专利名称:电离器和静电荷消除方法
技术领域:
本发明涉及一种用于消除静电荷消除区域中的静电荷的电离器和静电荷消除方法。
背景技术:
至今,已知利用电晕放电的电离器作为一种用于消除在静电荷消除区域之内(例 如,在带有静电的本体上)的静电的静电荷消除设备。参见,例如,第6,693,788号美国专 利,日本特开第2008-288072号专利公报和第W02007/122742号国际公报。这种电离器将 正离子或负离子释放至静电荷消除区域,该正离子或负离子通过向电极施加高压所引起的 电晕放电产生,从而通过该正离子或负离子消除包含在静电荷消除区域之内的静电。关于第6,693,788号美国专利、日本特开第2008-288072号专利公报和第 W02007/122742号国际公报中揭示的电离器,现在将参考图8A到12B作出说明。为了简化 说明,在图8A到12B中,其结构元件的部分被显示为放大图或示意图。如图8A所示,根据第6,693,788号美国专利的说明书的电离器配备有针电极100 和接地电极102,接地电极102被布置在本体104和针电极100之间,静电荷将从本体104 上被消除。例如,在将具有周期T和50%占空比的AC电压(即,其中+V的施加电压和-V 的施加电压相互重复的高电压)施加到针电极100的情况下,在针电极100和接地电极102 之间形成未图示的电场(电力线),接地电极102面对针电极100。因此,在针电极100的 顶端产生电场集中,并且利用由电场集中所引起的电晕放电,在AC电压的正半周期(+V施 加电压)中,在顶部附近产生正离子106(参见图9A),反之,在AC电压的负半周期(-V施加 电压)中,在顶部附近产生负离子108(参见图9B)。因此,通过使正离子106或负离子108在两个接地电极102之间经过(即,穿过设 置在电离器中的开口)并向本体104释放这种离子,消除使本体104带电的电荷(静电)。此外,如图8B所示,AC电压以时间t5Q、t51、t52、t53、t54、t55指示的时刻在正负极性 之间转换。如图10所示,在日本特开第2008-288072号专利公报中所揭示的电离器中,当从 本体104中看出电离作用时,两个针电极IOOaUOOb被布置在两个接地电极102之间。在 这种情况下,当+V直流电压被施加到一个针电极IOOa并且-V直流电压被施加到另一个针 电极IOOb时,电压被加到针电极IOOa和接地电极102之间的区域以及针电极IOOb和接 地电极102之间的区域,并且在针电极IOOa和针电极IOOb之间形成未图示的电场(电力 线)。结果,由于由针电极IOOaUOOb的顶端处产生的电场集中所引起电晕放电,因此在针 电极IOOa的顶端附近产生大量正离子106,而在针电极IOOb的顶端附近产生大量负离子 108。正离子106和负离子108穿过各个接地电极102之间的开口,并且朝向本体104被分 别释放,从而消除本体104的静电。如图IlA所示,第W02007/122742号国际公报揭示了一种构造,其中不需要接地电 极102 (参见图8A和图9A到10)。在这种情况下,如图IlB所示的AC电压被施加到一个针电极100a,并且如图IlC所示的相对于上述AC电压相位相反180°的AC电压被施加到另 一个针电极IOOb0此外,如图IlB和IlC所示,各个AC电压以时间t60、t61、t62、t63、t64、t65 指示的时刻在正负极性之间转换。作为其结果,例如,如图12A所示,当+V的施加电压(参见图11B)被施加到针电极 IOOa并且-V的施加电压(参见图11C)被施加到针电极IOOb时,在各个针电极IOOaUOOb 之间形成未图示的电场(电力线),并且在针电极IOOaUOOb的各个顶端处产生大电场集 中。利用由电场集中所引起的电晕放电,在针电极IOOa的顶部附近产生大量正离子106,而 在针电极IOOb的顶部附近产生大量负离子108。正离子106沿着电力线向针电极IOOb迁 移,并且负离子108沿着电力线向针电极IOOa迁移。另外,在时间t61、t63、t65处的正负极性之间的切换时刻,当针电极IOOaUOOb的电 压电平变成零时,如图12B所示,在针电极100a、IOOb之间的正离子106和负离子108朝向 本体104被释放,从而从本体104消除静电。此外,在图12A和12B中,以包围正离子106 或负离子108的虚线区域显示正离子106群或负离子108群。但是,采用根据第6,693,788号美国专利的说明书的电离器,如图9A和9B所示, 因为正离子106和负离子108沿着形成在针电极100和接地电极102之间的未图示的电力 线被接地电极102感应和吸收,所以实际上到达本体104的正离子106或负离子108的数 目减少。另一方面,图10中所示的日本特开第2008-288072号专利公报的电离器能够产生 大量正离子106或负离子108,因为与第6,693,788号美国专利的说明书中揭示的电离器 相比,针电极IOOaUOOb的顶端处的电场集中是大的(参见图8A到9B)。