JP7270988B2 - 流量制御装置および流量制御方法 - Google Patents

流量制御装置および流量制御方法 Download PDF

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Description

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、原料ガスやエッチングガス等の流体の流れを制御するために、種々のタイプの流量制御装置が利用されている。このような流量制御装置では、各種流体の流量を高精度に制御するために、流量測定部によって測定された流量と設定流量との偏差を解消するようにコントロール弁が制御される。圧力式流量制御装置は、例えば、流量測定部としての絞り部（例えばオリフィスプレートや臨界ノズル）と圧力センサとを組み合せた機構を有しており、各種流体の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は、例えば、特許文献１に開示されている。
圧力式流量制御装置のコントロール弁としては、ダイヤフラム弁体をピエゾアクチュエータによって開閉させる圧電素子駆動式バルブが用いられている。圧電素子駆動式バルブは、例えば、特許文献２に開示されている。
近年、圧力式流量制御装置は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）プロセスなどへの適用が求められており、このような用途では、高速な（周期が非常に短い）パルス状の設定流量信号にしたがってコントロール弁を開閉させて、流量の制御を行うことが要求されている。
特開２００４－１３８４２５号公報 特開２００７－１９２２６９号公報
パルス的な流量制御を行う用途では、従来よりも高速な弁の開閉動作が求められる。しかしながら、本願発明者は、従来の流量制御装置では、弁開閉の応答速度を高めることにも限界があり、パルス的な流量制御を好適に行えない場合があることを見出した。
特に、コントロール弁として圧電素子駆動式バルブを用いる場合、弁の開閉は、圧電素子への印加電圧の制御によって行われるが、立上り、立下り期間に設定流量と実際の流量に差が生じるため、パルス状の設定流量信号に従って圧電素子への印加電圧を制御しただけでは、所望のガス供給を行えない場合があった。また、コントロール弁の応答性は装置ごとにばらつきがあり、従来の方式では、装置によっては、安定したパルス流量制御が行えないおそれがあった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、パルス流量制御を行う場合などにも、好適に流量制御を行うことが可能な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、流路に設けられたコントロール弁と、前記コントロール弁によって制御された流体の流量を測定する流量測定部と、制御器とを備え、前記制御器は、前記流量測定部から出力された信号に基づく測定積分流量と目標積分流量とが一致するように前記コントロール弁の開閉動作を制御するように構成されている。目標積分流量は、例えば、入力された設定流量信号に基づいて決定される。
ある実施形態において、前記制御器は、前記流量測定部から出力された信号に基づいて前記測定積分流量を算出する算出部と、前記算出部で算出した前記測定積分流量と前記目標積分流量との差を求める比較部と、前記比較部で求められた前記差が所定範囲内になった時に前記コントロール弁の閉動作を開始する弁動作制御部とを含む。
ある実施形態において、前記算出部は、経過時間ごとに前記流量測定部から出力される信号に基づく流量から算出される積分流量を合計して前記測定積分流量を算出する。
ある実施形態において、前記流量測定部は、所定期間ごとに流量値を出力するように構成されており、前記制御器は、前記流量測定部から出力された流量値に基づいて、前記所定期間の積分流量の総和に対応する演算積分流量を算出する算出部と、前記目標積分流量から既知積分流量を減算した値と、前記算出部で算出された前記演算積分流量との差を求める比較部と、前記比較部で求められた前記差が所定範囲内になった時に前記コントロール弁の閉動作を開始する弁動作制御部とを含む。
ある実施形態において、前記制御器は、入力された設定流量信号と前記流量測定部から出力された信号との差の総和である積分流量差を算出する差分算出部と、前記差分算出部の出力が所定値または所定範囲内に収束したか否かを判定する判定部と、前記差分算出部の出力が収束したと前記判定部が判定したときに前記コントロール弁の閉動作を開始する弁動作制御部とを含む。
ある実施形態において、前記測定積分流量は、前記流量測定部から出力された信号から求められる演算積分流量と、前記コントロール弁を閉止した後の流量立ち下げ期間における既知積分流量とを含み、前記制御器は、前記目標積分流量から前記既知積分流量を減じた値に前記演算積分流量が達したタイミングで、前記コントロール弁の閉止を開始するように構成されている。
ある実施形態において、前記流量測定部は、前記コントロール弁の下流側に設けられた絞り部と、前記コントロール弁と前記絞り部との間の圧力を測定する圧力センサとを備え、前記圧力センサの出力に基づいて前記絞り部の下流側の流量を測定するように構成されている。
ある実施形態において、前記コントロール弁の閉止の動作は、一次遅れ制御によって行われる。
ある実施形態において、前記コントロール弁は、ノーマルクローズ型の圧電素子駆動式バルブである。
ある実施形態において、前記制御器には、設定流量信号として矩形波の連続パルス信号が入力される。
ある実施形態において、前記制御器は、流量立ち上げ期間において、設定流量信号に基づく内部指令信号としてのランプ制御信号と前記流量測定部から出力された信号との差の総和である積分流量差を算出する差分算出部を有し、前記差分算出部の出力に基づき、前記ランプ制御信号における傾きを途中で変化させる
。
ある実施形態において、前記ランプ制御信号の傾きを、５００ｍｓｅｃで１００％流量に達するときの傾きである第１の傾きから、３００ｍｓｅｃで１００％流量に達するときの傾きである第２の傾きに変化させる。
本発明の実施形態による流量制御方法は、流路に設けられたコントロール弁と、前記コントロール弁によって制御された流体の流量を測定する流量測定部とを備えた流量制御装置を用いて行われ、目標積分流量から前記コントロール弁を閉止した後の流量立ち下げ期間における既知積分流量を減じた値に前記流量測定部から出力された信号から求められる演算積分流量が達したタイミングで、前記コントロール弁の閉止を開始する工程を含む。
本発明の実施形態によれば、パルス的な流量制御を行うときにも、適切にガス供給を行うことができる。
