真空調壓系統的製作方法
2024-04-08 21:37:05
真空調壓系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種真空調壓系統，其中，通過閥部件來開閉閥座的閥主體部具有：流體壓驅動部，其具有開閉操作閥部件的受壓部件（活塞）；閥開度調節部，其設定閥部件的開度；電磁閥裝置，向流體壓驅動部給排先導流體；和控制器，其控制閥部件的開度。控制器具有以使真空腔成為規定的目標壓力的方式通過受壓部件的位置控制來控制閥部件的開度的功能，另外，還具有以下功能：監視由壓力傳感器得到的真空腔內的當前壓力值和目標壓力值之差，將該差脫離所設定的允許範圍的情況作為異常進行報告。
【專利說明】真空調壓系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種真空調壓系統，其用於在物理化學機械等中化學反應用的真空腔的減壓等。
【背景技術】
[0002]例如，在半導體的製造裝置中，物理化學處理在真空腔內進行，此時，對於連結對真空腔減壓的真空泵和該真空腔的流路的開閉，採用真空調壓用閥，通常，在真空腔內，為抑制顆粒飛濺，通過控制器逐漸開放地控制該閥的開度，從而形成真空調壓系統。
[0003]該真空調壓用閥例如專利文獻I公開的那樣，閥殼在連結用於與真空腔和真空泵連接的兩個主埠的流路中設置有閥座，在該閥殼內具有閥主體部和流體壓驅動部，所述閥主體部具有:閥部件，其與上述閥座接觸分離來開閉上述流路；閥軸，其與該閥部件連結，貫通閥殼，該閥軸沿其軸線方向延伸並且前端到達流體壓驅動部；復位彈簧，其將上述閥部件朝向閥座的關閉方向施力，所述流體壓驅動部將安裝在上述閥軸的前端的受壓部件設置在受壓室內，並連接有用於向該受壓室給排先導流體的先導埠，上述受壓室向上述閥部件作用有開放其的方向的先導流體壓，通過上述控制器進行上述受壓部件的位置控制來調整上述閥部件的閥開度，以緩慢的速度使真空腔內的真空壓力降低地進行調整。
[0004]但是，在這種真空調壓系統中，存在真空腔以外的真空系統中的洩漏或配管的堵塞等的異常的情況下，不能以被控制的規定的閥開度維持所期望的排氣速度，該情況下，基於檢測真空腔的壓力的壓力傳感器的輸出與來自外部的設定壓力或其排氣速度變化等的控制指令的信號之間的比較，在上述控制器中，向進一步打開閥開度的方向進行反饋控制，但當存在上述異常時，真空腔的壓力不降低，從而陷於如下這種狀態:通過上述反饋控制，閥開度逐漸達到最大，即使成為全開狀態，也不能達到所期望的排氣速度。而且，該狀態是只要不將任意的異常檢測構件設置於控制器，就不能早期地檢測系統的異常，若真空調壓用閥在全開狀態下通過真空泵持續吸引來自腔的成為高溫的氣體時，則配管部損傷，或者進而真空泵被破壞，系統的恢復需要很長的時間和很大的費用。
[0005]為避免這樣的問題，在專利文獻2公開的真空壓力控制系統中，閥的開度達到被設定的規定的開度時，若設置在真空容器內的壓力傳感器的輸出比預先設定的規定值大，則判斷為該真空容器的密閉狀態發生異常，能夠早期地檢測系統的異常。
[0006]但是，該專利文獻2記載的由真空壓力控制系統進行的判斷是閥的開度達到被設定的精準定位的開度時的正常或異常的判斷，不能判斷排氣是否持續地正常進行。而且，關於上述精準定位的開度和與其相關的壓力值的設定，大多含有經驗性的要素，不能簡單地設定與其相關的合理值，更不能把握開度隨時間的變化。
[0007]專利文獻1:日本特開2007-146908號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2006-18767號公報
【發明內容】
[0009]本發明的技術課題是提供一種真空調壓系統，在控制上述真空調壓用閥的開度的控制器中，通過逐次檢測真空腔內的當前壓力值和目標壓力值之差來進行為避免陷入如下狀態的異常的檢測:即使上述真空調壓用閥的閥開度因系統的任何異常而達到全開狀態，上述真空腔內也沒有達到所需的排氣速度的狀態，基於此，在判斷為在所控制的閥開度下所需的排氣速度的維持變得困難的情況下，作為系統存在異常進行報告，能夠容易且可靠地報告隨時間進行的異常判斷。
[0010]另外，在上述專利文獻I公開的真空調壓系統中，與後述的本發明的實施例同樣地，在用於對開閉操作閥部件15的流體壓驅動部2的活塞16設定閥部件15的開度的閥開度調節部3中，每當使調整部件41的前端與該活塞16相對或抵接時，將電動馬達45的旋轉轉換成直線運動並進行該調整部件41的定位，但此時，通過作用於活塞16的先導空氣壓抵消復位彈簧23的作用力或作用於閥部件15的基於真空腔內壓力的作用力，以始終大致恆定的力使活塞16和調整部件41抵接，由此，作為電動馬達能夠使用不具有對抗上述作用力的驅動力的小型的馬達。
