WO2012011293A1 - イオン量測定装置 - Google Patents

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WO2012011293A1
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electrode
air
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ions
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PCT/JP2011/051609
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佳成 深田
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株式会社コガネイ
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/60—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrostatic variables, e.g. electrographic flaw testing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
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    • G01R19/0061—Measuring currents of particle-beams, currents from electron multipliers, photocurrents, ion currents; Measuring in plasmas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T19/00—Devices providing for corona discharge

Definitions

  • the present invention relates to an ion amount measuring apparatus for measuring the amount of ions in air ionized by corona discharge.
  • An ion generator also called an ionizer or a static elimination device, is used as a static electricity countermeasure in which a charged body charged with static electricity is used as a static elimination member and air ions are sprayed onto the static elimination member to neutralize the static elimination member.
  • An ion generating apparatus used in a production line for producing and assembling electronic parts is used to remove static electricity charged on an electronic part, a production assembly jig or the like as a member to be neutralized. By blowing air ions to the member to be neutralized, it is possible to prevent foreign matter from adhering to the electronic component or the like due to static electricity, or the electronic component from being destroyed by static electricity or adhering to the jig.
  • An ion generator used for such an application applies an AC voltage between the discharge electrode and the counter electrode under a state in which compressed air is supplied to the needle-like discharge electrode from the outside, Air is ionized by generating a corona discharge around.
  • ions are generated by an AC corona discharge method in which an AC voltage is applied to both electrodes, positive ions and negative ions are periodically generated.
  • Patent Document 1 A positive / negative ion amount measuring device that measures the positive ion amount and negative ion amount simultaneously is described in Patent Document 1, and a static eliminator that measures the amount of ions contained in ionized air is disclosed in Patent Document 2. It is described in.
  • the positive / negative ion amount measuring apparatus described in Patent Document 1 has two pairs of detectors having a pair of electrode cylinders and a collecting electrode, and one detector corresponds to the number of positive ions in ionized air.
  • the amount of positive ions and negative ions in the ionized air is measured by measuring the current value and measuring the current value corresponding to the number of negative ions with the other detector.
  • This ion content measuring device is a measuring device for testing the performance of the ion generating device, and the amount of positive ions and the amount of negative ions are determined by the current values corresponding to the number of ions in the ionized air generated by the ion generating device. And measure.
  • the ion amount measuring apparatus of Patent Document 1 uses all ions in ionized air for measurement. Therefore, when the ion generating apparatus is actually used, ions in ionized air are used. The amount cannot be measured.
  • An object of the present invention is to make it possible to measure the amount of ions in ionized air with high accuracy.
  • Another object of the present invention is to make it possible to measure the amount of ions in the ionized air with high accuracy while blowing the ionized air onto the member to be neutralized.
  • the ion amount measuring device of the present invention is an ion amount measuring device for measuring the amount of ions in ionized air with an electrode, wherein the length of the electrode is l, the flow velocity of air is U, and the detection current flowing through the electrode is I. m , time constant ⁇ , and carrier ion current I 0
  • the ion content measuring apparatus of the present invention is characterized in that the electrode is a cylindrical electrode having a passage hole through which ionized air passes.
  • the ion content measuring apparatus of the present invention includes a discharge electrode and a counter electrode that forms an ion generation space between the discharge electrode, and an AC voltage is applied to the discharge electrode and the counter electrode so that the ion is generated by corona discharge.
  • An ion generator for ionizing the air in the generation space, and the length of the electrode through which the ionized air ejected from the ion generation space passes is negative with respect to the generation period of the positive ion group generated in the ion generation space.
  • the ion content measuring apparatus of the present invention is characterized by having a flow velocity detecting means for detecting the flow velocity of ionized air.
  • the ion amount measuring apparatus according to the present invention has first and second electrodes that measure the amount of ions in the ionized air and are shifted from each other in the flow direction of the ionized air. The air velocity is calculated from the detection time difference between the detection current flowing through the detection current flowing through the second electrode and the detection current flowing through the second electrode.
  • the ion content measuring apparatus of the present invention has a flow rate setting means for setting the flow rate of air.
  • the current flowing through the electrode is detected by ions in the ionized air, and the carrier ion current is obtained by integrating the conversion coefficient obtained from the length of the electrode, the air flow rate and the time constant to the detection current,
  • the amount of carrier ions corresponding to the carrier ion current can be calculated with high accuracy. Thereby, the amount of carrier ions can be calculated with high accuracy while blowing ionized air onto the member to be neutralized.
  • the present invention it is possible to measure the amount of ions transported in ionized air while blowing ionized air from the ion generator in which an ion generation space is formed between the discharge electrode and the counter electrode to the member to be neutralized.
  • the length of the electrode for measuring the detection current is obtained from the generation period of the positive ion group generated in the ionization space, that is, the period between the ion groups between the generation time and the generation period of the negative ion group, and the air flow rate.
