JP2012241714A - 電子制御弁を用いた装置 - Google Patents

Abstract

【課題】付加的な制御弁を用いることなくポンプのコンプレッサ、真空ポンプへの切り換え、また圧力を正確にかつ精密に制御可能なポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ１０２に設けられた、第１の制御弁１１０は流体源１０４と空洞１３６、第２の制御弁１１２はシステム１０６と空洞１３６の連通、遮断を選択的に作動可能である。第２の制御弁１１２が開位置にあり、空胴１３６内の圧力がシステム１０６内の圧力よりも大きい場合、流体は空胴１３６からシステム１０６に流動しポンプは、コンプレッサとして動作する。逆に、空胴１３６内の圧力がシステム１０６内の圧力未満である場合、流体はシステム１０６から空胴１３６に流れポンプ１０２は、真空ポンプとして動作する。また、第１の制御弁１１０および第２の制御弁１１２の開口タイミング、開口期間の制御により圧力を制御可能である。
【選択図】図１Ａ

Description

ポンプは、液体、気体、スラリー等などのような流体を第１の位置から第２の位置に移動させるために何世紀にもわたって用いられてきた。第２の位置が圧力容器などの閉システムである場合、ポンプは、コンプレッサまたは真空ポンプとして動作することもできる。ポンプには広い用途を有する。ポンプが用いられる１つの用途は、圧力コントローラであり、圧力コントローラは装置において流体圧力を維持し制御する。一般的に記載すると、圧力コントローラは、関連システムに加えられる流体量および／または関連システムから取り除かれる流体量を制御することにより、関連システムのシステム圧力レベルを維持または調整する能力がある。

現在利用可能ないくつかの圧力コントローラは、圧力を生成するためにポンプを用いる。このようなポンプは、逆方向への流動を防止するためにボール／スプリング型またはポペット／スプリング型の逆止弁を利用する。ボール／スプリング型の逆止弁は、スプリングからの力によって弁座に対抗して保持されるボールを含み、それによって閉じた弁を封止する。逆止弁を開くために、ボールを座から離れるように移動させるために、スプリング力よりも高い圧力の力を加えなければならない。その点に関して、時にクラックまたはクラッキング圧力と呼ばれる、弁を開くのに必要とされる圧力差は、制御される装置において実現可能な最小絶対圧力を制限する。すなわち、制御される装置は、一般的に、弁を開くのに必要とされる圧力以下である絶対圧力レベルまで制御することはできない。

一般に、逆止弁を利用するピストンポンプによって送り込まれる流量は、ピストンのサイクル比を変更することにより制御可能である。これは、生成される場合がある流量の範囲を制限する。しかしながら、圧力コントローラは、圧力を迅速に変更するために大流量を必要とし、平素は安定した基準圧を維持するために小流量を必要とするかもしれない。これらの必要性から、いくつかの圧力コントローラは、大流量を生み出すために逆止弁とともにピストンポンプを用い、小流量を生み出すために付加的な制御弁を用いる。但し、制御弁は、圧力コントローラのコスト、サイズおよび重量を増加させる。

その上、精密な流体測定を提供する装置（例えば制御弁）は、圧力を生み出す装置（例えばピストンポンプ）とは分離されており、したがって圧力および／または流量の制御を複雑にする。例えば、圧力コントローラの典型的な用途に言及すると、制御される装置内の圧力は、現在のところは低く、より高圧に上昇され、その後、精密に保持され、制御弁は初めに完全に開かれ、ポンプは全速力でサイクルされる。所望の圧力に近づくと、ポンプは減速されてもよく、制御弁は部分的に閉じられる。しかしながら、ポンプがあまりに減速されると、制御弁とポンプとの間の圧力は低下し、制御弁を通じた流量を維持することが難しくなるだろう。制御弁を通じた所望の流量よりも流動が多ければ、制御弁の上流の圧力は、ポンプの最大圧力まで増加するだろう。これは過度の動力を消費し、制御弁の必要な感応性を増加させる。

この発明の概要は、以下の発明の詳細な説明においてさらに詳細に記述される、簡易化された形式の概念の抜粋を紹介するために提供される。この発明の概要は、特許請求されている主題の重要な特徴を識別することを意図されず、特許請求されている主題の範囲を判断する支援として用いられるようにも意図されない。

本開示の態様によると、圧力コントローラが提供される。圧力コントローラは、第１のポート、第２のポートおよび空胴を含む筺体を備える。空胴は、圧力コントローラの動作の間に拡大し収縮する可変容積を有する。圧力コントローラは、第１の制御弁および第２の制御弁をさらに含む。第１の制御弁および第２の制御弁は、開状態および閉状態を有する。第１の制御弁は、第１の制御弁が開位置にある場合に第１のポートを介して流体源と流体連通して空胴を選択的に接続する。第２の制御弁は、第２の制御弁が開位置にある場合に第２のポートを介して制御されるシステムと流体連通して空胴を選択的に接続する。圧力コントローラは、２つの動作モードにおいて圧力コントローラを動作させるように、第１の制御弁および第２の制御弁を開状態と閉状態との間で作動させるように構成されたコンピュータ装置をさらに含む。第１の動作モードは、流体源からシステムに流体を供給するように構成されたコンプレッサとしての動作モードであり、第２の動作モードは、システムから流体を取り除くように構成された真空ポンプとしての動作モードである。

