(57)【要約】【課題】  適切なイオンバランス調整が可能な除電装置を提供する。【解決手段】  除電装置は、放電電極により生成された正負のイオンをメッシュ金属板を通して除電対象物に当てる除電装置であって、前記除電装置は、前記正負のイオン発生状態を検知するイオンモニタと、前記イオンモニタが検知する検知情報に基づいて、前記メッシュ金属板の電圧を調整する制御手段を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極により生成された正負のイオンをメッシュ金属板を通して除電対象物に当てる除電装置であって、
前記除電装置は、前記正負のイオン発生状態を検知するイオンモニタと、
前記イオンモニタが検知する検知情報に基づいて、
前記メッシュ金属板の電圧を調整する制御手段を備えている除電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記検知情報が示すイオン極性とは逆の極性の電圧を前記メッシュ金属板に印加するように制御する請求項１記載の除電装置。
【請求項３】
前記除電装置は、前記メッシュ金属板に印加する正と負の電圧を選択的に切り替える切替手段を備える請求項１または請求項２記載の除電装置。
【請求項４】
前記メッシュ金属板に印加される電圧は、正または負の直流電圧である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の除電装置。
【請求項５】
前記除電装置は、前記放電電極の後方から送風して正負のイオンをエアーとともに前記メッシュ金属板側に吹き出すファンを備える請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の除電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正イオンと負イオンとを発生させ、そのイオンによって帯電している対象物の帯電を除去する除電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶製造工程、半導体製造工程において、除電装置はクリーンルーム内における静電気障害に対し、有効な静電気対策装置として重要な役割を担っている。しかし、昨今の半導体の高集積化、高速応答化に応じ、回路の微細化、低容量化が必要となり、電子デバイスは、静電気に対する敏感性が高くなってきている。それに伴い、除電装置に対する要求も年々高まり、除電装置のイオンバランスに関して安定性や低電位の要求がますます増している。最近では、半導体業界においては、±２５Ｖ〜±１０Ｖ以内でのイオンバランス制御が求められている。さらに、除電装置が除電を行うエリアの中で、イオンバランス制御を行うことが要求されてきている。
【０００３】
一般的に除電装置は、周囲の空気分子を強制的にプラス極、あるいは、マイナス極に電離させて空気イオンを生成している。その生成した空気イオンを帯電物にぶつけて、静電気を中和させている。空気分子の電離方法のひとつには、コロナ放電という放電現象を発生させて、その発生した放電エネルギーによって空気分子を電離する方法が一般的であり、イオン化装置に多く使用されている。
【０００４】
除電による効果を最大限に得る為には、除電装置に含まれる放電電極の放電による正負のイオン生成量が等しくなるようにバランスを調整することが必要である。しかしながら、放電電極から生成される正負のイオン量は、放電電極周囲の温度や被除電対象物までの距離等の条件により、放電電極に同一の電圧を印加した場合であっても、差が生じる場合があり、被除電対象物が正負どちらかに帯電するという課題があった。
【０００５】
