KR20090121383A - 제전장치, 이온 밸런스 조정회로 및 이온 밸런스 조정전극 - Google Patents

Abstract

제전장치는, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과, 상기 방전전극에 직류 고전압을 인가하는 고전압 발생회로와, 상기 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 접지된 가드 전극을 구비하고 있다. 상기 방전전극은 2n개(n은 자연수)의 방전 침이 n개씩 2개 그룹으로 나누어 구성되어 있다. 상기 고전압 발생회로는 상기 각 방전 침의 2개 그룹에 서로 역극성의 고전압을 인가하고, 그 극성을 일정 기간마다 반전시킨다. 상기 제전장치는 소형, 경량이며 감쇠시간 특성이나 이온 밸런스 특성이 뛰어나다.

Description

제전장치, 이온 밸런스 조정회로 및 이온 밸런스 조정전극 {Neutralization apparatus, ion balance adjustment circuit, and ion balance adjustment electrode}

이 발명은, 대전 물체에 양음의 이온을 조사하여 전기적으로 중성으로 하는 제전장치와 제전장치에 이용되는 이온 밸런스 조정회로 및 이온 밸런스 조정전극에 관한 것이다.

종래부터 반도체 제조 라인이나 휴대전화 등의 셀 생산공정 등에서는, 부품 대전이 원인인 정전기 장해나 정전흡착을 막기 위해 작업대나 컨베이어 등의 근방에 제전장치가 배치되어 있다.

이러한 제조현장에서 사용되는 제전장치에는, 양 또는 음의 전하가 전체적 또는 부분적으로 과잉이 되어 전하가 불균일한 상태에 있는 제전대상물(부품)에 대해 양 또는 음의 이온을 방출(조사)하여 전기적으로 중화하는 것이 있다.

이러한 제전장치는, 제전방식에 따라 몇 개의 타입으로 분류된다. 이하, 각 방식의 특징에 대해 간단히 설명한다.

(1)AC식

하나의 방전 침에 정현파 고전압(주파수 50/60Hz)을 인가하고, 양음의 이온 을 교대로 발생시킨다. 하나의 방전 침으로부터 양음의 이온을 발생시키기 때문에, 이온 밸런스의 경시적인 치우침이나 공간적인 치우침이 적은 것이 특징이다.

여기서, 이온 밸런스란, 이온 조사 후의 제전대상물(피제전물)의 잔류 전위가 0볼트에서 어느 정도 떨어져 있는지를 나타내는 것으로, 잔류 전위가 정상적으로 0볼트인 것이 이상이다.

그리고, 이온 밸런스의 경시적인 치우침이란, 제전장치를 연속 운전한 경우에 양음 각각의 방전 침의 오물 부착이나 부식·마모의 정도에 차이가 생김으로써 잔류 전위에 치우침이 생기는 것을 말한다.

또한, 이온 밸런스의 공간적인 치우침이란, 제전대상물에 이온을 조사했을 때에 제전대상물의 위치에 따라 잔류 전위에 차이가 생기는 것을 말한다. 이 이온 밸런스의 공간적인 치우침은, 후술하는 바와 같이 제전장치로부터 소정 거리에 규칙적으로 배치한 제전대상물에 이온을 조사하여 어느 위치의 제전대상물에 잔류 전위가 있는지를 측정함으로써 판정된다.

또, 후술하는 이온 밸런스의 진폭이란, 양음의 이온이 조사된 제전대상물의 표면 전위가 양 또는 음측으로 주기적으로 변동하는 것을 말한다.

(2)DC식

양방전 침과 음방전 침에 각각 양음의 고전압을 인가함으로써, 각 방전 침으로부터 정상적으로 양음의 이온을 발생시킨다. 방출된 양음의 이온이 제전대상물에 도달할 때까지 재결합하기 어려워 AC식에 비해 이온을 멀리까지 날릴 수 있는 것이 특징이다.

(3)AC고주파식

하나의 방전 침에 주파수 20kHz~70kHz의 고주파 전압을 인가한다. 일반적인 AC식에 비해 트랜스를 가볍고 작게 할 수 있다는 특징이 있다.

(4)펄스DC식

양방전 침과 음방전 침에 각각 양음의 고전압을 교대로 인가함으로써, 각 방전 침으로부터 양음의 이온을 교대로 발생시킨다. 일반적인 DC식보다도 이온 밸런스의 경시적인 치우침이 개선되어 있는 것이 특징이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

(5)펄스AC식

하나의 방전 침에 직사각형파의 고전압을 인가하도록 한 것이다. 일반적인 AC식보다도 이온 발생량을 증가시킬 수 있음과 동시에, 발진 주파수를 가변으로 할 수 있는 점이 특징이다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

또한, 상기와 같은 종래의 제전장치에서 이온 밸런스를 조정하는 방법으로서는, 방전 침에 인가하는 고전압을 가변시키는 방법이나, 이온 밸런스 조정용의 전극에의 인가전압을 가변시키는 방법이 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 제전장치에 이용하는 이온 밸런스 조정전극으로서는, 방전 침과의 거리를 가변시킴으로써 이온 밸런스를 조정하는 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

특허문헌 1: 일본특허공개 2002-43092호 공보

특허문헌 2: 일본특허공개 2000-58290호 공보

특허문헌 3: 일본특허공개 평5-114496호 공보

그러나, 상술한 종래의 각 제전방식에는 각각 이하와 같은 과제가 있다.

(1)AC식

고전압을 발생시키는 트랜스가 무겁고 커진다. 이 종류의 제전장치는 탁상 또는 매달아 사용되는 경우가 많아서 소형 경량의 제전장치로 하는 것이 바람직하다. 그러나, AC식에서는 장치를 소형 경량으로 하기가 어렵다.

또한, 양음의 이온을 교대로 발생시키기 때문에, 제전대상물을 양음 교대로 대전시키게 되고, 시간적으로 보면 이온 밸런스에 진폭이 생긴다. 이 때문에, 이온 조사 후의 잔류 전위를 0볼트 부근으로 유지하기가 어렵다.

또, DC식에 비해 양음 이온의 발생량이 적기 때문에, 감쇠시간특성의 점에서 DC식에 뒤떨어진다. 여기서, 감쇠시간특성이란, 이온 조사 후에 제전대상물의 전위가 허용 레벨이 될 때까지의 시간을 말한다. 따라서, 대전한 제전대상물의 전위를 허용 레벨로 단시간에 내릴 수 있으면 감쇠시간특성이 뛰어나다.

마찬가지로, DC식에 비해 양음 이온의 발생량이 적기 때문에, 제전범위의 점에서도 DC식에 뒤떨어진다. 여기서, 제전범위란, 이온 조사에 의해 제전대상물의 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 밸런스의 경시적인 치우침이 생긴다.

또한, 방전 침의 위치에 따라 양이온 또는 음이온의 영향을 받기 쉬운 장소가 생긴다. 이 때문에, 이러한 장소에 배치된 제전대상물을 양 또는 음으로 대전시키므로, 이온 밸런스의 공간적인 치우침이 생긴다.

(3)AC고주파식

양음의 이온의 발생간격이 짧기 때문에, 방출된 양음의 이온이 제전대상물에 도달할 때까지 재결합하기 쉬워 이온을 멀리까지 날리기가 어렵다. 또한, 이온의 도달량이 적어지기 때문에 감쇠시간특성도 나빠진다.

(4)펄스DC식

DC식의 경우와 같이, 연속 운전한 경우에는 양음 각각의 방전 침의 오물 부착이나 부식, 마모의 정도에 차이가 생기기 때문에, 이온 밸런스의 경시적인 치우침이 생긴다.

또한, 오물이 부착되기 쉬운 양방전 침의 영향을 받기 쉬운 장소나, 오물이 쉽게 부착되지 않는 음방전 침의 영향을 받기 쉬운 장소에서는 이온 밸런스의 공간적인 치우침이 생긴다. 이 때문에, 제전대상물을 양 또는 음으로 대전시켜 버린다.

또, 양음의 이온을 교대로 발생시키기 때문에, AC식과 같이 제전대상물을 양음 교대로 대전시키게 되고, 시간적으로 보면 이온 밸런스에 진폭이 생긴다.

(5)펄스AC식

양음의 이온을 교대로 발생시키기 때문에, 제전대상물을 양음 교대로 대전시키게 된다. 또한, AC식보다도 이온 발생량이 많기 때문에, 시간적으로 보면 이온 밸런스에 진폭이 생긴다.

