特開 2025-3021 流量調整装置および流量調整装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025003021

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】流量調整装置および流量調整装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20241226BHJP

   G01F 1/66 20220101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

G05D7/06 Z

G01F1/66 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023103459

(22)【出願日】2023-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】591257111

【氏名又は名称】サーパス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】柴田 拓

【テーマコード（参考）】

2F035

5H307

【Ｆターム（参考）】

2F035DA14

2F035DA22

5H307AA01

5H307BB05

5H307BB06

5H307DD04

5H307EE12

5H307EE21

5H307FF01

5H307FF12

5H307GG01

5H307HH04

5H307JJ05

(57)【要約】

【課題】流量計測値を流量設定値に適切に収束させる。
【解決手段】超音波流量計測部１０と、流量調整部２０と、流量設定値を設定する流量設定部と、流量計測値が流量設定値よりも第１閾値以上高くなる第１流量状態と流量計測値が流量設定値よりも第２閾値以上低くなる第２流量状態が発生する流量変動状態を検出する流量変動状態検出部と、流量計測値が流量設定値となるように、流量計測値と流量設定値との流量差に応じた移動量で弁体部を移動させるよう流量調整部２０を制御する制御装置３０と、を備え、制御装置３０は、流量変動状態検出部が流量変動状態を検出しない場合は第１の移動量で弁体部２１を移動させるよう流量調整部２０を制御し、流量変動状態検出部が流量変動状態を検出する場合は第１の移動量よりも少ない第２の移動量で弁体部２１を移動させるよう流量調整部２０を制御する流量調整装置１００を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入ポートから流入して計測流路を流通する液体の流量を計測する流量計測部と、
軸線に沿って弁体部を弁孔に近接または離間する方向に移動させて前記計測流路の下流側から流出ポートへ流出する液体の流量を調整する流量調整部と、
最小流量から最大流量までの流量範囲に含まれる流量設定値を設定する流量設定部と、
前記流量計測部が計測する流量計測値が前記流量設定値よりも第１閾値以上高くなる第１流量状態と前記流量計測値が前記流量設定値よりも第２閾値以上低くなる第２流量状態が発生する流量変動状態を検出する流量変動状態検出部と、
前記流量計測部が計測する前記流量計測値が前記流量設定値となるように、前記流量計測値と前記流量設定値との流量差に応じた移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記流量変動状態検出部が前記流量変動状態を検出しない場合は第１の前記移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御し、前記流量変動状態検出部が前記流量変動状態を検出する場合は第１の前記移動量よりも少ない第２の前記移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御する流量調整装置。

【請求項2】

前記流量変動状態は、前記第１流量状態と前記第２流量状態とが交互に繰り返される状態である請求項１に記載の流量調整装置。

【請求項3】

前記第１閾値および前記第２閾値は、前記流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定されている請求項１または請求項２に記載の流量調整装置。

【請求項4】

前記流量変動状態検出部は、前記流量設定部が前記流量設定値を変更したことに応じて、前記流量変動状態を検出する状態を解除する請求項１または請求項２に記載の流量調整装置。

【請求項5】

第２の前記移動量は、第１の前記移動量の０．２倍以上かつ０．４倍以下である請求項１または請求項２に記載の流量調整装置。

【請求項6】

流量調整装置の制御方法であって、
前記流量調整装置は、
流入ポートから流入して計測流路を流通する液体の流量を計測する流量計測部と、
軸線に沿って弁体部を弁孔に近接または離間する方向に移動させて前記計測流路の下流側から流出ポートへ流出する液体の流量を調整する流量調整部と、
最小流量から最大流量までの流量範囲に含まれる流量設定値を設定する流量設定部と、を有し、
前記流量計測部が計測する流量計測値が前記流量設定値よりも第１閾値以上高くなる第１流量状態と前記流量計測値が前記流量設定値よりも第２閾値以上低くなる第２流量状態がそれぞれ複数回発生する流量変動状態を検出する流量変動状態検出工程と、
前記流量計測部が計測する前記流量計測値が前記流量設定値となるように前記流量調整部を制御する制御工程と、を備え、
前記制御工程は、前記流量変動状態検出工程が前記流量変動状態を検出しない場合は前記流量計測値と前記流量設定値との流量差に応じた第１移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御し、前記流量変動状態検出工程が前記流量変動状態を検出する場合は前記第１移動量よりも少ない第２移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御する流量調整装置の制御方法。

【請求項7】

前記流量変動状態は、前記第１流量状態と前記第２流量状態とが交互に繰り返される状態である請求項６に記載の流量調整装置の制御方法。

【請求項8】

前記第１閾値および前記第２閾値は、前記流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定されている請求項６または請求項７に記載の流量調整装置の制御方法。

【請求項9】

前記流量変動状態検出工程は、前記流量設定部が前記流量設定値を変更したことに応じて、前記流量変動状態を検出する状態を、前記流量変動状態を検出しない状態に切り替える請求項６または請求項７に記載の流量調整装置の制御方法。

【請求項10】

前記第２移動量は、前記第１移動量の０．２倍以上かつ０．４倍以下である請求項６または請求項７に記載の流量調整装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流量調整装置および流量調整装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、液体の流量を計測する流量計測部を備え、流量計測部が計測する流量が予め設定された設定流量となるように、弁体部を弁孔に近接または離間する方向に移動させて弁孔を通過する液体の流量を調整する流量調整装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１３８２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、例えば、流量調整装置の上流側の液体の供給圧力に対して流量調整装置の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）が過度に低くなる場合、あるいは流量調整装置の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）に対して流量調整装置の上流側の液体の供給圧力が過度に高くなる場合には、弁孔を通過する液体の流量が過度に多く。この場合、流量調整装置を通過する液体の流量の計測値が予め設定された流量設定値に対して過大となる現象（オーバーシュート）が発生する可能性がある。

