TW202138950A

TW202138950A - 流體控制裝置

Info

Publication number: TW202138950A
Application number: TW110110494A
Authority: TW
Inventors: 赤土和也
Original assignee: 日商堀場Ｓｔｅｃ股份有限公司
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-10-16
Also published as: US11537150B2; US20210318699A1; CN113513613A

Abstract

本發明提供流體控制裝置，包括：塊件，沿著長邊方向以預定寬度延伸；內部流道，形成在所述塊件內，沿著所述長邊方向延伸；第一控制閥，安裝於所述塊件；以及第二控制閥，在所述塊件中安裝於比所述第一控制閥更靠下游側，所述內部流道包括：合流後流道，使經過了所述第一控制閥和所述第二控制閥的流體合流並流動；第一流出流道，連接在使流體從所述第一控制閥流出的第一流出口與所述合流後流道之間；第二流出流道，連接在使流體從所述第二控制閥流出的第二流出口與所述合流後流道之間；以及第二流入流道，與使流體流入所述第二控制閥的第二流入口連接，在沿著寬度方向透視所述塊件的情況下，所述第一流出流道與所述第二流入流道配置成重疊在一點。

Description

流體控制裝置

本發明涉及一種控制氣體等流體的流量、壓力的流體控制裝置。

例如在半導體製造工序中，為了控制氣體的流量而使用質量流量控制器。在以往的質量流量控制器中，形成有內部流道的塊件安裝有壓力感測器、控制閥等流體控制設備。為了使多個質量流量控制器緊湊地並列，所述塊件呈在長邊方向上以預定寬度延伸的細長的長方體形狀（參照專利文獻1）。

更具體而言，塊件的寬度尺寸根據規格而例如確定為10mm。此外，在塊件的作為與長邊方向平行的一面的安裝面，在長邊方向上並列安裝有具有與該塊件的寬度尺寸大致相同的寬度尺寸的多個流體控制設備。

並且，近年來，質量流量控制器不僅要求緊湊地構成，還要求流過比以往更大的流量。質量流量控制器的最大流量被大致限制為控制閥能夠流動的流量。因此，例如專利文獻2所示，考慮在塊件內相對於寬度方向並列地形成兩條內部流道，在各內部流道設置控制閥，使流動的流量成為大約兩倍。

但是，在上述結構下雖然能夠增大最大流量，但是必須在塊件的寬度方向上排列兩個控制閥等流體控制設備，難以使質量流量控制器更加緊湊。

專利文獻1：WO2011/040270號公報

專利文獻2：日本特開2014-32635號公報

本發明是為了一併解決上述問題而完成的，其目的在於提供一種能夠將寬度尺寸保持為較小並使最大流量比以往大的流體控制裝置。

即，本發明的流體控制裝置包括：塊件，沿著長邊方向以預定寬度延伸；內部流道，形成在所述塊件內，沿著所述長邊方向延伸；第一控制閥，安裝於所述塊件；以及第二控制閥，在所述塊件中安裝於比所述第一控制閥更靠下游側，所述內部流道包括：第一流出流道，與使流體從所述第一控制閥流出的第一流出口連接；以及第二流入流道，與使流體流入所述第二控制閥的第二流入口連接，在沿著寬度方向透視所述塊件的情況下，所述第一流出流道與所述第二流入流道配置成重疊在一點。

按照這種結構，能夠將所述第一控制閥和所述第二控制閥沿著長邊方向並列配置，減小所述塊件的寬度尺寸，並且能夠使從各控制閥流出的流體合流並流動。因此，能夠使流體控制裝置的寬度尺寸緊湊，並且能夠通過使用兩個控制閥而使最大流量為以往的大約兩倍。

為了即使所述塊件的寬度尺寸小，也容易將所述第一流出流道和所述第二流入流道在所述塊件內以不干擾的方式配置在扭轉的位置，可以是所述塊件包括：安裝面，用於安裝流體控制設備；以及突出部，相對於所述安裝面突出預定量，所述第一控制閥和所述第二控制閥中的任意一方安裝於所述安裝面。

為了盡可能地縮短形成在所述塊件內的內部流道的長度，減小內部容積，並且使控制的回應性良好，所述第二控制閥可以設置於所述突出部。按照這種結構，在從所述塊件的端面或安裝面的對置面導入流體的情況下，容易縮短用於使流體流入位於上游側的所述第一控制閥的流道的長度。

