如何使用离子发生器和设计自动机器！全面讲解离子发生器的类型选择和安装位置。

在这里，例如在无尘室中。防静电　有时以电离器"。关于《国际公共部门会计标准》基本原理的说明

当您开始研究电离器时，会发现有数不清的类型和专业术语，让您不知道哪一种才是正确的选择，以及如何将其真正纳入您的设计以避免出现问题。　在本文中，我们将从 "工程学视角 "出发，介绍设计人员在该领域面临的挑战，而这些挑战是无法从一般制造商网站上的产品功能介绍中读出的。需要牢记的实用知识　摘要

通过了解产生静电的物理机制，您将能够毫不犹豫地决定从离子发生器的选择到安置的设计流程，此外，文章还对维护设计进行了全面解释，以确保长期稳定运行。　　通过阅读本文，您将（应该）能够系统地整理零散的知识，自信地选择最合适的电离器，并设计出无故障的自动机器。

离子发生器的使用基础和原理。

充电机制和静电干扰（ESD）

在设计自动机器时，首先要了解在加工过程中为什么会产生静电的物理背景。　　生产过程中的充电现象主要分为三类：剥离充电，即物质相互接触或分离时产生电荷转移；摩擦充电，即物体相互摩擦；感应充电，即带电物体接近导体时产生电荷。

例如，在从卷轴上拉出元件磁带的过程中会产生强烈的剥离电荷，在振动碗中移动的工件会受到严重的摩擦电荷。　　这些现象都会在工件表面产生静电。　　如果这种电压积聚接触到接地的金属喷嘴或集成电路芯片等电子元件，就会触发静电破坏（ESD），导致瞬间电流流动。

近年来，电子设备日益微型化，即使低至几十伏的电位也会导致介电击穿。设备设计人员需要明确每个流程的风险级别（是要防止静电击穿还是异物附着），并据此选择规格，而不是简单地为离子发生器留出空间。　同样重要的是要知道，静电会通过库仑力吸引空气中的微粒，因此是造成洁净环境污染的主要原因。

表 1：静电造成的主要干扰和设计时应考虑的要点

参考资料来源：Keyence 防静电措施教科书 (https://www.keyence.co.jp/ss/products/static/static-electricity/step/ionizer.jsp）

参考资料来源：SMC 离子发生器设备选择指南 (https://www.smcworld.com/catalog/New-products/mpv/s100-97-izs40/data/s100-97-izs40.pdf）

电晕放电产生离子

大多数工业用离子发生器使用一种被称为 "电晕放电 "的现象，通过电能击碎空气分子产生离子。　　了解其工作原理对准备合适的安装环境非常有用。　　离子发生器的放电针（发射器）承受几千伏的高压。　　针尖的形状非常尖锐，电场集中在这里会导致局部介电分解，将周围的空气电离成正离子和负离子。

产生的离子在库仑力的作用下被带电工件吸引。　　如果工件带正电，负离子就会选择性地与正离子结合；如果工件带负电，正离子就会选择性地与负离子结合，工件就会恢复到电中性状态。这就是所谓的 "中和"。

值得注意的是，正离子和负离子具有不同的物理特性。　　一般来说，负离子的质量较小，更容易移动，因此在相同条件下放电往往会导致负离子过多。　　此外，电晕放电会产生少量臭氧，这可能会加速橡胶部件（如 O 形环）的老化。设计人员应注意选择离子发生器周围的材料，例如耐臭氧氟橡胶或硅橡胶。还需要

离子平衡和电离速度

离子平衡（偏移电压）"和 "电离速度（衰减时间）"总是列在离子发生器性能表中。　　这些通常需要权衡，因此需要根据自动机器的规格确定优先次序。

电离速度是指将带电电势（如 1000 V）降低到特定水平（如 100 V）所需的时间。在短交货期的高速运输线上，工件在几分之一秒内就会从电离器前通过，因此需要极高的电离速度。　　离子平衡则表示所提供的正负离子量之间的平衡状态。　　该值越接近 0 V，就越理想，但如果不平衡，电离后工件上可能会残留电压，或者会向相反方向充电。

在处理静电敏感设备的过程中，最优先考虑的是离子平衡的稳定性，而不是静电消除速度。　　相反，例如，当需要防止异物附着在塑料模具产品上时，静电消除速度比轻微的平衡损失更重要，因为静电消除速度在短时间内更强大。设计人员必须权衡目标工件的 "静态耐压 "和 "允许触地时间"，并选择最合适的型号。

