(57)【要約】【課題】重量法を用いたガス流量算出システム１００において異常を検出する。【解決手段】ガスが流れ込む又はガスが流れ出る容器１０と、容器１０が載置される電子天秤２０とを具備し、電子天秤２０から出力される出力値に基づき、容器１０に流れ込む又は流れ出る前記ガスの流量を算出するガス流量算出システム１００であって、容器１０内の圧力と前記出力値とに基づき、該ガス流量算出システム１００の異常を検出するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが流れ込む又はガスが流れ出る容器と、前記容器が載置される重量測定部とを具備し、前記重量測定部から出力される出力値に基づき、前記容器に流れ込む又は流れ出る前記ガスの流量を算出するガス流量算出システムであって、
前記容器内の圧力と前記出力値とに基づき、該ガス流量算出システムの異常を検出することを特徴とするガス流量算出システム。
【請求項２】
前記容器内の圧力を測定する圧力センサを有していることを特徴とする請求項１記載のガス流量算出システム。
【請求項３】
一方に前記容器が取り付けられ、他方に所定の重量を有するカウンタウエイトが取り付けられる天秤機構をさらに具備していることを特徴とする請求項１又は２記載のガス流量算出システム。
【請求項４】
ガスが流れ込む又はガスが流れ出る容器と、前記容器が載置される重量測定部とを具備し、前記重量測定部から出力される出力値に基づき、前記容器に流れ込む又は流れ出る前記ガスの流量を算出するガス流量算出システムに用いられるものであって、
前記容器内の圧力と前記出力値とに基づき、前記ガス流量算出システムの異常を検出することを特徴とする異常検出装置。
【請求項５】
ガスが流れ込む又はガスが流れ出る容器と、前記容器が載置される重量測定部とを具備し、前記重量測定部から出力される出力値に基づき、前記容器に流れ込む又は流れ出る前記ガスの流量を算出するガス流量算出システムに用いられる方法であって、
前記容器内の圧力と前記出力値とに基づき、前記ガス流量算出システムの異常を検出することを特徴とする異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば重量法（秤量法）を用いたガス流量算出システム並びに前記ガス流量算出システムの異常を検出する異常検出装置及び異常検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のガス流量算出システムとしては、例えば特許文献１に示すように、電子天秤に載せたボンベから流体制御機器等へガスを流し、このガス流量を重量法により算出するものがある。
具体的には、ボンベ内のガスの消費に伴い電子天秤の測定値が変化することを利用して、この測定値の変化量に基づき、ボンベから流体制御機器へ流したガス流量を算出するようにしている。
【０００３】
ところで、このようなガス流量算出システムにおいて、当該システムに生じる異常を検出するものはこれまでに知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような中で本願発明者は、ガス流量をより精度良く算出すべく、システムに生じた異常を検出することに着目し、従来であれば認識することができなかった異常を認識できるように鋭意検討を重ねた。
【０００６】
本発明は、上述した本願発明者の検討に基づきなされたものであり、重量法を用いたガス流量算出システムにおいて異常を検出することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係るガス流量算出システムは、ガスが流れ込む又はガスが流れ出る容器と、前記容器が載置される重量測定部とを具備し、前記重量測定部から出力される出力値に基づき、前記容器に流れ込む又は流れ出る前記ガスの流量を算出するガス流量算出システムであって、前記容器内の圧力と前記出力値とに基づき、該ガス流量算出システムの異常を検出することを特徴とするものである。
【０００８】
