(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路中に設けた流路絞りノズルと、この流路絞りノズルの近傍において前記流路を開閉する閉止弁と、この流路絞りノズルの上流側の内部流路に供給されるガスの圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に配置されて内部流路の圧力が指定値になるように流路を開閉可能とする流量調整弁とを有する圧力式流量コントローラにおいて、
前記流路絞りノズルを圧力センサおよび流量調整弁と組付けたときの前記流量調整弁を閉じ閉止弁を開いた状態の自己診断時間における内部流路のガス圧力値の時間依存変化を基準値として記憶する記憶部と、
この自己診断時間における内部流路内のガス圧力値の時間依存変化を閉止弁および流量調整弁の開閉動作に連動して読み込み前記基準値と比較することで前記流路絞りノズルの診断を可能とする制御部と、
を設けてあり、前記制御部は、前記圧力式流量コントローラによって指定流量のガスを流通している途中に、流量調整弁を瞬間的に閉じることで僅かな自己診断時間を取り分けて、上記流路絞りノズルの診断を行なう機能を有することを特徴とする圧力式流量コントローラのノズル診断機構。
【請求項２】
前記制御部は、ガス圧力が流路絞りノズルにおいて音速の流量を生み出す程度に高い領域にあるときにおける前記ガス圧力値の降下速度が前記基準値に係るガス圧力値の時間依存変化と比べて遅い場合に流路絞りノズルの異常と判断する請求項１に記載の圧力式流量コントローラのノズル診断機構。
【請求項３】
前記制御部は、ガス圧力が流路絞りノズルにおいて音速の流量を生み出す程度に高い領域にあるときにおける前記ガス圧力値の降下速度が前記基準値に係るガス圧力値の時間依存変化とほぼ同じであり、ガス圧力が上記領域よりも低い領域に至った後における前記ガス圧力値の変化が前記基準値に係るガス圧力値の時間依存変化と比べて緩やかになる場合に圧力式流量コントローラの二次側の流路の異常と判断する請求項１または２に記載の圧力式流量コントローラのノズル診断機構。
【請求項４】
前記制御部は、前記ガス圧力値の時間依存変化がほゞ一定値に焦束するときのガス圧力を二次側圧力とする請求項１〜３の何れかに記載の圧力式流量コントローラのノズル診断機構。
【請求項５】
ガス流路中に設けた流路絞りノズルと、この流路絞りノズルの近傍において前記流路を開閉する閉止弁と、この流路絞りノズルの上流側の内部流路に供給されるガスの圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に配置されて内部流路の圧力が指定値になるように流路を開閉可能とする流量調整弁とを有する圧力式流量コントローラにおいて、
前記流路絞りノズルを圧力センサおよび流量調整弁と組付けたときに、内部流路内にガスを流入した後に、流量調整弁を閉じた状態で閉止弁を開放して自己診断時間内における内部流路のガス圧力値の時間依存変化を測定してこの圧力値の時間依存変化を基準値として記憶し、
この自己診断時間における内部流路内のガス圧力値の時間依存変化を測定して、前記基準値と比較することによりこの圧力値の時間依存変化から前記流路絞りノズルの診断を行い、
前記圧力式流量コントローラによって指定流量のガスを流通している途中に、流量調整弁を瞬間的に閉じることで僅かな自己診断時間を取り分けて、上記流路絞りノズルの診断を行なうことを特徴とする圧力式流量コントローラのノズル診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力式流量コントローラのノズル診断機構および圧力式流量コントローラのノズル診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流路絞りノズルを通るガスの流れの特徴として、ノズルの一次側の圧力Ｐ1 と二次側圧力Ｐ2 の圧力比Ｐ2 ／Ｐ1 がガスの臨界圧力比以下（空気や窒素などの場合は、約０．５以下）になると、ノズルを通るガスの流速が音速になって、ノズル二次側の圧力変動が一次側に伝播しなくなる事象がある。これは音速ノズルと呼ばれており、この流量制御の形態をとれば、ノズルの一次側の状態に相応した安定した質量流量のガスをノズルの二次側に得ることができる。
