JP2010527106A - ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】この発明は棒型静電気除去装置に対するものである。この発明の静電気除去装置は少なくとも制御部と；放電針、放電針にパーティクルが生成されることを防止するためのメインソケット及びエアボディーを含んで構成される。制御部は、高周波高電圧を発生させるピエゾセラミック素子、電荷量を測定する感知部、ピエゾセラミック素子が持続的に高周波高電圧を発生するようにするピエゾ駆動器、ピエゾセラミック素子が非正常動作時警報を発生させる警報発生手段及び直流電源を備えて構成される。そしてエアボディーには制御部とジェットソケットが一つずつ結合していて、静電気除去装置はエアボディーブロック１個以上が結合して構成される。この装置はピエゾセラミック素子制御部と既存より少ない個数の針を用いる。針の掃除周期は長くて、イオンバランスは低いし、除電距離は長い。
【選択図】図１

Description

この発明は棒型静電気除去装置に関する。特に、この発明はピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置に対するものであって、新たな高周波高電圧印加方法を用いることによって静電気除去性能と針の掃除周期を向上させる技術に対するものである。

この発明と関連した従来技術では、この発明の出願人により登録された韓国特許第１０−０５１２１３７号“空気筒を備えたパルス交流高電圧コロナ放電方式棒型静電気除去装置”と、この発明の出願人により出願された韓国特許出願番号第１０−２００５−００３２５３４号“棒型イオナイザ”がある。

この分野の他の従来技術では株式会社キーエンスにより登録された韓国特許第１０−０６６０４６１号“イオン化装置及びこれの放電電極棒”がある。

従来の棒型静電気除去装置には、高電圧印加時ピエゾセラミック素子を利用した場合がなかった。したがって、この発明に比べて静電気除去性能が高くなかったし、また空気中の異物質が放電針に付着されることを防ぐために施行する放電針の掃除周期を向上させるのが難しかった。

また、一般的な直流または交流型棒型静電気除去装置の場合、イオンが生成される速度が低いので、発生したイオン間の均衡を低い水準で制御するのに非常に困難が多かったし、放電針の速い汚染によって針を周期的に掃除しなければならない煩わしさがあった。

また、放電針が多く用いられて維持管理に多くの困難があった。また、従来では、商用電源入力方式（ＡＣ１００〜２４０Ｖｏｌｔ）が使われてきたため、設置が容易でなかったし安全性も確保されなかった。従来では、針が挿入されているソケットの個数が多く、空気の消耗量が多かった。従来には、静電気除去装置の長さ調節が容易ではなかった。

この発明は、従来技術が有していた問題点を解決するために創案されたものであって、高い周波数で既存棒型イオナイザより低い高電圧を発生させてイオンの生成率を高めてイオンの均衡を非常に低い水準に維持することができ、低い「高電圧」を用いることによって針の掃除周期を大幅に向上させることができるピエゾセラミック素子を利用した静電気除去装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的と長所は下記の発明の詳細な説明を読んで添付した図面を参照するとさらに明白になることである。

前記技術的課題を解決するための棒型静電気除去装置の構成は、前記静電気除去装置は少なくとも、ピエゾセラミック方式静電気除去装置を制御する制御部、高周波高電圧印加時放電が行われる放電針、内部に位置する前記放電針にパーティクルが生成されることを防止するためのAnti-Particle tip holderであるメインソケット及び前記静電気除去装置に空気を供給するエアボディーを含んで構成される。

この発明を介して期待される効果は次のようである。

第１に、この発明では周波数が約７２[ＫＨｚ]程度で既存イオンバーのイオン生成周期である数十[Ｈｚ]より速いため、イオンのバランスを低く維持することができる。したがってこの発明ではピエゾセラミック素子を介して高周波高電圧を印加することによって静電気除去性能が向上されて発生したイオンの均衡を低い水準で制御することが容易である。