このようなガス流量算出システムであれば、システムに異常が生じたとしても、その異常を容器内の圧力と電子天秤からの出力値とに基づき検出することができるので、検出された異常を修復することによりシステムを正常な状態に戻すことができ、ガス流量を精度良く算出することが可能になる。
例えば、上述した容器内の圧力に基づいて、該圧力において重量測定部から出力されるはずの正常値を得ることができるので、この正常値と実際に重量測定部から出力された出力値とを比較することにより、重量測定部の不具合を検出することができる。
【０００９】
前記容器内の圧力を測定する圧力センサを有していることが好ましい。
これならば、容器を重量測定部に載置している状態でシステムの異常を検出することができ、システムの動作中に異常が生じたとしても、その異常を迅速に検出することができる。
【００１０】
具体的な実施態様としては、一方に前記容器が取り付けられ、他方に所定の重量を有するカウンタウエイトが取り付けれる天秤機構を更に具備するものが挙げられる。
このような構成であれば、特に天秤機構の異常を検出することができる。
具体的に天秤機構の異常とは、例えば、天秤ビームの曲がりやひび、天秤ビームを支持する支柱の曲がりや支点のずれ、容器又はカウンタウエイトの吊り下げ位置のズレ等である。
【００１１】
また、本発明に係る異常検出装置によれば、上述した流量算出システムと同様の作用効果を得ることができる。
すなわち本発明に係る異常検出装置は、ガスが流れ込む又はガスが流れ出る容器と、前記容器が載置される重量測定部とを具備し、前記重量測定部から出力される出力値に基づき、前記容器に流れ込む又は流れ出る前記ガスの流量を算出するガス流量算出システムに用いられるものであって、前記容器内の圧力と前記出力値とに基づき、前記システムの異常を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る異常検出方法によれば、上述した流量算出システムと同様の作用効果を得ることができる。
すなわち本発明に係る異常検出方法は、ガスが流れ込む又はガスが流れ出る容器と、前記容器が載置される重量測定部とを具備し、前記重量測定部から出力される出力値に基づき、前記容器に流れ込む又は流れ出る前記ガスの流量を算出するガス流量算出システムに用いられる方法であって、前記容器内の圧力と前記出力値とに基づき、前記システムの異常を検出することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、重量法を用いガス流量算出たシステムの異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態のガス流量算出システムの全体構成を模式的に示す図。
【図２】変形実施形態のガス流量算出システムの全体構成を模式的に示す図。
【図３】変形実施形態のガス流量算出システムの全体構成を模式的に示す図。
【図４】変形実施形態のガス流量算出システムの全体構成を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明に係るガス流量算出システムの一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態に係るガス流量算出システム１００は、例えば半導体製造に用いられる流体制御機器ＭＦＣにガスを流すとともに、当該流体制御機器ＭＦＣに流したガス流量をいわゆる重量法（秤量法）を用いて算出するものであり、本実施形態では、前記流体制御機器ＭＦＣを校正する校正システム２００の一部である。
なお、この校正システム２００は、図１に示すように、ガスが封入される容器１０と、容器１０が載せられた重量測定部である電子天秤２０と、容器１０内のガスを流体制御機器ＭＦＣに流す流出ラインＬ１と、ガスを容器１０に封入する封入ラインＬ２とを具備するものであり、この校正システム２００には、流体制御機器ＭＦＣは含まれていない。
【００１７】
本実施形態のガス流量算出システム１００は、図１に示すように、ガスが封入された容器１０と、容器１０が載せられた重量測定部である電子天秤２０と、容器１０内のガスを流体制御機器ＭＦＣに流す流出ラインＬ１の少なくとも一部と、ガスを容器１０に封入する封入ラインＬ２の少なくとも一部とを具備するものである。
