(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で、放電電極に印加する正極性と負極性の電圧を制御し、正と負のイオンのバランスを制御することができるイオン発生器を提供する。【解決手段】イオン発生器において、一次側に交流電圧が印加されるトランスＴ１の二次側にコンデンサＣ１にて容量結合した放電電極３を接続し、並列にダイオードＤ１とＤ２が接続され、このダイオードと直列接続したスイッチＳＷ１およびＳＷ２を開閉することにより正負イオンの量を制御する。このスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２を開にして負極側にずれた電圧を放電電極３に印加して負イオンを発生させ、逆にスイッチＳＷ２を閉、スイッチＳＷ１を開にして正極側にずれた電圧を放電電極３に印加して正イオンを発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側に交流電圧が印加されるトランスと、
前記トランスの二次側に容量結合により接続された放電電極と、
前記トランスの二次側および前記容量結合部分と並列に接続された順方向のダイオードと直列に接続された第１のスイッチおよび逆方向のダイオードと直列に接続された第２のスイッチと、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチに接続され、正負イオンバランスを制御するために前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの開閉を制御する制御回路とを有し、
前記第１、第２のスイッチを開閉して正極側または負極側にずれた交流電圧波形を発生させ、この正極側または負極側にずれた交流電圧波形を前記放電電極に印加して正イオンまたは負イオンを発生させる、ことを特徴とするイオン発生器。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン発生器において、
さらに、対象物の帯電状態を感知する静電気センサーを有することを特徴とするイオン発生器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオン発生器において、
前記トランスは、昇圧トランスからなることを特徴とするイオン発生器。
【請求項４】
請求項１または２に記載のイオン発生器において、
前記トランスは、圧電トランスからなることを特徴とするイオン発生器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン発生器において、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのそれぞれは、リレーからなることを特徴とするイオン発生器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン発生器において、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのそれぞれは、半導体リレーからなることを特徴とするイオン発生器。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン発生器において、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのそれぞれは、複数個を直列に接続した半導体リレーからなり、
前記半導体リレーは、発光素子および光電素子を内蔵したパワーＭＯＳＦＥＴからなることを特徴とするイオン発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン発生器に関し、特に、対象物の静電気を除去する静電気除去機器などに用いられるイオン発生器に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討したところによれば、イオン発生器は、摩擦帯電、剥離帯電、誘導帯電などにより対象物に発生する静電気を除去する静電気除去機器などに用いられる。特に、エレクトロニクス産業では、半導体、電子デバイスの静電気破壊、液晶・ウエハ・ディスクなどの浮遊塵埃によるデバイス不良を防ぐために用いられる。このようなイオン発生器に関しては、例えば、特許文献１〜４に記載される技術などが挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、昇圧トランスの二次巻線の一端を放電電極に接続し、この二次巻線の他端を、この二次巻線に正方向電流を流すための第１のトランジスタと負方向電流を流すための第２のトランジスタとの並列回路を介して接地し、制御回路により第１および第２のトランジスタのベース電流を増減させて昇圧トランスの二次電流を増減させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、直流電源に２つのスイッチのそれぞれを介して正極性の高電圧発生回路と負極性の高電圧発生回路を接続し、正極性の高電圧発生回路と負極性の高電圧発生回路の出力端子間に放電電極を接続し、各高電圧発生回路は２つのトランスのそれぞれと２つの倍電圧整流回路のそれぞれにより構成される技術が開示されている。さらに、特許文献３には、前記特許文献２の２つのスイッチに加えて、正極性の高電圧発生回路と負極性の高電圧発生回路の出力端子間に接続された２つの抵抗のそれぞれに並列にスイッチが接続され、これらの４つのスイッチを制御する技術が記載されている。また、特許文献４には、正極性の高電圧発生回路と負極性の高電圧発生回路のそれぞれにスイッチを設け、このスイッチを制御する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２６４０９７号公報
