JP2010134812A - 圧力制御装置および流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気体の検出圧力と目標圧力との偏差が大きくなった場合に偏差を迅速に小さくすることのできる圧力制御装置および圧力の制御された気体を用いる流量制御装置を提供する。
【解決手段】電空レギュレータ４０は、エアの供給源に接続されるとともに所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される給気用電磁弁４３と、電磁弁４３の下流に接続されるとともに所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される排気用電磁弁４４とを備える。エア通路３５に導出されるエアの圧力センサ７２による検出圧力を目標圧力にするために、電磁弁４３，４４を各周期において駆動するパルス信号をエアの検出圧力と目標圧力との偏差に基づいてＰＩＤ演算により生成するともに、エアの検出圧力と目標圧力との偏差が判定値以上であることを条件に、電磁弁４３，４４が駆動される周期おいて偏差を小さくするように、ＰＩＤ演算により生成されるパルス信号を変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体の圧力を制御する圧力制御装置および圧力の制御された気体を用いる流量制御装置に関する。

給気用電磁弁と排気用電磁弁とを備える電空レギュレータにおいて、出力ポートの検出圧力と目標圧力とに基づいて生成されたそれぞれのパルス信号によって給気用電磁弁と排気用電磁弁とを同時に開閉駆動して、主バルブに形成されたパイロット室の圧力を制御することにより出力ポートの検出圧力を目標圧力に制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−３６５５１号公報

ところで、特許文献１の電空レギュレータでは、所定周期を有するパルス信号によって電磁弁が開閉駆動されており、各周期における通電割合に応じて電磁弁を開駆動する時間が変化する。ここで、ある周期において電磁弁が駆動される際に、異物の咬み込みや摩擦力の増大等により、電磁弁の動作が瞬間的に停止したり遅延したりすることがある。この場合は、検出圧力と目標圧力との偏差が大きくなるため、次の周期ではその大きくなった偏差を小さくするためのパルス信号によって電磁弁が駆動される。しかしながら、そのようなパルス信号によっても電磁弁が動作しないことがあり、その場合には更に次の周期でその偏差を小さくするためのパルス信号によって電磁弁が駆動される必要がある。このため、検出圧力と目標圧力との偏差が大きい状態が長く継続するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される電磁弁を備える圧力制御装置において、気体の検出圧力と目標圧力との偏差が大きくなった場合に偏差を迅速に小さくすることのできる圧力制御装置および圧力の制御された気体を用いる流量制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

上記課題を解決するために、第１の発明は、気体の供給源に接続されるとともに所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される給気用電磁弁と、前記給気用電磁弁に接続通路を介して接続されるとともに前記所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される排気用電磁弁と、前記接続通路から前記気体を導出する導出通路と、前記接続通路内又は前記導出通路内の前記気体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段による前記気体の検出圧力を目標圧力にするために、前記給気用電磁弁および前記排気用電磁弁を各周期において駆動する前記パルス信号を前記気体の検出圧力と目標圧力との偏差に基づいて生成する第１パルス生成手段と、前記気体の検出圧力と目標圧力との偏差が判定値以上であることを条件に、前記給気用電磁弁および前記排気用電磁弁が駆動される周期おいて前記偏差を小さくするように、前記第１パルス生成手段により生成される前記パルス信号を変更する第２パルス生成手段とを備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、気体の供給源に接続されるとともに所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される給気用電磁弁を備えるため、気体の供給源から供給される気体は給気用電磁弁により流量が制御される。前記給気用電磁弁に接続通路を介して接続されるとともに前記所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される排気用電磁弁を備えるため、給気用電磁弁を流通した気体は排気用電磁弁により流量が制御される。そして、前記接続通路から前記気体を導出する導出通路を備えるため、給気用電磁弁および排気用電磁弁の流量制御によって圧力の制御された気体が導出通路に導出される。

また、前記接続通路内又は前記導出通路内の前記気体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段による前記気体の検出圧力を目標圧力にするために、前記給気用電磁弁および前記排気用電磁弁を各周期において駆動する前記パルス信号を前記気体の検出圧力と目標圧力との偏差に基づいて生成する第１パルス生成手段とを備えるため、このように生成されるパルス信号によって給気用電磁弁および排気用電磁弁が各周期において開閉駆動され、導出される気体の検出圧力が目標圧力になるように制御される。

