WO2021131584A1 - 流量制御装置および流量制御方法 - Google Patents

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勝幸 杉田
土肥　亮介
川田　幸司
西野　功二
池田　信一
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株式会社フジキン
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means

Definitions

  • the present invention relates to a flow rate control device and a flow rate control method, and more particularly to a flow rate control device and a flow rate control method used in a semiconductor manufacturing device, a chemical plant, or the like.
  • the pressure type flow rate control device is widely used because it can control the mass flow rate of various fluids with high accuracy by a relatively simple mechanism that combines a control valve and a throttle portion (for example, an orifice plate or a critical nozzle). It's being used.
  • Some pressure type flow rate control devices control the flow rate of the fluid flowing to the downstream side of the throttle portion by controlling the fluid pressure on the upstream side of the throttle portion (hereinafter, may be referred to as upstream pressure P1). (For example, Patent Documents 1 and 2).
  • the upstream pressure P1 is controlled by feedback-controlling the control valve arranged on the upstream side of the throttle portion using a pressure sensor.
  • a piezo element drive type valve (hereinafter, may be referred to as a piezo valve) configured to open and close the diaphragm valve body by a piezo actuator is used.
  • the details of the piezo valve are disclosed in, for example, Patent Document 3, and it is possible to operate at a relatively high speed.
  • the piezo valve is configured by using a piezo element, but it is known that a creep phenomenon occurs when the piezo element is driven (for example, Patent Document 4).
  • the creep phenomenon is a phenomenon in which the displacement continues to increase or decrease little by little with time due to the reorientation of the dipoles of the piezo element even when the drive voltage applied to the piezo element is kept constant after the application. ..
  • the occurrence of a creep phenomenon may cause problems such as a decrease in flow rate responsiveness due to a delay in shifting to the set valve opening and a leak due to a delay until the valve is completely closed.
  • problems such as a decrease in flow rate responsiveness due to a delay in shifting to the set valve opening and a leak due to a delay until the valve is completely closed.
  • it is conceivable to take measures such as increasing the urging force of the elastic member to increase the pressing force on the valve seat of the valve body.
  • the maximum lift amount of the valve may decrease and the controllable flow rate range may become narrower, or the valve seat or valve body may be heavily loaded by a strong pressing force and may be damaged when opening and closing is repeated for a long period of time. There is.
  • the creep phenomenon can be easily corrected by providing a displacement sensor that measures the displacement of the piezo element and feedback-controlling the drive voltage based on the output of the displacement sensor.
  • the applicant of the present application discloses in Patent Documents 5 and 6 a flow control device configured to measure the displacement of a piezo actuator by using a strain gauge fixed to the piezo element as a displacement sensor.
  • the valve opening can be known more accurately and the valve opening can be made more precise than when the drive voltage is referred to. Can be adjusted to. Therefore, it is possible to suppress the creep phenomenon by continuously adjusting the drive voltage and maintain the valve opening degree at a constant opening degree.
  • the piezo valve having a displacement sensor has high responsiveness and can be used as a high-speed servo type control valve as described in Patent Document 5.
  • a flow rate control device can be configured by providing another piezo valve for pressure control on the upstream side of the flow control piezo valve having a displacement sensor. In this configuration, the upstream pressure is controlled by using the pressure control valve, and the flow rate control valve is feedback-controlled based on the output of the displacement sensor to perform flow rate control with high responsiveness over a wide flow rate range. it can.
  • the piezo valve having a displacement sensor can accurately grasp the open / closed state and has much higher responsiveness than the control valve of the conventional pressure type flow control device in which feedback control is performed based on the output of the pressure sensor. Therefore, in applications where a high-speed (very short period) pulse control signal is given, such as an ALD (Atomic Layer Deposition) process or an ALE (Atomic Layer Etching) process, the gas is pulsed at a desired flow rate. It is preferably used to supply.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is a flow rate control device and a flow rate control method capable of appropriately performing high-speed pulsed gas supply at a desired flow rate without providing a displacement sensor for a piezo element. Its main purpose is to provide.
  • the flow control device includes a valve body, a flow control valve having a piezoelectric element for moving the valve body, and a control circuit for controlling the operation of the flow control valve.
  • a pulsed flow rate setting signal when a pulsed flow rate setting signal is given, a voltage exceeding the target voltage corresponding to the target displacement of the piezoelectric element is once applied, and then the voltage is brought closer to the target voltage.
  • the voltage applied to the piezoelectric element is open-loop controlled.
  • control circuit is configured to change the control function of the voltage applied to the piezoelectric element according to the target flow rate indicated by the flow rate setting signal.
  • the pulse-like flow rate setting signal is a continuous period signal having a frequency of 1 Hz or more and 100 Hz or less.
  • the flow control device comprises a pressure control valve provided upstream of the flow control valve, a pressure sensor that measures pressure downstream of the pressure control valve and upstream of the flow control valve.
  • a throttle portion having a fixed opening is further provided and continuous flow control is performed, the flow rate is controlled based on the output of the pressure sensor using the throttle portion having a fixed opening, and is pulsed.
  • the flow rate control valve is configured to be used as a throttle portion whose opening degree can be changed to control the flow rate.
  • the flow control method is performed in a flow control device including a flow control valve having a valve body and a piezoelectric element for moving the valve body, and is performed in a pulsed manner for performing a pulsed fluid supply.
  • the internal command signal includes a step of applying a voltage to the piezoelectric element based on the internal command signal, and the internal command signal once applies a voltage exceeding the target voltage corresponding to the target displacement of the piezoelectric element and then the target voltage. It is generated as a signal approaching, and the voltage applied to the piezoelectric element is open-loop controlled.
  • a flow rate control device and a flow rate control method capable of appropriately performing pulse flow rate control are provided.
  • (A) shows the output of the piezo displacement when the setting signal without correction is used
  • (b) shows the output of the piezo displacement when the set signal without correction is used.
  • the opening degree cannot be adjusted by feedback control, so it is assumed that the valve opening degree is controlled by open loop control (feedforward control) based on the set signal.
  • feedforward control feedforward control
  • the inventor of the present application has diligently investigated whether or not a significant creep phenomenon occurs and adversely affects the flow rate control even when the pulse flow rate is controlled by a continuous period signal of, for example, about 10 Hz.
  • FIG. 1 is a graph showing the valve displacement SV when the flow rate setting signal SF is pulsed at 12.5 Hz, which was obtained by the experiment of the present inventor.
  • the piezo drive voltage alternately repeats 0V and 140V.
