JP4852471B2 - Ｄｂｄプラズマ式除電器 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマをイオン源とした除電器に関し、特に、ＤＢＤ（ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＢＡＲＲＩＥＲ ＤＩＳＣＡＲＧＥ：誘電体バリアー放電）プラズマ式除電器に関する。

背景技術としては、本出願人が特許出願した現時点では公開されていない先願の特願２００６−０５５７１４号に記載のプラズマを荷電粒子源（イオン源）としたＤＢＤプラズマ式除電器がある。

この特許出願記載の発明では、荷電粒子はプラズマ近傍に存在し、近くの除電対象物を除電することはできたが、遠方の帯電物を除電するには、ＦＡＮや圧縮空気を用いて、荷電粒子をプラズマから剥がし、除電対象物まで運ぶ必要があった。

しかし、ＦＡＮや圧縮空気を用いると静電気は除去できても周囲に風を巻き起こすので、ホコリが舞い上がりホコリ不良を助長するという問題が発生する。このためには新たな無風で荷電粒子を飛ばす方法が要請されていた。
したがって、本発明の目的は、プラズマにより作成された荷電粒子をＦＡＮや圧縮空気等の外力を用いずに、無風で遠方に運ぶことができるＤＢＤプラズマ式除電器（以下、除電器という）を提供することにある。

前述の課題を解決するために、本発明の除電器は、交流電流が印加される少なくとも２つの電極および該電極を覆う誘電体から成りかつプラズマを創成してイオン源を構成するプラズマ放電電極本体と、該プラズマ放電電極本体の周囲に配置された内側グリッド電極および該内側電極の外側に配置された外側グリッド電極と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、従来のように、放電電極がむき出しになっておらず、誘電体で覆われているため電極を構成する導体の金属酸化物の飛散も無く、環境を汚染しないクリーンな除電器が得られる。

また、従来のようにＦＡＮや圧縮空気等の外力を用いなくても、無風で荷電粒子を遠方に放出できるので、クリーン環境を汚すことなく、除電対象物の静電気を除去することができる。このため、クリーンルームでも使用できる除電器が得られる。さらにまた、オゾンを発生しない除電器が得られる。

本発明の除電器では、交流電流が印加される少なくとも２つの電極および該電極を覆う誘電体から成りかつプラズマを創成してイオン源を構成するプラズマ放電電極本体が設けられる。そして、このプラズマ放電電極本体の周囲に、内側グリッド電極および外側グリッド電極を配置する。

次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の除電器を示し、図１ａは平面図であり、図１ｂは正面図であり、図１ｃは図１ａの線Ａ−Ａ断面図であり、図１ｄは電源システムを示す概略図であり、図１ｅは除電器のプラズマ放電電極本体だけを示す側面図である。

最初に、プラズマを創成する（荷電粒子１２０を生成する）プラズマ放電電極本体を説明する。図１ａに示すように、除電器１０の中心には、プラズマ放電電極本体１００が配置されている。図１ｅに示すように、一例として、プラズマ放電電極本体１００は２本の並置した導体からなる電極１０２、１０４とこれらの導体を覆う誘電体１０６から成り、誘電体１０６には、誘電体の一部にプラズマが発生し易い薄い部分を形成するための窪み（凹部）１０８が形成されている。なお、この窪みは必ずしも必要なものではない。

プラズマ放電電極本体１００の他の例は、先願の特願２００６−０５５７１４号に詳述されており、例えば、電極１０２、１０４は並置される代わりに、先端が対向するように直線上に配置されてもよく、窪みとしては、種々の形状を取り得る。詳細には、特願２００６−０５５７１４号の記載を参照されたい。
図１ａ〜図１ｃに示すように、プラズマ放電電極本体１００の外側には、二重のグリッド電極（メッシュ電極）が配置されており、すなわち、プラズマ放電電極本体１００の外側には、最初に、円筒形状のメッシュ状に形成された内側グリッド電極（以下、内側グリッドという）Ｇｉが配置されており、さらにその外側に円筒形状のメッシュ状に形成された外側グリッド電極（以下、外側グリッドという）Ｇｏが配置されている。さらにその外側の一部に、例えば、断面が放物線状に形成された導体メッシュ又はプレートから成る反射電極Ｇｒが配置されている。プラズマ（荷電粒子１２０）は、例えば、プラズマ放電電極本体１００の誘電体１０６の窪みの近傍に創成され、創成された荷電粒子１２０は拡散し内側グリッドＧｉを通過する。その後、内側グリッドＧｉおよび外側グリッドＧｏ間の電界で、加速され、反射電極Ｇｒに向かった荷電粒子は反射電極Ｇｒで反射され、外部に放射される。放射される電荷の極性は内側グリッドＧｉおよび外側グリッドＧｏと反射電極Ｇｒに印加される電圧の極性によって＋または−になる。

