JP5539848B2 - イオン生成装置 - Google Patents

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Description

本発明はコロナ放電により空気をイオン化して生成された空気イオンを導管を通して被除電部材に吹き付けるようにしたイオン生成装置に関する。
静電気が帯電した帯電体を被除電部材としてこれに空気イオンを吹き付けて被除電部材を除電するために、イオナイザーあるいは除電装置とも言われるイオン生成装置が使用されている。電子部品の製造や組立を行う製造ラインに使用されるイオン生成装置は、電子部品や製造組立治具等を被除電部材として、これに帯電した静電気を除去するために使用されている。被除電部材に空気イオンを吹き付けることにより、電子部品等に静電気により異物が付着したり、電子部品が静電気により破壊されたり治具に付着したりすることを防止することができる。
このような用途に使用されるイオン生成装置は、特許文献1〜3に記載されるように、針状の放電電極に外部から空気を供給した状態のもとで、放電電極と対向電極との間に高周波の高電圧を印加し、放電電極の回りにコロナ放電を発生させることによって空気をイオン化している。
特許文献2,3には、イオン化された空気イオンを被除電部材に案内するために、放電電極が組み込まれたノズルから直接空気イオンを被除電部材に吹き付けるようにしたイオン生成装置が記載されている。特許文献2に記載されるイオン生成装置においては、放電電極はノズルの先端よりも後退させてノズル内に配置されている。特許文献3には、ノズルの先端から放電電極を突出させるように配置したイオン生成装置が記載されている。一方、特許文献1に記載されたイオン生成装置においては、導管を介してイオン生成装置から離れた位置の被除電部材に空気イオンを案内するようにしている。
特開2000−138090号公報 特開2004−228069号公報 特開2006−40860号公報
特許文献2,3に記載されるように、内部に放電電極が組み込まれた対向電極を構成するノズルから空気イオンを噴出させて被除電部材に空気イオンを吹き付けるようにした場合には、空気イオンが中和される前に被除電部材に空気イオンを吹き付けることができる。それに対し、特許文献1に記載されるようにノズルに取り付けられた導管により空気イオンを被除電部材に案内するようにすると、被除電部材に空気イオンが到達する前に、導管中で空気イオンが中和されてしまい、十分な除電効果を得ることができないという問題点がある。
本発明の目的は、空気イオンを導管によって被除電部材に案内するようにしても、除電効果を高めるようにすることにある。
本発明のイオン生成装置は、放電電極と当該放電電極に対向して設けられる対向電極とを有し、前記放電電極と前記対向電極間に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させて空気イオンを生成するイオン生成装置であって、前記放電電極と前記対向電極とを備え、イオン生成流路が形成された放電ユニットと、前記放電ユニットの基端部に配置され、前記イオン生成流路に連通し当該イオン生成流路に圧縮空気を供給する空気供給口が設けられた空気供給ユニットとを有し、前記放電ユニットの先端部に外部からの空気を導入する空気導入ポートを形成し、前記イオン生成流路を通過した空気イオンに前記空気導入ポートからの外部空気を導入するエジェクタを前記放電ユニットの前記先端部の前記空気導入ポートの下流側に設けることを特徴とする。
本発明のイオン生成装置は、放電電極と当該放電電極に対向して設けられる対向電極とを有し、前記放電電極と前記対向電極間に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させて空気イオンを生成するイオン生成装置であって、前記放電電極と前記対向電極とを備え、イオン生成流路が形成された放電ユニットと、前記放電ユニットの基端部に配置され、前記イオン生成流路に連通し当該イオン生成流路に圧縮空気を供給する空気供給口が設けられた空気供給ユニットとを有し、前記対向電極の下流側に外部からの空気を導入する空気導入ポートを形成し、前記イオン生成流路を通過してイオン化された空気イオンに前記空気導入ポートからの外部空気を導入するエジェクタを前記空気導入ポートの下流側に設けることを特徴とする。
