静电消除器的制作方法

专利名称：静电消除器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于消除工件的静电的静电消除器，更具体来说， 涉及能够精确地检测静电消除器中所包含的放电电极的污染状况的 静电消除器。
背景技术：
为了消除工件的静电，通常使用电晕放电式静电消除器。通常， 在具有长条形状的静电消除器中，多个放电电极安装成沿纵向隔开的 状态，并且在这些放电电极上施加高电压，以在放电电极和工件之间 产生电场，从而在工件上施加离子，以便消除工件的静电。然而，未
经审查的日本专利公开文献No. 2002-260821中披露的静电消除器具 有接地电极(对置电极)板，该接地电极板安装为向该静电消除器的 底面露出。
未经审查的日本专利公开文献No. 2003-68498披露了这样的技 术，即检测流过放电电极和安装在该放电电极周围的接地电极(对 置电极)之间的离子电流以控制静电消除器的离子产生量，并且当离 子产生量减少时，用显示装置或报警装置引起操作人员的注意，指示 放电电极的污染加重。

发明内容
在借助于放电电极和该放电电极周围的接地电极(对置电极) 之间的离子电流来检测放电电极的污染的情况下，例如当大电容工件 存在于静电消除器的附近时，流过放电电极和接地电极之间的离子电
流由于该工件而减小，这有可能导致不正确的检测结果，即尽管放 电电极产生了足够的离子量，然而却检测到离子产生量己经减少，从 而得出放电电极的污染状况已经加重的判断。
4本发明的目的在于提供一种能够精确地检测放电电极的污染状 况的静电消除器。
根据本发明的第一方面，通过提供一种静电消除器来实现上述 技术目的，该静电消除器将高电压施加在放电电极上以产生离子，从 而消除工件的静电，所述静电消除器包括离子电流检测装置，其检 测所述放电电极和机架地线之间的离子电流；离子产生控制装置，其 调整要施加在所述放电电极上的电压，以便使由所述离子电流检测装 置检测到的所述离子电流为规定的离子平衡目标值；目标值改变装 置，其将所述离子平衡目标值改变到目标值偏移量，改变的程度设置 为不影响所述工件的离子平衡；以及电极污染检测装置，其根据所述 目标值改变装置改变所述离子平衡目标值时控制的跟踪性能的优劣 检测所述放电电极的污染状况。
根据本发明的第二方面，通过提供一种静电消除器来实现上述 技术目的，该静电消除器将髙电压施加在放电电极上以产生离子，从 而消除工件的静电，所述静电消除器包括离子电流检测装置，其检 测所述放电电极和所述放电电极附近的接地电极之间的离子电流；离 子产生控制装置，其调整要施加在所述放电电极上的电压，以便使由 所述离子电流检测装置检测到的所述离子电流为规定的离子平衡目 标值；目标值改变装置，其将所述离子平衡目标值改变到目标值偏移 量，改变的程度设置为不影响所述工件的离子平衡；以及电极污染检 测装置，其根据所述目标值改变装置改变所述离子平衡目标值时控制 的跟踪性能的优劣检测所述放电电极的污染状况。
当改变离子平衡目标值时，控制的跟踪性能随着放电电极的污 染状况而变化。放电电极的污染越严重，跟踪性能越差。通过利用这 一特性，改变离子平衡目标值，其中改变的程度设置为不影响工件的 离子平衡，从而可以根据与该目标值的变化相关联的控制的跟踪性能 的优劣来精确地检测放电电极的污染状况。
从下面对本发明的优选实施例的详细描述中可以明显看出本发 明的上述目的、其他目的以及技术效果。


图1是实施例的静电消除器的侧视图2是示出拆下外壳后的实施例的静电消除器的侧视图3是沿着图1的线III-III截取的剖视图4是构成静电消除器的底座的一半的半个底座的透视图5是半个底座的侧视图6是半个底座的仰视图7是半个底座的俯视图8是放电电极单元的分解透视图9是从其斜上侧所看到的放电电极单元的单元主体的透视图10是沿着图8的线X-X截取的放电电极单元的剖视图11是沿着图10的线XI-XI截取的剖视图； 图12是沿着图10的线XII-XII截取的剖视图； 图13是沿着图10的线XIII-XIII截取的剖视图14是说明为放电电极供给高电压的配电板和各个放电电极周 围的接地电极板的透视图15是接地电极板的局部俯视图； 图16是半个底座的剖视图17是半个底座的区域X17部分的放大剖视图； 图18是与图10对应的用于说明放电电极单元内部的清洁气体 的流动的剖视图；以及
图19是用于说明与放电电极单元内部的清洁气体的流动相关的
腔室、小孔、气池和保护用气体通道的关系的视图20是与离子平衡目标值的变化相关的脉冲AC系统中的静电
消除器的电路框图21是当高电压施加在脉冲AC系统中的放电电极上时流过放
电电极和机架地线(FG)之间的离子电流以及在将离子电流平均之后
的机架地线电流FGIC的波形图22是与离子平衡目标值的变化相关的DC系统中的静电消除
器的电路框图；图23是在将当髙电压施加在DC系统中的放电电极上时流过正 负放电电极和机架地线(FG)之间的离子电流平均之后的机架地线电 流FGIC的波形图24是用于说明关于离子平衡目标值的变化的控制的跟踪性能 随着放电电极的污染状况而变化的简图，其中，实线表示新放电电极 的情况，虚线表示污染加重的放电电极的情况；
图25是用于说明关于离子平衡目标值的变化的作用量随着放电 电极的污染状况而变化的简图26是示出以矩形脉冲波形改变离子平衡目标值的情况下机架 地线电流FGIC的变化的波形图，其中，实线表示新放电电极的情况， 单点划线表示中度污染的放电电极的情况，而双点划线表示严重污染 的放电电极的情况；
图27是图26所示机架地线电流FGIC的变化被放大的简图28是用于结合确定放电电极的污染状况的方法说明判断放电 电极的污染状况的实例的简图，其中，所检测到的机架地线电流FGIC 用通过足够慢的LPF平均然后与用于判断的多个等级处的阈值比较 的绝对值来代替；
