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技術 気体圧駆動機器、及びその制御方法

出願人 CKD株式会社
発明者 坂井厚之
出願日 2015年11月27日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2015-231395
公開日 2017年6月1日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-096464
状態 特許登録済
技術分野 往復動ポンプ(3) アクチュエータ 往復動ポンプ(2)
主要キーワード 圧力検出点 気体圧制 最低作動圧力 初期設定圧 吸引側バルブ 吐出側バルブ 圧力変化分 吐出側弁
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図面 (10)

課題

変動部材初期位置にかかわらず、作動室容積を算出することのできる気体圧駆動機器を提供する。

解決手段

気体圧駆動機器10は、作動室26が内部に形成された本体14と、作動室に対して作動気体を供給及び排出する給排部59と、作動室の圧力に応じて本体に対して変動する変動部材23と、圧力を検出する圧力センサ72と、作動気体の流量を検出する流量センサ71と、作動室の容積を変更できない状態にし、作動室の圧力を変化させた際に、圧力センサにより検出される圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ流量センサにより検出される流量に基づき流量積算値を算出し、圧力変化量及び流量積算値に基づいて、作動室の初期容積を算出し、初期容積から作動室の容積を変更できる状態にした後に、流量積算値及び初期容積に基づいて、作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出する制御部70と、を備える。

概要

背景

従来、圧力流体流量値に基づいて、流体圧シリンダにおけるピストン(すなわち変動部材)の移動位置、移動量を算出するものがある(特許文献1参照)。特許文献1に記載のものでは、ピストンが初期位置で停止した状態からの圧力流体の流量の積算値監視することによって、何らかの原因でピストンが初期位置と変位終端位置との間の中間位置で停止した場合でも、その移動位置を確認している。

概要

変動部材の初期位置にかかわらず、作動室容積を算出することのできる気体圧駆動機器を提供する。気体圧駆動機器10は、作動室26が内部に形成された本体14と、作動室に対して作動気体を供給及び排出する給排部59と、作動室の圧力に応じて本体に対して変動する変動部材23と、圧力を検出する圧力センサ72と、作動気体の流量を検出する流量センサ71と、作動室の容積を変更できない状態にし、作動室の圧力を変化させた際に、圧力センサにより検出される圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ流量センサにより検出される流量に基づき流量積算値を算出し、圧力変化量及び流量積算値に基づいて、作動室の初期容積を算出し、初期容積から作動室の容積を変更できる状態にした後に、流量積算値及び初期容積に基づいて、作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出する制御部70と、を備える。

目的

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、変動部材の初期位置にかかわらず、作動室の容積を算出することのできる気体圧駆動機器を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出する制御部と、を備えることを特徴とする気体圧駆動機器

請求項2

前記制御部は、前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する請求項1に記載の気体圧駆動機器。

請求項3

前記制御部は、前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との予め設定された関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する請求項1又は2に記載の気体圧駆動機器。

請求項4

前記制御部は、前記作動室の容積と前記変動部材の位置との予め設定された関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する請求項1〜3のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器。

請求項5

前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみが作用しており、前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出する請求項1〜4のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器。

請求項6

前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷が作用しており、前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記負荷を大きく算出する請求項1〜4のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器。

請求項7

前記制御部は、前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する請求項1〜6のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器。

請求項8

前記制御部は、前記作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、前記作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する請求項7に記載の気体圧駆動機器。

請求項9

作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、を備える気体圧駆動機器を制御する方法であって、前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出することを特徴とする気体圧駆動機器の制御方法

請求項10

前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する請求項9に記載の気体圧駆動機器の制御方法。

請求項11

前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する請求項9又は10に記載の気体圧駆動機器の制御方法。

請求項12

前記作動室の容積と前記変動部材の位置との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する請求項9〜11のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器の制御方法。

請求項13

前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみを作用させ、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出する請求項9〜12のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器の制御方法。

請求項14

前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷を作用させ、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記負荷を大きく算出する請求項9〜12のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器の制御方法。

請求項15

前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する請求項9〜14のいずれか1項に記載の気体圧駆動機器の制御方法。

請求項16

前記作動室の容積と圧力と温度との関係を予め設定し、前記設定した関係、作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する請求項15に記載の気体圧駆動機器の制御方法。

技術分野

0001

本発明は、作動気体が供給及び排出される作動室の圧力に応じて、本体に対して変動部材を変動させる気体圧駆動機器に関する。

背景技術

0002

従来、圧力流体流量値に基づいて、流体圧シリンダにおけるピストン(すなわち変動部材)の移動位置、移動量を算出するものがある(特許文献1参照)。特許文献1に記載のものでは、ピストンが初期位置で停止した状態からの圧力流体の流量の積算値監視することによって、何らかの原因でピストンが初期位置と変位終端位置との間の中間位置で停止した場合でも、その移動位置を確認している。

先行技術

0003

特許第5331986号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載のものでは、ピストンの初期位置が両側の変位終端位置のうちの一方でない場合には、ピストンの初期位置を特定することができず、ひいてはピストンの移動位置(作動室の容積相関)を算出することができない。

0005

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、変動部材の初期位置にかかわらず、作動室の容積を算出することのできる気体圧駆動機器を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

0007

第1の手段は、気体圧駆動機器であって、作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出する制御部と、を備えることを特徴とする。

0008

上記構成によれば、給排部により、作動室に対して作動気体が供給及び排出される。そして、作動室の圧力に応じて、本体に対して変動部材が変動させられる。圧力センサにより、作動室を含む空間の圧力が検出される。流量センサにより、作動室に対して流入出する作動気体の流量が検出される。

