TW201821725A - 閥裝置和閥控制裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供閥裝置和閥控制裝置，用於抑制伴隨因溫度變化產生的樹脂構件的熱膨脹的開度變化和流量變動，閥裝置（100）向驅動部件（3）施加驅動電壓而使閥體（2）位移，所述閥裝置（100）包括：位置感測器（7），檢測閥體（2）的位置；電壓調整部（44），基於位置感測器（7）的檢測位置，調整驅動電壓；以及溫度感測器（8），檢測閥體（2）的溫度，閥體（2）的接觸閥座的面（2X）由樹脂構件（21）形成，電壓調整部（44）根據溫度感測器（8）的檢測溫度，變更驅動電壓的設定值。

Description

閥裝置和閥控制裝置
本發明涉及通過驅動部件使閥體位移的閥裝置、以及控制向驅動部件施加的驅動電壓的閥控制裝置。
作為閥裝置，其包括：閥體，相對於閥座可離合地設置；以及例如壓電元件等驅動部件，使所述閥體位移，通過控制向所述驅動部件施加的驅動電壓來控制閥開度。
近年來，為了改進閥裝置的關閉性，存在有在閥體的接觸閥座的面上設置有樹脂構件的結構，在該結構中，在高溫環境下樹脂構件向閥座側膨脹，從而容易使流量大幅度下降（參照圖4）。圖5中表示在閥體的接觸閥座的面上設置有樹脂構件的結構中，使閥體的周邊溫度以25℃→60℃→25℃的方式變化時的流量變化。另外，圖5中表示了對四種閥進行測試的結果。從所述圖5可知，25℃時流量的變動小，能夠得到再現性良好的流量。另外，向作為驅動部件的壓電元件施加的施加電壓是100V，向閥供給的流體的供給表壓是50kPa。從所述圖5可知，即使施加與25℃環境下相同的驅動電壓，也觀察到在60℃環境下流量下降的現象。
在此，在以往的閥裝置中，向驅動部件施加的驅動電壓的操作範圍的上限值大多固定。所述操作範圍的上限值被設定成為了在能夠使用的溫度範圍內（例如25℃～60℃）使滿刻度流量流動，在用於使基準溫度（例如25℃）環境下的滿刻度流量流動的驅動電壓上加上容許個體差異等的裕量（margin）所得到的值。另外，滿刻度流量是指在考慮組裝有閥裝置的質量流量控制器的情況下能夠在該結構中流動的最大流量值，是比閥裝置完全打開時能夠流動的流量少的流量。
所述操作範圍的上限值是加上容許在所述高溫（例如60℃）環境下使用的情況下產生的閥體的熱膨脹的裕量所得到的值，可以考慮一律是該上限值。
但是，在操作範圍的上限值是容許高溫（例如60℃）環境下的熱膨脹的值的情況下，如果在常溫（例如25℃）環境下控制為滿刻度流量，則因瞬態回應而使超調量變大，並且回應性變差（參照圖6）。此外，存在有在常溫時的流量控制中控制精度（解析度）變差的問題。
現有技術文獻
專利文獻1：日本專利公開公報特開2008-196596號
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抑制伴隨因溫度變化產生的樹脂構件的熱膨脹的開度變化和流量變動。
即，本發明提供一種閥裝置，其向驅動部件施加驅動電壓而使閥體位移，所述閥裝置包括：位置感測器，檢測所述閥體的位置；電壓調整部，基於所述位置感測器的檢測位置，調整所述驅動電壓；以及溫度感測器，檢測所述閥體或所述閥體周邊的溫度，所述閥體的接觸閥座的面由樹脂構件形成，所述電壓調整部根據所述溫度感測器的檢測溫度，變更所述驅動電壓的設定值。
此外，本發明還提供一種閥控制裝置，其控制驅動部件的驅動電壓，所述驅動部件驅動閥體，所述閥體的接觸閥座的面由樹脂構件形成，所述閥控制裝置包括：位置資訊取得部，取得表示所述閥體的位置的位置資訊；電壓調整部，基於所述位置資訊取得部取得的位置資訊，調整所述驅動電壓；以及溫度資訊取得部，取得表示所述閥體或所述閥體周邊的溫度的溫度資訊，所述電壓調整部根據所述溫度資訊取得部取得的溫度資訊，變更所述驅動電壓的設定值。
