(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動物体に対して電荷を付与するか或いは除去するイオン化システムにおいて、
（ａ）電源と、
（ｂ）前記電源に結合され、該電源から出力を受け取る少なくとも１つのイオン化装置であって、前記電源は、前記出力の１または複数の特性が、０（零）ではない一定の基準レベルに設定される第１の動作状態と、前記出力の前記１または複数の特性が中和レベルに設定される第２の動作状態とを有し、前記出力の前記１または複数の特性のうちの少なくとも１つに対する前記一定の基準レベルは、該１または複数の特性のうちの該少なくとも１つに対する前記中和レベルとは異なっている少なくとも１つのイオン化装置と、
（ｃ）前記少なくとも１つのイオン化装置の下流に配置され、前記物体の電荷を測定する電荷センサーと、
（ｄ）前記電荷センサーの出力に結合され、かつ前記電源に結合されて前記少なくとも１つのイオン化装置に対する前記出力を制御する制御装置とを具備し、
前記制御装置が、
(i)交番する一連の複数の第１の期間および第２の期間の間、前記電源を前記第１の状態と前記第２の状態との間で切り替え、
(ii)前記第１の期間の間のみ、前記電源が前記第１の動作状態に設定された状態で前記少なくとも１つのイオン化装置への電流の流れを検知し、
(iii)前記第２の期間の間のみ、前記電源を前記第２の状態に設定し、前記電荷センサーから測定された電荷データを受け取り、
(iv)前記第２の期間の間のみ、前記電荷センサーからの前記測定された電荷データに基づき、前記第２の動作状態にある前記電源の前記出力の前記１または複数の特性に対する前記中和レベルのうちの少なくとも１つを調節し、
(v)前記第１の期間および前記第２の期間のうちの一方の間、一部には前記検知された電流に基づく前記物体の上流電荷の計算と、前記少なくとも１つのイオン化装置の相対的な状態の判定とのうちの少なくとも一方を行い、
(vi)前記第１の期間および前記第２の期間の連続した対に対してステップ(ii)〜(v)を周期的に繰り返すイオン化システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのイオン化装置は、少なくとも１つの正イオン化装置と少なくとも１つの負イオン化装置とを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御装置と通信し、前記少なくとも１つの正イオン化装置および前記少なくとも１つの負イオン化装置の前記相対的な状態を判定するための較正データを格納するメモリを更に備え、
前記制御装置は、
(vii)前記第１の期間および前記第２の期間のうちの一方の間、前記電源が前記第１の動作状態に設定されている状態で、前記少なくとも１つの正イオン化装置への前記電流の流れと前記少なくとも１つの負イオン化装置への前記電流の流れとを合計して電流の大きさを求め、
(viii)前記電流の大きさを前記較正データと比較して差の値を求め、
(ix)前記差の値を用いて、前記少なくとも１つの正イオン化装置および前記少なくとも１つの負イオン化装置の前記相対的な状態を判定するように更に構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記出力の前記１または複数の特性は、前記少なくとも１つの正イオン化装置に付与される第１の振幅と、前記少なくとも１つの負イオン化装置に付与される第２の振幅と、デューティサイクルとを含み、
前記第１の振幅および前記第２の振幅の各々に対する各０（零）ではない一定の基準レベルは、約４ｋＶ〜約２０ｋＶであり、前記デューティサイクルに対する０（零）ではない前記一定の基準レベルは５０／５０である請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記検知された電流は、前記少なくとも１つの正イオン化装置への電流の流れと前記少なくとも負イオン化装置への電流の流れとの正味の量である請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記物体上の前記計算された上流電荷は、また、部分的に該物体の速度と該物体の前記下流方向に対して垂直に測定された該物体の幅とに基づく請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
（ｅ）前記制御装置に結合され、前記物体の前記速度および前記幅に関するデータを受け取るユーザー入力部を更に備える請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
ステップ（ｖ）は、前記第１の期間の間に行われる請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の期間の長さに対する前記第２の期間の長さの比は、約１００：１である請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
