JP2013041744A - 除電除塵装置と除電除塵方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアシャワー室を設けた場合の高価な設備費とクリーンルーム内の作業効率の低下といった課題を解消でき、しかも被クリーン対象に付着した帯電粒子の除電除塵効果と除電除塵効率の極めて高い除電除塵装置と除電除塵方法を提供する。
【解決手段】被クリーン対象に付着した帯電粒子ｐ１を除電除塵する除電除塵装置１０であって、空気塊を生成する空気砲３とイオナイザ２が一体に構成され、イオナイザ２でイオンを生成した後に空気砲３で空気塊を生成し、この空気塊でイオンを吹き飛ばすように制御されており、吹き飛ばされたイオンが帯電粒子ｐ１を除電して無帯電粒子ｐ２とし、空気塊でこの無帯電粒子ｐ２を吹き飛ばして除塵するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、クリーン服等に付着した帯電粒子を除電除塵する装置と方法に関するものである。

電界内においては、粒子が帯電してなる帯電粒子に静電気力が作用し、電界発生源にこの帯電粒子が付着し易くなることは知られるところである。この電界発生源として静電気帯電した種々の部材が挙げられるが、特に、この静電気帯電にともなう粒子の付着は、以下の生産施設、すなわち、ＦＰＤ素材（フラットパネルディスプレイ）として透明電極を製造するプロセス、生産装置を組立・製造する施設、次世代二次電池を製造する施設、などの生産施設において、粒子汚染として問題となっている。

上記施設で製造される製品（ワーク）は、低いクリーン度（クリーン度：１０００〜１００００程度）での製造を許容するが、上記する各種生産施設空間においては、摩擦や剥離、洗浄、乾燥などの製造過程で生じ得る数μｍサイズの大きな粒子も存在しており、その製品への付着が製品歩留まり低下の主要因の一つとなっている。

また、クリーンルームの内装部材には導電性材料が一般に適用されているが、これには±１００Ｖ程度の電位が帯電しており、これがルーム内空間に帯電粒子を生ぜしめて製品に付着する結果、製品のクリーン度が低下することとなる。

ところで、粒子の挙動には、重力による終末沈降、気流、静電気力が影響し、ワークや内装部材への帯電粒子の吸着は、このうちの静電気力が主として関係し、帯電粒子の有する帯電量（電荷量）とワークの表面電位によって生じる電界強度で吸着力が決定される。このため、静電気対策として、イオナイザや軟Ｘ線によるワーク表面の除電がおこなわれている。

ここで、作業員がクリーンルーム内へ入室する際の従来の除電および除塵対策を図４を参照して説明する。

一般に、作業員ＨがクリーンルームＣＲに入室するに際しては、静電気帯電し難い導電性繊維を原料としたクリーン服を着用して入室する。しかし、作業員Ｈが歩行する際に任意の摩擦部位で静電気が残留し、これが微粒子付着の原因となっている。したがって、更衣室でクリーン服に着替えてクリーンルームに入るだけでは不十分であることから、クリーンルームＣＲの入口側には強力なブロアＢによる高速気流で除塵をおこなうエアシャワー室ＡＳが設けられている。すなわち、クリーン服を着用した作業員Ｈは、まずエアシャワー室ＡＳに入室して（Ｘ１方向）ここでエアシャワーを浴び、このエアシャワーにて正負に帯電してクリーン服に付着した帯電粒子ｐ１や塵ｐ２を落とした後に、クリーンルームＣＲに入室して（Ｘ２方向）作業をおこなうようになっている。

また、図示を省略するが、このエアシャワー室にはイオナイザが装備されたものも存在しており、このイオナイザで生成されたイオンをクリーン服に静電気力を介して付着した帯電粒子に提供して除電をおこない、除塵をおこなうようになっている。

しかし、上記するエアシャワー室は高価であり、一度に利用できる人数が制限されることから、クリーンルーム内における作業効率を著しく低下させるという課題を有している。

そのため、クリーンルームによってはエアシャワー室を設けず、ファンフィルターユニット（ＦＦＵ）による空気換気のみで付着粒子の除去をおこなうクリーンルームが現存し、さらには新規に建設計画されているものが存在する一方で、この形態のクリーンルームではエアシャワー室に比して除塵効果が低くなることは否めない。

