KR101017919B1 - 제전장치 - Google Patents

Abstract

전원회로(11), 전원회로(11)에서 생성된 직류전압을 가청주파수 이상의 고주파 전압으로 하고 해당 고주파 전압을 2개의 출력라인에 일정 기간마다 교대로 출력하는 출력제어회로(12), 고주파 전압을 승압하는 변압회로(13), 양극성의 전압 인가에서 양이온을 출력하고 음극성의 전압 인가에서 음이온을 출력하는 2n개(n = 1 이상의 정수)의 방전 침으로 이루어지고 이들 방전 침이 n개마다 제1 및 제2 그룹으로 나뉘어 배치된 방전부(20), 변압회로(13)에서 출력된 고주파 고전압을 동일 기간에 서로 극성이 다른 구형파의 2개의 직류 고전압으로 변환하고 해당 2개의 직류 고전압의 극성을 일정 기간마다 반전시켜 방전부(20)의 제1 및 제2 그룹에 각각 출력하는 극성 반전 회로(14), 방전부(20)의 풍상(風上)측으로부터 송풍하는 송풍기를 구비하는 제전장치(1).

Description

제전장치{Neutralizer}

본 발명은, 대전물체에 양음의 이온을 조사하여 전기적으로 중성으로 하는 제전장치(除電裝置)에 관한 것이다.

종래부터 반도체 제조 라인이나 휴대전화 등의 셀 생산공정 등에서는, 부품 대전에 의한 정전기 장해나 정전흡착을 막기 위해 작업대나 컨베이어 등의 근방에 제전장치가 배치되어 있다. 이러한 제조현장에서 사용되는 제전장치로서는, 양 또는 음의 전하가 전체적 또는 부분적으로 과잉이 되어 전하가 불균일한 상태에 있는 제전 대상물(부품)에 양 또는 음의 이온을 방출(조사)하여 전기적으로 중성으로 하는 방식의 것이 있다. 이러한 제전장치는 제전방식에 의해 몇 개의 타입으로 분류된다. 이하, 각 방식의 특징에 대해 간단히 설명한다.

(1) AC식

하나의 방전 침에 정현파 고전압(주파수 50/60Hz)을 인가하고, 양음의 이온을 교대로 발생시키도록 한 것이다. 하나의 방전 침에서 양음의 이온을 발생시키고 있기 때문에, 이온 균형의 경시적인 치우침이나 공간적인 치우침도 적은 것이 특징으로 되어 있다.

여기서, 이온 균형이란, 이온 조사 후의 잔류전위가 0V에서 어느 정도 떨어 져 있는지를 나타내는 것으로, 잔류전위가 정상적으로 0볼트가 되는 것이 이상적인 특성이 된다. 그리고, 이온 균형의 경시적인 치우침이란, 제전장치를 연속 운전한 경우에 양음 각각의 방전 침의 오물 부착이나 부식, 마모의 정도에 차이가 생겨 잔류전위에 치우침이 생기는 것을 말한다. 또한, 이온 균형의 공간적인 치우침이란, 제전 대상물에 이온을 조사하였을 때에 제전 대상물의 위치에 의해 잔류전위에 차이가 생기는 것을 말한다. 이 이온 균형의 공간적인 치우침은, 후술하는 바와 같이 제전장치에서 소정 거리를 떨어뜨려 규칙적으로 배치한 제전 대상물에 이온을 조사하여 어느 위치의 제전 대상물에 잔류전위가 있는지를 측정함으로써 판정된다. 또, 후술하는 이온 균형의 진폭이란, 양음의 이온이 조사된 제전 대상물의 표면전위가 양측, 음측으로 주기적으로 변동하는 것을 말한다.

(2) DC식

양방전 침과 음방전 침에 각각 양음의 고전압을 인가함으로써, 각 방전 침에서 정상적으로 양음의 이온을 발생시키도록 한 것이다. 방출된 양음의 이온이 제전 대상물에 도달하기까지 재결합하기 어려워 AC식에 비해 이온을 멀리까지 날릴 수 있는 것이 특징으로 되어 있다.

(3) AC 고주파식

하나의 방전 침에 주파수 20kHz~70kHz의 고주파 전압을 인가하도록 한 것이다. 일반적인 AC식에 비해 트랜스를 가볍고 작게 할 수 있다는 특징을 구비하고 있다.

(4) 펄스 DC식

양방전 침과 음방전 침에 각각 양음의 고전압을 교대로 인가함으로써, 각 방전 침에서 양음의 이온을 교대로 발생시키도록 한 것이다. 일반적인 DC식보다도 이온 균형의 경시적인 치우침이 개선되어 있는 것이 특징으로 되어 있다. 또, 상기 관련되는 선행기술로서 일본 특허 공보, 특개 2002-43092호 공보(특허문헌 1)가 존재한다.

(5) 펄스 AC식

하나의 방전 침에 구형파의 고전압을 인가하도록 한 것이다. 일반적인 AC식보다도 이온 발생량을 증가시킬 수 있음과 동시에, 발진 주파수를 가변으로 할 수 있는 점이 특징으로 되어 있다(특허문헌 2 참조). 또, 상기 관련되는 선행기술로서 일본 특허 공보, 특개 2000-58290호 공보(특허문헌 2)가 존재한다.

그러나, 상술한 각 제전방식에는 각각 이하와 같은 과제가 있다.