本開示の別の態様によると、システムは、装置の圧力を制御するために提供される。システムは、筺体および流体源を含む。筺体は、第１のポートと、装置と流体連通して連結された第２のポートと、第１のポートおよび第２のポートと流体連通して接続された空胴とを有する。流体源は、第１のポートに連結される。システムは、システム制御弁および供給源制御弁をさらに含む。システム制御弁および供給源制御弁は、開位置または閉位置に選択的に作動可能である。システム制御弁が開位置にある場合、流体が空胴と第２のポートとの間を流動することが許容され、供給源制御弁が開位置にある場合、流体が空胴と第１のポートとの間を流動することが許容される。システムは、ピストン、検出部およびコントローラをさらに含む。ピストンは、空胴を形成するシリンダー内を移動可能である。空胴は、ピストンが第１の方向に移動するにつれて増加する容量を有し、ピストンが第２の反対方向に移動するにつれて減少する容量を有する。検出部は、ピストンがシリンダー内を移動するにつれて、ピストン位置を示す１つ以上の信号を出力するように構成される。コントローラは、１つ以上の信号の少なくとも一部分に基づいて、開位置または閉位置にシステム制御弁または供給源制御弁の少なくとも１つを作動させるように構成される。

本開示のさらなる別の態様によると、ポンプが提供される。ポンプは、第１のポート、第２のポート、内孔およびピストンを含む。ピストンは、可変容積をもつ空胴を形成するように内孔内を移動可能である。ピストンは、空胴の容積を拡大および収縮するために内孔内を作動可能である。ポンプは、第１の制御弁、第２の制御弁およびコントローラをさらに含む。第１の制御弁は、第１の制御弁が開位置にある場合に第１のポートと流体連通して空胴を選択的に結合するように構成される。第２の制御弁は、第２の制御弁が開位置にある場合に第２のポートと流体連通して空胴を選択的に結合するように構成される。コントローラは、第１のポートから第２のポートへの第１の方向に、および第２のポートから第１のポートへの第２の方向（反対方向）に流体を流動させるように、ピストンが内孔内を移動するにつれて、開位置または閉位置に第１の制御弁および第２の制御弁を作動させるように構成される。

前述の態様およびこの開示に付随する有利性の多くは、添付の図面と併用された場合に、以下の詳細な説明への参照によって、より容易に理解されるであろう。

ピストンが第１の位置にある、本開示の態様による圧力コントローラの一例の略図である。 第２の位置におけるピストンを図示する、図１Ａの圧力コントローラの略図である。 本開示の態様による第１の位置におけるピストン位置検出部の一例の概略図である。 第２の位置における図２Ａのピストン位置検出部の概略図である。 図１Ａの圧力コントローラのブロック図である。 本開示の態様により形成された圧力コントローラの別の例である。

例示となる実施形態が以下に記載されるが、特許請求された主題の精神および範囲から逸脱せずに、その中に様々な変化をなすことができることが理解されるだろう。その点では、以下に説明される詳細な記載は、類似の符号が類似の構成要素を参照する添付の図面に関して、開示された主題の様々な実施形態の記載としてのみ意図されており、唯一の実施形態を表わすようには意図されない。この開示において記載される各実施形態は、単に一例または実例として提供され、他の実施形態よりも好適または有用なものとして解釈されるべきではない。本明細書に供される例示となる一例は、網羅的であるようにも、または開示を開示された厳密な形式に限定するようにも意図されない。同様に、本明細書に記載される任意のステップは、同一または実質的に同様の結果を達成するために、他のステップまたはステップの組み合わせと置き換え可能であってもよい。

以下の説明は、ポンプまたはポンプシステム、およびこのようなポンプまたはポンプシステムを用いてもよい圧力コントローラなどの圧力を制御するためのシステムの一例を提供する。一般的に記載すると、本明細書に記載される圧力コントローラの例は、様々な異なる圧力レベルで試験装置などの関連システムまたは装置内の圧力を正確にかつ精密に制御することを目的とする。その点では、本明細書に記載される圧力コントローラのいくつかの例は、小さな増分によって関連装置内の圧力を調整するように構成され、それによって、先行技術の装置と比較して、高められた圧力の制御を提供する。その上、本明細書に記載される圧力コントローラの例は、１５０のポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）未満などのような、低圧レベルの関連システムの圧力を制御することができる場合がある。さらに、本明細書に記載される圧力コントローラの例は、広範囲の流量および流動の方向を制御することができる場合がある。

