JP4412857B2

JP4412857B2 - 空気イオン化装置

Info

Publication number: JP4412857B2
Application number: JP2001028697A
Authority: JP
Inventors: 隆太岡本; 末男荒井
Original assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd
Current assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2021-02-05
Also published as: JP2002231495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気を除去するための空気イオン化装置に関し、特に、コロナ放電型の空気イオン化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コロナ放電型空気イオン化装置は、半導体、液晶、水晶振動子等の製造現場や、医療現場、薬品取扱場所、実験室等のクリーンルームにおいて、静電気を除去するための設備として用いられている。
【０００３】
しかしながら、コロナ放電型空気イオン化装置は、除電効果には優れるものの、放電電極廻りに不純物が発生するとの問題がある。例えば、正極ではスパッタリングによる電極の磨耗により発塵が、負極では浮遊粒子の付着や、シール剤に含まれるシロキ酸系ガスのような粒子化するガスを原因として発生した粒子の電極への付着、発塵が生じる。
【０００４】
そこで、この問題を解決するため、特開平９−１７５９３号公報が開示するような、粒子や粒子発生の原因となるガスを、洗浄空気や窒素ガス等のシースガスで吹き払う方法（シースエアタイプ）の提案がなされている。また、電極の磨耗による発塵対策については、石英電極、セラミック製電極などを用い、その対応を図っている。さらに、放電電極を用いない方法として、軟Ｘ線を用いる方法もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シースエアタイプでは、窒素ガスボンベなどの設備や、清浄空気を供給する設備などが必要になるので、設備が過大になる。また、電極の磨耗によって発生した粒子が室内（作業空間内）に飛散・拡散することを助長する危険性を孕んでいる。この問題は、石英電極やセラミック製電極等を用いても、これらの電極の磨耗を避け得ないために依然として残るものである。さらに、軟Ｘ線タイプでは、Ｘ線被爆の危険から作業者が在室する空間では使用することができない。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、比較的簡素な装置構成でありながら、静電気発生防止対象空間に塵埃を与えてしまうことを確実に防止でき、しかも、適用範囲に拘束がない空気イオン化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
静電気発生防止対象空間に配置され、コロナ放電により空気イオンを生成させるイオン化装置において、
コロナ放電電極と、この放電電極の空気イオン供給面よりも先端開口が前方に延在した状態で当該放電電極の周囲を覆う筒体と、を有し、
前記筒体は、外筒部と内筒部とを有し、
これら外筒部と内筒部との間の空隙に吸引排気手段が連結され、
前記内筒部の壁に前記放電電極側の空間と前記空隙とを連通する吸引口が形成され、
次記（Ａ）及び（Ｂ）の条件を満足するように構成されている、
ことを特徴とする空気イオン化装置。
（Ａ）ｚ・ｒ ₀ ・Ｖ／ｒ ₁ ² ＞Ｑ／Ａ ₁ 、
（Ｂ）ｚ・ｒ ₀ ・Ｖ／ｒ ₂ ² ＞Ｑ／Ａ ₂ 。
ここで、前記空気イオンの電気移動度をｚ（ｍ ² ／Ｖ・ｓ）、前記筒体による吸引量をＱ（ｍ ³ ／ｓ）、前記筒体の先端開口の断面積をＡ ₁ （ｍ ² ）、前記吸引口の断面積の総計をＡ ₂ （ｍ ² ）、前記放電電極から前記筒体の先端までの距離をｒ ₁ （ｍ）、前記放電電極から前記吸引口までの平均距離をｒ ₂ （ｍ）、前記放電電極を球体近似したときの半径をｒ ₀ （ｍ）、印加電圧をＶ（Ｖ）とする。
