JP7453042B2 - イオナイザー及び除電システム - Google Patents

Description

本発明は、イオン化された気体を搬送して除電対象となる帯電体を除電するイオナイザーおよび除電システムに関する。

一般的に、半導体や薄型表示パネル（ＦＰＤ）などの生産環境では帯電体となる製品から静電気を除去することが重要である。このため、除電装置としてイオナイザーが広く使用されている。例えば、コロナ放電式のイオナイザーは、電極に高電圧を印加してコロナ放電を発生させ、電極付近の空気を電離して正負イオンを生成させ、この正負イオンを除電対象となる帯電体に送って、帯電体上の電荷を逆極性のイオンで中和し、除電する。

このような除電は、半導体洗浄装置等の狭所において行われることも多い。このような狭所で除電が行われる場合には、半導体洗浄装置等の外部に、イオン発生チャンバを設け、チャンバ内で発生させた正負イオンを、細い搬送チューブを用いて半導体洗浄装置等の内部の除電対象箇所に供給するイオン搬送式のイオナイザーを用いる。このイオン搬送式イオナイザーでは、例えば、エアと純水を用いて微細ミストを発生させ、このミストに対して正負イオンを付着させ荷電粒子を生成する方式を用いるものがある。このようなイオン搬送式のイオナイザーにおいても、荷電粒子の生成にコロナ放電が利用されている。

特開２００４－２５３１９２号公報

しかし、コロナ放電を用いたイオナイザーでは、酸化作用のあるオゾンが発生し、帯電体の表面を酸化させたり、空気中の微量の不純物と反応して２次粒子が発生する虞がある。また、放電電極自体の摩耗あるいは不純物の析出により放電電極から発塵が起きる、といった問題点が指摘されている。

コロナ放電を用いた従来のイオン搬送式イオナイザーでは、正負イオンの搬送中に再結合が生じ、イオン量が著しく減少してしまう虞がある。また、静電拡散により、搬送チューブの内壁にイオンが付着することも考えられる。他にも微細ミストの発生には多量のエアが用いられることもあり、従来のイオン搬送式イオナイザーを用いて、半導体洗浄装置等の内部の除電対象箇所に対して、イオンや荷電粒子を細い搬送チューブで搬送して供給することは困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、イオン搬送を用いた場合であっても除電性能を向上することができるイオナイザーおよび除電システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のイオナイザーは、以下の特徴を有する。
（１）チャンバと、前記チャンバ内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路と、前記チャンバ内に高温蒸気を供給する蒸気供給部と、前記チャンバ内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置と、前記チャンバ内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、を備え、前記チャンバは、前記軟Ｘ線を透過する照射窓と、前記チャンバ内に配置され、前記照射窓を囲うように設けられた照射窓カバーと、を有し、前記エア供給路は、前記照射窓カバーの内部に前記イオン搬送ガスを供給し、前記照射窓カバーは、前記照射窓と対向に配置された開口を有している。

（３）前記照射窓カバーは、供給された前記イオン搬送ガスを貯留し、一側面にスリットを有するバッファ室と、前記バッファ室と前記スリットを介して接続され、内部に前記照射窓が配置された、前記開口を有する小チャンバと、を有していてもよい。

（４）前記小チャンバは、前記スリットを延長するように設けられた、前記バッファ室より高さの低い室であってもよい。

（５）チャンバと、前記チャンバ内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路と、前記チャンバ内に高温蒸気を供給する蒸気供給部と、前記チャンバ内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置と、前記チャンバ内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、を備え、前記チャンバは、前記蒸気供給部と接続する微粒子生成チャンバと、前記微粒子生成チャンバの下流側に配置され、前記軟Ｘ線が照射される軟Ｘ線照射チャンバと、を有し、前記エア供給路は、前記微粒子生成チャンバ内に常温の前記イオン搬送ガスを供給する第１のエア供給路と、前記軟Ｘ線照射チャンバ内に常温の前記イオン搬送ガスを供給する第２のエア供給路と、を有している。

（６）前記第１のエア供給路が前記微粒子生成チャンバ内に供給する前記イオン搬送ガスの流量は、前記第２のエア供給路が前記軟Ｘ線照射チャンバ内に供給する前記イオン搬送ガスの流量より多くてもよい。

（７）前記搬送路には、前記搬送路を流れる前記イオン化気流に含まれる荷電粒子の粒径を計測する粒径計測器が設けられていてもよい。

（８）チャンバと、前記チャンバ内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路と、前記チャンバ内に高温蒸気を供給する蒸気供給部と、前記チャンバ内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置と、前記チャンバ内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、前記チャンバの周囲に設けられた保温部と、を備える。

なお、上記の各形態は、除電システムの発明としても捉えることができる。

本発明によれば、イオン搬送を用いた場合であっても除電性能を向上することができるイオナイザーおよび除電システムを提供することができる。

第１の実施形態に係るイオナイザーの全体構成を示す図である。 第１の実施形態に係る照射窓カバーを拡大した構成図である。 第２の実施形態に係るイオナイザーの全体構成を示す図である。 検証実験における実施例の実験装置の概要を示す図である。 検証実験における比較例の実験装置の概要を示す図である。 その他の実施形態に係るイオナイザーの全体構成を示す図である。

