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Verfahren und Vorrichtung zur statischen Entladung - Dokument DE102004043605A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004043605A1 19.05.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zur statischen Entladung
Anmelder SMC Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Fujiwara, Nobuhiro, Yawara, Tsukuba, JP;
Komoriya, Shigeru, Yawara, Tsukuba, JP;
Kusaba, Noriaki, Yawara, Tsukuba, JP;
Suzuki, Satoshi, Yawara, Tsukuba, JP
Vertreter Keil & Schaafhausen Patentanwälte, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 07.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004043605
Offenlegungstag 19.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2005
IPC-Hauptklasse H05F 3/04
Zusammenfassung Mit der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur statischen Entladung vorgesehen, bei der einer Elektrodennadel (6a, 6b) eines Paares von Elektrodennadeln (6a, 6b) eine hohe Spannung und der anderen Elektrodennadeln (6a, 6b) eine Erde zugeführt werden. Dadurch wird eine geerdete Grundplatte überflüssig. Dabei sind eine einzelne oder mehrere Elektroden (3) vorgesehen, welche ein Paar von Elektrodennadeln (6a, 6b) zum individuellen Beaufschlagen mit einer hohen positiven oder negativen Spannung aufweisen, die einander gegenüberliegend in einem Halteelement (5) aus isolierendem Material angeordnet sind. Eine Umschaltung wird in einem kurzen Zeitabstand durchgeführt zwischen einem Zufuhrstatus, in dem einer der Elektrodennadeln (6a, 6b) eine hohe positive oder negative Spannung zugeführt wird und die andere Elektrodennadel (6b, 6a) mit der Erde verbunden ist, und einem Zufuhrstatus, in dem die Elektrodennadel (6a, 6b), die mit der hohen Spannung versorgt ist, an die Erde angeschlossen wird und der Elektrodennadel (6b, 6a), die an die Erde angeschlossen ist, eine hohe Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität zu der hohen Spannung zugeführt wird, um die statische Entladung durch Einwirken von positiven und negativen Ionen auf den statisch zu entladenden Gegenstand zu erreichen, wobei die Ionen durch eine hohe Spannung an den Elektrodennadeln (6a, 6b) erzeugt werden.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur statischen Entladung verschiedener geladener Gegenstände, die durch Ladungen mit einer positiven oder negativen Polarität aufgeladen sind, d. h. beispielsweise auf Halbleiter bezogene Gegenstände, die statisch entladen werden sollen. Die Erfindung betrifft auch eine dafür geeignete Vorrichtung.

Beschreibung des Stands der Technik

Herkömmlicher Weise sind Mittel zum Annähern des Ladungsbetrags eines statisch zu entladenden Gegenstandes gegen Null bekannt, bei denen einer Elektrodennadel eine hohe DC-Spannung oder eine hohe AC-Spannung von einem eine hohe Spannung erzeugenden Abschnitt zugeführt wird, um eine Koronaentladung zu erzeugen, welche die Elektrodennadel veranlasst, negative oder positive Ionen auszugeben, die auf den geladenen Gegenstand gesprüht werden.

Wenn der Elektrodennadel hohe positive und negative Spannungen zugeführt werden, um positive und negative Ionen für die statische Entladung zu erzeugen, wird typischerweise in der Nähe der Elektrodennadel eine geerdete Grundplatte vorgesehen, um die lonenentladung zu fördern (vgl. bspw. japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-216995). Wenn die Grundplatte vorgesehen ist, sind jedoch die Freiheitsgrade im Vorrichtungsdesign in Bezug auf deren Anordnung verringert, erfordert die Instandhaltung viele Schritte und muss ein großes Gewicht auf die Instandhaltung gelegt werden, weil die Abnutzung der Elektrodennadel erheblich ist, insbesondere wenn abwechselnd hohe positive und negative Spannungen der einzelnen Elektrodennadel zugeführt werden.

Wenn die Elektrodennadeln, denen eine hohe positive und negative Spannung zugeführt wird, in einem gewissen Abstand voneinander vorgesehen sind, tritt darüber hinaus das Problem einer ungleichmäßigen statischen Entladung auf, weil eine Positionsabweichung in den Gebieten entsteht, in denen die um die Elektrodennadeln erzeugten Ionen versprüht und entladen werden.

Es wurde ferner eine Technik zur statischen Entladung vorgeschlagen, bei der ein Oberflächenpotential des statisch zu entladenden Gegenstandes durch die Menge der von dem Gegenstand entladenen Ionen detektiert wird und eine der Elektrodennadel zuzuführende Spannung auf Basis der detektierten Ladungspolarität und des detektierten Ladungsbetrags des Gegenstandes gesteuert wird (vgl. bspw. japanische Offenlegungsschrift Nr. 11-345697).

