JP2003164792A - 高速流体分配モジュール - Google Patents
高速流体分配モジュールInfo
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Abstract
板上に分配する方法。 【解決手段】 分配モジュールは加熱流体分配マニホー
ルドから流体を受け取る分配器本体と;エアキャビティ
内を移動するエアピストンを備えたハウジング、及びエ
アキャビティを加圧するソレノイド弁とを有するアクチ
ュエータとを含む。エアピストンの動きは流れ制御機構
を制御し、分配器本体からの流体を選択的に分配する。
断熱シールドが設けられて、マニホールド及び/または
分配器本体からアクチュエータへ至る熱の伝達を低減す
るため、ソレノイド弁は直接ハウジングに取り付け可能
となり、エアキャビティの有効体積が減少できる。流体
分配モジュールのサイクルタイムは、エアキャビティの
初期体積と、エアキャビティへの空気の流れを特徴づけ
るアクチュエータの有効弁流量係数とを選択することで
指定できる。
Description
sing)、特に、加熱された流体を基板(substrate)の
表面に分配する流体分配モジュールに関する。
板上に精密に適用させるため、さまざまな流体分配モジ
ュールが開発されている。多くの分配の適用例では、加
熱流体の流れを定期的に中断し、基板に加えられる加熱
流体のパターンにより個々の適用領域の前後の縁部を明
確に画定しなければならない。この目的のため、多くの
流体分配モジュールは、加熱流体を排出する開位置と加
熱流体の流れを遮断する閉位置とを有している。開閉位
置間の急激な反復が流れを中断して、加熱流体のパター
ンの生成に必要な高速間欠的流れの中断を生じさせる。
モジュールは一般にアクチュエータと分配器本体とを含
む。分配器本体は弁座と弁体とを有し、弁体はアクチュ
エータと動作可能に連結されて弁座に対して移動する。
開位置で、アクチュエータは弁体を弁座から離間させる
ように作動し、加熱流体が一連の内部通路を通って分配
器本体の排出オリフィスへ流動できるようにする。閉位
置で、弁体は弁座と係合し流れは遮断される。流体分配
モジュールは、閉位置から開位置へ作動するのに必要な
時間と閉位置へ戻すのに必要な時間とを含む固有のサイ
クルタイムにより特徴づけられる。流体分配モジュール
は開位置で維持され、十分な分配時間が所望の適用パタ
ーンの適応領域を仕立て上げる。
体により空気圧作動されて開閉位置を提供する。このよ
うなモジュールにおいて、アクチュエータはエアキャビ
ティへの加圧流体の投入を調整するソレノイド弁と、エ
アキャビティへの加圧流体の投入に応じて変位するエア
ピストンと、エアピストンとエアキャビティとが配設さ
れたエアピストンハウジングとを含む。エアピストンは
分配器本体の弁体と動作可能に結合され、少なくともモ
ジュールの開位置を生じさせる動力を提供する。最短の
サイクルタイムはソレノイド弁がエアピストンハウジン
グに直接接触して取り付けられた場合に達成される。
場合、流体分配マニホールドと流体結合される。加熱流
体供給からの加熱流体は流体分配マニホールドと流体分
配モジュールとのさまざまな内部通路を流動したのち、
基板に適用される。流体分配マニホールドと流体分配モ
ジュールとを流動する加熱流体は、通路の周囲壁と熱平
衡化をはかろうとする。加熱流体がしきい値温度より冷
えると、流体は流動状態及び/または溶解状態を保て
ず、あるいは基板に適用されたとき所望の特性を持つこ
とができない。冷却の有害作用を回避するため、流体分
配マニホールドにはマニホールドの温度を上げる加熱要
素が設けてある。流体分配マニホールドからの熱の伝達
は流体分配モジュールを加熱する。別に、流体分配モジ
ュールには独自の加熱要素を組み入れてもよい。加熱流
体を熱溶解接着剤とする特定の分配動作に対しては、流
体分配マニホールドと流体分配モジュールとを約250
°F(約121.1℃)を超え約400°F(約20
4.4℃)の高さの作動温度で維持するのが望ましい。
ルドと分配器本体とからエアピストンハウジングへ対し
ても起こる。ソレノイド弁はエアピストンハウジングと
熱接触するから、この伝熱をさらにエアピストンハウジ
ングからソレノイド弁へ伝達することができる。伝熱は
ソレノイド弁の作動温度を上昇させ、ソレノイド弁は流
体分配マニホールドの作動温度に達する。作動温度が一
定のしきい値温度以上に上昇すると、ソレノイド弁は適
正に作動できず、作動不全となったり、恒常的損傷を受
けたり故障したりすることもある。
はソレノイド弁の加熱を、それを物理的にエアピストン
から離間することで低減しようとする。そうするため
に、ニップルや一定の長さの管を設けて、ソレノイド弁
の空気出口を、エアキャビティに通じるエアピストンハ
ウジングの空気入口と流体連結しなければならない。ニ
ップルや管は、アクチュエータからエアキャビティのハ
ウジングまでの熱の伝導径路を弱体化する。ところが、
ニップルや管の中のエアスペース体積は、加圧されてエ
アピストンを作動しなければならないエアキャビティの
有効空気体積を増大させる。有効空気体積の増大はアク
チュエータのサイクルタイムを大きくする。このような
適用例では、従来型エアキャビティの最少有効空気体積
は2,170mm3より大きくなる。そのような有効空
気体積で設計された従来型流体分配モジュールの最も速
いサイクルタイムは、ソレノイド弁内の加圧流体の流れ
の切替えに要する時間と実際の分配時間とを除いて、9
ミリセカンド(msec)である。これにより、9ミリ
セカンド(msec)またはそれより短いサイクルタイ
ムを要するこれらの分配適用例において、ニップルや一
定の長さの管を持つエアキャビティを収容したハウジン
グからソレノイド弁を単に離間することが、ソレノイド
弁の加熱を低減する適確な解決ではないことが分かる。
の伝達はまた、ソレノイド弁の有用寿命を低下させる。
一般的ソレノイド弁の製造業者は連続動作に対して約1
40°F(約60℃)より低い最高温度を推奨する。ソ
レノイド弁が特注の高温シールを具備すれば弁の熱耐性
は増大し、弁は140°F(約60℃)より高く、約2
25°F(約107.2℃)の高温で連続的に作動でき
る。ところが、ソレノイド弁への高温シールの付加は、
高温シールを構成する材料の軟性によりサイクルタイム
をさらに大きくする。したがって、ソレノイド弁を高温
シールで装備することは、大きな温度範囲に亘って弁の
作動を可能にするが、高速分配動作に対しては重大な不
都合を現出させる。さらに、ソレノイド弁がそのような
高温シールを装備しても、約225°F(約107.2
℃)を超えて加熱されると弁はやはり確実に作動できな
い。
は、流体分配モジュールと加熱流体分配マニホールドと
から空気圧アクチュエータへの熱の伝達を低減できる、
加熱流体分配用の流体分配モジュールである。また、小
さいサイクルタイムで加熱流体等の流体を分配する流体
分配モジュールも必要とされる。
体を分配する装置並びに方法を提供する。本発明の原理
によれば、流体を分配する装置は流体を加熱できる流体
分配マニホールドと、前記流体分配マニホールドから流
体の流れを受け取ることのできる分配器本体と、空気圧
アクチュエータとを含む。分配器本体は流れ制御機構を
具備し、流れ制御機構は流体の流れを分配器本体から排
出する第1の状態と、流体の流れを遮断する第2の状態
とを有する。空気圧アクチュエータは空気の出口を具備
したソレノイド弁と、エアピストンハウジングと、エア
ピストンハウジング内に配設されて空気の入口を有した
エアキャビティと、エアキャビティ内を移動するため動
作可能に配置されたエアピストンとを有する。エアピス
トンは流れ制御機構に動作可能に結合され、第1と第2
の状態を提供する。ソレノイド弁はエアキャビティへの
加圧流体の流れを制御でき、またエアピストンハウジン
グと当接的、熱伝導的に接触した状態で取り付けられ、
空気の出口と空気の入口とが実質的に同一の広がりを持
つようにされる。断熱シールドは空気圧アクチュエータ
と流体分配マニホールドとの間に配設される。シールド
は流体分配マニホールドから空気圧アクチュエータへの
熱の伝達を低減できる。
配する装置は流体の流れを受け取りかつ排出できる分配
器本体と、空気圧アクチュエータとを含む。分配器本体
は流れ制御機構を有し、流れ制御機構は流体の流れを分
配器本体から排出する第1の状態と、流体の流れを遮断
する第2の状態とを有する。空気圧アクチュエータはエ
アキャビティを収容したエアピストンハウジングと、エ
アキャビティ内に配置されて移動するエアピストンと、
エアキャビティに出入りする加圧空気の流れを制御し、
選択的にエアピストンに作動力を加えたりエアピストン
から作動力を除却したりできるソレノイド弁とを有す
る。エアピストンは流れ制御機構に動作可能に結合さ
れ、作動力が加わると第1の状態を、作動力が除却され
ると第2の状態を提供する。エアキャビティは初期空気
体積を有し、空気圧アクチュエータはサイクルタイムを
9ミリセカンド(msec)より短いかそれと同じにな
るように選択できる有効弁流量係数(effective valve
flow coefficient)を有する。
空気体積と空気圧アクチュエータの有効弁流量係数と
は、サイクルタイムが5ミリセカンド(5msec)よ
り短いあるいはそれと同じになるように選択できる。さ
らに他の実施形態では、クレイムの装置は流体を加熱す
る加熱器と、空気圧アクチュエータと加熱器との間に配
設されて加熱器からエアピストンハウジングへ至る熱の
伝達を低減し、その結果ソレノイド弁がエアピストンハ
ウジングと当接的、熱伝導的に接触して装着できる断熱
シールドとを含むことができる。
ルのサイクルタイムを最適化する方法は、流体の流れを
受け取りかつ排出できる分配器本体と、空気圧アクチュ
エータとを有した流体分配モジュールを提供することを
含む。分配器本体は、流体の流れを分配器本体から排出
する第1の状態と、流体の流れを遮断する第2の状態と
を有した流れ制御機構を含み、空気圧アクチュエータは
エアキャビティを収容したエアピストンハウジングと、
エアキャビティに配置されたエアピストンと、エアキャ
ビティに出入りする加圧空気の流れを制御して、選択的
にエアピストンに作動力を加えたりエアピストンから作
動力を除却したりできるソレノイド弁とを有する。エア
ピストンは流れ制御機構に動作可能に結合され、作動力
を加えると第1の状態を、作動力を除外すると第2の状
態を提供する。エアキャビティは初期空気体積を持ち、
空気圧アクチュエータは有効弁流量係数を有する。方法
はさらに、初期空気体積と有効弁流量係数のうちの一方
に対して第1の値を指定し、次に初期空気体積と有効弁
流量係数の他方の第2の値を決定して、サイクルタイム
が9ミリセカンド(msec)より短いあるいはそれと
同等になるようにすることを含む。
本体により受け取られる流体を加熱器で加熱するステッ
