JP2008510269A - パルスａｃ高圧電力源を使う空気容器を備えたｂａｒ型コロナ放電静電気除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来のコロナ放電静電気除去装置の放電電極に印加した電圧よりも、単純なAC高電圧またはDC高電圧を有する静電気除去装置を提供する。
【解決手段】方形波の信号と結合したパルスAC高電圧が印加され、空気容器を装置へ取り付け、微小なエアーノズルを通して正常圧力の空気を送ることによって、帯電体へイオンを移動させる。本発明のコロナ放電静電気除去装置は、コロナ放電を発生する放電電極、電圧印加される放電電極からのイオン発生を含むグランド電極、ACパルス高電圧を発生しかつ放電電極へそれを印加する高電圧ユニット、およびACパルス高電圧のデューティ比および周波数を制御するためのコントローラーを含む。高電圧の周波数範囲は1Hz〜10kHzで、デューティ比は40〜60％の範囲で制御される。これにより、帯電体への距離に関係なく効率的に帯電体の残留静電気を除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コロナ放電を使うことによる静電気除去装置に関するもので、特に、帯電体へ発生したイオンを移動させる際に、微小なエアーノズルを用いて空気容器中で空気を吹き付けてイオンを動かす装置に関する。

一般に、半導体、液晶表示体(LCD)、プラズマ表示体(PDP)、有機EL、多層セラミックコンデンサー(MLCC)などを製造するときに、非常にクリーンな作業ルームが必要である。さらに特に、それらを印刷し、展開し、クリーンにする際に、我々は、静電気を容易に帯電する大量の高度に孤立した物を扱うが、このときに静電気によって埃のような異物の付着のために、歩留りの低下、パターンの破壊、および印刷劣化のような問題が発生する。

上述のように、高度に孤立した物を取り扱う過程において、帯電体の静電気を除去するための必要性が頻繁に要求され、さらに、この静電気を除去するためにコロナ放電静電気除去装置が広く使われる。従来のコロナ放電静電気除去装置を使う方法は、印加電圧方式により２つに分けられ、DC高電圧およびAC高電圧を使う。AC高電圧コロナ放電静電気除去装置は主に普通の周波数(60Hz）および高周波数(10KHz〜18KHz)を使い、一方、DC高電圧コロナ放電静電気除去装置はDC高電圧(約±7kV)を使う。

しかし、AC高電圧方式は、帯電体から短い距離(50mm〜300mm)における静電気を除去するのに適切であるが、遠く離れた帯電体の静電気を除去するには適切ではない。さらに、高周波数の使用は、高速で動く帯電体の静電気を除去するのに適切であるが、＋イオンおよび−イオンの発生量の差のために、静電気除去装置によって発生した＋イオンおよび−イオンの量の間にアンバランス（不均衡）の問題を有する。この結果、それは、残留静電気を完全に除去できない。

その一方、DC高電圧方式は、帯電体から1000mm以上の長距離で設置され、静電気を除去することができる。それは、設置距離が長い時に主に使われるが、短距離の設置には適切ではない。

それゆえ、短距離および長距離の両方に適切であり、さらに、＋イオンおよび−イオンの量の間におけるアンバランスの問題を解決することによってもっと効率的に、帯電体の残留静電気を除去できる静電気除去装置の発明が緊急に求められている。

前記のDC高電圧およびAC高電圧コロナ放電静電気除去装置の欠点を改良するために、本発明はパルスAC高電圧方式を使う静電気除去装置を提供することを目的とし、その装置において、空気容器はもっと効率的に空気中で放電電極で発生したイオンを吹き付けるように設置され、放電電極のソケットでエアーノズルを形成し、可能な限り即座に発生したイオンを遠くへ送ることにより、静電気を除去する効率を増大することができる。

本発明の静電気除去装置は前記目的を達成するために、
コロナ放電を発生する放電電極１０、
電圧印加の放電電極から発生したイオンを誘導するグランド電極３０、
ACパルス高電圧の周波数およびデューティ比を制御するためのコントローラー５０、
を含み、ここで高電圧の周波数の範囲は1［Hz］〜17［kHz］で、デューティ比は40〜60％の範囲で制御される。