さらに、前記気体の検出圧力と目標圧力との偏差が判定値以上であることを条件に、前記給気用電磁弁および前記排気用電磁弁が駆動される周期おいて前記偏差を小さくするように、前記第１パルス生成手段により生成される前記パルス信号を変更する第２パルス生成手段を備えるため、例えば何らかの異常により電磁弁が動作せず、検出圧力と目標圧力との偏差が判定値以上になった場合には、偏差を小さくするように変更されたパルス信号により電磁弁が駆動される。その結果、変更されたパルス信号により駆動される周期において電磁弁が動作する可能性が高くなるため、気体の検出圧力と目標圧力との偏差が大きくなった場合に偏差を迅速に小さくすることができる。なお、前記偏差を小さくするように、前記第１パルス生成手段により生成される前記パルス信号を変更する態様としては、前記偏差を小さくするように、前記第１パルス生成手段により生成されたパルス信号を補正する、前記第１パルス生成手段により生成されるパルス信号よりも前記偏差を小さくするようにパルス信号を生成する等を採用することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記判定値は、前記給気用電磁弁又は前記排気用電磁弁が前記パルス信号の２周期にわたって動作しなかったことを検出することのできる値に設定されているため、パルス信号の２周期という短い期間で電磁弁の異常を検出して、気体の検出圧力と目標圧力との偏差をより迅速に小さくすることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記第２パルス生成手段は、前記偏差が前記判定値以上である状態が、前記所定周期よりも短く設定された判定期間以上継続することを更に条件として、前記第１パルス生成手段により生成される前記パルス信号を変更することを特徴とする。

第３の発明によれば、偏差が判定値以上である状態が判定期間以上継続することを、第１パルス生成手段により生成されるパルス信号を変更するための更なる条件としているため、偏差が判定値以上であることをより確実に判定した上でパルス信号を変更することができる。さらに、この判定期間は、前記所定周期よりも短く設定されているため、パルス信号の１周期内において偏差が判定値以上である状態が開始する時期に関わらず、その状態が開始する周期を含めて遅くとも２周期以内で判定を終了することができる。その結果、偏差が判定値以上であることをより確実に判定しつつ、より早い周期において電磁弁を駆動するパルス信号を変更することができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明に係る圧力制御装置と、前記圧力制御装置から供給される前記気体により印加される圧力に基づいて流体の流量を調整する流量調整手段と、前記流体の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段による前記流体の検出流量を目標流量にするために前記検出流量と前記目標流量との偏差に基づいて前記気体の前記目標圧力を設定する設定手段とを備えることを特徴とする。

第４の発明によれば、第１〜第３のいずれかの発明に係る圧力制御装置と、前記圧力制御装置から供給される前記気体により印加される圧力に基づいて流体の流量を調整する流量調整手段とを備えるため、圧力制御装置により制御される圧力に基づいて流量調整手段によって流体の流量が調整される。そして、前記流体の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段による前記流体の検出流量を目標流量にするために前記検出流量と前記目標流量との偏差に基づいて前記気体の前記目標圧力を設定する設定手段とを備えるため、このように設定される目標圧力になるように圧力制御装置によって気体の圧力が制御され、流体の検出流量が目標流量になるように制御される。なお、流体の流量を検出する流量検出手段は、流体の圧力を検出することにより間接的に流体の流量を検出するものを含むものとする。

ここで、例えば何らかの異常により、流体の検出流量と目標流量との偏差が大きくなった場合には、この大きくなった偏差に基づいて圧力制御装置から導出される気体の目標圧力が設定される。しかしながら、圧力制御装置に異常が生じている場合には、圧力制御装置から導出される気体の検出圧力が目標圧力となるように適切に制御されず、流量調整手段により調整される流体の検出流量を迅速に目標流量にすることが困難となる。

この点、第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明に係る圧力制御装置を備えるため、気体の検出圧力と目標圧力との偏差が大きくなった場合に偏差を迅速に小さくすることができる。その結果、圧力制御装置に異常が生じている場合であっても、流量調整手段により調整される流体の検出流量を迅速に目標流量にすることができる。

以下、本発明に係る圧力制御装置を具現化した一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図１は、圧力制御装置を備える薬液供給回路の全体構成を示す回路図である。

図１に示すように、本回路には、薬液の吸引及び吐出を行うための薬液ポンプ２１が設けられている。薬液ポンプ２１は、例えばダイアフラムポンプやベローズポンプ等からなる。薬液タンクＸに貯留された薬液は、薬液の吸引通路を構成する吸引配管３１を介して薬液ポンプ２１によって吸引される。

