JP5937918B2 - イオン発生装置およびこれを備えた除電装置 - Google Patents

Description

本発明は、正イオンと負イオンとを発生させるイオン発生装置と、そのイオンによって帯電している対象物の帯電を除去する除電装置に関する。

イオン発生装置を用いる対象技術分野とその応用分野（装置）は多岐にわたっている。主に産業用では、電子写真帯電装置、空気の消毒、殺菌又は脱臭装置、電気集塵装置、オゾンの発生装置、静電塗装装置などが挙げられ、例えば、液晶表示装置や半導体装置の製造工程等においては、クリーンルーム内における静電気障害を防止するために除電装置として用いられている。

除電装置は、コロナ放電により周囲の空気分子を電離させ、生成した正負のイオンを帯電した対象物に照射することで除電を行う。正負のイオンの放出量がどちらかに偏ると、かえって対象物を帯電させてしまうことがあるため、正負のイオンが等しくなるようにバランスが調整されている。

昨今は、除電装置が利用される使用環境の省スペース化に伴って、除電装置を対象物に近接させた状態でも使用できることが求められている。しかし、除電装置を対象物に近接させると、放電電極に生じる電界により対象物が帯電してしまう問題がある。

そこで、特許文献１の除電装置９０は、図７に示すように、イオンを発生させるための少なくとも一の放電電極９１と、イオンを飛翔させるためのファン９２と、ファン部に開口されたケース開口部９３を設けたケース９４と、ケース開口部９３をガードするガード条９５ａを網状に設けたガード部９５とを備えており、これによりガード部９５を各放電電極９１に重なるように配置して電界遮断部を形成し、放電電極９１の電界による対象物の帯電を防止している。

また、特許文献２は、スポット的にイオンを吹き付けるノズル開口に金属網のグリッドを設けたイオナイザにおいて、グリッドの網目の空間率ＳＲを３５％以上で６５％以下の範囲に設定することにより、イオンバランスに加え、除電能力の低下を防止している。

特許４２９０４３７号（平成２１年４月１０日登録） 特開２００８−４１３４５号（平成２０年２月２１日公開）

しかしながら、特許文献１の除電装置９０では、電界を遮断するガード部９５の面積をどの程度にすればよいか開示しておらず、電界遮断部を大きくし過ぎると、除電時間が長くなって除電能力が低下する問題があった。

また、特許文献２のイオナイザは、スポット状のノズル開口におけるグリッドの空間率ＳＲを最適化したものであり、比較的小さい対象物ではイオンバランスを改善することができるが、対象物が大きいものに対して複数の放電電極からイオンを放出するような除電装置に対しては、必ずしも特許文献２の空間率ＳＲが最適とはならず、除電能力が低下してイオンバランスがとれなくなる問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の放電電極を備えた除電装置において、近接使用時における除電速度とイオンバランスを確保することができ、優れた除電性能を備えた除電装置を提供することである。

本発明のイオン発生装置は、正または負のイオンをそれぞれ生成する複数の放電電極と、放電電極から生成されたイオンを外部に送風するファンと、イオンの送風口に配置された金属網を備え、金属網は、第１の網目部と、第１の網目部より網目が広い第２の網目部を有し、放電電極は、投影した状態において、第１の網目部に位置することを特徴とする。

また、放電電極は、投影した状態において、第１の網目部の線部に重なるように位置することを特徴とする。

また、放電電極は、針状電極であることを特徴とする。

また、針状電極の先端部は、投影した状態において、第１の網目部の線部に重なるように位置することを特徴とする。

また、針状電極の先端部は、投影した状態において、第１の網目部の交点に重なるように位置することを特徴とする。

また、放電電極は線状に配置され、金属網は第１の網目部と第２の網目部が放電電極の配置に合わせて交互に配置されていることを特徴とする。

また、ファンは、クロスフローファンであることを特徴としている。

また、除電装置は、上記いずれかのイオン発生装置を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、複数の放電電極を備えた除電装置において、近接使用時における除電速度と正負イオン量のバランスを確保することができ、優れた除電性能を備えた除電装置を提供することができる。

