(57)【要約】【課題】筐体や容器などの内部に設置される気相吸着用フィルタの経時的な劣化状態をセンサによってリアルタイムにモニタリングし、電子部品等の故障発生を防ぐ。【解決手段】筐体内に装着したシリカゲルや活性炭の気相吸着用フィルタ近傍に、ＱＣＭのセンサ素子を搭載し、センサへの気相物質付着堆積量を経時的に測定することで、それに対応する、予め取得したフィルタへの経時的な気相物質の累積吸着量との相関データベースを用いて、装着されたフィルタへの気相物質の累積吸着量をリアルタイムに推定し、更には、フィルタ性能の劣化状況を警告することを可能とする。これによって、気相用フィルタの劣化を見過ごした結果、電子部品やそれを搭載した電子機器の故障が発生することなどを未然に防ぐことが可能となる。【選択図】図１
2009250959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器筐体に収納される気相吸着用フィルタの性能劣化を測定するためのフィルタモニタリングシステムであって、
前記電子機器筐体内に設けられ、前記電子機器筐体内の気相物質を吸着する検出素子を備えた測定手段と、
前期検出素子における前記気相物質の吸着量と前記気相吸着用フィルタにおける前記気相物質の吸着量との関係を示す吸着相関データベースを記憶する記憶手段と、
前記測定手段からの出力信号と、前記吸着相関データベースに基づいて、前記気相吸着用フィルタに吸着している前記気相物質の量を算出する手段とを、
有することを特徴とするフィルタモニタリングシステム。
【請求項２】
前記検出素子は、圧電効果を有する結晶片よりなる振動子の電極上に前記気相吸着用フィルタの材料を含む膜が積層された構造を有し、
前記測定手段は、前記測定素子の発振周波数に応じて変動する電気信号を出力信号として出力することを特徴とする請求項１記載のフィルタモニタリングシステム。
【請求項３】
前記気相吸着用フィルタに含まれる吸着材料は、シリカゲル、活性炭の何れか、あるいはシリカゲルと活性炭の混合物からなることを特徴とする請求項１または２記載のフィルタモニタリングシステム。
【請求項４】
前記電子機器筐体は、磁気記録装置用筐体あるいは電子部品搬送用容器であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフィルタモニタリングシステム。
【請求項５】
前記記憶手段は、さらに、前記電子部品の故障率と前記気相吸着用フィルタにおける前記気相物質の吸着量との関係を示す故障相関データベースを記憶し
前記測定手段からの出力信号と、前記故障相関データベースに基づいて、前記電子部品の故障を判断する手段をさらに有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のフィルタモニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体や容器などの内部に設置される気相吸着用フィルタの特性を監視するシステムに関し、特にガス用や湿度（水蒸気）の吸着用フィルタの経時的な劣化状態をセンサによってモニタするシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録装置をはじめとする精密電子機器装置や、電子部品を格納・搬送するための搬送保管容器、あるいはプロセス処理中の半導体ウエハの保管・搬送するための容器などの筐体内部には、多くの場合、筐体内湿度の水蒸気除去を含むコントロール、筐体内部発生、あるいは外部から侵入する有害性ガスの除去などを目的として、シリカゲル、あるいは活性炭を主材料とする、気相吸着用フィルタが装着されている。
【０００３】
これら気相吸着用フィルタは、予め、それら装置筐体内あるいは容器内に、当初から含まれる、あるいは経時的に発生、もしくは侵入する水蒸気やガスの種類や濃度を推定する。そして、それら機器や部品に有害な水蒸気やガスなどの気相物質を、長時間に渡って除去あるいは制御するに足る、シリカゲルや活性炭の種類・量・またそれらの混合比を設計して、気相吸着用フィルタを筐体内に装着することとなる。
【０００４】
他方、上記のような装置筐体・容器などをはじめとする閉ざされた空間内部や気相が流れる空間などにおける発生ガスなど気相物質の検出については、従来から、その空間内部や流路に水晶振動子を用いたセンサを設置し、その振動子表面の電極での、気相状態における分子あるいは原子などの物質の付着堆積や、あるいは有害ガス分子による電極腐食によって生じる、経時的な重量変化に伴う水晶振動子の振動周波数の変化を測定することにより、水蒸気やガスなどの気相状態における分子あるいは原子などの物質（以下気相物質）の検出や、その量の測定を行うことが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２００４−４７９２９号公報
【特許文献２】特開２００７−３５１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
