JPH1095553A - バルブ、バルブの受動的にアドレス可能なアレイ、バルブ制御流体搬送システム及び紙ハンドリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物理的接触を必要としない、フレキシブルオ
ブジェクトを移動させるための流体搬送装置及びその方
法を提供する。 【解決手段】 開口16を定める開口プレート18及び開口
プレートに離間して配置される対向プレート20を有する
バルブハウジング12を有し、第１端部で開口プレートに
装着され、第２端部で対向プレートに装着されるフレキ
シブルフィルム30を有し、フレキシブルフィルムを開口
ブロック位置と開口オープン位置との間で移動させるた
めの少なくとも二つのスイッチ電極を有し、スイッチ電
極の少なくとも一つは開口プレートに隣接して配置さ
れ、スイッチ電極の少なくとも一つは対向プレートに隣
接して配置され、フレキシブルフィルムの非スイッチン
グ移動を低減させるための少なくとも二つのキャッチを
有し、キャッチの少なくとも一つは開口プレートに隣接
して配置され、キャッチの少なくとも一つは対向プレー
トに隣接して配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体フローを制御
するのに適した電子的にアドレス可能な双安定バルブに
関する。さらに詳細には、本発明は、紙ハンドリングア
プリケーションに特に利用されるエアジェット動作を制
御する受動的にアドレス可能なバルブのアレイに関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】安価な
バッチ製造バルブアレイを使用した流体フローの高速電
子制御は、分散アクチュエータ制御、紙又はオブジェク
トの配置、流体不安定性の動的制御又はマイクロ化学反
応のマイクロ制御及び生物学的アッセイを含む数々のア
プリケーションにとって潜在的に必須である。他の可能
なアプリケーションは、触覚ディスプレイ又は他のバー
チャルリアリティインタフェースツールをサポートする
物理的要素を駆動させるバルブの使用を含む。しかし、
マイクロバルブのより広い二次元アレイ（例えば、１０
０×１００バルブ又はそれ以上）は必要なトレランスに
構成するのが困難且つ高価であり、ミリ秒の時間スケー
ルで開閉する特定のバルブの信頼性のあるアドレス処理
は実行可能ではない。

【０００３】本発明は、二次元バルブアレイを配置する
ことができる新規な双安定バルブを提供し、このアレイ
の各バルブは受動的（passive)マトリックスアドレス処
理によって制御される。好適な実施の形態では、各バル
ブは開口を定める開口プレートを有するバルブハウジン
グ及び開口プレートから離間して配置される対向プレー
トを含む。フレキシブル且つ電気的に導電性のフィルム
又はストリップはその第１端部で開口プレートに、及び
第２端部で対向プレートに装着される。バルブの動作
は、フレキシブルフィルムを開口ブロック（閉鎖）位置
と開口オープン（開放）位置との間を移動させる少なく
とも二つのスイッチング電極を使用することによって提
供され、スイッチング電極の少なくとも一つは開口プレ
ートに隣接して配置され、スイッチング電極の少なくと
も一つは対向プレートに隣接して配置される。スイッチ
ング電極バイアスが減少するか又は存在しない場合の非
スイッチング移動（切替えには至らない移動:unswitche
d movement) を減少させるために、少なくとも二つのキ
ャッチが使用される。一般的には、キャッチの一つは開
口プレートに隣接して配置され、キャッチの少なくとも
一つは対向プレートに隣接して配置される。これらのキ
ャッチは、スイッチング力がない場合にフィルム又はス
トリップをほぼＳ字型開口ブロック位置又は非ブロック
位置のいずれかで保持するが、スイッチング電極が作動
する場合にスイッチングを防ぐ程十分に強力ではない。

【０００４】キャッチは機械的、電気的又は電子機械的
であり得る。例えば、電気キャッチは一定のキャッチ電
圧バイアスで維持される二つのキャッチ電極によって提
供され得る。キャッチ電圧バイアスが、フレキシブルフ
ィルムを移動させる場合にスイッチング電極に印加され
るスイッチング電圧バイアスよりも小さい場合、キャッ
チはスイッチング動作にほとんど干渉せず、スイッチン
グ電圧が存在しなくてもフレキシブルフィルムを一定の
位置で維持する。電気キャッチを設けることによって、
流体力に応答し、フィルムに沿ったＳ字型のたわみの移
行又は移動を最小化する。同様に、単独で又は電気キャ
ッチと組み合わせされてリップ構造、デテント又は他の
適切なデバイスに依存する機械的キャッチによって、フ
ィルムを小さなキャッチ力で定位置に保持するストレス
バイアスが印加される。このキャッチの力は、通常フィ
ルムをブロック位置と非ブロック位置との間でスイッチ
ングする場合に加えられるスイッチング力よりも小さ
い。

【０００５】好適な実施の形態では、バルブ動作を向上
させ、電力要求を最小化し、バルブスイッチング回数を
増加させるために様々なバルブの変更が行われる。例え
ば、円形又は楕円形の開口断面の代わりに、開口は少な
くとも一つの鋭角頂点を有するように定められ、空気の
流入又は流出のためのポイントリリースを提供する。フ
レキシブルフィルムは直線、同質のストリップである必
要はなく、長さに沿って組成、幅、厚み及び剛性は変化
し得る。例えば、フレキシブルフィルムは開口プレート
に装着可能な第１の狭いネック、対向プレートに装着可
能な第２の狭いネック及びこれらの間にほぼＳ字型の構
造が想定されるボディを有する。他の構造では、フレキ
シブルフィルムはほぼＵ字型の構造を有し、第１端部は
開口プレートに装着可能であり、第２端部は対向プレー
トに装着可能である。さらに別の構造では、電極サイ
ズ、配置及び幾何学的形状も変化し得る。例えば、狭い
電極はフィルムの狭いネックに隣接して設けられ、電極
はフィルムのボディに隣接する場合に広げられる。これ
らの電極変更及びフレキシブルフィルムに対する他の機
械的変更によって、バルブ応答時間を調節し、バルブ圧
力強度を低減させたり増加させたりし、静電相互作用を
変化させたりすることができる。

