(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(i)  正および負のイオンエミッタ、および (ii) 前記正および負のイオンエミッタのそれぞれに備えられた正および負の高電圧電源を有する電気式イオナイザの正および負のイオン出力をバランスさせる方法であって、前記正および負の高電圧電源の少なくとも一方がハイ状態とロー状態との間でスイッチングし、前記方法が、
(a) 前記イオンエミッタの近くに置かれたイオンバランスセンサを備え、該イオンバランスセンサが電圧値を出力し、
(b) イオンバランスセンサ設定電圧値を記憶し、この電圧値が前記電気式イオナイザの近くの作業空間にバランスしたイオン状態を与えるように設定され、    (c) 前記電気式イオナイザの運転中、前記イオンバランスセンサの前記の出力電圧値を前記の設定電圧値と比較し、
(d) 前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が第１の方向において第１の予め定められた量だけ前記設定電圧を超えることが検出されたとき、前記のスイッチ可能な高電圧電源の一方をハイ状態にスイッチングし、そして
(e) 前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が前記第１の方向と反対の第２の方向において第２の予め定められた量だけ前記設定電圧を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源の前記一方をロー状態にスイッチングする、イオナイザの正および負のイオン出力をバランスさせる方法。
【請求項２】
前記正および負の高電圧電源の一方が定常状態のＤＣ出力を有し、そして前記正および負の高電圧電源のもう一方がハイ状態とロー状態との間でスイッチする請求項１に記載の方法であって、
ここに、前記ステップ(d) が、前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が第１の方向において第１の予め定められた量だけ前記設定電圧を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源をハイ状態にスイッチングし、
ここに、前記ステップ(e) が、前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が第２の方向において第２の予め定められた量だけ前記設定電圧を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源をロー状態にスイッチングする、方法。
【請求項３】
前記の正の高電圧電源が定常状態のＤＣ出力を有し、前記の負の高電圧電源がハイ状態とロー状態との間でスイッチし、前記ステップ(d) および(e) が、前記負の高電圧電源を前記ハイとローとの状態にスイッチする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記正および負の高電圧電源の両方がハイ状態とロー状態との間でスイッチする請求項１に記載の方法であって、
ここに、前記ステップ(d) がさらに、前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が第１の方向において第１の予め定められた量だけ前記設定電圧値を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源のもう一方をロー状態にスイッチングし、
ここに、前記ステップ(e) がさらに、前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が第２の方向において第２の予め定められた量だけ前記設定電圧値を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源の前記もう一方をハイ状態にスイッチングする、方法。
【請求項５】
前記ハイ状態が前記の少なくとも１つのスイッチ可能な高電圧電源に対し完全にスイッチオンした入力を与え、そして、前記ロー状態が前記少なくとも１つのスイッチ可能な高電圧電源に対し完全にスイッチオフした入力を与える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ハイ状態が前記の少なくとも１つのスイッチ可能な高電圧電源に対し第１の入力電圧を与え、そして、前記ロー状態が前記少なくとも１つのスイッチ可能な高電圧電源に対し、前記第１の入力電圧より低い第２の入力電圧を与える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２の予め定められた量が同じである請求項１に記載の方法。
【請求項８】
(i)  正および負のイオンエミッタ、および (ii) 前記正および負のイオンエミッタのそれぞれに備えられた正および負の高電圧電源を有する電気式イオナイザの正および負のイオン出力をバランスさせる方法であって、前記正および負の高電圧電源の少なくとも一方がハイ状態とロー状態との間でスイッチングし、前記方法が、
(a) 前記イオンエミッタの近くに置かれたイオンバランスセンサを備え、該イオンバランスセンサが電圧値を出力し、
(b) 正のイオンバランスセンサ設定電圧値と負のイオンバランスセンサ設定電圧値を記憶し、
(c) 前記電気式イオナイザの運転中、前記イオンバランスセンサの前記の出力電圧値を前記の正および負の設定電圧値と比較し、
(d) 前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が前記正および負の設定電圧値の一方を超えることが検出されたとき、前記のスイッチ可能な高電圧電源の一方をハイ状態にスイッチングし、そして
(e) 前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が前記正および負の設定電圧値のもう一方を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源の前記一方をロー状態にスイッチングする、イオナイザの正および負のイオン出力をバランスさせる方法。