作為用於減小所述塊件的寬度尺寸並容易將所述第一流出流道和所述第二流入流道配置在扭轉的位置的其他方式，可以是所述第一控制閥具備第一閥塊件，所述第一閥塊件形成有與所述塊件的表面接觸的第一接觸面，使流體流入所述第一閥塊件的第一流入口和使流體從所述第一閥塊件流出的所述第一流出口在所述第一接觸面開口，所述第二控制閥具備第二閥塊件，所述第二閥塊件形成有與所述塊件的表面接觸的第二接觸面，使流體流入所述第二閥塊件的所述第二流入口和使流體從所述第二閥塊件流出的第二流出口在所述第二接觸面開口。按照這種結構，也可以將各控制閥整體配置在所述塊件的外側，在塊件內不形成用於收容各控制閥的一部分的凹部等。其結果，在所述塊件內容易確保用於形成內部流道的空間，能夠提高所述第一流出流道和所述第二流入流道的配置自由度。

作為即使將所述塊件的寬度尺寸最小化也能夠在緊湊的同時實現大流量的具體結構示例，可以列舉所述第一控制閥和所述第二控制閥具有與所述塊件相同的寬度尺寸。

為了能夠將經過了所述第一控制閥和所述第二控制閥的流體整體的流量準確地控制成所希望的值，可以是所述內部流道還包括：合流後流道，使經過了所述第一控制閥和所述第二控制閥的流體合流並流動；以及第二流出流道，連接在使流體從所述第二控制閥流出的第二流出口與所述合流後流道之間，所述第一流出流道的下游側與所述合流後流道連接，所述流體控制裝置還包括：流量感測器，測定流過所述合流後流道的流體的流量；以及流體控制器，至少基於所述流量感測器測定的流量，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的至少一方。

作為用於利用各控制閥而整體實現所希望的流量的其他方式，可以列舉所述內部流道還包括：第一流入流道，與使流體流入所述第一控制閥的第一流入口連接；以及分路前流道，下游側連接於所述第一流入流道和所述第二流入流道，所述流體控制裝置還包括：流量感測器，測定流過所述分路前流道的流體的流量；以及流體控制器，至少基於所述流量感測器測定的流量，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的至少一方。

為了防止所述第一控制閥和所述第二控制閥的流體控制彼此干擾而控制性能下降，並且能夠準確地實現所希望的大流量，可以是所述流體控制器包括：開度控制部，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的任意一方的開度，以使比設定流量小預定倍的分擔目標流量流動；以及流量回饋控制部，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的另一方，以使所述設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差變小。

為了例如即使在供給壓力變動的情況下，也能夠利用所述開度控制部的控制而由一方的控制閥實現接近所述分擔目標流量的流量，並且降低被進行流量回饋控制的另一方的控制閥的負擔，可以是所述開度控制部包括：目標開度算出部，基於所述第一控制閥的上游側的壓力，算出與所述分擔目標流量相當的目標開度；以及電壓控制部，將與所述目標開度相當的電壓施加於所述第一控制閥和所述第二控制閥中的另一方。

為了在所述第一控制閥和所述第二控制閥雙方中實現大致相同的流量，其結果在流體控制裝置整體中能夠實現以往兩倍程度的最大流量，所述分擔目標流量可以設定為所述設定流量的1／2倍。

為了以簡單的控制律利用各控制閥而整體得到所希望的流量，可以是所述流體控制器包括同步控制部，所述同步控制部進行控制以使所述第一控制閥的開度與所述第二控制閥的開度同步。

為了使所述第一控制閥和所述第二控制閥雙方同樣地動作而簡化控制律，並且即使具有干擾也將從流體控制裝置輸出的流量保持為設定流量，可以是所述第一控制閥和所述第二控制閥是相同類型的控制閥，所述同步控制部分別向所述第一控制閥和所述第二控制閥施加相同的電壓，以使設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差變小。

為了能夠在通常時進行所述第一控制閥和所述第二控制閥中的任意一方的流量控制，即使在進行流量控制的控制閥發生了異常的情況下通過將流量控制切換為其他控制閥而能夠從異常自恢復，可以是所述流體控制器包括：流量回饋控制部，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的任意一方，以使設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差變小，閥異常檢測部，檢測所述第一控制閥或所述第二控制閥中的異常；以及控制對象切換部，在所述閥異常檢測部檢測到由所述流量回饋控制部控制的所述第一控制閥或所述第二控制閥的異常的情況下，對成為所述流量回饋控制部的控制對象的控制閥進行切換。

按照這種結構，例如即使操作者不進行特殊的恢復操作或修復操作等，也能夠在進行流量控制的控制閥發生了異常的情況下自動切換為其他控制閥，能夠繼續流量控制。因此，如果是這種流體控制裝置，則即使一方的控制閥發生了故障，也能夠進行自恢復、自修復，能夠提高流量控制的可靠性。此外，例如如果所述第一控制閥和所述第二控制閥為常開型，則即使最初進行了流量控制的控制閥發生了故障，該控制閥也為全開狀態，不容易妨礙被切換控制的控制閥的流量控制。

