JP2002533880A - 自己バランス型イオン化装置のモニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 イオン化装置のエミッタ回路と参照回路における高電圧交流電流をモニタするモニタ装置とその方法に関する。このモニタ装置は、エミッタ回路と参照回路とに容量性結合され、イオン化装置の動作に影響を及ぼすことなく故障を検出する。故障はLED表示器で表示され得る。他の実施形態では、故障は出力信号により示される。この出力信号はイオン化装置の動作の自動調整に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 〔関連する出願〕 本出願は、1998年12月22日に出願した、「自己バランス型イオン化（電離）装
置のモニタ装置」という名称のアメリカ合衆国仮出願シリアル番号第60/113,211
号による優先権を主張するものである。この出願に開示した内容はすべて、参考
としてこの明細書に組み込んである。 〔発明の属する分野〕 本発明は、イオンバランスをモニタする方法と装置に関する。イオンバランス
モニタは、イオン化装置のイオン出力とイオンバランスをモニタし、そのイオン
化装置の状態をオペレータに示す。このようにしてイオンをバランスさせる方法
は、ガス環境中の正イオンと負イオンの望ましいバランス、または両イオンのイ
ンバランスの望ましい程度やタイプを制御するのに好都合である。さらに詳しく
述べるならば、本発明は、室内その他の空間でイオン化の極性を制御するのに用
いる送風機や荷電電極イオンエミッタに役立つ。こうした制御を行なうことは、
多くの分野で有効である。一例を挙げるならば、マイクロチップを製造するクリ
ーン・ルーム内の空気のイオン化制御において有効である。 〔背景となる技術〕 イオン化装置の（１）イオン出力と（２）イオンバランスをモニタする必要が
ある。これは、直流イオン化装置の場合には、電源への戻りにおいてイオン化に
起因する直流電流をモニタすればよいのでかなり容易に実現できる。しかし、交
流イオン化装置、特に自己バランス型イオン化装置を用いる場合には、電源への
電流の戻りの不足により、また、交流高圧回路内では交流イオン化電流が他の電
流と比べて非常に小さいため、上記（１）と（２）をモニタすることがより難し
くなる。

【０００２】 従来技術では、イオン化装置内のイオンバランスをモニタする試みがいくつか
なされている。知られている試みの１つとして、アメリカ合衆国特許第4,477,26
3号がある。この特許には、バランスをモニタするためのセンサー・システムを
備える直流グリッドが開示されている。バランスは室内で検知し、制御盤の零位
式メータを読取り、手で調節する。

【０００３】 アメリカ合衆国特許第4,630,167号には、互いに離した複数のエミッタを有す
るパルス式直流システム内のイオンバランスを制御するための、作業領域内のプ
レート・センサーと、赤外線リンクとが開示されている。 アメリカ合衆国特許第4,809,127号には、空気イオン化装置のパルス式直流シ
ステムが開示されている。イオン電流を抵抗を通じてサンプリングし、そのイオ
ン電流を用いてエミッタ出力を局所的に調節する。

【０００４】 アメリカ合衆国特許第4,901,194号には、正負のパルス・シーケンスが開示さ
れている。積分的な特徴を有するイオン電流により、室内のイオン状態を平均に
維持するとともに、パルス発生器を制御する。 アメリカ合衆国特許第4,951,172号には、保護されたセンサー／制御システム
が開示されている。センサーは、作業領域内に設置した保護されたプローブであ
る。

【０００５】 イオンバランスに関しては、もちろん多数の特許がある。例えば、アメリカ合
衆国特許第2,264,495号、第2,879,395号、第3,714,531号、第4,423,462号、第4,
092,543号、第3,936,698号、第4,740,862号、第4,757,422号、第4,872,083号、
第5,008,594号、第5,055,963号、第5,153,811号、第3,711,743号、第4,435,195
号、第5,047,892号、第5,057,966号、第4,476,514号、第4,528,612号、第4,974,
115号、第4,542,434号、第4,878,149号、第4,642,728号、第4,757,421号、第4,7
85,248号が挙げられる。 〔発明の要約〕 本発明のモニタ装置は、エミッタ内の高電圧交流を検出し、イオン化装置の参
照回路を検出する。検出回路は、エミッタ回路および参照回路と容量性結合して
いる。検出された故障は、故障アラーム用発光ダイオードで表示したり、他の信
号で表示したりすることができる。出力信号を用いて既知の方法で自動的にシス
テムを調節することができる。容量性結合のこのような利用法は新規であると考
えられる。本発明により、自己バランス回路の動作に影響を与えることなくモニ
タ機能を実現することができる。

