JP5435423B2 - イオナイザ及び除電方法 - Google Patents

Description

本発明は、除電領域の静電気を除去するイオナイザ及び除電方法に関する。

従来より、コロナ放電を利用して除電領域（例えば、静電気が帯電した物体）の静電気を除去する除電装置としてのイオナイザが知られている（特許文献１〜３参照）。前記イオナイザは、電極への高電圧の印加に起因したコロナ放電により発生する正イオン又は負イオンを前記除電領域に放出し、該除電領域の前記静電気を前記正イオン又は前記負イオンにより除去する。

ここで、特許文献１〜３のイオナイザについて、図８Ａ〜図１２Ｂを参照しながら説明する。なお、図８Ａ〜図１２Ｂでは、説明の容易化のために、一部の構成要素を誇張化して図示し、あるいは、模式化して図示する。

特許文献１のイオナイザは、図８Ａに示すように、針電極１００と、帯電した物体１０４及び針電極１００の先端部間に配置された接地電極１０２とを備えている。例えば、図８Ｂに示す周期Ｔ及びデューティ比５０％の交流電圧（＋Ｖの印加電圧と−Ｖの印加電圧が交互に繰り返される高電圧）を針電極１００に印加した場合、針電極１００と、該針電極１００に対向する接地電極１０２との間で図示しない電界（電気力線）が形成される。これにより、針電極１００の先端部に電界集中が発生し、この電界集中に起因したコロナ放電によって、交流電圧の正の半周期（＋Ｖの印加電圧）では、前記先端部の近傍に正イオン１０６が発生し（図９Ａ参照）、一方で、交流電圧の負の半周期（−Ｖの印加電圧）では、前記先端部の近傍に負イオン１０８が発生する（図９Ｂ参照）。

従って、正イオン１０６又は負イオン１０８が２つの接地電極１０２の間（イオナイザに設けられた開口）を通過して物体１０４に向かって放出されることにより、該物体１０４に帯電した電荷（静電気）が除去される。

なお、図８Ｂに示すように、前記交流電圧は、時点ｔ５０、ｔ５１、ｔ５２、ｔ５３、ｔ５４、ｔ５５のタイミングで正負の極性が切り替わる。

特許文献２のイオナイザは、図１０に示すように、物体１０４からイオナイザを視たときに、２つの接地電極１０２間に２つの針電極１００ａ、１００ｂが配置されている。この場合、一方の針電極１００ａに＋Ｖの直流電圧、他方の針電極１００ｂに−Ｖの直流電圧を印加すると、針電極１００ａと接地電極１０２との間、針電極１００ｂと接地電極１０２との間に加え、針電極１００ａと針電極１００ｂとの間でも図示しない電界（電気力線）が形成される。この結果、針電極１００ａ、１００ｂの各先端部には、大きな電界集中が発生し、これらの電界集中に起因したコロナ放電によって、針電極１００ａの先端部の近傍に正イオン１０６が大量に発生する一方、針電極１００ｂの先端部の近傍に負イオン１０８が大量に発生する。正イオン１０６及び負イオン１０８は、各接地電極１０２間の開口を通過して物体１０４に向かってそれぞれ放出されて、該物体１０４の静電気を除去する。

特許文献３のイオナイザは、図１１Ａに示すように、接地電極１０２（図８Ａ及び図９Ａ〜図１０参照）を不要とした構成である。この場合、一方の針電極１００ａには、図１１Ｂに示す交流電圧が印加され、他方の針電極１００ｂには、前記交流電圧に対して１８０°位相が反転した図１１Ｃの交流電圧が印加される。なお、図１１Ｂ及び図１１Ｃにおいて、各交流電圧は、時点ｔ６０、ｔ６１、ｔ６２、ｔ６３、ｔ６４、ｔ６５のタイミングで正負の極性が切り替わる。

これにより、例えば、図１２Ａに示すように、針電極１００ａに＋Ｖの印加電圧（図１１Ｂ参照）が印加されると共に、針電極１００ｂに−Ｖの印加電圧（図１１Ｃ参照）が印加されたときに、各針電極１００ａ、１００ｂ間に図示しない電界（電気力線）が形成され、針電極１００ａ、１００ｂの各先端部には、大きな電界集中が発生する。これらの電界集中に起因したコロナ放電によって、針電極１００ａの先端部の近傍には正イオン１０６が大量に発生する一方、針電極１００ｂの先端部の近傍には負イオン１０８が大量に発生する。正イオン１０６は、前記電気力線に沿い針電極１００ｂに向かって移動すると共に、負イオン１０８は、前記電気力線に沿い針電極１００ａに向かって移動する。

そして、時点ｔ６１、ｔ６３、ｔ６５における正負の切替のタイミングで、針電極１００ａ、１００ｂの電圧レベルが０になると、図１２Ｂに示すように、針電極１００ａ、１００ｂ間の正イオン１０６及び負イオン１０８は、物体１０４に向かって放出され、該物体１０４の静電気を除去する。なお、図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、正イオン１０６又は負イオン１０８を囲む破線領域は、正イオン１０６の群又は負イオン１０８の群を示している。

米国特許第６６９３７８８号明細書 特開２００８−２８８０７２号公報 国際公開第２００７／１２２７４２号パンフレット

しかしながら、特許文献１のイオナイザでは、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、針電極１００と接地電極１０２との間に形成された図示しない電気力線に沿って、正イオン１０６や負イオン１０８が接地電極１０２に誘導され吸収されるので、物体１０４にまで到達する正イオン１０６又は負イオン１０８の数が減少する。

