JP3750817B2 - 除電装置 - Google Patents

Description

本発明は、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関するものである。

従来技術の除電装置は、針状の放電電極（放電針）に高電圧を印加して空気からプラスイオンとマイナスイオンと（以下、プラスイオンとマイナスイオンとを総称するとき単にイオンという）を発生させ、帯電している除電対象にイオンを照射して除電するコロナ放電式除電装置が主流である。この除電対象の一例として、例えば板状のガラス基板などを挙げることができる。このガラス基板は、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶パネル、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）、または、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等で用いられる基板である。

さて、このようなコロナ放電式除電装置は、さらに放電針に印加する高圧電源に交流電源を使用する交流方式除電装置と、直流電源を使用する直流方式除電装置と、に大別される。各々の除電装置に特徴があり、使用する目的によって選択する必要がある。
交流方式除電装置は主として商用周波数を昇圧トランスで昇圧した電源電圧を使用しており、プラスイオンとマイナスイオンが１本の放電針から交互に発生する。発生したイオンをエア流に載せて移動速度を速くすることで、除電効果を高めている。
この交流方式除電装置の長所は、例えば交流電源が５０Ｈｚの場合に２０ｍｓｅｃ毎に１本の放電針からプラスイオンとマイナスイオンとが交互に発生して空間におけるプラスイオンとマイナスイオンとが偏りなく存在するため、除電対象の近くでイオンを生成しても除電装置による逆帯電（同一極性のイオンを同一箇所に集中して照射してそのイオンが除電対象に帯電すること）が発生しにくいことである。
一方、交流方式除電装置の短所は二点あり、第一の短所はプラスイオンとマイナスイオンとが接近して存在するので、プラスイオンとマイナスイオンとが再結合する確率が高く、発生したイオンが遠方へ到達できずに減少することであり、第二の短所は、交流方式の商用電源を昇圧する昇圧トランスの小形化が現状困難なため、イオン発生部と高圧電源部とを分離して高圧電源部をイオン発生部から離して配置し、イオン発生部と高圧電源部とを高圧電線で接続する構造となっており、交流方式除電装置の小型化・一体化が困難なことである。

続いて直流方式除電装置については図を参照しつつ説明する。図１０は、従来技術の直流方式バー状除電装置の構造図である。直流方式バー状除電装置２００は、図１０で示すように、除電装置本体２０１、プラス放電針２０２、マイナス放電針２０３を備えている。除電装置本体２０１は横長バー状であり、この除電装置本体２０１内に電源電圧部も収納されている。除電装置本体２０１には、プラス放電針２０２とマイナス放電針２０３とがそれぞれ同数設けられ、プラス放電針２０２がプラスイオンを、マイナス放電針２０３がマイナスイオンをそれぞれ生成する。

また、他の直流方式除電装置について図を参照しつつ説明する。図１１は、他の従来技術の直流方式バー状除電装置の構造図である。直流方式バー状除電装置２００’は、図１１で示すように、除電装置本体２０１、プラス放電針２０２、マイナス放電針２０３、イオンセンサ２０４、センサ支持体２０５を備えている。除電装置本体２０１は横長バー状であり、この除電装置本体２０１内に電源電圧部も収納されている。除電装置本体２０１には、プラス放電針２０２とマイナス放電針２０３とがそれぞれ同数設けられ、プラス放電針２０２がプラスイオンを、マイナス放電針２０３がマイナスイオンをそれぞれ生成する。イオンセンサ２０４は、除電装置本体２０１とほぼ同じ長さの棒状のセンサであり、センサ支持体２０５により放電針先端側で除電装置本体２０１の長手方向と平行に取り付けられている。このイオンセンサ２０４が検出した信号に基づいてイオンバランス分布を計測し、プラスイオンやマイナスイオンの出力量を調整するように制御するというものである。

これら直流方式バー状除電装置２００，２００’の長所は二点あり、第一の長所はプラス放電針２０２とマイナス放電針２０３との間が充分離れているので、プラスイオンとマイナスイオンとが再結合する確率は交流方式除電装置に比べて低く、遠方までイオンを生成できることであり、第二の長所は、小型の高周波トランスで昇圧した高周波電圧を整流回路で整流することでプラス高電圧及びマイナス高電圧が得られるため、構造的に小型の高圧電源部を採用することができ、イオン発生部となる除電装置本体２０１に高圧電源部を内蔵させて直流方式バー状除電装置２００，２００’を小型構造・一体構造にできることである。
一方、直流方式バー状除電装置２００，２００’の短所は、プラス放電針２０２およびマイナス放電針２０３（以下、プラス放電針２０２とマイナス放電針２０３との両者を表す場合単に放電針という）から除電対象までの除電距離Ｌが短い場合は、プラス放電針２０２近傍の空間はプラスイオン濃度が高く、マイナス放電針２０３近傍の空間はマイナスイオン濃度が高いため、直流方式バー状除電装置２００，２００’は除電対象を部分的にプラス又はマイナスに逆帯電させることである。

このような逆帯電の傾向について図を参照しつつ説明する。図１２は逆帯電を検証する実験装置の説明図、図１３は実験結果であるイオンバランス分布図である。図１２で示すようにダウンフローが流れる環境下で直流方式バー状除電装置２００によりプラスイオン・マイナスイオンを発生させ、除電距離Ｌ＝３００ｍｍまたは１０００ｍｍ離れたＡ_０，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｅ_０にＣＰＭ（帯電プレートモニタ）をそれぞれ配置し、各点のＣＰＭ電圧を計測してイオンバランス分布を調査した。このＣＰＭは帯電プレートの寸法が１５ｃｍ×１５ｃｍで静電容量が２０ｐＦとなっている。

直流方式バー状除電装置２００の除電範囲におけるプラスイオン・マイナスイオンのイオンバランス分布は、図１３に示すようになる。このイオンバランス分布では、除電装置本体２０１の中心（Ｃの付近）をゼロＶとなるようにイオンバランスを調整してあり、除電装置本体２０１のマイナス電極側（Ａ_０，Ａの付近）のＣＰＭ電圧はマイナス電圧に片寄り、除電装置本体２０１のプラス電極側（Ｅ_０，Ｅの付近）のＣＰＭ電圧はプラス電圧に片寄り、図１３のグラフの実線のような電圧勾配を描く。このイオンバランス分布からも明らかなように、ＣＰＭ電圧は高く、除電が完全になされていなかった。