【０００６】 したがって本発明の１つの目的は、イオン化装置のイオン出力とイオンバラン
スをモニタすることである。 別の目的は、交流イオン化装置、特に自己バランス型イオン化装置のイオン出
力とイオンバランスをモニタすることである。 さらに別の目的は、高電圧エミッタ回路と参照回路の両方で交流電圧を検出す
ることによって自己バランス型イオン化装置の高電圧とイオン出力とイオンバラ
ンスをモニタすることである。

【０００７】 イオンバランスに悪影響を及ぼすある種の典型的な故障が、稀ではあるが存在
している。変圧器が壊れたり、エミッタがグラウンドまたは参照回路にショート
したりするなどの故障によりイオン出力がなくなると、エミッタ回路がグラウン
ドに対してゼロ電圧になったり非常に低い交流電圧になったりする。参照回路が
グラウンドにショートするなどの故障によってイオンのバランスが崩れると、参
照回路がグラウンドに対してゼロ電圧になったり非常に低い交流電圧になったり
する。本発明では、エミッタ回路と参照回路が検出回路と容量性結合しているた
め、自己バランス回路の機能に影響を与えることなく正常動作と異常動作を検出
できる。この検出は、エミッタ回路と参照回路の両方における交流信号のピーク
を別々に検出することにより実現する。これらのピークを検出した信号は、次に
、閾値を変えることのできる回路に伝達される。ピーク検出のレベルが閾値より
も下がったときに、比較回路を用いてアラーム用発光ダイオードを作動させる。
オプションとして、望ましい他の種類の出力信号を、これらの処理した信号から
公知の方法で取り出すことができる。

【０００８】 本発明のさらに別の目的ならびに利点は、当業者であれば、本発明の好ましい
実施形態のみを示して記述した以下の詳細な説明から容易にわかるであろう。な
お、好ましい実施形態は、本発明を実現するに際して考えられる最良の形態を例
示したにすぎない。本発明の範囲内で別の形態も可能であること、また、いくつ
かの細部に関しては明らかないくつかの点において変更が可能であることが理解
できよう。したがって、図面と明細書は例示であって、本発明を制限するもので
はないものと解すべきである。 〔本発明を実施するための最良の形態〕 本発明のモニタ装置は、イオン化装置のエミッタ回路と参照回路の交流高電圧
を検出することによって動作する。通常の条件下では、エミッタ回路はグラウン
ドに対して約３kVAC（キロボルト交流）であり、参照回路はグラウンドに対して
約２kVACである。

【０００９】 既存のモニタ回路は、たいてい、イオン化そのものに起因する電流の測定に依
存している。このように直接的な測定を行なうと、たいていの場合、イオン化回
路とグラウンドが接続されて正味の直流電流を流すことが可能になる。正味の直
流電流を伴うグラウンドへの接続は、自己バランス型イオン化装置の動作と両立
しない。本発明のモニタ回路では、グラウンドへの直流電流を阻止するために（
独立した素子としての、または容量性結合としての）コンデンサを使っている。

【００１０】 自己バランス型イオン化装置の性能をモニタするのに容量性結合を利用すると
いうのは新規な手段である。むりやり接続した（直接的に接続した）モニタ・シ
ステムは、自己バランス型イオン化装置とは両立せず、その動作を妨げる可能性
がある。自己バランス型イオン化装置では交流が用いられているため、イオン化
装置の性能をモニタするのに容量性結合を利用することができる。