【０００６】本発明のバルブは、広く、受動的にアドレ
ス可能なアレイに配置され得る。このようなアレイは複
数のバルブを含み、このバルブの各々は開口を定め、複
数のフレキシブルフィルムはそれぞれ複数のバルブのそ
れぞれに装着され、各フレキシブルフィルムは独立して
アドレス可能であり、開口ブロック位置と開口オープン
位置との間を交互にスイッチングする。スイッチング電
圧源は非スイッチング電圧又はスイッチング電圧のいず
れかで複数のバルブのサブセットを維持するために使用
される。スイッチング電極が作動して静電スイッチング
力を加え、複数のフレキシブルフィルムを移動させる場
合、複数のバルブのサブセットのみがスイッチング電圧
に維持されるフレキシブルフィルムを開口ブロック位置
と開口オープン位置との間でスイッチングする。実際、
バルブアレイの各バルブに接続する通常三本のアドレス
ライン（各アドレスラインは二つの可能な電圧を有す
る）が要求される。対向スイッチング電極は二つの可能
な電圧（例えば、１００ボルト及び０ボルト、又は５０
ボルト及び−５０ボルト）のうちの一つでアドレスされ
る。フィルムをブロック位置から非ブロック位置へ、又
はその反対にスイッチングするためには、電圧をスイッ
チングすることが必要である。二次元の行及び列のアレ
イの特定のバルブをスイッチングする場合、特定の行
（又は列）の全てのフレキシブルストリップに印加され
る電圧は、中間電圧（例えば、５０ボルト又は０ボル
ト）からスイッチング電圧に変化する。通常、対向電極
の行（又は列）及び列（又は行）の交点のバルブのみが
実際にスイッチングし、アレイのアドレスされた他のバ
ルブは変化しないままである。勿論、適切な行及び列の
アドレス処理によってパラレルでの複数のスイッチング
が可能になる。

【０００７】好ましい実施の形態では、独立してアドレ
ス可能なバルブの使用によって、紙のようなフレキシブ
ルオブジェクトを含むオブジェクトの高空間精度での搬
送が可能になる。高純度又は繊細な材料の処理を含むあ
るアプリケーションでは、オブジェクトの汚染又は損傷
は機械的捕獲又は接触の原因となり得る。これは、オブ
ジェクトを係合させることによって損傷を与え得る高速
処理システムにおいて特にいえることである。例えば、
高速ローラは位置合わせのずれた紙とローラとの異なる
係合によって紙を損傷させ、紙の裂け（ripping)又は破
れを起こす。機械的又は摩擦係合はオブジェクトを移動
させるための唯一の可能な手段である。種々の流体支持
技術に基づくオブジェクト駆動メカニズムは、強固な機
械接触を必要とせずに繊細なオブジェクトを移動させる
ために用いられてきた。例えば、従来のベルト、コンベ
ヤ又はローラを使用する代わりに、ゼログラフィック
（電子写真）複写機システムを移動する紙は、層流空気
によって支持され、バルブ制御エアジェットによって持
ち上げられたり移動されたりする。これは、例えば、未
定着トナー画像を保持するシートを光導電性ドラムとト
ナー画像が定着されるフュージングステーションとの間
を移動させなければならない場合に特に利点を有する。
従来の物理的ローラでは、トナー画像の動的ゆがみの可
能性又は画像の劣化をもたらす軽度の位置合わせのずれ
も常に考慮されなければならない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明は物
理的接触を必要としない、フレキシブルオブジェクトを
移動させるための流体搬送装置及びその方法を提供す
る。本発明は、材料処理システムを介して移動する連続
的又は離散的なフレキシブルオブジェクトに対して有効
に作用することができる。流体圧力源は複数のバルブに
接続し、各バルブは開口を定め、装着される複数のフレ
キシブルフィルムを有し、各フレキシブルフィルムは独
立してアドレス可能であり、開口ブロック位置と開口オ
ープン位置との間を選択的にスイッチングする。スイッ
チング電圧源は非アドレス電圧及びアドレス電圧の一方
で複数のバルブのサブセットを維持し、複数のスイッチ
ング電極は静電スイッチング力を印加し複数のフレキシ
ブルフィルムを移動させ、複数のバルブのサブセットの
みがアドレス電圧で維持されるフレキシブルフィルムを
開口ブロック位置と開口オープン位置との間でスイッチ
ングさせる。

【０００９】本発明の請求項１の態様では、バルブであ
って、開口を定める開口プレート及び開口プレートに離
間して配置される対向プレートを有するバルブハウジン
グを有し、第１端部で開口プレートに装着され、第２端
部で対向プレートに装着されるフレキシブルフィルムを
有し、フレキシブルフィルムを開口ブロック位置と開口
オープン位置との間で移動させるための少なくとも二つ
のスイッチング電極を有し、スイッチング電極の少なく
とも一つは開口プレートに隣接して配置され、スイッチ
ング電極の少なくとも一つは対向プレートに隣接して配
置され、フレキシブルフィルムの非スイッチング移動を
低減させるための少なくとも二つのキャッチを有し、キ
ャッチの少なくとも一つは開口プレートに隣接して配置
され、キャッチの少なくとも一つは対向プレートに隣接
して配置される、ことを含む。

【００１０】本発明の請求項２の態様では、バルブであ
って、開口を定めるバルブを有し、フレキシブルフィル
ムを有し、前記フレキシブルフィルムはバルブに装着さ
れて開口ブロック位置と開口オープン位置との間を交互
にスイッチングし、スイッチング電極を有し、前記スイ
ッチング電極は静電スイッチング力を加えてフレキシブ
ルフィルムを開口ブロック位置と開口オープン位置との
間を移動させ、キャッチを有し、前記キャッチはフレキ
シブルフィルムの開口ブロック位置及び開口オープン位
置の非スイッチング移動を低減させ、スイッチング電極
によって加えられる静電スイッチング力よりも小さいキ
ャッチ力を維持する、ことを含む。

