JPH09213493A - 除電器のイオンバランス調整回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正負イオンの発生量を最適な状態に調整する
こと。 【解決手段】 昇圧トランス３の１次側電圧の正のピー
ク値の一定レベル以上の期間、一次電流の昇圧トランス
３への供給を増加することにより、負荷変動による電流
の位相変移に影響されないで２次側の電圧の正のピーク
値を適量上昇させ、正負イオンのバランスを均衡させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気を帯びた物
体の除電を行う除電器のイオン発生量を調整する除電器
のイオンバランス調整回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスは静電気により破壊され
やすいため、その保管や製造工程において、静電気を除
去する必要がある。このため、従来、上記半導体デバイ
スの製造工程等においては、図６に示された構成の除電
器が使用されていた。

【０００３】図６は従来の除電器の構成を示す図であ
る。図６において、１は商用交流電源（電圧値１００
［Ｖ］）、２は電源スイッチ、３は昇圧トランス、４は
高圧ケーブルである。５は接地電極６および放電電極７
から成る除電電極であり、放電電極７は高圧ケーブル４
の導体部分を介して昇圧トランス３の２次側コイルの一
端に接続されている。また、接地電極６は高圧ケーブル
４の接地線を介して昇圧トランス３の２次側コイルの他
端と接続され、かつ接地されている。また、８は、除電
電極５と非接触な状態に対向された半導体デバイス等の
帯電物体である。

【０００４】上記構成において、電源スイッチ２がオン
状態にあるときは、商用交流電源１からの出力電圧値
（交流電圧１００［Ｖ］）が昇圧トランス３を介して昇
圧され、放電電極７に正または負の高電圧（例えば７
［ｋＶ］）が交互に印加される。そして、放電電極７と
接地電極６との間にコロナ放電が発生し、除電電極５の
周囲の空気が正および負のイオンに交互にイオン化され
る。そして、帯電物体８の帯電電荷の極性に応じていず
れかの極性のイオンが帯電物体８に引き寄せられ、帯電
物体８の帯電電荷と再結合し、帯電電荷が中和される。

【０００５】ところで、商用交流電源１の出力電圧は正
弦波状に交互に極性が変化するため、放電電極７から
は、原理的には正負等しい量のイオンが発生されるはず
である。ところが、実際には負イオンの方が若干多く発
生することが知られている。このような正負イオンのア
ンバランスは帯電物体８に新たな帯電を引き起こす可能
性があり、調整が必要である。図７は、図６の構成に必
要となる調整を行うイオンバランス調整部９を昇圧トラ
ンス３の一次側に付加した除電器の構成を示す図であ
る。このイオンバランス調整部９はダイオード９ａと、
ダイオード９ａに並列に接続された可変抵抗器９ｂとか
らなる。

【０００６】図７の構成において、昇圧トランス３の１
次側回路に流れる電流値が正のときは、電流がダイオー
ド９ａを通過し、昇圧トランス３で昇圧され、２次側に
生じた高電圧が放電電極７に印加される。一方、昇圧ト
ランス３の１次側回路に流れる電流値が負である場合、
この電流は可変抵抗器９ｂを介して昇圧トランス３の１
次巻線に供給される。従って、可変抵抗器９ｂの抵抗値
を調整することにより、昇圧トランス３の１次側巻線に
印加される負の電圧値のみを所望のレベルに低下させる
ことができ、放電電極７から発生する負イオンの量を低
下させ、正負イオンのバランスを均等にすることができ
る。図８は、この除電器における交流電圧の波形を示す
図であり、斜線で示した部分が低下した負の電圧量であ
る。

【０００７】ところで、人体に感電する危険を回避する
ため、図７中の高圧ケーブル４として同軸ケーブルが使
用される場合がある。このような場合、昇圧トランス３
の２次側の負荷が容量性になり、２次側に流れる電流の
位相が電圧の位相よりも進んだ状態になる。この場合、
可変抵抗器９ｂの抵抗値を変化させても２次側電圧のレ
ベルはあまり変化しないことになる。

【０００８】また、２次側に過電流が流れるのを防止す
るための安全策として、昇圧トランス３としてリーケー
ジトランスを使用する場合がある。このリーケージトラ
ンスは漏れリアクタンスが大であるので、負荷側、すな
わち除電電極５に流れる電流が増大すると２次側の電圧
値が低下する。上記同軸ケーブルを使用すること加えて
このリーケージトランスを使用すると、可変抵抗器９ｂ
の抵抗値を変化させても２次側に生ずる電圧値が変化し
にくいという上述した傾向が更に強まることになる。

