JP2008153132A - 除電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、軽量で、且つ減衰時間特性やイオンバランス特性に優れた除電装置を提供する。
【解決手段】本発明に係わる除電装置１は、電源回路１１と、電源回路１１で生成された直流電圧を可聴周波数以上の高周波電圧とし、当該高周波電圧を２つの出力ラインに一定期間毎に交互に出力する出力制御回路１２と、高周波電圧を昇圧する変圧回路１３と、正極性の電圧印加で正イオンを出力し、負極性の電圧印加で負イオンを出力する２ｎ個（ｎ＝１以上の整数）の放電針からなり、これら放電針がｎ個毎の第１及び第２グループに分けられて配置された放電部２０と、変圧回路１３から出力された高周波高電圧を同一期間で互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧に変換し、当該２つの直流高電圧の極性を一定期間毎に反転させて放電部２０の第１及び第２グループにそれぞれ出力する極性反転回路１４と、放電部２０の風上側から送風する送風機とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、帯電物体に正負のイオンを照射して電気的に中性にする除電装置に関する。

従来より、半導体製造ラインや携帯電話などのセル生産工程などでは、部品帯電による静電気障害や静電吸着を防ぐため、作業台やコンベア等の近傍に除電装置が配置されている。こうした製造現場で使用される除電装置としては、正又は負の電荷が全体的、或いは部分的に過剰となり、電荷が不均一な状態にある除電対象物（部品）に正又は負のイオンを放出（照射）して電気的に中性にする方式のものがある。このような除電装置は、除電方式により幾つかのタイプに分類される。以下、各方式の特徴について簡単に説明する。

（１）ＡＣ式
１つの放電針に正弦波高電圧（周波数５０／６０Ｈｚ）を印加し、正負のイオンを交互に発生させるようにしたものである。１つの放電針から正負のイオンを発生させているため、イオンバランスの経時的な偏りや、空間的な偏りも少ないことが特徴となっている。

ここで、イオンバランスとは、イオン照射後の残留電位が０Ｖからどの程度離れているかを示すもので、残留電位が定常的に０ボルトとなることが理想特性となる。そして、イオンバランスの経時的な偏りとは、除電装置を連続運転した場合に、正負それぞれの放電針の汚れ付着や腐食、磨耗の度合いに差が生じて、残留電位に偏りが生じることをいう。また、イオンバランスの空間的な偏りとは、除電対象物にイオンを照射したときに、除電対象物の位置により残留電位が差が生じることをいう。このイオンバランスの空間的な偏りは、後述するように、除電装置から所定距離を離して規則的に配置した除電対象物にイオンを照射して、どの位置の除電対象物に残留電位があるかを測定することにより判定される。さらに、後述するイオンバランスの振幅とは、正負のイオンが照射された除電対象物の表面電位が正側、負側に周期的に変動することをいう。

（２）ＤＣ式
正放電針と負放電針に、それぞれ正負の高電圧を印加することにより、各放電針から定常的に正負のイオンを発生させるようにしたものである。放出された正負のイオンが除電対象物に達するまでに再結合しにくく、ＡＣ式に比べてイオンを遠くまで飛ばすことができることが特徴となっている。

（３）ＡＣ高周波式
１つの放電針に周波数２０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚの高周波電圧を印加するようにしたものである。一般的なＡＣ式に比べて、トランスを軽く、小さくすることができるという特徴を備えている。

（４）パルスＤＣ式
正放電針と負放電針に、それぞれ正負の高電圧を交互に印加することにより、各放電針から正負のイオンを交互に発生させるようにしたものである。一般的なＤＣ式よりも、イオンバランスの経時的な偏りが改善されていることが特徴となっている（特許文献１参照）。

（５）パルスＡＣ式
１つの放電針に矩形波の高電圧を印加するようにしたものである。一般的なＡＣ式よりもイオン発生量を増加させることができるとともに、発振周波数を可変とすることができる点が特徴となっている（特許文献２参照）。
特開２００２−４３０９２号公報 特開２０００−５８２９０号公報