  • the actual valve displacement rises once at the time of rising and then continues to increase gradually at the time of falling, and after falling sharply at the time of falling, due to the creep phenomenon. It continues to decrease gradually.
  • the opening degree drops only to 2 to 3% immediately after the fall, and then gradually approaches 0%, and a leak occurs.
  • the flow rate control may be inappropriate, especially in the pulse flow rate control required in the ALD process. This is because in the ALD process, not only the gas flow rate but also the volume of the supplied gas (integrated flow rate) is important, and in the gas supply with the creep phenomenon left, the error increases in both the gas flow rate and the gas volume. However, there is a risk of problems occurring in the process.
  • the inventor of the present application has recognized that it is extremely important to suppress the creep phenomenon of the piezo valve even when the flow rate is controlled based on the high-frequency pulse-like setting signal. Then, if the voltage applied to the piezo element is appropriately controlled without using the feedback control considered to be necessary for the high-precision flow rate control device, the pulse flow rate control is appropriately executed while suppressing the creep phenomenon. Found to get. In addition, it was found that the characteristics of the creep phenomenon itself do not change so much even if the opening and closing operations are performed many times. Therefore, even if the drive is driven by open loop control, the creep phenomenon can be suppressed for a long period of time, and the pulse flow rate control is lengthened. It turns out that it can be done properly over a period of time.
  • FIG. 2 shows the configuration of the flow rate control device 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the flow control device 100 includes a pressure control valve 6 provided in the flow path 1 on the inflow side of the gas G0, a flow control valve 8 provided on the downstream side of the pressure control valve 6, and a downstream side of the pressure control valve 6. It includes a first (or upstream) pressure sensor 3 that detects the pressure P1 on the upstream side of the flow control valve 8, and a throttle portion 2 arranged on the downstream side of the pressure control valve 6.
  • the gas G0 supplied to the flow rate control device 100 may be various gases used in the semiconductor manufacturing process, such as a material gas, an etching gas, or a carrier gas.
  • the throttle portion 2 is composed of an orifice plate arranged on the upstream side of the flow rate control valve 8. Since the orifice area is fixed, the orifice plate functions as a throttle portion having a fixed opening. In another aspect, the throttle portion 2 may be arranged on the downstream side of the flow rate control valve 8 as long as it is in the vicinity of the flow rate control valve 8.
  • the "throttle portion” is a portion in which the cross-sectional area of the flow path is limited to be smaller than the cross-sectional area of the front and rear flow paths, and is configured by using, for example, an orifice plate, a critical nozzle, a sound velocity nozzle, or the like. However, it can also be configured using something else.
  • the throttle portion also includes a valve structure which is regarded as a variable orifice whose opening degree is the distance between the valve seat of the valve and the valve body. Such a valve structure functions as a throttle portion having a variable opening degree.
  • the flow control device 100 also has a second (or downstream) pressure sensor 4 that measures the downstream pressure P2 on the downstream side of the flow control valve 8, and an inflow pressure sensor 5 that detects the supply pressure P0 on the upstream side of the pressure control valve 6. And have.
  • the supply pressure P0 is used to control the gas supply amount and gas supply pressure from a gas supply device (for example, a raw material vaporizer, a gas supply source, etc.), and the downstream pressure P2 is under non-critical expansion conditions described later. Used for flow rate measurement.
  • the flow rate control device may not include the second pressure sensor 4 and the inflow pressure sensor 5.
  • the downstream side of the flow rate control valve 8 is connected to the process chamber of the semiconductor manufacturing apparatus via a downstream valve (not shown).
  • a vacuum pump is connected to the process chamber, and typically, the gas G1 whose flow rate is controlled by the flow rate control device 100 is supplied to the process chamber in a state where the inside of the process chamber is evacuated.
  • the downstream valve for example, a known air-driven valve (Air Operated Valve) whose opening / closing operation is controlled by compressed air, an electromagnetic valve, or the like can be used.
  • the flow control valve 8 is a piezo valve including a valve body 8a of a diaphragm arranged so as to abut and separate from the valve seat, and a piezo actuator including a piezoelectric element 8b for moving the valve body 8a. It is composed of.
  • a piezo actuator for example, an actuator sold by NTK CERATEC or the like can be used.
  • the piezo actuator may be composed of a plurality of piezoelectric elements housed in a cylinder and stacked, or may be composed of a single piezoelectric element housed in a cylinder.
  • a piezo valve is preferably used as the pressure control valve 6.
  • the flow rate control device 100 includes a first control circuit 7 that controls the opening / closing operation of the pressure control valve 6 based on the output of the first pressure sensor 3.
  • the first control circuit 7 is configured to feedback control the pressure control valve 6 so that the difference between the set pressure received from the outside and the upstream pressure P1 which is the output of the first pressure sensor 3 becomes zero. As a result, the upstream pressure P1 on the downstream side of the pressure control valve 6 can be maintained at the set value.
  • the flow rate control device 100 has a second control circuit 9 that controls the flow rate control valve 8.
  • FIG. 2 shows a mode in which the first control circuit 7 and the second control circuit 9 are provided separately, but it goes without saying that these may be provided integrally.
  • the first control circuit 7 and the second control circuit 9 may be built in the flow rate control device 100 or may be provided outside the flow rate control device 100.
  • the first control circuit 7 and the second control circuit 9 are typically composed of a CPU, a memory (storage device) M such as a ROM or RAM, an A / D converter, or the like, and execute a flow control operation described later. It may include a computer program configured in.
  • the first control circuit 7 and the second control circuit 9 can be realized by a combination of hardware and software.
  • the flow rate control device 100 uses the first control circuit 7 and the second control circuit 9 to control the pressure control valve 6 so that the upstream pressure P1 output by the first pressure sensor 3 becomes a set value, and also controls the flow rate. By controlling the drive of the piezoelectric element 8b of the valve 8, the flow rate of the fluid flowing downstream of the flow rate control valve 8 is controlled.
  • the throttle portion 2 having a fixed opening degree is used as the main element of the flow rate control, and the upstream pressure P1 is controlled by the pressure control valve 6, so that the pressure is applied as in the conventional pressure type flow rate control device. It is possible to control the flow rate. Further, by controlling the opening degree of the flow rate control valve 8 while keeping the upstream pressure P1 constant by using the pressure control valve 6, it is possible to control the gas flow rate with higher responsiveness.
  • the flow rate control using the throttle portion 2 having a fixed opening degree as the main element of the flow rate control is suitable for the continuous flow control in which the flow rate control is maintained at the set value for a relatively long period of time.