図１０は、特許文献１に示された除電装置９０の概略図である。除電装置９０は、放電電極９１と放電用接地電極９２との間で生成された正負のイオンを接地又はバイアスをかけたメッシュ状電極９３を通して除電対象物９４に当てることで、除電ムラを少なくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１００５９６号公報（平成１２年４月７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、また、特許文献１の方法は、メッシュ状電極に対して接地またはバイアスをかけるだけであるため、イオンバランスを細かく調整するものではなく、時間経過による周囲の環境の変化、特に温度または湿度の変化に対して、正負のイオン量を正しく制御することができなかった。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、正負のイオン量を適切に調整できる除電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る除電装置は、放電電極により生成された正負のイオンをメッシュ金属板を通して除電対象物に当てる除電装置であって、前記除電装置は、前記正負のイオン発生状態を検知するイオンモニタと、前記イオンモニタが検知する検知情報に基づいて、前記メッシュ金属板の電圧を調整する制御手段を備えている。
【００１０】
また、前記制御手段は、前記検知情報が示すイオン極性とは逆の極性の電圧を前記メッシュ金属板に印加するように制御する。
【００１１】
また、前記除電装置は、前記メッシュ金属板に印加する正と負の電圧を選択的に切り替える切替手段を備えてもよい。
【００１２】
また、前記メッシュ金属板に印加される電圧は、正または負の直流電圧であってもよい。
【００１３】
また、前記除電装置は、前記放電電極の後方から送風して正負のイオンをエアーとともに前記メッシュ金属板側に吹き出すファンを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正負のイオン量を適切に調整できる除電装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る除電装置の模式図である。
【図２】本発明に係る除電装置の正負直流電圧発生回路とイオンバランス制御回路の回路図である。
【図３】イオン発生状態とイオンバランスを示す概念図である。
【図４】イオン発生状態とイオンバランスを示す概念図である。
【図５】イオンバランスを調整したときのイオン発生状態とイオンバランス示す概念図である。
【図６】イオン発生状態とイオンバランスを示す概念図である。
【図７】イオンバランスを調整したときのイオン発生状態とイオンバランス示す概念図である。
【図８】除電装置から発生する正負イオンのイオンバランスを評価した時の構成図である。
【図９】除電装置の評価結果を示すグラフである。
【図１０】従来技術を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る除電装置１００の模式図である。図１に示す除電装置１００は、イオン発生制御回路１０、高電圧パルス発生回路１１、マイナス（−）放電電極１２、プラス（＋）放電電極１３、メッシュ金属板１４、切替スイッチ１５、正負直流電圧発生回路１６、イオンバランス制御回路１７、イオンモニタ１８より構成される。
【００１８】
イオン発生制御回路１０による制御によって高電圧パルス発生回路１１から生成された駆動パルスを使って、マイナス（−）放電電極１２からは負イオンが、プラス（＋）放電電極１３からは、正イオンが発生される。発生した正負のイオンは、ファンなどの送風装置によって被除電物へ送られる。
【００１９】
一方、マイナス（−）放電電極１２及びプラス（＋）放電電極１３と被除電物との間の放電電極近傍には、メッシュ金属板１４が設置されている。このメッシュ金属板１４は、切替スイッチ１５を介して、正負直流電圧発生回路１６に接続され、該正負直流電圧発生回路１６は、イオンバランス制御回路１７に接続されている。また正負直流電圧発生回路１６のグランドラインはアースラインに接続されている。
【００２０】
イオンモニタ１８は、メッシュ金属板１４近傍に配置され、メッシュ金属板１４を通過したイオン濃度、イオン極性などのイオン発生状態を示すイオン情報を検知し、その検知情報をイオンバランス制御回路１７に送信する。イオンバランス制御回路１７には、あらかじめ最適なイオンバランス条件が設定されており、イオンモニタ１８の検知情報に基づき、正の直流電圧値の設定、負の直流電圧値の設定、及びそのどちらをメッシュ金属板１４に印加するかを決定し、切替スイッチをコントロールする制御機能を有する。