薬液ポンプ２１の吐出側には、薬液の吐出通路を構成する吐出配管３２が接続されている。この吐出配管３２の下流側には、流量調整手段としてのパイロットレギュレータ２２が設けられている。薬液ポンプ２１から吐出された薬液は、このパイロットレギュレータ２２によって所定の流量に調整されてウエハ２３に吐出される。なお、吐出配管３２の下流側端部は、ウエハ２３へ薬液を吐出する吐出ノズル３２ａとなっている。

パイロットレギュレータ２２は、電空レギュレータ４０から導出されるエアにより操作圧を印加して、この操作圧に基づいて薬液の流量を調整する。具体的には、パイロットレギュレータ２２は、パイロット室に供給されるエアによりダイアフラムを変位させ、ダイアフラムに連結された弁体を駆動することにより薬液の流量を調整する。電空レギュレータ４０は、パイロットレギュレータ２２に対するエアの供給および排出を制御することによりパイロットレギュレータ２２の操作圧を調整する。これらパイロットレギュレータ２２と電空レギュレータ４０とは、エア通路３５によって接続されており、操作圧を調整するためのエアがこのエア通路３５を流通する。なお、電空レギュレータ４０は導出する気体の圧力を制御する圧力制御装置を構成し、エア通路３５は気体を導出する導出通路を構成する。

また、吐出配管３２において、薬液ポンプ２１とパイロットレギュレータ２２との間には、薬液の流量を検出する流量検出手段としての流量センサ７１が備えられている。

流量コントローラ６０は、ＣＰＵや各種メモリ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成される電子制御装置である。流量コントローラ６０には、本システムを統括して管理する管理コンピュータから薬液の目標流量が入力される他、流量センサ７１により検出される薬液の検出流量が逐次入力される。流量コントローラ６０は、それら各入力に基づいて電空レギュレータ４０を駆動させ、検出流量を目標流量に一致させるように流量フィードバック制御を実施する。

流量コントローラ６０は、管理コンピュータから入力された目標流量と流量センサ７１により検出された検出流量との偏差を算出するとともに、その偏差に基づいてＰＩＤ演算等の演算処理を行い、電空レギュレータ４０に対して操作圧としての目標圧力を出力する。そして、電空レギュレータ４０は流量コントローラ６０からの目標圧力に基づいて、パイロットレギュレータ２２に対するエアの供給および排出を制御することにより、パイロットレギュレータ２２を制御するための操作圧を調整する。このような処理が繰り返し実行されることにより薬液の検出流量は目標流量に収束される。なお、流量コントローラ６０は気体の目標圧力を設定する設定手段を構成する。

次に、電空レギュレータ４０の概略を図２の回路図に基づいて説明する。

電空レギュレータ４０は、エア通路３５によってパイロットレギュレータ２２と接続されており、パイロットレギュレータ２２に対するエアの供給および排出を制御することにより、パイロットレギュレータ２２を制御するための操作圧を調整する。

電空レギュレータ４０は、エアが供給される側の給気用電磁弁４３と、エアを排出する側の排気用電磁弁４４とを備えている。これら電磁弁４３，４４は、所定周期を有するパルス信号により開閉駆動されてエアの流通および遮断を行う。具体的には、各周期における通電割合に応じて、電磁弁４３，４４の弁体であるプランジャが開状態に変位される量および期間が変化する。例えば、パルス信号は数１０ｍｓの周期を有しており、この周期における通電時間の割合が０〜１００％の範囲で変化する。なお、これら電磁弁４３，４４は、非通電時にエアを遮断するノーマルクローズタイプの電磁弁である。

給気用電磁弁４３と排気用電磁弁４４とは接続通路４６で接続されており、この接続通路４６に上記エア通路３５が接続されている。そして、エア通路３５に対するエアの供給および排出が可能となっている。

また、給気用電磁弁４３と排気用電磁弁４４とを接続する接続通路４６には圧力センサ７２が設けられており、パイロットレギュレータ２２を制御するための操作圧として、この接続通路４６内のエアの圧力を圧力センサ７２が検出する。この検出圧力は、圧力コントローラ４１に出力される。圧力センサ７２はエア通路３５に設けられていてもよい。なお、圧力センサ７２は、接続通路内又は導出通路内の気体の圧力を検出する圧力検出手段を構成する。

圧力コントローラ４１は、ＣＰＵや各種メモリ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成される電子制御装置である。圧力コントローラ４１には、流量コントローラ６０から操作圧としての目標圧力が入力される他、圧力センサ７２により検出された検出圧力が逐次入力される。圧力コントローラ４１は、それら各入力に基づいて電磁弁４３，４４を駆動させ、エアの検出圧力を目標圧力に一致させるようにフィードバック制御を実施する。

