WO2008044712A1 - Régulateur de pression et isolateur de vibration - Google Patents

Régulateur de pression et isolateur de vibration Download PDF

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WO2008044712A1
WO2008044712A1 PCT/JP2007/069774 JP2007069774W WO2008044712A1 WO 2008044712 A1 WO2008044712 A1 WO 2008044712A1 JP 2007069774 W JP2007069774 W JP 2007069774W WO 2008044712 A1 WO2008044712 A1 WO 2008044712A1
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pressure
isothermal
servo valve
flow rate
inflow
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PCT/JP2007/069774
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Inventor
Kenji Kawashima
Toshiharu Kagawa
Tomonori Kato
Original Assignee
Tokyo Institute Of Technology
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Publication date
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Priority to EP07829512.8A priority patent/EP2065779B1/en
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
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    • G05D19/00—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase
    • G05D19/02—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means

Definitions

  • the present invention relates to a pressure regulator that maintains a constant pressure and an air panel type vibration isolator using the pressure regulator.
  • Control of gas pressure is indispensable in the control of an inert gas in the semiconductor manufacturing process, an air panel type vibration isolation table that is the foundation of an exposure apparatus for semiconductor manufacturing, and an analyzer for various gases. V and precise pressure control are required in many fields, including equipment used for semiconductor manufacturing!
  • the inventors of the present application control the pressure in the pressure vessel to be constant by controlling the amount of air flowing into the pressure vessel with an air pressure servo valve in Patent Document 1!
  • a flow meter is arranged at the gas outlet of the pneumatic servo valve to measure the inflow flow rate of air flowing into the pressure vessel
  • a pressure gauge is arranged in the pressure vessel to control the pressure of air in the pressure vessel.
  • a pressure control device equipped with a cascade control mechanism that has a main loop that measures and feeds back the pressure measured by the pressure gauge, and a minor loop that feeds back the flow rate measured by the flow meter.
  • Patent Document 2 An air using a flow control type servo valve.
  • a vibration isolation device with a panel as a support leg was proposed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-310478 (paragraphs 0016 to 0021, FIG. 1, FIG. 2)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-144859 (paragraphs 0024 to 0044, FIG. 10) Disclosure of the Invention
  • the pressure control device proposed in Patent Document 1 is a force that realizes high-speed pressure control by feedback control of the flow rate of air flowing into the pressure vessel. In order to perform pressure control at high speed even when this occurs, it was necessary to detect and control the outflow rate of the air flowing out of the pressure vessel.
  • a method can be considered in which a flow meter is also arranged on the downstream side of the pressure vessel and the outflow flow rate flowing out from the pressure vessel is measured, but pressure loss occurs due to the arranged downstream flow meter. Therefore, it has been difficult to precisely control the pressure.
  • the pressure of the air supply source to be supplied to the air panel can be increased at high speed in addition to the pressure control of the air panel alone. It was necessary to control with high precision.
  • Another object of the present invention is to provide an air panel type vibration isolator capable of high-speed response and high-accuracy position setting.
  • the pressure regulator according to claim 1 regulates the inflow flow rate of the compressive fluid supplied from the compressible fluid supply source.
  • a servo valve an isothermal pressure vessel that holds the compressible fluid flowing through the servo valve in an isothermal state, and a pressure differential value detection means that detects a pressure differential value of the compressive fluid in the isothermal pressure vessel;
  • a pressure control means for controlling the compressible fluid in the isothermal pressure vessel to a predetermined pressure by operating the servo valve, and the pressure control means feeds back the pressure detected by the pressure detection means.
  • Pressure control system to control, and the like Compression that flows out of the isothermal pressure vessel from the inflow rate control system that feedback controls the inflow rate of the compressible fluid that flows into the warmed pressure vessel and the pressure differential value detected by the pressure differential value detection means
  • An outflow rate estimation means for estimating the outflow rate of the ionic fluid and is configured inside a control loop of the pressure control system, and the inflow rate control is performed with the outflow rate estimated by the outflow rate estimation means.
  • a model following control system that feeds back to the system is configured.
  • the pressure regulator uses an isothermal pressure vessel as a buffer, so that an inflow process and an outflow process of a compressible fluid typified by a gas such as air into the isothermal pressure vessel are performed.
  • a gas such as air into the isothermal pressure vessel.
  • the flow rate of the compressive fluid supplied from the compressive fluid supply source to the isothermal pressure vessel is regulated by a servo valve.
  • the pressure regulator controls the inflow flow rate by operating the servo valve with pressure control means having a main loop as a pressure control system for feedback control of the pressure of the compressible fluid in the isothermal pressure vessel, and isothermically controlled. Control the compressible fluid in the pressure vessel to a specified pressure.
  • the pressure control means performs feedback control on the inflow / outflow rate of the compressive fluid flowing into the isothermal pressure vessel by an inflow rate control system that is a minor loop configured inside the pressure control system.
  • the outflow rate estimation means estimates the outflow rate of the compressive fluid flowing out of the isothermal pressure vessel based on the pressure differential value of the compressible fluid in the isothermal pressure vessel, and the estimated outflow Compensated by a model following control system that feeds back the flow to the inflow control system.
  • a pressure regulator is an isothermal state of a servo valve that regulates an inflow flow rate of a compressible fluid supplied from a compressible fluid supply source and a compressible fluid that flows in via the servo valve.
  • an inflow flow rate acquisition means for acquiring an inflow rate of the compressible fluid flowing into the isothermal pressure vessel through the servo valve, and the compressible fluid in the isothermal pressure vessel
  • Pressure detecting means for detecting the pressure of the pressure
  • pressure differential value detecting means for detecting the pressure differential value of the compressible fluid in the isothermal pressure vessel
  • the servo Pressure control means for operating the valve to control the compressible fluid in the isothermal pressure vessel to a predetermined pressure
  • the pressure control means is a pressure for feedback control of the pressure detected by the pressure detection means
  • a control system, an inflow flow rate control system for feedback control of the inflow rate acquired by the inflow rate acquisition means, a pressure differential value detected by the pressure differential value detection means, and the inflow rate acquisition means
  • the pressure regulator uses the isothermal pressure vessel as a buffer, so that the inflow process and the outflow process of the compressible fluid typified by gas such as air to the isothermal pressure vessel are performed.
  • gas such as air
  • the flow rate of the compressive fluid supplied from the compressive fluid supply source to the isothermal pressure vessel is regulated by a servo valve.
  • the pressure regulator controls the inflow flow rate by operating the servo valve with pressure control means having a main loop as a pressure control system for feedback control of the pressure of the compressible fluid in the isothermal pressure vessel, and isothermically controlled. Control the compressible fluid in the pressure vessel to a specified pressure.
  • the pressure control means performs feedback control of the inflow rate of the compressible fluid flowing into the isothermal pressure vessel by an inflow rate control system that is a minor loop configured inside the pressure control system, Based on the pressure differential value of the compressible fluid in the isothermal pressure vessel and the inflow flow rate of the compressible fluid flowing into the isothermal pressure vessel, the outflow rate estimation means determines the compressive fluid flowing out of the isothermal pressure vessel. Estimate the outflow rate, and compensate with the model following control system that feeds back the estimated outflow rate to the inflow rate control system.
  • the pressure regulator according to claim 3 is the pressure regulator according to claim 1 or 2.
  • the servo valve is a spool type servo valve.
  • the pressure regulator uses a spool type servo valve, which is a flow rate control type servo valve, to control the inflow flow rate.
  • a pressure control type nozzle flapper type servo valve is used. Compared to the case, the displacement can be reduced.
  • the pressure regulator according to claim 4 is the pressure regulator according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure differential value detecting means includes a pressure chamber, and a diaphragm type differential pressure gauge. Or it was set as the pressure differential meter provided with the flowmeter and the cylindrical slit flow path which connects the said isothermal pressure vessel and the said pressure chamber.
  • the pressure differential meter using the cylindrical slit flow path since the pressure differential meter using the cylindrical slit flow path is used, the cross-sectional area of the flow path can be increased and the time constant can be decreased. For this reason, it can be used as a pressure differential meter that responds quickly.
  • the pressure regulator according to claim 5 is the pressure regulator according to any one of claims 2 to 4, wherein the inflow flow rate acquisition means is connected to the isothermal pressure via the servo valve.
  • a laminar flow meter was used to measure the flow rate of the compressible fluid flowing into the container.
  • the pressure regulator according to claim 6 is the pressure regulator according to any one of claims 2 to 5, wherein the inflow flow rate acquisition means is connected to the isothermal pressure via the servo valve.
  • the inflow flow rate is estimated from the front-rear pressure and opening of the servo valve of the compressible fluid flowing into the container.
  • the inflow flow rate is estimated from the front-rear pressure and the opening of the servo valve of the compressible fluid flowing into the isothermal pressure vessel via the servo valve, and the dynamic characteristics are excellent. High-speed control of the compressible fluid in the isothermal pressure vessel to a predetermined pressure using a pressure sensor
  • the pressure regulator according to claim 7 is the pressure regulator according to any one of claims 1 to 6, wherein the outflow flow rate estimation means is a compressibility that flows into the isothermal pressure vessel. Detected by fluid inflow Gin and pressure differential value detection means Based on the pressure differential value (dP / dt) of the compressible fluid in the isothermal pressure vessel, the estimated flow rate of the compressive fluid flowing out of the isothermal pressure vessel according to the following equation (8) Gout (Hat on top) is calculated.
  • R is the gas constant / (kg'K)]
  • V is the volume of the isothermal pressure vessel [m 3 ]
  • ⁇ is the temperature of the air in the isothermal pressure vessel [K]
  • P is the isothermal pressure vessel
  • t is the time [s].
  • the outflow flow rate downstream is estimated by constructing a model following control system that feeds back the estimated outflow rate Gout (hat on top) to the summing junction of the inflow flow control system.
  • Pressure control is performed in response to slight changes in pressure, and a highly responsive pressure regulator that is resistant to external disturbances can be constructed.
  • the vibration isolator according to claim 8 includes a surface plate, an air panel that supports the surface plate, a servo valve that regulates an inflow flow rate and an outflow flow rate of air to the air panel, and an air supply source.
  • the pressure regulator according to any one of claims 1 to 7, wherein the supplied air is controlled to a predetermined pressure and supplied to the servo valve, and position detecting means for detecting the position of the surface plate.
  • an acceleration detecting means for detecting the acceleration of the surface plate, and operating the servo valve based on the position detected by the position detecting means and the acceleration detected by the acceleration detecting means.
  • an air panel control means for controlling the surface plate to a predetermined position.
  • the vibration isolator supplies the air controlled to a predetermined pressure by the pressure regulator to the servo valve, and the surface plate detected by the position detector by the air panel controller
  • the platen is controlled to a predetermined position by operating the servo valve based on the position of the platen and the acceleration of the platen detected by the acceleration detecting means to regulate the inflow and outflow rates with respect to the air panel.
  • the vibration isolation device according to claim 9 is the vibration isolation device according to claim 8, wherein the servo is The valve was a spool type servo valve.
  • the spool type servo valve which is a flow rate control type is used as the servo valve for supplying and exhausting air to the air panel, the exhaust amount can be reduced. Furthermore, the servo valve used for the pressure regulator is also a spool type servo valve,
  • the pressure regulator can perform the pressure control with high accuracy.
  • the compressive fluid in the isothermal pressure vessel can be controlled at a high speed to a predetermined pressure using the pressure sensor having excellent dynamic characteristics.
  • pressure control is performed in response to a slight change in the downstream flow rate, and a pressure regulator that is strong against disturbance and has a high response can be configured.
  • the vibration isolator can quickly position the surface plate. And settling with high accuracy.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the pressure regulator of the first embodiment of the present invention.
  • the pressure regulator 1 shown in FIG. 1 includes a servo valve 11, a flow meter 12, an isothermal pressure vessel 13, a pressure gauge 14, a pressure differential meter 15, a computer 16, and an A / D (analog / digital).
  • a converter 17 and a D / A (digital / analog) converter 18 are provided.
  • Each pressure device is connected via conduits 19a, 19b, 19c and 19d.
  • the pressure regulator 1 regulates the flow rate of the gas supplied from the gas supply source 10 into the isothermal pressure vessel 13 by the servo valve 11, thereby isothermalizing pressure.
  • the gas output from the outlet 13b of the container 13 through the conduit 19d is held at a predetermined constant pressure.
  • air will be described as an example of the compressible fluid.
  • the present invention is applied to a compressible fluid represented by a gas other than air, for example, nitrogen, hydrogen, carbon dioxide, or the like. be able to.
  • V Volume of isothermal pressure vessel [m 3 ]
  • Vd Volume of pressure differential container [m 3 ]
  • the gas supply source (compressible fluid supply source) 10 is a supply source that supplies air as a compressive fluid, and a cylinder filled with high-pressure air can be used. It is also possible to supply compressed air using pumps such as compressors.
  • the servo valve 11 regulates the flow rate of air supplied from the gas supply source 10 through the conduit 19a to the isothermal pressure vessel 13, and the flow rate of air flowing back from the isothermal pressure vessel 13 (negative This is a flow control type servo valve that regulates the inflow flow rate).
  • a spool type servo valve with a small pressure loss can be used.
  • the servo valve 11 is a spool type three-way valve provided with an intake port 11a, an exhaust port l ib and a control port 11c.
  • the control signal (control voltage Eil) output via the A converter 18 controls the connection and opening between the control port 11c and the intake port 11a or the exhaust port l ib. And regulate its direction.
  • the intake port 11a is connected to the gas supply source 10 via a conduit 19a, and the exhaust port l ib is open to the atmosphere.
  • the control port 11c is connected to the flow meter 12 via a conduit 19b.
  • the exhaust port l ib should not be opened to the atmosphere, and a conduit should be connected as appropriate. Collect the exhausted gas and dispose of it so that it does not affect the human body.
  • the flow meter (inflow rate acquisition means) 12 measures the inflow rate of air supplied from the gas supply source 10 through the servo valve 11 to the isothermal pressure vessel 13.
  • a detection signal relating to the measured flow rate of the air flow is transmitted to the computer 16 via the A / D converter 17.
  • the flow meter 12 includes a laminar flow meter, an orifice flow meter, a flow meter such as a thermal flow meter, and the like.
  • the present inventors proposed in Reference Document 1 can use a flow meter.
  • the isothermal pressure vessel 13 holds the gas flowing from the inlet 13a through the conduit 19c in an isothermal state.
  • the isothermal pressure vessel 13 is usually made of metal.
  • air is allowed to flow in from an inlet 13a provided on one bottom surface side, and air is allowed to flow out from an outlet 13b provided on the other bottom surface.
  • the depth of the air inflow direction (the height of the cylinder) is the maximum width of the cross section ( It is preferable to make it less than twice the diameter of the bottom surface.
  • the height (depth) of the cylinder When the height (depth) of the cylinder is within this range, the generation of a pressure gradient during the inflow of air can be suppressed.
  • the maximum width in the cross section In the case of a polygonal column shape, the maximum width in the cross section, and in the case of an ellipsoid, the diameter in the cross section at the center in the depth direction.
  • the internal volume V of the isothermal pressure vessel 13 is 5.0 X with respect to the air volume outflow rate Qout [NL / min]. 10- 6 Qo ut ⁇ 7. it is preferably in the range of 0 X 10_ 5 Qout [m 3 ] , but can be appropriately determined depending on the response of the specifications of the pressure Regiyureta 1.
  • the inside of the isothermal pressure vessel 13 is filled with a heat conductive material having a large surface area made of a fine metal wire converging body or a porous metal body!
  • a heat conductive material having a large surface area made of a fine metal wire converging body or a porous metal body!