為了在各控制閥未發生故障等的通常時，縮短由所述流量感測器測定的測定點與控制閥控制流量的控制點之間的距離，使回應性良好，可以是所述流量回饋控制部在初始狀態下控制所述第二控制閥，在所述閥異常檢測部檢測到所述第二控制閥異常的情況下，所述控制對象切換部構成為將所述流量回饋控制部的控制對象切換為所述第一控制閥。

作為用於檢測各控制閥中的異常的具體結構示例，可以列舉所述閥異常檢測部構成為基於施加於所述第一控制閥或所述第二控制閥的電壓，檢測絕緣狀態的異常。

作為用於檢測各控制閥中的異常的其他結構示例，可以列舉所述閥異常檢測部構成為基於所述設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差的絕對值，檢測所述第一控制閥或所述第二控制閥的異常。

如此，按照本發明的流體控制裝置，在沿著寬度方向透視所述塊件的情況下，所述第一流出流道和所述第二流入流道配置成重疊在一點，因此能夠將所述第一控制閥和所述第二控制閥沿著所述塊件的長邊方向並列配置，減小所述塊件的寬度尺寸，並且能夠使經過了各控制閥的流體在所述合流後流道合流。其結果，能夠緊湊地構成流體控制裝置並使最大流量比以往大。

參照圖1至圖3，對第一實施方式的流體控制裝置100進行說明。

該流體控制裝置100例如在半導體製造工序中用於將作為流體的各種氣體以所希望的設定流量供給到腔室。此外，將多個流體控制裝置100在寬度方向上並列地排列而構成氣體供給系統。

如圖1和圖2所示，流體控制裝置100包括：塊件B，具有長邊方向，且形成有使氣體從一端部向另一端部流動的內部流道L；第一控制閥V1和第二控制閥V2，安裝於塊件B；壓力式流量感測器FM，測定經過了第一控制閥V1和第二控制閥V2並合流後的氣體的流量；以及流體控制器CB，基於流量感測器FM的測定值，控制第一控制閥V1和第二控制閥V2。對各部分進行詳細說明。

如圖1所示，塊件B在細長的長方體的一個側面的中央部形成有長方體形狀的突出部B1。該塊件B的某個側面設定為安裝面AS，在該安裝面AS安裝有作為流體控制設備的第一控制閥V1、以及構成流量感測器FM的第一壓力感測器P1和第二壓力感測器P2。此外，在突出部B1設置有第二控制閥V2。即，相對於內部流道L從上游側依次將第一控制閥V1、第二控制閥V2、第一壓力感測器P1、第二壓力感測器P2安裝於塊件B。如圖1的（b）所示，塊件B具有恆定的寬度尺寸，第一控制閥V1、第二控制閥V2、第一壓力感測器P1、第二壓力感測器P2也具有與塊件B的寬度尺寸大致相同的尺寸。

第一控制閥V1和第二控制閥V2是相同種類、相同類型的例如壓電閥，由閥座和閥體構成的圓筒狀的閥結構件***在安裝面AS或突出部B1形成的中空圓筒狀的凹部中，驅動閥體的壓電致動器設置成向外側突出。氣體從形成在閥結構件的下表面側的流入口流入控制閥內，經過了閥體與閥座的間隙的氣體從形成在閥結構件的側面的流出口向下游側流動。在以下的說明中，將第一控制閥V1的流入口和流出口稱為第一流入口11和第一流出口12，將第二控制閥V2的流入口和流出口稱為第二流入口21和第二流出口22。

第一壓力感測器P1和第二壓力感測器P2是相同種類、相同類型的壓力感測器，由安裝於安裝面AS的呈長方體形狀的固定部和在固定部的上側呈扁平圓盤狀的主體部構成。在主體部的內部，壓力的感壓面設置成與安裝面AS垂直。此外，第一壓力感測器P1利用固定部的下表面按壓固定作為流體阻力件的層流元件R，所述層流元件R收容在形成於安裝面AS的凹部內。通過層疊多個形成有微小流道的層流元件板而形成該層流元件，氣體經過層流元件板之間，由此在層流元件R的前後產生壓差。在層流元件R的中央部設置有貫通孔，該貫通孔用於將經過層流元件板之間之前的氣體向第一壓力感測器P1內引導，第一壓力感測器P1測定層流元件R的上游側的壓力。此外，第二壓力感測器P2測定經過了層流元件R之後的氣體的壓力。

此外，在塊件B中，在作為安裝面AS的對置面的底面形成有：導入口CIP，向內部流道L導入氣體；以及導出口COP，將經過了第一控制閥V1和第二控制閥V2的氣體從內部流道L向外部導出。

在內部流道L中，形成在塊件B的一端側的部分形成為兩個並列的流道。在並列的各流道分別設置第一控制閥V1和第二控制閥V2。此外，在內部流道L中，形成在塊件B的另一端側的部分形成為使經過了第一控制閥V1和第二控制閥V2的氣體合流的一個合流後流道CL。