图29是用于说明借助于作用量来判断放电电极的污染的实例的 简图，其中，实线表示新放电电极的情况，单点划线表示中度污染的 放电电极的情况，而双点划线表示严重污染的放电电极的情况；以及
图30是示出在以正弦波形改变离子平衡目标值的情况下机架地 线电流FGIC的变化的波形图，其中，实线表示新放电电极的情况， 单点划线表示中度污染的放电电极的情况，而双点划线表示严重污染 的放电电极的情况。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施例。图1是实施例的静电消除 器的侧视图。在静电消除器1中，八个主放电电极单元2和四个附加 放电电极单元3在沿纵向隔开的状态下安装在具有长外部轮廓的壳 体la的底面上。应当注意到；四个附加放电电极单元3根据用户的选择安装和拆卸，并且该附加放电电极单元3的构造与主放电电极单 元2的基本构造大致相同。后面将对主放电电极单元2和附加放电电 极单元3之间的差异进行说明。
用于覆盖静电消除器1的上半部的外壳4在横截面上具有顶部 封闭、底部开口的封闭顶部、敞开底部的倒置U字形状(图3)，并 且可以从底座5上拆卸，所述底座5构成静电消除器1的下部外轮廓 的外部边框的下部。图2示出外壳4拆下后的静电消除器1。图3是 沿着图1的线in-III截取的剖视图。参考图2，在静电消除器1中， 高压单元6和控制基板7安装在由外壳4包围的上部区域中，控制基 板7包括例如显示电路和CPU。
构成静电消除器1的下部的底座5是通过将具有基本上相同构 造的两个半个底座5A、 5A沿着静电消除器1的纵向相互连接而形成 的。在各个半个底座5A上可以安装四个主放电电极单元2和两个附 加放电电极单元3，并且根据图3可以理解，可以组合多个绝缘的合 成树脂部件来形成具有顶部、底部、左右侧封闭的封闭横截面的内部 气体通道10。如图16所示，该内部气体通道10沿着各个半个底座 5A的纵向连续地延伸。
图4是半个底座5A的透视图。半个底座5A在图中示出为处于 这样的状态，即主放电电极单元2和附加放电电极单元3已经置于 其中。半个底座5A的一端(图中顶部的左端)具有凸出的气体通道 连接口 11，并且在半个底座5A的另一端(图4中的右端)形成有用 于接纳该气体通道连接口 11的凹进的气体连接口 12(见后述图16)。 彼此相邻的两个半个底座5A、5A通过使一个半个底座5A的凸出的气 体通道连接口 11和另一个半个底座5A的凹进的气体连接口 12接合 来形成静电消除器1的连续的内部气体通道10。
图5是半个底座5A的侧视图。图6是半个底座5A的仰视图。 图7是半个底座5A的俯视图。应当注意到，这些半个底座5A在图5 至图7中示出为处于这样的状态，即 一个主放电电极单元2和一个 附加放电电极单元3已经安装在其上。
从图5至图7中可以看到，在半个底座5A的顶面的纵向中央部
8分设置有向上伸出的接头15，并且高压单元6中产生的高电压通过
该接头15提供给半个底座5A。更具体来说，接头15的外周部由绝 缘树脂制成，并且其内部设置有朝向该接头15的顶部敞开的圆柱形 凹式接头(未示出)。该凹式接头的另一端与在接头15下面露出的 配电板40连接。该凹式接头的开口端与从设置在外壳4内部的高压 单元6延伸的凸式接头(未示出)连接，并且将高电压提供给配电板 40。另外，由于即使当静电消除器1的长度变化时，在一个静电消除 器1中也仅设置一个高压单元6，所以在一个静电消除器1中实际使 用一个接头15。
在半个底座5A的底面上形成有分别接纳主放电电极单元2的主 单元接纳口 16和分别接纳附加放电电极单元3的附加单元接纳口 17。具体来说，至少在设置在各个半个底座5A中的一对主放电电极 单元2、 2之间位于连接主放电电极单元2、 2的直线上的大致中央位 置处设置一个附加放电电极单元3。应当注意到，考虑到静电消除时 间等因素，在一对主放电电极单元2、 2之间具有附加放电电极单元 3的静电消除器1对于静电消除对象和静电消除线是有效的，当只利 用从设置在静电消除器l中的主放电电极单元2产生的一定量的离子 执行静电消除时，执行的速度比所需值低。
主放电电极单元2和附加放电电极单元3通过后面所述的方法 利用密封环18 (图17)可拆卸地安装在各个口 16、 17中。应当注意 到，在不安装附加放电电极单元3的情况下，用于密封附加单元接纳 口 17的密封部件(未示出)可拆卸地安装在附加单元接纳口 17上。
图8是主放电电极单元2的分解透视图。主放电电极单元2由 用绝缘合成树脂制成的单元主体20、放电电极21和放电电极保持部 件22组成。放电电极21包括设置有周槽211的底端21a和尖锐的前 端21b，但是前端21b可以形成任意形状。
图9是从其斜上侧看到的单元主体20的透视图。参考图8和图 9，单元主体20具有外侧圆筒壁201和尺寸增大的头部202，并且在 外侧圆筒壁201的外周面上形成有彼此沿周向隔开的多个凸出部 203。主放电电极单元2可以利用这些凸出部203接合到底座5的主
9单元接纳口16中，以便可拆卸地安装在底座5上。具体来说，在主
单元接纳口 16中形成有凸出部203接合到其中的凸出部分，并且当 主放电电极单元2插入主单元接纳口 16中并沿周向旋转规定角度时， 凸出部203处于接合在主单元接纳口 16中的状态，而主放电电极单 元2在反向旋转时可以从主单元接纳口 16中拆卸。由于这种可拆卸 安装法是常规已知的，所以没有给出其详细说明。
图10是沿着图8的线X-X截取的主放电电极单元2的剖视图。 从图10中可以看到，单元主体20是通过安装均由绝缘树脂材料制成 的主部件204和辅助部件205而形成的。
