TW201713889A - 流體控制閥及內儲有控制程式的電腦可讀取記錄媒體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供流體控制閥及內儲有控制程式的電腦可讀取記錄媒體，用於消除用戶的誤解，改善使用便利性，所述流體控制閥包括一閥座。閥體以相對於閥座能夠接近或遠離的方式設置。驅動器使閥體在接近或遠離的方向上移動。位置資訊檢測部。檢測與閥體相對於閥座的相對位置對應的值。位置輸出部與在閥體的開始打開的位置通過位置資訊檢測部得到的位置資訊無關地將所述開始打開的位置作為零位置。

Description

流體控制閥及內儲有控制程式的電腦可讀取記錄媒體
本發明涉及用於控制流體的流量、壓力的流體控制閥以及用於所述流體控制閥的控制程式。
如專利文獻1所示，以往的流體控制閥包括：閥座；閥體，以能夠接近或離開閥座的方式設置；以及驅動器，使閥體移動。流體控制閥用於以通過驅動器調節閥座和閥體之間的開度以使流體的流量、壓力成為目標值的方式進行控制。
如專利文獻2所示，在流體控制閥中存在具有測量閥體相對於閥座的位置的位置感測器的流體控制閥。流體控制閥使用通過位置感測器得到的閥體的位置進行位置控制（position control）。由此，能夠不受驅動器相對於驅動電壓（電流）的滯後現象、閥體的蠕變現象或者流體控制閥的經時變化所造成的影響地控制流量。
現有技術文獻 專利文獻1：日本專利公開公報特開2013-50158號 專利文獻2：日本專利公開公報特開2015-121898號
在流體控制閥中，用戶能夠根據位置感測器的輸出確認閥體的位置。但是，即使使處於全閉狀態的閥體向開閥方向移動，流體也不能立即流動。如圖6所示，這是由於流體控制閥具有流體開始流動的位置（開始打開的位置）和到該位置之前的區域（不敏感區）。另外，每個流體控制閥的開始打開的位置和不敏感區都不同。此外，位置感測器的輸出，在處於全閉狀態的閥體的位置或開始打開的位置並不輸出零。
於是，用戶如果僅通過位置感測器的輸出來確認閥體的位置，則不能判斷閥體實際上是否越過了開始打開的位置，其結果，會誤解為流體控制閥堵塞、產生了故障等。
因此，本發明是用於解決所述的問題而做出的發明，本發明的主要目的在於消除用戶的誤解、改善使用便利性。
即，本發明提供一種流體控制閥，其包括：閥座；閥體，以相對於所述閥座能夠接近或遠離的方式設置；驅動器，使所述閥體在接近或遠離的方向上移動；位置資訊檢測部，檢測與所述閥體相對於所述閥座的相對位置對應的值；以及位置輸出部，與在所述閥體的開始打開的位置通過所述位置資訊檢測部得到的位置資訊無關地將所述開始打開的位置作為零位置。
按照該流體控制閥，由於位置輸出部與在閥體的開始打開的位置通過位置資訊檢測部得到的位置資訊無關地將所述開始打開的位置作為零位置，所以用戶不會被位置感測器的輸出迷惑，能夠將閥體的開始打開的位置識別為零位置。因此，能夠消除用戶的誤解，能夠改善使用便利性。
此外，通過將閥體的開始打開的位置作為零位置來使用，能夠不受流體控制閥的個體差異的影響地進行流體控制。能夠消除因流體控制閥的個體差異所導致的流體控制的精度誤差。
優選的是，當通過所述位置資訊檢測部得到的位置資訊表示比所述開始打開的位置更靠所述閥座側的位置時，所述位置輸出部將所述閥體的位置作為零位置。在閥體位於比開始打開的位置更靠閥座側的位置的情況下，是流量為零的狀態，通過將該狀態設為零位置，能夠使用戶直接識別到該狀態。