0009

ここで、制御部により、作動室の容積を変更できない状態にされ、給排部が制御されて作動室の圧力が変化させられる。これにより、作動室に対して作動気体が流入出する。このとき、作動室に対して流入出する作動気体は、作動室の容積を変更できない状態では、作動室の圧力変化に寄与する。流入出する作動気体による作動室の圧力変化量は、作動室の容積を変更できない状態にした時の作動室の容積(すなわち作動室の初期容積)によって変化する。このため、作動室の圧力変化量と作動気体の流量積算値(すなわち流入出量)との関係は、作動室の初期容積を反映したものとなる。したがって、作動室の圧力変化量及び作動室に流入する作動気体の流量積算値に基づいて、作動室の初期容積を算出することができる。

0010

さらに、初期容積から作動室の容積を変更できる状態にされた後に、流量センサにより検出される作動気体の流量に基づいて流量積算値が算出される。作動室の容積を変更できる状態での流量積算値は、作動室の容積変化量と相関を有している。このため、流量積算値及び初期容積に基づいて、作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出することができる。しかも、変動部材の初期位置にかかわらず、作動室の初期容積を算出することができ、ひいては作動室の変化後容積を算出することができる。

0011

第2の手段では、前記制御部は、前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する。

0012

作動室に対して流入出する作動気体は、作動室の容積変化と圧力変化とに寄与する。このため、作動室に対して流入出する作動気体の流量だけでは、作動室の容積変化を正確に算出することができない。さらに、作動室に対して流入出する作動気体が作動室の圧力変化に寄与する度合は、その時の作動室の容積に応じて変化する。

0013

この点、上記構成によれば、制御部により、圧力センサにより検出される圧力及び変化後容積に基づいて、作動室の圧力変化に寄与する作動気体の流量である圧力変化分流量が算出される。このため、その時の作動室の変化後容積に応じて、圧力変化分流量を正確に算出することができる。そして、流量センサにより検出される流量から圧力変化分流量を減算した作動室の容積変化分流量に基づいて、流量積算値が算出される。このため、作動室の容積変化に寄与する流量積算値に基づいて、作動室の変化後容積を正確に算出することができる。

0014

第3の手段では、前記制御部は、前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との予め設定された関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する。

0015

作動室の容積変化量と変動部材の変位量との関係は予め決まっている。このため、作動室の容積変化量と変動部材の変位量との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。

0016

この点、上記構成によれば、制御部により、作動室の容積変化量と変動部材の変位量との予め設定された関係、及び初期容積から変化後容積への容積変化量に基づいて、変動部材の変位量が算出される。このため、作動室の変化後容積に基づいて、変動部材の変位量を算出することができる。

0017

第4の手段では、前記制御部は、前記作動室の容積と前記変動部材の位置との予め設定された関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する。

0018

作動室の容積と変動部材の位置との関係は予め決まっている。このため、作動室の容積と変動部材の位置との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。

0019

この点、上記構成によれば、制御部により、作動室の容積と変動部材の位置との予め設定された関係、及び変化後容積に基づいて、変動部材の位置が算出される。このため、作動室の変化後容積に基づいて、変動部材の位置を算出することができる。

0020

第5の手段では、前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみが作用しており、前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出する。

0021

上記構成によれば、制御部により、作動室の容積を変更できる状態にされ、変動部材が静止するように給排部が制御される。作動室の容積を変更できる状態で変動部材が静止した場合は、変動部材に対して、作動室側から作用する力と、作動室と反対側から作用する力とが釣り合っている。ここで、変動部材には、作動室の内部の作動気体の圧力、及び変動部材における作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみが作用している。このため、作動気体の圧力と、流体の圧力とが釣り合っている。したがって、変動部材が静止した状態で圧力センサにより検出される圧力を、流体の圧力として算出することができる。

0022

第6の手段では、前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷が作用しており、前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記負荷を大きく算出する。

0023

上述したように、作動室の容積を変更できる状態で変動部材が静止した場合は、変動部材に対して、作動室側から作用する力と、作動室と反対側から作用する力とが釣り合っている。ここで、変動部材には、変動部材が変動する方向の負荷が作用している。そして、変動部材に作用する圧力が高いほど、その圧力により変動部材に作用する力は大きくなる。したがって、変動部材が静止した状態で圧力センサにより検出される圧力が高いほど、負荷を大きく算出することにより、負荷を適切に算出することができる。

0024

第7の手段では、前記制御部は、前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する。

0025

作動室の初期容積を算出する際の作動室の容積を変更できない状態では、ボイルシャルルの法則により、圧力と温度との比は一定となる。このため、圧力センサにより検出される圧力が高いほど作動室の温度を高く算出することにより、作動室の温度を適切に算出することができる。

0026

第8の手段では、前記制御部は、前記作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、前記作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する。

0027

作動室の容積と圧力と温度との関係は、ボイル・シャルルの法則により予め決まっている。このため、作動室の容積と圧力と温度との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。

0028

この点、上記構成によれば、制御部により、作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、作動室の初期容積、及び作動室の初期容積を算出する際の作動室の容積を変更できない状態において圧力センサにより検出された圧力に基づいて、作動室の温度が算出される。このため、作動室の初期容積を算出する際の制御を利用して、作動室の温度を算出することができる。

0029

第9の手段は、気体圧駆動機器の制御方法であって、作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、備える気体圧駆動機器を制御する方法であって、前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出することを特徴とする。

0030

上記気体圧駆動機器では、給排部により、作動室に対して作動気体が供給及び排出される。そして、作動室の圧力に応じて、本体に対して変動部材が変動させられる。圧力センサにより、作動室を含む空間の圧力が検出される。流量センサにより、作動室に対して流入出する作動気体の流量が検出される。

0031

ここで、上記方法によれば、作動室の容積を変更できない状態にされ、給排部が制御されて作動室の圧力が変化させられる。これにより、作動室に対して作動気体が流入出する。このとき、作動室に対して流入出する作動気体は、作動室の容積を変更できない状態では、作動室の圧力変化に寄与する。流入出する作動気体による作動室の圧力変化量は、作動室の容積を変更できない状態にした時の作動室の容積(すなわち作動室の初期容積)によって変化する。このため、作動室の圧力変化量と作動気体の流量積算値(すなわち流入出量)との関係は、作動室の初期容積を反映したものとなる。したがって、作動室の圧力変化量及び作動室に流入する作動気体の流量積算値に基づいて、作動室の初期容積を算出することができる。

