(57)【要約】【課題】高純度の窒素ガス雰囲気のような不活性ガス雰囲気下で除電を行うときに、不活性ガス雰囲気を害することなく除電する。【解決手段】除電装置1はプラス側放電電極2と、マイナス側放電電極3とを備え、プラス側放電電極2には、直流（ＤＣ）電源4からプラス極性の高電圧が印加される。プラス側放電電極2周りの不活性ガス雰囲気をプラスイオンにイオン化すると共に、プラス側放電電極2とマイナス側放電電極3との間にて、マイナス側放電電極3を介してグランドから電子を放出可能な電界を形成する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス雰囲気で被除電物の除電を行う除電装置であって、
プラス側放電電極と、
該プラス側放電電極に対して所定の空間を隔てて設けられると共にグランドに接続されるマイナス側放電電極と、
前記プラス側放電電極に接続され、前記プラス側放電電極周りの不活性ガス雰囲気をプラスイオンにイオン化可能であるとともに、前記プラス側放電電極と前記マイナス側放電電極との間にて、前記マイナス側放電電極を介してグランドから電子を放出可能な電界を形成することが可能なプラスの極性の電圧を印加する電源とを有することを特徴とする除電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の除電装置において、
イオンバランスのオフセット調整手段を更に有し、
該イオンバランスのオフセット調整手段が、プラス側放電電極の先端との間の離間距離を調整可能な接地導体からなる除電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の除電装置において、
イオンバランスのオフセット調整手段を更に有し、
該イオンバランスのオフセット調整手段が、電気的な抵抗値が異なる材料で前記プラス側放電電極と前記マイナス側放電電極とを作ることからなる除電装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の除電装置において、
イオンバランスのオフセット調整手段を更に有し、
該イオンバランスのオフセット調整手段が、前記プラス側放電電極の第１制限抵抗と、該第１制限抵抗とは抵抗値の異なる前記マイナス側放電電極の第２制限抵抗とで構成されている除電装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の除電装置において、
イオンバランスのオフセット調整手段を更に有し、
該イオンバランスのオフセット調整手段が、前記マイナス側放電電極の回り又はマイナス側放電電極の周面に沿って不活性ガス流を吐出させ、該ガス流を調整することによりイオンバランスを調整することからなる除電装置。
【請求項６】
請求項２に記載の除電装置において、
イオンバランスのオフセット調整手段を更に有し、
該イオンバランスのオフセット調整手段が、前記プラス側放電電極の本数よりも多い本数のマイナス側放電電極を設けることからなる除電装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の除電装置において、
イオンバランスのオフセット調整手段を更に有し、
該イオンバランスのオフセット調整手段が、前記プラス側放電電極と前記マイナス側放電電極の先端形状を異ならせることからなる除電装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の除電装置において、
イオンバランスのオフセット調整手段を更に有し、
該イオンバランスのオフセット調整手段が、被除電物と前記プラス側放電電極の先端との間の離間距離と、被除電物と前記マイナス側放電電極の先端との間の離間距離を異ならせることからなる除電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除電装置に関し、より詳しくは、高純度な窒素ガス雰囲気（９９％以上の窒素ガスからなるもの）などの不活性ガス雰囲気中にてプラスイオンや電子を生成することによって被除電物を除電する除電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
