JP2007141691A - イオン化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、薄型化と低コスト化を実現可能なイオン化装置を提供する。
【解決手段】イオン化装置は、高電圧を印加するための高電圧配板５８と、高電圧配板５８を、配電に必要な領域を除いて気密状態に保持する保持板８０と、後端を高電圧配板５８と電気的に接続されて、先端から正負いずれかに帯電したイオンを放出するための電極針と、保持板８０を内部に収納するケーシング部材８２とを備えるイオン化装置であって、保持板８０の上端が、ケーシング部材８２の上端とほぼ同じか、これよりも低い内側に位置している。これにより、高電圧配板５８を絶縁する目的等で必要な部品点数を減らして製造コストを低減すると共に、イオン化装置をより小型化できる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、正又は負に帯電している帯電体の電荷を除電するためのイオン化装置に関する。

液晶製造ライン等において、対象物が帯電していると埃等が付着して製品が不良品となることがあり、また、コンベア等により物体を搬送している場合には、小さい対象物が帯電することにより製品同士が吸引されて接触してしまい、生産ラインが停止してしまうことがある。このため、静電気の発生を抑制する必要がある個所には、限られたスペースに多数の除電装置が配置される。

静電気は対象物に蓄積されている正又は負の電荷により生ずるものであり、静電気に起因する対象物の帯電電位はアースを基準電位として、対象物の表面電位を測定することにより決定されている。除電の原理は、このような対象物に蓄積されている電荷をアースに流し込むか、又は蓄積されている電荷とは反対の極性のイオンを吹き付けて帯電電位を中和することにより、対象物、すなわち帯電体に蓄積されている電荷をゼロに近づけるものである。

除電装置は、上記の原理に従って対象物が正又は負に帯電した状態から除電する。コロナ放電式の除電装置は、放電用の電極針に高電圧電源からの直流高電圧又は交流高電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。図１に除電装置の概略図を示す。この図に示す除電装置は、コロナ放電を生じさせる放電電極１と、交流電源に接続された高圧電源部２と、放電電極１と高圧電源部２とを接続するカップリングコンデンサ３とを備える。除電装置は、交流電源で高圧電源部２である高圧トランス２Ａを駆動し、放電電極１に高電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。コロナ放電によって放電電極１の周辺に存在する空気は電離され、プラス又はマイナスのイオンを発生させる。電離した空気のイオンは除電装置に設けられたファン等で送風されて対象物まで搬送される。プラスイオンやマイナスイオンで対象物の帯電電位が中和されることにより、対象物に蓄積されている帯電電荷はゼロに近づき、除電される。

除電装置で発生されて空気中を流れるプラス、又はマイナスのイオン流は、高電圧電源とアース間の電流として考えることができる。すなわち、高電圧電源からアースに向かって流れる電流はマイナスのイオン流に相当し、アースから高電圧発生部に向かって流れる電流はプラスのイオン流に相当している。このようなイオン流と電流との相互関係により、除電装置から発生しているプラス、マイナスのイオン量が同数であれば中和されて電流はゼロとなる。したがって、除電装置は発生されるプラス、マイナスのイオン量のバランス（イオンバランス）を維持することで正しく除電を実行できる。

例えば特許文献１には、従来のイオン化装置として所謂バータイプの除電器が開示される。この除電気の構成を図２〜図５に示す。これらの図において図２はイオン化装置の外観を示す斜視図、図３は分解斜視図、図４は断面図、図５はブロック図を、それぞれ示している。これらの図に示すイオン化装置は、放電電極バー１００で構成され、本体ケース１０内の上方領域に、高電圧ユニット１３等が配置され、下方領域にエア供給ユニット１１が配置されている。電極組立体３６をエア供給ユニット１１に装着すると、高電圧配板５８の切り起こし接触片５９と電極針１２の上端面とが接触する。電極針１２と接触片５９との接触部分を含む領域は、支持プレート２５の第１スリーブ２９の中に電極組立体３６の小径内筒部分４０の先端部分が嵌入することにより、エア供給ユニット１１の密閉空間つまり主エア通路Ｓ１及び円筒状分岐エア通路４５から隔絶された独立した密閉空間Ｓ２となる。
特開２００２−２６０８２１号公報

このような除電装置が利用される使用環境においては、近年は低コスト化や組み立て工数の省力化等に加えて、除電装置を設置する設置場所の省スペース化に伴って、除電装置自体の小型化、薄型化までもが一層求められている。しかしながら、従来の除電器では、高さ方向に長くなるという問題があった。すなわち、上述した図３、図４に示すように、沿面放電経路を排除する等の観点から主エア通路Ｓ１と高電圧経路とを分離するために、高電圧配板５８を固定プレート５７と支持プレート２５とで狭持した状態で、これらの接合面において設けられたリブと端縁とを超音波溶着等により接着する。その後さらに支持プレート２５とボックス状部材３０とを、これらの界面に設けられた連続リブ２７、２８で区画された溝２６にボックス状部材３０の端縁を挿入して、同じく超音波溶着等で気密に連結していた。この構成では、高電圧配板５８を絶縁するために、固定プレート５７と支持プレート２５とボックス状部材３０の３つの部材を組み合わせ、これらを組み立てる必要がある。そのため、特に超音波溶着等の工程に手間がかかり、組み立てコストがかかるという問題があった。さらに従来の除電装置では、図５の模式図に示すように、エア供給ユニット１１の上方に、放電電極バーに電源や表示のためのＣＰＵ基板等を備えた制御ユニット１４を内蔵しているため、本体ケースの外形がさらに大きくなる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、小型化、薄型化と低コスト化を実現可能なイオン化装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために本発明の第１のイオン化装置は、高電圧を印加するための高電圧配板と、高電圧配板を、配電に必要な領域を除いて気密状態に保持する保持板と、後端を高電圧配板と電気的に接続されて、先端から正負いずれかに帯電したイオンを放出するための電極針と、保持板を収納するケーシング部材とを備えるイオン化装置であって、保持板の上端が、ケーシング部材の上端とほぼ同じか、これよりも低い内側に位置している。これにより、高電圧配板を絶縁する目的等で必要な部品点数を減らして製造コストを低減すると共に、イオン化装置をより小型化できる。