  • the air flow rate may be such that the flow rate of air supplied to the electrode is detected, or air may be supplied to the electrode at a constant flow rate in advance.
  • two electrodes may be arranged, and the flow velocity may be detected by the difference in current detection time between both electrodes.
  • FIG. 1 is an ion current characteristic diagram showing a change in detection current when the ion current of positive ions is detected with different lengths of cylindrical electrodes by an ion amount measuring device, and (B) is a current of negative ions.
  • surface which shows the relationship between the length of an ion group, and the distance between ion groups when making the frequency of an applied voltage differ.
  • FIG. 1 shows a nozzle-type ion generator 10 equipped with an ion amount measuring device.
  • This nozzle-type ion generator 10 has a nozzle 12 in which a discharge electrode 11 is incorporated, and the nozzle 12 is formed of a conductive material in the same manner as the discharge electrode 11 to form a counter electrode.
  • the discharge electrode 11 is attached to a holder 13 made of an insulating material such as resin, and a nozzle 12 is attached to the holder 13.
  • An ion generation space 14 is formed in the nozzle 12, and air is supplied to the ion generation space 14 from an air supply port 15 formed in the holder 13.
  • the discharge electrode 11 and the nozzle 12 are electrically connected to an AC high voltage power supply 16, and when an AC high voltage is applied from the AC high voltage power supply 16 to the discharge electrode 11 and the nozzle 12, which is a counter electrode, the tip of the discharge electrode 11.
  • the air flowing in the ion generation space 14 along the line is ionized by corona discharge.
  • the ionized air is ejected downstream from the ejection port 17 at the tip of the nozzle 12. Compressed air is supplied to the air supply port 15 from the air pressure source 18 through the flow path 19.
  • An ion amount measuring device 20 is attached to the tip of the nozzle 12 and always measures the amount of ions in the ionized air in a state where ionized air is blown from the ion generator 10 to the member to be neutralized. be able to.
  • the ion amount measuring device 20 is detachably attached to the nozzle 12, and the ion generator 10 is attached to the ion generator 10 at the time of assembling manufacture or maintenance, and is ejected from the nozzle 12 on a trial basis. You may make it measure the ion in ionized air.
  • the ion amount measuring device 20 has a case body 21 attached to the nozzle 12.
  • the case body 21 is formed of a conductive material, and includes a cylindrical portion 21a and end plate portions 21b and 21c provided at both ends thereof.
  • the case body 21 is grounded by a ground wire, and one end plate portion 21 b is attached to the tip portion of the nozzle 12.
  • a cylindrical electrode 22 made of a conductive material is disposed inside the case body 21, and the cylindrical electrode 22 has a passage hole 23 through which ionized air ejected from the ejection port 17 passes. It is coaxial with the outlet 17.
  • Ring-shaped support plates 24 and 25 made of an insulating material are abutted against both end surfaces of the cylindrical electrode 22, and the outer peripheral surfaces of the respective support plates 24 and 25 are in contact with the inner peripheral surface of the case body 21.
  • a spacer 26 is disposed between the end plate portion 21 b of the case body 21 and the support plate 24, and a spacer 27 is disposed between the end plate portion 21 c and the support plate 25.
  • Each of the spacers 26 and 27 is made of a conductive material and has passage holes 26 a and 27 a corresponding to the passage hole 23. However, the spacers 26 and 27 may be formed of an insulating material.
  • the downstream end of the downstream spacer 27 is fixed to the end plate portion 21c, and the opening at the downstream end is an injection port 28 for injecting ionized air to the member to be discharged.
  • the air supplied to the ion generation space 14 is ionized by corona discharge in the ion generation space 14, and the ionized air passes through the passage hole 23 of the cylindrical electrode 22 in the ion amount measuring device 20 through the passage hole 26 a of the spacer 26. Then, it is ejected from the ejection port 28 of the passage hole 27a of the spacer 27 to the outside.
  • a measuring instrument main body 29 having a function of a Faraday cage is constituted by the case body 21 that is grounded.
  • the case body 21 and the cylindrical electrode 22 are connected to a current detector 33 by cables 31 and 32, respectively.
  • a current detector 33 By dividing the potential of the cylindrical electrode 22 by the impedance of the measurement system, an ion current corresponding to the amount of ions in the ionized air is detected by the current detector 33.
  • the amount of transport ions generated in the ion generation space 14 and transported to the passage hole 23 is calculated in the calculation unit 34, and the calculation result is displayed on the display unit 35.
  • a flow velocity detector 36 is provided in the flow path 19 as a flow velocity measuring means for measuring the flow velocity of ionized air flowing from the ion generation space 14 to the passage hole 23 of the cylindrical electrode 22, and a signal from the flow velocity detector 36 is transmitted by a cable 37. It is sent to the calculation unit 34.
  • the flow velocity in the ion generation space 14 or the flow velocity in the cylindrical electrode 22 may be directly detected by a flow velocity detector.