本発明の実施形態による圧力式流量制御装置の構成を示す模式図である。 設定流量信号と制御流量信号とを示す図である。 （ａ）は設定流量信号と、制御流量信号とのずれを説明するための図であり、（ｂ）は、圧電素子駆動式バルブの駆動電圧と、ピエゾアクチュエータの変位（ストローク）との関係を示す図である。 本発明の実施形態におけるパルス流量制御の動作を説明するための図である。 図４に示した信号を説明するための図であり、（ａ）は設定流量信号に基づく目標積分流量を示し、（ｂ）は演算積分流量および既知積分流量を示す。 本発明の実施形態におけるパルス流量制御の動作を行う制御器の例示的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるパルス流量制御の動作を行う例示的な制御フロー示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるパルス流量制御の動作を行う制御器の例示的な構成を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態におけるパルス流量制御の動作を説明するための図である。 流量立下げ時の一次遅れ制御を説明するための図である。 本発明の実施形態におけるパルス流量制御の動作を行う制御器の例示的な構成を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態における流量立ち上げ期間における流量制御を説明するための図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態による流量制御装置１００の構成を示す図である。流量制御装置１００は、圧力式流量制御装置であり、ガス供給装置から供給されたガスＧの流路１に設けられた絞り部２と、絞り部２の上流側に設けられた上流圧力センサ３および温度センサ５と、絞り部２の下流側に設けられた下流圧力センサ４と、上流圧力センサ３の上流側に設けられたコントロール弁６とを備えている。
上流圧力センサ３は、コントロール弁６と絞り部２との間の流体圧力である上流圧力Ｐ1を測定することができ、下流圧力センサ４は、絞り部２と下流弁９との間の流体圧力である下流圧力Ｐ2を測定することができる。
流量制御装置１００はまた、上流圧力センサ３および下流圧力センサ４の出力などに基づいてコントロール弁６の開閉動作を制御する制御器７を備えている。制御器７は、外部制御装置１２から受け取った設定流量と、上流圧力センサ３および下流圧力センサ４の出力から演算により求めた演算流量とを比較し、演算流量が設定流量に近づくようにコントロール弁６を制御するように構成されている。
流量制御装置１００は、図示する態様とは異なり、下流圧力センサ４を備えていなくてもよい。この場合、制御器７は、上流圧力センサ３の出力に基づいて流量を演算するように構成される。また、制御器７は、ある態様において、温度センサ５が検出した流体温度に基づいて、演算流量を補正するように構成されている。
流量制御装置１００は、コントロール弁６の上流側に、ガス供給圧を測定するための流入圧力センサ（図示せず）を備えていてもよい。流入圧力センサは、接続されたガス供給装置（例えば原料気化器やガス供給源等）から供給されるガスの圧力を測定することができ、ガス供給量またはガス供給圧を制御するために用いることができる。なお、ガス供給装置から供給されるガスは、材料ガス、エッチングガスまたはキャリアガスなどの種々のガスであって良い。
絞り部２としては、例えばオリフィスプレートを用いることができる。なお、「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形成した部分であり、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、他のものを用いてもよい。オリフィスまたはノズルの口径は、例えば１０μｍ～５００μｍに設定される。
下流弁９としては、例えば、電磁弁によって圧縮空気の供給が制御される公知の空気駆動弁（Ａｉｒ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖａｌｖｅ）等を用いることができる。また、オリフィス部材の近傍に開閉弁を配置したオリフィス内蔵弁が従来より知られており、オリフィス内蔵弁を、絞り部２および下流弁９を一体化したものとして流量制御装置１００に組み込むこともできる。
流量制御装置１００を含む流体供給系において、絞り部２の下流側は、下流弁９を介して半導体製造装置のプロセスチャンバ１０に接続されている。プロセスチャンバ１０には真空ポンプ１１が接続されており、典型的には、ガス供給時にプロセスチャンバ１０の内部が真空ポンプ１１によって真空引きされる。
以上に説明した流量制御装置１００は、臨界膨張条件Ｐ1／Ｐ2≧約２（アルゴンガスの場合）を満たすとき、流量は上流圧力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、絞り部２の下流側の流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ1・Ｐ1（ここでＫ1は流体の種類と流体温度に依存する定数）によって与えられ、流量Ｑは上流圧力Ｐ1に比例する。また、下流圧力センサ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、上流圧力センサ３および下流圧力センサ４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、Ｑ＝Ｋ2・Ｐ2 m（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を求めることができる。
流量制御を行うために、外部制御装置１２から制御器７に設定流量信号が送られる。制御器７は、上流圧力センサ３の出力などに基づいて、臨界膨張条件または非臨界膨張条件における流量計算式を用いて流量を上記のＱ＝Ｋ1・Ｐ1またはＱ＝Ｋ2・Ｐ2 m（Ｐ1－Ｐ2）nから演算し、絞り部２を通過する流体の流量が設定流量に近づくように（すなわち、演算流量と設定流量との差が０に近づくように）、コントロール弁６をフィードバック制御する。演算流量は、外部制御装置１２に出力され流量出力値として表示される。
制御器７は、典型的には流量制御装置１００に内蔵されたものであるが、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。制御器７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ており、後述する流量制御動作を実行するためのコンピュータプログラムを含んでいてよい。制御器７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る。制御器７は、コンピュータ等の外部装置と情報を交換するためのインターフェイスを備えており、外部装置からＲＯＭへのプログラム及びデータの書込みなどを行うことができる。制御器７の構成要素のうちのＣＰＵなどの一部の構成要素は装置外に配置されていてもよく、装置内と装置外とは有線または無線で相互接続され得る。
以下、流量制御装置１００において行うパルス流量制御の態様を説明する。
図２は、パルス流量制御を行うときの、設定流量信号Ｓｓと、測定流量を示す制御流量信号Ｓｒとを示すグラフである。設定流量信号Ｓｓは、外部から流量制御装置１００に入力される制御信号であり、制御流量信号Ｓｒは、上流圧力Ｐ1に基づいてコントロール弁６をフィードバック制御する従来の動作を設定流量信号Ｓｓに従って行ったときの制御された流量を示す信号である。制御流量信号Ｓｒは、流量測定部として設けられた上流圧力センサ３によって測定された上流圧力Ｐ1から演算により求められる演算流量の推移に対応し、例えば、流量出力信号として流量制御装置１００の制御器７から出力されるものである。
図２からわかるように、設定流量信号Ｓｓとして矩形波の連続パルス信号（例えば、パルス幅０．１秒～６０秒）が入力されるのに対し、制御流量信号Ｓｒの立上がりは、ある程度の時間をかけて上昇している。これは、フィードバック制御が行われるため、設定流量に対応する開度までコントロール弁６を瞬時に開放することは困難だからである。また、応答性をより高めようとすると、オーバーシュートが発生してしまうという問題がある。このため、実際には図２に示すような曲線的な立上がり動作となる。
また、流量立下り時においても、瞬時に流量が０に低下するわけではなく、ある程度の時間をかけて低下する。これは、圧力式流量制御装置では、コントロール弁６の下流側の絞り部２を介してガスが流れるので、コントロール弁６を閉じた後にも、コントロール弁６と絞り部２との間の残留ガスが流れ出るからである。