また本発明の第２のイオン化装置は、保持板が、高電圧配板をインサート成型している。これにより、高電圧配板を当初より密閉することができ、超音波溶着等による密閉作業を無くし、組み立て工程を簡素化、省力化できる。

さらに本発明の第３のイオン化装置は、保持板とケーシング部材とがＯリングを介して封止されている。これにより、保持板とケーシング部材との界面を簡単に且つ確実、安価にシールできる。

さらにまた本発明の第４のイオン化装置は、高電圧配板が電極針の後端と電気接続するための接触片を備えており、接触片が一対の対向面を形成するように高電圧配板から突出している。これにより、電極針の後端を対向面で狭持するように折曲できるので、片側からの切り起こしよりも確実に電気的接触を維持できる。

さらにまた本発明の第５のイオン化装置は、さらに、高電圧を制御する制御ユニットを備え、制御ユニットが、ケーブルを介してケーシング部材と接続されている。これにより、制御ユニットをイオン化装置とは別個の部材として、イオン化装置本体の小型、軽量化を図ることができる。

さらにまた本発明の第６のイオン化装置は、ケーシング部材が制御ユニットを内蔵している。これにより、制御ユニット一体型のイオン化装置とできる。

以上のように本発明のイオン化装置は、部品点数を低減し、低コストでかつ小型化を実現可能とできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのイオン化装置を例示するものであって、本発明はイオン化装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）

図６〜図１０に、本発明の実施の形態１に係るイオン化装置２００を示す。図６はイオン化装置２００の外観を示す斜視図、図７は斜め上方、図８は斜め下方から見た分解斜視図、図９は長手方向における縦断面図、図１０は横断面図を、それぞれ示す。これらの図に示すイオン化装置２００は、高電圧配板５８と、高電圧配板５８を保持する保持板８０と、高電圧配板５８と電気的に接続されて先端からイオンを放出するための電極針１２と、保持板８０を内部に収納するケーシング部材８２と、ケーシング部材８２の上方を閉塞する外ケース８４と、ケーシング部材８２の下面を覆う対向電極プレート１８とを備える。

図６は、イオン化装置本体を構成する放電電極バーの外観を示している。なお、図６は後述する電極組立体３６を第２スリーブ３１から取り外した状態を示している。放電電極バー１００は、本体をケース状に構成し、全体を細長い角柱状としている。本体ケースは、上下に２分割して、上ケースと下ケースとをネジ止め等により固定する。上ケースは外ケース８４、下ケースは対向電極プレート１８を構成する。ケーシング部材８２の内部には、図７、図８の分解斜視図に示すように、保持板８０を収納している。保持板８０は、高電圧配板５８を保持している。高電圧配板５８は、インサート形成等により保持板８０内に一体的に設けられている。保持板８０はＯリング８６を介してケーシング部材８２に気密に挿入される。Ｏリング８６は、保持板８０の周囲に隙間無く配置される大きさに構成され、この例では保持板８０の外形よりも僅かに小さい略矩形状の環状に形成される。
（ケーブル９０）

さらに、本体ケースの長手方向端面には、イオンを送出するための搬送エア及び高電圧を供給するケーブル９０を連結するための連結ポート８８を設けている。ケーブル９０は、エアを通過させるエア経路と、高電圧を電導させる高電圧経路を構成する電気線とを、個別に設ける他、一本のケーブル内にエア経路と電気線とを分離して内蔵させることもできる。エア経路と電気線とを一本のケーブルに纏めることで、ケーブルの使用本数を少なくできるが、ケーブルが太くなる。特に、高電圧を伝送するケーブルは二重に被覆するなどの安全対策を施すと太くなる。ケーブルが太くなると、ケーブルを接続する連結ポートも太くなり、イオン化装置の小型化を阻害する。一方、エア経路と電気線とを個別のケーブルで構成する場合は、ケーブルの安価にできると共に、ケーブルの太さを細くし各ケーブルの取り回しがよくなる。個別のケーブルで構成する場合は、本体ケースの一方の端面に電気線を、他方の端面にエア経路を接続できる。図６の例では、エア経路と電気線とを個別のケーブル９０で構成すると共に、図において放電電極バーの左側の端面に設けた連結ポート８８に電気線を接続すると共に、右側の端面に設けた連結ポート８８Ｂには搬送エア用のケーブルを接続可能としている。このように、各ケーブルをケーシング部材８２の両端壁に各々取り付けることにより、エア経路と電気線とを確実に分離できる。高電圧とエアとは、放電電極バーとは別部材の制御ユニット１４、エア供給ユニット１１からそれぞれ供給される。
（外部ユニット９２）

放電電極バー１００に対して外付けの制御ユニット１４には、高電圧ユニットや電源回路、表示回路、ＣＰＵ等が設けられる。制御ユニット１４と放電電極バーとは、ケーブル９０を介して電気的に接続されている。一方搬送エアは、制御ユニット１４と共に外付けで設けられたエア供給ユニット１１からケーブル９０を介して搬送される。ケーブル９０を介して搬送エアを放電電極バーに供給するために、ケーブル９０と放電電極バーの連結ポート８８の接合部分は、Ｏリング等を用いて気密に連結される。

制御ユニット１４とエア供給ユニット１１は、それぞれ個別の部材とすることもできるが、好ましくは一体の外部ユニット９２として、ケーブル９０を介して放電電極バーと接続されて高電圧を搬送エアをそれぞれ供給する。図６に示す例では、外部ユニット９２と放電電極バーとをケーブル９０で接続することにより、放電電極バーから制御ユニット１４のスペースを省略し、小型化を図ることができる。
（外ケース８４、対向電極プレート１８）