  • FIG. 2 is a time chart showing the applied voltage supplied to the discharge electrode and the counter electrode of the ion generator and the state of generation of ion groups corresponding to the applied voltage.
  • the ion group distance l 2 is obtained by the following equation (2).
  • the value of the period T of the applied voltage is obtained from the frequency f.
  • the ion group distance l 2 is obtained from the voltage ⁇ V 0 of the applied voltage, the discharge start / end voltage ⁇ V 1, the period T of the applied voltage, and the flow velocity U of the ionized air.
  • the ion group length l 1 of the group can also be obtained by the same formula.
  • the length l of the passage hole 23 of the cylindrical electrode 22 shown in FIG. 1 is set to be shorter than the ion group distance l 2 .
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the basic structure of the ion content measuring apparatus shown in FIG. 1.
  • the hyperbolic relaxation law based on the charge density decay model in the ion content measuring apparatus is expressed by the following equation.
  • ⁇ i is the initial charge density
  • ⁇ is the charge density at time t
  • ⁇ is the time constant.
  • the time constant ⁇ is as follows.
  • ⁇ 0 represents the dielectric constant of vacuum
  • ⁇ represents the mobility of ions
  • d indicates the transport distance and U indicates the average ion flow velocity.
  • the transport ion current I 0 of the ions to be transported from the ion generating space 14, and the detected current I m measured by the cylindrical electrode 22, a discharge current through the cylindrical electrode 22 is sprayed onto the charge removing member I has the following relationship from the continuity of current.
  • Each ion current is expressed as follows.
  • ⁇ 0 is the charge density of the carrier ion current I 0 .
  • the detected current I m is when a constant flow rate U like air, will vary with the length of the cylinder electrode 22.
  • the peak value of the applied voltage is ⁇ 4.5 kV
  • the frequency of the applied voltage is 1 Hz
  • the air flow rate U is 90 m / s
  • the relationship between the detection current Im and the length of the cylindrical electrode 22 is expressed by the equation (11 ) Results in the characteristic diagram shown in FIG.
  • the length of the cylindrical electrode 22 is set, and the carrier ion current I 0 of the carrier ions generated in the ion generation space 14 based on the relationship between the length and the detected current Im is expressed by the equations (7) and (11). ) Can be obtained as follows.
  • Value obtained by subtracting the I m of the right side of equation (12) is a conversion factor for obtaining the transport ion current I 0 by integrating the detected current I m, the length l of the cylindrical electrode 22, and the flow velocity U of the air , And a constant value set by the time constant ⁇ .
  • Equation (12) can be expressed as follows.
  • the carrier ion current I 0 may be calculated based on this equation (13).
  • the detected current I m is detected by the current detector 33, by calculating the transport ion current I 0 based on the conversion coefficient by the equation (12) by the arithmetic unit 34, to determine the transport ion current I 0 Can do. Moreover, it is also possible to determine the actual amount of ions blown from the transport and the detected current I m ion current I 0 to the charge removing member from even ion current I. Thus, the detected current I m flowing through the current detector 33 is part of a conveying ion current I 0, it is possible to calculate the transport ion content from some of the current, the remaining ions consumed in the detection Can be sprayed on the member to be discharged. Thereby, the ion amount produced
  • the display unit 35 Since the display unit 35 displays the amount of carrier ions corresponding to the value of the carrier ion current I 0 , it is generated by the ion generator 10 in a state where ionized air is blown onto the member to be neutralized. The amount of ions can be confirmed.
  • the operator When the discharge performance deteriorates due to wear or the like of the discharge electrode 11, the operator is notified of a decrease in function or abnormality of the ion generator 10 based on the amount of ions transported displayed on the display unit 35.
  • a function deterioration occurs in the ion generator 10, it may be notified by a buzzer, voice, or the like.
  • the ion amount measuring apparatus shown in FIG. 5 has a first cylindrical electrode 22a and a second cylindrical electrode 22b that are arranged so as to be shifted in the flow direction of ionized air, and detection of the respective cylindrical electrodes 22a and 22b.
  • the signal is sent to the current detector 33.
  • the detection current I 'm flowing through the first cylindrical electrode 22a the flow rate of air by the time difference of the detected current I m flowing through the second cylindrical electrode 22b.
  • the flow velocity U of the ionized air may be calculated based on the detection signal from the flow velocity detector 36, or may be calculated based on the time difference between the signals sent to the two cylindrical electrodes 22a and 22b. May be.
  • the flow rate of the air supplied to the ion generation space 14 may be set to a constant flow rate by a flow control valve or the like.
  • the value of the flow rate U is stored in a memory (not shown) and is calculated from the memory.
  • a speed signal is sent to the unit 34.
  • the carrier ion current I 0 described above is calculated based on the sent speed signal.