继续参考图10，单元主体20具有沿着外侧圆筒壁201的直径方 向向内隔开的内侧圆筒壁206。内侧圆筒壁206和外侧圆筒壁201同 心地布置，并且轴心处设置有放电电极21。内侧圆筒壁206具有中 央长孔206a，该中央长孔206a在横截面上具有与内侧圆筒壁206同 心的圆形形状。在内侧圆筒壁206中，中央长孔206a的顶部是敞开 的，并且其底部通过尺寸增大的头部202向外部敞开。附图标记207 表示尺寸增大头部202的开口部分。中央开口部分207具有其直径向 下增大的锥面207a，并且该锥面207a连续到中央开口部分207的底 部(开口端)的柱面207b。同时，内侧圆筒壁206的顶部是敞开的， 以便面向在下述放电电极保持部件22和内侧圆筒壁206之间形成的 周向腔室S3。换言之，内侧圆筒壁206位于主放电电极单元2的内 部，并形成在如下区域内，g卩该区域从放电电极21的前端21b朝 向放电电极保持部件22包围放电电极21的除去由放电电极保持部件 22支撑的部分之外的部分。
放电电极21的前端21b设置为稍微从中央长孔206a向锥面 207a凸出。从图10可以看到，放电电极21与中央长孔206a的中心 线同心地安装，即内侧圆筒壁206的轴线、放电电极21的外周面和 内侧圆筒壁206的内周面处于相互隔开的状态。这里，内侧圆筒壁 206的内径在轴线方向上是相同的并大于放电电极21的外径。应当 注意到，除去其前端之外，放电电极21在其几乎整个长度上具有相 同的外径。
10内侧圆筒壁206的顶部位于放电电极21的纵向上的中间部分。 在内侧圆筒壁206和放电电极21之间形成有圆柱形保护用气体流出 通道25，该气体流出通道25在内侧圆筒壁206的整个长度上是周向 连续的。此外，内侧圆筒壁206的底部向下通到尺寸增大的头部202。 更具体来说，内侧圆筒壁206的底部位于与中央长孔206a的底部一 样高的位置附近。
在内侧圆筒壁206和与内侧圆筒壁206同心的外侧圆筒壁201 之间形成有第一气池26。该第一气池26的底部向下通到尺寸增大的 头部202。具体来说，第一气池26安装成符合这样的关系，g卩放 电电极21的从其纵向上的中间部分一直到前端21b的部分在直径方 向上与沿着放电电极21的周面延伸的保护用气体流出通道25重叠。 更具体来说，将第一气池26布置在保护用气体流出通道25周围，内 侧圆筒壁206用作第一气池26和保护用气体流出通道25的分隔壁， 保护用气体流出通道25沿着放电电极21的周面从放电电极21的纵 向上的中央部分延伸到其前端，并且该第一气池26在周向以及纵向 上连续。此外，第一气池26的一端面向周向腔室S3，并通过周向腔 室S3与在内侧圆筒壁206内部形成的保护用气体流出通道25连接。 换言之，第一气池26的向周向腔室S3敞开的一端和内侧圆筒壁206 的顶部以几乎相同的高度形成。
安装在放电电极21的底端21a上的放电电极保持部件22由呈 环状的外周部件221和塞入外周部件221中的内周部件222构成(图 8和图10)。外周部件221由用金属制成的经处理的部件构成，而内 周部件222由模制树脂制品构成。内周部件222具有中央长孔222a, 并且放电电极21的底端21a塞入该中央长孔222a中。
外周部件221的外周面具有在竖直方向上相互隔开的三个周向 凸缘221a、 221b、 221c，在这些凸缘之间形成有在竖直方向上隔开 的周向凹槽221d、 221e (图8和图10)。位于放电电极21的底端侧 的上部凸缘221a具有最大的直径，位于放电电极21的顶侧的下部凸 缘221c具有最小的直径，而位于上部凸缘221a和下部凸缘221c之 间的中间凸缘221b具有中间直径。与外周部件221对应，在单元主体20的外侧圆筒壁201的内表 面的顶部形成有两个台阶201a、 201b(图9和图10)。具体来说， 与外侧圆筒壁201的内表面的顶部相邻的部分具有较大的直径，在第 一台阶201a下面超过台阶201a的部分具有中间直径，而在台阶201a 下面超过第二台阶201b的部分具有较小的直径。在上述外周部件221 中，上部凸缘221a设置在外周部件221的顶部，中间凸缘221b设置 在第一台阶201a的附近，而下部凸缘221c设置在第二台阶201b的 附近。从而，在第一台阶的周向上连续的周向腔室Sl被上部凸缘221a 和中间凸缘221b之间的第一周向凹槽221d限定在气密状态，而第二 级周向腔室S2被在中间凸缘221b和下部凸缘221c之间沿周向连续 的第二周向凹槽221e限定在气密状态。下级凸缘221c设置在内侧圆 筒壁206的顶部的上方并与内侧圆筒壁206的顶部隔开，从而在下级 凸缘221c下面形成周向腔室S3，该周向腔室S3尺寸增大并沿周向 连续，并且延伸到前面所述的第一气池26和保护用气体流出通道25 (图10)。
在单元主体20的外侧圆筒壁201的内壁上，在顶部相对而言具 有最大直径的部分中形成有一个第一槽沟31 (图8至图11)。此外， 在第一台阶201a和第二台阶201b之间形成有一个第二槽沟32 (图 10和图12)，并且形成有从第二台阶201b延伸到外侧圆筒壁201 的纵向中央部分的四个第三槽沟33 (图9、图10和图13)。第一槽 沟31、第二槽沟32和第三槽沟33与外侧圆筒壁201的轴线平行地 延伸。此外，参考图9和图IO对第三槽沟33进行详细说明。第三槽 沟33的深部向下延伸超过内侧圆筒壁206的顶部，并向下通向第一气 池26的内部。
参考图10，在单元主体20的尺寸增大头部202中，主部件204 和辅助部件205在前述中央长孔206a的底部和连续到中央长孔206a 的底部上的锥面207a的周围形成第二气池35。第二气池35在周向 上连续。清洁气体从前述内部气体通道10通过在辅助部件205的内 周面和外侧圆筒壁201的底部之间形成的辅助气体流入通道36供给 到该第二气池35 (图3)。总共四个辅助气体流入通道36以90度的