  • the flow rate is controlled so that the flow rate is determined by the opening degree of the flow rate control valve 8 at a flow rate less than the maximum set flow rate of the throttle portion 2 having a fixed opening degree.
  • Flow control such as used as a throttle), is suitable for intermittent flow control.
  • the continuous flow control broadly means the control of the fluid when the fluid flow continues.
  • the fluid flows at a flow rate of 50% from the state where the fluid flows at a 100% flow rate. It may also include the case where it is changed to the existing state.
  • the flow rate control valve 8 is fully opened (maximum opening), or at least the throttle portion having a fixed opening is used. It is preferable to maintain the opening degree larger than the opening degree of 2.
  • the intermittent flow control is typically pulse flow control. However, it is not limited to periodic opening / closing control at regular intervals, but also includes pulse-like opening / closing control performed irregularly and opening / closing control in which the pulse amplitude is not constant and fluctuates, and the pulse width fluctuates. Such open / close control is also included.
  • the throttle unit When the flow rate control device 100 controls the continuous flow, when the critical expansion condition P1 / P2 ⁇ about 2 (P1: upstream pressure, P2: downstream pressure, about 2 is argon gas) is satisfied, the throttle unit The flow rate can be controlled by utilizing the principle that the flow rate of the gas passing through the flow rate control valve 8 or the flow rate control valve 8 is determined by the upstream pressure P1 regardless of the downstream pressure P2.
  • the flow rate Q is considered to be substantially proportional to the upstream pressure P1 and the valve opening degree Av of the flow rate control valve 8. Further, when the second pressure sensor 4 is provided, the difference between the upstream pressure P1 and the downstream pressure P2 is small, and the flow rate can be calculated even when the above critical expansion conditions are not satisfied, and the flow rate can be calculated by each pressure sensor.
  • the predetermined formula Q K2 ⁇ Av ⁇ P2 m (P1-P2) n (where K2 is a constant depending on the type of fluid and fluid temperature, m, n Can calculate the flow rate Q from the index) derived based on the actual flow rate.
  • the flow path cross-sectional area of the flow control valve 8 is larger than the flow path cross-sectional area of the throttle portion 2, such as when the flow control valve 8 is fully opened, the flow path cross-sectional area of the throttle portion 2 is also taken into consideration.
  • the flow rate control device 100 uses the pressure control valve 6 to perform a pulse-like opening / closing operation of the flow rate control valve 8 while keeping the upstream pressure P1 constant.
  • the flow rate of the gas supplied in a pulsed manner is determined by the magnitude of the upstream pressure P1 and the set opening degree when the flow rate control valve 8 is opened.
  • the opening degree control of the flow rate control valve 8 is not performed by feedback control by the displacement sensor as in the conventional case, but the voltage applied to the piezoelectric element 8b from the input set flow rate signal is defined.
  • the internal command signal is generated, and the flow control valve 8 is open-loop controlled based on the internal command signal.
  • FIG. 3A and 3B show a piezo displacement (specifically, a strain gauge fixed to a piezo element) measured using a piezo voltage setting signal SS to the flow control valve (piezo valve) 8 and a displacement sensor (specifically, a strain gauge fixed to the piezo element). It is a graph which shows the relationship with (distortion output) SP.
  • FIG. 3A shows a case where the set signal is input without correction
  • FIG. 3B shows a signal corrected so as to apply an excess voltage during the initial period when the piezo voltage rises and falls. Indicates the case where is entered.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) a relatively long-term signal (on period is about 2 seconds) is shown.
  • the setting signal SS is designed to be updated every 100 msec, for example.
  • FIG. 3B under this constraint, the set voltage of 149V with 9V added in the period of 100 msec immediately after the start-up of the flow rate is set, the set voltage is set to 140V in the subsequent period, and the set voltage of the flow rate is lowered. Immediately after that, in the period of 100 msec, -9V is added to the set voltage of -9V, and in the subsequent period, the signal is corrected to the set voltage of 0V.
  • the piezo displacement is performed by adding a predetermined excess voltage during a predetermined period at the initial start-up and the initial start-up (that is, immediately after the transient). It can be confirmed that the SP is changed and the creep phenomenon is suppressed. Therefore, it can be seen that the creep phenomenon can be suppressed by signal correction and the desired opening degree adjustment can be performed without performing feedback control using the displacement sensor.
  • the setting signal when the setting signal is corrected and input to the control circuit of the piezo element as described above, the setting may be restricted. Therefore, it is conceivable to generate an internal command signal corresponding to the input setting signal and drive the piezo valve based on this signal.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the internal command signal SI generated from the external input signal SE of the piezo voltage based on the set signal.
  • signal processing using differential operation is performed, so that the voltage V1 (here, the voltage larger than the target voltage V0) exceeds the target voltage (voltage corresponding to the target displacement of the piezo) V0 at the time of startup.
  • the internal command signal SI is generated so that V1) is applied once and then a voltage approaching the target voltage V0 is applied.
  • a voltage V1'exceeding the target voltage V0' (here, a voltage V1' smaller than the target voltage V0') is applied once, and then a voltage approaching the target voltage V0'is applied.
  • An internal command signal is generated as described above.
  • the maximum value and time change of the excess voltage applied immediately after the transition period change depending on the constant of the height component and the constant of the time component, and these constants included in the control function are set appropriately.
  • the signal waveform of the internal command signal SI or piezo drive voltage
  • the control function is determined by first selecting an appropriate constant to match the creep phenomenon that occurs in the controlled piezo valve, then the creep phenomenon can be appropriately suppressed even in open loop control. it can.
  • the differential operation the drive of the piezo valve at a steep acceleration is suppressed, and the valve drive is performed more smoothly. Therefore, it is possible to reduce the risk of failure when the opening / closing operation at a high frequency is repeated many times.
  • the period is about 50 msec and the signal frequency is about 20 Hz. Even in such a signal having a relatively high frequency, it is possible to easily generate an internal command signal that is effective in suppressing the creep phenomenon.
  • the drive method of the piezo valve in the present embodiment is preferably applied when, for example, a continuous period signal of, for example, 1 to 100 Hz, particularly 5 to 50 Hz is given as a setting signal in order to control the pulse flow rate. According to such a method, pulse gas can be supplied at a desired gas flow rate and gas volume while suppressing the creep phenomenon.
  • FIG. 5 (a) is a graph showing the valve displacement when the valve is driven based on the set signal without generating the corrected internal command signal as shown in FIG. 4, and FIG. 5 (b) is a graph showing the corrected valve displacement. It is a graph which shows the valve displacement at the time of generating a processed internal command signal, and driving a valve using this.