具体的には、圧力コントローラ４１は、上記圧力センサ７２によるエアの検出圧力を目標圧力にするために、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４を各周期において駆動するパルス信号を、エアの検出圧力と目標圧力との偏差に基づいてＰＩＤ演算を行って生成する。例えば、エアの圧力を上昇させる場合は、パルス信号の１周期内において給気用電磁弁４３を開く割合を増加させて、給気用電磁弁４３を通じてエア通路３５に供給するエアの量を増加させるとともに、パルス信号の１周期内において排気用電磁弁４４を開く割合を減少させて、排気用電磁弁４４を通じてエア通路３５から排出するエアの量を減少させる。

ここで、図３に示すように、電磁弁４３，４４が正常である場合（実線）には、パルス信号の各周期における通電割合に比例して電磁弁４３，４４のプランジャ変位が大きくなる。しかしながら、電磁弁４３，４４に何らかの異常が生じた場合（破線）には、パルス信号の各周期における通電割合に対して電磁弁４３，４４のプランジャ変位が比例しなくなる。例えば、ある周期において電磁弁４４がデューティＤ１のパルス信号で駆動される際に、異物の咬み込みや摩擦力の増大等により、電磁弁４４のプランジャの動作が一時的に停止したとする。この場合は、圧力センサ７２から入力される検出圧力と流量コントローラ６０から入力される目標圧力との偏差が大きくなるため、次の周期ではその大きくなった偏差を小さくするためにデューティＤ２のパルス信号で電磁弁４４が駆動される。しかしながら、デューティＤ２のパルス信号によっても電磁弁４４のプランジャがほとんど動作しないため、その場合には更に次の周期でその偏差を小さくするためのパルス信号によって電磁弁４４が駆動される必要がある。このため、検出圧力と目標圧力との偏差が大きい状態が長く継続するおそれがある。

そこで、本実施形態では、エアの検出圧力と目標圧力との偏差が判定値以上であることを条件に、給気用電磁弁４３および排気用電磁弁４４が駆動される周期おいて偏差を小さくするように、上記ＰＩＤ演算を行って生成されるパルス信号を変更するようにしている。以下に、電空レギュレータ４０によるエアの圧力制御の手順について図４のフローチャートを参照して説明する。なお、本処理は、圧力コントローラ４１によって所定の周期をもって繰り返し実行される。

図４に示すように、まず、目標圧力Ｐｔが入力される（ステップ１１０）。具体的には、上記流量コントローラ６０によって設定される目標圧力Ｐｔが圧力コントローラ４１に入力される。このように目標圧力Ｐｔが入力された後、検出圧力Ｐｄが入力される（ステップ１２０）。具体的には、上記圧力センサ７２によって検出されるエアの検出圧力Ｐｄが圧力コントローラ４１に入力される。

続いて、これらの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰが算出され（ステップ１３０）、この圧力偏差ΔＰに基づいて各電磁弁を駆動するパルス信号Ｄｂが生成される（ステップ１４０）。具体的には、圧力コントローラ４１は、検出圧力Ｐｄを目標圧力Ｐｔにするために、給気用電磁弁４３を各周期において駆動するパルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ）と、排気用電磁弁４４を各周期において駆動するパルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｅ）とを、エアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの偏差ΔＰに基づいてＰＩＤ演算を行って生成する。例えば、エアの圧力を上昇させる場合は、パルス信号Ｄｂの１周期内において給気用電磁弁４３を開く割合を増加させて、すなわち給気用電磁弁４３を駆動するパルス信号ＤｂのデューティＤｂｉを大きくして給気用電磁弁４３を通じてエア通路３５に供給するエアの量を増加させる。それとともに、パルス信号Ｄｂの１周期内において排気用電磁弁４４を開く割合を減少させて、すなわち排気用電磁弁４４を駆動するパルス信号ＤｂのデューティＤｂｅを小さくして排気用電磁弁４４を通じてエア通路３５から排出するエアの量を減少させる。

このようにパルス信号Ｄｂが生成された後、上記圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上か否か判定される（ステップ１５０）。ここで、判定値Ｒｐは、給気用電磁弁４３又は排気用電磁弁４４がこれらを駆動するパルス信号Ｄｂの周期に対して１周期あるいは数周期にわたって動作しなかった、あるいは動作が遅延したことを検出することのできる値、例えばパルス信号Ｄｂの２周期にわたって給気用電磁弁４３又は排気用電磁弁４４が動作しなかったことを検出することのできる値に設定されている。すなわち、給気用電磁弁４３又は排気用電磁弁４４のプランジャが一時的に停止した状態となって動作しない場合には、エアの供給あるいは排出を適切に行うことができないため、供給するエアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの偏差ΔＰが大きくなる。そして、圧力センサ７２の検出誤差や検出までの遅延の影響を除いた上で、このような状態を早期に検出することのできる値に判定値Ｒｐが設定されている。

