JP5301957B2 - イオン化電源の計器の自己較正のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオン化電源の計器の自己較正のための方法と装置に関する。

（関連出願に対する相互参照）
本出願は、「Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｓｅｌｆ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ Ｍｅｔｅｒ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｆｏｒ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ」という名称の２００７年１１月１９日付けで出願された米国仮特許出願第６０／００３，７９７号の利益を主張するものであり、この内容は、本引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
空気のイオン化は、非導電性材料及び絶縁された導体上において静電荷を生成又は除去する有効な方法である。空気イオナイザは、空気中において電荷の可動担体として機能する大量の正又は負のイオンを周辺雰囲気中に生成する。イオンは、空気を通じて流れるのに伴って、反対に帯電した粒子及び表面に吸引される。このプロセスを通じて、静電気に帯電した表面の生成又は中和を迅速に実現可能である。

空気のイオン化は、コロナ放電と呼ばれるプロセスにおいてイオンを生成する電気イオナイザを使用し、実行可能である。電気イオナイザは、電界が周辺空気の絶縁耐力を超える時点まで、尖った点の周辺の電界を強化することにより、空気イオンを生成する。電子が電極から周辺空気に流れる際に、負のコロナ放電が発生する。空気の分子から電極内への電子の流れの結果として、正のコロナ放電が発生する。

静電帯電システム、イオン化システム、又は交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）電荷中和システムなどのイオナイザ装置は、イオン化バー、空気イオン化ブロア、空気イオン化ノズル、及びこれらに類似したものなどの多数の形態を有しており、且つ、正及び負のイオンを作業空間内又はエリアの表面上に放射することにより、静電荷を生成又は中和するべく利用される。イオン化バーは、通常、紙の印刷、高分子シート材料、又はプラスチックバッグの製造などの連続的なウェブ作業において使用される。空気イオン化ブロア及びノズルは、通常、静電放電（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：ＥＳＤ）の影響を受け易いハードディスクドライブ、集積回路、及びこれらに類似したものなどの電子装置を組み立てる作業空間内において使用される。静電帯電システムは、通常、雑誌やルーズリーフ用紙などの紙製品を１つにピン留めするべく使用される。

イオナイザは、通常、高電圧電源によって電力供給される少なくとも１つのイオン化エミッタを含む。イオン化エミッタによって生成される電荷は、高電圧源を通じてイオン化エミッタに流入する電流に比例する。時間の経過に伴って、イオナイザは、ごみを蓄積する。イオナイザの性能を最適に維持するために、ごみを除去するべくイオナイザをクリーニングする必要がある。イオナイザがごみを蓄積するのに伴って、イオナイザの電荷が減少し、この結果、電源からイオナイザに流入する電流も減少することになる。従来、電源を通じてイオナイザに流入する電流は、電源からの合計電流の計測を許容する高電圧変圧器又は電源の帰還線（ｒｅｔｕｒｎ ｌｅｇ）を使用することにより、計測可能である。

要すれば、本発明の実施例は、イオン化システム内のイオナイザの相対的な状態を決定する方法を具備する。その方法は、イオン化システムを較正モードに置き、１つ又は複数の調節範囲でイオン化システムを段階的に変化させ、それぞれの段階において較正データを収集し、較正データをメモリ内に保存し、イオン化システムを動作モードに置き、イオン化システムの出力に関するリアルタイムデータを収集し、リアルタイムデータを較正データと比較し、これらの間の差を決定し、差の値を使用し、イオナイザの相対的な状態を決定することを、含む。

本発明の更なる実施例は、イオン化システム内のイオナイザの相対的な状態を識別する装置を具備する。その装置は、較正モジュールと、イオン化システムを１つ又は複数の調節範囲で段階的に変化させるレンジモジュールと、を含む。第１収集モジュールは、それぞれの段階において較正データを収集し、較正データをメモリ内に保存する。動作モジュールは、イオン化システムを動作モードに置く。第２収集モジュールは、イオン化システムの出力に関するリアルタイムデータを収集する。比較モジュールは、リアルタイムデータを較正データと比較し、システムの動作ポイントに基づいて、これらの間の差の値を決定し、且つ、差の値を使用してイオナイザの相対的な状態を決定する。

