JP5199163B2

JP5199163B2 - 液圧制御装置

Info

Publication number: JP5199163B2
Application number: JP2009085867A
Authority: JP
Inventors: 徹丹羽; 謙彦井口; 彰浩伊藤; 功長崎
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010236433A

Description

本発明は、タンク内に貯留された液体をノズルから所定の圧力で吐出するための液圧制御装置に関する。

液圧制御装置は、タンク内に貯留された液体をノズルから所定の圧力、すなわち安定した吐出量で滴下するようにしたものである。ノズルから吐出される液体の吐出圧力を一定に維持するためには、タンク内の液面を一定に維持して、液面とノズル先端との高低差を一定とする手法が採用されている。そして、タンク内の液面を一定に維持するために、密封されたタンク内の圧力を、大気圧より低い真空圧に維持する手法が採用されている。

特許文献１には、タンク（プロセスチャンバ）内を所定の真空圧に維持する技術としてプロセスチャンバ内真空圧力制御システムが開示されている。このプロセスチャンバ内真空圧力制御システムは、プロセスチャンバにガスを供給するための燃焼ガストーチと、プロセスチャンバ内を所定の真空圧に維持するために、プロセスチャンバに配管を介して接続されたエジェクタとを有する。また、このプロセスチャンバ内真空圧力制御システムは、エジェクタへ供給する圧力ガス供給圧力を制御してエジェクタの吸引流量を制御するエジェクタ制御手段と、プロセスチャンバの圧力を計測する圧力センサとを有する。

そして、エジェクタ制御手段は、予め設定された目標真空圧力値と、圧力センサの計測値（真空圧）を比較演算処理し、エジェクタへ供給する圧力ガスの圧力を制御することによってエジェクタの吸引流量が制御される結果、プロセスチャンバ内が目標真空圧に維持されるようになっている。

特許第３９３５９２４号公報

ところが、プロセスチャンバ内真空圧力制御システムにおいて、プロセスチャンバとエジェクタとを接続する配管は、プロセスチャンバの配置位置に応じて長さが変更されたり、曲げられたりする。このため、配管の長さや曲げ箇所の数等の配管条件によって真空圧が変動してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、タンク内の圧力を真空圧に精度良く制御しつつ配管条件による真空圧の変動を抑えることができる液圧制御装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、タンク内に貯留された液体をノズルから所定の圧力で吐出するための液圧制御装置であって、圧縮流体供給源から供給された圧縮流体の圧力又は流量を制御する流体制御手段と、前記流体制御手段によって圧力又は流量が制御された圧縮流体が供給され前記タンク内を減圧して真空圧にするエジェクタと、前記タンク内の真空圧を検出する真空圧検出手段と、前記真空圧検出手段の検出結果に基づき前記流体制御手段を制御するため該流体制御手段に内蔵されたコントローラと、前記エジェクタの出力ポートに設けられたエジェクタ用可変絞りと、を備えることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液圧制御装置において、前記真空圧検出手段の入力ポートには真空圧検出手段用可変絞りが設けられていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液圧制御装置において、前記流体制御手段と、前記エジェクタと、前記真空圧検出手段とはマニホールドブロックによって一体化されていることを要旨とする。

本発明によれば、タンク内の圧力を真空圧に精度良く制御しつつ配管条件による真空圧の変動を抑えることができる。

実施形態の液圧制御装置を模式的に示す図。電空レギュレータ、エジェクタ、及び圧力トランスジューサを一体化したものを示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
図１は、液圧制御装置１０を模式的に示す図であって、図１の実線は圧縮流体又は液体としてのインクが流れる経路を示し、破線は信号を示す。図１に示すように、液圧制御装置１０は、インクジェット技術を用いた液晶用配向膜印刷装置に適用されるものであり、タンク５０内に貯留されたインクをノズル５２から所定の圧力、すなわち安定した吐出量で滴下するようにしたものである。液圧制御装置１０は、正圧の圧縮流体を供給する圧縮流体供給源１１を備える。また、液圧制御装置１０は、圧縮流体供給源１１から供給された圧縮流体の圧力を制御する流体制御手段としての電空レギュレータ３０を備えるとともに、この電空レギュレータ３０は、パイロット式圧力比例制御弁３１と、供給用電磁弁３２と、排気用電磁弁３３とを備えている。