上述した各除電方式には、それぞれ以下のような課題がある。

（１）ＡＣ式
高電圧を発生させるトランスが重く、大きくなる。この種の除電装置は、卓上、或いは吊り下げて使用されることが多く、小型軽量な除電装置とすることが望ましいが、ＡＣ式では装置を小型軽量にすることが難しい。また、正負のイオンを交互に発生させているため、除電対象物を正負交互に帯電させていることになり、時間的に見ると、イオンバランスに振幅が生じることになる。このため、イオン照射後の残留電位を０ボルト付近に保つことが難しい。さらに、ＤＣ式に比べて正負イオンの発生量が少ないため、減衰時間特性、除電範囲の点でＤＣ式に劣る。ここで、減衰時間特性とは、イオン照射後に除電対象物の電位が許容レベルとなるまでの時間をいう。したがって、帯電した除電対象物の電位を許容レベルに短時間で下げることができれば、減衰時間特性が優れていることになる。また、除電範囲とは、イオン照射により除電対象物の電位を許容レベルまで下げることができる空間的な範囲をいう。

（２）ＤＣ式
連続運転した場合に、正負それぞれの放電針の汚れ付着や腐食、磨耗の度合いに差が生じるため、イオンバランスの経時的な偏りが生じる。また、放電針の位置によって、正イオンの影響を受けやすい場所、或いは負イオンの影響を受けやすい場所が生じる。このため、このような場所に配置された除電対象物を正又は負に帯電させてしまうことになり、イオンバランスの空間的な偏りが生じることになる。

（３）ＡＣ高周波式
正負のイオンの発生間隔が短いため、放出された正負のイオンが除電対象物に達するまでに再結合しやすく、イオンを遠くまで飛ばすことが難しい。また、イオンの到達量が少なくなるため、減衰時間特性も悪くなる。

（４）パルスＤＣ式
ＤＣ式の場合と同様に、連続運転した場合には、正負それぞれの放電針の汚れ付着や腐食、磨耗の度合いに差が生じるため、イオンバランスの経時的な偏りが生じる。また、汚れが付着しやすい正放電針の影響を受けやすい場所や、汚れ付着しにくい負放電針の影響を受けやすい場所ではイオンバランスの空間的な偏りが生じるため、除電対象物を正又は負に帯電させてしまうことになる。さらに、正負のイオンを交互に発生させることになるため、ＡＣ式と同様に除電対象物を正負交互に帯電させることになり、時間的に見ると、イオンバランスに振幅が生じることになる。

（５）パルスＡＣ式
正負のイオンを交互に発生させているため、除電対象物を正負交互に帯電させていることになり、且つＡＣ式よりもイオン発生量が多いため、時間的に見ると、イオンバランスに振幅が生じる。

以上説明したように、従来例の除電装置では、大きさや重量、減衰時間特性、イオンバランス特性のいずれかの課題があり、これらの課題をすべて解決した除電装置は実現されていないのが現状である。

本発明の目的は、小型、軽量で、且つ減衰時間特性やイオンバランス特性に優れた除電装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係わる除電装置は、直流電圧を生成する電源回路と、前記電源回路で生成された直流電圧を可聴周波数以上の高周波電圧とし、且つ当該高周波電圧を２つの出力ラインに一定期間毎に交互に出力する出力制御回路と、前記出力制御回路から出力された高周波電圧を昇圧する変圧回路と、正極性の直流高電圧が印加されたときには正イオンを出力し、負極性の直流高電圧が印加されたときには負イオンを出力する２ｎ個（ｎ＝１以上の整数）の放電針からなり、これら放電針がｎ個毎の第１及び第２グループに分けられて配置された放電部と、前記変圧回路から出力された高周波高電圧を、同一期間で互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧に変換すると共に、当該２つの直流高電圧の極性を一定期間毎に反転させて前記放電部の第１及び第２グループにそれぞれ出力する極性反転回路と、前記放電針の風上側から送風して、前記２ｎの各放電針から出力された正イオン及び負イオンを風下側に配置された除電対象物に向けて搬送する送風機とを備え、同一期間において前記放電部の第１グループから一方の極性のイオンを出力すると共に、第２グループから他方の極性のイオンを出力し、且つ一定期間毎に前記各グループから出力するイオンの極性を反転させることを特徴とする。

本発明によれば、可聴周波数以上の発振周波数に対応した高周波巻線トランスや圧電トランスなどを用いることができるため、ＡＣ式除電装置に比べて装置を小型軽量なものとすることができる。

