JP2010020908A - イオナイザ - Google Patents

Abstract

【課題】正及び負のイオンを発生させる放電電極を、発生したイオン同士が再結合しにくい配置とすることにより、除電対象に送られるイオンの量を増大させて除電効率を向上させたファンタイプのイオナイザを提供する。
【解決手段】ケース２の送風口３内に送風用のファン６を設けると共に、該ケース２における上記送風口３に臨む位置に、コロナ放電により正、負のイオンを発生する複数の放電電極５Ａ，５Ｂを設けたイオナイザにおいて、異なる極性のイオンを発生する２つの放電電極５Ａ，５Ｂの組み合わせからなる放電電極対４Ａ，４Ｂを複数組設け、該放電電極対４Ａ，４Ｂにおける２つの放電電極５Ａ，５Ｂの、電極先端５ｃから上記送風口３の中心Ｏまでの距離である先端−中心間距離を互いに違える。
【選択図】図２

Description

本発明は、正又は負の電荷で帯電したワークから上記電荷を除去（中和）するために使用されるイオナイザに関するものであり、更に詳しくは、正及び負のイオンを発生させる放電電極と、該イオンを搬送するエア流を発生させるファンとを備えたファンタイプのイオナイザに関するものである。

半導体ウエハや液晶ガラスなどの各種ワークの処理工程においては、静電気で帯電したワークの正及び負の電荷を中和（除電）するのに、イオナイザが使用される。このイオナイザには、コロナ放電を利用したものや、軟Ｘ線を利用したものなどがある。コロナ放電を利用したものには、大きく分類すると直流方式と交流方式とがあり、例えば直流方式のイオナイザは、一般に、針状をした正の放電電極と負の放電電極とを有していて、これらの放電電極に正及び負の高電圧を印加することにより電極の放電部でコロナ放電を生じさせ、そのとき発生する正及び負のイオンをエアでワークに吹き付けることにより、該ワーク上の正及び負の電荷を中和させるものである。
この種のイオナイザにおいては、比較的低い高電圧の印加によってコロナ放電が発生するように、正の放電電極と負の放電電極とを互いに近接させて配置する手法が用いられる場合がある。この場合には、正のイオンの発生源と負のイオンの発生源とが互いに近接することになる。

一方、特許文献１及び特許文献２には、ファンでエア流を発生させるファンタイプのイオナイザが開示されている。このイオナイザは、ケースに開口する送風口内に上記ファンを設けると共に、正の放電電極と負の放電電極とを該送風口の周方向にほぼ９０度間隔で設けたもので、これらの放電電極から発生した正及び負のイオンを、上記ファンからのエア流によってワークに吹き付けるものである。
ところが、この文献記載のイオナイザは、正及び負の放電電極が互いに離れた位置にあるため、コロナ放電発生のためこれらの放電電極に印加する高電圧を高めに設定する必要がある。

この電圧の問題は、例えば図１０に示すように、正及び負の放電電極２０Ａ，２０Ｂを互いに近接させて配設することによって解消することができるが、ファンタイプのイオナイザにおいては、ファン２１の回転によって発生するエア流が、該ファン２１の回転中心Ｏの回りに捻れを生じながら螺旋流となって進むため、上記正及び負の放電電極２０Ａ，２０Ｂが互いに近接した位置、特に上記ファン２１の回転中心Ｏから等距離にあると、図１０に一部の放電電極２０Ａ，２０Ｂについて矢印で示すように、発生した正及び負のイオンがエアの螺旋流によって搬送されるとき、それらのイオンの流れ２２Ａ，２２Ｂが互いに重なり合い、正及び負のイオン同士が再結合して中和され易い。その結果、ワークに到達するイオンの量が減少し、除電効率が低下するという問題が生じる。
特開２００４−２５３１９２号公報 特開２００４−２５３１９３号公報

そこで本発明の目的は、ケースの送風口内にイオン発生用の放電電極とエア流発生用のファンとを備えたイオナイザにおいて、上記放電電極の配置を正及び負のイオンの流れが互いに重ならないよう工夫することにより、イオンの再結合を防止し、ワークに送られるイオンの量を増大させて除電効率を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ケースに開口する送風口内に送風用のファンを設けると共に、該ケースにおける上記送風口に臨む位置に、コロナ放電により正、負のイオンを発生する複数の放電電極を設けたイオナイザにおいて、異なる極性のイオンを発生する２つの放電電極の組み合わせからなる放電電極対を複数有し、該放電電極対における２つの放電電極の、電極先端から上記送風口の中心までの距離である先端−中心間距離が互いに異なることを特徴とするものである。