  • the heat conductive material having a large surface area for example, a converging body of fine metal wires such as steel wool, a porous metal body such as copper wire, or a cotton-like body made of cotton or plastic can be used. . That is, in the case of a fibrous form such as a bundle of fine metal wires or cotton or plastic cotton, the fiber diameter is in the range of 10 to 50 m], because the heat transfer area can be increased. preferable.
  • this heat conductive material preferably has a thermal conductivity of 0.05 [W / mK] or more.
  • the material and the filling amount of the isothermal pressure vessel 13 are adjusted so that the temperature change of the air held in the isothermal pressure vessel 13 can be suppressed to about 3 [K]. .
  • the heat transfer area of the isothermal pressure vessel 13 can be increased by filling the isothermal pressure vessel 13 with a heat conductive material such as steel wool.
  • the packing density of the thermally conductive material is preferably in the range of 200 to 400 [kg / m 3 ]. When the packing density is within this range, the temperature change of the air in the isothermal pressure vessel 13 can be sufficiently suppressed. [0044] (Pressure gauge)
  • the pressure gauge (pressure detection means) 14 measures the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 and sends a detection signal related to the measurement result (pressure value) to the computer 16 via the A / D converter 17. To be sent.
  • the pressure gauge 14 is not particularly limited as long as it can output the air pressure value as an electric signal.
  • a semiconductor pressure sensor or the like can be used.
  • the measurable range of the pressure gauge 14 preferably covers the range from the atmospheric pressure to the supply pressure Ps of air supplied from the gas supply source 10.
  • the pressure differential meter (pressure differential value detection means) 15 measures the differential value dP / dt of the air pressure P in the isothermal pressure vessel 13 and outputs a detection signal regarding the measurement result (pressure differential value) as A / D
  • the data is transmitted to the computer 16 via the converter 17.
  • the pressure differential meter 15 for example, the pressure differential meter proposed in Reference Document 2 by the inventors of the present application can be used.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the pressure differential meter according to the first embodiment of the present invention.
  • the pressure differential meter 15 shown in FIG. 2 includes an isothermal pressure vessel 151, a slit channel 152, and a differential pressure meter 153.
  • the pressure differential meter 15 has a cylindrical outer shape having a bottom surface with a radius rl on the left and right ends, and an opening 154 is formed on the bottom surface on the left end side. This opening 154 is connected to the isothermal pressure vessel 13.
  • a cylindrical isothermal pressure vessel 151 having a bottom surface with a radius r2 is provided, and a cylinder is formed by the side surface of the pressure differential meter 15 and the side surface of the isothermal pressure vessel 151.
  • a slit channel 152 of the mold is formed.
  • the air pressure at the opening 152a at the left end of the slit channel 152 becomes the air pressure P in the isothermal pressure vessel 13 to be measured.
  • the right end opening 152b separated from the opening 152a by the flow path length L communicates with the interior of the isothermal pressure vessel 151, and the air pressure in the opening 152b is the air in the isothermal pressure vessel 151.
  • the pressure is Pc.
  • a differential pressure gauge 153 for measuring an air pressure difference Pj between the opening 152a and the opening 152b of the slit channel 152 is provided on the side surface of the pressure differential meter 15.
  • the isothermal pressure vessel (pressure chamber) 151 is filled with a thermally conductive material such as a copper wire, and the slit flow When air flows in or out through the path 152, heat is quickly absorbed or supplied, and the temperature of the air in the isothermal pressure vessel 151 is kept constant.
  • the volume of the isothermal pressure vessel 151 1. 0 X 10- 8 ⁇ ; is preferably in the range of ⁇ 0 X 10 4 [m 3 ]!. If the volume is 1.0 X l (T 8 [m 3 ] or more, there is an advantage that the isothermal pressure vessel 151 is easy to configure. Also, the volume is 1.0 X l (T 4 [m 3 ] or less. If it is, measurement of a high response is attained.
  • the heat conductive material can be used with a force S that is filled with the same material as that of the isothermal pressure vessel 13 at the same volume ratio.
  • the slit channel 152 is a cylindrical channel surrounded by the side surface of the pressure differential meter 15 and the side surface of the isothermal pressure vessel 151.
  • the air flowing in the slit channel 152 during measurement is preferably a laminar flow. As a result, a proportional relationship is established between the pressure and the flow rate, and the pressure differential can be measured with high accuracy.
  • the differential pressure gauge 153 is a diaphragm type differential pressure gauge having a diaphragm 153a, and a signal corresponding to the force and the pressure difference is output to both surfaces of the diaphragm 153a.
  • differential pressure gauges such as a differential pressure gauge using a bellows may be used.
  • rl and r2 represent the outer diameter (radius) and the inner diameter (half diameter) of the cylindrical path 152, respectively.
  • the pressure differential meter 15 of the first embodiment of the present invention uses a cylindrical type channel
  • the pressure differential meter 15 is compared with the pressure differential meter using the flat plate slit type channel proposed in Reference Document 2.
  • the cross-sectional area can be increased. For this reason, the time constant T can be reduced, and the pressure response with high response can be reduced. It is the power to make a minute meter.
  • Conduit 19a, Conduit 19b, Conduit 19c and Conduit 19d are the gas supply source 10 and the intake port lla of the servo valve 11, the control port 11c of the servo valve 11 and the flow meter 12, the flow meter 12 and isothermal, respectively.
  • the inlet 13a of the pressure vessel 13, the outlet 13b of the isothermal pressure vessel 13, and an external device such as a vibration isolator are connected.
  • the cross-sectional areas of the conduits 19a, 19b, 19c, and 19d are preferably at least four times the effective cross-sectional area of the servo valve 11. This is because the pressure drop due to the conduit can be neglected in this range if the cross-sectional area force of the conduit 19a, 19b, 19c, 19d is within this range.
  • the A / D converter 17 converts an analog signal detected by the flow meter 12, the pressure gauge 14, and the pressure differentiator 15 into a digital signal and outputs the digital signal to the computer 16.
  • the D / A converter 18 converts a digital signal from the computer 16 relating to opening / closing or opening of the servo valve 11 into an analog signal and outputs the analog signal to the servo valve 11.
  • the computer (pressure control means) 16 includes a detection signal related to the inflow flow rate Gin of the air measured by the flow meter 12, a detection signal related to the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 measured by the pressure gauge 14, A differential signal dP / dt of the pressure in the isothermal pressure vessel 13 measured by the pressure differential meter 15 and a detection signal related to dP / dt are received as a digital signal via the A / D converter 17, and the detected signals are Based on this, the flow rate Gin of the air flowing into the isothermal pressure vessel 13 through the servo valve 11 (including the case of the “negative flow rate” in which air flows out from the exhaust port 1 lb of the servo valve 11) is controlled.
  • the control voltage Eil is transmitted to the servo valve 11 via the D / A converter 18.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the pressure regulator of the first embodiment of the present invention.
  • control system of the pressure regulator 1 feeds back the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 to the target set pressure Pref by PI.
  • the pressure control system 20 to be controlled is configured as a main loop! /, And the flow rate of air flowing into the isothermal pressure vessel 13 via the servo valve 11 inside this main loop
  • the inflow flow control system 23 for feedback control of Gin is configured as one minor loop, and the isothermal pressure vessel 13 is based on the inflow flow rate Gin and the partial pressure value dP / dt of the air in the isothermal pressure vessel 13.
  • Model follow-up control that constitutes an observer (inflow rate estimation means) 27 that estimates the outflow flow rate Gout flowing out from the reactor, and feeds back the outflow flow rate Gout (upper hat) estimated by the observer 27 to the inflow flow rate control system 23 to compensate.
  • Control 28 is configured as another minor loop.
  • the pressure control system 20 feeds back the pressure P that is a controlled variable, and calculates a deviation from the target value Pref at the addition junction 21.
  • the pressure P is measured by the pressure gauge 14.
  • the calculated pressure deviation is transmitted to the control element 22, and the control element 22 performs PI control with the proportional gain as Kp.
  • the target value of the inflow flow rate of air into the isothermal pressure vessel 13 for eliminating the pressure ⁇ ⁇ deviation is calculated, and the target value Gref of the inflow rate Gin, which is the control amount of the inflow rate control system 23 It becomes.
  • the control element 22 of the pressure control system 20 may perform PID (proportional operation, integral operation, differential operation) control instead of PI control.
  • the inflow flow rate control system 23 is a cascade loop configured inside the pressure control system 20 that is a main loop, and performs feedback control of the inflow flow rate Gin.
  • the inflow flow rate Gin measured by the flow meter 12 is fed back.
  • the deviation from the target value Gref is calculated.
  • the summed junction 231 is added with the estimated outflow rate Gout (hatted above) output by the observer 27, and the estimated outflow rate Gout (hatted above) is added to the inflow rate Gin. Deviation is calculated.
  • the deviation of the inflow flow rate Gin calculated at the summing junction 231 is transmitted to the control element 232, and the integral gain Kgi is multiplied by the control element 232 to eliminate the deviation of the inflow flow rate Gin.
  • the control voltage Eil of the servo valve 11 that gives is calculated. By transmitting this control voltage Eil to the servo valve 11 via the D / A converter 18, the servo valve 11 opens the valve at an opening corresponding to the control voltage Eil, and air is supplied to the isothermal pressure vessel 13.
  • control voltage Eil can be used to calculate and acquire the inflow flow rate Gin using equation (4).
  • the outflow flow rate Gout can be detected by connecting a flowmeter to the downstream side of the outlet 13b of the isothermal pressure vessel 13 and measuring it.
  • the pressure loss due to the flowmeter becomes a new disturbance due to the connection of the flowmeter, it is not always necessary to improve the pressure control response and There is a problem that it does not contribute to accuracy.
  • a pressure meter of several hundred Pascals is generated by a laminar resistance tube, so it is not preferable to install a flow meter on the downstream side.
  • the outflow flow rate Gout is estimated based on the pressure differential value dP / dt measured by the pressure differential meter 15 having a pressure loss smaller than that of the flow meter and the inflow flow rate Gin. Observer 27 to be provided.
  • V represents the volume of the isothermal pressure vessel 13
  • W represents the mass of air in the isothermal pressure vessel 13.
  • equation (6) is obtained.
  • G dW / dt.
  • Equation (7) the relationship of Equation (7) is between the inflow flow rate Gin, the outflow flow rate Gout to the isothermal pressure vessel 13 and the pressure P in the isothermal pressure vessel 13. is there.
  • Equation (8) can be used to calculate the outflow rate estimate Gout (hat on top).
  • the observer 27 multiplies the pressure change (pressure differential value) dP / dt associated with the inflow flow rate Gin and the outflow flow rate Gout by V / (R 6) by the control element 271 to obtain “Gin—Gout”.
  • an estimated outflow rate value Gout (hat on top) can be calculated.
  • the pressure differential value dP / dt can also be obtained by subjecting the pressure P measured by the pressure gauge 14 to discrete differentiation (numerical value differentiation).
  • discrete differentiation number differentiation
  • the calculation of the pressure control system 20 may be performed using a general-purpose computer such as a PC (Personal Computer), or may be performed by configuring a dedicated arithmetic circuit. Yes.
  • a general-purpose computer such as a PC (Personal Computer)
  • PC Personal Computer
  • the pressure regulator 1 is activated and the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 is set to a predetermined target value Pref.
  • the servo valve 11 The opening is adjusted so that the outflow rate Gout flowing out from the outlet 13b of the force vessel 13 and the inflow rate Gin flowing in from the inlet 13a are balanced.
  • the pressure regulator 1 is an inflow flow rate Gin measured by the flow meter 12, a pressure P measured by the pressure meter 14, and a pressure differential value measured by the pressure differential meter 15 by the computer 16 to compensate for fluctuations in air pressure.
  • / dt is received via the A / D converter 17
  • the control voltage Eil for the servo valve 11 is calculated based on the received measurement data
  • the calculated control voltage Eil is calculated via the D / A converter 18.
  • Servo valve 11 adjusts the valve to an opening corresponding to control voltage Eil calculated by computer 16, and flows air into isothermal pressure vessel 13 at an inflow flow rate Gin corresponding to the opening.
  • the air pressure P in the isothermal pressure vessel 13 is controlled so as to be set to the target value Pref.
  • FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the pressure regulator of the second embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are assigned to the same devices and parts as those of the pressure regulator 1 shown in FIG.
  • the pressure regulator 41 shown in FIG. 4 is the same as that of the first embodiment except that the flow meter 12 is not provided in the conduit 19b between the servo valve 11 and the isothermal pressure vessel 13, and the calculation in the computer 46 is different. It has the same configuration as the pressure regulator 1. Therefore, servo valve 11, isothermal pressure vessel 13, pressure gauge 14, pressure differential meter 15, A / D (analog / digital) converter 17, D / A (digital / analog) converter 18, and A description of the conduits 19a, 19b, 19d is omitted.
  • the pressure regulator 41 regulates the flow rate of the gas supplied from the gas supply source 10 into the isothermal pressure vessel 13 by the servo valve 11, thereby isothermalizing pressure.
  • the gas output from the outlet 13b of the container 13 through the conduit 19d is held at a predetermined constant pressure.
  • a compressible fluid is used as in the first embodiment.
  • air will be described as an example, the present invention can be applied to a compressible fluid other than air, for example, a gas such as nitrogen, hydrogen, and carbon dioxide.
  • the computer (pressure control means) 46 measures the detection signal related to the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 measured by the pressure gauge 14 and the pressure differential meter 15.
  • the detected signal related to the differential value dP / dt of the pressure in the isothermal pressure vessel 13 is received as a digital signal via the A / D converter 17 and the servo valve 1 is based on the detected signal.
  • the control voltage Ei2 that controls the inflow flow rate Gin of air flowing into the isothermal pressure vessel 13 through 1 (including the case of the “negative inflow flow rate” that flows out of the exhaust port 1 lb of the servo valve 1 1)
  • the signal is transmitted to the servo valve 11 via the D / A converter 18.
  • the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 measured by the pressure gauge 14 and the isothermal pressure vessel 13 measured by the pressure differential meter 15 The air pressure differential value dP / dt is appropriately used to perform an operation for controlling the opening / closing or opening of the servo valve 11.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a control system of the pressure regulator of the second embodiment of the present invention.
  • the control system of the pressure regulator 41 feeds back the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 to the target set pressure Pref, PI (
  • the pressure control system 50 to be controlled is configured as a main loop!
  • the pressure P that is a controlled variable is fed back, and the deviation from the target value Pref is calculated at the addition junction 51.
  • the pressure P is measured by the pressure gauge 14.
  • the calculated pressure deviation is transmitted to the control element 52, and the control element 52 performs PI control with the proportional gain as Kp.
  • the target value of the inflow flow rate of the air in the isothermal pressure vessel 13 for eliminating the deviation of the pressure ⁇ is calculated and becomes the target value Gref of the inflow rate Gin, which is the control amount of the outflow rate control system 53.
  • the control element 52 of the pressure control system 50 may perform PID (proportional operation, integral operation, differential operation) control instead of PI control.
  • the inflow flow rate control system 53 is a cascade loop configured inside the pressure control system 20, which is the main loop, and performs feedback control of the inflow flow rate Gin.
  • a deviation from the inflow flow rate target value Gref which is the output of the control element 52, is calculated at the addition junction 531.
  • the summed junction point 531 is added with the estimated value Gout (hat on top) of the outflow rate output by the observer 57, and the deviation of the inflow rate Gin expecting the estimated value Gout (hat on top) of the outflow rate is added. Is calculated
  • the inflow flow rate Gin can be calculated and obtained by the equation (4) using the control voltage Ei2.
