CN106931221B - 流体控制阀及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供流体控制阀及其控制方法，用于消除用户的误解，改善使用便利性，所述流体控制阀包括：阀座(31)；阀体(32)，以相对于阀座(31)能够接近或远离的方式设置；驱动器(33)，使阀体(32)在接近或远离的方向上移动；位置信息检测部(7)，检测与阀体(32)相对于阀座(31)的相对位置对应的值；以及位置输出部(42)，与在阀体(32)的开始打开的位置通过位置信息检测部(7)得到的位置信息无关地将所述开始打开的位置作为零位置。

Description

流体控制阀及其控制方法
技术领域
本发明涉及用于控制流体的流量、压力的流体控制阀以及用于所述流体控制阀的控制程序。
背景技术
如专利文献1所示，以往的流体控制阀包括：阀座；阀体，以能够接近或离开所述阀座的方式设置；以及驱动器，使所述阀体移动。所述流体控制阀用于以通过所述驱动器调节阀座和阀体之间的开度以使流体的流量、压力成为目标值的方式进行控制。
如专利文献2所示，在所述流体控制阀中存在具有测量阀体相对于阀座的位置的位置传感器的流体控制阀。所述流体控制阀使用通过所述位置传感器得到的阀体的位置进行位置控制(position control)。由此，能够不受驱动器相对于驱动电压(电流)的滞后现象、阀体的蠕变现象或者流体控制阀的经时变化所造成的影响地控制流量。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2013-50158号
专利文献2：日本专利公开公报特开2015-121898号
在所述流体控制阀中，用户能够根据所述位置传感器的输出确认阀体的位置。但是，即使使处于全闭状态的阀体向开阀方向移动，流体也不能立即流动。如图6所示，这是由于流体控制阀具有流体开始流动的位置(开始打开的位置)和到该位置之前的区域(不敏感区)。另外，每个流体控制阀的所述开始打开的位置和不敏感区都不同。此外，位置传感器的输出，在处于全闭状态的阀体的位置或开始打开的位置并不输出零。
于是，用户如果仅通过位置传感器的输出来确认阀体的位置，则不能判断阀体实际上是否越过了开始打开的位置，其结果，会误解为流体控制阀堵塞、产生了故障等。
发明内容
因此，本发明是用于解决所述的问题而做出的发明，本发明的主要目的在于消除用户的误解、改善使用便利性。
即，本发明提供一种流体控制阀，其包括：阀座；阀体，以相对于所述阀座能够接近或远离的方式设置；驱动器，具有动作体，所述动作体与所述阀体抵接，使所述阀体在接近或远离的方向上移动；位置信息检测部，设置于所述动作体，检测与所述阀体相对于所述阀座的相对位置对应的值；位置输出部，与在所述阀体的开始打开的位置通过所述位置信息检测部得到的位置信息无关地将所述开始打开的位置作为零位置；以及显示部，使从所述位置输出部输出的所述开始打开的位置作为所述阀体的零位置进行显示。
按照该流体控制阀，由于位置输出部与在阀体的开始打开的位置通过位置信息检测部得到的位置信息无关地将所述开始打开的位置作为零位置，所以用户不会被位置传感器的输出迷惑，能够将阀体的开始打开的位置识别为零位置。因此，能够消除用户的误解，能够改善使用便利性。
此外，通过将阀体的开始打开的位置作为零位置来使用，能够不受流体控制阀的个体差异的影响地进行流体控制。能够消除因流体控制阀的个体差异所导致的流体控制的精度误差。
优选的是，当通过所述位置信息检测部得到的位置信息表示比所述开始打开的位置更靠所述阀座侧的位置时，所述位置输出部将所述阀体的位置作为零位置。在阀体位于比开始打开的位置更靠阀座侧的位置的情况下，是流量为零的状态，通过将该状态设为零位置，能够使用户直接识别到该状态。
