CN108604781B - 自清洁线性电离棒及其方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种自清洁线性(300)电离器，该自清洁线性电离器具有至少一个电离电极(301)、至少一个电极清洁器(315)以及至少两个线轴组件(302、303)。电极具有相对两端并以表面限定了轴向工作长度，该表面产生离子云并在使用过程中产生降解产物。尽管电极的工作长度是固定的，但电极却是可移动的。电极清洁器也是固定的，并选择性地沿电极的工作长度接合电极。电极的相对两端固定至相对的线轴组件，该线轴组件选择性地移动电离电极，从而使得电极清洁器在移动期间从电极移除至少一些表面降解产物。还公开了使用所公开的电离器的方法，这些方法具有可以循环地、交替地或者同时发生的自清洁操作模式及电离操作模式。

Description

自清洁线性电离棒及其方法

发明背景

1.技术领域

本发明涉及自清洁线性电离器以及用于电晕电离器的相关处理。本发明在电离棒中(但不受限于电离棒)特别有用，在该电离棒中，线性离子发射器是导线。因此，本发明的总目的是提供具有这样特性的新颖系统、方法及设备。

2.相关技术的描述

传统的线性电离棒通常由以下构成：(1)棒形电离单元，该棒形电离单元具有至少一个线性发射器以及一个或多个非电离参考电极；(2)干净空气(或其他气体)供应系统，该干净空气供应系统具有一组喷射型喷嘴，该喷射型喷嘴围绕着每个离子发射器，并连接到供应歧管；以及(3)控制系统，其控制被连接到电离单元的AC或脉冲DC高压电源。此类线性电离棒已经在各种制造产业中加以应用，包括平板显示器、通用电器、半导体等。尽管某些设计/应用可以针对电离/充电进行优化，但其他设计/应用却可以针对电荷中和进行优化。电荷中和应用可能需要在相对近距离处以极快的吞吐速率对大型带电物体进行中和。例如，长度及宽度超过3000mm的玻璃面板的前侧及背侧可能需要被电荷中和，其中电离棒及显示面板之间的距离范围通常为50-100mm到高达1000mm或更大，并且其中显示面板利用机器人系统来高速输送。

具有线性电离器(包括作为发射器/电极的细长导线的电离单元)的电荷中和棒在以下文献中提出：(1)美国专利第7,339,778号，标题为“电晕放电中和设备(CoronaDischarge Neutralizing Apparatus)”；(2)美国专利第8,048,200号，标题为“用于静电中和的洁净电晕气体电离(Clean Corona Gas Ionization For Static ChargeNeutralization)”；以及(3)美国专利第8,492,733号，标题为“多段线性电离棒和电离单元(Multi-Sectional Linear Ionizing Bar And Ionization Cell)”，所有这些专利在此通过引用的方式而整体并入本文中。此外，具有导线发射器的电离棒目前由瑞典马尔默的ABLiros Electronic公司和/或德国汉堡的Liros Electronic公司以及美国加利福尼亚州阿拉米达市的Simco-Ion Technology Group公司生产。

联合参考图1和图2，传统的多区段线性电离棒100包括四个主要元件：壳体/外壳103；两个电离单元101和102，其具有固定式线性离子发射器201，用于沿其长度建立离子电浆区域；歧管(在视图中被壳体103遮挡)，用于从来源接收气体并且用于将该气体输送过线性离子发射器201；以及装置，用于将(来自传统/合适的电源的)电离信号/电压施加202至线性离子发射器201以建立离子电浆区域。电离单元101、102还具有共同的参考(非电离)电极104和105，这些参考电极定位在离子发射器201的两侧上。电极104、105传统上与离子发射器201平行且等距离地定位在该离子发射器的相对两侧上。这种具体的线性电离棒在标题为“多段线性电离棒和电离单元(Multi-Sectional Linear Ionizing Bar AndIonization Cell)”的美国专利第8,492,733号(上方通过引用的方式并入)中详细示出和描述。

如图1和图2所显示，壳体103从一侧支撑可拆卸电离单元模块101和102，使得多个单元的菊链串在一起是容易实现的。外壳103在内侧可以容纳高压电源及控制系统(视线被外壳103阻挡)。

每个传统的电离单元101及102可以包括线性(例如导线类型的)电晕放电离子发射器/电极201、一对搁板205a及205b以及气体孔口阵列(多个/复数个)206以及连通板203，该气体孔口阵列位于线性离子发射器201的后方，而连通板如图所示地将气体蒸气传递过线性离子发射器201。

将会认识到的是，接触/张力弹簧202优选地定位并固定到导线电极201的每一端以及固定式单元103。弹簧202还接收高电压电离信号，并将这些高电压电离信号施加到电极201。当此类AC电离信号(通常，高电压AC，但在特定应用中为DC)施加到线性电极201时，会发生电晕放电(在电极201与104、105之间)，从而产出大量的两个极性的离子。因此，发射器201由密集的、高浓度的正离子和负离子的双极离子云所包围。

尽管以上论述的类型的传统线性电离棒具有优点，但是，它们仍遭受电晕放电电离器所共有的至少一个缺陷：发射器腐蚀/污染/降解，这种腐蚀/污染/降解可能会造成不理想的离子平衡偏移、更长的放电时间以及污染散播到周围环境和目标工件，从而显著地减少电离棒的性能。因此，手动及定期的发射器清洁是以上论述的类型的线性电离棒的强制性维护要求。在此设计中，导线发射器被弹簧装置升高到基板203上方，便于手动地移除导线电极201上累积的腐蚀物、碎屑、灰尘等。

