TW201903309A - 流體控制裝置、存儲介質和控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供流體控制裝置、存儲介質和控制方法，流體控制裝置在完全關閉時實現高密封性，並且即使與現狀相比不提高機械精度，也能夠抑制閥體或閥座面的損傷，流體控制裝置包括：設置在流體流動的流道上的流體控制閥；以及控制流體控制閥的控制機構，流體控制閥包括：閥座面；相對於所述閥座面離合的閥體；以及驅動所述閥體的致動器，所述控制機構包括速度調節部，當使所述閥體接近所述閥座面而使流體控制閥完全關閉時，在閥座面與閥體之間成為規定距離之後，速度調節部使閥體的移動速度比閥座面與閥體之間成為所述規定距離之前下降。

Description

流體控制裝置、存儲介質和控制方法

本發明涉及用於控制流體的流量或壓力的流體控制裝置。

在例如質量流量控制器等流體控制裝置中，基於設定流量與由流量感測器測量的實際流量的偏差，對流體控制閥的開度進行回饋控制，以使流體以由用戶設定的設定流量流動。

此外，不僅要求質量流量控制器能夠保持流體以設定流量持續流動的狀態，還要求能夠使流體不會向質量流量控制器的下游側流動。

例如在用於常閉型質量流量控制器的流體控制閥中存在如下結構：當接收到完全關閉指令時，利用彈簧以規定的按壓力將閥體向閥座面按壓（參照專利文獻1）。

此外，為了與上述結構相比能夠實現更高的密封性，有時在閥座面的上方配置閥體，並且對致動器進行驅動，從閥體與閥座面接觸的狀態進一步將閥體向閥座面側按壓。

並且，雖然能夠在完全關閉時實現高密封性，但是如果反復進行完全關閉和打開，則有時因上述較強的按壓力，例如閥體的表面被閥座面損傷而使密封性下降。

這是因為例如閥體相對於設計上的姿勢稍許傾斜，僅閥體的一部分強有力地按壓閥座面。

然而，近年來閥體的平行精度已經達到極限，難以通過改善閥體的傾斜來防止因老化產生的密封性下降。

現有技術文獻

專利文獻1：日本專利公開公報特開2015-143534號

鑒於上述問題，本發明的目的在於提供一種流體控制裝置，在完全關閉時實現高密封性，並且即使與現狀相比不提高機械精度，也能夠抑制閥體或閥座面的損傷。

即，本發明提供一種流體控制裝置，其特徵在於包括：設置在流體流動的流道上的流體控制閥；以及控制所述流體控制閥的控制機構，所述流體控制閥包括：閥座面；相對於所述閥座面離合的閥體；以及驅動所述閥體的致動器，所述控制機構包括速度調節部，當使所述閥體接近所述閥座面而使所述流體控制閥完全關閉時，在所述閥座面與所述閥體之間成為規定距離之後，所述速度調節部使所述閥體的移動速度比所述閥座面與所述閥體之間成為所述規定距離之前下降。另外，「完全關閉」不僅是指在流道內流動的流體的流量成為零的狀態，還包括從所述閥體與所述閥座面接觸的狀態進一步將所述閥體向所述閥座面側按壓的狀態。

按照這種結構，由於完全關閉時在所述閥座面與所述閥體之間成為規定距離之後，使所述閥體的移動速度比所述閥座面與所述閥體之間成為所述規定距離之前下降，所以緩和了所述閥座面與所述閥體之間產生的衝擊負荷，能夠抑制發生損傷或抑制損傷加劇。因此，與以往相比，可以使因老化產生的所述閥體或所述閥座面的損傷變小，並且能夠在完全關閉時持續保持高密封性。

此外，由於能夠通過對所述閥體的控制來降低損傷，所以與現狀相比不需要提高流體控制閥的機械製作精度。

為了能夠在直到完全關閉之前使所述閥體高速移動，以提高相對於完全關閉指令的回應速度，並且能夠充分降低接觸時的衝擊，所述流體控制閥還可以包括檢測所述閥座面與所述閥體之間的距離的位移感測器，由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部使所述閥體的移動速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。

為了從所述閥體與所述閥座面接觸的狀態進一步緊密接觸來提高密封性，所述控制機構可以還包括輸出數位元電壓指令信號的電壓控制部，所述數位元電壓指令信號用於控制向所述致動器施加的電壓，所述電壓控制部輸出電壓指令信號，以使所述閥體從由所述位移感測器檢測的距離成為零的時點開始進一步向所述閥座面側移動。

作為用於在完全關閉之前使所述閥體的移動速度下降的具體的結構例可以例舉的是，所述控制機構還包括D/A轉換器，所述D/A轉換器輸出與所述電壓指令信號對應的類比電壓，由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部改變所述D/A轉換器的設定係數，以使所述閥體的移動速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。