即，通過將各流體控制設備安裝於一個塊件B，從而形成圖3所示的流體回路。更具體而言，如圖1和圖3所示，內部流道L還包括：分路前流道BBL，使流體從導入口CIP流入；第一流入流道SL1，從位於分路前流道BBL的下游端的分路點BP分路，連接在該分路點BP與第一控制閥V1的第一流入口11之間；第二流入流道SL2，從位於分路前流道BBL的下游端的分路點BP分路，終端部連接於第二控制閥V2的第二流入口21；第一流出流道EL1，連接在第一控制閥V1的第一流出口12與作為合流後流道CL的上游端的合流點CP之間；以及第二流出流道EL2，連接在第二控制閥V2的第二流出口22與作為合流後流道CL的上游端的合流點CP之間。在此，第二流入流道SL2和第一流出流道EL1在塊件B內分別位於扭轉的位置。

如圖1的（a）所示，在沿著寬度方向透視塊件B的情況下，第二流入流道SL2和第一流出流道EL1配置成重疊在一點。即，在沿著寬度方向觀察的情況下，第一流出流道EL1和第二流入流道SL2的一部分以呈十字的方式配置。更具體而言，第一流入流道SL1在塊件B中形成在寬度方向的中央部，而第二流入流道SL2從寬度方向的中央部向紙面裡側方向傾斜地行進。此外，由於第二控制閥V2設置在突出部B1上，所以第二流入流道SL2一邊向圖1的（a）中的紙面裡側方向行進、一邊相應地從塊件B的底面側向安裝面AS側行進。換句話說，第二流入流道SL2的流動方向在塊件B內向紙面傾斜裡側方向行進。

此外，第一流出流道EL1從塊件B的圖1的（a）中的紙面身前側向寬度方向的中央部行進，並且從安裝面AS側向底面側行進，與第二流出流道EL2一起到達位於層流元件R的上游側的合流流道的頂端部。

接著，參照圖2，對流體控制器CB進行說明。

流體控制器CB是由CPU、記憶體、I/O通道、A/D轉換器、D/A轉換器和其他的類比或數位電路構成的控制電路。流體控制器CB利用CPU執行儲存於記憶體的程式，使各種設備協作，由此至少如圖2所示發揮作為開度控制部2D、流量算出部3、流量回饋控制部4的功能。本實施方式的流體控制器CB控制第一控制閥V1和第二控制閥V2，以使相同程度的流量分別經過第一控制閥V1和第二控制閥V2，並且使與用戶設定的設定流量大致相同的流量流過合流後流道CL。即，通過使大致相同量的氣體從第一控制閥V1和第二控制閥V2流過，與僅有一個控制閥的情況相比，能夠實現大約兩倍的最大流量。以下對各部分的詳情進行說明。

開度控制部2D基於設定流量和由未圖示的供給壓力感測器測定的氣體的供給壓力，控制第一控制閥V1的開度，所述供給壓力感測器設置在與流體控制裝置100的導入口CIP連接的流道。即，開度控制部2D控制開度，以使經過第一控制閥V1的氣體的流量成為設定流量的1／2倍。在此，不向開度控制部2D回饋合流後流量，該合流後流量是由流量感測器FM測定的流過合流後流道CL的氣體的流量。

更具體而言，開度控制部2D包括：目標開度算出部21D，基於設定流量和供給壓力，算出第一控制閥V1的目標開度；以及電壓控制部22D，向第一控制閥V1施加與由目標開度算出部21D算出的目標開度相當的電壓。

目標開度算出部21D保持與第一控制閥V1的電導相關的資訊，根據該電導算出在當前的供給壓力下能夠實現設定流量的1／2的流量的目標開度。

電壓控制部22D保持與第一控制閥V1的電壓－開度特性相關的資訊，向第一控制閥V1施加與目標開度對應的電壓。

如此，在第一控制閥V1的控制中，不回饋與由第一控制閥V1實現的流量相關的資訊，並且基於供給壓力和設定流量，對流量進行開環控制。因此，雖然從第一控制閥V1輸出的氣體的流量成為接近設定流量的1／2的值，但是不修正流量誤差而保持原狀。

流量算出部3基於由第一壓力感測器P1測定的第一壓力和由第二壓力感測器P2測定的第二壓力，算出作為流過合流後流道CL的氣體的流量的合流後流量。在流量算出部3中使用的流量的算式例如使用基於第一壓力與第二壓力的壓差、第一壓力的平方與第二壓力的平方之差的已知算式。

流量回饋控制部4對第二控制閥V2的開度進行流量回饋控制，以使設定流量與由流量算出部3算出的合流後流量的偏差變小。即，構成為利用第二控制閥V2的控制，減小由第一控制閥V1實現的流量的誤差和由第二控制閥V2實現的流量的誤差雙方。