[0011]上述結構能夠減小驅動上述調整部件41的電動馬達45的輸出，從而對於閥開度調節部3的小型化及響應性的改善是有效的，但本發明人能夠通過該結構將排氣速度控制成極其接近抽真空的設定速度的值，由此，確認了能夠使真空腔的排氣大致直線地順暢地降低。即，圖5表示監視了通過上述結構以下述設定速度進行了抽真空的情況下的排氣速度(右縱坐標軸)及真空腔的壓力(左縱坐標軸)的結果(排氣特性)，該圖的曲線Al表示關於排氣的設定速度為ITorr/s的情況下的排氣速度的監視結果，曲線A2表示關於該設定速度為2T0rr/s的情況下的排氣速度的監視結果，另外，該圖的曲線BI及B2表示在排氣的設定速度為ITorr/s的情況及為2T0rr/S的情況下，監視了真空腔的壓力的變化的結果。根據這些測量結果可知，能夠通過上述結構將排氣速度較正確地控制在始終大致恆定的範圍，由此，能夠使真空腔的壓力大致直線地下降。
[0012]本發明的其他技術課題是基於相關知識得出的，提供一種真空調壓系統，通過在真空調壓用閥上附加設置進行調整部件的定位的閥開度調節部的結構，上述調整部件通過上述電動馬達用於設定閥部件的開度，能夠將排氣速度與抽真空的設定速度相應地較正確地進行控制，也就是說控制在始終大致恆定的範圍，由此，對於排氣速度的設定值賦予與上述閥開度調節部的性能相應的允許範圍(例如，設定速度的土 50%)，將排氣速度脫離該範圍或脫離閥開度等的與其相應的允許範圍的情況判斷為異常，由此，能夠以非常簡易的手段正確地報告上述異常。
[0013]為解決上述課題，本發明通過在閥殼內具有閥主體部和流體壓驅動部而構成真空調壓用閥，上述閥殼在用於連接真空腔和真空泵之間的流路中設置有閥座，所述閥主體部具有:閥部件，其與上述閥座接觸分離來開閉上述流路；閥軸，其與該閥部件連結，貫通上述閥殼，該閥軸沿其軸線方向延伸並且前端到達流體壓驅動部；和復位彈簧，其將上述閥部件朝向閥座的關閉方向施力，所述流體壓驅動部將安裝在上述閥軸的前端的受壓部件設置在受壓室中，並在該受壓室中設置有用於給排先導流體的先導埠，上述受壓室作用有開放上述閥部件的方向的流體壓，在上述真空調壓用閥上連接有向受壓室的先導埠給排先導流體的電磁閥裝置，並且附加設置有控制器，該控制器基於檢測上述閥部件的位置的位置傳感器的輸出信號、由真空腔的壓力傳感器檢測的真空壓力的輸出信號、以及從外部輸入的控制指令，控制上述電磁閥裝置的驅動，在由此構成的真空調壓系統中，其特徵在於，使該控制器具有以下功能。
[0014]S卩，在上述控制器中保存有通過上述真空泵進行排氣的真空腔的壓力設定值及抽真空的速度信息，使該控制器具有以下功能:在排氣控制的各控制周期中，通過上述受壓部件的位置控制對閥部件的開度進行反饋控制，以使得上述真空腔成為基於上述壓力設定值及抽真空的速度信息所得到的目標壓力，並且賦予該控制器以下功能:在上述各控制周期中，檢測由上述壓力傳感器得到的真空腔內的當前壓力值和目標壓力值之差，將其脫離對於該目標壓力值設定的允許範圍的情況作為異常進行報告。
[0015]在本發明的真空調壓系統的優選實施方式中，可以使上述控制器具有以下方式進行控制的功能:在對通過真空腔的抽真空使該真空腔產生壓力變化的情況進行確認的監視時間經過之後，開始上述排氣控制的周期性工作，此外，使上述控制器具有以下方式進行控制的控制功能:作為上述真空泵的抽真空的速度信息，保存有設定速度和設定加速度，在排氣控制的周期性工作開始之後，通過上述設定加速度使各控制周期中的真空壓力的變化的速度緩慢地增加，經過真空腔的抽真空工作平穩地開始的加速度控制區域，真空壓力的變化速度達到上述設定速度之後，維持該設定速度。
[0016]在本發明的真空調壓系統的其他的優選實施方式中，在上述真空調壓用閥中具有閥開度調節部，該閥開度調節部具有:調整部件，其與受壓部件的背後抵接並進行該受壓部件的停止位置的定位；和電動馬達，其將該調整部件通過旋轉-直線運動轉換機構無級地前進後退驅動到任意的位置，使上述控制器具有以下功能:控制上述電動馬達及上述電磁閥裝置的驅動，進行上述調整部件的位置控制，以便基於上述控制指令向電動馬達供給所需的驅動電流，使通過檢測上述電動馬達的旋轉量的編碼器的輸出而被賦予的調整部件的位置成為指定的位置。