以上の概要、並びに、本発明の好適な実施例に関する以下の詳細な説明については、添付の図面との関係において参照された際に、更に理解することができよう。本発明の例示を目的とし、添付図面には、現時点において好ましい実施例が示されている。但し、本発明は、図示の構成及び方法そのままに限定されるものではないことを理解されたい。

本発明の好適な実施例によるバイポーラパルスイオン化システムの概略ブロック図である。 本発明の好適な実施例によるイオン化システムの較正データの収集と関連するフローチャートである。 本発明の好適な実施例によるイオン化システムのセットポイント調節を伴うリアルタイムサンプリングの収集及び比較プロセスと関連するフローチャートである。 本発明の好適な実施例によるイオン化システムの固定されたセットポイントを伴うリアルタイムサンプリングの収集及び比較プロセスと関連するフローチャートである。 本発明の好適な実施例によるイオン化システムの計器の図である。 本発明の好適な実施例によるイオン化システムのベースライン値及び調節範囲の表である。

本明細書に使用される特定の用語は、便宜のためのものに過ぎず、本発明に対する限定として解釈されてはならない。添付図面においては、いくつかの図において、同一の参照符号を使用して同一の要素を表記している。

図１は、本発明の一実施例によるイオン化装置１０の概略ブロックダイアグラムでる。イオン化装置の例は、静電帯電システム、イオン化システム、及び交流（ＡＣ）又は直流（ＣＤ）電荷中和システムを含む。イオン化装置１０は、イオナイザ電源１２を含み、これは、少なくとも１つの高電圧（ＨＶ）電源１３を含む。ＨＶ電源１３は、約３キロボルト（ｋＶ）〜約６ｋＶのＡＣ又はＤＣ電圧を供給可能である。イオナイザ電源１２は、制御装置又は制御装置モジュール１４（以下、簡潔に「制御装置１４」と呼ぶ）を更に含む。好適な一実施例においては、制御装置１４は、マイクロプロセッサである。別の好適な実施例においては、制御装置１４は、検知回路である。イオン化装置１０は、図１にイオナイザバーとして示された少なくとも１つのイオン化エミッタ１６を更に含む。エミッタ１６は、コネクタシステム１８によってイオナイザ電源１２に接続されている。イオナイザ電源１２は、入力電圧２０を供給し、イオン化エミッタ１６に電力を供給する。入力電圧２０は、電圧レベル、電流レベル、周波数、最大電圧、最小電圧、最大電流、最小電流、又はパルス時間などの動作パラメータによって表現可能である。コネクタシステム１８は、「Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の同時係属中の米国特許出願第１１／７６３，２７０号に記述されているように、エミッタ１６の１つ又は複数の特性をイオナイザ電源１２内の制御装置１４に提供可能であり、この特許出願の内容は、本引用により、本明細書に包含される。制御装置１４は、ＨＶ電源１３の１つ又は複数の動作パラメータを制御して接続されたエミッタ１６の正しい設定を調節する検出ロジック２２を有する。代替実施例においては、コネクタシステム１８が、コネクタシステム１８内に提供された特性に基づいてＨＶ電源１３内のアナログ制御電圧を直接的に変更するように、検出ロジック２２をコネクタシステム１８内に包含可能である。エミッタ又はイオナイザバー１６が検出されない場合には、ＨＶ電源１３は、好ましくは、出力電圧を自動的にシャットダウンする。

ＨＶ電源及びイオナイザを有するＤＣ、パルス、又はＡＣイオン化システムは、通常、システムの相対的な性能を示すべく計器又は棒グラフ表示を有する。イオナイザが動作するのに伴って、ごみ及びほこりが収集され、この結果、電荷を中和するイオナイザの能力が低下する可能性があることから、これらのタイプのインジケータは重要である。このごみは、絶縁性であることも導電性であることもあり、これらは、それぞれ、イオナイザバーからの電流の流れを制限するか又は増大させる。現時点において入手可能であるシステムは、ポテンショメーターを使用して手動で調節されており、これは、エンドユーザーにとって、わかりにくく、且つ／又は、面倒であろう。

