(57)【要約】流量設定値の変化に対する追随速度を犠牲にすることなく、圧力変動が生じても流量変動を抑制でき、クロストークが生じ得るようなシステムにも採用できるマスフローコントローラを提供する。そのために、流量測定値と流量設定値とをパラメータとして少なくとも含んだ所定の算出式から流量制御バルブの開度制御信号を算出し出力する制御部５と、流量センサ部２の上流側又は下流側における流体の圧力を検知し、その圧力値を示す圧力検知信号を出力する圧力センサ部４とを備え、前記制御部５が、前記流量設定値を所定量以上変化させた時点からの所定期間である変化期間と、それ以外の期間である安定期間とにおいて、前記算出式を互いに異ならせるとともに、少なくとも前記安定期間において、前記算出式のパラメータとして、前記圧力値がさらに含まれるようにした。
2008041390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内を流れる流体の流量を測定し、その測定値を示す流量測定信号を出力する流量センサ部と、
その流量センサ部の上流側または下流側に設けた流量制御バルブと、
前記流量測定信号の示す流量測定値と目標値である流量設定値とをパラメータとして少なくとも含んだ所定の算出式から流量制御バルブの開度制御信号を算出し出力する制御部と、
前記流量センサ部の上流側又は下流側における前記流体の圧力を検知し、その圧力値を示す圧力検知信号を出力する圧力センサ部と、を備え、
前記制御部が、前記流量設定値を所定量以上変化させた時点からの所定期間である変化期間と、それ以外の期間である安定期間とにおいて、前記算出式を互いに異ならせるとともに、
少なくとも前記安定期間において、前記算出式のパラメータとして、前記圧力値がさらに含まれるようにしているマスフローコントローラ。
【請求項２】
前記算出式が、下式（ａ）により表される請求項１記載のマスフローコントローラ。
Ｖ＝Ｐ・ε＋Ｉ∫ε・δｔ＋Ｄ・δε／δｔ＋Ｙ・Δｐ    ・・・（ａ）
ただし、ε＝Ｓ−ＯＵＴ
なお、Ｖは、フィードバック制御値で、この値に基づき前記開度制御信号が設定される。Ｐ、Ｉ、Ｄ、Ｙは、それぞれ適宜に定められる係数である。Ｓは、前記流量設定値、ＯＵＴは、前記流量測定値である。Δｐは、前記圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値又は時間微分値を含む式で表される値である。
【請求項３】
前記算出式が、下式（ａ）により表される請求項１記載のマスフローコントローラ。
Ｖ＝（Ｐ・ε＋Ｉ∫ε・δｔ＋Ｄ・δε／δｔ）・Ｙ・Δｐ・・・（ｂ）
ただし、ε＝Ｓ−ＯＵＴ
なお、Ｖは、フィードバック制御値で、この値に基づき前記開度制御信号が設定される。Ｐ、Ｉ、Ｄ、Ｙは、それぞれ適宜に定められる係数である。Ｓは、前記流量設定値、ＯＵＴは、前記流量測定値である。Δｐは、前記圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値又は時間微分値を含む式で表される値である。
【請求項４】
前記算出式が、下式（ｃ）により表される請求項１記載のマスフローコントローラ。
Ｖ＝Ｐ・ε’＋Ｉ∫ε’・δｔ＋Ｄ・δε’／δｔ        ・・・（ｃ）
ただし  ε’＝ｈ（Ｓ、ＯＵＴ、Δｐ）        
なお、Ｖは、フィードバック制御値で、この値に基づき前記開度制御信号が設定される。Ｐ、Ｉ、Ｄは、それぞれ適宜に定められた係数である。Ｓは、前記流量設定値、ＯＵＴは、前記流量測定値である。Δｐは、前記圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値又は時間微分値を含む式で表される値である。ｈは、Ｓ、ＯＵＴ、Δｐを少なくともパラメータとする関数である。
【請求項５】
前記ε’が下式（ｄ）又は（ｅ）で表される請求項４記載のマスフローコントローラ。
ε’＝Ｓ−（ＯＵＴ＋Ｘ・Δｐ）・・・（ｄ）
ε’＝Ｓ−（ＯＵＴ・Ｘ・Δｐ）・・・（ｅ）
なお、Ｘは、適宜に定められる係数である。
【請求項６】
前記ε’が下式（ｆ）で表される請求項４記載のマスフローコントローラ。
ε’＝（Ｓ・Ｘ・Δｐ）−ＯＵＴ・・・（ｆ）
ε’＝（Ｓ−Ｘ・Δｐ）−ＯＵＴ・・・（ｇ）
なお、Ｘは、適宜に定められる係数である。
【請求項７】
前記流量測定値に所定の演算を施して流量表示値を出力する流量出力部を更に備え、その流量出力部が、変化期間と安定期間とにおいて、それぞれ異なる演算を流量測定値に施すようにしている請求項１記載のマスフローコントローラ。
【請求項８】
前記流量出力部が、安定期間においては、前記流量測定値を時間的に鈍らせて出力し、変化期間においては、前記流量測定値をそのまま出力するものである請求項７記載のマスフローコントローラ。
【請求項９】
前記流量出力部が、前記圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値を少なくともパラメータとして前記流量測定値から前記流量表示値を演算するものである請求項７記載のマスフローコントローラ。
【請求項１０】
前記変化期間を、常に一定に設定している請求項１記載のマスフローコントローラ。
【請求項１１】