【００１１】本発明の請求項３の態様では、バルブの受
動的にアドレス可能なアレイであって、複数のバルブを
有し、各バルブは開口を定め、複数のバルブの各々に装
着される複数のフレキシブルフィルムを有し、各フレキ
シブルフィルムは独立してアドレス可能であり、開口ブ
ロック位置と開口オープン位置との間を交互にスイッチ
ングし、複数のバルブのサブセットを非アドレス電圧及
びアドレス電圧の一方で維持するスイッチング電圧源を
有し、複数のスイッチング電極を有し、前記複数のスイ
ッチング電極は静電スイッチング力を加えて複数のフレ
キシブルフィルムを移動させ、複数のバルブのサブセッ
トのみがアドレス電圧で維持されるフレキシブルフィル
ムを開口ブロック位置と開口オープン位置との間でスイ
ッチングさせる、ことを含む。

【００１２】本発明の請求項４の態様では、オブジェク
トを移動させるためのバルブ制御流体搬送システムであ
って、流体圧力源を有し、複数のバルブを有し、各バル
ブは開口を定め、装着される複数のフレキシブルフィル
ムを有し、各フレキシブルフィルムは独立してアドレス
可能であり、開口ブロック位置と開口オープン位置との
間を交互にスイッチングし、複数のバルブのサブセット
を非アドレス電圧及びアドレス電圧の一方で維持するス
イッチング電圧源を有し、複数のスイッチング電極を有
し、前記複数のスイッチング電極は静電スイッチング力
を加えて複数のフレキシブルフィルムを移動させ、複数
のバルブのサブセットのみがアドレス電圧で維持される
フレキシブルフィルムを開口ブロック位置と開口オープ
ン位置との間でスイッチングさせる、ことを含む。

【００１３】本発明の請求項５の態様では、紙ハンドリ
ングシステムであって、紙の搬送のための調節された複
数のエアジェットを有し、複数のエアジェットの少なく
とも一部は複数のバルブによって個々に制御可能であ
り、各バルブは開口を定め、装着される複数のフレキシ
ブルフィルムを有し、各フレキシブルフィルムは独立し
てアドレス可能であり、開口ブロック位置と開口オープ
ン位置との間を交互にスイッチングし、紙動作状態を決
定するための感知及び動作状態分析アセンブリを有し、
エアジェット制御ユニットを有し、前記エアジェット制
御ユニットは感知及び動作状態分析アセンブリに接続し
て感知及び動作状態分析ユニットから受け取った情報に
応答して紙の動作状態を変更する、ことを含む。

【００１４】本発明のさらなる機能、目的、利点及び特
徴は以下の記述及び好適な実施の形態の図面を考慮する
ことによって明らかになるであろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態による
バルブ１０は、図１の部分切取斜視図に例示される。バ
ルブ１０は、ポート１４及び流体の出入りのための鋭角
頂点２６を有する開口１６を定めるバルブハウジング１
２を含む。例示される実施の形態において、ポート１４
は圧縮空気の取り入れ口として構成され、一方開口１６
は選択的にブロック可能な出口である。しかし、当業者
に理解されるように、入口及び出口は最良の動作のため
に必要に応じて反対に位置されるか又は再配置され得
る。

【００１６】バルブハウジング１２は、開口プレート１
８（開口１６を定める）、開口プレート１８に平行であ
り且つ離間して配置される対向プレート２０及びプレー
ト１８と２０との間に配置されるスペーサ２２及び２４
から形成される。例示される実施の形態では、これらの
構成要素（プレート１８及び２０、スペーサ２２及び２
４）はそれぞれ後に接合される明確な層として別個に形
成されるが、勿論ユニタリ（単一）構造を形成するため
にマイクロ機械加工、プラスチック溶着（plastic depo
sition) 又は他の技術を使用することができる。

【００１７】フレキシブルフィルム３０はプレート１８
と２０との間に挟まれる。例示されるように、フィルム
３０は比較的幅の広いボディ３６並びに一対の狭いネッ
ク３２及び３４を有する。ネック３２はプレート１８と
スペーサ２２との間の位置にピンで留められ、ネック３
４はプレート２０とスペーサ２４との間にピンで留めら
れる。フィルムのネックとボディを合わせた長さは留め
たネックの二点間距離よりも長いため、側面図では、ボ
ディ３６は直線ではなくほぼＳ字状のカーブを形成す
る。このＳ字状カーブの中心３７は固定されておらず、
スペーサ２４に近い位置からスペーサ２２に近い位置へ
移動し得る。図１に例示される実施の形態では、フィル
ム３０の中心３７はスペーサ２２と２４のほぼ中間であ
り、開口１６をブロックしない位置である。

【００１８】フレキシブルフィルムを開口１６ブロック
位置と開口非ブロック位置との間で、及びその逆に確実
にスイッチングするために、プレート１８及び２０に埋
め込まれた電極４０を使用することが要求される。電極
４０は二つのクラスに分割され、第１クラスはボディの
かたまりを一方のプレート１８又は他方のプレート２０
に向かって引っ張るスイッチング電極４１であり、第２
クラスは、スイッチング電極がフィルム３０のボディ３
６をプレートに向かって引きつけるために強力な静電力
を加えない場合に、フィルム３０を定位置に保持するキ
ャッチ電極４６である。電極４２及び４３は開口プレー
ト１８に埋め込まれたスイッチング電極であり、電極４
４及び４５は対向プレート２０に埋め込まれたスイッチ
ング電極である。理解されるように、スイッチング中、
電極４２及び４３は同じ電圧で選択的にアドレスするこ
とによって作動し、電極４４及び４５は電極４２及び４
３と異なるある電圧に維持される。プレート１８の電極
４７及びプレート２０の電極４８から成るキャッチ電極
４６は、典型的にはスイッチング電極の領域よりも狭
く、グランド（接地）に対するある小さな電圧で常に維
持される。