手动清洁因为许多原因是不理想的。例如，手动清洁过程需要关闭空气/气体的流动及高电压电离信号，并在两个搁板/轨道205a及205b之间插入某种导线清洁工具。此清洁工具可以为在沿着发射器201来回擦拭时物理地接触发射器导线201的刷子、湿式/干式抹布或泡棉块。清洁工具可以连接到杆，以从相对长的距离够到发射器导线201，这是因为通常很难够到离子发射器导线以进行手动清洁，特别是对于安装在大型半导体工具中的电离棒而言。因为此原因，手动清洁可能会破坏导线、弹簧触点，并缩短可拆卸电离单元的寿命。最后但同样重要的是，清洁周期必须发生的频率取决于电离棒被使用的房间/生产楼层的环境空气条件/洁净度(例如空载微粒浓度或空载分子污染(AMC))。这样的清洁周期可能比较耗费时间，并且在某些关键性现场应用中可能需要每天或每周进行。

发明内容

当前公开的发明提出了用于线性电离器设计的新方法，这些新方法能够解决上述问题且因此自然而然地对FPD产业、半导体及其他应用来说是有益的。

在一种设备形式中，本发明通过提供一种自清洁线性电离器来满足上述的需求并克服相关领域的上述缺陷及其他缺陷，该自清洁线性电离器具有带相对两端的至少一个电离电极、至少一个电极清洁器及至少两个线轴组件。电极限定了轴向工作长度及表面，当该轴向工作长度在被施加电离电压时会建立线性离子云，该表面在使用过程中产生降解产物。这种降解产物可能(或者可能不)是来自于污染副产物的累积，而污染副产物是电极表面与周围环境之间在电晕放电期间的相互作用的结果。例如，降解产物可以是因为导线侵蚀/腐蚀导致的，而不是不理想颗粒的任何吸引导致的。如本文所用，电极的工作长度是电极的线性部分，该电极的线性部分响应于电离电压的施加而释放电荷载体，无论电极是否发生了移动。尽管电极的工作长度是固定的，但电极可以沿着固定且线性的工作长度而轴向移动。电极清洁器可以选择性地沿着其工作长度接合电极，并且可选地可以为静止的或振动的。电极的相对两端可以固定至相对的线轴组件，该线轴组件选择性地移动电离电极，从而使得电极清洁器在移动期间从电极移除至少一些表面降解产物。恒力弹簧马达将电极拉紧，从而使得在电极上保持几乎恒定的张力。

本发明的一种方法形式可以包括使用电离器的方法，该类型的电离器具有可移动电离电极、固定式或可移动的电极清洁器、相对的线轴组件以及恒力弹簧组件，该可移动电离电极具有相对两端以及线性且轴向限定的工作长度，该工作长度等于或小于电极的长度，该电极清洁器可选择性地接合电极，电极两端固定至该相对的线轴组件，使得电极的线性工作长度设置在相对的线轴组件之间，该恒力弹簧组件将相对的线轴组件上的电极拉紧，使得在电极上保持几乎恒定的张力。使用的新颖方法的其中一个步骤可以包括：在电离/工作操作模式期间对电极施加电离信号，从而沿着其线性工作长度建立线性离子云，籍此电极表面在使用过程中形成降解产物。使用的新颖方法的另一个步骤可以包括：在清洁操作模式期间，旋转线轴组件，以在第一轴向方向上移动并拉紧电离电极，使得电极清洁器在移动期间从电极上移除表面降解产物。

在各种替代方法的实施例中，电离操作模式和清洁操作模式可以同时地、交替地和/或选择性地以所需模式/循环来重复发生。例如，在电离操作模式每次重复之前，清洁操作模式可以至少连续重复两次。

自然地，本发明的上述方法特别适用于本发明的上述设备。类似地，本发明的设备非常适合于执行上述的本发明方法。

本领域的普通技术人员将从以下对优选实施例的详细描述、权利要求书以及附图而明显观察到本发明的许多其他优点及特征。

附图说明

下文将参考附图来描述本发明的优选实施例，其中在附图中，相同的附图标记代表相同的步骤和/或结构，并且其中：

图1和图2分别是所并入的现有技术参考文献美国专利第8,492，733号的一个传统线性电离棒的立体图和底视图；

图3示意性地示出了(在侧向视图中)根据本发明的第一优选自清洁电离棒的实施例；

图4A是图3中示意性地呈现的本发明的实施例的物理性实施方式的局部分解立体图；

图4B、图4C和图4D示出了一个特别优选的辫子状支撑元件，该辫子状支撑元件用于图3和图4A中呈现的本发明实施例；

图5A是图3至图4D中示意性地呈现的本发明的物理性实施方式的剖面正视图，此附图示出了位于本发明的创新电离器内的第一线轴组件的一部分；

图5B是图3至图5A中示意性地呈现的本发明的物理性实施方式的剖面正视图，此附图示出了位于本发明的创新电离器内的相对的线轴组件；

图6是简化电路模型，其示出了图3至图5B的创新自清洁线性电离器中天然存在的寄生/杂散电容；

图7A是本发明的自清洁线性电离器的第二优选实施例的底视图，该实施例采用了清洁梭子；以及

图7B更详细地示出了图7A的第二优选实施例的清洁梭子。

具体实施方式

联合参考图3至图5B，第一优选自清洁线性电离器300首先在图3中示意性地呈现。如本文所论述地，除了附图中所示出且此说明书中所论述的部分，图3至图5B的电离器300在物理上和操作上与现有技术的电离器100相同。根据图3的此优选实施例，优选发明可以包括：

1.电离单元305，该电离单元包括至少一个柔性导线电极301和参考电极(图1和图2中的物品104及105，但在图3中被隐藏)；

2.具有伺服齿轮马达314的电极移动/驱动线轴组件302；

3.恒力电离电极移动及拉紧系统/组件303；

4.电极清洁机构315，该电极清洁机构可与电极接触装置318(用于施加的装置)结合，以提高清洁机构315的效率，并且可选地将来自高压电源319的电离信号施加到导线电极301；