12周向间隔设置(见图8和图9)。在尺寸增大的头部202中，在主部 件204的底面上形成有由具有小直径的通孔构成的辅助气体流入孔 37，第二气池35中的清洁气体能够通过该辅助气体流入孔37流到外 部。可以从图4中非常明显地看出，在尺寸增大的头部202的中央开 口部分207周围，在与中央开口部分207同心的圆周上以90度的间 隔形成总共四个辅助气体流入孔37。各个辅助气体流入孔37内部的 清洁气体的流率预先设定为约200 m/sec。由于在这种控制下从辅助 气体流入孔37排出的清洁气体摆脱了辅助气体流入孔37的直径的约 束，所以尽管清洁气体以比约200 m/sec低得多的流率流动，然而其
以比后面描述的从保护用气体流出通道25排出的离子化的清洁气体 的流率高得多的流率呈锥形向下流出。
外侧圆筒壁201的内壁上的前述第一槽沟31和第二槽沟32的 位置在周向上错开180度。也就是说，第一槽沟31和第二槽沟32 设置为沿直径方向彼此相对。此外，四个第三槽沟33安装为具有90 度的周向间隔，并且各个第三槽沟33形成为在周向上与第二槽沟32 错开45度。
应当注意到，尽管如上所述，附加放电电极单元3和主放电电 极单元2基本上具有相同的构造，然而附加放电电极单元3与主放电 电极单元2的区别在于其不具有辅助气体功能。因此，在附加放电电 极单元3中，不存在设置在主放电电极单元2中的第二气池35以及 与第二气池35相关的辅助气体流入通道36和辅助气体流入孔37。
图14是用于说明在主放电电极单元2和附加放电电极单元3的 各个放电电极21上施加高电压以及与安装在各个放电电极21周围的 接地电极有关的构造的视图。参考图14，配电板40将高电压供给到 各个放电电极21。配电板40具有在半个底座5A的整个长度上连续 地延伸的连接板形状，并且与各个放电电极21的底端21a接合的部 分401被模压为S形，以给该接合部分401的中央部分提供弹性。各 个放电电极21的周向凹槽211与该S形的中央部分中的圆孔接合(图 3)。在配电板40的纵向中央部分中形成有圆孔402。
在一个半个底座5A的总长度是23 cm并且将大量的这种半个底座5A连接起来以使静电消除器的长度大于例如2. 3 m的情况下，由 于只从静电消除器1的纵向的两端供给前述清洁气体，所以供给到静 电消除器1的纵向中央部分的气体的量可能会小于供给其他部分的 气体的量。因此，在具有这样长度的静电消除器1中，除了从其两端 供给清洁气体之外，还可以利用设置在半个底座5A中的圆孔402和 在该半个底座的顶面的一部分中形成的开口，通过管子将清洁气体从 纵向的一端供给到外壳4，其中，所述圆孔402布置在前述静电消除 器的大致中央部分，所述开口设置在与所述圆孔402相同的位置，用 于供给清洁气体的管子的一端可以面对内部气体通道10。
不言而喻，对于长度足以保证通过从其两端供给清洁气体来获 得所需气体量的静电消除器1来说，没有必要在半个底座5A的顶面 上形成与圆孔402及其位置对应的开口。此外，尽管未示出，然而对 于利用圆孔402将清洁气体供给到内部气体通道10的静电消除器1 来说，高压单元6和控制基板7布置在外壳内部的空间内，其中所述 空间从静电消除器1的与设置有用于供给清洁气体的管子的一端相 反的纵向端部延伸到管子所面对的圆孔402，以便避免高压单元6和 控制基板7与管子干涉。
继续参考图14，对置电极(即接地电极板部件42)安装在各个 放电电极21周围(图3)。在本实施例中，接地电极板部件42由板 状部件构成，并包括与各个放电电极21同心的圆环部分421和连接 各个圆环部分421的线性连接部分422 (图3和图15)。该接地电极 板部件42嵌入图6所示的半个底座5A的底侧内部。该圆环部分421 安装在与前述保护用气体流出通道25和位于保护用气体流出通道25 的外周侧的第一气池26所在位置一样高的位置。更具体来说，接地 电极板部件42的各个圆环部分421构造为包围构成静电消除器1的 下部的底座5上的放电电极，并且在圆环部分421的内部布置有主放 电电极单元2或附加放电电极单元3。在本实施例中，圆环部分421 布置成这样的状态，即其在底座5—侧从主放电电极单元2的外侧 圆筒壁201通过在底座5内部形成的内部气体通道10嵌入底座5内 部。配电板40固定地安装在半个底座5A的顶壁501上，并且接地 电极板部件42的各个圆环部分421嵌在保持放电电极单元2、3的半 个底座5A的底面侧并位于侧面侧的侧壁502的附近(图3)。至少 其中嵌入接地电极板部件42的部分502a是由例如绝缘性能优良的合 成树脂材料等绝缘材料制成的。在呈板状的接地电极板部件42中包 含的圆环部分421的宽度W (图15)小于半个底座5A的侧壁502的 厚度，并且该圆环部分421安装为不从半个底座5A露出到外部。如 上所述，由于接地电极板部件42的圆环部分421安装在放电电极21 周围，并且接地电极板部件42处于嵌入状态，所以可以相对地削弱 在放电电极21和接地电极(接地电极板部件42)之间形成的电场， 而不产生从放电电极21到接地电极板部件42 (即圆环部分421和放 电电极21之间)的表面放电。从而可以相对地增强放电电极21和工 件(未示出)之间的电场。
更具体来说，圆环421的直径越小，越能够最大限度地削弱在 放电电极21和接地电极板部件42之间形成的电场，然而当圆环421 的直径过小时，有可能无法保持圆环421和放电电极21之间的耐受 电压。为此，优选的是，圆环421的直径大到足以保持圆环421和放 电电极21之间的耐受电压，同时小到足以最大限度地削弱在放电电 极21和接地电极板部件42之间形成的电场。本实施例中，在放电电 极21被设置为其直径中心的情况下，圆环421的直径大于第一气池 26的直径并小于外侧圆筒壁201的直径。
此外，在各个放电电极21周围形成的各个圆环421通过宽度比 圆环421的直径小并线性地延伸的连接部分422彼此连接。在处于装 入静电消除器1中的状态下时，连接部分422布置在几乎是连接放电 电极21、 21的直线上。此外，该连接部分422优选具有小宽度，以 便削弱在放电电极21和接地电极板部件42之间形成的电场，只要满 足供电性能、组装刚度等即可。也就是说，接地电极板部件42的连 接部分422嵌在几乎是连接放电电极21、 21的直线上，并位于保持 放电电极单元2、 3的半个底座5A的底面侧上的相邻放电电极21、 21之间的部分中。