このため、圧力式流量制御装置では、設定流量信号Ｓｓが入力されたとしても、実際には制御流量信号Ｓｒが示すように流量制御が行われる。また、同じ設定流量信号Ｓｓが入力されたとしても、流量制御装置の個体差（具体的には、圧電素子の駆動状態やバルブの応答特性の違いなど）によって、制御流量信号Ｓｒは異なるものになることが分かっている。
さらに、特にコントロール弁６としてノーマルクローズ型の圧電素子駆動式バルブを用いる場合には、流量０％からの立ち上がり時において、開弁動作にディレイが生じるという問題がある。
図３（ａ）は、設定流量信号Ｓｓと、制御流量信号Ｓｒとのずれを示し、図３（ｂ）は、ピエゾアクチュエータの駆動電圧と、ピエゾアクチュエータの変位（またはストロークと呼ぶことがある）との関係を示す。ピエゾアクチュエータの変位は、バルブの開閉度に対応している。
図３（ａ）からわかるように、圧電素子駆動式バルブにおいては、設定流量信号Ｓｓの立上がり時刻ｔ0の後の時刻ｔ0’においてバルブが開き、遅延時間Δｔが発生する。このような遅延時間Δｔが発生する原因は、ノーマルクローズ型のバルブにおいては閉状態の電圧無印加時に弁体が弁座に押し付けられているために、電圧を印加してから即座には弁体が移動せず、ある程度の大きさの電圧が印加されてから移動するからである。特に小さい電圧を印加したときには、圧電素子を伸縮させる方向に働く力の方が大きいために、圧電素子がほとんど伸長しないこともある。さらに、ピエゾアクチュエータと弁体とは、種々の機械的機構を介して接続されているため、機械的機構の遊びによって応答性が低下する場合もある。
また、図３（ｂ）に示すように、ノーマルクローズ型の圧電素子駆動式バルブにおいて、印加電圧を増加させるときの昇圧時と、印加電圧を減少させるときの降圧時とでは、駆動電圧とピエゾアクチュエータの変位との関係が異なる。そして、電圧無印加時から比較的小さい電圧を印加するまでの間は、ピエゾアクチュエータの変位が小さく、所望の開度にまで即座に弁を開く制御が容易ではないことがわかる。
以上の説明からわかるように、設定流量信号Ｓｓと完全に一致するように、バルブの開閉動作を制御することは非常に困難である。そして、パルス流量制御を行う場合には、流量立上げ期間および流量立下げ期間における設定流量信号Ｓｓと制御流量信号Ｓｒとのずれが頻繁に生じるので、所望のガス量、すなわち、所望の積分流量を供給することが困難になる。また、ＡＬＤなどのパルスガス供給が求められる用途では、流量の大きさの制御だけでなく、１パルスあたりの積分流量の制御を行うことも重要である。なお、ここで述べている積分流量とは、特定の流量で特定の時間だけガスを供給した時に供給される全流量（体積）値の事である。
そこで、本実施形態の流量制御装置１００では、流量測定部から出力された信号（ここでは上流圧力センサ３から出力された圧力に基づいて算出される流量の信号）に基づいて、測定積分流量（すなわち、実際に供給されるガスの体積）を求めるようにしている。そして、測定積分流量が、入力された設定流量信号Ｓｓに基づく目標積分流量と一致するように、コントロール弁６の開閉動作を制御するようにしている。これによって、供給されるガス量（体積）を、設定流量信号Ｓｓに従うガス量（体積）と同等のものとし、適切にガス供給を行うことを可能にしている。
すなわち、本願発明の実施形態では、パルス状の設定流量信号Ｓｓによって決められた立上がり時刻ｔ0および立下り時刻ｔ1と実際に供給する際の立上がり時刻ｔ0’および立下り時刻ｔ1’とはずれているが、設定時刻通りにバルブを開閉することよりも、パルス供給（パルス波形）によって供給される予定のガス体積（積分流量）を重要視して、所望の積分流量を供給できるようにバルブの開閉制御を行うようにしている。
以下、本実施形態における具体的なパルス流量制御動作を説明する。
図４および図５は、入力された設定流量信号Ｓｓと、本実施形態における制御流量信号Ｓｒとを示す図である。図４からわかるように、本実施形態では、設定流量信号Ｓｓが入力されてから遅延時間Δｔだけ遅れて流量立上げが開始されたときにも、閉弁開始のタイミングを設定流量信号Ｓｓの立下げ時刻ｔ1から遅れさせることによって、測定積算流量が設定流量信号Ｓｓに従うものとなるように制御している。
このような動作を行うために、まず、設定流量信号Ｓｓに基づいて目標積分流量Ｖｓが求められる。図５（ａ）に示すように、目標積分流量Ｖｓは、Ｖｓ＝Ｑ0×（ｔ1－ｔ0）により求めることができる。ここで、Ｑ0は設定流量であり、ｔ0は設定流量信号Ｓｓにおけるバルブ開放開始時刻であり、ｔ1は設定流量信号Ｓｓにおけるバルブ閉止開始時刻である。ただし、目標積分流量Ｖｓは、予め与えられたものであってもよい。
他方で、流量測定部が出力する信号に基づいて、実際に供給されるガス体積に対応する測定積分流量を求めるが、本実施形態では、バルブ閉鎖開始後に流れるガスの積分流量が、既知積分流量Ｖｄとして予めわかっている場合について説明する。
なお、本明細書において、「測定積分流量」は、流量測定部から出力された信号から求められる積分流量（例えば後述する演算積分流量）に基づくものであればよく、他の積分流量（例えば流量測定を行うことなく得られる上記の既知積分流量Ｖｄ）を含むものであってもよい。「測定積分流量」は、実際に供給されるガスの体積（実際積分流量）に対応するものである限り、任意の態様で求められるものであり得る。
ここで、既知積分流量Ｖｄについて説明する。バルブ閉鎖開始後に流れるガスの積分流量は、バルブ閉鎖時のバルブ制御を適切に行うことによって略一定に制御することができる。バルブ閉鎖時には、主として、コントロール弁６と絞り部２との間の残留ガスが流れ出すことになるが、図４に示す態様では、コントロール弁６をランプ制御することにより、装置によらず一定の流量立ち下げ特性が得られるようにしている。このようにすれば、流量立ち下げ期間（すなわち、バルブ閉鎖動作の開始から、バルブが完全に閉鎖されるまでの期間）の積分流量を一定化することができるので、既知積分流量Ｖｄとして予めメモリに格納しておくことができる。
既知積分流量Ｖｄの大きさは設定流量Ｑ0によって異なるので、設定流量Ｑ0ごとにメモリに格納されていてもよいし、設定流量Ｑ0の関数として定義されていてもよい。いずれの場合にも、典型的には設定流量Ｑ0に対応する適切な既知積分流量Ｖｄが用いられる。なお、本明細書において、既知積分流量Ｖｄとは、上記の測定積分流量を得るときに、流量測定部による流量測定結果を用いずに知ることができる積分流量を意味し、典型的には流量測定の前に予め判っているものである。ただし、既知積分流量Ｖｄは、流量測定中に演算や記憶装置からの入力によって得られるものであってもよい。また、既知積分流量Ｖｄは、上記の測定積分流量を得る前に、本実施形態の流量制御装置が備える流量測定部を用いて予め測定されて記憶装置に格納されたものであってもよい。
以上のように既知積分流量Ｖｄが与えられている場合、測定積分流量は、図５（ｂ）に示すように、既知積分流量Ｖｄと、バルブ閉鎖開始までの演算積分流量Ｖｎとの合計によって規定することができる。
演算積分流量Ｖｎは、Ｖｎ＝ΣＱt×ｔｘ＝（Ｑt0＋Ｑt0+tx＋Ｑt0+2tx＋・・・＋Ｑt0+ntx）×ｔｘとして求めることができる。ここで、Ｑｔは時刻ｔにおける流量であり、ｔｘは流量演算周期であり、ｎは自然数である。流量演算周期ｔｘは、例えば０．５ミリ秒～５ミリ秒に設定され、流量演算周期ｔｘごとに流量演算が行われる。また、時刻ｔにおける流量Ｑｔは、例えば、時刻ｔにおける上流圧力センサ３の出力（上流圧力Ｐ1）から上記のＱ＝Ｋ1・Ｐ1に従って演算により求めることができる。
