WO2012029349A1 - イオン生成装置 - Google Patents

Abstract

　イオン生成装置（１０ａ）は対向電極としての放出ヘッド（１８）と放電電極（１６）とを有し、コロナ放電を発生させて空気イオンを生成する。空気供給路（１１）が形成された基台（１２）には放電電極（１６）を保持するノズル（１４）が取り付けられ、ノズル（１４）には放電電極（１６）の尖端部（１６ｂ）を露出させる露出面（２４）とテーパ面（２５）とが形成されている。空気供給路（１１）に連通する空気案内孔（２６）がノズル（１４）に形成され、空気案内孔（２６）の噴出口はテーパ面（２５）に開口している。噴出口から噴出される圧縮空気はテーパ面（２５）に沿って変位しノズル（１４）の周囲の外部空気を巻き込んで放電電極（１６）の前方に向けて噴射される。

Description

イオン生成装置

　本発明はコロナ放電によりイオン化された空気イオンを被除電部材に吹き付けるようにしたイオン生成装置に関する。

　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ために、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することができる。

　このような用途に使用されるイオン生成装置は、特許文献１～３に記載されるように、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高電圧を印加し、放電電極の尖端部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。

　特許文献１に記載されたイオン生成装置においては、放電電極が組み込まれた筐体の空気放出口から放出される空気イオンを導管によりイオン生成装置から離れた位置の被除電部材に供給するようにしている。特許文献２，３に記載されたイオン生成装置においては、放電電極が組み込まれたノズルから直接空気イオンを被除電部材に吹き付けるようにしている。

特開２０００－１３８０９０号公報 特開２００４－２２８０６９号公報 特開２００６－４０８６０号公報

　特許文献１，２に記載されるイオン生成装置においては、空気供給源から筐体に供給されてイオン化された空気のみを被除電部材に吹き付けるようにしている。特許文献３に記載されるイオン生成装置においては、空気供給源からノズルに供給されてイオン化されて噴出口から噴出される空気に加えて、噴出口から噴出される空気の流れにより外部空気を巻き込んで被除電部材に空気イオンを吹き付けるようにしている。このように、噴出口から噴出される空気イオンの流れにより外部空気を巻き込むようにすると、空気圧源から供給される圧縮空気の量よりも多量の空気イオンを被除電部材に吹き付けることが可能となり、除電効果を高めることができる。

　噴出口から噴出される空気イオンの流れによる外部空気の取り込み量を増加させるには、ノズルに空気供給源から供給する圧縮空気の流量や圧力を高める必要がある。流量や圧力を高くすると、空気供給のためのエネルギーの消費量が多くなる。このため、効率的に空気イオンを生成するには、ノズルに空気供給源から供給する圧縮空気の供給量を高めることなく、空気圧源からの噴出空気により多量の外部空気を巻き込むことができるようにする必要がある。

　本発明の目的は、多量の外部空気を巻き込み得るようにしてイオン生成装置の除電効果を高めることにある。

　本発明のイオン生成装置は、放電電極と当該放電電極に近接して設けられる対向電極とを有し、前記両電極間に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させて空気イオンを生成するイオン生成装置において、前記放電電極を保持するとともに前記放電電極の尖端部を露出させる露出面と当該露出面から外周面に向けて基端部側に傾斜したテーパ面とが形成されたノズルを有し、前記空気供給路に連通する空気案内孔を前記ノズルに形成するとともに前記空気案内孔の噴出口を前記テーパ面に開口させて形成し、前記噴出口から噴出されて前記テーパ面に沿って前記放電電極の前方に向けて変位する空気流により前記ノズル周囲の外部空気を巻き込むことを特徴とする。

　本発明のイオン生成装置は、補助空気案内孔を前記ノズルに形成し、前記補助空気案内孔から前記放電電極の周囲に空気を供給することを特徴とする。本発明のイオン生成装置は、前記ノズルを覆う放出ヘッドを有し、当該放出ヘッドに空気イオンを放出する放出孔と外部空気を取り込む空気導入孔とを形成することを特徴とする。本発明のイオン生成装置は、前記放出ヘッドを導電性材料により形成し、前記放出ヘッドを前記対向電極とすることを特徴とする。

