CN108223897B - 阀装置和阀控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供阀装置和阀控制装置，用于抑制伴随因温度变化产生的树脂构件的热膨胀的开度变化和流量变动，阀装置(100)向驱动部件(3)施加驱动电压而使阀体(2)位移，所述阀装置(100)包括：位置传感器(7)，检测阀体(2)的位置；电压调整部(44)，基于位置传感器(7)的检测位置，调整驱动电压；以及温度传感器(8)，检测阀体(2)的温度，阀体(2)的接触阀座的面(2X)由树脂构件(21)形成，电压调整部(44)根据温度传感器(8)的检测温度，变更驱动电压的设定值。

Description

阀装置和阀控制装置
技术领域
本发明涉及通过驱动部件使阀体位移的阀装置、以及控制向驱动部件施加的驱动电压的阀控制装置。
背景技术
作为阀装置，其包括：阀体，相对于阀座可离合地设置；以及例如压电元件等驱动部件，使所述阀体位移，通过控制向所述驱动部件施加的驱动电压来控制阀开度。
近年来，为了改进阀装置的关闭性，存在有在阀体的接触阀座的面上设置有树脂构件的结构，在该结构中，在高温环境下树脂构件向阀座侧膨胀，从而容易使流量大幅度下降(参照图4)。图5中表示在阀体的接触阀座的面上设置有树脂构件的结构中，使阀体的周边温度以25℃→60℃→25℃的方式变化时的流量变化。另外，图5中表示了对四种阀进行测试的结果。从所述图5可知，25℃时流量的变动小，能够得到再现性良好的流量。另外，向作为驱动部件的压电元件施加的施加电压是100V，向阀供给的流体的供给表压是50kPa。从所述图5可知，即使施加与25℃环境下相同的驱动电压，也观察到在60℃环境下流量下降的现象。
在此，在以往的阀装置中，向驱动部件施加的驱动电压的操作范围的上限值大多固定。所述操作范围的上限值被设定成为了在能够使用的温度范围内(例如25℃～60℃)使满刻度流量流动，在用于使基准温度(例如25℃)环境下的满刻度流量流动的驱动电压上加上容许个体差异等的裕量(margin)所得到的值。另外，满刻度流量是指在考虑组装有阀装置的质量流量控制器的情况下能够在该结构中流动的最大流量值，是比阀装置完全打开时能够流动的流量少的流量。
所述操作范围的上限值是加上容许在所述高温(例如60℃)环境下使用的情况下产生的阀体的热膨胀的裕量所得到的值，可以考虑一律是该上限值。
但是，在操作范围的上限值是容许高温(例如60℃)环境下的热膨胀的值的情况下，如果在常温(例如25℃)环境下控制为满刻度流量，则因瞬态响应而使超调量变大，并且响应性变差(参照图6)。此外，存在有在常温时的流量控制中控制精度(分辨率)变差的问题。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2008-196596号
发明内容
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抑制伴随因温度变化产生的树脂构件的热膨胀的开度变化和流量变动。
即，本发明提供一种阀装置，其向驱动部件施加驱动电压而使阀体位移，所述阀体的接触阀座的面由树脂构件形成，所述阀装置包括：位置传感器，检测所述阀体的位置；电压调整部，基于所述位置传感器的检测位置，调整所述驱动电压；温度传感器，检测所述阀体或所述阀体周边的温度；以及膨胀关联信息存储部，存储膨胀关联信息，所述膨胀关联信息表示各温度的所述树脂构件的膨胀量或伴随该膨胀量的开度下降量，所述电压调整部在规定的操作范围内调整所述驱动电压，并且基于根据所述温度传感器的检测温度和所述膨胀关联信息求出的所述树脂构件的膨胀量或所述开度下降量，变更所述操作范围的上限值。
此外，本发明还提供一种阀控制装置，其控制驱动部件的驱动电压，所述驱动部件驱动阀体，所述阀体的接触阀座的面由树脂构件形成，所述阀控制装置包括：位置信息取得部，取得表示所述阀体的位置的位置信息；电压调整部，基于检测所述阀体的位置的位置传感器的检测位置，调整所述驱动电压；温度信息取得部，取得表示所述阀体或所述阀体周边的温度的温度信息；以及膨胀关联信息存储部，存储膨胀关联信息，所述膨胀关联信息表示各温度的所述树脂构件的膨胀量或伴随该膨胀量的开度下降量，所述电压调整部在规定的操作范围内调整所述驱动电压，并且基于根据所述温度信息和所述膨胀关联信息求出的所述树脂构件的膨胀量或所述开度下降量，变更所述操作范围的上限值。
