(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流式、パルス式あるいは交流式で電圧を印加させたコロナ放電により電極ピン先端から陽イオンと陰イオンを発生させ、そのイオンにより帯電物の静電気を除電する静電気除電装置において、該電極ピンの全体が、周期律表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種の元素を含む化合物に１５〜７０ｗｔ％のＴｉＯ2 - x （０＜ｘ＜２）を含み、それら化合物とＴｉＯ2 - x の少なくとも一部が複合酸化物を形成して成る導電性セラミックスから成る電極ピンであることを特徴とする静電気除電装置。
【請求項２】
前記周期律表３Ａ族に属する元素が、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂのうち少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の静電気除電装置。
【請求項３】
前記周期律表３Ａ族に属する元素が、Ｙであることを特徴とする請求項２記載の静電気除電装置。
【請求項４】
前記周期律表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種を含む化合物が、Ｙ2 Ｏ3 であることを特徴とする請求項３記載の静電気除電装置。
【請求項５】
前記導電性セラミックスの電気伝導率が、１０- 1 0 〜１０1 Ｓ／ｃｍであることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の静電気除電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気除電装置に関し、特に電極ピンを搭載した静電気除電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程、液晶ディスプレー製造工程、ハードディスク製造工程、あるいは電子機器の実装工程においては、静電気によって引き起こされる障害、例えば、静電破壊、塵埃の製品への静電付着、静電気放電による電磁障害、あるいはクリーンルーム内での材料、装置、作業者から発塵される超微粒子が静電気によって帯電され、その帯電粒子によって引き起こされる２次汚染による障害等がある。これらの障害は、製品の歩留まり低下を引起こすことが大きな問題となっている。
【０００３】
これら障害を生じる静電気を取り除くものとして、電極ピンを搭載したイオナイザーと呼ばれる静電気除電装置が使用されてきた。その搭載された電極ピンの材質としては、Ｔｉ、Ｗ、ＳＵＳ、Ａｌ等の金属、あるいはこれらピンの表面にＳｉＯ2膜をコーティングしたものなどが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属製の電極ピンを用いた静電気除電装置では、発生する陽イオンと陰イオン濃度のバランスが悪いため、除電効率が悪くなる、コロナ放電によりピン先端の劣化が進む、それによって先端が削られて発塵が生ずる、ピンの寿命が短くなるなどの問題があった。また、帯電された超微粒子が電極先端に付着し、それが凝集し、最後には脱落するバースト現象により発塵を起こすという問題もあった。この発塵対策としては、電極ピン先端に付着、堆積した超微粒子を定期的に除去する工程を取り入れてもよいが、ピンの本数が多く極めて大きな手間がかかるという問題がある。
【０００５】
一方、ＳｉＯ2膜をコーティングしたピンを用いた静電気除電装置では、金属より耐食性に優れるＳｉＯ2膜で被覆されるため、先端が削られて発生する初期発塵は少なくなるが、Ｏ3による酸化劣化によってコーティング層の厚みが徐々に薄くなり、薄くなったコーティング層が脱落して大量の発塵が生じる、あるいはコーティング層の脱落は生じないものの、下地の金属が露出してしまうなどの問題があった。また、ピンの導電性が悪くなるため、発生するイオン濃度が低くなり、静電気の除電効率が大きく落ちるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した静電気除電装置が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、イオンバランスが良く、イオン濃度も高く、発塵量も少ない静電気除電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、搭載される電極ピンの全体の材質を周期律表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種の元素を含む化合物とＴｉＯ2 - x ０＜ｘ＜２）とから成る導電性を有するセラミックスとすれば、イオンバランスが良く、イオン濃度も高く、発塵量も少ない静電気除電装置となるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち本発明は、（１）直流式、パルス式あるいは交流式で電圧を印加させたコロナ放電により電極ピン先端から陽イオンと陰イオンを発生させ、そのイオンにより帯電物の静電気を除電する静電気除電装置において、該電極ピンの全体が、周期律表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種の元素を含む化合物と１５〜７０ｗｔ％のＴｉＯ2 - x ０＜ｘ＜２）とを含み、それら化合物とＴｉＯ2 - x の少なくとも一部が複合酸化物を形成して成る導電性セラミックスから成る電極ピンであることを特徴とする静電気除電装置（請求項１）とし、（２）前記周期律表３Ａ族に属する元素が、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂのうち少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の静電気除電装置（請求項２）とし、（３）前記周期律表３Ａ族に属する元素が、Ｙであることを特徴とする請求項２記載の静電気除電装置（請求項３）とし、（４）前記周期律表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種を含む化合物が、Ｙ2 Ｏ3 であることを特徴とする請求項３記載の静電気除電装置（請求項４）とし（５）前記導電性セラミックスの電気伝導率が、１０- 1 0 〜１０1 Ｓ／ｃｍであることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の静電気除電装置（請求項５）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
【０００９】
上記で述べたように、静電気除電装置に搭載される電極ピンとしては、該電極ピンの全体が、周期律表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種の元素を含む化合物と１５〜７０ｗｔ％のＴｉＯ2 - x（０＜ｘ＜２）とを含み、それら化合物とＴｉＯ2 - x の少なくとも一部が複合酸化物を形成して成る導電性セラミックスから成る電極ピンとした（請求項１）。
【００１０】
電極ピンの全体として、周期律表３Ａ族の元素化合物とＴｉＯ2 - x とから成る導電性を有するセラミックスから成るピンとしたのは、発生するイオン濃度のバランスが極めてよいこと、しかもそのＴｉＯ2 - x の割合を適切に選ぶことにより高いイオン濃度が得られること、同時に耐食性に優れているためコロナ放電による劣化が少なく、発塵を生じ難いこと、また、セラミックスであるためかバースト現象による発塵も少なく、メンテナンスフリーが可能であることなどによる。
【００１１】
そして、この導電性セラミックスは、周期率表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種を含む化合物とＴｉＯ2-xとで複合酸化物を形成するので、高いイオン濃度が安定して得られる。この導電性セラミックスは、全てが複合酸化物になっている必要はないが、より安定したイオン濃度を得るためには、単味のＴｉＯ2-xの存在が生じない方が好ましい。
【００１２】
そのＴｉＯ2-xの割合を１５〜７０ｗｔ％としたのは、１５ｗｔ％未満であると電気伝導率が低くなるため、発生するイオン濃度が低くなって除電効率が低くなり好ましくなく、７０ｗｔ％を超えるとＹ2Ｏ3と反応しない単味のＴｉＯ2-Xの存在が生じるようになってイオンバランスが悪くなり好ましくない。
【００１３】
一方、周期律表３Ａ族に属する元素については、Ｙ、Ｌa、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｓｍ、Ｅｕなどの元素が挙げられるが、そのうちＹ、Ｌａ、ＹｂはＴｉＯ2-xとの化合物を形成しやすくより好ましい（請求項２）。この詳細は不明であるが、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂの化合物はＴｉＯ2-xとの間でＹ2ＴｉＯ5-x（０＜ｘ＜５）、Ｙ2Ｔｉ2Ｏ7-x（０＜ｘ＜７）、Ｌａ2ＴｉＯ5-x（０＜ｘ＜５）、Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7-x（０＜ｘ＜７）、Ｌａ4Ｔｉ9Ｏ24-x（０＜ｘ＜２４）、Ｙｂ2ＴｉＯ5-x（０＜ｘ＜５）、Ｙｂ2Ｔｉ2Ｏ7-x（０＜ｘ＜７）などの複合酸化物を形成しやすいためであると考えられる。
【００１４】
その中でもＹがその化合物を反応性に富む出発原料として工業的に安価に入手可能であるためさらに好ましい（請求項３）。そのＹの化合物の中では、特にＹ2Ｏ3がＴｉＯ2-xと結合してＹ2ＴｉＯ5-x（０＜ｘ＜５）やＹ2Ｔｉ2Ｏ7-x（０＜ｘ＜７）の複合酸化物を、またそれらの混合物を容易に形成しやすいためより好ましくなる（請求項４）。
【００１５】
