(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が入力される入力ポートと、前記気体を出力する出力ポートと、前記入力ポートから前記出力ポートへ流れる前記気体を排気する排気ポートと、前記入力ポートに入力された気体の給気量を制御する給気用電磁比例弁と、前記排気ポートから排気される前記気体の排気量を制御する排気用電磁比例弁と、前記出力ポートから出力される前記気体の出力圧力を測定する圧力測定手段と、前記圧力測定手段が測定した前記出力圧力を所定の設定圧力に一致させるように前記給気用電磁比例弁及び前記排気用電磁比例弁の操作量を決定し、前記操作量をバイアス電圧に照合してＤｕｔｙ比を設定することにより、前記給気用電磁比例弁と前記排気用電磁比例弁の弁開閉動作を制御する制御手段とを有する電空レギュレータにおいて、
前記排気ポートから排気される前記気体の排気量を測定する流量測定手段を有すること、
前記制御手段は、
前記排気ポートから排気される排気量を規定する規定排気量を記憶する規定値記憶手段と、
前記流量測定手段が測定した前記排気量を前記規定値記憶手段に記憶されている前記規定排気量に一致させるように、前記バイアス電圧を調整するバイアス電圧調整手段と、を有しており、
前記バイアス電圧調整手段により調整された調整後バイアス電圧を用いて前記Ｄｕｔｙ比を設定すること
を特徴とする電空レギュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載する電空レギュレータにおいて、
前記バイアス電圧を変更するバイアス変更手段を有する
ことを特徴とする電空レギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御手段が設定圧力信号に基づいて給気用電磁比例弁及び排気用電磁比例弁により排気ポートから排気する気体の排気量を制御することにより、入力ポートに入力される気体を圧力調整して出力ポートから出力するようにした電空レギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造装置には、圧縮空気を制御するために、電空レギュレータが備えられている。従来の電空レギュレータ１０１の一例を図１２に示す。電空レギュレータ１０１は、圧縮空気が入力される入力ポート１０２と、圧縮空気を出力する出力ポート１０３と、入力ポート１０２から出力ポート１０３へ流れる圧縮空気を排気する排気ポート１０４を備える。電空レギュレータ１０１は、入力ポート１０２と出力ポート１０３を接続する給気流路１０５と、給気流路１０５から分岐して排気ポート１０４に接続する排気流路１０６を備える。
【０００３】
給気用電磁比例弁（以下「給気弁」という。）１０７は、入力ポート１０２に入力された圧縮空気の給気量を制御する。排気用電磁比例弁（以下「排気弁」という。）１０８は、排気ポート１０４から排気される圧縮空気の排気量を制御する。圧力センサ１０９は、排気弁１０８の一次側に配設され、出力ポート１０３から出力される圧縮空気の出力圧力を測定する。給気弁１０７と排気弁１０８と圧力センサ１０９は、制御手段１１０に接続されている。制御手段１１０は、比較演算回路部１１０ｂが、圧力センサ１０９から受信した圧力センサ信号と入力信号処理部１１０ａが受信した設定圧力信号との偏差を求める。そして、制御手段１１０は、制御回路部１１０ｃが、比較演算回路部１１０ｂから受信した偏差に基づいて、出力圧力が所定の設定圧力に一致するように給気弁１０７及び排気弁１０８の開閉を制御する電気信号を生成して給気弁１０７と排気弁１０８へ送信する。
【０００４】
このような電空レギュレータ１０１は、給気弁１０７と排気弁１０８の開閉動作によって排気ポート１０４から排気する圧縮空気の排気量を制御することにより、入力ポート１０２に入力される圧縮空気を圧力調整して出力ポート１０３から出力する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９５４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電空レギュレータ１０１は、時間が経つと、圧力制御の精度が初期段階から悪化してしまっていた。圧力制御の精度は、製品の歩留まりに影響する。そのため、電空レギュレータ１０１は、従来より、定期的なメンテナンスや劣化した電空レギュレータ１０１の交換が行われている。この場合、半導体製造ラインを停止しなければならないため、電空レギュレータ１０１のメンテナンスや交換が頻繁に行われると、製品製造効率が低下する。また、省エネの観点から、できるだけ１個の電空レギュレータ１０１を長く使用することが好ましい。よって、電空レギュレータ１０１には、初期段階の圧力制御の精度を長期間維持し、メンテナンスや交換の頻度を少なくするニーズが、現場から寄せられている。ところが、電空レギュレータ１０１が圧力制御の精度を経時的に悪化させる原因が分かっておらず、そのニーズに応えることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、初期段階の圧力制御の精度を維持できる電空レギュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電空レギュレータは、次のような構成を有している。
