JP4308610B2

JP4308610B2 - イオン発生装置

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Publication number: JP4308610B2
Application number: JP2003309686A
Authority: JP
Inventors: 一雄小辻
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: JP2005078990A; US7408562B2; TW200510246A; CN1846337A; US20070006478A1; TWI316921B; CN100524990C; KR101048589B1; KR20060119921A; WO2005025022A1

Description

本発明は、電子部品などの種々の部材から静電気を除電するために使用されるイオン化空気を生成するイオン発生装置に関する。

半導体チップなどの電子部品の製造や組立を行う場合に、電子部品やその製造および組立を行う治具などに静電気が発生すると、電子部品の製造や組立作業を円滑に行うことができない。そこで、イオナイザあるいはイオン発生器とも言われるイオン発生装置を用いて除電が必要となる部材にイオン化された空気すなわちイオン化空気を吹き付けるようにしている。除電つまり静電気を除去する必要がある部材としては、前述した電子部品以外に、空気や液体を案内するパイプ、ロボットやパーツフィーダなどの機械における稼働部などがあり、帯電された状態のそれぞれの部材表面にイオン化空気を供給することにより帯電を中和することができる。

このような用途で使用されるイオン発生装置には、イオン化空気をチューブやパイプで所定の除電部位に案内するようにしたブロータイプと、イオン発生装置の吹き出し口からファンによってイオン化空気を吹き出すようにしたファンタイプがある。ブロータイプのイオン発生装置は、空気を案内する貫通孔が形成された導体からなるヘッドと、ヘッドの貫通孔に向けて突出して配置される導体からなる放電針とを有しており、ヘッドの貫通孔の内面には絶縁部材が取り付けられている。ヘッドにはホースやパイプなどを接続する継手が取り付けられるようになっており、ホースなどを介して所定の帯電部位にイオン化空気が案内される。一方、ファンタイプのイオン発生装置は、空気案内路を形成するダクトと、このダクトの内部に配置される放電針とを有しており、イオン化空気はダクトに案内されて所定の帯電部位に案内される。

いずれのタイプにあっても、イオンを発生させる基本構成としては、放電針に数ｋＶ以上の交流電圧（またはパルス状の直流電圧）を印加させてコロナ放電を起こさせることにより、コロナ放電の電界によって空気流路内を流れる空気をイオン化するものとなっている。

しかしながらイオン化空気を大量に生成させる場合には、空気流路内における流通空気の流通量を増加させることが必要であり、それにより圧力や流速が増加する影響で放電針の周囲におけるコロナ放電が不安定となってしまう。その結果、生成したイオン化空気においてもプラスイオンとマイナスイオンの数の比率つまりイオンバランスが偏りやすくなり、除電性能などが低下する問題があった。

本発明の目的は、イオン化空気を大量に生成する場合でもイオンバランスを安定させることのできるイオン発生装置を提供することにある。

本発明のイオン発生装置は、装置本体に形成された流体流入口に連通して移送流体が流通する貫通孔が形成された導体ブロー管と、前記装置本体に取り付けられ、前記貫通孔内に配置される放電針と、前記放電針を収容する円筒形状の収容管部を備え、前記貫通孔との間で流体案内流路を形成する移送流体誘導部材とを有し、前記流体流入口から前記貫通孔内に流入して前記流体案内流路を流れる前記移送流体の流通方向における前記移送流体誘導部材の下流側端部を、前記放電針の尖端部の周辺に形成されるコロナ発生領域よりも前記流通方向の上流側に設け、前記下流側端部に、前記コロナ発生領域よりも外周側に前記移送流体を偏向させて誘導するテーパ形状の誘導テーパ部を設け、前記移送流体を前記コロナ発生領域に直接当てないようにしたことを特徴とする。

本発明のイオン発生装置は、前記貫通孔の内周面に嵌合される円筒形状の絶縁部材を有し、前記絶縁部材と前記移送流体誘導部材との間を前記移送流体が流れることを特徴とする。

