KR102461589B1

KR102461589B1 - 유체 제어 장치, 기록 매체에 저장된 제어 프로그램, 및 제어 방법

Info

Publication number: KR102461589B1
Application number: KR1020180064441A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 야스다; 토마스 호크; 라이언 오웬스; 막시밀리안 건들라흐; 패트릭 로워리; 존 딕; 도모히로 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2022-11-02
Also published as: US10969019B2; JP7427357B2; KR20180133803A; TW201903309A; TWI762655B; CN109000020B; CN109000020A; JP2018206387A; US20180356845A1

Abstract

전폐시에 높은 씰링성을 실현하면서, 기계적인 정밀도를 현상보다도 향상시키지 않아도, 밸브체 또는 밸브 시트면의 손상을 억제할 수 있는 유체 제어 장치를 제공하기 위해서, 유체가 흐르는 유로에 마련되는 유체 제어 밸브와, 상기 유체 제어 밸브를 제어하는 제어 기구를 구비하며, 상기 유체 제어 밸브가, 밸브 시트면과, 상기 밸브 시트면에 대해서 접리하는 밸브체와, 상기 밸브체를 구동하는 액추에이터를 구비하며, 상기 제어 기구가, 상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체를 접근시켜 상기 유체 제어 밸브를 전폐시키는 경우에, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키는 속도 조절부를 구비했다.

Description

유체 제어 장치, 기록 매체에 저장된 제어 프로그램, 및 제어 방법{Fluid control device, control program stored in recording media, and control method}

본 발명은, 유체의 유량 또는 압력을 제어하기 위해서 이용되는 유체 제어 장치에 관한 것이다.

예를 들면 매스 플로우 컨트롤러 등의 유체 제어 장치에서는, 유저에 의해 설정되어 있는 설정 유량으로 유체가 흐르도록, 설정 유량과 유량 센서에서 측정되는 실유량(實流量)과의 편차에 근거하여 유체 제어 밸브의 개도가 피드백 제어된다.

게다가, 매스 플로우 컨트롤러는 유체가 설정 유량으로 계속 흐르는 상태를 유지하는 것 뿐만 아니라, 매스 플로우 컨트롤러보다도 하류측으로 유체가 흐르지 않도록 할 수 있는 것이 요구되고 있다.

예를 들면 노멀 클로우즈 타입의 매스 플로우 컨트롤러에 이용되는 유체 제어 밸브에는, 전폐(全閉) 지령이 받아들여진 경우에, 밸브체가 스프링에 의해서 밸브 시트면에 소정의 압압력(押壓力)에 의해 밀어 붙여지도록 구성된 것이 있다(특허 문헌 1 참조).

또, 상기의 것보다도 더 높은 씰링성을 실현할 수 있도록 하기 위해서, 밸브 시트면의 상부에 밸브체가 배치되도록 하고, 밸브 시트면에 대해서 밸브체가 접촉하고 있는 상태로부터 밸브체를 밸브 시트면측으로 더 압입(押

)하도록 액추에이터를 구동하고 있는 것도 있다.

그런데, 전폐시에 높은 씰링성을 실현할 수 있도록 한 것에서, 전폐와 개방을 계속 반복하면, 그 강한 압압력(押壓力)에 의해서 예를 들면 밸브체의 표면이 밸브 시트면에 의해 손상되어 버려, 씰링성이 저하되는 경우가 있다.

이것은, 예를 들면 밸브체가 설계상의 자세에 대해서 약간 경사져 있고, 밸브 시트면에 대해서 밸브체의 일부만이 강하게 압압되어 버리는 것이 원인이 되고 있다고 생각되어진다.

그렇지만, 밸브체의 평행 정밀도는 근래 한계에 이르고 있으며, 밸브체의 경사를 개선함으로써 경년 변화에 의한 씰링성의 저하를 막는 것은 어렵다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2015-143534호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 전폐시에 높은 씰링성을 실현하면서, 기계적인 정밀도를 현상(現狀)보다도 향상시키지 않아도, 밸브체 또는 밸브 시트면의 손상을 억제할 수 있는 유체 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명에 관한 유체 제어 장치는, 유체가 흐르는 유로에 마련되는 유체 제어 밸브와, 상기 유체 제어 밸브를 제어하는 제어 기구를 구비하며, 상기 유체 제어 밸브가, 밸브 시트면과, 상기 밸브 시트면에 대해서 접리(接離)하는 밸브체와, 상기 밸브체를 구동하는 액추에이터를 구비하며, 상기 제어 기구가, 상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체를 접근시켜 상기 유체 제어 밸브를 전폐(全閉)시키는 경우에, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키는 속도 조절부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 또, 「전폐」란 유로를 흐르는 유체의 유량이 제로로 되어 있는 상태 뿐만 아니라, 상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체가 접촉한 상태로부터, 상기 밸브체를 상기 밸브 시트면측으로 더 압입하고 있는 상태를 포함하는 개념이다.

이러한 것이면, 전폐시에 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도가 저하되므로, 상기 밸브 시트면, 및, 상기 밸브체와의 사이에 생기는 충격 하중을 완화하여, 손상이 발생되거나, 혹은, 진전되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 종래보다도 경년(經年) 변화에 의한 상기 밸브체 또는 상기 밸브 시트면의 손상을 작게 하여, 전폐시에 높은 씰링성을 계속 유지할 수 있다.

또, 상기 밸브체의 제어에 의해서 손상을 저감할 수 있으므로, 유체 제어 밸브의 기계적인 제작 정밀도를 현상(現狀) 이상으로 향상시키지 않아도 좋다.

전폐 직전까지는 상기 밸브체를 고속으로 이동시켜 전폐 지령에 대한 응답 속도를 높게 할 수 있도록 함과 아울러, 접촉시에서의 충격을 충분히 저감할 수 있도록 하려면, 상기 유체 제어 밸브가, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이의 거리를 검출하는 변위 센서를 더 구비하며, 상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 구성되어 있으면 좋다.

상기 밸브체를 상기 밸브 시트면에 접촉한 상태로부터 더 밀착시켜, 씰링성을 높일 수 있도록 하려면, 상기 제어 기구가, 상기 액추에이터에 인가하는 전압을 제어하기 위한 디지털의 전압 지령 신호를 출력하는 전압 제어부를 더 구비하며, 상기 전압 제어부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 제로가 된 시점으로부터 상기 밸브체를 상기 밸브 시트면측으로 더 이동시키도록 전압 지령 신호를 출력하는 것이면 좋다.