このように、演算積分流量Ｖｎは、流量測定部が所定時間（流量演算周期）ごとに流量値を出力するときに、出力された流量値から求めた所定時間内の積分流量の加算を繰り返して積分流量の総和を求めることによって得られるものであり、時刻ｔ0からバルブが実際に開くまでの期間は実質０の値を示し、その後、時間の経過と共に増加する。
そして、演算積分流量Ｖｎと流量立ち下げ期間の既知積分流量Ｖｄとの合計が、目標積分流量Ｖｓに達したとき、すなわち、演算積分流量Ｖｎが、目標積分流量Ｖｓから既知積分流量Ｖｄを減算した値（Ｖｓ－Ｖｄ）に達したときの時刻をｔ1’とし、時刻ｔ1’になった時点で、コントロール弁６の閉止を開始する。この時刻ｔ1’は、典型的には、設定流量信号Ｓｓのバルブ閉止開始時刻（立下げ時刻）ｔ1よりも後の時刻であるが、既知積分流量Ｖｄの大きさによってはバルブ閉止開始時刻ｔ1よりも前の時刻であり得る。
以上のようにして、コントロール弁６の閉止開始のタイミングを決定すれば、測定積分流量（Ｖｎ＋Ｖｄ）と目標積分流量Ｖｓとを一致させることができるので、パルス流量制御を行う場合であっても、所望のガス量の供給を行うことが可能になる。また、流量立ち上げ特性が流量制御装置によって異なっている場合にも、流量測定部（ここでは上流圧力センサ）の出力から演算により求められる測定積分流量に基づいてコントロール弁の閉止タイミングを決定するので、装置によらず適切なパルス流量制御を行うことが可能になる。また、本実施形態は、流量測定部の出力に基づいてリアルタイムに流量制御を行うことができるので、オーバーシュートなどの過度供給や予期しない突発的な流量変化等が生じたときにも、測定積分流量を目標積分流量に一致させるようにして好適に流量制御を行うことが可能である。
以下、図６および図７を参照して、本実施形態の流量制御動作を行う制御器７０の構成および制御フローの具体例を説明する。なお、図６に示す制御器７０は、図１に示した流量制御装置１００に設けられた制御器７（上流圧力センサ３の入力などに基づいてコントロール弁６をフィードバック制御して流量制御を行うように構成された制御器）の内部に含まれていてももよいし、図１に示した制御器７とは別個に設けられたものであってもよい。もちろん、制御器７０の構成要素の全てまたは一部が、制御器７または流量制御装置１００の外部に設けられていてもよい。
図６は、制御器７０の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、制御器７０は、流量測定部から出力された流量値に基づいて積分流量の総和に対応する演算積分流量Ｖｎを算出する算出部７２と、目標積分流量Ｖｓから既知積分流量Ｖｄを減算した値と、算出部７２で算出された演算積分流量Ｖｎとの差を求める比較部７４と、比較部７４で求められた差（（Ｖｓ－Ｖｄ）－Ｖｎ）が所定範囲内になった時にコントロール弁６の閉動作を開始する閉命令Ｃｃをコントロール弁６に出力する弁動作制御部７６とを備えている。
より具体的な制御フローを説明すると、制御器７０において、図７のステップＳ１に示すように、目標積分流量Ｖｓが、制御器７０の比較部７４に入力される。また、既知積分流量Ｖｄも比較部７４に入力される。
次に、ステップＳ２に示すように、比較部７４において、目標積分流量Ｖｓから既知積分流量Ｖｄを差し引いた減算後目標積分流量Ｖｓ’（＝Ｖｓ－Ｖｄ）が求められる。なお、目標積分流量Ｖｓおよび既知積分流量Ｖｄが予め判っている場合、減算後目標積分流量Ｖｓ’が最初から比較部７４に入力されてもよい。また、入力された設定流量信号Ｓｓから目標積分流量Ｖｓを求めるときには、設定流量信号Ｓｓの１パルスの立下りを待って目標積分流量Ｖｓが算出されてもよく、ステップＳ１およびステップＳ２は、以下に説明する算出部７２において演算積分流量Ｖｎを求めるステップと並行して行われ得る。
一方、入力された設定流量信号Ｓｓに従ってコントロール弁６に開命令が出された後、制御器７０の算出部７２において、ステップＳ３に示すように、流量測定部の信号（制御流量信号Ｓｒ）に基づき、所定微小期間（ここでは流量演算周期ｔｘ）の積分流量Ｑt・ｔｘが算出される。
次に、ステップＳ４に示すように、ステップＳ３で求められた積分流量を過去の積分流量の合計値に加算して、総和の演算積分流量Ｖｎを算出する。算出された演算積分流量Ｖｎは、制御器７０の算出部７２から比較部７４に送られる。
次に、ステップＳ５に示すように、比較部７４において、減算後目標積分流量Ｖｓ’と演算積分流量Ｖｎとの差Ｖｓ’－Ｖｎが算出され、ステップＳ６に示すように、算出された差Ｖｓ’－Ｖｎが設定範囲内であるか否かが判定される。ここで、設定範囲は、減算後目標積分流量Ｖｓ’と演算積分流量Ｖｎとが実質的に同じであるかどうかを判定できる範囲に設定され、典型的には０を中心として流量測定器の出力誤差範囲と同程度の範囲に設定される。
ステップＳ６において、差Ｖｓ’－Ｖｎが設定範囲内でない（Ｎｏ）と判断されたときには、演算積分流量Ｖｎが到達すべき積分流量に達していないと判断され、コントロール弁６の閉動作を開始することなくステップＳ３に戻る。そして、ステップＳ３において制御流量信号Ｓｒから求めた積分流量を、ステップＳ４において前回までの総和積分流量に加算して、更新された演算積分流量Ｖｎを算出する。また、ステップＳ５では、減算後目標積分流量Ｖｓ’と、更新された演算積分流量Ｖｎとの差が算出される。この一連の動作は、ステップＳ６で差Ｖｓ’－Ｖｎが設定範囲内である（Ｙｅｓ）と判断されるまで繰り返され、この間、コントロール弁６を介してガスは流れ続けることになる。
そして、ステップＳ６において、減算後目標積分流量Ｖｓ’と演算積分流量Ｖｎとの差Ｖｓ’－Ｖｎが設定範囲内であると判定されたときには、演算積分流量Ｖｎが減算後目標積分流量Ｖｓ’と実質的に同じになったものと判断し、比較部７４は、弁動作制御部７６に、コントロール弁６に閉命令Ｃｃを出力するように命令する。弁動作制御部７６は、命令を受け取り、ステップＳ７に示すように、閉命令Ｃｃをコントロール弁６に出力して、コントロール弁６の閉動作を開始する。
その後、コントロール弁６は、流量立下り期間において既知積分流量Ｖｄに対応する量のガスを流出しながら完全に閉弁するが、測定積分流量Ｖｎ＋Ｖｄと目標積分流量Ｖｓが一致しているので所望のガス量を供給することができる。
以上、ある一態様の制御器７０を説明したが、図８に示すように、別の態様の制御器８０は、流量測定部から出力された流量値に基づいて積分流量の総和に対応する演算積分流量Ｖｎと入力された既知積分流量Ｖｄとを加算して測定積分流量Ｖｎ＋Ｖｄを算出する算出部８２と、目標積分流量Ｖｓと算出部８２で算出された測定積分流量Ｖｎ＋Ｖｄとの差を求める比較部８４と、比較部８４で求められた差（Ｖｓ－（Ｖｎ＋Ｖｄ））が所定範囲内になった時にコントロール弁６の閉動作を開始する閉命令Ｃｃを出力する弁動作制御部８６とを備える。制御器８０を用いても、制御器７０と同様に、測定積分流量Ｖｎ＋Ｖｄを目標積分流量Ｖｓに一致させるように、コントロール弁６の閉動作開始のタイミングを制御することができる。
上述した制御器７０、８０は、積算した積分流量や、外部から得た目標積分流量を格納しておくための記憶部を備えていてもよいことは言うまでもない。また、記憶部は、制御器７０、８０や流量制御装置１００の外部に設けられていてもよい。また、目標積分流量や既知積分流量は、予めデータとして記憶部に格納されていてもよいし、バルブ閉鎖命令を出力する前の任意のタイミングで記憶部に入力されてもよい。
図９は、別の実施形態におけるパルス流量制御の動作を説明するための図である。図９に示す態様では、コントロール弁６を閉じるとき、一次遅れ制御により閉弁動作を行っている。
コントロール弁６の一次遅れ制御は、所定の指数関数に従って流量目標値を低下させることによって行うことができる。また、流量目標値に用いる所定の指数関数としては、予め測定によって得られた上流圧力Ｐ1の圧力降下特性データＹ（ｔ）と比較して、これよりも緩やかな（すなわち、傾きが小さい）指数関数が用いられている。
