(57)【要約】      （修正有）【課題】電子デバイスに適したイオン雲の拡散とオフセット電圧を生じさせない除電装置を提供する。【解決手段】チューブ壁１０に対をなす放電電極１１、１２を複数交互に接近配設して、交流電源によるコロナイオンを気流にのせて気中に分散させることにより、イオン密度と電気粘性を大にしても電界強度が小さい多重極子的または多重層的イオン雲を得ることができ、イオンの拡散が小で除電能力が大きく、オフセット電圧を生じさせない。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正イオンのとなりに負イオンが、負イオンのとなりに正イオンが交互に位置する多重極子的または多重層的イオン雲を使用する静電気除去において、イオン密度は大きいが発生する電界強度が小さく、かつ電気粘性が大の多重極子的または多重層的イオン雲になるように、正イオン塊と負イオン塊のそれぞれの電荷量をほぼ等しく、正イオン塊と負イオン塊との距離をほぼ等間隔化した多重極子的または多重層的イオン雲を利用する除電方法及び除電装置
【請求項２】
正イオン塊のとなりに負イオン塊、負イオン塊のとなりに正イオン塊が交互に位置する多重極子的または多重層的イオン雲を発生しうるように正イオン発生用電極と負イオン発生用電極とを直線上または平面上または三次元空間で交互に位置させた多重極子的または多重層的イオン雲発生用電極及びこれを使用した除電装置
【請求項３】
イオン密度大、電界強度小、電気粘性大の多重極子的または多重層的イオン雲を除電に使用することによって除電力が大で、オフセット電圧がなく、かつ遠方までその効力が有効な除電方法及び除電装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は除電装置・イオナイザーの設計・施行・使用に関する
【背景技術】
【０００２】平成１０年１１月発行静電気学会編静電気ハンドブック第３９２頁には”従来の除電装置では生成するイオンのバランスは数百ボルト偏っていたが余り問題ではなかった。しかし、電子デバイスの分野では数十ボルトが問題となりはじめ、除電装置に対するイオンバランスの要求が厳しくなり、それぞれの機種で工夫して正負イオンをバランスさせていると記載している。また、第３９３頁の帯電プレートモニターによる除電装置の特性評価のところでは”試験項目には帯電プレートの電荷減衰時間とオフセット電圧の２つがあり、前者の測定により除電装置のイオン発生量を知ることができ、後者の測定によりイオンバランスの評価ができる。なお、本規格では各種の除電装置についてその試験測定位置等きめ細かく規定しているので、機種の選定にも有効である”と記している。更に第３８３頁では、除電装置とイオナイザーとは呼び名の相違だけではなくて、使い方に微妙な差異があることを認識する必要があると明記している。しかし、具体的に何が相違しているかについては記することなく、表１１・１５、表１１・１６、表１１・１７で交流方式、直流方式、パルス方式の構造や特性の説明に終わり、イオンバランスの制御方法やオフセット電圧の０化について具体的には記していない。【０００３】電子デバイスでは導体・半導体・絶縁物が複雑な形状寸法で複合材化されている。したがって、フィルム・繊維・石油等のようにほぼ均質とみなしうる物体に生じる静電気にくらべるとデバイスに生じる静電気は本質は同じであるが、電位分布、電界分布、放電様式、分極状態、漏洩経路等の解析が極めて難しい。現場関係者の間では、以上のようなことから難しいことには立ち入らない、電荷の漏洩または再結合を人為的に増強し、ある程度のオフセット電圧やイオンバランスは容認すればよいという実利的な判断が支持され、帯電プレートモニターを標準規格とする人が多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】帯電プレートモニターとは、帯電体上の電荷が除電用のイオンと再結合して消滅する過程を（１２ｃｍ×１２ｃｍ）の金属板で数量化するための模型である。