JP6747302B2 - Vacuum valve - Google Patents
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Description
本発明は、真空バルブに関する。 The present invention relates to vacuum valves.
半導体やフラットパネルディスプレイ等の製造装置では、チャンバ内圧力を予め設定した所定圧力に自動調整する真空バルブが使用される。そのような真空バルブの一つとして、特許文献1に記載のような振り子式のスライドバルブが知られている。振り子式バルブでは、弁体をモータで揺動駆動してガス流路となる開口面積に相当する開度θを変更し、ガスの流れやすさの指標であるコンダクタンスを調整している。特に、目標圧力近傍では開度の微調整が必要なため、弁体を駆動するモータとしてステッピングモータが一般的に使用されている。
A vacuum valve that automatically adjusts a chamber internal pressure to a preset predetermined pressure is used in a manufacturing apparatus such as a semiconductor or a flat panel display. As one of such vacuum valves, a pendulum type slide valve as described in
モータはマグネットによる絶対値エンコーダを有しており、コントローラはモータの磁極位置を検出することで、回転方向の動作であるq軸と保持する方向のd軸とを、それぞれ分けて制御することができる。弁体停止時にはd軸の電流(界磁電流Id)に一定電流を流し、q軸の電流(トルク電流Iq)をゼロに制御することで、弁体の位置を所定位置に保持することができる。これにより、重力などの外乱力の影響がある場合においても、弁体は所望の停止位置に保持される。弁体動作時には、界磁電流Idをゼロに制御しつつトルク電流Iqを変化させることで、電力効率の良いモータ制御(Id=0の制御)を実現している。 The motor has an absolute value encoder using a magnet, and the controller detects the magnetic pole position of the motor to separately control the q-axis, which is the operation in the rotation direction, and the d-axis, which is the holding direction. it can. When the valve body is stopped, a constant current is applied to the d-axis current (field current Id) and the q-axis current (torque current Iq) is controlled to zero, so that the valve body can be held at a predetermined position. .. As a result, the valve body is held at the desired stop position even when there is an influence of a disturbance force such as gravity. During valve operation, the torque current Iq is changed while controlling the field current Id to zero, thereby realizing motor control with high power efficiency (control of Id=0).
しかしながら、弁体駆動状態から停止状態に移行する際に上述のようなId,Iqの切り替えを行った場合、弁体停止時にオーバーシュートや減衰振動が発生するという問題が生じる。 However, when Id and Iq are switched as described above when shifting from the valve body driving state to the stop state, there is a problem that overshoot or damping vibration occurs when the valve body is stopped.
本発明の好ましい実施形態による真空バルブは、弁体と、前記弁体を開閉駆動するモータと、前記モータにトルク電流Iqを通電して前記弁体を駆動制御し、前記モータに所定値の界磁電流Idを通電して前記弁体を任意の開度位置に保持制御する制御部を備え、前記制御部は、前記保持制御から前記駆動制御に切り替わると、前記界磁電流Idをいったん減少させた後に、時間経過に伴って連続的に前記所定値まで前記界磁電流Idを増加させる。
さらに好ましい実施形態では、前記駆動制御が行われる期間の終期にId上昇期間が設定され、前記制御部は、前記Id上昇期間において界磁電流Idを連続的に前記所定値まで上昇させる。
さらに好ましい実施形態では、前記界磁電流Idは、前記Id上昇期間を除く前記駆動制御の期間においては前記界磁電流Idをゼロに制御され、前記Id上昇期間においては前記所定値から前記トルク電流Iqを減算した値に制御される。
A vacuum valve according to a preferred embodiment of the present invention includes a valve body, a motor that opens and closes the valve body, and a torque current Iq is passed through the motor to drive and control the valve body. A control unit for controlling the holding of the valve body at an arbitrary opening position by supplying a magnetic current Id is provided, and the control unit once decreases the field current Id when the holding control is switched to the drive control. After that, the field current Id is continuously increased to the predetermined value with the lapse of time.
In a further preferred embodiment, an Id rising period is set at the end of the period in which the drive control is performed, and the control unit continuously increases the field current Id to the predetermined value during the Id rising period.
In a further preferred embodiment, the field current Id is controlled to be zero during the drive control period excluding the Id rising period, and the field current Id is controlled from the predetermined value to the torque current during the Id rising period. It is controlled to a value obtained by subtracting Iq.