また、放電部の第１及び第２グループに対して互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧を印加しているため、ＡＣ式除電装置に比べて正負イオンの発生量が多くなり、減衰時間特性を向上させることができる。同様の理由から、ＡＣ式除電装置に比べて除電範囲を広げることができる。

また、２つのグループに分かれた放電針から同一期間に正負のイオンを発生させると共に、各グループから出力されるイオンの極性を一定期間毎に反転させるようにしているため、同一期間において正負イオンが同時に発生し、除電対象物表面における正負のイオン量をほぼ同じとすることができる。したがって、電位の中和が促進されて、除電対象物表面の残留電位を小さくすることができる。この結果、イオンバランスの振幅をゼロに近づけることができると共に、振幅の偏りも少なくすることができる。

また、放出される正負イオンの極性が一定期間毎に反転すると共に、イオンを放出する位置も一定期間毎に切り替わるため、除電対象物の位置によって正又は負いずれか一方のイオンの影響を受けることがなく、すべての位置の除電対象物に正負のイオンをほぼ均等に照射することができる。したがって、イオンバランスの空間的な偏りを小さくすることができる。

また、各グループの放電針から放出される正負イオンの極性を一定期間毎に反転させているため、連続運転した場合でも、それぞれの放電針の汚れ付着及び腐食、磨耗の度合いはほぼ均等となる。このため、放電針ごとの残留電位の偏りが生じることがなく、イオンバランスの経時的な偏りを少なくすることができる。

以下、本発明に係わる除電装置の実施形態について説明する。

図１は本実施形態に係わる除電装置の全体構成図、図２は放電部の構成を示す説明図、図３は高電圧発生回路の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、除電装置１は、高電圧発生回路１０、放電部２０、送風機３０、ストリーマコロナパルス検知電極４０、ストリーマコロナパルス信号検知装置５０、及びガード電極６０を備えている。また、符合７０は除電対象物である。

高電圧発生回路１０は、放電部２０に対して、一定期間毎に交互に極性の異なる直流高電圧を同時に印加する回路である。高電圧発生回路１０の構成については後述する。

放電部２０は、図２に示すように、放電電極となる放電針２１〜２４で構成されている。各放電針は、正極性の直流高電圧が印加されたときには正イオンを出力し、負極性の直流高電圧が印加されたときには負イオンを出力するものである。高電圧発生回路１０から供給された直流高電圧が放電針２１〜２４に印加されると、放電針２１〜２４とガード電極６０との間でコロナ放電が発生して、正イオン及び負イオンが出力される。この放電部２０には、高電圧発生回路１０から一定期間毎に交互に極性の異なる直流高電圧が供給されている。

放電針２１〜２４は、図２に示すように、先端が中心方向に向くように４箇所に配置されている。このうち、先端が対向する放電針同士が同極性のイオンを出力する電極対（グループ）となる。本実施形態では、放電針２１，２３が第１グループとなり、放電針２２，２４が第２グループとなる。そして、一方のグループが正イオンを出力する間、他方のグループでは負イオンを同時に出力し、また一方のグループが負イオンを出力する間、他方のグループでは正イオンを同時に出力することになる。

例えば、図２（ａ）に示すように、期間Ａでは、第１グループの放電針２１，２３が負イオンを出力し、第２グループの放電針２２，２４が正イオンを出力する。また、図２（ｂ）に示すように、次の期間Ｂでは、第１グループの放電針２１，２３が正イオンを出力し、第２グループの放電針２２，２４が負イオンを出力する。以下同様にして、各グループは一定期間毎に上記期間Ａ，期間Ｂの出力とを交互に繰り返すことになる。

本実施形態では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、対向する放電針に常に同極性の電圧を印加するようにしている。このような構成とした場合は、イオンバランス特性を向上させることができる。また、対向する放電針に常に異極性の電圧を印加するようにしてもよい。また、放電針の数は、本実施形態では４個としているが、２ｎ（ｎ＝１以上の整数）個であればよい。

また、放電針２１〜２４は、図１に示すように、送風機３０の送風方向（紙面の左から右方向）に対してほぼ直角に配置されている。異極性放電針の極間距離Ｋは、空間的なイオンバランスの性能と使用時の装置本体と除電対象物７０との距離Ｌにより決定される。一例として、Ｌ＝１５０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲では、Ｋ＝４０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度が好適な範囲となる。