プと、空気圧アクチュエータのハウジングを加熱器から
断熱して加熱器からハウジングへの熱の伝達を低減し、
ソレノイド弁がエアピストンハウジングと当接的、熱伝
導的に接触して取り付けできるようにされるステップ
と、を含む。
は、添付図面と併せ以下の詳細な記述を検討すれば当業
者にはより容易に明らかとなろう。
発明の原理により構成された流体分配モジュール10
は、分配器本体12とアクチュエータ14とを含む。流
体分配モジュール10は特に、溶融した熱可塑性熱溶解
接着剤等の、加熱された流体を分配するようにされてい
る。一方、他の加熱流体分配モジュールもまた本発明の
原理から利益を得るだろう。流体分配モジュール10
は、加熱流体の流れを受け入れかつ制御された方法で加
熱流体を基板上に分配するようにされた流れ制御装置を
構成する。流体分配モジュール10はアクチュエータ1
4により、加熱流体を分配器本体12から分配する開位
置(図2)と加熱流体の分配を休止する閉位置(図1)
との間を作動するようにされる。
ニホールド16に取り付けられる。流体分配マニホール
ド16は加熱流体の量を加熱流体源(図示せず)から提
供する供給通路18と、流体分配モジュール10が閉位
置にある際、加熱流体を流体源に戻す流路を提供する再
循環通路19とを含む。1以上の加熱器すなわち加熱器
要素20は流体分配マニホールド16に設けた対応する
孔に配設される。加熱器要素20は電気エネルギーを熱
に変換し、熱は流体分配マニホールド16に伝達され
て、供給通路18と再循環通路19との中を流動する加
熱流体を所望の温度で維持する。流体分配マニホールド
16はまた、熱の伝達を介して分配器本体12を加熱す
る外部の熱源も提供し、本体12内の加熱流体を所望の
適応温度で維持する。このため、流体分配マニホールド
16の一方の側部22は、分配器本体12の一方の面2
3に当接しこれと良好な熱接触を持つ。理解されるよう
に本発明は加熱器要素20の構造により制限されず、流
体分配マニホールド16を加熱する他の熱源も思料され
る。
本体12は本体12の長軸27に沿って伸長する中心円
筒形貫通孔26を有した側壁24と、貫通孔26に位置
する、中心に配置された流体誘導インサート(flow-dir
ecting insert)28とを含む。分配器本体12の側壁
24を貫通して、供給通路18と整合した入口通路30
と、再循環通路19と整合した再循環通路32とが伸長
する。O−リング等のシール42、43は通路32、3
0のそれぞれの開口の周りの個々の皿型凹部(counters
unk recess)に配設されて、流体分配マニホールド16
と分配器本体12との間の加熱流体の漏れを防止する。
流体結合した流れチャンバ34と、流れチャンバ34と
選択的に流体連通する再循環チャンバ35とを含む。流
れチャンバ34は排出通路36への流体通路を提供し、
排出通路36はノズル40の排出通路38の入口と整合
した出口を有する。排出通路38は、加熱流体を基板
(図示せず)上に分配する排出オリフィス39で終端す
る。ノズル40はO−リング等のシール46により分配
器本体12に対して流体密封され、シール46は分配器
本体12に形成された浅いパッキン押えに配置されて、
ノズル40と分配器本体12との間の加熱流体の漏れを
防止する。分配器本体12とノズル40とは真鍮、アル
ミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等、優れた
熱伝導率を持った材料により構成される。
じ44により分配器本体12に着脱可能に取り付けられ
る。止めねじ44はねじ切りされた孔45の中を前進
し、ノズル40に形成された円錐形切欠きと接触する。
止めねじ44の前進により加えられた力はノズル40の
楔型側部40aを、分配器本体12に形成された対応す
る楔型の凹部37へと付勢する。排出オリフィス39の
分配特性は止めねじ44を緩めることと、ノズル40
を、例えば異なる構成及び/または大きさの排出オリフ
ィスを有した異なるノズル40と交換することで変更で
きる。ノズル40には円形の凹部41が排出通路38へ
の入口の周りに設けてある。円形凹部41はシール46
を収容し、シール46の厚さに適応した寸法の面40b
に対して深さを持つことにより、ノズル40の上面40
bと分配器本体12との間の当接係合を促進する。ノズ
ル40と分配器本体12との密な接触はこれらの間の熱
の伝達を促進し、ノズル40を効果的に加熱する。
本体12の貫通孔26の中心に分割ステム組立体50が
位置している。ステム組立体50は軸方向に、一方の端
部に球形頭部52を有した細長い第1のステム部分51
と、第1のステム部分51の球形頭部52に当接する凹
状端面54を有した細長い第2のステム部分53とに分
割される。第1と第2のステム部分51、53は、分配
器本体12の貫通孔26の長手方向中心線に沿って伸長
する長軸と概して同軸である。第1のステム部分51
は、貫通孔26の一方の端部の内側に配設されるカップ
型インサート57の環状分割壁56に設けた円形開口部
を貫通する。分配器本体12は環状弁座58を含み、弁
座58は、弁座58と球形頭部52とが接触する際、球
形頭部52と封止係合を生じさせるような大きさと形状
とにされる。第2のステム部分53は環状の、円錐台形
の封止面60を具備し、封止面60の大きさと形状と
は、封止面60と弁座61との接触中に、流れ誘導イン
サート28に設けられかつ流れチャンバ34と排出通路
36との接合点に位置する環状の円錐台形の弁座61と
封止係合を生じさせるようにされる。空気圧アクチュエ
ータ14は封止面60の制御された往復運動を提供し、
封止面60と弁座61との係合を着脱させ、球形頭部5
2と弁座58との係合を着脱させる。環状ロッドシール
59は貫通孔26に形成されたパッキン押え内に設けて
ある。第1のステム部分51はロッドシール59の内孔
を通って軸方向に収容され、貫通孔26の中を往復運動
する。ステム組立体50が貫通孔26内を長軸に沿って
往復運動するにつれて、ロッドシール59は第1のステ
ム部分51の外側表面との動的封止をもたらし、そこか
ら加熱流体を除去(wipe)する。
して図示されるが、理解されるように他の頭部の形状も
本発明により思料される。同様に、円錐台形の封止表面
60と円錐台形の弁座61との形状は、本発明の精神と
範囲とから逸脱することなく、相補的な封止面と弁座と
を持った他の有効な封止構成に変更できる。
本体12はさらに、第1と第2のステム部分51、53
とに動作可能に連結されたばね戻し機構62を含む。ば
ね戻し機構62は分配器本体12の一方の長手方向端部
近傍で貫通孔26に配設されるカップ型インサート68
と、カップ型インサート68に形成される凹部に配設さ
れた押圧要素64と、分配器本体12の対向端部におい
てカップ型インサート57内の凹部に配設される他の押
圧要素65とを含む。図1及び2に圧縮ばねとして図示
した押圧要素64はカップ型インサート68の中に圧縮
された状態で保持される。同じく図1及び2に圧縮コイ
ルばねとして図示した押圧要素65は、分割壁56と、
ファスナにより第1のステム部分51に固着された環状
ディスク66との間で圧縮される。環状ディスク66は
カップ型インサート57の凹部に対して軸方向に自由に
移動する。押圧要素65は第1のステム部分51に押圧
力を加え、ステム部分51は球形頭部52を弁座58か
ら離れる方向へ付勢する。押圧要素64は第2のステム
部分53に押圧力を加え、ステム部分53は誘導されて
円錐台形の封止面60を円錐台形弁座61に向って付勢
する。押圧要素64、65により分割ステム組立体50
に加えられる正味の押圧力は、流体分配モジュール10
が閉位置にあれば、円錐台形封止表面60が円錐台形弁
座61と接触して、流れチャンバ34から排出通路36
へ至る流体の流れを防止し、さらに球形頭部52が弁座
58との接触から外れ、流れチャンバ34から再循環チ
ャンバ35と再循環通路32へ至る流体の流れを可能に
する。開位置では、球形頭部52は弁座58と接触して
流れチャンバ34から再循環チャンバ35への流体の流
れを停止させ、円錐台形封止表面60は円錐台形弁座6
1との接触から外れて、流れチャンバ34から排出通路
36へ至る流体の流れを可能にする。
タ14はエアピストンハウジング70と、エアピストン
ハウジング70に装着されたソレノイド弁71と、プラ
ンジャ72とを含む。プランジャ72の一方の端部はエ
アピストン74を支持し、エアピストン74はエアピス
トンハウジング70に形成されたプレナム(plenum:空
間)76の中を滑動可能に移動する。エアピストン74
はプレナム76を分割してエアキャビティ78を画設
し、エアキャビティ78はエアピストン74がプレナム
76の中を移動するにつれて体積変化する。エアピスト
ン74の外周の周りを環状シール80が取り巻いてい
る。環状シール80は円周封止リップ81を有し、円周
封止リップ81はプレナム76を囲繞する内側壁82の
表面とで流体耐密な滑動的封止をもたらす。シール80
は、エアピストンハウジング70の加熱された環境の流
体シールとして用いて好適な、RULON(登録商標)
などの重合体材料から形成される。エアピストン74は
エアキャビティ78に対して長手方向に移動できる境壁
を画成する。
って軸84が伸長する。軸84はエアピストンハウジン
グ70の側壁86の軸開口85を貫通する。軸84は尖
頭状の(カスプ形(cusped)の)、或いは凹状の端面8
4aで終端し、凹状端面84aは第1のステム部分51
の一方の端部に設けられた相補的な先端の丸い、つまり
凸状面51aと接触する。図1及び2から明らかなよう
に、分配器本体12は隙間87によりアクチュエータ1
4から離間すなわち分離し、分配器本体12とアクチュ
エータ14との物理的結合は端面84aと凸状表面51
aとの接触領域だけである。接触領域の最小化は、分配
器本体12からアクチュエータ14への伝導による熱の
伝達を、これらの間の伝導通路の断面積を小さくした
分、低減させる。隙間87による物理的分離はまた、分
配器本体12からアクチュエータ14への対流や放射に
より伝達される熱量も低減させる。
ド89の空気通路88からエアピストンハウジング70
の中の整合した空気通路90を通って供給され、空気通
路90はソレノイド弁71の供給ダクト92へと導く。
O−リング等のシール93は空気通路88、90のそれ
ぞれの入口開口の周りに配設されて、空気分配マニホー
ルド89とエアピストンハウジング70との間の空気の
漏れを防止する。エアピストンハウジング70はさら
に、エアキャビティ78をソレノイド弁71のアクセス
ダクト(access duct)95に流体結合する空気通路9
4を含む。空気通路94の空気入口94a(図1)はア
クセスダクト95の空気入口95a(図1)と実質的に
同一の広がりを持つ。
よりエアキャビティ78へ供給される。作動空気の最大
空気圧、代表的には1平方インチ当り(p.s.i.)
