JP2009170381A - 除電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電針に印加された直流高電圧を、効率よく有効に使用することができるようにする。
【解決手段】 この発明の除電装置１は、直流高電圧でのコロナ放電により発生させたプラスイオンおよびマイナスイオンにより、除電対象表面に帯電している正負静電気を中和することで除電する装置であり、プラスイオンを生成するプラス電極部２と、マイナスイオンを生成するマイナス電極部３と、プラス電極部２およびマイナス電極部３が交互に配列された除電装置本体４と、除電装置本体４に設けられ、プラス電極部２とマイナス電極部３との間を仕切り、双方間での電気的漏洩を防止する漏洩防止用間仕切りと、を備えることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流電圧によるコロナ放電により発生させたプラスイオンおよびマイナスイオンにより、除電対象物表面に帯電している正負静電気を中和することで除電する除電装置に関するものである。

従来、針状の放電電極に直流高電圧を印加してプラスイオンとマイナスイオンとを発生させ、帯電している除電対象物にそのイオンを照射して静電気を中和する、コロナ放電による除電装置が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。
特開２００６−３３９９３５号公報

上記の除電対象物として、例えば、液晶基板製造等に用いられる板状で大型のガラス基板が挙げられる。このガラス基板はその製造工程で帯電しやすく、帯電すると、静電気力によって浮遊粒子が付着したり静電気放電が生じたりして、基板上に形成される素子の断線や短絡、画像素子の視覚欠陥等を招き、歩留まりを低下させてしまう。

このため、除電装置を用い、コロナ放電により発生したプラスイオンとマイナスイオンとを、除電対象物表面に照射し、帯電している正負静電気を中和するようにしている。

しかし、上記の除電装置は、プラスイオンを生成するプラス電極部と、マイナスイオンを生成するマイナス電極部とが順に１枚のプレートに配列され、隣り合う電極部は互いに電気極性が逆になっている。このため、各電極部の周辺に形成される電磁場同士が互いに干渉し合い、プラス電極部からマイナス電極部に向けて沿面放電（沿面パス）が生じている。また、各電極部は、その先端の放電針から下方に向けてイオンを照射するだけでなく、電極部全体からもイオンを発生しているため、プレート上では、隣り合う電極部からの、電気極性が逆のイオン同士が結合し無駄になっている。

また、発生したイオンが電極ホルダ内周壁表面（電極室）の帯電に使用され、この点からも発生したイオンが無駄に消費されていることも分かった。

このように、従来の除電装置では、放電針に印加された直流高電圧が、必ずしも効率良く消費されていないことが分かってきた。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、放電針に印加された直流高電圧を、効率よく有効に使用することができる除電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、直流高電圧でのコロナ放電により発生させたプラスイオンおよびマイナスイオンにより、除電対象表面に帯電している正負静電気を中和することで除電する除電装置において、上記プラスイオンを生成するプラス電極部と、上記マイナスイオンを生成するマイナス電極部と、上記プラス電極部およびマイナス電極部が交互に配列された除電装置本体と、上記除電装置本体に設けられ、プラス電極部とマイナス電極部との間を仕切り、双方間での電気的漏洩を防止する漏洩防止用間仕切りと、を備えることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明において、上記プラス電極部を構成するプラス電極室、および上記マイナス電極部を構成するマイナス電極室の各内周面を空隙を保って覆い、各電極室内に設けられた放電針から生成されたイオンを反射する反射面を備えるようにしたものである。

また、請求項３に記載の発明は、上記した請求項２に記載の発明において、上記反射面が薄膜状の絶縁材からなるものである。

この発明では、除電装置本体にプラス電極部とマイナス電極部との間に間仕切りを設けたので、双方間での電気的漏洩を確実に低減、防止することができ、各電極部に印加された直流高電圧を、効率よく有効に使用することができるようになる。

また、プラス電極部を構成するプラス電極室、およびマイナス電極部を構成するマイナス電極室の各内周面を空隙を保って覆い、各電極室内に設けられた放電電極（放電針）から生成されたイオンを反射する反射面（被覆部材）を備えるようにした。反射面を設けることで、発生したイオンが電極室の帯電のために無駄に使用されるのを防止することができ、また除電対象物に向けてイオンを効果的に反射することができる。したがって、無駄な電気消費を抑制することができ、放電電極に印加された直流高電圧を、効率よく有効に使用することができるようになる。