より具体的に説明すると、圧力降下特性データＹ（ｔ）が、初期圧力をＰ0としてＹ（ｔ）＝Ｐ0・ｅｘｐ（－ｔ／τ）で表される時定数τの指数関数によって与えられているとき、本実施形態では、例えばＰ（ｔ）＝（Ｐ0－Ｐx）・ｅｘｐ（－ｔ／τ’）＋Ｐx（ここで、Ｐxは、流量目標収束値に対応する圧力）に従う目標上流圧力Ｐ（ｔ）に適合するようにコントロール弁６をフィードバック制御し、このときのＰ（ｔ）における時定数τ’が、Ｙ（ｔ）における時定数τよりも大きくなるように、すなわち、τ＜τ’に設定している。これにより、圧力降下特性データＹ（ｔ）よりも緩やかな指数関数であるＰ（ｔ）に従って流量目標値を低下させることができる。なお、本実施形態のようにコントロール弁６を完全に閉じて流量を０にする場合、上記のＰxは典型的には０となる。また、本明細書において、緩やかな関数とは、Ｐ（ｔ1）＝Ｙ（ｔ2）を満たすｔ1，ｔ2に対し、｜ｄＰ（ｔ1）／ｄｔ｜＜｜ｄＹ（ｔ2）／ｄｔ｜を満たすことを意味する。
上記の圧力降下特性データＹ（ｔ）は、例えば、ガスが流れている状態からコントロール弁６を急速に閉じたときに生じる上流圧力Ｐ1の降下特性を示すデータである。圧力降下特性データＹ（ｔ）は、コントロール弁６を閉じた後の流量が低下する過程で、時間の関数として上流圧力Ｐ1をプロットすることによって得ることができる。圧力降下特性データＹ（ｔ）を得るときの初期制御圧力は１００％に限られず、任意の圧力であってよい。
圧力降下特性データＹ（ｔ）は、厳密には機器ごとに異なるデータである。ただし、同じ設計（同じコントロール弁－絞り部間容積、同じオリフィス径）で作製された圧力式流量制御装置では、ほとんど同じ特性データとなることが分かっている。したがって、同設計の圧力式流量制御装置については、共通の圧力降下特性データＹ（ｔ）を用いることも可能である。
一方で、機器ごとの特性差を吸収できるマージンを確保するように圧力降下特性データＹ（ｔ）に対して十分に緩やかな指数関数を目標値として用いることによって、複数の同設計機器に対して同じ指数関数制御を適用することも可能である。
複数の圧力式流量制御装置に対して同じ共通の指数関数制御を用いる場合、各圧力式流量制御装置において圧力降下特性データＹ（ｔ）を予めそれぞれ取得しておき、得られた圧力降下特性データＹ（ｔ）のうちの最も緩やかな圧力降下特性データＹ（ｔ）を基準として、共通の目標値Ｐ（ｔ）を設定するようにしてもよい。共通の目標値Ｐ（ｔ）は、上記の最も緩やかな圧力降下特性データＹ（ｔ）よりも緩やかな指数関数に設定され、複数の圧力式流量制御装置の全体において圧力降下特性データＹ（ｔ）よりも緩やかに設定される。したがって、複数の圧力式流量制御装置の全てにおいて、共通の目標値Ｐ（ｔ）が支配的になり、装置間の応答性の差をなくすことができ、複数の圧力式流量制御装置において同等の流量制御を行うことが可能になる。
図１０は、複数の圧力降下特性データＹ１（ｔ）、Ｙ２（ｔ）に対して共通に設定された目標値Ｐ（ｔ）を示す。図１０からわかるように、最も緩やかな圧力降下特性データＹ２（ｔ）よりも緩やかな目標値Ｐ（ｔ）に設定することによって、複数の圧力式流量制御装置において、同等の流量制御を行うことが可能になる。
以上のような一次遅れ制御を行うことによって、流量立ち下げ期間の流量降下特性を一定にすることができ、機器による差（例えば、オリフィスの異変が発生したことによる流量降下特性の変動など）に依存することなく、流量立ち下げ動作を行うことができる。これにより、上述したバルブ閉鎖開始後の積分流量（既知積分流量Ｖｄ）の変動を抑制し、また、機器ごとの差をなくすことができるので、安定したパルス流量制御を行うことができる。
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４および図５に示した態様では、目標積分流量Ｖｓを算出するとともに、測定積分流量（Ｖｎ＋Ｖｄ）が目標積分流量Ｖｓと一致するようにバルブ開閉動作を行ったが、これに限られない。本発明の他の実施形態では、設定流量信号Ｓｓと制御流量信号Ｓｒとの差の総和（すなわち積分流量差）を演算により求め、積分流量差が０に収束するようにコントロール弁６の閉弁動作を制御するようにしてもよい。
より具体的に説明すると、流量立ち上がり期間には、設定流量信号Ｓｓが制御流量信号Ｓｒよりも大きいため、図９に示す面積Ａ１に対応する正の差が生じる。一方、立下り時には、設定流量信号Ｓｓが先に０に低下するので、図９に示す面積Ａ２に対応する負の差が生じる。また、既知積分流量Ｖｄも負の差となる。そこで、正の面積Ａ１と、負の面積－Ａ２および既知積分流量－Ｖｄとを足した値が０に収束したタイミングでコントロール弁６の閉鎖を開始すれば、積分流量差を０とすることができる。
上記の動作は、例えば図１１に示す制御器９０を用いて実行することができる。制御器９０は、入力された設定流量信号Ｓｓと流量測定部から出力された制御流量信号Ｓｒとの差分の総和である積分流量差を算出する差分算出部９２と、差分算出部９２の出力が所定範囲内に収束したか否かを判定する判定部９４と、積分流量差が所定範囲内に収束したと判定されたときにコントロール弁６の閉動作を開始する弁動作制御部９６とを備えており、積分流量差が実質０となるようにコントロール弁６の閉動作を開始することによって、測定積分流量と目標積分流量とを一致させることができる。
また、上記には立下り期間の積分流量が既知である態様を説明したが、本発明の実施形態はこれに限られない。バルブ閉鎖開始後の制御流量を測定しながら、バルブ閉鎖開始後の積分流量を含む全体の演算積分流量（すなわち、流量立ち下げ期間にまで拡大された演算積分流量）を、上記の既知積分流量Ｖｄを含まない測定積分流量として用いて、この測定積分流量を目標積分流量に一致させるようにコントロール弁６の動作を制御するようにしてもよい。
このためには、例えば、目標積分流量と演算積分流量との差が所定の閾値に達した時点でコントロール弁の閉止動作を開始するとともに、その後の積分流量が閾値分と適合するように、コントロール弁の閉止動作を制御すればよい。一次遅れ制御を行う場合には、流量立ち下げ期間の閉弁動作の時定数を適宜設定することによって、目標積分流量に測定積分流量を適合させ得る。一次遅れ制御の時定数は、流量立ち下げ期間の途中で変更されてもよい。
また、上記には、コントロール弁６の閉鎖開始のタイミングを遅らせて測定積分流量を目標積分流量に一致させる例を説明したが、これに限られない。コントロール弁６の閉鎖開始のタイミングは設定流量信号と同じにしながら、コントロール弁６の閉鎖動作の制御を目標積分流量に対応するように行ってもよい。例えば、流量立ち上げ時の積分流量差に基づいて、流量立ち下げ期間のランプ関数の係数や、一次遅れ制御の時定数を適切に設定することによって、測定積分流量を目標積分流量に一致させ得る。
また、上記には、流量測定部として、圧力式流量制御装置の上流圧力センサを用いる例を説明したが、これに限られない。例えば、熱式流量計などの他の態様の流量測定部が設けられているときであっても、流量測定部の出力に基づいて測定積分流量を求めるとともに、これが目標積分流量に一致するようにコントロール弁の閉弁動作を制御することによって、所望の積分流量を供給することができる好適なパルス流量制御を行い得る。
さらに、上記には、測定積分流量を目標積分流量に合致させるために、流量立ち下げ期間におけるコントロール弁６の閉止動作のタイミング等を制御する態様を説明した。ただし、本発明の流量制御装置はこれに限られず、流量立ち上げ期間、すなわち、流量が０から設定流量Ｑ0に達するまでの期間において、目標積分流量に対応する積分流量でガスを流すことができるように構成されていてもよい。以下、流量立ち上げ期間において積分流量を補償する例示的な態様について説明する。