【0005】

また、オーバーシュートが発生すると、その後に流量計測値を流量設定値に近づけようとして弁孔を通過する液体の流量を過度に少なくしてしまい、流量計測値が流量設定値に対して過少となってしまう可能性がある。この場合、流量設定値に対して流量計測値が過大となる状態と過少となる状態とが繰り返される現象（ハンチング現象）が発生し、流量計測値が流量設定値に収束しない状態となってしまう。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流量調整装置の上流側の液体の供給圧力に対して、流量調整装置の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）が過度に低くなるような状態であっても、流量計測値を流量設定値に適切に収束させることが可能な流量調整装置および流量調整装置の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の第１態様にかかる流量調整装置は、流入ポートから流入して計測流路を流通する液体の流量を計測する流量計測部と、軸線に沿って弁体部を弁孔に近接または離間する方向に移動させて前記計測流路の下流側から流出ポートへ流出する液体の流量を調整する流量調整部と、最小流量から最大流量までの流量範囲に含まれる流量設定値を設定する流量設定部と、前記流量計測部が計測する流量計測値が前記流量設定値よりも第１閾値以上高くなる第１流量状態と前記流量計測値が前記流量設定値よりも第２閾値以上低くなる第２流量状態発生する流量変動状態を検出する流量変動状態検出部と前記流量計測部が計測する前記流量計測値が前記流量設定値となるように、前記流量計測値と前記流量設定値との流量差に応じた移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記流量変動状態検出部が前記流量変動状態を検出しない場合は第１の前記移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御し、前記流量変動状態検出部が前記流量変動状態を検出する場合は第１の前記移動量よりも少ない第２の前記移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御する。

【0008】

本発明の第１態様にかかる流量調整装置によれば、制御部は、流量変動状態検出部が流量変動状態を検出しない場合は第１の移動量で弁体部を移動させるよう流量調整部を制御する。一方、制御部は、流量変動状態検出部が流量変動状態を検出する場合は第１の移動量よりも少ない第２の移動量で弁体部を移動させるよう流量調整部を制御する。流量変動状態検出部が流量変動状態を検出する場合の弁体部の第２の移動量が、流量変動状態検出部が流量変動状態を検出する場合の弁体部の第１の移動量よりも少ないため、計測流路を流通する液体の流量の変化を少なくし、流量の計測値が予め設定された流量設定値に対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態とが繰り返されないように調整される。そのため、流量調整装置の上流側の液体の供給圧力に対して、流量調整装置の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）が過度に低くなるような状態であっても、流量計測値を流量設定値に適切に収束させることができる。

【0009】

本発明の第２態様にかかる流量調整装置は、第１態様において、更に以下の構成である。すなわち、流量変動状態は、第１流量状態と第２流量状態とが交互に繰り返される状態である。
本発明の第２態様にかかる流量調整装置によれば、第１流量状態と第２流量状態とが交互に繰り返される状態を流量変動状態として検出することにより、流量の計測値が予め設定された流量設定値に対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態とが繰り返されないようにすることができる。

【0010】

本発明の第３態様にかかる流量調整装置は、第１態様または第２態様において、更に以下の構成である。すなわち、前記第１閾値および前記第２閾値は、前記流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定されている。
本発明の第３態様にかかる流量調整装置によれば、第１閾値および第２閾値を流量設定値が設定される流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定することにより、流量の計測値が予め設定された流量設定値に対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態を適切に検出することができる。

【0011】

本発明の第４態様にかかる流量調整装置は、第１態様または第２態様において、更に以下の構成である。すなわち、前記流量変動状態検出部は、前記流量設定部が前記流量設定値を変更したことに応じて、前記流量変動状態を検出する状態を解除する。
本発明の第４態様にかかる流量調整装置によれば、流量設定部が流量設定値を変更したことに応じて、流量変動状態を検出する状態が解除される。そのため、流量変動状態検出部は、変更された流量設定値に応じた流量変動状態を改めて検出することができる。

【0012】

本発明の第５態様にかかる流量調整装置は、第１態様または第２態様において、更に以下の構成である。すなわち、第２の前記移動量は、第１の前記移動量の０．２倍以上かつ０．４倍以下である。
本発明の第５態様にかかる流量調整装置によれば、第２の移動量を第１の移動量の０．２倍以上かつ０．４倍以下とすることにより、流量変動状態検出部が流量変動状態を検出する場合の弁体部の第２の移動量を第１の移動量に対して適切に少なくし、流量計測値の変動を抑制することができる。