【０００８】
（参考となる作用効果）
コロナ放電電極近傍の空気を吸引排除手段により吸引し静電気発生防止対象空間から排除するので、空気中に含まれる不純物や電極の磨耗により発生した不純物も同時に吸引排除される。したがって、放電電極廻りにおいて特に発生の著しい不純物を静電気発生防止対象空間から排除でき、その空間の汚染を防止することができる。また、Ｘ線等の危険物を使用しないので、作業者が在室する空間でも使用可能であるなど、適用範囲に拘束されない。しかも、窒素ガスボンベなどの設備や、清浄空気を供給する設備などは不要となり、設備が過大とならず、装置構成が簡素でありながら、後述のように塵埃排除効果に優れるので、きわめて実用的なものとなる
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、コロナ放電電極近傍の空気を吸引することを特徴とするものである。この吸引の方法としては種々の形態を考えることができるが、以下では、その例として、空気イオン化装置がポールタイプの場合の吸引形態と、バータイプの場合の吸引形態とをそれぞれ１形態ずつ説明する。
【００１３】
＜ポールタイプの場合＞
ポールタイプの実施の形態を図１〜３に示した。本実施の形態における空気イオン化装置１は、天井等へ設置固定される。装置本体４の内部には、電圧発生装置（図示せず。）などが設けられ、この電圧発生装置は、ポール５内の電線（図示せず。）を通して、コロナ放電電極（以下、単に電極ともいう。）３に電圧を印加する。電極３に印加する電圧は、ＤＣタイプ、パルスＤＣタイプ、ＡＣタイプ等、その種類を限定するものではないが、パルスＤＣタイプが好ましい。また、本実施の形態では、一つの装置本体４に対して正極及び負極の２つの電極３を設けたものであるが、その数に限定はない。
【００１４】
ポール５の先端に露出して、電極３が電極支持材７により固定されている。このポール５の周囲は筒体１０により覆われている。筒体１０は、電極３の周囲を空隙をもって、電極３の空気イオン供給面（図２に図示の電極３の表面）より筒体の先端開口が前方に延在した状態で被っている。実施の形態では、筒体１０は、内筒部１０Ａと外筒部１０Ｂとを有し、それらの間の空隙は、吸引管９を通して、吸引ポンプ２１によって吸引する吸引排気手段に連結されている。内筒部１０Ａは、電極支持材７の外面に嵌合し、内筒部１０Ａの壁には電極３側空間と空隙とを連通する吸引口８がたとえば周方向に間隔を置いて８個形成されている。実施の形態では、各電極３、３に対応する筒体１０、１０の吸引管９，９を通して一つの吸引ポンプ２１によって共通的に吸引する構成としてある。
【００１５】
吸引ポンプ２１を作動させると、筒体１０の電極３側空間が負圧化させるので、電極３の近傍の空気が各吸引口８，８…を介して外筒部１０Ｂ内に誘引され、誘引された空気は、外筒部１０Ｂ内を後方に流れ、吸引管９，９を通して一つの吸引ポンプ２１によって共通的に吸引され、適宜対象の空気イオン化装置１を設置してある静電気発生防止対象空間外に排気される。
【００１６】
ここで、実施の条件に関し、図５に示す符号を参照して説明すると、空気イオンの電気移動度をｚ（ｍ²／Ｖ・ｓ）、筒体１０による吸引量をＱ（ｍ³／ｓ）、筒体先端開口の断面積をＡ₁（ｍ²）、吸引口８の断面積の総計をＡ₂（ｍ²）、放電電極３から筒体先端までの距離をｒ₁（ｍ）、放電電極から吸引口までの平均距離をｒ₂（ｍ）、放電電極を球体近似したときの半径をｒ₀（ｍ）、印加電圧をＶ（Ｖ）とした場合に、次記の条件を満足することが望ましい。
【００１７】
（Ａ）ｚ・ｒ₀・Ｖ／ｒ₁ ²＞Ｑ／Ａ₁、
（Ｂ）ｚ・ｒ₀・Ｖ／ｒ₂ ²＞Ｑ／Ａ₂。
【００１８】
