KR20090003266A - 미세전극 이온발생소자를 가지는 제전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 저오존농도이며, 또한 고농도이온의 발생을 가능하게 하는, 새로운 고효율방전방식을 채용한 이온발생소자를 사용한 제전장치를 제공하는 것이며, 즉, 본 발명에 의한 제전장치는, 이온발생소자가, 평면상에 일방향을 향하여 배설됨과 아울러 미세한 돌기를 갖는 방전전극과 유도전극과 그들 사이에 끼워진 얇은 유전체막을 갖고 있는 미세전극이온발생소자이며, 정이온발생용 미세전극 이온발생소자와, 부이온발생용 미세전극 이온발생소자를 1조로 하여 구성되어 있으며, 상기 이온발생소자가, 상기 각 방전전극을 포함한 평면이 기류의 방향과 평행이며, 또한 상기 방전전극의 배설방향이 기류의 방향과 수직이 되도록 적어도 하나 이상 배치되어 있으며, 상기 이온발생소자의 방전전극에 인가하는 전압을 조정함으로써 기류의 하류측의 위치에 있어서의 정부이온의 밸런스제어가 가능한 구성인 것을 특징으로 한다.

제전장치, 이온발생소자

Description

미세전극 이온발생소자를 가지는 제전장치{NEUTRALIZATION APPARATUS HAVING MINUTE ELECTRODE ION GENERATION ELEMENT}

본 발명은, 미세전극 이온발생소자를 갖는 제전장치에 관한 것이며, 자세하게는, 물체표면에 생기는 정전기를 중화하는 기술에 관한 것으로, 여러가지의 제조 프로세스에 있어서 문제가 되는 정전기를 간편하게 제거하기 위해서 이용되는 미세전극 이온발생소자를 가지는 제전장치이다.

제조 프로세스에 있어서의 정전기의 발생은, 생산성이나 수율의 저하나 전기적인 장해발생의 원인이 되기 때문에, 물체표면의 정전기를 양극(兩極)이온의 부착에 의해 중화하여, 제거하는 제전기술은, 정전기의 적극적인 제어를 위하여 중요한 기술로서 널리 이용되고 있다. 정부(正負) 양극이온을 사용한 제전기술은, 종래부터 상세하게 의론되고 있으며(비특허문헌1참조), 또한, 지금까지 다수의 제조업자에 의해 상품화되어 있다. 이러한 제전장치는, 반도체나 플라스틱, 액정 등의 제조 프로세스 등에 있어서 폭넓게 채용되고 있다.

제전장치의 일반적인 구성으로서는, 양극 이온의 발생을 위한 전극 및 전원,및 생성한 이온을 물체까지 반송하기 위한 기류발생장치(氣流發生裝置)로 조합된다. 정부 양극이온의 발생에는, 코로나방전 혹은 연X선 등에 의한 공기의 전리(電 離)가 이용된다. 생성한 정부 양극이온은 기류나 정전장(靜電場) 등에 의해 반송되어, 반대극성으로 대전한 대상물에 부착됨으로써 그들의 정전기의 중화에 이른다.

정전기의 제거장치에는, 침형이나 와이어형의 전극을 가지는 코로나방전을 사용한 양극 이온발생장치로 가장 빈번하게 이용되고 있다. 이러한 이온발생장치는 예를 들면 비특허문헌1에 자세하게 기술되어 있으며, 그 구성의 하나의 예를 도 12에 기재한다. 이 장치 내에서는, 방전전극(21)의 선단근방에 있어서 기체분자가 전리되어, 다량의 이온을 발생시킨다. 양극의 이온을 거의 동일한 수 발생시키기 위해서, 예를 들면 특허문헌1에 나타내는 바와 같이, 정 및 부의 직류전압의 각각 별도의 방전전극으로의 인가나, 특허문헌2에 나타내는 것 같은 교류전압의 인가가 행해진다. 이렇게 하여 발생한 정부 양극이온이 브라운운동하면서 기류로 반송되는 과정에서 대전한 대상물에 부착되어, 그 표면전위를 변화시킨다. 정과 부의 이온이 거의 동일한 수 존재하는 상황에 있어서의 대전한 대상물로의 이온의 부착확률은, 입자가 가지는 전하와 반대인 극성을 가지는 이온의 부착확률이, 입자와 같은 극성을 갖는 이온의 부착확률을 상회하므로, 그 결과, 정부 양극이온과 대상물의 사이의 부착 반응은, 물체표면을 무대전상태화(無帶電狀化態)한다.

여기서 이온농도는 정전기의 중화과정의 속도 즉, 제전속도를 결정하는 파라메타이다. 따라서, 보다 신속한 제전을 필요로 하는 제조 프로세스에 있어서는, 보다 고농도의 정부 양극이온을 밸런스 좋게 발생하는 장치가 필요하게 된다.

