JP2021167660A - Fluid control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス等の流体の流量や圧力を制御する流体制御装置に関するものである。 The present invention relates to a fluid control device that controls the flow rate and pressure of a fluid such as gas.
例えば半導体製造プロセスにおいてガスの流量を制御するためにマスフローコントローラが用いられる。従来のマスフローコントローラには、内部流路が形成されたブロックに圧力センサや制御バルブ等の流体制御機器が取り付けられたものがある。複数のマスフローコントローラをコンパクトに並列させるため、前述したブロックは長手方向に所定幅で延びる細長い直方体形状をなしている(特許文献1参照)。 For example, a mass flow controller is used to control the flow rate of gas in a semiconductor manufacturing process. Some conventional mass flow controllers have a fluid control device such as a pressure sensor or a control valve attached to a block in which an internal flow path is formed. In order to compactly parallel a plurality of mass flow controllers, the above-mentioned block has an elongated rectangular parallelepiped shape extending in a predetermined width in the longitudinal direction (see Patent Document 1).
より具体的には、ブロックの幅寸法は規格によって例えば10mmに定められている。また、ブロックの長手方向と平行な一面である取付面には、このブロックの幅寸法とほぼ同じ幅寸法を有する複数の流体制御機器が長手方向に並べて取り付けられる。 More specifically, the width dimension of the block is set to, for example, 10 mm by the standard. Further, a plurality of fluid control devices having substantially the same width dimension as the width dimension of the block are mounted side by side in the longitudinal direction on the mounting surface which is one surface parallel to the longitudinal direction of the block.
ところで、近年マスフローコントローラはコンパクトに構成されているだけでなく、従来よりもさらに大流量を流せることが求められている。マスフローコントローラの最大流量は、制御バルブが流す事ができる流量でほぼ制限される。このため、例えば特許文献2に示されるようにブロック内に幅方向に対して並列に内部流路を2本形成しておき、それぞれの内部流路に制御バルブを設けて流せる流量を約2倍にすることが考えられる。
By the way, in recent years, not only is the mass flow controller compactly configured, but it is also required to be able to flow a larger flow rate than before. The maximum flow rate of the mass flow controller is almost limited by the flow rate that the control valve can flow. Therefore, for example, as shown in
しかしながら、上記のような構成では最大流量は大きくできるものの、ブロックの幅方向に対して制御バルブ等の流体制御機器を2つ並べなくてはならず、マスフローコントローラをさらにコンパクトにすることは難しくなる。 However, although the maximum flow rate can be increased in the above configuration, it is necessary to arrange two fluid control devices such as control valves in the width direction of the block, which makes it difficult to make the mass flow controller more compact. ..
本発明は上述したような問題を一挙に解決するためになされたものであり、幅寸法を小さく保ちながら、最大流量を従来よりも大きくできる流体制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems at once, and an object of the present invention is to provide a fluid control device capable of increasing the maximum flow rate as compared with the conventional one while keeping the width dimension small.
すなわち、本発明に係る流体制御装置は、長手方向に沿って所定幅で延びるブロックと、前記ブロック内に形成され、前記長手方向に沿って延びる内部流路と、前記ブロックに取り付けられた第1制御バルブと、前記ブロックにおいて前記第1制御バルブよりも下流側に取り付けられた第2制御バルブと、を備え、前記内部流路が、前記第1制御バルブから流体が流出する第1流出口に接続される第1流出流路と、前記第2制御バルブに流体が流入する第2流入口に接続される第2流入流路と、を備え、前記ブロックを幅方向に沿って透視した場合に、前記第1流出流路と前記第2流入流路とが、1点で重なるように配置されていることを特徴とする。 That is, the fluid control device according to the present invention has a block extending with a predetermined width along the longitudinal direction, an internal flow path formed in the block and extending along the longitudinal direction, and a first valve attached to the block. A control valve and a second control valve attached to the downstream side of the first control valve in the block are provided, and the internal flow path serves as a first outlet through which a fluid flows out from the first control valve. When a first outflow flow path to be connected and a second inflow flow path connected to a second inflow port where a fluid flows into the second control valve are provided, and the block is viewed through along the width direction. The first outflow flow path and the second inflow flow path are arranged so as to overlap at one point.
このようなものであれば、前記第1制御バルブと前記第2制御バルブを長手方向に沿って並べて配置して、前記ブロックの幅寸法を小さくするとともに、各制御バルブから流出する流体を合流させて流すことができる。このため、流体制御装置の幅寸法をコンパクトにしながら、2つの制御バルブを用いることで最大流量は従来の約2倍にできる。 In such a case, the first control valve and the second control valve are arranged side by side along the longitudinal direction to reduce the width dimension of the block and allow the fluid flowing out from each control valve to merge. Can be flushed. Therefore, the maximum flow rate can be doubled by using two control valves while making the width dimension of the fluid control device compact.
前記ブロックの幅寸法が小さくても、前記第1流出流路と前記第2流入流路とを前記ブロック内で干渉しないようにねじれの位置に配置しやすくするには、前記ブロックが、流体制御機器が取り付けられる取付面と、前記取付面に対して所定量だけ突出した突出部と、を具備し、前記第1制御バルブ、又は、前記第2制御バルブのいずれか一方が、前記取付面に取り付けられるものであればよい。 Even if the width dimension of the block is small, in order to facilitate the arrangement of the first outflow flow path and the second inflow flow path at a twisted position so as not to interfere with each other in the block, the block is fluid-controlled. A mounting surface on which the device is mounted and a protruding portion protruding from the mounting surface by a predetermined amount are provided, and either the first control valve or the second control valve is attached to the mounting surface. Anything that can be attached will do.
前記ブロック内に形成される内部流路の長さをできるだけ短くして、内部容積を小さくし、制御の応答性を良くするには、前記第2制御バルブが、前記突出部に設けられたものであればよい。このようなものであれば、前記ブロックの端面又は取付面の対面から流体が導入される場合に、上流側にある前記第1制御バルブに流体を流入させるための流路の長さを短くしやすい。 In order to shorten the length of the internal flow path formed in the block as much as possible, reduce the internal volume, and improve the responsiveness of control, the second control valve is provided on the protruding portion. It should be. In such a case, when the fluid is introduced from the end surface of the block or the facing surface of the mounting surface, the length of the flow path for allowing the fluid to flow into the first control valve on the upstream side is shortened. Cheap.
前記ブロックの幅寸法を小さくしながら、前記第1流出流路と前記第2流入流路をねじれの位置に配置させてやすくするための別の態様としては、前記第1制御バルブが、前記ブロックの表面に対して接触する第1接触面が形成された第1バルブブロックを具備し、前記第1バルブブロックに流体が流入する第1流入口、及び、前記第1バルブブロックから流体が流出する前記第1流出口が前記第1接触面に開口しており、前記第2制御バルブが、前記ブロックの表面に対して接触する第2接触面が形成された第2バルブブロックを具備し、前記第2バルブブロックに流体が流入する前記第2流入口、及び、前記第2バルブブロックから流体が流出する第2流出口が前記第2接触面に開口するものであればよい。このようなものであれば、各制御バルブの全体を前記ブロックの外側に配置して、ブロック内に各制御バルブの一部を収容するための凹部等を形成しなくてもよい。この結果、前記ブロック内に内部流路を形成するためのスペースを確保しやすくなり、前記第1流出流路と前記第2流入流路の配置の自由度を高めることができる。 As another embodiment for facilitating the arrangement of the first outflow flow path and the second inflow flow path at the twisted position while reducing the width dimension of the block, the first control valve is the block. A first valve block having a first contact surface in contact with the surface of the first valve block is provided, and the fluid flows out from the first inflow port into which the fluid flows into the first valve block and the first valve block. The first outlet is open to the first contact surface, and the second control valve includes a second valve block having a second contact surface in contact with the surface of the block. The second inflow port where the fluid flows into the second valve block and the second outflow port where the fluid flows out from the second valve block may open to the second contact surface. In such a case, the entire control valve may be arranged outside the block, and a recess or the like for accommodating a part of each control valve may not be formed in the block. As a result, it becomes easy to secure a space for forming the internal flow path in the block, and the degree of freedom in arranging the first outflow flow path and the second inflow flow path can be increased.