（１）気体が入力される入力ポートと、前記気体を出力する出力ポートと、前記入力ポートから前記出力ポートへ流れる前記気体を排気する排気ポートと、前記入力ポートに入力された気体の給気量を制御する給気用電磁比例弁と、前記排気ポートから排気される前記気体の排気量を制御する排気用電磁比例弁と、前記出力ポートから出力される前記気体の出力圧力を測定する圧力測定手段と、前記圧力測定手段が測定した前記出力圧力を所定の設定圧力に一致させるように前記給気用電磁比例弁及び前記排気用電磁比例弁の操作量を決定し、前記操作量をバイアス電圧に照合してＤｕｔｙ比を設定することにより、前記給気用電磁比例弁と前記排気用電磁比例弁の弁開閉動作を制御する制御手段とを有する電空レギュレータにおいて、前記排気ポートから排気される前記気体の排気量を測定する流量測定手段を有すること、前記制御手段は、前記排気ポートから排気される排気量を規定する規定排気量を記憶する規定値記憶手段と、前記流量測定手段が測定した前記排気量を前記規定値記憶手段に記憶されている前記規定排気量に一致させるように、前記バイアス電圧を調整するバイアス電圧調整手段と、を有しており、前記バイアス電圧調整手段により調整された調整後バイアス電圧を用いて前記Ｄｕｔｙ比を設定することを特徴とする。
【０００９】
（２）（１）に記載の発明において、前記バイアス電圧を変更するバイアス変更手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の電空レギュレータは、例えば、出力ポートから出力される気体の出力圧力が所定の設定圧力に安定している場合に、給気用電磁比例弁と排気用電磁比例弁に作動ポイント（「作動ポイント」とは、（電磁比例弁のＤｕｔｙ−流量特性で微少な流量が発生するポイントをいう。）で動作するようにＤｕｔｙ比を設定する。そのため、電空レギュレータは、圧力安定時には、排気ポートから微少な漏れを発生しながら、出力圧力の圧力調整を行う。
【００１１】
例えば、排気用電磁比例弁が劣化すると、排気用電磁比例弁の作動ポイントが初期段階からずれる。この場合、排気用電磁比例弁のＤｕｔｙ比を、作動ポイントに対応するＤｕｔｙ比に設定したとしても、排気用電磁比例弁が開かないことがある。排気用電磁比例弁が開かないと、排気ポートから排気される気体の排気量が規定された排気量（以下「規定排気量」という。）より少なくなる。排気量を正常に制御できないと、出力圧力の圧力制御を精度良く行えない。
【００１２】
そこで、上記電空レギュレータは、排気ポートから排気される気体の排気量を規定する規定排気量を、制御手段の規定値記憶手段に記憶している。そして、制御手段は、流量測定手段により測定される排気量が規定値記憶手段に記憶されている規定排気量に一致するように、バイアス電圧を調整する。これにより、劣化した排気用電磁弁に出力される信号は、排気量を増加させるようにＤｕｔｙ比が変更される。そのため、電空レギュレータは、初期段階の排気用電磁比例弁を使用する場合と同様に排気量を規定排気量に制御し、出力圧力を所定の設定圧力に制御することができる。
【００１３】
このように、上記電空レギュレータは、排気用電磁比例弁が劣化した場合に、排気量を規定排気量に一致させるようにバイアス電圧を調整することにより、圧力制御のズレを防ぐので、初期段階の圧力制御の精度を維持できる。
【００１４】
尚、電空レギュレータは、給気用電磁比例弁が劣化した場合も、排気量が減少するので、上記のように排気用電磁比例弁が劣化した場合と同様に、初期段階の圧力制御の精度を維持できる。
【００１５】
また、上記構成の電空レギュレータは、バイアス電圧記憶手段に記憶されたバイアス電圧をバイアス変更手段により変更できるので、仕様によってバイアス電圧を自由に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る電空レギュレータの構成を示す図である。
【図２】図１に示す電空レギュレータの内部動作を示すタイミングチャートである。