제전을 목적으로 한 정부 양극이온발생에는, 각종의 전자파를 이용하는 것도 가능하다. 일반적으로 전자파를 이용한 정부 양극이온의 발생법에서는, 전리한 기 체분자의 전하가 보존되기 때문에, 정부 각각의 이온농도비, 즉 이온밸런스가 정부 거의 동수로 유지되어 있다는 특징을 가진다. 예를 들면, 공기에 연(軟)X선을 조사함으로써 공기 중의 질소나 그 밖의 불순물분자가 전리되어, 정이온과 전자를 생성한다. 전자의 존재시간은 대단히 짧기 때문에, 공기 중의 산소나 수분, 기타 불순물분자 등과 전자가 결합함으로써 부이온을 형성한다. 결과로서, 정과 부이온을 거의 동일한 양 포함하는 양극 이온의 발생이 가능해진다. 이러한 장치는, 예를 들면 비특허문헌1이나 특허문헌3에 나타나 있다.

이밖에 전자파로서는 진공자외선이나 방사선등의 이용도 가능해서, 각각 특허문헌4 및 5에 나타나 있다.

이들의 전자파를 사용한 방법에서는 상기의 고농도이온의 발생이라고 하는 요구를 충족시키기 위해서 보다 강력한 전자파가 필요하게 된다. 그러나 가장 강한 에너지를 가지는 방사성물질을 사용한 제전장치는, 방사성물질 사용인가를 받은 장소에 있어서만, 또한 방사성물질취급인가를 받은 자에 의해서만 사용이 가능하다고 하는 제약이 있다. 또한, 상기의 인가조건을 충족시킬 경우라도, 방사성물질의 사용에 수반된 인체로의 건강영향을 없애기 위한 안전관리나 보관에 관해서 특별한 취급이 필요하다. 더욱이, 진공자외선이나 연X선을 사용한 제전장치에 관해서도 마찬가지로, 조사에너지가 높을수록 안전성을 확보하는 조치가 필요하다.

상기 코로나방전에 있어서의 정부 양극이온발생에서는, 공기의 방전전압(전리전압)이 정과 부에서 다르기 때문에, 이온밸런스의 제어는 일반적으로 곤란하다. 예를 들면, 직류전압을 복수의 전극에 인가하는 형식에 있어서는, 각각의 방전전압 을 별도로 제어할 필요가 있고, 교류전압을 채용한 형식에서는 파형의 중심전압의 오프셋 등을 행할 필요가 있었다. 코로나방전에 의해 발생하는 정부 양극이온의 이온밸런스를 제어하기 위해서, 예를 들면 특허문헌6에 나타내는 바와 같이, 이온밸런스 제어회로를 별도로 설치하여, 밸런스 제어를 행하는 기술이나, 특허문헌7에 나타내는 바와 같이 정부 별개의 기류의 조정에 의한 방법 등이 제안되어 있다.

그러나, 상기 어떤 방법에 있어서도 신속한 제전특성을 장기간 안정하게 얻기 위한 발본적인 해결책이 되지 않아서, 고농도이온을 밸런스 좋게 생성하는 방법의 개발이 요망되고 있었다.

코로나방전에 의한 제전장치에 있어서의 또 하나의 문제점은, 장시간의 운전에 따른, 전극의 마모나 먼지 등의 축적이다. 이들은, 전극간의 단락이나, 정전기 노이즈 등의 트러블의 원인이 되는 외에, 상기 이온밸런스를 변화시키기 때문에, 제전성능에도 크게 영향을 끼친다. 특히, 보다 고농도의 이온을 발생시키기 위해서는, 일반적으로 사용하는 침형전극(針形電極)에서는 방전전압을 상승시킬 필요가 있지만, 그 경우에는 오존이나 산소의 활성종(活性種)이 고농도로 생성하여, 전극의 열화가 보다 현저하게 나타난다. 이들 문제의 해결을 위하여, 지금까지도 열화가 적은 침형전극재료(특허문헌8) 등의 제안은 행해져 있지만, 침형전극과 같이 고전압이 필요하여 전하가 국소에 집중하는 방전방식에서는 먼지의 축적과 열화는 모면하지 못했다. 따라서, 보다 낮은 전압으로 효율적으로 이온 생성이 생기고, 먼지 등이 축적하기 어려우면서 열화하기 어려운 재료 혹은 구조로, 가령 열화했을 경우라도 교환이나 메인터넌스가 간편하여 안전한 형태를 가지는 양극 이온발생소자의 개발이 요망되고 있었다.

한편, 메인터넌스성을 향상시키기 위해서, 평면상에 한 방향을 향해서 배설되는 동시에 미세한 돌기를 가지는 방전전극을 유전체에 배치한 구조의 이온발생소자에 관해서는, 복사기 등으로의 용도로서, 이온발생소자로부터 극히 근방의 드럼의 대전, 제전을 목적으로, 특허문헌9, 10, 11, 12에 나타나 있다. 이들의 특허문헌에 기재된 기술을 이용하여, 이들의 사용법과는 다르게, 이온발생소자로부터 떨어진 위치에 놓인 물체를 제전하는 것은 정이온과 부이온의 물리적인 성질의 차이에 의해, 이온밸런스가 무너지기 때문에 곤란했다. 또한, 특허문헌10, 11, 12에 나타나 있는 것 같은 기술에서는, 전압의 파형제어만에 의한 이온밸런스의 제어는 곤란했다. 이상의 이유에 의해, 이러한 장치는 제조 프로세스에 있어서의 제전장치로서는 실용할 수 없었다.

