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公開番号2025071576
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-08
出願番号2023181858
出願日2023-10-23
発明の名称流体制御バルブ、流体制御装置、及び駆動回路
出願人株式会社堀場エステック
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G05D 7/06 20060101AFI20250428BHJP(制御;調整)
要約【課題】ピエゾアクチュエータの充電時と放電時とで動作モードを切り替えることなく、ピエゾアクチュエータの出力電圧を精度良く制御する。
【解決手段】ピエゾアクチュエータの駆動回路は、直流電源に一次巻線が接続され、ピエゾアクチュエータに二次巻線が接続されたフライバックトランスと、一次巻線に接続された充電スイッチと、二次巻線に接続された放電スイッチと、一次巻線に接続され、ピエゾアクチュエータの放電エネルギが回生される回生コンデンサと、充電スイッチ及び放電スイッチのオンオフ動作を制御するスイッチ制御部とを備え、スイッチ制御部は、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのオンオフ動作を制御することにより、前記ピエゾアクチュエータの充電と放電とを繰り返し行わせて、前記ピエゾアクチュエータの印加電圧を制御する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ピエゾアクチュエータ及び当該ピエゾアクチュエータに接続される駆動回路を備える流体制御バルブであって、
前記駆動回路は、
直流電源に一次巻線が接続され、前記ピエゾアクチュエータに二次巻線が接続されたフライバックトランスと、
前記一次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータを充電するためにオンオフされる充電スイッチと、
前記二次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータを放電するためにオンオフされる放電スイッチと、
前記一次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータの放電エネルギが回生される回生コンデンサと、
前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのオンオフ動作を制御するスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのオンオフ動作を制御することにより、前記ピエゾアクチュエータの充電と放電とを繰り返し行わせて、前記ピエゾアクチュエータの印加電圧を制御する、流体制御バルブ。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチの１回のオンオフ動作及び前記放電スイッチの１回のオンオフ動作からなるサイクルを繰り返すことにより、前記ピエゾアクチュエータの充電と放電とを繰り返し行わせる、請求項１に記載の流体制御バルブ。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのオンオフ動作を制御することにより、前記ピエゾアクチュエータの１回の充電による充電エネルギと１回の放電による放電エネルギとの比を制御して、前記ピエゾアクチュエータの印加電圧を制御する、請求項１又は２に記載の流体制御バルブ。
【請求項４】
前記スイッチ制御部は、
前記充電スイッチに流れる一次側スイッチ電流値が所定の一次側ピーク電流値に到達すると、前記充電スイッチをオンからオフに切り替え、
前記放電スイッチに流れる二次側スイッチ電流値が所定の二次側ピーク電流値に到達すると、前記放電スイッチをオンからオフに切り替えるものであり、
前記一次側ピーク電流値と前記二次側ピーク電流値との比を制御することにより、前記ピエゾアクチュエータの１回の充電による充電エネルギと１回の放電による放電エネルギとの比を制御する、請求項３に記載の流体制御バルブ。
【請求項５】
前記スイッチ制御部は、前記ピエゾアクチュエータへの電圧指令と前記ピエゾアクチュエータへの出力電圧とに基づいて、前記一次側ピーク電流値と前記二次側ピーク電流値との比を制御する、請求項４に記載の流体制御バルブ。
【請求項６】
前記スイッチ制御部は、
前記ピエゾアクチュエータへの出力電圧に基づいて、前記一次側ピーク電流値を設定する一次側ピーク電流設定部と、
設定された前記一次側ピーク電流値を反転増幅回路により反転増幅して前記二次側ピーク電流値を設定する二次側ピーク電流設定部と、
前記一次側ピーク電流値及び前記充電スイッチを流れる電流値に基づいて、前記充電スイッチを駆動する充電スイッチ駆動部と、
前記二次側ピーク電流値及び前記放電スイッチを流れる電流値に基づいて、前記放電スイッチを駆動する放電スイッチ駆動部とを備える、請求項４又は５に記載の流体制御バルブ。
【請求項７】
前記二次側ピーク電流設定部において、前記反転増幅回路の非反転増幅端子に入力される基準電位を下げることによって、前記ピエゾアクチュエータの充電のみを繰り返すサイクルと、前記ピエゾアクチュエータの充電及び放電を繰り返すサイクルと、前記ピエゾアクチュエータの放電のみを繰り返すサイクルとが設定されている、請求項６に記載の流体制御バルブ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の流体制御バルブと、
流路に流れる流体を測定する流体センサと、
前記流体センサの測定値に基づいて前記流体制御バルブを制御するバルブ制御部とを備える、流体制御装置。
【請求項９】