【００１９】バルブ１０は、従来の集積回路又はプリン
ト回路ボード製造に関する技術を含む種々の機械加工又
はミクロ機械加工技術で形成される。例えば、化学エッ
チング、電子ビームリソグラフィー、ホトリソグラフィ
ー又は他の標準的な集積回路バッチ処理技術が使用され
て必要なエアコンジット、制御又は回路コンジット、
孔、オリフィス及び開口を定める。或いは、射出成形、
高精度の数々の制御マシーン又はステレオリソグラフィ
ーがバルブの低コストのバッチ構成のために用いられ得
る。構成に使用される材料は、プラスチック、金属、ガ
ラス又はセラミックを含む。一つの可能な実施の形態で
は、プラスチック、エポキシ、ガラス、シリコン、ポリ
シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、オキシニトラ
イド、プラスチック又はアルミニウム又はリソグラフィ
ー処理に適した他の利用可能な材料が使用されて必要な
バルブハウジング、バルブ構造又はコンジットを定め
る。電極は任意の導電性金属又はポリマーであり、フレ
キシブルストリップはプラスチックフィルム、アルミニ
ウムコーティングマイラー、プレート（メッキされた）
ニッケル又はポリイミドサンドイッチアルミニウム（ポ
リイミドで扶植されたアルミニウム）から構成され得
る。典型的なアプリケーションでは、各バルブのハウジ
ングは容積が１００ｍｍ³ （１０×１０×１ｍｍ）より
小さく、バルブハウジングのフレキシブルストリップ
は、幅約０．１〜１０ｍｍ、長さ約０．５〜５０ｍｍ、
厚さ約１〜１０ミクロンの寸法を有する。バルブの大き
なアレイも構成することができ、多数のバルブを有する
メートル規模のアレイが予想される。

【００２０】バルブ１０の動作は図２、３及び４に関連
して最も良く述べられる。図２に示されるように、流体
圧力源５０はバルブに接続される。流体圧力源は、ファ
ン、真空源、圧縮空気源又は利用可能な流体圧力を変更
するのに適した他の任意の従来のデバイスによって提供
され得る。図３の断面に示されるように、開口１６がフ
ィルム３０によってブロックされない限り、流体圧力源
（典型的には濾過した空気）はバルブ１０に入り、開口
１６から出る。電極４２及び４３はそれぞれ電圧源６０
及び６１に接続され、電極４４及び４５は電圧源６２及
び６３に接続され、フィルム３０は電圧源６６に接続さ
れる。この非スイッチング（スイッチングされていな
い）図では、電圧源６０、６１、６２、６３及び６６は
ほぼ同一であり、明確な電圧差はない。フィルム３０
は、フィルム３０とキャッチ電極４７との間の差動静電
引力によって部分的にブロック位置に維持され、このキ
ャッチ電極は電圧源６４によってフィルム３０に対して
小さな差動（差分の）電圧で維持される。フィルム３０
とキャッチ電極４７との間のこの小さな電圧差によっ
て、Ｓ字状カーブフィルムを定位置に留め、このＳ字状
カーブの中心３７がスペーサ２４とスペーサ２２との間
を移動するのを防ぐ。用いられる比較的小さな電圧（典
型的にはフィルム３０に対して５〜２０ボルト小さい）
及びフィルム３０とキャッチ電極４８との実質的な距離
のために、電圧源６５はスイッチング中にフィルム３０
の移動を妨げずにキャッチ電極４８上で小さな電圧を常
に維持する。

【００２１】図４に示されるように開口１６のブロック
を外すために、スイッチング電極及びフィルム３０に接
続する電圧源６６が作動して対向プレート２０上のフィ
ルム３０とスイッチング電極４４及び４５の間に大きな
電圧差（バルブの寸法及び流体圧力に応じて典型的には
２５〜１５０ボルト）を提供する。静電引力はＳ字型フ
ィルム３０の中心３７をスペーサ２４からスペーサ２２
に向かって移動するように誘導する。この移動は、開口
１６を介した圧力流体（空気）の流出５２によって促進
され、この流出は開口１６の鋭角頂点２６の存在によっ
て容易になる。理解されるように、比較的小さな差動電
圧がキャッチ電極４７で一定に維持されても、スイッチ
ング中に一時的に存在する大きなスイッチング電圧差が
与えられたフィルムの移動を停止させるのには十分では
ない。ブロック位置から非ブロック位置へのスイッチン
グが完了すると、バルブ１０は図４に示されるようにな
る。電圧源６０、６１、６２、６３及び６６に差は殆ど
ない。フィルム３０は、フィルム３０とキャッチ電極４
８との間の差動静電引力によって部分的に非ブロック位
置で維持され、このキャッチ電極は、電圧源６５によっ
てフィルム３０に対して小さな差動電圧で維持される。
フィルム３０とキャッチ電極４８との間のこの小さな電
圧差によって、Ｓ字状カーブフィルムを定位置に留め、
このＳ字状カーブフィルムの中心３７がスペーサ２２に
近い位置からスペーサ２４に向かって移動するのを防
ぐ。

【００２２】理解されるように、静電キャッチは本発明
の動作には必要とされない。図５を参照して分かるよう
に、スイッチング電極とフィルム３０との間に実質的な
電圧差がない場合、フィルムを定位置に保持させるため
に機械的キャッチを代用することも可能である。図５で
は、機械的キャッチはスペーサ２２及び２４に隣接する
ように定められたカーブリップ７２及び７４から成る。
これらのリップ７２及び７４は、フィルムがこのリップ
の周りを湾曲する場合にフィルムのストレス（歪み）バ
イアスを生成する小半径の湾曲を有する。一般的に、フ
ィルム３０の中心３７がスペーサ２２又は２４のいずれ
か一方に隣接し、フィルムが比較的直線状である場合、
フィルムのストレスエネルギーは最小化される。スイッ
チング中、静電力が加えられてフィルム３０をリップ７
２又は７４の周りに湾曲させなければならない。この機
械的な双安定性のために、フィルムは前に述べたように
キャッチ電極がなくてもブロック位置又は非ブロック位
置のいずれかに留まる傾向にある。