本発明の除電装置を説明するための模式図である。 除電装置の構成と除電性能の測定条件を示す上面図である。 除電装置に設けられる金属網の種類を示す模式図である。 図３に示した各種金属網のイオンバランスと除電時間のグラフである。 金属網の第１の網目部Ｎ１と第２の網目部Ｎ２を示す模式図である。 図５に示した各種金属網のイオンバランスと除電時間のグラフである。 特許文献１の除電装置示す模式図である。

以下、本発明の実施例について図１から図６を用いて詳細に説明する。実施例として、本発明のイオン発生装置を具体化した除電装置を示す。なお、各実施例はあくまで一例として示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の除電装置１００を説明するための模式図である。本発明の除電装置１００は、図１に示すように、放電電極１０として、正イオンを生成する針状電極１０ａと負イオンを生成する針状電極１０ｂを有する放電ユニット１１と、放電ユニット１１に高電圧を供給する高電圧回路１２と、放電ユニット１１と高電圧回路１２を制御する制御回路１３とを備えている。

また、放電ユニット１１で生成した正負イオンを被除電物に向けて送風するためのファン１４と、放電ユニット１１のイオンの送風口に設けられた金属網１５を備えている。

図１では、除電装置１００の除電性能を測定するための構成を一緒に示しており、被除電物の代わりに、チャージプレート８０と、チャージプレート８０の電位を測定する表面電位計８１を配置している。チャージプレート８０は、ＴＲＥＣＫ社製の製品であり、１５０×１５０ｍｍの矩形金属プレートが重ねられ、２０ｐＦの静電容量を有するものである。

除電装置１００の除電性能は、イオンバランスと除電時間を測定して評価している。イオンバランスは、チャージプレート８０を、一旦、接地して表面電位を０Ｖにしたあと、除電装置１００のイオン風を所定位置に配置したチャージプレート８０に当てて、表面電位計８１でその帯電量を測定して求めている。また、除電時間は、チャージプレート８０を、１ｋＶから１００Ｖに除電する時間と、−１ｋＶから−１００Ｖに除電する時間とを測定し、両者の平均値を除電時間として求めている。

図２は、除電装置１００について、除電性能の測定方法を示した上面図である。図２に示すように、除電性能の測定は、除電装置１００から、５０ｍｍ、１００ｍｍ、３００ｍｍ離れた距離にチャージプレート８０を配置し、×印で示す送風口の幅方向である９点（０ｍｍ、±５０ｍｍ、±１００ｍｍ、±１５０ｍｍ、±２００ｍｍ）に、チャージプレート８０の中心を移動し、面内のばらつきも含めてイオンバランスと除電時間を測定した。

図２において、除電装置１００の構造を詳細に説明すると、放電ユニット１１には、放電電極１０として、正イオンを生成する針状電極１０ａと、負イオンを生成する針状電極１０ｂが一対となって設けられている。針状電極１０ａ、１０ｂには、生成するイオンと同極性の高電圧パルスが印加されるＤＣ方式が用いられるが、極性を一定時間毎に切り替えて駆動することにより、１つの針状電極１０から正負のイオンを交互に生成するＡＣ方式を用いることも可能である。放電ユニット１１は、複数個用いることにより、イオン全体の放出量を増加させ、除電面積を大きくすることができ、そのような場合は除電装置１００の送風口の幅方向に並べて配置される。

放電ユニット１１の後方には、生成した正負イオンを被除電物に向けて放出するためのファン１４が配置され、イオンが放出される放電ユニット１１の前方には、針状電極１０から離間して金属網１５が配置されている。ファン１４は、例えば、並置される放電ユニット１１に合わせて幅広の空気流を生成するクロスフローファンが適している。