（第１の実施形態）
（構成）
第１の実施形態に係るイオナイザー１００について図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態に係るイオナイザーの全体構成を示す図である。図２は、第１の実施形態に係る照射窓カバーを拡大した構成図である。

イオナイザー１００は、イオン化気流をワーク等の除電対象となる帯電体Ｅに対して供給し、帯電体Ｅを除電する装置である。イオン化気流とは、イオン化された気体と正負イオンにより荷電された微細ミスト（荷電粒子）を含む気体のことである。なお、以下の説明は、イオナイザー１００の構成と、不図示の制御装置とを有する除電システムの説明として捉えることもできる。

図１に示すとおり、イオナイザー１００は、エア供給路１、チャンバ２、蒸気生成部３、軟Ｘ線生成装置４、搬送路５を有する。以下の説明では、気体が供給される側を上流側、気体が排出される側を下流側と表現する場合がある。

（エア供給路）
エア供給路１は、チャンバ２に対して気体を供給する気体供給管である。エア供給路１には、例えば、パイプやチューブ等、気体をチャンバに供給できるものであれば種々のものを使用できる。チャンバ２に対して供給される気体としては、空気、Ｎ_２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスがある。以下、チャンバ２に対して供給される気体を、イオン搬送ガスと表現する。

エア供給路１には、上流側から、エアポンプ１１、流量調整バルブ１２、流量計１３、及びフィルタ１４が設けられている。そして、エア供給路１の最下流端は、チャンバ２のエア供給口２１に接続されている。エアポンプ１１は、イオン搬送ガスを下流側に排出してチャンバ２にイオン搬送ガスを供給するためのポンプである。エアポンプ１１の代わりに、コンプレッサを用いても良い。

流量調整バルブ１２は、エアポンプ１１によるイオン搬送化ガスの供給量を調整するための弁である。エアポンプ１１と流量調整バルブ１２は、不図示の制御装置に接続されており、この制御装置からの制御信号により、エアポンプ１１の流量や流量調整バルブ１２の開度が制御される。イオン搬送ガスの流量は、搬送路５の直径により異なるが、例えば搬送路５の内径を１０ｍｍとした場合には、６０～８０Ｌ／ｍｉｎとすると、帯電体Ｅを除電するために最適な荷電粒子量を搬送できると考えらえる。

流量計１３は、エア供給路１を流れるイオン搬送ガスの流量を測定する計測器である。流量計１３も、不図示の制御装置に接続されてよく、この制御装置が流量計１３の値を参照し、エアポンプ１１の流量および流量調整バルブ１２の開度を制御する構成とすることができる。エアポンプ１１の流量および流量調整バルブ１２の開度を調整することで、エア供給路１を流れるイオン搬送ガスの流量を変更できる。エア供給路１を流れるイオン搬送ガスの流量は、例えば搬送路５の内径が１０ｍｍのときは６０～８０Ｌ／ｍｉｎとすることが好ましい。この流量とすることで、チャンバ２から排出されるイオン化気流を、数ｍ先まで搬送することが可能となる。フィルタ１４は、チャンバ２に供給される直前の気体から塵埃などを取り除き、イオン搬送ガスを清浄ガスとする気体濾過器である。

（チャンバ）
チャンバ２は、荷電粒子の生成を行う直方体の室である。チャンバ２の形状は直方体に限定されず、筒状等、他の形状とすることができる。チャンバ２の上流側の側面には蒸気供給口２２が設けられ、後述する蒸気供給部３によって生成された高温蒸気がチャンバ２内に供給される。また、チャンバ２の下流側の側面にはエア搬送口２３が設けられ、イオン化気流はチャンバ２内から搬送路５へ排出される。

チャンバ２の上面には、開口２４が設けられている。この開口２４から軟Ｘ線生成装置４により生成された軟Ｘ線が、チャンバ２内に照射される。また、チャンバ２の内部には、開口２４を塞ぐ照射窓２４ａが設けられている。照射窓２４ａは軟Ｘ線を透過させる。照射窓２４ａとしては、ベリリウム板やカプトン板（ポリイミド）を用いることができる。

図２に示すように、チャンバ２は、照射窓２４ａを囲うように設けられた照射窓カバー２５を有する。照射窓カバー２５は、照射窓２４ａの結露を防止する構造を含み、かつ、チャンバ２内部にイオン搬送ガスを供給する供給路である。照射窓カバー２５は、チャンバ２の内部上方に設けられ、照射窓カバー２５の内部に照射窓２４ａが配置される。照射窓カバー２５には、開口２５５が設けられ、この開口２５５から照射窓カバー２５内に供給されたイオン搬送ガスがチャンバ２内に排出される。

より詳細に照射窓カバー２５について説明すると、照射窓カバー２５は、バッファ室２５１と小チャンバ２５２により構成される。バッファ室２５１は、照射窓２４ａの近傍であり、かつ、照射窓２４ａの対向しない位置に設けられている。バッファ室２５１の上面には、エア供給口２１が設けられている。バッファ室２５１は、エア供給口２１から供給された常温のイオン搬送ガスを貯留する室である。常温とは、２０℃前後の温度であり、例えば、１５℃～３０℃である。

