JP6626322B2

JP6626322B2 - 気体圧駆動機器、及びその制御方法

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Publication number: JP6626322B2
Application number: JP2015231395A
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Inventors: 厚之坂井
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Description

本発明は、作動気体が供給及び排出される作動室の圧力に応じて、本体に対して変動部材を変動させる気体圧駆動機器に関する。

従来、圧力流体の流量値に基づいて、流体圧シリンダにおけるピストン（すなわち変動部材）の移動位置、移動量を算出するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、ピストンが初期位置で停止した状態からの圧力流体の流量の積算値を監視することによって、何らかの原因でピストンが初期位置と変位終端位置との間の中間位置で停止した場合でも、その移動位置を確認している。

特許第５３３１９８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、ピストンの初期位置が両側の変位終端位置のうちの一方でない場合には、ピストンの初期位置を特定することができず、ひいてはピストンの移動位置（作動室の容積に相関）を算出することができない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、変動部材の初期位置にかかわらず、作動室の容積を算出することのできる気体圧駆動機器を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の手段は、気体圧駆動機器であって、作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出する制御部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、給排部により、作動室に対して作動気体が供給及び排出される。そして、作動室の圧力に応じて、本体に対して変動部材が変動させられる。圧力センサにより、作動室を含む空間の圧力が検出される。流量センサにより、作動室に対して流入出する作動気体の流量が検出される。

ここで、制御部により、作動室の容積を変更できない状態にされ、給排部が制御されて作動室の圧力が変化させられる。これにより、作動室に対して作動気体が流入出する。このとき、作動室に対して流入出する作動気体は、作動室の容積を変更できない状態では、作動室の圧力変化に寄与する。流入出する作動気体による作動室の圧力変化量は、作動室の容積を変更できない状態にした時の作動室の容積（すなわち作動室の初期容積）によって変化する。このため、作動室の圧力変化量と作動気体の流量積算値（すなわち流入出量）との関係は、作動室の初期容積を反映したものとなる。したがって、作動室の圧力変化量及び作動室に流入する作動気体の流量積算値に基づいて、作動室の初期容積を算出することができる。

さらに、初期容積から作動室の容積を変更できる状態にされた後に、流量センサにより検出される作動気体の流量に基づいて流量積算値が算出される。作動室の容積を変更できる状態での流量積算値は、作動室の容積変化量と相関を有している。このため、流量積算値及び初期容積に基づいて、作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出することができる。しかも、変動部材の初期位置にかかわらず、作動室の初期容積を算出することができ、ひいては作動室の変化後容積を算出することができる。

第２の手段では、前記制御部は、前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する。

作動室に対して流入出する作動気体は、作動室の容積変化と圧力変化とに寄与する。このため、作動室に対して流入出する作動気体の流量だけでは、作動室の容積変化を正確に算出することができない。さらに、作動室に対して流入出する作動気体が作動室の圧力変化に寄与する度合は、その時の作動室の容積に応じて変化する。

この点、上記構成によれば、制御部により、圧力センサにより検出される圧力及び変化後容積に基づいて、作動室の圧力変化に寄与する作動気体の流量である圧力変化分流量が算出される。このため、その時の作動室の変化後容積に応じて、圧力変化分流量を正確に算出することができる。そして、流量センサにより検出される流量から圧力変化分流量を減算した作動室の容積変化分流量に基づいて、流量積算値が算出される。このため、作動室の容積変化に寄与する流量積算値に基づいて、作動室の変化後容積を正確に算出することができる。

第３の手段では、前記制御部は、前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との予め設定された関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する。

作動室の容積変化量と変動部材の変位量との関係は予め決まっている。このため、作動室の容積変化量と変動部材の変位量との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。

この点、上記構成によれば、制御部により、作動室の容積変化量と変動部材の変位量との予め設定された関係、及び初期容積から変化後容積への容積変化量に基づいて、変動部材の変位量が算出される。このため、作動室の変化後容積に基づいて、変動部材の変位量を算出することができる。

第４の手段では、前記制御部は、前記作動室の容積と前記変動部材の位置との予め設定された関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する。

作動室の容積と変動部材の位置との関係は予め決まっている。このため、作動室の容積と変動部材の位置との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。

この点、上記構成によれば、制御部により、作動室の容積と変動部材の位置との予め設定された関係、及び変化後容積に基づいて、変動部材の位置が算出される。このため、作動室の変化後容積に基づいて、変動部材の位置を算出することができる。

第５の手段では、前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみが作用しており、前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出する。

上記構成によれば、制御部により、作動室の容積を変更できる状態にされ、変動部材が静止するように給排部が制御される。作動室の容積を変更できる状態で変動部材が静止した場合は、変動部材に対して、作動室側から作用する力と、作動室と反対側から作用する力とが釣り合っている。ここで、変動部材には、作動室の内部の作動気体の圧力、及び変動部材における作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみが作用している。このため、作動気体の圧力と、流体の圧力とが釣り合っている。したがって、変動部材が静止した状態で圧力センサにより検出される圧力を、流体の圧力として算出することができる。

第６の手段では、前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷が作用しており、前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記負荷を大きく算出する。

上述したように、作動室の容積を変更できる状態で変動部材が静止した場合は、変動部材に対して、作動室側から作用する力と、作動室と反対側から作用する力とが釣り合っている。ここで、変動部材には、変動部材が変動する方向の負荷が作用している。そして、変動部材に作用する圧力が高いほど、その圧力により変動部材に作用する力は大きくなる。したがって、変動部材が静止した状態で圧力センサにより検出される圧力が高いほど、負荷を大きく算出することにより、負荷を適切に算出することができる。

第７の手段では、前記制御部は、前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する。

作動室の初期容積を算出する際の作動室の容積を変更できない状態では、ボイル・シャルルの法則により、圧力と温度との比は一定となる。このため、圧力センサにより検出される圧力が高いほど作動室の温度を高く算出することにより、作動室の温度を適切に算出することができる。

第８の手段では、前記制御部は、前記作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、前記作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する。

