JP4102329B2 - 正圧及び負圧を送り出す能力を備えた比例型圧力調整器 - Google Patents
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Description
或る種の空気圧システムは、コース調整及び(又は)大量空気圧制御を伴う機械式調整器を依然として利用している。しかしながら、空気系統圧力の正確且つ微調整制御が必要な場合、調整器は技術的に急発展を遂げた。技術の現状では、出力圧力を調整する電気的に制御されるアクチュエータ、多くの場合ソレノイドを含む圧力調整器が提供されている。圧力フィードバックも又、より応答性の高い制御のために利用される。この場合、変換器は、圧力を検出し、これを出力の制御を助けるためにフィードバック制御回路によって用いられる電気信号に変換するよう使用できる。このように、系統圧力は、特定の方法からのフィードバック測定値又は下流側の出力圧力を用いて所定の設定値付近に調整される。
ヒュー等に付与された米国特許第6,113,480号明細書は、研磨工程を制御するために排気ベントと共に負圧及び正圧を用いるウェーハ研磨装置を開示している。ヒューの米国特許第6,113,480号明細書に記載されているように排気ベントを用いると、必要な場合に、供給圧力の迅速且つほぼ瞬時減少又は完全除去を可能にすることにより空気圧調整回路の応答時間が短くなる。これにより、例えば調整された正圧から負圧への変化又はこの逆の変化の場合に、一方の圧力から他方の圧力への非常に迅速な制御変化が可能になる。かくして、制御される空気圧装置を正確な操作で一層正確に且つ細かく制御することができる。
本発明の他の利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読むと一層よく理解されよう。
充填調整弁14と排気弁16は両方共、好ましい実施形態においては二方弁として機能するよう特定の仕方で用いられる構造的には四方弁である。当業者であれば、本発明においては、本発明の範囲から逸脱することなく、二方弁及び三方弁も利用できることは理解されるべきである。しかしながら、本明細書に開示する特定の実施形態では、好ましい実施形態において四方弁を用いることは、二重出口経路を考慮に入れており、これによりフローキャパシティが高くなる。
複数の弁座134,136,138,140が、弁ボア96内に設けられている。弁座134,136,138,140はそれぞれ、弁要素114,116,118,120と協働して以下に詳細に説明するように弁体80内の種々の通路を密封する。弁座134,136,138,140は、弁部材96が特定の出口ポートに対し閉鎖位置にあるとき、弁要素114,116,118,120の弁密封面と密着し、それにより、そのポートへの加圧空気の流れを遮断する。
入口50,52及び排気ポート56からの圧力の流れを出口54に導くため、本体12は、一連の内部通路を更に有している。図5、図6及び図7A〜図9Cは、本体12中の種々の流れ通路を示している。上述したように、本体は、頂部フェース38及び底部フェース40を有し、図5を参照しながらこの説明の目的上、これら表面は、水平面内に設定されていると考えられる。かくして、図5及び図6に示すように、本体12の第1の入口通路は、第1の水平入口通路300及び第1の垂直入口通路302を有している。第1の入口通路300は、第1の入口ポート50と第1の垂直入口通路302との流体連通を可能にする。第1の垂直入口通路302は、充填調整弁14に協働的に連結されていて、入口50のところに到来する正圧の源が充填調整弁14に通じるようになっている。
本体12の排気通路は、1対の垂直排気通路310,312及び主排気通路314を有している。主排気通路314は、1対の垂直排気通路310,312を介して排気ポート56と排気弁16との流体連通を可能にし、排気ポート56のところの大気圧力又はベント圧力の源が排気弁16に通じるようになっている。
第2の垂直チャージ通路332は、真空調整弁20の出口及びこれ又主チャージ通路320に連結されている第2の水平チャージ通路330と流体連通状態にあり、したがって真空調整弁20を作動させると、負圧空気源が真空調整弁20から出口54に提供されるようになっている。
フィードバック通路336は、以下に詳細に説明するようにフィードバック圧力信号を生じさせるよう第2の水平チャージ通路330と制御回路組立体24の圧力変換器との流体連通を可能にする。かくして、主チャージ通路320、それにより出口54には、比例型圧力調整器組立体10の動作状態に応じて、正圧、負圧又は排気圧が提供される。