In vielen Fällen ist jedoch ein Sensor zum Detektieren der Ladungspolarität oder des Ladungsbetrags des statisch zu entladenden Gegenstands in einer herkömmlichen statischen Entladungsvorrichtung weit von dem Gegenstand entfernt angeordnet. In diesem Fall ist es schwierig, die Ladungspolarität und den Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes genau zu messen. Dabei tritt das Problem auf, dass die Ionen in der Elektrodennadel nicht entsprechend der Ladungspolarität und des Ladungsbetrags des statisch zu entladenden Gegenstandes erzeugt werden können, so dass es einer Lösung dieses Problems bedarf.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur statischen Entladung vorzusehen, bei der die Anordnung einer geerdeten Grundplatte in der Nähe der Elektrodennadel nicht mehr notwendig ist, um dadurch einen größeren Freiheitsgrad bei dem Design der Vorrichtung zur statischen Entladung zu erreichen und dessen Herstellung und Instandhaltung zu vereinfachen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur statischen Entladung vorzusehen, bei der keine Positionsabweichung in Bereichen auftritt, in denen die erzeugten Ionen versprüht und entladen werden, um eine ungleichmäßige statische Entladung zu vermeiden, obwohl Elektrodennadeln verwendet werden, denen eine hohe positive und negative Spannung zugeführt wird.

Gemäß einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur statischen Entladung vorgesehen werden, welche eine Aufladung ignoriert, die einen vorgegebenen Schwellenwert bei dem statisch zu entladenden Gegenstand nicht erreicht oder die durch eine statische Entladung auf den Schwellenwert oder darunter vermindert wurde, um die Zeit für den statischen Entladungsprozess möglichst zu verkürzen.

Gemäß einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur statischen Entladung vorgesehen werden, bei welchen der Energieverlust in einem Hochspannungskreis und die Abnutzung der Elektroden vermindert werden, um Energie zu sparen, die Instandhaltungsintervalle zu verlängern und dabei die Anzahl der Instandhaltungsschritte durch Benutzung eines Paares von Elektrodennadeln zu verringern, auf welche individuell nur positive bzw. nur negative Spannungen aufgebracht werden im Vergleich zu dem Fall, bei dem nur eine Elektrodennadel verwendet wird, um sowohl positive als auch negative Spannungen aufzubringen.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur statischen Entladung vorzusehen, bei denen ein Sensor zum Detektieren der Ladungspolarität oder der Ladungsmenge des statisch zu entladenden Gegenstandes nahe bei dem Gegenstand angeordnet ist, um die Ladungspolarität und den Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes genau zu messen.

Ein erstes Verfahren zur statischen Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der vorbeschriebenen Aufgaben weist eine oder mehrere Elektroden auf, wobei ein Paar von Elektrodennadeln, welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, d.h. wobei einer Elektrodennadel entweder nur positive oder nur negative Spannungen zugeführt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement aus isolierendem Material vorgesehen ist; wobei in einem kurzen Zeitabstand eine Umschaltung durchgeführt wird zwischen einem Zufuhrstatus, in dem einer der Elektrodennadeln eine positive oder negative hohe Spannung zugeführt wird und die andere Elektrodennadel mit der Erde verbunden ist, und einem Zufuhrstatus, in dem die Elektrodennadel, die mit der hohen Spannung versorgt ist, an die Erde angeschlossen wird und der Elektrodennadel, die an die Erde angeschlossen ist, eine hohe Spannung mit einer der hohen Spannung der anderen Elektrode entgegengesetzten Polarität zugeführt wird; und wobei positive und negative Ionen, die durch die hohe Spannung an der Elektrodennadel erzeugt werden, auf einen statisch zu entladenden Gegenstand einwirken, um eine statische Entladung durchzuführen.