　本発明のイオン生成装置は、前記空気導入孔に連通する空気導入ポートが形成された空気供給ジョイント部材を前記放出ヘッドに装着し、前記空気導入ポートから前記ノズルの周囲に外部空気を供給することを特徴とする。本発明のイオン生成装置は、前記放電電極の尖端を前記露出面とほぼ同一面に配置することを特徴とする。本発明のイオン生成装置は、前記放電電極の尖端を前記露出面よりも突出させることを特徴とする。

　本発明によれば、空気案内孔の噴出口がノズルのテーパ面に開口しているので、噴出口から噴出される圧縮空気はテーパ面に沿って流れる。テーパ面に沿って流れる空気流にノズルの周囲の外部空気が巻き込まれることになる。これにより、外部の巻き込み空気量が増幅されて空気案内孔に供給する圧縮空気の流量を増加することなく、多量の外部空気が増幅されて巻き込まれることになり、被除電部材に対する除電効果を高めることができる。

　ノズルに補助空気案内孔を形成し、この補助空気案内孔から放電電極に沿って圧縮空気を案内するようにすると、外部空気の巻き込みによる放電電極の尖端部への異物付着を防止できる。放電電極の尖端部をノズルの先端面よりも突出させても、空気案内孔の噴出口から噴出される圧縮空気がテーパ面に沿って流れ放電電極を包み込むので、放電電極の尖端部に異物が付着することを防止できる。放電電極の尖端部に異物が付着するのを防止できると、放電電極のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。

　ノズルから噴出された圧縮空気を放出する放出孔が形成された放出ヘッドをノズルを覆うように配置し、放出ヘッドを対向電極とすると、放出ヘッドの放出孔によりイオン生成室が形成される。イオン生成室としての放出孔に圧縮空気とこれにより増幅された巻き込み空気とが供給され、巻き込む空気を含めてイオン化することができる。

本発明の一実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 図１におけるII－II線断面図である。 図１におけるIII部の拡大断面図である。 本発明の他の実施の形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 図４におけるＶ－Ｖ線断面図である。 図４におけるVI部の拡大断面図である。 本発明の効果を測定する形態であるイオン生成装置を示す断面図である。 比較例としてのイオン生成装置を示す断面図である。 図７に示したイオン生成装置の流量特性線図である。 図８に示した比較例としてのイオン生成装置の流量特性線図である。 図７に示したイオン生成装置の増幅流量と図８に示した比較例としてのイオン生成装置の増幅流量とを比較して示す流量特性線図である。

　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。それぞれの実施の形態においては、共通性を有する部材には同一の符号が付されている。

　図１～図３に示されるイオン生成装置１０ａは、空気供給路１１が形成された樹脂製の基台１２を有している。この空気供給路１１には図示しないコンプレッサ等からなる空気供給源がホースや配管により接続されるようになっている。基台１２には空気供給路１１に連通する連通孔１１ａが形成されており、連通孔１１ａは基台１２のヘッド装着面１１ｂに開口している。基台１２には連通孔１１ａに対応させて連通孔１１ａよりも大径の内径となった円筒形状の支持筒体１３が設けられている。この支持筒体１３の内側には絶縁性を有する樹脂製のノズル１４の基端部が嵌合され、ノズル１４は支持筒体１３に装着される。ノズル１４と支持筒体１３との間はシール材１５によりシールされている。

　ノズル１４の中心部には棒状の放電電極１６が保持されるようになっている。基台１２には高電圧給電部材１７が組み込まれており、ノズル１４を支持筒体１３に装着すると、放電電極１６は高電圧給電部材１７に接触して高電圧給電部材１７に電気的に接続される。

　支持筒体１３の外側には放出ヘッド１８が装着される。この放出ヘッド１８は導電性材料により形成されており、放電電極１６に対して近接して配置される対向電極となっている。放出ヘッド１８には図示しない高電圧給電部材が接続されるようになっており、放電電極１６と放出ヘッド１８との間に交流高電圧を印加すると、放電電極１６の尖端の回りにコロナ放電が発生して周囲の空気がイオン化される。

　放出ヘッド１８は支持筒体１３に嵌合される円筒部１８ａとこれの先端に一体となった先端壁部１８ｂとを有している。先端壁部１８ｂにはイオン化された空気イオンを放出するための放出孔１９が形成され、円筒部１８ａには空気導入孔２０が形成されている。この空気導入孔２０は円筒部１８ａの内側に形成される空気増幅室２１に連通しており、外部の空気が空気導入孔２０を介して空気増幅室２１に供給される。