【０００３】
上述の事象を応用した装置の一つとして、流量制御ノズルと圧力センサとからなる圧力制御装置を流路絞りノズルの一時側のガス流路に接続して、流路絞りノズルの一次側の圧力（内部圧力）を二次側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行うようにした圧力式のマスフローコントローラがある。このマスフローコントローラによれば、制御の速度が早くなると共に、前記流路絞りノズルの二次側に閉止弁を設けることにより、例えば反応炉などに接続することで、反応炉に制御された質量流量のガスを瞬時に供給・停止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記流路絞りノズルは極めて細い流路を形成するゆえに、反応ガスに含まれる微細なパーティクルによって流路が細くなったり詰まる可能性があった。また、反応ガスが固体化したり、流路絞りノズルが腐蝕するなどの理由によっても詰まりが生じる可能性があった。そして、詰まりが生じたときは、たとえガスが流れていなくても、圧力式流量コントローラでは、内部圧力を一定値に保持しようとバルブを制御するだけで、何ら異常を検知することができなかった。
【０００５】
つまり、従来の圧力式流量コントローラは、その構造上、直接流量を計測するセンサがないので、ノズルに詰まりが生じた場合に、それを異常と診断する機能を有していなかった。それゆえに、流路絞りノズルに詰まりが生じると、指定流量のガスを供給できなくなるために、このラインを用いて生産する製品が不完全であっても気付くために時間がかかり、歩留りが悪くなるという問題があった。
【０００６】
これらの不都合を防ぐために、圧力式流量コントローラの上流側または下流側に熱式センサなどを装着して、ガス流量のモニタリングを行うことが考えられるが、ラインを構成する部品が増えて占有面積が増大するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した点を考慮に入れてなされたものであって、その目的とするところは、圧力式流量コントローラの流路絞りノズルおよびノズル以降の流路を構成する配管系の異常を診断することができる圧力式流量コントローラのノズル診断機構および圧力式流量コントローラのノズル診断方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の圧力式流量コントローラのノズル診断機構は、ガス流路中に設けた流路絞りノズルと、この流路絞りノズルの近傍において前記流路を開閉する閉止弁と、この流路絞りノズルの上流側の内部流路に供給されるガスの圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に配置されて内部流路の圧力が指定値になるように流路を開閉可能とする流量調整弁とを有する圧力式流量コントローラにおいて、
前記流路絞りノズルを圧力センサおよび流量調整弁と組付けたときの前記流量調整弁を閉じ閉止弁を開いた状態の自己診断時間における内部流路のガス圧力値の時間依存変化を基準値として記憶する記憶部と、
この自己診断時間における内部流路内のガス圧力値の時間依存変化を閉止弁および流量調整弁の開閉動作に連動して読み込み前記基準値と比較することで前記流路絞りノズルの診断を可能とする制御部と、
を設けてあり、前記制御部は、前記圧力式流量コントローラによって指定流量のガスを流通している途中に、流量調整弁を瞬間的に閉じることで僅かな自己診断時間を取り分けて、上記流路絞りノズルの診断を行なう機能を有することを特徴としている。
前記制御部は、ガス圧力が流路絞りノズルにおいて音速の流量を生み出す程度に高い領域にあるときにおける前記ガス圧力値の降下速度が前記基準値に係るガス圧力値の時間依存変化と比べて遅い場合に流路絞りノズルの異常と判断するものであってもよい。
