JP2009298007A - 真空チャンバの真空度制御機構及び真空度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易で低コストであっても、真空ポンプを保護しつつ省電力で真空チャンバ内の真空度を制御することができる制御機構と制御方法を提供する。
【解決手段】積層成形を実施する真空チャンバ８内の真空度を制御する制御機構において、前記真空チャンバ８内の真空度を計測する真空センサ７の検出値に設定した所定幅値のヒステリシスHに基づいて前記真空チャンバ８に接続された真空ポンプ３を起動・停止することにより、真空チャンバ８内の真空度を制御する制御装置１を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層成形を実施する真空チャンバ内の真空度を制御する制御機構と制御方法に関するものである。

プリント配線板等を積層成形する積層成形装置における真空チャンバ内の真空度は、従来、図３に示すような制御機構に基づいて制御されていた。真空ポンプ３は連続的に運転されるが、積層成形に要する時間が数時間にも及ぶ場合があり、省電力の目的のため、真空ポンプ３及び開閉弁５を適宜断続運転することもあった。しかしながら、真空ポンプの停止は真空ポンプの吸引側が真空状態で行われるため、真空ポンプから油が漏出する虞があった。

また、例えば特許文献１に開示されるように、真空チャンバ内の真空度を予め設定された真空度設定パターンに従ってクローズドループで制御し、真空チャンバ内の真空度を精密に制御する技術がある。しかしながら、特許文献１の技術によれば、複雑で高コストな制御装置を必要とするばかりではなく、真空ポンプを直接断続運転しないので、省電力は期待できないのである。

特公平３−１２５２４号公報（第１図、２頁４欄）

本発明は、上記した問題を解決すべくなされたものであって、簡易で低コストであっても、真空ポンプを保護しつつ省電力で真空チャンバ内の真空度を制御することができる制御機構と制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、積層成形を実施する真空チャンバ内の真空度を制御する制御機構において、前記真空チャンバ内の真空度を計測する真空センサの検出値に設定した所定幅値のヒステリシスに基づいて前記真空チャンバに接続された真空ポンプを起動・停止することにより、真空チャンバ内の真空度を制御する制御装置を備えたことをその要旨としている。

これによれば、簡易な構成でありながら、真空チャンバ内の真空度を所定のヒステリシスの幅値内で安定して制御でき、省電力を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の真空チャンバ真空度の制御機構において、前記制御機構は、前記真空ポンプと前記真空チャンバを接続する管路に介設された開閉弁と、前記真空ポンプと前記開閉弁との間の管路から分岐する分岐管路を大気へ連通又は遮断させる他の開閉弁とを備えることをその要旨としている。

これによれば、真空ポンプを停止するとき、真空ポンプの吸引側を大気圧または大気圧に近い気圧とすることができ、ポンプを保護することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の真空チャンバ真空度の制御機構において、前記開閉弁と前記真空チャンバとの管路の長さは、前記開閉弁と前記真空ポンプとの管路の長さより長いことをその要旨としている。

これによれば、真空ポンプの起動時の負荷を軽減することができ、省電力となる。

請求項４に記載の発明は、積層成形を実施する真空チャンバ内の真空度を制御する制御方法において、真空ポンプは、前記真空チャンバ内の真空度を計測する真空センサの検出値に設定した所定幅値のヒステリシスに基づいて起動・停止を繰り返すことにより前記真空チャンバ内の真空度を制御することをその要旨としている。

これによれば、真空チャンバ内の真空度を所定のヒステリシスの幅値内で安定して制御でき、省電力を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の真空チャンバ真空度の制御方法において、前記真空ポンプは、前記真空ポンプと前記真空チャンバとを連通又は遮断させる前記真空ポンプ吸引側の管路内が大気開放された後に停止するように制御されることをその要旨としている。

