JP5118216B2 - Vacuum pressure control system and vacuum pressure control program - Google Patents

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Description

本発明は、反応室と真空ポンプとを接続する配管上に配置される真空比例開閉弁により、反応室内の真空圧力を目標圧力に制御する真空圧力制御システム、及び、真空圧力制御システムに用いられる真空圧力制御プログラムに関する。 The present invention is used in a vacuum pressure control system and a vacuum pressure control system that control a vacuum pressure in a reaction chamber to a target pressure by a vacuum proportional on-off valve disposed on a pipe connecting the reaction chamber and a vacuum pump. It relates to a vacuum pressure control program.

例えば、半導体製造装置のCVD装置においては、反応室内を減圧状態、すなわち、真空状態に保ちながら、薄膜材料を構成する元素からなる材料ガスを、ウエハー上に供給している。例えば、図31に示すCVD装置においては、真空容器である反応室10内のウエハーに対して、反応室10の入口11から材料ガスを供給するとともに、反応室10の出口12から真空ポンプ13で排気することによって、反応室10内を真空状態に保っている。 For example, in a CVD apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus, a material gas composed of elements constituting a thin film material is supplied onto a wafer while keeping a reaction chamber in a reduced pressure state, that is, in a vacuum state. For example, in the CVD apparatus shown in FIG. 31, the material gas is supplied from the inlet 11 of the reaction chamber 10 to the wafer in the reaction chamber 10 which is a vacuum vessel, and the vacuum pump 13 is supplied from the outlet 12 of the reaction chamber 10. By evacuating, the inside of the reaction chamber 10 is kept in a vacuum state.

反応室10の真空圧力は、製品品質に影響するため、目標真空圧力値に一定に保つ必要がある。一定に保つ目標真空圧力値は、種々の条件によって異なる。そのため、反応室10内の真空圧力は、大気圧に近い低真空から高真空まで制御可能にする必要がある。従来の真空圧力制御システムは、反応室10と真空ポンプ13とを接続する配管上に真空比例開閉弁16を配置し、真空圧力センサ14,15が測定した反応室10の真空圧力と、外部から与えられた目標真空圧力値との差に応じて、真空比例開閉弁16の弁開度を操作して、反応室10から真空ポンプ13までの排気系のコンダクタンスを変化させることにより、反応室10内の真空圧力をフィードバック制御する。真空比例開閉弁は、シリンダ圧力によって弁開度を制御するものであって、弁体が弁座に当接する面にOリングが装着されている。このような真空比例開閉弁16は、Oリングの潰し量を変化させて漏れを生じさせれば、微小流量まで制御できる。 Since the vacuum pressure in the reaction chamber 10 affects the product quality, it is necessary to keep the target vacuum pressure value constant. The target vacuum pressure value that is kept constant varies depending on various conditions. Therefore, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 needs to be controllable from a low vacuum close to atmospheric pressure to a high vacuum. In the conventional vacuum pressure control system, a vacuum proportional on-off valve 16 is arranged on a pipe connecting the reaction chamber 10 and the vacuum pump 13, and the vacuum pressure in the reaction chamber 10 measured by the vacuum pressure sensors 14 and 15 is externally measured. The reaction chamber 10 is operated by changing the conductance of the exhaust system from the reaction chamber 10 to the vacuum pump 13 by operating the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 according to the difference from the given target vacuum pressure value. Feedback control of the vacuum pressure inside. The vacuum proportional on-off valve controls the valve opening degree by the cylinder pressure, and an O-ring is mounted on the surface where the valve body comes into contact with the valve seat. Such a vacuum proportional on-off valve 16 can be controlled to a minute flow rate by changing the collapse amount of the O-ring to cause leakage.

反応室10内の真空圧力を制御するときに、反応室10の真空圧力が急激に変化すると、パーティクルが反応室10内で巻き上がり、製品の歩留まりを悪くする。一方、パーティクルの巻き上げを防止するために、ゆっくり反応室10内の真空圧力を変化させると、反応室10内のバッチ処理時間が長期化する。そこで、例えば、特許文献1には、真空圧力制御を実行する前の準備段階において、真空圧力制御弁16に予圧をかけた後、真空圧力制御を実行する段階において、真空比例開閉弁16の弁開度を操作して、反応室10内の真空圧力を外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度をもって一律に変化させる技術が提案されている。 When the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is controlled when the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is changed, particles are rolled up in the reaction chamber 10 to deteriorate the product yield. On the other hand, if the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is changed slowly in order to prevent the particles from rolling up, the batch processing time in the reaction chamber 10 is prolonged. Therefore, for example, in Patent Document 1, in the preparatory stage before executing the vacuum pressure control, after applying a preload to the vacuum pressure control valve 16, the valve of the vacuum proportional on-off valve 16 is executed in the stage of executing the vacuum pressure control. A technique has been proposed in which the opening is manipulated so that the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is uniformly changed at a target vacuum pressure change rate given from the outside or set in advance in a controller.

図32は、特許文献1に記載する真空圧力制御システムにおける真空圧力制御プログラムのフローチャートである。
図32に示すように、真空圧力制御の準備段階では、まず、真空圧力センサ14,15により反応室10内の現在の真空圧力を測定する(ステップ101(以下「S101」と略記する。))。そして、真空比例開閉弁16の弁開度が、遮断された状態からランプ関数的に変化するように、コントローラから指令信号を出力する(S102)。この状態で、10secを上限に、反応室10内の真空圧力を測定し、僅かな圧力降下(例えば266Pa以上の圧力降下)があったか否かを繰り返し確認する(S103〜105)。
FIG. 32 is a flowchart of a vacuum pressure control program in the vacuum pressure control system described in Patent Document 1.
As shown in FIG. 32, in the preparation stage of vacuum pressure control, first, the current vacuum pressure in the reaction chamber 10 is measured by the vacuum pressure sensors 14 and 15 (step 101 (hereinafter abbreviated as “S101”)). . Then, a command signal is output from the controller so that the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 changes in a ramp function from the blocked state (S102). In this state, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is measured with 10 sec as the upper limit, and it is repeatedly confirmed whether or not there has been a slight pressure drop (for example, a pressure drop of 266 Pa or more) (S103 to 105).

真空圧力制御を開始してから10sec経過したら(S103:YES)、或いは、反応室10内の真空圧力が例えば266Pa以上の圧力降下)を生じたら(S105:YES)、反応室10内の現在の真空圧力から266Paを引いた値をフィードバック制御目標値とし、フィードバック制御(定値制御)を行う(S106,S107)。定値制御を開始してから10secが経過したら(S108:YES)、真空圧力制御の準備段階を終了し、真空圧力制御を実行し始める。 When 10 seconds have elapsed since the start of the vacuum pressure control (S103: YES), or when the vacuum pressure in the reaction chamber 10 drops (for example, a pressure drop of 266 Pa or more) (S105: YES), the current in the reaction chamber 10 A value obtained by subtracting 266 Pa from the vacuum pressure is set as a feedback control target value, and feedback control (constant value control) is performed (S106, S107). When 10 seconds have elapsed since the start of the constant value control (S108: YES), the preparation stage of the vacuum pressure control is terminated and the vacuum pressure control is started.

真空圧力制御の実行段階では、所望の真空圧力と反応室10内の現在の真空圧力を取得し、現在の真空圧力が所望の真空圧力に到達したか否かを判断する(S109〜S111)。所望の真空圧力に到達するまでは(S111:NO)、所望の真空圧力変化速度を取得すると共に、反応室10内の真空圧力を取得し、それらに基づいてフィードバック制御の目標値を変更し、内部コマンドを順次発生させる。そして、順次発生する内部コマンドをフィードバック制御の目標値とし、フィードバック制御を追従制御として行う(S112〜S115、S109,S110)。このように、フィードバック制御目標値を順次変更させながらフィードバック制御を行うことにより、反応室10内の現在の真空圧力が所望の真空圧力に到達したら(S111:YES)、その時点でのフィードバック制御目標値を所望の真空圧力とし、フィードバック制御を行う(S116,S115)。 In the execution stage of the vacuum pressure control, the desired vacuum pressure and the current vacuum pressure in the reaction chamber 10 are acquired, and it is determined whether or not the current vacuum pressure has reached the desired vacuum pressure (S109 to S111). Until the desired vacuum pressure is reached (S111: NO), the desired vacuum pressure change rate is obtained, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is obtained, and the target value of the feedback control is changed based on them, Generate internal commands sequentially. Then, sequentially generated internal commands are set as feedback control target values, and feedback control is performed as follow-up control (S112 to S115, S109, S110). In this way, when the current vacuum pressure in the reaction chamber 10 reaches a desired vacuum pressure by performing the feedback control while sequentially changing the feedback control target value (S111: YES), the feedback control target at that time point The value is set to a desired vacuum pressure, and feedback control is performed (S116, S115).

このような真空圧力制御システムによれば、例えば、真空比例開閉弁16の機械的零点のずれや、反応室10と真空ポンプ13との圧力差などの要因により、真空比例開閉弁16を予圧する程度が変わったとしても、真空圧力制御の準備段階で、予圧後にフィードバック制御を実行することにより真空比例開閉弁16の不感帯特性を確実になくす。これにより、真空比例開閉弁16は、外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度で反応室10内の真空圧力を一律に変化させるときに応答遅れを発生せず、反応室10内からガスを排出する進行過程をゆっくり行ってパーティクルの巻き上げを防止できる。また、目標真空圧力変化速度で反応室10内の真空圧力を一律に変化させるので、反応室10内の真空圧力変化速度が逆関数的に遅くなることがなく、反応室10内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまでの時間を短縮し、反応室10内のバッチ処理時間を短縮できる。 According to such a vacuum pressure control system, for example, the vacuum proportional on-off valve 16 is preloaded due to factors such as a mechanical zero point shift of the vacuum proportional on-off valve 16 and a pressure difference between the reaction chamber 10 and the vacuum pump 13. Even if the degree is changed, the dead zone characteristic of the vacuum proportional on-off valve 16 is surely eliminated by executing the feedback control after the preload in the preparation stage of the vacuum pressure control. Thereby, the vacuum proportional on-off valve 16 does not generate a response delay when the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is uniformly changed at a target vacuum pressure change rate given from the outside or set in the controller in advance. It is possible to prevent the particles from being rolled up by slowly performing the process of discharging the gas from the chamber 10. Further, since the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is uniformly changed at the target vacuum pressure change rate, the vacuum pressure change rate in the reaction chamber 10 does not slow inversely, and the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is reduced. The time required to reach the target vacuum pressure value can be shortened, and the batch processing time in the reaction chamber 10 can be shortened.

特開2000−163137号公報JP 2000-163137 A

しかしながら、従来の真空圧力制御システムでは、真空圧力開閉弁16の不感帯をなくすために、真空圧力制御弁16のシリンダを予圧する。このとき、真空圧力制御弁16のシール力が失われる位置(リーク開始位置)が不明であるため、予圧できる量が不明であった。そこで、従来の真空圧力制御システムは、予圧をした後に定値制御を行っていた(S102〜S108)。この予圧と定値制御には、それぞれ10secかかり、最大20secの無駄時間が生じていた。よって、従来の真空圧力制御システムは、圧力制御応答性が悪い問題があった。 However, in the conventional vacuum pressure control system, the cylinder of the vacuum pressure control valve 16 is preloaded in order to eliminate the dead zone of the vacuum pressure on / off valve 16. At this time, since the position where the sealing force of the vacuum pressure control valve 16 is lost (leak start position) is unknown, the amount that can be preloaded is unknown. Therefore, the conventional vacuum pressure control system performs constant value control after preloading (S102 to S108). The preload and the constant value control each take 10 seconds, and a dead time of 20 seconds at maximum occurs. Therefore, the conventional vacuum pressure control system has a problem of poor pressure control response.

しかも、従来の真空圧力制御システムは、266Paの圧力降下が生じたときに、その時点における反応室10内の真空圧力から266Paを引いた値をフィードバック制御目標値とし(S106)、予圧していた。そのため、従来の真空圧力制御システムは、フィードバック制御の下限値が、Oリングのリーク開始位置にされるように、真空比例開閉弁16のシリンダを予圧できないことがあった。 Moreover, in the conventional vacuum pressure control system, when a pressure drop of 266 Pa occurs, a value obtained by subtracting 266 Pa from the vacuum pressure in the reaction chamber 10 at that time is set as a feedback control target value (S106), and preloading is performed. . Therefore, the conventional vacuum pressure control system may not be able to preload the cylinder of the vacuum proportional on-off valve 16 so that the lower limit value of the feedback control is set to the leak start position of the O-ring.

フィードバック制御の下限値が、Oリングのリーク開始位置からずれている真空圧力制御システムは、オーバーシュートやハンチング、アンダーシュートを起こしたときに、図33に示す弁体がOリングのリーク開始位置を超えて弁座側へ移動することがあった。その後に流体を流す場合には、弁体が動き始めてから、Oリングから流体が漏れ始めるまでに無駄な時間が生じる。よって、従来の真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁16がOリングのリーグ位置を通過して弁開閉動作を行い、圧力制御応答性に欠けることがあった。 The vacuum pressure control system in which the lower limit value of the feedback control deviates from the leak start position of the O-ring. When overshoot, hunting, or undershoot occurs, the valve body shown in FIG. It sometimes moved beyond the valve seat. When fluid is then flowed, useless time occurs from when the valve body starts to move until fluid begins to leak from the O-ring. Therefore, in the conventional vacuum pressure control system, the vacuum proportional on-off valve 16 performs the valve opening / closing operation by passing through the league position of the O-ring, and the pressure control responsiveness may be lacking.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、圧力制御応答性を向上させることができる真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum pressure control system and a vacuum pressure control program capable of improving pressure control responsiveness.

本発明に係る真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムは、次のような構成を有している。
(1)本発明の一態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着されたOリング等の弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整するものであって、反応室と真空ポンプとの間に配置される真空比例開閉弁と、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する制御手段と、を有する真空圧力制御システムにおいて、前記シリンダの内圧を測定する圧力測定手段を有し、前記制御手段は、前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、前記予圧圧力値を前記フィードバック制御の下限値とする。
The vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program according to the present invention have the following configurations.
(1) According to one aspect of the present invention, a valve body, a valve seat on which the valve body abuts or separates, and an elastic seal member such as an O-ring mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat And a cylinder for applying a driving force to the valve body, and adjusting a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member, which is disposed between the reaction chamber and the vacuum pump. A vacuum having a vacuum proportional on-off valve and control means for adjusting the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve based on the vacuum pressure in the reaction chamber and feedback-controlling the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value The pressure control system includes pressure measuring means for measuring an internal pressure of the cylinder, and the control means calculates a preload pressure value from a vacuum pressure in the reaction chamber or a vacuum pressure target value, and calculates the preload pressure value as the pressure control system. Lower limit of feedback control To.

(2)本発明の他の態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムにおいて、前記シリンダの内圧を測定する圧力測定手段を有し、
前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から算出した予圧圧力値を入力し、前記予圧圧力値を前記フィードバック制御の下限値とする。
(2) According to another aspect of the present invention, a valve body, a valve seat on which the valve body abuts or separates, an elastic seal member mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat, A vacuum proportional on-off valve having a cylinder for applying a driving force to the valve body and adjusting a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member between the reaction chamber and the vacuum pump, In the vacuum pressure control system that adjusts the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve based on the vacuum pressure of the vacuum chamber and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber to the vacuum target pressure value, pressure measurement for measuring the internal pressure of the cylinder Having means,
A vacuum pressure in the reaction chamber or a preload pressure value calculated from a vacuum pressure target value is input, and the preload pressure value is set as a lower limit value of the feedback control.