[0017]另外，在本發明的真空調壓系統的其他的優選實施方式中，可以在上述電動馬達上附加設置檢測其旋轉負荷的負荷檢測構件，每當上述控制器進行上述調整部件的位置控制時，檢測通過該負荷檢測構件的輸出而被賦予的、與上述調整部件和受壓部件的推壓力相應的電動馬達的旋轉負荷是否處於被設定的上限值和下限值之間，在其脫離該上下限值之間的情況下，進行將控制信號向電磁閥裝置輸出的先導流體壓控制，以向上述受壓室供給用於以該上下限值之間的力推壓受壓部件和調整部件的先導流體壓，由此，對上述控制器賦予以下功能:在以上述上下限值之間的力推壓上述受壓部件和調整部件的狀態下使電動馬達工作。在該情況下，優選在上述先導流體壓控制下產生的先導流體壓被設定成產生與所述復位彈簧的作用力、作用於閥部件的基於真空腔內壓力的作用力、以及始終作用在上述調整部件和受壓部件之間的偏壓量的力之和相當的推壓力。
[0018]而且，本發明的真空調壓系統作為代替上述先導流體壓控制的簡便的手段，可以將預先求出的所述復位彈簧的作用力、作用於閥部件的基於真空腔內壓力的作用力、以及始終作用在調整部件和受壓部件之間的偏壓量的力根據與上述受壓部件的位置的關聯性進行函數化，並預保存在上述控制器中，使上述控制器具有以下功能:每當進行上述調整部件的位置控制時，對該電磁閥裝置輸出控制信號，以從電磁閥裝置向上述流體壓驅動部的受壓室作為先導流體壓輸出與基於上述函數化的情況所得到的受壓部件的位置相應的流體壓。[0019]在具有上述結構的本發明的真空調壓系統中，對控制器賦予與真空腔的真空壓力相關的壓力設定值及抽真空的速度信息，基於此，從控制器向電動馬達輸送用於將調整部件驅動到規定位置的驅動電流時，該馬達被驅動，從附加設置在此處的編碼器向控制器反饋與調整部件的位置對應的信號，以使該馬達始終停止在被指定的位置的方式使得伺服機構工作。
[0020]另一方面，上述控制器為在以始終大致恆定的力推壓流體壓驅動部中的活塞等的受壓部件和進行其定位的調整部件的狀態下使該受壓部件工作，與由上述調整部件的位置決定的受壓部件的位置相應地，向受壓室供給產生對抗〔復位彈簧的作用力+作用於閥部件等的基於真空腔內壓力的作用力+始終作用在調整部件和受壓部件之間的偏壓量的力〕的力的先導流體壓，以此方式從控制器向電磁閥裝置輸出控制信號。
[0021]由此，受壓部件通過上述先導流體壓被驅動到以大致恆定的力推壓於調整部件的位置，以上述偏壓量的力始終被推壓於調整部件。這是因為，由作用於受壓部件的先導空氣壓來抵消復位彈簧的作用力和作用於閥部件的基於真空腔內壓力的作用力，由此，電動馬達也可以不具有對抗這些作用力的驅動力，作為電動馬達可以使用能夠輸出微小的力的小型的馬達。
[0022]另外，上述控制器控制成在以始終以大致恆定的力推壓上述活塞和調整部件的狀態下使受壓部件工作，從而能夠使附加設置在電動馬達上來檢測該電動馬達的旋轉量的編碼器作為決定閥的開度時的用於檢測受壓部件位置的位置傳感器發揮功能。
[0023]而且，在上述真空調壓系統中，通過向流體壓驅動部的受壓室供給的先導流體的壓力，使受壓部件向調整部件的推壓力變化，但當電動馬達被驅動時，與其推壓力相應地增減由電動馬達的負荷檢測構件(驅動電流的檢測構件)檢測的旋轉負荷，從而在控制器中，檢測向電動馬達賦予的驅動電流是否處於被設定的上限值和下限值之間，在其脫離該上下限值間的範圍的情況下，從控制器輸出使電磁閥裝置工作的信號，在該電磁閥裝置中，向受壓室供給產生對抗〔復位彈簧的作用力+作用於閥部件的基於真空腔內壓力的作用力+始終作用在調整部件和受壓部件之間的偏壓量的力〕的力的先導流體壓，受壓部件和調整部件始終以大致恆定的力被推壓。
[0024]另外，作為代替上述先導流體壓的控制的上述的簡便的手段，若預先測定所述復位彈簧的作用力、作用於閥部件的基於真空腔內壓力的作用力，使受壓部件的位置和上述作用力的關係函數化並保存在控制器，則能夠與閥部件的位置相應地唯一地決定向受壓室供給的先導流體壓，由此，能夠省略檢測向電動馬達賦予的驅動電流是否處於被設定的上限值和下限值之間。
[0025]另外，即使因系統的任何異常使上述真空調壓用閥的閥開度成為不能控制的狀態，在控制上述真空調壓用閥的開度的控制器中，逐次檢測真空腔內的當前壓力值和目標壓力值之差的增大，在判斷為該差脫離允許範圍，所需的排氣速度的維持變得困難的情況下，也能夠報告上述真空腔內的排氣速度或閥部件的開度等存在異常，從而能夠以簡易的手段隨時間可靠地進行異常狀態的判斷並進行報告。