设计离子发生器的最佳使用方法

高频交流系统的特点

在空间有限的精密电子元件安装机和搬运设备中，通常会选择 "高频交流法"。　　这种方法是在单个放电针上交替施加正负高电压，频率一般在 68 kHz（千赫兹）左右。　　电压的极性高速切换，因此放电离子就像 "离子云 "一样，正负离子混合均匀。

高频交流法的最大优势在于其极好的离子平衡。　　由于离子极性变化迅速，工件表面的电位波动（电位振幅）可保持在最低水平，因此适用于易受静电放电（ESD）影响的极小设备的静电消除。　　在变压器中使用压电陶瓷元件可轻松实现主机的小型化和轻量化，并最大限度地减少安装在机器人手臂顶端时对有效载荷的影响。

另一方面，其缺点是离子的到达时间较短。　　由于正负离子发射距离很近，它们容易相互吸引并重新结合，导致离子浓度在离开放电口后立即下降。因此，如果使用高频交流系统，则必须将其安装在距离工件 50 毫米至 300 毫米的短距离内，或者设计一种装置，使离子随风飘动。

选择脉冲直流系统。

脉冲直流电法 "适用于从无尘室天花板电离整个区域，或从远处电离大型玻璃基板或薄膜。　　这种方法有独立的正负离子电极（或开关电路），以低至几赫兹到几十赫兹的频率交替发射离子。

脉冲直流系统的特点是正负离子分别以 "团块"（脉冲）形式发射。　　由于离子之间保持一定距离，因此不太可能发生重组，即使在无风或微风条件下，离子也能到达一米以上的距离。　　因此，在不喜欢气流的工艺中，以及在由于机械限制而无法靠近离子发生器的地方，都可以消除静电。

但是，如果频率设置过低，则有可能出现 "摆动现象"，即物体的电位在正负之间大幅摆动。　　如果将极低的频率用于对静电放电敏感的设备，消除静电的意图反而可能导致瞬间电压应力。　　最近的一些型号具有自动调整脉冲宽度的功能，同时通过传感器监测电荷量，利用这些功能可以实现安全和消除静电的性能。

表 2：主要电压应用系统和选择标准比较

参考资料来源：Keyence 通过离子发生器法获得的性能（日语）。https://www.keyence.co.jp/ss/products/static/static-electricity/ionizer/method.jsp）

参考资料来源：SMC 离子交换器选择指南 (https://www.smcworld.com/catalog/New-products/pdf/s100-97b-izs40.pdf）

条形装置的位置

当需要为宽大的工件（如传送带上的托盘或薄膜卷）提供表面电离屏障时，条形电离器是首选。　　选择的依据是要选择长于工件全宽的尺寸（两侧留出 50 毫米至 100 毫米的余量）。　　如果长度不够，工件边缘的静电消除可能会不足，从而可能发生放电和粘连。

关于安装地点，铁律是 "充电后立即 "和 "问题发生前"。　　例如，如果胶片处于开卷过程中，那么在从卷筒上剥离的瞬间，棒材的带电量最大，因此要将其放置在可以对准剥离点的位置。　　在传送带运输的情况下，在薄膜被传送到下一道工序之前，或在工人接触到薄膜的区域入口处，都会放置保护条。

这里的一个潜在盲点是与周围金属框架的关系。　　从棒状电极发出的离子不仅会被工件吸引，还会被附近的接地金属物体（地面）吸引。　　如果棒状电极附近有金属罩或框架，离子就会被吸收，而不会到达重要的工件。　　在设计时，必须注意确保周围区域保持制造商建议的隔离距离，或选择规格不易受金属影响的型号。

下面列出了在选择棒材类型时可作为参考的典型产品系列。

• 基恩士 SJ-H 系列
  • 该型号集超高速静电消除和低维护率于一身。它采用 "超音速结构"，可防止污垢附着在针尖上，因此适用于需要减少维护工时的应用场合。
• SMC IZS40/41/42 系列
  • SMC 独特的 "双交流系统 "可降低工件的电位振幅，因此可有效减少对电子设备的影响。有多种型号可供选择，包括控制器隔离型。
• 松下 ER-X 系列
  • 除了能够在无空气（无气）情况下消除静电外，该系列还包括具有耐热和耐寒规格的机头，使其适用于恶劣的温度环境，如成型机周围。

如何使用定点喷嘴

如果您想进行局部静电消除，同时又想通过吹走附着的灰尘和异物来消除灰尘，那么点喷嘴是理想的选择。　　压缩空气的能量可用于精确定位高浓度离子，例如凹陷工件或形状复杂的模制件内部、使离子能够到达普通棒状离子化难以到达的区域。下面就是一个例子。

