JP2006514420A - コロナ放電装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

イオン化バーは、その構造に対して層状の空気流をサポートするように、空気力学的に形状化された外部表面を有する上部ハウジングおよび下部ハウジングを含む。上部ハウジングは、圧力のかかった流体を中に閉じ込める下部ハウジング内の下部チャンバから隔離された、電気回路のための上部内部チャンバを形成する。この構造の長さに沿って離隔して配置された出口は、イオン化電極を含み、これらのイオン化電極は、流体導管内に配置され、上部チャンバ内に搭載されたイオン化電圧源に接続されている。出口における流体通路は、該出口に取り付けられた関連するイオン化電極の周りに、下部チャンバ内の圧力のかかった流体を解放する。

Description

本発明は、空気イオン化装置に関し、より具体的には、伸長した構造であって、静的に帯電された対象物に対して空気イオンを送るために、該構造の長さに沿って配置された複数のノズルおよびイオン放出電極を含む構造、に関する。

空気イオンを配送するための或る周知の装置は、伸長した(elongated)構造を持ち、該構造は、該構造に沿って離隔して配置された複数の出口を含み、圧力のかかった空気または他の気体をイオン放出電極の周りで解放して、生成されたイオンを、該出口からの空気流に運ぶ。このような構造は、通常、イオン化装置またはコロナ放電バー(corona discharge bar)と呼ばれ、従来、半導体ウェハなどの対象物が製造工程中に位置決めされる領域の上方に取り付けられる。

このようなコロナ放電バーは、通常、圧力のかかった空気または他の気体を運び、該圧力下にある気体のための出口すなわちノズルが規則的な間隔で配列された、伸長したチャネルを含む。さらに、このような出口は、それぞれ、該出口内またはその周辺に配置された高電圧電極構造を含み、該圧力下にある気体の出口流においていずれかの極性のイオンを生成するためのイオン化高電圧を受け取る。このような従来のコロナ放電バーは、通常、出口気体流を方向付けるための選択的成形（selective shaping）を必要とするが、これは、放出電極のイオン生成効率を低下させる。同様に、効率的なイオン生成のために放出電極を選択的に成形すると、通常、出口を通る層状空気流を破壊する(disrupt)。また、このような従来のコロナ放電バーは、空間を節約して放出電極と内部高電圧回路との間の都合のよい組み立ておよび接続を容易にするため、圧力のかかった気体を配送するためのチャネル内に高電圧回路を組み込んでいる。放出電極が、腐食し、かつ定期的な交換を必要とするので、該出口から該放出電極を除去すると、該配送チャネルが、周辺空気および関連する汚染物質に露出することとなる。これらの汚染物質は、内部高電圧回路に静電的に付着する傾向があり、それに伴い、電位が、該出口からの汚染物質粒子に不規則に消費されることとなる。

本発明のコロナ放電バーの一実施形態によれば、空気流および高電圧回路のためのバーの構成部分チャンバは、伸長した構造内で分離され、該伸長した構造は、組み立てが容易であり、また、効率の良いイオン生成と配送のために、該バーの長さに沿った出口の間隔を密にすることができる。上部チャンバは、圧力のかかった気体の供給チャネルを形成する下部チャンバから隔離された高電圧回路を含み、上部チャンバおよび下部チャンバは共に、外部の非イオン化電極によって組み立てられた構成内に保持される。放出電極のための絶縁支持ハウジングは気体流の出口を含み、該気体流の出口は、放出電極を囲む、圧力のかかった空気または他の気体の該気体流出口を通る層流を促進する。これらの支持ハウジングが、空気流チャンバの長さに沿って周期的に離隔した開口部から突出しているのが都合がよい。該構造全体は、層状空気流を妨げることなく、例えば下向き空気流のオーバーヘッド型ＨＥＰＡ濾過からの空気流のように、該構造に対して下向きの空気流を促進するよう、空気力学的に構成されている。

