(57)【要約】【課題】ＰＷＭ信号だけで比例バルブを全開または全閉制御する。【解決手段】ＣＰＵ１１が、強制全開指示に応じて基準流量制御レンジＤＳを上回るデューティー比のＰＷＭ信号Ｐを出力し、強制全閉指示に応じてＤＳを下回るデューティー比のＰＷＭ信号Ｐを出力し、強制全開判定回路１４は、Ｐを電圧変換して得られたＰＷＭ電圧ＶＰ１がしきい値電圧ＶＲ１より高い場合に強制全開指示信号ＳＯを出力し、強制全閉判定回路１５は、Ｐを電圧変換して得られたＰＷＭ電圧ＶＰ２がしきい値電圧ＶＲ２より低い場合に強制全閉指示信号ＳＣを出力し、電圧電流変換回路１３は、ＳＯに応じて駆動電流ＩＬを比例バルブ２０が全開状態となる電流値に強制変更し、ＳＣに応じて駆動電流ＩＬを比例バルブ２０が全閉状態となる電流値に強制変更する。【選択図】  図１
2018055405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、
前記流量制御部は、
前記比例バルブの比例制御範囲に対して予め設定されている基準流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の基準ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、
前記基準ＰＷＭ信号を基準制御電圧に変換するローパスフィルタと、
前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、
充電時間より放電時間が短い充放電回路で前記基準ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第１のＰＷＭ電圧を第１のしきい値電圧と比較することにより、強制全開の要否を判定する強制全開判定回路とを備え、
前記ＣＰＵは、入力された強制全開指示に応じて、前記基準流量制御レンジを上回る所定の強制全開デューティー比を有する強制全開用基準ＰＷＭ信号を出力し、
前記強制全開判定回路は、前記第１のＰＷＭ電圧が前記第１のしきい値電圧より高い場合、前記比例バルブの強制全開を指示する強制全開指示信号を出力し、
前記電圧電流変換回路は、前記強制全開指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全開状態となる電流値に強制変更する
ことを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のマスフローコントローラにおいて、
前記流量制御部は、充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記基準ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２のＰＷＭ電圧を第２のしきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路をさらに備え、
前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記基準流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用基準ＰＷＭ信号を出力し、
前記強制全閉判定回路は、前記第２のＰＷＭ電圧が前記第２のしきい値電圧より低い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、
前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更する
ことを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項３】
ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、
前記流量制御部は、
前記比例バルブの比例制御範囲に対して予め設定されている基準流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の基準ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、
前記基準ＰＷＭ信号を基準制御電圧に変換するローパスフィルタと、
前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、
充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記基準ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２のＰＷＭ電圧を第２のしきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路とを備え、
前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記基準流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用基準ＰＷＭ信号を出力し、
前記強制全閉判定回路は、前記第２のＰＷＭ電圧が前記第２のしきい値電圧より高い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、
前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更する
ことを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項４】
ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、
前記比例バルブは、基準となる基準比例バルブの基準オリフィス径より大きな拡張オリフィス径を有する拡張比例バルブからなり、
前記流量制御部は、
前記基準比例バルブの比例制御範囲に対応する基準流量制御レンジを拡張して予め設定した拡張流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の拡張ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、
前記拡張ＰＷＭ信号を拡張制御電圧に変換するローパスフィルタと、
前記拡張制御電圧を、前記拡張制御電圧の拡張制御電圧レンジから、前記基準流量制御レンジに対応する基準制御電圧レンジに電圧変換し、得られた基準制御電圧を出力する制御電圧変換回路と、
前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、
充電時間より放電時間が短い充放電回路で前記拡張ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第１の拡張電圧を第１の拡張しきい値電圧と比較することにより、強制全開の要否を判定する強制全開判定回路とを備え、
前記ＣＰＵは、入力された強制全開指示に応じて、前記拡張流量制御レンジを上回る所定の強制全開デューティー比を有する強制全開用拡張ＰＷＭ信号を出力し、
前記強制全開判定回路は、前記第１の拡張電圧が前記第１の拡張しきい値電圧より高い場合、前記比例バルブの強制全開を指示する強制全開指示信号を出力し、
前記電圧電流変換回路は、前記強制全開指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全開状態となる電流値に強制変更する
ことを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項５】
請求項４に記載のマスフローコントローラにおいて、