  • FIG. 7 is a table showing the relationship between the ion group length l 1 and the ion group distance l 2 when the flow velocity U of ionized air is 90 m / s and the frequency f of the applied voltage is varied.
  • the frequency f of the applied voltage is 1000 Hz
  • the ion group length l 1 is 24.1 mm
  • the ion group distance l 2 is 20.9 mm. Therefore, when the frequency of the applied voltage is 1000 Hz, the length l of the cylindrical electrode 22 is set to 20.9 mm or less.
  • the applied voltage of another frequency is used, the length l of the cylindrical electrode 22 than the ionic groups distance l 2 obtained in accordance with each frequency is set shorter.
  • the current flowing through the cylindrical electrode 22 is The current value is based on an ion group having only one polarity of positive and negative polarities.
  • the carrier ion current I 0 is calculated from the detection current I m in which a part of ions of each ion group flows through the cylindrical electrode 22, the amount of carrier ions is obtained, so that the carrier generated in the ion generation space 14 is obtained.
  • the amount of ions can be measured with high accuracy, and ionized air can be blown onto the member to be neutralized while measuring the amount of carrier ions.
  • FIG. 1 shows a nozzle type ion generator 10, but the ion amount measuring apparatus of the present invention can also be applied to measure the ion amount of ionized air generated by a fan type ion generator. it can.
  • This ion content measuring device can be used to measure the amount of ions from an ion generating device used in a production line for electronic components for manufacturing and assembling electronic components.

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Abstract

　イオン量測定装置２０は、放電電極１１と放電電極としてのノズル１２とを有するイオン生成器１０により生成されたイオン化空気中の搬送イオン量を測定するために使用される。イオン量測定装置２０は円筒電極２２を有しており、この円筒電極２２の長さをｌ、電極２２を流れる空気の流速をU、円筒電極に流れる検出電流をＩｍ、時定数をτとすると、検出電流Ｉｍを電流検出器３３により検出することにより、搬送イオン電流I０は、［Ａ］により演算される。搬送イオン電流I０に応じてイオン化空気中のイオン量を高精度で測定することができ、イオン化空気を被除電部材に吹き付けながらイオン量を測定することができる。

Description

イオン量測定装置
　本発明はコロナ放電によりイオン化された空気中のイオン量を測定するイオン量測定装置に関する。
　静電気が帯電した帯電体を被除電部材としてこれに空気イオンを吹き付けて被除電部材を除電する静電気対策として、イオナイザーあるいは除電装置とも言われるイオン生成装置が使用されている。電子部品の製造や組立を行う製造ラインに使用されるイオン生成装置は、電子部品や製造組立治具等を被除電部材として、これに帯電した静電気を除去するために使用されている。被除電部材に空気イオンを吹き付けることにより、電子部品等に静電気により異物が付着したり、電子部品が静電気により破壊されたり治具に付着したりすることを防止できる。
　このような用途に使用されるイオン生成装置は、針状の放電電極に外部から圧縮空気を供給した状態のもとで、放電電極と対向電極との間に交流電圧を印加し、放電電極の回りにコロナ放電を発生させることによって空気をイオン化している。交流電圧を両電極に印加する交流コロナ放電方式によりイオンを発生させるようにすると、正イオンと負イオンとが周期的に発生することになる。