約10ポンドから約120p.s.i.まで、が有効と
して選択され、ばね戻し機構62や加圧加熱流体により
もたらされる抵抗等の、エアピストン74の移動に対す
るさまざまな対抗力に打ち克つようにされる。作動気体
に曝されるエアピストン74の面は作動表面積(active
surface)を持つ。作動表面積は、空気圧と作動表面積
との積により与えられる、ステム組立体50に加えられ
る作動力の大きさの決定に寄与する。エアピストン74
がプラム76内を移動すると、エアキャビティ78の体
積は変動する。一方、エアキャビティ78の画定された
初期空気体積は、流体分配弁10が閉位置にある際、空
気通路94とアクセスダクト95との体積をも含むもの
と考えられる。
入口95aとの結合は直接で、管及び/または管継手の
間に入る長さから免れる。介入する管及び/または管継
手が存在しないことによりエアキャビティ78の初期空
気体積は最小化され、流体分配モジュール10のサイク
ルタイムを小さくすることができる。理解されるよう
に、O−リングシールやガスケット等のシール(図示せ
ず)を空気入口94aと空気入口95aとの連結箇所の
周りに配設して、ソレノイド弁71とエアピストンハウ
ジング70との間の作動空気の漏れを防止してもよい。
ソレノイド弁71はエアピストンハウジング70と当接
的、熱結合的接触状態で取り付けられ、これと熱連通
し、これらの間を熱が流動する。
さとはエアピストン74のサイズにより制限される。エ
アピストン74の表面積は十分に大きくして、作動空気
圧を与えられると、対抗力に打ち克ちかつエアピストン
74を動かすに有効な力を提供しなければならない。こ
れにより、エアキャビティ78は適正な大きさにしてエ
アピストン74を収容しなければならないことが分か
る。作動空気をソレノイド弁71により切り替えて作動
空気を空気通路94を介して誘導すると、作動空気はア
クセスダクト95を通ってエアキャビティ78に進入す
る。エアキャビティ78の空気圧は作動空気が進入する
につれて増大し、空気圧が一定のしきい値に達すると、
エアピストン74の作動表面積に加えられた力は十分と
なり、エアチャンバ78内での運動を起させる。エアキ
ャビティ78の初期空気体積は、他のパラメータ中のし
きい値を決定する。ソレノイド弁71をエアピストンハ
ウジング70へ直接取り付けることにより、エアキャビ
ティ78の初期空気体積を約2,170mm3より小さ
く、特に、約1,500mm3より小さくすることがで
き、その間エアピストン74の作動表面積は有効に保た
れて、流体分配モジュール10を閉位置から開位置まで
作動させる。
代表的には、電磁コイル(図示せず)により作動する可
動スプールを含む。これらは協働し、さまざまな流路か
ら1つの流路を選択して作動空気の流れを誘導したり作
動空気を排出したりする。特に、ソレノイド弁71は、
切り替えられて空気通路90をアクセスダクト95と空
気通路94とに流体結合することにより加圧作動空気を
エアキャビティ78に充填したり、あるいは切り替えら
れて空気通路94とアクセスダクト95とを排出ダクト
96に流体結合することによりエアキャビティ78から
の加圧作動空気を排出したりできる。排出ダクト96は
エアピストンハウジング70の外側の周辺環境に開口す
る。ソレノイド弁71により提供される作動空気の調整
された流れは、高速間欠的に接着剤を基板(図示せず)
に載置するのに寄与する。
14は有効弁流量係数により特徴づけられる。ソレノイ
ド弁71は、アクチュエータ14の有効弁流量係数より
大きいかまたは同じである約0.1から1.4までの理
想弁流量係数により特徴づけられる。アクチュエータ1
4の有効弁流量係数は、エアピストンハウジング70の
さまざまな流路の流れの特徴により理想弁流量係数に対
して小さくされる。アクチュエータ14の有効弁流量係
数は、エアピストンハウジング70のさまざまな流路の
流体容量と抵抗とが小さくなるにつれて、漸近的にソレ
ノイド弁71の理想弁流量係数に近づく。ソレノイド弁
71は、当業者に理解されるように作動空気の流れを各
種流路の中で切り替えるよう作動する、例えば、任意の
三方あるいは四方弁でよい。ソレノイド弁71として用
いて適当な三方及び四方のソレノイド弁の製品は、例え
ばMac Valves, Inc.(ミシガン州、Wixom)から市場で
入手できる。
動力をステム組立体50に加え、流体分配モジュール1
0を図1の閉位置と図2の開位置との間で作動させる。
この目的のため、ソレノイド弁71を切り替えて、供給
ダクト92とアクセスダクト95との間に流路が作られ
るようにする。作動空気は作動空気源(図示せず)か
ら、空気通路90、94、供給ダクト92、及びアクセ
スダクト95から成る互いに連結された通路を通ってエ
アキャビティ78に流入する。作動空気はエアキャビテ
ィ78を加圧して作動力をプランジャ72に加え、プラ
ンジャ72はエアピストン74と軸84とをステム組立
体50に向う方向に付勢する(図2)。プランジャ72
の動きは、ステム組立体50が開位置の際、エアキャビ
ティ78の体積を一定の最大体積まで大きくする。環状
シール80の封止リップ81は、プランジャ72が移動
するにつれて、流体耐密な滑動的封止を内側壁82とで
維持する。作動力は軸84の凹端面84aにより第1の
ステム部分51の凸面51aへ伝えられる。結果として
生じるステム組立体50の変位は流体分配モジュール1
0を開位置に作動させ、この位置で円錐台形封止面60
は円錐台形弁座61から離間してこれらの間に環状の開
口を作り、さらに球形頭部52は弁座58を流体耐密係
合により係合する。加熱流体は流れチャンバ34から円
錐台形封止面60と円錐台形弁座61との間の環状開口
を通って排出通路36、38へ流動し、ノズル40の排
出オリフィス39から分配される。総体的に、供給通路
30、流れチャンバ34、及び排出通路36は、加熱流
体を排出通路38へ提供する開位置の流動径路を提供す
る。加熱流体は球形頭部52と弁座58との係合によ
り、流れチャンバ34から再循環チャンバ35へ流動で
きない。
ド弁71は作動空気の流路を供給ダクト92からアクセ
スダクト95まで閉鎖し、アクセスダクト95と排出ダ
クト96との間の流路を開放する。作動空気はエアキャ
ビティ78から、空気通路94、アクセスダクト95、
及び排出ダクト96から成る互いに連結された通路を通
ってソレノイド弁71の外部まで流出し、排出された空
気は外部で周辺の大気と混合する。エアキャビティ78
が周囲圧力まで回復するにつれて、エアピストン74と
軸84とに加えられた作動力は徐々にステム組立体50
から除かれる。ステム組立体50に加えられた作動力の
大きさが、ばね戻し機構62により加えられた力より小
さくなると、ばね戻し機構62はステム組立体50をア
クチュエータ14に向って付勢する。このことが起こる
と、プランジャ72は移動してエアキャビティ78の体
積は減少し、究極的に閉位置の初期の空気体積に復帰す
る。図1に示した閉位置では、球形頭部52は弁座58
から離間され、それらの間に環状開口が作られる。加熱
流体は流れチャンバ34から再循環チャンバ35へ、球
形頭部52と弁座58との間の環状開口を通って流動す
る。再循環チャンバ35の加熱流体は分配器本体12か
ら再循環通路19、32を介して退出し、流体分配マニ
ホールド16へ戻る。供給通路30、流れチャンバ3
4、再循環チャンバ35、及び再循環通路32が、共同
で、加熱流体を再循環通路19へ提供する閉位置の流動
経路を提供する。円錐台形封止面60は円錐台形弁座6
1と係合し、加熱流体が流れチャンバ34から排出通路
36へ流動しないようにする。結果として、ノズル40
の排出オリフィス39から加熱流体の噴霧は中止され
る。
作動空気がエアキャビティ78の初期空気体積を大気
圧、代表的には約14.7p.s.i.a.、からプラ
ンジャ72の静止摩擦と初期運動とに打ち克つに有効な
空気圧まで加圧するのに要する時間と、プランジャ72
が移動して完全にステム組立体50を作動させ、その間
エアキャビティ78の体積が増大するに必要な時間と、
極小の分配時間と、エアキャビティ78から空気圧を排
出し、ばね戻し機構62がステム組立体50とプランジ
ャ72とを閉位置へ戻して、エアキャビティ78がその
初期空気体積を取り戻すに必要な時間と、エアキャビテ
ィ78の空気圧を大気圧に戻すに必要な時間との総和か
らなると考えられる。定義したように、サイクルタイム
にはソレノイド弁71の流れを切り替えてエアキャビテ
ィ78の加圧を開始するに必要な時間と、ソレノイド弁
71の流れを切り替えてエアキャビティ78の減圧を早
めるに必要な時間と、流体をノズル40の排出オリフィ
ス39から分配する分配時間とは含まれない。
断熱シールド100を含み、断熱シールド100は、伝
導、対流及び/または放射による流体分配マニホールド
16及び/または分配器本体12からアクチュエータ1
4への熱の伝達を排除したり著しく低減させるに有効な
熱特性を有した任意の組成、構造及び/または形状でよ
い。断熱シールド100の存在は、加熱流体を分配する
場合と同様に、流体分配マニホールド16と分配本体1
2とを加熱する際、アクチュエータ14の温度を下げる
のに関与する。断熱シート100は物理的にアクチュエ
ータ14のエアピストンハウジング70を流体分配マニ
ホールド16と分配器本体12とから分離し、隠蔽し及
び/または遮蔽して、熱の伝達を防止したり低減したり
する。断熱シールド100の存在の直接的な成果とし
て、アクチュエータ14の作動温度は低くなる。このこ
とはアクチュエータ14の寿命を延ばし、さらにアクチ
ュエータ14を速いサイクルタイムで実行させて、ステ
ム組立体50を閉位置から開位置に移動させ及び/また
はステム組立体50を開位置から閉位置に後退させる。
特に、断熱シールド100の存在はソレノイド弁71の
エアピストンハウジング70への直接連結を可能にす
る。
構造及び/または形状は分配器本体12と流体分配マニ
ホールド16との特定の作動温度に依存する。加熱流体
が熱溶解接着剤である適用例においては、分配器本体1
2と流体分配マニホールド16は約250°F(約12
1.1℃)から約400°F(約204.4℃)までの
温度で維持される。断熱シールド100は、ソレノイド
弁71の温度を特定の分配動作の最大作動温度特性以下