さらに、本発明の静電気除去装置は好適には放電電極ソケット２０を含む。エアーノズル２２は正常圧力の空気を吹き付けるように形成され、その結果、放電電極１０で発生したイオンを帯電体へ送ることができる。

また、前記の放電電極ソケットへ直接に結合し、空気注入部分６１、６２を通して注入された空気を前記エアーノズルへ供給する空気容器を含む。

本発明のパルスAC高電圧コロナ放電静電気除去装置に従うと、設置距離による周波数の制御および残留静電気の電圧を制御するためのデューティ比の制御を自由に設定できるので、従来のDCおよびAC高電圧コロナ放電静電気除去装置の欠点は充分に補完され、静電気を除去する効果を改良することができる。

それは、AC高電圧タイプを使うが、イオンの発生量および適切に発生するイオンの速度を制御し、静電気の除去を効率的に行うことができ、エアーノズルが形成される放電電極ソケットを通して、長距離で配置された帯電体へ効率的に発生イオンを送ることができる。

添付の図を参照して、我々は本発明の静電気除去装置について詳細な説明をする。

図１は、本発明による静電気除去装置の構造図である。図示されたように、本発明の静電気除去装置は、放電電極１０、放電電極ソケット２０、グランド電極３０、高電圧発生ユニット４０、コントローラー５０、空気容器６０、および保護抵抗Ｒを含む。

ここで、放電電極１０は＋イオンおよび−イオンを発生するコロナ放電を発生する機能を持つ。

放電電極ソケット２０は、外的衝撃から放電電極１０を保護し、空気を吹き付けるためのエアーノズル２２を持つ。このエアーノズル２２は、正常圧力の空気の通り道として機能し、放電電極１０で発生したイオンを帯電体へ動かす。

放電電極ソケット２０の詳細な構造は図２に示される。図示されたように、放電電極１０は放電電極ソケット２０の内部の中心で挿入され、放電電極１０の周りでセンタリングし、放電電極ソケット２０を通る円柱形状を持つエアーノズル２２は、両側に形成される。

エアーノズル２２の数は、必要に応じて或いは放電電極１０の外周に沿って、両側に形成することができ、またもっと強力な空気を吹き付けるためには、直径は小さくする必要があり、好適には１mmφ以下、もっと好適には約0.3mmφである。

その一方で、前記エアーノズル２２を通して吹き付けられた空気は、正常圧力の空気が注入される空気容器６０を通って吹き付けられる。各空気注入部分６１、６２は、エアーブロワー（図示されていない）に接続されるので、正常圧力の空気は空気容器６０へ常に注入される。その結果、放電電極ソケット２０で形成されるエアーノズル２２は正常圧力を保持できる。

図１に示される静電気除去装置は、空気が空気容器の両側で形成される空気注入部分６１、６２を通って注入されるように構成されている。空気注入部分は、空気容器６０の一方の側のみに取り付けることもできるし、適切な位置の幾つかに取り付けることもできる。

その一方で、抵抗Ｒは、コロナ放電を安定して発生する放電電極１０へ接続され、また人体が放電電極と接触するときの電気ショックによって引き起こされる衝撃を、電流の量を減らすことによって減じる。

グランド電極３０は、電圧印加される放電電極１０からイオン発生を誘導する際に役に立つ。

図３は、パルスＡＣ高電圧を発生する高電圧発生ユニット４０を使用するための回路の例を示す。図３の回路の動作は以下の通りである。本実施形態において、我々は、好適にDC24Vおよび振動周波数18kHzの入力電圧を作る。入力電圧はインバーター変圧器で200Vまで昇圧され、上げられた電気信号は電圧増幅器(C1〜C2,D1〜D17)を通して±7000VのDC高電圧へ変換される。このDC高電圧は、ツェナーダイオード（ZNR１〜２）を通して、相互方形波のAC高電圧として出力され、この出力信号は放電電極に印加される。

その上、本発明による高電圧発生ユニット４０の回路は、インバーター変圧器の２次コイルで上げられた電圧の異常を感知するためのフィードバック回路(R1,R2)を含む。すなわち、その系の異常のために電流が変圧器の２次コイルを通して流れないとき、放電は放電電極で発生せず、その電流は抵抗を通って流れ、その結果電圧降下のフィードバックが起こる。さらに、高電圧の漏れを防ぐために、その内部は種々の条件においてエポキシ樹脂で満たされる。

