TWI440270B - 多段式線性離子化棒及離子化晶胞 - Google Patents

Description

多段式線性離子化棒及離子化晶胞 相關案之交叉引用

本申請案根據專利法主張以下同在申請中之美國臨時專利申請案之權益：在2012年1月6日提出申請且標題為「MULTI-SECTIONAL LINEAR IONIZING BAR-LINEAR IONIZER」的美國申請案第61/584,173號，以及在2012年2月6日提出申請、標題為「MULTI-SECTIONAL LINEAR IONIZING BAR AND IONIZATION CELL」的美國申請案第61/595,667號，該等申請案以引用之方式全部併入本文。

本發明係針對多段式線性離子化棒及用於電荷中和之其他基於電暈放電的離子化系統、製程及設備。本發明尤其可用於(但不限於)平板顯示器(Flat Panel Display；FPD)工業應用。因此，本發明之一般目的在於提供具有此特性之新穎系統、方法及設備。

用於FPD工業之習知靜態中和系統通常由以下組成：(1)棒型離子化晶胞，該棒型離子化晶胞具有尖銳發射極之群組及一或更多個非離子化參考電極；(2)清潔空氣(氣體)供應系統，該清潔空氣(氣體)供應系統具有噴射式噴嘴之群組，噴射式噴嘴之該群組圍繞每一離子發射極且連接至空氣通道；以及(3)控制系統，該控 制系統具有連接至離子化晶胞之交流(alternating current；AC)高壓電源或脈衝AC高壓電源。

FPD工業中之電荷中和通常需要在相對較近距離處且以快速產出率中和較大帶電物體。舉例而言，具有長度及寬度超過3000 mm之玻璃面板之正面及背面可能需要被中和電荷，其中一或更多個離子化棒與顯示面板之間的距離範圍通常為自50-100 mm直至1000 mm或大於1000 mm，且其中使用機器人系統以高速運輸顯示面板。

使用以上所述類型之傳統電荷中和離子化棒在嘗試滿足FPD工業之電荷中和的以上所述嚴格要求方面存在若干不足/缺陷/限制。此等不足可包括：歸因於對於以下之需要造成的併入許多發射極接點之傳統離子化晶胞的高成本：(1)高壓電源與一或更多個發射極之間的若干各個連接器，及(2)相對複雜的空氣/氣體輸送系統；操作及維護傳統離子化晶胞之高成本，該高成本包括以下成本：(1)清潔噴嘴及發射極接點，及(2)在操作期間高度清潔的乾燥空氣(clean dry air；CDA)或氮氣之消耗；離子化氣流之不足的清潔度，因為高解析度平板顯示器之較高品質需要來自一或更多個離子發射極之低粒子發射或無粒子發射(至少無大於0.1微米的粒子)；靜電荷之不可接受的較長放電時間，因為顯示面板產出率需要比迄今可獲得的電荷中和效率更高之電荷中和 效率；以及不可接受的高電壓擺動及平衡偏移，因為需要較低電壓擺動及平衡偏移電壓來最小化經處理面板上之感應電場之效應。

已在(1)標題為「Corona Discharge Neutralizing Apparatus」的美國專利第7,339,778號；(2)標題為「Clean Corona Gas Ionization For Static Charge Neutralization」的美國專利第8,048,200號；以及(3)美國專利申請公開案US 2007/0138149中建議具有線性離子化裝置(包含一或更多個細長金屬線作為一或更多個發射極/一或更多個電極之離子化晶胞)之電荷中和棒。標題為「Corona Discharge Static Neutralizing Apparatus」且發佈於2008年3月4日的美國專利第7,339,778號以引用之方式全部併入本文。標題為「Clean Corona Gas Ionization For Static Charge Neutralization」且發佈於2011年11月1日的美國專利第8,048,200號亦以引用之方式全部併入本文。具有金屬線發射極之進一步離子化棒目前由Malmö,Sweden之AB Liros Electronic及/或Hamburg,Germany之Liros Electronic使用以下產品名稱生產：標準串聯離子化裝置及/或SER串聯離子化管。

使用經拉伸金屬線發射極離子化裝置(線性離子化裝置)遇到的常見問題可歸因於金屬線下垂及振動效應。因此，細長金屬線發射極需要相對較高的張力及中間金屬線支撐。此外，將離子直接吹離線性金屬線發射極之 高速空氣流加劇金屬線振動之固有問題且加速金屬線發射極之污染(作為粒子自夾帶的周圍空氣吸引至金屬線之結果)。兩個因素使得金屬線發射極易於斷裂且使線性離子化棒之維護複雜化。

當前揭示之發明建議用於線性離子化棒設計之新方法，該等新方法能夠解決上述問題，且因此，該等新方法自然有益於FPD工業(及其他)應用。

以一種形式，本發明藉由提供一種多段式線性離子化棒來滿足上述需要且克服相關技術之上述及其他不足，該多段式線性離子化棒具有至少一個離子化晶胞，該至少一個離子化晶胞具有至少一個軸定義的線性離子發射極，該至少一個軸定義的線性離子發射極用於回應於將離子化電壓施加於該至少一個軸定義的線性離子發射極而沿著該至少一個軸定義的線性離子發射極之長度建立離子雲，該離子雲具有外部周邊邊界。棒亦可具有用於接收及輸送之構件，該構件用於接收離子化電壓且用於將該離子化電壓輸送至線性離子發射極以藉此建立離子雲。參考電極可回應於被施加於參考電極的非離子化電壓之接收而在離子雲內提供電場，該電場誘導離子離開離子雲。最終，棒可具有歧管，該歧管用於接收氣流且用於輸送氣體經過線性離子發射極並將氣體向目標物體輸送，以使得氣體中的至少一些氣體與離子雲之外部周 邊邊界相切流動，但大體上無任何氣體流動至離子雲中。