【0013】

本発明の第６態様にかかる流量調整装置の制御方法において、前記流量調整装置は、流入ポートから流入して計測流路を流通する液体の流量を計測する流量計測部と、軸線に沿って弁体部を弁孔に近接または離間する方向に移動させて前記計測流路の下流側から流出ポートへ流出する液体の流量を調整する流量調整部と、最小流量から最大流量までの流量範囲に含まれる流量設定値を設定する流量設定部と、を有し、前記流量計測部が計測する流量計測値が前記流量設定値よりも第１閾値以上高くなる第１流量状態と前記流量計測値が前記流量設定値よりも第２閾値以上低くなる第２流量状態がそれぞれ複数回発生する流量変動状態を検出する流量変動状態検出工程と、前記流量計測部が計測する前記流量計測値が前記流量設定値となるように前記流量調整部を制御する制御工程と、を備え、前記制御工程は、前記流量変動状態検出工程が前記流量変動状態を検出しない場合は前記流量計測値と前記流量設定値との流量差に応じた第１移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御し、前記流量変動状態検出工程が前記流量変動状態を検出する場合は前記第１移動量よりも少ない第２移動量で前記弁体部を移動させるよう前記流量調整部を制御する。

【0014】

本発明の第６態様にかかる流量調整装置の制御方法によれば、制御工程は、流量変動状態検出工程が流量変動状態を検出しない場合は第１の移動量で弁体部を移動させるよう流量調整部を制御する。一方、制御工程は、流量変動状態検出工程が流量変動状態を検出する場合は第１の移動量よりも少ない第２の移動量で弁体部を移動させるよう流量調整部を制御する。流量変動状態検出工程が流量変動状態を検出する場合の弁体部の第２の移動量が、流量変動状態検出工程が流量変動状態を検出する場合の弁体部の第１の移動量よりも少ないため、計測流路を流通する液体の流量の変化を少なくし、流量の計測値が予め設定された流量設定値に対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態とが繰り返されないように調整される。そのため、流量調整装置の上流側の液体の供給圧力に対して、流量調整装置の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）が過度に低くなるような状態であっても、流量計測値を流量設定値に適切に収束させることができる。

【0015】

本発明の第７態様にかかる流量調整装置の制御方法は、第６態様において、更に以下の構成である。すなわち、前記流量変動状態は、前記第１流量状態と前記第２流量状態とが交互に繰り返される状態である。
本発明の第７態様にかかる流量調整装置の制御方法によれば、第１流量状態と第２流量状態とが交互に繰り返される状態を流量変動状態として検出することにより、流量の計測値が予め設定された流量設定値に対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態とが繰り返されないようにすることができる。

【0016】

本発明の第８態様にかかる流量調整装置の制御方法は、第６態様または第７態様において、更に以下の構成である。すなわち、前記第１閾値および前記第２閾値は、前記流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定されている。
本発明の第８態様にかかる流量調整装置の制御方法によれば、第１閾値および第２閾値を流量設定値が設定される流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定することにより、流量の計測値が予め設定された流量設定値に対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態を適切に検出することができる。

【0017】

本発明の第９態様にかかる流量調整装置の制御方法は、第６態様または第７態様において、更に以下の構成である。すなわち、前記流量変動状態検出工程は、前記流量設定部が前記流量設定値を変更したことに応じて、前記流量変動状態を検出する状態を、前記流量変動状態を検出しない状態に切り替える。
本発明の第９態様にかかる流量調整装置の制御方法によれば、流量設定部が流量設定値を変更したことに応じて、流量変動状態を検出する状態が流量変動状態を検出しない状態に切り替えられる。そのため、流量変動状態検出工程は、変更された流量設定値に応じた流量変動状態を改めて検出することができる。

【0018】

本発明の第１０態様にかかる流量調整装置の制御方法は、第６態様または第７態様において、更に以下の構成である。すなわち、前記第２移動量は、前記第１移動量の０．２倍以上かつ０．４倍以下である。
本発明の第１０態様にかかる流量調整装置の制御方法によれば、第２の移動量を第１の移動量の０．２倍以上かつ０．４倍以下とすることにより、流量変動状態検出工程が流量変動状態を検出する場合の弁体部の第２の移動量を第１の移動量に対して適切に少なくし、流量計測値の変動を抑制することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、流量調整装置の上流側の液体の供給圧力に対して、流量調整装置の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）が過度に低くなるような状態であっても、流量計測値を流量設定値に適切に収束させることが可能な流量調整装置および流量調整装置の制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】流量調整装置の一実施形態を示す部分縦断面図である。

【図2】図１に示す超音波流量計測部を示す部分縦断面図である。

【図3】図１に示す流量調整部および流出側流路部を示す部分縦断面図である。

【図4】図１に示す流入側流路部および圧力センサを示す縦断面図である。

【図5】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図6】流量調整装置が設置される流量調整システムを示す概略構成図である。

【図7】本実施形態の流量調整装置の流量調整部の制御方法を示すフローチャートである。

【図8】流量変動状態検出部による流量変動状態の検出方法を示すフローチャートである。

【図9】本実施形態の流量調整装置により調整される液体の流量の変化の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の一実施形態の流量調整装置１００について図面を参照して説明する。図１は、流量調整装置１００の一実施形態を示す部分縦断面図である。図２は、図１に示す超音波流量計測部を示す部分縦断面図である。

【0022】

図１に示す本実施形態の流量調整装置１００は、流入ポート１００ａから流入して直管状の計測流路１４を流通する流体の流量を計測する超音波流量計測部１０と、流体の流量を調整する流量調整部２０と、流量調整部２０を制御する制御装置３０と、超音波流量計測部１０と流量調整部２０と制御装置３０とを収容するハウジング部４０と、流入ポート１００ａから流入する流体を計測流路１４の上流側へ導く流入側流路部５０と、計測流路１４の下流側から流出する流体を流出ポート１００ｂへ導く流出側流路部６０と、圧力センサ（圧力測定部）７０と、を備える。