伴随着阀体的开始打开的位置的经时变化，应该显示的零位置也需要变化。因此，优选的是，所述位置输出部使用通过向所述驱动器输出了全闭信号的状态下的所述位置信息检测部得到的位置信息与通过相同状态下的所述位置信息检测部得到的位置信息的初始值的偏差量，来修正所述零位置。按照该方式，能够消除由于开始打开的位置的经时变化以及伴随与此的零位置的变化所产生的用户的误解。另外，在对零位置进行修正的情况下，只要向驱动器输出全闭信号并比较位置传感器的输出信号即可。即，由于无需再次进行零位置的确定，所以修正变得容易。
此外，本发明还提供一种控制方法，其控制流体控制阀，所述流体控制阀包括：阀座；阀体，以相对于所述阀座能够接近或远离的方式设置；驱动器，具有动作体，所述动作体与所述阀体抵接，使所述阀体在接近或远离的方向上移动；以及位置信息检测部，设置于所述动作体，检测与所述阀体相对于所述阀座的相对位置对应的值，所述控制方法使计算机发挥作为位置输出部和显示部的作用，所述位置输出部与在所述阀体的开始打开的位置通过所述位置信息检测部得到的位置信息无关地将所述开始打开的位置作为零位置，所述显示部使从所述位置输出部输出的所述开始打开的位置作为所述阀体的零位置进行显示。
按照本发明，由于与在阀体的开始打开的位置通过位置信息测量部得到的位置信息无关地将开始打开的位置作为阀体的零位置，所以能够消除用户的误解、改善使用便利性。
附图说明
图1是表示本实施方式的质量流量控制器的结构的示意图。
图2是表示同实施方式的流体控制阀的构成的图。
图3是表示同实施方式的阀体构件的开始打开的位置的三种状态的图。
图4是表示同实施方式的位置输出部的显示状态的图。
图5是表示同实施方式的开始打开的位置(零位置)的修正方法的图。
图6是表示流体控制阀的开始打开的位置和不敏感区的图。
附图标记说明
100···流体控制阀
31···阀座
31a···阀座面
32···阀体
32a···接触阀座的面
33···驱动器
41···阀开度控制部
42···位置输出部
43···显示部
7···位置传感器
具体实施方式
以下，参照附图对组装有本发明的流体控制阀的质量流量控制器的一个实施方式进行说明。
本实施方式的质量流量控制器100例如用于半导体制造工序。
具体地说，如图1所示，所述质量流量控制器100包括：主体5，形成有流道51，例如半导体处理用的气体等流体流过所述流道51；流量测量机构2，测量流过所述流道51的流体的流量；流体控制阀3，控制流过所述流道51的流体的流量；以及控制设备4，控制流体控制阀3的阀开度，以使所述流量测量机构2输出的测量流量接近预定的设定流量。以下，对各部分进行详细描述。
所述主体5形成为块体状，所述的流道51贯通所述块体。所述流道51的上游端与外部流入管道(未图示)连接。所述流道51的下游端与外部流出管道连接。
流量测量机构2是热式流量测量机构。具体地说，流量测量机构2具有：传感器流道管21，从所述流道51分支，使流体分流；以及一对发热电阻体22、23，设置在所述传感器流道管21上。这一对发热电阻体22、23根据流过传感器流道管21的流体的质量流量产生温度差。此外，流量测量机构2通过流量计算部24检测一对发热电阻体22、23产生的温度差，测量传感器流道管21的质量流量。另外，流量计算部24根据流道51与传感器流道管21的分流比，计算流道51中的质量流量。此外，在流道51的传感器流道管21的分支点和汇合点之间设置有层流元件10。
流体控制阀3是设置在流道51上的例如常闭型流量控制阀。
具体地说，如图2所示，流体控制阀3包括：阀座构件31以及阀体构件32，是收容在主体5内的一对阀构件；以及驱动器33，驱动所述阀体构件32，设定阀开度亦即阀座构件31和阀体构件32之间的分离距离。
