JP4112270B2

JP4112270B2 - コロナ放電型イオナイザ

Info

Publication number: JP4112270B2
Application number: JP2002130707A
Authority: JP
Inventors: 一雄岡野
Original assignee: 一雄岡野
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: JP2003323996A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エミッタ（放電針）に高電圧を印加することによりコロナ放電を起こさせてイオンを発生させ、このイオンを半導体デバイス等の被除電物に送って被除電物を除電するコロナ放電型イオナイザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流式イオナイザのエミッタに正弦波状の交流高電圧を印加した場合、正負イオンの移動度の差（負イオンの移動度＞正イオンの移動度）などに起因して、エミッタを中心とした同心円の外側では負イオン濃度が大きくなり、同心円の内側では正イオン濃度が大きくなることが知られている。
また、エミッタに正負対称の電圧を印加した場合において、エミッタから外部の基準位置（電位をゼロとする）までの空間を考えると、上述した正負イオンの移動度の差により、負電圧印加時の負イオンの空間密度は正イオンの空間密度よりも小さくなる。このため、上記空間における負イオンによる電界は正イオンによる電界よりも小さくなり、相対的に、エミッタ付近における負電圧印加時の電界は正電圧印加時よりも大きくなるので、エミッタ付近から発生する負イオンの量は正イオンの量よりも多くなる。
【０００３】
上記のような現象により、交流式イオナイザでは、正負対称の正弦波電圧をエミッタに印加すると正負イオンのバランスが保てず負イオンの量が多くなるため、正弦波電圧にオフセット電圧を加える等の方法によってエミッタへの印加電圧を正負アンバランスにし、これによって結果的にイオンバランスを保つように調整していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば多数のエミッタが所定間隔で直線状に配置されたイオナイザバーにおいて、エミッタ群の中央部付近の下方のイオンバランスを保つように印加電圧のオフセット電圧を調整しても、前述したように中央部の周辺、すなわちイオナイザバーの端部付近では負イオンの量が多くなり、逆に、端部付近の下方のイオンバランスを保つようにオフセット電圧を調整したとしても、中央部付近の正イオンの量が多くなる。
従って、何れの方法を採ってもイオナイザバーの全域にわたって良好なイオンバランスを実現することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、オフセット電圧を調整する等の方法によらずにイオンバランスを保つことができるコロナ放電型イオナイザを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数のエミッタを備え、これらのエミッタに電圧を印加してコロナ放電により発生させたイオンを被除電物方向に送って被除電物を除電するコロナ放電型イオナイザであって、交流電圧が印加されるＡＣ用エミッタと直流電圧が印加されるＤＣ用エミッタとを混在させたコロナ放電型イオナイザにおいて、直線状または平面状に配置された複数のエミッタからなるエミッタ群の中央部から端部に向かうに従って前記ＤＣ用エミッタの密度を前記ＡＣ用エミッタの密度より高くしたものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のコロナ放電型イオナイザにおいて、ＤＣ用エミッタに正の電圧を印加することを特徴とする。
【０００８】
更に、請求項３に記載するように、ＤＣ用エミッタの先端部近傍に、このエミッタとの間の距離を可変とした接地電極を配置すれば、被除電物に到達するイオンの量、言い換えれば被除電物表面のイオンバランスを粗調整することができる。
また、請求項４に記載するごとく、エミッタ群の少なくとも中央部及び端部に位置するＤＣ用エミッタの下方に、イオン濃度測定用のセンサをそれぞれ配置し、これらのセンサにより測定したイオン濃度に応じてＤＣ用エミッタに印加する直流電圧を制御するようにすれば、イオンバランスの一層の微調整が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１、図２は本発明の基本原理を示す図であり、図１は複数のエミッタを直線状に配置した場合、図２は平面状に配置した例である。
【００１０】
図１において、本発明では、例えば形状及び材質が等しい複数のエミッタ１０を直線状に配置してイオナイザバー２０を構成する場合、エミッタ群を交流電圧が印加されるエミッタ（以下、ＡＣ用エミッタという）と直流電圧が印加されるエミッタ（以下、ＤＣ用エミッタという）とに分け、中央部から両端部に向かうに従ってＤＣ用エミッタの密度をＡＣ用エミッタの密度よりも高くする。例えば、図１の例では、エミッタ群のうちイオナイザバー２０の両端部のエミッタ１０ＥをＤＣ用エミッタとし、それ以外のエミッタ１０をＡＣ用エミッタとする。
そして、ＤＣ用エミッタには正の直流電圧を印加するものとする。
【００１１】
前述したように、ＡＣ用エミッタのそれぞれに着目すると、個々のエミッタを中心とした同心円の外側に負イオンが多く発生するため、図１のエミッタ群のすべてがＡＣ用エミッタである場合には、イオナイザバー２０の両端部付近で負イオンの量が多くなる。従って、本発明では、両端部に向かうほどＤＣ用エミッタの密度を高くし、このＤＣ用エミッタに正電圧を印加して正イオンを発生させることにより、負イオンを相殺してイオンバランスを保つようにした。
【００１２】
また、図２に示すように多数のエミッタ１０が平面状に配置されてエミッタ群を構成している場合、例えば複数のイオナイザバーが並設されているような場合には、縦横両方向について、中央部から両端部に向かうに従いＤＣ用エミッタの密度を高くする。更に、必要に応じて対角線方向についても、中央部から両端部に向かうに従いＤＣ用エミッタの密度を高くする。そして、ＤＣ用エミッタには正の直流電圧を印加する。