前記流量制御部は、充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記拡張ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２の拡張電圧を第２の拡張しきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路をさらに備え、
前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記拡張流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用拡張ＰＷＭ信号を出力し、
前記強制全閉判定回路は、前記第２の拡張電圧が前記第２の拡張しきい値電圧より低い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、
前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更する
ことを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項６】
ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、
前記比例バルブは、基準となる基準比例バルブの基準オリフィス径より大きな拡張オリフィス径を有する拡張比例バルブからなり、
前記流量制御部は、
前記基準比例バルブの比例制御範囲に対応する基準流量制御レンジを拡張して予め設定した拡張流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の拡張ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、
前記拡張ＰＷＭ信号を拡張制御電圧に変換するローパスフィルタと、
前記拡張制御電圧を、前記拡張制御電圧の拡張制御電圧レンジから、前記基準流量制御レンジに対応する基準制御電圧レンジに電圧変換し、得られた基準制御電圧を出力する制御電圧変換回路と、
前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、
充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記拡張ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２の拡張電圧を第２の拡張しきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路とを備え、
前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記拡張流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用拡張ＰＷＭ信号を出力し、
前記強制全閉判定回路は、前記第２の拡張電圧が前記第２の拡張しきい値電圧より低い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、
前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更する
ことを特徴とする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、ＰＷＭ信号により比例バルブを全開または全閉制御するためのバルブ制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガス流量を調整するマスフローコントローラでは、流量制御対象となるガスが流れる流路内に、設置工事などにより空気が入った場合や、流路内に制御対象とは異なるガスを一時的に流した場合には、流路内の残留ガスを排出して、できるだけ流量制御対象となるガスに置換する必要がある。このため、マスフローコントローラには、比例バルブを全開とするバルブ全開モードが設けられている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
図１２は、一般的なマスフローコントローラの構成を示すブロック図である。通常、流量設定値に基づく操作量に応じてＣＰＵにより比例バルブの開度を制御する場合、例えば操作量を全流量制御レンジにおける百分率（０〜１００％）で表したＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号が、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）で制御電圧ＶＳに変換された後、電圧電流変換回路で駆動電流ＩＬに変換され、比例バルブのソレノイドＬに印加される。
【０００４】
この際、バルブ全開モードでは、ＣＰＵからのＰＷＭ信号Ｐとは別個の強制全開指示信号ＳＯが出力されることにより、比例バルブが全開となる電流信号ＩＬがソレノイドＬに印加されて、比例バルブが全開状態となる。また、バルブ全閉モードでは、同じくＣＰＵからのＰＷＭ信号Ｐとは別個の強制全閉指示信号ＳＣが出力されることにより、比例バルブが全閉となる電流信号ＩＬがソレノイドＬに印加されて、比例バルブが全閉状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０８１９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来技術では、バルブ全開モードやバルブ全閉モードへ切り替える場合、ＣＰＵからのＰＷＭ信号Ｐとは別個の強制全開指示信号や強制全閉指示信号を出力しているため、ＣＰＵの出力ポートを強制全開指示信号や強制全閉指示信号に割り当てる必要がある。このため、接続ピンの少ない、いわゆる小ピンタイプのＣＰＵを用いたコストダウンを実現できないという問題点があった。また、ＣＰＵと駆動回路側とを電気的に絶縁する場合には、強制全開指示信号や強制全閉指示信号もフォトカプラなどにより絶縁する必要があり、コストアップの要因となるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ＰＷＭ信号だけで比例バルブを全開または全閉制御できるバルブ制御技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明にかかるマスフローコントローラは、ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、前記流量制御部は、前記比例バルブの比例制御範囲に対して予め設定されている基準流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の基準ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、前記基準ＰＷＭ信号を基準制御電圧に変換するローパスフィルタと、前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、充電時間より放電時間が短い充放電回路で前記基準ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第１のＰＷＭ電圧を第１のしきい値電圧と比較することにより、強制全開の要否を判定する強制全開判定回路とを備え、前記ＣＰＵは、入力された強制全開指示に応じて、前記基準流量制御レンジを上回る所定の強制全開デューティー比を有する強制全開用基準ＰＷＭ信号を出力し、前記強制全開判定回路は、前記第１のＰＷＭ電圧が前記第１のしきい値電圧より高い場合、前記比例バルブの強制全開を指示する強制全開指示信号を出力し、前記電圧電流変換回路は、前記強制全開指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全開状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