阀座构件31成为阀座，如图2所示，其下侧的面具有阀座面31a。在阀座构件31的内部形成有内部流道31b，内部流道31b的一端在阀座面31a开口，另一端在侧周面开口。此外，内部流道31b的另一端也可以在阀座构件31的上侧的面开口。另外，内部流道31b也可以是多个。
所述阀座构件31收容于设置在主体5内的圆柱状凹部52。以切断主体5的流道51的方式配置所述凹部52。被所述凹部52切断的流道51中的上游侧的流道(以下也称为上游侧流道)51(A)在例如所述凹部52的底面开口，比所述凹部52更靠下游侧的流道(以下也称为下游侧流道)52(B)在例如所述凹部52的侧面开口。此外，所述凹部52形成配置有阀座构件31以及阀体构件32的阀室。
此外，在阀座构件31收容于凹部52的状态下，上游侧流道51(A)和下游侧流道51(B)成为通过阀座构件31的内部流道31b连通。
阀体构件32成为阀体，在主体5的凹部52中与阀座构件31相对配置，并且其上侧的面具有接触阀座的面32a。所述接触阀座的面32a与阀座面31a接触，堵塞在阀座面31a开口的内部流道31b。
另外，在主体5的凹部52内，通过阀体复位弹簧6，阀体构件32以相对于阀座构件31能够接近或远离的方式被支承。阀体复位弹簧6是对阀体构件32施加朝向阀座构件31的作用力的构件。即，通过阀体复位弹簧6，阀体构件32被施加从打开状态朝向关闭状态的方向(关阀方向)的作用力。本实施方式的阀体复位弹簧6是板簧，固定在设置于凹部52的支承构件9上。此外，阀体复位弹簧6也可以固定在凹部52的内表面。阀体复位弹簧6只要是对阀体构件32施加作用力的构件就可以，也可以是板簧以外的弹性体。弹性体可以直接地或者间接地对阀体构件32施加作用力。
此外，所述阀体构件32通过驱动器33接受驱动力而被施加作用力，从与阀座构件31接触并切断上游侧流道51(A)和下游侧流道51(B)的关闭状态移动到远离阀座构件31从而使上游侧流道51(A)和下游侧流道51(B)连通的打开状态。
驱动器33例如具备层叠多个压电元件形成的压电堆331以及通过所述压电堆331的伸长而位移的动作体332。
压电堆331的前端部通过中间连接构件334与动作体332连接。
动作体332具有隔膜构件332a和连接棒332b，所述连接棒332b设置在所述隔膜构件332a的中心，与阀体构件32抵接。所述连接棒332b贯穿所述阀座构件31的中心(在本实施方式中为内部流道31b)并与阀体构件32抵接。
此外，如果对压电堆331施加电压，则压电堆331伸长，动作体332对阀体构件32施加朝向开阀方向的作用力从而使阀体构件32移动。由此，阀座面31a和接触阀座的面32a只分开与施加电压对应的距离。通过所述间隙，上游侧流道51(A)和下游侧流道(B)连通。此外，在不对驱动器33施加电压的通常状态下，阀体构件32成为关闭状态。
此外，本实施方式的流体控制阀3具有位置信息检测部7，位置信息检测部7检测与接触阀座的面32a相对于阀座面31a的相对位置对应的值。此外，所谓的与相对位置对应的值，可以例举：阀座面31a(阀座构件31)和接触阀座的面32a(阀体构件32)的相对距离或者与相对距离相关的值；阀开度或者与阀开度相关的值；或者驱动器33的驱动电压或者与驱动电压相关的值；等等。
本实施方式的位置信息检测部7是测量接触阀座的面32a相对于阀座面31a的位移的位置传感器。所述位置传感器7设置在阀体构件32或者与阀体构件32一起移动的构件上。此外，位置传感器7测量与阀座构件31或者其它静止方构件的相对距离。本实施方式的位置传感器7是涡电流传感器。所述涡电流传感器7设置在动作体332的连接棒332b上。此外，以与阀体构件32的接近或远离方向(连接棒332b的移动方向)相对的方式在静止方构件上设置有具有导电性的目标8。涡电流传感器7测量与所述目标8的距离。
