流量制御装置および流量制御方法
【課題】流路を流通する流体の流量制御の安定化を図る。
【解決手段】流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブ４１と、流体の流量を検出する流量検出部３４と、流量検出部３４の検出結果と流量に関する設定値とに基づいて、バルブ４１に供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動部５３と、前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅変調のパルス幅を補正する制御部５７，７１と、を備える。
【解決手段】流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブ４１と、流体の流量を検出する流量検出部３４と、流量検出部３４の検出結果と流量に関する設定値とに基づいて、バルブ４１に供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動部５３と、前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅変調のパルス幅を補正する制御部５７，７１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体や液体等の流体の流量を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量制御装置として、下記の特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の流量制御装置は、ソレノイド弁を備え、ソレノイド弁によってガス等の流体の流路の開度を制御することで、流量の制御が可能である。流量を所定の設定値に制御する場合には、流路に設けられたフローセンサ（流れセンサ）の検出値と流量設定値との比較結果（差分）が最小となるように、ソレノイド弁による流路の開度が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０５９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ソレノイド弁の駆動方式には、電圧駆動方式、電流駆動方式、直接パルス駆動（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式等がある。いずれの方式でも、ソレノイド弁を駆動する電圧に変動が生じると、その変動に伴って制御流量にフラツキが生じて好ましくない状況が生じ得る。
【０００５】
そこで、本発明の目的の一つは、流量制御の安定化を図ることにある。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の流量制御装置の一態様は、流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブと、前記流体の流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の検出結果と前記流量に関する設定値との比較結果に応じたパルス幅を有する信号を受けて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動部と、前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅を補正する制御部と、を備える。
【０００７】
ここで、前記制御部は、前記駆動電圧の下降時に、前記パルス幅が大きくなる方向に前記補正を行ない、前記駆動電圧の上昇時に、前記パルス幅が小さくなる方向に前記補正を行なう、こととしてもよい。
【０００８】
また、前記補正は、前記変動前後の駆動電圧とパルス幅との積の変動が少なくなる方向に行なう、こととしてもよい。例えば、前記補正は、前記変動後の駆動電圧と前記補正後のパルス幅との積が、前記変動前の駆動電圧と前記補正前のパルス幅との積と変わらないように、前記補正後のパルス幅を決定することができる。
【０００９】
さらに、前記バルブは、比例ソレノイドバルブである、こととしてもよい。
【００１０】
また、前記バルブ駆動部は、前記信号に応じてスイッチング動作するトランジスタと、前記スイッチング動作に伴い前記比例ソレノイドバルブに生じる逆誘導起電力を消費するダイオードと、を備えることとしてもよい。
【００１１】
さらに、本発明の流量制御方法の一態様は、流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブを備えた流量制御装置における流量制御方法であって、前記流体の流量を検出する流量検出過程と、前記流量検出過程での検出結果と前記流量に関する設定値との比較結果に応じたパルス幅を有する信号を受けて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス変調するバルブ駆動過程と、前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅を補正する制御過程と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、バルブの駆動電圧の変動に伴うバルブ駆動電力のフラツキを抑制して安定化することができる。結果、流量制御のフラツキを抑制することができ、流量制御の性能改善を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る流量制御装置（マスフローコントローラ、ＭＦＣ）の一例を示す図である。
【図２】図１に例示するフローセンサの構成例を示す模式的斜視図である。
【図３】図２に示すＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。
【図４】図１に例示するＭＦＣのバルブの制御に関係する電気回路に着目したブロック図である。
【図５】図１に例示するＣＰＵによるパルス幅補正処理を説明する模式図である。
【図６】電源電圧変動時の影響を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る流量制御装置（マスフローコントローラ、ＭＦＣ）の一例を示す図である。図１に例示するＭＦＣ２１は、内部に流体の流路２５が形成された流路ブロック２２と、流路ブロック２２の入口側に設けられて配管との接続部を成す入口配管接続用ブロック２３と、を備える。流体は、空気、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、炭酸ガス（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）、水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈｅ）、都市ガス、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）などの気体（ガス）でもよいし、液体でもよい。以下の説明では、一例として気体（ガス）を対象とする。また、ＭＦＣ２１は、例えば、バーナー等の空燃比制御や、蒸着、スパッタリング、プラズマクリーニング等で用いられる真空チャンバ内のガス量（混合比）制御などに適用可能である。