(3)本発明の他の態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整するものであって、反応室と真空ポンプとの間に配置される真空比例開閉弁と、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する制御手段と、を有する真空圧力制御システムにおいて、前記弁体の位置に応じて出力値を変化させて出力する位置検出手段を有することと、弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値がほぼ一定であることと、前記制御手段は、前記位置検出手段の出力値が、前記弾性シール部材がシール力を失うリーク開始位置まで前記弁体が移動したときに前記位置検出手段が出力する出力値となるように、前記シリンダを予圧して、前記フィードバック制御の下限値とする。 (3) According to another aspect of the present invention, a valve body, a valve seat on which the valve body abuts or separates, an elastic seal member mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat, A cylinder that applies a driving force to the valve body, and adjusts a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member, and is a vacuum proportional opening and closing disposed between a reaction chamber and a vacuum pump A vacuum pressure control system comprising: a valve; and control means for adjusting a valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve based on a vacuum pressure in the reaction chamber and feedback-controlling the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value The position detecting means for changing the output value according to the position of the valve body and outputting the output value when the elastic sealing member loses the sealing force is substantially constant. And the control means Preload the cylinder so that the output value of the position detection means becomes the output value output by the position detection means when the valve body moves to the leak start position at which the elastic seal member loses the sealing force, The lower limit value of the feedback control is used.

(4)本発明の他の態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムにおいて、前記弁体の位置に応じて出力値を変化させて出力する位置検出手段を有することと、弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値が一定であることと、前記位置検出手段の出力値が、前記弾性シール部材がシール力を失うリーク開始位置まで前記弁体が移動したときに前記位置検出手段が出力する出力値となるように、前記シリンダを予圧して、前記フィードバック制御の下限値とする。 (4) According to another aspect of the present invention, a valve body, a valve seat on which the valve body abuts or separates, an elastic seal member mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat, A vacuum proportional on-off valve having a cylinder for applying a driving force to the valve body and adjusting a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member between the reaction chamber and the vacuum pump, In a vacuum pressure control system that adjusts the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve based on the vacuum pressure of the vacuum chamber, and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value, output according to the position of the valve body Having a position detecting means for changing the value and outputting, that the output value outputted by the position detecting means when the elastic sealing member loses the sealing force, and the output value of the position detecting means are: The elastic sealing member loses sealing force As the output value the position detecting means outputs when said valve body to leak start position is moved, and preload the cylinder, the lower limit value of the feedback control.

(5)(3)又(4)に記載の発明において、前記シリンダが無加圧のときに前記位置検出手段が出力する出力値から、前記シリンダを前記リーク開始位置まで予圧したときに前記位置検出手段が出力する出力値まで変動する変動量を、前記反応室内の真空圧力別に予め記憶するデータ記憶手段を有し、前記反応室の真空圧力に応じた前記変動量を前記データ記憶手段から取得し、取得した変動量を前記位置検出手段が出力する出力値に加算することにより、前記リーク開始位置を算出することが好ましい。 (5) In the invention described in (3) or (4), the position is determined when the cylinder is preloaded from the output value output by the position detecting means when the cylinder is not pressurized to the leak start position. Data storage means for preliminarily storing the fluctuation amount varying up to the output value output by the detection means for each vacuum pressure in the reaction chamber, and obtaining the fluctuation amount according to the vacuum pressure in the reaction chamber from the data storage means Preferably, the leak start position is calculated by adding the obtained fluctuation amount to the output value output by the position detection means.

(6)(5)に記載の発明において、無加圧時の弁位置を検出して、その位置から一定リフト量となるように予圧することにより、弁位置を補正することが好ましい。 (6) In the invention described in (5), it is preferable to correct the valve position by detecting the valve position when no pressure is applied and preloading from that position so that a constant lift amount is obtained.

(7)本発明の他の態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムに用いられる真空圧力制御プログラムにおいて、前記反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、制御コマンドを変更して前記圧力測定手段が前記予圧圧力値を検出するまで前記シリンダを予圧することにより、前記フィードバック制御の下限値とするように、前記真空圧力制御システムを動作させる。 (7) According to another aspect of the present invention, a valve body, a valve seat on which the valve body abuts or separates, an elastic seal member mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat, A vacuum proportional on-off valve having a cylinder for applying a driving force to the valve body and adjusting a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member between the reaction chamber and the vacuum pump, In the vacuum pressure control program used in a vacuum pressure control system that adjusts the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve based on the vacuum pressure and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value, The feedback control is performed by calculating a preload pressure value from an indoor vacuum pressure or a target vacuum pressure value, changing a control command, and preloading the cylinder until the pressure measuring means detects the preload pressure value. As the lower limit value, operating the vacuum pressure control system.

(8)本発明の他の態様に係り、弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムに用いられる真空圧力制御プログラムにおいて、弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値がほぼ一定であることと、前記弁体の位置に応じて出力値を変化させて出力する位置検出手段の出力値が、前記弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値となるように、前記シリンダを予圧することにより、前記弾性シール部材がシール力を失う位置まで前記弁体を移動させ、前記フィードバック制御の下限値とするように、前記真空圧力制御システムを動作させる。 (8) According to another aspect of the present invention, a valve body, a valve seat on which the valve body abuts or separates, an elastic seal member attached to a surface of the valve body that abuts on the valve seat, A vacuum proportional on-off valve having a cylinder for applying a driving force to the valve body and adjusting a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member between the reaction chamber and the vacuum pump, In a vacuum pressure control program used in a vacuum pressure control system that adjusts the valve opening of the vacuum proportional on-off valve based on the vacuum pressure of the vacuum chamber and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value. The output value output by the position detection means when the member loses the sealing force is substantially constant, and the output value of the position detection means that outputs the output value according to the position of the valve body is Elastic seal member seals The valve body is moved to a position where the elastic seal member loses the sealing force by pre-loading the cylinder so that the output value is output by the position detecting means when losing, and the lower limit value of the feedback control. The vacuum pressure control system is operated as follows.

上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、反応室内の真空圧力、または真空圧力目標値から予圧圧力値を算出し、その予圧圧力値をフィードバック制御の下限値とする。よって、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、真空比例開閉弁が、リーク開始位置を弁体が余分に通り越して弁開閉動作することがなく、圧力制御応答性が向上する。また、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、オーバーシュートやハンチング、アンダーシュートが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値がリーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。 According to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, the preload pressure value is calculated from the vacuum pressure in the reaction chamber or the vacuum pressure target value, and the preload pressure value is set as the lower limit value of the feedback control. Therefore, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, the vacuum proportional on-off valve does not cause the valve body to pass excessively beyond the leak start position, and the valve control operation is improved. . Further, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, even when overshoot, hunting, or undershoot occurs, the lower limit value of the feedback control is the leak start position, so the vacuum pressure can be reduced in a short time. Stable and pressure control responsiveness is improved.

上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、弾性シール部材がシール力を失うときに、真空比例開閉弁の弁体の位置に応じて出力値を変化させて出力する位置検出手段が出力する出力値がほぼ一定である。そして、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、位置検出手段の出力値が、弾性シール部材がシール力を失うときに位置検出手段が出力する出力値となるように、シリンダを予圧することにより、弾性シール部材がシール力を失う位置まで弁体を移動させて、フィードバック制御の下限値とする。よって、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、真空比例開閉弁がリーク開始位置を弁体が余分に通り越して弁開閉動作することがなく、圧力制御応答性が向上する。また、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、オーバーシュートやハンチング、アンダーシュートが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値がリーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。 According to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, when the elastic sealing member loses the sealing force, the position detecting means for changing the output value according to the position of the valve body of the vacuum proportional on-off valve and outputting it The output value output by is almost constant. According to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, the cylinder so that the output value of the position detection means becomes the output value output by the position detection means when the elastic seal member loses the sealing force. Is preloaded, and the valve body is moved to a position where the elastic sealing member loses the sealing force, and is set as the lower limit value of the feedback control. Therefore, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, the vacuum proportional on-off valve does not pass through the leak start position and the valve element does not open / close, thereby improving the pressure control responsiveness. Further, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, even when overshoot, hunting, or undershoot occurs, the lower limit value of the feedback control is the leak start position, so the vacuum pressure can be reduced in a short time. Stable and pressure control responsiveness is improved.

上記態様の真空圧力制御システムによれば、シリンダが無加圧のときに位置検出手段が出力する出力値から、シリンダを弾性シール部材がシール力を失う位置まで予圧したときに位置検出手段が出力する出力値まで変動する変動量を、反応室内の真空圧力別に予め記憶するデータ記憶手段を有し、反応室の真空圧力に応じた変動量をデータ記憶手段から取得し、取得した変動量を位置検出手段が出力する出力値に加算することにより、弾性シール部材がシール力を失う位置を算出する。そのため、反応室の真空圧力と位置検出手段の出力値から弾性シール部材がシール力を失う位置を簡単に算出できる。 According to the vacuum pressure control system of the above aspect, the position detection means outputs when the cylinder is preloaded from the output value output by the position detection means when the cylinder is not pressurized to the position where the elastic seal member loses the sealing force. Data storage means that stores in advance the amount of fluctuation that varies up to the output value for each vacuum pressure in the reaction chamber, obtains the amount of fluctuation corresponding to the vacuum pressure in the reaction chamber from the data storage means, and positions the obtained amount of fluctuation By adding to the output value output by the detection means, the position where the elastic sealing member loses the sealing force is calculated. Therefore, the position at which the elastic sealing member loses the sealing force can be easily calculated from the vacuum pressure in the reaction chamber and the output value of the position detecting means.

上記態様の真空圧力制御システムによれば、無加圧時の弁位置を検出して、その位置から一定リフト量になるように予圧することにより、弁位置を補正することを特徴とする。よって、上記態様の真空圧力制御システムによれば、例えば、真空比例開閉弁がメンテナンス後の再組立により弁位置をずらした場合でも、そのずれ量に応じてフィードバック制御の下限値を補正し、真空圧力制御を精度良く行うことができる。 According to the vacuum pressure control system of the above aspect, the valve position is corrected by detecting the valve position when no pressure is applied and preloading from that position so as to be a constant lift amount. Therefore, according to the vacuum pressure control system of the above aspect, for example, even when the vacuum proportional on-off valve shifts the valve position by reassembly after maintenance, the lower limit value of the feedback control is corrected according to the shift amount, and the vacuum Pressure control can be performed with high accuracy.

本発明の第1実施形態に係る真空圧力制御システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a vacuum pressure control system according to a first embodiment of the present invention. 真空圧力制御システムに使用される真空比例開閉弁の断面図であって、遮断状態を示す。It is sectional drawing of the vacuum proportional on-off valve used for a vacuum pressure control system, Comprising: The interruption | blocking state is shown. 真空圧力制御システムに使用される真空比例開閉弁の断面図であって、弁開状態を示す。It is sectional drawing of the vacuum proportional on-off valve used for a vacuum pressure control system, Comprising: A valve open state is shown. 真空圧力制御システムの制御ブロック図である。It is a control block diagram of a vacuum pressure control system. シリンダ圧力と反応室の真空圧力との関係を示す図である。縦軸はシリンダ圧力(kPa)を示し、横軸は位置センサ出力(V)を示す。It is a figure which shows the relationship between a cylinder pressure and the vacuum pressure of a reaction chamber. The vertical axis represents cylinder pressure (kPa), and the horizontal axis represents position sensor output (V). 反応室の真空圧力を加算したシリンダ圧力と、位置センサ出力との関係を示す図である。縦軸は反応室の真空圧力を加算したシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は位置センサ出力(V)を示す。It is a figure which shows the relationship between the cylinder pressure which added the vacuum pressure of the reaction chamber, and a position sensor output. The vertical axis represents the cylinder pressure (kPa, gauge pressure) obtained by adding the vacuum pressure in the reaction chamber, and the horizontal axis represents the position sensor output (V). 圧力制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of a pressure control program. 真空圧力制御システムBの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the pressure control responsiveness of the vacuum pressure control system B. FIG. 真空圧力制御システムAの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the pressure control responsiveness of the vacuum pressure control system A. FIG. 真空圧力制御システムAの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を30SLMとする場合を示す。It is a figure which shows the result of having investigated the pressure control stability of the vacuum pressure control system A, Comprising: The case where a supply flow rate is set to 30 SLM using the PID control constant when supply flow rate is 30 SLM is shown. 真空圧力制御システムAの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を10SLMとする場合を示す。It is a figure which shows the result of having investigated the pressure control stability of the vacuum pressure control system A, Comprising: The case where a supply flow rate is set to 10 SLM using the PID control constant when supply flow rate is 30 SLM is shown. 真空圧力制御システムBの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を30SLMとする場合を示す。It is a figure which shows the result of having investigated the pressure control stability of the vacuum pressure control system B, Comprising: The case where a supply flow rate is set to 30 SLM using the PID control constant when supply flow rate is 30 SLM is shown. 真空圧力制御システムBの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を10SLMとする場合を示す。It is a figure which shows the result of having investigated the pressure control stability of the vacuum pressure control system B, Comprising: The case where a supply flow rate is set to 10 SLM using the PID control constant when supply flow rate is 30 SLM is shown. 本発明の第2実施形態の真空圧力制御システムで使用される真空圧力制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the vacuum pressure control program used with the vacuum pressure control system of 2nd Embodiment of this invention. Oリングリーク開始位置算出プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of an O ring leak start position calculation program. 位置センサ出力と反応室の真空圧力との関係を示す図である。縦軸は、ポテンショメータが出力する位置センサ出力(V)を示し、横軸は、シリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示す。It is a figure which shows the relationship between a position sensor output and the vacuum pressure of a reaction chamber. The vertical axis represents the position sensor output (V) output from the potentiometer, and the horizontal axis represents the cylinder pressure (kPa, gauge pressure). 真空圧力と変動量の関係テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship table of a vacuum pressure and fluctuation amount. 位置センサ出力に応じて制御コマンド下限値を補正している様子を示す図であって、左側縦軸は位置センサ出力(V)を示し、右側縦軸は制御コマンド(V)を示し、横軸は時間secを示す。It is a figure which shows a mode that the control command lower limit is correct | amended according to a position sensor output, Comprising: A left vertical axis | shaft shows a position sensor output (V), a right vertical axis | shaft shows a control command (V), and a horizontal axis Indicates time sec. シリンダを予圧する様子を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows a mode that a cylinder is pre-pressed, Comprising: The left vertical axis | shaft is the vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure) of a reaction chamber, the right vertical axis is cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and a horizontal axis is time (sec). ). 本発明の第3実施形態に係る真空圧力制御システムが実行するスロー排気制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the slow exhaust control program which the vacuum pressure control system which concerns on 3rd Embodiment of this invention performs. 真空圧力制御システムFによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the time which slow exhaust by the vacuum pressure control system F shows, Comprising: The left vertical axis | shaft shows the vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure) of a reaction chamber, and the right vertical axis | shaft shows cylinder pressure (kPa, gauge pressure). ) And the horizontal axis represents time (sec). 真空圧力制御システムGによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the time which slow exhaust by the vacuum pressure control system G shows, Comprising: The left vertical axis | shaft shows the vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure) of a reaction chamber, and the right vertical axis | shaft shows cylinder pressure (kPa, gauge pressure). ) And the horizontal axis represents time (sec). 真空圧力制御システムFにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the fluctuation | variation of the vacuum pressure and cylinder pressure when an undershoot generate | occur | produces in the vacuum pressure control system F, Comprising: The left vertical axis | shaft shows the vacuum pressure (* 0.133 kPa, absolute pressure) of a reaction chamber, The axis indicates cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and the horizontal axis indicates time (sec). 真空圧力制御システムGにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the fluctuation | variation of the vacuum pressure and cylinder pressure when an undershoot generate | occur | produces in the vacuum pressure control system G, The left vertical axis | shaft shows the vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure) of a reaction chamber, The axis indicates cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and the horizontal axis indicates time (sec). 特許文献1に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は制御コマンド(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the relationship between the vacuum pressure and control command of the vacuum pressure control system described in patent document 1, Comprising: A left vertical axis | shaft shows a vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure), and a right vertical axis | shaft shows a control command. (V) is shown, and the horizontal axis shows time (sec). 第3実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は制御コマンド(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the relationship between the vacuum pressure of the vacuum pressure control system which concerns on 3rd Embodiment, and a control command, Comprising: A left vertical axis | shaft shows a vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure), and a right vertical axis | shaft shows a control command. (V) is shown, and the horizontal axis shows time (sec). 特許文献1に記載する真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the relationship between the vacuum pressure and cylinder pressure of the vacuum pressure control system described in patent document 1, Comprising: A left vertical axis | shaft shows vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure), and a right vertical axis | shaft shows cylinder pressure. (KPa, gauge pressure) is shown, and the horizontal axis shows time (sec). 第3実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the relationship between the vacuum pressure and cylinder pressure of the vacuum pressure control system which concerns on 3rd Embodiment, Comprising: A left vertical axis | shaft shows a vacuum pressure (x0.133 kPa, absolute pressure), and a right vertical axis | shaft shows cylinder pressure. (KPa, gauge pressure) is shown, and the horizontal axis shows time (sec). 特許文献1に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は位置センサ出力(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the relationship between the vacuum pressure of the vacuum pressure control system described in patent document 1, and a position sensor output, Comprising: A left vertical axis | shaft shows a vacuum pressure (* 0.133kPa, absolute pressure), and a right vertical axis | shaft is a position. The sensor output (V) is shown, and the horizontal axis shows time (sec). 第3実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は位置センサ出力(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。It is a figure which shows the relationship between the vacuum pressure of the vacuum pressure control system which concerns on 3rd Embodiment, and a position sensor output, Comprising: A left vertical axis | shaft shows a vacuum pressure (x0.133kPa, absolute pressure), and a right vertical axis | shaft is a position. The sensor output (V) is shown, and the horizontal axis shows time (sec). CVD装置及びその排気系の概要を示した図である。It is the figure which showed the outline | summary of the CVD apparatus and its exhaust system. 特許文献1に記載する真空圧力制御システムにおけるスロー排気制御プログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a slow exhaust control program in a vacuum pressure control system described in Patent Document 1. 真空比例開閉弁のシリンダ圧力と弁開度との関係を示す図である。横軸が時間(sec)を示し、図中左側縦軸が弁開度(mm)を示し、図中右側縦軸がシリンダ圧力(kPa)を示す。It is a figure which shows the relationship between the cylinder pressure and valve opening degree of a vacuum proportional on-off valve. The horizontal axis represents time (sec), the left vertical axis in the figure represents the valve opening (mm), and the right vertical axis in the figure represents the cylinder pressure (kPa).