控制设备4具有阀开度控制部41，阀开度控制部41获得来自流量测量机构2的流量测量信号和来自位置传感器7的位置信息(位置测量信号)，控制流体控制阀3的阀开度。所述阀开度控制部41根据来自位置传感器7的位置信息(位置测量信号[计数(counts)])，进行阀体构件32的位置控制，控制阀开度。
另外，控制设备4具有位置输出部42，位置输出部42将在阀体构件32的开始打开的位置通过位置传感器7得到的位置信息，作为阀体构件32的位置为零位置的信息，输出到显示部43。此外，通过将控制程序安装于具有CPU、存储器以及输入输出接口等的控制设备4，从而使控制设备4至少具有位置输出部42的功能。
位置输出部42根据来自流量测量机构2的流量测量信号和来自位置传感器7的位置测量信号，确定开始打开的位置。此外，与所述开始打开的位置的位置测量信号无关地将被确定了的开始打开的位置设定为阀体构件32的零位置。此外，即使是处于全闭状态的阀体构件32的位置或者开始打开的位置，来自位置传感器7的位置测量信号也未必是零。
在此，所谓的设定为零位置是指：除了将开始打开的位置设定为数值零(数字0)之外，也包括设定为能够识别位置是零的数值，例如设定为从一位数到规定位数为止的零连续的、好划分的规定值。
在此，如图3所示，阀体构件32的开始打开的位置是：(1)流量测量信号所表示的流量测量值[sccm]超过零且流体开始流动的时点的阀体构件32(具体地说接触阀座的面32a)的位置(图3的(1))；(2)成为了流量测量值比零大的规定值的时点的阀体构件32的位置(图3的(2))；或者(3)从流量测量值超过零且流体开始流动的时点的阀体构件32的位置向阀座构件31侧位移规定量的位置(图3的(3))。此外，所述(3)的位置是处于全闭状态的阀体构件32的位置与所述(1)的位置之间的位置。
例如通过从向驱动器33输出了全闭信号的全闭状态开始使阀体构件32逐渐地位移，并且获得此时来自流量测量机构2的流量测量信号，由此确定所述开始打开的位置。此外，开始打开的位置也可以是位置测量信号表示的相对距离[μm]，还可以是位置传感器7的位置测量信号(例如距离变换前的信号值[计数])。此外，在根据驱动器33的驱动电压确定开始打开的位置的情况下，也可以由所述驱动电压表示开始打开的位置。
另外，在位置传感器7的位置测量信号表示比所述开始打开的位置更靠阀座构件31(具体地说阀座面31a)侧的位置的情况下，位置输出部42不是将所述阀体构件32的位置设定为负的值，而是设定为零位置。此外，该情况下的零位置与已被设定为了开始打开的位置的数值(零或者规定值)相同。
按照所述构成，位置输出部42将开始打开的位置处的实时的位置测量信号置换为零(0)。另外，在位于比开始打开的位置更靠打开侧(与阀座面31a相反的一侧)的位置的情况下，位置输出部42输出从该位置处的实时的位置测量信号减去开始打开的位置处的实时的位置测量信号的值，即，位置输出部42输出从零起算的值。此外，在位于比开始打开的位置更靠关闭侧(阀座面31a侧)的位置的情况下，位置输出部42输出零。
如图4所示，显示部43将表示流量测量信号所表示的测量流量值[sccm]和位置测量信号所表示的相对距离[μm]之间的关系的图显示在显示器上。此外，也可以使用位置传感器7的位置测量信号(距离变换前的信号值[计数])作为设定为横轴的相对距离[μm]。此外，表示阀体构件32的位置的横轴的单位除了[μm]之外，也可以是[m]，还可以是相对于规定的阀开度的阀体构件32的位置的比例[％]，可以使用其它各种各样的单位。另外，表示测量流量值的纵轴的单位除了是[sccm]之外，也可以是相对于规定的流量的比例，可以使用其它各种各样的单位。