移動物体に対して電荷を付与するか或いは除去するイオン化システムの状態をモニタリングする方法において、
前記イオン化システムは、少なくとも１つのイオン化装置に出力を提供する電源と、前記少なくとも１つのイオン化装置の下流に配置された電荷センサーと、該電荷センサーの出力と前記電源とに結合された制御装置とを有し、
前記電源は、前記出力の１または複数の特性が０（零）ではない一定の基準レベルに設定される第１の動作状態と、前記出力の前記１または複数の特性が中和レベルに設定される第２の動作状態とを有し、前記１または複数の特性のうちの少なくとも１つに対する０（零）ではない前記一定の基準レベルは、該１または複数の特性のうちの該少なくとも１つに対する前記中和レベルとは異なり、前記制御装置は、交番する一連の複数の第１の期間および第２の期間の間、前記電源を前記第１の動作状態と前記第２の動作状態との間で切り替えるように構成され、
該方法は、
（ａ）前記第１の期間の間のみ、前記電源が前記第１の動作状態に設定された状態で前記少なくとも１つのイオン化装置への電流の流れを検知することと、
（ｂ）前記第２の期間の間のみ、前記電源を前記第２の状態に設定し、前記電荷センサーから測定された電荷データを受け取ることと、
（ｃ）前記第２の期間の間のみ、前記電荷センサーからの前記測定された電荷データに基づき、前記第２の動作状態にある前記電源の前記出力の前記１または複数の特性に対する前記中和レベルのうちの少なくとも１つを調節することと、
（ｄ）前記第１の期間および前記第２の期間のうちの一方の間、一部には前記検知された電流に基づく前記物体の上流電荷の計算と、前記少なくとも１つのイオン化装置の相対的な状態の判定とのうちの一方を行うことと、
（ｅ）前記第１の期間および前記第２の期間の連続した対に対してステップ（ａ）〜（ｄ）を周期的に繰り返すこととを含む方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのイオン化装置は、少なくとも１つの正イオン化装置と、少なくとも１つの負イオン化装置とを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記イオン化システムはメモリを含み、
前記方法は、
（ｆ）前記少なくとも１つの正イオン化装置および前記少なくとも１つの負イオン化装置の前記相対的な状態を判定するための較正データを格納することと、
（ｇ）前記第１の期間および前記第２の期間のうちの一方の間、前記電源が前記第１の動作状態に設定されている状態で、前記少なくとも１つの正イオン化装置への前記電流の流れと前記少なくとも１つの負イオン化装置への前記電流の流れとを合計して電流の大きさを求めることと、
（ｈ）前記電流の大きさを前記較正データと比較して差の値を求めることと、
（ｉ）前記差の値を用いて、前記少なくとも１つの正イオン化装置および前記少なくとも１つの負イオン化装置の前記相対的な状態を判定することとを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記出力の前記１または複数の特性は、前記少なくとも１つの正イオン化装置に付与される第１の振幅と、前記少なくとも１つの負イオン化装置に付与される第２の振幅と、デューティサイクルとを含み、前記第１の振幅および前記第２の振幅の各々に対する前記第１の期間の間に付与される各０（零）ではない一定の基準レベルは、約４ｋＶ〜約２０ｋＶであり、前記デューティサイクルに対する前記第１の期間の間に付与される０（零）ではない前記一定の基準レベルは５０／５０である請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記物体上の前記計算された上流電荷は、また、部分的に該物体の速度と該物体の前記下流方向に対して垂直に測定された該物体の幅とに基づく請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
（ｆ）前記制御装置に結合されたユーザー入力部を介して、前記物体の前記速度および前記幅に関するデータを受け取ることを更に含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ｄ）は、前記第１の期間の間に行われる請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の期間の長さに対する前記第２の期間の長さの比は約１００：１である請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の期間の間に前記電荷センサーを停止させることを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
移動物体に対して電荷を付与するか或いは除去するイオン化システムの状態をモニタリングする方法において、