【００２３】別のフィルム構造及び設計も本発明の範囲
内であることが予想される。例えば、図６及び７はバル
ブハウジング８１にＵ字型（馬蹄形）フィルム８５を有
するバルブ８０を例示する。フィルム８５の端部はスペ
ーサ８２によって垂直に分離されてフィルムにＳ字状カ
ーブを形成させる。バルブハウジングの開口８４は、ス
イッチング電極８６の作動によって選択的にブロックさ
れたりブロックを外されたりし、キャッチ電極８８によ
るスイッチング後、定位置に保持される。

【００２４】本発明の上記の実施の形態による構造を有
するバルブのアレイの受動的マトリックスアドレス処理
によるスイッチング動作は、図８に最も良く示される。
四つのバルブアレイ４００は図８に概略的に例示され、
四つのＳ字状カーブフィルムバルブ４１０、４２０、４
３０及び４４０は電圧アドレスラインによって制御され
る。各バルブは同一構造を有し、第１電極プレート（電
極プレート４１１、４２１、４３１、又は４４１）は第
２電極プレート（電極プレート４１２、４２２、４３
２、又は４４２）から離間している。スイッチング前の
開始位置のＳ字状カーブフィルム（フィルム４１３、４
２３、４３３又は４４３）は実線で示され、スイッチン
グ後の位置は点線で示される（フィルム４１４、４２
４、４３４、４４４）。アドレスライン４０２はプレー
ト４１１及び４３１に接続され、アドレスライン４０４
はプレート４１２及び４３２に接続され、アドレスライ
ン４０６はプレート４２１及び４４１に接続され、アド
レスライン４０８はプレート４２２及び４４２に接続さ
れる。さらに、アドレスライン４０７はＳ字状カーブフ
ィルム４１３及び４２３に接続され、アドレスライン４
０５はＳ字状フィルム４３３及び４４３に接続される。

【００２５】図８は残りのバルブ４２０、４３０及び４
４０をスイッチングせずにバルブ４１０をスイッチング
する手順を例示する。通常、全てのアドレスラインは同
じ電圧（この場合は５０ボルト）で維持されるため、ブ
ロック位置と非ブロック位置、又は非ブロック位置とブ
ロック位置との間のスイッチングを導く、移動可能フィ
ルムとプレートとの間に電圧差がない。バルブ４１０を
スイッチングするためには、アドレスライン４０７の電
圧を５０ボルトから１００ボルトに上昇させ、アドレス
ライン４０２の電圧も５０ボルトから１００ボルトに上
昇させ、アドレスライン４０４の電圧を５０ボルトから
０ボルトに下降させる。電圧の変化が全くなく、全ての
アドレスラインは５０ボルトのままであるため、フィル
ムの最終的な位置４４４はバルブ４４０で変わらないま
まである。バルブ４２０のフィルムの最終位置４２４も
変わらないままである。フィルム電圧が５０ボルトから
１００ボルトに上昇しても、プレート４２１と４２２と
の電圧差及びフィルムは５０ボルトであり、電圧差はス
イッチングしきい値よりも下であるため、静電スイッチ
ングを誘導する程に十分な差ではない。同様に、プレー
ト４３１と４３２との電圧差及びフィルムは５０ボルト
であるため、バルブ４３０はスイッチングしないままで
ある。しかし、特にアドレス処理したバルブ４１０はス
イッチングする。バルブ４１０では、新しい電圧差は１
００ボルトであり、これはフィルムをプレート４１１の
近傍から新しい位置４１４のプレート４１２の近傍へス
イッチングさせるのに十分である。当該技術分野の技術
者に理解されるように、電圧差がスイッチングに適して
いる限り、種々の電圧レベルが可能である。この例示的
な例は、単純な電圧アドレス処理による大きなバルブア
レイの任意のバルブ要素の受動的マトリックスアドレス
処理を許容するように拡張され得る。

【００２６】図８に関して示される加圧エアジェットを
制御するバルブアレイは、紙のようなフレキシブルオブ
ジェクトを含むオブジェクトを処理するために使用され
得る。例えば、直接的な物理接触を必要とせず、紙１１
２を含むオブジェクトを処理するのに最適な処理システ
ム１１０は特に図９に例示される。処理システム１１０
は、下部セクション１２２及び上部セクション１２４に
分割されるコンベヤ１２０を有する。明確にするため
に、紙の移動をよりよく例示するために上部セクション
１２４は切り取られるが、上部セクション１２４及び下
部セクション１２２は同じ空間上にある。セクション１
２２及び１２４はその間に経路１２３を定めるように離
間して保持され、この経路は紙１１２の非接触経路を許
容するようなサイズである。各セクション１２２及び１
２４は、複数の独立的又は半独立的に制御される調節可
能エアジェット１２６を有し、紙１１２を動的に支持
し、移動させ、システム１０を介してガイドする。これ
らのエアジェット１２６の少なくとも幾つかは、図１〜
８のバルブの実施の形態に関して例示されるように、本
発明のバルブによって制御される。

【００２７】セクション１２２及び１２４に対向するエ
アジェットを有することによって、（方向付けられたエ
アジェットによる）エアフローを紙１１２の両側に調節
可能に施すことができ、紙をセクション１２２と１２４
との間に動的に保持し、（方向付けられたエアジェット
による）垂直方向、横方向又は長手方向の力を加えるこ
とによって紙の位置、速度及び方向の正確な制御が可能
となる。さらなる利点として、独立的又は半独立的に制
御される調節可能エアジェットを使用することによっ
て、紙１１２に対して方向付けられるエアフローを動的
に増加又は減少させることができ、直線状化（straight
ening)、平坦化、カール、カール除去又は他の所望され
る紙の地形に対する変更が可能となり、同様に紙の位
置、方向及び速度に対する調節も可能となる。さらに、
種々の重量、サイズ及び機械的特性の紙を簡単に支持
し、エアジェット１２６によって加えられるエアフロー
の適切な変更によって加速させることができる。例え
ば、重く、厚く、比較的柔軟性のない厚紙タイプの紙は
支持及び操作するためにジェット１２６からよりエアフ
ローを必要とし、一方軽量のシートは全体的なエアフロ
ーをそれほど必要としないが、フラッター（flutter:は
ためき）又はエッジカール効果を補償するために独立的
又は半独立的エアジェット１２６によって方向付けられ
るエアフローの調節をより早く且つより頻繁に行うこと
が要求される。

