流量コントローラ、流量コントローラを備える流量制御システム、流量コントローラ制御プログラム、及び、流量制御プログラム
【課題】電源電圧が定格電圧を超える場合でも良好な流量制御精度が得られる流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量コントローラ制御プログラムを提供すること。
【解決手段】全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を実行することにより、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、比例電磁弁の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、比例電磁弁を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出し、制御動作時流量制御プログラム４４を実行することにより、算出された全開時のＤｕｔｙの値を上限として、比例電磁弁のコイル２１に印加する電圧のＤｕｔｙを可変させることにより、比例電磁弁の開度を制御する。
【解決手段】全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を実行することにより、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、比例電磁弁の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、比例電磁弁を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出し、制御動作時流量制御プログラム４４を実行することにより、算出された全開時のＤｕｔｙの値を上限として、比例電磁弁のコイル２１に印加する電圧のＤｕｔｙを可変させることにより、比例電磁弁の開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量を設定された目標値に制御する流量コントローラ、流量制御システム、流量コントローラ制御プログラム、及び、流量制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、流量を設定された目標値に制御する流量コントローラは、機械・自動車・精密機器等の分野、半導体・バイオ等の先端分野、医療分野、食品分野など、幅広く利用されている。流量コントローラは、流量センサと比例電磁弁と制御回路を備え、制御回路が、流量センサにより計測される流量を目標流量に制御するように、比例電磁弁の開度を調整するようになっている。比例電磁弁の開度は、比例電磁弁のコイルに供給する電流又は電圧に比例して調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（１）しかしながら、流量コントローラは、仕様によって定格電圧が決められており、商用電源の電源電圧が仕様の定格電圧の範囲内で使用されることを前提として、流量制御の精度が保証されている。流量コントローラは、使用先において流量制御システムに組み付けられ、使用先の商用電源から電源電圧を印加されて駆動する。一方、電源電圧は、配電条件やノイズ等によって、公称電圧より高圧であったり、低圧であったりする。よって、流量コントローラの比例電磁弁に印加される最大電圧は、電源電圧により左右される。流量コントローラは、電源電圧が大きくなるにつれて、比例電磁弁のコイルに印加される印加電圧が高くなり、コイルの発熱量が大きくなる。比例電磁弁のコイルが仕様を超えて発熱すると、制御回路上の電子部品が破壊される恐れがある。
【０００５】
上述したように、使用先での電源電圧は、配電条件やノイズ等によってばらつくため、流量コントローラの設置後に制御回路上の電子部品が破壊されるか否かは、流量コントローラを使用先の流量制御システムに実際に組み付けて稼働させてみなければ、わからない。制御回路上の電子部品が破壊されると、流量コントローラの流量制御精度が低下して製品の歩留まりを悪化させるため、使用先では、製品製造ラインを停止させて流量コントローラを交換したり微調整する等の措置が必要になる。このような不具合を回避するために、電源電圧のバラツキに対応できる流量コントローラが、産業界から強く求められている。
【０００６】
（２）また、従来の流量コントローラは、流量制御システムに設置された後、例えば、流量コントローラの一次側に配置された開閉弁が流体制御中に弁閉され、流量センサが流量を計測しなくなると、制御流量を目標流量に近づけるために、比例電磁弁がコイルに電源電をそのまま印加され、全開される。この場合、実際には、比例電磁弁が流体制御していないにもかかわらず、コイルに定格電圧が印加されており、電力が無駄に使われていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点（１）を解決するためになされたものであり、電源電圧のバラツキに対応して良好な流量制御精度が得られる流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量コントローラ制御プログラムを提供することを第１の目的とする。
本発明は、上記問題点（２）を解決するためになされたものであり、電力消費量を削減できる流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量制御プログラムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量コントローラは、流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、電源から印加される電源電圧をＰＷＭ制御することにより、前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記電力を制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する。
【０００９】
上記流量コントローラの前記流量制御手段は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット設定手段を有することが、好ましい。
【００１０】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御システムは、上記何れかの流量コントローラを適用していることが、好ましい。
【００１１】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御システムは、配管上に設置された流量コントローラと、電源と前記流量コントローラに接続されて前記流量コントローラの動作を制御するコントローラと、を有する流量制御システムにおいて、前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、を有すること、前記コントローラが、前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する。
【００１２】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量コントローラ制御プログラムは、流量制御システムのコントローラに適用されるものであって、流量センサと、コイルを備える比例電磁弁とを内蔵する流量コントローラの動作を、前記コントローラが電源から前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御することにより制御する流量コントローラ制御プログラムにおいて、前記コントローラを、前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、して機能させる。
【００１３】
上記第２の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量コントローラは、流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記比例電磁弁に印加する電圧をＰＷＭ制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有する。
【００１４】
上記第２の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御システムは、配管上に流量コントローラが設置され、前記流量コントローラの動作を制御するコントローラを有する流量制御システムにおいて、前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、を有していること、前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するものであって、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有することを特徴とする。
【００１５】
上記第２の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御プログラムは、前記流量コントローラを、前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するように機能させること、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するように、機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記態様の流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量コントローラ制御プログラムは、比例電磁弁を全開させる場合にコイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、比例電磁弁の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出し、その算出されたＤｕｔｙの値を上限として、比例電磁弁のコイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させることにより、比例電磁弁の開度を制御する。これにより、電源電圧が定格電圧を超える場合に、比例制御弁を全開させたときに、コイルは、電源電圧を印加される時間が減り、電源から供給される電流が定格電流以下になる。そのため、比例電磁弁は、定格電力を超える電力がコイルに供給されなくなるため、コイルが仕様を超えて発熱し、制御回路を破壊させることがない。よって、上記態様の流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量コントローラ制御プログラムによれば、電源電圧のバラツキに対応して良好な流量制御精度を得ることができる。
【００１７】
また、上記構成の流量コントローラ、流量制御システム及び流量制御プログラムによれば、流体の流量制御を行う場合に、流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、制御流量を最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満にするので、例えば、流体が流量コントローラに流れなくなった状態で比例電磁弁が全開された場合に、コイルの電力消費量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る流量制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】コントローラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】流量コントローラの概略構成を示す断面図である。
【図４】制御回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】ＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
【図６】流量コントローラのメモリに記憶されている全開時Ｄｕｔｙ算出プログラムのフロー図である。
【図７】流量コントローラのメモリに記憶されている制御動作時流量制御プログラムのフロー図である。
【図８】流量コントローラのメモリに記憶されているパージ動作時流量制御プログラムのフロー図である。
【図９】Ｄｕｔｙにリミットをかけた場合におけるＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
【図１０】比較例と実施例における電源電圧とコイルに供給される電力の関係を示す図である。
【図１１】電源電圧とコイル発熱量との関係を示す図である。図中実線は、本実施形態の流量制御システムにおける電源電圧とコイル発熱量との関係を示し、図中点線は、従来の流量制御システムにおける電源電圧とコイル発熱量との関係を示す。
【図１２】流量非検出時における比較例と実施例の電流と消費電力とを比較する表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
＜流量制御システムの概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る流量制御システム５０の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る流量制御システム５０は、流体の供給源５１と、レギュレータ５２と、開閉弁５３と、流量コントローラ１と、コントローラ５４と、ノズル５５とが備わっている。この流量制御システム５０では、供給源５１からの流体がレギュレータ５２により調圧された後に開閉弁５３に供給されている。そして、開閉弁５３が開閉されることにより、流体が流量コントローラ１を介してノズル５５から噴出されるようになっている。このとき、流量コントローラ１によって、ノズル５５から噴出される流体の流量が目標流量になるように、自動的に調整されるようになっている。尚、コントローラ５４は、開閉弁５３のＯＮ／ＯＦＦ制御（開閉制御）および流量コントローラ１の統括制御を行うものである。