(1) AC식

고전압을 발생시키는 트랜스가 무겁고 커진다. 이 종류의 제전장치는 탁상 또는 매달아 사용되는 것이 많아 소형 경량의 제전장치로 하는 것이 바람직하지만, AC식에서는 장치를 소형 경량으로 하는 것이 어렵다. 또한, 양음의 이온을 교대로 발생시키기 때문에, 제전 대상물을 양음 교대로 대전시키게 되고, 시간적으로 보면 이온 균형에 진폭이 생기게 된다. 이 때문에, 이온 조사 후의 잔류전위를 0볼트 부근으로 유지하는 것이 어렵다. 또, DC식에 비해 양음 이온의 발생량이 적기 때문에, 감쇠 시간 특성, 제전범위의 측면에서 DC식에 뒤떨어진다. 여기서, 감쇠 시간 특성이란, 이온 조사 후에 제전 대상물의 전위가 허용 레벨이 되기까지의 시간을 말한다. 따라서, 대전한 제전 대상물의 전위를 허용 레벨로 단시간에 내릴 수 있으면, 감쇠 시간 특성이 뛰어나게 된다. 또한, 제전범위란, 이온 조사에 의해 제전 대상물의 전위를 허용 레벨까지 내릴 수 있는 공간적인 범위를 말한다.

(2) DC식

연속 운전한 경우에, 양음 각각의 방전 침의 오물 부착이나 부식, 마모의 정도에 차이가 생기기 때문에, 이온 균형의 경시적인 치우침이 생긴다. 또한, 방전 침의 위치에 따라 양이온의 영향을 받기 쉬운 장소 또는 음이온의 영향을 받기 쉬운 장소가 생긴다. 이 때문에, 이러한 장소에 배치된 제전 대상물을 양 또는 음으로 대전시키게 되어 이온 균형의 공간적인 치우침이 생기게 된다.

(3) AC 고주파식

양음의 이온의 발생간격이 짧기 때문에, 방출된 양음의 이온이 제전 대상물에 도달하기까지 재결합하기 쉬워 이온을 멀리까지 날리기 어렵다. 또한, 이온의 도달량이 적어지기 때문에, 감쇠 시간 특성도 나빠진다.

(4) 펄스 DC식

DC식의 경우와 같이, 연속 운전한 경우에는 양음 각각의 방전 침의 오물 부착이나 부식, 마모의 정도에 차이가 생기기 때문에, 이온 균형의 경시적인 치우침이 생긴다. 또한, 오물이 부착되기 쉬운 양방전 침의 영향을 받기 쉬운 장소나, 오물이 쉽게 부착되지 않는 음방전 침의 영향을 받기 쉬운 장소에서는 이온 균형의 공간적인 치우침이 생기기 때문에, 제전 대상물을 양 또는 음으로 대전시키게 된다. 또, 양음의 이온을 교대로 발생시키게 되기 때문에, AC식과 같이 제전 대상물 을 양음 교대로 대전시키게 되고, 시간적으로 보면 이온 균형에 진폭이 생기게 된다.

(5) 펄스 AC식

양음의 이온을 교대로 발생시키기 때문에, 제전 대상물을 양음 교대로 대전시키게 되고, 또한 AC식보다도 이온 발생량이 많기 때문에, 시간적으로 보면 이온 균형에 진폭이 생긴다.

이상 설명한 바와 같이, 종래예의 제전장치에서는 크기나 중량, 감쇠 시간 특성, 이온 균형 특성 중 어느 하나의 과제가 있고, 이들 과제를 전부 해결한 제전장치는 실현되지 않은 것이 현재의 상태이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 소형, 경량이면서, 감쇠 시간 특성이나 이온 균형 특성이 뛰어난 제전장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 측면은 제전장치로서, 이하를 포함한다: 직류전압을 생성하는 전원회로; 상기 전원회로에서 생성된 직류전압을 가청주파수 이상의 고주파 전압으로 변환하면서, 해당 고주파 전압을 2개의 출력라인에 일정 기간마다 교대로 출력하는 출력제어회로; 상기 출력제어회로에서 출력된 고주파 전압을 승압하는 변압회로; 양극성의 직류 고전압이 인가되었을 때는 양이온을 출력하고, 음극성의 직류 고전압이 인가되었을 때는 음이온을 출력하는 2n개(n = 1 이상의 정수)의 방전 침으로 이루어지고, 이들 방전 침이 n개마다의 제1 및 제2 그룹으로 나뉘어 배치된 방전부; 상기 변압회로에서 출력된 고주파 고전압을 동일 기간에 서로 극성이 다른 구형파의 2개의 직류 고전압으로 변환함과 동시에, 해당 2개의 직류 고전압의 극성을 일정 기간마다 반전시켜 상기 방전부의 제1 및 제2 그룹에 각각 출력하는 극성 반전회로; 및 상기 방전 침의 풍상(風上)측으로부터 송풍하여 상기 2n의 각 방전 침에서 출력된 양이온 및 음이온을 풍하(風下)측에 배치된 제전 대상물로 향하여 반송(搬送)하는 송풍기; 상기 구성에 있어서, 동일 기간에서 상기 방전부의 제1 그룹에서 한쪽 극성의 이온을 출력함과 동시에, 제2 그룹에서 다른 쪽 극성의 이온을 출력하고, 또한 일정 기간마다 상기 각 그룹에서 출력하는 이온의 극성을 반전시킨다.