図１の端部断面図を参照すると、上部シェル１１が示されており、該シェル１１は、図の平面に垂直に伸長しており、空気または他の気体においてイオンを生成することに関連する制御回路および高圧電源等をその中にまとめるためのチャンバＡを閉じ込めるものである。下部シェル２３は、上部シェル１１に沿って伸長すると共に、チャンバＢを形成し、該チャンバＢの長さに沿って選択的に配置された出口に、圧力のかかった空気または他の気体が配送される。上部シェル１１および下部シェル２３は、これらの共通の長さに沿って伸長する接合部９において互いにパチンとはまり(snap,スナップ)、またはスライドすることができ、汚染物質が上部チャンバＡに対して入ったり出たりすることを防ぐのに必要な気密性のある実質的な結合体を、シェル１１およびシェル２３の間に形成する。

下部シェル２３は、その上部壁内に溝２５を含み、この溝２５は、該シェルの長さに沿って伸長し、その中に少なくとも１つの導体２７を支持している。該導体２７は、該構造の長さに沿ったチャンバＢにおける出口と位置合わせされるよう選択された離間距離にある電極コネクタ４に、はんだ付け、または溶接、または圧着（crimp）によって接続される。導体２７およびコネクタ４は、シリコーン・ゴムまたはエポキシなどの絶縁性の充填用材料２９によって、溝２５内に封止されている。導体２７は、各出口においてコネクタ４内に挿入されて取り付けられた各放出電極１３を通電するための、後で本明細書において説明する高電圧電源に接続されている。このような回路構成において、各放出電極１３は、後で本明細書において説明するような方法で、これに加えられるイオン化高電圧の所与の時間における極性によって決定される１極性を持つイオンを生成する。こうして、導体２７を覆うよう溝２５内に置かれた充填用材料２９は、チャンバＡ内で組み立てられている他の回路からの絶縁を提供すると共に、チャンバＢから溝２５内に突出する各コネクタ４を囲むように液密シール(fluid-tight seal)を提供する。この構成では、図３の正面図に示すように、該構造の長さに沿って配置された一連の放出電極１３は、該構造の長さに沿った出口の離間間隔でイオンを生成する。

チャンバＢからの各出口は、下部シェル２３における開口３１において形成され、該開口３１に位置付けられたねじが切られたブロックすなわちリング３３を含む。一実施形態では、上部シェル１１および下部シェル２３は、非導電性のポリマー材料の押し出し成形品(extrusion)であることができ、開口３１は、下部シェル２３に、該下部シェルに沿って選択された間隔で形成される。ねじが切られたブロックすなわちリング３３は、各開口３１内に位置付けられている。中空の実質的に円筒形の構成を有する非導電性の支持体１４は、ねじが切られたブロック３３にかみ合ってねじ込まれ、周囲のＯリング１５によってその中に封止されることができる。支持体１４の上端部は、電極取り付け要素３９上のフランジに係合して支持するショルダ３５を含む。この要素３９は、支持体１４内で拡張チャンバ１８を覆うと共に、溝２５の下側表面に対して隣接し、Ｏリング１６を介して該トレンチとの係合が封止される。放出電極１３は、取り付け要素３９内に同軸に圧入され(press fit)、電極１３を、中空支持体１４内に同軸方向に保持する。さらに、取り付け要素３９は、チャンバＢと、支持体１４内部の中空内の拡張チャンバ１８との間で流体的に連通するために、フランジ３７の上方に配置された複数の通路４１を含む。こうして、チャンバＢ内における圧力のかかった空気または他の気体は、通路４１を通って拡張チャンバ１８内に入り、この拡張チャンバ１８は、放出電極１３の周りおよび周囲環境に出てゆく円滑な空気流を促進させる。