例如在使所述閥體的位置以與所述閥座面接觸的方式移動時，為了在不向所述致動器施加電壓的情況下，也能夠在完全關閉之前使所述閥體的移動速度下降，所述致動器可以是壓電致動器，由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部改變所述D/A轉換器的設定係數，以使所述壓電致動器的放電速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。

作為在使用所述壓電致動器的情況下，用於進一步提高完全關閉時的密封性的具體結構可以例舉的是，向所述壓電致動器施加正電壓時，所述閥體向離開所述閥座面的方向移動，並且在未向該壓電致動器施加電壓的狀態下，所述閥體與所述閥座面接觸，所述電壓控制部輸出電壓指令信號，以使從由所述位移感測器檢測的距離成為零的時點，開始向所述壓電致動器施加負電壓。

為了在所述閥體與所述閥座面接觸之前的狀態下，即使在所述閥體的姿勢傾斜的情況下，也能夠在接觸前恢復設計上的姿勢而不會強有力地僅按壓閥體的一部分，所述閥座面可以形成為包圍流體流入的流入開口的周圍，所述閥體包括：封閉面，與所述閥座面接觸而封閉所述流入開口；以及周邊面，形成為與所述封閉面的外側處於同一平面，在所述閥座面的外側還具有定位構件，所述定位構件的至少一部分形成為與該閥座面在同一平面上。

為了即使所述流體控制閥是常開型，也可以在所述閥體與所述閥座面接觸之前使移動速度下降而不會產生大的衝擊力，從而可以防止對所述閥體產生損傷，所述致動器可以是壓電致動器，當由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部改變所述D/A轉換器的設定係數，以使所述壓電致動器的電壓上升速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。

為了即使因老化等而使所述位移感測器輸出的位置信號所示的值與完全關閉位置或速度下降開始位置之間關係產生偏差，也可以始終從距完全關閉位置規定距離的位置開始使所述閥體的移動速度下降，所述速度調節部存儲有使所述閥體的移動速度開始下降的速度下降開始位置，從由位移感測器檢測的位置成為速度下降開始位置的時點開始使所述閥體的移動速度下降，所述流體控制裝置還包括位置更新部，所述位置更新部基於在完全關閉狀態下從所述位移感測器輸出的位置信號來更新所述速度下降開始位置。

為了在現有的流體控制裝置中，僅通過更新程式，就能夠抑制因反復進行完全關閉、打開而產生的所述閥體的損傷，可以使用一種存儲介質，其中存儲有在流體控制裝置中使用的控制程式，所述流體控制裝置包括：設置在流體流動的流道上的流體控制閥；以及控制所述流體控制閥的控制機構，所述流體控制閥包括：閥座面；相對於所述閥座面離合的閥體；以及驅動所述閥體的致動器，所述存儲介質的特徵在於，所述控制程式使由計算機構成的所述控制機構發揮作為速度調節部的功能，當使所述閥體接近所述閥座面而使所述流體控制閥完全關閉時，在所述閥座面與所述閥體之間成為規定距離之後，所述速度調節部使所述閥體的移動速度比所述閥座面與所述閥體之間成為所述規定距離之前下降。另外，控制程式能夠以電子方式發送，也可以存儲在CD、DVD、HD、SSD和快閃記憶體器等存儲介質中。

為了能夠降低因反復進行完全關閉、打開動作而產生的所述閥體的損傷，可以使用一種流體控制裝置的控制方法，所述流體控制裝置包括：設置在流體流動的流道上的流體控制閥；以及控制所述流體控制閥的控制機構，所述流體控制閥包括：閥座面；相對於所述閥座面離合的閥體；以及驅動所述閥體的致動器，所述流體控制裝置的控制方法的特徵在於，當使所述閥體接近所述閥座面而使所述流體控制閥完全關閉時，在所述閥座面與所述閥體之間成為規定距離之後，使所述閥體的移動速度比所述閥座面與所述閥體之間成為所述規定距離之前下降。

由此，按照本發明的流體控制裝置，由於完全關閉時在所述閥體與所述閥座面接觸之前所述閥體的移動速度下降，所以能夠降低向所述閥體施加的衝擊，從而能夠抑制產生損傷。因此，為了發揮高密封性，以較強的按壓力將所述閥體向所述閥座面按壓，即使反復進行完全關閉和打開，在長期間內也不會發生使密封性下降的損傷，可以持續保持高密封性。