0032

さらに、初期容積から作動室の容積を変更できる状態にされた後に、流量センサにより検出される作動気体の流量に基づいて流量積算値が算出される。作動室の容積を変更できる状態での流量積算値は、作動室の容積変化量と相関を有している。このため、流量積算値及び初期容積に基づいて、作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出することができる。しかも、変動部材の初期位置にかかわらず、作動室の初期容積を算出することができ、ひいては作動室の変化後容積を算出することができる。

0033

第10の手段では、前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する。

0034

上記方法によれば、第2の手段と同様の作用効果を奏することができる。

0035

第11の手段では、前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する。

0036

上記方法によれば、第3の手段と同様の作用効果を奏することができる。

0037

第12の手段では、前記作動室の容積と前記変動部材の位置との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する。

0038

上記方法によれば、第4の手段と同様の作用効果を奏することができる。

0039

第13の手段では、前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみを作用させ、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出する。

0040

上記方法によれば、第5の手段と同様の作用効果を奏することができる。

0041

第14の手段では、前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷を作用させ、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記負荷を大きく算出する。

0042

上記方法によれば、第6の手段と同様の作用効果を奏することができる。

0043

第15の手段では、前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する。

0044

上記方法によれば、第7の手段と同様の作用効果を奏することができる。

0045

第16の手段では、前記作動室の容積と圧力と温度との関係を予め設定し、前記設定した関係、作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する。

0046

上記方法によれば、第8の手段と同様の作用効果を奏することができる。

図面の簡単な説明

0047

薬液供給システムを示す回路図。
薬液供給システムの基本的な作動態様を示すタイムチャート
作動室の変化後容積を算出する処理を示すフローチャート
操作エアの圧力と流量とに基づいてポンプ作動室容積を計算する計算式
吸引側の水頭圧推定する処理を示すフローチャート。
ダイアフラム中立位置へ移動させる処理を示すフローチャート。
エアオペレートバルブを示す模式図。
弁開度Cv値との関係を示すグラフ
エアシリンダを示す模式図。

実施例

0048

(第1実施形態)
以下、半導体製造ライン等に用いられる薬液供給システムとして具体化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。

0049

図1は、薬液供給システム10(すなわち気体圧駆動機器)を示す回路図である。同図に示すように、薬液供給システム10は、回転板48上に載置された半導体ウェハWの中心付近に、薬液(すなわち液体)としてのレジスト液Rを先端ノズル47nから供給する。レジスト液Rは、半導体ウェハWの中心付近から、遠心力で半導体ウェハWの外縁まで広げられる。

0050

薬液供給システム10は、ダイアフラムポンプ13と、ポンプ駆動部59と、薬液供給系統49と、吸入配管41と、吐出配管47と、吐出側バルブ46と、流量センサ71と、圧力センサ72と、位置センサ73と、コントローラ70と、等を備えている。

0051

ポンプ13は、加圧された操作エア(すなわち作動気体)が供給及び排出される作動室26が内部に形成された本体14、及びポンプ室25と作動室26とを仕切るダイアフラム23を備えている。ダイアフラム23(すなわち変動部材)は、作動室26の圧力に応じて本体14に対して変位(すなわち変動)する。これにより、レジスト液Rが吸入配管41からポンプ室25へ吸引され、ポンプ室25からレジスト液Rが吐出配管47へ吐出される。

0052

ポンプ駆動部59(すなわち給排部)は、加圧された操作エア(すなわち作動気体)を供給する供給源53と、負圧を発生させる真空発生源61と、電空レギュレータ51と、等を備えている。

0053

供給源53から供給配管52を通じて電空レギュレータ51へ操作エアが供給される。電空レギュレータ51から排気配管60を通じて真空発生源61へ操作エアが排出される。電空レギュレータ51は、電磁弁等を備えており、供給源53と真空発生源61とに接続を切り替える。そして、電空レギュレータ51からエア配管50(すなわち作動気体通路)を通じて、ポンプ13の作動室26に対して操作エアが供給及び排出される。電空レギュレータ51は、コントローラ70からの第1指令信号(例えば圧力目標値)に基づいて、操作エアの圧力を圧力目標値としての設定圧に制御する。なお、ポンプ駆動部59は、電空レギュレータ51を備えるものに限らず、作動気体の圧力を制御するその他の回路であってもよい。

0054

薬液供給系統49は、レジスト液Rを貯留するレジストボトル42と、吸引側バルブ40と、加圧された操作エアを供給する供給源44と、圧力調整弁45と、切換弁43と、等を備えている。

0055

レジストボトル42(すなわち液体容器)は、吸入配管41(すなわち流入通路)によりフィルタ41aを介して吸引側バルブ40に接続されている。レジストボトル42は、ポンプ室25よりも上にあっても、下にあってもよい。フィルタ41aは、レジスト液Rに含まれる微小粒子等の不純物を取り除く。吸引側バルブ40(吸引側弁)は吸入配管41を開閉する。供給源44から操作エアが、圧力調整弁45と切換弁43とを介して吸引側バルブ40へ供給される。圧力調整弁45は、供給源44から供給された操作エアの圧力を、吸引側バルブ40を操作するための圧力に調整する。切換弁43は、電磁ソレノイドを有する電磁切換部43aにより、流路接続状態を切り替える電磁弁である。切換弁43は、コントローラ70からの第2指令信号(例えばオン指令又はオフ指令)に基づいて、吸引側バルブ40への操作エアの供給と大気開放とを相互に切り替える。そして、吸引側バルブ40が開かれることで、吸入配管41を通じてレジスト液Rがポンプ13のポンプ室25へ流入する。