パイロット式圧力比例制御弁３１のボディ（図示せず）には、供給ポート３１ａと、排気ポート３１ｂと、出力ポート３１ｃが形成されている。また、パイロット式圧力比例制御弁３１はダイヤフラム構造のパイロット弁３１ｄを備えるとともに、ボディ内にパイロット弁３１ｄにより区画される第１ダイヤフラム室３１ｅと第２ダイヤフラム室３１ｆとを備える。

また、供給用電磁弁３２のボディ（図示せず）には入力ポート３２ａと、出力ポート３２ｂが形成されるとともに、排気用電磁弁３３のボディ（図示せず）には入力ポート３３ａと、出力ポート３３ｂが形成されている。供給用電磁弁３２及び排気用電磁弁３３それぞれは、パルス式電磁弁であり、電空レギュレータ３０に内蔵されたコントローラ３４によりデューティ制御される。

そして、パイロット式圧力比例制御弁３１の供給ポート３１ａには、圧縮流体供給源１１が接続されている。また、パイロット式圧力比例制御弁３１の第１ダイヤフラム室３１ｅには、供給用電磁弁３２の出力ポート３２ｂと、排気用電磁弁３３の入力ポート３３ａが接続されている。さらに、供給用電磁弁３２の入力ポート３２ａは、圧縮流体供給源１１に接続されるとともに、排気用電磁弁の出力ポート３３ｂは排気口１０ａに接続されている。また、パイロット式圧力比例制御弁３１の排気ポート３１ｂは排気口１０ａに接続されている。

また、第２ダイヤフラム室３１ｆと、パイロット式圧力比例制御弁３１の出力ポート３１ｃとが連通路１２により接続され、第２ダイヤフラム室３１ｆには連通路１２を介してパイロット式圧力比例制御弁３１の出力圧が作用するようになっている。

電空レギュレータ３０において、パイロット式圧力比例制御弁３１の出力ポート３１ｃには、エジェクタ４０の供給ポート４０ａが接続されるとともに、エジェクタ４０の排気ポート４０ｂは図示しない排気ダクトに接続されるとともに、排気ポート４０ｂにはバルブ４２が設けられている。さらに、エジェクタ４０の出力ポート４０ｃは、接続配管５３を介してタンク５０の出力ポート５０ａに接続されている。エジェクタ４０の出力ポート４０ｃには、エジェクタ用可変絞りとして、ニードル弁よりなる第１絞り４１が設けられている。また、タンク５０の吐出ポート５０ｂには、吐出配管５１を介してノズル５２が接続されている。吐出配管５１にはバルブ５４が設けられている。

密封されたタンク５０内には液体としてのインクが貯留されている。タンク５０内に貯留されたインクは、ノズル５２から吐出されるようになっている。ノズル５２は、タンク５０内の液面よりも低い位置に固定されている。そして、ノズル５２の吐出端（先端）からタンク５０内の液面までの高さである水頭差Ｈが一定に維持されるように、タンク５０内の圧力が一定に維持されるようになっている。

タンク５０の出力ポート５０ａには、タンク５０内の圧力を検出する真空圧検出手段としての圧力トランスジューサ６０が接続されている。この圧力トランスジューサ６０の入力ポート６０ａには、真空圧検出手段用可変絞りとして、ニードル弁よりなる第２絞り弁６１が設けられている。そして、圧力トランスジューサ６０は、タンク５０内の真空圧を検出するとともに、その検出結果を電気信号に変換してコントローラ３４に出力する。