　図１に示す基台１２には１つの放出ヘッド１８が示されているが、基台１２にその長手方向に一定間隔毎に複数の放出ヘッド１８を装着すると複数の放電電極１６を有する形態のイオン生成装置となる。基台１２に取り付けられるノズル１４の数は任意に設定される。空気供給路１１の図１における一方の端部は閉塞され、他方の端部には空気供給用のホースや配管が接続されることになる。

　図３に示されるように、放電電極１６には小径部１６ａが形成され、この小径部１６ａはノズル１４に形成された取付孔２２に嵌合されている。小径部１６ａの両端部に形成された段部がノズル１４の径方向面に当接して放電電極１６のノズル１４に対する軸方向位置が設定される。ノズル１４には取付孔２２よりも大径の収容孔２３が形成され、この収容孔２３の先端部はノズル１４の先端面の中央部に形成された径方向の露出面２４に開口している。放電電極１６の尖端は露出面２４とほぼ同一面の位置となっており、この露出面２４により放電電極１６の尖端部１６ｂがノズル１４の外部に露出される。

　ノズル１４の先端面には露出面２４の外周エッジからノズル１４の外周面に向けてノズル１４の基端部側に後退するように傾斜したテーパ面２５が形成されている。テーパ面２５の傾斜角度θは約２５度となっている。ノズル１４には連通孔１１ａを介して空気供給路１１に連通する空気案内孔２６が形成されている。この空気案内孔２６は一端が連通孔１１ａを介して空気供給路１１に連通し、他端がテーパ面２５に開口している。空気案内孔２６のテーパ面２５に開口した部分は、空気供給路１１から供給された空気をノズル１４の前方に噴出する噴出口２７となっている。噴出口２７の内径は、空気案内孔２６の内径よりも小さくなっており、空気供給路１１から連通孔１１ａを介して空気案内孔２６に流入した空気は絞られてノズル１４の前方に噴出する。

　空気案内孔２６に加えて、ノズル１４には空気案内孔２６と放電電極１６との間に位置させて補助空気案内孔２８が形成されている。この補助空気案内孔２８の基端部側の開口部は連通孔１１ａを介して空気供給路１１に連通し、先端部側の開口部はノズル１４の先端の露出面２４に対向している。したがって、空気供給路１１から連通孔１１ａを介して補助空気案内孔２８に流入した空気は、収容孔２３内の放電電極１６に沿って流れて露出面２４からノズル１４の前方に噴出する。このように、補助空気案内孔２８から噴出される空気は放電電極１６に沿って流れることになる。

　空気案内孔２６は図１に示されるように、基台１２の長手方向に沿う断面に２つ形成され、図２に示されるように基台１２の横方向に沿う断面に２つ形成されており、合計４つ形成されている。空気導入孔２０も空気案内孔２６に対応させて４つ形成されている。ただし、空気案内孔２６および空気導入孔２０の数は４つずつに限られることなく、任意の数に設定することができる。それぞれの噴出口２７の径方向外方側の内周面と放電電極１６との間の距離Ｒ１は、図３に示されるように、放出孔１９の半径Ｒ２よりも小さく設定されている。それぞれの噴出口２７から噴出された空気は放出孔１９を介して外部に放出される。

　それぞれの噴出口２７から噴出された空気の一部は、そのまま直進することなく、テーパ面２５に付着するように拡散して流れ放電電極１６の前方に向けて変位する空気流となる。この空気流は、径方向中心部に向かう空気流となるので、空気増幅室２１内におけるノズル１４の周囲の外部空気を巻き込む特性を有している。これにより、空気増幅室２１内の空気は、放電電極１６の前方に向けて拡散する空気流に巻き込まれることになる。空気導入孔２０から巻き込まれた（取り込まれた）外部（周囲）の空気が放電電極１６とその尖端部１６ｂに接触することがない。したがって、尖端部１６ｂに外部空気の異物が付着することがない。