【００２１】
＜コントローラの電子的制御構成＞
図２は、コントローラ５４の制御系の概略構成を示すブロック図である。
コントローラ５４は、周知のマイクロコンピュータであって、中央処理装置（ＣＰＵ）５６とメモリ５７と入出力インターフェース５８とを備える。入出力インターフェース５８には、ノズル５５から出力する流体の流量（以下「目標流量」という。）を設定する流量設定手段５９と、プロセス動作を制御する制御動作モードとパージ動作を制御するパージ動作モードとを切り替えるモード切替手段６０が接続される。
【００２２】
＜流量コントローラの概略構成＞
図３は、流量コントローラ１の概略構成を示す断面図である。
流量コントローラ１は、流体の流量を調整するための比例電磁弁２と、流体の流量を検出するための流量センサ３と、流量センサ３により検出される流量（以下「制御流量」という。）が所定の目標流量となるように比例電磁弁２を制御するための制御回路４とを備える。流量コントローラ１は、更に、ベースブロック５と、カバー６とを備える。ベースブロック５には、入口１１と、出口１２と、入口１１と出口１２との間に配置された流路１３が形成される。そして、ベースブロック５には、比例電磁弁２と流量センサ３が固定される。ベースブロック５の入口１１から流路１３に入った流体は、流量センサ３に流れて流路１３に戻り、更に比例電磁弁２を介して流路１３を流れて出口１２から流出するようになっている。カバー６は、比例電磁弁２と流量センサ３を覆うようにしてベースブロック５に固定される。制御回路４は、カバー６の内側に固定される。カバー６の上部には、外部配線用のコネクタ７が設けられる。比例電磁弁２及び流量センサ３は、それぞれ制御回路４に電気的に接続される。制御回路４は、コネクタ７に電気的に接続される。
【００２３】
この実施形態の比例電磁弁２は、コイル２１を巻いたボビン２２と、ボビン２２の中空部２２ａに固定された棒状をなす固定鉄心２３と、コイル２１とボビン２２と固定鉄心２３を支持するホルダ２４と、固定鉄心２３の先端（端面）に対応して配置され、固定鉄心２３に吸引される略円板状をなす可動鉄心２５と、可動鉄心２５の先端（端面）中央に固定された弁体２６と、可動鉄心２５の先端（端面）に固定された板ばね２７と、ホルダ２４と組み合わされるボディ２８と、ボディ２８に形成され、弁体２６が配置される弁室２９と、ボディ２８に形成され、弁体２６に対応して弁室２９に配置された弁座３０と、ボディ２８に形成され、弁室２９に流体を導入する導入流路３１と、ボディ２８に形成され、弁室２９から弁座３０を経由して流体を導出する導出流路３２と、ボディ２８にて、弁座３０の直下流に形成されたオリフィス３３とを備える。
【００２４】
上記構成の比例電磁弁２は、コイル２１に通電されない非通電時には、板ばね２７によって可動鉄心２５が図中下方へ付勢されるので、可動鉄心２５の先端（端面）に固定されている弁体２６が弁座３０に当接している。このため、比例電磁弁２は、導入流路３１と導出流路３２との間が遮断され、弁閉状態となる。一方、比例電磁弁２は、コイル２１に通電される通電時には、コイル２１が通電により励磁されるときの固定鉄心２３の吸引力と板ばね２７の付勢力との釣り合いにより可動鉄心２５が変位する。比例電磁弁２は、弁座３０に対する弁体２６の位置、すなわち弁の開度が調整されるようになっている。この弁の開度は、コイル２１に供給される電力（電流・電圧）に比例して調整される。
【００２５】
この実施形態の流量センサ３は、抵抗体（熱線）の温度差を用いて流体の流量を測定するように構成された熱式のものである。この流量センサ３の詳しい構成については、本願出願人の出願に係る特開２００５−３４５３４６号公報に記載されている。
【００２６】
図４は、制御回路４の電気的構成を示すブロック図である。
この実施形態の制御回路４は、中央処理装置（ＣＰＵ）４１及びメモリ４２等を内蔵して構成される。ＣＰＵ４１は、コネクタ７とコイル２１と流量センサ３に接続されている。ＣＰＵ４１は、コネクタ７を介して図２に示すコントローラ５４の入出力インターフェース５８に電気的に接続され、コントローラ５４を介して供給される電源電圧を利用して駆動する。そして、ＣＰＵ４１は、流量センサ３により計測された制御流量を受信しながら、比例電磁弁２のコイル２１に供給する電力を制御する。この場合、コイル２１に供給される電力は、メモリ４２に格納されている各種制御プログラムを実行することにより、制御される。制御プログラムには、比例電磁弁２を全開状態にする場合におけるＤｕｔｙの最大値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３（全開時Ｄｕｔｙ算出手段の一例）と、プロセス動作時の流量を制御する制御動作時流量制御プログラム４４（流量制御手段の一例）と、パージ動作時の流量を制御するパージ動作時流量制御プログラム４５（流量制御手段の一例）とが、含まれる。ＣＰＵ４１は、メモリに格納されたプログラムに基づき比例電磁弁２を制御する信号を出力するようになっている。そして、制御回路４は、流量センサ３により検出される流量が所定の目標流量となるように比例電磁弁２を制御するようになっている。この実施形態では、制御回路４は、コイル２１に供給する電力（特に電流）を可変させることにより、比例電磁弁２の開度を制御する。
【００２７】
図５は、ＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
制御回路４は、図５に示すように、一定周期のパルス幅のデュ−ティ・サイクル（電圧を印加するＯＮ時間ｄ１と電圧を印加しないＯＦＦ時間ｄ２との比）を変え、比例電磁弁２の開度（電源からコイル２１に印加される電圧）をＰＷＭ制御する。ＰＷＭ制御時には、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加される電圧（以下「バルブ全開時コイル印加電圧」という。）が、デューティ・サイクルに従ってパルス状にコイル２１に印加される。このとき、コイル２１に流れる電流は、コイル２１のインピーダンスにより、パルス状に印加される電源電圧に追従して変化することができず、なまって出力される。そのため、コイル２１を流れる電流は、デューティ・サイクル（ＯＮ時間ｄ１の割合）に比例して増減される。よって、制御回路４は、デューティ・サイクルを可変させることによりコイル２１に供給される電力を制御し、比例電磁弁２を任意の弁開度に応答性良く制御することができる。
【００２８】
＜全開時Ｄｕｔｙ算出プログラムの構成＞
図６は、流量コントローラ１のメモリ４２に記憶されている全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３のフロー図である。
制御回路４は、流量コントローラ１が客先の流量制御システム５０に組み付けられ、コネクタ７にコントローラ５４を接続された後、コントローラ５４がＯＮ状態にされると、図６に示す全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を起動する。尚、制御回路４は、コントローラ５４の電源がＯＮされる間、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を常時実行し、電源電圧の変化に応じて、比例制御弁２を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値（以下「全開時のＤｕｔｙの値」という。）を変更するようになっている。
【００２９】
具体的には、制御回路４は、先ず図６のステップ１（以下「Ｓ１」と略記する。）において、コントローラ５４に接続される電源の電源電圧をコントローラ５４に問い合わせ、コントローラ５４からの返信により、電源電圧を計測する。
【００３０】
そして、Ｓ２において、制御回路４は、比例電磁弁２にかける全開時のＤｕｔｙの値を、数１に基づいて計算する。
【００３１】
【数１】
【００３２】
つまり、全開時のＤｕｔｙの値は、比例電磁弁２の定格電圧を、Ｓ１で計測した電源電圧から基板消費電圧を減算した値（バルブ全開時コイル印加電圧）で割ることにより、計算される。ここで、比例電磁弁２の定格電圧は、コイル２１を破損させないようにコイル２１に印加できる電圧の上限値をいい、流量コントローラ１の製造過程において制御回路４のメモリ４２に予め記憶されている。また、基板消費電圧は、制御回路４が動作時に消費する電圧をいい、流量コントローラ１の製造過程において制御回路４のメモリ４２に予め記憶されている。基板消費電圧は、制御回路４の動作中常に一定であるため、実際にコイル２１に印加される電圧は、電源電圧から基板消費電圧を減算した値となる。よって、比例電磁弁２の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、電源電圧のバラツキを把握できる。尚、メモリ４２は、定格電圧記憶手段の一例となる。
【００３３】
そして、Ｓ３において、Ｓ２で計算した全開時のＤｕｔｙの値が１００％未満であるか否かを判断する。全開時のＤｕｔｙの値が１００％以上である場合には（Ｓ３：ＮＯ）、バルブ全開時コイル印加電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超えず、コイル２１が仕様を超えて加熱される恐れがない。そのため、Ｓ５において、メモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値を１００％に設定する。これにより、コイル２１には、バルブ全開時コイル印加電圧が非パルス状に（連続して）印加されることになる。その後、Ｓ１に戻り、電源電圧の監視を続行する。
【００３４】
一方、全開時のＤｕｔｙの値が１００％未満である場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、バルブ全開時コイル印加電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超え、コイル２１が仕様を超えて加熱される恐れがある。そこで、制御回路４は、Ｓ４において、Ｓ２で計算した全開時のＤｕｔｙの値を、メモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値と書き換える。これにより、制御回路４は、書き換えられた全開時のＤｕｔｙの値に従ってコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧をパルス状に印加し、比例電磁弁２を全開させることになる。１００％未満のＤｕｔｙでバルブ全開時コイル印加電圧をコイル２１にパルス状に印加することにより、コイル２１に流れる電流は、非パルス状に（連続して）バルブ全開時コイル印加電圧をコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流より、減少する。そのため、流量コントローラ１は、バルブ全開時コイル印加電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超える場合でも、比例電磁弁２のコイル２１に供給される電力が比例電磁弁２の定格電力以下に抑えられるようになる。その後、Ｓ１に戻り、電源電圧の監視を続行する。
【００３５】
全開時のＤｕｔｙの値の調整方法について具体的数値を用いて説明すると、例えば、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、基板消費電圧が１Ｖ、電源電圧が１６Ｖの場合、全開時のＤｕｔｙの値は８６．７％と算出される。この場合、ＰＷＭ制御では、１周期のうちの８６．７％がＯＮ時間ｄ１とされ、１３．３％がＯＦＦ時間ｄ２とされる。そして、メモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値が、上記計算により算出した全開時のＤｕｔｙの値８６．７％に書き換えられる。この場合、比例電磁弁２は、１周期のうち８６．７％において、電源電圧１６Ｖから基板消費電圧１Ｖを減算したバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖがコイル２１に印加される。この場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧がコイル２１に非パルス状に（連続して）印加された場合にコイル２１に流れる電流に対して、８６．７％に抑えられる。ここで、コイル２１に供給される電力Ｗは、コイル２１に流れる電流の電流値Ｉの２乗に、コイル２１の抵抗値Ｒをかけることにより求められる（Ｗ＝Ｉ2・Ｒ）。コイル２１の抵抗値Ｒは一定であるため、電力Ｗは、電流値Ｉの２乗に比例する。そのため、比例電磁弁２のコイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧がコイル２１に非パルス状に印加された場合にコイル２１に供給される電力に対して、（８６．７％）2に制限される。この状態が、比例電磁弁２の全開状態とされる。
【００３６】
＜制御動作時流量制御プログラムの構成＞
図７は、流量コントローラ１のメモリ４２に記憶されている制御動作時流量制御プログラム４４のフロー図である。
制御回路４は、コントローラ５４のモード切替手段６０に制御動作モードが設定され、コントローラ５４から流量指令信号を受信すると、図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４を起動する。これにより、流量制御システム５０のノズル５５が出力される制御流体の流量が制御される。
【００３７】