また、逆帯電は、（１）除電距離Ｌによる影響と、（２）除電位置Ａ_０，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｅ_０による影響が見て取れる。
（１）では、放電針から除電対象までの除電距離が長い（Ｌ＝１０００ｍｍ）場合と比べて、除電距離が短い（Ｌ＝３００ｍｍ）場合の方がＣＰＭ電圧が全体的に高く、逆帯電の傾向が顕著であった。このように放電針から除電対象までの除電距離が短縮するにつれて逆帯電の傾向が強くなっていた。
（２）では、従来技術の直流方式バー状除電装置２００は、放電針の先端が除電対象に向けて取り付けられ、プラス放電針２０２とマイナス放電針２０３との間が一定距離を開けて設置されているため、プラス放電針２０２近傍の空間はプラスイオン濃度が高く、マイナス放電針２０３近傍の空間はマイナスイオン濃度が高くなり、除電対象も部分的にプラスまたはマイナスに逆帯電する欠点があった。特に、除電装置本体２０１の一端にはプラス放電針２０２（図１２の右側）が、また、他端にはマイナス放電針２０３（図１２の左側）が取り付けられる構造であり、プラス放電針２０２のあるバーの端の近傍の空間はプラスイオン濃度がバー中央付近に比べて格段に高く、逆にマイナス放電針２０３のあるバーの端の近傍空間はマイナスイオン濃度がバー中央付近に比べて格段に高くなる傾向があった。直流方式バー状除電装置２００の除電範囲におけるプラスイオン・マイナスイオンのイオンバランス分布は、図１３に示すように、プラス放電針２０２のあるバーの端部付近の空間はプラスイオン濃度がバー中央付近に比べて格段に高く、逆にマイナス放電針２０３のあるバーの端の近傍空間はマイナスイオン濃度がバー中央付近に比べて格段に高くなっている。
この傾向も除電距離Ｌにより影響され、放電針から除電対象までの除電距離Ｌが短い（Ｌ＝３００ｍｍ）場合はＣＰＭ電圧が突出して高くなり、端部では逆帯電がより強まる傾向があった。

そこで、逆帯電をなくすため放電針から除電対象までの除電距離を長くすると、今度は新たな問題が生じる。この点について図を参照しつつ説明する。図１４は実験結果である除電時間−位置特性図である。図１４で示すように、放電針から除電対象までの除電距離Ｌが長い方が除電時間は長いという傾向が見て取れる。これからも明らかなように、直流方式バー状除電装置２００では、除電時間を短縮しようとして除電距離を短縮すると逆帯電が発生し、逆に逆帯電を解消しようとして除電距離を延長すると除電時間がながくなるという傾向があった。これら問題は図１１に示した直流方式バー状除電装置２００’でも起こりうる傾向である。従来技術では適宜除電距離を調整して対処していた。
従来技術の直流方式の除電装置はこのようなものであった。

また、他の直流方式の除電装置の先行技術として、例えば、特許文献１（発明の名称：イオナイザー）が開示されている。この先行技術では、上記したような直流方式除電装置としての特徴に加え、電極上方からエア噴射してイオンを速く到達させるものである。

特開２００１−１５５８９４号公報 （段落番号００３１，図５）

近年ではＰＤＰディスプレイの大画面化に伴って除電対象が大型化してきており、除電距離Ｌを近づけて除電時間を短縮し、かつ逆帯電を発生させることなく除電できるようにする施策が必要となってきた。しかしながら、従来技術の直流方式バー状除電装置では、除電時間短縮・逆帯電防止について、下記（１）〜（４）が問題となっていた。
（１）図１１，１２で示すような従来技術の直流方式バー状除電装置２００，２００’では逆帯電防止策として、放電針から除電対象までの除電距離に応じてプラス放電針２０２とマイナス放電針２０３との電極間隔を調整してプラスイオンとマイナスイオンが特定箇所に集中しないようにして逆帯電を防ぐという方法があるが、プラス放電針２０２とマイナス放電針２０３の間隔を簡単に調整する構造は現状ではなく、注文時に設計して生産する多品種小量生産で対応しており、生産効率の向上が困難であった。また、一度生産すると変更・調整が困難なことから特注の一品製作となって設計コスト・生産コストの点で採算が合わず、このような間隔調整による逆帯電の防止は採用しずらいものであった。

（２）直流方式バー状除電装置２００，２００’のバー状の除電装置本体２０１はカバーとして絶縁物の樹脂材料が使用されているが、絶縁物の樹脂材料は放電針から発生する電界によって静電誘導による帯電現象が起こる。プラス放電針２０２近傍のカバー表面はプラスに帯電し、マイナス放電針２０３近傍のカバー表面はマイナスに帯電する。このプラス帯電部分にはマイナスイオンが吸引され、マイナス帯電部分にはプラスイオンが吸引される。その結果、放電針から生成されたイオンが引き寄せられて除電対象へのイオン到達量が少なくなり、図１３のような勾配を持ったイオンバランス分布になる一因ともなっていた。このような新たに知見された逆帯電の発生原因を解消する逆帯電防止策が必要となっていた。

（３）さらに、図１１で示したイオンセンサ２０４を取り付けた直流方式バー状除電装置２００’では、バー状の除電装置本体２０１の長さと同じ長さの線状のイオンセンサ２０４を、放電針先端側で除電装置本体２０１と平行となるようにセンサ支持体２０５により取り付けるというものであり、イオンバランスの調整も可能である。しかしながら、近年ではガラス基板であるＰＤＰ用フラットパネルなど除電対象の幅方向が２０００ｍｍというように大型化が顕著であり、図１１の直流方式バー状除電装置２００’のイオンセンサ２０４も長尺化して補強構造なども必要となり、機械構造が簡素化できなかった。