バッファ室２５１の一側面には、スリット２５４が設けられている。スリット２５４は、バッファ室２５１に貯留されたイオン搬送ガスを照射窓２４ａに供給する噴射口である。スリット２５４は、バッファ室２５１の側面のうち、照射窓２４ａが配置されている側の一側面に配置された矩形の開口である。例えば、チャンバ２の長手方向の長さが１３０ｍｍで、高さおよび幅が６０ｍｍの場合、バッファ室２５１の高さを２５ｍｍ、幅約６０ｍｍとし、スリット２５４の高さを６ｍｍ、幅約６０ｍｍとすることができる。

バッファ室２５１には、スリット２５４を介して、小チャンバ２５２が接続されている。小チャンバ２５２は、スリット２５４から噴射されたイオン搬送ガスが流れる空間を画定する室である。したがって、小チャンバ２５２は、スリット２５４を延長するように設けられた、バッファ室２５１より高さの低い直方体の室である。バッファ室２５１より高さが低いとは、小チャンバ２５２の上面から底面までの距離が、バッファ室２５１の上面から底面までの距離より短いことを指す。小チャンバ２５２は、例えば、スリット２５４の高さを６ｍｍとした場合、高さ６ｍｍの空間を画定する直方体の室である。なお、バッファ室２５１の高さは、スリット２５４の高さ、即ち、小チャンバ２５２の高さの４倍以上であることが好ましい。バッファ室２５１の高さを小チャンバ２５２の高さの４倍以上にすることで、スリット流が偏流することを効果的に抑制することができる。

小チャンバ２５２は、照射窓２４ａの下方に設けられている。即ち、軟Ｘ線生成装置４は、小チャンバ２５２の上方に位置する。小チャンバ２５２には、流れてきたイオン搬送ガスを放出する開口２５５が設けられている。そのため、イオン搬送ガスは開口２５５からチャンバ２内に放出される。開口２５５は、照射窓２４ａと対向に配置され、照射窓２４ａと同一寸法以上の大きさに形成されている。よって、照射窓２４ａを介して照射された軟Ｘ線が開口２５５により遮蔽されることが抑制される。

（蒸気供給部）
蒸気供給部３は、高温蒸気を生成し、高温蒸気をチャンバ２内に供給する装置である。チャンバ２内に供給された高温蒸気を常温のイオン搬送ガスで冷却することで、純水の微粒子が生成される。

蒸気供給部３の内部には、熱伝導性に優れた金属やセラミックス等からなる多孔体が充填されている。蒸気供給部３には、不図示の純水供給配管が接続されており、多孔体に純水が供給される。蒸気供給部３の内部には、加熱ヒータが設けられている。加熱ヒータは、多孔体に吸収された純水を加熱し、高温蒸気を生成する。蒸気供給部３は、不図示の制御装置に接続されていてよく、制御装置は、加熱ヒータの出力温度や純水供給配管から供給される純水の量等を制御する。

蒸気供給部３は、供給路３１の一方端部と接続している。供給路３１の他方端部は、チャンバ２の蒸気供給口２２と接続している。つまり、供給路３１によって、高温蒸気がチャンバ２内に供給される。なお、供給路３１には、流量調整バルブ３２が設けられている。流量調整バルブ３２は、高温蒸気の供給量を調整するための弁である。

（軟Ｘ線生成装置）
軟Ｘ線生成装置４は、純水の微粒子の近傍に軟Ｘ線を照射して軟Ｘ線で発生した正負イオンを純水の微粒子に付着させ、純水の微粒子を粗大な荷電粒子にするイオン化装置である。軟Ｘ線とは、３～９．５ｋｅＶ程度のエネルギーを有し、厚さ２ｍｍ程度の塩化ビニル板で容易に遮蔽できる程度の微弱なＸ線である。軟Ｘ線生成装置４は、チャンバ２の上面に設けられた開口２４の上方に、チャンバ２の外部に突出するように配置されている。

軟Ｘ線生成装置４は、開口２４に設けられた照射窓２４ａを介して、軟Ｘ線をチャンバ２内に照射するように構成される。軟Ｘ線生成装置４が軟Ｘ線を純水の微粒子近傍のイオン搬送ガスに照射することで、純水の微粒子に正負イオンが付着し、荷電粒子が生成され、イオン化されたイオン搬送ガス中に荷電粒子を含むイオン化気流が生成される。

（搬送路）
搬送路５は、チャンバ２にて生成された荷電粒子を含むイオン化気流を、帯電体Ｅに供給する気体搬送路である。搬送路５は、具体的にはチューブ状の搬送路であり、例えば、樹脂製のチューブを用いてもよい。搬送路５の一端はチャンバ２のエア搬送口２３に接続され、イオン化気流を搬送路５の他端側に位置する帯電体Ｅに供給する。