以下にこの発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの発明の除電装置の全体構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。図２は電極ホルダを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は電極室の要部構成を示す縦断面図である。図３は電極配列室の斜視図、図４は電装室の概略の構成を示すブロック図である。

この発明の除電装置１は、直流高電圧でのコロナ放電により発生させたプラスイオンおよびマイナスイオンにより、除電対象物表面に帯電している正負静電気を中和することで除電する装置であり、プラスイオンを生成するプラス電極部２と、マイナスイオンを生成するマイナス電極部３と、そのプラス電極部２およびマイナス電極部３が交互に配列された除電装置本体４とを備えている。

プラス電極部２およびマイナス電極部３は、電極ホルダ５を共通の部品として備えている。この電極ホルダ５の構成を図２を用いて説明すると、電極ホルダ５は、絶縁材（例えばＡＢＳ樹脂等の高分子材料）で形成され、下向きに凹状に開口している電極室５１と、その上部に形成された係合部５２と、平面視中央に固定されている放電針（放電電極）５０とを有し、放電針５０の上端部分５０ａは電極ホルダ５の上端面５ａから少しだけ突き出し、下端部分（先端部分）５０ｂは、電極室５１内部の上面（天井面）５１ａから下方に突き出した状態で固定されている。

電極室５１には、薄膜状の絶縁材（例えばＡＢＳ樹脂材等の高分子材料）からなり下向きに凹状に開口している被覆部材５３が緩入され、その被覆部材（反射面）５３によって、電極室５１内部の上面５１ａと側周面５１ｂとが、所定の空隙を保持した状態で覆われている。電極室５１への被覆部材５３の固定は、例えば電極室５１の上面５１ａの数カ所に塗布された接着剤９に被覆部材５３の上面が接触して固着されるようになっている。

除電装置本体４は、図１（ｂ）に示すように、下側の電極配列室４ａ、および上側の電装室４ｂに分けられている。

下側の電極配列室４ａの構成を図３を用いて説明すると、電極配列室４ａは、上面が開口した細長い箱状体４１の内部に構築されている。箱状体４１は、樹脂材等の絶縁材で形成され、箱状体４１内部の底面４１ａには、その幅方向両サイドに沿って、プラス電源コード２ａとマイナス電源コード３ａとが配線されている。

また、箱状体４１の底面４１ａには、略円筒状の電極収容部４ｓが順に配置され、その電極収容部４ｓの近傍には配線留め具４８が設けられている。電極収容部４ｓには、上記の電極ホルダ５が下方から挿入され、電極収容部４ｓの内周に形成されている係止部（図示省略）に電極ホルダ５の係合部５２が係着されるようになっている。電極収容部４ｓに固定された電極ホルダ５の上面から放電針５０の上端部分５０ａが少しだけ突き出しており、この上端部分５０ａと配線留め具４８との間に通電板４９が載架される。この通電板４９は、各電源コード２ａ，３ａから配線留め具４８まで延出した引き出し線Ｌとともにネジ４０４でねじ止めされ、このねじ止めにより、通電板４９は放電針５０の上端部分５０ａに強く押しつけられる。

このようにして、プラス電源コード２ａに接続された電極ホルダ５の放電針５０には、プラスの直流高電圧が供給され、その電極ホルダ５はプラス電極部２として機能する。一方、マイナス電源コード３ａに接続された電極ホルダ５の放電針５０には、マイナスの直流高電圧が供給され、その電極ホルダ５はマイナス電極部３として機能する。

箱状体４１の底面４１ａ上の両電源コード２ａ，３ａの少し内側には、長手方向の隔壁４０１が立設され、またプラス電極部２とマイナス電極部３との間には、幅方向の隔壁４０２がそれぞれ立設されている。これらの隔壁４０１，４０２も、絶縁材からなり、プラス電極部２とマイナス電極部３との間を仕切り、双方間での電気的漏洩を防止する漏洩防止用間仕切り４００となっている。

隔壁４０１は、長手方向に間隔を開けて配置され、電源コード２ａ，３ａの引き出し線Ｌが、それに対応する配線留め具４８まで入り込めるようになっている。また、幅方向の隔壁４０２は、長手方向の隔壁４０１同士の間に配置され、隔壁４０１，４０２によって、両電極部２，３の間に平面視四角形の部屋４０３が構成されている。

