(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送装置によって搬送される測定対象物によって生じる電位の変化を逐次検出する電極と、
前記電極から検出された変化電位信号の最大値を抽出していく最大値抽出部、および前記変化電位信号の最小値を抽出していく最小値抽出部を備え、ノイズ成分を除去できる周期でそのときに抽出されている前記最大値と前記最小値とを加算することで前記ノイズ成分が除去された信号成分の信号を生成する信号成分生成部と、
前記信号成分の信号に基づいて前記測定対象物の表面電位を算出する電位算出部と、
を備えることを特徴とする静電気測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の静電気測定装置であって、
前記電極から検出された前記変化電位信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部が増幅した前記変化電位信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去するローパスフィルタと、
を備え、
前記信号成分生成部は、ローパスフィルタによって高周波のノイズ成分が除去された前記変化電位信号の最大値と最小値とを加算することで、前記信号成分の信号を生成することを特徴とする静電気測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の静電気測定装置であって、
前記測定対象物の表面電位の値または前記信号成分の信号の波形を表示する表示部を備えることを特徴とする静電気測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電気測定装置であって、
前記電極は、円状または多角形状の金属によって構成されることを特徴とする静電気測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電気測定装置と、
前記電位算出部によって算出された前記測定対象物の前記表面電位に基づいて、前記測定対象物に帯電した静電気を除電する除電装置と、
を備える静電気除去システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送されてくる測定対象物の表面電位を測定する静電気測定装置および前記測定対象物に帯電した静電気を除電する静電気除去システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、測定対象物に振動を与えることで生じる仮想電磁波を受信部で受信して、静電気量を計測する静電気量計測装置が開示されている。また、下記特許文献２には、センサ電極と、センサ電極と測定対象物との間に設けられた音叉型振動体とから構成されているセンサ部を用いて、測定対象物の表面電位を測定する表面電位測定器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３０３９号公報
【特許文献２】特開平８−１２９０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１および２の技術を用いて、測定対象物の表面電位（静電気量）を測定する場合には、測定対象物を振動させたり、測定対象物とセンサ電極との間で音叉型振動体を振動させたり、回転羽根車を回転させることで、測定対象物の表面電位に応じた振幅レベルを有する交流の電位信号（仮想電磁波）を発生させて、その交流の電位信号をセンサ部（受信部）で検出している。つまり、電気力線を断続することでその変化量を検出している。
【０００５】
したがって、その交流の電位信号の変化分を積分して測定対象物の表面電位を算出するため、表面電位の算出に一定時間（例えば、０．５秒程度）の時間遅れが発生する。つまり、断続された電気力線を同期検波した信号をつなぎ合わせ、それを平滑するために積分を行うので、表面電位の算出に一定時間の時間遅れが発生する。そのため、ベルトコンベア等の搬送装置によって搬送されている測定対象物の表面電位（静電気量）を計測する場合は、測定対象物の搬送速度が所定の速度（例えば、数１０ｍｍ／ｓｅｃ）より速くなると、表面電位測定器（静電気量計測装置）による測定対象物の表面電位の計測が完了する前に測定対象物が通過してしまう。その理由を図６を用いて簡単に説明する。
【０００６】