図１ｂ〜ｄに示すように、交流電源からの交流電圧Ｓ、Ｔはプラズマ放電電極本体１００の電極１０２、１０４に印加され、他の電源からの電圧Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ内側グリッドＧｉ、外側グリッドＧｏ、反射電極Ｇｒに印加される。印加される電圧Ｕ、Ｖ、Ｗの種類（極性等）については、後述する実施例で説明する。
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の除電器を示し、図２ａは除電器全体を示す平面概略図であり、図２ｂは、内側グリッドと外側グリッドに印加される電圧の極性と、内側グリッドと外側グリッドの間の電界の向きおよび放出荷電粒子の極性との関係を示す表である。

図２ａに示すように、プラズマ放電電極本体１００で発生されたプラズマの荷電粒子（イオン）源の周囲に２重のメッシュ電極（グリッド電極）ＧｉとＧｏを設け、これらに電圧を印加して電界を発生させる。このとき、図２ｂに示すように、外側グリッドＧｏをアースし、内側グリッドＧｉに＋電圧を印加すると、電気力線は内側グリッドＧｉから外側グリッドＧｏへと外に向かう。逆に、内側グリッドＧｉに−電圧を印加すると、電気力線は外側グリッドＧｏから内側グリッドＧｉへと内側に向かう。

ここで、図３を参照する。図３は、電界と荷電粒子にかかる力の関係を示し、図３ａは＋荷電粒子の場合を示し、図３ｂは−荷電粒子の場合を示す。＋荷電粒子は、図３ａに示すように、電界の（電気力線の）方向に力を受ける。一方、−荷電粒子は図３ｂに示すように電界と（電気力線と）反対方向に力を受ける。

この作用を図２に戻って説明する。図２ｂのケースａに示すように、外側グリッドＧｏをアースし、内側グリッドＧｉの制御電圧を＋にすれば電界は外に向かい、放出される荷電粒子は＋である。一方、図２ｂのケースｂに示すように、外側グリッドＧｏをアースし、内側グリッドＧｉの制御電圧を−にすれば電界は内に向かい、放出される荷電粒子は−である。すなわち、内側グリッドＧｉに印加される制御電圧と同極性の荷電粒子が放出される。
（実施例３）
図４は本発明の実施例１の除電器を示す。内側グリッドＧｉと外側グリッドＧｏの外側に反射電極Ｇｒが設けられている。例では、外側グリッドＧｏに−電圧（−Ｖ）を印加し、またはアースし、内側グリッドＧｉに＋電圧（＋Ｖ１）を印加する。図面上の左側では、さらに外側に＋電圧（＋Ｖ２）が印加される反射電極Ｇｒが設けられている。この場合、図面上の右半分からは＋荷電粒子が放出され、左半分へ進んだ＋荷電粒子も反射電極Ｇｒにより反射され右側に放出される。
（実施例４）
図５は本発明の実施例４の除電器を示す。外側グリッドＧｏをアースし、内側グリッドＧｉに＋と−の電圧を交互に印加すると、時間軸上で＋と−の荷電粒子が交互に放出される。従来の放電針を用いたコロナ放電式の除電器では、高圧電源を＋と−に切り替えたので、切り替え時、帯電していた電荷を中和する時間がかかり、高速の切り替えができず、高々３３ＨＺが限界であった。すなわち低速動作しかできないため、＋と−のイオン（荷電粒子）が充分に混ざらずイオンバランスの脈動が起き問題となっていた。このグリッド電圧を切り替える方式は、電圧も低く、電荷の蓄積もなく容易に高速化でき、桁違いに高速化でき、イオンバランスの脈動問題も解決できる。
（実施例５）
図６は本発明の実施例５の除電器を示し、図６ａは除電器の概略平面図であり、図６ｂは、２つの内側グリッドおよび外側グリッドに印加される電圧の極性を示す表である。この除電器は反射電極無し型の無風除電器の例を示すものであり、上側および下側の２つの荷電粒子放出部（すなわち、２組のプラズマ放電電極本体、内側グリッドおよび外側グリッドの組合せ）を持つものである。図６ｂのケースａでは、外側グリッドＧｏ（Ｇｏ１とＧｏ２）をアースし、内側グリッドＧｉ（Ｇｉ１とＧｉ２）の極性を互いに逆にして、片側から＋荷電粒子を放出するときは反対側から−荷電粒子を放出する。

