JP2002039903A - 圧力発生器の制御方法及び圧力発生器並びに圧力発生器の圧力校正方法及び圧力校正手段を備えた圧力発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に空気の出力圧を生成する圧力発生器にお
いて、その出力圧を生成するにあたり、大きく変化する
時、小さく変化する時等の場合分けをして高精度な制御
方法及び機器を提供する。 【解決手段】 電磁弁の開閉によりタンク内の圧力を調
整する圧力発生器において、このタンクに供給する供給
圧を一定に維持し、その一定に維持された供給圧を調整
して所定の出力圧を生成するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力発生器の制御
方法及び圧力発生器並びに圧力発生器の校正方法及びこ
の校正方法を備えた圧力発生器に関するものであり、詳
しくは（１）、（２）圧力発生器における圧力調整バル
ブとその制御方法、（３）圧力発生器における圧力セン
サの校正方法、（４）圧力発生器の圧力制御部分の校正
及び制御方法、（５）圧力発生器におけるニードル弁に
おける圧力制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における圧力発生器は、外部か
ら供給された圧力をパネル等により予め設定された圧力
値に調整して出力する装置であり、その圧力調整バルブ
はニードルバルブに代表されるような背圧を利用するバ
ルブと、電磁弁の開閉によって空気の出し入れを制御す
る方法がある。

【０００３】（１）このような制御方法のうち電磁弁方
式を採用した圧力発生器は、図１５に示すように、乾燥
空気を入力して所定の圧力のかかった空気を出力する圧
力制御部１０と、圧力センサからの信号に応じて電磁弁
を制御して出力圧を制御する制御回路部２０とから構成
されている。

【０００４】圧力制御部１０は、乾燥空気を入力する入
力ポート１１と、この入力ポート１１から入力した空気
に混入している粉塵を取り除くフィルタ１２と、粉塵を
取り除いた空気を蓄積する第１のタンク１３と、第１の
タンク１３からの空気を制御する第１の電磁弁１４と、
第１の電磁弁１４の開閉により第１の配管１５を介して
供給される空気を蓄積する第２のタンク１６と、第２の
タンク１６の空気圧を所定の圧力に制御するために第２
の配管１７を介して排気を制御する第２の電磁弁１８
と、第２のタンク１６の空気圧を検出する圧力センサ１
９と、この圧力センサ１９からの信号をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器２０と、第２のタンク１６から所
定の圧力の空気を排出する出力ポート２１とから構成さ
れている。

【０００５】制御回路部２０は、第１及び第２の電磁弁
１４、１８の弁開度を制御するコントローラ２１と、圧
力センサ１９からの信号を受信すると共に圧力設定部
（パネル）２２からの信号、及び通信インターフェース
２３からの信号に基づいて第１及び第２の電磁弁１４、
１８の弁開度を制御する演算処理部２４とから構成され
ている。

【０００６】このような構成において、空気の圧力を制
御するためには第１及び第２の電磁弁１４、１８を利用
した閉空間を使用して、圧力を上昇させる時には圧力供
給側に接続された第１の電磁弁１４を開けて空気を送り
込み、圧力を下降させる時には大気解放側の第２の電磁
弁１８を開けて空気を逃がすことによって圧力をコント
ロールする。この方式の特徴としては、次のようなもの
がある。閉空間のため、安定した環境のもとでは制御な
しでも極めて安定した圧力が得られ、且つ気体の消費量
が少ない。又、短所として高速にコントロールしようと
すると制御が粗くなり目的圧力に収束しにくい、反面、
細かな制御を行なおうとすると応答速度が遅くなる。

【０００７】（２）このような長所及び短所を持つ電磁
弁を制御する手法には、次の２つの方法により制御する
ことができる。センサの値をフィードバックする方
式、その系の特性を把握し、電磁弁を何ｍｓｅｃ開閉
すればどのくらい出力圧が変動するかを計算した上で開
閉するオープンループ方式である。又、電磁弁の開閉方
法も単純な開閉（常時開の状態、常時閉の状態）と、電
磁弁に周波数パルスを加え、その周波数を変えることに
より流量を変化させる方法もある。

【０００８】（３）又、圧力センサを校正する場合に
は、圧力発生器を構成するタンクに、外部から基準とな
る圧力を入力して圧力センサの校正を行う手法が一般的
に行われる校正手法である。

【０００９】（４）ニードル弁に代表される背圧を利用
したバルブの開閉による圧力発生器は、図１６に示すよ
うに、常に空気を送り続けて、その漏れ量を調節して発
生圧力を制御するものであり、電圧設定部３０、ニード
ルバルブ方式のサーボ弁３１及び圧力センサ３２、制御
部３３とから構成されている。制御部３３によりダイヤ
ル設定された設定信号はパルス幅変調方式（ＰＷＭ）に
よるパルス幅信号が生成され、電圧設定部３０に入力さ
れＤ／Ａ変換回路により直流基準電圧（設定電圧）を作
成する。この基準電圧と圧力センサ３２からの帰還電圧
との差をサーボアンプ３４で増幅し、サーボ弁３１のモ
ータからなる駆動部３５に入力する。サーボ弁３１はニ
ードル弁３６、弁座３７及びモータ（駆動部３５）によ
り回転するギヤトレイン３８とからなる弁駆動機構を構
成する。供給圧Ｐｓはニードル弁３６と弁座３７の間隙
から放出される。ニードル弁駆動機構のモータ（駆動部
３５）の回転はギヤトレイン３８によって減速されスク
リュー軸が回転するとニードル弁３６が矢印ｘの方向に
動き、弁座３７の流出孔の流出面積を変えて出力圧Ｐｏ
を制御する。この出力圧Ｐｏが圧力センサ３２に入り、
圧力センサ３２からの出力電圧をフィードバックし、設
定基準電圧と比較し偏差がゼロとなるようにニードル弁
３６を移動させる。このようにしてダイヤル設定値に対
応する安定した出力空気圧が得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術における圧力発生器及びその制御方法におい
ては、以下に示す問題点がある。

【００１１】（１）圧力タンクと供給圧や出力圧が直接
接続されている電磁弁方式の圧力発生器では、圧力タン
クと供給圧（基準圧）の圧力差が大きすぎるため、極僅
かな電磁弁の開放時間で多量の空気が流れ込んでしま
い、微少なコントロールができないため、電磁弁の遅れ
時間などに大きく影響され且つ供給圧の変動を直接受け
てしまうという問題がある。即ち、設定圧によって大き
く条件が変わってしまうのである。例えば、供給圧２０
０ｋＰａ、基準圧０ｋＰａの時の設定圧が１００ｋＰａ
ならば圧力の差は共に１００ｋＰａとなる。しかし、設
定圧が１０ｋＰａの時は供給圧との差が１９０ｋＰａ、
基準圧との差が１０ｋＰａとなり、圧力上昇の時はほん
の少しの弁の開放で大きく動いてしまい、圧力を下げる
時は長時間開けたままにしなければならない。

【００１２】従って、直接供給圧を出力圧タンクに供給
する際に微少な圧力制御を行う制御手法及びその装置に
解決しなければならない課題を有する。

【００１３】（２）又、フィードバック方式の制御方法
では系、特にセンサの遅れが出力圧に反映してしまうと
いう問題もある。更に、空気の制御は系の特性の把握が
しにくいためオープンループ方式には不適当であり、特
に流量の少ない範囲では理論式と一致するが、特に流量
が大きい領域では空気の流れが乱流になり現状ではどの
ような挙動を示すか解析されていないという問題もあ
る。また、電磁弁をパルス周波数に応じて動かす方式で
は、弁によって空気の流出量が制御できるので系の特性
を定める要素が減るというメリットがある一方、電磁弁
の寿命が短くなるという問題がある。

【００１４】従って、圧力発生器における圧力の制御に
おいて、設定値と現在の出力圧とからどの制御方法が最
適化を選択して制御方法を逐次切り替えていくことに解
決しなければならない課題を有する。

【００１５】（３）又、圧力センサの校正に関しては、
圧力発生器自体に圧力基準となる機構を有していないた
め、機器を校正する場合には外部から基準となる圧力を
入力する必要があり校正に複雑な操作及び構成が必要で
あるという問題がある。

【００１６】（４）また、ニードル弁方式における制御
においては、高速応答性、連続変化に追随できるという
長所がある反面、外乱、特に供給圧側の変動に弱く且つ
常に制御しているためにノイズが出やすくなり、供給空
気を常に使い続ける必要があるという問題がある。又、
電磁弁方式の制御においては、閉空間にした時の安定度
が高く且つ空気の使用量が少ないという長所がある反
面、基本的に電磁弁のオン／オフ制御であり、制御が粗
く目標圧力に収束しにくい。細かな制御を行うために
は、配管抵抗を上げて（配管を細くする、長くする）時
間に対する空気の出入りを減らす必要があるが、そうす
ることによって応答速度が極めて遅くなるという問題が
生じる。

【００１７】（５）更に、ニードルバルブ方式のサーボ
弁の場合は、機械的な駆動部品から構成されているため
に故障し易く、又、様々な変換を行ってニードル弁を動
かすようにしているため応答が遅くなりフィードバック
制御に悪影響を与えやすいという問題がある。

【００１８】従って、電磁弁を利用した空気の制御方
法、合理的な校正の手法に解決しなければならない課題
を有する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る圧力発生器の制御方法及びこの制御方
法を備えた圧力発生器並びに圧力発生器の校正方法及び
圧力発生器は、次に示す構成にすることである。

【００２０】（１）電磁弁の開閉によりタンク内の圧力
を調整する圧力発生器の制御方法において、該タンクに
供給された圧力を一定に維持して供給圧を生成し、この
供給圧を前記タンクの後段にて調整して所定の出力圧を
生成するようにした圧力発生器の制御方法。 （２）上記（１）における圧力発生器の制御方法におい
て、前記供給圧を一定に維持するのは、電磁弁の開閉に
より圧力を調整するタンクによることを特徴とする圧力
発生器の制御方法。 （３）上記（１）又は（２）における圧力発生器の制御
方法において、予め設定した設定圧と現在の出力圧との
差を一定に維持すると共に、該差が設定可能な範囲の場
合には制御条件を同一にして制御することを特徴とする
圧力発生器の制御方法。 （４）上記（１）、（２）又は（３）における圧力発生
器の制御方法において、前記供給圧をプラスとマイナス
の供給圧に分離し、該分離した供給圧の差を一定に維持
することを特徴とする圧力発生器の制御方法。 （５）上記（４）における圧力発生器の制御方法におい
て、前記プラスとマイナスの供給圧に分離するのは、電
磁弁の開閉により圧力を調整するプラスのタンクとマイ
ナスのタンクであることを特徴とする圧力発生器の制御
方法。

【００２１】（６）配管とタンクとの間に設けた電磁弁
の開閉によりタンク内の圧力を調整して所定の出力圧を
発生させる圧力発生器であって、該出力圧を発生させる
タンクの前段に前記タンクに供給する供給圧を一定に維
持する出力制御手段を設けたことを特徴とする圧力発生
器 （７）上記（６）における圧力発生器において、前記出
力制御手段は電磁弁の開閉により圧力を調整するタンク
であることを特徴とする圧力発生器。 （８）上記（６）又は（７）における圧力発生器におい
て、予め設定した設定圧と現在の出力圧との差を一定に
維持すると共に、該差が設定可能な範囲の場合には制御
条件を同一にすることを特徴とする圧力発生器。 （９）上記（６）、（７）又は（８）における圧力発生
器において、前記出力制御手段は、供給圧のうちマイナ
ス圧のタンクとプラス圧のタンクとを備え該両者のタン
クの圧力の差を一定に維持することを特徴とする圧力発
生器。

【００２２】（１０）配管とタンクとの間に設けた電磁
弁の開閉によりタンク内の圧力を調整して所定の出力圧
を発生させる圧力発生器であって、前記タンク内の圧力
の設定値と現在の出力圧を比較し、該比較した値に基づ
いて複数の制御方法のうち見合った制御方法を選択する
ようにしたことを特徴とする圧力発生器の制御方法。 （１１）上記（１０）における圧力発生器の制御方法に
おいて、前記制御方法の切り替えは、前記タンク内の圧
力を大きく変化させる時にはフィードバック制御方法に
より行い、微少な圧力を制御する時にはオープンループ
制御方法により行うことを特徴とする圧力発生器の制御
方法。 （１２）上記（１１）における圧力発生器の制御方法に
おいて、前記フィードバック制御方法は、電磁弁の開閉
により圧力を制御する配管抵抗による制御方法、次にタ
ンク内容積を利用した容積利用による制御方法、次に２
個のタンクの圧力差を利用した圧力変化による制御方法
の順に行うことを特徴とする圧力発生器の制御方法。 （１３）上記（１１）又は（１２）における圧力発生器
の制御方法において、前記オープンループ制御方法は、
前記設定値と現在の圧力値との差から電磁弁の開時間を
予め定めておき、該予め定めた開時間に基づいて前記電
磁弁の開閉を行うことである圧力発生器の制御方法。 （１４）上記（１０）における圧力発生器の制御方法に
おいて、前記タンク内の圧力の設定値と現在の圧力圧と
を比較し、該比較した値が設定可能な範囲の場合には、
その制御条件を同じくすることを特徴とする圧力発生器
の制御方法。 （１５）上記（１１）又は（１２）における圧力発生器
の制御方法において、前記フィードバック制御方法とオ
ープンループ制御方法との切り替えは、複数のタンク内
の圧力差に基づいて行うことを特徴とする圧力発生器の
制御方法。 （１６）上記（１０）における圧力発生器の制御方法に
おいて、前記現在の出力圧の変化は複数のタンクのうち
前段のタンクの圧力を制御する電磁弁の開閉に基づくこ
とを特徴とする圧力発生器の制御方法。 （１７）上記（１０）における圧力発生器の制御方法に
おいて、前記現在の出力圧は、複数のタンクのうち前段
のタンクと電磁弁の開閉によるタンク内の容量を制御す
ることによることを特徴とする圧力発生器の制御方法。