例えば、表面には正（＋）の静電気が帯電して、表面電位が例えば、＋１０ｋＶとなっている測定対象物１００が搬送ベルト１０２等で一定の速度（例えば、数１０ｍｍ／ｓｅｃより速い速度）で搬送方向に搬送されているものとする。この測定対象物１００が、表面電位測定器のセンサ部（受信部）１０４の付近にくると、表面電位測定器が測定する表面電位は、図６の実線の波形１０６に示すように徐々に増加する。しかしながら、表面電位測定器が測定する測定対象物１００の表面電位が＋１０ｋＶとなる前に、測定対象物１００がセンサ部１０４を通過してしまうので、表面電位測定器が測定する表面電位が、実際の測定対象物の表面電位に比べ小さい値となってしまう。その結果、測定対象物の表面電位を正確に計測することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、搬送されている測定対象物の表面電位の計測精度を向上させる静電気測定装置および静電気除去システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、静電気測定装置であって、搬送装置によって搬送される測定対象物によって生じる電位の変化を検出する電極と、前記電極から検出された変化電位信号の最大値と最小値とを加算することで、ノイズ成分が除去された信号成分の信号を生成する信号成分生成部と、前記信号成分の信号に基づいて前記測定対象物の表面電位を算出する電位算出部と、を備える。
【０００９】
本発明は、前記静電気測定装置であって、前記電極から検出された前記変化電位信号を増幅する増幅部と、前記増幅部が増幅した前記変化電位信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去するローパスフィルタと、を備えてもよく、前記信号成分生成部は、ローパスフィルタによって高周波のノイズ成分が除去された前記変化電位信号の最大値と最小値とを加算することで、前記信号成分の信号を生成してもよい。
【００１０】
本発明は、前記静電気測定装置であって、前記測定対象物の表面電位の値または前記信号成分の信号の波形を表示する表示部を備えてもよい。
【００１１】
本発明は、前記静電気測定装置であって、前記電極は、円状または多角形状の金属によって構成される。
【００１２】
本発明は、静電気除去システムであって、前記静電気測定装置と、前記電位算出部によって算出された前記測定対象物の前記表面電位に基づいて、前記測定対象物に帯電した静電気を除電する除電装置とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、信号成分生成部が、電極から検出された変化電位信号の最大値と最小値とを加算することでノイズ成分が除去された信号成分の信号を生成するので、センサ部を簡易な電極のみで構成することができ、コストが低廉となる。また、この電極で電位の変化を検出し、その検出した変化電位信号に基づいて測定対象物の表面電位を測定するので、搬送されている測定対象物の表面電位の計測精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】静電気測定装置を備える静電気除去システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す電極の構成を示す図である。
【図３】図１に示す信号成分生成部の構成を示す図である。
【図４】図１に示す電極によって検出されたノイズ成分を含まない変化電位信号の波形を示す図である。
【図５】図１に示す電極によって実際に検出される変化電位信号の波形を示す図である。
【図６】従来技術の課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の態様に係る静電気測定装置および静電気測定装置を有する静電気除去システムについて、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。なお、本発明の態様は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、多様な変更または改良を加えたものも含まれる。つまり、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれ、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
【００１６】
図１は、静電気測定装置１０を備える静電気除去システム１２の構成を示す図である。静電気除去システム１２は、測定対象物１４を搬送する搬送装置１６と、搬送装置１６によって搬送されている測定対象物１４に帯電している静電気の電位（表面電位）を測定（計測）する静電気測定装置１０と、測定対象物１４に帯電している静電気を除電する除電装置１８とを備える。静電気測定装置１０は、測定対象物１４の表面に帯電している静電気の表面電位を測定する表面電位測定装置である。
【００１７】
測定の対象となる測定対象物１４は、工場等の製造ラインを流れる種々の部品や製品である。測定対象物１４としては、例えば、部品パッケージ、電子部品、半導体集積部品、半導体ウェハー、電子素子、基板、コネクタ、電子機器、繊維製品、化学品、薬品、フィルム、樹脂、プラスチック、包装材、および、食品等が挙げられる。
【００１８】