【０００９】このような環境において、正負イオンの発
生量を最適な状態に調整するための除電器のイオンバラ
ンス調整回路の先行技術の一例を図４、図５を参照して
説明する。図４は従来のイオンバランス調整部を有する
除電器の構成例を示す図であり、図７と共通する部分に
は同一の符号を付し、その説明を省略する。この図にお
いて、１０は電源装置、１２は除電電極であり、両者は
同軸ケーブル１１により接続される。また、昇圧トラン
ス３としては、リーケージトランスが使用される。

【００１０】次に、除電電極１２の構成を図５を参照し
て説明する。図５は図４における除電電極１２の具体的
構成例を示す図であり、図５（Ａ）は除電電極１２の正
面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すＸ−Ｘ′
方向における断面図である。図５（ａ）および５（ｂ）
において、同軸ケーブル１１の中心導体部分の先端部分
であって、所定長の部分が高圧電極１３として使用され
ている。１７は、絶縁材料により中空円筒形状に構成さ
れた結合リングであり、その表面が真鍮等の導体で被覆
されている。そして、この導体から針状の放電電極１４
が筒面の法線方向に突出している。

【００１１】上記結合リング１７は除電電極１２内部で
あって、同軸ケーブル１３に沿った方向に所定間隔をお
いて複数設けられ、その中空部分を絶縁性被覆１６で覆
われた高圧電極１３が貫通している。すなわち、高圧電
極１３と各放電電極１４とは、絶縁部分を介して容量的
に結合している。また、上記放電電極１４が全て同一方
向を向くよう配される。また、１８は、高圧電極１３と
各結合リング１７とを被覆するモールド部であり、各結
合リング１７と放電電極１４との接合部分がその内部に
含まれるよう形成される。１９は、別のモールド部であ
り、上記モールド部１８を覆い、放電電電極１４の先端
部分をその内部に含まないように、同軸ケーブル１３に
沿った方向に溝が形成される。また、１５はＬ字形状の
接地電極であり、図５（ａ）に示すような形態で固定さ
れるとともに、除電電極１２を一体化して保護する役目
を担っている。

【００１２】次に、図４に示す電源装置１０において、
２０はイオンバランス調整部である。このイオンバラン
ス調整部２０において、２０ａ，２０ｂは、互いに逆極
性になるように並列に接続された同一種類のダイオード
であり、ダイオード２０ｂには直列に可変抵抗器２０ｃ
が接続される。２０ｄは、可変リアクタンスコイルであ
り、ダイオード２０ａ，２０ｂの並列回路に対して直列
に挿入される。

【００１３】上記構成において、昇圧トランス３の１次
側回路のインピーダンスＺは、可変リアクタンスコイル
２０ｄの誘導リアクタンスをＸ_L、同軸ケーブル１１等
による２次側回路の容量性部分等価容量リアクタンスを
Ｘ_C、２次側に接続される負荷の抵抗値をｒとすれば、

【００１４】

【数１】

【００１５】と表される。ここで、

【００１６】

【数２】

【００１７】となるように、可変リアクタンスコイル２
０ｄの誘導リアクタンスＸ_Lを調整すれば、

【００１８】

【数３】

【００１９】となり、容量リアクタンスＸ_Cが回路に与
える影響、すなわち、同軸ケーブル１１を使用したこと
による、電圧に対する電流の位相進み分が補償される。
また、可変抵抗器２０ｃの抵抗値を変えることにより、
昇圧トランス３の出力電圧における負の電圧のみを、適
性なレベルに低下させることができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した図
４の構成において、ダイオード２０ｂが設けられた理由
は、ダイオード２０ａの順方向電圧降下が、可変抵抗器
２０ｃによる電圧降下に対して無視できないレベルにあ
り、温度変化によるダイオード２０ａの電圧降下変動が
調整レベルの変動となるため、これを補償するために挿
入されたものである。