一方、図１０に示す特許文献２のイオナイザは、特許文献１のイオナイザ（図８Ａ〜図９Ｂ参照）と比較して、針電極１００ａ、１００ｂの先端部における電界集中が大きいので、正イオン１０６及び負イオン１０８を大量に発生させることができる。しかしながら、特許文献１の場合と同様に、正イオン１０６や負イオン１０８が接地電極１０２にそれぞれ誘導され吸収されるという問題がある。また、針電極１００ｂに向かって正イオン１０６が移動すると共に、針電極１００ａに向かって負イオン１０８が移動するので、移動中の正イオン１０６及び負イオン１０８が結合し、負イオン１０８が針電極１００ａに誘導及び吸収され、さらには、正イオン１０６が針電極１００ｂに誘導及び吸収される。この結果、正イオン１０６及び負イオン１０８を大量に発生させても、物体１０４の静電気を除去するために必要な正イオン１０６及び負イオン１０８の数を増加させることはできない。従って、特許文献２のイオナイザでは、大量のイオンを無駄に発生させていることになる。

これに対して、図１１Ａ〜図１２Ｂに示す特許文献３のイオナイザでは、接地電極１０２（図８Ａ及び図９Ａ〜図１０参照）を不要としたので、該接地電極１０２への正イオン１０６及び負イオン１０８の誘導及び吸収は回避することができる。しかしながら、時点ｔ６０、ｔ６１、ｔ６２、ｔ６３、ｔ６４、ｔ６５のタイミングで交流電圧の正負を切り替えるときに、正イオン１０６及び負イオン１０８を物体１０４に向かって共に放出させると共に、しかも、その直後に針電極１００ａ、１００ｂに印加される交流電圧の極性が切り替わるので、物体１０４に向かう正イオン１０６及び負イオン１０８が結合したり、極性切替直後の針電極１００ａ、１００ｂに正イオン１０６及び負イオン１０８が誘導及び吸収されてしまい、結果的に、物体１０４に向かって放出される正イオン１０６及び負イオン１０８の数が減少するという問題がある。

このように、特許文献１〜３のイオナイザでは、物体１０４の静電気の除去に必要なイオンの発生効率（イオナイザからのイオンの放出効率）が低く、従って、前記静電気の除去効率が低いという問題がある。

上記の問題に対しては、例えば、針電極１００、１００ａ、１００ｂの背後に接地電極を配置して、針電極１００、１００ａ、１００ｂの先端部の電界集中をさらに高めたり、あるいは、針電極１００、１００ａ、１００ｂの電圧レベルを上昇させることが考えられる。しかしながら、前記背後の接地電極を配置するためのスペースを確保する必要があるので、イオナイザが大型化するという問題がある。また、電圧レベルを上昇させてイオンを大量に発生させても、上述した特許文献１〜３の各問題により、除電効率を高めることができない。また、電圧レベルを上げるためには、より高い電圧を発生する高電圧発生部が必要になるので、この場合でも、イオナイザが大型化するという問題がある。

本発明は、前記の問題に鑑みなされたものであり、イオンの発生効率（イオナイザからのイオンの放出効率）を向上させることにより、除電領域における静電気の除電効率を高めることができるイオナイザ及び除電方法を提供することを目的とする。

本発明に係るイオナイザは、少なくとも２つの電極と、前記２つの電極のうち、第１の電極に第１の交流電圧を印加すると共に、第２の電極に前記第１の交流電圧の周波数よりも高い周波数の第２の交流電圧を印加する高電圧発生部とを有することを特徴としている。

また、本発明に係る除電方法は、少なくとも２つの電極のうち、第１の電極に第１の交流電圧を印加すると共に、第２の電極に前記第１の交流電圧の周波数よりも高い周波数の第２の交流電圧を印加することにより、正イオン又は負イオンを発生し、発生した前記正イオン又は前記負イオンを除電領域に放出することにより、前記除電領域の静電気を除去することを特徴としている。

［発明が解決しようとする課題］の項目でも説明したように、特許文献１〜３のイオナイザでは、コロナ放電に起因して正イオン又は負イオンを大量に発生させても、接地電極１０２（図８Ａ、図９Ａ、図９Ｂ及び図１０参照）の存在や、極性切替のタイミングにおける正イオン１０６及び負イオン１０８（図１２Ｂ参照）の放出によって、実際に除電領域（物体１０４）に向かって放出される正イオン１０６及び負イオン１０８の数が減少するので、該除電領域における静電気の除電効率が低いという問題があった。

そこで、本発明では、前記第１の電極に印加される前記第１の交流電圧の周波数に対して、前記第２の電極に印加される前記第２の交流電圧の周波数を高く設定している。

これにより、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される交流電圧の極性によって、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される交流電圧が互いに異なる極性となる時間帯（一方の電極が正極性となり、他方の電極が負極性となる時間帯）と、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される交流電圧が互いに同じ極性となる時間帯（一方の電極及び他方の電極がそれぞれ正極性又は負極性となる時間帯）とが発生する。

この場合、前記互いに異なる極性となる時間帯では、各電極の近傍に前記正イオン及び前記負イオンがそれぞれ発生する。また、前記互いに同じ極性となる時間帯では、前記各電極の極性と、前記各電極の近傍に発生したイオンの極性とが互いに同じ極性になるので、前記各電極と前記イオンとの間に作用する斥力によって、前記イオンは、イオナイザから前記除電領域に向かって放出される。

つまり、本発明では、接地電極１０２が不要であるため、該接地電極１０２にイオンが誘導され吸収されて、前記除電領域に向かって放出されるイオンの数が減少するという特許文献１及び２の問題を回避することができる。

また、前記正イオン及び前記負イオンを発生する時間帯とは別途に、前記正イオン又は前記負イオンを放出する時間帯が設けられているので、極性切替のタイミングで前記正イオン又は前記負イオンを放出させる必要はなく、従って、発生した前記正イオン又は前記負イオンの数を減少させることなく、確実に前記除電領域に向けて放出させることができる。