0056

ポンプ13のポンプ室25は、吐出配管47(すなわち流出通路)により吐出側バルブ46を介して先端ノズル47nに接続されている。吐出側バルブ46(吐出側弁)は、上記吸引側バルブ40と同様の構成を備えている。吐出側バルブ46は、コントローラ70からの第3指令信号(例えばオン指令又はオフ指令)に基づいて、開状態閉状態とに相互に切り替えられる。そして、吐出側バルブ46が開かれることで、ポンプ13のポンプ室25から吐出配管47を通じてレジスト液Rが流出する。すなわち、吐出配管47を通じて先端ノズル47nへレジスト液Rが供給される。

0057

流量センサ71は、エア配管50を流通する操作エアの流量、すなわちポンプ13の作動室26に対して流入出する操作エアの流量を検出する。

0058

圧力センサ72は、エア配管50内の操作エアの圧力、すなわち作動室26及びエア配管50を含む空間の圧力を検出する。詳しくは、圧力センサ72は、エア配管50においてポンプ13と流量センサ71との間に設定された圧力検出点72pの圧力を検出する。

0059

位置センサ73は、ダイアフラム23の位置を検出する。詳しくは、位置センサ73は、ダイアフラム23が中立位置よりもポンプ室25側(すなわち吐出側)へ変動している場合にオフとなる。そして、位置センサ73は、ダイアフラム23が中立位置にある場合及び、中立位置よりも作動室26側(すなわち吸引側)へ変動している場合にオンとなる。中立位置は、ダイアフラム23の変動によりダイアフラム23に発生する張力が、所定値よりも小さくなる(例えば張力が0となる)位置、すなわちダイアフラムに発生する張力を無視することのできる位置である。

0060

コントローラ70(すなわち制御部)は、CPUや各種メモリ等よりなるマイクロコンピュータ主体として構成される電子制御装置である。コントローラ70は、ポンプ13によるレジスト液Rの吸引及び吐出の状態等を制御する。コントローラ70には、本システム全体を統括して管理する図示しない管理コンピュータから入力信号(例えば吸引指令信号又は吐出指令信号)が入力される。コントローラ70には、流量センサ71による流量検出信号、圧力センサ72による圧力検出信号、及び位置センサ73による位置検出信号が入力される。そして、コントローラ70は、入力される信号に基づいて、吸引側バルブ40と吐出側バルブ46との開閉状態、及び電空レギュレータ51(すなわちポンプ駆動部59)の状態を制御する。本実施形態では、コントローラ70は、作動室26の容積、及びレジスト液Rの吸引側の水頭圧(すなわち流体圧)を推定する。その際に、薬液供給システム10において、操作エア及びレジスト液Rの温度は一定である、又は一定であるとみなすことができる。

0061

図2は、薬液供給システム10の基本的な作動態様を示すタイムチャートである。薬液供給システム10は、ポンプ13の吐出と吸引とを含むサイクルを繰り返すことによって作動する。薬液供給システム10の作動は、上記コントローラ70によって制御される。

0062

同図に示すように、時刻t1よりも以前では、吸引側バルブ40が開かれており、吐出側バルブ46が閉じられている。作動室26の圧力は、設定圧の負圧となっている。この状態では、ポンプ室25は最大まで拡張しており、作動室26は最小まで縮小している。

0063

時刻t1では、吐出側バルブ46を閉としたままの状態において、吸引側バルブ40も閉状態とする。吸引側バルブ40を閉状態とした後に、電空レギュレータ51の設定圧を正圧に切り替える。その結果、電空レギュレータ51により、作動室26の圧力が設定された正圧に迅速に制御される。この状態では、吸引側バルブ40及び吐出側バルブ46の双方が閉状態なので、ポンプ室25は、ダイアフラム23を介して作動室26側から設定圧の正圧が印加された状態(詳しくは静止状態)となっている。

0064

ここで、上記圧力検出点72pの圧力(すなわち作動室26の圧力)は、圧力センサ72によってリアルタイムで検出されている。作動室26に対して流入出する操作エアの流量は、流量センサ71によってリアルタイムで検出されている。そして、流量センサ71により検出される流量が所定値よりも少なくなる(例えば流量が0となる)時刻t2まで、上記の状態が維持される。なお、圧力センサ72により検出される圧力の変動が所定値よりも小さくなる(例えば圧力の変動が0となる)時刻を、時刻t2としてもよい。

0065

時刻t2では、吐出側バルブ46を開状態とする。これにより、吐出側バルブ46を介してポンプ室25からレジスト液Rの吐出が可能となる。このため、操作エアによる作動室26側からポンプ室25側へのダイアフラム23の押圧に応じて、ポンプ室25からレジスト液Rの吐出が開始される。この状態を、作動室26を最大まで拡張させ、ポンプ室25を最小まで縮小させることのできる期間、すなわち時刻t2〜t3までの期間維持する。これにより、ポンプ13からのレジスト液Rの吐出が終了する。

0066

時刻t3では、吐出側バルブ46を閉状態とする。時刻t3から所定期間後の時刻t4では、吸引側バルブ40を開状態とする。

0067

時刻t4〜t5では、操作エアの設定圧を急激に変化させるのではなく、所定の変化速度で正圧から負圧に徐々に変化させる。これにより、ポンプ室25の圧力が急低下することによる発泡現象を抑制することができる。そして、操作エアの設定圧の低下(例えば負圧化)に伴って、ポンプ室25側から作動室26側へダイアフラム23が吸引される。この状態を、ポンプ室25を最大まで拡張させ、作動室26を最小まで縮小させることのできる期間、すなわち時刻t5〜t6までの期間維持する。これにより、ポンプ13へのレジスト液Rの吸引が終了する。その後、時刻t6において、時刻t1と同様の制御を実行する。