【図３】初期段階における圧力偏差と電磁比例弁Ｄｕｔｙ比の関係を示すグラフである。
【図４】初期段階の給気弁と排気弁の動作と流量特性との関係を示す図である。
【図５】排気弁劣化後における圧力偏差と電磁比例弁Ｄｕｔｙ比の関係を示すグラフである。
【図６】排気弁劣化後の給気弁と排気弁の動作と流量特性との関係を示す図である。
【図７】初期段階の排気弁動作原理を示す図である。
【図８】初期段階の排気弁側Ｄｕｔｙ比と流量特性の関係を示す図である。
【図９】排気弁劣化後の排気弁側Ｄｕｔｙ比と流量特性の関係を示す図である。
【図１０】バイアス調整後における排気弁動作原理を示す図である。
【図１１】バイアス調整後の排気弁側Ｄｕｔｙ比と流量特性の関係を示す図である。
【図１２】従来の電空レギュレータの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る好ましい実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明することにする。
【００１８】
＜電空レギュレータの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る電空レギュレータ１の構成を示す図である。
電空レギュレータ１は、従来技術と同様に半導体製造ラインに組み付けられ、圧縮空気の圧力を制御する。
【００１９】
図１に示す電空レギュレータ１は、図１２に示す従来の電空レギュレータ１０１と同様、圧縮空気が入力される入力ポート１０２と、圧縮空気を出力する出力ポート１０３が、給気流路１０５を介して接続されている。排気流路１０６は、給気流路１０５から分岐して排気ポート１０４に接続されている。排気ポート１０４は、入力ポート１０２から出力ポート１０３へ流れる圧縮空気を排気する。給気流路１０５には、入力ポート１０２に入力された圧縮空気の給気量を制御する給気弁１０７が配設されている。排気流路１０６には、排気ポート１０４から排気される圧縮空気の排気量を制御する排気弁１０８が配設されている。また、排気流路１０６は、排気弁１０８の一次側に、出力ポート１０３から出力される圧縮空気の出力圧力を測定する圧力センサ１０９（圧力測定手段の一例）が配設されている。
【００２０】
本実施形態の電空レギュレータ１は、排気ポート１０４から排気される圧縮空気の排気量を測定する流量センサ２（流量測定手段の一例）が、排気弁１０８の二次側に配設されている点が、図１２に示す従来の電空レギュレータ１０１と相違する。流量センサ２は、給気弁１０７と排気弁１０８と圧力センサ１０９と同様、制御手段１０に電気的に接続されている。
【００２１】
制御手段１０は、圧力センサ１０９が測定する圧縮空気の出力圧力だけでなく、流量センサ２が測定する圧縮空気の排気量も監視しながら、給気弁１０７と排気弁１０８をＰＷＭ制御する。制御手段１０は、排気量に応じて調整したバイアス電圧を基準にＤｕｔｙ比を設定し、給気弁１０７と排気弁１０８の制御を行う点に特徴を有する。
【００２２】
制御手段１０は、制御基板１１とセンサ基板１２を備える。
センサ基板１２には、圧力センサ１０９とセンサアンプ１２ａが実装されている。センサアンプ１２ａは、圧力センサ１０９が測定した出力圧力を電気信号の圧力センサ信号Ｂに変換するものである。
【００２３】
制御基板１１は、電源回路部１１ａが電源３から作動電圧を供給されると、入力信号処理部１１ｂが圧力設定手段４から設定圧力信号Ａを受信する。
【００２４】
設定圧力信号Ａは、出力ポート１０３から出力する圧縮空気の圧力を設定するものである（以下、この圧力を「設定圧力」という。）。圧力設定手段４は、電空レギュレータ１の外部に設けられた上位装置であってもよいし、電空レギュレータ１に設けられた操作手段により構成してもよい。
【００２５】
第１比較演算回路１１ｃは、入力信号処理部１１ｂから設定圧力信号Ａを受信する。また、第１比較演算回路１１ｃは、センサアンプ１２ａから圧力センサ信号Ｂを受信する。第１比較演算回路１１ｃは、設定圧力信号Ａから圧力センサ信号Ｂを減算することにより設定圧力と出力圧力の偏差（以下「圧力偏差」という。）を求め、ＰＩＤ補償回路部１１ｄへ送信する。
【００２６】
ＰＩＤ補償回路部１１ｄは、圧力偏差の比例、積分、微分の線形結合によって電磁比例弁の弁開度（操作量）を決定するものである。ＰＩＤ補償回路部１１ｄは、決定した電磁比例弁の操作量を、第２比較演算回路１１ｅと反転回路１１ｆへ送信する。第２比較演算回路１１ｅと反転回路１１ｆは、発振回路部１１ｈから同一のクロックパルスを受信する。
【００２７】