これにより、図１の場合と同様に、端部に多く発生する負イオンがＤＣ用エミッタからの正イオンによって相殺され、イオンバランスが保たれるようになる。
【００１３】
次に、図３は本発明の一実施形態を示す主要部の説明図であり、図１で説明した原理を具体化したものである。
図３において、イオナイザバー２０には複数のエミッタが配置され、その長手方向の中央部及び両端部のエミッタ１０ＤをＤＣ用エミッタ、その他のエミッタをＡＣ用エミッタ１０Ａとしてある。また、これらのエミッタ１０Ａ，１０Ｄの下方には被除電物３０が配置されている。
ここで、エミッタ群を構成するＡＣ用エミッタ１０Ａ、ＤＣ用エミッタ１０Ｄの本数や位置は図示例に何ら限定されるものではないが、要は、直線状に配置されたエミッタ群のうち、端部に向かうに従ってＤＣ用エミッタ１０Ｄの密度がＡＣ用エミッタ１０Ａの密度より大きければ良い。
【００１４】
ＤＣ用エミッタ１０Ｄの先端部近傍には、接地電極としての制御リング６１〜６３が同軸上に配置されている。これらの制御リング６１〜６３は軸方向に沿って移動可能であり、その移動によってＤＣ用エミッタ１０Ｄとの間の距離が変化する。
イオナイザバー２０の一端部及び中央部のＤＣ用エミッタ１０Ｄの下方には、イオン濃度センサ４１，４２が配置されており、これらのセンサ４１，４２の出力信号は可変直流電源５１，５２に入力されている。可変直流電源５１の出力端子は、イオナイザバー２０の両端部のＤＣ用エミッタ１０Ｄに接続され、可変直流電源５２の出力端子は、イオナイザバー２０の中央部のＤＣ用エミッタ１０Ｄに接続されている。
【００１５】
なお、この実施形態において、ＡＣ用エミッタ１０Ａは交流電源に接続されていると共に、エミッタ周辺に発生したイオンを被除電物３０方向へ送るための送風源が設けられているが、便宜上、交流電源や送風源の図示は省略してある。
【００１６】
上記構成において、ＡＣ用エミッタ１０Ａには交流の高電圧が印加され、正負のイオンが繰り返し発生するが、イオナイザバー２０の両端部付近において負イオン濃度が高くなるのを防止するために、可変直流電源５１により両端部のＤＣ用エミッタ１０Ｄに正電圧を印加し、正イオンを発生させて過剰な負イオンを打ち消すように動作させる。
また、イオナイザバー２０の中央部においては、両側のＡＣ用エミッタ１０Ａにより負イオン量が増加するので、可変直流電源５２により中央部のＤＣ用エミッタ１０Ｄに正電圧を印加して正イオンを発生させ、過剰な負イオンを打ち消すものである。
【００１７】
ここで、図４はＤＣ用エミッタ１０Ｄのイオン化電圧と電流との関係を示している。ＤＣ用エミッタ１０Ｄに正の直流電圧Ｖを印加してイオンを発生させる場合、イオン化電圧Ｖ_０を越えた時点で電流が急激に増加して正イオンの発生量が増加する。このため、単にＤＣ用エミッタ１０Ｄに印加する直流電圧を調節するだけでは正イオンの発生量を適切に制御することが困難であり、却って正イオンが過剰になる場合も生じ得る。
【００１８】
そこで、ＤＣ用エミッタ１０Ｄの先端部近傍に接地電極としての制御リング６１〜６３を設けることにより、ＤＣ用エミッタ１０Ｄから発生させた正イオンの一部を吸収させ、過剰な正イオンを除去して被除電物３０に到達しないようにしている。
更に、これらの制御リング６１〜６３を軸方向に移動させてＤＣ用エミッタ１０Ｄとの間の距離を調節することにより、制御リング６１〜６３による正イオンの吸収量を調節できるようにした。
【００１９】
また、最終的には被除電物３０の表面近傍における正負のイオンバランスを保つことが目的であるため、中央部及び一端部のＤＣ用エミッタ１０Ｄの下方であって被除電物３０の表面近傍にイオン濃度センサ４１，４２を配置し、これらのセンサ４１，４２により測定したイオン濃度を可変直流電源５１，５２にフィードバックしてＤＣ用エミッタ１０Ｄへ印加する直流電圧を調節し、イオンバランスの微調整を行っている。
【００２０】
このように、制御リング６１〜６３によって被除電物３０に到達する正イオンを粗調整し、かつ、イオン濃度センサ４１，４２による可変直流電源５１，５２へのフィードバック制御によって微調整を行うことにより、被除電物３０の表面における正負のイオンバランスを正確に保つことが可能である。
なお、ＤＣ用エミッタ１０Ｄに印加する直流電圧の大きさを調節してイオンバランス制御を行うことが困難な場合には、ＤＣ用エミッタ１０Ｄにパルス状の電圧を印加し、そのパルス幅を制御するようにしても良い。
また、図３の例では両端部のＤＣ用エミッタ１０Ｄに共通の可変直流電源５１から直流電圧を印加しているが、各エミッタ１０Ｄに個別の可変直流電源から直流電圧を印加しても良い。
【００２１】
図５は、本発明の実施形態が適用されるイオナイザバーの構成図であり、その両端部に向かうに従ってＤＣ用エミッタ１０Ｄの間に配置されるＡＣ用エミッタ１０Ａの本数を少なくすることによってＤＣ用エミッタ１０Ｄの密度を高くした例である。ここで、図３と同様に、ＡＣ用エミッタ１０Ａ、ＤＣ用エミッタ１０Ｄの本数や位置は何ら限定的なものではない。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、複数のエミッタに印加する交流電圧にオフセット電圧を加える等の方法によらず、一部のエミッタに直流電圧を加えることによってエミッタ群に対する全体的なイオンバランスを保つことができる。特に、オフセット電圧を加える場合にはエミッタ群の中央部または端部におけるイオンバランスが崩れるおそれがあるが、本発明ではＡＣ用エミッタとＤＣ用エミッタとを混在させること部分的、個別的な正負イオン濃度の是正が可能になり、良好なイオンバランス制御を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の原理を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図４】ＤＣ用エミッタのイオン化電圧と電流との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態が適用されるイオナイザバーの構成図である。
【符号の説明】
１０，１０Ｅエミッタ
１０ＡＡＣ用エミッタ
１０ＤＤＣ用エミッタ
２０イオナイザバー
３０被除電物
４１，４２イオン濃度センサ
５１，５２可変直流電源
６１，６２，６３制御リング