第２に、静電気除去装置でパーティクルの発生は針に印加される電圧によってその掃除周期が変わることができる。すなわち低い電圧の使用時パーティクルの発生が減る。したがってこの発明ではセラミック素子の使用とAnti-Particle tip holderであるメインソケット３５０の採用で既存イオンバーより低い電圧を印加することによって掃除周期を従来より長く取ることができる。

特に図４Ｂに現われたようにメインソケット空気入力穴３５１を介して入った空気が放電針３４０周辺に複数個の空気穴であるメインソケット出力空気ノズル３５２に放出される構造であるので放電針の先端に異物が附着されることを防止できる。したがって、針の掃除周期も従来より約６ケ月間長く取ることができる。

第３に、ジェット噴射ノズルの効果が得られる。この結果この発明ではジェット噴射効果で空気消耗量が少なくなる。

第４に、エアボディーブロック３００の結合時にも空気がエアボディー内部で円滑に流れる。

第５に、静電気除去装置の長さ調節が容易である。

第６に、エアボディーブロック３００の結合時空気の漏れが防止される。

第７に、流体力学メカニズムによるチップホルダーの使用で空気消耗量が少ない。その理由は、エアボディーブロック３００に供給される空気は通常１〜５ｋｇ／ｃｍ２の空気圧を有する空気であり、図６のメインソケット出力空気ノズル３５２を介して流出される空気は速い速度を有するため、流出される空気は周辺の空気に比べて相対的に低い圧力を有するようになることによって相対的に高い圧力を有する周辺の空気がメインソケット３５０の先周辺に集まるようになったためである。そしてジェットソケット３６０は前記のようにメインソケット３５０先に集める周辺の空気をメインソケット３５０の下側の端に形成されて共に放電針３４０が挿入される円形の穴に形成された複数個の溝によって流出される空気と共に流出されることができるようにして、さらに速い速度を有することができるように円錐型の形態を有している。したがって、この発明では静電気除去装置自体に流入する空気の量を増やさないで周辺の空気を利用して多量の空気を得ることができる。

第８に、ＲＭＳ（real monitoring system）を構築して２５６個までの静電気除去装置を制御することができる。

第９に、低電圧入力方式（DC24Volt）で設置が容易であって安全性が確保される。

第１０に、従来に比べて放電針の個数を１／６に減らすことができて維持補修が便利である。すなわちこの発明では従来に比べてイオン生成速度が速いので１／６の放電針でも既存と同じ効果を出すことができる。そしてボディーブロック当たり１個のソケットを有する構造であって除電装置の個数が１／６に減ったが、性能の如何によってエアボディーブロック当たり二個あるいはさらに多くの複数個のソケットを有することができる。

第１１に、除電距離が５０〜２０００ｍｍに長い。

この発明によるピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置の分解斜視図。 図１の組立図。 図２による静電気除去装置で使われるエアボディーブロックの構成図。 図２による静電気除去装置で使われるエアボディーブロックの組立図。 図２による静電気除去装置で使われる針とソケットの結合状態図。 図５の断面図。 図５の内部を示している。 図７の“Ｌ”形状部の拡大図。 図２による静電気除去装置の制御部のブロックダイアグラム。 図９の詳細回路図。 図９の詳細回路図。 図９の詳細回路図。 図９の詳細回路図。 この発明によるピエゾ方式静電気除去装置の高周波高電圧発生の例示図。 この発明によるピエゾ方式静電気除去装置のイオン分布図。 パルス型ＡＣ方式静電気除去装置のイオン分布図。 ＤＣ方式静電気除去装置のイオン分布図。 ＡＣ方式静電気除去装置のイオン分布図。

この発明による放電に用いられる高周波高電圧がピエゾセラミック素子により生成される棒型静電気除去装置の好ましい一実施形態の構成は、前記静電気除去装置１０００は少なくとも、前記ピエゾ方式静電気除去装置を制御する制御部６００、高周波高電圧印加時放電が行われる放電針３４０、内部に位置する前記放電針３４０にパーティクルが生成されることを防止するためのAnti-Particle tip holderであるメインソケット３５０及び前記静電気除去装置に空気を供給するエアボディー３００を含んで構成される。