作動室の容積と圧力と温度との関係は、ボイル・シャルルの法則により予め決まっている。このため、作動室の容積と圧力と温度との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。

この点、上記構成によれば、制御部により、作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、作動室の初期容積、及び作動室の初期容積を算出する際の作動室の容積を変更できない状態において圧力センサにより検出された圧力に基づいて、作動室の温度が算出される。このため、作動室の初期容積を算出する際の制御を利用して、作動室の温度を算出することができる。

第９の手段は、気体圧駆動機器の制御方法であって、作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、備える気体圧駆動機器を制御する方法であって、前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出することを特徴とする。

上記気体圧駆動機器では、給排部により、作動室に対して作動気体が供給及び排出される。そして、作動室の圧力に応じて、本体に対して変動部材が変動させられる。圧力センサにより、作動室を含む空間の圧力が検出される。流量センサにより、作動室に対して流入出する作動気体の流量が検出される。

ここで、上記方法によれば、作動室の容積を変更できない状態にされ、給排部が制御されて作動室の圧力が変化させられる。これにより、作動室に対して作動気体が流入出する。このとき、作動室に対して流入出する作動気体は、作動室の容積を変更できない状態では、作動室の圧力変化に寄与する。流入出する作動気体による作動室の圧力変化量は、作動室の容積を変更できない状態にした時の作動室の容積（すなわち作動室の初期容積）によって変化する。このため、作動室の圧力変化量と作動気体の流量積算値（すなわち流入出量）との関係は、作動室の初期容積を反映したものとなる。したがって、作動室の圧力変化量及び作動室に流入する作動気体の流量積算値に基づいて、作動室の初期容積を算出することができる。

第１０の手段では、前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する。

上記方法によれば、第２の手段と同様の作用効果を奏することができる。

第１１の手段では、前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する。

上記方法によれば、第３の手段と同様の作用効果を奏することができる。

第１２の手段では、前記作動室の容積と前記変動部材の位置との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する。

上記方法によれば、第４の手段と同様の作用効果を奏することができる。

第１３の手段では、前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみを作用させ、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出する。

上記方法によれば、第５の手段と同様の作用効果を奏することができる。

第１４の手段では、前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷を作用させ、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記負荷を大きく算出する。

上記方法によれば、第６の手段と同様の作用効果を奏することができる。

第１５の手段では、前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する。

上記方法によれば、第７の手段と同様の作用効果を奏することができる。

第１６の手段では、前記作動室の容積と圧力と温度との関係を予め設定し、前記設定した関係、作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する。

上記方法によれば、第８の手段と同様の作用効果を奏することができる。

薬液供給システムを示す回路図。薬液供給システムの基本的な作動態様を示すタイムチャート。作動室の変化後容積を算出する処理を示すフローチャート。操作エアの圧力と流量とに基づいてポンプの作動室容積を計算する計算式。吸引側の水頭圧を推定する処理を示すフローチャート。ダイアフラムを中立位置へ移動させる処理を示すフローチャート。エアオペレートバルブを示す模式図。弁開度とＣｖ値との関係を示すグラフ。エアシリンダを示す模式図。

（第１実施形態）
以下、半導体製造ライン等に用いられる薬液供給システムとして具体化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、薬液供給システム１０（すなわち気体圧駆動機器）を示す回路図である。同図に示すように、薬液供給システム１０は、回転板４８上に載置された半導体ウェハＷの中心付近に、薬液（すなわち液体）としてのレジスト液Ｒを先端ノズル４７ｎから供給する。レジスト液Ｒは、半導体ウェハＷの中心付近から、遠心力で半導体ウェハＷの外縁まで広げられる。

薬液供給システム１０は、ダイアフラムポンプ１３と、ポンプ駆動部５９と、薬液供給系統４９と、吸入配管４１と、吐出配管４７と、吐出側バルブ４６と、流量センサ７１と、圧力センサ７２と、位置センサ７３と、コントローラ７０と、等を備えている。

ポンプ１３は、加圧された操作エア（すなわち作動気体）が供給及び排出される作動室２６が内部に形成された本体１４、及びポンプ室２５と作動室２６とを仕切るダイアフラム２３を備えている。ダイアフラム２３（すなわち変動部材）は、作動室２６の圧力に応じて本体１４に対して変位（すなわち変動）する。これにより、レジスト液Ｒが吸入配管４１からポンプ室２５へ吸引され、ポンプ室２５からレジスト液Ｒが吐出配管４７へ吐出される。

ポンプ駆動部５９（すなわち給排部）は、加圧された操作エア（すなわち作動気体）を供給する供給源５３と、負圧を発生させる真空発生源６１と、電空レギュレータ５１と、等を備えている。

供給源５３から供給配管５２を通じて電空レギュレータ５１へ操作エアが供給される。電空レギュレータ５１から排気配管６０を通じて真空発生源６１へ操作エアが排出される。電空レギュレータ５１は、電磁弁等を備えており、供給源５３と真空発生源６１とに接続を切り替える。そして、電空レギュレータ５１からエア配管５０（すなわち作動気体通路）を通じて、ポンプ１３の作動室２６に対して操作エアが供給及び排出される。電空レギュレータ５１は、コントローラ７０からの第１指令信号（例えば圧力目標値）に基づいて、操作エアの圧力を圧力目標値としての設定圧に制御する。なお、ポンプ駆動部５９は、電空レギュレータ５１を備えるものに限らず、作動気体の圧力を制御するその他の回路であってもよい。

薬液供給系統４９は、レジスト液Ｒを貯留するレジストボトル４２と、吸引側バルブ４０と、加圧された操作エアを供給する供給源４４と、圧力調整弁４５と、切換弁４３と、等を備えている。

