静电消除器的Q&A应用篇

要充分发挥静电消除器的效果,静电消除器的安装方法是非常重要的。
尤其必须注意以下2点。

  1. 安装位置

    静电消除器的静电消除效果,在很大程度上受到安装位置的影响。

  2. 静电消除的朝向

    虽说对象物带电,但并不是朝向哪里都能起到静电消除的效果。根据实际状况,甚至可能发生完全无法发挥静电消除效果的情况,因此还必须注意静电消除器的朝向。

    静电消除器依靠电晕放电,从针尖生成离子并释放。离子具有被金属等导体吸引的性质,因此若静电消除器附近存在导体,产生的离子就会被导体吸引过去。这会导致供应给静电消除对象物的离子减少,静电消除效果减半。建议您采取正确的安装方法,进行有效的静电消除。

    要点

    SJ-H系列采用仅有传统机型2分之1大小的同级超小机身。凭借不占据安装位置的省空间设计,实现了全球领先的静电消除。
    此外,为了满足需要对极小面积进行静电消除的客户的需求,基恩士还推出了高性能微型静电消除器SJ-M系列

安装的关键,在于静电消除器的安装位置附近没有金属等导体。 静电消除器附近存在导体时,可能带来下面这2项不利影响。

  1. 到达静电消除对象物的离子量减少,静电消除速度变慢
  2. 随着静电被不断消除,到达静电消除对象物的离子量越来越少,难以除尽静电

下面就其中的原理进行分别阐述。

  1. 到达静电消除对象物的离子量减少,静电消除速度变慢。

    若静电消除器的安装位置附近存在导体,导体内部会发生“静电诱导”,在导体表面形成与外加给电极针的高电压极性相反的带电现象。这会导致电极针生成的离子被吸附到导体表面,无法为静电消除对象物供应充足的离子。

    +离子被吸引到工件,静电被消除
    +离子被吸引到工件,静电被消除
    附近存在媒介时
    导体表面带-电,+离子被吸引到导体处
    导体表面带-电,+离子被吸引到导体处
    1. A:电极针
    2. B:对象工件
    3. C:附近存在导体时
  2. 随着静电被不断消除,到达静电消除对象物的离子量越来越少,难以除尽静电。

    静电消除对象物的带电量较大时,导体对离子的吸引力,要小于对象物与离子间的相互吸引力,因此由静电消除器生成的离子会前往对象物,实现静电消除。但是,随着对象物所带的静电被逐渐消除,对象物的带电量越来越小,导体的吸引力会不断加强,导致离子无法到达对象物,难以除尽静电。

    由于工件的带电量较多,多数离子被吸引到工件处
    由于工件的带电量较多,多数离子被吸引到工件处
    带电量减少后
    随着工件带电量的减少,多数离子被吸引到导体处
    随着工件带电量的减少,多数离子被吸引到导体处
    1. A:带电量减少后

    综上所述,静电消除器附近存在导体时,将无法对对象物进行有效的静电消除。进行安装时,请充分注意附近是否存在导体。

在导体表面呈现与带电物质极性相反的电荷,并发生相互吸引

在导体表面呈现与带电物质极性相反的电荷,并发生相互吸引

电荷靠近导体时,导体(金属)内的自由电子会在库仑力的作用下,在导体内部移动,呈现导体表面带电的状态。这种现象就被称为“静电诱导”。

通常都是距离导体越远,影响越小,
基恩士的SJ-H系列设置了如下条件,以供参考。

  • 从针尖到导体的距离为150 mm以上
  • 距离除电棒端面部150 mm以上
  • 距离除电棒厚度方向200 mm以上
静电消除器与导体之间应该隔开多少距离?
静电消除器与导体之间应该隔开多少距离?
*注)
上述距离是将导体影响降至最低的必要距离。
即使无法满足上述距离,仍旧可以使用静电消除器。

安装静电消除器时的基本要求,是安装在附近无导体的位置。但是,在实际安装时,会发生无论如何都无法与导体拉开距离的情况。
这种情况下,也要尽量远离导体,尽可能地避免静电消除能力的降低。

距离导体越远,导体对离子的吸引力越弱。反之,距离导体越近,导体对离子的吸引力就越强,导致更多的离子被导体吸收。这种吸引力与距离的直接相关关系,被总结成了“库仑定律”。