（４）除電装置による除電目的は、除電対象の帯電をゼロＶまで除電することである。しかし、近年フラットパネルディスプレイ等の除電対象の面積が大きくなり除電容量が大きいため、蓄積される帯電電荷量も多くなり、従来技術の除電装置では短時間に帯電物をゼロＶにすることが困難な状況である。
除電時間を短くするためには、より除電距離を短くする必要があるが、先に説明したように逆帯電を助長するおそれがあった。また、イオンを大量発生させて除電効率を高めるため、放電針に印加する電圧を高くする方法があるが、プラス、マイナス２０ｋＶ以上の高電圧となると、絶縁物の耐圧劣化による高圧リークの問題や、イオン発生効率も電圧上昇に比例して大きくならず、効率の良い解決方法ではなかった。また、除電装置を複数個取り付けてイオン量を増す方法もあるが、価格面から難点があった。
このように除電対象の大型化により生じた除電の長時間化・除電容量の増加に対処する新たな方策が必要があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、再結合が少なくイオンの大量生成を可能とする直流方式を採用するとともに放電針から除電対象までの除電距離を大幅に短縮することで大型の除電対象に対して除電時間を短くし、さらに除電距離短縮時に起こる逆帯電についてもプラスイオンとマイナスイオンとの双方を位置的に偏ることなく到達するようにして逆帯電も防止することで、大型の除電対象を高速かつ効率良く除電する直流方式気体噴射型除電装置を提供することである。

本発明の請求項１に係る除電装置は、
直流電圧によるコロナ放電式の除電装置であって、
除電装置本体と、
除電装置本体に設けられ、正電圧が印加されてプラスイオンを生成する複数個のプラス電極と、
除電装置本体に設けられ、負電圧が印加されてマイナスイオンを生成する複数個のマイナス電極と、
除電装置本体に設けられ、イオン搬送用の気体流を噴射する複数個の気体噴口と、
金属製で非接地の金属導電板と、
を備え、
気体噴口をプラス電極とマイナス電極との間に配置し、かつ、絶縁物の樹脂材により形成された前記除電装置本体の外側を前記金属導電板が覆うことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る除電装置は、
請求項１記載の除電装置において、
プラス電極とマイナス電極との間に配置されて除電装置本体に設けられ、イオンバランスの状況を検知して検知信号を出力するイオンセンサと、
イオンセンサからの検知信号に基づいてイオンバランスコントロールするように、プラス電極に印加する正電圧および／またはマイナス電極に印加する負電圧を調整する中央処理部と、
を備え、この中央処理部は、
検知信号に応じてプラス電極に印加する正電圧および／またはマイナス電極に印加する負電圧を調整し、イオンバランスをゼロバランスに調整することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る除電装置は、
請求項２に記載の除電装置において、
中央処理部に接続され、イオンバランスをゼロバランスに調整する通常モードに代えて、プラスイオンをマイナスイオンより多く発生させる、若しくは、プラスイオンだけを発生させてイオンバランスをアンバランスにするポジティブモード、または、マイナスイオンをプラスイオンより多く発生させる、若しくは、マイナスイオンだけを発生させてイオンバランスをアンバランスにするネガティブモードを設定する設定部を備え、中央処理部は、
ポジティブモードまたはネガティブモードに応じてプラスイオンとマイナスイオンを意図的にアンバランスに調整することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る除電装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の除電装置において、
プラス電極およびマイナス電極は気体噴口側に傾斜する放電針をそれぞれ備え、
気体噴口は除電対象に対して略垂直となるように気体流を噴射し、かつこの気体流上でプラス電極の放電針の延長線とマイナス電極の放電針の延長線とが交差することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る除電装置は、
請求項４に記載の除電装置において、
イオンセンサは棒状であって、
イオンセンサの直線軸方向は気体噴射方向と平行であり、かつイオンセンサの直線軸はプラス電極の放電針の延長線とマイナス電極の放電針の延長線とが交差するように取り付けられることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る除電装置は、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の除電装置において、
プラス電極とマイナス電極はともに同じ機械的構造を有する電極であって、
電気的絶縁体であり、かつ除電装置本体に機械的に連結される電極ホルダと、
電極ホルダの内部に配置される導電部と、
導電部と電気的に接続される二本の放電針と、
を備え、
二本の放電針はΛ字状に傾斜して配置されることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係る除電装置は、
請求項６に記載の除電装置において、
端部に配置される端部プラス電極と端部マイナス電極とはともに同じ機械的構造を有する電極であって、
電気的絶縁体であり、かつ除電装置本体に機械的に連結される電極ホルダと、
電極ホルダの内部に配置される導電部と、
導電部と電気的に接続される一本の放電針と、
を備え、
一本の放電針は気体噴口側に傾斜して配置されることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、大型の除電対象を高速かつ効率良く除電する直流方式気体噴射型除電装置を提供することができる。

続いて、本発明を実施するための最良の形態について図に基づいて説明する。図１は本発明を実施するための最良の形態の除電装置１の構造図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は底面図である。
除電装置１の外観は、図１で示すように、除電装置本体１０、プラス電極２０、マイナス電極３０、端部プラス電極４０、端部マイナス電極５０、気体噴口６０、金属導電板７０、イオンセンサ８０、気体導入口９０、外部入出力端子１００、電源電圧入力端子１１０、動作表示パネル１２０、を備えている。

除電装置本体１０は、横長でバー状に形成されている。なお、除電装置本体１０はバー状に限定されるものではなく、直方体状・立法対状・丸棒状等各種形態が可能である。
プラス電極２０は、除電装置本体１０に複数個取付けられており、正電圧が印加されてプラスイオンを斜め二方向（図１では左右斜め下方向）に生成する。
マイナス電極３０は、除電装置本体１０に複数個取付けられており、負電圧が印加されてマイナスイオンを斜め二方向（図１では左右斜め下方向）に生成する。
プラス電極２０とマイナス電極３０とは、電極間距離ａ離されて配置される。

端部プラス電極４０は除電装置本体１０に一個取付けられており、正電圧が印加されてプラスイオンを内側斜め一方向（図１では左斜め下方向）へ生成する。端部プラス電極４０とマイナス電極３０とは、電極間距離ａ離されて配置される。
端部マイナス電極５０は除電装置本体１０に一個取付けられており、負電圧が印加されてマイナスイオンを内側斜め一方向（図１では右斜め下方向）へ生成する。端部マイナス電極５０とプラス電極２０とは、電極間距離ａ離されて配置される。