특허문헌1: 일본특허 제2520840호

특허문헌2: 일본특허 제2627585호

특허문헌3: 일본특허 제2951477호

특허문헌4: 일본특허 제2598363호

특허문헌5: 일본 특허공개 평8-190993호

특허문헌6: 일본특허 제3471511호

특허문헌7: 일본특허 제2646020호

특허문헌8: 일본특허 제3078819호

특허문헌9: 일본특허 제2665903호

특허문헌10:일본 특허공개2003-323964

특허문헌11:일본 특허공개2003-249327

특허문헌12:일본 특허공개2002-237368

비특허문헌1: 村田 雄司 감수, 제전장치와 제전기술, (주) CMC 출판(2004)

본 발명의 제1목적은, 상기 침상전극(針狀電極)에 의한 코로나방전을 사용한 제전장치의 문제점인, 장시간 운전시의 전극의 열화나 먼지의 축적을 저감하여, 저오존 농도이면서, 고농도이온의 발생을 가능하게 하는, 새로운 고효율방전방식을 채용한 이온발생소자를 가지는 제전장치를 제공하여, 지금까지 없는 신속한 제전성능을 달성하며, 또한 만약 먼지가 축적하거나, 열화가 생기거나 했을 경우라도 간단히 청소나 교환이 가능한 미세전극의 이온발생소자를 가지는 제전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은, 유전체를 미세한 돌기를 가지는 방전전극으로 사이에끼운 구조를 가지는 소자의 문제점인, 먼 곳의 대상물의 제전을 가능하게 하며, 또한 그 이온밸런스의 제어를 간편화하여, 이들의 결과로서, 제조 프로세스로의 적용이 가능한 제전장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 하기 구성을 가진다.

1. 이온발생소자로 기체의 방전에 의해 발생한 정이온과 부이온을 공기, 질소 등의 기류에 의해 반송하여, 상기 이온발생소자로부터 떨어진 위치에 놓인 물체표면의 정전기의 제거를 행하는 제전장치에 있어서,

상기 이온발생소자가, 평면상에 한 방향을 향해서 배설되는 동시에 미세한 돌기를 가지는 방전전극과 유도전극과 그들 사이에 끼워진 얇은 유전체막을 가지고 있는 미세전극 이온발생소자로서, 방전전극에 인가하는 전압이 정(正)의 펄스상파형인 정이온발생용 미세전극 이온발생소자와, 방전전극에 인가하는 전압이 부(負)의 펄스상파형인 부이온발생용 미세전극 이온발생소자를 1조로 하여 구성되어 있으며, 상기 정이온발생용 미세전극 이온발생소자와, 부이온발생용 미세전극 이온발생소자를 1조로 하는 이온발생소자가, 상기 각 방전전극을 포함하는 평면이 기류의 방향과 평행이며, 또한 상기 방전전극의 배설방향이 기류의 방향과 수직해지도록 적어도 하나 이상 배치되고 있으며,

상기 이온발생소자의 방전전극에 인가하는 전압을 조정함으로써 기류의 하류측의 위치에 있어서의 정부이온의 밸런스 제어가 가능한 구성인 것을 특징으로 하는 제전장치(2선 타입의 이온발생소자를 가지는 제전장치).

2. 이온발생소자로부터 기체의 방전에 의해 발생한 정이온과 부이온을 공기, 질소 등의 기류에 의해 반송하여, 상기 이온발생소자로 떨어진 위치에 놓인 물체표면의 정전기의 제거를 행하는 제전장치에 있어서,

상기 이온발생소자가, 평면 상에 서로 교차하지 않도록 한 방향을 향해서 배설되는 동시에 미세한 돌기를 가지는 2개 이상의 방전전극과 그 방전전극을 공유하는 하나의 유도전극을 가진 정이온발생용 미세전극 이온발생소자·부이온발생용 미세전극 이온발생소자로 구성되고 있으며,

상기 이온발생소자가, 상기 각 방전전극을 포함하는 평면이 기류의 방향과 평행하며, 또한 방전전극의 배설방향이 기류의 방향에 대하여 평행해지도록 적어도 하나이상 배치되어 있으며,

상기 이온발생소자의 방전전극에 인가하는 전압을 조정함으로써 기류의 하류측의 위치에 있어서의 정부이온의 밸런스 제어가 가능한 구성인 것을 특징으로 하는 제전장치(3선 타입의 이온발생소자를 가지는 제전장치).

본 발명에서는, 미세한 돌기를 가지는 방전전극과 설치극(設置極)에서 얇은 유전체를 사이에 끼운 미세구조를 가지는 칩형의 정이온발생용 미세전극 이온발생소자·부이온발생용 미세전극 이온발생소자로 이루어지는 이온발생소자(2선 타입 및 3선 타입을 포함한다)을 채용함과 아울러, 이 이온발생소자를 유효하게 배치함으로써, 유전체를 배리어로 하는 방전, 즉 유전체 배리어방전을 발생시켜, 효율적으로 고농도이온의 발생을 가능하게 했다. 또한, 하나의 소자에 복수의 전극을 탑재하는 것이 가능해져서, 일반적으로 사용되고 있는 교류 이외에, 직류나 펄스전압을 인가할 경우에 있어서도, 이온밸런스의 제어가 용이해졌다. 또한, 이온발생소자를 소형화함에 의해, 구조가 간단해서 메인터넌스성이 혁신적으로 향상하고, 방전이 복수의 장소에서 행해지기 때문에, 침형전극에 보여지는 국소적인 먼지의 축적의 문제를 저감하는 것에 성공했다.