本発明においては、上記放電電極対における２つの放電電極の先端間の距離より、隣接する放電電極対の互いに隣り合う放電電極の先端間の距離が大きいことが望ましい。
また、上記放電電極は、放電のための先端部を除くその他の部分が電気絶縁材で被覆されていることが望ましい。

本発明においては、上記複数の放電電極対を、上記送風口の周方向に等間隔で配設すると共に、各放電電極対における２つの放電電極を、上記送風口の周方向に互いに隣接しかつ近接する位置に、電極先端を該送風口の内側に向けた姿勢で配設することができる。
あるいは、上記複数の放電電極対を上記送風口の内側領域内に配設すると共に、各放電電極対における２つの放電電極を、上記送風口の中心からの距離が互いに異なる位置に、電極先端を送風方向に向けた姿勢で配設することも可能である。

本発明のイオナイザは、放電電極対における２つの放電電極の先端から上記送風口の中心までの距離（先端−中心間距離）が互いに異なっているので、正及び負のイオンが送風口の半径方向の異なる位置で発生することになり、このため、ファンの回転によって発生する螺旋状のエア流によってこれらのイオンが螺旋方向に搬送されても、正及び負のイオンの流れは重なりにくい。この結果、再結合によって中和されるイオン量が減少し、ワークに到達するイオンの量が増加するため、除電効率が向上する。

図１−図３には本発明に係るイオナイザの第１実施形態が概略的に示されている。このイオナイザ１は、合成樹脂で形成された全体形状が矩形のケース２を有し、このケース２は、前後方向の幅が広い基台部２ａと、この基台部２ａから上向きに延びる前後方向の幅が狭いイオン発生部２ｂとを有している。しかし、これらの基台部２ａとイオン発生部２ｂとの前後方向幅は互いに同じであっても良く、また、これらの基台部２ａとイオン発生部２ｂとは、互いに一体に形成されていても、別々に形成されて分離可能に結合されていても構わない。

上記基台部２ａには、イオナイザ全体の動作を制御する制御装置７が収容され、該基台部２ａの前面には、電源スイッチ８ａ、外部電源や外部機器との間で配線を接続するためのコネクタ８ｂ、風量調整用のロータリスイッチ８ｃ、外部センサ接続用のモジュラーコネクタ８ｄ、ＤＣアダプタ接続用ジャック８ｅ、動作状態表示のためのインジケータ８ｆ等が設けられている。

一方、上記イオン発生部２ｂには、円形の送風口３が該イオン発生部２ｂを前後方向に貫通するように形成されていて、この送風口３の内周部分に、コロナ放電によって正のイオンを発生する正の放電電極５Ａと負のイオンを発生する負の放電電極５Ｂとからなる複数の放電電極対４Ａ及び４Ｂが、上記送風口３の中心Ｏの回りに等間隔で配設され、上記送風口３の内部には、上記放電電極５Ａ及び５Ｂで発生した正及び負のイオンを帯電したワークに送るエア流を発生させるためのファン６が設けられている。上記送風口３は非円形であっても良い。

また、このイオン発生部２ｂの内部には、上記正の放電電極５Ａに正の高電圧を印加するための正の高電圧源１０Ａと、負の放電電極５Ｂに負の高電圧を印加するための負の高電圧源１０Ｂとが収容され、これらの高電圧源１０Ａ，１０Ｂが、上記制御装置７と各放電電極５Ａ，５Ｂとに接続されている。従って、この実施形態のイオナイザは直流式である。この直流式には、一定大きさの高電圧を連続的に印加するＤＣ方式と、パルス状の高電圧を印加するＤＣパルス方式とがあるが、本実施形態はそのどちらでも良い。
なお、上記高電圧源１０Ａ，１０Ｂは、上記制御装置７と共に上記基台部２ａの内部に配設しても良く、あるいは、これらの制御装置７と高電圧源１０Ａ，１０Ｂとを上記イオン発生部２ｂの内部に配設することもできる。