尽管,类似于第 6,693,788号美国专利的情况,正离子106和负离子108易于分别被接地电极102感应和 吸收。此外,正离子106向针电极IOOb迁移,而负离子108向针电极IOOa迁移。因此,正 离子106和负离子108在其迁移期间结合在一起,并且负离子108被针电极IOOa感应和吸 收,且另外,正离子106被针电极IOOb感应和吸收。结果,即使产生大量正离子106和负离 子108,也不能增加从本体104消除静电所需的正离子和负离子的数目。因此,采用日本特 开第2008-288072号专利公报的电离器,无用地产生大量离子。关于该问题,采用图IlA到12B所示的第W02007/122742号国际公报的电离器,由 于不需要制造接地电极102(参见图8A和图9A至10),因此可以避免正离子106和负离子 108被这种接地电极102感应和吸收。但是,在AC电压的正负部分之间在时间t6(1、t61、t62、 t63、t64、t65的时刻进行转换的情况下,因为施加到针电极IOOaUOOb的AC电压的极性在正 离子106和负离子108朝向本体104被引导并释放之后立即被转换,所以被引导向本体的 正离子106和负离子108合并在一起,从而,正离子106和负离子108在极性转换之后立即 被针电极IOOaUOOb感应和吸收。结果,朝向本体104释放的正离子106和负离子108的 数目减少。如此,采用第6,693,788号美国专利、日本特开第2008-288072号专利公报和第 W02007/122742号国际公报中揭示的电离器,从本体消除静电所需的离子的产生效率(来 自电离器的离子的释放率)减低,因此,通过这种电离器消除静电的效率是低的。关于上述问题,可以考虑在针电极100、100a、100b的后面布置接地电极并增加 针电极100、100a、IOOb的顶端处的电场集中,或者,提高针电极100、100a、IOOb的电压电平。但是,如果在针电极100、100a、100b的后面定位接地电极,则因为必须保证接地电 极布置的空间,所以使得电离器比例更大。另一方面,在升高电压电平致使产生大量离 子的情况下,由于第6,693,788号美国专利、日本特开第2008-288072号专利公报和第 W02007/122742号国际公报的上述问题,因此不能提高静电消除效率。此外,因为为了升高 电压电平,需要用于产生较高的电压的高电压产生器,同时在这种情况下,使得电离器比例 更大。
发明内容
本发明的目的是通过提高离子的产生效率(即,从电离器释放离子的效率)来提 高消除静电荷消除区域中的静电的效率。为了实现上述目的,根据本发明的电离器包括高电压产生单元和至少两个电极, 高电压产生单元用于将第一 AC电压施加到来自至少两个电极之中的第一电极,并将第二 AC电压施加到来自至少两个电极之中的第二电极,第二 AC电压具有比第一 AC电压的频率
高的频率。为了实现上述目的,根据本发明的静电荷消除方法包括通过将第一 AC电压施加 到来自至少两个电极之中的第一电极,并且通过将第二 AC电压施加到来自至少两个电极 之中的第二电极,以产生正离子和负离子的步骤,第二AC电压具有比第一AC电压的频率高 的频率,以及然后通过将产生的正离子或产生的负离子释放到静电荷消除区域以消除静电 荷消除区域的静电荷的步骤。如前所述,采用第6,693,788号美国专利、日本特开第2008-288072号专利公报和 第TO2007/122742号国际公报的电离器,即使因电晕放电而产生大量正离子或负离子,因 为实际上向静电荷消除区域(本体104)释放的正离子106和负离子108的数目因接地电 极的存在(参见图8A、9A、9B和10)而减少,或者通过在转换极性的时刻释放正离子106和 负离子108(参见图12B)而减少,所以在静电荷消除区域之内的静电的静电荷消除效率也 是低的。因此,采用本发明,将施加到第二电极的第二 AC电压的频率设置成高于施加到第 一电极的第一 AC电压的频率。因此,由于施加到第一电极和第二电极的AC电压的极性,从而产生施加到第一电 极和第二电极的AC电压互相不同的时间间隔(即,其中一个电极变成正极性而另一个电极 变成负极性的时间间隔),以及施加到第一电极和第二电极的AC电压互相相同的时间间隔 (艮P,其中一个电极和另一个电极的极性分别都为正极性或者负极性的时间间隔)。在这种情况下,在极性互相不同时的时间间隔期间,在各个电极附近产生正离子 和负离子。此外,在极性互相相同时的时间间隔期间,因为在各个电极附近产生的离子的极 性同样变成互相相同,所以作为离子和各个电极之间起作用的排斥力的结果,离子从电离 器向静电荷消除区域被释放。换句话说,采用本发明,因为不需要接地电极102,所以可以避免第6,693,788号 美国专利和日本特开第2008-288072号专利公报中的离子被接地电极感应和吸收以及向 静电荷消除区域释放的离子的数目减少的问题。