JPH10145958A

JPH10145958A - 除電器の安全装置

Info

Publication number: JPH10145958A
Application number: JP29691196A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hijikata; 康裕土方
Original assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】昇圧トランスの２次側の回路条件に依存せ
ず、安定で感度の良い除電器の安全装置を得る。【解決手段】同軸ケーブル１１の接地線の昇圧トラン
ス３の２次巻線側の一端と接地間に異常電流検出手段５
１が接続される。（Ａ）同軸ケーブルの導体と接地線の短絡による絶縁破
壊モードでは、昇圧トランスの２次側電圧による大きな
短絡電流が流れ、絶縁破壊が警報される。２次側の絶縁
破壊により１次側電流も増加するので、これを監視して
サーキットブレーカ４０が作動する。（Ｂ）複数の放電電極１４の短絡による容量増加に起因
する放電電極と接地線間の異常放電モードでは、昇圧ト
ランスの２次側電圧による短絡電流が放電極の合成容量
を介して検出手段５１を流れ、異常放電が警報される。（Ｃ）接地電位を有する導体の放電電極への接近による
異常放電は、同軸ケーブルの容量に蓄積された電荷が検
出手段を流れることにより、接地への異常放電が警報さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気を帯びた物
体の除電を行う除電器の安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスは静電気により破壊され
やすいため、その保管や製造工程において、静電気を除
去する必要がある。このため、従来、上記半導体デバイ
スの製造工程等においては、図４に示すような原理の除
電器が使用されていた。

【０００３】図４において、１は商用交流電源（１００
Ｖ）、２は電源スイッチ、３は昇圧トランス、４は高圧
ケーブルである。５は、接地電極６および放電電極７か
ら成る除電電極であり、放電電極７は高圧ケーブル４の
導体部分を介して昇圧トランス３の一端に接続されてい
る。また、接地電極６は高圧ケーブル４の接地線を介し
て昇圧トランス３の他端と接続され、接地されている。
また、８は、除電電極５と非接触な状態に対向された半
導体デバイス等の帯電物体である。

【０００４】上記構成において、電源スイッチ２がオン
状態になっている時は、電源１からの出力電圧（交流１
００Ｖ）が昇圧トランス３を介して昇圧され、放電電極
７に正または負の高電圧（例えば７ｋＶ）が交互に印加
される。そして、放電電極７と接地電極６との間にコロ
ナ放電が発生し、除電電極５の周囲の空気が正および負
のイオンに交互にイオン化される。そして、帯電物体８
の帯電電荷の極性に応じていずれかの極性のイオンが帯
電物体８に引き寄せられ、帯電物体８の帯電電荷と再結
合し、帯電電荷が中和される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した除
電器は放電現象を利用しているので、装置の異常や周辺
大気の状態により、異常な放電が起こる可能性がある。
放電が異常になると、帯電物体の静電気が有効に除去さ
れないばかりか、帯電物体、すなわち半導体デバイスの
破壊を招くおそれがある。これに対する対策としては、
従来より、以下のような手法が提案されている。昇圧トランス３の２次側と除電電極５との間に高抵抗
またはコンデンサを接続し、異常放電による電流のレベ
ルを抑える。高圧ケーブル４と放電電極７とを容量的に結合する。昇圧トランス３として、リーケージトランスを用い
る。リーケージトランスは漏れリアクタンスが大である
ので、負荷側、すなわち除電電極５に流れる電流が増大
すると、２次側の電圧が低下する。２次側回路を流れる電流を監視し、異常になったら１
次側回路を遮断する（公開実用昭６２−６４１３５参
照）。