　正イオン量と負イオン量を同時に測定するようにした正負イオン量測定装置が特許文献１に記載され、イオン化された空気の中に含まれるイオン量を測定するようにした除電装置が特許文献２に記載されている。
特開２００１－１３１０９号公報 特開２００５－１６６２６８号公報
　特許文献１に記載された正負イオン量測定装置は、対となった電極筒と集電極とを有する２対の検出器を有し、一方の検出器でイオン化空気中の正イオン数に対応した電流値を測定し、他方の検出器で負イオン数に対応した電流値を測定することにより、イオン化空気中の正イオンと負イオンの量を測定するようにしている。このイオン量測定装置は、イオン生成装置の性能を試験するための測定装置であり、イオン生成装置により生成されたイオン化空気中の全てのイオン数に対応した電流値により正イオン量と負イオン量とを測定するようにしている。このように、特許文献１のイオン量測定装置は、イオン化空気中のイオンが全て測定のために使用されることになるので、実際にイオン生成装置が使用されているときには、イオン化空気中のイオン量を測定することができない。
　一方、特許文献２に記載された除電装置においては、イオン化空気を中空状のコイルに通過させてコイルに電流を流すようにし、コイルに流れる電流によりコイルに発生する磁界を検出することにより、イオン量を測定するようにしている。しかしながら、イオン化空気中に含まれるイオン量は微弱であり、コイルに流れる電流によりイオン量を高精度に測定することはできない。
　本発明の目的は、イオン化空気中のイオン量を高精度で測定し得るようにすることにある。
　本発明の他の目的は、イオン化空気を被除電部材に吹き付けながらイオン化空気中のイオン量を高精度で測定し得るようにすることにある。
　本発明のイオン量測定装置は、イオン化空気中のイオン量を電極により測定するイオン量測定装置であって、前記電極の長さをl、空気の流速をU、前記電極に流れる検出電流をＩｍ、時定数をτとし、搬送イオン電流I０を
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
により算出することを特徴とする。
　本発明のイオン量測定装置は、前記電極はイオン化空気が通過する通過孔が形成された円筒電極であることを特徴とする。本発明のイオン量測定装置は、放電電極および当該放電電極との間でイオン生成空間を形成する対向電極を有し、前記放電電極と前記対向電極に交流電圧を印加してコロナ放電により前記イオン生成空間の空気をイオン化するイオン生成器を有し、前記イオン生成空間から噴出されたイオン化空気が通過する前記電極の長さは、前記イオン生成空間において生成される正イオン群の発生期間と負イオン群の発生期間との間のイオン群間期間と空気の流速とにより求められるイオン群間距離よりも短い長さであることを特徴とする。本発明のイオン量測定装置は、イオン化空気の流速を検出する流速検出手段を有することを特徴とする。本発明のイオン量測定装置は、それぞれイオン化空気中のイオン量を測定するとともに相互にイオン化空気の流れ方向にずらして配置される第１と第２の電極を有し、前記第１の電極に流れる検出電流と、前記第２の電極に流れる検出電流との検出電流の検出時間差により空気の速度を算出することを特徴とする。本発明のイオン量測定装置は、空気の流速を設定する流速設定手段を有することを特徴とする。
　本発明によれば、イオン化空気中のイオンにより電極に流れる電流を検出し、電極の長さと空気の流速と時定数により求められる変換係数を検出電流に積算することにより搬送イオン電流が求められ、搬送イオン電流に応じた搬送イオン量を高精度に演算することができる。これにより、イオン化空気を被除電部材に吹き付けながら搬送イオン量を高精度に演算することができる。
　本発明によれば、放電電極と対向電極との間でイオン生成空間が形成されるイオン生成器から被除電部材にイオン化空気を吹き付けながらイオン化空気中の搬送イオン量を測定することができる。検出電流を測定するための電極の長さを、イオン化空間において生成される正イオン群の発生期間つまり発生時間と負イオン群の発生期間との間のイオン群間期間と空気の流速とにより求められるイオン群間距離よりも短い長さに設定することにより、搬送イオン量を高精度に測定することができる。
　空気の流速は、電極に供給される空気の流速を検出するようにしても良く、予め一定の流速で電極に空気を供給するようにしても良い。また、電極を２つ配置して両方の電極による電流の検出時間差によって流速を検出するようにしても良い。
本発明の一実施の形態であるイオン量測定装置を示す断面図である。 イオン生成器に供給される印加電圧と、それに応じたイオン群の発生状態を示すタイムチャートである。 イオン生成空間における正イオン群と負イオン群の発生周期を示すタイムチャートである。 図１に示されたイオン量測定装置の基本構造を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態であるイオン量測定装置の基本構造を示す概略図である。 （Ａ）はイオン量測定装置により円筒電極の長さを相違させて正イオンのイオン電流を検出した場合における検出電流の変化を示すイオン電流特性線図であり、（Ｂ）は負イオンの電流を検出した場合における検出電流の変化を示すイオン電流特性線図である。 印加電圧の周波数を相違させた場合におけるイオン群の長さとイオン群間距離との関係を示す表である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１にはイオン量測定装置が装着されたノズル型のイオン生成器１０が示されている。このノズル型のイオン生成器１０は放電電極１１が組み込まれたノズル１２を有し、ノズル１２は放電電極１１と同様に導電性材料により形成されて対向電極を構成している。放電電極１１は樹脂等の絶縁材料からなるホルダー１３に取り付けられ、ホルダー１３にはノズル１２が取り付けられている。
