TWI636708B - 提升偵測穩定度的防靜電手環與接地偵測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種改良的防靜電手環以及接地偵測裝置，避免作業人員的手腕過於乾燥而造成誤判。該防靜電手環二條導線之間設置一電阻值為R的電阻，因而在偵測該防靜電手環的電阻值時創造了一個容錯範圍。相似地，該接地偵測裝置則在其對防靜電手環之監測電路間並聯一電阻值為R的電阻，同樣可創造類似的容錯範圍。該防靜電手環或該接地偵測裝置因而有效地降低誤判的機會。為進一步提升對靜電的防護，該接地偵測裝置額外包含一供電介面、以及一電控開關。只有在漏洩迴路具有一適當電阻值時該電控開關使該供電介面供電給相關設備。

Description

提升偵測穩定度的防靜電手環與接地偵測裝置

本發明係有關於接地的偵測，尤其是有關於一種避免作業人員肌膚乾燥而誤判的防靜電手環、以及接地偵測裝置。

生產過程中的靜電防護，隨著電子產品之更趨輕薄短小與電子零件的更趨精密而變得更為重要。

一般的生產線常包含著多個工作站。為了避免靜電傷害到工作站所用的設備、製具、或是生產中的在製品，工作站的作業人員常會被要求配戴防靜電的防靜電手環（wrist strap），另外地面上也常會鋪設防靜電的地墊（floor mat），工作站的桌面上則常鋪有防靜電的桌墊（table mat）等。如第1a圖所示，工作站的地墊10、桌墊20、防靜電手環30通常都是以纜線連接到工作站的一個共同點接地（common point ground）40，以分別或共同構成一靜電漏洩迴路。共同點接地40通常是一個固定在工作站適當位置的金屬片或金屬導線，外罩以絕緣外殼加以保護（圖中僅繪出防靜電手環30與共同點接地40之間的連接）。生產線的各個工作站的共同點接地40是通常是串聯或並聯起來，最後再匯集一起和廠房的設備接地（equipment ground）或大地接地（earth ground）連接（未繪出）。

作業人員有時必需離開工作站（例如如廁或用餐等），等到回到工作站後再將防靜電手環30接回共同點接地40或再將防靜電手環30戴上。我國發明專利公告I349778、以及I368746號均教示一種利用無線的能量傳送與感應（例如紅外線）的無線接地偵測裝置。該裝置在確知工作站前有作業人員的情形下，該無線接地偵測裝置進一步偵測該防靜電手環的漏洩迴路是否具有適當的電阻值，以判斷作業人員是否有將防靜電手環30接回共同點接地40或將防靜電手環30配戴好。

前述專利所揭露的接地偵測裝置100可以簡化如第1b圖所示。該接地偵測裝置100透過電纜（power cable）或是外部電源供應器（像是筆記本電腦所用者）與市電的連接，除了取得電源暨處理電路300所需的電力外，同時取得市電的接地60（為簡化起見，圖示裡只繪出了市電接地60）。該接地偵測裝置100另與與廠房的設備接地或大地接地（以下統稱「大地接地」）50連接（這可以透過前述的共同點接地40來達成）。該接地偵測裝置100經由一防靜電手環界面110與防靜電手環30的纜線裡的二條導線31、32連接。如第1c圖所示，導線31、32的一端分別連接到防靜電手環30裡內含的二個導電片33。防靜電手環30 通常具有一鬆緊或可鎖扣的絕緣外帶，導電片33係置於絕緣外帶內側以與手腕肌膚70接觸。

導線31的另一端經本接地偵測裝置100和大地接地50相接，導線32的另一端則經由電源暨處理電路300和市電接地60相接。因此，當作業人員正常配戴防靜電手環30時，如第1b圖中虛線所示，從市電接地60、大地、大地接地50、導線31、作業人員的肌膚70、導線32、再經由電源暨處理電路300構成一漏洩迴路。電源暨處理電路300的主要功能之一就在偵測該漏洩迴路是否具有一適當的電阻（否則就發出警示）。根據靜電防護規範ANSI/ESD S20.20-2014，防靜電手環漏洩迴路的電阻值應小於35MΩ。