次に、本発明に係る真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムの実施形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of a vacuum pressure control system and a vacuum pressure control program according to the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
<真空圧力制御システムの全体構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る真空圧力制御システムの概略構成図である。
本実施の形態に係る真空圧力制御システムは、従来技術の欄で示した図32に対し、真空比例開閉弁16の弁開閉動作をフィードバック制御する前に、フィードバック制御の下限値を真空比例開閉弁16の特性に合わせて個別に設定するものである。真空圧力制御システムは、コントローラ20(制御手段の一例)、空気圧制御部30、操作部40である真空比例開閉弁16、検出部60である真空圧力センサー14、15とを備える。
(First embodiment)
<Overall configuration of vacuum pressure control system>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vacuum pressure control system according to the first embodiment of the present invention.
The vacuum pressure control system according to the present embodiment sets the lower limit value of the feedback control to the vacuum proportional on / off valve before performing feedback control on the valve on / off operation of the vacuum proportional on / off valve 16 with respect to FIG. 32 shown in the prior art column. These are set individually according to the 16 characteristics. The vacuum pressure control system includes a controller 20 (an example of a control unit), an air pressure control unit 30, a vacuum proportional on-off valve 16 that is an operation unit 40, and vacuum pressure sensors 14 and 15 that are detection units 60.

コントローラ20は、インターフェイス回路21、真空圧力制御回路22、シーケンス制御回路23とを備える。インターフェイス回路21は、コントローラ20のフロントパネルのボタンを介した現場入力による信号、及び、コントローラ20のバックパネルのコネクタを介した遠隔入力による信号を、真空圧力制御回路22やシーケンス制御回路23などに適した信号に変換するものである。 The controller 20 includes an interface circuit 21, a vacuum pressure control circuit 22, and a sequence control circuit 23. The interface circuit 21 sends a signal by a field input through a button on the front panel of the controller 20 and a signal by a remote input through a connector on the back panel of the controller 20 to the vacuum pressure control circuit 22 or the sequence control circuit 23. It converts to a suitable signal.

真空圧力制御回路22は、図32の反応室10内の真空圧力に対するフィードバック制御をPID制御で行わせる回路である。シーケンス制御回路23は、インターフェイス回路21から与えられた動作モードに従って、空気圧制御部30内の第1電磁弁34の駆動コイルSV1と第2電磁弁35の駆動コイルSV2とに対し、予め定められた動作をさせる回路である。 The vacuum pressure control circuit 22 is a circuit that performs feedback control with respect to the vacuum pressure in the reaction chamber 10 of FIG. 32 by PID control. The sequence control circuit 23 is predetermined for the drive coil SV1 of the first electromagnetic valve 34 and the drive coil SV2 of the second electromagnetic valve 35 in the pneumatic control unit 30 according to the operation mode given from the interface circuit 21. It is a circuit that operates.

空気圧制御部30は、位置制御回路31、パルスドライブ回路32、時間開閉動作弁33、第1電磁弁34、第2電磁弁35とを備える。位置制御回路31は、真空圧力制御回路22から与えられた弁開度指令値と、真空比例開閉弁16に設けられたポテンショメータ18(位置検出手段の一例)からアンプ19を介して与えられた弁開度計測値とを比較して、真空比例開閉弁16の弁の位置を制御するものである。パルスドライブ回路32は、位置制御回路31からの制御信号に基づいて、時間開閉動作弁33へパルス信号を送信するものである。 The pneumatic control unit 30 includes a position control circuit 31, a pulse drive circuit 32, a time opening / closing operation valve 33, a first electromagnetic valve 34, and a second electromagnetic valve 35. The position control circuit 31 is a valve opening command value given from the vacuum pressure control circuit 22 and a valve given via the amplifier 19 from a potentiometer 18 (an example of position detection means) provided in the vacuum proportional on-off valve 16. The position of the vacuum proportional on-off valve 16 is controlled by comparing the measured opening value. The pulse drive circuit 32 transmits a pulse signal to the time opening / closing operation valve 33 based on a control signal from the position control circuit 31.

時間開閉動作弁33は、図示しない給気側比例弁及び排気側比例弁を内蔵するものであって、パルスドライブ回路32からのパルス信号に応じて、給気側比例弁及び排気側比例弁を時間開閉動作させるものであり、第2電磁弁35と第1電磁弁34を介して、真空比例開閉弁16の空気圧シリンダ41(後述する図2、図3参照)内の空気圧力を調整するものである。
尚、真空比例開閉弁16と空気圧制御部30との間には、圧力センサ50が配設され、真空比例開閉弁16のシリンダ圧力を測定する。圧力センサ50は、圧力測定結果をコントローラ20に出力する。
The time opening / closing operation valve 33 incorporates an air supply side proportional valve and an exhaust side proportional valve (not shown), and the air supply side proportional valve and the exhaust side proportional valve are set in response to a pulse signal from the pulse drive circuit 32. A time opening / closing operation for adjusting the air pressure in the pneumatic cylinder 41 (see FIGS. 2 and 3 to be described later) of the vacuum proportional on / off valve 16 via the second solenoid valve 35 and the first solenoid valve 34. It is.
A pressure sensor 50 is disposed between the vacuum proportional on-off valve 16 and the air pressure control unit 30 to measure the cylinder pressure of the vacuum proportional on-off valve 16. The pressure sensor 50 outputs the pressure measurement result to the controller 20.

操作部40である真空比例開閉弁16は、図32について言えば、反応室10から真空ポンプ13までの排気系のコンダクタンスを変化させるものである。図2、図3に真空比例開閉弁16の断面を示す。図2及び図3に示すように、その中央には、ピストンロッド43が設けられている。そして、ピストンロッド43に対し、真空比例開閉弁16の上部である空気圧シリンダ41内において、ピストン44が固設され、真空比例開閉弁16の下部であるベローズ式ポペット弁42内において、ポペット弁体45が固設されている。従って、空気圧シリンダ41によりポペット弁体45を移動させることができる。このような真空比例開閉弁16は、Oリング49がポペット弁体45に装着され、Oリング49を弁座47に当接又は離間させることにより弁開閉動作を行う。 The vacuum proportional on-off valve 16 serving as the operation unit 40 changes the conductance of the exhaust system from the reaction chamber 10 to the vacuum pump 13 in FIG. 2 and 3 show a cross section of the vacuum proportional on-off valve 16. As shown in FIGS. 2 and 3, a piston rod 43 is provided at the center thereof. The piston 44 is fixed to the piston rod 43 in the pneumatic cylinder 41 that is the upper part of the vacuum proportional on-off valve 16, and the poppet valve body is located in the bellows-type poppet valve 42 that is the lower part of the vacuum proportional on-off valve 16. 45 is fixed. Therefore, the poppet valve body 45 can be moved by the pneumatic cylinder 41. In such a vacuum proportional on-off valve 16, the O-ring 49 is attached to the poppet valve body 45, and the valve-opening operation is performed by bringing the O-ring 49 into contact with or separating from the valve seat 47.

具体的には、真空比例開閉弁16では、空気圧シリンダ41内に供給ポート18Aを介して圧縮空気が供給されず、空気圧シリンダ41内が排気ポート18Bを介して排気ラインと連通するときは、空気圧シリンダ41内の復帰バネ46による下向きの付勢力がピストン44に作用するので、図2に示すように、ポペット弁体45は、Oリング49を弁座47に押し当てて密着させるように下降し、真空比例開閉弁16は遮断した状態となる。 Specifically, in the vacuum proportional on-off valve 16, when compressed air is not supplied into the pneumatic cylinder 41 via the supply port 18A and the inside of the pneumatic cylinder 41 communicates with the exhaust line via the exhaust port 18B, Since the downward urging force of the return spring 46 in the cylinder 41 acts on the piston 44, the poppet valve body 45 is lowered so as to press the O-ring 49 against the valve seat 47 so as to be in close contact with the piston 44 as shown in FIG. The vacuum proportional on-off valve 16 is shut off.

一方、空気圧シリンダ41内に供給ポート18Aを介して圧縮空気が供給されるときは、空気圧シリンダ41内の復帰バネ46による下向きの付勢力と、空気圧シリンダ41内の圧縮空気による上向きの圧力とがピストン44に同時に作用するので、そのバランスに応じて、図3に示すように、ポペット弁体45は、Oリング49を弁座47から離間させるように上昇し、真空比例開閉弁16は開いた状態となる。 On the other hand, when compressed air is supplied into the pneumatic cylinder 41 via the supply port 18A, the downward urging force by the return spring 46 in the pneumatic cylinder 41 and the upward pressure by the compressed air in the pneumatic cylinder 41 are generated. Since it acts on the piston 44 simultaneously, as shown in FIG. 3, the poppet valve body 45 ascends so as to separate the O-ring 49 from the valve seat 47 and the vacuum proportional on-off valve 16 opens according to the balance. It becomes a state.

よって、ポペット弁体45が弁座47から離間する距離は、弁のリフト量として、空気圧シリンダ41に対する圧縮空気の供給と排気で操作することができる。ポペット弁体45が弁座47から離間する距離は、弁のリフト量として、ポテンショメータ18により計測されるものであり、真空比例開閉弁16の弁開度に相当するものである。 Therefore, the distance at which the poppet valve body 45 is separated from the valve seat 47 can be operated by supplying compressed air to the pneumatic cylinder 41 and exhausting it as the lift amount of the valve. The distance at which the poppet valve body 45 is separated from the valve seat 47 is measured by the potentiometer 18 as the lift amount of the valve, and corresponds to the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16.

図1に示す真空圧力センサー14、15は、図31の反応室10内の真空圧力を計測するキャパシタンスマノメータである。ここでは、計測される真空圧力のレンジに応じて、2個のキャパシタンスマノメータを使い分けている。 The vacuum pressure sensors 14 and 15 shown in FIG. 1 are capacitance manometers that measure the vacuum pressure in the reaction chamber 10 of FIG. Here, two capacitance manometers are used properly according to the range of the vacuum pressure to be measured.

<真空圧力制御システムの動作モード説明>
このような構成を持つ本実施の形態に係る真空圧力制御システムでは、動作モードとして強制クローズモード(CLOSE)と、真空圧力コントロールモード(PRESS)とを、コントローラ20で選択して設定できる。
<Description of operation mode of vacuum pressure control system>
In the vacuum pressure control system according to the present embodiment having such a configuration, the controller 20 can select and set the forced close mode (CLOSE) and the vacuum pressure control mode (PRESS) as operation modes.

真空圧力制御システムは、強制クローズモード(CLOSE)をコントローラ20で選択すると、シーケンス制御回路23が、第1電磁弁34及び第2電磁弁35を図1に示すように動作させる。これにより、空気圧シリンダ41内には圧縮空気が供給されず、空気圧シリンダ41内は排気ラインと連通するので、空気圧シリンダ41内の空気圧が大気圧となり、真空比例開閉弁16は遮断した状態となる。 In the vacuum pressure control system, when the forced close mode (CLOSE) is selected by the controller 20, the sequence control circuit 23 operates the first electromagnetic valve 34 and the second electromagnetic valve 35 as shown in FIG. Thereby, compressed air is not supplied into the pneumatic cylinder 41, and the pneumatic cylinder 41 communicates with the exhaust line, so that the air pressure in the pneumatic cylinder 41 becomes atmospheric pressure, and the vacuum proportional on-off valve 16 is shut off. .

一方、真空圧力制御システムは、真空圧力コントロールモード(PRESS)をコントローラ20で選択すると、シーケンス制御回路23が、第1電磁弁34を動作させることによって、時間開閉動作弁33と空気圧シリンダ41とを連通させる。これにより、真空比例開閉弁16の空気圧シリンダ41内の空気圧力が調整され、弁のリフト量が、空気圧シリンダ41で操作できる状態となる。 On the other hand, in the vacuum pressure control system, when the vacuum pressure control mode (PRESS) is selected by the controller 20, the sequence control circuit 23 operates the first electromagnetic valve 34, thereby causing the time opening / closing operation valve 33 and the pneumatic cylinder 41 to operate. Communicate. Thereby, the air pressure in the pneumatic cylinder 41 of the vacuum proportional on-off valve 16 is adjusted, and the lift amount of the valve can be operated by the pneumatic cylinder 41.

真空圧力コントロールモードを選択したとき、真空圧力制御回路22は、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値を目標値とするフィードバック制御を開始する。すなわち、図32において、真空圧力センサー14、15で反応室10内の真空圧力値を計測し、それと目標真空圧力値との差(制御偏差)に応じて、真空比例開閉弁16の弁のリフト量を操作し、排気系のコンダクタンスを変化させることによって、反応室10内の真空圧力を目標真空圧力値に一定に保持する。 When the vacuum pressure control mode is selected, the vacuum pressure control circuit 22 starts feedback control with the target vacuum pressure value designated by the field input or remote input as the target value. That is, in FIG. 32, the vacuum pressure values in the reaction chamber 10 are measured by the vacuum pressure sensors 14 and 15, and the lift of the vacuum proportional on-off valve 16 is lifted according to the difference (control deviation) between the measured value and the target vacuum pressure value. The vacuum pressure in the reaction chamber 10 is kept constant at the target vacuum pressure value by manipulating the amount and changing the conductance of the exhaust system.

また、真空圧力コントロールモードを選択したとき、真空圧力制御回路22においては、フィードバック制御の制御偏差が大きいときは、フィードバック制御の操作量を最大にさせているので、フィードバック制御の速応性が十分に確保されている。一方、フィードバック制御の制御偏差が小さいときは、予め調整された時定数に段階的に移行するので、反応室10内の真空圧力を安定した状態で維持することができる。 Further, when the vacuum pressure control mode is selected, the vacuum pressure control circuit 22 maximizes the feedback control operation amount when the feedback control control deviation is large. It is secured. On the other hand, when the control deviation of the feedback control is small, the time shifts to the time constant adjusted in advance, so that the vacuum pressure in the reaction chamber 10 can be maintained in a stable state.

