KR102640573B1

KR102640573B1 - 자가 클리닝 선형 이온화 바아 및 그 방법

Info

Publication number: KR102640573B1
Application number: KR1020187019581A
Authority: KR
Inventors: 피터 게프터
Original assignee: 일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2024-02-23
Also published as: TWI685163B; JP7150601B2; TW201722009A; US20170169986A1; EP3387719B1; CN108604781A; KR20180091898A; US9859090B2; JP2019505067A; EP3387719A1; CN108604781B; WO2017099907A1

Abstract

적어도 하나의 이온화 전극, 적어도 하나의 전극 클리너, 및 적어도 2개의 스풀 조립체를 갖는 자가 클리닝 선형 이온화기가 개시된다. 전극은 대향 단부를 갖고, 이온 구름을 생성하고 사용에 따라 열화 생성물을 발생시키는 표면을 갖는 축방향 작동 길이부를 형성한다. 전극의 작동 길이부는 고정형이지만, 전극은 가동형이다. 전극 클리너는 또한 고정형이고, 그 작동 길이부를 따라 전극에 선택적으로 맞물린다. 전극의 대향 단부는 전극 클리너가 이동 중에 전극으로부터 표면 열화 생성물의 적어도 일부를 제거하도록 이온화 전극을 선택적으로 이동시키는 대향 스풀 조립체에 고정된다. 주기적으로, 교대로, 또는 동시에 발생할 수도 있는 자가 클리닝 및 이온화 동작 모드를 갖는 개시된 이온화기를 사용하는 방법이 또한 개시된다.

Description

자가 클리닝 선형 이온화 바아 및 그 방법

본 발명은 자가 클리닝 선형 이온화기(self-cleaning linear ionizers) 및 코로나 이온화기(corona ionizers)용 관련 프로세스에 관한 것이다. 본 발명은 선형 이온 방출기가 와이어인 이온화 바아(ionizing bar)(그러나, 이에 한정되는 것은 아님)에 특히 유용하다. 이에 따라, 본 발명의 일반적인 목적은 이러한 특성의 신규한 시스템, 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

종래의 선형 이온화 바아는 통상적으로 (1) 적어도 하나의 선형 이미터 및 하나 이상의 비이온화 기준 전극을 갖는 바아형 이온화 셀; (2) 각각의 이온 이미터를 둘러싸고 공급 매니폴드에 연결된 제트형 노즐의 그룹을 갖는 청정 공기(또는 다른 가스) 공급 시스템; 및 (3) 이온화 셀에 접속된 AC 또는 펄스형 DC 고전압 전원을 갖는 제어 시스템으로 구성된다. 이러한 선형 이온화 바아는 평판 패널 디스플레이, 일반 전자 기기, 반도체 등을 포함하는 광범위한 제조 산업에서 용례를 발견하고 있다. 몇몇 디자인/용례가 이온화/하전을 위해 최적화될 수도 있지만, 다른 것들이 대신에 전하 중화를 위해 최적화될 수도 있다. 전화 중화 용례는 비교적 가까운 거리에서 급속한 처리량으로 대형의 하전된 물체의 중화를 수반할 수도 있다. 예를 들어, 3000 mm 초과의 폭 및 길이를 갖는 유리 패널의 정면 및 이면은 전하 중화될 필요가 있을 수도 있는 데, 여기서 이온화 바아(들)와 디스플레이 패널 사이의 거리는 일반적으로 50 내지 100 mm, 최대 1000 mm 이상의 범위이고, 디스플레이 패널은 로봇 시스템을 사용하여 고속으로 운송된다.

선형 이온화기[이미터(들)/전극(들)으로서 길고 얇은 와이어(들)를 포함하는 이온화 셀]를 갖는 전하 중화 바아가 (1) 발명의 명칭이 "코로나 방전 중화 장치(Corona Discharge Neutralizing Apparatus)"인 미국 특허 제7,339,778호; (2) 발명의 명칭이 "정적 전화 중화를 위한 청정 코로나 가스 이온화(Clean Corona Gas Ionization For Static Charge Neutralization)"인 미국 특허 제8,048,200호; 및 (3) 발명의 명칭이 "다중 섹션 선형 이온화 바아 및 이온화 셀(Multi-Sectional Linear Ionizing Bar And Ionization Cell)"인 미국 특허 제8,492,733호에 제안되어 있는 데, 이들 특허의 모두는 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있다. 또한, 와이어 이미터를 갖는 이온화 바아는 스웨덴 말뫼 소재의 AB Liros Electronic 및/또는 독일 함부르크 소재의 Liros Electronic, 및 미국 캘리포니아주 알라메다 소재의 Simco-Ion Technology Group에 의해 현재 제조되고 있다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 통상의 다중 섹션 선형 이온화 바아(100)는 4개의 주 요소: 하우징/봉입체(103), 그 길이를 따라 이온 플라즈마 영역을 형성하기 위한 고정형 선형 이온 이미터(201)를 갖는 2개의 이온화 셀(101, 102), 소스로부터 가스를 수용하여 이 가스를 선형 이온 이미터(201)를 지나 전달하기 위한 매니폴드[하우징(103) 내의 뷰로부터 은폐되어 있음], 및 이온 플라즈마 영역을 형성하기 위해 이온화 신호/전압[통상의/적합한 전원으로부터]을 선형 이온 이미터(201)에 공급하기 위한 수단(202)을 포함한다. 이온화 셀(101, 102)은 이온 이미터(201)의 양측에 위치된 공통 기준(비이온화) 전극(104, 105)을 또한 갖는다. 전극(104, 105)은 통상적으로 이온 이미터(201)의 대향 측면들 상에 이온 이미터에 평행하게 그리고 등간격으로 위치된다. 이 특정 선형 이온화 바아는 발명의 명칭이 "다중 섹션 선형 이온화 바아 및 이온화 셀)"인 미국 특허 제8,492,733호(상기에서 참조로서 합체됨)에 상세히 도시되어 있고 설명되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 하우징(103)은 다수의 셀의 함께 데이지 체이닝(daisy-chaining)이 용이하게 성취되도록 일 측으로부터 탈착가능한 이온화 셀 모듈(101, 102)을 지지한다. 봉입체(103)는 내부측[봉입체(103)에 의해 뷰로부터 은폐되어 있음] 내에 고전압 전원 및 제어 시스템을 수용할 수도 있다.

각각의 통상의 이온화 셀(101, 102)은 선형, 예를 들어, 와이어형 코로나 방전 이온 이미터/전극(201), 한 쌍의 그릴(205a, 205b), 및 도시되어 있는 바와 같이 선형 이온 이미터(201)를 거쳐 가스 스트림을 전달하기 위해 선형 이온 이미터(201) 뒤에 그리고 플레이트(203)를 통해 후방에 위치된 가스 오리피스(206)의 어레이(다수의/복수의)를 포함할 수도 있다.

접촉/인장 스프링(202)은 바람직하게는 와이어 전극(201)의 각각의 단부 및 고정 셀(103)에 위치되고 이들에 부착된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 스프링(202)은 또한 고전압 이온화 신호를 수신하여 이들 신호를 전극(201)에 인가한다. 이러한 AC 이온화 신호(통상적으로, 고전압 AC, 그러나 특정 용례에서 DC)가 선형 전극(201)에 인가될 때, 코로나 방전이 발생하여[전극(201, 104, 105) 사이에] 이에 의해 막대한 양의 양자 모두의 극성 이온을 산출한다. 그 결과, 이미터(201)는 양이온 및 음이온의 치밀한 고농도 쌍극 이온 구름에 의해 둘러싸인다.

전술된 유형의 통상의 선형 이온화 바아의 장점에도 불구하고, 이들 선형 이온화 바아는 코로나 방전 이온화기 사이에 공통적인 적어도 하나의 결점: 바람직하지 않은 이온 균형 오프셋을 유발함으로써 이온화 바아 성능을 상당히 감소시킬 수도 있는 이미터 부식/오염/열화(degradation), 더 긴 방전 시간, 및 주위 환경 및 타겟 작업편(들)으로의 오염의 확산을 여전히 겪고 있다. 따라서, 수동 및 규칙적 이미터 클리닝은 전술된 유형의 선형 이온화 바아를 위한 강제적인 유지보수 요구이다. 이 디자인에서, 와이어 이미터는 와이어 전극(201) 상에 축적하는 부식물, 부스러기(debris), 먼지 등의 수동 제거를 용이하게 하기 위해 스프링 장치에 의해 기부 플레이트(203) 위로 상승된다.