この条件の誘導過程につき補足説明すると、電極３で発生した空気イオンは、電極３から内筒部１０Ａ内を通り前方、実施の形態では下方に移動する必要がある。すなわち、吸引しない時における空気イオンの内筒部１０Ａ先端における内筒部１０Ａ外側への移動速度をｖ_e1（ｍ／ｓ）、吸引量をＱ（ｍ³／ｓ）、内筒部１０Ａ先端の断面積をＡ₁（ｍ²）とした場合、（１）ｖ_e1＞Ｑ／Ａ₁との条件を満たすのが好ましい。そして、移動速度ｖ_e1は、電極３に電圧を印加したことによるクーロン力によるものであるから、空気イオンの電気移動度（電気移動度とは、電界強度１（Ｖ／ｍ）当たりの空気イオンの移動速度（ｍ／ｓ）であり、正イオンで１．４×１０^-4（ｍ²／Ｖ・ｓ）程度となり、負イオンで１．９×１０^-4（ｍ²／Ｖ・ｓ）程度となる。）をｚ（ｍ²／Ｖ・ｓ）、内筒部１０Ａ先端における電界強度をＥ₁（Ｖ／ｍ）とすると、（２）ｖ_e1＝ｚ・Ｅ₁となる。また、電界強度Ｅ₁は、放電電極に蓄積された電荷をｑ（Ｃ）、真空誘電率をε（８．８５×１０^-12Ｆ／ｍ）、放電電極から筒体先端までの距離をｒ₁（ｍ）とすると、（３）Ｅ₁＝ｑ／４πεｒ₁ ²となる。さらに、電荷ｑは、放電電極を球体近似したときの半径をｒ₀（ｍ）、印加電圧をＶ（Ｖ）とすると、（４）ｑ＝４πεｒ₀・Ｖとなる。したがって、（１）〜（４）より、ｚ・ｒ₀・Ｖ／ｒ₁ ²＞Ｑ／Ａ₁との条件を満たすのが好ましいことになる。重力による沈降速度は、粒径１００μｍ程度の比較的大きな粒子でも０．３ｍ／ｓであるため、Ｑ／Ａ₁は１（ｍ／ｓ）以上となるようにするのがより好ましい。
【００１９】
また、吸引口８においても、以上と同様のこと、すなわち、吸引口８においては、空気イオンが、吸引されないように（内筒部１０Ａ外側に移動しないように）するようにするのが好ましい。したがって、吸引口の断面積の総計をＡ₂（ｍ²）、放電電極から吸引口までの平均距離をｒ₂（ｍ）した場合、ｚ・ｒ₀・Ｖ／ｒ₂ ²＞Ｑ／Ａ₂との条件を満たすのが好ましいことになる。
【００２０】
＜バータイプの場合＞
バータイプの実施の形態を図４に示したが、ポールタイプの空気イオン化装置１と実質的に同様である。ただ、装置本体４のケーシングから電極３がそのまま下方に露出しているものであるので、筒体１０を、吸引口８，８…を有する内筒部１０Ａと、外筒部１０Ｂとで二重管構造をもって構成し、吸引管９と連結してある。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
空気のイオン化を、実施の形態で説明した方法によって行った。コロナ放電電極３を球体近似したときの半径は２ｍｍ、印加電圧はパルスＤＣタイプで１８ｋＶ、電極３から内筒部１０Ａ先端開口までの距離は３５ｍｍ、電極３から吸引口８までの平均距離は１５ｍｍ、吸引量は２５ｌ／ｍｉｎ、内筒部１０Ａ先端開口の直径は１７ｍｍ、吸引口（８個）の直径は３ｍｍとした。図６に、この場合の、正空気イオンの移動速度（ｍ／ｓ）を破線で、吸引風速（ｍ／ｓ）を実線で示した。
【００２２】
内筒部１０Ａ先端においては、空気イオンの移動速度が４．１１ｍ／ｓ、吸引風速が１．８４ｍ／ｓとなり、空気イオンが室内（作業空間）にむけて放出されることがわかる。また、吸引口８においては、空気イオンの移動速度が１２．６ｍ／ｓ、吸引風速が最大の箇所で７．３７ｍ／ｓとなり、空気イオンが吸引されないことがわかる。
【００２３】
（実施例２）
ところで、本発明は、不純物を吸引するものであるが、不純物には、吸引方向と逆方向に重力と静電気力とが働く。この点、重力による沈降速度は、粒径１００μｍ程度の比較的大きな粒子でも０．３ｍ／ｓである。また、静電気力による移動度は、サブミクロン程度の小さな粒子でも空気イオンの１００００分の１程度である。したがって、不純物は、吸引によって十分に除去することができる。このことは、以下の実験からも明らかとなった。
【００２４】
図７に本実験に用いた装置の概略図を示す。１は空気イオン化装置（パルスＤＣタイプ、ポールタイプ）であり、２１は吸引ポンプであり、２２は粒子濃度を測定するためのパーティクルカウンター（ニッタ社製ｍｏｄｅｌ：μＬＰＣ−０７１０）であり、２８は拡大ジグであり、２３は直流電源装置であり、２４は微小電流計（アドバンテスト社製）であり、２５はイオン濃度の測定部であり、２６はイオン濃度計算機である。
【００２５】