5.具有相关联的控制系统321的高电压及低电压(AC或DC任选，基于设计考虑及本领域普通技术人员的实践来选择)电源319和320；

6.可选的碎屑收集及抽空系统312、316和317；以及

7.可选的支撑元件304，用于支撑线性电离电极301。

在此实施例中，单个线性离子发射器301优选地为柔性导线电极，该柔性导线电极在导线驱动线轴组件302与导线拉紧及导线移动线轴组件303之间弹性地偏压。线轴组件303优选地包括被动线圈动力弹簧马达，该被动线圈动力弹簧马达能够以扭矩的形式储存并释放旋转能量，使得电极301以张力Tw而在线轴组件302和303(用于移动的装置)之间伸展并紧绷。线轴组件302和线轴组件303在此亦被称为第一线轴组件和第二线轴组件，并且尤其地，电极301的相对两端可以固定至其上，使得电极301的工作长度可以紧绷地设置在线轴组件302和线轴组件303之间。第一线轴组件302可以包括伺服齿轮马达314和第一线轴313。第二线轴组件303可以包括恒力弹簧马达310和第二线轴307。在图3的实施例中，随着驱动马达314沿着其工作长度在第一轴向方向上拉动电极301，电极301卷绕在第一电极线轴313周围，从而通过电极清洁器315从导线电极301的表面研磨掉至少一些污染副产物。此外，随着恒力弹簧马达组件沿着其工作长度在相对的轴向方向上拉动电极301，电极301卷绕在第二线轴307周围，从而通过电极清洁器从导线电极301的表面研磨掉至少一些污染副产物。

对于长的电离器(约1.0米或更长)而言，导线电极301还可以由复数个中间支撑元件304支撑，使得用于移动的装置(第一线轴组件和第二线轴组件)的旋转通过支撑元件304造成导线电极的轴向移动。这些支撑元件304可以定位在空气/气体供应歧管305上或在棒外壳上(此附图中未示出)。本实施例的物理性实施方式的更多细节参考以下图4A至图4D呈现。

导线拉紧及导线移动线轴组件机构303优选地包括导引滚轮(或者替代地，辫子状导件)306以及线轴/绕线筒307，该线轴/绕线筒被弹簧马达310(用于拉紧的装置)弹性地偏压。在使用中，柔性导线电极301可以卷绕/缠绕在线轴307上，并且所得到的导线电极线圈将具有直径D1。作为选择，线轴307可以在任何时间保持最小数量的若干匝，并且这些尾匝可以由与发射器导线301相同的或不同的材料制成。将不同材料的“尾部”拼接到用于这类尾匝的昂贵钨导线的端部是一种将电极固定至线轴的廉价方法，而不是保持额外的钨电极匝，该额外的钨电极匝永远不会被用来产生电荷载体。可以被缠绕在线轴307上的导线电极301的长度优选地应该大于(至少等于)留驻于电离棒300内的电极301的工作长度(线性部分)(例如1500mm)。

线轴307优选地与滑轮/绕线筒308轴向对准并固定地附接(或一体成形)，该滑轮/绕线筒具有直径D2。如图所示，绳索/缆线322的一端可以卷绕/缠绕到滑轮308上，并且另外一端可以以恒定张力Fs而弹性偏压至弹簧马达组件310。弹簧马达组件310可以为卷筒/回柱/线轴/绕线筒，并且优选地具有额定的100克至300克的缩回负载/力。本领域的普通技术人员可以根据线轴307和滑轮308的等扭矩条件来计算在导线电极301上所产生的张力Tw，如下：

Tw＝Fs x D2/D1

导线电极301优选地为小直径的钨或钛导线。然而，电极301亦可以替代地为任何其他类型的传统(现有技术)电晕放电导线。电极张力Tw的控制在正常电离模式(静态操作模式)期间是重要的，从而在电离期间减少破坏以及运动/振动(因为此类运动/振动可能会缩短电极301的使用寿命)。类似地，电极张力Tw的控制在清洁模式(动态/移动操作模式)期间是重要的，从而减少破坏并提供电极301与清洁机构315/(318)之间的充分接触。因此，重要的是，张力装置(弹簧-马达组件310)在静态及动态操作模式这两者期间都提供基本上固定且稳定的电极张力。如本文所用，如果张力在预定期望张力的20％(正或负)之内，则该张力被认为是基本上固定的。弹簧马达/回柱组件310可以包括线圈-弹簧旋转传感器310’，以在导线清洁模式期间监视滑轮308(或线轴307，如果307及308是相对彼此固定的话)的匝数，进而控制导线移动。滑轮308的直径D2优选地比线轴307的直径还小，因此，绳索上的张力小于导线电极上的张力。线轴307和滑轮308可以定位在塑料(或其他电绝缘的)外壳311内，该外壳可以与气流管线和/或真空端口312流体连通，以支持电离器300的导线移动及导线张紧组件的高清洁度。

电极驱动组件302优选地包括电绝缘线轴313(由传统电绝缘材料制成，如普通塑料)，该电绝缘线轴直接连接到可逆伺服齿轮马达314。作为图3所示的布置的替代方案，线轴313可以由基于滑轮/绳索的传输装置(换言之，间接相连)而连接到马达，以便实现线轴313的更出色的电绝缘。在此替代方案中，优选地使用的此基于滑轮/绳索的传输装置的一部分在下面图5A中示出。

导线清洁机构315可以包括以下研磨/清洁组件中的一个或多个：刷子、擦拭器、导线刮板、封闭或开放气室泡沫块和/或本领域中已知的其他削磨装置/电极清洁装置或其他功能性等同物。电极清洁器315可以选择性地接合电极301，并且优选地连接到真空管线312，该真空管线包括用于收集从导线电极301清洁/研磨掉的污染副产物/碎屑的喷射器316和喷雾过滤器317。此抽空装置使得能从电极清洁器将至少一些从电极表面研磨掉的污染副产物抽空。