なお、本実施形態の流体制御機器ＭＦＣは、熱式又は差圧式の流量センサ及び流量制御バルブを有するマスフローコントローラである。
【００１８】
まず、ガスが流れる各ラインＬ１、Ｌ２について説明する。
【００１９】
流出ラインＬ１は、容器１０内のガスを流体制御機器ＭＦＣに流すためのものであり、具体的には図１に示すように、一端が容器１０に接続されるとともに他端が吸引ポンプＰに接続されており、容器１０側（一端側）から、第１調圧器Ｖａ、第１開閉弁Ｖ１、第２調圧器Ｖｂ、圧力センサＰ１、流体制御機器ＭＦＣ及び第２開閉弁Ｖ２がこの順に直列配置されている。
なお、吸引ポンプＰは必ずしも設ける必要はなく、流出ラインＬ１の他端を大気開放するように構成しても良い。
【００２０】
封入ラインＬ２は、電子天秤２０に載せられた容器１０にガスを流して封入するためのものであり、具体的には図１に示すように、一端が図示しないガスボンベに接続されるとともに他端が容器１０に接続されており、校正用ガスの上流側（一端側）からフィルタＦ、第３開閉弁Ｖ３、第４開閉弁Ｖ４及び逆止弁Ｖｃがこの順に直列配置されている。
【００２１】
上述した構成により、容器１０内の校正用ガスは、第１調圧器Ｖａを流れて流体制御機器ＭＦＣに流出し、図示しないガスボンベ内の校正用ガスは、逆支弁Ｖｃを流れて容器１０内に封入される。
【００２２】
本実施形態では、前記流出ラインＬ１と前記封入ラインＬ２とが合流して一部共通化されている。より詳細には、流出ラインＬ１に設けられた合流点Ｘにおいて、該流出ラインＬ１に封入ラインＬ２が合流するように構成されている。なお、本実施形態の合流点Ｘは、流出ラインＬ１における第１調圧器Ｖａと第１開閉弁Ｖ１との間であって、封入ラインＬ２における逆止弁Ｖｃと第４開閉弁Ｖ４との間に設けられている。
上述した構成により、合流点Ｘより容器１０側に向かって、流出ラインＬ１と封入ラインＬ２とに共通した共通ラインＬ３１が形成されており、本実施形態では、この共通ラインＬ３１に樹脂等の可撓性を有する管状のフレキシブルチューブ３０が設けられている。
【００２３】
本実施形態では、上述した流出ラインＬ１の一部、封入ラインＬ２の一部、容器１０及び電子天秤２０がチャンバ４０内に収容されている。
以下、チャンバ４０内の構成を説明する。
【００２４】
本実施形態では、チャンバ４０内に、揺動可能な天秤ビーム５１と、天秤ビーム５１を支点Ｃで支持する支柱５２とからなる天秤機構５０が設けられている。
【００２５】
本実施形態の天秤機構５０は、天秤ビーム５１の一方に容器１０及び、容器１０に接続されている流出ラインＬ１及び封入ラインＬ２を構成する配管の一部や前記配管の一部に付随するバルブ等（本実施形態では、第１調圧器Ｖａ及び逆止弁Ｖｃ）を吊り下げ、天秤ビーム５１の他方に所定の重量を有するカウンタウエイト６０を吊り下げたものである。
【００２６】
容器１０は、断熱性を有する例えば炭素繊維からなり、所定の重量を有するシリンダ等である。本実施形態では、上述した封入ラインＬ２を介して例えば窒素ガス等が封入されている。
【００２７】
カウンタウエイト６０は、電子天秤２０から出力される出力値（以下、測定重量ともいう）の少なく一部を打ち消すものであり、本実施形態では、容器１０の重量と容器１０に接続された配管の一部や前記配管の一部に付随するバルブ等（本実施形態では、第１調圧器Ｖａ及び逆止弁Ｖｃ）の重量とを合わせた重量を有した重りである。
【００２８】
上述した構成により、電子天秤２０は、該電子天秤２０に載置された容器１０や配管やバルブ等の総重量から、カウンタウエイト６０の重量が差し引かれた重量を測定重量として出力する。
本実施形態では、この電子天秤２０から前記測定重量を示す信号が、後述する情報処理装置７０に送信されるように構成されている。
【００２９】
情報処理装置７０は、電子天秤２０から出力された測定重量に基づき、流体制御機器ＭＦＣを校正するものであり、物理的には、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えた汎用乃至専用のコンピュータである。
【００３０】
本実施形態の情報処理装置７０は、いわゆる動的重量法（秤量法）を用いて流体制御機器ＭＦＣを校正するものである。