導電性材料の外側シェル５は、下部シェル２３の外部下側に広がり、該構造の長さに沿って両サイドで、曲りくねった接合部９に対してパチンとはめることができ（スナップ）、またはスライドすることができ、上部シェルおよび下部シェルを一緒に保持する。さらに、外部シェル５は、支持体１４のそれぞれの周りに配置された大きな開口４３を含む、（例えば接地用の）非放出電極を形成し、支持体１４を通って流れる気体流に運び去られる１極性のイオンを生成するのに必要な電界を、各通電電極１３について確立する。一実施形態では、各開口４３の周囲縁部を、放出電極１３の先端から実質的に等距離に在るように形成して、各放出電極１３の安定したイオン生成を促進することもできる。

本発明の別の実施形態では、図５に示すように、非放出電極５の側部に沿って配置された各開口４３の縁部を、非放出電極の湾曲の頂点の近くに配置された開口４３の縁部よりも、対応する放出電極の先端に近くなるよう離隔させてもよい。これによって、後で説明するように、側部に対して下に流れる層状空気流で環境に搬送するよう、非放出電極５の側部の近くにおけるイオンの生成が促進される。

組み立てられた該構造は、実質的にその全長にわたって、層流(laminar flow)の抗力(drag)または乱流(turbulence)または破壊(disruption)を最小限にして、その表面にわたって下向きの層状空気流５０を促進するよう、空気力学的な形状(aerodynamic form)をなしている。また、支持体１４および取り付け要素３９を、容易にねじを回してゆるめるか、または別の方法で取り外して、取り付け要素３９内の放出電極１３を回収して取り替えることもできる。

次に図２の部分断面図を参照すると、図１を参照して先に説明したような実施形態と同様の、コロナ放電バーの別の実施形態が示されており、この実施形態は、該構造の空気力学的形状を支持体１４について保存するよう、電極５の開口４３に配置された非導電性シュラウド(shroud)２２を含む。さらに、この実施形態における上部シェル１１は、組み合わさって上部シェル１１を形成するのに都合のよいシェル部分７、８の長さに沿って、スナップフィット(snap fitting)またはスライドフィット(slide fitting)のためのシーム(seam)４５をも含むことができる。

次に図４を参照すると、図１〜３の実施形態による、組み立てられたコロナ放電バーの部分断面図（一部、切り取られている）が示されている。上部シェルにおけるチャンバＡは、下部シェル２３の溝付き上部表面によって、下部チャンバＢから分離されている。電気制御回路１および高電圧ＤＣ電源２を、この上部チャンバＡ内に組み立てて、これらを、シェル１１、２３に取り付けられた両端部１２の間で、シェル１１、２３の長さに沿った両サイドの曲がりくねった接合部９を介して、周囲環境およびチャンバＢに対して封止することもできる。取り付けチャネル５７は、上部シェル１１の突き出た形状の一部として形成され、上部シェル１１におけるチャネル５７に対してスナップまたはスライドにより取り付けられる上方の支持体からの取り付けチップ（図示せず）を収容する。また、端部１２を介して取り付けチャネル５７内に配置されるねじ５９により、該端部１２の、上部および下部のシェル１１および２３の同一の広がりをもつ端に対する取り付けが容易になる。上部シェル１１に搭載された多導体コネクタ(multiple conductor connector)４９が、通常の方式で動作するために、さまざまな表示ライト５１を含むことができる内部回路１および２への電力および制御用の接続を提供する。高電圧導体５３が、高電圧電源２を、溝２５内の導体２７に接続し、接地または基準導体５２が、回路１および２の接地または基準導体を、非放出電極５に接続する。本発明の一実施形態では、例えば約０．１ヘルツから約３０ヘルツの範囲内にある繰り返しレートで、正および負のイオン化電圧を生成するためのＤＣ電源２の、導体２７に対する接続を、交互に切り替えることもできる。この実施形態は、各放出電極１３において、供給切り替えサイクルの所与の間隔中に印加されたＤＣイオン化電圧の極性によって決定された極性を有するイオンが交互に放出される。