【００２３】（１８）配管とタンクとの間に設けた電磁
弁の開閉によりタンク内の圧力を調整して所定の圧力を
発生させる圧力発生器であって、前記タンク内の圧力の
設定値と現在の出力圧を比較する比較手段と、該比較し
た値に基づいて複数の制御方法のうち見合った制御方法
を選択する選択手段とからなる圧力発生器。 （１９）上記（１８）における圧力発生器において、前
記選択手段は、前記タンク内の圧力を大きく変化させる
時にはフィードバック制御方法により行い、微少な圧力
を制御する時にはオープンループ制御方法により行うこ
とを特徴とする圧力発生器。 （２０）上記（１９）における圧力発生器において、前
記フィードバック制御方法は、電磁弁の開閉により圧力
を制御する配管抵抗による制御方法、次にタンク内容積
を利用した容積利用による制御方法、次に２個のタンク
の圧力差を利用した圧力変化による制御方法の順に行う
ことを特徴とする圧力発生器。 （２１）上記（１９）又は（２０）における圧力発生器
において、前記オープンループ制御方法は、前記設定値
と現在の圧力値との差から電磁弁の開時間を予めてお
き、該予め定めた開時間に基づいて前記電磁弁の開閉を
行うことを特徴とする圧力発生器。 （２２）上記（１８）における圧力発生器において、前
記タンク内の圧力の設定値と現在の圧力圧とを比較し、
該比較した値が設定可能な範囲の場合には、その制御条
件を同じくすることを特徴とする圧力発生器。 （２３）上記（１９）又は（２０）における圧力発生器
において、前記フィードバック制御方法とオープンルー
プ制御方法との切り替えは、複数のタンク内の圧力差に
基づいて行うことを特徴とする圧力発生器。 （２４）上記（１８）における圧力発生器において、前
記現在の出力圧の変化は複数のタンクのうち前段のタン
クの圧力を制御する電磁弁の開閉に基づくことを特徴と
する圧力発生器。 （２５）上記（１８）における圧力発生器において、前
記現在の出力圧は、複数のタンクのうち前段のタンクと
電磁弁の開閉によるタンク内の容量を制御することによ
り得ることを特徴とする圧力発生器。

【００２４】（２６）配管とタンクとの間に設けた電磁
弁の開閉によってタンク内の圧力を圧力センサで測定
し、該測定した圧力に基づいて所定の圧力に調整して出
力圧を生成する圧力発生器において、前記タンク内に基
準圧力を設定し、該設定した基準圧力に基づいて前記圧
力センサを校正するようにしたことを特徴とする圧力発
生器の圧力校正方法。 （２７）上記（２６）における圧力発生器の圧力校正方
法において、前記タンク内の基準圧力の設定は、熱によ
る気体膨張を利用したことである圧力発生器の圧力校正
方法。 （２８）上記（２６）又は（２７）における圧力発生器
の圧力校正方法は、遠隔操作により校正できるようにし
たことを特徴とする圧力発生器の圧力校正方法。

【００２５】（２９）配管とタンクとの間に設けた電磁
弁の開閉によってタンク内の圧力を圧力センサで測定
し、該測定した圧力に基づいて所定の圧力に調整して生
成する圧力発生器において、前記タンク内に基準圧力を
設定する手段と、該設定された基準圧力に基づいて圧力
センサの測定値を校正する手段とを設けたことを特徴と
する圧力校正手段を備えた圧力発生器。 （３０）上記（２９）における圧力発生器において、前
記タンク内に基準圧力を設定する手段は、熱による気体
膨張を利用したことを特徴とする圧力校正手段を備えた
圧力発生器。 （３１）上記（２９）又は（３０）における圧力発生器
において、圧力校正は遠隔操作により行うことを特徴と
する圧力校正手段を備えた圧力発生器。

【００２６】（３２）供給圧を入力する供給圧タンクと
出力圧を生成する出力圧タンクとの間の配管にニードル
弁と電磁弁とを備え、前記出力圧タンクへの圧力を大き
く動かす時にはニードル弁で制御し、前記出力圧タンク
の圧力がターゲット領域の圧力になった時には電磁弁で
制御することを特徴とする圧力発生器の制御方法。 （３３）上記（３２）における圧力発生器の制御方法に
おいて、ニードル弁からの供給圧を供給する電磁弁と、
供給圧タンクから直接に配管を介して圧力を制御する電
磁弁とを並列に配置したことを特徴とする圧力発生器の
制御方法。 （３４）上記（３２）における圧力発生器の制御方法に
おいて、ニードル弁からの供給圧を電磁弁により制御で
きるようにして前記出力圧タンクに供給するようにした
ことを特徴とする圧力発生器の制御方法。 （３５）上記（３２）における圧力発生器の制御方法に
おいて、前記供給圧タンクの圧力を制御するようにした
ことを特徴とする圧力発生器の制御方法。

【００２７】（３６）供給圧を入力する供給圧タンク
と、出力圧を生成する出力圧タンクと、前記供給圧タン
クと出力圧タンクとの間の配管に備えたニードル弁並び
に電磁弁と、前記出力圧タンクへの圧力を大きく動かす
時にはニードル弁で制御し、前記出力圧タンクの圧力が
ターゲット領域の圧力になった時には電磁弁で制御する
制御手段とからなる圧力発生器。 （３７）上記（３６）における圧力発生器において、前
記ニードル弁からの供給圧を供給する電磁弁と、前記供
給圧タンクから直接に配管を介して圧力を制御する電磁
弁とを並列に配置したことを特徴とする圧力発生器。 （３８）上記（３６）における圧力発生器において、前
記ニードル弁からの供給圧を電磁弁により制御できるよ
うにして前記出力圧タンクに供給するようにしたことを
特徴とする圧力発生器。 （３９）上記（３６）における圧力発生器において、前
記供給圧タンクの圧力を制御するようにしたことを特徴
とする圧力発生器。

【００２８】（４０）供給圧を分圧した背圧の漏れを調
整して出力圧を調整する圧力発生器において、該背圧に
よる漏れを調整するニードル弁を振動させてノズルから
の漏れを調整する圧力発生器の制御方法。 （４１）上記（４０）における圧力発生器の制御方法に
おいて、前記ニードル弁はピエゾ素子で形成したことを
特徴とする圧力発生器の制御方法。 （４２）供給圧を分圧した背圧の漏れを調整して出力圧
の調整する圧力発生器において、背圧を導く流出孔と、
該流出孔の端部に設けたノズルと、該ノズルからの漏れ
を調整するニードル弁と、該ニードル弁を振動させる振
動駆動部とからなる圧力発生器。 （４３）上記（４２）における圧力発生器において、前
記ニードル弁はピエゾ素子で形成したことを特徴とする
圧力発生器。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧力発生器の
制御方法及びこの制御方法を備えた圧力発生器並びに圧
力発生器の校正方法及びこの校正方法を備えた圧力発生
器の種々の実施の形態について図面を参照して説明す
る。

【００３０】第１の実施の形態の圧力発生器は、図１に
示すように、供給圧を一定に維持した状態にしておき、
出力圧を調整する手法の圧力発生器であり、その構成
は、供給側の供給圧力を一定に維持する（出力制御手
段）第１のタンク５０と所定の出力圧を生成する第２の
タンク６０とから構成されている。

【００３１】第１のタンク５０は供給圧を２個の第１及
び第２の電磁弁５１、５２の開閉により供給すると共に
大気圧に開放するための２個の第３及び第４の電磁弁５
３、５４と、供給圧の圧力を検出する第１のセンサ５５
とを備えた構成になっている。

【００３２】第２のタンク６０は、第１のタンク５０か
らの一定に維持された供給圧を２個の第５及び第６の電
磁弁６１、６２を介して入力すると共にタンク内部の圧
力を検出する第２のセンサ６３を備え、所定の出力圧を
出力する構成となっている。

【００３３】このような構成において、例えば出力圧が
１００ｋＰａの場合には、第５及び第６の電磁弁６１、
６２を開放した状態にしておき、第１〜第４の電磁弁５
１〜５４を使用して圧力を１００ｋＰａに近づける。次
に、第５及び第６の電磁弁６１、６２を閉じ、出力圧が
小さければ第１のタンク５０の圧力を出力圧より大きく
してから第５及び第６の電磁弁６１、６２を開閉して第
２のタンク６０の圧力を制御する。出力圧が大きければ
第１のタンク５０の圧力を出力圧より下げて第５及び第
６の電磁弁６１、６２を開閉して第２のタンク６０の圧
力を調整する。このようにして第２のタンク６０の前段
に第１のタンク５０を設けて供給圧を一定に維持する制
御をして出力圧を生成する第２のタンク６０に送り込む
ようにしたことによって、部品点数を多くしないで微少
圧力を効率よく制御できる圧力制御手法が実現できるよ
うになる。

【００３４】次に、この第１の実施の形態の圧力発生器
における他の具体例について、図２を参照して説明す
る。

【００３５】他の具体例の圧力発生器は、図２に示すよ
うに、前段のタンクにおいて設定圧の圧力差を一定に保
つことによって供給圧を一定に維持する状態で供給する
手法（出力制御手段）であり、その構成は、供給圧のう
ち差を持った圧力にする第１（プラス）及び第２（マイ
ナス）のタンク７０、８０と、出力圧を生成する第３の
タンク９０とから構成されている。

【００３６】第１のタンク７０は設定圧又は第２のタン
ク８０よりも高い圧力（プラス）に制御するものであ
り、供給圧を供給する第１及び第２の電磁弁７１、７２
と、大気開放する第３及び第４の電磁弁７３、７４と、
圧力を検出する第１のセンサ７５とから構成されてい
る。

【００３７】第２のタンク８０は第１のタンク７０より
も低い圧力（マイナス）に制御するものであり、供給圧
を供給する第５及び第６の電磁弁８１、８２と、大気開
放する第７及び第８の電磁弁８３、８４と、圧力を検出
する第２のセンサ８５とから構成されている。

【００３８】第３のタンク９０は出力圧を生成するもの
であり、第１のタンク７０と接続した第９及び第１０の
電磁弁９１、９２と、第２のタンク８０に接続した第１
１及び第１２の電磁弁９３、９４と、圧力を検出する第
３のセンサ９５とから構成されている。

【００３９】このような構成において、例えば１００ｋ
Ｐａの場合は、プラス側の第１のタンク７０を第１〜第
４の電磁弁７１〜７４を使って１１０ｋＰａ（この出力
圧との差は設定による）に設定し、マイナス側の第２の
タンク８０を第５〜第８の電磁弁８１〜８４を使って９
００ｋＰａに設定する。その後、第９〜第１２の電磁弁
９１〜９４を開閉して第３のタンク９０の圧力を序々に
１００ｋＰａに近づくように制御する。プラス側の第１
のタンク７０及びマイナス側の第２のタンク８０はそれ
ぞれの設定圧からずれた場合は、逐次電磁弁（第１及び
第２の電磁弁７１、７２、第５及び第６の電磁弁８１、
８２）を使用して圧力を制御する。具体的には、第３の
タンク９０の圧力が減った場合には第５及び第６の電磁
弁８１、８２を開けて制御し、増えた場合には第３及び
第４の電磁弁７３、７４を開けて制御する。このように
して出力圧とプラス側の第１のタンク７０とマイナス側
の第２のタンク８０との差を常に一定にしておくことに
より、より安定した制御が可能になる。

【００４０】尚、それぞれの系に各２本の配管があるの
は配管抵抗の大きなものと小さなものを組み合わせるこ
とによって、より微細なコントロールをするためであ
り、必要に応じて１本でもかまわないし、本数が増えて
もかまわない。又、電磁弁を使用しているが、これは電
磁弁方式が空気の消費量が少ないというメリットを持っ
ているため、他の方式、例えばニードルバルブと組み合
わせるとその特徴がなくなってしまうからである。しか
し、前段の供給圧を制御し、又はその差を想定通りの値
に保てるならば他の方式との組み合わせでもかまわな
い。

【００４１】次に、本発明に係る第２の実施の形態の圧
力発生器の制御方法及び圧力発生器に関して図面を参照
して説明する。

【００４２】先ず、圧力発生器における発生圧の応答を
予測するための圧力応答の時間関数は、図３に示す系に
おいて定義される種々の物理量を以下に示す記号を使用
して導くことができる。図３における圧力発生器の略示
的な構成は、供給圧を発生させる供給圧タンク１００
は、容積Ｖｓ、供給圧Ｐｓ、この供給圧タンク１００に
接続されている配管１０１は配管径Ｄ、配管超Ｌ、であ
り出力圧を生成する出力圧タンク１０２は容積Ｖｏ、出
力圧Ｐｏとする。

【００４３】ここで圧力は、絶対圧での単位Ｔｏｒｒ、
容積はリットル、配管径と長さはｃｍを単位として使用
する。また、対象としている流体は、液体ではなく、条
件としては２０°Ｃの空気としている。更に、系を簡単
化するためには、一律、粘性流領域として扱い、乱流領
域、中間領域、分子流領域は無視している。乱流領域で
は、流速が音速と同じく最大となるため、今回導き出し
た関数の結果に比べ応答が遅くなる。または、中間流領
域では、圧力差が極小さい場合に多少流量が増えるの
で、導き出した関数より応答が早くなるが結果として無
視できる程度である。

【００４４】この系では、空気が供給される側の出力圧
タンク１０２に着目すると、ある微少時間当たりの流量
Ｑ（ｔ）と圧力の関係は、次の式で定義することができ
る。

【００４５】｛Ｐｏ（ｔ）＊Ｖｏ＋Ｑ（ｔ）｝／Ｖｏ＝
Ｐｏ（ｔ）＋△Ｐｏ（ｔ）

【００４６】即ち、単位時間当たりの圧力の勾配は、そ
の時点での流量を容積で割った値になる。

【００４７】供給側が有限の場合は、 ｛Ｐｓ（ｔ）＊Ｖｓ＋Ｐｏ（ｔ）＊Ｖｏ｝＝Ｃｏｎｓ
ｔ．（＝Ｍ） である。

【００４８】供給側が無限の場合は、 Ｐｓ（ｔ）＝ｃｏｎｓｔ．（＝Ｐｓｃ） である。

【００４９】ここで、流量Ｑ（ｔ）は、 Ｑ（ｔ）＝Ｃｏｎ＊｛Ｐｓ（ｔ）−Ｐｏ（ｔ）｝ で求めることができる。

【００５０】ここで、Ｃｏｎは流体が配管を流れる場合
のコンダクタンスで、２０°Ｃの空気の場合には、 Ｃｏｎ＝１８２＊（Ｄ⁴／Ｌ）＊｛Ｐｓ（ｔ）＋Ｐｏ
（ｔ）／２｝ となる。

【００５１】以上の関係を整理すると、次のような微分
方程式を得ることができる。供給源が有限の場合におい
て、ＶｓとＶｏが等しくない場合の微分方程式は、 ｄＰｏ（ｔ）／ｄｔ＝ＥＰｏ（ｔ）²＋ＦＰｏ（ｔ）＋
Ｇ である。

【００５２】ＶｓとＶｏが等しい場合の微分方程式は、 ｄＰｏ（ｔ）／ｄｔ＝ＦＰｏ（ｔ）＋Ｇ Ａ＝１８２＊（Ｄ⁴／ｌ）、Ｃ＝Ａ／（２＊Ｖｏ） Ｅ＝Ｃ｛Ｖｏ²−Ｖｓ²）／Ｖｓ²｝ Ｆ＝−２ＣＭＶＶｏ／Ｖｓ² Ｇ＝ＣＭ²／Ｖｓ²、Ｍ＝ＶｏＰｏ＋ＶｓＰｓ である。