전폐 직전에, 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키기 위한 구체적인 구성예로서는, 상기 제어 기구가, 상기 전압 지령 신호에 따른 아날로그의 전압을 출력하는 D/A컨버터를 더 구비하며, 상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 밸브체의 이동 속도가 저하되도록 상기 D/A컨버터의 설정 계수를 변경하는 것을 들 수 있다.

예를 들면 상기 밸브체의 위치를 상기 밸브 시트면에 대해서 접촉하도록 이동시킬 때에, 상기 액추에이터에 대해서 전압을 인가하지 않는 경우에도, 전폐 직전에는 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 하려면, 상기 액추에이터가, 피에조 액추에이터이며, 상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 피에조 액추에이터의 방전(妨電) 속도가 저하되도록 상기 D/A컨버터의 설정 계수를 변경하는 것이면 좋다.

상기 피에조 액추에이터를 이용하고 있는 경우에, 전폐시의 씰링성을 더 높일 수 있도록 하기 위한 구체적인 구성으로서는, 상기 피에조 액추에이터에 정전압(正電壓)이 인가되면 상기 밸브체가 상기 밸브 시트면으로부터 이간하는 방향으로 이동함과 아울러, 상기 피에조 액추에이터에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 밸브체가 상기 밸브 시트면에 대해서 접촉하도록 구성되어 있으며, 상기 전압 제어부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 제로가 된 시점으로부터 상기 피에조 액추에이터에 부전압(負電壓)이 인가되도록 전압 지령 신호를 출력하는 것을 들 수 있다.

상기 밸브체가 상기 밸브 시트면에 접촉하기 전의 상태에서, 상기 밸브체의 자세가 경사져 있는 경우에도 접촉전에 설계상의 자세로 되돌리도록 하여, 밸브체의 일부만이 강하게 압압되지 않도록 하려면, 상기 밸브 시트면이, 유체가 유입되는 유입 개구의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있고, 상기 밸브체가, 상기 밸브 시트면에 접촉하여, 상기 유입 개구를 폐지하는 폐지면(閉止面)과, 상기 폐지면의 외측에 면일(面一, 단차가 없음)이 되도록 형성된 주변면을 구비하며, 상기 밸브 시트면의 외측에서 상기 밸브 시트면과 동일 평면 상에 적어도 일부가 형성된 얼라이너를 더 구비한 것이면 좋다.

상기 유체 제어 밸브가 노멀 오픈 타입인 것이라도, 상기 밸브체가 상기 밸크 시트면에 접촉하기 직전에 이동 속도를 저하시켜, 큰 충격력이 발생되지 않도록 하여, 상기 밸브체에 손상이 생기는 것을 방지하도록 하려면, 상기 액추에이터가, 피에조 액추에이터이며, 상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 피에조 액추에이터의 전압 상승 속도가 저하되도록 상기 D/A 컨버터의 설정 계수를 변경하는 것이면 좋다.

경년 변화 등에 의해서 상기 변위 센서가 출력하는 위치 신호가 나타내는 값과 전폐 위치나 속도 저하 개시 위치와의 관계에 어긋남이 생겼다고 해도, 항상 전페 위치로부터 소정 거리 떨어진 위치로부터 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 하려면, 상기 속도 조절부가, 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키기 시작하는 속도 저하 개시 위치를 기억하고 있고, 변위 센서에서 검출되고 있는 위치가 속도 저하 개시 위치로 된 시점으로부터 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 구성되어 있으며, 전폐 상태에서 상기 변위 센서로부터 출력되는 위치 신호에 기초하여 상기 속도 저하 개시 위치를 갱신하는 위치 갱신부를 더 구비한 것이면 좋다.

기존의 유체 제어 장치에서, 프로그램을 갱신하는 것만으로, 전폐, 개방의 반복에 의한 상기 밸브체의 손상을 억제할 수 있도록 하려면, 유체가 흐르는 유로에 마련되는 유체 제어 밸브와, 상기 유체 제어 밸브를 제어하는 제어 기구를 구비하며, 상기 유체 제어 밸브가, 밸브 시트면과, 상기 밸브 시트면에 대해서 접리하는 밸브체와, 상기 밸브체를 구동하는 액추에이터를 구비하는 유체 제어 장치에 이용되는 제어 프로그램으로서, 상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체를 접근시켜 상기 유체 제어 밸브를 전폐시키는 경우에, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키는 속도 조절부로서의 기능을 컴퓨터로 이루어지는 상기 제어 기구에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램을 이용하면 좋다. 또, 제어 프로그램은, 전자적으로 전송되는 것이라도 좋고, CD, DVD, HD, SSD, 플래시 메모리 등의 기억 매체에 기억되어 있는 것이라도 상관없다.

전폐, 개방 동작의 반복에 의한 상기 밸브체의 손상을 저감할 수 있도록 하려면, 유체가 흐르는 유로에 마련되는 유체 제어 밸브와, 상기 유체 제어 밸브를 제어하는 제어 기구를 구비하며, 상기 유체 제어 밸브가, 밸브 시트면과, 상기 밸브 시트면에 대해서 접리하는 밸브체와, 상기 밸브체를 구동하는 액추에이터를 구비하는 유체 제어 장치의 제어 방법으로서, 상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체를 접근시켜 상기 유체 제어 밸브를 전폐시키는 경우에, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치의 제어 방법을 이용하면 좋다.

이와 같이 본 발명에 관한 유체 제어 장치에 의하면, 전폐시에 상기 밸브체가 상기 밸브 시트면에 대해서 접촉하기 직전에 상기 밸브체의 이동 속도가 저하되도록 구성되어 있으므로, 상기 밸브체에 가하는 충격을 저감하여, 손상이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 높은 씰링성을 발휘시키기 위해서 상기 밸브체를 상기 밸브 시트면에 대해서 강한 압압력에 의해 압압하도록 하여, 전폐와 개방을 반복해도, 씰링성이 저하되는 손상은 장기간에 걸쳐서 발생시키지 않고, 높은 씰링성을 계속 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유체 제어 장치를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 유체 제어 밸브의 밸브 시트 블록, 및, 밸브체 부분의 모식적 확대도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 유체 제어 장치가 유량 제어하고 있는 상태를 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 유체 제어 장치가 전폐 동작을 하고 있는 상태를 나타내는 기능 블록도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 유체 제어 장치에 의한 전폐시의 동작을 나타내는 모식도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 유체 제어 장치의 전폐 동작에 관한 플로우 차트이다.
도 7은 제2 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 전폐 동작 제어를 하고 있는 상태를 나타내는 기능 블록도이다.
도 8은 제2 실시 형태에서 속도 조절부가 출력하는 정형후(整形後) 유량의 이미지를 나타내는 모식적 그래프이다.
도 9는 제3 실시 형태에 관한 유체 제어 장치를 구성하는 유체 제어 밸브의 모식적 부분 확대도이다.
도 10은 제3 실시 형태에서의 전폐 동작을 하고 있는 상태에서의 위치 신호, 전압 신호의 변화를 나타내는 모식적 그래프이다.
도 11은 제4 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 12는 제4 실시 형태에 관한 유체 제어 장치의 전폐 동작에 대해서 나타내는 모식적 그래프이다.

