具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路.pdf

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1、10申请公布号CN102016740A43申请公布日20110413CN102016740ACN102016740A21申请号200980114746222申请日20090218200811547920080425JPG05D7/0620060171申请人株式会社富士金地址日本大阪府72发明人杉田胜幸池田信一西野功二土肥亮介平田薰中谷贵纪74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人李娜王忠忠54发明名称具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路57摘要本发明提供一种具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用压电元件驱动电路。在具备流量自身诊断功能的压。

2、力式流量控制装置的压力控制阀用压电元件驱动电路5中，与控制部的驱动电路并联地设置用于使控制阀高速关闭的关闭电路8，通过使流量自身诊断时的阀的关闭时间延迟减少，在流量自身诊断时获得高精度的诊断结果。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010102586PCT申请的申请数据PCT/JP2009/0006472009021887PCT申请的公布数据WO2009/130835JA2009102951INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图5页CN102016750A1/1页21一种具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路，将预。

3、先测定并存储的初始压力下降特性数据、与和所述初始压力下降特性的测定在相同条件下测定的流量诊断时的压力下降特性数据进行对比，从两种特性数据的差异，检测流量控制的异常，其特征在于，与控制阀的驱动电路并联地设置用于使控制阀高速关闭的关闭电路。2根据权利要求1所述的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路，其特征在于，将压力控制阀用驱动电路设计成使压电元件驱动型压力控制阀工作的压力控制阀用压电元件驱动电路，并且将用于使控制阀高速关闭的关闭电路设计成根据来自所述中央处理装置的高速降压指令信号，通过高速降压指令电路使施加于所述压电元件的压电元件驱动电压快速地放电降压的第二放电电路。3。

4、根据权利要求2所述的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路，其特征在于，由低电阻和开关元件的串联电路形成第二放电电路，所述开关元件由通过高速降压指令信号的输入而导通的高速降压指令电路构成。4根据权利要求2或3所述的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路，其特征在于，与第二放电电路并联地设置第一放电电路，该第一放电电路根据来自压力式流量控制装置的中央处理装置的降压指令信号，通过降压指令电路使施加于压电元件的压电元件驱动电压放电降压。5根据权利要求4所述的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路，其特征在于，由高电阻和开关元件的。

5、串联电路形成第一放电电路，所述开关元件由通过降压指令信号的输入而导通的降压指令电路构成。6根据权利要求24中任一个所述的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路，其特征在于，将第二放电电路的时间常数设定为03MSEC以下。权利要求书CN102016740ACN102016750A1/7页3具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路技术领域0001本发明涉及在半导体、化学品、药品、精密机械部件等的制造中使用的气体等的压力式流量控制装置的改良，即涉及压力控制阀用驱动电路，该压力控制阀用驱动电路以使用压力式流量控制装置所具备的流量自身诊断功能来检测节流孔的堵。

6、塞、裂缝、腐蚀等引起的形状的变化时，能够经常以高精度进行稳定的检测的方式形成。背景技术0002压力式流量控制装置能够以将压电元件驱动型压力控制阀和节流孔组合后的简单的机构，高精度地控制气体等各种流体的流量，在半导体制造装置等领域中压力式流量控制装置被大量实用。0003另外，由于该压力式流量控制装置以利用节流孔，通过压力控制阀的开闭控制调节其上游侧的气体压力而进行流量控制的方式形成，所以，需要经常监视所谓节流孔的筛眼堵塞等。因此，具有对被称为所谓流量自身诊断或者筛眼堵塞检测的节流孔的堵塞、裂缝、腐蚀等引起的形状的变化程度进行自身诊断的功能。0004图5是表示现有的具备流量自身诊断功能的压力式流量。

7、控制装置的一个例子。即，向运算处理装置CPU输入由压力检测器P1及温度检测器T1检测出的压力控制阀1和节流孔2之间的管路3内的气体压力及气体温度，在此，运算流通节流孔2的气体流量QC的同时，运算设定流量QS和运算流量QC之间的差流量Q，向压电元件驱动部1A输入与该差流量Q对应的控制信号S，在所述差流量Q成为零的方向，压力控制阀1被开闭控制。0005而且，当在压力式流量控制装置的使用中由于节流孔2的堵塞等导致节流孔孔径发生变化时，则招致图5中的配管路3内的压力下降特性发生变化，因此，在将压力式流量控制装置供实际使用之前即，工厂出货前，测量其压力下降特性并作为初始值存储于存储装置M，通过将该初始值。