本発明のイオン発生装置は、送風機が組み込まれた装置本体と、前記装置本体に取り付けられ、前記送風機から吐出される移送流体を外部に案内するダクトと、前記移送流体の流通方向に直交する方向に前記ダクト内に取り付けられる放電針と、前記ダクト内に前記放電針に対向して取り付けられる対向電極と、前記放電針の尖端部の周辺に形成されるコロナ発生領域よりも前記移送流体の前記流通方向の上流側に位置させて前記送風機と前記放電針との間に前記放電針に平行に取り付けられ、前記尖端部を隠す移送流体誘導部材とを有し、前記移送流体を前記コロナ発生領域に直接当てないようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、移送流体誘導部材は空気の流れをコロナ発生領域に直接当てないようその外周側に偏向させて誘導するようになっており、そのためイオン化空気を大量に生成する場合でもコロナ発生領域における圧力や流速をほとんど変化させずにイオンバランスを安定させることができる。

また本発明によれば、移送流体誘導部材はその下流側端部がコロナ発生領域と同じ位置の放電針の尖端部よりも上流側に位置しているため、コロナのすぐ外周に流通する空気によりイオンが良好に搬送されてイオンバランスがより安定する。

また本発明によれば、移送流体誘導部材は空気の流れをコロナ発生領域に直接当てないよう空気の流れを分割して放電針全体およびコロナ発生領域の側方向に偏向させて誘導するようになっており、そのためイオン化空気を大量に生成する場合でもコロナ発生領域における圧力や流速をほとんど変化させずにイオンバランスを安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるイオン発生装置を示す概略断面図である。本実施の形態のイオン発生装置は、移送流体に大気空気を用いてイオン化空気を生成するものであり、また生成したイオン化空気をパイプ型ノズルなどを介して所定箇所へ局所的に噴射させることのできるブロータイプのものである。

図１に示すように、イオン発生装置１は、金属や導電性材料などの導体からなるヘッド２が取り外し自在に装着される装置本体３を有している。この装置本体３は樹脂やセラミックなどの絶縁材料により形成されており、導体ブロー管としてのヘッド２には装置本体３に形成されたねじ孔４にねじ結合される雄ねじ部５が形成されている。ヘッド２は中空となっており、装置本体３に形成された空気流入口６（流体流入口）に連通する貫通孔７を有している。

空気流入口６には、ファンやコンプレッサなどの空気供給源８が空気導入路９により接続されており、空気導入路９には空気供給源８から供給される圧縮空気中のゴミなどの異物を除去するためのフィルタ１０が設けられている。

装置本体３には放電針１１が取り付けられており、この放電針１１はその尖端部１１ａを含むほとんどの部分がヘッド２の貫通孔７内に配置されている。導体からなるヘッド２と放電針１１はそれぞれ放電電極を構成しており、これらには放電に必要な電圧を供給可能な電源ユニット１２が接続されている。

ヘッド２には絶縁部材として円筒形状のブッシュ１３が組み込まれており、このブッシュ１３の外周面は貫通孔７の内周面に嵌合して取り付けられている。ブッシュ１３の内周面は空気導入路９を介して空気供給源８に連通する空気案内流路１４（流体案内流路）となっている。したがって、空気供給源８から供給された圧縮空気はブッシュ１３の一端部から他端部に向けて流れることになる。

ブッシュ１３よりも空気の流通方向の上流側位置に、樹脂やセラミックなどの絶縁材料で構成する空気導入部材１５がヘッド２の貫通孔７の内周面に嵌合して取り付けられている。この空気導入部材１５は、上流側に位置する円板形状の均等噴射部１６と、放電針１１のほとんどを内径側に収容する配置の円筒形状の収容管部１７と、この収容管部１７の下流側端部にテーパ形状に形成された誘導テーパ部１８が形成されたものであり、これらのうちの収容管部１７と誘導テーパ部１８が移送流体誘導部材を構成している。

均等噴射部１６は、その外周をヘッド２の貫通孔７の内周面に嵌合され、かつその両端面が装置本体３とヘッド２に挟まれて固定されており、それによって空気導入部材１５全体が固定設置されている。均等噴射部１６の中央に収容管部１７が配置されており、その内部に放電針が貫通するようになっている。均等噴射部１６の上流側端面には同心状の流通環状溝１６ａが形成され、下流側端面には複数の流通孔１６ｂが周方向に均等な配置で形成されており、装置本体３の空気流入口６はこれら流通環状溝１６ａと流通孔１６ｂを介して貫通孔７に連通している。収容管部１７の下流側端部に位置する誘導テーパ部１８は、下流側に向けて径が大きくなる傾きのテーパで形成されており、その下流側端部は放電針１１の尖端部１１ａよりも上流側に位置している。

