专利名称：用于滚轮和旋转轴的静电荷中和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于滚轮和旋转轴的静电荷中和装置，更具体地说，本发明涉及非接触式静电荷中和装置。
背景技术：
为了提供非腐蚀性装置和降低设备的成本，在传送滚轮中和各种加工设备的其它滚轮中采用非导电的轴承和轴套是公知的。为了有好的耐用性和抗腐蚀性，已知的一种非导电轴承是由尼龙、聚氨基甲酸(乙)脂或其它合成物制成的。这类非金属轴承不需要润滑油脂或其它润滑剂，因而对于用于食品加工设备、医学物资生产设备和其它需要防止污染的设备的机械来说常常是优选的。
在滚轮和旋转轴上应用这种非导电轴承的一个缺点是在滚轮和旋转轴上会产生和储存静电荷，特别是在高速运转的条件下更是这样。静电荷是由两个不导电并且相互隔离的滑动表面的分开所造成的。虽然常用金属制成旋转轴，但是，如果该轴被非导电轴承隔离，则金属旋转轴会储存静电荷。当旋转轴的电荷水平达到临界极限时就可能对附近的导电零件放电而形成火花。已经知道在这种设备中的静电荷可达到2万伏，因而会毁坏传送装置滚轮和旋转轴附近的关键性电子元件，并且可电击靠近设备的人。
另外，利用可变速控制装置的三相马达常会发生旋转轴感应电流。静电荷可积累到能克服空气绝缘的水平，即在旋转轴和轴承之间约3000v/mm的水平。可能发生电能的瞬间剧增，因而产生入地的大漏电电流。电弧放电时对附近的人产生潜在危险，并可能造成附近零件的损坏，包括金属从轴承座圈电流流过处的溅射，从而损坏轴承。
设置与运转期间变成带电的滚轮和轴承相接触的导电接地刷是公知的。该刷是电接地的，因而为静电荷提供了一条通地的路径，否则这些电荷就会积累在滚轮和旋转轴上。采用这种放电刷的缺点是难于确保固定位置的刷子与旋转的滚轮或旋转轴的运动表面的接触。刷子和旋转轴或滚轮之间的滑动接触还造成刷子相当大和比较快的磨损，这又会产生粉尘或从刷子上掉下的纤维。这种粉尘或纤维产生的污染对滚轮或旋转轴所参与的作业是有害的。
在电动马达中，利用装有弹簧的铜刷以保障电流基本上连续地流入地中是公知的。虽然铜刷对控制静电荷的积累是卓有成效的，但铜刷的磨损十分快，因而需要频繁的维护和/或更换。因为金属与金属接触的设计，当接通电源时铜刷准许能量急增。
因此本领域需要一种用于传送滚轮、马达轴等的静电中和装置，这种装置可容易地用于有效消散静电荷，它还避免了装置与滚轮或旋转轴的紧密接触，以将磨损和维护或更换的需求降至最低。
发明内容
本发明通过提供一种无源静电荷中和装置克服了上述问题和困难。该装置包括由细纤维丝制成的一个或多个刷子，刷子的端部很接近旋转轴或滚轮，但与之隔开，并通过刷子端部与运动表面之间的空气的电离而使积累的静电荷放电。
一方面，本发明提供了一种在其运动部件上有要消散的静电荷的装置。该装置有一个在其运转期间在其上会积累静电荷的零件。与该运动零件相关联的静电荷中和装置包括一个导电载带和联接在该载带上的许多导电细丝。这些细丝的直径很小，足以在出现由运动零件上的静电荷产生的电场时诱导电离。这些细丝排列在载带上并伸到载带的边缘之外。这些细丝有远离载带的远端。该设备相对于运动零件的布置使这些细丝的远端保持接近于运动的零件，但与之隔开，因而造成这些细丝和运动零件之间的电离。
另一方面，本发明提供了一台带马达轴的电动马达，在马达的运转期间马达轴旋转并在其上积累静电荷。静电荷中和装置与马达轴相关联。该中和装置包括一条导电载带和许多与导电载带电气联接的导电细丝，这些细丝的直径很小，足以在出现由旋转轴上的静电荷产生的电场时诱导电离。这些细丝凸出在载带的边缘之外并且有邻近旋转轴但与之隔开的远端。