搬送路５には、粒径計測器５１が設けられている。粒径計測器５１は、搬送路５を流れるイオン化気流に含まれる荷電粒子の粒径を計測する光学式の計測器である。粒径計測器５１は、例えばパーティクルカウンターを用いることができる。この粒径計測器５１は、不図示の制御装置に接続されていてよく、この制御装置が粒径計測器５１の値を参照し、蒸気供給部３の加熱ヒータを制御する。荷電粒子の粒径の大きさは、蒸気生成部３で生成される高温蒸気と常温のイオン搬送ガスの温度差に依存し、温度差が大きくなるほど荷電粒子が微細化する。そのため、粒径計測器５１で荷電粒子の粒径を検出し、フィードバックして、蒸気生成部３の加熱ヒータの出力を変更し、高温蒸気の温度を変更することができ、所望の粒径の荷電粒子を得ることができる。

（制御装置）
制御装置は、上述のとおり、イオナイザー１００の各構成要素に接続されている。制御装置は、ＣＰＵやメモリを含み所定のプログラムで動作するコンピューターや専用の電子回路で構成される。制御装置には、入力部および出力部を有していてもよい。オペレータは入力部を介して設定値の入力や変更を行うことが可能である。また、オペレータは出力部を介して設定値や選択させる画面等を確認することが可能である。

（作用）
次に、本実施形態のイオナイザーにおける帯電体Ｅの除電方法について説明する。蒸気供給部３は、高温蒸気を生成し、供給路３１を介して、高温蒸気を蒸気供給口２２からチャンバ２内に供給する。一方、エア供給路１を介して常温のイオン搬送ガスがエア供給口２１からチャンバ２が有するバッファ室２５１内に供給される。バッファ室２５１に貯留されたイオン搬送ガスは、スリット２５４を介してスリット流となり、小チャンバ２５２に流入し、照射窓２４ａに向かって噴射される。そして、照射窓２４ａに噴射されたイオン搬送ガスは、開口２５５からチャンバ２内に放出される。

チャンバ２内に放出されたイオン搬送ガスは、高温蒸気と衝突する。この時、高温蒸気が常温のイオン搬送ガスによって急冷されることで、純水の微粒子が生成される。そして、生成された純水の微粒子に軟Ｘ線生成装置４により軟Ｘ線が照射されることによって、純水の微粒子に正負のイオンが付着され、荷電粒子が生成される。そして、この荷電粒子を含んだイオン化気流が搬送路５によって搬送され、帯電体Ｅに供給される。

また、搬送路５に設けられた粒径計測器５１によって搬送路５を流れる荷電粒子の粒径を計測する。そして、制御装置は、計測された粒径に基づいて、蒸気供給部３の加熱ヒータを制御する。

（効果）
（１）以上に示したとおり、本実施形態に係るイオナイザー１００は、チャンバ２と、チャンバ２内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路１と、チャンバ２内に高温蒸気を供給する蒸気供給部３と、チャンバ２内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置４と、チャンバ２内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、を備える。

上述のとおり、コロナ放電を用いた従来のイオナイザーでは、オゾンの発生や、不純物の析出等の問題があった。しかし、本実施形態のイオナイザー１００では、軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置４が設けられている。そのため、酸化作用を有するオゾンが発生することがなく帯電体Ｅが酸化することを防止でき、また、発塵も生じない。

軟Ｘ線は、単位面積当たりのイオン濃度が非常に高い。そのため、純水の微粒子を効率的に荷電することが可能である。また、純水の微粒子に軟Ｘ線で生成した正負イオンを付着させ粗大化した荷電粒子にすることにより、イオンの移動速度が低下する。そのため、正負の荷電粒子の再結合による荷電粒子量の減少が防止される。

また、純水の微粒子を荷電した場合、大きな粒径の微粒子は、チャンバ２内で落下し、５μｍ以下の微粒子、特には１μｍ以下の微粒子が搬送路５に導入されると考えられる。チャンバ２および搬送路５内で気化する微粒子もあるが、例えば約３ｍの搬送路５を用いた場合でも、帯電体Ｅにイオン化気流を搬送することが可能となる。したがって、本実施形態のイオナイザー１００によれば、イオン搬送を用いた場合であっても除電性能を向上させることができるイオナイザーおよび除電システムを提供することが可能となる。

（２）チャンバ２は、軟Ｘ線を透過する照射窓２４ａと、チャンバ２内に配置され、照射窓２４ａを囲うように設けられた照射窓カバー２５と、を有し、エア供給路１は、照射窓カバー２５の内部にイオン搬送ガスを供給し、照射窓カバー２５は、照射窓２４ａと対向に配置された開口２５５を有している。

上述のとおり、純水の微粒子は、高温蒸気を急冷することで生成されるので、照射窓２４ａには、結露が生じる虞がある。結露が照射窓２４ａに生じると、結露によって軟Ｘ線の透過が遮られる。そのため、軟Ｘ線の強度が弱まり、荷電粒子の生成が低下し、除電性能の低下を招く虞がある。

しかし、本実施形態では、照射窓カバー２５内にイオン搬送ガスを供給し、イオン搬送ガスを照射窓２４ａに吹きかける。これにより、照射窓２４ａに結露が生じることを抑制できるので、除電性能を向上させることができる。