より詳細に以下に記載されるように、本明細書に記載される圧力コントローラおよび／またはポンプの例は、流体圧力、流動方向および／または同種のものを調節するために、２つの電子制御弁を含んでもよい。その点で、いくつかの実施形態において、電子制御弁は、２つの切り替え可能な動作モード（真空ポンプである第１の動作モード、およびコンプレッサである第２の動作モード）を有する圧力コントローラおよび／またはポンプを提供するように、このような方式で制御されてもよい。いくつかの実施形態において、電子制御弁を用いることによって、制御される関連装置内の圧力を制御するためにより少数の弁が用いられてもよい。

圧力コントローラおよび／またはポンプの意図される機能を実行するための様々なロジックによって、電子制御弁が「制御される」ことが可能であることが、理解されるだろう。本明細書に記載されるロジックの例は、ハードウェア（例えば、アナログ回路、デジタル回路、処理ユニットなど、およびそれらの組み合わせ）、ソフトウェア、およびそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない様々な構成において実行されてもよい。構成要素が分散された環境において、構成要素は、通信リンクを介して互いにアクセス可能である。

システムまたは装置内の圧力制御用に示され記載されたが、本明細書に記載される圧力コントローラおよびポンプの例が、例えば、真空システムおよび流動制御システムなどの圧力制御が所望される他のシステムに適用されてもよいことは、理解されるべきである。その上、本明細書に記載される流体が、液体および気体を含んでもよいが、それらに限定されないことは、理解されるべきである。

ここで、図１Ａおよび図１Ｂに移ると、本開示の態様によって形成された圧力コントローラ１００の１つの実施形態が示される。図１Ａおよび図１Ｂにおいて最適に示されるように、圧力コントローラ１００は、第１電子制御弁１１０および第２電子制御弁１１２をそれぞれ介して制御される流体源１０４およびシステム１０６に選択的に接続されたポンプ１０２を含む。以上に示されたように、圧力コントローラ１００のいくつかの実施形態は、以下の２つの動作モードで機能してもよい。すなわち、（１）流体源１０４からシステム１０６へと流体を加え、それによってシステム１０６内の圧力を増加させるように構成されたコンプレッサである第１のモード、および（２）システム１０６から流体源１０４へと流体を取り除き、それによってシステム１０６内の圧力を低下させるように構成された真空ポンプである第２のモードである。

流体源１０４は、液体タンク、大気、圧力下のガス供給などとすることができる。その点では、いくつかの実施形態において、流体源１０４が、加圧流体源または大気圧における流体源であってもよいことは、理解されるべきである。他の実施形態において、流体源１０４は、真空圧であってもよい。同様に、システム１０６の実施形態は、所期の用途に依存する真空圧または大気圧において、圧力下の流体を含んでもよい。

図１Ａおよび図１Ｂに最適に示されるように、ポンプ１０２は、容積式タイプであって、シリンダー１２０と、アクチュエータ１２８を介してシリンダー１２０の内孔１２４内において往復運動で駆動されるピストン１２２と、流体源１０４およびシステム１０６にそれぞれ接続されるように構成された第１ポート１３０および第２ポート１３２とを有する筺体またはポンプヘッド１１６を含む。往復運動ピストン１２２は、シリンダー内孔１２４と併せて、ピストン１２２の１つの面上に配置された、可変容積をもつチャンバまたは空胴１３６を画定する。ピストン１２２に往復運動を伝えるために、ピストン１２２の反対側に動作可能に接続されるのはアクチュエータ１２８である。図示された実施形態において、空胴１３６は、ピストンシール１４０によって大気から封止され、流体回路１４４、ならびに第１制御弁１１０および第２制御弁１１２をそれぞれ介して、第１ポート１３０および第２ポート１３２にそれぞれ流体連通して選択的に接続される。

図１Ａおよび図１Ｂにおいて示される実施形態において、アクチュエータ１２８は、連接棒１４６およびクランク１４８の形式の回転−往復機構を備える。連接棒１４６は、第１の端部でクランク１４８に連結され、第２の端部でピストン１２２に連結される。図１Ａおよび図１Ｂに図示されるように、モータ１８０（図３）は、クランク１４８を反時計回り方向に（またはその代わりに時計回り方向に）回転させる。クランク１４８がモータによって回転されるのにつれて、連接棒１４６は、ピストン１２２を往復運動する方式でシリンダー内孔１２４内を直線的に移動させる。その点に関して、図１Ｂに最適に図示されるように、ピストン１２２が筺体１１６の流体回路１４４から離れるように移動するにつれて、空胴１３６の容量が増加し、それによって、空胴１３６内の圧力を低下させる。逆に、ピストン１４２が筺体１１６の流体回路１４４に近づくにつれて、図１Ａに最適に図示されるように、空胴１３６の容積は低下し、それによって空胴１３６内の圧力を増加させる。

連接棒／クランクの構成は、回転−往復機構の一例として図示されているが、カム、スコッチヨーク（Scottishyokes）などを含む他の回転−往復機構を本開示の実施形態で用いることができることは、理解されるだろう。その代わりに、本開示の実施形態は、往復運動方式でピストンを駆動するために、水圧または空気圧シリンダー、リニアモーターなどのリニアアクチュエーターを用いてもよい。図１Ａおよび図１Ｂの図示された実施形態が被駆動ピストン１２２を表しているが、他の実施形態は、同一または同様の作用を達成するために定置型ピストンを有する被駆動筺体１１６を用いることができる。