伴隨著閥體的開始打開的位置的經時變化，應該顯示的零位置也需要變化。因此，優選的是，所述位置輸出部使用通過向所述驅動器輸出了全閉信號的狀態下的所述位置資訊檢測部得到的位置資訊與通過相同狀態下的所述位置資訊檢測部得到的位置資訊的初始值的偏差量，來修正所述零位置。按照該方式，能夠消除由於開始打開的位置的經時變化以及伴隨與此的零位置的變化所產生的用戶的誤解。另外，在對零位置進行修正的情況下，只要向驅動器輸出全閉信號並比較位置感測器的輸出信號即可。即，由於無需再次進行零位置的確定，所以修正變得容易。
此外，本發明還提供一種內儲有控制程式的電腦可讀取記錄媒體，所述控制程式控制流體控制閥，所述流體控制閥包括：閥座；閥體，以相對於所述閥座能夠接近或遠離的方式設置；驅動器，使所述閥體在接近或遠離的方向上移動；以及位置資訊檢測部，檢測與所述閥體相對於所述閥座的相對位置對應的值，所述控制程式使電腦發揮作為位置輸出部的作用，所述位置輸出部與在所述閥體的開始打開的位置通過所述位置資訊檢測部得到的位置資訊無關地將所述開始打開的位置作為零位置。
按照本發明，由於與在閥體的開始打開的位置通過位置資訊測量部得到的位置資訊無關地將開始打開的位置作為閥體的零位置，所以能夠消除用戶的誤解、改善使用便利性。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
以下，參照附圖對組裝有本發明的流體控制閥的質量流量控制器的一個實施方式進行說明。
本實施方式的一質量流量控制器100例如用於半導體製造步驟。
具體地說，如圖1所示，質量流量控制器100包括：一主體5，形成有一流道51，例如半導體處理用的氣體等流體流過流道51；一流量測量機構2，測量流過流道51的流體的流量；一流體控制閥3，控制流過流道51的流體的流量；以及一控制設備4，控制該流體控制閥3的閥開度，以使流量測量機構2輸出的測量流量接近預定的設定流量。以下，對各部分進行詳細描述。
主體5形成為塊體狀，流道51貫通所述塊體。流道51的上游端與外部流入管道（未圖示）連接。流道51的下游端與外部流出管道連接。
流量測量機構2是熱式流量測量機構。具體地說，流量測量機構2具有：一感測器流道管21，從流道51分支，使流體分流；以及一對發熱電阻體22、23，設置在感測器流道管21上。這一對發熱電阻體22、23根據流過感測器流道管21的流體的質量流量產生溫度差。此外，流量測量機構2通過流量計算部24檢測一對發熱電阻體22、23產生的溫度差，測量感測器流道管21的質量流量。另外，流量計算部24根據流道51與感測器流道管21的分流比，計算流道51中的質量流量。此外，在流道51的感測器流道管21的分支點和匯合點之間設置有一層流元件10。
流體控制閥3是設置在流道51上的例如常閉型流量控制閥。
具體地說，如圖2所示，流體控制閥3包括：一閥座構件31以及一閥體構件32，是收容在主體5內的一對閥構件；以及一驅動器33，驅動閥體構件32，設定閥開度亦即閥座構件31和閥體構件32之間的分離距離。
閥座構件31成為閥座，如圖2所示，其下側的面具有一閥座面31a。在閥座構件31的內部形成有一內部流道31b，內部流道31b的一端在閥座面31a開口，另一端在側周面開口。此外，內部流道31b的另一端也可以在閥座構件31的上側的面開口。另外，內部流道31b也可以是多個。
該閥座構件31收容於設置在主體5內的一圓柱狀凹部52。以切斷主體5的流道51的方式配置凹部52。被凹部52切斷的流道51中的上游側的流道（以下也稱為上游側流道）51（A）在例如所述凹部52的底面開口，比所述凹部52更靠下游側的流道（以下也稱為下游側流道）52（B）在例如所述凹部52的側面開口。此外，所述凹部52形成配置有閥座構件31以及閥體構件32的閥室。
