JP6644967B2 - 除塵装置及び除塵方法 - Google Patents

Description

本発明は、除塵装置及び除塵方法に関する。

例えば液晶パネルの製造工程では、ガラス基板、樹脂シート、プリント基板など（以下、除塵対象物ともいう。）の表面に付着している塵埃を除去する必要がある。従来、除塵対象物から除塵する除塵装置の構成として、粘着ローラーなどで機械的に塵埃を引き剥がすものがあるが、このような装置では、粘着ローラーの強い粘着力によって基板やシートなどが傷つきやすい。

また、このような除塵装置では、粘着ローラーに対して除塵対象物の帯電列が大きく離れていると、粘着ローラーの接触と剥離によって粘着ローラーと除塵物の双方が帯電し、静電吸引力で塵埃を引きつけて除塵しにくくなる。したがって、上述のような平板状のものを除塵する場合、非接触で塵埃を除去できる除塵装置および方法が望まれる。

非接触で塵埃を除去できる方法としては、塵埃に圧搾空気を吹き付ける方法や静電吸引力で塵埃を吸引する方法がある。このうち、圧搾空気を吹き付ける方法は、圧搾空気による気流が連続気流であることから、塵埃を揺さぶって除塵物から引き剥がすことができない。このため、特許文献１では、開口のある回転筒を用いて圧搾空気を断続的に吐出して除塵物に当てるようにした除塵装置を記述している。他方、特許文献１に記載された技術は、装置が大型で複雑なものになりやすい。

また、本発明者が先に提案した特許文献２では、スピーカを用いて除塵対象となる基板などの除塵物の面と平行な方向に交番気流を発生させて除塵物から塵埃を引き離し、真空掃除機などの吸引手段で集塵する構成を記述している。

特許第３７３９１２４号 特開２０１３−１１８３８９号

本発明は、装置を小型に実現できる除塵装置及び除塵方法を提供することを目的とする。

本発明に係る除塵装置は、一端側に振動板が設けられ、前記振動板に対向する他端側に空気の流通路の一部をなす開口を有する筐体と、前記筐体の前記開口を囲って前記筐体から突起する吐出管と、交流電圧を印加して前記振動板を駆動する駆動手段と、を備え、前記吐出管は、空気の吐出口と、空気の流通路に面する隙間と、を有することを特徴とする。

本発明に係る除塵方法は、振動板が設けられ前記振動板に対向する部位に開口を有する筐体と、前記振動板の振動による空気の流れを吐出する吐出管とを備える除塵装置を用いて、除塵対象物に付着している塵埃を除去する除塵方法であって、前記吐出管の吐出口を前記除塵対象物に対峙させ、前記振動板に交流電圧を印加して前記振動板を振動させ、前記振動板の振動によって、前記開口に往復振動流を作り、前記吐出管の吐出口から脈動気流および連続気流を形成することを特徴とする。

本発明によれば、装置を小型に実現できる除塵装置及び除塵方法を提供することができる。

本発明の実施形態による除塵装置の構成を模式的に示す断面図である。 図１の除塵装置の外観斜視図である。 フィルター部を取り外した状態を示す除塵装置の斜視図である。 本実施形態による除塵装置の動作を説明するための断面図であり、（ａ）は振動板が上方に移動する場合を、（ｂ）は振動板が下方に移動する場合を、それぞれ示す。 除塵装置の使用状態を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態による除塵装置を、図面を参照して詳細に説明する。以下に記載する「上」、「下」、「底」の方向は、図面を基準とする。

まず、図１の断面図、図２及び図３の斜視図を参照して、本実施形態の除塵装置１の全体構成を説明する。本実施形態の除塵装置１は、気流発生源としてシンセティック・ジェット・アクチュエータを用いたものである。この除塵装置１は、振動板４が取り付けられ内部に空気室Ｓ１が形成された容器状の筐体２と、筐体２から突出するように設けられた吐出管３と、筐体２の上に配置される捕集ユニット６と、を有する。また、除塵装置１は、振動板４を駆動する駆動手段５、筐体２と吐出管３とを移動させるための昇降手段８及び平行移動手段９を有する。