本発明によれば、イオン生成流路内に供給される空気を放電電極に発生するコロナ放電によりイオン化して空気イオンを生成し、空気イオンに対して空気導入ポートから外部空気をエジェクタ効果でエジェクタにより導入するようにしたので、イオン生成流路に空気供給口から供給される圧縮空気の量を高めることなく、空気イオンに空気導入ポートからの空気を追加して導管に供給することができる。これにより、導管から被除電部材に対して多量の空気イオンを供給することが可能となり、被除電部材に帯電された静電気を迅速に除去することができる。また、放電電極の先端には異物が含まれるおそれがある外部空気が吹き付けられないので、異物によるイオンバランスの低下を抑制し、確実に静電気を除去することができる。
本発明の一実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 比較例としてのイオン生成装置を示す断面図である。 他の比較例としてのイオン生成装置を示す断面図である。 本発明のイオン生成装置と、図5に示された比較例としてのイオン生成装置とについての除電効果を比較して示す特性線図である。 本発明のイオン生成装置と、図6に示された比較例としてのイオン生成装置とについて微粒子を強制的に注入してイオンバランスの乱れを測定した確認試験結果を示すデータである。 本発明のイオン生成装置と、図6に示された比較例としてのイオン生成装置とについてのイオンバランス効果を比較して示す特性線図である。 本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。
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に示されるイオン生成装置10aは、放電ユニット11とその基端部に配置され絶縁体からなる空気供給ユニット12とを有している。放電ユニット11は導電性材料からなる円筒形状の対向電極13と、その内側に装着される円筒形状の絶縁体14とを有し、この絶縁体14の内部にはイオン生成流路15が形成されている。イオン生成流路15内にはその中心部に位置させて導電性材料からなる棒状の放電針つまり放電電極16が配置され、この放電電極16はその基端部が空気供給ユニット12に取り付けられており、放電電極16の先端部は空気供給ユニット12からイオン生成流路15内にその中心に同軸となって突出している。このように、放電ユニット11はイオン生成流路15内に配置される放電電極16と、これに対向する対向電極13とを有している。
放電電極16と対向電極13は電源ユニット17に接続されており、この電源ユニット17からは放電電極16と対向電極13との間に交流高電圧が印加されるようになっている。電源ユニット17は、例えば、電圧6KV、周波数70KHzの交流電圧を両方の電極間に印加する。これにより、放電電極16の尖った先端部の回りに不平等電界が発生し、その部分でコロナ放電が発生する。放電電極16にプラスの高電圧が印加されたときには放電電極16は近傍の空気の電子を吸収するので、近傍の空気はプラスの電荷を持つイオンとなる。これに対し、放電電極16にマイナスの高電圧が印加されたときには放電電極16からは電子が放出されるので、近傍の空気はマイナスの電荷を持つイオンとなる。
空気供給ユニット12には、圧縮空気圧源20からの空気を供給する給気ホースAが接続される給気ポート21が形成されている。この給気ポート21はイオン生成流路15に向けて開口して空気供給ユニット12に形成された複数の空気供給口22に連通している。圧縮空気圧源20から空気供給口22を介してイオン生成流路15内に矢印Aで示されるように供給される空気は、イオン生成流路15内を流れるときにコロナ放電によりイオン化されて空気イオンとなる。
放電ユニット11の先端部は樹脂等の絶縁材料または金属からなるノズル23となっており、このノズル23の先端の空気吐出口19から空気イオンが吐出される。ノズル23の先端部には空気イオンを被除電部材に向けて案内するための導管24が装着されるようになっている。この導管24は、可撓性を有する塩化ビニル等の樹脂製の絶縁性のチューブにより形成されており、内径Dは約8mmであり、長さLは約100〜500mmまたはそれ以上となっている。