流体圧フィッティング５５が、該構造を端から端まで通るチャンバＢと、液密式に連通する(fluid-tight connection)よう取り付けられている。このフィッティング５５は、チャンバＡを閉鎖するように該構造に取り付けられた端部１２を介して突出している。フィッティング５５に供給される空気または他の気体に対して単一端動作(single-ended operation)を行うよう、フィッティング５５に栓（プラグ）５６を配置してもよい。下部シェル５は、非放出電極として作用し、支持体１４を含む出口のそれぞれについて、開口４３を含む。該構造に対して空気の下向きの改善された空気力学的流れ５０を実現するために、非導電性シュラウド２２を各開口４３内に組み込んで、各放出電極の静電界に悪影響を及ぼすことなく、該構造の円滑な空気流の表面を保存するようにしてもよく、また、各シュラウド２２を、支持体１４または非放出電極５のいずれにも接触させずに、下部シェル２３に取り付けることもできる。こうして、時間と共に生じる汚染物質の蓄積によりブリッジ回路が形成され、各放出電極１３の周りの電界パターンに悪影響を及ぼす可能性が低くなる。

次に図５を参照すると、非放出電極５における開口４４が、支持体１４内の放出電極１３に対して、横方向縁部４８よりもさらに近づくようよう離隔した縦方向縁部すなわち側縁部４６を含む、本発明によるコロナ放電バーの別の実施形態が示されている。こうして構成された電極は、横縁部４８の近くの領域におけるよりも、より高い電界密度の領域において（すなわち側部に沿って）、より多くのイオンを生成する。層状空気流が、該構造全体にわたって側部に沿って上から下へ流れるようになっているので、この方式におけるイオン生成は、流れる空気流内における、生成されたイオンの配送をさらに効率的なものにする。

したがって、本発明によるコロナ放電バーにより、汚染に対する高い保全性を保つように押し出し成形された構成要素と機械部品から容易に製造することが可能になり、また、放出電極の取り替えのための容易なメンテナンスが可能になる。該構造の各端部における流体圧フィッティングは、必要に応じて、同様の装置の連鎖状の連結を促進する。空気力学的形状は、外部表面にわたる空気の下向き層流の破壊を防止する。

コロナ放電バーの一実施形態の端部断面図である。 空気力学的構成および製造上の便宜のために変更された、図１の実施形態とは別の実施形態の端部断面図である。 図１の実施形態の部分正面断面図である。 図３の実施形態の部分切欠断面図である。 図３の別の実施形態の部分正面図である。

Claims (19)