第２比較演算回路１１ｅは、ＰＩＤ補償回路部１１ｄから受信した操作量をクロックパルスに同期させ、圧力センサ１０９が測定した出力圧力（圧力センサ信号Ｂ）が所定の設定圧力（設定圧力信号Ａ）に一致するように給気弁１０７が制御する制御流量（給気量）を決定する差動増幅後給気側制御信号Ｃを生成する。
反転回路１１ｆは、ＰＩＤ補償回路部１１ｄから受信した操作量を反転させてクロックパルスに同期させ、圧力センサ１０９が測定した出力圧力（圧力センサ信号Ｂ）が所定の設定圧力（設定圧力信号Ａ）に一致するように排気弁１０８が制御する制御流量（排気量）を決定する差動増幅後排気側制御信号Ｅを生成する。
【００２８】
第２比較演算回路１１ｅと反転回路１１ｆが同一のクロックパルスを入力するため、差動増幅後給気側制御信号Ｃと差動増幅後排気側制御信号Ｅは、同じタイミングで制御流量を増減させる信号となる。
また、反転回路１１ｆが操作量を反転させているため、差動増幅後給気側制御信号Ｃと差動増幅後排気側制御信号Ｅは、中点電位を基準に対称な信号になる。
【００２９】
給気弁制御部１１ｉは、第２比較演算回路１１ｅから差動増幅後給気側制御信号Ｃを受信する。一方、排気弁制御部１１ｊは、反転回路１１ｆから差動増幅後排気側制御信号Ｅを受信する。給気弁制御部１１ｉと排気弁制御部１１ｊは、バイアス調整回路１１ｋ（バイアス電圧調整手段の一例）から同一のバイアス信号Ｇを受信する。
【００３０】
バイアス調整回路１１ｋは、流量センサ２が測定した排気量を規定値記憶手段１１ｍに記憶されている規定排気量に一致させるようにバイアス電圧を調整するものである。ここで、規定排気量とは、排気ポート１０４から排気される圧縮空気の排気量を規定するものである。規定排気量は、電空レギュレータ１の出荷時に予め設定するようにしても良いし、仕様に応じて外部装置や電空レギュレータ上の操作手段を用いて設定・変更できるようにしてもよい。
【００３１】
バイアス調整回路１１ｋは、第３比較演算回路１１ｌに接続されている。第３比較演算回路１１ｌは、流量センサ２と規定値記憶手段１１ｍに接続されている。第３比較演算回路１１ｌは、流量センサ２から排気量を受信すると共に、規定値記憶手段１１ｍから規定排気量を受信する。
【００３２】
第３比較演算回路１１ｌは、規定排気量から排気量を減算することにより規定排気量と排気量の偏差（以下「流量偏差」という。）を求め、バイアス調整回路１１ｋへ送信する。つまり、制御手段１０は、第３比較演算回路１１ｌにより圧縮空気が正常に排気されているかを監視している。
【００３３】
バイアス調整回路１１ｋは、バイアス電圧を記憶するバイアス電圧記憶手段１１ｑに接続されている。バイアス電圧は、出荷時に予めバイアス電圧記憶手段１１ｑに記憶されるが、バイアス変更手段５により仕様等に応じて適宜変更できるようになっている。
【００３４】
バイアス調整回路１１ｋは、第３比較演算回路１１ｌから受信した流量偏差に応じてバイアス電圧を調整し、バイアス信号Ｇを生成する。バイアス調整回路１１ｋは、排気量が規定排気量に一致している場合には、バイアス電圧と等しく調整したバイアス信号Ｇを給気弁制御部１１ｉと排気弁制御部１１ｊへ送信する。また、バイアス調整回路１１ｋは、排気量が規定排気量より小さい場合には、流量偏差に応じてバイアス電圧を低く調整したバイアス信号Ｇを生成し、給気弁制御部１１ｉと排気弁制御部１１ｊへ送信する。更に、バイアス調整回路１１ｋは、排気量が規定排気量より大きい場合には、流量偏差に応じてバイアス電圧を高く調整したバイアス信号Ｇを生成し、給気弁制御部１１ｉと排気弁制御部１１ｊへ送信する。
【００３５】
給気弁制御部１１ｉは、差動増幅後給気側制御信号Ｃがバイアス信号Ｇ以上となる範囲で給気弁１０７を開弁させるＯＮ信号を生成し、差動増幅後給気側制御信号Ｃがバイアス信号Ｇ以下となる範囲で給気弁１０７を閉弁させるＯＦＦ信号を生成することにより、給気弁１０７を制御するためのＤｕｔｙ比を設定し、それに従って生成した給気弁側制御信号Ｄを給気弁１０７へ送信する。
【００３６】
排気弁制御部１１ｊは、差動増幅後排気側制御信号Ｅがバイアス信号Ｇ以上となる範囲で排気弁１０８を開弁させるＯＮ信号を生成し、差動増幅後排気側制御信号Ｅがバイアス信号Ｇ以下となる範囲で排気弁１０８を閉弁させるＯＦＦ信号を生成することにより、排気弁１０８を制御するためのＤｕｔｙ比を設定し、それに従って生成した排気弁側制御信号Ｆを排気弁１０８へ送信する。
【００３７】
表示回路１１ｇは、ＰＩＤ補償回路部１１ｄから受信した操作量に応じて電空レギュレータ１の動作状態（例えば、正常、不安定、異常）を判定し、その判定結果に応じてＬＥＤ６の表示色を変えるようにＬＥＤ６を制御するものである。
更に、モニタ回路１１ｎは、センサアンプ１２ａから圧力センサ信号Ｂを受信する。モニタ回路１１ｎは、出力圧力を表示するようにモニタ７を制御するものである。