按照所述的閥裝置和閥控制裝置，由於基於位置感測器的檢測位置調整驅動電壓的電壓調整部，根據溫度感測器的檢測溫度變更向驅動部件施加的驅動電壓的設定值，所以能夠成為與各溫度對應的設定值，從而能夠防止回應性和控制精度的惡化。因此，能夠抑制伴隨因溫度變化產生的樹脂構件的熱膨脹的流量變動。此外，電壓調整部基於位置感測器的檢測位置調整驅動電壓，與利用流量感測器的流量進行流量控制的情況相比，能夠使回應性良好。
另外，在由設置在閥裝置的上游或下游的流量感測器檢測流量並且以使該檢測流量成為目標值的方式控制閥裝置的開度的情況下，存在以下問題。即，由於因閥體的蠕變現象、或閥體的經時變化等，閥體從閥座離開，流體開始流動的位置（流動開始位置）按照閥的驅動次數發生變化，所以相對於驅動電壓得到的流量因驅動次數不同而發生變化。因此，如果利用流量感測器的流量進行流量控制，則會導致回應性變差。
具體地說，優選的是，所述電壓調整部在規定的操作範圍內調整所述驅動電壓，並且根據所述溫度感測器的檢測溫度，變更所述操作範圍的上限值。
為了通過預先把握樹脂構件的膨脹量或伴隨該膨脹量的開度下降量來高精度地修正其影響，優選的是，所述閥裝置還包括膨脹關聯資訊存儲部，所述膨脹關聯資訊存儲部存儲膨脹關聯資訊，所述膨脹關聯資訊表示所述溫度的所述樹脂構件的膨脹量或伴隨該膨脹量的開度下降量，所述電壓調整部基於根據所述檢測溫度和所述膨脹關聯資訊求出的所述樹脂構件的膨脹量或所述開度下降量，變更所述操作範圍的上限值。
為了在利用位置感測器進行的流量控制中，適當地修正樹脂構件的熱膨脹，優選的是，所述電壓調整部基於根據所述溫度感測器的檢測溫度和所述膨脹關聯資訊求出的所述樹脂構件的膨脹量或所述開度下降量、以及所述位置感測器的檢測位置，調整所述驅動電壓。
按照本發明，由於電壓調整部根據溫度感測器的檢測溫度變更向驅動部件施加的驅動電壓的操作範圍的上限值，所以能夠抑制伴隨因溫度變化產生的閥體的熱膨脹的開度變化和流量變動。
下面參照附圖，對本發明的閥裝置的一種實施方式進行說明。
本實施方式的閥裝置100例如用於半導體製造工序，構成控制在流道內流動的流量的質量流量控制器。
具體地說，如圖1所示，所述閥裝置100控制在流道R內流動的流體的流量，其包括：閥體2，相對於閥座20可離合地設置；驅動部件3，使所述閥體2相對於閥座20位移；以及控制設備4，控制向所述驅動部件3施加的驅動電壓。
另外，在本實施方式中，所述流道R形成在塊體10的內部，所述流道R在其中途向塊體10的一面開口。利用該開口將流道R分割為上游流道R1和下游流道R2，在所述開口形成有閥座20。此外，以封閉所述開口和閥座20的方式安裝有閥裝置100。
閥體2通過隔膜6一體地設置於主體部5，所述主體部5安裝在塊體10上。閥體2的接觸閥座的面2X由樹脂構件21形成。所述樹脂構件21設置在形成於閥體2主體的凹部2M。
此外，在主體部5的內部空間設置有位置感測器7，該位置感測器7檢測閥體2相對於閥座20的相對位置。該位置感測器7設置在主體部5等的靜止側，檢測與閥體2或與閥體2一起移動的構件的相對距離。本實施方式的位置感測器7是電渦流感測器，測量與靶9的距離，所述靶9與閥體2一起移動且具有導電性。
驅動部件3驅動所述閥體2來設定閥開度，即設定閥座20與閥體2的分離距離。所述驅動部件3是例如層疊多個壓電元件而形成的壓電堆，利用施加的驅動電壓來控制位移。在本實施方式中是如下的結構：通過向驅動部件3施加驅動電壓，驅動部件3伸長而使閥體2從閥座20離開（常閉型）。另外，通過使閥體2從閥座20離開，上游流道R1和下游流道R2連通。
控制設備4取得來自位置感測器7的位置資訊（位置檢測信號），進行閥體2的位置控制並控制閥開度。另外，控制設備4是具有CPU、記憶體和輸入輸出介面等的所謂的電腦。
此外，通過執行存儲在記憶體中的控制程式而使各部分協作，如圖3所示，控制設備4至少發揮作為溫度資訊取得部41、位置資訊取得部42、膨脹關聯資訊存儲部43和電壓調整部44的功能。
溫度資訊取得部41取得表示溫度感測器8的檢測溫度的溫度資訊（溫度檢測信號），所述溫度感測器8檢測閥體2或閥體2周邊的溫度。