Um die vorgenannten Aufgaben zu lösen, wird ein zweites Verfahren zur statischen Entladung mit einer oder mehreren Elektroden vorgeschlagen, bei dem ein Paar von Elektrodennadeln, welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, d.h. wobei einer Elektrodennadel entweder nur positive oder nur negative Spannungen zugeführt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement aus isolierendem Material vorgesehen ist, wobei ein in der Nähe des statisch zu entladenden Gegenstands angeordneter Sensor die Ladungspolarität und den Ladungsbetrag des Gegenstandes detektiert, und wobei der Elektrodennadel eine hohe Spannung zugeführt wird, welche mit einer hohen Spannung mit einer der Ladungspolarität des Gegenstandes entgegengesetzten Polarität versorgt wird, und die andere Elektrodennadel mit der Erde verbunden wird, wenn der Ladungsbetrag einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt, so dass durch die hohe Spannung der Elektrodennadel positive oder negative Ionen erzeugt werden, um den Gegenstand statisch zu entladen, und wobei, wenn der Sensor detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt, die Zufuhr der hohen Spannung unterbrochen oder der Ladungsbetrag des Gegenstandes durch Steuerung der der Elektrodennadel zuzuführenden Spannung verringert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten Verfahrens zur statischen Entladung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem einer der mit einer hohen Spannung versorgten Elektrodennadel entgegengesetzten Elektrodennadel eine kontrollierte Spannung zur Begrenzung einer Gegenladung zugeführt wird, wenn der Sensor detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten oder zweiten Verfahrens zur statischen Entladung ist eine Luftaustrittsöffnung, bspw. eine Luftaustrittsbohrung, zwischen einem Paar von einander gegenüberliegenden Elektrodennadeln vorgesehen, um einen Luftstrom gegen den statisch zu entladenden Gegenstand auszublasen, so dass der Elektrodennadel eine hohe Spannung zugeführt wird, während der Luftstrom aus der Luftaustrittsöffnung ausgeblasen wird, um eine statische Entladung durchzuführen, indem der Luftstrom die Ionen verteilt.

Eine erste Vorrichtung zur statischen Entladung weist zur Lösung der vorgenannten Aufgaben eine oder mehrere Elektroden auf, wobei ein Paar von Elektrodennadeln, welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, d.h. wobei einer Elektrodennadel entweder nur positive oder nur negative Spannungen zugeführt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement aus isolierendem Material vorgesehen ist, und eine Steuerung zum Steuern einer den Elektrodennadeln zuzuführenden Spannung; wobei die Steuerung in einem kurzen Zeitabstand eine Umschaltung steuert zwischen einem Zufuhrstatus, in dem einer der Elektrodennadeln eine hohe positive oder negative Spannung zugeführt wird und die andere Elektrodennadel mit der Erde verbunden ist, und einem Zufuhrstatus, in dem die Elektrodennadel, die mit der hohen Spannung versorgt ist, mit der Erde verbunden wird und der Elektrodennadel, die an die Erde abgeschlossen ist, eine hohe Spannung mit einer der hohen Spannung der anderen Elektrodennadel entgegengesetzten Polarität zugeführt wird.

Ferner wird zur Lösung der vorgenannten Aufgaben eine zweite Vorrichtung zur statischen Entladung mit einer und mehreren Elektroden vorgeschlagen, wobei ein Paar von Elektrodennadeln, welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, d.h. wobei einer Elektrodennadel entweder nur positive oder nur negative Spannungen zugeführt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement aus isolierendem Material vorgesehen ist. Ferner weist die Vorrichtung einen in der Nähe des statisch zu entladenden Gegenstandes angeordneten Sensor zum Detektieren der Ladungspolarität und des Ladungsbetrages des Gegenstandes und eine Steuerung zum Steuern einer einer Elektrodennadel auf Basis des Ausgangswerts des Sensors zuzuführenden Spannung auf, wobei die Steuerung derart steuert, dass die Steuerung der Elektrodennadel eine hohe Spannung zuführt, welche mit einer hohen Spannung mit einer der Ladungspolarität des Gegenstandes entgegengesetzten Polarität versorgt wird, und die andere Elektrodennadel mit der Erde verbindet, wenn der Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes, der durch den Sensor detektiert wird, einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt, um durch die hohe Spannung der Elektrodennadel positive oder negative Ionen für die statische Entladung zu erzeugen, und wobei, wenn der Sensor detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt, die Steuerung die Zufuhr der hohen Spannung unterbricht oder eine der Elektrodennadel zuzuführende Spannung kontrolliert, um den Ladungsbetrag zu reduzieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform der ersten oder zweiten Vorrichtung zur statischen Entladung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Elektrodennadeln eine Luftaustrittsöffnung, bspw. eine Luftaustrittsbohrung, zum Ausblasen eines Luftstroms gegen den statisch zu entladenden Gegenstand vorgesehen ist.

Da bei dem ersten und dem zweiten Verfahren zur statischen Entladung und den entsprechenden Vorrichtungen mit dem vorbeschriebenen Aufbau, bei dem ein Paar von positiven und negativen Elektrodennadeln einander gegenüberliegend angeordnet ist, eine hohe Spannung einer der Elektrodennadeln zugeführt wird und die andere Elektrodennadel mit der Erde verbunden ist, um als Erde verwendet zu werden, wird der Elektrodennadel eine hohe Spannung zugeführt um auf effiziente Weise positive oder negative Ionen zu erzeugen, während die Notwendigkeit wegfällt, eine geerdete Grundplatte vorzusehen, um eine statische Entladung durchzuführen.

