JPH0810616B2

JPH0810616B2 - 陰イオンを含有するガスを得る方法及びその装置

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Publication number: JPH0810616B2
Application number: JP22179386A
Authority: JP
Inventors: 敏昭藤井
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS6378471A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、陰イオンを含有するガスを得る方法及びそ
の装置に関する。

より詳しくは、電子工業、薬品工業、食品工業、農
林産業、医療、精密機械工業等におけるクリーンルー
ム、クリーンブース、クリーントンネル、クリーンベン
チ、安全キャビネット、無菌室、バスボックス、無菌エ
アカーテン、クリーンチューブ等へ供給する陰イオンを
含有する空気、窒素、酸素等のガス流を得る方法並びに
これらの装置に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来、陰イオンを発生せしめる方法としては、電極に
マイナスの高電圧を印加する方法が知られているが、こ
の方法は高電圧の電気を用いるので安全性に問題があ
り、またコストが高いという問題があった。

一方、現在、作業雰囲気に微粒子の存在しない超高度
清浄度空間が要求され、また、例えばバイオテクノロジ
ーの分野では生体の代謝機能や生理機能を衰えさせない
作業空間が要求されている。

又、例えば、半導体分野では＋の静電気の発生の恐れ
のない作業空間が要求され、過剰な陽イオンは中和され
ている。

現状の技術による作業空間においては陽、陰イオンが
存在するが、作業内容や自然現象等により陽イオンが過
剰となる場合が多かった。

即ち、 1.密閉された室内では陰イオンが極端に減少する。

2.気流により通常の浮遊微粒子は正に帯電する。

3.半導体工場のクリーンルームでは高圧電源による空間
放電や作業場での分子摩擦等で正に帯電した微粒子や空
気分子が多い。

この様な雰囲気では、生体は新陳代謝を悪くし、生理機
能の衰えの原因となる欠点があった。

すなわち、生体内、例えば人体を例にとれば陰イオン
が減少すれば体調に変化を生ずると言われる。

人体は無数の細胞から形成されており、個々の細胞は
細胞膜で包まれていて、細胞はその膜を通して栄養分を
吸収したり、老廃物を排出したりして活動を行ってい
る。この細胞は外側が陽イオン、内側が陰イオン性を帯
び、陰イオンが減少し陽イオンが過剰となると、栄養分
の吸収や老廃物の排出が困難となる現象が起き、新陳代
謝を悪くし、生理機能の衰えの原因となる。

〔発明の目的〕

本発明は、高清浄度の気流中に陰イオンを発生させる
ことにより、生体の代謝機能や生理機能を衰えさせない
作業空間を作り、また、陰イオンを発生させて微粒子等
を電気的に中和もしくは負の電荷を帯びさせ安定な作業
空間を作る方法及び装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は、1.光電子放出材に紫外線及び／又は放射線
を照射しながら光電子放出材上に高清浄度のガスを通ず
ることを特徴とする陰イオンを含有するガスを得る方
法、及び2.高清浄度のガス流吸込口からガス流排出口ま
でのガス流路上に少なくとも光電子放出材上に紫外線及
び／又は放射線を照射する光電子放出部を備えてなる陰
イオンを含有するガスを得る装置である。

つぎに、図面に基いて本発明を詳しく説明する。

第１図はバイオロジカルクリーンルームにおけるバイ
オクリーンユニット併用方式、即ち、作業領域内の一部
だけを高清浄度にする方式のバイオロジカルクリーンル
ームにおいて高清浄度の空気流中に陰イオンを発生させ
る装置の概略図を示すものである。

第２図は、第１図における紫外線照射法による微粒子
補集部Ａ及び該微粒子補集部Ａで生成した高清浄度の空
気流中に陰イオンを発生させる本発明による陰イオン発
生部Ｂ、及び作業台14を主に備えているバイオクリーン
ユニット13を示す概略図である。

本発明を実施するための形態第１図においてクリーンルーム１内には、配管２から
導入される外気の粗粒子をプレフィルタ３で濾過した
後、クリーンルーム１の空気取出し口４から取り出され
た空気と共にファン５を介して空気調和装置６にて温度
及び湿度を調節した後、HEPAフィルター７により微粒子
を除去した空気が循環供給されており、清浄度（クラ
ス）10,000程度に保持されている。