気体噴口６０は、端部マイナス電極５０とプラス電極２０との略中間、プラス電極２０とマイナス電極３０との略中間、マイナス電極３０と端部プラス電極４０との略中間にそれぞれ配置され、気体噴口６０の直下に気体流を噴射する。この気体流は、例えば、塵埃等がフィルタにより除去された洗浄なエア流である。本形態では、図１（ｃ）で示すように、同じ箇所で二個の気体噴口６０が形成されている。なお、この個数は適宜調節可能である。

金属導電板７０は、導電性を有する金属製の板であり、絶縁樹脂材で形成された除電装置本体１０の外側を覆う。仮に金属導電板７０が無い構造の場合は、絶縁樹脂製の除電装置１０の表面に、プラス電極２０とマイナス電極３０との電界による静電誘導帯電が発生し、除電装置本体１０は部分的にプラス帯電やマイナス帯電が交互に分布し、除電装置本体１０の長さ方向に沿って部分的にイオンバランスに影響を及ぼす原因となっていた。
そこで、除電装置本体１０の樹脂表面に薄い金属導電板７０を貼り付けたことにより、プラス電極２０とマイナス電極３０との電界による静電誘導帯電電荷は金属導電板７０を流れて中和され、除電装置本体１０の長さ方向全体が同一電位になり、部分的にイオンバランスに影響を及ぼすことが無くなり、除電装置本体１０の長さ方向全体で均一なイオンバランスコントロールが可能となる。

また、金属導電板７０をアースに接続した場合、均一なイオンバランスコントロールの目的は達成されるが、プラス電極２０で発生したプラスイオンとマイナス電極３０で発生したマイナスイオンの一部が金属導電板７０に吸収されてアースに流れ除電速度に影響を及ぼすため、金属導電板７０はアースに接続しない不接地の構造とした。その結果、金属導電板７０による除電速度の影響は無く、しかもバーの長さ方向全体でイオンバランスを均一にすることができる。

イオンセンサ８０は、プラス電極２０とマイナス電極３０の間に配置され、イオンバランスの状況を検知して検知信号を出力する。イオンセンサ８０は棒状であって、イオンセンサ８０の直線軸方向は気体噴射方向と平行となるように取付けられる。
気体導入口９０は、外部からの供給エアを入力する。
外部入出力端子１００は、コネクタであって外部からの通信信号を受け付ける。
電源電圧入力端子１１０は、例えば、＋１２Ｖ入力用の４Ｐモジュラーコネクタであり、外部からの電源電圧Ｖ_Ｓを入力する。
動作表示パネル１２０は、動作状態を表示する。

続いて、除電装置１のエア系について説明する。図２は本形態の除電装置１のエア系ブロック図である。エア系は、図２で示すように、気体導入口９０にエア供給経路１３０が接続され、このエア供給経路１３０には複数の気体噴口６０が接続されるというものであり、圧縮空気である供給エアが導入され、気体噴口６０からエア流が出力される。

続いて、除電装置１の電気系について説明する。図３は本形態の除電装置１の電気系ブロック図である。除電装置１の電気系は、図３で示すように、電源系、信号処理系、放電系に分かれる。
電源系は、電源電圧入力端子１１０、電源電圧生成部１４０を備える。
信号処理系は、設定部１６０、外部入出力端子１００、中央処理部１５０、イオンセンサ８０を備える。
放電系は、プラス電極２０、マイナス電極３０、端部プラス電極４０、端部マイナス電極５０を備える。
電源電圧入力端子１１０を通じて電源電圧Ｖ_Ｓ （例えば＋１２Ｖ）が電源電圧生成部１４０へ入力されると、電源電圧生成部１４０は、低圧電源Ｖ_Ｌ（例えば＋５Ｖ）、プラス高圧電源＋Ｖ_Ｈ（例えば＋３ｋＶ〜＋７ｋＶ）、マイナス高圧電源−Ｖ_Ｈ（例えば−３ｋＶ〜−７ｋＶ）を生成し、低圧電源Ｖ_Ｌを信号処理系に、プラス高圧電源＋Ｖ_Ｈ、マイナス高圧電源−Ｖ_Ｈを放電系に供給する。特に放電系では、電流制限抵抗を介して高電圧が印加される。

続いて電極の構造について説明する。図４はプラス電極２０（マイナス電極３０）の断面構造図である。図１のＡ−Ａ’線の断面図である。プラス電極２０は、図４で示すように、電極ホルダ２１、導電部２２、接続ピン２３、回転ストッパ２４、コネクタネジ部２５、コネクタ２６、放電針２７を備える。マイナス電極３０は、プラス電極２０と同じ構造であり、電極ホルダ３１、導電部３２、接続ピン３３、回転ストッパ３４、コネクタネジ部３５、コネクタ３６、放電針３７を備える。電極構造の説明は。プラス電極２０のみとし、マイナス電極３０については、各構造に同じ名称を付すとともに重複する説明を省略する。

導電部２２は、電気的導電体である金属により形成されており、二カ所にめねじ部が、また、一カ所に電源電圧生成部１４０と電気的に接続するための接続ピン２３が設けられている。電極ホルダ２１は絶縁樹脂により形成されており、接続ピン２３と二カ所のめねじ部のみが露出するように導電部２２を被覆しており、二カ所のめねじ部が収納される二個の有底穴が形成されている。また、コネクタネジ部２５が形成されたコネクタ２６には、放電針２７が取付けられ、二個の有底穴内で導電部２２の二カ所のめねじ部にそれぞれコネクタネジ部２５が螺挿されて二本の放電針２７が導電部２２と電気的に接続された状態で収納される。この二本の放電針２７は、垂直軸に対してそれぞれ外側に角度θ傾斜している。このプラス電極２０が図１で示すように除電装置本体１０に取付けられるとき、除電装置本体１０に回転ストッパ２４とともにプラス電極２０を挿入して９０°回転させると回転ストッパ２４で回り止めがなされて固定され、同時に接続ピン２３が除電装置本体１０の電源電圧生成部１４０と電気的に接続される構造となっている。