また、エアシャワー室を使用しない別の方策として、エアシャワー室に通じる通路やエアシャワー室内の入室ドア付近にイオナイザを設置しておき、発生イオンで帯電粒子を除電し、除電された粒子を自重落下させて除塵する方策もあるが、特にクリーン服の場合には摩擦があるために、単に除電しただけではすべての粒子を落とすことは困難である。

ここで、従来の公開技術に目を転じるに、製品に静電気付着した微粒子をイオナイザによって除電する除電部と、衝撃波を用いて空気層を形成させずに除電された微粒子を吹き飛ばす衝撃波発生部と、吹き飛ばされた微粒子を吸込む排気部を備えた除電除塵システムが特許文献１、２に開示されている。

この除電除塵システムを適用することで帯電粒子を除電して微粒子とし、この微粒子を吹き飛ばすことで高い付着粒子の除塵効果を期待することができる。

しかし、この除電除塵システムは、除電部と衝撃波発生部が完全に分離したものであることから、除電された微粒子を最終的に除塵するまでに時間がかかり、さらには、分離された除電部と衝撃波発生部をカバーするシステム全体の規模が大きくなることは理解に易く、結果として設備コストも高くなり易いことから、エアシャワー室を設置する場合と同様に設備コストが高価となり、しかも付着した帯電粒子の除電除塵効率の高いシステムとはいい難いものである。

特開２００８−２３４９５６号公報 特開２００９−２８３３０５号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、エアシャワー室を設けた場合の高価な設備費とクリーンルーム内の作業効率の低下といった課題を解消でき、しかも被クリーン対象に付着した帯電粒子の除電除塵効果と除電除塵効率の極めて高い除電除塵装置と方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による除電除塵装置は、被クリーン対象に付着した帯電粒子を除電除塵する装置であって、空気塊を生成する空気砲とイオナイザが一体に構成され、イオナイザでイオンを生成した後に空気砲で空気塊を生成し、この空気塊でイオンを吹き飛ばすように制御されており、吹き飛ばされたイオンが帯電粒子を除電して無帯電粒子とし、空気塊でこの無帯電粒子を吹き飛ばして除塵するものである。

本発明の除電除塵装置は、イオナイザでイオンを生成した後に空気砲を振動させて空気の渦（空気塊）を発生させ、この空気塊によってイオンを搬送制御するものである。搬送されたイオンは帯電粒子を除電して無帯電粒子とし、この無帯電粒子は空気塊による振動によって吹き飛ばされるとともに、再付着の防止を実現する。

また、本発明の除電除塵装置においては、空気砲とイオナイザが一体に纏められ、空気砲内に設置されたイオナイザで生成されたイオンを含んだ空気を、空気砲で生成された空気塊として被クリーン対象に向かって照射することにより、イオンを含んだ空気塊として被クリーン対象まで確実に提供することに加えて、被クリーン対象に付着した帯電粒子をイオンにて除電して無帯電粒子とすると同時に、空気塊による振動によって吹き飛ばすとともに、被クリーン対象を除電して無帯電粒子との間に発生する静電気力を解消することで再付着を防止するものであり、空気砲とイオナイザが一体に纏めたれていることから極めてコンパクトで、広範な設置スペースを必要としない装置である。

ここで、「空気塊」とは、任意の一つの面にたとえば円形の開口が設けられ、そのほかの５つの面には開口を具備しないチャンバーなどの空気砲に振動（圧力）を与えた場合に、チャンバーから出ていく空気とこの出ていく空気の分だけチャンバー内に入ろうとする空気の流速差が上記する円形の開口の境界部分で渦となって渦輪状に進行するものであり、少なくとも、イオンを含んだ空気であるとともに被クリーン対象を振動させることで無帯電粒子を吹き飛ばす圧力（速度）を有するエアのことである。

空気砲は特に限定されるものでないが、たとえば、生成されたイオンが浮遊する空気が充満するチャンバーと、このチャンバーに振動（圧力）を与えるシリンダ機構などからなる装置であり、このチャンバーの一面に、上記するようにたとえば円形の開口が具備された形態を挙げることができる。

