静电消除装置的制作方法

本发明关于一种消除装置，且特别关于一种静电消除装置。

背景技术：

静电是大自然中的一种自然现象。两个原本电中性的物体，经由摩擦后，会产生电子转移，导致静电的产生。在介电材质的传输管线中，如塑料管线或橡胶管线，由于传输液体和传输管线管壁之间的摩擦，很容易产生静电，进而造成一些危害。举例来说，当传送的液体具有易燃性的时候，静电可能会导致火花的发生，导致易燃液体起火甚至爆炸。静电也可能会直接将管线中的抽水或送水帮浦(pump)破坏。在半导体制程的管线中，如果管线中的溶剂有静电的产生，也可能会导致晶圆的损坏。

要降低管线中静电量有几种常见作法：

1.减少管线内的摩擦：由于管线内的静电主要是经由摩擦所产生。内管壁的粗糙度会影响大小。如果管线中有滤网，会增加摩擦量，进而产生更多的静电。

2.降低流速：根据研究显示，液体在管线内流动.所产生的流动电流和电荷密度的饱和值与液体流速的二次方成正相关，因此降低流速也是一个快速减少静电量的方法。

3.管线材质的选择：管材对静电的消散取决于管线本身的导电率与电阻率。对高电阻率的液体来说，电荷会持续累积几乎不衰减。此外，橡胶、塑料等绝缘管道比金属导电管线产生的静电通常高得多。绝缘材质的管线具有累积静电的能力，产生的静电常可达10千伏特(kv)以上等级。虽然使用导电的金属管线，并将金属管线接地也是一个常见的降低静电量的方法，但是在许多场合中并不适合使用金属管线。举例来说，橡胶或塑料管具有轻、便宜、绝缘和加工简单等优点，可能因为成本的考虑使用橡胶或是塑料材质的管材。在半导体制程的管线中常有强酸或强碱的溶剂。这些强酸或强碱通过金属管线有极大可能会腐蚀金属管壁，产生残留金属，进而导致半导体制程失效。在这些特殊的应用情境下，就需要采用高电阻率的铁氟龙管或是纳米碳管。

在高电阻率材质的管线中，高电阻率流体和管线摩擦会产生高压静电。由于管壁电阻率高，甚至可视为完全绝缘，所以没有办法直接使用金属管线中管壁接地的方法。一个可实施的传统方式是绝缘管线的外壁上安装导电环或是导电束带，藉由导电环10的接地来消散静电，如图1所示。然而，由于绝缘管线12中通过绝缘液体的静电量大，电压可能会达到10kv以上等级，而导电环10中通过液体的接触面积相当有限，使用导电环10接地的方法并没有办法非常有效的消除静电，反而有可能会有一些杂散信号从地流入。

首先，为了增加消散静电的效率，可以增加导电环10的面积，或是加入多个导电环。为了解决杂散信号藉由地流入导电环10的问题，可以在金属和地的中间加入二极管14。二极管14的安装方向和绝缘管线12带正电或负电荷相关。假设绝缘管线12带正电荷，则二极管14的正极连结于导电环10，而负极连接于地端，如图2所示。然而，当静电电压达到10kv以上的时候，这两种方法仍无法有效的在无噪声的状况下将高压静电快速地消散。

因此，本发明针对上述的困扰，提出一种静电消除装置，以解决现有技术所产生的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的，在于提供一种静电消除装置，其利用互相隔离的至少两个导电材将极高静电电压从绝缘中空管路中有效地消散且避免接地端的噪声干扰。

为达上述目的，本发明提供一种静电消除装置，其包含至少两个导电材与至少一静电消除电路。导电材互相隔离，并贴附于一绝缘中空管路的外壁上，导电材在绝缘中空管路的径向上重迭，绝缘中空管路上累积有静电电荷，其于导电材形成一静电电压。静电消除电路电性连接导电材，并与一接地端断开，静电消除电路通过导电材接收并消除静电电荷，以降低静电电压。

在本发明的一实施例中，静电消除电路更包含至少一压敏电阻(mov,metaloxidevaristor)、一热敏电阻(thermistor)与至少一气体放电管。压敏电阻具有第一端与第二端，第一端与第二端分别电性连接二导电材。热敏电阻具有第三端与第四端，第三端电性连接第一端。气体放电管的两端分别电性连接第四端与第二端。在静电电压大于压敏电阻与气体放电管的额定电压时，压敏电阻、热敏电阻与气体放电管接收并消除静电电荷，以降低静电电压。