【００３８】
＜電空レギュレータの一般動作説明＞
次に、電空レギュレータ１の動作について説明する。図２は、図１に示す電空レギュレータ１の内部動作を示すタイミングチャートである。
電空レギュレータ１は、作動電圧を供給されるまで、給気弁１０７と排気弁１０８をＯＦＦ状態にしている。
【００３９】
図２に示すように、電空レギュレータ１は、作動電圧が供給されると、設定圧力信号Ａを受信するまで、待機状態となる。この待機状態のとき、電空レギュレータ１は、応答性を高めるために、給気弁１０７と排気弁１０８を作動ポイントで同期させて制御する。ここで、「作動ポイント」とは、電磁比例弁のＤｕｔｙ−流量特性で微少な流量（例えば１０ｃｃ）が発生するポイントをいう。よって、待機状態の電空レギュレータ１は、給気弁１０７と排気弁１０８のＤｕｔｙ比を微少な流量が発生するように小さく設定し、給気弁１０７と排気弁１０８を同期してＯＮ−ＯＦＦ状態にする。この場合、給気弁１０７から給気された圧縮空気が排気弁１０８から排気されるため、電空レギュレータ１は、設定圧力信号Ａを受信するまでの待機状態のとき、出力圧力が０Ｐａで安定する。
【００４０】
図２のＴ１に示すように、電空レギュレータ１は、設定圧力信号Ａを受信すると、出力圧力を設定圧力に一致させるように給気弁１０７と排気弁１０８のＯＮ−ＯＦＦ状態を切り替えて圧力制御を行う。
【００４１】
すなわち、電空レギュレータ１は、１００％の設定圧力信号Ａが入力されると、出力ポート１０３の圧力がまだ０Ｐａであるため、圧力センサ１０９は０％のままである。よって、設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂの圧力偏差が大きくなる。
設定圧力信号Ａより圧力センサ信号Ｂが低くなるため、差動増幅後給気側制御信号Ｃが上昇し、バイアス信号Ｇより高くなる。よって、給気弁側制御信号ＤがＯＮとなる。
設定圧力信号Ａより圧力センサ信号Ｂが低くなるため、差動増幅後排気側制御信号Ｅが降下し、バイアス信号Ｇより低くなる。よって、排気弁側制御信号ＦがＯＦＦとなる。
【００４２】
図２のＴ２に示すように、設定圧力信号Ａは、１００％の状態を維持する。
給気弁側制御信号ＤがＯＮ状態のため、出力ポート１０３の圧力が上昇し、圧力センサ信号Ｂは上昇し、設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が小さくなる。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が小さくなるため、差動増幅後給気側制御信号Ｃは降下し始める。しかし、差動増幅後給気側制御信号Ｃはバイアス信号Ｇより高いため、給気弁側制御信号ＤはＯＮのままとなる。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が小さくなるため、差動増幅後排気側制御信号Ｅは上昇し始める。しかし、差動増幅後排気側制御信号Ｅはバイアス信号Ｇより低いため、排気弁側制御信号ＦはＯＦＦのままとなる。
【００４３】
このように、電空レギュレータ１は、給気弁１０７をＯＮ状態、排気弁１０８をＯＦＦ状態にすると、給気ポート１０２に入力した圧縮空気が、給気流路１０５のみを流れる。そのため、出力ポート１０３から出力される圧縮空気の出力圧力が上昇する。
【００４４】
図２のＴ３に示すように、電空レギュレータ１は、出力圧力が設定圧力に一致して（圧力偏差が０になって）安定すると、上述した待機状態となる。
【００４５】
すなわち、出力圧力安定後も、設定圧力信号Ａは、１００％の状態を維持する。
圧力センサ信号Ｂは上昇し、設定圧力信号Ａとの圧力偏差が０になる。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が０になるため、差動増幅後給気側制御信号Ｃは降下する。給気弁側制御信号Ｄは、差動増幅後給気側制御信号Ｃがバイアス信号Ｇ以上の場合、ＯＮ、以下の場合ＯＦＦの信号を出力する。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が０になるため、差動増幅後排気側制御信号Ｅは上昇する。排気弁側制御信号Ｆは、差動増幅後排気側制御信号Ｅがバイアス信号Ｇ以上の場合、ＯＮ、以下の場合ＯＦＦの信号を出力する。
【００４６】
よって、電空レギュレータ１は、出力圧力安定時に、給気弁１０７と排気弁１０８へ送信する電気信号のＤｕｔｙ比を小さく設定し、給気弁１０７と排気弁１０８を同期して開閉させる。これにより、電空レギュレータ１は、出力圧力安定時に出力圧力が僅かに変動した場合に、給気弁１０７と排気弁１０８のＤｕｔｙ比を素早く変更し、出力圧力を設定圧力に応答性良く一致させることが可能である。