Daher wird der Freiheitsgrad im Design der Vorrichtung im Hinblick auf die Anordnung der Elektrodennadeln und dergleichen erhöht. Weil ferner die hohen positiven und negativen Ladungen jeweils nur den positiven und negativen Elektrodennadeln individuell, d.h. einer Elektrodennadel entweder nur positive oder nur negative Spannungen, zugeführt werden, wird die Abnutzung der Elektroden verringert, das Instandhaltungsintervall verlängert und die Grundplatte überflüssig, so dass die Anzahl der Instandhaltungsschritte erheblich vermindert werden kann.

Da für die Zufuhr der hohen positiven und negativen Spannungen ein Paar von Elektrodennadeln verwendet wird, wird auch der Energieverlust in dem Hochspannungskreis verbessert und eine Energieeinsparung kann im Vergleich zu dem Fall erreicht werden, in dem nur eine Elektrodennadel verwendet wird, um sowohl hohe positive als auch hohe negative Spannungen zuzuführen.

Obwohl Elektrodennadeln verwendet werden, denen hohe positive und negative Spannungen zugeführt werden, tritt dennoch eine Positionsabweichung in den Bereichen nicht auf, in denen die erzeugten Ionen versprüht und entladen werden, weil die positiven und negativen Ionen immer zwischen den Elektrodennadeln erzeugt werden. Dadurch wird eine ungleichmäßige statische Entladung vermieden.

Ferner wird bei dem zweiten Verfahren zur statischen Entladung und der dafür vorgesehenen Vorrichtung mit der obigen Struktur der Ladungsbetrag durch einen Sensor gemessen. Wenn der Ladungsbetrag des Gegenstandes einen voreingestellten Schwellenwert überschreitet, führt eine Steuerung der ersten Elektrodennadel des Paares der einander gegenüberliegenden Elektrodennadeln einen hohen Schwellenwert mit einer zu der gemessenen Ladungspolarität (bspw. negativ) entgegensetzten Polarität (bspw. positiv) zu und verbindet eine zweite Elektrodennadel mit der Erde. Wenn die detektierte Ladungspolarität umgekehrt (positiv) zu der vorgenannten Polarität ist, führt die Steuerung der zweiten Elektrodennadel eine hohe negative Spannung zu und verbindet die erste Elektrodennadel mit der Erde, so dass positive oder negative Ionen durch die hohe Spannung der Elektrodennadel erzeugt werden, um eine statische Entladung auf dem Gegenstand durchzuführen. Wenn der Sensor feststellt, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt, wird die Zufuhr der hohen Spannung unterbrochen, oder es wird der zu der mit einer hohen Spannung beaufschlagten Elektrodennadel gegenüberliegenden Elektrodennadel eine kontrollierte Spannung zum Beschränken der entgegengesetzten Ladung zugeführt, so dass der Ladungsbetrag des Gegenstands reduziert wird, ohne entgegengesetzt aufgeladen zu werden.

Bei der statischen Entladung wird der Schwellenwert auf einen geeigneten Wert gesetzt, der benötigt wird, damit der Gegenstand statisch entladen wird, so dass eine Ladung, die den Schwellenwert des statisch zu entladenden Gegenstandes nicht erreicht, oder eine Ladung, die durch statische Entladung auf den Schwellenwert oder darunter verringert wurde, ignoriert wird, um die Zeit für den statischen Entladungsprozess möglichst zu verkürzen.

Weil der Sensor zum Detektieren der Ladungspolarität oder des Ladungsbetrags nahe bei dem statisch zu entladenden Gegenstand angeordnet ist, so dass die Ladungspolarität und der Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes genau gemessen werden kann, wird durch das Feedback des Ausgangssignals des Sensors eine hohe Ladung mit einer dem geladenen Gegenstand entgegengesetzten Polarität auf eine ausgewählte Elektrodennadel aufgebracht, die eine schnelle und genaue statische Entladung ermöglicht. Da zusätzlich nur entweder positive oder negative Ionen entladen werden, erreichen die Ionen leicht auch große Entfernungen, so dass ein großer Freiheitsgrad bei der Installation der Elektrodennadeln erreicht werden kann.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm mit einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur statischen Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt mit der Struktur einer Elektrodennadel gemäß der Ausführungsform gemäß 1; und

3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Steuerung der statischen Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM

Die 1 und 2 zeigen die Struktur einer Vorrichtung zur statischen Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Vorrichtung zur statischen Entladung weist eine Elektrodeneinheit 2 auf, in der eine Vielzahl von Elektroden 3 gegenüber einem statisch zu entladenden Gegenstand 1 angeordnet sind, der entlang einer Laufrichtung bewegt wird. Die Elektroden 3 können Einzelelektroden sein. Wie dargestellt können jedoch mehrere Elektroden 3 in der Laufrichtung des statisch zu entladenden Gegenstnades oder in einer Richtung senkrecht dazu angeordnet sein.