　このように、テーパ面２５に噴出口２７を形成すると、テーパ面２５に沿って拡散して放電電極１６の前方に向けて流れる空気流により外部空気が吸引されることになるので、空気供給路１１に供給される圧縮空気の流量や圧力を高めることなく、多量の空気を放出孔１９に向けて供給することができる。テーパ面２５の傾斜角度θとしては、上述した２５度に限られることはなく、傾斜角度θを２０度以上に設定すれば、噴出口２７から噴射された圧縮空気をテーパ面２５に沿って拡散させて放電電極１６の前方に向けて空気流を変位させることができる。

　放出ヘッド１８の放出孔１９には、空気案内孔２６と補助空気案内孔２８とから噴射された圧縮空気と、空気案内孔２６の噴出口２７から噴射された圧縮空気に吸引された外部空気とが噴射されることになる。これにより、放出孔１９内に噴射された空気は、放出孔１９内において、放電電極１６の尖端部１６ｂの回りに発生するコロナ放電によりイオン化されることになる。このように、放出孔１９は増幅された空気を含めて通過する空気をイオン化するイオン生成室を形成することになる。

　図４～図６に示すイオン生成装置１０ｂにおいては、放電電極１６の尖端部１６ｂがノズル１４の露出面２４よりも前方に突出しており、図１～図３に示したイオン生成装置１０ａにおける補助空気案内孔２８はノズル１４には設けられていない。放電電極１６の尖端部１６ｂが径方向の露出面２４よりも前方に突出しているので、空気案内孔２６の噴出口２７から噴出してテーパ面２５に沿って拡散する圧縮空気が放電電極１６の尖端部１６ｂに沿って流れることになり、放電電極１６の尖端部１６ｂに異物が付着することが防止される。

　図４～図６に示されるイオン生成装置１０ｂにおいても、それぞれの噴出口２７から噴出された空気は、テーパ面２５に沿って拡散して放電電極１６の前方に向けて変位する空気流となる。これにより、放出ヘッド１８内の空気増幅室２１内におけるノズル１４の周囲の空気は、放電電極１６の前方に向けて拡散する空気流に巻き込まれて吸引されることになる。したがって、空気供給路１１に供給される圧縮空気の流量や圧力を高めることなく、多量の空気を放出孔１９に向けて供給することができる。放出孔１９内に流入した空気は、イオン生成室としての機能を有する放出孔１９内においてイオン化される。

　図７に示すイオン生成装置１０ｃは、図４～図６に示したイオン生成装置１０ｂと基本構造は同一であり、イオン生成装置１０ｃにおいては、放出ヘッド１８の円筒部１８ａの外側に環状の空気供給ジョイント部材３１が装着されるようになっている。空気供給ジョイント部材３１の内周面には空気導入孔２０に対応させて環状の連通溝３２が形成されるとともにこの連通溝３２に連通する空気導入ポート３３が形成されている。空気導入ポート３３には外部空気を案内する外部空気案内用のホースや配管が接続されるようになっている。空気導入ポート３３に供給される外部空気をフィルタにより清浄化することにより異物を含まない清浄な空気を空気導入孔２０から空気増幅室２１に供給することができる。連通溝３２の軸方向の両側には空気供給ジョイント部材３１と放出ヘッド１８との間をシールするためのシール材３４が装着されている。

　上述したそれぞれのイオン生成装置１０ａ～１０ｃにおいては、ノズル１４の先端に形成されたテーパ面２５に噴出口２７が開口している。したがって、噴出口２７から噴出された圧縮空気の一部は、そのまま前方に直進することなく、テーパ面２５に付着するように拡散して流れることになるので、空気増幅室２１内におけるノズル１４の周囲の外部空気を巻き込む方向の径方向中心部に向かう空気流となる。これにより、噴射された圧縮空気が外部空気を多量に吸引することになり、噴射空気に多量の外部空気が巻き込まれて放出孔１９に供給されることになる。

　図８は比較例として示すイオン生成装置１０ｄであり、この場合には空気案内孔２６の噴出口２７が径方向の露出面２４に開口されており、他の構造は図７に示したイオン生成装置１０ｃと同様である。