前記ブロックの幅寸法を最も小さくしても、コンパクトでありながら大流量を実現できる具体的な構成例としては、前記第1制御バルブ及び前記第2制御バルブが、前記ブロックと同じ幅寸法を有するものが挙げられる。 As a specific configuration example in which a large flow rate can be realized while being compact even if the width dimension of the block is the smallest, the first control valve and the second control valve have the same width dimension as the block. Things can be mentioned.
前記第1制御バルブ及び前記第2制御バルブを通過した流体の全体の流量を正確に所望の値となるように制御できるようにするには、前記内部流路が、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブを通過した流体が合流して流れる合流後流路と、前記第2制御バルブから流体が流出する第2流出口と、前記合流後流路との間を接続する第2流出流路と、をさらに備え、前記第1流出流路の下流側が前記合流後流路に接続されており、前記合流後流路を流れる流体の流量を測定する流量センサと、前記流量センサが測定する流量に少なくとも基づいて、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの少なくとも一方を制御する流体制御器をさらに備えたであればよい。 In order to be able to control the total flow rate of the fluid passing through the first control valve and the second control valve so as to be exactly a desired value, the internal flow path is the first control valve or the first control valve or the above. A second outflow that connects between the post-merging flow path in which the fluid that has passed through the second control valve merges and flows, the second outflow port from which the fluid flows out from the second control valve, and the post-merging flow path. A flow sensor further comprising a path, the downstream side of the first outflow flow path is connected to the post-merging flow path, and the flow sensor measures the flow rate of the fluid flowing through the post-merging flow path, and the flow rate sensor measures the flow. A fluid controller that controls at least one of the first control valve or the second control valve based on at least the flow rate may be further provided.
各制御バルブにより全体として所望の流量を実現するための別の態様としては、前記内部流路が、前記第1制御バルブに流体が流入する第1流入口に接続される第1流入流路と、下流側が前記第1流入流路及び前記第2流入流路に接続される分岐前流路と、をさらに備え、前記分岐前流路を流れる流体の流量を測定する流量センサと、前記流量センサが測定する流量に少なくとも基づいて、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの少なくとも一方を制御する流体制御器をさらに備えたものが挙げられる。 In another embodiment for achieving a desired flow rate as a whole by each control valve, the internal flow path is connected to a first inflow flow path in which a fluid flows into the first control valve. A flow rate sensor that further includes a first inflow flow path and a pre-branch flow path whose downstream side is connected to the second inflow flow path, and measures the flow rate of the fluid flowing through the pre-branch flow path, and the flow rate sensor. A fluid controller that further controls at least one of the first control valve and the second control valve based on at least the flow rate measured by is included.
前記第1制御バルブと前記第2制御バルブによる流体の制御がお互いに干渉して制御性能が低下するのを防ぎつつ、所望の大流量を正確に実現できるようにするには、前記流体制御器が、設定流量の所定倍だけ小さい分担目標流量が流れるように前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブのいずれか一方の開度を制御する開度制御部と、前記設定流量と、前記流量センサが測定する流量との偏差が小さくなるように、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの他方を制御する流量フィードバック制御部と、を備えたものであればよい。 In order to prevent the control of the fluid by the first control valve and the second control valve from interfering with each other and deteriorating the control performance, and to accurately realize the desired large flow rate, the fluid controller is used. However, the opening control unit that controls the opening degree of either the first control valve or the second control valve so that the shared target flow rate smaller than the set flow rate by a predetermined time flows, the set flow rate, and the flow rate. It suffices if it is provided with a flow rate feedback control unit that controls the first control valve or the other of the second control valve so that the deviation from the flow rate measured by the sensor becomes small.
例えば供給圧の変動があった場合でも、前記開度制御部の制御により前記分担目標流量に近い流量が一方の制御バルブで実現され、流量フィードバック制御される他方の制御バルブへの負担を低減できるようにするには、前記開度制御部が、前記第1制御バルブの上流側の圧力に基づいて、分担目標流量に相当する目標開度を算出する目標開度算出部と、前記目標開度に相当する電圧を前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの他方に印加する電圧制御部と、を備えたものであればよい。 For example, even if there is a fluctuation in the supply pressure, a flow rate close to the shared target flow rate can be realized by one control valve by controlling the opening control unit, and the load on the other control valve controlled by the flow rate feedback can be reduced. In order to do so, the opening degree control unit calculates the target opening degree corresponding to the shared target flow rate based on the pressure on the upstream side of the first control valve, and the target opening degree calculation unit and the target opening degree. It may be any one provided with a voltage control unit that applies a voltage corresponding to the above to the first control valve or the other of the second control valve.
前記第1制御バルブと前記第2制御バルブの双方でほぼ同じ流量が実現され、結果として流体制御装置全体では従来の2倍程度の最大流量を可能にするには、前記分担目標流量が前記設定流量の1/2倍に設定されていればよい。 In order to realize substantially the same flow rate in both the first control valve and the second control valve, and as a result, to enable a maximum flow rate about twice that of the conventional one in the entire fluid control device, the shared target flow rate is set. It suffices if it is set to 1/2 of the flow rate.
簡単な制御則で各制御バルブにより全体として所望の流量が得られるようにするには、前記流体制御器が、前記第1制御バルブの開度と、前記第2制御バルブの開度が同期するように制御する同期制御部を備えたものであればよい。 In order for each control valve to obtain a desired flow rate as a whole by a simple control rule, the fluid controller synchronizes the opening degree of the first control valve with the opening degree of the second control valve. Anything may be provided as long as it is provided with a synchronous control unit that controls the above.
前記第1制御バルブと前記第2制御バルブの両方が同じように動作するようにして制御則を簡素化しつつ、外乱があっても流体制御装置から出力される流量が設定流量で保たれるようにするには、前記第1制御バルブと前記第2制御バルブが同型のものであり、前記同期制御部が、前記流量センサで測定される流量との偏差が小さくなるように、前記第1制御バルブ及び前記第2制御バルブのそれぞれに同一の電圧を印加するものであればよい。 The flow rate output from the fluid control device is maintained at the set flow rate even if there is a disturbance, while simplifying the control rule by allowing both the first control valve and the second control valve to operate in the same manner. The first control valve and the second control valve are of the same type, and the synchronous control unit controls the first control so that the deviation from the flow rate measured by the flow rate sensor becomes small. The same voltage may be applied to each of the valve and the second control valve.
通常時においては前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブのいずれか一方による流量制御を行うようにしておき、流量制御を行っている制御バルブに異常が発生した場合でも別の制御バルブに流量制御が切り替わることで異常から自己復帰できるようにするには、前記流体制御器が、設定流量と、前記流量センサが測定する流量との偏差が小さくなるように、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブのいずれか一方を制御する流量フィードバック制御部と、前記第1制御バルブ、又は、前記第2制御バルブにおける異常を検知するバルブ異常検知部と、前記バルブ異常検知部が、前記流量フィードバック制御部によって制御されている前記第1制御バルブ、又は、前記第2制御バルブの異常を検知した場合に、前記前記流量フィードバック制御部の制御対象となる制御バルブを切り替えさせる制御対象切替部と、を備えたものであればよい。 In the normal state, the flow rate is controlled by either the first control valve or the second control valve, and even if an abnormality occurs in the control valve that controls the flow rate, the flow rate is sent to another control valve. In order to enable self-recovery from an abnormality by switching the control, the fluid controller may use the first control valve or the first control valve so that the deviation between the set flow rate and the flow rate measured by the flow rate sensor becomes small. The flow rate feedback control unit that controls one of the two control valves, the valve abnormality detection unit that detects an abnormality in the first control valve or the second control valve, and the valve abnormality detection unit provide the flow rate feedback. A control target switching unit that switches the control valve to be controlled by the flow feedback control unit when an abnormality of the first control valve or the second control valve controlled by the control unit is detected. It suffices as long as it is provided with.