前記変化期間を、流量測定値と流量設定値との偏差が一定の範囲内に収束した時点で終了するようにしている請求項１記載のマスフローコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスや液体などの流体の流量を制御するマスフローコントローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体の製造に用いられる各種ガス等を半導体製造装置に供給する場合、それらの供給流路にマスフローコントローラをそれぞれ設け、これによってガス流量をそれぞれ調節するようにしている。そして従前は、各マスフローコントローラにそれぞれ圧力レギュレータを直列付帯させ、各マスフローコントローラの流路内圧力に極端な変動が生じないようにして、流量制御を容易化している。【０００３】
前記マスフローコントローラにおける流量制御方式としては、ＰＩＤ制御が基本であるが、例えば、特許文献１に示すように、ＰＩＤ制御にバリエーションを施したフィードバック制御を行うようにしたものも知られている。具体的に前記特許文献１に示すものは、偏差にＰＩＤ演算を施し、その演算結果に、流量設定値が小さくなるほど値が大きくなるような関数を乗算して、フィードバック制御値を算出するようにしたものである。【０００４】
ところで近時では、ボンベ等の流体供給源にのみレギュレータを設け、そこから分岐させた各供給流路には、それぞれマスフローコントローラを設けるものの、レギュレータは各個には設けないシステム構成も増加してきている。【０００５】
しかしながら、このようなシステム構成の場合、例えば、ある１つの供給流路を突然閉止したり、１つのマスフローコントローラの流量を大きく変化させたりすると、それによる圧力変動が他の供給流路及びマスフローコントローラに及び（これをクロストークという）、従来のように圧力レギュレータによって圧力変動がある程度抑制されているという前提での制御方式では、十分な流量制御を行えなくなるという不具合が生じ得る。【０００６】
より具体的に言えば、前記特許文献１に示すような制御方式を採用している場合に、例えば一次側の圧力（マスフローコントローラ（流量センサ部）の上流側の圧力）にある一定以上の変動が生じると、それに過敏に反応して規定以上の流量変動が生じてしまう。【０００７】
そして、こういった圧力変動による流量変動の問題は、クロストークに限らず、他の要因によっても惹起され、また、一次側のみならず二次側の圧力が変動した場合にも生じてしまう。【０００８】
かといって、半導体プロセスなどでの原料ガス流量等の制御には、スピードと精度がさらに厳しく要求されてきている状況下、前記過敏反応を抑制すべく、流量設定値の変化に対する追随速度（速応性）を犠牲にすることはできない。
【特許文献１】特開２００４−２８０６８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、流量設定値の変化に対する追随速度を犠牲にすることなく、クロストークなどにより圧力変動が生じても流量変動を抑制できるマスフローコントローラを提供することをその主たる課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明に係るマスフローコントローラは、流路内を流れる流体の流量を測定し、その測定値を示す流量測定信号を出力する流量センサ部と、その流量センサ部の上流側または下流側に設けた流量制御バルブと、前記流量測定信号の示す流量測定値と目標値である流量設定値とをパラメータとして少なくとも含んだ所定の算出式から流量制御バルブの開度制御信号を算出し出力する制御部と、前記流量センサ部の上流側又は下流側における前記流体の圧力を検知し、その圧力値を示す圧力検知信号を出力する圧力センサ部と、を備えたものであって、前記制御部が、前記流量設定値を所定量以上変化させた時点からの所定期間である変化期間と、それ以外の期間である安定期間とにおいて、前記算出式を互いに異ならせるとともに、少なくとも前記安定期間において、前記算出式のパラメータとして、前記圧力値がさらに含まれるようにしていることを特徴とする。【００１１】
ここで、「所定の算出式」とは、少なくとも流量測定値と目標値とをパラメータとして制御バルブの開度をフィードバック制御するための算出式であって、具体的態様としては、少なくとも比例演算（好適にはＰＩＤ演算）を含むものが挙げられる。【００１２】
「流量設定値を所定量以上変化させる」具体的態様としては、例えば、瞬時（１制御サイクル）で、流量設定値を所定量以上変化させるものが挙げられる。【００１３】
「前記算出式を互いに異ならせる」具体例としては、比例演算のゲイン（後述するＰ）などの係数を、変化期間と安定期間とで異ならせることを挙げることができる。このことにより、例えば、変化期間にはマスフローコントローラのバルブを高速応答させる制御を実現しつつ、安定期間には外乱ノイズ対して鈍感にするような制御とすればよい。【００１４】
また、「算出式のパラメータとして含まれる圧力値」の態様としては、圧力センサ部で検知した圧力そのものの値が算出式に含まれる場合の他、所定時間における検知圧力の変化量（時間微分値）や時間積分値など、実測した圧力値に関連する値が算出式に含まれる場合も含む。【００１５】
このようなものによれば、安定期間と変化期間とで制御を切り替えているので、流量設定値が変化する変化期間では、例えば速応性に優れた制御とすることでその変化後の流量設定値に実流量を非常に速く追随させることができる。また、流量設定値がほとんど変化しない安定期間では、例えば安定性に優れた制御とすることで、仮に一次側等の圧力（マスフローコントローラ（流量センサ部）の上流側の圧力）に変動があっても、流量変動には大きく影響せず、その圧力に対する過敏な反応を抑えて実流量の安定化を図ることができる。【００１６】