수동 클리닝은 다수의 이유로 바람직하지 않다. 예를 들어, 수동 클리닝 프로세스는 공기/가스의 유동 및 고전압 이온화 신호를 턴오프하는 것 및 2개의 그릴/레일(205a, 205b) 사이에 소정 유형의 와이어 클리닝 도구를 삽입하는 것을 요구한다. 이 클리닝 도구는 이미터(201)를 따라 전후방으로 문지름에 따라 이미터 와이어(201)를 물리적으로 접촉하는 브러시, 습식/건식 와이프, 또는 발포체 블록일 수도 있다. 특히 대형 반도체 도구 내에 설치된 이온화 바아를 위한 수동 클리닝을 위해 이온화 이미터 와이어에 도달하는 것이 종종 어렵기 때문에, 클리닝 도구는 비교적 긴 거리로부터 이미터 와이어(201)에 도달하기 위해 스틱에 연결될 수도 있다. 이 이유로, 수동 클리닝은 와이어, 스프링 접촉부를 손상시키고, 탈착가능한 이온화 셀의 수명을 단축시킬 수도 있다. 마지막으로 그러나 앞서 말한 것 못지 않게 중요하게, 클리닝 사이클이 발생해야 하는 빈도는 이온화 바아가 사용되는 룸/생산 현장의 주위 공기 조건/청결도[공기중 미립자 농도 또는 공기중 분자 오염(airborne molecular contamination: AMC)과 같은]에 좌우된다. 이러한 클리닝 사이클은 시간 소모적일 수도 있고, 특정의 중대한 현장 용례로 매일 또는 매주 요구될 수도 있다.

현재 개시된 발명은 전술된 문제점을 해결하는 것이 가능하고, 따라서 FPD 산업, 반도체, 및 다른 용례를 위해 일반적으로 유리한 선형 이온화기 디자인을 위한 새로운 접근법을 제안한다.

일 장치 형태에서, 본 발명은 대향 단부를 갖는 적어도 하나의 이온화 전극, 적어도 하나의 전극 클리너, 및 적어도 2개의 스풀 조립체를 갖는 자가 클리닝 선형 이온화기를 제공함으로써, 전술된 요구를 만족시키고 관련 기술 분야의 전술된 및 다른 결점을 극복한다. 전극은 이온화 전압이 그에 인가될 때 선형 이온 구름을 형성하는 축방향 작동 길이부 및 사용에 따라 열화 생성물을 발생시키는 표면을 형성한다. 이러한 열화 생성물은 코로나 방전 중에 전극 표면과 주위 환경 사이의 상호작용의 결과로서 오염성 부산물의 축적에 기인할 수도 있다(또는 기인하지 않을 수도 있음). 예를 들어, 열화 생성물은 바람직하지 않은 입자의 임의의 유인보다 와이어 침식/부식에 기인할 수도 있다. 본 명세서에 사용될 때, 전극의 작동 길이부는 전극이 이동하는지 여부에 무관하게, 이온화 전압의 인가에 응답하여 전하 캐리어를 방출하는 전극의 선형 부분이다. 전극의 작동 길이부는 고정형이지만, 전극은 고정형 및 선형 작동 길이부를 따라 축방향으로 이동 가능할 수도 있다. 전극 클리너는 그 작동 길이부를 따라 선택적으로 맞물릴 수도 있고, 선택적으로 고정형일 수도 있고, 또는 진동할 수도 있다. 전극의 대향 단부는 전극 클리너가 이동 중에 전극으로부터 표면 열화 생성물의 적어도 일부를 제거하도록 이온화 전극을 선택적으로 이동시키는 대향 스풀 조립체에 고정될 수도 있다. 실질적으로 일정한 장력이 전극 상에 유지되도록 등하중 스프링 모터(constant-force spring motor)가 전극을 인장한다.

본 발명의 일 방법 형태는 대향 단부 및 전극의 길이보다 작은 선형의 축선 규정 작동 길이부를 갖는 가동 이온화 전극, 전극에 선택적으로 맞물릴 수도 있는 고정형 또는 가동형 전극 클리너, 전극의 선형 작동 길이부가 대향하는 스풀 조립체들 사이에 배치되도록 전극 단부가 부착되어 있는 대향 스풀 조립체들, 및 실질적으로 일정한 장력이 전극 상에 유지되도록 대향하는 스풀 조립체들 상에서 전극을 인장하는 등하중 스프링 조립체를 갖는 유형의 이온화기를 사용하는 방법을 포함할 수도 있다. 본 발명의 사용 방법의 일 단계는 이온화/작동 동작 모드 중에, 전극에 이온화 신호를 인가하여 이에 의해 그 선형 작동 길이부를 따라 선형 이온 구름을 형성하는 것을 포함할 수 있고, 이에 의해 전극 표면이 사용에 따라 열화 생성물을 발생시킬 수 있다. 본 발명의 사용 방법의 다른 단계는 클리닝 동작 모드 중에, 스풀 조립체를 회전시켜 제1 축방향으로 이온화 전극을 이동시키고 인장하여 전극 클리너가 이동 중에 전극으로부터 표면 열화 생성물을 제거하게 하는 것을 포함할 수도 있다.

다양한 대안적인 방법 실시예에서, 이온화 및 클리닝 동작 모드는 동시에, 교대로 발생할 수도 있고, 그리고/또는 원하는 패턴/사이클로 선택적으로 반복될 수도 있다. 예를 들어, 클리닝 동작 모드는 이온화 동작 모드가 매번 반복되기 전에 연속적으로 적어도 2회 반복될 수도 있다.

일반적으로, 본 발명의 전술된 방법은 본 발명의 전술된 장치와 함께 사용하기 위해 특히 양호하게 구성된다. 유사하게, 본 발명의 장치는 전술된 본 발명의 방법을 수행하기 위해 양호하게 적합된다.

본 발명의 수많은 다른 장점 및 특징은 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터, 청구범위로부터 그리고 첨부 도면으로부터 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예가 유사한 도면 부호가 유사한 단계 및/또는 구조체를 표현하고 있는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이고, 여기서:
도 1 및 도 2는 각각, 합체된 종래 기술의 참조 문헌 미국 특허 제8,492,733호의 하나의 통상의 선형 이온화 바아의 사시도 및 저면도이고;
도 3은 본 발명에 따른 제1 바람직한 자가 클리닝 이온화 바아 실시예를 개략적으로 도시하고 있고(측면 입면도로);
도 4a는 도 3에 개략적으로 나타낸 본 발명의 실시예의 물리적 구현예의 부분 분해 사시도이고;
도 4b, 도 4c 및 도 4d는 도 3 및 도 4a에 나타낸 본 발명의 실시예에 사용을 위한 일 특히 바람직한 피그테일 지지 요소를 도시하고 있고;
도 5a는 도 3 내지 도 4d에 개략적으로 나타낸 본 발명의 물리적 구현예의 단면 입면도이고, 이 도면은 본 발명의 독창적인 이온화기 내에 위치된 제1 스풀 조립체의 부분을 도시하고 있고;
도 5b는 도 3 내지 도 5a에 개략적으로 나타낸 본 발명의 물리적 구현예의 단면 입면도이고, 이 도면은 본 발명의 독창적인 이온화기 내에 위치된 대향하는 스풀 조립체를 도시하고 있고;
도 6은 도 3 내지 도 5b의 독창적인 자가 클리닝 선형 이온화기에 고유적으로 구체화된 기생/표유 커패시턴스를 도시하고 있는 단순화한 전기 회로 모델이고;
도 7a는 본 발명의 자가 클리닝 선형 이온화기의 제2 바람직한 실시예의 저면도이고, 이 실시예는 클리닝 셔틀을 채용하고 있고;
도 7b는 도 7a의 제2 바람직한 실시예의 클리닝 셔틀을 더 상세히 도시하고 있다.

도 3 내지 도 5b를 함께 참조하면, 제1 바람직한 자가 클리닝 선형 이온화기(300)가 먼저 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 여기서 설명될 때, 도 3 내지 도 5b의 이온화기(300)는 첨부 도면에 도시되어 있는 바와 같은 그리고 본 명세서에 설명되는 바와 같은 것을 제외하고는 종래의 이온화기(100)와 물리적으로 그리고 동작적으로 동일하다. 도 3의 본 바람직한 실시예에 따르면, 바람직한 발명은:

1. 적어도 하나의 가요성 와이어 전극(301) 및 기준 전극[도 1 및 도 2의 아이템(104, 105), 그러나 도 3에는 은폐되어 있음]을 포함하는 이온화 셀(305);

2. 서보 기어 모터(314)를 갖는 전극-이동/구동 스풀 조립체(302);

3. 등하중 이온화 전극 이동 및 인장 시스템/조립체(303);

4. 클리닝 기구(315)의 효용성을 향상시키고 선택적으로 고전압 전원(319)의 이온화 신호를 와이어 전극(301)에 인가하기 위해 전극 접촉 장치(318)(인가 수단)와 조합될 수 있는 전극 클리닝 기구(315);

5. 연계된 제어 시스템(321)을 각각 갖는 고전압 및 저전압(당 기술 분야의 숙련자의 디자인 고려사항 및 실습에 기초하여 선택된 바와 같은, AC 또는 DC) 전원(319, 320);

6. 선택적인 부스러기 수집 및 소개(evacuation) 시스템(312, 316, 317); 및

7. 선형 이온 전극(301)을 지지하기 위한 선택적 지지 요소(304)를 포함할 수도 있다.