參照圖1至圖5，對本發明的流體控制裝置的第一實施方式進行說明。

第一實施方式的流體控制裝置是用於控制在流道內流動的流體的流量的質量流量控制器100。例如，在一個主流道和多個分支流道從該主流道的下游側分路的流道結構中，該質量流量控制器100構成控制各分支流道的流量比率的流量控制系統的一部分。更具體地說，所述流量比率控制系統通過在各分支流道上各設置一個質量流量控制器100，除了設置在一個分支流道上的質量流量控制器100以外的各質量流量控制器100對在各分支流道內流動的流體的流量進行控制，使在各流道內流動的流體的流量實現規定的比率。此外，設置在各分支流道上的質量流量控制器100能夠進行完全關閉動作，以便在所設置的分支流道中使流體不會向下游側流動。

如圖1所示，所述質量流量控制器100包括：大體長方體狀的模組B，形成有內部流道B1，在上表面形成有部件安裝面B2；流體控制閥1，安裝在所述部件安裝面B2上；流量感測器3，測量在所述內部流道B1內流動的流體的流量；以及控制機構2，基於所述流量感測器3的輸出，控制所述流體控制閥1的開度。

所述流量感測器3是設置在所述流體控制閥1下游側的壓力式流量感測器，其具有分別設置在層流元件33的上游側和下游側的第一壓力感測器31和第二壓力感測器32；以及流量計算部（未圖示），基於所述第一壓力感測器31和所述第二壓力感測器32的輸出來計算流量。所述第一壓力感測器31和第二壓力感測器32在所述模組B的部件安裝面B2上與所述流體控制閥1一起並排安裝成一列。此外，所述流量計算部利用所述控制機構2的運算功能。

如圖1和圖2所示，所述流體控制閥1包括：閥座塊，收容在收容凹部內，所述收容凹部分割在所述模組B內形成的內部流道B1；閥體13，配置成與所述閥座塊10的上側相對，並且相對於形成在該閥座塊10的上表面側的閥座面11離合；位移感測器S，檢測所述閥座面11與所述閥體13之間的距離；以及致動器，對所述閥體13施加驅動力。

所述閥座塊10包括圖1中沿上下方向延伸的閥內流入通道C1和沿斜下方延伸的兩個閥內流出通道C2。所述閥內流入通道C1與所述模組B的內部流道B1的上游側連接，從而使流體流入。通過所述閥內流道的流體通過所述閥座塊10的上表面側和所述閥體13之間而流入所述閥內流出通道C2。該閥內流出通道C2的下游側與所述模組B的內部流道B1的下游側連接，通過該閥內流出通道C2的流體接著流入所述第一壓力感測器31。

此外，在所述閥內流入通道C1上表面側的開口周圍形成有圓環狀的所述閥座面11。此外，在所述閥座塊10的上表面側，在所述閥座面11的外側形成有作為條形突起的定位構件12，該定位構件12包圍該閥座面11且具有圓環狀的稜線。該定位構件12的稜線配置成在所述模組B直立的狀態下與所述閥座面11成為大體同一平面。

所述閥體13為大體圓盤狀，其包括：封閉面，在完全關閉狀態下所述封閉面與所述閥座面11接觸而封閉所述閥內流入通道C1的開口；以及周邊面，該周邊面是所述封閉面的外側部分，與所述定位構件12的稜線接觸。雖然理想的是所述閥體13相對於所述閥座面11保持平行並朝向離合的方向移動，但是假設發生傾斜，向下側傾斜的部分在完全關閉時在所述周邊面與所述定位構件12的稜線接觸，通過進一步將所述閥體13向下方按壓，姿勢自然地成為水準狀態。該閥體13通過沿與所述隔膜D垂直的方向延伸的軸15與所述致動器連接，能夠向上側拉起。更具體地說，在所述致動器未驅動的自然狀態下，所述閥體13的下側面與所述閥座面11接觸而完全關閉。由此，構成為即使在未向所述致動器供給電壓的狀態下也成為常閉的狀態的常閉型的流體控制閥1。

與所述閥體13相比靠向上側以包圍所述收容凹部周圍的方式安裝有筒狀的殼體14。在該殼體14的內部收容有所述位移感測器S，利用形成在所述殼體14的下側端面部的隔膜D，使流體不會進入內部。此外，在殼體14內的中央部設置有沿與所述隔膜D垂直的方向延伸的軸15，利用該軸15連接所述閥體13和所述致動器。即，通過所述致動器進行驅動，將所述軸15向上方拉起，從而使所述閥體13離開所述閥座面11。

所述位移感測器S由以下部件構成：感測器板16，被按壓並固定在所述殼體14內的側面上；以及金屬製的靶17，與所述感測器板16相對設置。該位移感測器S例如是電渦流式或靜電容量式，產生與所述感測器板16和所述靶17的分開距離對應的輸出。由於所述靶17與軸15的動作聯動而沿上下方向移動，所以所述靶17的位移量與所述閥體13的移動量相同。因此，可以利用所述位移感測器S來檢測所述閥體13相對於所述閥座面11的位置或開度。