【請求項９】
前記正および負の高電圧電源の一方が定常状態のＤＣ出力を有し、そして前記正および負の高電圧電源のもう一方がハイ状態とロー状態との間でスイッチする請求項８に記載の方法であって、
ここに、前記ステップ(d) が前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が前記正および負の設定電圧値の一方を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源をハイ状態にスイッチングし、
ここに、前記ステップ(e) が前記比較の結果として、前記イオンバランスセンサの前記出力電圧値が前記正および負の設定電圧値のもう一方を超えることが検出されたとき、前記スイッチ可能な高電圧電源をロー状態にスイッチングする、方法。
【請求項１０】
前記の正の高電圧電源が定常状態のＤＣ出力を有し、そして、前記の負の高電圧電源がハイ状態とロー状態との間でスイッチし、そして、前記ステップ(d) は、前記イオンバランスセンサが前記の正の設定電圧値を超えるとき、前記負の高電圧電源を前記ハイ状態にスイッチし、そして、前記ステップ(e) は、前記イオンバランスセンサが前記の負の設定電圧値を超えるとき、前記負の高電圧電源を前記ロー状態にスイッチする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路を生産するプロセスに用いられる非導電性材料や絶縁された導体上の静電荷を静電的に中和して除去するために、正および負のイオン化空気を供給するイオナイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電荷の制御は、デバイスの歩留りに重要な影響を及ぼすので半導体装置における重要な課題である。静電的に誘引された異物や静電放電事象（ｅｖｅｎｔ）によって生ずるデバイスの欠陥は製造ロス全体の大きな一因となる。
集積回路を生産するプロセスの多くは非導電材料を使用するが、これはウェーハやデバイスの上に大きな静電荷と電圧を発生する。
【０００３】
空気のイオン化は非導電材料や絶縁された導体上の静電荷を除去する最も有効な方法である。空気イオナイザは、空気中の電荷の移動キャリヤ（ｍｏｂｉｌｅｃａｒｒｉｅｒｓ）として作用する周囲の大気中に大量の正および負のイオンを発生する。イオンは空気を通って流れるので、それらは反対極性に帯電した粒子や面に吸引される。静電的に帯電した面の中和（ｎｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）がそのプロセスを通して急速に達成される。
【０００４】
空気のイオン化は、コロナ放電として知られるプロセスでイオンを発生する電気式イオナイザを用いて行われる。電気式イオナイザは、先のとがった点のまわりの電界を、その周囲の空気の絶縁耐力に打ち勝つまで強くする事によって上記プロセスを通して空気イオンを発生する。負のコロナは、電子が電極から周囲の空気へ流れるときに生ずる。正のコロナは空気の分子から電極への電子の流れの結果として生ずる。
【０００５】
所定の出力のイオナイザで静電荷を最大限低減することを達成するために、イオナイザは等量の正と負のイオンを発生する必要がある。すなわち、イオナイザの出力を「バランス」させなければならない。もしイオナイザがバランスからはずれると、絶縁された導体や絶縁物は荷電された状態になり、イオナイザは問題を解決するどころかもっと大きな問題を引き起すことになる。イオナイザは電源ドリフト、電線の１極の故障、電極汚染、電極劣化、あるいは通気性（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）や湿度の変化のような周囲空気条件によってアンバランスになるかも知れない。加えて、イオナイザの出力がバランスしても、システム部品の劣化によって所望のレベル以下に低下するかも知れない。
【０００６】
従って、イオン化システムは、モニタリングとフィードバックシステムによる自動バランシングと、アンバランスが修正されない場合や出力が範囲外になった場合、それらを検出するためのアラームとを組み込んでいる。たいていのフィードバックシステムは、完全に、あるいは主としてハードウェアベースで構成される。これらのフィードバックシステムの多くのものは、フィードバック制御信号がハードウェアの部品の値に基づいて制限されるので、非常に細かいバランス制御を備えることができない。さらに、このようなハードウェアベースのフィードバックシステムのバランス制御の全レンジ範囲はハードウェアの部品の値で制限されるであろう。また、ハードウェアベースのフィードバックシステムの多くは、個々の部品同士が適正運転のために相互に依存し合っているので、修正が容易にできない。
【０００７】
典型的には荷電板モニタ（ｃｈａｒｇｅｄ  ｐｌａｔｅ  ｍｏｎｉｔｏｒ）が、電気式イオナイザの実際のバランスを較正し、周期的に測定するために使用される。荷電板モニタはまた、静電荷の減衰時間を測定するためにも用いられる。この減衰時間が遅すぎたり早すぎたりする場合は、イオン出力はイオン電流のプリセット値を増大あるいは減少させることによって調整することもできる。この調整は典型的には２つのトリムポテンショメータ（１つは正イオン発生用でもう１つは負イオン発生用）を調整することによって行なわれる。
【０００８】
イオン化システムは室（ｒｏｏｍ）全体あるいは予め定められた作業面（ｗｏｒｋ  ｓｕｒｆａｃｅ）エリアにおける静電荷を制御するために使用される。図１は従来の、作業面１２の上部の静電荷を制御するための「オーバーヘッドイオン化空気ブロワ」あるいは「オーバーヘッドイオナイザ」１０を示す。このオーバーヘッドイオナイザ１０は、作業面１２上にて、作業面１２の０〜約１０．１６cm（０〜４インチ）位上方にイオン化空気保護のクッションを備える。オーバーヘッドイオナイザ１０は典型的に作業面の上に、作業面上約７６．２cm（３０インチ）の所につり下げられている。オーバーヘッドイオナイザ１０はその中に、複数のイオナイザ１４と複数のファン１６を含み、各ファンは１つのイオナイザ１４と連係している。１つの従来方策は、３対のイオナイザ１４1 〜１４3 ／ファン１６1 〜１６3 を用いている。ファン１６はイオナイザ１０から作業面１２に向う下方への一方向エアフローを作り出す。電力は、各イオナイザ１４に並列のファン１６に、両方がオンかオフの何れかになるように供給される。ファン速度は調整できるが、その調整は全てのファンに対して等しくかつ同時に行なわれる。