上記判定において圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上でないと判定された場合には（ステップ１５０：ＮＯ）、上記パルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ及びデューティＤｂｅ）によって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動される（ステップ１６０）。すなわち、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上でないと判定された場合には、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４に異常が生じておらず、エアの検出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔに近い値に制御されていると考えられる。このため、エアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの偏差ΔＰに基づいてＰＩＤ演算を行って生成されたパルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ及びデューティＤｂｅ）によって、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動される。

一方、上記判定において圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上であると判定された場合には（ステップ１５０：ＹＥＳ）、その状態の継続期間Ｔが判定期間Ｒｔ以上であるか否か判定される（ステップ１７０）。具体的には、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上であると判定された時からタイマカウンタによりカウントが開始され、そのカウントが判定値以上であるか否かによって、継続期間Ｔが判定期間Ｒｔ以上であるか否か判定される。ここで、判定期間Ｒｔは、パルス信号Ｄｂの周期である数１０ｍｓよりも短く設定されており、例えば数ｍｓに設定されている。すなわち、判定期間Ｒｔは、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態が継続していることをより確実に判定することのできる値に設定されている。さらに、この判定期間Ｒｔは、パルス信号Ｄｂの周期よりも短く設定されているため、１周期内において偏差が判定値Ｒｐ以上である状態が開始する時期に関わらず、その状態が開始する周期を含めて遅くとも２周期以内で判定を終了することができる。なお、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上でないと判定された場合には、上記タイマカウンタはリセットされる。

上記判定において、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態の継続期間Ｔが判定期間Ｒｔ以上でないと判定された場合には（ステップ１７０：ＮＯ）、上記パルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ及びデューティＤｂｅ）によって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動される（ステップ１６０）。すなわち、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態の継続期間Ｔが判定期間Ｒｔ以上でないと判定された場合には、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐよりも小さい状態に比較的短期間で戻った、あるいは圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐよりも小さい状態に戻る可能性があると考えられる。このため、直ちにパルス信号Ｄｂを変更することは行わず、パルス信号Ｄｂによって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４を駆動して、その後の状態に応じて制御を行う。

一方、上記判定において、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態の継続期間Ｔが判定期間Ｒｔ以上であると判定された場合には（ステップ１７０：ＹＥＳ）、パルス信号Ｄｂを補正してパルス信号Ｄｒが生成される（ステップ１８０）。すなわち、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態の継続期間Ｔが判定期間Ｒｔ以上であると判定された場合には、給気用電磁弁４３又は排気用電磁弁４４の動作が停止あるいは遅延した状態となっており、より早い周期でこれらの動作を復帰させることが望ましいと考えられる。このため、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が駆動される周期おいて圧力偏差ΔＰを小さくするように、上記ＰＩＤ演算により生成されたパルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ及びデューティＤｂｅ）を変更する。具体的には、偏差ΔＰを小さくするように、ＰＩＤ演算により生成されたデューティＤｂｉ及びデューティＤｂｅをそれぞれ増減補正する。例えば、エアの検出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔよりも高くなっている場合には、給気用電磁弁４３を開駆動する期間を短くするとともに排気用電磁弁４４を開駆動する期間を長くする必要があるため、給気用電磁弁４３のデューティＤｂｉを小さくするとともに排気用電磁弁４４のデューティＤｂｅを大きくする。これらのデューティＤｂｉ及びデューティＤｂｅを増減補正する態様としては、所定の補正値を加減してもよいし、所定の補正値によって乗除してもよい。そして、デューティＤｂｉを補正したデューティＤｒｉ及びデューティＤｂｅを補正したデューティＤｒｅが補正後のパルス信号Ｄｒとして設定される。

このようにパルス信号Ｄｂを補正してパルス信号Ｄｒが生成された後、パルス信号Ｄｒによって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が駆動される（ステップ１９０）。すなわち、パルス信号Ｄｒ（デューティＤｒｉ及びデューティＤｒｅ）によって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動される。したがって、パルス信号Ｄｒにより駆動される周期において給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が動作する可能性が高くなるため、エアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰを迅速に小さくすることができる。