以上的教示在實際應用到生產線上確具有實效，然而經常發生的是作業人員雖然正確配戴了防靜電手環，但因皮膚過於乾燥造成漏洩迴路的電阻偏高，導致接地偵測裝置的誤判。此外，只是發出警示對於防護效果也似有不足，如何進一步提升對靜電的防護也有進一步改善的空間。

本發明分別提出一種新穎的防靜電手環以及改良的接地偵測裝置，可以提升偵測的穩定度，以避免作業人員的手腕過於乾燥而造成的誤判。

本發明的精神在於巧妙的運用並聯電路的原理來創造一容錯範圍。

本發明所提出的防靜電手環因此在防靜電手環的二條導線之間設置一電阻值為R的電阻。傳統的偵測要求防靜電手環配戴者的肌膚的電阻值必須小於一門檻值T。本發明的防靜電手環設置該電阻後，防靜電手環配戴者的肌膚的電阻值只需小於(T∙R) / (R−T)，和該電阻並聯後，同樣可以小於該門檻值T。換言之，本發明的防靜電手環創造了T~(T∙R) / (R−T)的容錯範圍，因而有效地降低誤判的機會，使得偵測得以更加可靠。本發明所提出的防靜電手環得搭配習知的接地偵測裝置使用。

本發明所提出的接地偵測裝置因此在其對防靜電手環的偵測迴路之間並聯一電阻值為R的電阻，同樣可以創作上述的容錯範圍，因而有效地降低誤判的機會，使得偵測得以更加可靠。本發明所提出的接地偵測裝置係搭配習知的防靜電手環使用。

為了進一步提升對靜電的防護，本發明所提出的接地偵測裝置額外包含一供電介面、以及一電控開關。該供電介面係供工作站的相關設備連接並提供相關設備所需電力。該接地偵測裝置只有在漏洩迴路具有一適當電阻值時，經由該電控開關使該供電介面供電給工作站的相關設備。換言之，該接地偵測裝置偵測到漏洩迴路具有異常的電阻值時，工作站的相關設備將因沒有電力而無法運轉，因而避免了靜電的危害。

茲配合所附圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本發明之其他目的與優點詳述於後。當可了解所附圖示純係為解說本發明之精神而設，不當視為本發明範疇之定義。有關本發明範疇之定義，請參照所附之申請專利範圍。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

第2a圖所示係依據本發明一實施例之防靜電手環之示意圖。如圖所示，該防靜電手環200包含二導電片203、分別與該二導電片203連接的二導線201與202、以及該二導線201與202另端所連接的一接頭204。該二導電片203一般係置於一絕緣外帶（未圖示）內側。作業人員將該絕緣外帶環繞於其手腕並透過該絕緣外帶之一鬆緊或鎖扣機制使該二導電片203貼觸到作業人員手腕肌膚。該二導線201與202一般係包覆於一絕緣套管（sleeve）（未圖示）內。該二導線201與202、以及該二導電片203之間可以是固接、或是採用鈕釦等方式的可分離式的連接。該接頭204係用於和一接地偵測裝置連接以構成一漏洩迴路。在本實施例中，該接頭204係採用常見於音訊裝置的所謂TS（tip and sleeve）接頭，所以該導線201連接到該接頭204的套管（sleeve）部分、該導線202則連接到該接頭204之端（tip）部分。換言之，該二導線201與202一端係用以與一穿戴者之二點肌膚分別接觸，另一端則係用以與一接地偵測裝置連接。導線201與202上通常分別各設有一800K~1.2MΩ的電阻。為簡化起見，該二電阻並未繪於第2a圖中，以下敘述也忽略該二電阻。以上所述均可見於習知的防靜電手環，故不多贅述。