즉, 본 발명은, 유전체를 배리어층으로 하는 미세전극을 사용한 정이온발생용 미세전극 이온발생소자·부이온발생용 미세전극 이온발생소자로 이루어지는 이온발생소자, 전원, 및 생성한 이온을 반송하기 위한 기류발생장치(기류공급기구)로 구성되는 대전물표면의 정전기의 제거장치이며, 이온발생소자의 유효한 배치에 의해, 고농도의 정이온과 부이온을 밸런스 좋게 발생시켜, 메인터넌스성이 용이한 이온발생소자를 가지는 제전장치를 제공할 수 있었다.

본 발명에 있어서는, 방전에 의한 정이온발생용 미세전극 이온발생소자·부이온발생용 미세전극 이온발생소자로 이루어지는 이온발생소자를 사용하고, 방사성물질이나 연X선원, 진공자외선 등을 사용하지 않으므로, 사용인가나 취급인가에 의한 제전장치사용의 제한이 없어진다. 또한, 제전장치의 취급이나 보관이, 방사성물질을 사용하는 것보다 용이해진다.

본 발명에 있어서는, 정이온발생용 미세전극 이온발생소자·부이온발생용 미세전극 이온발생소자로 이루어지는 이온발생소자로서, 유전체를 배리어층으로 사용한 미세전극 간의 고효율방전을 사용함으로써, 비교적 낮은 전압으로 효율적인 이온 생성과 오존 농도의 억제를 가능하게 했다. 따라서, 종래의 침형전극과 비교해서 전극으로의 부하가 적고 장시간 사용해도 전극의 열화를 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 예를 들면, 각각 3×10의 6승정도의 고농도 정이온과 부이온을 발생하는 것이 가능해져서, 종래품과 비교해서 2배정도의 제전성능의 향상이 보여진다. 또한 방전에 사용하는 인가전압을 발생하는 전원은 그 전압을 제어할 수 있는 것을 이용하므로, 그러한 전원을 조작함에 의해, 이온밸런스를 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 제전장치의 개략도.

도 2는 동상(同上)의 회로도.

도 3은 정(또는 부)이온발생용 미세전극 이온발생소자(11a또는 11b)의 전극구조의 개략도(2선 타입).

도 4는 이온발생소자(11)의 전극구조의 개략도(3선 타입).

도 5는 3선 타입의 이온발생소자를 사용하여, 방전전극의 배설방향을 기류의 방향과 평행하게 배치한 제전장치의 개략도(본 발명).

도 6은 2선 타입의 이온발생소자를 사용하여, 방전전극의 배설방향을 기류의 방향과 수직으로 배치한 제전장치의 개략도(본 발명).

도 7은 3선 타입의 이온발생소자를 사용하여, 방전전극의 배설방향을 기류의 방향과 수직으로 배치한 제전장치의 개략도(비교).

도 8은 2선 타입의 이온발생소자를 사용하여, 방전전극의 배설방향을 기류의 방향과 평행하게 배치한 제전장치의 개략도(비교).

도 9는 이온발생소자(11)에 사용하는 펄스전압파형.

도 10은 제전평가장치에 있어서의 전하의 감쇠곡선.

도 11은 제전시간의 거리특성.

도 12는 종래의 침형전극을 사용한 제전장치의 개략도.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

본 발명에 있어서는, 방전전극과 반대의 극이 되는 접지전극이, 얇은 유전체막(층)을 간격을 두어 사이에 끼워진 정이온발생용 미세전극 이온발생소자·부이온발생용 미세전극 이온발생소자로 이루어진 이온발생소자와, 이 이온발생소자의 유 효배치와, 방전전극에 파형제어된 전압을 인가하기 위한 전원장치와, 더욱이 생성한 정·부이온을 대상물인 대전체에 효율적으로 반송하기 위한 기류발생장치로 구성될 때에, 가장 좋은 제전특성을 나타낸다.

이온발생소자로서는, 방전전극에 0.05㎜이상 1㎜이하의 미세한 돌기를 복수 가지는 선상(線狀)의 금속이 가장 유효하고, 유전체로는 두께0.05㎜이상 1㎜이하의 각종 세라믹스, 유리, 운모 등의 유전체막을 사용하고, 이 유전체막(층)을 통하여, 방전전극을 둘러싸도록 접지전극이 설치된 형태가 가장 고농도의 이온을 발생할 수 있다. 또한, 돌기가 0.05㎜미만인 경우는, 유전체막(층)의 막두께와 거의 같은 거리가 되기 때문에, 돌기가 유효하게 작용하지 않아서, 선상의 금속전극 전체의 넓은 범위에서 방전이 생기기 때문에, 오존 농도가 상승하여, 결과로서 실용적이지 않다. 또한 1㎜을 넘을 경우는, 침상전극을 사용하는 것과 마찬가지로, 전계(電界)가 선단에 집중하기 때문에, 장시간 운전할 때에 전극의 마모에 의한 열화가 많기 때문에, 바람직하지 않다.