본 실시예에서, 단일의 선형 이온 이미터(301)는 바람직하게는 와이어 구동 스풀 조립체(302)와 와이어 인장 및 와이어 이동 스풀 조립체(303) 사이에서 탄성적으로 편향되는 가요성 와이어 전극이다. 스풀 조립체(303)는 바람직하게는 전극(301)이 장력(Tw)으로 스풀 조립체(302, 303)(이동 수단) 사이에서 팽팽하게 신장되도록 토크의 형태의 회전 에너지를 저장하고 해제하는 것이 가능한 수동 코일형 파워 스프링 모터를 포함한다. 스풀 조립체(302) 및 스풀 조립체(303)는 본 명세서에서 또한 제1 및 제2 스풀 조립체라 칭하고, 특히 전극(301)의 대향 단부들이 이들에 부착될 수도 있어 전극(301)의 작동 길이부가 이들 스풀 조립체 사이에 팽팽하게 배치될 수도 있게 된다. 제1 스풀 조립체(302)는 서보 기어 모터(314) 및 제1 스풀(313)을 포함할 수도 있다. 제2 스풀 조립체(303)는 등하중 스프링 모터(310) 및 제2 스풀(307)을 포함할 수도 있다. 도 3의 실시예에서, 구동 모터(314)가 그 작동 길이부를 따라 제1 축방향으로 전극(301)을 견인함에 따라 전극(301)은 제1 전극 스풀(313) 주위에 권취되고, 이에 의해 오염성 부산물의 적어도 일부가 전극 클리너(315)에 의해 와이어 전극(301)의 표면으로부터 문질러 제거된다. 또한, 등하중 스프링 모터 조립체가 그 작동 길이부를 따라 대향 축방향으로 전극(301)을 견인함에 따라 전극(301)은 제2 스풀(307) 주위에 권취되어, 이에 의해 오염성 부산물의 적어도 일부가 전극 클리너에 의해 와이어 전극(301)의 표면으로부터 문질러 제거된다.

기다란 이온화기(약 1.0 미터 이상)에 대해, 와이어 전극(301)은 이동 수단(제1 및 제2 스풀 조립체)의 회전이 지지 요소(304)를 통한 와이어 전극의 축방향 이동을 유발하도록 복수의 중간 지지 요소(304)에 의해 또한 지지될 수도 있다. 이들 지지 요소(304)는 공기/가스 공급 매니폴드(305) 상에 또는 바아 봉입체(이 도면에는 도시되어 있지 않음) 상에 위치될 수 있다. 본 실시예의 물리적 구현예의 부가의 상세는 도 4 및 그 이후의 도면에 관하여 제시되어 있다.

와이어 인장 및 와이어 이동 스풀 조립체 기구(303)는 바람직하게는 스프링 모터(310)(인장 수단)에 의해 탄성적으로 편향된 가이드 롤(또는 대안적으로, 피그테일 가이드)(306) 및 스풀/보빈(307)을 포함한다. 사용시에, 가요성 와이어 전극(301)은 스풀(307) 상에 감길/권취될 수도 있고, 최종 와이어 전극 코일은 직경(D1)을 가질 것이다. 선택적으로, 스풀(307)은 항상 최소의 다수의 감김부를 보유할 수도 있고, 이들 최종 감김부는 이미터 와이어(301)와 동일한 또는 상이한 재료로부터 구성될 수도 있다. 이러한 최종 감김부를 위한 고가의 텅스텐 와이어의 단부 상에 상이한 재료의 "테일"을 스플라이싱하는(splicing) 것은 전하 캐리어를 제조하기 위해 절대로 전개되지 않을 텅스텐 전극의 과잉의 감김부를 유지하는 것보다는 스풀에 전극을 고정하는 저가의 방법이다. 스풀(307) 상에 권취될 수 있는 와이어 전극(301)의 길이는 바람직하게는 이온화 바아(300) 내에 존재하는 전극(301)의 작동 길이부(선형부)(예를 들어, 1500 mm)보다 커야 한다(적어도 동일함).

스풀(307)은 바람직하게는 직경(D2)을 갖는 풀리/보빈(308)과 축방향으로 정렬되고 고정적으로 부착된다(또는 일체로 형성됨). 도시되어 있는 바와 같이, 코드/케이블(322)의 일 단부는 풀리(308) 상에 감길/권취될 수도 있고, 다른 단부는 스프링 모터 조립체(310)에 대해 일정한 장력(Fs)으로 탄성적으로 편향될 수도 있다. 스프링 모터 조립체(310)는 릴/회수기/스풀/보빈일 수도 있고 바람직하게는 100 내지 300 그램의 수축 부하/힘을 위해 정격화되어 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 스풀(307) 및 풀리(308)를 위한 동일한 토크의 조건으로부터 와이어 전극(301) 상의 최종 장력(Tw)을 이하와 같이 계산할 수도 있다:

Tw = Fs × D2/D1

와이어 전극(301)은 바람직하게는 소직경 텅스텐 또는 티타늄 와이어이다. 그러나, 전극(301)은 대안적으로, 또한 임의의 다른 유형의 통상의(종래의) 코로나 방전 와이어일 수도 있다. 전극 장력(Tw)의 제어는 이온화 중에 파손 뿐만 아니라 이동/진동[이러한 이동/진동은 전극(301)의 내용년수를 단축시킬 수도 있기 때문에]을 감소시키기 위해 정상 이온화 모드(정적 동작 모드) 중에 중요하다. 유사하게, 전극 장력(Tw)의 제어는 파손을 감소시키고 전극(301)과 클리닝 기구(315/318) 사이에 적절한 접촉을 제공하기 위해 클리닝 모드(동적/이동 동작 모드) 중에 중요하다. 따라서, 인장 수단[스프링-모터 조립체(310)]은 정적 및 동적 동작 모드의 모두 중에 실질적으로 일정한 안정한 전극 장력을 제공하는 것이 중요하다. 여기에 사용될 때, 장력은 사전결정된 원하는 장력의 20 퍼센트(플러스 또는 마이너스) 내에 있으면 실질적으로 일정한 것으로 고려된다. 스프링 모터/회수기 조립체(310)는 와이어 이동의 제어를 위한 와이어 클리닝 모드 중에 풀리(308)[또는 스풀(307) 및 풀리(308)가 서로에 대해 고정되어 있으면 스풀(307)]의 회전수를 모니터링하기 위한 코일-스프링 회전 센서(310')를 포함할 수도 있다. 풀리(308)의 직경(D2)은 바람직하게는 스풀(307)의 직경보다 작고, 따라서 코드 상의 장력은 와이어 전극 상의 장력보다 작다. 스풀(307) 및 풀리(308)는 이온화기(300)의 와이어 이동 및 와이어 인장 조립체의 높은 청결성을 지원하기 위해 공압 라인 및/또는 진공 포트(312)와 유체 연통할 수도 있는 플라스틱(또는 다른 전기 절연성) 봉입체(311) 내부에 위치될 수도 있다.

전극 구동 조립체(302)는 바람직하게는 가역성 서보 기어 모터(314)에 직접 연결된 전기 절연 스풀(313)(통상의 플라스틱과 같은 통상의 전기 절연성 재료로 제조됨)을 포함한다. 도 3에 도시되어 있는 구성의 대안으로서, 스풀(313)은 대신에 스풀(313)의 더 양호한 전기 절연을 위해 풀리/코드 기반 전동에 의해 모터에 연결될 수도 있다(달리 말하면, 간접 연결됨). 이 대안에서 바람직하게 사용된 이 풀리/코드 기반 전동 장치의 부분이 이하에서 도 5a에 도시되어 있다.

와이어 클리닝 기구(315)는 이하의 문지름/클리닝 요소: 브러시, 와이퍼, 와이어 스크레이퍼, 폐쇄 또는 개방셀 발포체 블록 및/또는 다른 융삭(ablation) 수단/전극 클리닝 수단 또는 당 기술 분야에 공지된 다른 기능적 등가물 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 전극 클리너(315)는 선택적으로 전극(301)에 맞물릴 수도 있고, 바람직하게는 와이어 전극(301)으로부터 클리닝된/문질러 제거된 오염성 부산물/부스러기를 수집하기 위한 추출기(eductor)(316) 및 에어로졸 필터(317)를 포함하는 진공 라인(312)에 연결된다. 이 소개 수단은 전극의 표면으로부터 문질러 제거된 오염성 부산물의 적어도 일부의 전극 클리너로부터의 소개를 가능하게 한다.