본 발명에 관한 유체 제어 장치의 제1 실시 형태에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하면서 설명한다.

제1 실시 형태의 유체 제어 장치는, 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어하기 위해서 이용되는 매스 플로우 컨트롤러(100)이다. 예를 들면, 이 매스 플로우 컨트롤러(100)는, 1개의 메인 유로, 및, 상기 메인 유로의 하류측으로부터 복수의 분기 유로가 분기하는 유로 구조에서, 각 분기 유로의 유량의 비율을 제어하는 유량 제어 시스템의 일부를 구성한다. 보다 구체적으로는, 상기 유량 비율 제어 시스템은, 각 분기 유로에 1개씩 마련되고, 1개의 분기 유로 상에 마련된 매스 플로우 컨트롤러(100)를 제외한 각 매스 플로우 컨트롤러(100)가 각 분기 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어함으로써, 각 유로를 흐르는 유체의 유량의 소정 비율이 실현된다. 또, 각 분기 유로에 마련된 매스 플로우 컨트롤러(100)는, 마련되어 있는 분기 유로에서 하류측으로 유체가 흐르지 않도록 전폐(全閉) 동작도 가능하게 구성되어 있다.

상기 매스 플로우 컨트롤러(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 내부 유로(B1)가 형성되고, 상면에 부품 장착면(B2)이 형성된 개략 직방체 모양의 블록(B)과, 상기 부품 장착면(B2)에 대해서 장착된 유체 제어 밸브(1)와, 상기 내부 유로(B1)를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서(3)와, 상기 유량 센서(3)의 출력에 근거하여 상기 유체 제어 밸브(1)의 개도를 제어하는 제어 기구(2)를 구비한 것이다.

상기 유량 센서(3)는 상기 유체 제어 밸브(1)의 하류측에 마련된 압력식의 것으로서, 층류(層流) 소자(33)의 상류측과 하류측에 각각 마련된 제1 압력 센서(31)와, 제2 압력 센서(32)와, 상기 제1 압력 센서(31)와 상기 제2 압력 센서(32)의 출력에 근거하여 유량을 산출하는 유량 산출부(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 상기 제1 압력 센서(31), 및 제2 압력 센서(32)는, 상기 블록(B)의 부품 장착면(B2)에 대해서 상기 유체 제어 밸브(1)와 함께 일렬로 늘어놓아 장착되어 있다. 또, 상기 유량 산출부는, 상기 제어 기구(2)의 연산 기능을 이용하여 구성되어 있다.

상기 유체 제어 밸브(1)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 블록(B)에 형성된 내부 유로(B1)를 분단하는 수용 오목부 내에 수용된 밸브 시트 블록과, 상기 밸브 시트 블록(10)의 상측에 대향하도록 배치되고, 상기 밸브 시트 블록(10)의 상면측에 형성된 밸브 시트면(11)에 대해서 접리(接離)하는 밸브체(13)와, 상기 밸브 시트면(11)과 상기 밸브체(13)와의 사이의 거리를 검출하는 변위 센서(S)와, 상기 밸브체(13)에 대해서 구동력을 발휘하는 액추에이터를 구비한 것이다.

상기 밸브 시트 블록(10)은, 도 1에서 상하 방향으로 연장되는 밸브 내 유입로(C1)와, 경사진 하부로 연장되는 2개의 밸브 내 유출로(C2)를 구비한 것이다. 상기 밸브 내 유입로(C1)는, 상기 블록(B)의 내부 유로(B1)의 상류측과 접속되고, 유체가 유입된다. 상기 밸브 내 유로를 통과한 유체는, 상기 밸브 시트 블록(10)의 상면측과 상기 밸브체(13)와의 사이를 통과하여 상기 밸브 내 유출로(C2)로 유입된다. 이 밸브 내 유출로(C2)의 하류측은 상기 블록(B)의 내부 유로(B1)에서 하류측과 접속되어 있고, 상기 밸브 내 유출로(C2)를 통과한 유체는 다음으로 상기 제1 압력 센서(31)로 유입된다.

또, 상기 밸브 내 유입로(C1)의 상면측의 개구의 주위에는 링 모양의 상기 밸브 시트면(11)이 형성되어 있다. 게다가, 상기 밸브 시트 블록(10)의 상면측에 있어서, 상기 밸브 시트면(11)의 외측에는 상기 밸브 시트면(11)을 둘러싸도록 링 모양의 능선을 가지는 돌기인 얼라이너(12)가 형성되어 있다. 이 얼라이너(12)의 능선은 상기 블록(B)가 직립(直立)하고 있는 상태에서 상기 밸브 시트면(11)과 거의 동일 평면을 이루도록 배치되어 있다.

상기 밸브체(13)는, 개략 원판(圓板) 모양의 것이며, 전폐(全閉) 상태에서 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 접촉하여, 상기 밸브 내 유입로(C1)의 개구를 폐지(閉止)하는 폐지면과, 상기 폐지면의 외측 부분이며, 상기 얼라이너(12)의 능선과 접촉하는 주변면을 구비한 것이다. 이상적으로는 상기 밸브체(13)는 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 평행을 유지하면서 접리하는 방향으로 이동하지만, 만일 경사졌다고 해도 상기 주변면에서 하측으로 경사져 있는 부분이 전폐시에는 상기 얼라이너(12)의 능선에 접촉하고, 상기 밸브체(13)가 하부로 더 밀림으로써 자연스럽게 자세가 수평 상태가 되도록 구성되어 있다. 이 밸브체(13)는, 상기 다이어프램(D)에 대해서 수직인 방향으로 연장되는 샤프트(15)를 매개로 하여 상기 액추에이터에 접속하여, 상측으로 끌어 올려지도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 액추에이터가 구동하고 있지 않은 자연 상태에서 상기 밸브체(13)의 하측면은 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 접촉하여, 전폐된다. 이와 같이 하여, 전압이 상기 액추에이터에 공급되어 있지 않은 상태에서도 상시 폐쇄되어 있는 상태가 되는, 노멀 클로우즈 타입의 유체 제어 밸브(1)로서 구성하고 있다.