再一方面，本发明提供了一种中和在设备运动零件上的静电荷的方法。该方法包括为直径很小，足以在出现由零件上的静电荷产生的电场时诱导电离的细丝提供一种安排；将这些细丝的远端安置在零件的表面附近，但与之隔开；使该设备运转，包括使零件表面运动通过其附近的细丝远端；诱导零件表面上的静电荷沿细丝远端的电离。
本发明的一个优点是提供了一种静电荷中和装置，该装置不需要它与诸如旋转轴或滚轮的滚动表面之间的紧密接触，因此不易磨损和出现故障。
本发明的另一个优点是提供了一种对三相马达旋转轴特别有效的静电荷中和装置。
本发明的再一个优点是提供了一种静电荷中和装置，这种装置可用在必须将污染降至最低的食品和/或医学物资加工的滚轮上。
本发明还有一个优点是提供了一种静电荷中和装置，该装置有效地减少了静电荷，并且消除了电弧放电和对轴承表面等的潜在损坏。
对本领域的技术人员来说，在审阅了以下详细说明、权利要求书和附图之后，本发明的其它特点和优点将显而易见，在附图中相同的标号标记相同的零件。
图1是部分剖去的透视图，它说明安装在传送滚轮等里面的、按照本发明的非接触式静电荷中和装置的应用；图2是按照本发明的非接触式静电荷中和装置的放大透视图；图3是本发明的另一种形式的端视图；图4是按照本发明的静电荷中和刷子装置的另一应用的透视图；图5是本发明另一修改形式的放大透视图；图6是表示在滚轮或传送旋转轴上的本发明其他不同安排的透视图；图7是在其上安装有本发明另一修改形式的旋转轴的横向剖面图；图8是图7中所示本发明实施例的横向剖面图；图9是本发明的静电荷中和装置另一修改形式的放大横向剖面图。
在详细说明本发明的实施例之前应该明白，本发明的应用不限于以下说明或
中列出的零件结构和安排细节。本发明可有其它实施例并可以各种不同方式实施或实现。另外，应该明白，所用措辞和术语是为了说明的目的，而不应被视为限制。所用“包括”、“包含”及其变异都是指包括后面列出的物件及其相当物，以及附加物及其相当物。
具体实施例方式
现在更具体地参考附图，特别是图1，图1示出滚轮装置10，该装置包括可操纵地安装在滚轮14上的本发明静电荷中和装置12，装置12用于消散在滚轮14上的静电荷积累。在所示示例性实施例中，滚轮14是传送滚轮，但对于其它用途也可以是其他滚轮类型。
滚轮14包括一个安装成能在旋转轴18上旋转的中空管壳16。管壳16包括用轴承等安装在旋转轴18上的两端20和22，旋转轴18完全穿过管壳16。旋转轴18的端部24和26凸出在滚轮端20和22之外，因而提供了滚轮14能可运转地安装在设备或机器中的结构。
静电中和装置12被安置在管壳16中并包括可通过它将装置12与旋转轴18联接的安装件28。中和装置12还包括由很多独立纤维细丝30构成的刷形装置，纤维丝30可单根安排也可安排成束32，图2中示出两个这样的束32。本领域的技术人员可从本发明的公开内容容易地理解，可用更多或更少的束32，也可将细丝30安排成基本连续的一排，而不是束32的形式。另外，为简化说明，所示每一束都有6或7根丝30；但是，应该认识到，在大多数中和装置12的应用中，每一束有更多根丝30，并且可包括50或更多根丝30。本领域的技术人员根据当前公开的内容会明白，虽然图1中只示出一个中和装置12，但滚轮装置10可包括多个沿旋转轴18安置的中和装置12。
每根细丝30都为精细的细丝结构，可以用碳纤维、不锈钢纤维、导电丙烯酸系纤维或其它导电纤维类细丝制成，这种细丝的直径极小，在出现电场时可诱导电离。细丝30可直接或间接地粘到载带34上，并以导电联接方式粘结到安装件28上。细丝30的远端36延伸到载带34的边缘38和安装件28之外相当多，并与载带34和安装件28均匀隔开。带34是导电带状材料，也可以是金属箔，带34最好是非金属导电材料，如导电塑料，以消除可能的腐蚀。聚合碳酸盐薄膜是载带34的合适材料，商标为BAYFOL的这种聚合碳酸盐可从地址为100 Bayer Road，Pittsburgh，Pennsylvania 15205-9741的Bayer公司的Bayer Polymers分部买到。BAYFOL薄膜是一种用聚合碳酸盐和聚脂的混合物压制而成的抗静电薄膜。在该结构中含有碳黑填料以提供抗静电的性质。