レジストボトル４２（すなわち液体容器）は、吸入配管４１（すなわち流入通路）によりフィルタ４１ａを介して吸引側バルブ４０に接続されている。レジストボトル４２は、ポンプ室２５よりも上にあっても、下にあってもよい。フィルタ４１ａは、レジスト液Ｒに含まれる微小粒子等の不純物を取り除く。吸引側バルブ４０（吸引側弁）は吸入配管４１を開閉する。供給源４４から操作エアが、圧力調整弁４５と切換弁４３とを介して吸引側バルブ４０へ供給される。圧力調整弁４５は、供給源４４から供給された操作エアの圧力を、吸引側バルブ４０を操作するための圧力に調整する。切換弁４３は、電磁ソレノイドを有する電磁切換部４３ａにより、流路の接続状態を切り替える電磁弁である。切換弁４３は、コントローラ７０からの第２指令信号（例えばオン指令又はオフ指令）に基づいて、吸引側バルブ４０への操作エアの供給と大気開放とを相互に切り替える。そして、吸引側バルブ４０が開かれることで、吸入配管４１を通じてレジスト液Ｒがポンプ１３のポンプ室２５へ流入する。

ポンプ１３のポンプ室２５は、吐出配管４７（すなわち流出通路）により吐出側バルブ４６を介して先端ノズル４７ｎに接続されている。吐出側バルブ４６（吐出側弁）は、上記吸引側バルブ４０と同様の構成を備えている。吐出側バルブ４６は、コントローラ７０からの第３指令信号（例えばオン指令又はオフ指令）に基づいて、開状態と閉状態とに相互に切り替えられる。そして、吐出側バルブ４６が開かれることで、ポンプ１３のポンプ室２５から吐出配管４７を通じてレジスト液Ｒが流出する。すなわち、吐出配管４７を通じて先端ノズル４７ｎへレジスト液Ｒが供給される。

流量センサ７１は、エア配管５０を流通する操作エアの流量、すなわちポンプ１３の作動室２６に対して流入出する操作エアの流量を検出する。

圧力センサ７２は、エア配管５０内の操作エアの圧力、すなわち作動室２６及びエア配管５０を含む空間の圧力を検出する。詳しくは、圧力センサ７２は、エア配管５０においてポンプ１３と流量センサ７１との間に設定された圧力検出点７２ｐの圧力を検出する。

位置センサ７３は、ダイアフラム２３の位置を検出する。詳しくは、位置センサ７３は、ダイアフラム２３が中立位置よりもポンプ室２５側（すなわち吐出側）へ変動している場合にオフとなる。そして、位置センサ７３は、ダイアフラム２３が中立位置にある場合及び、中立位置よりも作動室２６側（すなわち吸引側）へ変動している場合にオンとなる。中立位置は、ダイアフラム２３の変動によりダイアフラム２３に発生する張力が、所定値よりも小さくなる（例えば張力が０となる）位置、すなわちダイアフラムに発生する張力を無視することのできる位置である。

コントローラ７０（すなわち制御部）は、ＣＰＵや各種メモリ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成される電子制御装置である。コントローラ７０は、ポンプ１３によるレジスト液Ｒの吸引及び吐出の状態等を制御する。コントローラ７０には、本システム全体を統括して管理する図示しない管理コンピュータから入力信号（例えば吸引指令信号又は吐出指令信号）が入力される。コントローラ７０には、流量センサ７１による流量検出信号、圧力センサ７２による圧力検出信号、及び位置センサ７３による位置検出信号が入力される。そして、コントローラ７０は、入力される信号に基づいて、吸引側バルブ４０と吐出側バルブ４６との開閉状態、及び電空レギュレータ５１（すなわちポンプ駆動部５９）の状態を制御する。本実施形態では、コントローラ７０は、作動室２６の容積、及びレジスト液Ｒの吸引側の水頭圧（すなわち流体圧）を推定する。その際に、薬液供給システム１０において、操作エア及びレジスト液Ｒの温度は一定である、又は一定であるとみなすことができる。

図２は、薬液供給システム１０の基本的な作動態様を示すタイムチャートである。薬液供給システム１０は、ポンプ１３の吐出と吸引とを含むサイクルを繰り返すことによって作動する。薬液供給システム１０の作動は、上記コントローラ７０によって制御される。

同図に示すように、時刻ｔ１よりも以前では、吸引側バルブ４０が開かれており、吐出側バルブ４６が閉じられている。作動室２６の圧力は、設定圧の負圧となっている。この状態では、ポンプ室２５は最大まで拡張しており、作動室２６は最小まで縮小している。

時刻ｔ１では、吐出側バルブ４６を閉としたままの状態において、吸引側バルブ４０も閉状態とする。吸引側バルブ４０を閉状態とした後に、電空レギュレータ５１の設定圧を正圧に切り替える。その結果、電空レギュレータ５１により、作動室２６の圧力が設定された正圧に迅速に制御される。この状態では、吸引側バルブ４０及び吐出側バルブ４６の双方が閉状態なので、ポンプ室２５は、ダイアフラム２３を介して作動室２６側から設定圧の正圧が印加された状態（詳しくは静止状態）となっている。

ここで、上記圧力検出点７２ｐの圧力（すなわち作動室２６の圧力）は、圧力センサ７２によってリアルタイムで検出されている。作動室２６に対して流入出する操作エアの流量は、流量センサ７１によってリアルタイムで検出されている。そして、流量センサ７１により検出される流量が所定値よりも少なくなる（例えば流量が０となる）時刻ｔ２まで、上記の状態が維持される。なお、圧力センサ７２により検出される圧力の変動が所定値よりも小さくなる（例えば圧力の変動が０となる）時刻を、時刻ｔ２としてもよい。

時刻ｔ２では、吐出側バルブ４６を開状態とする。これにより、吐出側バルブ４６を介してポンプ室２５からレジスト液Ｒの吐出が可能となる。このため、操作エアによる作動室２６側からポンプ室２５側へのダイアフラム２３の押圧に応じて、ポンプ室２５からレジスト液Ｒの吐出が開始される。この状態を、作動室２６を最大まで拡張させ、ポンプ室２５を最小まで縮小させることのできる期間、すなわち時刻ｔ２〜ｔ３までの期間維持する。これにより、ポンプ１３からのレジスト液Ｒの吐出が終了する。