자가 클리닝 이온화 바아(300)는 선택적으로, (1) 클리닝 동작 모드 중에 클리닝 기구(315)와 전극(301) 사이의 일관적인/신뢰적인 물리적 접촉(이들을 서로를 향해 압박하기 위해)을 선택적으로 제공하고; (2) 정상 동작 모드 중에 HVPS(319)로부터 전극(301)으로 고전압 이온화 신호를 인가하기 위한(인가 수단) 와이어 전극 지지/접촉 디바이스(318)를 포함할 수도 있다. 지지/접촉 디바이스(318)는 간단한 금속 스프링 접촉부, 스프링 장전식 브러시 또는 전극(301)에 이온화 전기 신호를 전달하기 위한 임의의 다른 공지의 등가물 중 임의의 하나 이상을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 스풀(307)은 금속과 같은 전도성 재료로부터 제조되고 스프링 모터(310)를 통해 고전압 전원(319)(인가 수단)과 전기 도통하고 있는 중앙 도전성 샤프트(309b) 상에 고정될 수도 있다. 이 방식으로, 이온화 신호는 정상 이온화 동작 모드에서 HVPS(319)로부터 전도성 샤프트 및 스풀을 통해 파워 와이어 이미터(301)로 와이어 전극(301)으로 인가될 수도 있다. 이온화 신호가 어떻게 전극(301)에 인가되는지에 무관하게, 저전압 전원(320) 및 고전압 전원(319)의 모두는 바람직하게는 공지의 기술/방법/신호/동작에 따라 전극(301)을 따라 이온 구름을 생성하도록 마이크로프로세서 기반 제어 시스템(321)에 의해 제어된다.

도 4a는 이온화 셀(400)의 간단화된 조립체의 부분 사시 분해도이다. 당 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 본 실시예와 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 종래의 선형 이온화기[이온화 셀(101, 102)로 형성된 바아(100)를 의미함] 사이의 유사성을 확인할 수 있을 것이다. 그러나, 현저하게, 도 4a 내지 도 4d의 실시예는 각각의 이온화 셀 상의 다수의 스프링 조립체 및 전기 접점을 회피함으로써, 구성을 간단화하고, 신뢰성을 증가시키고, 본 발명의 이온화 바아의 비용을 낮춘다.

사이드 그릴/레일(405a, 405b)이 명료화를 위해 기부 플레이트(203)로부터 분해된 상태로 도시되어 있다. 전극 지지 요소(406a, 406b)가 기부 플레이트(203, 204)(단지 부분적으로만 도시되어 있음)의 대향 단부들 상에 장착되어 이온화 와이어(301)를 지지할 수 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 와이어 전극(301)이 그 길이를 따라 축을 규정하고 지지 요소(406a, 406b)는 전극(301)에 의해 규정된 축을 따른 것을 제외하고 모든 방향에서 전극(301)의 이동을 제한한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

이제 도 4b, 도 4c 및 도 4d를 함께 참조하면, 바람직한 피그테일 지지/가이드 요소(406a/406b)가 도 4b에 평면도로 도시되어 있다. 동일한 피그테일 지지부가 도 4c 및 도 4d에 직교 측 입면도로 도시되어 있다. 일반적으로, 피그테일 지지부의 나사산 형성 단부는 기부 플레이트(203, 204)를 통해 이온화 셀(400)에 지지부를 부착하도록 의도된다. 대향하는 자유 단부는 바람직하게는 그를 통한 전극(301)의 축방향 이동을 허용하는 나선형 피그테일 가이드(407)의 형태를 취한다. 또한, 전극(301)은 본 발명의 이온화기의 조립 중에 또는 오래된/소비된/사용된 전극의 교체 중에 전극축의 방향 이외의 방향에서 나선형 가이드/지지부(301) 내에 삽입될 수도 있다. 요소(406a/406b)는 소정 형상으로 굴곡되고 나사산 형성되어 있는 두꺼운 스테인레스강과 같은 전도체(또는 반전도성 재료)로부터 제조되지만, 이들은 서로로부터 뿐만 아니라 접지로부터 전기적으로 절연되어야 한다. 이를 보장하기 위한 일 간단한 방법은 기부 플레이트(203, 204)가 전기 절연 재료로 형성되는 것이다. 본 바람직한 실시예에서, 피그테일 지지부는 예를 들어, 와이어(301)가 지지 요소 사이에서 처지고 그리고/또는 진동하는 것을 방지하기 위해 이격된 관계로 각각의 이온화 셀(400) 상에 장착될 수 있다(종래 기술의 디바이스에 의해 채용된 스프링을 사용하는 대신에).

도 4a에서, 이온 이미터(301)는 셀 기부 플레이트(203, 204)에 이격된 관계로(공기 제트 노즐을 갖는 매니폴드 위에) 위치된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 또한, 이미터(301)는 적어도 일반적으로 공지의 선형 바아에서와 같이 중앙에 위치된다. 본 바람직한 실시예에서, 이미터(301)는 또한 바람직하게는 피그테일 가이드(406a, 406b 등)의 그룹에 의해 지지된다.

본 발명의 자가 클리닝 이온화 바아의 간단화된 측면 절결도가 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 이들 도면은 선형 이온화 바아 하우징 내에 모두 위치되어 있는 이온화기(300)의 제1 스풀 조립체 단면도(300a) 및 제2 스풀 조립체 단면도(300b)를 각각 도시하고 있다. 이 하우징은 통상의 하우징(103)에 모든 중요한 관점에서 동일하다. 도 5a의 실시예에서, 스풀(313)은 권취형 이미터 와이어(301)를 지탱하고 풀리(314a)는 벨트(505a)에 의해 서보 모터(도시 생략)에 연결된다. 풀리(314a)와 벨트(505a)는 모두 당 기술 분야의 공지된 통상의 폴리머 또는 플라스틱 또는 등가물과 같은 전기 절연성 재료로 제조될 수도 있다. 또한, 스풀(313) 및 풀리(314a)는 서로 고정적으로 부착된(또는 일체로 형성된) 것으로서 도시되어 있고, 액슬(309a) 상에 그 둘레로 회전을 위해 배치되어 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 도 5a에 관하여 설명된 풀리/벨트 장치가 도 3에 도시되어 있는 서보 기어 모터 장치의 대안을 표현한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 3의 것과 비교하여 도 5a의 장치의 일 이점은 와이어(301)에 그리고 저전압 서보 모터에 인가된 고전압으로부터 임의의 가능한 누설 전류의 감소이다.

도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 스풀(307)은 그 위에 권취된 이미터 와이어(301)를 지탱하고 풀리(308)는 그 위에 권취된 코드(322)를 지탱한다. 코드(322)는 스프링 모터 또는 회수기 조립체[여기에는 도시되어 있지 않지만, 도 3의 센서(310') 및 모터(310) 참조]와 풀리(308)를 연결한다. 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 이온화기(300)의 단면도(300b)는 제2 스풀 조립체가 바람직하게는 종래 기술의 이온화기(100)의 봉입체(103)와 동일한 일반적인 유형의 세장형 바아 봉입체의 내부에 위치된다는 것을 나타내고 있다. 특히, 스풀(307) 및 풀리(308)는 서로 고정적으로 부착된(또는 일체로 형성된) 것으로서 도시되어 있고, 액슬(309b) 상에 그 둘레로 회전을 위해 배치되어 있다. 액슬(309b) 및 코드(322)는 선택적으로 당 기술 분야에 공지되어 있는 다양한 플라스틱과 같은 통상의 전기 절연성 재료로 제조될 수도 있다. 대안적으로, 스풀(307) 및 액슬(309b)은 통상의 도전성 재료(당 기술 분야에 공지되어 있는 다양한 금속과 같은)로 제조되고 HVPS(319)와 전기 도통할 수도 있다[도 3에는 도시되어 있지 않지만, 이러한 전기 도통은 단지 디자인 선택의 문제로서 스프링 모터(310) 또는 다른 장치를 통해 제공될 수 있음]. 또한, 여기에 개시된 본 발명의 다양한 바람직한 실시예에 따르면, 와이어 이미터, 가스 공급 매니폴드, 및 이미터 지지 요소는 모두 2개의 대향하는 스풀 조립체 사이에 위치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 독창적인 선형 이온화기를 사용하는 바람직한 방법이 이제 본 발명에 사용된 가요성 와이어 전극을 자가 클리닝(클리닝 동작 모드)의 방법에 특히 중점을 두어 설명될 것이다. 자가 클리닝 모드는 바람직하게는 마이크로프로세서 기반 제어 시스템(321)으로 개시된다.