根據本發明之方法可預期使用離子化棒將氣體之雙極離子化流導向目標物體，該類型之離子化棒具有軸定義的線性離子化發射極及參考電極及用於將氣流向目標物體輸送之複數個孔口。本發明方法可包括以下步驟：將離子化電壓施加於線性離子發射極，以藉此沿著該線性離子發射極之長度建立雙極離子雲，該離子雲具有外部周邊邊界；將非離子化電壓施加於參考電極，以藉此在離子雲內提供非離子化電場，該非離子化電場誘導離子離開雙極離子雲；以及經由孔口輸送氣體經過線性離子發射極且將氣體向目標物體輸送，以使得氣體中的至少一些氣體與離子雲之外部周邊邊界相切流動，但大體上無任何氣體流動至該離子雲之電漿區域中，以藉此將氣體之雙極離子化流導向目標物體。

以相關形式，本發明係針對供多段式線性離子化棒使用的選擇性可移除離子化晶胞，其中晶胞可具有狹長的板，該狹長的板具有複數個開口，氣體可經由該複數個開口流動，開口安置成沿著狹長的板之長度相對於彼此間隔。晶胞亦可具有至少一個軸定義的線性離子發射極，該至少一個軸定義的線性離子發射極用於回應於將離子化電壓施加於該至少一個軸定義的線性離子發射極而沿著該至少一個軸定義的線性離子發射極之長度建立離子雲，該離子雲具有外部周邊邊界，且發射極相對於板以間隔懸浮，以使得發射極軸至少大體上平行於板之 狹長方向。又，本發明之晶胞可具有至少一個彈簧張緊觸點，該至少一個彈簧張緊觸點用於拉伸線性離子發射極、用於接收離子化電壓且用於將該離子化電壓輸送至該線性離子發射極，以藉此建立離子雲。

自然地，本發明之以上所述方法尤佳地適合於與本發明之上述設備一起使用。類似地，本發明之設備非常適合於執行上述本發明之方法。

根據以下較佳實施例之詳細描述、根據申請專利範圍且根據隨附圖式，本發明之許多其他優點及特徵結構將對於一般技術者變得顯而易見。

聯合參閱全部圖式，本發明之多段式線性離子化棒10較佳地包含至少三個主要元件：至少一個離子化晶胞16，該至少一個離子化晶胞16具有至少一個軸定義的線性離子發射極20，該至少一個軸定義的線性離子發射極20用於沿著該至少一個軸定義的線性離子發射極20之長度建立離子電漿區域(或離子雲)22；歧管24，該歧管24用於自氣源接收氣體且用於輸送該氣體經過一或更多個線性離子發射極20，以使得大體上無任何氣體流動至電漿區域中；以及用於接收及輸送之構件(20a及/或20b)，該構件用於自適當的電源12(視情況地，使用適當的控制系統14)接收離子化電壓且將該離子化電壓輸送至一或更多個線性離子發射極20，以藉此建立具有 外部周邊邊界之離子電漿區域22。

主要參閱第1A圖及第1AA圖，可看到具有相關聯高壓電源(high-voltage power supply；HVPS)12及相關聯控制系統14的本發明之多段式線性離子化棒10(使用螺旋彈簧20b或者板片彈簧20a選擇)之較佳示意圖。在所示實例中，離子化裝置10包括四個可拆卸且可拋棄式離子化模組16。所有發射極電極20可藉由彈簧張緊觸點20a、20b電氣串聯連接。以此方式，發射極金屬線20及張緊接觸彈簧20a、20b充當一個高壓匯流排。第一發射極模組16之一個終端20a、20b(該一個終端20a、20b位於接近HVPS之輸出端)較佳地連接至高壓電源12，且第二終端20a、20b(在離子化棒10之相對側)可連接至控制系統14。

控制系統14可監控所有線性發射極金屬線20及離子化晶胞觸點20a、20b之電氣完整性。為建立所要(至少大體圓柱形或橢圓形)離子雲(電漿區域)22，可如標題為「Ion Generation Method And Apparatus」且發佈於2006年6月6日的美國專利第7,057,130號中描述配置且操作HVPS 12及控制系統14，該專利以引用之方式全部併入本文。此功率及通訊連接性較佳地藉由多導線連接器42來提供，該等多導線連接器42安置於封閉外殼21之側面(例如，參見第3B圖)。此舉容許控制系統14回應於各種其他機械之狀態來控制棒10。舉例而言，若生產由於某種原因中斷，則可關閉棒10。亦可向操作 者提供狀態燈44來指示各種狀況(諸如，警報)。

第1AA圖展示螺旋彈簧20b或板片彈簧20a之較佳可選配置。螺旋彈簧20b可具有該螺旋彈簧20b之一個終端及第二終端，該前一終端電氣連接至金屬線發射極20，該第二終端電氣連接至電觸點35，該電觸點35延伸至模組16之外部，以與如上所述且如諸圖中所示的HVPS 12、控制系統14或另一模組16中之一者電接觸。板片彈簧20a可大體為W形，且板片彈簧20a可在一個整片中提供張緊功能與接觸功能兩者，藉此潛在地減少電氣連接，從而減少維護且增加可靠性。