前記制御部６００は、高周波高電圧を発生させるピエゾセラミック素子６１０、前記ピエゾセラミック素子により出力される高周波高電圧の印加を受けてイオンを生成する前記放電針３４０により誘導される電荷量を測定する感知部３１０、前記感知部３１０の感知結果ピエゾセラミック素子が正常動作することと判断されると前記感知部３１０の出力信号をセンサ増幅器６３０で増幅して前記ピエゾセラミック素子６１０にフィードバックして前記ピエゾセラミック素子６１０が持続的に高周波高電圧を発生するようにするピエゾ駆動器７００、もしも前記感知部３１０の感知結果ピエゾセラミック素子６１０が非正常動作することと判断されると警報を発生させる警報発生手段６４０、６６０及び各素子に直流電圧を供給するための直流電源６７０を備えて構成される。

この時前記静電気除去装置のエアボディー３００には、前記制御部６００とメインソケット３５０で流出される空気を増幅させるためのジェットソケット３６０が一つずつ結合していて、前記静電気除去装置は上のような構成のエアボディーブロック３００の１個以上が結合して構成されることを特徴とする。

この実施形態において、前記制御部６００は感知部３１０と感知部固定ねじ３８０で結合されて固定され、前記放電針３４０は針ソケット３２０に結合されて前記エアボディーブロックの金属挿入部３９０と結合されることが好ましい。

この実施形態において、前記エアボディーブロック３００の一側は複数個の突起が外部に突出していて、他の一側は上の多数個の突起が締結可能なように内部に溝が作られてあり、前記エアボディーブロック３００とエアボディーブロック３００の結合時空気の漏れを防止するためにシリコンキャップ３７０とシリコンプレート３７５が共に結合されることが好ましい。

この実施形態において、前記静電気除去装置の棒の長さ調節は上のエアボディーブロック３００の結合を介して行われることが好ましい。

この実施形態において、上のエアボディーの構造は、エアボディーブロック３００の結合時にエアボディー内部の空気通路は互いに連結されてエアボディー内部で空気が円滑に流れることができるようになっていて、前記エアボディーの内部の空気はメインソケット空気入力穴３５１を介して流入して前記放電針３４０の全体を囲まなくて放電針３４０の軸方向に均等に接触している同じ断面積を有する複数個のノズルであるメインソケット空気出力ノズル３５２を介して放出されることが好ましい。

この実施形態において、メインソケット空気出力ノズルに沿ってメインソケット３５０の下の部分に流出された空気の流量を高めて到達距離を延長させるために流体力学メカニズムによるジェットソケット３６０をメインソケット３５０の下側部分に装着することが好ましい。

この実施形態において、前記制御部６００は直流電圧に含まれたリップル成分を安定化させるための手段をさらに具備することが好ましい。

この実施形態において、除電距離が５０〜２０００ｍｍであり、３００ｍｍの除電距離では±１０Ｖ以内のPeak to Peak値を有することが好ましい。

この実施形態において、除電距離が５０〜２０００ｍｍであり、３００ｍｍの除電距離でIon Balanceが±７Ｖ以内の値を有することが好ましい。

上の実施形態のようにこの発明のピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置には、エアボディーブロック３００に制御部６００が付着され、メインソケット３５０の内部には針と針を固定するための針ソケット３２０があり、メインソケット３５０の外部にはメインソケット３５０で流出される空気を増幅させるためのジェットソケット３６０が付着されて構成される。