筐体２は、下端が開放した円筒形の部材であり、上端に天井板２２を有している。筐体２の下端近くには、円板状の振動板４が取り付けられている。振動板４は、筐体２の下端部を塞いでいる。筐体２の側壁２１は、振動板４の振動を確保するために、振動板４の周縁面を挟み込むようにして振動板４を保持固定する。振動板４が取り付けられた筐体２は、内部に空気室Ｓ１が形成された容器状をなす。筐体２の天井板２２の中央には、空気の流通路となる開口２２ａが形成されている。この例では開口２２ａは円形であるが、正方形など他の形状とすることもできる。また、筐体２は、この例では円筒形であるが、四角筒形や多角形の箱状などの他の形状とすることもできる。

図２及び図３に示すように、吐出管３は、筒形の管状体であり、筐体２の開口２２ａを囲うように筐体２の天井板２２の中央から突起して設けられている。吐出管３の先端は、開放して吐出口３ａとなっている。吐出管３は、筐体２と接続される底部側に空気の流通路の一部となる隙間３１が複数形成されている。隙間３１は、図３の例では比較的幅広の開口形状であるが、他の例として、例えば細長いスリット状に形成してもよい。吐出管３の内径は、筐体２の開口２２ａの径よりも大きい。吐出管３は、この例では円筒状を呈するが、角筒形など他の形状とすることもできる。

振動板４は、平面視が円形の薄板であり、その径は筐体２の開口２２ａよりも大きい。振動板４は、本実施形態では圧電子（圧電振動板）が用いられる。この圧電振動板は、例えば厚さ０．１ｍｍ程度の円盤状の金属板にピエゾ・セラミックが貼り付けられてなる。

駆動手段５は、振動板４に電圧を印加するもので、例えば正弦波交流電圧を印加する駆動回路を有する。かかる駆動回路は、例えば、所定の周波数信号を生成するオシレータ、生成された周波数信号の波形を適正レベルに減衰し調整するアッテネータ、アッテネータから入力された信号を所望の電圧レベルまで増幅するパワーアンプ、を有する。加えて、駆動回路は、電源のオンオフを切り換える電源スイッチや出力電圧のレベルを調整するボリュームなどを備えることができる。かかる駆動回路から所定の交流電圧が出力されると、振動板４は、印加された交流電圧に従って振動し、筐体２の内部空間Ｓ１を周波数に従って振動させる。

捕集ユニット６は、平面視が円環形状を呈する枠体６０と、枠体６０の上部に取り付けられたフィルター７とを有し、内部に空気室Ｓ２が形成されている。枠体６０及びフィルター７の内径は吐出管３の外径と略等しく、枠体６０及びフィルター７の外径は筐体２の外径と略等しい。枠体６０は、例えば樹脂製であり、円環形の底部６１の内側から内壁６２が、底部６１の外側から外壁６３が、それぞれ同じ高さで筒状に立ち上がって形成されている。枠体６０の底部６１は、筐体２の天井板２２の上面に載置されている。枠体６０の内壁６２は、吐出管３の外径と略等しい内径であり、吐出管３の隙間３１と対応する位置に、空気の流通路の一部となる開口６２ａが形成されている。かかる構成の捕集ユニット６は、図２及び図３に示すように、筐体２及び吐出管３に対して着脱可能である。

フィルター７は、例えば紙繊維からなり、平面視が円環形状を呈する。フィルター７は、枠体６０の内壁６２及び外壁６３の上端に取り付けられる。この例では、フィルター７を交換する場合に捕集ユニット６全体を交換する。他の例として、捕集ユニット６の枠体６０に対してフィルター７を着脱可能な構成としてもよい。また、この例では、捕集ユニット６の上部にフィルターを備える構成としているが、他の例として、捕集ユニット６の外形全体がフィルターをなす構成としてもよい。

集塵装置１を例えば液晶パネルの製造工程で使用するために、筐体２及び吐出管３の高さ位置を調整するための昇降手段８と、筐体２及び吐出管３を後述する被除塵面と平行に移動させる平行移動手段９と、を筐体２に対して接続することができる。昇降手段８及び平行移動手段９は、例えば、ボールねじ機構を利用した移動機構を用いて構成することで、筐体２及び吐出管３の被除塵面に対する位置調整を、任意かつ高精度に行うことができる。なお、集塵装置１は、手で持って使用することもでき、その場合、昇降手段８及び平行移動手段９は不要である。

次に、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して、除塵装置１の動作原理を説明する。上述のように交流電圧を印加された振動板４が振動して上方に移動するとき、筐体２の空気室Ｓ１内の空気が圧縮され、圧縮された空気が筐体２の開口２２ａから流出（すなわち噴出）する（図４（ａ）参照）。