なお、清浄度（クラス）とは、米国連邦規格No.209D
の１ft³中の0.5μｍ以上の微粒子の個数を意味する。

一方、クリーンルーム１内のファン及び粗フフィター
部８、紫外線照射部９、フィルター10（微粒子補集部、
第２図のＡ部に相当する）、水分供給部11、紫外線照射
部12（陰イオン発生部、第２図のＢ部に相当する。）を
経て高清浄な空気が供給されるバイオクリーンユニット
13内の作業台14上は、紫外線照射部12（陰イオン発生
部）で発生した陰イオンの過剰な高清浄度クラス（10）
の無菌雰囲気に保持される。

即ち、バイオクリーンユニット13においては、クリー
ンルーム１内の清浄度（クラス）10,000程度の空気がフ
ァン及び粗フィルター部８のファンにより吸引され、紫
外線照射部９で紫外線を照射することにより空気中の微
粒子は荷電されると共に、ウイルス、バクテリヤ、酵
母、かび等の微生物及び細菌類が殺菌された後、フィル
ター10で荷電された微粒子を除去することにより高清浄
度空気が得られる。次いで、該高清浄度の空気に水分供
給部11で水分の供給が行われ、得られた加湿空気中にお
いて光電子放出材上に紫外線照射部12で紫外線を照射す
ることにより気流中に陰イオンが生成され、陰イオンを
含有する空気が得られ、該空気が供給される作業台14上
に陰イオンの過剰な高清浄度の空気雰囲気に保持され
る。

第２図に示すバイオクリーンユニット13の特長は、主
に微粒子補集部Ａ、陰イオン発生部Ｂ、作業台14及び後
部フィルター29より成る。

微粒子補集部Ａは粗フィルター21、ファン22、紫外線
ランプ23、光電子放出材としての網状の金属面24、荷電
粒子補集フィルター25より成り、又陰イオン発生部Ｂは
水分供給部26、紫外線ランプ27、光電子放出材としての
網状の金属面28より成り、作業台14への器具、製品等の
出し入れは、可動シャッター15にて行う。

クリーンルーム１内の空気はファン22により、粗フィ
ルター21で粗い粒子を除去しながら吸引される。微粒子
補集部Ａでは紫外線ランプ23により、網状の金属面24が
照射され、光電子が放出され、これにより、空気流中の
微粒子が効率良く荷電される。又、微生物、細菌類は紫
外線エネルギー、紫外線照射により生成するオゾン等で
死滅し荷電される。死滅微生物、細菌類を含む荷電微粒
子及び生成オゾンはフィルター25で補集され、清浄度
（クラス）1000以下の高清浄度でかつ無菌な空気が得ら
れる。

次いで、陰イオン発生部Ｂでは、水分供給部26で、加
湿が行われる。水分供給量は、陰イオンの発生が有効に
行われる濃度であれば良く、ガス流中水分濃度として相
対湿度50％以上、好ましくは相対湿度60％以上である。
水分の供給方法は周知の方法が適用出来、例えば超音波
による供給法、加熱水蒸気を供給する方法、ガス流への
水スプレイ法、ガス流を多孔板などを介して水に通過さ
せる方法、ガス流を水面に衝突させる方法などを適宜行
う。

又、供給水の水質は、清浄な水であれば良く、水中の
微粒子等を除去した純水、超純水等を適宜用いれば良
い。

すなわち、供給水の水質は清浄化ガス流への汚染が無
視出来るものであれば良い。

加湿空気は、紫外線ランプ27の照射による網状金属面
28から放出される光電子により負に帯電し、陰イオンを
含む空気となり、該空気が供給される作業台14上は陰イ
オンの過剰な高清浄な雰囲気となる。作業台14における
作業では、例えば微生物や細菌類の操作や遺伝子組換え
操作が行われる。これらの操作では微生物や細菌類の新
陳代謝や生理機能が衰えることなく、むしろ活性（活
発）な状態で種々の操作が行われる。

作業台14の後流の気流は、後部フィルター29を通して
排出される。尚、作業台14での作業で新たな微生物や殺
菌類等が発生し後流へ排出され二次汚染の恐れのある場
合は、後流で再び殺菌、又は必要により荷電及び補集を
行う方式を採用することが出来る。