按照如此構成的流體控制裝置100，形成在塊件B內的使氣體從第一控制閥V1流出的第一流出流道EL1和使氣體流入第二控制閥V2的第二流入流道SL2配置在扭轉的位置，並且在沿著寬度方向觀察的情況下配置成重疊在一點，因此能夠將第一流出流道EL1、第一控制閥V1和第二控制閥V2沿著長邊方向並列配置，減小所述塊件B的寬度尺寸，並且能夠使從第一控制閥V1和第二控制閥V2流出的流體流向合流後流道CL。因此，能夠使流體控制裝置100的寬度尺寸緊湊，並且通過使用兩個控制閥而能夠使最大流量為以往的大約兩倍。

此外，由流體控制器CB基於供給壓力來控制第一控制閥V1的開度，以開環控制流量。此外，對第二控制閥V2回饋由流量感測器FM測定的合流後流量，以閉環控制流量。如此，僅對第二控制閥V2進行流量回饋控制，因此能夠防止各控制閥彼此的控制相互干擾。

此外，對第一控制閥V1控制開度，以使相當於設定流量的1／2倍的流量流動，因此經過第一控制閥V1和第二控制閥V2的氣體的流量能夠成為大致相同值。因此，與利用一個控制閥控制氣體的流量的情況相比，能夠將最大流量準確地控制為大約兩倍。

接著，參照圖4，對本發明第二實施方式的流體控制裝置100進行說明。另外，對與第一實施方式中說明的部件對應的部件賦予相同的附圖標記。

第二實施方式的流體控制裝置100中，第一控制閥V1和第二控制閥V2的閥體和閥座等未***塊件B內，而分別構成為單獨分離的結構。

具體而言，第一控制閥V1包括在內部形成有閥體和閥座的第一閥塊件VB1，構成為該第一閥塊件VB1的下表面安裝於塊件B的安裝面AS並與內部流道L連通。即，第一閥塊件VB1在形成於下表面的連接面CS開設有使作為流體的氣體流入內部的第一流入口11和使氣體從內部流出的第一流出口12。因此，通過使連接面CS與安裝面AS接觸，從而如圖4的（a）所示，在安裝面AS開口的第一流入流道SL1的下游端開口與第一流入口11連通，並且在安裝面AS開口的第一流出流道EL1的上游端開口與第一流出口12連通。如圖4的（b）所示，第一流出口12相對於第一流入口11的中心在寬度方向上偏移配置，並且與在塊件B內傾斜延伸的第一流出流道EL1連接。

此外，第二控制閥V2也具有與第一控制閥V1相同的結構。第二控制閥V2包括在內部形成有閥體和閥座的第二閥塊件VB2，構成為該第二閥塊件VB2的下表面安裝於塊件B的安裝面AS並與內部流道L連通。即，第二閥塊件VB2在形成於下表面的連接面CS開設有使作為流體的氣體流入內部的第二流入口21和使氣體從內部流出的第二流出口22。因此，通過使連接面CS與安裝面AS接觸，從而如圖4的（a）所示，在安裝面AS開口的第二流入流道SL2的下游端開口與第二流入口21連通，並且在安裝面AS開口的第二流出流道EL2的上游端開口與第一流出口12連通。如圖4的（b）所示，第二流出口22相對於第一流出口12的中心在寬度方向上向中央側偏移配置。與該第二流出口22連接的第二流出流道EL2在塊件B的高度方向上延伸，形成為與第一流出流道EL1交叉。

第二流入流道SL2從塊件B的中央部向寬度方向裡側傾斜延伸，相對於向寬度方向身前側傾斜延伸的第一流出流道EL1配置在扭轉的位置。此外，如圖4的（a）所示，在沿著寬度方向透視塊件B的情況下，構成為第一流出流道EL1和第二流入流道SL2重疊在一點。

按照如此構成的第二實施方式的流體控制裝置100，不需要在塊件B的安裝面AS形成用於在內部收容第一控制閥V1和第二控制閥V2的一部分的凹部，能夠將各控制閥V1、V2整體配置在塊件B的外側而成為分離的狀態。因此，能夠在塊件B內增大可形成第一流入流道SL1、第二流入流道SL2、第一流出流道EL1、第二流出流道EL2的空間。因此，即使是簡單的形狀，也容易將第一流出流道EL1和第二流入流道SL2配置在扭轉的位置。

接著，參照圖5，對本發明第三實施方式的流體控制裝置100進行說明。另外，對與第一實施方式中說明的部件對應的部件賦予相同的附圖標記。

第三實施方式的流體控制裝置100中，流體控制器CB的結構與第一實施方式不同。即，第一實施方式的流體控制器CB以各自不同的控制律獨立地控制第一控制閥V1和第二控制閥V2，而第三實施方式的流體控制器CB使第一控制閥V1和第二控制閥V2的開度同步地變化。