【０００９】
荷電板モニタからの指示値がイオンのアンバランスあるいは不充分なイオン出力を検出したとき、イオンバランスおよび（あるいは）イオン出力が調整されなければならない。従来のイオナイザ１４はアナログのトリムポテンショメータあるいはディジタルポテンショメータをそのような調整をするために備える。従来形のオーバーヘッドイオナイザ１０で調整するためには、アナログポテンショメータを調整するかあるいはディジタルポテンショメータのセッティングを制御するアップ／ダウンボタンを押すために、人がオーバーヘッドイオナイザ１０まで手を伸ばさなければならない。各イオナイザ１４1 〜１４3 は別々のポテンショメータセットを有する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来形のバランス調整方法の１つの重要な問題は、イオン化空気保護のクッション（ｃｕｓｈｉｏｎ  ｏｆ  ｉｏｎｉｚｅｄ  ａｉｒ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）の中あるいはその近くでの、調整を行なうための人の物理的な移動や人の物理的存在が、適正な調整を妨げ、また作業区域へ突然に、大きな静電荷を導くことになるかも知れないと云うことである。
【００１１】
従来形のイオナイザでの自動バランス制御システムはまた、如何に早くかつ精密にバランス状態に達し得るかと云うことにおいて本来的に制限される。従来形の自動バランス制御システムでは、過去の複数の時間周期にわたって反復してバランスを測定し、それから次の時間周期でバランスした状態を達成するために正および負の電源の一方あるいは両方を如何に調整するかを推定することによってアンバランスが検出される。この方策は少なくとも２つの重要な問題を有する。第１に、次の調整を決めるために過去の時間周期をサンプリングすることによって、この方策はバランス調整に遅れ時間を導き、その時間中イオナイザがアンバランスになることである。第２に、この方策は、長期間のバランスした状態を提供することが出来ない。すなわち、もしイオナイザが数msの間過度に正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）であると、イオナイザは、過剰な正イオンを単にバランス状態に向けて移動させることによって補正するのみであり、ここに、そのバランス状態では過剰な正イオンはかなり少ない状態である。数msの間の過度の正を、数msの間等量の過度の負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）にするといったことで、補償するような努力が何らなされない。従来形のバランス方法の能力はこれらの２つの問題のために、理想的な短時間および長時間のバランス状態を与えることに制限が課せられてしまう。
従って、作業区域の静電界が中和されるのを妨げることなしにオーバーヘッドイオナイザを調整できるようにする方策に対する要請がある。また、改善されたバランス調整方法に対する要請もある。さらに、イオナイザファンがそのイオナイザに関連してよりフレキシブルな方法で運転されるようにしたいと云う要請がある。最後に、高速かつ精密なバランス調整方法に対する要請がある。本発明はこれらの要請に応えるものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正および負のイオンエミッタと、その正および負のイオンエミッタのそれぞれに備えられた正および負の高電圧電源とを有する電気式イオナイザにおける正および負のイオン出力をバランスさせるための方策を提供するものである。この方策では、正および負の高電圧電源の少くとも１つがハイ状態とロー状態との間でスイッチする。イオンバランスセンサがイオンエミッタの近くに置かれ、電圧値を出力する。イオンバランスセンサ設定電圧値が記憶される。この電圧値は、電気式イオナイザの近傍の作業空間でバランスしたイオン状態を与えるように設定される。電気式イオナイザの運転中、イオンバランスセンサの出力電圧値が設定電圧値と比較される。その比較の結果として、イオンバランスセンサの出力電圧値が第１の方向において第１の予め定められた量だけ設定電圧値を超えたことが検出されたときに、スイッチ可能な高電圧電源の１つがハイ状態にスイッチされ、そして、前記比較の結果として、イオンバランスセンサの出力電圧値が、第１の方向と反対方向の第２の方向において第２の予め定められた量だけ設定電圧値を超えたことが検出されたときに、前記のスイッチ可能な高電電圧電源の前記１つがロー状態にスイッチされる。
【００１３】
以下に詳細に説明する本発明の好適な実施例は、図面を参照することにより読めば一層良く理解されるであろう。本発明を表わすために、望ましい実施例が図中に示されているが、これらに本発明は限定されるものではない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
便宜上のためだけのためにここでは特定の技術用語が用いられているが、これは本発明を限定するものと解すべきではない。また、図中で、幾つかの図に共通する要素を示すために同じ参照番号を付して示す。
図２および３は、本発明に基づき静電荷を制御するためのＤＣ「オーバーヘッドイオン化空気ブロワ」あるいはＤＣ「オーバーヘッドイオナイザ」１８を示す。オーバーヘッドイオナイザ１８は、図１に示す従来のオーバーヘッドイオナイザ１０と、作業面に対して同じように配列されるのが望ましい。オーバーヘッドイオナイザ１０と同様に、前記オーバーヘッドイオナイザ１８はその中に複数の電気式イオナイザ２０および複数のファン２２を含み、各ファンはそれぞれ１つのイオナイザ２０が連係している。例えば、本発明の好適な実施例の１つは３対のイオナイザ２０1 〜２０3 ／ファン２２1 〜２２3 を有する。