【００１６】
流路ブロック２２と入口配管接続用ブロック２３との間には、流路２５へ流れる流体を整流する整流部材３１を介装することができる。整流部材３１には、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属製の金網や、樹脂製の格子部材等を適用することができる。整流部材３１は、例えば、整流部材３１を挟持するスペーサ３２を用いて流路ブロック２２と入口配管接続用ブロック２３との間に固定することができる。整流部材３１は、例えば、入口配管接続用ブロック２３とスペーサ３２との間にゴム等の弾性部材３６を挿入してスペーサ３２に流路２５に向かう方向の圧力を加えることで、反対側の流路ブロック２２に設けられた段部３３にて係止することができる。
【００１７】
流路２５を形成する流路ブロック２２の内壁には、フローセンサ（流れセンサ）３４を設けることができる。フローセンサ３４は、流路２５を流通する流体の流量を検出する流量検出部の一例であり、例えば、ダイアフラムを有する熱式流量センサを採用することができる（ただし、流体の種類に応じて、超音波式など既知の他の流量センサを適用することも可能である）。
【００１８】
例えば図２及び図３に示すように、気体の計測に適したフローセンサ３４は、キャビティ１６が設けられた基板１０、基板１０上にキャビティ１６を覆うように配置された薄膜１５、薄膜１５に設けられたヒータ（以下、「抵抗素子」とも称する。）１１、薄膜１５においてヒータ１１を挟んでヒータ１１の両サイドに設けられた一対の抵抗素子１２及び１３、薄膜１５のキャビティ１６を覆う領域を避けて基板１０の一辺側に設けられた周囲温度センサ（以下、「抵抗素子」とも称する。）１４等を有している。
【００１９】
このような構成を有するフローセンサ３４は、例えば図２及び図３中にブロック矢印で示すように、測定対象のガスの流れる方向に沿って、抵抗素子１２，ヒータ１１及び抵抗素子１３が順に並ぶように配置することができる。この場合、抵抗素子１２は、ヒータ１１よりも上流側に設けられた上流側測温抵抗素子として機能し、抵抗素子１３は、ヒータ１１よりも下流側に設けられた下流側測温抵抗素子として機能する。
【００２０】
薄膜１５のキャビティ１６を覆う部分は、熱容量が小さく、基板１０に対して断熱性を有するダイアフラムをなす。周囲温度センサ１４は、流路２５を流通するガスの温度を測定する。ヒータ１１は、例示的に、キャビティ１６を覆う薄膜１５の中心に配置されており、周囲温度センサ１４が計測した流体の温度よりも一定温度（例えば１０℃）高くなるように、加熱される。上流側測温抵抗素子１２は、ヒータ１１よりも上流側の温度を検出するのに用いられ、下流側測温抵抗素子１３は、ヒータ１１よりも下流側の温度を検出するのに用いられる。
【００２１】
ここで、流路２５においてガスが静止している場合、ヒータ１１で加えられた熱は、上流方向及び下流方向へ対称的に拡散する。従って、上流側測温抵抗素子１２及び下流側測温抵抗素子１３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子１２及び下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、流路２５内のガスが上流から下流に流れている場合、ヒータ１１で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。従って、上流側測温抵抗素子１２の温度よりも、下流側測温抵抗素子１３の温度が高くなる。
【００２２】
このような温度差は、上流側測温抵抗素子１２の電気抵抗と下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗との間に差を生じさせる。下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子１２の電気抵抗との差は、流路２５内のガスの速度や流量と相関関係がある。そのため、下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子１２の電気抵抗との差を基に、流路２５を流れる流体の速度や流量を算出できる。抵抗素子１１、１２及び１３の電気抵抗の情報は、図２に例示するように基板１０（薄膜１５）の対角関係にある角部近傍に設けられた電極パッド１７を通じて電気信号（センサ信号）として取り出すことができる。電極パッド１７は、後述する信号処理回路５２（図１参照）と電気的に接続される。
【００２３】
なお、図２及び図３に示す基板１０の厚みは、例えば０．５ｍｍであり、基板１０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。ただし、基板１０の寸法、形状は、これらに限られない。基板１０の材料としては、例示的に、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。薄膜１５の材料としては、例示的に、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。
【００２４】
キャビティ１６は、基板１０の一方の面の略中央部に異方性エッチングやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術等を用いて形成することができる。図２及び図３には、一例として舟形凹状のキャビティ１６が形成された様子を例示している。各抵抗素子１１，１２，１３，１４のそれぞれの材料には、白金（Ｐｔ）等が使用可能である。また、各抵抗素子１１，１２，１３，１４の形成には、リソグラフィ法等が適用可能である。
【００２５】
図１に戻って、流路ブロック２２の出口側には、例示的に、比例ソレノイドバルブ４１、流路２５からのガスの流れる流路４３及び流路４４が形成された弁座４２、流路４３と流路４４とを連通する弁室４５、弁室４５に収納されて流路４４を開閉する弁体４６、および、流路ブロック２２と弁座４２との間をシールするシール部材４９等が設けられる。
【００２６】
比例ソレノイドバルブ（電磁比例弁）４１は、流路４４から流出するガスの量を制御（調節）する調節弁の一例であり、弁体４６に連結された磁性を有するプランジャ４７と、入力電力（電流）に応じて発生する電磁力によってプランジャ４７を流路ブロック２２に近づく又は離れる方向へ連続的に移動可能なコイル４８とを備える。
【００２７】
つまり、コイル４８に供給される電流に応じた電磁力によってプランジャ４７が連続的に移動することにより、プランジャ４７に連結された弁体４６による流路４４の開度を連続的に制御することができる。その結果、流路２５、流路４３、及び流路４４を通じて出口へ流出するガス量を連続的に制御することが可能である。なお、調節弁には、比例ソレノイドバルブ４１に限らず、電動モータや流体プランジャをアクチュエータとして用いたもの、ボール弁、バタフライ弁等を用いたもの等、様々な応用例を採用することが可能である。
【００２８】
上述した流量制御は、例えば、通常運用時（モード）において、フローセンサ３４で検出（モニタ）されるガス流量が所定の設定流量（流量設定値）となるようになされる。なお、ＭＦＣ２１の試験、保守点検、診断などの通常運用以外の動作モードでは、流路４４の開度を、フローセンサ３４の検出結果や設定流量によらずに制御することも可能である。また、流路４４の開度を全開あるいは所定開度に固定すると、ＭＦＣ２１は、流量計として使用することも可能である。