【0023】

本実施形態の流量調整装置１００が流量を調整する流体は、例えば、半導体製造装置に用いる薬液，純水等の液体である。また、流体の温度は、例えば、常温域（例えば、１０℃以上かつ５０℃未満）あるいは高温域（例えば、５０℃以上かつ８０℃以下）の温度であるものとする。

【0024】

流量調整装置１００のハウジング部４０は、締結ボルト（図示略）により設置面Ｓに対して固定されている。また、流量調整装置１００は、ケーブル２００を介して外部装置（図示略）と接続されており、ケーブル２００を介して外部装置から電力供給を受けるとともに、外部装置との間で各種の信号の送受信を行う。

【0025】

外部装置から受信する信号は、例えば、流量調整装置１００が調整する目標流量の設定値を示す信号である。また、外部装置へ送信する信号は、例えば、超音波流量計測部１０が測定した信号に基づいて制御装置３０が算出した流体の流量を示す信号や、圧力センサ７０が測定する流体の圧力を示す信号である。

【0026】

超音波流量計測部１０は、流入側の配管（図示略）から流入して直管状の計測流路１４を流通する流体の流量を得るために、計測流路１４の上流側に配置された上流側振動子１１および計測流路１４の下流側に配置された下流側振動子１２の一対の振動子が発信する超音波の伝搬時間差を計測するものである。

【0027】

図２に示すように、超音波流量計測部１０は、設置面Ｓと平行な軸線Ｘ２上に配置される上流側振動子１１および下流側振動子１２と、流入側流路部５０に接続される流入流路１３と、流入流路１３に接続されるとともに軸線Ｘ２（第２軸線）に沿って延びる直管状の計測流路１４と、流出側流路部６０に接続される流出流路１５と、を有する。軸線Ｘ２は、後述する弁体部２１の進退方向である軸線Ｘ１（第１軸線）と平行な方向となっている。

【0028】

上流側振動子１１および下流側振動子１２は、軸線Ｘ２上で計測流路１４を介して対向する位置に配置されており、それぞれ超音波信号の発信と受信を行うことが可能である。上流側振動子１１が発信した超音波信号は、計測流路１４を流通する流体を伝搬して下流側振動子１２により受信される。

【0029】

同様に、下流側振動子１２が発信した超音波信号は、計測流路１４を流通する流体を伝搬して上流側振動子１１により受信される。流体は計測流路１４を上流側から下流側へ向けて流通するため、上流側振動子１１が発信する超音波信号の下流側振動子１２への伝搬時間は、下流側振動子１２が発信する超音波信号の上流側振動子１１への伝搬時間よりも短くなる。超音波流量計測部１０は、この伝搬時間差を利用して計測流路１４を流通する流体の流量を計測する。

【0030】

なお、上流側振動子１１および下流側振動子１２による超音波信号の発信は、図２に示す信号線１６，１７により接続された制御装置３０により制御される。また、上流側振動子１１および下流側振動子１２による超音波信号の受信は、信号線１６，１７を介して制御装置３０に伝達される。制御装置３０は、後述するように、制御装置３０は、上流側振動子１１および下流側振動子１２に指示した超音波信号の発信タイミングと、それに対応して上流側振動子１１および下流側振動子１２から受信した超音波信号の受信タイミングから伝搬時間差を算出し、算出した伝搬時間差から流体の流量を算出する。

【0031】

流量調整部２０は、計測流路１４の下流側から流出側流路部６０を介して流出側の配管（図示略）に接続される流出ポート１００ｂへ流出する流体の流量を調整するものである。流量調整部２０は、図１に示すように、設置面Ｓに直交する設置方向である軸線Ｙ方向において、超音波流量計測部１０と制御装置３０との間に配置されている。図１に示すように、軸線Ｙ方向において、設置面Ｓに最も近接した位置に超音波流量計測部１０が配置され、設置面Ｓから最も遠ざかった位置に制御装置３０が配置され、これらの間に流量調整部２０が配置されている。

【0032】

図３は、図１に示す流量調整部２０および流出側流路部６０を示す部分縦断面図である。図３に示すように、流量調整部２０は、流出側流路部６０に形成される弁孔６２に挿入される弁体部２１と、弁体部２１を設置面Ｓと平行な軸線Ｘ１（第１軸線）に沿って弁孔６２に近接または離間する方向に移動させる電動駆動部２２とを有する。電動駆動部２２は、弁体部２１を図４に実線で示す閉状態の位置と破線で示す開状態の位置との間で軸線Ｘ１に沿って進退させる。流量調整部２０は、弁体部２１の軸線Ｘ１上の位置を電動駆動部２２により調整することにより、弁孔６２から弁室６３へ流入する流体の量を調整する。

【0033】

ここで、制御装置３０の構成について、図５を参照して説明する。図５は、制御装置３０の構成を示すブロック図である。図５に示すように、制御装置３０は、制御部３１と、流量設定部３２と、流量変動状態検出部３３と、を有する。

【0034】

制御部３１は、超音波流量計測部１０が計測する流体の流量計測値ＦＲａｃに基づいて流量調整部２０を制御するものである。制御部３１は、超音波流量計測部１０が計測する流体の流量が流量設定部３２で設定する流量設定値ＦＲｓｅｔとなるように、流量計測値ＦＲａｃと流量設定値ＦＲｓｅｔとの流量差に応じた移動量で弁体部２１を移動させるよう流量調整部２０を制御する。