図２に示すように、電空レギュレータ３０と、エジェクタ４０と、圧力トランスジューサ６０とは、マニホールドブロック２０に組付けられてモジュール化されている。なお、圧縮流体供給源１１からの圧縮流体は、マニホールドブロック２０の入力ポート２０ａを介して電空レギュレータ３０に供給されるようになっている。また、エジェクタ４０の排気ポート４０ｂから排出された圧縮流体は、マニホールドブロック２０の出力ポート（図示せず）から排出されるようになっている。

図１に示すように、電空レギュレータ３０に内蔵されたコントローラ３４は、マイコン３４ａを備える。このマイコン３４ａはさらに、ＣＰＵ３４ｂを備えるとともにアナログ・デジタル変換回路３４ｃを備える。そして、コントローラ３４には、圧力トランスジューサ６０によって検出されたタンク５０内の真空圧に係る電気信号が入力されるようになっている。また、電空レギュレータ３０には外部接続端子３０ｂ（図２参照）が設けられ、この外部接続端子３０ｂを介してコントローラ３４には、液圧制御装置１０の主制御装置３５からの外部信号たる指令信号が入力されるようになっている。コントローラ３４は、主制御装置３５からの指令信号と圧力トランスジューサ６０からの電気信号との差を増幅してコントローラ３４のアナログ・デジタル変換回路３４ｃに入力する作動増幅回路３６を備える。そして、コントローラ３４は、作動増幅回路３６から得られた信号を演算処理して電気信号として供給用電磁弁３２及び排気用電磁弁３３に出力して電空レギュレータ３０を制御する。

次に、液圧制御装置１０により、タンク５０内を真空圧に維持する方法について説明する。
まず、主制御装置３５から、電空レギュレータ３０のコントローラ３４に対し、タンク５０内を所定の真空圧にするための指令信号が入力されると、コントローラ３４は供給用電磁弁３２を開くように制御する。すると、圧縮流体供給源１１が駆動するとともに、圧縮流体供給源１１から供給された圧縮空気が第１ダイヤフラム室３１ｅにパイロット圧として供給される。なお、供給用電磁弁３２が開かれる前の状態では、第１ダイヤフラム室３１ｅと第２ダイヤフラム室３１ｆとの圧力が等しく、パイロット弁３１ｄが中立位置にあり、パイロット式圧力比例制御弁３１の出力ポート３１ｃは、供給ポート３１ａと排気ポート３１ｂとも連通していない。

そして、コントローラ３４による制御によって供給用電磁弁３２が開かれるとともに排気用電磁弁３３が閉じたままにされると、圧縮流体供給源１１からのパイロット圧が第１ダイヤフラム室３１ｅに作用する。このとき、パイロット式圧力比例制御弁３１の出力ポート３１ｃにおける出力圧は低いため、第１ダイヤフラム室３１ｅの圧力が第２ダイヤフラム室３１ｆの圧力より高くなり、パイロット弁３１ｄが第１ダイヤフラム室３１ｅ側よりも第２ダイヤフラム室３１ｆ側に変位する。その結果、パイロット式圧力比例制御弁３１においては、供給ポート３１ａと出力ポート３１ｃとが連通して、圧縮流体がエジェクタ４０に供給される。すると、エジェクタ４０によってタンク５０内の圧力が減圧されるとともに、エジェクタ４０の出力ポート４０ｃに真空圧が発生する。このとき、出力ポート４０ｃに設けられた第１絞り４１により、出力ポート４０ｃの真空圧を調節することができる。

そして、出力ポート４０ｃに発生した真空圧、すなわちタンク５０内の真空圧は、圧力トランスジューサ６０によって検出されるとともに、真空圧の検出結果を変換した電気信号は圧力トランスジューサ６０から作動増幅回路３６に入力される。そして、作動増幅回路３６で、主制御装置３５からの指令信号と圧力トランスジューサ６０からの電気信号との差が増幅され、その増幅された信号がアナログ・デジタル変換回路３４ｃで変換されてコントローラ３４に入力される。このとき、圧力トランスジューサ６０の入力ポート６０ａに設けられた第２絞り弁６１により、圧力トランスジューサ６０に入力される圧力を調節することができる。そして、コントローラ３４は、圧力トランスジューサ６０からの電気信号に基づき、タンク５０内の圧力が、指令信号によって指令された真空圧になるように、供給用電磁弁３２又は排気用電磁弁３３を制御する。