その導電性セラミックスの電気伝導率としては、１０-10〜１０1Ｓ／ｃｍの範囲が好ましい（請求項５）。電気伝導率が１０-10Ｓ／ｃｍより低いと電流が流れず除電ができなくなり、逆に１０1Ｓ／ｃｍより高いと、ピン先端が削られて発塵が多くなる。この電気伝導率は、そのバラツキが小さくないと安定したイオンバランスを得ることが難しくなるが、本発明の導電性セラミックスでは、先に述べたように、複合酸化物を形成するので、そのバラツキは小さい。また、この電気伝導率は、周期率表３Ａ族に属する元素の化合物の種類及び割合を適宜設定することにより、先の範囲内を適宜変化させることができる。
【００１６】
そのセラミックスの相対密度としては、高いほど好ましく、９０％以上が好ましい。相対密度が９０％未満であるとポア（気孔）が多くなり電気伝導率がばらつきイオンバランスが悪くなる。
【００１７】
また、そのセラミックスから成る電極ピンの表面粗さとしては、平滑なほど好ましく、Ｒmaxで２５μｍ以下が好ましい。Ｒmaxが２５μｍを超えるとコロナ放電による集中が分散するため、発生するイオン濃度が低下し、除電時間が長くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
電極ピンを搭載した静電気除電装置の構造は、特に限定されるものではないが、一般的には電極ピンを取り付けるバー部と電極ピン間に電圧を負荷する電源部とから成る。これに必要に応じて発生したイオンを送風する機構、例えば回転羽根やエアの清浄用フィルタを有する。
【００１９】
バー部の構造については、一般的には所望の本数のピンが所望の間隔で直線状に取り付けられた構造を有し、電源部は、直流式、パルス式あるいは交流式があるが、その中から使用目的に応じた方式でイオンを発生させればよい。バー部と電源部は一体型でもセパレート型でも良い。
【００２０】
電極ピンの形状については、一般的には図１のような形状で、先端部はＲ部またはＣ部を有する。寸法は特に限定されないが、例えば棒状の場合、径は０．２〜１．５ｍｍ程度、長さは１０〜２５ｍｍ程度、図１の形状の場合、径は１〜４ｍｍ程度、長さは１５〜２５ｍｍ程度、先端角度は２０〜４０°程度を有すればよい。
【００２１】
その電極ピンの作製について述べると、先ず周期律表３Ａ族の元素化合物としてＹ2Ｏ3、ＹＮ、Ｌａ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3などの化合物粉末を用意し、これに添加するＴｉＯ2粉末も用意する。ＴｉＯ2粉末には、Ｙ2Ｔｉ2Ｏ7などのＴｉＯ2を含む複合酸化物でも構わない。それら粉末の純度は、９５％以上が電気伝導率のバラツキを抑えるために好ましく、９７％以上が一層好ましい。また、粉末の細かさは、平均粒径で５μｍ以下が緻密な焼結をするために好ましく、３μｍ以下が一層好ましい。
【００２２】
用意したＹ2Ｏ3などの粉末に１５〜７０ｗｔ％のＴｉＯ2粉末を配合し、それにアルコール等の有機溶媒または水などを加え、ボールミルなどで混合した後、乾燥するか、所定配合の塩類、アルコキシド等の溶液から共沈物を分離した後、乾燥するかなどの方法で調合する。この調合物に緻密化を容易にするため、ＳｉＯ2、ＭｇＯなどの焼結助剤を添加してもよい。焼結助剤の形態に関しては、酸化物粉末、塩類、アルコキシド等どのような形態であっても特に構わない。
【００２３】
調合した混合粉末を一軸プレスまたは冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）などによってピン形状に成形する。これをＴｉＯ2から酸素を欠損しなければならないので、還元雰囲気下で１３００〜１７００℃の温度で焼成するか、前もって大気中で１３００〜１７００℃の温度で焼成した後、それをさらに還元雰囲気下で１３００〜１７００℃の温度で還元処理して相対密度が９０％以上で電気伝導率が１０-10〜１０1Ｓ／ｃｍの範囲の焼結体を焼結する。必要があれば１０００〜１７００℃の温度で１０００ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理してもよい。得られた焼結体をピンに加工して電極ピンを作製する。
【００２４】
上記焼成またはＨＩＰ処理時間は特に限定しないが、２〜４時間程度でよい。焼成温度は、１３００℃未満では緻密化が不十分となり、抵抗率のバラツキが大きく、１７００℃を超えると成分が分解する恐れがある。ＨＩＰ処理温度は、１０００℃未満ではＨＩＰ処理の効果が小さく、１７００℃を超えると前記と同様分解する恐れがある。ＨＩＰ処理圧力は、１０００ｋｇ／ｃｍ2未満ではＨＩＰ処理の効果が小さい。
【００２５】
以上述べた方法で作製した電極ピンを静電気除電装置に用いれば、イオンバランスが良く、イオン濃度も高く、発塵量も少ない静電気除電装置とすることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００２７】
（実施例１〜７）
（１）電極ピンの作製
純度が９５％以上で平均粒径が３μｍの表１に示す周期律表３Ａ族の元素酸化物粉末と、純度が９５％以上で平均粒径が２μｍのＴｉＯ2粉末またはＹ2Ｔｉ2Ｏ7粉末あるいはＹ2ＴｉＯ5粉末を表１に示す割合で合計で２００ｇ秤量し、ポリエチレン製のポットミル中にそれぞれの粉末とイオン交換水２００ｇとφ１０ｍｍの鉄芯入りナイロンボール２５０ｇを入れ、必要に応じて焼結助剤としてＳｉＯ2またはＭｇＯを１ｗｔ％添加し、１６時間混合した。