1. イオンを生成するための構造であって、
   電気装置を中に収容するように、実質的に前記構造の両端部の間に上部チャンバを形成する、伸長した上部ハウジングと、
   前記上部ハウジングに沿って同じ広さに広がり、該上部ハウジングに取り付けられ、圧力のかかった気体を収容するための下部チャンバを有する、伸長した下部ハウジングであって、該下部ハウジングの長さに沿って選択された位置に複数の出口を含み、該出口は、該出口を通して該圧力のかかった気体を解放するため、該下部チャンバと流体的に連通している、下部ハウジングと、
   それぞれの前記出口に配置されたイオン化電極であって、該電良くに対する電気接続のために前記上部チャンバ内に伸長するイオン化電極と、
   前記下部ハウジングに沿って伸長し、該下部ハウジングの長さの一部に沿って該下部ハウジングにかぶさるように構成され、前記選択された位置に配置された開口を含む、伸長した非イオン化電極であって、前記イオン化電極が該開口を通って突出し、印加されるイオン化電位に応答して該電極間にイオン化電界を確立する、非イオン化電極と、
   を備える、構造。
2. それぞれの前記出口に支持体を含み、
   該支持体は、その内部に内腔を有して、該内腔内に配置されたイオン化電極を含み、
   さらに、該内腔および前記下部チャンバとの間を流体的に連通する通路を含む、
   請求項１に記載の構造。
3. 前記下部ハウジングを通って前記上部ハウジング内に突出するように、それぞれの前記出口で配向された電気コネクタと、
   前記電気コネクタのそれぞれに取り付けられて、イオン化電圧を受けるための導体と、
   前記上部チャンバにおける前記電気コネクタおよび前記導体を覆うよう配置され、該電気コネクタの前記上部チャンバへの各突出部の周りに液密シールを形成する絶縁材料と、
   を含む、請求項１に記載の構造。
4. 前記上部チャンバ内に配置され、前記イオン化電極のそれぞれに取り付けられた導体に接続されるイオン化電圧源を含む、
   請求項２に記載の構造。
5. それぞれの前記イオン化電極は、支持体によって前記出口に保持された支持要素内に配置され、該イオン化電極は、該支持体の内腔内に実質的に同軸に配置され、該支持要素は、前記下部チャンバおよび前記支持体内の内腔の間を流体的に連通するための通路を含む、
   請求項２に記載の構造。
6. 前記上部ハウジングから前記下部ハウジングに向かう方向で該ハウジングに対して流れる層状空気流の抗力または乱流を少なくすると共に、該空気流の破壊を減らすような、該上部ハウジングおよび下部ハウジングの外部形状を有する、
   請求項１に記載の構造。
7. 前記方向で流れる層状空気流の抗力または乱流を少なくするとともに、該空気流の破壊を減らすように、前記下部ハウジングの外部形状に実質的に合致する非イオン化電極を含む、
   請求項６に記載の構造。
8. それぞれの前記出口の周りに配置されて、隣接する非イオン化電極の外部形状に実質的に合致する外部形状を有する非導電性シュラウドを含む、
   請求項７に記載の構造。
9. 前記非放出電極の開口の縁部を含み、
   該開口の縁部は、関連する前記放出電極から実質的に等距離に配置されている、
   請求項１に記載の構造。
10. 前記非放出電極の側部セグメントに沿って開口の縁部を含み、
    該開口の縁部は、支持体間における開口の縁部のセグメントの関連する前記放出電極に対する間隔よりも近いように、関連する該放出電極に対する間隔で配置されている、
    請求項１に記載の構造。
11. 前記支持体は、前記下部ハウジング内におけるねじ付き開口と対をなす、ねじ付き取り付け部を含む、
    請求項２に記載の構造。
12. 前記上部および下部のハウジングの端部に配置され、少なくとも前記下部チャンバと共に液密シールを形成する端部材を含む、
    請求項１に記載の構造。
13. 前記下部チャンバと流体的に連通する一端部材に取り付けられた、加圧流体フィッティングを含む、
    請求項１２に記載の構造。
14. 前記下部チャンバと流体的に連通する端部材のそれぞれに取り付けられた、加圧流体フィッティングを含む、
    請求項１３に記載の構造。
15. 前記上部チャンバ内に配置され、前記イオン化電圧源に電気信号を供給するよう接続された多導体電気コネクタを含む、
    請求項４に記載の構造。
16. 前記下部チャンバは、出口バーの長さに沿って、選択された位置に開口を含み、
    前記開口のそれぞれは、支持体上のねじと対をなすねじを含み、
    前記支持体は、前記下部ハウジング内に液密封止の係合状態で配置される、
    請求項５に記載の構造。
17. 前記通路を通って拡張チャンバ内に入る、圧力のかかった気体の流れのパラメータを変えるため、前記支持体における内腔に該拡張チャンバを含む、
    請求項５に記載の構造。
18. 前記非放出電極は、前記上部ハウジングおよび前記下部ハウジングの取り付けを保持するように、該上部ハウジングの取り付け部に対し、該下部ハウジングをかぶせる、
    請求項１に記載の構造。
19. 前記上部ハウジングおよび前記下部ハウジングの取り付けは、該ハウジングの同一の広がりを有する長さの両サイドに沿って実質的に形成され、前記非放出電極は、該両サイドの少なくとも一部に沿って、該取り付け部に配置される、
    請求項１８に記載の構造。

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