【００２９】
ＭＦＣ２１は、図１に例示するように、上述したソレノイドバルブ４１（以下、単に「バルブ４１」ともいう）の制御を行なう制御部５１、フローセンサ３４からのセンサ信号を処理する信号処理回路５２、および、制御部５１からの制御に応じてソレノイドバルブ４１を駆動制御する駆動回路５３を備える。さらに、ＭＦＣ２１は、制御部５１に流量設定値を含む所定の指令信号を入力するのに用いられる流量設定部５４、ＭＦＣ２１の現在の運転状態を表示するのに用いられる運転状態表示部５５、及び／又は、ガスの流量や動作モードを文字表示するデジタルディスプレイ５６を備えることもできる。
【００３０】
制御部５１は、例示的に、ＣＰＵ（あるいはマイクロコンピュータ）５７、ＲＯＭ５９、ＥＥＰＲＯＭ６０、及びＲＡＭ６１等を備えたマイクロコンピュータとして構成できる。ＣＰＵ５７は、信号処理回路５２で処理されたガスの流量の検出値、および、流量設定部５４からの流量設定値を受信し、これらの値に基づいて駆動回路５３を制御してバルブ４１、ひいては流路４４の開度を制御する。ＣＰＵ５７及び駆動回路５３の動作電力（電流）は、例えばコネクタ５８に接続される電源から供給可能である。なお、コネクタ５８は、ＣＰＵ５７を通じて外部機器との間で信号（情報）を送受信する信号入出力インタフェースを備えていてもよい。
【００３１】
ＲＯＭ５９は、ユーザの流量設定部５４に対する情報入力操作や、ＣＰＵ５７での演算処理を規定するアルゴリズム、制御プログラムなどを保持している。ＥＥＰＲＯＭ６０は、不揮発性メモリの一例であり、ＭＦＣ２１の動作モード等に応じたパラメータ等を記憶する。動作モードに応じたパラメータ等をＥＥＰＲＯＭ６０に記憶することで、停電等があっても動作モードを設定し直す手間を省くことが可能である。ＲＡＭ６１は、ＣＰＵ５７のワークエリアとして用いられ、また、ＣＰＵ５７で演算、測定された流量データなどを記憶する。
【００３２】
上述したＭＦＣ２１は、バルブ４１の制御に関係する電気回路に着目すると、図４のように表わすことができる。図４に例示するＭＦＣ２１は、既述のフローセンサ３４、ソレノイドバルブ４１（コイル４８）、マイクロコンピュータ５７、信号処理回路５２、駆動回路５３、及び流量設定部５４を備えるほか、電源電圧検出回路７１、既述のコネクタ５８に接続された直流（ＤＣ）電源７２、及び電源回路７３を備える。
【００３３】
ＤＣ電源７２は、例えば単相交流１００ボルトの元電源から電力の供給を受けて、所定のＤＣ電圧に変換し、例えば２４ＶのＤＣ電圧を、コネクタ５８経由で電源回路７３に供給する。電源回路７３は、コネクタ５８からのＤＣ電圧の供給を受けて、例えばマイクロコンピュータ５７の動作電力を供給する。ＤＣ電圧は、バルブ駆動電圧の一例として、信号ライン（電源ライン）８０を介しバルブ４１（コイル４８）にも供給される。したがって、後述するようにＤＣ電圧の変動は、バルブ４１の駆動に影響する。電源ライン８０の途中には、直列接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２が並列接続されており、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２間の電圧がマイクロコンピュータ５７に内蔵のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータに入力される。
【００３４】
抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、電源ライン８０の電圧をそれぞれの抵抗値の比で分圧してＡ／Ｄコンバータに入力する電源電圧検出回路（分圧回路）７１として機能する。本例において、分圧回路７１は、Ａ／Ｄコンバータへの入力電圧を適正な範囲に収めるように電圧調整（降圧）する役割を果たす。分圧回路７１は、制御部５１の要素として位置付けてもよい。
【００３５】
抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値は、固定値でもよいし、Ａ／Ｄコンバータへの入力電圧を適宜に調整可能なように可変としてもよい。また、Ａ／Ｄコンバータは、マイクロコンピュータ５７の外部に設けられてもよい。いずれにせよ、電源電圧検出回路７１は、電源ライン８０の電圧変動をマイクロコンピュータ５７で監視できるよう、電源ライン８０をマイクロコンピュータ５７に電気的に接続可能な構成であれば足りる。
【００３６】
以上の構成により、マイクロコンピュータ５７は、電源ライン８０を介してバルブ４１（コイル４８）に供給される駆動電圧（電源電圧）をデジタル値にて取得、監視することが可能となる。
【００３７】
駆動回路（バルブ駆動部）５３は、バルブ４１に制御信号（バルブ駆動信号）を与える。バルブ４１を制御（駆動）するのに要する電流は、バルブ４１（負荷）の大きさにもよるが、例示的に、１００〜４００ミリアンペア（ｍＡ）程度である。
【００３８】
バルブ４１の駆動方式には、例えば、電圧駆動方式、電流駆動方式、直接パルス駆動（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式等がある。一例として、ＰＷＭ駆動方式を採用する場合、マイクロコンピュー５７は、フローセンサ３４で検出された流量信号と、流量設定部５４により設定された流量設定値とを比較演算し、その演算結果である差分に応じたパルス幅（デューティ比）を有する信号（ＰＷＭ信号）を生成する。駆動回路５３は、当該ＰＷＭ信号に従ってバルブ４１を駆動する。すなわち、駆動回路５３は、マイクロコンピュータ５７からのＰＷＭ信号に従ってバルブ４１に供給される駆動電圧（ＤＣ電圧）をパルス幅変調する。
【００３９】
ここで、マイクロコンピュータ５７は、フローセンサ３４による検出結果と流量設定値との差分が最小となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を調整するように動作する。なお、マイクロコンピュータ５７は、前記比較演算を周期的（例えば、５ミリ秒周期等）に実施して、所定周期（変調速度）のＰＷＭ信号を生成、出力することができる。ＰＷＭ信号の周期（変調速度）は、バルブ４１が追従（応答）可能な周期（例えば、数十ミリ秒等）よりも短い周期（例えば１ミリ秒）であればよい。
【００４０】
ＰＷＭ駆動方式の駆動回路（以下、ＰＷＭ駆動回路ともいう）５３は、例示的に、トランジスタをスイッチング素子として用いたスイッチング回路とすることができる。トランジスタには、バイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のいずれを用いてもよい。ＦＥＴには、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor) ＦＥＴ、パワーＭＯＳ ＦＥＴ等も含まれる。一例として、図４には、ＦＥＴを用いた駆動回路５３を示している。図４に例示する駆動回路５３は、ゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ）及びソース（Ｓ）を有するＦＥＴ Ｑ１と、ダイオード５３１と、を備える。
【００４１】