本発明によれば、弁体停止時のオーバーシュートや減衰振動を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce overshoot and damping vibration when the valve body is stopped.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は、本実施の形態における真空バルブ1を備える真空システムの概略構成を示す図である。真空バルブ1は、真空装置のチャンバ2と真空ポンプ3との間に設けられる。真空ポンプ3は、真空バルブ1を介してチャンバ2を排気する。真空バルブ1は、弁体であるバルブプレート11と、バルブプレート11を揺動駆動するモータ12と、モータ12を駆動制御するモータ制御装置13を備えている。モータ12には、例えば、ステッピングモータが用いられる。
Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vacuum system including a
図2は、真空バルブ1をチャンバ2側から見た平面図である。バルブプレート11が収納される筐体であるバルブボディ14には、チャンバ2との接続が行われるフランジ14aが形成されている。バルブプレート11をモータ12により揺動駆動すると、バルブプレート11が水平方向にスライド駆動されてバルブ開閉動作が行われる。バルブプレート11は、フランジ14aの開口全体に対向する全遮蔽位置C2と、フランジ開口に全く対向しない全開放位置C1との間の任意の位置にスライド移動させることができる。
FIG. 2 is a plan view of the
バルブプレート11の開閉位置は、開度と呼ばれるパラメータで表される。開度とは、比=(バルブプレートの揺動角):(全開放位置C1から全遮蔽位置C2までの揺動角)をパーセントで表したものである。図2の全遮蔽位置C2は開度=0%であり、全開放位置C1は開度=100%である。すなわち、バルブプレート11の開度を調整することにより、真空バルブ1のコンダクタンスを制御する。
The opening/closing position of the
図3は、モータ制御装置13の一例を示すブロック図である。モータ制御装置13は、電流センサ131、インバータ132、PWM信号生成部133、dq−αβ変換部134、2相電流変換部135、速度・位置制御部136を備えている。モータ12は、エンコーダ121としてマグネットによる絶対値エンコーダを有している。エンコーダ121によって検出されたモータ回転位置θmは、速度・位置制御部136に入力される。モータ制御装置13は、モータ12の磁極位置を検出することで、回転方向の動作であるq軸と保持する方向のd軸とを、それぞれ分けて制御することができる。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the
速度・位置制御部136には、バルブプレート11を移動すべき目標開度(以下では、開度指令値と呼ぶことにする)θsが入力される。速度・位置制御部136は、フィードバック入力されたモータ回転位置θmに基づくバルブプレート11の開度θr(以下では、開度計測値と呼ぶ)と開度指令値θsとを用いたPID制御により、モータ12に流すべきトルク電流Iqおよび界磁電流Idを算出する。算出されたトルク電流Iqおよび界磁電流Idはdq−αβ変換部134に入力され、dq−αβ変換部134によって2相電流Iα,Iβに変換される。
A target opening degree (hereinafter referred to as an opening degree instruction value) θs for moving the
モータ12に流れている電流は電流センサ131により検出され、2相電流変換部135によって2相電流Iαr、Iβrに変換される。この2相電流Iαr、Iβrは、PWM信号生成部133にフィードバック入力される。PWM信号生成部133は、2相電流Iαr、Iβrとdq−αβ変換部134から入力された2相電流Iα,Iβとに基づいて、インバータ132の各スイッチング素子をスイッチングするためのPWMスイッチング信号を生成する。インバータ132は、PWM信号生成部133からのPWMスイッチング信号に基づいてスイッチング動作を行い、モータ12に所望の電流を通電させる。
The current flowing in the
図4は、モータ12の一例を説明する図である。本実施の形態ではモータ12にステッピングモータが用いられている。図4に示す例では2相のハイブリッド(HB)型ステッピングモータが用いられており、ロータ122の周囲にステータコイル124A,124Bが複数配置されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the
例えば、2相8極モータであればA相(+)、B相(+)、A相(-)、B相(-)・・・のように8つのコイルが配置されている。さらにA相(-)のコイルはA相(+)を逆巻にしたものであり、後述する2つのブリッジ回路へA相、B相を各々バイポーラ接続するためにA相(+)、A相(-)間、B相(+)、B相(-)間で各極のコイル同士が配線されている。 For example, in the case of a two-phase eight-pole motor, eight coils are arranged such as A phase (+), B phase (+), A phase (-), B phase (-).... Furthermore, the A-phase (-) coil is a reverse winding of the A-phase (+), and the A-phase (+) and A-phase are connected to the two bridge circuits to be described later in a bipolar connection. The coils of each pole are wired between (-), B-phase (+), and B-phase (-).