  • the feedback control of the inflow flow rate Gin compensates for the nonlinearity that deviates from the proportional relationship of the voltage-flow rate characteristics, and improves the pressure control accuracy by the pressure control system 50.
  • the pressure control system 50 In order to perform pressure control with high response and high accuracy, the pressure control system 50 must compensate for this outflow flow rate Gout.
  • the outflow flow rate Gout is estimated based on the pressure differential value dP / dt measured by the pressure differential meter 15 having a pressure loss smaller than that of the flow meter. A buzzer 57 was installed.
  • V is the volume of the isothermal pressure vessel 13
  • W is the mass of air in the isothermal pressure vessel 13.
  • the observer 57 changes the pressure (pressure
  • the differential value dP / dt can be multiplied by V / (R 6) by the control element 571 to calculate “Gin—Gout”.
  • the pressure differential value dP / dt can also be obtained by discrete differentiation (numerical differentiation) of the pressure P measured by the pressure gauge 14.
  • discrete differentiation number of the pressure P measured by the pressure gauge 14.
  • it is difficult to obtain a good feedback signal because it contains a large noise component with respect to slight pressure fluctuations.
  • the calculation of the pressure control system 50 may be performed using, for example, a general-purpose computer such as a PC (Personal Computer), or may be performed by configuring a dedicated arithmetic circuit. Yes.
  • a general-purpose computer such as a PC (Personal Computer)
  • PC Personal Computer
  • the pressure regulator 41 is activated and the pressure P of the air in the isothermal pressure vessel 13 is set to a predetermined target value Pref.
  • the servo valve 11 is adjusted to an opening at which the outflow rate Gout flowing out from the outlet 13b of the isothermal pressure vessel 13 and the inflow rate Gin flowing in from the inlet 13a are balanced.
  • the pressure regulator 41 compensates for fluctuations in the air pressure by the computer 16 through the A / D converter 17 using the pressure P measured by the pressure gauge 14 and the pressure differential value dP / dt measured by the pressure differential meter 15 via the A / D converter 17. Based on the received measurement data. The control voltage Ei2 for the valve 11 is calculated, and the calculated control voltage Ei2 is transmitted to the servo valve 11 via the D / A converter 18.
  • the servo valve 11 adjusts the valve to an opening degree corresponding to the control voltage Ei2 calculated by the computer 16, and flows air into the isothermal pressure vessel 13 at an inflow flow rate Gin corresponding to the opening degree.
  • the air pressure P in the isothermal pressure vessel 13 is controlled so as to be set to the target value Pref.
  • the pressure regulator shown in Fig. 1 was constructed. Detailed specifications of each part are shown below.
  • the spool type servo valve used was a 5-port FESTO MYPE-5-M5-SA. Two unused ports were closed, and three ports were used: intake, exhaust, and control.
  • the laminar flow meter used was a laminar flow element constructed by inserting about 320 narrow tubes with an outer diameter of 0.5 mm, an inner diameter of 0.3 mm, and a length of 50 mm. (See Reference 1 for details)
  • the pressure gauge used was a semiconductor PD-64S500K manufactured by Toyoda Eki.
  • a differential pressure gauge having a measurement range of ⁇ 1 inch H20 (249 [Pa]) manufactured by Allsenso rs was used. In addition, it has been confirmed by a prior experiment that a sine wave pulsating flow has been generated that this pressure differential meter responds sufficiently to about 30 [Hz]!
  • control parameters were set as follows.
  • ⁇ is strictly non-linear force
  • IR2010-02G manufactured by SMC was used.
  • IMC2050-212BL5 manufactured by SMC was used.
  • the experimental apparatus has a branch pipe 30 and a pressure gauge 32 connected to a conduit 19a that connects the gas supply source 10 and the servo valve 11 to the pressure regulator 1 shown in Fig. 1.
  • the exhaust flow rate Gout-up from the branch pipe 30 can be adjusted with a variable throttle, and a laminar flow meter 31 is provided on the downstream side of the branch pipe 30.
  • the supply pressure Ps was varied by exhausting part of the air supplied to the servo valve 11 through the branch pipe 30.
  • the exhaust flow rate Gout-up and the pressure Ps of the air supplied to the servo valve 11 were measured by a flow meter 31 and a pressure meter 32, respectively.
  • FIG. 8 is a graph showing the experimental results of Experiment 1.
  • A indicates the pressure change when the pressure regulator 1 according to the present invention is used
  • B indicates that the precision regulator is used
  • C indicates the pressure change when the electropneumatic regulator is used. Show.
  • the pressure P is set to the target value of 300 [kPa] without deviation, and the influence of the fluctuation of the supply pressure Ps is hardly affected. I have not received it.
  • a precision regulator and an electropneumatic regulator are used, a steady offset is seen with respect to the target pressure value.
  • the downstream pressure P decreases as the supply pressure Ps decreases.
  • the experimental apparatus has a spool type servo valve 33 connected to the downstream end of the conduit 19d on the output side of the pressure regulator 1, with respect to the pressure regulator 1 shown in Fig. 1, and A laminar flow meter 34 was connected to the downstream side of the servo valve 33.
  • the control flow E2 was applied to the servo valve 33, and the flow rate Gout was varied by adjusting the opening of the servo valve 33.
  • the outflow rate Gout was measured by a flow meter 34.
  • FIG. 10 is a graph showing the measured value and estimated value of the outflow rate in Experiment 2.
  • "A” indicates the outflow rate Gout measured by the flow meter 34
  • "B” indicates the estimated outflow rate Gout (hat on top) estimated by Equation (8).
  • the same experiment was performed using the above-mentioned commercially available precision regulator and electropneumatic regulator as a comparison object.
  • FIG. 11 is a graph showing the experimental results of Experiment 2.
  • A indicates the pressure change when the pressure regulator 1 according to the present invention is used
  • B indicates the pressure regulator when the precision regulator is used
  • C indicates the pressure change when the electropneumatic regulator is used.
  • the pressure differential value dP / measured by the pressure differential meter 15 is used to calculate the outflow rate estimated value Gout (hat on top) according to Equation (8) using the experimental apparatus shown in FIG. Instead of dt, the pressure P measured by the pressure gauge 14 was obtained by discrete differentiation and the pressure differential value was used.
  • the digital filter that discretely differentiates the pressure P was an incomplete differentiator, similar to the pressure differentiator 15, and the cut-off frequency fc was 67 [Hz].
  • the other experimental conditions are the same as in Experiment 2.
  • FIG. 12 is a graph showing the experimental results of Experiment 3.
  • “A” indicates the case where the pressure differential value measured by the pressure differential meter is used
  • “B” indicates the case where the discrete differential of the pressure value measured by the pressure gauge is used.
  • FIG. 13 is a graph showing a pressure differential value measured by a pressure differential meter and a pressure differential value obtained by discrete differentiation of the pressure value measured by the pressure meter.
  • A indicates the pressure differential value measured by the pressure differential meter
  • B indicates the pressure differential value obtained by discrete differentiation of the pressure value measured by the pressure gauge.
  • the pressure differential value measured using the pressure differential meter 15 is less variable than the pressure differential value obtained by discrete differentiation of the pressure gauge 14 measured value. It can be seen that the noise component is low. Therefore, it can be seen that it is effective to use the pressure differential meter 15 in order to perform pressure control with high accuracy.
  • FIG. 14 is a configuration diagram schematically showing a configuration of an air panel type vibration isolator using the pressure regulator of the present invention.
  • the vibration isolation device 100 includes a vibration isolation table 110 and an air panel control unit 120.
  • the vibration isolator 100 controls the supply and exhaust of air to the air panel 111 by the servo valve 115 so that the position of the surface plate 112 that is displaced by vibration or the like is set to a set displacement. .
  • the air supplied to the servo valve 115 is configured to be supplied from the air supply source 10 A via the pressure regulator 1 while being maintained at a constant pressure with high accuracy.
  • the position and acceleration of the surface plate 112 are feedback-controlled by the air panel control unit 120, the control voltage E3 for the servo valve 115 is calculated, and the servo valve 115 is operated. ! /
  • the anti-vibration table 110 includes an air supply source 10A, a pressure regulator 1, a servo valve 115, an air panel 111, a surface plate 112, a position detector 113, and an acceleration detector 114.
  • the air supply source 10A is a supply source for supplying air to the air spring 111, and supplies compressed air using pumps such as a compressor. A cylinder filled with high-pressure air can also be used. Air supplied from the air supply source 10A flows into the pressure regulator 1 and is adjusted to a predetermined pressure.
  • the pressure regulator 1 adjusts the air supplied from the air supply source 10A to a predetermined pressure, and supplies the air to the air panel 111 via the servo valve 115.
  • the pressure regulator shown in FIG. It is a pressure regulator based on the invention.
  • the servo valve 115 regulates air supply and exhaust to the air spring 111.
  • the servo valve 115 of the present embodiment shown in FIG. 14 is a spool type servo valve having an intake port 115a, an exhaust port 115b, and a control port 115c.
  • the servo valve 11 of the pressure regulator 1 shown in FIG. The same servovalve can be used.
  • the servo valve 115 is a flow control type servo valve that can use a nozzle flapper type servo valve, for example, as long as it can regulate the supply and exhaust of air to the air spring 111. It is also preferable to use a spool type servo valve to reduce the environmental load!
  • the control port 115c of the servo valve 115 is connected to the air spring 111, the intake port 115a is connected to the pressure regulator 1, the exhaust port 115b is open to the atmosphere, and the D / A from the air panel control unit 120 Based on a control voltage E3 transmitted via a converter (not shown), the connection between the control port 115c and the intake port 115a or the exhaust port 115b is switched, and the opening of the valve is adjusted. As a result, the supply and exhaust of air to the air panel 111 can be regulated.
  • the air spring 111 is composed of a force with the buffer tank portion 111a and the rubber bellows portion 111b. This is an actuator in which the rubber bellows part 11 lb expands and contracts according to the air pressure of the part, and is a support leg that supports the surface plate 112.
  • the air spring 111 is connected to the control port 115c of the servo valve 115, and air is supplied to and exhausted from the air panel 111 in accordance with the connection direction and opening degree of the servo valve 115.
  • the surface plate 112 is a mounting table on which equipment such as an exposure apparatus, for example, is used in a state where vibration is removed.
  • the surface plate 112 is supported by the air panel 111, and the position (displacement) and acceleration of the surface plate 112 are detected by the position detector 113 and the acceleration detector 114.
  • the position detector 113 detects the position (displacement) of the surface plate 112 and outputs the detected signal to the air panel control unit 120 via an A / D converter (not shown).
  • an eddy current displacement sensor, a capacitance sensor, a position detection sensor using a photoelectric conversion element, or the like is used as the position detector 113.
  • the acceleration detector 114 detects the acceleration of the surface plate 112 and outputs the detected signal to the air panel control unit 120 via an A / D converter (not shown).
  • the acceleration detector 114 a piezoelectric acceleration sensor, a capacitive acceleration sensor, or the like can be used.
  • the air spring control unit (air spring control means) 120 includes a finoleta 121, a finoleta 122, a comparator 123, a PI compensator 124, and a subtractor 125.
  • the position and velocity of the surface plate 112 measured by the position detector 113 and acceleration detector 114 are received via an A / D converter (not shown), and the received position and acceleration are feed-knock controlled.
  • the control voltage E3 for the servo valve 115 is calculated and transmitted to the servo valve 115 via a D / A converter (not shown).
  • the position of the surface plate 112 is set to the set displacement, which is the target value, and the servo valve 115 is controlled so that the change in acceleration is minimized.
  • the air spring control unit 120 can be implemented using a computer in the same manner as the control system of the pressure regulator 1. Further, the computer 16 (see FIG. 1) of the pressure regulator 1 may also be used as the air panel control unit 120.
  • the filter 121 performs filtering on the position signal of the surface plate 112 detected by the position detector 113 with an appropriate amplification degree and time constant, and outputs the result to the comparator 123.
  • the filter 122 filters the acceleration signal of the surface plate 112 detected by the acceleration detector 114 with an appropriate amplification degree and time constant, and outputs it to the subtractor 125.
  • the comparator 123 compares the set displacement, which is the target value of the position of the surface plate 112, with the position signal (displacement signal) of the surface plate 112 filtered by the filter 121, and sets the position signal setting displacement. Is calculated and output to the PI compensator 124.
  • the PI compensator 124 calculates the control voltage for the servo valve 115 for eliminating the deviation based on the deviation of the position of the surface plate 112, which is the control amount of the PI control, and outputs it to the subtractor 125. To do.
  • the subtractor 125 subtracts the signal obtained by filtering the acceleration signal using the filter 122 from the control voltage calculated by the PI compensator 124 to calculate the control voltage E3.
  • the calculated control voltage E3 is transmitted to the servo valve 115 via a D / A converter (not shown), and the opening degree of the servo valve 115 is adjusted.
  • a feedback loop of a force PID control system that constitutes a feedback loop of the PI control system may be configured.
  • the force S for feedback control of the position and acceleration of the surface plate 112, and the control amount for feedback control are not limited to these.
  • the air pressure in the air spring 111 or the differential value of the air pressure is A feedback control system may be configured by measuring.
  • the operation of the vibration isolation device 100 will be described with reference to FIG. 14 (see FIG. 1 as appropriate).
  • a sufficient time has elapsed after the vibration isolator is activated and the surface plate 112 has been set to the set displacement.
  • the servo valve 115 is in a closed state, and air does not flow into or out of the air panel 111! /.
  • the vibration from the installation surface of the vibration isolation table 110 or the operation of the equipment installed on the surface plate 112 If the position of the surface plate 112 fluctuates due to the above, etc., based on the position signal and the velocity signal detected by the position detector 113 and acceleration detector 114 received via the A / D converter (not shown). Then, the control voltage E3 for setting the position of the surface plate 112 to the set displacement is calculated by the air panel control unit 120, and is output to the servo valve 115 via a D / A converter (not shown).
  • Servo valve 115 opens at an opening corresponding to control voltage E3 calculated by air spring control unit 120, and supplies air from intake port 115a or exhaust port 115b to air panel 111. Exhaust air. Thereby, the air pressure in the air spring 111 is adjusted, and the position of the surface plate 112 supported by the air panel 111 is controlled to be set to the set displacement.
  • the pressure regulator 1 compensates for fluctuations in the air pressure by measuring the inflow flow rate Gin, pressure P, and pressure differential value dP / measured by the flow meter 12, the pressure meter 14, and the pressure differential meter 15, respectively. Based on dt, the control voltage Eil for the servo valve 11 is calculated by the computer 16 and transmitted to the servo valve 11.
  • the servo valve 11 opens at a degree of opening corresponding to the transmitted control voltage Eil, and causes air to flow into the isothermal pressure vessel 13. As a result, control is performed so that the pressure of the air in the isothermal pressure vessel 13 is set to the target value Pref.
  • the vibration isolator 100 controls the pressure of the air supplied to the air panel 111 so that the pressure regulator 1 maintains a predetermined pressure. For this reason, the vibration isolator 100 can set the displacement deviation due to the vibration of the surface plate 112 quickly and with high accuracy by controlling the air panel 111 upon receiving the supply of air with a stable pressure.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a pressure regulator according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the pressure differential meter of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the pressure regulator of the first embodiment.
  • FIG. 4 A configuration diagram schematically showing the configuration of the pressure regulator of the second embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a control system of the pressure regulator of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the experimental apparatus of Experiment 1.
  • FIG. 8 is a graph showing the experimental results of Experiment 1.
  • FIG. 9 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the experimental apparatus of Experiment 2.
  • FIG. 14 A configuration diagram schematically showing the configuration of an air panel type vibration isolator using the pressure regulator of the present invention.