상기 본 발명의 제1 측면에 종속하는 제2 측면은, 상기 제전장치에 있어서, 상기 출력제어회로는 고주파 고전압을 2개의 출력라인에 일정 기간마다 교대로 출력할 때의 출력 절환 주파수를 10~100Hz의 범위로 한다.

상기 본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면에 종속하는 제3 측면은, 상기 제전장치로서, 상기 송풍기와 상기 방전부의 사이에 설치되고, 코로나 방전에 의한 펄스 신호를 검지(檢知)하는 스트리머(ストリ―マ) 코로나 펄스 검지수단을 더 포함한다.

상기 본 발명의 제1 측면 내지 상기 제3 측면 중 어느 하나의 측면에 종속하는 제4 측면은, 상기 제전장치로서, 상기 방전부와 제전 대상물의 사이에 설치되고, 접지전위에 접속된 가드 전극을 더 포함한다.

본 발명의 상기 제1 측면 내지 제4 측면에 기초하는 제전장치에 의하면, 가청주파수 이상의 발진 주파수에 대응한 고주파 권선 트랜스나 압전 트랜스 등을 이용할 수 있기 때문에, AC식 제전장치에 비해 장치를 소형 경량의 것으로 할 수 있다.

또한, 방전부의 제1 및 제2 그룹에 대해 서로 극성이 다른 구형파의 2개의 직류 고전압을 인가하고 있기 때문에, AC식 제전장치에 비해 양음 이온의 발생량이 많아져 감쇠 시간 특성을 향상시킬 수 있다. 같은 이유에서, AC식 제전장치에 비해 제전범위를 넓힐 수 있다.

또, 2개의 그룹으로 나뉜 방전 침에서 동일 기간에 양음의 이온을 발생시킴과 동시에, 각 그룹에서 출력되는 이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키도록 하고 있기 때문에, 동일 기간에서 양음 이온이 동시에 발생하고, 제전 대상물 표면에서의 양음의 이온량을 거의 같게 할 수 있다. 따라서, 전위의 중화가 촉진되어 제전 대상물 표면의 잔류전위를 작게 할 수 있다. 이 결과, 이온 균형의 진폭을 제로에 가깝게 할 수 있음과 동시에, 진폭의 치우침도 적게 할 수 있다.

상기에 덧붙여, 방출되는 양음 이온의 극성이 일정 기간마다 반전함과 동시에, 이온을 방출하는 위치도 일정 기간마다 절환되기 때문에, 제전 대상물의 위치에 따라 양 또는 음 어느 한쪽의 이온의 영향을 받지 않고 모든 위치의 제전 대상물에 양음의 이온을 거의 균등하게 조사할 수 있다. 따라서, 이온 균형의 공간적인 치우침을 작게 할 수 있다.

그리고, 각 그룹의 방전 침에서 방출되는 양음 이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키고 있기 때문에, 연속 운전한 경우에서도 각각의 방전 침의 오물 부착 및 부식, 마모의 정도는 거의 균등하게 된다. 이 때문에, 방전 침마다의 잔류전위의 치우침이 생기지 않고 이온 균형의 경시적인 치우침을 적게 할 수 있다.

도 1은 실시예에 관한 제전장치의 전체 구성도이다.

도 2a 및 도 2b는 방전부의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 3은 고전압 발생회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4는 극성 반전 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 5는 평가장치의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 6a 및 도 6b는 이온 균형 진폭-시간의 특성도로서, 특히 도 6a는 본 실시예의 제전장치에 의한 특성도, 도 6b는 비교예로서 펄스 AC식 제전장치에 의한 특성도이다.

도 7a 및 도 7b는 실시예의 제전장치에 의한 이온 균형 진폭-시간의 특성도로서, 특히 도 7a는 출력 절환 주파수 1.4Hz에서의 특성도, 도 7b는 출력 절환 주파수 35Hz에서의 특성도이다.

도 8a 및 도 8b는 이온 균형 공간 특성도로서, 특히 도 8a는 실시예의 제전장치에 의한 특성도, 도 8b는 비교예로서 DC식 제전장치에 의한 특성도이다.

이하, 본 발명에 관한 제전장치의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 실시예에 관한 제전장치의 전체 구성도, 도 2는 방전부의 구성을 나타내는 설명도, 도 3은 고전압 발생회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 제전장치(1)는 고전압 발생회로(10), 방전부(20), 송풍기(30), 스트리머 코로나 펄스 검지전극(40), 스트리머 코로나 펄스 신호 검지장치(50) 및 가드 전극(60)을 구비하고 있다. 또한, 부호 70은 제전 대상물이다.

고전압 발생회로(10)는, 방전부(20)에 대해 일정 기간마다 교대로 극성이 다른 직류 고전압을 동시에 인가하는 회로이다. 고전압 발생회로(10)의 구성에 대해서는 후술한다.

방전부(20)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 방전전극이 되는 방전 침(21~24)으로 구성되어 있다. 각 방전 침은, 양극성의 직류 고전압이 인가되었을 때는 양이온을 출력하고, 음극성의 직류 고전압이 인가되었을 때는 음이온을 출력하는 것이다. 고전압 발생회로(10)에서 공급된 직류 고전압이 방전 침(21~24)에 인가되면, 방전 침(21~24)과 가드 전극(60)의 사이에서 코로나 방전이 발생하여 양이온 및 음이온이 출력된다. 이 방전부(20)에는, 고전압 발생회로(10)에서 일정 기간마다 교대로 극성이 다른 직류 고전압이 공급되어 있다.