상기 밸브체(13)보다도 상측은 상기 수용 오목부의 주위를 둘러싸도록 통 모양의 하우징(14)을 장착하고 있다. 이 하우징(14)의 내부에는 상기 변위 센서(S)가 수용되어 있고, 상기 하우징(14)의 하측 단면부(端面部)에 형성된 다이어프램(D)에 의해 유체가 내부로 침입하지 않도록 구성하고 있다. 또, 하우징(14) 내의 중앙부에는 상기 다이어프램(D)에 대해서 수직인 방향으로 연장되는 샤프트(15)가 마련되어 있고, 상기 샤프트(15)에 의해서 상기 밸브체(13)와 상기 액추에이터가 접속되어 있다. 즉, 상기 샤프트(15)는 상기 액추에이터가 구동하는 것에 의해서 상부로 끌어 올려지고, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)으로부터 떨어지도록 되어 있다.

상기 변위 센서(S)는, 상기 하우징(14) 내의 측면으로 밀어붙여져 고정된 센서 플레이트(16)와, 상기 센서 플레이트(16)에 대해서 대향하도록 마련된 금속제의 타겟(17)으로 구성되어 있다. 이 변위 센서(S)는 예를 들면 와전류식(渦電流式)이나 정전(靜電) 용량식의 것이며, 상기 센서 플레이트(16)와 상기 타겟(17)과의 이간 거리에 따른 출력을 발생시키는 것이다. 상기 타겟(17)은 샤프트(15)의 이동에 연동하여 상하 방향으로 이동하도록 구성되어 있으므로, 상기 타겟(17)의 변위량은 상기 밸브체(13)의 이동량과 동일하게 된다. 따라서, 상기 변위 센서(S)에 의해 상기 밸브 시트면(11)에 대한 상기 밸브체(13)의 위치, 혹은, 개도를 검출할 수 있다.

상기 액추에이터는, 제1 실시 형태에서는 피에조 액추에이터(19)로서, 상기 샤프트(15)의 상단부와의 사이에 마련된 변위 반전 기구(18)에 의해, 상기 피에조 액추에이터(19)에 정(正)의 전압이 인가되어 연장되는 경우에는, 상기 샤프트(15)가 상부로 끌어 올려지고, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)으로부터 이간하도록 되어 있다. 또, 반대로 상기 피에조 액추에이터(19)가 수축하는 경우에는, 상기 샤프트(15)가 하부로 이동하여, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)측으로 이동하게 된다.

상기 제어 기구(2)는, CPU, 메모리, A/D 컨버터, D/A컨버터(23), 입출력 수단 등을 구비한 이른바 컴퓨터에 의해 그 기능이 실현되는 것이다. 보다 구체적으로는, 메모리에 격납되어 있는 제어 프로그램이 실행되고, 각종 기기가 협업하는 것에 의해서, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 적어도 개도 지령 생성부(21), 전압 제어부(22), 전폐 지령 접수부(24), 변화 속도 조절부(25)로서의 기능이 발휘되도록 구성되어 있다. 또, 제1 실시 형태에서는, 도 3에 나타내는 유량 제어시와, 도 4에 나타내는 전폐 지령 접수시에 그 동작 모드가 다르도록 되어 있다.

각 부에 대해서 상술한다.

상기 개도 지령 생성부(21)는, 도 3에 나타내는 유량 제어 모드에서는, 유저에 의해 설정되어 있는 목표치인 설정 유량과, 상기 유량 센서(3)에 의해 측정되는 실유량과의 편차에 근거하여, 상기 편차가 작게 되도록 개도 지령을 생성하고, 그 값을 상기 전압 제어부(22)에 대해서 출력하는 것이다. 즉, 상기 개도 지령 생성부(21)는 유량 피드백에 의해, 설정 유량을 실현하는데 필요한 개도를 산출하고, 개도 지령으로서 출력한다. 또, 도 4에 나타내는 전폐 지령 접수시에는 상기 개도 지령 생성부(21)는, 상기 전압 제어부(22)에 대해서 개도 지령을 출력하지 않는다.

상기 전압 제어부(22)는, 상기 피에조 액추에이터(19)에 인가하는 전압을 제어하기 위한 디지털의 전압 지령 신호를 출력하는 것이다. 도 3에 나타내는 유량 제어 모드에서는, 상기 전압 제어부(22)는, 상기 입력되는 개도 지령과 상기 변위 센서(S)에서 검출되는 실개도(實開度)와의 편차에 근거하여, 상기 편차가 작게 되도록 전압 지령 신호를 출력한다. 즉, 전압 제어부(22)에서는, 개도 피드백에 의해, 상기 밸브체(13)의 이동을 제어한다.

또, 도 4에 나타내는 전폐 지령 접수시에는 상기 전압 제어부(22)는, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 접촉하기 직전까지는 상기 피에조 액추에이터(19)에 인가되어 있던 전압을 방전시키도록 제로의 값인 전압 지령 신호를 출력한다. 그 후, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 접촉하면, 상기 전압 제어부(22)는, 상기 피에조 액추에이터(19)에 대해서 부(負)의 전압이 인가되도록 전압 지령 신호를 출력한다.

상기 D/A컨버터(23)는, 상기 전압 제어부(22)로부터 출력되는 디지털의 전압 지령 신호에 따른 아날로그의 전압을 출력하여, 상기 피에조 액추에이터(19)에 대해서 인가한다. 이 D/A컨버터(23)의 특성은 예를 들면, 스텝 입력에 대해서 1차 지연의 응답을 하는 것이며, 그 시정수(時定數)를 설정 변수로서 변경할 수 있는 것이다.

상기 전폐 지령 접수부(24)는, 유량 제어 모드를 종료하고, 상기 유체 제어 밸브(1)를 완전하게 폐지(閉止)하여 하류측으로 유체가 흐르지 않도록 하게 하는 전폐(全閉) 모드를 실행시키기 위한 전폐 지령을 유저로부터 받아들이는 것이다. 이 전폐 지령 접수부(24)에서 전폐 지령을 받아들여지면, 유량의 피드백이 끊겨, 상기 변위 센서(S)의 출력에 의한 개도 피드백만에 의해서 개도가 제로인 전폐 상태가 실현되도록 동작한다.