ＦＥＴ Ｑ１のゲートはマイクロコンピュータ５７に接続され、上述した駆動信号の一例としてのＰＷＭ信号がマイクロコンピュータ５７から入力される。ＦＥＴ Ｑ１のソースは接地され、ＦＥＴ Ｑ１のドレインには、バルブ４１のコイル４８の一端と、ダイオード５３１のアノードとがそれぞれ接続され、ダイオード５３１のカソードは、電源ライン８０に接続される。このような構成により、ＰＷＭ駆動回路５３は、ＰＷＭ信号のオン／オフに応じてＦＥＴ Ｑ１がスイッチング動作し、このスイッチング動作によって電源ライン８０を介してバルブ４１に供給される電圧がパルス幅変調される。
【００４２】
なお、ダイオード５３１は、還流ダイオードあるいはフリーホイールダイオードと呼ばれ、ＦＥＴ Ｑ１のスイッチング動作に伴ってコイル４８に蓄積される電磁エネルギー（逆誘導起電力）を消費することで、ＦＥＴ Ｑ１のドレイン電圧が許容電圧を超えてＦＥＴ Ｑ１が破壊されることを防止できる。
【００４３】
以上のようなＰＷＭ駆動回路５３は、構成がシンプルであり、また、ＦＥＴ Ｑ１がスイッチング動作であり、ほとんど発熱しないため、放熱対策が必要ないというメリットがある。
【００４４】
ところで、図４に例示する構成のＭＦＣ２１に供給されるＤＣ電圧が変動すると、信号ライン８０の電圧が変動し、バルブ駆動電圧も変動する。電圧変動が緩やかな場合は、マイクロコンピュータ５７での前記比較演算によるフィードバック制御が追従できるから、電圧変動を吸収することができる。しかし、短時間に急激な変動が生じると、ＰＷＭ信号のフィードバック制御が追従できず、電圧変動の影響を吸収できない。
【００４５】
例えば、図６に示すように、（１）ＤＣ電源７２に電圧を供給する交流電源（元電源）（例えばＡＣ１００Ｖ）が落雷等によって瞬間的に停止したり電圧降下が生じたりすると、（２）ＤＣ電源７２からＭＦＣ２１に供給される電圧にも瞬間的な電圧降下が現れる。このような瞬間的な電圧降下は、追従制御の遅れをもたらし、結果として、（３）バルブ駆動電圧にフラツキが生じ、制御流量にフラツキが生じる。このような制御流量のフラツキは、例えば、ＭＦＣ２１をバーナー等の空燃比制御に用いるようなアプリケーションにおいて、空燃比のバランスを崩しかねない。
【００４６】
そこで、本例では、既述のように電源電圧検出回路７１からマイクロコンピュータ５７のＡ／Ｄコンバータに電源ライン８０の電圧を取り込んで、バルブ駆動電圧の変動をマイクロコンピュータ５７にて監視する。そして、マイクロコンピュータ５７は、バルブ駆動電圧の変動を検知すると、その変動率に応じて駆動回路５３に与えるＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を補正する。これにより、駆動回路５３からバルブ４１に与えられるバルブ駆動電圧のパルス幅が補正される。パルス幅の補正は、例えば、電圧下降時にはバルブ駆動信号のオン時間（パルス幅）が大きくなる方向に、逆に、電圧上昇時には小さくなる方向に行なう。
【００４７】
一例を図５に示すと、マイクロコンピュータ５７は、（１）バルブ駆動電圧の変動（低下）を検出すると、（２）パルス幅（オン時間）を長くする方向に補正することができる。その際、マイクロコンピュータ５７は、電圧変動検出前後でＰＷＭ信号のオン電圧とオン時間との積（電力）の変動を少なくする方向に、理想的にはその積が変わらないように、補正後のパルス幅を決定することができる。逆に、バルブ駆動電圧の上昇時には、マイクロコンピュータ５７は、パルス幅を短くする方向に補正することができる。この場合も、マイクロコンピュータ５７は、電圧変動検出前後でバルブ駆動信号のオン電圧とオン時間とが変わらないように、補正後のパルス幅を決定することができる。つまり、バルブ駆動電圧の変動によるバルブ駆動電力の過不足を、ＰＷＭ信号のオン時間（パルス幅）の調整によって補うことができる。
【００４８】
以上のようなパルス幅の補正により、電源電圧変動に伴うバルブ駆動電力のフラツキ、ひいてはＭＦＣ２１の制御流量のフラツキを抑制することができる。したがって、ＭＦＣ２１の性能改善を図ることが可能となる。ＭＦＣ２１を空燃比制御に用いるようなアプリケーションにおいては、空燃比制御の安定性、安全性の向上を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 基板
１１ ヒータ（抵抗素子）
１２，１３ 抵抗素子
１４ 周囲温度センサ（抵抗素子）
１５ 薄膜
１６ キャビティ
１７ 電極パッド
２１ 流量制御装置（ＭＦＣ）
２２ 流路ブロック
２３ 入口配管接続用ブロック
２５，４３，４４ 流路
３１ 整流部材
３２ スペーサ
３３ 段部
３４ フローセンサ
３６ 弾性部材
４１ 比例ソレノイドバルブ
４２ 弁座
４５ 弁室
４６ 弁体
４７ プランジャ
４８ コイル
４９ シール部材
５１ 制御部
５２ 信号処理回路
５３ 駆動回路
５４ 流量設定部
５５ 運転状態表示部
５６ デジタルディスプレイ
５７ ＣＰＵ（あるいはマイクロコンピュータ）
５８ コネクタ
７１ 電源電圧検出回路（分圧回路）
７２ ＤＣ電源
７３ 電源回路
５３１ ダイオード
Ｑ１ トランジスタ（ＦＥＴ）
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体や液体等の流体の流量を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量制御装置として、下記の特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の流量制御装置は、ソレノイド弁を備え、ソレノイド弁によってガス等の流体の流路の開度を制御することで、流量の制御が可能である。流量を所定の設定値に制御する場合には、流路に設けられたフローセンサ（流れセンサ）の検出値と流量設定値との比較結果（差分）が最小となるように、ソレノイド弁による流路の開度が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０５９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ソレノイド弁の駆動方式には、電圧駆動方式、電流駆動方式、直接パルス駆動（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式等がある。いずれの方式でも、ソレノイド弁を駆動する電圧に変動が生じると、その変動に伴って制御流量にフラツキが生じて好ましくない状況が生じ得る。
【０００５】
そこで、本発明の目的の一つは、流量制御の安定化を図ることにある。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の流量制御装置の一態様は、流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブと、前記流体の流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の検出結果と前記流量に関する設定値との比較結果に応じたパルス幅を有する信号を受けて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動部と、前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅を補正する制御部と、を備える。