具体的には、制御回路４は、先ず図７のＳ１１において、流量制御を行う。流量制御は、コントローラ５４から流量設定手段５９に入力された流量（以下「目標流量」という。）を受信し、流量センサ３が測定する制御流量を目標流量に一致させるように、比例電磁弁２のコイル２１に電力を供給する。この場合、制御回路４は、メモリ４２に記憶された全開時のＤｕｔｙの値を上限としてデューティ・サイクルを可変させることにより、比例電磁弁２の開度を調整する。例えば、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、基板消費電圧が１Ｖ、電源電圧が１６Ｖである場合、上述したように、全開時のＤｕｔｙの値は８６．７％と算出される。そこで、制御回路４は、Ｄｕｔｙ８６．７％を上限とし、流量センサ３で計測した値をもとに、Ｄｕｔｙの値を可変制御することにより、比例制御弁２の開度を調整する。
【００３８】
このような流量制御により、流量コントローラ１は、電源電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超える場合であっても、定格電力を超える電力が流量制御中にコイル２１に供給されなくなる。そのため、制御流体の制御中にコイル２１が仕様温度を超えて発熱せず、コイル２１の熱によって制御回路４が破壊されることがない。また、比例電磁弁２と共にカバー６内に収納される流量センサ３も、コイル２１の発熱により周囲温度が上昇し、センサ精度を低下させることがない。
【００３９】
そして、制御回路４は、Ｓ１２において、制御流量の計測を行う。制御流量の計測は、流量センサ３が計測した流量を制御回路４が受信することにより、行われる。
そして、制御回路４は、Ｓ１３において、最低制御流量が制御流量より多いか否かを判断する。ここで、最低制御流量とは、制御流量の下限値となる流量をいう。更に詳しく言えば、最低制御流量は、比例電磁弁２の板ばね２７の付勢力に打ち勝つ力を可動鉄心２５に付与するように弁を開いた状態の流量をいう。最低制御流量をＤｕｔｙにリミットをかける閾値とする理由は、制御流量が最低制御流量以上になった場合に、比例電磁弁２が、制御流量を目標流量に一致させるように可動鉄心２５を応答性良く動させて流量制御を行えるようにするためである。最低制御流量は、流量コントローラ１の製造過程において制御回路４のメモリ４２に予め記憶されている。
【００４０】
最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量以下である場合（Ｓ１３：ＮＯ）、すなわち、制御流量が最低制御流量以上である場合には、Ｓ１１に戻り、流量制御を行う。
【００４１】
最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量より多い場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、すなわち、制御流量が最低制御流量未満である場合には、比例電磁弁２に流体が供給されているので、Ｓ１４において、その状態が、一定時間以上（例えば５秒）続くか否かを判断する。最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量より多い状態が一定時間以上続かない場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１１に戻り、流量制御を行う。
【００４２】
一方、最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量より多い状態が一定時間以上続く場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、比例電磁弁２に流体が供給されなくなった可能性が高いので、Ｓ１５において、Ｄｕｔｙにリミットをかける。Ｄｕｔｙのリミットは、最低制御流量を確保するために比例電磁弁２のコイル２１に供給される電力を制御する場合のＤｕｔｙより、小さい値に設定される。これにより、コイル２１に供給される電流が減るため、無駄に消費される電力が減る。換言すれば、流量コントローラ１は電力消費量を削減される。
その後、Ｓ１１に戻り、上記と同様の処理によって比例電磁弁２が制御する制御流体の流量を監視する。
【００４３】
図９は、Ｄｕｔｙにリミットをかけた場合におけるＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
Ｄｕｔｙにリミットをかける動作についてより具体的に説明する。例えば、図中実線に示すように最低制御流量に対応するＤｕｔｙ（ｄ１１，ｄ１２）が、図中太い点線に示す全開時のＤｕｔｙの値（ｄ１，ｄ２）に対して９０％であるとする場合、図中太い実線に示すように、Ｄｕｔｙのリミットは、全開時のＤｕｔｙの値に対して８０％であるとされ、最低制御流量に対応するＤｕｔｙより小さく設定される（ｄ２１，ｄ２２）。
【００４４】
数値を用いて説明すると、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、基板消費電圧が１Ｖ、電源電圧が１６Ｖである場合、全開時のＤｕｔｙの値は上記数１より８６．７％と算出される。そして、最低制御流量に対応するＤｕｔｙは７８．０３％となり、Ｄｕｔｙのリミットは６９．３６％となる。これにより、Ｄｕｔｙを８６．７％に設定してコイル２１に、電源電圧１６Ｖから基板消費電圧１Ｖを減算したバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖを印加した場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流に対して８６．７％に制限される。つまり、上述したＷ＝Ｉ2・Ｒの計算式より、コイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に供給される電力の（８６．７％）2となり、比例電磁弁２が全開する。また、Ｄｕｔｙを７８．０３％に設定してコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖを印加した場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流に対して７８．０３％に制限される。つまり、上述したＷ＝Ｉ2・Ｒの計算式より、コイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に供給される電力の（７８．０３％）2となり、比例電磁弁２が最低制御流量を制御するように弁を小さく開く。更に、Ｄｕｔｙを６９．３６％に設定してコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖを印加した場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流に対して６９．３６％に制限される。つまり、上述したＷ＝Ｉ2・Ｒの計算式より、コイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に供給される電力の（６９．３６％）2となり、比例電磁弁２が、最低制御流量を制御する場合より更に小さい開度で弁を開く。従って、最低制御流量が一定時間以上続く場合には、比例電磁弁２が消費する電力が、最低制御流量を制御する場合に消費する電力より減らされる。
【００４５】
＜パージ動作時流量制御プログラムの構成＞
図８は、流量コントローラ１のメモリ４２に記憶されているパージ動作時流量制御プログラム４５のフロー図である。
制御回路４は、コントローラ５４のモード切替手段６０にパージ動作モードが設定され、コントローラ５４から比例電磁弁２を全開させる全開動作信号を受信すると、図８に示すパージ動作時流量制御プログラム４５を起動する。これにより、流量コントローラ１及び流量制御システム５０では、配管内のパーティクルの除去や、残存する制御流体のパージ流体への置換等が行われる。
【００４６】
具体的には、制御回路４は、先ずＳ２１において、比例電磁弁２を全開動作をさせる。すなわち、メモリ４２から全開時のＤｕｔｙの値を読み出し、読み出した全開時のＤｕｔｙの値に従って比例電磁弁２のコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧をパルス状に印加する。パージ動作時に比例電磁弁２を全開させる理由は、配管内を流れるパージ流体の流量を最大にして、配管内に残存する異物を除去させやすくしたり、配管内を乾燥させやすくしたりするためである。そして、比例電磁弁２の全開時には、全開時のＤｕｔｙの値に従ってコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧が印加されるので、電源電圧が流量コントローラ１の定格電圧を超える場合でも、コイル２１に流れる電流は、比例電磁弁２の定格電流未満となる。よって、パージ動作時においても、コイル２１が定格電力を超える電力を供給されて発熱することにより、流量センサ３のセンサ精度が低下したり、制御回路４が破壊させたりすることがない。
【００４７】
尚、図８のＳ２２の処理は図７のＳ１２の処理と同様であり、図８のＳ２３の処理は図７のＳ１３の処理と同様であり、図８のＳ２４の処理は図７のＳ１４の処理と同様であり、図８のＳ２５の処理は図７のＳ１５の処理と同様であるので、説明を省略する。
【００４８】
制御回路４は、パージ動作時流量制御プログラム４５を実行した場合、制御動作時流量制御プログラム４４を実行する場合と同様に、制御流量が最低制御流量未満となる状態が一定時間以上続くと、Ｄｕｔｙにリミットをかけ、コイル２１に供給する電力を抑制する（Ｓ２３：ＹＥＳ、Ｓ２４：ＹＥＳ、Ｓ２５）。これにより、パージ動作中に、開閉弁５３が閉じられ、パージ流体が比例電磁弁２に流れなくなった場合でも、流量コントローラ１が消費する電力を削減することができるようになる。
【００４９】
尚、本実施形態では、図７のＳ１３〜１５と図８のＳ２３〜Ｓ２５が、リミット設定手段の一例になる。
【００５０】
以上説明したように、上記流量コントローラ１、流量制御システム５０、及び、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３（流量コントローラ制御プログラムの一例）は、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、比例電磁弁２の定格電圧より高圧である場合に、比例電磁弁２の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、比例電磁弁２を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出し、その算出した全開時のＤｕｔｙの値を上限として、比例電磁弁２のコイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させることにより、比例電磁弁２の開度を制御する。これにより、電源電圧が定格電圧を超える場合に、比例制御弁２を全開させたときに、コイル２１は、電源電圧を印加される時間が減り、電源から供給される電流が定格電流以下になる。そのため、比例電磁弁２は、定格電力を超える電力がコイル２１に供給されなくなるため、コイル２１が仕様を超えて発熱し、制御回路４を破壊させることがない。よって、上記態様の流量コントローラ１、流量制御システム５０、及び、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３によれば、電源電圧のバラツキに対応して良好な流量制御精度を得ることができる。
【００５１】
また、従来より、制御回路４に配置されたＩＣチップにより、比例電磁弁２のコイル２１に印加する電圧をＰＷＭ制御することが、行われている。本実施形態では、制御回路４のＩＣチップに、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を記憶させることにより、電源電圧の変化に追従して、全開時のＤｕｔｙの値を、比例制御弁２の定格電圧と制御回路４の基板消費電圧と電源の電源電圧に基づいて算出し、流量制御を行うように、制御回路４を機能させることが、可能である。よって、本実施形態の流量コントローラ１、流量制御システム５０は、既存の制御回路４を利用して、良好な流量制御精度を安価に得ることができる。
【００５２】
また、上記流量コントローラ１、流量制御システム５０、制御動作時流量制御プログラム４４（流量制御プログラムの一例）及び、パージ動作時流量制御プログラム４５（流量制御プログラムの一例）によれば、制御流体又はパージ流体の流量制御を行う場合に、流量センサ３が計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、制御流量を最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満にするので、例えば、制御流体又はパージ流体が流量コントローラ１に流れなくなった状態で比例電磁弁２が全開された場合に、コイル２１の電力消費量を削減できる。
【実施例】
【００５３】
発明者らは、下記の実施例と比較例について、カバー６内の温度上昇率を調べる実験を行った。
実施例では、基板消費電圧が１Ｖで最高仕様温度が７５℃の制御回路４と、定格電圧が１３Ｖで最低仕様印加電圧が１４Ｖの比例電磁弁２を内蔵し、制御回路４と比例電磁弁２の仕様周囲温度が５℃以上５０℃以下の流量コントローラ１を、流量制御システム５０の開閉弁５３とノズル５５との間に配置した。そして、流量制御システム５０のコントローラ５４を流量コントローラ１のコネクタ７に接続し、商用電源から比例電磁弁２へ１６Ｖの電源電圧を印加するように構成した。実施例の流量コントローラ１は、コントローラ５４の電源がＯＮされると、制御回路４により、図６に示す全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３が実行される。制御回路４は、例えば、電源電圧が１６Ｖであることを計測すると（Ｓ１）、上記数１に、基板消費電圧１Ｖと比例電磁弁２の定格電圧１３Ｖと電源電圧１６Ｖを代入し、全開時のＤｕｔｙの値８６．７％であることを計算する（Ｓ２）。そして、計算した全開時のＤｕｔｙの値をメモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値と書き換える（Ｓ３）。