本発明の１つ又は複数の好適な実施例によれば、制御装置１４を有するイオン化システム１０を開発することにより、ボタンに触れることによって計器を較正することができる。制御装置１４は、好ましくは、すべての用途及び範囲について十分なダイナミックレンジを有するように設計される。基本的に、制御装置１４は、好ましくは、電流の流れが本質的に異なる様々な長さのバーにおいてデータを正確に収集すべく十分なレンジを含む。計器を較正すべく、制御装置１４は、イオン化システム１０の出力においてベースライン情報を収集する。内部に保存された動作ポイント又はステップのレンジに従って、イオナイザ電源１２は循環的に動作する。それぞれの動作ポイント又はステップにおいて、値をデータポイントとして記録し、内部に保存する。記録された値に基づいて、スケーリング式を生成し、計器に適用する。計器は、無線、デジタルポート、又はアナログ出力を使用し、制御装置１４によって制御される。調節範囲は、高速、ハイブリッド、及び遠距離という動作モードの１つであるか又は組み合わせであってよい。

この技法の１つ又は複数の好適な用途においては、複数の動作ポイントにおいて、ベースライン電流を計測し、保存する。ベースラインレベルにおいてフルスケールを読み取るべく、計器を調節する。ベースライン電流からの相対的な増大又は減少は、レベルの減少として計器上に示される。ベースライン電流からの相対的な増大及び減少は、イオナイザにおける導電性のごみに起因した実際の増大又は絶縁性のごみに起因した減少が存在するかどうかとは無関係に、減少として示される。両方のタイプのごみは、結果的に電荷を中和させるイオナイザの能力を劣化させる負の効果をもたらすため、これらは、このような方式で示される。代表的な用途においては、これは、導電性又は絶縁性のごみ又はほこりのいずれかに起因したイオナイザバーの効率の減少を示すことにより、ユーザーを支援している。ベースラインレベルからのごみ又はほこりの相対的なレベルを示すディスプレイ又はその他の効率性に関するインジケータなどのその他の表示ディスプレイも、本発明の範囲に属している。

図１を再度参照すれば、イオナイザ電源１２は、ユーザー入力、センサデータ、マイクロプロセッサデータ、又はその他のリモートデータを含む１つ又は複数の供給源から入力２４を受信する。ユーザー、センサ、又はマイクロプロセッサからのデータに応答し、システムは、中和の目標領域２６に関するデータを収集する。好適な実施例においては、イネーブル信号２８によって高電圧パルスのタイミングを設定している。Ｖｐｒｏｇｒａｍ＋／−信号３０によって出力レベルを設定している。好適な実施例においては、センサ３２によって中和の目標領域又は移動ウェブに関するデータを収集している。

図２は、較正データの収集を示すフローチャートである。入力は、ユーザー、マイクロプロセッサ、或いは、イオン化システム１０に結合された又はこれと一体であるその他の装置から受信される。フローチャートに示された例においては、較正ボタンを押下し、較正モードに入る２２４。この後に、較正モジュール又はシーケンス２４０が起動される。このシーケンスにおいては、イオナイザに対する高電圧電源の１つ又は複数のポイントにおいて、イオナイザの複数のベースライン出力電流を計測する。これらの出力計測は、計測ポイントのそれぞれにおけるベースライン較正データとしてコンパイルされる。計測ポイントは、予めプログラムされた、或いは、ユーザー、マイクロプロセッサ、又はイオン化システムに結合された又はこれと一体であるその他のコネクタシステムによってプログラム可能であるセットポイントである。好ましくは、範囲を均一に分割してセットポイントを決定することにより、メモリ内のセットポイントは、すべての設定範囲をカバーする。一実施例においては、ベースライン電流データをコンパイルすべく、２５０個のセットポイントがメモリ内に保存されている。それぞれのポイントにおいて、ベースライン電流を計測し、保存する２４８。