時刻ｔ３では、吐出側バルブ４６を閉状態とする。時刻ｔ３から所定期間後の時刻ｔ４では、吸引側バルブ４０を開状態とする。

時刻ｔ４〜ｔ５では、操作エアの設定圧を急激に変化させるのではなく、所定の変化速度で正圧から負圧に徐々に変化させる。これにより、ポンプ室２５の圧力が急低下することによる発泡現象を抑制することができる。そして、操作エアの設定圧の低下（例えば負圧化）に伴って、ポンプ室２５側から作動室２６側へダイアフラム２３が吸引される。この状態を、ポンプ室２５を最大まで拡張させ、作動室２６を最小まで縮小させることのできる期間、すなわち時刻ｔ５〜ｔ６までの期間維持する。これにより、ポンプ１３へのレジスト液Ｒの吸引が終了する。その後、時刻ｔ６において、時刻ｔ１と同様の制御を実行する。

（変化後容積算出）
図３は、作動室２６の変化後容積を算出する処理示すフローチャートである。この一連の処理は、コントローラ７０によって実行される。

まず、吐出側バルブ４６及び吸引側バルブ４０を閉じさせる（Ｓ１１，Ｓ１２）。すなわち、両バルブ４６，４０を一旦閉じ、作動室２６の容積を変更できない状態にする。

続いて、作動室２６の設定圧を変更する（Ｓ１３）。詳しくは、吐出側バルブ４６及び吸引側バルブ４０が閉じられた状態、すなわちダイアフラム２３が変動しない状態において、作動室２６の圧力変化に伴う操作エアの流量変化を精度よく検出することのできる圧力に設定圧を変更する。例えば、設定圧を大気圧から所定圧に上昇させる。

続いて、Ｓ１３で変更した設定圧を電空レギュレータ５１へ出力する（Ｓ１４）。これにより、電空レギュレータ５１は、作動室２６の圧力を設定圧に制御する処理を開始する。

続いて、作動室２６の圧力を圧力センサ７２により検出させ（Ｓ１５）、作動室２６に対して流入出する作動エアの流量を流量センサ７１により検出させる（Ｓ１６）。

続いて、操作室の容積を算出する（Ｓ１７）。詳しくは、図４の式Ｆ５により、その時の作動室２６の容積Ｖ（ｎ）とエア配管５０の容積との合計である操作室容積Ｖを算出する。ここで、ダイアフラム２３が変動しない状態であるため、その時に流量センサ７１によって検出された操作エアの流量である検出流量ＱＡ（ｎ＋１）は、圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）に等しいとみなすことができる。圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）は作動室２６の圧力変化に寄与し、容積変化には寄与しない流量である。ＱＡ（ｎ＋１）は今回の検出流量、Ｐ０は基準圧力、ΔＰ（ｎ＋１）は圧力変化（今回の検出圧力Ｐ（ｎ＋１）−前回の検出圧力Ｐ（ｎ））、Δｔは所定のサンプリング時間である。なお、検出流量ＱＡ（ｎ＋１）と時間Δｔとの積は、流量の積算値に相当する。

続いて、操作室容積Ｖからエア配管５０の容積を引くことにより、作動室２６の初期容積Ｖ（０）を算出する（Ｓ１８）。なお、エア配管５０の容積は既知の値である。

続いて、吸引側バルブ４０を開かせる（Ｓ１９）。すなわち、作動室２６の容積を、初期容積Ｖ（０）から変更できる状態にする。

続いて、作動室２６の設定圧を変更し（Ｓ２０）、Ｓ２０で変更した設定圧を電空レギュレータ５１へ出力し（Ｓ２１）、作動室２６の圧力を圧力センサ７２により検出させ（Ｓ２２）、作動室２６に対して流入出する作動エアの流量を流量センサ７１により検出させる（Ｓ２３）。Ｓ２０〜Ｓ２３の処理は、Ｓ１３〜Ｓ１６の処理と同一である。ただし、Ｓ２０では、ポンプ１３の駆動状態、詳しくは吸引駆動する状態に応じて設定圧を変更する。なお、Ｓ１９を吐出側バルブ４６を開かせる処理に変更するとともに、Ｓ２０をポンプ１３の駆動状態、詳しくは吐出駆動する状態に応じて設定圧を変更する処理に変更してもよい。

続いて、作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出する（Ｓ２４）。詳しくは、図４に基づいて後述する。

続いて、作動室２６の容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）に基づいて、ダイアフラム２３の変位量を算出する（Ｓ２５）。具体的には、作動室２６の容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）とダイアフラム２３の変位量との予め設定された関係、及び作動室２６初期容積Ｖ（０）から変化後容積Ｖ（ｎ＋１）への容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）に基づいて、ダイアフラム２３の変位量を算出する。ここで、作動室２６の容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）とダイアフラム２３の変位量との関係は予め決まっている。このため、作動室２６の容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）とダイアフラム２３の変位量との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておく。

その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。なお、この一連の処理が、気体圧制御機器の制御方法に相当する。

（作動室の変化後容積算出）
図４は、操作エアの圧力と流量とに基づいて、ポンプ１３の作動室２６の変化後容積を計算する計算式である。図４中の式Ｆ１〜Ｆ４は、作動室２６の圧力と容積の双方が変化する状態において、操作エアの圧縮性を考慮し、作動室２６へ供給される操作エアの圧力と流量とを使用して作動室２６の変化後容積を計算するための計算式である。

式Ｆ１は、今回（ｎ＋１）における作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出する計算式である。式Ｆ１は、前回（ｎ）の作動室２６の容積Ｖ（ｎ）に、所定のサンプリング時間Δｔにおける作動室２６の容積変化Ｑｖ（ｎ＋１）・Δｔを加算して、今回（ｎ＋１）の作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出する計算式である。すなわち、変化後容積Ｖ（ｎ＋１）は、初期容積Ｖ（０）に所定のサンプリング時間Δｔ毎の作動室２６の容積変化Ｑｖ（ｋ）・Δｔを加算して算出される。