此外,因为将释放正离子和负离子的时间间隔与产生正离子和负离子的时间间隔分开设置,所以将在与极性转换相对应的时刻释放的这种正离子和负离子是不必要的。因 此,可以向静电荷消除区域可靠地释放正离子和负离子,而不减少产生的正离子和负离子 的数目。此外,根据本发明,如上所述,将第二 AC电流的频率设置成高于第一 AC电流的频 率。因此,期间上述极性互相不同的时间间隔(即,产生正离子和负离子时的时间间隔),和 期间上述极性互相相同的时间间隔(即,产生的正或负离子被释放到静电荷消除空间中时 的时间间隔),在两种情况下都短于第一 AC电压中的正极性的时间或者负极性的时间。然 而,采用本发明,通过相互地重复那些时间间隔,在正离子或负离子随极性转换而被电极感 应和吸收之前,通过利用排斥力,可以向静电荷消除区域释放正离子或负离子。因此,采用本发明,同样可以避免第W02007/122742号国际公报的问题。如此,采用本发明,与第6,693,788号美国专利、日本特开第2008-288072号专利 公报和第W02007/122742号国际公报所揭示的内容相比,通过设置经由排斥力向静电荷消 除区域释放正离子和负离子的时间间隔,可以向静电荷消除区域有效地并且可靠地释放正 离子和负离子。结果,静电荷消除区域处的静电可以被高效地消除。换句话说,根据本发明,即使不与第6,693,788号美国专利、日本特开第 2008-288072号专利公报和第W02007/122742号国际公报的发明中一样产生大量离子,通 过按照上述关系设置第一 AC电压的频率和第二 AC电压的频率,向静电荷消除区域可靠地 释放产生的正离子和负离子,以此提高消除静电的效率。因此,不必要在第一电极和第二电 极的后面放置接地电极,或者增大施加到第一电极和第二电极的AC电压的电压电平。因此,采用本发明,通过提高离子的产生效率(离子释放效率),可以提高静电荷 消除区域处的静电的电荷消除效率,因而,可以实现电离器的尺寸和比例的缩小。较佳地,当η取为正整数时,第二 AC电压的频率被设置为是第一 AC电压的频率的 3η倍。因此,因为使期间产生上述正离子和负离子的时间间隔以及期间向静电荷消除空间 释放正离子和负离子的时间间隔相互重复,所以可以避免正离子和负离子的无效的产生, 并且可以以良好的效率进行静电的消除。此外,高电压产生单元可以在第二 AC电压的正/负切换时刻相对于第一 AC电压 的正/负切换时刻被变换的状态下,将第二 AC电压施加到第二电极。作为其结果,可以可靠地实现期间产生正离子和负离子的时间间隔以及期间向静 电荷消除区域释放正离子和负离子的时间间隔的交互重复。结果,可以提高正离子和负离 子的产生效率(辐照效率),并且可以显著地提高消除静电的效率。如此,通过提高静电荷 消除效率,可以提高电离器的可靠性。另外,如果第一电极和第二电极由针电极构成,则因为在这种针电极的顶端处产 生大的电场集中,所以通过利用由电场集中所引起的电晕放电,可以容易地产生正离子和 负离子。更具体地,如前所述,因为本发明被构造成不需要接地电极,所以由施加到第一 电极的第一 AC电压和施加到第二电极的第二 AC电压之间的电势差来确定电场集中的 程度和正离子和负离子的产生的数目。因此,与第6,693,788号美国专利、日本特开第 2008-288072号专利公报和第W02007/122742号国际公报的发明相比,即使施加到第一电 极和第二电极的AC电压的电压电平比较低,也可以由此产生正离子和负离子。另外,如果高电压产生单元被构造成能够为了调整静电荷消除区域的离子平衡的目的而调整第二 AC电压的占空比,则可以以高效率来进行静电的消除。此外,较佳地,在通 过电离器在静电荷消除区域进行静电的消除操作之前,预先进行离子平衡的调整。较佳地,根据本发明的电离器包括用于控制高电压产生单元的控制器,以便向第 一电极施加第一 AC电压以及向第二电极施加第二 AC电压。因此,按照来自控制器的控制 信号,高电压产生单元能够向第一电极施加第一 AC电压以及向第二电极施加第二 AC电压。此外,在第一电极由于对其施加第一 AC电压而具有正极性的时间间隔之内,高电 压产生单元能够将在期间期望使第二电极具有负极性的时间间隔之内施加到第二电极的 第二 AC电压的电压电平基本上设置为零。另一方面,在第一电极由于对其施加第一 AC电 压而具有负极性的时间间隔之内,高电压产生单元能够将在期间期望使第二电极具有正极 性的时间间隔之内施加到第二电极的第二 AC电压的电压电平基本上设置为零。如此,在期间第二电极的极性相对于第一电极的极性为相反极性的预定时间间隔 中,通过将施加到第二电极的第二 AC电压的电压电平基本上设置为零电平(地电平),与将 电压施加到第一电极和第二电极两者的情况相比,因为第一电极和第二电极之间的电势差 变得较小,所以可以使得高电压产生单元上的负载较轻。如果将上述电势差保持为小的,则离子的产生数量被减少。但是,即使离子的产生 数量被减少,在可以期望静电荷消除效果达到某一程度的情况下,通过将电压电平肯定地 设置成地电平,可以抑制第一电极和第二电极上的磨损(即针电极的顶端部分处的磨损)。当结合显示本发明的较佳实施例的附图加以考虑时,经由说明性的实例,本发明 的上述及其他目的、特征和优点将从以下说明中变得更明显。