前記イオン化システムは、少なくとも１つのイオン化装置に出力を提供する電源と、該電源に結合された制御装置とを有し、前記電源は、前記出力の１または複数の特性が０（零）ではない一定の基準レベルに設定される第１の動作状態と、前記出力の前記１または複数の特性が中和レベルに設定される第２の動作状態とを有し、前記１または複数の特性のうちの少なくとも１つに対する０（零）ではない前記一定の基準レベルは、該１または複数の特性のうちの該少なくとも１つに対する前記中和レベルとは異なり、前記制御装置は、交番する一連の複数の第１の期間および第２の期間の間、前記電源を前記第１の動作状態と前記第２の動作状態との間で切り替えるように構成され、
該方法は、
（ａ）前記第１の期間の間のみ、前記電源が前記第１の動作状態に設定された状態で前記少なくとも１つのイオン化装置への電流の流れを検知することと、
（ｂ）前記第２の期間の間のみ、前記電源を前記第２の状態に設定し、オペレーターが、前記少なくとも１つのイオン化装置の下流に位置する電荷センサーから測定された電荷データに基づいて、前記電源の前記出力の前記１または複数の特性に対する前記中和レベルのうちの少なくとも１つを変更するのを可能にすることと、
（ｃ）前記第１の期間および前記第２の期間のうちの一方の間、一部には前記検知された電流に基づく前記物体の上流電荷の計算と、前記少なくとも１つのイオン化装置の相対的な状態の判定とのうちの一方を行うことと、
（ｄ）前記第１の期間および前記第２の期間の連続した対に対してステップ（ａ）〜（ｃ）を周期的に繰り返すこととを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、包括的にはイオン化システムに関し、より詳細には、物体の上流電荷を求め、かつイオン化システムの状態を判定するために閉ループフィードバックおよびインターリーブサンプリング期間を用いるイオン化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気イオン化は、標的表面の静電荷を除去する有効な方法である。空気イオン化装置は、周囲雰囲気において、空気中の電荷の可動担体としての役割を果たす大量の正イオンおよび負イオンを発生させる。イオンは、空気を通って流れる際に、反対に帯電した粒子および表面に引き寄せられる。このプロセスを通して、静電帯電した表面の中和を迅速に達成することができる。
【０００３】
空気イオン化は、コロナ放電として知られるプロセスにおいてイオンを発生させる、電気イオン化装置を用いて行うことができる。電気イオン化装置は、鋭利な先端の周囲の電界を、それが周囲空気の絶縁耐力を超えるまで強化することによって、空気イオンを発生させる。電子が電極から周囲空気中に流れているときに、負のコロナ放電が発生する。空気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。
【０００４】
交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）電荷中和システム等のイオン化装置は、イオン化バー、空気イオン化ブロワー、空気イオン化ノズル等、多くの形態をとり、作業空間内にまたは領域の表面上に正イオンおよび負イオンを放出することにより静電荷を中和するために利用される。イオン化バーは、通常、紙の印刷、ポリマーシート材料またはビニール袋製造等、連続したウェブの操作で使用される。空気イオン化ブロワーおよびノズルは、通常、静電放電（ＥＳＤ）による損傷を受けやすい、ハードディスクドライブ、集積回路等の電子機器を組み立てる作業空間で使用される。
【０００５】
搬送材料（例えば、ウェブ等）に対する通常の閉ループイオン化システムでは、センサーは、イオン化装置から下流に配置される。これらのセンサー、通常は、静電場計等は、材料上の残留電荷を評価し、残留電荷をゼロするか或いは可能な限りにゼロに近づけるように、フィードバック信号がイオン化システムに戻される。これらのシステムでは、下流の残留電圧は、フィードバックセンサーからの情報によって十分に特徴付けられる。イオン化システムに入ってくる搬送材料における実際の電圧、すなわち上流電圧は、未知である。この情報は、安全性およびプロセス制御に対して重要である。
【０００６】
上流電圧を求めるために、イオン化装置の上流に位置する追加のセンサーが必要である。これにより、システムの費用が加算されるが、より重要なことには、イオン化装置の上流における搬送材料上の電荷が高く（例えば、１０ｋＶ以上）、標準電荷センサーの能力を超える可能性がある。
【０００７】
さらに、経時的に、イオン化装置はデブリを蓄積する可能性がある。イオン化装置の最適な性能を維持するために、デブリを除去するためにイオン化装置を清掃する必要がある。イオン化装置がデブリを蓄積するに従い、イオン化装置の電荷が低減し、したがって、電圧源からイオン化装置内に流れ込む電流もまた低減する。イオン化システムが自己較正し性能を表示する方法が特許文献１（Gorczyca他）に記載されており、その出願の内容全体が、引用することにより本明細書の一部をなす。しかしながら、その方法は、高電圧電源の複数の動作状態に対して較正データの初期蓄積が必要である。リアルタイムデータ、特に、動作中に収集される正イオン化装置および負イオン化装置への電流出力の合計が、最も近いデータ点と比較されて、性能の差が求められる。２５０以上となり得るデータ点に対する較正データの蓄積は、時間がかかる可能性があり、必要な基準値テーブルを格納するために大きいメモリ空間が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第8,039,789号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