除電装置は、高電圧が印加される放電電極を備え、この放電電極に高電圧を印加することによりプラスイオン、マイナスイオンを生成し、このイオンを使って被除電物の除電を行う。【０００３】
除電装置は、被除電物の除電によって消費されるプラスとマイナスのイオン量に対応するイオンバランス制御が実行される。特許文献１は、放電電極とは別にイオン電流測定電極を用意し、このイオン電流測定電極によってイオン電流の電流値及び方向によって必要な極性のイオンが相対的に多くなるように放電電極に印加する高電圧を制御することを開示している。特許文献２は、イオンバランス制御の方法として、接地線に流れる電流を検出して、この電流の電流値及び方向によって必要な極性のイオンが相対的に多くなるように放電電極に印加する高電圧の電圧値又はパルス幅を制御することを開示している。【０００４】
放電電極は（「放電電極針」とも呼ばれる）、一般的にステンレスやタングステンで作られているが、特許文献３は、固有抵抗値が５MΩ/cm〜２０MΩ/cmの酸化ジルコニウムからなる放電電極を提案し、酸化ジルコニウムは耐摩耗性に優れているため、摩耗による金属粒子の発塵が少なく且つ安定した放電特性を長時間継続できると共に電撃も少ないという利点を主張している。【０００５】
ところで、特定の雰囲気中における被除電物に関して除電機能が十分に機能しないという問題が存在する。この問題点を特許文献４は詳しく説明している。すなわち、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をガラス板や透明樹脂板の表面に形成したＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子基板に対する製造工程は、窒素ガス雰囲気などに素子基板をおいて行われる。しかしながら、この窒素などの不活性ガス雰囲気における除電（ここでの除電とは、電極に高電圧を印加することにより、電極周りのガスをイオン化させることにより除電を行うコロナ放電タイプの除電を指す。）は、大気中における除電に比べ、除電機能が十分でないという問題がある。【０００６】
その理由としては、特許文献５が指摘するように、窒素雰囲気又は希ガス雰囲気つまり不活性ガス雰囲気でコロナ式放電タイプの除電装置を動作させた場合に、高純度の窒素や希ガスが電子と結合しないため負極のイオンが生成されないという問題が発生することが知られている。すなわち、窒素雰囲気下では、負のイオンが生成されず、代わりに電子が生成されてしまうという問題である。電子の移動速度は正のイオンに比べて１００〜１０００倍であり、上述したイオンバランス制御が実質的に不可能になってしまう。このことから、特許文献５では、電子と結合する所定の少量のガスを放電電極の近傍に注入して負のイオンを生成することを提案しており、電子と結合するガスとして、空気、酸素、二酸化炭素などを例示している。【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２２８６５５号公報
【特許文献２】特開２００７−１４９４１９号公報
【特許文献３】特開平１１−２９７４５５号公報
【特許文献４】特開２００４−４７１７９号公報
【特許文献５】特表２００２−５３３８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献５のように、少量とは言え空気などのガスを放電電極の近傍に注入することは、注入した酸素などによって不活性ガス雰囲気を害することであり、高純度の窒素や希ガスの雰囲気下で管理する必要のある被除電物に対して適用することができない。【０００９】
本発明の目的は、不活性ガス雰囲気中においてプラスの電圧を放電電極に印加するだけで、プラスイオンと電子を用いて除電することのできる除電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
不活性ガス雰囲気で被除電物の除電を行う除電装置であって、
プラス側放電電極と、
該プラス側放電電極に対して所定の空間を隔てて設けられると共にグランドに接続されるマイナス側放電電極と、