  • Position detector position detection means
  • Acceleration detector acceleration detection means
  • Air panel control unit air panel control means
  • Isothermal pressure vessel pressure chamber

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Description

明 細 書
圧力レギユレータ及び除振装置
技術分野
[0001] 本発明は、圧力を一定に保つ圧力レギユレータ及びその圧力レギユレータを用い た空気パネ式の除振装置に関する。
背景技術
[0002] 気体の圧力制御は、半導体製造過程における不活性ガスの制御、半導体製造用 露光装置の土台となる空気パネ式の除振台や各種ガスの分析装置などにおいて必 要不可欠である。このような半導体製造に用いられる装置をはじめ、多くの分野にお V、て精密な圧力制御が求められて!/、る。
[0003] 圧力を一定に保つ圧力レギユレータは、機械的なフィードバック機構を用いたもの が安価に販売されており、例えば、機械的なフィードバック機能のついたパイロット式 の精密レギユレータがよく用いられる力 大きな流量を流すとその影響を受けるため、 精密な計測や制御には大きな問題があった。それを回避するために、容積の大きな 容器をバッファとして設け、使用流量の変動による影響を低減する方法がとられてい た。しかし、大きな容積の容器を設置すると、設置のために広いスペースを占有する という問題があった。
[0004] そこで、本願発明者等は、特許文献 1にお!/、て、圧力容器に流入する空気量を空 気圧サーボ弁によって規制することにより、この圧力容器内の圧力を一定に制御する 圧力制御装置において、空気圧サーボ弁の気体出口に流量計を配置して圧力容器 に流入する空気の流入流量を計測すると共に、圧力容器に圧力計を配置して、圧力 容器内の空気の圧力を計測し、圧力計で計測した圧力をフィードバック制御するメイ ンループと、流量計で計測した流入流量をフィードバック制御するマイナーループと 力もなるカスケード制御機構を備えた圧力制御装置を提案した。これによつて、空気 圧サーボ弁を通じて流出する空気の圧力を高速に制御することができるようになった
[0005] また、本願発明者等は、特許文献 2において、流量制御型サーボ弁を用いた空気 パネを支持脚とする除振装置を提案した。
特許文献 1 :特開 2004— 310478号公報 (段落 0016〜段落 0021、図 1、図 2) 特許文献 2：特開 2006— 144859号公報（段落 0024〜段落 0044、図 10) 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 特許文献 1にお!/、て提案した圧力制御装置は、圧力容器へ流入する空気の流入 流量をフィードバック制御することにより、高速な圧力制御を実現した力 更に、下流 側に流量変動が生じた場合にも高速に圧力制御を行うためには、圧力容器から流出 する空気の流出流量を検知して制御する必要があった。
このために、例えば、圧力容器の下流側にも流量計を配置して、圧力容器から流 出する流出流量を計測する方法が考えられるが、配置した下流側の流量計によって 圧力損失が発生するため、精密に圧力制御を行うことは困難であった。
[0007] また、特許文献 2において提案した除振装置を、更に応答性及び精度を向上する ためには、空気パネの圧力制御だけではなぐ空気パネに供給する空気の供給源の 圧力を高速かつ高精度に制御する必要があった。
[0008] 本発明は、これらの問題に鑑み、下流側に流量変動が発生した場合においても、 高応答かつ高精度に圧力制御を行うことができる圧力レギユレータを提供することを 目白勺とする。
また、本発明の他の目的は、高速な応答と高精度な位置整定が可能な空気パネ式 の除振装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項 1に記載の圧 カレギュレータは、圧縮性流体供給源から供給される圧縮性流体の流入流量を規制 するサーボ弁と、前記サーボ弁を介して流入する圧縮性流体を等温状態に保持する 等温化圧力容器と、前記等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力微分値を検出する 圧力微分値検出手段と、前記サーボ弁を操作して等温化圧力容器内の圧縮性流体 を所定の圧力に制御する圧力制御手段と、を備え、前記圧力制御手段は、前記圧 力検出手段によって検出された圧力をフィードバック制御する圧力制御系と、前記等 温化圧力容器へ流入する圧縮性流体の流入流量をフィードバック制御する流入流 量制御系と、前記圧力微分値検出手段によって検出された圧力微分値から、前記等 温化圧力容器内から流出する圧縮性流体の流出流量を推定する流出流量推定手 段と、を有し、前記圧力制御系の制御ループの内側に構成すると共に、前記流出流 量推定手段によって推定された流出流量を前記流入流量制御系にフィードバックす るモデル追従制御系を構成するようにした。
[0010] 力、かる構成によれば、圧力レギユレータは、等温化圧力容器をバッファとして用いる ことにより、当該等温化圧力容器への空気等の気体に代表される圧縮性流体の流入 過程及び流出過程を等体積かつ等温変化とみなすことができるため、簡便に圧力制 徒 Pを fiうこと力できる。
この等温化圧力容器内の圧縮性流体を所定の圧力に制御するために、サーボ弁 によって、圧縮性流体供給源から供給される圧縮性流体の等温化圧力容器への流 入流量を規制する。このとき、圧力レギユレータは、等温化圧力容器内の圧縮性流体 の圧力をフィードバック制御する圧力制御系をメインループとする圧力制御手段によ つて、サーボ弁を操作して流入流量を規制し、等温化圧力容器内の圧縮性流体を所 定の圧力に制御する。
[0011] ここで、圧力制御手段は、圧力制御系の内側に構成したマイナーループである流 入流量制御系によって、等温化圧力容器へ流入する圧縮性流体の流入出流量をフ イードバック制御すると共に、流出流量推定手段によって、等温化圧力容器内の圧 縮性流体の圧力微分値に基づレ、て、等温化圧力容器から流出する圧縮性流体の流 出流量を推定し、推定した流出流量を流入流量制御系にフィードバックするモデル 追従制御系によって補償する。
[0012] 請求項 2に記載の圧力レギユレータは、圧縮性流体供給源から供給される圧縮性 流体の流入流量を規制するサーボ弁と、前記サーボ弁を介して流入する圧縮性流 体を等温状態に保持する等温化圧力容器と、前記サーボ弁を通って前記等温化圧 力容器へ流入する圧縮性流体の流入流量を取得する流入流量取得手段と、前記等 温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記等温化圧力 容器内の圧縮性流体の圧力微分値を検出する圧力微分値検出手段と、前記サーボ 弁を操作して前記等温化圧力容器内の圧縮性流体を所定の圧力に制御する圧力 制御手段と、を備え、前記圧力制御手段は、前記圧力検出手段によって検出された 圧力をフィードバック制御する圧力制御系と、前記流入流量取得手段によって取得さ れた流入流量をフィードバック制御する流入流量制御系と、前記圧力微分値検出手 段によって検出された圧力微分値と前記流入流量取得手段によって取得された流 入流量とに基づいて、前記等温化圧力容器から流出する圧縮性流体の流出流量を 推定する流出流量推定手段と、を有し、前記流入流量制御系を前記圧力制御系の 制御ループの内側に構成すると共に、前記流出流量推定手段によって推定された 流出流量を前記流入流量制御系にフィードバックするモデル追従制御系を構成する よつにした。
[0013] 力、かる構成によれば、圧力レギユレータは、等温化圧力容器をバッファとして用いる ことにより、当該等温化圧力容器への空気等の気体に代表される圧縮性流体の流入 過程及び流出過程を等体積かつ等温変化とみなすことができるため、簡便に圧力制 徒 Pを fiうこと力できる。
この等温化圧力容器内の圧縮性流体を所定の圧力に制御するために、サーボ弁 によって、圧縮性流体供給源から供給される圧縮性流体の等温化圧力容器への流 入流量を規制する。このとき、圧力レギユレータは、等温化圧力容器内の圧縮性流体 の圧力をフィードバック制御する圧力制御系をメインループとする圧力制御手段によ つて、サーボ弁を操作して流入流量を規制し、等温化圧力容器内の圧縮性流体を所 定の圧力に制御する。
[0014] ここで、圧力制御手段は、圧力制御系の内側に構成したマイナーループである流 入流量制御系によって、等温化圧力容器へ流入する圧縮性流体の流入流量をフィ ードバック制御すると共に、流出流量推定手段によって、等温化圧力容器内の圧縮 性流体の圧力微分値と等温化圧力容器へ流入する圧縮性流体の流入流量とに基 づいて、等温化圧力容器から流出する圧縮性流体の流出流量を推定し、推定した流 出流量を流入流量制御系にフィードバックするモデル追従制御系によって補償する
[0015] 請求項 3に記載の圧力レギユレータは、請求項 1又は請求項 2に記載の圧力レギュ レータにおいて、前記サーボ弁は、スプール型サーボ弁とした。
[0016] 力、かる構成によれば、圧力レギユレータは、流量制御型サーボ弁であるスプール型 サーボ弁を用いて流入流量の制御を行うため、例えば、圧力制御型のノズルフラッパ 型サーボ弁を用いた場合に比べ、排気量を少なくすることができる。
[0017] 請求項 4に記載の圧力レギユレータは、請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記 載の圧力レギユレータにおいて、前記圧力微分値検出手段は、圧力室と、ダイヤフラ ム式差圧計あるいは流速計と、前記等温化圧力容器と前記圧力室とを連通する円筒 型のスリット流路とを備えた圧力微分計とした。
[0018] 力、かる構成によれば、円筒型のスリット流路を用いた圧力微分計としたため、流路 断面積を大きくとれ、時定数を小さくすることができる。このため、高速に応答する圧 力微分計とすること力できる。
[0019] 請求項 5に記載の圧力レギユレータは、請求項 2乃至請求項 4の何れか一項に記 載の圧力レギユレータにおいて、前記流入流量取得手段は、前記サーボ弁を介して 前記等温化圧力容器に流入する圧縮性流体の流入流量を計測する層流型流量計 とした。
[0020] かかる構成によれば、流入流量を取得するために、圧力損失の小さい層流型流量 計を用いるため、流量の計測による圧力への影響を少なくすることができる。
[0021] 請求項 6に記載の圧力レギユレータは、請求項 2乃至請求項 5の何れか一項に記 載の圧力レギユレータにおいて、前記流入流量取得手段は、前記サーボ弁を介して 前記等温化圧力容器に流入する圧縮性流体の前記サーボ弁の前後圧力および開 度から流入流量を推定する。
[0022] 力、かる構成によれば、サーボ弁を介して前記等温化圧力容器に流入する圧縮性流 体の前記サーボ弁の前後圧力および開度から流入流量を推定して、動特性に優れ る圧力センサを用いて等温化圧力容器内の圧縮性流体を所定の圧力に高速制御す
[0023] 請求項 7に記載の圧力レギユレータは、請求項 1及至請求項 6の何れか一項に記 載の圧力レギユレータにおいて、前記流出流量推定手段は、前記等温化圧力容器 に流入する圧縮性流体の流入流量 Ginと、前記圧力微分値検出手段によって検出 された前記等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力微分値 (dP/dt)とに基づいて、 下記式（8)によって前記等温化圧力容器から流出する圧縮性流体の流出流量の推 定値 Gout (上にハット）を算出する。
[数 1]
Figure imgf000008_0001
ここで、 Rはガス定数 / (kg'K) ]、 Vは等温化圧力容器の容積 [m3]、 Θは等温 化圧力容器内の空気の温度 [K]、 Pは等温化圧力容器内の圧力 [Pa]、 tは時間 [s] である。
[0024] 力、かる構成によれば、流出流量の推定ィ直 Gout (上にハット）を流入流量制御系の 加算接合点にフィードバックするモデル追従制御系を構成することで、下流での流出 流量のわずかな変化に対応して圧力制御が行われ、外乱に強い高応答の圧力レギ ユレータを構成することができる。
[0025] 請求項 8に記載の除振装置は、定盤と、前記定盤を支持する空気パネと、前記空 気パネに対する空気の流入流量及び流出流量を規制するサーボ弁と、空気供給源 力 供給される空気を所定の圧力に制御して前記サーボ弁に供給する請求項 1乃至 請求項 7の何れか一項に記載の圧力レギユレータと、前記定盤の位置を検出する位 置検出手段と、前記定盤の加速度を検出する加速度検出手段と、前記位置検出手 段によって検出された位置と前記加速度検出手段によって検出された加速度とに基 づレ、て、前記サーボ弁を操作して前記定盤を所定の位置に制御する空気パネ制御 手段と、を備えて構成した。
[0026] 力、かる構成によれば、除振装置は、圧力レギユレータによって所定の圧力に制御さ れた空気をサーボ弁に供給し、空気パネ制御手段によって、位置検出手段で検出し た定盤の位置と加速度検出手段で検出した定盤の加速度とに基づいて、サーボ弁 を操作して、空気パネに対する流入流量及び流出流量を規制することにより、定盤を 所定の位置に制御する。
[0027] 請求項 9に記載の除振装置は、請求項 8に記載の除振装置において、前記サーボ 弁は、スプール型サーボ弁とした。
力、かる構成によれば、空気パネへの空気の供給と排気とを行うサーボ弁として、流 量制御型であるスプール型サーボ弁を用いたため、排気量を少なくすることができる 。更に、圧力レギユレータに用いるサーボ弁もスプール型サーボ弁とすることにより、
Figure imgf000009_0001
発明の効果
[0029] 請求項 1に記載の発明によれば、下流での流出流量のわずかな変化に対応して圧 力制御が行われるため、外乱に強ぐ応答性の高い圧力レギユレータとすることがで きる。また、流出流量を圧力微分値に基づいて推定するため、流出流量を直接計測 する場合に比較して、高!、精度で圧力制御を行うことができる。
請求項 3に記載の発明によれば、排気量を少なくすることができるため、環境負荷 を低減すること力 Sできる。
請求項 4に記載の発明によれば、高速に応答する圧力微分計を用いるため、圧力 レギユレータの応答性を更に向上することができる。
請求項 5に記載の発明によれば、流入流量の計測による圧力への影響が少な!/、た め、圧力レギユレータは、高い精度で圧力制御を行うことができる。
請求項 6に記載の発明によれば、動特性に優れる圧力センサを用いて等温化圧力 容器内の圧縮性流体を所定の圧力に高速制御することができる。
請求項 7に記載の発明によれば、下流での流出流量のわずかな変化に対応して圧 力制御が行われ、外乱に強レ、高応答の圧力レギユレータを構成することができる。 請求項 8に記載の発明によれば、圧力レギユレータによって空気パネに供給される 空気の供給源の圧力が高応答で高精度に保持されるため、除振装置は、定盤の位 置を迅速にかつ高精度に整定することができる。
請求項 9に記載の発明によれば、除振装置の使用による環境負荷を低減すること ができる。
発明を実施するための最良の形態
[0030] 本発明の実施形態について、適宜図面を参照して詳細に説明する。
(第 1実施形態） <圧カレギユレータの構成〉
図 1は、本発明の第 1実施形態の圧力レギユレータの構成を模式的に示す構成図 である。
図 1に示した圧力レギユレータ 1は、サーボ弁 11と、流量計 12と、等温化圧力容器 13と、圧力計 14と、圧力微分計 15と、コンピュータ 16と、 A/D (アナログ/デジタル )変換器 17と、 D/A (デジタル/アナログ)変換器 18とを備える。各圧力機器の間 は、導管 19a、 19b、 19c、 19dで連絡されている。
[0031] 本発明の第 1実施形態の圧力レギユレータ 1は、気体供給源 10から供給される気 体の、等温化圧力容器 13への流入流量をサーボ弁 11によって規制することにより、 等温化圧力容器 13の流出口 13bから導管 19dを介して出力される気体を所定の一 定圧力に保持するものである。