絶縁体14と対向電極13により形成されるイオン生成流路15の内径をdとすると、ノズル23の空気吐出口19と導管24の内径Dはイオン生成流路15の外径よりも大きい寸法に設定されている。ノズル23はイオン生成流路15の内径dと同一かそれ以上の内径を有する括れ部25を有し、その括れ部25よりも先端側には導管24の内面に向けて漸次内径が大きくなったテーパ面26が形成されている。ノズル23には、イオン生成流路15で生成された空気イオンに対して矢印Bで示すように外部から空気を導入する空気導入ポート27が複数個形成されている。ノズル23には空気導入ポート27から導入された空気を括れ部25に向けて案内する円弧面28が形成されている。括れ部25とテーパ面26および円弧面28とによって、イオン生成流路15を通過してノズル23内に流入した空気イオンにより空気導入ポート27から外部空気を導入するエジェクタ29が形成されている。また、円弧面28の形状はこれに限らず、例えばテーパ面でも良い。
ノズル23に形成されたテーパ面26はディフューザの機能を有し、空気導入ポート27からは外部の空気がノズル23の空気吐出口19を介して導管24内に導入される。これにより、導管24内には空気供給口22からイオン生成流路15内に供給されてイオン化された空気に加えて空気導入ポート27から導入される外部空気が付加されて導管24内に供給されることになる。このように、ノズル23にエジェクタ29を設けると、給気ポート21に供給する圧縮空気の流量を少なくしても、導管24の先端から被除電部材に吹き付けられる空気イオンの量を高めることができるとともにプラスイオンとマイナスイオンの衝突による中和を減少させることができ、被除電部材に帯電された静電気を短時間で除電することができる。このエジェクタ29を設けない場合、空気導入ポート27から導入される空気は少量となり、十分な空気イオン量を得ることはできない。
放電ユニット11の基端部には複数の吸引ポート31が設けられており、イオン生成流路15に向けて噴出される空気により矢印Cで示すように空気供給口22を介して外部から空気が供給される。これにより、空気供給口22からイオン生成流路15に供給される空気の流量を高めることなく、空気イオンには吸引ポート31を介して外部から供給される空気が付加されることになり、イオン生成流路15には多量の空気を供給することができる。このように、空気イオンに給気ポート21に供給される圧縮空気に加えて吸引ポート31からの空気を付加することにより、給気ポート21に供給する圧縮空気の流量を少なくしても、放電電極16の先端に微粒子などの異物が付着することを防止できる。特に、空気供給口22から噴出される空気は、放電電極16を覆うようにしてイオン生成流路15の中心部を流れることになり、吸引ポート31から供給される外部空気は、主としてイオン生成流路15の外周部を流れることになるので、空気供給口22から清浄化された空気を噴出するようにすれば、外部から吸引ポート31を介して供給される空気に微粒子が含まれていても、放電電極16に異物が付着することを確実に防止でき、イオンバランスを向上させることができる。
エジェクタ29により空気導入ポート27から導入される空気は、図1に示されるように、空気導入ポート27が放電電極16と対向電極13の下流側に設けられているので、放電電極16と対向電極13とによりイオン化された後の空気イオンに空気導入ポート27から外部空気が導入されることになり、導管24から噴出される空気イオンのイオンバランスを損なうことなく、除電効果を高めることができる。
図2〜図4はそれぞれ本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図であり、図2〜図4においては図1に示された部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
図1に示すイオン生成装置においては、導管24がノズル23に直接装着されているのに対し、図2に示すイオン生成装置10bにおいては、導管24が継手30によりノズル23に装着されている。他の構造は図1に示されるイオン生成装置10aと同様である。