【００２１】
このように、イオンモニタ１８の検知情報に基づき、イオンバランス制御回路の制御によって、最適なイオンバランスを保つことが出来る。
【００２２】
なお、放電電極の後方から送風して正負のイオンをエアーとともにメッシュ金属板１４側に吹き出すファン１９を備えてもよい。
【００２３】
図２は、図１に示す正負直流電圧発生回路１６とイオンバランス制御回路１７の一例として、その詳細を示すものある。正負直流電圧発生回路１６はコッククロフト・ウォルトン回路を使った電圧直流発生回路であり、イオンバランス制御回路１７は、タイマーＩＣ２６として、例えばナショナルセミコンダクタ製のＬＭＣ５５５タイマーＩＣを用い、ＭＯＳＦＥＴ２８として、例えば東芝製電界効果トランジスタ２ＳＫ２２３２を用いて構成される昇圧チョッパー回路である。昇圧チョッパー回路で得られた一定周期のパルス波形（２ＳＫ２２３２を使った場合は振幅６０Ｖ）からコッククロフト・ウォルトン回路によりパルス波形から直流の電圧を発生できる。コッククロフト・ウォルトン回路は、コンデンサとダイオードだけから成る、スイッチングなしで動作する理想的な昇圧回路である。
【００２４】
図２に示す正負直流電圧発生回路１６において、イオンバランス制御回路１７のＭＯＳＦＥＴ２８のドレイン端子２０に接続するコンデンサ２１よりも右側に接続されたコンデンサ２１´には、電源電圧の向きが反転する毎に、逐次的に電源振幅の二倍の直流電圧が蓄積され、結果、これらのコンデンサを数珠つなぎにした方向に、昇圧されたＤＣ出力が得られるものである。
【００２５】
得られる出力は、複数のコンデンサからなる梯子を横に長く重ねるほど高電圧にすることができる。正負直流電圧発生回路１６は、その上段部２４に５段の増幅が可能なマイナス（−）電圧発生回路を配置し、６０Ｖパルスを使った場合６０Ｖ×５＝３００Ｖまでの電位を発生することが出来る。また、下段部２５には、ＭＯＳＦＥＴ２８のソース端子２２に接続されるコンデンサ２１´を上段のマイナス（−）電圧発生部とは逆向きに配置することで、プラス（＋）直流電圧を発生できるようにしたものであり、それらの出力は、切替スイッチ１５で切り替えることが出来る。
【００２６】
また、イオンバランス制御回路１７におけるタイマーＩＣ２６の６番端子２７に接続された印加電圧調整ボリューム２３を制御することでＭＯＳＴＦＥＴ２８のドレイン端子２０に出力するパルス波形周期を変えることができ、それに応じて、正負直流電圧発生回路１６で発生する電圧値を任意に変化させることが出来るものである。
【００２７】
ここで、イオン発生状態とイオンバランスを示す概念図を使って、正負直流電圧発生回路１６とイオンバランス制御回路１７の効果を説明する。
【００２８】
図３は、メッシュ金属板１４に電位を与えない場合のイオンバランスが良い例を示したものであり、本実施形態に係る除電装置１００におけるイオン発生制御回路１０、高電圧パルス発生回路１１、マイナス（−）放電電極１２、プラス（＋）放電電極１３よりなる一般的なイオン発生器３０から発生した正、あるいは負のイオンが均等に発生している状態では、ゼロ付近にバランスが保たれている。
【００２９】
また、図４に示す図は、メッシュ金属板１４に電位を与えない状態でイオン発生器３０から発生したイオンが正に偏っているために、イオンバランス量がプラス側に推移している状態である。この状態では、正しく被除電物を除電することができない。
【００３０】
図５は、図４に示したイオンがプラス（＋）側に偏り、イオンバランスが悪い場合において、メッシュ金属板１４にマイナス（−）の直流電圧をかけた状態を示している。プラス（＋）に偏っていたイオンが印加する直流電圧の強さに応じて引き寄せられて減少することにより、イオンの偏りが少なくなり、イオンバランス電位をゼロ近くにすることができる。このように、偏っている極性と逆の極性の直流電圧をメッシュ金属板１４にかけることにより、イオンバランス電位を調整することができる。