Die Elektrode 3 ist so aufgebaut, dass ein Paar von Elektrodennadeln 6a und 6b einander in einem Halteelement 5 aus isolierendem Material, wie in 2 gezeigt, gegenüberliegen, wobei den Elektrodennadeln 6a und 6b individuell hohe positive und negative Spannungen zugeführt werden. Die Elektrodennadeln 6a und 6b sind dazu jeweils an eine Spannungsversorgung angeschlossen. Eine später zu beschreibende Steuerung steuert derart, dass bspw. eine hohe positive Spannung einer ersten Elektrodennadel 6a der Elektrodennadeln zugeführt wird, und eine hohe negative Spannung mit dazu umgekehrter Polarität einer zweiten Elektrodennadel 6b zugeführt wird. Üblicherweise wird einer der Elektrodennadeln 6a, 6b eine hohe Spannung zugeführt und die jeweils andere Elektrodenadel 6b, 6a mit der Erde verbunden. Die mit der Erde verbundene Elektrodennadel 6b, 6a wird mit dem selben Erdniveau wie der Rahmen verbunden, auf dem der statisch zu entladende Gegenstand 1 angeordnet ist.

Zwischen dem Paar der Elektrodennadeln 6a, 6b die einander gegenüber liegend in dem Halteelement 5 angeordnet sind, ist eine Luftaustrittsöffnung bzw. -bohrung 7 vorgesehen, um einen Luftstrom gegen den statisch zu entladenden Gegenstand 1 auszublasen. Die Luftaustrittsöffnung 7 ist zum Ausblasen des Luftstroms mit einem nicht dargestellten Gebläse oder dergleichen verbunden. Wenn eine solche Luftaustrittsöffnung 7 vorgesehen ist, können die zwischen dem Paar der Elektrodennadeln 6a, 6b erzeugten positiven oder negativen Ionen durch den Luftstrom aus der einen Luftaustrittsöffnung 7 in die Nähe des statisch zu entladenden Gegenstandes geführt werden, wodurch eine statische Entladung mit einer hohen Effizienz erreicht wird.

Die Vorrichtung zur statischen Entladung kann auch mit beliebigen anderen Mitteln als einer Luftaustrittsöffnung 7 versehen werden, um die durch die Anwendung der hohen Spannung an der Elektrodennadel erzeugten Ionen effizient in die Nähe des statisch zu entladenden Gegenstandes 1 zu bringen.

Die Vorrichtung zur statischen Entladung weist einen Sensor 8 auf, der in der Nähe des statisch zu entladenden Gegenstandes 1 zum Detektieren der Ladungspolarität und des Ladungsbetrags auf Basis eines Oberflächenpotentials des statisch zu entladenden Gegenstandes 1 dient. Der Sensor 8 ist an die Steuerung angeschlossen, um die den Elektrodennadeln 6a und 6b zugeführten Spannungen auf Basis des Ausgangssignals des Sensors 8 zu steuern.

In der ersten Vorrichtung zur statischen Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert die Steuerung 1 eine in einem kurzen Zeitabstand auszuführendes Umschaltung zwischen einem Zufuhrstatus, in dem einer der Elektrodennadeln 6a, 6b eine hohe positive oder negative Spannung zugeführt wird und die andere Elektrodennadel 6b, 6a mit der Erde verbunden ist, und einem Zufuhrstatus, in dem die Elektrodennadel 6a, 6b, die mit der hohen Spannung versorgt ist, an die Erde angeschlossen wird und der Elektrodennadel 6b, 6a, die an die Erde angeschlossen ist, eine hohe Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität zu der hohen Spannung der anderen Elektrodennadel 6a, 6b zugeführt wird. Das Umschalten kann beispielsweise im Bereich von mehreren 10 Hertz, wie bspw. 33 Hertz oder 22 Hertz erfolgen. In diesem Fall ist der Sensor 8 nicht notwendig.

Wenn die den Elektrodennadeln 6a, 6b zuzuführende hohe Spannung durch Verwendung der Steuerung 8 gesteuert wird, wirken die positiven und negativen Ionen auf den statisch zu entladenden Gegenstand 1. Von diesen Ionen werden nur die Ionen mit entgegengesetzter Polarität zu der Ladungspolarität des statisch zu entladenden Gegenstandes 1 von dem Gegenstand 1 absorbiert, um effizient für die statische Entladung zu sorgen. Obwohl die statische Entladungsgeschwindigkeit geringfügig langsamer ist als in dem Fall der zweiten, nachfolgend zu beschreibenden Vorrichtung zur statischen Entladung, kann eine effiziente statische Entladung ohne eine Aufladung mit entgegengesetzter Polarität erreicht werden.

