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Description jointe à une demande de
BREVET BELGE déposée par la société dite
The SIM C 0 Company, Inc. ayant pour objet : Eliminateur d'électricité statique Qualification proposée : BREVET d'INVENTION Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 21 juillet 1982 sous le nO 06/400 301 au nom de John N.
ANTONEVICH
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La présente invention concerne des éliminateurs d'électricité statique ou neutralisateurs de charges électriques, et elle concerne plus particulièrement des dispositifs de décharge par effluve (effet couronne) dans lesquels une source d'alimentation en courant alternatif a son côté haute tension relié aux électrodes de décharge, ordinairement en forme de pointes, et l'autre côté relié à un bottier ou élément conducteur voisin des électrodes de décharge, en sorte que soient émis à la fois des ions positifs et des ions négatifs. Ces ions des deux polarités sont utilisés pour neutraliser les surfaces d'articles chargées électrostatiquement par des forces engendrées par friction, mécaniques, électriques ou autres.
La présente invention concerne plus particulièrement des systèmes éliminateurs d'électricité statique dans lesquels l'émission d'ions peut être commandée pour produire un nombre égal d'ions positifs ou négatifs, ou une prédominance d'ions d'une polarité particulière.
Les éliminateurs d'électricité statique sont des dispositifs pour produire des ions tant positifs que négatifs pour neutraliser des particules ou des matières qui sont chargées à une polarité particulière ou qui ont certaines de leurs charges positives et négatives sur diverses parties de leurs surfaces, avec une charge résiduelle nette dans certaines zones. Lorsqu'une tension alternative (C. A. ) élevée, vraiment haute, par exemple de 15.000 volts, est appliquée aux pointes de décharge et au boîtier ou écran
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mis à la terre de ces éliminateurs d'électricité statique, des ions positifs et négatifs sont émis par les électrodes de décharge.
Bien que la production d'ions positifs et la production d'ions négatifs puissent, dans certaines circonstances, être égales de façon précise, dans la plupart des cas, l'une ou l'autre polarité d'ions prédominera suivant (1) la manière dont la haute tension est reliée aux pointes d'ionisation, c'est-à-dire si les pointes sont couplées résistivement, comme dans une barre reliée en direct ou capacitivement comme dans une barre"anticommotion" ; (2) la forme géométrique de la barre éliminatrice d'électricité statique, en particulier la configuration des. parties mises à la terre de la barre et leur disposition relative par rapport aux pointes d'ionisation ;
et (3) suivant la distance entre la barre éliminatrice et la matière qui doit être déchargée, aussi bien que suivant la présence de masses voisines de la barre, ces dernières influençant les quantités d'ions positifs ou négatifs émis qui atteignent effectivement la matière chargée.
Dans la barre éliminatrice reliée directement, il y a ordinairement production d'une prédominance d'ions négatifs, bien que les pointes de décharge soient reliées à une source de courant alternatif dont les tensions positives et négatives sont d'égale amplitude. La production d'ions négatifs en excès est une conséquence de la plus grande mobilité des ions négatifs et résulte aussi des caractéristiques propres de la formation de la couronne dans laquelle l'ionisation se produit sur une partie plus grande du demi-cycle négatif de la tension, que celle qui se produit pendant le demi-cycle positif comparable.
Dans la barre éliminatrice couplée capacitivement, il y a ordinairement une prédominance de l'émission d'ions positifs, la production plus grande d'ions positifs résultant du fait qu'une tension continue est développée aux
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bornes de la capacité dans le sens qui polarise les pointes de façon légèrement positive. C'est-à-dire que dans un système couplé capacitivement, la caractéristique d'une pointe de produire plus d'ions négatifs pendant le demicycle négatif de la tension imposée fait que la capacité se charge à une tension continue positive qui s'ajoute
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algébriquement à la tension alternative.
Par suite, la tension sur une pointe par rapport au boîtier est plus grande pendant le demi-cycle positif que pendant le demicycle négatif, faisant ainsi que, dans une barre couplée capacitivement, soit émis un excès d'ions positifs.
Par conséquent, si la matière qui doit être débarrassée de sa charge se trouve sur ou près d'une surface mise à la terre (ou autre), la matière peut se charger à la polarité de la charge positive prédominante produite par la barre couplée capacitivement ou se charger à la polarité des charges négatives prédominantes émises par la barre couplée continue. Lorsqu'il faut obtenir un article neutre ou une feuille neutre, il est souhaitable naturelle- ment d'avoir un égal d'ions positifs et d'ions né- gatifs.