以上に簡潔に記載されたように、ポンプ１０２は、第１の制御弁１１０および第２の制御弁１１２を含む。図１Ａおよび図１Ｂに示された実施形態において、第１の制御弁１１０は、第１のポート１３０および流動導路１６０を介して流体源１０４に流体連通して接続され、そのため、供給源制御弁１１０と呼ばれてもよい。同様に、第２の制御弁１１２は、第２のポート１３２および流動導路１６２を介してシステム１０６に流体連通して接続され、そのため、システム制御弁１１２と呼ばれてもよい。図１Ａおよび１Ｂにおいて最適に示されるように、供給源制御弁１１０は、空胴１３６と選択的に連通して第１のポート１３０を配置するように構成され、システム制御弁１１２は、空胴１３６との選択的に連通して第２のポート１３２を配置するように構成される。すなわち、供給源制御弁１１０が開位置にある場合、筺体１１６の流体回路１４４は、流体源１０４と流体連通しており、供給源制御弁１１０が閉位置にある場合、筺体１１６の流体回路１４４は、流体源１０４と流体連通していない。同様に、図１Ｂによって最適に図示されるように、システム制御弁１１２が開位置にある場合、筺体１１６の流体回路１４４は、システム１０６と流体連通しており、システム制御弁１１２が閉位置にある場合、筺体１１６の流体回路１４４は、システム１０６と流体連通していない。

システム制御弁１１２が開位置にあり、空胴１３６内の圧力がシステム１０６内の圧力よりも大きい場合、流体は空胴１３６からシステム１０６に流動するであろうことは、理解されるべきである。システム１０６が閉システムであるならば、ポンプは、コンプレッサとして動作している。逆に、空胴１３６内の圧力がシステム１０６内の圧力未満である場合、流体はシステム１０６から空胴１３６に流れる。その点では、ポンプ１０２は、真空ポンプとして動作していてもよい。

空胴１３６からシステム１０６への流動量は、シリンダー１２０内のピストン１２２の位置に関する供給源制御弁１１０および／またはシステム制御弁１１２の開口タイミングおよび／または開口期間に基づいて制御されてもよい。例えば、圧力コントローラ１００がコンプレッサとして動作しているならば、最大流量を得るために、ピストン１２２が圧縮行程の終端に達するときに供給源制御弁１１０が開かれてもよく、ピストン１２２が膨張行程の終端に達するときにシステム制御弁１１２が開かれてもよい。逆に、小流量を得るために、供給源制御弁１１０は膨張行程において遅れて開かれてもよく、システム制御弁１１２は、強い圧縮で遅れて開かれてもよく、それによって空胴１３６内の圧力の量を制御する。したがって、圧力コントローラ１００は、システム１０６への流量を最大流量から小流量に制御することができる。さらに、圧力コントローラ１００は、システム制御弁１１２を開かないことにより、システム１０６への流れを停止してもよい。さらに、供給源制御弁１１０およびシステム制御弁１１２は、供給源制御弁１１０またはシステム制御弁１１２を通して流量を制御するために、ポンプ１２２のストロークごとに可変期間および複数回にわたって作動可能である。

供給源制御弁１１０およびシステム制御弁１１２が、適切な信号の受信に際して作動可能である任意の弁であってもよいこともまた、理解されるべきである。適切な弁は、電磁バルブ、空圧的、水圧的、または他のモータ作動制御弁、圧電制御弁などを含むが、これらに限定されない。図示された実施形態において、供給源制御弁１１０およびシステム制御弁１１２は、可動弁茎１５２およびコイル１５４を備える電磁バルブである。制御弁１１０および１１２が開位置において定常状態を有しており、適切な制御信号の受信に対応して閉位置に作動されてもよく、その代わりに、閉位置において定常状態を有しており、適切な制御信号の受信に対応して開位置に作動されてもよいことは、理解されるべきである。図１Ａおよび図１Ｂに示された実施形態において、弁１１０および１１２は、閉位置において定常状態を有しており、開位置において偏向した状態を有している。ソレノイドや圧電などのような制御弁がそれ自身クラック圧力を有しておらず、そのため、３００ｐｓｉ未満などのような低圧レベルで圧力を制御することができ、かつ／または制御されるシステム１０６内の圧力へのわずかな調整を行うことができることは、理解されるだろう。