방전 침(21~24)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 선단이 중심방향으로 향하도록 4개소에 배치되어 있다. 이 중에서 선단이 대향하는 방전 침끼리가 동극성의 이온을 출력하는 전극 쌍(그룹)이 된다. 본 실시예에서는, 방전 침(21, 23)이 제1 그룹이 되고, 방전 침(22, 24)이 제2 그룹이 된다. 그리고, 한쪽의 그룹이 양이온을 출력하는 동안에 다른 쪽의 그룹에서는 음이온을 동시에 출력하고, 한쪽의 그룹이 음이온을 출력하는 동안에 다른 쪽의 그룹에서는 양이온을 동시에 출력하게 된다.

예를 들면, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 기간(A)에서는 제1 그룹의 방전 침(21, 23)이 음이온을 출력하고, 제2 그룹의 방전 침(22, 24)이 양이온을 출력한다. 또한, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 다음의 기간(B)에서는 제1 그룹의 방전 침(21, 23)이 양이온을 출력하고, 제2 그룹의 방전 침(22, 24)이 음이온을 출력한다. 이하 동일하게 하여, 각 그룹은 일정 기간마다 상기 기간(A), 기간(B)의 출력을 교대로 반복하게 된다.

본 실시예에서는, 도 2a, b에 나타내는 바와 같이, 대향하는 방전 침에 항상 동극성의 전압을 인가하도록 하고 있다. 이러한 구성으로 한 경우는, 이온 균형 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 대향하는 방전 침에 항상 이극성의 전압을 인가하도록 해도 된다. 또한, 방전 침의 수는 본 실시예에서는 4개로 하고 있지만, 2n(n = 1 이상의 정수)개이어도 된다.

또한, 방전 침(21~24)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 송풍기(30)의 송풍방향(지면의 왼쪽으로부터 오른쪽방향)에 대해 거의 직각으로 배치되어 있다. 이극성 방전 침의 극간 거리(K)는, 공간적인 이온 균형의 성능과 사용시의 장치 본체와 제전 대상물(70)의 거리(L)에 의해 결정된다. 일례로서, L=150mm~600mm의 범위에서는 K=40mm~120mm 정도가 적합한 범위가 된다.

송풍기(30)는, 방전부(20)의 풍상(風上)측(상류측)에 배치된다. 환언하면, 상기 방전부(20)는 상기 송풍기(30)의 풍하(風下)측(하류측)에 배치된다. 상기 송풍기(30)는, 팬(도시생략)을 모터로 회전시킴으로써 송풍을 한다. 이 송풍에 의해, 방전부(20)에서 출력된 양이온 및 음이온은 제전 대상물(70)로 향하도록 반송(搬 送)된다.

스트리머 코로나 펄스 검지전극(40)은, 송풍기(30)와 방전부(20)의 사이에 배치되고, 방전부(20)의 코로나 방전에 의한 방전전류를 검지하여 검지한 방전전류에 따른 펄스 신호(검지 신호)를 출력한다. 스트리머 코로나 펄스 신호 검지장치(50)는, 스트리머 코로나 펄스 검지전극(40)에서 출력된 펄스 신호에 기초하여 코로나 방전의 방전상태가 정상인지를 판단한다. 즉, 스트리머 코로나 펄스 방전이 발생하는 경우에는, 코로나 방전에 의한 방전전류가 단시간에 크게 변화하므로(매우 급준하게 변화하므로), 검지한 방전전류에 따른 펄스 신호가 소정의 레벨을 넘을 때는 코로나 방전의 이상(異常)으로 판정할 수 있다. 일반적으로 코로나 방전의 이상(異常)은 방전 침의 오물 부착에 의해 발생빈도가 증가하는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 코로나 방전의 이상(異常)을 검지하는 장치를 구비함으로써, 방전 침의 청소시기를 정확하게 알 수 있으므로, 유지보수를 확실히 행할 수 있다. 또, 스트리머 코로나 펄스 검지전극(40)과 스트리머 코로나 펄스 신호 검지장치(50)는, 본 실시예에서의 스트리머 코로나 펄스 검지수단으로서 기능한다.

가드 전극(60)은, 고전압이 인가되어 있는 방전 침에 작업자의 손가락 등이 닿지 않도록 하기 위한 것으로, 방전부(20)와 제전 대상물(70)의 사이에 배치되어 있다. 가드 전극(60)은 접지전위에 접속되어 있고, 각 방전 침의 대향전극으로서도 기능하고 있다. 가드 전극(60)은, 유도에 의한 제전 대상물(70)의 전압 변동을 적게 하기 위해 금속 등의 도체로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 가드 전극(60)의 구조는 링형상의 금속전극을 동심원으로 배치한 것 등이 이용되지만, 이 예에 한정 되지 않고, 작업자의 손가락 등이 들어가지 않을 만큼의 간격이면서 이온의 통과가 용이하게 되는 간격이 확보되면 된다. 또, 가드 전극(60)은, 방전 침과의 사이가 거리 M(< 극간 거리 K)이 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 방전부(20)에서 코로나 방전이 시작되면, 방전 침 간의 전위차보다도 가드 전극-방전 침 간의 전위차가 크므로, 발생한 양음 이온은 가드 전극(60)으로 향하여 날아가게 된다. 이 때 가드 전극(60)이 있으면 양음 이온을 잡을 수 있기 때문에, 감쇠 시간 특성은 약간 저하된다. 그러나, 가드 전극(60)을 설치함으로써, 이온 균형의 진폭을 대폭으로 경감할 수 있다.