ロータ122は、軸方向にNSに着磁された永久磁石の軸方向両端を、2つの回転子鉄心122a,122bで挟み込んだ構造になっている。各回転子鉄心122a,122bの外周には複数の小歯123が形成されている。2つの回転子鉄心の小歯は1/2ピッチずれて形成されている。
The
図3のインバータ132には、4つのスイッチング素子を用いたフルブリッジ回路が各相コイル毎に設けられている。図5はフルブリッジ回路の構成を示す図である。図5では、A相に関する各極コイルを配線したコイルを改めてA相コイルとし、B相に関する各極コイルを配線したコイルを改めてB相コイルとして各々フルブリッジ回路132A,132Bへ接続した図を示した。
The
フルブリッジ回路132A,132Bのスイッチング素子S1〜S4にはトランジスタやIGBT等が用いられ、各スイッチング素子S1〜S4にはダイオードD1〜D4が並列接続されている。PWM信号生成部133からのスイッチング信号によりインバータ132のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御することにより、各相コイルに通電する。
Transistors, IGBTs or the like are used for the switching elements S1 to S4 of the
このようなステッピングモータの基本ステップ角θsmは、θsm=180/mNr(deg)で与えられる。なお、mはステータの相数、Nrはロータの小歯の数である。モータ12は、2相で、Nr=50に設定されているので、θsm=1.8(deg)である。
The basic step angle θsm of such a stepping motor is given by θsm=180/mNr (deg). In addition, m is the number of phases of the stator, and Nr is the number of small teeth of the rotor. Since the
(従来のバルブ制御)
ところで、バルブプレートを第1の開度θ1から第2の開度θ2へ変更する場合、図6(a)に示すように界磁電流Idおよびトルク電流Iqを制御するのが一般的である。また、図6(b)は、図6(a)のように界磁電流Idおよびトルク電流Iqを変化させた場合のバルブプレート11の開度の推移を示す図である。
(Conventional valve control)
By the way, when changing the valve plate from the first opening θ1 to the second opening θ2, it is common to control the field current Id and the torque current Iq as shown in FIG. Further, FIG. 6B is a diagram showing the transition of the opening degree of the
図6(a)において、ラインL11は界磁電流Idを示し、ラインL12はトルク電流Iqを示す。バルブ制御状態は、t<t1ではバルブプレート11を開度θ1に保持する保持状態とされ、t1≦t≦t2ではバルブプレート11を開度θ1から開度θ2へ移動させる駆動状態となり、t2<tではバルブプレート11を開度θ2に保持する保持状態とされる。また、図6(b)において、ラインL21は開度指令値θsの推移を示しており、ラインL22は、エンコーダ121で検出されるモータ回転位置θmから算出されるバルブプレート11の開度計測値θrの推移を示している。
In FIG. 6A, the line L11 indicates the field current Id, and the line L12 indicates the torque current Iq. The valve control state is a holding state in which the
t<t1においては、開度指令値θsはθs=θ1であって、モータ電流はId=I1,Iq=0に制御され、バルブプレート11は開度θ1に保持されている。電流I1は、バルブプレート11を任意の開度位置に保持するための保持電流である。t=t2に開度指令値θsがθ1からθ2に変更されると、モータ制御装置13の速度・位置制御部136は界磁電流Idおよびトルク電流IqをId=0、Iq=I2に切り替える。その結果、バルブプレート11の開度計測値θrは時間の経過と共に増加する。
When t<t1, the opening command value θs is θs=θ1, the motor current is controlled to Id=I1, Iq=0, and the
偏差Δθ=θ2−θrがある程度小さくなると、バルブプレート11の駆動速度を下げる目的で、ラインL12のようにトルク電流Iqを徐々に減少させる。偏差Δθがさらに小さくなって閾値Δθth以下になると(時刻t2)、界磁電流Idおよびトルク電流IqをId=I1、Iq=0に切り替えて、バルブプレート11を開度θ2の位置に保持する保持制御に移行する。このとき、Iq=0の状態で界磁電流Idが階段状に、すなわち、不連続的に瞬時に保持電流I1へ変化するため、モータ12のロータ122は開度θ2に対応する回転位置へ急激に引き寄せられ、惰性でオーバーシュートし、バルブプレート11が開度θ2の前後に減衰振動するという問題が生じる。