【００４７】
図２のＴ４に示すように、電空レギュレータ１は、設定圧力信号Ａを受信しなくなると、給気弁１０７をＯＦＦ状態、排気弁１０８をＯＮ状態にすることにより、出力圧力を低下させて０Ｐａにする。
【００４８】
すなわち、図２のＴ４に示すように、０％の設定圧力信号Ａが入力されると、圧力は最大制御圧力であるため、圧力センサ信号Ｂは１００％のままで、設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が大きくなる。
設定圧力信号Ａより圧力センサ信号Ｂが高くなるため、差動増幅後給気側制御信号Ｃが降下しバイアス信号Ｇより低くなる。よって、給気弁側制御信号ＤがＯＦＦとなる。
設定圧力信号Ａより圧力センサ信号Ｂが高くなるため、差動増幅後排気側制御信号Ｅが上昇しバイアス信号Ｇより高くなる。よって、排気弁側制御信号ＦがＯＮとなる。
【００４９】
図２のＴ５に示すように、圧縮空気が排気流路１０６を介して排気ポート１０４から排気され、出力圧力が低下し始めた後も、設定圧力信号Ａは、０％の状態を維持する。
排気弁側制御信号ＦがＯＮ状態のため、圧力が降下し、圧力センサ信号Ｂは降下し、設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が小さくなる。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が小さくなるため、差動増幅後給気側制御信号Ｃは上昇し始める。しかし、差動増幅後給気側制御信号Ｃはバイアス信号Ｇより低いため、給気弁側制御信号ＤはＯＦＦのままとなる。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が小さくなるため、差動増幅後排気側制御信号Ｅは降下し始める。しかし、差動増幅後排気側制御信号Ｅはバイアス信号Ｇより高いため、排気弁側制御信号ＦはＯＮのままとなる。
【００５０】
図２のＴ６に示すように、電空レギュレータ１は、出力圧力が０Ｐａに安定すると、上述した待機状態となる。
【００５１】
すなわち、出力圧力が０Ｐａに安定した後も、設定圧力信号Ａは、０％の状態を維持する。
圧力センサ信号Ｂは降下し、設定圧力信号Ａとの圧力偏差が０になる。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が０になるため、差動増幅後給気側制御信号Ｃは上昇する。給気弁側制御信号Ｄは、差動増幅後給気側制御信号Ｃがバイアス信号Ｇ以上の場合、ＯＮ、以下の場合ＯＦＦの信号を出力する。
設定圧力信号Ａと圧力センサ信号Ｂとの圧力偏差が０になるため、差動増幅後排気側制御信号Ｅは降下する。排気弁側制御信号Ｆは、差動増幅後排気側制御信号Ｅがバイアス信号Ｇ以上の場合、ＯＮ、以下の場合ＯＦＦの信号を出力する。
【００５２】
このように、電空レギュレータ１は、出力圧力が０Ｐａに安定した後に待機状態にされることにより、次に１００％の設定圧力信号Ａを受信したときに、直ぐに出力圧力を上昇させ始めることが可能である。
【００５３】
尚、電空レギュレータ１は、出力圧力が設定圧力を超えると、給気弁１０７をＯＦＦ状態、排気弁１０８をＯＮ状態にする。これにより、給気流路１０５の圧縮空気が排気流路１０６を介して排気ポート１０４から排気され、出力圧力が低下する。
【００５４】
＜電空レギュレータの圧力制御の精度悪化原因について＞
ところで、出願人は、従来不明とされていた、電空レギュレータの圧力制御の精度が悪化する原因を、試行錯誤の末に究明した。その原因について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、初期段階におけるの圧力偏差と電磁比例弁Ｄｕｔｙ比の関係を示すグラフである。図４は、初期段階の給気弁１０７と排気弁１０８の動作と流量特性との関係を示す図である。図６は、排気弁劣化後の給気弁と排気弁の動作と流量特性との関係を示す図である。図５は、排気弁劣化後における圧力偏差と電磁比例弁Ｄｕｔｙ比の関係を示すグラフである。
以下の説明では、排気弁１０８が劣化した場合を例に挙げて説明する。
【００５５】
図３に示すように、電空レギュレータ１は、圧力偏差に対応して、給気弁１０７と排気弁１０８のＤｕｔｙ比が設定されている。給気弁１０７のＤｕｔｙ比と排気弁１０８のＤｕｔｙ比は、圧力偏差に対してリニアに変化する。給気弁１０７は、圧力偏差がプラス側へ増加するのに比例して、Ｄｕｔｙ比が大きく設定される。一方、排気弁１０８は、圧力偏差がマイナス側へ減少するのに比例して、Ｄｕｔｙ比が大きく設定される。給気弁１０７と排気弁１０８のＤｕｔｙ比を作動ポイントＫ１、Ｋ２に対応するＤｕｔｙ比以下に設定することにより、排気ポート１０４から排気する圧縮空気の排気量を微少制御し、出力圧力を微調整することができる（以下、この領域を「圧力微少制御域Ｐ」という。）。