按照所述的阀装置和阀控制装置，由于基于位置传感器的检测位置调整驱动电压的电压调整部，根据温度传感器的检测温度变更向驱动部件施加的驱动电压的设定值，所以能够成为与各温度对应的设定值，从而能够防止响应性和控制精度的恶化。因此，能够抑制伴随因温度变化产生的树脂构件的热膨胀的流量变动。此外，电压调整部基于位置传感器的检测位置调整驱动电压，与利用流量传感器的流量进行流量控制的情况相比，能够使响应性良好。
另外，在由设置在阀装置的上游或下游的流量传感器检测流量并且以使该检测流量成为目标值的方式控制阀装置的开度的情况下，存在以下问题。即，由于因阀体的蠕变现象、或阀体的经时变化等，阀体从阀座离开，流体开始流动的位置(流动开始位置)按照阀的驱动次数发生变化，所以相对于驱动电压得到的流量因驱动次数不同而发生变化。因此，如果利用流量传感器的流量进行流量控制，则会导致响应性变差。
具体地说，优选的是，所述电压调整部在规定的操作范围内调整所述驱动电压，并且根据所述温度传感器的检测温度，变更所述操作范围的上限值。
为了通过预先把握树脂构件的膨胀量或伴随该膨胀量的开度下降量来高精度地修正其影响，优选的是，所述阀装置还包括膨胀关联信息存储部，所述膨胀关联信息存储部存储膨胀关联信息，所述膨胀关联信息表示所述温度的所述树脂构件的膨胀量或伴随该膨胀量的开度下降量，所述电压调整部基于根据所述检测温度和所述膨胀关联信息求出的所述树脂构件的膨胀量或所述开度下降量，变更所述操作范围的上限值。
为了在利用位置传感器进行的流量控制中，适当地修正树脂构件的热膨胀，优选的是，所述电压调整部基于根据所述温度传感器的检测温度和所述膨胀关联信息求出的所述树脂构件的膨胀量或所述开度下降量、以及所述位置传感器的检测位置，调整所述驱动电压。
按照本发明，由于电压调整部根据温度传感器的检测温度变更向驱动部件施加的驱动电压的操作范围的上限值，所以能够抑制伴随因温度变化产生的阀体的热膨胀的开度变化和流量变动。
附图说明
图1是示意性地表示本实施方式的阀装置的结构的剖视图。
图2是表示同一实施方式的阀控制装置的功能构成的图。
图3是表示25℃、40℃、60℃的驱动电压的上限值和流量变化的示意图。
图4是表示设置于以往的阀体的树脂构件的热膨胀的状态的示意图。
图5是表示以往的阀装置的伴随温度变化的流量变化的图。
图6是表示在将上限值设为容许以往的高温环境下的热膨胀的上限值时的超调的示意图。
附图标记说明
100…阀装置
2…阀体
2X…接触阀座的面
21…树脂构件
3…驱动部件
4…阀控制装置(控制设备)
41…温度信息取得部
42…位置信息取得部
43…膨胀关联信息存储部
44…电压调整部
7…位置传感器
8…温度传感器
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的阀装置的一种实施方式进行说明。
本实施方式的阀装置100例如用于半导体制造工序，构成控制在流道内流动的流量的质量流量控制器。
具体地说，如图1所示，所述阀装置100控制在流道R内流动的流体的流量，其包括：阀体2，相对于阀座20可离合地设置；驱动部件3，使所述阀体2相对于阀座20位移；以及控制设备4，控制向所述驱动部件3施加的驱动电压。
另外，在本实施方式中，所述流道R形成在块体10的内部，所述流道R在其中途向块体10的一面开口。利用该开口将流道R分割为上游流道R1和下游流道R2，在所述开口形成有阀座20。此外，以封闭所述开口和阀座20的方式安装有阀装置100。
阀体2通过隔膜6一体地设置于主体部5，所述主体部5安装在块体10上。阀体2的接触阀座的面2X由树脂构件21形成。所述树脂构件21设置在形成于阀体2主体的凹部2M。