【０００６】上記〜の方法は、異常放電が発生した
時に１次側回路、すなわち電源を遮断するものではな
く、安全装置として十分であるとは言えない。また、上
記の方法は、異常放電が発生した時に電源が遮断され
るが、以下のような欠点を有している。昇圧トランスと除電電極との間を感電の心配の無い同
軸ケーブルで接続した場合等には、正常動作時に２次側
回路を流れる電流レベルが高くなり、異常放電による電
流の増加を感度良く検出することが困難になる。昇圧トランスの１次側回路の短絡や電源異常等によ
り、過度の電流やサージ電圧が安全装置に印加される
と、安全装置そのものが破壊する可能性がある。本発明
は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、昇圧ト
ランスの２次側の回路条件に依存せず、安定で感度の良
い除電器の安全装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、１次側が交流電源に接続さ
れた昇圧トランスと、前記昇圧トランスの２次側の一端
と同軸ケーブルを介して結合された放電電極と、この放
電電極と対向するように配置されるとともに前記昇圧ト
ランスの２次側の他端と接続された接地電極とを具備す
る除電器の安全装置であって、前記同軸ケーブルの接地
線の前記昇圧トランス側の一端と接地間に流れる電流を
検出する検出手段と、この検出手段の出力が一定値以上
の時絶縁破壊または異常放電を警報する判定部を具備す
ることを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明にあっては、請
求項１記載の発明において、前記検出手段によって所定
値以上の電流が検出されることにより、前記昇圧トラン
スの１次側回路を遮断する短絡時遮断手段を具備するこ
とを特徴としている。また、請求項３記載の発明にあっ
ては、請求項１または請求項２記載の発明において、前
記検出手段はパルストランスであることを特徴としてい
る。

【０００９】請求項１記載の構成によれば、検出手段に
より同軸ケーブルの接地線の前記昇圧トランス側の一端
と接地間に流れる電流が検出されるので、（Ａ）同軸ケーブルの導体と接地線の短絡による絶縁破
壊モードでは、昇圧トランスの２次側電圧による大きな
短絡電流が検出手段を流れることにより、絶縁破壊が警
報される。さらに、２次側の絶縁破壊により１次側電流
も増加するので、この増加を監視して１次側回路が遮断
される。（Ｂ）複数の放電電極の短絡による容量増加（エネルギ
ー蓄積上昇）に起因する放電電極と接地線間の異常放電
モードでは、昇圧トランスの２次側電圧による短絡電流
が放電極の合成容量を介して検出手段を流れることによ
り、異常放電が警報される。（Ｃ）接地電位を有する導体（接地体）の放電電極への
接近による接地への異常放電は、同軸ケーブルの容量に
蓄積された電荷が検出手段を流れることにより、接地へ
の異常放電が警報される。

【発明の実施の形態】

【００１０】以下、図面を参照して、本発明の実施形態
について説明する。図１は、本発明の一実施形態におけ
る除電器の構成を示す図であり、図４各部と共通する部
分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１に
おいて、１０は電源装置、１２は除電電極であり、両者
は同軸ケーブル１１により接続されている。ここで、高
圧ケーブルとして同軸ケーブル１１を使用した理由は、
クリーンルーム等において人体に感電する危険を回避す
るためである。

【００１１】次に、除電電極１２の構成を、その具体的
な構造を示す図（図３）を併せて参照しながら説明す
る。図３において、（Ａ）は正面図、また（Ｂ）は、正
面図（Ａ）のＸ−Ｘ’方向における断面図である。

【００１２】図１，３に示すように、同軸ケーブル１１
の中心導体部分の先端部分における所定の長さ分が高圧
電極１３として使用されている。次に、図３における符
号１７は、絶縁材料により中空円筒形状に構成された結
合リングであり、その表面が真鍮等の導体で被覆されて
いる。そして、該導体には針状の放電電極１４が突出し
ている。

【００１３】上記結合リング１７は所定間隔毎に複数設
けられ、その中空部分を絶縁性被覆１６で覆われた高圧
電極１３が貫通している。すなわち、高圧電極１３と各
放電電極１４とは、上述した絶縁部分を介して容量的に
結合している。また、１８は、高圧電極１３および放電
電極１４が突出した各結合リング１７を被覆するモール
ド部である。また、１９は、モールド部１８を覆うよう
に設けられた別のモールド部であり、図３に示すような
形態で接地電極１５が固定されるとともに、除電電極１
２を一体化して保護する役目を担っている。

【００１４】次に、図１に示す電源装置１０における昇
圧トランスの１次側に設けられた安全遮断回路２０につ
き説明する。同回路２０において、２１はホトカプラで
あり、互いに逆極性になるように並列に結合された発光
ダイオード２２，２３、および、ホトトランジスタ２４
から構成されている。図１に示すラインＬ１にいずれか
の向きに異常操作電流idが流れると、発光ダイオード２
２，２３のいずれかが該電流の大きさに対応した発光強
度で発光し、ホトトランジスタ２４に光電流が流れる。
また、ホトトランジスタ２４には、図１に示すようにト
ランジスタ２５がダーリントン接続されており、該トラ
ンジスタ２５のコレクタ端子２５Ｃは直流電源２６の正
極に接続されている。