前記制御部は、ガス圧力が流路絞りノズルにおいて音速の流量を生み出す程度に高い領域にあるときにおける前記ガス圧力値の降下速度が前記基準値に係るガス圧力値の時間依存変化とほぼ同じであり、ガス圧力が上記領域よりも低い領域に至った後における前記ガス圧力値の変化が前記基準値に係るガス圧力値の時間依存変化と比べて緩やかになる場合に圧力式流量コントローラの二次側の流路の異常と判断するものであってもよい。
前記制御部は、前記ガス圧力値の時間依存変化がほゞ一定値に焦束するときのガス圧力を二次側圧力とするものであってもよい。
【０００９】
したがって、上記構成の圧力式流量コントローラのノズル診断機構を用いることにより、圧力式流量コントローラを構成する基本的な部材を用いてノズル診断機構を構成することができる。つまり、熱式流量センサ等の新たな部材を加えることなく、ノズルおよびノズル以降の配管系の異常を判断できるので、ノズル診断機構のコンパクト化を促進すると共に、その生産コストの削減を図ることができる。
【００１０】
また、前記流路絞りノズルを圧力センサおよび流量調整弁と組付けたときの流量調整弁を閉じ閉止弁を開いた状態の自己診断時間における内部流路のガス圧力値の時間依存変化を基準値として記憶する記憶部を設けているので、各流路絞りノズルの流路の大きさにばらつきがあったとしても、基準値に対する比較によって正確にノズル診断を行うことができる。すなわち、信頼性を向上することができる。
【００１１】
本発明の圧力式流量コントローラのノズル診断方法は、ガス流路中に設けた流路絞りノズルと、この流路絞りノズルの近傍において前記流路を開閉する閉止弁と、この流路絞りノズルの上流側の内部流路に供給されるガスの圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサの上流側に配置されて内部流路の圧力が指定値になるように流路を開閉可能とする流量調整弁とを有する圧力式流量コントローラにおいて、
前記流路絞りノズルを圧力センサおよび流量調整弁と組付けたときに、内部流路内にガスを流入した後に、流量調整弁を閉じた状態で閉止弁を開放して自己診断時間内における内部流路のガス圧力値の時間依存変化を測定してこの圧力値の時間依存変化を基準値として記憶し、
この自己診断時間における内部流路内のガス圧力値の時間依存変化を測定して、前記基準値と比較することによりこの圧力値の時間依存変化から前記流路絞りノズルの診断を行い、
前記圧力式流量コントローラによって指定流量のガスを流通している途中に、流量調整弁を瞬間的に閉じることで僅かな自己診断時間を取り分けて、上記流路絞りノズルの診断を行なうことを特徴としている。
【００１２】
一般に、よりコンパクトな圧力式流量コントローラを形成すると、普通内部流路の容積は極めて小さくなるので、自己診断時間を極めて短くすることができる。つまり、瞬時にノズルの診断を行うことができる。また、従来の圧力式流量コントローラにノズル診断機能を付加することができる。
【００１３】
また、前記流路絞りノズルを圧力センサおよび流量調整弁と組付けたときに、内部流路内にガスを流入した後に、流量調整弁を閉じた状態で閉止弁を開放して自己診断時間内における内部流路のガス圧力値の時間依存変化を測定してこの圧力値の時間依存変化を基準値として記憶し、以後に測定するガス圧力値の時間依存変化を基準値と比較することにより前記流路絞りノズルの診断を行なうので、各流路絞りノズルの流路の大きさにばらつきがあったとしても、基準値に対する比較によって正確にノズル診断を行うことができ、その信頼性が向上する。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
また、前記圧力式流量コントローラによって指定流量のガスを流通している途中に、流量調整弁を瞬間的に閉じることで僅かな自己診断時間を取り分けて、上記流路絞りノズルの診断を行なうので、適時の時点でノズルの診断を行うことができ、圧力式流量コントローラの管理者の意思にあわせて適宜の監視を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は圧力式流量コントローラ１のノズル診断機構の構成を示す図である。この圧力式流量コントローラ１のノズル診断機構は流量制御バルブ２と圧力制御装置３とから構成されている。図１において、４はガス流路４ａ，４ｂが形成された本体ブロックで、耐化学薬品性を有する素材、例えばステンレス鋼よりなり、この本体ブロック４の左右両端には、それぞれガス導入用ならびにガス導出用のパイプ継手５，６が形成されている。