<真空圧力制御システムの電気構成>
図4に示す真空圧力制御システムの制御ブロック図に基づいて具体的に説明すると、真空圧力センサー14、15で計測された反応室10内の真空圧力値を比例微分回路105、106により調整した値は、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値と比較された後、比例微分積分回路102、103に入力される。その後、直列に接続された積分回路104は、位置制御回路31に出力するため、0〜5Vの範囲の電圧を出力する。積分回路104の時定数は、積分時間調整回路101により決定される。
<Electric configuration of vacuum pressure control system>
Specifically, based on the control block diagram of the vacuum pressure control system shown in FIG. 4, a value obtained by adjusting the vacuum pressure value in the reaction chamber 10 measured by the vacuum pressure sensors 14 and 15 by the proportional differentiation circuits 105 and 106. Is compared with the target vacuum pressure value designated by the field input or remote input, and then input to the proportional differential integration circuits 102 and 103. Thereafter, the integration circuits 104 connected in series output a voltage in the range of 0 to 5 V in order to output to the position control circuit 31. The time constant of the integration circuit 104 is determined by the integration time adjustment circuit 101.

真空圧力センサー14、15の計測値が、目標真空圧力値に対し離れているときは、内部演算回路により積分回路の積分時間が極小となるように動作する。これにより、積分回路104は、ほぼ無限大のゲインをもつ増幅回路として機能する。 When the measured values of the vacuum pressure sensors 14 and 15 are away from the target vacuum pressure value, the internal arithmetic circuit operates so that the integration time of the integration circuit is minimized. As a result, the integrating circuit 104 functions as an amplifier circuit having an almost infinite gain.

すなわち、
(真空圧力センサー14、15の計測値)>(目標真空圧力値)
となる場合は、積分回路104の最大値である5Vが、位置制御回路31に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁16は急速に開く方向に動作する。一方、
(真空圧力センサー14、15の計測値)<(目標真空圧力値)
となる場合は、積分回路104の最小値である0Vが位置制御回路31に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁16は、急速に閉じる方向に動作する。
That is,
(Measurement value of vacuum pressure sensors 14 and 15)> (Target vacuum pressure value)
In this case, 5V, which is the maximum value of the integration circuit 104, is output to the position control circuit 31. As a result, the vacuum proportional on-off valve 16 operates in a direction to open rapidly. on the other hand,
(Measurement value of vacuum pressure sensors 14 and 15) <(Target vacuum pressure value)
In this case, 0 V, which is the minimum value of the integration circuit 104, is output to the position control circuit 31. As a result, the vacuum proportional on-off valve 16 operates in a direction to close rapidly.

これらの動作により、真空比例開閉弁16の弁開度は、目標真空圧力値にするための位置の近くまで、最短時間で到達できる。その後、目標真空圧力値にするための位置の近くまで到達したと判断した積分時間調整回路101は、その位置にて真空圧力を安定した状態で保持するため、予め調整された積分回路104の時定数に段階的に移行する動作を行う。 By these operations, the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 can be reached in the shortest time to the vicinity of the position for obtaining the target vacuum pressure value. After that, the integration time adjusting circuit 101 that has determined that the position has reached the position for achieving the target vacuum pressure value keeps the vacuum pressure at that position in a stable state. Performs an operation that shifts to a constant step by step.

<シリンダ圧力と真空圧力との関係>
図5は、シリンダ圧力と反応室10の真空圧力との関係を示す図である。縦軸はシリンダ圧力(kPa)を示し、横軸は位置センサ出力(V)を示す。
図5は、Oリング49の潰し量を0.500mmに設計した真空比例開閉弁16について、反応室10の真空圧力を0〜800×0.133kPaとしたときに圧力センサ50(圧力測定手段の一例)が計測するシリンダ圧力を示している。
<Relationship between cylinder pressure and vacuum pressure>
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cylinder pressure and the vacuum pressure in the reaction chamber 10. The vertical axis represents cylinder pressure (kPa), and the horizontal axis represents position sensor output (V).
FIG. 5 shows the pressure sensor 50 (of the pressure measuring means) when the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is set to 0 to 800 × 0.133 kPa for the vacuum proportional on-off valve 16 designed to have a collapse amount of the O-ring 49 of 0.500 mm. (Example) shows the cylinder pressure to be measured.

真空比例開閉弁16は、弁体45に真空圧力が作用するため、図中X1部に示すように、シリンダ圧力が0kPaであっても、ポテンショメータ18が測定する位置センサ出力の値(V)が相違している。つまり、弁開度が相違している。 In the vacuum proportional on-off valve 16, since the vacuum pressure acts on the valve body 45, the value (V) of the position sensor output measured by the potentiometer 18 is not measured even when the cylinder pressure is 0 kPa, as indicated by X1 in the figure. It is different. That is, the valve opening is different.

Oリング49から漏れを生じるときのシリンダ圧力は、真空圧力が0kPaのときには139.7kPa、真空圧力が100×0.133kPaのときには123.3kPa、真空圧力が200×0.133kPaのときには109.0kPa、真空圧力が300×0.133kPaのときには97.7kPa、真空圧力が400×0.133kPaのときには83.9kPa、真空圧力が500×0.133kPaのときには73.4kPa、真空圧力が600×0.133kPaのときには59.5kPa、真空圧力が700×0.133kPaのときには48.4kPa、真空圧力が800×0.133kPaのときには33.2kPaとなる。このように、真空比例開閉弁16は、Oリング49から漏れが生じるシリンダ圧力が、反応室10の真空圧力によってばらばらである。 The cylinder pressure when leakage occurs from the O-ring 49 is 139.7 kPa when the vacuum pressure is 0 kPa, 123.3 kPa when the vacuum pressure is 100 × 0.133 kPa, and 109.0 kPa when the vacuum pressure is 200 × 0.133 kPa. When the vacuum pressure is 300 × 0.133 kPa, 97.7 kPa, when the vacuum pressure is 400 × 0.133 kPa, 83.9 kPa, when the vacuum pressure is 500 × 0.133 kPa, 73.4 kPa, and the vacuum pressure is 600 × 0. When the pressure is 133 kPa, the pressure is 59.5 kPa, when the vacuum pressure is 700 × 0.133 kPa, it is 48.4 kPa, and when the vacuum pressure is 800 × 0.133 kPa, the pressure is 33.2 kPa. Thus, in the vacuum proportional on-off valve 16, the cylinder pressure at which leakage occurs from the O-ring 49 varies depending on the vacuum pressure in the reaction chamber 10.

図6は、反応室10の真空圧力を加算したシリンダ圧力と、位置センサ出力との関係を示す図である。縦軸は反応室の真空圧力を加算したシリンダ圧力(kPa)を示し、横軸は位置センサ出力(V)を示す。
しかし、Oリング49から漏れが生じるシリンダ圧力に、弁体45に作用している真空圧力を加算すると、図中X2に示すように、その加算圧力値が一定の値(本実施形態では140kPa)を示し、位置センサ出力も一定になることが判明した。よって、Oリング49から漏れが生じ始める位置(リーク開始位置)は、圧力測定値が測定するシリンダ圧力と真空圧力からOリング49のリーク開始位置を算出することができる。
ここで、真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁16や圧力センサ50のバラツキを考慮して、リーク開始位置として、125kpa(弁開度0.050mm相当分のマージンを考慮)をコントローラ20に記憶している。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the cylinder pressure obtained by adding the vacuum pressure in the reaction chamber 10 and the position sensor output. The vertical axis represents the cylinder pressure (kPa) obtained by adding the vacuum pressure in the reaction chamber, and the horizontal axis represents the position sensor output (V).
However, when the vacuum pressure acting on the valve body 45 is added to the cylinder pressure at which leakage occurs from the O-ring 49, the added pressure value is a constant value (140 kPa in this embodiment) as indicated by X2 in the figure. The position sensor output was also found to be constant. Therefore, the position at which leakage starts from the O-ring 49 (leak start position) can be calculated from the cylinder pressure measured by the pressure measurement value and the vacuum pressure.
Here, the vacuum pressure control system stores 125 kpa (considering a margin corresponding to a valve opening of 0.050 mm) in the controller 20 as a leak start position in consideration of variations in the vacuum proportional on-off valve 16 and the pressure sensor 50. is doing.

図7は、真空圧力制御プログラムのフローチャートである。
図7に示す真空圧力制御プログラムは、コントローラ20に格納され、真空圧力コントロールモード(PRESS)が設定されたときに実行され、コントローラ20に下記の処理を行わせる。
FIG. 7 is a flowchart of the vacuum pressure control program.
The vacuum pressure control program shown in FIG. 7 is stored in the controller 20 and executed when the vacuum pressure control mode (PRESS) is set, and causes the controller 20 to perform the following processing.

先ず、ステップ20(以下、「S20」と省略して記載する。)において、所望の真空圧力を取得する。
S21において、圧力センサ14,15の測定結果を取得して反応室10の真空圧力を取得する。そして、S22において、圧力センサ50からシリンダ圧力を取得する。そして、S23において、S20で取得した所望の真空圧力と、S21で取得した真空圧力を比較して、125kPa(本実施例での例)から大きい方を減算する。すなわち、現在の真空圧力が所望の真空圧力よりも大きいか、等しい場合には(S23;YES)、125kPaから現在の真空圧力値を減算して、Oリング49のリーク位置を算出する(S231)。一方、現在の真空圧力が所望の真空圧力よりも小さい場合には(S23;NO)、125kPaから所望の真空圧力値を減算して、Oリング49のリーク位置を算出する(S232)。これにより、Oリング49のリーク開始位置となるシリンダ圧力を算出する。
First, in step 20 (hereinafter abbreviated as “S20”), a desired vacuum pressure is acquired.
In S21, the measurement results of the pressure sensors 14 and 15 are acquired, and the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is acquired. In S22, the cylinder pressure is acquired from the pressure sensor 50. In S23, the desired vacuum pressure acquired in S20 is compared with the vacuum pressure acquired in S21, and the larger one is subtracted from 125 kPa (example in this embodiment). That is, when the current vacuum pressure is greater than or equal to the desired vacuum pressure (S23; YES), the current vacuum pressure value is subtracted from 125 kPa to calculate the leak position of the O-ring 49 (S231). . On the other hand, when the current vacuum pressure is smaller than the desired vacuum pressure (S23; NO), the desired vacuum pressure value is subtracted from 125 kPa to calculate the leak position of the O-ring 49 (S232). Thereby, the cylinder pressure which becomes the leak start position of the O-ring 49 is calculated.

そして、S24において、S22で取得した現在のシリンダ圧力が、S23で算出したOリング49のリーク開始位置となるシリンダ圧力以上であるか否かを判断する。現在のシリンダ圧力がOリング49のリーク開始位置となるシリンダ圧力以上でない場合には(S24:NO)、真空圧力制御中に真空圧力制御システムが停止若しくは一旦停止されたと考えられるので、S25において、S23で取得したOリング49のリーク開始位置までシリンダ41に圧縮エアを供給して加圧し、フィードバック制御の下限値とする。その後、S26において、コントローラ20に設定された所望の真空圧力を取得する。そして、S27において、圧力センサ14,15から反応室10の現在の真空圧力を取得する。そして、S28において、現在の真空圧力を所望の真空圧力に近づけるように真空比例開閉弁16の弁開度を調整することにより、反応室10の真空圧力をフィードバック制御する。一方、シリンダ圧力がOリング49のリーク開始位置となるシリンダ圧力以上である場合には(S24:YES)、弁がクローズしていないので、そのままS26へ進む。 In S24, it is determined whether or not the current cylinder pressure acquired in S22 is equal to or higher than the cylinder pressure that is the leak start position of the O-ring 49 calculated in S23. If the current cylinder pressure is not equal to or higher than the cylinder pressure at which the O-ring 49 starts leaking (S24: NO), it is considered that the vacuum pressure control system is stopped or temporarily stopped during the vacuum pressure control. The compressed air is supplied and pressurized to the cylinder 41 up to the leak start position of the O-ring 49 acquired in S23, and is set as the lower limit value of the feedback control. Thereafter, in S26, a desired vacuum pressure set in the controller 20 is acquired. In S27, the current vacuum pressure in the reaction chamber 10 is acquired from the pressure sensors 14 and 15. In S28, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is feedback-controlled by adjusting the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 so that the current vacuum pressure approaches the desired vacuum pressure. On the other hand, when the cylinder pressure is equal to or higher than the cylinder pressure at which the O-ring 49 starts leaking (S24: YES), the valve is not closed and the process proceeds to S26.

このような真空圧力制御システムは、S20〜S28の処理を繰り返して真空圧力をフィードバック制御する際に、シリンダ圧力がOリング49のリーク開始位置以上であるか否かを監視し、シリンダ圧力がOリング49のリーク開始位置以上でない場合には、S23で取得したOリング49のリーク開始位置までシリンダ41を加圧し、フィードバック制御の下限位置をOリング49のリーク開始位置となるシリンダ圧力に調整する。 Such a vacuum pressure control system monitors whether or not the cylinder pressure is equal to or higher than the leak start position of the O-ring 49 when the vacuum pressure is feedback controlled by repeating the processes of S20 to S28. If it is not equal to or higher than the leak start position of the ring 49, the cylinder 41 is pressurized to the leak start position of the O-ring 49 acquired in S23, and the lower limit position of the feedback control is adjusted to the cylinder pressure that becomes the leak start position of the O-ring 49. .

<圧力制御応答性について>
発明者らは、本実施形態の真空圧力制御システムの圧力制御応答性について調べた。
実験では、シリンダ圧力0kPaのときの弁開度をフィードバック制御の下限値とする真空圧力制御システム(以下、「真空圧力制御システムA」という。)と、Oリング49のリーク開始位置をフィードバック制御の下限値とする本実施形態の真空圧力制御システム(以下「真空圧力制御システムB」という。)を用いて行った。実験では、真空圧力制御システムA,Bの各真空比例開閉弁16に、シリンダ圧力を500kPaに加圧して供給していた流量を、シリンダ圧力を140kPaに減圧して流量調整する場合の応答性について調べた。
<Pressure control response>
The inventors investigated the pressure control response of the vacuum pressure control system of this embodiment.
In the experiment, a vacuum pressure control system (hereinafter referred to as “vacuum pressure control system A”) in which the valve opening when the cylinder pressure is 0 kPa is the lower limit value of feedback control, and the leak start position of the O-ring 49 are feedback-controlled. This was carried out using the vacuum pressure control system of the present embodiment (hereinafter referred to as “vacuum pressure control system B”) as the lower limit. In the experiment, responsiveness when adjusting the flow rate by reducing the cylinder pressure to 140 kPa and supplying the flow rate supplied to the vacuum proportional on-off valves 16 of the vacuum pressure control systems A and B by increasing the cylinder pressure to 500 kPa. Examined.

図9は、真空圧力制御システムAの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。
真空圧力制御システムAは、真空比例開閉弁16のシリンダ圧力を500kPaから20kPaに減圧した後、140kPaに調整する。この場合、反応室10の真空圧力は、図中X3に示すように、オーバーシュートを発生した。また、反応室10の真空圧力が安定するのに、約23秒を要する。
FIG. 9 is a diagram showing the results of examining the pressure control responsiveness of the vacuum pressure control system A.
The vacuum pressure control system A reduces the cylinder pressure of the vacuum proportional on-off valve 16 from 500 kPa to 20 kPa, and then adjusts it to 140 kPa. In this case, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 caused an overshoot as indicated by X3 in the figure. Further, it takes about 23 seconds for the vacuum pressure in the reaction chamber 10 to stabilize.

図8は、真空圧力制御システムBの圧力制御応答性を調べた結果を示す図である。
真空圧力制御システムBは、真空比例開閉弁16のシリンダ圧力を500kPaから110kPaに減圧した後、140kPaに調整する。この場合、反応室10の真空圧力は、図中X4に示すように、オーバーシュートを発生しない。また、反応室10の真空圧力が安定するのに約20秒を要する。
FIG. 8 is a diagram showing the results of examining the pressure control responsiveness of the vacuum pressure control system B.
The vacuum pressure control system B reduces the cylinder pressure of the vacuum proportional on-off valve 16 from 500 kPa to 110 kPa, and then adjusts it to 140 kPa. In this case, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 does not generate an overshoot as indicated by X4 in the figure. Further, it takes about 20 seconds for the vacuum pressure in the reaction chamber 10 to stabilize.