閉ループフィードバックを提供し、追加の上流センサーを必要とすることなく上流電荷を推定することができるイオン化システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡単に述べると、本発明の実施形態は、移動物体に対して電荷を付与するか或いは除去するイオン化システムを含む。本システムは、電源と、電源に結合され、電源から出力を受け取る少なくとも１つのイオン化装置とを含む。電源は、出力の１または複数の特性が０（零）ではない一定の基準レベルに設定される第１の動作状態と、出力の１または複数の特性が中和レベルに設定される第２の動作状態とを有する。出力の１または複数の特性のうちの少なくとも１つの特性に対する一定の基準レベルは、１または複数の特性のうちの少なくとも１つの特性に対する中和レベルとは異なる。電荷センサーが、少なくとも１つのイオン化装置の下流に配置され、物体の電荷を測定するように構成されている。制御装置が電荷センサーの出力に結合され、かつ電源に結合されて少なくとも１つのイオン化装置に対する出力を制御する。制御装置は、(i)交番する一連の複数の第１の期間および第２の期間の間、電源を第１の状態と第２の状態との間で切り替え、(ii)第１の期間の間のみ、電源が第１の動作状態に設定された状態で少なくとも１つのイオン化装置への電流の流れを検知し、(iii)第２の期間の間のみ、電源を第２の状態に設定し、電荷センサーから測定された電荷データを受け取り、(iv)第２の期間の間のみ、電荷センサーからの測定された電荷データに基づき、第２の動作状態にある電源の出力の１または複数の特性に対する中和レベルのうちの少なくとも１つを調節し、(v)第１の期間および第２の期間のうちの一方の間、一部には検知された電流に基づく物体の上流電荷の計算と、少なくとも１つのイオン化装置の相対的な状態の判定とのうちの少なくとも一方を行い、(vi)第１の期間および第２の期間の連続した対に対してステップ(ii)〜(v)を周期的に繰り返す。
【００１１】
本発明の更なる実施形態は、移動物体に対して電荷を付与するか或いは除去するイオン化システムの状態をモニタリングする方法を含む。イオン化システムは、少なくとも１つのイオン化装置に出力を提供する電源と、少なくとも１つのイオン化装置の下流に配置された電荷センサーと、電荷センサーの出力と電源とに結合された制御装置とを有する。電源は、出力の１または複数の特性が０（零）ではない一定の基準レベルに設定される第１の動作状態と、出力の１または複数の特性が中和レベルに設定される第２の動作状態とを有する。１または複数の特性のうちの少なくとも１つの特性に対する０（零）ではない一定の基準レベルは、１または複数の特性のうちの少なくとも１つの特性に対する中和レベルとは異なる。制御装置は、交番する一連の複数の第１の期間および第２の期間の間、電源を第１の状態と第２の状態との間で切り替える。本方法は、（ａ）第１の期間の間のみ、電源が第１の動作状態に設定された状態で少なくとも１つのイオン化装置への電流の流れを検知することと、（ｂ）第２の期間の間のみ、電源を第２の状態に設定し、電荷センサーから測定された電荷データを受け取ることと、（ｃ）第２の期間の間のみ、電荷センサーからの測定された電荷データに基づき、第２の動作状態にある電源の出力の１または複数の特性に対する中和レベルのうちの少なくとも１つを調節することと、（ｄ）第１の期間および第２の期間のうちの一方の間、一部には検知された電流に基づく物体の上流電荷の計算と、少なくとも１つのイオン化装置の相対的な状態の判定とのうちの少なくとも一方を行うことと、（ｅ）第１の期間および第２の期間の連続した対に対してステップ（ａ）〜（ｄ）を周期的に繰り返すこととを含む。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態は、移動物体に対して電荷を付与するか或いは除去するイオン化システムの状態をモニタリングする方法を含む。イオン化システムは、少なくとも１つのイオン化装置に出力を提供する電源と、電源に結合された制御装置とを有する。電源は、出力の１または複数の特性が０（零）ではない一定の基準レベルに設定される第１の動作状態と、出力の１または複数の特性が中和レベルに設定される第２の動作状態とを有する。１または複数の特性のうちの少なくとも１つの特性に対する０（零）ではない一定の基準レベルは、１または複数の特性のうちの少なくとも１つの特性に対する中和レベルとは異なる。