さらに、本発明では、前述したように、前記第２の交流電圧の周波数を、前記第１の交流電圧の周波数よりも高く設定している。そのため、上述した互いに異なる極性となる時間帯（正イオン及び負イオンを発生させる時間帯）と、互いに同じ極性となる時間帯（発生した正イオン又は負イオンを除電空間に放出させる時間帯）とは、いずれも、前記第１の交流電圧における正極性の時間又は負極性の時間よりも短時間となる場合がある。しかしながら、本発明では、これらの時間帯を交互に繰り返すことで、極性切替後の電極に前記正イオン又は前記負イオンが誘導され吸収される前に、前記斥力を利用して前記正イオン又は前記負イオンを前記除電領域に向かってそのまま放出させることができる。

従って、本発明では、特許文献３の問題も回避することができる。

このように、本発明では、特許文献１〜３と比較して、前記斥力により前記除電領域に向かって前記正イオン又は前記負イオンを放出させる時間帯において、前記正イオン又は前記負イオンを無駄なく且つ確実に前記除電領域に放出させることができる。これにより、前記除電領域の前記静電気を効率よく除電することができる。

つまり、本発明によれば、特許文献１〜３のように、イオンを大量に発生させなくても、前記第１の交流電圧の周波数と前記第２の交流電圧の周波数とを、上記の関係に設定することにより、発生させた前記正イオンや前記負イオンを確実に前記除電領域に放出させて、前記静電気の除去効率を高めるようにしている。そのため、前記第１の電極及び前記第２の電極の背後に接地電極を配置し、あるいは、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加される交流電圧の電圧レベルを高くすることも不要となる。

従って、本発明では、イオンの発生効率（イオンの放出効率）を改善することにより、前記除電領域における前記静電気の除電効率を高めることができる。これにより、イオナイザの小型化も実現することが可能となる。

ここで、正の整数をｎ（ｎ＝１、２、３、…）としたときに、前記第２の交流電圧の周波数を、前記第１の交流電圧の周波数に対して３ｎ逓倍の周波数に設定することで、上述した正イオン及び負イオンを発生させる時間帯と、正イオン又は負イオンを除電空間に放出させる時間帯とが交互に繰り返されることになるので、無駄な前記正イオンや前記負イオンの発生を回避して、前記静電気の除去を効率よく行うことができる。

また、前記高電圧発生部は、前記第１の交流電圧における正負の切替のタイミングに対して、前記第２の交流電圧における正負の切替のタイミングをずらした状態で、該第２の交流電圧を前記第２の電極に印加してもよい。

これにより、前記正イオン及び前記負イオンを発生させる時間帯と、前記除電領域に前記正イオン又は前記負イオンを放出させる時間帯とが、交互に繰り返されることを確実に実現することができる。この結果、前記正イオン及び前記負イオンの発生効率（放射効率）が高まり、前記静電気の除去効率を著しく向上させることが可能となる。このように、前記除去効率が向上することで、イオナイザの信頼性も高めることができる。

そして、前記第１の電極及び前記第２の電極が針電極であれば、当該各針電極の先端部に大きな電界集中が発生するので、これらの電界集中に起因したコロナ放電によって前記正イオン及び前記負イオンを容易に発生させることができる。すなわち、前述したように、本発明は、接地電極１０２を不要とする構成であるので、前記第１の電極に印加される前記第１の交流電圧と、前記第２の電極に印加される前記第２の交流電圧との間の電位差によって、電界集中の程度や前記正イオン及び前記負イオンの発生数が決まる。そのため、特許文献１〜３と比較して、前記第１の電極及び前記第２の電極に印加する交流電圧の電圧レベルを低くしても、前記正イオン及び前記負イオンを発生させることができる。

そして、前記高電圧発生部は、前記除電領域のイオンバランスを調整するために、前記第２の交流電圧のデューティ比を調整可能に構成するれば、前記静電気の除去を効率よく行うことが可能となる。なお、前記イオンバランスの調整は、イオナイザによる前記除電領域での前記静電気の除去作業前に予め行っておくことが望ましい。

そして、本発明に係るイオナイザは、前記高電圧発生部を制御して、前記第１の電極に前記第１の交流電圧を印加させると共に、前記第２の電極に前記第２の交流電圧を印加させるための制御部をさらに有することが望ましい。これにより、前記制御部からの制御信号に従って、前記高電圧発生部が前記第１の電極に前記第１の交流電圧を印加すると共に、前記第２の電極に前記第２の交流電圧を印加することが可能となる。

また、前記高電圧発生部は、前記第１の交流電圧の印加により前記第１の電極が正極性となる時間帯において、前記第２の電極が負極性となる時間帯では該第２の電極に印加する前記第２の交流電圧の電圧レベルを略０レベルとし、一方で、前記第１の交流電圧の印加により前記第１の電極が負極性となる時間帯において、前記第２の電極が正極性となる時間帯では該第２の電極に印加する前記第２の交流電圧の電圧レベルを略０レベルとすることも可能である。

このように、前記第１の電極の極性に対して前記第２の電極の極性が反対極性となる予定の時間帯において、該第２の電極に印加する前記第２の交流電圧の電圧レベルを略０レベル（グランドレベル）とすることにより、前記第１の電極及び前記第２の電極の双方に電圧を印加する場合と比較して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差が小さくなるので、前記高電圧発生部の負担を軽減することができる。

前記電位差が小さくなれば、イオンの発生量も減少するが、該発生量が減少しても、ある程度の除電効果が期待できる場合には、前記電圧レベルを積極的にグランドレベルにすることで、前記第１の電極及び前記第２の電極の摩耗（前記針電極の先端部の摩耗）を抑制することが可能となる。