なお、本発明の第 1実施形態においては、圧縮性流体として、空気を例に説明する 、空気以外の、例えば、窒素、水素、二酸化炭素等の気体を代表とする圧縮性流 体に適用することができる。
[0032] なお、本発明の第 1実施形態の説明において用いる主な記号は、次に示すとおり であ ·ο。
fc ： カットオフ周波数 [Hz]
Gin ： 流入流量 [kg/s]
Gout ： 流出流量 [kg/s]
Kgi ： 積分ゲイン [Pa ' s/kg]
Kp ： 圧力制御ループの比例ゲイン [kg/ (Pa · s) ]
Kv ： スプール型サーボ弁の電圧一流量ゲイン [kg/ (Pa ' s) ]
L ： 円筒型スリット流路の長さ [m]
Ρ ： 等温化圧力容器内の圧力 [Pa]
Pc ： 圧力微分計の容器内の圧力 [Pa]
Pj ： 圧力微分計の差圧計にかかる差圧 [Pa]
Pref ： 目標設定圧力 [Pa]
Ps ： 気体供給源から供給される空気の供給圧力 [Pa] R ： ガス定数 CJ/ (kg ' K) ]
rl ： スリット流路の外径（半径） [m]
r2 ： スリット流路の内径（半径） [m]
T ： 時定数 [s]
V ： 等温化圧力容器の容積 [m3]
Vd ： 圧力微分計の容器の容積 [m3]
Θ ： 等温化圧力容器内の空気の温度 [K]
β ： 空気の粘度 [Pa ' s]
p a ： 空気の密度 [kg/m3]
[0033] (気体供給源）
気体供給源 (圧縮性流体供給源） 10は、圧縮性流体である空気を供給する供給源 であり、供給する空気を高圧に充填したボンべを用いることができる。また、コンプレツ サ等のポンプ類を用いて圧縮空気を供給するようにしてもょレ、。
[0034] (サーボ弁）
サーボ弁 11は、気体供給源 10から導管 19aを介して供給される空気の等温化圧 力容器 13への流入流量を規制すると共に、等温化圧力容器 13から逆流する空気の 流出流量 (負の流入流量)を規制する流量制御型サーボ弁である。好適には、圧力 損失が少なレ、スプール型サーボ弁を用いることができる。
[0035] 本発明の第 1実施形態のサーボ弁 11は、吸気ポート 1 1aと排気ポート l ibと制御ポ ート 11cとが設けられたスプール型の 3方弁であり、コンピュータ 16から D/A変換器 18を介して出力される制御信号 (制御電圧 Eil)によって、制御ポート 1 1cと、吸気ポ ート 11a又は排気ポート l ibとの接続及び開度が操作されることにより、流入流量及 びその方向を規制する。
[0036] 吸気ポート 11aは、導管 19aを介して気体供給源 10に接続され、排気ポート l ibは 、大気に開放されている。また、制御ポート 11cは、導管 19bを介して流量計 12に接 続されている。
なお、例えば、毒性、引火性、臭気等があり、大気中に排気するのが好ましくない 気体を用いる場合には、排気ポート l ibは、大気に開放せず、適宜導管を接続して 排気される気体を回収し、人体等に影響がないように廃棄処理するようにすればよい
〇
[0037] (流量計）
流量計 (流入流量取得手段） 12は、気体供給源 10からサーボ弁 11を通って等温 化圧力容器 13に供給される空気の流入流量を計測するものである。計測された空気 の流入流量に関する検出信号は、 A/D変換器 17を介して、コンピュータ 16に送信 される。
なお、等温化圧力容器 13内の空気がサーボ弁 11の排気ポート l ibから流出する 場合には、負の流入流量として計測される。以降は、等温化圧力容器 13への"流入 流量"とは、この負の流入流量の場合も含めたものとして説明する。
[0038] 流量計 12としては、層流型流量計、オリフィス流量計、熱式流量計等の流量計など を
用いることができる力 S、特に、層流型流量計は圧力損失が小さいことから好ましい。さ らに、流量計として、サーボ弁 11を介して等温化圧力容器 13に流入する圧縮性流 体のサーボ弁 11の前後差圧を計測する差圧計を用いてもよ!/、。
また、層流型流量計としては、例えば、本願発明者等が参考文献 1において提案し 流型流量計を用いることができる。
(参考文献 1)
船木達也、川嶋健嗣、香川利春、 "高速応答を有する気体用層流流量計の特性解 析"、計測自動制御学会論文集、 Vol.40, No.10、 pp.1008-1013 (2004)
[0039] (等温化圧力容器）
等温化圧力容器 13は、導管 19cを通って流入口 13aから流入する気体を等温状 態に保持するものである。この等温化圧力容器 13は、通常、金属で形成される。 この等温化圧力容器 13の形状は、円筒状、多角柱体、球体、楕円体など種々の形 状を採用することができる。例えば、円筒状の形状の場合は、何れか一方の底面側 に設けた流入口 13aから空気を流入させ、他方の底面に設けた流出口 13bから空気 を流出させる。このとき、空気の流入方向の奥行き（円筒の高さ）は、断面の最大幅（ 底面の直径）の 2倍以下とすることが好ましい。円筒の高さ（奥行き）がこの範囲にある と空気の流入時における、圧力勾配の発生を抑えることができる。また、多角柱体の 形状の場合、断面中の最大幅、楕円体であれば奥行き方向の中心の断面における 直径である。
[0040] この等温化圧力容器 13は、バッファタンクの役割を有するため、等温化圧力容器 1 3の内容積 Vは、空気の体積流出流量 Qout [NL/min]に対して、 5. 0 X 10— 6Qo ut〜7. 0 X 10_5Qout [m3]の範囲にあることが好ましいが、圧力レギユレータ 1の応 答性の仕様に応じて適宜決めることができる。
[0041] この等温化圧力容器 13の内部には、金属細線の集束体または多孔質金属体から なる表面積の大きな熱伝導性材料が充填されて!/、る。この熱伝導性材料を等温化圧 力容器 13の内部に充填することによって、内部における伝熱面積を増大させること ができる。そして、この熱伝導性材料によって、等温化圧力容器 13への気体の流入 および等温化圧力容器 13からの空気の流出に際して、等温化圧力容器 13内の空 気の温度変化が抑制される。そして、この熱伝導性材料による温度変化の抑制は、 等温化圧力容器 13も熱伝導性の高いものにすればさらに有効である。
[0042] この表面積の大きな熱伝導性材料として、例えば、スチールウール等の金属細線 の集束体、銅線等の多孔質金属体、あるいは木綿やプラスチック製の綿状体などを 採用すること力できる。すなわち、金属細線の集束体または木綿やプラスチック製の 綿などの繊維状の形態である場合は、その繊維径が 10〜50 m]の範囲にあるも のが、伝熱面積を大きくとれることから好ましい。また、この熱伝導性材料は、熱伝導 度が 0. 05 [W/mK]以上であることが好ましい。この熱伝導性材料は、等温化圧力 容器 13に保持される空気の温度変化を 3 [K]程度に抑制できるように、その材質お よび等温化圧力容器 13への充填量等が調整される。このように、等温化圧力容器 1 3にスチールウール等の熱伝導性材料を充填することで、等温化圧力容器 13の伝 熱面積を増大させることができる。
[0043] また、熱伝導性材料の充填密度は 200〜400 [kg/m3]の範囲にあることが好まし い。充填密度がこの範囲にあると、等温化圧力容器 13内の空気の温度変化を十分 に抑制することができる。 [0044] (圧力計）
圧力計 (圧力検出手段） 14は、等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pを計測し、そ の計測結果 (圧力値）に関する検出信号を、 A/D変換器 17を介してコンピュータ 16 に送信するものである。この圧力計 14は、空気の圧力値を電気信号として出力でき るものであれば、特に制限されない。例えば、半導体式圧力センサ等を用いることが できる。そして、圧力計 14の測定可能範囲は、大気圧〜気体供給源 10から供給さ れる空気の供給圧力 Psの範囲をカバーすることが好ましい。
[0045] (圧力微分計）
圧力微分計 (圧力微分値検出手段） 15は、等温化圧力容器 13内の空気の圧力 P の微分値 dP/dtを計測し、その計測結果 (圧力微分値)に関する検出信号を、 A/ D変換器 17を介してコンピュータ 16に送信するものである。
[0046] 圧力微分計 15としては、例えば、本願発明者等によって、参考文献 2において提 案した圧力微分計を用いることができる。
(参考文献 2)
特開 2005— 98991号公報
[0047] 本発明の第 1実施形態では、前記した参考文献 2において提案した平板スリット型 流路を用いた圧力微分計よりも、更に高応答の圧力微分計を用いるようにした。 以下、図 2を参照して、本発明の第 1実施形態における圧力微分計 15の構成につ いて説明する。
なお、図 2は、本発明の第 1実施形態の圧力微分計の構成を模式的に示す断面図 である。
[0048] 図 2に示した圧力微分計 15は、等温化圧力容器 151と、スリット流路 152と、差圧 計 153とを備えている。
[0049] 圧力微分計 15は、図 2において、左右端に半径 rlの底面を有する円筒型の外形 をしており、左端側の底面に開口部 154が形成されている。この開口部 154が等温 化圧力容器 13に接続される。
[0050] 開口部 154の右側には、半径 r2の底面を有する円筒型の等温化圧力容器 151が 設けられ、圧力微分計 15の側面と当該等温化圧力容器 151の側面とによって円筒 型のスリット流路 152が構成されている。スリット流路 152の左端の開口部 152aにお ける空気の圧力は、計測対象の等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pとなる。また、 開口部 152aから流路長 Lを隔てた右端の開口部 152bは、等温化圧力容器 151の 内部と連通しており、開口部 152bにおける空気の圧力は、等温化圧力容器 151内 の空気の圧力 Pcとなる。また、圧力微分計 15の側面には、スリット流路 152の開口部 152aと開口部 152bとにおける空気の圧力差 Pjを計測するための差圧計 153が設 けられている。
[0051] 等温化圧力容器 (圧力室） 151は、図 1に示した圧力レギユレータ 1の等温化圧力 容器 13と同様に、内部に銅線等の熱伝導性材料が充填されており、スリット流路 15 2を通って空気が流入又は流出する際に、迅速に熱量を吸収又は供給し、等温化圧 力容器 151内の空気の温度を一定に保持するものである。等温化圧力容器 151の 容積は、 1. 0 X 10— 8〜； ! · 0 X 10 4 [m3]の範囲にあることが好ましい。容積が 1. 0 X l(T8 [m3]以上であると、等温化圧力容器 151が構成しやすいという利点がある。 また、容積が 1. 0 X l(T4[m3]以下であると、高応答の計測が可能となる。
また、熱伝導性材料は、等温化圧力容器 13と同様の材料を同様の体積比で充填 して用いること力 Sでさる。
[0052] スリット流路 152は、圧力微分計 15の側面と等温化圧力容器 151の側面とに囲ま れた円筒型の流路である。計測時にスリット流路 152内を流れる空気は、層流である ことが好ましい。これによつて、圧力と流量に比例関係が成立し、高精度に圧力微分 ィ直を計測すること力できる。
[0053] 差圧計 153は、ダイヤフラム 153aを有するダイヤフラム式の差圧計であり、ダイヤフ ラム 153aの両面に力、かる圧力差巧に応じた信号が出力される。
このほか、例えば、ベローズを用いた差圧計のように、他の方式の差圧計を用いて あよい。
[0054] ここで、圧力微分計 15の動作原理について説明する。
測定圧力 Pが変化すると、空気はスリット流路 152を通り等温化圧力容器 151へ流 れ、等温化圧力容器 151内の圧力 Pcがわずかに遅れて変化する。このとき発生する 差圧 Pj ( = P— Pc)を測定すると、圧力微分値 dP/dtと差圧 Pjは式（1)のような一次 遅れの関係で表される（参考文献 3)。
(参考文献 3)
川嶋健嗣、藤田壽憲、香川利春、 "容器内圧力変化による圧縮性流体の流 測法，，、計測自動制御学会論文集、 Vol.32, No.11、 pp.1485-1492 (1996)
[0055] [数 2]
Figure imgf000016_0001
(1)
[0056] ：で、時定数 Tは、式（2)で表される。
Figure imgf000016_0002
(2)
[0058] なお、 rl及び r2は、それぞれ円筒型 路 152の外径（半径）及び内径（半 径）を表す。
以上より、カットオフ周波数 fcは式（3)のようになる
[0059] [数 4]
Figure imgf000016_0003
• · · (3)
[0060] 本発明の第 1実施形態の圧力微分計 15は、円筒型 ' 路を用いるため、参 考文献 2において提案した平板スリット型流路を用いた圧力微分計と比較して、流路 断面積を大きくできる。このため、時定数 Tを小さくすることができ、高応答の圧力微 分計とすること力でさる。
[0061] 図 1に戻って、圧力レギユレータ 1の構成について説明を続ける。
(導管）
導管 19a、導管 19b、導管 19c及び導管 19dは、それぞれ、気体供給源 10及びサ ーボ弁 11の吸気ポート l la、サーボ弁 11の制御ポート 11c及び流量計 12、流量計 1 2及び等温化圧力容器 13の流入口 13a、等温化圧力容器 13の流出口 13b及び、例 えば、除振装置等の外部機器を接続する。
[0062] なお、導管 19a、 19b, 19c, 19dの断面積は、サーボ弁 11の有効断面積の 4倍以 上とすることが好ましい。導管 19a、 19b、 19c、 19dの断面積力 この範囲にあると、 導管による圧力降下をほとんど無視することができるからである。
[0063] (A/D変換器、 D/A変換器）
A/D変換器 17は、流量計 12、圧力計 14及び圧力微分計 15によって検出される アナログ信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ 16に出力するものである。また、 D/A変換器 18は、コンピュータ 16からの、サーボ弁 11の開閉又は開度に関するデ ジタル信号をアナログ信号に変換し、サーボ弁 11に出力するものである。
[0064] (コンピュータ）
コンピュータ (圧力制御手段） 16は、流量計 12によって計測された空気の流入流量 Ginに関する検出信号と、圧力計 14によって計測された等温化圧力容器 13内の空 気の圧力 Pに関する検出信号と、圧力微分計 15によって計測された等温化圧力容 器 13内の圧力の微分値 dP/dtに関する検出信号とを、 A/D変換器 17を介してデ ジタル信号として受信し、それらの検出信号に基づいて、サーボ弁 11を介して等温 化圧力容器 13に流入する空気の流入流量 Gin (サーボ弁 11の排気ポート 1 lbから 空気を流出する"負の流入流量"の場合も含む）を制御する制御電圧 Eilを、 D/A 変換器 18を介して、サーボ弁 11に送信するものである。
[0065] このコンピュータ 16において、流量計 12によって計測された空気の流入流量 Ginと 、圧力計 14によって計測された等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pと、圧力微分 計 15によって計測された等温化圧力容器 13内の空気の圧力微分値 dP/dtとを適 宜用いて、サーボ弁 11の開閉又は開度を制御するための演算が行われる。 [0066] <圧力の制御方法〉
次に、図 3を参照（適宜図 1参照）して、本発明の第 1実施形態の圧力レギユレータ
1による圧力の制御について説明する。ここで、図 3は、本発明の第 1実施形態の圧 カレギユレータの制御系を示すブロック線図である。
[0067] 図 3に示すように、本発明の第 1実施形態の圧力レギユレータ 1の制御系は、 目標 設定圧力 Prefに対して等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pをフィードバックして PI