图1是根据本发明的实施例的电离器的概要框图; 图2A是显示施加到第一电极的第一 AC电压的波形的时间图;图2B是显示施加到第二电极的第二 AC电压的波形的时间图; 图2C是显示电离器的操作方式的时间图;图3A是显示电离器在图2C中所示的模式A的操作的说明性的图示; 图:3B是显示电离器在图2C中所示的模式B的操作的说明性的图示; 图4A是显示电离器在图2C中所示的模式C的操作的说明性的图示; 图4B是显示电离器在图2C中所示的模式D的操作的说明性的图示; 图5A是显示施加到第一电极的第一 AC电压的波形的时间图; 图5B是显示施加到第二电极的第二 AC电压的波形的时间图; 图5C是显示电离器的操作模式的时间图;形的时间图; 图6B是显示施加到第二电极的第二 AC电压的波形的时间图; 图6C是显示电离器的操作模式的时间图; 图6A是显示施加到第一电极的第一 AC电压的波图7A是显示电离器在图6C中所示的模式A’的操作的说明性的图示; 图7B是显示电离器在图6C中所示的模式C’的操作的说明性的图示; 图8A是示意性地显示根据第6,693,788号美国专利的说明书的电离器的说明性 的图示,
图8B是显示施加到图8A中所示的针电极的AC电压的波形的时间图;图9A是显示当具有正极性的施加电压被施加到图8A中所示的针电极时电离器的 操作的说明性的图示;图9B是显示当具有负极性的施加电压被施加到图8A中所示的针电极时电离器的 操作的说明性的图示;图10是示意性地显示根据日本特开第2008-288072号专利公报的电离器的说明 性的图示;图IlA是示意性地显示根据第W02007/122742号国际公报的电离器的说明性的图 示;图IlB显示施加到图IlA中所示的一个针电极的AC电压的波形的时间图;图IlC显示施加到图IlA中所示的另一个针电极的AC电压的波形的时间图;图12A是显示当AC电压被施加到图IlA中所示的针电极时电离器的操作的说明 性的图示;图12B是显示当AC电压在正负之间被转换时电离器的操作的说明性的图示。
具体实施例方式以下将参考图1到7B描述根据本发明的电离器的较佳实施例,涉及由此进行的静 电荷消除方法。为了简化说明,在图1到7B中,其结构元件的部分被显示为放大图或示意 图。根据本实施例的电离器10是用于消除使本体(工件、静电荷消除区域)12带电的 静电(电荷)的静电荷消除设备,本体12可以包含树脂框架、橡胶、半导体晶片或者电子基 材等等,并且电离器10包括控制器(控制装置)14、高电压产生单元16和针电极18a、18b。针电极18a、18b以其顶端指向本体12的状态被平行布置。高电压产生单元16是 AC高电压产生器,其将第一 AC电压施加到一个针电极(第一电极)18a,并且将第二 AC电 压施加到另一个针电极(第二电极)18b。控制器14通过输出控制信号到高电压产生单元 16来控制来自高电压产生单元16的相对于针电极18a、18b的AC电压的施加。根据本实施例的电离器10的构造基本上如上所述。然后,将参考图2A至7B说明 关于受到本实施例影响的特征功能(静电荷消除方法)。图2A显示了施加到一个针电极18a的AC电压波形,并且图2B显示了施加到另一 个针电极18b的AC电压波形。图2C显示了当图2A的AC电压被施加到针电极18a、同时图 2B的AC电压被施加到针电极18b时,电离器10的操作方式随时间的变化。在这里,施加到针电极18a的第一 AC电压是具有周期!;(和频率4= 1/Ta)的AC 电压,而施加到针电极18b的第二 AC电压是具有周期Tb(和频率fb = 1/Tb)的AC电压。 在这种情况下,在第一 AC电压和第二 AC电压之中,其周期和频率被设置成Ta = 3Tb(fb = 3fa)。此外,在由时间、、、、、312指示的时亥1],第一40电压的极性在正负(+V、-V电压 电平)之间转换。另一方面,在由时间^、、、、、、、、、、 tio、til、ti3、t14、t15 指示的时 刻,第二 AC电压的极性在正负(+V、-V电压电平)之间转换。更具体地,在本实施例中,第 二 AC电压的正/负极性切换时刻相对于第一 AC电压的正/负极性切换时刻被变换。作为其结果,其正/负极性切换时刻互相变换的AC电压分别相对于一个针电极18a和另一个针 电极18b被施加。第一 AC电压和第二 AC电压的上述周期Ta、Tb (频率fa、fb),正/负极性切换时刻 (时间to至t15),和电压电平(+v、-v)全部都在控制器14中被确定(设置)。