自清洁电离棒300可以可选地包括导线电极支持/接触装置318，从而：(1)在清洁操作模式期间，选择性地提供清洁机构315与电极301之间的一致/可靠的物理接触(以将它们朝向彼此推压)；以及(2)在正常操作模式期间，对电极301施加来自HVPS 319的高电压电离信号(用于施加的装置)。支撑/接触装置318可以包括以下任何一种或多种：简单金属弹簧接触件、弹簧加载的刷子或任何其他已知的等同物，以将电离电信号传递至电极301。替代地，线轴307可以由例如金属的导电材料制成并且固定在中央导电轴309b上，该中央导电轴通过弹簧马达310而与高电压电源319电连通(用于施加的装置)。如此，在正常电离操作模式中，电离信号可以通过导电轴和线轴从HVPS 319施加到导线电极301，以对导线发射器301供电。不管电离信号如何施加至电极301，低电压电源320和高电压电源319两者优选地由基于微处理器的控制系统321来控制，以便根据已知技术/方法/信号/操作来沿着电极301产生离子云。

图4A是电离单元400的简化组件的局部立体分解图。普通技术人员将看见本发明的此实施例与图1和图2中示出的现有技术线性电离器(表示为由电离单元101和102形成的棒100)之间的相似性。然而，图4A至图4D的实施例通过避免每个电离单元上的数个弹簧组件和电接触而显著地简化了结构，增加了可靠度，并降低了创新电离棒的成本。

为了清楚起见，侧搁板/轨道405a和405b被示出为从基板203分解开来。电极支撑元件406a和406b可以安装在基板203和204(仅部分地示出)的相对两端上，以支撑电离导线301。本领域的技术人员将认识到的是，导线电极301沿着其长度定义轴线，且支撑元件406a和406b抑制电极301在除了沿着电极301所定义的轴线外的所有方向上的移动。

现在联合参考图4B、图4C和图4D，优选的辫子状支撑/导引元件406a/406b在图4B的顶视图中示出。相同的辫子状支撑件在图4C和图4D的相互垂直方向观察到的正交侧视图中示出。自然地，辫子状支撑件的螺纹端意图通过基板203、204来将支撑件固定至电离单元400。相对的自由端优选地采用螺旋辫子状导件407的形式，该螺旋辫子状导件允许电极301穿过其中的轴向移动。进一步地，在组装创新电离器期间或在更换老旧/消耗/使用过的电极期间，电极301可以在不同于电极轴线方向的方向上插入到螺旋导件/支撑件301中。尽管元件406a/406b优选地由导电的(或半导电的)材料制成(例如被弯曲成形且具备螺纹的厚不锈钢导线)，它们彼此之间仍必须电绝缘，也必须与地面电绝缘。一种确保电绝缘的简单方法为确保基板203和204是由电绝缘材料形成。在此优选实施例中，举例而言，辫子状支撑件可以以间隔关系而安装在每个电离单元400上(而不是使用现有技术装置所采用的弹簧)，由此防止导线301在支撑元件之间悬垂和/或振动。

将认识到的是，在图4A中，离子发射器301与单元基板203、204以间隔关系定位(在具有空气喷射喷嘴的歧管上方)。进一步地，.发射器301至少大致位于中央，如同已知的线性棒的情形。在本优选实施例中，发射器301还优选地由一组辫子状导件(406a、406b等等)所支撑。

创新自清洁电离棒的简化侧视剖面图在图5A和图5B中示出。这些附图分别示出了电离器300的第一线轴组件横截面300a和第二线轴组件横截面300b，这两者都定位在线性电离棒壳体内。此壳体在所有重要方面皆与传统的壳体103相同。在图5A的实施例中，线轴313承载缠绕的发射器导线301，并且滑轮314a通过皮带505a连接到伺服马达(未示出)。滑轮314a和皮带505a均可以由电绝缘材料所制成，例如本领域已知的传统聚合物或塑料或等同物。进一步地，线轴313和滑轮314a被示出为彼此固定地附接(或一体成形)，并且被设置在轴309a上且绕其旋转。本领域的技术人员将认识到的是，参考图5A所论述的滑轮/皮带布置给出了图3所示出的伺服齿轮马达布置的替代方案。相较于图3的布置，图5A的布置的一个优点在于：减少了施加至导线301的高电压至低电压伺服马达的任何可能的电流泄漏。

如图5B所示，线轴307承载缠绕于其上的发射器导线301，且滑轮308承载缠绕于其上的绳索322。绳索322通过弹簧马达或回柱组件(此处未示出，但参见图3的传感器310'和马达310)与滑轮308连接。如图5B中所示，电离器300的横截面300b揭示了第二线轴组件优选地定位在细长棒外壳内，该细长棒外壳与现有技术电离器100的外壳103一样，都是常规类型。具体而言，线轴307和滑轮308被示出为彼此固定地附接(或一体成形)，并且被设置在轴309b上且绕其旋转。轴309b和绳索322可以可选地由传统电绝缘材料制成，例如本领域中已知的各种塑料。替代地，线轴307和轴309b可以由传统的导电材料制成(例如本领域中已知的各种金属)，并与HVPS 319电连通(尽管图3中未示出，但此类电连通可单纯地出于设计选择的考虑而通过弹簧马达310或其他布置来提供)。进一步地，根据本文所示出的本发明的各种优选实施例，导线发射器、气体供应歧管以及发射器-支撑元件都可定位在两个相对的线轴组件之间。

返回到图3，现在将要论述根据本发明的使用创新线性电离器的优选方法，重点特别放在自清洁(清洁操作模式)本发明中所使用的柔性导线电极的方法。自清洁模式优选地由基于微处理器的控制系统321启动。

控制系统321可以监视电离单元的离子电流(利用未示出的传统HVPS电流传感器)、被传递至目标工件的电离气流的离子平衡(利用未示出的传统离子平衡传感器)或者监视上述两者。如果离子电流和/或离子平衡被确定为超出预定限值，则控制系统321可以(1)通知相关人员电极清洁是必要的，和/或(2)通过启动清洁操作模式来启动自动电极清洁。在任一情况中，电离器300将进入到电极清洁操作模式，以将离子性能恢复到预定的电流和/或平衡限值内。