第１図及び第２図に示す例においては気流の方向は、
上から下に流すものであるが、方向に何ら限定なく、横
方向など作業形態、作業の種類、装置、規模、形状、経
済性等により適宜決めることが出来る。

又、水分供給部26（第２図参照）は微粒子補集部Ａ又
は、微粒子補集部Ａの前流に設置しても良いことは言う
迄もない。

すなわち、本例においては、水分の供給を陰イオン発
生部Ｂで行う方法を示しているが、微粒子補集部Ａの荷
電雰囲気に水分を供給してもよい。

次に本発明の作用について説明する。

本発明においては、例えばイオンを含む空気を得るに
際して、光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射
しながら、光電子放出材上に高清浄度の空気（ガス）を
通ずることを要旨とするものであるが、これは空気中に
粗粒子が含まれている場合、発生した光電子はその速度
が速いため、ガス分子と共存する粒径の大きな粗粒子に
捕捉され、粗粒子を荷電するために消費されてしまい、
空気中の水蒸気あるいは酸素が陰イオン化される効率
（確率）が低くなるからである。

即ち、光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射
しながら光電子放出材上に高清浄度の空気（粒粒子を含
んでいない空気）を通ずる場合、光電子が空気中に含ま
れている水蒸気又は酸素に衝突してこれらを陰イオンと
する機会が増え、効率よく陰イオンを含む空気を得るこ
とができるからである。

因みに清浄でない空気を通ずる場合、粗粒子が荷電さ
れるだけで陰イオンを含有する空気は得られない。

次に光電子放出材の材質としては、紫外線照射により
光電子を放出するものであれば何れでも良く、光電的な
仕事関数の小さいもの程好ましい。効果や経済性の面か
ら、Ba,Sr,Ca,Y,Gd,La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,C
u,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,In,Bi,Nb,Si,Ti,Ta,Sn,Pの
いずれか又はこれらの化合物又は合金が好ましく、これ
らは単独で又は二種以上を複合して用いられる。複合材
としては、アマルガムの如く物理的な複合材も用いう
る。

例えば、化合物としては酸化物、ほう化物、炭化物が
あり、酸化物にはBaO,SrO,CaO,Y₂O₆,Gd₂O₃,Nd₂O₃,ThO₂,
ZrO₂,Fe₂O₃,ZnO,CuO,Ag₂O,PtO,PbO,Al₂O₃,MgO,In₂O₃,Bi
O,NbO,BeOなどがあり、またほう化物にはYB₆,GdB₆,La
B₆,CeB₆,PrB₆,ZrB₂などがあり、さらに炭化物としてはZ
rC,TaC,TiC,NbCなどがある。

また、合金としては黄銅、青銅、リン青銅,AgとMgと
の合金（Mgが２〜20wt％）、CuとBeとの合金（Beが１〜
10wt％）及びBaとAlとの合金を用いることができ、上記
AgとMgとの合金、CuとBeとの合金及びBaとAlとの合金が
好ましい。酸化物は金属表面のみを空気中で加熱した
り、あるいは薬品で酸化することによっても得ることが
できる。

さらに他の方法としては使用前に加熱し、表面に酸化
層を形成して長期にわたって安定な酸化層を得ることが
できる。この例としてはMgとAgとの合金を水蒸気中で30
0〜400℃の温度の条件下でその表面に酸化薄膜を形成さ
せることができ、この酸化薄膜は長期間にわたって安定
なものである。

これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ状、網状
等何れの形状でもよいが、紫外線の照射面積及び空気と
の接触面積の大きな形状のものが好ましく、このような
観点からは網状のものが好ましい。

紫外線の種類は、その照射により光電子放出材が光電
子を放出しうるものであれば何れでもよいが、殺菌作用
を併せてもつものが好ましい。適用分野、作業内容、用
途、経済性などにより適宜決めることができる。

フィルター25,29は、荷電微粒子を補集しうるもので
あれば何れでも良い。通常の荷電装置における集じん板
（集じん電極）や静電フィルター方式が一般的である
が、スチールウールを電極としたような補集部自体が電
極を構成する構造のものも有効である。

また、本発明者がすでに提案したイオン交換フィルタ
ーを用いて補集する方法も有効である。補集は、これら
の補集方法を単独で、又はこれらの方法を２種類以上組
合せて適宜用いることが出来る。