此外，在閥座構件31收容於凹部52的狀態下，上游側流道51（A）和下游側流道51（B）成為通過閥座構件31的內部流道31b連通。
閥體構件32成為閥體，在主體5的凹部52中與閥座構件31相對配置，並且其上側的面具有一接觸閥座的面32a。接觸閥座的面32a與閥座面31a接觸，堵塞在閥座面31a開口的內部流道31b。
另外，在主體5的圓柱狀凹部52內，通過一閥體復位彈簧6，閥體構件32以相對於閥座構件31能夠接近或遠離的方式被支承。閥體復位彈簧6是對閥體構件32施加朝向閥座構件31的作用力的構件。即，通過閥體復位彈簧6，閥體構件32被施加從打開狀態朝向關閉狀態的方向（關閥方向）的作用力。本實施方式的閥體復位彈簧6是板簧，固定在設置於圓柱狀凹部52的一支承構件9上。此外，閥體復位彈簧6也可以固定在圓柱狀凹部52的內表面。閥體復位彈簧6只要是對閥體構件32施加作用力的構件就可以，也可以是板簧以外的彈性體。彈性體可以直接地或者間接地對閥體構件32施加作用力。
此外，所述閥體構件32通過驅動器33接受驅動力而被施加作用力，從與閥座構件31接觸並切斷上游側流道51（A）和下游側流道51（B）的關閉狀態移動到遠離閥座構件31從而使上游側流道51（A）和下游側流道51（B）連通的打開狀態。
驅動器33例如具備層疊多個壓電元件形成的一壓電堆331以及通過壓電堆331的伸長而位移的一動作體332。
壓電堆331的前端部通過一中間連接構件334與動作體332連接。
動作體332具有一隔膜構件332a和一連接棒332b，連接棒332b設置在隔膜構件332a的中心，與閥體構件32抵接。連接棒332b貫穿閥座構件31的中心（在本實施方式中為內部流道31b）並與閥體構件32抵接。
此外，如果對壓電堆331施加電壓，則壓電堆331伸長，動作體332對閥體構件32施加朝向開閥方向的作用力從而使閥體構件32移動。由此，閥座面31a和接觸閥座的面32a只分開與施加電壓對應的距離。通過間隙，上游側流道51（A）和下游側流道（B）連通。此外，在不對驅動器33施加電壓的通常狀態下，閥體構件32成為關閉狀態。
此外，本實施方式的流體控制閥3具有一位置資訊檢測部7，位置資訊檢測部7檢測與接觸閥座的面32a相對於閥座面31a的相對位置對應的值。此外，所謂的與相對位置對應的值，可以例舉：閥座面31a（閥座構件31）和接觸閥座的面32a（閥體構件32）的相對距離或者與相對距離相關的值；閥開度或者與閥開度相關的值；或者驅動器33的驅動電壓或者與驅動電壓相關的值；等等。
本實施方式的位置資訊檢測部7是測量接觸閥座的面32a相對於閥座面31a的位移的位置感測器。位置資訊檢測部7設置在閥體構件32或者與閥體構件32一起移動的構件上。此外，位置資訊檢測部7測量與閥座構件31或者其他靜止方構件的相對距離。本實施方式的位置資訊檢測部7是渦電流感測器。渦電流感測器7設置在動作體332的連接棒332b上。此外，以與閥體構件32的接近或遠離方向（連接棒332b的移動方向）相對的方式在靜止方構件上設置有具有導電性的一目標8。渦電流感測器7測量與目標8的距離。
控制設備4具有一閥開度控制部41，閥開度控制部41獲得來自流量測量機構2的流量測量信號和來自位置資訊檢測部7的位置資訊（位置測量信號），控制流體控制閥3的閥開度。所述閥開度控制部41根據來自位置資訊檢測部7的位置資訊（位置測量信號[計數（counts）]），進行閥體構件32的位置控制，控制閥開度。