또한, 상술한 종래의 이온 밸런스 조정방법에는 다음과 같은 과제가 있다. 즉, 방전 침에 인가하는 고전압을 가변시키는 방법의 경우는, 출력 고전압을 가변시키기가 어려운 제전방식에는 적용할 수 없다.

또한, 조정용 전극의 인가전압을 가변시키는 방법의 경우는, 조정용 전극을 위해 새로운 전원이 따로 필요하게 되어 비용이 높아지고 외형치수도 커져 버린다.

또한, 상술한 특허문헌 3에 기재된 이온 밸런스 조정전극은, 기계적으로 구동시키는 부분이 있기 때문에, 신뢰성이 부족하고 형상도 복잡하게 되는 등의 과제가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 제전장치에서는 크기나 중량, 감쇠시간특성, 이온 밸런스 특성의 어느 하나의 과제가 있다. 이러한 과제를 전부 해결한 제전장치는 실현되지 않은 것이 현상이다.

본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 소형, 경량이며 감쇠시간특성이나 이온 밸런스 특성이 뛰어난 제전장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 방전 침에 인가하는 고전압을 가변시키지 않고, 조정용 전극을 위한 새로운 전원도 불필요하며 이온 밸런스를 전기적으로 조정할 수 있는 이온 밸런스 조정회로를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 신뢰성이 높고 형상이 간단한 것에 덧붙여 제전장치의 이온 발생을 저해하지 않고 이온 밸런스를 조정할 수 있으며, 안전성도 확보할 수 있는 이온 밸런스 조정전극을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 제전장치는, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 2n개(n은 자연수)의 방전 침이 n개씩 2세트의 그룹으로 나누어 구성된 방전전극; 방전전극의 각 방전 침의 두 그룹에 역극성의 직류 고전압을 일정 기간마다 극성을 반전시켜 인가하는 고전압 발생회로; 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 접지된 가드 전극;을 구비하고 있다.

본 발명의 이온 밸런스 조정회로는, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과 생성한 이온이 송출되는 전방 공간에 배치된 대향전극[또는, 접지된 가드 전극]을 구비한 제전장치에 이용되고, 대향전극의 일부[또는 (가드 전극을 구비하는 경우) 방전전극과 가드 전극의 사이에 배치된 이온 밸런스 조정전극]의 전위를 대지와 다른 전위로 조정 가능하게 구성되어 있다.

본 발명의 이온 밸런스 조정전극은, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과 생성한 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 접지된 가드 전극을 구비한 제전장치에 이용되고, 비접지의 전극부재가 이온의 송출방향 정면에서 보아 가드 전극에 실질적으로 숨은 위치에 설치되어 있다.

또, 본 발명에서의 「비접지」의 말은 저항 등의 부하를 사이에 두고 접지하며, 접지전위와는 다른 전위로 한 구성도 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 제전장치의 일실시예를 나타내는 전체 구성도이다.

도 2는 방전전극의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 3은 방전전극에 대한 가드 전극의 이상 상태를 나타내는 개략 측면도이 다.

도 4는 방전전극에 대한 가드 전극의 설치 상태를 나타내는 개략 측면도이다.

도 5는 이온 밸런스 조정전극을 삽입한 상태를 나타내는 개략 측면도이다.

도 6은 가드 전극의 일례를 나타내는 (a)평면도, (b)정면도, (c)측면도이다.

도 7은 이온 밸런스 조정전극의 일례를 나타내는 (a)평면도, (b)정면도, (c)측면도이다.

도 8은 도 6의 가드 전극에 도 7의 이온 밸런스 조정전극을 조합한 상태의 (a)평면도, (b)정면도, (c)배면도이다.

도 9는 고전압 발생회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 10은 극성반전회로의 구성을 이온 밸런스 조정회로 및 고압 이상 검출회로와 함께 나타내는 회로도이다.

도 11은 이온 밸런스 조정회로의 다른 실시예를 극성반전회로와 함께 나타내는 회로도이다.

도 12는 이온 밸런스 조정회로의 또 다른 실시예를 극성반전회로와 함께 나타내는 회로도이다.

도 13은 고압 이상 검출회로에 의한 검출 출력을 나타내는 그래프이다.

이 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 이 제전장치(1)는 고전압 발생회로(10), 방전전 극(20), 송풍기(30), 스트리머 코로나 펄스 검지전극(40), 스트리머 코로나 펄스 신호 검지장치(50), 가드 전극(60) 및 이온 밸런스 조정전극(5)을 구비하고 있다. 또한, 부재 80은 제전대상물이다.

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

방전전극(20)은 제1 방전전극(21)과 제2 방전전극(22)으로 구성된다. 또한, 방전전극(20)은, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 2n개(n은 자연수)의 방전 침을 구비하고 있다. 방전전극(20)은 2n개의 방전 침이 소정의 공간에 n개씩 제1, 제2 그룹으로 나누어 배치되어 구성되어 있다.

즉, 방전전극(20)은, 도 2에 나타나는 바와 같이, 실질적으로 평면 상에 그리는 직사각형(예를 들면, 정사각형)의 정점에 1개씩 배치된 적어도 4개의 방전 침(21a, 21b, 22a, 22b)으로 구성된다. 1개의 대각선 상에 대향하여 배치된 2개의 방전 침(21a, 21b)이 한쪽의 그룹인 제1 방전전극(21)을 구성한다. 다른 1개의 대각선 상에 대향하여 배치된 2개의 방전 침(22a, 22b)이 다른 쪽의 그룹인 제2 방전전극(22)을 구성한다.

각 방전 침(21a~22b)은, 양극성의 직류 고전압이 인가되었을 때에는 양이온을 출력하고, 음극성의 직류 고전압이 인가되었을 때에는 음이온을 출력한다. 고전압 발생회로(10)로부터 공급된 직류 고전압이 방전 침(21a~22b)에 인가되면, 방전 침(21a~22b)과 가드 전극(60)의 사이에서 코로나 방전이 발생하고, 양이온 및 음이 온이 출력된다. 이 방전전극(21, 22)에는, 고전압 발생회로(10)로부터 일정 기간마다 교대로 극성이 다른 직류 고전압이 공급된다.

각 방전 침(21a~22b)은, 도 2에 나타나는 바와 같이 선단이 중심방향으로 향하도록 4개소에 배치되어 있다. 이 중에서 선단이 대향하는 방전 침끼리가 동극성의 이온을 출력하는 전극쌍(그룹)이 된다. 즉, 방전 침(21a, 21b)이 제1 그룹이 되고, 방전 침(22a, 22b)이 제2 그룹이 된다. 그리고, 한쪽의 그룹이 양이온을 출력하는 동안에 다른 쪽의 그룹이 음이온을 출력한다. 또한, 한쪽의 그룹이 음이온을 출력하는 동안에 다른 쪽의 그룹이 양이온을 출력한다.

예를 들면, 도 2의 (a)에 나타나는 기간(A)에서는 제1 그룹의 방전 침(21a, 21b)이 양이온을 출력하고, 제2 그룹의 방전 침(22a, 22b)이 음이온을 출력한다. 또한, 도 2의 (b)에 나타나는 다음의 기간(B)에서는 제1 그룹의 방전 침(21a, 21b)이 음이온을 출력하고, 제2 그룹의 방전 침(22a, 22b)이 양이온을 출력한다. 이하 동일하게 하여, 각 그룹은 일정 기간마다 상기 기간(A)의 출력과 기간(B)의 출력을 교대로 반복한다.

도 2의 (a), (b)에 나타나는 바와 같이, 대향하는 방전 침에 항상 동극성의 전압을 인가함으로써 이온 밸런스 특성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 대향하는 방전 침에 항상 이극성의 전압을 인가하도록 해도 된다. 또한, 방전 침의 수는 4개에 한정되지 않고, 2n개(n은 자연수)이면 된다.

또한, 방전전극(20)의 각 방전 침(21a, 21b, 22a, 22b)은, 도 1에 나타나는 바와 같이 송풍기(30)의 송풍방향(도면에서 좌측에서 우측방향)에 대해 거의 직각 으로 배치되어 있다. 제1 그룹의 방전 침(21a(21b))과 제2 그룹의 방전 침(22b(22a))의 이극성 방전 침의 극간 거리(K)는, 공간적인 이온 밸런스의 성능 및 사용시의 장치 본체와 제전대상물(80)의 거리(L)에 기초하여 결정된다. 일례로서, L=150mm~600mm의 범위에서는 K=40mm~120mm 정도가 적합한 범위가 된다.