一方、少なくとも安定期間において、流量測定値と流量設定値とを少なくとも含んだ所定の算出式のパラメータとして、圧力センサ部で検知した圧力値がさらに含まれるようにしているので、特に圧力変動による流量変動が問題となる安定期間において、かかる圧力変動に対してさらに実流量の安定化を図ることができる。【００１７】
すなわち、流量設定値の変化に対する追随速度を犠牲にすることなく、圧力変動が生じても流量変動を有効に抑制でき、クロストークなどの外乱が生じ得るようなシステムにも採用できるといった、優れたマスフローコントローラを提供することができる。【００１８】
なお、変化期間は常に一定であってもよいし、制御安定性を向上させるために状況によって継続時間を変動させてもよい。その一例としては、前記変化期間を、流量測定値と流量設定値との偏差が一定の範囲内に収束した時点で終了するようにしたものが挙げられる。【００１９】
本発明における圧力値（時間微分値）が含まれる算出式としては、流量測定値と流量設定値との偏差εに基づくＰＩＤ演算の結果に、圧力時間微分値を加減乗除算する式、すなわち下式（ａ）または下式（ｂ）に示されるものを用いることができる。
Ｖ＝Ｐ・ε＋Ｉ∫ε・δｔ＋Ｄ・δε／δｔ＋Ｙ・Δｐ      ・・・（ａ）
Ｖ＝（Ｐ・ε＋Ｉ∫ε・δｔ＋Ｄ・δε／δｔ）・Ｙ・Δｐ  ・・・（ｂ）
ただし、ε＝Ｓ−ＯＵＴ
なお、Ｖは、フィードバック制御値で、この値に基づき前記開度制御信号が設定される。Ｐ、Ｉ、Ｄ、Ｙは、それぞれ適宜に定められた係数である。Ｓは、前記流量設定値、ＯＵＴは、前記流量測定値である。Δｐは、前記圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値又は時間微分値を含む式で表される値である。【００２０】
前記算出式としては、その他に、偏差そのものを算出する際に、圧力時間微分値をパラメータとして加えたものを挙げることができる。これを式で表せば下式（ｃ）のとおりとなる。
Ｖ＝Ｐ・ε’＋Ｉ∫ε’・δｔ＋Ｄ・δε’／δｔ        ・・・（ｃ）
ただし  ε’＝ｈ（Ｓ、ＯＵＴ、Δｐ）
なお、ｈは、Ｓ、ＯＵＴ、Δｐを少なくともパラメータとする関数である。【００２１】
前記関数ｈの具体的例としては、流量測定値又は流量設定値の少なくともいずれかに、圧力時間微分値を加減乗除するようなものが考えられる。すなわち下式（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）のようなものである。
ε’＝Ｓ−（ＯＵＴ＋Ｘ・Δｐ）・・・（ｄ）
ε’＝Ｓ−（ＯＵＴ・Ｘ・Δｐ）・・・（ｅ）
ε’＝Ｓ・Ｘ・Δｐ−ＯＵＴ    ・・・（ｆ）
ε’＝（Ｓ−Ｘ・Δｐ）−ＯＵＴ・・・（ｇ）
ここでＸは、適宜に定められる係数である。【００２２】
一方、マスフローコントローラから外部での利用に供するべく出力される流量表示値について言えば、従来は、一次側圧力変動に過敏に反応する流量制御バルブの制御との相互干渉によって、実際の下流側（又は上流側）の流量と異なった値を示す場合がある。【００２３】
これを、上述した流量制御バルブにおける弁開度制御アルゴリズムの改良と対応させて改良し、流量表示値を安定させて実際の流量値に近づけるには、前記流量測定値に所定の演算を施して流量表示値として出力する流量出力部を設け、その流量出力部が、変化期間と安定期間とにおいて、それぞれ異なる演算を流量測定値に施すように構成しておけばよい。
これにより、実流量に対応させて、表示値も安定させることができる。【００２４】
具体例としては、安定期間において、前記流量測定値を時間的に鈍らせて出力し、変化期間においては、前記流量測定値をそのまま出力するようにしたものを挙げることができる。【００２５】
また、前記圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値を少なくともパラメータとして前記流量測定値から前記流量表示値を演算するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
このように本発明によれば、安定期間と変化期間とで制御を切り替えているので、流量設定値の変化に対する追随速度を犠牲にすることなく、圧力変動が生じても流量変動を抑制でき、クロストークなどの外乱が生じ得るようなシステムにも採用できる。しかも、特に問題となる安定期間において、圧力変動が生じた場合でも、流量測定値と流量設定値とを少なくとも含むとともに圧力センサ部で検知した圧力値をさらに含めた算出式から求められる開度制御信号に基づいて、バルブ制御を行うので、かかる圧力変動に対してさらに実流量の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るマスフローコントローラの全体模式図である。
【図２】図２は同実施形態に係るマスフローコントローラを用いた流量制御システムの構成例を示す図である。
【図３】図３は同実施形態における制御部の機能ブロック図である。
【図４】図４は同実施形態における制御フローチャートである。
【図５】図５は本発明の第２実施形態における制御部の機能ブロック図である。
【図６】図６は同実施形態に係るマスフローコントローラの効果確認試験システムを示す全体模式図である。