  • the piezo drive voltage VP is once targeted. A voltage exceeding the voltage is applied, and then the drive voltage is controlled so as to approach the target voltage.
  • the valve displacement signal SV becomes horizontal, that is, the creep phenomenon is suppressed, and an appropriate opening degree of the piezo valve is maintained in both the on period and the off period. Therefore, it is possible to supply an appropriate pulse gas by open-loop control of the drive voltage without performing feedback control using the displacement sensor.
  • a throttle portion 2 having a fixed opening degree may be provided on the downstream side of the flow rate control valve 8.
  • a third pressure sensor is further provided between the throttle portion 2 having a fixed opening degree and the flow rate control valve 8, and when controlling the continuous flow, the flow rate control is performed based on the output of the third pressure sensor. You may do it.
  • the flow rate control valve is not limited to the normally closed type but may be a normally open type piezo valve.
  • the drive voltage applied to the flow rate control valve is determined.
  • the flow rate control valve 8 and the orifice plate may be integrally provided in the form of a known orifice built-in valve.
  • an orifice plate and a valve seat body are arranged in a hole for mounting the flow rate control valve 8, and a valve body (valve body, actuator, etc.) of the flow rate control valve 8 is fixed above the orifice plate and a valve seat body. ..
  • the orifice plate and the valve body of the flow rate control valve 8 can be arranged close to each other to reduce the volume between them, and the responsiveness of the flow rate control can be improved.
  • flow rate control valve 8 shown in FIG. 2 can be used alone without being combined with the upstream pressure control valve 6 and the throttle unit 2 to form a high-speed servo type flow rate control device.
  • the flow rate control device and the flow rate control method according to the embodiment of the present invention are used in, for example, a semiconductor manufacturing device, a chemical plant, etc., and are suitably used in applications such as an ALD process where pulse flow rate control is required.

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Abstract

流量制御装置１００は、弁体８ａと、弁体を移動させるための圧電素子８ｂとを有する流量制御バルブ８と、流量制御バルブ８の動作を制御する制御回路９とを備え、制御回路９は、パルス的な流体供給を行うために、パルス的な流量設定信号が与えられたとき、圧電素子の目標変位に対応する目標電圧Ｖ０を超える電圧Ｖ１をいったん印加してから目標電圧に近づくようにして圧電素子への印加電圧をオープンループ制御するように構成されている。

Description

流量制御装置および流量制御方法
　本発明は、流量制御装置および流量制御方法に関し、特に、半導体製造装置や化学プラント等において利用される流量制御装置および流量制御方法に関する。
　半導体製造装置や化学プラントにおいて、材料ガスやエッチングガスの流量を制御するために、種々のタイプの流量計や流量制御装置が用いられている。このなかで、圧力式流量制御装置は、コントロール弁と絞り部（例えばオリフィスプレートや臨界ノズル）とを組み合せた比較的簡単な機構によって各種流体の質量流量を高精度に制御することができるので広く利用されている。
　圧力式流量制御装置には、絞り部の上流側の流体圧力（以下、上流圧力Ｐ１と呼ぶことがある）を制御することによって、絞り部の下流側に流れる流体の流量を制御するものがある（例えば特許文献１および２）。上流圧力Ｐ１は、絞り部の上流側に配置されたコントロール弁を圧力センサを用いてフィードバック制御することで制御される。
　圧力式流量制御装置のコントロール弁としては、ピエゾアクチュエータによってダイヤフラム弁体を開閉させるように構成されたピエゾ素子駆動式バルブ（以下、ピエゾバルブと呼ぶことがある）が用いられている。ピエゾバルブは、例えば特許文献３に詳細が開示されており、比較的高速な動作が可能である。
特開平８－３３８５４６号公報 国際公開第２００５／００３６９４号 特開２００７－１９２２６９号公報 特開２００５－２９３５７０号公報 国際公開第２０１８／１２３８５２号 国際公開第2０１９／１０７２１５号