以上のように、パルス信号Ｄｂによって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が駆動された後（ステップ１６０）、又はパルス信号Ｄｒによって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が駆動された後（ステップ１９０）、本処理は一旦終了される。なお、ステップ１１０〜１４０の処理が第１パルス生成手段としての処理に相当し、ステップ１５０，１７０，１８０の処理が第２パルス生成手段としての処理に相当する。

次に、上記のエア圧力制御による電空レギュレータ４０の動作態様について図５のタイムチャートを参照して説明する。なお、比較のために従来の電空レギュレータの動作態様を図５（ａ）〜（ｅ）に示し、本発明の電空レギュレータ４０の動作態様を図５（ｆ）〜（ｊ）に示す。

時刻ｔ０〜時刻ｔ１においては、従来の電空レギュレータおよび本発明の電空レギュレータ４０は共に、検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰに基づいてＰＩＤ演算により生成されるパルス信号Ｄｂによって、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が駆動される。そして、図５（ｅ），（ｊ）に示すように、目標圧力Ｐｔと検出圧力Ｐｄとの圧力偏差ΔＰが「０」付近の値になるように制御される。

時刻ｔ１において、排気用電磁弁４４に異常が発生すると、その周期に排気用電磁弁４４のプランジャの動作が停止して、図５（ｄ），（ｉ）に示すようにプランジャ変位が「０」になる。このため、排気用電磁弁４４を通じてエアが排出されなくなるため、図５（ｅ），（ｊ）に示すように検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰが大きくなる。次の周期には、このように大きくなった圧力偏差ΔＰを小さくするように、図５（ａ），（ｃ），（ｆ），（ｈ）に示すように、ＰＩＤ演算によりパルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ０及びデューティＤｂｅ０）が生成されて給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動される。しかしながら、このように生成されたデューティＤｂｅ０のパルス信号Ｄｂによって排気用電磁弁４４を駆動しても、図５（ｄ），（ｉ）に示すように排気用電磁弁４４のプランジャは停止したままで動作しない。

次の周期において、従来の電空レギュレータでは図５（ａ），（ｃ）に示すように、パルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ１及びデューティＤｂｅ１）によって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動されるものの、排気用電磁弁４４のプランジャは停止したままで動作しない。このため、図５（ｅ）に示すように給気用電磁弁４３が開駆動された分だけ圧力偏差ΔＰが大きくなる。これに対して、本発明の電空レギュレータ４０では、図５（ｊ）に示すように、時刻ｔ２において圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上であることが検出される。そして、時刻ｔ３において、その状態の継続時間Ｔが判定期間Ｒｔ以上となるため、図５（ｆ），（ｈ）に示すように、ＰＩＤ演算により生成されたパルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ１及びデューティＤｂｅ１）が、パルス信号Ｄｒ（デューティＤｒｉ１及びデューティＤｒｅ１）に変更される。したがって、パルス信号Ｄｒ（デューティＤｒｉ１及びデューティＤｒｅ１）によって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動され、図５（ｉ）に示すように時刻ｔ４において排気用電磁弁４４のプランジャの動作が再開される。また、給気用電磁弁４３が開駆動されていないため、図５（ｊ）に示すように圧力偏差ΔＰが大きくなることが抑制される。

次の周期において、従来の電空レギュレータでは、更に大きくなった圧力偏差ΔＰを小さくするように、図５（ａ），（ｃ）に示すように、ＰＩＤ演算によりパルス信号Ｄｂ（デューティＤｂｉ２及びデューティＤｂｅ２）が生成されて給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４がそれぞれ駆動される。そして、図５（ｄ）に示すように時刻ｔ５において排気用電磁弁４４のプランジャの動作が再開される。これに対して、本発明の電空レギュレータ４０では、図５（ｆ），（ｈ）に示すようにパルス信号Ｄｒ（デューティＤｒｉ２及びデューティＤｒｅ２）によって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が駆動され、図５（ｊ）に示すように圧力偏差ΔＰが急速に小さくなる。

以上詳述した本実施形態の構成によれば、以下の優れた効果が得られる。

エアの供給源に接続されるとともに所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される給気用電磁弁４３を備えるため、エアの供給源から供給されるエアは給気用電磁弁４３により流量が制御される。給気用電磁弁４３に接続通路４６を介して接続されるとともに所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される排気用電磁弁４４を備えるため、給気用電磁弁４３を流通したエアは排気用電磁弁４４により流量が制御される。そして、接続通路４６からエアを導出するエア通路３５を備えるため、給気用電磁弁４３および排気用電磁弁４４の流量制御によって圧力の制御されたエアがエア通路３５に導出される。