またこの発明の静電気除去装置は上のような構成のエアボディーブロック１個以上が結合して構成される。

これから添付した図面を参照してこの発明の構成と動作原理に対して詳細に説明する。先に、図１と図２は、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置の基本構成図を示す。図１と図２の静電気除去装置はピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置で複数個のエアボディーブロック３００の結合で構成され、結合したエアボディーブロック３００の両端にエアボディーブロック左側の固定ふた２００及びエアボディーブロック右側の固定ふた４００が位置する。結合したエアボディーブロック３００はケース５００にスライディング方式で結合して、ケース５００の両端に側面のふた１００が結合されて、制御部６００がエアボディーブロック３００に付着される。

図３は、エアボディーブロック３００の構成図を示す。エアボディーブロック３００には高周波高電圧を発生させる制御部６００と放電が行われる針３４０が結合されていてシリコンＯ−リング３３０はメインソケット３５０の空気柱の下端部に挿入されて空気の漏れを防止する。

そして制御部６００はエアボディーブロック３００の金属挿入部３９０と結合して、感知部３１０とは感知部固定ねじ３８０で結合され、エアボディーブロック３００の両端に制御部固定用突起部３０８があって制御部６００の固定方向を変えながら固定することができるようになっている。また放電針３４０は針ソケット３２０に結合されてエアボディーブロックの金属挿入部３９０と結合される。

図４は、エアボディーブロック３００の組立を示す。エアボディーブロック３００の一側面にエアボディーブロック結合用突起部３０５が位置して、他の方向面にエアボディーブロック結合用溝部３０６が位置する。前記エアボディーブロック結合用突起部３０５をエアボディーブロック結合用溝部３０６に挿入して回転させて固定する方式でこの時空気の漏れを防止するためにシリコンキャップ３７０とシリコンプレート３７５を結合部位に共に結合する。この発明で棒の長さ調節は１個以上のエアボディーブロック３００を結合して構成される。この発明によるエアボディーブロック３００の構造は、エアボディーブロック間の結合時に内部の空気通路は互いに連結されて空気が円滑に流れることができるようになっている。

図５ないし図８は、この発明に用いられる針３４０とソケット３５０、３６０の結合状態を示す。この発明で針３４０が結合された針ソケット３２０がメインソケット３５０と結合され、空気はメインソケット３５０に形成されたメインソケット入力空気孔３５１を介して流入されて、針の軸方向に均等に針と接触している複数個のメインソケット出力空気ノズル３５２を介してメインソケット３５０の端部分に流出され、最終的にメインソケット３５０の下の部分に装着されたジェットソケット３６０の下の穴を介して高い流量の空気を外部に流出するようにした。

図９ないし図１３は、図１による静電気除去装置の制御部６００の構成を示す。図５Ａは、この発明によるピエゾ方式静電気除去装置１０００の制御部６００の構成を示すブロックダイアグラムであって、図５Ｂはこれの詳細回路図である。

制御部６００はピエゾセラミック６１０、比較器６２０、センサ増幅器６３０、警報発生器６４０、警報用ＬＥＤ６５０、電源用ＬＥＤ６６０、直流電源（この例では直流２４Ｖ）６７０、感知部６８０、放電針３４０及びピエゾ駆動器７００を備えて構成される。この発明では図５Ｂに示したような回路でピエゾセラミック素子を利用して高周波高電圧を放電針３４０に印加して＋、−イオンを発生させる。この回路の作動に対する説明をすれば次のようである。

制御部６００に直流２４Ｖの電源が供給されると制御部６００は動作を始める。この時図１０の左側下段に直流電源安定化のための手段が図示されている。この手段は直流電圧に含まれたリップル成分をさらに安定化させるために備えられたものである。

図１０は、大きく上下２部分で構成されていて、上端部はピエゾセラミックの出力信号を感知部３１０で感知して出力信号が正常的なのか否かを基準電圧と比較器６２０で比較及び判断してその結果が正常的でなければ警報信号を発生させる。警報信号は警報発生器６４０を介して警報手段に転送される。すなわち非正常動作時には比較器を介して出力電圧の感知がまともにできているか否かを判断して感知がまともにできない場合警報を出力する。

