(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧リードを含むエミッタ回路及び参照リードを含む参照回路を有する自己バランス型イオン化装置の故障を検出するモニタ装置であって、
前記高電圧リードに容量性結合されたイオン出力センサと、
前記参照リードに容量性結合されたイオンバランスセンサと、を備え、
前記イオン出力センサは、前記高電圧リードに交流信号が存在しなくなり又は前記高電圧リードと前記参照リードの両方に交流信号が存在しなくなるとイオン出力アラームを生成する第１のアラーム表示器を有し、
前記イオンバランスセンサは、前記参照リードに交流信号が存在しなくなるとイオンバランスアラームを生成する第２のアラーム表示器を有することを特徴とするモニタ装置。
【請求項２】
高電圧リードを含むエミッタ回路及び参照リードを含む参照回路を有する自己バランス型イオン化装置の故障を、前記高電圧リードに容量性結合されたイオン出力センサ及び前記参照リードに容量性結合されたイオンバランスセンサを備えたモニタ装置によって検出する方法であって、
前記イオン出力センサが、前記高電圧リードに交流信号が存在しなくなるか否かを検出するとともに、前記イオンバランスセンサが、前記参照リードに交流信号が存在しなくなるか否かを検出するステップと、
前記高電圧リードに交流信号が存在しなくなり又は前記高電圧リードと前記参照リードの両方に交流信号が存在しなくなると、前記イオン出力センサがイオン出力アラームを生成し、前記参照リードに交流信号が存在しなくなると、前記イオンバランスセンサがイオンバランスアラームを生成するステップと、を有することを特徴とする方法。
【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4,477,263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4,785,248号が挙げられる。
〔発明の要約〕
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内の高電圧交流を検出する。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、イオン化チェンバ20の中にある。穴11は〔イオン化チェンバ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＋５ボルトの電源に接続されている。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。
【図１】
0004819222.tif 000002
【図２】
0004819222.tif 000003