【００５４】
このようにして構成された実施例に対して、発明者らは、窒素ガスを流しながら電源電圧を上昇させ、実施例に適用される流量コントローラ１のコイル２１に供給される電力の変化を調べた。その実験結果を図１０の太い実線に示す。尚、図１０の細い実線で示すグラフは電源電圧の変化を示す。
実施例では、電源電圧を高圧にしても、コイル２１に供給される電力は、比例電磁弁２の定格電力で一定にされた。
【００５５】
上記実験に加え、発明者らは、流量コントローラ１の周囲温度を５０℃に調整した状態で、実施例に対して窒素ガスを流しながら、電源電圧を１４Ｖから定格電圧を超える１７Ｖまで変化させ、各電源電圧におけるカバー６内の温度上昇を調べた。その結果を図１１の実線に示す。
【００５６】
実施例では、電源電圧を１４Ｖから１７Ｖまで変化させても、カバー６内の温度は、２０℃以上上昇しない。この場合、制御回路４は、周囲温度５０℃にコイル２１の上昇温度２０℃を加算した７０℃の温度環境下で使用される。この温度環境は、制御回路４の最高仕様温度である７５℃未満となる。よって、実施例では、電源電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超える場合でも、カバー６内の温度を制御回路４の最高仕様温度未満とすることができ、制御回路４が破壊されない。
【００５７】
一方、比較例は、上記実施例とハード構成が全く同じであるが、図６に示す全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３や図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４や図８に示すパージ動作時流量制御プログラム４５が実行されず、電源電圧を比例電磁弁２に直接印加して流量制御を行うようにしている点が、上記実施例と相違している。
【００５８】
このようにして構成された比較例に対して、発明者らは、窒素ガスを流しながら電源電圧を上昇させ、比較例に適用される流量コントローラ１のコイル２１に供給される電力の変化を調べた。その実験結果を図１０の点線に示す。尚、図１０の細い実線で示すグラフは電源電圧の変化を示す。
比較例では、コイル２１には、電源電圧から基板消費電圧を減算したバルブ全開時コイル印加電圧に相当する電力が供給され、電源電圧が高くなるにつれて、コイル２１に供給される電力も高くなった。
【００５９】
上記実験に加え、発明者らは、流量コントローラ１の周囲温度を５０℃に調整した状態で、比較例に対して窒素ガスを流しながら、電源電圧を１４Ｖから定格電圧を超える１７Ｖまで変化させ、各電源電圧におけるカバー６内の温度上昇を調べた。その結果を図１１の点線に示す。
【００６０】
比較例では、電源電圧を１４Ｖから１７Ｖまで変化させると、カバー６内の温度は、電源電圧が高くなるにつれて、２０℃から２９．５℃まで温度上昇した。例えば、電源電圧が１５．７５Ｖである場合、カバー６内の温度は２５℃上昇する。この場合、制御回路４は、周囲温度５０℃にコイル２１の上昇温度２５℃を加算した７５℃の温度環境下で使用される。この温度環境は、制御回路４の最高仕様温度である７５℃以上となる。よって、比較例では、電源電圧の上昇とともにコイル２１の発熱量が高くなり、制御回路４が破壊されてしまう。
【００６１】
図１０及び図１１に示す実験結果より、実施例は、比較例と比べ、電源電圧が高くなっても、コイル２１に供給される電力が一定の定格電力に制御されている。これによって、コイル２１の発熱が抑制され、制御回路４の破壊が防止されることが、実証された。制御回路４の電子部品が破壊されないため、流量コントローラ１は正常に動作し、良好な流量制御精度が得られる。
【００６２】
また、発明者らは、上記実施例と上記比較例を用いて、制御動作中に流量制御システム５０の開閉弁５３を閉じ、比例電磁弁２に窒素ガスを供給しなくなった場合におけるコイル２１に供給される電流とコイル２１によって消費される消費電力について調べる実験を行った。但し、この実験では、電源電圧を１４Ｖ、比例電磁弁２の定格電圧を１３Ｖ、基板消費電を１Ｖ、コイル２１の抵抗値Ｒを８５Ωに設定している。その実験結果を図１２に示す。
【００６３】
実施例では、流量コントローラ１が、図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４を実行し、窒素ガスの流量制御を行う（図７のＳ１１）。流量コントローラ１は、流量制御中に流量センサ３により制御流量を計測しているが（Ｓ１２）、開閉弁５３が閉じられると、流量センサ３が測定する制御流量が最低制御流量より少なくなる状態が、一定時間以上続く（Ｓ１３：ＹＥＳ、Ｓ１４：ＹＥＳ）。この場合、流量コントローラ１は、例えば、メモリ４２に記憶されている全開時のＤｕｔｙの値に対して８０％になるように、Ｄｕｔｙにリミットをかける。この実験では、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、電源電圧１４Ｖから基板消費電圧１Ｖを減算したバルブ全開時コイル印加電圧が１３Ｖであるので、全開時のＤｕｔｙの値が１００％に設定される。よって、図１２に示すように、比例電磁弁２のコイル２１には、８０％のＤｕｔｙでバルブ全開時コイル印加電圧１３Ｖがパルス状に印加され、０．１２２Ａの電流が供給された。
【００６４】
一方、比較例では、流量コントローラ１が、図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４を実行せずに、窒素ガスの流量制御を行う。比較例では、流量コントローラ１が、流量制御中に流量センサ３により制御流量を計測しており、開閉弁５３が閉じられると、流量センサ３が制御流量を検出しなくなる。この場合、流量コントローラ１は、流量を増加させるために、バルブ全開時コイル印加電圧１３Ｖをコイル２１にＤｕｔｙ制御せずに連続して印加され、比例電磁弁２を全開させる。よって、図１２に示すように、比例電磁弁２のコイル２１には、バルブ全開時コイル印加電圧１３Ｖが連続して印加され、０．１５３Ａの電流が流れた。
【００６５】
上記実験の結果、図１２に示すように、実施例によれば、コイル２１に印加する電圧を８０％Ｄｕｔｙで制御することにより、コイル２１に流れる電流が比較例においてコイル２１に流れる電流に対して２０％削減された。
また、図１２に示すように、比較例では流量コントローラ１の消費電力が１．９９Ｗであったのに対して、実施例では流量コントローラ１の消費電力が１．２７Ｗであった。よって、実施例によれば、消費電力が比較例の消費電力に対して３６％削減された。
【００６６】
この実験結果より、流量制御中に開閉弁５３が閉じられ、比例電磁弁２に窒素ガスが流れなくなった場合、実施例は、Ｄｕｔｙがリミット（上記実験では８０％）以上にならないようにＤｕｔｙを制限することにより、比較例と比べ、コイル２１に流れる電流や流量コントローラ１の消費電力を削減することができ、電力消費量を削減できることが実証された。
【００６７】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３と制御動作時流量制御プログラム４４とパージ動作時流量制御プログラム４５とを流量コントローラ１に内蔵される制御回路４のメモリ４２に格納した。これに対して、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３と制御動作時流量制御プログラム４４とパージ動作時流量制御プログラム４５とを非一時的な記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭやＵＳＢメモリ等）に記憶させ、記憶媒体から流量制御システム５０のコントローラ５４にそれらのプログラム４３，４４，４５をインストールさせて、コントローラ５４から全開時のＤｕｔｙの値や流量制御に関する信号を制御回路４に送信して比例電磁弁２の開度を調整するようにしても良い。この場合、バルブ全開時コイル印加電圧は、電源電圧から、流量制御システム５０のコントローラ５４が消費する電圧を減算することにより、算出することが望ましい。かかる構成の流量制御システムは、全開時のＤｕｔｙの値の算出や流量制御を行う主体が、流量コントローラ１の制御回路４からコントローラ５４に変わるだけで、制御回路４と同様の作用効果が得られる。
例えば、上記実施形態では、制御回路４に組み込まれるＩＣチップによりＰＷＭ制御を行ったが、制御回路４のメモリ４２に記憶させたソフトによってＰＷＭ制御を行っても良い。
例えば、上記実施形態では、熱式流量センサ３を流量コントローラ１に使用したが、温度変化によらない手法で流量を測定する流量センサを流量コントローラ１に適用しても良い。
例えば、上記実施形態の数１では、電源電圧から制御回路４の基板消費電圧を減算することにより、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧を算出した。これに対して、制御回路４の他に表示回路等の電源電圧を供給される部品がある場合には、電源電圧から、各部品が消費する消費電圧をトータルした値を減算することにより、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧を求め、そして、比例電磁弁２の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、全開時のＤｕｔｙの値を求めるようにすると良い。
【符号の説明】
【００６８】
１ 流量コントローラ
２ 比例電磁弁
３ 流量センサ
４ 制御回路
２１ コイル
４２ メモリ（定格電圧記憶手段の一例）
４３ 全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム（流量コントローラ制御プログラム、全開時Ｄｕｔｙ算出手段の一例）
４４ 制御動作時流量制御プログラム（流量制御手段、流量制御プログラムの一例）
４５ パージ動作時流量制御プログラム（流量制御手段、流量制御プログラムの一例）
５０ 流量制御システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量を設定された目標値に制御する流量コントローラ、流量制御システム、流量コントローラ制御プログラム、及び、流量制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、流量を設定された目標値に制御する流量コントローラは、機械・自動車・精密機器等の分野、半導体・バイオ等の先端分野、医療分野、食品分野など、幅広く利用されている。流量コントローラは、流量センサと比例電磁弁と制御回路を備え、制御回路が、流量センサにより計測される流量を目標流量に制御するように、比例電磁弁の開度を調整するようになっている。比例電磁弁の開度は、比例電磁弁のコイルに供給する電流又は電圧に比例して調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（１）しかしながら、流量コントローラは、仕様によって定格電圧が決められており、商用電源の電源電圧が仕様の定格電圧の範囲内で使用されることを前提として、流量制御の精度が保証されている。流量コントローラは、使用先において流量制御システムに組み付けられ、使用先の商用電源から電源電圧を印加されて駆動する。一方、電源電圧は、配電条件やノイズ等によって、公称電圧より高圧であったり、低圧であったりする。よって、流量コントローラの比例電磁弁に印加される最大電圧は、電源電圧により左右される。流量コントローラは、電源電圧が大きくなるにつれて、比例電磁弁のコイルに印加される印加電圧が高くなり、コイルの発熱量が大きくなる。比例電磁弁のコイルが仕様を超えて発熱すると、制御回路上の電子部品が破壊される恐れがある。
【０００５】
上述したように、使用先での電源電圧は、配電条件やノイズ等によってばらつくため、流量コントローラの設置後に制御回路上の電子部品が破壊されるか否かは、流量コントローラを使用先の流量制御システムに実際に組み付けて稼働させてみなければ、わからない。制御回路上の電子部品が破壊されると、流量コントローラの流量制御精度が低下して製品の歩留まりを悪化させるため、使用先では、製品製造ラインを停止させて流量コントローラを交換したり微調整する等の措置が必要になる。このような不具合を回避するために、電源電圧のバラツキに対応できる流量コントローラが、産業界から強く求められている。
【０００６】
（２）また、従来の流量コントローラは、流量制御システムに設置された後、例えば、流量コントローラの一次側に配置された開閉弁が流体制御中に弁閉され、流量センサが流量を計測しなくなると、制御流量を目標流量に近づけるために、比例電磁弁がコイルに電源電をそのまま印加され、全開される。この場合、実際には、比例電磁弁が流体制御していないにもかかわらず、コイルに定格電圧が印加されており、電力が無駄に使われていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点（１）を解決するためになされたものであり、電源電圧のバラツキに対応して良好な流量制御精度が得られる流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量コントローラ制御プログラムを提供することを第１の目的とする。
本発明は、上記問題点（２）を解決するためになされたものであり、電力消費量を削減できる流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量制御プログラムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量コントローラは、流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、電源から印加される電源電圧をＰＷＭ制御することにより、前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記電力を制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する。