【００５３】供給源が無限の場合の微分方程式は、 ｄＰｏ（ｔ）／ｄｔ＝Ｃ（Ｐｓｃ²−Ｐｏ（ｔ）²） Ａ＝１８２＊（Ｄ⁴／Ｌ）、Ｃ＝Ａ／（２＊Ｖｏ） である。

【００５４】このようにして微分方程式を元に各種関数
を導くことができる。この導かれた関数は、時間に対
する出力圧力応答、測定した出力圧に達するまでの所
要時間の算出、指定した圧力変化分に達する圧力値の
算出、指定した圧力変化分に達するための配管径、で
あり、以下その関数を示す。

【００５５】時間に対する出力圧力応答は、供給源が
有限であり、ＶｓとＶｏが異なる場合は、 Ｐｏ（ｔ）＝（βＩｏｅ^{a( β - α )t}−α）／（１−Ｉｏｅ^{a( β -)t}）・・・・式 １ α＝Ｍ／（Ｖｓ−Ｖｏ）、β＝−Ｍ／（Ｖｓ＋Ｖｏ） Ｍ＝ＶｏＰｏ＋ＶｓＰｓ Ｉｏ＝（Ｐｏ＋α）／（Ｐｏ＋β） ａ＝Ｃ（Ｖｏ²−Ｖｓ²）／Ｖｓ² Ｃ＝Ａ／２Ｖｏ、Ａ＝１８２Ｄ⁴／Ｌ である。

【００５６】供給源が有限であり、ＶｓとＶｏが同じ場
合は、 Ｐｏ（ｔ）＝｛Ｐｏ（０）＋（Ｇ／Ｆ）｝ｅ^Ft−（Ｇ／Ｆ）・・・・式２ Ｆ＝−２ＣＭＶｏ／Ｖｓ²＝−２ＣＭ／Ｖｏ Ｇ＝ＣＭ²／ＶＳ²＝ＣＭ²／Ｖｏ²、Ｍ＝Ｖｏ（Ｐｏ＋Ｐｓ） Ｃ＝Ａ／２Ｖｏ、Ａ＝１８２Ｄ⁴／Ｌ である。

【００５７】供給源が無限の場合は、 Ｐｏ（ｔ）＝Ｐｓｃ（１＋Ｗｏｅ^-2CPsct）／（１−Ｗｏｅ^-2CPsct）・・式３ Ｗｏ＝｛Ｐｏ（０）−Ｐｓｃ｝／｛Ｐｏ（０）＋Ｐｓｃ｝ Ｃ＝Ａ／２Ｖｏ、Ａ＝１８２Ｄ⁴／Ｌ である。

【００５８】測定した出力圧に達するまでの所要時間
は、供給源が有限の場合で、ＶｓとＶｏが異なる場合
は、 ｔ＝Ｌ／ａ（β−α）・・・・・・・・・式４ Ｌ＝Ｌｎ［｛（Ｐｏ（ｔ）＋α）／（Ｐｏ（ｔ）＋β）｝／Ｉｏ］ α＝Ｍ／（Ｖｓ−Ｖｏ）、β＝−Ｍ／（Ｖｓ＋Ｖｏ） Ｍ＝ＶｏＰｏ＋ＶｓＰｓ Ｉｏ＝（Ｐｏ＋α）／（Ｐｏ＋β） ａ＝Ｃ（Ｖｏ²−Ｖｓ²）／Ｖｓ² Ｃ＝Ａ／２Ｖｏ、Ａ＝１８２Ｄ⁴／Ｌ である。

【００５９】供給源が有限の場合で、ＶｓとＶｏが同じ
の場合は、 ｔ＝Ｑ／Ｆ・・・・・・・・・・・・・式５ Ｑ＝Ｌｎ｛（Ｐｏ（ｔ）＋Ｇ／Ｆ）／（Ｐｏ（０）＋Ｇ／Ｈ）｝ Ｆ＝−２ＣＭＶｏ／Ｖｓ²＝−２ＣＭ／Ｖｏ Ｇ＝ＣＭ²／Ｖｓ²＝ＣＭ²／Ｖｏ²、Ｍ＝Ｖｏ（Ｐｏ＋Ｐｓ） Ｃ＝Ａ／２Ｖｏ、Ａ＝１８２Ｄ⁴／Ｌ である。

【００６０】供給源が無限の場合は、 ｔ＝−Ｒ／２ＣＰｓｃ・・・・・・・・・式６ Ｒ＝Ｌｎ［｛Ｐｏ（ｔ）−Ｐｓｃ）／（Ｐｏ（ｔ）＋Ｐｓｃ）｝／Ｗｏ］ Ｗｏ＝｛Ｐｏ（０）−Ｐｓｃ｝／｛Ｐｏ（０）＋Ｐｓｃ｝ Ｃ＝Ａ／２Ｖｏ、Ａ＝１８２Ｄ⁴／Ｌ である。

【００６１】指定した圧力変化分に達する圧力値の算
出は、即ち、指定圧が勾配に達する圧力であり、電磁弁
が無駄時間５０ｍｓでの圧力変化分の指定を前提とした
場合の指定圧力勾配値は、 ｛ｄＰｏ（ｔ）／ｄｔ｛（０．０５／１） である。

【００６２】この式をＰｏ（ｔ）について解けばよい。
最終目標値（Ｐｅ）、今回の制御目標値（Ｐｔ）とした
場合、 （Ｐｅ−Ｐｔ）／ｎ＝｛ｄＰｏ（ｔ）／ｄｔ｝（０．０
０１／１） である。

【００６３】ここで、Ｐｏ（ｔ）＝Ｐｔとして、Ｄ（配
管径）について解けばよい。

【００６４】上記説明した理想系の圧力発生応答（式１
〜式６）に基づく第２の実施の形態の圧力発生器は、図
４に示すように、配管を介して直列に配置した供給圧を
供給する第１のタンク１１０及び出力圧を生成する第２
のタンク１１１と、第１のタンク１１０に備えたアナロ
グセンサである第１のセンサ（ＦＰセンサ）１１３と、
第２のタンク１１１に備えたデジタルセンサである第２
のセンサ（Ｄｐｈａｒｐセンサ）１１４と、圧力制御機
能を有しない第３のタンク１１２とから構成されてい
る。

【００６５】第１のタンク１１０の配管に設けた電磁弁
は、空気圧力を供給する供給圧側からの２系統の供給用
電磁弁である第１及び第２の電磁弁１１５、１１６と、
タンク内部の圧力を調整する基準圧側からの２系統の基
準用電磁弁である第３及び第４の電磁弁１１７、１１８
と、大気開放をする１系統の開放用電磁弁である第８の
電磁弁１１９とから構成されている。

【００６６】第２のタンク１１１の配管に設けた電磁弁
は、第１のタンク１１０側から供給する２系統の供給用
電磁弁である第５及び第６の電磁弁１２０、１２１と、
第３のタンク１１２に供給する１系統の排出用電磁弁で
ある第７の電磁弁１２２とから構成されている。

【００６７】第１のセンサ（ＦＰセンサ）１１３の出力
は、図示しないＡ／Ｄ変換器により所定の電圧値として
取り込み、この電圧を圧力に変換して圧力値Ｐ１に変換
する。この第１のセンサ（ＦＰセンサ）１１３による圧
力レンジは２００ｋＰａレンジであり、圧力値０〜２０
０ｋＰａに対して電圧出力１〜５Ｖを出力する。この電
圧出力はＡ／Ｄ変換器にて−０．５Ｖのオフセットが加
わるため、０．５Ｖ〜４．５Ｖになる。ここでＡ／Ｄ変
換器の出力をＶＰ１とすると、圧力値Ｐ’１は次の式で
表すことができる。

【００６８】Ｐ’１＝（２００、０００／（４．５−
０．５））×（ＶＰ１−０．５）

【００６９】又、上記圧力発生における基準となるセン
サは第２のセンサ（Ｄｐｈａｒｐセンサ）１１４である
ため、この第１のセンサ（ＦＰセンサ）１１３の出力値
を第２のセンサ（Ｄｐｈａｒｐセンサ）１１４の値に近
づけるための二次補正をかける必要がある。この二次補
正は、センサの特性と換算の負担を減らすための補正で
あり、次の式で補正をする。

【００７０】Ｐ１＝Ａ×Ｐ’１＾２＋Ｂ×Ｐ’１＋Ｃ （イニシャル値は、Ａ＝０、Ｂ＝１、Ｃ＝０である）

【００７１】また、このようにして得られた圧力値は、
過去の圧力データとの平均値をとり、その時点での圧力
値とする（移動平均値）。その時点での圧力値をＰ１
（ｔ）、その前のデータをＰ１（ｔ−ｄｔ１）、Ｐ１
（ｔ−２ｘｄｔ１）で表すと、次の式で求めることがで
きる。

【００７２】Ｐ１（ｔ）＝｛Ｐ１（ｔ）＋Ｐ１（ｔ−ｄ
ｔ１）＋Ｐ１（ｔ−２ｘｄｔ１）＋・・・＋Ｐ１
（ｔ）｝／（ＡＶＧ１） 但し、ＡＶＧ＝１の時、Ｐ１（ｔ）＝Ｐ１（ｔ）、イニ
シャル値ＡＶＧ１＝１とする。

【００７３】この圧力値をサンプリングするタイムは、
センサデータの取り込み間隔をマニュアルで設定できる
ようになっている。イニシャル値はＤＴ１＝５０ｍｓｅ
ｃである。

【００７４】この圧力値の表示は、固定少数点２桁のｋ
Ｐａを表示できるようになっており、圧力変化率の計算
は、１ｓｅｃ当たりの圧力の変化量、圧力の制御時に使
用するが、各サンプリング毎に次の式で計算しておくよ
うになっている。

【００７５】ＰＴ（ｔ）＝｛Ｐ１（ｔ）−Ｐ１（ｔ−ｄ
ｔ１）｝／ｄｔ１

【００７６】第２のセンサ（Ｄｐｈａｒｐセンサ）１１
４からはブレイン通信を介して圧力値として読み込まれ
る。このデータの取り込み方法における単位換算は必要
に応じて出力値の単位をＰａ換算する。例えば、第２の
センサ（Ｄｐｈａｒｐセンサ）１１４の出力単位を［ｍ
ｍＨ２０］とすると、 Ｐ２［ｋＰａ］＝９．８０６６５×Ｐ２［ｍｍＨ２Ｏ］ である。

【００７７】又、移動平均は上記した第１のセンサ（Ｆ
Ｐセンサ）１１３で記述した移動平均と同じくサンプリ
ングタイムは第１のセンサ（ＦＰセンサ）１１３と第２
のセンサ（Ｄｐｈａｒｐセンサ）１１４を独立して設定
できるようにする。このイニシャル値ＤＴ２＝３００ｍ
ｓｅｃである圧力変化率の計算は第１のセンサ（ＦＰセ
ンサ）１１３と同じく次の式で求めることができる。

【００７８】ＰＴ２（ｔ）＝｛Ｐ２（ｔ）−Ｐ２／（ｔ
−ｄｔ１）｝／ｄｔ２

【００７９】このような構成からなる圧力発生器は、次
に示す制御方法により制御する構成となっている。
（１）配管抵抗による制御、（２）容積利用による制
御、（３）差圧による制御の３段階で設定圧力に近づけ
る。圧力が設定圧になったら差圧による制御に切り換え
るが近づける段階の方法とは若干異なる。以下制御の手
法について図面を参照して説明する。

【００８０】（１）配管抵抗による制御 配管抵抗による制御は、第１及び第２の電磁弁１１５、
１１６或いは第３及び第４の電磁弁１１７、１１８を開
放した状態で第１のセンサ（ＦＰセンサ）１１３及び第
２のセンサ（Ｄｐｈａｒｐセンサ）１１４からの圧力値
をモニタし、その値から電磁弁のオン／オフを判断す
る。具体的には、第５及び第７の電磁弁１２０、１２２
を開放状態にして第１のタンク１１０、第２のタンク１
１１、第３のタンク１１２を一体と見なし被制御タンク
の圧力を直接変化させる場合と、後述する容積利用や圧
力差利用の際の第１のタンク１１０或いは第１及び第２
のタンク１１０、１１１のみの圧力を変化させる。この
場合、第５及び第６の電磁弁１２０、１２１とも閉であ
るため、高速での制御が可能であるが分解能が粗くオー
バーシュートし易いという欠点がある。以下、図４に示
す構成を参照して図５のフローチャートに基づいてその
制御の動作を説明する。

【００８１】先ず、設定値を入力して、出力キーをオン
にして第５、第６、第７の電磁弁１２０、１２１、１２
２を開の状態にする（ステップＳＴ１０、ＳＴ１１、Ｓ
Ｔ１２）。この状態でしばらく待ち、圧力状態の場合分
けをする（ステップＳＴ１３）。

【００８２】圧力状態の場合分けは、圧力の現在値であ
るＰ２と設定値Ｐ＿ｓｅｔとの差によって、安定領
域、差圧による制御を行うか、配管及び容積による
制御を以下の式の関係において行う（ステップＳＴ１
４）。

【００８３】｜Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２｜＜Ｐ＿ｓｔａｂｉ
ｌｉｔｙ・・・・安定領域 ｜Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２｜＜Ｐ＿ｄｉｆｆ＿ｂ・・・・差
圧による制御 ｜Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２｜＞Ｐ＿ｄｉｆｆ＿ｂ・・・・配
管及び容積による制御

【００８４】配管及び容積による制御である｜Ｐ＿ｓ
ｅｔ−Ｐ２｜＞Ｐ＿ｄｉｆｆ＿ｂの場合は、配管及び容
積による制御を行うために、系の到達時間の計算が行わ
れる。

【００８５】この系の到達時間の計算は、圧力値の上
昇、下降共各３種類の系があるが、設定圧までの到達時
間を予想し系の選択判断の基準とする。この選択判断す
る基準は次に示す条件によって決定される（ステップＳ
Ｔ１５）。

【００８６】Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２＞０の場合は、圧力を上
昇させるための系１（第１の電磁弁１１５）、系２（第
２の電磁弁１１６）、系１＋系２（第１及び第２の電磁
弁１１５、１１６）の３種類がある。

【００８７】Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２＜０の場合は、圧力を下
降させるための系３（第３の電磁弁１１７）、系４（第
４の電磁弁１１８）、系３＋系４（第３及び第４の電磁
弁１１７、１１８）の３種類がある。

【００８８】この計算は、圧力の上昇及び下降に基づく
計算であり、上述した理想系における圧力発生応答の式
６を使い、それぞれの定数に次の値を代入してｔの値を
求める。 Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ Ｐ０（０）＝Ｐ２ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ＿ｓｅｔ Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３