在本发明的一实施例中，热敏电阻为正温度系数(ptc，positivetemperaturecoefficient)热敏电阻或高分子聚合物正系数(pptc，polymerpositivetemperaturecoefficient)热敏电阻。

在本发明的一实施例中，气体放电管的数量为两个，且两个气体放电管的额定电压不同，静电消除电路更包含一集电电容，其电性并联气体放电管，导电材与绝缘中空管路形成一等效电容，集电电容的电容值大于十倍的等效电容的电容值。在静电电压小于压敏电阻与气体放电管的额定电压时，静电电荷通过热敏电阻从绝缘中空管路先转移至集电电容，在静电电压大于压敏电阻与气体放电管的额定电压时，压敏电阻、热敏电阻与气体放电管再接收并消除静电电荷，以降低静电电压。

在本发明的一实施例中，静电消除装置更包含至少两个弧形导电片与至少一印刷电路板。弧形导电片分别通过导电材夹于绝缘中空管路上，以分别电性连接导电材。印刷电路板的底面固定于弧形导电片上，印刷电路板的顶面设有静电消除电路，弧形导电片通过印刷电路板电性连接静电消除电路。

在本发明的一实施例中，导电材为弧形金属片、导电胶带、导电胶、导电漆或压电陶瓷片。

在本发明的一实施例中，静电消除装置更包含一阻尼电路。在导电材为压电陶瓷片(piezoelectricceramicplate)时，每一压电陶瓷片具有一第一导电面与一第二导电面，第一导电面贴附于绝缘中空管路的外壁上，并电性连接静电消除电路，每一压电陶瓷片的第二导电面与接地端电性连接阻尼电路。在绝缘中空管路产生振动应变(vibrationstrain)时，压电陶瓷片转换振动应变为一振动电压，阻尼电路接收振动电压，并将其反相，以降低振动应变。

在本发明的一实施例中，压电陶瓷片与接地端形成一压电电容，压电电容具有第一连接端与第二连接端，第一连接端电性连接第二导电面，第二连接端电性连接接地端，振动电压施加在第一连接端与第二连接端上，且阻尼电路更包含一峰值感测电路、一电子开关、一电感与一电阻。峰值感测电路电性连接第一连接端，峰值感测电路接收振动电压。在振动电压为最大值时，峰值感测电路产生一脉冲信号。电子开关电性连接峰值感测电路与第一连接端，并呈断开状态，在电子开关接收脉冲信号时，电子开关呈导通状态。电感与电阻互相串联，并电性连接于电子开关与接地端之间，电感电性连接于电阻与电子开关之间，在电子开关呈导通状态时，电感与压电电容谐振，使振动电压反相。

在本发明的一实施例中，导电材的数量为偶数个，且导电材的数量大于2。

在本发明的一实施例中，导电材沿绝缘中空管路的圆周方向均匀贴附，且至少两个导电材以绝缘中空管路为轴对称贴附于绝缘中空管路，相邻的两个导电材分别电性连接静电消除电路的两端。