(比例動作、積分動作)制御する圧力制御系 20をメインループとして構成されて!/、る このメインループの内側に、等温化圧力容器 13にサーボ弁 11を介して流入する空 気の流入流量 Ginをフィードバック制御する流入流量制御系 23を一つのマイナール ープとして構成すると共に、流入流量 Ginと等温化圧力容器 13内の空気の圧力微 分値 dP/dtとに基づいて等温化圧力容器 13から流出する流出流量 Goutを推定す るオブザーバ（流入流量推定手段） 27を構成し、オブザーバ 27で推定した流出流量 Gout (上にハット）を流入流量制御系 23にフィードバックして補償するモデル追従制 御系 28を他のマイナーループとして構成している。
[0068] 圧力制御系 20においては、制御量である圧力 Pをフィードバックし、加算接合点 21 において、 目標値 Prefとの偏差を算出する。ここで、圧力 Pは圧力計 14によって計測 される。
[0069] 算出された圧力の偏差は制御要素 22に伝達され、制御要素 22によって、比例ゲイ ンを Kpとする PI制御が行われる。これによつて、圧力 Ρの偏差を解消するための等温 化圧力容器 13への空気の流入流量の目標値が算出され、流入流量制御系 23の制 御量である流入流量 Ginの目標値 Grefとなる。なお、圧力制御系 20の制御要素 22 は、 PI制御の代わりに PID (比例動作、積分動作、微分動作)制御を行うようにしても よい。
[0070] 流入流量制御系 23は、メインループである圧力制御系 20の内側に構成されるカス ケードループであり、流入流量 Ginのフィードバック制御を行う。
流入流量制御系 23においては、まず、流量計 12によって計測された流入流量 Gin をフィードバックし、加算接合点 231において、制御要素 22の出力である流入流量 の目標値 Grefとの偏差が算出される。また、加算接合点 231には、オブザーバ 27に よって出力される流出流量の推定ィ直 Gout (上にハット）が加算され、流出流量の推 定値 Gout (上にハット）を見込んだ流入流量 Ginの偏差が算出される。
[0071] 加算接合点 231で算出された流入流量 Ginの偏差は制御要素 232に伝達され、制 御要素 232によって積分ゲイン Kgiが掛けられて、流入流量 Ginの偏差を解消する ための流入流量 Ginを与えるサーボ弁 11の制御電圧 Eilが算出される。この制御電 圧 Eilを D/A変換器 18を介してサーボ弁 11に送信することにより、サーボ弁 11は 、制御電圧 Eilに対応する開度で弁を開き、等温化圧力容器 13に空気を流入させる
〇
[0072] なお、サーボ弁 11としてスプール型サーボ弁を用いた場合には、制御電圧 Eilと 流入流量 Ginとの間には、式 (4)のように、 Kvを電圧一流量ゲインとするほぼ比例関 係がある。
Gin = KvEil …（4)
従って、流量計 12によって流入流量 Ginを計測する代わりに、制御電圧 Eilを用い 、式 (4)によって流入流量 Ginを算出して取得することもできる。
[0073] このように、流入流量 Ginをフィードバック制御することにより、電圧一流量特性の比 例関係から外れる非線形性を補償して、圧力制御系 20による圧力制御の精度を向 上すること力 Sでさる。
[0074] 制御電圧 Eilをサーボ弁 11に送信することにより、等温化圧力容器 13には、流入 口 13aから制御電圧 Eilに対応する流入流量 Ginの空気が流入する一方で、外部機 器が接続された導管 19dを介して、流出口 13bから流出する流出流量 Goutが外乱 として加算される。図 3においては、加算接合点 24によって、この外乱を表記してい そして、圧力制御を高応答かつ高精度に行うためには、圧力制御系 20において、 この流出流量 Goutを補償する必要がある。
[0075] 流出流量 Goutは、等温化圧力容器 13の流出口 13bの下流側に流量計を接続し て計測することにより検出すること力できる。しかし、流量計を接続するとにより、流量 計による圧力損失が新たな外乱となるため、必ずしも、圧力制御の高応答化及び高 精度化に貢献しないという問題がある。例えば、圧力損失が少ない層流型流量計を 用いた場合でも、層流抵抗管によって数百パスカルの圧力損失が生じてしまうため、 下流側に流量計を設置することは好ましくない。
[0076] そこで、本発明においては、流量計よりも圧力損失の少ない圧力微分計 15によつ て計測される圧力微分値 dP/dtと、流入流量 Ginとに基づいて、流出流量 Goutを 推定するオブザーバ 27を設けるようにした。
[0077] ここで、流出流量 Goutの推定方法について説明する。
まず、サーボ弁 11から等温化圧力容器 13への流入流量 Gin、等温化圧力容器 13 力、らの流出流量 Goutおよび等温化圧力容器 13内の圧力 Pとの間の関係について 説明する。
気体の状態方程式は、式（5)のようになる。但し、 Vは等温化圧力容器 13の容積、 Wは等温化圧力容器 13内の空気の質量を示す。
PV=WR Θ · · · (5)
[0078] 式（5)を全微分すると、式（6)のようになる。但し、 G = dW/dtである。
[0079] [数 5コ
P
Figure imgf000020_0001
• · · (6)
[0080] ここで、等温化圧力容器 13内の空気は、等体積変化（dV/dt = 0)かつ等温変化
(d Θ /dt = 0)することを考慮すると、等温化圧力容器 13に対する流入流量 Gin、流 出流量 Gout及び等温化圧力容器 13内の圧力 Pの間には、式（7)の関係がある。
[0081] [数 6]
G in — G ou tt 丄¾ 1 Ί
κϋ at
…（7)
[0082] 従って、流入流量 Ginと等温化圧力容器 13内の圧力微分値 dP/dtとに基づき、 式（8)によって、流出流量の推定ィ直 Gout (上にハット）を算出することができる。
[0083] [数 7]
G t = G
out in 丄 n ハ 1 '
R u dt · · · (8)
[0084] そこで、オブザーバ 27は、流入流量 Gin及び流出流量 Goutに伴う圧力変化（圧力 微分値） dP/dtに、制御要素 271によって V/ (R 6 )を乗じることで" Gin— Gout" を算出し、加算接合点 272において流入流量 Ginから減じることによって、流出流量 の推定値 Gout (上にハット）を算出することができる。
[0085] この流出流量の推定値 Gout (上にハット）を流入流量制御系 23の加算接合点 231 にフィードバックするモデル追従制御系 28を構成することで、下流での流出流量の わずかな変化に対応して圧力制御が行われ、外乱に強い高応答の圧力レギユレ一 タ 1を構成すること力できる。
[0086] なお、圧力微分値 dP/dtは、圧力計 14によって計測される圧力 Pを離散微分 (数 値微分)することによつても得ること力できる。しかし、圧力 Pの離散微分においては、 わずかな圧力変動に対して大きなノイズ成分を含み、良好なフィードバック信号を得 ることが困難であるため、圧力微分計 15を設けて計測することが好ましい。
[0087] 以上、説明した圧力レギユレータ 1の圧力制御系 20の演算は、コンピュータ 16によ つて行われ、コンピュータ 16によって算出される制御電圧 Eilを、 D/A変換器 18を 介してサーボ弁 11に送信することにより、等温化圧力容器 13内の空気を所定の一 定圧力に制卸することカできる。
[0088] なお、圧力制御系 20の演算は、例えば、 PC (Personal Computer)のような汎用コン ピュータを用いて行ってもよいし、専用の演算回路を構成して演算するようにしてもよ い。
[0089] <圧カレギユレータの動作〉
次に、図 1を参照して、圧力レギユレータ 1の動作について説明する。
[0090] まず、圧力レギユレータ 1が起動され、等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pが所 定の目標値 Prefに整定された状態にあるとする。このとき、サーボ弁 11は、等温化圧 力容器 13の流出口 13bから流出する流出流量 Goutと、流入口 13aから流入する流 入流量 Ginとがバランスする開度に調整されている。
[0091] ここで、気体供給源 10の圧力 Ps又は等温化圧力容器 13から流出する流出流量 G outに変動が生じ、等温化圧力容器 13内の圧力 Pが目標値 Prefから変化すると、圧 カレギユレータ 1は空気の圧力の変動を補償するために、コンピュータ 16によって、 流量計 12で計測された流入流量 Gin、圧力計 14で計測された圧力 P及び圧力微分 計 15で計測された圧力微分値 dP/dtを A/D変換器 17を介して受信し、受信した これらの計測データに基づいて、サーボ弁 11に対する制御電圧 Eilを算出し、算出 した制御電圧 Eilを D/A変換器 18を介してサーボ弁 11に送信する。
[0092] サーボ弁 11は、コンピュータ 16によって算出された制御電圧 Eilに応じた開度に 弁を調節し、その開度に応じた流入流量 Ginで等温化圧力容器 13に空気を流入す る。これによつて、等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pが目標値 Prefに整定される ように制卸される。
[0093] (第 2実施形態）
図 4は、本発明の第 2実施形態の圧力レギユレータの構成を模式的に示す構成図 である。なお、図 4において、図 1に示す圧力レギユレータ 1と同一の機器、部位には 、同一の符号を付している。
図 4に示した圧力レギユレータ 41は、サーボ弁 11と等温化圧力容器 13の間の導管 19bに流量計 12が設けられていないこと、コンピュータ 46における演算が異なること 以外は、第 1実施形態の圧力レギユレータ 1と同一の構成を有するものである。したが つて、以下、サーボ弁 11、等温化圧力容器 13、圧力計 14、圧力微分計 15、 A/D ( アナログ/デジタル)変換器 17、 D/A (デジタル/アナログ)変換器 18、および導 管 19a、 19b、 19dについての説明は省略する。
[0094] 本発明の第 2実施形態の圧力レギユレータ 41は、気体供給源 10から供給される気 体の、等温化圧力容器 13への流入流量をサーボ弁 11によって規制することにより、 等温化圧力容器 13の流出口 13bから導管 19dを介して出力される気体を所定の一 定圧力に保持するものである。
また、本発明の第 2実施形態においても、第 1実施形態と同様に、圧縮性流体とし て、空気を例に説明するが、空気以外の、例えば、窒素、水素、二酸化炭素等の気 体を代表とする圧縮性流体に適用することができる。
[0095] なお、本発明の第 2実施形態の説明において用いる主な記号 (fc、 Gin、 Gout, K gi、 Κρ、 Κν、 L, Ρ、 Pc、巧、 Pref、 Ps、 R、 rl、 r2、 T、 V、 Vd、 Θ、 i丄、 p a) (ま、前記 と同様である。
[0096] (コンピュータ）
本発明の第 2実施形態において、コンピュータ (圧力制御手段） 46は、圧力計 14に よって計測された等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pに関する検出信号と、圧力 微分計 1 5によって計測された等温化圧力容器 13内の圧力の微分値 dP/dtに関す る検出信号とを、 A/D変換器 1 7を介してデジタル信号として受信し、それらの検出 信号に基づいて、サーボ弁 1 1を介して等温化圧力容器 13に流入する空気の流入 流量 Gin (サーボ弁 1 1の排気ポート 1 l bから空気を流出する"負の流入流量"の場合 も含む）を制御する制御電圧 Ei2を、 D/A変換器 18を介して、サーボ弁 1 1に送信 するものである。
[0097] 本発明の第 2実施形態におけるコンピュータ 46において、圧力計 14によって計測 された等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pと、圧力微分計 1 5によって計測された 等温化圧力容器 13内の空気の圧力微分値 dP/dtとを適宜用いて、サーボ弁 1 1の 開閉又は開度を制御するための演算が行われる。
[0098] <圧力の制御方法〉
次に、図 5を参照（適宜図 4参照）して、本発明の第 2実施形態の圧力レギユレータ 41による圧力の制御について説明する。ここで、図 5は、本発明の第 2実施形態の圧 カレギユレータの制御系を示すブロック線図である。
[0099] 図 5に示すように、本発明の第 2実施形態の圧力レギユレータ 41の制御系は、 目標 設定圧力 Prefに対して等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pをフィードバックして PI (比例動作、積分動作)制御する圧力制御系 50をメインループとして構成されて!/、る このメインループの内側に、等温化圧力容器 13内の空気の圧力微分値 dP/dtに 基づいて等温化圧力容器 13から流出する流出流量 Gout (上にハット）を推定するォ ブザーバ（流出流量推定手段） 57を構成し、オブザーバ 57で推定した流出流量 Go ut (上にハット）を流入流量制御系 53にフィードバックして補償するモデル追従制御 系 58をマイナーループとして構成している。
[0100] 圧力制御系 50においては、制御量である圧力 Pをフィードバックし、加算接合点 51 において、 目標値 Prefとの偏差を算出する。ここで、圧力 Pは圧力計 14によって計測 される。
[0101] 算出された圧力の偏差は制御要素 52に伝達され、制御要素 52によって、比例ゲイ ンを Kpとする PI制御が行われる。これによつて、圧力 Ρの偏差を解消するための等温 化圧力容器 13の空気の流入流量の目標値が算出され、流出流量制御系 53の制御 量である流入流量 Ginの目標値 Grefとなる。なお、圧力制御系 50の制御要素 52は PI制御の代わりに PID (比例動作、積分動作、微分動作)制御を行うようにしてもよ い。
[0102] 流入流量制御系 53は、メインループである圧力制御系 20の内側に構成されるカス ケードループであり、流入流量 Ginのフィードバック制御を行う。
流入流量制御系 53においては、加算接合点 531において、制御要素 52の出力で ある流入流量の目標値 Grefとの偏差が算出される。また、加算接合点 531には、ォ ブザーバ 57によって出力される流出流量の推定値 Gout (上にハット）が加算され、 流出流量の推定値 Gout (上にハット）を見込んだ流入流量 Ginの偏差が算出される
[0103] 加算接合点 531で算出された流入流量 Ginの偏差は制御要素 532に伝達され、制 御要素 532によって積分ゲイン Kgiが掛けられて、流入流量 Ginの偏差を解消する ための流入流量 Ginを与えるサーボ弁 11の制御電圧 Ei2が算出される。この制御電 圧 Ei2を D/A変換器 18を介してサーボ弁 11に送信することにより、サーボ弁 11は 、制御電圧 Ei2に対応する開度で弁を開き、等温化圧力容器 13に空気を流入させる
[0104] なお、サーボ弁 11としてスプール型サーボ弁を用いた場合には、制御電圧 Ei2と 流入流量 Ginとの間には、式 (4)のように、 Kvを電圧一流量ゲインとするほぼ比例関 係がある。 Gin = KvEi2 …（4)
従って、制御電圧 Ei2を用い、式 (4)によって流入流量 Ginを算出して取得すること ができる。
[0105] このように、流入流量 Ginをフィードバック制御することにより、電圧一流量特性の比 例関係から外れる非線形性を補償して、圧力制御系 50による圧力制御の精度を向 上すること力 Sでさる。
[0106] 制御電圧 Ei2をサーボ弁 11に送信することにより、等温化圧力容器 13には、流入 口 13aから制御電圧 Ei2に対応する流入流量 Ginの空気が流入する一方で、外部機 器が接続された導管 19dを介して、流出口 13bから流出する流出流量 Goutが外乱 として加算される。
そして、圧力制御を高応答かつ高精度に行うためには、圧力制御系 50において、 この流出流量 Goutを補償する必要がある。
[0107] 本発明の第 2実施形態においては、流量計よりも圧力損失の少ない圧力微分計 15 によって計測される圧力微分値 dP/dtに基づ!/、て、流出流量 Goutを推定するォブ ザーバ 57を設けるようにした。