上述したように、本発明の高電圧ユニットは入力電圧を上げる変圧器、前記変圧器からの昇電圧を受け、放電電極へ印加される高電圧を発生する電圧増幅器、前記増幅器からパルス型へ高電圧を変換するパルス変換器を含む。

さらに、上述したように、電流が前記変圧器の２次コイルを通して流れないという問題が発生する場合、高電圧ユニットは、２次コイルへ接続したグランド（接地）抵抗を通って電流を流すことにより電圧降下のフィードバックを得ることができるフィードバック回路をさらに含んでも良い。

図４は、本発明の静電気除去装置を制御するためのコントローラー５０の構造を示すブロックダイアグラムである。コントローラー５０は、パルスAC高電圧のデューティ比および周波数を調整する調整ユニット５２、データ通信(RS-485)を使って外部コンピューターからコントローラーの状態を確認するためのデータ通信モジュール５４、遠隔で周波数およびデューティ比を制御するための遠隔制御信号受信モジュール５６を含み、またLEDを制御するためのLEDコントローラー５８はリモート・コントローラーであり、７０はアナログ・フィードバック信号である。それは、マイクロプロセッサーを使うことによって、パルスAC高電圧のデューティ比および周波数を制御し、また高電圧発生ユニット４０(H/Vユニット)へ制御信号を供給するように設計された。好適には、高電圧発生ユニット４０から出力された信号は、1Hz〜10kHzの範囲になるように制御され、デューティ比は40〜60％の範囲になるように制御される。マイクロプロセッサーを使うことによって周波数およびデューティ比の制御の技術的特徴は共通であるから、詳細な説明は省略する。

このように、本発明の静電気除去装置は、放電電極へ印加される電圧信号の周波数を変換でき、帯電体が離れている場合は低周波数の信号が印加され、一方帯電体が近い場合は高周波数の信号が印加される。

低周波数において、放電電極で発生した＋イオンおよび−イオンの各バンド幅は広くなり、その結果反発力によってイオンのバンドにおいてお互いから離れる時間が長くなるので、イオンを遠くへ送ることは容易である。これに対して高周波数においては、イオンのバンド幅は相対的に狭くなりその結果反発力によってお互いから離れる時間が短くなるので、イオンを遠くへ送ることは相対的に困難である。

たとえば、デューティ比が１の場合には、1Hzの周波数において＋イオンおよび−イオンは0.5秒の間隔で順番に発生し、1kHzの周波数において＋イオンおよび−イオンは0.005秒の間隔で順番に発生する。その結果、1Hzの周波数においてイオンのバンド幅は0.5秒間発生するが、1kHzの周波数においてイオンのバンド幅は0.005秒間発生するので、低周波数におけるバンド幅は広く、低周波数における各周期で発生するイオン量は多く、低周波数におけるイオンのバンドの同一極性を持つイオンの反発力により移動する時間は長い。

その一方で、図６と関連して、放電電極へ印加される電圧信号のある周期における＋イオン発生時間(t1)および−イオン発生時間(t2)の比、それはデューティ比であり、今図示されている。イオン量の不均衡の問題を改良するために、デューティ比を制御することによって、放電電極で発生した＋および−イオンの量を自由に制御することが可能であり、その結果、帯電体の残留静電気はもっと効率的に除去可能である。

周波数を制御することによるすべての後で、前記放電電極において発生した＋イオンおよび−イオンのバンド幅の幅に従って、そのイオンは帯電体へ距離に応じて送られる。またデューティ比を制御することにより帯電体の残留静電気を除去する場合において、もっと多くの＋イオンを発生するために前記ACパルスの−側の持続時間は長く設定される。

図５はコントローラー５０の操作に関するフローチャートである。ACパルス高電圧が放電電極１０に印加され、所望のパルスAC電圧のデューティ比および周波数の値を入力することによって動作を開始する場合、アナログ信号７０は、フィードバックを得て、高電圧の出力状態を確認し、出力電圧の場合には設定レベル以下に下がり、静電気を除去すると警告音を鳴らすのをやめる。