このようなものであれば、例えばオペレータが特殊な復帰操作や修復操作等を行わなくても流量制御を行っている制御バルブに異常が発生した場合には自動的に別の制御バルブが切り替えられて、流量制御を継続できる。したがって、このような流体制御装置であれば片方の制御バルブが故障したとしても自己復帰、自己修復が可能となり、流量制御の信頼性を向上させることができる。また、例えば前記第1制御バルブ及び前記第2制御バルブがノーマルオープンタイプのものであれば、最初に流量制御を行っていた制御バルブに故障したとしても、その制御バルブは全開状態となり、制御が切り替えられた制御バルブによる流量制御の妨げにはなりにくい。 In such a case, for example, if an abnormality occurs in the control valve that controls the flow rate without the operator performing a special return operation or repair operation, another control valve is automatically switched. Therefore, the flow rate control can be continued. Therefore, with such a fluid control device, even if one of the control valves fails, self-recovery and self-repair are possible, and the reliability of flow rate control can be improved. Further, for example, if the first control valve and the second control valve are of the normally open type, even if the control valve that first performed the flow rate control fails, the control valve will be in the fully open state and the control will be performed. It is unlikely to interfere with flow control by the switched control valve.
各制御バルブに故障等が生じていない通常時には、前記流量センサで測定される測定点と、制御バルブによる流量の制御点との間の距離を短くして、応答性を良くするには、前記流量フィードバック制御部が、初期状態では前記第2制御バルブを制御しており、前記バルブ異常検知部が、前記第2制御バルブに異常を検知した場合に、前記制御対象切替部は、前記流量フィードバック制御部の制御対象を前記第1制御バルブに切り替えさせるように構成されたものであればよい。 To improve the responsiveness by shortening the distance between the measurement point measured by the flow rate sensor and the flow rate control point by the control valve in the normal state where each control valve does not have a failure or the like. The flow rate feedback control unit controls the second control valve in the initial state, and when the valve abnormality detection unit detects an abnormality in the second control valve, the control target switching unit performs the flow rate feedback. Any device may be used as long as it is configured to switch the control target of the control unit to the first control valve.
各制御バルブにおける異常を検知するための具体的な構成例としては、前記バルブ異常検知部が、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブに印加されている電圧に基づいて、絶縁状態の異常を検知するように構成されたものが挙げられる。 As a specific configuration example for detecting an abnormality in each control valve, the valve abnormality detecting unit has an abnormality in the insulation state based on the voltage applied to the first control valve or the second control valve. Examples include those configured to detect.
各制御バルブにおける異常を検知するための別の構成例としては、前記バルブ異常検知部が、前記設定流量と前記流量センサで測定される流量との偏差の絶対値に基づいて、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの異常を検知するように構成されたものが挙げられる。 As another configuration example for detecting an abnormality in each control valve, the valve abnormality detecting unit controls the first control based on an absolute value of a deviation between the set flow rate and the flow rate measured by the flow rate sensor. Examples thereof include those configured to detect an abnormality in the valve or the second control valve.
このように本発明に係る流体制御装置によれば、前記ブロックを幅方向に沿って透視した場合に、前記第1流出流路と前記第2流入流路とが、1点で重なるように配置されているので、前記第1制御バルブと前記第2制御バルブを前記ブロックの長手方向に並べて配置し、前記ブロックの幅寸法を小さくしながら、各制御バルブを通過した流体を前記合流後流路で合流させることができる。この結果、流体制御装置をコンパクトに構成しながら、従来よりも最大流量は大きくできる。 As described above, according to the fluid control device according to the present invention, when the block is viewed through along the width direction, the first outflow flow path and the second inflow flow path are arranged so as to overlap at one point. Therefore, the first control valve and the second control valve are arranged side by side in the longitudinal direction of the block, and the fluid passing through each control valve is passed through the flow path after merging while reducing the width dimension of the block. Can be merged at. As a result, the maximum flow rate can be increased as compared with the conventional case while the fluid control device is compactly configured.
第1実施形態の流体制御装置100について図1乃至図3を参照しながら説明する。
The
この流体制御装置100は、例えば半導体製造プロセスにおいて、流体として各種ガスをチャンバに所望の設定流量で供給するために用いられる。また、複数の流体制御装置100を幅方向に複数並列に並べてガス供給システムが構成される。
The
図1及び図2に示すように流体制御装置100は、長手方向を有し、一端部から他端部に向かってガスが流れる内部流路Lが形成されたブロックBと、ブロックBに対して取り付けられた第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2と、第1制御バルブV1又は第2制御バルブV2を通過し、合流した後のガスの流量を測定する圧力式の流量センサFMと、流量センサFMの測定値に基づいて第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2を制御する流体制御器CBと、を備えている。各部について詳述する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すようにブロックBは、細長い直方体の1つの側面の中央部に直方体形状の突出部B1が形成されたものである。この突出部B1のある側面が流体制御機器である第1制御バルブV1、及び、流量センサFMを構成する第1圧力センサP1、第2圧力センサP2が取り付けられる取付面ASとして設定してある。また、突出部B1には第2制御バルブV2が設けられる。すなわち、内部流路Lに対して上流側から順番に第1制御バルブV1、第2制御バルブV2、第1圧力センサP1、第2圧力センサP2がブロックBに対して取り付けられている。図1(b)に示されるようにブロックBは一定の幅寸法を有しており、第1制御バルブV1、第2制御バルブV2、第1圧力センサP1、第2圧力センサP2もブロックBの幅寸法と略同じ寸法を有している。 As shown in FIG. 1, the block B has a rectangular parallelepiped-shaped protrusion B1 formed at the center of one side surface of an elongated rectangular parallelepiped. A side surface of the protruding portion B1 is set as a mounting surface AS to which the first control valve V1 which is a fluid control device and the first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 constituting the flow rate sensor FM are mounted. Further, the protruding portion B1 is provided with a second control valve V2. That is, the first control valve V1, the second control valve V2, the first pressure sensor P1, and the second pressure sensor P2 are attached to the block B in order from the upstream side with respect to the internal flow path L. As shown in FIG. 1 (b), the block B has a constant width dimension, and the first control valve V1, the second control valve V2, the first pressure sensor P1, and the second pressure sensor P2 are also of the block B. It has almost the same dimensions as the width dimension.