【００１５】
アナログあるいはディジタルポテンショメータを用いてバランスセッティングを設定し、調整する従来のイオナイザ１４とは異なり、イオナイザ２０に対するバランスセッティングは、オーバーヘッドイオナイザ１８（図５に模式的に示されている）のハウジングの中に置かれたマイクロプロセッサに備えられたメモリ中に格納される。オーバーヘッドイオナイザ１８の回路のさらなる詳細説明を以下に述べる。
【００１６】
本発明の重要な特徴は、メモリに格納されたバランス基準パラメータを調整するために有線リモート制御２４（図示の目的だけのために、オーバーヘッドイオナイザ１８に対して拡大して示されている）を使用することである。リモート制御２４は着脱可能なケーブル２６を介してオーバーヘッドイオナイザ１８に配線されており、このケーブルは標準の電話ケーブルモジュールでも良い。２１３cm（７フィート）の長さのケーブルで、ユーザが「立ち入り禁止」区域（すなわち、ユーザの存在や移動がバランス調整を妨げる区域）を避けるようにするのに充分である。リモート制御２４は、イオナイザ２０1 〜２０3 の各々に対するバランスを制御するための（＋）／（−）が一対となったボタン２８1 〜２８3 を含む。対になったボタン２８1 〜２８3 （一般的には２８1 〜２８n ）は、各対について順番に配列されている。各ボタン対内の（＋）および（−）ボタンは、特定のどのような方向に向けて配置されても良い。
【００１７】
更に、リモート制御２４は、ボタン２８、イオナイザ２０およびケーブル２６の間で特定の作業関係を有するように設計される。具体的には、リモート制御２４につながるケーブル２６の端に最も近いボタン対２８が、オーバーヘッドイオナイザ１８につながるケーブル２６の端に最も近いイオナイザ２０を調整する。同様に、リモート制御２４につながるケーブル２６の端から最も遠いボタン対２８が、オーバーヘッドイオナイザ１８につながるケーブル２６の端から最も遠いイオナイザ２０を調整する。中間のボタン対２８は同様の順序でそれぞれの中間のイオナイザ２０を制御する。この設計は、バランスを調整する人がリモート制御２４を直観的に使用できるようにする。
【００１８】
オーバーヘッドイオナイザ１８の、ケーブル２６が接続される端の方に向けてリモート制御ケーブル２６を保持することによって、ボタン対２８は、図２，３中に点線で示されるように、それらのボタン対が制御するイオナイザ２０と同じ順に方向づけられる。さらに、その方向付けは、リモート制御２４がオーバーヘッドイオナイザ１８の正面側（面１）に面して位置しているか（図２）、あるいはオーバーヘッドイオナイザ１８の背面（面２）に面して位置しているか（図３）どうかにかかわらず同じ方向性を保つ。さらに、たとえケーブル２６がねじれていたり、曲げられていたりしても、あるいはリモート制御２４が、オーバーヘッドイオナイザ１８に対して、９０°回転しているというように別の方向に向けて保持されていても調整が容易にできる。どのような状況であれ、調整をする人は、ケーブル経路に沿って、ボタン対２８、イオナイザ２０およびケーブル２６の間の関係を、観念的に知覚するだけで、また、どのボタン対２８とイオナイザ１８がケーブル２６のそれらのそれぞれの端から最も近いか、また、最も遠いかを視覚的に知覚するだけでよい。この方法を使用するときは、個々のイオナイザ２０、あるいはボタン対２８にラベルをつける必要はない。
【００１９】
本発明の別の実施例では、ケーブル２６は、赤外線トランスミッタを含み、オーバーヘッドイオナイザ１８の上に赤外線レシーバを備えたワイヤレスリモート制御２４を用いるなどによって、ワイヤレスシステムに置き換えてもよい。
上に述べたように、バランス調整を行なう間に生ずる人の物理的移動およびイオン化空気保護のクッションの中あるいはその近傍における人の物理的存在が適正な調整を妨げ、また、作業区域に突然の大きな静電荷をもたらすかも知れない。本発明者が知っている従来形オーバーヘッドイオナイザで、調整が「立ち入り禁止」区域の外で、そしてそのような妨害無しで、なされるようにする手動のリモート制御調整を備えたものは無い。さらに、同じユニットの異った要素上で同じ機能を調整する従来形のリモート制御は、調整ボタンが直観的に分かるようには配列していないし、また、ユニットを調整すべきときに異った方向からアプローチしてもよいという状況を考慮することもない。図２および図３に示された設計方策はこのようなリモート制御における欠陥を克服すると考えられる。
【００２０】
図４は、ＲＳ−４８５通信線３２によってデイジーチェイン（ｄａｉｓｙ−ｃｈａｉｎ）式に次々とモニタ用コンピュータ３４に接続される複数のオーバーヘッドイオナイザ１８1 〜１８3 を含む作業区域を示す。周期的な較正および（あるいは）初期セットアップ中、荷電板モニタ３６は、実際のバランスの指示値を読み取るためにオーバーヘッドイオナイザ１８1 の作業面上に置かれる。もし調整が必要なら、調整をする人はリモート制御２４を差し込み、荷電板モニタ３６に最も強く影響を与える特定のイオナイザ２０1 ，２０2 あるいは２０3 を調整する。リモート制御２４は、図４に示されているように、通信線コネクタの未使用ジャックにさし込まれても良い。代案として、通信線３２を取り除き、そしてリモート制御２４をそこに差し込んでも良い（図示されていない）。荷電板モニタ３６は、各イオナイザ２０1 ，２０2 および２０3 のバランスをチェックして調整するために作業面に沿って動かされるであろう。次に、荷電板モニタ３６はオーバーヘッドイオナイザ１８2 の作業面に動かされ、リモート制御２４はオーバーヘッドイオナイザ１８2 の通信ジャックに接続され、そしてバランス調整プロセスが再び繰返される。
【００２１】
図５は、前述のオーバーヘッドイオナイザ１８を運転するためのマイクロプロセッサ制御回路のブロック構成図である。図解的に示すために、図５はオーバーヘッドイオナイザ１８1 と、それに連係するイオナイザ２０1 を示す。