図3に示されるイオン生成装置10cにおいては、ノズル23は導管24が設けられるノズル本体部23aと、このノズル本体部23aが取り付けられ放電ユニット11に装着されるノズルホルダー部23bとを有している。ノズルホルダー部23bには、イオン生成流路15で生成された空気イオンに対して矢印Bで示すように外部から空気を導入する空気導入ポート27が複数個形成されている。さらにノズルホルダー部23bには、空気導入ポート27から導入された空気をノズル本体部23aに向けて案内する円弧面28が形成されている。この円弧面28によって、イオン生成流路15を通過してノズルホルダー部23b内に流入した空気イオンにより空気導入ポート27から外部空気を導入するエジェクタ29が形成されている。
さらに、ノズル23のノズルホルダー部23bには、空気イオンに空気導入ポート27から流入した空気が加えられた後の空気イオンに対して外部から矢印Dで示すように空気を導入するために補助空気導入ポート32が形成されている。この補助空気導入ポート32はノズル23のノズル本体部23aの基端面に連通している。ノズル本体部23aにはイオン生成流路15の内径dにほぼ対応した内径を有する括れ部25が形成され、その括れ部25よりも先端側には導管24の内面に向けて漸次内径が大きくなったテーパ面26が形成されている。ノズル本体部23aには補助空気導入ポート32から導入された空気を括れ部25に向けて案内する円弧面33が形成されている。括れ部25とテーパ面26および円弧面33とによって、ノズル本体部23a内に流入した空気イオンにより補助空気導入ポート32から外部空気を導入する補助エジェクタ34が形成されている。
これにより、イオン生成流路15を通過してノズル23内に流入した空気イオンには、第1段目のエジェクタ29と第2段目の補助エジェクタ34とにより外部空気が導入されるので、給気ポート21に供給される圧縮空気の量を少なくしても、多量の空気イオンを被除電部材に対して吹き付けることができる。第1段目のエジェクタ29のみを設けた場合よりも、第2段目の補助エジェクタ34をも設けた方が多量の空気イオンを生成することができる。
図4は本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置10dを示す断面図である。上述したイオン生成装置10a〜10cにおいては棒状の放電電極16がイオン生成流路15の径方向中心部に同軸に延びて配置されているのに対して、図4に示すイオン生成装置10dにおいては、放電電極16がイオン生成流路15を横切る方向に径方向に配置されている。このイオン生成装置10dの放電ユニット11は、イオン生成流路15が形成された樹脂材料からなる円筒形状の絶縁体14に放電電極16が取り付けられており、先端部はイオン生成流路15の中心に位置している。絶縁体14には放電電極16に対向させて対向電極13が取り付けられている。
放電ユニット11の先端部は、図1に示したイオン生成装置10aと同様に、樹脂等の絶縁材料からなるノズル23となっており、このノズル23の先端部には空気イオンを被除電部材に向けて案内するための導管24が装着されるようになっている。ノズル23には、括れ部25とその括れ部25よりも先端側に導管24の内面に向けて漸次内径が大きくなったテーパ面26とが形成され、イオン生成流路15で生成された空気イオンに対して矢印Bで示すように外部から空気を導入する空気導入ポート27が複数個形成されている。ノズル23には図1に示したイオン生成装置10aと同様に、空気導入ポート27から導入された空気を括れ部25に向けて案内する円弧面28が形成されている。括れ部25とテーパ面26および円弧面28とによって、イオン生成流路15を通過してノズル23内に流入した空気イオンにより空気導入ポート27から外部空気を導入するエジェクタ29が形成されている。
図3および図4に示したイオン生成装置10c,10dにおいても、給気ポート21に供給する圧縮空気の流量を少なくしても、プラスイオンとマイナスイオンの中和を防止しつつ、導管24の先端から被除電部材に吹き付けられる空気イオンの量を高めることができ、被除電部材に帯電された静電気を短時間で除電することができる。しかも、放電電極16の下流側に空気導入ポート27が形成されているので、放電電極16によりイオン化された後の空気イオンに空気導入ポート27から外部空気が導入されることになり、導管24から噴出される空気イオンのイオンバランスを損なうことなく、除電効果を高めることができる。
