專利名稱：電離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電離器(Electrical Ioniser)，尤其是涉及用于敏感電子設(shè)備組件(例如半導(dǎo)體設(shè)備、計(jì)算機(jī)元件、硬盤(pán)、LCDs等)的“潔凈間(clean rooms)”中的電離器。
背景技術(shù)：
電離器被普遍用于在空氣中產(chǎn)生離子并借此能夠中和表面電荷的環(huán)境中。在大多數(shù)應(yīng)用中，將靜電荷減少到幾百伏，這在名義上足以消除吸塵作用。然而，在電子工業(yè)中，特別是在潔凈間中，幾百伏的靜電荷對(duì)諸如微處理器芯片這樣的半導(dǎo)體設(shè)備具有毀滅性作用。在這些情況中，重要的是，確保由中和系統(tǒng)傳遞的電離平衡并具體靶向(target)需要中和的區(qū)域。在許多應(yīng)用中，必須將靜電荷的增長(zhǎng)限定到幾伏，可能有+/1V或更低。
這些應(yīng)用中所用的電離器通常具有一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇，這些風(fēng)扇用于引導(dǎo)電離的空氣流并將其靶向與電離器相隔一段距離的工作臺(tái)。許多這種類型的電離器都能穩(wěn)定地監(jiān)測(cè)離子輸出，以確保離開(kāi)電離器的空氣流平衡，從而能夠獲得非常精確的中和。
工業(yè)上的實(shí)施是采用一個(gè)或多個(gè)軸流風(fēng)扇(即，在這樣的風(fēng)扇中，空氣流與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸軸向平行)，來(lái)引導(dǎo)空氣流在電離源(發(fā)射器)之上或經(jīng)過(guò)電離源，然后向下移動(dòng)到待中和的表面上。軸流風(fēng)扇具有許多問(wèn)題。它們所產(chǎn)生的空氣流是湍流。這導(dǎo)致離子重新結(jié)合，從而能夠擾亂電離平衡，并且還很可能造成污染。此外，由于許多應(yīng)用需要沿拉長(zhǎng)工作面的電離流，因此經(jīng)常需要使用包括并列設(shè)置的多個(gè)軸流風(fēng)扇的安裝形式。當(dāng)采用一組軸流風(fēng)扇時(shí)，空氣流的速度隨風(fēng)扇的不同而不同，并且在空氣流中可出現(xiàn)由風(fēng)扇與來(lái)自風(fēng)扇的空氣流圖之間的間隔所導(dǎo)致的重疊的縫隙或區(qū)域。這使得電離平衡的控制非常難以實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)嘗試通過(guò)對(duì)每個(gè)風(fēng)扇采用專用的控制電路，來(lái)解決離子不平衡的問(wèn)題。這對(duì)離子平衡有一些益處，但是在實(shí)現(xiàn)平衡的總體裝配上又出現(xiàn)控制電路產(chǎn)生的問(wèn)題，并導(dǎo)致額外的花費(fèi)。
為了在工作面獲得合適的流動(dòng)，而同時(shí)在工作面上留有足夠的空間供工人操作，需要以相當(dāng)高的速度來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)軸流風(fēng)扇。這是非常嘈雜的，特別是在屋內(nèi)有大量的風(fēng)扇安裝時(shí)。
最后，軸流風(fēng)扇的準(zhǔn)確性意味著，必須使至少部分驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于空氣流中。在大多數(shù)情況下，將電機(jī)安裝在風(fēng)扇的中心。這能夠迅速產(chǎn)生不可接受水平的微粒污染。
在許多不同的專利申請(qǐng)中都公開(kāi)了帶有風(fēng)扇的電離器。US 4 757 422，US 4 878149，GB 1 356 211和EP 1 067 828都公開(kāi)了不同的方案以為工業(yè)應(yīng)用提供離子化的空氣流。US 4 794 486，WO 02/17978和EP 1 293 216介紹了用于空調(diào)的離子化裝置。GB 2 023 351介紹了在頭發(fā)干燥器中使用的一種電離器。
實(shí)用新型的內(nèi)容按照本實(shí)用新型的第一方面，提供了一種電離器，它包括用于產(chǎn)生空氣層流的貫流式風(fēng)扇(crossflow fan)；用于將正離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的正離子發(fā)射器；用于將負(fù)離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的負(fù)離子發(fā)射器；為正離子發(fā)射器提供正電壓的裝置；為負(fù)離子發(fā)射器提供負(fù)電壓的裝置；以及用于控制所述正、負(fù)電壓以便在空氣流中獲得所需離子平衡的控制裝置。