Wenn dagegen bei der Steuerung der zweiten Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur statischen Entladung der Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes 1, welcher durch den Sensor 8 detektiert wird, den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, führt die Steuerung der Elektrodennadel 6a, 6b, welche mit einer hohen Spannung mit einer der Ladungspolarität des Gegenstandes 1 entgegengesetzten Polarität versorgt wird, eine hohe Spannung zu und verbindet die andere Elektrodennadel 6b, 6a mit der Erde, um positive oder negative Ionen zur statischen Entladung auf Basis der hohen Spannung der Elektrodennadel 6a oder 6b zu erzeugen. Wenn im Ergebnis der statischen Entladung durch Ionen der Sensor 8 detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt, steuert die Steuerung die Spannungszufuhr so, dass die Zufuhr der hohen Spannung unterbrochen wird.

Genauer erläutert führt die Steuerung, wenn der Ladungsbetrag des Gegenstandes 1, der durch den Sensor 8 detektiert wird, den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, der ersten Elektrodennadel 6a eine hohe Spannung mit einer der detektierten Ladungspolarität (bspw. negativ) entgegengesetzten Polarität (positiv) zu und verbindet die zweite Elektrodennadel 6b mit der Erde. Wenn dagegen die detektierte Ladungspolarität umgekehrt zu dem obigen Fall ist (positiv), steuert die Steuerung so, dass eine negative hohe Spannung der zweiten Elektrodennadel 6b zugeführt wird und die erste Elektrodennadel 6a mit der Erde verbunden ist, um dadurch positive oder negative Ionen entsprechend der hohen Spannung der Elektrodennadeln 6a oder 6b zu erzeugen, um eine statische Entladung des Gegenstandes 1 durchzuführen.

Wenn der Sensor 8 als Ergebnis der statischen Entladung durch die Erzeugung von Ionen detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt, steuert die Steuerung derart, dass sie die Zufuhr der hohen Spannung unterbricht. Das Timing dafür muss so gesetzt werden, dass in dem statisch zu entladenden Gegenstand 1 als Ergebnis der statischen Entladung durch die der Elektrodennadel 6a oder 6b zugeführte hohe Spannung keine Gegenladung auf dem Gegenstand 1 erzeugt wird, so dass die Kontrolle der Hochspannungszufuhr in der Steuerung vereinfacht werden kann, was im Hinblick auf eine Energieeinsparung von Vorteil ist.

Es wurde beschrieben, dass die Steuerung das Zuführen von Strom unterbricht, wenn der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Steuerung in geeigneter Weise eine der Elektrodennadel 6a oder 6b zuzuführende Spannung steuert, um den Ladungsbetrag zu reduzieren.

Bspw. kann eine zugeführte Spannung PWM-gesteuert sein, sobald der Sensor 8 einen bestimmten Schwellenwert erreicht, um eine entgegengesetzte Aufladung über das Beenden der statischen Entladung hinaus zu vermeiden. Es ist auch möglich, den statisch zu entladenden Gegenstand näher an das Erdpotential zu bringen, indem die Steuerung die zugeführte Spannung erniedrigt. Alternativ kann auch eine kontrollierte Spannung zur Beschränkung der entgegengesetzten Aufladung der zu der bisher versorgten Elektrodennadel gegenüberliegenden Elektrodennadel erfolgen.

Der Schwellenwert, der für die Steuerung voreingestellt ist, kann frei angepasst werden.

Das Ablaufdiagramm in 3 zeigt, wie die zweite Steuerung die statische Entladung steuert. Wenn der Sensor 8 in der Nähe des statisch zu entladenden Gegenstandes 1 die Ladungspolarität und den Ladungsbetrag des Gegenstandes 1 detektiert, bestimmt die Steuerung 8 wie in der Zeichnung erläutert, ob der Ladungsbetrag einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder nicht. Wenn dieser Schwellenwert nicht überschritten ist, wird die statische Entladung beendet. Wenn andererseits der Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes den Schwellenwert überschreitet, bestimmt die Steuerung die Ladungspolarität, führt der Elektrodennadel 6a oder 6b eine hohe Spannung mit einer der detektierten Ladungspolarität entgegengesetzten Polarität zu und verbindet die andere Elektrodennadel mit der Erde. So werden aufgrund der hohen Spannung der Elektrodennadel positive oder negative Ionen erzeugt, um die statische Entladung des Gegenstands 1 durchzuführen.

Der Sensor 8 detektiert immer die Ladungspolarität und den Ladungsbetrag, um der Steuerung das Ergebnis zuzuführen. Wenn durch die Detektion festgestellt wird, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht hat oder darunter liegt, fährt die Steuerung die Spannungsversorgung herunter, welche die hohe Spannung zuführt, und beendet die statische Entladung.