　ピエゾバルブはピエゾ素子を用いて構成されているが、ピエゾ素子を駆動するときにはクリープ現象が発生することが知られている（例えば特許文献４）。クリープ現象とは、ピエゾ素子に印加される駆動電圧が印加後に一定に維持されているときにも、ピエゾ素子の双極子の再配向によって、時間とともに変位が僅かずつ増加または減少し続ける現象である。
　ピエゾバルブを備えた流量制御装置では、クリープ現象の発生によって、設定バルブ開度への移行の遅延による流量応答性の低下や、完全閉鎖するまでの遅延によるリークの発生などの問題が生じ得る。なお、リークの発生を防止するために、弾性部材の付勢力を強めて弁体の弁座への押圧力を増加させる等の措置をとることも考えられる。しかし、この場合には、弁の最大リフト量が低下し、制御できる流量範囲が狭くなるおそれや、強い押圧力により弁座や弁体に大きな負荷がかかり長期間開閉を繰り返した時に破損するおそれがある。
　クリープ現象は、ピエゾ素子の変位を測定する変位センサを設けて、変位センサの出力に基づいて駆動電圧をフィードバック制御することによって容易に補正することができる。本願出願人は、特許文献５および特許文献６において、ピエゾ素子に固定した歪ゲージを変位センサとして用いてピエゾアクチュエータの変位を測定するように構成した流量制御装置を開示している。
　歪ゲージを用いてピエゾ素子の変位を直接的に測定するようにすれば、駆動電圧を参照する場合に比べて、より正確に弁開度を知ることができ、また、弁開度をより精密に調整することができる。したがって、駆動電圧の継続的な調整によりクリープ現象を抑制し、弁開度を一定開度に維持することが可能である。
　また、変位センサを有するピエゾバルブは、高い応答性を有しており、特許文献５に記載されているように、高速サーボ式の制御バルブとして利用することができる。また、特許文献６に記載されているように、変位センサを有する流量制御用のピエゾバルブの上流側に、圧力制御用の別のピエゾバルブを設けることによって、流量制御装置を構成することもできる。この構成においては、圧力制御用バルブを用いて上流圧力を制御するとともに、変位センサの出力に基づいて流量制御用バルブをフィードバック制御することによって、広い流量範囲にわたって応答性高く流量制御を行うことができる。
　変位センサを有するピエゾバルブは、圧力センサの出力に基づいてフィードバック制御される従来の圧力式流量制御装置のコントロール弁に比べても、開閉の状態を正確に把握することが出来、はるかに高い応答性を有しているので、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）プロセスやＡＬＥ（Atomic Layer Etching）プロセスなどの高速な（周期が非常に短い）パルス制御信号が与えられる用途において、所望流量でガスをパルス的に供給するために好適に用いられる。
　しかしながら、昨今の大流量化が進む流量制御装置では、ＡＬＤプロセス等においても、要求される弁体の移動量あるいはピエゾ素子の変位量が大きくなっており、この場合に、ピエゾ素子に固定した歪ゲージでは、変位が正確に測定できないおそれがあった。また、変位量の測定のために、ピエゾバルブに変位センサを組み込もうとすると、装置の肥大化やコストの増加を招くという問題があった。
　本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ピエゾ素子の変位センサを設けることなく、所望流量での高速なパルス的なガス供給を適切に行うことができる流量制御装置および流量制御方法を提供することをその主たる目的とする。
　本発明の実施形態による流量制御装置は、弁体および前記弁体を移動させるための圧電素子を有する流量制御バルブと、前記流量制御バルブの動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、パルス的な流体供給を行うために、パルス的な流量設定信号が与えられたとき、前記圧電素子の目標変位に対応する目標電圧を超える電圧をいったん印加してから前記目標電圧に近づくようにして前記圧電素子への印加電圧をオープンループ制御するように構成されている。
　ある実施形態において、前記制御回路は、前記流量設定信号が示す目標流量に応じて、前記圧電素子への印加電圧の制御関数を変更するように構成されている。
　ある実施形態において、前記パルス的な流量設定信号が１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の周波数を有する連続周期信号である。
　ある実施形態において、流量制御装置は、前記流量制御バルブの上流側に設けられた圧力制御バルブと、前記圧力制御バルブの下流側かつ前記流量制御バルブの上流側の圧力を測定する圧力センサと、開度が固定された絞り部とをさらに備え、連続的な流れの制御を行うときには、前記開度が固定された絞り部を用いて前記圧力センサの出力に基づいて流量制御を行い、パルス的な流れの制御を行うときには、前記流量制御バルブを開度変更可能な絞り部として用いて流量制御を行うように構成されている。
　本発明の実施形態による流量制御方法は、弁体と前記弁体を移動させるための圧電素子とを有する流量制御バルブを備える流量制御装置において行われ、パルス的な流体供給を行うためのパルス的な流量設定信号を受け取るステップと、前記パルス的な流量設定信号を受け取ったときに、前記圧電素子に印加する電圧を決定する内部指令信号を前記流量設定信号に基づいて生成するステップと、前記生成された内部指令信号に基づいて前記圧電素子に電圧を印加するステップとを含み、前記内部指令信号は、前記圧電素子の目標変位に対応する目標電圧を超える電圧をいったん印加してから前記目標電圧に近づくような信号として生成され、前記圧電素子への印加電圧はオープンループ制御される。
　本発明の実施形態によれば、パルス流量制御を適切に行うことができる流量制御装置および流量制御方法が提供される。
パルス流量制御における流量設定信号と実際のピエゾ変位とを示すグラフである。 本発明の実施形態による例示的な流量制御装置を示す図である。 （ａ）は補正なしの設定信号を用いた場合のピエゾ変位の出力、（ｂ）は補正した設定信号を用いた場合のピエゾ変位の出力を示す。 外部入力信号と、外部入力信号に基づいて生成されたクリープ現象抑制のための内部指令信号とを示すグラフである。 設定信号、ピエゾ素子に印加されるピエゾ駆動電圧、および、バルブ変位を示すグラフであり、（ａ）は、補正処理した内部指令信号を生成せずにバルブ駆動した場合、（ｂ）は補正処理した内部指令信号を用いてバルブ駆動した場合を示す。
　まず、本発明の実施形態にかかる流量制御装置の概要について説明する。上述したように、従来、変位センサの出力に基づいて開度を調節するように構成されたピエゾバルブが知られており、このようなピエゾバルブは、応答性が非常に高いので、パルス流量制御を行うために好適に用いられている。ただし、大流量化への対応等のためには、変位センサを用いることなく、ピエゾバルブによってパルス流量制御を行うことができれば有利である。