本発明によれば、イオンの発生効率（イオンの放出効率）を改善することにより、除電領域における静電気の除電効率を高めることができる。これにより、イオナイザの小型化も実現することが可能となる。

本実施形態に係るイオナイザの概略ブロック図である。 図２Ａは、第１の電極に印加される第１の交流電圧の波形を示すタイムチャートであり、図２Ｂは、第２の電極に印加される第２の交流電圧の波形を示すタイムチャートであり、図２Ｃは、イオナイザの動作モードを示すタイムチャートである。 図３Ａは、図２ＣのパターンＡでのイオナイザの動作を示す説明図であり、図３Ｂは、図２ＣのパターンＢでのイオナイザの動作を示す説明図である。 図４Ａは、図２ＣのパターンＣでのイオナイザの動作を示す説明図であり、図４Ｂは、図２ＣのパターンＤでのイオナイザの動作を示す説明図である。 図５Ａは、第１の電極に印加される第１の交流電圧の波形を示すタイムチャートであり、図５Ｂは、第２の電極に印加される第２の交流電圧の波形を示すタイムチャートであり、図５Ｃは、イオナイザの動作パターンを示すタイムチャートである。 図６Ａは、第１の電極に印加される第１の交流電圧の波形を示すタイムチャートであり、図６Ｂは、第２の電極に印加される第２の交流電圧の波形を示すタイムチャートであり、図６Ｃは、イオナイザの動作パターンを示すタイムチャートである。 図７Ａは、図６ＣのパターンＡ´でのイオナイザの動作を示す説明図であり、図７Ｂは、図６ＣのパターンＣ´でのイオナイザの動作を示す説明図である。 図８Ａは、特許文献１のイオナイザを模式的に示す説明図であり、図８Ｂは、図８Ａの針電極に印加される交流電圧の波形を示すタイムチャートである。 図９Ａは、図８Ａの針電極に正極性の印加電圧を印加したときのイオナイザの動作を示す説明図であり、図９Ｂは、図８Ａの針電極に負極性の印加電圧を印加したときのイオナイザの動作を示す説明図である。 特許文献２のイオナイザを模式的に示す説明図である。 図１１Ａは、特許文献３のイオナイザを模式的に示す説明図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの一方の針電極に印加される交流電圧の波形を示すタイムチャートであり、図１１Ｃは、図１１Ａの他方の針電極に印加される交流電圧の波形を示すタイムチャートである。 図１２Ａは、図１１Ａの針電極に交流電圧が印加されているときのイオナイザの動作を示す説明図であり、図１２Ｂは、交流電圧の正負の切替時におけるイオナイザの動作を示す説明図である。

本発明に係るイオナイザの好適な実施形態を、除電方法との関連で、図１〜図７Ｂを参照しながら説明する。なお、図１〜図７Ｂにおいては、説明の容易化のために、一部の構成要素を誇張化して図示し、あるいは、模式化して図示する。

本実施形態に係るイオナイザ１０は、樹脂フィルム、ゴム、半導体ウェーハ又は電子基板等の物体（ワーク）１２に帯電した静電気（電荷）を除去する除電装置であって、コントローラ（制御部）１４と、高電圧発生部１６と、針電極１８ａ、１８ｂとを有する。

針電極１８ａ、１８ｂは、並行に、且つ、先端部が物体１２に指向した状態で配置されている。高電圧発生部１６は、一方の針電極（第１の電極）１８ａに第１の交流電圧を印加すると共に、他方の針電極（第２の電極）１８ｂに第２の交流電圧を印加する交流高電圧発生器である。コントローラ１４は、高電圧発生部１６に制御信号を出力することにより、該高電圧発生部１６から針電極１８ａ、１８ｂに対する交流電圧の印加を制御する。

本実施形態に係るイオナイザ１０の構成は、上述した通りであり、次に、本実施形態の特徴的な機能（除電方法）について、図２Ａ〜図７Ｂを参照しながら説明する。

図２Ａは、一方の針電極１８ａに印加される交流電圧の波形を示し、図２Ｂは、他方の針電極１８ｂに印加される交流電圧の波形を示し、図２Ｃは、図２Ａの交流電圧が針電極１８ａに印加されると共に、図２Ｂの交流電圧が針電極１８ｂに印加されたときのイオナイザ１０の動作モードの時間変化を示している。

ここで、針電極１８ａに印加される第１の交流電圧は、周期Ｔａ（周波数ｆａ＝１／Ｔａ）の交流電圧であり、一方で、針電極１８ｂに印加される第２の交流電圧は、周期Ｔｂ（周波数ｆｂ＝１／Ｔｂ）の交流電圧である。この場合、前記第１の交流電圧と前記第２の交流電圧との間では、Ｔａ＝３Ｔｂ（ｆｂ＝３ｆａ）となるように、周期及び周波数が設定されている。

また、前記第１の交流電圧は、時点ｔ０、ｔ４、ｔ８、ｔ１２、…のタイミングで正負の極性（＋Ｖ、−Ｖの電圧レベル）が切り替わる。一方、前記第２の交流電圧は、時点ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ９、ｔ１０、ｔ１１、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５、…のタイミングで正負の極性（＋Ｖ、−Ｖの電圧レベル）が切り替わる。すなわち、本実施形態では、前記第１の交流電圧における正負の極性切替のタイミングに対して、前記第２の交流電圧における正負の極性切替のタイミングをずらしている。これにより、一方の針電極１８ａと他方の針電極１８ｂとに対して、正負の極性切替のタイミングが互いにずれた交流電圧がそれぞれ印加されることになる。