【０００９】
上記流量コントローラの前記流量制御手段は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット設定手段を有することが、好ましい。
【００１０】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御システムは、上記何れかの流量コントローラを適用していることが、好ましい。
【００１１】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御システムは、配管上に設置された流量コントローラと、電源と前記流量コントローラに接続されて前記流量コントローラの動作を制御するコントローラと、を有する流量制御システムにおいて、前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、を有すること、前記コントローラが、前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する。
【００１２】
上記第１の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量コントローラ制御プログラムは、流量制御システムのコントローラに適用されるものであって、流量センサと、コイルを備える比例電磁弁とを内蔵する流量コントローラの動作を、前記コントローラが電源から前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御することにより制御する流量コントローラ制御プログラムにおいて、前記コントローラを、前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、して機能させる。
【００１３】
上記第２の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量コントローラは、流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記比例電磁弁に印加する電圧をＰＷＭ制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有する。
【００１４】
上記第２の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御システムは、配管上に流量コントローラが設置され、前記流量コントローラの動作を制御するコントローラを有する流量制御システムにおいて、前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、を有していること、前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するものであって、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有することを特徴とする。
【００１５】
上記第２の目的を達成するために、本発明の一態様に係る流量制御プログラムは、前記流量コントローラを、前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するように機能させること、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するように、機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記態様の流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量コントローラ制御プログラムは、比例電磁弁を全開させる場合にコイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、比例電磁弁の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出し、その算出されたＤｕｔｙの値を上限として、比例電磁弁のコイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させることにより、比例電磁弁の開度を制御する。これにより、電源電圧が定格電圧を超える場合に、比例制御弁を全開させたときに、コイルは、電源電圧を印加される時間が減り、電源から供給される電流が定格電流以下になる。そのため、比例電磁弁は、定格電力を超える電力がコイルに供給されなくなるため、コイルが仕様を超えて発熱し、制御回路を破壊させることがない。よって、上記態様の流量コントローラ、流量制御システム、及び、流量コントローラ制御プログラムによれば、電源電圧のバラツキに対応して良好な流量制御精度を得ることができる。
【００１７】
また、上記構成の流量コントローラ、流量制御システム及び流量制御プログラムによれば、流体の流量制御を行う場合に、流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、制御流量を最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満にするので、例えば、流体が流量コントローラに流れなくなった状態で比例電磁弁が全開された場合に、コイルの電力消費量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る流量制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】コントローラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】流量コントローラの概略構成を示す断面図である。
【図４】制御回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】ＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
【図６】流量コントローラのメモリに記憶されている全開時Ｄｕｔｙ算出プログラムのフロー図である。
【図７】流量コントローラのメモリに記憶されている制御動作時流量制御プログラムのフロー図である。
【図８】流量コントローラのメモリに記憶されているパージ動作時流量制御プログラムのフロー図である。
【図９】Ｄｕｔｙにリミットをかけた場合におけるＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
【図１０】比較例と実施例における電源電圧とコイルに供給される電力の関係を示す図である。
【図１１】電源電圧とコイル発熱量との関係を示す図である。図中実線は、本実施形態の流量制御システムにおける電源電圧とコイル発熱量との関係を示し、図中点線は、従来の流量制御システムにおける電源電圧とコイル発熱量との関係を示す。
【図１２】流量非検出時における比較例と実施例の電流と消費電力とを比較する表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
＜流量制御システムの概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る流量制御システム５０の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る流量制御システム５０は、流体の供給源５１と、レギュレータ５２と、開閉弁５３と、流量コントローラ１と、コントローラ５４と、ノズル５５とが備わっている。この流量制御システム５０では、供給源５１からの流体がレギュレータ５２により調圧された後に開閉弁５３に供給されている。そして、開閉弁５３が開閉されることにより、流体が流量コントローラ１を介してノズル５５から噴出されるようになっている。このとき、流量コントローラ１によって、ノズル５５から噴出される流体の流量が目標流量になるように、自動的に調整されるようになっている。尚、コントローラ５４は、開閉弁５３のＯＮ／ＯＦＦ制御（開閉制御）および流量コントローラ１の統括制御を行うものである。
【００２１】
＜コントローラの電子的制御構成＞
図２は、コントローラ５４の制御系の概略構成を示すブロック図である。
コントローラ５４は、周知のマイクロコンピュータであって、中央処理装置（ＣＰＵ）５６とメモリ５７と入出力インターフェース５８とを備える。入出力インターフェース５８には、ノズル５５から出力する流体の流量（以下「目標流量」という。）を設定する流量設定手段５９と、プロセス動作を制御する制御動作モードとパージ動作を制御するパージ動作モードとを切り替えるモード切替手段６０が接続される。
【００２２】
＜流量コントローラの概略構成＞
図３は、流量コントローラ１の概略構成を示す断面図である。
流量コントローラ１は、流体の流量を調整するための比例電磁弁２と、流体の流量を検出するための流量センサ３と、流量センサ３により検出される流量（以下「制御流量」という。）が所定の目標流量となるように比例電磁弁２を制御するための制御回路４とを備える。流量コントローラ１は、更に、ベースブロック５と、カバー６とを備える。ベースブロック５には、入口１１と、出口１２と、入口１１と出口１２との間に配置された流路１３が形成される。そして、ベースブロック５には、比例電磁弁２と流量センサ３が固定される。ベースブロック５の入口１１から流路１３に入った流体は、流量センサ３に流れて流路１３に戻り、更に比例電磁弁２を介して流路１３を流れて出口１２から流出するようになっている。カバー６は、比例電磁弁２と流量センサ３を覆うようにしてベースブロック５に固定される。制御回路４は、カバー６の内側に固定される。カバー６の上部には、外部配線用のコネクタ７が設けられる。比例電磁弁２及び流量センサ３は、それぞれ制御回路４に電気的に接続される。制御回路４は、コネクタ７に電気的に接続される。
【００２３】
この実施形態の比例電磁弁２は、コイル２１を巻いたボビン２２と、ボビン２２の中空部２２ａに固定された棒状をなす固定鉄心２３と、コイル２１とボビン２２と固定鉄心２３を支持するホルダ２４と、固定鉄心２３の先端（端面）に対応して配置され、固定鉄心２３に吸引される略円板状をなす可動鉄心２５と、可動鉄心２５の先端（端面）中央に固定された弁体２６と、可動鉄心２５の先端（端面）に固定された板ばね２７と、ホルダ２４と組み合わされるボディ２８と、ボディ２８に形成され、弁体２６が配置される弁室２９と、ボディ２８に形成され、弁体２６に対応して弁室２９に配置された弁座３０と、ボディ２８に形成され、弁室２９に流体を導入する導入流路３１と、ボディ２８に形成され、弁室２９から弁座３０を経由して流体を導出する導出流路３２と、ボディ２８にて、弁座３０の直下流に形成されたオリフィス３３とを備える。
【００２４】
上記構成の比例電磁弁２は、コイル２１に通電されない非通電時には、板ばね２７によって可動鉄心２５が図中下方へ付勢されるので、可動鉄心２５の先端（端面）に固定されている弁体２６が弁座３０に当接している。このため、比例電磁弁２は、導入流路３１と導出流路３２との間が遮断され、弁閉状態となる。一方、比例電磁弁２は、コイル２１に通電される通電時には、コイル２１が通電により励磁されるときの固定鉄心２３の吸引力と板ばね２７の付勢力との釣り合いにより可動鉄心２５が変位する。比例電磁弁２は、弁座３０に対する弁体２６の位置、すなわち弁の開度が調整されるようになっている。この弁の開度は、コイル２１に供給される電力（電流・電圧）に比例して調整される。
【００２５】
この実施形態の流量センサ３は、抵抗体（熱線）の温度差を用いて流体の流量を測定するように構成された熱式のものである。この流量センサ３の詳しい構成については、本願出願人の出願に係る特開２００５−３４５３４６号公報に記載されている。
【００２６】
図４は、制御回路４の電気的構成を示すブロック図である。
この実施形態の制御回路４は、中央処理装置（ＣＰＵ）４１及びメモリ４２等を内蔵して構成される。ＣＰＵ４１は、コネクタ７とコイル２１と流量センサ３に接続されている。ＣＰＵ４１は、コネクタ７を介して図２に示すコントローラ５４の入出力インターフェース５８に電気的に接続され、コントローラ５４を介して供給される電源電圧を利用して駆動する。そして、ＣＰＵ４１は、流量センサ３により計測された制御流量を受信しながら、比例電磁弁２のコイル２１に供給する電力を制御する。この場合、コイル２１に供給される電力は、メモリ４２に格納されている各種制御プログラムを実行することにより、制御される。制御プログラムには、比例電磁弁２を全開状態にする場合におけるＤｕｔｙの最大値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３（全開時Ｄｕｔｙ算出手段の一例）と、プロセス動作時の流量を制御する制御動作時流量制御プログラム４４（流量制御手段の一例）と、パージ動作時の流量を制御するパージ動作時流量制御プログラム４５（流量制御手段の一例）とが、含まれる。ＣＰＵ４１は、メモリに格納されたプログラムに基づき比例電磁弁２を制御する信号を出力するようになっている。そして、制御回路４は、流量センサ３により検出される流量が所定の目標流量となるように比例電磁弁２を制御するようになっている。この実施形態では、制御回路４は、コイル２１に供給する電力（特に電流）を可変させることにより、比例電磁弁２の開度を制御する。
【００２７】
図５は、ＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