搬送装置１６は、測定対象物１４を搬送方向Ａに沿って搬送する。搬送装置１６は、搬送ベルト２０、搬送ベルト２０を移動させる駆動ローラ２２、および、駆動ローラ２２を駆動制御する駆動制御部２４等によって構成される。駆動ローラ２２が駆動制御部２４の駆動制御によって回転することで、搬送ベルト２０が搬送方向Ａに沿って移動し、駆動ローラ２２の回転速度にしたがって測定対象物１４の搬送速度も決まる。測定対象物１４は、搬送ベルト２０上に載置され、搬送ベルト２０が搬送方向Ａに沿って移動することで搬送される。なお、駆動制御部２４は、図示しないが駆動ローラ２２を回転させるモータと前記モータを駆動するドライバとを含む。駆動制御部２４は、駆動ローラ２２を一定の速度で回転させることで、測定対象物１４を一定の搬送速度で搬送させてもよい。
【００１９】
静電気測定装置１０は、電極３０と、信号処理部３２と、表示部３４とを備える。センサ部である電極３０は、電位の変化を検出するものであり、搬送装置１６によって搬送される測定対象物１４によって生じる電位の変化を検出する。電極３０は、搬送装置１６の搬送経路上の予め決められた位置に固定して配置されており、搬送される測定対象物１４に対して、一定の距離（予め決められた距離）をおいて対向配置されている。電極３０の変化電位信号（検出した電位の変化量を示すアナログ信号）は信号処理部３２に入力される。
【００２０】
電極３０は、図２に示すように、円状（真円および楕円を含む）の銅またはアルミ等の金属によって構成されている。金属の電極３０の中心点に信号線３６が接続され、その信号線３６の他端側は信号処理部３２の増幅部４０に接続されている。また、信号線３６はシールド部材３８によって覆われており、このシールド部材３８は接地されている。なお、電極３０を、四角形、五角形等の多角形状の電極によって構成してもよい。要は、電極３０は、板状や平板状の金属であればよく、その形状は問わない。また、同軸ケーブルの中心導体（信号線３６）に電極３０を付けた構造としたが、単に、信号線３６を切断した構造、つまり、図２に示すような電極３０を設けない構造であってもよい。図２に示すような電極３０を設けなくても、信号線３６の切断部分の端部が外部に曝されていれば、信号線３６の切断部分の端部が電極としての機能を果たすからである。さらには、切断部分の端部が電気的に絶縁されていても、金属等で覆われたり、信号線３６がシールド部材３８（グランドＧＮＤ）と短絡されていなければ、信号線３６の切断部分の端部が電極３０としての機能を果たすことになる。
【００２１】
信号処理部３２は、増幅部４０、ローパスフィルタ４２、信号成分生成部４４、ＡＤ変換部４６、および、電位算出部４８を備える。増幅部（増幅回路）４０は、電極３０が検出したアナログの変化電位信号を増幅して、ローパスフィルタ４２に出力する。ローパスフィルタ４２は、増幅部４０が増幅した変化電位信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去して、信号成分生成部４４に出力する。
【００２２】
信号成分生成部４４は、変化電位信号の最大値と最小値とを加算することで、ノイズ成分が除去された信号成分の信号を生成する。詳しくは、信号成分生成部４４は、図３に示すように、変化電位信号の最大値を抽出する最大値抽出部５０と、変化電位信号の最小値を抽出する最小値抽出部５２と、抽出した変化電位信号の最大値と最小値とを加算する加算部（加算器）５４とを備える。信号成分生成部４４は、生成した信号成分の信号（加算信号）をＡＤ変換部４６に出力する。この信号成分生成部４４を設ける理由について、以下説明する。
【００２３】
図４は、電極３０によって検出されたノイズ成分を含まない変化電位信号の波形６０を示す図である。なお、波形６０は、ローパスフィルタ４２によって高周波のノイズ成分が除去された後の変化電位信号を示している。測定対象物１４の表面には、正（＋）の静電気が帯電しているものとし、その表面電位は所定の電位（正の電位）とする。本実施の形態では、測定対象物１４の形状を直方体とするが、実際はこれに限られない。
【００２４】
測定対象物１４の搬送方向Ａ側の端部が電極３０を通過するまでは、電極３０によって検出される変化電位信号（電位の変化量）は０Ｖとなる。そして、測定対象物１４の搬送方向Ａ側の端部が電極３０を通過すると、電極３０の変化電位信号は正（＋）側に振れる。その後、測定対象物１４の搬送方向Ａとは反対側の端部が電極３０を通過すると、電極３０によって検出される変化電位信号は、負（−）側に振れる。言うまでもないが、測定対象物１４の搬送方向Ａ側の端部とその反対側の端部との間の部分が、電極３０を通過している間は、電極３０によって検出される変化電位信号は、測定対象物１４の表面が一様に同電位で静電気が帯電している場合は図４に示すように０Ｖとなるが、帯電にムラがある場合はその静電気の帯電量に応じて変化する。
【００２５】
なお、測定対象物１４の表面に、負（−）の静電気が帯電している場合は、波形６０を反転させた波形となる。つまり、測定対象物１４の搬送方向Ａ側の端部が電極３０を通過すると、電極３０の変化電位信号が負（−）側に振れ、測定対象物１４の搬送方向Ａとは反対側の端部が電極３０を通過すると、電極３０によって検出される変化電位信号が正（＋）側に振れる。したがって、最初に変化電位信号が正負のどちらに振れるかによって、測定対象物１４に帯電している静電気の極性もわかることになる。
【００２６】