Claims

複数のエミッタを備え、これらのエミッタに電圧を印加してコロナ放電により発生させたイオンを被除電物方向に送って被除電物を除電するコロナ放電型イオナイザであって、
交流電圧が印加されるＡＣ用エミッタと直流電圧が印加されるＤＣ用エミッタとを混在させたコロナ放電型イオナイザにおいて、
直線状または平面状に配置された複数のエミッタからなるエミッタ群の中央部から端部に向かうに従って前記ＤＣ用エミッタの密度を前記ＡＣ用エミッタの密度より高くしたことを特徴とするコロナ放電型イオナイザ。
請求項１記載のコロナ放電型イオナイザにおいて、
ＤＣ用エミッタに正の電圧を印加することを特徴とするコロナ放電型イオナイザ。
請求項１または２記載のコロナ放電型イオナイザにおいて、
ＤＣ用エミッタの先端部近傍に、このエミッタとの間の距離を可変とした接地電極を配置したことを特徴とするコロナ放電型イオナイザ。
請求項１，２または３記載のコロナ放電型イオナイザにおいて、
直線状または平面状に配置された複数のエミッタからなるエミッタ群の少なくとも中央部及び端部に位置するＤＣ用エミッタの下方に、イオン濃度測定用のセンサをそれぞれ配置し、これらのセンサにより測定したイオン濃度に応じてＤＣ用エミッタに印加する直流電圧を制御する手段を備えたことを特徴とするコロナ放電型イオナイザ。