これまで述べてきた「付着」とは、粒子などの物質が他の物質の表面に付くことであり、これら物質間に働く力を付着力（相互結合力）という。この付着力の要素としては、ファンデルワールス力や疎水性相互作用力、静電気力などがある。このような複数の要素が作用してたとえばクリーン服等に付着した粒子を効果的に除去する必要があることから、帯電粒子の除電と高圧もしくは高速の気流による吹き飛ばしを同時におこなうのが有効なのである。なお、実際には、提供されたイオンによって帯電粒子が除電され、無帯電粒子を吹き飛ばすことから厳密には双方が同時におこなわれることはないが、ここでいう「同時」とは、ほぼ同時のことであり、既述する従来技術のように、除電部と衝撃波発生部が完全に分離して除電作用と吹き飛ばし作用の間にある程度のタイムラグがあるものと比較した場合には、同時と称しても差し支えない時間間隔でしかないことから、本明細書では除電と吹き飛ばしが「同時」におこなわれると称している。

上記する除電除塵装置は、クリーンルーム内の入口ドア付近の領域に設けられ、この領域を経てクリーンルーム内の作業エリアで作業がおこなわれる形態であってもよいし、クリーンルームの入口へ通じる通路に除電除塵装置が設置されている形態であってもよい。

また、「被クリーン対象」には、クリーンルーム内で作業する作業員や作業員が着用するクリーン服のほか、クリーンルーム内を移動する搬送設備等（人力にて搬送されるキャスタや自動搬送マシンなど）が挙げられる。

上記する除電除塵装置は、公知のイオナイザと、やはり公知のシリンダ機構等を組み合わせた装置であり、これらが一体に構成されていることからその設置に広範なスペースも不要であり、装置製造コストは高価なものとはならない。したがって、エアシャワー室を設ける場合に比して設備コストを安価なものとでき、しかも、短時間に帯電粒子を除電除塵できることからクリーンルーム内の作業効率を低下させることもない。

さらに、本発明は除電除塵方法にも及ぶものであり、被クリーン対象に付着した帯電粒子を除電除塵する方法であって、イオンを生成し、生成した空気塊でこのイオンを被クリーン対象に飛ばし、吹き飛ばされたイオンが帯電粒子を除電して無帯電粒子とし、空気塊でこの無帯電粒子を吹き飛ばして除塵するものである。

本発明の除電除塵方法によれば、帯電粒子の除電除塵を極めて効率的に実行することができ、しかも、クリーン服等からの除塵効果も極めて高いことから、クリーンルーム内における高い作業効率と高い製品歩留まりを実現することができる。さらには、無帯電粒子の再付着を防止することもできる。

以上の説明から理解できるように、本発明の除電除塵装置によれば、空気塊とイオナイザが一体に構成され、空気砲内に設置されたイオナイザで生成されたイオンを含んだ空気を、空気砲で生成した空気塊として被クリーン対象に向かって照射することにより、イオンを含んだ空気塊として被クリーン対象まで確実に提供することに加えて、被クリーン対象に付着した帯電粒子をイオンにて除電して無帯電粒子とすると同時に、空気塊による振動によって無帯電粒子を吹き飛ばすとともに、被クリーン対象を除電して帯電粒子との間に発生する静電気力を解消してその再付着を防止することから、小規模かつ製造コストが廉価な装置にて優れた帯電粒子の除電除塵効果を奏することができる。また、本発明の除電除塵方法によれば、除電除塵を同時におこなうことで帯電粒子を短時間で効果的に吹き飛ばすことができ、クリーンルーム内における高い作業効率と高い製品歩留まりを実現することができる。