具體而言，流體控制器CB包括同步控制部5，該同步控制部5進行控制以使第一控制閥V1的開度與第二控制閥V2的開度同步。

同步控制部5以設定流量與流量感測器FM測定的合流後流量的偏差變小的方式，分別向第一控制閥V1和第二控制閥V2施加相同的電壓。在此，第一控制閥V1和第二控制閥V2是相同種類、相同類型的控制閥，因此如果被施加相同的電壓，則成為大致相同的開度。此外，同步控制部5構成為雖然根據設定流量與測定的流量的偏差，使施加於各控制閥V1的電壓變化，但是在各時刻施加的電壓的值為大致相同的值。即，構成為第一控制閥V1和第二控制閥V2例如相對於同步控制部5並聯連接，各自被施加的電壓值始終為相同的值。此外，同步控制部5構成為還根據供給壓力，對施加的電壓的大小進行修正。

按照這樣的第三實施方式的流體控制裝置100，即使是簡單的控制律，也能夠使氣體無偏差地流過各控制閥V1、V2，能夠高精度地實現大流量。

接著，參照圖6，對本發明第四實施方式的流體控制裝置100進行說明。另外，對與第一實施方式中說明的部件對應的部件賦予相同的附圖標記。

第四實施方式的流體控制裝置100在位於各控制閥V1、V2的上游側的分路前流道BBL上設置有流量感測器FM，並且流量感測器FM不使用壓力式流量感測器，而是使用熱式流量感測器。該流量感測器FM包括：作為流體阻力件的分流元件RB，設置於分路前流道BBL；U形的細管TP，旁通分流元件RB；第一線圈C1，捲繞在細管TP的外側；以及第二線圈C2，設置在第一線圈C1的下游側並捲繞在細管TP的外側。流體控制器CB例如分別施加電壓以將各線圈C1、C2的溫度保持為恆定，並且基於向各線圈C1、C2施加的電壓之差來算出流量。

即使是這樣的第四實施方式的流體控制裝置100，也能夠獲得與第一實施方式的流體控制裝置100大致相同的效果。

接著，參照圖7和圖8，對本發明第五實施方式的流體控制裝置100進行說明。另外，對與第一實施方式中說明的部件對應的部件賦予相同的附圖標記。

第五實施方式的流體控制裝置100中，即使第一控制閥V1和第二控制閥V2中的任意一方發生了故障等，也自動繼續流量控制。即，該流體控制裝置100針對流量控制具有自恢復、自修復功能。

具體而言，該流體控制裝置100中的第一控制閥V1和第二控制閥V2構成為常開型的閥。換句話說，第一控制閥V1和第二控制閥V2構成為在未被施加電壓的情況以及壓電致動器發生了絕緣擊穿的情況下成為全開的狀態。此外，第一控制閥V1和第二控制閥V2是相同類型的控制閥，具有大致相同的控制特性。

此外，流體控制器CB構成為如圖7所示，在通常時僅由第二控制閥V2進行流量控制，並且如圖8所示，在異常發生時自動切換為僅由第一控制閥V1進行的流量控制。即，在通常時適當地變更第二控制閥V2的開度，而第一控制閥V1例如被保持為全開的狀態。

具體而言，流體控制器CB構成為發揮作為流量算出部3、流量回饋控制部4、閥異常檢測部6和流量控制切換部7的功能。

流量算出部3具有與第一實施方式相同的結構，因此省略說明。流量回饋控制部4的基本控制律與第一實施方式相同，但是利用流量控制切換部7來切換成為控制對象的控制閥。此外，在該實施方式中，流量回饋控制部4在通常時控制第二控制閥V2，在異常發生時控制第一控制閥V1。

閥異常檢測部6至少監測在通常時成為流量回饋控制部4的控制對象的第二控制閥V2。即，閥異常檢測部6監測施加於第二控制閥V2的電壓的值，並且也監測由流量回饋控制部4算出的設定流量與合流後流量的偏差的絕對值。例如在施加於第二控制閥V2的電壓為預定值以下的情況下，閥異常檢測部6判定為壓電致動器發生了絕緣擊穿。此外，在所述偏差的絕對值為預定值以上且該狀態維持了預定期間的情況下，閥異常檢測部6判定為由於第二控制閥V2的異常而不進行流量控制。

在閥異常檢測部6檢測到第二控制閥V2的異常的情況下，流量控制切換部7如圖8所示，從第二控制閥V2的流量控制切換為第一控制閥V1的流量控制。即，利用流量回饋控制部4僅向第一控制閥V1施加電壓，繼續流量控制。此外，由於不再被施加電壓的第二控制閥V2是常開型，所以維持全開的狀態。