第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2は同種、同型の例えばピエゾバルブであって、取付面AS又は突出部B1に形成された中空円筒状の凹部に、弁座及び弁体からなる円筒状の弁構造体が挿入され、弁体を駆動するピエゾアクチュエータはその外側に突出するように設けられる。弁構造体の下面側に形成されている流入口からガスが制御バルブ内へと流入し、弁体と弁座との隙間を通過したガスは弁構造体の側面に形成されている流出口から下流側へと流れる。以下の説明では、第1制御バルブV1の流入口及び流出口は第1流入口11及び第1流出口12と呼称し、第2制御バルブV2の流入口及び流出口は第2流入口21及び第2流出口22と呼称する。
The first control valve V1 and the second control valve V2 are, for example, piezo valves of the same type and type, and have a cylindrical shape composed of a valve seat and a valve body in a hollow cylindrical recess formed in the mounting surface AS or the protrusion B1. The valve structure is inserted, and the piezo actuator that drives the valve body is provided so as to project outward. Gas flows into the control valve from the inflow port formed on the lower surface side of the valve structure, and the gas passing through the gap between the valve body and the valve seat enters from the outflow port formed on the side surface of the valve structure. It flows to the downstream side. In the following description, the inlet and outlet of the first control valve V1 are referred to as the
第1圧力センサP1及び第2圧力センサP2は、同種、同型のものであり、取付面ASに取り付けられる直方体形状をなす固定部と、固定部の上側において扁平な円盤状をなす本体部とからなる。本体部の内部には圧力の感圧面が取付面ASに対して垂直となるように設けられている。また、第1圧力センサP1は、固定部の下面によって取付面ASに形成された凹部内に収容された流体抵抗である層流素子Rを押さえつけて固定する。この層流創始は微小流路が形成された層流素子板を複数積層したものであり、層流素子板の間をガスが通過することで層流素子Rの前後に差圧を発生させる。層流素子Rの中央部に層流素子板間を通過する前のガスを第1圧力センサP1内に導くための貫通穴が設けられており、第1圧力センサP1は層流素子Rの上流側の圧力を測定する。また、第2圧力センサP2は層流素子Rを通過した後のガスの圧力を測定する。 The first pressure sensor P1 and the second pressure sensor P2 are of the same type and type, and are composed of a rectangular parallelepiped fixed portion attached to the mounting surface AS and a main body portion having a flat disk shape on the upper side of the fixed portion. Become. A pressure-sensitive surface of pressure is provided inside the main body so as to be perpendicular to the mounting surface AS. Further, the first pressure sensor P1 presses and fixes the laminar flow element R, which is a fluid resistance housed in the recess formed in the mounting surface AS by the lower surface of the fixing portion. This laminar flow origin is a stack of a plurality of laminar flow element plates on which minute flow paths are formed, and gas passes between the laminar flow element plates to generate a differential pressure before and after the laminar flow element R. A through hole is provided in the center of the laminar flow element R to guide the gas before passing between the laminar flow element plates into the first pressure sensor P1, and the first pressure sensor P1 is upstream of the laminar flow element R. Measure the pressure on the side. Further, the second pressure sensor P2 measures the pressure of the gas after passing through the laminar flow element R.
また、ブロックBにおいて取付面ASの対向面である底面には、内部流路Lにガスが導入される導入ポートCIPと、第1制御バルブV1又は第2制御バルブV2を通過したガスが内部流路Lから外部へと導出される導出ポートCOPと、が形成されている。 Further, on the bottom surface of the block B, which is the opposite surface of the mounting surface AS, the introduction port CIP into which the gas is introduced into the internal flow path L and the gas that has passed through the first control valve V1 or the second control valve V2 flow internally. A lead-out port COP led out from the path L to the outside is formed.
内部流路LにおいてブロックBの一端側に形成されている部分は2つの並列な流路として形成されている。並列な各流路にはそれぞれ第1制御バルブV1と第2制御バルブV2が設けられている。また、内部流路LにおいてブロックBの他端側に形成されている部分は、第1制御バルブV1又は第2制御バルブV2を通過したガスが合流する1つの合流後流路CLとして形成されている。 The portion of the internal flow path L formed on one end side of the block B is formed as two parallel flow paths. A first control valve V1 and a second control valve V2 are provided in each of the parallel flow paths. Further, the portion of the internal flow path L formed on the other end side of the block B is formed as one post-merging flow path CL to which the gas passing through the first control valve V1 or the second control valve V2 merges. There is.
すなわち、1つのブロックBに対して各流体制御機器を取り付けることで図3に示すような流体回路が形成される。より具体的には内部流路Lは、図1及び図3に示すように、導入ポートCIPから流体が流入する分岐前流路BBLと、分岐前流路BBLの下流端にある分岐点BPから分岐し、第1制御バルブV1の第1流入口11との間を接続する第1流入流路SL1と、分岐前流路BBLの下流端にある分岐点BPから分岐し、第2制御バルブV2の第2流入口21に終端部が接続される第2流入流路SL2と、第1制御バルブV1の第1流出口12と合流後流路CLの上流端である合流点CPとの間を接続する第1流出流路EL1と、第2制御バルブV2の第2流出口22と合流後流路CLの上流端である合流点CPとの間を接続する第2流出流路EL2と、をさらに備えている。ここで、第2流入流路SL2と第1流出流路EL1とはブロックB内においてそれぞれねじれの位置にある。
That is, by attaching each fluid control device to one block B, a fluid circuit as shown in FIG. 3 is formed. More specifically, as shown in FIGS. 1 and 3, the internal flow path L is from the pre-branch flow path BBL into which the fluid flows from the introduction port CIP and the branch point BP at the downstream end of the pre-branch flow path BBL. The second control valve V2 branches from the first inflow flow path SL1 that branches and connects between the
図1(a)に示すようにブロックBを幅方向に沿って透視した場合、第2流入流路SL2と、第1流出流路EL1は1点で重なるように配置されている。すなわち、第1流出流路EL1と第2流入流路SL2の一部は幅方向に沿って視た場合に、十字をなすように配置されている。より具体的には、第1流入流路SL1はブロックBにおいて幅方向の中央部に形成されているが、第2流入流路SL2は幅方向の中央部から紙面奥方向へと斜めに進行している。また、第2制御バルブV2は突出部B1上に設けられているので、第2流入流路SL2は図1(a)における紙面奥方向に進行しながら、合わせてブロックBの底面側から取付面AS側へと進行している。言い換えると、第2流入流路SL2の流れ方向はブロックB内を紙面斜め奥方向へと進行している。 When the block B is seen through along the width direction as shown in FIG. 1A, the second inflow flow path SL2 and the first outflow flow path EL1 are arranged so as to overlap at one point. That is, a part of the first outflow flow path EL1 and the second inflow flow path SL2 are arranged so as to form a cross when viewed along the width direction. More specifically, the first inflow flow path SL1 is formed in the central portion in the width direction in the block B, but the second inflow flow path SL2 advances diagonally from the central portion in the width direction toward the back of the paper. ing. Further, since the second control valve V2 is provided on the protruding portion B1, the second inflow flow path SL2 travels toward the back of the paper surface in FIG. 1A, and is combined with the mounting surface from the bottom surface side of the block B. It is progressing to the AS side. In other words, the flow direction of the second inflow flow path SL2 travels in the block B in the diagonally back direction of the paper surface.
また、第1流出流路EL1はブロックBの図1(a)における紙面手前側から幅方向の中央部に向かって進行するとともに、取付面AS側から底面側に進行して第2流出流路EL2とともに層流素子Rの上流側にある合流流路の先端部に至る。 Further, the first outflow flow path EL1 advances from the front side of the paper surface in FIG. 1 (a) of the block B toward the central portion in the width direction, and proceeds from the mounting surface AS side to the bottom surface side, and the second outflow flow path Together with EL2, it reaches the tip of the merging flow path on the upstream side of the laminar flow element R.
次に流体制御器CBについて図2を参照しながら説明する。 Next, the fluid controller CB will be described with reference to FIG.