図１及び図２を参照すれば、選択された電離バーのベースラインデータの較正を開始する入力を受信する。好適な実施例においては、較正シーケンスを開始し２４０、複数のポイントにおけるイオナイザの出力電流をそれぞれのポイントにおいて計測し、保存する。これらのポイント、即ち、セットポイントは、メモリから、又は入力源から取得可能である２５８。セットポイントは、すべての設定範囲をカバーしている。すべての設定範囲をカバーすべく、範囲を均一に分割し、セットポイントを決定する。好適な実施例においては、１００〜３００個のセットポイントの範囲をセットポイントの配列２６０として計測し、保存する。更に好適な実施例においては、２５０個のセットポイントを計測し、保存する。電源をポイントのそれぞれのものに対して設定し２６２、ポイントのそれぞれのものにおいてデータをサンプリングする２６４。データを収集し、選択されたイオナイザバーのベースライン値をコンパイルする。実施すべき更なるセットポイントが存在しておらず２４６、且つ、ポイントのそれぞれのものにおいてデータが収集された際に、較正データを保存する２４８。その他の好適な実施例においては、収集プロセスにおいてデータを保存する。このプロセスは、選択されたイオナイザに対して電源を較正する。好適な実施例においては、較正の際には、ユーザー、センサ、又はマイクロプロセッサ入力に応答するプロセスが一時停止される。更には、この較正の際には、電流の出力値を、選択されたイオナイザバーのベースライン値に対してリセットする２４５。その後、電源は、その正常な動作に復帰する２４９。

図３は、第２収集モジュールと関連するフローチャートであり、これは、リアルタイムサンプリングの収集であって、比較モジュール又は比較プロセスにも関係付けられており、本発明の好適な実施例によるイオン化システムのセットポイント調節を伴っている。図３には、保存された較正データがそれぞれのループにおいて呼び出されるように、ループ内にセットポイント調節が存在している。読み出されるデータポイントは、適用されるセットポイント又は動作ポイントに最も近い電源によって取得されたポイントである。図４は、固定されたセットポイントによるリアルタイムサンプリングの収集及び比較プロセスと関連するフローチャートであり、この場合には、１つの保存された較正値４４８、即ち、固定されたセットポイント又は動作ポイントに最も近いもののみが使用される３６６。図３及び図４における実質的に類似した段階は、同一の参照符号によって表現されている。本発明の好適な実施例によれば、電源は、アナログ／デジタル読み取り値を継続的にサンプリングしている３６４。サンプリングは、継続的又は間欠的であってよい。計測されたセットポイントに基づいて、そのセットポイントについて保存されたベースライン値から、そのセットポイントの較正データを取得する３６８。保存された値及びセットポイントにおけるリアルタイムの読み取り値から、百分率差の絶対値を算出する３７０。好適な実施例においては、取得されたＩ_calは、そのセットポイントにおけるベースライン較正計測値である。取得されたＩ_calには、１００％の値が割り当てられる。１００％からの誤差を算出する。好適な実施例においては、差を決定するべく使用される計算は、次式のとおりである。

Ｉ_D＝［Ｉ_cal−Ｉ_rt］

ここで、Ｉ_Dは、ベースライン較正計測値（Ｉ_cal）からリアルタム計測値（Ｉ_rt）を減算したものの絶対値である。ベースライン較正からの百分率差Ｅ％は、次式によって算出される３７２。

Ｅ％＝１００＊（１−（Ｉ_D／Ｉ_cal）

百分率差を算出した際に、イオナイザ電源のメーター又はディスプレイが更新される３７４。又、イオナイザ電源に接続されたユーザーインターフェイスも更新され、百分率差Ｅ％を表示する。百分率差Ｅ％を、選択されたイオナイザバーの閾値限度と比較する３７６。閾値限度を超過している際には、クリーンバーインジケータを点灯させる３７８。本発明の様々な好適な実施例においては、イオナイザバーのクリーニングを要する限度の閾値は、ユーザー、センサ、マイクロプロセッサによって構成可能であり、或いは、イオナイザ電源に結合された又はこの内部に配置されたソフトウェアによって設定可能である。本発明の好適な実施例においては、電流は、ディスプレイ上において監視されており、且つ、クリーンバーインジケータは、電流がＩ_calの較正値から６０％のＥ％だけ逸脱した際に、点灯される。