ケーシング部材８２の上面は、外ケース８４で閉塞される。さらにケーシング部材８２の下面には、対向電極プレート１８が被覆される。対向電極プレート１８は、金属等の導電性を有する部材で構成され、グランドに接地されている。図７、図８の例では、外ケース８４は一方の端面に端面板８５を一体に成型して下方に端面板８５を垂下させ、他方の端面は上半分のみを構成し、下端面は別部材の下端面部材９４を連結可能に構成している。そして対向電極プレート１８の両端に突出部１８Ａを形成し、外ケース８４の端面板８５と下端面部材９４に、それぞれ突出部１８Ａを挿入するスリット８５Ａ、９４Ａを形成する。これにより、対向電極プレート１８の一方の突出部１８Ａを端面板８５のスリット８５Ａに挿入し、他方の突出部１８Ａを下端面部材９４のスリット９４Ａに挿入して嵌合できる。さらに、対向電極プレート１８と下端面部材９４を貫通し、ケーシング部材８２の下面に嵌め込まれたナット９５にネジ９６でネジ止めすることで、これらの部材を固定できる。これにより、一方の端部のみで固定でき、ネジの使用本数を少なくできる。さらに図７、図８の例では、外ケース８４側から下端面部材９４に対して２カ所でネジ９７によりネジ止めして補強している。

この放電電極バーは、制御ユニット１４で発生された高電圧をケーブル９０を介して放電電極バーの各電極針１２に供給し、コロナ放電によって空気をイオン化して針先端から放出する。またこのイオン化装置２００は、電極針１２で発生されるイオンを遠方まで運ぶため搬送エアを電極針１２の周囲から放出する。この搬送エアを各電極針１２の周囲から外部に放出することで、電極針１２の先端回りでイオン化したエアが除電対象物（ワーク）に向けて下方に強制的に送り込まれ、ワークを除電する。このようにイオン化装置２００は、エアを利用したダウンフロー機構によって、イオンを確実に送出して除電性能を発揮できる。
（低背化）

本実施の形態に係るイオン化装置２００で装置本体の薄型化を実現できる様子を、図１１に基づいて説明する。図１１は、説明のため電極針のない部分で主エア通路Ｓ１と高電圧経路Ｓ３とが分離される様子を説明する断面図であり、図１１（ａ）は従来例に係るイオン化装置１００、図１１（ｂ）は本実施の形態に係るイオン化装置２００をそれぞれ示している。従来は主エア通路Ｓ１と高電圧経路Ｓ３とを分離するために、図１１（ａ）に示すように固定プレート５７と支持プレート２５とで高電圧配板５８を狭持した状態で、図１１（ａ）に示すＡの部分で超音波溶着で接着した後、さらにこの支持プレート２５とボックス状部材３０とを図１１（ａ）のＢの部分で超音波溶着等で気密に連結していた。この構成では、４つの部材を組み立てる必要があり、特に超音波溶着等の工程に手間がかかり、組み立てコストがかかるという問題があった。

これに対して本実施の形態に係るイオン化装置２００では、予め高電圧配板５８を保持板８０にインサート成型すると共に、保持板８０とケーシング部材８２とをＯリング８６で気密に連結することによって、主エア通路Ｓ１と高電圧経路Ｓ３とを隔離している。この構成によれば、複数の部材を組み合わせて絶縁していた構成を、一枚の保持板８０で実現できるので、高さ方向での小型化が図られる上、部品点数を少なくして工程も低減し省力化、低コスト化も図られる。特に超音波溶着を不要にできるので、超音波溶着工程を省力化できる他、超音波溶着のために従来設けていたリブや溝等の構造も不要にできるので、全体構成も簡素化できる。図１１の例では、ケーシング部材８２の内側に保持板８０を配置するので、上端縁も保持板８０とケーシング部材８２の端縁とをほぼ同一平面とでき、支持プレート２５に相当する分だけ薄型化が可能となる。また、幅方向への段差も少なくできる。さらに、このように薄型化しても高電圧配板５８の絶縁は十分に維持できるので、性能や安全性を低下させることなく小型化、低背化を実現できる。

保持板８０とケーシング部材８２はそれぞれ、保持板８０の側端面とケーシング部材８２の側壁とでケーシング内部空間を形成する。特に保持板８０により仕切られる空間は、電極針１２からのイオンを外部へ放出するためのエアの通路となる主エア通路Ｓ１として活用される。また保持板８０の上端が、ケーシング部材８２の上端とほぼ同じか、これよりも低い内側に位置することにより、上下方向への大型化を抑止している。

さらに加えて、従来例では支持プレート２５の上部に、高電圧等を制御するための制御ユニット１４を配置していたが、本実施の形態ではこの部材をイオン化装置本体である放電電極バーと別部材とすることで、さらにイオン化装置を小型化、薄型化できる利点が得られる。

さらに、小型化のみならず組み立て工程の省力化も実現できる。特に予め高電圧配板５８を保持板８０にインサート成型しておくことで、高電圧配板５８の絶縁が実現できる。さらにＯリング８６で保持板８０とケーシング部材８２とのシーリングを容易に実現することができ、超音波溶着に比べて極めて簡単である上、気密性の維持を安定して得ることができるメリットも得られる。

加えて、保持板８０によって放電電極バーの内部で搬送エアを搬送するエア経路と高電圧経路Ｓ３とを分離できるので、本体ケースの上側領域と下側領域との間を仕切る仕切壁等を設けることなく、これら領域間の間での気体の流通を実質的に防ぐことができる。
（ケーシング部材８２）

以下、各部材の詳細について図６〜図１０に基づいて説明する。ケーシング部材８２は、略平行に離間した２つの側壁と、これに連続する２つの端壁と、底壁とを有する上方を開口した矩形形状の箱形に形成される。ケーシング部材８２の開口部側には、保持板８０が挿入される。保持板８０は、上下にリブを設けて、ケーシング部材８２の開口部に挿入できる大きさ及び形状に形成される。ケーシング部材は、プラスチック製等とすることで、絶縁と軽量化、低コスト化を図る。