다음에, 고전압 발생회로(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 고전압 발생회로(10)는 DC 전원회로(11), 출력제어회로(12), 변압회로(13), 극성 반전 회로(14)로 구성되어 있다.

DC 전원회로(11)는, 교류 전원(도시생략)[AC 100V]에 접속되고, 교류 전압을 직류전압(DC 12V)으로 변환하여 출력하는 회로이다.

출력제어회로(12)는, DC 전원회로(11)에서 출력된 직류전압을 가청주파수 이상(20KHz 또는 그 이상)의 고주파 전압으로 변환함과 동시에, 이 고주파 전압을 변압회로(13)와 접속하는 2계통의 출력라인에 일정 기간마다 교대로 절환하여 출력한다. 본 실시예에서는, 고주파 전압을 2계통의 출력라인에 일정 기간마다 교대로 출력할 때의 출력 절환 주파수를 10~100Hz의 범위로 하고 있다. 예를 들면, 출력 절환 주파수를 50Hz로 한 경우, 일주기는 0.02s가 되기 때문에, 그 반주기인 0.01s가 상기 일정 기간이 된다.

본 실시예에서는, 고주파 전압을 2계통의 출력라인에 교대로 출력할 때의 출력 절환 주파수를 10~100Hz의 범위로 하기 때문에, 각 그룹의 방전 침에서 출력되는 양음 이온의 극성도 이 출력 절환 주파수로 규정되는 일정 기간마다 반전하게 된다. 이에 의하면, 양음 이온의 발생간격을 길게 취할 수 있기 때문에, AC 고주파식 제전장치에 비해 방출된 양음 이온이 제전 대상물에 도달하기까지 재결합하기 어려워져 이온을 멀리까지 날릴 수 있다.

변압회로(13)는, 가청주파수 이상(20kHz 또는 그 이상)의 발진 주파수에 대응한 고주파 권선 트랜스 또는 압전 트랜스로 구성되고, 출력제어회로(12)에서 출력된 고주파 전압을 승압하여 고주파 고전압으로서 출력하는 회로이다. 본 실시예의 변압회로(13)는, 트랜스(L1, L2)로 구성되고, 이들 트랜스(L1, L2)에서 고주파 전압이 일정 기간마다 교대로 출력된다. 변압회로(13)의 출력측은 극성 반전 회로(14)와 2계통의 출력라인으로 접속되고, 트랜스(L1, L2)에서 출력된 고주파 전압은 각 출력라인에서 극성 반전 회로(14)에 교대로 출력된다.

본 실시예에서는, 가청주파수 이상(20kHz 또는 그 이상)의 발진 주파수에 대응한 고주파 권선 트랜스 또는 압전 트랜스에 의해 변압회로(13)를 구성하고 있기 때문에, AC식 제전장치에 비해 장치를 소형 경량의 것으로 할 수 있다.

극성 반전 회로(14)는, 변압회로(13)에서 일정 기간마다 교대로 출력된 고주파 고전압을 동일 기간에 서로 극성이 다른 구형파의 2개의 직류 고전압으로 변환함과 동시에, 이 2개의 직류 고전압의 극성을 일정 기간마다 반전시켜 방전부(20)의 제1 및 제2 그룹에 출력하고 있다. 즉, 양극성의 직류 고전압을 제1 그룹에 출 력할 때는, 음극성의 직류 고전압을 제2 그룹에 동시에 출력하고, 음극성의 직류 고전압을 제1 그룹에 출력할 때는, 양극성의 직류 고전압을 제2 그룹에 동시에 출력하게 된다.

본 실시예에서는, 방전부(20)의 제1 및 제2 그룹에 대해 서로 극성이 다른 구형파의 2개의 직류 고전압을 인가하도록 하고 있다. 이에 의하면, AC식 제전장치에 비해 양음 이온의 발생량을 많게 할 수 있으므로, 대전한 제전 대상물의 전위를 허용 레벨로 단시간에 내릴 수 있게 되어 감쇠 시간 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 양음 이온의 발생량이 적은 AC식 제전장치에 비해 제전범위를 넓히는 것이 가능하게 된다.

다음에, 극성 반전 회로(14)의 구성과 동작에 대해 설명한다. 도 4는 극성 반전 회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 극성 반전 회로(14)는 콘덴서(C1~C8), 저항(R1~R4), 다이오드(D1~D8)로 이루어진 정류회로에 의해 구성되어 있다. 이 정류회로에는, 트랜스(L1, L2)에서 입력(A), 입력(B)으로 나타내는 바와 같은 고주파 고전압이 소정 시간마다 교대로 공급되어 있다. 정류회로에서는, 입력된 고주파 고전압을 정류하여 직류 고전압으로 하고 출력(A), 출력(B)로 표시된 출력단으로부터 출력하고 있다.