複数の弁座534,536が、弁ボア496内に設けられている。弁座534,536はそれぞれ、弁要素514,516と協働して以下に詳細に説明するように弁体480内の種々の通路を密封する。弁座534,536は、弁部材496が特定の出口ポートに対し閉鎖位置にあるとき、弁要素514,516の弁密封面と密着し、それにより、そのポートへの加圧空気の流れを遮断する。
また、好ましい実施形態では、図示のように、本体12への相対的な弁の配置及び本体12の内部通路とのこれらの相互作用は、負の入力圧力とは異なり、正の入力圧力の良好な制御及び調整をもたらすことは注目されるべきである。本発明のこの特徴は、用途次第であり、本体12上における弁14,16,20の配置状態は、負の入力圧力の良好な制御及び調整を得ることができ又は両方の圧力入力の制御及び調整を均等に取り扱うよう互換性があることは更に理解されるべきである。
12 本体
14 充填調整弁
16 排気弁
20 真空調整弁
22 ファンクションプレート
24 制御回路組立体
60 弁体
64 アクチュエータ
80 弁ボア
82 入口ポート
86,88 出口又はシリンダポート
Claims (19)
- 比例型空気圧調整器組立体(10)であって、正の空気圧源と流体連通するようになった第1の入口(50)、負の空気圧源と流体連通するようになった第2の入口(52)、少なくとも1つの空気圧作動式装置と流体連通するようになった少なくとも1つの出口(54)及び排気ポート(56)を備えた本体(12)を有し、
前記第1の入口(50)及び前記出口(54)と流体連通状態にある充填調整弁(14)を有し、前記充填調整弁(14)は、前記充填調整弁(14)を作動させると、前記第1の入口(50)から前記出口を通り空気圧作動式装置まで正圧源を所定値に調整するようになっており、
前記第2の入口ポート(52)及び前記出口(54)と流体連通状態にある真空調整弁(20)を有し、前記真空調整弁(20)は、前記真空調整弁(20)を作動させると、前記第2の入口(52)から前記出口(54)を通り空気圧作動装置まで負圧源を所定値に調整するようになっており、
前記出口(54)と流体連通状態にある排気弁(16)を有し、前記排気弁は、前記排気弁(16)を作動させると、前記出口(54)から前記排気ポート(56)を通る圧力を排出するよう動作でき、
前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)及び前記排気弁(16)と電気的連絡状態にある制御回路組立体(24)を有し、前記制御回路組立体(24)は、指令信号を受け取り、指令信号に応答して前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)又は前記排気弁(16)を作動させるようになっており、前記制御回路組立体(24)は更に、フィードバック信号を受け取り、フィードバック信号に応答して前記充填調整弁(14)を通る正の空気圧の大きさ又は前記真空調整弁(20)を通る負の空気圧の大きさを調整するようになっており、
前記本体(12)と前記充填調整弁(14)及び前記排気弁(16)との間に設けられたファンクションプレート(22)を更に有し、前記ファンクションプレート(22)は、前記第1の入口(50)と前記充填調整弁(14)との間及び前記出口(54)と前記排気弁(16)との間を流体連通させる内部通路を有し、前記ファンクションプレート(22)の向きは、前記充填調整弁(14)及び前記排気弁(16)が常開であるか常閉であるかをあらかじめ決定するようになっている、
ことを特徴とする比例型空気圧調整器組立体(10)。 - 前記本体(12)は、フィードバック圧力を前記制御回路組立体(24)に与えるよう前記少なくとも1つの出口(54)と流体連通状態にある内部フィードバック通路(336)を更に有していることを特徴とする請求項1記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記充填調整弁(14)は、ソレノイド(78)及び戻しばね(130)を備えたアクチュエータ(62)を有し、前記アクチュエータ(62)は、前記ソレノイド(78)が前記制御回路組立体(24)によって付勢されると、これに応答して前記充填調整弁(14)を第1の位置から第2の位置に選択的に動かすよう動作でき、前記アクチュエータ(62)は更に、前記ソレノイド(78)が消勢されると、これに応答して前記戻しばね(130)の作用により前記充填調整弁(14)を第2の位置から第1の位置に戻すよう動作できることを特徴とする請求項1記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記真空調整弁(20)は、アクチュエータ(462)を有し、前記アクチュエータは、ソレノイド(478