제어 시스템(321)은 이온화 셀의 이온 전류(도시되어 있지 않은 통상의 HVPS 전류 센서를 사용하여), 타겟 작업편으로 전달된 이온화 가스 유동의 이온 균형(도시되어 있지 않은 통상의 이온 균형 센서를 사용하여) 또는 양자 모두를 모니터링할 수도 있다. 이온 전류 및/또는 이온 균형이 사전결정된 한계의 외측에 있는 것으로 결정되면, 제어 시스템(321)은 (1) 전극 클리닝이 경고되는 것을 관련 작업자에게 통지하고, 그리고/또는 (2) 클리닝 동작 모드를 개시함으로써 자동 전극 클리닝을 개시할 수도 있다. 어느 경우든, 이온화기(300)는 사전결정된 전류 및/또는 균형 한계 내에서 이온화 성능을 복원하기 위해 전극 클리닝 동작 모드에 진입할 것이다.

클리닝 모드는 고전압 전원(high voltage power supply: HVPS)(319)의 상태를 점검하고 (이미 "대기" 모드에 있지 않으면) 이를 "대기" 모드로 스위칭하는 단계를 시작한다. 제어 시스템(321)은 또한 매니폴드로의 CDA/가스의 유동을 중단하고 팹(fab)/도구 진공 라인(312)으로의 연결부에서 추출기(316)로의 CDA 압력을 복원할 것이다. 다음에, 제어 시스템(321)은 서보 모터(314)에 접속된 저전압 DC 전원(320)(low voltage DC power supply: LVPS)을 턴온한다. 서보 모터(314)는 대형의 큰 감속 기어(도시 생략)를 갖기 때문에, 스풀(313)의 저속 회전을 시작한다. 이는 스풀(307)로부터 코로나 와이어(301)를 감기/권취하고, 지지 요소(304) 및 클리너(315)를 통해 그리고 스풀(313) 상으로 이 와이어를 축방향으로 견인하기 시작한다. 스풀/보빈(313)은 바람직하게는 통상의 고도로 전기 절연성 재료(ABS 플라스틱 또는 당 기술 분야에 공지되어 있는 다른 등가물과 같은)로부터 제조된 서보 모터(314)에 연결되기 때문에, 이미터 와이어(301)로부터 모터(314)로의 전류 누설의 가능성은 이온화기(300)가 정상/이온화 모드에서 동작할 때[이온화 신호가 전극(301)에 인가될 때] 감소/제거된다. 전기 절연은 스풀(313) 및 풀리(314a)의 모두가 또한 통상의 고도로 전기 절연성 재료(ABS 플라스틱 또는 당 기술 분야에 공지되어 있는 다른 등가물과 같은)로부터 제조된다면 더 향상될 수 있다.

이 클리닝 동작 모드에서, LVPS(320)로부터 서보 모터(314)에 인가된 전류의 양은 와이어 전극(301)의 장력(Tw)에 좌우된다. 이 전류에 대한 정보는 와이어 전극 장력 및/또는 다른 와이어 파라미터의 상태(와이어 오염도 또는 와이어 파손과 같은)를 모니터링하기 위해 제어 시스템(321)에 의해 사용될 수 있다. 이 이유로, LVPS(320)에 의해 제공된 모터 전류 신호는 바람직하게는 와이어 클리닝 동작 모드 중에 제어 시스템(321)에 의해 모니터링된다.

또한 본 실시예에서, 코로나 와이어 전극(301)의 일 단부는 스풀(313)에 부착되고, 대향 단부는 스풀(307)에 부착된다. 와이어 장력(Tw)은 실질적으로 일정하고 권취형 스프링, 회수기, 릴, 및/또는 당 기술 분야에 공지되어 있는 임의의 다른 등가의 등하중 스프링과 같은 통상의 등하중 스프링 모터 조립체에 의해 균형화된다. 본 발명에 바람직하게 사용되는 유형의 등하중 스프링 모터 조립체의 예는, 이하의 제품명/설명: Enclosed Reels ER04, ER06, ER08; Retreiver 3827-B; 및/또는 Miniature enclosed reel MER-04-SP를 갖는 미국 팬실배니아주 19446 론스데일 스프링 애비뉴 1 소재의 Spring John Evans' Sons, Inc.에 의해 제조되어 제공되는 것들을 포함한다. 다른 등가의 스프링 모터 조립체의 예가 당 기술 분야의 숙련자들에게 즉시 발생할 것이다.

클리닝 중에 와이어 전극(301)에 의해 경험되는 장력은 정상 이온화 모드 중에 와이어 전극(301)에 의해 통상적으로 경험되는 것들과 같거나 더 클 수도 있다. 이 기간 중에, 스프링 모터(310)는 회전 에너지를 저장/축적할 것이다. 클리닝 모드에서, 와이어(301)는 스풀(313) 상에 당겨지거나 견인되고/주위에 감기고, 또한 상류측 클리닝 기구(315)를 통과한다. 이러한 것이 발생할 때, 클리닝 기구(315)는 바람직하게는 전극의 표면으로부터 문질러 제거된 오염성 입자/부스러기를 문질러 제거하고 또한 포집한다. 달리 말하면, 제1 및 제2 스풀 조립체의 회전 운동은 그 작동 길이부를 따른 와이어 전극의 축방향 운동을 유발하고, 이에 의해 오염성 부산물의 적어도 일부가 전극 클리너에 의해 와이어 전극의 표면으로부터 문질러 제거된다. 본 발명에 사용을 위한 특히 바람직한 클리닝 기구는 브러시, 스프링, 폐쇄 또는 개방셀 발포체 블록, 펠트 패드(felt pad), 및/또는 당 기술 분야에 공지되어 있는 다른 와이어 클리닝/연마 수단을 포함한다.

제1 클리닝 스테이지로서, 클리닝 기구(315)[및 원한다면, 서보 모터(314)]는 추출기(316)에 의해 생성된 진공(또는 저압) 공기 스트림에 의해 연속적으로 소개될 수도 있어, 오염성 부산물/부스러기/입자[와이어(301)의 표면으로부터 제거됨]가 또한 클리너(315)로부터 제거되게 될 것이다. 특히, 추출기(316)의 입구는 청정 건조 공기(clean dry air: CDA) 라인에 연결될 수도 있고, 추출기(316)의 출구는 필터(317)에 연결되어 이에 의해 열화 생성물을 클리너(315)로부터 이격하여 흡인하고 필터(317) 내에 포집 상태로 유지할 수 있다.

이미터 와이어(301)의 최대 작동 길이부(예를 들어, 1,500 mm)가 스풀(313) 주위에 감긴 후에, 와이어 이동은 바람직하게는 정지한다. 제어 시스템을 위해, 정지 신호가 센서(310')에 의해 또는 대안적으로 스풀(313)의 또는 스풀(307)의 회전수를 카운팅함으로써 발생될 수도 있다. 이에 응답하여, 제어 시스템(321)은 서보 모터(314)를 턴오프하고 LVPS(320)에 의해 모터(314)에 인가된 전압의 극성을 역전할 것이어서 모터(314)가 방향을 역전하게 되고 스풀(313)이 코로나 와이어(301)를 풀기 시작한다. 이미터(301) 상의 장력은 스프링 모터/회수기 조립체(310)에 의해 평형화(counterbalancing)되기 때문에, 스프링 모터 조립체(310)가 미리 저장된 회전 에너지를 해제함에 따라 와이어(301)의 대향 단부는 스풀(307) 상에 재차 감기기 시작할 것이다. 이러한 것이 발생함에 따라, 클리닝 기구(315)는 이온화 셀(300)이 재차 이온화 동작 모드 내로 진입하기 전에 와이어 청결도를 향상시키는 제2 클리닝/연마/문지름의 스테이지를 시작한다. 원한다면, 셀(300)이 재차 이온화 동작 모드에 진입하기 전에 다수의 클리닝/연마 사이클/라운드가 발생할 수도 있다. 클리닝 모드의 종료시에, 스프링 모터(310)는 선형 바아의 정상 동작 모드 중에 일정한 사전선택된 레벨(Tw)로 와이어 장력을 유지한다.

당 기술 분야의 숙련자들은 스풀(313, 307)이 바아(300)의 것보다 훨씬 더 긴 코로나 와이어(301)의 길이를 수용하도록 크기 설정되고 성형될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 만일 그러하면, 전극(301)은 각각의 이온화 동작을 위한 새로운/신선한 섹션을 제시하기 위해 적절하게 전진될 수도 있기 때문에, 심지어 하나의 클리닝 동작(2개의 단계를 갖는)이 완료되기 전에 다수의 이온화 동작이 발생할 수 있다. 이 경우에, 와이어가 클리너(315)를 지나 전진됨에 따라 클리닝의 초기 단계가 발생할 것이지만, 제2 클리닝 단계[와이어 방향의 역전 및 와이어(301)의 전체 길이의 재감김]는 원하는 수의 이온화 동작이 발생할 때까지 시작되지 않을 것이다. 따라서, 스풀(313, 307)이 바아(300)의 것보다 더 긴 코로나 와이어(301)의 길이를 수용하도록 크기 설정되고 성형되면 다양한 동작 모드 조합이 원하는 바에 따라 실행될 수도 있다.

