JPS6151940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスが複数の貯蔵室から個別に、そ
れぞれ電磁弁を有する個別供給管を介して混合室
に供給され、前記電磁弁は通例は閉鎖されてお
り、所定の値を下回つた前記混合室内の圧力に応
答して所定の個別時間の間開放され、その際前記
混合室に供給されるおのおのの個別ガスの量が前
以つて決められた個別時間に比例するようにす
る、例えばグロー放電のようなプラズマ放電によ
つて工作物を加工するために使用されるガスの混
合方法およびこの方法を実施するための装置に関
する。

例えば、グロー放電を用いて工作物を加工する
ための装置にとつて必要であるような、僅かなガ
ス量に対するガス混合装置は、流量計及びニード
ル弁又は流量調整装置を用いて簡単に構成され
る。しかしこの場合混合ガス量が僅かである、混
合比の実現可能な精度や再現性は問題を含む。ガ
スの取出し方法が種々異なると混合比は一定に維
持されない。しかも混合変化はその都度、予め貫
流運転においてその都度の流量計の指示に従つて
手動で調節しなければならない。

第４図に示すように公知でない先行技術から、
第１〜第３の貯蔵容器４４，４５，４６から第
１，第２，第３の液体が、時間的に規則的に繰返
して開放および閉成される弁４１，４２，４３を
介して混合される混合方法が提案されている。第
５図は、第４図の弁４１，４２，４３に供給され
るパルス波形を示し、各弁がどのように時間的に
規則的に繰返して開放されるかを示している。即
ち開放は、１秒の周期全体（パルス繰返し周期）
内で弁毎に交代で行なわれる。例えば制御パルス
路Ａの弁４１は、制御パルス路ＢおよびＣの弁４
３，４３が開放されていないとき、開放される。
他の弁についても同様である。即ち３個の弁が、
時間的に対称に、即ち同時に開放時間の真中に達
するようには開放されない。

第４図、第５図に図示の液体を混合する技術思
想をガスの混合に応用して考察する。それぞれの
電磁弁を介してそれぞれのガスが混合室に供給さ
れ、混合されて取出される。そこで混合室におけ
る圧力が低下する。それからまず第１のガスが流
れ込む（まだ第２のガス、第３のガスは流れな
い）場合、第１のガスに対する貯蔵室と混合室と
の間の圧力差は比較的大きいので流れ易い。これ
に対して最後の第３のガスには流れにくくするよ
うな作用が生じる。というのは混合室の圧力が第
１のガスおよび第２のガスの流れ込みに基いて既
に上昇しているからである。換言すれば、混合室
における混合比は、ガス流入する順序に依存す
る。このことは、第４図、第５図に図示の先行技
術の重大な欠点である。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法にお
いて、上記欠点を取除いた出来るだけ精確でかつ
再現可能な組成でガス混合を行うことができ、そ
の際処理操作中にガス組成の変化をただちに行う
か又は処理操作の変化を行うことができる方法お
よびこの方法を実施するための装置を提供するこ
とである。

この課題は本発明によれば次のようにして解決
される。即ち混合室における圧力が所定の値を下
回つた時に、電磁弁のおのおのが、所定の開放時
間の間その都度該開放時間の中間時点に同時に達
するように、電磁弁の開放および閉成を制御す
る。

これによりガス組成の連続的な調節及び場合に
応じてプログラミングを実現できるようになる。

これに対して混合すべきガスを、本発明の思想
のように、時間的に対称形に、すなわち個別弁お
のおのの、その都度の開放時間全体の中間時点が
同時に生じるように混合室に供給するようにすれ
ば、貯蔵室と混合室との間の圧力勾配の影響が低
減され、従つて混合室における混合比について非
常に大きな精度並びに再現性が得られる。この場
合混合室は、そこでの圧力上昇が導入されたガス
量に比例する程度に大きいことが前提となつてい
る。

個々ガスに対して各々調節可能な電圧目標値に
達した際に調量弁を開放乃至閉鎖するための制御
を行なう３角波状電圧を発生するようにすると効
果的である。その際３角波状電圧は、小さな階段
の形式のデジタル形にすることもできる。

前以つて決められる圧力差に達するための時間
をすべての調量弁に対する混合室にガスを充てん
することによつて求め、それを所定の時間と比較
し、かつ、差異が所定の許容範囲を越えた際に調
量弁自体を追従調整することによつて調量弁を校
正し、一方微調整を調量弁に対して電子的制御を
行なう校正素子を変化することによつて行うと効
果的である。

次に本発明の図面を用いて詳細に説明する。

本発明の方法により動作するガス混合装置で
は、例えばガスボンベから取出される混合すべき
ガスは有利にはそれぞれ銅管によつて導かれ、そ
の際銅管は互いにはんだ接合されている。これに
よりガス間で良好な温度補償が行なわれる。銅管
に後置接続されている減圧装置１は、それぞれの
ガスを一定の過圧、例えば1500mmHg（2bar）に
する。この圧力を一定に保持することはガス混合
装置の申し分のない機能にとつて非常に重要なの
で、各ガスに対するこの圧力値を図示しないマノ
メータに指示すると効果的である。これから各供
給管２に、供給圧力の監視に役立ち、ガスボンベ
が空のときにはガス混合装置を遮断し、障害報知
を行なう圧力スイツチを設けることができる。