に維持する組成、構造及び/または形状にすべきであ
る。
ールド100はシートすなわち層を含み、その材料はア
クチュエータ14のエアピストンハウジング70を形成
する材料、代表的には金属、より低い熱伝導率を持つ。
エアピストンハウジング70と流体分配マニホールド1
6との間の断熱シート100の部位は無孔である。軸の
開口85と概して整列した1つの軸の開口102をシー
ルド100の他の部位に設けてある。プランジャ72の
軸84は開口102を貫通し、ステム組立体50と動作
可能に結合する。断熱シールド100は、一方の概して
平坦な面101がアクチュエータ14のエアピストンハ
ウジング70の概して平坦な面99と当接的に接触し、
かつ他方の概して平坦な面103が流体分配マニホール
ド16の概して平坦な面97と当接的に接触した状態で
配設される。
100は図1及び2に示したものと異なってもよい。例
えば、断熱シールド100の、分配器本体12からの熱
の伝達に抗してアクチュエータ14を隠蔽する部位は、
本体12からアクチュエータ14への熱の伝達が比較的
重大でない場合は省略できる。その構成では、断熱シー
ルド100は表面97と表面99の対面部分との間に存
在し、シールド100の各部位は分配器本体12からア
クチュエータ14に至る隙間87の視線径路(line-of-
sight paths)において省略される。断熱シールド10
0の任意の省略は図1及び2において鎖線105により
表示され、軸の開口102を含むシールド100部位を
割愛されよう。断熱シールド100を省略する力を支配
するだろう、分配器本体12からアクチュエータ14へ
の熱の伝達の大きさは、作動温度に依存し、大きさは作
動温度が上がるにつれて増加する。加えて、表面101
や表面103の表面法線に平行に見える断熱シールド1
00の断面積は変えることができる。断熱シールド10
0はまた、例えば、低い熱伝導率を持ち、かつ流体分配
マニホールド16の表面97とハウジング70の表面9
9の対面部位との間に捕捉(キャプチャー)される材料
での複数の円盤や座金(図示せず)の形も考えられる。
リマー及びセラミック等の非金属を含み、これらはエア
ピストンハウジング70の製作に用いる一般的な金属の
熱伝導率より極めて低い熱伝導率を持つ。断熱シールド
100の形成に好適な熱抵抗と熱伝導率とを有した一般
的ポリマーは、ポリエーテルエーテルケトン(polyethe
retherketone(PEEK))、ポリアミドイミド(polyamide-
imide(PAI))、ポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)、並びにフッ素処理したエチレンプロピレン(FE
P)と、ペルフルオロアルコキシル共重合体(perfluor
oalkoxy copolymer(PFA))とを含む各種フッ素重
合体とを含む。フッ素重合体の好適な一群は、商標TE
FLON(登録商標)のもとE.I. du Pont de Nemours
and Company(デラウェア州、Wilmington)により販売
されている。連続使用の最大温度は製造業者により、そ
れぞれ充填剤を入れないPTFE、FEP、及びPFA
に対して、それぞれ約500°F(約260℃)、約4
00°F(約204.4℃)、約500°Fと見積もら
れている。PTFE、FEP、及びPFAの室温での熱
伝導率はそれぞれ、約0.25W/(m°C)、約0.
20W/(m°C)、及び約0.19W/(m°C)で
ある。ポリエーテルエーテルケトン(polyetheretherke
tone)は、例えばGE Plastics(コネチカット州、Bridg
eport)から入手でき、ポリアミドイミドは、例えば商
標TORLON(登録商標)のもとBP Amoco Chemical
s, Inc.(ジョージア州、Alpharetta)から市場で入手
できる。充填剤を入れないPEEKは、1.8MPaで
のASTMテストD648により測定した約320°F
(約142.2℃)の熱歪曲温度と約0.24W/(m
°C)の熱伝導率とを有する。特定の等級のいかんによ
って、充填剤を入れないTORLON(登録商標)ポリ
アミドイミドは、1.8MPaでのASTMテストD6
48により測定して、約532°F(約277.8℃)
と約540°F(約282.2℃)との間の熱歪曲温度
と、約0.26W/(m°C)から約0.53W/(m
°C)までの熱伝導率とに見積もられる。断熱シールド
100はまた、織サブストレート(woven substrate)
或いはグラスファイバのマットからも形成できる。
率を持つセラミックには、雲母や、商標MACOR(登
録商標)のもとCorning, Inc.(ニューヨーク州、 Corn
ing)により販売される機械加工可能セラミックを含む
各種の機械加工のできるセラミックがあるが、これらに
は限定されない。伝導による可能な熱の伝達について
は、雲母やMACOR(登録商標)の熱伝導率は室温で
それぞれ約0.7W/(m°C)、約1.46W/(m
°C)である。比較すれば、一般的構造の金属の熱伝導
率は例えば、2024−T3アルミニウムは約190W
/(m°C)、低炭素鋼は約40から70W/(m°
C)、高炭素鋼は約38から46W/(m°C)、31
6ステンレス鋼は約14から16W/(m°C)であ
る。すべて室温での測定である。
な供給源は、流体分配マニホールド16からの伝導と放
射とである。これは、断熱シールド100の、熱伝導
率、厚さすなわち長さ、厚さの関数にできる断面積等の
特性に依存する。伝導熱の径路については、熱流は熱伝
導率と断面積との積に比例し、長さに反比例する。放射
熱の径路については、熱流は断熱シールド100の放射
率と有効表面積とに比例する。理解されるように、流体
分配マニホールド16と分配器本体12とからアクチュ
エータ14へ至る熱の伝達は、断熱シールド100の相
対温度すなわち温度勾配と温度伝導率と特定の熱容量、
流体分配マニホールド16と分配器本体12との対流量
係数、流体分配マニホールド16と分配器本体12とア
クチュエータ14とのさまざまな非接触視線表面の放射
率、反射率、吸収率、及び空間的配置を含む他の要因に
も依存する。エアピストンハウジング70と流体分配マ
ニホールド16との接触部位の間の伝導による熱の伝達
は、例えば一方のあるいは双方の当接表面を意図的に凸
凹にして、伝導熱の伝達の有効接触面積を小さくするこ
とによっても低減できる。
いて同じ附番は図1及び2の同様の特徴を表している。
流体分配マニホールド16からアクチュエータ14への
熱の伝達は、有孔シートとして構成された断熱シールド
104を設けることにより低減できる。断熱シート10
4の孔は、材料の厚みを貫通した1以上の貫通孔106
からなる。貫通孔106は代表的には流体分配マニホー
ルド16とエアピストンハウジング70との間に位置す
るシールド部分に配設される。貫通孔106は代表的に
は、約0.03W/(m°C)の熱伝導率を有する空
気、静止したつまりよどんだ空気が考えられる、などの
気体で満たされる。空気の熱伝導率は上述したセラミッ
クとポリマーとを含む殆どのセラミックとポリマーの熱
伝導率より低い。加えて、熱の伝達は、対流空気の流れ
を制限することなどで空気を静止つまりよどんだ状態に
保持すれば最小化される。この目的のため、貫通孔10
6は断熱シールド104の周囲と交差しない閉じた境界
を有した、実質的に囲繞された空間でよい。これによ
り、断熱シールド104の有効熱伝導率はエアピストン
ハウジング70の形成に用いた一般的構造の金属の熱伝
導率より低いことが分かる。断熱シールド104は図4
Aの鎖線107で示したように割愛してシールド104
の、軸の開口102を含む部位を省略できる。
ドの他の実施形態によれば、流体分配マニホールド16
からアクチュエータ14のエアピストンハウジング70
に至る熱の伝達は断熱シールド108を設けることで低
減できる。断熱シールド108は矩形パネル109を含
み、矩形パネル109は複数の、例えば4つの突起11
0を有し、支柱や脚部等の突起110はシールドを流体
分配マニホールド16から離間させる。突起110は流
体分配マニホールド16とエアピストンハウジング70
との間に位置した断熱シールド108の一部分に配設さ
れる。シールド108と流体分配マニホールド16の対
向面97(図3)との唯一の接触点は、突起110の限
界部すなわち先端である。パネル109は、流体分配マ
ニホールド16の表面97と分配器本体12とに直面す
る表面99(図3)の部位を覆い、熱の伝達を低減させ
る。
突起110の断面積は、パネル109の断面積より極端
に小さく、その長さつまり厚みに沿って変動する。突起
110は図4Bに示され、先端からパネル109との連
結点に至る方向に大きくなるテーパを有している。一
方、各突起110は、その長さに沿う均等あるいは不均
等な断面や、均等あるいは不均等にテーパを付けられた
断面、または突起110の先端からパネル109との連
結点へ向って小さくなるテーパを有してもよい。加え
て、断熱シールド108は、パネル109を表面97と
当接させ、突起110を表面99と接触させた状態で配
設してもよい。突起110はまた図4Bに示した、直
角、L字型断面とは異なる、例えば矩形、楕円すなわち
卵型の断面も持てるだろう。
ドの他の実施形態によれば、流体分配マニホールド16
からアクチュエータのエアピストンハウジング70に至
る熱の伝達は、薄壁スペーサとして構成された断熱シー
ルド112を設けることで低減できる。断熱シールド1
12は薄壁材料から形成された側壁114を含む。断熱
シールド112は、シールド112の中心線に対して垂
直に見えるほぼ矩形の断面輪郭を持つが、本発明はそれ
だけに限定されない。側壁114の減少した面積は、シ
ールド100のような無孔層と比べると、断熱シールド
112を介する伝導熱の伝達に有効な径路を最小化す
る。さらに、エアピストンハウジング70と流体分配マ
ニホールド16と側壁114との間に画設された閉空間
116は、上述した殆どの構造金属に対して低い伝導率
を有する空気、あるいは他の気体で充填される。熱の伝
達は、閉空間116の空気がほぼ静止し、すなわちよど
んで対流の流れが減少するから、さらに最小化される。
2は、側壁114の内部に配設されて側壁114の各部