ブッシュ１３より下流側にはノズル継手１９がヘッド２の貫通穴７にねじ結合されており、このノズル継手１９はヘッド２の先端面から突出する突出ねじ部１９ａを有するとともに、ブッシュ１３の空気案内流路１４に連通する連通孔２０を有している。このノズル継手１９はヘッド２から着脱自在であり、また突出ねじ部１９ａに図示しないパイプ型ノズルなどを着脱交換できるようになっている。

以上の構成のイオン発生装置１は、帯電部位に供給して除電するためのイオン化空気を生成するものである。

以下に本実施の形態のイオン発生装置１の作動について説明する。図１において、放電電極を構成するヘッド２と放電針１１に電源ユニット１２から数ｋＶ以上の交流電圧を供給することで、これらの放電電極の間にコロナＣを発生するコロナ放電が起き、このコロナ放電によって空気案内流路１４内を流れる空気はイオン化されることになる。イオン化空気はノズル継手１９に装着する図示しないパイプ型ノズルなどを介してその先端から所定の帯電部位に供給することができ、それによりその部分の除電を行うことができる。

ここでコロナＣは放電針１１の尖端部１１ａの周辺位置付近に発生するものであり、空気導入部材１５の収容管部１７と誘導テーパ部１８はそのようなコロナ発生領域に対して空気案内流路１４内を流れる空気を直接当てないように流通方向を誘導するようになっている。つまり、収容管部１７が放電針１１に空気の流れを直接当てないよう保護し、誘導テーパ部１８が空気の流れをコロナ発生領域よりも外周側に偏向させて誘導するようになっている。これによりイオン化空気の生成を増減させるために空気の流通量を変化させた場合でも、コロナ発生領域における圧力や流速の変化をほとんど防ぐことができ、空気のイオン化つまりイオンの発生を常に安定維持することができる。特に圧力の増加により空気密度が高くなった場合に安定なコロナ放電が得られない不具合を防ぐことができるようになる。このような空気のイオン化の安定は、プラスイオンとマイナスイオンの発生量の比率つまりイオンバランスを安定させることになり、除電性能に対して理想とされるプラスイオンとマイナスイオンの同量発生状態に近づけることが可能となる。

図２は、本実施の形態のイオン発生装置１と、空気導入部材１５を備えていないイオン発生装置とで空気の供給圧力の変化に対するイオンバランスの変化を比較する図である。横軸は供給圧力の増減を示し、縦軸はイオンバランスをイオン化空気全体の電位で示している。この図において、空気導入部材１５を備えていないイオン発生装置の場合は、図中の破線で示すように供給圧力が増加するに従ってイオンバランスが大きく変化（図示する場合はマイナスに変化）してしまう。しかしそれと比較して空気導入部材１５（移送流体誘導部材）を備える本実施の形態のイオン発生装置１では、図中の実線で示すように供給圧力を増加させてもイオンバランスの変化は少なく、プラスイオンとマイナスイオンの同量発生状態に近い状態を安定維持することができる。

以上により本実施の形態のイオン発生装置１によれば、イオン化空気を大量に生成する場合でもイオンバランスを安定させることができることから、効率のよい除電性能が得られる。

また収容管部１７および誘導テーパ部１８で構成する移送流体誘導部材が尖端部１１ａを含む放電針１１全体を収容している場合には、コロナ放電により発生したイオンが良好に搬送されなくなるが、本実施の形態の備える誘導テーパ部１８はその下流側端部が放電針１１の尖端部１１ａよりも上流側に位置しているため、コロナＣのすぐ外周に流通する空気によりイオンが良好に搬送されてイオンバランスがより安定する。

また均等噴射部１６により、放電針１１の外周に対して周方向に均等に空気を流通させることができるため、コロナ放電により発生したイオンを良好に搬送させてイオンバランスをより安定させることができる。

なお、移送流体誘導部材は図１に示した収容管部１７および誘導テーパ部１８を組み合わせた構成に限られるものではなく、コロナ発生領域に対して空気案内流路１４内を流れる空気を直接当てないように流通方向を誘導するものであれば他の構成であってもよい。