よって、本実施形態のように、Oリング49のリーク開始位置を算出してフィードバック制御の下限値として真空圧力制御システムBは、シリンダ圧力0kPaのときの弁開度をフィードバック制御の下限値とする真空圧力制御システムAと比べ、オーバーシュートが生じにくい。これは、真空圧力制御システムBは、真空圧力制御システムAと比べ、シリンダ圧力を減圧する量が少なく、減圧後から目標シリンダ圧力までシリンダ圧力を充填する時間が短いからと考えられる。また、真空圧力制御システムBは、真空圧力制御システムAと比べ、反応室10の真空圧力の安定時間を1割程度早くできる。 Therefore, as in this embodiment, the vacuum pressure control system B calculates the leak start position of the O-ring 49 as a lower limit value for feedback control, and uses the valve opening when the cylinder pressure is 0 kPa as the lower limit value for feedback control. Compared with the vacuum pressure control system A, overshoot is less likely to occur. This is presumably because the vacuum pressure control system B has less amount of pressure reduction than the vacuum pressure control system A, and the time for filling the cylinder pressure from the pressure reduction to the target cylinder pressure is short. Further, the vacuum pressure control system B can make the stabilization time of the vacuum pressure in the reaction chamber 10 about 10% faster than the vacuum pressure control system A.

<圧力制御安定性について>
発明者らは、本実施形態の真空圧力制御システムの圧力制御安定性について調べた。
実験では、真空圧力制御システムAと真空圧力制御システムBを用いて行った。実験では、真空圧力制御システムA,Bに、各真空比例開閉弁16の供給流量が30SML時のPID制御定数を使用して供給流路10SLMにて同じ制御を行った場合に、ハンチングが生じるか否かを調べた。
<Pressure control stability>
The inventors investigated the pressure control stability of the vacuum pressure control system of this embodiment.
In the experiment, the vacuum pressure control system A and the vacuum pressure control system B were used. In the experiment, hunting occurs when the same control is performed in the supply flow path 10SLM using the PID control constant when the supply flow rate of each vacuum proportional on-off valve 16 is 30 SML in the vacuum pressure control systems A and B. I investigated whether or not.

図10は、真空圧力制御システムAの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を30SLMとする場合を示す。図11は、真空圧力制御システムAの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を10SLMとする場合を示す。
真空圧力制御システムAは、図10のX5に示すように、供給流量が30SLM時のPID制御を用いて、真空比例開閉弁16に供給流量を30SLMに制御させる場合には、ハンチングが約20秒間続く。一方、図11のX6に示すように、供給流量が30SLM時のPID制御を用いて、真空比例開閉弁16に供給流量を10SLMに制御させる場合には、ハンチングが100秒以上続く。
FIG. 10 is a diagram showing the results of examining the pressure control stability of the vacuum pressure control system A, and shows the case where the supply flow rate is set to 30 SLM using the PID control constant when the supply flow rate is 30 SLM. FIG. 11 is a diagram showing the results of examining the pressure control stability of the vacuum pressure control system A, and shows the case where the supply flow rate is 10 SLM using the PID control constant when the supply flow rate is 30 SLM.
As shown by X5 in FIG. 10, the vacuum pressure control system A uses the PID control when the supply flow rate is 30 SLM, and when the vacuum proportional on-off valve 16 controls the supply flow rate to 30 SLM, hunting is performed for about 20 seconds. Continue. On the other hand, as shown by X6 in FIG. 11, hunting continues for 100 seconds or more when the vacuum proportional on-off valve 16 controls the supply flow rate to 10 SLM using PID control when the supply flow rate is 30 SLM.

図12は、真空圧力制御システムBの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を30SLMとする場合を示す。図13は、真空圧力制御システムBの圧力制御安定性を調べた結果を示す図であって、供給流量が30SLM時のPID制御定数を使用して供給流量を10SLMとする場合を示す。
真空圧力制御システムBは、図12のX7に示すように、供給流量が30SLM時のPID制御を用いて、真空比例開閉弁16に供給流量を30SLMに制御させる場合には、ハンチングが約10秒間続く。一方、図13のX8に示すように、供給流量が30SLM時のPID制御を用いて、真空比例開閉弁16に供給流量を10SLMに制御させる場合には、ハンチングが約40秒程度で収束する。
FIG. 12 is a diagram showing the results of examining the pressure control stability of the vacuum pressure control system B, and shows the case where the supply flow rate is set to 30 SLM using the PID control constant when the supply flow rate is 30 SLM. FIG. 13 is a diagram showing the results of examining the pressure control stability of the vacuum pressure control system B, and shows the case where the supply flow rate is 10 SLM using the PID control constant when the supply flow rate is 30 SLM.
When the supply flow rate is controlled to 30 SLM by the vacuum proportional on / off valve 16 using PID control when the supply flow rate is 30 SLM as shown by X7 in FIG. Continue. On the other hand, as indicated by X8 in FIG. 13, when the supply flow rate is controlled to 10 SLM by the vacuum proportional on-off valve 16 using PID control when the supply flow rate is 30 SLM, hunting converges in about 40 seconds.

よって、真空圧力制御システムBは、真空圧力制御システムAと比べ、真空圧力のハンチング時間を約半分にすることができる。また、供給流量を30SLMから10SLMに変更する場合に、PID制御定数を変更しなくても、ハンチングを抑制して真空圧力を制御できる。PID制御定数の変更には、手間がかかるため、PID制御定数を変更せずに供給流量を変更できることは、ユーザにとって使い勝手が良い。 Therefore, the vacuum pressure control system B can halve the vacuum pressure hunting time as compared with the vacuum pressure control system A. Further, when the supply flow rate is changed from 30 SLM to 10 SLM, the hunting can be suppressed and the vacuum pressure can be controlled without changing the PID control constant. Since changing the PID control constant takes time, it is convenient for the user that the supply flow rate can be changed without changing the PID control constant.

<第1実施形態に係る真空圧力制御システムの作用効果>
上記真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、反応室10内の真空圧力、または真空目標圧力値から予圧圧力値(Oリング49のリーク開始位置)を算出し、その予圧圧力値をフィードバック制御の下限値とする。よって、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、真空比例開閉弁16が、Oリング49がシール力を失うリーク開始位置を弁体45が余分に通り越して弁開閉動作することがなく、圧力制御応答性が向上する。また、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、オーバーシュートやハンチングが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値が、リーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。
<The effect of the vacuum pressure control system concerning a 1st embodiment>
According to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program, the preload pressure value (leak start position of the O-ring 49) is calculated from the vacuum pressure in the reaction chamber 10 or the vacuum target pressure value, and the preload pressure value is fed back. The lower limit of control. Therefore, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, the vacuum proportional on-off valve 16 performs the valve opening / closing operation with the valve body 45 passing through the leak start position where the O-ring 49 loses the sealing force. And pressure control response is improved. Further, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, even when overshoot or hunting occurs, the vacuum pressure is stabilized in a short time because the lower limit value of the feedback control is the leak start position. , Pressure control responsiveness is improved.

(第2実施形態)
続いて、第2実施形態の真空圧力制御システムについて説明する。
第2実施形態の真空圧力制御システムは、真空圧力制御プログラムが、ポテンショメータ18が測定する位置センサ出力を用いて、Oリング49のリーク開始位置を算出する点で、第1実施形態と相違する。よって、ここでは、第1実施形態と相違する点を中心に説明する。尚、第1実施形態と同一構成には、第1実施形態と同じ符号を図面と説明に用い、詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the vacuum pressure control system according to the second embodiment will be described.
The vacuum pressure control system according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the vacuum pressure control program calculates the leak start position of the O-ring 49 using the position sensor output measured by the potentiometer 18. Therefore, here, the points different from the first embodiment will be mainly described. Note that the same reference numerals as those in the first embodiment are used for the same configurations as those in the first embodiment in the drawings and descriptions, and detailed descriptions thereof are omitted.

<位置センサ出力と反応室圧力との関係>
図16は、位置センサ出力と反応室10の真空圧力との関係を示す図である。縦軸は、ポテンショメータ18の位置センサ出力(V)を示し、横軸は、シリンダ圧力(kPa)を示す。
図16は、Oリング49の潰し量を0.500mmに設計した真空比例開閉弁16について、反応室10の真空圧力を0〜800×0.133kPaとしたときにOリング49から漏れを生じる弁体45の位置(弁開度)及びポテンショメータ18が出力する位置センサ出力を測定した結果を示す図である。
<Relationship between position sensor output and reaction chamber pressure>
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the position sensor output and the vacuum pressure in the reaction chamber 10. The vertical axis represents the position sensor output (V) of the potentiometer 18, and the horizontal axis represents the cylinder pressure (kPa).
FIG. 16 shows a valve that causes leakage from the O-ring 49 when the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is set to 0 to 800 × 0.133 kPa with respect to the vacuum proportional on-off valve 16 designed to have a crushing amount of the O-ring 49 of 0.500 mm. It is a figure which shows the result of having measured the position (valve opening degree) of the body 45, and the position sensor output which the potentiometer 18 outputs.

真空比例開閉弁16は、弁体45に真空圧力が作用するため、図中X9部に示すように、シリンダ圧力が0kPaであっても、ポテンショメータ18の位置センサ出力(V)、すなわち弁開度が反応室10の真空圧力によって異なっている。
図中数値は、Oリング49から漏れが生じたときの位置センサ出力を示す。Oリング49から漏れを生じるときの位置センサ出力は、真空圧力が0kPaのときには1.264V、真空圧力が100×0.133kPaのときには1.265V、真空圧力が200×0.133kPaのときには1.263V、真空圧力が300×0.133kPaのときには1.264V、真空圧力が400×0.133kPaのときには1.262V、真空圧力が500×0.133kPaのときには1.264V、真空圧力が600×0.133kPaのときには1.261V、真空圧力が700×0.133kPaのときには1.263V、真空圧力が800×0.133kPaのときには1.260Vとなる。このように、真空比例開閉弁16は、Oリング49から漏れが生じるときの位置センサ出力が約1.263V前後で安定している。
Since the vacuum proportional on-off valve 16 applies a vacuum pressure to the valve body 45, the position sensor output (V) of the potentiometer 18, that is, the valve opening degree, even if the cylinder pressure is 0 kPa, as indicated by X9 in the figure. Depends on the vacuum pressure in the reaction chamber 10.
The numerical value in the figure indicates the position sensor output when leakage occurs from the O-ring 49. The position sensor output when a leak occurs from the O-ring 49 is 1.264 V when the vacuum pressure is 0 kPa, 1.265 V when the vacuum pressure is 100 × 0.133 kPa, and 1 when the vacuum pressure is 200 × 0.133 kPa. 263 V, 1.264 V when the vacuum pressure is 300 × 0.133 kPa, 1.262 V when the vacuum pressure is 400 × 0.133 kPa, 1.264 V when the vacuum pressure is 500 × 0.133 kPa, and 600 × 0. When the pressure is 133 kPa, it is 1.261 V, when the vacuum pressure is 700 × 0.133 kPa, it is 1.263 V, and when the vacuum pressure is 800 × 0.133 kPa, it is 1.260 V. Thus, the vacuum proportional on-off valve 16 is stable at a position sensor output of about 1.263 V when leakage occurs from the O-ring 49.

よって、真空圧力別に、シリンダ圧力0kPaのときの位置センサ出力からOリング49が漏れを生じ始めるときの位置センサ出力までの変動量を予めコントローラ20に記憶しておけば、シリンダ圧力0kPaのときに測定した位置センサ出力に、真空圧力に応じた変動量を加算することにより、Oリング40のリーク開始位置を算出することができる。
位置センサ出力の変動量は、例えば、真空圧力が0kPaの場合、シリンダ圧力が0kPaのときの位置センサ出力が1.200Vで、Oリング46のリーク開始位置における位置センサ出力が1.264Vであり、その差分が0.064Vである。位置センサ出力0.001Vが弁開度として約0.0078mmに相当するポテンショメータ18を使用すると、位置センサ出力の変動量0.064Vは、弁開度の変動量0.498mmに相当する。そして、この弁開度の変動量0.498mmは、Oリング49の潰し量0.500mmにほぼ一致する。よって、位置センサ出力の変動量から弁開度の変動量を認識できる。
Therefore, if the amount of variation from the position sensor output when the cylinder pressure is 0 kPa to the position sensor output when the O-ring 49 begins to leak is stored in the controller 20 in advance for each vacuum pressure, the controller 20 can store the fluctuation amount when the cylinder pressure is 0 kPa. The leak start position of the O-ring 40 can be calculated by adding the amount of fluctuation corresponding to the vacuum pressure to the measured position sensor output.
For example, when the vacuum pressure is 0 kPa, the fluctuation amount of the position sensor output is 1.200 V when the cylinder pressure is 0 kPa, and 1.264 V at the leak start position of the O-ring 46. The difference is 0.064V. When the potentiometer 18 having a position sensor output of 0.001 V corresponding to about 0.0078 mm as the valve opening is used, the position sensor output fluctuation of 0.064 V corresponds to the valve opening fluctuation of 0.498 mm. The variation amount 0.498 mm of the valve opening degree substantially coincides with the crushing amount 0.500 mm of the O-ring 49. Therefore, the fluctuation amount of the valve opening can be recognized from the fluctuation amount of the position sensor output.

<真空圧力と変動量の関係テーブル>
そこで、真空圧力制御システムは、真空圧力と変動量の関係テーブルをコントローラ20に格納している。図17は、真空圧力と変動量の関係テーブルの一例を示す図である。
テーブルは、図16に示す測定結果から真空圧力毎に算出される弁開度の変動量及び位置センサ出力の変動量に、弁開度0.100mm(位置センサ出力13mV)分のマージンを考慮して、弁開度の変動量と位置センサ出力の変動量を記憶している。
図14は、真空圧力制御プログラムのフローチャートである。
真空圧力制御プログラムは、コントローラ20に格納され、真空圧力コントロールモード(PRESS)が設定された場合に実行されて以下の処理をコントローラ20に行わせる。
先ず、S21において、圧力センサ14,15の測定結果を取得して反応室10の真空圧力を取得する。そして、S32において、現在の弁開度を、ポテンショメータ18の位置センサ出力により取得する。そして、S33において、S21で取得した真空圧力とS32で取得した位置センサ出力より、Oリング49のリーク開始位置を算出する。
<Vacuum pressure and variation table>
Therefore, the vacuum pressure control system stores a relationship table between the vacuum pressure and the fluctuation amount in the controller 20. FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a relationship table between the vacuum pressure and the fluctuation amount.
The table considers a margin for the valve opening 0.100 mm (position sensor output 13 mV) in the valve opening fluctuation amount and the position sensor output fluctuation amount calculated for each vacuum pressure from the measurement results shown in FIG. Thus, the variation amount of the valve opening and the variation amount of the position sensor output are stored.
FIG. 14 is a flowchart of the vacuum pressure control program.
The vacuum pressure control program is stored in the controller 20 and is executed when the vacuum pressure control mode (PRESS) is set, and causes the controller 20 to perform the following processing.
First, in S21, the measurement results of the pressure sensors 14 and 15 are acquired, and the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is acquired. In S32, the current valve opening is acquired from the position sensor output of the potentiometer 18. In S33, the leak start position of the O-ring 49 is calculated from the vacuum pressure acquired in S21 and the position sensor output acquired in S32.