送風機３０は、放電部２０の風上側には配置され、図示しないファンをモータで回転させることにより送風を行うものである。この送風によって、放電部２０から出力された正イオン及び負イオンは除電対象物７０に向けて搬送されることになる。

ストリーマコロナパルス検知電極４０は、送風機３０と放電部２０との間に配置され、放電部２０のコロナ放電による放電電流を検知して、検知した放電電流に応じたパルス信号（検知信号）を出力する。ストリーマコロナパルス信号検知装置５０は、ストリーマコロナパルス検知電極４０から出力されたパルス信号に基づいて、コロナ放電の放電状態が正常であるか否かを判断する。すなわち、ストリーマコロナパルス放電が発生している場合には、コロナ放電による放電電流が短時間で大きく変化する（極めて急峻に変化する）ので、検知した放電電流に応じたパルス信号が所定のレベルを超えているときは、コロナ放電の異常と判定することができる。一般に、コロナ放電の異常は放電針の汚れ付着により発生頻度が増加することが知られている。このため、コロナ放電の異常を検知する装置を備えることにより、放電針の清掃時期を正確に知ることができるので、メンテナンスを確実に行うことができる。なお、ストリーマコロナパルス検知電極４０とストリーマコロナパルス信号検知装置５０は、本実施形態におけるストリーマパルス検知手段として機能する。

ガード電極６０は、作業者の指などが高電圧が印加されている放電針に触れないようにするためのものであり、放電部２０と除電対象物７０との間に配置されている。ガード電極６０は接地電位に接続されており、各放電針の対向電極としても機能している。ガード電極６０は、誘導による除電対象物７０の電圧変動を少なくするため、金属等の導体で形成されることが望ましい。また、ガード電極６０の構造は、リング状の金属電極を同心円に配置したものなどが用いられるが、この例に限らず、作業者の指などが入らないだけの間隔で、且つイオンの通過が容易となるような間隔が確保されていればよい。さらに、ガード電極６０は、放電針との間が距離Ｍ（＜極間距離Ｋ）となるように配置することが望ましい。放電部２０でコロナ放電が始まると、放電針間の電位差よりもガード電極−放電針間の電位差の方が大きいので、発生した正負イオンはガード電極６０に向かって飛ぶことになる。このときガード電極６０があると正負イオンが捕らえられるため、減衰時間特性は若干低下する。しかし、ガード電極６０を設けることにより、イオンバランスの振幅を大幅に軽減することができる。

次に、高電圧発生回路１０の構成について説明する。図３に示すように、高電圧発生回路１０は、ＤＣ電源回路１１、出力制御回路１２、変圧回路１３、極性反転回路１４で構成されている。

ＤＣ電源回路１１は、図示しない交流電源（ＡＣ１００Ｖ）に接続され、交流電圧を直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換して出力する回路である。

出力制御回路１２は、ＤＣ電源回路１１から出力された直流電圧を可聴周波数以上（２０ＫＨｚ〜）の高周波電圧に変換するとともに、この高周波電圧を変圧回路１３と接続する２系統の出力ラインに一定期間毎に交互に切り替えて出力する。本実施形態では、高周波電圧を２系統の出力ラインに一定期間毎に交互に出力する際の出力切替周波数を１０〜１００Ｈｚの範囲としている。例えば、出力切替周波数を５０Ｈｚとした場合、一周期は０．０２ｓとなるため、その半周期である０．０１ｓが上記の一定期間となる。

本実施形態では、高周波電圧を２系統の出力ラインに交互に出力する際の出力切替周波数を１０〜１００Ｈｚの範囲としているため、各グループの放電針から出力される正負イオンの極性も、この出力切替周波数で規定される一定期間毎に反転することになる。これによれば、正負イオンの発生間隔を長くとることができるため、ＡＣ高周波式除電装置に比べて、放出された正負イオンが除電対象物に達するまでに再結合しにくくなり、イオンを遠くまで飛ばすことができる。