상기 속도 조절부(25)는, 도 4에 나타내는 전폐 지령 접수시에 동작하는 것으로서, 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 상기 밸브체(13)를 접근시켜 상기 유체 제어 밸브(1)를 전폐시키는 경우에, 상기 밸브 시트면(11)과 상기 밸브체(13)와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체(13)의 이동 속도를 저하시킨다. 제1 실시 형태에서는, 상기 속도 조절부(25)는, 상기 D/A컨버터(23)의 설정 변수인 시정수(時定數)를 변경하는 것에 의해, 전폐 직전에 상기 밸브체(13)의 이동 속도를 저하시킨다. 환언하면, 상기 속도 조절부(25)는, 전폐 직전에 상기 D/A컨버터(23)의 응답 속도를 떨어뜨려, 상기 피에조 액추에이터(19)의 방전 속도를 저하시키는 것에 의해서 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 소정치 이상의 충격 하중이 걸리지 않도록 접촉시킨다. 또, 이하의 설명에서는 상기 밸브 시트면(11)과 상기 밸브체(13)와의 사이가 소정 거리로 된 위치인 것을 속도 저하 개시 위치라고도 한다.

이와 같이 구성된 매스 플로우 컨트롤러(100)에서의 전폐시의 제어 동작에 대해서 도 5의 플로우 차트와 도 6에 나타내는 전폐 동작시의 밸브체(13)의 이동을 나타내는 모식도를 참조하면서 설명한다.

도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)으로부터 떨어져 유량 제어가 행해지고 있던 상태에서, 상기 전폐 지령 접수부(24)에 유저로부터 전폐 지령을 받아들여지면(스텝 S1), 상기 전폐 지령 접수부(24)는, 개도 지령으로서 제로의 값을 상기 전압 제어부(22)에 대해서 입력한다(스텝 S2). 이 결과, 상기 전압 제어부(22)는 상기 피에조 액추에이터(19)에 대해서 전압을 인가하지 않도록 전압 지령 신호를 출력하고, 상기 피에조 액추에이터(19)에 모여 있는 전하의 방전이 개시된다(스텝 S3).

전하가 방전되면 상기 피에조 액추에이터(19)가 수축하는 것에 의해, 변위 반전 기구(18)에 의해서 상기 밸브체(13)는 상기 밸브 시트면(11)이 있는 하부로 밀어 내려져 가게 된다. 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 가까워지고 있는 동안은 상기 변위 센서(S)에 의해 상기 밸브체(13)와 상기 밸브 시트면(11)과의 사이의 거리가 감시되고 있고, 도 6의 (b)에 나타내어지는 전폐 직전의 소정 거리로 되었는지 여부의 판정이 상기 속도 조절부(25)에서 계속 판정된다(스텝 S4). 이 소정 거리는 적절히 설정하면 되는데, 예를 들면 상기 유량 센서(3)에 의해 유량이 검출되기 시작하는, 개방 초기의 개도로 설정해 둔다. 이 시점으로부터 상기 속도 조절부(25)는 통상의 유량 제어 모드에서 D/A컨버터(23)에서 사용되고 있는 시정수보다도 큰 시정수로 변경하여, D/A컨버터(23)의 응답을 늦춘다(스텝 S5). 이 결과, 상기 밸브체(13)의 이동 속도가 저하되고, 스텝 S1~S4까지의 전폐 동작 개시시와 비교하여 상기 밸브체(13)는 천천히 이동하게 된다(스텝 S6).

이어서, 상기 변위 센서(S)에 의한 개도의 감시는 계속되고 있고, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 완전히 접촉했는지 여부의 판정이 상기 전압 제어부(22)에서 행해지고(스텝 S7), 접촉한 시점에서 부(負)의 전압 지령 신호가 출력된다(스텝 S8). 이 결과, 상기 피에조 액추에이터(19)에는, 부의 전압이 인가되고(스텝 S9), 상기 밸브체(13)는 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 더 압입되게 된다(스텝 S10). 또, 상기 밸브체(13)의 압입량은 예를 들면 탄성변형 영역 내로 한정하고 있고, 전폐 상태가 해제되었을 때에 상기 밸브체(13)가 원래의 형상으로 되돌아가도록 되어 있다. 또, 상기 속도 조절부(25)는, 예를 들면 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 접촉한 것이며, 상기 변위 센서(S)에 의해 검출된 시점, 혹은, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 압입된 시점에서, 상기 D/A컨버터(23)의 설정을 원래대로 되돌리도록 해 두어도 괜찮다.

이와 같이 제1 실시 형태의 매스 플로우 컨트롤러(100)에 의하면, 전폐 동작시에 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 가까워지고, 전폐 직전의 소정 거리 이간한 위치에 도달한 시점으로부터 상기 밸브체(13)의 이동 속도를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 강하게 충돌하며, 충격 하중에 의해서 상기 밸브체(13), 또는, 상기 밸브 시트면(11)에 손상이 생기는 것을 막을 수 있다.

따라서, 제1 실시 형태와 같이 상기 피에조 액추에이터(19)에 대해서 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서 밸브체(13)보다도 상부측의 자중에 의해 상기 밸브 시트면(11)을 상기 밸브체(13)가 폐지하도록 하여 강한 압압력으로 밀폐되도록 하고 있는 구조라도, 반복 동작에 의한 경년 변화에 의해 상기 밸브체(13), 또는, 상기 밸브 시트면(11)에서의 손상이 진전되기 어렵다.

또, 손상이 생기지 않도록 상기 밸브체(13)와 상기 밸브 시트면(11)을 서서히 천천히 접촉시킨 후에, 상기 피에조 액추에이터(19)에 부(負)의 전압을 인가하는 것에 의해, 더 압입하도록 하고 있으므로, 씰링성을 더 높일 수 있다.

이상으로부터, 전폐시에 높은 씰링성을 실현하여, 미소(微小)한 리크(leak)도 발생하지 않게 하면서, 고내구, 장수명의 매스 플로우 컨트롤러(100)가 실현된다. 또, 이러한 제어적인 수법에 의해서 긴 수명을 실현할 수 있으므로, 예를 들면 밸브체(13)의 기계적인 평행도를 현상보다도 높게 실현하지 않아도 좋다.

다음으로 제2 실시 형태에 관한 유체 제어 장치에 대해 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 또, 제1 실시 형태에서 설명한 부재에 대응하는 부재에 대해서는 동일 부호를 붙이는 것으로 한다.

제1 실시 형태에서는, 속도 조절부(25)는 D/A컨버터(23)의 설정을 변경함으로써 전폐 직전의 밸브체(13)의 이동 속도를 저하시키도록 구성되어 있었지만, 제2 실시 형태에서는 D/A컨버터(23)의 설정은 항상 일정한 채로 유지된다. 즉, 제2 실시 형태는, 전폐 지령이 설정 유량에서 제로의 값이 소정 기간 유지되는 형태로 입력되는 점과, 속도 조절부(25)의 구성이 제1 실시 형태와는 다르다.