図１２は、流量立ち上げ期間における設定流量信号（流量入力信号）Ｓｓと、本実施形態において実現される制御流量信号Ｓｒ（流量出力信号）とを示す図である。前述したように、本実施形態においても、設定流量信号Ｓｓは、時刻ｔ0において流量０から設定流量Ｑ0に増加させる矩形波の信号として流量制御装置１００に与えられる。
ただし、本実施形態では、流量立ち上げ期間において、ランプ制御が行われている。より具体的には、流量制御装置１００は、上記の設定流量信号Ｓｓを受け取ると、時刻ｔ０から５００ｍｓｅｃの時間をかけて設定流量Ｑ0（ここでは、１００％流量）まで直線的に流量を増加させる内部指令信号（破線Ｌ１）を生成し、この内部指令信号に従ってコントロール弁１６を徐々に開ける動作を行う。これは、本実施形態では、目標積分流量に適合する面積制御（供給されるガスの体積の制御）を行っているので、立ち上げ時にランプ制御を行ったとしても、積分流量を所望の積分流量に適合させる制御が可能であり、好適なガス供給を実施できるからである。
このようなランプ制御を行うことによって、立ち上げ期間における急激なガス供給の増加が防止されるので、オーバーシュートの発生を抑制することが可能である。ただし、傾きが急なランプ制御では、やはりオーバーシュートが生じ得るので、予め設定された上限の傾き以下でランプ制御を行うことが好ましい。本実施形態では、３００ｍｓｅｃで１００％流量まで立ち上げるときの傾き（破線Ｌ２の傾き）が、上限の傾きに設定されている。ただし、オーバーシュートが生じる傾きは、目標値である設定流量や機器の特性によって種々のものであるので、３００ｍｓｅｃの傾きに限られず、任意のものであって良いことは言うまでもない。また、ランプ制御の傾きも、上記のように５００ｍｓｅｃで１００％流量まで立ち上げるときの傾きに限られず、任意の傾きや設定流量であってよいことは言うまでもない。
また、ランプ制御を行った場合、図１２に示すように、理想的には、破線Ｌ１で示すように時刻ｔ0から流量の立ち上げが行われる。この場合、矩形波の設定流量信号Ｓｓが要求する積分流量よりも、三角形面積分（Ｑ0×５００ｍｓｅｃ／２）の積分流量（ガス体積）の不足が生じる。ただし、この不足分は、予め求められる量であるので、上述したような流量立ち下げ時刻を遅らせるなどの方法により、容易に補償することができる。
ただし、ランプ制御を行うときにも、図１２の制御流量信号Ｓｒ（流量出力信号）が示すように、実際には、コントロール弁６の開放の遅れが生じて、時刻ｔ0からある程度の遅延時間Δｔが経過してから流量が立ち上がる。図示する例では、約１５０ｍｓｅｃの遅れが生じている。このため、実際には、ランプ制御で供給されるべき所望の積分流量よりも少ない量での供給となる。不足分の積分流量は、図１２に示す三角形の面積Ａに相当する。
そこで、本実施形態では、流量立ち上げ期間において、ランプ制御に対応する内部制御信号（破線Ｌ１で示される信号）と、制御流量信号Ｓｒとの差である、面積Ａ（積分流量差）を流量測定部による測定によって得るとともに、この不足分の面積Ａの分を補償するようにしている。より具体的には、流量立ち上げの途中から、ランプ制御の係数（傾き）を、破線Ｌ１の傾き（第１の傾き）から破線Ｌ２の傾き（第２の傾き）へと変化させて、図１２に示す面積Ｂの分だけガス供給量を増加させる。また、変化後のランプ制御の傾きとしては、オーバーシュートが生じない上限の傾きである３００ｍｓｅｃの傾きを採用している。なお、面積Ａは、具体的には、図１１に示した差分算出部９２において、設定流量信号Ｓｓの代わりに内部制御信号（ランプ制御信号）を入力し、差の総和である積分流量差を算出することによって求めることができる。
上記の動作を行う場合、面積Ａと面積Ｂとが同じであれば、ランプ制御に従ってコントロール弁６の開弁の遅延なしに目標流量に到達するまでに供給されたときと同じだけの量のガスが供給される。ここで、面積Ａは、流量測定部を用いて測定した実際の流量の出力信号と、内部指令信号との差の積算値（積分流量差）によって求めることができる。また、この不足分の量を補うためには、面積Ｂが面積Ａと一致するようにランプ制御の傾きを変更すればよいが、変更前の傾きと変更後の傾きが予め決まっている場合には、傾きを変更する時刻ｔｃを、例えば、以下のようにして決定することができる。
図１２に示すように５００ｍｓｅｃで到達するときの傾きをθ１、３００ｍｓｅｃで到達するときの傾きをθ２とすると、図１２に示す期間ｘと期間ｙとは、ｙ＝ｘ（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）の関係を満たす。そして、面積Ｂは、Ｂ＝（１／２）×（ｘ－ｙ）×ｘ・ｔａｎθ１と表すことができる。
ここで、Ｂ＝Ａを満足する場合、ｙ＝ｘ（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）を用いて、２Ｂ＝２Ａ＝ｘ2×（１－ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）×ｔａｎθ１が導出される。これを変形すると、ｘ＝√（２Ａ／（１－ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）ｔａｎθ１）となる。そして、Ａ以外は定数であるので、定数Ｃ＝√２／（（１－ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）×ｔａｎθ１）とおくと、ｘ＝Ｃ×√Ａと表すことができる。したがって、Ａ＝Ｂを満たす切り替え時刻ｔｃは、時刻ｔ0を０としたときに、ｔｃ＝５００－Ｃ×√Ａによって与えられ、すなわち、Ａの測定結果に基づいてｔｃを決定することができる。
このようにして決定された時刻ｔｃに、ランプ制御の傾きを５００ｍｓｅｃの傾きθ１から３００ｍｓｅｃの傾きθ２に変化させることによって、所望の積分流量でガスを供給することが可能である。
ただし、他の態様において、不足分の面積Ａを補うために、変化後のランプ制御の傾きを、測定した面積Ａに基づいて決定するようにしてもよい。この場合、傾きを変化させる時刻ｔｃは固定するとともに、面積Ａに応じた傾きを適宜選択することによって、面積Ａと面積Ｂとを同じにすることができる。ただし、オーバーシュートの発生を防止するために、変化後の傾きは、上限の傾き（ここでは３００ｍｓｅｃの傾き）以下に設定されることが好ましい。
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、特に、パルス流量制御が求められる用途においても好適に利用され得る。
１ 流路
２ 絞り部
３ 上流圧力センサ
４ 下流圧力センサ
５ 温度センサ
６ コントロール弁
７ 制御器
９ 下流弁
１０ プロセスチャンバ
１１ 真空ポンプ
１２ 外部制御装置
７０ 制御器
７２ 算出部
７４ 比較部
７６ 弁動作制御部
１００ 流量制御装置
Ｃｃ 閉命令
Ｓｒ 制御流量信号
Ｓｓ 設定流量信号
Ｖｄ 既知積分流量
Ｖｎ 演算積分流量
Ｖｓ 目標積分流量

Claims (13)

  1. 流路に設けられたコントロール弁と、前記コントロール弁によって制御された流体の流量を測定する流量測定部と、制御器とを備え、
    前記制御器は、前記流量測定部から出力された信号に基づく測定積分流量と目標積分流量とが一致するように、前記コントロール弁の開閉動作を制御するように構成されており、
    前記測定積分流量は、前記流量測定部から出力された信号から求められる演算積分流量と、前記コントロール弁を閉止した後の流量立ち下げ期間における既知積分流量とを含む、流量制御装置。
  2. 前記流量測定部は、所定期間ごとに流量値を出力するように構成されており、