変圧回路１３は、可聴周波数以上（２０ｋ〜）の発振周波数に対応した高周波巻線トランス又は圧電トランスで構成され、出力制御回路１２から出力された高周波電圧を昇圧し、高周波高電圧として出力する回路である。本実施形態の変圧回路１３は、トランスＬ１，Ｌ２で構成され、これらトランスＬ１，Ｌ２から高周波電圧が一定期間毎に交互に出力されている。変圧回路１３の出力側は極性反転回路１４と２系統の出力ラインで接続され、トランスＬ１，Ｌ２から出力された高周波電圧は、各出力ラインから極性反転回路１４に交互に出力されている。

本実施形態では、可聴周波数以上（２０ｋ〜）の発振周波数に対応した高周波巻線トランス又は圧電トランスにより変圧回路１３を構成しているため、ＡＣ式除電装置に比べて装置を小型軽量なものとすることができる。

極性反転回路１４は、変圧回路１３から一定毎に交互に出力された高周波高電圧を、同一期間で互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧に変換すると共に、この２つの直流高電圧の極性を一定期間毎に反転させて、放電部２０の第１及び第２グループに出力している。すなわち、正極性の直流高電圧を第１グループに出力するときは、負極性の直流高電圧を第２グループに同時に出力し、負極性の直流高電圧を第１グループに出力するときは、正極性の直流高電圧を第２グループに同時に出力することになる。

本実施形態では、放電部２０の第１及び第２グループに対して互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧を印加するようにしている。これによれば、ＡＣ式除電装置に比べて正負イオンの発生量を多くすることができるので、帯電した除電対象物の電位を許容レベルに短時間で下げることができるようになり、減衰時間特性を向上させることができる。また、正負イオンの発生量が少ないＡＣ式除電装置に比べて除電範囲を広げることが可能となる。

次に、極性反転回路１４の構成と動作について説明する。図４は、極性反転回路の構成を示す回路図である。図４に示すように、極性反転回路１４は、コンデンサＣ１〜Ｃ８、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、ダイオードＤ１〜Ｄ８からなる整流回路により構成されている。この整流回路には、トランスＬ１，Ｌ２から、入力Ａ，入力Ｂで示すような高周波高電圧が所定時間毎に交互に供給されている。整流回路では、入力された高周波高電圧を整流して直流高電圧とし、出力Ａ，出力Ｂで示す出力端から出力している。

トランスＬ１から入力Ａが供給されると（この期間、入力Ｂはゼロ）、この入力Ａは整流回路で整流された後、出力Ａには負極性の電圧が、また出力Ｂには正極性の電圧がそれぞれ出力される。また次の期間において、トランスＬ２から入力Ｂが供給されると（この期間、入力Ａはゼロ）、この入力Ｂは整流回路で整流された後、出力Ｂには正極性の電圧が、また出力Ｂには負極性の電圧がそれぞれ出力される。このように、トランスＬ１，Ｌ２から一定期間毎に交互に入力Ａ，Ｂの高周波高電圧が供給されると、極性反転回路１４では、入力された高周波高電圧が整流・平滑化されるとともに、各周期毎に極性が反転されて出力Ａ，Ｂに出力されることになる。そして、出力Ａには第１グループの放電針２１，２３が接続され、出力Ｂには第２グループの放電針２２，２４が接続されているため、各グループから出力されるイオンの極性は一定期間毎に反転することになる。

すなわち、図２（ａ）に示すように、期間Ａでは、第１グループの放電針２１，２３からは負イオンが出力され、第２グループの放電針２２，２４からは正イオンが同時に出力される。また、図２（ｂ）に示すように、次の期間Ｂでは、第１グループの放電針２１，２３からは正イオンが出力され、第２グループの放電針２２，２４からは負イオンが同時に出力される。そして、各グループから出力されるイオンの極性は一定期間毎に反転されるので、各グループの放電針からは一定期間毎に異なる極性のイオンが出力されることになる。

次に、上記のように構成された除電装置のイオンバランス特性について説明する。

この種の除電装置の評価には、ＥＯＳ／ＥＳＤ規格Ｓｔ３．１に準拠した測定方法が一般的に用いられる。図５は、上記測定方法に用いられる評価装置の構成を示す説明図である。この評価装置１００は、基板２上に除電対象物となる帯電プレートを、ＴＰ１〜ＴＰ１２の測定点に順番に配置すると共に、ＴＰ２の測定点から３００ｍｍの位置に除電装置１を配置したものである。なお、帯電プレートは縦横が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、容量２０ｐＦの部材で構成されている。