)及び戻しばね(530)を備え、前記アクチュエータ(462)は、前記ソレノイド(478)が前記制御回路組立体(24)によって付勢されると、これに応答して前記真空調整弁(20)を第1の位置から第2の位置に選択的に動かすよう動作でき、前記アクチュエータ(462)は更に、前記ソレノイド(478)が消勢されると、これに応答して前記戻しばね(530)の作用により前記真空調整弁(20)を第2の位置から第1の位置に戻すよう動作できることを特徴とする請求項1記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記排気弁(16)は、アクチュエータ(162)を有し、前記アクチュエータは、ソレノイド(178)及び戻しばね(230)を備え、前記アクチュエータ(162)は、前記ソレノイド(178)が前記制御回路組立体(24)によって付勢されると、これに応答して前記排気弁(16)を第1の位置から第2の位置に選択的に動かすよう動作でき、前記アクチュエータ(162)は更に、前記ソレノイド(178)が消勢されると、これに応答して前記戻しばね(230)の作用により前記排気弁(16)を第2の位置から第1の位置に戻すよう動作できることを特徴とする請求項1記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記制御回路組立体(24)は、回路基板(610)及び圧力変換器(612)を有し、前記回路基板(610)は、比例積分微分フィードバック回路(622)、調整器ドライバ回路(624)、圧力/真空/排気選択回路(626)及び指令信号濾波回路(628)を更に有し、前記制御回路組立体(24)は、制御信号及びフィードバック信号を受け取って前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)及び前記排気弁(16)の作動を操作的に制御するようになっていることを特徴とする請求項1記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記制御回路組立体(24)の前記変換器(612)は、前記少なくとも1つの出口(54)からのフィードバック圧力をフィードバック信号に変換するよう前記本体(12)の前記フィードバック通路(336)内に設けられていることを特徴とする請求項6記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記制御回路組立体(24)の前記変換器(612)は、前記回路基板(610)上の前記比例積分微分フィードバック回路(622)と電気的連絡状態にあり、前記変換器(612)は、フィードバック信号を前記比例積分微分フィードバック回路(622)に与えるようになっており、前記比例積分微分フィードバック回路(622)は、前記調整器ドライバ回路(624)に与えられる複合フィードバック信号を生じさせるようになっていることを特徴とする請求項7記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記調整器ドライバ回路(624)は、充填調整弁ドライバ回路(684)、真空調整弁ドライバ回路(686)及び排気弁ドライバ回路(690)を含み、前記ドライバ回路は、前記指令入力信号に応答して前記充填調整弁アクチュエータ(62)、前記真空調整弁アクチュエータ(462)又は前記排気弁アクチュエータ(162)を制御することにより所望の出力圧力設定値を生じさせるよう所要の動作電圧を操作的に発生させるようになっており、更に前記比例積分微分フィードバック回路(622)からの前記複合フィードバック信号に応答して前記充填調整弁アクチュエータ(62)、前記真空調整弁アクチュエータ(462)又は排気弁アクチュエータ(162)を所望の出力圧力設定値付近に調整し、かくして、所望の出力圧力設定値付近への出力圧力の調整を可能にすることを特徴とする請求項6記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記圧力/真空/排気選択回路(626)は、充填調整弁制御回路(634)、真空調整弁制御回路(640)及び排気弁制御回路(636)を含み、前記圧力/真空/排気選択回路(626)は、受け取った指令信号に応答してホールドオフ電圧を前記充填調整弁ドライバ回路(684)、前記真空調整弁ドライバ回路(686)又は前記排気弁ドライバ回路(690)のいずれかに選択的に印加して前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)又は前記排気弁(16)のいずれかを個々に作動させて、選択されなかった弁が、安全対策として、指令により選択された弁の作動中、作動するのが阻止されるようになっていることを特徴とする請求項9記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 