　ノズル１２内にはイオン生成空間１４が形成されており、このイオン生成空間１４にはホルダー１３に形成された空気供給ポート１５から空気が供給されるようになっている。放電電極１１とノズル１２は交流高圧電源１６に電気的に接続されており、交流高圧電源１６から放電電極１１と対向電極であるノズル１２とに交流高電圧を印加すると、放電電極１１の先端部に沿ってイオン生成空間１４内を流れる空気はコロナ放電によりイオン化される。イオン化空気はノズル１２の先端の噴出口１７から下流側に噴出される。空気供給ポート１５には、空気圧源１８から流路１９により圧縮空気が供給される。
　ノズル１２の先端部にはイオン量測定装置２０が装着されており、イオン生成器１０から被除電部材にイオン化空気が吹き付けられている状態のもとで、常にイオン化空気中のイオン量を測定することができる。ただし、イオン量測定装置２０をノズル１２に対して着脱自在とし、イオン生成器１０にその組立製造時やメンテナンス時等にイオン量測定装置２０を装着して、ノズル１２から試験的に噴出されるイオン化空気中のイオンを測定するようにしても良い。
　イオン量測定装置２０はノズル１２に装着されるケース体２１を有している。このケース体２１は導電性材料により形成され、円筒部２１ａとその両端部に設けられた端板部２１ｂ，２１ｃとを有している。ケース体２１はアース線により接地されており、一方の端板部２１ｂがノズル１２の先端部に装着される。ケース体２１の内部には導電性材料からなる円筒電極２２が配置されており、円筒電極２２は噴出口１７から噴出されたイオン化空気が通過する通過孔２３を有し、この通過孔２３は噴出口１７と同軸となっている。円筒電極２２の両端面には絶縁材料からなる環状の支持板２４，２５が突き当てられており、それぞれの支持板２４，２５の外周面はケース体２１の内周面に当接している。ケース体２１の端板部２１ｂと支持板２４との間にはスペーサ２６が配置され、端板部２１ｃと支持板２５との間にはスペーサ２７が配置されている。それぞれのスペーサ２６，２７は導電材料により形成されており、通過孔２３に対応した通過孔２６ａ，２７ａを有している。ただし、それぞれのスペーサ２６，２７を絶縁材料により形成するようにしても良い。
　下流側のスペーサ２７の下流側端部は端板部２１ｃに固定されており、下流側端部の開口部は被除電部材に対してイオン化空気を噴射する噴射口２８となっている。これにより、イオン生成空間１４に供給された空気はイオン生成空間１４においてコロナ放電によりイオン化され、イオン化空気はイオン量測定装置２０内の円筒電極２２の通過孔２３にスペーサ２６の通過孔２６ａを介して流入した後に、スペーサ２７の通過孔２７ａの噴射口２８から外部に噴出される。
　イオン化空気を案内する通過孔２３が形成された金属製つまり導電性を有する円筒電極２２と、この円筒電極２２が組み込まれるとともに円筒電極２２に対して電気的に絶縁された金属製つまり導電性を有し接地されたケース体２１とにより、ファラディーケージの機能を有する測定器本体２９が構成されている。イオン化空気が円筒電極２２の通過孔２３内を流れると、円筒電極２２にイオン電流が流れる。
　ケース体２１と円筒電極２２にはそれぞれケーブル３１，３２により電流検出器３３に接続されている。円筒電極２２の電位を測定系のインピーダンスで割ることにより、電流検出器３３によってイオン化空気中のイオン量に応じたイオン電流が検出される。検出されたイオン電流つまり検出電流に基づいてイオン生成空間１４において生成され通過孔２３まで搬送された搬送イオン量が演算部３４において演算され、演算結果は表示部３５に表示される。イオン生成空間１４から円筒電極２２の通過孔２３に流れるイオン化空気の流速を測定する流速測定手段として流速検出器３６が流路１９に設けられており、流速検出器３６からの信号はケーブル３７により演算部３４に送られるようになっている。ただし、流速検出器によりイオン生成空間１４内の流速または円筒電極２２内の流速を直接検出するようにしても良い。
　図２はイオン生成器の放電電極と対向電極に供給される印加電圧と、それに応じたイオン群の発生状態を示すタイムチャートである。放電電極１１と対向電極としてのノズル１２に交流電圧を印加してコロナ放電により空気をイオン化させると、イオン生成空間１４には正イオン群と負イオン群とが交互に生成されることになる。それぞれのイオン群は、イオン生成空間１４を流れる空気によって一定の長さｌ１となるとともに、正イオン群と負イオン群は一定のイオン群間距離ｌ２を隔てて連なった状態となる。
　イオン生成器１０に供給される印加電圧のピーク値を±Ｖ０、波形を正弦波交流とすれば印加電圧はＶ０sinθで表される。その周波数をｆとし、放電開始終了電圧を±Ｖ１とし、イオン空気の流速をＵとし、イオン群の発生期間つまり発生時間をｔ１とし、イオン群間期間をｔ２とすると、イオン群長さｌ１は、ｌ１＝Ｕｔ１により求められ、イオン群間距離ｌ２は、ｌ２＝Ｕｔ２により求められる。
　図２において、θ１を正の放電開始角、θ２を正の放電終了角、θ３を負の放電開始角、θ４を負の放電終了角とすると、
　　　　Ｖ１＝Ｖ０sinθ１
　　　　sinθ１＝Ｖ１／Ｖ０
　　　　θ１＝sin-1（Ｖ１／Ｖ０）
となるので、イオン群間期間ｔ２は、
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
により求められ、イオン群間距離ｌ２は以下の式(2)により求められる。
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　なお、印加電圧の周期Ｔの値は、周波数ｆから求められる。