現主要轉向第2A圖至第2C圖，并且繼續參閱全部圖式，棒10之每一離子化晶胞16可包含至少一個線性(例如)金屬線類型電暈放電之離子發射極/電極20、至少一個非離子化參考電極32a及32b或32'(該至少一個非離子化參考電極32a及32b或32'可固持在諸如接地-零伏特之適當低的電位處)及(多個/複數個)氣體孔口26或26'/26"/27之陣列，氣體孔口26或26'/26"/27之該陣列定位於電極32a與電極32b之間或如圖所示定位於電極32'附近。孔口(氣體出口或噴嘴)26或26'/26"/27中之每一者可為圓形的，且若孔口(氣體出口或噴嘴)26或26'/26"/27中之每一者為圓形，則每一孔口可具有範圍介於約0.0098吋與約0.016吋之間的孔徑(其中約0.0135吋之孔徑為最佳)。孔口26或26'/26"/27可藉由鑽孔、雷射切割、噴砂或用水噴流切割來形成。該等孔 口可以範圍介於約25毫米與約75毫米之間的距離(其中約50毫米的距離為最佳)彼此均勻間隔，該距離至少大體上平行於線性離子化裝置20或藉此定義的軸(至第2A圖至第2C圖中所示的紙頁之平面中)而量測。又，如各個圖式中所示，每隔一個孔口可視情況位於線性離子化裝置20之側向相對側。每一孔口輸出端26或26'/26"/27可產生高速空氣/氣體噴流且藉此根據「柯安達(Coanda)」效應夾帶周圍空氣A。如下文立即詳細論述的，最佳距離可存在於線性發射極電極20與一或更多個空氣/氣體孔口26或26'/26"/27之間。

第2A圖至第2C圖在離子化晶胞16、16'及16"之橫截面圖中於概念上圖示空氣/氣流28與離子流之間的關係。特定言之，第2A圖示意性地圖示在晶胞16'內來自一個經有利定位的孔口26之空氣/氣流28與離子雲22之位置之間的簡化關係。第2B圖示意性地圖示根據本發明之替代實施例，在晶胞16"內來自一個經有利定位的孔口/噴嘴26'/26"/27之空氣/氣流28'與離子雲22之位置之間的簡化關係。第2C圖示意性地圖示根據第3A圖至第4C圖中所示的本發明之實體實施例，在晶胞16內來自複數個經有利定位的空氣/氣流孔口26之空氣/氣流28與離子雲22之位置之間的更實際的較佳關係。

如第2A圖至第2C圖中所示，線性電極20(金屬線)垂直於紙頁之平面延伸，且線性電極20(金屬線)定位於距歧管24/24'/24"之表面25/25'/25"一定距離處且遠離 一或更多個參考電極32'/32a/32b。理想的垂直距離X1(離子化電極20與非離子化參考電極32'/32a/32b之間的距離)係由高壓電源12之各個參數(諸如，電壓振幅、頻率及離子電流)定義。如此項技術中已知且尤其鑒於標題為「Ion Generation Method And Apparatus」且發佈於2006年6月6日的美國專利第7,057,130號之揭示內容，習知構件可用以選擇距離X1，該美國專利之揭示內容以引用之方式全部併入本文。當將高壓AC施加於一或更多個線性電極20時，電暈放電發生以藉此產生大量之兩種極性離子。因此，一或更多個發射極20係經由具有正離子及負離子之密集的、高濃度雙極離子雲22圍繞。雲22在第2A圖至第2C圖中理想化為圓形虛線，該圓形虛線對於由施加高頻AC電壓產生的一或更多個大體圓柱形離子雲而言通常為準確的。然而，將理解，低頻AC電壓將更可能導致產生可為至少大體橢圓形的一或更多個離子雲。

就第2A圖及第2C圖而言，歧管24、24'之頂表面25及25'(例如)可由平孔口板組成，該平孔口板具有用於每一孔口26之一或更多個圓孔/一或更多個圓孔隙，該等圓孔/圓孔隙穿過該平孔口板延伸。如上所述，理想的垂直距離X1(離子化電極20與非離子化參考電極32'/32a/32b之間的距離)係由高壓電源12之各個參數(諸如，電壓振幅、頻率及離子電流)定義。每一孔口26之中心較佳地處於距離子雲(或金屬線電極)22之中 心20水平距離X2之處。根據以下方程式，X2之理想值可基於幾何條件來計算，該等幾何條件將空氣/氣流28之外部輪廓置放成大體上與離子雲22相切：X2=R+X1/tan(90°-β)

舉例而言，若R=離子雲之電漿區域之半徑=約1 mm至約1.5 mm(典型的針對高頻率離子化電壓)，若X1=7 mm至8 mm，且若β=來自一或更多個孔口26之氣流(噴流)之擴散角=10度至15度，則tan 75°=3.73，且X2=3.9 mm。

替代性較佳實施例(圖示於第2B圖中)可具有小噴嘴26'/26"/27(在橫截面中具有圓形或橢圓形出口配置之管狀噴嘴)或「文氏管」類型噴嘴之陣列，小噴嘴26'/26"/27或「文氏管」類型噴嘴之該陣列定位於歧管24"之頂部部分25"處且連接至孔口板中的孔。一或更多個孔口/一或更多個出口26"可位於緊密接近於離子雲22處。若一或更多個孔口/一或更多個出口26"位於緊密接近於離子雲22處，則與第2A圖及第2C圖中所示之配置相比較，更高空氣/氣體速度將自離子雲22收集更多離子，亦將夾帶更大體積之周圍空氣。第2B圖之實施例可具有一個參考電極32'(例如，金屬條)，該參考電極32'定位於離子化晶胞內且至少大體平行於金屬線發射極20。

對於此實施例而言，用於計算X2之經修改方程式可為： X2=R+(X1-H)/tan(90°-β)

其中H為噴嘴之高度(或長度)。

噴嘴27可由隔離(絕緣)材料或者導電材料製成。在後一情況下，複數個噴嘴27之群組可彼此電氣連接且可使用關於高壓電源12之複數個參考電極。因此，電暈放電電流自離子發射極20流動至導電噴嘴/參考電極27，且離子電流及離子雲在較高空氣/氣體速度之區域中集中。此舉為離子收集及至帶電目標TO之運輸提供最佳條件。