8、与使用中的诊断时的压力下降特性的测定值进行对比，能够判断流量控制的异常的有无。即，可以说，流量自身诊断是对节流孔2的堵塞、裂缝、腐蚀等引起的形状变化所导致的控制流量异常的有无，进行自身诊断。0006更具体地说，参照图5，首先，在压力式流量控制装置FCS的上市之前，向压力式流量控制装置FCS的压电元件驱动型压力控制阀1供给流量自身诊断用的气体通常为N2气体，另外，将压力式流量控制装置FCS的设定流量QS设定为100流量，并且将存储装置M设定为工作状态初始值存储信号的设定。另外，此时，在控制流量设定流量QS为某阈值以下的情况下，当然气体供给压力不足的报警器AL会发出信号。0007接着，将压电元件驱。

9、动型压力控制阀1迅速地完全关闭，并且按每一规定时间测量压力检测器P1的检测压力和时间的数据，将其存储在存储装置M初始值数据的存储。0008在使用中的压力式流量控制装置FCS进行流量自身诊断时，首先，向压电元件说明书CN102016740ACN102016750A2/7页4驱动型压力控制阀1供给与初始值数据存储时所使用的气体相同的气体，同时，将其设定流量QS设定为100流量。另外，此时，在控制流量设定流量QS为某阈值以下的情况下，当然气体供给压力不足的报警器AL会发出信号。0009接着，将压电元件驱动型压力控制阀1迅速地完全关闭，并按每一规定时间测量此时的配管路3内的检测压力时间的数据，并且在运。

10、算处理装置CPU中，和预先存储在存储装置M的初始值数据相比较，当两者间的差异比设定值大时，作为诊断结果异常，向报警器发出信号。另外，在图5中，E为电源电压。0010但是，在压力式流量控制装置FCS的压电元件驱动型压力控制阀1中，多利用具备压电元件驱动部的常闭型金属膜片阀，对压电元件驱动部1A的压电元件施加驱动电压，其全长伸长，由此，对抗弹性体的弹力而使阀棒提升，进而使阀开启。另外，当除去施加于压电元件的电压时，压电元件的长度复原为初始的长度尺寸，基于弹性体的弹力而使阀棒下降，由此使阀关闭日本特开2005149075。0011其结果，由于除去施加于压电元件的电压的速度以下称为压电元件驱动电压的下。

11、降延迟，必然地会在从阀的全开至全闭的时间上产生偏差，压力下降特性的测定中最初的采样点的时间位置采样开始时刻发生变动，从而正确的压力下降特性的测定成为困难。另外，压电元件的行程变位量、压电元件驱动电压、阀体的外径越大，则该元件驱动电压的下降延迟对压力下降特性带来的影响就变得越大，另外，诊断的采样时间变得越小，则压电元件驱动电压的下降延迟给压力下降特性带来的影响就变得越大。0012图6是表示现有的压力式流量控制装置株FUJIKIN制FCS型的压力下降特性的一个例子，由此，得知气体供给压力KPAG越下降，即便是相同的压力式流量控制装置，压力下降特性曲线也越向上方移动。0013另外，图7是调查了气体供。

12、给压力的变动引起的压力下降特性的变化对诊断结果带来的影响的图。0014一般地，在常闭型的压电元件驱动型压力控制阀1中，供给压力低的情况与供给压力高的情况相比，压电元件电压变高，压力控制阀的关闭时间容易延迟日本特开2005149075号。其结果，当供给压力变低时，压电元件驱动电压就上升，则压力控制阀的关闭时间延迟就变长，如图7所示，诊断结果会向正侧变动。0015图8是表示现有的压电元件型压力控制阀的压电元件驱动电路的结的方框图。从压力式流量控制装置FCS的运算処理装置CPU，通过场效应晶体管FET1、电感器L、二极管D从供给电源向压电元件电容量C供给驱动电压。0016具体而言，当根据升压指令信号。