ケーシング部材８２の開口部分に、Ｏリング８６等を介して保持板８０を気密に挿入することで、直線状の主エア通路Ｓ１を構成する密閉空間が形成される。これにより、図７、図１０等に示すように、保持板８０の下面と電極組立体３６の間で、エア経路の一部を構成する主エア通路Ｓ１が構成される。

ケーシング部材８２は、その底壁に、保持板８０に設けられた比較的短い第１スリーブ２９と同軸の比較的長い円筒状の第２スリーブ３１を備えている。この第２スリーブ３１は、ケーシング部材８２の底壁から下方に延び、その両端を開放している。すなわち、第２スリーブ３１は上下に延びる貫通孔を構成しており、この第２スリーブ３１は第１スリーブ２９よりも大きな径を有しているのが好ましい。第２スリーブ３１の外周面には、第２スリーブ３１の基端部分に、沿面距離を拡大するための２つの円周フランジ３２が形成されている。
（高電圧配板５８）

高電圧配板５８は、ステンレス鋼で構成される。高電圧配板５８をステンレス製とすることで、導電性を維持しつつイオン化装置の長さ方向について補強板の役目を果たし、剛性を向上させることができる。この高電圧配板５８は、ケーブル９０を介して制御ユニット１４内の高電圧ユニットに接続されている。この高電圧配板５８は、保持板８０の一端から他端まで直線状に延長された形状を有している。また、高電圧配板５８の一端は、高電圧ユニットからの高電圧エネルギを受け入れるコネクタ用端子５８Ａを構成しており、コネクタ用端子５８Ａを保持板８０の端面で突出させてケーブル９０の配線と電気接続される。

高電圧配板５８は、インサート成型によって保持板８０に一体的に介装される。これにより高電圧配板５８は保持板８０に確実に固定され、不要な部分を本体ケース内部に露出させず、沿面経路を排除できる。保持板８０は、プラスチック成形材料等で構成され、上方を開口した有底の枠状に形成し、この枠状の底面に高電圧配板５８が表出するようにインサート成型している。また枠状の開口は、高電圧配板５８の形状にほぼ沿うように細長い矩形状に形成される。さらに枠状の開口面積は高電圧配板５８よりも多少小さくすることで、高電圧配板５８の周囲を保持板８０で覆い、確実に固定できる。高電圧配板５８の上面を表出させることで、必要に応じて電気回路基板等を配置できる。

また保持板８０の周囲からは複数の爪８１を突出させている。爪８１の側面には突起８１Ａを設け、さらにケーシング部材８２の突起８１Ａと対応する位置には、溝８２ａが形成される。保持板８０をケーシング部材８２に挿入する際は、爪８１の突起８１Ａを溝８２ａに案内することで、保持板８０をケーシング部材８２に位置決めして固定できる。図７の例では、保持板８０の長さ方向に沿って左右に３カ所ずつ、計６つの爪８１を設けている。

さらに図８に示すように、保持板８０の下面も枠状に形成し、枠状の内部に第１スリーブ２９を設けると共に、第１スリーブ２９の無い部分にはリブを渡して補強している。保持板８０の下面では、第１スリーブ２９の部分を除いて高電圧配板５８が表出しないよう完全に覆い、沿面経路の形成を阻止している。一方、第１スリーブ２９の部分では、円筒形の第１スリーブ２９の底面に高電圧配板５８を表出させ、電極針１２との接触面を構成している。
（接触片５９）

この高電圧配板５８によってケーシング部材８２に取付られた全ての電極針１２に高電圧を供給するための配電ラインを構成している。高電圧配板５８には、保持板８０の第１スリーブ２９に対応する部分に、電極針１２と電気接続するための接触片５９が設けられている。接触片５９は図９に示すように一対の接触面を対向させており、この間に電極針１２の上端面を挿入して狭持する。接触片５９の先端は、湾曲させて接触面同士の間隔を狭くするようにし、この間で弾性的に電極針１２を保持して確実に電気接続を得る。接触片５９は好ましくは高電圧配板５８と同じ部材で構成し、例えばステンレス板をコ字状に接触して高電圧配板５８と固定する。あるいは、高電圧配板を切り起こして接触片を設けてもよい。
（充填材）

高電圧配板５８には高電圧が印加されるので、高電圧に晒される部分が接地電位と近接していると、放電を生じるおそれがある。これを防止するために、イオン化装置においては、高電圧経路が表出しないように主エア通路Ｓ１と高電圧経路とを分離する。さらに、高電圧経路が表出していると沿面経路が形成されるおそれがあるため、高電圧経路や高圧電源回路をシリコーン樹脂等の充填材で充填している。しかしながら、イオン化装置では複数の部材を連結して構成している構造のため、部分的に連通している領域が残っていることがある。この際、部材間に生じた隙間から、充填材の一部が主エア通路Ｓ１に漏れることがある。主エア通路Ｓ１は、電極針１２の針先近傍で開口しているため、この部分から漏れ出したシリコーン樹脂が帯電した電極針１２にシリコーン樹脂が析出するおそれがあった。イオン発生装置から突出している電極針１２に異物が付着すると、電界を発生する電極と対向電極との間で短絡が発生し易くなり、イオン発生を行なうための充分な電界が得られず、除電性能を低下させるという問題もあった。