図５は、イオン化システムの計器の図である。図５は、本発明の計器の詳細及びクリーンバーインジケータを表示する１つの好適なユーザーインターフェイス５００を示している。図５の計器インジケータにおいては、内部百分率スケール５５０が右側に表示され、且つ、内部百分率スケールに対して数値が割り当てられており、これらの数値は、単純な数値スケール５５２上において、イオナイザのベースライン較正からのイオナイザのリアルタイム出力の逸脱の低いものから高いものまでの優先順位を示している。百分率差の増大に伴って、一連のインジケータライト５５４が、最低から最高に向かって点灯される。ポイントの百分率差が閾値限度を超過している際には、クリーンバーライト５５６が点灯される。イオナイザバーがクリーニングされた際には、システムは、リセットされる。いくつかの好適な実施例においては、イオナイザバーのクリーニングを伴うことなしに、システムをリセットすることができる。

図６は、イオン化システムのベースライン値及び調節範囲の表６００である。本発明の好適な実施例においては、電源は、装着されたイオナイザバーのタイプを設定する。好適な実施例においては、電源は、コネクタシステムを使用し、装着されたバーのタイプを自動的に設定している。この実施例においては、イオナイザバーのタイプは、異なる動作距離について最適化された異なるピン間隔を有している。電源は、図６の表６に示されているように、異なる周波数及び出力電圧においてバーを動作させる。較正を開始する前に、イオナイザバーを望ましい場所に設置することを要する。較正の際には、アナログ／デジタル読み取り値を収集する。これらの読み取り値は、新しい条件又はベースライン条件におけるバーの性能を反映しており、且つ、設備のその他のファクタをも反映している。例えば、このような１つのファクタは、接地された金属表面に対するバーの近接性であろう。考慮及び補償対象であるその他のファクタは、イオナイザバーの長さを含む。バーが短いほど、少ない数のエミッタピンを具備し、且つ、低い電流において動作し、バーが長いほど、多くの数のピンを具備し、且つ、大きな電流において動作する。自動較正サイクルにおいては、このファクタが反映され、且つ、必要に応じて、ベースラインデータにおいて補正される。イオナイザ電源は、設置の際にイオナイザバーの性能を計測するため、イオナイザ電源は、較正を使用し、ユーザーインターフェイス又はユーザーディスプレイを含む図５の計器を自動的にスケーリングすることができる。ポテンショメーターを調節するか又はその他の方法で電源を「微調整」する必要はない。

当業者には、この発明の概念を逸脱することなしに、前述の実施例に変更を加えることができることを理解するであろう。従って、本発明は、開示された特定の実施例に限定されるものではなく、本発明は、添付の請求項によって定義された本発明の精神及び範囲内の変更を含むべく意図されていることを理解されたい。

Claims (26)