　図９は図７に示したイオン生成装置１０ｃに空気供給路１１から圧縮空気を供給した場合における放出孔１９から噴出される空気流量を示す本発明の流量特性線図である。一方、図１０は図８に示した比較例としてのイオン生成装置１０ｄに圧縮空気を供給した場合における比較例の流量特性線図を示す。それぞれの流量特性は、空気供給路１１に供給される圧縮空気の消費流量を流量計により測定した結果と、空気導入ポート３３に接続された配管内を流れる吸引空気の増幅流量を流量計により測定した結果とを示す。横軸の圧力は、空気供給路１１に供給される圧縮空気の圧力である。それぞれの測定に用いた噴出口２７の内径は０．３ｍｍであり、空気案内孔２６をノズル１４に２つ形成した。

　図９に示すように、空気案内孔２６の噴出口２７をテーパ面２５に開口させるようにした本発明のイオン生成装置１０ｃにおいては、圧縮空気の供給流量つまり消費流量を増加させると、約0.25MPaまでは消費流量よりも増幅流量が多くなった。それよりも消費流量を高めると、消費流量よりも増幅流量が低下する傾向があったが、図１０に示す比較例としてのイオン生成装置１０ｄにおける流量特性とを比較すると、大幅な流量増加特性となっていることが判明した。図１１は図９に示された本発明のイオン生成装置１０ｃの増幅流量と、図１０に示された比較例としてのイオン生成装置１０ｄの増幅流量とを比較して示す流量特性線図である。

　図８に示した比較例としてのイオン生成装置１０ｄにおいては、噴出口２７が径方向の露出面２４に開口されているので、噴出空気による外部空気の巻き込み効果が充分でないのに対し、本発明のイオン生成装置１０ａ～１０ｃにおいては、ノズル１４の先端に形成されたテーパ面２５に噴出口２７が開口されているので、噴出口２７から噴出された圧縮空気により空気増幅室２１内におけるノズル１４の周囲の外部空気が巻き込まれて、放出孔１９から多量の空気を噴出することができることが確認された。これにより供給源から空気供給路１１に供給する圧縮空気の流量を高めることなく、被除電部材に多量の空気イオンを吹き付けることが可能となり、除電効果を高めることが可能となった。

　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、対向電極としての放出ヘッド１８の放出孔１９の内面にセラミック等の絶縁性のスリーブを組み付けるようにしても良い。

　本発明のイオン生成装置は、電子部品の製造や組立を行う製造ラインにおいて電子部品等に帯電した静電気を除去するために適用される。

Claims (7)

1. 　放電電極と当該放電電極に近接して設けられる対向電極とを有し、前記両電極間に交流高電圧を印加してコロナ放電を発生させて空気イオンを生成するイオン生成装置であって、
   　前記放電電極を保持するとともに前記放電電極の尖端部を露出させる露出面と当該露出面から外周面に向けて基端部側に傾斜したテーパ面とが形成されたノズルを有し、
   　前記空気供給路に連通する空気案内孔を前記ノズルに形成するとともに前記空気案内孔の噴出口を前記テーパ面に開口させて形成し、
   　前記噴出口から噴出されて前記テーパ面に沿って前記放電電極の前方に向けて変位する空気流により前記ノズル周囲の外部空気を巻き込むことを特徴とするイオン生成装置。
2. 　請求項１記載のイオン生成装置において、補助空気案内孔を前記ノズルに形成し、前記補助空気案内孔から前記放電電極の周囲に空気を供給することを特徴とするイオン生成装置。
3. 　請求項１または２記載のイオン生成装置において、前記ノズルを覆う放出ヘッドを有し、当該放出ヘッドに空気イオンを放出する放出孔と外部空気を取り込む空気導入孔とを形成することを特徴とするイオン生成装置。
4. 　請求項３記載のイオン生成装置において、前記放出ヘッドを導電性材料により形成し、前記放出ヘッドを前記対向電極とすることを特徴とするイオン生成装置。
5. 　請求項３記載のイオン生成装置において、前記空気導入孔に連通する空気導入ポートが形成された空気供給ジョイント部材を前記放出ヘッドに装着し、前記空気導入ポートから前記ノズルの周囲に外部空気を供給することを特徴とするイオン生成装置。
6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のイオン生成装置において、前記放電電極の尖端を前記露出面とほぼ同一面に配置することを特徴とするイオン生成装置。
7. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のイオン生成装置において、前記放電電極の尖端を前記露出面よりも突出させることを特徴とするイオン生成装置。

Images