なお、上述した第１の交流電圧及び第２の交流電圧の周期Ｔａ、Ｔｂ（周波数ｆａ、ｆｂ）や正負の極性切替のタイミング（時点ｔ０〜ｔ１５）や電圧レベル（＋Ｖ、−Ｖ）は、コントローラ１４において全て決定（設定）される。従って、コントローラ１４は、これらの決定内容（設定内容）を示す制御信号を高電圧発生部１６に出力し、高電圧発生部１６は、前記制御信号の示す設定内容に沿って、第１の交流電圧を一方の針電極１８ａに印加すると共に、第２の交流電圧を他方の針電極１８ｂに印加する。

そして、第１の交流電圧が針電極１８ａに印加されると共に、第２の交流電圧が針電極１８ｂに印加されることにより、イオナイザ１０の動作モードは、図２Ｃに示すように、第１の交流電圧の極性と、第２の交流電圧の極性とによって、上記の各タイミング（時点）毎に切り替わる。なお、動作モードとは、後述するように、イオナイザ１０における正イオン２０及び負イオン２２（図３Ａ〜図４Ｂ参照）の発生パターン又は放出パターンをいう。

ここで、動作モードとしてのパターンＡは、一方の針電極１８ａに正極性電圧（＋Ｖの印加電圧）が印加されると共に、他方の針電極１８ｂに負極性電圧（−Ｖの印加電圧）が印加される場合を示す。パターンＢは、一方の針電極１８ａ及び他方の針電極１８ｂに正極性電圧（＋Ｖの印加電圧）が共に印加される場合を示す。パターンＣは、一方の針電極１８ａに負極性電圧（−Ｖの印加電圧）が印加されると共に、他方の針電極１８ｂに正極性電圧（＋Ｖの印加電圧）が印加される場合を示す。パターンＤは、一方の針電極１８ａ及び他方の針電極１８ｂに負極性電圧（−Ｖの印加電圧）が共に印加される場合を示す。

なお、図２Ｃでは、時点ｔ０から時点ｔ１５までの各時点毎に、イオナイザ１０の動作モードが、Ａ→Ｂ→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｃ→Ｄ→Ａ→Ｂ→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｃ→Ｄ→…の順に切り替わる様子を図示している。

次に、パターンＡ〜Ｄにおけるイオナイザ１０の動作について、図３Ａ〜図４Ｂを参照しながら説明する。

図３ＡのパターンＡでは、正極性（＋Ｖの印加電圧）の針電極１８ａと、負極性の針電極１８ｂとの間に図示しない電界（電気力線）が形成され、針電極１８ａ、１８ｂの各先端部には、それぞれ電界集中が発生する。これらの電界集中によって前記各先端部の近傍にコロナ放電が発生し、発生した各コロナ放電に起因して、針電極１８ａの先端部の近傍には正イオン２０が発生する一方、針電極１８ｂの先端部の近傍には負イオン２２が発生する。正イオン２０は、前記電気力線に沿って負極性の針電極１８ｂに向うと共に、負イオン２２は、前記電気力線に沿って正極性の針電極１８ａに向う。なお、図３Ａ中の正イオン２０又は負イオン２２を囲む破線は、正イオン２０又は負イオン２２の群を示している。

図３ＢのパターンＢでは、針電極１８ａ、１８ｂが共に正極性（＋Ｖの印加電圧）となり、これらの針電極１８ａ、１８ｂと図示しないアースとの間で電界（電気力線）が形成され、針電極１８ａ、１８ｂの各先端部における電界集中に起因して前記各先端部の近傍にコロナ放電が発生する。前記各コロナ放電に起因して針電極１８ａ、１８ｂの先端部の近傍に正イオン２０が発生する一方、パターンＢの直前の時間帯であるパターンＡ（図２Ｃ参照）において発生した負イオン２２は、各針電極１８ａ、１８ｂの先端部に誘導され吸収される。この場合、発生した正イオン２０及びパターンＡで発生した正イオン２０の極性と、針電極１８ａ、１８ｂに印加される交流電圧（＋Ｖ）の極性とが同じ極性であるため、正イオン２０の群と針電極１８ａ、１８ｂとの間で斥力が作用し、この結果、正イオン２０の群は、前記斥力によって、イオナイザ１０の図示しない開口を通過して物体１２に向かって放出される。従って、物体１２に到達した正イオン２０の群は、該物体１２に帯電した静電気を効率よく且つ確実に除去することができる。

図４ＡのパターンＣでは、負極性（−Ｖの印加電圧）の針電極１８ａと、正極性の針電極１８ｂとの間に図示しない電界（電気力線）が形成され、針電極１８ａ、１８ｂの各先端部には、それぞれ電界集中が発生する。これらの電界集中によって前記各先端部の近傍にコロナ放電が発生し、発生した各コロナ放電に起因して、針電極１８ａの先端部の近傍には負イオン２２が発生する一方、針電極１８ｂの先端部の近傍には正イオン２０が発生する。負イオン２２は、前記電気力線に沿って正極性の針電極１８ｂに向うと共に、正イオン２０は、前記電気力線に沿って負極性の針電極１８ａに向う。

図４ＢのパターンＤでは、針電極１８ａ、１８ｂが共に負極性（−Ｖの印加電圧）となり、これらの針電極１８ａ、１８ｂと図示しないアースとの間で電界（電気力線）が形成され、針電極１８ａ、１８ｂの各先端部における電界集中に起因して前記各先端部の近傍にコロナ放電が発生する。前記各コロナ放電に起因して針電極１８ａ、１８ｂの先端部の近傍に負イオン２２が発生する一方、パターンＤの直前の時間帯であるパターンＣ（図２Ｃ参照）において発生した正イオン２０は、各針電極１８ａ、１８ｂの先端部に誘導され吸収される。この場合、発生した負イオン２２及びパターンＣで発生した負イオン２２の極性と、針電極１８ａ、１８ｂに印加される交流電圧（−Ｖ）の極性とが同じ極性であるため、負イオン２２の群と針電極１８ａ、１８ｂとの間で斥力が作用し、この結果、負イオン２２の群は、前記斥力によって、イオナイザ１０の開口を通過して物体１２に向かって放出される。従って、物体１２に到達した負イオン２２の群は、該物体１２に帯電した静電気を効率よく且つ確実に除去することができる。