每一發射極20之側向相對側的左格柵及右格柵(包含複數個間隔的遮板/軌條30、30')通常界定每一離子化晶胞16之形狀/外部輪廓。流經孔口26或26'/26"/27之高速清潔乾燥空氣(CDA)產生圍繞一或更多個氣流28之低壓空間且經由遮板/軌條30(30')之間的開口/間隙將離子以及周圍空氣A夾帶(吸取)出離子雲/一或更多個電漿區域22。

在離子雲22與孔口26/26'/26"之中心之間的最佳距離(水平偏移X2)處，氣流28及夾帶的周圍空氣A有效率地將離子自離子化晶胞16移動至帶電目標物體TO。用此佈置，發生離子收集(將離子自一或更多個離子化晶胞16運輸至一或更多個目標物體)，其中大體上無任何氣流28直接接觸金屬線表面(無氣流28直接吹至一或更多個離子發射極20上)。由於一或更多個金屬線電極20不具有對一或更多個氣流28之直接影響/與一或更 多個氣流28之直接交互作用，故大體上無藉由一或更多個氣流28誘導之任何金屬線振動，且大體上無任何一或更多個氣流28中之污染物及/或固有地存在於夾帶的周圍空氣A中之污染物接觸一或更多個金屬線電極20。

主要焦點現轉向第3A圖至第4C圖，每一晶胞16、16'''包括長的中心孔口板，該長的中心孔口板充當具有數個通道、孔口或槽26之氣體歧管，該等通道、孔口或槽26容許氣體/空氣28穿過該等通道、孔口或槽26流動。至少一個歧管通道經由氣流連接器40連接至高壓CDA(或另一氣體)之氣源。至少一個行(列)之小孔口(圓形或狹長的槽)26交錯位於一或更多個離子發射極20之兩個側面。兩個孔口列(行)較佳地具有相對於線性發射極軸20之相等偏移。視需要，線性發射極20周圍的氣流28可(例如)藉由在孔口板中切割的兩列之窄槽佈置，該等列至少大體平行於發射極。

第3D圖展示第3A圖至第3C圖之板片彈簧多段式離子化棒之橫截面圖，其中該截面沿著第3E圖之線3D-3D截取。如第3D圖中最佳展示的，封閉外殼21可自一側支撐離子化晶胞模組16，且封閉外殼21可在內側之內容納高壓電源12及控制系統14(由封閉外殼21覆蓋)。亦如第3D圖中所示，延伸穿過棒10之端壁的孔隙46容許在需要時將多個棒10菊鏈化在一起。離子化晶胞可包括用於離子發射極電極20的如支柱33之一或更多個支撐結構，該離子發射極電極20配置為經拉伸的金屬 線。支柱33可固定於離子化晶胞16之底板25上(詳情請參見第3G圖)。

金屬線電極張緊系統可包括至少一個螺旋彈簧20b(第4A圖至第4C圖)或至少一個板片彈簧20a(第3A圖至第3H圖)(兩種類型之彈簧亦清楚地展示於第1A圖中)。線性離子化裝置20較佳地張緊至約150克力(g_f )至約300克力(g_f )之範圍，其中約250克力(g_f )為最佳。一或更多個金屬線發射極20可具有在30微米至200微米(較佳為80至130微米)範圍內的直徑。金屬線材料可為任何高度耐腐蝕之金屬，如不銹鋼、鉬、鈦、鎢之專門化組合物或如「HASTELLOY」、「ULTIMET」之合金及此項技術中已知的其他合金(諸如，鎳鈦合金)。一或更多個金屬線發射極20亦可具有基於鎳、鉻、玻璃或二氧化鈦之腐蝕保護電鍍。經化學清潔及研磨的鎢線為一尤其較佳的發射極材料。

如各個圖式中所示，一或更多個金屬線發射極20可沿著底板25、25'''居中定位於底板25、25'''之表面上方(自表面升高)約5毫米至15毫米處，且一或更多個金屬線發射極20可較佳地自以上所論述的一或更多個孔口行側向偏移(1毫米至10毫米)。

參考電極32a及32b可配置為至少一個導電條(或多個導電條)，該至少一個導電條(或多個導電條)定位於大體平行於離子發射極電極20的外殼21之表面上。參考電極32a及32b較佳地固持在接地電位處(零伏特)。 歧管24可由電氣中性及/或電氣隔離的擠出塑膠及/或此項技術中已知的其他材料及技術形成。

根據測試結果，離子化晶胞之此設計大體上消除空氣(氣體)流對一或更多個金屬線發射極20之直接影響，藉此防止金屬線振動及污染。將氣流定位成具有相對金屬線電極之表面的預設水平偏移且與一或更多個離子雲22的周邊區域相切亦最大化自發射極與參考電極之間的電暈放電之離子收集。在此條件下，氣流與來自發射極之電場一起將離子自棒移動至帶電物體TO。

離子化晶胞之另一重要特徵結構為每一可拆卸離子發射極區段之金屬線保護格柵/側向部件(參見第3G圖、第4B圖及第1A圖)。格柵可包含安裝於共用板25上之一組遮板/軌條。底板25可具有多個開口31、31'(尤其參見第3G圖及第4B圖)，其中每一開口與孔口(歧管)板中孔口26、26'''之位置對準。肋狀物可支撐相對於彼此間隔的通風遮板/軌條30、30'之群組(可能是若干通風遮板/軌條30、30')。使用時，格柵(側向部件)與離子化氣流均勻接觸且格柵(側向部件)具有對離子輸出及平衡之顯著效應。因此，格柵(側向部件)較佳地由電氣中性材料(定義為具有僅獲得一或更多個正的或負的靜電荷中之一者之較低親合力)形成且為高度隔離的。此等材料包括ABS、聚碳酸酯及此項技術中已知的其他相似材料，及上述各者之任何可能的所要組合。