例えば、タンク５０内の圧力が、指令信号によって指令された真空圧に達していない場合には、コントローラ３４は供給用電磁弁３２をさらに開く制御を行い、出力ポート３１ｃからエジェクタ４０に供給される圧縮流体の量を増加させ、真空圧を高める。一方、タンク５０内の圧力が、指令信号によって指令された真空圧を超えた場合には、コントローラ３４は供給用電磁弁３２を閉じる制御を行うとともに排気用電磁弁３３を開く制御を行う。すると、第１ダイヤフラム室３１ｅのパイロット圧が排気口１０ａから排出されるとともに、パイロット式圧力比例制御弁３１の出力ポート３１ｃにおける出力圧が高くなっていることから、第１ダイヤフラム室３１ｅの圧力が第２ダイヤフラム室３１ｆの圧力より低くなる。その結果、パイロット弁３１ｄが第２ダイヤフラム室３１ｆ側から第１ダイヤフラム室３１ｅ側に変位する。このため、パイロット式圧力比例制御弁３１においては、排気ポート３１ｂと出力ポート３１ｃとが連通して、電空レギュレータ３０から出力された圧縮流体が排気ポート３１ｂから排気口１０ａへ排出される。すると、エジェクタ４０に供給される圧縮流体の量が減少し、真空圧が低下する。その結果として、電空レギュレータ３０、エジェクタ４０、第１絞り４１、及び圧力トランスジューサ６０を用いることで、タンク５０内の圧力を真空圧に精度良く制御することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）液圧制御装置１０において、エジェクタ４０の出力ポート４０ｃに第１絞り４１を設けた。そして、第１絞り４１により、出力ポート４０ｃにおける真空圧の振れ幅が小さくなるようにエジェクタ４０からの出力圧の制御を行うことができる。このため、第１絞り４１を設けることで、エジェクタ４０とタンク５０とを接続する接続配管５３の長さや、屈曲箇所の数に影響されることなく、配管条件による真空圧の変動を抑えることができるとともに、タンク５０内の真空圧を精度良く制御することができる。

（２）液圧制御装置１０において、圧力トランスジューサ６０の入力ポート６０ａに第２絞り弁６１を設けた。そして、第２絞り弁６１によって、圧力トランスジューサ６０に入力される圧力の振れ幅を小さくし、圧力トランスジューサ６０から出力される電気信号の偏差のふらつきを抑えることができる。

（３）電空レギュレータ３０と、エジェクタ４０と、圧力トランスジューサ６０は、マニホールドブロック２０によって一体化されている。また、マニホールドブロック２０には、入力ポート２０ａと出力ポートが設けられている。よって、マニホールドブロック２０の入力ポート２０ａに圧縮流体供給源１１を接続し、出力ポートに排気ダクトを接続するだけで、液圧制御装置１０を形成することができ、液圧制御装置１０の設置が容易になる。

（４）液圧制御装置１０は、圧力トランスジューサ６０によってタンク５０内の真空圧を検出し、その検出された真空圧を変換した電気信号に基づいてコントローラ３４が直接電空レギュレータ３０を制御して、真空圧を一定に維持するようにしている。よって、液圧制御装置１０は、エジェクタ４０から出力された圧縮流体の出力圧（正圧）を検出する必要がなく、出力圧を検出するセンサも必要とせず、液圧制御装置１０をコンパクトにすることができる。