ここで、図３のブロック図を参照すると、マイクロプロセッサ、デジタル回路などのコントローラ１６６の形式のコンピュータ装置は、ピストン１２２の動きに基づいて制御弁１１０および１１２の動作（すなわち開または閉）を制御するために提供される。図３に最適に示されるように、コントローラ１６６は、１つ以上の駆動回路１８２を介して、ピストン位置検出部１７０ならびに第１制御弁１１０および第２制御弁１１２に電気通信可能に接続される。一般的に記載すると、ピストン１２２がシリンダー内孔１２０内で往復運動するにつれて、コントローラ１６６は、ピストン１２２の（例えば、相対的または絶対的）位置を示す信号を、ピストン位置検出部１７０から受信する。１つの実施形態において、ピストン位置検出部１７０は、ピストンのストロークの始点および終点（またはそれらの付近）で信号を発生する２つの近接センサを含んでもよい。他の実施形態において、ピストン位置検出部１７０は、ピストンの位置を判定するために、線形または回転エンコーダー、ホール効果変換器、容積式変換器または誘導式変換器、電位差計などの他のセンサまたは装置を含んでもよい。連接棒やクランクなどのようなピストンに関連付けられた他の構成要素の位置を測定することによっても、ピストンの位置を判定することができることは、理解されるだろう。より詳細に以下に説明されるように、他の実施形態は、光センサをピストン位置検出部１７０として用いてもよい。

コントローラ１６６は、様々な論理規則によってピストン位置検出部１７０から受信された信号を処理し、１つ以上の駆動回路１８２に制御信号を出力する。１つ以上の駆動回路１８２は、コントローラ１６６からの制御信号を受信するのに対応して、受信された制御信号を処理し、第１制御弁１１０および第２制御弁１１２に適切な装置レベル信号（例えば、電圧、電流など）を出力する。装置レベル信号の受信に際して、制御弁１１０および１１２は、開状態から閉状態または閉状態から開状態などのように状態を変更する。１つの実施形態において、コントローラ１６６は、また、アクチュエータ駆動回路１８４を介してアクチュエータ１２８のモータ１８０を制御してもよい。

ポンプ１０２の１つの実施形態の動作が、ここで、図１Ａおよび図１Ｂを参照して記載されるだろう。流体源１０４からシステム１０６に流体をポンプで送り込むために、コントローラ１６６は、以下の方式で制御弁１１０および１１２を動作させる。ピストン１２２がその圧縮行程（ピストンが図１Ａおよび図１Ｂにおいて右から左に動くこと）の終端に達するにつれて、コントローラ１８０は、供給源制御弁１１０を開き、システム制御弁１１２を閉じる。制御弁１１０および１１２は、ピストン１２２が図１Ａに示されたピストン位置から図１Ｂに示されるピストン位置に移動されるにつれて、このような状態にとどまる。空胴１３６の容積が膨張しているので、空胴１３６の中の圧力は低下する。流体源１０４内の流体が高圧であるならば、流体源からの流体は、空胴１３６内に吸い込まれる。ピストン１２２が一旦その膨張行程（ピストンが図１Ａおよび図１Ｂにおいて左から右に動くこと）の終端に達すれば、コントローラ１６６は、供給源制御弁１１０を閉じ、システム制御弁１１２を開く。制御弁１１０および１１２は、ピストン１２２が図１Ｂに示されたピストン位置から図１Ａに示されるピストン位置に移動されるにつれて、このような状態にとどまる。空胴１３６の容積が減少しているので、空胴１３６の中の圧力は増大する。空胴１３６内の圧力がシステム１０６内の圧力よりも大きいならば、空胴１３６を占める流体は、システム１０６の中へ押し進められる。システム１０６が閉じていれば、ポンプ１０２は、コンプレッサとして機能するだろう。

真空ポンプとしてポンプ１０２を動作する（例えばシステム１０６から流体を取り除く）ために、制御弁１１０および１１２がまさに記載したのと逆の方式で動作されることは、理解されるだろう。その点に関して、真空ポンプとして機能するポンプ１０２の動作がここで記載される。ピストン１２２がその圧縮行程（ピストンが図１Ａおよび図１Ｂにおいて右から左に動くこと）の終端に達するにつれて、コントローラ１８０は、システム制御弁１１２を開き、供給源制御弁１１０を閉じる。制御弁１１０および１１２は、ピストン１２２が図１Ａに示されたピストン位置から図１Ｂに示されるピストン位置に移動されるにつれて、このような状態にとどまる。空胴１３６の容積が膨張しているので、空胴１３６の中の圧力は低下する。システム１０６内の流体がより高圧であるならば、システム１０６からの流体は、空胴１３６の中に吸い込まれる。ピストン１２２が一旦その膨張行程（ピストンが図１Ａおよび図１Ｂにおいて左から右に動くこと）の終端に達すれば、コントローラ１６６は、システム制御弁１１２を閉じ、供給源制御弁１１０を開く。制御弁１１０および１１２は、ピストン１２２が図１Ｂに示されたピストン位置から図１Ａに示されるピストン位置に移動されるにつれて、このような状態にとどまる。空胴１３６の容積が減少しているので、空胴１３６の中の圧力は増大する。空胴１３６内の圧力が流体源１０４内の圧力よりも大きいならば、空胴１３６を占める流体は、流体源１０４の中へ押し進められる。システム１０６が閉じていれば、ポンプ１０２は、真空ポンプとして機能するだろう。