요약하면, 도 3 내지 도 5b의 실시예에 따르면, 이미터 와이어 인장 시스템은 바람직하게는 플라스틱/절연성 스풀과 능동 및 수동 모터의 조합을 포함한다. 또한, 스풀(307, 313)[뿐만 아니라 스프링 모터(310)]은 (선택적으로) 봉입체(311)[스풀(307)의 경우에]와 같은 고도로 전기 절연성 봉입체 내에 배치될 수 있다. 더욱이, 와이어 클리닝/인장 시스템은 또한 파워 이온화 이미터(301)에 효율적이고 효과적인 수단을 제공할 수도 있고, 이는 정상 이온화 동작 중에 이미터 와이어(301)로부터 누설 전류를 방지하는 방식으로 이와 같이 제공할 수도 있다.

이제, 도 6을 참조하면, 도 3 내지 도 5b의 독창적인 자가 클리닝 선형 이온화 바아에 고유적으로 구체화된 기생/표유 커패시턴스를 도시하고 있는 간단화된 전기 회로 모델(600)이 도시되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 개략적으로 도시되어 있는 구동단 섹션(602) 상의 권취형 이미터 와이어(601)를 갖는 스풀은 표유 커패시턴스(Cd)를 제시하고, 그룹 도전성 와이어 가이드(603)는 표유 커패시턴스(Cg₁ 내지 Cg₄)를 제시하고, 개략적으로 도시되어 있는 스풀 및 스프링 모터 조립체(604)는 표유 커패시턴스(C5)를 제시한다. 다양한 표유 커패시턴스를 표현하는 모든 커패시터는 접지된 기준 전극(605) 상에서 종료한다. 도 6의 모델(600)은 고전압 전원(606)이 주로 전류를 기생 커패시턴스 및 코로나 이온화 내로 소싱하는 것을 도시하고 있다. 일반적으로, 동작 효율은 기생/누설 전류 조건의 소형화를 통해 향상될 수 있고, 이는 이하의 방식으로 성취될 수도 있다:

이온화 셀, 매니폴드 및/또는 봉입체의 유전 재료 내로의 와이어 가이드의 부착;

구동 유닛 내의 플라스틱/전기 절연성 스풀, 플라스틱 풀리, 및 고무 벨트의 사용; 및/또는

전극 인장 시스템(들) 내의 수동 기계적(스프링 모터) 부분, 비도전성 스풀, 코딩, 및/또는 봉입체의 사용.

몇몇 경우에, 용이하게 교환가능한 선형 이온화 셀(도 1 및 도 2에 관하여 전술된 것들과 같은)의 시스템을 포함하는 선형 바아를 갖는 것이 바람직하다. 도 3 내지 도 5b의 실시예에 관하여 본 명세서에 교시된 등하중 스프링 기구 및/또는 스프링 회수기는 또한 본 발명의 이온화 바아의 다른 실시예에 사용될 수 있다.

도 7a는 본 발명의 선형 이온화 바아(700)의 다른 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예는 바람직하게는 필라먼트와 함께 이동하고(전극축에 평행한 축을 따라) 이온화기의 일 단부로부터 다른 단부로 전극의 길이를 따라 활주할 수도 있는 이온화 전극(701) 축 와이어 및 전극 클리닝 셔틀(705)에 근접하여 이들에 평행하게 위치된 하나 이상의 전기 절연성 필라먼트를 포함할 수도 있는 대안적인 전극 클리닝 기구/수단을 구비한다. 필라먼트는 폴리머 또는 플라스틱과 같은 다수의 통상의 전기 절연성 재료 중 하나로 제조될 수도 있다. 셔틀(705)은 부가적으로 양 레일(706a, 706b)에 의해 지지되고 안내될 수도 있다. 이 방식으로, 셔틀은 이온화 전극의 표면으로부터 오염성 부산물의 적어도 일부를 선택적으로 문질러 제거할 수도 있다. 필라먼트(들)는 바람직하게는 클리닝 시스템의 대향하는 평형화된 스풀 조립체(도 3 내지 도 5b에 관하여 전술된 유형의) 사이에서 인장되고 신장되어 셔틀이 그 위에 올라타게 한다.

본 실시예에서, 클리닝 기구는 가장 바람직하게는 예를 들어, 2개의 필라먼트(702a, 702b)를 포함하고, 여기서 각각의 필라먼트의 일 단부는 소형 서보 기어 모터(도시 생략)에 연결된 스풀을 포함할 수도 있는 구동 섹션(703)에 연결된다. 구동 섹션(703)은 모든 중요한 관점에서 도 3 및 도 5a에 관하여 전술된 것과 기능적으로 유사하다. 또한, 각각의 필라먼트(702a, 703b)의 대향 단부는 등하중 스프링 기구 또는 스프링 회수기(도시 생략)에 결합된 스풀을 포함하는 스프링/회수기 섹션(704)에 연결된다. 섹션(703, 704)은 본 실시예에 관하여 본 명세서에 설명된 클리닝 기구를 이동시키는 이동 수단을 포함할 수도 있다. 섹션(704)은 모든 중요한 관점에서 도 3 및 도 5b에 관하여 전술된 것과 기능적으로 유사하다. 마지막으로, 필라먼트(702a, 702b)는 바람직하게는 클리닝 "플랫폼" 또는 "셔틀"(705)에 고정적으로 부착되고 따라서 지탱한다.

도 7a 및 도 7b의 실시예에 따르면, 각각의 필라먼트는 나일론, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 테플론 및/또는 다른 고도로 가요성 및 전기 절연성 재료와 같은 플라스틱 폴리머로부터 제조될 수도 있다. 바람직한 필라먼트는 약 0.05 mm 내지 약 2 mm의 범위의 직경을 갖고(기능적인, 그러나 바람직하지 않은 필라먼트는 더 큰 직경을 가질 수도 있음) 단면이 원형이며, 평활한 표면을 갖고, 낮은 접착/고도로 소수성 특성을 갖는다. 바람직한 필라먼트 직경은 이온 이미터의 것과 대략 동일하지만, 이온 이미터의 것보다 최대 약 2 내지 3배 더 클 수도 있다. 그 결과, 필라먼트 장력은 와이어 전극 장력보다 상당히 더 높을 수 있다. 하향 지향 이온화기를 갖는 설비에서, 필라먼트 장력은 중력에 대향하도록 충분히 증가되어 이에 의해 필라먼트가 하향으로 처지지 않는 것을 보장해야 한다는 것이 주목되어야 한다. 이 증가된 필라먼트 장력은 더 큰 필라먼트 직경의 선택을 필요로 할 수도 있다.

필라먼트(702a, 702b)는 다수의 상이한 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 이들 기능 중 하나는 클리닝 플랫폼(705)을 지탱(지지)하는 것이다. 다른 기능은 이온 방출 와이어(701)를 위한 기계적 보호 그리드로서 역할을 한다. 더욱이, 필라먼트의 높은 전기 비저항이라는 것은, 이들 필라먼트가 본 발명에 따른 선형 이온화 바아에 의해 생성된 공기/가스 스트림의 이온 균형을 향상시키는 그리드로서 또한 역할을 하는 것을 의미한다.

관련 실시예에 따르면, 클리닝 기구는 적어도 하나의 필라먼트(702a)가 가요성 도전성 재료(스테인레스강과 같은)로부터 제조될 수 있고 다른 필라먼트(702b)가 전기 절연성 재료로부터 제조될 수 있는 복수의 필라먼트를 포함할 수도 있다. 본 실시예에서, 도전성 필라먼트(702a)는 접지될 수 있고(또는 전기적으로 바이어스됨), 따라서 고유적으로 비이온화 기준 전극으로서 역할을 할 수 있다. 또한, 전극 클리너는 적어도 하나의 이온화 레일에 결합하는 적어도 하나의 가이드를 포함할 수도 있고, 전극 클리너는 비이온화 기준 전극인 적어도 하나의 필라먼트에 연결될 수도 있다.

이제, 도 7b를 참조하면, 이 도면은 도 7a에 도시되어 있는 유형의 간단화된 클리닝 플랫폼 또는 클리닝 셔틀(705)을 도시하고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 셔틀(705b)은 바람직하게는 필라먼트(702a, 702b)에 고정적으로 부착되고, 다양한 상이한 와이어 클리너(708) 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 이들은 간단한 브러시 클리너, 와이퍼, 와이어 스크레이퍼, 폐쇄 또는 개방 셀 발포체 블록, 및/또는 당 기술 분야에 공지되어 있는 임의의 다른 등가의 클리닝 수단, 재료 또는 장치를 포함할 수도 있다. 와이어 전극(701)을 클리닝하도록 주로 의도되지만, 셔틀(705)은 또한 레일(706a, 706b)을 클리닝하기 위해 사이드 클리너/브러시(도시 생략)를 지탱할 수도 있다. 셔틀(705)은 레일(706)의 상부측으로부터 부가의 지지부를 또한 가질 수도 있다. 만일 그러하면, 셔틀 가이드(709)는 레일(706a, 706b) 상에서 또는 내에서 활주할 수도 있다. 바람직하게는, 셔틀(705)은 사용중이 아닐 때, 예를 들어 클리닝 동작 후에 구동 섹션(703) 내부에 "파킹될(parked)" 것이다.