【００１８】
７はガス流量を調整するための流量調整弁で、前記ガス流路４ａ，４ｂにわたって設けられており、８は圧力センサで、前記ガス流路４ｂ（内部流路）に臨ませて設けられている。前記流量調整弁７は例えばピエゾ式バルブよりなり、次のように構成されている。即ち、一次側のガス流路４ａに連通するガス導入流路９と、二次側のガス流路４ｂに連通するガス導出流路１０とを、それぞれブロック１１に形成すると共に、このブロック１１を本体ブロック４に形成された凹部１２に内蔵すると共に、前記弁ブロック１３とブロック１１との間に、上方にやゝ撓ませたダイアフラム１４を配置して、前記ガス導入流路９とガス導出流路１０とを連通させるダイアフラム室１５を形成している。
【００１９】
そして、ダイアフラム押圧手段（例えば圧電素子型アクチュエータ）１６のプランジャ１７を、前記ガス導入流路９に相対峙させる状態で弁ブロック１３に貫設させて成り、圧力センサ８が内部流路４ｂの圧力変化（以下、圧力Ｐ1 として示す）を検知して、その圧力検知値に基づいて圧電素子型アクチュエータ１６に所定の電圧が印加されると、その印加量に応じてプランジャ１７が押圧駆動され、これによって、ガス導入流路９とダイアフラム１４との隙間調整すなわち開度調整が行われることで、内部流路４ｂに流れるガス流量が制御される。
【００２０】
前記流量制御バルブ２は、図２に示すように構成されている。すなわち、第１ブロック１８に、前記内部流路４ｂ（図１参照）に接続される接続口１９と、反応炉２０に接続される接続口２１とを形成している。また、前記接続口１９，２１に連通させる状態で、それぞれ上部側で開口するガス導入流路２２とガス導出流路２３とをＬ字状に形成している。
【００２１】
前記ガス導入流路２２は第１ブロック１８の中心部に位置されており、このガス導入流路２２のまわりに環状凹部ａを形成している。そして、ガス導入流路２２の上部開口を第１ブロック１８周部の上端面よりもやゝ控えさせる一方、ガス導出流路２３の上部開口については、これをガス導入流路２２の上部開口よりもやゝ控えさせており、このガス導出流路２３の上部開口を前記凹部ａに臨ませている。
【００２２】
一方、ノズルブロック２４の中心部には、流路絞りノズル２５（以下、単にノズルともいう）を形成すると共に、このノズルブロック２４の上部フランジ２６に、前記ノズル２５と同芯状のバルブシート２７を環状に形成して、ノズルブロック２４を前記ガス導入流路２２に圧入（ノズルブロック２４とノズル２５との熱膨張係数の差を利用した圧入や機械的な圧入などを任意に選択可能）している。また、締め込み部材２８によってノズルブロック２４周部の上端面に向けて圧着される第２ブロック２９と前記第１ブロック１８との間に、バルブシート２７から離間させるように上方にやゝ撓ませたダイアフラム３０を配置しており、前記ガス導入流路２２とガス導出流路２３とを連通させるダイアフラム室（環状凹部ａ）を形成する。
【００２３】
更に、ダイアフラム押圧手段（例えば圧電素子型アクチュエータ）３１のプランジャ３２は、前記ガス導入流路２２に相対峙させる状態で第２ブロック２９に貫設させて成るものである。そして、後述する流路閉止命令に基づいて、圧電素子型アクチュエータ３１に所定の電圧が印加されると、これに伴ってプランジャ３２が押圧駆動され、ダイアフラム３０が環状のバルブシート２７を押圧して、ガス導入流路２２が閉止されることで、反応炉２０へのガスの供給が停止され、この状態では、流路絞りノズル２５の一次側へのガスの逆拡散が確実に防止できる。
【００２４】
一方、流路開通命令に基づいて、プランジャ３５が引き上げ駆動されると、これに伴ってダイアフラム３２がバルブシート２９から離間することで、反応炉２０へのガスの供給が再開される。この際、流路絞りノズル２７を通過した制御ガスのみが反応炉２０に供給されることから、反応炉２０には正確な制御量のガス供給が成されることになる。