比例型空気圧調整器組立体(10)であって、正の空気圧源と流体連通するようになった第1の入口(50)、負の空気圧源と流体連通するようになった第2の入口(52)、及び少なくとも1つの出口(54)を備えた本体(12)と、前記本体(12)上に支持され、前記第1の入口(50)及び前記出口(54)と流体連通状態にある充填調整弁(14)と、前記本体(12)上に支持され、前記第2の入口(52)及び前記出口(54)と流体連通状態にある真空調整弁(20)と、前記本体(12)上に支持され、前記出口(54)と流体連通状態にある排気弁(16)と、前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)及び前記排気弁(16)と電気的連絡状態にある制御回路組立体(24)とを有し、前記制御回路組立体(24)は、指令信号を受け取り、指令信号に応答して前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)又は前記排気弁(16)を作動させるようになっており、前記制御回路組立体(24)は更に、フィードバック信号を受け取り、フィードバック信号に応答して前記充填調整弁(14)を通る正の空気圧の大きさ又は前記真空調整弁(20)を通る負の空気圧の大きさを調整するようになっており、
前記本体(12)と前記充填調整弁(14)及び前記排気弁(16)との間に設けられたファンクションプレート(22)を更に有し、前記ファンクションプレート(22)は、前記第1の入口(50)と前記充填調整弁(14)との間及び前記出口(54)と前記排気弁(16)との間を流体連通させる内部通路を有し、前記ファンクションプレート(22)の向きは、前記充填調整弁(14)及び前記排気弁(16)が常開であるか常閉であるかをあらかじめ決定するようになっている、
ことを特徴とする比例型空気圧調整器組立体(10)。 - 前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)及び前記排気弁(16)は各々、別個のアクチュエータ(62,462,162)を有し、前記別個のアクチュエータは各々、ソレノイド(78,478,178)及び戻しばね(130,530,230)を有し、前記ソレノイドが前記制御回路組立体によって付勢されると、これに応答してこれらと対応関係にある弁を第1の位置から第2の位置に選択的に動かすよう動作でき、前記別個のアクチュエータは各々更に、前記ソレノイドが消勢されると、これに応答して前記戻しばねの作用によりこれらと対応関係にある弁を第2の位置から第1の位置に戻すよう動作できることを特徴とする請求項11記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記制御回路組立体(24)は、回路基板(610)及び圧力変換器(612)を有し、前記変換器(612)は、フィードバック圧力信号を前記制御回路基板(610)に与えるよう動作し、前記回路基板(610)は、調整器ドライバ回路(624)、圧力/真空/排気選択回路(626)、指令信号濾波回路(628)及びフィードバック圧力信号を受け取ってこれを複合フィードバック信号に処理するようになった比例積分微分フィードバック回路(622)を更に有していることを特徴とする請求項11記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記調整器ドライバ回路(624)は、充填調整弁ドライバ回路(684)、真空調整弁ドライバ回路(686)及び排気弁ドライバ回路(690)を含み、前記ドライバ回路は、前記指令入力信号に応答して前記充填調整弁アクチュエータ(62)、前記真空調整弁アクチュエータ(462)又は前記排気弁アクチュエータ(162)を制御することにより所望の出力圧力設定値を生じさせるよう所要の動作電圧を操作的に発生させるようになっており、更に前記比例積分微分フィードバック回路(622)からの前記複合フィードバック信号に応答して前記充填調整弁アクチュエータ(62)、前記真空調整弁アクチュエータ(462)又は排気弁アクチュエータ(162)を所望の出力圧力設定値付近に調整し、かくして、所望の出力圧力設定値付近への出力圧力の調整を可能にすることを特徴とする請求項13記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記圧力/真空/排気選択回路(626)は、充填調整弁制御回路(634)、真空調整弁制御回路(640)及び排気