明にかかる上記マスフローコントローラの一構成例は、前記流量制御部が、充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記基準ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２のＰＷＭ電圧を第２のしきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路をさらに備え、前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記基準流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用基準ＰＷＭ信号を出力し、前記強制全閉判定回路は、前記第２のＰＷＭ電圧が前記第２のしきい値電圧より低い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる他のマスフローコントローラは、ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、前記流量制御部は、前記比例バルブの比例制御範囲に対して予め設定されている基準流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の基準ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、前記基準ＰＷＭ信号を基準制御電圧に変換するローパスフィルタと、前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記基準ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２のＰＷＭ電圧を第２のしきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路とを備え、前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記基準流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用基準ＰＷＭ信号を出力し、前記強制全閉判定回路は、前記第２のＰＷＭ電圧が前記第２のしきい値電圧より高い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明にかかる他のマスフローコントローラは、ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、前記比例バルブは、基準となる基準比例バルブの基準オリフィス径より大きな拡張オリフィス径を有する拡張比例バルブからなり、前記流量制御部は、前記基準比例バルブの比例制御範囲に対応する基準流量制御レンジを拡張して予め設定した拡張流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の拡張ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、前記拡張ＰＷＭ信号を拡張制御電圧に変換するローパスフィルタと、前記拡張制御電圧を、前記拡張制御電圧の拡張制御電圧レンジから、前記基準流量制御レンジに対応する基準制御電圧レンジに電圧変換し、得られた基準制御電圧を出力する制御電圧変換回路と、前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、充電時間より放電時間が短い充放電回路で前記拡張ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第１の拡張電圧を第１の拡張しきい値電圧と比較することにより、強制全開の要否を判定する強制全開判定回路とを備え、前記ＣＰＵは、入力された強制全開指示に応じて、前記拡張流量制御レンジを上回る所定の強制全開デューティー比を有する強制全開用拡張ＰＷＭ信号を出力し、前記強制全開判定回路は、前記第１の拡張電圧が前記第１の拡張しきい値電圧より高い場合、前記比例バルブの強制全開を指示する強制全開指示信号を出力し、前記電圧電流変換回路は、前記強制全開指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全開状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記マスフローコントローラの一構成例は、前記流量制御部が、充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記拡張ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２の拡張電圧を第２の拡張しきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路をさらに備え、前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記拡張流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用拡張ＰＷＭ信号を出力し、前記強制全閉判定回路は、前記第２の拡張電圧が前記第２の拡張しきい値電圧より低い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる他のマスフローコントローラは、ソレノイドに印加された駆動電流に応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路に設けた弁の開度を調節する比例バルブと、操作量に応じた前記駆動電流を生成して前記ソレノイドに印加することにより前記流路におけるガス流量を制御する流量制御部とを備えるマスフローコントローラであって、前記比例バルブは、基準となる基準比例バルブの基準オリフィス径より大きな拡張オリフィス径を有する拡張比例バルブからなり、前記流量制御部は、前記基準比例バルブの比例制御範囲に対応する基準流量制御レンジを拡張して予め設定した拡張流量制御レンジに基づいて、前記操作量に応じたデューティー比の拡張ＰＷＭ信号を出力するＣＰＵと、前記拡張ＰＷＭ信号を拡張制御電圧に変換するローパスフィルタと、前記拡張制御電圧を、前記拡張制御電圧の拡張制御電圧レンジから、前記基準流量制御レンジに対応する基準制御電圧レンジに電圧変換し、得られた基準制御電圧を出力する制御電圧変換回路と、前記基準制御電圧を電圧電流変換し、得られた駆動電流を前記比例バルブのソレノイドに印加することによりガス流量を調整する電圧電流変換回路と、充電時間より放電時間が長い充放電回路で前記拡張ＰＷＭ信号を電圧変換し、得られた第２の拡張電圧を第２の拡張しきい値電圧と比較することにより、強制全閉の要否を判定する強制全閉判定回路とを備え、前記ＣＰＵは、入力された強制全閉指示に応じて、前記拡張流量制御レンジを下回る所定の強制全閉デューティー比を有する強制全閉用拡張ＰＷＭ信号を出力し、前記強制全閉判定回路は、前記第２の拡張電圧が前記第２の拡張しきい値電圧より低い場合、前記比例バルブの強制全閉を指示する強制全閉指示信号を出力し、前記電圧電流変換回路は、前記強制全閉指示信号に応じて、前記駆動電流を前記比例バルブが全閉状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＣＰＵが、入力された強制全開指示や強制全閉指示に応じて、流量制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を強制全開デューティー比または強制全閉デューティー比に変更するだけで、比例バルブを全開状態または全閉状態に制御できる。また、これら強制全開デューティー比または強制全閉デューティー比は、基準流量制御レンジで用いるデューティー比の範囲外であるため、流量制御には全く影響がない。したがって、ＣＰＵとして、接続ピンの少ない、いわゆる小ピンタイプのＣＰＵを用いたコストダウンを実現できる。また、流量制御部において、ＣＰＵとその他の駆動回路側とを電気的に絶縁する場合でも、ＰＷＭ信号のみをフォトカプラなどにより絶縁するだけで済み、コストアップの要因を最小限に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態にかかるマスフローコントローラの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるバルブ制御特性を示すグラフである。