所揭示的格柵設計可提供若干交互功能：該格柵設計 (1)充當用於保護及支撐離子化金屬線發射極之實體保護件；(2)向高速空氣噴流提供周圍空氣之容易接近，以增加周圍空氣夾帶及放大之效應；(3)將離子流自離子化棒10向帶電目標物體TO(例如，FPD面板)引導(準直)；以及(4)充當用於將刷子、清潔器(swap)、海綿塊、除塵器或其他清潔工具/物品沿著離子化棒之長度移動以藉此清潔一或更多個離子化元件之導引器/支撐件。

本發明之另一突出特徵為離子化棒之可拆卸模組(參見第3F圖處之離子化晶胞之裝配圖)。可將一至十個(甚至更多)模組安裝至歧管24上，以取決於棒之所需要長度來形成離子化棒。每一模組/晶胞之長度可在約50毫米至約1500毫米之範圍內(其中100毫米至300毫米之範圍最佳)。

如所論述且展示的，第3A圖至第3H圖之較佳實體實施例採用具有板片張緊彈簧/接觸彈簧20a之可拆卸金屬線離子化晶胞16，該等板片張緊彈簧/接觸彈簧20a在側視圖中為大體W形。此設計之一個顯著優點為與採用一或更多個螺旋彈簧的設計相比之發射極電極的低電容。特定言之，具有板片彈簧離子化晶胞之代表性的六模組離子化棒(約1.5米長)之電容為約14微微法拉。相比之下，注意到，此電容比使用螺旋彈簧的可相較之離子化棒之電容小約10%至約30%。結果為HVPS 12上之最小電容負載，該HVPS 12上之最小電容負載又令使 用緊湊且低成本的高頻率或脈衝高壓電源成為可能。最終，將瞭解，接觸彈簧相對於金屬線電極20較佳地定位於較低位準(更接近模組16之底板25)處，且該等接觸彈簧可由保護性的塑膠保護網(未圖示)覆蓋。此舉使得沿著棒移動清潔刷較為容易。如以上所示，格柵(側向部件)提供實體上無障礙路徑，可沿著該實體上無障礙路徑導引一些清潔構件/工具。由於金屬線發射極較佳地高架於張緊彈簧上方，故此佈置容許簡單且有效移除可能在金屬線上累積的腐蝕物、碎屑、灰塵等而無一或更多個彈簧之實質干涉。

所揭示的本發明之多段式棒之另一突出特徵包括一組懸臂式夾具48，該組懸臂式夾具48經提供用於將可拆卸離子化晶胞16、16'''固持於適當位置。特定言之，一對夾具48將每一離子化晶胞16、16'''相對於孔口26及封閉外殼21鎖定於固定預設位置(參見(例如)第3H圖及第4C圖)。可拆卸夾具48可沿著歧管24之孔口板定位。每一組夾具幫助確保可靠的電接觸及機械接觸，該等電接觸及機械接觸將模組相對於歧管中之孔口鎖定於預設位置(參見(例如)第4C圖、第3H圖)。使用時，夾具48較佳地沿著歧管24之孔口板以可拆卸方式安裝。可將離子化模組輕易地插入至夾具中，以藉此將該等離子化模組相對於歧管24及鄰近離子化晶胞以機電方式鎖定於適當位置。為一次釋放離子化晶胞之一個端部，可將相對的撓曲懸臂48a及48b之對朝中間平面 擠壓。在橫向上的兩個撓曲夾具之間的距離足夠寬，以提供清潔刷之間距，如第3H圖中所示。因此，可將清潔刷子或其他清潔構件沿著整個離子化棒10在兩個方向上移動，從而自發射極(金屬線)之所有區段移除污染碎屑。

所揭示的本發明之多段式離子化棒提供準備好用於大量生產之裝配方便的離子化晶胞(或發射極區段)之低成本之模組設計。所揭示的本發明之多段式離子化棒亦提供具有最小空氣/氣體及功率消耗之高效靜態中和且預期大大地減少操作中之維護費用(清潔之人工成本)。

一般技術者將瞭解，本發明之離子化晶胞16、16'''可各自具有提供所要張力之一個張緊彈簧而非兩個張緊彈簧，該張緊彈簧安置於發射極20之一個端部處。在此等實施例中，可固定地附接發射極20之相對端部(例如，藉由在第3G圖及第4B圖中所見類型之端部支柱33內接收的螺栓)，且亦可將用於與鄰近離子化棒進行外部接觸之一些構件附接於鄰近離子化棒處。

一般技術者將瞭解，預期根據本發明之離子化裝置之持續時間远長於(兩年至三年)習知插銷式發射極電暈放電離子化裝置。此狀況歸因於金屬線發射極20之減少腐蝕之前述隔離。亦決定，在使用本發明之離子化晶胞的情況下，實質上零電暈放電發生在板片彈簧20a附近，且此舉降低了彼區域中晶胞之塑膠組件之劣化(此外，延長每一晶胞之壽命)。然而，離子化晶胞將最終退 化至將希望移除/拋棄及更換的程度，且此移除/拋棄及更換可能使用本文論述的夾具48發生。

儘管已結合目前視為最實用且最佳實施例之實例描述了本發明，但應理解，本發明不限於所揭示之實施例，而本發明意欲涵蓋包括於隨附申請專利範圍之精神及範疇內的各種修改及等效佈置。例如，關於以上描述，應意識到，用於本發明之零件之最佳因次關係(dimensional relationship)(包括大小、材料、形狀、形式、功能之變化及操作、裝配及使用之方式)將視為對於熟習此項技術者而言是顯而易見的，且在圖式中所圖示及在說明書中所描述的彼等因次關係之所有等效關係皆意欲藉由隨附申請專利範圍所涵蓋。因此，上文被視為本發明之原理之說明性(而非詳盡)描述。