【特許文献２】特開２０００−５８２９０号公報
【特許文献３】特開２００４−６３４３１号公報
【特許文献４】特開２００８−１２３９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記のようなイオン発生器に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００６】
例えば、前記特許文献１の技術では、制御回路は、放電電極から発生する正負イオン量に応じて第１および第２のトランジスタのベース電流を増減させて昇圧トランスの二次電流を増減させることによって、正負のイオンバランスを調整している。しかし、前記特許文献１の技術では、イオン発生器自体の放電電極から発生する正負イオン量を検出しており、イオン発生器とは異なる対象物の帯電状態を感知し、この帯電状態に応じて制御するものではない。さらに、第１および第２のトランジスタのベース電流を増減させて昇圧トランスの二次電圧の波高値を制御しており、電圧波形そのものを正極側または負極側にずらすものではない。
【０００７】
また、前記特許文献２〜４の技術は、正極性の高電圧発生回路と負極性の高電圧発生回路のそれぞれにトランスが設けられているために、イオン発生器に２つのトランスが必要となり、回路構成などの面で課題がある。
【０００８】
また、従来の技術として、放電電圧が正極用電極と負極用電極の２つの電極に別々に印加される方式もあるが、この従来の方式では、対象物に対する正極用電極と負極用電極の距離の相違があるので、正負のイオンバランスのムラがあった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、簡単な回路構成で、放電電極に印加する正極性と負極性の電圧を制御し、正と負のイオンのバランスを制御することができるイオン発生器を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、代表的なものの概要は、交流高電圧回路において、高電圧（トランスの二次側）に設けた正極性制御用の第１のスイッチおよび負極性制御用の第２のスイッチの操作により、放電電極にかかる電圧を制御し、正負のイオンバランスを制御するものである。
【００１３】
具体的には、一次側に交流電圧が印加されるトランスの二次側に並列に接続された第１のスイッチおよび第２のスイッチを対象物の帯電状態に応じて制御する制御回路を有する構成において、対象物が正極性に帯電した場合には、第１のスイッチをＯＮ、第２のスイッチをＯＦＦにして負極側にずれた交流電圧波形を発生させ、この負極側にずれた交流電圧波形を放電電極に印加して負イオンを発生させ、逆に、対象物が負極性に帯電した場合には、第２のスイッチをＯＮ、第１のスイッチをＯＦＦにして正極側にずれた交流電圧波形を発生させ、この正極側にずれた交流電圧波形を放電電極に印加して正イオンを発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１５】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、正負のイオンバランスを制御することにより、任意に正極性のイオンが多い状態を、または負極性のイオンが多い状態を操作することができ、対象物の帯電を従来よりも効果的に除電することができる。
【００１６】
また、放電電圧が正極用電極と負極用電極の２つの電極に別々に印加される従来の方式と比較して、本発明では放電電圧が１つの放電電極に印加されるので、正極性と負極性の制御を行っていない通常状態においても、対象物との距離による正負のイオンバランスのムラがなく、優れたイオンバランスを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のイオン発生器を、図１および図２を用いて説明する。
【００１９】
まず、本実施の形態のイオン発生器の構成を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態のイオン発生器の構成を示す回路図である。
【００２０】
本実施の形態のイオン発生器は、発振回路１、制御回路２、トランスＴ１、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１，Ｄ２、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、放電電極３、静電気センサー４などから構成される。本実施の形態のイオン発生器において、トランスＴ１には、例えば一例として昇圧トランスが用いられる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２には、例えば一例としてリレーが用いられる。
【００２１】
発振回路１は、直流電圧（ＶＣＣ）が印加され、交流電圧を発生する回路である。この交流電圧は、例えば高い周波数の正弦波波形の電圧である。
【００２２】
制御回路２は、発振回路１に接続され、この発振回路１で発生する交流電圧の周期や電圧などを制御する。さらに、制御回路２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と静電気センサー４に接続され、これらのスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを、静電気センサー４が感知した対象物の帯電状態に応じて制御する。