【図３】第１の実施の形態にかかるマスフローコントローラの要部構成例を示す回路図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる強制全開動作を示す信号波形図である。
【図５】第１の実施の形態にかかる強制全閉動作を示す信号波形図である。
【図６】第２の実施の形態にかかるマスフローコントローラの構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態にかかるバルブ制御特性を示すグラフである。
【図８】第２の実施の形態にかかる流量制御レンジと制御電圧との対応関係を示す説明図である。
【図９】第２の実施の形態にかかるマスフローコントローラの要部構成例を示す回路図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかる制御電圧変換回路の電圧変換特性を示すグラフである。
【図１１】第２の実施の形態にかかる流量制御部の流量制御特性を示すグラフである。
【図１２】一般的なマスフローコントローラの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるマスフローコントローラ１について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるマスフローコントローラの構成を示すブロック図である。
【００１７】
このマスフローコントローラ１は、ソレノイドＬ（２１）に印加された駆動電流ＩＬに応じて、流量制御対象となるガスが流れる流路２３に設けた弁２２の開度を調節する比例バルブ２０と、流量設定値に基づく操作量に応じた駆動電流ＩＬを生成してソレノイドＬに印加することにより流路２３におけるガス流量を制御する流量制御部１０とを備えている。
【００１８】
なお、後述する第２の実施の形態では、本実施の形態で用いる比例バルブ２０をオリフィス径の大きなものに置換することにより、ガス置換に要する時間を短縮するための構成について説明する。したがって、本実施の形態で用いる比例バルブを、基準オリフィス径ΦＳを持つ基準比例バルブと呼び、第２の実施の形態用いる比例バルブを、拡張オリフィス径ΦＬを持つ拡張比例バルブと呼ぶ。また、本実施の形態と第２の実施の形態とを区別するため、基準比例バルブに対応する流量制御レンジ、制御電圧については、それぞれ基準流量制御レンジＤＳ、基準制御電圧ＶＳと呼ぶ。また、拡張比例バルブに対応するものを、それぞれ拡張流量制御レンジＤＬ、拡張制御電圧ＶＬと呼ぶ。
【００１９】
流量制御部１０には、主な回路部として、ＣＰＵ１１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）１２、電圧電流変換回路１３、強制全開判定回路１４、および強制全閉判定回路１５が設けられている。
【００２０】
ＣＰＵ１１は、上位装置（図示せず）あるいは操作により設定された流量設定値、および流路２３から計測した実流量に基づいて、比例バルブ２０の弁２２の開度を示す操作量を計算する機能と、比例バルブ２０の比例制御範囲に対して予め設定されている基準流量制御レンジＤＳに基づいて、操作量に応じたデューティー比のＰＷＭ信号Ｐを生成して出力する機能とを有している。
【００２１】
また、ＣＰＵ１１は、上位装置あるいは操作により入力された強制全開指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを上回る所定の強制全開デューティー比ＤＯを有する強制全開用のＰＷＭ信号Ｐを出力する機能と、上位装置あるいは操作により入力された強制全閉指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを下回る所定の強制全閉デューティー比ＤＣを有する強制全閉用のＰＷＭ信号Ｐを出力する機能とを有している。
【００２２】
ローパスフィルタ１２は、所定の時定数回路により、ＣＰＵ１１から出力されたＰＷＭ信号Ｐを基準制御電圧ＶＳに変換する機能を有している。
【００２３】
電圧電流変換回路１３は、ローパスフィルタ１２から出力された基準制御電圧ＶＳを電圧電流変換し、得られた駆動電流ＩＬを比例バルブ２０のソレノイドＬに印加することによりガス流量Ｑを調整する機能と、強制全開判定回路１４から出力された強制全開指示信号ＳＯに応じて、比例バルブ２０が全開状態となる電流値に駆動電流ＩＬを強制変更する機能と、強制全閉判定回路１５からの強制全閉指示信号ＳＣに応じて、比例バルブ２０が全閉状態となる電流値に駆動電流ＩＬを強制変更する機能とを有している。
【００２４】
強制全開判定回路１４は、充電時間より放電時間が短い充放電回路でＰＷＭ信号Ｐを電圧変換し、得られたＰＷＭ電圧（第１のＰＷＭ電圧）ＶＰ１をしきい値電圧（第１のしきい値電圧）ＶＲ１と比較することにより、強制全開の要否を判定する機能と、ＶＰ１がＶＲ１より高い場合には比例バルブ２０の強制全開を指示する強制全開指示信号ＳＯを出力する機能とを有している。
【００２５】
強制全閉判定回路１５は、充電時間より放電時間が長い充放電回路でＰＷＭ信号Ｐを電圧変換し、得られたＰＷＭ電圧（第２のＰＷＭ電圧）ＶＰ２をしきい値電圧（第２のしきい値電圧）ＶＲ２と比較することにより、強制全閉の要否を判定する機能と、ＶＰ２がＶＲ２より低い場合には比例バルブ２０の強制全閉を指示する強制全閉指示信号ＳＣを出力する機能とを有している。
【００２６】
一般に、マスフローコントローラ１で用いられる比例バルブ２０は、ソレノイドＬに印加された駆動電流ＩＬに対して弁２２が作動しない不感帯を有している。このため、駆動電流ＩＬの流量制御レンジは、この不感帯を除いた範囲である比例制御範囲に設定し、この比例制御範囲に対応する制御電圧レンジの制御電圧から、駆動電流ＩＬを生成してソレノイドＬに印加することになる。
【００２７】
図２は、第１の実施の形態にかかるバルブ制御特性を示すグラフであり、横軸がＰＷＭ信号Ｐのデューティー比（ｄｕｔｙ）を示し、縦軸がガス流量Ｑを示している。
例えば、ソレノイドＬの定格電流が１００ｍＡであり、０ｍＡ〜１００ｍＡの駆動電流ＩＬを０〜１００％の流量制御レンジに割り当てて制御するものとし、この流量制御レンジ＝０〜１００％を、０〜１００％のデューティー比からなるＰＷＭ信号Ｐで表すものとする。ここで、ＩＬが２０ｍＡ以下の範囲で弁２２が全閉となる不感帯が存在し、ＩＬが６０ｍＡ以上の範囲で弁２２が全開となる不感帯が存在する場合、流量制御レンジ０〜１００％のうち０％〜２０％と６０％〜１００％の範囲とが不感帯となり、２０〜６０％の範囲が比例制御範囲となる。
【００２８】
このため、一般的には、これら不感帯を流量制御レンジから除外し、残りの２０〜６０％の比例制御範囲に対して、実際の流量制御に用いる基準流量制御レンジＤＳを割り当てて、この範囲で、比例バルブ２０のバルブ制御特性ＦＡに基づいて、ガス流量Ｑを０から全開ガス流量ＱＳまで制御している。