続いて除電装置本体１０の最端部の電極の構造について説明する。図５は端部プラス電極４０（端部マイナス電極５０）の断面構造図である。端部マイナス電極５０については図１のＢ−Ｂ’線の断面図に相当し、端部プラス電極４０については図５と対称になる。端部プラス電極４０は、図５で示すように、電極ホルダ４１、導電部４２、接続ピン４３、回転ストッパ４４、コネクタネジ部４５、コネクタ４６、放電針４７を備える。端部マイナス電極５０は、プラス電極４０と同じ構造であり、電極ホルダ５１、導電部５２、接続ピン５３、回転ストッパ５４、コネクタネジ部５５、コネクタ５６、放電針５７を備える。これら端部プラス電極４０および端部マイナス電極５０の電極構造は、先に説明したプラス電極２０の放電針２７が一本となった構造である。端部プラス電極４０、端部マイナス電極５０ともに、図１で示すように、放電針４７，５７が矢印方向（内側）へ傾斜するように配置されている。これ以外については、端部プラス電極４０，端部マイナス電極５０については、各構成ともに同じ機能を有しており、同じ名称を付すとともに重複する説明を省略する。

続いて除電原理について説明する。図６Ａは除電原理を説明する説明図、図６Ｂは隣接するプラス電極とマイナス電極とによる逆帯電防止原理の説明図である。
図１，図６Ａで示すように除電装置本体１０では、プラス電極２０とマイナス電極３０とが交互に配置される。さらに、プラス電極２０の放電針２７の延長線と、マイナス電極３０の放電針３７の延長線と、が気体噴口６０からのエア流上で交差するように電極の放電針を配置する。延長線の傾斜角はθとなる。
上記のようにプラス電極２０とマイナス電極３０とは傾斜しており、図６Ａで示すように、両電極２０，３０付近で生成されたプラスイオン、マイナスイオンはクーロン力によって互いに接近する。そして図６Ｂに示すようにプラスイオンとマイナスイオンが中間領域で混ざる。通常はプラスイオンとマイナスイオンとを偏りなく生成するように、プラス高圧電源＋Ｖ_Ｈ、マイナス高圧電源−Ｖ_Ｈが調整されるため、プラスマイナスに偏りがなくなる。そして、このようにプラスマイナスに偏りがない中間領域に気体噴口６０からエア流を高速にて噴射して、除電対象１７０にイオンを吹き付けるため、プラスイオン・マイナスイオンが偏りなく到達し、逆帯電することなく除電される。また、除電対象１７０の表面を沿ってエア流とともにイオンが流れるため、バーの両端部を除いて偏り無く全体的に除電される。そして、図６Ａで示すように、プラス電極２０、マイナス電極３０が交互に配置され、プラス電極２０とマイナス電極３０との間に気体噴口６０が設けられているため、全体的にプラスイオンとマイナスイオンが偏り無く到達するため、逆帯電なく除電することができる。

一方、除電装置本体１０の両端の外側の空間のイオンバランスはプラス電極側はプラスイオンが多く、除電対象をプラス側に帯電させ逆にマイナス電極の外側はマイナスイオンが多く、除電対象をマイナスに帯電させる傾向がある。そこで、本形態の除電装置１では端部プラス電極４０と端部マイナス電極５０とは、プラス電極２０及びマイナス電極３０が有する２本の放電針のうち、除電装置１０の端面外側に向いている放電針を削除し、内側に向いている放電針１本だけ備える構造とした。その結果除電対象１７０の端部外側へ向けては不要なイオンを生成しないため、余分なイオンが無くなり除電装置本体１０の横長方向全体において、プラスイオンやマイナスイオンが偏る領域を出現させないため、従来では外側で著しかった逆帯電の傾向を抑えられる。

続いて信号処理系による処理について説明する。図１で示すように、イオンセンサ８０がプラス電極２０とマイナス電極３０との間に配置された状態で除電対象１７０側へ垂下しており、イオンバランスの状況を検知して検知信号を出力する。
中央処理部１５０は、イオンセンサ８０からの検知信号に基づいてイオンバランスコントロールするように、プラス電極２０・端部プラス電極４０に印加するプラス高圧電源＋Ｖ_Ｈや、マイナス電極３０・端部マイナス電極５０に印加するマイナス高圧電源−Ｖ_Ｈを調整する。

中央処理部１５０は、検知信号から、除電対象１７０がマイナスに偏って帯電していると判断した場合や、マイナスイオンが多く生成されていると判断される場合にはプラス電極２０・端部プラス電極４０に印加するプラス高圧電源＋Ｖ_Ｈをより高電圧に昇圧させて（例えば＋３ｋＶから＋５ｋＶへ昇圧して）プラスイオンを増加させたり、または、マイナス電極３０・端部マイナス電極５０に印加するマイナス高圧電源−Ｖ_Ｈをより正側の高電圧に昇圧させて（例えば−５ｋＶから−３ｋＶへ昇圧して）マイナスイオンを減少させる。これらの何れか一方の実施、または両者の実施により、全体的にプラスイオンを増加させてプラスマイナスを均衡させ、イオンバランスをゼロバランスに調整した上で除電対象１７０を除電することができる。

また、同様に、検知信号から、除電対象１７０がプラスに偏って帯電していると判断した場合や、プラスイオンが多く生成されていると判断される場合にはプラス電極２０・端部プラス電極４０に印加するプラス高圧電源＋Ｖ_Ｈをより低電圧に降圧させて（例えば＋５ｋＶから＋３ｋＶへ降圧して）プラスイオンを減少させる。また、マイナス電極３０・端部マイナス電極５０に印加するマイナス高圧電源−Ｖ_Ｈをより負側の低電圧に降圧させて（例えば−３ｋＶから−５ｋＶへ降圧して）マイナスイオンを増加させる。これらの何れか一方の実施、または、両者の実施により、マイナスイオンを増加させてプラスマイナスを均衡させ、イオンバランスをゼロバランスに調整した上で除電対象１７０を除電することができる。