【００２５】
次に、上記構成の流量制御を行なう制御部の構成を図１を用いて説明する。図１において、３’は圧力制御装置３の制御部であって、この制御部３’は設定信号Ｓの入力用のインターフェイス３ｉを有している。
【００２６】
また、前記制御部３’は前記圧力センサ８を接続したブリッジ回路３ｂと、ブリッジ回路３ｂからのアナログの圧力信号をデジタル信号に変換して入力するＡ／Ｄ変換器３ａと、前記ダイアフラム押圧手段１６を制御するアナログ信号を出力するＤ／Ａ変換器３ｄと、このＤ／Ａ変換器３ｄの出力電圧を調節するＤＣ−ＤＣコンバータ３ｅと、ダイアフラム押圧手段１６を制御してガス流路４ｂに供給されるガスの圧力Ｐ1 を調節すると共に、入力した設定信号Ｓに従って前記インターフェイス３ｉを介して流量制御バルブ側の閉止弁２ｖを開閉させるためのバルブ開閉命令を出力するＣＰＵ３ｃとを有している。
【００２７】
さらに、制御部３’は例えばＥＥＰ−ＲＯＭからなる記憶部３ｍを有しており、少なくとも後述する内部流路４ｂ内のガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化を基準値として記憶する。この基準値は流路絞りノズル２５の製作上のバラツキやノズルブロック２４の取付け等の不特定な因子によって異なるものである。
【００２８】
なお、前記データを記録する記憶部３ｍは例示したＥＥＰ−ＲＯＭに限られず、ＥＰ−ＲＯＭや、Ｆ−ＲＡＭや、その他のＲＡＭであってもよい。また、前記インターフェイス３ｉをどのような形態にするかは任意に選択可能であり、シリアル通信によって接続してもパラレル通信によって接続してもよい。
【００２９】
上記構成により、流量制御バルブ２を圧力制御装置３およびその制御部３’と組み合わせることで、前記設定信号Ｓによって設定された流量を生み出すに必要な流路絞りノズル２５の一次側のガス導入流路２２の目標圧力は、例えば流路絞りノズル２５に付随して記憶している特有の圧力−流量特性データから求めることができる。そして、この目標圧力と圧力センサ８から入力した測定圧力Ｐ1 を比較し、目標圧力に近づくように流量調整弁７を制御することにより、流路絞りノズル２５を通るガスの流量を常に一定にすることができる。
【００３０】
次に、前記流路絞りノズル２５を用いたときのガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化を記録する方法について、図３を参照しながら説明する。まず、前記流量制御バルブ２（流路絞りノズル２５と閉止弁２ｖ）を圧力制御装置３（流量調整弁７と圧力センサ８）に取り付けたインストール時に、閉止弁２ｖを閉止した状態で流量調整弁７を開放して内部流路４ｂにガスを圧入する。
【００３１】
次いで、流量調整弁７と閉止弁２ｖを共に閉止し、流路絞りノズル２５の二次側を吸引しながら、ｔ＝０の時点で閉止弁２ｖのみを開放する。このとき、閉止弁２ｖを開放した瞬間から内部流路４ｂ内のガスの圧力値Ｐ1 は急速に低下し、内部流路４ｂの容積および流路絞りノズル２５の太さにもよるが、内部流路４ｂの容積が２ｃｃ程度であるときに、ほゞ１００ｍｓ程度の微小な時間内で二次圧力（以下、圧力値Ｐ2 として表わす）に焦束する。
【００３２】
そして、この内部流路４ｂ内のガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化は例えば１ｍｓ間に１５ポイントの圧力変化を記録することにより１００ｍｓ程度の時間に１５００ポイントの圧力変化を測定し、初期の圧力降下の曲線Ｌを得ることができる。また、これらのガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化は前記記憶部３ｍに基準値として記憶する。なお、この時間依存変化の密度は前記Ａ／Ｄ変換器３ａのサンプリング周波数によって定まるものであり、Ａ／Ｄ変換器３ａの高速性および記憶部３ｍの容量に合わせて任意に変更可能である。
【００３３】