所述致動器在第一實施方式中是壓電致動器19，利用設置在與所述軸15的上端部之間的位移反轉機構18，在向所述壓電致動器19施加正電壓而延伸時，將所述軸15向上方拉起，所述閥體13離開所述閥座面11。此外，與此相反，所述壓電致動器19收縮時，所述軸15向下方移動，所述閥體13向所述閥座面11一側移動。

所述控制機構2利用所謂的電腦實現其功能，該計算機具有CPU、記憶體、A/D轉換器、D/A轉換器23和輸入輸出裝置等。更具體地說，通過執行存儲在記憶體內的控制程式，使各種設備協同動作，如圖3和圖4所示，至少發揮作為開度指令生成部21、電壓控制部22、完全關閉指令接收部24和變化速度調節部25的功能。另外，在第一實施方式中，圖3所示的流量控制時和圖4所示的完全關閉指令接收時其動作模式不同。

對各部分將詳細說明。

在圖3所示的流量控制模式中，所述開度指令生成部21基於由使用者設定的作為目標值的設定流量與由所述流量感測器3測量的實際流量的偏差，以使該偏差變小的方式生成開度指令，並且將該值向所述電壓控制部22輸出。即，所述開度指令生成部21通過流量回饋，計算實現設定流量所需要的開度並將其輸出為開度指令。另外，在圖4所示的完全關閉指令接收時，所述開度指令生成部21不向所述電壓控制部22輸出開度指令。

所述電壓控制部22輸出數位元電壓指令信號，該數位元電壓指令信號用於控制向所述壓電致動器19施加的電壓。在圖3所示的流量控制模式中，所述電壓控制部22基於所述輸入的開度指令與由所述位移感測器S檢測的實際開度的偏差，以使該偏差變小的方式輸出電壓指令信號。即，電壓控制部22通過開度回饋來控制所述閥體13的動作。

此外，在圖4所示的完全關閉指令接收時，所述電壓控制部22直到所述閥體13與所述閥座面11接觸之前為止輸出零值的電壓指令信號，將施加在所述壓電致動器19的電壓放電。此後，如果所述閥體13與所述閥座面11接觸，則所述電壓控制部22輸出電壓指令信號，向所述壓電致動器19施加負電壓。

所述D/A轉換器23輸出與從所述電壓控制部22輸出的數位元電壓指令信號對應的類比電壓，並向所述壓電致動器19施加。該D/A轉換器23的特性例如是相對於階躍輸入進行一階滯後回應，可以將其時間常數作為設定變數而改變。

所述完全關閉指令接收部24從使用者接收用於執行完全關閉模式的完全關閉指令，該完全關閉模式用於使流量控制模式結束並完全封閉所述流體控制閥1而使流體不會向下游側流動。如果該完全關閉指令接收部24接收到完全關閉指令，則中斷流量的回饋，僅通過由所述位移感測器S的輸出進行的開度回饋來進行動作，實現開度為零的完全關閉狀態。

所述速度調節部25在圖4所示的完全關閉指令接收時動作，當使所述閥體13接近所述閥座面11而使所述流體控制閥1完全關閉時，在所述閥座面11與所述閥體13之間成為規定距離以後，與成為所述規定距離之前相比，使所述閥體13的移動速度下降。在第一實施方式中，所述速度調節部25通過改變所述D/A轉換器23的作為設定變數的時間常數，在完全關閉之前使所述閥體13的移動速度下降。換句話說，在完全關閉之前，所述速度調節部25使所述D/A轉換器23的回應速度下降，從而使所述壓電致動器19的放電速度下降，由此使所述閥體13以不會對所述閥座面11施加規定值以上的衝擊負荷的方式與其接觸。另外，在以下的說明中，將所述閥座面11與所述閥體13之間成為規定距離的位置也稱為速度下降開始位置。

參照圖5的流程圖和圖6所示的表示完全關閉動作時閥體13的動作的示意圖，說明以上述方式構成的質量流量控制器100的完全關閉時的控制動作。

如圖6的（a）所示，在所述閥體13離開所述閥座面11進行流量控制的狀態下，如果所述完全關閉指令接收部24從使用者接收到完全關閉指令（步驟S1），則該完全關閉指令接收部24將零值作為開度指令向所述電壓控制部22輸入（步驟S2）。其結果，所述電壓控制部22輸出電壓指令信號以不向所述壓電致動器19施加電壓，從而累積在所述壓電致動器19中的電荷開始放電（步驟S3）。