15应当注意到，尽管接地电极板部件42在本实施例中由用金属模
压制品形成的板材构成，然而接地电极板部件42并非必须是板材，
不言而喻，可以使用例如金属丝状线形部件来形成类似的构造。
参考图16至图19，对包围放电电极21的前端21b以抑制放电 电极21的污染的保护用气体的流动进行说明。这里，图19是与气体 流动相关的构造的概念视图。
用过滤器等净化的空气或例如像氮气那样的惰性气体等清洁气 体供给到内部气体通道10，并且流过该内部气体通道10的清洁气体 通过由前述一个第一槽沟31限定的第一小孔流到第一级周向腔室S1 中，而内部气体通道10的脉动的影响处于被抑制状态。第一级周向 腔室S1内部的清洁气体通过由设置在沿直径方向与第一槽沟31相对 的位置的一个第二槽沟32限定的第二小孔流到第二级周向腔室S2 中。第二级周向腔室S2内部的清洁气体随后穿过由在周向上与第二 槽沟32错开45度的四个第三槽沟33限定的第三小孔并向下流动。
流过半个底座5A的内部气体通道10的清洁气体通过分别由第 一槽沟31和第二槽沟32构成的第一小孔和第二小孔流到第一级周向 腔室Sl和第二级周向腔室S2，并且第二级周向腔室S2内部的清洁 气体随后通过四个第三槽沟33流到第一气池中。也就是说，第二级 周向腔室S2内部的清洁气体由四个第三槽沟33引导而流到第一气池 26中，并且由于第一气池26的深部向下延伸到尺寸增大的头部202， 所以可以将流到第一气池26中的清洁气体转变成静压力。
特别地，由于清洁气体通过分别为前述第一槽沟31和第二槽沟 32的沿周向隔开的多级小孔供给到第一气池26，所以可以在隔离内 部气体通道10的脉动的影响的同时，将第一气池26内部的清洁气体 的静压力提高到高水平。第一气池26内部的清洁气体随后越过内侧 圆筒壁206的顶部、穿过沿周向从该第一气池26变大的周向腔室S3， 并流到内侧圆筒壁206内部的保护用气体流出通道25中。
如上所述，由于保护用气体流出通道25沿着放电电极21的外 周面从纵向中央部分到放电电极21的顶部21b以细长圆柱形延伸， 所以在保护用气体流出通道25内部经过的清洁气体变成层流并通过
16中央开口部分207向下流出。因此，在设置为与放电电极21的外周 面接触的保护用气体流出通道25内部沿着放电电极21的纵向流动的 清洁气体在穿过保护用气体流出通道25的过程中变成层流，并且清 洁气体在处于包围放电电极21的前端21b的状态下朝向工件流出， 从而可以提高对放电电极21的前端21b的防护效果，以便提高防止 放电电极21的污染的效果。
在本实施例中，与放电电极21的外周面接触的保护用气体流出 通道25内部的清洁气体的流率设定为约1 m/sec。由于这样控制并 从中央开口部分207排出的离子化的清洁气体摆脱了保护用气体流 出通道25的直径的约束，所以清洁气体以比约l m/sec低得多的流 率向下呈圆柱形流出，该圆柱形的直径几乎与中央开口部分207的最 后开口端一样大。
此外，由于放电电极21的向外的直径方向上的内壁和外壁，即 内侧圆筒壁206和外侧圆筒壁201形成延伸到放电电极21的前端的 第一气池26，所以可以在保持第一气池26的静压效应的同时，将主 放电电极单元2的外侧圆筒壁201的直径设置为较小。
可以从图19中非常好地理解，本实施例的静电消除器1采用了 下列构造第一级周向腔室Sl、第二级周向腔室S2和第一气池26 沿着放电电极21的纵向串联排列；第一气池26和位于第一气池26 的内周侧的保护用气体流出通道25以沿直径方向重叠的方式布置； 并且清洁气体借助于沿周向隔开的多级小孔(第一槽沟31和第二槽 沟32)通过以多级布置的空间Sl、 S2供给到第一气池26。因此，如 上所述，当然不仅可以隔离内部气体通道10的脉动对第一气池26 的影响，而且可以提高第一气池26的静压力。由于在外侧圆筒壁201 的内表面中形成有多级小孔(第一槽沟31和第二槽沟32)，并且还 在从放电电极21上悬伸的放电电极保持部件22的外周面上形成有竖 直方向的多级凸缘221a至221c，以使得这些凸缘之间的第一周向凹 槽221d和第二周向凹槽221e形成多级空间Sl、 S2，所以可以形成 多级空间S1、S2和第一气池26沿着放电电极21的纵向排列的状态， 以便隔离前述保护用气体的脉动并保证高水平的静压力，同时将外侧
17圆筒壁201的直径设置为较小。
下面，对在放电电极21周围安装为不露出到外部的接地电极板
部件42进行说明。如上参照图3所述，接地电极板部件42的圆环部 分421嵌在半个底座5A的底面侧的由绝缘合成树脂材料制成的侧壁 502的附近，并且接地电极板部件42的该圆环部分421安装为包围 放电电极21 (图14)。通过采用接地电极板部件42 (圆环部分421) 被嵌入而不露出到外部的所述构造，与接地电极板露出到外部的常规 构造相比，可以相对地削弱在放电电极21和接地电极板部件42之间 产生的电场，从而相对地增强放电电极21和工件(未示出)之间的 电场，因而比常规构造的情况更能提高静电消除效率。
此外，从图3和图17可以看到，在由接地电极板部件42构成 的平坦表面上，用于将清洁气体从内部气体通道IO供给到第二气池 35的通道10a、第一气池26和保护用气体流出通道25内部的气体层 介于放电电极21和接地电极板部件42的圆环部分421之间。由于气 体的介电常量小于合成树脂材料的介电常量，从而气体具有更高的耐 受电压，所以可以容易地保证接地电极板部件42和放电电极21之间 的绝缘性能。换言之，使具有较高耐受电压的空气层介于接地电极板 部件42和放电电极21之间，而不是仅仅借助于绝缘合成树脂在接地 电极板部件42和放电电极21之间进行绝缘，可以将由接地电极板部 件42构成的平坦表面上放电电极21和接地电极板部件42 (圆环部 分421)之间的间隔距离设计为较小。更具体来说，将放电电极21 和圆环部分421的内周沿之间的间隔距离设定为不考虑用于将清洁 气体供给到第二气池35的通道10a (图17)、第一气池26和保护用 气体流出通道25的气体层的绝缘耐受电压而获得的值，并且可以将 圆环部分421的内径设定为与能够用以保证包括气体层的耐受电压 在内的耐受电压的间隔距离 一 样小。