該防靜電手環200進一步在該二導線201與202之間串接一電阻205。如第2a圖所示，於本實施例中，該電阻205係設置於該接頭204之內。但本發明不以此為限，其實該電阻205可以設置於該二導線201與202之間、位於該二導電片203與該接頭204之間的適當位置。

第2b圖所示係本實施例防靜電手環之等效電路圖。如圖所示，電阻值R係該電阻205之電阻值，而電阻值X係該二導電片203之間的電阻值。根據電阻並聯的公式，該防靜電手環200的等效電阻，也就是從該接頭204的二接點之間看到的電阻值會等於 (X∙R) / (X+R)。當作業員沒有配戴該防靜電手環200時，該二導電片203之間的電阻值X趨近於∞，該防靜電手環200的等效電阻為R。當該二導電片203之間係短路時，該二導電片203之間的電阻值X趨近於0，該防靜電手環200的等效電阻也趨近於0。因此，當作業員有配戴該防靜電手環200時，該防靜電手環200的等效電阻值會是介於0～R之間。

根據靜電防護規範ANSI/ESD S20.20-2014，有正確配戴防靜電手環200的電阻值應小於35MΩ。因此習知的接地偵測裝置多以35MΩ作為一門檻值，當偵測到的防靜電手環200電阻值超過35MΩ時，即視為沒有配戴防靜電手環200而發出警示。但若因作業人員肌膚乾燥等原因造成該二導電片203之間電阻值X偏大時，就很容易造成誤判。若如本發明設置該電阻205，且以該電阻205電阻值為50M為例，就算作業人員肌膚乾燥等原因造成該二導電片203之間電阻值X偏大達100M時，該防靜電手環200的等效電阻值會是(100∙50) / (100+50)=33.33MΩ，仍然低於規範之35MΩ，而不會造成誤判。

若以T代表該門檻值，傳統的防靜電手環要求作業人員的肌膚需有小於T的電阻值（亦即X＜=T）。但藉由設置該電阻205，作業人員的肌膚的電阻值X只要小於(T∙R) / (R−T)，同樣可以符合門檻值T（從(X∙R) / (X+R)≤T，可以推導出X≤(T∙R) / (R−T)）。換言之，藉由設置該電阻205，可以創造T～(T∙R) / (R−T)的容錯範圍。同樣以T=35MΩ、R=50MΩ為例，傳統的防靜電手環要求作業人員的肌膚電阻值X需小於35MΩ，設置該電阻205後，作業人員的肌膚電阻值X只要小於(35∙50) / (50−35)≈117MΩ，因而創造了35MΩ～117MΩ的容錯範圍。

因此，藉由選擇適當的電阻值R，本發明的防靜電手環可以有效的避免因作業人員的肌膚乾燥而導致的誤判。該電阻值R應大於或等於35MΩ（規範要求的電阻值）。在一實施例中，該電阻值R係採用介於35MΩ（含）與100MΩ（含）之間的電阻。在另一實施例中，該電阻值R係採50MΩ。

如上所述，本發明的防靜電手環應用習知的電路並聯原理，創造可以容納作業人員的肌膚乾燥的容錯範圍。本發明更具有價值處在於該防靜電手環可以搭配一般習知的接地偵測裝置使用，而該接地偵測裝置不需任何的修改。

第3a、3b圖所示係依據本發明第1、第2實施例之接地偵測裝置500、501之示意圖。該些接地偵測裝置500、501係與一習知的防靜電手環30透過一防靜電手環介面110連接。如對照第1b圖的習知的接地偵測裝置，可以明瞭本發明的接地偵測裝置500、501和習知的接地偵測裝置100的差異只在前者於其內部所構成的靜電漏洩迴路（虛線所示）並聯有一電阻502、503。其中與習知的接地偵測裝置100相同的元件採用了相同的元件編號，其細節不多贅述。