【００１１】 この回路により、自己バランス型イオン化装置において２つの側面（イオン出
力とイオンバランス）をモニタすることができる。モニタ装置は自己バランス型
イオン化装置の動作に影響を与えることはない。モニタ作業は、コスト的に効果
的な方法で実行する。この回路は、遠隔モニタするため、イオン化装置の動作状
態を出力することができる。

【００１２】 高電圧HV（エミッタ）回路と参照回路の両方における交流の高電圧HVを検出す
ることによって自己バランス型イオン化装置における高圧（HV）イオン出力とイ
オンバランスをモニタできることが、本発明において、明らかになった。通常の
条件下では、HV（エミッタ）回路はグラウンドに対して約３kVACであり、参照回
路はグラウンドに対して約２kVACであることは明らかである。

【００１３】 （変圧器が壊れたり、何ヶ所かがグラウンドにショートしたりして）イオン化
が生じないという典型的な故障により、HV（エミッタ）回路においてグラウンド
に対してゼロ電圧になったり非常に低い交流電圧になったりする。（参照回路が
グラウンドにショートして）イオンのバランスが崩れるという典型的な故障が起
こると、参照回路において、グラウンドに対してゼロ電圧になったり非常に低い
交流電圧になったりする。

【００１４】 まず最初に図１に最もよく示すように、本発明はこうした状況をモニタするこ
とができる。それが、この単純な回路により、自己バランス機能に影響を及ぼす
ことなく自己バランス型イオン化装置をモニタすることができる。本発明を適用
できる静的エリミネータのための自己バランス型イオン化装置の一例が、アメリ
カ合衆国特許第5,153,811号に示されている。高電圧変圧器の全体を参照番号１
で示されている。この変圧器は、一次巻線２、コア３、二次巻線４を備えている
。高電圧リード５により、二次巻線の一端とHV電極エミッタ８とが接続されてい
る。参照リード６により、二次巻線の他端と参照電極９とが接続されている。

【００１５】 送風機７が矢印方向の空気流を生み出し、エミッタ８、参照電極９、さらには
穴11を通って処理する領域へとその空気流を押しやる。電極は、イオン化チャン
バ20の中にある。穴20は〔イオン化チャンバ20〕上に設けられており、イオン化
装置全体はケース10の中に収容されている。図１を参照して説明したこの構造は
、一般的なものである。

【００１６】 高電圧リード５には高電圧容量性ピックアップ18が取り付けられている。イオ
ン出力検出リード20Aにより、容量性ピックアップ18が、全体を参照番号13で示
したイオン出力センサに接続されている。イオン出力センサ13は、簡単化して示
した比較器31とLEDアラーム表示器15とを備えている。 参照リード６には参照電圧容量性ピックアップ19が取り付けられている。イオ
ンバランスリード21により、容量性ピックアップ19が、全体を参照番号14で示し
たイオンバランスセンサに接続されている。イオンバランスセンサ14は、簡単化
して示した比較器32とLEDアラーム表示器16とを備えている。

【００１７】 図１に示されるように、ケース10はグラウンド12を設けており、比較器31と32
もそれぞれグラウンド17を設けている。それぞれの比較器は標準的な部品LM339
にすることができる。しかし特定企業の部品番号等を記述したこの明細書によっ
て本発明が限定されることはなく、ここに指定したあらゆる素子の機能的等価物
を当該技術の範囲内で利用できるものと理解されたい。

【００１８】 イオン出力センサ13とイオンバランスセンサ14を図２にさらに詳しく図示して
ある。図２の上部にはイオン出力センサ13が、図２の下部にはイオン出力センサ
14が示してある。図の上部と下部の同じ参照番号は同じ部品を示す。図１に示し
たように、高電圧HVリード５は、リード20Aに容量性結合18されており、参照リ
ード６は、イオンバランスリード21に容量性結合19されている。容量性結合18と
19からの信号は、それぞれトランジスタ34と35（標準的部品としてはMPS2222A）
で増幅され、各出力がダイオード24（標準的部品としては1N4002）を通過する。
その後において、それぞれのリード36と37は、１マイクロファラドのコンデンサ
25を介してグラウンドに接続されるとともに、１メガオームの抵抗器26を介して
もグラウンドに接続される。