【図７】図７は前記効果確認試験の結果を示すグラフ（安定期間において圧力値による補正流量測定値を用いた場合）である。
【図８】図８は前記効果確認試験の結果を示すグラフ（変化期間において圧力値による補正流量測定値を用いた場合）である。
【図９】図９は本発明の第３実施形態における効果確認試験の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の第３実施形態における効果確認試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
本実施形態のマスフローコントローラ１００は、図１に模式図を示すように、内部流路１と、その内部流路１内を流れる流体Ｆの流量を測定する流量センサ部２と、その流量センサ部２の例えば下流側に設けた流量制御バルブ３と、前記流量センサ部２の例えば上流側に設けた圧力センサ部４と、制御部５と、を備えているもので、例えば図２に示すように、半導体プロセスにおけるチャンバへのガス供給システムに用いられる。【００２９】
各部を説明すると、内部流路１は、上流端を導入ポートＰ１、下流端を導出ポートＰ２としてそれぞれ開口するもので、例えば、導入ポートＰ１には、外部配管を介してボンベ等の流体供給源Ｂが接続され、導出ポートＰ２には、外部配管を介して、半導体製造のためのチャンバ（図示しない）が接続されている。なお、この実施形態では、図２に示すように、１つの流体供給源Ｂから配管を複数分岐させ、各配管にそれぞれマスフローコントローラ１００を設けるようにしている。また、圧力レギュレータＰＲは、流体供給源Ｂの出口（各配管への分岐前）にのみ設けてあり、各配管それぞれには、マスフローコントローラ１００用の圧力レギュレータは設けられていない。なお符号ＦＶは空圧弁である。【００３０】
流量センサ部２は、詳細は図示しないが、例えば、内部流路１に設けられた一対の感熱センサ（サーマルセンサ）を備えたものであって、流体Ｆの瞬時流量がこの感熱センサによって電気信号として検出され、内部電気回路によってその電気信号が増幅等されて、検出流量に応じた値を有する流量測定信号として出力されるようにしたものである。【００３１】
流量制御バルブ３は、やはり詳細は図示しないが、例えば、その弁開度をピエゾ素子などよりなるアクチュエータによって変化させ得るように構成したものであって、外部からの電気信号である開度制御信号を与えられることによって前記アクチュエータを駆動し、その開度制御信号の値に応じた弁開度に調整して流体Ｆの流量を制御するものである。【００３２】
圧力センサ部４は、詳細は図示しないが、流量センサ部２の上流に配され例えば圧力トランスデューサよりなり、所定の時間間隔、例えば数ｍＳｅｃ毎に流体Ｆの圧力をサンプリングして検出し、その検出された圧力値を圧力検出信号として制御部５に向けて出力するものである。【００３３】
制御部５は、図示しないＣＰＵやメモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有したデジタル乃至アナログ電気回路で構成されたもので、専用のものであってもよいし、一部又は全部にパソコン等の汎用コンピュータを利用するようにしたものであってもよい。また、ＣＰＵを用いず、アナログ回路のみで前記各部としての機能を果たすように構成してもよいし、物理的に一体である必要はなく、有線乃至無線によって互いに接続された複数の機器からなるものであってもよい。【００３４】
そして前記メモリに所定のプログラムを格納し、そのプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、この制御部５が、図３に示すように、流量信号受信部５ａ、圧力検出信号受信部５ｂ、算出部５ｃ、開度制御信号出力部５ｄ及び流量出力部５ｅとしての機能を少なくとも発揮するように構成している。【００３５】
流量信号受信部５ａは、流量センサ部２から送信されてくる流量測定信号及び別コンピュータ等から入力される流量設定信号等を受信し、それらの値を例えばメモリ内の所定領域に格納するものである。【００３６】
圧力検出信号受信部５ｂは、圧力センサ部４から送信されてくる圧力検出信号を受信し、それらの値を例えばメモリ内の所定領域に格納するものである。【００３７】
算出部５ｃは、前記流量測定信号の示す流量測定値を取得するとともに、その流量測定値と、前記流量設定信号が示す流量設定値との偏差を算出する偏差算出部５ｃ１と、その偏差に少なくとも比例演算を施して流量制御バルブ３へのフィードバック制御値を算出する制御値算出部５ｃ２と、を備えたものである。【００３８】
この算出部５ｃ（または制御値算出部５ｃ２）での具体的な演算について説明すると、ここでは、下式（１）に基づいて、フィードバック制御値Ｖを算出するようにしている。
Ｖ＝Ｐ・ε＋Ｉ∫ε・δｔ＋Ｄ・δε／δｔ＋Ｙ・Δｐ・・・（１）
ただし、ε＝Ｓ−ＯＵＴ
ここで、εは前記偏差、Ｐ、Ｉ、Ｄ、Ｙは、それぞれ適宜に定められた、０を含む調整用の係数（以下、調整係数とも言う）を示す。ただし、Ｄ及びＹは、０を含まない場合もある。Ｓは、流量設定値、ＯＵＴは流量測定値をそれぞれ示す。Δｐは、圧力センサ部４で検出した圧力値ｐの時間微分値を示す。【００３９】
開度制御信号出力部５ｄは、前記フィードバック制御値に対応した値を有する開度制御信号を生成し、その開度制御信号を流量制御バルブ３に出力するものである。【００４０】