具体的にこの情報処理装置７０は、図示しないタイマから出力され、容器１０から流体制御機器ＭＦＣにガスを流している時間と、前記測定重量とに基づき、容器１０から流体制御機器ＭＦＣに流れる単位時間当たりの実流量を算出し、この実流量と流体制御機器ＭＦＣに入力される設定流量との検量線を作成することにより、流体制御機器ＭＦＣを校正するものである。
【００３１】
しかして、本実施形態のガス流量算出システム１００は、該ガス流量算出システム１００に生じる異常を検出する異常検出装置を具備する。
【００３２】
具体的にこの異常検出装置は、図１に示すように、容器１０内の圧力を測定する圧力測定部である圧力センサＰ２と、圧力センサＰ２から出力される測定圧力及び電子天秤２０から出力される測定重量に基づき、異常を検出する異常検出部とを備えている。
【００３３】
圧力センサＰ２は、流出ラインＬ１における容器１０との接続部、又は、封入ラインＬ２における容器１０との接続部に設けられたものであり、より具体的には、流出ラインＬ１における容器１０と第１調圧器Ｖａとの間、又は、封入ラインＬ２における容器１０と逆止弁Ｖｃとの間に設けられている。
本実施形態では、図１に示すように、流出ラインＬ１の容器１０側（一端側）と封入ラインＬ２の下流側（他端側）とが共通化されて容器１０に接続されており、この共通化された共通ラインＬ３２に前記圧力センサＰ２が設けられている。
【００３４】
異常検出部は、本実施形態では、上述した情報処理装置７０に設けられており、圧力センサＰ２からの出力である測定圧力と電子天秤２０からの出力である測定重量とを取得するとともに、測定圧力及び測定重量に基づき、ガス流量算出システム１００の異常を検出する。
【００３５】
より詳細にこの異常検出部は、容器１０内の圧力と該圧力において電子天秤２０で測定されるはずの基準重量との相関関係を示す相関データに基づき、測定圧力に対応する基準重量を取得し、この基準重量と測定重量とを比較する。
この相関データは、ガス流量算出システム１００が正常な状態（例えば、製品出荷時など）で取得され、前記メモリに形成された所定領域に記憶されたものであり、本実施形態では、例えば容器１０内の圧力及び前記基準重量を表としてまとめたルックアップテーブルである。
つまり、本実施形態の異常検出部は、前記ルックアップテーブルに基づいて測定圧力に基から得られる基準重量と、電子天秤２０から得られる測定重量とを比較するように構成されている。
【００３６】
そして、本実施形態の異常検出部は、基準重量と測定重量との差が所定値以上である場合に、ガス流量算出システム１００に異常が生じていると判定する。
【００３７】
本実施形態では、異常検出部が異常を検出した場合に、当該異常を報知する異常報知部が設けられている。
本実施形態の異常報知部は、上述した情報処理装置７０に設けられており、具体的にこの異常報知部は、例えば異常検出部が異常を検出した場合に警報を鳴らしたり、図示しないディスプレイ等に異常を示す文字や記号等を表示したりするものである。
【００３８】
このように構成された本実施形態に係るガス流量算出システム１００によれば、異常検出部が、圧力センサＰ２からの測定圧力と電子天秤２０からの測定重量とに基づき、該ガス流量算出システム１００の異常を検出できるので、例えば、天秤ビーム５１の曲がりやひび、支点Ｃのずれ、支柱５２の曲がりやひび、電子天秤２０の不具合、流出ラインＬ１及び封入ラインＬ２を構成する配管からのガス漏れ、配管に付随するバルブ等（本実施形態では、第１調圧器Ｖａや逆止弁Ｖｃ）の故障などの有無を検出することができる。
これにより、ガス流量算出システム１００に生じた異常を修復して正常な状態に戻すことができ、ガス流量を精度良く算出することが可能になる。
【００３９】
また、電子天秤２０は、該電子天秤２０に載せられた容器１０や配管やバルブ等の総重量から、カウンタウエイト６０の重量が差し引かれた重量を測定重量として出力するので、電子天秤２０の測定レンジを小さくすることにより、電子天秤２０の分解能を高くすることができ、容器１０内のガス重量を高精度に測定することができる。
【００４０】