库仑定律:

库仑定律
Q₁、Q₂
带电物质的电荷量
带电物质间的距离
ε
真空介电常数
F
吸引(排斥)力

上述公式表现出了作用于带电物体之间的作用力的相关性。根据公式我们可以看出,吸引力与距离r的平方成反比。距离为2倍时,库仑力(吸引力)将减少到4分之1。如果受安装条件所限,不得不在导体附近使用,也要尽量拉开静电消除器与导体之间的距离,尽可能地避免静电消除能力的降低。

作为拉开与导体距离的方法,可以参考以下安装图。

【例1】倾斜静电消除器安装

  • 【例1】倾斜静电消除器安装
    1. A:静电消除器
    2. B:导体
    3. C:对象工件
  • 【例1】倾斜静电消除器安装

    静电消除器的倾角越大,越能拉开距离

【例2】将针尖安装在比导体更靠前的位置

  • 【例2】将针尖安装在比导体更靠前的位置
  • 【例2】将针尖安装在比导体更靠前的位置

    将针尖安装在比导体更靠前的位置,
    可有效拉开距离

呈现中和状态,表象为0 V
  1. A:呈现中和状态,表象为0 V
  2. B:薄膜
  3. C:金属滚轮

若静电消除对象物的附近存在导体,可能会导致无法消除静电。
例如,带电片材下方存在金属滚轮时,金属滚轮内会发生“静电诱导”,在金属滚轮表面聚集与带电物极性相反的电荷。因此,金属滚轮附近会呈现片材表面静电因静电诱导,与聚集过来的电荷相结合的表象状态(电荷中和状态),即使将静电消除器对准该位置,也无法起到静电消除的效果。

由于中和位置的带电量表象为0 V,由静电消除器供应的离子不会被吸附,无法进行静电消除。在通过表象为0 V的中和点后再安装静电消除器,可以获得更好的静电消除效果。

因表象为0 V,无法起到静电消除效果 通过在附近无导体的位置进行静电消除,可以提高静电消除效果!
  1. A:因表象为0 V,无法起到静电消除效果
  2. B:金属滚轮
  3. C:薄膜
  4. D:通过在附近无导体的位置进行静电消除,可以提高静电消除效果

要点

SJ-H系列借助Dual I.C.C.控制*,实现了更高速的静电消除。
同时还支持移动速度较快的薄膜的静电消除。

*补充 ~Dual I.C.C.控制介绍~

对一直广受好评的I.C.C.功能进行了进一步升级。在传统脉宽可变的离子生成量控制的基础上,新增了外加电压的可变控制,使单位时间离子生成量的可控范围更广。该功能可以根据温度、湿度等环境引起的带电量变化,以及电极针的状态,实现最佳的静电消除。

Dual I.C.C.控制运行方式
Dual I.C.C.控制运行方式

在使用静电消除器时,最重要的就是“静电消除器的维护”。随着静电消除器使用时间的延长,会出现静电消除速度变慢,离子平衡恶化等问题,静电消除能力逐渐恶化。要维持静电消除能力,就必须实施妥善的维护。

静电消除器性能劣化的原因,可分为以下2类。

1) 电极针的磨损

电极针磨损,会导致电极针顶端的电场强度变弱。这一变化会导致难以发生电晕放电。难以发生电晕放电,也就意味着离子的生成量减少,静电消除速度变慢。此外,由于+、-电极针的磨损量不同,离子的减少量也存在差异,会导致离子平衡恶化。

-侧电极针的磨损
-侧电极针
+侧电极针的磨损
+侧电极针

如上图所示,+、-电极针的磨损量不同,离子的生成量会因此出现差异。由此可见,比起AC方式、脉冲AC方式的静电消除器,对于DC方式、脉冲DC方式这种分设+、-电极针的静电消除器类型而言,磨损导致的性能劣化影响更大。

针尖磨损对静电消除能力的影响
DC 脉冲DC AC 脉冲AC
× ×

2) 电极针脏污

电极针脏污时,电极针顶端的电场强度会变弱。
这一变化会导致难以发生电晕放电,生成离子量减少,静电消除速度变慢。
此外,从下图可以看出,+、-电极针的脏污程度也存在差异,造成离子平衡恶化。