また、底面４１ａに列状に配置されたプラス電極部２とマイナス電極部３との中間位置（部屋４０３の中央位置に相当）には、空気を下方に向けて噴出させる噴出口４５が形成されている。

この箱状体４１の開口している上面には、図１（ｂ）に示すように、細長い板状の絶縁材からなる蓋体６が被せられ、また箱状体４１の全体には、側面視逆Ｕ字状の細長いカバー７が上から被せられている。このカバー７は導電体である金属（例えばアルミニウム材）によって形成され、絶縁体である樹脂製の箱状体４１と蓋体６とを覆っている。

このカバー７には、図１（ｂ）に示すように、表示および操作パネル７０が設けられ、この表示および操作パネル７０は、電源スイッチや、除電装置１の各種動作状態を表示する表示部を備えている。また、直流高電圧の出力モード、すなわち直流高電圧を常時出力するか、あるいはパルス波として出力するか、パルス波として出力するときは、１，５，１５，３０Ｈｚの何れの周期で出力するかといった、５段階の出力モードを選択する操作ボタン等を備えている。

カバー７の長手方向両端には、樹脂製の側板８ａ，８ｂが冠着され、これによって除電装置本体４の全体が構成される。

一方の側板８ａの下部にはエア吹き込み口８０が設けられ、このエア吹き込み口８０から、上記の電極配列室４ａに圧縮空気が導入され、その圧縮空気は、ほぼ密閉された状態となっている電極配列室４ａに流入し、底面４１ａの噴出口４５から下方に向けて噴出する。この圧縮空気には、フィルターを通過して塵埃等が除去されたものが使用される。

他方の側板８ｂの上部にはコネクタ８１が設けられ、交流１００Ｖ電源を電装室４ｂに接続し供給している。

上記の箱状体４１と蓋体６とによって、除電装置本体４の下側の電極配列室４ａが区画され、またカバー７と蓋体６とが形成する空間が、除電装置本体４の上側の電装室４ｂとなる。

上側の電装室４ｂの概略の構成を図４を用いて説明すると、電装室４ｂには、蓋体６上に配置された基板（図示省略）によって電気制御部１００が構築されている。この電気制御部１００は、交流１００Ｖ（ボルト）の電源を直流２４Ｖに変換する交流直流変換部１０１と、その直流２４Ｖを最大７．５ｋＶ程度まで増幅する電圧増幅部１０２と、その増幅された直流高電圧を出力する出力部１０３とを備えている。出力部１０３には、プラス電源コード２ａとマイナス電源コード３ａとが接続されている。

また、電気制御部１００には、マイコンを中心にした装置制御部１０４が設けられ、この装置制御部１０４は、出力部１０３の直流高電圧の電圧値を監視し、電圧値が所望の電圧値からずれていると、表示および操作パネル７０にその旨を表示し、オペレータに警告する。また、装置制御部１０４には、除電対象物の静電気量を検出する静電気センサ１０５が接続され、装置制御部１０４は、その静電気センサ１０５の検出結果に基づいて生成した制御信号を電圧増幅部１０２に送出し、除電対象物が正に帯電しておれば、マイナスの直流電圧をより増幅させ、逆に負に帯電しておればプラスの直流電圧をより増幅させるように制御する。

上記の説明では、電気制御部１００を除電装置本体４の電装室４ｂに設けるようにしたが、その電気制御部１００の全体、またはその一部（例えば交流直流変換部１０１）を外付けとし、除電装置本体４から離れた位置に設けるようにしてもよい。このようにすることで、除電装置本体４の大幅な小型化が可能となる。

上記構成の除電装置１は次のような動作を行う。先ずオペレータが、表示および操作パネル７０の電源スイッチをオンし、続いて５段階の出力モードの何れかの操作ボタンをオンすると、電装室４ｂの電気制御部１００は、指示された出力モードでのプラスおよびマイナスの直流高電圧を出力する。プラスの直流高電圧は、プラス電源コード２ａを介して、プラス電極部２に印加され、その放電針５０からプラスイオンが発生する。マイナスの直流高電圧は、マイナス電源コード３ａを介して、マイナス電極部３に印加され、その放電針５０からマイナスイオンが発生する。