    前記制御器は、
    前記流量測定部から出力された流量値に基づいて、前記所定期間の積分流量の総和に対応する演算積分流量を算出する算出部と、
    前記目標積分流量から前記既知積分流量を減算した値と、前記算出部で算出された前記演算積分流量との差を求める比較部と、
    前記比較部で求められた前記差が所定範囲内になった時に前記コントロール弁の閉動作を開始する弁動作制御部と
    を含む、請求項１に記載の流量制御装置。
  3. 前記流量測定部は、所定期間ごとに流量値を出力するように構成されており、
    前記制御器は、
    前記流量測定部から出力された流量値に基づいて、前記所定期間の積分流量の総和に対応する演算積分流量を算出し、前記演算積分流量と前記既知積分流量とを加算して前記測定積分流量を算出する算出部と、
    前記目標積分流量と前記測定積分流量との差を求める比較部と、
    前記比較部で求められた前記差が所定範囲内になった時に前記コントロール弁の閉動作を開始する弁動作制御部と
    を含む、請求項１に記載の流量制御装置。
  4. 前記制御器は、
    入力された設定流量信号と前記流量測定部から出力された信号との差の総和である積分流量差を算出する差分算出部と、
    前記差分算出部の出力が所定値または所定範囲内に収束したか否かを判定する判定部と、
    前記差分算出部の出力が収束したと前記判定部が判定したときに前記コントロール弁の閉動作を開始する弁動作制御部と
    を含む、請求項１に記載の流量制御装置。
  5. 前記制御器は、前記目標積分流量から前記既知積分流量を減じた値に前記演算積分流量が達したタイミングで、前記コントロール弁の閉止を開始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。
  6. 前記流量測定部は、前記コントロール弁の下流側に設けられた絞り部と、前記コントロール弁と前記絞り部との間の圧力を測定する圧力センサとを備え、前記圧力センサの出力に基づいて前記絞り部の下流側の流量を測定する、請求項１から５のいずれかに記載の流量制御装置。
  7. 前記コントロール弁の閉止は、一次遅れ制御によって行われる、請求項１から６のいずれかに記載の流量制御装置。
  8. 前記コントロール弁は、ノーマルクローズ型の圧電素子駆動式バルブである、請求項１から７のいずれかに記載の流量制御装置。
  9. 前記制御器には、設定流量信号として矩形波の連続パルス信号が入力される、請求項１から８のいずれかに記載の流量制御装置。
  10. 前記制御器は、流量立ち上げ期間において、設定流量信号に基づく内部指令信号としてのランプ制御信号と前記流量測定部から出力された信号との差の総和である積分流量差を算出する差分算出部を有し、前記差分算出部の出力に基づき、前記ランプ制御信号における傾きを途中で変化させる、請求項１に記載の流量制御装置。
  11. 前記ランプ制御信号の傾きを、５００ｍｓｅｃで１００％流量に達するときの傾きである第１の傾きから、３００ｍｓｅｃで１００％流量に達するときの傾きである第２の傾きに変化させる、請求項１０に記載の流量制御装置。
  12. 流路に設けられたコントロール弁と、前記コントロール弁によって制御された流体の流量を測定する流量測定部と、制御器とを備え、
    前記制御器は、前記流量測定部から出力された信号に基づく測定積分流量と目標積分流量とが一致するように、前記コントロール弁の開閉動作を制御するように構成されており、
    前記流量測定部は、前記コントロール弁の下流側に設けられた絞り部と、前記コントロール弁と前記絞り部との間の圧力を測定する圧力センサとを備え、前記圧力センサの出力に基づいて前記絞り部の下流側の流量を測定する、流量制御装置。
  13. 流路に設けられたコントロール弁と、前記コントロール弁によって制御された流体の流量を測定する流量測定部とを備えた流量制御装置の流量制御方法であって、
    前記流量測定部は、前記コントロール弁の下流側に設けられた絞り部と、前記コントロール弁と前記絞り部との間の圧力を測定する圧力センサとを備え、前記圧力センサの出力に基づいて前記絞り部の下流側の流量を測定するように構成されており、
    目標積分流量から前記コントロール弁を閉止した後の流量立ち下げ期間における既知積分流量を減じた値に前記流量測定部から出力された信号から求められる演算積分流量が達したタイミングで、前記コントロール弁の閉止を開始する工程を含む、流量制御方法。


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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11789435B2 (en) * 2018-04-19 2023-10-17 Horiba Stec, Co., Ltd. Flow control device, diagnostic method, and program for flow control device
US20230021102A1 (en) * 2019-12-27 2023-01-19 Fujikin Incorporated Flow rate control device, and flow rate control method
US20230129479A1 (en) * 2020-03-05 2023-04-27 Fujikin Incorporated Flow rate control device and flow rate control method
JP7224089B1 (ja) * 2022-05-16 2023-02-17 東フロコーポレーション株式会社 流量制御装置
NO20220718A1 (en) * 2022-06-23 2023-12-25 Beyonder As Method for manufacturing an energy storage device
CN115452312B (zh) * 2022-10-26 2023-02-03 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种热气流量测量与控制方法、***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310773A (ja) 2001-04-09 2002-10-23 Toshiba Corp 注入量制御装置及び方法
JP4197648B2 (ja) 2001-10-18 2008-12-17 シーケーディ株式会社 パルスショット式流量調整装置とパルスショット式流量調整方法
JP2009265988A (ja) 2008-04-25 2009-11-12 Fujikin Inc 流量自己診断機能を備えた圧力式流量制御装置の圧力制御弁用駆動回路
JP2017215726A (ja) 2016-05-31 2017-12-07 株式会社堀場エステック 流体制御装置

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5054650A (en) * 1986-10-30 1991-10-08 Nordson Corporation Method of compensating for changes in the flow characteristics of a dispensed fluid to maintain the volume of dispensed fluid at a setpoint
JPH06348342A (ja) * 1993-06-04 1994-12-22 Kitz Corp 定量バッチ装置の制御方法