上記正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂは、図４に示すように、円柱状をした本体部分５ｂと、次第に先細り形状をなす先端部分５ａとを有するもので、上記本体部分５ｂは合成樹脂等の電気絶縁材１１で被覆され、上記先端部分５ａだけが外部に露出しており、この露出する先端部分５ａでコロナ放電を生じることによってイオンを発生するものである。従って、この先端部分５ａが放電部を形成するものである。そこで、以下の説明においては、この先端部分５ａを「放電部５ａ」と表示することもある。
なお、上記放電電極５Ａ及び５Ｂの放電部５ａの形状は、円錐形のように先端が尖った形状であっても、やや丸みを帯びた形状であっても良い。
また、上記放電電極５Ａ及び５Ｂは、図４に鎖線で示すように、次第に先細り形状をなす部分の途中の位置まで電気絶縁材１１で被覆されていても良い。

上記放電電極対４Ａ及び４Ｂにおける正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂは、上記ケース２における送風口３の内周部分に、該送風口３の周方向に相互に隣接しかつ近接した状態で、電極先端５ｃを該送風口３の中心Ｏ又はその近傍に向けた姿勢で該送風口３内に突出するように配設されている。図示の例では、上記両放電電極５Ａ及び５Ｂが相互に平行に配設されているが、電極先端５ｃを送風口３の中心Ｏに向けた場合には、両放電電極５Ａ及び５Ｂは互いに非平行になり、電極先端側の間隔が電極基端側の間隔より次第に狭くなる。そして、図５に示すように、上記正の放電電極５Ａが制御装置７の正の高電圧源１０Ａに接続され、負の放電電極５Ｂが制御装置７の負の高電圧源１０Ｂに接続されている。

上記放電電極対４Ａ及び４Ｂにおける正の放電電極５Ａと負の放電電極５Ｂとは、互いに異なる長さに形成されていて、電極先端５ｃから上記送風口３の中心Ｏまでの距離（先端−中心間距離）Ｄが互いに相違している。図５の例では、第１の放電電極対４Ａが、長さを短く形成することによって上記先端−中心間距離Ｄを長くした正の放電電極５Ａと、長さを長く形成することによって上記先端−中心間距離Ｄを短くした負の放電電極５Ｂとで構成され、第２の放電電極対４Ｂが、長さを長く形成することによって上記先端−中心間距離Ｄを短くした正の放電電極５Ａと、長さを短く形成することによって上記先端−中心間距離Ｄを長くした負の放電電極５Ｂとで構成されている。

そして、上記第１の放電電極対４Ａと第２の放電電極対４Ｂとがそれぞれ２組ずつ設けられていて、全部で４組の放電電極対４Ａ及び４Ｂが、第１の放電電極対４Ａ同士及び第２の放電電極対４Ｂ同士が互いに相対する位置を占めるように、上記送風口３の中心Ｏの回りにほぼ９０度の間隔で等間隔に配設されている。換言すれば、上記第１の放電電極対４Ａと第２の放電電極対４Ｂとが、上記送風口３の周方向に交互に配設されている。そして、隣接する第１の放電電極対４Ａと第２の放電電極対４Ｂとの互いに隣り合う位置には、相互に逆極性である正の放電電極５Ａと負の放電電極５Ｂとが配設されている。

従って、上記送風口３の中心Ｏを取り囲む大小２つの仮想同心円のうち大径円１２ａの円周上に、上記先端−中心間距離Ｄの長い正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂの先端５ｃが位置し、小径円１２ｂの円周上に、上記先端−中心間距離Ｄの短い正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂの先端５ｃが位置していることになる。
このとき、上記放電電極対４Ａ及び４Ｂにおける正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂ間の距離Ａと、両放電電極５Ａ及び５Ｂの先端５ｃ間の距離Ｂと、隣接する２組の放電電極対４Ａと４Ｂとにおける互いに隣り合う放電電極５Ａ及び５Ｂの先端５ｃ間の距離Ｃとの間には、Ａ＜Ｂ＜Ｃという関係が成立している。

一方、上記ファン６は、中心に位置する電動式のモーター１４と、このモーター１４の出力軸に取り付けられた羽根車１５とからなるもので、上記送風口３の内部に同心状に配設され、上記モーター１４が上記制御装置７に電気的に接続されている。上記羽根車１５には複数の羽根１５ａが取り付けられていて、これらの羽根１５ａによって上記送風口３の中心Ｏの回りを螺旋状に旋回しながら進むエア流を発生させるものである。
なお、上記送風口３の出口端には、該送風口３の内部又は外部に位置させてオゾン除去用のオゾンフィルタを設け、上記放電電極等で発生したオゾンをこのオゾンフィルタで除去するように構成することもできる。