除在操作實例中或其中另外所指示的以外，以在一切情況下皆藉由術語「約」來修改之方式來理解用於本說明書及申請專利範圍中之參閱成分、反應條件等之數量之所有數目或表達式。因此，除非另有相反指示，否則在以上說明書及附加申請專利範圍中闡述之數值參數為近似值，該等近似值可取決於本發明希望獲取之所要性質而變化。至少地(而非以試圖限制等效於申請專利範圍之範疇之學說的應用之方式)，每一數值參數應至少按照報告的有效數位之數目且藉由應用一般捨入技術來解釋。

儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似 值，但儘可能精確地報告在特定實例中所闡述之數值。然而，任何數值固有地含有必然地由見於該等數值之各別測試量測中之標準偏差引起的某些誤差。

又，應理解，本文敍述之任何數值範圍意欲包括包含於該數值範圍中之所有子範圍。舉例而言，「1至10」之範圍意欲包括介於所述最小值1與所述最大值10之間的所有子範圍，且該等子範圍包括所述最小值1及所述最大值10；亦即，該等子範圍具有等於1或大於1之最小值及等於10或小於10之最大值。因為所揭示之數值範圍為連續的，所以該等所揭示之數值範圍包括最小值與最大值之間的每一值。除非另外明確地指示，否則在此應用中指定的各個數值範圍為近似值。

出於在下文中描述之目的，術語「上部」、「下部」、「右」、「左」、「垂直的」、「水平的」、「頂部」、「底部」及上述術語之衍生術語應如繪製圖式中定向般與本發明有關。然而，應理解，除非明確指定相反的情況，否則本發明可假定各種替代性變化及步驟順序。亦應理解，附加圖式中所圖示及在以上說明書中描述的特定裝置及製程僅為本發明之示例性實施例。因此，與本文所揭示之實施例有關之特定尺寸及其他實體特性不欲視為限制性的。

3D-3D‧‧‧線

10‧‧‧多段式線性離子化棒

12‧‧‧高壓電源

14‧‧‧控制系統

16‧‧‧離子化晶胞

16'‧‧‧離子化晶胞

16"‧‧‧離子化晶胞

16'''‧‧‧離子化晶胞

20‧‧‧線性離子發射極

20a‧‧‧板片彈簧/觸點

20b‧‧‧螺旋彈簧/觸點

21‧‧‧外殼

22‧‧‧離子雲/離子電漿區域

24‧‧‧歧管

24'‧‧‧歧管

24"‧‧‧歧管

25‧‧‧表面/底板

25'‧‧‧表面

25"‧‧‧表面

25'''‧‧‧底板

26‧‧‧孔口

26'‧‧‧孔口/噴嘴

26"‧‧‧孔口/噴嘴

27‧‧‧孔口/噴嘴

28‧‧‧空氣/氣流

28'‧‧‧空氣/氣流

30‧‧‧遮板/軌條

30'‧‧‧遮板/軌條

31‧‧‧開口

31'‧‧‧開口

32'‧‧‧參考電極

32a‧‧‧參考電極

32b‧‧‧參考電極

33‧‧‧支柱/端部支柱

35‧‧‧電觸點

40‧‧‧氣流連接器

42‧‧‧多導線連接器

44‧‧‧狀態燈

46‧‧‧孔隙

48‧‧‧懸臂式夾具

48a‧‧‧撓曲懸臂

48b‧‧‧撓曲懸臂

A‧‧‧周圍空氣

R‧‧‧半徑

TO‧‧‧目標物體

X1‧‧‧垂直距離

X2‧‧‧水平距離

將參閱以下隨附圖式來描述本發明之較佳實施例，在 該等隨附圖式中，相同元件符號表示相同步驟及/或結構，且其中：第1A圖及第1AA圖為具有相關聯高壓電源及相關聯控制系統的本發明之多段式線性離子化棒(使用螺旋彈簧或者板片彈簧選擇)之示意圖；第2A圖示意性地圖示(在橫截面圖中)根據本發明之空氣/氣流與線性離子化棒內離子雲之位置之間的一個較佳關係，該線性離子化棒採用空氣/氣流孔口佈置；第2B圖示意性地圖示(在橫截面圖中)根據本發明之空氣/氣流與線性離子化棒內離子雲之位置之間的另一較佳關係，該線性離子化棒採用緊鄰線性發射極之噴嘴；第2C圖示意性地圖示(在橫截面圖中)根據第3A圖至第4C圖中所示的本發明之實體實施例之空氣/氣流與線性離子化棒內離子雲之位置之間的又一較佳關係，該線性離子化棒採用複數個經有利定位的空氣/氣流孔口；第3A圖至第3C圖展示本發明的板片彈簧多段式離子化棒之較佳實體實施例之透視圖；第3D圖展示第3A圖至第3C圖之板片彈簧多段式離子化棒之橫截面圖，其中該截面沿著第3E圖之線3D-3D截取；第3E圖展示第3A圖至第3D圖之板片彈簧離子化棒之仰視圖；第3F圖為如用於第3A圖至第3D圖之較佳板片彈簧 離子化棒的可拆卸發射極模組/離子化晶胞中的一個可拆卸發射極模組/離子化晶胞之透視圖；第3G圖為第3F圖之可拆卸發射極模組/離子化晶胞之分解透視圖；第3H圖更詳細地圖示第3A圖至第3G圖之板片彈簧多段式離子化棒之兩個可拆卸發射極模組之間的接面；第4A圖為本發明之螺旋彈簧多段式離子化棒的較佳實體實施例之仰視圖；第4B圖為用於第4A圖之較佳離子化棒的可拆卸發射極模組/離子化晶胞之分解透視圖；以及第4C圖更詳細地圖示第4A圖及第4B圖的螺旋彈簧多段式離子化棒之兩個可拆卸發射極模組之間的接面。