本形態では設定部１６０が中央処理部１５０に各種設定できるようになされている。この設定部１６０は各種形態を採用でき、例えば、無線式リモコン送信を利用した設定部１６０とし、プラス電極２０に印加するプラス高圧電源＋Ｖ_Ｈ および、マイナス電極３０に印加するマイナス高圧電源−Ｖ_Ｈを自在に加減できる機能を有している。
近年のＬＣＤやＰＤＰ等のフラットパネルディスプレイなどの除電対象１７０は一辺の長さが２０００ｍｍあるいはそれ以上の大きさのガラスであり、製造工程で発生してガラスに蓄積される電荷量はガラスの面積に比例して大きくなるため、従来技術の除電装置では短時間にゼロＶ近くまで除電することが困難な状況であった。しかしながら、ガラス等の除電対象１７０では、一定の決まった製造工程ではプラス帯電又はマイナス帯電のいずれか一方に帯電することが分かっている。

例えば図１１で示した従来技術の直流方式バー状除電装置２００’では、除電対象の帯電値と極性をイオンセンサ２０４で検知して、検知信号をフィードバックして、プラス帯電の場合はマイナスイオンを多く、マイナス帯電の場合はプラスイオンを多く出すことによって除電速度を速めていた。しかし、実際のＬＣＤ等の製造工程では、直流方式バー状除電装置２００’の除電領域をガラスが通過する時間が数秒程度であるため、帯電値をイオンセンサ２０４で検知してから、帯電値と反対極性のイオンを増しても除電対象の移動速度が速く、時間的にゼロＶ近くまで除電することが不可能であった。
本発明の除電装置１は、除電対象が予めプラスに帯電することが分かっている場合は、マイナスイオンをプラスイオンより常時多く出して空間電荷をマイナス状態にしておくことによって、プラスに帯電した除電対象１７０が除電領域を通過する際は空間に充満しているマイナスイオンを吸引して短時間にゼロＶ近くまで除電するようにした。なお、除電領域空間のプラス又はマイナスイオン濃度は、除電対象１７０の帯電量が大きい工程か、小さい工程か予め測定しておいて、イオン量が適量になるように数段階に切り換えてコントロールするようにしてもよい。

このため、この除電装置１は、外部入出力端子１００に接続される設定部１６０により、中央処理部１５０の設定を変更することができる。通常は、イオンバランスをゼロバランスに自動的に調整する通常モードが設定されているが、ポジティブモードやネガティブモードに設定することでアンバランスに調整することが可能となる。
ポジティブモードは、プラスイオンをマイナスイオンより多く発生させる、若しくは、プラスイオンだけを発生させてイオンバランスをアンバランスにするモードである。
ネガティブモードは、マイナスイオンをプラスイオンより多く発生させる、若しくは、マイナスイオンだけを発生させてイオンバランスをアンバランスにするモードである。

ポジティブモードに設定された場合、中央処理部１５０は、プラス電極２０・端部プラス電極４０に印加する正電圧をより高電圧に昇圧して（例えば＋３ｋＶから＋５ｋＶへ昇圧して）プラスイオンを増加させる。また、マイナス電極３０・端部マイナス電極５０に印加する負電圧をより正側の高電圧に昇圧して（例えば−５ｋＶから−３ｋＶへ昇圧して）マイナスイオンを減少させる。これらの何れか一方の実施、または両者の実施により、プラスイオンを増加させ、プラスイオンとマイナスイオンを意図的にアンバランスに調整する。

ネガティブモードに設定された場合は、中央処理部１５０は、プラス電極２０・端部プラス電極４０に印加する正電圧をより低電圧に降圧して（例えば＋５ｋＶから＋３ｋＶへ降圧して）プラスイオンを減少させる。または、マイナス電極３０・端部マイナス電極５０に印加する負電圧をより負側の高電圧へ降圧して（例えば−３ｋＶから−５ｋＶへ降圧して）マイナスイオンを増加させる。これらの何れか一方の実施、または両者の実施により、マイナスイオンを増加させ、プラスイオンとマイナスイオンを意図的にアンバランスに調整する。

続いて本形態の除電装置１による逆帯電の抑止傾向について図を参照しつつ説明する。図７は逆帯電を検証する実験装置の説明図、図８は実験結果であるイオンバランス分布図、図９は実験結果である除電時間−位置特性図である。図７で示すように除電装置１によりプラスイオン・マイナスイオンを発生させ、除電距離Ｌ＝３００ｍｍまたは１０００ｍｍ離れたＡ_０，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｅ_０にＣＰＭ（帯電プレートモニタ）をそれぞれ配置し、各点のＣＰＭ電圧を計測してイオンバランス分布を調査した。このＣＰＭは帯電プレートの寸法が１５ｃｍ×１５ｃｍで静電容量が２０ｐＦとなっている。この実験装置は、図１２で示した実験装置と同じである。

除電装置１の除電範囲におけるプラスイオン・マイナスイオンのイオンバランス分布は、図８に示すようになる。このイオンバランス分布からも明らかなように、放電針から除電対象までの除電距離が長い場合（Ｌ＝１０００ｍｍ）と除電距離が短い場合（Ｌ＝３００ｍｍ）ともにＣＰＭ電圧がほぼ同じ傾向を示しており、近距離にしても逆帯電を抑止している。これはエア流がプラスイオンとマイナスイオンとの再結合が発生する前に高速にイオンを到達させるため、除電距離の長短の影響を取り除いているからである。
また、Ａ_０，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｅ_０ では特に除電対象１７０の端部であるＡ，ＥでＣＰＭ電圧が高い傾向が見て取れるが、それでも＋１０Ｖ〜−１０Ｖとの範囲に収まっており、図１２のように従来技術の＋８００Ｖ〜−８００ＶのＣＰＭ電圧と比較しても、除電距離３００ｍｍでも逆帯電の発生をなくしてイオンバランスを著しく改善している。
また、逆帯電が起こらないことや、大量のイオンをエア流にのせて高速に除電対象に到達させるため、除電時間も減らすことができ、図９で示すように、放電針から除電対象までの除電距離が長くても除電時間が充分短い（約９秒）上に、除電距離の短縮により除電時間がさらに短くなり、短時（約４秒）間で所定の除電を達成できる。