在前述实施例中，与放电电极21的外周面接触的保护用气体流 出通道25内部的清洁气体的流率设定为约1 m/sec，并且各个辅助 气体流入孔37内部的清洁气体的流率设定为约200 m/sec。然而， 保护用气体流出通道25和辅助气体流入孔37内部流率的这些具体数值仅仅是实例。当然，例如，为了增加工件的静电消除速度(为了增 加离子到达工件的速度)，可以将保护用气体流出通道25内部的清 洁气体的流率设置为高于1 m/sec，或者保护用气体流出通道25内 部的清洁气体的流率值例如可以与辅助气体流入孔37内部的清洁气 体的流率值大致相等。
接下来，对放电电极21的污染状况的检测和所检测到的状况的 显示进行说明。图20是在采用脉冲AC系统作为将高电压施加在放电 电极21上的系统的情况下的电路框图。参考图20，正的或负的高电 压交替地从正高压电源电路50或负高压电源电路51施加到放电电极 21上。正高压电源电路50和负高压电源电路51通过电阻器Rl接地。 流过该电阻器Rl的电流(即离子电流i)在放大/低通滤波电路52 中进行平均，并输入到控制电路53中作为机架地线电流FGIC。在控 制电路53中，对施加在放电电极21上的正负高压占空比(Duty)进 行反馈控制，以便使机架地线电流FGIC的值为规定的目标值。
在图21所示波形图中，上部的波形与要施加在放电电极21上 的电压有关，中部的波形与流过电阻器Rl的离子电流i有关，下部 的波形与从放大/低通滤波电路52输入到控制电路53中的机架地线 电流FGIC有关。对施加在放电电极21上的正负高压占空比进行反馈 控制，以便使机架地线电流FGIC的值为目标值。
图22是采用可变DC系统的情况下的电路框图。可变DC系统中 的电路具有可变高压电源电路55、 56，该可变高压电源电路分别将 正电压和负电压施加在一对放电电极21、 21上。用于调整电压水平 的信号从控制电路53输出到正的可变高压电源电路55和负的可变髙 压电源电路56，并且对正的可变高压电源电路55和负的可变高压电 源电路56产生的高电压的值进行反馈控制。
在图23所示波形图中，上部的波形表示施加在正放电电极21 上的高电压，中部的波形表示施加在负放电电极21上的高电压，下 部的波形表示从放大/低通滤波电路52输入到控制电路53中的机架 地线电流FGIC。对施加在放电电极21上的正负高电压的电压值进行 反馈控制，以便使机架地线电流FGIC的值为目标值。对于离子产生控制来说，在AC系统中的静电消除器1的情况下 的作用量是占空比，并且在DC系统中的静电消除器1的情况下的作 用量是施加在放电电极21上的电压值。它们之间的共同点是对机架
地线电流FGIC的值进行反馈控制以使其成为规定的目标值。因此， 尽管下面将对AC系统的情况进行说明，然而应当理解该说明同样适 用于DC系统。
首先，可以从下面任意地选择设定目标值的模式。
(1) 将基本离子平衡目标值设定为例如"零"，并且以规定的 时间间隔(即间歇性地)将其改变为目标值偏移量，改变的程度设置 为不会显著影响工件的离子平衡。
(2) 将目标值设置为恒定的，该目标值的偏移量不会影响工件 的离子平衡。
下面对与离子平衡目标值的有意变化有关的"在不会影响工件 的离子平衡的限度内"进行说明。工件的容许充电电压随着静电消除 器1的用户和/或作为静电消除对象的工件的种类而变化。例如，存 在静电消除之后工件的充电电压在士200 V范围内即为容许范围的情 况以及要求该充电电压在士30 V范围内的情况。因此，"在不会影 响工件的离子平衡的限度内"的含义基本上是在静电消除之后工件的 充电电压(根据用户和/或作为静电消除对象的工件所允许的电压) 所保持的目标值的变化范围。因此，虽然可以使用户来确定离子平衡 目标值的变化范围，但是当静电消除器1的制造商想要限定"在不会 影响工件的离子平衡的限度内"的变化范围时，该制造商可以这样限 定离子平衡目标值的变化范围，即使静电消除之后工件的充电电压 的变化范围保持在士15 V的范围内，优选在土10V的范围内，更优 选在±5 V的范围内。即使在用户或作为对象的工件对静电消除的条 件要求很严格的情况下，这也是充分适用的。可以限定目标值的变化 范围，以使用脉冲AC的占空比表示的目标值的变化范围保持在不大 于10/^的变化范围内。
图24是用于说明关于离子平衡目标值的变化的控制的跟踪性能 和放电电极21的污染状况之间关系的简图。没有污染的放电电极21(例如新的放电电极21)的情况用实线表示，由于使用而导致污染 的放电电极21的情况用虚线表示。如图24所示，关于目标值的跟踪
性能在"没有污染的"放电电极21的情况下更加优良。这意味着"没 有污染的"放电电极21比"有污染的"放电电极21具有更高的离子 产生效率，从而迅速地跟踪跟踪目标值的变化。换言之，如图25所 示，作用量在"没有污染的"放电电极21 (实线)的情况下形成较 小变化，而在"有污染的"放电电极21 (虚线)的情况下形成较大 变化。应当注意到，实际的机架地线电流FGIC的值跟踪目标值的变 化所需的时间是10到100秒。例如在脉冲AC系统中，可以说10到 100秒的值远远大于要施加在放电电极21上的电压的脉冲周期。