制御装置は、交番する一連の複数の第１の期間および第２の期間の間、電源を第１の動作状態と第２の動作状態との間で切り替える。本方法は、（ａ）第１の期間の間のみ、電源が第１の動作状態に設定された状態で少なくとも１つのイオン化装置への電流の流れを検知することと、（ｂ）第２の期間の間のみ、電源を第２の状態に設定し、オペレーターが、少なくとも１つのイオン化装置の下流に位置する電荷センサーから測定された電荷データに基づいて、電源の出力の１または複数の特性に対する中和レベルのうちの少なくとも１つを変更するのを可能にすることと、（ｃ）第１の期間および第２の期間のうちの一方の間、一部には検知された電流に基づく物体の上流電荷の計算と、少なくとも１つのイオン化装置の相対的な状態の判定とのうちの一方を行うことと、（ｄ）第１の期間および第２の期間の連続した対に対してステップ（ａ）〜（ｃ）を周期的に繰り返すこととを含む。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面とともに読むときにより理解されるであろう。例示の目的で、図面には、現時点で好ましい実施形態が示されている。しかしながら、本発明は、図示する厳密な構成および手段に限定されないことを理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるイオン化システムの概略ブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に従って用いられる交番する繰返し期間を示すタイムラインの図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による図１のイオン化システムの閉ループフィードバック動作に対する例示的なプロセスのフローチャートである。
【図４】本発明の好ましい実施形態による図１のイオン化システムのサンプリング期間の間の動作に対する例示的なプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明では、特定の用語は便宜上にのみ使用されており、限定するものではない。特許請求の範囲および明細書の対応する部分で使用する「１つの（a、an）」という語は、「少なくとも１つの」を意味する。
【００１６】
図１を参照すると、イオン化システム１０の第１の実施形態が示されている。イオン化システム１０は、好ましくは、イオン化システム１０の機能を制御する、制御装置、プロセッサ、または他の制御回路１４若しくはプロセッサ１４（簡単のために、以下「制御装置１４」と呼ぶ）を含む。制御装置１４は、ユーザー２４、外部コンピューター（図示せず）に結合されたコンピューターインターフェース３２等から直接入力を受け入れることができる。本発明の好ましい実施形態では、様々な高電圧発生トポロジーを使用することができる。特に、本発明の好ましい実施形態の応用において、マイクロ制御装置またはマイクロプロセッサ等、様々な制御装置１４を使用することができる。１つの好適な制御装置１４は、Zilong, Inc.製の市販のZ8 Encoreマイクロプロセッサである。制御装置１４はまた、好ましくは、メモリ２１と更に通信し、メモリ２１は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュＲＡＭ、ハードディスク、光ディスク等、任意の既知のまたは適切なメモリデバイスとすることができる。
【００１７】
制御装置１４は、１つ若しくは複数の高電圧（ＨＶ）電源２２ａ、２２ｂ、好ましくは、正のＨＶ電源２２ａおよび負のＨＶ電源２２ｂに結合されている。しかしながら、本発明によれば、交流（ＡＣ）電源等、他のＨＶ電源も使用することができる。ＨＶ電源２２ａ、２２ｂは、好ましくは、約３キロボルト（ｋＶ）〜約６０ｋＶの範囲の電圧を有する電力を、図１においてイオン化バー１６として示すイオン化エミッタ１６に供給する。好ましい実施形態では、イオン化バー１６は、正のＨＶ電源２２ａに関連する１または複数のイオン化ピン１６ａと、負のＨＶ電源２２ｂに関連する対応する数のイオン化ピン１６ｂとを含む。他の実施形態では、スイッチ等により正の出力および負の出力に、またはＡＣ  ＨＶ電源に、１つまたはピンを交互に接続することができる。単一の直流（ＤＣ）ＨＶ電源を用いる実施形態では、イオン化バー１６のイオン化ピンは１つの極性のみを受け入れる。制御装置１４は、イオン化バー１６に対するＨＶ電源２２ａ、２２ｂの出力を制御する。
【００１８】
好ましい実施形態では、制御装置１４、ＨＶ電源２２ａ、２２ｂおよびイオン化バー１６は、共通のハウジング１８内に配置される。これにより、イオン化バー１６を電源２２ａ、２２ｂに接続するための高電圧ケーブルが不要になり、より効率的なサイズのイオン化システム１０が提供される。しかしながら、本発明の実施形態は、例えば、イオン化バー１６が、ＨＶ電源２２ａ、２２ｂから外部に位置し高電圧電源ケーブル（図示せず）等を介して接続される構成等、他の構成で使用することができる。
【００１９】