즉, 제2 실시 형태의 속도 조절부(25)는, 유저에 의해 설정되는 설정 유량을 정형(整形)함으로써, 전폐 직전의 밸브체(13)의 이동 속도를 저하시키도록 구성되어 있다.

보다 구체적으로는, 상기 속도 조절부(25)는, 도 7의 기능 블록도에 나타내는 바와 같이, 설정 유량과, 변위 센서(S)에 의해 검출되는 밸브체(13)와 밸브 시트면(11)과의 거리가 입력되고, 설정 유량에 근거하여 정형된 정형후 유량을 개도 지령 생성부(21)에 대해서 출력하도록 구성되어 있다.

도 8의 그래프에 나타내는 바와 같이 상기 속도 조절부(25)에 대해서, 소정의 유량치가 유지되고 있는 상태로부터 유량치가 제로인 상태로 유지되는 상태로 변경되는 스텝 모양의 설정 유량이 입력되어, 전폐 지령이 이루어지고 있는 경우를 예로서 설명한다. 상기 속도 조절부(25)는, 어느 유량치로부터 제로로 전환되는 불연속점을 검출하면 상기 변위 센서(S)에서 검출되는 개도가 미리 정해진 개도 임계치가 될 때까지의 동안은 제1 기울기로 유량치가 제로를 향해 감소하도록 정형후 유량을 출력한다. 유량 피드백, 및, 개도 피드백의 작용에 의해 실유량이 감소하고, 개도가 작게 되어 가며, 예를 들면 상기 변위 센서(S)에서 검출되는 개도가, 전폐 직전의 개도에 상당하는 개도 문턱값에 도달한 이후에는, 제2 기울기로 유량치가 제로를 향해 감소하도록 정형후 유량을 출력한다. 여기서 제2 기울기의 절대치는 제1 기울기의 절대치보다도 작게 설정해 둔다.

이러한 것이라도, 전폐 동작시에 상기 밸브체(13)의 위치는 도 8에 나타내는 정형후 유량에 따라서 제어되므로, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 대해서 소정 거리보다도 멀리 이간하고 있는 동안은 고속으로 접근시키고, 전폐 직전의 영역에서는 상기 밸브체(13)의 이동 속도를 저하시켜, 상기 밸브 시트면(11)과의 사이에 생기는 충격력을 저감할 수 있다.

따라서, 전폐 동작시에 상기 밸브체(13), 및, 상기 밸브 시트면(11)과의 사이에서 손상이 생기는 것을 막아, 장기간에 걸쳐 높은 씰링성을 계속 유지할 수 있다.

다음으로 제3 실시 형태에 관한 유체 제어 장치에 대해서 도 9를 참조하면서 설명한다. 또, 제1 실시 형태에서 설명한 부재에 대응하는 부재에 대해서는 동일 부호를 붙이는 것으로 한다.

제3 실시 형태의 매스 플로우 컨트롤러(100)는, 도 9에 나타내는 바와 같이 유체 제어 밸브(1)의 방식이 제1 실시 형태와 같이 노멀 클로우즈 타입의 것이 아니라, 액추에이터에 대해서 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는 밸브 시트면(11)과 밸브체(13)와의 사이에 간극이 형성된 개시 상태가 되는 노멀 오픈 타입의 것이다. 또, 소프트웨어 부분의 구성에 대해서는 도 3 및 도 4에 기재한 구성과 거의 동일하다.

구체적으로는, 상기 유체 제어 밸브(1)는, 피에조 액추에이터(19)에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 밸브체(13)와 상기 밸브 시트면(11)과의 사이가 개방되는 방향으로 피에조 액추에이터(19)를 상부로 들어 올리는 코일 스프링(CS)과, 상기 밸브체(13)를 상기 밸브 시트면(11)으로부터 이간시키는 방향으로 가압력을 발휘하는 판 스프링(LS)을 구비하고 있다. 또, 상기 피에조 액추에이터(19)에 정(正)의 전압이 인가되어 연장되는 것에 의해, 상기 밸브체(13)는 상기 밸브 시트면(11)이 있는 하부로 밀어 내려져, 그 이간 거리가 가까워지도록 구성되어 있다.

제3 실시 형태에서는 이와 같은 노멀 오픈 타입의 유체 제어 밸브(1)에서 전폐 상태로 하는 과정에서, 상기 밸브체(13)와 상기 밸브 시트면(11)과의 거리가 소정 거리로 된 시점으로부터 상기 밸브체(13)의 이동 속도를 저하시키고 있다. 즉, 매스 플로우 컨트롤러(100)에 전폐 지령이 입력되어 있는 경우에는, 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)의 근방에 있는 속도 저하 개시 위치에 도달한 시점으로부터 상기 속도 조절부(25)가 D/A 컨버터(23)의 시정수(時定數)를 변경하여 응답 속도를 느리게 하고 있다. 이와 같이 하여 상기 밸브체(13)가 전폐시에 상기 밸브 시트면(11)으로부터 충격 하중이 가해져 손상이 발생하는 것을 방지하고 있다.

이와 같이 구성된 제3 실시 형태의 전폐시의 동작에 대해서 도 10을 참조하면서 변위 센서(S)로부터 출력되는 위치 신호와, D/A 컨버터(23)로부터 피에조 액추에이터(19)로 출력되는 전압 신호의 변화에 기초하여 설명한다.

매스 플로우 컨트롤러(100)에 대해서 전폐 지령 또는 제로 유량을 나타내는 설정 유량이 입력된 경우에는, 유량 피드백, 및, 상기 밸브체(13)의 위치의 피드백에 의해, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 가까워지도록 피에조 액추에이터(19)에 인가되는 전압이 소정의 상승 비율로 크게 되도록 인가된다.

다음으로 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)의 근방의 상기 속도 저하 개시 위치에 도달한 것이 상기 변위 센서(S)의 위치 신호에서 검출되면 상기 속도 조절부(25)는 D/A 컨버터(23)의 시정수를 변경하고 지령값에 대한 응답 속도를 저하시킨다. 이 결과, 상기 속도 저하 개시 위치 통과후에는, 상기 피에조 액추에이터(19)에 인가되는 전압의 상승 속도는 저하되고, 상기 밸브체(13)의 이동 속도도 저하된다.

상기 밸브체(13)가 전폐 위치에 도달하면, 이후는 전폐 상태를 유지하는데 필요한 전압이 계속 유지된다.