Cependant, dans d'autres circonstances, il est souvent important de charger une feuille tout juste d'une petite quantité d'électricité, soit positive, soit négative parce que lorsqu'une feuille suivante glisse sur une pile, elle chargerait par frottement la feuille située en dessous, bien que toutes deux aient été neutres avant l'empilage. Ici, on souhaiterait provoquer une émission dans laquelle les ions de l'une ou de l'autre polarité prédomineraient légèrement, de telle façon qu'une feuille s'écoulant sur une pile serait préliminairement chargée dans un sens opposé et dans une mesure telle que juste nécessaire pour neutraliser la charge que cette feuille produirait en glissant avec frottement sur la feuille située en dessous.
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Dans le revet des Etats-Unis d'Amérique No.
4 093 543, on a montré un système d'émission équilibré pour des éliminateurs d'électricité statique couplés capacitivement, dans lesquels des aiguilles conductrices pointues, reliées au côté terre de la source de haute tension alternative, sont voisines et à distance et en disposition d'interaction par rapport à au moins certaines des électrodes de décharge pointues. Les pointes des aiguilles "d'équilibrage" ou de commande sont propres à être placées de manière réglable par rapport aux électrodes de décharge en sorte qu'un nombre égal d'ions de chaque polarité soit émis. Ceci procure en fait un système d'équilibrage mécanique.
Un autre procédé pour équilibrer le nombre des ions positifs et des ions négatifs émis consistait à prévoir deux barres éliminatrices ou deux électrodes dans une enveloppe unique et à alimenter une barre ou une électrode en une tension continue d'une polarité, et l'autre en une tension continue de polarité opposée. En commandant la tension sur les électrodes respectives, le mélange précis d'ions pourrait être engendré. Cependant, un système à courant continu empêche l'emploi d'un couplage capacitif et par conséquent s'oppose à la construction d'une barre éliminatrice anti-commotion.
Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No.
2 879 395, on a réalisé l'égalisation de la production d'ions de chaque polarité en intercalant une petite source d'alimentation en courant continu (C. C.), soit entre le bottier et la terre, soit entre le générateur C. A. et la terre.
Cette source d'alimentation C. C. en miniature fonctionnait par application d'une polarisation en courant continu, de polarité appropriée, au bottier ou aux pointes de décharge et était branchée de façon à retarder l'émission d'ions de polarité opposée. Le réglage de la grandeur de la tension
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C. C. auxiliaire fournissait l'équilibre voulu des émissions d'ions positifs et d'ions négatifs. Cependant, l'emploi d'un générateur C. C. auxiliaire a l'inconvénient d'exiger une source d'alimentation séparée, ce qui rend l'arrangement coûteux et volumineux. En outre, l'emploi d'une source d'alimentation C. C. dans une barre éliminatrice d'électricité statique couplée capacitivement exige qu'elle soit incorporée dans le circuit du boîtier, faisant ainsi que celui-ci soit"chaud"et qu'il faille l'isoler.
Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No.
3 714 531, le dispositif pour commander le rapport des ions positifs et des ions négatifs convient pour un système à couplage direct seulement. Le circuit de commande est incorporé au secondaire du transformateur à haute tension, de l'une des deux façons suivantes : en diminuant la composante négative de la tension par l'emploi d'une diode en série avec l'enroulement à haute tension, ou en augmentant la composante positive de la tension C. A. appliquée aux pointes, par l'emploi d'une paire d'enroulements secondaires, l'un étant relié directement aux pointes, tandis que l'autre enroulement secondaire comporte une diode et une capacité en série, de façon à ajouter à la tension positive du premier enroulement.
Le courant continu sur le noyau de l'enroulement secondaire variable change la perméabilité du noyau et déforme la tension sur l'autre secondaire.
Un but de l'invention est donc de procurer un système éliminateur d'électricité statique, dans lequel l'émission d'ions puisse être réglée pour produire des quantités égales d'ions positifs et d'ions négatifs, ou, en variante, une prédominance des ions de l'une des polarités.
Un autre but de l'invention est de procurer un éliminateur d'électricité statique à émission commandée,
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dans lequel l'émission des ions puisse être réglée facilement, que les pointes de décharge soient couplées directement ou capacitivement à la source de haute tension alternative.