流体制御器CBは、CPU、メモリ、I/Oチャネル、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、その他アナログ乃至デジタル回路から構成された制御回路である。流体制御器CBはメモリに格納されているプログラムがCPUにより実行され、各種機器が協業することにより、少なくとも図2に示すように開度制御部2、流量算出部3、流量フィードバック制御部4としての機能を発揮する。本実施形態の流体制御器CBは、第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2においてそれぞれ同じ程度の流量が通過し、合流後流路CLにおいてユーザにより設定される設定流量とほぼ同じ流量が流れるように第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2を制御する。つまり、第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2からほぼ同じ量のガスを流すことで、1つの制御バルブしかない場合と比較して約2倍の最大流量を実現できるようにしてある。以下に各部の詳細について説明する。
The fluid controller CB is a control circuit composed of a CPU, a memory, an I / O channel, an A / D converter, a D / A converter, and other analog or digital circuits. In the fluid controller CB, a program stored in the memory is executed by the CPU, and various devices cooperate to form the fluid controller CB as an
開度制御部2は、設定流量と、流体制御装置100の導入ポートCIPに接続されている流路に設けられた図示しない供給圧センサで測定されるガスの供給圧とに基づいて、第1制御バルブV1の開度を制御する。すなわち、開度制御部2は、第1制御バルブV1を通過するガスの流量が設定流量の1/2倍となるように開度を制御する。ここで、開度制御部2には流量センサFMで測定される合流後流路CLを流れるガスの流量である合流後流量はフィードバックされない。
The opening
より具体的には開度制御部2は、設定流量と供給圧とに基づいて第1制御バルブV1の目標開度を算出する目標開度算出部21と、目標開度算出部21で算出された目標開度に相当する電圧を第1制御バルブV1に印加する電圧制御部22と、を備えている。
More specifically, the opening
目標開度算出部21は、第1制御バルブV1のコンダクタンスに関する情報を保持しており、このコンダクタンスから現在の供給圧において設定流量の1/2の流量を実現できる目標開度を算出する。
The target opening
電圧制御部22は、第1制御バルブV1の電圧―開度特性に関する情報を保持しており、目標開度に対応する電圧を第1制御バルブV1に印加する。
The
このように第1制御バルブV1の制御では、第1制御バルブV1により実現される流量に関する情報はフィードバックされておらず、供給圧と設定流量に基づいて流量については開ループ制御が行われる。したがって、第1制御バルブV1から出力されるガスの流量は設定流量の1/2に近い値となるが、流量誤差は補正されずに保たれたままとなる。 As described above, in the control of the first control valve V1, the information regarding the flow rate realized by the first control valve V1 is not fed back, and the open loop control is performed for the flow rate based on the supply pressure and the set flow rate. Therefore, the flow rate of the gas output from the first control valve V1 is close to 1/2 of the set flow rate, but the flow rate error is not corrected and remains maintained.
流量算出部3は、第1圧力センサP1で測定される第1圧力と、第2圧力センサP2で測定される第2圧力に基づいて、合流後流路CLを流れるガスの流量である合流後流量を算出する。流量算出部3で使用される流量の算出式は例えば第1圧力と第2圧力の差圧や、第1圧力の二乗と第2圧力の二乗の差に基づく既知のものが使用される。
The flow
流量フィードバック制御部4は、設定流量と流量算出部3で算出される合流後流量との偏差が小さくなるように第2制御バルブV2の開度を流量フィードバック制御する。すなわち、第1制御バルブV1で実現される流量の誤差と、第2制御バルブV2で実現される流量の誤差の両方を第2制御バルブV2の制御によって小さくなるように構成されている。
The flow rate
このように構成された流体制御装置100であれば、ブロックB内に形成されている第1制御バルブV1からガスが流出する第1流出流路EL1と第2制御バルブV2にガスを流入させる第2流入流路SL2がねじれの位置に配置されているとともに、幅方向に沿って視た場合に1点で重なるように配置されているので、第1流出流路EL1と第1制御バルブV1と第2制御バルブV2を長手方向に沿って並べて配置して、前記ブロックBの幅寸法を小さくしつつ、第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2から流出する流体を合流後流路CLに流すことができる。このため、流体制御装置100の幅寸法をコンパクトにしながら、2つの制御バルブを用いることで最大流量は従来の約2倍にできる。
In the
また、流体制御器CBによって第1制御バルブV1は供給圧に基づいて開度が制御されて、流量については開ループで制御される。また、第2制御バルブV2は流量センサFMで測定される合流後流量がフィードバックされて、流量について閉ループで制御される。このように第2制御バルブV2のみに流量フィードバック制御が行われるので各制御バルブ同士が相互に制御が干渉しあうのを防ぐことができる。 Further, the opening degree of the first control valve V1 is controlled by the fluid controller CB based on the supply pressure, and the flow rate is controlled by an open loop. Further, the second control valve V2 feeds back the flow rate after merging measured by the flow rate sensor FM, and controls the flow rate in a closed loop. Since the flow rate feedback control is performed only on the second control valve V2 in this way, it is possible to prevent the control valves from interfering with each other.
さらに、第1制御バルブV1は設定流量の1/2倍に相当する流量を流すように開度が制御されるので、第1制御バルブV1と第2制御バルブV2を通過するガスの流量はほぼ同じ値にできる。したがって、1つの制御バルブによりガスの流量を制御している場合と比較して、最大流量を約2倍に正確に制御することが可能となる。 Further, since the opening degree of the first control valve V1 is controlled so as to flow a flow rate corresponding to 1/2 times the set flow rate, the flow rate of the gas passing through the first control valve V1 and the second control valve V2 is substantially equal. Can be the same value. Therefore, it is possible to accurately control the maximum flow rate by about twice as compared with the case where the gas flow rate is controlled by one control valve.
次に本発明の第2実施形態における流体制御装置100について図4を参照しながら説明する。なお、第1実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
Next, the
第2実施形態の流体制御装置100は、ブロックB内には第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2の弁体及び弁座等の挿入されておらず、それぞれが別々に分離する構造として構成されている。
The
具体的には、第1制御バルブV1は弁体や弁座が内部に形成された第1バルブブロックVB1を備えており、この第1バルブブロックVB1の下面がブロックBの取付面ASに対して取り付けられて、内部流路Lと連通するように構成されている。すなわち、第1バルブブロックVB1は、下面に形成された接続面CSに、内部に流体であるガスが流入する第1流入口11と内部からガスが流出する第1流出口12が開口させてある。このため、取付面ASに対して接続面CSを接触させることにより、図4(a)に示すように取付面ASに開口する第1流入流路SL1の下流端開口と第1流入口11とが連通し、取付面ASに開口する第1流出流路EL1の上流端開口と第1流出口12とが連通する。図4(b)に示すように第1流出口12は、第1流入口11の中心に対して幅方向にずらして配置されており、ブロックB内を斜めに延びる第1流出流路EL2と接続される。
Specifically, the first control valve V1 includes a first valve block VB1 in which a valve body and a valve seat are formed inside, and the lower surface of the first valve block VB1 is relative to the mounting surface AS of the block B. It is attached and configured to communicate with the internal flow path L. That is, in the first valve block VB1, the connection surface CS formed on the lower surface is opened with a
また、第2制御バルブV2も第1制御バルブV1と同様の構造を有している。第2制御バルブV2は、弁体や弁座が内部に形成された第2バルブブロックVB2を備えており、この第2バルブブロックVB2の下面がブロックBの取付面ASに対して取り付けられて、内部流路Lと連通するように構成されている。すなわち、第2バルブブロックVB2は、下面に形成された接続面CSに、内部に流体であるガスが流入する第2流入口21と内部からガスが流出する第2流出口22が開口させてある。このため、取付面ASに対して接続面CSを接触させることにより、図4(a)に示すように取付面ASに開口する第2流入流路SL2の下流端開口と第2流入口21とが連通し、取付面ASに開口する第2流出流路EL2の上流端開口と第1流出口22とが連通する。図4(b)に示すように第2流出口22は、第1流出口12の中心に対して幅方向に中央側へずらして配置されている。この第2流出口22に接続される第2流出流路EL2は、ブロックBの高さ方向に伸びており、第1流出流路12に対して交差するように形成されている。
Further, the second control valve V2 also has the same structure as the first control valve V1. The second control valve V2 includes a second valve block VB2 in which a valve body and a valve seat are formed therein, and the lower surface of the second valve block VB2 is attached to the mounting surface AS of the block B. It is configured to communicate with the internal flow path L. That is, in the second valve block VB2, the
第2流入流路SL2は、ブロックBの中央部から幅方向奥側へと斜めに延びており、幅方向手前側へと斜めに延びる第1流出流路EL2とねじれの位置に配置されるようにしてある。また、図4(a)に示すようにブロックBを幅方向に透視した場合に、第1流出流路EL1と第2流入流路SL2は1点で重なるように構成されている。 The second inflow flow path SL2 extends diagonally from the central portion of the block B toward the back side in the width direction, and is arranged at a twisted position with the first outflow flow path EL2 extending diagonally toward the front side in the width direction. It is set to. Further, as shown in FIG. 4A, when the block B is seen through in the width direction, the first outflow flow path EL1 and the second inflow flow path SL2 are configured to overlap at one point.