前記プラス側放電電極に接続され、前記プラス側放電電極周りの不活性ガス雰囲気をプラスイオンにイオン化可能であるとともに、前記プラス側放電電極と前記マイナス側放電電極との間にて、前記マイナス側放電電極を介してグランドから電子を放出可能な電界を形成することが可能なプラスの極性の電圧を印加する電源とを有することを特徴とする除電装置を提供することにより達成される。【００１１】
すなわち、本発明によれば、不活性ガス雰囲気下でプラス側の放電電極にプラス側放電電極周りの不活性ガス雰囲気をプラスイオンにイオン化可能であるとともに、前記プラス側放電電極とマイナス側放電電極との間にて、前記マイナス側放電電極を介してグランドから電子を放出可能な電界を形成することが可能なプラスの極性の電圧を印加する電源が設けられる。【００１２】
これにより、不活性ガス雰囲気中において、プラス側放電電極で生成されるプラスイオンによる除電能力と、マイナス側放電電極で生成される電子による除電能力とをプラス側放電電極にプラスの電圧を印加する簡易な構成で、均衡させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例の除電装置の概略構成図である。
【図２】比較例として自己放電方式の除電装置の概略構成図である。
【図３】実施例の除電装置のプラス側放電電極に印加する高電圧値を説明するための図である。
【図４】実施例の除電装置による除電効果を自己放電方式の除電装置の除電効果と比較するための図である。
【図５】イオンバランスのオフセットを調整するための第１の例として電子をガス流で搬送する例を示す図である。
【図６】イオンバランスのオフセットを調整するための第２の例としてマイナス側放電電極の本数を増加させる例を示す図である。
【図７】イオンバランスのオフセットを調整するための第３の例としてマイナス側放電電極の先端を被除電物に接近させる例を示す図である。
【図８】イオンバランスのオフセットを調整するための第４の例としてマイナス側放電電極の先端を尖らせ、プラス側放電電極の先端を丸める例を示す図である。
【図９】イオンバランスのオフセットを調整するための第５の例としてプラス側放電電極とマイナス側放電電極とに抵抗値の異なる制限抵抗を設ける例を示す図である。
【図１０】イオンバランスのオフセットを調整するための第６の例としてプラス側放電電極の近傍に接地導体を設ける例を示す図である。
【図１１】図１、図５〜図１０の例において、パルス状にプラス極性の高電圧をプラス側放電電極に印加してもよいことを説明するための図である。
【図１２】イオンバランスのオフセットを調整しつつ不活性ガス雰囲気で制御可能なイオンバランスを保つための例としてマイナス側放電電極にもマイナス極性の高電圧を印加する例を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】
１    除電装置
２    プラス放電電極
３    マイナス放電電極
４    プラスＤＣ電源
Ｗ    被除電物
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。【００１６】
図１は、実施例の除電装置の概要を示す。除電装置１は一対の放電電極２、３を有する。一方の放電電極２はプラス電極であり、他方の放電電極３はマイナス電極である。一対の放電電極２、３は、共に、この実施例では、先端が尖った電極針で構成されている。プラス側の放電電極２には、直流（ＤＣ）電源４からプラス極性の高電圧が印加される。他方、マイナス側の放電電極３は接地されている。【００１７】
プラス極性の高電圧が放電電極２に印加されることにより、電界が集中する放電電極２の先端でプラスイオンが生成され、プラス側の放電電極２とワーク（被除電物）Ｗとの間に電界によってプラスイオンが被除電物Ｗまで搬送される。他方、接地されたマイナス側放電電極３では、プラス側放電電極２との間の電界によって電流が流れ、これに伴う電子は自己拡散により被除電物Ｗに搬送される。言い換えれば、直流電源４からプラス側放電電極２に、電極２の周りの雰囲気をプラスイオン化できるとともに、プラス側放電電極２とマイナス側放電電極３との間に、グランドから電極３を介して電子を放出させる電界を形成可能な電圧を供給している。【００１８】