流量出力部５ｅは、前記流量測定値に所定の演算を施して流量表示値を算出し、その流量表示値を値として有する流量表示信号（アナログ又はデジタル信号）を、外部での利用が可能なように表示画面等に出力するものである。【００４１】
ところで、この実施形態では、前記制御値算出部５ｃ２が、前記流量設定値が単位時間で所定量（例えば、フルスケールに対し、０〜１０％程度、さらに好ましくは０．３〜５％程度）以上変化した時点からの一定期間である変化期間（例えば数秒程度で、より具体的には０〜１０秒程度で、さらに好ましくは０．３〜５秒程度）と、それ以外の期間である安定期間とを区別し、前記変化期間と安定期間とで、前記係数値を変えるなどして互いに異なるようにした前記算出式（１）を用いて、前記偏差からフィードバック制御値を算出するように構成している。【００４２】
まず、変化期間での算出式につき説明する。この変化期間では、制御値算出部５ｃ２が、式（１）の比例演算項における偏差εに乗算されるゲイン（係数）Ｐを、流量設定値をパラメータとする関数で表し、その関数を変化期間と安定期間とで互いに異ならせるようにしている。【００４３】
変化期間で用いられる関数ｆ１（以下、区別するときは、第１の関数ともいう）は、代入される流量設定値が小さくなれば大きな値が算出されるものであり、ここでは例えば以下の式（２）で表される。
ｆ１（Ｓ）＝（１００＋Ｋ１）／（Ｋ１＋Ｓ）（＝Ｐ）・・・（２）
ここで、Ｓは流量設定値（フルスケールに対する％値）、Ｋ１は調整係数である。【００４４】
さらに、この変化期間では、Ｙ＝０とし、圧力の影響を無視しているが、Ｙに０以外の値を与えて圧力影響を考慮するようにしてもよい。【００４５】
一方、安定期間での関数ｆ２（以下、区別するときは、第２の関数ともいう）は、代入される流量設定値が小さくなれば小さな値が算出されるものであり、ここでは例えば以下の式（３）で表される。
ｆ２（Ｓ）＝Ｓ・Ｋ２＋ｄ（＝Ｐ）・・・（３）
ここで、Ｓは流量設定値（フルスケールに対する％値）、Ｋ２は調整係数、ｄはオフセット定数である。【００４６】
また、この安定期間において、圧力センサ部４の圧力検知信号の示す圧力値が、単位時間あたり所定以上（例えば、１０ｋＰａ以上）変動している場合には、式（１）におけるＹに０以外の値を与え、圧力値（より具体的には、圧力値の時間微分値）をさらに加味した制御を行うようにしている。【００４７】
さらにこの実施形態では、前記流量出力部５ｅが、前述の変化期間と安定期間とにおいて、それぞれ異なる演算を流量測定値に施して流量表示値を求め、流量表示信号として外部に出力するようにしている。具体的には、安定期間においては、前記流量測定値を時間的に鈍らせて流量表示値を求めて出力し、変化期間においては、前記流量測定値をそのまま出力するようにしている。【００４８】
さらに、少なくとも安定期間において、圧力センサ部４の圧力検知信号の示す圧力値が、単位時間あたり所定量以上（例えば、１０ｋＰａ以上）変動している場合には、前記流量測定値を前記圧力値、より具体的には圧力値の時間微分値で補正するとともに、安定期間に固有の移動平均をとり、時間的に鈍らせて流量表示値を求め出力するようにしている。【００４９】
実際の流量表示値は、以下の式（４）を用いて算出している。
ＭＦＣＯＵＴ＝（ＯＵＴ＿ｎｅｗ−ＭＦＣＯＵＴ＿ＯＬＤ）・Ｚ＋ＭＦＣＯＵＴ＿ＯＬＤ
ただし、ＯＵＴ＿ｎｅｗ＝ＯＵＴ＋Ｙ１・Δｐ              ・・・（４）【００５０】
ここで、ＭＦＣＯＵＴは、現在の制御サイクルで算出された最新の流量表示値、ＭＦＣＯＵＴ＿ＯＬＤは、前回の制御サイクルで算出された１つ古い流量表示値、Ｚは調整係数である。また、ＯＵＴ＿ｎｅｗは、圧力による補正後の流量測定値（以下、補正流量測定値ともいう）、ＯＵＴは、サンプリングされた生の流量測定値、Δｐは圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値、Ｙ１は調整係数を示し、前記Ｙと同値でも異値でも構わない。【００５１】
しかして、流量表示を時間的に鈍らせるには、０＜Ｚ≦１とし、逆に時間遅れを生じさせないためにはＺ＝１とする。また、圧力を考慮する場合には、Ｙ１に０以外の値を代入し、圧力を考慮する場合にはＹ１に０を代入する。【００５２】
次に、上記構成のマスフローコントローラ１００の作動について制御部５を中心に図４のフローチャートを参照して説明する。【００５３】
流量信号受信部５ａは、流量センサ部２から常時出力されている流量測定信号と、専用の入力手段や他のコンピュータから出力されている流量設定信号とを一定サンプリング間隔で受信している（ステップＳ１）。【００５４】
そこで、もし流量設定値が前回のサンプリング時と比較して所定量以上変化した場合には（ステップＳ１’）、その時点から一定期間（約数秒間）は変化期間と判断して、ステップＳ２に進み、それ以外の期間は安定期間と判断してステップＳ６に進む。【００５５】
ステップＳ２では、偏差算出部５ｃ１が、流量信号受信部５ａで受信された流量測定信号の値（流量測定値）と前記流量設定信号の値である流量設定値との差、すなわち偏差εを算出する。【００５６】
次に、制御値算出部５ｃ２が、式（１）に基づいて、その偏差にＰＩＤ演算を施し、流量制御バルブ３へのフィードバック制御値を算出する。このとき、比例演算における偏差εに乗算されるゲイン（調整係数）として、前記流量設定値を前記第１の関数（式（２））に代入して得られる値を用いるとともに、式（１）でのＹの値は０として計算する（ステップＳ３）。つまり、ここでは圧力は考慮しない。【００５７】