如第3a圖所示，該電阻502係並聯於接地偵測裝置500內部所構成的靜電漏洩迴路、位於該防靜電手環介面110與該電源暨處理電路300之間。在另一實施例中（未圖示），該電阻502係設置於該防靜電手環介面110上、該防靜電手環30的二導線31、32之間。

如第3b圖所示，該電阻503係並聯於接地偵測裝置501內部所構成的靜電漏洩迴路、位於該電源暨處理電路300、以及地50、60之間。

該電阻502、503的設置位置其實不以上述二實施例為限。如前所述，只要於該接地偵測裝置500內、與該靜電漏洩迴路並聯即可。該二實施例的優點在於接地偵測裝置500、501只需由習知的接地偵測裝置100簡單改裝即可。該電源暨處理電路300基本上不需任何硬體的變動。

依據第3a、3b圖所示之二實施例，其由該電源暨處理電路300所看出去的靜電漏洩迴路的等效電路即如第2b圖所示。其中電阻值R即是該電阻502、503的電阻值，電阻值X是該防靜電手環30的等效電阻值。因此，若以T代表偵測的門檻值，藉由設置該電阻502、503，作業人員的肌膚的電阻值X只要小於(T∙R) / (R−T)，同樣可以符合門檻值T，因而創造T～(T∙R) / (R−T)的容錯範圍。

習知的接地偵測裝置100一般僅具警示功能，其原因之一就在於有相當誤判的可能。本發明提出的防靜電手環、以及接地偵測裝置因可有效降低誤判的機會，因此可以進一步提供主動的靜電防護功能。第3c圖所示係依據本發明一第3實施例的接地偵測裝置504的示意圖。如圖所示，該接地偵測裝置504係第1實施例之進一步改良。有關與第1實施例相同的部分採用了相同的元件編號，其細節亦在此省略。

該接地偵測裝置504進一步包含至少一供電介面601、以及一電控開關602。於本實施例中，每一該供電介面601係一電源插座，以供工作站之相關設備之電源以電纜連接。如前所述，該接地偵測裝置504係透過電纜或是外部電源供應器（未圖示）與市電的連接，除了取得電源暨處理電路300所需的電力外，同時取得市電的接地60。每一該供電介面601均與該電纜或是外部電源供應器連接以取得市電。該電控開關602可以是一電子繼電器（relay）、一三端雙向交流開關（TRIAC）等，串接於每一該供電介面601與市電之間。該電控開關602另與該電源暨處理電路300連接以受該電源暨處理電路300觸發警示或關閉警示的相關電氣訊號之驅動。相關的細節應是本技術領域具有通常知識者所能明瞭，因而不多贅述。

例如，該電控開關602可以是一正常閉路（normally close）開關，因此，當該電源暨處理電路300偵測到該靜電漏洩迴路具有一不正常的電阻值（例如大於35MΩ）時，其將觸發相關的聲、光、或訊息警示外，其觸發訊號亦可用於驅動該電控開關602，使其斷開該供電介面601與市電的連接。相關的工作站設備因而停擺而避免了可能的靜電傷害。當該電源暨處理電路300偵測到該靜電漏洩迴路恢復到正常的電阻值（例如小於35MΩ）時，其將關閉先前的聲、光、或訊息警示，其關閉訊號亦可用於驅動該電控開關602恢復該供電介面601與市電的連接。相關的工作站設備因而得以繼續運轉。

本實施例的接地偵測裝置504係搭配習知的防靜電手環使用。本發明的另一實施例係習知的接地偵測裝置100結合前述的供電介面601、以及電控開關602（亦即接地偵測裝置504省略電阻502的情形）。該接地偵測裝置則需搭配本發明的防靜電手環使用，但其運作原理精神等則無不同。

藉由以上具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵，而並非以上述所揭露的具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