在自动机械设计中的具体应用包括安装在执行拾取和放置的机械手和吸嘴附近。　　通过在拾取工件前或释放工件时定点吹出静电消除空气，可以防止拾取错误和收回（有缺陷的取出）。　　另一个有效的用途是消除摩擦装料造成的架桥现象，具体方法是在零件进料器的料槽中容易卡住零件的位置安装静电消除器。

需要注意的一点是，持续的气流会增加运行成本（电费）。建议将间歇控制（脉冲喷吹）与减少空气消耗量的设计相结合，前者使用光电传感器或类似装置检测工件的通过情况，后者仅在要求的时间喷射空气，同时利用脉冲冲击波达到较高的除尘效果。

下面列出了在选择点喷嘴类型时可作为参考的典型产品系列。

• 基恩士 SJ-M 系列
  • 超小型微型静电消除器。头部非常小巧，具有耐热规格，非常适合安装在设备内部的狭窄缝隙或高温环境中。
• SMC IZN10E 系列
  • 可根据应用选择多种喷嘴形状，包括节能喷嘴和大流量喷嘴。还提供维护提醒功能。
• 松下 ER-VS 系列
  • 超紧凑型离子发生器，配有高频交流系统。它具有出色的离子平衡能力，适用于电离精细成分。

安装距离与效果之间的关系。

离子发生器的静电消除能力随安装距离的不同而变化很大。根据物理定律，电场强度与距离的平方成反比递减，离子到达目标的效率也随距离的增加而迅速降低。　这意味着电离所需的时间会随着距离的增加而大大增加。

在设计初期，由于空间有限，电离器往往放置在远离工件的地方，但这往往不够有效。基本上，工件和电离器之间的理想距离应尽可能近（通常在 300 毫米以内，可能的话在 100 毫米左右）。

不过，太靠近工件也会产生不利影响。　　这样做的风险是，高电压产生的感应噪音可能会影响接近传感器，或者工件上可能会出现离子平衡不均匀的区域（条纹）。如果必须保持一定的距离，则有必要采取综合措施，例如使用 "风（空气吹扫）"强制传输离子，或选择专门用于长距离电离的脉冲直流系统。　　请注意，距离和方法不匹配是最常见的设计错误之一。

导电管管道

使用定点喷嘴类型时，离子空气可通过管道进入无法安装喷嘴的狭窄区域。　　此时，管道材料的选择极为重要。　　由于普通聚氨酯和尼龙管是一种绝缘体，因此管子内壁本身很容易带电，吸收并消耗通过它的离子。　　因此，几乎没有离子从喷嘴尖端喷出的失败案例数不胜数。

为了防止这种情况发生、请务必使用制造商指定的 "导电管 "或特氟龙或其他抗静电材料制成的管子进行离子传输。管子由塑料管制成。　　不过，管子越长，离子与内壁碰撞造成的衰减就越不可避免。作为设计规则，管子的长度应尽可能短（一般在 500 毫米至 1000 毫米之间），并且路线设计应使弯曲半径也较大。

此外，如果流道的横截面积发生突然变化或在接头处出现阶梯，就会产生湍流，加速离子重组。　　重要的是要确保尽可能笔直的管道路径，并注意流体设计，以便将离子 "活 "送到工件上。

对立设施的效果

用于输送高度绝缘的片状工件，如液晶玻璃基板和塑料薄膜、在许多情况下，仅消除一方的静电是不够的。　　当纸张与传送辊接触并从传送辊上剥离时，前后表面会分别产生电荷。　　更麻烦的是，前后表面带不同极性的电荷并不少见。　　如果只从一面向薄片施加离子，表观电势可能会降低，但反面的电荷仍未消除，在下一道工序中薄片被剥离时可能会再次出现强电势。

解决这些问题的有效设计方法是 "对立安装"。　　电离器（主要是棒状电离器）放置在工件前后两侧的相同位置，这样工件就被夹在电离器之间，离子从两侧同时照射。这甚至可以有效消除隐藏在工件内部的静电影响。

以下制造商信息可作为对置安装的具体示例。

• Sysid 静电：运输过程中的静电消除实例。
  • 有一种解决方案是，在薄膜或玻璃基板的正反两面都安装一个电离器，从而防止充电不均和抑制异物附着。

不过，在进行对置安装时，必须注意避免对置电离器之间的干扰。　　它们的离子可能会穿过工件，影响另一侧的电极，或干扰离子平衡控制。　　为了避免这种情况，可以通过故意将离子发生器的位置在传送方向上偏移几厘米（偏移放置）或选择具有同步功能的型号来实现更可靠的静电消除，该型号支持对置安装。