金属網１５は、例えば、複数の導線が互いに交差して形成された網目部を有し、針状電極１０ａ、１０ｂの先端と網目部を構成する導線が、イオンの放出方向に投影して重なるように配置されている。これにより、針状電極１０ａ、１０ｂに生じる電界が金属網１５の導線によって遮蔽されて外部に漏れなくなるとともに、針状電極１０ａ、１０ｂから放出された正負イオンは、金属網１５の網目部を通過して被除電物に照射させることができる。なお、金属網１５は、グランド電位に接続せずに電気的に浮かした状態で用いることにより、放出されたイオンが金属網１５に吸収されて減少することを防止できる。

図３は、網目部の大きさが異なるＡ、Ｂ、Ｃの金属網１５を、放電電極１０側から見た模式図である。金属網１５は、網目部をアルミなどの導電性を有する導線１５ａ、１５ｂを用いて、横方向の導線１５ａと縦方向の導線１５ｂを網目状に組合せて形成した空間部を有している。金属網１５の材料は、上記アルミ以外にも銅などの導電率が小さい材料を用いることができる。

図３に示すように、Ａの金属網１５に対して、ＢやＣの金属網１５は、横方向の導線１５ａまたは縦方向の導線１５ｂを追加・間引くことにより網目部の大きさを変更している。金属網１５の網目部の大きさは、網目部の空間断面積の比率から求める空間率ＳＲで定義することができる。

空間率ＳＲは、一枡当たりの（線径を除く空間断面積）÷（線径を含む空間断面積）×１００で算出する。図３のＡの金属網１５において、導線１５ａ、１５ｂの線径を０．７ｍｍにして、導線１５ａ、１５ｂの間隔を７．０ｍｍにすると、上記計算式からＡの金属網１５の空間率ＳＲは８２％となる。同様に、Ｂの金属網１５は、Ａの金属網１５の横方向と縦方向に導線１５ａ、１５ｂを追加して、間隔を半分に狭くすることにより、空間率ＳＲを６７％としたものである。また、Ｃ金属網１５は、Ａの金属網１５の導線１５ｂを間引きして、横方向の間隔を４倍に広げることにより、空間率ＳＲを８９％としたものである。

図４は、網目部の大きさを示す空間率ＳＲが異なるＡからＣの３種類の金属網１５について、５０〜３００ｍｍの距離で除電性能を測定し、各距離におけるイオンバランスと除電時間をグラフ化したものである。なお、イオンバランスは上述した９点の測定値の平均値を示している。

図４に示すように、５０〜１００ｍｍの近距離で使用したとき、空間率ＳＲが６７％と比較的小さいＢの金属網１５は、イオンバランスが−５．３Ｖ〜−１１．１Ｖと最も大きくずれて充分に除電できないことがわかった。また、空間率ＳＲが８９％と比較的大きいＣの金属網１５も、５０ｍｍの近接した距離ではイオンバランスが−６．２Ｖと大きくずれて充分に除電できないことがわかった。空間率ＳＲが８２％であるＡの金属網１５は、５０〜１００ｍｍの近距離でイオンバランスが−３．２Ｖと小さめであるが未だ改善を要するレベルであった。

除電時間については、空間率ＳＲが小さくなるとイオンが通過し難くなるため、Ｂの金属網１５がＡの金属網１５やＣの金属網１５に比べて、除電時間が０．１〜０．２秒程度増加した。

図４に示すように、イオンバランスは、除電装置１００からの距離が離れるほど０Ｖに近づいて良好となる。これは、距離が離れるほど正負のイオンが撹拌されてイオンバランスが安定することが考えられる。このため、イオンバランスが比較的に良好であったＡの金属網１５において、針状電極１０から離れた網目部の空間率ＳＲを大きくすることにより、針状電極１０から離れた網目部を通過して放出されるイオン量を増やすことを検討した。

図５は、全体が均等に形成された第１の網目部Ｎ１が設けられたＡの金属網１５と、第１の網目部Ｎ１および第１の網目部より網目が広い第２の網目部Ｎ２が設けられたＤの金属網１５を示している。第1の網目部Ｎ１は、具体的にはＡおよびＤの金属網１５のどちらも空間率ＳＲが８２％であり、Ｄの金属網１５の第２の網目部Ｎ２の空間率ＳＲは８８％となるように形成されている。