另外，控制設備4具有一位置輸出部42，位置輸出部42將在閥體構件32的開始打開的位置通過位置資訊檢測部7得到的位置資訊，作為閥體構件32的位置為零位置的資訊，輸出到一顯示部43。此外，通過將控制程式安裝於具有CPU、記憶體以及輸入輸出介面等的控制設備4，從而使控制設備4至少具有位置輸出部42的功能。
位置輸出部42根據來自流量測量機構2的流量測量信號和來自位置資訊檢測部7的位置測量信號，確定開始打開的位置。此外，與所述開始打開的位置的位置測量信號無關地將被確定了的開始打開的位置設定為閥體構件32的零位置。此外，即使是處於全閉狀態的閥體構件32的位置或者開始打開的位置，來自位置資訊檢測部7的位置測量信號也未必是零。
在此，所謂的設定為零位置是指：除了將開始打開的位置設定為數值零（數位0）之外，也包括設定為能夠識別位置是零的數值，例如設定為從一位數到規定位數為止的零連續的、好劃分的規定值。
在此，如圖3所示，閥體構件32的開始打開的位置是：（1）流量測量信號所表示的流量測量值[sccm]超過零且流體開始流動的時點的閥體構件32（具體地說接觸閥座的面32a）的位置（圖3的（1））；（2）成為了流量測量值比零大的規定值的時點的閥體構件32的位置（圖3的（2））；或者（3）從流量測量值超過零且流體開始流動的時點的閥體構件32的位置向閥座構件31側位移規定量的位置（圖3的（3））。此外，所述（3）的位置是處於全閉狀態的閥體構件32的位置與所述（1）的位置之間的位置。
例如通過從向驅動器33輸出了全閉信號的全閉狀態開始使閥體構件32逐漸地位移，並且獲得此時來自流量測量機構2的流量測量信號，由此確定所述開始打開的位置。此外，開始打開的位置也可以是位置測量信號表示的相對距離[μm]，還可以是位置資訊檢測部7的位置測量信號（例如距離變換前的信號值[計數]）。此外，在根據驅動器33的驅動電壓確定開始打開的位置的情況下，也可以由所述驅動電壓表示開始打開的位置。
另外，在位置資訊檢測部7的位置測量信號表示比所述開始打開的位置更靠閥座構件31（具體地說閥座面31a）側的位置的情況下，位置輸出部42不是將所述閥體構件32的位置設定為負的值，而是設定為零位置。此外，該情況下的零位置與已被設定為了開始打開的位置的數值（零或者規定值）相同。
按照所述構成，位置輸出部42將開始打開的位置處的即時的位置測量信號置換為零（0）。另外，在位於比開始打開的位置更靠打開側（與閥座面31a相反的一側）的位置的情況下，位置輸出部42輸出從該位置處的即時的位置測量信號減去開始打開的位置處的即時的位置測量信號的值，即，位置輸出部42輸出從零起算的值。此外，在位於比開始打開的位置更靠關閉側（閥座面31a側）的位置的情況下，位置輸出部42輸出零。
如圖4所示，顯示部43將表示流量測量信號所表示的測量流量值[sccm]和位置測量信號所表示的相對距離[μm]之間的關係的圖顯示在顯示器上。此外，也可以使用位置資訊檢測部7的位置測量信號（距離變換前的信號值[計數]）作為設定為橫軸的相對距離[μm]。此外，表示閥體構件32的位置的橫軸的單位除了[μm]之外，也可以是[m]，還可以是相對於規定的閥開度的閥體構件32的位置的比例[％]，可以使用其他各種各樣的單位。另外，表示測量流量值的縱軸的單位除了是[sccm]之外，也可以是相對於規定的流量的比例，可以使用其他各種各樣的單位。
所述顯示部43除了顯示表示所述流量測量值和所述相對距離之間的關係的圖之外，例如也可以顯示表示對驅動器33施加的施加電壓[V]和所述相對距離[μm]之間的關係的圖、以及表示輸出信號相對於位置感測器7的最大流量時或者規定的流量時的輸出信號的比例[％]和所述相對距離[μm]之間的關係的圖。