位を相互に連結する1以上の薄壁ディバイダ115によ
り複数の小部屋すなわちチャンバに分割できる。側壁1
14の内部の区分は、放射と対流とを介する熱の伝達を
減少することにより追加的な断熱をもたらす。分割壁1
15は、六角形、四角形、三角形等の任意適当な幾何的
形状の小部屋を有したハチの巣などの他の構成であって
もよい。分割壁115の存在はまた追加の構造的支持を
もたらす一方で、流体分配マニホールド16からエアピ
ストンハウジング70への伝導熱の伝達に対して減少し
た断面積を提供し続ける。
108及び112は、比較的低い熱伝導率等の熱特性
と、流体分配マニホールド16と分配器本体12とから
アクチュエータ14への熱の伝達を減少させる作用とを
有した、シールド100に関して上述したような任意適
当なセラミックやポリマーから形成できる。加えて、断
熱シールド104、108及び112はそれぞれ、20
24−T3アルミニウム等の他の金属と比べて比較的低
い熱伝導率を有する金属、例えばステンレス鋼から形成
できる。断熱シールド104、108及び112の有効
熱特性は、これらを形成する材料の熱伝導率等の複合的
熱特性と、対応する構造物の断面積等の物理的特徴とに
より決定できる。理解されるように、断熱シールド10
0、104、108あるいは112のいずれも、一個の
一体構造物として形成したり、一般的なファスナと共に
あるいは接着接合により組み立てられる複数の構成要素
から形成してもよい。複数の構成要素から成るこれらの
実施形態では、断熱シールド100、104、108あ
るいは112は異なる組成を持つ個々の構成要素から組
み立てることができる。
08及び112のいずれも、流体分配マニホールド16
からアクチュエータ14への熱の、特に熱伝導による伝
達を防止したり低減したりする。本発明はアクチュエー
タ14の加熱を防止したり、著しく低減したりするた
め、伝熱による逆作用を受けることなくソレノイド弁7
1を直接エアピストンハウジング70へ連結できる。ソ
レノイド弁71とエアピストンハウジング70との直結
は、これらの対面し当接する表面間に作動空気が漏出し
ないように、介入するシールやガスケット(図示せず)
を含むことができる。素早い、つまり短いサイクルタイ
ムにより現出するステム組立体50の迅速な動作は、各
分配サイクルの終りで吸込みや吸戻し作用に寄与するこ
とができ、これは排出出口39での過剰な加熱流体の蓄
積やストリンジングつまり垂れ流しを防止する助けとな
る。吸戻し作用を生じさせる迅速なサイクルタイムの有
効性は、同一出願人による「Device for Applying Free
-flowing Material to a Substrate, in Particular fo
r Intermittent Application of Liquid Adhesive」と
題した米国特許第6,164,568号に記載されてい
る。この特許の開示はそのまま本明細書において引用し
援用される。
112から選択された断熱シールドは代表的には、ソレ
ノイド弁71の作動温度が約225°F(約107.2
℃)より低くなるように構成される。他の実施形態で
は、断熱シールド100、104、108及び112か
ら選択された断熱シールドは、ソレノイド弁71の作動
温度を約140°F(約60℃)より低くして、弁71
が高温シールを必要としないように構成され、このこと
はさらに、達成可能なサイクルタイムを向上させ、流体
分配モジュール10のより速い動作を可能にする。分配
器本体12と分配マニホールド16とからの低減された
熱の伝達は、作動温度を低くしただけ、ソレノイド弁7
1の作動寿命を著しく延ばすという追加利益を持つ。
理により構成された流体分配モジュール120は、分配
器本体122とアクチュエータ124とを含む。流体分
配モジュール120は特に、溶融熱可塑性熱溶解接着剤
等の加熱流体を分配するようにされている。特に、流体
分配モジュール120は、加熱流体を分配する開位置
(図6)と加熱流体の流れを中断する閉位置(図5)と
の間で作動するようにされている。分配器本体122
は、上にそのまま引用し援用した米国特許第6,16
4,568号に開示された分配器本体とほぼ同一であっ
て、流体分配モジュール120の開閉位置間の反復につ
いてはほぼ同じ方法により作動する。
26と、バルブステム126の一方の端部に取り付けた
弁体128と、供給流路132と弁座134とを有した
流れ誘導インサート130とを含む。流れ誘導インサー
ト130とバルブステム126の一部分と弁体128と
は段直径孔137の中に収容される。段直径孔137は
流体分配マニホールド136の中に形成され、流体分配
マニホールド136は加熱流体の流れを供給流路132
へ誘導する流れ通路136aを有する。バルブステム1
26と弁体128とは弁座134に対して直線移動し、
プラグ128と弁座134との間に環状開口を作ること
により開位置(図6)を、プラグ128と弁座134と
を係合させることにより閉位置(図5)を提供する。流
れ誘導インサート130は、離間した対の周辺パッキン
押えのそれぞれの一方に配設される一対のシール13
8、139を含む。供給流路132の入口132aは流
れ通路136aと流体結合してある。供給流路132
は、弁体128が突出するチャンバ140と、加熱流体
がノズル144の通路143へと流入する出口142と
を含む。ノズル144は口金148に形成された細長い
排出出口146を持つ。排出出口146は通路143と
流体結合されて加熱流体を基板147へと分配する。
0を含み、加熱器150は電気エネルギーを熱エネルギ
ーに変換してマニホールド128を加熱する。加熱器1
50は加熱器制御器(図示せず)により制御され、加熱
器制御器は温度センサ(図示せず)からのフィードバッ
クに依存して、加熱器150へ供給される電力を調整で
きる。流体分配マニホールド136はまた熱の伝達によ
り分配器本体122を加熱し、本体122内の加熱流体
が所望の適用温度で維持されるようにする。植込ボルト
151は流体分配マニホールド136との追加の機械的
相互結合をもたらし、アクチュエータ124をマニホー
ルドに136に固着する。
タ124は2つの部分から成るエアピストンハウジング
152と、エアキャビティ154と、弁体128を支持
する端部とは反対のバルブステム126の端部に取り付
けられたエアピストン156と、ソレノイド弁158と
を含む。エアピストンハウジング152の入口通路15
7は、作動空気供給155と流体結合するようにされ
る。入口通路157は、空気ばね戻しのエアチャンバ1
60へ導く第1の流路159と、ソレノイド弁158の
供給ダクト162へ導く第2の流路161とを含む。エ
アチャンバ160はバルブステム126の一部分を包囲
する。図5にコイルばねとして示した押圧要素162は
エアチャンバ160に配置され、エアチャンバ160の
バルブステム126の上記部分をらせん状に包囲する。
ジング152の空気通路166と流体連通するアクセス
ダクト164を持つ。空気通路166はエアキャビティ
154に通じ、エアキャビティ154はエアピストン1
56の位置の関数である可変空気体積を持つ。ソレノイ
ド弁158はさらに排出ダクト170を持ち、排出ダク
ト170はエアピストンハウジング152の排出通路1
72と流体連結してある。アクセスダクト164が入口
通路157の第1の流路159と流体連通すると、加圧
作動空気は空気通路166を通ってエアキャビティ15
4へ供給される。アクセスダクト164が排出ダクト1
70と流体連通すると、加圧作動空気はエアキャビティ
154から空気通路166を介して排出される。エアキ
ャビティ154の空気圧が0p.s.i.a.であれば、
流体分配モジュール120は閉位置にあって、エアキャ
ビティ154はその最小のエアキャビティ体積を持つ。
ソレノイド弁158の構造はソレノイド弁71と同様で
ある。
ィ154は、流体分配弁120が閉位置であれば、アク
セスダクト164と空気通路166とを含んだ初期空気
体積を持つ。ソレノイド弁158はエアピストンハウジ
ング152に取り付けてある。間に入る薄い断熱バリア
171はエアピストンハウジング152とソレノイド弁
158との間に配置してある。断熱バリア171は、エ
アピストンハウジング152とソレノイド弁158との
間の作動空気の漏れを防止するシールを提供する。断熱
バリア171に各通路が設けてあり、これらの通路は、
第2の流路161を供給ダクト162と、アクセスダク
ト164を空気通路166と、排出ダクト170を排出
通路172とに接合する。ソレノイド弁158とエアピ
ストンハウジング152との直接取付の結果として少な
くとも部分的に、エアキャビティ154の初期空気体積
は約2,170mm3より小さい、特に約1,500m
m 3より小さい値に減少できる。エアキャビティ154
の初期空気体積の減少は、エアピストン156の静止摩
擦と初期運動とに打ち克つに有効な空気圧までエアキャ
ビティ154を加圧するのに必要な時間を短縮する。
1の有効表面積はエアキャビティ154内の環境に曝さ
れる。加圧空気をアキャビティ154に加えると、エア
キャビティ154内の空気圧と第1の面173の第1の
有効面積との積により与えられる作動力が、エアピスト
ン156に加えられる。エアピストン156の第2の面
174の第2の有効面積はエアチャンバ160内の加圧
空気に曝される。第2の面174の有効面積は第1の面
173の有効面積より極めて小さいから、エアキャビテ
ィ154の空気圧が増大するにつれて第1の面173に
かかる力は第2の面174にかかる力を凌駕する。結果
として、ソレノイド弁158が作動空気の十分な空気圧
をエアキャビティ154に加えると、エアピストン15
6は移動する。エアピストン156の第1のシール17
6は第1の面173をエアキャビティ154の内壁とで
封止し、その第2のシール177は第2の面174をエ
アチャンバ160の内壁とで封止する。
サ180はエアピストンハウジング152を分配器本体
122と流体分配マニホールド136とから分離する。
バルブステム126はスペーサ180の中心貫通孔18
1を貫通する。貫通孔183はスペーサ180の厚みを
横方向に貫通し、中心貫通孔181に直交して整列させ
てある。貫通孔183の存在は、スペーサ180の長さ
にほぼ等しい、分配器本体122の面182とエアピス