上述の方法で測定された前記ガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化は、図３に示すように変化する。すなわち、内部流路４ｂ内のガス圧力値Ｐ1 が流路絞りノズル２５において音速の流量を生み出す程度に高いとき（ノズル２５の一時側の圧力値Ｐ1 が二次側の圧力値Ｐ2 の２倍以上であるｔ＝０〜ｔ0 のとき）、内部流路４ｂ内のガス圧力値Ｐ1 は、ほゞ直線的に降下する。
【００３４】
そして、その後ガス圧力値Ｐ1 はゆるやかなカーブを描くように降下して、二次側の圧力値Ｐ2 に焦束する。この初期の圧力値Ｐ1 の時間依存変化は、配管に何の問題も生じていない状態におけるノズルの情報を収集するものであるので、記憶部３ｍに記憶されることにより、以後のノズル診断動作における基準値となる。
【００３５】
なお、本発明はこの時間依存変化を記憶部３ｍに記憶する方法を限定するものではない。例えば、測定した各サンプリング時の各ガス圧力値Ｐ1 を記憶したり、直線や指数関数や多項式による曲線を用いて近似したものを記憶するなど適宜の方法を用いることができる。また、この基準値はノズル２５の形状や内部流路４ｂの容積などにより影響されるものであるので、基準値の測定は上述した例のように前記流量制御バルブ２を圧力制御装置３に取り付けたインストール時に行うことが望ましい。
【００３６】
次に、図４は前記圧力式流量コントローラのノズル診断機構を用いて、ノズル詰まりなどを自己診断（セルフモニタリング）する圧力式流量コントローラのノズル診断方法を説明する図である。図４において、時間Δｔ〜Ｔ1 の間は、既に上述した流量制御バルブ２と圧力制御装置３とを用いて、例えば半導体製造用の反応炉２０に流す反応ガスの流量調整を行う流量調整時間を示している。２ｓは閉止弁２ｖを制御する信号、７ｓは流量調整弁７を制御する信号である。
【００３７】
図４に示す例の場合、流量調整を行なう前の僅かな時間ｔ＝０〜Δｔの間を自己診断時間とし、この自己診断時間が始まる前に、閉止弁２ｖを閉じた状態で流量調整弁７のみを開いて内部流路４ｂに反応ガスを圧入した後に、この流量調整弁７を閉じる。次いで、時間ｔ＝０の時点で、閉止弁２ｖのみを開いて自己診断時間Δｔ（本例の場合１００ｍｓ）の間に内部流路４ｂ内のガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化を測定する。
【００３８】
図５は、自己診断時間Δｔにおけるガス圧力値の時間依存変化の例を示す図である。図５において、Ｌは既に詳述したように、記憶部３ｍに記憶しているガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化の基準値を示す曲線であり、Ｐ0 は自己診断時間Δｔが始まった瞬間における内部流路４ｂ内のガス圧力値Ｐ1 である。
【００３９】
前記時間依存変化の基準値を示す曲線Ｌは、その初期圧力が、時間０の時点での内部流路４ｂのガス圧力値Ｐ0 と同じになるように調節して示している。また、ガスの種類や初期の圧力値Ｐ0 の違いによって曲線Ｌが異なる場合には、これを考慮に入れて補正して示す。なお、ガスの種類や初期圧力値Ｐ0 の違いにより複数の基準値を予め測定するようにしてもよい。
【００４０】
ここで、ガス流路に何の異常もない場合、ノズル詰まりなどを自己診断するとき（ｔ＝０〜Δｔ）に測定したガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化の曲線Ｌ0 は基準値Ｌとほゞ重なった曲線を描くように変化する。ところが、流路絞りノズル２５に詰まりが生じると、仮想線Ｌ1 に示すように自己診断時間の始め（ｔ＝０の時点）から初期圧力Ｐ0 の降下速度が遅くなる。すなわち、ノズル２５を流れるガスが音速領域であるときのガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化曲線Ｌ1 が異常であるとき、これはノズル２５の詰まりによるものであることを知ることができる。
【００４１】