此外，顯示部43在所述圖中以用戶能夠與開始打開的位置處的閥體構件32的位置資訊無關地視覺辨認由位置輸出部42設定的開始打開的位置是閥體構件32的零位置的方式進行顯示。在本實施方式中，如圖4所示，顯示部43以開始打開的位置成為零且成為橫軸與縱軸的交點的方式進行顯示。此外，顯示部43也可以顯示指示線或箭頭等記號，所述指示線或箭頭等記號將開始打開的位置作為零位置進行表示。
另外，在位置感測器7的位置測量信號表示比開始打開的位置更靠閥座構件31（具體地說是閥座面31a）側的位置的情況下，顯示部43將閥體構件32（接觸閥座的面32a）的位置作為零位置顯示。此外，在表示位置測量信號相對於位置資訊檢測部7的最大流量時或者規定的流量時的位置測量信號的比例[％]和所述相對距離[μm]之間的關係的圖中，顯示部43將開始打開的位置的位置資訊檢測部7的位置測量信號作為零，將位置測量信號是開始打開的位置的位置資訊檢測部7的位置測量信號以下的情況也作為零。
此外，本實施方式的位置輸出部42具有修正所述零位置的修正部（修正功能）。
位置輸出部42的修正部421通過使用對驅動器33輸出了全閉信號狀態下的位置資訊檢測部7的位置測量信號與相同狀態下的位置資訊檢測部7的位置測量信號的初始值的偏差量，使已經被設定了的零位置移動所述偏差量，由此進行修正。此外，初始值是最近測量開始打開的位置時獲得的全閉狀態下的位置資訊檢測部7的位置測量信號。
具體地說，如圖5所示，一修正部421通過從修正前的開始打開的位置的位置測量信號減去（補償）所述偏差量，計算修正後的開始打開的位置的位置測量信號。
此外，由修正部421進行的所述位置修正，可以每隔規定的週期或者每當發生了規定的事件時自動地進行。此外，也可以構成為當接收了由用戶的操作輸入的輸入信號時進行。
此外，顯示部43將所述修正後的開始打開的位置作為零位置顯示在顯示器上。
按照這樣構成的質量流量控制器100，位置輸出部42與開始打開的位置的閥體構件32的位置資訊（位置測量信號）無關地將開始打開的位置作為閥體構件32的零位置，並且顯示部43將開始打開的位置作為零位置進行顯示。由此，用戶不會被位置資訊檢測部7的輸出迷惑，能夠將閥體構件32的開始打開的位置識別為零位置。因此，能夠消除用戶的誤解，能夠改善使用便利性。
另外，通過將閥體構件32的開始打開的位置作為零位置使用，能夠不受流體控制閥3的個體差異的影響地進行流體控制。能夠消除因流體控制閥3的個體差異所導致的流體控制的精度誤差。
另外，本發明並不限於所述實施方式。
例如，作為位置資訊檢測部7，不限於所述實施方式的渦電流感測器，也可以是電容感測器、光干涉感測器等光學感測器、檢測驅動器的驅動電壓來獲得位置資訊的感測器等。
另外，所述實施方式的流體控制閥是常閉型的，但是也可以是常開型的，也能實現同樣的效果。
此外，如所述實施方式所示，在已安裝有流體控制閥的流體控制設備（質量流量控制器）的情況下，通過共用流體控制閥的控制部（CPU）和流體控制設備的控制部（CPU），可以使所述共用的CPU具有作為所述位置輸出部的功能。
在所述實施方式中，對安裝有流體控制閥的質量流量控制器進行了說明，當然也可以構成為流體控制閥單體。作為流體控制閥，除了作為如所述實施方式所示的流量控制閥之外，也可以作為控制流體的壓力的壓力控制閥。
流體控制閥的構成也不限於所述實施方式，也可以是下述方式：通過在流道內設置閥座，並將閥體以能夠接近或遠離所述閥座的方式進行設置，來切換流道的切斷/連通。另外，流體控制閥也可以是常開型的。