13、，场效应晶体管FET2变为ON时，在电感器L上感应电压，其后，当场效应晶体管FET2变为OFF时，电感器L内的感应电压叠加到驱动电压上，叠加了该感应电压的电压作为压电元件驱动电压施加充电于压电元件电容器。另外，在继续升压的情况下，反复执行所述升压用场效应晶体管FET2的ONOFF。0017另外，通过向该压电元件的充电，压电元件的全长会伸长，压力控制阀就变为开阀。0018另一方面，在使压力控制阀完全关闭的情况下，通过降压指令信号的输入使降压用场效应晶体管FET3为ON，由此，压电元件电容器的充电电压被放电。因此，说明书CN102016740ACN102016750A3/7页5压电元件缩小，压力控。

14、制阀依靠弹簧弹性力成为闭阀。0019专利文献1日本特开平8338546号公报0020专利文献2日本特开2000137528号公报0021专利文献3日本特开2005149075号公报0022如上所述，在现有的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置中，在流量自身诊断时关闭压电驱动型压力控制阀，进行压力下降特性的测定。0023但是，在此时测定的压力下降特性，有时当供给气体压力、压电驱动电压的大小发生变化时，特性曲线的形态发生变化，或者即便为完全相同条件下的测定，压力下降特性曲线也发生变动，以使用开始前初始时和诊断时的压力下降特性曲线的对比为基础的流量控制的自身诊断中，存在不能迅速地进行高精度的诊断。

15、的问题。发明内容0024本发明主要目的在于，为了解决现有的流量控制异常的诊断，即在节流孔的堵塞、裂缝、腐蚀等引起的形状的变化造成的流量控制异常的自身诊断中的如上所述的问题，即，由于当供给气体压力、压电驱动电压的大小发生变化时，不能稳定的获得正确的压力下降特性曲线，所以，无法解决不能进行高精度诊断这样的问题，提供一种具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用压电元件驱动电路，其通过大幅度地缩短向具备压电元件驱动部的压力控制阀供给全闭信号之后，到全闭的时间延迟即从阀的全开向全闭的切换时间，无论供给气体压、元件驱动电压的高低，都能够经常获得稳定的压力下降特性曲线，因此，能够以高精度对流量。

16、控制的异常节流孔的堵塞、裂缝、腐蚀等引起的形状的变化进行诊断。0025本发明的第一方面提供一种具备流量自身诊断功能的压力控制装置的压力控制阀用驱动电路，其基本构成为，将预先测定并存储的初始压力下降特性数据、与和所述初始压力下降特性的测定在相同条件下测定的流量诊断时的压力下降特性数据进行对比，从两种特性数据的差异，检测流量控制的异常，其中，与控制阀的驱动电路并联地设置用于使控制阀高速关闭的关闭电路。0026本发明的第二方面在第一方面的基础上，将压力控制阀用驱动电路设计成使压电元件驱动型压力控制阀工作的压力控制阀用压电元件驱动电路，并且将用于使控制阀高速关闭的关闭电路设计成根据来自所述中央处理装置。

17、的高速降压指令信号，通过高速降压指令电路使施加于所述压电元件的压电元件驱动电压快速地放电降压的第二放电电路。0027本发明第三方面在第二方面的基础上，由低电阻和开关元件的串联电路形成第二放电电路，所述开关元件由通过高速降压指令信号的输入而导通的高速降压指令电路构成。0028本发明第四方面在第二或第三方面的基础上，与第二放电电路并联地设置第一放电电路，该第一放电电路根据来自压力式流量控制装置的中央处理装置的降压指令信号，通过降压指令电路使施加于压电元件的压电元件驱动电压放电降压。0029本发明第五方面在第四方面的基础上，由高电阻和开关元件的串联电路形成第一放电电路，所述开关元件由通过降压指令信号。

18、的输入而导通的降压指令电路构成。说明书CN102016740ACN102016750A4/7页60030本发明第六方面的发明在第二、第三或第四方面的基础上，将第二放电电路的时间常数设定为03MSEC以下。0031本发明中，具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压力控制阀用驱动电路中，由于与控制阀驱动电路并联地设置有用于使控制阀高速关闭的关闭电路，因此，能够在自身流量诊断时将压力控制阀快速地从全开向全闭切换，大幅地缩短压力式控制阀的闭阀延迟时间。由此，能够以高精度且稳定地进行流量自身诊断时的压力下降特性的测定，流量自身诊断的诊断结果也成为高精度。0032特别是，在将具备压电元件驱动部的压力控。