イオン化バー１６の出力は、好ましくは、イオン化バー１６に近接するようになる、移動ウェブ等の移動物体１２に対して電荷を付与するか或いは除去するために利用される。イオン化バー１６の下流に、移動物体１２上の残留電荷を検出する外部センサー１５がある。通常動作中、センサー１５からのデータは、制御装置１４内に渡される。センサーデータに基づいて、制御装置１４は、標的物体１２に対してイオン化を最適化するために、ＨＶ電源２２ａ、２２ｂの出力に必要な調節を表す信号を生成し出力し、それにより、イオン化システム１０に対して閉ループフィードバックを提供する。好ましい実施形態では、ＨＶ電源２２ａ、２２ｂにイネーブル（ENABLE）信号が提供されて高電圧パルスのタイミングが設定される。同様に、V PROG+/-信号が提供されて、ＨＶ電源２２ａ、２２ｂのそれぞれの出力レベルが設定される。動作中、制御装置１４においてセンサー１５から受け取られるデータに応答して、これらの信号および／または他の信号を調節することができる。
【００２０】
別の実施形態では、下流センサー１５は、手持ち式電場計または同様の手操作センサーとすることができる。手持ち式電場計によって収集される電荷データを、オペレーターが検査することができる。オペレーターは、測定された電荷データに基づいて、イオン化装置の１または複数の設定（例えば、振幅、デューティサイクル、周波数等）を所望のレベルに手動で調節することができる。オペレーターによる変更は、ユーザー入力２４、コンピューターインターフェース３２等を通して行うことができる。オペレーターは、必要に応じて高頻度でまたは低頻度で測定および手動調節を行うことができる。
【００２１】
本発明の実施形態は、標的物体１２における上流電荷を（例えば、V+/-モニター信号および／またはI+/-モニター信号を介して）判定する「上流センサー」としてイオン化バー１６を使用する。標的物体１２が、或る閾値の電荷を帯びている場合、イオン化バー１６のピン１６ａ、１６ｂにおける電流の流れは、標的物体１２上の電荷の極性に基づいて、誘導するか或いは抑制することができる。予期される電流の流れと実際の電流の流れとの差は、標的物体１２上の電荷に比例する。ピン１６ａ、１６ｂにおける電流の流れを測定する１つの方法は、米国特許第6,130,815号（Pitel他）および同第6,259,591号（Pitel等）に記載されており、それら両出願の内容全体が、引用することにより本明細書の一部をなす。
【００２２】
例えば、イオン化バーのイオナイザーピン１６ａ、１６ｂにおける正味中和電流出力Ineutは、以下の式によって求めることができる。
【数１】
0006530483.tif 000002
式中、I+は、正のイオナイザーピン１６ａにおける出力電流の絶対値であり、I-は、負のイオナイザーピン１６ｂにおける出力電流の絶対値であり、I0は、理想的にはゼロに等しい、時点ｔ＝０において存在する中和電流、本質的には補正係数である。正味中和出力電流Ineutは、標的物体１２上の電荷、標的物体１２の速度、および標的物体１２からのピン１６ａ、１６ｂの距離に比例する。標的物体１２上に、イオン化バー１６において電流を誘導するか或いは抑制するために十分な電荷がない場合、大部分の場合、正味中和出力電流Ineutはゼロになる。Ineut＞０である場合、標的物体１２上の電荷は負であるが、一方で、Ineut＜０である場合、標的物体１２上の電荷は正である。
【００２３】
正規化された正味電流値Inormを用いて、イオン化バー１１４の長さによってもたらされる影響を補正することができることに更に留意するべきである。正規化された正味電流は、以下の式によって与えられる。
【数２】
0006530483.tif 000003
式中、Imagは、以下の式によって与えられる中和電流の大きさを表す。
【数３】
0006530483.tif 000004
【００２４】
以下の式に基づいて、標的物体１２上の電荷密度σを計算することができる。
【数４】
0006530483.tif 000005
式中、ｖは、標的物体１２の速度を表し、Ｗは、イオン化バー１６によって覆われた標的物体１２の幅（イオン化バー１６の長さまたは物体の幅の短い方）を表す。Ｋは、以下の式によって与えられる、中和効率を表す。
【数５】
0006530483.tif 000006
これは、０．１〜１．１の値の範囲である可能性がある。実際の値は、イオン化エミッタ１６のタイプ、その状態、その設置、標的物体１２からの距離および他の変数によって決まる。
【００２５】
電荷密度σから、以下の式によって電界強度Ｅもまた求めることができる。
【数６】
0006530483.tif 000007