オフセット電圧とは除電装置が発生させた除電用イオン空間に曝露された帯電体の電位が定常状態に達したときの電位Ｖのことである。すなわち、除電用イオンの供給がオフセット電圧発生源となるところにオフセット電圧対策の難しさがある。オフセット電圧０ボルト化のためにオフセット電圧を消去するためのイオン雲の供給等が検討されているが根本的な解決には至っていない。再結合を促進させるがオフセット電圧を原理的に発生させない新規の方法を発明する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】現在の除電装置は図１のような原理で動作している。高電圧電源５で励起された放電極先端１にはコロナ２が発生し、コロナ中の正イオンは電源極性が正であれば電極に反発されて前方に放出される。一方、コロナ中の負イオンは電極に吸入されるので、電極前方は正イオンのみとなる。気流４はこれらの正イオンを帯電体３の方向に搬送し、帯電体３が負であれば再結合するが、正であれば正電荷相互の反発力で帯電体とははずれた方向に逸脱していく。もし、電極が負であれば上記と極性を変えた状況となる。電源が直流であれば負帯電または正帯電のいずれかのみの除電は可能であるが、正負両帯電用を兼務することはできない。電源電圧がＡＣであれば、交互に正負イオンを発するので、正負兼用の除電が可能となる。したがって、市販の除電装置はＡＣ型が主流で、ＤＣ型、パルス方式でも正負の両電極を配置し、正負いずれの除電もできるようにしたものが多い。【０００６】実際の除電装置では再結合が終了しても除電用のイオンは引き続き供給され、イオンの衝突荷電が帯電体の電位を再上昇させる。また、誘電体や導体に生じる電気映像や電気力線の集中はイオンを表面に吸着させオフセット電圧の一因となる。本発明では正または負のイオン雲を図１のように除電に使用するかわりに、双極子的な正負のイオン塊で構成されるイオン雲を図２のように使用するので、帯電体のイオンと双極子的イオン塊とが再結合し、双極子的状態をはずれた正または負のイオンが周辺に飛散するので、オフセット電圧が生じにくくなる。実際には、図２の放電極対から放出される正または負のイオン塊が多重極子的な状態を形成すると、正イオンと負イオンとの吸引力や反発力は大きいけれどもそれぞれが均衡状態に近づき、イオン密度は大きいがイオン雲がつくる電界強度は小さく、かつ電気粘性が大きくなり、内外からの擾乱による電荷雲の乱れとイオン雲の拡散が小さくなる。すなわち、イオン密度は大きいがイオン雲がつくる電界強度は小さく電気粘性が大きいので、輸送中の正負イオンの再結合による消滅は小さく、除電力は大であるがオフセット電圧を生じない除電が可能となる。なお、ここでいう双極子とは、昭和４７年３月２１日１６版電気学会大学講座電気磁気学改訂版第４９頁第３．２６図と同様の図３（ａ）、５０頁第３．２７図と同様の図３（ｂ）のように大きさ等しく符号反対の２個の電荷が極めて接近しているもの、電気二重層等は第５２頁第３．３１図と同様の図４のように極めて薄い板の一面に正電荷、他面に負電荷をもつものをいう。  これに対し、本発明でいう双極子的、多重極子的、多重層的とは以下のような状態のイオン雲の状態を意味する。双極子的なイン対とは図５のようにほぼ等量の電荷量の正イオン塊と負イオン塊とが接近して位置している場合で、この様なイオン塊が正の隣に負が、負のとなりに正が交互に混合している場合を多重極子的イオン雲と称する。つぎに、多重層的とは図６のように正のイオン層のとなりに負のイオン層が、負のイオン層のとなりに正のイオン層が交互に位置しているものを称する。すなわち、学術的に定義された双極子や二重層のように正負の電荷が接近し、かつ正負の電荷が不離状態で正負の電荷量が相等しい状態ということ���はないので、正イオンまたは負イオンとして活動する能力はあるが巨視的には双極子・二重層として動作する。