これによれば、真空ポンプの故障を回避できる。

本発明は、積層成形を実施する真空チャンバ内の真空度を制御する制御機構において、前記真空チャンバ内の真空度を計測する真空センサの検出値に設定した所定幅値のヒステリシスに基づいて前記真空チャンバに接続された真空ポンプを起動・停止することにより、真空チャンバ内の真空度を制御する制御装置を備えるので、真空ポンプを保護しつつ省電力で真空チャンバ内の真空度を制御する制御機構が簡易かつ低コストで得られる。

図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明を実施する真空チャンバの真空度制御機構を示すブロック図である。図２は、真空チャンバ内の真空度の制御結果を制御機構の制御機器の作動状況とともに示すグラフである。図３は、従来の真空チャンバの真空度制御機構を示すブロック図である。

図１に示す真空チャンバ８は、その内部に図示しない固定盤や可動盤等を備え固定盤と可動盤との間に配置した成形材料を真空中で加熱・加圧して積層成形するものである。積層成形時間は、一般に数時間に及ぶ場合もあり、比較的長時間である。真空チャンバ８内の真空度は、真空センサ７で計測され、その電気信号は制御装置１へ伝送される。真空チャンバ８内の真空度は、低いほど成形材料からの脱気効果は良好となるが、成形材料の種類にも依存して所定の真空度より高い場合は、効果が鈍化する。したがって、所定の真空度を保つようにすればよいのであり、そのことが真空ポンプ３を駆動するモータ２の電力消費量を減少させることになる。

真空チャンバ８には二の管路が接続されている。一方の管路は、開閉弁４とサイレンサ１０を介して大気へ接続されている。他方の管路は、開閉弁５、ホース１２及びフィルタ９を介して真空ポンプ３に接続されている。そして、開閉弁５は、真空チャンバ８と開閉弁５との間の管路の長さが、真空ポンプ３と開閉弁５との間の管路の長さより長くなるように配設される。また、他方の管路における開閉弁５とホース１２との間から分岐した分岐管路１３は、開閉弁５とは他の開閉弁６とサイレンサ１１を介して大気へ接続されている。

開閉弁４,５,６は、制御装置１からの電気信号で作動するソレノイドを備え、ソレノイド弁の切換えに基づいて圧縮乾燥空気で作動するスプールを有するものである。そして、開閉弁４及び５は、ソレノイドが励磁されないニュートラルであるOFF時には管路を遮断し、ソレノイドが励磁されたON時には管路を連通させる。また、開閉弁６は、ソレノイドが励磁されないニュートラルであるOFF時には管路を連通させ、ソレノイドが励磁されたON時には管路を遮断する。真空ポンプ３は、オイルロータリベーン型が好適に採用される。真空センサ７は、ダイアフラムを用いた半導体センサであり、検出圧力に比例した４〜２０ｍAの電流信号を出力するものである。このように、制御装置１、真空ポンプ３、開閉弁４,５,６及び真空センサ７等から制御機構が構成される。

次に、図１及び図２に基づいて制御機構の作動について説明する。

開閉弁４をONとし、解放した真空チャンバ８内の固定盤と可動盤の間に成形材料を供給し、真空チャンバ８の開口部を閉鎖した後、気密となった真空チャンバ８内の減圧行程を開始する。先ず、制御装置１が開閉弁４をOFFにし、開閉弁６をONにして分岐管路１３を遮断する。その時点から、制御装置１に設けた第１遅延タイマが計時開始し、第１遅延タイマの遅延時間T_１の計時が終了したとき、制御装置１はモータ２を起動させる。さらにその時点から、制御装置１に設けた第２遅延タイマが計時開始し、第２遅延タイマの遅延時間T_２の計時が終了したとき、制御装置１は開閉弁５をONにして真空ポンプ３と真空チャンバ８とを連通させ、真空チャンバ８の真空吸引を開始することにより減圧行程が実行される。