0068

(変化後容積算出)
図3は、作動室26の変化後容積を算出する処理示すフローチャートである。この一連の処理は、コントローラ70によって実行される。

0069

まず、吐出側バルブ46及び吸引側バルブ40を閉じさせる(S11,S12)。すなわち、両バルブ46,40を一旦閉じ、作動室26の容積を変更できない状態にする。

0070

続いて、作動室26の設定圧を変更する(S13)。詳しくは、吐出側バルブ46及び吸引側バルブ40が閉じられた状態、すなわちダイアフラム23が変動しない状態において、作動室26の圧力変化に伴う操作エアの流量変化を精度よく検出することのできる圧力に設定圧を変更する。例えば、設定圧を大気圧から所定圧に上昇させる。

0071

続いて、S13で変更した設定圧を電空レギュレータ51へ出力する(S14)。これにより、電空レギュレータ51は、作動室26の圧力を設定圧に制御する処理を開始する。

0072

続いて、作動室26の圧力を圧力センサ72により検出させ(S15)、作動室26に対して流入出する作動エアの流量を流量センサ71により検出させる(S16)。

0073

続いて、操作室の容積を算出する(S17)。詳しくは、図4の式F5により、その時の作動室26の容積V(n)とエア配管50の容積との合計である操作室容積Vを算出する。ここで、ダイアフラム23が変動しない状態であるため、その時に流量センサ71によって検出された操作エアの流量である検出流量QA(n+1)は、圧力変化分流量QP(n+1)に等しいとみなすことができる。圧力変化分流量QP(n+1)は作動室26の圧力変化に寄与し、容積変化には寄与しない流量である。QA(n+1)は今回の検出流量、P0は基準圧力、ΔP(n+1)は圧力変化(今回の検出圧力P(n+1)−前回の検出圧力P(n))、Δtは所定のサンプリング時間である。なお、検出流量QA(n+1)と時間Δtとの積は、流量の積算値に相当する。

0074

続いて、操作室容積Vからエア配管50の容積を引くことにより、作動室26の初期容積V(0)を算出する(S18)。なお、エア配管50の容積は既知の値である。

0075

続いて、吸引側バルブ40を開かせる(S19)。すなわち、作動室26の容積を、初期容積V(0)から変更できる状態にする。

0076

続いて、作動室26の設定圧を変更し(S20)、S20で変更した設定圧を電空レギュレータ51へ出力し(S21)、作動室26の圧力を圧力センサ72により検出させ(S22)、作動室26に対して流入出する作動エアの流量を流量センサ71により検出させる(S23)。S20〜S23の処理は、S13〜S16の処理と同一である。ただし、S20では、ポンプ13の駆動状態、詳しくは吸引駆動する状態に応じて設定圧を変更する。なお、S19を吐出側バルブ46を開かせる処理に変更するとともに、S20をポンプ13の駆動状態、詳しくは吐出駆動する状態に応じて設定圧を変更する処理に変更してもよい。

0077

続いて、作動室26の変化後容積V(n+1)を算出する(S24)。詳しくは、図4に基づいて後述する。

0078

続いて、作動室26の容積変化量ΔV(n+1)に基づいて、ダイアフラム23の変位量を算出する(S25)。具体的には、作動室26の容積変化量ΔV(n+1)とダイアフラム23の変位量との予め設定された関係、及び作動室26初期容積V(0)から変化後容積V(n+1)への容積変化量ΔV(n+1)に基づいて、ダイアフラム23の変位量を算出する。ここで、作動室26の容積変化量ΔV(n+1)とダイアフラム23の変位量との関係は予め決まっている。このため、作動室26の容積変化量ΔV(n+1)とダイアフラム23の変位量との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておく。

0079

その後、この一連の処理を終了する(END)。なお、この一連の処理が、気体圧制機器の制御方法に相当する。

0080

(作動室の変化後容積算出)
図4は、操作エアの圧力と流量とに基づいて、ポンプ13の作動室26の変化後容積を計算する計算式である。図4中の式F1〜F4は、作動室26の圧力と容積の双方が変化する状態において、操作エアの圧縮性を考慮し、作動室26へ供給される操作エアの圧力と流量とを使用して作動室26の変化後容積を計算するための計算式である。

0081

式F1は、今回(n+1)における作動室26の変化後容積V(n+1)を算出する計算式である。式F1は、前回(n)の作動室26の容積V(n)に、所定のサンプリング時間Δtにおける作動室26の容積変化Qv(n+1)・Δtを加算して、今回(n+1)の作動室26の変化後容積V(n+1)を算出する計算式である。すなわち、変化後容積V(n+1)は、初期容積V(0)に所定のサンプリング時間Δt毎の作動室26の容積変化Qv(k)・Δtを加算して算出される。

0082

式F2は、作動室26の今回の検出圧力P(n+1)における単位時間当たりの容積変化Qv(n+1)を、基準圧力P0における流量QM(n+1)から算出する計算式である。検出圧力P(n+1)は、圧力センサ72によって検出された作動室26の圧力である。ここで、単位時間当たりの容積変化は流量を意味し、容積変化の積算値は流量の積算値を意味する。これにより、基準圧力P0を想定して検出された流量を、圧力P(n+1)での流量に換算して利用することができる。そして、式F2により算出される容積変化Qv(n+1)を、式F1に代入する。

0083

式F3は、検出流量QA(n+1)を使用して基準圧力P0における流量QM(n+1)を算出するための計算式である。検出流量QA(n+1)は、流量センサ71によって検出された操作エアの流量である。基準圧力P0における流量QM(n+1)は、検出流量QA(n+1)から圧力変化分流量QP(n+1)を減算して算出される。圧力変化分流量QP(n+1)は作動室26の圧力変化に寄与し、容積変化には寄与しない流量である。換言すれば、流量QM(n+1)は作動室26の容積変化に寄与する流量、すなわち容積変化分流量である。そして、式F3により算出される基準圧力P0における流量QM(n+1)を、式F2に代入する。