Un autre but de l'invention est encore de procurer un circuit électrique de polarisation, R-C, pour le primaire d'un transformateur à haute tension, pour rendre aussi petites que possible les exigences en matière de dimensions et d'isolement des éléments d'un système éliminateur d'électricité statique à émission commandée.
D'autres buts de l'invention sont de produire un dispositif perfectionné du genre décrit, que l'on puisse fabriquer facilement et économiquement, qui soit de construction robuste et à la fois d'un rendement élevé et d'une bonne efficacité de fonctionnement.
Suivant la présente invention, on a prévu un éliminateur d'électricité statique à émission commandée, qui utilise un circuit de polarisation R-C en série avec le primaire du transformateur à haute tension pour commander l'amplitude et/ou la durée des potentiels alternatifs appliqués aux pointes de décharge par effluve. Le circuit de polarisation comprend une diode et une résistance variable en série l'une avec l'autre et en parallèle avec une capacité qui se décharge à travers le primaire dans un sens particulier dépendant de l'orientation de la diode.
En choisissant des valeurs appropriées pour la résistance et la capacité, et en équilibrant leurs constantes de temps par rapport à l'impédance réfléchie de la charge, on peut faire varier l'amplitude de la tension du transformateur ainsi que manipuler les périodes de temps de chaque demicycle de tension imposée. Suivant le sens de la diode, l'émission d'ions peut être commandée pour donner un nombre égal d'ions positifs et d'ions négatifs ou pour créer une prédominance d'ions d'une polarité particulière, que la
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haute tension C. A. soit reliée directement aux pointes de décharge ou leur soit couplée capacitivement.
Considérant ces buts et d'autres, l'invention consiste en des détails de construction et en la combinaison de parties, comme on le comprendra le mieux d'après la description détaillée qui va suivre, considérée en association avec les dessins qui y sont joints, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système éliminateur d'électricité statique à émission commandée, comprenant le circuit de polarisation suivant l'invention pour une barre d'élimination de charges statiques, couplée capacitivement ; - la figure 1A est une représentation schématique d'une barre éliminatrice à connexion directe, pour être utilisée avec le circuit de polarisation suivant l'invention ;
- la figure 2 est une représentation graphique de la courbe de l'amplitude de la tension par rapport au temps, pour engendrer une prédominance d'ions négatifs par l'emploi du circuit de polarisation précédent ; - la figure 3 est une représentation graphique de la courbe de l'amplitude de la tension par rapport au temps, pour engendrer une prédominance d'ions positifs par l'emploi du circuit de polarisation précédent.
En se référant à présent plus en détail aux dessins où des indices de référence semblables se rapportent à des parties semblables, on y voit un circuit de polarisation à émission commandée pour modifier l'amplitude et/ou la durée d'un potentiel alternatif qui est appliqué à un éliminateur d'électricité statique indiqué de façon générale par A.
A la figure 1, l'éliminateur d'électricité statique A comprend des pointes de décharge 12 qui sont couplées capacitivement, au moyen d'une capacité 14, à une source B d'alimentation en tension C. A. élevée, et un bottier ou
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enveloppe 16 qui est relié à la terre et espacé à peu de distance des pointes 12. Le dispositif éliminateur d'électricité statique A couplé capacitivement est une barre du type classique"anti-commotion"telle que montrée dans des brevets antérieurs des Etats-Unis d'Amérique Nos.
3 120 626 ; 3 443 155 ou 3 585 448, où les pointes de décharge s'avancent à partir de bagues conductrices ou d'un manchon semi-conducteur disposé concentriquement autour d'un câble isolé 18 dont le conducteur central est relié au côté haute tension de la source d'alimentation B. Des bornes 20-22 aux extrémités de l'enroulement secondaire T2 du transformateur T sont reliées respectivement aux pointes couplées capacitivement 12 et au boîtier 16. Comme indiqué précédemment, la barre éliminatrice A, couplée capacitivement, produirait ordinairement un léger excès d'ions positifs émanant de ses pointes.
Le circuit de polarisation de la présente invention comprend une capacité C qui est en série avec le primaire T1 du transformateur. En parallèle avec la capacité C, il y a, reliées en série, la diode D et la résistance variable R. Un commutateur 24 permet d'introduire une diode D1 lorsqu'on désire inverser la polarité de la polarisation.