上記構成を有するイオナイザ１において、制御装置７の正及び負の高電圧源１０Ａ及び１０Ｂから各放電電極対４Ａ及び４Ｂにおける正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂに、正及び負の高電圧が同時に又は交互に印加されると、これらの放電電極５Ａ及び５Ｂの放電部５ａでコロナ放電が生じて正及び負のイオンが発生する。このとき上記正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂに印加される正及び負の高電圧は、これらの放電電極５Ａ及び５Ｂの先端間の距離Ｂが小さいため、特許文献１及び２に記載されたイオナイザのように正及び負の放電電極の先端間の距離が大きい場合に比べ、低く設定することができる。従って、上記正及び負の高電圧源１０Ａ及び１０Ｂとして、出力電圧の低い小形の高電圧ユニットを使用することができ、それによってイオナイザの小形化が実現できる。

上記放電電極５Ａ及び５Ｂで発生した正及び負のイオンは、ファン６からのエア流によりワークに向けて送られ、帯電した該ワークの除電が行われる。このとき上記エア流は、上記ファン６の回転中心即ち送風口３の中心Ｏの回りを旋回する螺旋流となって徐々に拡散しながら進むため、上記正及び負のイオンもその方向に搬送されるが、図５に一部の放電電極対４Ｂについて矢印で示すように、上記正の放電電極５Ａと負の放電電極５Ｂとの先端−中心間距離Ｄが異なることにより、正及び負のイオンが送風口３の半径方向の異なる場所で発生するため、正及び負のイオンが再結合して中和されにくい。一部のイオン同士が互いに混ざり合って再結合することがあっても、再結合するイオン量は、図１０のように正及び負の放電電極２０Ａ及び２０Ｂの先端−中心間距離が等しい場合に比べて格段に少ない。従って、再結合により中和されるイオン量が減少してワークに到達するイオンの量が増加し、帯電した該ワークの除電が効率良く短時間で行われることになる。

一方、図５において、隣り合う第１の放電電極対４Ａと第２の放電電極対４Ｂとについて考えた場合、第１の放電電極対４Ａにおける正の放電電極５Ａの先端５ｃと第２の放電電極対４Ｂにおける負の放電電極５Ｂの先端５ｃ、及び、第１の放電電極対４Ａにおける負の放電電極５Ｂの先端５ｃと第２の放電電極対４Ｂにおける正の放電電極５Ａの先端５ｃとは、それぞれ送風口３の半径方向の互いに同じ位置、即ち、送風口３と同心をなす同じ円周上にあるが、これらの放電電極間の距離Ｃは大きいため、エアによる搬送中にイオン同士の接触はおきにくい。

また、先端−中心間距離Ｄの長い正の放電電極５Ａと該先端−中心間距離Ｄの短い負の放電電極５Ｂとからなる第１の放電電極対４Ａと、上記先端−中心間距離Ｄの短い正の放電電極５Ａと該先端−中心間距離Ｄの長い負の放電電極５Ｂとからなる第２の放電電極対４Ｂとが、互いに混在することにより、上記送風口３の半径方向の異なる位置に正の放電電極５Ａ及び負の放電電極５Ｂの放電部５ａがそれぞれ位置することになるため、上記送風口３の半径方向のイオン分布が平均化され、イオンバランスが良くなる。

更に、上記放電電極５Ａ及び５Ｂは、上記放電部５ａを除くその他の部分が電気絶縁物で被覆されているため、正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂが互いに近接して配置されていても、図６に一部の放電電極対４Ｂについて示すように、放電電極５Ａと５Ｂとの放電部５ａ同士を上記電気絶縁材１１の表面と送風口３の内周面とを介して結ぶ沿面距離Ｌ（点線で示す）は、被覆されていない場合よりは長くなる。このため、長時間の使用や劣悪環境下での使用により不純物が放電電極に付着して絶縁破壊を起こすまでの期間が長くなるという利点もある。