各帯電プレートには、図示しない被接触の電位センサと、この電位センサと接続された帯電電位計とが設けられている。また、各帯電プレートには、減衰時間の測定時に帯電プレートを帯電させるための図示しない＋１ｋＶの高圧電源と、−１ｋＶの高圧電源とが接続されている。さらに、減衰時間を計時する図示しないタイマや時間等を表示するデジタル表示装置も併設されている。

（１）イオンバランス振幅−時間特性
図６は、イオンバランス振幅−時間の特性図である。図６（ａ）は本実施形態の除電装置による特性図、図６（ｂ）は比較例としてパルスＡＣ式除電装置による特性図である。この評価方法は、各帯電プレートの残留電荷を除去した後、除電装置１から帯電プレートＴＰ１〜１２にイオンを照射し、一定時間後のプレート電位［Ｖ］を測定するものである。この例では、除電装置１と帯電プレートとの距離を１５０ｍｍまで近づけている。これは、イオンバランス振幅−時間特性の影響をより顕著にするためである。

本実施形態の除電装置１では、２つのグループに分かれた放電針から同一期間に正負のイオンを同時に発生させると共に、各グループから出力されるイオンの極性を一定期間毎に反転させるようにしているため、放出される正負イオンの極性が一定期間毎に反転すると共に、イオンを放出する位置も一定期間毎に切り替わることになる。これによれば、同一期間において正負イオンが同時に発生することになるため、帯電プレート表面における正負のイオン量がほぼ同じとなる。したがって、電位の中和が促進されて、帯電プレート表面の残留電位を小さくすることができる。これにより、図６（ａ）に示すように、イオンバランスの振幅をゼロに近づけることができるようになり、また、振幅の偏りも少なくすることができる。したがって、本実施形態の除電装置１は、除電対象物との距離を近づけてもイオンバランスの振幅、偏りが少ないので、作業台やコンベヤ全体に亘って均一な除電ができるようになる。

一方、比較例のパルスＡＣ式除電装置では、正負のイオンを交互に発生させているため、帯電プレートを正負交互に帯電させていることになり、且つＡＣ式よりもイオン発生量が多いことから、図６（ｂ）に示すように、イオンバランスに振幅が生じる。とくに、本評価方式のように除電装置と帯電プレートとの距離を近づけた場合は振幅、偏りともに大きくなる。

ここで、第１及び第２グループから出力されるイオンの極性を反転させる周期について説明する。本実施形態では、高周波電圧を２系統の出力ラインに交互に切り替えて出力する際の出力切替周波数を１０〜１００Ｈｚとしている。図７は、図６と同じくイオンバランス振幅−時間の特性図であり、いずれも本実施形態の除電装置による特性図である。図７（ａ）は出力切替周波数１．４Ｈｚでの特性図、図７（ｂ）は出力切替周波数３５Ｈｚでの特性図である。

図７（ａ）に示すように、出力切替周波数１．４Ｈｚで規定される周期で極性を反転させた場合は、帯電プレート表面の残留電位を小さくすることができず、イオンバランスの振幅が大きくなってしまう。また、出力切替周波数を１００Ｈｚ以上とした場合は、図示していないが高周波式と同様にイオンを遠くまで飛ばすことが難しく、また減衰時間特性も悪くなる。これに対し、図７（ｂ）に示すように、出力切替周波数３５Ｈｚで規定される周期で極性を反転させた場合は、帯電プレート表面の残留電位を小さくすることができるので、イオンバランスの振幅を更に小さくすることができる。

（２）イオンバランス空間特性
図８は、イオンバランス空間特性図である。図８（ａ）は本実施形態の除電装置による特性図、図８（ｂ）は比較例としてＤＣ式除電装置による特性図である。図８のＸ軸はプレート電位［Ｖ］、Ｙ軸は最前列中央の帯電プレートＴＰ２を中心とした左右の距離［ｍｍ］、Ｚ軸は除電装置からの奥行き方向の距離［ｍｍ］をそれぞれ示している（図５参照）。