0084

式F4は、圧力変化分流量QP(n+1)を算出するための計算式である。圧力変化分流量QP(n+1)は、操作エアの流量のうち作動室26の圧力変化にのみ寄与する流量である。圧力変化分流量QP(n+1)は、作動室26の圧力が上昇中には正の値となり、作動室26の圧力が下降中には負の値となる。圧力変化(P(n+1)−P(n))は、圧力センサ72による検出圧力のサンプリング時間Δtでの変化である。圧力変化(P(n+1)−P(n))は、実測値をそのまま利用しても良いし、あるいはたとえば一定の時間幅で平均化された値を使用するようにしてもよい。圧力変化分流量QP(n+1)の算出値は、その時の作動室26の容積V(n)とエア配管50の容積との合計である上記操作室容積Vに依存する値である。そして、式F4により算出される圧力変化分流量QP(n+1)を、式F3に代入する。以上により、式F1を用いることで、作動室26の変化後容積を算出することができる。

0085

(吸引側の水頭圧推定)
図5は、吸引側の水頭圧を推定する処理を示すフローチャートである。この一連の処理は、コントローラ70によって実行される。

0086

まず、吐出側バルブ46及び吸引側バルブ40を閉じさせる(S31,S32)。すなわち、両バルブ46,40を一旦閉じた状態とする。

0087

続いて、ダイアフラム23を上記中立位置へ移動させる(S33)。中立位置は、ダイアフラム23の変動によりダイアフラム23に発生する張力が、所定値よりも小さくなる(例えば張力が0となる)位置である。この処理の詳細については後述する。

0088

続いて、前回行われた処理における設定圧を読み込む(S34)。詳しくは、コントローラ70による前回の吸引側の水頭圧を推定する処理において、電空レギュレータ51へ出力された設定圧を読み込む。

0089

続いて、S34で読み込んだ設定圧を電空レギュレータ51へ出力する(S35)。これにより、電空レギュレータ51は、作動室26の圧力を設定圧に制御する処理を開始する。そして、吸引側バルブ40を開かせる(S36)。すなわち、前回の処理において作動室26の圧力を設定圧に制御していた状態から、水頭圧を推定する処理を開始する。なお、前回行われた処理における設定圧を取得できない場合は、水頭圧を推定する処理を所定の初期設定圧から開始する。

0090

続いて、作動室26の圧力を圧力センサ72により検出させ(S37)、作動室26に対して流入出する作動エアの流量を流量センサ71により検出させる(S38)。

0091

続いて、吸引側バルブ40を閉じさせる(S39)。そして、検出された圧力及び検出された流量に基づいて、作動室26の容積変化ΔVを算出する(S40)。作動室26の容積変化ΔVは、作動室26の変化後容積V(n+1)と同様に、図4の式に基づいて算出することができる。

0092

続いて、算出された容積変化が0であるか否か判定する(S41)。詳しくは、算出された容積変化が判定値よりも小さいか否か判定する。判定値は、作動室26の容積変化が実質的に0である、又は略0であることを判定することのできる値、例えば0よりも若干大きい値に設定されている。

0093

S41の判定において、算出された容積変化が0でないと判定した場合(S41:NO)、ダイアフラム23を上記中立位置へ移動させる(S42)。ダイアフラム23が上記中立位置にある場合は、ダイアフラム23には、作動室26の内部の操作エアの圧力、及びダイアフラム23における作動室26と反対側の面に接するレジスト液Rの圧力のみが作用している。

0094

そして、設定圧を変更する(S43)。詳しくは、算出された容積変化に応じて、容積変化を0に迅速に近付けることのできる設定圧に変更する。例えば、作動室26の容積が縮小している場合は設定圧を上昇させ、作動室26の容積が拡大している場合は設定圧を低下させる。さらに、作動室26の容積が縮小する速度が高いほど、設定圧を大きく上昇させる。作動室26の容積が拡大する速度が高いほど、設定圧を大きく低下させる。その後、S35の処理から再度実行する。

0095

一方、S41の判定において、算出された容積変化が0であると判定した場合(S41:YES)、吸引側の水頭圧(すなわち流体の圧力)を推定する(S44)。詳しくは、作動室26の容積変化が0となった状態における作動室26の設定圧、すなわち作動室26の容積変化が0となった状態で圧力センサ72により検出された圧力を、吸引側の水頭圧として推定する。その後、この一連の処理を終了する(END)。

0096

(ダイアフラムの中立位置への移動)
図6は、ダイアフラム23を中立位置へ移動させる処理(図5のS33)を示すフローチャートである。この一連の処理は、コントローラ70によって実行される。

0097

まず、作動室26の設定圧を変更する(S50)。詳しくは、ダイアフラム23を中立位置よりもポンプ室25側へ迅速に変動させることのできる所定圧力に、設定圧を変更する。そして、変更された設定圧を電空レギュレータ51へ出力する(S51)。これにより、電空レギュレータ51は、作動室26の圧力を設定圧に制御する。

0098

続いて、吐出側バルブ46を開かせる(S52)。なお、吸引側バルブ40は、図5のS32の処理において閉じられている。

0099

続いて、位置センサ73がオフとなったか否か判定する(S53)。すなわち、ダイアフラム23が中立位置よりもポンプ室25側へ移動したか否か判定する。この判定において、位置センサ73がオフとなっていないと判定した場合(S53:NO)、S53の判定を繰り返し行って待機する。

0100

一方、S53の判定において、位置センサ73がオフとなったと判定した場合(S53:YES)、吐出側バルブ46を閉じさせ(S54)、作動室26の設定圧を変更する(S55)。詳しくは、ダイアフラム23を中立位置に適切な速度で移動させることのできる所定圧力に、設定圧を変更する。この所定圧力は、ダイアフラム23を中立位置に確実に移動させることができ、且つダイアフラム23が中立位置よりも作動室26側へ大きく変動することのない圧力に設定されている。そして、変更された設定圧を電空レギュレータ51へ出力する(S56)。これにより、電空レギュレータ51は、作動室26の圧力を設定圧に制御する。