これらの補集方法のうち、好ましい方式としてフィル
ター方式、例えばイオン交換フィルター（アニオン交換
フィルター、又はカチオン交換フィルター）を用いると
高性能でかつ多機能な補集が出来、好都合である。

フィルターは必要に応じカットリッジ構造とし、圧力
損失の検出等により交換するようにすることにより長期
間にわたって安定した運転が可能となる。

第１図及び第２図に示した例では、微粒子補集方法と
して、本発明者がすでに提案した紫外線照射方式による
例を説明したが他の周知の方法（例、機械的濾過方式）
でも良いことは言う迄もない。

また第１図及び第２図に示す例では、陰イオンの生成
を電場を形成しないで行う方式について説明したが、比
較的高電圧を印加した電場において、光電子放出材に紫
外線照射を行うことにより、効率良く光電子を放出させ
て陰イオンを生成させることが出来る。

これらの電場の形成や紫外線照射方法は本発明者がす
でに提案した特開昭61-178050号公報に記載されてい
る。

即ち、第２図における紫外線照射ランプ27と光電子放
出材28の間に放電電極を設けて高電圧を印加してもよ
く、また光電子放出材自体を放電々極として利用しても
よい。又、紫外線の代わりに放射線を用いても同様な作
用、効果がある。放射線照射の方法は、紫外線照射と同
様に行うことが出来、光電子放出材への照射の方法は任
意の手段で行えばよい。

つぎに、本発明で得られた陰イオンを含有する空気の
使用例を説明する。ウエハの加工（製造）工程におい
て、被加工物が工程を移動する場合、被加工物は一般に
＋2000V〜6000V位の電位に帯電すると言われており、こ
の場合、次の２つの障害が生ずる。即ち、被加工物近
傍に存在する微粒子は電位の高い被加工物の表面に沈着
し、静電気放電によりデバイス（回路）破壊をひき起
こす。このため、歩留りが低下するが、本発明で得られ
る陰イオンを含有する空気をウエハの加工工程の雰囲気
として供給すると、空間の電位としてウエハ表面の電位
が20V以下となり、電気的に安定となるので、被加工物
近傍に微粒子が存在してもウエハへの微粒付着が起こら
ず、被加工物表面の汚染が防止され、且つ回路の破壊が
なくなるので歩留りが向上する。

更に、液晶パネルの製造工程においても、ガラス基板
にゴミが付着すると不良品となり歩留まりが低下するの
で、高清浄度の空間で製造する必要があると言われてい
るが、製造工程の雰囲気を陰イオンを含有する空気（ガ
ス）にすることにより上記と同じ理由により被加工物の
近傍に微粒子が存在していても被加工物に付着しないの
で歩留りが極めて向上する。

つぎに第３図に基いて、更に他の例を説明する。

第３図は、病院における空気清浄器に本発明の陰イオ
ンを含有する装置を付加した装置の概略図である。

31は室内空気入口、32はファン、33は集じんフィルタ
ー、34は水分供給水、35は紫外線ランプ、36は光電子放
出材（網状）、37は空気出口を示す。

室内空気はファン32で空気清浄器に吸引され、室内の
微粒子等を集じんフィルター33で補集する。

微粒子を除かれた高清浄度の室内空気は紫外線ランプ
35の照射を受けた光電子放出材36より放出された光電子
により陰イオン過剰となり室内へ37から放出される。

室内へ放出された空気中の陰イオンは陽イオンを中和
し、室内で発生した微粒子、例えば喫煙などで発生した
微粒子は凝集力などで凝集、及び粗大化する。又臭気性
の物質（例、アンモニア）が存在する場合は同様に粗大
化微粒子に取り込まれる。粗大化微粒子は集じんフィル
ター33にて補集される。集じんフィルター33は前に説明
したが、室内に酸性ガス、アルカリ性ガス、臭気性ガス
が多い場合は、イオン交換フィルターを用いるとそれら
の汚染ガスの補集が一層効果的に行えより有効となる。

又、室内の微生物、菌類は紫外線ランプのエネルギ
ー、又は紫外線照射で発生する微量のオゾンにより、殺
菌され死滅する。

尚、ファン前流に粗フィルターを設置すること、ファ
ン、フィルター、紫外線ランプ、光電子放出材の位置及
び気流の方向は装置の構造、型式、規模、経済性等で適
宜決めることが出来る。又、紫外線ランプのエネルギー
を空気清浄器の内壁面に太陽電池を設置して回収し、例
えばファンの動力源とすることができる。