송풍기(30)는 방전전극(20)의 풍상측에 배치되고, 도시되지 않은 팬을 모터로 회전시켜 송풍한다. 방전전극(20)으로부터 출력된 양이온 및 음이온은 송풍을 받아 제전대상물(80)로 향하여 반송된다.

스트리머 코로나 펄스 검지전극(40)은, 송풍기(30)와 방전전극(20)의 사이에 배치되어 있다. 스트리머 코로나 펄스 검지전극(40)은 방전전극(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)으로부터 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 넘는 경우에는 코로나 방전의 이상이라고 판정할 수 있다.

일반적으로 코로나 방전의 이상은 방전 침에의 오물 부착에 의해 발생빈도가 증가하는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 코로나 방전의 이상을 검지하는 장치를 구비함으로써 방전 침의 청소시기를 정확하게 알 수 있으므로, 유지보수를 확실히 행 할 수 있다.

가드 전극(60)은, 고전압이 인가되어 있는 방전 침에 작업자의 손가락 등이 닿지 않도록 한다. 가드 전극(60)은, 방전전극(20)과 제전대상물(80)의 사이에 배치된다. 가드전극(60)은 접지전위(대지)에 접속되어 있고, 각 방전 침(21a, 21b, 22a, 22b)의 대향전극으로서도 기능한다. 가드 전극(60)은, 유도에 의한 제전대상물(80)의 전압 변동을 적게 하기 위해 금속 등의 도체로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 가드 전극(60)의 구조는 링형상의 금속 전극을 동심원에 배치한 것 등이 이용된다. 그러나, 가드 전극(60)의 구조는 이 예에 한정되지 않는다. 작업자의 손가락 등이 들어가지 않을 만큼의 간격이면서, 이온의 통과가 용이한 간격이 확보되어 있으면 된다.

또, 가드 전극(60)은, 방전 침과의 사이가 거리(M)(M<극간 거리(K))가 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 방전전극(20)에서 코로나 방전이 시작되면, 각 방전 침(21a, 21b, 22a, 22b) 간의 전위차보다도 가드 전극-방전 침 간의 전위차가 크기 때문에, 발생한 양음 이온은 가드 전극(60)으로 향하여 날아간다. 이 때, 가드 전극(60)이 있으면 양음 이온을 잡을 수 있기 때문에, 감쇠시간특성은 약간 저하된다. 그러나, 가드 전극(60)을 설치함으로써, 이온 밸런스의 진폭을 대폭으로 경감할 수 있다.

이온 밸런스 조정전극(5)은 방전전극(20)과 가드 전극(60)의 사이에 배치된다. 여기서, 이들 삼자의 관계를 설명한다. 이온 밸런스 조정전극(5)은, 제전대상 물(80)의 제전을 위해 방출되는 이온의 이온 밸런스(예를 들면, 플러스 우위나 마이너스 우위)를 조정한다. 이온 밸런스 조정전극(5)의 기능에 대해서는, 이온 밸런스 조정회로(6)와 함께 곧 상세하게 설명한다. 우선, 이온 밸런스 조정전극(5)의 형상이나 설치상태에 대해 설명한다.

이온 밸런스 조정전극(5)의 형상은 가드 전극(60)의 구조나 형상에 따라 결정된다. 이온 밸런스 조정전극(5)은, 이온 송출방향 정면(도 1 중 우방)에서 보아 가드 전극(60)에 실질적으로 숨은 형상의 것이 되고, 또한 실질적으로 숨은 위치에 설치된다.

상술한 바와 같이, 방전전극(20)은 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성한다. 또한, 접지된 가드 전극(60)은 생성한 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는다. 방전전극(20)에서 전방 공간으로 송출되는 이온의 발생량이 많아져 제전작용이 한층 더 작용하므로, 도 3에 나타나는 바와 같이 방전전극(20)의 전방 공간(도면에서는 우방 공간)에는 가드 전극(60)이 없는 것이 이상이다.

그러나, 방전전극(20)의 전방 공간이 완전히 개방되어 있으면, 이용자(작업자)의 손가락이 방전전극(20)에 닿는 등의 사고가 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 실제로는 도 4에 나타나는 바와 같이, 방전전극(20)의 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 가드 전극(60)을 배치할 필요가 있다.

이 경우, 방전전극(20)에 의해 생성되고 그 전방 공간으로 송출되는(도면에서 우측방향으로 날아가는) 이온의 일부가 가드 전극(60)에 포집되어 버리기 때문 에, 가드 전극(60)을 넘어 송출되는(도면에서 가드 전극(60)보다 우방까지 날아가는) 이온의 발생량이 도 3에 비해 줄어든다.

그래서, 이온 밸런스 조정전극(5)에는, 도 5에 나타나는 바와 같이 가드 전극(60)의 선재보다 굵지 않은(보다 가늘거나 또는 같은 정도의 굵기의) 선재가 이용된다. 또한, 방전전극(20)과 가드 전극(60)의 사이에 이온 밸런스 조정전극(5)을 배치하는 경우, 이온 밸런스 조정전극(5)은 이온의 송출방향 정면에서 보아(도면에서 가드 전극(60)의 우측에서 좌방을 보아) 가드 전극(60)에 실질적으로 숨은 위치에 설치된다.

이와 같이 이온 밸런스 조정전극(5)을 설치함으로써, 방전전극(20)에서 그 전방 공간으로 송출되는(도면에서 우측방향으로 날아가는) 이온의 포집량은 가드 전극(60)만의 경우와 거의 변하지 않는다. 바꿔 말하면, 이온 밸런스 조정전극(5)을 설치해도 포집 이온량은 거의 늘어나지 않는다. 그 때문에, 가드 전극(60)을 넘어 송출되는(도면에서 가드 전극보다 우방까지 날아가는) 이온량을 저감시키지 않고 안전성도 확보할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이온 밸런스 조정전극(5)은 방전전극(20)부터 가드 전극(60)에 이르는 방전영역 내에 설치된다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 방전전극(20), 이온 밸런스 조정전극(5), 가드 전극(60)이 차례대로 나란히 배치된다.

예를 들면, 가드 전극(60)이 도 6에 나타나는 바와 같은 형상의 것인 경우, 이온 밸런스 조정전극(5)은 도 7에 나타나는 바와 같은 형상으로 구성할 수 있다. 즉, 이온 밸런스 조정전극(5)은 전극부재(선재)(5a, 5b)를 2회 직각으로 굴곡한 간 단한 형상을 가지고 있다. 이러한 이온 밸런스 조정전극(5)은, 도 8의 (b), (c)에 나타나는 바와 같이, 이온의 송출방향 정면에서 보아 가드 전극(60)에 실질적으로 숨은 위치에 설치된다.

이러한 이온 밸런스 조정전극(5)은, 기계적으로 구동시키는 부분이 없기 때문에 신뢰성이 높다. 또한, 형상은 コ자 형상에 한정되지 않지만, 어느 것이든 매우 간단한 형상으로 된다. 또, 제전장치(1)의 이온 발생을 저해하지 않고 안전성도 확보할 수 있다.

그러나, 이온 밸런스 조정전극(5)의 설치위치는 상기와 같이 이온의 송출방향 정면에서 보아 가드 전극(60)에 실질적으로 숨은 위치가 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 방전전극(20)부터 가드 전극(60)에 이르는 방전영역 내에 설치되면 된다.

다음에, 고전압 발생회로(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 9는 고전압 발생회로의 구성을 나타내는 블록도이다.

고전압 발생회로(10)는, 방전전극(20)의 각 방전 침(제1 그룹의 방전 침(21a, 21b) 및 제2 그룹의 방전 침(22a, 22b))에 두 그룹끼리 서로 역극성의 직류 고전압을 동시에 일정 기간마다 극성을 반전시켜 인가한다.

도 9에 나타나는 바와 같이, 고전압 발생회로(10)는 DC전원회로(11), 출력제어회로(12), 변압회로(13) 및 극성반전회로(14)를 구비하고 있다.

DC전원회로(11)는 도시되지 않은 교류 전원(AC 100V)에 접속되어 있고, 교류 전압을 직류 전압(DC 12V)으로 변환하여 출력한다.