イオナイザ２０1 のハードウェア部品には、イオン化室（ｃｈａｍｂｅｒ）４０1 を通って空気を引き込む、ＤＣモータ３８によって制御される低電圧ＤＣファン２２1 が含まれる。イオン化室４０1 は、ファン２２1 の空気取り入れ口側の上に置かれ、保守のために取りはずし可能なイオンエミッタ（とがった先端）４２を含む。ファン２２1 の吹き出し口側は、イオンバランスセンサ４４を含む。ファン２２1 の吹き出し口側は静電的中和のための正および負のイオンを含むイオン化空気を排出する。オーバーヘッドイオナイザ１８は、１００〜２４０ＶＤＣ，５０／６０Hzの間の任意の入力で運転することが出来る汎用入力電源によって内部的に給電される。パワー入力は、標準ＩＥＣ３２０コンセント（Ｏｕｔｌｅｔ）によって反対側でパワー出力が利用できる標準のＩＥＣ３２０コネクタによっている。これらのハードウェア部品は、従来品であり、従ってここではこれ以上詳細な説明は省略する。
【００２２】
各オーバーヘッドイオナイザ１８内の各イオン化室４０は、別々の正および負の高電圧電源４６によって、好ましくはマイクロプロセッサであるプロセッサ４８の独立制御のもとで励磁される。プロセッサ４８はバランス基準メモリ５０およびコンパレータ５２を含む。メモリ５０はオーバーヘッドイオナイザ１８に連係するイオナイザ２０の各々に対するバランス基準値を記憶する。３ユニットのオーバーヘッドイオナイザ１８の例では、メモリ５０は３つの電圧値ＢREF1，ＢREF2およびＢREF3を記憶する。バランス基準値は各イオナイザ２０に連係するイオンバランスセンサ４４の所望電圧値である。イオナイザ２０1 をバランスさせるために、イオンバランスセンサ４４によって決められたバランス測定値ＢMEAS1 と、ＢREF1とがコンパレータ５２で比較される。もしそれらの値が等しいならば、正あるいは負の高電圧電源４６に対する調整はなされない。もしそれらの値が等しくないならば、それらの値が等しくなるまで電源４６に対して適当な調整がなされる。このプロセスは、イオナイザ２０1 の運転中に連続的および自動的に行なわれる。較正中あるいは初期セットアップ中は、イオナイザ２０1 の近くの作業空間における実際のバランスの指示値ＢACTUAL1 を得るために、バランスの指示値は荷電板モニタから取られる。もしコンパレータ５２の出力がＢREF1がＢMEAS1 に等しいことを示すならば、そしてもしＢACTUAL1 が零であるなら、そのときイオナイザ２０1 がバランスし、それ以上の処置は取られない。しかしながら、コンパレータ５２の出力がもしＢREF1がＢMEAS1 に等しいことを示し、そしてもしＢACTUAL1 が零でないならば、そのときはイオナイザ２０1 はアンバランスになる。従って、ＢREF1はリモート制御２４を用いて上または下に調整される。較正中あるいは初期セットアップ中に、イオナイザ２０2 および２０3 の近くの作業空間における実際のバランスの指示値、ＢACTUAL2 ，ＢACTUAL3 を得るために、荷電板モニタは動かされ、そして上記プロセスがそれらのイオナイザに対して繰返される。製作誤差やシステムの経時劣化のために、各イオナイザ２０は異なったＢREF 値を持つことになろう。
【００２３】
各オーバーヘッドイオナイザ１８は、イオンバランスが適正に制御され得なかったときやイオン電流が範囲外であるとき、これを伝えるためのアラーム５４を含む。プロセッサ４８はアラーム信号を出力する。アラーム信号はまた、モニタ用コンピュータ３４のようなコンピュータが備えられていれば、通信線３２を介してそれにも伝達される。
【００２４】
図６は、プロセッサ４８に連係するソフトウェアの自明のフローチャートである。
上述したように、従来形の自動バランシングシステムはハードウェアベースのフィードバックシステムを有し、少なくとも下記の問題を有する。
（１）このようなシステムは、フィードバック制御信号がハードウェアの部品の値に基づいて固定されるので、非常に微細なバランス制御を提供することができない。
【００２５】
（２）バランス制御のレンジの全範囲がハードウェア部品の値に基づいて制限される。
（３）個々の部品同士が適正運転のために相互に依存し合っているので、迅速かつ安価な修正を行なうのが難しい。
従来のシステムとは異なり、本発明のソフトウェアベースのバランス制御回路は上記の欠点の何れにも影響されるものではない。
【００２６】
各オーバーヘッドイオナイザ１８内のイオナイザ２０およびファン２２のマイクロプロセッサ制御によって、下記の特徴のような高度な特徴を備えることが可能になる。
（１）マイクロプロセッサが、ＢREF とＢMEASの値の各々を比較するためのコンパレータの出力をモニタする。もし、その差があらかじめ定められた値より少ない場合はイオナイザ２０は正常運転のもとで必要な若干の調整をしていると考えられる。しかしながら、もしその差の値の１つが予め定めた値より大きくなる回数が１回あるいは２回以上になった場合は、イオナイザ２０はメンテナンスを必要とする状態にあると考えられる。このとき、アラームがアラーム５４で出力され、および／または、もしモニタ用コンピュータ３４のようなコンピュータが備えられていれば、そのアラームはそのコンピュータに送られる。
【００２７】
（２）従来モードで運転されるときは、ファン２２およびイオナイザ２０が同時にオンおよびオフする。ファン速度は、もし必要ならば手動で調整してもよい。マイクロプロセッサ制御のもとで運転されるときは、プロセッサ４８がファンのＤＣモータを制御し、そしてファン運転は、起動および停止中は、イオンのアンバランスを最小にするために遅延させることもできる。例えば、起動中は、イオンバランスを安定化させるために、ファン２２がスタートする前にイオナイザ２０を励磁することもできる。停止中は、ファン２２は断とし、イオナイザ２０を非励磁とするのに先立って停止する事もできる。あるいは、同様な効果を達成するためにファン速度をランプアップ（徐々に上昇）あるいはランプダウン（徐々に下げる）させることもできる。
【００２８】
（３）個々のイオナイザ２０に対する自動イオンバランスの変化は、急激な動揺や潜在的なオーバーシュートを避けるために、ランプアップあるいはランプダウンさせることもできる。例えば、定常ＤＣモードを使用するときは、ＤＣアンプは、所望のランプアップあるいはランプダウン効果を達成するために、最初の値から所望の値まで徐々に調整されよう。