弁制御回路(636)を含み、前記圧力/真空/排気選択回路(626)は、受け取った指令信号に応答してホールドオフ電圧を前記充填調整弁ドライバ回路(684)、前記真空調整弁ドライバ回路(686)又は前記排気弁ドライバ回路(690)のいずれかに選択的に印加して前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)又は前記排気弁(16)のいずれかを個々に作動させて、選択されなかった弁が、安全対策として、指令により選択された弁の作動中、作動するのが阻止されるようになっていることを特徴とする請求項14記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 比例型空気圧調整器組立体(10)であって、第1の入口(50)、第二の入口(52)、及び少なくとも1つの出口(54)を備えた本体(12)と、前記本体(12)上に支持され、前記第1の入口(50)及び前記出口(54)と流体連通状態にある充填調整弁(14)と、前記本体(12)上に支持され、前記第2の入口(52)及び前記出口(54)と流体連通状態にある真空調整弁(20)と、前記本体(12)上に支持され、前記出口(54)と流体連通状態にある排気弁(16)と、前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)及び前記排気弁(16)と電気連絡状態にあり、指令信号を受け取って前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)又は前記排気弁(16)を作動させるようになっており、更にフィードバック信号を受け取って、指令信号から決定される出力圧力を比例的に制御するようになっている電子制御回路(24)とを有し、
前記本体(12)と前記充填調整弁(14)及び前記排気弁(16)との間に設けられたファンクションプレート(22)を更に有し、前記ファンクションプレート(22)は、前記第1の入口(50)と前記充填調整弁(14)との間及び前記出口(54)と前記排気弁(16)との間を流体連通させる内部通路を有し、前記ファンクションプレート(22)の向きは、前記充填調整弁(14)及び前記排気弁(16)が常開であるか常閉であるかをあらかじめ決定するようになっている、
ことを特徴とする比例型空気圧調整器組立体(10)。 - 前記電子制御回路(24)は、比例積分微分フィードバック回路(622)、調整器ドライバ回路(624)、圧力/真空/排気選択回路(626)及び指令信号濾波回路(628)を更に有し、前記比例積分微分フィードバック回路(622)は、前記調整器ドライバ回路(624)に与えられる複合フィードバック信号を生じさせるようになっていることを特徴とする請求項16記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記調整器ドライバ回路(624)は、充填調整弁ドライバ回路(684)、真空調整弁ドライバ回路(686)及び排気弁ドライバ回路(690)を含み、前記ドライバ回路は、前記指令入力信号に応答して前記充填調整弁アクチュエータ(62)、前記真空調整弁アクチュエータ(462)又は前記排気弁アクチュエータ(162)を制御することにより所望の出力圧力設定値を生じさせるよう所要の動作電圧を操作的に発生させるようになっており、更に前記比例積分微分フィードバック回路(622)からの前記複合フィードバック信号に応答して前記充填調整弁アクチュエータ(62)、前記真空調整弁アクチュエータ(462)又は排気弁アクチュエータ(162)を所望の出力圧力設定値付近に調整し、かくして、所望の出力圧力設定値付近への出力圧力の調整を可能にすることを特徴とする請求項17記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
- 前記圧力/真空/排気選択回路(626)は、充填調整弁制御回路(634)、真空調整弁制御回路(640)及び排気弁制御回路(636)を含み、前記圧力/真空/排気選択回路(626)は、受け取った指令信号に応答してホールドオフ電圧を前記充填調整弁ドライバ回路(684)、前記真空調整弁ドライバ回路(686)又は前記排気弁ドライバ回路(690)のいずれかに選択的に印加して前記充填調整弁(14)、前記真空調整弁(20)又は前記排気弁(16)のいずれかを個々に作動させて、選択されなかった弁が、安全対策として、指令により選択された弁の作動中、作動するのが阻止されるようになっていることを特徴とする請求項18記載の比例型空気圧調整器組立体(10)。
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