JP6434899B2 - 電空レギュレータ - Google Patents

Description

本発明は、電空レギュレータに関する。

電空レギュレータは、制御回路が圧力設定信号に基づいて給気用電磁弁と排気用電磁弁の開閉を制御することにより、気体の圧力を調整して出力する。制御回路は、出力流路の圧力を圧力センサで検出し、その圧力検出値と設定圧力値との差に基づいて給気用電磁弁と排気用電磁弁をＤｕｔｙ制御する。これにより、電空レギュレータは、気体の出力圧力を設定圧力値に精度良く調整し、気体を出力できる（例えば、特許文献１）。

特開２００２−２９５４０３号公報

しかしながら、従来の電空レギュレータには以下の問題があった。すなわち、従来の電空レギュレータは、例えば、出力流路の気体を排気して出力流路の圧力を設定圧力値から大気圧に戻す場合に、圧力検出値と大気圧との差に基づいて給気用電磁弁と排気用電磁弁をＤｕｔｙ制御していた。この場合、圧力検出値が大気圧に近づくにつれて、排気用電磁弁の弁開時間（ＯＮ時間）が短くなり、排気量が減少する。よって、従来の電空レギュレータは、排気時間が長かった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、排気時間を短くできる電空レギュレータを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）気体を入力する入力流路と、気体を出力する出力流路と、前記入力流路と前記出力流路との間に配設される給気用電磁弁と、前記出力流路に配設されて圧力を検出する圧力検出手段と、前記給気用電磁弁と前記圧力検出手段との間で前記出力流路から分岐する第１排気流路と、前記第１排気流路に配設される第１排気用電磁弁と、前記給気用電磁弁と前記第１排気用電磁弁の開閉を制御する制御手段とを備える電空レギュレータにおいて、前記制御手段が、設定圧力値と前記圧力検出手段が検出する圧力検出値との差に基づいて、前記給気用電磁弁と前記第１排気用電磁弁の開閉をＤｕｔｙ制御する通常動作モードと、前記給気用電磁弁を弁閉状態にする一方、前記第１排気用電磁弁の開状態を維持する強制排気モードとを切り換える切換手段を有すること、前記給気用電磁弁と前記圧力検出手段との間で前記出力流路から分岐し、前記第１排気用電磁弁の二次側で前記第１排気流路に接続する第２排気流路と、前記第２排気流路に配設される第２排気用電磁弁とを有すること、前記制御手段は、前記切換手段が前記強制排気モードに切り換えられた場合に、前記第２排気用電磁弁を開状態にすること、を特徴とする。

上記構成では、切換手段が通常動作モードに切り換えられた場合には、制御手段は、設定圧力値と圧力検出手段が検出した圧力検出値との差に基づいて給気用電磁弁と第１排気用電磁弁の開閉をＤｕｔｙ制御することにより、出力流路から出力される気体の出力圧力を設定圧力値に精度良く制御する。一方、切換手段が強制排気モードに切り換えられた場合には、制御手段は、給気用電磁弁を弁閉状態にする一方、第１排気用電磁弁を開状態にする。これにより、気体が出力流路に供給されなくなり、出力流路の気体が排気用電磁弁を介して排気流路へ排気されるので、出力圧力が低下する。このとき、第１排気用電磁弁は、設定圧力値と圧力検出値との差に関係なく、開状態が維持され、排気し続ける。そのため、第１排気用電磁弁は、給気用電磁弁と第１排気用電磁弁をＤｕｔｙ制御して出力圧力を大気圧に戻す場合より、弁開時間（ＯＮ時間）が長く、出力圧力を大気圧に早く戻すことができる。よって、上記構成によれば、電空レギュレータの排気時間を短くできる。

また、上記構成では、給気用電磁弁と圧力検出手段との間で出力流路から分岐し、第１排気用電磁弁の二次側で第１排気流路に接続する第２排気流路に、第２排気用電磁弁が配設されており、制御手段は、切換手段が強制排気モードに切り換えた場合に第２排気用電磁弁を開状態にするので、排気時間がより一層短くされる。すなわち、上記構成では、出力流路の気体を第１及び第２排気流路の２系統から排気するので、排気量が多い。そのため、気体は、第１排気用電磁弁だけで排気する場合より速く排気される。よって、上記構成によれば、電空レギュレータの排気時間をより一層短くできる。

（２）（１）に記載の構成において、前記切換手段は、前記制御手段が上位装置から入力する信号に基づいて前記通常動作モードと前記強制排気モードとを切り換えることが好ましい。