출력제어회로(12)는, DC전원회로(11)로부터 출력된 직류 전압을 가청주파수를 웃도는 고주파 전압(20kHz~)으로 변환한다. 그리고, 출력제어회로(12)는, 변환한 고주파 전압을 2계통의 출력라인에 일정 기간마다 교대로 절환하여 출력한다.

이 2계통의 출력의 교대 절환 주파수는 10~100Hz의 범위이다. 예를 들면, 출력의 교대 절환 주파수를 50Hz라고 하면 일주기는 0.02s가 되기 때문에, 그 반주기인 0.01s가 상기 일정 기간이 된다.

이와 같이, 출력제어회로(12)를 이용한 고주파 전압의 2계통의 출력라인에의 교대 출력시의 교대 절환 주파수를 10~100Hz의 범위로 함으로써, 각 그룹의 방전 침(제1 그룹의 방전 침(21a, 21b) 및 제2 그룹의 방전 침(22a, 22b))으로부터 출력되는 양음 이온의 극성도 이 교대 절환 주파수에서 규정되는 일정 기간마다 반전한다.

이에 의해, 양음 이온의 발생간격을 길게 취할 수 있고, AC고주파식 제전장치에 비해 방출된 양음 이온이 제전대상물에 도달할 때까지 재결합하기 어려워져 이온을 멀리까지 날릴 수 있다.

변압회로(13)는, 가청주파수를 웃도는(20kHz~) 발진 주파수에 대응한 고주파 권선 트랜스 또는 압전 트랜스로 구성된다. 변압회로(13)는 출력제어회로(12)로부터 출력된 고주파 전압을 승압하여 고주파 고전압으로서 출력한다.

변압회로(13)는 트랜스(L1(제1 변압회로), L2(제2 변압회로))로 구성된다. 이 트랜스(L1, L2)로부터는 고주파 고전압이 일정 기간마다 교대로 출력된다. 변압회로(13)의 출력측은 극성반전회로(14)와 2계통의 출력라인에서 접속되고, 트랜 스(L1, L2)로부터 출력된 고주파 고전압은 각 출력라인으로부터 극성반전회로(14)에 교대로 입력된다.

변압회로(13)가 가청주파수를 웃도는(20kHz~) 발진주파수에 대응한 고주파 권선 트랜스 또는 압전 트랜스로 구성되어 있으므로, AC식 제전장치에 비해 장치를 소형 경량으로 구성할 수 있다.

극성반전회로(14)는, 변압회로(13)로부터 일정 기간마다 교대로 입력된 고주파 고전압을 동일 기간에 서로 극성이 다른 직사각형파의 2개의 직류 고전압으로 변환한다. 그리고, 극성반전회로(14)는 변환한 2개의 직류 고전압의 극성을 일정 기간마다 반전시켜 방전전극(20)의 두 그룹(제1, 제2 방전전극(21, 22))에 출력한다.

즉, 양극성의 직류 고전압이 제1 방전전극(21)(제1 그룹의 방전 침(21a, 21b))에 출력될 때는, 음극성의 직류 고전압이 제2 방전전극(22)(제2 그룹의 방전 침(22a, 22b))에 동시에 출력된다. 또한, 음극성의 직류 고전압이 제1 방전전극(21)(제1 그룹의 방전 침(21a, 21b))에 출력될 때는, 양극성의 직류 고전압이 제2 방전전극(22)(제2 그룹의 방전 침(22a, 22b))에 동시에 출력된다.

제1 방전전극(21)(제1 그룹의 방전 침(21a, 21b)) 및 제2 방전전극(22)(제2 그룹의 방전 침(22a, 22b))에 대해, 서로 극성이 다른 직사각형파의 2개의 직류 고전압을 인가함으로써, AC식 제전장치에 비해 양음이온의 발생량을 많게 할 수 있다. 이 때문에, 대전한 제전대상물의 전위를 허용 레벨로 단시간에 내릴 수 있고 감쇠시간특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 양음이온의 발생량이 적은 AC식 제전장치 에 비해 제전 범위를 넓히는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 1O에는 이온 밸런스 조정회로의 일실시예가 나타나 있다. 이온 밸런스 조정회로(6)는 대향전극(가드 전극(60) 및 이온 밸런스 조정전극(5))의 일부(이온 밸런스 조정전극(5))의 전위를 대지와 다른 전위로 조정한다.

이온 밸런스 조정회로(6)는, 가변저항(VR) 및 저항(R)과 다이오드(D)가 병렬 접속된 회로이다. 이온 밸런스 조정회로(6)는 이온 밸런스 조정전극(5)을 이용한 이온 밸런스 조정을 목표로 향하여 제어한다.

또한, 이온 밸런스 조정회로(6)는 이온 밸런스 조정전극(5)의 전위를 대지와 다른 전위로 조정한다. 즉, 이온 밸런스 조정회로(6)는 고전압 발생회로(10)의 고압 접지단자(HG)와 가드 전극(60)의 접지의 사이에 삽입되어 있다. 그리고, 이온 밸런스 조정회로(6)의 고압 접지단자측에 이온 밸런스 조정전극(5)이 접속되어 있다. 또, 고압 접지단자(HG)와 가드 전극(60)의 접지의 사이에는 후술하는 고압 이상 검출회로(7)도 삽입되어 있고, 이온 밸런스 조정회로(6)는 고압 이상 검출회로(7)의 고전위측에 위치한다.

이온 밸런스 조정회로(6)는, 가변저항(VR) 및 저항(R)과 다이오드(D)가 병렬 접속된 회로이다. 다이오드(D)는 애노드가 가드 전극(60)의 접지측(고압 이상 검출회로(7)측), 캐소드가 고전압 발생회로(10)의 고압 접지단자측에 각각 접속되어 있다.

이 경우, 가변저항(VR)을 조정하여 VR+R의 저항값을 크게 하면, 이온 밸런스 조정전극(5)의 전위가 올라간다. 즉, 가드 전극(60)의 접지 전위에 대해 이온 밸런 스 조정전극(5)의 플러스 전위가 더 상승한다. 이에 의해, 음이온을 흡인하여 소실시키는 경향이 강해진다.

반대로 가변저항(VR)을 조정하여 VR+R의 저항값을 작게 하면, 이온 밸런스 조정전극(5)의 전위가 내려간다. 즉, 가드 전극(60)의 접지 전위에 대해 이온 밸런스 조정전극(5)의 플러스 전위가 하강한다. 이에 의해, 음이온을 흡인하여 소실시키는 경향이 약해진다.

그래서, 가변저항(VR)을 최소로 한 상태에서 이온 밸런스가 마이너스가 되도록 회로상수 등을 설계함으로써, VR+R의 저항값이 작게 되면 이온 밸런스는 마이너스 우위가 되고, VR+R의 저항값이 크게 되면 이온 밸런스는 플러스 우위가 된다.

이에 의해, 이온 밸런스 조정회로(6)는 이온 밸런스 조정전극(5)을 이용한 이온 밸런스의 조정을 목표로 향하여 제어할 수 있다. 즉, 가변저항(VR)을 조정함으로써, 이온 밸런스를 플러스에도 마이너스에도 임의로 조정할 수 있다. 물론, 이온 밸런스를 제로로 조정하는 것도 가능하다.

도 11에는 이온 밸런스 조정회로의 다른 실시예가 나타나 있다. 본 실시예의 이온 밸런스 조정회로(6A)에서는, 다이오드(D)의 애노드가 고전압 발생회로(10)의 고압 접지단자측에 접속되고, 캐소드가 가드 전극(60)의 접지측(고압 이상 검출회로(7)측)에 접속되어 있다. 이 점 이외에는 도 10에 나타난 이온 밸런스 조정회로(6)와 같다.

이온 밸런스 조정회로(6A)의 경우, 도 10에 나타난 이온 밸런스 조정회로(6)의 경우와 반대로, 가변저항(VR)을 조정하여 VR+R의 저항값이 크게 되면 이온 밸런 스는 마이너스 우위가 되고, VR+R의 저항값이 작게 되면 이온 밸런스는 플러스 우위가 된다.

이에 의해, 이온 밸런스 조정회로(6A)도 이온 밸런스 조정전극(5)을 이용한 이온 밸런스의 조정을 목표로 향하여 제어할 수 있다. 즉, 가변저항(VR)을 조정함으로써, 이온 밸런스를 플러스에도 마이너스에도 임의로 조정할 수 있다. 물론, 이온 밸런스를 제로로 조정하는 것도 가능하다.