式中、ε０は、自由空間の誘電率を表す。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、これらの概念は、標的物体１２を中和するために通常の閉ループフィードバック動作の期間とイオン化バー１６におけるサンプリングの期間をインターリーブすることにより、利用される。例えば、図２は、イオン化システム１０の動作のタイムライン１００を示し、それは、イオン化システム１０が、下流センサー１５からのフィードバックに基づいて標的物体１２上の電荷を中和するように通常の状態の下で動作している、通常の閉ループフィードバック動作１０２の、制御装置１４によってデータが収集されるサンプリング期間１０４との交番する期間を含み、上記データを用いて、入ってくる標的物体１２における上流電荷を求め、および／またはイオン化バー１６の状態を判定することができる。サンプリング期間１０４の長さおよび頻度は、最小に維持されることが好ましく、それは、サンプリング期間１０４中、システム１０のイオン化能力が低下する可能性があるためである。サンプリング期間１０４の長さに対する通常の動作期間１０２の長さの比は、約１００：１であることが好ましいが、他の比が同様に想定される。さらに、特定の動作要件に従って、オペレーターによって比を規定することができる。例えば、イオン化バー１６の状態および標的物体１２上の電荷は、比較的低速に変化する可能性があり、それにより、オペレーターは、特定の必要に対して比を調節することができる。
【００２７】
図３は、本発明の好ましい実施形態による、制御装置１４によって実行される例示的な方法２００のフローチャートである。通常の閉ループフィードバック動作中、制御装置１４は、サンプリング期間に入るべきか否かを判断することができる（ステップ２０２）。入るべきではない場合、制御装置１４は、閉ループフィードバック動作を続け、他の従来のメインループプロセスを行い（ステップ２０４）、必要な場合は、センサー１５から受け取るか、またはセンサー１５によって測定されたデータに基づいて手動のオペレーター入力から（例えば、ユーザー入力２４またはコンピューターインターフェース３２を介して）受け取った入力に基づいて、設定値（例えば、振幅、デューティサイクル等）を調節する（ステップ２０６）。
【００２８】
しかしながら、ステップ２０２において、サンプリング期間に入るべきである場合、制御装置１４は、図４に示す例示的な方法３００に入ることができる。サンプリング期間に入ると、電源２２ａ、２２ｂは、基準レベルに設定される（ステップ３０２)。例えば、通常、イオン化バー１６への出力は、デューティサイクル、振幅、周波数等を有する波形である。しかしながら、或る特定の実施形態では、それぞれのイオン化ピン１６ａ、１６ｂへの出力は、単極ＤＣ信号である可能性があり、その場合、正のＨＶ電源１６ａおよび負のＨＶ電源１６ｂの両方が、パルス状ではなく常にオンである。制御装置１４は、正のＨＶ電源２２ａおよび負のＨＶ電源２２ｂの出力の振幅を０（零）ではない一定の基準レベル、例えば、約４ｋＶ〜約２０ｋＶに設定することができる。デューティサイクル（すなわち、波形の１サイクル中の負イオン発生に対する正イオン発生の比）もまた、好ましくは５０／５０に設定される。波形の周波数および／または他の特徴もまた、サンプリング期間中、０（零）ではない一定の基準レベルに設定することができる。サンプリング期間中、イオン化ピン１６ａ、１６ｂにおいて０（零）ではない一定の基準電圧レベルを維持することにより、イオン化システム１０は、サンプリング期間中、開ループシステムの有効性を有しながら、標的物体１２に対して電荷を付与するか或いは除去し続けることができる。
【００２９】
代替実施形態では、出力を基準レベルに設定するステップ３０２は、電源２２ａ、２２ｂからイオン化バー１６への電圧出力を遮断することを含むことができる。例えば、電源２２ａ、２２ｂを、イオン化バー１６にいかなる信号も出力されない（例えば、VPROG=0）ようなモードにするか或いはそうした設定値に設定することができる。その結果、イオン化ピン１６ａ、１６ｂは、いかなる電圧にも保持されず、ピン１６ａ、１６ｂにおいて生成された電流は、純粋に、標的物体１２上の電荷の結果である。
【００３０】
ステップ３０４において、制御装置１２０によって検知されるイオン化ピン１６ａ、１６ｂへの電流等、Ａ／Ｄ測定値がサンプリングされる。ステップ３０６において、上述したように、一部には検知された電流の流れに基づいて、標的物体１２における上流電荷を計算することができる。ステップ３０６における計算はまた、好ましくは、上述したように、標的またはウェブ１２の速度および／または（下流方向に対して垂直に測定される）幅に関するデータを考慮する。他の同様のデータも考慮することができる。速度、幅および他の関連データは、センサー（図示せず）によって提供することができるが、データが、ユーザー入力２４を介しておよび／またはコンピューターインターフェース３２を介して制御装置１４に入力されることが好ましい。
【００３１】
サンプリング期間中にステップ３０４において収集されたデータを用いて、イオン化バー１６の相対的な状態を判定することもできる。０（零）ではない一定の基準レベルに対して、メモリ２１から事前に求められた較正データを検索することができる。格納された値とリアルタイム測定値とから、絶対パーセント差が計算される（ステップ３０８）。好ましい実施形態では、差を求めるために使用される計算は以下の通りである。
【数７】