When the deviation Δθ=θ2−θr becomes small to some extent, the torque current Iq is gradually decreased like the line L12 in order to reduce the drive speed of the
(本実施の形態のバルブ制御)
図7は、本実施の形態のバルブ制御の一例を示す図である。図7(a)は、図6(a)の場合と同様に界磁電流Idおよびトルク電流Iqの推移を示している。図7(b)は、図6(b)の場合と同様にバルブプレート11の開度の推移を示している。ラインL31は界磁電流Idを示し、ラインL32はトルク電流Iqを示す。また、図7(b)のラインL41は開度指令値θsの推移を示し、ラインL42は開度計測値θrの推移を示している。
(Valve control of the present embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing an example of valve control according to the present embodiment. FIG. 7A shows changes in the field current Id and the torque current Iq, as in the case of FIG. 6A. FIG. 7B shows the transition of the opening degree of the
上述したように、駆動制御から保持制御に切り換える際に界磁電流Idを階段状に急増させることによって、開度のオーバーシュートが発生する。そこで、本実施の形態では、図7に示すように保持制御から駆動制御に切り替わると界磁電流Idをいったん減少させ、その後、駆動制御から保持制御に切り替わる前に界磁電流Idを徐々に、すなわち時間経過に伴って連続的に増加させるようにした。徐々に増加した界磁電流Idは、駆動制御から保持制御への切り替え時にはId=I1となる。 As described above, when the drive control is switched to the holding control, the field current Id is rapidly increased in a stepwise manner, so that an overshoot of the opening occurs. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, when the holding control is switched to the drive control, the field current Id is temporarily reduced, and thereafter, the field current Id is gradually changed before switching from the drive control to the holding control. That is, it was made to increase continuously with the passage of time. The gradually increasing field current Id becomes Id=I1 when the drive control is switched to the holding control.
図7(a)に示す例では、PID制御によって算出されるトルク電流Iqに対して、Id=(保持電流I1)−Iqと設定すると共に、界磁電流Idの下限値をゼロとした。すなわち、Iq>I1の範囲においてはId=0とし、駆動制御が行われる期間の終期(Iq≦I1)に設定されたId上昇期間(t3≦t≦t2)においては、界磁電流Idを連続的に保持電流I1まで上昇させるようにした。ここでは、Iq=I1となる時刻をt3とし、時刻t2においてはIq=0、Id=I1となり、その時点で駆動制御から保持制御に切り替わる。 In the example shown in FIG. 7A, Id=(holding current I1)-Iq is set for the torque current Iq calculated by the PID control, and the lower limit value of the field current Id is set to zero. That is, Id=0 is set in the range of Iq>I1, and the field current Id is continuously supplied in the Id rising period (t3≦t≦t2) set at the end (Iq≦I1) of the period in which the drive control is performed. The holding current I1 is increased. Here, the time when Iq=I1 is set to t3, and at time t2, Iq=0 and Id=I1, and at that time, the drive control is switched to the holding control.