본 발명의 방전전극은, 평면 상에 한 방향을 향해서 배설되면, 직선상, 곡선상, 파형상, 톱니형상, 펄스파상 등의 어느 것이라도 좋다.

그러한 이온발생소자를 기류발생장치의 하류측에 두어, 파형이 제어된 각종전압을 방전전극에 인가한다. 전압과 주파수는, 정부 거의 동일한 양의 이온을 발생시키기 위해서 적절한 값으로 각각 설정한다. 인체에 유해한 오존의 발생을 억제하기 위해서는, 정 및 부로 바이어스된 10마이크로초 이하의 펄스전압을 주기적으로 인가하는 것이 가장 유효하며, 그 경우, 하나의 이온발생소자당 정부의 전극을 각각 설치함으로써, 정·부이온의 발생이 가능해진다.

본 발명에서 사용하는 제전장치를 도 1∼11을 이용해서 설명한다.

도 1에 본 발명에 따른 제전장치의 하나의 예의 전체구성도를 나타낸다. 제전장치본체 케이스(18) 내부에, 기류발생장치로서의 팬(13)과 전원케이스(12) 및 이온발생소자(11)를 설치하여, 전원케이스(12)안의 고전압발생전원(17(31a, 31b))으로부터 발생하는 고압전원을 방전전극(15)에 접속하여, 대극(對極)이 되는 접지전극(16)을 설치한다. 이온발생소자(11)는, 교류전압 혹은 펄스전압이 인가되었을 경우에 안정한 방전을 지속할 수 있는 것을 채용할 필요가 있어, 본 발명에서는 2개의 전극으로 유전체를 사이에 끼운 유전체 배리어방전전극의 구조를 사용한다.

이온발생소자가, 미세한 돌기를 가지는 방전전극과 유도전극과 그들 사이에 끼워진 얇은 유전체막을 가지고 있는 미세전극 이온발생소자이며, 방전전극에 인가하는 전압이 정으로 바이어스가 걸린 펄스상파형인 정이온발생용 미세전극 이온발생소자(11a)와, 방전전극에 인가하는 전압이 부로 바이어스가 걸린 펄스상파형인 부이온발생용 미세전극 이온발생소자(11b)를 1조로 하여 구성되어 있어, 상기 정이온발생용 미세전극 이온발생소자(11a)와, 부이온발생용 미세전극 이온발생소자(11b)를 1조로 하는 이온발생소자(11)가, 각각의 방전전극을 포함하는 평면이 기류의 방향과 평행하면서, 상기 방전전극의 배설방향이 기류의 방향과 수직해지도록 적어도 하나(1조) 설치(도 1, 도 6참조. 단 도 1, 도 6은 2개(2조)설치의 예이다.) 되어 있으며, 이렇게 하나(1조)라도 효과를 나타내지만, 도 1, 도 6에 나타내는 바와 같이, 복수개(복수 조)설치함으로써, 보다 제전성능을 향상시키는 것이 가능해 진다. 이때의 전극의 배치로서는, 도 3에서 상세하게 나타내는 2선 타입의 이온발생소자(청구항1에 나타내는 발명)에 교류전압 혹은 고주파전압을 인가해서 정·부이온을 발생시켜도 좋고, 펄스전압에 의해, 정, 부 각각의 단극이온을 교대로 발생시켜도 좋다. 좋은 제전효과를 얻을 수 있는 배치는, 도 4에 나타내는 3선 타입의 이온발생소자(청구항2에 나타내는 발명)에 각각 정, 부의 펄스전압을 가해서, 방전전극을 포함하는 평면이 기류의 방향과 평행하면서, 동시에 상기 방전전극의 배설방향이 기류의 방향과 평행해지도록 설치했을 경우이며, 정부 각각의 이온을 고농도로 발생시키는 것이 가능해진다. 이 도 4에 나타내는 3선 타입의 이온발생소자의 경우, 각 방전전극을 포함하는 평면이 기류의 방향에 대하여 평행한 것만으로는 부족하고, 방전전극의 배설방향이 기류의 방향과 평행해지도록 배치할(도 5참조) 필요가 있어, 이 이온발생소자의 방전전극의 배설방향을 기류에 대하여 수직으로 설치했을 경우에는, 생성한 이온이 하류측의 전극으로부터 발생하는 반대극성의 이온에 의해 포착되기 때문에, 본 발명외가 된다.