その結果、真空チャンバ８内は、真空ポンプ３の設計排気速度に応じた速度で減圧されてゆく。真空センサ７で計測した真空チャンバ８内の真空度検出値が、制御装置１に予め設定したヒステリシスHの幅値の上限値H_Hに到達したときに、制御装置１は開閉弁５をOFFにして真空チャンバ８の真空吸引管路を遮断する。その時点から、制御装置１に設けた第３遅延タイマが計時開始し、第３遅延タイマの遅延時間T_３の計時が終了したとき、制御装置１は開閉弁６をOFFにして分岐管路１３を大気へ連通させる。さらにその時点から、制御装置１に設けた第４遅延タイマが計時開始し、第４遅延タイマの遅延時間T_４の計時が終了したとき、制御装置１はモータ２を停止させ真空ポンプ３の作動を停止させる。すなわち、開閉弁６がOFFとなって真空ポンプ３と開閉弁５との間の真空ポンプ３の吸引側管路が大気開放され大気圧または大気圧に近い気圧となった後に真空ポンプ３は停止する。そのため、真空ポンプの吸引側が真空状態のときに真空ポンプを停止させると発生するような、真空ポンプの吸引側に油が逆流することに起因したポンプ故障を回避することができるのである。

ところで、ヒステリシスHは、制御装置１に予め記憶・格納される上限値H_Hと下限値H_Lとからなる幅値である一対の設定値である。実際の設定値としては、上限値H_H及び下限値H_Lをそれぞれ個別に設定するか又は、上限値H_H又は下限値H_Lに上限値H_Hと下限値H_Lとの差値すなわちヒステリシスHの幅値を減算又は加算して他方を求めて設定するようにしてもよい。また、このようなヒステリシスHの機能は、市販の汎用メータリレーで実施させるようにしてもよい。真空センサ７の検出値は、制御装置１において、常に上限値H_H及び下限値H_Lと比較・演算され、検出値が上限値H_H又は下限値H_Lと一致したときに信号が出力される。そして、制御装置１は、その信号に基づいて開閉弁５のOFF又はONの制御を行うのである。ヒステリシスHの幅値を広く設定すれば、省電力の効果は増大するが、真空チャンバ８内の真空度の変化が大きくなる。また、ヒステリシスHの幅値を狭く設定すれば、真空チャンバ８内の真空度の変化は小さくなるが、モータ２の起動・停止が頻繁となり制御が不安定になるとともに省電力の効果は低減する。

真空センサ７で計測した検出値が、制御装置１に予め設定したヒステリシスHの幅値の上限値H_Hに到達したときに、制御装置１は開閉弁５をOFFとするので、真空チャンバ８は真空ポンプ３の管路から遮断され真空吸引されずに密閉される。したがって、真空チャンバ８内の真空度がヒステリシスHの幅値の上限値H_Hに到達した以降、真空チャンバ８内の真空度は真空チャンバ８のシール部における僅かな漏れにより低下してゆく。

そして、真空センサ７で計測した検出値が、制御装置１に予め設定したヒステリシスHの幅値の下限値H_Lに到達したときに、制御装置１は開閉弁６をONにして分岐管路１３を遮断する。その時点から、制御装置１に設けた第１遅延タイマが計時開始し、第１遅延タイマの遅延時間T_１の計時が終了したとき、制御装置１はモータ２を起動させる。さらにその時点から、制御装置１に設けた第２遅延タイマが計時開始し、第２遅延タイマの遅延時間T_２の計時が終了したとき、制御装置１は開閉弁５をONにして真空ポンプ３と真空チャンバ８とを連通させ、真空チャンバ８の真空吸引を再開し再減圧させる。なお、開閉弁５は、真空チャンバ８と開閉弁５との間の管路の長さが、真空ポンプ３と開閉弁５との間の管路の長さより長くなるよう真空ポンプ３の近傍に配設されるので、この再減圧行程においては、減圧するべき容積が減少し真空ポンプ３の負荷が比較的軽減されて省電力に寄与する。このようにして、積層成形で真空チャンバ８内を所定の真空度の範囲に保持する必要のある期間中、真空センサ７の検出値がヒステリシスHの真空度の幅値内で蛇行して変化するように、モータ２の起動・停止を繰り返す。その所定期間が経過後、開閉弁４をONして真空チャンバ８内を大気へ連通させて真空を解除することにより減圧行程が終了する。