[0026]根據以上詳細說明的本發明的真空調壓系統，在因系統的任何異常使上述真空調壓用閥的閥開度達到全開狀態等的情況下，在控制器中能夠簡易地檢測到該異常，並向系統報告存在異常的情況。[0027]尤其，通過用於使與上述受壓部件和調整部件的推壓力相應的上述電動馬達的旋轉負荷處於被設定的上限值和下限值之間的通向電磁閥裝置的先導流體壓控制，能夠將排氣速度控制在大致恆定的範圍，基於這樣的所述知識，在真空調壓用閥上附加設置了通過上述電動馬達進行調整部件的定位的上述閥開度調節部的情況下，能夠相對於抽真空的設定速度較正確地控制排氣速度，由此，對於排氣速度的設定值附加與上述閥開度調節部的性能相應的允許範圍，通過將排氣速度等脫離其範圍的情況判斷為異常，能夠以非常簡易的手段正確地報告上述異常。另外，在通過預先基於復位彈簧等的作用力的測定結果而函數化的信息，與閥部件的位置相應地唯一地決定向受壓室供給的先導流體壓的情況下，也能夠同樣地以非常簡易的手段報告上述異常。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是表示本發明的真空調壓系統的真空調壓用閥的結構，左半部分表示閥部件的閉閥狀態，右半部分表示其開閥狀態的剖視圖。
[0029]圖2是本發明的真空調壓系統的結構圖。
[0030]圖3是用於說明本發明的真空壓力的變化的控制的示意說明圖。
[0031]圖4是用於說明本發明的真空調壓系統的排氣控制及排氣的異常的檢測例的、對真空腔的壓力和閥開度的隨時間變動進行表示的圖線。
[0032]圖5是關於本發明的真空調壓用閥的實施例，表示監視其排氣特性(排氣速度及真空腔的壓力)的結果的一例的圖線。
【具體實施方式】
[0033]圖1表示本發明的真空調壓系統中所使用的真空調壓用閥的代表性的實施方式，圖2表示包含該真空調壓用閥在內的真空調壓系統的整體性的結構例。
[0034]該真空調壓用閥具有:閥主體部1，其具有開閉第一及第二主埠 11、12之間的流路13的閥部件15 ;流體壓驅動部2，其具有開閉操作上述閥部件15的活塞(受壓部件)16 ；和閥開度調節部3，其設定上述閥部件15的開度。如圖2所示，在該真空調壓用閥上連接有:電磁閥裝置6，其向上述流體壓驅動部2給排先導流體；和控制器，其被輸入控制指令、後述的電動馬達45的負荷及上述活塞16的位置的信息等，基於它們控制上述閥部件15的開度。
[0035]更具體地來說，在上述閥主體部I的中空的閥殼10中，如圖1及圖2所示，設置有用於與真空腔7連接的第一主埠 11和用於與真空泵8連接的第二主埠 12，在閥殼10的內部形成有連結上述兩主埠 11、12的流路13，並且圍繞與該流路13連通的上述第一主埠 11的開口部Ila形成有閥座14。
[0036]另外，在上述閥殼10的內部,與閥座14同心地設置有與上述閥座14接觸分尚來開閉上述流路13的提動式的上述閥部件15，在該閥部件15的外周部安裝有與閥座14接觸分離的由橡膠彈性材料構成的閥密封部件17。在上述閥部件15的背面安裝有閥軸20。該閥軸20在閥殼10的內部沿中心軸線L延伸，並貫穿同軸地被連接在該閥殼10中的與第一主埠 11相反的一側的端部上的氣缸外殼30的隔壁31，該閥軸20的前端向流體壓驅動部2的內部伸出，並被連結於該氣缸外殼30內的活塞16。而且,在設置於上述閥部件15的背面的彈簧座22和與上述隔壁31抵接的座板32之間，設置有將上述閥部件15向閥座14的關閉方向施力的線圈狀的復位彈簧23，在上述閥部件15的背面設置有自由伸縮的波紋管24，以包圍上述閥軸20及復位彈簧23的周邊，由此，將閥軸20從流路13隔離。
[0037]上述流體壓驅動部2中的氣缸外殼30 —體地具有上述隔壁31，並且在內部具有氣缸孔33，在該氣缸孔33的內部能夠隔著密封部件34自由滑動地收容上述活塞16，在該活塞16和隔壁31之間形成有受壓室37，該受壓室37被連接在向上述氣缸外殼30的側面開口的先導埠 38，活塞16的另一面側的室39向外部開放。
[0038]在上述真空調壓用閥中，對於上述流體壓驅動部2中的閥軸20，通過安裝在其前端的活塞16進行驅動，但該流體壓驅動部2不限於自由滑動地將活塞16嵌插在氣缸孔33內的結構，也可以代替該活塞16而設置柏勒夫管(?π 7 9 A )或波紋管等受壓部件，通過該受壓部件形成作用有上述閥部件15開放的方向的流體壓的受壓室37，並開設用於向該受壓室37給排先導流體的先導埠 38。
[0039]另外，上述閥開度調節部3具有調整部件41，其被裝入與上述氣缸外殼30的端部結合的蓋塊40的內部，能夠沿與上述活塞16接觸分離的方向移動地被保持，呈前端與該活塞16的背面抵接的圓筒狀，在通過電動馬達45的輸出軸46經由齒輪42a、42b被旋轉驅動的旋轉軸43和該調整部件41之間設置有旋轉-直線運動轉換機構47。該旋轉-直線運動轉換機構47將上述旋轉軸43的旋轉運動轉換成上述調整部件41的直線運動，將該調整部件41無級地前進後退驅動到上述旋轉軸43的軸線方向的任意位置，並賦予活塞16的停止位置。