しかしながら、電極３０によって実際に検出される変化電位信号には、図５に示すように、信号成分の信号の他に、ローパスフィルタ４２によって除去することができないノイズ成分の信号が含まれている。図５の斜線で示す部分が、変化電位信号のノイズ成分であり、点線６２で示した波形が検出したい信号成分となる。なお、図５の点線６２は、図４で示す波形６０と同一である。このノイズ成分は、搬送装置１６が搬送ベルト２０を磁気の力を用いて駆動することによって発生する。詳しく説明すると、搬送装置１６における駆動制御部２４は、スイッチング電源によりモータを駆動するため、これがスイッチングノイズや磁気ノイズの発生要因となる。また、周辺には、磁気により振動させる部品搬送系（例えば、パーツフィーダ等）が隣接し、それらの電磁波は静電気検出に大きな妨害波となる。パーツフィーダは、電磁石を用い上下、左右２方向に位相をずらし振動させることで部品を送り出す装置である。
【００２７】
そこで、本実施の形態においては、信号成分生成部４４を設け、信号成分生成部４４が電極３０によって検出された変化電位信号の最大値（正）と最小値（負）とを加算することで、図４に示す波形６０と略同一の信号（信号成分の信号）を生成する。なお、信号成分生成部４４は、変化電位信号の最大値の絶対値から、変化電位信号の最小値の絶対値を減算することで、信号成分の信号を生成してもよい。
【００２８】
ＡＤ変換部４６は、信号成分生成部４４の出力信号、つまり、アナログの信号成分の信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換した信号成分の信号を電位算出部４８および表示部３４に出力する。
【００２９】
電位算出部４８は、デジタル信号に変換された信号成分の信号に基づいて、測定対象物１４の表面電位を算出する。具体的には、信号成分生成部４４が生成した信号成分の信号のうち、測定対象物１４の搬送方向Ａ側の端部が電極３０を通過したときに、振れ幅が最も大きくなる電位に、係数を乗算して表面電位を算出する。つまり、測定対象物１４の帯電している静電気が正（＋）の場合は、信号成分の電位の最大値に係数を乗算して表面電位を算出するので、算出される表面電位が正（＋）となる。逆に、測定対象物１４に帯電している静電気が負（−）の場合は、信号成分の電位の最小値に係数を乗算して表面電位を算出するので、算出される表面電位が負（−）となる。この係数は、実験等によって予め決められた値である。電位算出部４８は、算出した測定対象物１４の表面電位を表示部３４および除電装置１８に出力する。この電位算出部４８は、コンピュータによって構成することができる。電位算出部４８が算出する表面電位は、予め電極３０または校正した表面電位計で、既知の電位が帯電した試料を計測することで予め校正されている。
【００３０】
なお、電位算出部４８は、信号成分生成部４４が生成した信号成分の信号を積分してもよい。図４の波形６４は、信号成分の信号を積分したときの波形である。この波形６４は、搬送方向Ａに沿った測定対象物１４の形状を示していることがわかる。つまり、電位算出部４８は、信号成分の信号を積分することで、測定対象物１４の形状を算出して、認識してもよい。
【００３１】
表示部３４は、ディスプレイ（液晶ディスプレイ等）とディスプレイの駆動を制御する駆動制御部とを有し（図示略）、ＡＤ変換部４６から出力された信号成分の信号の波形、または、電位算出部４８が算出した測定対象物１４の表面電位の値を表示する。また、表示部３４は、電位算出部４８が算出した測定対象物１４の形状を表示してもよい。
【００３２】
除電装置１８は、電位算出部４８が算出した、つまり、静電気測定装置１０が測定した測定対象物１４の表面電位に基づいて、測定対象物１４の帯電している静電気を除電（除去）する。この除電装置１８は、測定対象物１４が正（＋）の静電気を帯電している場合は、例えば、負電荷のイオンを測定対象物１４に射出することで測定対象物１４に帯電している静電気を除電する。逆に、測定対象物１４が負（−）の静電気を帯電している場合は、例えば、正電荷のイオンを測定対象物１４に射出することで測定対象物１４に帯電している静電気を除電する。このとき、測定した測定対象物１４の表面電位に応じて、射出するイオンの量を変更する。つまり、測定した測定対象物１４の静電気を除去する量のイオンを射出する。測定対象物１４の静電気を除去する量より多い量のイオンを射出すると、測定対象物１４に、反対の極性の静電気が帯電してしまうからである。なお、除電装置１８は、イオンを射出することで測定対象物１４に帯電した静電気を除電するようにしたが、他の方法によって、静電気を除電してもよい。なお、除電装置１８より搬送方向Ａから見て下流側に静電気測定装置１０をさらに設け、除電装置１８による除電後に、下流側にさらに設けられた静電気測定装置１０によって静電気が除電されたかを確認してもよい。
【００３３】