在本发明的一实施例中，导电材沿绝缘中空管路的管轴方向均匀贴附，且两个导电材以绝缘中空管路为轴对称贴附于绝缘中空管路。

在本发明的一实施例中，静电消除电路的数量大于1，每一静电消除电路电性连接两个导电材。

在本发明的一实施例中，导电材的数量为四，其中两个导电材对应的径向垂直其余两个导电材对应的径向。

在本发明的一实施例中，每一导电材为螺旋状，且导电材沿绝缘中空管路的管轴方向均匀贴附。

附图说明

图1为现有技术的绝缘管线与导电环的示意图。

图2为现有技术的绝缘管线、导电环与二极管的示意图。

图3为本发明的静电消除装置的第一实施例的示意图。

图4为本发明的静电消除电路的一实施例的示意图。

图5为本发明的静电消除电路的另一实施例的示意图。

图6为本发明的静电消除装置的第二实施例的示意图。

图7为本发明的静电消除装置的第三实施例的示意图。

图8为本发明的静电消除装置的第四实施例的示意图。

图9为本发明的静电消除装置的第五实施例的示意图。

图10为本发明的弧形导电片、印刷电路板与静电消除电路的结构立体图。

图11为本发明的静电消除装置的第六实施例的示意图。

图12为本发明的阻尼电路与压电电容的示意图。

附图标记说明：10-导电环；12-绝缘管线；14-二极管；16-导电材；18-静电消除电路；20-绝缘中空管路；22-压敏电阻；24-热敏电阻；26-气体放电管；28-集电电容；30-弧形导电片；32-印刷电路板；34-螺丝；38-阻尼电路；40-压电电容；42-峰值感测电路；44-电子开关；46-电感；48-电阻。

具体实施方式

本发明的实施例将藉由下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，于图式与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的组件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域的通常技术者可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。

以下请参阅图3，以介绍本发明的静电消除装置的第一实施例，其包含至少两个导电材16与至少一静电消除电路18，其中导电材16为弧形金属片、导电胶带、导电胶、导电漆或压电陶瓷片，但本发明不限于此。在第一实施例中，导电材16的数量以2为例，静电消除电路18的数量以1为例。导电材16互相隔离，并贴附于一绝缘中空管路20的外壁上。换句话说，导电材16并未互相连接。导电材16在绝缘中空管路20的径向上重迭，以产生一电容效应。静电消除电路18电性连接所有导电材16，并与一接地端断开。当高电阻率的液体带静电电荷通过绝缘中空管路20时，绝缘中空管路20上累积有静电电荷，其于两个导电材16上形成一静电电压。导电材16所产生的电容效应会将静电电荷释放至静电消除电路18，使静电消除电路18通过导电材16接收并消除静电电荷，以降低静电电压。若静电电压极高时，亦可有效消散。在一般的状况下，导电材16的等效电容值愈大，静电消散效果愈好，这也代表导电材16在径向上重迭的面积愈大或绝缘中空管路20的管径愈小。此外，本发明不同于导电环接地的方式，静电消除电路18为浮接，并与接地端断开，故不会有噪声从接地端流入静电消除电路18与导电材16的问题。

以下介绍本发明的静电消除电路18的一实施例，请参阅图4。静电消除电路18更包含至少一压敏电阻(mov,metaloxidevaristor)22、一热敏电阻(thermistor)24与至少一气体放电管26，其中热敏电阻24为正温度系数(ptc，positivetemperaturecoefficient)热敏电阻或高分子聚合物正系数(pptc，polymerpositivetemperaturecoefficient)热敏电阻，压敏电阻22与气体放电管26的数量分别以1为例。压敏电阻22具有第一端与第二端，第一端与第二端分别电性连接两个导电材16。热敏电阻24具有第三端与第四端，第三端电性连接压敏电阻22的第一端。气体放电管26的两端分别电性连接热敏电阻24的第四端与压敏电阻22的第二端。在静电电压大于压敏电阻22与气体放电管26的额定电压时，压敏电阻22、热敏电阻24与气体放电管26接收并消除静电电荷，气体放电管26转换静电电荷为光能，以降低静电电压，使静电电压等于压敏电阻22或气体放电管26的额定电压。由于绝缘中空管路20维修不易，为了确保气体放电管26的可靠度，当静电电压超过气体放电管26的额定电压时，气体放电管26的压降为零，使高电流通过热敏电阻24。当此高电流大于热敏电阻24的跳脱电流值(tripcurrentvalue)时，热敏电阻24会由低阻抗变成高阻抗以阻挡高电流通过，进而保护气体放电管26。

以下介绍本发明的第一实施例的运作过程，请参阅图3与图4。当高电阻率的液体带静电电荷通过绝缘中空管路20时，绝缘中空管路20上累积有静电电荷，其于两个导电材16上形成静电电压。在静电电压大于压敏电阻22与气体放电管26的额定电压时，压敏电阻22、热敏电阻24与气体放电管26接收并消除静电电荷，气体放电管26转换静电电荷为光能，以降低静电电压。