このように、本実施形態では、図２Ｃに示すように、各タイミング（時点）毎に、イオナイザ１０の動作モード（パターンＡ〜Ｄ）が切り替わるので、物体１２が正又は負のいずれの極性に帯電していても、イオナイザ１０から放出される正イオン２０の群、又は、負イオン２２の群によって、物体１２の静電気（正又は負の電荷）を効率よく除去することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係るイオナイザ１０及び除電方法によれば、一方の針電極１８ａに印加される第１の交流電圧の周波数ｆａに対して、他方の針電極１８ｂに印加される第２の交流電圧の周波数ｆｂを高く設定している（ｆｂ＞ｆａ）。

これにより、針電極１８ａ、１８ｂに印加される交流電圧の極性によって、針電極１８ａ、１８ｂに印加される交流電圧が互いに異なる極性となる時間帯（一方の針電極が正極性となり、他方の針電極が負極性となる時間帯としてのパターンＡ、Ｃ）と、針電極１８ａ、１８ｂに印加される交流電圧が互いに同じ極性となる時間帯（一方の針電極及び他方の針電極がそれぞれ正極性又は負極性となる時間帯としてのパターンＢ、Ｄ）とが発生する。

この場合、パターンＡ、Ｃでは、各針電極１８ａ、１８ｂの近傍に正イオン２０及び負イオン２２がそれぞれ発生する。また、パターンＢ、Ｄでは、各針電極１８ａ、１８ｂの極性と、各針電極１８ａ、１８ｂの近傍に発生したイオンの極性とが互いに同じ極性になるので、各針電極１８ａ、１８ｂと正イオン２０又は負イオン２２との間に作用する斥力によって、正イオン２０又は負イオン２２は、イオナイザ１０から物体１２に向かって放出される。

つまり、本実施形態では、接地電極１０２（図８Ａ及び図９Ａ〜図１０参照）が不要であるため、該接地電極１０２に正イオン１０６又は負イオン１０８が誘導され吸収されて、物体１０４に向かって放出されるイオンの数が減少するという特許文献１及び２の問題を回避することができる。

また、正イオン２０及び負イオン２２を発生する時間帯（パターンＡ、Ｃ）とは別途に、正イオン２０又は負イオン２２を物体１２に放出する時間帯（パターンＢ、Ｄ）が設けられているので、極性切替のタイミングで正イオン２０又は負イオン２２を放出させる必要はなく、従って、発生した正イオン２０又は負イオン２２の数を減少させることなく、確実に物体１２に向けて放出させることができる。

さらに、本実施形態では、前述したように、第２の交流電圧の周波数ｆｂを、第１の交流電圧の周波数ｆａよりも高く設定している。そのため、上述したパターンＡ〜Ｄがいずれも第１の交流電圧における正極性の時間又は負極性の時間よりも短時間となる（場合がある）。しかしながら、本実施形態では、パターンＡ、Ｃと、パターンＢ、Ｄとを交互に繰り返すことで、極性切替後の針電極１８ａ、１８ｂに正イオン２０又は負イオン２２が誘導され吸収される前に、前記斥力を利用して正イオン２０又は負イオン２２を物体１２に向かってそのまま放出させることができる。

従って、本実施形態では、特許文献３の問題も回避することができる。

このように、本実施形態では、特許文献１〜３と比較して、前記斥力により物体１２に向かって正イオン２０又は負イオン２２を放出させる時間帯（パターンＢ、Ｄ）において、正イオン２０又は負イオン２２を無駄なく且つ確実に物体１２に放出させることができる。これにより、物体１２の静電気を効率よく除電することができる。

つまり、本実施形態によれば、特許文献１〜３のように、イオンを大量に発生させなくても、第１の交流電圧の周波数ｆａと第２の交流電圧の周波数ｆｂとを、上記の関係に設定することにより、発生させた正イオン２０や負イオン２２を確実に物体１２に放出させて、静電気の除去効率を高めるようにしている。そのため、針電極１８ａ、１８ｂの背後に接地電極を配置し、あるいは、針電極１８ａ、１８ｂに印加される交流電圧の電圧レベルを高くすることも不要となる。

従って、本実施形態では、イオンの発生効率（イオンの放出効率）を改善することにより、物体１２における静電気の除電効率を高めることができる。これにより、イオナイザ１０の小型化も実現することが可能となる。

また、高電圧発生部１６は、第１の交流電圧における正負の切替のタイミングに対して、第２の交流電圧における正負の切替のタイミングをずらした状態で、該第２の交流電圧を針電極１８ｂに印加するので、正イオン２０及び負イオン２２を発生させる時間帯（パターンＡ、Ｃ）と、物体１２に正イオン２０又は負イオン２２を放出させる時間帯（パターンＢ、Ｄ）とが、交互に繰り返されることを確実に実現することができる。この結果、正イオン２０及び負イオン２２の発生効率（放射効率）が高まり、物体１２における静電気の除去効率を著しく向上させることが可能となる。このように、除去効率が向上することで、イオナイザ１０の信頼性も高めることができる。