本実施形態の除電装置１では、放出される正負イオンの極性が一定期間毎に反転すると共に、イオンを放出する位置も一定期間毎に切り替わるため、帯電プレートの位置によって正又は負いずれか一方のイオンの影響を受けることがなく、すべての帯電プレートに正負のイオンをほぼ均等に照射することができる。したがって、図８(ａ)に示すように、イオンバランスの空間的な偏りを小さくすることができる。

一方、比較例のＤＣ式除電装置では、放電針の位置によって、正イオンの影響を受けやすい場所、或いは負イオンの影響を受けやすい場所が生じるため、このような正又は負イオンいずれか一方の影響を受けやすい場所に配置された帯電プレートでは正又は負に帯電されてしまうことになる。このため、図８（ｂ）に示すように、イオンバランスの空間的な偏りを生じることになる。図８（ｂ）では、除電装置に近い位置に配置された帯電プレート（図５のＴＰ２，ＴＰ３等）が正極性側に帯電している。

（３）イオンバランス経時特性
本実施形態の除電装置１では、各グループの放電針２１〜２４から放出される正負イオンの極性を一定期間毎に反転させているため、連続運転した場合でも、それぞれの放電針の汚れ付着及び腐食、磨耗の度合いはほぼ均等となる。このため、放電針ごとの残留電位の偏りが生じることがなく、イオンバランスの経時的な偏りを少なくすることができる。本実施形態の除電装置１を所定時間連続運転した後、各放電針の先端部を観察したところ、先端部の汚れ付着及び腐食、磨耗の度合いはほぼ均等となることが確認された（測定結果の図示を省略）。

上記イオンバランス特性のほかに、減衰時間特性についても測定した。本実施形態の除電装置１では、ＡＣ式やＡＣ高周波式に比べて正負イオンの発生量を多くすることができるので、減衰時間特性を向上させることができる。この減衰時間特性を検証するため、＋１ｋＶの高電圧で帯電させた帯電プレートに、本実施形態の除電装置１を用いてイオン照射を行い、プレート電位が＋１００Ｖまで減衰する時間について測定した。その結果、ＡＣ式やＡＣ高周波式に比べて減衰時間が少なくなり、ほぼＤＣ式と同じ結果となることが確認された（測定結果の図示を省略）。

また、除電範囲についても、ＡＣ式除電装置に比べて正負イオンの発生量を多くすることができるので、除電範囲を広くすることができる。この除電範囲については、図８（ａ）に示すイオンバランス空間特性の結果からも確認することができる。

以上説明したように、本実施形態に係わる除電装置１では、可聴周波数以上（２０ｋ〜）の発振周波数に対応した高周波巻線トランス又は圧電トランスにより変圧回路を構成しているため、ＡＣ式除電装置に比べて装置を小型軽量なものとすることができる。

また、放電部２０の第１及び第２グループに対して互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧を印加しているため、ＡＣ式除電装置に比べて正負イオンの発生量を多くすることができ、減衰時間特性を向上させることができる。同様の理由から、ＡＣ式除電装置に比べて除電範囲を広げることができる。

また、本実施形態の除電装置１では、２つのグループに分かれた放電針から同一期間に正負のイオンを同時に発生させると共に、各グループから出力されるイオンの極性を一定期間毎に反転させるようにしているため、放出される正負イオンの極性が一定期間毎に反転すると共に、イオンを放出する位置も一定期間毎に切り替わることになる。これにより、同一期間において正負イオンが同時に発生することになるため、帯電プレート表面における正負のイオン量がほぼ同じとなる。したがって、電位の中和が促進されて、帯電プレート表面の残留電位を小さくすることができる。この結果、イオンバランスの振幅をゼロに近づけることができると共に、振幅の偏りも少なくすることができる。

また、本実施形態の除電装置１では、放出される正負イオンの極性が一定期間毎に反転すると共に、イオンを放出する位置も一定期間毎に切り替わるため、除電対象物の位置によって正又は負いずれか一方のイオンの影響を受けることがなく、すべての帯電プレートに正負のイオンをほぼ均等に照射することができる。したがって、イオンバランスの空間的な偏りを小さくすることができる。