清洁模式开始于以下步骤：检查高电压电源(HVPS)319的状态，并且(如果尚未处于“待机”模式)将该高电压电源切换到“待机”模式。控制系统321还将停止CDA/气体至歧管的流动，并在制造/工具真空管线312的连接处恢复到喷射器316的CDA压力。接着，控制系统321将连接到伺服马达314的低电压DC电源320(LVPS)导通。由于伺服马达314具有巨大的大减速齿轮(未示出)，因此，该伺服马达开始缓慢地旋转线轴313。此举开始从线轴307卷绕/缠绕电晕导线301，并将该电晕导线轴向拉动通过支撑元件304和清洁器315，并拉到线轴313上。由于线轴/绕线筒313优选地连接到由传统的高电绝缘材料制成(例如ABS塑料或本领域已知的其他等同物)的伺服马达314，故当电离器300在正常/电离模式下操作时(当电离信号被施加到电极301时)，降低/消除了从发射器导线301到马达314的电流泄漏的可能性。如果线轴313和滑轮314a两者也由传统的高电绝缘材料制成(例如ABS塑料或本领域已知的其他等同物)，则电绝缘可以进一步得到增强。

在此清洁操作模式中，从LVPS 320施加到伺服马达314的电流量取决于导线电极301的张力Tw。关于此电流的信息可以被控制系统321用来监视导线电极张力和/或其他导线参数的状态(例如导线污染或导线损坏的程度)。出于这个原因，由LVPS 320提供的马达电流信号优选地在导线清洁操作模式期间由控制系统321监视。

进一步在本实施例中，电晕导线电极301的一端固定到线轴313，而相对端固定到线轴307。导线张力Tw是基本上恒定的，并由传统的恒力弹簧-马达组件来平衡，例如盘簧、回柱、卷筒和/或本领域中已知的任何其他等效恒力弹簧。本发明中优选使用的恒力弹簧马达组件类型的示例包括Spring John Evans'Sons,Inc.公司[公司地址：宾夕法尼亚州兰斯代尔自治市斯普林大街1号，邮编194461(1Spring Ave.,Lonsdale,PA 19446)]所制造和提供的产品，产品名称/描述如下：封闭卷筒ER04、ER06、ER08；回柱3827-B；和/或微型封闭卷筒MER-04-SP。本领域的普通技术人员将容易想到其他等效弹簧马达组件的示例。

在清洁期间由导线电极301所经历的张力可以等于或大于导线电极301在正常电离模式期间所通常经历的张力。在这个时段内，弹簧马达310将储存/累积旋转能量。在清洁模式下，导线301被抽到或拉到线轴313上/绕着线轴313卷绕，并且还穿过上游清洁机构315。当此举发生时，清洁机构315优选地研磨掉并且还捕捉到从电极表面研磨的污染物颗粒/碎屑。重述地，第一线轴组件和第二线轴组件的旋转运动造成导线电极沿着其工作长度的轴向运动，从而使得电极清洁器从导线电极的表面研磨掉至少一些污染副产物。用于本发明的特别理想的清洁机构包括刷子、弹簧、封闭或开放气室泡沫块、毛毡垫和/或本领域中已知的其他导线清洁/抛光装置。

作为清洁的第一阶段，清洁机构315(和伺服马达314，若需要的话)可以连续地被喷射器316所产生的真空(或低压)气流抽空，使得(从导线301表面移除的)污染副产物/碎屑/颗粒也将从清洁器315移除。具体而言，喷射器316的入口可以连接到干净干燥空气(CDA)管线，且喷射器316的出口可连接到过滤器317，从而将降解产物从清洁器315抽离并使之留在过滤器317中。

在完全工作长度的发射器导线301(例如1500mm)卷绕在线轴313周围后，优选地停止导线移动。出于控制系统的目的，停止信号可以由传感器310'产生，或者替代地，通过对线轴313或线轴307的旋转次数进行计数而产生。响应于此，控制系统321将关闭伺服马达314并将通过LVPS 320施加到马达314的电压的极性反向，这样使得马达314的旋转方向反转，且线轴313开始将电晕导线301退绕。由于发射器301上的张力由弹簧马达/回柱组件310平衡，故导线301的相对端将随着弹簧马达组件310释放先前所储存的旋转能量而开始绕回到线轴307上。当此举发生时，清洁机构315开始清洁/抛光/研磨的第二阶段，该第二阶段在电离单元300再次进入到电离操作模式之前提高导线的清洁度。如果需要，在单元300再次进入到电离操作模式之前，可以发生多次清洁/抛光循环/回合。在清洁模式结束时，弹簧马达310再次于线性棒的正常操作模式期间将导线张力保持于恒定的预选水平Tw.。

本领域的普通技术人员将认识到的是，线轴313和307的尺寸及形状可以设定为容纳远比棒300更长的电晕导线301长度。若是这样，多次电离操作甚至可以在(具有两个阶段的)一个清洁操作完成之前发生，这是因为电极301可以在适当时进给以对每个电离操作呈现新的/新鲜的区段。在此情况下，清洁的初始阶段将在导线进给经过清洁器315时发生，但第二清洁阶段(导线方向的反转和导线301的整个长度回卷)将不会开始，直到发生期望数量的电离操作为止。因此，若线轴313和307的尺寸及形状设定为容纳比棒300更长的电晕导线301长度，则各种操作模式组合可以按需执行。

综上而言，根据图3至图5B的实施例，发射器导线张力系统优选地包括具有塑料/绝缘性线轴的主动及被动马达和组合。进一步而言，线轴307和313(以及弹簧马达310)可(选择性地)放置在高度电绝缘的外壳中，例如外壳311(在线轴307的情况下)。此外，导线清洁/张力系统还可以提供在对离子发射器301供电方面有效的装置，并且该导线清洁/张力系统可以在正常电离操作期间以防止发射器导线301泄漏电流的方式完成这项任务。