このように構成された第2実施形態の流体制御装置100であれば、ブロックBの取付面ASに対して第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2の一部を内部に収容するための凹部を形成する必要がなく、各制御バルブV1、V2の全体をブロックBの外側に配置し、分離した状態にできる。したがって、ブロックB内において第1流入流路SL1、第2流入流路SL2、第1流出流路EL1、第2流出流路EL2を形成できるスペースを大きくとることができる。このため、シンプルな形状であっても第1流出流路EL1と第2流入流路SL2とをねじれの位置に配置しやすくしやすい。
In the
次に本発明の第3実施形態における流体制御装置100について図5を参照しながら説明する。なお、第1実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
Next, the
第3実施形態の流体制御装置100は、流体制御器CBの構成が第1実施形態とことなっている。すなわち、第1実施形態の流体制御器CBは第1制御バルブV1と第2制御バルブV2をそれぞれ異なる制御則で独立に制御していたが、第3実施形態の流体制御器CBは、第1制御バルブV1と第2制御バルブV2の開度を同期させて変化させる。
In the
具体的には流体制御器CBは、第1制御バルブV1の開度と、第2制御バルブV2の開度が同期するように制御する同期制御部5を備えている。
Specifically, the fluid controller CB includes a
同期制御部5は、流量センサFMで測定される合流後流量との偏差が小さくなるように、第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2のそれぞれに同一の電圧を印加する。ここで、第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2は同種、同型のものであるので、同一の電圧を印加すればほぼ同じ開度となる。また、同期制御部5は設定流量と測定される流量の偏差に応じて各制御バルブV1に印加する電圧を変化させるが、各時刻において印加されている電圧の値はほぼ同じ値になるように構成されている。すなわち、同期制御部5に対して第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2は例えば並列に接続されており、それぞれに印加される電圧値は常に同じ値となるように構成されている。また、同期制御部5は供給圧に応じて印加する電圧の大きさについても補正するように構成されている。
The
このような第3実施形態の流体制御装置100であれば、簡単な制御則でありながら、各制御バルブV1及びV2に偏りなくガスを流すことができ、大流量を精度よく実現できる。
With the
次に本発明の第4実施形態における流体制御装置100について図6を参照しながら説明する。なお、第1実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
Next, the
第4実施形態の流体制御装置100は、各制御バルブV1、V2の上流側にある分岐前流路BBL上に流量センサFMが設けられているとともに、流量センサFMが圧力式ではなく、熱式の流量センサを用いている。この流量センサFMは、分岐前流路BBLに設けられた流体抵抗Rと、流体抵抗RをバイパスするU字状の細管TPと、細管TPの外側に巻回された第1コイルC1と、第1コイルC1の下流側に設けられ、細管TPの外側に巻回された第2コイルC2と、を備えている。流体制御器CBは、例えば各コイルC1、C2の温度が一定に保たれるようにそれぞれ電圧を印加し、各コイルC1、C2に印加されている電圧の差に基づいて流量が算出される。
In the
このような第4実施形態の流体制御装置100であっても、第1実施形態の流体制御装置100とほぼ同様の効果を享受することができる。
Even with such a
次に本発明の第5実施形態における流体制御装置100について図7及び図8を参照しながら説明する。なお、第1実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
Next, the
第5実施形態の流体制御装置100は、第1制御バルブV1又は第2制御バルブV2のいずれか一方に故障等が発生したとしても、流量制御が自動的に継続されるものである。すなわち、この流体制御装置100は流量制御に関して自己復帰、自己修復機能を有するものである。
In the
具体的にはこの流体制御装置100における第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2はノーマルオープンタイプのバルブとして構成されている。言い換えると、第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2は、電圧が印加されていない場合やピエゾアクチュエータにおいて絶縁破壊が発生した場合には全開の状態となるように構成されたものである。加えて、第1制御バルブV1及び第2制御バルブV2は同型の制御バルブであり、ほぼ同じ制御特性を有している。
Specifically, the first control valve V1 and the second control valve V2 in the
また、流体制御器CBは図7に示すように通常時には第2制御バルブV2のみで流量制御を行うとともに、図8に示すように異常発生時には第1制御バルブV1のみによる流量制御に自動的に切り替わるように構成されている。すなわち、通常時においては第2制御バルブV2の開度が適宜変更されるのに対して、第1制御バルブV2は例えば全開の状態に保たれる。 Further, as shown in FIG. 7, the fluid controller CB normally controls the flow rate only by the second control valve V2, and as shown in FIG. 8, automatically controls the flow rate by only the first control valve V1 when an abnormality occurs. It is configured to switch. That is, in the normal state, the opening degree of the second control valve V2 is appropriately changed, whereas the first control valve V2 is kept in a fully open state, for example.
具体的には流体制御器CBは、流量算出部3、流量フィードバック制御部4、バルブ異常検知部6、流量制御切替部7、としての機能を発揮するように構成されている。
Specifically, the fluid controller CB is configured to function as a flow
流量算出部3は第1実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。流量フィードバック制御部4は、基本的な制御則は第1実施形態と同様であるが、流量制御切替部7により制御対象となる制御バルブが切り替えられる。また、この実施形態では流量フィードバック制御部4は、通常時には第2制御バルブV2を制御し、異常発生時には第1制御バルブV1を制御する。
Since the flow
バルブ異常検知部6は、通常時においては流量フィードバック制御部4による制御対象となっている第2制御バルブV2を少なくともモニタリングしている。すなわち、バルブ異常検知部6は、第2制御バルブV2に印加されている電圧の値をモニタリングするとともに、流量フィードバック制御部4で算出される設定流量と合流後流量との偏差の絶対値についてもモニタリングしている。バルブ異常検知部6は、例えば第2制御バルブV2に印加されている電圧が所定値以下となった場合には、ピエゾアクチュエータに絶縁破壊が生じていると判定する。また、バルブ異常検知部6は、前述した偏差の絶対値が所定値以上となり、その状態が所定期間維持された場合には、第2制御バルブV2の異常のために流量制御が行えないと判定する。
The valve abnormality detection unit 6 monitors at least the second control valve V2, which is normally controlled by the flow rate
流量制御切替部7は、バルブ異常検知部6が第2バルブV2の異常を検知した場合には、図8に示すように第2制御バルブV2から第1制御バルブV1による流量制御に切り替える。すなわち、流量フィードバック制御部4によって第1制御バルブV1にのみ電圧が印加され、流量制御が継続される。また、電圧が印加されなくなった第2制御バルブV2はノーマルオープンタイプであるので、全開の状態が維持される。
When the valve abnormality detecting unit 6 detects an abnormality in the second valve V2, the flow rate
このように第5実施形態の流体制御装置100であれば、第2制御バルブV2単独での流量制御中に当該第2制御バルブV2に異常が検知された場合には、自動的に第1制御バルブV2での流量制御に切り替えることができる。したがって、第2制御バルブV2の異常によって流量制御が継続できなくなり、設定流量を維持できなくなっても、第1制御バルブV1による流量制御が開始されて設定流量に自己復帰させることができる。
As described above, in the
また、第1制御バルブV1による流量制御が開始されてからは、第2制御バルブV2は全開状態で維持されるので、第2制御バルブV2自体による流路抵抗は最小化できる。したがって、第1制御バルブV1による流量制御は、第2制御バルブV2とほぼ同等の条件で行うことができ、流量制御精度等を一定に保つ事が可能となる。 Further, since the second control valve V2 is maintained in the fully open state after the flow rate control by the first control valve V1 is started, the flow path resistance by the second control valve V2 itself can be minimized. Therefore, the flow rate control by the first control valve V1 can be performed under substantially the same conditions as the second control valve V2, and the flow rate control accuracy and the like can be kept constant.