这里应当注意到的是关于目标值的变化的控制的跟踪性能随 着放电电极21的污染状况而变化。也就是说，放电电极21的污染状 况变得越糟，即放电电极21的污染越重，控制的跟踪性能降低得越 多。通过利用这一特性，可以有意地改变目标值，改变的程度设置为 不影响工件的离子平衡，从而根据跟踪性能的优劣来查看放电电极 21的污染状况。
这不限于检测机架地线电流FGIC并进行反馈控制的情况，而是 甚至在检测流过放电电极21和接地电极(对置电极)之间的离子电 流并进行反馈控制的情况下，也可以建立放电电极21的污染状况和 控制的跟踪性能之间的上述关系。因此，即使在基于放电电极21和 对置电极之间的离子电流来进行离子产生控制的情况下，也可以有意 地改变目标值，以便根据关于该变化的跟踪性能的优劣来查看放电电 极21的污染状况。
此外，当然，由于即使当静电消除器1在DC系统或者在AC系 统中时，也同样可以建立放电电极21的污染状况和控制的跟踪性能 之间的上述关系，所以可以在DC式或AC式系统中的静电消除器中有 意地改变目标值，以便根据关于该变化的跟踪性能的优劣来判断放电 电极21的污染状况。
作为上述实施例，在将接地电极板部件42嵌入放电电极21周 围的合成树脂材料中，以削弱在放电电极21和接地电极板部件42
21之间产生的电场的情况下，合理的是检测流过机架地线的机架地线电 流FGIC并根据检测到的电流进行离子产生控制。另一方面，在将露 出到外部的接地电极(对置电极)安装在放电电极21周围，以基于 放电电极21和该对置电极之间的离子电流的值来进行离子产生控制
的情况下，例如当具有大电容的工件存在于静电消除器的附近时，流
过放电电极21和该对置电极之间的电流由于该工件而减小，这有可 能导致不正确的检测结果，即尽管放电电极21实际产生了充足的 离子量，然而却检测到离子产生量己经减少，从而得出放电电极21
的污染状况已经加重的判断。这个问题可以通过检测流过机架地线的
机架地线电流FGIC，从而对离子产生进行反馈控制来解决。
图26示出与目标值的变化有关的具体实例。参考图26，以例如 零为基准值将作为目标F GIC的目标值交替地向正侧和负侧改变，改 变的程度设置为不影响工件的离子平衡。对于关于这种目标值的变化 的跟踪性能来说，机架地线电流FGIC跟踪所需的时间以及机架地线 电流FGIC的幅值随着放电电极21的污染状况而变化。实线表示新的 放电电极21的情况，单点划线表示中度污染的放电电极21的情况， 而双点划线表示严重污染的放电电极21的情况。
图27是图26所示机架地线电流FGIC的波形的放大图。在图27 中，如同图26—样，实线表示新的放电电极21的情况，单点划线表 示中度污染的放电电极21的情况，而双点划线表示严重污染的放电 电极21的情况。对于关于目标值的变化的跟踪时间(即相位延迟) 来说，当标记tl表示新的放电电极21的情况下的跟踪时间、标记 t2表示中度污染的放电电极21的情况下的跟踪时间、标记t3表示 严重污染的放电电极21的情况下的跟踪时间时，建立起tl<t2<t3 的关系。换言之，新的放电电极21的情况下的跟踪时间tl是最短的 时间，严重污染的放电电极21的情况下的跟踪时间t3是最长的时间， 而中度污染的放电电极21的情况下的跟踪时间t2是中等的时间长 度。也就是说，跟踪时间t随着污染状况的加重而增加。
继续参考图27，对于检测到的FGIC的值的跟踪幅值来说，当标 记Al表示新的放电电极21的情况下的跟踪幅值、标记A2表示中度污染的放电电极21的情况下的跟踪幅值、标记A3表示严重污染的放
电电极21的情况下的跟踪幅值时，建立起A1>A2>A3的关系。换言 之，新的放电电极21的情况下的跟踪幅值Al最大，严重污染的放电 电极21的情况下的跟踪幅值A3最小，而中度污染的放电电极21的 情况下的跟踪幅值A2中等。也就是说，跟踪幅值A随着污染状况的 加重而减小。
继续参考图27，对于检测到的FGIC的值的上升或下降的跟踪倾 角来说，当标记e 1表示新的放电电极21的情况下的跟踪倾角、标 记62表示中度污染的放电电极21的情况下的跟踪倾角、标记6 3 表示严重污染的放电电极21的情况下的跟踪倾角时，建立起e 1< e 2< e 3的关系。换言之，新的放电电极21的情况下的跟踪倾角e i 最小，严重污染的放电电极21的情况下的跟踪倾角e 3最大，而中 度污染的放电电极21的情况下的跟踪倾角e 2中等。也就是说，跟 踪倾角e随着污染状况的加重而增大。
继续参考图27，对于检测到的FGIC的值在规定的时间阶段内相 对于检测到的FGIC的值的基准值(这里是零)的积分值S来说，当 标记Sl表示新的放电电极21的情况下的积分值、标记S2表示中度 污染的放电电极21的情况下的积分值、标记S3表示严重污染的放电 电极21的情况下的积分值时，建立起S1>S2>S3的关系。换言之， 新的放电电极21的情况下的积分值Sl最大，严重污染的放电电极 21的情况下的积分值S3最小，而中度污染的放电电极21的情况下 的积分值S2中等。也就是说，积分值S随着污染状况的加重而减小。
如上所述，由于跟踪时间(相位延迟时间)t、跟踪幅值A、跟 踪倾角e和积分值S随着放电电极21的污染状况而变化，定时或以 适当周期对目标值的每一次变化进行采样以与多个等级处的阈值进 行比较，可以将放电电极21的污染状况划分成例如五个等级，从而 用设置在静电消除器1中的由五个LED构成的显示装置60(图1)显 示所划分的这些等级。
增加到图27中的第一至第五阈值与跟踪时间t相关。当采用跟 踪时间t来判断放电电极21的污染状况时，可以将检测到的跟踪时
23间t与第一至第五阈值比较以确定放电电极21的污染状况，并利用 显示装置60显示所确定的污染状况。
当然，在跟踪幅值A、跟踪倾角e以及积分值S的情况下，可以 使用同样的方法来判断放电电极21的污染状况。此外，可以使用两 个参数，例如跟踪时间t和跟踪幅值A来判断放电电极21的污染状 况。也就是说，可以通过单独或组合使用参数来进行上述判断，该参 数的值随着放电电极21的污染状况而变化。