In der zweiten Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung zur statischen Entladung wird ein Schwellenwert auf einen geeigneten Wert gesetzt, der für den statisch zu entladenden Gegenstand 1 benötigt wird, so dass eine Ladung, welche den Schwellenwert bei dem statisch zu entladenden Gegenstand nicht erreicht, oder eine Ladung, welche durch eine statische Entladung auf den Schwellenwert oder darunter vermindert wurde, ignoriert wird, um dadurch die Zeit für den statischen Entladungsprozess möglichst zu verkürzen.

Weil der Sensor 8 zum Detektieren der Ladungspolarität und des Ladungsbetrags des statisch zu entladenden Gegenstands 1 in der Nähe des Gegenstandes 1 angeordnet ist, um die Ladungspolarität und den Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes genau zu messen, wird durch das Feedback des Ausgangswert des Sensors 8 der Elektrodennadel 6a, 6b eine hohe Spannung mit einer dem geladenen Objekt entgegengesetzten Polarität zugeführt, so dass eine schnelle und genaue statische Entladung ermöglicht wird. Da dazu nur entweder positive oder negative Ionen entladen werden, können die Ionen einfach auch lange Abstände erreichen, so dass bei der Installation der Elektrodennadeln ein großer Freiheitsgrad besteht.

Da bei dem ersten und dem zweiten Verfahren zur statischen Entladung und den entsprechenden Vorrichtungen ein Paar positive und negative Elektrodennadeln 6a und 6b einander gegenüberliegend angeordnet sind und eine hohe Spannung jeweils genau einer der Elektrodennadeln 6a und 6b zugeführt wird, während die andere Elektrodennadel 6a oder 6b mit der Erde verbunden ist, wobei die Elektrodennadel, an welche die hohe Spannung nicht angeschlossen wird, als Erde verwendet wird, können die positiven und negativen Ionen effizient durch das Anlegen der hohen Spannung an die Elektrodennadeln 6a oder 6b erzeugt werden, wobei keine Notwendigkeit besteht, eine geerdete Grundplatte vorzusehen, um die statische Entladung durchzuführen.

Im Ergebnis wird der Freiheitsgrad im Vorrichtungsdesign in Bezug auf die Elektroden 3 mit den Elektrodennadeln 6a und 6b vergrößert. Da ferner hohe positive und negative Spannungen individuell den positiven und negativen Elektrodennadeln 6a und 6b zugeführt werden, können die Abnutzung der Elektrodennadeln minimiert, die Wartungsintervalle verlängert und die Grundplatte eliminiert werden, so dass die Anzahl der Instandhaltungsschritte spürbar verringert wird.

Da das eine Paar von Elektrodennadeln 6a und 6b, an die positive bzw. negative Spannungen angelegt werden, verwendet wird, ist der Energieverlust in dem Hochspannungsschaltkreis ebenso vermindert, wodurch im Vergleich zu dem Fall, in dem eine Elektrodennadel für die Zufuhr sowohl der hohen positiven als auch der hohen negativen Spannungen verwendet wird, eine Energieeinsparung erreicht werden kann.

Obwohl Elektrodennadeln verwendet werden, denen hohe positive und negative Spannungen zugeführt werden, tritt darüber hinaus eine Positionsabweichung in den Bereichen, in denen die erzeugten Ionen verteilt und entladen werden, nicht auf, wodurch eine ungleichmäßige statische Entladung vermieden wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Entladung mit einer oder mehreren Elektroden (3), wobei ein Paar von Elektrodennadeln (6a, 6b), welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement (5) aus isolierendem Material vorgesehen ist;

    wobei in einem kurzen Zeitabstand eine Umschaltung durchgeführt wird zwischen einem Zufuhrstatus, in dem einer der Elektrodennadeln (6a, 6b) eine positive oder negative hohe Spannung zugeführt wird und die andere Elektrodennadel (6b, 6a) mit der Erde verbunden ist, und einem Zufuhrstatus, in dem die Elektrodennadel (6a, 6b), die mit der hohen Spannung versorgt ist, an die Erde angeschlossen wird und der Elektrodennadel (6b, 6a), die an die Erde angeschlossen ist, eine hohe Spannung mit einer der hohen Spannung entgegengesetzten Polarität zugeführt wird; und

    wobei positive und negative Ionen, die durch die hohe Spannung an der Elektrodennadel (6a, 6b) erzeugt werden, auf einen statisch zu entladenden Gegenstand (1) einwirken, um eine statische Entladung durchzuführen.
  2. Verfahren zur statischen Entladung mit einer oder mehreren Elektroden (3), wobei ein Paar von Elektrodennadeln (6a, 6b), welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement (5) aus isolierendem Material vorgesehen ist;