【００１５】次に、３０，４０はそれぞれサーキットブ
レーカ（配線用遮断器）である。サーキットブレーカ３
０における動作コイル３１は、その一端が上記直流電源
２６の負極に、また、他端が上記トランジスタ２５のエ
ミッタ端子２５Ｅに接続されている。動作コイル３１
は、自身に流れる電流、すなわち、上記ホトカプラ２１
およびトランジスタ２５により増幅された電流の大きさ
に基づく電磁力を発生し、該電流が所定以上の大きさに
なると、サーキットブレーカ３０の主接点３２がオン状
態からオフ状態に切り換わる。これにより、昇圧トラン
ス３の１次側回路が遮断される。

【００１６】また、サーキットブレーカ４０において
は、動作コイル４１に所定量以上の電流が流れると、接
点４２がオン状態からオフ状態に切り換えられるように
なっている。ここで、正常動作時の昇圧トランス３の１
次側電流をｉ3_1、２次側回路短絡時の同１次側電流を
ｉ3_1s とすると、上記所定量の電流、すなわち、サー
キットブレーカ４０のトリップ電流ｉ40 は、ｉ3_1 ＜ｉ40 ＜ｉ3_1s ……（１）となるように設定されている。すなわち、同軸ケーブル
の絶縁破壊等により昇圧トランス３の２次側回路が短絡
した場合、接点４２がオフ状態になり、昇圧トランス３
の１次側回路が遮断される。

【００１７】また、サーキットブレーカ３０および４０
の両方がオン状態の時に、サーキットブレーカ３０がオ
フ状態になればサーキットブレーカ４０がオフ状態にな
り、また、サーキットブレーカ４０がオフ状態になれば
サーキットブレーカ３０がオフ状態になるように、両サ
ーキットブレーカの接点は機械的に結合されている。す
なわち、上述した異常操作電流ｉｄの発生および２次側
回路短絡のうち、少なくともいずれかが検出されれば、
１次側回路が遮断されるようになっている。

【００１８】上記構成において、除電電極１２の下方
に、これと非接触な状態に被除電物体（以後、帯電物体
ＥＯと呼ぶ）を対置し、電源スイッチ２をオン状態にし
たとする。これにより、電源１の出力電圧が昇圧トラン
ス３を介して例えば７ｋＶに昇圧された低周波の高電圧
が同軸ケーブル１１を介して高圧電極１３に印加され
る。そして、該高圧電極１３と容量結合された放電電極
１４と接地電極１５との間でコロナ放電が発生し、除電
電極１２の周囲の空気が正イオンおよび負イオンに交互
にイオン化される。このコロナ放電により、昇圧トラン
ス３の２次側回路を環流する放電電流ｉ1 が発生する。
また、この放電電流ｉ1には、同軸ケーブル１１のもれ
電流も含まれる。

【００１９】ここで、除電電極１２に対置された帯電物
体ＥＯが正の電荷を帯びていたとすると、上記コロナ放
電により発生した負イオンが帯電物体ＥＯに引き寄せら
れ、帯電物体ＥＯの帯電電荷が中和される。この除電過
程において、除電電極１２の周囲には正イオンが過剰と
なり、過剰となった正イオンが接地電極１５に引き寄せ
られる。これにより、昇圧トランスの２次側回路には除
電電流ｉ2が発生する。

【００２０】次に、２次側回路に設けられた異常警報回
路５０につき説明する。５１はパルストランスであり、
その１次巻線は同軸ケーブル１１の接地線の昇圧トラン
ス側の一端と接地間に接続され、これを流れる電流ｉｓ
を監視する。

【００２１】パルストランス５１の２次側に発生する電
流はダイオード５２、コンデンサ５３と抵抗５４との並
列回路よりなる整流平滑回路ににより直流電圧Ｅｓに変
換される。５５はＥｓを一定倍増幅する増幅器であり、
その出力Ｅｏが絶縁破壊判定部５６および異常放電判定
部５７に導かれる。

【００２２】絶縁破壊判定部５６は、絶縁破壊が発生し
たときに得られる増幅器出力Ｅｏのレベルと設定値Ｅｏ
１とを比較し、絶縁破壊警報出力ＡＬ１を発生すると共
にホトカプラ２１に操作電流ｉｄを供給し、サーキット
ブレーカ３０、４０を作動させる。即ち、絶縁破壊につ
いては１次側電流の増加を監視して作動するサーキット
ブレーカ４０との２重安全構成となっている。