도 12에는 이온 밸런스 조정회로의 또 다른 실시예가 나타나 있다. 본 실시예의 이온 밸런스 조정회로(6B)는, 가변저항(VR)과 다이오드(D)가 병렬 접속된 회로이다. 저항(R)이 설치되지 않은 점 이외에는 도 10에 나타난 이온 밸런스 조정회로(6)와 같다.

도 10에 나타난 이온 밸런스 조정회로(6)에서는, 가변저항(VR)을 보호하는 저항(R)이 가변저항(VR)에 직렬로 접속되어 있었다. 이 때문에, 내압성능이 비교적 작고 저비용으로 소형의 가변저항(VR)을 이용할 수 있다.

이에 대해, 도 12에 나타난 이온 밸런스 조정회로(6B)에서는 가변저항(VR)을 보호하는 저항(R)이 설치되어 있지 않다. 이 때문에, 내압성능이 충분히 큰 가변저항(VR)을 이용할 필요가 있다. 그러나, 보호 저항(R)에 의한 바이어스를 고려하지 않고 이온 밸런스를 조정할 수 있다는 이점이 있다.

또, 도시는 생략되어 있지만, 도 11에 나타난 이온 밸런스 조정회로(6A)도 가변저항(VR)을 보호하는 저항(R)을 설치하지 않고 구성하는 것이 가능하다.

다음에, 극성반전회로(14)의 구성과 동작에 대해 도 10을 참조하여 설명한 다. 도 10은 극성반전회로의 구성을 변압회로와 함께 나타내는 회로도이다.

도 10에 나타나는 바와 같이, 극성반전회로(14)는 다이오드(D1~D8), 콘덴서(C1~C8), 저항(R1~R4)으로 이루어진 정류 회로로 구성되어 있다. 이 정류 회로에는, 트랜스(L1, L2)로부터 입력(IA)·입력(IB)에서 나타나는 바와 같은 고주파 고전압이 소정 시간마다 교대로 공급된다. 정류 회로에서는, 입력된 고주파 고전압을 정류하여 직류 고전압으로 변환하고, 출력(OA)·출력(OB)으로서 출력단으로부터 출력한다.

트랜스(L1)로부터 입력(IA)이 공급되면(이 기간, 입력(IB)은 제로), 이 입력(IA)은 정류 회로에서 정류되고, 출력(OA)으로서 양극성의 전압이 출력되며, 출력(OB)으로서 음극성의 전압이 출력된다. 또한, 다음의 기간에서 트랜스(L2)로부터 입력(IB)이 공급되면(이 기간, 입력(IA)은 제로), 이 입력(IB)은 정류 회로에서 정류되고, 출력(OA)으로서 음극성의 전압이 출력되며, 출력(OB)으로서 양극성의 전압이 출력된다.

이와 같이 트랜스(L1, L2)로부터 일정 기간마다 교대로 입력(IA, IB)의 고주파 고전압이 공급되면, 극성반전회로(14)는 입력된 고주파 고전압을 정류·평활화하여 각 주기마다 극성이 반전하는 출력(OA, OB)으로서 출력한다. 그리고, 출력(OA)은 제1 방전전극(21)의 방전 침(21a, 21b)에 공급되고, 출력(OB)은 제2 방전전극(22)의 방전 침(22a, 22b)에 공급된다. 이 결과, 각 방전전극(21, 22)으로부터 출력되는 이온의 극성은 일정 기간마다 반전한다.

즉, 도 2의 (a)에 나타나는 바와 같이, 기간(A)에서는 제1 방전전극(21)의 방전 침(21a, 21b)으로부터는 양이온이 출력되고, 동시에 제2 방전전극(22)의 방전 침(22a, 22b)으로부터는 음이온이 출력된다. 또한, 도 2의 (b)에 나타나는 바와 같이, 다음의 기간(B)에서는 제1 방전전극(21)의 방전 침(21a, 21b)으로부터는 음이온이 출력되고, 동시에 제2 방전전극(22)의 방전 침(22a, 22b)으로부터는 양이온이 출력된다. 그리고, 각 방전전극(21, 22)으로부터 출력되는 이온의 극성은 일정 기간마다 반전된다. 이 결과, 각 방전전극(21, 22)의 방전 침으로부터는 일정 기간마다 다른 극성의 이온이 출력된다.

극성반전회로(14)의 구성과 동작에 대해 더 상세하게 설명한다.

도 10에 나타나는 바와 같이, 극성반전회로(14)는, 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 2차 권선의 비접지측 단자와 제1 방전전극(21)의 사이에 제1 콘덴서(C1)와 순방향 접속의 제1 다이오드(D1)의 직렬 회로로 이루어진 제1 플러스 방전용 회로가 접속되어 있다.

또한, 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 2차 권선의 비접지측 단자와 제2 방전전극(22)의 사이에 제2 콘덴서(C2)와 역방향 접속의 제2 다이오드(D2)의 직렬 회로로 이루어진 제1 마이너스 방전용 회로가 접속되어 있다.

또한, 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 2차 권선의 비접지측 단자와 제2 방전전극(22)의 사이에 제3 콘덴서(C3)와 순방향 접속의 제3 다이오드(D3)의 직렬 회로로 이루어진 제2 플러스 방전용 회로가 접속되어 있다.

또한, 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 2차 권선의 비접지측 단자와 제1 방전전극(21)의 사이에 제4 콘덴서(C4)와 역방향 접속의 제4 다이오드(D4)의 직렬 회로로 이루어진 제2 마이너스 방전용 회로가 접속되어 있다.

극성반전회로(14)는, 제4 다이오드(D4)의 캐소드와 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 2차 권선의 접지측 단자의 사이에 순방향 접속의 제5 다이오드(D5)와 제5 콘덴서(C5)의 직렬 회로로 이루어진 제1 플러스 충전회로가 접속되어 있다. 제5 콘덴서(C5)에는 제1 저항(R1)이 병렬 접속되어 있다.

또한, 제3 다이오드(D3)의 애노드와 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 2차 권선의 접지측 단자의 사이에 역방향 접속의 제6 다이오드(D6)와 제6 콘덴서(C6)의 직렬 회로로 이루어진 제1 마이너스 충전회로가 접속되어 있다. 제6 콘덴서(C6)에는 제2 저항(R2)이 병렬 접속되어 있다.

그리고, 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 통전 중에, 제1 플러스 충전회로는 제1플러스 방전용 회로의 출력 전압에 플러스 바이어스를 부여하고, 제1 마이너스 충전회로는 제1 마이너스 방전용 회로의 출력 전압에 마이너스 바이어스를 부여한다.

트랜스(L1)(제1 변압회로)의 통전 중에 제1 플러스 충전회로가 이 플러스 바이어스를 부여함으로써, 제1 방전전극(21)의 방전 침(21a, 21b)에는 제1 플러스 방전용 회로의 출력(OA), 즉 양극성의 전압이 출력된다.

또한, 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 통전 중에 제1 마이너스 충전회로가 이 마이너스 바이어스를 부여함으로써, 제2 방전전극(22)의 방전 침(22a, 22b)에는 제1 마이너스 방전용 회로의 출력(OB), 즉 음극성의 전압이 출력된다.

극성반전회로(14)는, 제2 다이오드(D2)의 캐소드와 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 2차 권선의 접지측 단자의 사이에 순방향 접속의 제7 다이오드(D7)와 제7 콘 덴서(C7)의 직렬 회로로 이루어진 제2 플러스 충전회로가 접속되어 있다. 제7 콘덴서(C7)에는 제3 저항(R3)이 병렬 접속되어 있다.

또한, 제1 다이오드(D1)의 애노드와 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 2차 권선의 접지측 단자의 사이에 역방향 접속의 제8 다이오드(D8)와 제8 콘덴서(C8)의 직렬 회로로 이루어진 제2 마이너스 충전회로가 접속되어 있다. 제8 콘덴서(C8)에는 제4 저항(R4)이 병렬 접속되어 있다.

그리고, 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 통전 중에, 제2 플러스 충전회로는 제2 플러스 방전용 회로의 출력 전압에 플러스 바이어스를 부여하고, 제2 마이너스 충전회로는 제2 마이너스 방전용 회로의 출력 전압에 마이너스 바이어스를 부여한다.

트랜스(L2)(제2 변압회로)의 통전 중에 제2 플러스 충전회로가 이 플러스 바이어스를 부여함으로써, 제2 방전전극(22)의 방전 침(22a, 22b)에는 제2 플러스 방전용 회로의 출력(OB), 즉 양극성의 전압이 출력된다.