如果電荷放電，則所述壓電致動器19收縮，由此利用位移反轉機構18將所述閥體13向具有所述閥座面11的下方按壓。在所述閥體13接近所述閥座面11的期間，利用所述位移感測器S監測所述閥體13與所述閥座面11之間的距離，所述速度調節部25持續判斷是否成為圖6的（b）所示的完全關閉之前的規定距離（步驟S4）。該規定距離可以適當地設定，例如設定為由所述流量感測器3開始檢測流量的開始打開開度。從該時點開始，所述速度調節部25將時間常數變更為大於正常的流量控制模式下在D/A轉換器23中使用的時間常數，使D/A轉換器23的回應滯後（步驟S5）。其結果，所述閥體13的移動速度下降，與步驟S1～S4的完全關閉動作開始時相比，所述閥體13緩慢地移動（步驟S6）。

接著，持續由所述位移感測器S進行開度監測，如圖6的（c）所示，由所述電壓控制部22判斷所述閥體13是否與所述閥座面11完全接觸（步驟S7），在接觸的時點輸出負電壓指令信號（步驟S8）。其結果，向所述壓電致動器19施加負電壓（步驟S9），將所述閥體13進一步向所述閥座面11按壓（步驟S10）。另外，將所述閥體13的按壓量限定在例如彈性變形區域內，所以解除完全關閉狀態時，所述閥體13恢復為原來的形狀。此外，所述速度調節部25可以在如下時點使所述D/A轉換器23的設定復原：例如由所述位移感測器S檢測到所述閥體13與所述閥座面11接觸的時點，或者是將所述閥體13向所述閥座面11按壓的時點。

由此，按照第一實施方式的質量流量控制器100，在完全關閉動作中，從所述閥體13接近所述閥座面11而到達完全關閉之前的離開規定距離的位置的時點開始，使所述閥體13的移動速度變慢。由此，可以防止所述閥體13對所述閥座面11劇烈碰撞而導致所述閥體13或所述閥座面11因衝擊負荷而受到損傷。

因此，即使是像第一實施方式那樣，在未對所述壓電致動器19施加電壓的狀態下，利用比閥體13相比靠向上部側的自身重量而使所述閥體13封閉所述閥座面11，並以較強的按壓力進行密封，也不會因反復動作產生的老化而加劇所述閥體13或所述閥座面11上的損傷。

此外，由於在以不產生損傷的方式使所述閥體13緩慢地與所述閥座面11接觸後，通過向所述壓電致動器19施加負電壓來進一步進行按壓，所以能夠進一步提高密封性。

以上可知，在完全關閉時實現高密封性而不會發生微小的洩漏，並且實現高耐用性、長壽命的質量流量控制器100。此外，由於利用這種控制方法來實現長壽命，所以例如與現狀相比不需要提高閥體13的機械平行度。

接著，參照圖7和圖8，對第二實施方式的流體控制裝置進行說明。另外，與第一實施方式中說明的構件對應的構件採用相同的附圖標記。

在第一實施方式中，速度調節部25通過改變D/A轉換器23的設定，使完全關閉之前的閥體13的移動速度下降，而在第二實施方式中，D/A轉換器23的設定始終保持固定。即，第二實施方式與第一實施方式的不同點在於：完全關閉指令在設定流量中以在規定期間保持零值的方式輸入以及速度調節部25的結構。

即，第二實施方式的速度調節部25通過對由用戶設定的設定流量進行整形，使完全關閉之前的閥體13的移動速度下降。

更具體地說，如圖7的功能框圖所示，向所述速度調節部25輸入設定流量以及由位移感測器S檢測的閥體13與閥座面11的距離，並且所述速度調節部25向開度指令生成部21輸出基於設定流量整形的整形後流量。

以如圖8的曲線圖所示對所述速度調節部25輸入階梯狀的設定流量來進行完全關閉指令的情況為例進行說明，該階梯狀的設定流量是從保持規定流量值的狀態改變為保持流量值為零的狀態。所述速度調節部25當檢測到從某一流量值切換為零的不連續點時，在由所述位移感測器S檢測的開度成為預先規定的開度閾值為止的期間，以流量值以第一斜率向零減小的方式輸出整形後流量。並且在通過流量回饋和開度回饋的作用，實際流量減少、開度變小，例如在由所述位移感測器S檢測的開度達到與完全關閉之前的開度相當的開度閾值之後，以流量值以第二斜率向零減小的方式輸出整形後流量。其中，第二斜率的絕對值設定為比第一斜率的絕對值小。

即使在這種情況下，由於按照圖8所示的整形後流量來控制完全關閉動作時所述閥體13的位置，所以在所述閥體13相對於所述閥座面11分離得比規定距離遠的期間以高速接近，在完全關閉之前的區域使所述閥體13的移動速度下降，從而可以降低在與所述閥座面11之間產生的衝擊力。