[0040]上述電動馬達45是能夠正反旋轉的馬達，具有檢測輸出軸46的旋轉負荷並將該檢測信號向上述控制器輸出的負荷檢測構件(未圖示)。上述負荷檢測構件檢測上述電動馬達45的驅動電流，或者檢測所檢測的驅動電流是否超過預先設定的設定範圍的上限或下限，將該數據向控制器輸入。
[0041]另外，在上述電動馬達45上附加設置有檢測其旋轉量的編碼器(未圖示)。該編碼器具有作為用於檢測開閉閥部件15的活塞16的位置的位置傳感器的功能，因此，通過其輸出將調整部件41的位置賦予控制器。此外，也可以另外設置用於檢測上述活塞(受壓部件)16的位置的位置傳感器，通過其輸出向控制器輸入閥部件15的位置的信號。
[0042]將上述電動馬達45的正反旋轉運動轉換成上述調整部件41的往復直線運動的上述旋轉-直線運動轉換機構47由將上述旋轉軸43中的滾珠絲槓軸部43a的旋轉運動轉換成設置在上述調整部件41上的移動件(滾珠絲槓螺母)51的直線運動的滾珠絲槓構成。此夕卜，在上述調整部件41及移動件51上設置有用於使它們各自非旋轉地滑動的旋轉限制部41a、51a，該旋轉限制部41a、51a自由滑動地卡合於與滾珠絲槓軸部43a平行地設置在蓋塊40內的引導軸52。
[0043]另外，作為上述調整部件41不限於通過由上述滾珠絲槓構成的旋轉-直線運動轉換機構47被驅動的結構，只要是通過上述電動馬達45的旋轉進行直線運動，被推壓在活塞16等受壓部件的背後並跟隨該受壓部件進行工作的部件即可。
[0044]如圖2所示，上述電磁閥裝置6通過管路62被連接在空氣壓源61和所述受壓室37之間，能夠通過內置的壓力調整閥設定使活塞16工作的最大壓力，通過上述控制器經由先導埠 38向受壓室37供給被控制的壓縮空氣，並且在該控制器的控制下通過上述先導埠 38排氣，能夠使受壓室37成為被控制的壓力。更具體來說，上述電磁閥裝置6例如由通過壓力調整閥與空氣壓源61連接的供氣用的二埠電磁閥和將輸出側向大氣開放的排氣用的二埠電磁閥構成，它們被連接在上述先導埠 38。該情況下，上述兩個二埠電磁閥根據來自控制器的控制信號而通斷，來控制受壓室37的壓力，但也可以代替這些二埠電磁閥，使用單一的三位置三埠方向切換閥等。另外，作為上述供氣用及排氣用的二埠電磁閥，不僅可以使用通斷閥，還可以使用模擬閥。
[0045]通過上述壓力調整閥向受壓室37供給的輸出壓是能夠產生復位彈簧23的作用力、作用於閥部件15的基於真空腔7內壓力的作用力以及始終作用在調整部件41和活塞16之間的偏壓量的力的總和的最大值的壓力。此外，上述偏壓量的力應當是還考慮流體壓驅動部2中的摩擦等的影響，作為應始終作用在調整部件41和活塞16之間的力而被決定的力。
[0046]上述控制器大體上被輸入附加設置在上述電動馬達45上的負荷檢測構件及編碼器的輸出、檢測真空腔7的壓力的壓力傳感器70的輸出、以及與來自外部的設定壓力等的控制指令關聯的信號等，基於它們控制上述電動馬達45及上述電磁閥裝置6，但除了它們以外，還具有如下所述的異常的檢測功能:在進行真空腔7的抽真空的階段，處於由壓力傳感器70得到的真空腔的壓力相對於目標壓力值未被維持在允許範圍內的異常狀態的情況下，對其進行檢測並進行報告。
[0047]具體來說，上述電動馬達45及上述電磁閥裝置6的控制進行位置控制和先導流體壓控制，由此具有在以上述上下限值間的偏壓量的力推壓上述活塞16和調整部件41的狀態下使電動馬達工作的功能，在上述位置控制中，上述控制器基於上述控制指令供給電動馬達45所需的驅動電流，控制成通過上述編碼器的輸出而被賦予的調整部件41的位置成為規定的位置；在上述先導流體壓控制中，在為了上述電動馬達45的位置控制而進行驅動時，檢測通過上述負荷檢測構件的輸出而被賦予的與上述調整部件41和活塞16的推壓力相應的電動馬達45的旋轉負荷(驅動電流)是否處於被設定的上限值和下限值之間，在其脫離該上下限值之間的範圍的情況下，將控制信號向電磁閥裝置6輸出，以向上述受壓室37供給用於以該上下限值之間的力推壓調整部件41和活塞16的先導流體壓。