【0035】

制御部３１は、超音波流量計測部１０が有する上流側振動子１１および下流側振動子１２のそれぞれに超音波信号の発信を指示することができる。また、制御部３１は、上流側振動子１１および下流側振動子１２のいずれか一方から発信された超音波信号を、上流側振動子１１および下流側振動子１２のいずれか他方で受信したタイミングを検出することができる。

【0036】

制御部３１は、下流側振動子１２に指示した超音波信号の発信タイミングと、それに対応した上流側振動子１１での超音波信号の受信タイミングとから、第１の伝搬時間を算出する。また、制御装置３０は、上流側振動子１１に指示した超音波信号の発信タイミングと、それに対応した下流側振動子１２での超音波信号の受信タイミングとから、第２の伝搬時間を算出する。制御部３１は、第１の伝搬時間から第２の伝搬時間を減算した伝搬時間差と予め定められた流量演算式とに基づいて計測流路１４を流通する流体の流量を得る。

【0037】

流量設定部３２は、流量調整装置１００の最小流量である０［ｍｌ／ｍｉｎ］から最大流量ＦＲｍａｘ［ｍｌ／ｍｉｎ］までの流量範囲に含まれる流量設定値ＦＲｓｅｔ［ｍｌ／ｍｉｎ］を設定する。流量設定部３２は、例えば、制御装置３０がケーブル２００を介して外部装置から受信する流量設定信号に基づいて流量設定値ＦＲｓｅｔを設定する。

【0038】

流量変動状態検出部３３は、超音波流量計測部１０が計測する流量計測値ＦＲａｃ［ｍｌ／ｍｉｎ］が流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第１閾値Ｔｈ１以上高くなる第１流量状態と流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第２閾値Ｔｈ２以上低くなる第２流量状態がそれぞれ複数回発生する流量変動状態を検出する。

【0039】

図１に示すように、ハウジング部４０には、軸線Ｙに沿って設置面Ｓに近い側から順に空気導入ポート４０ａと空気排出ポート４０ｂとが形成されている。空気導入ポート４０ａは、空気供給源（図示略）から供給される空気をハウジング部４０の内部へ導入するポートである。また、空気排出ポート４０ｂは、ハウジング部４０の内部で流通した空気をハウジング部４０の外部へ排出するポートである。

【0040】

図４は、図１に示す流入側流路部５０および圧力センサ７０を示す縦断面図である。流入側流路部５０は、図１および図４に示すように、流入ポート１００ａから計測流路１４の上流側の流入流路１３へ向けて設置面Ｓに近付く方向に傾斜した流入側傾斜流路５１が内部に形成された部材である。流入側流路部５０には、流入側傾斜流路５１を流通する流体の圧力を検出するための圧力センサ７０が取り付けられている。

【0041】

流出側流路部６０は、図１および図３に示すように、流量調整部２０から流出ポート１００ｂへ向けて設置面Ｓに近付く方向に傾斜した流出側傾斜流路６１が内部に形成された部材である。流出側流路部６０は、弁室６３の上方に設けられた開口部６４から流出流路６５を介して、流出側傾斜流路６１の上流側へ流体を導く。流出側傾斜流路６１の上流側へ導かれた流体は、流出側傾斜流路６１に沿って流出ポート１００ｂへ導かれる。図２および図３に示すように、流出側流路部６０には、複数の締結ボルト６６が貫通する貫通穴が設けられている。流出側流路部６０は、締結ボルト６６を電動駆動部２２に締結することにより、電動駆動部２２に固定されている。

【0042】

圧力センサ７０は、流入ポート１００ａから計測流路１４の上流側の流入側傾斜流路５１に流入する流体の圧力（供給圧）を計測するものである。圧力センサ７０は、例えば、歪みゲージ式の圧力センサである。圧力センサ７０は、センサホルダ７１によって流入側流路部５０に取り付けられている。圧力センサ７０が計測した流体の圧力を示す圧力信号は、制御装置３０に伝達され、制御装置３０が備える記憶部（図示略）に記憶される。また、圧力信号は、ケーブル２００を介して外部装置へ伝達される。

【0043】

次に、本実施形態の流量調整装置１００が設置される流量調整システム１について図６を参照して説明する。図６は、流量調整装置１００が設置される流量調整システム１を示す概略構成図である。図６に示すように、流量調整システム１は、流体を圧送するポンプ２と、流入端１ａから流出端１ｂまで流体を搬送する配管３と、流量調整装置１００と、流量調整装置１００の上流側の配管３に配置される開閉弁４と、流量調整装置１００の下流側の配管３に配置される開閉弁５と、を有する。

【0044】

流量調整システム１は、流入端１ａから配管３に流入する流体をポンプ２により圧送して流量調整装置１００へ供給し、流量調整装置１００で流量が調整された流体を、流出端１ｂへ供給する。流入端１ａから流量調整装置１００へ流体を供給する状態と供給しない状態は、開閉弁４により切り替えられる。流量調整装置１００から流出端１ｂへ流体を供給する状態と供給しない状態は、開閉弁５により切り替えられる。

【0045】

次に、本実施形態の流量調整装置１００の制御方法について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の流量調整装置１００の流量調整部２０の制御方法を示すフローチャートである。図７に示す各処理は、制御装置３０が制御プログラムを実行することにより行われる。