これに対して本実施の形態では、上述の通り保持板８０とケーシング部材８２との間をＯリング８６で気密に封止できるため、エア経路と高電圧経路との隙間を無くして完全に分離でき、このような問題も回避できる。具体的には、ケーシング部材８２に保持板８０を挿入し、高電圧配板５８を電気接続する等必要な配線を行った後、図１０に示すように保持板８０の上面に形成される中空部Ｓ４に、充填材で充填し、高電圧配板５８の上面からコネクタ用端子５８Ａの部分までを覆う。これによって沿面経路を無くし、完全に絶縁できる。また同時に防塵対策も実現される。充填材にはシリコーン、エポキシ等の樹脂が利用でき、特にシリコーン樹脂は、万一部分放電が内部で起こっても、炭化しないので沿面放電経路が形成されず、好ましい。このように本実施の形態は、エアの通路と高電圧経路とを完全に分離して、シリコーン樹脂の析出を防止できる。
（電極針１２）

電極針１２は、これを保護するための保護部材３５と一体化されて電極組立体３６を構成し、この電極組立体３６は、ケーシング部材８２の第２スリーブ３１及び保持板８０の第１スリーブ２９によって着脱自在に保持される。そして、ケーシング部材８２に取り付けられた電極組立体３６は、ケーシング部材８２から下方に向けて垂下し、電極組立体３６の下端部分が対向電極プレート１８から外部に露出した状態になる。
（電極組立体３６）

電極組立体３６の電極針１２は、例えばタングステン等から作られており、電極針１２は、その先端部及び後端部つまり上端部とを除いた本体部分が、保護部材３５によって被覆されている。保護部材３５は、電極針１２に沿って延びる小径内筒部分４０と、小径内筒部分４０の下端つまり電極針１２の先端部分から径方向外方に広がる円形部分４１と、円形部分４１の外周縁から上方向に延びる大径外筒部分４２とを有する。大径外筒部分４２は、円形部分４１から上方に延びて、第２スリーブ３１の外周面に沿ってこの第２スリーブ３１の基端部分まで延び、上端には沿面距離を拡大するためにフランジ４３が形成されている。

電極組立体３６をケーシング部材８２に装着すると、各電極針１２が位置決めされると共に、ケーシング部材８２の第２スリーブ３１の内周面と、保護部材３５の内筒部分４０の外周面とで、ケーシング部材８２の主エア通路Ｓ１に連なり且つ主エア通路Ｓ１に直交して下方に延びる各電極針１２毎の円筒状分岐エア通路４５が形成され、この円筒状分岐エア通路４５は、保護部材３５の円形部分４１に形成された複数の貫通孔４６を通じて外部と連通している。

すなわち、ケーシング部材８２内の主エア通路Ｓ１を通るエアは、本体ケースの長手方向に沿って横方向に延びる主エア通路Ｓ１に直交して分岐した各円筒状分岐エア通路４５及び貫通孔４６を通って、各々の電極針１２の先端の回りから外部に吐出される。

図１０に示すように、保護部材３５には、小径内筒部分４０の上端に円周溝を有し、この円周溝にはパッキン等の弾性バンド５０が装着される。また、保護部材３５の円形部分４１の上面には、大径外筒部分４２の内側に円周溝が形成され、この円周溝にＯリング５１が装着される。

保護部材３５の内筒部分４０は、電極組立体３６をケーシング部材８２に装着したときに、図１０に示すように、保持板８０の第１スリーブ２９の深部まで侵入できる長さ寸法を有する。また、小径内筒部分４０の径は、第１スリーブ２９の中に密に嵌入することのできる寸法に設定されている。

電極組立体３６をケーシング部材８２に装着するに際し、ケーシング部材８２の第２スリーブ３１の外周面には図７に示すように突起５５を設け、一方電極組立体３６の大径外筒部分４２には、図１０に示すように突起５５を受け入れる斜行スリット５６を設けることが好ましい。突起５５を斜行スリット５６の中に入れた状態で電極組立体３６を押し込むことで、電極組立体３６及び電極針１２を位置決めしつつ、ケーシング部材８２に組み付けることができる。

以上の構成により、電極組立体３６をケーシング部材８２に装着すると、高電圧配板５８の接触片５９は、電極針１２の上端面と圧接して導通状態になる。この電極針１２と接触片５９との接触部分を含む領域は、保持板８０の第１スリーブ２９の中に電極組立体３６の小径内筒部分４０の先端部分が嵌入することにより、ケーシング部材８２の密閉空間、つまり主エア通路Ｓ１及び円筒状分岐エア通路４５から隔絶された独立した密閉空間Ｓ２となる。この隔絶状態は、電極組立体３６の弾性バンド５０によって確かなものになる。

したがって、電極針１２の上端露出部分を含む、接触片５９との接触部分は、エアの通路となるエア供給ユニット１１の主エア通路Ｓ１及び円筒状分岐エア通路４５から完全に隔離されて、ケーシング部材８２内を通るエアの影響を受けることはない。

電極組立体３６は電極針１２を保持しており、電極針１２の後端部は電極組立体３６の後端部より突出して高電圧配板５８と接触している。保持板８０から下方に突出する第１スリーブ２９の開口端に、電極組立体３６の後端に配置された弾性バンド５０を挿入することで、第１スリーブ２９の内側に、密閉空間Ｓ２を形成する。この密閉空間Ｓ２内に高電圧配板５８を収納することにより、主エア通路Ｓ１のエアが高電圧配板５８に接触することを防止できる。

さらに、上述の通り電極組立体３６に設けられたＯリング５１がケーシング部材８２の第２スリーブ３１の下端と協働して、円筒状分岐エア通路４５の気密性を維持している。一方で搬送エアは、主エア通路Ｓ１から円筒状分岐エア通路４５、貫通孔４６を通じて、電極針１２先端が配置されている電極組立体３６の先端部に送出され、ここから外部へ放出される。