또한, 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 통전 중에 제2 마이너스 충전회로가 이 마이너스 바이어스를 부여함으로써, 제1 방전전극(21)의 방전 침(21a, 21b)에는 제2 마이너스 방전용 회로의 출력(OA), 즉 음극성의 전압이 출력된다.

또한, 이 제전장치(1)는, 도 1O에 나타나는 바와 같이, 고전압 발생회로(1O)의 고압 접지단자와 대향전극(가드 전극)(60)의 접지의 사이에 삽입된 고압 이상 검출회로(7)를 구비하고 있다. 또, 고압 접지단자와 가드 전극(60)의 접지의 사이에는 상술한 이온 밸런스 조정회로(6(6A, 6B))도 삽입되어 있고, 고압 이상 검출회로(7)는 이온 밸런스 조정회로(6(6A, 6B))의 저전위측에 위치한다.

고압 이상 검출회로(7)는 방전전극(21, 22)의 출력 이상을 검출함으로써, 예를 들면 부하 단락이나 방전전극(21, 22)과 대향전극(60)의 사이의 절연 이상 등에 기인하는 회로의 고압 출력 이상을 검출한다.

고압 이상 검출회로(7)는, 고전압 발생회로(10)의 고압 접지단자측(이온 밸런스 조정회로(6)측)과 대향전극(가드 전극)(60)의 접지측의 사이에 접속된 이상 검출용 콘덴서(C0)를 구비하고 있고, 이상 검출용 콘덴서(C0)의 고압 접지단자측의 접속점에서 고압 이상을 검출한다. 이상 검출용 콘덴서(C0)에는 저항(R0)이 병렬 접속되어 있다.

고압 이상 검출회로(7)는, 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 통전 중에 제1 방전전극(21)의 출력 이상(제1 방전전극(21)과 대향전극(60)의 사이의 절연 이상 등)이 발생했을 때, 제1 콘덴서(C1)와 서로 병렬인 제4, 제5 콘덴서(C4, C5)의 직렬회로의 전압을 제1 콘덴서(C1)와 삼자가 서로 병렬인 제4, 제5 콘덴서(C4, C5) 및 이상 검출용 콘덴서(C0)의 직렬 회로에 분압함으로써 출력 이상을 검출한다(도 13의 (b) 플러스 출력기간 참조).

또한, 고압 이상 검출회로(7)는, 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 통전 중에 제1 방전전극(21)의 출력 이상(제1 방전전극(21)과 대향전극(60)의 사이의 절연 이상 등)이 발생했을 때, 제4 콘덴서(C4)와 서로 병렬인 제1, 제8 콘덴서(C1, C8)의 직렬 회로의 전압을 제4 콘덴서(C4)와 삼자가 서로 병렬인 제1, 제8 콘덴서(C1, C8) 및 이상 검출용 콘덴서(C0)의 직렬 회로에 분압함으로써 출력 이상을 검출한다(도 13의 (b) 마이너스 출력기간 참조).

또한, 고압 이상 검출회로(7)는, 트랜스(L1)(제1 변압회로)의 통전 중에 제2 방전전극(22)의 출력 이상(제2 방전전극(22)과 대향전극(60)의 사이의 절연 이상 등)이 발생했을 때, 제2 콘덴서(C2)와 서로 병렬인 제3, 제6 콘덴서(C3, C6)의 직렬 회로의 전압을 제2 콘덴서(C2)와 삼자가 서로 병렬인 제3, 제6 콘덴서(C3, C6) 및 이상 검출용 콘덴서(C0)의 직렬 회로에 분압함으로써 출력 이상을 검출한다(도 13의 (b) 마이너스 출력기간 참조).

또한, 고압 이상 검출회로(7)는, 트랜스(L2)(제2 변압회로)의 통전 중에 제2 방전전극(22)의 출력 이상(제2 방전전극(22)과 대향전극(60)의 사이의 절연 이상 등)이 발생했을 때, 제3 콘덴서(C3)와 서로 병렬인 제2, 제7 콘덴서(C2, C7)의 직렬 회로의 전압을 제3 콘덴서(C3)와 삼자가 서로 병렬인 제2, 제7 콘덴서(C2, C7) 및 이상 검출용 콘덴서(C0)의 직렬 회로에 분압함으로써 출력 이상을 검출한다(도 13의 (b) 플러스 출력기간 참조).

그 때문에, 이상 검출용 콘덴서(C0)의 용량은 다른 콘덴서(C1~C8)의 용량에 비해 크게 설정되는 것이 바람직하다(예를 들면, 100배 이상).

도 13은, 고압 이상 검출회로(7)에 의한 (a)출력 정상시 및 (b)출력 이상시의 검출출력을 나타내는 그래프이다. 고압 이상 검출회로(7)의 고전위측의 전압이 검출출력으로서 전압계(9)로 검출되고, 이 검출출력에 기초하여 이상이 검출된다. 도 13의 (a)에 나타나는 바와 같이, 방전전극(21, 22)의 출력이 정상일 때는, 고압 이상 검출회로(7)의 검출출력은 약 플러스 마이너스 1V(볼트)의 범위에 들어가 있다.

이에 대해, 방전전극(21, 22)의 출력 이상(방전전극(21, 22)과 대향전극(60)의 사이의 절연 이상 등)이 발생했을 때는, 도 13의 (b)에 나타나는 바와 같이, 고압 이상 검출회로(7)의 검출출력은 약 플러스 10V(볼트)~약 마이너스 15V(볼트)의 범위에서 크게 흔들린다.

즉, 검출출력은 방전전극(21, 22)의 출력 이상 발생시에는 플러스 전극측에서 약 플러스 10V(볼트)까지 상승하는 한편, 마이너스 전극측에서 약 마이너스 15V(볼트)까지 하강한다. 그 때문에, 예를 들면 플러스 3V(볼트)나 마이너스 5V(볼트) 등 적절한 레벨로 임계값을 설정함으로써, 회로의 고압 이상을 확실히 검출할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 이 제전장치(1)는 가청주파수를 웃도는(20kHz~) 발진주파수에 대응한 고주파 권선 트랜스 또는 압전 트랜스에 의해 변압회로를 구성하였기 때문에, AC식 제전장치에 비해 장치를 소형 경량으로 할 수 있다.

또한, 방전전극(20)의 제1 및 제2 그룹에 대해 서로 극성이 다른 직사각형파의 2개의 직류 고전압을 인가하기 때문에, AC식 제전장치에 비해 양음이온의 발생량을 많게 할 수 있고 감쇠시간특성을 향상시킬 수 있다. 같은 이유에서, AC식 제전장치에 비해 제전범위를 넓힐 수 있다.

또한, 제전장치(1)는 2개의 그룹으로 나뉜 방전 침으로부터 동일 기간에 양음이온을 동시에 발생시킴과 동시에, 각 그룹으로부터 출력되는 이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키도록 하였기 때문에, 방출되는 양음이온의 극성이 일정 기간마다 반전함과 동시에, 이온을 방출하는 위치도 일정 기간마다 절환된다.

이에 의해, 동일 기간에서 양음이온이 동시에 발생하게 되기 때문에, 대전 플레이트 표면에서의 양음의 이온량이 거의 같게 된다. 따라서, 전위의 중화가 촉진되어 대전 플레이트 표면의 잔류 전위를 작게 할 수 있다. 이 결과, 이온 밸런스의 진폭을 제로에 가깝게 할 수 있음과 동시에 진폭의 치우침도 적게 할 수 있다.

또한, 제전장치(1)는 방출되는 양음이온의 극성이 일정 기간마다 반전함과 동시에, 이온을 방출하는 위치도 일정 기간마다 절환되기 때문에, 제전대상물의 위치에 의해 양 또는 음 어느 하나의 이온의 영향을 받지 않고 모든 대전 플레이트에 양음의 이온을 거의 균등하게 조사할 수 있다. 따라서, 이온 밸런스의 공간적인 치우침을 작게 할 수 있다.

또한, 제전장치(1)는 각 그룹의 방전 침으로부터 방출되는 양음이온의 극성을 일정 기간마다 반전시키기 때문에, 연속 운전한 경우에서도 각각의 방전 침의 오물 부착 및 부식, 마모의 정도는 거의 균등하게 된다. 이 때문에, 방전 침마다의 잔류 전위의 치우침이 생기지 않고 이온 밸런스의 경시적인 치우침을 적게 할 수 있다.