도 3에 2선 타입의 이온발생소자(11a 또는 11b)의 구조를 나타낸다. 전압은 도선(42)을 통하여 방전전극(41)에 인가된다. 방전전극(41)의 주위에는, 얇은 유전체막(층)(45)을 통하여, 이를 둘러싸도록 접지전극(43)을 배치한다. 이 방전전극(41)과 접지전극(43) 사이의 간격은, 안정한 방전을 얻을 수 있는 범위에서 되는 한 작게 한다. 이것으로, 선단에 전계를 집중시켜, 낮은 전압이라도 이온의 발생효율을 상승시킨다. 유전체막(45)은 절연성이 높으므로, 방전전극(44)이 유전체막(45)을 통하여 접지전극(43)과 겹쳐져도 안전상에는 문제 없다. 접지전극(43)은 도선(44)을 통하여 접지하는 것이 바람직하지만, 이온의 생성에는 전위차의 절대치가 중요해서, 이 양극간의 전위차가 유지되는 이상은 이에 한하지 않는다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전원(12)으로서는, 정이온발생용 미세전극 이온발생소자(11a)에는 정펄스 고전압발생전원(31a)이 접속되고, 부이온발생용 미세전극 이온발생소자(11b)에는 부펄스 고전압발생 전원(31b)이 접속된다.

도 4에 3선 타입의 이온발생소자의 구조를 나타낸다. 정과 부의 펄스전압은 방전전극(51 및 52)에 인가된다. 2선 타입과 같이, 얇은 유전체막(층)(54)을 통하여, 이들을 둘러싸도록 접지전극(53)을 배치한다. 예를 들면 2선 타입의 소자에 교류전압을 인가했을 경우에서는, 정과 부 각각의 이온화 전압이 다르기 때문에 이온밸런스의 제어에는 중심전압의 바이어스가 필요하지만, 3선 타입에 있어서는, 동일한 소자 내에서 정부양극의 이온을 발생할 수 있고, 또한 각각의 전압에 의해 각각의 이온농도를 독립적으로 제어하는 것이 가능해지기 때문에, 이온밸런스의 제어성이 향상한다.

(실시예)

이하, 실시예를 들어 본 발명을 예증한다.

실시예1

본 발명의 장치에 있어서, 고농도의 정부이온을 거의 동일한 수 발생시키기 위해서 방전전극에 인가하는 전압과 파형을 최적화하기 위해서, 극성별의 이온 개수농도를 여러가지 조건으로 측정했다.

그러한 측정 결과의 예를 표1에 나타낸다. 정부 각각의 이온농도의 측정에는 겔디엔형 이온카운터를 사용하고, 샘플링 유량을 5리터 매분이 되도록 매스플로우콘트롤러로 제어하고, 이온의 검출에는 노이즈 레벨이 10의 마이너스15승 암페어 이하의 고감도전류계를 사용했다. 이온발생소자(11)는 도 1에 나타낸 상태에서 제전장치본체 케이스(18)에 설치하여, 풍량 약 1입방미터 매분의 팬(13)에서 발생하는 기류에 의해 이온을 반송했다. 이온카운터와 이온발생소자(11)의 거리는 10cm로 일정하게 했다.

교류의 경우는, 부이온농도가 정이온농도를 크게 상회하는 경우가 나타났다. 이는 공기의 방전전압이 정과 부로 다른 특성을 갖기 때문이다. 그러나, 이는 실시예2에 후술하는 바와 같이, 사인파(波)의 중심전압을 상승시키는 것(바이어스)에 의해 제전성능이 개선된다. 이온발생소자와 기류의 배치에 관해서는, 도 1에 나타내는 바와 같이 방전전극을 포함하는 평면(소자전극면)이 기류의 방향과 평행해지도록 배치했을 경우에 가장 고농도의 이온을 먼 곳까지 반송하는 것이 가능했다. 한편, 그 평면이 제전대상물에 정대(正對)할 경우에는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 거리가 떨어진 위치에서의 제전특성의 저하가 나타났다.

3선 타입의 이온발생소자에서 펄스전압을 사용한 경우에 있어서는, 소자전극면과 기류방향이 평행이 되는 위치의 그 중에서도, 특히, 방전전극의 배설방향이 기류와 평행이 되도록 이온발생소자(11)를 설치(도 5참조)한 경우에 가장 고농도의 이온발생이 보여지고, 정부 각각의 피크전압을 제어함으로써, 정부 거의 같은 농도의 이온발생이 얻어진다. 이 펄스파형을 도 9에 나타낸다. 이 경우, 이온농도는 정 부 각각의 극성에 있어서, 약1×10⁶∼3×10⁶개/㎖의 범위에서 임의의 값으로 조정할 수 있었다. 표1에 있어서는, 정이온농도가 약간 높은 값이 나타나 있지만, 이것은 후술하는 바와 같이 제전성능의 평가에서는, 이러한 이온밸런스의 경우에, 가장 좋은 성능을 얻을 수 있었기 때문이다. 이 현상은 정이온과 부이온의 물리적 성질의 차이에 따르는 것이라고 추측된다.