なお、搬送エアを放出するエア放出口は、図１０の例では電極針１２を小径内筒部分４０で密閉して、その周囲に開口した貫通孔４６からエアを放出している。この例では、電極針１２の先端部が外気に触れる部分とは個別に貫通孔４６を形成し、電極針１２の先端部を中心とする直径状に離間した位置に２つの貫通孔４６を設けている。ただ、この例に限られず、電極針の周囲を密閉せず、電極針に沿って搬送エアを送出する構成とすることもできる。図１２に、このような構成に係る電極組立体３６Ｂの例を示す。図１２は、ケーシング部材８２の第２スリーブ３１に装着される電極組立体３６Ｂの断面図であり、電極針１２Ｂの後端を突出させた状態で、部分的に保持し、かつ小径内筒部分４０Ｂの内面を、電極針１２Ｂの外周から離間させて電極針エア通路Ｓ５を電極針１２Ｂに沿って形成している。この電極組立体３６Ｂを、放電電極バー２００Ｂに装着する様子を、図１３に示す。この図に示すように、電極組立体３６Ｂの上方に形成された小径内筒部分４０Ｂの上端には弾性バンド５０Ｂが設けられており、この部分から放電電極バー２００Ｂの第２スリーブ３１Ｂに挿入する。そして、第１スリーブ２９Ｂの内側に弾性的に押し込み、気密に密閉空間Ｓ２を形成する。一方で、電極組立体３６Ｂに設けられたＯリング５１Ｂがケーシング部材８２Ｂの第２スリーブ３１Ｂの下端で押圧されて、円筒状分岐エア通路４５Ｂの気密性が図られる。さらに、円筒状分岐エア通路４５Ｂと電極針エア通路Ｓ５とを連通する連通口４６Ｃが開口される。連通口４６Ｃは、密閉空間Ｓ２に連通しないよう、これよりも下方に開口される。
（シリコン針１２ａ）

さらに、図１２及び図１３に示す電極針１２Ｂは、先端をシリコン製としている。多くの場合、電極針はタングステンで構成される。電極針は使用と共に摩耗し、摩耗した微細な粉末が空中に飛散される。しかしながら、放電電極バーをシリコンウェハなどを製造するクリーンルームで使用する際、シリコンウェハ上にタングステン等の異質の微細粒子が付着することは、ウェハの特性上好ましくない。そこで、電極針をシリコン製とすることで、摩耗して飛散したとしても、シリコンウェハに対してシリコン粒子という同質の物質とすることで、このような問題を解消できる。

ただ、シリコン製の電極針は、堅い反面、脆いという問題がある。このため電極針を電極組立体に固定する際に破損するおそれがある。これを回避するために、図１２の電極組立体３６Ｂでは、電極針１２Ｂの先端をシリコン製とし、後端の電極組立体と固定する部分をステンレス製として、これらを電気的に接続することで、コロナ放電にはシリコン製の電極針を使用しつつ、固定にはステンレス製の電極針を利用することを実現した。この電極針の構成を、図１４に示す。図１４に示すように、この電極針１２Ｂは、ステンレス製の中空体１２ｃの先端にシリコン針１２ａを、後端にステンレス軸１２ｂを挿入し、電気的に導通させている。さらに中空体１２ｃ内部での導通を得るために、ステンレス製のスプリング１２ｄを挿入し、この部分でもシリコン針１２ａとステンレス軸１２ｂとの導通を図っている。これにより、シリコンウェハ等を製造する半導体クリーンルーム内に設置可能なイオン化装置を実現できる。

一方、保持板８０は、少なくとも高電圧配板５８を保持する機能を有している。図１５〜図１８に、高電圧配板５８を保持板８０で保持する状態を示す。これらの図において、図１５は高電圧配板５８と保持板８０を下方から見た斜視図、図１６は上方から見た斜視図、図１７は高電圧配板５８を保持した保持板８０を上方から見た外観図、図１８は下方から見た外観図を、それぞれ示している。これらの図に示す保持板８０は、高電圧配板５８を保持するに際して、エア経路側、すなわち下面側において、電極組立体３６の電極針１２が挿入される部分を除き、高電圧配板５８がエア経路に表出しないようにするために、高電圧配板５８を覆う構造としている。逆にいえば、高電圧配板５８はエア経路側で表出しないように被覆すれば足り、上面側、すなわち高電圧経路側では表出していても構わない。高電圧配板５８のエア経路側では、電極針１２が接触する部分のみ、接触片５９を設けてエア経路側の表面で露出しており、その露出部分を取り囲むように第１スリーブ２９が形成されている。電極組立体３６が第１スリーブ２９に装着された際には、この露出部分がエア通路のエアと触れないようにするため、上述の通り弾性バンド５０によって密閉空間Ｓ２を形成する。
（ブロック図）

図６に示すように、制御回路を含む制御ユニット１４は、外部ユニット９２として放電電極バーとは別部材に構成され、ケーブル９０によってこれらを接続している。次に、放電電極バー２００の制御回路を図１９のブロック図に示す。図１９は、放電電極バー２００の制御回路の概要を示すものである。放電電極バー２００は、同一の電極針１２からプラスイオンとマイナスイオンとが交互に発生するパルスＡＣ式イオン発生方式を採用している。放電電極バー２００は、プラス側高電圧発生回路６０とマイナス側高電圧発生回路６１とを有し、これらの高電圧発生回路６０、６１で高電圧ユニットが構成されており、この高電圧ユニットは密閉ボックスの中に収容されている。

プラス側高電圧発生回路６０とマイナス側高電圧発生回路６１は、共に、トランス６２、６３の一次側コイルに接続された自励発振回路６４、６５と、二次側コイルに接続された、例えば倍整流回路からなる昇圧回路６６、６７とを含む。高電圧発生回路６０、６１と電極針１２との間には保護抵抗つまり第１抵抗Ｒ１が設けられている。トランス６２、６３の二次コイルの接地端ＧＮＤと、フィールドグランドＦＧとの間には、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３とが直列に接続され、また、対向電極プレート１８とフィールドグランドＦＧとの間には、第４抵抗Ｒ４と上述した第３抵抗Ｒ３とが直列に接続されている。