La capacité C est du type classique pour basse tension, de 2,25 microfarads par exemple, laquelle est, en combinaison avec une résistance variable R-un potentiomètre de 1000 ohms-propre à équilibrer l'impédance du transformateur T. C'est-à-dire que pour des éliminateurs d'électricité statique, C est choisie pour donner une capacité proche de la résonance avec l'inductance du transformateur T et sa charge, en sorte que les amplitudes de crête de la tension au générateur G et au primaire T1 soient sensiblement égales. La diode D est de préférence un redresseur au silicium 1N4004 pour 1 ampère.
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En se référant à la figure 2, on y voit un tracé d'onde sinusoïdale en traits pleins qui représente la tension de ligne vs du générateur G (par exemple un secteur de distribution à 110 volts), qui serait suivie identiquement par la tension primaire VT1 au transformateur T si le circuit de polarisation n'existait pas. Avec la résistance R égale à zéro (c'est-à-dire sans polarisation), la tension primaire VT1 suivrait aussi la tension d'entrée
V puisque le circuit de polarisation serait effectivement éliminé, sauf en ce qui concerne la diode D. Cependant, lorsque R augmente (ce qui est indiqué par"AG"), la partie positive du cycle est amenée à donner lieu à une crête de faible largeur, tandis que la période de temps de la partie négative de la courbe est allongée.
On se reportera à la courbe en tirets de la figure 2 dans laquelle la période du temps du demi-cycle négatif a été élargie, si bien que l'aire en dessous de la courbe de la partie négative est plus grande que dans la partie positive. Ainsi, avec la capacité de C proche de la résonance avec l'inductance du transformateur T et de sa charge, l'amplitude de la tension à la crête serait sensiblement la même au primaire du transformateur T1 qu'à la source G. Cependant, la tension négative au primaire T1 et, par suite, la haute tension aux pointes 12, serait de plus longue durée que la partie positive, en donnant ainsi une période plus longue de production d'ions négatifs dans le cas de l'éliminateur d'électricité statique A couplé capacitivement.
A la figure 1A est montrée une barre éliminatrice d'électricité statique A1 connectée directement, dans laquelle les électrodes de décharge 12A sont reliées directement par les bornes 20-22 au secondaire T2 du transformateur T (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de capacité). Des exemples de barres éliminatrices d'électricité statique connectées directement sont montrés et décrits dans les
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brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos. 2 163 294 et 3 137 806, où les pointes 12A sont reliées directement au côté haute tension de la source d'alimentation et où le bottier 16A est relié au côté pair de la source d'alimentation. Les barres éliminatrices A1 connectées directement émettent ordinairement un léger excès d'ions négatifs.
On emploie donc une diode qui inverse le sens des tensions imposées au transformateur T. Le commutateur 24 de la source d'alimentation B est poussé de manière à mettre la diode D1 en série avec le potentiomètre R, tandis que la capacité C est en parallèle avec eux. En se référant à la figure, 3, on voit que la première partie de l'onde si- nusoldale (demi-cycle négatif) est rendue étroite, tandis que la seconde moitié ou partie positive est allongée. Par suite, la période de temps du cycle positif est de plus longue durée, de sorte que l'aire en dessous de la courbe de la partie positive est plus grande que dans la partie négative.
Le fait d'une période plus longue de tension positive appliquée aux pointes 12A, reliées directement, de la barre éliminatrice A1, compense la prédominance attendue des ions négatifs, en sorte qu'une émission d'ions équilibrée est obtenue. On observera aussi que les enroulements primaires T1 ou les enroulements secondaires T2 peuvent être inversés au lieu d'utiliser le commutateur 24, en sorte que la durée de la tension positive peut être étendue.
Avec un choix approprié de (R) et de (C) pour équilibrer l'impédance réfléchie de la charge, les tensions de crête du transformateur peuvent être maintenues constantes sur la gamme de réglage de R, la durée de la seconde partie de la courbe CA déterminant le degré de polarité particulier de l'émission d'ions. Il est possible également de faire varier la capacité de C par rapport à l'inductance de l'enroulement primaire T1 pour faire varier
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l'amplitude de la tension pour modifier ainsi le nombre total d'ions dans le sens d'une valeur plus élevée ou plus faible.
Par conséquent, on voit facilement que le circuit de polarisation de la présente invention peut procurer une émission d'ions positifs et négatifs équilibrée et égale à partir d'éliminateurs d'électricité statique, ou même une prépondérance d'ions de l'une des polarités.
Bien que l'invention ait été décrite avec beaucoup de détails, cette description ne vise qu'à illustrer l'invention sans la limiter et elle peut être réalisée de façons différentes sans s'écarter de son esprit.
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