これにより、操作量に応じたＰＷＭ信号Ｐは、基準流量制御レンジＤＳに相当するデューティー比２０〜６０％の範囲で生成されて、この基準流量制御レンジＤＳに対応する基準制御電圧レンジＷＳの基準制御電圧ＶＳに変換された後、駆動電流ＩＬに変換されることになる。
【００２９】
本発明は、ＰＷＭ信号Ｐがとりうるデューティー比０〜１００％のうち、このような不感帯に相当するデューティー比、例えば０％〜２０％と６０％〜１００％が、実際の流量制御に用いられていないことに着目し、このような未使用のデューティー比を、比例バルブ２０の強制全開指示や強制全閉指示に用いるようにしたものである。
【００３０】
具体的には、ＣＰＵ１１により、操作入力された強制全開指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを上回る所定の強制全開デューティー比ＤＯを有する強制全開用のＰＷＭ信号Ｐを出力し、操作入力された強制全閉指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを下回る所定の強制全閉デューティー比ＤＣを有する強制全閉用のＰＷＭ信号Ｐを出力するようにしたものである。なお、図２には、ＤＯ＝１００％の場合とＤＣ＝０％の場合が示されているが、ＤＯについては６０％より大きく１００％までの範囲で設定すればよく、ＤＣについては２０％より小さく０％までの範囲で設定すればよい。
【００３１】
また、強制全開判定回路１４により、充電時間より放電時間が短い充放電回路でＰＷＭ信号Ｐを電圧変換し、得られたＰＷＭ電圧ＶＰ１がしきい値電圧ＶＲ１より高い場合には、比例バルブ２０の強制全開を指示する強制全開指示信号ＳＯを出力し、強制全閉判定回路１５により、充電時間より放電時間が長い充放電回路でＰＷＭ信号Ｐを電圧変換し、得られたＰＷＭ電圧ＶＰ２がしきい値電圧ＶＲ２より低い場合には、比例バルブ２０の強制全閉を指示する強制全閉指示信号ＳＣを出力するようにしたものである。
【００３２】
［回路構成］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかるマスフローコントローラの回路構成について説明する。図３は、第１の実施の形態にかかるマスフローコントローラの要部構成例を示す回路図である。
【００３３】
［ローパスフィルタ］
ローパスフィルタ１２は、抵抗素子ＲＦと容量素子ＣＦの時定数回路から構成されている。ＲＦの一端にはＰＷＭ信号Ｐが入力され、他端は容量素子ＣＦを介して接地電位に接続されている。これにより、ＰがＲＦとＣＦの時定数で積分され、Ｐのデューティー比に応じた基準制御電圧ＶＳが、ＲＦとＣＦの接続ノードから出力される。
【００３４】
［電圧電流変換回路］
電圧電流変換回路１３には、入力された基準制御電圧ＶＳを増幅するオペアンプＵＡ、ＵＡの増幅出力に応じて比例バルブ２０のソレノイドＬを駆動するＮＭＯＳトランジスタＭＬ、負荷抵抗ＲＬ、強制全開制御回路１３Ａ、および強制全閉制御回路１３Ｂが設けられている。
【００３５】
具体的には、ＵＡは、制御電源Ｖｃと接地電位ＧＮＤとで動作し、非反転入力端子（＋）に基準制御電圧ＶＳが入力され、反転入力端子がＭＬのソース端子に接続され、出力端子がＭＬのゲート端子に接続されている。また、ＭＬは、ドレイン端子がソレノイドＬを介して駆動電源Ｖｄに接続され、ソース端子がＲＬを介してＧＮＤに接続されている。
これにより、入力された基準制御電圧ＶＳが駆動電流ＩＬに電圧電流変換されてソレノイドＬに印加される。
【００３６】
また、強制全開制御回路１３Ａは、所定の強制全開指示信号ＳＯが入力された場合、基準制御電圧ＶＳを、比例バルブ２０の全開を指示する全開電圧ＶＯに強制変更する機能を有している。この強制全開制御回路１３Ａの回路構成例は、ゲート端子に強制全開指示信号ＳＯが入力され、ソース端子が接地電位ＧＮＤに接続されたＮＭＯＳトランジスタＭ１と、Ｍ１のゲート端子とソース端子との間に接続された抵抗素子Ｒ１と、ゲート端子がＭ１のドレイン端子に接続され、ソース端子が制御電源Ｖｃに接続され、ドレイン端子が抵抗素子Ｒ３を介して基準制御電圧ＶＳに接続されたＰＭＯＳトランジスタＭ２と、Ｍ２のゲート端子とソース端子との間に接続された抵抗素子Ｒ２とからなり、ＳＯに応じてＶｃにほぼ等しい全開電圧ＶＯが出力される。これにより、比例バルブ２０が全開状態となる電流値、例えば１００ｍＡに駆動電流ＩＬが強制変更される。
【００３７】
また、強制全閉制御回路１３Ｂは、所定の強制全閉指示信号ＳＣが入力された場合、基準制御電圧ＶＳを、比例バルブ２０の全閉を指示する全閉電圧ＶＣに強制変更する機能とを有している。この強制全閉制御回路１３Ｂの回路構成例は、ゲート端子に強制全開指示信号ＳＣが入力され、ソース端子が接地電位ＧＮＤに接続され、ドレイン端子が抵抗素子Ｒ５を介して基準制御電圧ＶＳに接続されたＮＭＯＳトランジスタＭ３と、Ｍ３のゲート端子とソース端子との間に接続された抵抗素子Ｒ４とからなり、ＳＣに応じてＧＮＤにほぼ等しい全閉電圧ＶＣが出力される。これにより、比例バルブ２０が全閉状態となる電流値、例えば０ｍＡに駆動電流ＩＬが強制変更される。
【００３８】
［強制全開判定回路］
強制全開判定回路１４には、入力されたＰＷＭ信号ＰをＰＷＭ電圧ＶＰ１に電圧変換する充放電回路１４Ａと、制御電源Ｖｃと接地電位ＧＮＤとで動作し、ＶＰ１がしきい値電圧ＶＲ１より高い場合には、強制全開指示信号ＳＯを出力するコンパレータＵ１とが設けられている。
【００３９】
充放電回路１４Ａの回路構成例は、アノード端子にＰが入力されるダイオードＤ１１と、一端がＤ１１のカソード端子に接続された抵抗素子Ｒ１１と、カソード端子がＤ１１のアノード端子に接続されたダイオードＤ１２と、一端がＤ１２のアノード端子に接続され、他端がＲ１１の他端に接続された抵抗素子Ｒ１２と、一端がＲ１１，Ｒ１２の接続ノードに接続され、他端がＧＮＤに接続されたＣ１１とからなる。
【００４０】
この際、Ｒ１１の抵抗値に比較してＲ１２の抵抗値が、例えば１／１０００程度に小さく設定されている。これにより、ＰがＨレベル（５Ｖ＝Ｖｃ）となってＣ１１が充電される充電時間より、ＰがＬレベル（０Ｖ＝ＧＮＤ）となってＣ１１が放電される放電時間が短く設定されている。したがって、ＰのＨレベル期間が一定期間以上続くような高いデューティー比の場合にのみ、Ｃ１１のＰＷＭ電圧ＶＰ１が高くなる。
【００４１】
このため、ＣＰＵ１１から、基準流量制御レンジＤＳを上回る強制全開デューティー比ＤＯを有する強制全開用のＰＷＭ信号Ｐが出力された場合、流量制御時のＰのＶＰ１以上のＶＰ１が出力されることになる。また、ＰのＬレベル期間が短い場合でもＣ１１がＧＮＤまで放電されるため、ＰのＨレベルが開始されてから、ＶＰ１がＶＲ１に到達するまでの時間をほぼ一定に保つことができ、Ｐの周期ごとに安定した強制全開判定動作を実現できる。
【００４２】
コンパレータＵ１のうち、非反転入力端子（＋）には充放電回路１４ＡからのＶＰ１が入力され、反転入力端子（−）にはしきい値電圧ＶＲ１が入力されている。このＶＲ１は、強制全開用のＰＷＭ信号Ｐを電圧変換して得られる電圧値ＶＤＯに、ＶＰ１が達していることを判定するためのものであり、ＶＲ１としてＶＤＯから一定の許容電圧分だけ低い電圧値が予め設定されている。
【００４３】
これにより、基準流量制御レンジＤＳ内のデューティー比からなるＰが入力された場合、Ｕ１の出力端子はＬレベルとなって、強制全開判定回路１４から強制全開指示信号ＳＯは出力されず、強制全開デューティー比ＤＯを有するＰが入力された場合に、Ｕ１の出力端子はＨレベルとなって、強制全開判定回路１４から強制全開指示信号ＳＯが、電圧電流変換回路１３の強制全開制御回路１３Ａに出力されることになる。
【００４４】
［強制全閉判定回路］
強制全閉判定回路１５には、入力されたＰＷＭ信号ＰをＰＷＭ電圧ＶＰ２に電圧変換する充放電回路１５Ａと、制御電源Ｖｃと接地電位ＧＮＤとで動作し、ＶＰ２がしきい値電圧ＶＲ２より高い場合には、強制全閉指示信号ＳＣを出力するコンパレータＵ２とが設けられている。