【０００７】
ここで、前記制御部は、前記駆動電圧の下降時に、前記パルス幅が大きくなる方向に前記補正を行ない、前記駆動電圧の上昇時に、前記パルス幅が小さくなる方向に前記補正を行なう、こととしてもよい。
【０００８】
また、前記補正は、前記変動前後の駆動電圧とパルス幅との積の変動が少なくなる方向に行なう、こととしてもよい。例えば、前記補正は、前記変動後の駆動電圧と前記補正後のパルス幅との積が、前記変動前の駆動電圧と前記補正前のパルス幅との積と変わらないように、前記補正後のパルス幅を決定することができる。
【０００９】
さらに、前記バルブは、比例ソレノイドバルブである、こととしてもよい。
【００１０】
また、前記バルブ駆動部は、前記信号に応じてスイッチング動作するトランジスタと、前記スイッチング動作に伴い前記比例ソレノイドバルブに生じる逆誘導起電力を消費するダイオードと、を備えることとしてもよい。
【００１１】
さらに、本発明の流量制御方法の一態様は、流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブを備えた流量制御装置における流量制御方法であって、前記流体の流量を検出する流量検出過程と、前記流量検出過程での検出結果と前記流量に関する設定値との比較結果に応じたパルス幅を有する信号を受けて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス変調するバルブ駆動過程と、前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅を補正する制御過程と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、バルブの駆動電圧の変動に伴うバルブ駆動電力のフラツキを抑制して安定化することができる。結果、流量制御のフラツキを抑制することができ、流量制御の性能改善を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る流量制御装置（マスフローコントローラ、ＭＦＣ）の一例を示す図である。
【図２】図１に例示するフローセンサの構成例を示す模式的斜視図である。
【図３】図２に示すＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。
【図４】図１に例示するＭＦＣのバルブの制御に関係する電気回路に着目したブロック図である。
【図５】図１に例示するＣＰＵによるパルス幅補正処理を説明する模式図である。
【図６】電源電圧変動時の影響を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る流量制御装置（マスフローコントローラ、ＭＦＣ）の一例を示す図である。図１に例示するＭＦＣ２１は、内部に流体の流路２５が形成された流路ブロック２２と、流路ブロック２２の入口側に設けられて配管との接続部を成す入口配管接続用ブロック２３と、を備える。流体は、空気、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、炭酸ガス（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）、水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈｅ）、都市ガス、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）などの気体（ガス）でもよいし、液体でもよい。以下の説明では、一例として気体（ガス）を対象とする。また、ＭＦＣ２１は、例えば、バーナー等の空燃比制御や、蒸着、スパッタリング、プラズマクリーニング等で用いられる真空チャンバ内のガス量（混合比）制御などに適用可能である。
【００１６】
流路ブロック２２と入口配管接続用ブロック２３との間には、流路２５へ流れる流体を整流する整流部材３１を介装することができる。整流部材３１には、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属製の金網や、樹脂製の格子部材等を適用することができる。整流部材３１は、例えば、整流部材３１を挟持するスペーサ３２を用いて流路ブロック２２と入口配管接続用ブロック２３との間に固定することができる。整流部材３１は、例えば、入口配管接続用ブロック２３とスペーサ３２との間にゴム等の弾性部材３６を挿入してスペーサ３２に流路２５に向かう方向の圧力を加えることで、反対側の流路ブロック２２に設けられた段部３３にて係止することができる。
【００１７】
流路２５を形成する流路ブロック２２の内壁には、フローセンサ（流れセンサ）３４を設けることができる。フローセンサ３４は、流路２５を流通する流体の流量を検出する流量検出部の一例であり、例えば、ダイアフラムを有する熱式流量センサを採用することができる（ただし、流体の種類に応じて、超音波式など既知の他の流量センサを適用することも可能である）。
【００１８】
例えば図２及び図３に示すように、気体の計測に適したフローセンサ３４は、キャビティ１６が設けられた基板１０、基板１０上にキャビティ１６を覆うように配置された薄膜１５、薄膜１５に設けられたヒータ（以下、「抵抗素子」とも称する。）１１、薄膜１５においてヒータ１１を挟んでヒータ１１の両サイドに設けられた一対の抵抗素子１２及び１３、薄膜１５のキャビティ１６を覆う領域を避けて基板１０の一辺側に設けられた周囲温度センサ（以下、「抵抗素子」とも称する。）１４等を有している。
【００１９】
このような構成を有するフローセンサ３４は、例えば図２及び図３中にブロック矢印で示すように、測定対象のガスの流れる方向に沿って、抵抗素子１２，ヒータ１１及び抵抗素子１３が順に並ぶように配置することができる。この場合、抵抗素子１２は、ヒータ１１よりも上流側に設けられた上流側測温抵抗素子として機能し、抵抗素子１３は、ヒータ１１よりも下流側に設けられた下流側測温抵抗素子として機能する。
【００２０】
薄膜１５のキャビティ１６を覆う部分は、熱容量が小さく、基板１０に対して断熱性を有するダイアフラムをなす。周囲温度センサ１４は、流路２５を流通するガスの温度を測定する。ヒータ１１は、例示的に、キャビティ１６を覆う薄膜１５の中心に配置されており、周囲温度センサ１４が計測した流体の温度よりも一定温度（例えば１０℃）高くなるように、加熱される。上流側測温抵抗素子１２は、ヒータ１１よりも上流側の温度を検出するのに用いられ、下流側測温抵抗素子１３は、ヒータ１１よりも下流側の温度を検出するのに用いられる。
【００２１】
ここで、流路２５においてガスが静止している場合、ヒータ１１で加えられた熱は、上流方向及び下流方向へ対称的に拡散する。従って、上流側測温抵抗素子１２及び下流側測温抵抗素子１３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子１２及び下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、流路２５内のガスが上流から下流に流れている場合、ヒータ１１で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。従って、上流側測温抵抗素子１２の温度よりも、下流側測温抵抗素子１３の温度が高くなる。