    wobei ein in der Nähe des statisch zu entladenden Gegenstands (1) angeordneter Sensor (8) die Ladungspolarität und den Ladungsbetrag des Gegenstandes (1) detektiert, und wobei der Elektrodennadel (6a, 6b) eine hohe Spannung zugeführt wird, welche mit einer hohen Spannung mit einer der Ladungspolarität entgegengesetzten Polarität versorgt wird, und die andere Elektrodennadel (6b, 6a) mit der Erde verbunden wird, wenn der Ladungsbetrag einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt, so dass durch die hohe Spannung der Elektrodennadel (6a, 6b) positive oder negative Ionen erzeugt werden, um den Gegenstand (1) statisch zu entladen, und wobei, wenn der Sensor (8) detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt, die Zufuhr der hohen Spannung unterbrochen oder der Ladungsbetrag des Gegenstandes (1) durch Steuerung der der Elektrodennadel (6a, 6b) zuzuführenden Spannung verringert wird.
  3. Verfahren zur statischen Entladung nach Anspruch 2, bei dem einer der mit einer hohen Spannung versorgten Elektrodennadel (6a, 6b) entgegengesetzten Elektrodennadel (6b, 6a) eine kontrollierte Spannung zur Begrenzung einer Gegenladung zugeführt wird, wenn der Sensor (8) detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt.
  4. Verfahren zur statischen Entladung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Luftaustrittsöffnung (7) zwischen einem Paar von einander gegenüberliegenden Elektrodennadeln (6a, 6b) vorgesehen ist, um einen Luftstrom gegen den statisch zu entladenden Gegenstand (1) auszublasen, so dass der Elektrodennadel (6a, 6b) eine hohe Spannung zugeführt wird, während der Luftstrom aus der Luftaustrittsöffnung (7) ausgeblasen wird, um eine statische Entladung durchzuführen.
  5. Vorrichtung zur statischen Entladung mit einer oder mehreren Elektroden (3), wobei ein Paar von Elektrodennadeln (6a, 6b), welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement (5) aus isolierendem Material vorgesehen ist, und mit einer Steuerung zum Steuern einer den Elektrodennadeln (6a, 6b) zuzuführenden Spannung;

    wobei die Steuerung in einem kurzen Zeitabstand eine Umschaltung steuert zwischen einem Zufuhrstatus, in dem einer der Elektrodennadeln (6a, 6b) eine hohe positive oder negative Spannung zugeführt wird und die andere Elektrodennadel (6b, 6a) mit der Erde verbunden ist, und einem Zufuhrstatus, in dem die Elektrodennadel (6a, 6b), die mit der hohen Spannung versorgt ist, mit der Erde verbunden wird und der Elektrodennadel (6b, 6a), die an die Erde abgeschlossen ist, eine hohe Spannung mit einer der hohen Spannung entgegengesetzten Polarität zugeführt wird.
  6. Vorrichtung zur statischen Entladung mit einer und mehreren Elektroden (3), wobei ein Paar von Elektrodennadeln (6a, 6b), welche individuell mit hohen positiven bzw. negativen Spannungen versorgt werden, einander gegenüberliegend angeordnet in einem Halteelement (5) aus isolierendem Material vorgesehen ist, mit einem in der Nähe des statisch zu entladenden Gegenstandes (1) angeordneten Sensor (8) zum Detektieren der Ladungspolarität und des Ladungsbetrages des Gegenstandes (1) und mit einer Steuerung zum Steuern einer einer Elektrodennadel (6a, 6b) auf Basis des Ausgangswerts des Sensors (8) zuzuführenden Spannung, wobei die Steuerung derart steuert, dass die Steuerung der Elektrodennadel (6a, 6b) eine hohe Spannung zuführt, welche mit einer hohen Spannung mit einer der Ladungspolarität entgegengesetzten Polarität versorgt wird, und die andere Elektrodennadel (6b, 6a) mit der Erde verbindet, wenn der Ladungsbetrag des statisch zu entladenden Gegenstandes (1), der durch den Sensor (8) detektiert wird, einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt, um durch die hohe Spannung der Elektrodennadel (6a, 6b) positive oder negative Ionen für die statische Entladung zu erzeugen, und wobei, wenn der Sensor (8) detektiert, dass der Ladungsbetrag den Schwellenwert erreicht oder darunter liegt, die Steuerung die Zufuhr der hohen Spannung unterbricht oder eine der Elektrodennadel (6a, 6b) zuzuführende Spannung kontrolliert, um den Ladungsbetrag zu reduzieren.
  7. Vorrichtung zur statischen Entladung nach Anspruch 5 oder 6, bei der zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Elektrodennadeln (6a, 6b) eine Luftaustrittsöffnung (7) zum Ausblasen eines Luftstroms gegen den statisch zu entladenden Gegenstand (1) vorgesehen ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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