式Ｆ２は、作動室２６の今回の検出圧力Ｐ（ｎ＋１）における単位時間当たりの容積変化Ｑｖ（ｎ＋１）を、基準圧力Ｐ０における流量ＱＭ（ｎ＋１）から算出する計算式である。検出圧力Ｐ（ｎ＋１）は、圧力センサ７２によって検出された作動室２６の圧力である。ここで、単位時間当たりの容積変化は流量を意味し、容積変化の積算値は流量の積算値を意味する。これにより、基準圧力Ｐ０を想定して検出された流量を、圧力Ｐ（ｎ＋１）での流量に換算して利用することができる。そして、式Ｆ２により算出される容積変化Ｑｖ（ｎ＋１）を、式Ｆ１に代入する。

式Ｆ３は、検出流量ＱＡ（ｎ＋１）を使用して基準圧力Ｐ０における流量ＱＭ（ｎ＋１）を算出するための計算式である。検出流量ＱＡ（ｎ＋１）は、流量センサ７１によって検出された操作エアの流量である。基準圧力Ｐ０における流量ＱＭ（ｎ＋１）は、検出流量ＱＡ（ｎ＋１）から圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）を減算して算出される。圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）は作動室２６の圧力変化に寄与し、容積変化には寄与しない流量である。換言すれば、流量ＱＭ（ｎ＋１）は作動室２６の容積変化に寄与する流量、すなわち容積変化分流量である。そして、式Ｆ３により算出される基準圧力Ｐ０における流量ＱＭ（ｎ＋１）を、式Ｆ２に代入する。

式Ｆ４は、圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）を算出するための計算式である。圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）は、操作エアの流量のうち作動室２６の圧力変化にのみ寄与する流量である。圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）は、作動室２６の圧力が上昇中には正の値となり、作動室２６の圧力が下降中には負の値となる。圧力変化（Ｐ（ｎ＋１）−Ｐ（ｎ））は、圧力センサ７２による検出圧力のサンプリング時間Δｔでの変化である。圧力変化（Ｐ（ｎ＋１）−Ｐ（ｎ））は、実測値をそのまま利用しても良いし、あるいはたとえば一定の時間幅で平均化された値を使用するようにしてもよい。圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）の算出値は、その時の作動室２６の容積Ｖ（ｎ）とエア配管５０の容積との合計である上記操作室容積Ｖに依存する値である。そして、式Ｆ４により算出される圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）を、式Ｆ３に代入する。以上により、式Ｆ１を用いることで、作動室２６の変化後容積を算出することができる。

（吸引側の水頭圧推定）
図５は、吸引側の水頭圧を推定する処理を示すフローチャートである。この一連の処理は、コントローラ７０によって実行される。

まず、吐出側バルブ４６及び吸引側バルブ４０を閉じさせる（Ｓ３１，Ｓ３２）。すなわち、両バルブ４６，４０を一旦閉じた状態とする。

続いて、ダイアフラム２３を上記中立位置へ移動させる（Ｓ３３）。中立位置は、ダイアフラム２３の変動によりダイアフラム２３に発生する張力が、所定値よりも小さくなる（例えば張力が０となる）位置である。この処理の詳細については後述する。

続いて、前回行われた処理における設定圧を読み込む（Ｓ３４）。詳しくは、コントローラ７０による前回の吸引側の水頭圧を推定する処理において、電空レギュレータ５１へ出力された設定圧を読み込む。

続いて、Ｓ３４で読み込んだ設定圧を電空レギュレータ５１へ出力する（Ｓ３５）。これにより、電空レギュレータ５１は、作動室２６の圧力を設定圧に制御する処理を開始する。そして、吸引側バルブ４０を開かせる（Ｓ３６）。すなわち、前回の処理において作動室２６の圧力を設定圧に制御していた状態から、水頭圧を推定する処理を開始する。なお、前回行われた処理における設定圧を取得できない場合は、水頭圧を推定する処理を所定の初期設定圧から開始する。

続いて、作動室２６の圧力を圧力センサ７２により検出させ（Ｓ３７）、作動室２６に対して流入出する作動エアの流量を流量センサ７１により検出させる（Ｓ３８）。

続いて、吸引側バルブ４０を閉じさせる（Ｓ３９）。そして、検出された圧力及び検出された流量に基づいて、作動室２６の容積変化ΔＶを算出する（Ｓ４０）。作動室２６の容積変化ΔＶは、作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）と同様に、図４の式に基づいて算出することができる。

続いて、算出された容積変化が０であるか否か判定する（Ｓ４１）。詳しくは、算出された容積変化が判定値よりも小さいか否か判定する。判定値は、作動室２６の容積変化が実質的に０である、又は略０であることを判定することのできる値、例えば０よりも若干大きい値に設定されている。

Ｓ４１の判定において、算出された容積変化が０でないと判定した場合（Ｓ４１：ＮＯ）、ダイアフラム２３を上記中立位置へ移動させる（Ｓ４２）。ダイアフラム２３が上記中立位置にある場合は、ダイアフラム２３には、作動室２６の内部の操作エアの圧力、及びダイアフラム２３における作動室２６と反対側の面に接するレジスト液Ｒの圧力のみが作用している。

そして、設定圧を変更する（Ｓ４３）。詳しくは、算出された容積変化に応じて、容積変化を０に迅速に近付けることのできる設定圧に変更する。例えば、作動室２６の容積が縮小している場合は設定圧を上昇させ、作動室２６の容積が拡大している場合は設定圧を低下させる。さらに、作動室２６の容積が縮小する速度が高いほど、設定圧を大きく上昇させる。作動室２６の容積が拡大する速度が高いほど、設定圧を大きく低下させる。その後、Ｓ３５の処理から再度実行する。

一方、Ｓ４１の判定において、算出された容積変化が０であると判定した場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、吸引側の水頭圧（すなわち流体の圧力）を推定する（Ｓ４４）。詳しくは、作動室２６の容積変化が０となった状態における作動室２６の設定圧、すなわち作動室２６の容積変化が０となった状態で圧力センサ７２により検出された圧力を、吸引側の水頭圧として推定する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