此外，在主体部5的内部空间设置有位置传感器7，该位置传感器7检测阀体2相对于阀座20的相对位置。该位置传感器7设置在主体部5等的静止侧，检测与阀体2或与阀体2一起移动的构件的相对距离。本实施方式的位置传感器7是电涡流传感器，测量与靶9的距离，所述靶9与阀体2一起移动且具有导电性。
驱动部件3驱动所述阀体2来设定阀开度，即设定阀座20与阀体2的分离距离。所述驱动部件3是例如层叠多个压电元件而形成的压电堆，利用施加的驱动电压来控制位移。在本实施方式中是如下的结构：通过向驱动部件3施加驱动电压，驱动部件3伸长而使阀体2从阀座20离开(常闭型)。另外，通过使阀体2从阀座20离开，上游流道R1和下游流道R2连通。
控制设备4取得来自位置传感器7的位置信息(位置检测信号)，进行阀体2的位置控制并控制阀开度。另外，控制设备4是具有CPU、存储器和输入输出接口等的所谓的计算机。
此外，通过执行存储在存储器中的控制程序而使各部分协作，如图3所示，控制设备4至少发挥作为温度信息取得部41、位置信息取得部42、膨胀关联信息存储部43和电压调整部44的功能。
温度信息取得部41取得表示温度传感器8的检测温度的温度信息(温度检测信号)，所述温度传感器8检测阀体2或阀体2周边的温度。
另外，阀体2周边的温度是指成为与阀体2(具体地说是树脂构件21)实质上相同温度的部分的温度。例如，阀体2周边的温度是树脂构件21附近的块体10或主体部5的温度、在流道R内流动的流体的温度、在块体10内与流体的温度成为实质上相同温度的部分的温度。另外，在图1中，温度传感器8设置在检测流体的温度的位置。
位置信息取得部42从位置传感器7取得表示所述阀体位置的位置信息(位置检测信号)。
膨胀关联信息存储部43存储膨胀关联信息，该膨胀关联信息表示各温度的树脂构件21的膨胀量或伴随该膨胀量的开度下降量。另外，对每个阀装置100求出并预先输入膨胀关联信息。
树脂构件21的膨胀量例如是以常温(例如25℃)的树脂构件21的状态为基准的各温度的树脂构件21的膨胀量。此外，开度下降量是因各温度的树脂构件21的膨胀量产生的各温度的阀开度的下降量。
电压调整部44在规定的操作范围内调整用于对阀体2进行位置控制而向驱动部件3施加的驱动电压。本实施方式的电压调整部44根据温度传感器8的检测温度，变更操作范围的上限值。
具体地说，电压调整部44基于根据温度传感器8的检测温度和膨胀关联信息求出的树脂构件21的膨胀量或开度下降量，变更操作范围的上限值。
例如，图3表示阀体2或阀体2周边的温度分别为25℃、40℃、60℃时的驱动电压的操作范围的上限值。在图3中表示以三个设定温度(25℃、40℃、60℃)阶段性地变更操作范围的上限值的情况，但是也可以连续地变更操作范围的上限值。
当阶段性地变更操作范围的上限值时，25℃的操作范围的上限值可以是在用于使25℃环境下的满刻度流量流动的驱动电压上加上例如容许树脂构件21在30℃时的热膨胀等的裕量得到的值。此外，40℃的操作范围的上限值可以是在用于使40℃环境下的满刻度流量流动的驱动电压上加上例如容许树脂构件21在50℃时的热膨胀等的裕量得到的值。此外，60℃的操作范围的上限值可以是在用于使60℃环境下的满刻度流量流动的驱动电压上加上例如容许树脂构件21在65℃时的热膨胀等的裕量得到的值。
在这种情况下，当温度传感器8的检测温度为规定的设定温度(例如25℃)以上、且在该规定的设定温度的上限值的裕量所包含的最高温度(例如30℃)以下时，电压调整部44基于所述规定的设定温度(25℃)的操作范围的上限值，调整驱动电压。另一方面，当所述检测温度高于规定的设定温度所包含的最高温度(例如30℃)时，电压调整部44变更为所述规定的设定温度(25℃)的下一个高温的设定温度(40℃)的操作范围的上限值，并且基于变更后的操作范围的上限值来调整驱动电压。
此外，电压调整部44基于树脂构件21的膨胀量或开度下降量、以及位置传感器7的检测位置，调整驱动电压，所述树脂构件21的膨胀量或开度下降量是根据温度传感器8的检测温度和膨胀关联信息求出的。由此，通过电压调整部44调整对驱动部件3施加的驱动电压，可以修正因树脂构件21的热膨胀引起的阀开度下降并进行流量控制。