一方、安定期間と判断した場合（ステップＳ１’）は、ステップＳ２同様、偏差算出部５ｃ１が、流量測定値と流量設定値との差、すなわち偏差εを算出する（ステップＳ６）。【００５８】
そして、かかる安定期間において、圧力センサ部４の圧力検知信号の示す圧力値が所定量以上変動している場合（ステップＳ７）には、制御値算出部５ｃ２が、上記式（１）に基づいて、フィードバック制御値の算出を行う（ステップＳ８）。このとき、比例演算における偏差εに乗算されるゲイン（調整係数）として、前記流量設定値を前記第２の関数（式（３）参照）に代入して得られる値を用いるとともに、Ｙには０以外の予め定められた値を代入して計算する。つまり、ここでは圧力影響を考慮する。【００５９】
一方、そうでない場合（ステップＳ７）には、制御値算出部５ｃ２が、やはり上記式（１）に基づいて、フィードバック制御値の算出を行う（ステップＳ１０）が、このとき比例演算における偏差εに乗算されるゲイン（調整係数）として、前記流量設定値を前記第２の関数（式（３）参照）に代入して得られる値を用いるとともに、Ｙには０を代入して圧力変動を無視して計算する。【００６０】
このようにしてフィードバック制御値が算出されると、開度制御信号出力部５ｄが、そのフィードバック制御値に基づいて開度制御信号を生成し、その開度制御信号を流量制御バルブ３に出力し、その弁開度を変えて流量調整を行う（ステップＳ１２）。【００６１】
一方で、流量出力部５ｅの動作に着目すれば、前記変化期間においては、流量測定値がそのまま流量表示値となるように、すなわち、Ｚ＝１、Ｙ１＝０として前記流量測定値に式（４）に示される演算を施して流量表示値を求める（ステップＳ４）。【００６２】
また、前記安定期間では、原則的には、流量測定値を時間的に鈍らせて、すなわち０＜Ｚ≦１、Ｙ１＝０として前記流量測定値に式（４）に示される演算を施して流量表示値を求め、その値を有する流量表示信号を、外部に出力する（ステップＳ１１）。【００６３】
ただし、同安定期間において、圧力センサ部４の圧力検知信号の示す圧力値が所定量以上（例えば、１０ｋＰａ以上）変動している場合には、前記流量測定値を圧力時間微分値で補正した上でさらに時間的に鈍らせて、すなわち、０＜Ｚ≦１、Ｙ１≠０として前記流量測定値に式（４）に示される演算を施して流量表示値を求める（ステップＳ９）。【００６４】
そして、このようにして求めた流量表示値を有する流量表示信号を、外部に出力する（ステップＳ１３）。【００６５】
したがって、このようなマスフローコントローラ１００によれば、安定期間と変化期間とで制御を切り替えているので、流量設定値が変化する変化期間では、その変化後の流量設定値に実流量を非常に速く追随させることができ、流量設定値がほとんど変化しない安定期間では、一次側などで圧力（マスフローコントローラ１００の上流側の圧力）の変動が生じても、それに対する過敏反応を抑えて実流量の安定化を図ることができる。また、少なくとも安定期間において、算出式（１）に示すように、算出式に、圧力センサ部４で検知した圧力値をパラメータとしてさらに含めるようにしているので、かかる圧力変動に追随して実流量の安定化を図ることができる。【００６６】
さらに、外部に出力される流量表示信号の値（流量表示値）も、安定期間においては、前記流量測定値を時間的に鈍らせたものを用いたり、あるいは圧力値によって補正を加えるようにしているため、一次側等の圧力変化に過敏に反応することなく、その流量表示値を安定させて実際の流量値に近づけることができる。【００６７】
＜第２実施形態＞
前記第１実施形態では、偏差算出部５ｃ１において、流量測定値と流量設定値との偏差を求めるようにしていたが、これに限られず、流量測定値又はそれを補正した値と、流量設定値又はそれを補正した値との偏差を算出するようにしてもよい。
そこで、この第２実施形態では、偏差算出部５ｃ１において、前記流量測定値を圧力値を用いて補正した値と流量設定値との偏差を算出するようにしたものにつき、図５を用いて説明する。
なお、図５に示す各部のうち、第１実施形態と同様のものについては同様の符号を付すとともに説明を省略し、異なるものについてのみを説明する。【００６８】
偏差算出部５１ｃ１は、まず、圧力値（時間微分値）にゲインを乗算したものに基づいて流量測定値を補正する。具体的には、下式（５）に示すように流量測定値に対してＸ・Δｐを加算又は減算する。【００６９】
ＯＵＴ＿ｎｅｗ＝ＯＵＴ＋Ｘ・Δｐ・・・（５）
ここで、ＯＵＴ＿ｎｅｗは圧力による補正後の流量測定値（補正流量測定値）、ＯＵＴはサンプリングされた流量測定値、Δｐは圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値、Ｘは前記ゲイン調整係数を示し、ここでは一定値である。【００７０】
かかる補正は、安定期間または変化期間を問わず、また一定以上圧力値が変動しているか否かを問わず行うようにしてよい。このようにすれば、安定期間または変化期間を問わずに、すなわち全期間において圧力変動が生じ流量センサ部２がそれに引きずられた流量測定値を出力した場合であっても、それを補正し、流量センサ部２と流量制御バルブ３間を流れる実際の流量に対して適切にＭＦＣのバルブ制御を行うことができる。なお，かかる補正は、安定期間にのみ行うようにしてもよいし、また、安定及び／又は変化期間で一定以上圧力値が変動した場合にのみ行うようにしてもよい。【００７１】