【００４５】
充放電回路１５Ａの回路構成例は、アノード端子にＰが入力されるダイオードＤ２１と、一端がＤ２１のカソード端子に接続された抵抗素子Ｒ２１と、カソード端子がＤ２１のアノード端子に接続されたダイオードＤ２２と、一端がＤ２２のアノード端子に接続され、他端がＲ２１の他端に接続された抵抗素子Ｒ２２と、一端がＲ２１，Ｒ２２の接続ノードに接続され、他端がＧＮＤに接続されたＣ２１とからなる。
【００４６】
この際、Ｒ２１の抵抗値に比較してＲ２２の抵抗値が、例えば１０００倍程度に高く設定されている。これにより、ＰがＨレベル（５Ｖ＝Ｖｃ）となってＣ２１が充電される充電時間より、ＰがＬレベル（０Ｖ＝ＧＮＤ）となってＣ２１が放電される放電時間が長く設定されている。したがって、ＰのＬレベル期間が一定期間以上続くような低いデューティー比の場合にのみ、Ｃ２１のＰＷＭ電圧ＶＰ２が低くなる。
【００４７】
このため、ＣＰＵ１１から、基準流量制御レンジＤＳを下回る強制全閉デューティー比ＤＣを有する強制全閉用のＰＷＭ信号Ｐが出力された場合、流量制御時よりも低いＶＰ２が出力されることになる。また、ＰのＨレベル期間が短い場合でもＣ２１がＶｃまで充電されるため、ＰのＬレベルが開始されてから、ＶＰ２がＶＲ２に到達するまでの時間をほぼ一定に保つことができ、Ｐの周期ごとに安定した強制全閉判定動作を実現できる。
【００４８】
コンパレータＵ２のうち、反転入力端子（−）には充放電回路１５ＡからのＶＰ２が入力され、非反転入力端子（＋）にはしきい値電圧ＶＲ２が入力されている。このＶＲ２は、強制全閉用のＰＷＭ信号Ｐを電圧変換して得られる電圧値ＶＤＣに、ＶＰ２が達していることを判定するためのものであり、ＶＲ２としてＶＤＣから一定の許容電圧分だけ高い電圧値が予め設定されている。
【００４９】
これにより、基準流量制御レンジＤＳ内のデューティー比からなるＰが入力された場合、Ｕ２の出力端子はＬレベルとなって、強制全閉判定回路１５から強制全閉指示信号ＳＣは出力されず、強制全閉デューティー比ＤＣを有するＰが入力された場合に、Ｕ２の出力端子はＨレベルとなって、強制全閉判定回路１５から強制全閉指示信号ＳＣ、電圧電流変換回路１３の強制全閉制御回路１３Ｂに出力されることになる。
【００５０】
［強制全開動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかるマスフローコントローラ１の強制全開動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる強制全開動作を示す信号波形図である。
図４において、時刻Ｔ１１までの期間には、例としてデューティー比５０％のＰＷＭ信号ＰがＣＰＵ１１から出力されており、ＨレベルとＬレベルとが同じパルス幅で繰り返される。
【００５１】
例えば、時刻Ｔ１１より以前の時刻Ｔ１にＰがＨレベルに切り替えられた場合、強制全開判定回路１４に設けられた充放電回路１４ＡのＰＷＭ電圧ＶＰ１がＧＮＤから徐々に上昇するが、しきい値電圧ＶＲ１までは到達せず、時刻Ｔ２にＰがＬレベルに切り替えられてＧＮＤに戻る。これにより、強制全開判定回路１４から強制全開指示信号ＳＯは出力されない。
【００５２】
また、強制全閉判定回路１５に設けられた充放電回路１５ＡのＰＷＭ電圧ＶＰ２は、時刻Ｔ２以降、Ｖｃから徐々に低下するが、しきい値電圧ＶＲ２までは到達せず、時刻Ｔ３にＰがＨレベルに切り替えられてＶｃに戻る。これにより、強制全閉判定回路１５から強制全閉指示信号ＳＣは出力されない。
【００５３】
一方、時刻Ｔ１１以降の期間は、強制全開デューティー比ＤＯを示すデューティー比１００％のＰＷＭ信号ＰがＣＰＵ１１から出力されており、ＰはＨレベル一定となる。したがって、強制全開判定回路１４のＶＰ１は、時刻Ｔ１１以降、ＧＮＤから上昇を開始し、その後の時刻Ｔ１２においてＶＲ１に到達する。これにより、強制全開判定回路１４から強制全開指示信号ＳＯが出力されて、電圧電流変換回路１３により、比例バルブ２０が全開状態となる電流値、例えば１００ｍＡに駆動電流ＩＬが強制変更され、比例バルブ２０が全開状態となる。なお、強制全閉判定回路１５のＶＰ２は、時刻Ｔ１１以降、Ｖｃ一定となり、強制全閉判定回路１５から強制全閉指示信号ＳＣは出力されない。
【００５４】
［強制全閉動作］
次に、図５を参照して、本実施の形態にかかるマスフローコントローラ１の強制全閉動作について説明する。図５は、第１の実施の形態にかかる強制全閉動作を示す信号波形図である。
図５において、時刻Ｔ２１までの期間には、例としてデューティー比５０％のＰＷＭ信号ＰがＣＰＵ１１から出力されており、ＨレベルとＬレベルとが同じパルス幅で繰り返される。なお、この期間については、図４の時刻１１までの期間と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００５５】
また、時刻Ｔ２１以降の期間は、強制全閉デューティー比ＤＣを示すデューティー比０％のＰＷＭ信号ＰがＣＰＵ１１から出力されており、ＰはＬレベル一定となる。したがって、強制全開判定回路１４のＶＰ１は、時刻Ｔ２１以降、ＧＮＤ一定となり、強制全開判定回路１４から強制全開指示信号ＳＯは出力されない。一方、強制全閉判定回路１５のＶＰ２は、時刻Ｔ２１以降、Ｖｃから低下を開始し、その後の時刻Ｔ２２においてＶＲ２に到達する。これにより、強制全閉判定回路１５から強制全閉指示信号ＳＣが出力されて、電圧電流変換回路１３により、比例バルブ２０が全閉状態となる電流値、例えば０ｍＡに駆動電流ＩＬが強制変更され、比例バルブ２０が全閉状態となる。
【００５６】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、ＣＰＵ１１が、入力された強制全開指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを上回る所定の強制全開デューティー比ＤＯを有する強制全開用のＰＷＭ信号Ｐを出力し、強制全開判定回路１４は、Ｐを電圧変換して得られたＰＷＭ電圧ＶＰ１がしきい値電圧ＶＲ１より高い場合、比例バルブ２０の強制全開を指示する強制全開指示信号ＳＯを出力し、電圧電流変換回路１３は、強制全開判定回路１４からのＳＯに応じて、駆動電流ＩＬを比例バルブ２０が全開状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【００５７】
また、ＣＰＵ１１が、入力された強制全閉指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを下回る所定の強制全閉デューティー比ＤＣを有する強制全閉用のＰＷＭ信号Ｐを出力し、強制全閉判定回路１５が、Ｐを電圧変換して得られたＰＷＭ電圧ＶＰ２がしきい値電圧ＶＲ２より低い場合、比例バルブ２０の強制全閉を指示する強制全閉指示信号ＳＣを出力し、電圧電流変換回路１３が、強制全閉判定回路１５からのＳＣに応じて、駆動電流ＩＬを比例バルブ２０が全閉状態となる電流値に強制変更するようにしたものである。
【００５８】
これにより、ＣＰＵ１１が、入力された強制全開指示や強制全閉指示に応じて、流量制御に用いるＰＷＭ信号Ｐのデューティー比をＤＯまたはＤＣに変更するだけで、比例バルブ２０を全開状態または全閉状態に制御できる。また、これらＤＯまたはＤＣは、基準流量制御レンジＤＳで用いるデューティー比の範囲外であるため、流量制御には全く影響がない。
したがって、ＣＰＵ１１として、接続ピンの少ない、いわゆる小ピンタイプのＣＰＵを用いたコストダウンを実現できる。また、流量制御部１０において、ＣＰＵ１１とその他の駆動回路側とを電気的に絶縁する場合でも、ＰＷＭ信号Ｐのみをフォトカプラなどにより絶縁するだけで済み、コストアップの要因を最小限に抑制することが可能となる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるマスフローコントローラ１について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかるマスフローコントローラの構成を示すブロック図である。