また、照射窓カバー２５内に供給されたイオン搬送ガスは、開口２５５からチャンバ２内に放出され、高温蒸気を冷却して、純水の微粒子を生成する。即ち、照射窓カバー２５内に供給されたイオン搬送ガスは、微粒子生成機能も果たす。このように、微粒子を生成するイオン搬送ガスによって照射窓２４ａに結露が生じることを抑制できる。そのため、照射窓２４ａに吹きかける気体を別途用意する必要がなく、イオン搬送ガスを有効に活用することができる。よって、イオナイザーの構成要素を減らし、より小型化されたイオナイザーとすることができる。

（３）照射窓カバー２５は、供給されたイオン搬送ガスを貯留し、一側面にスリットを有するバッファ室２５１と、バッファ室２５１とスリット２５４を介して接続され、内部に照射窓２４ａが配置された、開口２５５を有する小チャンバ２５２と、を有する。

このように、イオン搬送ガスはバッファ室２５１によって一時貯留される。そして、バッファ室２５２に貯留されたイオン搬送ガスは、バッファ室２５１のスリット２５４から押し出される。そのため、イオン搬送ガスは、勢いよく、小チャンバ２５２内の照射窓２４ａに向かって噴射される。よって、照射窓２４ａに結露が生じることをより効果的に抑制できるので、除電性能を向上させることができる。

（４）小チャンバ２５２は、スリット２５４を延長するように設けられた、バッファ室２５１より高さの低い室である。

バッファ室２５１からのスリット流をそのまま照射窓２４ａに噴射する構成とすると、チャンバ２内に渦流が生じる可能性がある。そのため、スリット形状を延長するように小チャンバ２５２を設け、小チャンバ２５２内にスリット流を供給する構成とすることで、渦流の発生が防止できる。よって、照射窓２４ａに結露が生じることをより効果的に抑制できるので、除電性能を向上させることができる。

バッファ室２５１の高さを小チャンバ２５２の高さと同等又はそれより低いと、エア供給口２１から供給されたイオン搬送ガスが、バッファ室２５１の底面とぶつかり、一度放射状に広がってから集まってスリット２５４から噴出するため、スリット流が偏流する虞がある。バッファ室２５１の高さを小チャンバ２５２よりも高くすることで、エア供給口２１からのイオン搬送ガスをバッファ室２５１で一度受けて、動圧を抑制し、スリット２５４から噴出することで、スリット流の偏流を防止できる。よって、イオン搬送ガスを効率良く照射窓２４ａに吹きかけ、結露が生じることを防止できる。

（５）搬送路５には、搬送路５を流れるイオン化気流に含まれる荷電粒子の粒径を計測する粒径計測器５１が設けられている。

荷電粒子の粒径が小さすぎると、帯電体Ｅへの搬送途中で気化する虞がある。一方で、荷電粒子の粒径が大きすぎると、搬送途中で落下し帯電体Ｅに供給できない虞がある。そこで、粒径計測器５１によって搬送路５を流れる荷電粒子の粒径を計測することで、制御装置が粒径計測器５１の数値を参照し、蒸気供給部３の加熱ヒータの温度を制御することができる。純水の微粒子の粒径は高温蒸気と常温のイオン搬送ガスの温度差に依存するため、高温蒸気の温度、つまり、加熱ヒータの温度を制御することで、所望の粒径の純水の微粒子を生成することができる。その結果、所望の粒径の荷電粒子を生成でき、荷電粒子が搬送路５内で気化又は落下することなく、帯電体Ｅまで搬送することが可能となり、イオナイザーの除電性能を更に向上させることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るイオナイザーについて図面を参照しつつ説明する。なお、第１の実施形態のイオナイザーと同一の構成、機能については同一の符号を付してその説明は省略する。図３は、第２の実施形態に係るイオナイザーを示す構成図である。図３に示すように、本実施形態に係るイオナイザー１００は、チャンバ２として微粒子生成チャンバ２ａ及び軟Ｘ線照射チャンバ２ｂを有する。また、微粒子生成チャンバ２ａには、エア供給部１ａが設けられている。軟Ｘ線照射チャンバ２ｂには、エア供給部１ｂが設けられている。

微粒子生成チャンバ２ａは、純水の微粒子の生成を行う直方体の室である。微粒子生成チャンバ２ａの上流側側面には、常温のイオン搬送ガスが供給されるエア供給口２１ａが設けられている。また、微粒子生成チャンバ２ａの下面は、蒸気供給口２２が設けられている。蒸気供給口２２には、蒸気供給部３が接続されている。この構成により、微粒子生成チャンバ２ａ内に高温蒸気と常温のイオン搬送ガスが供給され、純水の微粒子が生成される。

また、微粒子生成チャンバ２ａには、下流側側面に連絡口２６が設けられている。連絡口２６は、微粒子生成チャンバ２ａで生成した純水の微粒子を含むイオン搬送ガスを排出する開口である。連絡口２６には、連絡管２７の一端が接続され、連絡口２６から排出されたイオン搬送ガスは連絡管２７を通る。連絡管２７は、具体的にはチューブ状の搬送路であり、例えば、樹脂製のチューブを用いることができる。