ここで、図２Ａおよび図２Ｂに移ると、ピストン位置検出部１７０の別の実施形態が記載されるだろう。図２Ａおよび図２Ｂに最適に示されるように、ピストン位置検出部１７０は、光源１７２が光センサ１７４と一直線に並ぶように光センサ１７４から間隔を置かれた距離に取り付けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源１７２を含む。光センサ１７４は、図２Ａに最適に図示されるように、光源１７２から発する光線１７６を検知するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、光センサ１７４は、信号発生装置に連結されてもよい。

示された実施形態において、光源１７２は、クランク１４８が完全な回転を終えるごとに、図２Ｂに最適に図示されるように、連接棒１４６の一部が光源１７２から発せられた光線１７６を遮るように配置されてもよい。連接棒１４６の一部が光線１７６を遮るにつれて、光センサ１７４によって検知される光の量が低減される。検知された光強度のこの低減に対応して、光センサ１７４は、コントローラ１６６に出力する信号を発生するように構成されてもよい。代替的な実施形態において、光センサ１７４は、コントローラ１６６に出力する信号を、検知された光強度の低減に対応して、発生するように構成された信号発生装置に連結されてもよい。ピストン１２２の位置は、連接棒１４６の一部が光線１７６を遮る場合、ポンプ１０２の既知構造に基づいて認識されることは、理解されるべきである。したがって、発生した信号は、信号が発生された時点でのピストン１２２の位置を伝達する。

図示された実施形態において、連接棒１４６は、クランク１４８の各々の回転の間に光源１７２から発せられた光線１７６を一旦遮る。クランク１４８または連接棒１４６上の任意の機能部が、光源１７２から発せられた光線１７６を遮るように構成され、かつ、その遮断が１つのサイクルの間に何回も起こってもよいことは、理解されるべきである。

ピストン位置検出部１７０の出力からピストン１２２の位置を判定することに加えて、ピストンの速度や方向などの他のオペレーティングパラメータを取得することができる。図３に戻ると、いくつかの実施形態において、コントローラ１６６は、タイマー１８６を含む、またはタイマー１８６に連結されてもよい。ピストン位置検出部１７０からの発生信号（ここでは第１の信号と呼ばれる）を受信するのに対応して、コントローラ１６６は、タイマー１８６を起動するように構成されてもよい。クランク１４８が後続の回転を完了すると、連接棒１４６の一部は、ピストン位置検出部１７０の光線１７６を再び遮り、それによって、コントローラ１６６に出力する第２の信号をピストン位置検出部１７０に発生させる。第２の信号を受信するのに呼応して、コントローラ１６６は、タイマー１８６を停止するように構成されてもよい。

好適なプログラマブルロジックまたはアルゴリズムを用いて、コントローラ１６６は、第１の信号および第２の信号に基づいて、クランク１４８の回転速度またはピストン１２２のサイクル速度を判定する能力がある。コントローラ１６６は、クランク１４８の後続の回転の間の任意の所与の時間にシリンダー１２０内のピストン１２２の位置および方向を予測するために、ピストン位置検出部１７０によって信号が発生される場合に、判定されたピストン１２２の速度およびピストン１２２の既知位置を用いるように構成されてもよい。このデータにより、コントローラ１６６は、さらに、供給源制御弁１１０および／またはシステム制御弁１１２を所望の順序や期間などでドライバー回路１８２に作動させるための制御信号のタイミングを判定するように構成されてもよい。

例えば、１つの実施形態において、ピストン１２２の移動の位置および方向に依存して、コントローラ１６６は、空胴１３６を通じて最大流量を維持するために、供給源制御弁１１０およびシステム制御弁１１２を開位置から閉位置に交互に作動させる。別の実施形態において、ピストン１２２の移動の位置および方向に依存して、コントローラ１６６は、システム１０６内の圧力を維持し調整するために、供給源制御弁１１０およびシステム制御弁１１２を開位置から閉位置に交互に作動させる。

供給源制御弁１１０および／またはシステム制御弁１１２が開いたままである期間は、コントローラ１６６がシステム１０６の圧力を維持するまたは調整するために適切に判定する圧力の量に依存してもよいことは、理解されるべきである。少ない増分の圧力変化は、ピストン１２２の膨張行程および／または圧縮行程の一部のみのために供給源制御弁１１０およびシステム制御弁１１２の１つまたは両方を開くことにより達せられてもよい。供給源制御弁１１０および／またはシステム制御弁１１２は、システム１０６内の圧力を調節する（例えば、維持または調節する）ために、ピストン１４４の単一サイクル間に可変期間で複数回作動されてもよいことが、理解されるべきである。いくつかの実施形態において、制御弁１１０および１１２が、膨張行程および／または圧縮行程の一部に沿って同時に開かれまたは閉じられてもよい。