たとえば図７のように、正の放電極と負の放電極を交互に接近させ、これに交流によるコロナイオンを発生させて、それを気流にのせて気中に分散させると得られるイオン雲である。【０００７】図７はイオン発生用電極から離れた位置にイオン雲をパイプ輸送するときの正負の放電電極の先端部分の位置関係の一例で、気流は紙の裏面から表面の方向に流れる場合である。なお、電極１１と１２との関係は、電源電圧はＡＣであるから、一方が正イオンを放出するときには他方が負イオンを放出するので、これに気流が作用すると三次元的に正負のイオン塊が格子状に発生する。図８は、送風型除電装置の放電電極の先端部分の位置関係の一例で、電極１３と１４との関係は、一方が正イオンを放出するときには他方が負イオンを放出する。放出されたイオンは気流に乗って紙の裏面から表の側にパイプ１５で搬送される。図９はバータイプと称されている除電装置の放電電極の先端部分の配置状態の一例で、放電電極１６が正イオンを放出するときには放電電極１７は負イオンを発生する。この種のものは帯電体に近接設置されるので、フィルムの移動等による気流で自然に多重極子的状態となる。図１０はイオンカーテンなどに使用する電気多重層的なイオン雲を供給する場合の線状電極１８と１９の配置例で、気流は矢印方向に広域をカバーする。なお、電極１８と１９とは、一方が正イオン発生時には他方が負イオンを発生する関係にある。
【発明の効果】
【０００８】正または負の単極性のイオンで構成された除電用の電荷雲と帯電体の電荷との間で再結合を生じさせる従来の除電装置に比べると、本発明には以下のような利点と効果が得られる。多重極子的なイオン雲は電気粘性が高いため輸送中の拡散消滅や再結合による消滅が小さいので、従来の方法に比して遠方までの輸送が容易となった。また、拡散と再結合の減少は、放電極で発生させるイオン量と除電に消費されるイオン量との比率を向上させ、除電装置の小型化が容易となった。特に、空間的・電気的に密度の高い多重極子的イオン雲を使用すると、イオン密度が大で電界強度が低く電気粘性の高い除電用イオン雲の供給が可能となり、電荷の減衰速度が大でオフセット電圧を生じない除電装置の供給が可能となった。また、多重極子的なイオン雲を使用しているので、絶縁物にイオン雲を噴射しても電位上昇を生じないので、使い勝手のよいスポット型除電器や広域用の空間除電器すなわち使用状態に応じて電源電圧の調整・周波数選定・パイプ等の伝導度調整・イオンバランサーの設置等の繁雑性のないものの供給が可能となった。
【発明の実施のための最良の形態】
【０００９】以下に本発明の実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明する。単極性イオン雲を使用する従来の除電方法を多重極子的イオン雲を使用する除電方法に変えて、単位体積あたりの電荷密度を大に、イオン雲がつくる電界強度を小に、イオン雲の電気粘性を大にして、除電能力が高くオフセット電圧を生じない除電装置を発明した。したがって、実施の最良の形態とは、気流、放電極の形状と寸法、放電極の空間的設置状態、周波数と波形等を時間的・空間的・電気的に密度の大きい多重極子的イオン雲を発生するように整えることである。しかしながら、上記のことは放電工学で個々の問題としては既に研究されているので、最良の形態の実態とは、放電工学で得られた知識を組み合わせて耐久性のよい装置をつくることに帰着する。すなわち、図２の多重極子的イオン雲は電源５の周波数が高い程気流方向での正負イオンの分布周波数は大となるが、過度に電源周波数を高くすると再結合率が大となる。現在使用されている除電装置では、気流速度は０．５ｍ／秒〜４ｍ／秒のものが多い。また、形状寸法は用途によって多様化しているので、それらについて実験したところ周波数は１ｋ／Ｈｚ〜１００ｋ／Ｈｚの範囲で効率のよいものが多い。