可以是双面丙烯酸系胶带的粘结剂将细丝30和导电载带34牢固地粘在其一面，而将安装件28粘在其反面。也可使用聚氨基甲酸(乙)脂和其它粘结涂层。Minwax公司的MinwaxWipe-on Poly是可用作为粘结涂层的合适聚氨基甲酸(乙)脂。另一种合适的粘结剂是National Starch and Chemical公司的Naycor72-9904丙烯酸系粘结剂。
安装件28包括至少部分包围旋转轴18的套筒40以及细丝30和载带34与之联接的向外延伸的凸缘42。套筒40是柔性的，以使安装件28可安装在具有不同直径的各种不同旋转轴18上。如聚合碳酸盐的导电塑料和如铝的金属是制造安装件28的合适材料。
图3说明安装件28的另一种改型，它包括一个可膨胀以适应不同直径旋转轴18的弹簧圈44。
合理选择安装件28，特别是其凸缘42的尺寸和细丝30的长度，将远端36以均匀的间隔安置在管壳16的内表面46上。其结果是，当管壳16旋转并有静电荷积累在其上时，电荷被细丝30远端36处的电离所消散。荷电表面46产生的电场遇到细丝30时，就产生了电离场，从而使电荷可通过细丝30从荷电表面46转移到载带34。一般说，为确保电离和表面46的静电荷放电，要求距静电荷电表面46的距离小于约1mm。由于载带34和安装件28之间的粘结剂所产生的导电路径，正电荷和负电荷通过滚轮装置10在其中运转的装置或设备的接地电路而传导至地。即使管壳16对于它在其中运转的机器或设备的接地线基本上是电绝缘的，在其上产生的静电荷也会放电到地。
只要安装正确，由于细丝30实际上不与管壳16接触，所以不存在装置12运转对管壳16和中和装置12造成的磨损。因此，中和装置12可以连续运转而不需维修或调整。不存在接触式静电荷减少系统所具有的磨损或因磨损而产生的粉尘或污染物。
至此已叙述了本发明在滚轮14的中空管壳16内的安装和运转。但是，本发明也能有益地用于其它设备中和作其它用途。图4说明了安装成能在平板传送机52内运转的静电荷中和装置50。用聚氨基甲酸(乙)脂、橡胶等制成的非导电滚轮54从机座58安装在旋转轴56上。滚轮54相对于平板60滚动，图4中表示出一个这样的平板60。由于滚轮54的非导电性质，因平板60和滚轮54之间的摩擦而积累在平板60上的电荷被非导电滚轮54所绝缘。因此，电荷能继续不断地积累，直到通过火花等放电到附近的零件上。
按照本发明，类似于上述装置12，中和装置50以与平板60隔开的关系安装在旋转轴56上。当在平板60上积累起静电荷时就产生电场并遭遇中和装置50的细丝30。于是产生了电离场，从而使电荷可通过中和装置50和旋转轴56从平板60转移到机座58提供的接地电路。
图5给出本发明的静电荷中和装置70，其中只有细丝的远端72是暴露的。除此之外，本发明的细丝露出长度都涂敷有PVC或其它热塑料涂层74，以免遭恶劣或腐蚀环境的影响。只要远端72露在涂层74之外2mm就可维持静电荷的消散效果。
图6示出本发明在滚轮装置80上的另一种不同安装位置。滚轮装置80包括承载滚轮体84的旋转轴82。在某些工艺和构造中，滚轮体84可以是实心的，也可以是别样进不去的。例如，在某些工艺中，使用温度调节滚轮是有益的，在这种滚轮中，在滚轮体84中有加热或冷却用的流体和系统。如前面所述，在其它应用中滚轮体84可以是实心的。在本发明的另一些应用中，滚轮体84可能小到无法在其中安装附加设备的地步。图6说明，按照本发明的静电荷中和装置86可以安装成与滚轮体84的外表面88、滚轮体84的端盖90一起运转，或相对于旋转轴82运转。虽然图6示出了在每个上述位置上的电荷中和装置86，但也可仅在一个或两个位置上设置一个或两个装置86，这取决于特定设备对静电荷消散的需要。