【0046】

ステップＳ１０１で、制御部３１は、流量調整装置１００の最小流量である０［ｍｌ／ｍｉｎ］から最大流量ＦＲｍａｘ［ｍｌ／ｍｉｎ］までの流量範囲に含まれる流量設定値ＦＲｓｅｔ［ｍｌ／ｍｉｎ］を設定する。流量設定部３２は、例えば、制御装置３０がケーブル２００を介して外部装置から受信する流量設定信号に基づいて流量設定値ＦＲｓｅｔを設定する。

【0047】

ステップＳ１０２で、制御部３１は、超音波流量計測部１０から計測流路１４を流通する流体の流量計測値ＦＲａｃを取得する。

【0048】

ステップＳ１０３で、制御部３１は、流量変動状態検出部３３により流量変動状態が検出されているかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１０５に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０４に処理を進める。

【0049】

ステップＳ１０４で、制御部３１は、流量変動状態検出部３３が流量変動状態を検出しない場合であるため、弁体部２１の第１の移動量ＭＶ１を以下の式（１）により算出する。
ＭＶ１＝（ＦＲｓｅｔ－ＦＲａｃ）・α （１）
ここで、αは、正の値の係数である。

【0050】

ステップＳ１０５で、制御部３１は、流量変動状態検出部３３が流量変動状態を検出する場合であるため、弁体部２１の第２の移動量ＭＶ２を以下の式（２）により算出する。
ＭＶ２＝（ＦＲｓｅｔ－ＦＲａｃ）・β （２）
ここで、βは、正の値の係数である。

【0051】

βは、αの０．２倍以上かつ０．４倍以下に設定するのが好ましい。流量設定値ＦＲｓｅｔと流量計測値ＦＲａｃとの差である（ＦＲｓｅｔ－ＦＲａｃ）が同じである場合、第２の移動量ＭＶ２を、第１の移動量ＭＶ１の０．２倍以上かつ０．４倍以下に設定するのが好ましい。

【0052】

ステップＳ１０６で、制御部３１は、ステップＳ１０４で決定された第１の移動量ＭＶ１またはステップＳ１０５で決定された第２の移動量ＭＶ２で弁体部２１を軸線Ｘ１に沿って移動させる動作を開始するよう流量調整部２０を制御する。

【0053】

流量設定値ＦＲｓｅｔよりも流量計測値ＦＲａｃが小さい場合、弁体部２１の第１の移動量ＭＶ１が正の値となる。第１の移動量ＭＶ１が正の値である場合、制御部３１は、第１の移動量ＭＶ１だけ弁体部２１を弁孔６２から離間する方向に移動させて、弁孔６２を通過する流体の流量を増加させる。

【0054】

一方、流量設定値ＦＲｓｅｔよりも流量計測値ＦＲａｃが大きい場合、弁体部２１の第１の移動量ＭＶ１が負の値となる。第１の移動量ＭＶ１が負の値である場合、制御部３１は、第１の移動量ＭＶ１だけ弁体部２１を弁孔６２に近接する方向に移動させて、弁孔６２を通過する流体の流量を減少させる。

【0055】

ステップＳ１０７で、制御部３１は、弁体部２１の移動量がステップＳ１０４で決定された第１の移動量ＭＶ１またはステップＳ１０５で決定された第２の移動量ＭＶ２となり、弁体部２１の移動が完了したかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１０８に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０７を再び実行する。

【0056】

ステップＳ１０８で、制御部３１は、流量調整部２０による流体の流量調整を終了するかどうかを判定し、ＹＥＳであれば本フローチャートの処理を終了し、ＮＯでればステップＳ１０１の処理を再び実行する。

【0057】

次に、図８および図９を参照して、流量変動状態検出部３３による流量変動状態の検出方法を説明する。図８は、流量変動状態検出部３３による流量変動状態の検出方法を示すフローチャートである。図９は、本実施形態の流量調整装置１００により調整される液体の流量の変化の一例を示すグラフである。

【0058】

図９において、実線で示す値は本実施形態の図７に示す流量調整部２０の制御方法が実行された場合の流量の変化を示し、実線で示す値は比較例の制御方法が実行された場合の流量計測値ＦＲａｃの変化を示す。比較例は、図７に示すステップＳ１０３の判定を行わず、常にステップＳ１０４の第１の移動量ＭＶ１を弁体部２１の移動量として決定する例である。

【0059】

図９において、第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２は、流量０から最大流量ＦＲｍａｘまでの流量範囲の５％以上かつ１０％以下の範囲の任意の値に設定される。第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２は、流量設定値ＦＲｓｅｔに対して流量計測値ＦＲａｃが過大となる状態と過少となる状態とが繰り返される現象（ハンチング現象）が発生する流量変動状態を検出するために設定される閾値である。

【0060】

図９に示すように、本実施形態と比較例のいずれにおいても、時刻０から時刻Ｔ４までに、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第１閾値Ｔｈ１以上高くなる第１流量状態と、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第２閾値Ｔｈ２以上低くなる第２流量状態とが、２回ずつ交互に繰り返される。

【0061】

図９において、時刻Ｔ０は、流量調整部２０による液体の流量調整動作を開始する時刻を示す。時刻Ｔ１，時刻Ｔ３は、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第１閾値Ｔｈ１だけ高い流量値ＦＲａとなる時刻である。時刻Ｔ２，時刻Ｔ４は、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第２閾値Ｔｈ２だけ低い流量値ＦＲｂとなる時刻である。