図７は本発明に係るイオナイザの第２実施形態を概略的に示すもので、この第２実施形態のイオナイザ１は、図５の第１実施形態のイオナイザ１に比べて放電電極５Ａ及び５Ｂの配置が異なっている。即ち、この第２実施形態のイオナイザ１においては、隣接する第１の放電電極対４Ａと第２の放電電極対４Ｂとの互いに隣り合う位置に、相互に同極性である正の放電電極５Ａ同士及び負の放電電極５Ｂ同士が配設されている。
それ以外の構成及び作用は上記第１実施形態のイオナイザと実質的に同じであるから、この第１実施形態と同一構成部分に該第１実施形態と同一の符号を付してその説明は省略する。

上記実施形態においては、上記放電電極５Ａ及び５Ｂが送風口３の内周に取り付けられているが、これらの放電電極は、上記送風口３の外部において上記ケース２に取り付けられていても良い。
また、上記放電電極５Ａ及び５Ｂは、上記実施形態のように送風口３の回りに該送風口３の内周に沿って配設されている必要はなく、例えば図８及び図９に示すように、上記送風口３の内側領域内に設けることもできる。即ち、上記送風口３の中心Ｏを挟んで相対する位置に、該送風口３を横切る２本の平行なバー状をした支持部材１７が設けられ、これらの支持部材１７上の互いに相対する位置に、４組の放電電極対４における正及び負の放電電極５Ａ及び５Ｂが、各々の電極先端５ｃを送風方向前方に向けた姿勢で互いに平行に取り付けられている。この場合、全ての放電電極５Ａ，５Ｂの長さは同じであるが、各放電電極対４における２つの放電電極５Ａ及び５Ｂは、上記送風口３の中心Ｏからの距離が互いに異なっているため、それらの先端−中心間距離も互いに異なっている。

上記実施形態のイオナイザは直流式であるが、本発明は交流式のイオナイザにも適用することができる。この場合、例えば図５又は図７において、各放電電極対４Ａ及び４Ｂの放電電極５Ａ及び５Ｂに、両放電電極５Ａ及び５Ｂの極性が互いに逆になり、かつ、隣接する放電電極対４Ａ及び４Ｂの互いに隣り合う放電電極の極性が互いに同極性か又は異極性となるようなタイミングで、交流の高電圧が印加されるように構成すれば良い。これは図８においても同じである。

本発明に係るイオナイザの第１実施形態を示す斜視図である。 図１のイオナイザの放電電極とファンとの配置を示す正面図である。 図２の縦断側面図である。 放電電極の構成を示す要部断面図である。 放電電極の配置の一例を示す要部正面図である。 一部の放電電極対についての拡大図である。 放電電極の配置の他例を示す要部正面図である。 放電電極の配置のさらに他例を示す要部正面図である。 図８の断面図である。 本発明による改良を施すべきイオナイザの放電電極の配置例を示す正面図である。

符号の説明

１ イオナイザ
２ ケース
３ 送風口
４，４Ａ，４Ｂ 放電電極対
５Ａ，５Ｂ 放電電極
５ａ 放電部（先端部分）
５ｃ 先端
６ ファン
１１ 電気絶縁材
Ａ，Ｂ，Ｃ 距離
Ｄ 先端−中心間距離
Ｏ 送風口の中心

Claims (5)

1. ケースに開口する送風口内に送風用のファンを設けると共に、該ケースにおける上記送風口に臨む位置に、コロナ放電により正、負のイオンを発生する複数の放電電極を設けたイオナイザにおいて、
   異なる極性のイオンを発生する２つの放電電極の組み合わせからなる放電電極対を複数有し、該放電電極対における２つの放電電極の、電極先端から上記送風口の中心までの距離である先端−中心間距離が互いに異なることを特徴とするイオナイザ。
2. 上記放電電極対における２つの放電電極の先端間の距離より、隣接する放電電極対の互いに隣り合う放電電極の先端間の距離の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載のイオナイザ。
3. 上記放電電極は、放電のための先端部分を除くその他の部分が電気絶縁材で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオナイザ。
4. 上記複数の放電電極対が、上記送風口の周方向に等間隔で配設されると共に、各放電電極対における２つの放電電極が、上記送風口の周方向に互いに隣接しかつ近接する位置に、電極先端を該送風口の内側に向けた姿勢で配設されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のイオナイザ。
5. 上記複数の放電電極対が、上記送風口の内側領域内に配設されると共に、各放電電極対における２つの放電電極が、上記送風口の中心からの距離が互いに異なる位置に、電極先端を送風方向に向けた姿勢で配設されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のイオナイザ。

Images