第４抵抗Ｒ４を流れる電流をイオン電流検知回路６８で検出することにより、電極針１２の近傍のイオンバランスを知ることができる。また第３抵抗Ｒ３を流れる電流をイオン電流検知回路６８で検出することにより、ワークの近傍のイオンバランスを知ることができる。さらに第２抵抗Ｒ２を流れる電流を異常放電電流検知回路６９で検出することで、電極針１２と対向電極プレート１８又はフィールドグランドＦＧとの間の異常放電を検出することができ、ＣＰＵ１４で異常放電と判別したときには、アラーム手段である表示ＬＥＤ７０を点灯する等して操作者に異常を知らせることができる。またこの例では、プラス側高電圧発生回路６０とマイナス側高電圧発生回路６１の一方の電圧値を固定し、他方を可変としているが、両方を可変にしてもよい。

以上、パルスＡＣ式放電電極バー２００の回路を説明したが、イオン化装置の給電は、ＡＣであってもＤＣであってもよい。例えば、プラスイオンとマイナスイオンが同時に発生するＳＳＤＣ式であってもよく、プラスイオンとマイナスイオンとが交互に発生するパルスＤＣ式であってもよい。

放電電極バーは、複数本を連結して使用することもできる。図６の斜視図の例では、後端面の連結ポート８８にケーブル９０を介して外部ユニット９２を接続している。前方の端面に開口された連結ポートにも、ケーブルを介して他の放電電極バーを連結し、複数の放電電極バーを同期させて使用することもできる。この場合、外部ユニット９２に含まれる制御ユニット１４は、複数の放電電極バーが接続されたことを検出して、これらを連動して制御できる。また連結される放電電極バーは、同じタイプのものとする他、長さの異なるもの、電極針の数が異なるもの等、異なるタイプの放電電極バーを連結することもできる。
（実施の形態２）

次に、このような放電電極バーを複数連結して長くした実施の形態２に係るイオン化装置について、図２０〜図２４に基づいて説明する。図２０は、実施例２に係るイオン化装置の外観を示す斜視図、図２１は分解斜視図、図２２はケーシング部材８２を下方から見た斜視図、図２３はケーシング部材８２を上方から見た斜視図、図２４はケーシング部材８２同士の連結部分を示す拡大図を、それぞれ示している。これらの図に示すイオン化装置は、実施の形態１と同じ部材については同じ符号を付しており、詳細説明は省略する。図２０において、第２スリーブ３１には各々電極組立体３６が装着されている。

このイオン化装置は、３つの電極針１２を有するケーシング部材８２に、４つの電極針１２を有するケーシング部材８２を連結し、全体として７つの電極針１２を有する放電電極バーを構成している。このようにイオン化装置の内部ではケーシング部材８２を複数連結し、外部は一体物の外ケース８４と対向電極プレート１８で構成する。これによって、連結部分の強度を維持しつつイオン化装置が大型化する事態を回避できる。単に放電電極バー同士を連結する構成では、連結部分の機械的な補強が必要となり、金属プレート等で補強する結果装置が重く大きくなるという問題がある。これに対して本実施の形態では、外ケース８４と対向電極プレート１８を、連結後のケーシング部材８２を挿入できる長さに設計し、これらの内部でケーシング部材８２同士を連結する構成としている。

この方法であれば、本体ケース内部に配置するケーシング部材８２を共通化し、これらを複数本組み合わせて所望の数の電極針１２とできると共に、ケーシング部材８２を収納する外ケース８４や対向電極プレート１８のみを、それぞれ放電電極バーの長さに応じたものに設計することで対応できる。この結果、要求される放電電極の数に応じてケーシング部材８２や保持板８０、高電圧配板５８を設計せずとも、内部部材を共通化してコストを低減する。一方で、外ケース８４等は一体物を使用することで強度を確保し、部材の大型化を回避している。特に対向電極プレート１８は、ステンレス等の金属板で構成できるので、薄くとも十分な強度を発揮でき、放電電極バーの補強が図られる。

このケーシング部材８２は、ケーシング部材８２同士の連結部でも主エア通路Ｓ１と高電圧経路とを確実に分離できるよう、連結ポート８８の形状を、搬送エア用のエアポート８９Ａと高電圧経路用の高電圧ポート８９Ａとに分離している。これによって、主エア通路Ｓ１と高電圧経路とが物理的に隔離されるので、両者間の絶縁が確実に保たれる。エアポート８９Ａと高電圧ポート８９Ａとは、Ｏリング８７Ａ、８７Ｂを介してそれぞれのエアポート８９Ａと高電圧ポート８９Ａに連結される。さらに、連結部分での強度を補強するために、好ましくは連結板９８を装着する。連結板９８は側面を折曲して剛性を増した金属板等が利用でき、ケーシング部材同士の連結部分を跨いだ状態でネジ止めなどにより固定される。これによって、連結部分の機械的強度が補強される。特に、プラスチック製のケーシング部材を使用する場合、金属製の連結板９８で補強することで連結部分の強度が大幅に向上する。また、周囲の全面に連結板９８を設けず、部分的に固定することで、この部分が肥大化したり重くなることを回避できる。特にプラスチック製のケーシング部材とすることで軽量化を図った放電電極バーの利点を維持しつつ、強度面での信頼性を高めることができる。なお図２１の例では、連結板９８はケーシング部材の下面のみに設けているが、上面側や側面に設けてもよい。あるいは２面等、複数面に設けてもよいが、連結板を多く、あるいは大きくするほど放電電極バーの軽量化、小型化が損なわれるため、強度面とのバランスを考慮して設計される。
（実施の形態３）

また、以上の例では制御ユニット１４を放電電極バーから分離して外付けとしている。ただ、放電電極バーに制御ユニット１４を内蔵させることもできる。制御ユニット内蔵型のイオン化装置の例を、図２５の断面図に示す。この図に示すように、保持板８０の上方の空間の空間を利用し、ここに回路部材を配置することで制御ユニット１４やエア供給ユニット１１を一体的に放電電極バーに組み込んでいる。また漏電対策のため、高圧電源回路等を組み込んだ制御ユニット１４を構成後、シリコーン樹脂等の充填材で充填することが好ましい。これにより、イオン化装置は放電電極バー単体で使用可能となる。