また、本実施形態の除電装置１では、各グループの放電針から放出される正負イオンの極性を一定期間毎に反転させているため、連続運転した場合でも、それぞれの放電針の汚れ付着及び腐食、磨耗の度合いはほぼ均等となる。このため、放電針ごとの残留電位の偏りが生じることがなく、イオンバランスの経時的な偏りを少なくすることができる。

また、本実施形態の除電装置１では、高周波電圧を２系統の出力ラインに交互に出力する際の出力切替周波数を１０〜１００Ｈｚの範囲としているため、正負イオンの発生間隔を長くすることができる。このため、ＡＣ高周波式除電装置に比べて、放出された正負イオンが除電対象物に達するまでに再結合しにくくなり、イオンを遠くまで飛ばすことができる。

また、本実施形態の除電装置１では、送風機３０と放電部２０との間に、コロナ放電によるパルス信号を検知するストリーマパルス検知手段として、ストリーマコロナパルス検知電極４０とストリーマコロナパルス信号検知装置５０とを設けているため、放電針の清掃時期を正確に知ることができるようになり、メンテナンスを確実に行うことができる。

さらに、本実施形態の除電装置１では、放電部２０と除電対象物７０との間にガード電極６０を設けているため、イオンバランスの振幅を大幅に軽減することができる。

実施形態に係わる除電装置の全体構成図である。 放電部の構成を示す説明図である。 高電圧発生回路の構成を示すブロック図である。 極性反転回路の構成を示す回路図である。 評価装置の構成を示す説明図である。 イオンバランス振幅−時間の特性図である。（ａ）は本実施形態の除電装置による特性図、（ｂ）は比較例としてパルスＡＣ式除電装置による特性図である。 実施形態の除電装置によるイオンバランス振幅−時間の特性図である。（ａ）は出力切替周波数１．４Ｈｚでの特性図、（ｂ）は出力切替周波数３５Ｈｚでの特性図である。 イオンバランス空間特性図である。（ａ）は実施形態の除電装置による特性図、（ｂ）は比較例としてＤＣ式除電装置による特性図である。

符号の説明

１…除電装置
２…基板
１０…高電圧発生回路
１１…ＤＣ電源回路
１２…出力制御回路
１３…変圧回路
１４…極性反転回路
２０…放電部
２１〜２４…放電針
３０…送風機
４０…ストリーマコロナパルス検知電極
５０…ストリーマコロナパルス信号検知装置
６０…ガード電極
７０…除電対象物
１００…評価装置
Ｌ１，Ｌ２…トランス

Claims (4)

1. 直流電圧を生成する電源回路と、
   前記電源回路で生成された直流電圧を可聴周波数以上の高周波電圧とし、且つ当該高周波電圧を２つの出力ラインに一定期間毎に交互に出力する出力制御回路と、
   前記出力制御回路から出力された高周波電圧を昇圧する変圧回路と、
   正極性の直流高電圧が印加されたときには正イオンを出力し、負極性の直流高電圧が印加されたときには負イオンを出力する２ｎ個（ｎ＝１以上の整数）の放電針からなり、これら放電針がｎ個毎の第１及び第２グループに分けられて配置された放電部と、
   前記変圧回路から出力された高周波高電圧を、同一期間で互いに極性の異なる矩形波の２つの直流高電圧に変換すると共に、当該２つの直流高電圧の極性を一定期間毎に反転させて前記放電部の第１及び第２グループにそれぞれ出力する極性反転回路と、
   前記放電針の風上側から送風して、前記２ｎの各放電針から出力された正イオン及び負イオンを風下側に配置された除電対象物に向けて搬送する送風機と、
   を備え、同一期間において前記放電部の第１グループから一方の極性のイオンを出力すると共に、第２グループから他方の極性のイオンを出力し、且つ一定期間毎に前記各グループから出力するイオンの極性を反転させることを特徴とする除電装置。
2. 前記出力制御回路は、高周波高電圧を２つの出力ラインに一定期間毎に交互に出力する際の出力切替周波数を１０〜１００Ｈｚの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の除電装置。
3. 前記送風機と前記放電部との間に、コロナ放電によるパルス信号を検知するストリーマコロナパルス検知手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の除電装置。
4. 前記放電部と除電対象物との間に、接地電位に接続されたガード電極を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の除電装置。

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