0101

続いて、吸引側バルブ40を開かせる(S57)。

0102

続いて、位置センサ73がオンとなったか否か判定する(S58)。すなわち、ダイアフラム23が中立位置へ移動したか否か判定する。この判定において、位置センサ73がオンとなっていないと判定した場合(S58:NO)、S58の判定を繰り返し行って待機する。

0103

一方、S58の判定において、位置センサ73がオンとなったと判定した場合(S58:YES)、吸引側バルブ40を閉じさせる(S59)。これにより、ダイアフラム23は中立位置で静止する。その後、図5のS33以降の処理へ戻る(RET)。

0104

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

0105

・コントローラ70により、作動室26の容積を変更できない状態にされ、ポンプ駆動部59が制御されて作動室26の圧力が変化させられる。これにより、作動室26に対して操作エアが流入出する。このとき、作動室26に対して流入出する操作エアは、作動室26の容積を変更できない状態では、作動室26の圧力変化に寄与する。流入出する操作エアによる作動室26の圧力変化量は、作動室26の容積を変更できない状態にした時の作動室26の容積(すなわち作動室26の初期容積V(0))によって変化する。このため、作動室26の圧力変化量と操作エアの流量積算値(すなわち流入出量)との関係は、作動室26の初期容積V(0)を反映したものとなる。したがって、作動室26の圧力変化量及び作動室26に流入する操作エアの流量積算値に基づいて、作動室26の初期容積V(0)を算出することができる。

0106

・初期容積V(0)から作動室26の容積を変更できる状態にされた後に、流量センサ71により検出される操作エアの流量に基づいて流量積算値が算出される。作動室26の容積を変更できる状態での流量積算値は、作動室26の容積変化量ΔV(n+1)と相関を有している。このため、流量積算値及び初期容積V(0)に基づいて、作動室26の容積が変化した後の変化後容積V(n+1)を算出することができる。しかも、ダイアフラム23の初期位置にかかわらず、作動室26の初期容積V(0)を算出することができ、ひいては作動室26の変化後容積V(n+1)を算出することができる。

0107

・コントローラ70により、圧力センサにより検出される圧力及び変化後容積V(n+1)に基づいて、作動室26の圧力変化に寄与する操作エアの流量である圧力変化分流量QP(n+1)が算出される。このため、その時の作動室26の変化後容積V(n+1)に応じて、圧力変化分流量QP(n+1)を正確に算出することができる。そして、流量センサ71により検出される流量から圧力変化分流量QP(n+1)を減算した作動室26の容積変化分流量QM(n+1)に基づいて、流量積算値が算出される。このため、作動室26の容積変化に寄与する流量積算値に基づいて、作動室26の変化後容積V(n+1)を正確に算出することができる。

0108

・コントローラ70により、作動室26の容積変化量ΔV(n+1)とダイアフラム23の変位量との予め設定された関係、及び初期容積V(0)から変化後容積V(n+1)への容積変化量ΔV(n+1)に基づいて、ダイアフラム23の変位量が算出される。このため、作動室26の変化後容積V(n+1)に基づいて、ダイアフラム23の変位量を算出することができる。

0109

・コントローラ70により、作動室26の容積を変更できる状態にされ、ダイアフラム23が静止するようにポンプ駆動部59が制御される。作動室26の容積を変更できる状態でダイアフラム23が静止した場合は、ダイアフラム23に対して、作動室26側から作用する力と、作動室26と反対側から作用する力とが釣り合っている。ここで、ダイアフラム23には、作動室26の内部の操作エアの圧力、及びダイアフラム23における作動室26と反対側の面に接するレジスト液Rの圧力のみが作用している。このため、操作エアの圧力と、レジスト液Rの圧力とが釣り合っている。したがって、ダイアフラム23が静止した状態で圧力センサにより検出される圧力を、レジスト液Rの圧力として算出することができる。

0110

なお、第1実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

0111

・作動室26の容積とダイアフラム23の位置との関係は予め決まっている。このため、作動室26の容積とダイアフラム23の位置との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。そして、コントローラ70は、作動室26の容積とダイアフラム23の位置との予め設定された関係、及び変化後容積V(n+1)に基づいて、ダイアフラム23の位置を算出してもよい。

0112

・ダイアフラム23(すなわち変動部材)に接する流体は、レジスト液R等の液体に限らず気体であってもよい。

0113

・ポンプ13を、流体の静圧を測定する機器として利用することもできる。具体的には、図5のフローチャートと同様の手順により、吸引側バルブ40を開いて吐出側バルブ46を閉じた状態での流体の静圧を測定することができる。また、吸引側バルブ40の開閉と吐出側バルブ46の開閉とを逆にすることにより、吸引側バルブ40を閉じて吐出側バルブ46を開いた状態での流体の静圧を測定することができる。また、吸引側バルブ40及び吐出側バルブ46を共に開いた状態での流体の静圧を測定することもできる。なお、同様の原理で作動する静圧測定機器を、ポンプ13とは別に設けることもできる。

0114

(第2実施形態)
図1のポンプ13に代えて、単動式のエアオペレートバルブ113を備える気体圧駆動機器として具体化した第2実施形態について、図面を参照して説明する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付すことにより、説明を省略する。

0115

図7に示すように、バルブ113は、本体114、ピストン123、ばね116(すなわち付勢部材)等を備えている。本体114の内部には、エア配管50から加圧された操作エアが供給及び排出される作動室126が形成されている。ピストン123(すなわち変動部材)は、作動室126とばね室127とを仕切っている。ばね116は、ばね室127側から作動室126側へピストン123を付勢する。流入通路141と流出通路147との間には、弁座143が設けられている。ピストン123には、弁座143に対して当接及び離間する弁体124が連結されている。ピストン123は、作動室126の圧力に応じて本体114に対して移動(すなわち変動)する。これにより、流入通路141から流出通路147への流路面積が、バルブ113の弁体124により調節される。本実施形態では、加圧された流体が流入通路141へ供給されており、その流体の流量がバルブ113により調節される。