[0048]另外，作為代替上述先導流體壓控制的簡便手段，預先通過與上述受壓部件的位置的關聯性來測定所述復位彈簧23的作用力、作用於閥部件15的基於真空腔7內壓力的作用力、及始終作用在調整部件41和活塞(受壓部件)16之間的偏壓量的力，將該關聯性函數化並預保存在控制器中，由此能夠省略檢測向電動馬達45賦予的驅動電流是否處於被設定的上限值和下限值之間，與閥部件15的位置相應地唯一地決定向受壓室37供給的先導流體壓。由此，使上述控制器具有以下功能即可:每當進行上述調整部件41的位置控制時，以從電磁閥裝置6向上述流體壓驅動部2的受壓室37作為先導流體壓輸出與基於上述函數化的情況得到的受壓部件的位置相應的流體壓的方式，向該電磁閥裝置6輸出控制信號。
[0049]因此，向上述受壓室37供給的先導流體壓對應於與通過上述調整部件41的位置決定的活塞16的位置相應的復位彈簧23的作用力、作用於閥部件15的基於真空腔7內壓力的作用力、及始終作用在調整部件41和活塞16之間的偏壓量的力(包含流體壓驅動部2中的摩擦等)的總和。[0050]若對於上述控制器的控制進行更具體的說明，首先，對該控制器賦予包含與真空腔的真空壓力相關的壓力設定值及抽真空的速度信息等在內的控制指令，基於此，從控制器向電動馬達45輸送用於將調整部件41驅動到規定位置的驅動電流。由此，該馬達45被驅動，從附加設置在此處的編碼器向控制器反饋與調整部件41的位置對應的信號，伺服機構以使該馬達始終停止在被指定的位置的方式工作。而且，即使因幹擾等使該調整部件41的位置偏移，也可馬上進行修正工作，並進行調整部件41的位置控制。
[0051]另外，在上述控制器中，將由設置在真空腔7中的壓力傳感器70檢測的真空壓力與基於上述速度信息得到的目標壓力進行逐次比較，利用電動馬達45的驅動來控制調整部件41的位置，以使上述真空腔7成為目標壓力。
[0052]另一方面，為使上述活塞16與調整部件41始終在以大致恆定的力推壓的狀態下工作，與由上述調整部件41的位置決定的活塞16的位置相應地，將產生對抗〔復位彈簧23的作用力+作用於閥部件等的基於真空腔7的壓力的作用力+始終作用在調整部件41和活塞16之間的偏壓量的力〕的力的先導流體壓向受壓室37供給，以此方式從控制器向供氣用或排氣用電磁閥等輸出控制信號。
[0053]由此，活塞16通過上述先導流體壓被驅動到以大致恆定的力推壓於調整部件41的位置，以上述偏壓量的力始終被推壓於調整部件41。這是因為，復位彈簧23的作用力及作用於閥部件15的基於真空腔7的壓力的作用力被作用於活塞16的由先導空氣壓產生的作用力抵消，由此，電動馬達45也可以不具有對抗這些作用力的驅動力，作為電動馬達45可以使用能夠輸出微小的力的小型的馬達。另外，上述控制器控制成始終以大致恆定的力推壓上述活塞16和調整部件41的狀態使活塞16工作，從而能夠使附加設置在電動馬達45上來檢測該電動馬達的旋轉量的編碼器作為位置傳感器發揮功能，上述位置傳感器用於檢測決定閥的開度時的活塞位置。
[0054]如上所述，在伺服機構以通過電動馬達45使調整部件41移動到規定位置的方式工作的情況下，若因幹擾等使調整部件的位置偏移，為了馬上進行其修正工作，電動馬達被驅動，另一方面，因向流體壓驅動部2的受壓室37供給的先導流體的壓力，活塞16向調整部件41的推壓力發生變化，但是，若為了進行上述修正工作等，電動馬達45被驅動，則與該推壓力相應地使電動馬達45的驅動電流增減,通向該電動馬達45的驅動電流的大小還可看作幹擾的大小。
[0055]因此，在控制器中，檢測向電動馬達45賦予的驅動電流是否處於所述恆定的範圍內，在其不足設定下限值的情況下，活塞16是否被推壓於調整部件41是不明確的，從而輸出使供氣用的電磁閥工作的信號，通過先導流體壓向受壓室37的供給將活塞16向推壓於調整部件41的方向驅動。另外，在判斷為因向電動馬達45賦予的驅動電流超過設定值上限值而過剩的推壓力成為負載的情況下，從控制器輸出使排氣用的電磁閥工作的信號，使受壓室37的先導流體壓降低而使上述推壓力降低。
[0056]另外，如上所述，預先測定復位彈簧23的作用力、作用於閥部件15的基於真空腔7內壓力的作用力、及始終作用在調整部件41和活塞16之間的偏壓量的力，使受壓部件的位置與作用力的關係函數化並保存在控制器，由此，能夠與閥部件15的位置相應地唯一地決定向受壓室37供給的先導流體壓，即使省略檢測向電動馬達45賦予的驅動電流是否大於上下限的設定值，也能夠實現大致同等的功能。[0057]其結果，始終向上述受壓室37供給對抗〔復位彈簧的作用力+作用於閥部件等的基於真空腔內壓力的作用力+始終作用在調整部件和受壓部件之間的偏壓量的力〕的先導流體壓，活塞16和調整部件41始終以大致恆定的偏壓量的力被推壓。