【００２８】
得られたスラリーをロータリーエバポレーターで減圧乾燥した後、得られた粉末を＃１００のナイロンメッシュでメッシュパスを行った。この粉末を圧力１２００ｋｇ／ｃｍ2でＣＩＰ成形してφ１０×５０lの大きさに成形した。得られた成形体を大気中で１６００℃の温度で３時間焼成した後、焼結した焼結体表面にカーボンブラックを塗布し、還元雰囲気下で１４５０℃の温度で１８００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で２時間ＨＩＰ処理し、それを図１の大きさと形状に加工して電極ピンを２０本作製した。
【００２９】
（２）評価
得られた電極ピンの嵩密度をアルキメデス法で求め、相対密度を求めた。また、得られた電極ピンの電気伝導率を４探針法で測定した。さらに、得られた電極ピンを静電気除電装置内のクラス１のクリーンベンチ内の天井にあるバー部に２００ｍｍの間隔で２０本取り付け、直流式（印加電圧６０００Ｖ）あるいは交流式（２次電圧５０００Ｖ、６０Ｈｚ）でコロナ放電させ、発生したイオン濃度、帯電電位の除電時間、除電終了後の残留電圧（帯電された帯電のレベルを示し、オフセット電圧と称する。イオンバランスが悪くなるとオフセット電圧が高くなる）、発塵量を求めた。
【００３０】
イオン濃度については、空気イオン濃度計（イオンシステム社製、ＡＩＤＭ１１５）を用い、１分間隔で３０分間測定し、その平均値を求めた。除電時間とオフセット電圧については、帯電プレートモニター（イオンシステム社製、ＰＭ２１０型）を用い、±５０００Ｖに帯電させ３回繰り返して計測し、その平均値を求めた。発塵量については、レーザーパーティクルカウンター（ＰＭＳ社製、ＵＬＰＣ−５００）を用い、０．５μｍ以上の微粒子の個数濃度を１分間隔で３０分間測定し、その平均値を求めた。なお、測定ないし計測は、静電気除電装置の使用開始０時間時と使用開始１５００時間後に実施した。それらの結果を表１に示す。
【００３１】
（比較例１〜１０）
比較のために比較例１、２では、ＴｉＯ2-xの含有率を本発明の範囲外にした他は、比較例３では、導電性を有さない絶縁セラミックスを電極ピンとした他は、比較例４〜６では、絶縁セラミックスと導電性セラミックスとの複合セラミックスを電極ピンとした他は、比較例７〜９では、金属を電極ピンとした他は、比較例１０では、金属表面にＳｉＯ2をコーティングしたものを電極ピンとした他は実施例１と同じく電極ピンを作製して同様に評価した。それらの結果も表１に
示す。
【００３２】
【表１】
0003803525.tif 000002
【００３３】
表１から明らかなように、実施例全てが本発明の範囲内にあるので、イオン濃度が高く、そのバランスも良いので、除電時間が短く、オフセット電圧が低く、発塵量が極めて少なかった。このことは、本発明の静電気除電装置とすれば、従来より除電時間が短く、オフセット電圧が低く、発塵量が極めて少ない静電気除電装置とすることができるということを示している。
【００３４】
これに対して、比較例１では、ＴｉＯ2-xの含有率が低いので、イオン濃度が低く除電時間が長くなり、比較例２ではＴｉＯ2-xの含有率が高いので、単味のＴｉＯ2-xが生じ発塵量が多くなっていた。また、比較例３では、導電性のないセラミックスを電極ピンとしているので、除電ができず、比較例４〜６では、絶縁性セラミックスに導電性を有するセラミックスを複合させているため、導電性は有するものの、複合酸化物を形成しないので、その電気伝導率は大きくバラツキ、１５００時間使用するとイオン濃度が大きく減少し、それに応じて除電時間が大幅に長くなり、発塵量も０時間、１５００時間とも極めて多かった。比較例７〜９では金属製のピンであるため、イオンバランスが悪く、除電効率も悪く、発塵も多かった。比較例１０では、イオンバランスは良いものの、イオン濃度が低く、除電効率が悪く、発塵も実施例よりかなり多かった。
【００３５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明にかかる静電気除電装置であれば、従来よりイオンバランスが良く、イオン濃度も高いので、除電効率の良い、発塵量も極めて少ない静電気除電装置とすることができるようになった。このことにより、半導体製造工程、液晶ディスプレー製造工程、ハードディスク製造工程、あるいは電子機器の実装工程において、製品の歩留まりを大きく向上させることができる極めて優れた静電気除電装置とすることができるようになった。また、電極ピンの全体そのものの耐食性が向上することで初期コストを大幅に低減することができ、さらに、帯電された超微粒子の電極先端への付着が少ないことによりメンテナンスフリーとなることでランニングコストも大幅に低減することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】電極ピンの大きさと形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１：電極ピン
２：ピン先端
【図１】
0003803525.tif 000003