【００２８】フラッター及びフレキシブルオブジェクト
の他の動的問題を補正するための（紙１１２の）アクテ
ィブフレキシブルオブジェクトガイドは、少なくとも一
つの感知ユニット１４０を提供することによって可能と
なる。感知ユニット１４０は紙１１２の動作状態を感知
し、動作分析ユニット１５０に空間的及び動的情報（例
えば、光学画像形成システム又はエッジ検出システムの
アプリケーションから得られる）を与え、この動作分析
ユニットは受け取った情報から紙１１２の相対的又は絶
対的移動を計算し、この移動計算結果は紙１１２の全体
的な位置、方向、速度、並びに（紙１１２のたわみによ
る）紙１１２のサブ領域の位置、方向及び速度を提供す
る。典型的には、動作分析ユニット１５０は多目的コン
ピュータ又はオブジェクトの移動を決定するのに必要な
高速画像処理計算が可能な専用ハードウェアシステムで
ある。この計算した移動情報を使用して、動作分析ユニ
ット１５０に接続する動作制御ユニット１５２はコンベ
ヤ１２０に制御信号を送出し、紙１１２のサブ領域への
方向付けられたエアジェットの使用を選択的に増加又は
減少させたりすることによって紙１１２の移動を適切に
変更し、フラッター、バックル（buckling: 湾曲）、カ
ール又は所望の動作状態からの他の所望されない偏差を
低減させる。理解されるように、別個のセンサ、動作分
析ユニット及び動作制御ユニットの使用は要求されず、
一体化した動作分析及び動作制御アセンブリが想定され
る。実際、コンベヤ上の一体化したマイクロコントロー
ラとして複数の一体化したセンサ、動作分析ユニット及
び動作制御ユニットを提供することも可能である。

【００２９】感知ユニット１４０が別個であってもマイ
クロコントローラと一体化していても、オブジェクトの
位置を適切に確認するために、感知ユニット１４０は信
頼性があり正確でなければならず、フレキシブルオブジ
ェクトの比較的小さな領域（典型的には少なくとも約１
ｃｍ² であるが、より高い又はより低い解像度も可能で
ある）をトラックするのに十分な空間的及び時間的解像
度を有する。さらに、多くのプロセスでは、オブジェク
トは迅速に移動し、１００ミリ秒より速いトラック測定
が可能である。光学センサ、ビデオ画像形成システム、
赤外又は光学エッジ検出器又はある他の従来の検出器
は、適切な空間的及び時間的解像度を提供することがで
きる。最高の結果のためには、二次元光学センサ（例え
ば、電荷結合デバイス（ＣＣＤ））、走査一次元アレイ
又は連続位置感知検出器が利用される。しかし、固定し
た一次元センサアレイも使用され得る。理解されるよう
に、光学センサではなく非接触センサが使用され、圧力
センサ、音響センサ又は静電センサが含まれるがこれら
に制限されない。

【００３０】動作中、オブジェクト移動のフィードバッ
ク制御のための感知ユニット１４０の使用によって、オ
ブジェクトの動作状態の正確なマイクロ操作が可能にな
る。図９に例示される例では、紙１１２はコンベヤ１２
０に沿って三つの別個の位置で連続的に例示され、それ
ぞれ紙位置１１４、紙位置１１６及び紙位置１１８とし
て示される。位置１１４では、コンベヤ１２０に到達し
た紙１１２は位置合わせがずれている。紙１１２がエア
ジェット１２６によって位置１１６に向かってコンベヤ
１２０に沿って移動する場合、センサ１４０は紙１１２
の瞬間位置に対応する別個の空間測定値の時系列を提供
する。空間測定値情報の時系列のこれらの要素は、動作
分析ユニット１５０に連続的に送出される。動作分析ユ
ニット１５０は受け取った情報（即ち、センサが感知し
た一、二、又は三次元空間情報）を使用して紙１１２の
位置、速度及び動力学を含む紙１１２の移動状態を正確
に決定する。この情報（集合的に "軌道”と称する）は
動作制御ユニット１５２に送出され、この動作制御ユニ
ットは補正応答を計算して軌道の誤差を最小化し、選択
したエアジェット１２６に信号を送出して位置合わせの
ずれを補正し、紙１１２を位置１１６に示されるように
位置合わせする。紙の軌道に対するフィードバック制御
補正（紙１１２は位置１１６に空間的に配置される）に
よって紙１１２を適切に方向付けるためのこのフィード
バック制御プロセスは繰り返され、紙１１２の軌道は最
終的に位置１１８に示されるように正確に位置合わせさ
れる。理解されるように、フレキシブルオブジェクトの
軌道を修正するためのこのフィードバック制御プロセス
は迅速に繰り返され、高速センサ、動作処理及びエアジ
ェットシステムが用いられる場合はミリ秒サイクルで実
行可能である。

【００３１】本発明は、様々なフレキシブルオブジェク
ト及びプロセスの操作及び制御を可能にする。紙ハンド
リングに加えて、押出プラスチック、金属はく、ワイ
ヤ、布又は光ファイバを含む他のフレキシブル製品は三
次元で位置合わせされて正確に移動することができる。
理解されるように、コンベヤ１２０のレイアウトの変更
が予想され、カーブしたコンベヤ（処理方向又は処理方
向に垂直な方向のいずれかにカーブし、垂直又は水平 "
スイッチングバック”又はターンを可能にする）、円筒
形又は他の非線形コンベヤ又はエアジェットを支持しな
い領域によって分離された分割コンベヤの使用を含むが
これらに限定されない。さらに、フレキシブル材料、モ
ジュール要素からコンベヤ１２０を構成することがで
き、また、所望の材料処理経路にコンベヤの迅速且つ便
利なレイアウトを可能とする、インターロックする分割
部分としてコンベヤを構成することができる。