【００２９】
技術背景において既に述べたように、従来のイオナイザにおける自動バランス制御システムはまた、短期間のバランス状態を如何に早く精密に達成できるかということにおいて本来的に制約され、また、長期間のバランス状態を提供するようには設計されていない。これらの制約をさらに説明するために、固定幅（即ち固定周波数）のパルスサイクルが正および負の高電圧電源を制御する通常のパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の例を考える。１つのこのような通常のＰＷＭ方式では、負の高電圧電源のオン／オフサイクルのパルス幅は変化するのに対し、正の高電圧電源のオン／オフサイクルのパルス幅はそのオンおよびオフ状態の間で一様に固定される。その駆動電圧は固定である。
【００３０】
動作中は、イオンバランスセンサからのバランスの指示値はモニタされ検討される。もし最近に測定されたサイクルでのバランスの指示値が、バランスが過度に負であることを示すなら、負電源のオンサイクルは予め定められた量だけ減少させられる。同様に、もし最近に測定されたサイクルに対するバランスの指示値が、バランスが過度に正であることを示すなら、負電源のオンサイクルは予め定められた量だけ増大させられる。次の一連のバランスの指示値が検討され、必要ならばさらに負電源のオンサイクルに対する調整がなされる。
【００３１】
図７は上述した従来技術の方策を示す。図７の波形は負電源におけるパルス信号であり、ここでは２０ミリセカンド（ms）のパルス幅が使用されている。理想的なバランス運転状態では、オン／オフ時間はオン状態とオフ状態の間で等しく分けられる（１０msオン、１０msオフ）。時間ｔ2 で、バランス制御システムはアンバランス状態、特に負イオンの過剰を検出している。結果として負電源のオンサイクルが予め定められた量（例えば１ms）だけ次の２０msサイクル中に減少させられ、それによって９msオン、１１msオフとなる。時間ｔ6 で、バランス制御システムがまだ負イオンの過剰を検出するとオンサイクルはさらに、例えば１msだけ減少させられ、それによって８msオン、１２msオフを提供する。時間ｔ9 で、バランスすると、次のサイクルは８msオン、１２msオフに留まる。
【００３２】
上述のプロセスは、イオナイザが元のバランス状態に戻されるまでに複数サイクルかかるので急速な短期間バランス制御を提供することができなくなる。典型的には補正操作がなされる前であっても、過去の複数サイクル（図７の例では３サイクル）からバランス測定がなされる。さらに、その補正操作は、バランスが達成される前に追加サイクルを必要とする。上述のプロセスはまた長期間のバランス制御も提供できない。図７の例を参照すると、そのバランスは時間ｔ0 とｔ7 の間では過度に負である。しかしながら、イオン出力を再バランスさせることに加えて、続いて余剰の正イオンを生成する等の方法によって、この時間中に発生した余剰の負イオンを補償するための努力はなされない。その代わりに、バランス制御システムはもっぱら過剰な負イオンを減らすように作用する。従って、もし残りの運転中システムがバランス状態に留まるなら、あるいはもしイオナイザが絶えず過剰負イオンを作り出す問題を繰返したなら、負イオンの長期間アンバランスの状態となるであろう。
【００３３】
上述の不利な点による影響を同様に受ける別の従来方策では、固定周波数および固定デューティサイクルを使用するが、しかし、高電圧ＤＣ電源を駆動する入力電圧は変えられるものであり、そしてまた、駆動電圧も変えられる常時駆動（定常状態）の高電圧ＤＣ電源を使用する。
本発明のもう１つの重要な特徴は、瞬時短期間バランス制御および零長期間バランス制御を提供することによって上述の欠陥を解決するようにした、改善されたバランス制御方法である。この改善されたバランス制御方法の好ましい１実施例は図２〜６で上述したオーバーヘッドイオナイザ１８と関連して作動する。しかしながら、その方法は任意のタイプのイオナイザに適用されよう。従って、本発明の範囲はここに述べられたオーバーヘッドイオナイザへの応用に限定されるものではない。
【００３４】
図８は、本発明に基づくバランス制御システム５６のブロック構成図である。図９は、バランス制御方式の第１の実施例において図８のシステムを用いて発生させたバランスセンサ波形である。
図８を参照すると、システム５６は、センサ５８、センサ回路６０、マイクロコントローラ６２、スイッチコントローラ６４、定出力ＤＣ電源６６、正極性および負極性高電圧ＤＣ電源６８および７０、および各イオン化点、すなわちピン７２および７４を含む。オプションとしての空気移動装置（ａｉｒ  ｍｏｖｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）（図示されていない）はイオン化点７２および７４の近くに置くことができる。センサ５８は、マイクロコントローラ６２へのフィードバックを与えるためにイオン化点７２および７４の近くに置かれる。すなわち、センサ５８の出力はセンサ回路６０の入力に接続され、センサ回路６０の出力はマイクロコントローラ６２の入力に接続される。マイクロコントローラ６２の出力はスイッチコントローラ６４の第１の入力に接続され、ＤＣ電源６６の出力はスイッチコントローラ６４の第２の入力に接続される。ＤＣ電源６６の出力はまた正極性高電圧ＤＣ電源６８の入力につながる。スイッチコントローラ６４の出力は負極性高電圧ＤＣ電源７０の入力につながる。このようにして、高電圧ＤＣ電源６８の正極性は選定された入力電圧（例えば、＋５Ｖ）で連続的に駆動され、従って定常状態のＤＣ出力を有する。高電圧ＤＣ電源７０の負極性はマイクロコントローラ６２の制御のもとでスイッチコントローラ６４を介してＤＣ電源６６によって駆動される。このような構成によって、負極性高電圧ＤＣ電源７０は、正極性高電圧ＤＣ電源６８が生成するよりもっと大量のイオンを生成することが出来る。高電圧ＤＣ電源７０の負極性は、従って、スイッチコントローラ６４を制御するマイクロコントローラ６２からの出力制御信号に基づいてハイ状態とロー状態の間でスイッチする。本発明の別の実施例では、正極性の高電圧ＤＣ電源６８はスイッチされ、負極性の高電圧ＤＣ電源７０は定常状態のＤＣ出力を有する。本発明のさらに別の実施例では、両方の極性の高電圧ＤＣ電源がスイッチされる。