如此，按照第五實施方式的流體控制裝置100，在第二控制閥V2單獨的流量控制中檢測到該第二控制閥V2異常的情況下，能夠自動切換為第一控制閥V1的流量控制。因此，即使由於第二控制閥V2的異常而不能繼續流量控制、不能維持設定流量，也能夠開始第一控制閥V1的流量控制而自恢復為設定流量。

此外，在開始第一控制閥V1的流量控制之後，第二控制閥V2維持全開狀態，因此能夠使第二控制閥V2自身的流道阻力最小化。因此，能夠在與第二控制閥V2大致同等的條件下進行第一控制閥V1的流量控制，能夠將流量控制精度等保持為恆定。

對其他實施方式進行說明。

塊件也可以不包括相對於安裝面突出的突出部。即，第一控制閥和第二控制閥也可以分別安裝在相同高度的安裝面上。即使在這種情況下，只要第一流出流道和第二流入流道處於扭轉的位置，並且在沿著寬度方向觀察的情況下配置成在一點交叉即可。

此外，突出部的設置位置不限於上述實施方式所示的位置。例如也可以在設置第一控制閥的位置設置突出部，將第一控制閥在塊件中配置在比第二控制閥高的位置。

流量感測器不限於壓力式流量感測器，也可以是熱式或超聲波式等基於其他測定原理的流量感測器。此外，流過內部流道的流體不僅可以是氣體，也可以是液體。

作為開度控制部的控制對象的控制閥不限於第一控制閥，也可以是第二控制閥。在這種情況下，只要構成為流量回饋控制部控制第一控制閥即可。此外，在開度控制部中使用的壓力不限於供給壓力。例如開度控制部也可以基於由構成壓力式流量感測器的第一壓力感測器測定的第一壓力，控制第一控制閥或第二控制閥的開度。

開度控制部不限於以實現設定流量的1／2倍的流量的方式進行動作。例如也能夠以實現比設定流量小預定倍的流量的方式控制第一控制閥或第二控制閥。

流體控制裝置不限於控制流量，也可以控制壓力。只要是本發明的流體控制裝置，則即使在控制壓力的情況下，也能夠使最大流量比以往大。

第二流入流道不限於從第一流入流道分路，也可以形成為連接在導入口與第二流入口之間。此外，也可以設置兩個導入口，第一流入流道和第二流入流道分別從各自的流體供給源接受流體的供給。

在第五實施方式中，構成為在通常時僅由第二控制閥進行流量控制，在檢測到異常之後僅由第一控制閥進行流量控制，但是也可以構成為在通常時僅由第一控制閥進行流量控制，在檢測到異常之後僅由第二控制閥進行流量控制。此外，也可以對在通常時未進行流量控制的控制閥施加動作維持電壓，以便在切換後能夠立即動作。此外，也可以構成為預先對在通常時未進行流量控制的控制閥例如進行壓力控制，在檢測到異常之後進行流量控制。

此外，第五實施方式的流體控制裝置不限於第一控制閥和第二控制閥雙方構成為常開型，第一控制閥和第二控制閥也可以構成為在未被施加電壓的情況下保持為全閉狀態的常閉型。此外，也可以構成為第一控制閥和第二控制閥中的一方為常開型而另一方為常閉型。即使在如此構成的情況下，也能夠在進行了流量控制的控制閥發生了異常的情況下自動地繼續其他控制閥的流量控制。因此，與第五實施方式中說明的情況相同，也能夠針對流量控制實現自恢復、自修復功能。

此外，只要不違背本發明的宗旨，也可以進行各種實施方式的變形、各實施方式的一部分彼此的組合。

100:流體控制裝置 V1:第一控制閥 V2:第二控制閥 SL1:第一流入流道 SL2:第二流入流道 EL1:第一流出流道 EL2:第二流出流道 FM:流量感測器 CB:流體控制器 2D:開度控制部 21D:目標開度算出部 22D:電壓控制部 3:流量算出部 4:流量回饋控制部 5:同步控制部 6:閥異常檢測部 7:流量控制切換部