次に、ノズル２５の二次側において、例えば、反応炉２０内のシャワープレート２０ａ（図１参照）に詰まりが生じると、一点鎖線Ｌ2 に示すように自己診断時間の始めから音速領域（ｔ＝０〜ｔ0 ）の間は基準値Ｌとほゞ重なった曲線を描くように変化するが、音速領域以降（ｔ＝ｔ0 〜Δｔ）の変化が緩やかになる。すなわち、ガスが亜音速で流れる領域からガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化曲線によってノズル２５以降の二次側流路（閉止弁２ｖの故障や反応炉２０の異常など）の診断を行うことが可能となる。
【００４２】
さらに、反応炉２０において真空度が低下したときなど、二次側の圧力が例えばＰ2 ’になった場合には、二点鎖線Ｌ3 に示すように、自己診断時間の後半部分において、ガス圧力値Ｐ1 が二次側の圧力値Ｐ2 ’に焦束する。
【００４３】
すなわち、圧力センサ８から測定した圧力値Ｐ1 の時間依存変化を正常な曲線Ｌと比較することにより、以後の流量調整において、正確なガスを流すことができるかできないかを判断することができる。そして、流量異常が生じていることを作業者に通知することにより、作業者は例えば半導体製造ラインを止めて、メンテナンスを行うことができる。
【００４４】
また、自己診断時間内のガス圧力Ｐ1 が流路絞りノズル２５において音速の流量を生み出す程度に高いとき（ｔ＝０〜ｔ0 ）は、前記ガス圧力値Ｐ1 の時間依存変化の異常を流路絞りノズル２５の異常と判断し、ガス圧力Ｐ1 がこれより低いときは異常を圧力式流量コントローラ１の二次側の流路（反応炉２０など）の異常と判断することができる。したがって、前記メンテナンス作業を行うときに原因をある程度推測できるので、作業効率を飛躍的に向上できる。
【００４５】
さらに、上述した圧力式流量コントローラ１は小型化を図って設計されるものであり、閉止バルブ間（内部流路４ｂ）の体積は、非常に小さいく、例えば２．０ｃｃ程度であるので、ノズル２５の径にもよるが、前記圧力Ｐ1 は１００ｍｓ程度の短い時間で瞬間的に圧力は低下し、二次側圧力Ｐ2 に焦束する。そして、本例の場合、作業者が圧力式流量コントローラ１を操作した瞬間にプログラムで作動させて、デジタル処理を行うことにより瞬時に判断するものである。
【００４６】
したがって、作業者は圧力式流量コントローラ１のノズル診断を行うことによる時間的なロスを全く感じることなく作業することができ、作業効率を低下させることが全くなく、自己診断することができる。
【００４７】
加えて、上記方法によるノズル２５および二次側流路（反応炉２０など）の自己診断は一般的な圧力式流量コントローラ１の構成要素をそのまま用いて、プログラムによるデジタル制御によって行うことができる。したがって、従来のように流量測定のための流量センサのような別途の部材を圧力式流量コントローラ１に取り付けることなく、正確な流量を流すことができる状態かどうかを判断することができる。また、圧力式流量コントローラ１の仕様に変更があった場合にもプログラムを変えるだけで対応することができる。
【００４８】
つまり、圧力式流量コントローラのノズル診断機構を構成するのに伴う製造コストの引き上げを抑えるとともに、圧力式流量コントローラ１の小型化を維持することができる。
【００４９】
また、上述した圧力式流量コントローラ１のノズル診断方法は、瞬時に行うことができるので、この動作を定期的に行うことにより、圧力式流量コントローラ１の動作状態の確認を定期的に行なうことが可能となる。
【００５０】
図６は圧力式流量コントローラ１による流量調整を行った後で、上述のノズル診断を行なう例を説明する図である。図６において、自己診断時間は時間Ｔから時間Ｔ＋Δｔの間である。
【００５１】
すなわち、本例の場合、圧力式流量コントローラ１による流量調整の最後に流量調整弁７のみを閉じて、時間Δｔ後に閉止弁２ｖを閉じることにより、流量調整弁７と閉止弁２ｖの動作タイミングに微小な時間差Δｔを設け、これを自己診断時間としている。なお、この自己診断時間における診断方法は図５を用いて既に詳述した通りであるので、この説明を省略して重複説明をさける。
【００５２】
本例のように圧力式流量コントローラ１のノズル診断を流量調整の後に付随した僅かな時間で行うことにより、これに先行する流量調整が正確に行われていたかどうかを確認することができる。
【００５３】