因此,控制器 14将表示这种确定内容(设置内容)的控制信号输出到高电压产生单元16,高电压产生单 元16按照从控制信号中指示的设置内容,将第一 AC电压施加到一个针电极18a,并将第二 AC电压施加到另一个针电极18b。另外,通过将第二 AC电压施加到针电极18b,同时将第一 AC电压施加到针电极 18a,如图2C所示,电离器10的操作方式按照第一 AC电压的极性和第二 AC电压的极性在 各个上述时刻(时间)被转换。如随后论述的,这种操作方式由电离器10中的正离子20 和负离子22 (参见图3A到4B)的产生模式或者释放模式定义。在这里,作为操作方式的模式A表示正极性电压(+V施加电压)被施加到一个针 电极18a且负极性电压(-V施加电压)被施加到另一个针电极18b的情况。模式B表示正 极性电压(+V施加电压)被施加到一个针电极18a和另一个针电极18b两者的情况。模式 C表示负极性电压(-V施加电压)被施加到一个针电极18a且正极性电压(+V施加电压) 被施加到另一个针电极18b的情况。模式D表示负极性电压(-V施加电压)被施加到一个 针电极18a和另一个针电极18b两者的情况。此外,在图2C中,本发明的一方面,其中,电离器10的操作方式在从时间、到时 间t15的各个时间被连续地转换,如下所示—B —A —B —C —D —C —D —Α —B —A —B —C —D ~C ~D ~· · · ο然后,将参考图3A至4B说明关于电离器10在实施模式A至D时的操作。在图3A中所示的模式A中,在正极性(+V施加电压)的针电极18a和负极性(_V 施加电压)的针电极18b之间形成未图示的电场(电力线),于是在针电极18a、18b的各个 顶端分别形成电场集中。通过电场集中在各个顶端产生电晕放电,并且由于各个分别产生 的电晕放电,在针电极18a的顶端附近产生正离子20,而在针电极18b的顶端附近产生负 离子22。正离子20沿着电力线朝向负极性的针电极18b被引导,并且与此同时,负离子22 沿着电力线朝向正极性的针电极18a被引导。在图3A中,包围正离子20和负离子22的虚 线分别表示正离子20群或者负离子22群。在图:3B中所示的模式B中,针电极18a、18b两者都具有正极性(+V施加电压),并 且在针电极18a、18b和地之间形成电场(电力线),于是,作为形成在各个针电极18a、18b 的顶端处的电场集中的结果,在各个这种顶端附近产生电晕放电。由于分别产生的电晕放 电,在针电极18a、18b的顶端附近产生正离子20,而在紧挨着模式B的时间间隔之前的模式 A(参见图2C)期间产生的负离子22在各个针电极18a、18b的顶端被感应和吸收。在这种 情况下,因为在模式B中产生的正离子20的极性和在模式A中产生的正离子20的极性具 有与施加到针电极18a、18b的AC电压(+V)的极性相同的极性,所以排斥力在正离子20群 和针电极18a、18b之间起作用,并且结果,正离子20群朝向本体12被释放,同时穿过电离 器10的未图示的开口。因此,到达本体12的正离子20群用来可靠地并且以良好的效率消 除使本体12带电的静电。在图4A中所示的模式C中,在负极性(-V施加电压)的针电极18a和正极性(+V施加电压)的针电极18b之间形成未图示的电场(电力线),于是在针电极18a、18b的各个 顶端分别形成电场集中。通过电场集中在各个顶端产生电晕放电,并且由于各个分别产生 的电晕放电,在针电极18a的顶端附近产生负离子22,而在针电极18b的顶端附近产生正 离子20。负离子22沿着电力线朝向正极性的针电极18b被引导,并且与此同时,正离子20 沿着电力线朝向负极性的针电极18a被引导。 在图4B中所示的模式D中,针电极18a、18b两者都具有负极性(_V施加电压),并 且在针电极18a、18b和地之间形成电场(电力线),于是,作为形成在各个针电极18a、18b 的顶端处的电场集中的结果,在各个这种顶端附近产生电晕放电。由于分别产生的电晕放 电,在针电极18a、18b的顶端附近产生负离子22,而在紧挨着模式D的时间间隔之前的模式 C(参见图2C)期间产生的正离子20在各个针电极18a、18b的顶端被感应和吸收。在这种 情况下,因为在模式D中产生的负离子22的极性和在模式C中产生的负离子22的极性具 有与施加到针电极18a、18b的AC电压(-V)的极性相同的极性,所以排斥力在负离子22群 和针电极18a、18b之间起作用,并且结果,负离子22群通过该排斥力朝向本体12被释放同 时穿过电离器10的未图示的开口。因此,到达本体12的负离子22群用来可靠地并且以良 好的效率消除使本体12带电的静电。如此,根据本实施例,如图2C所示,在各个时刻(时间),由于电离器10的操作方 式(模式A至D)被转换,因此即使本体12通过负极性或者正极性而带电,也可以通过从电 离器10释放的正离子20群或负离子22群来高效地消除本体12的静电(正电荷或者负电 荷)O如上所述,根据本实施例的电离器10和静电荷消除方法,施加到另一个针电极 18b的第二 AC电压的频率fb被设置成高于施加到一个针电极18a的第一 AC电压的频率