上記構成では、切換手段は、制御手段が上位装置から入力する信号に基づいて通常動作モードと強制排気モードを切り換えるので、通常動作モードから強制排気モードへの切り換えを自動的に行うことができ、使い勝手が良い。

従って、本発明によれば、排気時間を短くできる電空レギュレータを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電空レギュレータの回路図である。 比較例と実施例の排気動作時の圧力変動を示すグラフであって、縦軸に圧力を示し、横軸に時間を示す。 本発明の第２実施形態に係る電空レギュレータの回路図である。

以下に、本発明に係る電空レギュレータの実施形態について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電空レギュレータ１の回路図である。図１に示す電空レギュレータ１は、例えば、半導体製造装置のウエハに薬液を吐出するディスペンサ装置に使用される。電空レギュレータ１は、ディスペンサの可動部に設置される。電空レギュレータ１は、出力ポート１７が可動部に内設されたシリンジに接続され、シリンジに供給するエア（気体の一例）を制御する。ディスペンサ装置は、電空レギュレータ１が出力ポート１７からエアを設定圧力値で出力すると、シリンジが加圧されて薬液を吐出する。その後、ディスペンサ装置は、電空レギュレータ１の出力ポート１７の圧力を大気に戻すことにより、シリンジが加圧されなくなって薬液を吐出しなくなる。尚、この場合、薬液の吐出量は、電空レギュレータ１がシリンジに出力するエアの出力圧力と、薬液を吐出する時間により、決定される。かかるディスペンサ装置は、電空レギュレータ１を可動部に一体的に設けてシリンジの近くに配置するので、電空レギュレータ１を可動部と別の場所に設置する場合と比べ、電空レギュレータ１からシリンジにエアを供給する配管の容積が小さくなり、コンパクト化できると共に、応答性良く薬液を制御できる。

電空レギュレータ１は、入力ポート１１と、出力ポート１７と、排気ポート１５とを備える。入力ポート１１は、気体供給源に接続され、エア(気体の一例）が使用圧力で供給される。出力ポート１７は、ディスペンサ装置の可動部に内設されたシリンジに接続され、設定圧力値に制御されたエアをシリンジに出力する。排気ポート１５は、大気に開放され、エアを大気に排出する。

給気用電磁弁（以下「給気弁」ともいう。）１２は、入力流路２１を介して入力ポート１１に接続され、出力流路２２を介して出力ポート１７に接続されている。給気弁は、入力ポート１１から出力ポート１７へのエアの供給を制御する。出力流路２２には、圧力センサ（圧力検出手段の一例）１６が配設され、出力ポート１７から出力されるエアの出力圧力が検出される。第１排気流路２３は、給気弁１２と圧力センサ１６との間で出力流路２２から分岐し、排気ポート１５に接続されている。第１排気流路２３には、第１排気用電磁弁（以下「第１排気弁」ともいう。）１３が配設されている。第１排気弁１３は、出力流路２２から排気ポート１５に排気するエアを制御する。

制御回路（制御手段の一例）１８は、給気弁１２と第１排気弁１３と圧力センサ１６に電気的に接続されている。制御回路１８は、ディスペンサ装置の動作を制御するディスペンサ制御装置（上位装置の一例）２に第１信号線３と第２信号線４を介して接続されている。第１信号線３は、通常動作モードを実行することを指示する通常動作信号をディスペンサ制御装置２から制御回路１８へ送信するものである。第２信号線４は、強制排気モードを実行することを指示する強制排気信号をディスペンサ制御装置２から制御回路１８へ送信するものである。ここで、「通常動作モード」とは、設定圧力値と圧力センサ１６が検出する圧力検出値に基づいて、給気弁１２と第１排気弁１３の開閉をＤｕｔｙ制御する動作状態をいう。また、「強制排気モード」とは、給気弁１２を弁閉状態にする一方、第１排気弁１３の開状態を維持する動作状態をいう。

制御回路１８は、第１又は第２信号線３，４を介してディスペンサ制御装置２から受信した信号に基づいて、通常動作モードと強制排気モードとを切り換える切換手段を内蔵している。本実施形態では、制御回路１８には、通常動作信号が常時入力しており、強制排気信号を入力した場合に、通常動作信号を内部的に無効にすることで、通常動作モードと強制排気モードとを切り換えるようになっている。尚、切換手段は、通常動作信号を入力した場合に通常動作モードに切り換え、強制排気信号を入力した場合に強制排気モードに切り換えるようにしても良い。