ピエゾアクチュエータに接続される駆動回路であって、
直流電源に一次巻線が接続され、前記ピエゾアクチュエータに二次巻線が接続されたフライバックトランスと、
前記一次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータを充電するためにオンオフされる充電スイッチと、
前記二次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータを放電するためにオンオフされる放電スイッチと、
前記一次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータの放電エネルギが回生される回生コンデンサと、
前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのオンオフ動作を制御するスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチを制御することにより、前記ピエゾアクチュエータの充電と放電とを繰り返し行わせて、前記ピエゾアクチュエータの印加電圧を制御する、駆動回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体制御バルブ、流体制御装置、及び駆動回路に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造プロセスにおいてチャンバ内に供給されるガスの流量はマスフローコントローラにより制御される。このマスフローコントローラは、例えばピエゾアクチュエータを備えた流体制御バルブと、流量センサとを備えている。そして、流量センサの測定流量と設定流量との偏差が小さくなるようにピエゾアクチュエータに印加される電圧が制御される。
【０００３】
ところで、ピエゾアクチュエータに電圧が印加されて伸びた状態から縮める場合には、ピエゾアクチュエータに蓄えられている電荷を放電する必要がある。従来ではピエゾアクチュエータから放電された電荷は例えば駆動回路中の抵抗において熱として消費されている。
【０００４】
近年では、ＡＬＤプロセスのようにガスの供給と停止が高速及び高頻度で繰り返される場合があり、この場合には、流体制御バルブの高速に開閉させる必要がある。そうすると、ピエゾアクチュエータからの放電機会が多く、駆動回路における熱損失が増加し、エネルギ効率が悪くなってしまう。
【０００５】
そのため、特許文献１に示すように、ピエゾアクチュエータの放電時に電源側へ電荷（エネルギ）を回生する双方向電源回路（フライバックトランス）を利用したものが考えられている。この双方向電源回路では、二次側への出力（ピエゾアクチュエータの充電時）と、一次側への回生（ピエゾアクチュエータの放電時）とで動作モードを変更している。具体的には、充電時には、充電スイッチのみをオンオフしてピエゾアクチュエータに充電し、放電時には、放電スイッチのみをオンオフしてピエゾアクチュエータから放電している。
【０００６】
しかしながら、一定電圧に制御したい場合や微小な電圧範囲で制御したい場合には、充電モードと放電モードとで動作モードを切り替えながら制御する必要があり、双方向電源回路の制御が複雑になってしまい、場合によっては、出力電圧が発振してしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２０－２０１６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上述した問題を解決すべくなされたものであり、ピエゾアクチュエータの充電時と放電時とで動作モードを切り替えることなく、ピエゾアクチュエータの出力電圧を精度良く制御することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係る流体制御バルブは、ピエゾアクチュエータ及び当該ピエゾアクチュエータに接続される駆動回路を備える流体制御バルブであって、前記駆動回路は、直流電源に一次巻線が接続され、前記ピエゾアクチュエータに二次巻線が接続されたフライバックトランスと、前記一次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータを充電するためにオンオフされる充電スイッチと、前記二次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータを放電するためにオンオフされる放電スイッチと、前記一次巻線に接続され、前記ピエゾアクチュエータの放電エネルギが回生される回生コンデンサと、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのオンオフ動作を制御するスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのオンオフ動作を制御することにより、前記ピエゾアクチュエータの充電と放電とを繰り返し行わせて、前記ピエゾアクチュエータの印加電圧を制御することを特徴とする。
【００１０】
このような流体制御バルブであれば、ピエゾアクチュエータの充電と放電とを繰り返し行わせて、ピエゾアクチュエータの印加電圧を制御するので、ピエゾアクチュエータの充電時と放電時とで動作モードを切り替えることなく、ピエゾアクチュエータの出力電圧を精度良く制御することができる。特に、本発明では、ピエゾアクチュエータを一定電圧又は所定の微小電圧範囲で制御する場合に、ピエゾアクチュエータの充電時と放電時とで動作モードを切り替える必要がないので、ピエゾアクチュエータの出力電圧を精度良く制御することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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