【００３２】本発明によって、軌道、回転、位置合わせ
の軽いずれ、フラッター、折れしわ、エッジターンによ
る三次元的な位置合わせのずれ、又は標準的な材料処理
移動制御システムを使用して迅速に検出し、適切な移動
の補償を提供するのが困難な他の方向の問題の迅速な検
出及び補正を可能にする。当該技術分野の技術者によっ
て理解されるように、適切なエアジェット構成及び制御
は本発明の必須の態様である。典型的には、エアジェッ
トはフレキシブルオブジェクトの両側に約１ミリニュー
トンの力が加えられるように構成され、かつフレキシブ
ルオブジェクトに対して配置されなければならず、正確
な力の値は、所望のオブジェクト加速度及び軌道、並び
にフレキシブルオブジェクトの材料及び動的特性に依存
する。最良の動作のためには、加えられるエアジェット
力が迅速に変更可能でなければならない。例えば、約
０．１ｃｍの長さを有する直径０．０２５ｃｍの典型的
なオリフィスは、約１００マイクロ秒の空気移動の固有
応答時間を有することが予想される。もちろん、バルブ
応答時間、コントローラ、動作分析及び圧力状態も、エ
アジェット動作及び制御がミリ秒の時間スケールで起こ
るような状態でなければならない。

【００３３】本発明の使用に適した一般的なエアジェッ
ト構造は図１０に例示される。フレキシブルオブジェク
トコンベヤの一部分３２０は、フレキシブルオブジェク
ト（明確にするためにフレキシブルオブジェクトは図示
しない）の長手方向、横方向及び垂直方向の搬送を可能
にするための種々のエアジェット３２６を含む。エアジ
ェット３２６は、フローするエア３６０の出入りを可能
にするためにコンベヤ面３１１に定められたチャネル３
５４を含む。例えば、本発明の単一のＳ字状カーブのフ
ィルム型バルブ３５０（バルブの二次元アレイの一部）
は受動的マトリックスアドレスによって選択的に動作さ
れ、プレナム３７０の高圧空気を上方にフローさせ、フ
レキシブルオブジェクトに運動量を与え、バルブ３５２
を介してプレナム３７２へと下方に通過させる。図１０
に示されるように、プレナム３７２はパーティション３
７１によってプレナム３７０から離間し、プレナム３７
２はプレナム３７０よりも低空気圧で維持される。

【００３４】フレキシブルオブジェクト経路の制御は、
複数の集積センサ３４０を提供することによって可能と
なり、この複数の集積センサは光学センサ、機械セン
サ、熱センサ、静電センサ又は音響センサを含むがこれ
らに限定されない。センサ３４０は、オブジェクトの位
置に関連するほぼ連続的なセンサフィードバックを提供
するために使用され、エアジェット３２６に隣接して通
過するフレキシブルオブジェクトのほぼ連続的な移動制
御を可能にする。理解されるように、センサ３４０から
受け取った情報は、図９に関連して述べられたように、
集中動作分析ユニット及び動作制御ユニットに送出され
る。或いは、分散又は局所的動作分析及び制御も用いら
れ得る。例えば、センサ３４０は、センサ入力を分析
し、エアジェットの制御を指示することができるコンピ
ュータマイクロ回路と一体化されることができる。

【００３５】図１１は、下部セクション２２０及び上部
セクション２２４に分割され、これらの間に経路２２３
を有するフレキシブルオブジェクトコンベヤ２２０の側
面図であり、各セクション２２０及び２２４は、紙２１
２を動的に支持し、移動させ、システムを介してガイド
するための複数の独立的又は半独立的に制御される調節
可能エアジェット２６を有する。図９に関して先に述べ
たように、セクション２２２及び２２４に対向するエア
ジェットを有することによって、紙２１２の両側に（方
向付けられたエアジェットによる）エアフローを調節可
能に実行することができ、（方向付けられたエアジェッ
トによって）垂直方向、横方向又は長手方向の力を加え
ることによる紙の位置、速度及び方向の正確な制御が可
能となる。例えば、紙２１２の長手方向の搬送は、各セ
クション２２２及び２２４に対向して配置されるエアジ
ェット２３０及び２３２の結合した動作によって促進さ
れる。エアフロー２６０はバルブ２５０及び２５２によ
って制御され、エアフローは、紙２１２に長手方向に方
向付けられた運動量を加える。紙２１２の位置を制御す
る別の例として、エア２６０を垂直方向に方向付けて紙
２１２をコンベヤ２２０の所望の位置に保持するために
対向するエアジェット２４０及び２４２が使用され得
る。この能力は、紙のサブ領域の横方向又は長手方向の
引っ張りを許容し、カール除去、カール、フラッターの
低減又は他の所望の紙形成効果を可能にするように拡張
され得る。

【００３６】本発明は特定の実施の形態に関連して述べ
られてきたが、多くの代替物、修正及び変更は当該技術
分野の技術者には自明である。したがって、本明細書中
に述べられた種々の実施の形態は例示として見なされ、
特許請求の範囲に定められるような本発明の範囲を制限
するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバルブの部分切取斜視図であり、開口
ブロック位置から非ブロック位置へ移動するＳ字型フィ
ルムを示す。

【図２】図１のバルブの平面図であり、Ｓ字型フィルム
の配置及びＳ字型フィルムの二つのネック及びボディの
相対位置を良く例示するために上部開口プレートが除去
されている。

【図３】図１及び２のバルブの側断面図であり、開口ブ
ロック位置のＳ字型フィルムが示される。

【図４】図１及び２のバルブの側断面図であり、Ｓ字型
フィルムは電極との静電相互作用によって対向プレート
へ引っ張られ、開口非ブロック位置にある。

【図５】機械的キャッチを有するバルブの側断面図であ
る。

【図６】ほぼＵ字型形状構造を有する別のバルブの実施
の形態の平面図である。

【図７】図６のバルブの実施の形態の側断面図である。

【図８】四つのバルブサイトの電圧アドレスを例示した
概略図であり、一つのバルブがスイッチングされ残りの
バルブはスイッチングされないままである。

【図９】本発明のバルブのアレイを使用して高速でエア
ジェットで支持される紙を正確に移動させる紙ハンドリ
ングシステムを例示し、センサユニットは紙を検出する
ために使用され、移動制御ユニットはセンサユニットに
接続してエアジェットに適切な補正入力を提供し、紙に
対して所望の経路、速度及び方向を維持する。