周波数およびデューティ比の変化は外部リモート・コントローラーによって制御可能であるように設計することができ、この場合において、リモート・コントローラーから入力されるIDを比較することによって、コントローラー５０においてインストールされたマイクロプロセッサーは、各BARで設定されたIDが入力されるとき周波数およびデューティ比を変化させる。また、ユーザーによって任意に設定される値はマイクロプロセッサー内のEEPROMで蓄えられ、その結果、電力源が止まるとそのままであり、次の電力源がつくとき、変化しないように印加される。

その一方で、データ通信モジュール５４、たとえばRS−485通信回路がコントローラー５０にインストールされる場合、動作のような作業、ＢＡＲへの停止、および設定値の変化は外部PCを使って行うことができ、作業空間でインストールされた静電気除去装置の状態は、１グループとして多くのBARを指定することによって即座につかむことができる。

本発明の静電気除去装置を制御するためのコントローラーにインストールされたマイクロプロセッサー(PIC18F8520)の特徴は次の通りである。

好適な実施形態として、入力されるアナログ電圧は１ビット当たり0.019Vとして変換され、ACパルス高電圧の電圧レベルは10kVpp以下である場合において、それは警告（アラーム）を鳴らすように設計することができる。この警告は前面のLEDおよび警告音などとして表現され、UTPターミナルにおいてRELAYの接触点の出力として使うこともできる。

本発明の静電気除去装置１００は、従来のコロナ放電静電気除去装置で使われてきたDCまたはAC型の欠陥を補完するために、パルスACタイプを採用する。それは帯電体までの設置距離の制限を補完することであり、残留静電気の電圧を制御する困難さおよび静電気を除去する問題は速く動くことなどである。

図６は、従来のAC高電圧タイプのコロナ放電された静電気除去装置によって発生したイオン量を示す。図７は本発明によるパルスAC高電圧方式のコロナ放電された静電気除去装置によって発生したイオン量を示す。図６および図７の＋または−マークを含む領域は、イオンの発生量に対応する。図示されているように、コロナ放電を発生する放電電極へ＋イオンおよび−イオンを選択的に供給する方形波信号は、時間当たりのイオンの最大量を得ることができ、その結果、最高程度まで静電気を除去する時間を節約することができる。

図７において、＋イオン(t1)および−イオン(t2)を発生するための時間の比、それは自由に制御することができるデューティ比である。それゆえ、帯電体の残留静電気においてより多くの＋イオンが存在する場合に、デューティ比を制御することによって−イオン(t2)を発生する時間を延ばすことは望ましい。帯電体の残留静電気においてより多くの−イオンが存在する場合に、デューティ比を制御することによって＋イオン(t1)を発生する時間を延ばすことは望ましい。それゆえ、デューティ比を制御することにより帯電体の残留静電気を効率的に除去することが実現可能である。

パルスACの周波数を制御することによって、帯電体までの設置距離は、短距離(50mm)から長距離(最大2500mm)へ伸ばすことができ、パルスACのデューティ比を制御することによって、残留静電気の電圧を最大限±10V以下に保持することが可能である。

さらに電極の周りで発生する＋および−イオンを帯電体の近くへ送る際に、空気容器６０へ乾燥空気を注入し、放電電極の周りで微小なエアーノズル２２を通してそれを吹き付けることによって、空気中のイオンは充分に拡散される。空気容器６０の形状を円錐状にすることによって、また前記エアーノズル２２の空気圧力が一定に保持することを可能にすることによって、すべての微小なエアーノズル２２の吹き付けられる空気量を一定に保持することができる。

本発明を要約すると以下の通りである。

本発明は静電気を除去するための装置に関するもので、もっと特に言えば、従来のコロナ放電静電気除去装置において放電電極に印加した電圧に比較して、単純なAC高電圧またはDC高電圧である。本発明において、方形波の信号と結合したパルスAC高電圧が印加され、空気容器を装置へ取り付け、微小なエアーノズルを通して正常圧力の空気を送ることによって、本発明の装置は帯電体へイオンを移動させることが可能である。本発明のコロナ放電静電気除去装置は、コロナ放電を発生する放電電極、電圧印加される放電電極からのイオン発生を含むグランド電極、ACパルス高電圧を発生しかつ放電電極へそれを印加する高電圧ユニット、およびACパルス高電圧のデューティ比および周波数を制御するためのコントローラーを含む。ここで、高電圧の周波数の範囲は1Hz〜10kHzであり、デューティ比は40〜60％の範囲で制御される。本発明の静電気除去装置は印加電圧のデューティ比および周波数の自由な制御を通して、帯電体への距離に関係なく効率的に帯電体の残留静電気を除去することができる。