[0058]另外，如上所述，上述控制器控制成在始終以大致恆定的力推壓流體壓驅動部2中的活塞16和調整部件41的狀態下使活塞16工作，從而能夠使附加設置在電動馬達45上的編碼器作為決定閥部件15的開度時的活塞16的位置傳感器發揮功能，即使不將一般的線性傳感器等內置於流體壓驅動部2，也能夠在控制器中辨識活塞16以至於閥部件15的位置，能夠在構造上顯著地簡化。但是，作為上述位置傳感器，當然也可以將一般的線性傳感器等內置於流體壓驅動部2。
[0059]在上述真空調壓系統中，在控制器中對來自上述壓力傳感器70的當前壓力值的壓力信號和目標壓力進行比較而對真空腔7的真空壓力進行反饋控制時，如上所述，用於適當地設定閥部件15的開度的控制信號被輸出到電動馬達45，但該情況下，優選在上述控制器中作為速度信息預先保存有抽真空的設定速度(真空壓力變化速度)和設定加速度(上述真空壓力變化速度的變化速度)，並具有參照圖3如下所說明的控制功能。
[0060]S卩，保存有上述設定速度和設定加速度的控制器在圖3所示的時刻tl的控制工作開始之後緊接著，通過上述設定加速度使各控制周期T (恆定)中的真空壓力的變化的速度緩慢地增加來反覆進行設定下一目標壓力的控制，也就是說，在上一次的控制周期中，反覆從由壓力傳感器70檢測的當前壓力值和上述設定加速度算出這一次的控制周期T中的目標壓力，其結果，真空腔7的抽真空工作不會跳躍地急變地實施，而是平穩地開始抽真空。然後，經由包含根據各條件決定的某程度的控制周期在內的加速度控制區域tl?t4，通過由上述設定加速度引起的速度變化的累積，使真空壓力的變化速度達到上述設定速度，因此，優選在超過其的時刻t4之後，以維持壓力在每個控制周期T中僅降低Λ P (恆定)的設定速度的方式進行控制。
[0061]具體來說，從控制器中的通過計算求出的壓力變化量來內部計算與目標壓力相當的調整部件41的位置，通過電動馬達45對調整部件41的位置控制來實施與上述真空壓力的變化相關的控制。該電動馬達45進行的位置控制與空氣壓控制相比，沒有由空氣的壓縮性產生的非線形要素，另外，在將電動馬達的旋轉負荷控制在被設定的上限值和下限值之間的大致恆定範圍的情況下，參照圖5如上所述地，能夠精度較好地進行由上述調整部件41的位置控制引起的對排氣速度的控制。另外，在預先進行復位彈簧等的作用力的測定，基於該結果，使受壓部件的位置和作用力的關係函數化並保存在控制器的情況下，也能夠將電動馬達的旋轉負荷大致同樣地控制在恆定範圍。
[0062]而且，像這樣從控制工作開始之後緊接著對於調整部件41的微小位移通過電動馬達45進行位置控制，由此，能夠沒有壓力急變地穩定地平順地進行提高真空度的控制。
[0063]在構成上述真空調壓系統的上述真空調壓用閥中進行上述排氣控制的情況下，不能完全否定因系統的任何異常導致其閥開度不能控制而陷入上述真空腔7內沒有達到所需的排氣速度的狀態的可能性。為避免這樣的狀態，在上述真空調壓系統中，利用進行上述真空調壓用閥的開度控制的控制器，能夠簡易且在排氣控制期間持續地進行上述異常的檢測。
[0064]參照圖4，關於上述控制器的排氣控制及排氣異常的檢測例進行說明，該圖是用於說明排氣控制及排氣的異常的檢測例的、表示與真空腔7的壓力和閥開度的隨時間的變動的圖，表示了如下的形式:在上述排氣控制的開始時，首先，從排氣開始設定短的監視時間，其間當真空泵8為停止狀態，不能確認真空腔7中產生了恆定的壓力變化(例如0.5Torr的變化)的情況下，作為錯誤進行維護處理，但確認了上述壓力變化的情況下，參照圖3開始如上所述的排氣控制的周期性工作，在各控制周期T中，上述真空腔7通過用於成為基於上述壓力設定值及抽真空的速度信息得到的目標壓力的所述受壓部件的位置控制，被控制成將閥部件15的開度反饋控制，經過上述加速度控制區域，維持設定速度。
[0065]另外，在上述控制器的排氣控制中，在各控制周期中，檢測由上述壓力傳感器70得到的真空腔7內的當前壓力值和目標壓力值之差〔當前值一目標值〕(右縱坐標軸)，在其超過了對於該目標壓力值設定的壓差的允許範圍〔偏差設定值〕的情況下，也就是說，在判斷為在被控制的閥開度下，所需的排氣速度的維持變得困難的情況下，使作為排氣異常進行報告的警報構件工作。由此，在排氣控制過程中，能夠通過真空腔7以外的真空系統中的洩漏等異常，來進行真空腔7的壓力不降低的情況的監視。
[0066]此外，上述當前壓力值和目標壓力值之差是否超過外部設定的偏差設定值的監視是從排氣控制的開始時刻，在與外部設定的真空腔內壓力相關的監視設定值範圍內進行的。