以上本形態の除電装置１について説明した。本形態では、バー状の除電装置本体１０を有する除電装置１のイオン発生方式をイオン再結合が少ない直流方式とし、生成されたプラスイオンとマイナスイオンとを混在させてエア流で除電対象１７０に吹き付けることで、除電対象１７０と除電装置本体１０との距離を短くしても直流方式バー状除電装置による部分帯電が従来よりも格段に少なくなるようにしたため、イオンバランス分布を均衡させつつ除電時間の短縮化を実現させ、除電対象の大型化にも対処できる。

続いて、より実際の形態に近い実施例１を掲げて説明する。
図１で示した除電装置１は、特に、プラス電極２０とマイナス電極３０との電極設置間隔ａを約４０ｍｍ〜５０ｍｍ、プラス電極２０（マイナス電極３０）から除電対象１７０までの除電距離Ｌを３００ｍｍ、気体噴口６０を直径０．３ｍｍとし、流速の速い気体を噴射させて、イオンを速く除電対象１７０に到達させる構造とした。これは従来技術の直流方式バー状除電装置２００に比べて、プラス電極２０，マイナス電極３０の間隔を短く配置してある。従来技術の直流方式バー状除電装置２００，２００’では、イオンの再結合を防ぐためにプラス電極２０とマイナス電極３０との電極間距離ａを一定距離以上離間させる構造であったが、この代償として、プラスイオンとマイナスイオンの吸引力が弱く、プラスイオン領域とマイナスイオン領域が形成され、除電対象への除電距離Ｌが３００ｍｍ程の距離においては、局部的にプラス、マイナスの逆帯電が発生し、除電対象１７０に悪影響を及ぼす原因となっていた。

一方本形態ではプラス電極２０の放電針２７でプラス高圧電源＋Ｖ_Ｈが、マイナス電極３０の放電針３７でマイナス高圧電源−Ｖ_Ｈが、それぞれ連続的に印加され、放電針２７，３７の先端でコロナ放電を発生させて空気中の分子をイオン化し、プラス極の放電針２７近傍はプラスイオンが生成され、マイナス極の放電針３７近傍ではマイナスイオンが生成される。発生したプラスイオンとマイナスイオンは吸引されて中間領域へ集まり、この中間領域のプラスイオンとマイナスイオンはエア流で同時に搬送されるため、近距離においてもプラス、マイナスの部分的な逆帯電がほとんど発生しない。しかも直径０．３ｍｍの極小の穴から気体が噴射されるため気体の流速が速い、つまりイオン搬送速度が速いため、プラスイオンとマイナスイオンとの再結合率が極めて低く、１５００ｍｍ〜２０００ｍｍの長い除電距離でも、バランス良くイオンを搬送することができて高効率の除電が可能となった。また除電装置本体１０内に導入する供給エアの圧力を調節することで、イオン搬送速度を自在にコントロールすることができるので、使用場所に対して最適な除電能力を実現することが可能となった。

また、除電装置１はイオンバランスの変動を自動コントロールするためのイオンセンサ８０を、プラス電極２０の放電針２７とマイナス電極３０の放電針３７との中間点に備える。このイオンセンサ８０の構造は直径２〜３ｍｍ、長さ４０ｍｍ〜５０ｍｍの金属製丸棒で、取付角度は噴射気体のエア流の流れ方向（垂線方向）と平行とした。イオンセンサ８０の数は除電装置本体１０の中心でプラス電極２０とマイナス電極３０の中間点に１本、端部マイナス電極５０とプラス電極３０の中間点に１本、マイナス電極３０と端部プラス電極４０との中間点に１本、合計３本とすることで、除電装置本体１０の横長方向全体のイオンバランスの傾きをほぼ均一な分布状態に保つように自動コントロールすることが可能になった。イオンセンサ８０は除電装置本体１０にネジ込んで取り付ける方式で、価格的に安価な経済的な構造になっている。

また、除電装置１の金属導電板は両側面厚さ０．３ｍｍのステンレス製の導電板とし、絶縁樹脂製の除電装置本体１０に貼り付けている。プラス電極２０のプラス放電針２７とマイナス電極３０のマイナス放電針３７の電界による静電誘導帯電電荷は金属導電板７０を流れて中和され、除電装置本体１０の横長方向全体が同一電位になり、部分的にイオンバランスに影響を及ぼすことが無く、除電装置本体１０の横長方向全体で均一なイオンバランスコントロールが可能となった。

このような実施例１によれば、プラス電極２０の放電針２７、マイナス電極３０の放電針３７を近距離で対向させた状態でプラスイオンとマイナスイオンとを生成させると、プラスイオンとマイナスイオンとは吸引作用で近づくが、気体噴口６０の直径０．３ｍｍの孔から噴射する高速気体でプラスイオン、マイナスイオンを同時に除電対象１７０まで搬送し、イオンバランスの良い、除電時間の速い直流方式バー状の除電装置１を提供することが可能になった。

プラス電極２０の放電針２７、マイナス電極３０の放電針３７を近距離で対向させることで、イオン発生用の高電圧±Ｖ_Ｈを±３ｋＶまで下げることが可能になり印加高電圧が下がったことで、スパッター現象による放電針先端の消耗と、放電針先端のバーティクル付着を軽減させることができた。更に電圧を下げたことで、バー本体内部の高圧リークの危険性も大幅に低下し、製品寿命を長くすることが可能になった。

生成された空気中のプラスイオン・マイナスイオンは、電極間距離ａが短いためお互いの吸引力の作用で空気噴射口のある電極間に移動する。
さらに、電極間に移動したプラスイオン・マイナスイオンは、直径０．３ｍｍの穴から噴射される高速の気体の流れに乗って、同時に除電対象まで搬送されるため、プラスイオン・マイナスイオンをバランス良く供給することが可能になった。

また、本発明品では、バー本体の両側面に０．３ｍｍの厚さのＳＵＳ製の導電板を貼ることで、放電電極によるバー本体側面の誘導帯電値を均一化することと、バーの中心、両端３本のイオンバランスセンサーでイオンバランスを測定して、イオンバランスコントロール回路でコントロールすることで、バーの長さ方向のイオンバランスの勾配を±１０Ｖまでに抑え、ほぼ均一化することが可能となった。