【0062】

本実施形態では、第１流量状態と第２流量状態が交互に２回ずつ繰り返される状態である場合に流量変動状態を検出するが、１回目の第１流量状態が検出されてから２回目の第２流量状態が検出されるまでの期間は任意の期間とすることができる。すなわち、本実施形態の流量変動状態検出部３３は、図９に示す時刻Ｔ０から時刻Ｔ４までの期間の長さによらず、第１流量状態と第２流量状態が交互に２回ずつ繰り返される状態である場合に流量変動状態を検出する。

【0063】

これは、例えば、流量調整装置１００の上流側の液体の供給圧力に対して、流量調整装置１００の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）が過度に低くなるような状態（例えば、供給圧力よりも背圧が４００ＫＰａ以上低い状態）で、流量調整部２０の弁体部２１の開度に対して過大な流量の流体が流れてしまうからである。

【0064】

比較例では、時刻Ｔ４以降においても、第１流量状態と第２流量状態がそれぞれ複数回発生する状態が継続する。一方、本実施形態の図７に示す流量調整部２０の制御方法が実行されると、時刻Ｔ４以降においては、第１流量状態と第２流量状態のいずれも発生せず、流量計測値ＦＲａｃが流量値ＦＲｂより高く流量値ＦＲａより低い範囲に収束する。ここで、流量値ＦＲａは流量設定値ＦＲｓｅｔに第１閾値Ｔｈ１を加算した値であり、流量値ＦＲｂは流量設定値ＦＲｓｅｔから第２閾値Ｔｈ２を減算した値である。

【0065】

図８に示す処理は、図７に示す流量調整装置１００の流量調整部２０の制御方法と並行して実行される。図８に流量変動状態検出部３３による流量変動状態の検出方法で検出された流量変動状態は、図７のステップＳ１０３の判定に用いられる。図８の処理を行う際に、超音波流量計測部１０が流量計測値ＦＲａｃを所定の時間間隔で逐次に取得し、超音波流量計測部１０から流量変動状態検出部３３に流量計測値ＦＲａｃが伝達されるものとする。

【0066】

流量変動状態検出部３３は、初期状態として流量変動状態を未検出であることを示す第１監視状態を設定する。また、流量変動状態検出部３３は、図７のステップＳ１０３で流量変動状態を検出してＹＥＳと判定し、ステップＳ１０８で流量調整を終了して図７のフローチャートの処理を終了する場合、流量変動状態を解除して第１監視状態を設定する。

【0067】

ステップＳ２０１で、流量変動状態検出部３３は、第１監視状態が設定されているかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ２０２に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２０４に処理を進める。

【0068】

ステップＳ２０２で、流量変動状態検出部３３は、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第１閾値Ｔｈ１以上高くなる第１流量状態となったかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２０３に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２１２に処理を進める。流量変動状態検出部３３は、時刻０における流量０［ｍｌ／ｍｉｎ］から流量が漸次上昇し、時刻Ｔ１で流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第１閾値Ｔｈ１以上高くなったことに応じて、第１流量状態になったと判定する。

【0069】

ステップＳ２０３で、流量変動状態検出部３３は、第１監視状態において第１流量状態になったと判定されたため、流量計測値ＦＲａｃの監視状態として第２監視状態を設定する。

【0070】

ステップＳ２０４で、流量変動状態検出部３３は、第２監視状態が設定されているかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ２０５に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２０７に処理を進める。

【0071】

ステップＳ２０５で、流量変動状態検出部３３は、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第２閾値Ｔｈ２以上低くなる第２流量状態となったかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２０６に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２１２に処理を進める。流量変動状態検出部３３は、時刻Ｔ１における流量値ＦＲａから流量値ＦＲ１まで流量が増加した後、時刻Ｔ２で流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第２閾値Ｔｈ２以上低くなったことに応じて、第２流量状態になったと判定する。

【0072】

ステップＳ２０６で、流量変動状態検出部３３は、第２監視状態において第２流量状態になったと判定されたため、流量計測値ＦＲａｃの監視状態として第３監視状態を設定する。

【0073】

ステップＳ２０７で、流量変動状態検出部３３は、第３監視状態が設定されているかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ２０８に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２１０に処理を進める。

【0074】

ステップＳ２０８で、流量変動状態検出部３３は、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第１閾値Ｔｈ１以上高くなる第１流量状態となったかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２０９に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２１２に処理を進める。流量変動状態検出部３３は、時刻Ｔ２における流量値ＦＲｂから流量値ＦＲ２まで流量が減少した後、時刻Ｔ３で流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第１閾値Ｔｈ１以上高くなったことに応じて、第１流量状態になったと判定する。

【0075】

ステップＳ２０９で、流量変動状態検出部３３は、第３監視状態において第１流量状態になったと判定されたため、流量計測値ＦＲａｃの監視状態として第４監視状態を設定する。

【0076】

ステップＳ２１０で、流量変動状態検出部３３は、流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第２閾値Ｔｈ２以上低くなる第２流量状態となったかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２１１に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２１２に処理を進める。流量変動状態検出部３３は、時刻Ｔ３における流量値ＦＲａから流量値ＦＲ３まで流量が増加した後、時刻Ｔ４で流量計測値ＦＲａｃが流量設定値ＦＲｓｅｔよりも第２閾値Ｔｈ２以上低い流量値ＦＲｂとなったことに応じて、第２流量状態になったと判定する。流量計測値ＦＲａｃは、時刻Ｔ４を経過した後に流量値ＦＲｂから更に減少して流量値ＦＲ４となり、その後に増大する。

