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
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Info
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- JPH1095553A JPH1095553A JP9238325A JP23832597A JPH1095553A JP H1095553 A JPH1095553 A JP H1095553A JP 9238325 A JP9238325 A JP 9238325A JP 23832597 A JP23832597 A JP 23832597A JP H1095553 A JPH1095553 A JP H1095553A
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ロック位置のS字型フィルムが示される。
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。
る。
の形態の平面図である。
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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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