また、接続通路４６内のエアの圧力を検出する圧力センサ７２と、圧力センサ７２によるエアの検出圧力Ｐｄを目標圧力Ｐｔにするために、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４を各周期において駆動するパルス信号Ｄｂをエアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰに基づいてＰＩＤ演算により生成する圧力コントローラ４１とを備えるため、このように生成されるパルス信号Ｄｂによって給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が各周期において開閉駆動され、導出されるエアの検出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔになるように制御される。

さらに、エアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上であることを条件に、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４が駆動される周期おいて圧力偏差ΔＰを小さくするように、圧力コントローラ４１はＰＩＤ演算により生成されるパルス信号Ｄｂをパルス信号Ｄｒに補正するため、例えば何らかの異常により電磁弁４３，４４が動作せず、検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上になった場合には、圧力偏差ΔＰを小さくするように変更されたパルス信号Ｄｒにより電磁弁４３，４４が駆動される。その結果、パルス信号Ｄｒにより駆動される周期において電磁弁４３，４４が動作する可能性が高くなるため、エアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰが大きくなった場合に圧力偏差ΔＰを迅速に小さくすることができる。

圧力偏差ΔＰの判定値Ｒｐは、給気用電磁弁４３又は排気用電磁弁４４がパルス信号Ｄｂの２周期にわたって動作しなかったことを検出することのできる値に設定されているため、パルス信号Ｄｂの２周期という短い期間で給気用電磁弁４３又は排気用電磁弁４４の異常を検出して、エアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの偏差ΔＰをより迅速に小さくすることができる。

圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態が判定期間Ｒｔ以上継続することを、ＰＩＤ演算により生成されるパルス信号Ｄｂを変更するための更に条件としているため、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上であることをより確実に判定した上でパルス信号Ｄｂを変更することができる。さらに、この判定期間Ｒｔは、パルス信号Ｄｂの周期よりも短く設定されているため、パルス信号Ｄｂの１周期内において圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態が開始する時期に関わらず、その状態が開始する周期を含めて遅くとも２周期以内で判定を終了することができる。その結果、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上であることをより確実に判定しつつ、より早い周期において電磁弁４３，４４を駆動するパルス信号Ｄｂを変更することができる。

給気用電磁弁４３を駆動するパルス信号ＤｂのデューティＤｂｉ、及び排気用電磁弁４４を駆動するパルス信号ＤｂのデューティＤｂｅの双方を変更しているため、給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４のうち正常な一方の駆動による圧力偏差ΔＰの拡大を抑制することができる。

電空レギュレータ４０と、電空レギュレータ４０から供給されるエアにより印加される圧力に基づいて薬液の流量を調整するパイロットレギュレータ２２とを備えるため、電空レギュレータ４０により制御される圧力に基づいてパイロットレギュレータ２２によって薬液の流量が調整される。そして、薬液の流量を検出する流量センサ７１と、流量センサ７１による薬液の検出流量を目標流量にするために検出流量と目標流量との偏差に基づいてエアの目標圧力Ｐｔを設定する流量コントローラ６０とを備えるため、このように設定される目標圧力Ｐｔになるように電空レギュレータ４０によってエアの圧力が制御され、薬液の検出流量が目標流量になるように制御される。

ここで、例えば何らかの異常により、薬液の検出流量と目標流量との偏差が大きくなった場合には、この大きくなった偏差に基づいて電空レギュレータ４０から導出されるエアの目標圧力Ｐｔが設定される。しかしながら、電空レギュレータ４０に異常が生じている場合には、電空レギュレータ４０から導出されるエアの検出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔとなるように適切に制御されず、パイロットレギュレータ２２により調整される薬液の検出流量を迅速に目標流量にすることが困難となる。

この点、本実施形態では、上述したエア圧力制御を行う電空レギュレータ４０を備えるため、エアの検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰが大きくなった場合に圧力偏差ΔＰを迅速に小さくすることができる。その結果、電空レギュレータ４０に異常が生じている場合であっても、パイロットレギュレータ２２により調整される薬液の検出流量を迅速に目標流量にすることができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

上記実施形態では、流体の流量を検出する流量検出手段として、薬液の流量を検出する流量センサ７１を採用したが、薬液の圧力を検出することにより間接的に薬液の流量を検出する圧力センサを採用することもできる。