【００６０】
第１の実施の形態と比較して、流量制御部１０に制御電圧変換回路１６が追加されており、比例バルブ２０として、基準オリフィス径ΦＳより大きな拡張オリフィス径ΦＬを有する拡張比例バルブが用いられている。
【００６１】
一般に、バルブ全開時に流れるガス流量は、主に比例バルブのオリフィス径によって決定され、オリフィス径が大きいほど一度に多くのガスを流せるため、短時間で流路内のガスを置換することができる。このため、既存のマスフローコントローラにおいて、比例バルブをオリフィス径の大きなものに置換することにより、ガス置換に要する時間をさらに短縮する方法が考えられる。
【００６２】
しかしながら、比例バルブは、予め規定された流量制御の分解能および流量制御レンジに最適なオリフィス径を選択する必要がある。したがって、基準となる基準オリフィス径ΦＳに対応した基準流量制御レンジＤＳで、ΦＳより大きな拡張オリフィス径ΦＬを有する比例バルブを制御させようとすると、ＤＳに対する流量Ｑの変化幅が大きくなり、比例バルブのバルブ制御特性の傾きが急となる。例えば、前述の図２において、ΦＳにおける全開ガス流量をＱＳとし、ΦＬにおける全開ガス流量をＱＬとした場合、基準流量制御レンジＤＳで、ガス流量Ｑを０からＱＬまで制御するとなると、そのときのバルブ制御特性ＦＢの傾きは、バルブ制御特性ＦＡより急となる。
【００６３】
したがって、同一流量レンジのガス流量Ｑを制御する場合、ΦＳに関する流量制御レンジ幅に比較して、ΦＬに関する拡張流量制御レンジ幅が狭くなる。これにより、同一流量レンジに対する流量制御レンジ幅の割合、すなわち分解能については、ΦＳよりΦＬのほうが低下することになる。このため、単に比例バルブを大きなオリフィス径ΦＬのものに置換すると、ＰＷＭ信号Ｐの微細な変化に起因するガス流量Ｑのふらつきが大きくなるという問題点がある。
【００６４】
本実施の形態では、前述した不感帯に相当する未使用流量制御レンジに着目し、未使用流量制御レンジまで基準流量制御レンジＤＳを拡張した拡張流量制御レンジＤＬに基づいてＰＷＭ信号Ｐを生成し、得られたＰＷＭ信号Ｐを拡張流量制御レンジＤＬに対応する拡張制御電圧レンジＷＬの拡張制御電圧ＶＬに変換し、この拡張制御電圧ＶＬを制御電圧変換回路１６で元の基準流量制御レンジＤＳに対応する基準制御電圧レンジＷＳの基準制御電圧ＶＳに戻すようにしたものである。
【００６５】
図７は、第２の実施の形態にかかるバルブ制御特性を示すグラフであり、横軸がＰＷＭ信号Ｐを示し、縦軸がガス流量Ｑを示している。
図２の基準流量制御レンジＤＳ（＝２０〜６０％）に対し、本実施の形態では、０．１〜９９．９％の拡張流量制御レンジＤＬを用い、比例バルブ２０として、全開ガス流量がＱＬとなるオリフィス径ΦＬの拡張比例バルブを用いる。したがって、ＰＷＭ信号Ｐのデューティー比も０．１〜９９．９％の範囲をとるものとなる。
【００６６】
これにより、基準流量制御レンジＤＳでオリフィス径ΦＬの拡張比例バルブを制御する際のバルブ制御特性ＦＢが、見かけ上、バルブ制御特性ＦＣに拡張されることになる。このため、ＦＢに比較してＦＣの傾きが緩やかとなり、図７の例では、基準流量制御レンジＤＳでオリフィス径ΦＳの基準比例バルブを制御する際のバルブ制御特性ＦＡとほぼ同程度の傾きが得られている。これにより、ＦＣの分解能δＣが、ＦＡの分解能δＡとほぼ同じレベルに維持されており、ＦＢの分解能δＢより大幅に改善されていることがわかる。
【００６７】
また、本実施の形態においても、ＣＰＵ１１により、操作入力された強制全開指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを上回る所定の強制全開デューティー比ＤＯを有する強制全開用のＰＷＭ信号Ｐを出力し、操作入力された強制全閉指示に応じて、基準流量制御レンジＤＳを下回る所定の強制全閉デューティー比ＤＣを有する強制全閉用のＰＷＭ信号Ｐを出力する。なお、図７には、ＤＯ＝１００％の場合とＤＣ＝０％の場合が示されているが、ＤＯについては９９．９％より大きく１００％までの範囲で設定すればよく、ＤＣについては０．１％より小さく０％までの範囲で設定すればよい。
【００６８】
図８は、第２の実施の形態にかかる流量制御レンジと制御電圧との対応関係を示す説明図である。ここでは、ＰＷＭ信号Ｐのデューティー比０〜１００％が制御電圧０〜５Ｖに相当しており、駆動電流ＩＬの制御範囲が０〜１００ｍＡであるものとする。また、拡張オリフィス径ΦＳの基準比例バルブにおける全開ガス流量ＱＳが５Ｌ／ｍｉｎであり、拡張オリフィス径ΦＬの拡張比例バルブにおける全開ガス流量ＱＬが１０Ｌ／ｍｉｎであるものとする。
【００６９】
図８において、ケースＡは、前述した図１の構成に基づいて、基準オリフィス径ΦＳの基準比例バルブを用いた構成であり、ケースＢは、同じく図１の構成に基づいて、拡張オリフィス径ΦＬの拡張比例バルブを用いた構成である。また、ケースＣは、本実施の形態にかかる図６の構成に基づいて、拡張オリフィス径ΦＬの拡張比例バルブを用いた構成である。
【００７０】
ケースＡでは、流量制御レンジが基準流量制御レンジＤＳであるため、デューティー比が２０〜６０％のＰＷＭ信号Ｐが、１〜３Ｖの基準制御電圧レンジＷＳに基づく基準制御電圧ＶＳに変換され、これが駆動電流ＩＬ＝０〜１００ｍＡに変換されてソレノイドＬに印加される。これにより、ガス流量Ｑが０〜５（＝ＱＳ）Ｌ／ｍｉｎの間で制御されることになる。
ケースＢは、ケースＡとほぼ同様であるが、拡張オリフィス径ΦＬが大きいため、ガス流量Ｑが０〜１０（＝ＱＬ）Ｌ／ｍｉｎの間で制御されることになる。
【００７１】
一方、ケースＣでは、流量制御レンジが拡張流量制御レンジＤＬであるため、デューティー比が０．１〜９９．９％のＰＷＭ信号Ｐが、０．００５（＝５Ｖ×０．１％）〜４．９９５Ｖ（＝５Ｖ×９９．９％）の拡張制御電圧レンジＷＬに基づく拡張制御電圧ＶＬに変換された後、１〜３Ｖの基準制御電圧レンジＷＳに基づく基準制御電圧ＶＳに変換され、これが駆動電流ＩＬ０〜１００ｍＡに変換されてソレノイドＬに印加される。これにより、ガス流量Ｑが０〜１０（＝ＱＬ）Ｌ／ｍｉｎの間で制御されることになる。
【００７２】
したがって、単に大きい拡張オリフィス径ΦＬを持つ拡張比例バルブに置換したケースＢでは、基準制御電圧レンジＷＳが変わらずにガス流量Ｑの範囲だけが拡張されているため、分解能δＢ（＝０．２５［［Ｌ／ｍｉｎ］／％］）が、ケースＡの分解能δＡ（＝０．１２５［［Ｌ／ｍｉｎ］／％］）より低下していることがわかる。
一方、本実施の形態にかかるケースＣの例では、基準流量制御レンジＤＳの約２倍まで拡張流量制御レンジＤＬが拡張されているため、ガス流量Ｑの範囲が拡張されても、ケースＡの分解能δＡとほぼ同じレベルの分解能δＣ（＝０．１［［Ｌ／ｍｉｎ］／％］）が得られており、分解能の低下が抑制されていることが分かる。これにより、ＰＷＭ信号Ｐの微細な変化に起因するガス流量Ｑのふらつきを抑制することができる。
【００７３】
また、拡張制御電圧ＶＬのうちＷＬの拡張上端値４．９９５Ｖ（ＤＬ＝９９．９％）以上の部分については、元々、比例バルブ２０の比例制御範囲を超えており、比例バルブ２０が全開となる不感帯に相当することになる。本実施の形態では、ＣＰＵ１１が、入力された強制全開指示に応じて、拡張流量制御レンジＤＬを上回る所定の強制全開デューティー比ＤＯで、強制全開用のＰＷＭ信号Ｐを出力するようにしたので、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００７４】