10‧‧‧地墊

20‧‧‧桌墊

30‧‧‧防靜電手環

31‧‧‧導線

32‧‧‧導線

33‧‧‧導電片

40‧‧‧共同點接地

50‧‧‧大地接地

60‧‧‧市電接地

70‧‧‧肌膚

100‧‧‧接地偵測裝置

110‧‧‧防靜電手環界面

200‧‧‧防靜電手環

201、202‧‧‧導線

203‧‧‧導電片

204‧‧‧插頭

205‧‧‧電阻

300‧‧‧電源暨處理電路

500、501‧‧‧接地偵測裝置

502、503‧‧‧電阻

504‧‧‧接地偵測裝置

601‧‧‧供電介面

602‧‧‧電控開關

X、R‧‧‧電阻值

第1a圖所示係習知的工作站接地架構。 第1b圖所示係習知防靜電手環與習知接地偵測裝置之示意圖。 第1c圖所示係習知防靜電手環之示意圖。 第2a圖所示係依據本發明一實施例之防靜電手環之示意圖。 第2b圖所示係第2a圖之防靜電手環之等效電路圖。 第3a圖所示係依據本發明一第1實施例之接地偵測裝置之示意圖。 第3b圖所示係依據本發明一第2實施例的接地偵測裝置的示意圖。 第3c圖所示係依據本發明一第3實施例的接地偵測裝置的示意圖。

Claims (7)

1. 一種接地偵測裝置，係用以與一防靜電手環、以及地連接，該接地偵測裝置係設置於該防靜電手環以及該地之間以共同構成一靜電漏洩迴路，該接地偵測裝置包含一防靜電手環界面、以及一電源暨處理電路，一接頭與該防靜電手環界面連接，一電源暨處理電路串接於該靜電漏洩迴路以偵測該靜電漏洩迴路之一電阻值，其特徵在於：該接地偵測裝置進一步包含一電阻，該電阻設置於該接地偵測裝置內部、並與該靜電漏洩迴路並聯，進一步包含一供電介面、以及一電控開關；其中，該供電介面係與市電連接並供相關設備之電源連接；該電控開關串接於每一該供電介面與市電之間；以及該電控開關另與該電源暨處理電路連接，以受該電源暨處理電路觸發警示或關閉警示的相關電氣訊號之驅動，以導通或關閉供電介面與市電之連接。
2. 如申請專利範圍第1項之接地偵測裝置，其中，該電阻係位於該防靜電手環介面與該電源暨處理電路之間。
3. 如申請專利範圍第2項之接地偵測裝置，其中，該電阻係設置於該防靜電手環介面上。
4. 如申請專利範圍第1項之接地偵測裝置，其中，該電阻係位於該電源暨處理電路、以及地之間。
5. 如申請專利範圍第1項之防靜電手環或接地偵測裝置，其中，該電阻之電阻值係大於或等於35MΩ。
6. 如申請專利範圍第5項之防靜電手環或接地偵測裝置，其中，該電阻之電阻值係小於或等於100MΩ。
7. 一種接地偵測裝置，係搭配一防靜電手環使用，該接地偵測裝置係與該防靜電手環、以及地連接，該接地偵測裝置係設置於該防靜電手環以及該地之間以共同構成一靜電漏洩迴路，該接地偵測裝置包含一防靜電手環界面、以及一電源暨處理電路，該接頭與該防靜電手環界面連接，一電源暨處理電路串接於該靜電漏洩迴路以偵測該靜電漏洩迴路之一電阻值，其特徵在於：該接地偵測裝置進一步包含一供電介面、以及一電控開關；其中，該供電介面係與市電連接並供相關設備之電源連接；該電控開關串接於每一該供電介面與市電之間；以及該電控開關另與該電源暨處理電路連接，以受該電源暨處理電路觸發警示或關閉警示的相關電氣訊號之驅動，以導通或關閉供電介面與市電之連接。