図７は上述のノズル診断を流量調整の途中に、僅かな自己診断時間を取り分けて行なう例を説明する図である。本例の場合、閉止弁２ｖを開放して流量調整を行っている最中に時間Δｔ’の間だけ流量調整弁７を閉じるパルスを出力することにより、自己診断時間を取り分けている。
【００５４】
上述の時間Δｔ’は図４〜６に示した自己診断時間Δｔに比べて短くしており、例えば、図５において詳述した音速領域である時間内（ｔ0 までの間）となるようにしている。本例の方法でノズル診断を行うことにより、圧力式流量コントローラ１による流量調整を行っている最中でも、ノズル２５に詰まりが生じていないことを確認できる。
【００５５】
また、前記自己診断時間Δｔ’を短くした場合には、この自己診断時間Δｔ’が終了した時点における内部流路４ｂの圧力降下量ΔＰを求めることにより、圧力降下量ΔＰが前記基準値と同程度あるかどうかによって正常に動作しているかノズル２５に詰まりが生じているかを判断することができる。なお、本発明は流量調整を行っている途中に取り分ける自己診断時間Δｔ’を短くすることに限定するものではないことは言うまでもない。
【００５６】
なお、上述した図４，６，７に示す方法は組み合わせて用いてもよく、より頻繁にノズル診断を行うことにより圧力式流量コントローラ１の信頼性を向上することも可能である。また、使用者が定める任意の時点でノズル診断を行うことも可能である。
【００５７】
上述した各例においては、圧力センサ８からのデータ採取に関して、１ｍｓで１５ポイントの圧力値Ｐ1 を取り込む例を示しているが、この速度は、Ａ／Ｄ変換器３ａとＣＰＵ３ｃの処理速度に依存しており、このデータサンプリング速度を限定するものではない。つまり、より高速のＡ／Ｄ変換器３ａおよびＣＰＵ３ｃを用いることにより、より詳細な圧力値Ｐ1 の時間依存変化を知ることが可能となる。すなわち、内部流路４ｂの容積を小さくして、より高速に自己診断を行うことが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧力式流量コントローラのノズル診断機構によれば、流量調整弁および閉止弁の制御および１つの圧力センサの出力値を監視することにより、圧力式流量コントローラのセルフモニタリングを流路調整弁と閉止弁との間のみで行うことが可能となる。すなわち、仕様部品点数が少なくなるので従来の圧力式流量コントローラと同様の占有面積で形成することができる。
【００５９】
また、流路の詰まりを的確に判断できるので、たとえば配管を腐蝕させるような腐食性のガスの溜まりによる各部材の劣化などを抑えることができる。さらに、ノズルごとの時間依存変化の違いはインストール時に収集するので、設置条件に左右されず常に正確な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の圧力式流量コントローラのノズル診断機構の一例を示す断面図である。
【図２】  前記圧力式流量コントローラの流量制御バルブの構成を示す図である。
【図３】  前記圧力式流量コントローラの一時側のガス圧力の時間依存変化特性を示す図である。
【図４】  圧力式流量コントローラのノズル診断方法を説明する図である。
【図５】  図４の要部を拡大して示す図である。
【図６】  前記自己診断を行なう別の方法を説明する図である。
【図７】  前記自己診断を流量調整の間に行なう方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…圧力式流量コントローラ、２５…流路絞りノズル、２ｖ…閉止弁、３’…制御部、３ｍ…記憶部、４ｂ…内部流路、７…流量調整弁、８…圧力センサ、Δｔ、Δｔ’…自己診断時間、Ｐ1 …ガス圧力値、Ｌ1-3 …時間依存変化曲線、Ｌ…基準値。
【図１】
0004308356.tif 000002
【図２】
0004308356.tif 000003
【図３】
0004308356.tif 000004
【図４】
0004308356.tif 000005
【図５】
0004308356.tif 000006
【図６】
0004308356.tif 000007
【図７】
0004308356.tif 000008