このような構成を有する電空レギュレータ１は、次のように動作する。電空レギュレータ１は、第１信号線３から通常動作信号を入力する場合には（通常動作信号がＯＮする場合には）、通常動作モードを実行する。この場合、制御回路１８は、圧力センサ１６が検出した圧力検出値を入力して設定圧力値と比較し、圧力検出値と設定圧力値との差に基づいて給気弁１２と第１排気弁１３の開閉をＤｕｔｙ制御する。これにより、電空レギュレータ１は、入力ポート１１に入力したエアの使用圧力が設定圧力値に調整され、出力ポート１７から図示しないシリンジへエアを供給する。図示しないシリンジは、電空レギュレータ１が出力ポート１７から出力するエアの出力圧力に応じて駆動し、薬液を吐出する。

一方、電空レギュレータ１は、第２信号線４から強制排気信号を入力する場合には（強制排気信号がＯＮする場合には）、通常動作信号を無効とし（ＯＦＦし）、強制排気モードを実行する。この場合、制御回路１８は、給気弁１２を弁閉状態にする一方、第１排気弁１３を開状態にする。これにより、エアが出力流路２２に供給されなくなり、出力流路２２のエアが第１排気弁１３、排気ポート１５を介して大気に排出されるので、出力流路２２の出力圧力が低下する。このとき、第１排気弁１３は、設定圧力値と圧力検出値との差に関係なく、開状態が維持され、排気し続ける。そのため、第１排気弁１３は、通常動作モードによって出力圧力を大気圧力に戻す場合より、弁開時間（ＯＮ時間）が長くなり、出力圧力を大気圧に短時間で戻すことができる。よって、本実施形態によれば、電空レギュレータ１の排気時間を短くできる。

また、電空レギュレータ１は、通常動作モードにより通常動作と強制排気動作との両方を行う場合、通常動作と強制排気とを区別する条件が複雑になり、実用的でない。電空レギュレータ１は、通常動作モードと別に、強制排気モードを設けたことにより、通常動作と強制排気とを明確に区別して使い分けることができる。そのため、電空レギュレータ１は、複雑な条件を設定したプログラムが不要になり、簡単に強制排気機能を付加できる。

また、電空レギュレータ１は、制御回路１８がディスペンサ制御装置２から入力する信号に基づいて通常動作モードと強制排気モードを切り換えるので、通常動作モードから強制排気モードへの切り換えを自動的に行うことができ、使い勝手が良い。

発明者らは、比較例と実施例について排気時間を調べる実験を行った。比較例と実施例は、同一形状の電空レギュレータ１を使用するが、出力圧力を約１００ｋＰａから大気圧（０ｋＰａ）に減圧する方法だけが異なる。すなわち、比較例は、通常動作モードにより出力圧力を減圧する。一方、実施例は、強制排気モードにより出力圧力を減圧する。実験では、評価対象の電空レギュレータが出力圧力を約１００ｋＰａに制御している状態で排気を開始した時（排気開始時）から、出力圧力が大気圧まで低下して排気を終了する時（排気終了時）までの時間を調べた。この試験結果を図２に示す。

実施例は、排気開始時ｔ１から排気終了時ｔ２までの時間が０．１６秒であった。一方、比較例は、排気開始時ｔ１から排気終了時ｔ３までの時間が０．８秒であった。よって、実施例は、比較例より０．６４秒早く、排気できた。つまり、実施例の排気時間は、比較例の排気時間の約２０％であった。よって、電空レギュレータは、通常動作モードと別に、強制排気モードを実行する機能を備えることにより、排気時間を短くできる。

例えば、ディスペンサ装置では、電空レギュレータ１が設定圧力値でエアをシリンジに所定の吐出時間供給した後、シリンジの出力圧力を大気圧に戻す。これは、液垂れを防ぐためである。近年、半導体製造工程では、ウエハの処理時間が短くなり、それに伴ってディスペンサ装置の吐出タクトが短くなっている（例えば０．２秒）。上述のように、電空レギュレータ１は、強制排気モードを備えることにより、排気時間が短い。よって、電空レギュレータ１は、吐出タクトが短いディスペンサ装置に使用されても、通常モードで薬液を所定の吐出時間吐出した後、強制排気モードで出力流路２２のエアを排気すれば、電空レギュレータ１からシリンジに出力するエアの出力圧力を短時間で大気圧に戻すことができるので、シリンジからの液垂れを抑制できる。これにより、半導体製造装置は、ウエハの処理時間が短くなっても、ディスペンサ装置が薬液の吐出量を優れた精度及び応答性で制御するので、ウエハの不良品が低減する。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る電空レギュレータ１Ａの回路図である。第２実施形態の電空レギュレータ１Ａは、第１排気弁１３の他に第２排気用電磁弁（以下「第２排気弁」ともいう。）２５を備える点を除き、第１実施形態の電空レギュレータ１と同様に構成されている。ここでは、第１実施形態と共通する構成には第１実施形態と共通する符号を図面と説明に使用し、説明を適宜割愛し、第１実施形態と相違する点を中心に説明する。