本発明の除電除塵装置を具備するクリーンルームを説明した模式図であり、（ａ）はクリーンルーム内に入室した作業員がクリーン服に付着する帯電粒子を除塵している状況を説明した図であり、（ｂ）はクリーン服が除塵された後に作業員がクリーンルーム内の作業エリアへ移動する状況を説明した図である。 本発明の除電除塵装置を示した模式図であってその正面の側面を切断して内部を示したものであり、イオナイザにてイオンが生成されている状況を説明した図である。 図２に次いで、空気砲で空気塊を生成し、この空気塊でイオンを吹き飛ばしている状況を説明した図である。 作業員がクリーンルーム内へ入室する際の従来の除電除塵方法を説明した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の除電除塵装置を具備するクリーンルームを説明した模式図であり、図１ａはクリーンルーム内に入室した作業員がクリーン服に付着する帯電粒子を除塵している状況を説明した図であり、図１ｂはクリーン服が除塵された後に作業員がクリーンルーム内の作業エリアへ移動する状況を説明した図である。また、図２は本発明の除電除塵装置を示した模式図であってその正面壁を切断して内部を示したものであり、イオナイザにてイオンが生成されている状況を説明した図である。また、図３は図２に次いで、空気砲で空気塊を生成し、この空気塊による振動でイオンを吹き飛ばしている状況を説明した図である。

本発明の除電除塵装置１０は、クリーンルームＣＲ内の入口領域に設けてあり、クリーン服を着用した作業員Ｈは、クリーンルームＣＲに入室後（Ｘ３方向）、除電除塵装置１０から吹き飛ばされた空気に含まれるイオンによってそのクリーン服に付着した帯電粒子ｐ１を除電して無帯電粒子ｐ２（微粒子、塵）とし、付着した非帯電の微粒子ｐ２とともにイオンを提供する空気塊によってクリーン服から吹き飛ばされて除電除塵がおこなわれるようになっている。

図示例のクリーンルームＣＲは、入口領域の天上に除電除塵装置１０が配設され、クリーン服から帯電粒子ｐ１等が取り除かれた作業員Ｈが室内に移動して（Ｘ４方向）作業エリアＷＡで所望の室内作業を実行する室内構成となっている。なお、図示を省略するが、この室内には、各種ワークや部品等を搬送する自動搬送装置や手動キャスタなどが存在し、これらも除電除塵装置１０にて適宜クリーニングされるようになっている。また、クリーンルームＣＲには不図示の排気口とこの排気口が繋がれる排気管がバキューム機構に連通され、室内の床上に落下している微粒子や塵を吸引排気できるようになっている。

また、図示例のように除電除塵装置１０がクリーンルームＣＲ内に配設される形態のほかにも、クリーンルームＣＲの入口に通じる通路に一基もしくは複数基の除電除塵装置１０が配設され、クリーンルームＣＲの入室の際には既にクリーン服に付着した帯電粒子の除電除塵が実行されている形態であってもよい。

図２で示すように、除電除塵装置１０は、チャンバー１と、このチャンバー１の内部上方に格納されたイオナイザ２と、チャンバー１の左右の側壁１１，１１に固定されて振動を与えるシリンダ機構３，３とから大略構成されており、チャンバー１とシリンダ機構３から空気砲が構成される。なお、チャンバー１に振動を付与する機構は図示するシリンダ機構に限定されるものでない。

チャンバー１は、不図示の正面壁を含む６つの壁面から構成されており、その下壁１２には円形開口１２ａが開設されている。

シリンダ機構３はシリンダ３１とその内部を摺動するピストン３２から構成されており、ピストン３２がチャンバー１の側壁１１に固定され、シリンダ３１内でピストン３２と反対側の空間にはエアもしくはオイル等の流体Ｌが瞬時に提供されるようになっている。シリンダ３１内に流体Ｌが瞬時に提供されることによってピストン３２がチャンバー１の側壁１１を一気に押し込み、この押し込み時に側壁１１に振動を付与するとともにこの側壁１１を介してチャンバー１の内部空間に振動が伝播される。

また、図示する除電除塵装置１０は、不図示の制御装置にてその一連の動作制御が実行されるようになっている。具体的には、まず、制御装置にてイオナイザ２がＯＮ制御され、イオンがチャンバー１内に充満される。なお、この段階では、側壁１１、１１がチャンバー１の最外位置に位置決めされており、チャンバー１の内部空間に可及的に多くのイオンを充満できる状態となっている。