一方、ケースｂでは、外側グリッドＧｏ（Ｇｏ１とＧｏ２）をアースし、内側グリッド電極Ｇｉ（Ｇｉ１とＧｉ２）への印加電圧をパルス的に変えて、上側と下側の極性を逆にすれば放出する荷電粒子を＋、−に交互に変えることができ、荷電粒子（イオン）の混合を良くすることも容易にできる。なお、一点鎖線で囲まれた領域が除電有効領域となる。
（実施例６）
図７は本発明の実施例６の除電器を示し、図７ａは概略平面図であり、図７ｂは内側グリッド、外側グリッド、および反射電極に印加される電圧の極性を示す図である。この除電器は、反射電極有り型の無風除電器の他の例を示すものであり、上側および下側の２つの荷電粒子放出部（すなわち、２組のプラズマ放電電極本体、内側グリッドおよび外側グリッド、反射電極の組合せ）を持つものである。図６ｂのケースａでは、外側グリッドＧｏ（Ｇｏ１とＧｏ２）をアースし、内側グリッドＧｉ（Ｇｉ１とＧｉ２）の極性を互いに逆にして、片側から＋荷電粒子を放出するときは反対側から−荷電粒子を放出する。

さらに、荷電粒子の放出方向と反対側のプラズマイオン源（荷電粒子源）の背後に反射電極（板）Ｇｒ（Ｇｒ１とＧｒ２）を設けて、内側グリッドＧｉと同極性の電圧を印加すれば荷電粒子の放射方向を片側に指向させることもできる。また、図７ｂのケースｂでは、内側グリッドへの印加電圧をパルス的に変えれば、放出する荷電粒子を＋、−交互に変えることもでき、荷電粒子（イオン）の混合を良くすることも容易にできる。なお、一点鎖線で囲まれた領域が除電有効領域となる。
（実施例７）
図８は本発明の実施例７の除電器を示す概略平面図である。外側グリッドＧｏをアースし、内側グリッドＧｉに制御電圧Ｖを印加すると、それに応じた荷電粒子が放出される。
この場合、外側グリッドＧｏがアースされているので、内側グリッドＧｉに印加した電圧が作る電界の外部への漏れを防止できる。したがって除電対象物が半導体の場合など、静電界に弱い除電対象物の静電破壊を防止できる。
（実施例８）
図９は本発明の実施例８の除電器を示し、図９ａは概略平面図であり、図９ｂは図９ａの線Ａ−Ａ断面図であり、図９ｃはヒータ駆動回路を示す図である。プラズマ放電電極本体１００の外側で内側グリッドＧｉの内側にヒータ１２を設ける。プラズマ発生時に生じるオゾンを分解して無害化するため、ヒータ１２にてプラズマを８０°Ｃ以上に加熱する。オゾンは不安定物質なので、８０°Ｃ以上に過熱されると分解され酸素になる。このときヒータ１２は電位を持つとプラズマに影響するので、トランス１４の２次側、すなわち、ヒータ側の中点をアースすると良い。
（実施例９）
図１０は本発明の実施例９の除電器を示し、図１０ａは概略平面図であり、図１０ｂは図１０ａの線Ａ−Ａ断面図であり、図１０ｃはヒータ駆動回路を示す図である。この実施例で、オゾンを分解する作用は前実施例と同様である。この実施例の場合、前実施例と違って、内側グリッドをヒータと兼用する内側グリッド兼ヒータＧｉＨを用いる。したがって、内側グリッド兼ヒータＧｉＨは発熱体となる。このグリッド内側グリッド兼ヒータＧｉＨは＋Ｖｇｉの電圧を印加するが、トランス１４の2次側、すなわち、ヒータ側の中点に印加すると良い。