図5および図6はそれぞれ比較例として示すイオン生成装置である。図5に示すイオン生成装置10eは、放電電極16の配置形態が図1〜図3に示されたイオン生成装置10a〜10cと同様となっている。給気ポート21に連通する空気供給口22が形成された空気供給ユニット12には、イオン生成流路15が形成された円筒形状の絶縁体14が設けられ、空気供給ユニット12には放電電極16がイオン生成流路15に突出して取り付けられている。絶縁体14には、導管24が装着される対向電極13が装着されており、対向電極13がノズルとなっている。このように、比較例としてのイオン生成装置10eにはエジェクタ29が設けられていない。
一方、図6に示すイオン生成装置10fは、放電電極16の配置形態が図4に示されたイオン生成装置10dと同様となっている。給気ポート21に連通する空気供給口22が形成された空気供給ユニット12に、スペーサ35を介して接続されるノズル23には、放電電極16と対向電極13とが設けられており、ノズル23により放電ユニットが形成されている。ノズル23の先端部側に形成されたイオン生成流路15の上流側には、空気導入ポート27から導入された空気を案内する円弧面28と、テーパ面26とが形成されており、円弧面28とテーパ面26とによって、空気供給口22と吸引ポート31とからノズル23に供給される空気に空気導入ポート27から外部空気を導入するエジェクタ29が形成されている。このように、比較例としてのイオン生成装置10fにおいては、エジェクタ29の下流側で放電電極16と対向電極13とにより空気をイオン化するようにしている。
図7(A)は図1に示したイオン生成装置10aと図5に示した比較例としてのイオン生成装置10eとについての除電効果を比較して示す特性線図であり、図7(B)は図3に示したイオン生成装置10cと比較例としてのイオン生成装置10eとについての除電効果を比較して示す特性線図である。図7において縦軸は除電時間を示し、横軸は給気ポート21から供給する空気流量を示す。
それぞれの特性測定においては、長さ500mmの導管24を用い、導管24の先端部から50mmの距離にチャージドプレートモニタを配置して除電時間を測定した。その結果、図7(A)に示されるように、図1および図3に示した本発明のイオン生成装置10a,10cは、エジェクタ29が設けられているので、比較例に比して除電時間を短縮することができた。特に、給気ポート21からの圧縮空気の供給流量が少ない場合には、比較例に比して本発明のイオン生成装置による除電時間の短縮効果が顕著であった。また、図7(B)に示すように、イオン生成装置10cのように補助空気導入ポート32から補助空気を供給するようにすると、給気ポート21からの圧縮空気の供給流量が多い場合でも除電時間の短縮効果が顕著であった。なお、図2に示すイオン生成装置10bにおいても、イオン生成装置10aと同様の効果が得られた。
一方、図8(A)は強制的に微粒子を空気導入ポート27に注入して、図4に示す本発明のイオン生成装置10dのイオンバランスの乱れを測定した確認試験結果を示すデータであり、図8(B)は図6に示された比較例としてのイオン生成装置10fについての同様の確認試験結果を示すデータである。
それぞれの試験は、長さ100mmの導管24がノズル23に装着されたイオン生成装置を使用し、0.1Mpaの圧縮空気を給気ポート21からイオン生成流路15に供給した状態のもとで行った。イオン生成装置が周辺の空気環境が悪い場所で使用されることを想定し、空気導入ポート27から微粒子を強制的に注入した。この結果、比較例のイオン生成装置10fにおいては、異物を注入してから10数秒経過後に、イオンバランスの乱れが発生したが、本発明のイオン生成装置10dにおいては、イオンバランスの乱れは発生しなかった。したがって、本発明のイオン生成装置が空気環境の悪い場所で使用されても、放電電極16の下流側で空気導入ポート27から外部空気を導入することによって、イオンバランスを損なうことがない。
図9は図4に示された本発明のイオン生成装置10dと、図6に示された比較例としてのイオン生成装置10fとについてのイオンバランス効果を比較して示す特性線図である。図9の縦軸はイオンバランスを示し、横軸は空気供給圧を示す。図9(A)は長さ100mmの導管24を用いた測定結果を示し、図9(B)は長さ500mmの導管24を用いた測定結果を示す。図4に示した本発明のイオン生成装置10dは給気圧力を変化させても、イオンバランスは大きく変動することがなかったが、比較例のイオン生成装置10fにおいては給気圧力が変化すると、イオンバランスも大きく変動することが判明した。イオンバランスが大きく変動するのは、比較例で示すようにエジェクタ29の下流側において外気が導入された後に空気をイオン化させると、エジェクタ構造により発生した空気流の乱れが要因と考えられる。