한편, 3선 타입의 이온발생소자(11)를 2개의 방전전극의 배설방향이 기류에 대하여 수직이 되도록 배치(도 7참조)했을 경우에는 상류측의 이온, 즉 표1에 있어서는 부이온이 전장(電場)에 의해 포착되기 때문에 대폭적인 이온농도의 저하가 보여졌다. 이러한 상태에서는 제전성능도 대단히 나쁜 것으로 되지만, 이 현상은 기류에 대한 각도를 조정함으로써 이온밸런스를 제어할 수 있는 것을 시사하고 있다. 또한 2선 타입의 이온발생소자의 경우(도 6 및 도 8참조)에는, 표1에 나타내는 바와 같이, 적어도 하나(2매1조)를 사용하여, 이 소자(11a, 11b)로부터 별극성의 단극이온을 발생시킴으로써, 기류와 수직으로 설치(도 6참조)해도 그 밸런스를 제어하는 것은 가능했다.

대상으로서, 현재의 시판 제전장치 및 방사선원(아메리슘241)로부터 발생하는 이온농도를 기재했다. 방사선원의 경우는 이온발생소자와 형태가 다르기 때문에, 전혀 같은 계측조건이 아닌 것을 고려하지 않으면 안되지만, 본 발명에 의해 고에너지를 가지는 방사선원에 가까운 수준의 고이온농도가 달성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 종래의 제품과 비교해도 배 가까운 이온농도가 달성되었다. 종래의 침형전극에 있어서는, 7∼8㎸ 이상의 고전압을 인가할 필요가 있었지만, 미세전극구조를 채용함으로써, 반정도 이하의 전압에서의 고농도이온발생이 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 표1에 기재한 데이타는 샘플링을 행한 국소적인 이온농도이지만, 도 1에 나타낸 것 같이 정이온발생용 미세전극 이온발생소자(11a)와 부이온발생용 미세전극 이온발생소자(11b)를 1조로 하는 이온발생소자(11)를 복수 조 설치함으로써, 고이온농도의 공간을 넓게 만드는 것이 가능하기 때문에, 대상물이 클 경우라도, 다른 방법과 비교해서 제전성능의 향상이 나타났다.

표1 중, 실험No.4의 본 발명은, 방전전극의 배설방향이 기류와 수직으로 생기기 때문에, 직사각형의 소자를 공간을 절약하여 설치할 수 있고, 실험No.2의 본 발명에 비교하여, 제전장치 전체의 소형화, 박(薄)형화가 가능해 지는 점에서 바람직하다. 한편, 실험No.2의 본 발명은, 실험No.4의 본 발명과 비교하여, 보다 많은 이온발생소자 및 방전전극을 배열하여 설치하는 것이 가능해지기 때문에, 보다 넓은 공간에서 정부의 밸런스를 이룬 고농도이온을 생성할 수 있는 점에서 바람직하다.

실시예2

본 발명의 장치에 있어서, 그 제전특성을 표1에 기재한 조건에 있어서 측정했다. 제전성능의 평가에는, 트랙·재팬 제의 챠지플랫모니터(모델158)을 사용했다. 제전장치로부터 챠지 플레이트까지의 거리는 이온농도측정과 같은 10cm로 일정하게 했다. 전형적인 감쇠곡선을 도 10에 나타낸다. 1100V까지 전압을 인가한 플레이트에 제전장치로부터 방출되는 정부 양극이온을 조사함으로써, 그 전압이 감쇠해 가는 과정이 나타났다. 여기에서, 제전특성시간으로서 1000V로부터 100V까지의 감쇠시간을 표2에 정리했다.

우선 바이어스가 없는 교류의 경우에는, 표1에 나타낸 것 같이 부이온농도가 정이온에 비교해서 2자리수 정도 높기 때문에, 정전압의 감쇠는 빠르지만, 부전압은 대부분 감쇠하지 않았다. 그래서, 130V정도 사인파의 중심전압을 플러스측으로 바이어스하면, 정과 부가 거의 같은 감쇠시간으로, 종래 제품과 비교해도 신속한 제전특성이 얻어졌다.

다음으로 펄스파형을 이용했을 경우에 있어서는, 이온발생용 미세전극 이온발생소자(11a, 11b)의 배치에도 의존하지만, 가장 좋은 케이스로, 종래품과 비교해서 반정도의 제전특성시간을 달성할 수 있었다. 오존 농도에 관해서는, 팬을 동작하면, 어느 쪽의 케이스에 있어서도 검출한계 이하(수 ppb이하)였지만, 예를 들면 팬을 정지했을 경우에는, 침형전극이나, 교류전원의 경우에는, 경우에 따라서는 수ppm이상의 고농도이온이 검출되었다. 비교로서, 펄스전원을 썼을 경우에는, 오존 발생은 대부분 없고, 어느 쪽의 케이스에 있어서도 환경규제(100ppb)이하이며, 만일 팬이 멈췄다고 해도 안전한 것도 실증되었다.

표2 중, 실험No.13의 본 발명은, 실험No.15의 본 발명에 비교하여, 보다 넓은 공간에서의 이온발생이 얻어지고, 이들을 기류에 의해 반송함으로써 제전대상물로의 단위시간당의 이온 도달량이 증대하기 때문에, 보다 짧은 제전시간을 얻을 수 있는 점에서 바람직하다. 한편, 실험No.15의 본 발명은, 실험No.13의 본 발명에 비교하여 이온 도달량은 적지만, 소자의 설치공간이 적기 때문에, 장치전체를 소형화할 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 실험No.16의 비교예는, 실험No.15의 본 발명에 비교하여, 이온의 공간적인 불균일이 커서, 신속한 제전시간이 얻을 수 없는 점에서 뒤떨어진다.