本発明の実施例１の除電器を示し、図１ａは平面図であり、図１ｂは正面図であり、図１ｃは図１ａの線Ａ−Ａ断面図であり、図１ｄは電源システムを示す概略図であり、図１ｅは除電器のプラズマ放電電極本体だけを示す側面図である。 本発明の実施例２の除電器を示し、図２ａは除電器全体を示す平面概略図であり、図２ｂは、内側グリッドと外側グリッドに印加される電圧の極性と、内側グリッドと外側グリッドの間に電界の向きおよび放出荷電粒子の極性との関係を示す表である。 電界と荷電粒子にかかる力の関係を示し、図３ａは＋荷電粒子の場合を示し、図３ｂは−荷電粒子の場合を示す。 本発明の実施例１の除電器を示す。 本発明の実施例４の除電器を示す。 本発明の実施例５の除電器を示し、図６ａは除電器の概略平面図であり、図６ｂは、２つの内側グリッドおよび外側グリッドに印加される電圧の極性を示す表である。 本発明の実施例６の除電器を示し、図７ａは概略平面図であり、図７ｂは内側グリッド、外側グリッド、および反射電極に印加される電圧の極性を示す表である。 本発明の実施例７の除電器を示す概略平面図である。 本発明の実施例８の除電器を示し、図９ａは概略平面図であり、図９ｂは図９ａの線Ａ−Ａ断面図であり、図９ｃはヒータ駆動回路を示す図である。 本発明の実施例９の除電器を示し、図１０ａは概略平面図であり、図１０ｂは図１０ａの線Ａ−Ａ断面図であり、図１０ｃはヒータ駆動回路を示す図である。

符号の説明

１０ ＤＢＤプラズマ式除電器（除電器）
１２ ヒータ
１４ トランス
１００ プラズマ放電電極本体
１０２ 電極
１０４ 電極
１０６ 誘電体
１０８ 窪み
１２０ プラズマ
Ｇｉ 内側グリッド電極（内側グリッド）
Ｇｏ 外側グリッド電極（外側グリッド）
Ｇｒ 反射電極
ＧｉＨ 内側グリッド兼ヒータ

Claims (11)

1. 交流電圧が印加される少なくとも２つの電極および該電極を覆う誘電体から成りかつプラズマを創成してイオン源を構成するプラズマ放電電極本体と、該プラズマ放電電極本体の周囲に配置された内側グリッド電極および該内側電極の外側に配置された外側グリッド電極と、を有することを特徴とする除電器。
2. 請求項１記載の除電器において、内側グリッド電極および外側グリッド電極の間に、電界の強さを制御するように調整可能な電圧を印加することを特徴とする除電器。
3. 請求項２記載の除電器において、内側グリッド電極および外側グリッド電極の間に、外向きまたは内向きの電界を生成することを特徴とする除電器。
4. 請求項２記載の除電器において、内側グリッド電極および外側グリッド電極の間に、外向きまたは内向きの電界を交互に生成することを特徴とする除電器。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の除電器において、外側グリッド電極の外側に配置された反射電極をさらに有することを特徴とする除電器。
6. 請求項５記載の除電器において、反射電極と内側グリッド電極には同極性の電圧を印加することを特徴とする除電器。
7. 請求項５または６記載の除電器において、反射電極はプラズマ放電電極本体に対して該除電器から放出されるイオンの方向とは反対側に配置されることを特徴とする除電器。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の除電器において、＋イオンを放出するイオン源となるプラズマ放電電極本体と、−イオンを放出するイオン源となるプラズマ放電電極本体とが並置されていることを特徴とする除電器。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の除電器において、外側グリッド電極を接地することを特徴とする除電器。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の除電器において、プラズマ放電電極本体の外側にヒータを設けることを特徴とする除電器。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の除電器において、内側グリッド電極をヒータ兼用とすることを特徴とする除電器。