本发明也特别适合于减少积累在马达轴上的电荷。图7说明横切马达轴100的横向剖面图，马达100有一个静电荷中和装置102与之一起运转。装置102包括多束丝束104，每一束都包括许多与前面所述细丝30类似的细丝。为了画图清楚起见，在图7中只示意性地给出若干束104。束104嵌在导电载带106中，后者大致是环形的，束104向内伸出。载带106环绕轴100，束104向马达轴100的外旋转表面伸出并伸至其附近，但与之隔开。当静电荷积累在轴100上时，在束104周围产生电离场，从而使静电荷从轴100上放电，正如上面所叙述的那样。中和装置102能使马达轴100上的静电场保持在一个低水平上，如300-500v/mm的范围。保留在轴100上的残余电荷是束104的端部与轴100表面之间距离的函数。这样，可以控制静电的放电，以防止金属在电流流动处从轴承座圈溅射出来，因而消除了溅射金属造成的凹痕和沟纹。另外，使用中和装置102也可使轴和接地刷之间电流的起始冲击降至最低。
图9示明一种改进结构，在该结构中的静电荷中和装置110包括两排束112，每一束都如前面所述包括许多细丝。束112夹在第一和第二外保护层114和116与中心导电载带118之间。外层114和116延伸到中心载带118之外，基本上与束112伸出在载带118之外的远近相同。每个外层114和116分别包括邻近载带118的肩部120和122，使束112的远端不仅在纵向与载带118和肩部120和122隔开，而且在横向也与邻近的外层114和116隔开。束112的端部与荷电表面124邻近，但隔开。在图9中用标号126表示的束112和荷电表面124之间的端隙应约为1mm。在图9中用标号128标记的束112和外层114和116之间的横向间隙应约为2mm。这样，在束112周围都有了空间，以加强束112和邻近荷电表面124周围的空气电离。因外层114和116延伸至束112附近，但与之隔开，故束112避免了损坏或因与污染物或与设备内或周围的装置的偶然接触而造成的毁损。
本领域的技术人员会明白，并不是在所有情况下中和装置102和110都必需完全包围马达轴100的。因此，装置102和110可以是半圆的或包围少于整个表面的某些其它部分。
本发明的中和装置与该装置安装在其上的装置的运动表面一起运转，但与之隔开。因此，在图1中，装置12与管壳16的运动内表面46以隔开的关系运转，在图4中，中和装置50以与平板60的运动表面46隔开的关系运转。在图6中，中和装置86以与旋转的外表面88、旋转端盖90或旋转轴82隔开的关系运转。在图7中，中和装置102以与轴100的运动表面隔开的关系运转，和在图9中，中和装置110以与运动表面124隔开的关系运转。这样，就排除了与现有技术减少静电荷的接触式装置相关的问题。
上述的各种变更和修改都在本发明的范围内。应该明白，此间所公开和界定的本发明应拓展至所有由本说明书和/或附图所提及和说明的两种或以上特性的所有可能组合。所有这些不同组合构成了本发明的不同方面。此间所描述的所有实施例说明了实施本发明的已知最好模式并且使本领域的其它技术人员能够利用本发明。权利要求书应解释为包括本领域现有技术允许范围内的其它不同实施例。
在以下权利要求书中陈述了本发明的各种特点。
权利要求
1.一种设备，其运动的零件上有要消散的静电荷，所述设备包括一个运动零件，在所述设备的运转期间静电荷积累在其上；一个与所述运动零件关联的静电荷中和装置，所述中和装置包括一条导电载带；粘结在所述载带上的许多导电细丝，所述细丝的直径很小，在出现所述运动零件上的静电荷产生的电场时足以诱导电离，所述细丝布置在所述载带上并且延伸至所述载带的边缘之外，并且有远离载带的远端；和所述设备相对所述零件布置成使所述细丝的远端保持在运动零件的附近，但与之隔开，从而造成所述细丝和所述运动表面之间的电离。