いくつかの実施形態において、圧力コントローラ１００は、さらに、図１Ａおよび図１Ｂに図示されるように、システム１０６の流体圧力を測定することができる圧力センサ１９０を含む。圧力センサ１９０は、圧力フィードバック信号をコントローラ１６６に提供するためにコントローラ１６６に連結されてもよい。動作において、コントローラ１６６は、圧力の差を識別するために、フィードバック信号を、システム１０６のための所望の圧力と比較する。次に、コントローラ１６６は、制御弁１１０および１１２の制御を調整するために圧力の差を利用する。

図４は、本開示の態様により形成された圧力コントローラ２００の別の実施形態である。圧力コントローラ２００は、ここで記載される違いを除いて、圧力コントローラ１００と同様の構造および動作を有している。図４に最適に示されるように、圧力コントローラは、システム１０６と選択的に流動連通するポート１３２を接続する制御弁２１４などのような１つ以上の付加的な制御弁を含んでもよい。制御弁２１４は、コントローラ１６６によって制御することができる本明細書に記載されたものを含む任意の制御弁とすることができる。動作において、制御弁２１４は、システム１０６の中またはシステムの外への流体の流れを測定する。このような配置の利点は、わずかな増加量の圧力調整を行うことができる一方で、例えば、ポンプで送り込む機能からの圧力制御の機能の分離を含む。制御弁２１４に加えて、または制御弁２１４の代わりに、制御弁２１６を、ポンプ１０２とは異なる流体排出／供給２１８にシステム１０６を接続するために用いることができる。

本開示の様々な原理、代表的な実施形態、および動作モードが、前述の説明において記載された。しかしながら、保護されるように意図される本開示の態様は、開示された特定の実施形態に限定されるように解釈されることはできない。さらに、本明細書に記載された実施形態は、限定的であるというより、むしろ例示的であるとして見なされるべきである。本開示の精神から逸脱せずに、その他のものおよび用いられた等価物によって、変形や変更がなされてもよいことが、理解されるだろう。したがって、すべてのこのような変形、変化、および等価物が、特許請求された主題の精神および範囲内に含まれることが明確に意図される。

独占的な権利または特権が請求される本発明の実施形態は、以下のように規定される。

Claims (23)