上記実施形態では、電空レギュレータ４０が操作圧を調整する際に使用する気体としてエアを用いたが、窒素等のその他の気体を用いることもできる。

上記実施形態では、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上である状態が、パルス信号Ｄｂの周期よりも短く設定された判定期間Ｒｔ以上継続することを更に条件として、ＰＩＤ演算により生成されるパルス信号Ｄｂを変更するようにしたが、この条件を省略することもできる。すなわち、圧力偏差ΔＰが判定値Ｒｐ以上であることを条件に、ＰＩＤ演算により生成されるパルス信号Ｄｂを直ちに変更するようにしてもよい。この場合には、判定期間の経過を待つ必要がないため、より早い周期においてパルス信号Ｄｂを変更することができる可能性があり、圧力偏差ΔＰをより迅速に小さくすることができる。

上記実施形態では、給気用電磁弁４３を駆動するパルス信号ＤｂのデューティＤｂｉ、及び排気用電磁弁４４を駆動するパルス信号ＤｂのデューティＤｂｅの双方を変更したが、デューティＤｂｉ及びデューティＤｂｅのうち一方のみを変更してもよい。

上記実施形態では、圧力偏差ΔＰを小さくするように、ＰＩＤ演算により生成されたパルス信号Ｄｂを補正してパルス信号Ｄｒを生成したが、ＰＩＤ演算により生成されるパルス信号Ｄｂよりも圧力偏差ΔＰを小さくするようにパルス信号Ｄｒを生成するようにしてもよい。すなわち、ＰＩＤ演算により生成されるパルス信号Ｄｂとは別個にパルス信号Ｄｒを生成し、このパルス信号Ｄｒがパルス信号Ｄｂよりも圧力偏差ΔＰを小さくするように生成されるようにしてもよい。

上記実施形態では、検出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力偏差ΔＰに基づいてＰＩＤ演算により給気用電磁弁４３及び排気用電磁弁４４を駆動するパルス信号Ｄｂを生成するようにしたが、圧力偏差ΔＰに基づいてＰＩ演算等の他の演算処理によりパルス信号Ｄｂを生成することもできる。

上記実施形態では、電空レギュレータ４０は、ダイアフラム式の流量調整装置に対してエアを導出するようにしたが、エアシリンダ式の流量調整装置に対してエアを導出するようにしてもよい。また、圧力の制御された気体を用いる装置であれば、流量調整装置以外の装置に対して本発明の圧力制御装置を適用することができる。

圧力制御装置を備える薬液供給回路の全体構成を示す回路図。 電空レギュレータの概略を示す回路図。 電磁弁への通電割合と電磁弁のプランジャ変位との関係を示すグラフ。 エア圧力制御の手順を示すフローチャート。 圧力制御装置の動作態様を示すタイムチャート。

符号の説明

３５…導出通路としてのエア通路、４０…圧力制御手段としての電空レギュレータ、４３…給気用電磁弁、４４…排気用電磁弁、７２…圧力検出手段としての圧力センサ。

Claims (4)

1. 気体の供給源に接続されるとともに所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される給気用電磁弁と、
   前記給気用電磁弁に接続通路を介して接続されるとともに前記所定周期を有するパルス信号により開閉駆動される排気用電磁弁と、
   前記接続通路から前記気体を導出する導出通路と、
   前記接続通路内又は前記導出通路内の前記気体の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段による前記気体の検出圧力を目標圧力にするために、前記給気用電磁弁および前記排気用電磁弁を各周期において駆動する前記パルス信号を前記気体の検出圧力と目標圧力との偏差に基づいて生成する第１パルス生成手段と、
   前記気体の検出圧力と目標圧力との偏差が判定値以上であることを条件に、前記給気用電磁弁および前記排気用電磁弁が駆動される周期おいて前記偏差を小さくするように、前記第１パルス生成手段により生成される前記パルス信号を変更する第２パルス生成手段と
   を備えることを特徴とする圧力制御装置。
2. 前記判定値は、前記給気用電磁弁又は前記排気用電磁弁が前記パルス信号の２周期にわたって動作しなかったことを検出することのできる値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
3. 前記第２パルス生成手段は、前記偏差が前記判定値以上である状態が、前記所定周期よりも短く設定された判定期間以上継続することを更に条件として、前記第１パルス生成手段により生成される前記パルス信号を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力制御装置と、
   前記圧力制御装置から供給される前記気体により印加される圧力に基づいて流体の流量を調整する流量調整手段と、
   前記流体の流量を検出する流量検出手段と、
   前記流量検出手段による前記流体の検出流量を目標流量にするために前記検出流量と前記目標流量との偏差に基づいて前記気体の前記目標圧力を設定する設定手段と
   を備えることを特徴とする流量制御装置。

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