さらに、共通ラインＬ３１にフレキシブルチューブ３０が設けられているので、例えばガスの流れにより生じる振動や流出ラインＬ１及び封入ラインＬ２から容器１０に伝わる張力をフレキシブルチューブ３０に吸収されることができ、電子天秤２０の出力値に生じる誤差を極めて小さくすることができる。
【００４１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４２】
例えば、前記実施形態では、天秤ビーム５１の一方に容器１０を吊り下げ、他方にカウンタウエイト６０を吊り下げていたが、図２に示すように、天秤ビーム５１の一方に容器１０を吊り下げ、他方に前記容器１０と同様の構成を有する容器１０’及び容器１０に接続される配管やバルブ等を吊り下げるようにしても良い。
上述した構成により、天秤ビーム５１の一方及び他方に吊り下げた容器１０、１０’に加わる浮力をほぼ等しくすることができ、電子天秤２０により容器１０内のガス重量をより精度良く測定することができる。
【００４３】
また、前記実施形態の天秤機構５０は、天秤ビーム５１の一方から容器１０を吊り下げる構成であったが、図３に示すように、天秤ビーム５１の一方に容器１０を載せ、他方にカウンタウエイト６０を設ける構成であっても良い。
【００４４】
さらに、必ずしも天秤機構５０を用いる必要はなく、例えば、図４に示すように、チャンバ４０内にバネなどの弾性部材８０を設け、この弾性部材８０の一端を容器１０に取り付けるとともに、他端を容器１０の上方（例えば、チャンバ４０の天井）に取り付けることにより、容器１０を持ち上げるように構成しても良い。
【００４５】
そのうえ、簡易な構成にすべく、天秤機構５０等の容器１０を持ち上げる機構を用いることなく、容器１０を単に電子天秤２０に載せるようにしても構わない。
【００４６】
また、前記実施形態では、容器１０を電子天秤２０に載せた状態で圧力センサＰ２が容器１０内の圧力を測定するようにしていたが、例えば、容器１０を電子天秤２０に載せる前に予めガスを封入して容器１０内の圧力を測定し、この測定圧力と、容器１０を電子天秤２０に載せた際に電子天秤２０から出力される測定重量とに基づき、ガス流量算出システム１００の異常を検出するようにしても良い。
【００４７】
さらに、前記実施形態の異常検出部は、ルックアップテーブルに基づき測定圧力から得られる基準重量と、電子天秤２０から得られる測定重量とを比較するように構成されていたが、測定圧力から所定の算出式（例えば、気体の状態方程式を含む式等）に基づいて算出される算出重量と測定重量とを比較するように構成されていても良い。
具体的には、異常検出部は、測定圧力から得られる容器１０内のガスの重量であるガス重量と、例えば工場出荷時等に予め計測した空の状態での容器１０の重量である容器重量とを足し合わせた重量を算出重量として算出し、この算出重量と測定重量とを比較するものであっても良い。その他にも、測定重量から容器重量を差し引いた重量を算出重量として算出し、この算出重量と前記ガス重量とを比較するようにしても良い。
また、前記実施形態の異常検出部は、基準重量と測定重量とを比較するように構成されていたが、例えば、容器１０にガスを基準重量になるまで封入し、その際に圧力センサＰ２から得られる測定圧力と、前記基準重量から得られる基準圧力とを比較し、基準圧力と測定圧力との差が所定値以上である場合に、ガス流量算出システム１００に異常が生じていると判定するように構成しても良い。
【００４８】
加えて、前記実施形態の圧力センサＰ２は、共通ラインＬ３２に設けられていたが、容器１０に設けられて該容器１０内の圧力を測定するようにしても良い。
【００４９】
また、前記実施形態では、流出ラインＬ１と封入ラインＬ２とが合流するように構成されていたが、流出ラインＬ１及び封入ラインＬ２が合流することなく容器１０に接続されるように構成しても良い。
さらに、前記実施形態では、合流点Ｘから容器１０に向かって、流出ラインＬ１及び封入ラインＬ２の一部が共通化されていたが、合流点Ｘから容器１０に到るまでの各ラインＬ１、Ｌ２を共通にしても良い。この場合は、共通ラインに開閉弁や調圧器を設けておくことが好ましい。