-侧电极针脏污
-侧电极针
+侧电极针脏污
+侧电极针

+、-电极针的异物附着情况不同,导致离子的生成量出现差异。由此可见,和针尖磨损一样,比起AC方式、脉冲AC方式的静电消除器,对于DC方式、脉冲DC方式这种分设+、-电极针的静电消除器类型而言,针尖脏污导致的性能劣化影响更大。

针尖磨损对静电消除能力的影响
DC 脉冲DC AC 脉冲AC
× ×

综上所述,静电消除器性能劣化的原因分为2类,针尖磨损的影响是相对长期(1至2年)的,而针尖脏污则具有短期(数周至数月)高频的特点。因此,在使用静电消除器的过程中,比起磨损,防止针尖脏污更为重要。

原因可分为以下2类。

1) 物理原因

漂浮在大气中的颗粒带电,被吸引到电极针附近并发生附着。

2) 化学原因

电晕放电生成离子时,会将电极针附近的大气分解成电荷,此时以气体状态存在于大气中的硅氧烷(硅类物质)会被氧化,以二氧化硅的形式在电极针针尖处析出,附着在顶端。

生成+离子时,电子及带-电的分子会撞击电极针顶端,削除附着在电极针顶端的异物,导致附着量减少。生成-离子时,电子在从电极针顶端被释放时,异物会沿着释放的方向附着生长,导致附着量增多。

如下图所示,由于在+、-电极针顶端产生的现象不同,最终导致了电极针脏污量的差异。这样一来,不仅会导致静电消除速度的劣化,还会造成离子平衡恶化。

生成正离子时
生成正离子时

因冲击被撞掉

生成负离子时
生成负离子时

没有冲击,结晶持续生长

此时,-离子的生成量会少于+离子的生成量,离子平衡将倾向+侧。

维护方法可分为以下2种。

1) 用棉棒清洁

用棉棒蘸取IPA或乙醇,清洁针尖。

2) 用超声波清洗器清洁

用超声波清洗器也能清洁电极针。需要对大量电极针进行一次性清洁时非常方便。烘干电极针时,请在80℃环境下静置2小时左右。
用于清洁的液体可以是IPA(异丙醇)、乙醇、纯水。
此外,基恩士最新的静电消除器SJ-H系列还配备了专用的电极针清洁套件。使用专用清洁套件,可以大幅减少维护所需的时间。

在以往的静电消除器中,针尖会直接接触大气,无论如何都无法防止针尖的异物附着。为此,基恩士最新的除电棒、SJ-H系列通过采用新设计的“清洁空气引导结构”,有效地从根本上减少了维护次数。

■清洁空气引导是什么?

常规的静电消除器中,供应的空气不会直接接触针尖,而是会被直接推出。这样虽然能够提高静电消除能力,却无法有效防止针尖的异物附着。新的清洁空气引导结构则能够在推出空气的同时包裹电极针,有效防止针尖的异物附着。空气经过很长的流路,成为了非常均匀的层流。空气出口的凹槽结构还能避免外界干扰,发挥强劲的护套效果。

常规静电消除器的电极针
常规静电消除器的电极针
SJ-H系列的清洁空气引导
SJ-H系列的清洁空气引导

下图是SJ-H系列与传统机型在相同环境下,不间断运行2.5个月后的电极针顶端对比。

SJ-H:针尖照片(150倍)
SJ-H:针尖照片(150倍)
传统机型:针尖照片(150倍)
传统机型:针尖照片(150倍)

传统机型的针尖可见异物附着,而SJ-H系列电极针的针尖几乎看不到异物附着。

下图是SJ-H与传统机型长时间运行后的静电消除时间对比数据。

SJ-H与传统机型长时间运行后的静电消除时间对比数据

随着时间的推移,传统机型的静电消除速度越来越慢。相比之下,SJ-H系列在运行2个多月后,静电消除速度依旧完全没有变化。

■清洁空气引导结构的优点

  1. 可防止电极针脏污,大幅缓解静电消除能力的经时劣化
    →能够在高性能状态下长期运行
  2. 采用了用空气包裹电极针的结构,可防止电极针脏污
    →相比传统机型,实现了5倍以上的省维护性
  3. 用均匀层流包裹针尖,减少了针尖附着物的释放

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