【００３１】
一方、図６に示すように、イオンがマイナス（−）側に偏り、イオンバランスが悪い場合において、図７に示すように、メッシュ金属板１４にプラス（＋）の直流電圧をかけると、マイナス（−）に偏っていたイオンが印加する直流電圧の強さに応じて引き寄せられて減少することにより、イオンの偏りが少なくなり、イオンバランス電位をゼロ近くにすることができる。
【００３２】
図８は、本発明の効果を確認するために除電装置１００から発生する正負イオンのイオンバランスを評価した時の構成図である。
【００３３】
イオン発生制御回路１０によって高電圧パルス発生回路１１から生成された駆動パルスを使って、マイナス（−）放電電極１２からは負イオンが、プラス（＋）放電電極１３からは、正イオンが発生される。発生した正負のイオンは、図示しないファンなどの送風装置によって被除電物へ送られる。一方、マイナス（−）放電電極１２及びプラス（＋）放電電極１３と被除電物との間の放電電極近傍には、メッシュ金属板１４が設置されている。イオンモニタ１８の検知情報に基づき、イオンバランス制御回路１７から発せられたコントロール信号が正負直流電圧発生回路１６に送られる。直流電圧発生回路１６はコントロール信号の制御内容である正の直流電圧値の設定、負の直流電圧値の設定に基づき、正の直流電圧、負の直流電圧を発生する。発生した正負の直流電圧は、切替スイッチ１５に送られる。切替スイッチ１５では、イオンバランス制御回路１７から発せられたコントロール信号の制御内容である正負の直流電圧のどちらをメッシュ金属板１４に印加するかに基づき、スイッチの切り替えを行い、メッシュ金属板１４に正、あるいは負の直流電圧を印加する。あるいは、切替スイッチ１５を設けず、正の直流電圧、負の直流電圧のそれぞれを直接制御する方法でもかまわない。
【００３４】
除電装置１００の除電性能を評価する手法としては、チャージプレートを用いるのが一般的である。本実施形態では、□２５ｍｍで静電容量が２ｐＦのＴＲＥＣＫ社製チャージプレート８０を用い、チャージプレート８０を一度アースに接続し、チャージプレート８０の電圧を一旦０Ｖにしたあと、除電装置１００のイオン風をチャージプレート８０に当てる。その時のチャージプレート８０の電位をチャージプレート８０に接続された表面電位計８１で測定することで電位量を測定する。その際の除電装置１００の正負の放電電極とチャージプレート８０との距離は３００ｍｍとした。
【００３５】
測定に当たっては、２種類の除電装置１００ａ、１００ｂを用いてそれぞれで効果があることを確認した。２種類の除電装置については、除電装置１００ａは、メッシュ金属板１４における導電性の針金径が０．５ｍｍφ、除電装置１００ｂは、メッシュ金属板１４における導電性の針金径が１．５ｍｍφを使用した。
【００３６】
図９は、除電装置１００ａ、１００ｂの評価結果を示すグラフである。横軸は、正負直流電圧発生回路１６によってメッシュ金属板１４に印加した直流電圧値を示し、−３００Ｖ〜＋２００Ｖの範囲で印加を行った。縦軸に示すチャージプレート電位量はメッシュ金属板１４に所定の電圧を印加した時の電位量の平均値を示しており、これをイオンバランス電位量とする。また、グラフにおける丸印で示した点が除電装置１００ａの、また、四角印で示した点が除電装置１００ｂの測定点データで、それらを通る線形直線を描いている。
【００３７】
図９の除電装置１００ａの測定データによれば、金属メッシュ板に印加した電圧が０Ｖ付近で、イオンバランス電位量が−８Ｖ〜＋９Ｖとすることが出来ている。また除電装置１００ｂの場合は、金属メッシュ板に印加した電圧が−２００Ｖ付近で、イオンバランス電位量が０Ｖ〜１８Ｖとすることが出来た。また、このグラフに示す線形直線に示すようにイオンバランス電位量は、印加電圧値に対して直線的にほぼ比例関係にあることが分かる。例えば、除電装置１００ａに−２００Ｖを印加した場合は、イオンバランスは−２５Ｖ付近に安定する。一方、＋２００Ｖを印加した場合は、＋４５Ｖ付近に安定する。そのほかの測定点についても例えば、上記の２点を直線的に結んだライン上にイオンバランス電位が存在する。除電装置１００ｂについても同様で、−３００Ｖを印加した場合は、−２６Ｖ付近に安定する。また＋１５０Ｖを印加した場合は、＋１４５Ｖ付近に安定する。そのほかの測定点についても例えば、上記の２点を直線的に結んだライン上にイオンバランス電位が存在し、このことから印加電圧を制御することで、ゼロバランス以外でもイオンバランス電位量を任意の数値に容易に制御することが可能となる。