【図１０】バルブ制御の垂直方向、横方向及び長手方向
のエアジェットを有する方向付けられたエアジェットシ
ステム及び一体化センサシステムを例示した例であり、
フレキシブルオブジェクトの三次元での正確なフィード
バック制御された配置を可能にする。

【図１１】図１０に例示されるシステムに類似した方向
付けられたエアシステムの断面図であり、方向付けられ
たエアフローパターンを例示する。

【符号の説明】

１０ バルブ １２ バルブハウジング １８ 開口プレート ２０ 対向プレート ３０ フレキシブルフィルム ５０ 流体圧力源 １１０ 紙ハンドリングシステム ４００ バルブアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック シー．ピー．チュン アメリカ合衆国 94610 カリフォルニア 州 オウクランド アダムズ ストリート 276 アパートメント 25 (72)発明者 アンドリュー エー．バーリン アメリカ合衆国 94303 カリフォルニア 州 パロ アルト グリーア ロード 3257 (72)発明者 ワレン ビー．ジャクソン アメリカ合衆国 94116−1407 カリフォ ルニア州 サンフランシスコ カステナダ アベニュー 160 (72)発明者 ラーズ−エリック スワルツ アメリカ合衆国 94087 カリフォルニア 州 サニーヴェイル ラセット ドライブ 869 (72)発明者 ラジュ ビー．アプテ アメリカ合衆国 94303 カリフォルニア 州 パロ アルト コリナ 3786 (72)発明者 リチャード エイチ．ブルース アメリカ合衆国 94024 カリフォルニア 州 ロス アルトス アルフォード アベ ニュー 1956

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブであって、 開口を定める開口プレート及び開口プレートに離間して
   配置される対向プレートを有するバルブハウジングを有
   し、 第１端部で開口プレートに装着され、第２端部で対向プ
   レートに装着されるフレキシブルフィルムを有し、 フレキシブルフィルムを開口ブロック位置と開口オープ
   ン位置との間で移動させるための少なくとも二つのスイ
   ッチング電極を有し、スイッチング電極の少なくとも一
   つは開口プレートに隣接して配置され、スイッチング電
   極の少なくとも一つは対向プレートに隣接して配置さ
   れ、 フレキシブルフィルムの非スイッチング移動を低減させ
   るための少なくとも二つのキャッチを有し、キャッチの
   少なくとも一つは開口プレートに隣接して配置され、キ
   ャッチの少なくとも一つは対向プレートに隣接して配置
   される、 バルブ。
2. 【請求項２】 バルブであって、 開口を定めるバルブを有し、 フレキシブルフィルムを有し、前記フレキシブルフィル
   ムはバルブに装着されて開口ブロック位置と開口オープ
   ン位置との間を交互にスイッチングし、 スイッチング電極を有し、前記スイッチング電極は静電
   スイッチング力を加えてフレキシブルフィルムを開口ブ
   ロック位置と開口オープン位置との間を移動させ、 キャッチを有し、前記キャッチはフレキシブルフィルム
   の開口ブロック位置及び開口オープン位置の非スイッチ
   ング移動を低減させ、スイッチング電極によって加えら
   れる静電スイッチング力よりも小さいキャッチ力を維持
   する、 バルブ。
3. 【請求項３】 バルブの受動的にアドレス可能なアレイ
   であって、 複数のバルブを有し、各バルブは開口を定め、 複数のバルブの各々に装着される複数のフレキシブルフ
   ィルムを有し、各フレキシブルフィルムは独立してアド
   レス可能であり、開口ブロック位置と開口オープン位置
   との間を交互にスイッチングし、 複数のバルブのサブセットを非アドレス電圧及びアドレ
   ス電圧の一方で維持するスイッチング電圧源を有し、 複数のスイッチング電極を有し、前記複数のスイッチン
   グ電極は静電スイッチング力を加えて複数のフレキシブ
   ルフィルムを移動させ、複数のバルブのサブセットのみ
   がアドレス電圧で維持されるフレキシブルフィルムを開
   口ブロック位置と開口オープン位置との間でスイッチン
   グさせる、 受動的にアドレス可能なバルブのアレイ。
4. 【請求項４】 オブジェクトを移動させるためのバルブ
   制御流体搬送システムであって、 流体圧力源を有し、 複数のバルブを有し、各バルブは開口を定め、装着され
   る複数のフレキシブルフィルムを有し、各フレキシブル
   フィルムは独立してアドレス可能であり、開口ブロック
   位置と開口オープン位置との間を交互にスイッチング
   し、 複数のバルブのサブセットを非アドレス電圧及びアドレ
   ス電圧の一方で維持するスイッチング電圧源を有し、 複数のスイッチング電極を有し、前記複数のスイッチン
   グ電極は静電スイッチング力を加えて複数のフレキシブ
   ルフィルムを移動させ、複数のバルブのサブセットのみ
   がアドレス電圧で維持されるフレキシブルフィルムを開
   口ブロック位置と開口オープン位置との間でスイッチン
   グさせる、 バルブ制御流体搬送システム。
5. 【請求項５】 紙ハンドリングシステムであって、 紙の搬送のための調節された複数のエアジェットを有
   し、複数のエアジェットの少なくとも一部は複数のバル
   ブによって個々に制御可能であり、各バルブは開口を定
   め、装着される複数のフレキシブルフィルムを有し、各
   フレキシブルフィルムは独立してアドレス可能であり、
   開口ブロック位置と開口オープン位置との間を交互にス
   イッチングし、 紙動作状態を決定するための感知及び動作状態分析アセ
   ンブリを有し、 エアジェット制御ユニットを有し、前記エアジェット制
   御ユニットは感知及び動作状態分析アセンブリに接続し
   て感知及び動作状態分析ユニットから受け取った情報に
   応答して紙の動作状態を変更する、 紙ハンドリングシステム。