因此，可以防止在完全關閉動作時在所述閥體13和所述閥座面11之間產生損傷，可以長時間持續保持高密封性。

接著，參照圖9，對第三實施方式的流體控制裝置進行說明。另外，與第一實施方式中說明的構件對應的構件採用相同的附圖標記。

如圖9所示，第三實施方式的質量流量控制器100的流體控制閥1的方式不是第一實施方式那樣的常閉型，而是在未向致動器施加電壓的狀態下在閥座面11與閥體13之間形成有間隙的打開狀態的常開型。另外，軟體部分的構成與圖3和圖4記載的構成大體相同。

具體地說，所述流體控制閥1包括：螺旋彈簧CS，在未向壓電致動器19施加電壓的狀態下，向所述閥體13與所述閥座面11之間打開的方向將壓電致動器19向上方抬起；以及板簧LS，對所述閥體13向離開所述閥座面11的方向施加作用力。此外，通過向所述壓電致動器19施加正電壓而延伸，將所述閥體13向具有所述閥座面11的下方按壓，使其分開距離接近。

在第三實施方式中，在這種常開型的流體控制閥1成為完全關閉狀態的過程中，在所述閥體13與所述閥座面11的距離成為規定距離的時點開始，使所述閥體13的移動速度下降。即，向質量流量控制器100輸入完全關閉指令時，從所述閥體13到達位於所述閥座面11附近的速度下降開始位置的時點起，所述速度調節部25改變D/A轉換器23的時間常數而使回應速度變慢。由此，防止所述閥體13完全關閉時從所述閥座面11施加衝擊負荷而受到損傷。

參照圖10，基於從位移感測器S輸出的位置信號和從D/A轉換器23向壓電致動器19輸出的電壓信號的變化，說明以上述方式構成的第三實施方式的完全關閉時的動作。

向質量流量控制器100輸入完全關閉指令或表示零流量的設定流量時，通過流量回饋和所述閥體13的位置回饋，如圖10的（a）所示，使所述閥體13接近所述閥座面11而施加在壓電致動器19上的電壓以規定的上升比例變大。

接著，如果由所述位移感測器S的位置信號檢測到所述閥體13到達所述閥座面11附近的所述速度下降開始位置，則所述速度調節部25改變D/A轉換器23的時間常數，使相對於指令值的回應速度下降。其結果，在通過所述速度下降開始位置後，向所述壓電致動器19施加的電壓的上升速度下降，所述閥體13的移動速度也下降。

如果所述閥體13到達完全關閉位置，則此後持續維持保持完全關閉狀態所需要的電壓。

另外，在像第一實施方式那樣的常閉型的流體控制閥1的情況下，如圖10的（b）所示，輸出的電壓信號伴隨所述閥體13接近所述閥座面11而變小，最終在完全關閉狀態下，未向壓電致動器19施加電壓或施加負電壓，成為將所述閥體13向所述閥座面11按壓的狀態。

由此，即使像第三實施方式那樣是常開型的流體控制閥1，也與第一實施方式同樣，可以防止所述閥體13與所述閥座面11碰撞而導致該閥體13受到損傷，從而防止密封性下降。

另外，在像第三實施方式那樣的常開型的流體控制閥1的情況下，為了在完全關閉狀態下進一步提高密封性，可以使電壓從能夠維持完全關閉的電壓進一步增加，成為將所述閥體13向所述閥座面11按壓的狀態。

接著，參照圖11和圖12，對本發明第四實施方式的流體控制裝置進行說明。在第四實施方式中，致動器和各種彈性構件等的特性因老化而變化，例如即使在出廠時完全關閉時從所述位移感測器S輸出的位置信號所示的值與實際完全關閉時輸出的位置信號所示的值產生偏差的情況下，也能夠在完全關閉之前使所述閥體13的移動速度充分下降。

具體地說，如圖11所示，在第四實施方式中還包括對速度下降開始位置進行更新的位置更新部26，該速度下降開始位置用於確定所述速度調節部25輸出時間常數變更指令的時機。

上述位置更新部26例如存儲出廠時等正常時，完全關閉位置上的所述位移感測器S的位置信號的計數值，和從完全關閉位置離開規定距離的規定位置，即速度下降開始位置上的所述位移感測器的位置信號的計數值。另外，位置更新部26也可以存儲完全關閉位置與速度下降開始位置的計數值的差。

並且，在輸入完全關閉指令的狀態下，所述位置更新部26取得從所述位移感測器S輸出的位置信號表示大體固定值、表示完全關閉狀態的計數值，並且將與該計數值相差規定值的計數值作為新的速度下降開始位置設定在所述速度調節部25。