したがって、本発明のように、空気をイオン化した後に空気イオンの流れを利用してエジェクタ29により外気を導入するようにすると、イオンバランスに優れた空気イオンを被除電部材に吹き付けることができ、除電効果を高められることが判明した。
図10に示すイオン生成装置10gと図11に示すイオン生成装置10hは、上述した導管24がノズル23に装着されていない。図10に示すイオン生成装置10gの基本構造は、図1に示したイオン生成装置10aと同一であり、図11に示したイオン生成装置10hの基本構造は、図3に示したイオン生成装置10cと同一である。これらのイオン生成装置10g,10hは、空気イオンがノズル23の空気吐出口19から被除電部材に吹き付けられる。
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。例えば、図1〜図3に示す放電ユニット11は放電電極16と対向電極13との間に円筒形状の絶縁体14を介在させて対向させるようにしているが、絶縁体14を用いることなく、両方の電極を直接対向させるようにしても良い。
11 放電ユニット
12 空気供給ユニット
13 対向電極
14 絶縁体
15 イオン生成流路
16 放電電極
17 電源ユニット
20 圧縮空気圧源
21 給気ポート
22 空気供給口
23 ノズル
24 導管
25 括れ部
26 テーパ面
27 空気導入ポート
28 円弧面
29 エジェクタ
30 継手
31 吸引ポート
33 円弧面
34 補助エジェクタ

Claims (7)

  1. 放電電極と当該放電電極に対向して設けられる対向電極とを有し、前記放電電極と前記対向電極間に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させて空気イオンを生成するイオン生成装置であって、
    前記放電電極と前記対向電極とを備え、イオン生成流路が形成された放電ユニットと、
    前記放電ユニットの基端部に配置され、前記イオン生成流路に連通し当該イオン生成流路に圧縮空気を供給する空気供給口が設けられた空気供給ユニットとを有し、
    前記対向電極の下流側に外部からの空気を導入する空気導入ポートを形成し、
    前記イオン生成流路を通過してイオン化された空気イオンに前記空気導入ポートからの外部空気を導入するエジェクタを前記空気導入ポートの下流側に設けることを特徴とするイオン生成装置。
  2. 請求項1記載のイオン生成装置において、前記放電電極を前記イオン生成流路の中心に同軸に配置することを特徴とするイオン生成装置。
  3. 請求項1記載のイオン生成装置において、前記放電電極を前記イオン生成流路を横切る方向に配置することを特徴とするイオン生成装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のイオン生成装置において、前記空気供給口から前記イオン生成流路に噴出される空気により外部空気を吸引し、前記イオン生成流路内に外部空気を供給する吸引ポートを前記放電ユニットの基端部に設けることを特徴とするイオン生成装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のイオン生成装置において、空気イオンに前記空気導入ポートから流入した空気が加えられた後の空気イオンに外部から空気を供給する補助空気導入ポートを前記放電ユニットの先端部に設けることを特徴とするイオン生成装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のイオン生成装置において、前記放電ユニットの空気吐出口の内径を前記イオン生成流路の内径よりも大径とすることを特徴とするイオン生成装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のイオン生成装置において、前記放電ユニットの先端部に、前記放電ユニットから吐出された空気イオンを被除電部材に向けて案内する導管を装着することを特徴とするイオン生成装置。
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