1. イオン化システム内のイオナイザの相対的な状態を決定する方法であって、
   ａ）前記イオン化システムを較正モードに置き、
   ｂ）前記イオン化システムを１つ又は複数の調節範囲で段階的に変化させ、
   ｃ）それぞれの段階において較正データを収集し、前記較正データをメモリ内に保存し、
   ｄ）前記イオン化システムを動作モードに置き、
   ｅ）前記イオン化システムの出力に関するリアルタイムデータを収集し、
   ｆ）前記リアルタイムデータを前記較正データと比較し、これらの間の差の値を決定し、
   ｇ）前記差の値を使用し、前記イオナイザの前記相対的な状態を決定すること、
   を具備する方法。
2. 前記出力は、前記イオン化システムの出力電流である請求項１記載の方法。
3. 前記調節範囲の１つは、前記イオン化システムの出力電圧である請求項１記載の方法。
4. 前記調節範囲の１つは、前記イオン化システムのデューティサイクルである請求項１記載の方法。
5. 前記調節範囲の１つは、前記イオン化システムの周波数である請求項１記載の方法。
6. 前記イオン化システムの出力電圧及び前記イオン化システムのデューテイサイクルを含む少なくとも２つの調節範囲で前記イオン化システムは段階的に変化させられる請求項１記載の方法。
7. 前記差の値を使用し、前記相対的なイオナイザ状態のインジケータを制御することを更に具備する請求項１記載の方法。
8. 前記メモリは、不揮発性メモリであり、これにより、前記較正データは、前記イオナイザに対する電力が遮断された場合にも、保存された状態に留まる請求項１記載の方法。
9. 前記イオナイザは、１つ又は複数のイオン化ピンを含み、前記方法は、前記イオン化ピンがクリーニングされた後に、段階（ａ）〜（ｇ）を反復することを更に具備する請求項１記載の方法。
10. 前記イオナイザは、中和イオナイザである請求項１記載の方法。
11. 前記較正は、ユーザーインターフェイスから受信される請求項１記載の方法。
12. 段階（ｆ）において、前記リアルタイムデータと前記較正データの前記比較は、前記イオン化システムの動作ポイントに最も近い前記収集された較正データの較正値を使用して実行される請求項１記載の方法。
13. 段階（ｆ）において、前記リアルタイムデータと前記較正データの前記比較は、固定されたセットポイントである保存された較正値を使用して実行される請求項１記載の方法。
14. イオン化システム内のイオナイザの相対的な状態を識別する装置であって、
    ａ）較正モジュールと、
    ｂ）前記イオン化システムを１つ又は複数の調節範囲で段階的に変化させる範囲モジュールと、
    ｃ）それぞれの段階において較正データを収集し、前記較正データをメモリ内に保存する第１収集モジュールと、
    ｄ）前記イオン化システムを動作モードに置く動作モジュールと、
    ｅ）前記イオン化システムの出力に関するリアルタイムデータを収集する第２収集モジュールと、
    ｆ）前記リアルタイムデータを前記較正データと比較し、前記システムの動作ポイントに基づいて、これらの間の差の値を決定し、前記差の値を使用して前記イオナイザの前記相対的な状態を決定する比較モジュールと、
    を具備する装置。
15. 前記出力は、前記イオン化システムの出力電流である請求項１４記載の装置。
16. 前記調節範囲の１つは、前記イオン化システムの出力電圧である請求項１４記載の装置。
17. 前記調節範囲の１つは、前記イオン化システムのデューティサイクルである請求項１４記載の装置。
18. 前記調節範囲の１つは、前記イオン化システムの周波数である請求項１４記載の装置。
19. 前記範囲モジュールは、前記イオン化システムの出力電圧及び前記イオン化システムのデューティサイクルを含む少なくとも２つの調節範囲で前記イオン化システムを段階的に変化させる請求項１４記載の装置。
20. 前記相対的なイオナイザ状態のインジケータを制御するために前記比較モジュールの前記差の値が使用される請求項１４記載の装置。
21. 前記メモリは、不揮発性メモリであり、これにより、前記較正データは、前記イオナイザに対する電力が遮断された場合にも、保存された状態に留まる請求項１４記載の装置。
22. 前記イオナイザは、１つ又は複数のイオン化ピンを含む請求項１４記載の装置。
23. 前記イオナイザは、中和イオナイザである請求項１４記載の装置。
24. 前記較正データは、ユーザーインターフェイスから受信される請求項１４記載の装置。
25. 前記比較モジュールは、比較のために、前記イオン化システムの動作ポイントに最も近い前記収集された較正データの較正値を呼び出す請求項１４記載の装置。
26. 前記比較モジュールは、比較のために、固定されたセットポイントである保存された較正値を呼び出す請求項１４記載の装置。

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