制御回路４は、図５に示すように、一定周期のパルス幅のデュ−ティ・サイクル（電圧を印加するＯＮ時間ｄ１と電圧を印加しないＯＦＦ時間ｄ２との比）を変え、比例電磁弁２の開度（電源からコイル２１に印加される電圧）をＰＷＭ制御する。ＰＷＭ制御時には、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加される電圧（以下「バルブ全開時コイル印加電圧」という。）が、デューティ・サイクルに従ってパルス状にコイル２１に印加される。このとき、コイル２１に流れる電流は、コイル２１のインピーダンスにより、パルス状に印加される電源電圧に追従して変化することができず、なまって出力される。そのため、コイル２１を流れる電流は、デューティ・サイクル（ＯＮ時間ｄ１の割合）に比例して増減される。よって、制御回路４は、デューティ・サイクルを可変させることによりコイル２１に供給される電力を制御し、比例電磁弁２を任意の弁開度に応答性良く制御することができる。
【００２８】
＜全開時Ｄｕｔｙ算出プログラムの構成＞
図６は、流量コントローラ１のメモリ４２に記憶されている全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３のフロー図である。
制御回路４は、流量コントローラ１が客先の流量制御システム５０に組み付けられ、コネクタ７にコントローラ５４を接続された後、コントローラ５４がＯＮ状態にされると、図６に示す全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を起動する。尚、制御回路４は、コントローラ５４の電源がＯＮされる間、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を常時実行し、電源電圧の変化に応じて、比例制御弁２を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値（以下「全開時のＤｕｔｙの値」という。）を変更するようになっている。
【００２９】
具体的には、制御回路４は、先ず図６のステップ１（以下「Ｓ１」と略記する。）において、コントローラ５４に接続される電源の電源電圧をコントローラ５４に問い合わせ、コントローラ５４からの返信により、電源電圧を計測する。
【００３０】
そして、Ｓ２において、制御回路４は、比例電磁弁２にかける全開時のＤｕｔｙの値を、数１に基づいて計算する。
【００３１】
【数１】
【００３２】
つまり、全開時のＤｕｔｙの値は、比例電磁弁２の定格電圧を、Ｓ１で計測した電源電圧から基板消費電圧を減算した値（バルブ全開時コイル印加電圧）で割ることにより、計算される。ここで、比例電磁弁２の定格電圧は、コイル２１を破損させないようにコイル２１に印加できる電圧の上限値をいい、流量コントローラ１の製造過程において制御回路４のメモリ４２に予め記憶されている。また、基板消費電圧は、制御回路４が動作時に消費する電圧をいい、流量コントローラ１の製造過程において制御回路４のメモリ４２に予め記憶されている。基板消費電圧は、制御回路４の動作中常に一定であるため、実際にコイル２１に印加される電圧は、電源電圧から基板消費電圧を減算した値となる。よって、比例電磁弁２の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、電源電圧のバラツキを把握できる。尚、メモリ４２は、定格電圧記憶手段の一例となる。
【００３３】
そして、Ｓ３において、Ｓ２で計算した全開時のＤｕｔｙの値が１００％未満であるか否かを判断する。全開時のＤｕｔｙの値が１００％以上である場合には（Ｓ３：ＮＯ）、バルブ全開時コイル印加電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超えず、コイル２１が仕様を超えて加熱される恐れがない。そのため、Ｓ５において、メモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値を１００％に設定する。これにより、コイル２１には、バルブ全開時コイル印加電圧が非パルス状に（連続して）印加されることになる。その後、Ｓ１に戻り、電源電圧の監視を続行する。
【００３４】
一方、全開時のＤｕｔｙの値が１００％未満である場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、バルブ全開時コイル印加電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超え、コイル２１が仕様を超えて加熱される恐れがある。そこで、制御回路４は、Ｓ４において、Ｓ２で計算した全開時のＤｕｔｙの値を、メモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値と書き換える。これにより、制御回路４は、書き換えられた全開時のＤｕｔｙの値に従ってコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧をパルス状に印加し、比例電磁弁２を全開させることになる。１００％未満のＤｕｔｙでバルブ全開時コイル印加電圧をコイル２１にパルス状に印加することにより、コイル２１に流れる電流は、非パルス状に（連続して）バルブ全開時コイル印加電圧をコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流より、減少する。そのため、流量コントローラ１は、バルブ全開時コイル印加電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超える場合でも、比例電磁弁２のコイル２１に供給される電力が比例電磁弁２の定格電力以下に抑えられるようになる。その後、Ｓ１に戻り、電源電圧の監視を続行する。
【００３５】
全開時のＤｕｔｙの値の調整方法について具体的数値を用いて説明すると、例えば、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、基板消費電圧が１Ｖ、電源電圧が１６Ｖの場合、全開時のＤｕｔｙの値は８６．７％と算出される。この場合、ＰＷＭ制御では、１周期のうちの８６．７％がＯＮ時間ｄ１とされ、１３．３％がＯＦＦ時間ｄ２とされる。そして、メモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値が、上記計算により算出した全開時のＤｕｔｙの値８６．７％に書き換えられる。この場合、比例電磁弁２は、１周期のうち８６．７％において、電源電圧１６Ｖから基板消費電圧１Ｖを減算したバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖがコイル２１に印加される。この場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧がコイル２１に非パルス状に（連続して）印加された場合にコイル２１に流れる電流に対して、８６．７％に抑えられる。ここで、コイル２１に供給される電力Ｗは、コイル２１に流れる電流の電流値Ｉの２乗に、コイル２１の抵抗値Ｒをかけることにより求められる（Ｗ＝Ｉ2・Ｒ）。コイル２１の抵抗値Ｒは一定であるため、電力Ｗは、電流値Ｉの２乗に比例する。そのため、比例電磁弁２のコイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧がコイル２１に非パルス状に印加された場合にコイル２１に供給される電力に対して、（８６．７％）2に制限される。この状態が、比例電磁弁２の全開状態とされる。
【００３６】
＜制御動作時流量制御プログラムの構成＞
図７は、流量コントローラ１のメモリ４２に記憶されている制御動作時流量制御プログラム４４のフロー図である。
制御回路４は、コントローラ５４のモード切替手段６０に制御動作モードが設定され、コントローラ５４から流量指令信号を受信すると、図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４を起動する。これにより、流量制御システム５０のノズル５５が出力される制御流体の流量が制御される。
【００３７】
具体的には、制御回路４は、先ず図７のＳ１１において、流量制御を行う。流量制御は、コントローラ５４から流量設定手段５９に入力された流量（以下「目標流量」という。）を受信し、流量センサ３が測定する制御流量を目標流量に一致させるように、比例電磁弁２のコイル２１に電力を供給する。この場合、制御回路４は、メモリ４２に記憶された全開時のＤｕｔｙの値を上限としてデューティ・サイクルを可変させることにより、比例電磁弁２の開度を調整する。例えば、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、基板消費電圧が１Ｖ、電源電圧が１６Ｖである場合、上述したように、全開時のＤｕｔｙの値は８６．７％と算出される。そこで、制御回路４は、Ｄｕｔｙ８６．７％を上限とし、流量センサ３で計測した値をもとに、Ｄｕｔｙの値を可変制御することにより、比例制御弁２の開度を調整する。
【００３８】
このような流量制御により、流量コントローラ１は、電源電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超える場合であっても、定格電力を超える電力が流量制御中にコイル２１に供給されなくなる。そのため、制御流体の制御中にコイル２１が仕様温度を超えて発熱せず、コイル２１の熱によって制御回路４が破壊されることがない。また、比例電磁弁２と共にカバー６内に収納される流量センサ３も、コイル２１の発熱により周囲温度が上昇し、センサ精度を低下させることがない。
【００３９】
そして、制御回路４は、Ｓ１２において、制御流量の計測を行う。制御流量の計測は、流量センサ３が計測した流量を制御回路４が受信することにより、行われる。
そして、制御回路４は、Ｓ１３において、最低制御流量が制御流量より多いか否かを判断する。ここで、最低制御流量とは、制御流量の下限値となる流量をいう。更に詳しく言えば、最低制御流量は、比例電磁弁２の板ばね２７の付勢力に打ち勝つ力を可動鉄心２５に付与するように弁を開いた状態の流量をいう。最低制御流量をＤｕｔｙにリミットをかける閾値とする理由は、制御流量が最低制御流量以上になった場合に、比例電磁弁２が、制御流量を目標流量に一致させるように可動鉄心２５を応答性良く動させて流量制御を行えるようにするためである。最低制御流量は、流量コントローラ１の製造過程において制御回路４のメモリ４２に予め記憶されている。
【００４０】
最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量以下である場合（Ｓ１３：ＮＯ）、すなわち、制御流量が最低制御流量以上である場合には、Ｓ１１に戻り、流量制御を行う。
【００４１】
最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量より多い場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、すなわち、制御流量が最低制御流量未満である場合には、比例電磁弁２に流体が供給されているので、Ｓ１４において、その状態が、一定時間以上（例えば５秒）続くか否かを判断する。最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量より多い状態が一定時間以上続かない場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１１に戻り、流量制御を行う。
【００４２】
一方、最低制御流量がＳ１２で計測した制御流量より多い状態が一定時間以上続く場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、比例電磁弁２に流体が供給されなくなった可能性が高いので、Ｓ１５において、Ｄｕｔｙにリミットをかける。Ｄｕｔｙのリミットは、最低制御流量を確保するために比例電磁弁２のコイル２１に供給される電力を制御する場合のＤｕｔｙより、小さい値に設定される。これにより、コイル２１に供給される電流が減るため、無駄に消費される電力が減る。換言すれば、流量コントローラ１は電力消費量を削減される。
その後、Ｓ１１に戻り、上記と同様の処理によって比例電磁弁２が制御する制御流体の流量を監視する。
【００４３】
図９は、Ｄｕｔｙにリミットをかけた場合におけるＰＷＭ制御の動作原理を説明する図である。
Ｄｕｔｙにリミットをかける動作についてより具体的に説明する。例えば、図中実線に示すように最低制御流量に対応するＤｕｔｙ（ｄ１１，ｄ１２）が、図中太い点線に示す全開時のＤｕｔｙの値（ｄ１，ｄ２）に対して９０％であるとする場合、図中太い実線に示すように、Ｄｕｔｙのリミットは、全開時のＤｕｔｙの値に対して８０％であるとされ、最低制御流量に対応するＤｕｔｙより小さく設定される（ｄ２１，ｄ２２）。
【００４４】
数値を用いて説明すると、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、基板消費電圧が１Ｖ、電源電圧が１６Ｖである場合、全開時のＤｕｔｙの値は上記数１より８６．７％と算出される。そして、最低制御流量に対応するＤｕｔｙは７８．０３％となり、Ｄｕｔｙのリミットは６９．３６％となる。これにより、Ｄｕｔｙを８６．７％に設定してコイル２１に、電源電圧１６Ｖから基板消費電圧１Ｖを減算したバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖを印加した場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流に対して８６．７％に制限される。つまり、上述したＷ＝Ｉ2・Ｒの計算式より、コイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に供給される電力の（８６．７％）2となり、比例電磁弁２が全開する。また、Ｄｕｔｙを７８．０３％に設定してコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖを印加した場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流に対して７８．０３％に制限される。つまり、上述したＷ＝Ｉ2・Ｒの計算式より、コイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に供給される電力の（７８．０３％）2となり、比例電磁弁２が最低制御流量を制御するように弁を小さく開く。更に、Ｄｕｔｙを６９．３６％に設定してコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧１５Ｖを印加した場合、コイル２１に流れる電流は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に流れる電流に対して６９．３６％に制限される。つまり、上述したＷ＝Ｉ2・Ｒの計算式より、コイル２１に供給される電力は、バルブ全開時コイル印加電圧を１００％Ｄｕｔｙでコイル２１に印加した場合にコイル２１に供給される電力の（６９．３６％）2となり、比例電磁弁２が、最低制御流量を制御する場合より更に小さい開度で弁を開く。従って、最低制御流量が一定時間以上続く場合には、比例電磁弁２が消費する電力が、最低制御流量を制御する場合に消費する電力より減らされる。