そして、イオナイザ１０は、針電極１８ａ、１８ｂを用いているので、当該各針電極１８ａ、１８ｂの先端部に大きな電界集中を発生させて、これらの電界集中に起因したコロナ放電によって正イオン２０及び負イオン２２を容易に発生させることができる。すなわち、前述したように、本実施形態は、接地電極１０２を不要とする構成であるので、針電極１８ａに印加される第１の交流電圧と、針電極１８ｂに印加される第２の交流電圧との間の電位差によって、電界集中の程度や正イオン２０及び負イオン２２の発生数が決まる。そのため、特許文献１〜３と比較して、針電極１８ａ、１８ｂに印加する交流電圧の電圧レベルを低くしても、正イオン２０及び負イオン２２を発生させることができる。

さらに、コントローラ１４から高電圧発生部１６に制御信号を出力し、高電圧発生部１６は、前記制御信号に従って、針電極１８ａに第１の交流電圧を印加すると共に、針電極１８ｂに第２の交流電圧を印加するので、針電極１８ａ、１８ｂに印加される交流電圧の制御を容易に行うことができる。

なお、上記の説明では、針電極１８ａ、１８ｂの数が２つである場合について説明したが、本実施形態では、これに限定されることはなく、イオナイザ１０に３つ以上の針電極を配置しても、上述した各効果を得ることが可能である。

また、上記の説明では、Ｔａ＝３Ｔｂ（ｆｂ＝３ｆａ）である場合について説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、正の整数をｎ（ｎ＝１、２、３、…）としたときに、第２の交流電圧の周波数ｆｂが第１の交流電圧の周波数ｆａに対して３ｎ逓倍（３倍、６倍、９倍、…）であればよい（ｆｂ＝３ｎ×ｆａ）。

図５Ａ〜図５Ｃは、第１の交流電圧及び第２の交流電圧の他の波形を図示したものであり、図５Ａに示す第１の交流電圧を針電極１８ａに印加し、図５Ｂに示す第２の交流電圧を針電極１８ｂに印加することで、時点ｔ２０〜ｔ４３の各タイミング（時点）毎に正負の極性が切り替わると共に、パターンＡ〜Ｄが切り替わる様子を図示している。なお、図５Ａ〜図５Ｃでは、ｆｂ＝６ｆａ（Ｔａ＝６Ｔｂ´）に設定され、第１の交流電圧及び第２の交流電圧の正負の極性切替を、時点ｔ２６、ｔ３２、ｔ３８、ｔ４３で同時に行う場合を図示している。

このように、本実施形態では、ｆｂ＝３ｎ×ｆａの関係とすることにより、無駄な正イオン２０や負イオン２２の発生を回避して、静電気の除去を効率よく行うことが可能となる。

また、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、第１の交流電圧及び第２の交流電圧について、正負の極性の切替を時点ｔ２６、ｔ３２、ｔ３８、ｔ４３で同時に行うので、時点ｔ２６、ｔ３２、ｔ３８、ｔ４３の前後のパターンがパターンＢ、Ｄ、あるいは、パターンＣ、Ａとなり、先のパターンで発生したイオンを後のパターンにおいて物体１２に向かって放出するイオンとして利用することができない場合がある。しかしながら、パターンＢ、Ｄや、パターンＣ、Ａが続いても、イオナイザ１０全体の動作としては、正イオン２０及び負イオン２２を発生させる動作モードと、正イオン２０又は負イオン２２を除電空間に放出させる動作モードとが交互に繰り返されることになるので、この場合でも、発生した正イオン２０又は負イオン２２を確実に物体１２に向かって放出することができ、該物体１２の静電気を効率よく除去することが可能である。

さらに、本実施形態では、イオナイザ１０による物体１２での静電気の除去作業に先立って、イオンバランス調整を行うことが望ましい。この場合、高電圧発生部１６は、コントローラ１４からの制御信号に従って、正イオン２０及び負イオン２２の移動速度の違いを考慮しつつ、第２の交流電圧のデューティ比を調整することにより、前記イオンバランスを調整する。これにより、実際の静電気の除去作業において、該静電気の除去を効率よく行うことが可能となる。

また、本実施形態では、針電極１８ｂに対する第２の交流電圧の印加方法を、図６Ａ〜図７Ｂに示す印加方法を変更することも可能である。

すなわち、高電圧発生部１６（図１参照）は、第１の交流電圧の印加により針電極１８ａが正極性となる時間帯（図６Ａのｔ２０〜ｔ２６、ｔ３２〜ｔ３８の各時間帯）において、針電極１８ｂが負極性となる予定の時間帯（図６Ｂのｔ２０〜ｔ２１、ｔ２２〜ｔ２３、ｔ２４〜ｔ２５、ｔ３２〜ｔ３３、ｔ３４〜ｔ３５、ｔ３６〜ｔ３７の各時間帯）では、針電極１８ｂに印加する第２の交流電圧の電圧レベルを略０レベル（グランドレベル）とする。

また、高電圧発生部１６は、第１の交流電圧の印加により針電極１８ａが負極性となる時間帯（図６Ａのｔ２６〜ｔ３２、ｔ３８以降の各時間帯）において、針電極１８ｂが正極性となる予定の時間帯（図６Ｂのｔ２６〜ｔ２７、ｔ２８〜ｔ２９、ｔ３０〜ｔ３１、ｔ３８〜ｔ３９、ｔ４０〜ｔ４１、ｔ４２〜ｔ４３の各時間帯）では、針電極１８ｂに印加する第２の交流電圧の電圧レベルをグランドレベルとする。

この場合、針電極１８ａ及び針電極１８ｂに同じ極性の電圧（正電圧又は負電圧）が印加される時間帯では、イオナイザ１０の動作モードは、前述したパターンＢ（図３Ｂ参照）又はパターンＤ（図４Ｂ参照）となる。