この時Alarm発生原因（Sensing非正常的に動作）は次のようである：
１．高電圧出力が定常状態より低下される場合
２．高圧が誘導される状態が非正常的である場合
３．放電針に異物が付着したり白化現象によって放電が不安定な場合

そして回路の下端部は上の判断結果出力信号が正常的であればこれを増幅器６３０で増幅して再びピエゾセラミック６１０に送ってセラミックが持続的に高電圧を発生するようにフィードバックする構造になっている。これはピエゾ駆動器７００に該当する。

感知部３１０は放電針３４０を介してセラミック６１０の出力を感知する。すなわち感知部３１０は放電針３４０に印加される高周波高電圧により誘導される電荷量を利用して出力電圧の正常可否を感知する。

ピエゾセラミック６１０は放電針３４０と連結していて、感知部３１０の出力信号はピエゾ駆動器７００と警報発生器６４０と連結されて、ピエゾ駆動器７００はセラミック６１０と連結される。

上で説明したようにこの発明で用いるピエゾ方式とは、圧電セラミックまたはPiezo電気素子とも言い、電気エネルギーを与えれば機械エネルギーに変換されてその機械エネルギーは再び電気エネルギーに変換される方式をいう。この発明では圧電セラミックを多層構造で製作して少ない入力電圧でも高い出力電圧を発生させることができて、高い周波数（約７２ＫＨｚ）のＡＣ高電圧が印加されるので針先に塵埃付着が少なくて、イオン生成量も比較的高くて少ない数の放電針でも高い除電能力を有することができる。

図１４は、この発明によるピエゾ方式静電気除去装置の高電圧高周波発生の例を示す。図６でピエゾ方式の静電気除去装置の高電圧高周波発生は７２ＫＨｚ周波数で約±２．５ＫＶの振幅を有することが分かる。

図１５ないし図１８は、ピエゾ方式と既存Pulsed AC／DC／AC方式静電気除去装置のイオン分布を示す。すなわち図１５は、この発明によるピエゾ型静電気除去装置のイオン分布を、図１６はPulsed AC型静電気除去装置のイオン分布を、図１７はＤＣ型静電気除去装置のイオン分布を、そして図１８はＡＣ型静電気除去装置のイオン分布を示す。図１５ないし図１８でピエゾ方式の場合イオンが数えきれなく交番されて生成されるのでイオンの均衡性能が既存のPulsed AC、DC及びAC方式の場合に比べてはるかによいことがわかる。

一方既存の静電気除去装置と比較した時この発明のもっとも大きい特徴はParticle集積による白化現象の差であり、白化現象の発生が一般棒型静電気除去装置に比べて少ないという意味は塵埃が集積されて自重または振動によりかたまって落ちる問題を大幅に向上させるようになることを意味する。

この発明をDecay Time側面で見れば、現場における工程運営速度を基準にする時一般的なDecay Time基準が移送製品３秒以内、固定製品５秒以内と定めているのでこの発明の静電気除去装置の測定結果によればこの発明は仕様が満足なことが分かる。

そしてこの発明をイオンバランスとPeak to Peak側面で考察すれば、この発明は既存棒型静電気除去装置より非常に低いイオンバランス特性を示したし、高圧電源により発生する外部電界強度の指標であるPeak to Peakに対してもやはり優秀な結果を見せてくれた。この結果は静電気除去装置の安定的運用の側面で見る時非常に重要な結果であって既存の静電気除去装置に比べてこの発明の優秀性を端的に見せることだと言える。

このようにこの発明は多様に変形することができてさまざまな形態を行なうことができて前記した発明の詳細な説明ではそれによる特別な実施形態に対するだけで記述した。しかしこの発明は前記発明の詳細な説明で言及された特別な形態で限定されるのでないことに理解しなければならなく、むしろ添付された請求範囲により定義されるこの発明の精神と範囲内にある全ての変形物と均等物及び代替物を含むことに理解されなければならない。