【００２１】このように、図４の構成により、２次側の
容量性リアクタンス分の補償は可能となるが、ケーブル
長の変更等をしたことによる２次側の負荷変動に対して
はその都度可変リアクタンスコイル２０ｄを調整しなけ
ればならない等、負荷変動の追従性において問題がある
更に、従来のバランス調整回路は、いずれも負側の電圧
レベルを下げてバランスさせる方式であり、低下させた
電圧レベルに相当するエネルギーの分だけ除電能力の損
失が発生している。

【００２２】本発明は、このような背景の下になされた
ものであり、２次側の電流の位相変移、ケーブル長等の
リアクタンス成分の変動に全く影響されず、更に除電能
力損失が発生しない除電器のイオンバランス調整回路を
提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、１次側が交流
電源に接続された昇圧トランスと、前記昇圧トランスの
２次側の一端と結合された放電電極と、前記放電電極と
対向するように配置されるとともに前記昇圧トランスの
２次側の他端と接続された接地電極とを具備する除電器
のイオンバランス調整回路において、前記昇圧トランス
の１次側と前記交流電源との間に介挿された互いに逆方
向直列接続の第１，第２のダイオード手段と、前記逆方
向直列の第１，第２ダイオード手段に並列に接続された
電流制限抵抗手段と、前記第１，第２のダイオード手段
のそれぞれに並列に接続され、その電流方向が、接続さ
れる当該ダイオード手段の極性と逆方向の第１，第２の
一方向電流制御手段と、前記昇圧トランスの１次側電圧
の変化を監視する正側ピーク値検出手段と、前記負側ピ
ーク値検出手段の出力が設定値を越える期間に、前記第
１，第２の一方向電流制御手段の電流を導通制御する比
較器手段とを具備することを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
におけるイオンバランス調整回路を有する除電器の構成
を示すブロック図であり、図４と同一の部分には同一の
符号を付し、その説明を省略する。図１において、２
１，２２は昇圧トランス３の１次側と商用交流電源１と
の間に介挿された互いに逆方向直列接続の第１および第
２のダイオードである。２３，２４は、上記第１のダイ
オード２１および第２のダイオード２２のそれぞれに並
列に接続され、その電流方向が、接続される当該ダイオ
ードの極性と逆方向である第１および第２の一方向電流
制御器である。２５は第１，第２ダイオードの直列回路
に並列接続された電流制限抵抗手段である。

【００２５】上記第１の一方向電流制御器２３および第
２の一方向電流制御器２４がオフ状態にある場合、１次
側回路に流れる電流は、１次側電圧の極性にかかわらず
電流制限抵抗手段２５を介して流れ、１次側電圧値の極
性が正である場合、正方向（図中ｉ₁で示された方向）
へ流れ、また、１次側電圧の極性が負である場合、逆方
向（図中ｉ₂で示された方向）へ流れる。

【００２６】２６は、入力電圧値Ｖ₁の変化を監視する
正側ピーク値検出器であり、検出値Ｖ_pを出力する。２
７は比較器であり、正側ピーク値検出器２６の検出値Ｖ
_pと、予め設定された設定値Ｖ_rとを比較し、上記検出値
Ｖ_pが設定値Ｖ_rを越える期間は、制御信号Ｖ_cを出力す
る。この制御信号Ｖ_cは上記第１の一方向電流制御器２
３および第２の一方向電流制御器２４へ出力され、この
期間、第１の一方向電流制御器２３および第２の一方向
電流制御器２４はオン状態となり、電流を通過させ、昇
圧トランス３の１次側回路に流れる電流ｉ₁の供給を増
大させて昇圧トランスの１次側電圧値Ｖ₂を上昇させる
制御を行う。

【００２７】図２は、図１の機能を実現する具体的な回
路構成例である。この図において、ダイオード２１に逆
並列接続される第１の一方向電流制御器２３は、スイッ
チングトランジスタ２３ａ、およびこのオンオフ動作を
制御するフォトカプラ２３ｂからなる。第２のダイオー
ド２２に逆並列接続された第２の一方向電流制御器２４
は、スイッチングトランジスタ２４ａ、およびこのオン
オフ動作を制御するフォトカプラ２４ｂからなる。

【００２８】図１中に示された正側ピーク値検出器２６
は、入力電圧Ｖ₁を半波整流し、極性が正である半サイ
クルのみとするダイオード２６ａおよびその電圧を分圧
調整してピーク電圧Ｖ_pを出力し、比較器２７に供給す
る分圧回路２６ｂから構成される。