본 발명의 장치에 있어서, 이온발생소자로부터의 거리에 대한 제전특성시간의 변화를 도 11에 나타낸다. 생성한 이온을 기류로 반송함으로써 종래품과 비교하여 보다 먼 곳에 놓여진 대상물의 고속 제전이 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 3선 타입 이온발생소자의 방전전극의 배설방향이 기류와 수직하도록 설치한 경우에 있어서는, 근거리에서는 동등한 성능이 얻어지지만, 거리가 떨어짐에 따라서 종래품보다도 제전성능이 저하했다. 이는 전술한 바와 같이 정부이온의 서로 밀어냄 때문에 기류반송이 효과적으로 행해지지 않은 결과이다.

50㎜ 이하의 위치에 있어서는, 기류에 의한 혼합이 균일하지 않기 때문에 실용적이지 않다. 또한 1m 이상 떨어진 위치에 있어서는 기류의 분산과 이온의 확산의 영향으로 제전성능이 저하하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 제전장치는, 유전체 배리어방전에 의한 이온발생소자를 사용하기 때문에, 고효율로 고농도의 정부 양극이온을 발생할 수 있고, 이것을 기류에 의해 효율적으로 반송함으로써, 종래품과 비교해서 약 배 정도의 획기적인 고속제전이 가능해지고, 각종 제조 프로세스에 있어서의 정전기 트러블의 저감에 이용할 수 있다. 또한, 인체에 유해한 방사성물질이나 진공자외선 등의 전자파를 이용하지 않으므로, 사용인가나 취급인가에 따른 장치사용의 제한이 없어진다. 또한, 펄스전원을 조합시킴으로써, 기류가 정지했을 경우라도 인체에 유해한 오존 발생이 거의 없고, 또한 장시간 사용에 의한 전극의 마모도 저감할 수 있다. 이에 의해 메인터넌스성이 혁신적으로 향상하는 동시에, 가령 더럽혀졌을 경우에 있어서도 간단히 교환가능하다. 유전체나 전극의 재질을 선택함으로써, 저렴한 소자의 제작도 충분히 가능해서, 코스트 퍼포먼스를 생각하면, 종래의 침형전극으로 치환함으로써, 제조 프로세스에 있어서의 제전에 한하지 않고, 널리 이용할 수 있다.

Claims (2)

1. 이온발생소자로부터 기체의 방전에 의해 발생한 정이온과 부이온을 공기, 질소 등의 기류에 의해 반송하여, 상기 이온발생소자로부터 떨어진 위치에 놓인 물체표면의 정전기의 제거를 행하는 제전장치에 있어서,

   상기 이온발생소자가, 평면상에 한 방향을 향해서 배설되는 동시에 미세한 돌기를 가지는 방전전극과 유도전극과 그들 사이에 끼워진 얇은 유전체막을 갖고 있는 미세전극 이온발생소자로서, 방전전극에 인가하는 전압이 정(正)의 펄스상파형인 정이온발생용 미세전극 이온발생소자와, 방전전극에 인가하는 전압이 부(負)의 펄스상파형인 부이온발생용 미세전극 이온발생소자를 1조로 하여 구성되어 있으며,

   상기 정이온발생용 미세전극 이온발생소자와, 부이온발생용 미세전극 이온발생소자를 1조로 하는 이온발생소자가, 상기 각 방전전극을 포함하는 평면이 기류의 방향과 평행하며, 또한 상기 방전전극의 배설방향이 기류의 방향과 수직해지도록 적어도 하나 이상 배치되어 있으며,

   상기 이온발생소자의 방전전극에 인가하는 전압을 조정함으로써 기류의 하류측의 위치에 있어서의 정부이온의 밸런스 제어가 가능한 구성인 것을 특징으로 하는 제전장치.
2. 이온발생소자로부터 기체의 방전에 의해 발생한 정이온과 부이온을 공기, 질 소 등의 기류에 의해 반송하여, 상기 이온발생소자로부터 떨어진 위치에 놓인 물체표면의 정전기의 제거를 행하는 제전장치에 있어서,

   상기 이온발생소자가, 평면상에 서로 교차하지 않도록 한 방향을 향해서 배설되는 동시에 미세한 돌기를 가지는 2개 이상의 방전전극과 그 방전전극을 공유하는 하나의 유도전극을 가진 정이온발생용 미세전극 이온발생소자·부이온발생용 미세전극 이온발생소자로 구성되어 있으며,

   상기 이온발생소자가, 상기 각 방전전극을 포함하는 평면이 기류의 방향과 평행하며, 또한 방전전극의 배설방향이 기류의 방향에 대하여 평행해지도록 적어도 하나 이상 배치되어 있으며,

   상기 이온발생소자의 방전전극에 인가하는 전압을 조정함으로써 기류의 하류측의 위치에 있어서의 정부이온의 밸런스 제어가 가능한 구성인 것을 특징으로 하는 제전장치.

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