fa(fb > fa) ο因此,按照施加到针电极18a、18b的AC电压的极性,产生其中施加到针电极18a、 18b的AC电压互相不同(即,模式A和C,其中一个针电极具有正极性,而另一个针电极具 有负极性)的时间间隔,和其中施加到针电极18a、18b的AC电压互相相同(S卩,模式B和 D,其中一个针电极和另一个针电极两者都具有正极性或者负极性)的时间间隔。在这种情况下,利用模式A和模式C,在各个针电极18a、18b附近分别产生正离子 20和负离子22。此外,利用模式B和模式D,因为各个针电极18a、18b的极性和在各个针电 极18a、18b附近产生的离子的极性互相相同,所以作为在各个针电极18a、18b和正离子20 或负离子22之间产生的排斥力的结果,正离子20或者负离子22从电离器10朝向本体12 被释放。更具体地,采用本实施例,因为不需要接地电极102(参见图8A和图9A至10),所 以可以避免第6,693,788号美国专利和日本特开第2008-288072号专利公报中的正离子 106和负离子108被接地电极102感应和吸收以及向本体104释放的离子的数目变少的问题。此外,由于将其中向本体12释放正离子20和负离子22的时间间隔(模式B和模 式D)与期间产生正离子20和负离子22的时间间隔(模式A和模式C)分开设置,因此将 在与极性转换相对应的时刻释放的这种正离子20和负离子22是不必要的。因此,可以向 本体12可靠地释放正离子20和负离子22,而不减少产生的正离子20和负离子22的数目。
此外,采用本实施例,如上所述,第二 AC电压的频率fb被设置成高于第一 AC电压 的频率fa。因此,在任何上述模式A至D中,(存在一种情况,其中)其时间短于第一 AC电 压中的正极性的时间或负极性的时间。但是,采用本实施例,通过在模式A、C和模式B、D 之间交互重复,在正离子20或负离子22被针电极18a、18b感应和吸收之前,随着其极性转 换,使用排斥力,可以朝向本体12释放正离子20或负离子22。因此,采用本实施例,同样可以避免第W02007/122742号国际公报的问题。如此,采用本实施例,与第6,693,788号美国专利、日本特开第2008-288072号专 利公报和第W02007/122742号国际公报所揭示的内容相比,通过设置经由排斥力释放正离 子20和负离子22的时间间隔(模式B和模式D),可以朝向本体12有效地并且可靠地释放 正离子20或负离子22。结果,本体12的静电可以被高效地消除。换句话说,根据本发明,即使不与第6,693,788号美国专利、日本特开第 2008-288072号专利公报和第W02007/122742号国际公报的发明中一样产生大量离子,通 过按照上述关系设置第一 AC电压的频率fa和第二 AC电压的频率fb,朝向本体12可靠地 释放产生的正离子20和负离子22,以此提高消除静电的效率。因此,不必要在针电极18a、 18b的后面放置接地电极,或者增大施加到针电极18a、18b的AC电压的电压电平。因此,采用本实施例,通过提高离子的产生效率(离子释放效率),可以提高本体 12处的静电的电荷消除效率。因此,可以实现电离器10的尺寸和比例的缩小。此外,高电压产生单元16在第二 AC电压的正/负切换时刻相对于第一 AC电压的 正/负切换时刻被变换的状态下,将第二 AC电压施加到针电极18b。因此,可以可靠地实现 期间产生正离子20和负离子22的时间间隔(模式A、模式C)和期间向本体12释放正离 子20或者负离子22的时间间隔(模式B、模式D)的交互重复。结果,可以提高正离子20 和负离子22的产生效率(辐照效率),并且可以显著地提高在本体12处消除静电的效率。 如此,通过提高静电荷消除效率,可以提高电离器10的可靠性。另外,在电离器10中,由于使用针电极18a、18b,因此在针电极18a、18b的顶端处 产生大的电场集中,并且利用由这种电场集中所引起的电晕放电,可以容易地产生正离子 20和负离子22。更具体地,如前所述,因为本发明被构造成不需要接地电极102,所以由施 加到针电极18a的第一 AC电压和施加到针电极18b的第二 AC电压之间的电势差来确定电 场集中的程度和正离子20和负离子22的产生的数目。因此,与第6,693,788号美国专利、 日本特开第2008-288072号专利公报和第W02007/122742号国际公报的发明相比,即使施 加到针电极18a、18b的AC电压的电压电平比较低,也可以由此产生正离子20和负离子22。此外,由于控制信号从控制器14被输出到高电压产生单元16,并且按照这种控制 信号,高电压产生单元16将第一 AC电压施加到针电极18a同时将第二 AC电压施加到针电 极18b,因此可以容易地执行施加到针电极18a、18b的AC电压的控制。