按照以上述方式構成的第四實施方式的質量流量控制器100，如圖12所示，即使因老化而使位移感測器S的位置信號所示的值與完全關閉位置之間的關係發生變化，所述位置更新部26也可以基於表示老化後的完全關閉位置的位移感測器S的位置信號的值，在所述速度調節部25中設定新的更新後的速度下降開始位置。

因此，即使發生老化，也可以在完全關閉時，從完全關閉位置離開規定距離的位置開始使所述閥體13的移動速度下降，從而可以防止所述閥體13與所述閥座面11碰撞而受到損傷。

對其他實施方式進行說明。

在各實施方式中，作為流體控制裝置以質量流量控制器為例進行了說明，但是流體控制裝置例如也可以是對壓力進行回饋而保持為設定壓力的壓力控制裝置。此外，也可以是不進行流量控制或壓力控制而僅通過流體控制閥和控制機構僅進行完全關閉動作的流體控制裝置。

在各實施方式中，流量控制模式時形成流量的反饋回路和開度的反饋回路，但是例如可以在流量控制模式時僅對流量進行回饋，而在完全關閉動作時僅對開度進行回饋。

從回應性的觀點出發，使閥體的移動速度下降的時機優選在完全關閉之前，但是也可以設定為除了在各實施方式中說明的時機以外的時機。例如，速度調整部可以從由完全關閉開始時的開度成為一半開度的時點開始，使所述閥體的移動速度下降。即，只要以在閥體與閥座面接觸的時點不產生損傷或僅發生容許程度的損傷的方式使閥體的移動速度下降即可。

在流體控制裝置中不存在位移感測器而不能直接測量開度的情況下，例如可以根據向致動器施加的電壓來推算當前的開度，從其開度成為完全關閉之前的時點開始使閥體的移動速度下降。此外，致動器並不限定於壓電致動器，例如可以使用電磁式等。

在第一實施方式中，在閥體與閥座面成為規定距離的時點改變D/A轉換器的設定，但是為了能夠降低因切換產生的對控制系統的衝擊而實現更穩定的控制，可以在完全關閉動作中連續改變設定。在這種情況下，即使不由位移感測器檢測閥體的位置，也可以基於設定流量和開度指令來使速度調節部動作。此外，變更的設定變數並不限定於時間常數，只要能夠使閥體的移動速度變化即可。

在第二實施方式中，所述速度調節部對設定流量的不連續點進行直線插補，但是例如也可以通過S形插補等各種插補法，至少在完全關閉之前使所述閥體的移動速度下降。

可以不在閥座塊上設置定位構件而僅形成閥座面。

此外，只要不違反本發明的宗旨，可以進行各種實施方式的組合和變形。

1‧‧‧流體控制閥

2‧‧‧控制機構

3‧‧‧流量感測器

10‧‧‧閥座塊

11‧‧‧閥座面

12‧‧‧定位構件

13‧‧‧閥體

14‧‧‧殼體

15‧‧‧軸

16‧‧‧感測器板

17‧‧‧靶

18‧‧‧位移反轉機構

19‧‧‧壓電致動器

21‧‧‧開度指令生成部

22‧‧‧電壓控制部

23‧‧‧D/A轉換器

24‧‧‧完全關閉指令接收部

25‧‧‧速度調節部

26‧‧‧位置更新部

31‧‧‧第一壓力感測器

32‧‧‧第二壓力感測器

33‧‧‧層流元件

100‧‧‧質量流量控制器

圖1是表示本發明第一實施方式的流體控制裝置的示意性斷面圖。 圖2是第一實施方式的流體控制閥的閥座塊和閥體部分的示意性放大圖。 圖3是表示第一實施方式的流體控制裝置進行流量控制的狀態的功能框圖。 圖4是表示第一實施方式的流體控制裝置進行完全關閉動作的狀態的功能框圖。 圖5是表示由第一實施方式的流體控制裝置進行完全關閉時的動作的流程圖。 圖6是第一實施方式的流體控制裝置的與完全關閉動作相關的示意圖。 圖7是表示第二實施方式的流體控制裝置進行完全關閉動作的狀態的功能框圖。 圖8是表示第二實施方式的速度調節部輸出的整形後流量的圖形的示意性曲線圖。 圖9是構成第三實施方式的流體控制裝置的流體控制閥的示意性局部放大圖。 圖10是表示第三實施方式中進行完全關閉動作的狀態的位置信號、電壓信號的變化的示意性曲線圖。 圖11是表示第四實施方式的流體控制裝置的構成的功能框圖。 圖12是表示第四實施方式的流體控制裝置的完全關閉動作的示意性曲線圖。

Claims (11)