0006530483.tif 000008
式中、IDは、基準値の較正測定値(Ical)からリアルタリム測定値(Imag)を引いた絶対値である。検索されたIcalには、１００％の値が割り当てられる。１００％からの誤差が計算される（ステップ３１０）。較正基準値からのパーセント差Ｅ％は、以下の式によって計算される。
【数８】
0006530483.tif 000009
パーセント差を計算すると、イオン化システム１０の測定器またはディスプレイが更新されて（ステップ３１２）、イオン化バー１６の動作状態が示される。パーセント差Ｅ％は、選択されたイオン化バーに対する閾値限界に対して比較される（ステップ３１４）。閾値限界を超えると、バー清掃指示器（図示せず）が照明される。イオン化バーを清掃すべきである限界に対する閾値は、ユーザー、センサー、マイクロプロセッサが構成するか或いは、制御装置１２０に結合されるか若しくは制御装置１２０内に位置するソフトウェアが設定することができる。
【００３２】
サンプリング期間を用いることはまた、イオン化システムの自己較正および性能表示をより効率的にするのにも役立つ。電流の大きさImagは、サンプリング期間の間（すなわち、ステップ３０４において）制御装置１４によって収集されたデータから求められる。したがって、較正設定値は、好ましくは、上述した０（零）ではない一定の基準レベル（例えば、公称振幅および５０／５０デューティサイクル等）と同一である。サンプリング期間中に０（零）ではない一定の基準レベルに基づいて電流の大きさを求めることにより、結果は、制御装置１４によってプログラムされるように電源２２ａ、２２ｂの全動作範囲を包含する何百もの設定値ではなく、単一のデータ点と比較することができる。さらに、こうした方法により、動作の開始時に何百もの基準値に対して較正データを取得する必要がなくなる。しかしながら、イオン化システム１０において誤差および動作状態を求める他の従来の方法を同様に使用することができることが想定される。好ましい実施形態では、サンプリング期間中に収集されたデータは、標的物体１２における上流電荷を求めることと、イオン化バー１６の状態を判定することとの両方に使用されるが、収集されたデータを他の目的に同様に使用することができる。
【００３３】
ステップ３１６においてバー清掃指示器の照明に続き、または、パーセント差が閾値限界を超えない場合、制御装置は、ステップ３１８において、好ましくは、サンプリング期間に入る前に、電源２２ａ、２２ｂを事実上最後の閉ループフィードバック動作レベルにリセットする。ステップ３２０において、制御装置１４は、閉ループフィードバック動作方法に再び入る（すなわち、図３における方法２００に戻る）。次のサンプリング期間に入ると、方法３００が繰り返される。
【００３４】
別の実施形態では、サンプリング期間中、ステップ３０４におけるサンプリングのみが発生する。すなわち、ステップ３０４に続き、制御装置は、直接ステップ３１８および閉ループフィードバック動作に戻ることができる。通常動作中、物体１２における上流電荷を求めかつイオン化バー１６の状態を判定する計算が行われる、ステップ３０６〜３１６を行うことができる。このように、サンプリング期間の長さを更に短縮することができ、それにより、物体１２に対する電荷の付与または除去に対する悪影響を最小限にすることができる。
【００３５】
サンプリング期間中、制御装置１４は、下流センサー１５からのデータを無視することができる。他の実施形態では、センサー１５と制御装置１４との間の通信を中断させることができ、または、サンプリング期間の間、センサー１５をスリープモードにするか或いはシャットダウンする（例えば、停止させる）ことができる。同様に、サンプリング期間中、オペレーターが、中和レベルに対するいかなる調節も行うことができないようにすることができる。
【００３６】
当業者は、上述した実施形態に対して、その広い発明の概念から逸脱することなく変更を行うことができることを理解するであろう。したがって、本発明は、開示する特定の実施形態に限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨および範囲内の変更を包含するように意図されていることが理解される。
【符号の説明】
【００３７】
１０    イオン化システム
１２    ウェブ
１４    制御装置
１５    下流センサー
１６    イオン化バー
１６ａ    ピン
１６ｂ    ピン
１８    ハウジング
２１    メモリ
２２ａ    高電圧（ＨＶ）電源
２２ｂ    高電圧（ＨＶ）電源
２４    ユーザー入力
３２    コンピューターインターフェース
１００    タイムライン
１０２    動作期間
１０４    サンプリング期間
１１４    イオン化バー
１２０    制御装置
【図１】
0006530483.tif 000010
【図２】
0006530483.tif 000011
【図３】
0006530483.tif 000012
【図４】
0006530483.tif 000013