虽然在上述说明中,已经说明了针电极18a、18b的数目是两个的情况,但是本实 施例不局限于此。即使在电离器10中放置三个以上的这种针电极,也可以获得发明的各个 上述有益效果。此外,在上述说明中,已经描述了周期Ta、Tb和频率fa、fb通过公式Ta = 3Tb(fb = 3fa)相关的情况。但是,本实施例不局限于该特征。如果用η表示正整数(η = 1,2,3,...), 那么第二 AC电流的频率fb可以被设置为是第一 AC电流的频率fa的3η倍(三倍,六倍,九倍,...)(4 = 31^4)。图5A到5C图解第一 AC电压和第二 AC电压的其他波形,其中,通过将图5A中显 示的第一 AC电压施加到针电极18a,并且通过将图5B中显示的第二 AC电压施加到针电极 18b,正/负极性在由时间t2(l至t43显示的各个时刻(时间)被转换,结果形成图示的模式 A至D的转换方面。在图5A至5C中,图解了各个频率fa、fb和周期Ta、Tb'被设置成fb = 6fa(Ta = 6Tb’),并且在时间t26、t32、t38同时执行第一 AC电压和第二 AC电压的正/负极性 转换的情况。如此,根据本实施例,按照关系式fb = 3nXfa,避免了正离子20和负离子22的无 益的产生,并且可以高效地进行静电的消除。此外,如图5A到5C所示,关于第一 AC电压和第二 AC电压,因为在时间t26、t32、 t38同时进行正负极性之间的转换,所以时间t26、t32、t38前后的模式是模式B和D或者模式 C和A,从而出现在之前的模式中产生的离子不能用作在之后的模式中向本体12释放的离 子的情况。尽管,即使允许模式B和D或者模式C和A延续直到电离器10的全部操作被涉 及,因为产生正离子20和负离子22的操作方式和向静电荷消除空间释放正离子20和负离 子22的操作方式被交互重复,所以同样在这种情况下,也可以可靠地朝向本体12释放产生 的正离子和负离子,并且以良好的效率进行静电的消除。此外,采用本实施例,较佳地,在通过电离器10从本体消除静电的操作之前,执行 本体12的离子平衡的调整。在这种情况下,高电压产生单元16按照来自控制器14的控制 信号,同时考虑到正离子20和负离子22在运动速度上的差异,通过调整第二 AC电压的占 空比来调整离子平衡。作为其结果,在实际的静电消除操作期间,可以高效地实现静电的消 除。此外,在本实施例中,相对于针电极18b施加第二 AC电压的方法能够被改变,以提 供图6A至7B中显示的施加方法。更具体地,在通过施加第一 AC电压使针电极18a为正极性的时间间隔期间(即, 在从图6A中的时间t2(1到t26以及从时间t32到t38的各个时间间隔期间),高电压产生单元 16(参见图1)在期望使针电极18b为负极性时的时间间隔(即,在图6B中的^到‘、‘ 到 t23、t24 到 t25、t32 到 t33、t34 到t35、以及t36到t37的各个时间间隔),将施加到针电极18b 的第二 AC电压的电压电平基本上设置为零电平(地电平)。此外,在通过施加第一 AC电压使针电极18a为负极性的时间间隔期间(S卩,在从 图6A中的时间t26到t32以及从时间t38及其后的各个时间间隔期间),高电压产生单元16 在期望使针电极18b为正极性时的时间间隔(S卩,在图6B中的t26到t27、t28到t29、t30到
l31、l38 J=1J l39、l40 刘 L41、 以及的各个时间间隔),将施加到针电极18b的第二 AC电
压的电压电平基本上设置为地电平。在这种情况下,在电压(正电压或者负电压)在针电极18a和针电极18b中具有 相同极性时的时间间隔,电离器10的操作方式变为上述模式B (参见图3B)或者模式D (参 见图4B)。与此相反,在正极性电压被施加到针电极18a且针电极18b的电压处于地电平时 的时间间隔(1^,图68中的
^20 到、1、^22 到、3、^24 到 ^32 到 ^34 到 以及 L 36 工 J
t37的各个时间间隔)期间,电离器10的操作方式变为模式A’(参见图6C和7A)。