軟Ｘ線照射チャンバ２ｂは、微粒子生成チャンバ２ａの下流側に設けられる。軟Ｘ線照射チャンバ２ｂの上流側側面には、連絡口２８が設けられている。この連絡口２８には、連絡管２７の他端が接続されている。即ち、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂには、微粒子生成チャンバで生成された純水の微粒子が連絡口２８から供給される。

軟Ｘ線照射チャンバ２ｂの上方には、軟Ｘ線生成装置４が設けられ、開口２４から照射窓２４ａを介して軟Ｘ線が軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内に照射される。また、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂの上面には、常温のイオン搬送ガスが供給されるエア供給口２１ｂが設けられている。なお、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂの下流側側面は、エア搬送口２３が設けられており、イオン化気流を、搬送路５を介して帯電体Ｅに供給する。

本実施形態では、第１のエア供給路１ａ及び第２のエア供給路１ｂが設けられている。第１のエア供給路１ａは、常温のイオン搬送ガスを微粒子生成チャンバ２ａに供給する気体供給管である。第２のエア供給路１ｂは、常温のイオン搬送ガスを軟Ｘ線照射チャンバ２ｂに供給する気体供給管である。図３に示すように、第１のエア供給路１ａは、微粒子生成チャンバ２ａのエア供給口２１ａに接続されている。第２のエア供給路１ｂは、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂのエア供給路２１ｂに接続されている。

第１のエア供給路１ａと第２のエア供給路１ｂは上流側で合流し、１台のエアポンプ１１に接続されている。ただし、第１のエア供給路１ａと第２のエア供給路１ｂを合流させず、それぞれの流路にエアポンプを１台ずつ設ける構成としてもよい。

また、第１のエア供給路１ａによって供給されるイオン搬送ガスの流量は、第２のエア供給路１ｂによって供給されるイオン搬送ガスの流量よりも多い方が好ましい。第１のエア供給路１ａによって供給されるイオン搬送ガスの流量を第２のエア供給路１ｂによって供給されるイオン搬送ガスの流量よりも多くすることで、より除電性能を向上させることができる。

（作用）
次に、本実施形態のイオナイザーにおける帯電体Ｅの除電方法について説明する。まず、エア供給口２１ａからイオン搬送ガスが微粒子生成チャンバ２ａ内に供給される。また、蒸気供給口２２から高温蒸気が微粒子生成チャンバ２ａ内に供給される。そして、微粒子生成チャンバ２ａ内において高温蒸気がイオン搬送ガスによって冷やされ、純水の微粒子が生成される。この純水の微粒子は、高温蒸気及びイオン搬送ガスとともに、連絡口２６から排出され、連絡管２７を通って、連絡口２８から軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内に供給される。

軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内に供給された純水の微粒子は、軟Ｘ線が照射され、純水の微粒子に正負のイオンが付着された荷電粒子となる。そして、この荷電粒子を含んだイオン化気流が搬送路５によって帯電体Ｅに供給される。

また、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内には、高温蒸気も供給される。この高温蒸気が、エア供給口２１ｂから供給された常温のイオン搬送ガスによって冷却される。そのため、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内においても、純水の微粒子が生成される。この軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内で生成された純水の微粒子にも軟Ｘ線が照射され、この微粒子も荷電粒子となる。そして、搬送路５によって帯電体Ｅに供給される。

（効果）
（１）チャンバ２は、蒸気供給部３と接続する微粒子生成チャンバ２ａと、微粒子生成チャンバ２ａの下流側に配置され、軟Ｘ線が照射される軟Ｘ線照射チャンバ２ｂと、を有する。エア供給路１は、微粒子生成チャンバ２ａ内に常温の前記イオン搬送ガスを供給する第１のエア供給路１ａと、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内に常温のイオン搬送ガスを供給する第２のエア供給路１ｂと、を有する。

このように構成することで、高温蒸気は微粒子生成チャンバ２ａ及び軟Ｘ線照射チャンバ２ｂの２箇所で冷やされる。そのため、純水の微粒子は、２箇所で生成されるので、より多くの荷電粒子を生成できる。よって、帯電体Ｅに供給される荷電粒子の量が多くなり、除電性能を向上させることができる。

（２）第１のエア供給路１ａが微粒子生成チャンバ２ａ内に供給するイオン搬送ガスの流量は、第２のエア供給路１ｂが軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内に供給するイオン搬送ガスの流量より多い。これにより、後述する実施例が示すように、除電性能を更に向上させることができる。

（変形例）
第１の実施形態のチャンバ２及び第２の実施形態の軟Ｘ線照射チャンバ２ｂの周囲には、何も設けていなかった。しかし、チャンバ２及び軟Ｘ線照射チャンバ２ｂに保温部を設けてもよい。保温部は、チャンバ２及び軟Ｘ線照射チャンバ２ｂの外周囲を覆っていてもよいし、内周囲を覆っていてもよい。また、保温部が外周囲又は内周囲を覆う態様としては、外周囲又は内周囲全体を覆っていてもよいし、外周囲又は内周囲の一部を覆っていてよい。保温部は、発泡ウレタン等の断熱材を用いることができる。