现在转向图6，示出了简化电路模型600，该电路模型示出了天然地出现在图3至图5B的创新自清洁线性电离棒中的寄生/杂散电容。如图所示，在示意性表示的驱动端区段602上的具有线圈发射器导线601的线轴呈现杂散电容Cd，一组导电导线导件603呈现杂散电容Cg1至Cg4，并且示意性表示的线轴及弹簧马达组件604呈现杂散电容C5。代表各种杂散电容的所有电容器终止于接地参考电极605。图6的模型600示出了高电压电源606主要作为进入寄生电容及电晕离子的电流的来源。自然地，操作效率可以通过寄生/漏电流状况的最小化来得到改善，且此举可以按照以下方式来完成：

将导线导件固定至电离单元、歧管和/或外壳的介电材料中；

在驱动单元中使用塑料/电绝缘的线轴、塑料滑轮以及橡胶皮带；和/或

在电极张力系统中使用被动机械(弹簧马达)部件、非导电线轴、绳索和/或外壳。

某些情况中优选地具有线性棒，该线性棒包括容易更换的线性电离单元的系统(例如先前参考图1和图2所论述的线性电离单元)。本文参考图3至图5B的实施例所教示的恒力弹簧机构和/或弹簧回柱也可以用于创新电离棒的其他实施例中。

图7A示出了本发明的线性电离棒700的另一个优选实施例。本实施例优选地配备有替代电极清洁机构/装置，该替代电极清洁机构/装置可以包括：一个或多个电绝缘长丝以及电极清洁梭子705，其中该长丝与电离电极701轴线导线邻近且平行地定位，该电极清洁梭子可以与长丝一起移动(沿着平行于电极轴线的轴线)并沿着电极的长度从电离器的一端滑动至另一端。长丝可以由许多传统电绝缘材料中的一种制成，例如聚合物或塑料。梭子705可以额外地由轨道706a和706b两者支撑并引导。如此，梭子可以选择性地从电离电极的表面研磨掉至少一些污染副产物。(多根)长丝优选地在清洁系统的相对且相互平衡的线轴组件(如上方参考图3至图5B所论述的类型)之间拉紧并拉伸，以允许梭子落在其上。

在本实施例中，清洁机构最优选地包括例如两个长丝702a及702b，其中每个长丝的一端连接到驱动区段703，该驱动区段可以包括线轴，该线轴连接到小型伺服齿轮马达(未示出)。在所有重要方面，驱动区段703在功能上类似于先前参考图3和图5A所论述的驱动区段。进一步而言，每个长丝702a和703b的相对端连接到弹簧/回柱区段704，该弹簧/回柱区段包括线轴，该线轴连接到恒力弹簧机构或弹篑回柱(未示出)。区段703和704可以包括用于移动在此参考此实施例所论述的清洁机构的装置。在所有重要方面，区段704在功能上类似于先前参考图3和图5B所论述的区段。最后，长丝702a和702b优选地固定附接到(且因此承载)清洁“平台”或“梭子”705。

根据图7A和图7B的实施例，每个长丝可以由塑料聚合物制成，例如尼龙、聚乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯和/或其他高柔性且电绝缘的材料。优选的长丝具有圆形的横截面，直径在约0.05mm至约2mm的范围内(从功能角度来看，但非优选地，长丝可以具有更大的直径)，长丝还具有光滑的表面且具有低黏性/高疏水性的特性。优选的长丝直径是大约等于离子发射器的直径，但可以至多比离子发射器的直径大出约2至3倍。因此，长丝张力可以显著地大于导线电极张力。应注意到的是，对于面向下方的电离器的安装而言，为了对抗重力，长丝张力应被增加得足够多，从而确保长丝不会向下下垂。这种增加的长丝张力可能需要选择较大的长丝直径。

长丝702a和702b可以同时执行多种不同的功能。这种功能之一是承载(支撑)清洁平台705。另一种功能是作为离子发射导线701的机械保护网格。此外，长丝的高电阻率意味着这些长丝还用作增强空气/气体流的离子平衡的网格，而这种空气/气体流是由根据此发明的线性电离棒所产生的。

根据相关的实施例，清洁机构可以包括多个长丝，其中至少一个长丝702a可由柔性导电材料(例如不锈钢)制成，并且其中其他长丝702b可由电绝缘材料制成。在本实施例中，导电长丝702a可接地(或电性偏压)，因而在本质上用作非电离参考电极。进一步而言，电极清洁器可以包括至少一个导件，该导件接合至少一个电离器轨道，且电极清洁器可以连接到至少一个长丝，该长丝是非电离参考电极。

现在转向图7B，此附图示出了图7A中所显示的类型的简化的清洁平台或清洁梭子705。如图所示，梭子705b优选地固定附接到长丝702a和702b，并且可以包括各种不同的导线清洁器708中的一个或多个。这些导线清洁器可以包括简单的刷子清洁器、擦拭器、导线刮板、封闭或开放气室泡沫块和/或本领域中已知的其他等效清洁装置、材料或布置。尽管梭子705主要是用于清洁导线电极701，但梭子705也可以承载侧边清洁器/刷子(未显示)，以便清洁轨道706a和706b。梭子705还可以从轨道706的顶侧具有额外支撑。若是这样，梭子导件709可以在轨道706a、706b之上或之中滑动。优选地，梭子705在不使用时将被“停放”在驱动区段703内，例如，在清洁操作之后。

根据图7A和图7B的实施例的导线清洁操作是由控制系统707的微处理器启动的。系统707将检查高电压电源的状态(见图3)，并且如果是导通状态，则在电晕导线清洁操作期间将该高压电源切换到“待机”模式。在开始时，清洁梭子705将处于其停放位置，且长丝将在相同的驱动区段703中缠绕在线轴上。接着，控制系统707将低电压DC电源(LVPS)和伺服马达“导通”(见图3)。马达开始使线轴旋转并将长丝702a和702b退绕。