　このように変位センサを用いない場合、フィードバック制御による開度調整はできないので、設定信号に基づいてオープンループ制御（フィードフォワード制御）でバルブ開度制御を行うことが想定される。そして、この場合には、実際のピエゾ変位を測定する手段がないので、クリープ現象を抑制することは困難であると考えられる。そこで、本願発明者は、例えば１０Ｈｚ程度の連続周期信号によるパルス流量制御を行う場合にも、有意なクリープ現象が生じて流量制御に悪影響を及ぼすかどうかについて鋭意検討を行った。
　なお、パルス流量制御ではなく、連続的な流れの流量制御を行うときには、従来の圧力式流量制御装置のように、絞り部上流側の上流圧力Ｐ１の測定結果に基づくコントロール弁のフィードバック制御を行えばよい。コントロール弁の開度調整による上流圧力Ｐ１の制御によって流量制御を行う場合、変位センサを用いて実際の弁開度を測定する必要はなく、また、クリープ現象についても考慮する必要はない。
　図１は、本発明者の実験によって得られた、１２．５Ｈｚでパルス的に流量設定信号ＳＦが与えられたときのバルブ変位ＳＶを示すグラフである。ピエゾ駆動電圧は０Ｖと１４０Ｖとを交互に繰り返している。図１からわかるように、１２．５Ｈｚという高周波駆動を行ったときにも、クリープ現象のために、実際のバルブ変位は、立ち上がり時にはいったん急上昇した後に緩やかに増加を続け、立下り時には急降下した後に緩やかに減少を続ける。特に、立下り直後において開度は２～３％にまでしか低下せず、その後、徐々に０％に近づいており、リークが発生することが確認できる。
　このようなクリープ現象が生じる場合、特にＡＬＤプロセスで求められるパルス流量制御においては流量制御が不適切なものになり得る。これは、ＡＬＤプロセスでは、ガス流量だけでなく、供給されるガスの体積（積分流量）も重要であり、クリープ現象を残したままでのガス供給では、ガス流量およびガス体積の双方において誤差が増大し、プロセスに不具合が発生するおそれがあるからである。
　以上の考察に基づいて、本願発明者は、高周波のパルス的な設定信号に基づいて流量制御を行うときにもピエゾバルブのクリープ現象を抑制することが極めて重要であることを認識した。そして、高精度の流量制御装置に必要と考えられていたフィードバック制御を用いずとも、ピエゾ素子に印加する電圧を適切に制御すれば、クリープ現象を抑制しながら、パルス流量制御を適切に実行し得ることを見出した。また、クリープ現象の特性自体は、多数回の開閉動作を行ってもそれほど変化しないことがわかり、したがって、オープンループ制御による駆動であっても、長期にわたってクリープ現象を抑制でき、パルス流量制御を長期間にわたり適切に実行し得ることがわかった。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
　図２は、本発明の実施形態による流量制御装置１００の構成を示す。流量制御装置１００は、ガスＧ０の流入側の流路１に設けられた圧力制御バルブ６と、圧力制御バルブ６の下流側に設けられた流量制御バルブ８と、圧力制御バルブ６の下流側かつ流量制御バルブ８の上流側の圧力Ｐ１を検出する第１（または上流）圧力センサ３と、圧力制御バルブ６の下流側に配置された絞り部２とを備えている。流量制御装置１００に供給されるガスＧ０は、材料ガス、エッチングガスまたはキャリアガスなど、半導体製造プロセスに用いられる種々のガスであってよい。
　本実施形態では、絞り部２は、流量制御バルブ８の上流側に配置されたオリフィスプレートによって構成されている。オリフィスプレートは、オリフィスの面積が固定されているので、開度が固定された絞り部として機能する。他の態様において、絞り部２は、流量制御バルブ８の近傍であれば、流量制御バルブ８の下流側に配置されていてもよい。
　本明細書において、「絞り部」とは、流路の断面積を、前後の流路断面積より小さく制限した部分であり、例えば、オリフィスプレートや臨界ノズル、音速ノズルなどを用いて構成されるが、他のものを用いて構成することもできる。また、本明細書において、絞り部には、バルブの弁座と弁体との距離を開度とする可変オリフィスに見立てたバルブ構造も含まれる。このようなバルブ構造は、開度が可変の絞り部として機能する。
　流量制御装置１００はまた、流量制御バルブ８の下流側の下流圧力Ｐ２を測定する第２（または下流）圧力センサ４と、圧力制御バルブ６の上流側の供給圧力Ｐ０を検出する流入圧力センサ５とを備えている。供給圧力Ｐ０は、ガス供給装置（例えば原料気化器やガス供給源等）からのガス供給量やガス供給圧を制御するために利用され、下流圧力Ｐ２は、後述する非臨界膨張条件下での流量測定のために用いられる。ただし、他の態様において、流量制御装置は、第２圧力センサ４および流入圧力センサ５を備えていなくてもよい。
　流量制御バルブ８の下流側は、下流弁（図示せず）を介して半導体製造装置のプロセスチャンバに接続されている。プロセスチャンバには真空ポンプが接続されており、典型的には、プロセスチャンバの内部が真空引きされた状態で、流量制御装置１００によって流量制御されたガスＧ１がプロセスチャンバに供給される。下流弁としては、例えば、圧縮空気により開閉動作が制御される公知の空気駆動弁（Ａｉｒ　Ｏｐｅｒａｔｅｄ　Ｖａｌｖｅ）や電磁弁等を用いることができる。
　本実施形態において、流量制御バルブ８は、弁座に当接および離隔するように配置されたダイヤフラムの弁体８ａと、弁体８ａを移動させるための圧電素子８ｂを含むピエゾアクチュエータとを備えるピエゾバルブによって構成されている。ピエゾアクチュエータとしては、例えばＮＴＫセラテック社等から販売されているものを利用することができる。ピエゾアクチュエータは、筒体に収容されスタックされた複数の圧電素子によって構成されていてもよいし、筒体に収容された単一の圧電素子によって構成されていてもよい。同様に、圧力制御バルブ６としてもピエゾバルブが好適に用いられる。
　流量制御装置１００は、第１圧力センサ３の出力に基づいて圧力制御バルブ６の開閉動作を制御する第１制御回路７を備えている。第１制御回路７は、外部から受け取った設定圧力と第１圧力センサ３の出力である上流圧力Ｐ１との差がゼロになるように圧力制御バルブ６をフィードバック制御するように構成されている。これにより、圧力制御バルブ６の下流側の上流圧力Ｐ１を設定値に維持することが可能である。
　また、流量制御装置１００は、流量制御バルブ８を制御する第２制御回路９を有している。なお、図２には、第１制御回路７と第２制御回路９とが別個に設けられた態様が示されているが、これらは一体的に設けられていてもよいことは言うまでもない。
　第１制御回路７および第２制御回路９は、流量制御装置１００に内蔵されたものであってもよいし、流量制御装置１００の外部に設けられたものであってもよい。第１制御回路７および第２制御回路９は、典型的には、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ（記憶装置）Ｍ、Ａ／Ｄコンバータ等によって構成され、後述する流量制御動作を実行するように構成されたコンピュータプログラムを含んでいてよい。第１制御回路７および第２制御回路９は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実現され得る。
　流量制御装置１００は、第１制御回路７および第２制御回路９を用いて、第１圧力センサ３が出力する上流圧力Ｐ１が設定値になるように圧力制御バルブ６を制御するとともに、流量制御バルブ８の圧電素子８ｂの駆動を制御することによって、流量制御バルブ８の下流側に流れる流体の流量を制御するように構成されている。