発生したプラスイオンおよびマイナスイオンは、下方の除電対象物に向けて照射され、除電対象物表面に帯電している正負静電気を中和し除電する。

このとき、発生したイオンは、噴出口４５から下向きに噴出するエアとともに照射されるので、エアにより運ばれて除電対象物まで的確に運ばれることができる。また、出力モードとしてパルス波が選択されていれば、イオンの発生が間欠的に行われるので、その脈動効果により、常時出力される場合に比べてより遠方の除電対象物まで的確に照射することができる。次に、漏洩防止用間仕切り４００の作用について図５を用いて説明する。

図５は漏洩防止用間仕切りの作用を説明するための図で、（ａ）は従来の場合を、（ｂ）は本発明の場合をそれぞれ示す。プラス電極部２およびマイナス電極部３には、直流高電圧が印加されるため、漏洩防止用間仕切り４００を設けない従来の場合、図５（ａ）の矢印Ａで示すように、プラス電極部２からマイナス電極部３に、底面４１ａに沿って沿面放電（沿面パス）が生じ、電流が無駄に消費されていた。

これに対し、本発明では、図５（ｂ）に示すように、底面４１ａに漏洩防止用間仕切り４００を設けたので、沿面放電は、図５（ｂ）の矢印Ｂで示すように、漏洩防止用間仕切り４００を越えなければならず、電気抵抗が大きくなるため、大幅に低減される。このように、本発明では、従来発生していた沿面放電を確実に低減、防止することができ、各電極部２，３に印加された直流高電圧を、効率よく有効に使用することができる。
また、各電極部２，３は、その先端の放電針５０から下方に向けてイオンを照射するだけでなく、電極部２，３全体からもイオンを発生しているため、底面４１ａの上側では、隣り合う電極部からの、電気極性が逆のイオン同士が結合するようになるが、本発明では、漏洩防止用間仕切り４００を設けたので、この底面４１ａ上側でのイオン同士の結合も遮られ、イオンの無駄な消費を防止することができる。
本発明では、この漏洩防止用間仕切り４００を設けたことにより、両電極部２，３の間で従来発生していた電気的漏洩を約２０〜３０％程度に、大幅に低減することができた。

なお、漏洩防止用間仕切り４００の高さは、高くするほどその漏洩防止効果は向上するが、高すぎると、電極配列室４ａが大型化し、装置全体も大型化してしまう。また低すぎると、電極配列室４ａにプラス電極部２およびマイナス電極部３を配列するのが困難となる。このため、３０ｍｍ〜７０ｍｍ程度が適している。次に、被覆部材５３の作用について図６を用いて説明する。

図６は被覆部材の作用を説明するための図で、（ａ）は従来の場合を、（ｂ）（ｃ）は本発明の場合をそれぞれ示す。先ず被覆部材５３を設けない従来の場合について説明すると、図６（ａ）に示すように、プラス電極部２の放電針５０から発生したプラスイオンは、その放電針５０が設けられている電極ホルダ５（電極室５１）の内周壁表面（内周面）を同じ極性のプラスに帯電するが、電極ホルダ５は絶縁材で形成されているため、電極ホルダ５の壁内部５４には、プラスの隣にはマイナスが生じ、そのマイナスの隣にはプラスが生じて、電極ホルダ５の外周面に至るまで順次プラスとマイナスが繰り返し現われるようになる。このため、電極ホルダ５の内周壁表面のプラスは中和されていると予測され、その結果より弱い電荷となり、放電針５０から発生したプラスイオンが、その電極ホルダ５の内周壁表面の帯電のために無駄に使用されるようになると考えられる。また、マイナス電極部３の放電針５０から発生したマイナスイオンも、同様に、電極ホルダ５の内周壁表面を同じ極性のマイナスに帯電するために無駄に使用されていると考えられる。

これに対して、本発明では、電極ホルダ５の電極室５１の内周面（上面５１ａと側周面５１ｂ）を被覆部材５３で空隙を保って覆うようにした。

この場合、図６（ｂ）に示すように、プラス電極部２から発生したプラスイオンにより、放電針５０の周囲の被覆部材５３は、その表面（放電針５０に対向している面）がプラスに帯電し、裏面（電極室５１の内周面に対向している面）がマイナスに帯電する。そして、被覆部材５３は薄膜状であるため、プラスとマイナスの関係は強く保持され、中和されることもほとんどないと思われる。このため、被覆部材５３の表面はプラスの電荷がそのまま保たれ、放電針５０から発生したプラスイオンが、被覆部材５３表面の帯電のためにその後使用されるようなことは生じず、下方の除電対象物に向けて、ほぼその全量が照射される。また、マイナス電極部３の放電針５０から発生したマイナスイオンも、同様に、被覆部材５３表面を同じ極性のマイナスに帯電し、被覆部材５３表面の帯電のためにその後使用されるようなことは生じず、下方の除電対象物に向けて、ほぼその全量が照射される。したがって、無駄な電気消費を抑制することができ、放電針５０に印加された直流高電圧を、効率よく有効に使用することができるようになる。