除電装置１の効果を確認するために、比較例として図２に示す自己放電方式の除電装置１０を採用した。自己放電方式の除電装置１０は、共に接地された一対の放電電極１１、１２を備え、これらは絶縁材料からなる支持部材１３によって20mm離間した状態で配置させた。なお、放電電極１１、１２は共に尖った先端を有し、この先端から絶縁性支持部材１３との間の距離は20mmに設定した。また、放電電極１１、１２は共にその先端と被除電物Ｗとの間の離間距離が50mmとなるように配置した。また、被除電物（ワーク）Ｗは20pFの静電容量を備えた金属プレートを採用し、この金属プレートは150×150mmの大きさを備えていた。【００１９】
これに対して実施例の除電装置１は、図１にも記載してあるとおり、自己放電方式の除電装置１０（図２）及び被除電物Ｗと実質的に同じ条件であったが、実施例の除電装置１に含まれるプラス極性の高電圧電源４は５kＶに設定した。なお、図１の参照符号５は、放電電極２、３を支持するための支持部材を示し、この支持部材５は、図２を参照して説明した支持部材１３と同様に絶縁材料から作られている。【００２０】
ここに、プラスの直流電源４に印加する電圧の値の設定基準について図３を参照して説明すると、プラス側放電電極２に印加してコロナ放電させるプラスＤＣ高電圧の値は、プラス側放電電極２とマイナス側放電電極３との間の離間距離によって異なる。図３の白丸は、プラス側放電電極２に直流電源４からプラスの電圧を印加することにより放電を開始する、つまり電極２の周りの雰囲気をプラスイオンにイオン化することを開始する電圧値を示す。図３から分かるように、プラス側放電電極２とマイナス側放電電極３との間の離間距離が大きくなるほど、放電開始（イオン生成開始）するのに必要な高電圧の値が大きくなるのが分かる。また、図３の黒三角印は、直流電源４からプラスの電圧をプラス側放電電極２に印加することにより、マイナス側放電電極３とプラス側放電電極２との間に電界を形成し、且つマイナス側放電電極３を介してグランドから電子を放出することにより、両電極２ならびに３間で放電開始するのに必要なプラスＤＣ高電圧の値を示し、接地したマイナス側放電電極３とプラス側放電電極２との間の離間距離が大きくなるほど、電子を放電開始するのに必要なプラスＤＣ高電圧の値が大きくなるのが分かる。【００２１】
したがって、実施例の除電装置１において、プラス側放電電極２とマイナス側放電電極３との間の離間距離の設定は、マイナス側放電電極３を介してグランドから電子を放出ために、プラスＤＣ高電圧の電圧値の設定と共に重要である。つまり、直流電源４からプラス側放電電極２に供給する電圧値は、電極２の周りの雰囲気をプラスイオン化できるとともに、プラス側放電電極２とマイナス側放電電極３との間の距離を考慮した上で、プラス側放電電極２とマイナス側放電電極３との間に、グランドから電極３を介して電子を放出させる電界を形成可能な大きさが少なくとも必要となる。【００２２】
また、図３を参照すると、白丸印を結ぶ曲線が、２つの電極の距離に対して常に、黒三角印を結ぶ曲線より高い位置に位置している。言い換えれば、２つの電極の距離がどのような距離においても、プラス側の放電電極２の周りにプラスイオンを生成開始する電圧が、マイナス側から電子の放出を開始する電圧より高く示されている。これは、一般的にマイナスのイオンや電子の生成（放出）が、プラスイオンの生成と比べた場合、低い電圧値にて開始されることに起因している。従って、２つの放電電極２ならびに３を同じ材料、同じ形状で形成した場合、更には、特殊な除電環境（いずれの電極の近傍に、イオンや電子を引き付ける外部環境が存在しない）でない場合は、上述したプラス側の放電電極２の周りにプラスイオンを生成開始する電圧とマイナス側から電子の放出を開始する電圧との関係が成立可能性は高い。【００２３】
しかしながら、２つの放電電極２ならびに３を異なる材料、異なる形状で形成した場合、更には、特殊な除電環境（いずれの電極の近傍に、イオンや電子を引き付ける外部環境が存在する）の場合は、必ずしも上述したプラス側の放電電極２の周りにプラスイオンを生成開始する電圧とマイナス側から電子の放出を開始する電圧との関係が成り立つとは限らない。【００２４】