TW392810U (en) * 1997-10-16 2000-06-01 Ind Tech Res Inst Integrated miniature thermo-resist type flow control module
KR100427563B1 (ko) * 1999-04-16 2004-04-27 가부시키가이샤 후지킨 병렬분류형 유체공급장치와, 이것에 사용하는 유체가변형압력식 유량제어방법 및 유체가변형 압력식 유량제어장치
JP4112900B2 (ja) * 2002-05-21 2008-07-02 株式会社山武 制御方法及び制御装置
DE10392770B3 (de) * 2002-06-24 2013-08-01 Mks Instruments Inc. Massenstrom-Sensor und Verfahren zur Druckschwankungs-unabhaengigen Massenstroemungs-Steuerung
JP4669193B2 (ja) 2002-10-16 2011-04-13 忠弘 大見 圧力式流量制御装置の温度測定装置
JP4376202B2 (ja) * 2005-04-07 2009-12-02 本田技研工業株式会社 制御装置
JP4743763B2 (ja) 2006-01-18 2011-08-10 株式会社フジキン 圧電素子駆動式金属ダイヤフラム型制御弁
WO2008053839A1 (fr) * 2006-11-02 2008-05-08 Horiba Stec, Co., Ltd. Mécanisme de diagnostic dans un régulateur de débit massique à pression différentielle
NZ571668A (en) * 2008-09-30 2011-02-25 David John Picton Water management system using controlled valves each with pressure and flow sensors and a water bypass
JP5346628B2 (ja) * 2009-03-11 2013-11-20 株式会社堀場エステック マスフローコントローラの検定システム、検定方法、検定用プログラム
JP5538119B2 (ja) * 2010-07-30 2014-07-02 株式会社フジキン ガス供給装置用流量制御器の校正方法及び流量計測方法
JP5058358B2 (ja) * 2010-09-30 2012-10-24 株式会社堀場エステック 診断機構
JP5607501B2 (ja) * 2010-11-08 2014-10-15 株式会社堀場エステック マスフローコントローラ
CN103502902B (zh) * 2011-05-10 2015-12-02 株式会社富士金 带有流量监测器的压力式流量控制装置、使用该装置的流体供给***的异常检测方法及监测流量异常时的处置方法
US9057636B2 (en) * 2012-09-21 2015-06-16 Horiba Stec, Co. Ltd. Self-calibrating mechanism and self-calibrating method for flow rate sensor, and diagnostic mechanism and diagnostic method for fluid sensor
JP6081800B2 (ja) * 2013-01-07 2017-02-15 株式会社堀場エステック 流体制御弁及びマスフローコントローラ
JP5847106B2 (ja) * 2013-03-25 2016-01-20 株式会社フジキン 流量モニタ付圧力式流量制御装置。
JP6415889B2 (ja) * 2014-08-01 2018-10-31 株式会社堀場エステック 流量制御装置、流量制御装置用プログラム、及び、流量制御方法
US20160334119A1 (en) * 2015-05-15 2016-11-17 Lunatech, Llc Integration of vaporized or nebulized air in medical environments
US10054534B1 (en) * 2015-07-08 2018-08-21 Airviz Inc. Group calibration of environmental sensors
CN108027618B (zh) * 2015-09-24 2021-01-29 株式会社富士金 压力式流量控制装置及其异常检测方法
US10884436B2 (en) * 2015-10-28 2021-01-05 Fujikin Incorporated Flow rate signal correction method and flow rate control device employing same
EP3176667B1 (de) * 2015-12-04 2019-05-15 Asco Numatics GmbH Vorsteuereinheit, ventilanordnung und verfahren zur geregelten bereitstellung eines fluids
US11125453B2 (en) * 2016-03-10 2021-09-21 Carrier Corporation Calibration of an actuator
KR102152048B1 (ko) * 2016-03-29 2020-09-04 가부시키가이샤 후지킨 압력식 유량 제어 장치 및 유량 자기 진단 방법
CN105865550B (zh) * 2016-06-12 2021-12-07 中国计量科学研究院 一种可在线校准的气体喷速管流量测量装置
JP6795832B2 (ja) * 2016-07-05 2020-12-02 株式会社フジキン 流量制御機器、流量制御機器の流量校正方法、流量測定機器および流量測定機器を用いた流量測定方法
JP2018096848A (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 株式会社堀場エステック 流量特性関数同定方法、流量特性関数同定装置、流量特性関数同定用プログラム、及び、これらを用いた流量センサ又は流量制御装置
JP6883325B2 (ja) * 2017-08-09 2021-06-09 アドバンス電気工業株式会社 液マイクロメータ
JP7067910B2 (ja) * 2017-12-12 2022-05-16 株式会社堀場エステック 流体装置及び流体装置用プログラム
JP7148302B2 (ja) * 2018-07-17 2022-10-05 株式会社堀場エステック 流量制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310773A (ja) 2001-04-09 2002-10-23 Toshiba Corp 注入量制御装置及び方法
JP4197648B2 (ja) 2001-10-18 2008-12-17 シーケーディ株式会社 パルスショット式流量調整装置とパルスショット式流量調整方法
JP2009265988A (ja) 2008-04-25 2009-11-12 Fujikin Inc 流量自己診断機能を備えた圧力式流量制御装置の圧力制御弁用駆動回路
JP2017215726A (ja) 2016-05-31 2017-12-07 株式会社堀場エステック 流体制御装置

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