0116

作動室126の設定圧を弁体124が全閉位置となる圧力(ピストン123の最低作動圧力未満の圧力)に設定した状態で、図3のS11〜S18の処理により作動室126の初期容積V(0)を算出する。その後、作動室126の設定圧をピストン123の最低作動圧力以上の所定圧力に設定した状態で、図3のS19〜S24の処理により作動室126の変化後容積V(n+1)を算出する。変化後容積V(n+1)から初期容積V(0)を引いて、容積変化量ΔV(n+1)を算出する。そして、容積変化量ΔV(n+1)を作動室126の断面積で割ることにより、ピストン123の変位量、すなわちバルブ113の弁開度を算出する。

0117

バルブ113の弁開度と流量係数Cvとは相関関係を有している。このため、流量係数Cvは、バルブ113の弁開度に基づいて算出され、具体的には図8の関係に基づいて算出される。

0118

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。なお、ここでは、第1実施形態と異なる利点のみを述べる。

0119

・容積変化量ΔV(n+1)を作動室126の断面積で割ることにより、ピストン123の変位量を算出することができる。したがって、ピストン123の変位量を簡易に算出することができる。

0120

なお、第2実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

0121

・初期容積V(0)の算出において、ピストン123が操作エアの圧力により移動しない状態であれば、作動室126の圧力がピストン123の最低作動圧力以上であってもよい。

0122

・ばね116を備えておらず、ピストン123で仕切られた2つの作動室に操作エアが供給及び排出される複動式のエアオペレートバルブを備える気体圧駆動機器として、具体化することもできる。この場合は、上記ばね116の付勢力を0にするとともに、2つの作動室の一方に操作エアを供給すればよい。そして、作動室127を加圧して弁体124を全閉位置とした状態で、図3のS11〜S18の処理により作動室126の初期容積V(0)を算出する。その後、第2実施形態と同様の手順で、ピストン123の変位量(バルブ113の弁開度)、及び流量係数Cvを算出することができる。また、作動室126を加圧して弁体124を全開位置とした状態で、図3のS11〜S18の処理により作動室126の初期容積V(0)を算出することもできる。その後、作動室127を加圧してピストン123を移動させ、第2実施形態と同様の手順で、全開位置からのピストン123の変位量を算出することもできる。なお、ピストン123が操作エアの圧力により移動しない状態であれば、作動室26,27の圧力にかかわらず、初期容積V(0)の算出を行うことができる。

0123

図1のポンプ13に代えて、ベローズポンプを備える気体圧駆動機器として具体化することもできる。この場合も、第2実施形態と同様に、容積変化量ΔV(n+1)をベローズの断面積で割ることにより、ベローズ(すなわち変動部材)の変位量を算出することができる。

0124

図9に示すように、負荷Fに対して仕事をするエアシリンダ213を備える気体圧駆動機器として、具体化することもできる。第2実施形態と同一の部材には同一の符号を付すことにより、説明を省略する。作動室126の容積を変更できる状態でピストン123(すなわち変動部材)が静止した場合は、ピストン123に対して、作動室126側から作用する力と、ばね室127側(すなわち作動室126と反対側)から作用する力とが釣り合っている。ここで、ピストン123には、ピストン123が変動する方向の負荷Fが作用している。そして、ピストン123に作用する圧力が高いほど、その圧力によりピストン123に作用する力は大きくなる。したがって、ピストン123が静止するように給排部を制御し、ピストン123が静止した状態で上記圧力センサ72により検出される圧力が高いほど、負荷Fを大きく算出することにより、負荷Fを適切に算出することができる。なお、エアシリンダ213において、ピストン123を機械的に固定することにより、作動室126の容積を変更できない状態としてもよい。

0125

なお、上記の各実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

0126

・圧力センサ72は、作動室の圧力を検出するものであってもよい。

0127

・上記の各実施形態では、作動室に給排される操作エア(空気)を例に挙げて説明したが、空気以外にも窒素等の他の作動気体を用いてもよい。

0128

・コントローラ70(すなわち制御部)は、作動室の初期容積V(0)を算出する際の作動室の容積を変更できない状態において、圧力センサ72により検出される圧力が高いほど、作動室の温度を高く算出する。作動室の初期容積V(0)を算出する際の作動室の容積を変更できない状態では、ボイル・シャルルの法則により、圧力と温度との比は一定となる。このため、圧力センサ72により検出される圧力が高いほど作動室の温度を高く算出することにより、作動室の温度を適切に算出することができる。

0129

・コントローラ70(制御部)は、作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、作動室の初期容積V(0)、及び作動室の初期容積V(0)を算出する際の作動室の容積を変更できない状態において圧力センサ72により検出された圧力に基づいて、作動室の温度を算出する。作動室の容積と圧力と温度との関係は、ボイル・シャルルの法則により予め決まっている。このため、作動室の容積と圧力と温度との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。このため、上記構成によれば、作動室の初期容積V(0)を算出する際の制御を利用して、作動室の温度を算出することができる。

0130

・初期容積V(0)及び流量積算値に基づいて、作動室の変化後容積V(n+1)を算出する際に、圧力変化分流量QP(n+1)を0とみなすこともできる。この場合であっても、流量積算値と作動室の容積変化量は相関を有しているため、精度は低下するものの作動室の変化後容積V(n+1)を算出することができる。

0131

10…薬液供給システム(気体圧駆動機器)、13…ダイアフラムポンプ、14…本体、23…ダイアフラム(変動部材)、26…作動室、49…薬液供給系統、59…ポンプ駆動部(給排部)、70…コントローラ(制御部)、71…流量センサ、72…圧力センサ、113…エアオペレートバルブ、114…本体、123…ピストン(変動部材)、126…作動室、213…エアシリンダ。

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