図７は俗称ピンポイント除電用パイプ輸送型と称されている除電装置の放電極部の説明図で、図面から上方にパイプが３０ｃｍ〜２ｍ程度延長され、イオンは送風機の気流に乗ってパイプ中を移動し、パイプ先端から目的物に噴射される。それで、図７の実施例の一つでは、半径０．５ｃｍのパイプ１０に４対の直径０．３ｍｍの電極１１と１２を埋め込み、電極先端を半径０．２５の円周上に位置させ、５０ｋＨｚの正弦波電圧を印加して電極先端に正負のコロナを発生させ、生じた正負のイオンを２ｍ／秒の気流で長さ５０ｃｍのパイプ輸送したところ、オフセット電圧がほぼ０ボルトで、帯電プレートモニターの電荷減衰時間が０．０５秒が得られた。図８は送風型除電装置の放電極の説明図で、１３と１４とは正負イオンを交互に発生するよう交流電源２５ｋＨｚに接続されている。放電極は供電用支柱に直径０．３ｍｍφ長さ３ｍｍの放電針を埋め込み、放電極１３と１４の針先端は同一線上に２ｍｍの間隔を保つように配置される。送風機から枠１５で供給された気流は紙面の裏側から表の側にイオンを輸送し、図１１のように広角化した吹き出し口を付与して広域の除電を可能化した。図９はバータイプと称される汎用器で、構造は図８と基本的に変わりはないが、フィルム等の均一性の帯電に使用するので、周波数は５０Ｈｚ〜１ｋＨｚで対応できた。従来の形式に比べると、気流を併用しなくても逆帯電を生じないので電荷の減衰速度を従来品に比べ１０倍以上大きくできた。図１０は広い空間の除電を必要とする、たとえば台車で部品を輸送する等のように作業者も含めて除電しなければならない場合、すなわち静電気放電による損傷防止よりもほこり付着による不良品発生の防止が重視されるようなところでは、広い空間を除電用イオン雲で充満する必要がある。単極性のイオン空間では電界強度が大となり、ほこり不良の防止のために無塵状態を高めることが要求されたが、本発明では高密度のイオン空間であっても電界強度が小さいので、従来の���こり不良発生が１／１０以下に減少した。なお、仕様は図８とほぼ同様であるが、放電極間は１ｃｍ、放電線は０．３ｍｍφ、風速は１ｍ／秒程度、周波数１０ｋＨｚが現場関係で重宝されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の除電装置の動作原理の説明図
【図２】本発明の除電装置の動作原理の説明図
【図３】（ａ）学術的な双極子の説明図          （ｂ）学術的な双極子の説明図
【図４】学術的な電気二重層の説明図
【図５】双極子的なイオン対説明図
【図６】多重層的なイオン雲の説明図
【図７】イオンのパイプ輸送型除電装置の放電電極の説明図
【図８】送風型除電装置の放電電極の説明図
【図９】汎用型バータイプ除電装置の電極の説明図
【図１０】汎用超広域除電装置の放電電極説明図
【図１１】送風型除電装置の広角吹き出し口の説明図
【符号の説明】
【００１１】  １．１’  電極  ２．２’  コロナ  ３．      帯電体  ４        気流  ５．      電源  ６．６’  除電用イオン  ７．      除電結合前のイオン対  ８．      帯電体と再結合したイオン  ９．      イオン対を離れたイオン  １０．    チューブ壁  １１．    放電極（１２と対をなす）  １２．    放電極（１１と対をなす）  １３．    放電極（正または負）（１４と対）  １４．    放電極（正または負）（１３と対）  １５．    送風管壁  １６．    放電極（１７と対）  １７．    放電極（１６と対）  １８．    線状放電極（１９と対）  １９．    線状放電極（１８と対）  Ａ．Ｂ    電気双極子の電荷の位置  ーＱ，＋Ｑ  電気双極子の電荷量  δ        正負電荷の位置の距離  ｄ        電気二重層の距離
【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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