たとえば図３に示す第１の変形例のように、均等噴射部２６をブッシュ２３の上流側に隣接配置し、収容管部２７の上流側端部に形成したねじ部２７ａで均等噴射部２６にねじ結合した構成とすることもできる。この場合も誘導テーパ部２８の下流側端部を放電針１１の尖端部１１ａよりも上流側に位置させることで、コロナＣから発生したイオンを良好に搬送させることができる。また図４に示す第２の変形例のように、均等噴射部を設けずに収容管部３７の上流側端部に形成したねじ部３７ａで装置本体３に直接ねじ結合して設置する構成としてもよい。

図５は他の実施の形態のイオン発生装置を示す概略断面図であり、図５（Ａ）は同図（Ｂ）におけるＡ−Ａ線に沿った平面断面図であり、図５（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った側面断面図である。本実施の形態のイオン発生装置は、ファンから送り込んだ大気空気を用いてイオン化空気を生成するものであり、また生成したイオン化空気をダクトから吹き出すようにしたファンタイプのものである。この図においては、図１に示したイオン発生装置１と共通する部材や形状部分には同一の符号が付されている。

図５に示すように、本実施の形態のイオン発生装置１０１は、送風機１０２を備える装置本体１０３と、装置本体１０３に取り付けられるダクト１０４と、ダクト１０４内に取り付けられる３本の放電針１１１と、各放電針１１１に対して相手側の対電極となる対極板１０７と、樹脂などで構成されて送風機１０２と各放電針１１１のそれぞれの間の位置に取り付けられる流通空気誘導部材１０５とを有している。

装置本体１０３は、ハウジング１０６の内部に、大気から空気を取り込む送風機取り入れ口１０２ａとダクト１０４内に空気を吐出する送風機吹き出し口１０２ｂを有する送風機１０２、および電源ユニット１１２を備えている。電源ユニット１１２は送風機１０２を回転駆動するための図示しないモータに電力を供給するとともに、放電に必要な電力を得る電力変換器を内部に有している。

ダクト１０４は略四角筒形状に形成されており、ハウジング１０６に取り付けられて送風機吹き出し口１０２ｂから吐出された空気をダクト吹き出し口１０４ａを介して外部に案内できるようになっている。３本の放電針１１１は、互いに並列な配置となって導体である電極固定板１０８に直立に固定されており、電極固定板支持台１０９に支持されて送風機吹き出し口１０２ｂからダクト吹き出し口１０４ａへ流れる空気の流通方向に直交する配置となっている。導体板である対極板１０７は各放電針１１１の尖端部１１１ａに直交対向して離間する配置でダクト４内に固定されている。各放電針１１１と対極板１０７がそれぞれ放電電極を構成し、これらには電源ユニット１１２の電力変換器に接続されている。

各流通空気誘導部材１０５は、放電針１１１の尖端部１１１ａの周辺位置に発生するコロナＣよりも十分大きな径の円筒をほぼ半割りにした形状の移送流体誘導部材であり、それぞれの放電針１１１と送風機１０２との間に各放電針１１１と平行な配置でダクト１０４に固定されている。また半割り円筒形状の流通空気誘導部材１０５は内径側を放電針１１１に向け、その下流側端部は放電針１１１の中心軸よりも上流側に位置し、送風機１０２側から見て放電針１１１の尖端部１１１ａを隠すようになっている。

以下に本実施の形態のイオン発生装置１０１の作動について説明する。図５において、放電電極を構成する対極板１０７と放電針１１１に電源ユニット１１２から数ｋＶ以上の交流電圧を供給することで、これらの放電電極の間にコロナ放電が起き、ダクト１０４内を流れる空気はイオン化されてダクト吹き出し口１０４ａから吹き出されることになる。

ここでコロナＣは放電針１１１の尖端部１１１ａの周辺付近に発生するが、流通空気誘導部材１０５はそのようなコロナ発生領域に対してダクト１０４内に流れる空気を直接当てないようその流通方向を誘導するようになっている。つまり、円筒半割り形状の流通空気誘導部材１０５はそれぞれ空気の流れを分割して放電針１１１全体およびコロナ発生領域の側方向に偏向させて誘導するようになっている。これにより空気の流通量を増減変化させた場合でも、コロナ発生領域における圧力や流速の変化をほとんど防ぐことができ、したがってイオンバランスを常に安定維持することができる。