另外，閥體2周邊的溫度是指成為與閥體2（具體地說是樹脂構件21）實質上相同溫度的部分的溫度。例如，閥體2周邊的溫度是樹脂構件21附近的塊體10或主體部5的溫度、在流道R內流動的流體的溫度、在塊體10內與流體的溫度成為實質上相同溫度的部分的溫度。另外，在圖1中，溫度感測器8設置在檢測流體的溫度的位置。
位置資訊取得部42從位置感測器7取得表示所述閥體位置的位置資訊（位置檢測信號）。
膨脹關聯資訊存儲部43存儲膨脹關聯資訊，該膨脹關聯資訊表示各溫度的樹脂構件21的膨脹量或伴隨該膨脹量的開度下降量。另外，對每個閥裝置100求出並預先輸入膨脹關聯資訊。
樹脂構件21的膨脹量例如是以常溫（例如25℃）的樹脂構件21的狀態為基準的各溫度的樹脂構件21的膨脹量。此外，開度下降量是因各溫度的樹脂構件21的膨脹量產生的各溫度的閥開度的下降量。
電壓調整部44在規定的操作範圍內調整用於對閥體2進行位置控制而向驅動部件3施加的驅動電壓。本實施方式的電壓調整部44根據溫度感測器8的檢測溫度，變更操作範圍的上限值。
具體地說，電壓調整部44基於根據溫度感測器8的檢測溫度和膨脹關聯資訊求出的樹脂構件21的膨脹量或開度下降量，變更操作範圍的上限值。
例如，圖3表示閥體2或閥體2周邊的溫度分別為25℃、40℃、60℃時的驅動電壓的操作範圍的上限值。在圖3中表示以三個設定溫度（25℃、40℃、60℃）階段性地變更操作範圍的上限值的情況，但是也可以連續地變更操作範圍的上限值。
當階段性地變更操作範圍的上限值時，25℃的操作範圍的上限值可以是在用於使25℃環境下的滿刻度流量流動的驅動電壓上加上例如容許樹脂構件21在30℃時的熱膨脹等的裕量得到的值。此外，40℃的操作範圍的上限值可以是在用於使40℃環境下的滿刻度流量流動的驅動電壓上加上例如容許樹脂構件21在50℃時的熱膨脹等的裕量得到的值。此外， 60℃的操作範圍的上限值可以是在用於使60℃環境下的滿刻度流量流動的驅動電壓上加上例如容許樹脂構件21在65℃時的熱膨脹等的裕量得到的值。
在這種情況下，當溫度感測器8的檢測溫度為規定的設定溫度（例如25℃）以上、且在該規定的設定溫度的上限值的裕量所包含的最高溫度（例如30℃）以下時，電壓調整部44基於所述規定的設定溫度（25℃）的操作範圍的上限值，調整驅動電壓。另一方面，當所述檢測溫度高於規定的設定溫度所包含的最高溫度（例如30℃）時，電壓調整部44變更為所述規定的設定溫度（25℃）的下一個高溫的設定溫度（40℃）的操作範圍的上限值，並且基於變更後的操作範圍的上限值來調整驅動電壓。
此外，電壓調整部44基於樹脂構件21的膨脹量或開度下降量、以及位置感測器7的檢測位置，調整驅動電壓，所述樹脂構件21的膨脹量或開度下降量是根據溫度感測器8的檢測溫度和膨脹關聯資訊求出的。由此，通過電壓調整部44調整對驅動部件3施加的驅動電壓，可以修正因樹脂構件21的熱膨脹引起的閥開度下降並進行流量控制。
按照以所述方式構成的閥裝置100，由於電壓調整部44根據溫度感測器8的檢測溫度，變更向驅動部件3施加的驅動電壓的操作範圍的上限值，所以能夠成為與各溫度對應的操作範圍的上限值，從而能夠防止響應性和控制精度的惡化。因此，能夠抑制伴隨因溫度變化產生的樹脂構件21的熱膨脹的開度變化和流量變動。
另外，本發明並不限於所述實施方式。
例如，在所述實施方式中，說明瞭在安裝有閥裝置100的塊體10設置有閥座20的結構，但是也可以是閥裝置100具有閥座的結構。具體地說，閥裝置100除了具有所述實施方式的構成以外，還具有形成有內部流道和閥座的流道形成構件（相當於所述實施方式的塊體）。
此外，在所述實施方式中，使用位置感測器的檢測位置，對流量進行回饋控制，但是也可以除了使用位置感測器的檢測位置以外還使用流量感測器的檢測流量來對流量進行回饋控制。
例如，作為位置感測器7，並不限於所述實施方式的電渦流感測器，也可以是電容感測器、光干涉感測器等光學感測器，還可以是檢測驅動部件的驅動電壓並取得位置資訊的感測器。