10‧‧‧多段式線性離子化棒16離子化晶胞

20‧‧‧線性離子發射極

20a‧‧‧板片彈簧/觸點

21‧‧‧外殼

30‧‧‧遮板/軌條

40‧‧‧氣流連接器

42‧‧‧多導線連接器

44‧‧‧狀態燈

Claims (26)

1. 一種多段式線性離子化棒，該多段式線性離子化棒包含：至少一個離子化晶胞，該至少一個離子化晶胞具有至少一個軸定義的線性離子發射極，該至少一個軸定義的線性離子發射極用於回應於將一離子化電壓施加於該至少一個軸定義的線性離子發射極而沿著該至少一個軸定義的線性離子發射極之長度建立一離子雲，該離子雲具有一電漿區域，該電漿區域具有一外部周邊邊界；用於接收及輸送之構件，該構件用於接收一離子化電壓且用於將該離子化電壓輸送至該線性離子發射極，以藉此建立該離子雲；一參考電極，該參考電極用於回應於被施加於該參考電極的一非離子化電壓之接收而在該離子雲內提供一電場，該電場誘導離子離開該電漿區域；以及一歧管，該歧管用於自一氣源接收氣體且用於輸送該氣體經過該線性離子發射極，以使得該氣體中的至少一些氣體與該電漿區域之該外部周邊邊界相切流動，但大體上無任何該氣體流動至該電漿區域中。
2. 如請求項1所述之多段式線性離子化棒，其中用於接收之該構件包含彈簧張緊觸點，且該離子化棒進一步包含複數個離子化晶胞，該複數個離子化晶胞藉由該等彈簧張緊觸點電氣串聯連接，以藉此形成一高壓匯流排。
3. 如請求項1所述之多段式線性離子化棒，其中該離子化晶胞之該線性離子發射極包含至少一個電暈放電金屬線，該至少一個電暈放電金屬線具有在30微米至200微米之範圍內的一直徑，且其中該歧管進一步包含複數個通道，該複數個通道具有用於輸送該氣體經過該線性離子發射極之氣體孔口。
4. 如請求項3所述之多段式線性離子化棒，其中用於接收之該構件包含至少一個彈簧張緊觸點，該至少一個彈簧張緊觸點與該電暈放電金屬線進行實體接觸及電接觸，以藉此將該金屬線張緊於約150克力與約300克力之間。
5. 如請求項3所述之多段式線性離子化棒，其中該彈簧包含一板片彈簧，該板片彈簧在側視圖中為至少大體W形且具有小於約2微微法拉之一電容，且其中該電暈放電金屬線由一耐腐蝕金屬製成，該耐腐蝕金屬選自由以下組成之群組：不銹鋼、鉬、鈦、鎢、「HASTELLOY」及「ULTIMET」。
6. 如請求項1所述之多段式線性離子化棒，其中該歧管進一步包含該線性離子發射極之兩側上之複數個經交錯氣體孔口，該複數個經交錯氣體孔口用於自該歧管輸送該氣體經過該線性離子發射極，以使得該氣體中的至少一 些氣體與該電漿區域之該外部周邊邊界相切流動，但大體上無任何該氣體流動至該電漿區域中。
7. 如請求項6所述之多段式線性離子化棒，其中至少一個孔口之中心處於距該電暈放電金屬線一水平距離X2處；以及根據以下方程式決定X2之值：X2=R+X1/tan(90°-β)，其中R=該電漿區域之該外部周邊之半徑；X1為該金屬線發射極與該參考電極之間的垂直距離，且Y1為該接收的離子化電壓之該電壓振幅、該頻率及該離子電流中的至少一者之一函數；且β=自該至少一個孔口流動的該氣流之擴散角。
8. 如請求項1所述之多段式線性離子化棒，該多段式線性離子化棒進一步包含至少一個夾具，以相對於該歧管及鄰近離子化晶胞以機電方式且以可拆卸方式安裝該離子化晶胞。
9. 如請求項1所述之多段式線性離子化棒，其中該離子化棒位於具有周圍空氣之一環境中，其中該氣流夾帶該周圍空氣，其中大體上無藉由來自該歧管之該氣流誘導至該線性發射極上之任何振動，且其中大體上無任何來自該氣流之污染物及/或固有地存在於該夾帶的周圍空氣 中之污染物接觸該線性發射極。
10. 如請求項3所述之多段式線性離子化棒，其中該歧管進一步包含複數個管狀噴嘴，該複數個管狀噴嘴各自具有至少大體垂直於該電暈放電金屬線之方向的一高度，該複數個管狀噴嘴用於輸送該氣體經過該線性離子發射極，以使得該氣體中的至少一些氣體與該電漿區域之該外部周邊邊界相切流動，但大體上無任何該氣體流動至該電漿區域中。
11. 如請求項10所述之多段式線性離子化棒，其中該等噴嘴中的至少一個噴嘴之中心處於距該電暈放電金屬線一水平距離X2處；以及根據以下方程式決定X2之值：X2=R+(X1-H)/tan(90°-β)，其中R=該電漿區域之該外部周邊之半徑；X1為該金屬線發射極與該參考電極之間的垂直距離，且X1為該接收的離子化電壓之該電壓振幅、該頻率及該離子電流中的至少一者之一函數；H為該噴嘴之該高度；且β=自該至少一個孔口流動的該氣流之擴散角。
12. 如請求項10所述之多段式線性離子化棒，其中該等噴嘴中之至少一些噴嘴為導電的且彼此電氣連接；且 該參考電極包含該等電氣連接的導電噴嘴，藉此電暈放電電流自該電暈放電金屬線流向該等導電噴嘴。