【００８９】 上昇ならば、系１ Ａ＝１８２×（Ｄ１＾４／Ｌ１） 系２ Ａ＝１８２×（Ｄ２＾４／Ｌ２） （系１＋系２）Ａ＝１８２×（Ｄ１＾４／Ｌ１＋Ｄ２＾４／Ｌ２） 下降ならば、系３ Ａ＝１８２×（Ｄ３＾４／Ｌ３） 系４ Ａ＝１８２×（Ｄ４＾４／Ｌ４） （系３＋系４）Ａ＝１８２×（Ｄ３＾４／Ｌ３＋Ｄ４＾４／Ｌ４） となり、値は３種類とも求めておく。

【００９０】系の到達時間の計算を行った後には系の選
択を行う（ステップＳＴ１６）。これは、気体の制御の
遅れが大きく、高速に変化させるほど効率的になるわけ
ではないからである。到達時間のチエック値を定め、そ
の到達時間以上の時間がかかり、しかもその中で最も早
い系を選択する。この場面でのチェック時間をＴ＿ｃｈ
ｏｉｃｅ＿ｒ（ｓｅｃ）とする。全て、Ｔ＿ｃｈｏｉｃ
ｅ＿ｒ以下の場合は容量による制御へと移る。

【００９１】次に、選択した電磁弁の開放を行う（ステ
ップＳＴ１７）。即ち、配管抵抗を利用する圧力変化で
は第１及び第２及び第３のタンク１１０、１１１、１１
２を一体のタンクとして見なして制御するため第５及び
第６及び第７の電磁弁１２０、１２１、１２２は開の状
態に維持しておいて、選択した電磁弁を開くことにな
る。

【００９２】つぎに、圧力の現在値であるＰ２の判定を
行う（ステップＳＴ１８）。この判定は、次に示す条件
を満たすまで選択した電磁弁を開放しておく。

【００９３】バルブ開放後、ある時間がたっているこ
とである。バルブの位置からセンサの位置まで距離があ
るため、電磁弁を開けてすぐには圧力変化が起きない。
この状態での誤判定を防ぐための無駄時間を取り除く。
この時間はＴ＿ｌａｔｅ＿ｒ（ｓｅｃ）である。

【００９４】圧力を上昇（又は下降）させているのに
下降（又は上昇）していることである。この場合、ＥＲ
ＲＯＲを出力し制御をストップする。但し、センサ振動
は±１０Ｐａ程度であるため無視できる圧力である。

【００９５】圧力変化率が所定の値になった時に、予
め定めてある圧力変化率よりも変化量が小さくなった場
合には、 ｜ＰＴ｜＜ＰＴ＿ｃｈｅｃｋ＿ｒ ＯＵＴ の処理をする。

【００９６】圧力値が所定の設定圧に達した場合、即
ち、 上昇の場合にはＰ＿ｓｅｔ＜Ｐ２、 下降の場合にはＰ＿ｓｅｔ＞Ｐ２ となった場合である。ここで、空気の遅れやオーバーシ
ュート防止のために手前で止めるために所定の定数Ｔ＿
ｃｈｅｃｋ＿ｒ（ｓｅｃ）とすると 上昇の場合には、Ｐ＿ｓｅｔ＜Ｐ２＋（Ｔ＿ｃｈｅｃｋ
＿ｒ×ＰＴ）、 下降の場合には、Ｐ＿ｓｅｔ＞Ｐ２＋（Ｔ＿ｃｈｅｃｋ
＿ｒ×ＰＴ） となる。この、、のいずれかの条件を満足した時
にループから抜ける。

【００９７】上記、、のループから抜けると、次
に第７の電磁弁１２２のみを開けたままで、他の全ての
電磁弁を閉める（ステップＳＴ１９）。第７の電磁弁１
２２を閉めた後において気体が安定するまで待つ（ＷＡ
ＩＴ）（ステップＳＴ２０）。この待つ時間は、圧力
変化率｜ＰＴ２｜＜ＰＴ＿ＰＴ＿ｃｈｅｃｋ＿ｒ又は
待ち時間がＴ＿ｗａｉｔ＿ｒ以上経過した時であり、こ
の待ち時間を終了すると、場合分けしたステップに戻
り、場合分けした条件による処理を行う。

【００９８】（２）容積利用による圧力設定 次に、容積利用による圧力設定について、図４を参照に
して図６に示すフローチャートに基づいて説明する。容
積利用による圧力設定は、ボイルの法則ＰＶ＝ＰＶ’よ
り、第１のタンク１１０と第２及び第３のタンク１１
１、１１２との容量を利用して正確に圧力を変化させる
ことができる。メリットは気体の総量が決まっているた
めにオーバーシュートの可能性が低いことである、例え
ば、第１のタンク１１０の容量が１×１０^-3ｍ³、第２
及び第３のタンク１１１、１１２の容量が１×１０^{ー 3}ｍ
³であり、圧力がそれぞれ１００ｋＰａ、０ｋＰａとす
ると第５の電磁弁１２０の開放後は５０ｋＰａとなる。
第１のセンサ１１３と第２のセンサ１１４の値から第１
のタンク１１０に必要な圧力値を計算し、先ず第１のタ
ンク１１０の圧力を変化させ、その後に第５の電磁弁１
２０を開放して被制御タンクの圧力値をコントロールす
る。以下。図６のフローチャートに沿って説明する。

【００９９】先ず、第１のタンク１１０の必要な圧力を
求める（ステップＳＴ３０）。第１のタンク１１０と第
２及び第３のタンク１１１、１１２の間の電磁弁を開け
た時に設定圧となるようなＰ１の値を求める。その時の
値をＰ１＿ｓｅｔとすると、 Ｐ１＿ｓｅｔ＝｛Ｐ＿ｓｅｔ×（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）−
Ｐ２×（Ｖ２＋Ｖ３）｝／Ｖ１

【０１００】Ｐ１＿ｓｅｔがＰ＿ｓｕｐｐｌｙ以上又は
Ｐ＿ｒｅｆ以下になった場合には、 Ｐ１＿ｓｅｔ＝ＲＡＴＥ＿ｕｐ×Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ（Ｐ
１＿ｓｅｔ＜Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ） Ｐ１＿ｓｅｔ＝ＲＡＴＥ＿ｄｏｗｎ×Ｐ＿ｒｅｆ（Ｐ１
＿ｓｅｔ＜Ｐ＿ｒｅｆ） とする。ここで率を乗算しているのは、Ｐ１＿ｓｅｔ＝
Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙあるいはＰ１＿ｓｅｔ＝Ｐ＿ｒｅｆと
するのには長時間かかるためである。

【０１０１】設定圧Ｐ１＿ｓｅｔの値を求めた次には、
系の到達時間の計算をする（ステップＳＴ３１）。この
計算は上述した配管抵抗における系の到達時間の計算と
同様の処理を行う。

【０１０２】この系の到達時間の計算は、圧力値の上
昇、下降共各３種類の系があるが、設定圧までの到達時
間を予想し系の選択判断の基準とする。この選択判断す
る基準は次に示す条件によって決定される。

【０１０３】Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２＞０の場合は、圧力を上
昇させるための系１（第１の電磁弁１１５）、系２（第
２の電磁弁１１６）、系１＋系２（第１及び第２の電磁
弁１１５、１１６）の３種類がある。Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２
＜０の場合は、圧力を下降させる系３（第３の電磁弁１
１７）、系４（第４の電磁弁１１８）、系３＋系４（第
３及び第４の電磁弁１１７、１１８）の３種類がある。

【０１０４】この圧力の上昇及び下降に基づく計算は、
上述した理想系の式６を使い、それぞれの定数に次の値
を代入してｔの値を求める。 Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ Ｐ０（０）＝Ｐ２ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ１＿ｓｅｔ Ｖ０＝Ｖ１

【０１０５】 上昇ならば、系１ Ａ＝１８２×（Ｄ１＾４／Ｌ１） 系２ Ａ＝１８２×（Ｄ２＾４／Ｌ２） （系１＋系２）Ａ＝１８２×（Ｄ１＾４／Ｌ１＋Ｄ２＾４／Ｌ２） 下降ならば、系３ Ａ＝１８２×（Ｄ３＾４／Ｌ３） 系４ Ａ＝１８２×（Ｄ４＾４／Ｌ４） （系３＋系４）Ａ＝１８２×（Ｄ３＾４／Ｌ３＋Ｄ４＾４／Ｌ４） となり、値は３種類とも求めておく。

【０１０６】このようにして系の到達時間を求めてお
き、次に系の選択を行う（ステップＳＴ３２）。系の選
択は上述した配管抵抗における系の選択と同様の手法に
より行う。即ち、気体の制御は遅れが大きく、高速に変
化させるほど効率的になるわけではないからである。到
達時間のチェック値を定め、その到達時間以上の時間が
かかり、しかもその中で最も早い系を選択する。但し、
チエック時間をＴ＿ｃｈｏｉｃｅ＿ｒ（ｓｅｃ）とした
場合に、到達時間がＴ＿ｃｈｏｉｃｅ＿ｒ以下となった
場合、最も到達時間の遅い系を選ぶようにする（ステッ
プＳＴ３３）。

【０１０７】次に、第５の電磁弁１２０及び第６の電磁
弁１２１は閉めたままで選択した電磁弁を開く（ステッ
プＳＴ３４）。そして、設定圧Ｐ１の判定を行う（ステ
ップＳＴ３５）。このＰ１の判定は上述した配管抵抗の
場合と同様の内容である。即ち、判定は、次に示す条件
を満たすまで選択した電磁弁を開放しておくことにより
行われる。但し、判定すべき圧力値は第１のセンサ１１
３の出力値を利用して行い、待ち時間、圧力変化率、遅
れ時間の定数は個別の値となる。

【０１０８】バルブ開放後、ある時間がたっている。
バルブの位置から第１のセンサ１１３の位置まで距離が
あるため、電磁弁を開けてすぐには圧力変化が起きな
い。この状態での誤判定を防ぐための無駄時間を取り除
く。この時間はＴ＿ｌａｔｅ＿ｒ（ｓｅｃ）である。

【０１０９】圧力を上昇（又は下降）させているのに
下降（又は上昇）している。この場合ＥＲＲＯＲを出力
し制御をストップする。但し、第１のセンサ１１３の振
動は±１０Ｐａ程度であるため無視できる圧力である。

【０１１０】圧力変化率が所定の値になった時に、予
め定めてある圧力変化率よりも変化量が小さくなった場
合には、 ｜ＰＴ｜＜ＰＴ＿ｃｈｅｃｋ＿ｒ ＯＵＴ の処理をする。

【０１１１】圧力値が所定の設定圧に達した場合、即
ち、 上昇の場合にはＰ＿ｓｅｔ＜Ｐ２、 下降の場合にはＰ＿ｓｅｔ＞Ｐ２ となった場合である。ここで、空気の遅れやオーバーシ
ュート防止のために手前で止めるために所定の定数Ｔ＿
ｃｈｅｃｋ＿ｒ（ｓｅｃ）とすると、 上昇の場合には、Ｐ＿ｓｅｔ＜Ｐ２＋（Ｔ＿ｃｈｅｃｋ
＿ｒ×ＰＴ）、 下降の場合には、Ｐ＿ｓｅｔ＞Ｐ２＋（Ｔ＿ｃｈｅｃｋ
＿ｒ×ＰＴ） となる。この、、のいずれかの条件を満足した時
に判定は終了しループから抜ける。

【０１１２】判定が終了した後に、選択した電磁弁を閉
める（ステップＳＴ３６）。この選択した電磁弁を閉め
た後において気体が安定するまで待つ（ＷＡＩＴ）（ス
テップＳＴ３７）。この待つ時間は、圧力変化率｜Ｐ
Ｔ２｜＜ＰＴ＿ＰＴ＿ｃｈｅｃｋ＿ｒ又は待ち時間が
Ｔ＿ｗａｉｔ＿ｒ以上経過した時である。

【０１１３】この待ち時間（ＷＡＩＴ）が終了すると、
第１のタンク１１０と第２及び第３のタンク１１１、１
１２の合計圧の計算を行う（ステップＳＴ３８）。この
合計圧の計算は、実際の得られた圧力から第１のタンク
１１０と第２及び第３のタンク１１１、１１２の間の電
磁弁を開けた時の圧力を、次の式により求める。

【０１１４】Ｐ１＝Ｐ２＝｛Ｐ２（ｔ）×（Ｖ２＋Ｖ
３）＋Ｐ１（ｔ）×Ｖ１｝／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）

【０１１５】上記式により求めた値が設定値をオーバー
シュートするかしないかの場合分けを行う。

【０１１６】オーバーシュートしない場合は、第５の電
磁弁１２０を開け、第２のセンサ１１４の出力の判定を
行い、第５の電磁弁１２０を閉じて、待ち時間（ＷＡＩ
Ｔ）を経て最初の場合分けへジャンプする（ステップＳ
Ｔ３９、ＳＴ４０、ＳＴ４２）。Ｐ２の判定値、及び待
ち時間（ＷＡＩＴ）の設定値は個別に設定する。

【０１１７】ステップ３８において、オーバーシュート
する場合は、オーバーシュートする量によって２つの処
理に分ける。その量をＰ＿ｏｖｅｒとするとオーバー
シュートする量がＰ＿ｏｖｅｒ以内の場合は、オーバー
シュートしない場合の処理と同様に第５の電磁弁１２０
を開け、第２のセンサ１１４の出力判定を行い、待ち時
間（ＷＡＩＴ）を経て最初の場合分けした項へジャンプ
する（ステップＳＴ４０）。

【０１１８】オーバーシュートする量がＰ＿ｏｖｅｒ
以上の場合は、再度弁を開けて第１のタンク１１０の圧
力値を調節する。ここではフィードバックは用いず計算
値から弁の開放時間を求め実行する。系２（第２の電磁
弁１１６；圧力を上昇）、系４（第４の電磁弁１１８；
圧力を下降）を使用してＰ１＿ｓｅｔとなる時間を計算
する（ステップＳＴ４３、ＳＴ４４）。上述した理想系
の圧力発生応答の式６を用いて、それぞれの定数を以下
のようにする。 Ｄ＝Ｄ２（圧力を上昇）、Ｄ４（圧力を下降） Ｌ＝Ｌ２（圧力を上昇）、Ｌ４（圧力を下降） Ｖ０＝Ｖ１ Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ（圧力を上昇）、Ｐ＿ｒｅｆ
（圧力を下降） Ｐ０（０）＝Ｐ１ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ１＿ｓｅｔ

【０１１９】計算より算出された時間のみ電磁弁を開閉
する（ステップＳＴ４５）。ここでは圧力値によるチェ
ックは行わない。

【０１２０】（３）第１のタンク１１０と第２のタンク
１１１との圧力差を利用した圧力変化第１のタンク１１
０と第２のタンク１１１との圧力差を利用した圧力変化
について、図４を参照にして、図７に示すフローチャー
トに基づいて説明する。