19、制阀作为对象的压力控制阀用压电元件驱动电路中，构成为与压电元件驱动用电压的供给电路并联地设置有第一放电电路，其通过降压指令信号的输入，通过降压指令电路使施加于压电元件的压电元件驱动电压放电降压；以及第二放电电路，其通过高速降压信号的输入，通过高速降压指令电路使施加于压电元件的压电元件驱动电压快速地放电降压，平常的流量控制是通过所述第一放电电路使压电驱动电压下降而进行，或者，在流量自身诊断时，通过所述第二放电电路使压电驱动电压快速地放电降压，由此，平常的流量控制能够顺畅稳定地进行，并且，在自身流量诊断时能够使压电元件驱动型压力控制阀快速地从全开切换成全闭。其结果，压力式控制阀的闭阀延迟时间被大幅。

20、地缩短，由此，能够高精度且稳定的状态下进行流量自身诊断时的压力下降特性的测定，并且也能够获得高精度且稳定的流量自身诊断的诊断结果。附图说明0033图1是表示本发明的压电元件驱动电路的电路结构的方框图；0034图2是表示本发明的具备压电元件驱动部的压力式流量控制装置的压力下降特性的方框图；0035图3是表示本发明的具备压电元件驱动部的压力式流量控制装置的流量自身诊断结果的供给压力依存特性的方框图；0036图4A是表示使用现有的压电驱动部的情况和使用本发明的压电驱动部的情况的压力控制阀的开闭速度特性的方框图、B为图A的局部放大图；0037图5是表示现有的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的基。

21、本结构的方框图；0038图6是表示给压力式流量控制装置FCS的压力控制阀1的气体供给压力不同的情况的压力下降特性的图；0039图7是表示供给压力与流量异常的流量诊断结果的关系的方框图；0040图8是表示现有的压电元件驱动电路结构的方框图。0041符号说明00421压力控制阀00431A压电元件驱动部00442节流孔00453配管路00464压电元件说明书CN102016740ACN102016750A5/7页700475压电元件驱动电路00486升压指令电路00497降压指令电路00508高速降压指令电路00519压电电压信号反馈电路005210CPU运算处理装置00531116输入端子005。

22、41718向压电元件的输出端子0055FCS压力式流量控制装置0056E电源0057M存储装置0058QC运算流量0059QS设定流量0060QQSQC0061S控制信号0062P1压力检测器0063T1温度检测器。具体实施方式0064下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的压电元件驱动电路的电路结构的方框图，图1中，4为压电元件、5为压电元件驱动电路、6为升压指令电路、7为降压指令电路、8为高速降压指令电路、9为升压用电压供给电路、10为压力式流量控制装置的运算装置CPU。另外，E为电源、1116为各输入端子、17及18为向压电元。

23、件4的输出端子。0065上述压电元件4本身具有电容器结构，在本实施例中，其静电电容量为57F，输入端子17、18之间的全电容量为电路结构上67F。0066本发明涉及的压电元件驱动电路5，由上述升压指令电路6、降压指令电路7、高速降压指令电路8、升压用电压供给电路9等构成，通过端子17、18向压电元件4供给压电元件驱动电压。0067另外，从压力式流量控制装置的运算处理装置CPU10分别向端子11输入输入电压、向端子12输入升压指令信号、向端子13输入降压指令信号，进而，在流量自身诊断流量异常诊断时时，向端子14输入高速降压指令信号。0068即，当从CPU向端子12输入被脉冲幅度控制的升压指令信号。

24、，升压指令电路6的场效应晶体管FET2变为ON时，利用来自端子11的输入电压在升压电压供给电路9的电感器L上感应电动势。另外，场效应晶体管FET2变为OFF时，上述电感器L的感应电动势叠加于来自输入端子11的电源电压上，并从输出端子17施加给压电元件4。另外，在增加向压电元件4的施加电压的情况下，调整向端子12的升压指令信号的脉冲宽度、脉冲数，改变电感器L的感应电动势的大小、该叠加次数，由此使施加电压上升。说明书CN102016740ACN102016750A6/7页80069另外，相反地，减少施加电压的情况是，由CPU10向端子13输入降压指令信号，使降压指令电路7的场效应晶体管FET3变为。