[0108] ここで、本発明の第 2実施形態における流出流量 Goutの推定方法について説明 する。
まず、等温化圧力容器 13の流入流量 Gin、等温化圧力容器 13からの流出流量 Go utおよび等温化圧力容器 13内の圧力 Pとの間の関係について説明する。
まず、気体の状態方程式は、前記のとおり、式（5)のようになる。但し、 Vは等温化 圧力容器 13の容積、 Wは等温化圧力容器 13内の空気の質量を示す。
PV=WR Θ · · · (5)
[0109] そして、式（5)を全微分すると、前記式（6)のようになる。
ここで、等温化圧力容器 13内の空気は、等体積変化（dV/dt = 0)かつ等温変化 (d Θ /dt = 0)することを考慮すると、等温化圧力容器 13に対する流入流量 Gin、流 出流量 Gout及び等温化圧力容器 13内の圧力 Pの間には、前記式（7)の関係があ
[0110] そこで、オブザーバ 57は、流入流量 Gin及び流出流量 Goutに伴う圧力変化（圧力 微分値） dP/dtに、制御要素 571によって V/ (R 6 )を乗じることで" Gin— Gout" を算出すること力できる。
[0111] この流入出流量" Gin— Gout"を流入流量制御系 53の加算接合点 531にフィード ノ ックするモデル追従制御系 58を構成することで、下流での流出流量のわずかな変 化に対応して圧力制御が行われ、外乱に強い高応答の圧力レギユレータ 1を構成す ること力 Sでさる。
[0112] なお、圧力微分値 dP/dtは、圧力計 14によって計測される圧力 Pを離散微分 (数 値微分)することによつても得ること力できる。しかし、圧力 Pの離散微分においては、 わずかな圧力変動に対して大きなノイズ成分を含み、良好なフィードバック信号を得 ることが困難であるため、圧力微分計 15を設けて計測することが好ましい。
[0113] 以上、説明した圧力レギユレータ 1の圧力制御系 50の演算は、コンピュータ 46によ つて行われ、コンピュータ 46によって算出される制御電圧 Ei2を、 D/A変換器 18を 介してサーボ弁 11に送信することにより、等温化圧力容器 13内の空気を所定の一 定圧力に制卸することカできる。
[0114] なお、圧力制御系 50の演算は、例えば、 PC (Personal Computer)のような汎用コン ピュータを用いて行ってもよいし、専用の演算回路を構成して演算するようにしてもよ い。
[0115] <圧カレギユレータの動作〉
次に、図 4を参照して、圧力レギユレータ 41の動作について説明する。
[0116] まず、圧力レギユレータ 41が起動され、等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pが所 定の目標値 Prefに整定された状態にあるとする。このとき、サーボ弁 11は、等温化圧 力容器 13の流出口 13bから流出する流出流量 Goutと、流入口 13aから流入する流 入流量 Ginとがバランスする開度に調整されている。
[0117] ここで、気体供給源 10の圧力 Ps又は等温化圧力容器 13から流出する流出流量 G outに変動が生じ、等温化圧力容器 13内の圧力 Pが目標値 Prefから変化すると、圧 カレギユレータ 41は空気の圧力の変動を補償するために、コンピュータ 16によって、 圧力計 14で計測された圧力 P及び圧力微分計 15で計測された圧力微分値 dP/dt を A/D変換器 17を介して受信し、受信したこれらの計測データに基づいて、サーボ 弁 11に対する制御電圧 Ei2を算出し、算出した制御電圧 Ei2を D/A変換器 18を介 してサーボ弁 11に送信する。
[0118] サーボ弁 11は、コンピュータ 16によって算出された制御電圧 Ei2に応じた開度に 弁を調節し、その開度に応じた流入流量 Ginで等温化圧力容器 13に空気を流入す る。これによつて、等温化圧力容器 13内の空気の圧力 Pが目標値 Prefに整定される ように制卸される。
[0119] <実験例〉
次に、本発明による圧力レギユレータ 1を用いて、圧力レギユレータ 1の上流側の圧 力変動と下流側の流出流量の変動に対する応答を評価した実験結果について説明 する。
(圧力レギユレータの構成）
図 1に示した圧力レギユレータを構成した。各部の詳細仕様を以下に示す。
[0120] (サーボ弁 11) :
スプール型サーボ弁は 5ポートの FESTO社製 MYPE— 5— M5— SAを用いた。 使用しない 2つのポートは塞ぎ、吸気、排気及び制御の 3つのポートを用いた。
(等温化圧力容器 13) :
東京メータ株式会社製の、容積が 1. 0 X l(T3[m3]の容器に線径 50 m]の銅線 が容積率にして 5%封入されたものを用いた。なお、銅線の表面はコーティングが施 されている。
(流量計 12)：
層流型流量計は外径 0. 5 [mm] ,内径 0. 3 [mm]、長さ 50 [mm]の細管を約 320 本揷入して層流エレメントを構成したものを用いた (詳細は参考文献 1を参照のこと）
(圧力計 14)：
圧力計は豊田ェ機社製の半導体式の PD— 64S500Kを用いた。
(圧力微分計 15) :
図 2に示した円筒型スリット流路を設けた圧力微分計を用いた。スリット流路の外径 r 1 = 1. 0 X 10— 2[m]、内径 r2 = 0. 99 X 10— 2 [m]、流路長 L = 2. 5 X 10— 2[m]、等 温化圧力容器の容量 Vd = 8. 06 X lCT6[m3]である。カットオフ周波数 fcの理論値 は、式（3)より、圧力 P = 300 [kPa]において、 67 [Hz]である。差圧計は、 Allsenso rs社製の測定範囲 ± 1インチ H20 (249 [Pa] )のものを用いた。また、正弦波状の脈 動流を発生させた事前実験により、この圧力微分計は、 30 [Hz]程度まで十分応答 することが確かめられて!/、る。
[0121] (制御パラメータの設定）：
制御パラメータは以下のように設定した。
図 3に示したブロック線図において、流入流量 Ginの制御は圧力制御よりも十分に 速いと仮定すると、圧力制御の伝達関数は式（9)のようになる。
[0122] [数 8]
Figure imgf000028_0001
[0123] 上流側又は下流側の圧力変動等の外乱発生時の圧力回復の整定時間（目標値の
95%に達する時間）は 0. 3 [s]以内を目標とし、 Tp = 0. l [s]となるように、圧力制御 系 20の比例ゲインとして、 Kp = 1. 19 X 10— 7 [kg/ (Pa · s) ]を設定した。
[0124] 次に、流入流量制御系 23において、圧力制御系 20の制御要素 22からの入力を G ref、サーボ弁 11の制御電圧 Eilに対する流量ゲインを Kv、流入流量制御系 23の
Figure imgf000028_0002
：なる。
[0125] [数 9]
Figure imgf000028_0003
[0126] Κνは厳密には非線形である力 本実験で用いたスプール型のサーボ弁 11は、サ ーボ弁 11の上流側の供給圧力 Ps = 500 [kPa (abs) ]、下流側の圧力 P = 300 [kPa (abs) ]とする実験条件下においては、事前に計測した静特性に基づき、 Kv= 2. 15 5 X 10— 4[kg/ (s -V) ]と線形近似した。流入流量制御系 23のループは圧力制御系 20のループのマイナーループであるから、制御周期は圧力制御系 20に比べて十分 速いことが必要である。よって Tgi = 0. 0075 [s] (Tp :TG= 15 : l)となるよう、 Kgi = 6. 19 X 105[s2 'V/kg]と設定した。後記する実験 2においても、 Pref = 300 [kPa ( abs) ]とした。
[0127] 比較のため、本発明の圧力レギユレータ 1の代わりに、市販の精密レギユレータ（パ ィロット式圧力レギユレータ）及び電空レギユレータに置き換えて実験を行った。
(精密レギユレータ）：
SMC社製の IR2010— 02Gを用いた。
(電空レギユレータ）：
SMC社製の ITV2050— 212BL5を用いた。
[0128] (実験 1 :上流側の圧力の変動実験）
実験 1においては、圧力レギユレータ 1の上流側に圧力変動を起こし、圧力レギユレ ータ 1によって圧力が整定される様子を計測した。
[0129] 実験装置は、図 6に示すように、図 1に示した圧力レギユレータ 1に対して、気体供 給源 10とサーボ弁 11とを接続する導管 19aに、分岐管 30と圧力計 32とを設けた。 分岐管 30からの排気流量 Gout— upは可変絞りで調整できるようにし、分岐管 30の 下流側に層流型の流量計 31を設けた。分岐管 30によって、サーボ弁 11に供給され る空気の一部を排気することにより、供給圧力 Psを変動させた。
排気流量 Gout— up及びサーボ弁 11に供給される空気の圧力 Psは、それぞれ流 量計 31及び圧力計 32によつて計測した。
[0130] なお、図 6においては、圧力レギユレータ 1の制御手段であるコンピュータ 16、 A/ D変換器 17及び D/A変換器 18 (図 1参照）の記載は省略した。また、本実験装置 の圧力計 32及び流量計 31による計測データは、 A/D変換器 17を介してコンビュ ータ 16に送信され、コンピュータ 16において、流量計 12、圧力計 14及び圧力微分 計 15による計測データと共にデータ処理を行った。 [0131] (実験操作）
図 6に示した実験装置において、圧力 Pが十分に整定した後、 t≥30 [s]でサーボ 弁 11の上流にある分岐管 30のハンドバルブを開放し、 Gout_up = 6. 47 X 10— 3[ kg]の空気を放出した。その際の供給圧力 Psの変化を図 7に示す。また、比較対象と して、前記した市販の精密レギユレータおよび電空レギユレータを用いて同様の実験 を fiつた。
[0132] (実験結果）
図 8は、実験 1の実験結果を示すグラフである。図 8において、 "A "は、本発明によ る圧力レギユレータ 1を用いた場合、 "B"は、精密レギユレータを用いた場合、 "C"は 、電空レギユレータを用いた場合の圧力変化を示す。
[0133] 図 8に示したように、本発明による圧力レギユレータ 1を用いた場合は、圧力 Pは目 標値である 300 [kPa]に偏差なく整定し、供給圧力 Psの変動の影響はほとんど受け ていない。それに対し、精密レギユレータ及び電空レギユレータを用いた場合は、圧 力の目標値に対して定常オフセットが見られる。精密レギユレータを用いた場合は、 供給圧力 Psの低下によって、下流側の圧力 Pも低下している。一方、電空レギユレ一 タを用いた場合は、供給圧力 Psの変動の影響は見られないが、 t≥39 [s]において、 圧力 Pが上昇している。これは、 t = 39 [s]において供給圧力 Psが電空レギユレータ の閾値を下回り、レギユレータのスィッチが作動したことが原因であると考えられる。
[0134] (実験 2：下流側の流出流量の変動実験）
実験 2においては、圧力レギユレータ 1の下流側に使用流量 (流出流量）の変動を 起こし、圧力レギユレータ 1によって圧力が整定される様子を計測した。
[0135] 実験装置は、図 9に示すように、図 1に示した圧力レギユレータ 1に対して、圧力レギ ユレータ 1の出力側の導管 19dの下流端にスプール型サーボ弁 33を接続し、更にサ ーボ弁 33の下流側に層流型の流量計 34を接続した。サーボ弁 33に制御電圧 E2を 与え、サーボ弁 33の開度を調節することにより流出流量 Goutを変動させた。流出流 量 Goutは、流量計 34によって計測した。
[0136] なお、図 9においては、圧力レギユレータ 1の制御手段であるコンピュータ 16、 A/ D変換器 17及び D/A変換器 18 (図 1参照）の記載は省略した。また、本実験装置 の流量計 34による計測データは、 A/D変換器 17を介してコンピュータ 16に送信さ れ、コンピュータ 16において、流量計 12、圧力計 14及び圧力微分計 15による計測 データと共にデータ処理を行った。また、コンピュータ 16によって D/A変換器 18を 介してサーボ弁 33に対する制御電圧 E2を送信し、サーボ弁 33を駆動した。
[0137] (実験操作）
図 9に示した実験装置において、圧力レギユレータ 1の下流側に設置したサーボ弁 33への制御電圧 E2を、
t< 20 [s]のときに、 E2 = 6. 5 [V]
t≥20 [s]のときに、 E2 = 8. 0 [V]
とステップ的に変化させ、圧力レギユレータ 1の下流側に外乱を発生させた。
[0138] 図 10は、実験 2における流出流量の計測値と推定値を示すグラフである。図 10に おいて、 "A"は、流量計 34によって計測した流出流量 Goutを示し、 "B"は、式（8) により推定された流出流量の推定ィ直 Gout (上にハット）を示す。また、実験 2において も、比較対象として、前記した市販の精密レギユレータ及び電空レギユレータを用い て同様の実験を行った。
[0139] (実験結果）
図 11は、実験 2の実験結果を示すグラフである。図 11において、 "A "は、本発明に よる圧力レギユレータ 1を用いた場合、 "B"は、精密レギユレータを用いた場合、 "C" は、電空レギユレータを用いた場合の圧力変化を示す。
[0140] 実験 2の結果においても、本発明による圧力レギユレータ 1を用いた場合は、圧力 の目標値である 300 [kPa]にオフセット無く整定し、下流側の外乱の影響は 0. 3 [s] 程度と迅速に補償されており、市販のレギユレータに対する優位性を示している。
[0141] (実験 3 :圧力計の計測値を離散微分して用いた制御実験）
実験 3においては、図 9に示した実験装置を用い、式（8)による流出流量の推定値 Gout (上にハット）を算出するために、圧力微分計 15によって計測される圧力微分 値 dP/dtの代わりに、圧力計 14によって計測される圧力 Pを離散微分して求めて圧 力微分値を用いた。なお、圧力 Pを離散微分するデジタルフィルタは、圧力微分計 1 5と同様に不完全微分器とし、カットオフ周波数 fcは 67 [Hz]とした。 他の実験条件は、実験 2と同じである。
[0142] (実験結果）
図 12は、実験 3の実験結果を示すグラフである。図 12において、 "A "は、圧力微分 計によって計測した圧力微分値を用いた場合を示し、 "B"は、圧力計によって計測し た圧力値の離散微分を用いた場合を示す。
[0143] 図 12に示したように、圧力微分計による計測値を用いた場合と比較し、離散微分を 用いた場合には定常変動が大きくなつていることがわかる。これは、圧力計 14の測定 値を離散微分したことによるノイズ成分の増幅が原因であると考えられる。
[0144] 図 13は、圧力微分計によって計測した圧力微分値と、圧力計によって計測した圧 力値を離散微分して求めた圧力微分値を示すグラフである。図 11において、 "A"は 、圧力微分計によって計測した圧力微分値を示し、 "B"は、圧力計によって計測した 圧力値を離散微分して求めた圧力微分値を示す。
[0145] 図 13に示したように、圧力計 14による計測値を離散微分した圧力微分値よりも、圧 力微分計 15を用いて計測した圧力微分値の方が、変動が小さくなつており、ノイズ成 分が少ないことが分る。従って、高精度に圧力制御を行うためには、圧力微分計 15 を用いることが有効であることが分る。
[0146] <除振装置の構成 >
次に、図 14を参照して、本発明による圧力レギユレータ 1の適用例として、圧力レギ ユレータ 1を用いた空気パネ式の除振装置 100について説明する。ここで、図 14は、 本発明の圧力レギユレータを用いた空気パネ式の除振装置の構成を模式的に示す 構成図である。
[0147] 図 14に示したように、除振装置 100は、除振台 110と、空気パネ制御部 120とから 構成されている。