駆動制御開始後、ある程度の時間はトルク電流Iqが大きな値(Iq=I2)に設定されるので、高速度でバルブプレート11が駆動される。その際には、Id=0と設定されるので、電力効率の高いモータ制御となる。その後、開度計測値θrが目標開度であるθ2に近づくとトルク電流Iqが減少され、バルブプレート11の速度が徐々に低下する。このとき、界磁電流IdはId=0から徐々に増加し、t2においてId=I1となる。
Since the torque current Iq is set to a large value (Iq=I2) for some time after the start of the drive control, the
図6に示す例では、時刻t2において界磁電流Idが階段状に瞬時に上昇しているのでオーバーシュートや減衰振動が生じていたが、図7(a)では、時間経過に伴って界磁電流Idを連続的に増加させることにより界磁電流Idが徐々に増加するので、ロータ122が開度θ2に対応する回転位置へ急激に引き寄せられるのを防止することができ、従来のようなオーバーシュートや、バルブプレート11の減衰振動を防止することができる。
In the example shown in FIG. 6, the field current Id instantaneously rises stepwise at the time t2, so overshoot and damping oscillation occurred. However, in FIG. 7A, the field current Id increases with time. Since the field current Id is gradually increased by continuously increasing the current Id, it is possible to prevent the
なお、界磁電流Idの制御形態としては、保持制御から駆動制御に切り替わると、界磁電流Idをいったん減少させた後に、時間経過に伴って連続的に増加させるものであれば、種々の形態が可能である。例えば、図7(a)の場合と同様に、前記駆動制御が行われる期間の終期にId上昇期間を設定する制御形態としては、図8のラインL51で示すように直線的に上昇させるようにしても良い。この場合、t4≦t≦t2がId上昇期間であり、界磁電流Idは、t4≦t<t2ではId={I1/(t2−t4)}・(t−t4)のように制御される。 As the control mode of the field current Id, various modes can be used as long as the field current Id is once reduced and then continuously increased with the passage of time when the holding control is switched to the drive control. Is possible. For example, as in the case of FIG. 7A, as a control mode in which the Id rising period is set at the end of the period in which the drive control is performed, the Id rising period is set to increase linearly as indicated by line L51 in FIG. May be. In this case, t4≦t≦t2 is the Id rising period, and the field current Id is controlled as Id={I1/(t2-t4)}·(t-t4) when t4≦t<t2. ..
また、図8のラインL52のように、時刻t1においていったん界磁電流IdをId=0とした後に、徐々に増加させてId=I1とするようにしても良い。また、図8のラインL53のように、時刻t1におけるIdの低下量をラインL52の場合よりも小さく設定し、時刻t1において界磁電流IdをId=I3とした後に徐々に増加させるようにしても良い(0<I3<I1)。 Alternatively, as indicated by line L52 in FIG. 8, the field current Id may be once set to Id=0 at time t1 and then gradually increased to set Id=I1. Further, as indicated by line L53 in FIG. 8, the amount of decrease in Id at time t1 is set smaller than that in the case of line L52, and the field current Id is gradually increased after setting Id=I3 at time t1. Good (0<I3<I1).
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述した実施の形態ではモータ12がステッピングモータの場合を例に説明したが、本発明は、ステッピングモータの場合に限らず適用可能である。
Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other modes that are conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the
1…真空バルブ、3…真空ポンプ、11…バルブプレート、12…モータ、13…モータ制御装置、121…エンコーダ、131…電流センサ、132…インバータ、I1…保持電流、Id…界磁電流、Iq…トルク電流
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記弁体を開閉駆動するモータと、
前記モータにトルク電流Iqを通電して前記弁体を駆動制御し、前記モータに所定値の界磁電流Idを通電して前記弁体を任意の開度位置に保持制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記保持制御から前記駆動制御に切り替わると、前記界磁電流Idをいったん減少させた後に、時間経過に伴って連続的に前記所定値まで前記界磁電流Idを増加させる、真空バルブ。 Valve body,
A motor for opening and closing the valve body,
The motor is supplied with a torque current Iq to drive and control the valve body, and the motor is supplied with a field current Id of a predetermined value to control the valve body to be held at an arbitrary opening position.
When the control is switched from the holding control to the drive control, the control unit temporarily reduces the field current Id and then continuously increases the field current Id to the predetermined value with the lapse of time. valve.
前記駆動制御が行われる期間の終期にId上昇期間が設定され、
前記制御部は、前記Id上昇期間において界磁電流Idを連続的に前記所定値まで上昇させる、真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 1,
An Id rising period is set at the end of the period in which the drive control is performed,
The said control part is a vacuum valve which raises the field current Id to the said predetermined value continuously during the said Id raising period.
前記界磁電流Idは、前記Id上昇期間を除く前記駆動制御の期間においては前記界磁電流Idをゼロに制御され、前記Id上昇期間においては前記所定値から前記トルク電流Iqを減算した値に制御される、真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 2,
The field current Id is controlled so that the field current Id is zero during the drive control period excluding the Id rising period, and has a value obtained by subtracting the torque current Iq from the predetermined value during the Id rising period. Vacuum valve controlled.
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