このように、チャンバ２及び軟Ｘ線照射チャンバ２ｂに保温部を設けることで、チャンバ２、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内は外部と断熱できる。例えば、外部の気温が低い場合には、チャンバ２、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂ内に高温蒸気が供給されると、結露はより生じやすくなる。しかし、変形例のように保温部を設けることで、断熱でき、結露が生じることを抑制できる。その結果、照射窓２４ａに結露が生じることを抑制できるので、イオナイザーの除電性能を向上させることができる。

（検証実験）
次に、蒸気供給部３を備えるイオナイザー１００の除電性能の検証実験について説明する。実施例の実験装置を図４に示す。また、比較例の実験装置を図５に示す。図４と図５を比較するとわかるように、実施例と比較例では、蒸気供給部３によって純水の微粒子を生成するか否かが異なる。なお、エア供給路１ａから供給されたイオン搬送ガスをバイパスエアと称し、エア供給路１ｂから供給されたイオン搬送ガスをメインエアと称する。

具体的には、実施例では、第２の実施形態のように、バイパスエアが微粒子生成チャンバ２ａに供給され、蒸気供給部３によって純水の微粒子を生成した。蒸気供給部３としては、微粒子生成チャンバ２ａ内にヒータによって７８℃に保たれた純水のウォーターバスを用いた。バイパスエアをこのウォーターバスの表面上に通すことで純水の微粒子を生成した。そして、軟Ｘ線照射チャンバ２ｂにて、純水の微粒子に軟Ｘ線を照射して、荷電粒子を生成し、搬送路５を介して帯電体Ｅ（帯電プレートモニタの金属プレート（１５０×１５０ｍｍ、２０ｐＦ））に荷電粒子を含むイオン化気流を吹き付けた。

実験に用いた各構成要素や条件は以下のとおりである。
・軟Ｘ線生成装置：浜松ホトニクス製 Ｌ６９４１
・搬送路：塩化ビニルチューブ（内径１９ｍｍ、長さ約３１ｃｍ）
・バイパスエア及びメインエアの温度：２２．３℃

一方、比較例は、図５に示すように、バイパスエアは微粒子生成チャンバ２ａに接続されることなく、直接軟Ｘ線照射チャンバ２ｂに接続している。即ち、比較例は、蒸気供給部３を備えておらず、微粒子を生成していない。比較例では、イオン搬送ガスに軟Ｘ線を照射して、イオンだけを生成している点が実施例と異なる。

上記の実施例及び比較例において、バイパスエア及びメインエアの流量を下記表１に示す流量に変えた。そして、イオン化気流を帯電体に吹き付けて除電時間（＋／－１ｋＶ→＋／－０．１ｋＶ）を測定した。除電時間の測定器には、帯電プレートモニタ（Ｔｒｅｋ製 Ｍｏｄｅｌ １５８）を用いた。

なお、表１に記載の搬送エアとは、バイパスエア及びメインエアの合計流量で、エアポンプ１１から供給されたイオン搬送ガスの流量を示す。また、条件（ａ）で行ったものを実施例１及び比較例１とし、条件（ｂ）で行ったものを実施例２及び比較例２とし、条件（ｃ）で行ったものを実施例３及び比較例３とする。

測定結果を表２に示す。なお、表２の実施例における括弧書きは、比較例との差を示す。

表２に示すように、実施例１～３は、比較例１～３それぞれと比較して、除電時間が１３～２０秒程度短縮している。したがって、実施例１～３のように、蒸気供給部３によって微粒子を生成させて、この微粒子にイオンを付加させて荷電粒子を生成した方が、除電性能が向上することが確認できた。

また、バイパスエアとメインエアの流量に着目すると、バイパスエアの流量がメインエアの流量より多い場合の方が除電時間が短縮する。したがって、バイパスエアの流量がメインエアの流量より多い場合の方が除電性能が向上することが確認できた。これは、バイパスエアの流量をメインエアの流量より多くすることで、微粒子生成チャンバ２ａ内での高温蒸気の冷却が促進され、純水の微粒子の量が増加したためと推察する。そして、純水の微粒子の量が増加したことで、帯電体Ｅに吹き付けられるイオン化気流中の荷電粒子の量も増加するため、除電性能が向上すると推察する。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

上記第２の実施形態においては、微粒子生成チャンバ２ａ及び軟Ｘ線照射チャンバ２ｂと別体のチャンバを設けていた。しかし、図６に示すように、１つのチャンバ内で微粒子及び荷電粒子の生成を行ってもよい。具体的には、チャンバ２内の上流側に蒸気供給部３を設けて、下流側に軟Ｘ線生成装置４を設ける。このように構成すれば、微粒子生成チャンバ２ａと軟Ｘ線照射チャンバ２ｂを１つのチャンバ２内に構成することができる。

この場合、エア供給口２１ａから供給されたイオン搬送ガスにより高温蒸気を冷やし、純水の微粒子を生成する。そして、純水の微粒子及び高温蒸気は下流側に向けて流れ、高温蒸気はエア供給口２１ｂから供給されたイオン搬送ガスによって冷やされ、ここでも純水の微粒子が生成される。