在退绕过程中，长丝702a和702b在张力作用下移动(被拉动)，该张力是由弹簧马达或保持器704所产生/限定的。因此，清洁梭子705沿着棒移动并清洁发射器导线701(并且可选地，若梭子配备有侧边清洁器/刷子，则可选地清洁电离单元的弹簧和搁板)。一旦梭子705到达弹簧区段704，控制系统707便使该梭子停下并在区段703中使驱动马达的旋转方向反转，且梭子在相反的方向上被拉动。当梭子705再次到达其在区段703中的原始停放位置时，清洁模式最终结束。

在某些情况下，可能有数个导线清洁/抛光的循环/行程。在线性电离器的电离及清洁操作模式期间，弹簧马达704将所有长丝的张力保持在恒定/预选的水平。

电晕导线清洁的时间表可以为每天、每周或每月，或者任何其他时程，具体取决于现场的环境条件。相对长的自清洁线性棒可能是最经济的解决方案(长棒需要更多的时间来进行清洁，且自动清洁功能的成本对棒本身的成本之比是较小的)。

尽管本发明已经结合目前被认为是最实用且优选的实施例进行描述，但应当理解的是，本发明不受限于所公开的实施例，而是意图涵盖在所附权利要求和精神和范畴内的各种修改和等效布置。举例而言，关于上面的描述，应认识到的是，本发明的部件的最佳尺寸关系，包括大小、材料、形状、形式、功能以及操作、组装和使用方式的变化，被认为是本领域技术人员所能显而易见的，并且附图中所示出的且说明书中所描述的所有等同关系意图由所附权利要求所涵盖。因此，上述内容被认为是本发明原理的说明性描述，而非详尽性的描述。

除了在操作示例中指示或另有指示，否则在说明书和权利要求中用来表示成分的量、反应条件等的所有数字或表达在所有实例中应被理解为由术语“大约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在下方说明书及所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可以根据本发明所希望取得的所需特性而发生改变。最起码地，且并非试图限制等效原则对权利要求范围的应用，每个数值参数应当至少鉴于所汇报的有效数字并使用常见的四舍五入技术而被解释。

尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体示例中阐述的数值被尽可能精准地汇报。然而，任何数值本质上包含某些误差，这些误差必然由其相应的测试测量值中所发现的标准偏差所造成。

同样应该理解的是，本文中陈述的任何数值范围旨在包括含于其内的所有子范围。例如，“1至10”的范围是意图包括之间的所有子范围，并包括所记载的最小值1和所记载的最大值10；也就是说，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。由于所公开的数值范围是连续的，故这些数值范围包括最小值与最大值之间的每个值。除非另有明确指示，否则在本申请中指定的各种数值范围是近似值。

为了以下描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其衍生词将涉及本发明在附图图式中的定向。然而应理解，本发明可以设想各种替代变化及步骤顺序，除非明确表示与此相反。还应理解，附图中所示出的且在下方说明书中所描述的具体装置和过程仅为本发明的示例性实施例。因此，与本文所公开实施例有关的具体尺寸和其他物理特性并不被认为是限制性的。

Claims (21)

1.一种自清洁线性电离器，包括：

至少一个柔性且可移动的电离电极，所述电离电极沿所述电极的固定式线性工作长度限定轴线，所述电极响应于将电离信号施加至所述电极而沿所述电极的所述工作长度来建立线性离子云；

至少一个固定式电极清洁器，所述固定式电极清洁器可以选择性地沿着所述电极的所述线性工作长度而接合所述电极；

用于将电离信号施加至所述电极以建立所述线性离子云的装置，其中所述工作长度的所述电极具有响应于所述电离信号的所述施加而产生降解产物的表面；

用于沿所述电极的所述线性工作长度移动所述电极的装置，使得所述电极清洁器在所述电极的移动期间从所述电极移除至少一些所述表面上的所述降解产物；以及

用于在用于移动所述电极的装置上拉紧所述电极的装置，使得在所述电极上保持恒定的张力。

2.根据权利要求1所述的自清洁线性电离器，还包括用于支撑所述电极的复数个导引元件，使得所述电极可沿所述电极的所述线性工作长度而轴向移动，并被推压以与所述电极清洁器接触。

3.根据权利要求1所述的自清洁线性电离器，其中所述用于移动所述电极的装置包括第一线轴组件和第二线轴组件，所述第一线轴组件和所述第二线轴组件设置在所述线性工作长度的相对两侧上，并且其中所述电极的第一端和第二端分别固定至所述第一线轴组件和所述第二线轴组件，使得所述电极的所述工作长度设置在所述第一线轴组件和所述第二线轴组件之间，并且其中所述用于拉紧所述电极的装置包括与所述第一线轴组件和所述第二线轴组件中的至少一个可操作地相关联的恒力弹簧马达组件。

4.根据权利要求1所述的自清洁线性电离器，还包括复数个辫子状导件，其中每个导件具有螺旋端，所述螺旋端允许所述电离电极在其内轴向移动，并且其中用于对所述电极施加电离信号以建立线性离子云的装置与高电压电源电连通并且包括导电线轴，所述电极缠绕在所述导电线轴上。

5.根据权利要求1所述的自清洁线性电离器，其中所述电极是导线，所述导线具有相对的第一端和第二端并且比所述电极的所述工作长度更长，其中所述用于移动所述电极的装置包括第一线轴组件和第二线轴组件，所述第一线轴组件和所述第二线轴组件设置在所述线性工作长度的相对两侧上，并且其中所述电极的所述第一端和第二端分别固定至所述第一线轴组件和所述第二线轴组件，使得所述电极的所述工作长度设置在所述第一线轴组件和所述第二线轴组件之间。