【００２３】
トランスＴ１は、一次側の入力端子間に発振回路１で発生した交流電圧が印加され、二次側に高電圧を発生する。このトランスＴ１の二次側の一方の出力端子には、コンデンサＣ１の一端が接続されている。このコンデンサＣ１の他端には、並列に、順方向のダイオードＤ１のアノード端子と逆方向のダイオードＤ２のカソード端子が接続されている。順方向のダイオードＤ１のカソード端子には、スイッチＳＷ１の一方の端子が接続されている。逆方向のダイオードＤ２のアノード端子には、スイッチＳＷ２の一方の端子が接続されている。これらのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の他方の端子は、接地電位に接続されている。トランスＴ１の二次側の他方の出力端子は、接地電位に接続されている。
【００２４】
放電電極３は、トランスＴ１の二次側において、コンデンサＣ１の他端と順方向のダイオードＤ１のアノード端子と逆方向のダイオードＤ２のカソード端子に接続されている。この放電電極３には、例えば高い周波数の交流電圧が印加されることで、対象物に対して正負のイオンが発生されるようになっている。
【００２５】
静電気センサー４は、対象物の静電気による帯電状態を感知するセンサーであり、対象物の近傍に配置される。対象物には、例えば一例として、エレクトロニクス産業などの半導体、電子デバイス、液晶・ウエハ・ディスクなどがある。
【００２６】
次に、本実施の形態のイオン発生器の動作を図２を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態のイオン発生器の放電電極に印加される交流電圧を示す波形図（横軸は時間、縦軸は電圧）である。
【００２７】
イオン発生器の放電電極３に印加する交流電圧は、（１）通常状態、（２）静電気センサー４が正極性に帯電した対象物を感知した場合、（３）静電気センサー４が負極性に帯電した対象物を感知した場合、のそれぞれに応じて制御される。
【００２８】
（１）通常状態
通常状態では、制御回路２の制御（具体的には正極性と負極性の制御を行っていない状態）によってスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２をＯＦＦ（開状態）にして、図２（ａ）に示すような正弦波の交流電圧波形を放電電極３に印加する。この正弦波の交流電圧波形は、０Ｖを基準にして正極側と負極側に均等な交流波形となる。これにより、通常状態では正と負のバランスのとれたイオンを発生させることができる。
【００２９】
（２）静電気センサー４が正極性に帯電した対象物を感知した場合
静電気センサー４が正極性に帯電した対象物を感知した場合には、制御回路２の制御によってスイッチＳＷ１をＯＮ（閉状態）、スイッチＳＷ２をＯＦＦ（開状態）にして、正極の半周期の時に接地電位側へ電流を流して、図２（ｂ）に示すような負極側にずれた交流電圧波形を発生させる。この負極側にずれた交流電圧波形を放電電極３に印加することにより、負イオンを発生させることができる。
【００３０】
（３）静電気センサー４が負極性に帯電した対象物を感知した場合
静電気センサー４が負極性に帯電した対象物を感知した場合には、制御回路２の制御によってスイッチＳＷ２をＯＮ（閉状態）、スイッチＳＷ１をＯＦＦ（開状態）にして、負極の半周期の時に接地電位側から電流を流して、図２（ｃ）に示すような正極側にずれた交流電圧波形を発生させる。この正極側にずれた交流電圧波形を放電電極３に印加することにより、正イオンを発生させることができる。
【００３１】
従って、本実施の形態のイオン発生器によれば、トランスＴ１の二次側に設けたスイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉時間を操作することにより、放電電極３にかかる電圧を制御し、正負のイオンバランスを制御することができる。さらに、上記（２）や（３）の場合、静電気を除去されつつある対象物の帯電状態を静電気センサー４で感知して開閉時間を操作するので、過度に正イオンや負イオンを対象物に与えて逆に帯電させることはなく、除電が終了すれば上記（１）の通常状態に戻る。
【００３２】
この結果、正負のイオンバランスを制御することにより、任意に正極性のイオンが多い状態を、または負極性のイオンが多い状態を操作することができ、対象物の帯電を従来よりも効果的に除電することができる。
【００３３】
また、放電電極３は正極性と負極性が同じ電極に印加されるため、正極性と負極性の制御を行っていない通常状態においても、対象物との距離による正負のイオンバランスのムラがなく、優れたイオンバランスを確保することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のイオン発生器を、図３を用いて説明する。図３は本実施の形態のイオン発生器の構成を示す回路図である。本実施の形態のイオン発生器の放電電極に印加される交流電圧を示す波形図は、前記実施の形態１の図２と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００３５】
本実施の形態のイオン発生器は、前記実施の形態１に対して、異なる種類のトランスを用いる点が異なる。すなわち、本実施の形態のイオン発生器は、発振回路１、制御回路２、トランスＴ１ａ、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１，Ｄ２、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、放電電極３、静電気センサー４などから構成され、トランスＴ１ａには圧電トランスが用いられる。