空気イオン化装置１における吸引は、全面一方向流で、内筒部１０Ａ、１本当たり２５ｌ／ｍｉｎ、吸引風速０．３７ｍ／ｓとなるように行った。また、粒子濃度は、内筒部１０Ａの下方２００ｍｍにおける空気を、吸引管２８を通してパーティクルカウンター２２に吸引し、３０秒を１ターンとして粒径ごとに測定した。この際、吸引は、１ｆｔ³／ｍｉｎ（２８．３ｌ／ｍｉｎ）となるように行った。また、吸引管２７には拡大ジグ２８を設け、吸引風速が周辺と同速度（約０．３ｍ／ｓ）となるようにした。表１（拡大ジグ２８を正極の内筒部１０Ａの下方に設置した場合）及び表２（拡大ジグ２８を負極の内筒部１０Ａの下方に設置した場合）に測定結果（カウント数）を示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
なお、図８に示すように、内筒部１０Ａを設けず、外筒部１０Ｂ（３０ｍｍ角）のみを備え、外筒部１０Ｂの上端から吸引する実験も行った。しかし、外筒部１０Ｂの下端で渦流が生じ、不純物の停滞が生じることが知見された。したがって、本実施におけるように内筒部１０Ａを備える形態の方が優れていることが分かった。
【００２９】
（実施例３）
実施例２における粒子濃度の測定に際しては、空気イオン濃度も測定した。この測定は、測定部２５内を通過した空気中の空気イオンによる微小電流を、直流電源装置２３とつながる微小電流計２４によって測定することによった。測定部２５は、内筒部１０Ａ先端の下方３００ｍｍに設置した。表３に、正極または負極の単極で空気イオンを発生させたときの空気イオン濃度を示した。なお、パルス周期は、０．２秒とした。
【００３０】
【表３】

【００３１】
表３から、イオン濃度は、吸引の有無によってはあまり差がなく、内筒部１０Ａの設置によって、２０〜３０％程度低下することが分かる。しかしながら、この程度の低下であれば、十分に実用可能である。このことは、チューブを用いたイオン搬送方式では、チューブ出口におけるイオン濃度が１００万個／ｃｃ程度であると言われていることからも明らかである。
【００３２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る空気イオン化装置によれば、比較的簡素な装置構成でありながら、静電気発生防止対象空間に塵埃を与えてしまうことを確実に防止でき、しかも、適用範囲に拘束がないなどの利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気イオン化装置（ポールタイプ）の縦断面説明図である。
【図２】図１のＡ相当部分の拡大図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ相当部分の横断面図である。
【図４】空気イオン化装置（バータイプ）の縦断面説明図である。
【図５】筒体の設計条件を説明するための図である。
【図６】空気イオンの移動速度と吸引風速との関係を示した図である。
【図７】粒子濃度及びイオン濃度を測定する際の設備説明図である。
【図８】筒体を備えない形態の縦断面説明図である。
【符号の説明】
１…空気イオン化装置（ポールタイプ）、２…空気イオン化装置（バータイプ）、３…コロナ放電電極、４…装置本体、５…ポール、７…電極支持材、８…吸引口、９…吸引管、１０…筒体、１０Ａ…内筒部、１０Ｂ…外筒部、２１…吸引ポンプ。

Claims

静電気発生防止対象空間に配置され、コロナ放電により空気イオンを生成させるイオン化装置において、
コロナ放電電極と、この放電電極の空気イオン供給面よりも先端開口が前方に延在した状態で当該放電電極の周囲を覆う筒体と、を有し、
前記筒体は、外筒部と内筒部とを有し、
これら外筒部と内筒部との間の空隙に吸引排気手段が連結され、
前記内筒部の壁に前記放電電極側の空間と前記空隙とを連通する吸引口が形成され、
次記（Ａ）及び（Ｂ）の条件を満足するように構成されている、
ことを特徴とする空気イオン化装置。
（Ａ）ｚ・ｒ ₀ ・Ｖ／ｒ ₁ ² ＞Ｑ／Ａ ₁ 、
（Ｂ）ｚ・ｒ ₀ ・Ｖ／ｒ ₂ ² ＞Ｑ／Ａ ₂ 。
ここで、前記空気イオンの電気移動度をｚ（ｍ ² ／Ｖ・ｓ）、前記筒体による吸引量をＱ（ｍ ³ ／ｓ）、前記筒体の先端開口の断面積をＡ ₁ （ｍ ² ）、前記吸引口の断面積の総計をＡ ₂ （ｍ ² ）、前記放電電極から前記筒体の先端までの距離をｒ ₁ （ｍ）、前記放電電極から前記吸引口までの平均距離をｒ ₂ （ｍ）、前記放電電極を球体近似したときの半径をｒ ₀ （ｍ）、印加電圧をＶ（Ｖ）とする。