しかしながら、いずれのケースにおいても、本発明のおけるプラス側の放電電極に印加する電圧値の条件としては、
(1)プラス側の放電電極２の周りにプラスイオンを生成できる値であり；
(2)マイナス側放電電極３とプラス側放電電極２との間に形成される電界が、マイナス側放電電極３を介してグランドから電子を放出できる値である、という２つの条件を満たすことが必要である。【００２５】
更に、上記２つの条件に加え、考慮すべきことは、各プラスとマイナス側放電電極と被除電物Ｗとの距離に応じ、各電極と被除電物Ｗとの間に除電に必要な電界を生成するための電圧を、上記２つの条件を満足する電圧で不足な場合、追加する必要がある。【００２６】
上記の意図に従って、実施例の除電装置１は、図１に記載した数値が設定されている。具体的には、上述した比較例の除電装置（自己放電方式）１０と同様に、プラス、マイナスの放電電極２、３間の距離は20mmに設定し、プラス側の放電電極２の先端と被除電物Ｗとの間の離間距離は50mmに設定した。なお、ここでの自己放電方式とは、プラス側の放電電極とマイナス側の放電電極のいずれに対しても、グランドとの接続を行い、電圧を印加する電源を接続せず、被除電物Ｗと各放電電極との間に、被除電物Ｗの帯電する電荷の大きさによって、または被除電物Ｗと各放電電極との間に形成される電界の強さによって、グランドからプラスイオンまたは電子を放出されるタイプの除電装置を指す。【００２７】
図４は、実施例の除電装置１と比較例の除電装置１０との除電性能を示す。自己放電式の除電装置１０においては、一点鎖線で示すように、被除電物Ｗがプラス５kＶに帯電していた場合もマイナス５kＶに帯電していた場合にあっても、殆ど除電が行われなかった。これに対して、実施例の除電装置１においては、被除電物Ｗがプラス５kＶに帯電していた場合であってもマイナス５kＶに帯電していた場合であっても、除電開始から１秒経過する前にプラス/マイナス２kＶの範囲に除電できることが確認できた。【００２８】
引き続いて図４を参照すると、実施例の除電装置１ではイオンバランスが「ゼロ」からオフセットし、この例では、プラス側にイオンバランスがオフセットしていることが分かる。このオフセットは、以下の理由で発生するものと考えられる。【００２９】
(1)プラス５kＶに帯電する被除電物Ｗに対して除電を行う場合：
図４で示すように、プラス２ｋＶ付近に除電が収束しているが、これは、プラスに帯電している被除電物Ｗを除電するのに必要なマイナスの電子が、能動的に電源電圧を印加して生成されるプラスイオン発生下で、受動的（プラスイオンの生成する元となるプラスの電圧による電界にてマイナス側放電電極より引き出される）な行為で生成されるため、プラスに帯電する被除電物Ｗを十分に除電できない。【００３０】
(2)マイナス５kＶに帯電する被除電物Ｗに対して除電を行う場合：
図４で示すように、プラス２ｋＶ付近に除電が収束しているが、これは、マイナスに帯電している被除電物Ｗを除電するのに必要なプラスイオンが、能動的に電源電圧を印加して生成され、一方マイナスの電子は受動的（プラスイオンの生成する元となるプラスの電圧による電界にてマイナス側放電電極より引き出される）な行為で生成され、更に２つの放電電極間に形成される電界に拘束されて一部がプラス側の放電電極に吸収されるため、結果として過剰なプラスイオンにて中和状態を越え、プラス側に帯電してしまい、被除電物Ｗを十分に除電できない。【００３１】
このイオンバランスのオフセットは図５以降の構成を採用することにより調整可能である。すなわち、マイナス側放電電極３から被除電物Ｗに到達する電子の量がプラスイオンに比べて少ないときに、このアンバランスを調整する手段を図５以降の図面に基づいて説明する。【００３２】
図５の例の除電装置２０は、例えばマイナス側放電電極３の周囲又はマイナス側放電電極３の周面に沿ってガス流６を吐出させ、このガス流６の吐出量及び／又は風速を調整してマイナス側放電電極３の電子の自己拡散を助成して、被除電物Ｗに到達する電子の量を相対的に増やすことでイオンバランスのオフセットを調整する例を示す。ガス流６は高純度の窒素ガスで生成するのがよい。【００３３】