【００２３】異常放電判定部５７は、異常放電が発生し
たときに得られる増幅器出力Ｅｏのレベルと設定値Ｅｏ
２とを比較し、異常放電壊警報出力ＡＬ２を発生すると
共にホトカプラ２１に操作電流ｉｄを供給し、サーキッ
トブレーカ３０、４０を作動させる。

【００２４】次に、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に基づ
き、各異常パターンにおける異常電流検出方法について
説明する。図２（Ａ）は、高圧電極１３と接地電極１５
が短絡する絶縁破壊のパターンであり、昇圧トランス３
の２次側電圧による短絡パルス電流ｉ３がパルストラン
ス５１を流れる。

【００２５】図２（Ｂ）は、複数の放電電極１４（図示
では３個）が短絡し、高圧電極との間の容量が増大（３
ｃａ）し、このインピーダンスを介して放電する異常放
電パターンであり、合成容量を通じて昇圧トランス３の
２次側電圧による短絡パルス電流ｉ４がパルストランス
５１を流れる。正常な場合は、各放電電極から接地電極
絵の放電はランダムに発生し、見かけ上のインピーダン
スはきわめて大きいため、放電電流はは極めて小さく、
異常電流との識別が容易である。

【００２６】図２（Ｃ）は、接地電位を有する導体６０
が放電電極１４に接近した場合に発生するパターンであ
り、同軸ケーブル１１の容量（Ｃｃ）に蓄積された電荷
によるパルス電流ｉ５がパルストランス５１を流れる。

【００２７】このように、上述した実施例によれば、同
軸ケーブルの接地線と接地接地電位間に発生する異常パ
ルス電流を監視しているので、昇圧トランスの２次側回
路を流れる電流（放電電流ｉ1 ＋除電電流ｉ2 ）を監
視する場合に比べて高感度であらゆるパターンの異常放
電を検知することができる。また、同様の理由により、
安全遮断回路が２次側回路の特性、例えば同軸ケーブル
１１のもれ電流等の影響を受けることがなく、電源電圧
や周波数の変化の影響を受けない安全装置を得ることが
できる。また、電流検出素子としてパルストランスを使
用する事により、昇圧トランスの１次側回路と２次側回
路とを絶縁した安全装置とすることができ、装置の信頼
性が高い。また、昇圧トランスの１次側回路を遮断する
手段としてサーキットブレーカを使用したため、遮断手
段としてリレーやサイリスタ等を使用した安全装置に比
べて過電流や過電圧に強く、安全装置としての信頼性が
高い。

【００２８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、除電電流を検出することにより昇圧トランスの１次
側回路を遮断するようにしたので、昇圧トランスの２次
側の回路条件に依存せず、安定で感度の良い除電器の安
全装置を得ることができる。従って、異常放電を早期に
確実に停止させ、帯電物体を破壊等から守ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における除電器の構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１における各異常パターンの異常電流検出方
法の説明図である。

【図３】図１における除電電極１２の具体的な構造を示
す図である。

【図４】従来の除電器の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１交流電源３昇圧トランス１４放電電極１５接地電極２１ホトカプラ（検出手段）３０サーキットブレーカ（異常放電時遮断手段）４０サーキットブレーカ（短絡時遮断手段）５０異常警報回路５１カレントトランス５６短絡破壊警報回路５７異常放電警報回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１次側が交流電源に接続された昇圧トラ
ンスと、前記昇圧トランスの２次側の一端と同軸ケーブ
ルを介して結合された放電電極と、この放電電極と対向
するように配置されるとともに前記昇圧トランスの２次
側の他端と接続された接地電極とを具備する除電器の安
全装置であって、前記同軸ケーブルの接地線の前記昇圧トランス側の一端
と接地間に流れる電流を検出する検出手段と、この検出
手段の出力が一定値以上の時絶縁破壊または異常放電を
警報する判定部を具備する除電器の安全装置。
【請求項２】前記検出手段によって所定値以上の電流
が検出されることにより、前記昇圧トランスの１次側回
路を遮断する短絡時遮断手段を具備することを特徴とす
る請求項１記載の除電器の安全装置。
【請求項３】前記検出手段はパルストランスであるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の除電器の
安全装置。