　このように、イオン群間距離ｌ２は印加電圧の電圧±Ｖ０、放電開始終了電圧を±Ｖ１、印加電圧の周期Ｔ、およびイオン化空気の流速Ｕにより求められ、正イオン群と負イオン群のイオン群長さｌ１についても同様の式により求められる。
　図１に示した円筒電極２２の通過孔２３の長さｌは、イオン群間距離ｌ２よりも短い長さに設定されている。
　この通過孔２３の長さｌをイオン群間距離ｌ２よりも長く設定すると、円筒電極２２内には正イオン群と負イオン群とが同時に流入した状態が発生することになる。このため、印加電圧の周波数ｆを高くすると、流速Ｕを変えなくとも、正イオン群と負イオン群の一方の極性のイオンが円筒電極２２に完全に捕集される前に、後方の逆極性のイオンが円筒電極２２により捕集されることになるので、搬送イオン量を測定することができない。これに対し、印加電圧の周波数ｆに応じて、円筒電極２２の長さｌをイオン群間距離ｌ２よりも短く設定すると、円筒電極２２には一方の極性のイオンが完全に捕集された後に他の極性のイオンが捕集されることになるので、円筒電極２２に流れる電流値に基づいて正確にイオン量を測定することができる。
　発明者等の実験により、イオン群が円筒電極２２の通過孔２３のようなチューブ内を流れる際における搬送イオン量の減衰が双曲線緩和法則と良い一致を示すことが判明している。つまり、円筒電極２２を流れる過程で双曲線緩和法則により徐々に電荷密度が減衰していると考えられる。
　図４は図１に示されたイオン量測定装置の基本構造を示す概略図であり、イオン量測定装置における電荷密度の減衰モデルによる双曲線緩和法則は以下の式により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　ただし、ρｉは初期電荷密度、ρは時間ｔにおける電荷密度、τは時定数を示す。また、時定数τは次式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　ここで、ε０は真空の誘電率、μはイオンの移動度を表す。式(3)の時間を距離で置き換えると以下のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　ただし、ｄは搬送距離、Ｕはイオン平均流速を示す。
　図４においては、イオン生成空間１４から搬送されるイオンの搬送イオン電流Ｉ０と、円筒電極２２により測定される検出電流Ｉｍと、円筒電極２２を通過して被除電部材に吹き付けられる除電電流Ｉとには、電流の連続から次のような関係がある。
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　それぞれのイオン電流は次にように表される。
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009

　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　ただし、ρ０は搬送イオン電流Ｉ０の電荷密度とする。
　電流の連続式(6)に式(7)と式(8)を代入すると、
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　式(5)の搬送距離ｄを電極長さｌに置き換えると、
　この式(9)のカッコは、式(5)により以下のように表される。
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　したがって、式(9)に示される検出電流Ｉｍは、式(10)により以下のように表される。
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　式(11)に示されるように、検出電流Ｉｍは空気の流速Ｕ等を一定とすると、円筒電極２２の長さによって変化することになる。印加電圧のピーク値を±４．５ｋＶ、印加電圧の周波数を１Hz、空気の流速Ｕを９０ｍ／ｓとした場合には、検出電流Ｉｍと円筒電極２２の長さとの関係は、式(11)により図６に示す特性線図のようになる。
　印加電圧を上述した条件として、円筒電極２２の長さを１，３，５，１０ｍｍと変化させて、正イオン群と負イオン群のそれぞれについてイオン電流（検出電流）Ｉｍを測定したところ、式(11)に示した理論式とほぼ一致することが確かめられた。
　したがって、円筒電極２２の長さを設定し、その長さと検出電流Ｉｍとの関係に基づいてイオン生成空間１４において生成された搬送イオンの搬送イオン電流Ｉ０を式(7)と式(11)から以下のようにして求めることができる。
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
　式(12)における右辺のＩｍを除いた値は、検出電流Ｉｍに積算することにより搬送イオン電流Ｉ０を求める変換係数であり、円筒電極２２の長さｌと、空気の流速Ｕと、時定数τとにより設定される一定値である。
　式(12)は以下のように表すことができる。
　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
　ただし、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
である。この式(13)に基づいて搬送イオン電流Ｉ０を演算するようにしても良い。
　このように、検出電流Ｉｍを電流検出器３３により検出し、演算部３４により式(12)により変換係数に基づいて搬送イオン電流Ｉ０を演算することにより、搬送イオン電流Ｉ０を求めることができる。しかも、検出電流Ｉｍと搬送イオン電流Ｉ０から被除電部材に吹き付けられる実際のイオン量をもイオン電流Ｉから求めることもできる。このように、電流検出器３３に流れる検出電流Ｉｍは搬送イオン電流Ｉ０の一部であり、一部の電流から搬送イオン量を演算することができるとともに、検出に消費された残りのイオンを被除電部材に吹き付けることができる。これにより、イオン生成器１０を作動させて被除電部材にイオン化空気を吹き付けながら、イオン生成器１０により生成されるイオン量を測定することができる。