そして、この偏差算出部５１ｃ１は、前記補正流量測定値と流量設定値との偏差ε’を算出する。このε’を式で表せば以下のとおりである。
ε’＝Ｓ−ＯＵＴ＿ｎｅｗ
＝Ｓ−（ＯＵＴ＋Ｘ・Δｐ）・・・（６）【００７２】
次に、制御値算出部５１ｃ２が、下式（７）に基づいて、流量制御バルブ３のフィードバック制御値Ｖを算出し、それを開度制御信号出力部へ送信する。
Ｖ＝Ｐ・ε’＋Ｉ∫ε’・δｔ＋Ｄ・δε’／δｔ・・・（７）
この式（７）は前記式（１）に対応するものであり、第１実施形態同様、比例演算の係数Ｐを、変化期間においては、前記式（２）に基づいて算出し、安定期間においては、前記式（３）に基づいて算出する。【００７３】
このようにして本実施形態では、少なくとも流量測定値と流量設定値とをパラメータとして含み、そしてさらに安定期間はもちろん両期間で、また、所定以上圧力値が変動しているか否かを問わず圧力値（時間微分値）をパラメータとして含む算出式を設けるとともに、その算出式を前記両期間で互いに異ならせて、開度制御値を算出している。【００７４】
このように、圧力値（特にその時間微分値）に基づいて流量測定値を補正したものと流量設定値とを比較し偏差ε’を求め、それにＰＩＤ演算を施す制御系を構成することで、ＰＩＤ演算式中に含めて圧力変動分を直接的にバルブ動作に反映させる前述の実施形態に比し、不安定なバルブ動作の発生を可及的に抑えることができる。【００７５】
以下、この第２実施形態による具体的な効果の説明を（ｉ）安定期間において圧力値による補正測定値を用いる場合と、（ｉｉ）変化期間において圧力値による補正測定値を用いる場合と、に分けて行う。【００７６】
（ｉ）安定期間において圧力値による補正流量測定値を用いる場合
この具体的な効果を図７に、また、この効果確認試験システムの概略を図６に示す。この図６で、ＰＣはマスフローコントローラ１００に与える圧力（一次圧）を変化させる圧力変化手段、符号Ｒはマスフローコントローラ１００の下流に設けられて実際の流量を測定する流量計である。【００７７】
図７（ａ）では、比較として、第１の関数のみを用いて流量制御を行い、かつ流量測定値をそのままフィードバック制御における流量測定値とする従来型のマスフローコントローラでの安定期間での制御結果を例に挙げている。【００７８】
一次側の圧力が変動（降下）した場合、従来のものでは流量測定値が変動し、別の流量計Ｒで測定した実流量値が、大きくふらつくのに対し、算出式を異ならせて（前記第２の関数を用いて）さらに流量測定値について圧力値による補正を行うこの実施形態によるマスフローコントローラ１００では実流量がほぼ安定に保たれているのがわかる（図７（ｂ）参照）。【００７９】
（ｉｉ）変化期間において圧力値による補正流量測定値を用いる場合
この具体的な効果を図８に示す。
図８（ｂ）は、変化期間で圧力変動させた場合における上記実施形態のマスフローコントローラ１００による制御結果の一例を図示したものである。
また、図８（ａ）は、比較のために、上記従来型のマスフローコントローラによる制御結果の一例を図示したものである。
図７同様、図８においても、横軸は時間であり、縦軸は流量値を示している。【００８０】
従来のマスフローコントローラによれば、圧力センサ部４の圧力値が変動したときの影響が、実流量の変動として大きく表れオーバーシュートしている（図８（ａ）参照）。【００８１】
一方、この実施形態のマスフローコントローラ１００によれば、圧力センサ部４の圧力値が変動しても、従来のように実流量の変動としてほとんど表れておらず、圧力が変動したときの影響が、従来のものと比べ、大幅に改善されている。すなわち、この実施形態のマスフローコントローラ１００によれば、安定／変化期間を問わず、かかる圧力変動に対して実流量の安定化に資することが確認できる（図７及び図８参照）。【００８２】
＜第３実施形態＞
この第３実施形態では、第２実施形態における式（５）で、調整係数Ｘを一定値にしていたところ、その調整係数Ｘを状況に応じて異ならせるようにしている。なお、機能ブロック図は、記載のうえでは第２実施形態と同じ（図５と同じ）であるので省略する。【００８３】
具体的には、Ｘを以下の式（７）、（８）にしたがって変化させる。
安定期間においては
Ｘ＝Ｑ１＋Ｑ２・Ｓ    ・・・（７）
変化期間においては、
Ｘ＝Ｑ１ｓ＋Ｑ２ｓ・Ｓ  ・・・（８）
ここで、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ１ｓ、Ｑ２ｓは、調整係数、Ｓは流量設定値である。【００８４】
そして、これら調整係数を適宜設定することにより、変化期間、安定期間の双方において、少なくとも設定流量値が小さいほど、Ｘが大きくなるようにしている。これは設定流量が小さいときの方が、圧力変動の影響を受けやすく、補正を強めにかける必要があるからである。【００８５】
また、変化期間と安定期間とでは、安定期間の方がＸが大きくなるようにしている。これは、安定期間と同じ値のＸを用いると、立ち上がり応答波形が乱れるため、Ｘの値を小さくして補正を弱くし、立ち上がり応答波形の乱れを防止するためである。【００８６】
図９に、設定流量値をステップ状に変化させた場合において、式（５）、（７）、（８）による補正をかけない場合（図（ａ））と、かけた場合（同図（ｂ））とを比較して掲載する。このとき、一次側に第２実施形態同様の圧力変動が生じているが、測定流量値をみると、（ｂ）の方が明らかに、オーバーシュートが小さく、圧力影響を受けていないことがわかる。【００８７】