トンハウジング152の対向面184との間隔に亘って
平均化されるスペーサ180の有効断面積を減少させ
る。スペーサ180の平均有効断面積は、スペーサ18
0が介入しなければ当接的接触をするだろう面182や
面184の表面積より小さい。スペーサ180の減少し
た有効断面積は、面182から面184へ至る熱の伝導
を低減させるのに寄与する。スペーサ180は断熱バリ
ア171と協働し、流体分配マニホールド136と分配
器本体122とからの熱の伝達に抗してソレノイド弁1
58を断熱する。
10や分配モジュール120等の流体分配モジュールの
空気圧アクチュエータをモデル製作して、分配モジュー
ルの特性を予言できる。特に、空気圧作動の流体分配モ
ジュールの物理的ふるまいは、流体分配モジュールの記
述と流体分配モジュールの物性を制御する物理法則とを
創生することと、記述を支配する運動方程式を考案する
ことと、運動方程式を解いて流体分配モジュールの性能
を時間の関数としてシミュレートすることとにより推定
できる。入力パラメータはシミュレーションで変更さ
れ、推定された物理的ふるまいへのこれらの作用を研究
できる。モデルの流体分配モジュールは、細長い円筒形
ロッドの一方の端部にエアピストンと、反対端部に球形
の封止ボールとを有したバルブステムと、環状の弁座
と、ステムが移動する円筒形のステム案内と、バルブス
テムと動作可能に結合されたばね戻しと、排出オリフィ
スを有したノズルと、エアピストンが配設されて移動す
るエアキャビティへの空気圧の流れを調整すなわち切り
替えるソレノイド弁とを含む。ニュートンの第2法則に
よれば、モデルの流体分配モジュールのバルブステムの
動きを記述する相応しい運動方程式は次式によって与え
られる:
テムの変位、線速度及び加速度、tは時間、方程式の右
項は質量Mのバルブステムに作用する全ての力である。
流体分配モジュールを記述するこの物理系は、摩擦力を
含むことにより渦なしではない。
によって加えられた力であって、加熱流体により加えら
れた水力に抗して流体分配モジュールを閉位置に維持
し、さらに空気圧をエアピストンの位置するエアキャビ
ティから除くと、バルブステムを後退させて閉位置を提
供する力である。
力を相殺する初期変位、xはインチ(in)で測定したばね
の変位、fairはばね戻し力をオプションとして補足でき
る空気戻り力を定量化する項である。
テムに作用する水力で、次式により与えられる:
る。弁座サークル内の圧力と弁座サークル外の圧力、Δ
Pfin、ΔPfourは次式により与えられる:
及びQdOut(v)は後述する。
と弁組立体の形状とに依存する。流れ特性は、層流のニ
ュートン型流動を用いて管状及び環状の通路により発生
する一連の抵抗としてシミュレートできる。ノズルは管
状の、すなわち細長い溝の付いた排出出口により模造さ
れ、弁座は弁の閉塞時に内径が外径に達する環としてモ
デル製作される。インサートとステムとの間の領域は環
状開口としてモデル製作される。
の流れ抵抗である:
p.s.i-秒(p.s.i-second)での速度、Wはノズルの長
さ、rnは排出オリフィスの半径である。
での流れ抵抗である:
(x)は球形封止ボールの半径と、xの関数であるrb(x)
と、ボールと弁座との接触面積の半径rbsとに関する無
次元数、ksはrbsに対するrb(x)の演算比である。rb(x)
は、弁が完全に開くとrsに等しく、弁が閉じればrbsに
等しいxの関数であって、次式により与えられる。
の長さであり、fks(x)は次式により与えられる:
る流れ抵抗Rasと、ホースの抵抗Rhと、管継手の抵抗Rt
との総和であって、次式により与えられる:
径、Lhは上流ホースの長さ、rhは上流ホースの半径、Lt
は上流管継手の長さ、rtは上流管継手の半径。fk(x)は
バルブステムの半径rsとステム案内の半径roとに関する
無次元数であって、次式により与えられる:
の流体投入量まで供給するポンプと、ステムの動きによ
る寄与とにより駆動される。ポンプは圧力PPで作動す
る一定の圧力源としてモデル製作される。ステムはドラ
グ流(drag flow)と変位流(displacement flow)とを
生じさせる。変位流は流体時間をステム速度に変位させ
るステムの範囲にある。変位流は弁座サークル内から生
じる部分QdInと、弁座サークルの外から生じる部分QdOu
tとに分けられる。ステムが弁座に接近すると、弁座サ
ークル内の部分だけがノズルから流出する。ドラグ流は
ステムと接触した流体により生じ、ステムの速度と共に
移動する。他の流れがなければ、これは線速度輪郭を生
じさせ、平均して、環の中の流体はステム速度の半分で
移動する。この寄与は他の重合した流れに拘わらず一定
である。
る:
れる:
引っ張られる:
封止界面や、弁組立体のさまざまな水力シールや空気シ
ールのところで作用する摩擦力の総和である。弁組立体
の構造のこれらの点のところで作用する摩擦についての
精密な数学的記述は知られていないが、確かな数学的推
定をモデルに取り入れることができる。特に、2つのタ
イプの摩擦、つまり粘性ドラグと、静止摩擦並びにμ−
スリップ特性を有したクーロン摩擦とをモデルに算入す
る。粘性ドラグはバルブステムの動きに抵抗し、シール
と移動要素との間の相対速度に比例する。クーロン摩擦
(coulomb friction)は常に運動方向に抵抗する一定の
力であって、バルブステムの速度が速くなるにつれて小
さくなる。クーロン摩擦はバルブステムの運動方向によ
って変更できる。速度がゼロで、バルブステムがストッ
パー部材に抗しない時、摩擦は空気、水力、ばねの力と
に釣り合っていると考えられる。摩擦の3つの源は1つ
の摩擦力Ffriction(x)として一まとめにされる。これは
位置、速度、及び空気圧の関数であって、次式により与
えられる:
囲、Co及びCcはさまざまなドラグ係数、bは静止摩擦状
態から動的摩擦状態へ移行する際、μ−スリップ特性の
「峻度(steepness)」を設定する定数、Fs及びFdはそ
れぞれ静止及び動的摩擦の係数である。Fr(x,v,P)は次
式により与えられる:
した。Ap=(π/4)・(Dp)2、ただしDpはエアキャビティの
空気圧に曝されるエアピストンの直径である。
つれて、エアキャビティの体積はエアピストンの変位の
関数として変化する。エアキャビティの圧力変化は理想
気体の法則から得られ、次式により与えられる:
on/psi)として無次元項へ誘導される際の空気圧、P2は
ソレノイドがオフで、(poff/psi)として無次元項へ誘導
される際の空気圧、SGは加圧気体の比重(空気はSG=
1)、vは速度である。V(x)=V0+Ap .x.inはインチでの変
位xの関数としてのエアキャビティの体積である。ただ
しV0は、エアキャビティが静止摩擦に打ち克つ十分な空
気圧で満たされてエアピストンを動かす前のエアキャビ
ティの初期空気体積、Apは上述した。Cvは、ソレノイド
弁の理想弁流量係数以下にできる空気圧アクチュエータ
の有効弁流量係数である。Qairの上記定義は、流体制御
協会(Fluid Controls Institute)の規格FCI68−
1−1998「気体配給用ソレノイド弁の定格流及び圧
力特性における推奨手順」(Recommended Procedure in
Rating Flow and Pressure Characteristics of Solen
oid Valves for Gas Service)により推奨された標準的
Cv関係と一致する。この規格は本明細書にそのまま引用
し援用する。エアキャビティはエアピストンの存在によ
り分割される。エアキャビティの初期体積は、加圧空気
を収容でき、そうすることにより空気圧とエアピストン
の曝露表面積との積に等しい作動力をエアピストンへ加
えることのできるエアキャビティの部分しか含まない。
ブステムのニードルはその行程の頂部で弁座に対して、
つまり弁本体に対して当接し、その結果バルブステムに
反力が発生して、弁は平衡状態を保持する。反力は、バ
ルブステムがストッパー部材と当接し、各端部の力が1
方向だけに作動する時だけ作用する。特に、x=oでの弁
座による反力は1方向のみ作用し、x=xmaxでの弁本体に
よりもたらされる反力は反対方向に作用する。反力F
stopは次式により与えられる:
ュールの物性を支配する物理法則とは、適当な電子計算
機のソフトウエアにより実行され、この運動方程式が解
かれる。これにより流体分配モジュールにより表現され
る実際の物理装置の物理的性能が推定される。特に、運
動方程式は、MATHCAD(登録商標)(マサチュー
セッツ州、Cambridge、Mathsoft,Inc.)等のソフトウエ
アアプリケーションに実現されたRunge-Kurta法等の周
知の数値解析技術を用いて解明される。このソフトウエ
アアプリケーションは、物理的性能の推定を行うよう作
動する適当な電子計算機やマイクロプロセッサに常駐す
る。一方、他の数値的方法も本発明により思料される。
流体分配モジュールについての他の記述も本発明より思
料され、常または偏微分方程式、積分方程式、積分微分
方程式、及びその他当業者に周知の式も包み込むだろ
う。ソフトウエアアプリケーションMATHCAD(登
録商標)は、内側で全ての単位を、当業者に理解される
SIメーター単位や英国単位等の共通の、つまり矛盾の
ない一式の単位に変換する。
(すなわち、x(t=0)=0,dx/dt(t=0)=0など)、数値を定
数に割り当てることにより定義される。方程式はそれか
ら数値的に解明されて、簡易化されたバルブ組立体が閉
位置から開位置まで移行し、その後閉位置に引っ込む、
つまり後退するトータルサイクルタイムを計算する。計
算のステップサイズは十分小さく選択され、結果につい
ての十分な正確さを確実にする。これらの計算につい
て、1つのトータルサイクルを完成する時間は、例えば
約1000の個別のタイムステップに分割される。
は次のとおりである:
ャビティに加えられる空気圧とバルブステムの位置及び
速度を示し、これらは時間の個々の関数としてシミュレ
ーションにより数値計算されている。数値計算は本明細
書に述べたモデルにRunga-Kutta法を適応し、上に設け
た一式の初期条件に対して実行された。
の空気圧は計算の最初の0.6ミリセカンド(mse
c)までずっと、0p.s.i.から約75p.s.