【０１２１】容積利用のように第１のタンク１１０の圧
力を変化させた後に、第１のタンク１１０と被制御タン
クの間の配管を開放することによって圧力を制御する。
容積利用とは違い、第１のタンク１１０と被制御タンク
の気体の総量は設定圧力を越え、第１のセンサ１１０の
圧力値をモニタしながら電磁弁のオフタイミングを決定
する。第６の電磁弁１２１の配管を利用し微流量を被制
御タンクへ入出させる方法、即ち、必要な圧力勾配から
第１のタンク１１０の圧力値を求める方法と、第１のタ
ンク１１０と被制御タンクの気体総量を若干大きめ、下
降時は小さめに設定しておき、電磁弁を開放する方法が
ある。

【０１２２】圧力勾配を２段階に分け、その圧力勾配を
得られるＰ１の値を定めてＰ２の値をゆっくりとＰ＿ｓ
ｅｔに近づける。

【０１２３】Ｐ１＿ｓｅｔの求め方は、供給圧が有限の
場合であり、上述の理想系の圧力発生応答の式１又は式
２を使用して求め、系６（第６の電磁弁１２１）を使用
して固定する。設定した圧力勾配をＰＴ＿ｄｉｆｆとす
る。この値は１ｓｅｃの後に、 Ｐ２（ｔ＋１）＝Ｐ２（ｔ）＋ＰＴ＿ｄｉｆｆ／１ の圧力変化が起こることを表すので式１又は式２に以下
の値を代入し、Ｐｓ＝Ｐ１＿ｓｅｔを求める。 ｔ＝１ Ｄ＝Ｄ６ Ｌ＝Ｌ６ Ｖ０＝Ｖ２＋Ｖ３ Ｖｓ＝Ｖ１ Ｐ０＝Ｐ２ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ２（ｔ）＋ＰＴ＿ｄｉｆｆ／１

【０１２４】これらから差の大きい場合と小さい場合の
２段階に分けて、それぞれの圧力勾配を設定する。

【０１２５】Ｐ＿ｓｅｔ・Ｐ２＞Ｐ＿ｄｉｆｆ＿ｓなら
ばＰＴ＿ｄｉｆｆ＿ｂ Ｐ＿ｓｅｔ・Ｐ２＜Ｐ＿ｄｉｆｆ＿ｓならばＰＴ＿ｄｉ
ｆｆ＿ｓ

【０１２６】又、Ｐ１＿ｓｅｔがＰ＿ｓｕｐｐｌｙ以
上、又は、Ｐ＿ｒｅｆ以下になった場合には、 Ｐ１＿ｓｅｔ＝ＲＡＴＥ＿ｕｐ×Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ（Ｐ
１＿ｓｅｔ＞Ｐ＿Ｓｕｐｐｌｙ） Ｐ１＿ｓｅｔ＝ＲＡＴＥ＿ｄｏｗｎ×Ｐ＿ｒｅｆ（Ｐ１
＿ｓｅｔ＜Ｐ＿ｒｅｆ） とする（ステップＳＴ５０、ＳＴ５１）。

【０１２７】設定圧Ｐ１＿ｓｅｔの値を求めた次には、
系の到達時間の計算をする（ステップＳＴ５２）。この
計算は上述した（１）配管抵抗による制御及び（２）容
積利用による圧力設定における系の到達時間の計算と同
様の処理を行う。

【０１２８】この系の到達時間の計算は、圧力値の上
昇、下降共各３種類の系があるが、設定圧までの到達時
間を予想し系の選択判断の基準とする。この選択判断す
る基準は次に示す条件によって決定される。

【０１２９】Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２＞０の場合は、圧力を上
昇させるための系１（第１の電磁弁１１５）、系２（第
２の電磁弁１１１）、系１＋系２（第１及び第２の電磁
弁１１０、１１１）の３種類がある。

【０１３０】Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ２＜０の場合は、圧力を下
降させる系３（第３の電磁弁１１７）、系４（第４の電
磁弁１１８）、系３＋系４（第３及び第４の電磁弁１１
７、１１８）の３種類がある。

【０１３１】この圧力の上昇及び下降に基づく計算は、
上述の理想系における式６を使い、それぞれの定数に次
の値を代入してｔの値を求める。 Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ Ｐ０（０）＝Ｐ２ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ１＿ｓｅｔ Ｖ０＝Ｖ１

【０１３２】 上昇ならば、系１ Ａ＝１８２×（Ｄ１＾４／Ｌ１） 系２ Ａ＝１８２×（Ｄ２＾４／Ｌ２） （系１＋系２）Ａ＝１８２×（Ｄ１＾４／Ｌ１＋Ｄ２＾４／Ｌ２） 下降ならば、系３ Ａ＝１８２×（Ｄ３＾４／Ｌ３） 系４ Ａ＝１８２×（Ｄ４＾４／Ｌ４） （系３＋系４）Ａ＝１８２×（Ｄ３＾４／Ｌ３＋Ｄ４＾４／Ｌ４） となり、値は３種類とも求めておく。

【０１３３】このようにして系の到達時間を求めてお
き、次に系の選択を行う（ステップＳＴ５３）。系の選
択は上述した配管抵抗における系の選択と同様の手法に
より行う。即ち、気体の制御は遅れが大きく、高速に変
化させるほど効率的になるわけではないからである。到
達時間のチエック値を定め、その到達時間以上の時間が
かかり、しかもその中で最も早い系を選択する。但し、
チェック時間をＴ＿ｃｈｏｉｃｅ＿ｒ（ｓｅｃ）とした
場合に、到達時間がＴ＿ｃｈｏｉｃｅ＿ｒ以下となった
場合、最も到達時間の遅い系を選ぶようにする（ステッ
プＳＴ５４）。

【０１３４】次に、第５の電磁弁１２０及び第６の電磁
弁１２１は閉めたままで選択した電磁弁を開く（ステッ
プＳＴ５５）。そして、設定圧Ｐ１の判定を行う（ステ
ップＳＴ５６）。このＰ１の判定は上述した（１）配管
抵抗及び（２）容積利用の場合と同様の内容である。即
ち、判定は、次に示す条件を満たすまで選択した電磁弁
を開放しておくことにより行われる。但し、判定すべき
圧力値は第１のセンサ１１３の出力値を利用して行い、
待ち時間、圧力変化率、遅れ時間の定数は個別の値とな
る。

【０１３５】バルブ開放後、ある時間がたっている。
バルブの位置から第１のセンサ１１３の位置まで距離が
あるため、電磁弁を開けてすぐには圧力変化が起きな
い。この状態での誤判定を防ぐための無駄時間を取り除
く。この時間はＴ＿ｌａｔｅ＿ｒ（ｓｅｃ）である。

【０１３６】圧力を上昇（又は下降）させているのに
下降（又は上昇）している。この場合ＥＲＲＯＲを出力
し制御をストップする。但し、第１のセンサ１１３の振
動は±１０Ｐａ程度であるため無視できる圧力である。

【０１３７】圧力変化率が所定の値になった時に、予
め定めてある圧力変化率よりも変化量が小さくなった場
合には、 ｜ＰＴ｜＜ＰＴ＿ｃｈｅｃｋ＿ｒ ＯＵＴ の処理をする。

【０１３８】圧力値が所定の設定圧に達した場合、即
ち、 上昇の場合にはＰ＿ｓｅｔ＜Ｐ２、 下降の場合にはＰ＿ｓｅｔ＞Ｐ２ となった場合である。ここで、空気の遅れやオーバーシ
ュート防止のために手前で止めるために所定の定数Ｔ＿
ｃｈｅｃｋ＿ｒ（ｓｅｃ）とすると、 上昇の場合には、Ｐ＿ｓｅｔ＜Ｐ２＋（Ｔ＿ｃｈｅｃｋ
＿ｒ×ＰＴ）、 下降の場合には、Ｐ＿ｓｅｔ＞Ｐ２＋（Ｔ＿ｃｈｅｃｋ
＿ｒ×ＰＴ） となる。この、、のいずれかの条件を満足した時
に判定は終了しループから抜ける。

【０１３９】判定が終了した後に、選択した電磁弁を閉
める（ステップＳＴ５７）。この選択した電磁弁を閉め
た後において気体が安定するまで待つ（ＷＡＩＴ）（ス
テップＳＴ５８）。この待つ時間は、圧力変化率｜Ｐ
Ｔ２｜＜ＰＴ＿ＰＴ＿ｃｈｅｃｋ＿ｒ、又は、待ち時
間がＴ＿ｗａｉｔ＿ｒ以上経過した時である。

【０１４０】この待ち時間（ＷＡＩＴ）が終了すると、
第６の電磁弁１２１を開放する（ステップＳＴ５９）。
次に、上記配管抵抗の制御と同様にＰ２の判定を行う
（ステップＳＴ６０）。Ｐ２の判定後、第６の電磁弁を
開にして、待ち時間（ＷＡＩＴ）を経て場合分けに戻る
（ステップＳＴ６１、ＳＴ６２）。

【０１４１】（４）圧力安定時の制御方法 圧力があるレンジ内に入った時にコントロールする方法
であり、前述の方法は現状の値を読み、その値からバル
ブのオン／オフを判断するという全てがフィードバック
を基本としている。この制御方法では設定値との差から
弁の閉時間を予め定めてから弁のオン／オフを行う。先
ず、２つのレンジ範囲を定める。１つは電磁弁の動作を
行うかどうかを定める範囲、もう１つは圧力安定時の制
御から、前述の圧力設定時の制御に戻るか否かを定める
範囲である。そして、一旦安定したにも関わらず異常が
発生するのは何か外乱があったと判断する。以下、図４
を参照にして図８に示すフローチャートに基づいて説明
する。

【０１４２】先ず、現状の圧力値が定められた範囲にな
っているかをチェックする。しかし、弁の開き期間中で
もこの場合分けにより別のルーチンへ飛ぶ。

【０１４３】Ｐ２がＰ＿ｓｔａｂｉｌｉｔｙ以内であ
る（Ｐ２（ｔ）＞｜Ｐ＿ｓｔａｂｉｌｉｔｙ｜）（ステ
ップＳＴ６５）。第５及び第６の電磁弁１２０、１２１
の開閉は行わないが、その値が上昇傾向なのか下降傾向
なのかを判断し第１のタンク１１０の圧力値を先に調整
しておく（ステップＳＴ６６）。この判断は現時点で決
定していないが仮に以下の方法により定めておく。Ｐ＿
ｓｅｔよりマイナスの値がｎ回以上続けば下降傾向、Ｐ
＿ｓｅｔよりプラスの値がｎ回以上続けば上昇傾向であ
ると判断する。

【０１４４】上昇傾向の場合には、第１のタンク１１０
の圧力を、 Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ の値にしておく（ステップＳＴ６７）。

【０１４５】ここで、Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄの
許容範囲は±Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄとする。

【０１４６】系２（第２の電磁弁１１６）を使用して、
圧力値が Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ となる開時間Ｔ＿ｖ２ｏｐｅｎを計算する（ステップＳ
Ｔ６８）。この計算は、再度弁を開けて第１のタンク１
１０の圧力値を調節する。系２（第２の電磁弁１１６；
圧力を上昇）、系４（第４の電磁弁１１８；圧力を下
降）を使用してＰ１＿ｓｅｔとなる時間を計算する（ス
テップＳＴ６９）。上述の理想系の圧力発生応答の式６
を用いて、それぞれの定数を以下のようにする。 Ｄ＝Ｄ２（圧力を上昇） Ｌ＝Ｌ２（圧力を上昇） Ｖ０＝Ｖ１ Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ（圧力を上昇） Ｐ０（０）＝Ｐ１ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ１＿ｓｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ

【０１４７】これらの値から弁の開時間ｔを求める（Ｔ
＿Ｖ２ｏｐｅｎ）。この求めた開時間Ｔ＿ｖ２ｏｐｅｎ
だけ、第２の電磁弁の開閉を行う。第２の電磁弁の開閉
後は、Ｐ２（ｔ）がレンジ内かどうかのチェックを行
う。

【０１４８】ステップＳＴ６６に戻って、下降傾向だっ
た場合には、第１のタンク１１０の圧力をＰ＿ｓｅｔ＋
Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄの値にしておき、Ｐ２の値がレンジ外
になった時に準備しておく。

【０１４９】下降傾向の場合は、第１のタンク１１０の
圧力を、 Ｐ＿ｓｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ の値にしておく（ステップＳＴ７０）。ここで、Ｐ＿ｓ
ｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄの許容範囲は±Ｐ＿ｓｔａｂ＿
ｄとする。

【０１５０】系４（第４の電磁弁１１８）を使用して、
圧力値がＰ＿ｓｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄとなる開時間Ｔ
＿ｖ４ｏｐｅｎを計算する（ステップＳＴ７１）。この
計算は、再度弁を開けて第１のタンク１１０の圧力値を
調節する。系４（第４の電磁弁１１８；圧力を下降）を
使用してＰ１＿ｓｅｔとなる時間を計算する。式６を用
いて、それぞれの定数を以下のようにする。 Ｄ＝Ｄ４（圧力を下降） Ｌ＝Ｌ４（圧力を下降） Ｖ０＝Ｖ１ Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｒｅｆ（圧力を下降） Ｐ０（０）＝Ｐ１ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｕ

【０１５１】これらの値から弁の開時間ｔを求める（Ｔ
＿ｖ４ｏｐｅｎ）（ステップＳＴ７２）。この求めた開
時間Ｔ＿ｖ４ｏｐｅｎだけ、第４の電磁弁１１８の開閉
を行う。第４の電磁弁１１８の開閉後は、Ｐ２（ｔ）が
レンジ内かどうかのチェックを行うため、ステップＳＴ
６５に戻る。

【０１５２】ステップＳＴ６５において、Ｐ２（ｔ）が
レンジから外れた場合には、上に外れているか下に外れ
ているかを確認し、上に外れている場合には上昇傾向で
あると判断して、レンジ内での上昇傾向と同じ計算等を
行う（ステップＳＴ７２）。即ち、上昇傾向の場合に
は、第１のタンク１１０の圧力を、 Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ が許容範囲（±Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｅ）内であるかどうかを
判断する（ステップＳＴ７４）。

【０１５３】許容範囲内でない場合には、系２（第２の
電磁弁１１６）を使用して、圧力値が、 Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ となる開時間Ｔ＿ｖ２ｏｐｅｎを計算する（ステップＳ
Ｔ７５）。この計算は、再度弁を開けて第１のタンク１
１０の圧力値を調節する。系２（第２の電磁弁１１６；
圧力を上昇）を使用してＰ１＿ｓｅｔとなる時間を計算
する。理想系の圧力発生応答の式６を用いて、それぞれ
の定数を以下のようにする。 Ｄ＝Ｄ２（圧力を上昇） Ｌ＝Ｌ２（圧力を上昇） Ｖ０＝Ｖ１ Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ（圧力を上昇） Ｐ０（０）＝Ｐ１ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ１＿ｓｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ

【０１５４】これらの値から弁の開時間ｔを求める（Ｔ
＿ｖ２ｏｐｅｎ）（ステップＳＴ７６）。この求めた開
時間Ｔ＿ｖ２ｏｐｅｎだけ、第２の電磁弁１１６の開閉
を行う。第２の電磁弁１１６の開閉後は、 Ｐ１（ｔ）＝Ｐ＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ が許容範囲（±Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｅ）になっているかどう
かを判断し、この範囲でない場合には再度同様の系２
（第２の電磁弁１１６）の開閉時間を計算して第２の電
磁弁１１６の開閉を行い、許容範囲（±Ｐ＿ｓｔａｂ＿
ｅ）になるまで繰り返し行う（ステップＳＴ７６、ＳＴ
７４，ＳＴ７５）。

【０１５５】ステップＳＴ７３に戻って、Ｐ２（ｔ）が
レンジから下に外れている場合には、下降傾向であると
判断して、レンジ内での下降傾向と同じ計算等を行う。
即ち、下降傾向の場合には、第１のタンク１１０の圧力
を、 Ｐ＿ｓｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ が許容範囲（±Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｅ）内であるかどうかを
判断する（ステップＳＴ７７）。

【０１５６】許容範囲内でない場合には、系４（第４の
電磁弁１１８）を使用して、圧力値が、 Ｐ＿ｓｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ となる開時間Ｔ＿ｖ４ｏｐｅｎを計算する（ステップＳ
Ｔ７８）。この計算は、再度弁を開けて第１のタンク１
１０の圧力値を調節する。系４（第４の電磁弁１１８；
圧力を下降）を使用してＰ１＿ｓｅｔとなる時間を計算
する。上述の理想系の圧力発生応答の式６を用いて、そ
れぞれの定数を以下のようにする。 Ｄ＝Ｄ４（圧力を下降） Ｌ＝Ｌ４（圧力を下降） Ｖ０＝Ｖ１ Ｐｓｃ＝Ｐ＿ｓｕｐｐｌｙ（圧力を上昇） Ｐ０（０）＝Ｐ１ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ１＿ｓｅｔ−Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ

【０１５７】これらの値から弁の開時間ｔを求める（Ｔ
＿ｖ４ｏｐｅｎ）。この求めた開時間Ｔ＿ｖ４ｏｐｅｎ
だけ、第４の電磁弁１１８の開閉を行う（ステップＳＴ
７９）。第４の電磁弁１１８の開閉後は、 Ｐ１（ｔ）＝Ｐ＿ｓｅｔ＋Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｄ が許容範囲（±Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｅ）になっているかどう
かを判断し、この範囲でない場合には再度同様の系４
（第４の電磁弁１１８）の開閉時間を計算して第４の電
磁弁１１８の開閉を行い、許容範囲（±Ｐ＿ｓｔａｂ＿
ｅ）になるまで繰り返し行う（ステップＳＴ７９、ＳＴ
７７、ＳＴ７８）。

【０１５８】ステップＳＴ７４及びステップＳＴ７７に
おいて、上昇傾向及び下降傾向の場合において、Ｐ１
（ｔ）が許容範囲（±Ｐ＿ｓｔａｂ＿ｅ）である場合に
は、系６（第６の電磁弁１２１）を利用して圧力値がＰ
＿ｓｅｔとなる開時間（Ｔ＿ｖ６ｏｐｅｎ）を計算する
（ステップＳＴ８０）。この開時間（Ｔ＿ｖ６ｏｐｅ
ｎ）の計算は、上述した理想系の圧力発生応答の式４又
は式５を用いて次の定数を代入してｔの値を算出する。 Ｄ＝Ｄ６ Ｌ＝Ｌ６ Ｖ０＝Ｖ２＋Ｖ３ Ｖｓ＝Ｖ１ Ｐ０＝Ｐ２ Ｐｓ＝Ｐ１ Ｐ０（ｔ）＝Ｐ＿ｓｅｔ

【０１５９】このようにして求められた開時間（Ｔ＿ｖ
６ｏｐｅｎ）に基づいて、第６の電磁弁１２１の開閉を
行い待ち時間（ＷＡＩＴ）経過後に、安定時の制御であ
るＰ２（ｔ）がレンジ内外における所定の処理を繰り返
し行う（ステップＳＴ８１、ＳＴ８２）。

【０１６０】このように、大きく圧力を変化させる時に
は高速に行い（配管抵抗による制御及び容積利用による
制御及びタンクの差圧による制御）、小さく圧力を変化
させる時には正確に圧力を制御（圧力安定時の制御）で
きるようになるのである。

【０１６１】次に、本発明に係る第３の実施の形態の圧
力発生器、即ち、圧力発生器の圧力校正方法及び圧力校
正手段を備えた圧力発生器について、図面を参照して説
明する。

【０１６２】第３の実施の形態の圧力校正手段を備えた
圧力発生器は、タンクの温度上昇とこの上昇温度による
配管とタンク内の上昇圧力は比例すること、及びタンク
内の圧力を検出する圧力センサの出力値は入力した圧力
値に比例するという原理に基づいており、ゲージ圧を測
定する圧力センサのオフセット誤差とゲイン誤差の校正
が主要な校正となっている。

【０１６３】このような原理に基づく圧力発生器の圧力
校正手段である基準圧力発生装置は、図９に示すよう
に、値付け用の基準となる圧力を供給する値付け用圧力
計１３０と、この値付け用圧力計１３０と配管１４０を
介して接続する圧力計本体１５０とから構成されてい
る。

【０１６４】圧力計本体１５０は、値付け用圧力計１３
０に接続されている配管１４０に接続して開閉する電磁
弁１５１と、電磁弁１５１と配管１４０を介して接続さ
れているタンク１５２と、タンク１５２内部の圧力を測
定する圧力センサ１５３と、タンク１５２の周囲に配設
したヒータ１５４と、タンク１５２の一部に配設した熱
電対１５５と、値付け用圧力計１３０からの測定値及び
圧力センサ１５３からの測定値により単位時間当たりの
発熱量を制御する制御回路１５６とから構成されてい
る。

【０１６５】このような構成からなる圧力校正手段であ
る基準圧力発生装置において、圧力センサ１５３は通常
は配管を介して入力される圧力を測定するものであり、
測定値を制御回路１５６に伝え、ヒータ１５４は制御回
路１５６により単位時間当たりの消費電力、即ち、発熱
量が制御可能である。タンク１５２に取り付けてある熱
電対１５５は、タンク１５２の温度を測定することがで
きる。

【０１６６】次に、このような構成及び機能を有する圧
力校正手段である圧力基準発生装置における圧力校正の
手順について以下説明する。

【０１６７】先ず、タンク１５２、ヒータ１５４、熱電
対１５５、制御回路１５６からなる基準圧力発生装置の
値付けを行う。この値付けは、電磁弁１５１を適当な時
間開放し、配管１４０及びタンク１５２内の圧力が大気
圧と等しくなるようにする。又、熱電対１５５でタンク
１５２の温度ｔｃ１を測定する。配管１５１の圧力入力
口に基準となる値付け用圧力計１３０を接続する。タン
ク１５２の温度が温度ｔｃ２で安定したら、圧力計１３
０により配管１４０及びタンク１５２内のゲージ圧を測
定する。測定が終了したら、測定結果である上昇温度ｔ
ｃｄ＝ｔｃ２−ｔｃ１とゲージ圧力値Ｐｃを制御回路１
５６の不揮発性の記憶装置に記憶する。

【０１６８】尚、圧力値Ｐｃはボイルーシャルルの法則
Ｐ１Ｖ１／Ｔ１＝Ｐ２Ｖ２／Ｔ２において、Ｖ１＝Ｖ２
とおいたときのＰ１、Ｐ２、Ｔ１及びＴ２の関係を利用
しており、ヒータ通電前の大気の絶対圧をＰａｉｒとす
ると、 Ｐｅ＝（ｔｃ２／ｔｃ１）×Ｐａｉｒ・・・・式７ となる。

【０１６９】次に、圧力センサ１５３による校正法を以
下に示す。制御回路１５６は、外部からの校正開始の操
作及び電気信号を確認すると、電磁弁１５１を適当な時
間開放し、配管１４０及びタンク１５２内の圧力が大気
圧と等しくなるようにする、熱電対１５５でタンク１５
２の温度ｔ１を測定し、圧力計１３０の値を取り込む。
この時の値をＰｏｆｓとする。次に電磁弁１５１を閉
め、制御回路１５６からヒータ１５４に電力を供給し、
熱電対１５５でタンク１５２の温度を測定する。タンク
１５２の温度が温度ｔｃｄ＋ｔ１で安定したら圧力セン
サ１５３の値Ｐｆｓを取り込む。この時、タンク１５２
の温度上昇は基準圧力発生装置の値付け時と同じであ
り、圧力センサ１５３には圧力Ｐｃが入力されているこ
とになる。測定が終了したら、ヒータ１５４への電力供
給を止め、圧力センサ１５３の出力値ＰｏｆｓとＰｆｓ
を制御回路１５６の不揮発性の記憶装置に記憶する。

【０１７０】圧力測定時は、制御回路１５６の不揮発性
の記憶装置に記憶されているこれらの測定結果を基に、
圧力センサ１５３の出力値に補正をかけて表示する。
又、圧力測定時においては、制御回路１５６は電磁弁１
５１を開放し、配管１４０の入力圧力を圧力センサ１５
３で測定する。この時の値をＰｉｎとすると、圧力セン
サ１５３のオフセット及びゲイン誤差を考慮した圧力計
１３０の出力値Ｐｏｕｔは次の式８で求めることができ
る。 Ｐｏｕｔ＝（Ｐｃ／（Ｐｆｓ−Ｐｏｆｓ））×Ｐｉｎ−Ｐｏｆｓ・・・式８

【０１７１】上記式８の右辺の第１項はゲイン補正を、
第２項はオフセット補正を示している。

【０１７２】図１０は式８による補正をグラフに示した
ものである。横軸は圧力計１３０の入力圧力値を、縦軸
は圧力センサ１５３の出力圧力及び各補正による出力値
を示している。第１の線Ｌ１は圧力センサ１５３の圧力
入力と圧力センサ１５３の出力Ｐｉｎの関係を示してい
る。第１の線Ｌ１は式８の右辺の第２項のオフセット補
正により第２の線Ｌ２に写像され、更に式８の右辺の第
２項のオフセット補正により第２の線Ｌ２に写像され、
更に式８の右辺の第１項のゲイン補正により第３の線Ｌ
３に写像される。この第３の線Ｌ３が式８の補正の結果
Ｐｏｕｔを示している。

【０１７３】このようにして、圧力の基準となるものを
機器本体内に内蔵することにより、機器本体のみで校正
が可能になり、遠隔操作による校正も可能になる。又、
ヒータによる基準圧力を発生させる構成にすると、機械
的要素が少ないため、経年変化が少なくなるというメリ
ットがある。

【０１７４】尚、本例では、本発明の要点を理解し易く
するために簡略化したが現実的にはタンク１５２の温度
と配管１４０とタンク１５２内の圧力との関係や圧力セ
ンサ１５３の出力値と入力圧力値の関係には非線形な成
分が含まれているため、これらの関数を求めて補正を行
う必要がある。この校正法では、工場出荷時は勿論のこ
と、出荷後においても場所と時間を選ばず、圧力センサ
１５３の校正を行うことができる。

【０１７５】次に、本発明に係る第４の実施の形態の圧
力発生器の制御方法及びこの制御方法を備えた圧力発生
器について図面を参照して説明する。

【０１７６】第４の実施の形態の圧力発生器は、図１１
に示すように、供給圧を制御して出力圧を生成する圧力
制御部２００と、圧力制御部２００からの圧力状態を検
出して電磁弁及びニードル弁を制御する制御回路部２２
０とから構成されている。

【０１７７】圧力制御部２００は、供給空気を洗浄する
ためののフィルタ２０１と、フィルタ２０１を介した空
気を蓄積する供給圧タンク２０２と、供給圧タンク２０
２の圧力を測定するアナログセンサである第１の圧力セ
ンサ２０３と、供給圧タンク２０２からの空気を制御す
るニードル弁２０４と、このニードル弁２０４を開閉さ
せて空気の漏れ調整をする駆動部２０５と、供給圧タン
ク２０２からの空気を流入する出力圧タンク２０６と、
出力圧タンク２０６の圧力を測定するデジタルセンサで
ある第２の圧力センサ２０７と、出力圧タンク２０６の
空気を第１の配管２０８を介して排気する第１の電磁弁
２０９と、供給圧タンク２０２からの空気を出力圧タン
ク２０６に第２の配管２１０を介して送り込む第２の電
磁弁２１１と、ニードル弁２０４からの空気を出力圧タ
ンク２０６に送り込む第３の電磁弁２１２とから構成さ
れている。この第３の電磁弁２１２はニードル弁２０４
で調整された空気を取り込む構成となっている。

【０１７８】供給側の第１の圧力センサ２０３は、高精
度が要求されず高速性が要求されるため高速なアナログ
センサが好ましい。出力側の第２の圧力センサ２０７
は、安定時に使用するため、応答速度の速くないデジタ
ルセンサを使用することができる。又、第１及び第２の
配管２０８、２１０は、内径が細くて長い（実施例にお
いては、例えば第１の配管２０８は径が０．０５ｍ、第
２の配管２１０は径が０．５〜１ｍ程度）ものであり、
配管抵抗の大きいものを使うことにより、微少な圧力コ
ントロールができるようにしておく。又、第１及び第２
の配管２０８、２１０に関しては例えばスポンジ状のも
のを詰めて配管抵抗を増す方法もある。フィルタ２０１
は供給空気の洗浄用、供給圧タンク２０２及び出力圧タ
ンク２０６は空気の乱流を防ぎ、圧力の微少なノイズの
減少を目的として設置されている。

【０１７９】制御回路部２２０は、第１の圧力センサ２
０３からの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
２２１と、外部からの遠隔操作をする通信インターフェ
ース２２２と、手動で圧力を設定するパネルからなる圧
力設定部２２３と、所定のパルスを設定して駆動部２０
５に送るパルスジェネレータ２２４と、第１〜第３の電
磁弁２０９、２１１、２１２の開閉制御をするコントロ
ーラ２２５と、これらＡ／Ｄ変換器２２１、通信インタ
ーフェース２２２、圧力設定部２２３、パルスジェネレ
ータ２２４、コントローラ２２５からの信号を演算処理
する演算処理部２２６とから構成されている。この演算
処理部２２６は、供給圧タンク２０２への空気の流入及
び第１〜第３の電磁弁２０９、２１１、２１２の開閉制
御により、出力圧タンク２０６へのニードル弁２０４を
制御して空気の供給或いは第１及び第２の電磁弁２０
９、２１１を制御して供給圧タンクの圧力状態を一定に
維持する制御をする。