　表示部３５には搬送イオン電流Ｉ０の値に応じた搬送イオン量が表示されることになるので、イオン化空気を被除電部材に吹き付けた状態のもとで、イオン生成器１０により生成されるイオン量を確認することができる。放電電極１１の摩耗等により放電性能が低下した場合には、表示部３５に表示される搬送イオン量によりイオン生成器１０の機能低下や異常発生が作業者に報知される。イオン生成器１０に機能低下が発生した場合には、ブザーや音声等により報知させるようにしても良い。
　図５に示すイオン量測定装置は、イオン化空気の流れ方向にずらして配置される第１の円筒電極２２ａと第２の円筒電極２２ｂとを有しており、それぞれの円筒電極２２ａ，２２ｂの検出信号は電流検出器３３に送られる。これにより、第１の円筒電極２２ａに流れる検出電流Ｉ’ｍと、第２の円筒電極２２ｂに流れる検出電流Ｉｍの時間差により空気の流速を算出することができる。このように、イオン化空気の流速Ｕは、流速検出器３６からの検出信号に基づいて算出するようにしても良く、２つの円筒電極２２ａ，２２ｂに送られる信号の時間差に基づいて算出するようにしても良い。さらに、イオン生成空間１４に供給される空気の流速を流量制御弁等により一定の流速に設定するようにしても良く、その場合には流速Ｕの値は図示しないメモリに格納され、メモリから演算部３４に速度信号が送られることになる。送られた速度信号に基づいて上述した搬送イオン電流Ｉ０が演算される。
　図７はイオン化空気の流速Ｕを９０ｍ／ｓとし印加電圧の周波数ｆを相違させた場合におけるイオン群長さｌ１とイオン群間距離ｌ２との関係を示す表である。例えば、印加電圧の周波数ｆを１０００Hzとすると、イオン群長さｌ１は２４．１ｍｍとなり、イオン群間距離ｌ２は２０．９ｍｍとなる。したがって、印加電圧の周波数を１０００Hzとする場合には、円筒電極２２の長さlは２０．９ｍｍ以下に設定される。他の周波数の印加電圧が使用される場合には、それぞれの周波数に応じて求められるイオン群間距離ｌ２よりも円筒電極２２の長さｌは短く設定される。
　ファラディーケージを構成する円筒電極２２の長さｌを、印加電圧の周波数と空気の流速Ｕとに基づいてイオン群間距離ｌ２よりも短く設定することにより、円筒電極２２を流れる電流は、正負の極性の一方の極性のみのイオン群に基づいた電流値となる。しかも、それぞれのイオン群の一部のイオンが円筒電極２２を流れる検出電流Ｉｍから搬送イオン電流Ｉ０を算出して搬送イオン量を求めるようにしたので、イオン生成空間１４において生成された搬送イオン量を高精度で測定することができるとともに、搬送イオン量を測定しながらイオン化空気を被除電部材に吹き付けることができる。
　本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１にはノズル型のイオン生成器１０を示すが、ファン型のイオン生成器により生成されるイオン化空気のイオン量を測定するためにも本発明のイオン量測定装置を適用することができる。
　このイオン量測定装置は、電子部品の製造や組立を行う電子部品の製造ラインに使用されるイオン生成装置からのイオン量を測定するために使用することができる。

Claims (6)

  1. 　イオン化空気中のイオン量を電極により測定するイオン量測定装置であって、
    　前記電極の長さをl、空気の流速をU、前記電極に流れる検出電流をＩｍ、時定数をτとし、搬送イオン電流I０を
    　　　　　
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

    により算出することを特徴とするイオン量測定装置。
  2. 　請求項１記載のイオン量測定装置において、前記電極はイオン化空気が通過する通過孔が形成された円筒電極であることを特徴とするイオン量測定装置。
  3. 　請求項１または２記載のイオン量測定装置において、放電電極および当該放電電極との間でイオン生成空間を形成する対向電極を有し、前記放電電極と前記対向電極に交流電圧を印加してコロナ放電により前記イオン生成空間の空気をイオン化するイオン生成器を有し、前記イオン生成空間から噴出されたイオン化空気が通過する前記電極の長さは、前記イオン生成空間において生成される正イオン群の発生期間と負イオン群の発生期間との間のイオン群間期間と空気の流速とにより求められるイオン群間距離よりも短い長さであることを特徴とするイオン量測定装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のイオン量測定装置において、イオン化空気の流速を検出する流速検出手段を有することを特徴とするイオン量測定装置。
  5. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のイオン量測定装置において、それぞれイオン化空気中のイオン量を測定するとともに相互にイオン化空気の流れ方向にずらして配置される第１と第２の電極を有し、前記第１の電極に流れる検出電流と、前記第２の電極に流れる検出電流との検出電流の検出時間差により空気の速度を算出することを特徴とするイオン量測定装置。
  6. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のイオン量測定装置において、空気の流速を設定する流速設定手段を有することを特徴とするイオン量測定装置。
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