【００３８】
ここで、イオンモニタ１８について説明する。イオンモニタ１８はメッシュ金属板１４近傍に配置され、メッシュ金属板１４を通過したイオンの濃度、イオン極性などのイオン発生状態を示すイオン情報を検知し、その検知情報をイオンバランス制御回路１７に送信する。イオンバランス制御回路１７には、あらかじめ最適なイオンバランス条件が設定されており、イオンモニタ１８からの検知情報に基づき、正負直流電圧発生回路１６で発生させる正の直流電圧値、負の直流電圧値、及びそのどちらをメッシュ金属板１４に印加するかを決定する。
【００３９】
このように、イオンモニタ１８からの検知情報に基づき、イオンバランスが崩れた場合でも、イオンモニタ１８からの検知情報に基づき、イオンバランス制御回路のきめ細かい制御によって、最適なイオンバランスを保つことが出来る。
【００４０】
また、メッシュ金属板１４を構成する針金径は今回、０．５ｍｍφ、１．５ｍｍφの導電性のものを使用したが、針金径が小さい０．５ｍｍφの除電装置１００ａの場合は、例えばイオンバランスを±２０Ｖ以下に制御する場合、メッシュ金属板１４に印加する直流電圧は、最大２００Ｖで可能であるが、針金径が約３倍の１．５ｍｍφの除電装置１００ｂの場合、同じイオンバランスを得る為には、３００Ｖとより高い電圧を金属板に印加しなければならない。これは、針金の導電率をｋ、抵抗をＲ（Ω）、長さをＬ（ｃｍ）、針金の断面積をＳ（ｃｍ２）とすると、
ｋ＝（１／Ｒ）×（Ｌ／Ｓ）で示されるように、メッシュ金属板１４を構成する針金の導電率ｋは、針金の断面積Ｓに反比例するためである。すなわち、針金径が大きくなると、直流電圧発生回路１６の回路規模が大きくなるため装置が大掛かりとなり、装置自体のコストも上がってしまう。すなわち、より針金径が小さい方が、導電率が高いため、少ない電圧で同じ効果を得ることができる。
【００４１】
以上説明したとおり、イオンモニタの検知情報に基づき、放電電極の近傍に設置したメッシュ金属板に正または負の直流の直流電圧を適切に印加することによって細かくイオンバランス調整を行うことができた。なお、本実施形態では、正負イオン発生回路が共通の構成である除電装置において、正負のイオン量を良好なイオンバランスにする例を説明したが、正負イオン発生回路が別々の構成である除電装置についても適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る除電装置及びバランス調整回路は、正イオンと負イオンとを発生させ、そのイオンによって帯電している対象物の帯電を除去する除電装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  イオン発生制御回路
１１  高電圧パルス発生回路
１２  マイナス（−）放電電極
１３  プラス（＋）放電電極
１４  メッシュ金属板
１５  切替スイッチ
１６  正負直流電圧発生回路
１７  イオンバランス制御回路
１８  イオンモニタ
１９  ファン
２０  ドレイン端子
２１、２１´  コンデンサ
２２  ドレイン端子
２３  印加電圧調整ボリューム
２６  タイマーＩＣ
２８  ＭＯＳＦＥＴ
３０  イオン発生器
８０  チャージプレート
８１  表面電位計
１００、１００ａ、１００ｂ  除電装置
【図１】
2013257952.tif 000003
【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】
2013257952.tif 000009
【図８】
2013257952.tif 000010
【図９】
2013257952.tif 000011
【図１０】
2013257952.tif 000012