【0077】

ステップＳ２１１で、流量変動状態検出部３３は、第１流量状態と第２流量状態が交互に２回ずつ繰り返される状態であることから、流量変動状態検出部３３は、流量変動状態を設定する。本実施形態の流量変動状態検出部３３は、第１流量状態、第２流量状態、第１流量状態、第２流量状態の順で流量計測値ＦＲａｃの変動が発生したことに応じて、流量変動状態を検出する。

【0078】

ステップＳ２１２で、流量変動状態検出部３３は、監視状態を初期状態である第１監視状態に戻すかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ２１３に処理を進め、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了して、再びステップＳ２０１からの処理を繰り返す。流量変動状態検出部３３は、図７のステップＳ１０８で流量調整を終了する場合、あるいは図７のステップＳ１０１で流量設定部３２が流量設定値ＦＲｓｅｔを変更する場合、ステップＳ２１２でＹＥＳと判断する。

【0079】

ステップＳ２１３で、流量変動状態検出部３３は、第２監視状態、第３監視状態、第４監視状態または流量変動状態が設定されている場合、設定されている状態を解除して第１監視状態を設定する。

【0080】

図８に示す処理において、流量変動状態検出部３３は、第１流量状態と第２流量状態が交互に２回ずつ繰り返される状態である場合に、流量変動状態を検出するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、流量変動状態検出部３３は、第１流量状態と第２流量状態が交互に１回のみ発生する場合に、流量変動状態を検出してもよい。また、流量変動状態検出部３３は、第１流量状態と第２流量状態が交互に３回以上で設定した任意の回数発生する場合に、流量変動状態を検出してもよい。

【0081】

以上で説明した本実施形態の流量調整装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、制御部３１は、流量変動状態検出部３３が流量変動状態を検出しない場合は第１の移動量ＭＶ１で弁体部２１を移動させるよう流量調整部２０を制御する。一方、制御部３１は、流量変動状態検出部３３が流量変動状態を検出する場合は第１の移動量ＭＶ１よりも少ない第２の移動量ＭＶ２で弁体部２１を移動させるよう流量調整部２０を制御する。流量変動状態検出部３３が流量変動状態を検出する場合の弁体部２１の第２の移動量ＭＶ２が、流量変動状態検出部３３が流量変動状態を検出する場合の弁体部２１の第１の移動量ＭＶ１よりも少ないため、計測流路１４を流通する液体の流量の変化を少なくし、流量計測値ＦＲａｃが予め設定された流量設定値ＦＲｓｅｔに対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態とが繰り返されないように調整される。そのため、流量調整装置１００の上流側の液体の供給圧力に対して、流量調整装置１００の下流側に液体を吐出する際の圧力（背圧）が過度に低くなるような状態であっても、流量計測値ＦＲａｃを流量設定値ＦＲｓｅｔに適切に収束させることができる。

【0082】

本実施形態の流量調整装置１００において、流量変動状態は、第１流量状態と第２流量状態とが交互に繰り返される状態である。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、第１流量状態と第２流量状態とが交互に繰り返される状態を流量変動状態として検出することにより、流量計測値ＦＲａｃが予め設定された流量設定値ＦＲｓｅｔに対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態とが繰り返されないようにすることができる。

【0083】

本実施形態の流量調整装置１００において、第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２は、流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定されている。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２を流量設定値ＦＲｓｅｔが設定される流量範囲の５％以上かつ１０％以下に設定することにより、流量計測値ＦＲａｃが予め設定された流量設定値ＦＲｓｅｔに対して過大となる第１流量状態と過少となる第２流量状態を適切に検出することができる。

【0084】

本実施形態の流量調整装置１００において、流量変動状態検出部３３は、流量設定部３２が流量設定値ＦＲｓｅｔを変更したことに応じて、流量変動状態を検出する状態を解除する。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、流量設定部３２が流量設定値ＦＲｓｅｔを変更したことに応じて、流量変動状態を検出する状態が解除される。そのため、流量変動状態検出部３３は、変更された流量設定値ＦＲｓｅｔに応じた流量変動状態を改めて検出することができる。

【0085】

本実施形態の流量調整装置１００において、第２の移動量ＭＶ２は、第１の移動量ＭＶ１の０．２倍以上かつ０．４倍以下である。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、第２の移動量ＭＶ２を第１の移動量ＭＶ１の０．２倍以上かつ０．４倍以下とすることにより、流量変動状態検出部３３が流量変動状態を検出する場合の弁体部２１の第２の移動量ＭＶ２を第１の移動量ＭＶ１に対して適切に少なくし、流量計測値ＦＲａｃの変動を抑制することができる。

【符号の説明】

【0086】

１ａ 流入端
１ｂ 流出端
１０ 超音波流量計測部
１４ 計測流路
２０ 流量調整部
２１ 弁体部
３０ 制御装置
３１ 制御部
３２ 流量設定部
３３ 流量変動状態検出部
６２ 弁孔
１００ 流量調整装置
１００ａ 流入ポート
１００ｂ 流出ポート
ＦＲａｃ 流量計測値
ＦＲｍａｘ 最大流量
ＦＲｓｅｔ 流量設定値
ＭＶ１ 第１の移動量
ＭＶ２ 第２の移動量
Ｔｈ１ 第１閾値
Ｔｈ２ 第２閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】