これに対して、針電極１８ａに正極性電圧が印加され、且つ、針電極１８ｂがグランドレベルとなる時間帯（図６Ｂのｔ２０〜ｔ２１、ｔ２２〜ｔ２３、ｔ２４〜ｔ２５、ｔ３２〜ｔ３３、ｔ３４〜ｔ３５、ｔ３６〜ｔ３７の各時間帯）において、イオナイザ１０の動作モードは、パターンＡ´（図６Ｃ及び図７Ａ参照）となる。

パターンＡ´とは、正極性の針電極１８ａとグランドレベルの針電極１８ｂとの間に形成された図示しない電界（電気力線）による針電極１８ａの先端部の電界集中に起因して、該先端部の近傍にコロナ放電が発生し、発生した前記コロナ放電に起因して前記先端部の近傍に正イオン２０が発生し、該正イオン２０が前記電気力線に沿って針電極１８ｂに向う動作モードである。

一方、針電極１８ａに負極性電圧が印加され、且つ、針電極１８ｂがグランドレベルとなる時間帯（図６Ｂのｔ２６〜ｔ２７、ｔ２８〜ｔ２９、ｔ３０〜ｔ３１、ｔ３８〜ｔ３９、ｔ４０〜ｔ４１、ｔ４２〜ｔ４３の各時間帯）において、イオナイザ１０の動作モードは、パターンＣ´（図６Ｃ及び図７Ｂ参照）となる。

パターンＣ´とは、負極性の針電極１８ａとグランドレベルの針電極１８ｂとの間に形成された図示しない電界（電気力線）による針電極１８ａの先端部の電界集中に起因して、該先端部の近傍にコロナ放電が発生し、発生した前記コロナ放電に起因して前記先端部の近傍に負イオン２２が発生し、該負イオン２２が前記電気力線に沿って針電極１８ｂに向う動作モードである。

上述したパターンＡ´、Ｃ´では、パターンＡ、Ｃ（図２Ｃ、図３Ａ及び図４Ａ参照）のように、２つの針電極１８ａ、１８ｂにそれぞれ電圧（＋Ｖ、−Ｖ）を印加する場合と比較して、針電極１８ａと針電極１８ｂとの間の電位差が小さくなる。すなわち、パターンＡ、Ｃでは、針電極１８ａ、１８ｂ間の電位差は２Ｖ（＋Ｖ−（−Ｖ）＝＋２Ｖ）となるが、パターンＡ´、Ｃ´では、Ｖ（＋Ｖ−０＝＋Ｖ）となり、電位差は半分となる。従って、図６Ａ〜図７Ｂによる印加方法では、高電圧発生部１６の負担を軽減することができる。

ところで、電位差が小さくなることによりイオンの発生量も減少するが、該発生量が減少しても、物体１２に対して、ある程度の除電効果が期待できる場合には、針電極１８ｂの電圧レベルを積極的にグランドレベルにすることにより、針電極１８ａ、１８ｂの先端部の摩耗を抑制することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…イオナイザ
１２…物体
１４…コントローラ
１６…高電圧発生部
１８ａ、１８ｂ…針電極
２０…正イオン
２２…負イオン

Claims (8)

1. 少なくとも２つの電極と、
   前記２つの電極のうち、第１の電極に第１の交流電圧を印加すると共に、第２の電極に前記第１の交流電圧の周波数よりも高い周波数の第２の交流電圧を印加する高電圧発生部と、
   を有することを特徴とするイオナイザ。
2. 請求項１記載のイオナイザにおいて、
   正の整数をｎとしたときに、前記第２の交流電圧の周波数は、前記第１の交流電圧の周波数に対して３ｎ逓倍の周波数であることを特徴とするイオナイザ。
3. 請求項１又は２記載のイオナイザにおいて、
   前記高電圧発生部は、前記第１の交流電圧における正負の切替のタイミングに対して、前記第２の交流電圧における正負の切替のタイミングをずらした状態で、該第２の交流電圧を前記第２の電極に印加することを特徴とするイオナイザ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオナイザにおいて、
   前記第１の電極及び前記第２の電極は、針電極であることを特徴とするイオナイザ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオナイザにおいて、
   前記第１の電極に対する前記第１の交流電圧の印加と、前記第２の電極に対する前記第２の交流電圧の印加とに起因して、正イオン又は負イオンが発生し、発生した前記正イオン又は前記負イオンを除電領域に放出する場合に、
   前記高電圧発生部は、前記除電領域のイオンバランスを調整するために、前記第２の交流電圧のデューティ比を調整可能であることを特徴とするイオナイザ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオナイザにおいて、
   前記高電圧発生部を制御して、前記第１の電極に前記第１の交流電圧を印加させると共に、前記第２の電極に前記第２の交流電圧を印加させるための制御部をさらに有することを特徴とするイオナイザ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオナイザにおいて、
   前記高電圧発生部は、
   前記第１の交流電圧の印加により前記第１の電極が正極性となる時間帯において、前記第２の電極が負極性となる時間帯では該第２の電極に印加する前記第２の交流電圧の電圧レベルを略０レベルとし、
   一方で、前記第１の交流電圧の印加により前記第１の電極が負極性となる時間帯において、前記第２の電極が正極性となる時間帯では該第２の電極に印加する前記第２の交流電圧の電圧レベルを略０レベルとすることを特徴とするイオナイザ。
8. 少なくとも２つの電極のうち、第１の電極に第１の交流電圧を印加すると共に、第２の電極に前記第１の交流電圧の周波数よりも高い周波数の第２の交流電圧を印加することにより、正イオン又は負イオンを発生し、
   発生した前記正イオン又は前記負イオンを除電領域に放出することにより、前記除電領域の静電気を除去することを特徴とする除電方法。

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