1. 第１のポートと第２のポートと空胴とを含む筺体であって、前記空胴が前記圧力コントローラの動作の間に拡大し収縮する可変容積を有する、前記筺体と、
   開状態と閉状態とを有する第１の制御弁であって、前記第１の制御弁が前記開位置にある場合に前記第１のポートを介して流体源と流体連通して前記空胴を選択的に接続する前記第１の制御弁と、
   開状態と閉状態とを有する第２の制御弁であって、前記第２の制御弁が前記開位置にある場合に前記第２のポートを介して制御されるシステムと流体連通して前記空胴を選択的に接続する前記第２の制御弁と、
   ２つの動作モードにおいて前記圧力コントローラを動作させるように、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁を前記開状態と前記閉状態との間で作動させるように構成されたコンピュータ装置であって、前記第１の動作モードは、前記流体源から前記システムに流体を供給するように構成されたコンプレッサとしてであり、前記第２の動作モードは、前記システムから流体を取り除くように構成された真空ポンプとしてである、前記コンピュータ装置と
   を備える、圧力コントローラ。
2. 前記コンピュータ装置は、前記第２の制御弁を通じて異なる流量を供給するために期間を変更するための前記第１の制御弁および前記第２の制御弁を作動させるように構成された、請求項１に記載の圧力コントローラ。
3. 制御される前記システムの前記流体圧力を測定するように構成され、前記システム内の圧力を示すフィードバック信号を前記コンピュータ装置に提供するために前記コンピュータ装置に連結された圧力センサをさらに備える、請求項２に記載の圧力コントローラ。
4. 前記コンピュータ装置は、前記第１の制御弁および／または前記第２の制御弁のうちの１つをいつ作動させるかを判定するために前記フィードバック信号を用いる、請求項３に記載の圧力コントローラ。
5. 内孔を規定するシリンダーと、
   前記シリンダーの内孔内に配置され、それによって前記空胴を形成するピストンであって、前記空胴内の圧力を変更するために前記内孔内で作動可能であるピストンと、
   前記ピストンの位置を検出するように構成されたピストン位置検出部と、
   をさらに備え、
   前記コンピュータ装置は、前記ピストンの前記位置の少なくとも一部分に基づいて前記第１の制御弁および前記第２の制御弁の少なくとも１つを制御するように構成された、請求項１に記載の圧力コントローラ。
6. 前記ピストンは、前記シリンダー内孔内で、往復運動方式で第１の位置と第２の位置との間で移動し、前記ピストン位置検出部は、前記シリンダー内で往復運動する前記ピストンの１つのサイクルにつき前記ピストンの位置を１回検出する、請求項５に記載の圧力コントローラ。
7. 前記ピストン位置検出部は、光センサに一直線に並んだ光源を備え、前記光源は、前記光センサに向かって光を発するように構成され、前記光センサは、前記光源によって発せられた前記光を検知するように構成された、請求項５に記載の圧力コントローラ。
8. 前記コンピュータ装置は、前記ピストン位置検出部によって検出された１つ以上のピストン位置からの前記ピストンの速度および現在位置を計算するように構成された、請求項５に記載の圧力コントローラ。
9. 前記コンピュータ装置は、前記ピストンの前記速度および前記現在位置の少なくとも一部分に基づいて、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁のうちの１つ以上を制御するように構成された、請求項８に記載の圧力コントローラ。
10. 前記第１の制御弁および前記第２の制御弁は、電磁バルブである、請求項１に記載の圧力コントローラ。
11. 装置の圧力を制御するためのシステムであって、
    第１のポートと、前記装置と流体連通して連結された第２のポートと、前記第１のポートおよび前記第２のポートと流体連通して接続された空胴とを有する筺体と、
    前記第１のポートに連結された流体源と、
    開位置または閉位置に選択的に作動可能であるシステム制御弁であって、前記システム制御弁が前記開位置にある場合、流体が前記空胴と前記第２のポートとの間で流動することが許容されるシステム制御弁と、
    開位置または閉位置に選択的に作動可能である供給源制御弁であって、前記供給源制御弁が前記開位置にある場合、流体が前記空胴と前記第１のポートとの間で流動することが許容される供給源制御弁と、
    前記空胴を形成するシリンダー内で移動可能なピストンであって、前記空胴が、前記ピストンが前記第１の方向に移動するにつれて増加し、かつ前記ピストンが第２の対向する方向に移動するにつれて減少する容積を有する、前記ピストンと、
    前記ピストンが前記シリンダー内を移動するにつれて、前記ピストン位置を示す１つ以上の信号を出力するように構成された検出部と、
    前記１つ以上の信号の少なくとも一部分に基づいて前記開位置または前記閉位置に前記システム制御弁または前記供給源制御弁の少なくとも１つを作動させるように構成されたコントローラと
    を備える、システム。
12. 前記ピストンは、前記シリンダー内の第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、前記システム制御弁または前記供給源制御弁の少なくとも１つは、前記第１の位置から前記第２の位置に、または前記第２の位置から前記第１の位置に、前記ピストンが移動するために要する時間未満の期間の間、前記開位置にある、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ピストンを第１の位置と第２の位置との間で移動するように構成されたアクチュエータをさらに備え、前記空胴は、前記ピストンが前記第１の位置から前記第２の位置に移動するにつれて容積を増加し、前記ピストンが前記第２の位置から前記第１の位置に移動するにつれて容積を減少する、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記ピストン位置検出部は、光センサに一直線に並んだ光源を含み、前記１つ以上の信号は、前記光源から発せられた光線を遮る前記アクチュエータの一部に呼応して前記ピストン位置検出部によって発生される、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記ピストン位置検出部は、前記ピストンが前記第１の位置から前記第２の位置に動き、そして前記第１の位置へ戻ることを含む１つのサイクルを完結するごとに、前記ピストンの位置を検出するように構成された、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記ピストン位置検出部は、前記ピストンの複数の位置を検出し、前記検出された複数の位置に応答して複数の対応する信号を発生するように構成された、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記コントローラは、前記複数の対応する信号に基づいて前記ピストンの速度を判定するように構成された、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記第２のポートを前記装置に選択的に連結するように構成された第３の制御弁をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
19. 前記システム制御弁および前記供給源制御弁は、電磁バルブである、請求項１１に記載のシステム。
20. 第１のポートおよび第２のポートと、
    内孔と、
    可変容積をもつ空胴を形成するように前記内孔内を移動可能なピストンであって、前記空胴の前記容積を拡大および収縮するために前記内孔内を作動可能である前記ピストンと、
    第１の制御弁が開位置にある場合に前記第１のポートと流体連通して前記空胴を選択的に結合するように構成された第１の制御弁と、
    第２の制御弁が開位置にある場合に前記第２のポートと流体連通して前記空胴を選択的に結合するように構成された第２の制御弁と、
    前記第１のポートから前記第２のポートへの第１の方向に、および前記第２のポートから前記第１のポートへの第２の対向する方向に流体を流動させるように、前記ピストンが前記内孔内を移動するにつれて、前記開位置または前記閉位置に前記第１の制御弁および前記第２の制御弁を作動させるように構成されたコントローラと、
    を備える、ポンプ。
21. 前記コントローラへの出力のために、少なくとも前記ピストンの位置および前記ピストンの速度を検出するように構成された１つ以上のセンサをさらに備え、前記コントローラは、前記１つ以上のセンサの前記出力の少なくとも一部分に基づいて前記第１の制御弁および前記第２の制御弁のうちの１つまたは両方を作動させるように構成された、請求項２０に記載のポンプ。
22. 前記コントローラは、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁が前記流動量を制御するために前記開位置にある前記期間を制御するように構成された、請求項２０に記載のポンプ。
23. 前記コントローラは、前記流動量を制御するために前記内孔内の前記ピストンの前記位置に基づいて、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁が前記開位置にある前記タイミングを制御するように構成された、請求項２０に記載のポンプ。