除振装置 100は、空気パネ 111に対する空気の供給及び排気を、サーボ弁 115に よって規制することにより、振動などによって変位する定盤 112の位置を設定変位に 整定するように制御するものである。また、サーボ弁 115に供給される空気は、空気 供給源 10 Aから圧力レギユレータ 1を介して高精度に一定の圧力に保たれて供給さ れるように構成されている。 本発明の実施形態では、空気パネ制御部 120によって、定盤 112の位置及び加速 度をフィードバック制御し、サーボ弁 115に対する制御電圧 E3を算出し、サーボ弁 1 15を操作するように構成されて!/、る。
[0148] (除振台）
除振台 110は、空気供給源 10Aと、圧力レギユレータ 1と、サーボ弁 115と、空気バ ネ 111と、定盤 112と、位置検出器 113と、加速度検出器 114とから構成されている。
[0149] 空気供給源 10Aは、空気バネ 111に空気を供給するための供給源であり、コンプ レッサ等のポンプ類を用いて圧縮空気を供給するものである。また、供給する空気を 高圧に充填したボンべを用いることもできる。空気供給源 10Aから供給される空気は 、圧力レギユレータ 1に流入され、所定の圧力に調整される。
[0150] 圧力レギユレータ 1は、空気供給源 10Aから供給される空気を、所定の圧力に調整 して、サーボ弁 115を介して、空気パネ 111に供給するものであり、図 1に示した本発 明による圧力レギユレータである。
[0151] サーボ弁 115は、空気バネ 111に対して空気の供給及び排気を規制するものであ る。図 14に示した本実施形態のサーボ弁 115は、吸気ポート 115aと排気ポート 115 bと制御ポート 115cとを有するスプール型サーボ弁であり、図 1に示した圧力レギユレ ータ 1のサーボ弁 11と同様のサーボ弁を用いることができる。
サーボ弁 115は、空気バネ 111に対して空気の供給及び排気を規制できるもので あれば、例えば、ノズルフラッパ型サーボ弁を用いることもできる力 特に、排気流量 が少ない流量制御型のサーボ弁であるスプール型サーボ弁を用いることが環境負荷 を低減するためにも好まし!/、。
[0152] サーボ弁 115の制御ポート 115cは、空気バネ 111に接続され、吸気ポート 115aは 圧力レギユレータ 1に接続され、排気ポート 115bは大気に開放されており、空気パネ 制御部 120から D/A変換器 (不図示）を介して送信される制御電圧 E3に基づいて 、制御ポート 115cと、吸気ポート 115a又は排気ポート 115bとの接続の切り替え、及 び弁の開度が調節される。これによつて、空気パネ 111に対する空気の供給及び排 気を規制することができる。
[0153] 空気バネ 111は、バッファタンク部 111aとゴムべローズ部 111bと力、ら構成され、内 部の空気の圧力に応じてゴムべローズ部 11 lbが伸縮するァクチユエータであって、 定盤 112を支持する支持脚である。
空気バネ 1 11は、サーボ弁 115の制御ポート 115cと接続され、サーボ弁 115の弁 の接続方向及び開度に応じて、空気パネ 111に対する空気の供給及び排気が行わ れる。
[0154] 定盤 112は、振動が除去された状態で使用する、例えば、露光装置等の機器を載 置する載置台である。定盤 112は、空気パネ 111によって支持されると共に、位置検 出器 113及び加速度検出器 114によって、定盤 1 12の位置（変位)及び加速度が検 出される。
[0155] 位置検出器 113は、定盤 112の位置（変位）を検出し、検出した信号を A/D変換 器 (不図示）を介して空気パネ制御部 120に出力する。位置検出器 113としては、渦 電流式変位センサ、静電容量センサ、光電変換素子を応用した位置検出センサ等を 用いること力 Sでさる。
[0156] 加速度検出器 114は、定盤 112の加速度を検出し、検出した信号を A/D変換器（ 不図示）を介して空気パネ制御部 120に出力する。加速度検出器 114としては、圧 電型加速度センサ、静電容量型加速度センサ等を用いることができる。
[0157] (空気パネ制御部）
空気バネ制御部（空気バネ制御手段） 120は、フィノレタ 121と、フィノレタ 122と、比 較器 123と、 PI補償器 124と、減算器 125とを備えて構成されており、除振台 1 10の 位置検出器 113及び加速度検出器 114によって計測される定盤 112の位置及びカロ 速度を A/D変換器 (不図示）を介して受信し、受信した位置及び加速度をフィード ノ ック制御して、サーボ弁 115に対する制御電圧 E3を算出し、 D/A変換器 (不図 示）を介してサーボ弁 115に送信する。これによつて、定盤 112の位置を目標値であ る設定変位に整定すると共に、加速度の変化を最小限に抑制するように、サーボ弁 1 15を制御する。
[0158] 空気バネ制御部 120は、圧力レギユレータ 1の制御系と同様に、コンピュータを用 いて実現すること力できる。また、圧力レギユレータ 1のコンピュータ 16 (図 1参照）を 空気パネ制御部 120として兼用するようにしてもよい。 [0159] フィルタ 121は、位置検出器 113によって検出された定盤 112の位置信号を、適切 な増幅度と時定数とによってフィルタ処理を行い、比較器 123に出力する。
[0160] フィルタ 122は、加速度検出器 114によって検出された定盤 112の加速度信号を、 適切な増幅度と時定数とによってフィルタ処理を行い、減算器 125に出力する。
[0161] 比較器 123は、定盤 112の位置の目標値である設定変位と、フィルタ 121によって フィルタ処理された定盤 112の位置信号 (変位信号）とを比較し、位置信号の設定変 位からの偏差を算出して PI補償器 124に出力する。
[0162] PI補償器 124は、 PI制御の制御量である定盤 112の位置の偏差に基づき、この偏 差を解消するためのサーボ弁 115に対する制御電圧を算出して、減算器 125に出力 する。
[0163] 減算器 125は、 PI補償器 124で算出された制御電圧から、加速度信号をフィルタ 1 22でフィルタ処理した信号を減算し、制御電圧 E3を算出する。これによつて、加速 度が負帰還され、ダンピングが付与された制御系ループとなるため、制御機構の安 定を図ること力 Sできる。算出された制御電圧 E3は、 D/A変換器 (不図示）を介してサ ーボ弁 115に送信され、サーボ弁 115の開度が調節される。
[0164] 本実施形態においては、 PI制御系のフィードバックループを構成した力 PID制御 系のフィードバックループを構成するようにしてもよい。また、定盤 112の位置と加速 度とをフィードバック制御するようにした力 S、フィードバック制御する制御量はこれらに 限定されるものではなぐ例えば、更に空気バネ 111内の空気圧又は空気圧の微分 値を計測してフィードバック制御系を構成するようにしてもよい。
[0165] なお、除振装置の制御については、本願発明者らが特許文献 2において提案した 除振装置に詳しく説明している。
[0166] <除振装置の動作 >
次に、除振装置 100の動作について、図 14を参照（適宜図 1参照）して説明する。 まず、除振装置を起動後に、十分に時間が経過して、定盤 112が設定変位に整定 された状態であるとする。このとき、サーボ弁 115は閉じられた状態であり、空気パネ 111に対する空気の流入及び流出は行われな!/、。
[0167] ここで、除振台 110の設置面からの振動又は定盤 112上に設置された機器の動作 などにより、定盤 112の位置に変動が発生すると、 A/D変換器 (不図示）を介して受 信した位置検出器 113及び加速度検出器 114によって検出された位置信号及びカロ 速度信号に基づき、空気パネ制御部 120によって定盤 112の位置を設定変位に整 定するための制御電圧 E3を算出し、 D/A変換器 (不図示）を介してサーボ弁 115 に出力する。
[0168] サーボ弁 115は、空気バネ制御部 120によって算出された制御電圧 E3に応じた開 度で弁を開き、空気パネ 111に対して、吸気ポート 115aからの空気の供給又は排気 ポート 115bへの空気の排気を行う。これによつて、空気バネ 111内の空気圧が調整 され、空気パネ 111が支持する定盤 112の位置が設定変位に整定するように制御さ れる。
[0169] 一方、空気供給源 10Aから圧力レギユレータ 1を介して空気バネ 111に空気が供 給された場合には、圧力レギユレータ 1内の空気の圧力に変動が生じることになる。こ のため、圧力レギユレータ 1は、空気の圧力の変動を補償するために、流量計 12、圧 力計 14及び圧力微分計 15によってそれぞれ計測される流入流量 Gin、圧力 P及び 圧力微分値 dP/dtに基づいて、コンピュータ 16によって、サーボ弁 11に対する制 御電圧 Eilを算出し、サーボ弁 11に送信する。
[0170] サーボ弁 11は、送信された制御電圧 Eilに応じた開度で弁を開き、等温化圧力容 器 13に対して、空気を流入させる。これによつて、等温化圧力容器 13内の空気の圧 力 が目標値 Prefに整定されるように制御される。
[0171] 以上、説明したように、本実施形態の除振装置 100は、空気パネ 111に供給される 空気の圧力を、圧力レギユレータ 1によって所定の圧力を保持するように制御する。こ のため、除振装置 100は、安定した圧力の空気の供給を受けて空気パネ 111を制御 して、定盤 112の振動等による変位のズレを迅速かつ高精度に整定することができる 図面の簡単な説明
[0172] [図 1]第 1実施形態の圧力レギユレータの構成を模式的に示す構成図である。
[図 2]第 1実施形態の圧力微分計の構成を模式的に示す断面図である。
[図 3]第 1実施形態の圧力レギユレータの制御系を示すブロック線図である。 園 4]第 2実施形態の圧力レギユレータの構成を模式的に示す構成図である。 園 5]第 2実施形態の圧力レギユレータの制御系を示すブロック線図である。
[図 6]実験 1の実験装置の構成を模式的に示す構成図である。
園 7]実験 1における供給圧力の変化を示すグラフである。
[図 8]実験 1の実験結果を示すグラフである。
[図 9]実験 2の実験装置の構成を模式的に示す構成図である。
園 10]実験 2における流出流量の計測値と推定値を示すグラフである。
園 11]実験 2の実験結果を示すグラフである。
園 12]実験 3の実験結果を示すグラフである。
園 13]圧力微分計によって計測した圧力微分値と、圧力計によって計測した圧力値 を離散微分して求めた圧力微分値を示すグラフである。
園 14]本発明の圧力レギユレータを用いた空気パネ式の除振装置の構成を模式的 に示す構成図である。
符号の説明
1 圧力レギユレータ
10 気体供給源 (圧縮性流体供給源）
10A 空気供給源
11 サーボ弁
12 流量計 (流入流量取得手段）
13 等温化圧力容器
14 圧力計 (圧力検出手段）
15 圧力微分計 (圧力微分値検出手段）
16 コンピュータ (圧力制御手段、空気パネ制御手段）
20 圧力制御系
23 流入流量制御系
27 オブザーバ（流出流量推定手段）
28 モデル追従制御系
46 コンピュータ (圧力制御手段） 除振装置
除振台
空気バネ
定盤
位置検出器 (位置検出手段） 加速度検出器 (加速度検出手段） サーボ弁
空気パネ制御部（空気パネ制御手段) 等温化圧力容器 (圧力室）
スリット流路
差圧計

Claims

請求の範囲
[1] 圧縮性流体供給源から供給される圧縮性流体の流入流量を規制するサーボ弁と、 前記サーボ弁を介して流入する圧縮性流体を等温状態に保持する等温化圧力容 器と、
前記等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力微分値を検出する圧力微分値検出 手段と、
前記サーボ弁を操作して等温化圧力容器内の圧縮性流体を所定の圧力に制御する 圧力制御手段と、を備え、
前記圧力制御手段は、前記圧力検出手段によって検出された圧力をフィードバック 制御する圧力制御系と、前記等温化圧力容器へ流入する圧縮性流体の流入流量を フィードバック制御する流入流量制御系と、前記圧力微分値検出手段によって検出 された圧力微分値から、前記等温化圧力容器内から流出する圧縮性流体の流出流 量を推定する流出流量推定手段と、を有し、前記圧力制御系の制御ループの内側 に構成すると共に、前記流出流量推定手段によって推定された流出流量を前記流 入流量制御系にフィードバックするモデル追従制御系を構成することを特徴とする圧 カレギユレータ。
[2] 圧縮性流体供給源から供給される圧縮性流体の流入流量を規制するサーボ弁と、 前記サーボ弁を介して流入する圧縮性流体を等温状態に保持する等温化圧力容 器と、
前記サーボ弁を通って前記等温化圧力容器へ流入する圧縮性流体の流入流量を 取得する流入流量取得手段と、
前記等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を検出する圧力検出手段と、 前記等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力微分値を検出する圧力微分値検出 手段と、
前記サーボ弁を操作して前記等温化圧力容器内の圧縮性流体を所定の圧力に制 御する圧力制御手段と、を備え、
前記圧力制御手段は、前記圧力検出手段によって検出された圧力をフィードバック 制御する圧力制御系と、前記流入流量取得手段によって取得された流入流量をフィ ードバック制御する流入流量制御系と、前記圧力微分値検出手段によって検出され た圧力微分値と前記流入流量取得手段によって取得された流入流量とに基づいて、 前記等温化圧力容器から流出する圧縮性流体の流出流量を推定する流出流量推 定手段と、を有し、前記流入流量制御系を前記圧力制御系の制御ループの内側に 構成すると共に、前記流出流量推定手段によって推定された流出流量を前記流入 流量制御系にフィードバックするモデル追従制御系を構成することを特徴とする圧力 レギユレータ。
[3] 前記サーボ弁は、スプール型サーボ弁であることを特徴とする請求項 1または請求 項 2に記載の圧力レギユレータ。
[4] 前記圧力微分値検出手段は、圧力室と、ダイヤフラム式差圧計あるいは流速計と、 前記等温化圧力容器と前記圧力室とを連通する円筒型のスリット流路とを備えた圧 力微分計であることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記載の圧力 レギユレータ。
[5] 前記流入流量取得手段は、前記サーボ弁を介して前記等温化圧力容器に流入す る圧縮性流体の流入流量を計測する層流型流量計であることを特徴とする請求項 2 乃至請求項 4の何れか一項に記載の圧力レギユレータ。
[6] 前記流入流量取得手段は、前記サーボ弁を介して前記等温化圧力容器に流入す る圧縮性流体の前記サーボ弁の前後圧力および開度から流入流量を推定すること を特徴とする請求項 2乃至請求項 5の何れか一項に記載の圧力レギユレータ。
[7] 前記流出流量推定手段は、前記等温化圧力容器に流入する圧縮性流体の流入 流量 Ginと、前記圧力微分値検出手段によって検出された前記等温化圧力容器内 の圧縮性流体の圧力微分値 (dP/dt)とに基づいて、下記式（8)によって前記等温 化圧力容器から流出する圧縮性流体の流出流量の推定値 Gout (上にハット）を算出 することを特徴とする請求項 2及至請求項 6の何れか一項に記載の圧力レギユレータ
[数 10]
Figure imgf000041_0001
ここで、 Rはガス定数 / (kg'K) ]、 Vは等温化圧力容器の容積 [m3]、 Θは等温 化圧力容器内の空気の温度 [K]、 Pは等温化圧力容器内の圧力 [Pa]、 tは時間 [s] である。
[8] 定盤と、
前記定盤を支持する空気パネと、
前記空気パネに対する空気の流入流量及び流出流量を規制するサーボ弁と、 空気供給源力 供給される空気の圧力を一定に保持して前記サーボ弁に供給する 請求項 1乃至請求項 7の何れか一項に記載の圧力レギユレータと、
前記定盤の位置を検出する位置検出手段と、
前記定盤の加速度を検出する加速度検出手段と、
前記位置検出手段によって検出された位置と前記加速度検出手段によって検出さ れた加速度とに基づ!/、て、前記サーボ弁を操作して前記定盤を所定の位置に制御 する空気パネ制御手段と、
を備えたことを特徴とする除振装置。
[9] 前記サーボ弁は、スプール型サーボ弁であることを特徴とする請求項 7に記載の除 振装置。
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