本実施の形態が備える流通空気誘導部材１０５もその下流側端部が放電針１１１の中心軸よりも上流側に位置していることから、コロナＣのすぐ側方に流通する空気によりイオンが良好に搬送されてイオンバランスがより安定する。

なお、移送流体誘導部材は上記の流通空気誘導部材１０５の円筒半割り形状の構成に限られるものではなく、コロナ発生領域に対してダクト１０４内に流れる空気を直接当てないように流通方向を誘導するものであれば他の構成としてもよい。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、供給される移送流体は圧縮空気（大気空気）以外にも窒素Ｎ₂ガスなどを利用してもよい。

本発明の一実施の形態であるイオン発生装置を示す概略断面図である。一実施の形態のイオン発生装置と、空気導入部材を備えていないイオン発生装置とで空気の供給圧力の変化に対するイオンバランスの変化を比較する図である。本発明の一実施の形態の第１変形例であるイオン発生装置を示す概略断面図である。本発明の一実施の形態の第２変形例であるイオン発生装置を示す概略断面図である。本発明の他の実施の形態のイオン発生装置を示す概略断面図であり、（Ａ）は（Ｂ）におけるＡ−Ａ線に沿った平面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った側面断面図である。

符号の説明

１イオン発生装置
２ヘッド（導体ブロー管）
３装置本体
４ねじ孔
５雄ネジ部
６空気流入口（流体流入口）
７貫通孔
８空気供給源
９空気導入路
１０フィルタ
１１放電針
１１ａ尖端部
１２電源ユニット
１３ブッシュ
１４空気案内流路（流体案内流路）
１５空気導入部材
１６均等噴射部
１６ａ流通環状溝
１６ｂ流通孔
１７収容管部（移送流体誘導部材）
１８誘導テーパ部（移送流体誘導部材）
１９ノズル継手
１９ａ突出ねじ部
２０連通孔
２３ブッシュ
２５空気導入部材
２６均等噴射部
２７収容管部（移送流体誘導部材）
２７ａねじ部
２８誘導テーパ部（移送流体誘導部材）
３５空気導入部材
３７収容管部（移送流体誘導部材）
３７ａねじ部
１０１イオン発生装置
１０２送風機
１０２ａ送風機取り入れ口
１０２ｂ送風機吹き出し口
１０３装置本体
１０４ダクト
１０４ａダクト吹き出し口
１０５流通空気誘導部材（移送流体誘導部材）
１０６ハウジング
１０７対極板（対電極）
１０８電極固定板
１０９電極固定板支持台
１１１放電針
１１１ａ尖端部
１１２電源ユニット
Ｃコロナ

Claims

装置本体に形成された流体流入口に連通して移送流体が流通する貫通孔が形成された導体ブロー管と、
前記装置本体に取り付けられ、前記貫通孔内に配置される放電針と、
前記放電針を収容する円筒形状の収容管部を備え、前記貫通孔との間で流体案内流路を形成する移送流体誘導部材とを有し、
前記流体流入口から前記貫通孔内に流入して前記流体案内流路を流れる前記移送流体の流通方向における前記移送流体誘導部材の下流側端部を、前記放電針の尖端部の周辺に形成されるコロナ発生領域よりも前記流通方向の上流側に設け、
前記下流側端部に、前記コロナ発生領域よりも外周側に前記移送流体を偏向させて誘導するテーパ形状の誘導テーパ部を設け、
前記移送流体を前記コロナ発生領域に直接当てないようにしたことを特徴とするイオン発生装置。
請求項１記載のイオン発生装置において、前記貫通孔の内周面に嵌合される円筒形状の絶縁部材を有し、前記絶縁部材と前記移送流体誘導部材との間を前記移送流体が流れることを特徴とするイオン発生装置。
送風機が組み込まれた装置本体と、
前記装置本体に取り付けられ、前記送風機から吐出される移送流体を外部に案内するダクトと、
前記移送流体の流通方向に直交する方向に前記ダクト内に取り付けられる放電針と、
前記ダクト内に前記放電針に対向して取り付けられる対向電極と、
前記放電針の尖端部の周辺に形成されるコロナ発生領域よりも前記移送流体の前記流通方向の上流側に位置させて前記送風機と前記放電針との間に前記放電針に平行に取り付けられ、前記尖端部を隠す移送流体誘導部材とを有し、
前記移送流体を前記コロナ発生領域に直接当てないようにしたことを特徴とするイオン発生装置。