此外，可以將溫度-上限值資訊存儲在記憶體中，基於溫度感測器的檢測溫度和所述溫度-上限值資訊，變更操作範圍的上限值，所述溫度-上限值資訊是通過將閥體的溫度和針對該溫度的操作範圍的上限值取得對應而得到的。
此外，在所述實施方式中，電壓調整部根據溫度感測器的檢測溫度變更驅動電壓的操作範圍的上限值，但是也可以變更操作範圍的其它設定值。例如，可以根據溫度感測器的檢測溫度變更用於使滿刻度流量流動的驅動電壓。
在所述實施方式中是常閉型（在未施加驅動電壓的狀態下閥關閉）的閥，但是常開型（未施加驅動電壓的狀態下閥打開）的閥也可以起到同樣的效果。
所述實施方式的閥裝置是控制流體的流量的流量控制閥，但是也可以是控制流體壓力的壓力控制閥。
可以將所述實施方式的閥裝置用於半導體製造工序以外。
此外，本發明並不限於所述各實施方式，在不脫離本發明宗旨的範圍內可以進行各種變形。
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。
2‧‧‧閥體
3‧‧‧驅動部件
4‧‧‧閥控制裝置（控制設備）
5‧‧‧主體部
6‧‧‧隔膜
7‧‧‧位置感測器
8‧‧‧溫度感測器
9‧‧‧靶
10‧‧‧塊體
20‧‧‧閥座
21‧‧‧樹脂構件
41‧‧‧溫度資訊取得部
42‧‧‧位置資訊取得部
43‧‧‧膨脹關聯資訊存儲部
44‧‧‧電壓調整部
2X‧‧‧接觸閥座的面
2M‧‧‧凹部
100‧‧‧閥裝置
圖1是示意性地表示本實施方式的閥裝置的結構的剖視圖。 圖2是表示同一實施方式的閥控制裝置的功能構成的圖。 圖3是表示25℃、40℃、60℃的驅動電壓的上限值和流量變化的示意圖。 圖4是表示設置於以往的閥體的樹脂構件的熱膨脹的狀態的示意圖。 圖5是表示以往的閥裝置的伴隨溫度變化的流量變化的圖。 圖6是表示在將上限值設為容許以往的高溫環境下的熱膨脹的上限值時的超調的示意圖。

Claims (5)

  1. 一種閥裝置，其向一驅動部件施加一驅動電壓而使一閥體位移，所述閥裝置的特徵在於：所述閥裝置包括：一位置感測器，檢測所述閥體的位置；一電壓調整部，基於所述位置感測器的一檢測位置，調整所述驅動電壓； 一溫度感測器，檢測所述閥體或所述閥體周邊的一溫度；所述閥體的一接觸閥座的面由一樹脂構件形成；以及所述電壓調整部根據所述溫度感測器的一檢測溫度，變更所述驅動電壓的一設定值。
  2. 如請求項1所述的閥裝置，其特徵在於：所述電壓調整部在規定的一操作範圍內調整所述驅動電壓，並且根據所述溫度感測器的所述檢測溫度變更所述操作範圍的一上限值。
  3. 如請求項2所述的閥裝置，其特徵在於：所述閥裝置還包括一膨脹關聯資訊存儲部，所述膨脹關聯資訊存儲部存儲一膨脹關聯資訊，所述膨脹關聯資訊表示各溫度的所述樹脂構件的一膨脹量或伴隨該膨脹量的一開度下降量；所述電壓調整部基於根據所述檢測溫度和所述膨脹關聯資訊求出的所述樹脂構件的所述膨脹量或所述開度下降量，變更所述操作範圍的所述上限值。
  4. 如請求項3所述的閥裝置，其特徵在於：所述電壓調整部基於根據所述檢測溫度和所述膨脹關聯資訊求出的所述樹脂構件的所述膨脹量或所述開度下降量、以及所述位置感測器的所述檢測位置，調整所述驅動電壓。
  5. 一種閥控制裝置，其控制一驅動部件的一驅動電壓，所述驅動部件驅動一閥體，所述閥體的一接觸閥座的面由一樹脂構件形成；所述閥控制裝置的特徵在於：所述閥控制裝置包括：一位置資訊取得部，取得表示所述閥體的位置的一位置資訊；一電壓調整部，基於所述位置資訊取得部取得的所述位置資訊，調整所述驅動電壓；一溫度資訊取得部，取得表示所述閥體或所述閥體周邊的溫度的一溫度資訊；以及所述電壓調整部根據所述溫度資訊取得部取得的所述溫度資訊，變更所述驅動電壓的一設定值。
TW106143732A 2016-12-13 2017-12-13 閥裝置和閥控制裝置 TWI780091B (zh)

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