도 7a 및 도 7b의 실시예에 따른 와이어 클리닝 동작은 제어 시스템(707)의 마이크로프로세서에 의해 개시된다. 시스템(707)은 고전압 전원(도 3 참조)의 상태를 점검할 것이고, 만일 온 상태이면, 코로나 와이어 클리닝 동작의 기간 동안 이를 "대기" 모드로 스위칭한다. 시작시에, 클리닝 셔틀(705)은 그 파킹 장소에 있을 것이고, 필라먼트(들)는 동일한 구동 섹션(703)에서 스풀 상에 권취될 것이다. 다음에, 제어 시스템(707)은 저전압 DC 전원(LVPS) 및 서보 모터(도 3 참조)를 턴"온"한다. 모터는 스풀을 회전시키고 필라먼트(들)(702a, 702b)를 풀기 시작한다.

필라먼트(들)(702a, 702b)는 풀림 중에 스프링 모터 또는 리테이너(704)에 의해 생성된/형성된 장력 하에서 이동한다(견인됨). 그 결과, 클리닝 셔틀(705)은 바아를 따라 이동하고 이미터 와이어(701)(그리고, 선택적으로, 셔틀이 선택적인 사이드 클리너/브러시를 구비하면 이온화 셀의 스프링 및 그릴)를 클리닝한다. 셔틀(705)이 스프링 섹션(704)에 도달하자마다, 제어 시스템(707)은 이를 정지시키고 섹션(703) 내의 구동 모터의 회전 방향을 역전시키고, 셔틀은 반대 방향으로 견인된다. 클리닝 모드는 셔틀(705)이 재차 섹션(703) 내의 그 원래 파킹 장소에 도달할 때 마지막으로 종료한다.

몇몇 경우에, 다수의 와이어 클리닝/연마 사이클/운전을 갖는 것이 가능할 수도 있다. 스프링 모터(704)는 선형 이온화기의 이온화 및 클리닝 동작 모드 중에 모든 필라먼트(들)의 장력을 일정한/사전선택된 레벨로 유지한다.

코로나 와이어 클리닝을 위한 타임 테이블은 필드 내의 환경 조건에 따라 매일, 매주, 또는 매달 또는 임의의 다른 스케쥴일 수 있다. 비교적 기다란 자가 클리닝 선형 바아는 가장 경제적인 해결책일 수 있다(기다란 바아는 클리닝을 위해 더 많은 시간을 소요하고, 바아 자체의 비용에 대한 자가 클리닝기 기능의 비용의 비는 더 작음).

본 발명이 가장 실용적인 바람직한 실시예인 것으로 현재 고려되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가 구성을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 상기 설명에 관하여, 예를 들어, 크기, 재료, 형상, 형태, 기능 및 동작 방법, 조립 및 사용의 변형을 포함하여, 본 발명의 부분에 대한 최적의 치수 관계가 당 기술 분야의 숙련자에게 즉시 명백한 것으로 간주되고, 도면에 도시되어 있고 명세서에 설명되어 있는 것들에 대한 모든 등가의 관계가 첨부 도면에 의해 포함되도록 의도된다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 원리의 예시적인 철저한 것은 아닌 설명인 것으로 고려된다.

동작예에서 이외에 또는 달리 지시되는 경우에, 명세서 및 청구범위에 사용된 성분의 양, 반응 조건 등을 칭하는 모든 숫자 또는 표현은 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식된 것으로서 이해되어야 한다. 이에 따라, 반대로 지시되지 않으면, 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에 설명된 수치 파라미터는 본 발명이 얻기를 원하는 바람직한 특성에 의존하여 변경될 수 있는 근사치이다. 최소한, 그리고 청구범위의 범주의 등가물의 원리의 적용을 한정하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 견지에서 그리고 일반적인 어림 기술을 적용함으로써 해석되어야 한다.

본 발명의 넓은 범위를 설명하는 수치 범위 및 파라미터는 근사치이지만, 특정예에 설명된 수치값은 가능한 한 정밀하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치값은 이들의 각각의 시험 측정에서 발견된 표준 편차로부터 필수적으로 발생하는 특정 에러를 고유적으로 포함한다.

또한, 본 명세서에 언급된 임의의 수치 범위는 그 내에 포함된 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 1의 언급된 최소값과 10의 언급된 최대값을 포함하는 이들 사이의 모든 하위 범위를 포함하도록 의도되는 데, 즉 1 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 갖는다. 개시된 수치 범위는 연속적이기 때문에, 이들은 최소값과 최대값 사이의 모든 값을 포함한다. 명시적으로 달리 지시되지 않으면, 본 출원에 지정된 다양한 수치 범위는 근사치이다.

설명의 목적으로, 용어 "상부", "하부", "우측", "좌측", "수직", "수평", "위", "아래" 및 이들의 파생어는 도면에 배향된 바와 같이 본 발명에 관련된다. 그러나, 본 발명은 명시적으로 반대로 지정되는 경우를 제외하고는, 다양한 대안적인 변형 및 단계 순서를 취할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 첨부 도면에 도시되어 있고 상세한 설명에 설명되어 있는 특정 디바이스 및 프로세스는 간단하게 본 발명의 예시적인 실시예라는 것이 또한 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예에 관련된 특정 치수 및 다른 물리적 특성은 한정으로서 고려되어서는 안된다.