또, 제1 실시 형태와 같은 노멀 클로우즈 타입의 유체 제어 밸브(1)의 경우에는, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이 출력되는 전압 신호는 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 가까워짐에 따라 작아져 가고, 최종적으로는 전폐 상태에서는 피에조 액추에이터(19)에는 전압이 인가되어 있지 않거나, 혹은, 부(負)의 전압을 인가하여 상기 밸브체(13)를 상기 밸브 시트면(11)에 압입한 상태가 된다.

이와 같이 제3 실시 형태와 같이 노멀 오픈 타입의 유체 제어 밸브(1)라도 제1 실시 형태와 마찬가지로 상기 밸브체(13)가 상기 밸브 시트면(11)에 충돌하여 상기 밸브체(13)에 손상이 발생하여, 씰링성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또, 제3 실시 형태와 같은 노멀 오픈 타입의 유체 제어 밸브(1)의 경우에는 전폐 상태에서 씰링성을 더 높이려면, 전폐 유지할 수 있는 전압으로부터 전압을 더 증가시켜 상기 밸브체(13)를 상기 밸브 시트면(11)에 대해 압입한 상태로 해도 좋다.

다음으로 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유체 제어 장치에 대해서 도 11 및 도 12를 참조하면서 설명한다. 제4 실시 형태에서는, 경년 변화에 의해 액추에이터나 각종 탄성 부재 등의 특성이 변화하며, 예를 들면 공장 출하시에서 전폐시에 상기 변위 센서(S)로부터 출력되는 위치 신호가 나타내는 값이, 실제의 전폐시에 출력되는 위치 신호가 나타내는 값과 어긋남이 생기고 있는 경우에도 전폐 직전에 상기 밸브체(13)의 이동 속도를 충분히 저하시킬 수 있도록 구성되어 있다.

구체적으로는 도 11에 나타내는 바와 같이 제4 실시 형태에서는 상기 속도 조절부(25)가 시정수 변경 지령을 출력하는 타이밍이 결정되는 속도 저하 개시 위치를 갱신하는 위치 갱신부(26)를 더 구비하고 있다.

이 위치 갱신부(26)는, 예를 들면 공장 출하시 등의 정상시에서의 전폐 위치에서의 상기 변위 센서(S)의 위치 신호의 카운트값과, 전폐 위치로부터 소정 거리 떨어진 소정 위치이고 속도 저하 개시 위치에서의 상기 변위 센서의 위치 신호의 카운트값을 기억하고 있다. 또, 위치 갱신부(26)는 전폐 위치와 속도 저하 개시 위치와의 카운트값의 차이를 기억하고 있어도 좋다.

그리고, 상기 위치 갱신부(26)는, 전폐 지령이 입력되어 있는 상태에서 상기 변위 센서(S)로부터 출력되는 위치 신호가 거의 일정값을 나타내고, 전폐 상태를 나타내고 있는 카운트값을 취득하며, 그 카운트값으로부터 소정값만큼 다른 카운트값을 새로운 속도 저하 개시 위치로 하여 상기 속도 조절부(25)에 설정한다.

이와 같이 구성된 제4 실시 형태의 매스 플로우 컨트롤러(100)이면, 도 12에 나타내는 바와 같이 경년 변화에 의해서 변위 센서(S)의 위치 신호가 나타내는 값과 전폐 위치와의 사이의 관계가 변화했다고 해도, 상기 위치 갱신부(26)가, 경년 변화후의 전폐 위치를 나타내는 변위 센서(S)의 위치 신호의 값에 기초하여, 새로운 갱신후의 속도 저하 개시 위치를 상기 속도 조절부(25)에 설정할 수 있다.

따라서, 경년 변화가 생겼다고 해도 전폐시에는 전폐 위치로부터 소정 거리 떨어진 위치로부터 상기 밸브체(13)의 이동 속도를 저하시키고, 상기 밸브 시트면(11)에 상기 밸브체(13)가 충돌하여 손상이 생기는 것을 방지할 수 있다.

그 외의 실시 형태에 대해 설명한다.

각 실시 형태에서는 유체 제어 장치로서 매스 플로우 컨트롤러를 예로서 설명했지만, 유체 제어 장치는, 예를 들면 압력이 피드백되어, 설정 압력으로 유지되는 압력 제어 장치라도 상관없다. 또, 유량 제어나 압력 제어는 행하지 않고, 유체 제어 밸브와 제어 기구만으로 전폐 동작만을 행하도록 구성한 유체 제어 장치라도 상관없다.

각 실시 형태에서는 유량 제어 모드시에 유량의 피드백 루프와, 개도의 피드백 루프가 형성되도록 구성하고 있었지만, 예를 들면 유량 제어 모드시에는 유량만이 피드백되고, 전폐 동작시에는 개도만이 피드백되도록 구성해도 괜찮다

밸브체의 이동 속도를 저하시키는 타이밍은, 응답성의 관점으로부터는 전폐 직전으로부터 행하는 것이 바람직하지만, 각 실시 형태에서 설명한 타이밍 이외로 설정해도 괜찮다. 예를 들면, 전폐 개시시의 개도로부터 절반의 개도로 된 시점으로부터 상기 밸브체의 이동 속도가 저하되도록 속도 조정부를 구성해도 상관없다. 요컨데, 밸브체가 밸브 시트면에 접촉하는 시점에서 손상이 발생하지 않거나, 혹은, 허용할 수 있는 정도밖에 발생하지 않을 정도로 밸브체의 이동 속도가 저하되어 있으면 좋다.

유체 제어 장치에 변위 센서가 없고, 개도를 직접 측정할 수 없는 경우에는, 예를 들면 액추에이터에 인가되어 있는 전압으로부터 현재의 개도를 추정하고, 그 개도가 전폐 직전이 된 시점으로부터 밸브체의 이동 속도가 저하되도록 구성해도 상관없다. 또, 액추에이터에 대해서는 피에조 액추에이터에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 솔레노이드 등을 이용해도 상관없다.

제1 실시 형태에서는, 밸브체와 밸브 시트면이 소정 거리로 된 시점에서 D/A컨버터의 설정이 변경되도록 구성되어 있었지만, 전환에 의한 제어계로의 충격을 저감하고, 보다 안정적인 제어를 실현할 수 있도록 하려면, 전폐 동작 중에 연속적으로 설정이 변경되도록 하면 좋다. 이 경우, 변위 센서에서 밸브체의 위치를 검출하지 않아도, 설정 유량이나 개도 지령에 근거하여 속도 조절부를 동작시키는 것도 가능하다. 또, 변경할 설정 변수는 시정수에 한정되지 않고, 밸브체의 이동 속도를 변화시킬 수 있는 것이면 좋다.