本文所用的貫流式風(fēng)扇的含義是，在這樣的風(fēng)扇中，從風(fēng)扇中排出的空氣流通常垂直于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)軸。貫流式風(fēng)扇一般包括圍繞轉(zhuǎn)軸設(shè)置在圓柱形結(jié)構(gòu)中并限制在風(fēng)扇外罩內(nèi)的多個(gè)通常平行的扇葉，所述風(fēng)扇外罩具有通常平行于轉(zhuǎn)軸、定位在圍繞轉(zhuǎn)軸的不同徑向位置上的拉長(zhǎng)空氣入口和拉長(zhǎng)空氣出口?？諝庠谌肟谔幈簧热~吸入，而在出口被離心排出。
如此產(chǎn)生的空氣流一般是，沿整個(gè)風(fēng)扇長(zhǎng)度的、高度均勻的層流空氣柱。在電離器中使用這樣的風(fēng)扇因此具有顯著的優(yōu)越性即，避免在空氣流中產(chǎn)生縫隙并保持恒定的空氣速度，從而確保優(yōu)良的離子平衡。
貫流式風(fēng)扇的使用不僅使空氣流得以改善，而且還能夠?qū)⒉倏v機(jī)構(gòu)包含在簡(jiǎn)單的“淚滴形”輪廓內(nèi)。它還使設(shè)備的大多數(shù)可操縱部件例如電機(jī)、軸承、電子器件(諸如印刷電路板)被容納在空氣流之外，借此消除了空氣流的可能污染源。還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于可比尺寸的電離器外罩，相比于類似的、采用軸流風(fēng)扇的傳統(tǒng)設(shè)備，可以更高的速度產(chǎn)生大約兩倍的質(zhì)量流。電荷中和越快，貫穿靶向表面的偏置電壓就越均勻。也就顯著減小了噪聲水平。
正、負(fù)離子發(fā)射器可包括多個(gè)發(fā)射件例如釘電極等。
這種電離器優(yōu)選地包括用于設(shè)置代表空氣流內(nèi)的預(yù)期離子平衡的參比值的裝置，例如人工調(diào)節(jié)的電位計(jì)。也可配備用于測(cè)定空氣流內(nèi)的實(shí)際離子平衡的離子平衡傳感器，并且控制裝置可包括用于將參比值與離子平衡傳感器測(cè)得的值相比較的裝置，以便產(chǎn)生用于控制離子發(fā)射器的正、負(fù)壓源的控制電壓。該控制裝置還包括用于顯示電離器的狀態(tài)并在出現(xiàn)故障或問(wèn)題時(shí)引起注意的指示器和報(bào)警器。例如，為了在檢測(cè)低電流讀數(shù)時(shí)顯示弄臟的發(fā)射器釘，而配備報(bào)警器或顯示器。
也可配備連接裝置例如電連接器，用于連接測(cè)定遠(yuǎn)離電離器的空氣流中的離子平衡的遙感器。如果諸如，由于電離器與其靶向工作面之間的距離改變，或者由于周?chē)h(huán)境的濕度或溫度改變，而造成該單元的校準(zhǔn)發(fā)生變化，那么遙感器的使用就特別有價(jià)值。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電離器包括在所電離空氣中的離子平衡漂移參比值的量多于預(yù)期量(諸如多于+/-25V)時(shí)，用于產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的裝置。當(dāng)借助于電位計(jì)人工設(shè)置參比值時(shí)，優(yōu)選的是，配備用于檢測(cè)電位計(jì)設(shè)置的裝置，以便可以恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置“不平衡”觸發(fā)水平。在一個(gè)特別便利的實(shí)施例中，通過(guò)提供用于探測(cè)電位計(jì)設(shè)置的變化并圍繞新的呼叫點(diǎn)(callbration piont)重新設(shè)置觸發(fā)水平的光學(xué)傳感器，可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，此時(shí)光學(xué)傳感器檢測(cè)到校準(zhǔn)點(diǎn)已經(jīng)改變。還可將電離器設(shè)置成，當(dāng)檢測(cè)到嚴(yán)重故障時(shí)就能夠自動(dòng)關(guān)閉。
本實(shí)用新型還延伸到一種制備含有正、負(fù)離子的空氣流的方法，包括操縱如上所述的電離器。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明現(xiàn)在參照附圖來(lái)描述本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1是按照本實(shí)用新型的電離器的前部示意圖，圖2是沿圖1的AA所作的截面，以及圖3是與圖1的設(shè)備相關(guān)的控制電路的簡(jiǎn)化示意圖。