このように、１つのチャンバ２内の上流側に蒸気供給部３を設けて、下流側に軟Ｘ線生成装置４を設ける場合であっても、２箇所で純水の微粒子を生成できるので、荷電粒子の量を増やすことができる。したがって、イオナイザーの除電性能を向上させることができる。

また、１つのチャンバ２内に、微粒子生成チャンバ２ａと軟Ｘ線照射チャンバ２ｂを構成することができるので、連絡口２６、２８及び連絡管２７が不要となり、部品点数の削減、製造コストの削減を図ることができる。

１００ イオナイザー
１ エア供給路
１ａ エア供給路
１ｂ エア供給路
１１ エアポンプ
１２ 流量調整バルブ
１３ 流量計
１４ フィルタ
２ チャンバ
２ａ 微粒子生成チャンバ
２ｂ 軟Ｘ線照射チャンバ
２１ エア供給口
２１ａ エア供給口
２１ｂ エア供給口
２２ 蒸気供給口
２３ エア搬送口
２４ 開口
２４ａ 照射窓
２５ 照射窓カバー
２５１ バッファ室
２５２ 小チャンバ
２５４ スリット
２５５ 開口
２６ 連絡口
２７ 連絡管
２８ 連絡口
３ 蒸気供給部
３１ 供給路
３２ 流量調整バルブ
４ 軟Ｘ線生成装置
５ 搬送路
５１ 粒径計測器

Claims (9)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路と、
   前記チャンバ内に高温蒸気を供給する蒸気供給部と、
   前記チャンバ内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置と、
   前記チャンバ内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、
   を備え、
   前記チャンバは、
   前記軟Ｘ線を透過する照射窓と、
   前記チャンバ内に配置され、前記照射窓を囲うように設けられた照射窓カバーと、
   を有し、
   前記エア供給路は、前記照射窓カバーの内部に前記イオン搬送ガスを供給し、
   前記照射窓カバーは、前記照射窓と対向に配置された開口を有していること、
   を特徴とするイオナイザー。
2. チャンバと、
   前記チャンバ内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路と、
   前記チャンバ内に高温蒸気を供給する蒸気供給部と、
   前記チャンバ内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置と、
   前記チャンバ内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、
   を備え、
   前記チャンバは、
   前記蒸気供給部と接続される微粒子生成チャンバと、
   前記微粒子生成チャンバの下流側に配置され、前記軟Ｘ線生成装置が設けられた軟Ｘ線照射チャンバと、
   を有し、
   前記エア供給路は、
   前記微粒子生成チャンバ内に常温の前記イオン搬送ガスを供給する第１のエア供給路と、
   前記軟Ｘ線照射チャンバ内に常温の前記イオン搬送ガスを供給する第２のエア供給路と、
   を有すること、
   を特徴とするイオナイザー。
3. 前記第１のエア供給路が前記微粒子生成チャンバ内に供給する前記イオン搬送ガスの流量は、前記第２のエア供給路が前記軟Ｘ線照射チャンバ内に供給する前記イオン搬送ガスの流量より多いこと、
   を特徴とする請求項２に記載のイオナイザー。
4. チャンバと、
   前記チャンバ内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路と、
   前記チャンバ内に高温蒸気を供給する蒸気供給部と、
   前記チャンバ内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置と、
   前記チャンバ内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、
   前記チャンバの周囲に設けられた保温部と、
   を備えること、
   を特徴とするイオナイザー。
5. 前記照射窓カバーは、
   供給された前記イオン搬送ガスを貯留し、一側面にスリットを有するバッファ室と、
   前記バッファ室と前記スリットを介して接続され、内部に前記照射窓が配置された、前記開口を有する小チャンバと、
   を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のイオナイザー。
6. 前記小チャンバは、前記スリットを延長するように設けられた、前記バッファ室より高さの低い室であること、
   を特徴とする請求項５に記載のイオナイザー。
7. 前記搬送路には、前記搬送路を流れる前記イオン化気流に含まれる荷電粒子の粒径を計測する粒径計測器が設けられていること、
   を特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のイオナイザー。
8. イオナイザーと、前記イオナイザーに接続された制御装置と、を有する除電システムであって、
   前記イオナイザーは、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に常温のイオン搬送ガスを供給するエア供給路と、
   前記チャンバ内に高温蒸気を供給する蒸気供給部と、
   前記チャンバ内に軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線生成装置と、
   前記チャンバ内で生成されたイオン化気流を搬送する搬送路と、
   を有し、
   前記搬送路には、前記搬送路を流れる前記イオン化気流に含まれる荷電粒子の粒径を計測する粒径計測器が設けられ、
   前記制御装置は、前記粒径計測器が計測した前記荷電粒子の粒径に基づいて前記蒸気供給部の加熱ヒータの制御を行うこと、
   を特徴とする除電システム。
9. 前記チャンバは、
   前記軟Ｘ線を透過する照射窓と、
   前記チャンバ内に配置され、前記照射窓を囲うように設けられた照射窓カバーと、
   を有し、
   前記エア供給路は、前記照射窓カバーの内部に前記イオン搬送ガスを供給し、
   前記照射窓カバーは、前記照射窓と対向に配置された開口を有していること、
   を特徴とする請求項８に記載の除電システム。
   

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