【００５６】
図４に示すように、初期段階の給気弁１０７は、Ｄｕｔｙ比が０％以上作動ポイントＫ１に対応するＤｕｔｙ比（ここでは１２％とする）未満の範囲では、圧縮空気の給気量が０である。そして、給気弁１０７は、Ｄｕｔｙ比が１２％以上になると、Ｄｕｔｙ比に比例して、圧縮空気の給気量が増加する。
一方、初期段階の排気弁１０８は、Ｄｕｔｙ比が０％以上、作動ポイントＫ２に対応するＤｕｔｙ比（ここでは１２％とする。）未満の範囲では、圧縮空気の排気量が０である。そして、排気弁１０８は、Ｄｕｔｙ比が１２％以上になると、Ｄｕｔｙ比に比例して圧縮空気の排気量が増加する。
【００５７】
給気弁１０７の流量特性（図中実線）と排気弁１０８の流量特性（図中太線）がクロスする微少流量制御領域Ｘ（図４の斜線部参照）では、給気弁１０７と排気弁１０８は、作動ポイントに対応する微少な流量以下で圧縮空気を制御するため、排気ポート１０４から圧縮空気を微少量でスロー排気することが可能になる。よって、微少流量制御領域Ｘが増えるほど、より細かく排気量を制御でき、図３に示す圧力微少制御域Ｐが広くなる。圧力微少制御域Ｐが広くなると、出力圧力安定時に出力圧力の微少な変動を応答性よく設定圧力に一致させることができるようになる。よって、電空レギュレータ１が圧力制御を精度よく行うためには、給気弁１０７と排気弁１０８の作動ポイントが初期段階からずれないことが前提となる。
【００５８】
ところが、給気弁１０７と排気弁１０８は、電磁比例弁の可動鉄心がボビンに擦れて摩耗し、ヒステリシス特性が低下したり、弁開閉動作を繰り返す間に弁体や弁座が変形するなどして、劣化する。この場合、給気弁１０７と排気弁１０８の作動ポイントが初期段階からずれてしまう。例えば、排気弁１０８が経年劣化すると、図５のＫ２２に示すように、排気弁１０８の作動ポイントに遅れが生じる。この場合、図５の実線に示す給気弁１０７の流量特性と、図５の太線に示す排気弁１０８の流量特性とがクロスする微少流量制御領域Ｘが狭くなる。
【００５９】
微少流量制御領域Ｘが狭くなると、図６に示すように、圧力微少制御域Ｐが狭くなる。すると、電空レギュレータ１は、出力圧力安定時に圧力調整に関する状態を検出しない時間帯域（不感帯）が増えてしまう。不感帯が増えると、給気弁１０７と排気弁１０８が不感帯内で弁開閉動作を繰り返してばたつき、出力圧力が安定しなくなる。
【００６０】
以上のことより、発明者は、給気弁１０７と排気弁１０８が劣化して作動ポイントを初期段階からずらされると、排気ポート１０４からの排気量が規定排気量に一致しなくなり、それが圧制御の精度を悪化させる原因であることを突き止めた。
【００６１】
＜電空レギュレータの動作改善（効果）＞
上記原因を究明したことにより、発明者は、排気弁１０８が排気する排気量に応じてバイアス電圧を調整し、給気弁１０７と排気弁１０８をＰＷＭ制御すれば、給気弁１０７と排気弁１０８の劣化にかかわらず、電空レギュレータ１の圧力制御の精度を維持できることに、気がついた。以下、具体例を挙げてその制御方法を図７〜図１１を参照して説明する。図７は、初期段階の排気弁動作原理を示す図である。図８は、初期段階の排気弁側Ｄｕｔｙ比と流量特性の関係を示す図である。図９は、排気弁劣化後の排気弁側Ｄｕｔｙ比と流量特性の関係を示す図である。図１０は、バイアス調整後における排気弁動作原理を示す図である。図１１は、バイアス調整後の排気弁側Ｄｕｔｙ比と流量特性の関係を示す図である。
【００６２】
例えば、図７に示すように、初期段階の排気弁１０８は、Ｄｕｔｙ比が作動ポイントに対応する１２％に設定された場合、排気弁側制御信号Ｆは、差動増幅後排気側制御信号Ｅがバイアス電圧記憶手段１１ｑに設定されたバイアス電圧（以下「設定バイアス電圧」という。）以上となる領域でＯＮ、差動増幅後排気側制御信号Ｅが設定バイアス電圧以下となる領域でＯＦＦされる。
【００６３】
図８に示すように、初期段階の排気弁１０８は、例えば、Ｄｕｔｙ比が１２％に設定された場合、流量（排気量）を５０ｃｍ3／ｍｉｎに制御するものとする。この場合、電空レギュレータ１の制御手段１０は、規定排気量として５０ｃｍ3／ｍｉｎが規定値記憶手段１１ｍに記憶されている。
【００６４】
図９に示すように、劣化した排気弁１０８は、Ｄｕｔｙ比が１２％に設定された場合、流量が例えば３０ｃｍ3／ｍｉｎになる。この場合、制御手段１０は、流量センサ２が測定する排気量（３０ｃｍ3／ｍｉｎ）が規定値記憶手段１１ｍに記憶されている規定排気量より２０ｃｍ3／ｍｉｎ少ないことを検出する。