　流量制御装置１００では、開度が固定された絞り部２を流量制御の主要素として用いて圧力制御バルブ６によって上流圧力Ｐ１を制御することによって、従来の圧力式流量制御装置と同様に圧力による流量制御を行うことが可能である。さらに、圧力制御バルブ６を用いて上流圧力Ｐ１を一定に保ちながら流量制御バルブ８の開度制御を行うことによって、より応答性高くガス流量を制御することが可能である。
　開度が固定された絞り部２を流量制御の主要素として用いる流量制御は、比較的長い期間にわたり流量制御を設定値に維持する連続的な流れの制御に好適である。一方、開度が固定された絞り部２の最大設定流量未満の流量で流量制御バルブ８の開度により流量が決まるような流量制御、すなわち、流量制御バルブ８を可変オリフィス（開度が可変である絞り部）として用いるような流量制御は、断続的な流れの制御に好適である。
　ここで、連続的な流れの制御とは、流体の流れが継続するときの流体の制御を広く意味しており、例えば１００％流量で流体が流れている状態から５０％流量で流体が流れている状態に変更される場合なども含み得る。また、開度が固定された絞り部２を用いて連続的な流れの制御を行うときには、流量制御バルブ８は全開（最大開度）とするか、あるいは、少なくとも開度が固定された絞り部２の開度よりも大きい開度に維持することが好適である。
　また、断続的な流れの制御とは、典型的には、パルス流量制御である。ただし、一定間隔での周期的な開閉制御に限らず、不定期に行うパルス的な開閉制御や、パルスの振幅が一定でなく変動するような開閉制御も含まれ、また、パルス幅が変動するような開閉制御も含まれる。
　流量制御装置１００は、連続的な流れの制御を行うとき、臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２≧約２（Ｐ１：上流圧力、Ｐ２：下流圧力、約２はアルゴンガスの場合）を満たすとき、絞り部２または流量制御バルブ８を通過するガスの流量が、下流圧力Ｐ２によらず上流圧力Ｐ１によって決まるという原理を利用して流量制御を行うことができる。
　臨界膨張条件を満たすとき、流量制御バルブ８の下流側の流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ１・Ａｖ・Ｐ１（Ｋ１は流体の種類と流体温度などに依存する定数）によって与えられる。流量Ｑは、上流圧力Ｐ１および流量制御バルブ８の弁開度Ａｖに概ね比例するものと考えられる。また、第２圧力センサ４を備える場合、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差が小さく、上記の臨界膨張条件を満足しない場合であっても流量を算出することができ、各圧力センサによって測定された上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２に基づいて、所定の計算式Ｑ＝Ｋ２・Ａｖ・Ｐ２m（Ｐ１－Ｐ２）n（ここでＫ２は流体の種類と流体温度に依存する定数、ｍ、ｎは実際の流量を元に導出される指数）から流量Ｑを算出することができる。なお、流量制御バルブ８を全開に開いたときなど、流量制御バルブ８の流路断面積が絞り部２の流路断面積よりも大きい条件下では、絞り部２の流路断面積も考慮した固定の比例係数Ｋ１’、Ｋ２’を用いて、Ｑ＝Ｋ１’・Ｐ１またはＱ＝Ｋ２’・Ｐ２m（Ｐ１－Ｐ２）nに基づいて流量を演算により求めることができる。そして、圧力測定結果から演算した流量と設定流量との差が０に近づくように圧力制御バルブ６の開度をフィードバック制御することによって任意の設定流量でガスを流すことができる。
　一方、パルス流量制御を行う場合、流量制御装置１００は、圧力制御バルブ６を用いて上流圧力Ｐ１を一定に保ったまま、流量制御バルブ８のパルス的な開閉動作を行う。パルス的に供給されるガスの流量は、上流圧力Ｐ１の大きさと、流量制御バルブ８の開時の設定開度とによって決定される。上流圧力Ｐ１が大きいほど、流量制御バルブ８が同じ開度で開いているときにも、より多くのガスが流れる。したがって、上流圧力Ｐ１と流量制御バルブ８の開時の設定開度とを任意に設定することで、広い流量制御範囲にわたってパルス的なガス供給を行うことができる。
　ここで、本実施形態においては、流量制御バルブ８の開度制御を、従来のように変位センサによるフィードバック制御で行うのではなく、入力された設定流量信号から圧電素子８ｂへの印加電圧を規定する内部指令信号を生成し、これに基づいて流量制御バルブ８をオープンループ制御することによって行う。以下、具体的に説明する。
　図３（ａ）および（ｂ）は、流量制御バルブ（ピエゾバルブ）８へのピエゾ電圧設定信号ＳＳと、変位センサ（具体的にはピエゾ素子に固定した歪ゲージ）を用いて測定したピエゾ変位（歪出力）ＳＰとの関係を示すグラフである。図３（ａ）は、設定信号を補正なしで入力した場合を示し、図３（ｂ）は、ピエゾ電圧立ち上げ時および立ち下げ時の初期期間に超過の電圧を印加するように補正した信号を入力した場合を示す。
　図３（ａ）および（ｂ）では、比較的長期間の信号（オン期間が約２秒）が示されている。ここで、設定信号ＳＳは、例えば、１００ｍｓｅｃごとに更新するように設計されている。図３（ｂ）においては、この制約のもと、流量の立ち上げ直後の１００ｍｓｅｃの期間において９Ｖを追加した１４９Ｖの設定電圧とし、その後の期間は１４０Ｖの設定電圧とし、また、流量の立ち下げ直後の１００ｍｓｅｃの期間において－９Ｖを追加した－９Ｖの設定電圧とし、その後の期間は０Ｖの設定電圧とする信号に補正されている。
　図３（ａ）と図３（ｂ）とを比較してわかるように、立ち上げ初期および立ち下げ初期（すなわち、過渡直後）の所定期間において、所定の超過電圧を追加することによって、ピエゾ変位ＳＰに変化がみられ、クリープ現象が抑制されていることが確認できる。したがって、変位センサを用いてフィードバック制御を行わなくても、信号補正によってクリープ現象を抑制し、所望の開度調整を実行し得ることがわかる。
　ただし、上記のように設定信号を補正してピエゾ素子の制御回路に入力する場合、その設定に制約が課される場合もある。このため、入力された設定信号から、これに対応する内部指令信号を生成し、この信号に基づいてピエゾバルブを駆動することが考えられる。
　図４は、設定信号に基づくピエゾ電圧の外部入力信号ＳＥから生成された内部指令信号ＳＩの一例を示すグラフである。この例では、微分動作を用いた信号処理がなされており、これによって、立ち上げ時には目標電圧（ピエゾの目標変位に対応する電圧）Ｖ０を超過する電圧Ｖ１（ここでは目標電圧Ｖ０よりも大きい電圧Ｖ１）がいったん印加され、その後、目標電圧Ｖ０に近づく電圧が印加されるように内部指令信号ＳＩが生成されている。同様に、立ち下げ時には、目標電圧Ｖ０’を超過する電圧Ｖ１’（ここでは、目標電圧Ｖ０’よりも小さい電圧Ｖ１’）がいったん印加され、その後、目標電圧Ｖ０’に近づく電圧が印加されるように内部指令信号が生成されている。