2.如权利要求1的设备，所述运动零件是滚轮。
3.如权利要求2的设备，所述远端被安置成与所述滚轮的外表面隔开。
4.如权利要求2的设备，所述滚轮有个旋转轴穿过，并且所述设备有一个联接到所述旋转轴上的安装件。
5.如权利要求4的设备，所述安装件被安装在所述滚轮的里面，并且所述细丝的远端与所述滚轮的内表面隔开。
6.如权利要求4的设备，所述安装件被安置在所述滚轮的一端附近，所述远端与所述滚轮的所述端隔开。
7.如权利要求4的设备，所述安装件至少部分包围所述轴。
8.如权利要求1的设备，所述运动零件是传送机平板。
9.如权利要求1的设备，所述运动零件是旋转轴。
10.如权利要求9的设备，所述旋转轴是马达轴。
11.如权利要求10的设备，包括在所述载带的相对两侧的第一和第二外层，每个所述外层都有邻近所述载带的肩部，并且有一部分伸出在所述细丝远端附近，但与之隔开的所述载带的边缘之外。
12.如权利要求10的设备，所述载带是环形形状的并环绕所述轴，并且所述细丝向内延伸至所述环形载带的内边之外。
13.如权利要求12的设备，所述细丝安排成束。
14.如权利要求12的设备，包括在所述载带相反两侧的第一和第二环形外层，每个所述外层有邻近所述载带的肩部，并且有一部分向内凸出在所述细丝的所述远端附近，但与之隔开。
15.如权利要求14的设备，所述细丝被安排成从所述环形载带向内伸出的束。
16.如权利要求1的设备，所述细丝被安排成束。
17.一个电动马达包括在所述马达运转期间旋转并在运转期间在其上积累静电荷的马达轴；一台与所述旋转轴关联的静电荷中和装置，所述中和装置包括一条导电载带；许多与所述导电载带电联接的导电细丝，所述丝很细，在出现由所述轴上的静电荷引起的电场时足以诱导电离，所述细丝伸出在所述载带的边缘之外，并且有安置在所述轴附近但与之隔开的远端。
18.如权利要求17的马达，所述载带是环形的并且环绕所述轴。
19.如权利要求18的马达，所述细丝被安排成束并从所述环形载带向内凸出。
20.如权利要求18的马达，包括在所述载带的相反两侧的第一和第二外层，每个外层都有一个邻近载带的肩部，并且有一部分向内凸出在所述细丝的远端附近，但与之隔开的所述载带的所述边缘之外。
21.如权利要求20的马达，所述细丝被安排成由所述环形载带向内伸出的束。
22.如权利要求17的马达，所述细丝安排成从所述载带向内凸出的束。
23.如权利要求17的马达包括在所述载带的相反两侧的第一和第二外层，每个外层有一个邻近所述载带的肩部并且有一部分向内凸出在所述细丝的远端附近但与之隔开的所述载带的所述边缘之外。
24.一种中和设备运动零件上的静电荷的方法，所述方法包括以下步骤提供一种细丝的安排，这些细丝的直径小至在出现由该零件上的静电荷产生的电场时足以诱导电离；将细丝的远端安置在零件表面附近，但与之隔开；使设备运转，包括使零件的表面运动通过与之邻近的细丝的远端；和诱导沿细丝远端由零件表面上的静电荷产生的电离。
全文摘要
一种用于设备运动零件的静电荷中和装置包括许多导电载带上的细丝，细丝的末端布置在运动零件的附近，但与之隔开。在出现由运动零件的荷静电表面产生的电场时，这些细丝将诱导电离。
文档编号H05F3/02GK1606399SQ20041000849
公开日2005年4月13日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月17日
发明者希扬W·奥, 查尔斯A·金, 丹尼尔P·麦考密克 申请人:伊利诺斯器械工程公司