所述显示部43除了显示表示所述流量测量值和所述相对距离之间的关系的图之外，例如也可以显示表示对驱动器33施加的施加电压[V]和所述相对距离[μm]之间的关系的图、以及表示输出信号相对于位置传感器7的最大流量时或者规定的流量时的输出信号的比例[％]和所述相对距离[μm]之间的关系的图。
此外，显示部43在所述图中以用户能够与开始打开的位置处的阀体构件32的位置信息无关地视觉辨认由位置输出部42设定的开始打开的位置是阀体构件32的零位置的方式进行显示。在本实施方式中，如图4所示，显示部43以开始打开的位置成为零且成为横轴与纵轴的交点的方式进行显示。此外，显示部43也可以显示指示线或箭头等记号，所述指示线或箭头等记号将开始打开的位置作为零位置进行表示。
另外，在位置传感器7的位置测量信号表示比开始打开的位置更靠阀座构件31(具体地说是阀座面31a)侧的位置的情况下，显示部43将阀体构件32(接触阀座的面32a)的位置作为零位置显示。此外，在表示位置测量信号相对于位置传感器7的最大流量时或者规定的流量时的位置测量信号的比例[％]和所述相对距离[μm]之间的关系的图中，显示部43将开始打开的位置的位置传感器7的位置测量信号作为零，将位置测量信号是开始打开的位置的位置传感器7的位置测量信号以下的情况也作为零。
此外，本实施方式的位置输出部42具有修正所述零位置的修正部(修正功能)。
位置输出部42的修正部421通过使用对驱动器33输出了全闭信号状态下的位置传感器7的位置测量信号与相同状态下的位置传感器7的位置测量信号的初始值的偏差量，使已经被设定了的零位置移动所述偏差量，由此进行修正。此外，初始值是最近测量开始打开的位置时获得的全闭状态下的位置传感器7的位置测量信号。
具体地说，如图5所示，修正部421通过从修正前的开始打开的位置的位置测量信号减去(补偿)所述偏差量，计算修正后的开始打开的位置的位置测量信号。
此外，由修正部421进行的所述位置修正，可以每隔规定的周期或者每当发生了规定的事件时自动地进行。此外，也可以构成为当接收了由用户的操作输入的输入信号时进行。
此外，显示部43将所述修正后的开始打开的位置作为零位置显示在显示器上。
按照这样构成的质量流量控制器100，位置输出部42与开始打开的位置的阀体构件32的位置信息(位置测量信号)无关地将开始打开的位置作为阀体构件32的零位置，并且显示部43将开始打开的位置作为零位置进行显示。由此，用户不会被位置传感器7的输出迷惑，能够将阀体构件32的开始打开的位置识别为零位置。因此，能够消除用户的误解，能够改善使用便利性。
另外，通过将阀体构件32的开始打开的位置作为零位置使用，能够不受流体控制阀3的个体差异的影响地进行流体控制。能够消除因流体控制阀3的个体差异所导致的流体控制的精度误差。
另外，本发明并不限于所述实施方式。
例如，作为位置信息检测部7，不限于所述实施方式的涡电流传感器，也可以是电容传感器、光干涉传感器等光学传感器、检测驱动器的驱动电压来获得位置信息的传感器等。
另外，所述实施方式的流体控制阀是常闭型的，但是也可以是常开型的，也能实现同样的效果。
此外，如所述实施方式所示，在已安装有流体控制阀的流体控制设备(质量流量控制器)的情况下，通过共用流体控制阀的控制部(CPU)和流体控制设备的控制部(CPU)，可以使所述共用的CPU具有作为所述位置输出部的功能。
在所述实施方式中，对安装有流体控制阀的质量流量控制器进行了说明，当然也可以构成为流体控制阀单体。作为流体控制阀，除了作为如所述实施方式所示的流量控制阀之外，也可以作为控制流体的压力的压力控制阀。