6.根据权利要求5所述的自清洁线性电离器，其中所述表面上的所述降解产物包括污染副产物，并且其中所述第一线轴组件和所述第二线轴组件的旋转使得所述电极沿所述电极的所述工作长度轴向地移动，籍此所述电极清洁器从所述电极的所述表面研磨掉至少一些所述污染副产物。

7.根据权利要求6所述的自清洁线性电离器，其中

所述第一线轴组件包括伺服齿轮马达和第一电极线轴；

所述第二线轴组件包括第二电极线轴；

随着所述伺服齿轮马达在第一轴向方向上沿所述电极的所述工作长度拉动所述电极，所述电极卷绕在所述第一电极线轴周围，籍此所述电极清洁器从所述电极的所述表面研磨掉至少一些所述污染副产物；并且

所述用于拉紧所述电极的装置包括恒力弹簧马达组件，所述恒力弹簧马达组件与所述第二线轴组件可操作地相关联，从而平衡由所述伺服齿轮马达施加至所述电极的所述张力。

8.根据权利要求7所述的自清洁线性电离器，其中随着所述恒力弹簧马达组件在与所述第一轴向方向相反的方向上沿所述电极的所述工作长度拉动所述电极，所述电极卷绕在所述第二电极线轴周围，籍此所述电极清洁器从所述电极的所述表面研磨掉至少一些所述污染副产物。

9.根据权利要求1所述的自清洁线性电离器，其中

所述电离器还包括用于支撑所述电极的复数个支撑元件；

所述用于移动所述电极的装置包括第一线轴组件和第二线轴组件，所述第一线轴组件和所述第二线轴组件设置在所述电极的所述线性工作长度的相对两侧上；

所述电极比所述电极的所述工作长度更长，并且具有相对的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别固定至所述第一线轴组件和所述第二线轴组件，所述电极的所述工作长度被紧绷地设置在所述第一线轴组件和所述第二线轴组件之间；并且

所述第一线轴组件和所述第二线轴组件的旋转使得所述电极轴向地移动通过所述支撑元件。

10.根据权利要求6所述的自清洁线性电离器，还包括用于在所述污染副产物从所述电极的所述表面被研磨掉时从所述电极清洁器抽空所述污染副产物的装置。

11.根据权利要求1所述的自清洁线性电离器，其中用于对所述电极施加所述电离信号以建立线性离子云的装置包括所述至少一个固定式电极清洁器。

12.根据权利要求3所述的自清洁线性电离器，其中用于对所述电极施加所述电离信号以建立线性离子云的装置包括所述第二线轴组件和所述弹簧马达组件。

13.一种自清洁线性电离器，包括：

至少一个柔性电离电极，所述至少一个柔性电离电极限定所述电极的线性工作长度，所述电极具有相对的两端和表面，并且所述电极响应于电离信号的接收而沿所述电极的所述线性工作长度来建立线性离子云，其中所述电极的所述线性工作长度相对于所述电离器是固定的，但所述电极是可移动的；

至少一个固定式电极清洁器，所述固定式电极清洁器沿所述电极的所述线性工作长度而物理地接触所述电极的所述表面；以及

相对的线轴组件，所述电极的所述相对的两端固定至所述相对的线轴组件，所述组件沿所述电极的所述线性工作长度轴向地移动所述电离电极，使得所述电极清洁器在所述电极的移动期间清洁所述电极的所述表面；以及

恒力弹簧组件，所述恒力弹簧组件在所述相对的线轴组件之间拉紧所述电极，使得在所述电极上保持恒定的张力。

14.一种使用线性电离器的方法，所述线性电离器具有可移动电离电极、固定式电极清洁器、相对的线轴组件以及恒力弹簧组件，所述可移动电离电极具有相对两端以及线性的且轴线限定的工作长度，所述工作长度小于所述电极的长度，所述固定式电极清洁器可以沿所述电极的所述工作长度接合所述电极，所述电极的两端固定至所述相对的线轴组件，使得所述电极的所述工作长度设置在所述相对的线轴组件之间，所述恒力弹簧组件在所述相对的线轴组件之间拉紧所述电极，使得在所述电极上保持恒定的张力，所述方法包括：

在电离操作模式期间，将电离信号施加至所述电离电极以沿所述电极的所述工作长度建立线性离子云，籍此所述电极表面产生降解产物，并且

在清洁操作模式期间，旋转所述线轴组件以在第一轴向方向上移动所述电离电极，使得所述电极清洁器沿所述电极的所述工作长度而从所述电极移除所述表面上的所述降解产物。

15.根据权利要求14所述的使用线性电离器的方法，其中所述电离操作模式及清洁操作模式同时发生。

16.根据权利要求14所述的使用线性电离器的方法，其中所述电离操作模式及清洁操作模式没有同时发生。

17.根据权利要求14所述的使用线性电离器的方法，其中所述降解产物是污染副产物。

18.根据权利要求17所述的使用线性电离器的方法，其中所述清洁操作模式包括第一清洁阶段和第二清洁阶段，其中所述第一清洁阶段包括：旋转所述线轴组件以在第一轴向方向上移动所述电离电极，使得所述电极清洁器沿所述电极的所述工作长度而从所述电极的所述表面研磨掉污染副产物，并且其中所述第二清洁阶段包括：在与所述第一清洁阶段的方向相反的方向上旋转所述线轴组件，以在与所述第一清洁阶段的第一轴向方向相反的轴向方向上移动所述电离电极，使得所述电极清洁器沿所述电极的所述工作长度而从所述电极的所述表面研磨掉污染副产物。

19.根据权利要求17所述的使用线性电离器的方法，其中清洁操作模式还包括将所述电极清洁器从所述电极的所述表面研磨掉的所述污染副产物抽空的步骤。

20.根据权利要求14所述的使用线性电离器的方法，其中所述电离操作模式及清洁操作模式交替地重复。

21.根据权利要求14所述的使用线性电离器的方法，其中在每次重复所述电离操作模式之前，所述清洁操作模式至少连续地重复两次。

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