【００１９】 各リード36と37のパスのさらに先は、比較器31と32の＋（プラス）入力にそれ
ぞれ接続されている。＋５ボルトの電源が、10キロオームの抵抗器を介して比較
器の−（マイナス）入力に接続されるとともに、その10キロオームの抵抗器に加
えて10キロオームの可変抵抗器27を介してグラウンドに接続されている。可変抵
抗器は、望む閾値に設定してある。その後、各比較器31と32の出力は１キロオー
ムの抵抗器を介してグラウンドに接続されるとともに、それぞれ、イオン出力ア
ラーム表示器15またはバランスアラーム表示器16に接続されている。表示器16の
後端は、1.2キロオームの抵抗器29を介して表示器15の前端に接続されている。
表示器15の後端は、1.2キロオームの抵抗器30を介して＋５ボルトの電源に接続
されている。この構成は、図２を参照すると最もよく理解できる。

【００２０】 高電圧リードから交流信号が消えると、イオン出力アラームが発生する。参照
リードから交流信号が消えると、イオンバランスアラームが発生する。両方のリ
ードから交流信号が消えると、イオン出力アラームだけが発生する。 当業者であれば、本発明が上記の目的をすべて満たしていることが容易に理解
できよう。当業者であれば、以上の明細書を読んだ後には、さまざまな変更や均
等物による置換を行なったり、この明細書に大まかに記載した本発明の他のさま
ざまな形態を実施したりすることができよう。したがって、この出願により保証
される保護は、特許請求の範囲の規定とその均等物とによってのみ制限されるこ
とが意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 イオンバランス回路とイオン出力モニタ回路の接続と相互関係を示すイオン化
装置全体の概略図である。

【図２】 イオンバランス回路とイオン出力モニタ回路の細部に関する概略図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年２月６日（２００１．２．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 リッチー，ウイリアム エス．ジュニア アメリカ合衆国，ニュージャージー 08070，ペンスビル，フェンウィック レ ーン ４ Ｆターム(参考） 2G014 AA03 AB00 AC15

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン化装置の高電圧回路における故障を検出するのに適し
   たイオン化装置のモニタ装置であって、 故障検出用の前記高電圧回路に容量性結合した検出回路を備えたことを特徴と
   するイオン化装置のモニタ装置。
2. 【請求項２】 前記高電圧回路が、参照回路またはエミッタ回路である、請
   求項１に記載のイオン化装置のモニタ装置。
3. 【請求項３】 前記イオン化装置が、自己バランス型イオン化装置である、
   請求項１に記載のイオン化装置のモニタ装置。
4. 【請求項４】 故障の検出を示すために前記検出回路に接続されたアラーム
   表示器を備えた、請求項１に記載のイオン化装置のモニタ装置。
5. 【請求項５】 故障の検出に応答して前記イオン化装置を制御するため、前
   記検出回路に接続された制御回路を備えた、請求項１に記載のイオン化装置のモ
   ニタ装置。
6. 【請求項６】 イオン化装置の高電圧回路の動作に影響を与えることなく該
   高電圧回路における故障を検出する方法であって、 検出回路を前記高電圧回路に容量性結合することによって該高電圧回路の電圧
   を検出するステップと、 その検出した電圧を閾値電圧と比較するステップと、 を備えたことを特徴とするイオン化装置のモニタ方法。
7. 【請求項７】 検出した前記電圧が前記閾値電圧よりも低いかまたは該閾値
   電圧と同じである場合にアラームを表示するステップを備えた、請求項６に記載
   の方法。
8. 【請求項８】 前記高電圧回路が、参照回路またはエミッタ回路である、請
   求項６に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記イオン化装置が、自己バランス型イオン化装置である、
   請求項６に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記閾値電圧よりも低い電圧または該閾値電圧と同じ電圧
    を検出する前記検出ステップに応答して前記イオン化装置を制御するステップを
    備えた、請求項６に記載の方法。