（ダイアフラムの中立位置への移動）
図６は、ダイアフラム２３を中立位置へ移動させる処理（図５のＳ３３）を示すフローチャートである。この一連の処理は、コントローラ７０によって実行される。

まず、作動室２６の設定圧を変更する（Ｓ５０）。詳しくは、ダイアフラム２３を中立位置よりもポンプ室２５側へ迅速に変動させることのできる所定圧力に、設定圧を変更する。そして、変更された設定圧を電空レギュレータ５１へ出力する（Ｓ５１）。これにより、電空レギュレータ５１は、作動室２６の圧力を設定圧に制御する。

続いて、吐出側バルブ４６を開かせる（Ｓ５２）。なお、吸引側バルブ４０は、図５のＳ３２の処理において閉じられている。

続いて、位置センサ７３がオフとなったか否か判定する（Ｓ５３）。すなわち、ダイアフラム２３が中立位置よりもポンプ室２５側へ移動したか否か判定する。この判定において、位置センサ７３がオフとなっていないと判定した場合（Ｓ５３：ＮＯ）、Ｓ５３の判定を繰り返し行って待機する。

一方、Ｓ５３の判定において、位置センサ７３がオフとなったと判定した場合（Ｓ５３：ＹＥＳ）、吐出側バルブ４６を閉じさせ（Ｓ５４）、作動室２６の設定圧を変更する（Ｓ５５）。詳しくは、ダイアフラム２３を中立位置に適切な速度で移動させることのできる所定圧力に、設定圧を変更する。この所定圧力は、ダイアフラム２３を中立位置に確実に移動させることができ、且つダイアフラム２３が中立位置よりも作動室２６側へ大きく変動することのない圧力に設定されている。そして、変更された設定圧を電空レギュレータ５１へ出力する（Ｓ５６）。これにより、電空レギュレータ５１は、作動室２６の圧力を設定圧に制御する。

続いて、吸引側バルブ４０を開かせる（Ｓ５７）。

続いて、位置センサ７３がオンとなったか否か判定する（Ｓ５８）。すなわち、ダイアフラム２３が中立位置へ移動したか否か判定する。この判定において、位置センサ７３がオンとなっていないと判定した場合（Ｓ５８：ＮＯ）、Ｓ５８の判定を繰り返し行って待機する。

一方、Ｓ５８の判定において、位置センサ７３がオンとなったと判定した場合（Ｓ５８：ＹＥＳ）、吸引側バルブ４０を閉じさせる（Ｓ５９）。これにより、ダイアフラム２３は中立位置で静止する。その後、図５のＳ３３以降の処理へ戻る（ＲＥＴ）。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・コントローラ７０により、作動室２６の容積を変更できない状態にされ、ポンプ駆動部５９が制御されて作動室２６の圧力が変化させられる。これにより、作動室２６に対して操作エアが流入出する。このとき、作動室２６に対して流入出する操作エアは、作動室２６の容積を変更できない状態では、作動室２６の圧力変化に寄与する。流入出する操作エアによる作動室２６の圧力変化量は、作動室２６の容積を変更できない状態にした時の作動室２６の容積（すなわち作動室２６の初期容積Ｖ（０））によって変化する。このため、作動室２６の圧力変化量と操作エアの流量積算値（すなわち流入出量）との関係は、作動室２６の初期容積Ｖ（０）を反映したものとなる。したがって、作動室２６の圧力変化量及び作動室２６に流入する操作エアの流量積算値に基づいて、作動室２６の初期容積Ｖ（０）を算出することができる。

・初期容積Ｖ（０）から作動室２６の容積を変更できる状態にされた後に、流量センサ７１により検出される操作エアの流量に基づいて流量積算値が算出される。作動室２６の容積を変更できる状態での流量積算値は、作動室２６の容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）と相関を有している。このため、流量積算値及び初期容積Ｖ（０）に基づいて、作動室２６の容積が変化した後の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出することができる。しかも、ダイアフラム２３の初期位置にかかわらず、作動室２６の初期容積Ｖ（０）を算出することができ、ひいては作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出することができる。

・コントローラ７０により、圧力センサにより検出される圧力及び変化後容積Ｖ（ｎ＋１）に基づいて、作動室２６の圧力変化に寄与する操作エアの流量である圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）が算出される。このため、その時の作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）に応じて、圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）を正確に算出することができる。そして、流量センサ７１により検出される流量から圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）を減算した作動室２６の容積変化分流量ＱＭ（ｎ＋１）に基づいて、流量積算値が算出される。このため、作動室２６の容積変化に寄与する流量積算値に基づいて、作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を正確に算出することができる。

・コントローラ７０により、作動室２６の容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）とダイアフラム２３の変位量との予め設定された関係、及び初期容積Ｖ（０）から変化後容積Ｖ（ｎ＋１）への容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）に基づいて、ダイアフラム２３の変位量が算出される。このため、作動室２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）に基づいて、ダイアフラム２３の変位量を算出することができる。

・コントローラ７０により、作動室２６の容積を変更できる状態にされ、ダイアフラム２３が静止するようにポンプ駆動部５９が制御される。作動室２６の容積を変更できる状態でダイアフラム２３が静止した場合は、ダイアフラム２３に対して、作動室２６側から作用する力と、作動室２６と反対側から作用する力とが釣り合っている。ここで、ダイアフラム２３には、作動室２６の内部の操作エアの圧力、及びダイアフラム２３における作動室２６と反対側の面に接するレジスト液Ｒの圧力のみが作用している。このため、操作エアの圧力と、レジスト液Ｒの圧力とが釣り合っている。したがって、ダイアフラム２３が静止した状態で圧力センサにより検出される圧力を、レジスト液Ｒの圧力として算出することができる。

なお、第１実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・作動室２６の容積とダイアフラム２３の位置との関係は予め決まっている。このため、作動室２６の容積とダイアフラム２３の位置との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。そして、コントローラ７０は、作動室２６の容積とダイアフラム２３の位置との予め設定された関係、及び変化後容積Ｖ（ｎ＋１）に基づいて、ダイアフラム２３の位置を算出してもよい。