図15は、Oリングリーク開始位置算出プログラムのフローチャートである。
Oリングリーク開始位置は、図15に示す処理を実行することにより算出される。具体的には、S41において、真空比例開閉弁16がクローズ状態であるか否かを検出する。真空比例開閉弁16がクローズ状態でない場合は(S41:NO)、S45において、コントローラ20に保存されているOリング49のリーク開始位置を採用し、図14のS24へ進む。
一方、真空比例開閉弁16がクローズ状態である場合は(S41:YES)、図15のS42において、真空圧力に応じた弁開度の変動量として、図17に示すテーブルより位置センサ出力の変動量を参照して取得する。そして、S43において、S32で取得した現在の位置センサ出力にS42で取得した位置センサ出力の変動量を加算することにより、Oリング49のリーク開始位置を算出する。そして、S44において、S43で算出したOリング49のリーク開始位置をコントローラ20に更新・保存する。その後、図14のS24へ進む。
FIG. 15 is a flowchart of the O-ring leak start position calculation program.
The O-ring leak start position is calculated by executing the process shown in FIG. Specifically, in S41, it is detected whether or not the vacuum proportional on-off valve 16 is in a closed state. When the vacuum proportional on-off valve 16 is not in the closed state (S41: NO), the leak start position of the O-ring 49 stored in the controller 20 is adopted in S45, and the process proceeds to S24 in FIG.
On the other hand, when the vacuum proportional on-off valve 16 is in the closed state (S41: YES), in S42 of FIG. 15, the fluctuation of the position sensor output from the table shown in FIG. Get by referring to the amount. In S43, the leak start position of the O-ring 49 is calculated by adding the fluctuation amount of the position sensor output acquired in S42 to the current position sensor output acquired in S32. In S44, the leak start position of the O-ring 49 calculated in S43 is updated / saved in the controller 20. Thereafter, the process proceeds to S24 of FIG.

S24では、現在の弁開度がOリング49のリーク開始位置以上であるか否かを判断する。この判断は、S32で取得した現在の位置センサ出力が、コントローラ20に保存されているOリング49のリーク開始位置以上であるか否かにより判断される。現在の位置センサ出力がOリング49のリーク開始位置以上でない場合には(S24:NO)、S25において、S23で取得したOリング49のリーク開始位置をポテンショメータ18が計測するまで、供給ポート18Aに圧縮空気を供給してシリンダ41を加圧する。これにより、フィードバック制御の下限値が調整される。その後、S26〜S28は、第1実施形態と同様の処理なので説明を省略する。 In S24, it is determined whether or not the current valve opening is equal to or greater than the leak start position of the O-ring 49. This determination is made based on whether or not the current position sensor output acquired in S32 is equal to or greater than the leak start position of the O-ring 49 stored in the controller 20. If the current position sensor output is not equal to or higher than the leak start position of the O-ring 49 (S24: NO), the supply port 18A is supplied until the potentiometer 18 measures the leak start position of the O-ring 49 acquired in S23 in S25. Compressed air is supplied to pressurize the cylinder 41. Thereby, the lower limit value of the feedback control is adjusted. Thereafter, S26 to S28 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

このような真空圧力制御システムは、S24〜S28の処理を繰り返して真空圧力をフィードバック制御する際に、弁開度(位置センサ出力)がOリング49のリーク開始位置以上であるか否かを監視し、位置センサ出力がOリング49のリーク開始位置以上でない場合には、コントローラ20に保存されているOリング49のリーク開始位置までシリンダ41を加圧し、フィードバック制御の下限位置をOリング49のリーク開始位置に調整する。 Such a vacuum pressure control system monitors whether or not the valve opening (position sensor output) is equal to or greater than the leak start position of the O-ring 49 when the vacuum pressure is feedback controlled by repeating the processes of S24 to S28. If the position sensor output is not equal to or higher than the leak start position of the O-ring 49, the cylinder 41 is pressurized to the leak start position of the O-ring 49 stored in the controller 20, and the lower limit position of the feedback control is set to the O-ring 49. Adjust to the leak start position.

<補正について>
ところで、真空比例開閉弁16は、バルブメンテナンス後の再組立による弁位置の変化や、経年的な機械的ずれ、生成物付着による弁位置の変化により、シリンダ圧力0kPaのときの弁位置が正常な弁位置からずれることがある。この場合でも、真空圧力制御システムは、シリンダ圧力を0kPaにして真空比例開閉弁16をクローズした時にポテンショメータ18が測定する位置センサ出力に、Oリング49の潰し量分を考慮した位置センサ出力変動量を加算することにより、Oリング49のリーク開始位置を補正する。
<About correction>
By the way, the valve position of the vacuum proportional on-off valve 16 is normal when the cylinder pressure is 0 kPa due to a change in valve position due to reassembly after valve maintenance, a mechanical shift with time, and a change in valve position due to product adhesion. May deviate from valve position. Even in this case, the vacuum pressure control system is the position sensor output fluctuation amount considering the collapse amount of the O-ring 49 in the position sensor output measured by the potentiometer 18 when the cylinder pressure is 0 kPa and the vacuum proportional on-off valve 16 is closed. Is added to correct the leak start position of the O-ring 49.

<位置センサ出力と制御コマンドとの関係>
実験では、真空比例開閉弁16をオープン状態からクローズ状態にした時にポテンショメータ18の位置センサ出力が1.145Vである真空圧力制御システムCと、真空比例開閉弁16をオープン状態からクローズ状態にした時にポテンショメータ18の位置センサ出力が1.240Vである真空圧力制御システムDと、真空比例開閉弁16をオープン状態からクローズ状態にした時にポテンショメータ18の位置センサ出力が1.335Vである真空圧力制御システムEをそれぞれ用いて、反応室10の真空圧力を目標圧力(ここでは、9.0×0.133kPa)に制御した。この場合に、真空圧力制御システムC〜Eが、真空比例開閉弁16に出力する制御コマンド(V)とポテンショメータ18から出力される位置センサ出力(V)と、真空比例開閉弁16のシリンダ圧力(kPa)と、反応室10の真空圧力(kPa)とを測定した。この実験結果を図18、図19に示す。
<Relationship between position sensor output and control command>
In the experiment, when the vacuum proportional on-off valve 16 is changed from the open state to the closed state, the position sensor output of the potentiometer 18 is 1.145 V, and when the vacuum proportional on-off valve 16 is changed from the open state to the closed state. A vacuum pressure control system D in which the position sensor output of the potentiometer 18 is 1.240 V, and a vacuum pressure control system E in which the position sensor output of the potentiometer 18 is 1.335 V when the vacuum proportional on-off valve 16 is changed from the open state to the closed state. Were used to control the vacuum pressure in the reaction chamber 10 to the target pressure (here, 9.0 × 0.133 kPa). In this case, the vacuum pressure control system C to E outputs a control command (V) output to the vacuum proportional on / off valve 16, a position sensor output (V) output from the potentiometer 18, and a cylinder pressure ( kPa) and the vacuum pressure (kPa) in the reaction chamber 10 were measured. The experimental results are shown in FIGS.

図18は、位置センサ出力に応じて制御コマンド下限値を補正している様子を示す図であって、左側縦軸は位置センサ出力(V)を示し、右側縦軸は制御コマンド(V)を示し、横軸は時間secを示す。
真空圧力制御システムC〜Eが真空比例開閉弁16に付与する制御コマンドは、位置センサ出力とリニアに対応するようになっている。よって、制御コマンドも位置センサ出力に対応して変化し、制御コマンド下限値が、その時の位置センサ出力に応じて異なる値になっている。よって、図18に示す測定結果から、真空圧力制御システムC〜Eが、クローズ時の位置センサ出力に応じて制御コマンドを補正していることが分かる。
FIG. 18 is a diagram showing how the control command lower limit value is corrected in accordance with the position sensor output. The left vertical axis indicates the position sensor output (V), and the right vertical axis indicates the control command (V). The horizontal axis indicates time sec.
The control commands given to the vacuum proportional on-off valve 16 by the vacuum pressure control systems C to E correspond to the position sensor output linearly. Therefore, the control command also changes in accordance with the position sensor output, and the control command lower limit value is a different value depending on the position sensor output at that time. Therefore, it can be seen from the measurement results shown in FIG. 18 that the vacuum pressure control systems C to E correct the control command in accordance with the position sensor output at the time of closing.

<位置センサ出力とシリンダ圧力との関係>
図19は、シリンダを予圧する様子を示す図であって、左側縦軸は反応室10の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)、横軸は時間(sec)を示す。
上記のように制御コマンドを補正された真空圧力制御システムC〜Eは、真空比例開閉弁16のクローズ時における位置センサ出力が1.145V、1.240V、1.335Vと異なる場合であっても、シリンダ41が同じ圧力で予圧されている。
<Relationship between position sensor output and cylinder pressure>
FIG. 19 is a diagram showing a state in which the cylinder is preloaded, the left vertical axis is the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure) of the reaction chamber 10, the right vertical axis is the cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and the horizontal The axis indicates time (sec).
In the vacuum pressure control systems C to E in which the control commands are corrected as described above, the position sensor output when the vacuum proportional on-off valve 16 is closed is different from 1.145V, 1.240V, and 1.335V. The cylinder 41 is preloaded with the same pressure.

<制御コマンドの下限値設定に関する具体例>
次に、真空圧力制御システムが、フィードバック制御する際に真空比例開閉弁16に出力する制御コマンドの下限値設定に関する具体例を説明する。
例えば、真空比例開閉弁16をクローズ状態にしたときに、圧力センサ14,15が測定する現在の真空圧力が0kPaであり、且つ、ポテンショメータ18の位置センサ出力が1.203Vである場合には、位置センサ出力が、図16のX9部に示す正常時の位置センサ出力基準値(1.200V)より0.003V大きい。すなわち、弁開度が正常時より大きい。この場合、図17に示す真空圧力0kPaのときの位置センサ出力基準値0.051Vを読み出し、位置センサ出力(1.203V)に加算する。これにより、Oリング49のリーク開始位置は、位置センサ出力が1.254Vを出力する位置に補正される。
<Specific examples for setting the lower limit of control commands>
Next, a specific example of setting a lower limit value of a control command output to the vacuum proportional on-off valve 16 when the vacuum pressure control system performs feedback control will be described.
For example, when the current vacuum pressure measured by the pressure sensors 14 and 15 is 0 kPa and the position sensor output of the potentiometer 18 is 1.203 V when the vacuum proportional on-off valve 16 is closed, The position sensor output is 0.003V larger than the normal position sensor output reference value (1.200V) shown in part X9 in FIG. That is, the valve opening is larger than that at the normal time. In this case, the position sensor output reference value 0.051 V when the vacuum pressure is 0 kPa shown in FIG. 17 is read out and added to the position sensor output (1.203 V). Thereby, the leak start position of the O-ring 49 is corrected to a position where the position sensor output outputs 1.254V.

また、例えば、真空比例開閉弁16をクローズ状態にしたときに、圧力センサ14,15が測定する現在の真空圧力が0kPaであり、且つ、ポテンショメータ18の位置センサ出力が1.213Vである場合には、位置センサ出力が、図16のX9部に示す真空圧力0kPaのときの位置センサ出力基準値(1.200V)より0.013V大きい。この場合、図17に示す真空圧力0kPaのときの位置センサ出力基準値0.051Vを読み出し、位置センサ出力(1.213V)に加算する。これにより、Oリング49のリーク開始位置は、位置センサ出力が1.264Vを出力する位置に補正される。 For example, when the vacuum proportional on-off valve 16 is closed, the current vacuum pressure measured by the pressure sensors 14 and 15 is 0 kPa, and the position sensor output of the potentiometer 18 is 1.213V. The position sensor output is 0.013 V larger than the position sensor output reference value (1.200 V) when the vacuum pressure is 0 kPa shown in part X9 of FIG. In this case, the position sensor output reference value 0.051 V when the vacuum pressure is 0 kPa shown in FIG. 17 is read out and added to the position sensor output (1.213 V). Accordingly, the leak start position of the O-ring 49 is corrected to a position where the position sensor output outputs 1.264V.

更に、真空比例開閉弁16をクローズ状態にしたときに、圧力センサ14,15が測定する現在の真空圧力が0kPaであり、且つ、ポテンショメータ18の位置センサ出力が1.193Vである場合には、位置センサ出力が、図16のX9部に示す真空圧力0kPaのときの位置センサ出力基準値(1.200V)より0.007V小さい。この場合、図17に示す真空圧力0kPaのときの位置センサ出力基準値0.051Vを読み出し、位置センサ出力(1.193V)に加算する。これにより、Oリング49のリーク開始位置は、位置センサ出力が1.244Vを出力する位置に補正される。 Furthermore, when the current vacuum pressure measured by the pressure sensors 14 and 15 is 0 kPa and the position sensor output of the potentiometer 18 is 1.193 V when the vacuum proportional on-off valve 16 is closed, The position sensor output is 0.007V smaller than the position sensor output reference value (1.200V) when the vacuum pressure is 0 kPa shown in the X9 part of FIG. In this case, the position sensor output reference value 0.051 V when the vacuum pressure is 0 kPa shown in FIG. 17 is read and added to the position sensor output (1.193 V). Accordingly, the leak start position of the O-ring 49 is corrected to a position where the position sensor output outputs 1.244V.

また、真空比例開閉弁16をクローズ状態にしたときに、圧力センサ14,15が測定する現在の真空圧力が100×0.133kPaであり、且つ、ポテンショメータ18の位置センサ出力が1.210Vである場合には、位置センサ出力が、図16のX9部に示す真空圧力100×0.133kPaのときの位置センサ出力基準値(1.220V)より0.010V小さい。この場合、図17に示す真空圧力100×0.133kPaのときの位置センサ出力基準値0.045Vを読み出し、位置センサ出力(1.210V)に加算する。これにより、Oリング49のリーク開始位置は、位置センサ出力が1.255Vを出力する位置に補正される。 Further, when the vacuum proportional on-off valve 16 is closed, the current vacuum pressure measured by the pressure sensors 14 and 15 is 100 × 0.133 kPa, and the position sensor output of the potentiometer 18 is 1.210V. In this case, the position sensor output is 0.010 V smaller than the position sensor output reference value (1.220 V) when the vacuum pressure is 100 × 0.133 kPa shown in the X9 part of FIG. In this case, the position sensor output reference value 0.045 V when the vacuum pressure is 100 × 0.133 kPa shown in FIG. 17 is read out and added to the position sensor output (1.210 V). Thereby, the leak start position of the O-ring 49 is corrected to a position where the position sensor output outputs 1.255V.

<第2実施形態に係る真空圧力制御システムの作用効果>
上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、Oリング49がシール力を失うときに、真空比例開閉弁16の弁体45の位置に応じて出力値を変化させて出力するポテンショメータ18が出力する出力値(位置センサ出力)がほぼ一定である。そして、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、ポテンショメータ18の出力値が、Oリング49がシール力を失うリーク開始位置まで弁体45が移動したときにポテンショメータ18が出力する出力値となるように、シリンダ41を予圧して、フィードバック制御の下限値とする。よって、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、真空比例開閉弁16が、リーク開始位置を弁体45が余分に通り越して弁開閉動作することがなく、圧力制御応答性が向上する。また、上記態様の真空圧力制御システム及び真空圧力制御プログラムによれば、オーバーシュートやハンチングが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値がリーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。
<Operational Effect of Vacuum Pressure Control System According to Second Embodiment>
According to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, when the O-ring 49 loses the sealing force, the potentiometer that changes the output value according to the position of the valve body 45 of the vacuum proportional on-off valve 16 and outputs it. The output value (position sensor output) output by 18 is substantially constant. According to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, the potentiometer 18 outputs the output value of the potentiometer 18 when the valve body 45 moves to the leak start position where the O-ring 49 loses the sealing force. The cylinder 41 is preloaded so as to obtain an output value, and is set as the lower limit value of the feedback control. Therefore, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, the vacuum proportional on-off valve 16 does not cause the valve body 45 to pass through the leakage start position and the valve opening / closing operation is performed, and the pressure control responsiveness is improved. improves. Further, according to the vacuum pressure control system and the vacuum pressure control program of the above aspect, even when overshoot or hunting occurs, the lower limit value of the feedback control is the leak start position, so the vacuum pressure is stabilized in a short time, Pressure control response is improved.