i.のその最大値に向って単調に増大、つまり傾斜して
いる。この最初の間隔では、エアピストンは静止つまり
休止する。なぜならバルブステムとエアピストンとの静
止摩擦が、加圧空気によりエアピストンに加えられる力
を凌駕するからである。加えられた力が十分でモデル装
置での静止摩擦に打ち克つと、エアピストンは約0.6
ミリセカンド(msec)から約0.8ミリセカンド
(msec)までの間隔に亘る休止から加速して、一定
の速度を達成する。エアピストンが定速度で移動して空
気圧が一定である間隔に亘って、エアピストンとバルブ
ステムとの位置つまり変位は直線的に増大する。約1.
8ミリセカンド(msec)の時間のところで、エアピ
ストンとバルブステムとの最大変位はxmaxで起こり、こ
の時バルブステムは停止位置まで変位する。装置は任意
の分配時間のあいだ開位置で維持されるが、図7には、
約1.2ミリセカンド(msec)の分配時間として非
制限的に示してある。約3ミリセカンド(msec)
で、エアキャビティからの空気圧の排出が始まる。空気
圧が減少するにつれて、エアピストンとバルブステムと
に作用する作動力は減少し、力は最早、ばねの戻りと、
ばね戻し力を補足する空気戻し力とにより加えられる抵
抗力に逆うには十分ではなくなる。エアピストンは約
3.3ミリセカンド(msec)のところで始動し、バ
ルブステムが閉位置に向って後退するにつれてほぼ直線
加速度で移動し初める。エアピストンとバルブステムと
の動きは約4ミリセカンド(msec)のところで停止
し、この時バルブステムは他のストッパー部材と衝突
し、即座に減速して閉位置で休止する。空気圧は次の2
ミリセカンド(msec)に亘ってエアキャビティから
排出され、約6ミリセカンド(msec)の時間のとこ
ろで0p.s.i.の空気圧に戻る。開位置から閉位置
への1サイクルタイムと復帰とのシミュレートされたト
ータルサイクルタイムは、任意の1.2ミリセカンド
(msec)の分配時間を減じて、Vo=748mm3のエアキ
ャビティの初期体積及びCv=0.21の有効弁流量係数とに
対して約4.8ミリセカンド(msec)である。
連のシミュレーションの結果として、エアキャビティの
初期体積Vo及び有効弁流量係数Cvは、トータルサイクル
タイムが最も顕著に依存するパラメータであることが確
認された。例えばエアピストンの質量に関してはサイク
ルタイムの依存度の小さいことが注目される。初期体積
と有効弁流量係数は最良に調整された変数であり、トー
タルサイクルの速度を最適化し、簡易化された弁組立体
の迅速な動作を可能にする。一般に、大きな相対有効弁
流量係数と組み合せた小さな相対初期体積はサイクルタ
イムを最小化する。シミュレーションの結果は実際の流
体分配モジュールのソレノイド弁とエアキャビティとに
おいて実施され、サイクルタイムを短縮できるようにさ
れる。例えば、エアキャビティの初期空気体積が周知の
場合、ソレノイド弁の理想流れ係数は計算の結果から有
効弁流量係数に従って選択され、例えば5ミリセカンド
(msec)あるいはそれ以下のサイクルタイムを提供
できるようにする。エアキャビティの初期体積はエアピ
ストンの運動によるエアキャビティの体積のいかなる変
化をも含まず、サイクルタイムはソレノイド弁の切り替
え時間を含まない。典型的には、エアキャビティの体積
の変化は初期空気体積に対しては無視してよい。
は、有効弁流量係数のさまざまな値に対するエアキャビ
ティの初期体積の関数としてトータルサイクルタイムの
グラフ図により図示できる。そこを通って曲線が描かれ
るデータポイントは上記のように計算された、シミュレ
ートされたトータルサイクルを表示する。ここでの初期
体積と有効弁流量係数との値は、さまざまな計算の中で
変更される初期状態にすぎない。図8から明らかなよう
に、有効弁流量係数の任意の与えられた値に対して、サ
イクルタイムは表示範囲に亘って初期空気体積のほぼ直
線的関数である。さらに明らかなように、トータルサイ
クルタイムと初期空気体積との関係を記述する線の勾配
は、有効弁流量係数が増大するにつれて大きくなる。理
解されるように、トータルサイクルタイムのグラフ図は
また、エアキャビティの初期空気体積のさまざまな値に
対する有効弁流量係数の関数としても表示できる。さら
に明らかなように、トータルサイクルタイムのグラフ図
は、有効弁流量係数に対するエアキャビティの初期体積
の比率の関数としても表示、または思料できる。
数に対するエアキャビティの初期体積の比率は、さまざ
まなトータルサイクルタイムのグラフから解明できる。
特に、5ミリセカンド以下のトータルサイクルタイムを
もたらすために、有効弁流量係数に対する初期空気体積
(mm3での)の比率は約3,900mm3より小さく
すべきである。例として図8について説明すれば、約8
00mm3の初期空気体積は約0.21以下の有効弁流
量係数を必要とする。これは約3,800mm 3の比率
を表し、約5ミリセカンド(msec)以下のサイクル
イムを達成する。同様にシミュレーションは、有効弁流
量係数に対する初期体積(mm3での)の比率は約7,
500mm3より小さくして、9ミリセカンドより短い
トータルサイクルタイムをもたらすべきであることを指
摘している。同様に有効弁流量係数に対する初期空気体
積の比率の決定は、シミュレーションから、特に図8か
ら、有効弁流量係数かエアキャビティの初期空気体積か
が周知の値として指定されれば、他のサイクルタイムに
対してなすことができる。
ュールの動作をシミュレートすることは、貴重な設計情
報とモジュールの物理的反応についての洞察とを提供可
能にする。シミュレーションは有効弁流量係数とエアキ
ャビティの初期体積との組合せを予言し、指定された設
計目標より小さいトータルサイクルタイム、例えば5ミ
リセカンドのトータルサイクルタイムを提供できる。実
際の流体分配モジュールは数値シミュレーションにより
原型を作られ、シミュレーションの動作を用いた設計原
理とパラメータとを提供できるようにされる。そのよう
な操作は、最終のモジュール設計に到達するに必要な原
型装置での実際の実験数を減少させ、時間とカネとの相
当な節約と相並び、モジュールの向上した機能及び有効
動作についての可能性を招来する。さらに、シミュレー
ションの結果は、エアキャビティの初期空気体積に容易
に整合できる小さくて速い、廉価のソレノイド弁の使用
を可能にする。明らかなように図8に示した結果は各種
の異なる空気圧アクチュエータの、トータルサイクルタ
イム、エアキャビティの初期空気体積、及び有効弁流量
係数の実測から実験的に得ることができる。
イド弁の切替機構のエアキャビティ側とエアキャビティ
の中のエアピストンにより押圧されるバリアとの間の全
てのエアスペースを含む。さらに初期体積には、任意の
管継手によりもたらされる任意のエアスペースと、ソレ
ノイドからのアクセスダクトの空気出口とエアキャビテ
ィへ導く空気通路の空気入口との間にある管やニップル
の長さとによりもたらされる任意のエアスペースとが含
まれる。介入する管継手と管やニップルとの長さが空気
出口と空気入口との間に配されず、空気出口が直接空気
入口と流体連通して結合されれば、初期空気体積を最小
化できることは明らかである。
は、全ての流体分配の適用例に対して有益である。加熱
流体を分配する分配の適応は、流体分配モジュールの他
の部位及び/または流体分配マニホールドからソレノイ
ド弁に至る熱の伝達を制限する必要があるだろう。特定
の加熱流体分配の適応に対して、断熱はソレノイド弁の
温度を約140°F以下に制限できるようにしなければ
ならない。高温シールの緩速作用を許容できる他の流体
分配の適応では、断熱はソレノイド弁の温度を約225
°F以下に制限できるようにしなければならない。例え
ば、熱の伝達は断熱シールドを、ソレノイド弁と、加熱
流体を流体分配モジュールへ提供する流体分配マニホー
ルドとの間に配設することで低減できる。そのような断
熱に相応しい断熱シールドは、上述した断熱シールド1
00、104、108あるいは112を含むだろうが、
これらには限定されない。
述することで説明し、これらの実施形態を相当詳細に記
述して、本発明の最良の態様を記述したが、添付クレイ
ムの範囲をそのような詳細に制限したり、何らかの方法
で限定することは出願人の本意ではない。本発明の精神
と範囲との中にある追加的利点と変形とは当業者には容
易に明らかとなる。本発明それ自身はただ添付クレイム
によって定義されるべきである。
の、閉位置における断面図である。
である。
形態を示した図2の部分断面図である。
シールドの他の実施形態を示した斜視図である。
断面図である。
5の流体分配モジュールの部分断面図である。
と速度とをエアキャビティの空気圧の関数として示した
グラフ図である。
を有効弁流量係数とエアキャビティ体積との関数として
示したグラフ図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 流体を分配する分配装置において、 流体を加熱できる流体分配マニホールドと、 前記流体分配マニホールドから流体の流れを受け取るこ