最佳實(shí)施方式圖1和2表示出按照本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的適用于潔凈間環(huán)境中的電離器。該電離器包括具有葉輪10的貫流式風(fēng)扇，葉輪10由葉輪電機(jī)5驅(qū)動(dòng)并容納在外殼7內(nèi)。此外殼是由不銹鋼(也可采用適用于潔凈間環(huán)境的其它材料)制成的，并具有“淚滴”外形(如圖2所示)。該外形使電離器定位在碰撞在潔凈間內(nèi)的層狀下沉式空氣流中，而不會(huì)過(guò)度擾亂此空氣流。
空氣通過(guò)入口11進(jìn)入單元內(nèi)，并通過(guò)出口12排出。將隔板1配置在單元的每一端上，并借助于襯墊密封到外殼7上，以便將空氣流限制在單元的所需部分內(nèi)。隔板1還避免葉輪電機(jī)5及相關(guān)的控制電子器件產(chǎn)生的微粒污染物進(jìn)入空氣流。
將控制電路配置在與葉輪電機(jī)5對(duì)置的單元那一端的印刷電路板4上。利用密封的軸承3避免灰塵進(jìn)入空氣流。使位于空氣流出口12的發(fā)射器釘6a和6b分別與圖3中的負(fù)、正高壓DC-DC變換器28和27相連。將傳感器格柵2配置在單元的出口處，以便測(cè)定離開(kāi)單元的空氣中的離子平衡。
如圖3所示，傳感器格柵2將兩個(gè)輸入之一提供給高阻抗非反相緩沖放大器20。放大器20的另一個(gè)輸入是由平衡電位計(jì)21提供的。連接點(diǎn)22用于連接諸如可位于工作臺(tái)上的遙感器(未示出)。將來(lái)自放大器20的輸出傳送到相應(yīng)的反相功率級(jí)驅(qū)動(dòng)放大器25和26的輸入中。而放大器25和26分別為正高壓DC-DC變換器27和負(fù)高壓DC-DC變換器28提供驅(qū)動(dòng)輸入。將來(lái)自正、負(fù)高壓DC-DC變換器27和28的輸出分別連接到發(fā)射器釘6a和6b上。正、負(fù)高壓DC-DC變換器27和28是固定的工作循環(huán)諧振變換器，具有與外加DC輸入成比例的HT輸出。
分別在地標(biāo)電阻器33和34中探測(cè)來(lái)自每個(gè)變換器的最終輸出電流，并將最終電壓傳送到微處理器30中。編程和設(shè)置微處理器30，以便監(jiān)測(cè)離子電流隨時(shí)間的減小，并且如果數(shù)值超過(guò)預(yù)定限，就通過(guò)狀態(tài)指示器9和蜂鳴器31發(fā)出警報(bào)和/或關(guān)閉單元。
微處理器30的額外輸入由光學(xué)傳感器(未示出)提供，該傳感器的設(shè)置是用來(lái)探測(cè)電位計(jì)21的設(shè)置中的變化的。
風(fēng)扇速度可由風(fēng)扇速度選擇器開(kāi)關(guān)35(也可以是電位計(jì)或滑動(dòng)開(kāi)關(guān)/抽頭式電機(jī)繞組)來(lái)控制。
當(dāng)不能將發(fā)射器釘6a和6b的相對(duì)電壓調(diào)整到所需水平時(shí)，就使LED’s 9中的“不平衡”指示器發(fā)亮。一般將通常觸發(fā)“不平衡”警報(bào)的電壓水平設(shè)置在+/-25V，盡管對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，也可以不對(duì)稱地設(shè)置該電壓。然而，可以根據(jù)具體應(yīng)用的要要求，在諸如+/-5V至+/-75V的范圍內(nèi)來(lái)調(diào)整觸發(fā)電壓?？梢园凑找髞?lái)選擇該范圍。
優(yōu)選地對(duì)微處理器進(jìn)行編程和設(shè)置，以便在出現(xiàn)過(guò)度“不平衡”信號(hào)時(shí)，關(guān)閉發(fā)射器陣列的高壓源，從而將對(duì)被處理敏感元件的損害可能性降到最小。微處理器也可以利用通過(guò)電阻器33和34上產(chǎn)生的電壓對(duì)正、負(fù)離子電流進(jìn)行的檢測(cè)，來(lái)確定發(fā)射器釘6a和6b是否已經(jīng)變得骯臟或退化。當(dāng)電流降到預(yù)設(shè)水平(例如40％的初始校準(zhǔn)水平)之下時(shí)，就在LEDs’9上顯示報(bào)警。蜂鳴器或其它聲頻警報(bào)可以發(fā)出顯示故障的聲音。
可以將遙感器連接到外部連接器22上。將來(lái)自遙感器的信號(hào)饋送到電路內(nèi)并與格柵控制信號(hào)合并，用以控制單元的離子平衡。這兩個(gè)信號(hào)的合并據(jù)發(fā)現(xiàn)能夠提高短期和長(zhǎng)期離子平衡的穩(wěn)定性。在正常工作中，一般將離子平衡維持在+/-2v之內(nèi)。遙感器的采用能夠使我們將其提高到+/-0.5v。