圖1是表示本發明第一實施方式的流體控制裝置的硬體結構的示意圖。

圖2是表示第一實施方式的流體控制裝置的流體控制器的結構的示意圖。

圖3是第一實施方式的流體控制裝置的示意性流體回路圖。

圖4是表示本發明第二實施方式的流體控制裝置的硬體結構的示意圖。

圖5是表示本發明第三實施方式的流體控制裝置的結構的示意圖。

圖6是本發明第四實施方式的流體控制裝置的示意性流體回路圖。

圖7是表示本發明第五實施方式的通常時的流體控制裝置的結構的示意圖。

圖8是表示本發明第五實施方式的異常發生時的流體控制裝置的結構的示意圖。

100:流體控制裝置

V1:第一控制閥

V2:第二控制閥

SL1:第一流入流道

SL2:第二流入流道

EL1:第一流出流道

EL2:第二流出流道

Claims

一種流體控制裝置，其特徵在於，包括：塊件，沿著長邊方向以預定寬度延伸；內部流道，形成在所述塊件內，沿著所述長邊方向延伸；第一控制閥，安裝於所述塊件；以及第二控制閥，安裝於比所述第一控制閥更靠下游側，所述內部流道包括：第一流出流道，與使流體從所述第一控制閥流出的第一流出口連接；以及第二流入流道，與使流體流入所述第二控制閥的第二流入口連接，在沿著寬度方向透視所述塊件的情況下，所述第一流出流道與所述第二流入流道配置成重疊在一點。
如請求項1所述的流體控制裝置，其中所述塊件包括：安裝面，用於安裝流體控制設備；以及突出部，相對於所述安裝面突出預定量，所述第一控制閥和所述第二控制閥中的任意一方安裝於所述安裝面。
如請求項2所述的流體控制裝置，其中所述第二控制閥設置於所述突出部。
如請求項1所述的流體控制裝置，其中所述第一控制閥具備第一閥塊件，所述第一閥塊件形成有與所述塊件的表面接觸的第一接觸面，使流體流入所述第一閥塊件的第一流入口和使流體從所述第一閥塊件流出的所述第一流出口在所述第一接觸面開口，所述第二控制閥具備第二閥塊件，所述第二閥塊件形成有與所述塊件的表面接觸的第二接觸面，使流體流入所述第二閥塊件的所述第二流入口和使流體從所述第二閥塊件流出的第二流出口在所述第二接觸面開口。
如請求項1所述的流體控制裝置，其中所述第一控制閥和所述第二控制閥具有與所述塊件相同的寬度尺寸。
如請求項1所述的流體控制裝置，其中所述內部流道還包括：合流後流道，使經過了所述第一控制閥和所述第二控制閥的流體合流並流動；以及第二流出流道，連接在使流體從所述第二控制閥流出的第二流出口與所述合流後流道之間，所述第一流出流道的下游側與所述合流後流道連接，所述流體控制裝置還包括：流量感測器，測定流過所述合流後流道的流體的流量；以及流體控制器，至少基於所述流量感測器測定的流量，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的至少一方。
如請求項1所述的流體控制裝置，其中，所述內部流道還包括：第一流入流道，與使流體流入所述第一控制閥的第一流入口連接；以及分路前流道，下游側連接於所述第一流入流道和所述第二流入流道，所述流體控制裝置還包括：流量感測器，測定流過所述分路前流道的流體的流量；以及流體控制器，至少基於所述流量感測器測定的流量，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的至少一方。
如請求項6所述的流體控制裝置，其中所述流體控制器包括：開度控制部，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的任意一方的開度，以使比設定流量小預定倍的分擔目標流量流動；以及流量回饋控制部，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的另一方，以使所述設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差變小。
如請求項8所述的流體控制裝置，其中所述開度控制部包括：目標開度算出部，基於所述第一控制閥的上游側的壓力，算出與所述分擔目標流量相當的目標開度；以及電壓控制部，將與所述目標開度相當的電壓施加於所述第一控制閥和所述第二控制閥中的另一方。
如請求項8所述的流體控制裝置，其中所述分擔目標流量設定為所述設定流量的1／2倍。
如請求項6所述的流體控制裝置，其中所述流體控制器包括同步控制部，所述同步控制部進行控制以使所述第一控制閥的開度與所述第二控制閥的開度同步。
如請求項11所述的流體控制裝置，其中所述第一控制閥和所述第二控制閥是相同類型的控制閥，所述同步控制部分別向所述第一控制閥和所述第二控制閥施加相同的電壓，以使設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差變小。
如請求項6所述的流體控制裝置，其中所述流體控制器包括：流量回饋控制部，控制所述第一控制閥和所述第二控制閥中的任意一方，以使設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差變小，閥異常檢測部，檢測所述第一控制閥或所述第二控制閥中的異常；以及控制對象切換部，在所述閥異常檢測部檢測到由所述流量回饋控制部控制的所述第一控制閥或所述第二控制閥的異常的情況下，對成為所述流量回饋控制部的控制對象的控制閥進行切換。
如請求項13所述的流體控制裝置，其中所述流量回饋控制部在初始狀態下控制所述第二控制閥，在所述閥異常檢測部檢測到所述第二控制閥異常的情況下，所述控制對象切換部構成為將所述流量回饋控制部的控制對象切換為所述第一控制閥。
如請求項13所述的流體控制裝置，其中所述閥異常檢測部構成為基於施加於所述第一控制閥或所述第二控制閥的電壓，檢測絕緣狀態的異常。
如請求項13所述的流體控制裝置，其中所述閥異常檢測部構成為基於所述設定流量與所述流量感測器測定的流量的偏差的絕對值，檢測所述第一控制閥或所述第二控制閥的異常。