以上のように、本実施の形態に係るイオン化装置は、簡素な構成でシール性を確保しながら装置の小型化を実現することに成功した。特に上記の例では、Ｏリング８６で保持板８０とケーシング部材８２とを気密に連結することによって、主エア通路Ｓ１と高電圧経路とを隔離している。この構成によれば、複数枚の部材を組み合わせて絶縁していた構成を、一枚の保持板８０で実現できるので、高さ方向での小型化が図られる上、部品点数を少なくして工程も低減し省力化、低コスト化も図られる。

本発明のイオン化装置は、空気中の静電気制御又は帯電したワークの除電を行うイオナイザ等の除電器として好適に適用できる。

除電装置の構成を示す回路図である。 従来のイオン化装置の外観を示す斜視図である。 図２のイオン化装置の分解斜視図である。 図２のイオン化装置の断面図である。 図２のイオン化装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るイオン化装置の外観を示す斜視図である。 図６のイオン化装置の斜め上方から見た分解斜視図である。 図６のイオン化装置の斜め下方から見た分解斜視図である。 図６のイオン化装置の長手方向における縦断面図である。 図６のイオン化装置の長手方向における横断面図である。 イオン化装置を従来よりも薄型化した構成を示す断面図である。 他の電極組立体の例を示す断面図である。 図１２の電極組立体を、放電電極バーに装着する様子を示す断面図である。 図１２の電極針の構成を示す断面図である。 高電圧配板と保持板を下方から見た斜視図である。 高電圧配板と保持板を上方から見た斜視図である。 高電圧配板を保持した保持板を上方から見た外観図である。 高電圧配板を保持した保持板を下方から見た外観図である。 イオン化装置の制御回路を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係るイオン化装置の外観を示す斜視図である。 図２０のイオン化装置の分解斜視図である。 図２１のイオン化装置のケーシング部材を示す斜視図である。 図２１のケーシング部材を上方から見た斜視図である。 図２２のケーシング部材の連結部分を示す拡大図である。 本発明の実施の形態３に係るイオン化装置の縦断面図である。

符号の説明

１００…放電電極バー
２００…イオン化装置
２００Ｂ…放電電極バー
３００…イオン化装置
１…放電電極
２…高圧電源部
２Ａ…高圧トランス
３…カップリングコンデンサ
１０…本体ケース
１１…エア供給ユニット
１２、１２Ｂ…電極針
１２ａ…シリコン針
１２ｂ…ステンレス軸
１２ｃ…中空体
１２ｄ…スプリング
１３…高電圧ユニット
１４…制御ユニット
１８…対向電極プレート
１８Ａ…突出部
２５…支持プレート
２６…溝
２７、２８…連続リブ
２９、２９Ｂ…第１スリーブ
３０…ボックス状部材
３１、３１Ｂ…第２スリーブ
３２…円周フランジ
３５…保護部材
３６、３６Ｂ…電極組立体
４０、４０Ｂ…小径内筒部分
４１…円形部分
４２…大径外筒部分
４３…フランジ
４５、４５Ｂ…円筒状分岐エア通路
４６…貫通孔
４６Ｃ…連通口
５０、５０Ｂ…弾性バンド
５１、５１Ｂ…Ｏリング
５５…突起
５６…斜行スリット
５７…固定プレート
５８…高電圧配板
５８Ａ…コネクタ用端子
５９…接触片
６０…プラス側高電圧発生回路
６１…マイナス側高電圧発生回路
６２…トランス
６４…自励発振回路
６６…昇圧回路
６８…イオン電流検知回路
６９…異常放電電流検知回路
７０…表示ＬＥＤ
８０…保持板
８１…爪
８１Ａ…突起
８２、８２Ａ、８２Ｂ…ケーシング部材
８２ａ…溝
８４…外ケース
８５…端面板
８５Ａ…スリット
８６…Ｏリング
８７Ａ…Ｏリング
８７Ｂ…Ｏリング
８８、８８Ｂ…連結ポート
８９Ａ…エアポート
８９Ｂ…高電圧ポート
９０…ケーブル
９２…外部ユニット
９４…下端面部材
９４Ａ…スリット
９５…ナット
９６…ネジ
９７…ネジ
９８…連結板
Ｓ１…主エア通路
Ｓ２…密閉空間
Ｓ３…高電圧経路
Ｓ４…中空部
Ｓ５…電極針エア通路

Claims (6)

1. 高電圧を印加するための高電圧配板と、
   前記高電圧配板を、配電に必要な領域を除いて気密状態に保持する保持板と、
   後端を前記高電圧配板と電気的に接続されて、先端から正負いずれかに帯電したイオンを放出するための電極針と、
   前記保持板を収納するケーシング部材と、
   を備えるイオン化装置であって、
   前記保持板の上端が、前記ケーシング部材の上端とほぼ同じか、これよりも低い内側に位置してなることを特徴とするイオン化装置。
2. 請求項１に記載のイオン化装置であって、
   前記保持板が、前記高電圧配板をインサート成型してなることを特徴とするイオン化装置。
3. 請求項１又は２に記載のイオン化装置であって、
   前記保持板と前記ケーシング部材とがＯリングを介して封止されてなることを特徴とするイオン化装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載のイオン化装置であって、
   前記高電圧配板が前記電極針の後端と電気接続するための接触片を備えており、
   前記接触片が一対の対向面を形成するように前記高電圧配板から突出してなることを特徴とするイオン化装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載のイオン化装置であって、さらに、
   高電圧を制御する制御ユニットを備え、
   前記制御ユニットが、ケーブルを介して前記ケーシング部材と接続されてなることを特徴とするイオン化装置。
6. 請求項１から４のいずれか一に記載のイオン化装置であって、
   前記ケーシング部材が前記制御ユニットを内蔵していることを特徴とするイオン化装置。

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