このように、信号成分生成部４４が、電極３０から検出された変化電位信号の最大値と最小値とを加算することでノイズ成分が除去された信号成分の信号を生成するので、センサ部を簡易な電極３０のみで構成することができ、コストが低廉となる。また、この電極３０で電位の変化を検出し、その検出した変化電位信号に基づいて測定対象物１４の表面電位を測定（算出）するので、搬送されている測定対象物１４の表面電位の計測（測定）精度が向上する。つまり、測定対象物１４の搬送速度が所定の速度（例えば、数１０ｍｍ／ｓｅｃ）より速い場合であっても、測定対象物１４の表面電位を測定することができる。
【００３４】
本実施の形態の静電気測定装置１０は、搬送されている測定対象物１４の変化電位信号を検出するものであることから、静止している測定対象物１４の表面電位を測定することはできない。また、本実施の形態においては、静電気測定装置１０が、搬送装置１６によって直線的に搬送されてくる測定対象物１４の表面電位を測定するようにしたが、円弧を描くように回転搬送されている測定対象物１４の表面電位を測定してもよい。この場合は、搬送装置１６は、中心軸で回転する回転円板を有し、この回転円板の上に測定対象物１４を載置することで、測定対象物１４を回転搬送することができる。要は電極３０と測定対象物１４との相対速度がゼロでなければ、静電気測定装置１０は、測定対象物１４の表面電位を測定することができる。したがって、測定対象物１４を搬送させずに静止させた状態にし、電極３０を移動させることで測定対象物１４の表面電位を測定することができる。本実施の形態の搬送装置１６は、電極３０と測定対象物１４との相対位置を変位させることができるものであればよい。
【００３５】
電極３０が検出した変化電位信号を増幅する増幅部４０と、増幅部４０が増幅した変化電位信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去するローパスフィルタ４２とを備えるので、より精度よく測定対象物１４の表面電位を測定（算出）することができる。
【００３６】
測定対象物１４の表面電位の値、または、信号成分の信号の波形を表示する表示部３４を備えるので、測定対象物１４の表面電位を算出する元となる信号成分の信号の波形や、表面電位の値を、ユーザが認識することができる。
【００３７】
測定対象物１４の表面電位に基づいて、測定対象物１４に帯電している静電気を除電（除去）する除電装置１８を備えるので、測定対象物１４に帯電している静電気を正確に除電することができる。
【００３８】
なお、信号処理部３２の一部または全部を、電気回路等のハードウェアによって実現してもよいし、プログラムにしたがって処理を実行するコンピュータを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、説明していないが、搬送装置１６には、測定対象物１４がどの位置まで搬送されてきたかを検出する位置センサを設けてもよい。例えば、電極３０が設けられた位置の近傍で、且つ、電極３０が設けられた位置より、搬送方向Ａからみて上流側の予め決められた位置に、前記位置センサを設けてもよい。これにより、前記位置センサによって測定対象物１４が通過したタイミングを検出することができる。したがって、前記位置センサと電極３０との距離と、測定対象物１４の搬送速度と、前記位置センサによる測定対象物１４の検出タイミングとから、測定対象物１４の搬送方向Ａ側の端部が電極３０を通過するタイミングも求めることができる。前記位置センサと除電装置１８との距離と、測定対象物１４の搬送速度と、前記位置センサによる測定対象物１４の検出タイミングとから、測定対象物１４が除電装置１８を通過するタイミングも求めることができる。測定対象物１４が、電極３０や除電装置１８を通過するタイミングは、静電気除去システム１２の図示しない上位制御装置によって算出してもよく、駆動制御部２４、電位算出部４８、または、除電装置１８の制御部（図示略）が算出してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…静電気測定装置                    １２…静電気除去システム
１４…測定対象物                        １６…搬送装置
１８…除電装置                          ２０…搬送ベルト
２２…駆動ローラ                        ２４…駆動制御部
３０…電極                              ３２…信号処理部
３４…表示部                            ３６…信号線
３８…シールド部材                      ４０…増幅部
４２…ローパスフィルタ                  ４４…信号成分生成部
４６…ＡＤ変換部                        ４８…電位算出部
５０…最大値抽出部                      ５２…最小値抽出部
５４…加算部
【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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