その他の実施形態について説明する。 Other embodiments will be described.
ブロックは取付面に対して突出する突出部を備えていないものであってもよい。すなわち、第1制御バルブと第2制御バルブがそれぞれ同じ高さの取付面上に取り付けられていてもよい。このような場合でも第1流出流路と第2流入流路とがねじれの位置となり、幅方向に沿って視た場合に1点で交差するように配置すればよい。 The block may not have a protrusion that protrudes with respect to the mounting surface. That is, the first control valve and the second control valve may be mounted on mounting surfaces having the same height. Even in such a case, the first outflow flow path and the second inflow flow path may be arranged so as to be in a twisted position and intersect at one point when viewed along the width direction.
また、突出部の設けられる位置は前記実施形態に示したものに限られない。例えば第1制御バルブが設けられる位置に突出部を設けて、第2制御バルブよりも第1制御バルブがブロックにおいて高い位置に配置されるようにしてもよい。 Further, the position where the protrusion is provided is not limited to that shown in the above embodiment. For example, a protrusion may be provided at a position where the first control valve is provided so that the first control valve is arranged at a higher position in the block than the second control valve.
流量センサについては圧力式の流量センサに限られるものではなく、熱式や超音波式等のその他の測定原理に基づくものであっても構わない。また、内部流路を流れる流体はガスだけでなく、液体であっても構わない。 The flow rate sensor is not limited to the pressure type flow rate sensor, and may be based on other measurement principles such as a thermal type or an ultrasonic type. Further, the fluid flowing through the internal flow path may be a liquid as well as a gas.
開度制御部が制御対象とする制御バルブは第1制御バルブに限られず、第2制御バルブであってもよい。このような場合には、流量フィードバック制御部が第1制御バルブを制御するように構成すればよい。加えて、開度制御部において用いられる圧力は供給圧に限られない。例えば圧力式の流量センサを構成する第1圧力センサで測定される第1圧力に基づいて開度制御部が第1制御バルブ又は第2制御バルブの開度を制御するものであってもよい。 The control valve to be controlled by the opening degree control unit is not limited to the first control valve, and may be a second control valve. In such a case, the flow rate feedback control unit may be configured to control the first control valve. In addition, the pressure used in the opening degree control unit is not limited to the supply pressure. For example, the opening degree control unit may control the opening degree of the first control valve or the second control valve based on the first pressure measured by the first pressure sensor constituting the pressure type flow rate sensor.
開度制御部は、設定流量の1/2倍の流量を実現するように動作するものに限られない。例えば設定流量の所定倍だけ小さい流量を実現するように第1制御バルブ又は第2制御バルブを制御するものであってもよい。 The opening degree control unit is not limited to the one that operates so as to realize a flow rate that is 1/2 times the set flow rate. For example, the first control valve or the second control valve may be controlled so as to realize a flow rate smaller than a predetermined flow rate by a predetermined time.
流体制御装置は、流量を制御するものに限られず、圧力を制御するものであってもよい。本発明に係る流体制御装置であれば圧力を制御する場合でも最大流量を従来よりも大きくできる。 The fluid control device is not limited to the one that controls the flow rate, and may be the one that controls the pressure. With the fluid control device according to the present invention, the maximum flow rate can be made larger than before even when the pressure is controlled.
第2流入流路は第1流入流路から分岐するものに限られず、導入ポートと第2流入口との間を接続するように形成されてもよい。また、導入ポートは2つ設けられていて、第1流入流路と第2流入流路がそれぞれ別々の流体供給源から流体の供給を受けるようにしてもよい。 The second inflow flow path is not limited to the one branching from the first inflow flow path, and may be formed so as to connect between the introduction port and the second inflow port. Further, two introduction ports may be provided so that the first inflow flow path and the second inflow flow path receive fluid supply from different fluid supply sources.
第5実施形態では、通常時には第2制御バルブのみで流量制御を行い、異常が検知されてからは第1制御バルブのみで流量制御を行うように構成されていたが、通常時に第1制御バルブのみで流量制御を行って、異常が検知されてからは第2制御バルブのみで流量制御を行うように構成してもよい。また、通常時において流量制御を行っていない制御バルブについては、切り替え後すぐに動作できるように動作維持電圧を印加してもよい。また、通常時に流量制御を行っていない制御バルブについては例えば圧力制御を行わせておき、異常が検知されてからは流量制御を行うように構成してもよい。 In the fifth embodiment, the flow rate is normally controlled only by the second control valve, and after an abnormality is detected, the flow rate is controlled only by the first control valve. However, the first control valve is normally used. The flow rate may be controlled only by the second control valve, and after an abnormality is detected, the flow rate may be controlled only by the second control valve. Further, for the control valve whose flow rate is not controlled in the normal state, an operation maintenance voltage may be applied so that the control valve can be operated immediately after switching. Further, for a control valve that does not normally perform flow rate control, for example, pressure control may be performed, and flow rate control may be performed after an abnormality is detected.
加えて、第5実施形態の流体制御装置は、第1制御バルブ及び第2制御バルブの両方がノーマルオープンタイプとして構成されたものに限られず、第1制御バルブ及び第2制御バルブが、電圧が印加されていない場合には全閉状態に保たれるノーマルクローズタイプとして構成されたものであってもよい。また、第1制御バルブ又は第2制御バルブの一方がノーマルオープンタイプで他方がノーマルクローズタイプとして構成しても構わない。これらのように構成された場合でも、流量制御を行っていた制御バルブにおいて異常が発生した場合には自動的に別の制御バルブでの流量制御を継続できる。したがって、第5実施形態で説明したのと同様に流量制御について自己復帰、自己修復機能を実現できる。 In addition, the fluid control device of the fifth embodiment is not limited to the one in which both the first control valve and the second control valve are configured as a normally open type, and the voltage of the first control valve and the second control valve is increased. When it is not applied, it may be configured as a normally closed type that is kept in a fully closed state. Further, one of the first control valve and the second control valve may be configured as a normally open type and the other as a normally closed type. Even with these configurations, if an abnormality occurs in the control valve that was controlling the flow rate, the flow rate control by another control valve can be automatically continued. Therefore, the self-recovery and self-repair functions can be realized for the flow rate control as described in the fifth embodiment.
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や、各実施形態の一部同士の組み合わせを行っても構わない。 In addition, as long as it does not contradict the gist of the present invention, various embodiments may be modified or some of the embodiments may be combined with each other.