・ダイアフラム２３（すなわち変動部材）に接する流体は、レジスト液Ｒ等の液体に限らず気体であってもよい。

・ポンプ１３を、流体の静圧を測定する機器として利用することもできる。具体的には、図５のフローチャートと同様の手順により、吸引側バルブ４０を開いて吐出側バルブ４６を閉じた状態での流体の静圧を測定することができる。また、吸引側バルブ４０の開閉と吐出側バルブ４６の開閉とを逆にすることにより、吸引側バルブ４０を閉じて吐出側バルブ４６を開いた状態での流体の静圧を測定することができる。また、吸引側バルブ４０及び吐出側バルブ４６を共に開いた状態での流体の静圧を測定することもできる。なお、同様の原理で作動する静圧測定機器を、ポンプ１３とは別に設けることもできる。

（第２実施形態）
図１のポンプ１３に代えて、単動式のエアオペレートバルブ１１３を備える気体圧駆動機器として具体化した第２実施形態について、図面を参照して説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付すことにより、説明を省略する。

図７に示すように、バルブ１１３は、本体１１４、ピストン１２３、ばね１１６（すなわち付勢部材）等を備えている。本体１１４の内部には、エア配管５０から加圧された操作エアが供給及び排出される作動室１２６が形成されている。ピストン１２３（すなわち変動部材）は、作動室１２６とばね室１２７とを仕切っている。ばね１１６は、ばね室１２７側から作動室１２６側へピストン１２３を付勢する。流入通路１４１と流出通路１４７との間には、弁座１４３が設けられている。ピストン１２３には、弁座１４３に対して当接及び離間する弁体１２４が連結されている。ピストン１２３は、作動室１２６の圧力に応じて本体１１４に対して移動（すなわち変動）する。これにより、流入通路１４１から流出通路１４７への流路面積が、バルブ１１３の弁体１２４により調節される。本実施形態では、加圧された流体が流入通路１４１へ供給されており、その流体の流量がバルブ１１３により調節される。

作動室１２６の設定圧を弁体１２４が全閉位置となる圧力（ピストン１２３の最低作動圧力未満の圧力）に設定した状態で、図３のＳ１１〜Ｓ１８の処理により作動室１２６の初期容積Ｖ（０）を算出する。その後、作動室１２６の設定圧をピストン１２３の最低作動圧力以上の所定圧力に設定した状態で、図３のＳ１９〜Ｓ２４の処理により作動室１２６の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出する。変化後容積Ｖ（ｎ＋１）から初期容積Ｖ（０）を引いて、容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）を算出する。そして、容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）を作動室１２６の断面積で割ることにより、ピストン１２３の変位量、すなわちバルブ１１３の弁開度を算出する。

バルブ１１３の弁開度と流量係数Ｃｖとは相関関係を有している。このため、流量係数Ｃｖは、バルブ１１３の弁開度に基づいて算出され、具体的には図８の関係に基づいて算出される。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。なお、ここでは、第１実施形態と異なる利点のみを述べる。

・容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）を作動室１２６の断面積で割ることにより、ピストン１２３の変位量を算出することができる。したがって、ピストン１２３の変位量を簡易に算出することができる。

なお、第２実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・初期容積Ｖ（０）の算出において、ピストン１２３が操作エアの圧力により移動しない状態であれば、作動室１２６の圧力がピストン１２３の最低作動圧力以上であってもよい。

・ばね１１６を備えておらず、ピストン１２３で仕切られた２つの作動室に操作エアが供給及び排出される複動式のエアオペレートバルブを備える気体圧駆動機器として、具体化することもできる。この場合は、上記ばね１１６の付勢力を０にするとともに、２つの作動室の一方に操作エアを供給すればよい。そして、作動室１２７を加圧して弁体１２４を全閉位置とした状態で、図３のＳ１１〜Ｓ１８の処理により作動室１２６の初期容積Ｖ（０）を算出する。その後、第２実施形態と同様の手順で、ピストン１２３の変位量(バルブ１１３の弁開度)、及び流量係数Ｃｖを算出することができる。また、作動室１２６を加圧して弁体１２４を全開位置とした状態で、図３のＳ１１〜Ｓ１８の処理により作動室１２６の初期容積Ｖ（０）を算出することもできる。その後、作動室１２７を加圧してピストン１２３を移動させ、第２実施形態と同様の手順で、全開位置からのピストン１２３の変位量を算出することもできる。なお、ピストン１２３が操作エアの圧力により移動しない状態であれば、作動室２６，２７の圧力にかかわらず、初期容積Ｖ（０）の算出を行うことができる。

・図１のポンプ１３に代えて、ベローズポンプを備える気体圧駆動機器として具体化することもできる。この場合も、第２実施形態と同様に、容積変化量ΔＶ（ｎ＋１）をベローズの断面積で割ることにより、ベローズ（すなわち変動部材）の変位量を算出することができる。

・図９に示すように、負荷Ｆに対して仕事をするエアシリンダ２１３を備える気体圧駆動機器として、具体化することもできる。第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付すことにより、説明を省略する。作動室１２６の容積を変更できる状態でピストン１２３（すなわち変動部材）が静止した場合は、ピストン１２３に対して、作動室１２６側から作用する力と、ばね室１２７側（すなわち作動室１２６と反対側）から作用する力とが釣り合っている。ここで、ピストン１２３には、ピストン１２３が変動する方向の負荷Ｆが作用している。そして、ピストン１２３に作用する圧力が高いほど、その圧力によりピストン１２３に作用する力は大きくなる。したがって、ピストン１２３が静止するように給排部を制御し、ピストン１２３が静止した状態で上記圧力センサ７２により検出される圧力が高いほど、負荷Ｆを大きく算出することにより、負荷Ｆを適切に算出することができる。なお、エアシリンダ２１３において、ピストン１２３を機械的に固定することにより、作動室１２６の容積を変更できない状態としてもよい。

なお、上記の各実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・圧力センサ７２は、作動室の圧力を検出するものであってもよい。