本発明の一実施例を例示すると、ヒステリシスHの幅値の下限値H_Lが６０ｈｐaで、ヒステリシスHの幅値の上限値H_Hが４０ｈｐa、すなわち、ヒステリシスHの幅値が２０であるとき、真空チャンバ８内の真空度が上限値H_Hから下限値H_Lまで低下する時間は１０分間であり、その後、下限値H_Lから上限値H_Hまで再減圧に要する時間は３０秒である。また、そのときの制御装置１における各遅延タイマの遅延時間は、遅延時間T_１、遅延時間T_２、遅延時間T_３、及び、遅延時間T_４ともに１秒である。なお、当然のことであるが、各遅延タイマの遅延時間は、真空ポンプ３の設計排気速度、各開閉弁の開閉速度、真空チャンバ８の容積や構造等に応じて各々異なった値に設定され得る。

このように、本発明の制御機構は、図３に示す従来の制御機構に開閉弁６を付加した簡易な構成でありながら、真空ポンプ３を、真空ポンプ３と真空チャンバ８とを連通又は遮断させる真空ポンプ吸引側の管路内が大気圧または大気圧に近い気圧となるときに停止させるように制御するので、真空ポンプ３からの油の漏洩を防止しつつ省電力で真空チャンバ８の真空度を制御することができるのである。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。本発明は真空チャンバ内に熱板が多段に配設された真空ホットプレスに好適に用いられるが、他の用途の真空チャンバにも用いることができる。

本発明を実施する真空チャンバの真空度制御機構を示すブロック図である。 真空チャンバ内の真空度の制御結果を制御機構の制御機器の作動状況とともに示すグラフである。 従来の真空チャンバの真空度制御機構を示すブロック図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ モータ
３ 真空ポンプ
４,５,６ 開閉弁
７ 真空センサ
８ 真空チャンバ
９ フィルタ
１０, １１ サイレンサ（フィルタ）
１２ ホース
１３ 分岐管路
H ヒステリシス
H_H 上限値
H_L 下限値
T_１,T_２,T_３,T_４ 遅延時間

Claims (5)

1. 積層成形を実施する真空チャンバ内の真空度を制御する制御機構において、
   前記真空チャンバ内の真空度を計測する真空センサの検出値に設定した所定幅値のヒステリシスに基づいて前記真空チャンバに接続された真空ポンプを起動・停止することにより、真空チャンバ内の真空度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする真空チャンバ真空度の制御機構。
2. 前記制御機構は、前記真空ポンプと前記真空チャンバを接続する管路に介設された開閉弁と、前記真空ポンプと前記開閉弁との間の管路から分岐する分岐管路を大気へ連通又は遮断させる他の開閉弁とを備える請求項１に記載の真空チャンバ真空度の制御機構。
3. 前記開閉弁と前記真空チャンバとの管路の長さは、前記開閉弁と前記真空ポンプとの管路の長さより長い請求項２に記載の真空チャンバ真空度の制御機構。
4. 積層成形を実施する真空チャンバ内の真空度を制御する制御方法において、
   真空ポンプは、前記真空チャンバ内の真空度を計測する真空センサの検出値に設定した所定幅値のヒステリシスに基づいて起動・停止を繰り返すことにより前記真空チャンバ内の真空度を制御することを特徴とする真空チャンバ真空度の制御方法。
5. 前記真空ポンプは、前記真空ポンプと前記真空チャンバとを連通又は遮断させる前記真空ポンプ吸引側の管路内が大気開放された後に停止するように制御される請求項４に記載の真空チャンバ真空度の制御方法。

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