离子发生器使用中的盲点和维护。

避免反向充电的风险。

良かれと思って設置したイオナイザが、逆に静電気トラブルの原因になってしまう現象が「逆帯電」です。这是由于电离器释放的正负离子平衡被破坏，导致一种极性持续过量供给而引起的。如果继续向原本不带电（0V）的工件喷射不平衡的离子，工件就会带上过量极性的电位（例如-200V等）。

特别需要注意的电子元件包括电容非常小的电子元件，以及绝缘的、处于漂浮状态的导体。这些元件即使是很小的电荷不平衡也会引起显著的电压变化，并可能在您未察觉的情况下导致ESD损坏。防止反向带电的基本方法是定期测量离子平衡，而在设计阶段采取的对策是选择带“反馈传感器”的离子发生器。

这种离子发生器具有一个功能，它使用外部或内置传感器持续监测被处理物体的电位，并自动调整正负输出比率以抵消该电位。即使由于老化或周围环境的变化而导致平衡可能被破坏，该设备也会自动进行补偿，从而在很长一段时间内保持安全的静电消除状态。对于要求高可靠性的工艺，我们强烈建议采用此类高功能型号。

电极针磨损和护套空气技术。

电离器并非“安装完就结束”的免维护设备。作为核心部件的放电针（电极针）会持续承受高压电晕放电的能量，随着时间的推移会发生物理性磨损，针尖会变圆。而针尖变圆不仅会降低放电效率，减少离子生成量，还会因正负极磨损速度的差异而破坏离子平衡。

进一步成问题的是，空气中的微粒和硅气等物质聚集在针尖，并以二氧化硅（SiO2）等绝缘物的形式堆积，造成了污垢。这种污垢附着后会阻碍放电，显著降低除电能力。设计者需要考虑到这些劣化，将电离器放置在易于维护的地方（确保可达性）。如果将其深埋在设备内部，将无法进行清洁和针头更换，最终会导致功能瘫痪。

作为减少此类维护负担的技术，备受关注的是“鞘式空气”。 这项技术是指从放电针周围喷出净化的空气作为层流，形成包裹住针尖的保护层。 鞘式空气起着空气幕的作用，从物理上阻止周围的脏空气接触到针尖，从而极大地减少了污垢的附着。 因此，在某些情况下，无需维护即可维持性能的周期比传统方法长数倍甚至十倍以上。 对于希望降低维护频率的自动化设备来说，选择具有鞘式空气结构的机型将是非常有效的解决方案。

表3：电极针的材质与特性比较

参考出典：基恩士 除电装置维护（https://www.keyence.co.jp/ss/products/static/static-electricity/ionizer/maintenance.jsp）

参考出典元：了解 NCC 离子发生器https://ncc-nice.com/ncc-clean/trivia/gomi-ibututaisaku/ioniser-3/）

概述如何正确使用离子发生器。

最后，总结一下正确设计使用离子发生器的自动化设备的要点。请将这些作为检查清单，以提高设计质量。

• 识别静电产生的主要原因（剥离、摩擦、感应）并对产生后的关键点进行对策
• 静電破壊（ESD）対策ならイオンバランス，異物対策（ESA）なら除電速度を最優先に選定する
• 近距离・精密除电には高周波AC方式、远距离・空间除电にはパルスDC方式を選定する
• 棒形タイプは、ワークの全幅よりも長いサイズを選び、周囲の金属フレームから絶縁距離を確保します。
• スポットノズル与间歇控制（脉冲吹扫）并用，可在提高除尘效果的同时节能。
• 由于离子浓度随距离的平方成反比衰减，请将其安装在尽可能靠近工件的位置（300毫米以内）。
• 离子传输管必须选择导电性或氟塑料材质，管路长度应控制在1000mm以下。
• 绝缘性高的片状材料，通过相对设置，设计成能够同时中和正反两面的电荷。
• 对向安装时，为防止离子发生器相互干扰，请使用偏移安装或带同步功能的型号。
• 为防止负电荷引起的故障，利用离子平衡自动校正功能和传感器反馈
• 在假定放电针为消耗品的前提下，设计中应包含易于清洁和更换的装置（例如滑动机构或门）。
• 如果您想减少维护工作量，请选择采用针头防污衬套空气技术的型号。
• 考虑到臭氧产生引起的橡胶部件老化，周边设备请使用耐臭氧的材质（如氟橡胶、硅橡胶等）。
• 为防止忘记给电离器通电，进行与设备联锁电路联动的电气设计。
• 将定期的成效衡量（充电测量）纳入操作流程，以便以量化方式管理性能下降。

上图