13. 如請求項2所述之多段式線性離子化棒，其中該等離子化晶胞中的至少一個離子化晶胞之每一彈簧張緊觸點在該離子發射極之一端部處電氣連接至該離子發射極且電氣連接至鄰近離子化晶胞之各別彈簧張緊觸點，且其中該複數個離子化晶胞為選擇性可移除的。
14. 如請求項1所述之多段式線性離子化棒，其中每一離子化晶胞進一步包含第一側向部件及第二側向部件，該等第一側向部件及該等第二側向部件安置於該軸定義的線性離子發射極之側向相對側且至少大體平行於該發射極軸定向，該等側向部件具有穿過該等側向部件之空氣流開口，且該等側向部件由電氣中性且高度隔離的材料形成。
15. 一種使用一離子化棒將氣體之一雙極離子化流導向一目標物體之方法，該類型之離子化棒具有一軸定義的線性離子化發射極及一參考電極及用於將一氣流向該目標物體輸送之複數個孔口，該方法包含以下步驟：將一離子化電壓施加於該線性離子發射極，以藉此沿著該線性離子發射極之長度建立一雙極離子雲，該離子雲具有一外部周邊邊界； 將一非離子化電壓施加於該參考電極，以藉此在該離子雲內提供一非離子化電場，該非離子化電場誘導離子離開該雙極離子雲；以及經由該等孔口輸送該氣體經過該線性離子發射極且將該氣體向該目標物體輸送，以使得該氣體中的至少一些氣體與該離子雲之該外部周邊邊界相切流動，但大體上無任何該氣體流動至該離子雲中，以藉此將氣體之一雙極離子化流導向該目標物體。
16. 如請求項15所述之方法，其中該輸送之步驟進一步包含以下步驟：輸送該氣體經過該線性離子發射極且將該氣體向該目標物體輸送，以使得該氣體中的至少一些氣體與該離子雲之該電漿區域之該外部周邊邊界相切流動，但大體上無任何該氣體流動至該離子雲之該電漿區域中，以藉此將氣體之一雙極離子化流導向該目標物體。
17. 如請求項15所述之方法，其中該離子化棒位於具有周圍空氣之一環境中，其中該氣流夾帶該周圍空氣，其中大體上無藉由流經該線性離子發射極之該氣體誘導至該線性發射極上之任何振動，且其中大體上無任何來自該氣流之污染物及/或來自該夾帶的周圍空氣之污染物接觸該線性發射極。
18. 如請求項16所述之方法，其中該輸送之步驟進一步包 含以下步驟：在該軸定義的線性離子化發射極之兩個側向相對側輸送氣體，以使得該氣體中的至少一些氣體與該電漿區域之該外部周邊邊界相切流動，但大體上無任何該氣體流動至該電漿區域中。
19. 如請求項16所述之方法，其中該施加一離子化電壓之步驟進一步包含以下步驟：將一電壓施加於該線性離子化發射極，以藉此沿著該線性離子化發射極之該長度建立大體橢圓形的一電漿區域。
20. 如請求項15所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：當氣體流向該目標物體時，同時自該線性離子發射極之兩個側面準直氣體之該雙極離子化流。
21. 一種供一多段式線性離子化棒使用的選擇性可移除離子化晶胞，該選擇性可移除離子化晶胞包含：一狹長的板，該狹長的板具有複數個開口，氣體可經由該複數個開口流動，該等開口安置成沿著該狹長的板之長度相對於彼此間隔；至少一個軸定義的線性離子發射極，該至少一個軸定義的線性離子發射極用於回應於將一離子化電壓施加於該至少一個軸定義的線性離子發射極而沿著該至少一個軸定義的線性離子發射極之長度建立一雙極離子雲，該離子雲具有一外部周邊邊界，且該發射極相對於該板以間隔 懸浮，以使得該發射極軸至少大體上平行於該板之狹長方向；以及至少一個彈簧張緊觸點，該至少一個彈簧張緊觸點用於拉伸該線性離子發射極、用於接收一離子化電壓且用於將該離子化電壓輸送至該線性離子發射極，以藉此建立該離子雲。
22. 如請求項21所述之離子化晶胞，其中該線性離子發射極包含至少一個電暈放電金屬線，該至少一個電暈放電金屬線具有在30微米至200微米之範圍內的一直徑。
23. 如請求項21所述之離子化晶胞，其中該彈簧張緊觸點與該電暈放電金屬線進行實體接觸及電接觸，以藉此將該金屬線張緊於約150克力與約300克力之間。
24. 如請求項21所述之離子化晶胞，其中該彈簧包含一板片彈簧，該板片彈簧在側視圖中為至少大體W形且具有小於約2微微法拉之一電容，且該電暈放電金屬線由一耐腐蝕金屬製成，該耐腐蝕金屬選自由以下組成之群組：不銹鋼、鉬、鈦、鎢、「HASTELLOY」及「ULTIMET」。
25. 如請求項21所述之離子化晶胞，其中該離子化晶胞進一步包含第一側向部件及第二側向部件，該等第一側向部件及該等第二側向部件安置於該軸定義的線性離子化 發射極之側向相對側且至少大體平行於該發射極軸定向，該等側向部件具有穿過該等側向部件之空氣流開口，且該等側向部件由電氣中性且高度隔離的材料形成。
26. 如請求項21所述之離子化晶胞，其中該線性離子發射極比該至少一個彈簧張緊觸點相對於該板以更大間隔懸浮，且其中該等第一側向部件及該等第二側向部件在該等第一側向部件與該等第二側向部件之間提供一實體上無障礙的路徑。