模式A’定义了在针电极18a的顶端附近产生电晕放电的操作方式,电晕放电因形 成在正极性的针电极18a和地电平的针电极18b之间的未图示的电场(电力线)而由针电 极18a的顶端处的电场集中所引起。由产生的电晕放电引起的正离子20在上述顶端附近 产生,并且这种正离子20沿着电力线被引导向针电极18b。另一方面,在负极性电压被施加到针电极18a且针电极18b的电压处于地电平时 的时间间隔(艮口,在图6B中的t26到t27、、8到t29、t3。到t31、t38到t39、t4。到t41、以及t42到 t43的各个时间间隔)期间,电离器10的操作方式变为模式C’(参见图6C和7B)。模式C’定义了在针电极18a的顶端附近产生电晕放电的操作方式,电晕放电因形 成在负极性的针电极18a和地电平的针电极18b之间的未图示的电场(电力线)而由针电 极18a的顶端处的电场集中所引起。由产生的电晕放电引起的负离子22在上述顶端附近 产生,并且这种负离子22沿着电力线被引导向针电极18b。利用上述模式Α’和C’,与如在模式A和C中将电压(+V、-V)分别施加到两个针 电极18a、18b的情况(参见图2C、以及图3A和4A)相比,使得针电极18a和针电极18b之 间的电势差较小。更具体地,在模式A和C中,针电极18a、18b之间的电势差是2V (+V- (-V) = +2V),但是,在模式A’和C’中,电势差减少了 一半并且变为V (+V-O =+V)。因此,采用 根据图6A到7B的施加方法,可以减轻强加于电压产生单元16的负载。附带地,通过使得电势差为小的,来减少离子的产生数量。但是,即使离子的产生 数量被减少,在可以期望对于本体12的静电荷消除效果达到某一程度的情况下,通过将针 电极18b的电压电平肯定地设置为地电平,可以抑制针电极18a、18b的顶端部分上的磨损。本发明不局限于上述实施例,并且理所当然可以采用各种改变或者附加结构,而 不背离如附加的权利要求书中所阐明的本发明的主要范围。
权利要求
1.一种电离器,其特征在于,包括至少两个电极(18a、18b);和高电压产生单元(16),用于将第一 AC电压施加到所述至少两个电极(18a、18b)之中 的第一电极(18a),并将第二 AC电压施加到所述至少两个电极(18a、18b)之中的第二电极 (18b),所述第二 AC电压具有比所述第一 AC电压的频率高的频率。
2.如权利要求1所述的电离器(10),其特征在于,当η取为正整数时,所述第二AC电 压的频率是所述第一 AC电压的频率的3η倍。
3.如权利要求1所述的电离器(10),其特征在于,在所述第二AC电压的正/负切换时 刻相对于所述第一 AC电压的正/负切换时刻被变换的状态下,所述高电压产生单元(16) 将所述第二 AC电压施加到所述第二电极(18b)。
4.如权利要求1所述的电离器(10),其特征在于,所述第一电极(18a)和所述第二电 极(18b)包括针电极。
5.如权利要求1所述的电离器(10),其特征在于,在因对所述第一电极(18a)施加所 述第一 AC电压并对所述第二电极(18b)施加所述第二 AC电压而产生正离子00)或负离 子(22),并且产生的正离子00)或产生的负离子02)被释放到静电荷消除区域(12)的情 况下,所述高电压产生单元(16)为了调整所述静电荷消除区域(1 的离子平衡的目的,能 够调整所述第二 AC电压的占空比。
6.如权利要求1所述的电离器(10),其特征在于,进一步包括控制器(14),用于控制所 述高电压产生单元(16),以便将所述第一 AC电压施加到所述第一电极(18a),以及将所述 第二 AC电压施加到所述第二电极(18b)。
7.如权利要求1所述的电离器(10),其特征在于在所述第一电极(18a)由于对所述第一电极(18a)施加所述第一 AC电压的结果而具 有正极性的时间间隔之内,所述高电压产生单元(16)将在期望所述第二电极(18b)具有负 极性的时间间隔之内被施加到所述第二电极(18b)的所述第二 AC电压的电压电平基本上 被设置为零;和在所述第一电极(18a)由于对所述第一电极(18a)施加所述第一 AC电压的结果而具 有负极性的时间间隔之内,所述高电压产生单元(16)将在期望所述第二电极(18b)具有正 极性的时间间隔之内被施加到所述第二电极(18b)的所述第二 AC电压的电压电平基本上 被设置为零。
8.一种消除静电荷的方法,其特征在于,包括以下步骤通过将第一 AC电压施加到至少两个电极(18a、18b)之中的第一电极(18a),并将第二 AC电压施加到所述至少两个电极(18a、18b)之中的第二电极(18b),产生正离子Q0)和负 离子(22),所述第二 AC电压具有比所述第一 AC电压的频率高的频率;和通过向静电荷消除区域(12)释放产生的正离子00)或产生的负离子(22),来消除所 述静电荷消除区域(1 的静电荷。
全文摘要
一种电离器(10)包括两个针电极(18a、18b),和高电压产生单元(16),高电压产生单元(16)用于将第一AC电压施加到一个针电极(18a),并将第二AC电压施加到另一个针电极(18b),第二AC电压具有比第一AC电压的频率高的频率。通过向本体(12)释放在针电极(18a、18b)附近产生的正离子(20)或负离子(22)来消除带电的本体(12)的静电荷。
文档编号H05F3/04GK102136680SQ20101059233
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月9日
发明者折原正幸, 藤原伸广, 铃木智 申请人:Smc株式会社