図６の例の除電装置３０は、プラス側放電電極２の先端位置とマイナス側放電電極３の先端位置を相対的に異ならせる例を示すものであり、例えばマイナス側放電電極３の高さ位置を可変に調整可能な手段を設け、マイナス側放電電極３の先端と被除電物Ｗとの間の離間距離を小さくすることにより電子が被除電物Ｗに到達し易くすることでイオンバランスのオフセットを調整するようにしてもよい。【００３４】
図７の例の除電装置４０では、プラス側放電電極２の回りに複数のマイナス側放電電極３が配設されている。つまり、プラス側放電電極２の本数よりも多くのマイナス側の放電電極３が配設され、このマイナス側の放電電極３の相対的な本数によって、電子の自己拡散の割合を増やすことでイオンバランスのオフセットを調整することができる。勿論のことであるが、プラス側放電電極２の数よりも多いマイナス側の放電電極３を用意し、各マイナス側放電電極３にスイッチ（図示せず）を設けて、該スイッチをＯＮ/ＯＦＦすることによりマイナス側放電電極３の実質的な本数を調整するようにしてもよい。【００３５】
図８の例の除電装置５０は、放電電極２、３の先端形状を異ならせことでイオンバランスのオフセットを調整する例を示すものであり、例えばプラス側放電電極２の先端２ａが尖っておらず、ラウンドした形状に形作られており、他方、マイナス側放電電極３の先端３ａは尖った形状に形作られている。【００３６】
図９の例の除電装置６０は、プラス側放電電極２とプラスのＤＣ電源４との間の第１の制限抵抗Ｒ１の抵抗値と、マイナス側放電電極３とグランドとの間の第２の制限抵抗Ｒ２の抵抗値とを異なる値に設定することでイオンバランスのオフセットを調整する例を示す。具体的には、例えば第１の制限抵抗Ｒ１の抵抗値よりも小さな抵抗値の第２の制限抵抗Ｒ２が設定される（Ｒ１＞Ｒ２）。なお、この第１、第２の制限抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を異ならせるのに加えて又は第１、第２の制限抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を異ならせる代わりにプラス側放電電極２の材料に比べて電気的な抵抗値が小さい材料でマイナス側放電電極３を作るようにしてもよい。【００３７】
図１０の例の除電装置７０にあっては、プラス側放電電極２の近傍に接地導体７１が配設され、この接地導体７１はイオンバランスのオフセットの調整のために位置調整可能であり、Ｘ方向つまりプラス側放電電極２の先端との高さ方向位置及びＹ方向つまりプラス側放電電極２との横方向位置を調整することができる。【００３８】
上述した図１、図５〜図１０の例において、図１１に例示するようにプラスＤＣ電源４はパルス電源であってもよい。すなわち、プラス側放電電極２に対してプラス極性の高電圧をパルス状に印加してもよい。【００３９】
また、図１〜図１０の変形例として、図１２に例示する除電装置８０のように、マイナス側の放電電極３に対してマイナスＤＣ電源８１からマイナスの高電圧を印加するようにしてもよく、この場合に、このマイナス側放電電極３に印加する電圧の値（絶対値）は、プラス側放電電極２に印加する電圧の値よりも小さな値（Ｅ(＋)＞｜Ｅ(−)｜）である。マイナス側放電電極３に印加するマイナスの高電圧の値は、これをマイナス側放電電極３に印加したときに被除電物Ｗとの間で放電が開始する程度に抑えた値に設定するのがよく、他方、プラス側放電電極２に印加するプラス極性の高電圧の値は、これをプラス側放電電極２に印加したときに被除電物Ｗとの間で放電が開始し且つプラスイオンを被除電物Ｗに搬送することのできる値に設定するのがよい。【００４０】
また、除電装置８０は、プラス/マイナスの高電圧がプラス側又はマイナス側の放電電極２、３に交互にパルス状に印加されるが、印加する高電圧のDutyを制御することによりイオンバランスのオフセットを調整してもよいことは勿論である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2009104511.tif 000016
2009104511.tif 000017
2009104511.tif 000018