この発明はＬＣＤ製造と半導体製造などを含む多様な種類の産業分野に適用可能である。

Claims (11)

1. 放電に用いられる高周波高電圧がピエゾセラミック素子により生成される棒型静電気除去装置において、
   前記静電気除去装置は少なくとも、
   前記ピエゾ方式静電気除去装置を制御する制御部と；
   高周波高電圧印加時放電が行われる放電針と；
   内部に位置する前記放電針にパーティクルが生成されることを防止するためのAnti-Particle tip holderであるメインソケット；及び
   前記静電気除去装置に空気を供給するエアボディーを含んで構成されて、
   この時前記静電気除去装置のエアボディーには、前記制御部とメインソケットで流出される空気を増幅させるためのジェットソケットが一つずつ結合していて、前記静電気除去装置は上のような構成のエアボディーブロック１個以上が結合して構成されることを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
2. 第１項において、前記制御部は前記感知部と感知部固定ねじで結合されて固定され、前記放電針は針ソケットに結合されて前記エアボディーブロックの金属挿入部と結合することを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
3. 第１項において、前記エアボディーブロックの一側は複数個の突起が外部に突出していて、他の一側は上の多数個の突起が締結可能なように内部に溝が作られてあり、前記エアボディーブロックとエアボディーブロックの結合時空気の漏れを防止するためにシリコンキャップとシリコンプレートが共に結合することを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
4. 第１項において、前記静電気除去装置の棒の長さ調節は前記エアボディーブロックの結合を介して行われることを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
5. 第１項において、前記エアボディーの構造は、エアボディーブロックの結合時にエアボディー内部の空気通路は互いに連結されてエアボディー内部で空気が円滑に流れることができるようになっていて、前記エアボディーの内部の空気は前記メインソケット空気入力穴を介して流入して前記放電針の全体を囲まないで放電針の軸方向に均等に接触している同じ断面積を有する複数個のノズルである前記メインソケット空気出力ノズルを介して放出されることを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
6. 第５項において、上のメインソケット空気入力穴を介して流入した空気は前記放電針周辺に形成された前記メインソケット空気出力ノズルに沿って流れてメインソケットの端部分に流出され、流出された空気の流量を高めてジェット噴射効果を得るために前記ジェットソケットを前記メインソケットの下の部分に装着することを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
7. 第１項において、流出される空気の到達距離を延長させるために流体力学メカニズムによるジェットソケットを用いることを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
8. 第１項において、前記制御部は直流電圧に含まれたリップル成分を安定化させるための手段をさらに具備することを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
9. 第１項において、除電距離が５０〜２０００ｍｍであり、３００ｍｍの除電距離では±１０Ｖ以内のPeak to Peak値を有することを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
10. 第１項において、除電距離が５０〜２０００ｍｍであり、３００ｍｍの除電距離でIon Balanceが±７Ｖ以内のIon Balance値を有することを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。
11. 第１項において、前記制御部は、
    高周波高電圧を発生させるピエゾセラミック素子と；
    前記ピエゾセラミック素子により出力される高周波高電圧の印加を受けてイオンを生成する前記放電針により誘導される電荷量を測定する感知部と；
    前記感知部の感知結果前記ピエゾセラミック素子が正常動作することと判断されると前記感知部の出力信号をセンサ増幅器で増幅して前記ピエゾセラミック素子にフィードバックして前記ピエゾセラミック素子が持続的に高周波高電圧を発生するようにするピエゾ駆動器と；
    もしも前記感知部の感知結果前記ピエゾセラミック素子が非正常動作することと判断されると警報を発生させる警報発生手段；及び
    前記静電気除去装置内各素子に直流電圧を供給するための直流電源を備えて構成されることを特徴とする、ピエゾセラミック素子を利用した棒型静電気除去装置。

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