上記態様の真空圧力制御システムによれば、シリンダ41が無加圧のとき(シリンダ圧力が0kPaのとき)にポテンショメータ18が出力する位置センサ出力から、シリンダ41をOリング49がシール力を失うリーク開始位置まで予圧したときにポテンショメータ18が出力する位置センサ出力まで変動する変動量を、反応室10内の真空圧力別に記憶するデータ記憶手段(テーブル)を有し、反応室10の真空圧力に応じた変動量をテーブルから取得し、取得した変動量をポテンショメータ18が出力する位置センサ出力に加算することにより、Oリング49がシール力を失う位置(リーク開始位置)を算出する。そのため、反応室10の真空圧力とポテンショメータ18の位置センサ出力からOリング49がシール力を失うリーク開始位置を簡単に算出できる。 According to the vacuum pressure control system of the above aspect, the O-ring 49 leaks the cylinder 41 from the position sensor output output by the potentiometer 18 when the cylinder 41 is not pressurized (when the cylinder pressure is 0 kPa). It has data storage means (table) for storing the amount of fluctuation that varies up to the position sensor output output by the potentiometer 18 when preloading to the start position, according to the vacuum pressure in the reaction chamber 10, and according to the vacuum pressure in the reaction chamber 10. The obtained fluctuation amount is obtained from the table, and the obtained fluctuation amount is added to the position sensor output output from the potentiometer 18, thereby calculating the position where the O-ring 49 loses the sealing force (leak start position). Therefore, the leak start position at which the O-ring 49 loses the sealing force can be easily calculated from the vacuum pressure in the reaction chamber 10 and the position sensor output from the potentiometer 18.

上記態様の真空圧力制御システムによれば、シリンダ41が無加圧のときにポテンショメータ18が検出する出力値に対して、反応室10の真空圧力に応じた変動量を加算するので、使用している間に位置センサの出力がずれてきたとしても、そのずれ分だけ、Oリング49のリーク開始位置を補正する補正手段を有する。よって、上記態様の真空圧力制御システムによれば、例えば、真空比例開閉弁16がメンテナンス後の再組立により弁位置をずらした場合でも、そのずれ量に応じてフィードバック制御の下限値を補正し、真空圧力制御を精度良く行うことができる。 According to the vacuum pressure control system of the above aspect, the fluctuation amount corresponding to the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is added to the output value detected by the potentiometer 18 when the cylinder 41 is not pressurized. Even if the output of the position sensor is deviated during the period, the correction means for correcting the leak start position of the O-ring 49 is provided by the deviation. Therefore, according to the vacuum pressure control system of the above aspect, for example, even when the vacuum proportional on-off valve 16 shifts the valve position by reassembly after maintenance, the lower limit value of the feedback control is corrected according to the shift amount, Vacuum pressure control can be performed with high accuracy.

(第3実施形態)
続いて本発明の第3実施形態に係る真空圧力制御システムついて説明する。
第3実施形態の真空圧力制御システムは、反応室10からガスをスロー排気するスロー排気モードを備える点が第1実施形態と相違する。よって、ここでは、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。第1実施形態と共通する点については、第1実施形態と同一符号を図面や説明に用い、詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a vacuum pressure control system according to the third embodiment of the present invention will be described.
The vacuum pressure control system of the third embodiment is different from the first embodiment in that it includes a slow exhaust mode in which gas is slowly exhausted from the reaction chamber 10. Therefore, here, the description will focus on the differences from the first embodiment. About the point which is common in 1st Embodiment, the same code | symbol as 1st Embodiment is used for drawing and description, and detailed description is abbreviate | omitted.

<スロー排気制御プログラム>
図20は、真空圧力制御システムが実行するスロー排気制御プログラムのフローチャートである。
スロー排気制御プログラムは、真空圧力制御システムのコントローラ20に格納されている。真空圧力制御システムは、スロー排気モードが設定されると、図20に示すスロー排気制御プログラムをコントローラ20に実行させ、以下の処理を行う。
真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁16がクローズしている場合には、現在の真空圧力を取得と弁開度を取得し、Oリング49のリーク開始位置を算出する(S201:YES、S21,S52,S53)。弁開度及びOリング49のリーク開始位置は、第1実施形態のようにシリンダ圧力で検出しても良いし、第2実施形態のようにポテンショメータ18の位置センサ出力で取得しても良い。一方、真空比例開閉弁16がクローズしていない場合には(S201:NO)、保存されているOリング49のリーク位置を採用する。
<Slow exhaust control program>
FIG. 20 is a flowchart of a slow exhaust control program executed by the vacuum pressure control system.
The slow exhaust control program is stored in the controller 20 of the vacuum pressure control system. When the slow exhaust mode is set, the vacuum pressure control system causes the controller 20 to execute the slow exhaust control program shown in FIG. 20 and performs the following processing.
When the vacuum proportional on-off valve 16 is closed, the vacuum pressure control system acquires the current vacuum pressure and valve opening, and calculates the leak start position of the O-ring 49 (S201: YES, S21). , S52, S53). The valve opening degree and the leak start position of the O-ring 49 may be detected by the cylinder pressure as in the first embodiment, or may be acquired by the position sensor output of the potentiometer 18 as in the second embodiment. On the other hand, when the vacuum proportional on-off valve 16 is not closed (S201: NO), the stored leak position of the O-ring 49 is employed.

そして、S24において、現在の弁開度がOリング49のリーク開始位置以上であるか否かを判断する。現在の弁開度がOリング49のリーク開始位置以上でない場合には(S24:NO)、S25において、S53で取得したOリング49のリーク開始位置までシリンダ41を加圧してフィードバック制御の下限値を調整する。その後、S109へ進む。一方、現在の位置センサ出力がOリング49のリーク開始位置以上である場合には(S24:YES)、そのままS109へ進む。 In S24, it is determined whether or not the current valve opening is equal to or greater than the leak start position of the O-ring 49. If the current valve opening is not equal to or greater than the leak start position of the O-ring 49 (S24: NO), in S25, the cylinder 41 is pressurized to the leak start position of the O-ring 49 acquired in S53, and the lower limit value of feedback control. Adjust. Thereafter, the process proceeds to S109. On the other hand, if the current position sensor output is greater than or equal to the leak start position of the O-ring 49 (S24: YES), the process proceeds directly to S109.

尚、S109以降は、従来技術と同様であるので、説明を省略する。真空圧力制御システムは、S24,S25,S109〜S115の処理を繰り返し、反応室10の真空圧力をフィードバック制御する。このとき、真空圧力制御システムは、弁開度がOリング49のリーク開始位置以上でなく、真空比例開閉弁16をクローズする場合は、弁開度がOリングのリーク開始位置となるようにシリンダ41を予圧状態にするので、フィードバック制御時に必要以上に弁開度を小さくし過ぎない。 Since S109 and subsequent steps are the same as the prior art, the description thereof is omitted. The vacuum pressure control system repeats the processes of S24, S25, and S109 to S115, and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber 10. At this time, the vacuum pressure control system sets the cylinder so that the valve opening degree is not equal to or greater than the leak start position of the O-ring 49 and the valve opening degree is the O-ring leak start position when the vacuum proportional on-off valve 16 is closed. Since 41 is in a preload state, the valve opening is not made excessively smaller than necessary during feedback control.

<スロー排気時間について>
発明者らは、シリンダの予圧がスロー排気時間に与える影響について調べた。
実験では、フィードバック制御の下限値をシリンダ圧力0kPa時のシリンダ圧力とする真空圧力制御システムFと、フィードバック制御の下限値をOリング49のリーク開始位置とする真空圧力制御システムGとを使用して行った。実験では、真空圧力制御システムF,Gが、設定流量(ここでは0.333kPa/sec)で反応室10を減圧するように真空比例開閉弁16の弁開度を調整し、その間の真空圧力とシリンダ圧力を経時的に測定した。その実験結果を、図22及び図23に示す。
<About slow exhaust time>
The inventors investigated the effect of cylinder preload on the slow exhaust time.
In the experiment, a vacuum pressure control system F in which the lower limit value of the feedback control is a cylinder pressure at a cylinder pressure of 0 kPa and a vacuum pressure control system G in which the lower limit value of the feedback control is the leak start position of the O-ring 49 are used. went. In the experiment, the vacuum pressure control systems F and G adjust the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 so as to depressurize the reaction chamber 10 at a set flow rate (here, 0.333 kPa / sec), Cylinder pressure was measured over time. The experimental results are shown in FIGS.

図21は、真空圧力制御システムFによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室10の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
真空圧力制御システムFは、反応室10を目標流量で減圧するように真空比例開閉弁16の弁開度を調整するまでに、9秒間かかった。
図22は、真空圧力制御システムGによるスロー排気に要する時間を示す図であって、左側縦軸は反応室10の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
真空圧力制御システムGは、反応室10を目標流量で減圧するように真空比例開閉弁16の弁開度を調整するまでに、6秒間かかった。
よって、真空圧力制御システムGは、真空圧力制御システムFよりスロー排気に要する時間を3分の2に短縮することができた。これは、真空圧力制御システムGが、シリンダ41をOリング49のリーク開始位置まで予圧しており、真空比例開閉弁16の供給ポート18Aに圧縮空気を供給すると同時に真空比例開閉弁16にガスが流れ始めるためと考えられる。
FIG. 21 is a diagram showing the time required for slow evacuation by the vacuum pressure control system F. The left vertical axis indicates the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure) in the reaction chamber 10, and the right vertical axis indicates the cylinder pressure. (KPa, gauge pressure) is shown, and the horizontal axis shows time (sec).
It took 9 seconds for the vacuum pressure control system F to adjust the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 so as to depressurize the reaction chamber 10 at the target flow rate.
FIG. 22 is a diagram showing the time required for slow evacuation by the vacuum pressure control system G. The left vertical axis indicates the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure) in the reaction chamber 10, and the right vertical axis indicates the cylinder pressure. (KPa, gauge pressure) is shown, and the horizontal axis shows time (sec).
It took 6 seconds for the vacuum pressure control system G to adjust the valve opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 so as to depressurize the reaction chamber 10 at the target flow rate.
Therefore, the vacuum pressure control system G was able to reduce the time required for slow exhausting to two thirds than the vacuum pressure control system F. This is because the vacuum pressure control system G preloads the cylinder 41 to the leak start position of the O-ring 49, and simultaneously supplies compressed air to the supply port 18A of the vacuum proportional on-off valve 16, and gas is supplied to the vacuum proportional on-off valve 16 at the same time. It is thought to begin to flow.

<アンダーシュート発生時の制御について>
発明者らは、上記真空圧力制御システムF,Gを用いて、スロー排気時にアンダーシュートが発生した場合の制御について調べた。実験では、真空圧力制御システムF,Gが設定流量(ここでは0.333kPa/sec)で反応室10を減圧するように真空比例開閉弁16の弁開度を調整し、反応室10が減圧し始めるときにシリンダ41を加圧してアンダーシュードを生じさせる。この場合に、真空圧力制御システムF,Gについて真空圧力とシリンダ圧力を経時的に測定した。その実験結果を、図23及び図24に示す。
<Control when undershoot occurs>
The inventors investigated the control when undershoot occurred during slow exhaust using the vacuum pressure control systems F and G. In the experiment, the opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 is adjusted so that the vacuum pressure control systems F and G depressurize the reaction chamber 10 at a set flow rate (here, 0.333 kPa / sec), and the reaction chamber 10 depressurizes. When starting, the cylinder 41 is pressurized to cause undershoot. In this case, the vacuum pressure and cylinder pressure of the vacuum pressure control systems F and G were measured over time. The experimental results are shown in FIGS.

図23は、真空圧力制御システムFにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室10の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
真空圧力制御システムFは、シリンダ圧力変動が最大約70kPaであり、シリンダ圧力の安定に約30秒かかった。そして、反応室10では、−27.5×0.133kPaのアンダーシュートが生じ、アンダーシュート発生後から安定するまでに約40秒かかった。
FIG. 23 is a diagram showing fluctuations in vacuum pressure and cylinder pressure when undershoot occurs in the vacuum pressure control system F. The left vertical axis represents the vacuum pressure in the reaction chamber 10 (× 0.133 kPa, absolute pressure). The right vertical axis represents cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and the horizontal axis represents time (sec).
The vacuum pressure control system F had a maximum cylinder pressure fluctuation of about 70 kPa, and it took about 30 seconds to stabilize the cylinder pressure. In the reaction chamber 10, an undershoot of −27.5 × 0.133 kPa occurred, and it took about 40 seconds to stabilize after the undershoot occurred.

図24は、真空圧力制御システムGにアンダーシュートが発生した場合の真空圧力及びシリンダ圧力の変動を示す図であって、左側縦軸は反応室10の真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
真空圧力制御システムGは、シリンダ圧力変動が最大約30kPaであり、シリンダ圧力の安定に約15秒かかった。そして、反応室10では、−9.0×0.133kPaのアンダーシュートが生じ、アンダーシュート発生後から安定するまでに約15秒かかった。
FIG. 24 is a diagram showing fluctuations in vacuum pressure and cylinder pressure when undershoot occurs in the vacuum pressure control system G, and the left vertical axis represents the vacuum pressure in the reaction chamber 10 (× 0.133 kPa, absolute pressure). The right vertical axis represents cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and the horizontal axis represents time (sec).
The vacuum pressure control system G had a maximum cylinder pressure fluctuation of about 30 kPa and took about 15 seconds to stabilize the cylinder pressure. In the reaction chamber 10, an undershoot of −9.0 × 0.133 kPa occurred, and it took about 15 seconds to stabilize after the undershoot occurred.

このように、真空圧力制御システムGは、真空圧力制御システムFより、アンダーシュート発生時のシリンダ圧力変動が半分以上小さく、シリンダ圧力が安定するまでに要する時間も約半分に短くなる。そして、真空圧力制御システムGは、真空圧力制御システムFより、反応室10で発生するアンダーシュートが約3分の1に押さえられ、アンダーシュート発生後に真空圧力が安定する時間も半分以上短縮できる。これは、真空圧力制御システムGが、真空比例開閉弁16に流量を絞らせる場合に、Oリング49のリーク開始位置までしか弁体45を移動させないため、反応室10の圧力変動に追従して真空比例開閉弁16を開閉して応答性良く流量制御できるからと考えられる。 Thus, in the vacuum pressure control system G, the cylinder pressure fluctuation at the time of undershooting is smaller by more than half than the vacuum pressure control system F, and the time required for the cylinder pressure to be stabilized is also shortened by about half. Then, the vacuum pressure control system G can suppress the undershoot generated in the reaction chamber 10 to about one third, and the time for the vacuum pressure to stabilize after the occurrence of the undershoot can be shortened by more than half than the vacuum pressure control system F. This is because when the vacuum pressure control system G reduces the flow rate to the vacuum proportional on-off valve 16, the valve body 45 is moved only to the leak start position of the O-ring 49, and thus follows the pressure fluctuation in the reaction chamber 10. It is considered that the flow rate can be controlled with good responsiveness by opening and closing the vacuum proportional on-off valve 16.

<第3実施形態に係る真空圧力制御システムの作用効果>
第3実施形態に係る真空圧力制御システムは、第1実施形態と同様、圧力制御応答性が向上を図ることができる。また、第3実施形態に係る真空圧力制御システムは、アンダーシュートが生じた場合でも、フィードバック制御の下限値が、Oリング49がシール力を失うリーク開始位置であるため、真空圧力が短時間で安定し、圧力制御応答性が向上する。
ここで、第3実施形態に係る真空圧力制御システムと特許文献1記載の真空圧力制御システムとを、真空圧力と制御コマンドとの関係、真空圧力とシリンダ圧力との関係、真空圧力と位置センサ出力との関係から対比し、両者の差異を明らかにする。
<The effect of the vacuum pressure control system concerning a 3rd embodiment>
The vacuum pressure control system according to the third embodiment can improve the pressure control response as in the first embodiment. Further, in the vacuum pressure control system according to the third embodiment, even when undershoot occurs, the lower limit value of the feedback control is the leak start position at which the O-ring 49 loses the sealing force. Stable and pressure control responsiveness is improved.
Here, the vacuum pressure control system according to the third embodiment and the vacuum pressure control system described in Patent Document 1 are related to the relationship between the vacuum pressure and the control command, the relationship between the vacuum pressure and the cylinder pressure, the vacuum pressure and the position sensor output. The difference between the two is clarified.