【００３５】
以下に述べる本発明の１実施例において、ハイ状態は、パワーが充分にスイッチオンされた完全スイッチオン状態であり、そしてロー状態は、パワーが充分にスイッチオフされた完全スイッチオフ状態である。本発明の別の実施例では、ハイ状態は第１の電圧レベルとし、そして第２の状態は第１の電圧レベルより低いがかならずしも零ではない第２の電圧レベルとすることができる。
【００３６】
図８および図９を参照して、マイクロコントローラ６２およびスイッチコントローラ６４の動作が、マイクロコントローラ６２によって受信されるセンサ電圧波形に関連して述べられている。
起動時には連続的に駆動される正極性の高電圧ＤＣ電源６８は充分にオンしている。マイクロコントローラ６２は、連続的に駆動される正電源６８と同じ極性の、予め定められているが、しかし調整可能な設定値をセンサ５８が超えるのを待機する。例えば、その設定値は、イオン化装置からある一定の距離に置かれた静電アナライザ（例えば、荷電板モニタ）に関係する＋２Ｖといった電圧レベルとすることができる。その電圧レベルを超えると、マイクロコントローラ６２はセンサ設定値を、それと等しいが、−２Ｖといった反対極性の電圧レベルにセットし、そして負極性高電圧ＤＣ電源７０がオンされる。次に、マイクロコントローラ６２は、センサ５８がこの新しいレベル（この例では−２Ｖ）を超えるのを待ち、その時点で以前のセンサ設定値（この例では＋２Ｖ）がロードされ、そして負極性の高電圧ＤＣ電源がオフされ、新しいサイクルを開始する。
【００３７】
零の設定値は、荷電板モニタが零のバランス指示値を与えるべき値である。
上述のバランス制御システムは、図２および５に示したオーバーヘッドイオナイザ１８と共に使用されよう。あるいは、そのバランス制御システムは他のタイプのイオナイザに使用されても良い。もしそのバランス制御システムがイオナイザ１８で使用されるなら、その初期設定値が記憶される。（正の設定がＢREF ＋あるオフセット数に等しく、それに対して負の設定値はＢREF −同じオフセット数である。）もし使用中、正の電源がその元の設定値から調整されねばならない（例えば、＋２Ｖから＋２．２Ｖへ）場合は、そのときその新たな設定値が次の電源投入のときのために記憶される。また、マイクロコントローラ６２は、プリセットイオン電流値を格納するためのメモリ７８を有し、同じく最近のイオン電流値であるイオン電流値を格納するための補助メモリ８０を有する。運転中、もし補助メモリ８０に値があれば、そのときはその値が使用される。もし補助メモリ８０に値がなければ、そのときはメモリ７８の値が使用される。
【００３８】
センサ電圧が設定値に「到達」してスイッチングが生ずる方式においては、負の高電圧ＤＣ電源のスイッチングと、現場において実際にイオンバランスに対し現れる影響との間には、センサ電圧によって測定されるような遅れ時間が存在する。この影響は、センサ電圧をその設定値を若干超えるようにさせる。この影響は図８には示されていない。
【００３９】
上述の方法は、本質的にはパルス幅変調式の運転である。センサレベルが電源を制御するので、サイクル毎の運転の違いが考慮され、その結果周波数とデューティサイクルを変えることになる。実際の結果としては短期間はもちろん長期間についてもより安定なバランス制御となる。すなわち、短期間アンバランス状態は、従来のバランス制御方法によって要求されるように複数サイクル待つことなしに、各サイクル毎に修正される。事実、平均バランスは全てのサイクルで常に零となる。従って長期間平均バランスもまた常に零である。上述のように、従来の方法は本質的に長期間のアンバランス状態を補償しない。
【００４０】
図９に述べた方法は、２つの基準レベル（設定値）上で動作し、そして現在の状態に従って応答する。もし何かがイオン化プロセスを妨げたり抑制したりする場合は、適正な設定値に到達するまでは負極性高電圧ＤＣ電源７０に関しては状態の変化は生じない。これは効果的にデューティサイクルを長くする。反対にもし、ポイントクリーニング（とがった先の磨き）をするといったような、イオン化プロセスの促進を行うような場合は、設定値のリミットにより急速に到達し、その結果デューティサイクルが減少することになる。全体としての「周波数」はセンサ設定値に基づいており、設定値が高くなる程ゆっくりした周波数となる。すなわち、設定値に到達するのに長くかかる程、与えられた期間中に現れるサイクルの数は少なくなる。
【００４１】
本発明のバランス制御システムは、常時駆動される高電圧ＤＣ電源（図９の実施例における正電源）の状態をユーザがモニタできるようにし、そしてイオン化点の消耗を調整できるようにするものである。例えば、正電源の出力電圧の低下は負電源のデューティサイクルの低減によって検出されよう。
図１０はバランス制御方式の第２の実施例において図８のシステムを使用して発生させたバランスセンサ波形である。図１０の方式においては単一の設定値がある。負の電源は、イオンバランスセンサ５８の出力電圧が第１の方向（例えば正の方向）の設定値を第１の予め定められた量だけ超えるときにオンにされ、そしてその負電源はイオンバランスセンサ５８の出力電圧が第２の方向（例えば負の方向）で設定値を第２の予め定められた量だけ超えるときオフにされる。第１及び第２の予め定められた量は図１０に示されている場合のように、同じであるかも知れないし、あるいはそれらは異った量であるかも知れない。上記の単一設定電圧は、イオナイザから、約４５．７cm（１８インチ）といった特定の距離で荷電板モニタ（ＣＰＭ：Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｐｌａｔｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒ）に零電圧を生ぜしめる電圧である。図１０の例においては、設定電圧は零である。結果としてのセンサ電圧波形は正弦波波形を有する。負の高電圧ＤＣ電源のスイッチングと実際に現場においてイオンバランスに及ぼすその影響との間のセンサ電圧によって測定されるような遅れ時間が、その正弦波波形が生ずる一因となる。図１０の方法は、プロセスをチェックするセンサ電圧の処理速度と負極性高電圧電源の応答時間とが、図９と図１０の方法で同じであると仮定すると、図９の方法より図１０の方法の方がより一層速くアンバランスを修正できる。