以下介绍本发明的静电消除电路18的另一实施例，请参阅图4与图5。图4与图5的静电消除电路18差别在于图5的静电消除电路18更包含一集电电容28。此外，气体放电管26的数量为多个，在此以2为例。此静电消除电路18是应用在极高的静电电压，以利用较强的静电消散能力消散静电电荷。所有气体放电管26的额定电压不同。集电电容28电性并联气体放电管26，两个导电材16与绝缘中空管路20形成一等效电容，且集电电容28的电容值大于十倍的等效电容的电容值。在静电电压小于压敏电阻22与气体放电管26的额定电压时，静电电荷通过热敏电阻24从绝缘中空管路20先转移至集电电容28，在静电电压大于压敏电阻22与气体放电管26的额定电压时，压敏电阻22、热敏电阻24与气体放电管26再接收并消除静电电荷，气体放电管26转换静电电荷为光能，以降低静电电压，使静电电压等于压敏电阻22或气体放电管26的额定电压。同样为了确保所有气体放电管26和集电电容28的可靠度，当静电电压超过气体放电管26的额定电压时，气体放电管26的压降为零，使高电流通过热敏电阻24。当此高电流大于热敏电阻24的跳脱电流值(tripcurrentvalue)时，热敏电阻24会由低阻抗变成高阻抗以阻挡高电流通过，进而保护所有气体放电管26。为了加强静电消散能力，亦可使用多个压敏电阻22电性跨接在两个导电材16之间。

一般来说，导电材16的面积愈大，静电消散效果愈好。在第一实施例中，未被导电材16覆盖的绝缘中空管路20的位置的电容效应与消除静电的效果较弱，为了解决此问题，本发明揭露静电消除装置的第二实施例，请参阅图6。第二实施例与第一实施例差别在于第二实施例的导电材16的数量为偶数个，且导电材16的数量大于2，导电材16沿绝缘中空管路20的圆周方向均匀贴附。在第二实施例中，两个导电材16以绝缘中空管路20为轴对称贴附于绝缘中空管路20，所有导电材16交替连接静电消除电路18，以增加静电消除能力。具体而言，相邻的两个导电材16必须分别电性连接静电消除电路18的两端。此交替式连接方式使电容效应在绝缘中空管路20上分布更为均匀，静电电荷更均匀地从绝缘中空管路20消散，以避免静电电荷在特定区域中持续累积。第二实施例特别适合具有大管径的绝缘中空管路20。

为了提升未被导电材16覆盖的绝缘中空管路20的位置的电容效应与消除静电的效果，本发明亦提出静电消除装置的第三实施例，请参阅图7。第三实施例与第一实施例差别在于第三实施例的导电材16的数量为偶数个，且导电材16的数量大于2。在第三实施例中，所有导电材16沿绝缘中空管路20的管轴方向均匀贴附，且二导电材16以绝缘中空管路20为轴对称贴附于绝缘中空管路20。举例来说，当导电材16的数量为四，其中两个导电材16对应的绝缘中空管路20的径向垂直其余两个导电材16对应的绝缘中空管路20的径向，所有导电材16皆电性连接同一静电消除电路18。所有导电材16与绝缘中空管路20所形成的等效电容的电容值需与导电材16的数量成正相关。若等效电容的电容值需与导电材16的数量成负相关，表示所有导电材16与绝缘中空管路20所形成的等效电容的电容值是互相抵消的。

若绝缘中空管路20上累积有庞大的静电电荷，以形成极高的静电电压，本发明提出静电消除装置的第四实施例以消散静电电荷。请参阅图8，第四实施例与第三实施例差别在于第四实施例的静电消除电路18的数量大于1，每一静电消除电路18电性连接两个导电材16。第四实施例能获得更高的静电消除能力。

本发明的导电材16所产生的电容效应愈大且分布愈均匀，静电消散能力愈好。为了满足此条件，本发明提出静电消除装置的第五实施例，请参阅图9。第五实施例与第一实施例差别在于第五实施例的每一导电材16为螺旋状，且两个导电材16沿绝缘中空管路20的管轴方向均匀贴附。在第五实施例中，导电材16沿着绝缘中空管路20的管壁回旋，使导电材16与绝缘中空管路20形成均匀的等效电容，以有效消除静电电荷。