開口２２ａから噴出された空気は、吐出管３内を上方に向かって矢印Ａ方向に進行し、吐出口３ａから直進して外部に噴出される。このとき、吐出口３ａから直進して外部に噴出される空気は、吐出口３ａの周囲の空気を押し出す。押し出された周囲の空気は、吐出口３ａから吐出管３の外壁に沿って流れる。また、開口２２ａから空気が噴出されることで、吐出管３内における開口２２ａの周囲の気圧が低下し、かかる負圧によって吐出管３の周囲の空気が隙間３１を通じて吐出管３内に流入する。結果として、開口２２ａからの噴出空気によって押し出された空気は、矢印Ｂに示すように、吐出管３の周りを円弧状に回り込むように流れて、捕集ユニット６のフィルター７及び開口６２ａを通過し、隙間３１から吐出管３の内部に流入される。したがって、開口２２ａから噴出された空気により、吐出管３内を進行する気流と吐出管３の外壁に沿って進行し吐出管３内に入る気流とによる連続気流が形成される。

これに対して、振動状態にある振動板４が下方に移動すると、外部の空気が筐体２の開口２２ａから筐体２内に流入し、空気室Ｓ１内に空気が吸引される（図４（ｂ）参照）。このとき開口２２ａから空気室Ｓ１に吸引される空気の流れは、矢印Ａ’に示す吐出管３内を下方に進む流れと、矢印Ｃに示す流れと、に大別される。ここで、矢印Ｃに示す流れは、捕集ユニット６の空気室Ｓ２内の空気が、吐出管３と筐体２との隙間である開口６２ａ，３１、さらには開口２２ａを通って筐体２内に流入する流れである。また、吐出管３内を下方に進む矢印Ａ‘の流れは、図示のように、開口２２ａ方向に直進する流れだけでなく、吐出管３の内壁側から吐出管３の内径よりも小さい開口２２ａに向かう流れも加わるため、乱れた流れとなる。

かくして、除塵装置１では、振動板４の振動に伴って筐体２の空気室Ｓ１内の空気が駆動され、開口２２ａに噴出・吸引の往復振動流が発生し、吐出管３の吐出口３ａから脈動気流が形成される。

ここで、図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較して分かるように、振動板４が上方（開口２２ａ側ないし噴出側）に移動するときと、振動板４が下方（吸引側）に移動するときとでは、筐体２及び吐出管３の構造上、空気の流れが対称にならない。ここで、空気の流れが対称であるとは、空気の流れ方すなわち空気の経路や速度が対称であることをいう。除塵装置１は、このような噴出と吸引における流れの非対称性を伴う空気の動作（空気流の流れ）によって、筐体２の開口２２ａと吐出管３内に作られる振動流が強い平均噴流（シンセティック・ジェット）を誘起し、かかる平均噴流を吐出口３ａから噴出する。除塵装置１では、上述したような空気の動作によって、除塵対象物の塵埃を効率的に除去することができる。

以下、除塵装置１の具体的な使用方法について、液晶パネルの製造工程におけるガラス基板の表面を除塵する場合を想定して説明する。図５に示すように、ガラス基板１００の除塵対象となる被除塵面１０１に対して吐出管３の吐出口３ａが対峙するように除塵装置１を配置する。かかる配置の作業は、上述した昇降手段８を使用して行うことができる。

この状態から除塵装置１の電源を投入すると、上述した駆動手段の駆動回路からの交流電圧が振動板４に印加され、振動板４は、この印加電圧に対応した所定の周期で振動する。かかる振動板４の振動すなわち往復移動によって、除塵装置１の内部及び外部の空気が駆動される。上述のように、振動板４が上方に移動するときには、空気室Ｓ１の空気が開口２２ａから噴出される噴出状態となる。噴出された空気は、吐出管３内を直進して（矢印Ａ参照）吐出口３ａから外部に移動し、ガラス基板１００の除塵対象面１０１に勢い良く当たる。このとき、図４（ａ）で上述した矢印Ｂ方向の空気の流れは、図５の矢印Ｂ１及びＢ２方向の流れとなる。