也可以將遠(yuǎn)距離連接器提供給印刷電路板4，以便在以下情形時(shí)能夠監(jiān)測(cè)多種不同的功能(例如傳感器的電流值，或信號(hào))例如，當(dāng)需要檢查發(fā)射器陣列時(shí)、當(dāng)已經(jīng)啟動(dòng)關(guān)閉時(shí)、當(dāng)已經(jīng)打開(kāi)單元的電源時(shí)、當(dāng)正和/或負(fù)不平衡狀況已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)。
顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，除了以上具體描述的實(shí)施例之外，還能夠在后面所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)作出許多變化。
權(quán)利要求1.一種電離器，包括用于產(chǎn)生空氣流的風(fēng)扇；用于將正離子驅(qū)逐到所述空氣流內(nèi)的正離子發(fā)射器，其與所述風(fēng)扇相連；用于將負(fù)離子驅(qū)逐到所述空氣流內(nèi)的負(fù)離子發(fā)射器，其與所述風(fēng)扇相連；與所述正離子發(fā)射器相連的正壓源；與所述負(fù)離子發(fā)射器相連的負(fù)壓源；以及用于在使用中調(diào)節(jié)和控制所述正、負(fù)電壓以便在空氣流中獲得所需離子平衡的控制裝置，其與所述正離子和負(fù)離子發(fā)射器相連；其特征在于所述的風(fēng)扇是用于產(chǎn)生空氣層流的貫流式風(fēng)扇。
2.如權(quán)利要求1所述的電離器，其特征在于，使所述貫流式風(fēng)扇位于具有淚滴形截面的外殼內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的電離器，其特征在于，所述外殼是由不銹鋼制成的。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電離器，其特征在于，還包括用于設(shè)置代表所述空氣流中的所需離子平衡的參比值的裝置和用于測(cè)定所述空氣流中的實(shí)際離子平衡的離子平衡傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的電離器，其特征在于，用于設(shè)置參比值的所述裝置包括電位計(jì)。
6.如權(quán)利要求5所述的電離器，其特征在于，還包括用于探測(cè)電位計(jì)設(shè)置中的偏差的傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的電離器，其特征在于，所述傳感器包括光學(xué)傳感器。
8.如項(xiàng)權(quán)利要求7所述的電離器，其特征在于，還包括用于連接遙感器的連接器，所述遙感器用于測(cè)定遠(yuǎn)離所述電離器的空氣流中的離子平衡。
9.如權(quán)利要求8所述的電離器，其特征在于，還包括用于將來(lái)自所述遙感器的信號(hào)與來(lái)自所述離子平衡傳感器的信號(hào)合并的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的電離器，其特征在于，還包括微處理器。
11.如權(quán)利要求10所述的電離器，其特征在于，還包括用于顯示不平衡狀況的顯示器。
12.如權(quán)利要求11所述的電離器，其特征在于，還包括位于空氣流之外的風(fēng)扇控制器。
專利摘要一種電離器，包括用于產(chǎn)生空氣層流的風(fēng)扇(5)；用于將正離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的正離子發(fā)射器(6b)；用于將負(fù)離子驅(qū)逐到空氣流內(nèi)的負(fù)離子發(fā)射器(6a)；與正離子發(fā)射器相連的正壓源(27)；與負(fù)離子發(fā)射器相連的負(fù)壓源(28)；以及用于控制正、負(fù)電壓以便在空氣流中獲得所需離子平衡的微處理器(30)。風(fēng)扇(5)是貫流式風(fēng)扇，其產(chǎn)生沿整個(gè)風(fēng)扇長(zhǎng)度的、高度均勻的層流空氣柱，并且空氣流中的縫隙減小，而空氣流速恒定，從而改善了離子平衡。貫流式風(fēng)扇的使用還能夠?qū)⒉倏v機(jī)構(gòu)包含在簡(jiǎn)單的“淚滴形”輪廓內(nèi)，并且使設(shè)備的可操縱部件例如電機(jī)、軸承、電子器件(諸如印刷電路板)被容納在空氣流之外，借此消除了空氣流的可能污染源。對(duì)于可比尺寸的電離器外罩，相比于類似的、采用軸流風(fēng)扇的傳統(tǒng)設(shè)備，可以更高的速度產(chǎn)生大約兩倍的較低噪聲水平的質(zhì)量流。
文檔編號(hào)H05F3/00GK2793990SQ20042009297
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者克里斯托弗·弗朗西斯, 西蒙·哈徹, 戴維·羅杰斯, 戴維·斯蒂芬斯 申請(qǐng)人:米奇靜電消除器有限公司