各供給管２は、電磁弁V₁，V₂又はV₃及びこれ
らに直列に接続されている調量弁４を介して混合
室５に通じていて、その際弁Ｖ及び４が供給され
るガス量を制御する。調量弁４は、ガス混合装置
の校正の際に相応のガスの種類に合わせて１度だ
け調節される。それから種々異なつた混合気の発
生は専ら、電子制御回路６を介して電磁弁Ｖを時
間的に正確に制御することによつて行なわれる。
前記制御回路は、混合室５に接続されている圧力
監視装置７によつて制御される。

混合室の圧力が前以つて決められた圧力P₀以下
になる、即ちＰ＜P₀になるや否や、制御回路６に
よつて徐々に上昇する電圧１０が発生される。電
圧１０がそれぞれ、所定のガスに対して設定され
ている目標値S₁，S₂，S₃を越えると電磁弁Ｖは順
次開いて、相当量のガスを混合室５へ流し込む。
閾値１１に達すると電圧１０は今度は上昇のとき
と同じ速度で降下し、その際それぞれの目標値
S₁，S₂，S₃以下になると電磁弁Ｖは順次に今度は
閉成される。

最後の電磁弁V₁の閉成後混合室５内に圧力Ｐ
は、ガスを大量に奪われた結果として依然として
P₀より小さいままにとどまつたときには、最低の
目標値S₁に達した際に新たなサイクルが始まり、
この結果これに属する電磁弁V₁は開放状態にと
どまる。他の場合には電圧１０はその出発レベル
に降下する。

第２図によれば電磁弁V₁及びV₂は時間単位毎
に同じガス量Ｑを通過させるが、電磁弁V₃は時
間単位毎にそれよりも少ないガス量を通過させ
る。しかしこのことは絶対必要というわけではな
く、ガス混合において他のガスと比べると比較的
僅かな量しか必要としない所定のガスに対する電
磁弁Ｖの開放の持続時間が、混合気の調節におい
て所望の精度を得るためには依然として大きい場
合にだけ効果的である。この理由から開放の持続
時間を延長するために電磁弁V₃を介する単位時
間毎の流量を、第２図が示すように低減すること
ができる。

時間的に対称形のサイクルないしタイミング制
御により実際に、混合室５において上昇する圧力
とは無関係に、混合の誤りを最小にすることがで
きる。

目標値S₁，S₂，S₃の調節は、ガスの種類次第で
例えば0.1％又は0.01％の分解能を有するパーセ
ントでデジタルに行うと有利であり、一方電磁弁
Ｖの開放の時間間隔は秒のオーダとすることがで
きる。

混合室５の混合ガスは混合室から、弁９を備え
た配管８を通して取出すことができる。

混合室５は、実際にいつでも時間的な手段が有
効であるように緩衝作用が生じる程度に大きくな
ければならない。

第３図に示す制御回路６は、第２図の３角波状
電圧１０を供給する積分器２０を有する。積分器
の入力側はシユミツト―トリガ２１の出力側に接
続されており、一方出力側は例えば演算増幅器で
ある比較装置２２乃至２６の各入力側に接続され
ている。比較装置２２乃至２４のそれぞれ別の入
力側は、各ガスの所望の体積に調節するための目
標値―ポテンシヨメータ２７乃至２９に接続され
ている。これら比較装置の各出力側は電磁弁V₁
乃至V₃を制御するのに用いられる。前記ポテン
シヨメータには校正の際の微調整用の校正素子で
ある調節素子３０乃至３２が前置接続されてい
る。比較装置２５の別の入力側は接地されてい
て、出力側は圧力監視装置７の圧力スイツチ３３
を介してシユミツト―トリガ２１の第１の入力側
ａに接続されている。このシユミツト―トリガの
第２の入力側ｂは比較装置２６の出力側に接続さ
れている。又、この比較装置２６の第２の入力側
は抵抗３４を介して電圧U₀により正にバイアス
されている。