또한, 제전장치(1)는 고주파 전압을 2계통의 출력 라인에 교대로 출력할 때의 교대 절환 주파수를 10~100Hz의 범위로 하기 때문에, 양음이온의 발생간격을 길게 할 수 있다. 이 때문에, AC고주파식 제전장치에 비해 방출된 양음이온이 제전대상물에 도달할 때까지 재결합하기 어려워져 이온을 멀리까지 날릴 수 있다.

또한, 제전장치(1)는 송풍기(30)와 방전전극(20)의 사이에 코로나 방전에 의한 펄스 신호를 검지하는 스트리머 펄스 검지수단으로서 스트리머 코로나 펄스 검 지전극(40)과 스트리머 코로나 펄스 신호 검지장치(50)를 설치하고 있기 때문에, 방전 침의 청소시기를 정확하게 알 수 있게 되고 유지보수를 확실히 행할 수 있다.

또한, 제전장치(1)는 방전전극(20)과 제전대상물(80)의 사이에 가드 전극(60)을 설치하고 있기 때문에, 이온 밸런스의 진폭을 대폭으로 경감할 수 있다.

상술한 극성반전회로에 관하여 이하에 간단히 정리한다.

상기 극성반전회로는, 상기 제1 변압회로의 2차 권선의 비접지측 단자에서 상기 제1 방전전극으로 향하여 접속된, 제1 콘덴서 및 순방향 접속의 제1 다이오드로 이루어진 제1 플러스 방전용 회로; 상기 제1 변압회로의 2차 권선의 비접지측 단자에서 상기 제2 방전전극으로 향하여 접속된, 제2 콘덴서 및 역방향 접속의 제2 다이오드로 이루어진 제1 마이너스 방전용 회로; 상기 제2 변압회로의 2차 권선의 비접지측 단자에서 상기 제2 방전전극으로 향하여 접속된, 제3 콘덴서 및 순방향 접속의 제3 다이오드로 이루어진 제2 플러스 방전용 회로; 상기 제2 변압회로의 2차 권선의 비접지측 단자에서 상기 제1 방전전극으로 향하여 접속된, 제4 콘덴서 및 역방향 접속의 제4 다이오드로 이루어진 제2 마이너스 방전용 회로;를 적어도 구비하고 있다.

또, 상기 극성반전회로는, 상기 제4 다이오드의 캐소드에서 상기 제2 변압회로의 2차 권선의 접지측 단자로 향하여 접속된, 순방향 접속의 제5 다이오드 및 제5 콘덴서로 이루어진 제1 플러스 충전회로; 상기 제3 다이오드의 애노드에서 상기 제2 변압회로의 2차 권선의 접지측 단자로 향하여 접속된, 역방향 접속의 제6 다이오드 및 제6 콘덴서로 이루어진 제1 마이너스 충전회로;를 더 구비하고, 상기 제1 변압회로의 통전 중에, 상기 제1 플러스 충전회로는 상기 제1 플러스 방전용 회로의 출력 전압에 플러스 바이어스를 부여하고, 상기 제1 마이너스 충전회로는 상기 제1 마이너스 방전용 회로의 출력 전압에 마이너스 바이어스를 부여한다.

또한, 상기 극성반전회로는, 상기 제5, 제6 콘덴서와 각각 병렬로 접속된 제1, 제2 저항을 구비하고 있다.

상기 극성반전회로는, 상기 제2 다이오드의 캐소드에서 상기 제1 변압회로의 2차 권선의 접지측 단자로 향하여 접속된, 순방향 접속의 제7 다이오드 및 제7 콘덴서로 이루어진 제2 플러스 충전회로; 상기 제1 다이오드의 애노드에서 상기 제1 변압회로의 2차 권선의 접지측 단자로 향하여 접속된, 역방향 접속의 제8 다이오드 및 제8 콘덴서로 이루어진 제2 마이너스 충전회로;를 더 구비하고, 상기 제2 변압회로의 통전 중에, 상기 제2 플러스 충전회로는 상기 제2 플러스 방전용 회로의 출력 전압에 플러스 바이어스를 부여하고, 상기 제2 마이너스 충전회로는 상기 제2 마이너스 방전용 회로의 출력 전압에 마이너스 바이어스를 부여한다.

또, 상기 극성반전회로는, 상기 제7, 제8 콘덴서와 각각 병렬로 접속된 제3, 제4 저항을 구비하고 있다.

상술한 고압 이상 검출회로에 관하여 이하에 간단히 정리한다.

상기 고압 이상 검출회로는, 상기 제1 변압회로의 통전 중에 상기 제1 방전전극의 출력 이상이 발생했을 때, 상기 제1 콘덴서와 서로 병렬인 상기 제4, 제5 콘덴서의 직렬 회로의 전압을 상기 제1 콘덴서와 삼자가 서로 병렬인 상기 제4, 제5 콘덴서 및 상기 이상 검출용 콘덴서의 직렬 회로에 분압함으로써 상기 출력 이상 을 검출한다.

상기 고압 이상 검출회로는, 상기 제1 변압회로의 통전 중에 상기 제2 방전전극의 출력 이상이 발생했을 때, 상기 제2 콘덴서와 서로 병렬인 상기 제3, 제6 콘덴서의 직렬 회로의 전압을 상기 제2 콘덴서와 삼자가 서로 병렬인 상기 제3, 제6 콘덴서 및 상기 이상 검출용 콘덴서의 직렬 회로에 분압함으로써 상기 출력 이상을 검출한다.

상기 고압 이상 검출회로는, 상기 제2 변압회로의 통전 중에 상기 제2 방전전극의 출력 이상이 발생했을 때, 상기 제3 콘덴서와 서로 병렬인 상기 제2, 제7 콘덴서의 직렬 회로의 전압을 상기 제3 콘덴서와 삼자가 서로 병렬인 상기 제2, 제7 콘덴서 및 상기 이상 검출용 콘덴서의 직렬 회로에 분압함으로써 상기 출력 이상을 검출한다.

상기 고압 이상 검출회로는, 상기 제2 변압회로의 통전 중에 상기 제1 방전전극의 출력 이상이 발생했을 때, 상기 제4 콘덴서와 서로 병렬인 상기 제1, 제8 콘덴서의 직렬 회로의 전압을 상기 제4 콘덴서와 삼자가 서로 병렬인 상기 제1, 제8 콘덴서 및 상기 이상 검출용 콘덴서의 직렬 회로에 분압함으로써 상기 출력 이상을 검출한다.

또, 상술한 실시예(도 10 내지 도 12)에서는, 이온 밸런스 조정회로(전극)와 고압 이상 검출회로가 병설되었다. 그러나, 어느 하나만이 설치되어도 된다.

본 발명의 제전장치는, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 2n개(n은 자연수)의 방전 침이 n개씩 2세트의 그룹으로 나누어 구 성된 방전전극; 방전전극의 각 방전 침의 두 그룹에 역극성의 직류 고전압을 일정 기간마다 극성을 반전시켜 인가하는 고전압 발생회로; 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 접지된 가드 전극;을 구비하여 구성되어 있으므로, 소형, 경량이며 감쇠시간특성이나 이온 밸런스 특성이 뛰어나다.

여기서, 제전장치가 상기 방전전극과 상기 가드 전극의 사이에 배치된 이온 밸런스 조정전극; 상기 이온 밸런스 조정전극의 전위를 대지와 다른 전위로 조정 가능한 이온 밸런스 조정회로;를 더 구비하여 구성되면, 이온 밸런스 조정회로가 방전 침에 인가하는 고전압을 가변시키지 않고 조정용 전극을 위한 새로운 전원도 불필요하여 이온 밸런스를 전기적으로 조정할 수 있다.

혹은, 여기서, 제전장치가 상기 방전전극의 상기 각 방전 침이 생성한 양 또는 음의 이온을 장치 전방으로 송출하는 송풍기; 상기 이온의 송출방향 정면에서 보아 상기 가드 전극에 실질적으로 숨은 위치에 설치된 비접지의 이온 밸런스 조정전극;을 더 구비하여 구성되면, 이온 밸런스 조정전극을 기계적으로 구동시키는 부분이 없기 때문에 신뢰성이 높아지고, 이온 밸런스 조정전극의 형상을 간소화할 수 있으며, 이온 발생을 저해하지 않고 이온 밸런스를 조정할 수 있다.