【００２２】
このような温度差は、上流側測温抵抗素子１２の電気抵抗と下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗との間に差を生じさせる。下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子１２の電気抵抗との差は、流路２５内のガスの速度や流量と相関関係がある。そのため、下流側測温抵抗素子１３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子１２の電気抵抗との差を基に、流路２５を流れる流体の速度や流量を算出できる。抵抗素子１１、１２及び１３の電気抵抗の情報は、図２に例示するように基板１０（薄膜１５）の対角関係にある角部近傍に設けられた電極パッド１７を通じて電気信号（センサ信号）として取り出すことができる。電極パッド１７は、後述する信号処理回路５２（図１参照）と電気的に接続される。
【００２３】
なお、図２及び図３に示す基板１０の厚みは、例えば０．５ｍｍであり、基板１０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。ただし、基板１０の寸法、形状は、これらに限られない。基板１０の材料としては、例示的に、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。薄膜１５の材料としては、例示的に、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。
【００２４】
キャビティ１６は、基板１０の一方の面の略中央部に異方性エッチングやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術等を用いて形成することができる。図２及び図３には、一例として舟形凹状のキャビティ１６が形成された様子を例示している。各抵抗素子１１，１２，１３，１４のそれぞれの材料には、白金（Ｐｔ）等が使用可能である。また、各抵抗素子１１，１２，１３，１４の形成には、リソグラフィ法等が適用可能である。
【００２５】
図１に戻って、流路ブロック２２の出口側には、例示的に、比例ソレノイドバルブ４１、流路２５からのガスの流れる流路４３及び流路４４が形成された弁座４２、流路４３と流路４４とを連通する弁室４５、弁室４５に収納されて流路４４を開閉する弁体４６、および、流路ブロック２２と弁座４２との間をシールするシール部材４９等が設けられる。
【００２６】
比例ソレノイドバルブ（電磁比例弁）４１は、流路４４から流出するガスの量を制御（調節）する調節弁の一例であり、弁体４６に連結された磁性を有するプランジャ４７と、入力電力（電流）に応じて発生する電磁力によってプランジャ４７を流路ブロック２２に近づく又は離れる方向へ連続的に移動可能なコイル４８とを備える。
【００２７】
つまり、コイル４８に供給される電流に応じた電磁力によってプランジャ４７が連続的に移動することにより、プランジャ４７に連結された弁体４６による流路４４の開度を連続的に制御することができる。その結果、流路２５、流路４３、及び流路４４を通じて出口へ流出するガス量を連続的に制御することが可能である。なお、調節弁には、比例ソレノイドバルブ４１に限らず、電動モータや流体プランジャをアクチュエータとして用いたもの、ボール弁、バタフライ弁等を用いたもの等、様々な応用例を採用することが可能である。
【００２８】
上述した流量制御は、例えば、通常運用時（モード）において、フローセンサ３４で検出（モニタ）されるガス流量が所定の設定流量（流量設定値）となるようになされる。なお、ＭＦＣ２１の試験、保守点検、診断などの通常運用以外の動作モードでは、流路４４の開度を、フローセンサ３４の検出結果や設定流量によらずに制御することも可能である。また、流路４４の開度を全開あるいは所定開度に固定すると、ＭＦＣ２１は、流量計として使用することも可能である。
【００２９】
ＭＦＣ２１は、図１に例示するように、上述したソレノイドバルブ４１（以下、単に「バルブ４１」ともいう）の制御を行なう制御部５１、フローセンサ３４からのセンサ信号を処理する信号処理回路５２、および、制御部５１からの制御に応じてソレノイドバルブ４１を駆動制御する駆動回路５３を備える。さらに、ＭＦＣ２１は、制御部５１に流量設定値を含む所定の指令信号を入力するのに用いられる流量設定部５４、ＭＦＣ２１の現在の運転状態を表示するのに用いられる運転状態表示部５５、及び／又は、ガスの流量や動作モードを文字表示するデジタルディスプレイ５６を備えることもできる。
【００３０】
制御部５１は、例示的に、ＣＰＵ（あるいはマイクロコンピュータ）５７、ＲＯＭ５９、ＥＥＰＲＯＭ６０、及びＲＡＭ６１等を備えたマイクロコンピュータとして構成できる。ＣＰＵ５７は、信号処理回路５２で処理されたガスの流量の検出値、および、流量設定部５４からの流量設定値を受信し、これらの値に基づいて駆動回路５３を制御してバルブ４１、ひいては流路４４の開度を制御する。ＣＰＵ５７及び駆動回路５３の動作電力（電流）は、例えばコネクタ５８に接続される電源から供給可能である。なお、コネクタ５８は、ＣＰＵ５７を通じて外部機器との間で信号（情報）を送受信する信号入出力インタフェースを備えていてもよい。
【００３１】
ＲＯＭ５９は、ユーザの流量設定部５４に対する情報入力操作や、ＣＰＵ５７での演算処理を規定するアルゴリズム、制御プログラムなどを保持している。ＥＥＰＲＯＭ６０は、不揮発性メモリの一例であり、ＭＦＣ２１の動作モード等に応じたパラメータ等を記憶する。動作モードに応じたパラメータ等をＥＥＰＲＯＭ６０に記憶することで、停電等があっても動作モードを設定し直す手間を省くことが可能である。ＲＡＭ６１は、ＣＰＵ５７のワークエリアとして用いられ、また、ＣＰＵ５７で演算、測定された流量データなどを記憶する。
【００３２】
上述したＭＦＣ２１は、バルブ４１の制御に関係する電気回路に着目すると、図４のように表わすことができる。図４に例示するＭＦＣ２１は、既述のフローセンサ３４、ソレノイドバルブ４１（コイル４８）、マイクロコンピュータ５７、信号処理回路５２、駆動回路５３、及び流量設定部５４を備えるほか、電源電圧検出回路７１、既述のコネクタ５８に接続された直流（ＤＣ）電源７２、及び電源回路７３を備える。
【００３３】
ＤＣ電源７２は、例えば単相交流１００ボルトの元電源から電力の供給を受けて、所定のＤＣ電圧に変換し、例えば２４ＶのＤＣ電圧を、コネクタ５８経由で電源回路７３に供給する。電源回路７３は、コネクタ５８からのＤＣ電圧の供給を受けて、例えばマイクロコンピュータ５７の動作電力を供給する。ＤＣ電圧は、バルブ駆動電圧の一例として、信号ライン（電源ライン）８０を介しバルブ４１（コイル４８）にも供給される。したがって、後述するようにＤＣ電圧の変動は、バルブ４１の駆動に影響する。電源ライン８０の途中には、直列接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２が並列接続されており、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２間の電圧がマイクロコンピュータ５７に内蔵のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータに入力される。