・上記の各実施形態では、作動室に給排される操作エア（空気）を例に挙げて説明したが、空気以外にも窒素等の他の作動気体を用いてもよい。

・コントローラ７０（すなわち制御部）は、作動室の初期容積Ｖ（０）を算出する際の作動室の容積を変更できない状態において、圧力センサ７２により検出される圧力が高いほど、作動室の温度を高く算出する。作動室の初期容積Ｖ（０）を算出する際の作動室の容積を変更できない状態では、ボイル・シャルルの法則により、圧力と温度との比は一定となる。このため、圧力センサ７２により検出される圧力が高いほど作動室の温度を高く算出することにより、作動室の温度を適切に算出することができる。

・コントローラ７０（制御部）は、作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、作動室の初期容積Ｖ（０）、及び作動室の初期容積Ｖ（０）を算出する際の作動室の容積を変更できない状態において圧力センサ７２により検出された圧力に基づいて、作動室の温度を算出する。作動室の容積と圧力と温度との関係は、ボイル・シャルルの法則により予め決まっている。このため、作動室の容積と圧力と温度との関係を、実験結果や設計値に基づいて予め設定しておくことができる。このため、上記構成によれば、作動室の初期容積Ｖ（０）を算出する際の制御を利用して、作動室の温度を算出することができる。

・初期容積Ｖ（０）及び流量積算値に基づいて、作動室の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出する際に、圧力変化分流量ＱＰ（ｎ＋１）を０とみなすこともできる。この場合であっても、流量積算値と作動室の容積変化量は相関を有しているため、精度は低下するものの作動室の変化後容積Ｖ（ｎ＋１）を算出することができる。

１０…薬液供給システム（気体圧駆動機器）、１３…ダイアフラムポンプ、１４…本体、２３…ダイアフラム（変動部材）、２６…作動室、４９…薬液供給系統、５９…ポンプ駆動部（給排部）、７０…コントローラ（制御部）、７１…流量センサ、７２…圧力センサ、１１３…エアオペレートバルブ、１１４…本体、１２３…ピストン（変動部材）、１２６…作動室、２１３…エアシリンダ。

Claims

作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、
前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、
前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、
前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、
前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、
前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出する制御部と、
を備え、
前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみが作用しており、
前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出することを特徴とする気体圧駆動機器。
作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、
前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、
前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、
前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、
前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、
前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出する制御部と、
を備え、
前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷が、前記本体の外部から作用しており、
前記制御部は、前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記変動部材に作用している前記負荷を大きく算出することを特徴とする気体圧駆動機器。
前記制御部は、前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する請求項１又は２に記載の気体圧駆動機器。
前記制御部は、前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との予め設定された関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体圧駆動機器。
前記制御部は、前記作動室の容積と前記変動部材の位置との予め設定された関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の気体圧駆動機器。
前記制御部は、前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体圧駆動機器。
前記制御部は、前記作動室の容積と圧力と温度との予め設定された関係、前記作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する請求項６に記載の気体圧駆動機器。
作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、
前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、
前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、
前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、
前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、
を備える気体圧駆動機器を制御する方法であって、
前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出し、
前記変動部材には、前記作動室の内部の前記作動気体の圧力、及び前記変動部材における前記作動室と反対側の面に接する流体の圧力のみを作用させ、
前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力を前記流体の圧力として算出することを特徴とする気体圧駆動機器の制御方法。
作動気体が供給及び排出される作動室が内部に形成された本体と、
前記作動室に対して前記作動気体を供給及び排出する給排部と、
前記作動室の圧力に応じて前記本体に対して変動する変動部材と、
前記作動室を含む空間の圧力を検出する圧力センサと、
前記作動室に対して流入出する前記作動気体の流量を検出する流量センサと、
を備える気体圧駆動機器を制御する方法であって、
前記作動室の容積を変更できない状態にし、前記給排部を制御して前記作動室の圧力を変化させた際に、前記圧力センサにより検出される前記圧力に基づき圧力変化量を算出し且つ前記流量センサにより検出される前記流量に基づき流量積算値を算出し、前記圧力変化量及び前記流量積算値に基づいて、前記作動室の初期容積を算出し、前記初期容積から前記作動室の容積を変更できる状態にした後に、前記流量センサにより検出される前記流量に基づき算出される流量積算値及び前記初期容積に基づいて、前記作動室の容積が変化した後の変化後容積を算出し、
前記変動部材には、前記変動部材が変動する方向の負荷を、前記本体の外部から作用させ、
前記作動室の容積を変更できる状態にして前記変動部材が静止するように前記給排部を制御し、前記変動部材が静止した状態で前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記変動部材に作用している前記負荷を大きく算出することを特徴とする気体圧駆動機器の制御方法。
前記圧力センサにより検出される前記圧力及び前記変化後容積に基づいて、前記作動室の圧力変化に寄与する前記作動気体の流量である圧力変化分流量を算出し、前記流量センサにより検出される前記流量から前記圧力変化分流量を減算した前記作動室の容積変化分流量に基づいて、前記流量積算値を算出する請求項８又は９に記載の気体圧駆動機器の制御方法。
前記作動室の容積変化量と前記変動部材の変位量との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記初期容積から前記変化後容積への容積変化量に基づいて、前記変動部材の変位量を算出する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の気体圧駆動機器の制御方法。
前記作動室の容積と前記変動部材の位置との関係を予め設定し、前記設定した関係、及び前記変化後容積に基づいて、前記変動部材の位置を算出する請求項８〜１１のいずれか１項に記載の気体圧駆動機器の制御方法。
前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において、前記圧力センサにより検出される前記圧力が高いほど、前記作動室の温度を高く算出する請求項８〜１２のいずれか１項に記載の気体圧駆動機器の制御方法。
前記作動室の容積と圧力と温度との関係を予め設定し、前記設定した関係、作動室の初期容積、及び前記作動室の初期容積を算出する際の前記作動室の容積を変更できない状態において前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて、前記作動室の温度を算出する請求項１３に記載の気体圧駆動機器の制御方法。