[0067]以上，關於本發明的真空調壓系統的實施方式進行了詳細說明，但本發明不限於上述實施例等，在不脫離本發明的權利要求書記載的發明的精神的範圍內，能夠在設計上進行各種變更。
【權利要求】
1.一種真空調壓系統， 通過在閥殼內具有閥主體部和流體壓驅動部而構成真空調壓用閥，上述閥殼在用於連接真空腔和真空泵之間的流路中設置有閥座，所述閥主體部具有:閥部件，其與上述閥座接觸分離來開閉上述流路；閥軸，其與該閥部件連結，貫通上述閥殼，該閥軸沿其軸線方向延伸並且前端到達流體壓驅動部；和復位彈簧，其將上述閥部件朝向閥座的關閉方向施力，所述流體壓驅動部將安裝在上述閥軸的前端的受壓部件設置在受壓室中，並在該受壓室中設置有用於給排先導流體的先導埠，上述受壓室作用有開放上述閥部件的方向的流體壓， 在上述真空調壓用閥上連接有向受壓室的先導埠給排先導流體的電磁閥裝置，並且附加設置有控制器，該控制器基於檢測上述閥部件的位置的位置傳感器的輸出信號、由真空腔的壓力傳感器檢測的真空壓力的輸出信號、以及從外部輸入的控制指令，控制上述電磁閥裝置的驅動， 該真空調壓系統的特徵在於， 在上述控制器中保存有通過上述真空泵進行排氣的真空腔的壓力設定值及抽真空的速度信息， 使該控制器具有以下功能:在排氣控制的各控制周期中，通過上述受壓部件的位置控制對閥部件的開度進行反饋控制，以使得上述真空腔成為基於上述壓力設定值及抽真空的速度信息所得到的目標壓力，並且 賦予該控制器以下功能:在上述各控制周期中，檢測由上述壓力傳感器得到的真空腔內的當前壓力值和目標壓力值之差，將其脫離對於該目標壓力值設定的允許範圍的情況作為異常進行報告。
2.如權利要求1所述的真空調壓系統，其特徵在於，使上述控制器具有以下方式進行控制的功能:在對通過真空腔的抽真空使該真空腔產生壓力變化的情況進行確認的監視時間經過之後，開始上述排氣控制的周期性工作。
3.如權利要求1或2所述的真空調壓系統，其特徵在於，使上述控制器具有以下方式進行控制的控制功能:作為上述真空泵的抽真空的速度信息，保存有設定速度和設定加速度，在排氣控制的周期性工作開始之後，通過上述設定加速度使各控制周期中的真空壓力的變化的速度緩慢地增加，經過真空腔的抽真空工作平穩地開始的加速度控制區域，真空壓力的變化速度達到上述設定速度之後，維持該設定速度。
4.如權利要求1或2所述的真空調壓系統，其特徵在於， 在上述真空調壓用閥中具有閥開度調節部，該閥開度調節部具有:調整部件，其與受壓部件的背後抵接並進行該受壓部件的停止位置的定位；和電動馬達，其將該調整部件通過旋轉-直線運動轉換機構無級地前進後退驅動到任意的位置， 使上述控制器具有以下功能:控制上述電動馬達及上述電磁閥裝置的驅動，進行上述調整部件的位置控制，以便基於上述控制指令向電動馬達供給所需的驅動電流，使通過檢測上述電動馬達的旋轉量的編碼器的輸出而被賦予的調整部件的位置成為指定的位置。
5.如權利要求4所述的真空調壓系統，其特徵在於， 在上述電動馬達上附加設置檢測其旋轉負荷的負荷檢測構件， 每當上述控制器進行上述調整部件的位置控制時，檢測通過該負荷檢測構件的輸出而被賦予的、與上述調整部件和受壓部件的推壓力相應的電動馬達的旋轉負荷是否處於被設定的上限值和下限值之間，在其脫離該上下限值之間的情況下，進行將控制信號向電磁閥裝置輸出的先導流體壓控制，以向上述受壓室供給用於以該上下限值之間的力推壓受壓部件和調整部件的先導流體壓，由此，對上述控制器賦予以下功能:在以上述上下限值之間的力推壓上述受壓部件和調整部件的狀態下使電動馬達工作。
6.如權利要求5所述的真空調壓系統，其特徵在於，在上述先導流體壓控制下產生的先導流體壓被設定成產生與所述復位彈簧的作用力、作用於閥部件的基於真空腔內壓力的作用力、以及始終作用在上述調整部件和受壓部件之間的偏壓量的力之和相當的推壓力。
7.如權利要求4所述的真空調壓系統，其特徵在於， 將預先求出的所述復位彈簧的作用力、作用於閥部件的基於真空腔內壓力的作用力、以及始終作用在調整部件和受壓部件之間的偏壓量的力根據與上述受壓部件的位置的關聯性進行函數化，並預保存在上述控制器中， 使上述控制器具有以下功能:每當進行上述調整部件的位置控制時，對該電磁閥裝置輸出控制信號，以從電磁閥裝置向上述流體壓驅動部的受壓室作為先導流體壓輸出與基於上述函數化的情況所得到的受壓部件的位置相應的流體壓。
【文檔編號】F16K37/00GK103807483SQ201310562443
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】渡邊忠男, 平林悠 申請人:Smc株式會社