以上本発明の実施形態について説明した。しかしながら、本発明では各種の変形が可能である。
例えば、プラス電極２０と、マイナス電極３０と、端部プラス電極４０と、端部マイナス電極５０の傾斜角θを１５°，３０°，４５°，６０°というように複数種類を準備しておけば、必要に応じて最適な傾斜角θを有するプラス電極２０と、マイナス電極３０と、端部プラス電極４０と、端部マイナス電極５０を取付けて除電装置１を構成でき、製品のバリエーションを増やすことができる。
また、本形態ではダウンフローがないものとして説明した。しかしながら、ダウンフローを送風する送風手段を除塵装置１の上に配置して、さらに速く除塵対象１７０へイオンを到達させるようにしても良い。

本発明を実施するための最良の形態の除電装置の構造図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は底面図である。 本発明を実施するための最良の形態の除電装置のエア系ブロック図である。 本発明を実施するための最良の形態の除電装置の電気系ブロック図である。 プラス電極（マイナス電極）の断面構造図である。 端部プラス電極（端部マイナス電極）の断面構造図である。 除電原理を説明する説明図である。 隣接するプラス電極とマイナス電極とによる逆帯電防止原理の説明図である。 逆帯電を検証する実験装置の説明図である。 実験結果であるイオンバランス分布図である。 実験結果である除電時間−位置特性図である。 従来技術の直流方式バー状除電装置の構造図である。 他の従来技術の直流方式バー状除電装置の構造図である。 逆帯電を検証する実験装置の説明図である。 実験結果であるイオンバランス分布図である。 実験結果である除電時間−位置特性図である。

符号の説明

１：除電装置
１０：除電装置本体
２０：プラス電極
２１：電極ホルダ
２２：導電部
２３：接続ピン
２４：回転ストッパ
２５：コネクタネジ部
２６：コネクタ
２７：放電針
３０：マイナス電極
３１：電極ホルダ
３２：導電部
３３：接続ピン
３４：回転ストッパ
３５：コネクタネジ部
３６：コネクタ
３７：放電針
４０：端部プラス電極
４１：電極ホルダ
４２：導電部
４３：接続ピン
４４：回転ストッパ
４５：コネクタネジ部
４６：コネクタ
４７：放電針
５０：端部マイナス電極
５１：電極ホルダ
５２：導電部
５３：接続ピン
５４：回転ストッパ
５５：コネクタネジ部
５６：コネクタ
５７：放電針
６０：気体噴口
７０：金属導電板
８０：イオンセンサ
９０：気体導入口
１００：外部入出力端子
１１０：電源電圧入力端子
１２０：動作表示パネル
１３０：エア供給経路
１４０：電源電圧生成部
１５０：中央処理部
１６０：設定部
１７０：除電対象

Claims (7)

1. 直流電圧によるコロナ放電式の除電装置であって、
   除電装置本体と、
   除電装置本体に設けられ、正電圧が印加されてプラスイオンを生成する複数個のプラス電極と、
   除電装置本体に設けられ、負電圧が印加されてマイナスイオンを生成する複数個のマイナス電極と、
   除電装置本体に設けられ、イオン搬送用の気体流を噴射する複数個の気体噴口と、
   金属製で非接地の金属導電板と、
   を備え、
   気体噴口をプラス電極とマイナス電極との間に配置し、かつ、絶縁物の樹脂材により形成された前記除電装置本体の外側を前記金属導電板が覆うことを特徴とする除電装置。
2. 請求項１記載の除電装置において、
   プラス電極とマイナス電極との間に配置されて除電装置本体に設けられ、イオンバランスの状況を検知して検知信号を出力するイオンセンサと、
   イオンセンサからの検知信号に基づいてイオンバランスコントロールするように、プラス電極に印加する正電圧および／またはマイナス電極に印加する負電圧を調整する中央処理部と、
   を備え、この中央処理部は、
   検知信号に応じてプラス電極に印加する正電圧および／またはマイナス電極に印加する負電圧を調整し、イオンバランスをゼロバランスに調整することを特徴とする除電装置。
3. 請求項２に記載の除電装置において、
   中央処理部に接続され、イオンバランスをゼロバランスに調整する通常モードに代えて、プラスイオンをマイナスイオンより多く発生させる、若しくは、プラスイオンだけを発生させてイオンバランスをアンバランスにするポジティブモード、または、マイナスイオンをプラスイオンより多く発生させる、若しくは、マイナスイオンだけを発生させてイオンバランスをアンバランスにするネガティブモードを設定する設定部を備え、中央処理部は、
   ポジティブモードまたはネガティブモードに応じてプラスイオンとマイナスイオンを意図的にアンバランスに調整することを特徴とする除電装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の除電装置において、
   プラス電極およびマイナス電極は気体噴口側に傾斜する放電針をそれぞれ備え、
   気体噴口は除電対象に対して略垂直となるように気体流を噴射し、かつこの気体流上でプラス電極の放電針の延長線とマイナス電極の放電針の延長線とが交差することを特徴とする除電装置。
5. 請求項４に記載の除電装置において、
   イオンセンサは棒状であって、
   イオンセンサの直線軸方向は気体噴射方向と平行であり、かつイオンセンサの直線軸はプラス電極の放電針の延長線とマイナス電極の放電針の延長線とが交差するように取り付けられることを特徴とする除電装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の除電装置において、
   プラス電極とマイナス電極はともに同じ機械的構造を有する電極であって、
   電気的絶縁体であり、かつ除電装置本体に機械的に連結される電極ホルダと、
   電極ホルダの内部に配置される導電部と、
   導電部と電気的に接続される二本の放電針と、
   を備え、
   二本の放電針はΛ字状に傾斜して配置されることを特徴とする除電装置。
7. 請求項６に記載の除電装置において、
   端部に配置される端部プラス電極と端部マイナス電極とはともに同じ機械的構造を有する電極であって、
   電気的絶縁体であり、かつ除電装置本体に機械的に連結される電極ホルダと、
   電極ホルダの内部に配置される導電部と、
   導電部と電気的に接続される一本の放電針と、
   を備え、
   一本の放電針は気体噴口側に傾斜して配置されることを特徴とする除電装置。
   

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