【００３６】
この圧電トランスは、一次側に印加される電気エネルギーを圧電セラミックスの逆圧電効果によって弾性エネルギーに変換し、さらにこの弾性エネルギーを二次側の圧電効果によって再び電気エネルギーに変換するトランスである。この圧電トランスは、小型化および高周波対応に用いられる。
【００３７】
このように構成される本実施の形態のイオン発生器の動作においても、（１）通常状態では正と負のバランスのとれたイオンを発生させ、（２）静電気センサー４が正極性に帯電した対象物を感知した場合には負イオンを発生させ、（３）静電気センサー４が負極性に帯電した対象物を感知した場合には正イオンを発生させることができる。
【００３８】
従って、本実施の形態のイオン発生器によれば、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができると共に、トランスＴ１ａに圧電トランスを用いることで、小型化および高周波対応が可能となる。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３のイオン発生器を、図４を用いて説明する。図４は本実施の形態のイオン発生器の構成を示す回路図である。本実施の形態のイオン発生器の放電電極に印加される交流電圧を示す波形図は、前記実施の形態１の図２と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４０】
本実施の形態のイオン発生器は、前記実施の形態２に対して、異なる種類のスイッチを用いる点が異なる。すなわち、本実施の形態のイオン発生器は、発振回路１、制御回路２、トランスＴ１ａ、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１，Ｄ２、スイッチＳＷ１ａ（ＳＷ１ａ−１，ＳＷ１ａ−２），ＳＷ２ａ（ＳＷ２ａ−１，ＳＷ２ａ−２）、放電電極３、静電気センサー４などから構成され、スイッチＳＷ１ａ，ＳＷ２ａには半導体リレーが用いられる。
【００４１】
この半導体リレーは、例えば一例として発光素子および光電素子を内蔵したパワーＭＯＳＦＥＴからなる。この半導体リレーは、入力端子に信号電流が流れると入力側の発光素子が発光し、この発光された光を光電素子で電圧に変換し、この変換した電圧でＭＯＳＦＥＴを導通、非導通の状態にするリレーである。さらに、本実施の形態では、スイッチＳＷ１ａ，ＳＷ２ａのそれぞれに、発光素子および光電素子を内蔵したパワーＭＯＳＦＥＴからなる半導体リレーを、複数個（図４では２個の例（ＳＷ１ａ−１，ＳＷ１ａ−２、ＳＷ２ａ−１，ＳＷ２ａ−２））を直列に接続して用いている。これにより、二次側の高電圧を半導体リレーの数に応じて分圧することができ、また小型化および高周波対応が可能となる。
【００４２】
このように構成される本実施の形態のイオン発生器の動作においても、（１）通常状態では正と負のバランスのとれたイオンを発生させ、（２）静電気センサー４が正極性に帯電した対象物を感知した場合には負イオンを発生させ、（３）静電気センサー４が負極性に帯電した対象物を感知した場合には正イオンを発生させることができる。
【００４３】
従って、本実施の形態のイオン発生器によれば、前記実施の形態１および２と同様の効果を得ることができると共に、スイッチＳＷ１ａ，ＳＷ２ａに複数個を直列に接続した半導体リレーを用いることで、二次側の高電圧を分圧でき、またさらに小型化および高周波対応が可能となる。
【００４４】
なお、本実施の形態のイオン発生器の例では、半導体リレーに加えて、ダイオードも複数個を直列に接続して用いることができる。
【００４５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、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ことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のイオン発生器は、摩擦帯電、剥離帯電、誘導帯電などにより対象物に発生する静電気を除去する静電気除去機器などに用いられ、特に、エレクトロニクス産業では、半導体、電子デバイスの静電気破壊、液晶・ウエハ・ディスクなどの浮遊塵埃によるデバイス不良を防ぐために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１のイオン発生器の構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１のイオン発生器の放電電極に印加される交流電圧を示す波形図である。
【図３】本発明の実施の形態２のイオン発生器の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態３のイオン発生器の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  発振回路
２  制御回路
３  放電電極
４  静電気センサー
Ｔ１，Ｔ１ａ  トランス
Ｃ１  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
ＳＷ１，ＳＷ１ａ，ＳＷ２，ＳＷ２ａ  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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