【０１８０】このような構成からなる圧力発生器の動作
は、先ず、圧力制御部２００において目標とする圧力値
を設定する。次に、高速なアナログセンサである第１の
圧力センサ２０３によって供給圧が測定され、演算処理
部２２６にデータが送られる。演算処理部２２６は供給
圧と設定圧との関係からニードル弁２０４のおよその位
置を計算してパルスジェネレータ２２４からパルス信号
を駆動部２０５に送りニードル弁２０４を動作させる。
その後、第３の電磁弁２１２を開放して出力圧タンク２
０６へ空気を送り込む。次に、デジタルセンサである第
２の圧力センサ２０７に切り替え、第２の圧力センサ２
０７の値が設定値のターゲット領域に入るまでニードル
弁２０４のフィードバック制御を行う。そして、設定値
のターゲット領域に入った時には第３の電磁弁２１２を
閉じ、排気弁である第１の電磁弁２０９と供給弁である
第２の電磁弁２１１とのオン／オフ制御を開始する。こ
のようにして供給圧タンク２０２内の圧力が安定した状
態になったら、第３の電磁弁２１２を閉状態にしてニー
ドル弁２０４からの供給を閉じ、その後は第１及び第２
の電磁弁２０９、２１１の開閉によりコントロールする
ようにして緻密な圧力制御をする。これは供給圧タンク
２０２内の閉じた空間での圧力変動要因は温度とリーク
のみであり、急激な変動は殆ど考えられない。もし、新
規の圧力設定が行われたり、リーク等が許容範囲以上で
大きな圧力変動が発生する場合は、電磁弁でのコントロ
ールを終了してニードル弁２０４での制御に切り替えれ
ばよい。

【０１８１】次に、上記第４の実施の形態の圧力発生器
の制御方法及び圧力発生器における他の具体例につい
て、図面を参照して説明する。

【０１８２】第４の実施の形態の他の具体例の圧力発生
器は、上述した具体例の構成において供給圧（大気圧）
の値が一定であるため、出力圧によって微妙に開放時間
を変更する必要があり、この開放時間は計算により求め
ることになるが使用条件により正確な値を求めることは
不可能であり誤差要因となるという欠点を改良したもの
である。その構成は、図１２に示すように、ニードル弁
２０４からの供給圧をセンサで検出してニードル弁の制
御と電磁弁の制御とを切り替えるものであり、その構成
は、供給圧を制御して出力圧を生成する圧力制御部２０
０Ａと、圧力制御部２００Ａからの圧力状態を検出して
電磁弁及びニードル弁を制御する制御回路部２２０Ａと
から構成されている。

【０１８３】圧力制御部２００Ａは、供給空気を洗浄す
るためののフィルタ２０１と、フィルタ２０１を介した
空気を蓄積する供給圧タンク２０２と、供給圧タンク２
０２からの空気を制御するニードル弁２０４と、ニード
ル弁２０４の開閉度に伴う空気圧を測定するアナログセ
ンサである第１の圧力センサ２０３と、このニードル弁
２０４を開閉させて空気の漏れ調整をする駆動部２０５
と、供給圧タンク２０２からの空気を流入する出力圧タ
ンク２０６と、出力圧タンク２０６の圧力を測定するデ
ジタルセンサである第２の圧力センサ２０７と、ニード
ル弁２０４から出力する圧力を制御する第１の電磁弁２
０９と、この第１の電磁弁２０９からの圧力を制御する
第２及び第３の電磁弁２１１、２１２と、第２及び第３
の電磁弁２１１、２１２からの供給圧を出力圧タンク２
０６に供給する第１及び第２配管２０８、２１０とから
構成されている。この第１及び第２の配管２０８、２１
０はその配管抵抗が異なる配管で構成することができ
る。例えば、第１の配管２０８は配管抵抗が少なくなる
ように広い径の配管を使用するようにしてもよい。この
ような構成の第１及び第２の配管２０８、２１０を使用
した第１及び第２の電磁弁２０９、２１１の制御は、高
速応答が必要な場合には第１の配管２０９に接続されて
いる第１の電磁弁２０９を制御し、高精度な制御が必要
な場合には第２の配管２１０に接続されている第２の電
磁弁２１１を制御するようにすればよい。

【０１８４】制御回路部２２０Ａは、第１の圧力センサ
２０３からの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器２２１と、外部からの遠隔操作をする通信インターフ
ェース２２２と、手動で圧力を設定するパネルからなる
圧力設定部２２３と、所定のパルスを設定して駆動部２
０５に送るパルスジェネレータ２２４と、第１〜第３の
電磁弁２０９、２１１、２１２の開閉制御をするコント
ローラ２２５と、これらＡ／Ｄ変換器２２１、通信イン
ターフェース２２２、圧力設定部２２３、パルスジェネ
レータ２２４、コントローラ２２５から信号を処理する
演算処理部２２６とから構成されている。この演算処理
部２２６は、供給圧タンク２０２への空気の流入及び第
１〜第３の電磁弁２０９、２１１、２１２の開閉制御に
より、出力圧タンク２０６へのニードル弁２０４からの
空気の供給或いは第１及び第２の電磁弁２０９、２１１
を制御して供給圧タンク２０２の圧力状態を一定に維持
する制御をする。

【０１８５】このような構成からなる圧力発生器におい
ては、ニードル弁２０４と電磁弁とを独立した構成にし
ているが第３の電磁弁２１２の手前にニードル弁２０４
を配置している。このような構成にすると、配管抵抗を
利用した電磁弁方式においては、流入流量は発生圧力側
の圧力と供給側の圧力の差によって決まる。即ち、Ｑ＝
Ｃ×（Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ）で決まる。

【０１８６】このように電磁弁の手前にニードル弁２０
４を配置した構成にしたことにより、第１〜第３の電磁
弁２０９、２１１、２１２で制御する供給圧がニードル
弁２０４の出力であるため、ニードル弁２０４の出力側
の制御が可能となり、供給圧側と出力圧側の差を一定に
保持することができるため、コントロールの精度を上げ
ることができる。

【０１８７】例えば、出力圧力が１００ｋＰａの時に
は、出力圧を下げる時に予めニードル弁２０４の出力を
９０ｋＰａ（その差；＋１０ｋＰａ）にした状態で第３
の電磁弁２１２を開き、又、出力圧を上げる時にはニー
ドル弁２０４の出力圧１１０ｋＰａ（その差；＋１０ｋ
Ｐａ）にした状態で第３の電磁弁２１２を開くといった
コントロールを行えば良い。出力圧力が８０ｋＰａの時
には、ニードル弁２０４の出力圧を７０ｋＰａ／９０ｋ
Ｐａにしておけば常に電磁弁入力側と出力側の圧力差を
一定に保持して、より高精度な制御が行えるのである。
又、このようにニードル弁２０４の出力先に配管抵抗の
大きい管がついているためニードル弁２０４の高速性が
損なわれるという問題がある。その対策として、上述し
たように第１の配管２０８と第２の配管２１０との配管
抵抗を変え、第１の配管２０８では抵抗が低いものを使
用し高速応答の必要な時には第１の配管２０８に接続し
てある第１の電磁弁２０９を使用して制御し、高精度制
御の時には第２の配管２１０に接続されている第２の電
磁弁２１１を使用して制御させることによって対応する
ことができる。

【０１８８】尚、基本動作は、上述の実施例と同じであ
り、圧力変化量が大きい時には第１の電磁弁２０９を開
放した状態にしておきニードル弁２０４の制御を行い、
圧力を微少に動かす時にはニードル弁２０４の出力をコ
ントロールしながら電磁弁制御を行えばよい。

【０１８９】次に、本発明に係る第５の実施の形態の圧
力発生器の制御方法及びこの制御方法を備えた圧力発生
器について図面を参照して説明する。

【０１９０】第５の実施の形態の圧力発生器は、図１３
に示すように、供給圧を入力して所定の出力圧にして流
す流通配管２５０と、配管内の流量を測定するオリフィ
ス２５１と、流通配管２５０に連通した流出孔２５２
と、流出孔２５２の先端に設けたノズル２５３と、ノズ
ル２５３を塞いで空気の流出を調整するニードル弁２５
４と、流通配管２５０の圧力を検出する圧力センサ２５
５と、圧力センサ２５５の信号及び設定された設定値と
から周波数パルス信号を発生させる演算処理部２５６
と、演算処理部２５６からの周波数パルス信号を増幅す
るアンプ２５７とから構成されている。この演算処理部
２５６とアンプ２５７とでニードル弁２５４を振動させ
る振動駆動部を形成する。ニードル弁２５４は、ノズル
２５３に対して遮蔽する方向に振動する積層ピエゾ素子
で構成され、演算処理部２５６で作成された周波数パル
ス信号により振動数が制御される。

【０１９１】このような構成において、ニードル弁２５
４に周波数パルス信号を加え、ニードル弁２５４を振動
させてノズル２５３からの漏れ量を制御する。周波数を
高くすれば単位時間あたりの周波数パルス信号が多くな
りニードル弁２５４の振動数が多くなることにより漏れ
量は減り出力圧を上昇させることができる。逆に、単位
時間あたりの周波数パルス信号を少なくすれば、ニード
ル弁２５４の振動数は少なくなり、漏れ量を増大させて
出力圧は下降させることができる。

【０１９２】第５の実施の形態の圧力発生器の他の具体
例は、図１４に示すように、供給圧を入力して所定の出
力圧にして出力する流通配管２５０と、配管内部の流量
を測定するオリフィス２５１と、流通配管２５０に連通
した流出孔２５２と、流出孔２５２の先端に設けたノズ
ル２５３と、ノズル２５３を塞いで空気の流出を調整す
るニードル弁２５４と、流通配管２５０の圧力に基づい
た周波数のパルス信号を出力するシリコン・レゾナント
・センサ２６０と、このセンサ２６０からのパルス信号
を分周して周波数パルス信号を生成する分周回路２６
１、分周回路２６１からの信号を増幅するアンプ２５７
とから構成されている。

【０１９３】このような構成において、ニードル弁２５
４に周波数パルス信号を加え、ニードル弁２５４を振動
させてノズル２５３からの漏れ量を制御する。周波数を
高くすれば単位時間あたりの周波数パルス信号が多くな
りニードル弁２５４の振動数が多くなることにより漏れ
量は減り出力圧を上昇させることができる。逆に、単位
時間あたりの周波数パルス信号を少なくすれば、ニード
ル弁２５４の振動数は少なくなり、漏れ量を増大させて
出力圧は下降させることができる。

【０１９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による圧力
発生器の制御方法及び圧力発生器及び圧力発生器の校正
方法及びこの校正方法を備えた圧力発生器は、次に示す
ような効果を発生する。

【０１９５】（１）タンクに供給する供給圧を一定に維
持し、その一定に維持された供給圧を調整して所定の出
力圧を生成するようにしたことにより、微少圧力のコン
トロールができるようになるという効果がある。又、供
給圧側のタンクを１個にすることにより構成要素を減ら
しても微少圧力のコントロールが可能であり、コストダ
ウンを図った圧力制御手法を提供することができるとい
う効果がある。

【０１９６】（２）又、圧力発生器における圧力の制御
において、設定値と現在の出力圧とからどの制御方法が
最適化を選択して制御方法を逐次切り替えていくことに
より、大きく圧力を変化させる時にはフィードバック制
御方法により高速に行うことができ、小さく圧力を変化
させる時にはオープンループ制御方法により正確に圧力
が制御できるという効果がある。

【０１９７】（３）又、圧力発生器の基準となる圧力を
設定する手段を本体に内蔵したことにより、外部から基
準となる圧力を設定する必要がなくなり、本体自身で校
正ができ、これは遠隔操作による校正が容易となり、必
要な時に簡単な操作で校正ができるという効果がある。
又、基準となる圧力は、熱膨張により発生させるため、
機械的な要素が少ないので経年変化による誤差を少なく
することができるという効果もある。

【０１９８】（４）出力圧タンクに供給する供給圧をニ
ードル弁と電磁弁との制御方法を切り替えるようにした
ことによって、高速でしかも安定した圧力制御を行うこ
とができるという効果がある。特に、ニードル弁と電磁
弁の並列配置の場合にはニードル弁の供給圧側の圧力を
モニタすることにより高速化を図ることができ、更に、
供給圧側の圧力からにニードル弁の位置の予想がつくた
め、ニードル弁の動作をリニアに行うことができる。
又、ニードル弁と電磁弁とが直列配置の場合は、電磁弁
制御の供給圧と出力圧の差がコントロールすることがで
きるため、不確定要素がなくなり、より高精度な制御が
可能になる。

【０１９９】（５）更に、ニードルバルブ方式の圧力発
生器においては、ニードル弁を振動させて漏れ量を調整
するようにしたことにより、簡単な構成にすることがで
きると共に制御がし易くなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態の圧力発生器を
略示的に示した説明図である。