これらの特徴の結果として、本発明の静電気除去装置はまた、液晶表示(LCD)を適切に製造するときに使うこともできる。ホット／クール・プレート(Hot/Cool plate)、光レジスター塗布、デポジッション、露光、ローダー／アンローダーなどのプロセスに特に適切である。

図１は、本発明による静電気除去装置の全体の構造を示す。 図２は、エアーノズルが本発明により形成される放電電極ソケットの詳細な構造を示す。 図３は、パルスAC高電圧を発生する高電圧発生ユニット用の回路の好適な実施形態を示す。 図４は、本発明による静電気除去装置を制御するためのコントローラーの構造を示すブロック図を示す。 図５は、本発明によるコントローラーの動作原理を示すフローチャートを示す。 図６は、従来技術によるAC高電圧タイプによって発生したイオンを示す。 図７は、本発明によるパルスタイプによって発生したイオンを示す。

Claims (10)

1. AC高電圧を使うコロナ放電静電気除去装置であって、
   前記除去装置は、
   コロナ放電を発生する放電電極、
   前記の電圧印加される放電電極からイオン発生を誘導するグランド電極、
   ACパルス高電圧を発生し、前記放電電極へ高電圧を印加する高電圧ユニット、および
   前記ACパルス高電圧をのデューティ比および周波数を適宜制御することによって、前記放電電極において発生する＋イオンおよび−イオンの発生量を制御するためのコントローラー、
   を含み、
   前記除去装置は、周波数を制御することにより、前記放電電極で発生する＋および−イオンのバンド幅の幅に従って、イオンは帯電体へ距離に応じて送られることを特徴とし、またデューティ比を制御することによって帯電体の残留静電気を除去する場合において、＋イオンをもっと多く発生するために前記ACパルスの＋側の持続時間は長く設定され、−イオンをもっと多く発生するために前記ACパルスの−側の持続時間は長く設定されることを特徴とし、
   さらに、前記高電圧ユニットからの高電圧の周波数範囲は１Hz〜１７kHzであり、デューティ比は４０〜６０％の範囲において制御されることを特徴とする、コロナ放電静電気除去装置。
2. 前記除去装置はさらに、前記放電電極が挿入される中心およびエアーノズルが正常圧力の空気を吹き付けるように形成される中心において、放電電極ソケットを含むことを特徴とし、その結果、前記放電電極で発生したイオンは、帯電体および前記放電電極ソケットへ直接に結合しかつ前記エアーノズルへ注入部分を通して注入された空気を供給する空気容器へ送ることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
3. 前記エアーノズルは放電電極の周りに１つ以上配置され、前記放電電極ソケットの内部を通る円柱形状を有することを特徴とする、請求項２に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
4. 円柱形状を有する前記エアーノズルの直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
5. 放電電極を通って流れる電流量を減少する手段が前記放電電極に接続していることを特徴とする、請求項１に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
6. 前記高電圧ユニットは、
   入力電圧を昇圧する変圧器、
   前記変圧器から昇圧された電圧を受け、放電電極に印加される高電圧を発生する電圧増幅器、および
   前記電圧増幅器からの高電圧をパルス型へ変換するパルス変換器
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
7. 前記高電圧ユニットはさらに、電流が前記変圧器の２次コイルに接続した接地抵抗を通して電流を流すことによって、電圧降下のフィードバックを得ることが可能なフィードバック回路を含むことを特徴とする、請求項６に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
8. 前記コントローラーは、パルスAC高電圧のデューティ比および周波数を調整する調整ユニット、および
   データ通信を使うことによって外部コンピューターから前記コントローラーの状態を確認するデータ通信モジュール
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
9. 前記コントローラーはさらに、外部から前記コントローラーの動作を制御するリモート制御信号受信モジュールを含むことを特徴とする、請求項１または８のいずれかの項に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。
10. 前記除去装置は、ホット／クール・プレート、光レジスター塗布、デポジッション、露光、ローダー／アンローダー、および配向の製造工程のうちの少なくとも１つにおいて使われることを特徴とする、請求項１に記載のパルスAC高電圧静電気除去装置。

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