1. 一種流體控制裝置，其特徵在於包括： 設置在流體流動的一流道上的一流體控制閥；以及 控制所述流體控制閥的一控制機構； 所述流體控制閥包括： 一閥座面； 相對於所述閥座面離合的一閥體；以及 驅動所述閥體的一致動器； 其中所述控制機構包括一速度調節部，當使所述閥體接近所述閥座面而使所述流體控制閥完全關閉時，在所述閥座面與所述閥體之間成為一規定距離之後，所述速度調節部使所述閥體的一移動速度比所述閥座面與所述閥體之間成為所述規定距離之前下降。
2. 如請求項1所述的流體控制裝置，其特徵在於： 所述流體控制閥還包括檢測所述閥座面與所述閥體之間的距離的一位移感測器； 由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部使所述閥體的所述移動速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。
3. 如請求項2所述的流體控制裝置，其特徵在於： 所述控制機構還包括輸出一數位元電壓指令信號的一電壓控制部，所述數位元電壓指令信號用於控制向所述致動器施加的電壓； 所述電壓控制部輸出一電壓指令信號，以使所述閥體從由所述位移感測器檢測的距離成為零的時點開始進一步向所述閥座面側移動。
4. 如請求項3所述的流體控制裝置，其特徵在於： 所述控制機構還包括一D/A轉換器，所述D/A轉換器輸出與所述電壓指令信號對應的一類比電壓； 由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部改變所述D/A轉換器的一設定係數，以使所述閥體的所述移動速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。
5. 如請求項4所述的流體控制裝置，其特徵在於： 所述致動器是一壓電致動器； 由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部改變所述D/A轉換器的所述設定係數，以使所述壓電致動器的一放電速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。
6. 如請求項5所述的流體控制裝置，其特徵在於： 向所述壓電致動器施加一正電壓時，所述閥體向離開所述閥座面的方向移動，並且在未向該壓電致動器施加電壓的狀態下，所述閥體與所述閥座面接觸； 所述電壓控制部輸出一電壓指令信號，以使從由所述位移感測器檢測的距離成為零的時點開始向所述壓電致動器施加一負電壓。
7. 如請求項1所述的流體控制裝置，其特徵在於： 所述閥座面形成為包圍流體流入的一流入開口的周圍； 所述閥體包括： 一封閉面，與所述閥座面接觸而封閉所述流入開口；以及 一周邊面，形成為與所述封閉面的外側處於同一平面； 其中在所述閥座面的外側還具有一定位構件，所述定位構件的至少一部分形成為與該閥座面在同一平面上。
8. 如請求項4所述的流體控制裝置，其特徵在於： 所述致動器是一壓電致動器； 當由所述位移感測器檢測的距離在所述規定距離以下時，所述速度調節部改變所述D/A轉換器的所述設定係數，以使所述壓電致動器的一電壓上升速度比由所述位移感測器檢測的距離大於所述規定距離時下降。
9. 如請求項1所述的流體控制裝置，其特徵在於： 所述速度調節部存儲有使所述閥體的所述移動速度開始下降的一速度下降開始位置，從由一位移感測器檢測的位置成為所述速度下降開始位置的時點開始使所述閥體的所述移動速度下降， 所述流體控制裝置還包括一位置更新部，所述位置更新部基於在完全關閉狀態下從所述位移感測器輸出的一位置信號來更新所述速度下降開始位置。
10. 一種存儲介質，存儲有在一流體控制裝置中使用的一控制程式，所述流體控制裝置包括：設置在流體流動的一流道上的一流體控制閥；以及控制所述流體控制閥的一控制機構，所述流體控制閥包括：一閥座面；相對於所述閥座面離合的一閥體；以及驅動所述閥體的一致動器； 所述存儲介質的特徵在於： 所述控制程式使由計算機構成的所述控制機構發揮作為一速度調節部的功能，當使所述閥體接近所述閥座面而使所述流體控制閥完全關閉時，在所述閥座面與所述閥體之間成為一規定距離之後，所述速度調節部使所述閥體的一移動速度比所述閥座面與所述閥體之間成為所述規定距離之前下降。
11. 一種流體控制裝置的控制方法，所述流體控制裝置包括：設置在流體流動的一流道上的一流體控制閥；以及控制所述流體控制閥的一控制機構，所述流體控制閥包括：一閥座面；相對於所述閥座面離合的一閥體；以及驅動所述閥體的一致動器； 所述流體控制裝置的控制方法的特徵在於： 當使所述閥體接近所述閥座面而使所述流體控制閥完全關閉時，在所述閥座面與所述閥體之間成為一規定距離之後，使所述閥體的一移動速度比所述閥座面與所述閥體之間成為所述規定距離之前下降。