제2 실시 형태에서는, 설정 유량의 불연속점을 직선 보간(補間)하도록 상기 속도 조절부는 구성되어 있었지만, 예를 들면 S자 보간 등의 여러가지 보간법에 의해 적어도 전폐 직전에서 상기 밸브체의 이동 속도가 저하되도록 구성해도 괜찮다.

밸브 시트 블록에 대해서 얼라이너가 마련되어 있지 않고, 밸브 시트면만이 형성되어 있는 것이라도 상관없다.

그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에서 여러가지 실시 형태의 조합이나 변형을 행해도 상관없다.

100 - 매스 플로우 컨트롤러 1 - 유체 제어 밸브
10 - 밸브 시트 블록 11 - 밸브 시트면
12 - 얼라이너 13 - 밸브체
14 - 하우징 15 - 샤프트
16 - 센서 플레이트 17 - 타겟
18 - 변위 반전 기구 19 - 피에조 액추에이터
2 - 제어 기구 21 - 개도 지령 생성부
22 - 전압 제어부 23 - D/A컨버터
24 - 전폐 지령 접수부 25 - 속도 조절부
3 - 유량 센서 31 - 제1 압력 센서
32 - 제2 압력 센서 33 - 층류 소자

Claims

유체가 흐르는 유로에 마련되는 유체 제어 밸브와,
상기 유체 제어 밸브를 제어하는 제어 기구를 구비하며,
상기 유체 제어 밸브가,
밸브 시트면과,
상기 밸브 시트면에 대해서 접리(接離)하는 밸브체와,
상기 밸브체를 구동하는 액추에이터를 구비하며,
상기 제어 기구가,
디지털의 전압 지령 신호에 따라서 아날로그의 전압을 상기 액추에이터에 출력하는 D/A 컨버터와,
상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체를 가까워지게 하여 상기 유체 제어 밸브를 전폐(全閉)시키는 경우에, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록, 상기 D/A 컨버터의 설정 계수를 변경하는 속도 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체 제어 밸브가,
상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이의 거리를 검출하는 변위 센서를 더 구비하며,
상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 상기 D/A 컨버터의 설정 계수를 변경하는 유체 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제어 기구가,
상기 액추에이터에 인가하는 전압을 제어하기 위한 디지털의 전압 지령 신호를 출력하는 전압 제어부를 더 구비하며,
상기 전압 제어부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 제로가 된 시점으로부터 상기 밸브체를 상기 밸브 시트면측으로 더 이동시키도록 전압 지령 신호를 출력하는 유체 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 밸브체의 이동 속도가 저하되도록 상기 D/A컨버터의 설정 계수를 변경하는 유체 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 액추에이터가, 피에조 액추에이터이며,
상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 피에조 액추에이터의 방전(放電) 속도가 저하되도록 상기 D/A컨버터의 설정 계수를 변경하는 유체 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 피에조 액추에이터에 정전압(正電壓)이 인가되면 상기 밸브체가 상기 밸브 시트면으로부터 이간하는 방향으로 이동함과 아울러, 상기 피에조 액추에이터에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 밸브체가 상기 밸브 시트면에 대해서 접촉하도록 구성되어 있으며,
상기 전압 제어부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 제로로 된 시점으로부터 상기 피에조 액추에이터에 부전압(負電壓)이 인가되도록 상기 전압 지령 신호를 출력하는 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브 시트면이, 유체가 유입하는 유입 개구의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있고,
상기 밸브체가,
상기 밸브 시트면에 접촉하여, 상기 유입 개구를 폐지(閉止)하는 폐지면과,
상기 폐지면의 외측에 면일(面一)이 되도록 형성된 주변면을 구비하며,
상기 밸브 시트면의 외측에서 상기 밸브 시트면과 동일 평면 상에 적어도 일부가 형성된 얼라이너(aligner)를 더 구비한 유체 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 액추에이터가, 피에조 액추에이터이며,
상기 속도 조절부가, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리 이하인 경우에는, 상기 변위 센서에서 검출되는 거리가 상기 소정 거리보다도 큰 경우보다도 상기 피에조 액추에이터의 전압 상승 속도가 저하되도록 상기 D/A 컨버터의 설정 계수를 변경하는 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 속도 조절부가, 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키기 시작하는 속도 저하 개시 위치를 기억하고 있고, 변위 센서에서 검출되고 있는 위치가 속도 저하 개시 위치로 된 시점으로부터 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 구성되어 있으며,
전폐 상태에서 상기 변위 센서로부터 출력되는 위치 신호에 기초하여 상기 속도 저하 개시 위치를 갱신하는 위치 갱신부를 더 구비한 유체 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 속도 조절부가, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 상기 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 된 이전의 상기 D/A 컨버터에서 사용되고 있는 시정수(時定數)보다도 큰 시정수로 변경하도록 구성되어 있는 유체 제어 장치.
유체가 흐르는 유로에 마련되는 유체 제어 밸브와, 상기 유체 제어 밸브를 제어하는 제어 기구를 구비하며, 상기 유체 제어 밸브가, 밸브 시트면과, 상기 밸브 시트면에 대해서 접리하는 밸브체와, 상기 밸브체를 구동하는 액추에이터와, 디지털의 전압 지령 신호에 따라서 아날로그의 전압을 상기 액추에이터에 출력하는 D/A 컨버터를 구비하는 유체 제어 장치에 이용되는 기록 매체에 저장된 제어 프로그램으로서,
상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체를 접근시켜 상기 유체 제어 밸브를 전폐시키는 경우에, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 상기 D/A 컨버터의 설정 계수를 변경하는 속도 조절부로서의 기능을 컴퓨터로 이루어지는 상기 제어 기구에 발휘시키는 것을 특징으로 하는 기록 매체에 저장된 제어 프로그램.
유체가 흐르는 유로에 마련되는 유체 제어 밸브와, 상기 유체 제어 밸브를 제어하는 제어 기구를 구비하며, 상기 유체 제어 밸브가, 밸브 시트면과, 상기 밸브 시트면에 대해서 접리하는 밸브체와, 상기 밸브체를 구동하는 액추에이터와, 디지털의 전압 지령 신호에 따라서 아날로그의 전압을 상기 액추에이터에 출력하는 D/A 컨버터를 구비하는 유체 제어 장치의 제어 방법으로서,
상기 밸브 시트면에 대해서 상기 밸브체를 접근시켜 상기 유체 제어 밸브를 전폐시키는 경우에, 상기 밸브 시트면과 상기 밸브체와의 사이가 소정 거리로 된 이후에는, 상기 소정 거리로 되기 이전보다도 상기 밸브체의 이동 속도를 저하시키도록 상기 D/A 컨버터의 설정 계수를 변경하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치의 제어 방법.