【００２９】２８は入力電圧Ｖ₁を半波整流し、極性が
正である半サイクルのみとするダイオードであり、整流
された電流がツェナーダイオード２９に供給されて定電
圧化され、さらにツェナーダイオード２９と並列接続さ
れたコンデンサ３０により平滑される。また、ツェナー
ダイオード２９と並列接続された抵抗により、ツェナー
ダイオード２９での電圧降下が適当に分圧され、設定値
Ｖ_rとして比較器２７に供給される。比較器２７は、単
純なゼロコンパレータ構成であり、Ｖ_r−Ｖ_pが正なら
ば、負の制御出力Ｖ_cを出力し、Ｖ_r−Ｖ_pが負ならば正
の制御出力Ｖ_cを出力し、フォトカプラ２３ｂ，２４ｂ
をオフ状態又はオン状態に制御する。

【００３０】図３は、本発明の動作を説明する各部の波
形図である。図３（ａ）は入力電圧Ｖ₁の波形図であ
り、図３（ｂ）の実線は昇圧トランス３の１次側に生ず
る電圧Ｖ₂の波形である。図３（ｂ）に示されたよう
に、昇圧トランス３の１次側に生ずる電圧Ｖ₂は、電流
制限抵抗手段２５による電圧降下の分だけ低下する。更
に、電圧Ｖ₁に比例した値を有する電圧Ｖ_pが設定値Ｖ_r
以上となる時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の期間（τで示す）、比
較器２７の制御出力Ｖ_cが出力されて第１の一方向電流
制御器２３および第２の一方向電流制御器２４がオン状
態となって１次側に流れる電流ｉ₁電流が増強されるた
めに、一点鎖線で示す負側と対称なレベルよりは増強さ
れた波形となる。尚、バランス調整は設定値Ｖ_rを変化
させることにより任意に行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷変動に起因する昇圧トランスの１次側電流の位相変
移に影響されることなく、常に２次側電圧の負側ピーク
カットを簡単な構成で行うことが可能であり、高精度に
正負電圧のレベルのバランス調整をすることができ、正
負イオンの発生量を最適な状態に制御することができ
る。

【００３２】更に、本発明によれば入力電圧の正側を増
強させてバランス調節するために、負側を減衰させる方
式に比較してエネルギー損失が小さく、除電能力の低下
が防止されると共に、負側調節方式と組み合わせること
により調整範囲を従来より格段に拡大した除電器を実現
することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるイオンバランス調
整回路を有する除電器の構成を示すブロック図である。

【図２】図１における各要素の具体的な回路構成例を示
す図である。

【図３】図１の動作を説明する各部の波形図である。

【図４】従来のイオンバランス調整部を有する除電器の
構成例を示す図である。

【図５】図４における除電電極１２の具体的構成例を示
す図である。

【図６】従来の除電器の構成を示す図である。

【図７】従来のイオンバランス調整部を有する除電器の
他の構成例を示す図である。

【図８】図７に示す昇圧トランス３の２次側出力電圧波
形を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ３ 昇圧トランス １４ 放電電極 １５ 接地電極 ２１ 第１のダイオード ２２ 第２のダイオード ２３ 第１の一方向電流制御器 ２４ 第２の一方向電流制御器 ２５ 電流制限抵抗手段 ２６ 正側ピーク検出器 ２７ 比較器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次側が交流電源に接続された昇圧トラ
   ンスと、前記昇圧トランスの２次側の一端と結合された
   放電電極と、前記放電電極と対向するように配置される
   とともに前記昇圧トランスの２次側の他端と接続された
   接地電極とを具備する除電器のイオンバランス調整回路
   において、 前記昇圧トランスの１次側と前記交流電源との間に介挿
   された互いに逆方向直列接続の第１，第２のダイオード
   手段と、 前記逆方向直列の第１，第２ダイオード手段に並列に接
   続された電流制限抵抗手段と、 前記第１，第２のダイオード手段のそれぞれに並列に接
   続され、その電流方向が、接続される当該ダイオード手
   段の極性と逆方向の第１，第２の一方向電流制御手段
   と、 前記昇圧トランスの１次側電圧の変化を監視する正側ピ
   ーク値検出手段と、 前記正側ピーク値検出手段の出力が設定値を越える期間
   に、前記第１，第２の一方向電流制御手段の電流を導通
   制御する比較器手段と、 を具備することを特徴とする除電器のイオンバランス調
   整回路。