【００３４】
抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、電源ライン８０の電圧をそれぞれの抵抗値の比で分圧してＡ／Ｄコンバータに入力する電源電圧検出回路（分圧回路）７１として機能する。本例において、分圧回路７１は、Ａ／Ｄコンバータへの入力電圧を適正な範囲に収めるように電圧調整（降圧）する役割を果たす。分圧回路７１は、制御部５１の要素として位置付けてもよい。
【００３５】
抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値は、固定値でもよいし、Ａ／Ｄコンバータへの入力電圧を適宜に調整可能なように可変としてもよい。また、Ａ／Ｄコンバータは、マイクロコンピュータ５７の外部に設けられてもよい。いずれにせよ、電源電圧検出回路７１は、電源ライン８０の電圧変動をマイクロコンピュータ５７で監視できるよう、電源ライン８０をマイクロコンピュータ５７に電気的に接続可能な構成であれば足りる。
【００３６】
以上の構成により、マイクロコンピュータ５７は、電源ライン８０を介してバルブ４１（コイル４８）に供給される駆動電圧（電源電圧）をデジタル値にて取得、監視することが可能となる。
【００３７】
駆動回路（バルブ駆動部）５３は、バルブ４１に制御信号（バルブ駆動信号）を与える。バルブ４１を制御（駆動）するのに要する電流は、バルブ４１（負荷）の大きさにもよるが、例示的に、１００〜４００ミリアンペア（ｍＡ）程度である。
【００３８】
バルブ４１の駆動方式には、例えば、電圧駆動方式、電流駆動方式、直接パルス駆動（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式等がある。一例として、ＰＷＭ駆動方式を採用する場合、マイクロコンピュー５７は、フローセンサ３４で検出された流量信号と、流量設定部５４により設定された流量設定値とを比較演算し、その演算結果である差分に応じたパルス幅（デューティ比）を有する信号（ＰＷＭ信号）を生成する。駆動回路５３は、当該ＰＷＭ信号に従ってバルブ４１を駆動する。すなわち、駆動回路５３は、マイクロコンピュータ５７からのＰＷＭ信号に従ってバルブ４１に供給される駆動電圧（ＤＣ電圧）をパルス幅変調する。
【００３９】
ここで、マイクロコンピュータ５７は、フローセンサ３４による検出結果と流量設定値との差分が最小となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を調整するように動作する。なお、マイクロコンピュータ５７は、前記比較演算を周期的（例えば、５ミリ秒周期等）に実施して、所定周期（変調速度）のＰＷＭ信号を生成、出力することができる。ＰＷＭ信号の周期（変調速度）は、バルブ４１が追従（応答）可能な周期（例えば、数十ミリ秒等）よりも短い周期（例えば１ミリ秒）であればよい。
【００４０】
ＰＷＭ駆動方式の駆動回路（以下、ＰＷＭ駆動回路ともいう）５３は、例示的に、トランジスタをスイッチング素子として用いたスイッチング回路とすることができる。トランジスタには、バイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のいずれを用いてもよい。ＦＥＴには、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor) ＦＥＴ、パワーＭＯＳ ＦＥＴ等も含まれる。一例として、図４には、ＦＥＴを用いた駆動回路５３を示している。図４に例示する駆動回路５３は、ゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ）及びソース（Ｓ）を有するＦＥＴ Ｑ１と、ダイオード５３１と、を備える。
【００４１】
ＦＥＴ Ｑ１のゲートはマイクロコンピュータ５７に接続され、上述した駆動信号の一例としてのＰＷＭ信号がマイクロコンピュータ５７から入力される。ＦＥＴ Ｑ１のソースは接地され、ＦＥＴ Ｑ１のドレインには、バルブ４１のコイル４８の一端と、ダイオード５３１のアノードとがそれぞれ接続され、ダイオード５３１のカソードは、電源ライン８０に接続される。このような構成により、ＰＷＭ駆動回路５３は、ＰＷＭ信号のオン／オフに応じてＦＥＴ Ｑ１がスイッチング動作し、このスイッチング動作によって電源ライン８０を介してバルブ４１に供給される電圧がパルス幅変調される。
【００４２】
なお、ダイオード５３１は、還流ダイオードあるいはフリーホイールダイオードと呼ばれ、ＦＥＴ Ｑ１のスイッチング動作に伴ってコイル４８に蓄積される電磁エネルギー（逆誘導起電力）を消費することで、ＦＥＴ Ｑ１のドレイン電圧が許容電圧を超えてＦＥＴ Ｑ１が破壊されることを防止できる。
【００４３】
以上のようなＰＷＭ駆動回路５３は、構成がシンプルであり、また、ＦＥＴ Ｑ１がスイッチング動作であり、ほとんど発熱しないため、放熱対策が必要ないというメリットがある。
【００４４】
ところで、図４に例示する構成のＭＦＣ２１に供給されるＤＣ電圧が変動すると、信号ライン８０の電圧が変動し、バルブ駆動電圧も変動する。電圧変動が緩やかな場合は、マイクロコンピュータ５７での前記比較演算によるフィードバック制御が追従できるから、電圧変動を吸収することができる。しかし、短時間に急激な変動が生じると、ＰＷＭ信号のフィードバック制御が追従できず、電圧変動の影響を吸収できない。
【００４５】
例えば、図６に示すように、（１）ＤＣ電源７２に電圧を供給する交流電源（元電源）（例えばＡＣ１００Ｖ）が落雷等によって瞬間的に停止したり電圧降下が生じたりすると、（２）ＤＣ電源７２からＭＦＣ２１に供給される電圧にも瞬間的な電圧降下が現れる。このような瞬間的な電圧降下は、追従制御の遅れをもたらし、結果として、（３）バルブ駆動電圧にフラツキが生じ、制御流量にフラツキが生じる。このような制御流量のフラツキは、例えば、ＭＦＣ２１をバーナー等の空燃比制御に用いるようなアプリケーションにおいて、空燃比のバランスを崩しかねない。
【００４６】
そこで、本例では、既述のように電源電圧検出回路７１からマイクロコンピュータ５７のＡ／Ｄコンバータに電源ライン８０の電圧を取り込んで、バルブ駆動電圧の変動をマイクロコンピュータ５７にて監視する。そして、マイクロコンピュータ５７は、バルブ駆動電圧の変動を検知すると、その変動率に応じて駆動回路５３に与えるＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を補正する。これにより、駆動回路５３からバルブ４１に与えられるバルブ駆動電圧のパルス幅が補正される。パルス幅の補正は、例えば、電圧下降時にはバルブ駆動信号のオン時間（パルス幅）が大きくなる方向に、逆に、電圧上昇時には小さくなる方向に行なう。
【００４７】
一例を図５に示すと、マイクロコンピュータ５７は、（１）バルブ駆動電圧の変動（低下）を検出すると、（２）パルス幅（オン時間）を長くする方向に補正することができる。その際、マイクロコンピュータ５７は、電圧変動検出前後でＰＷＭ信号のオン電圧とオン時間との積（電力）の変動を少なくする方向に、理想的にはその積が変わらないように、補正後のパルス幅を決定することができる。逆に、バルブ駆動電圧の上昇時には、マイクロコンピュータ５７は、パルス幅を短くする方向に補正することができる。この場合も、マイクロコンピュータ５７は、電圧変動検出前後でバルブ駆動信号のオン電圧とオン時間とが変わらないように、補正後のパルス幅を決定することができる。つまり、バルブ駆動電圧の変動によるバルブ駆動電力の過不足を、ＰＷＭ信号のオン時間（パルス幅）の調整によって補うことができる。