とができる分配器本体であって、流体の流れを前記分配
器本体から排出する第1の状態と、流体の流れを遮断す
る第2の状態とを有した流れ制御機構を含む分配器本体
と、 空気の出口を有したソレノイド弁と、エアピストンハウ
ジングと、前記エアピストンハウジング内に配設され、
かつ空気の入口を有したエアキャビティと、前記エアキ
ャビティ内を移動するため動作可能に配置されたエアピ
ストンとを含む空気圧アクチュエータと、 前記エアピストンハウジングと前記流体分配マニホール
ドとの間に配設され、前記流体分配マニホールドから前
記エアピストンハウジングに至る熱の伝達を低減するこ
とのできる断熱シールドとを備え、 前記エアピストンが前記流れ制御機構と動作可能に結合
されて、前記第1と第2の状態を提供し、前記ソレノイ
ド弁が前記エアキャビティへの加圧流体の流れを制御で
き、さらに前記ソレノイド弁が前記エアピストンハウジ
ングに当接的、熱結合的に接触して取り付けられ、空気
の出口と空気の入口とがほぼ同一の広がりを有するよう
にされることを特徴とする分配装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の分配装置において、前
記空気出口と前記空気入口との間の連結は直接であり、
介入する管及び管継手から免れることを特徴とする分配
装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の分配装置において、前
記分配器本体は前記加熱器と熱連通して取り付けられ、
さらに前記分配器本体は前記エアピストンハウジングか
ら断熱されることを特徴とする分配装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の分配装置において、前
記分配器本体は前記アクチュエータから離間されて、前
記分配器本体から前記エアピストンハウジングへ至る熱
伝導による熱の伝達が防止されることを特徴とする分配
装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の分配装置において、前
記エアキャビティは初期空気体積を有し、かつ前記空気
圧アクチュエータは有効弁流量係数を有して、前記初期
空気体積の前記有効弁流量係数に対する比率が選択さ
れ、サイクルタイムが9ミリセカンド以下にされること
を特徴とする分配装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の分配装置において、前
記初期空気体積の前記有効弁流量係数に対する比率は約
7,500mm3より小さいことを特徴とする分配装
置。 - 【請求項7】 請求項5に記載の分配装置において、前
記初期空気体積の前記有効弁流量係数に対する比率は選
択され、サイクルタイムが5ミリセカンド以下にされる
ことを特徴とする分配装置。 - 【請求項8】 請求項7に記載の分配装置において、前
記初期空気体積の前記有効弁流量係数に対する比率は約
3,900mm3より小さいことを特徴とする分配装
置。 - 【請求項9】 請求項1に記載の分配装置において、前
記エアキャビティは約2,170mm3より小さい初期
空気体積を有することを特徴とする分配装置。 - 【請求項10】 請求項9に記載の分配装置において、
前記エアキャビティは約1,000mm3より小さい初
期空気体積を有することを特徴とする分配装置。 - 【請求項11】 請求項9に記載の分配装置において、
前記空気圧アクチュエータは約0.1から約1.4まで
の有効弁流量係数を有することを特徴とする分配装置。 - 【請求項12】 流体を分配する分配装置において、 流体の流れを受け取りかつ排出できる分配器本体であっ
て、流体の流れを分配器本体から排出する第1の状態
と、流体の流れを遮断する第2の状態とを有した流れ制
御機構を含む分配器本体と、 エアキャビティを収容したエアピストンハウジングと、
前記エアキャビティに配置されて移動するエアピストン
と、前記エアキャビティに出入りする加圧空気の流れを
制御し、選択的に作動力を前記エアピストンへ加えたり
前記作動力を前記エアピストンから除外したりできるソ
レノイド弁とを有する空気圧アクチュエータとを備え、 前記エアピストンが前記流れ制御機構と動作可能に結合
されて、前記作動力を加えると前記第1の状態を、前記
作動力を除外すると前記第2の状態を提供し、前記エア
キャビティが初期空気体積を有し、かつ前記アクチュエ
ータが有効弁流量係数を有して、前記初期空気体積と前
記有効弁流量係数とが選択され、サイクルタイムが9ミ
リセカンド以下にされることを特徴とする分配装置。 - 【請求項13】 請求項12に記載の分配装置におい
て、前記初期空気体積と前記有効弁流量係数とは選択さ
れ、サイクルタイムが5ミリセカンド以下にされること
を特徴とする分配装置。 - 【請求項14】 請求項13に記載の分配装置におい
て、前記初期空気体積の前記有効弁流量係数に対する比
率は約3,900mm3より小さいことを特徴とする分
配装置。 - 【請求項15】 請求項12に記載の分配装置におい
て、前記初期空気体積の前記有効弁流量係数に対する比
率は約7,500mm3より小さいことを特徴とする分
配装置。 - 【請求項16】 請求項12に記載の分配装置におい
て、流体を加熱する加熱器と、前記空気圧アクチュエー
タと前記加熱器との間に配設される断熱シールドとをさ
らに備え、断熱シールドは前記加熱器から前記エアピス
トンハウジングに至る熱の伝達を低減し、前記ソレノイ
ド弁が前記エアピストンハウジングと当接的、熱伝導的
に接触して装着できるようにされることを特徴とする分
配装置。 - 【請求項17】 流体分配モジュールのサイクルタイム
を最適化する方法において、 流体の流れを受け取りかつ排出できる分配器本体であっ
て、流体の流れを分配器本体から排出する第1の状態
と、流体の流れを遮断する第2の状態とを有した流れ制
御機構を含む分配器本体と;エアキャビティを収容する
エアピストンハウジングと、エアキャビティに配置され
たエアピストンと、エアキャビティに出入りする加圧流
体の流れを制御し、選択的にエアピストンへ作動力を加
えたりエアピストンから作動力を除去したりできるソレ
ノイド弁とを有した空気圧アクチュエータと;を備える
流体分配モジュールを提供することと、 初期空気体積と有効弁流量係数の一方に対して第1の値
を指定することと、 初期空気体積と有効弁流量係数の他方の第2の値を決定
し、サイクルタイムを9ミリセカンド以下またはこれと
同等にするようにすることと、を含み、 エアピストンが流れ制御機構と動作可能に結合されて、
作動力を加えると第1の状態を、作動力を除去すると第
2の状態を提供し、エアキャビティが初期空気体積を有
し、また空気圧アクチュエータが有効弁流量係数を有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項18】 請求項17に記載の方法において、 分配器本体から受け取った流体を加熱器で加熱するステ
ップと、 空気圧アクチュエータのハウジングを加熱器から断熱し
て、ソレノイド弁がエアピストンハウジングと当接的、
熱伝導的に接触して装着できるようするステップとをさ
らに含むことを特徴とする方法。 - 【請求項19】 基板上に流体を分配する流体分配モジ
ュールにおいて、 流体入口と、排出出口と、流体再循環出口と、流体の流
れを前記流体入口から前記出口と前記再循環出口とのう
ちの一方に誘導できる流路とを有した分配器本体と、 前記再循環出口と前記流体入口との間の前記流路に配設
された第1の弁座と、 前記排出出口と前記流体入口との間の前記流路に配設さ
れた第2の弁座と、 前記第1の弁座と前記再循環出口との間に配置される第
1の弁体を有した第1のバルブステム部分と、 前記第2の弁座と前記排出出口との間に配置される第2
の弁体を有した第2のバルブステム部分と、 前記分配器本体と関連づけられたアクチュエータとを備
え、 前記第2のバルブステム部分は前記第1のバルブステム
部分と動作可能に連結されて移動し、前記第1と前記第
2のバルブステム部分は、前記第1の弁体が前記第1の
弁座と接触して前記流体入口から前記再循環出口までの
流体の流れを停止し、さらに前記第2の弁体が前記弁座
との接触を外れて前記流体入口から前記排出出口までの
流体の流れを可能にする第1の位置と、前記第1の弁体
が前記第1の弁座との接触を外れて前記流体入口から前
記再循環出口までの流体の流れを可能にし、さらに前記
第1の弁体が前記第1の弁座と接触して前記流体入口か
ら前記排出出口までの流体の流れを停止する第2の位置
との間を移動でき、前記アクチュエータは前記第1と前
記第2のバルブステム部分の一方と動作可能に連結され
て選択的に作動力を加え、前記第1と前記第2のバルブ
ステム部分を移動させて前記第1と前記第2の位置を提
供し、流体の流れを前記排出出口から選択的に分配する
ことを特徴とする流体分配モジュール。
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