また、拡張制御電圧ＶＬのうちＷＬの拡張下端値０．００５Ｖ（ＤＬ＝０．１％）については、元々、比例バルブ２０の比例制御範囲を下回っており、比例バルブ２０が全閉となる不感帯に相当することになる。本実施の形態では、ＣＰＵ１１が、入力された強制全閉指示に応じて、拡張流量制御レンジＤＬを下回る所定の強制全閉デューティー比ＤＣで、強制全閉用のＰＷＭ信号Ｐを出力するようにしたので、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００７５】
［電圧電流変換回路］
次に、図９を参照して、制御電圧変換回路１６の構成について詳細に説明する。図９は、第２の実施の形態にかかるマスフローコントローラの要部構成例を示す回路図である。
本実施の形態にかかるマスフローコントローラ１には、図３と比較して、制御電圧変換回路１６が追加されている。その他の回路構成については、図３と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００７６】
［制御電圧変換回路］
本実施の形態にかかる制御電圧変換回路１６には、分圧回路１６Ａとバイアス回路１６Ｂとが設けられている。ここでは、拡張制御電圧レンジＷＬは、基準制御電圧レンジＷＳの基準下端値より低い電圧からなる拡張下端値と、基準制御電圧レンジＷＳの基準上端値より高い電圧からなる拡張上端値とを有するものとする。
【００７７】
分圧回路１６Ａは、入力された拡張制御電圧ＶＬを、基準制御電圧レンジＷＳの電圧幅と拡張制御電圧レンジＷＬの電圧幅の比で分圧することにより、基準制御電圧ＶＳを出力する機能を有している。この分圧回路１６Ａの回路構成例は、一端に拡張制御電圧ＶＬが入力される抵抗素子Ｒ３１と、一端がＲ３１の他端に接続されて他端がバイアス回路１６Ｂに接続された抵抗素子Ｒ３２とからなり、Ｒ３１とＲ３２の接続ノードから、基準制御電圧ＶＳが出力される。
【００７８】
バイアス回路１６Ｂは、分圧回路１６Ａで分圧して得られた基準制御電圧ＶＳに、拡張制御電圧レンジＷＬの拡張下端値から基準制御電圧レンジＷＳの基準下端値までの差分に相当するバイアス電圧Ｖｂを印加する機能を有している。このバイアス回路１６Ｂの回路構成例は、一端が制御電圧Ｖｃに接続された抵抗素子Ｒ３３と、一端が抵抗素子Ｒ３３の他端とＲ３２の他端に接続され、他端がＧＮＤに接続された抵抗素子Ｒ３４とからなり、Ｒ３３とＲ３４の接続ノードから、分圧回路１６Ａに対してバイアス電圧Ｖｂが出力される。
【００７９】
図１０は、第２の実施の形態にかかる制御電圧変換回路の電圧変換特性を示すグラフであり、横軸が拡張制御電圧ＶＬを示し、縦軸が基準制御電圧ＶＳを示している。
例えば、基準制御電圧レンジＷＳが１Ｖ（＝基準下端値）〜３Ｖ（＝基準上端値）であり、拡張制御電圧レンジＷＬが０．００５Ｖ（拡張下端値）〜４．９９５Ｖ（拡張上端値）である場合、電圧変換特性ＦＶに基づいて、制御電圧変換回路１６により、ＷＬである０．００５〜４．９９５Ｖの値をとる拡張制御電圧ＶＬが、ＷＳである１〜３Ｖの値をとる基準制御電圧ＶＳに電圧変換される。
【００８０】
この際、電圧変換特性ＦＶとして、ＷＬの電圧幅４．９９ＶをＷＳの電圧幅２Ｖに分圧（縮小）するとともに、ＷＬの拡張下端値０．００５ＶをＷＳの基準下端値１Ｖまで嵩上げする電圧変換特性が必要となる。制御電圧変換回路１６では、分圧回路１６Ａが上記分圧を行い、バイアス回路１６Ｂが上記嵩上げを行うことになる。
【００８１】
図１１は、第２の実施の形態にかかる流量制御部の流量制御特性を示すグラフであり、横軸がＰＷＭ信号Ｐを示し、縦軸が駆動電流ＩＬを示している。
ここでは、ＰＷＭ信号Ｐの拡張流量制御レンジＤＬ０．１〜９９．９％が、図１０の拡張制御電圧レンジＷＬ０．００５〜４．９９５Ｖに対応している。また、駆動電流ＩＬ２０〜６０ｍＡが、図１０の基準制御電圧レンジＷＳ１〜３Ｖに相当する基準流量制御レンジＤＳ２０〜６０％に対応している。
【００８２】
この流量制御特性ＦＩにより、拡張流量制御レンジＤＬのＰＷＭ信号Ｐが、駆動電流ＩＬ２０〜６０ｍＡに変換されるため、操作量に応じたＰＷＭ信号Ｐが拡張流量制御レンジＤＬ０．１〜９９．９％内で出力されることにより、駆動電流ＩＬが２０〜６０ｍＡの範囲でソレノイドＬに印加されることになる。
【００８３】
この際、拡張流量制御レンジＤＬが基準流量制御レンジＤＳの約２倍に設定されているため、全開流量ＱＬが全開流量ＱＳの２倍とした場合でも、バルブ制御特性ＦＣの傾きは、元のバルブ制御特性ＦＡとほぼ同様である。したがって、ＦＣの分解能δＡが、ＦＡの分解能δＡとほぼ同じレベルに維持されており、バルブ制御特性ＦＢの分解能δＢより大幅に改善されていることがわかる。
【００８４】
なお、本実施の形態において、説明に用いた流量制御レンジ、電圧値、電流値、流量、分解能などの具体的数値は、あくまでも発明の内容を容易に理解するための一例であり、本実施の形態は、これら数値に限定されるものではなく、他の数値を用いて本実施の形態を実施してもよい。
【００８５】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、比例バルブ２０として、基準オリフィス径ΦＳより大きな拡張オリフィス径ΦＬを有する拡張比例バルブが用い、ＣＰＵ１１が、基準流量制御レンジＤＳを拡張した拡張流量制御レンジＤＬに基づいてＰＷＭ信号Ｐを生成し、ローパスフィルタ１２が、得られたＰＷＭ信号Ｐを拡張流量制御レンジＤＬに対応する拡張制御電圧レンジＷＬの拡張制御電圧ＶＬに変換し、制御電圧変換回路１６が、この拡張制御電圧ＶＬを制御電圧変換回路１６で元の基準流量制御レンジＤＳに対応する基準制御電圧レンジＷＳの基準制御電圧ＶＳに戻すようにしたものである。
【００８６】
これにより、基準流量制御レンジＤＳでオリフィス径ΦＬの拡張比例バルブを制御する際のバルブ制御特性ＦＢが、見かけ上、バルブ制御特性ＦＣに拡張されることになる。このため、ＦＢに比較してＦＣの傾きが緩やかとなる。これにより、ＦＢの分解能δＢより改善した分解能δＣを得ることが可能となる。
【００８７】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１…マスフローコントローラ、１０…流量制御部、１１…ＣＰＵ、１２…ローパスフィルタ、１３…電圧電流変換回路、１３Ａ…強制全開制御回路、１３Ｂ…強制全閉制御回路、１４…強制全開判定回路、１４Ａ…充放電回路、１５…強制全閉判定回路、１５Ａ…充放電回路、１６…制御電圧変換回路、１６Ａ…分圧回路、１６Ｂ…バイアス回路、２０…比例バルブ、２１，Ｌ…ソレノイド、２２…弁、２３…流路、Ｐ…ＰＷＭ信号、ＤＳ…基準流量制御レンジ、ＷＳ…基準制御電圧レンジ、ＶＳ…基準制御電圧、ＤＬ…拡張流量制御レンジ、ＷＬ…拡張制御電圧レンジ、ＶＬ…拡張制御電圧、ＩＬ…駆動電流、ＤＯ…強制全開デューティー比、ＤＣ…強制全閉デューティー比、ＶＰ１…ＰＷＭ電圧（第１のＰＷＭ電圧）、ＶＲ１…しきい値電圧（第１のしきい値電圧）、ＶＰ２…ＰＷＭ電圧（第２のＰＷＭ電圧）、ＶＲ２…しきい値電圧（第２のしきい値電圧）、ＳＯ…強制全開指示信号、ＳＣ…強制全閉指示信号、ΦＬ，ΦＳ…オリフィス径、Ｑ，ＱＬ，ＱＳ…ガス流量、δ，δＡ，δＢ，δＣ…分解能、ＦＶ…電圧変換特性、ＦＩ…流量制御特性、ＦＡ，ＦＢ，ＦＣ…バルブ制御特性。
【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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【図１１】
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【図１２】
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