〔発明の効果〕

1.本発明により、陰イオンを含有するガスを効率良く得
ることができるので、作業雰囲気における過剰な陽イオンを中和すること
が出来る。

生体機能や生理機能の衰えない又は活発な（作業）
空間を作ることができる。

電気的に安定な（作業）空間が出来る。

従来のクリーンルーム等においては被処理物上のガ
ス流は＋に帯電していたが、これが陰イオンにより中和
されイオンの片寄りも制御出来る。

簡便かつ安全性に陰イオンを含有するガスを製造す
る方法が提供出来る。

バイオテクノロジーなど、今後急速に発展が期待さ
れている分野に対し、有効な（作業）空間が供給出来
る。

特に半導体製造工程において被加工物の電位を下げ
ることにより被加工物上への微粒子の付着を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、バイオロジカルクリーンルームに本発明を応
用した例を説明するための概略図、第２図は陰イオン発
生部をより詳しく説明するための概略図、第３図は本発
明を応用した空気清浄器の概略図である。１……クリーンルーム、３……プレフィルタ、６……空
気調和装置、７……HEPAフィルター、８……ファン及び
粗フィルター部、９……紫外線照射部、10……フィルタ
ー、11……水供給部、12……紫外線照射部、14……作業
台、Ａ……微粒子補集部、Ｂ……陰イオン発生部、21…
…粗フィルター、23,27,35……紫外線ランプ、24,28,36
……光電子放出材、26……水分供給部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を
照射しながら光電子放出材上に高清浄度のガスを通ずる
ことを特徴とする陰イオンを含有するガスを得る方法。
【請求項２】電場において光電子放出材に紫外線及び／
又は放射線を照射する特許請求の範囲第１項記載の方
法。
【請求項３】水分を含有せしめたガスを光電子放出材上
に通ずる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。
【請求項４】相対湿度50％以上の水分を含有せしめたガ
スを光電子放出材上に通ずる特許請求の範囲第３項記載
の方法。
【請求項５】光電子放出材が、光電的な仕事関数の小さ
い物質より成る特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れ
か１つに記載の方法。
【請求項６】光電子放出材が、Ba,Sr,Ca,Y,Gd,La,Ce,N
d,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,Cu,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,I
n,Bi,Nb,Si,Ta,Ti,Sn,P及びその化合物から選ばれた材
料の１つより成る、特許請求の範囲第１項乃至第５項の
何れか１つに記載の方法。
【請求項７】光電子放出材が、Ba,Sr,Ca,Y,Gd,La,Ce,N
d,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,Cu,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,Mg,Au,I
n,Bi,Nb,Si,Ta,Ti,Sn,P及びその化合物から選ばれた材
料の少なくとも二種以上の合金又は複合材より成る、特
許請求の範囲第１項乃至第５項の何れか１つに記載の方
法。
【請求項８】光電子放出材が、AgとMgとの合金である特
許請求の範囲第７項記載の方法。
【請求項９】光電子放出材が、CuとBeとの合金である特
許請求の範囲第７項記載の方法。
【請求項１０】光電子放出材が、BaとAlとの合金である
特許請求の範囲第７項記載の方法。
【請求項１１】光電子放出材が、黄銅、青銅、りん青銅
から選ばれた材料の１つより成る特許請求の範囲第７項
記載の方法。
【請求項１２】光電子放出材の形状が網状である特許請
求の範囲第１項乃至第11項の何れか１つに記載の方法。
【請求項１３】高清浄度のガス流吸込口からガス流排出
口までのガス流路上に、少なくとも、光電子放出材上に
紫外線及び／又は放射線を照射する光電子放出部を備え
てなる陰イオンを含有するガスを得る装置。
【請求項１４】光電子放出部に電場をかけるように構成
してなる特許請求の範囲第13項記載の装置。
【請求項１５】高清浄度のガス流吸込口から光電子放出
部までの間のガス流路上に水分供給部を設けてなる特許
請求の範囲第13項記載の装置。
【請求項１６】光電子放出部に電場をかける装置を設
け、且つ高清浄度のガス流吸込口から光電子放出部まで
の間のガス流路上に水分供給部を設けてなる特許請求の
範囲第13項記載の装置。