イオナイザ２のＯＮ制御から所定時間経過した段階で、今度は、左右のシリンダ機構３，３が制御装置にて同期してＯＮ制御されることにより、図３で示すように、左右のシリンダ３１，３１内に同量の増液ΔＬが提供され、これによって左右のピストン３２，３２が一気にチャンバー１の側壁１１，１１を押し込んで振動を付与し（Ｙ１方向）、左右の側壁１１，１１がチャンバー１の内部空間を瞬時に圧縮する（Ｙ２方向）。

この左右のピストン３２，３２の瞬時の摺動によってチャンバー１に振動が付与されてその内部に空気塊が生ぜしめられ、チャンバー１下方の円形開口１２ａを介して充満しているイオンがこの空気塊によって高速で吹き飛ばされる（Ｙ３方向）。

図１ａに戻り、この空気塊によって吹き飛ばされたイオンが、下方に位置する作業員Ｈのクリーン服に付着する帯電粒子ｐ１に到達して除電し、イオンを吹き飛ばした空気塊によって無帯電粒子が吹き飛ばされて除塵される。

このように、図示する除電除塵装置１０は、イオンを生成するイオナイザ２とシリンダ機構３が一体に構成されていることから、これらが分離して構成されるシステムに比して装置占有スペースは格段に狭くてよい。また、イオナイザ２とシリンダ機構３をチャンバー１を介して一体に構成しただけのシンプルな装置構成であることから、装置製造コストも高価なものとはならない。特に、本発明の除電除塵装置１０をクリーンルームＣＲの室内もしくは室外の通路に配設することで、エアシャワー室の設置を不要とでき、クリーンルーム全体の設備もしくは建設に要するコストを低減できる。

また、イオンを空気塊によって高速で吹き飛ばすことから、図１で示すクリーンルームＣＲの天上高さが高い場合であっても、イオンを確実に作業員Ｈに提供することができる。

そして、イオンが空気塊で吹き飛ばされてクリーン服等に付着する帯電粒子に提供されることから、イオンによって帯電粒子の除電がおこなわれると同時に無帯電粒子が空気塊によって吹き飛ばされることから、帯電粒子の除電除塵効果が極めて高い。このことは、クリーンルーム内で製造されるフラットパネルディスプレイや次世代二次電池等に対して粒子汚染が付着する可能性を低減することに繋がり、クリーンルームＣＲ内における製品歩留まりの向上に繋がる。また、除電と除塵が瞬時に実行されることから、特にエアシャワー室を適用する場合に比してクリーンルーム内における作業効率を格段に向上させることができる。

なお、クリーン服等に帯電粒子が付着するのは、ファンデルワールス力や疎水性相互作用力、静電気力などからなる付着力によるものであるが、この付着力の影響が比較的弱く、（空気塊による）気流や重力の影響を受け易い０．１μｍ以上の粒径の帯電粒子に対して、本発明の除電除塵装置１０による除塵効果は一層高いものとなる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…チャンバー、１１…側壁、１２…下壁、１２ａ円形開口、２…イオナイザ、３…シリンダ機構（空気砲）、３１…シリンダ、３２…ピストン、１０…除電除塵装置、ＣＲ…クリーンルーム、ＷＡ…作業エリア、ｐ１…帯電粒子、ｐ２…無帯電粒子（微粒子、塵）、Ｈ…作業員

Claims (2)

1. 被クリーン対象に付着した帯電粒子を除電除塵する装置であって、
   空気塊を生成する空気砲とイオナイザが一体に構成され、イオナイザでイオンを生成した後に空気砲で空気塊を生成し、この空気塊でイオンを吹き飛ばすように制御されており、
   吹き飛ばされたイオンが帯電粒子を除電して無帯電粒子とし、空気塊でこの無帯電粒子を吹き飛ばして除塵する除電除塵装置。
2. 被クリーン対象に付着した帯電粒子を除電除塵する方法であって、
   イオンを生成し、生成した空気塊でこのイオンを被クリーン対象に飛ばし、吹き飛ばされたイオンが帯電粒子を除電して無帯電粒子とし、空気塊でこの無帯電粒子を吹き飛ばして除塵する除電除塵方法。

Images