【００４５】
＜パージ動作時流量制御プログラムの構成＞
図８は、流量コントローラ１のメモリ４２に記憶されているパージ動作時流量制御プログラム４５のフロー図である。
制御回路４は、コントローラ５４のモード切替手段６０にパージ動作モードが設定され、コントローラ５４から比例電磁弁２を全開させる全開動作信号を受信すると、図８に示すパージ動作時流量制御プログラム４５を起動する。これにより、流量コントローラ１及び流量制御システム５０では、配管内のパーティクルの除去や、残存する制御流体のパージ流体への置換等が行われる。
【００４６】
具体的には、制御回路４は、先ずＳ２１において、比例電磁弁２を全開動作をさせる。すなわち、メモリ４２から全開時のＤｕｔｙの値を読み出し、読み出した全開時のＤｕｔｙの値に従って比例電磁弁２のコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧をパルス状に印加する。パージ動作時に比例電磁弁２を全開させる理由は、配管内を流れるパージ流体の流量を最大にして、配管内に残存する異物を除去させやすくしたり、配管内を乾燥させやすくしたりするためである。そして、比例電磁弁２の全開時には、全開時のＤｕｔｙの値に従ってコイル２１にバルブ全開時コイル印加電圧が印加されるので、電源電圧が流量コントローラ１の定格電圧を超える場合でも、コイル２１に流れる電流は、比例電磁弁２の定格電流未満となる。よって、パージ動作時においても、コイル２１が定格電力を超える電力を供給されて発熱することにより、流量センサ３のセンサ精度が低下したり、制御回路４が破壊させたりすることがない。
【００４７】
尚、図８のＳ２２の処理は図７のＳ１２の処理と同様であり、図８のＳ２３の処理は図７のＳ１３の処理と同様であり、図８のＳ２４の処理は図７のＳ１４の処理と同様であり、図８のＳ２５の処理は図７のＳ１５の処理と同様であるので、説明を省略する。
【００４８】
制御回路４は、パージ動作時流量制御プログラム４５を実行した場合、制御動作時流量制御プログラム４４を実行する場合と同様に、制御流量が最低制御流量未満となる状態が一定時間以上続くと、Ｄｕｔｙにリミットをかけ、コイル２１に供給する電力を抑制する（Ｓ２３：ＹＥＳ、Ｓ２４：ＹＥＳ、Ｓ２５）。これにより、パージ動作中に、開閉弁５３が閉じられ、パージ流体が比例電磁弁２に流れなくなった場合でも、流量コントローラ１が消費する電力を削減することができるようになる。
【００４９】
尚、本実施形態では、図７のＳ１３〜１５と図８のＳ２３〜Ｓ２５が、リミット設定手段の一例になる。
【００５０】
以上説明したように、上記流量コントローラ１、流量制御システム５０、及び、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３（流量コントローラ制御プログラムの一例）は、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、比例電磁弁２の定格電圧より高圧である場合に、比例電磁弁２の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、比例電磁弁２を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出し、その算出した全開時のＤｕｔｙの値を上限として、比例電磁弁２のコイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させることにより、比例電磁弁２の開度を制御する。これにより、電源電圧が定格電圧を超える場合に、比例制御弁２を全開させたときに、コイル２１は、電源電圧を印加される時間が減り、電源から供給される電流が定格電流以下になる。そのため、比例電磁弁２は、定格電力を超える電力がコイル２１に供給されなくなるため、コイル２１が仕様を超えて発熱し、制御回路４を破壊させることがない。よって、上記態様の流量コントローラ１、流量制御システム５０、及び、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３によれば、電源電圧のバラツキに対応して良好な流量制御精度を得ることができる。
【００５１】
また、従来より、制御回路４に配置されたＩＣチップにより、比例電磁弁２のコイル２１に印加する電圧をＰＷＭ制御することが、行われている。本実施形態では、制御回路４のＩＣチップに、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３を記憶させることにより、電源電圧の変化に追従して、全開時のＤｕｔｙの値を、比例制御弁２の定格電圧と制御回路４の基板消費電圧と電源の電源電圧に基づいて算出し、流量制御を行うように、制御回路４を機能させることが、可能である。よって、本実施形態の流量コントローラ１、流量制御システム５０は、既存の制御回路４を利用して、良好な流量制御精度を安価に得ることができる。
【００５２】
また、上記流量コントローラ１、流量制御システム５０、制御動作時流量制御プログラム４４（流量制御プログラムの一例）及び、パージ動作時流量制御プログラム４５（流量制御プログラムの一例）によれば、制御流体又はパージ流体の流量制御を行う場合に、流量センサ３が計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、制御流量を最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満にするので、例えば、制御流体又はパージ流体が流量コントローラ１に流れなくなった状態で比例電磁弁２が全開された場合に、コイル２１の電力消費量を削減できる。
【実施例】
【００５３】
発明者らは、下記の実施例と比較例について、カバー６内の温度上昇率を調べる実験を行った。
実施例では、基板消費電圧が１Ｖで最高仕様温度が７５℃の制御回路４と、定格電圧が１３Ｖで最低仕様印加電圧が１４Ｖの比例電磁弁２を内蔵し、制御回路４と比例電磁弁２の仕様周囲温度が５℃以上５０℃以下の流量コントローラ１を、流量制御システム５０の開閉弁５３とノズル５５との間に配置した。そして、流量制御システム５０のコントローラ５４を流量コントローラ１のコネクタ７に接続し、商用電源から比例電磁弁２へ１６Ｖの電源電圧を印加するように構成した。実施例の流量コントローラ１は、コントローラ５４の電源がＯＮされると、制御回路４により、図６に示す全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３が実行される。制御回路４は、例えば、電源電圧が１６Ｖであることを計測すると（Ｓ１）、上記数１に、基板消費電圧１Ｖと比例電磁弁２の定格電圧１３Ｖと電源電圧１６Ｖを代入し、全開時のＤｕｔｙの値８６．７％であることを計算する（Ｓ２）。そして、計算した全開時のＤｕｔｙの値をメモリ４２に記憶されている既存の全開時のＤｕｔｙの値と書き換える（Ｓ３）。
【００５４】
このようにして構成された実施例に対して、発明者らは、窒素ガスを流しながら電源電圧を上昇させ、実施例に適用される流量コントローラ１のコイル２１に供給される電力の変化を調べた。その実験結果を図１０の太い実線に示す。尚、図１０の細い実線で示すグラフは電源電圧の変化を示す。
実施例では、電源電圧を高圧にしても、コイル２１に供給される電力は、比例電磁弁２の定格電力で一定にされた。
【００５５】
上記実験に加え、発明者らは、流量コントローラ１の周囲温度を５０℃に調整した状態で、実施例に対して窒素ガスを流しながら、電源電圧を１４Ｖから定格電圧を超える１７Ｖまで変化させ、各電源電圧におけるカバー６内の温度上昇を調べた。その結果を図１１の実線に示す。
【００５６】
実施例では、電源電圧を１４Ｖから１７Ｖまで変化させても、カバー６内の温度は、２０℃以上上昇しない。この場合、制御回路４は、周囲温度５０℃にコイル２１の上昇温度２０℃を加算した７０℃の温度環境下で使用される。この温度環境は、制御回路４の最高仕様温度である７５℃未満となる。よって、実施例では、電源電圧が比例電磁弁２の定格電圧を超える場合でも、カバー６内の温度を制御回路４の最高仕様温度未満とすることができ、制御回路４が破壊されない。
【００５７】
一方、比較例は、上記実施例とハード構成が全く同じであるが、図６に示す全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３や図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４や図８に示すパージ動作時流量制御プログラム４５が実行されず、電源電圧を比例電磁弁２に直接印加して流量制御を行うようにしている点が、上記実施例と相違している。
【００５８】
このようにして構成された比較例に対して、発明者らは、窒素ガスを流しながら電源電圧を上昇させ、比較例に適用される流量コントローラ１のコイル２１に供給される電力の変化を調べた。その実験結果を図１０の点線に示す。尚、図１０の細い実線で示すグラフは電源電圧の変化を示す。
比較例では、コイル２１には、電源電圧から基板消費電圧を減算したバルブ全開時コイル印加電圧に相当する電力が供給され、電源電圧が高くなるにつれて、コイル２１に供給される電力も高くなった。
【００５９】
上記実験に加え、発明者らは、流量コントローラ１の周囲温度を５０℃に調整した状態で、比較例に対して窒素ガスを流しながら、電源電圧を１４Ｖから定格電圧を超える１７Ｖまで変化させ、各電源電圧におけるカバー６内の温度上昇を調べた。その結果を図１１の点線に示す。
【００６０】
比較例では、電源電圧を１４Ｖから１７Ｖまで変化させると、カバー６内の温度は、電源電圧が高くなるにつれて、２０℃から２９．５℃まで温度上昇した。例えば、電源電圧が１５．７５Ｖである場合、カバー６内の温度は２５℃上昇する。この場合、制御回路４は、周囲温度５０℃にコイル２１の上昇温度２５℃を加算した７５℃の温度環境下で使用される。この温度環境は、制御回路４の最高仕様温度である７５℃以上となる。よって、比較例では、電源電圧の上昇とともにコイル２１の発熱量が高くなり、制御回路４が破壊されてしまう。
【００６１】
図１０及び図１１に示す実験結果より、実施例は、比較例と比べ、電源電圧が高くなっても、コイル２１に供給される電力が一定の定格電力に制御されている。これによって、コイル２１の発熱が抑制され、制御回路４の破壊が防止されることが、実証された。制御回路４の電子部品が破壊されないため、流量コントローラ１は正常に動作し、良好な流量制御精度が得られる。
【００６２】
また、発明者らは、上記実施例と上記比較例を用いて、制御動作中に流量制御システム５０の開閉弁５３を閉じ、比例電磁弁２に窒素ガスを供給しなくなった場合におけるコイル２１に供給される電流とコイル２１によって消費される消費電力について調べる実験を行った。但し、この実験では、電源電圧を１４Ｖ、比例電磁弁２の定格電圧を１３Ｖ、基板消費電を１Ｖ、コイル２１の抵抗値Ｒを８５Ωに設定している。その実験結果を図１２に示す。
【００６３】
実施例では、流量コントローラ１が、図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４を実行し、窒素ガスの流量制御を行う（図７のＳ１１）。流量コントローラ１は、流量制御中に流量センサ３により制御流量を計測しているが（Ｓ１２）、開閉弁５３が閉じられると、流量センサ３が測定する制御流量が最低制御流量より少なくなる状態が、一定時間以上続く（Ｓ１３：ＹＥＳ、Ｓ１４：ＹＥＳ）。この場合、流量コントローラ１は、例えば、メモリ４２に記憶されている全開時のＤｕｔｙの値に対して８０％になるように、Ｄｕｔｙにリミットをかける。この実験では、比例電磁弁２の定格電圧が１３Ｖ、電源電圧１４Ｖから基板消費電圧１Ｖを減算したバルブ全開時コイル印加電圧が１３Ｖであるので、全開時のＤｕｔｙの値が１００％に設定される。よって、図１２に示すように、比例電磁弁２のコイル２１には、８０％のＤｕｔｙでバルブ全開時コイル印加電圧１３Ｖがパルス状に印加され、０．１２２Ａの電流が供給された。
【００６４】
一方、比較例では、流量コントローラ１が、図７に示す制御動作時流量制御プログラム４４を実行せずに、窒素ガスの流量制御を行う。比較例では、流量コントローラ１が、流量制御中に流量センサ３により制御流量を計測しており、開閉弁５３が閉じられると、流量センサ３が制御流量を検出しなくなる。この場合、流量コントローラ１は、流量を増加させるために、バルブ全開時コイル印加電圧１３Ｖをコイル２１にＤｕｔｙ制御せずに連続して印加され、比例電磁弁２を全開させる。よって、図１２に示すように、比例電磁弁２のコイル２１には、バルブ全開時コイル印加電圧１３Ｖが連続して印加され、０．１５３Ａの電流が流れた。
【００６５】
上記実験の結果、図１２に示すように、実施例によれば、コイル２１に印加する電圧を８０％Ｄｕｔｙで制御することにより、コイル２１に流れる電流が比較例においてコイル２１に流れる電流に対して２０％削減された。
また、図１２に示すように、比較例では流量コントローラ１の消費電力が１．９９Ｗであったのに対して、実施例では流量コントローラ１の消費電力が１．２７Ｗであった。よって、実施例によれば、消費電力が比較例の消費電力に対して３６％削減された。