트랜스(L1)에서 입력(A)이 공급되면(이 기간, 입력(B)은 제로), 이 입력(A)은 정류회로에서 정류된 후, 출력(A)에는 음극성의 전압(출력(A)의 중앙부의 구형파)이, 출력(B)에는 양극성의 전압(출력(B)의 중앙부의 구형파)이 각각 출력된다. 또한, 다음의 기간에서 트랜스(L2)에서 입력(B)이 공급되면(이 기간, 입력(A)은 제 로), 이 입력(B)은 정류회로에서 정류된 후, 출력(A)에는 양극성의 전압(출력(A)의 우측부의 구형파)이, 출력(B)에는 음극성의 전압(출력(B)의 우측부의 구형파)이 각각 출력된다. 이와 같이, 트랜스(L1, L2)에서 일정 기간마다 교대로 입력(A, B)의 고주파 고전압이 공급되면, 극성 반전 회로(14)에서는 입력된 고주파 고전압이 정류·평활화됨과 동시에, 각 주기마다 극성이 반전되어 출력(A, B)로 출력된다. 그리고, 출력(A)에는 제1 그룹의 방전 침(21, 23)이 접속되고, 출력(B)에는 제2 그룹의 방전 침(22, 24)이 접속되어 있기 때문에, 각 그룹에서 출력되는 이온의 극성은 일정 기간마다 반전하게 된다.

즉, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 기간(A)에서는 제1 그룹의 방전 침(21, 23)에서는 음이온이 출력되고, 제2 그룹의 방전 침(22, 24)에서는 양이온이 동시에 출력된다. 또한, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 다음의 기간(B)에서는 제1 그룹의 방전 침(21, 23)에서는 양이온이 출력되고, 제2 그룹의 방전 침(22, 24)에서는 음이온이 동시에 출력된다. 그리고, 각 그룹에서 출력되는 이온의 극성은 일정 기간마다 반전되므로, 각 그룹의 방전 침에서는 일정 기간마다 다른 극성의 이온이 출력된다.

다음에, 상기와 같이 구성된 제전장치의 이온 균형 특성에 대해 설명한다.

이 종류의 제전장치의 평가에는, EOS/ESD 규격 St 3.1에 준거한 측정방법이 일반적으로 이용된다. 도 5는 상기 측정방법에 이용되는 평가장치의 구성을 나타내는 설명도이다. 이 평가장치(100)는, 기판(2) 상에 제전 대상물이 되는 대전 플레이트를 TP1~TP12의 측정점에 차례대로 배치함과 동시에, TP2의 측정점에서 300mm의 위치에 제전장치(1)를 배치한 것이다. 또, 대전 플레이트는 종횡이 150mm×150mm, 용량 20pF의 부재로 구성되어 있다.

각 대전 플레이트에는, 도시되지 않은 피접촉의 전위 센서, 이 전위 센서와 접속된 대전 전위계가 설치되어 있다. 또한, 각 대전 플레이트에는, 감쇠 시간의 측정시에 대전 플레이트를 대전시키기 위한 도시되지 않은 +1kV의 고압 전원과 -1kV의 고압 전원이 접속되어 있다. 또, 감쇠 시간을 계시(計時)하는 도시되지 않은 타이머나 시간 등을 표시하는 디지털 표시장치도 병설되어 있다.

(1) 이온 균형 진폭-시간 특성

도 6은 이온 균형 진폭-시간의 특성도이다. 도 6a는 본 실시예의 제전장치에 의한 특성도, 도 6b는 비교예로서 펄스 AC식 제전장치에 의한 특성도이다. 이 평가방법은 각 대전 플레이트의 잔류전하를 제거한 후, 제전장치(1)로부터 대전 플레이트(TP1~12)에 이온을 조사하고, 일정 시간 후의 플레이트 전위[V]를 측정하는 것이다. 이 예에서는, 제전장치(1)와 대전 플레이트의 거리를 150mm까지 가깝게 하고 있다. 이는, 이온 균형 진폭-시간 특성의 영향을 보다 현저하게 하기 위해서이다.

본 실시예의 제전장치(1)에서는, 2개의 그룹으로 나뉜 방전 침에서 동일 기간에 양음 이온을 동시에 발생시킴과 동시에, 각 그룹에서 출력되는 이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키도록 하고 있기 때문에, 방출되는 양음 이온의 극성이 일정 기간마다 반전함과 동시에, 이온을 방출하는 위치도 일정 기간마다 절환된다. 이에 의하면, 동일 기간에서 양음 이온이 동시에 발생하게 되기 때문에, 대전 플레이트 표면에서의 양음 이온량이 거의 같게 된다. 따라서, 전위의 중화가 촉진되어 대전 플레이트 표면의 잔류전위를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 이온 균형의 진폭을 제로에 가깝게 할 수 있게 되고, 진폭의 치우침도 적게 할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 제전장치(1)는, 제전 대상물과의 거리를 가깝게 해도 이온 균형의 진폭, 치우침이 적으므로, 작업대나 컨베이어 전체에 걸쳐 균일한 제전이 가능하게 된다.

한편, 비교예의 펄스 AC식 제전장치에서는, 양음 이온을 교대로 발생시키고 있기 때문에, 대전 플레이트를 양음 교대로 대전시키게 되고, 또한 AC식보다도 이온 발생량이 많기 때문에, 도 6b에 나타내는 바와 같이 이온 균형에 진폭이 생긴다. 특히, 본 평가방식과 같이 제전장치와 대전 플레이트의 거리를 가깝게 한 경우는 진폭, 치우침 모두 커진다.