在所述實施方式中，根據全閉狀態下的位置感測器的輸出信號與初始值的偏差量修正了開始打開的位置，但是通過與所述實施方式相同的方法，也可以更新開始打開的位置，並將更新後的開始打開的位置的位置資訊顯示為零位置。即，也可以採用下述方式：從對驅動器33輸出了全閉信號的全閉狀態開始逐漸地使閥體構件32位移，並獲得此時來自流量測量機構2的流量測量信號，由此確定經時變化後的開始打開的位置。
在所述實施方式中，作為修正已存儲了的開始打開的位置的構成，也可以採用下述構成：每當打開處於全閉狀態的閥體構件或者每隔打開處於全閉狀態的閥體構件規定次數，根據來自流量測量機構2的流量測量信號和來自位置資訊檢測部7的位置測量信號，確定開始打開的位置。
作為所述實施方式的流量測量機構，除了熱式的流量測量機構以外，也可以使用壓力式流量測量方式、寇里奧利式流量測量方式或超聲波式流量測量方式等各種流量測量方式。
所述實施方式的閥開度控制部41除了使用來自位置資訊檢測部7的位置資訊（位置測量信號[計數]）控制閥開度之外，也可以將由位置輸出部42設定的零位置作為基準來控制閥開度。
也可以將所述實施方式的流體控制閥以及質量流量控制器用於半導體製造步驟以外。
此外，本發明並不限於所述實施方式，在不脫離本發明宗旨的範圍內當然可以進行各種變形。
可以相互組合本發明的各個實施方式（實施例）中所記載的技術特徵形成新的技術方案。
100‧‧‧流體控制閥 31‧‧‧閥座 31a‧‧‧閥座面 32‧‧‧閥體 32a‧‧‧接觸閥座的面 33‧‧‧驅動器 41‧‧‧閥開度控制部 42‧‧‧位置輸出部 43‧‧‧顯示部 7‧‧‧位置傳感器
圖1是表示本實施方式的質量流量控制器的結構的示意圖。 圖2是表示同實施方式的流體控制閥的構成的圖。 圖3是表示同實施方式的閥體構件的開始打開的位置的三種狀態的圖。 圖4是表示同實施方式的位置輸出部的顯示狀態的圖。 圖5是表示同實施方式的開始打開的位置（零位置）的修正方法的圖。 圖6是表示流體控制閥的開始打開的位置和不敏感區的圖。

Claims (4)

  1. 一種流體控制閥，包含： 一閥座； 一閥體，以相對於該閥座能夠接近或遠離的方式設置； 一驅動器，使該閥體在接近或遠離的方向上移動； 一位置資訊檢測部，檢測與該閥體相對於該閥座的相對位置對應的值；以及 一位置輸出部，與在該閥體的一開始打開的位置通過該位置資訊檢測部得到的位置資訊無關地將該開始打開的位置作為一零位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之流體控制閥，其中當通過該位置資訊檢測部得到的位置資訊表示比該開始打開的位置更靠該閥座側的位置時，該位置輸出部將該閥體的位置作為該零位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之流體控制閥，其中該位置輸出部使用通過向該驅動器輸出了全閉信號的狀態下的該位置資訊檢測部得到的位置資訊與通過相同狀態下的該位置資訊檢測部得到的位置資訊的初始值的偏差量，來修正該零位置。
  4. 一種內儲有控制程式的電腦可讀取記錄媒體，該控制程式控制一流體控制閥，該流體控制閥包括：一閥座；一閥體，以相對於該閥座能夠接近或遠離的方式設置；一驅動器，使該閥體在接近或遠離的方向上移動；以及一位置資訊檢測部，檢測與該閥體相對於該閥座的相對位置對應的值； 其中，該控制程式使電腦發揮作為一位置輸出部的作用，該位置輸出部與在該閥體的一開始打開的位置通過該位置資訊檢測部得到的位置資訊無關地將該開始打開的位置作為一零位置。
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