電空レギュレータ１Ａは、第２排気流路２４が、給気弁１２と圧力センサ１６との間で出力流路２２から分岐し、第１排気流路２３の第１排気弁１３の二次側に接続している。第２排気流路２４には、第２排気弁２５が配設されている。第２排気弁２５は第１排気弁１３と並列に配置されている。第２排気弁２５は、制御回路１８と電気的に接続されている。

制御回路１８は、ディスペンサ制御装置２から強制排気信号を入力すると、給気弁１２を弁閉状態にする一方、第１排気弁１３と第２排気弁２５を開状態にする。これにより、給気弁１２から出力流路２２へエアが供給されなくなり、出力流路２２のエアは、第１排気弁１３、第２排気弁２５、排気ポート１５を介して大気に排気される。

よって、第２実施形態の電空レギュレータ１Ａは、給気弁１２と圧力検出手段１６との間で出力流路２２から分岐し、第１排気弁１３の二次側で第１排気流路２３に接続する第２排気流路２４に、第２排気弁２５が配設されており、制御回路１８は、切換手段が強制排気モードに切り換えた場合に第２排気弁を開状態にするので、排気時間がより一層短くされる。すなわち、上記構成では、出力流路２２の気体を第１及び第２排気流路２３，２４の２系統から排気するので、排気量が多い。そのため、気体は、第１排気弁１３だけで排気する場合より速く排気される。よって、上記構成によれば、電空レギュレータ１Ａの排気時間をより一層短くできる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施形態では、電空レギュレータ１をディスペンサ装置に使用したが、他の分野や種類の空気圧制御機器にも使用できる。

（２）例えば、上記実施形態では、通常動作モードと強制排気モードをディスペンサ制御装置２から第１又は第２信号線３，４を介して受信する信号に基づいて自動的に切り換えた。これに対して、モード切り換えスイッチを電空レギュレータ１，１Ａに設け、手動でモードを切り換えるようにしても良い。

（３）例えば、上記実施形態では、第１及び第２信号線３，４によりディスペンサ制御装置２と制御回路１８とを接続したが、制御回路１８は、１本の信号線で通常動作信号と強制排気信号をディスペンサ制御装置２から受信するようにしても良い。また、制御回路１８は、ディスペンサ制御装置２から信号を無線通信で受信するようにしても良い。

１，１Ａ 電空レギュレータ
１２ 給気用電磁弁
１３ 第１排気用電磁弁
１６ 圧力センサ（圧力検出手段の一例）
１８ 制御回路（制御手段の一例）
２１ 入力流路
２２ 出力流路
２３ 第１排気流路
２４ 第２排気流路
２５ 第２排気用電磁弁

Claims (2)

1. 気体を入力する入力流路と、気体を出力する出力流路と、前記入力流路と前記出力流路との間に配設される給気用電磁弁と、前記出力流路に配設されて圧力を検出する圧力検出手段と、前記給気用電磁弁と前記圧力検出手段との間で前記出力流路から分岐する第１排気流路と、前記第１排気流路に配設される第１排気用電磁弁と、前記給気用電磁弁と前記第１排気用電磁弁の開閉を制御する制御手段とを備える電空レギュレータにおいて、
   前記制御手段が、設定圧力値と前記圧力検出手段が検出する圧力検出値との差に基づいて、前記給気用電磁弁と前記第１排気用電磁弁の開閉をＤｕｔｙ制御する通常動作モードと、前記給気用電磁弁を弁閉状態にする一方、前記第１排気用電磁弁の開状態を維持する強制排気モードとを切り換える切換手段を有すること、
   前記給気用電磁弁と前記圧力検出手段との間で前記出力流路から分岐し、前記第１排気用電磁弁の二次側で前記第１排気流路に接続する第２排気流路と、
   前記第２排気流路に配設される第２排気用電磁弁とを有すること、
   前記制御手段は、前記切換手段が前記強制排気モードに切り換えられた場合に、前記第２排気用電磁弁を開状態にすること、
   を特徴とする電空レギュレータ。
2. 請求項１に記載する電空レギュレータにおいて、
   前記切換手段は、前記制御手段が上位装置から入力する信号に基づいて前記通常動作モードと前記強制排気モードとを切り換えること
   を特徴とする電空レギュレータ。

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