積分器２０の出力側は約２乃至３Ｖにおいて通
例は負に制限されているので、比較装置２２乃至
２６の出力側は負の電位を有する。Ｐ＜P₀になる
や否や圧力スイツチ３３は閉成されシユミツト―
トリガ２１の入力側ａは負の電圧に接続される。
これによりシユミツト―トリガ２１は負の出力電
圧に飛躍し、その際出力電圧は積分器２０の入力
側に加えられ、積分器の出力電圧は徐々に正の方
向に上昇する。比較装置２２乃至２４の目標値
S₁，S₂，S₃を上回ると各々個々の弁V₁，V₂，V₃
は開放される。積分器の電圧がＵ＞U₀になる
と、比較装置２６の出力側はプラスになりかつシ
ユミツト―トリガ２１の出力側は正の電位に飛躍
する。これにより積分器２０の出力電圧は徐々に
低下する。比較装置２２乃至２６は復旧し、この
結果弁V₁，V₂，V₃は閉鎖される。Ｕ＜Ｏ又はＵ
＝Ｏになり、かつ更にＰがP₀より小さいと、即刻
新たなサイクルが始まる。しかし圧力スイツチ３
３が開放されていれば、シユミツト―トリガ２１
は切換わらず、又、積分器２０の出力電圧は負の
限界値の方へ経過する。

第２図に示す、調量弁の開放時間及び流量の特
性曲線は、ガス放電及び例えば異常なグロー放電
によつて製品を窒化硬化する装置にことに適して
いる。その理由はN₂，H₂の混合気に場合により
CH₄を僅かに添加する必要があるからである。そ
の際調節範囲は、N₂及びH₂に対しては０乃至100
％の間で変化でき、一方CH₄の方は０乃至10％の
間で変化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス混合装置全体を示す略
図、第２図はガス調量の原理をダイヤフラムの形
式で示すものであり、その際上方のダイヤフラム
は、弁を開放するための三角波状電圧の経過を時
間に関連して示しており、下方のダイヤフラム
は、個々の弁の、三角波状電圧に相応したガス流
量及び開放時間を示すものであり、第３図は調量
弁を電子的に制御する回路装置の略図であり、第
４図は先行技術の液体混合装置全体の概略図であ
り、第５図は第４図の電磁弁に供給されるパルス
の波形図である。 １…減圧装置、２…リード管、４…調量弁、５
…混合室、６…電子制御回路、７…圧力監視装
置、８…配管、９…弁、１０…三角波状電圧、２
０…積分器、２１…シユミツト―トリガ、２２〜
２６…比較装置、２７〜２９…目標値―ポテンシ
ヨメータ、３０〜３２…調節素子、３３…圧力ス
イツチ、V₁〜V₃…電磁弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスが複数の貯蔵室から個別に、それぞれ電
   磁弁を有する個別供給管を介して混合室に供給さ
   れ、前記電磁弁は通例は閉鎖されており、所定の
   値を下回つた前記混合室内に応答して所定の個別
   時間開放され、その際前記混合室に供給されるお
   のおのの個別ガス量が前以つて決められた個別時
   間に比例するようにする、プラズマ放電によつて
   工作物を加工するために使用されるガスの混合方
   法において、混合室における圧力が所定の値を下
   回つた時に、前記電磁弁のおのおのが、前記所定
   の開放時間の間その都度該開放時間の中間時点に
   同時に達するように、前記電磁弁の開放および閉
   成を制御することを特徴とするガス混合方法。 ２ おのおのの電磁弁が開放または閉鎖する電圧
   を設定し、かつ時間的に対称である３角波状電圧
   を発生し、かつ該電圧を電磁弁に供給し、これに
   よりおのおのの電磁弁が３角波状電圧が等該電磁
   弁の設定電圧まで上昇したとき開放し、また３角
   波状電圧が当該電圧を下回つたとき閉成する特許
   請求の範囲第１項記載のガス混合方法。 ３ 電磁弁にそれぞれ直列接続されている調量弁
   が供給管内に組込まれており、該調量弁を、混合
   室にガスを充てんすることで所定の圧力差を得る
   ために必要な時間を検出し、かつすべての調量弁
   に対して、前記検出時間値を所定の時間値と比較
   し、かつ所定の許容差を越えていた場合調量弁自
   体を調整し、一方微調整を電磁弁の電子制御装置
   の校正素子の変化によつて行なう特許請求の範囲
   第１項記載のガス混合方法。 ４ 混合室と、それぞれ各個別ガス用である複数
   のガス貯蔵室と、該貯蔵室からそれぞれ前記混合
   室に通じている供給導管と、前記混合室の圧力監
   視装置と、前記供給導管それぞれにおける、３角
   波発生器および比較器を有する電子回路によつて
   制御される電磁弁とを備えており、前記３角波発
   生器は、前記圧力監視装置が混合室における圧力
   を所定の圧力値を下回つたことを信号報知すると
   き少なくとも１つの時間的に対称な３角状電圧パ
   ルスを発生し、前記比較器は、前記電磁弁に接続
   されている１つの出力端子と２つの入力端子とを
   有し、該入力端子の一方にはおのおののガスに対
   して個別に設定された目標電圧が供給され、他方
   の入力端子には前記３角波状電圧が供給されるこ
   とを特徴とするガス混合装置。 ５ ３角波発生器は、入力側がシユミツトトリガ
   の出力側に接続されている積分器であり、一方シ
   ユミツトトリガの入力側は圧力監視装置と固定基
   準電圧源とに接続されている特許請求の範囲第４
   項記載のガス混合装置。