혹은, 여기서, 제전장치가 상기 고전압 발생회로의 고압 접지단자와 상기 대향전극의 접지의 사이에 삽입되고, 상기 방전전극의 출력 이상을 검출하는 고압 이상 검출회로를 더 구비하여 구성되면, 부하 단락이나 절연 이상 등의 회로의 고압 출력 이상을 검출할 수 있다.

본 발명의 이온 밸런스 조정회로는, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과 생성한 이온이 송출되는 전방 공간에 배치된 대향전극[또는, 접지된 가드 전극]을 구비한 제전장치에 이용되고, 대향전극의 일부[또는, (가드 전극을 구비하는 경우) 방전전극과 가드 전극의 사이에 배치된 이온 밸런스 조정전극]의 전위를 대지와 다른 전위로 조정 가능하게 구성되어 있으므로, 이온 밸런스 조정회로가 방전 침에 인가하는 고전압을 가변시키지 않고, 조정용 전극을 위한 새로운 전원도 불필요하여 이온 밸런스를 전기적으로 조정할 수 있다.

본 발명의 이온 밸런스 조정전극은, 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과 생성한 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 접지된 가드 전극을 구비한 제전장치에 이용되고, 비접지의 전극부재가 이온의 송출방향 정면에서 보아 가드 전극에 실질적으로 숨은 위치에 설치되어 있으므로, 이온 밸런스 조정전극을 기계적으로 구동시키는 부분이 없기 때문에 신뢰성이 높아지고, 이온 밸런스 조정전극의 형상을 간소화할 수 있으며, 제전장치의 이온 발생을 저해하지 않고 이온 밸런스를 조정할 수 있으며, 안전성도 확보할 수 있다.

본 발명의 제전장치는, 반도체 제조 라인이나 기타 부품의 생산공정 등에서 부품대전에 의한 정전기 장해나 정전 흡착을 막기 위해 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 이온 밸런스 조정회로나 이온 밸런스 조정전극은 제전장치에 적용할 수 있다.

Claims (20)

1. 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 2n개(n은 자연수)의 방전 침이 n개씩 2세트의 그룹으로 나누어 구성된 방전전극;

   상기 방전전극의 상기 각 방전 침에 상기 두 그룹에 역극성의 직류 고전압을 일정 기간마다 극성을 반전시켜 인가하는 고전압 발생회로;

   상기 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 접지된 가드 전극;을 구비한 제전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 방전전극과 상기 가드 전극의 사이에 배치된 이온 밸런스 조정전극;

   상기 이온 밸런스 조정전극의 전위를 대지와 다른 전위로 조정 가능한 이온 밸런스 조정회로;를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 방전전극의 상기 각 방전 침이 생성한 양 또는 음의 이온을 장치 전방으로 송출하는 송풍기;

   상기 이온의 송출방향 정면에서 보아 상기 가드 전극에 실질적으로 숨은 위치에 설치된 비접지의 이온 밸런스 조정전극;을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 방전전극의 상기 각 방전 침이 생성한 양 또는 음의 이온을 장치 전방으로 송출하는 송풍기를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 방전전극이 실질적으로 평면 상에 그리는 직사각형의 정점에 1개씩 배치된 적어도 4개의 방전 침으로 구성되고,

   상기 각 방전 침은 1개의 대각선 상에 대향하여 배치된 2개의 방전 침이 한쪽의 상기 그룹을 구성하고, 다른 1개의 대각선 상에 대향하여 배치된 다른 2개의 방전 침이 다른 쪽의 상기 그룹을 구성하는 것을 특징으로 하는 제전장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 고전압 발생회로가 하나의 전원으로부터 얻은 2계통의 교대로 입력되는 고주파 고전압을, 한쪽의 고주파 고전압을 서로 극성이 다른 2개의 직류 고전압으로 변환함과 동시에, 다른 쪽의 고주파 고전압을 상기 극성과 서로 반대인 2개의 직류 고전압으로 변환하는 극성반전회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 극성반전회로에 입력되는 2계통의 상기 고주파 고전압의 교대 절환 주파수가 10 내지 100Hz의 범위인 것을 특징으로 하는 제전장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 극성반전회로가 각 계통의 상기 고주파 고전압을 변환하여 얻어지는 2개의 서로 역극성인 직류 고전압을 2세트의 상기 그룹에 각각 출력함으로써, 상기 두 그룹끼리 서로 역극성의 직류 고전압을 동시에 인가하고, 또한 2계통의 상기 고주파 고전압에의 입력을 교대로 절환함으로써, 상기 두 그룹에 일정 기간마다 직류 고전압의 극성을 반전시켜 인가하는 것을 특징으로 하는 제전장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 고전압 발생회로가

   직류 전원 회로;

   상기 직류 전원 회로의 직류 전압을 고주파 전압으로 변환함과 동시에, 해당 고주파 전압을 2계통의 출력 라인에 일정 기간마다 교대로 절환하여 출력하는 출력제어회로;

   상기 출력제어회로에서 출력된 고주파 전압을 고주파 고전압으로 승압하는 변압회로;를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 이온 밸런스 조정전극이 상기 고전압 발생회로의 접지단자와 상기 가드 전극의 접지의 사이에 삽입된 이온 밸런스 조정회로의 상기 접지단자측에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 이온 밸런스 조정회로가 상기 이온 밸런스 조정전극에 의한 이온 밸런스를 목표로 향하여 조정하기 위한 가변저항과, 상기 가변저항과 병렬로 접속된 다이오드를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 고전압 발생회로의 고압 접지단자와 상기 대향전극의 접지의 사이에 삽입되고, 상기 방전전극의 출력 이상을 검출하는 고압 이상 검출회로를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 고압 이상 검출회로가 상기 고전압 발생회로의 고압 접지단자와 상기 대향전극의 접지의 사이에 접속된 이상 검출용 콘덴서를 적어도 구비하고, 상기 이상 검출용 콘덴서의 상기 고압 접지단자측의 접속점에서 상기 고압 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 제전장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 고압 이상 검출회로가 상기 이상 검출용 콘덴서와 병렬로 접속된 저항을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제전장치.
15. 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과, 생성한 상기 이온이 송출되는 전방 공간에 배치된 대향전극을 구비한 제전장치에 이용하는 이온 밸런스 조정회로로서,

    상기 대향전극의 일부의 전위를 대지와 다른 전위로 조정 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 밸런스 조정회로.
16. 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과, 생성한 상기 이온이 송출되는 전방 공간에 배치된 접지된 가드 전극을 구비한 제전장치에 이용하는 이온 밸런스 조정회로로서,

    상기 방전전극과 상기 가드 전극의 사이에 배치되는 이온 밸런스 조정전극의 전위를 대지와 다른 전위로 조정 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 밸런스 조정회로.
17. 제16항에 있어서,

    상기 이온 밸런스 조정전극의 상기 직류 고전압의 발생회로의 고압 접지단자와의 접속부와 상기 가드 전극의 접지의 사이에 삽입되어 있고,

    가변저항과, 상기 가변저항에 병렬로 접속된 다이오드를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이온 밸런스 조정회로.
18. 제17항에 있어서,

    상기 다이오드의 애노드가 상기 가드 전극의 접지측에 접속되고, 상기 다이오드의 캐소드가 상기 고압 접지단자측에 접속되어 있으며, 상기 가변저항의 저항값을 크게 하면 이온 밸런스는 플러스 우위가 되고, 저항값을 작게 하면 이온 밸런스는 마이너스 우위가 되는 것을 특징으로 하는 이온 밸런스 조정회로.
19. 인가되는 직류 고전압의 극성에 따라 양 또는 음의 이온을 생성하는 방전전극과, 생성한 상기 이온이 송출되는 전방 공간을 적절한 형상으로 가로막는 접지된 가드 전극을 구비한 제전장치에 이용하는 이온 밸런스 조정전극으로서,

    비접지의 전극부재를 구비하고, 상기 전극부재가 상기 이온의 송출방향 정면에서 보아 상기 가드 전극에 실질적으로 숨은 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 밸런스 조정전극.
20. 제19항에 있어서,

    상기 방전전극이 임의의 평면 상에 실질적으로 균등하게 배치된 복수의 방전 침으로 구성되어 있고, 상기 전극부재가 상기 복수의 방전 침부터 상기 가드 전극에 이르는 방전영역 내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 밸런스 조정전 극.

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