【００４２】
図１１は、バランス制御システムのさらなる動作例として示した、図８のセンサと電源に関連した波形を組合せた図である。図１１の波形のあるものは本発明を説明するために誇張したり簡略化したりされている。図１１は図９と同様に２つのセンサ設定値を設ける方式を示している。
図１１の第１の波形はバランスセンサ波形であり、バランス状態を維持するためにデューティサイクルと周波数が如何に変化するかを示す。第２の波形は常時オンの正極性高電圧ＤＣ電源６８の一定出力を示す。第３の波形は、負極性高電圧ＤＣ電源７０の入力電圧（即ち、負極性高電圧ＤＣ電源７０の駆動電圧）を示す。第４の波形は負極性高電圧ＤＣ電源７０の出力を示す。電源７０に蓄えられたエネルギーのために、出力電圧は、入力駆動電圧が完全にオンおよびオフになっても完全にはターンオンおよびオフしない。その代わり、出力電圧は、駆動電圧がスイッチオンおよびオフするとき最大出力電圧に上昇およびそれから低下する。図１１の例では、出力電圧は、駆動電圧が０Ｖと１２Ｖの間を変化するとき、−５．６ＫＶと−６．０ＫＶの間で変化する。他のスイッチング方法も本発明の範囲内である。例えば、上述の通り、スイッチされる電源は、必らずしも完全にスイッチオフおよび完全にスイッチオンされたレベルではなく、任意の２つの入力電圧レベルの間でスイッチされる入力電圧を有してもよい。
【００４３】
上述した方法と同じ発明原理を用い、同じ目的を達成する別の方法は本発明の範囲内である。幾つかの変形は下記のとおりである。
１．正極性高電圧ＤＣ電源がスイッチされ、負極性高電圧ＤＣ電源が常時駆動されてもよい。
２．正および負極性高電圧ＤＣ電源が両方共スイッチされてもよい。図９および１０において、負電源がスイッチオフされるときはいつも正電源がスイッチオンされるか、あるいはその逆になろう。この方法はより早いバランシングを可能にするが、しかしより複雑で高価なスイッチング回路とソフトウエア制御を必要とするであろう。
【００４４】
３．荷電板モニタ７６は、スイッチング信号を発生させるために、マイクロコントローラ６２に対してデータを提供するようにセンサ５８の代わりに使用されてもよい。
従来のバランス制御システムと本発明のバランス制御システムで行われた経験では、短期間試験は、従来のシステムにおける荷電板モニタの指示値が±５〜１０ボルトの間で変化するのに対して、本発明のバランス制御システムを用いて得られた指示値は±２〜３ボルトの間で変化することを示した。
【００４５】
本発明の広い発明概念から逸脱することなしに上述の実施例に対して変更がなされ得ることは当業者によって理解されるところであろう。それ故、本発明は開示された特定の実施例に限定せず、本発明の精神と範囲内での変形をも包含することを意図したことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のオーバーヘッドイオナイザの斜視図である。
【図２】第１（正面）の側から見た本発明のオーバーヘッドイオナイザと、そのための本発明に基づく有線リモート制御とを示す正面図である。
【図３】第２（背面）の側から見た本発明のオーバーヘッドイオナイザと、そのための本発明に基づく有線リモート制御とを示す正面図である。
【図４】図２に示す複数のオーバーヘッドイオナイザの模式図である。
【図５】図２のオーバーヘッドイオナイザの１つのイオナイザ内部の分解組立図、および、図２のオーバーヘッドイオナイザを操作するためのマイクロプロセッサ制御回路のブロック構成図である。
【図６】図４に示したオーバーヘッドイオナイザのプロセッサに連係するソフトウェアを示すフローチャートである。
【図７】従来のバランス制御方法に連係する波形を示す図である。
【図８】本発明によるバランス制御システムのブロック構成図である。
【図９】バランス制御システムの第１実施例において図８のシステムを用いて生成されたバランスセンサからの波形を示す図である。
【図１０】バランス制御システムの第２実施例において図８のシステムを用いて生成されたバランスセンサからの波形を示す図である。
【図１１】バランス制御システムのさらなる動作例として示した図８のセンサの波形と電源の波形とを合せて示す図である。
【符号の説明】
１０…オーバーヘッドイオナイザ
１２…作業面
１４，１４1 ，１４2 ，１４3 …イオナイザ
１６，１６1 ，１６2 ，１６3 …ファン
１８，１８1 ，１８2 ，１８3 ，１８n …オーバーヘッドイオナイザ
２０，２０1 ，２０2 ，２０3 …イオナイザ
２２，２２1 ，２２2 ，２２3 …ファン
２４…イオンバランスリモート制御
２６…ケーブル
２８，２８1 ，２８2 ，２８3 ，２８n …ボタン
３２…通信線
３４…モニタ用コンピュータ
３６…荷電板モニタ
３８…ＤＣモータ
４０，４０1 …イオン化室
４２…イオンエミッタ
４４…イオンバランスセンサ
４６…高電圧電源
４８…プロセッサ
５０…バランス基準メモリ
５２…コンパレータ
５４…アラーム
５６…バランス制御システム
５８…イオンバランスセンサ
６０…センサ回路
６２…マイクロコントローラ
６４…スイッチコントローラ
６６…定出力ＤＣ電源
６８…高電圧ＤＣ電源正極
７０…高電圧ＤＣ電源負極
７２，７４…イオン化点
７６…荷電板モニタ
７８…プリセットイオン電流メモリ
８０…イオン電流（最近）補助メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004417534.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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