如图28所示，关于判断放电电极21的污染状况的方法，可以 用例如以硬件表示的绝对值来代替检测到的FGIC，并将通过利用足 够慢的LPF平均该绝对值而获得的值与多个等级处的阈值比较，从而 判断放电电极21的污染状况。在图28中，实线表示新的放电电极 21的情况，单点划线表示中度污染的放电电极21的情况，而双点划 线表示严重污染的放电电极21的情况。
此外，如图29所示，可以借助于占空比或高电压值的作用量MV 来判断放电电极21的污染状况。标记MV1 (实线)表示新的放电电 极21的情况下的作用量，标记MV2 (单点划线)表示中度污染的放 电电极21的情况下的作用量，而标记MV3 (双点划线)表示严重污 染的放电电极21的情况下的作用量。如上所述，由于作用量MV随着 放电电极21的污染状况的加重而增大，所以可以通过与多个等级处 的阈值的比较来判断放电电极21的污染状况。
图30示出与目标值的变化有关的另一个具体实例。通过与以矩 形脉冲形状改变目标值的图26的比较可以明显看出，在图30所示的 另一个具体实例中，以正弦波形状(正弦波形)改变离子平衡目标值。 对于图30所示检测到的机架地线电流FGIC来说，实线表示新的放电 电极21的情况，单点划线表示中等污染的放电电极21的情况，而双 点划线表示严重污染的放电电极21的情况。
这里应当注意到的是如下各项 (1)跟踪延迟(相位差)t 随着放电电极21的污染状况而变化；(2)幅值随着放电电极21的 污染状况而变化；并且(3)频率随着放电电极21的污染状况而变化。
因此，可以通过以相位差、幅值或频率为参数与多个等级处的
24阈值比较来判断放电电极21的污染状况。此外，由于作用量也变化， 所以可以对(4)作用量(占空比或高电压值)的幅值；(5)作用量 (占空比或高电压值)的相位差；或(6)作用量(占空比或高电压 值)的频率进行分析(FFT等)，以检测可变的频率分量，从而可以 判断放电电极21的污染状况。
此外，在对放电电极21的判断过程中，可以将单个基准波形图 或多个基准波形图(污染状况不同的放电电极21的FGIC的电流值) 存储在存储器中，并且可以基于该基准波形图来判断放电电极21的 污染状况。如上所述，对于作为判断基础的基准波形图来说，可以通 过教导预先获得例如图26所示检测到的机架地线电流FGIC的波形等 基准波形图(新的放电电极以及轻微污染、中度污染、严重污染和最 严重污染的放电电极)，然后将其存储在存储器中，并且可以通过与 这些基准波形图的比较来判断放电电极21的污染状况。
当然，由于放电电极21和污染状况是相关的，所以只有作为基 础的基准波形图才可以存储在存储器中，并且可以基于通过将该基准 波形图乘以规定系数而获得的波形图来判断放电电极21的污染状 况。
如上所述，通过改变离子平衡目标值，其中改变的程度设置为 不影响工件附近的离子平衡，然后使用随着目标值的变化而变化、并 且随着放电电极21的污染状况的加重而出现差别的参数，可以判断 放电电极21的污染状况。
相关申请的交叉引用
本申请基于2007年12月28日提交的日本专利申请 No. 2007-341094要求外国优先权，该日本专利申请的内容在此通过 引用的方式并入本文中。
2权利要求
1. 一种静电消除器，其将高电压施加在放电电极上以产生离子，从而消除工件的静电，所述静电消除器包括离子电流检测装置，其检测所述放电电极和机架地线之间的离子电流；离子产生控制装置，其调整要施加在所述放电电极上的电压，以便使由所述离子电流检测装置检测到的所述离子电流为规定的离子平衡目标值；目标值改变装置，其将所述离子平衡目标值改变为目标值偏移量，改变的程度设置为不影响所述工件的离子平衡；以及电极污染检测装置，其根据所述目标值改变装置改变所述离子平衡目标值时控制的跟踪性能的优劣检测所述放电电极的污染状况。
2. —种静电消除器，其将高电压施加在放电电极上以产生离子， 从而消除工件的静电，所述静电消除器包括离子电流检测装置，其检测所述放电电极和所述放电电极附近 的接地电极之间的离子电流；离子产生控制装置，其调整要施加在所述放电电极上的电压， 以便使由所述离子电流检测装置检测到的所述离子电流为规定的离 子平衡目标值；目标值改变装置，其将所述离子平衡目标值改变为目标值偏移 量，改变的程度设置为不影响所述工件的离子平衡；以及电极污染检测装置，其根据所述目标值改变装置改变所述离子 平衡目标值时控制的跟踪性能的优劣检测所述放电电极的污染状况。
3. 根据权利要求1所述的静电消除器，其中，所述目标值改变 装置将所述离子平衡目标值从规定的基准值交替地改变到正侧和负
4. 根据权利要求3所述的静电消除器，其中，所述目标值改变 装置将所述离子平衡目标值改变为矩形脉冲形状。
5. 根据权利要求3所述的静电消除器，其中，所述目标值改变装置将所述离子平衡目标值改变为正弦波形状。
6. 根据权利要求2所述的静电消除器，其中，所述接地电极嵌 入绝缘的合成树脂材料中，所述合成树脂材料构成所述静电消除器的 底面部分。
7. 根据权利要求1所述的静电消除器，还包括显示装置，其显示由所述电极污染检测装置检测到的所述放电 电极的污染状况。
全文摘要
本发明提供一种用于精确地检测放电电极的污染状况的静电消除器，其中，将作为目标机架地线电流值的目标值从作为基准值的例如零值交替地改变到正侧和负侧，改变的程度设置为不影响工件的离子平衡，关于目标值的变化的跟踪时间即相位延迟随放电电极的污染状况而不同，并且随着污染的加重而变长，利用这一特性，准备多个阈值并把这些阈值与检测到的机架地线电流值比较，从而检测放电电极的污染状况。
文档编号H05F3/00GK101472380SQ20081018922
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月26日 优先权日2007年12月28日
发明者桥本正 申请人:株式会社其恩斯