【００６５】
そこで、図１０に示すように、制御手段１０は、排気量が規定排気量より２０ｃｍ3／ｍｉｎ減少したことに応じて、図中太い点線に示すように、設定バイアス電圧（図中細い点線）を下げて調整する（以下、調整後のバイアス電圧を「調整後バイアス電圧」という。）。これにより、差動増幅後排気側制御信号Ｅが調整後バイアス電圧（図中太い点線）を超える領域が、差動増幅後排気側制御信号Ｅが設定バイアス電圧（図中細い点線）を超える領域より広くなり、Ｄｕｔｙ比が１２％から１３％に大きくされる。
【００６６】
図１１に示すように、Ｄｕｔｙ比が１２％から１３％に大きくされたことにより、排気弁１０８の流量が５０ｃｍ3／ｍｉｎになる。つまり、制御手段１０は、排気弁１０８が劣化しても、排気量の減少に応じてＤｕｔｙ比を大きく調整することにより、初期段階と同じように排気弁１０８に排気量を制御させ、圧力制御を行うことができる。よって、本実施形態の電空レギュレータ１は、排気弁１０８が劣化した場合でも、初期段階の圧力制御の精度を維持できる。
【００６７】
尚、給気弁１０７が劣化した場合も、上記排気弁１０８が劣化した場合と同様に、流量センサ２により排気量を監視することにより、初期段階の圧力精度を維持することができる。その理由を簡単に説明すると、電空レギュレータ１は、圧力センサ信号Ｂと設定圧力信号Ａの圧力偏差により給気弁１０７と排気弁１０８を動作させて、出力ポート１０３から出力する圧縮空気の調圧を行う。給気弁１０７の作動ポイントが遅れると、出力ポート１０３に圧力が供給されないため、排気弁１０８から排気もされない。この場合、バイアス調整回路１１ｋは、バイアス電圧を下げる動作を行なう。バイアス電圧が下がることにより、給気弁１０７のＤｕｔｙ比も大きくなり、給気弁１０７より流量が供給されて、出力ポート１０３から出力される圧縮空気の出力圧力が上昇する。出力圧力が上昇し、圧力センサ信号Ｂと設定圧力信号Ａの圧力偏差が大きくなると、排気弁１０８より圧縮空気が排気され、調圧が行われる。よって、給気弁１０７の作動ポイントがズレても、流量センサ２が測定する排気量で、規定のバイアス電圧を調整し、初期段階の圧力制御の精度を維持できる。
【００６８】
ところで、圧縮空気が高温になると、給気弁１０７と排気弁１０８は小さいＤｕｔｙ比より流量が流れ始める。一方、圧縮空気が低温になると、給気弁１０７と排気弁１０８は、高いＤｕｔｙ比より流量が流れ始める。つまり、給気弁１０７と排気弁１０８は、圧縮空気の温度によって、Ｄｕｔｙ比と流量特性との関係が異なる。そのため、出力圧力のみに基づいて給気弁１０７と排気弁１０８をＰＷＭ制御すると、排気ポート１０４から排気する圧縮空気の排気量が圧縮空気の温度によって変化してしまい、電空レギュレータ１の調圧性能が劣化する。
【００６９】
しかし、本実施形態の電空レギュレータ１は、流量センサ２が測定した排気量に従ってバイアス電圧を調整し、給気弁１０７と排気弁１０８をＤｕｔｙ制御するので、圧縮空気の温度が変わっても、流量センサ２が測定した排気量を規定排気量に一致させることが可能である。そのため、本実施形態の電空レギュレータ１は、圧縮空気の温度により調圧性能が劣化しない。
【００７０】
ここで、電空レギュレータ１は、一般的に、出荷先でラインに組み付けられる。そのため、バイアス電圧を出荷先で設定したい場合がある。この場合には、バイアス変更手段５により、バイアス電圧記憶手段１１ｑに記憶されたバイアス電圧を変更すればよい。よって、本実施形態の電空レギュレータ１は、仕様によってバイアス電圧を自由に変更することができる。
【００７１】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、電空レギュレータ１は圧縮空気の圧力制御に使用した。これに対して、窒素やアルゴンなどの各種気体の圧力制御に電空レギュレータ１を用いても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１  電空レギュレータ
２  流量センサ（流量測定手段の一例）
５  バイアス変更手段
１０  制御手段
１１ｋ  バイアス調整回路（バイアス電圧調整手段）
１１ｍ  規定値記憶手段
１１ｑ  バイアス電圧記憶手段
１０７  給気弁（給気側電磁比例弁）
１０８  排気弁（排気側電磁比例弁）
１０９  圧力センサ（圧力測定手段の一例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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