実験では、特許文献1記載の真空圧力制御システムと第3実施形態の真空圧力制御システムに、設定流量2.5×0.133kPa/secでスロー排気を行わせ、そのときの、真空圧力変動と制御コマンド変動、シリンダ圧力変動、位置センサ出力変動を調べた。この実験結果を図25〜図30に示す。
図25は、特許文献1に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は制御コマンド(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
特許文献1記載の真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁16の不感帯をなくすために、シリンダ41に予圧をかけている。しかし、Oリング49のリーク開始位置が不明なため、シリンダ41に予圧できる予圧可能量が不明である。そこで、図32のS103,S108に示すように、規定時間(10sec)の間、真空圧力変動を確認しながら弁開度を段階的に調整して予圧を行い(図25のA部)、その後、規定時間(10sec)の間、フィードバック制御を行うことにより(図25のB部)、予圧可能量を求めている。そのため、特許文献1記載の真空圧力制御システムは、予圧に、最大で20secを要し、スロー排気の流量安定に29.6秒もかかり、制御応答性が悪かった。
In the experiment, the vacuum pressure control system described in Patent Document 1 and the vacuum pressure control system of the third embodiment were caused to perform slow exhaust at a set flow rate of 2.5 × 0.133 kPa / sec, Control command fluctuation, cylinder pressure fluctuation, and position sensor output fluctuation were investigated. The results of this experiment are shown in FIGS.
FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the vacuum pressure and the control command of the vacuum pressure control system described in Patent Document 1, wherein the left vertical axis shows the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure), and the right vertical The axis indicates the control command (V), and the horizontal axis indicates time (sec).
The vacuum pressure control system described in Patent Literature 1 applies a preload to the cylinder 41 in order to eliminate the dead zone of the vacuum proportional on-off valve 16. However, since the leak start position of the O-ring 49 is unknown, the amount of preload that can be preloaded on the cylinder 41 is unknown. Therefore, as shown in S103 and S108 in FIG. 32, preloading is performed by adjusting the valve opening stepwise while checking the vacuum pressure fluctuation for a specified time (10 sec) (A part in FIG. 25). By performing feedback control for a specified time (10 sec) (B section in FIG. 25), the preload possible amount is obtained. For this reason, the vacuum pressure control system described in Patent Document 1 requires a maximum of 20 seconds for the preload, takes 29.6 seconds to stabilize the flow rate of the slow exhaust, and has poor control response.

図26は、第3実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と制御コマンドとの関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は制御コマンド(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
第3実施形態の真空圧力制御システムは、真空圧力または真空圧力目標からOリング49のリーク開放位置を算出し、又は、位置センサ出力値に位置センサ出力変動量を加算してOリング49のリーク開始位置を算出し、シリンダ41の予圧可能量を求めている。そのため、Oリング49のリーク開始位置までシリンダ41に圧縮空気を供給してシリンダ41を一気に予圧できるため、予圧時間が短く、スロー排気の流量安定に9.2秒しかかからず、制御応答性が良い。
FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the vacuum pressure and the control command of the vacuum pressure control system according to the third embodiment, wherein the left vertical axis shows the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure), and the right vertical The axis indicates the control command (V), and the horizontal axis indicates time (sec).
The vacuum pressure control system of the third embodiment calculates the leak opening position of the O-ring 49 from the vacuum pressure or the vacuum pressure target, or adds the position sensor output fluctuation amount to the position sensor output value to leak the O-ring 49. The start position is calculated, and the preload possible amount of the cylinder 41 is obtained. Therefore, since compressed air can be supplied to the cylinder 41 to the leak start position of the O-ring 49 and the cylinder 41 can be preloaded at once, the preload time is short, and the flow rate of the slow exhaust only takes 9.2 seconds, and control response Is good.

図27は、特許文献1に記載する真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
特許文献1記載の真空圧力制御システムは、予圧可能量を調整する図中A部とB部において、殆どシリンダ41を予圧していない。
図28は、第3実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力とシリンダ圧力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸はシリンダ圧力(kPa、ゲージ圧力)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
第3実施形態の真空圧力制御システムは、スロー排気開始と同時にシリンダ41を予圧し始めている。
FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the vacuum pressure and the cylinder pressure of the vacuum pressure control system described in Patent Document 1, wherein the left vertical axis shows the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure), and the right vertical The axis indicates cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and the horizontal axis indicates time (sec).
The vacuum pressure control system described in Patent Document 1 hardly preloads the cylinder 41 in the A part and the B part in the figure for adjusting the preload possible amount.
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the vacuum pressure and the cylinder pressure in the vacuum pressure control system according to the third embodiment, in which the left vertical axis represents the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure), and the right vertical The axis indicates cylinder pressure (kPa, gauge pressure), and the horizontal axis indicates time (sec).
The vacuum pressure control system according to the third embodiment starts to preload the cylinder 41 simultaneously with the start of slow exhaust.

図29は、特許文献1に記載する真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は位置センサ出力(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
特許文献1記載の真空圧力制御システムは、予圧可能量を調整する図中A部とB部において、位置センサ出力が殆ど変化していない。すなわち、弁開度が変化していない。
図30は、第3実施形態に係る真空圧力制御システムの真空圧力と位置センサ出力との関係を示す図であって、左側縦軸は真空圧力(×0.133kPa、絶対圧力)を示し、右側縦軸は位置センサ出力(V)を示し、横軸は時間(sec)を示す。
第3実施形態に係る真空圧力制御システムは、スロー排気と同時に位置センサ出力が変化している。すなわち、弁開度が変化している。
FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the vacuum pressure and the position sensor output of the vacuum pressure control system described in Patent Document 1, and the left vertical axis shows the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure), and the right side The vertical axis represents the position sensor output (V), and the horizontal axis represents time (sec).
In the vacuum pressure control system described in Patent Document 1, the position sensor output hardly changes in the A part and B part in the figure for adjusting the preload possible amount. That is, the valve opening does not change.
FIG. 30 is a diagram illustrating the relationship between the vacuum pressure and the position sensor output of the vacuum pressure control system according to the third embodiment, in which the left vertical axis represents the vacuum pressure (× 0.133 kPa, absolute pressure), and the right side The vertical axis represents the position sensor output (V), and the horizontal axis represents time (sec).
In the vacuum pressure control system according to the third embodiment, the position sensor output changes simultaneously with the slow exhaust. That is, the valve opening is changing.

以上のように、第3実施形態の真空圧力制御システムは、フィードバック制御の下限値をOリングリーク開始位置としたことにより、制御応答性を向上させ、シリンダ41の予圧や弁開度の調整をスロー排気開始後から直ちに行うことができ、無駄がない。特に、半導体製造装置は、真空圧力制御システムの制御応答性や予圧時間を短縮できれば、短縮した時間の間も製品を製造することができ、より多くの製品を製造することができる。 As described above, the vacuum pressure control system of the third embodiment improves the control response by adjusting the lower limit value of the feedback control to the O-ring leak start position, and adjusts the preload of the cylinder 41 and the valve opening degree. This can be done immediately after the start of slow exhaust, and there is no waste. In particular, if the semiconductor manufacturing apparatus can shorten the control responsiveness and preload time of the vacuum pressure control system, it can manufacture products during the shortened time, and can manufacture more products.

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、本実施例では、予圧圧力値を実験データから算出しているが、Oリングのつぶし量の設計値に基づいて算出しても良い。または、Oリングのつぶし量が所定値(例えば、0.500mm)になったときのシリンダ圧力に基づいて算出してもよい。
また、本実施例では、予圧圧力値を予め記憶させているが、前記シリンダ圧力等から自動検出するシステムを採用しても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Various application is possible.
For example, in this embodiment, the preload pressure value is calculated from the experimental data, but may be calculated based on the design value of the collapse amount of the O-ring. Or you may calculate based on the cylinder pressure when the amount of squashing of an O-ring becomes a predetermined value (for example, 0.500 mm).
In this embodiment, the preload pressure value is stored in advance, but a system that automatically detects the cylinder pressure or the like may be employed.

また、上記実施形態では、真空比例開閉弁16の外部に個別に設けたコントローラ20に真空圧力制御プログラムやスロー排気制御プログラムを格納している。これに対して、真空圧力制御システムの外部に設けられた制御コントローラ(例えば、半導体製造装置の制御コントローラなど)に真空圧力制御プログラム又はスロー排気制御プログラムを読み込ませ、制御コントローラを用いて真空圧力制御システムの動作を制御するようにしても良い。また、真空比例開閉弁16にコントローラ20を設けても良い。
また例えば、第2実施形態のようにポテンショメータ18の位置センサ出力と反応室10の真空圧力に基づいてOリング49のリーク開始位置を算出する場合は、圧力センサ50を省略してコストダウンを図っても良い。
また例えば、ピストンに設けたマグネットを検出して弁開度を測定するものを、位置測定手段の一例としても良い。
In the above embodiment, the vacuum pressure control program and the slow exhaust control program are stored in the controller 20 provided individually outside the vacuum proportional on-off valve 16. On the other hand, a vacuum controller or a slow exhaust control program is read by a control controller (for example, a controller of a semiconductor manufacturing apparatus) provided outside the vacuum pressure control system, and the vacuum pressure control is performed using the controller. The system operation may be controlled. A controller 20 may be provided in the vacuum proportional on-off valve 16.
Further, for example, when the leak start position of the O-ring 49 is calculated based on the position sensor output of the potentiometer 18 and the vacuum pressure in the reaction chamber 10 as in the second embodiment, the pressure sensor 50 is omitted to reduce the cost. May be.
For example, what measures a valve opening degree by detecting the magnet provided in the piston is good also as an example of a position measurement means.

10 反応室
13 真空ポンプ
16 真空比例開閉弁
18 ポテンショメータ(位置検出手段の一例)
20 コントローラ(制御手段の一例)
41 シリンダ
45 弁体
47 弁座
49 Oリング
50 圧力センサ(圧力測定手段の一例)
10 reaction chamber 13 vacuum pump 16 vacuum proportional on-off valve 18 potentiometer (an example of position detecting means)
20 controller (an example of control means)
41 Cylinder 45 Valve body 47 Valve seat 49 O-ring 50 Pressure sensor (an example of pressure measuring means)

Claims (5)

弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整するものであって、反応室と真空ポンプとの間に配置される真空比例開閉弁と、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する制御手段と、を有する真空圧力制御システムにおいて、
前記弁体の位置に応じて出力値を変化させて出力する位置検出手段を有することと、
弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値がほぼ一定であることと、
前記制御手段は、前記位置検出手段の出力値が、前記弾性シール部材がシール力を失うリーク開始位置まで前記弁体が移動したときに前記位置検出手段が出力する出力値となるように、前記シリンダを予圧して、前記フィードバック制御の下限値とすること、
を特徴とする真空圧力制御システム。
A valve body; a valve seat on which the valve body abuts or separates; an elastic seal member mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat; and a cylinder that applies driving force to the valve body. Then, the minute flow rate is adjusted by changing the crushing amount of the elastic seal member, and based on the vacuum proportional on-off valve disposed between the reaction chamber and the vacuum pump, and the vacuum pressure in the reaction chamber, A vacuum pressure control system comprising: a control unit that adjusts a valve opening of the vacuum proportional on-off valve and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value;
Having position detecting means for changing and outputting an output value according to the position of the valve body;
The output value output by the position detecting means when the elastic sealing member loses the sealing force is substantially constant;
The control means is configured so that the output value of the position detection means becomes an output value output by the position detection means when the valve body moves to a leak start position at which the elastic seal member loses sealing force. Preload the cylinder to the lower limit of the feedback control;
Features a vacuum pressure control system.
弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムにおいて、
前記弁体の位置に応じて出力値を変化させて出力する位置検出手段を有することと、
弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値が一定であることと、
前記位置検出手段の出力値が、前記弾性シール部材がシール力を失うリーク開始位置まで前記弁体が移動したときに前記位置検出手段が出力する出力値となるように、前記シリンダを予圧して、前記フィードバック制御の下限値とすること、
を特徴とする真空圧力制御システム。
A valve body; a valve seat on which the valve body abuts or separates; an elastic seal member mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat; and a cylinder that applies driving force to the valve body. A vacuum proportional on-off valve that adjusts a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member is disposed between the reaction chamber and the vacuum pump, and the vacuum proportional on-off valve is based on the vacuum pressure in the reaction chamber. In a vacuum pressure control system that adjusts the valve opening of the reaction chamber and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value,
Having position detecting means for changing and outputting an output value according to the position of the valve body;
The output value output by the position detecting means when the elastic sealing member loses the sealing force is constant;
Preload the cylinder so that the output value of the position detection means becomes the output value output by the position detection means when the valve body moves to the leak start position where the elastic seal member loses the sealing force. A lower limit value of the feedback control,
Features a vacuum pressure control system.
請求項1又は請求項2に記載する真空圧力制御システムにおいて、
前記シリンダが無加圧のときに前記位置検出手段が出力する出力値から、前記シリンダを前記リーク開始位置まで予圧したときに前記位置検出手段が出力する出力値まで変動する変動量を、前記反応室内の真空圧力別に予め記憶するデータ記憶手段を有し、
前記反応室の真空圧力に応じた前記変動量を前記データ記憶手段から取得し、取得した変動量を前記位置検出手段が出力する出力値に加算することにより、前記リーク開始位置を算出する
ことを特徴とする真空圧力制御システム。
In the vacuum pressure control system according to claim 1 or 2,
The amount of fluctuation that varies from the output value output by the position detection means when the cylinder is not pressurized to the output value output by the position detection means when the cylinder is preloaded to the leak start position is expressed as the reaction. Data storage means for storing in advance for each vacuum pressure in the room,
Obtaining the fluctuation amount according to the vacuum pressure of the reaction chamber from the data storage means, and calculating the leak start position by adding the obtained fluctuation amount to an output value output by the position detection means. Features vacuum pressure control system.
請求項3に記載する真空圧力制御システムにおいて、
無加圧時の弁位置を検出して、その位置から一定リフト量となるように予圧することにより、弁位置を補正することを特徴とする真空圧力制御システム。
The vacuum pressure control system according to claim 3,
A vacuum pressure control system for correcting a valve position by detecting a valve position when no pressure is applied and preloading from that position so as to be a constant lift amount.
弁体と、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記弁体の前記弁座に当接する面に装着された弾性シール部材と、前記弁体に駆動力を付与するシリンダとを有し、前記弾性シール部材の潰し量を変化させて微小流量を調整する真空比例開閉弁を、反応室と真空ポンプとの間に配置し、反応室内の真空圧力に基づいて、前記真空比例開閉弁の弁開度を調整し、前記反応室内の真空圧力を真空目標圧力値にフィードバック制御する真空圧力制御システムに用いられる真空圧力制御プログラムにおいて、
弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値がほぼ一定であることと、
前記弁体の位置に応じて出力値を変化させて出力する位置検出手段の出力値が、前記弾性シール部材がシール力を失うときに前記位置検出手段が出力する出力値となるように、前記シリンダを予圧することにより、前記弾性シール部材がシール力を失う位置まで前記弁体を移動させ、前記フィードバック制御の下限値とするように、前記真空圧力制御システムを動作させること、
を特徴とする真空圧力制御プログラム。
A valve body; a valve seat on which the valve body abuts or separates; an elastic seal member mounted on a surface of the valve body that abuts on the valve seat; and a cylinder that applies driving force to the valve body. A vacuum proportional on-off valve that adjusts a minute flow rate by changing a crushing amount of the elastic seal member is disposed between the reaction chamber and the vacuum pump, and the vacuum proportional on-off valve is based on the vacuum pressure in the reaction chamber. In a vacuum pressure control program used in a vacuum pressure control system that adjusts the valve opening of the reaction chamber and feedback-controls the vacuum pressure in the reaction chamber to a vacuum target pressure value,
The output value output by the position detecting means when the elastic sealing member loses the sealing force is substantially constant;
The output value of the position detection means that outputs the output value by changing the output value according to the position of the valve body is the output value that the position detection means outputs when the elastic seal member loses the sealing force. Operating the vacuum pressure control system to move the valve body to a position where the elastic sealing member loses the sealing force by preloading the cylinder, and set the lower limit value of the feedback control;
A vacuum pressure control program characterized by
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