より好ましくは、流出ラインＬ１及び封入ラインＬ２が、容器１０との接続部（より具体的には、容器１０に接続される接続端部から所定範囲）において共通化されている構成が良い。
【００５０】
加えて、前記実施形態では、封入ラインＬ２に逆支弁Ｖｃが設けられていたが、この逆支弁Ｖｃは必ずしも必要ではなく、例えば、流出ラインＬ１の第１調圧器Ｖａを開状態にして、図示しないガスボンベ内の校正用ガスを流出ラインＬ１から容器１０内に封入させるようにしても良い。
【００５１】
そのうえ、前記実施形態の異常検出部及び異常報知部は情報処理装置７０に設けられていたが、情報処理装置７０とは別のコンピュータ等に設けても良い。
【００５２】
また、前記実施形態のガス流量算出システム１００は、容器１０から流体制御機器ＭＦＣにガスを流すように構成されていたが、流体制御機器ＭＦＣに流れるガスを容器１０に流入させ、電子天秤２０から出力される出力値に基づき、容器１０に流れ込むガスの流量を算出するように構成しても良い。
【００５３】
さらに、カウンタウエイト６０は、容器１０の重量と容器１０に接続された配管の一部や前記配管の一部に付随するバルブ等の重量とを合わせた重量以下であっても良く、電子天秤２０により得られる出力値の少なくとも一部を打ち消せる重量であれば良い。
【００５４】
そのうえ、前記実施形態のフレキシブルチューブ３０は、樹脂製のものであったが、ＳＵＳ等の金属製のものであっても良い。
これならば、フレキシブルチューブ３０が樹脂製のものに比べて変形しにくいので、流体制御機器ＭＦＣにガスをより安定的に流すことができる。
ただし、金属製のフレキシブルチューブ３０は、樹脂製のものに比べて曲率が大きくなってしまい、その分だけチャンバ４０を大きくする必要が生じる。このことから、装置全体を小型化するためには、金属製のフレキシブルチューブ３０よりも樹脂製のフレキシブルチューブ３０の方が有利である。
【００５５】
加えて、流出ラインＬ１における第１調圧器Ｖａの上流側又は下流側に、第１調圧器Ｖａと連続的に第３調圧器をさらに直列配置させても良い。
これにより、第１調圧器Ｖａ及び第３調圧器を順次開くことにより、流出ラインＬ１内を所定の圧力にするとともに、校正用ガスを容器１０から流体制御機器ＭＦＣに安定的に流すことができる。
【００５６】
さらに加えて、前記実施形態の流量算出システム１００は、校正用ガスを容器１０から流体制御機器ＭＦＣに流すように構成されていたが、流体制御機器ＭＦＣに流れるガスを容器１０内に流入させ、電子天秤２０から出力される出力値に基づいて、流体制御機器ＭＦＣに流れる前記ガスの流量を算出するように構成しても良い。
ここで、流体制御機器ＭＦＣとして差圧式のマスフローコントローラを用いた場合、流体制御機器ＭＦＣの二次側（下流側）の圧力を一次側（上流側）の圧力よりも低く保つ必要がある。ところが、この流外制御機器ＭＦＣを上述した流量算出システム１００を用いて校正しようとすると、流体制御機器ＭＦＣに流れるガスを容器１０内に流入させるに従い、二次側の圧力が増大してしまい、流体を精度良く制御することができなくなってしまう。
したがって、上述したように構成された流量算出システム１００を流体制御機器ＭＦＣの校正に用いる場合、流体制御機器ＭＦＣとしては差圧式のマスフローコントローラよりも熱式のマスフローコントローラの方が好ましい。なお、センサよりも下流側に流量制御バルブ等の流量制御部を有するマスフローコントローラであれば、上述したように構成された流量算出システムを用いて校正する対象として適している。
【００５７】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５８】
１００・・・ガス流量算出システム
１０  ・・・容器
２０  ・・・電子天秤
５０  ・・・天秤機構
６０  ・・・カウンタウエイト
７０  ・・・情報処理装置
Ｐ２  ・・・圧力センサ
ＭＦＣ・・・流体制御機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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