そして、針状電極１０の先端に対して第1の網目部Ｎ１の交点を一致させて配置した場合（Ａ、Ｄ）と、針状電極１０の先端に対して第1の網目部Ｎ１の交点をずらせて配置した場合（Ａ２、Ｄ２）について、５０〜３００ｍｍの距離で除電性能を調べた。

図６は、除電性能として、所定距離におけるイオンバランスと除電時間をグラフ化したものである。図６に示すように、５０ｍｍ、１００ｍｍの近距離におけるイオンバランスは、金属網１５の網目部全体が同じ空間率ＳＲになっているもの（Ａ、Ａ２）よりも、針状電極１０から離れた部分に、空間率ＳＲが大きい第２の網目部Ｎ２を設けたもの（Ｄ、Ｄ２）の方がイオンバランスを改善できることがわかった。

また、金属網１５の交点と針状電極１０の先端のずれに対して、第２の網目部Ｎ２の空間率ＳＲを大きくしたもの（Ｄ２）は、網目部が均等に設けられたもの（Ａ２）よりも、イオンバランスの劣化が少ないことがわかった。

すなわち、針状電極１０から離れた部分に、第１の網目部Ｎ１より網目が広くなった第２の網目部Ｎ２を有することにより、第２の網目部Ｎ２を通過するイオンの放出量が増加するので、イオンバランスを改善することができる。また、イオンの放出量が増加することにより、針状電極１０の先端と網目部の線部が重なる限り、針状電極１０の先端と網目部の交点が多少ずれたとしてもイオンバランスの劣化を抑えることができるので、除電装置１００を容易に製造することができる。

勿論、針状電極１０の先端と金属網１５の交点とを重なるように配置することにより、針状電極１０から電界が外部に漏れて被除電物に電荷が誘導されことがなくなり、除電性能を効果的に高めることができる。

以上のことから、本発明のイオン発生装置は、正または負のイオンをそれぞれ生成する複数の放電電極１０と、放電電極１０から生成されたイオンを外部に送風するファン１４と、イオンの送風口に配置された金属網１５を備え、金属網１５は、第１の網目部Ｎ１と、第１の網目部Ｎ１より網目が広い第２の網目部Ｎ２を有し、放電電極１０は投影した状態において第１の網目部Ｎ１に位置することで、除電装置として用いたときに、近接使用時におけるイオンバランスの改善と除電時間の短縮を図り、除電能力の高い除電装置を実現することができる。

１０ 針状電極
１１ 高電圧パルス発生回路
１２ 高電圧回路
１３ 制御回路
１４ ファン
１５ 金属網
８０ チャージプレート
８１ 表面電位計
１００除電装置
Ｎ１ 第１の網目部
Ｎ２ 第２の網目部

Claims (8)

1. 正または負のイオンをそれぞれ生成する複数の放電電極と、
   前記放電電極から生成されたイオンを外部に送風するファンと、
   前記イオンの送風口に配置された金属網を備えたイオン発生装置であって、
   前記金属網は、第１の網目部と、前記第１の網目部より網目が広い第２の網目部を有し、
   前記放電電極は、投影した状態において、前記第１の網目部に位置することを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記放電電極は、投影した状態において、前記第１の網目部の線部に重なるように位置することを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
3. 前記放電電極は、針状電極であることを特徴とする請求項２記載のイオン発生装置。
4. 前記針状電極の先端部は、投影した状態において、前記第１の網目部の線部に重なるように位置することを特徴とする請求項３記載のイオン発生装置。
5. 前記針状電極の先端部は、投影した状態において、前記第１の網目部の交点に重なるように位置することを特徴とする請求項４記載のイオン発生装置。
6. 前記放電電極は線状に配置され、前記金属網は前記第１の網目部と前記第２の網目部が前記放電電極の配置に合わせて交互に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のイオン発生装置。
7. 前記ファンは、クロスフローファンであることを特徴とする請求項６記載のイオン発生装置。
8. 請求項１から７のいずれかのイオン発生装置を備えたことを特徴とする除電装置。