他方、振動板４が下方に移動するときには、開口２２ａから空気室Ｓ１に空気が吸引される吸引状態となる。そして、図４（ａ）および（ｂ）で上述したように、振動板４が上方に移動するときの噴出状態と、振動板４が下方に移動するときの吸引状態とでは、空気の流れが対称にならない、すなわち空気の流れ方が非対称になる。

ガラス基板１００の下面に付着している塵埃Ｄは、このような噴出と吸引における流れの非対称性を伴う空気の動作（空気流の流れ）によって揺さぶられ、ガラス基板１００から剥離して、矢印Ｂ２の空気流に従って落下する。すなわち、上述した脈動気流によって塵埃Ｄがガラス基板１００の表面から引き離され、上述した連続気流の一部である矢印Ｂ１及びＢ２方向の空気流れによって、塵埃Ｄがガラス基板１００の表面から除去される。ガラス基板１００の表面から除去されて落下した塵埃Ｄは、捕集ユニット６のフィルター７に付着し、フィルター７によって捕集される。ガラス基板１００の被除塵面１０１を全て除塵するには、上述した平行移動手段９を使用して筐体２及び吐出管３を移動させる、あるいはガラス基板１００を除塵装置１に対して相対移動させればよい。

図５では吐出管３の吐出口３ａを真上に向けて使用する場合を例示したが、除塵装置１の使用時の向きはこれに制限されない。本実施形態の除塵装置１は、小型に実現できることから、移動が容易であり、また、例えばレコードやＣＤなどの各種記録媒体やレンズの除塵など、様々な用途に使用することができる。したがって、除塵装置１は、除塵の対象となる物の性質や形状などに応じて様々な向きで使用することができる。また、除塵装置１は、用途によっては上述した昇降手段８や平行移動手段９を備える必要がない。

このように、本実施形態の除塵装置１によれば、圧搾空気や回転機構などが不要であり、装置を小型かつ簡素な構成で実現でき、故障の発生も相対的に少なくすることが可能になる。

上述した実施形態では、振動板４として圧電子を用いた例について説明した。他の構成例として、圧電子に換えてダイナミックスピーカなどのスピーカを用いることも可能である。この場合、スピーカのコーン紙が振動板となる。

上述した実施形態では、フィルター７を吐出管３の高さ方向における略中央の位置に設ける構成としたが、フィルター７の位置はこれに限られない。フィルター７の位置は、除塵装置１により噴出される空気の流路上の任意の位置に設けることができる。

上述した実施形態では、落下した塵埃を捕集する手段として塵埃を物理的に捕捉するフィルターを用いた例を説明したが、塵埃を捕集する手段はこれに限られない。例えば、捕集ユニット６の上部に、上述したフィルター７に替えて帯電シートを配置し、この帯電シートに電流を印加して帯電させることで、静電吸引力を利用して塵埃を帯電シートに付着させる構成としてもよい。

１ 除塵装置
２ 筐体
２２ａ 開口
Ｓ１ 空気室
３ 吐出管
３ａ 吐出口
３１ 隙間
４ 振動板（圧電子）
５ 駆動手段
６ 捕集ユニット
７ フィルター
Ｄ 塵埃

Claims (4)

1. 一端側に振動板が設けられ、前記振動板に対向する他端側に空気の流通路の一部をなす開口を有する筐体と、
   前記筐体の前記開口を囲って前記筐体から突起する吐出管と、
   交流電圧を印加して前記振動板を駆動する駆動手段と、
   を備え、
   前記吐出管は、空気の吐出口と、空気の流通路に面する隙間と、を有することを特徴とする除塵装置。
2. 前記吐出口から吐出される空気の流路上に配置され、前記吐出口から吐出された空気により除塵対象物から剥離された塵埃を捕集する捕集手段を備える
   請求項１に記載の除塵装置。
3. 前記捕集手段は、前記筐体に取り付けられたフィルターを含む
   請求項２に記載の除塵装置。
4. 振動板が設けられ前記振動板に対向する部位に開口を有する筐体と、前記振動板の振動による空気の流れを吐出する吐出管とを備える除塵装置を用いて、除塵対象物に付着している塵埃を除去する除塵方法であって、
   前記吐出管の吐出口を前記除塵対象物に対峙させ、
   前記振動板に交流電圧を印加して前記振動板を振動させ、
   前記振動板の振動によって、前記開口に往復振動流を作り、前記吐出管の吐出口から脈動気流および連続気流を形成する
   ことを特徴とする除塵方法。
   

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