　微分動作を用いた信号処理において、過渡期直後に印加する超過電圧の最大値や時間変化は、高さ成分の定数および時間成分の定数によって変化し、制御関数に含まれるこれらの定数を適宜設定することによって内部指令信号ＳＩ（またはピエゾ駆動電圧）の信号波形を任意に調整することができる。したがって、制御されるピエゾバルブで生じるクリープ現象に適合するように、最初に適切な定数を選択して制御関数を決定すれば、その後はオープンループ制御であっても適切にクリープ現象を抑制することができる。また、微分動作を用いることによって、急峻な加速度でのピエゾバルブの駆動が抑制され、より滑らかなバルブ駆動が行われる。このため、多数回の高周波での開閉動作を繰り返したときの故障発生リスクを軽減することができる。
　図４に示す信号において、周期は約５０ｍｓｅｃであり、信号周波数は約２０Ｈｚである。このような周波数が比較的高い信号においても、クリープ現象の抑制に効果的な内部指令信号を容易に生成することができる。本実施形態におけるピエゾバルブの駆動方式は、例えば、パルス流量制御を行うために、設定信号として例えば１～１００Ｈｚ、特には５～５０Ｈｚの連続周期信号が与えられたときに好適に適用される。このような方式によれば、クリープ現象を抑制しながら所望のガス流量およびガス体積でのパルスガス供給を行うことができる。
　図５（ａ）は、図４に示したような補正処理した内部指令信号を生成せずに設定信号に基づいてバルブ駆動した時のバルブ変位を示すグラフであり、図５（ｂ）は補正処理した内部指令信号を生成し、これを用いてバルブ駆動した時のバルブ変位を示すグラフである。
　図５（ａ）と図５（ｂ）を比較してわかるように、同じ設定信号ＳＳが与えられたときにも、補正処理した内部指令信号を用いる場合、ピエゾ駆動電圧ＶＰとしては、いったん目標電圧を超えた電圧が印加され、その後、目標電圧に近づくように駆動電圧が制御される。このような駆動電圧の制御により、バルブ変位信号ＳＶは水平になる、すなわち、クリープ現象が抑制されており、オン期間およびオフ期間の双方において、ピエゾバルブの適切な開度維持が実現されている。したがって、変位センサを用いたフィードバック制御を行うことなく、駆動電圧のオープンループ制御によって、適切なパルスガス供給を行うことができる。
　なお、上記には、微分動作を用いた信号補正を行う態様を説明したが、立ち上げ時および立ち下げ時に超過電圧を印加することができる限り、種々の信号補正処理によってクリープ現象を抑制するための内部処理信号が生成されてもよい。また、信号補正処理に用いる制御関数は、目標流量（または目標駆動電圧）の大きさに応じて適宜変更されてもよい。目標流量の大きさによってクリープ現象の程度が異なる場合、適合する内部処理信号を生成することが好適である。このために、目標流量と内部処理信号のパラメータとの関係を示すテーブルをメモリに格納しておき、流量制御時には、読み出した適切なパラメータに従って内部処理信号を生成するようにしてもよい。これにより、各流量においてクリープ現象をより適切に抑制し得る。
　以上、本発明の実施形態を説明したが種々の改変が可能である。例えば、図２に示した流量制御装置１００とは異なり、開度が固定された絞り部２を、流量制御バルブ８の下流側に設けてもよい。また、開度が固定された絞り部２と、流量制御バルブ８との間に第３圧力センサをさらに設け、連続的な流れの制御を行うときには第３圧力センサの出力に基づいて流量制御を行うようにしてもよい。
　また、本発明の実施形態による流量制御装置において、流量制御バルブは、ノーマルクローズ型に限られずノーマルオープン型のピエゾバルブであってもよく、この場合にも、流量制御バルブに印加する駆動電圧を、過渡期の超過電圧を含む内部指令信号に基づいて制御することによって、良好な精度および応答性で流量制御を行うことが可能である。さらに、開度が固定された絞り部２としてオリフィスプレートを用いる場合、上記の流量制御バルブ８とオリフィスプレートとは、公知のオリフィス内蔵弁の態様で一体的に設けるようにしてもよい。オリフィス内蔵弁として設ける場合、流量制御バルブ８の取り付け用の穴部に、オリフィスプレートおよび弁座体が配置され、その上方に流量制御バルブ８のバルブ本体（弁体やアクチュエータなど）が固定される。このようにすれば、オリフィスプレートと流量制御バルブ８の弁体とを近接して配置してこれらの間の容積を小さくすることができ、流量制御の応答性を向上させることができる。
　また、図２に示した流量制御バルブ８を、上流の圧力制御バルブ６や絞り部２と組み合わせずに単体で用いて、高速サーボ型の流量制御装置を構成することもできる。
　本発明の実施形態による流量制御装置および流量制御方法は、例えば半導体製造装置や化学プラント等において利用され、ＡＬＤプロセスなどのパルス流量制御が求められる用途において好適に利用される。
　１　流路
　２　絞り部
　３　第１圧力センサ
　４　第２圧力センサ
　５　流入圧力センサ
　６　圧力制御バルブ
　７　第１制御回路
　８　流量制御バルブ
　８ａ　弁体
　８ｂ　圧電素子（ピエゾアクチュエータ）
　９　第２制御回路
　１００　流量制御装置

Claims (5)

  1. 　弁体および前記弁体を移動させるための圧電素子を有する流量制御バルブと、
    　前記流量制御バルブの動作を制御する制御回路と
    　を備え、
    　前記制御回路は、パルス的な流体供給を行うために、パルス的な流量設定信号が与えられたとき、前記圧電素子の目標変位に対応する目標電圧を超える電圧をいったん印加してから前記目標電圧に近づくようにして前記圧電素子への印加電圧をオープンループ制御するように構成されている、流量制御装置。
  2. 　前記制御回路は、前記流量設定信号が示す目標流量に応じて、前記圧電素子への印加電圧の制御関数を変更するように構成されている、請求項１に記載の流量制御装置。
  3. 　前記パルス的な流量設定信号が１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の周波数を有する連続周期信号である、請求項１または２に記載の流量制御装置。
  4. 　前記流量制御バルブの上流側に設けられた圧力制御バルブと、
    　前記圧力制御バルブの下流側かつ前記流量制御バルブの上流側の圧力を測定する圧力センサと、
    　開度が固定された絞り部と
    　をさらに備え、
    　連続的な流れの制御を行うときには、前記開度が固定された絞り部を用いて前記圧力センサの出力に基づいて流量制御を行い、パルス的な流れの制御を行うときには、前記流量制御バルブを開度変更可能な絞り部として用いて流量制御を行うように構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の流量制御装置。
  5. 　弁体と前記弁体を移動させるための圧電素子とを有する流量制御バルブを備える流量制御装置において行われる流量制御方法であって、
    　パルス的な流体供給を行うためのパルス的な流量設定信号を受け取るステップと、
    　前記パルス的な流量設定信号を受け取ったときに、前記圧電素子に印加する電圧を決定する内部指令信号を前記流量設定信号に基づいて生成するステップと、
    　前記生成された内部指令信号に基づいて前記圧電素子に電圧を印加するステップと
    　を含み、
    　前記内部指令信号は、前記圧電素子の目標変位に対応する目標電圧を超える電圧をいったん印加してから前記目標電圧に近づくような信号として生成され、前記圧電素子への印加電圧はオープンループ制御される、流量制御方法。
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