100・・・流体制御装置
V1 ・・・第1制御バルブ
V2 ・・・第2制御バルブ
SL1・・・第1流入流路
SL2・・・第2流入流路
EL1・・・第1流出流路
EL2・・・第2流出流路
FM ・・・流量センサ
CB ・・・流体制御器
2 ・・・開度制御部
21 ・・・目標開度算出部
22 ・・・電圧制御部
3 ・・・流量算出部
4 ・・・流量フィードバック制御部
5 ・・・同期制御部
6 ・・・バルブ異常検知部
7 ・・・流量制御切替部
100 ... Fluid control device V1 ... 1st control valve V2 ... 2nd control valve SL1 ... 1st inflow flow rate SL2 ... 2nd inflow flow rate EL1 ... 1st outflow flow rate EL2 ・ ・ ・ 2nd outflow flow path FM ・ ・ ・ Flow rate sensor CB ・ ・ ・
Claims (16)
前記ブロック内に形成され、前記長手方向に沿って延びる内部流路と、
前記ブロックに取り付けられた第1制御バルブと、
前記第1制御バルブよりも下流側に取り付けられた第2制御バルブと、を備え、
前記内部流路が、
前記第1制御バルブから流体が流出する第1流出口に接続される第1流出流路と、
前記第2制御バルブに流体が流入する第2流入口に接続される第2流入流路と、を備え、
前記ブロックを幅方向に沿って透視した場合に、前記第1流出流路と前記第2流入流路とが、1点で重なるように配置されている流体制御装置。 A block that extends in a predetermined width along the longitudinal direction,
An internal flow path formed in the block and extending along the longitudinal direction,
The first control valve attached to the block and
A second control valve mounted on the downstream side of the first control valve is provided.
The internal flow path
A first outflow flow path connected to a first outflow port from which the fluid flows out from the first control valve,
A second inflow flow path connected to a second inflow port through which a fluid flows into the second control valve is provided.
A fluid control device in which the first outflow flow path and the second inflow flow path are arranged so as to overlap at one point when the block is viewed through along the width direction.
流体制御機器が取り付けられる取付面と、
前記取付面に対して所定量だけ突出した突出部と、を具備し、
前記第1制御バルブ、又は、前記第2制御バルブのいずれか一方が、前記取付面に取り付けられる請求項1記載の流体制御装置。 The block
The mounting surface on which the fluid control equipment is mounted and
A protrusion that protrudes by a predetermined amount with respect to the mounting surface is provided.
The fluid control device according to claim 1, wherein either the first control valve or the second control valve is attached to the mounting surface.
前記第2制御バルブが、前記ブロックの表面に対して接触する第2接触面が形成された第2バルブブロックを具備し、前記第2バルブブロックに流体が流入する前記第2流入口、及び、前記第2バルブブロックから流体が流出する第2流出口が前記第2接触面に開口する請求項1記載の流体制御装置。 The first control valve includes a first valve block formed with a first contact surface that contacts the surface of the block, a first inflow port into which a fluid flows into the first valve block, and the above. The first outlet through which the fluid flows out from the first valve block is open to the first contact surface.
The second control valve includes a second valve block formed with a second contact surface that contacts the surface of the block, the second inflow port into which a fluid flows into the second valve block, and the second inflow port. The fluid control device according to claim 1, wherein the second outlet through which the fluid flows out from the second valve block opens to the second contact surface.
前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブを通過した流体が合流して流れる合流後流路と、
前記第2制御バルブから流体が流出する第2流出口と、前記合流後流路との間を接続する第2流出流路と、をさらに備え、前記第1流出流路の下流側が前記合流後流路に接続されており、
前記合流後流路を流れる流体の流量を測定する流量センサと、
前記流量センサが測定する流量に少なくとも基づいて、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの少なくとも一方を制御する流体制御器をさらに備えた請求項1乃至5いずれかに記載の流体制御装置。 The internal flow path
A post-merging flow path through which fluids that have passed through the first control valve or the second control valve merge and flow.
A second outflow port from which the fluid flows out from the second control valve and a second outflow flow path connecting between the merging flow path are further provided, and the downstream side of the first outflow flow path is after the merging. It is connected to the flow path and
A flow rate sensor that measures the flow rate of the fluid flowing through the flow path after merging,
The fluid control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a fluid controller that controls at least one of the first control valve and the second control valve based on at least the flow rate measured by the flow rate sensor.
前記第1制御バルブに流体が流入する第1流入口に接続される第1流入流路と、
下流側が前記第1流入流路及び前記第2流入流路に接続される分岐前流路と、をさらに備え、
前記分岐前流路を流れる流体の流量を測定する流量センサと、
前記流量センサが測定する流量に少なくとも基づいて、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの少なくとも一方を制御する流体制御器をさらに備えた請求項1乃至5いずれかに記載の流体制御装置。 The internal flow path
A first inflow flow path connected to a first inflow port through which a fluid flows into the first control valve,
The downstream side is further provided with the first inflow flow path and the pre-branch flow path connected to the second inflow flow path.
A flow rate sensor that measures the flow rate of the fluid flowing through the pre-branch flow path,
The fluid control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a fluid controller that controls at least one of the first control valve and the second control valve based on at least the flow rate measured by the flow rate sensor.
設定流量の所定倍だけ小さい分担目標流量が流れるように前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブのいずれか一方の開度を制御する開度制御部と、
前記設定流量と、前記流量センサが測定する流量との偏差が小さくなるように、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの他方を制御する流量フィードバック制御部と、を備えた請求項6又は7記載の流体制御装置。 The fluid controller
An opening control unit that controls the opening degree of either the first control valve or the second control valve so that a shared target flow rate smaller than a predetermined flow rate of the set flow rate flows.
6. 7. The fluid control device according to 7.
前記第1制御バルブの上流側の圧力に基づいて、前記分担目標流量に相当する目標開度を算出する目標開度算出部と、
前記目標開度に相当する電圧を前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの他方に印加する電圧制御部と、を備えた請求項8記載の流体制御装置。 The opening control unit
A target opening degree calculation unit that calculates a target opening degree corresponding to the shared target flow rate based on the pressure on the upstream side of the first control valve.
The fluid control device according to claim 8, further comprising a voltage control unit that applies a voltage corresponding to the target opening degree to the first control valve or the other of the second control valve.
前記第1制御バルブの開度と、前記第2制御バルブの開度が同期するように制御する同期制御部を備えた請求項6又は7記載の流体制御装置。 The fluid controller
The fluid control device according to claim 6 or 7, further comprising a synchronous control unit that controls the opening degree of the first control valve and the opening degree of the second control valve so as to be synchronized with each other.
前記同期制御部が、前記流量センサで測定される流量との偏差が小さくなるように、前記第1制御バルブ及び前記第2制御バルブのそれぞれに同一の電圧を印加する請求項11記載の流体制御装置。 The first control valve and the second control valve are of the same type.
The fluid control according to claim 11, wherein the synchronous control unit applies the same voltage to each of the first control valve and the second control valve so that the deviation from the flow rate measured by the flow rate sensor becomes small. Device.
設定流量と、前記流量センサが測定する流量との偏差が小さくなるように、前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブのいずれか一方を制御する流量フィードバック制御部と、
前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブにおける異常を検知するバルブ異常検知部と、
前記バルブ異常検知部が、前記流量フィードバック制御部によって制御されている前記第1制御バルブ又は前記第2制御バルブの異常を検知した場合に、前記前記流量フィードバック制御部の制御対象となる制御バルブを切り替えさせる制御対象切替部と、を備えた請求項6記載の流体制御装置。 The fluid controller
A flow rate feedback control unit that controls either the first control valve or the second control valve so that the deviation between the set flow rate and the flow rate measured by the flow rate sensor becomes small.
A valve abnormality detection unit that detects an abnormality in the first control valve or the second control valve,
When the valve abnormality detection unit detects an abnormality in the first control valve or the second control valve controlled by the flow rate feedback control unit, the control valve to be controlled by the flow rate feedback control unit is used. The fluid control device according to claim 6, further comprising a control target switching unit for switching.
前記バルブ異常検知部が、前記第2制御バルブに異常を検知した場合に、前記制御対象切替部は、前記流量フィードバック制御部の制御対象を前記第1制御バルブに切り替えさせるように構成された請求項13記載の流体制御装置。 The flow rate feedback control unit controls the second control valve in the initial state.
When the valve abnormality detection unit detects an abnormality in the second control valve, the control target switching unit is configured to switch the control target of the flow rate feedback control unit to the first control valve. Item 13. The fluid control device according to item 13.
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