（５）液圧制御装置１０は、圧力トランスジューサ６０によってタンク５０内の真空圧を検出し、その検出された真空圧を変換した電気信号に基づいてコントローラ３４が直接電空レギュレータ３０を制御して、真空圧を一定に維持するようにしている。よって、液圧制御装置１０は、エジェクタ４０から出力された圧縮流体の出力圧を検出する必要がなく、さらに、この出力圧が指令信号によって指令された出力圧となっているか否かを判断する判断手段を必要とせず、液圧制御装置１０をコンパクトにすることができる。

（６）エジェクタ４０の排気ポート４０ｂにはバルブ４２が設けられている。そして、このバルブ４２を閉じることでタンク５０内を加圧してノズル５２からインクを吐出することができる。よって、バルブ４２を設けることで、正圧の圧縮流体供給源１１のみを使用しつつ正圧と真空圧の両方の制御が可能になる。

（７）正圧の圧縮流体を供給する圧縮流体供給源１１を用いるとともに、電空レギュレータ３０とエジェクタ４０と圧力トランスジューサ６０を用いてタンク５０内の真空圧を一定に維持するようにした。そして、タンク５０内の気体は、エジェクタ４０によって吸引されてエジェクタ４０の排気ポート４０ｂから排気される。このため、タンク５０内の気体が腐食性のものであっても、電空レギュレータ３０には腐食性の気体は到達しない。よって、電空レギュレータ３０として耐腐食性のものを使用する必要がなく、汎用の電空レギュレータ３０を使用することができ、液圧制御装置１０のコスト上昇を防止することができる。

（８）コントローラ３４は、マイコン３４ａ（アナログ・デジタル変換回路３４ｃ）の性能により精度（分解能）が決定されてしまう。しかし、作動増幅回路３６を備えることにより、主制御装置３５からの指令信号と圧力トランスジューサ６０からの電気信号との差が増幅され、その増幅された信号がコントローラ３４に入力されるため、コントローラ３４による精度（分解能）を向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 真空圧検出手段として、圧力トランスジューサ６０の代わりに液面レベル計や液圧トランスジューサを用いてもよい。

○ 流体制御手段として、電空レギュレータ３０の代わりに流量コントローラを用い、圧縮流体供給源１１から供給された圧縮流体の流量を制御してもよい。
○ 液圧制御装置１０を、有機ＥＬ製造装置、プリント基板製造装置、太陽電池製造装置に適用してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記流体制御手段は電空レギュレータである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の液圧制御装置。

（２）前記真空圧検出手段は圧力トランスジューサである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の液圧制御装置。

１０…液圧制御装置、１１…圧縮流体供給源、２０…マニホールドブロック、３０…流体制御手段としての電空レギュレータ、３４…コントローラ、４０…エジェクタ、４０ｃ…出力ポート、４１…エジェクタ用可変絞りとしての第１絞り、５０…タンク、５２…ノズル、６０…真空圧検出手段としての圧力トランスジューサ、６０ａ…入力ポート、６１…真空圧検出手段用可変絞りとしての第２絞り弁。

Claims

タンク内に貯留された液体をノズルから所定の圧力で吐出するための液圧制御装置であって、
圧縮流体供給源から供給された圧縮流体の圧力又は流量を制御する流体制御手段と、
前記流体制御手段によって圧力又は流量が制御された圧縮流体が供給され前記タンク内を減圧して真空圧にするエジェクタと、
前記タンク内の真空圧を検出する真空圧検出手段と、
前記真空圧検出手段の検出結果に基づき前記流体制御手段を制御するため該流体制御手段に内蔵されたコントローラと、
前記エジェクタの出力ポートに設けられたエジェクタ用可変絞りと、を備えることを特徴とする液圧制御装置。
前記真空圧検出手段の入力ポートには真空圧検出手段用可変絞りが設けられている請求項１に記載の液圧制御装置。
前記流体制御手段と、前記エジェクタと、前記真空圧検出手段とはマニホールドブロックによって一体化されている請求項１又は請求項２に記載の液圧制御装置。