按照以所述方式构成的阀装置100，由于电压调整部44根据温度传感器8的检测温度，变更向驱动部件3施加的驱动电压的操作范围的上限值，所以能够成为与各温度对应的操作范围的上限值，从而能够防止响应性和控制精度的恶化。因此，能够抑制伴随因温度变化产生的树脂构件21的热膨胀的开度变化和流量变动。
另外，本发明并不限于所述实施方式。
例如，在所述实施方式中，说明了在安装有阀装置100的块体10设置有阀座20的结构，但是也可以是阀装置100具有阀座的结构。具体地说，阀装置100除了具有所述实施方式的构成以外，还具有形成有内部流道和阀座的流道形成构件(相当于所述实施方式的块体)。
此外，在所述实施方式中，使用位置传感器的检测位置，对流量进行反馈控制，但是也可以除了使用位置传感器的检测位置以外还使用流量传感器的检测流量来对流量进行反馈控制。
例如，作为位置传感器7，并不限于所述实施方式的电涡流传感器，也可以是电容传感器、光干涉传感器等光学传感器，还可以是检测驱动部件的驱动电压并取得位置信息的传感器。
此外，可以将温度-上限值信息存储在存储器中，基于温度传感器的检测温度和所述温度-上限值信息，变更操作范围的上限值，所述温度-上限值信息是通过将阀体的温度和针对该温度的操作范围的上限值取得对应而得到的。
此外，在所述实施方式中，电压调整部根据温度传感器的检测温度变更驱动电压的操作范围的上限值，但是也可以变更操作范围的其它设定值。例如，可以根据温度传感器的检测温度变更用于使满刻度流量流动的驱动电压。
在所述实施方式中是常闭型(在未施加驱动电压的状态下阀关闭)的阀，但是常开型(未施加驱动电压的状态下阀打开)的阀也可以起到同样的效果。
所述实施方式的阀装置是控制流体的流量的流量控制阀，但是也可以是控制流体压力的压力控制阀。
可以将所述实施方式的阀装置用于半导体制造工序以外。
此外，本发明并不限于所述各实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。
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 (3)

1.一种阀装置，其向驱动部件施加驱动电压而使阀体位移，所述阀体的接触阀座的面由树脂构件形成，
所述阀装置的特征在于，
所述阀装置包括：
位置传感器，检测所述阀体的位置；
电压调整部，基于所述位置传感器的检测位置，调整所述驱动电压；
温度传感器，检测所述阀体或所述阀体周边的温度；以及
膨胀关联信息存储部，存储膨胀关联信息，所述膨胀关联信息表示各温度的所述树脂构件的膨胀量或伴随该膨胀量的开度下降量，
所述电压调整部在规定的操作范围内调整所述驱动电压，并且基于根据所述温度传感器的检测温度和所述膨胀关联信息求出的所述树脂构件的膨胀量或所述开度下降量，变更所述操作范围的上限值。
2.根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，所述电压调整部基于根据所述检测温度和所述膨胀关联信息求出的所述树脂构件的膨胀量或所述开度下降量、以及所述位置传感器的检测位置，调整所述驱动电压。
3.一种阀控制装置，其控制驱动部件的驱动电压，所述驱动部件驱动阀体，所述阀体的接触阀座的面由树脂构件形成，
所述阀控制装置的特征在于，
所述阀控制装置包括：
位置信息取得部，取得表示所述阀体的位置的位置信息；
电压调整部，基于检测所述阀体的位置的位置传感器的检测位置，调整所述驱动电压；
温度信息取得部，取得表示所述阀体或所述阀体周边的温度的温度信息；以及
膨胀关联信息存储部，存储膨胀关联信息，所述膨胀关联信息表示各温度的所述树脂构件的膨胀量或伴随该膨胀量的开度下降量，
所述电压调整部在规定的操作范围内调整所述驱动电压，并且基于根据所述温度信息和所述膨胀关联信息求出的所述树脂构件的膨胀量或所述开度下降量，变更所述操作范围的上限值。
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