【００４８】
以上のようなパルス幅の補正により、電源電圧変動に伴うバルブ駆動電力のフラツキ、ひいてはＭＦＣ２１の制御流量のフラツキを抑制することができる。したがって、ＭＦＣ２１の性能改善を図ることが可能となる。ＭＦＣ２１を空燃比制御に用いるようなアプリケーションにおいては、空燃比制御の安定性、安全性の向上を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 基板
１１ ヒータ（抵抗素子）
１２，１３ 抵抗素子
１４ 周囲温度センサ（抵抗素子）
１５ 薄膜
１６ キャビティ
１７ 電極パッド
２１ 流量制御装置（ＭＦＣ）
２２ 流路ブロック
２３ 入口配管接続用ブロック
２５，４３，４４ 流路
３１ 整流部材
３２ スペーサ
３３ 段部
３４ フローセンサ
３６ 弾性部材
４１ 比例ソレノイドバルブ
４２ 弁座
４５ 弁室
４６ 弁体
４７ プランジャ
４８ コイル
４９ シール部材
５１ 制御部
５２ 信号処理回路
５３ 駆動回路
５４ 流量設定部
５５ 運転状態表示部
５６ デジタルディスプレイ
５７ ＣＰＵ（あるいはマイクロコンピュータ）
５８ コネクタ
７１ 電源電圧検出回路（分圧回路）
７２ ＤＣ電源
７３ 電源回路
５３１ ダイオード
Ｑ１ トランジスタ（ＦＥＴ）
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブと、
前記流体の流量を検出する流量検出部と、
前記流量検出部の検出結果と前記流量に関する設定値とに基づいて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動部と、
前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅変調のパルス幅を補正する制御部と、
を備えた、流量制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記駆動電圧の下降時に、前記パルス幅が大きくなる方向に前記補正を行ない、前記駆動電圧の上昇時に、前記パルス幅が小さくなる方向に前記補正を行なう、請求項１記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記補正は、
前記変動前後の駆動電圧とパルス幅との積の変動が少なくなる方向に行なう、請求項１又は２に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記補正は、
前記変動後の駆動電圧と前記補正後のパルス幅との積が、前記変動前の駆動電圧と前記補正前のパルス幅との積と変わらないように、前記補正後のパルス幅を決定することを含む、請求項３記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記バルブは、比例ソレノイドバルブである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量制御装置。
【請求項６】
前記バルブ駆動部は、
前記信号に応じてスイッチング動作するトランジスタと、
前記スイッチング動作に伴い前記比例ソレノイドバルブに生じる逆誘導起電力を消費するダイオードと、
を備えた、請求項５記載の流量制御装置。
【請求項７】
流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブを備えた流量制御装置における流量制御方法であって、
前記流体の流量を検出する流量検出過程と、
前記流量検出過程での検出結果と前記流量に関する設定値とに基づいて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動過程と、
前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅変調のパルス幅を補正する制御過程と、
を有する、流量制御方法。
【請求項１】
流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブと、
前記流体の流量を検出する流量検出部と、
前記流量検出部の検出結果と前記流量に関する設定値とに基づいて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動部と、
前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅変調のパルス幅を補正する制御部と、
を備えた、流量制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記駆動電圧の下降時に、前記パルス幅が大きくなる方向に前記補正を行ない、前記駆動電圧の上昇時に、前記パルス幅が小さくなる方向に前記補正を行なう、請求項１記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記補正は、
前記変動前後の駆動電圧とパルス幅との積の変動が少なくなる方向に行なう、請求項１又は２に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記補正は、
前記変動後の駆動電圧と前記補正後のパルス幅との積が、前記変動前の駆動電圧と前記補正前のパルス幅との積と変わらないように、前記補正後のパルス幅を決定することを含む、請求項３記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記バルブは、比例ソレノイドバルブである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量制御装置。
【請求項６】
前記バルブ駆動部は、
前記信号に応じてスイッチング動作するトランジスタと、
前記スイッチング動作に伴い前記比例ソレノイドバルブに生じる逆誘導起電力を消費するダイオードと、
を備えた、請求項５記載の流量制御装置。
【請求項７】
流体が流通する流路の開度を調整可能なバルブを備えた流量制御装置における流量制御方法であって、
前記流体の流量を検出する流量検出過程と、
前記流量検出過程での検出結果と前記流量に関する設定値とに基づいて、前記バルブに供給される駆動電圧をパルス幅変調するバルブ駆動過程と、
前記駆動電圧の変動に応じて前記パルス幅変調のパルス幅を補正する制御過程と、
を有する、流量制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２２４８９８（Ｐ２０１０−２２４８９８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７１８６７（Ｐ２００９−７１８６７）
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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