流体控制阀的构成也不限于所述实施方式，也可以是下述方式：通过在流道内设置阀座，并将阀体以能够接近或远离所述阀座的方式进行设置，来切换流道的切断/连通。另外，流体控制阀也可以是常开型的。
在所述实施方式中，根据全闭状态下的位置传感器的输出信号与初始值的偏差量修正了开始打开的位置，但是通过与所述实施方式相同的方法，也可以更新开始打开的位置，并将更新后的开始打开的位置的位置信息显示为零位置。即，也可以采用下述方式：从对驱动器33输出了全闭信号的全闭状态开始逐渐地使阀体构件32位移，并获得此时来自流量测量机构2的流量测量信号，由此确定经时变化后的开始打开的位置。
在所述实施方式中，作为修正已存储了的开始打开的位置的构成，也可以采用下述构成：每当打开处于全闭状态的阀体构件或者每隔打开处于全闭状态的阀体构件规定次数，根据来自流量测量机构2的流量测量信号和来自位置传感器7的位置测量信号，确定开始打开的位置。
作为所述实施方式的流量测量机构，除了热式的流量测量机构以外，也可以使用压力式流量测量方式、科里奥利式流量测量方式或超声波式流量测量方式等各种流量测量方式。
所述实施方式的阀开度控制部41除了使用来自位置传感器7的位置信息(位置测量信号[计数])控制阀开度之外，也可以将由位置输出部42设定的零位置作为基准来控制阀开度。
也可以将所述实施方式的流体控制阀以及质量流量控制器用于半导体制造工序以外。
此外，本发明并不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以进行各种变形。
可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。

Claims (4)

1.一种流体控制阀，其特征在于，
所述流体控制阀包括：
阀座；
阀体，以相对于所述阀座能够接近或远离的方式设置；
驱动器，具有动作体，所述动作体与所述阀体抵接，使所述阀体在接近或远离的方向上移动；
位置信息检测部，设置于所述动作体，检测与所述阀体相对于所述阀座的相对位置对应的值；
位置输出部，与在所述阀体的开始打开的位置通过所述位置信息检测部得到的位置信息无关地将所述开始打开的位置作为零位置；以及
显示部，使从所述位置输出部输出的所述开始打开的位置作为所述阀体的零位置进行显示。
2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，
当通过所述位置信息检测部得到的位置信息表示比所述开始打开的位置更靠所述阀座侧的位置时，所述位置输出部将所述阀体的位置作为零位置。
3.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，
所述位置输出部使用通过向所述驱动器输出了全闭信号的状态下的所述位置信息检测部得到的位置信息与通过相同状态下的所述位置信息检测部得到的位置信息的初始值的偏差量，来修正所述零位置。
4.一种控制方法，其控制流体控制阀，所述流体控制阀包括：阀座；阀体，以相对于所述阀座能够接近或远离的方式设置；驱动器，具有动作体，所述动作体与所述阀体抵接，使所述阀体在接近或远离的方向上移动；以及位置信息检测部，设置于所述动作体，检测与所述阀体相对于所述阀座的相对位置对应的值，所述控制方法的特征在于，
所述控制方法使计算机发挥作为位置输出部和显示部的作用，所述位置输出部与在所述阀体的开始打开的位置通过所述位置信息检测部得到的位置信息无关地将所述开始打开的位置作为零位置，所述显示部使从所述位置输出部输出的所述开始打开的位置作为所述阀体的零位置进行显示。
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