Claims

자가 클리닝 선형 이온화기로서:
그 고정 선형 작동 길이부를 따라 축을 규정하는 적어도 하나의 가요성 및 가동 이온화 전극으로서, 상기 전극은 상기 전극으로의 이온화 신호의 인가에 응답하여 상기 작동 길이부를 따라 선형 이온 구름을 형성하는 것인, 적어도 하나의 가요성 및 가동 이온화 전극;
상기 선형 작동 길이부를 따라 상기 전극에 선택적으로 맞물릴 수도 있는 적어도 하나의 고정 전극 클리너;
상기 선형 이온 구름을 형성하기 위해 상기 전극에 이온화 신호를 인가하는 수단으로서, 상기 전극의 작동 길이부는 상기 이온화 신호의 인가에 응답하여 열화 생성물(degradation product)을 발생시키는 표면을 갖는 것인, 이온화 신호 인가 수단;
상기 전극 클리너가 이동 중에 상기 전극으로부터 상기 표면 열화 생성물의 적어도 일부를 제거하도록 상기 전극을 그 축방향 작동 길이부를 따라 이동시키는 이동 수단; 및
일정한 장력이 상기 전극 상에 유지되도록 상기 이동 수단 상에서 상기 전극을 인장시키는 인장 수단
을 포함하는 자가 클리닝 선형 이온화기.
제1항에 있어서, 상기 전극이 그 작동 길이부를 따라 축방향으로 이동 가능하고 상기 전극 클리너와 접촉하게 압박되도록 상기 전극을 지지하기 위한 복수의 가이드 요소를 더 포함하는 자가 클리닝 선형 이온화기.
제1항에 있어서, 상기 전극을 이동시키는 이동 수단은 선형 작동 길이부의 대향 측들 상에 배치된 제1 및 제2 스풀 조립체를 포함하고, 상기 전극의 제1 및 제2 단부는 상기 전극의 작동 길이부가 그 사이에 배치되도록 상기 제1 및 제2 스풀 조립체에 각각 부착되고, 상기 인장 수단은 상기 제1 및 제2 스풀 조립체 중 적어도 하나와 작동적으로 연계된 등하중 스프링 모터 조립체(constant force spring motor assembly)를 포함하는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제1항에 있어서, 복수의 피그테일 가이드를 더 포함하고, 각각의 가이드는 그 내에서 상기 전극의 축방향 이동을 허용하는 나선형 단부를 갖고, 상기 인가 수단은 고전압 전원과 전기 도통하고 상기 전극이 그 위에 권취되어 있는 전기 도전성 스풀을 포함하는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제1항에 있어서, 상기 전극은 제1 및 제2 대향 단부를 갖고 상기 전극의 작동 길이부보다 긴 와이어이고, 상기 전극을 이동시키는 이동 수단은 선형 작동 길이부의 대향 측들 상에 배치된 제1 및 제2 스풀 조립체를 포함하고, 상기 전극의 제1 및 제2 단부는 상기 전극의 작동 길이부가 그 사이에 배치되도록 상기 제1 및 제2 스풀 조립체에 각각 부착되는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제5항에 있어서, 상기 표면 열화 생성물은 오염성 부산물을 포함하고, 상기 제1 및 제2 스풀 조립체의 회전은 상기 작동 길이부를 따른 상기 전극의 축방향 이동을 유발하고, 이에 의해 상기 오염성 부산물의 적어도 일부는 상기 전극 클리너에 의해 상기 전극의 표면으로부터 문질러 제거되는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제6항에 있어서,
상기 제1 스풀 조립체는 서보 기어 모터 및 제1 전극 스풀을 포함하고;
상기 제2 스풀 조립체는 제2 전극 스풀을 포함하고;
상기 전극은 상기 서보 기어 모터가 상기 작동 길이부를 따라 제1 축방향으로 상기 전극을 견인함에 따라 상기 제1 전극 스풀 주위에 권취되고, 이에 의해 오염성 부산물의 적어도 일부가 상기 전극 클리너에 의해 상기 전극의 표면으로부터 문질러 제거되고,
상기 전극을 인장하는 인장 수단은 상기 제2 스풀 조립체와 작동적으로 연계되고, 이에 의해 상기 서보 기어 모터에 의해 상기 전극에 인가된 장력을 평형화(counterbalancing)하는 등하중 스프링 모터 조립체를 포함하는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제7항에 있어서, 상기 전극은 상기 등하중 스프링 모터 조립체가 상기 작동 길이부를 따라 반대쪽 축방향으로 상기 전극을 견인함에 따라 상기 제2 스풀 주위에 권취되고, 이에 의해 오염성 부산물의 적어도 일부가 상기 전극 클리너에 의해 상기 전극의 표면으로부터 문질러 제거되는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제1항에 있어서,
상기 이온화기는 상기 전극을 지지하기 위한 복수의 지지 요소를 더 포함하고;
상기 전극을 이동시키는 이동 수단은 상기 전극의 선형 작동 길이부의 대향 측들 상에 배치된 제1 및 제2 스풀 조립체를 포함하고;
상기 전극은 상기 전극의 작동 길이부보다 더 길고, 상기 전극의 작동 길이부가 그 사이에 팽팽하게 배치된 상기 제1 및 제2 스풀 조립체에 부착된 제1 및 제2 대향 단부를 갖고;
상기 제1 및 제2 스풀 조립체의 회전은 상기 지지 요소를 통한 상기 전극의 축방향 이동을 유발하는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제6항에 있어서, 상기 전극의 표면으로부터 상기 오염성 부산물이 문질러 제거됨에 따라 상기 오염성 부산물을 상기 전극 클리너로부터 소개(evacuation)하는 수단을 더 포함하는 자가 클리닝 선형 이온화기.
제1항에 있어서, 상기 인가 수단은 적어도 하나의 고정 전극 클리너를 포함하는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제3항에 있어서, 상기 인가 수단은 상기 제2 스풀 조립체 및 상기 스프링 모터 조립체를 포함하는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
자가 클리닝 선형 이온화기로서:
그 축방향 작동 길이부를 규정하는 적어도 하나의 가요성 이온화 전극으로서, 상기 전극은 대향 단부들 및 표면을 갖고, 상기 전극은 이온화 신호의 수신에 응답하여 상기 작동 길이부를 따라 선형 이온 구름을 형성하고, 상기 전극의 작동 길이부는 상기 이온화기에 대해 고정되지만 상기 전극은 이동 가능한 것인, 적어도 하나의 가요성 이온화 전극;
상기 작동 길이부를 따라 상기 전극의 표면과 물리적 접촉하고 있는 적어도 하나의 고정 전극 클리너;
상기 전극의 대향 단부들이 부착되어 있는 대향 스풀 조립체들로서, 상기 조립체는 상기 전극 클리너가 이동 중에 상기 전극의 표면을 클리닝하도록 상기 전극을 축방향으로 이동시키는 것인, 대향 스풀 조립체들; 및
일정한 장력이 상기 전극 상에 유지되도록 상기 대향 스풀 조립체들 사이에서 상기 전극을 인장하는 등하중 스프링 조립체
를 포함하는 자가 클리닝 선형 이온화기.
자가 클리닝 선형 이온화기로서:
축을 규정하는 적어도 하나의 선형 이온화 전극으로서, 상기 전극은 그에 대한 이온화 전압의 인가에 응답하여 그 길이를 따라 선형 이온 구름을 형성하고, 상기 전극은 상기 이온화기에 대해 고정되는 것인, 적어도 하나의 선형 이온화 전극;
상기 전극의 축에 평행하게 이동 가능하고 상기 전극에 선택적으로 맞물릴 수도 있는 적어도 하나의 전극 클리너;
상기 선형 이온 구름을 형성하기 위해 상기 전극에 이온화 신호를 인가하는 수단으로서, 상기 전극은 상기 전극으로의 상기 이온화 신호의 인가에 응답하여 오염성 부산물을 발생시키는 표면을 갖는 것인, 이온화 신호 인가 수단;
상기 전극 클리너가 상기 전극 클리너의 이동 중에 상기 전극의 표면으로부터 상기 오염성 부산물의 적어도 일부를 문질러 제거하도록 상기 전극을 따라 상기 전극 클리너를 이동시키는 이동 수단
을 포함하는 자가 클리닝 선형 이온화기.
제14항에 있어서, 상기 전극 클리너는 상기 전극의 대향 측면들 상에 배치된 한 쌍의 필라먼트 및 상기 필라먼트에 고정적으로 부착된 셔틀을 포함하고, 상기 전극 클리너를 이동시키는 이동 수단은 상기 전극의 축에 평행한 방향으로 상기 필라먼트를 이동시키고, 이에 의해 상기 셔틀은 상기 전극의 표면으로부터 상기 오염성 부산물의 적어도 일부를 문질러 제거하는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
제15항에 있어서, 상기 전극 클리너는 적어도 하나의 이온화기 레일에 맞물리는 적어도 하나의 가이드를 포함하고, 상기 전극 클리너는 비이온화 기준 전극인 적어도 하나의 필라먼트에 연결되는 것인 자가 클리닝 선형 이온화기.
대향 단부들 및 전극의 길이보다 작은 선형의 축선 규정 작동 길이부를 갖는 가동 이온화 전극, 상기 전극에 그 선형 작동 길이부를 따라 맞물릴 수 있는 고정 전극 클리너, 상기 전극의 작동 길이부가 대향하는 스풀 조립체들 사이에 배치되도록 상기 전극 단부가 부착되어 있는 대향하는 스풀 조립체들, 및 일정한 장력이 상기 전극 상에 유지되도록 대향하는 스풀 조립체들 사이에서 상기 전극을 인장하는 등하중 스프링 조립체를 갖는 유형의 선형 이온화기를 사용하는 방법으로서,
이온화 동작 모드 중에, 상기 전극에 이온화 신호를 인가하고 이에 의해 그 선형 작동 길이부를 따라 선형 이온 구름을 형성하되, 이에 의해 상기 전극 표면이 열화 생성물을 발생시키고,
클리닝 동작 모드 중에, 상기 스풀 조립체를 회전시키고, 이에 의해 제1 축방향으로 상기 전극을 이동시켜 상기 전극 클리너가 상기 작동 길이부를 따라 상기 전극으로부터 상기 표면 열화 생성물을 제거하게 하는 것
을 포함하는 선형 이온화기를 사용하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 이온화 및 클리닝 동작 모드는 동시에 발생하는 것인 선형 이온화기를 사용하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 이온화 및 클리닝 동작 모드는 동시에 발생하지 않는 것인 선형 이온화기를 사용하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 열화 생성물은 오염성 부산물인 것인 선형 이온화기를 사용하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 클리닝 동작 모드는 제1 및 제2 단계를 포함하고, 상기 제1 클리닝 단계는 상기 스풀 조립체를 회전시켜 제1 축방향으로 상기 전극을 이동시켜 상기 전극 클리너가 상기 작동 길이부를 따라 상기 전극의 표면으로부터 오염성 부산물을 문질러 제거하게 하는 것을 포함하고, 상기 제2 클리닝 단계는 상기 제1 클리닝 단계와는 반대의 방향으로 상기 스풀 조립체를 회전시켜 상기 제1 클리닝 단계와는 반대의 축방향으로 상기 전극을 이동시켜 상기 전극 클리너가 상기 작동 길이부를 따라 상기 전극의 표면으로부터 오염성 부산물을 문질러 제거하게 하는 것을 포함하는 것인 선형 이온화기를 사용하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 클리닝 동작 모드는 상기 전극 클리너로부터 상기 전극의 표면으로부터 문질러 제거된 상기 오염성 부산물을 소개하는 단계를 더 포함하는 것인 선형 이온화기를 사용하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 이온화 및 클리닝 동작 모드는 교대로 반복되는 것인 선형 이온화기를 사용하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 클리닝 동작 모드는 상기 이온화 동작 모드가 반복되기 전에 매번 연속적으로 적어도 2회 반복되는 것인 선형 이온화기를 사용하는 방법.