置10。
46.像以上说明的那样，上述的静电去除装置10能够将静电去除的对象物体1设为人造卫星或太空探测器。宇宙空间的物体无法利用自放电来减少静电，但能够利用静电去除装置10来使其成为可能。静电去除装置10即使在真空的宇宙空间中也会发挥功能，能够减少航空航天设备的表面电位，防止电气设备的故障的发生。利用静电去除装置10，能够降低航空航天设备的表面电位，能够使表面与内部电路的绝缘简化，因此有助于轻量化。在航空航天设备的导电性外表面分散的情况下，对于静电去除装置10，也可以在各个部位设置装置来减少表面电位，能够防止在导电性外表面间的电介质发生的沿面放电和伴随它的破损。另外，该静电去除装置10不依赖于在航空航天设备产生的静电的极性，而是根据静电的
强度自动地引起放电，因此不需要控制、电力。利用该静电去除装置10，能够防止在航空航天设备彼此的接触、与地面的人或物体的接触时发生放电。
47.另外，静电去除装置10的静电去除的对象物体不限定于航空航天设备。汽车、船舶、人体及其装饰品、便携式电气设备、电子电路等，特别是移动的物体难以接地的情况较多，因此是有效的。在电子电路中，通过设置于电路图案上，能够去除浪涌电压。在利用直升机进行的救生等时，首先使导电性的缆绳与地面接触从而接地来减少静电，但在接地不彻底的情况下，被救助者可能受到电击而跌倒、跌落。另外，静电去除装置10不使自放电用的突状部、边缘等危险部位暴露于外部就能够去除静电，因此是安全的。
48.在上述公开的静电去除装置10是具有封入有气体12的封闭空间13且该气体12以暴露于静电去除对象物1的表面电位的方式配置的装置。包括密封有气体12的第1空间13的构造也可以构成为能够相对于静电去除对象物1装卸的气体的容器。另外，也可以在封闭空间13内设置放电电极17，并使其与静电去除对象物1的导电性表面电连接。使用像这样的静电去除装置10，能够利用静电去除对象物1的表面电位使封闭空间内的气体12发生放电，利用该放电中的能量的放出来去除作为静电去除对象的物体的静电。
49.另外，在上述内容中，对本发明的特定的实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的范围和思想的情况下，本领域技术人员能够想到各种其他实施方式及变形例，像这样的其他实施方式及变形成为权利要求书的对象，本发明由权利要求书限定。