上述实施例所使用的静电消除电路18可通过连接线电性连接导电材16。此外，静电消除电路18亦可使用其他方式电性连接导电材16。请参阅图3、图6、图7、图8、图9与图10。本发明的静电消除装置更包含至少两个弧形导电片30与至少一印刷电路板32。每一静电消除电路18对应安装于两个弧形导电片30与一印刷电路板32上，弧形导电片30根据绝缘中空管路20的管径设计。两个弧形导电片30分别通过两个导电材16夹于绝缘中空管路20上，以分别电性连接两个导电材16。印刷电路板32的底面固定于两个弧形导电片30上，印刷电路板32的顶面设有一静电消除电路18，两个弧形导电片30通过印刷电路板32电性连接静电消除电路18。举例来说，印刷电路板32的底面利用螺丝34锁固于两个弧形导电片30上，弧形导电片30会夹紧绝缘中空管路20达到固定静电消除装置的目的。

以下介绍本发明的静电消除装置的第六实施例，请参阅图11与图12。第六实施例与第一实施例差别在于第六实施例的导电材16为压电陶瓷片(piezoelectricceramicplate)，其用以隔离直流的静电电压。此外，第六实施例更包含一阻尼电路38。每一压电陶瓷片具有一第一导电面与一第二导电面，第一导电面贴附于绝缘中空管路20的外壁上，并电性连接静电消除电路18，每一压电陶瓷片的第二导电面与接地端电性连接阻尼电路38。当流体通过绝缘中空管路20时，绝缘中空管路20会振动。在绝缘中空管路20产生振动应变(vibrationstrain)时，压电陶瓷片转换振动应变为一振动电压vp，阻尼电路38接收振动电压vp，并将其反相，以增加绝缘中空管路20的统阻尼、降低振动应变并达到减振的效果。当振动应变降低时，液体与绝缘中空管路20的内壁的摩擦可以降低，或降低紊流的发生机率，进而减少静电电荷。

在第六实施例中，压电陶瓷片与接地端形成一压电电容40，压电电容40具有第一连接端与第二连接端，压电电容40的第一连接端电性连接两个第二导电面，压电电容40的第二连接端电性连接接地端，振动电压vp施加在压电电容40的第一连接端与第二连接端上，且阻尼电路38更包含一峰值感测电路42、一电子开关44、一电感46与一电阻48。峰值感测电路42电性连接压电电容40的第一连接端，峰值感测电路42接收振动电压vp。在振动电压vp为最大值时，峰值感测电路42产生一脉冲信号p。电子开关44电性连接峰值感测电路42与压电电容40的第一连接端，并呈断开状态。在电子开关44接收脉冲信号p时，电子开关44呈导通状态。电感46与电阻48互相串联，并电性连接于电子开关44与接地端之间，电感46电性连接于电阻48与电子开关44之间。在电子开关44呈导通状态时，电感46与压电电容40谐振，使振动电压vp反相，达到增加阻尼的效果。

电子开关44、电感46与压电电容40需满足公式(1)，其中t为电子开关44呈现导通状态的时间，l为电感46的电感值，c为压电电容40的电容值。

一般的压电材料在结构上的统御方程式(governingequation)如公式(2)所示：

m、d、k、θ、x与v分别代表压电材料的质量、阻尼系数、弹性系数、机电耦合系数、结构位移与压电电压，上标“·”代表对时间的微分。一般来说，压电材料在开路的状态下，所侦测到的压电电压与结构位移为同相位。然而，当将阻尼电路38应用在压电材料上时，结构位移与压电电压会产生90度的相位差。换句话说，压电电压与压电材料的振动速度同相位，如公式(3)所示。

其中α为压电电压和振动速度之间的等效比值。将公式(3)带入公式(2)可得到公式(4)：

对比公式(4)和(2)可得知，此90度的相位延迟使得压电材料的阻尼系数从d增加到(d+θα)，压电材料产生额外的阻尼效应(dampingeffect)于绝缘中空管路20上，进而减低绝缘中空管路20的振动，使流体和绝缘中空管路20的管壁之间的摩擦降低，减少静电的产生量。须注意的是此阻尼电路38是可以半主动或是完全被动的，亦即不需要外部电力供应。峰值感测电路42可以直接使用压电材料所撷取到的电能启动并开启电子开关44，并不会有维护上的衍生问题产生。

综上所述，本发明利用互相隔离的至少两个导电材将极高静电电压从绝缘中空管路中有效地消散且避免接地端的噪声干扰。

以上所述仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的保护范围内。