なお、図９で、流量表示値も記載されているが、この流量表示値の算出方法に関しては、安定期間、不安定期間、及び圧力の変化量を問わず圧力時間微分値により補正している点を除き、第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。【００８８】
［第４実施形態］
前記第２、第３実施形態では、流量測定値に圧力による補正を施していたが、この第４実施形態では、流量設定値に、加減乗除算（特に加減算）して圧力補正を施している。なお、機能ブロック図は、記載のうえでは第２実施形態と同じ（図５と同じ）であるので省略する。【００８９】
この補正を式で表すと、下記のようになる。
Ｓｎｅｗ＝Ｓ＋Ｘ’・ΔＰ    ・・・（９）
この式（９）において、Ｓ＿ｎｅｗは圧力による補正後の流量設定値（補正流量設定値）、Ｓは流量設定値、Δｐは圧力センサ部で検出した圧力値の時間微分値、Ｘ’は調整係数を示す。【００９０】
次に、この補正した流量設定値と測定流量値との偏差をとる。
その偏差ε”は以下の式（１０）で表される。
ε”＝Ｓｎｅｗ−ＯＵＴ
＝Ｓ＋Ｘ’・ΔＰ−ＯＵＴ
＝Ｓ−ＯＵＴ＋Ｘ’・ΔＰ    ・・・（１０）【００９１】
図１０に、第４実施形態での実測グラフを示す。条件は第３実施形態と同じである。図９（ｂ）と同様に流量測定値のオーバーシュートを抑制できる。【００９２】
一方、流量表示値は、流量測定値を基に算出されるところ、この実施形態では流量測定値に圧力に係る補正が施されないため、図１０から明らかなように、第３実施形態と比して、流量表示値の変化に若干の違いが生じている。なお、表示安定のためには、補正流量測定値に基づく表示を行うようにしてもよい。【００９３】
＜その他＞
以上、第１〜第４実施形態に本発明の具体例を示してきたが、本発明は、これらに限られるものではない。【００９４】
例えば、前記各実施形態では、圧力値の時間微分値に調整係数を乗算したものを、元値に加減算するという補正を行っていたが、元値に乗除算するようにしてもよい。例えば、安定期間において、制御値算出部５ｃ２が、上記算出式（３）に基づいて、フィードバック制御値の算出を行うようにしているが、次式（ｂ）に基づいて、フィードバック制御値の算出を行うようにしてもよい。
Ｖ＝（Ｐ・ε＋Ｉ∫ε・δｔ＋Ｄ・δε／δｔ）・Δｐ・Ｙ・・・（１１）【００９５】
また、圧力変動を寄与させる箇所、すなわち圧力値（圧力関連値）で補正を行う箇所は、前記各実施形態で示したように、フィードバック制御値、流量設定値、流量測定値の３箇所に限られず、流量センサ部２から流量制御バルブ３までの入出力伝達系のいずれか１以上の箇所で行えばよい。
また、流量表示値に関しても、圧力値（圧力関連値）で補正することは有効である。【００９６】
さらに、上述した補正を常に行う必要はなく、安定期間、変化期間、あるいはそれら期間のうちのさらに条件が限定されたある期間において、補正を行ってよいし、期間が変われば、補正の算出式（大きく言えば制御の算出式）を、調整係数を変えるなどして異ならせても構わない。このことにより、製品特性やその製品が適用されるシステム全体の特性にそれぞれマッチした良好で細やかな制御を行うことが可能になる。【００９７】
また、変化期間は常に一定でなくともよく、変化期間の終了を、タイマー以外の何らかのトリガによって行っても良い。その一例としては、前記変化期間を、流量測定値と流量設定値との偏差が一定の範囲内に収束した時点で終了するようにしたものが挙げられる。【００９８】
各期間において用いられる関数は、変動しない一定のものであってもよいし、変動するものであっても良い。【００９９】
例えば、前記変化期間において用いられる関数（第１の関数）の値が、時間経過とともに、徐々に（段階的ないし連続的に）変化するように構成したものが考えられる。この場合、変化期間から安定期間に切り替わる際の、第１の関数の値と第２の関数の値とがほぼ同じとなるようにする、すなわち切り替わり時の制御係数（ゲイン）がほぼ同じとなるように構成すれば、切り替わり時の制御係数の変動による制御不安定要素を払拭することができる。【０１００】
また、制御バルブを流量センサ部２の上流側に設けてもよいし、流量センサ部２は、前記サーマルセンサに限られるものではなく、差圧式センサなど他の流量測定方式のものであってもよい。【０１０１】
その他、本発明は、前記各実施形態や変形例記載の構成の一部又は全部を組み合わせてもよいし、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
このように本発明によれば、安定期間と変化期間とで制御を切り替えているので、流量設定値の変化に対する追随速度を犠牲にすることなく、圧力変動が生じても流量変動を抑制でき、クロストークなどの外乱が生じ得るようなシステムにも採用できる。しかも、特に問題となる安定期間において、圧力変動が生じた場合でも、流量測定値と流量設定値とを少なくとも含むとともに圧力センサ部で検知した圧力値をさらに含めた算出式から求められる開度制御信号に基づいて、バルブ制御を行うので、かかる圧力変動に対してさらに実流量の安定化を図ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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