여기서, 제1 및 제2 그룹에서 출력되는 이온의 극성을 반전시키는 주기에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 고주파 전압을 2계통의 출력라인에 교대로 절환하여 출력할 때의 출력 절환 주파수를 10~100Hz로 하고 있다. 도 7은 도 6과 같이 이온 균형 진폭-시간의 특성도로서, 모두 본 실시예의 제전장치에 의한 특성도이다. 도 7a는 출력 절환 주파수 1.4Hz에서의 특성도, 도 7b는 출력 절환 주파수 35Hz에서의 특성도이다.

도 7a에 나타내는 바와 같이, 출력 절환 주파수 1.4Hz에서 규정되는 주기로 극성을 반전시킨 경우는, 대전 플레이트 표면의 잔류전위를 작게 할 수 없고, 이온 균형의 진폭이 커져 버린다. 또한, 출력 절환 주파수를 100Hz 이상으로 한 경우는, 도시하지 않았지만 고주파식과 같이 이온을 멀리까지 날리기 어렵고, 감쇠 시간 특 성도 나빠진다. 이에 대해, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 출력 절환 주파수 35Hz에서 규정되는 주기로 극성을 반전시킨 경우는, 대전 플레이트 표면의 잔류전위를 작게 할 수 있으므로, 이온 균형의 진폭을 더욱 작게 할 수 있다.

(2) 이온 균형 공간 특성

도 8은 이온 균형 공간 특성도이다. 도 8a는 본 실시예의 제전장치에 의한 특성도, 도 8b는 비교예로서 DC식 제전장치에 의한 특성도이다. 도 8의 X축은 플레이트 전위[V], Y축은 최전열 중앙의 대전 플레이트(TP2)를 중심으로 한 좌우의 거리[mm], Z축은 제전장치로부터의 깊이(奧行き) 방향의 거리[mm]를 각각 나타낸다(도 5 참조).

본 실시예의 제전장치(1)에서는, 방출되는 양음 이온의 극성이 일정 기간마다 반전함과 동시에, 이온을 방출하는 위치도 일정 기간마다 절환되기 때문에, 대전 플레이트의 위치에 따라 양 또는 음 어느 한쪽의 이온의 영향을 받지 않고 모든 대전 플레이트에 양음 이온을 거의 균등하게 조사할 수 있다. 따라서, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 이온 균형의 공간적인 치우침을 작게 할 수 있다.

한편, 비교예의 DC식 제전장치에서는, 방전 침의 위치에 따라 양이온의 영향을 받기 쉬운 장소 또는 음이온의 영향을 받기 쉬운 장소가 생기기 때문에, 이러한 양 또는 음이온 어느 한쪽의 영향을 받기 쉬운 장소에 배치된 대전 플레이트에서는 양 또는 음으로 대전되어 버리게 된다. 이 때문에, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 이온 균형의 공간적인 치우침이 발생하게 된다. 도 8b에서는, 제전장치에 가까운 위치에 배치된 대전 플레이트(도 5의 TP2, TP3 등)가 양극성측으로 대전하고 있다.

(3) 이온 균형 경시 특성

본 실시예의 제전장치(1)에서는, 각 그룹의 방전 침(21~24)에서 방출되는 양음 이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키고 있기 때문에, 연속 운전한 경우에서도 각각의 방전 침의 오물 부착 및 부식, 마모의 정도는 거의 균등하게 된다. 이 때문에, 방전 침마다의 잔류전위의 치우침이 생기지 않고 이온 균형의 경시적인 치우침을 적게 할 수 있다. 본 실시예의 제전장치(1)를 소정 시간 연속 운전한 후, 각 방전 침의 선단부를 관찰한 바, 선단부의 오물 부착 및 부식, 마모의 정도는 거의 균등하게 되는 것이 확인되었다(측정결과의 도시를 생략).

상기 이온 균형 특성 이외에 감쇠 시간 특성에 대해서도 측정하였다. 본 실시예의 제전장치(1)에서는, AC식이나 AC 고주파식에 비해 양음 이온의 발생량을 많게 할 수 있으므로, 감쇠 시간 특성을 향상시킬 수 있다. 이 감쇠 시간 특성을 검증하기 위해, +1kV의 고전압으로 대전시킨 대전 플레이트에 본 실시예의 제전장치(1)를 이용하여 이온 조사를 하고, 플레이트 전위가 +100V까지 감쇠하는 시간에 대해 측정하였다. 그 결과, AC식이나 AC 고주파식에 비해 감쇠 시간이 적어지고 거의 DC식과 같은 결과가 되는 것이 확인되었다(측정결과의 도시를 생략).

또한, 제전범위에 대해서도, AC식 제전장치에 비해 양음 이온의 발생량을 많게 할 수 있으므로, 제전범위를 넓게 할 수 있다. 이 제전범위에 대해서는, 도 8a에 나타내는 이온 균형 공간 특성의 결과에서도 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 관한 제전장치(1)에서는, 가청주파수 이상(20kHz 또는 그 이상)의 발진 주파수에 대응한 고주파 권선 트랜스 또는 압전 트랜스에 의해 변압회로를 구성하고 있기 때문에, AC식 제전장치에 비해 장치를 소형 경량의 것으로 할 수 있다.

또한, 방전부(20)의 제1 및 제2 그룹에 대해 서로 극성이 다른 구형파의 2개의 직류 고전압을 인가하고 있기 때문에, AC식 제전장치에 비해 양음 이온의 발생량을 많게 할 수 있고, 감쇠 시간 특성을 향상시킬 수 있다. 같은 이유로, AC식 제전장치에 비해 제전범위를 넓힐 수 있다.