さらに、この被覆部材５３は、図６（ｃ）に示すように、放電針５０で生成されたイオンを反射する反射面５３として機能している。すなわち、被覆部材５３の表面は、放電針５０から発生したイオンと同じ極性のイオンを保持するため、イオンが飛来してきても、電気的に反発して反射させ、下方の除電対象物に向けて、より一層有効にイオンを照射する。

上記のように、本発明では、被覆部材５３を設けることで、発生したイオンが電極室５１の帯電のために無駄に使用されるのを防止することができ、また除電対象物に向けてイオンを効果的に反射することができた。この効果を確認するために、除電対象物へイオン照射を開始しその１秒後の除電対象物の帯電電荷量の減衰率を測定した。その結果、被覆部材を設けない場合の減衰率は９３％程度であったが、被覆部材を設けた場合の減衰率は９８％程度となり、除電効果の向上を明確に確認することができた。

なお、被覆部材５３の膜厚は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍとするのが適している。０．２ｍｍ以下では、被覆部材としての強度保持が困難となり、また０．６ｍｍ以上では、薄膜の内部にプラスとマイナスの電荷の繰り返しが発生してしまうためである。材料がＡＢＳ樹脂の場合は、０．３〜０．４ｍｍが好適である。

図１はこの発明の除電装置の全体構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 電極ホルダを示す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は電極室の要部構成を示す縦断面図である。 電極配列室の斜視図である。 電装室の概略の構成を示すブロック図である。 漏洩防止用間仕切りの作用を説明するための図で、（ａ）は従来の場合を、（ｂ）は本発明の場合をそれぞれ示す。 被覆部材の作用を説明するための図で、（ａ）は従来の場合を、（ｂ）（ｃ）は本発明の場合をそれぞれ示す。

符号の説明

１ 除電装置
２ プラス電極部
２ａ プラス電源コード
３ マイナス電極部
３ａ マイナス電源コード
４ 除電装置本体
４ａ 電極配列室
４ｂ 電装室
４ｓ 電極収容部
４１ 箱状体
４１ａ 底面
４５ 噴出口
４８ 配線留め具
４９ 通電板
４００ 漏洩防止用間仕切り
４０１ 隔壁
４０２ 隔壁
４０３ 部屋
４０４ ネジ
５ 電極ホルダ
５ａ 上端面
５０ 放電針（放電電極）
５０ａ 放電針の上端部分
５０ｂ 放電針の下端部分（先端部分）
５１ 電極室
５１ａ 電極室の上面（天井面）
５１ｂ 電極室の側周面
５２ 係合部
５３ 被覆部材（反射面）
５４ 壁内部
６ 蓋体
７ カバー
７０ 表示および操作パネル
８ａ 側板
８ｂ 側板
８０ エア吹き込み口
８１ コネクタ
１００ 電気制御部
１０１ 交流直流変換部
１０２ 電圧増幅部
１０３ 出力部
１０４ 装置制御部
１０５ 静電気センサ
Ｌ 電源コードの引き出し線

Claims (3)

1. 直流高電圧でのコロナ放電により発生させたプラスイオンおよびマイナスイオンにより、除電対象表面に帯電している正負静電気を中和することで除電する除電装置において、
   上記プラスイオンを生成するプラス電極部と、
   上記マイナスイオンを生成するマイナス電極部と、
   上記プラス電極部およびマイナス電極部が交互に配列された除電装置本体と、
   上記除電装置本体に設けられ、プラス電極部とマイナス電極部との間を仕切り、双方間での電気的漏洩を防止する漏洩防止用間仕切りと、
   を備えることを特徴とする除電装置。
2. 上記プラス電極部を構成するプラス電極室、および上記マイナス電極部を構成するマイナス電極室の各内周面を空隙を保って覆い、各電極室内に設けられた放電針から生成されたイオンを反射する反射面を備える、請求項１に記載の除電装置。
3. 上記反射面は薄膜状の絶縁材からなる、請求項２に記載の除電装置。

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