25、ON，通过由电阻R1和降压指令电路7的场效应晶体管FET3的串联电路构成的第一放电电路，使压电元件4的施加电压充电电压放电。另外，在图1的实施例中，设定第一放电电路的时间常数R1C22K67F1474MSEC，压电元件驱动电压以较缓慢的速度降压。另外，从保持基于压电驱动电压的调整的流量控制的稳定性的点来看，优选的是，第一放电电路设定为50100MSEC。0070进而，在流量自身诊断时流量异常诊断时，当从中央处理装置CPU10向端子14输入高速降压指令信号时，高速降压指令电路8的场效应晶体管FET4变为ON，通过由电阻R2和高速降压指令电路8的场效应晶体管FET4的串联电路构成的第二放电电路，使。

26、压电元件4的施加电压充电电压放电。即，设定由高速降压指令电路8的晶体管和电阻R2构成的第二放电电路的时间常数为R2C4767F03MSEC，压电元件驱动电压急剧地下降。另外，优选的是，第二放电电路的时间常数越短越好，但是，最适合的是，设定在03MSEC以下。0071另外，通过减少将通常的流量控制、即基于压电元件驱动电压的调整的阀开度控制进行分担的降压指令电路7的第一放电电路的时间常数，并对删除了高速降压指令电路8即第二放电电路的电路结构也进行了其工作确认试验，但是，在此情况下，判明了稳定的流量控制时的压电元件驱动电压变得缺乏稳定性，在实用上产生控制困难的状态。因此，采用了在稳定的流量控制用的降。

27、压指令电路7之外，还并联设置了仅在流量自身诊断时使用的高速降压指令电路8的电路结构。0072图2是表示与适用于和现有相同的株FUJIKIN製FCS型压力式流量控制装置的情况的上述图6在相同的条件下，对本发明的压电元件驱动电路5进行了测定的压力下降特性。从图2表明，即使施加于压电元件驱动型压力控制阀1的气体供给压力发生变化，压力下降特性曲线也成为大致相同的形态，在自身流量诊断的开始时，使压力控制阀1从全开切换至全闭时的切换时间缩短即，使压电元件驱动电压的放电时间缩短，通过使压力控制阀1的关闭时间延迟减少，压力下降特性大幅度地变稳定。0073另外，由于所测定的压力下降特性变得稳定，必然地以压力下降。

28、特性的测定值为基础计算出的流量异常等的诊断结果也成为高精度，现有的图7所示的供给压力和诊断结果之间的关系成为如图3所示的状态。即，供给压力的变动带来的诊断结果的偏差得到大幅度地改善，即使供给压力发生变化，诊断结果的值也不会受到影响。0074另外，在图2的压力下降特性、图3的诊断结果和供给压力KPAG的关系的测定中使用的具备压电驱动部1A的压力式控制阀压电元件驱动式常闭型金属膜片阀1，由于与日本特开2005149075号中公开的阀具有同样的结构，因此，在此省略其详细的说明。0075图4A是表示压电元件驱动电压的放电状态的波形图，即分别表示曲线F为放电电路的时间常数RC为2K67F134MSEC的。

29、情况，另外，曲线N为放电电路的时间常数RC为4765F03MSEC的情况。0076另外，图4B为上述图4A的局部放大图，在设置了高速降压指令电路8的说明书CN102016740ACN102016750A7/7页9本发明的压电元件驱动电路5中，判明了阀关闭速度变得极为高速。0077进而，在上述实施方式中，虽然作为开关元件使用了场效应晶体管，当然也可以使用场效应晶体管以外的开关元件。对于控制阀的驱动部也同样，也可以为压电元件驱动部以外的驱动部、例如螺线管驱动部，另外，也可以为任何的压电元件的种类、结构。0078工业上的可利用性0079本发明涉及的具备流量自身诊断功能的压力式流量控制装置的控制阀用驱动电路，能够适用于其它的所有用途的控制阀，特别是最适合作为压电元件驱动式的高速开闭型流量压力自动控制阀的驱动电路。说明书CN102016740ACN102016750A1/5页10图1说明书附图CN102016740ACN102016750A2/5页11图2图3说明书附图CN102016740ACN102016750A3/5页12图4图5说明书附图CN102016740ACN102016750A4/5页13图6图7说明书附图CN102016740ACN102016750A5/5页14图8说明书附图CN102016740A。