또한, 본 실시예의 제전장치(1)에서는, 2개의 그룹으로 나뉜 방전 침에서 동일 기간에 양음 이온을 동시에 발생시킴과 동시에, 각 그룹에서 출력되는 이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키도록 하고 있기 때문에, 방출되는 양음 이온의 극성이 일정 기간마다 반전함과 동시에, 이온을 방출하는 위치도 일정 기간마다 절환된다. 이에 의해, 동일 기간에서 양음 이온이 동시에 발생하게 되기 때문에, 대전 플레이트 표면에서의 양음 이온량이 거의 같게 된다. 따라서, 전위의 중화가 촉진되어 대전 플레이트 표면의 잔류전위를 작게 할 수 있다. 이 결과, 이온 균형의 진폭을 제로에 가깝게 할 수 있음과 동시에, 진폭의 치우침도 적게 할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제전장치(1)에서는, 방출되는 양음 이온의 극성이 일정 기간마다 반전함과 동시에, 이온을 방출하는 위치도 일정 기간마다 절환되기 때문에, 제전 대상물의 위치에 따라 양 또는 음 어느 한쪽의 이온의 영향을 받지 않고 모든 대전 플레이트에 양음 이온을 거의 균등하게 조사할 수 있다. 따라서, 이온 균형의 공간적인 치우침을 작게 할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제전장치(1)에서는, 각 그룹의 방전 침에서 방출되는 양 음 이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키고 있기 때문에, 연속 운전한 경우에서도 각각의 방전 침의 오물 부착 및 부식, 마모의 정도는 거의 균등하게 된다. 이 때문에, 방전 침마다의 잔류전위의 치우침이 생기지 않고, 이온 균형의 경시적인 치우침을 적게 할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제전장치(1)에서는, 고주파 전압을 2계통의 출력라인에 교대로 출력할 때의 출력 절환 주파수를 10~100Hz의 범위로 하고 있기 때문에, 양음 이온의 발생간격을 길게 할 수 있다. 이 때문에, AC 고주파식 제전장치에 비해 방출된 양음 이온이 제전 대상물에 도달하기까지 재결합하기 어려워져 이온을 멀리까지 날릴 수 있다.

또한, 본 실시예의 제전장치(1)에서는, 송풍기(30)와 방전부(20)의 사이에 코로나 방전에 의한 펄스 신호를 검지하는 스트리머 코로나 펄스 검지수단으로서 스트리머 코로나 펄스 검지전극(40)과 스트리머 코로나 펄스 신호 검지장치(50)를 설치하고 있기 때문에, 방전 침의 청소시기를 정확히 알 수 있게 되어 유지보수를 확실히 행할 수 있다.

또, 본 실시예의 제전장치(1)에서는, 방전부(20)와 제전 대상물(70)의 사이에 가드 전극(60)을 설치하고 있기 때문에, 이온 균형의 진폭을 대폭으로 경감할 수 있다.

본 발명은, 상술한 것 외에 상술한 발명의 실시예의 설명에 한정되는 것은 아니고, 적절한 변경을 함으로써 기타 여러가지의 태양으로 실시 가능하다.

또, 일본특허출원 제2006-341803호(2006년 12월 19일 출원)의 모든 내용이 참조에 의해 본원 명세서에 도입되어 있다.

Claims (4)

1. 제전장치에 있어서,

   직류전압을 생성하는 전원회로;

   상기 전원회로에서 생성된 직류전압을 가청주파수 이상의 고주파 전압으로 변환하고, 해당 고주파 전압을 2개의 출력라인에 일정 기간마다 교대로 출력하는 출력제어회로;

   상기 출력제어회로에서 출력된 고주파 전압을 승압하는 변압회로;

   양극성의 직류 고전압이 인가되었을 때에는 양이온을 출력하고, 음극성의 직류 고전압이 인가되었을 때에는 음이온을 출력하는 2n개(n = 1 이상의 정수)의 방전 침으로 이루어지고, 이들 방전 침이 n개마다 제1 및 제2 그룹으로 나뉘어 배치된 방전부;

   상기 변압회로에서 출력된 고주파 고전압을 동일 기간에 서로 극성이 다른 구형파의 2개의 직류 고전압으로 변환하고, 해당 2개의 직류 고전압의 극성을 일정 기간마다 반전시켜 상기 방전부의 제1 및 제2 그룹에 각각 출력하는 극성 반전회로; 및

   상기 방전 침의 풍상(風上)측으로부터 송풍하여 상기 2n개의 각 방전 침에서 출력된 양이온 및 음이온을 풍하(風下)측에 배치된 제전대상물로 향하도록 반송(搬送)하는 송풍기;를 포함하며,

   동일 기간에 상기 방전부의 제1 그룹에서는 한쪽 극성의 이온을 출력하고 제 2 그룹에서는 다른 쪽 극성의 이온을 출력하며, 또한 일정 기간마다 상기 각 그룹에서 출력하는 이온의 극성을 반전시키는 것을 특징으로 하는 제전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 출력제어회로는 고주파 고전압을 2개의 출력라인으로 일정 기간마다 교대로 출력할 때의 출력 절환 주파수를 10~100Hz의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 제전장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 송풍기와 상기 방전부의 사이에 설치되고, 코로나 방전에 의한 펄스 신호를 검지하는 스트리머 코로나 펄스 검지수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제전장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 방전부와 제전 대상물의 사이에 설치되고, 접지전위에 접속된 가드 전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제전장치.

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