【００６６】
この実験結果より、流量制御中に開閉弁５３が閉じられ、比例電磁弁２に窒素ガスが流れなくなった場合、実施例は、Ｄｕｔｙがリミット（上記実験では８０％）以上にならないようにＤｕｔｙを制限することにより、比較例と比べ、コイル２１に流れる電流や流量コントローラ１の消費電力を削減することができ、電力消費量を削減できることが実証された。
【００６７】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３と制御動作時流量制御プログラム４４とパージ動作時流量制御プログラム４５とを流量コントローラ１に内蔵される制御回路４のメモリ４２に格納した。これに対して、全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム４３と制御動作時流量制御プログラム４４とパージ動作時流量制御プログラム４５とを非一時的な記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭやＵＳＢメモリ等）に記憶させ、記憶媒体から流量制御システム５０のコントローラ５４にそれらのプログラム４３，４４，４５をインストールさせて、コントローラ５４から全開時のＤｕｔｙの値や流量制御に関する信号を制御回路４に送信して比例電磁弁２の開度を調整するようにしても良い。この場合、バルブ全開時コイル印加電圧は、電源電圧から、流量制御システム５０のコントローラ５４が消費する電圧を減算することにより、算出することが望ましい。かかる構成の流量制御システムは、全開時のＤｕｔｙの値の算出や流量制御を行う主体が、流量コントローラ１の制御回路４からコントローラ５４に変わるだけで、制御回路４と同様の作用効果が得られる。
例えば、上記実施形態では、制御回路４に組み込まれるＩＣチップによりＰＷＭ制御を行ったが、制御回路４のメモリ４２に記憶させたソフトによってＰＷＭ制御を行っても良い。
例えば、上記実施形態では、熱式流量センサ３を流量コントローラ１に使用したが、温度変化によらない手法で流量を測定する流量センサを流量コントローラ１に適用しても良い。
例えば、上記実施形態の数１では、電源電圧から制御回路４の基板消費電圧を減算することにより、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧を算出した。これに対して、制御回路４の他に表示回路等の電源電圧を供給される部品がある場合には、電源電圧から、各部品が消費する消費電圧をトータルした値を減算することにより、比例電磁弁２を全開させる場合にコイル２１に印加されるバルブ全開時コイル印加電圧を求め、そして、比例電磁弁２の定格電圧をバルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、全開時のＤｕｔｙの値を求めるようにすると良い。
【符号の説明】
【００６８】
１ 流量コントローラ
２ 比例電磁弁
３ 流量センサ
４ 制御回路
２１ コイル
４２ メモリ（定格電圧記憶手段の一例）
４３ 全開時Ｄｕｔｙ算出プログラム（流量コントローラ制御プログラム、全開時Ｄｕｔｙ算出手段の一例）
４４ 制御動作時流量制御プログラム（流量制御手段、流量制御プログラムの一例）
４５ パージ動作時流量制御プログラム（流量制御手段、流量制御プログラムの一例）
５０ 流量制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、
流体の流量を計測する流量センサと、
コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、
電源から印加される電源電圧をＰＷＭ制御することにより、前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記電力を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、
前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、
前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する
ことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載する流量コントローラにおいて、
前記流量制御手段は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット設定手段を有する
ことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された流量コントローラを適用することを特徴とする流量制御システム。
【請求項４】
配管上に設置された流量コントローラと、電源と前記流量コントローラに接続されて前記流量コントローラの動作を制御するコントローラと、を有する流量制御システムにおいて、
前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、を有すること、
前記コントローラが、
前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、
前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する
ことを特徴とする流量制御システム。
【請求項５】
流量制御システムのコントローラに適用されるものであって、流量センサと、コイルを備える比例電磁弁とを内蔵する流量コントローラの動作を、前記コントローラが電源から前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御することにより制御する流量コントローラ制御プログラムにおいて、
前記コントローラを、
前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、
前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出されたＤｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、して機能させる
ことを特徴とする流量コントローラ制御プログラム。
【請求項６】
流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、
流体の流量を計測する流量センサと、
コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、
前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記比例電磁弁に印加する電圧をＰＷＭ制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有する
ことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項７】
配管上に流量コントローラが設置され、前記流量コントローラの動作を制御するコントローラを有する流量制御システムにおいて、
前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、を有していること、
前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するものであって、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有すること
を特徴とする流量制御システム。
【請求項８】
流量センサと、コイルを備える比例電磁弁とを内蔵する流量コントローラの動作を制御する流量制御プログラムにおいて、
前記流量コントローラを、
前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するように機能させること、
前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するように、機能させること
を特徴とする流量制御プログラム。
【請求項１】
流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、
流体の流量を計測する流量センサと、
コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、
電源から印加される電源電圧をＰＷＭ制御することにより、前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記電力を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、
前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合におけるＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、
前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する
ことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載する流量コントローラにおいて、
前記流量制御手段は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット設定手段を有する
ことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された流量コントローラを適用することを特徴とする流量制御システム。
【請求項４】
配管上に設置された流量コントローラと、電源と前記流量コントローラに接続されて前記流量コントローラの動作を制御するコントローラと、を有する流量制御システムにおいて、
前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、前記比例電磁弁の定格電圧を記憶する定格電圧記憶手段と、を有すること、
前記コントローラが、
前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記定格電圧記憶手段に記憶されている前記定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、
前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出された前記Ｄｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、を有する
ことを特徴とする流量制御システム。
【請求項５】
流量制御システムのコントローラに適用されるものであって、流量センサと、コイルを備える比例電磁弁とを内蔵する流量コントローラの動作を、前記コントローラが電源から前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御することにより制御する流量コントローラ制御プログラムにおいて、
前記コントローラを、
前記比例電磁弁を全開させる場合に前記コイルに印加されるバルブ全開時コイル印加電圧が、前記比例電磁弁の定格電圧より高圧である場合に、前記比例電磁弁の前記定格電圧を前記バルブ全開時コイル印加電圧で割ることにより、前記比例電磁弁を全開状態とする場合における全開時のＤｕｔｙの値を算出する全開時Ｄｕｔｙ算出手段と、
前記全開時Ｄｕｔｙ算出手段により算出されたＤｕｔｙの値を上限として、前記コイルに印加する電圧のＤｕｔｙを可変させ、前記比例電磁弁の開度を制御する流量制御手段と、して機能させる
ことを特徴とする流量コントローラ制御プログラム。
【請求項６】
流体の流量を制御する流量コントローラにおいて、
流体の流量を計測する流量センサと、
コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、
前記流量センサが計測した制御流量を目標流量に制御するように前記比例電磁弁に印加する電圧をＰＷＭ制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有する
ことを特徴とする流量コントローラ。
【請求項７】
配管上に流量コントローラが設置され、前記流量コントローラの動作を制御するコントローラを有する流量制御システムにおいて、
前記流量コントローラが、流体の流量を計測する流量センサと、コイルに供給される電力に比例して開度を調整される比例電磁弁と、を有していること、
前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するものであって、前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するリミット手段を有すること
を特徴とする流量制御システム。
【請求項８】
流量センサと、コイルを備える比例電磁弁とを内蔵する流量コントローラの動作を制御する流量制御プログラムにおいて、
前記流量コントローラを、
前記比例電磁弁の前記コイルに印加する電圧をＰＷＭ制御するように機能させること、
前記流量センサが計測する制御流量が、制御流量の下限値となる最低制御流量より少なくなったことを検出すると、Ｄｕｔｙを、前記制御流量を前記最低制御流量に制御する場合のＤｕｔｙ未満に制限するように、機能させること
を特徴とする流量制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１５９１３（Ｐ２０１１−２１５９１３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３８３５（Ｐ２０１０−８３８３５）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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