【図２】本発明に係る第１の実施の形態の圧力発生器の
他の具体例を略示的に示した説明図である。

【図３】理想系のタンクの圧力関係を示した説明図であ
る。

【図４】本発明に係る第２の実施の形態の圧力発生器を
略示的に示した説明図である。

【図５】同配管抵抗による制御を示したフローチャート
である。

【図６】同容積利用による制御を示したフローチャート
である。

【図７】同差圧による制御を示したフローチャートであ
る。

【図８】同安定時における制御を示したフローチャート
である。

【図９】本発明に係る第３の実施の形態の圧力発生器を
略示的に示した説明図である。

【図１０】同タンクの圧力値と入力圧力との関係を示し
たグラフである。

【図１１】本発明に係る第４の実施の形態の圧力発生器
を略示的示したブロック図である。

【図１２】本発明に係る第４の実施の形態の圧力発生器
の他の具体例を略示的に示したブロック図である。

【図１３】本発明に係る第５の実施の形態の圧力発生器
を略示的に示したブロック図である。

【図１４】本発明に係る第５の実施の形態の圧力発生器
の他の具体例を略示的に示したブロック図である。

【図１５】従来技術における電磁弁方式の圧力発生器を
示したブロック図である。

【図１６】従来技術におけるニードル弁方式の圧力発生
器を示したブロック図である。

【符号の説明】

５０ 第１のタンク ５１ 第１の電磁弁 ５２ 第２の電磁弁 ５３ 第３の電磁弁 ５４ 第４の電磁弁 ５５ 第１のセンサ ６０ 第２のタンク ６１ 第５の電磁弁 ６２ 第６の電磁弁 ６３ 第２のセンサ ７０ 第１のタンク（プラス） ７１ 第１の電磁弁 ７２ 第２の電磁弁 ７３ 第３の電磁弁 ７４ 第４の電磁弁 ８０ 第２のタンク（マイナス） ８１ 第５の電磁弁 ８２ 第６の電磁弁 ８３ 第７の電磁弁 ８４ 第８の電磁弁 ９０ 第３のタンク ９１ 第９の電磁弁 ９２ 第１０の電磁弁 ９３ 第１１の電磁弁 ９４ 第１２の電磁弁 ９５ 第３のセンサ １００ 供給圧タンク １０１ 配管 １０２ 出力圧タンク １１０ 第１のタンク １１１ 第２のタンク １１２ 第３のタンク １１３ 第１のセンサ １１４ 第２のセンサ １１５ 弁１（系１；第１の電磁弁） １１６ 弁２（系２；第２の電磁弁） １１７ 弁３（系３；第３の電磁弁） １１８ 弁４（系４；第４の電磁弁） １１９ 弁８（系８；第８の電磁弁） １２０ 弁５（系５；第５の電磁弁） １２１ 弁６（系６；第６の電磁弁） １２２ 弁７（系７；第７の電磁弁） １３０ 値付け用圧力計 １４０ 配管 １５０ 圧力計本体 １５１ 電磁弁 １５２ タンク １５３ 圧力センサ １５４ ヒータ １５５ 熱電対 １５６ 制御回路 ２００ 圧力制御部 ２００Ａ 圧力制御部 ２０１ フィルタ ２０２ タンク ２０３ 圧力センサ ２０４ ニードル弁 ２０５ 駆動部 ２０６ タンク ２０７ 圧力センサ ２０８ 第１の配管 ２０９ 第１の電磁弁 ２１０ 第２の配管 ２１１ 第２の電磁弁 ２１２ 第３の電磁弁 ２２０ 制御回路部 ２２０Ａ 制御回路部 ２２１ Ａ／Ｄ変換器 ２２２ 通信インターフェース ２２３ 圧力設定部 ２２４ パルスジェネレータ ２２５ コントローラ ２２６ 演算処理部（ＣＰＵ） ２５０ 流通配管 ２５１ オリフェス ２５２ 流出孔 ２５３ ノズル ２５４ ニードル弁 ２５５ 圧力センサ ２５６ 演算処理部 ２５７ アンプ ２６０ シリコン・レゾナント・センサ ２６１ 分周回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 久英 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC60 DD20 EE40 FF45 GG49 HH01 3H086 AA24 AB04 AE06 AE41 AF04 AF14

Claims (43)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁弁の開閉によりタンク内の圧力を調整
   する圧力発生器の制御方法において、該タンクに供給さ
   れた圧力を一定に維持して供給圧を生成し、この供給圧
   を前記タンクの後段にて調整して所定の出力圧を生成す
   るようにした圧力発生器の制御方法。
2. 【請求項２】上記請求項１における圧力発生器の制御方
   法において、前記供給圧を一定に維持するのは、電磁弁
   の開閉により圧力を調整するタンクによることを特徴と
   する圧力発生器の制御方法。
3. 【請求項３】上記請求項１又は２における圧力発生器の
   制御方法において、予め設定した設定圧と現在の出力圧
   との差を一定に維持すると共に、該差が設定可能な範囲
   の場合には制御条件を同一にして制御することを特徴と
   する圧力発生器の制御方法。
4. 【請求項４】上記請求項１、２又は３における圧力発生
   器の制御方法において、前記供給圧をプラスとマイナス
   の供給圧に分離し、該分離した供給圧の差を一定に維持
   することを特徴とする圧力発生器の制御方法。
5. 【請求項５】上記請求項４における圧力発生器の制御方
   法において、前記プラスとマイナスの供給圧に分離する
   のは、電磁弁の開閉により圧力を調整するプラスのタン
   クとマイナスのタンクであることを特徴とする圧力発生
   器の制御方法。
6. 【請求項６】配管とタンクとの間に設けた電磁弁の開閉
   によりタンク内の圧力を調整して所定の出力圧を発生さ
   せる圧力発生器であって、該出力圧を発生させるタンク
   の前段に前記タンクに供給する供給圧を一定に維持する
   出力制御手段を設けたことを特徴とする圧力発生器
7. 【請求項７】上記請求項６における圧力発生器におい
   て、前記出力制御手段は電磁弁の開閉により圧力を調整
   するタンクであることを特徴とする圧力発生器。
8. 【請求項８】上記請求項６又は７における圧力発生器に
   おいて、予め設定した設定圧と現在の出力圧との差を一
   定に維持すると共に、該差が設定可能な範囲の場合には
   制御条件を同一にすることを特徴とする圧力発生器。
9. 【請求項９】上記請求項６、７又は８における圧力発生
   器において、前記出力制御手段は、供給圧のうちマイナ
   ス圧のタンクとプラス圧のタンクとを備え該両者のタン
   クの圧力の差を一定に維持することを特徴とする圧力発
   生器。
10. 【請求項１０】配管とタンクとの間に設けた電磁弁の開
    閉によりタンク内の圧力を調整して所定の出力圧を発生
    させる圧力発生器であって、前記タンク内の圧力の設定
    値と現在の出力圧を比較し、該比較した値に基づいて複
    数の制御方法のうち見合った制御方法を選択するように
    したことを特徴とする圧力発生器の制御方法。
11. 【請求項１１】上記請求項１０における圧力発生器の制
    御方法において、前記制御方法の切り替えは、前記タン
    ク内の圧力を大きく変化させる時にはフィードバック制
    御方法により行い、微少な圧力を制御する時にはオープ
    ンループ制御方法により行うことを特徴とする圧力発生
    器の制御方法。
12. 【請求項１２】上記請求項１１における圧力発生器の制
    御方法において、前記フィードバック制御方法は、電磁
    弁の開閉により圧力を制御する配管抵抗による制御方
    法、次にタンク内容積を利用した容積利用による制御方
    法、次に２個のタンクの圧力差を利用した圧力変化によ
    る制御方法の順に行うことを特徴とする圧力発生器の制
    御方法。
13. 【請求項１３】上記請求項１１又は１２における圧力発
    生器の制御方法において、前記オープンループ制御方法
    は、前記設定値と現在の圧力値との差から電磁弁の開時
    間を予め定めておき、該予め定めた開時間に基づいて前
    記電磁弁の開閉を行うことである圧力発生器の制御方
    法。
14. 【請求項１４】上記請求項１０における圧力発生器の制
    御方法において、前記タンク内の圧力の設定値と現在の
    圧力圧とを比較し、該比較した値が設定可能な範囲の場
    合には、その制御条件を同じくすることを特徴とする圧
    力発生器の制御方法。
15. 【請求項１５】上記請求項１１又は１２における圧力発
    生器の制御方法において、前記フィードバック制御方法
    とオープンループ制御方法との切り替えは、複数のタン
    ク内の圧力差に基づいて行うことを特徴とする圧力発生
    器の制御方法。
16. 【請求項１６】上記請求項１０における圧力発生器の制
    御方法において、前記現在の出力圧の変化は複数のタン
    クのうち前段のタンクの圧力を制御する電磁弁の開閉に
    基づくことを特徴とする圧力発生器の制御方法。
17. 【請求項１７】上記請求項１０における圧力発生器の制
    御方法において、前記現在の出力圧は、複数のタンクの
    うち前段のタンクと電磁弁の開閉によるタンク内の容量
    を制御することによることを特徴とする圧力発生器の制
    御方法。
18. 【請求項１８】配管とタンクとの間に設けた電磁弁の開
    閉によりタンク内の圧力を調整して所定の圧力を発生さ
    せる圧力発生器であって、前記タンク内の圧力の設定値
    と現在の出力圧を比較する比較手段と、該比較した値に
    基づいて複数の制御方法のうち見合った制御方法を選択
    する選択手段とからなる圧力発生器。
19. 【請求項１９】上記請求項１８における圧力発生器にお
    いて、前記選択手段は、前記タンク内の圧力を大きく変
    化させる時にはフィードバック制御方法により行い、微
    少な圧力を制御する時にはオープンループ制御方法によ
    り行うことを特徴とする圧力発生器。
20. 【請求項２０】上記請求項１９における圧力発生器にお
    いて、前記フィードバック制御方法は、電磁弁の開閉に
    より圧力を制御する配管抵抗による制御方法、次にタン
    ク内容積を利用した容積利用による制御方法、次に２個
    のタンクの圧力差を利用した圧力変化による制御方法の
    順に行うことを特徴とする圧力発生器。
21. 【請求項２１】上記請求項１９又は２０における圧力発
    生器において、前記オープンループ制御方法は、前記設
    定値と現在の圧力値との差から電磁弁の開時間を予め定
    めておき、該予め定めた開時間に基づいて前記電磁弁の
    開閉を行うことを特徴とする圧力発生器。
22. 【請求項２２】上記請求項１８における圧力発生器にお
    いて、前記タンク内の圧力の設定値と現在の圧力圧とを
    比較し、該比較した値が設定可能な範囲の場合には、そ
    の制御条件を同じくすることを特徴とする圧力発生器。
23. 【請求項２３】上記請求項１９又は２０における圧力発
    生器において、前記フィードバック制御方法とオープン
    ループ制御方法との切り替えは、複数のタンク内の圧力
    差に基づいて行うことを特徴とする圧力発生器。
24. 【請求項２４】上記請求項１８における圧力発生器にお
    いて、前記現在の出力圧の変化は複数のタンクのうち前
    段のタンクの圧力を制御する電磁弁の開閉に基づくこと
    を特徴とする圧力発生器。
25. 【請求項２５】上記請求項１８における圧力発生器にお
    いて、前記現在の出力圧は、複数のタンクのうち前段の
    タンクと電磁弁の開閉によるタンク内の容量を制御する
    ことにより得ることを特徴とする圧力発生器。
26. 【請求項２６】配管とタンクとの間に設けた電磁弁の開
    閉によってタンク内の圧力を圧力センサで測定し、該測
    定した圧力に基づいて所定の圧力に調整して出力圧を生
    成する圧力発生器において、前記タンク内に基準圧力を
    設定し、該設定した基準圧力に基づいて前記圧力センサ
    を校正するようにしたことを特徴とする圧力発生器の圧
    力校正方法。
27. 【請求項２７】上記請求項２６における圧力発生器の圧
    力校正方法において、前記タンク内の基準圧力の設定
    は、熱による気体膨張を利用したことである圧力発生器
    の圧力校正方法。
28. 【請求項２８】上記請求項２６又は２７における圧力発
    生器の圧力校正方法は、遠隔操作により校正できるよう
    にしたことを特徴とする圧力発生器の圧力校正方法。
29. 【請求項２９】配管とタンクとの間に設けた電磁弁の開
    閉によってタンク内の圧力を圧力センサで測定し、該測
    定した圧力に基づいて所定の圧力に調整して生成する圧
    力発生器において、前記タンク内に基準圧力を設定する
    手段と、該設定された基準圧力に基づいて圧力センサの
    測定値を校正する手段とを設けたことを特徴とする圧力
    校正手段を備えた圧力発生器。
30. 【請求項３０】上記請求項２９における圧力発生器にお
    いて、前記タンク内に基準圧力を設定する手段は、熱に
    よる気体膨張を利用したことを特徴とする圧力校正手段
    を備えた圧力発生器。
31. 【請求項３１】上記請求項２９又は３０における圧力発
    生器において、圧力校正は遠隔操作により行うことを特
    徴とする圧力校正手段を備えた圧力発生器。
32. 【請求項３２】供給圧を入力する供給圧タンクと出力圧
    を生成する出力圧タンクとの間の配管にニードル弁と電
    磁弁とを備え、前記出力圧タンクへの圧力を大きく動か
    す時にはニードル弁で制御し、前記出力圧タンクの圧力
    がターゲット領域の圧力になった時には電磁弁で制御す
    ることを特徴とする圧力発生器の制御方法。
33. 【請求項３３】上記請求項３２における圧力発生器の制
    御方法において、ニードル弁からの供給圧を供給する電
    磁弁と、供給圧タンクから直接に配管を介して圧力を制
    御する電磁弁とを並列に配置したことを特徴とする圧力
    発生器の制御方法。
34. 【請求項３４】上記請求項３２における圧力発生器の制
    御方法において、ニードル弁からの供給圧を電磁弁によ
    り制御できるようにして前記出力圧タンクに供給するよ
    うにしたことを特徴とする圧力発生器の制御方法。
35. 【請求項３５】上記請求項３２における圧力発生器の制
    御方法において、前記供給圧タンクの圧力を制御するよ
    うにしたことを特徴とする圧力発生器の制御方法。
36. 【請求項３６】供給圧を入力する供給圧タンクと、出力
    圧を生成する出力圧タンクと、前記供給圧タンクと出力
    圧タンクとの間の配管に備えたニードル弁並びに電磁弁
    と、前記出力圧タンクへの圧力を大きく動かす時にはニ
    ードル弁で制御し、前記出力圧タンクの圧力がターゲッ
    ト領域の圧力になった時には電磁弁で制御する制御手段
    とからなる圧力発生器。
37. 【請求項３７】上記請求項３６における圧力発生器にお
    いて、前記ニードル弁からの供給圧を供給する電磁弁
    と、前記供給圧タンクから直接に配管を介して圧力を制
    御する電磁弁とを並列に配置したことを特徴とする圧力
    発生器。
38. 【請求項３８】上記請求項３６における圧力発生器にお
    いて、前記ニードル弁からの供給圧を電磁弁により制御
    できるようにして前記出力圧タンクに供給するようにし
    たことを特徴とする圧力発生器。
39. 【請求項３９】上記請求項３６における圧力発生器にお
    いて、前記供給圧タンクの圧力を制御するようにしたこ
    とを特徴とする圧力発生器。
40. 【請求項４０】供給圧を分圧した背圧の漏れを調整して
    出力圧を調整する圧力発生器において、該背圧による漏
    れを調整するニードル弁を振動させてノズルからの漏れ
    を調整する圧力発生器の制御方法。
41. 【請求項４１】上記請求項４０における圧力発生器の制
    御方法において、前記ニードル弁はピエゾ素子で形成し
    たことを特徴とする圧力発生器の制御方法。
42. 【請求項４２】供給圧を分圧した背圧の漏れを調整して
    出力圧の調整する圧力発生器において、背圧を導く流出
    孔と、該流出孔の端部に設けたノズルと、該ノズルから
    の漏れを調整するニードル弁と、該ニードル弁を振動さ
    せる振動駆動部とからなる圧力発生器。
43. 【請求項４３】上記請求項４２における圧力発生器にお
    いて、前記ニードル弁はピエゾ素子で形成したことを特
    徴とする圧力発生器。