筐体（あるいは容器）内に装着される気相吸着用フィルタの設計については、上述のように、あくまで、一定の環境条件などを想定して行っている。従って、外部環境条件によっては実装すべきフィルタの内容は大きく異なることが考えられる。
【０００６】
たとえば、その筐体外部環境が高温や高湿度であるとき、また筐体が腐食性ガスなどの発生源に近い場所に置かれるようなときなどの場合、筐体の冷却ファンあるいは通気口などからそういった外気が侵入してきて、フィルタでの、気相状態における分子あるいは原子などの物質(気相物質)の吸着が急激に進み、フィルタの吸着容量性能限界にまで近づいてしまう結果、急速にフィルタの吸着性能が低下するといった事態が発生することが想定される。こうなってしまうと、筐体（容器）内部の電子部品等の性能劣化が引き起こされる可能性が高くなる。
【０００７】
しかし、いったん筐体内に装着されたフィルタの状態を外部からチェックすることは通常、困難であって、たとえば、格納された電子部品の腐食や磁気記録装置の装置故障発生などが発覚して、ようやくフィルタの性能が劣化していたことが解るといった現象がたびたび生じることとなる。
【０００８】
そこで本発明の課題の一側面は、筐体や容器などの内部に設置される気相吸着用フィルタ特性の、経時的な劣化状態を外部から監視することを可能とし、それによって、たとえば、フィルタの取替え時期に関する警告を発することや、あるいは筐体や容器に内蔵された電子部品などの劣化・故障などの可能性を監視あるいはそれに起因する故障発生の警告告知、といった情報を発するフィルタモニタリングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のフィルタモニタリングシステムは、
電子機器筐体に収納される気相吸着用フィルタの性能劣化を測定するためのフィルタモニタリングシステムであって、
前記電子機器筐体内に設けられ、前記電子機器筐体内の気相物質を吸着する検出素子を備えた測定手段と、
前期検出素子における前記気相物質の吸着量と前記気相吸着用フィルタにおける前記気相物質の吸着量との関係を示す吸着相関データベースを記憶する記憶手段と、
前記測定手段からの出力信号と、前記吸着相関データベースに基づいて、前記気相吸着用フィルタに吸着している前記気相物質の量を算出する手段とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、たとえば、リアルタイムに気相吸着用フィルタの性能の劣化状態をモニタリングすることが可能となり、フィルタの取替え時期に関する警告を発することや、あるいは筐体や容器に内蔵された電子部品などの劣化・故障などの可能性を監視あるいはそれに起因する故障発生の警告告知といった情報を、手遅れにならないうちに、タイミング良く、かつ、フィルタを外部に取り出して検査する事無く、発することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図を参照しつつ説明する。
【００１２】
（実施例）
図１は、本発明のフィルタモニタリングシステムの一構成を説明するための模式図である。図１（１）は、磁気記録装置１を模式的に示し、この装置の筐体（あるいは容器）２中には、たとえば、磁気記録媒体３と磁気ヘッド４などの電子部品が内在する。また、筐体２中には、たとえば、筐体中の主に水蒸気の吸着および湿度制御を行うためのシリカゲルを主体としたシリカゲルフィルタ５−１、筐体中の主にガス成分の吸着を行うための活性炭を主体とした活性炭フィルタ５−２などからなる、水蒸気やガスなどの気相状態における分子あるいは原子などの物質（以下気相物質）吸着のためのフィルタ５が装着されている。吸着する水蒸気やガス（特に有害性ガス）は、機器の筐体２中に当初から内在するもの、内在機器から経時的に発生するもの、また筐体２外部から吸気口、排気口などから経時的に侵入するものなどがある。
【００１３】
気相吸着用のフィルタ５の近傍の筐体２内に、２種のセンサ（検出素子）からなるセンサ６を装着する。すなわち、シリカゲルセンサ６−１は、シリカゲルフィルタ５−１対応のセンサで、活性炭センサ６−２は、活性炭フィルタ５−２対応のセンサである。
【００１４】
図１（２）は、同様な磁気記録装置１の、たとえば磁気記録媒体３と磁気ヘッド４などの電子部品が内在する筐体２中に、シリカゲルと活性炭の混合物フィルタ５−３が装着された場合を示し、それに対応した混合物センサ６−３をその近傍に装着する。
【００１５】
このように構成した磁気記録装置１を、図１（３）に模式的に示す、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置７の収納ボックス８内に組み込む。収納ボックス８内には、磁気記録装置１内にあるセンサ６からの情報をセンサデータ読み取り機９で読み取り可能とし、この読み取りデータを、図示されていない記憶装置（あるいは磁気記録装置１など）内に記憶されたデータベースと比較処理などを制御回路１０で行って、結果を表示装置１１に表示可能とする。
【００１６】
上記のセンサ（検出素子）６として、圧電効果を有する水晶振動子をセンサ用素子とし、その振動子の電極形成膜上への気相吸着あるいは離脱によって生じる発振周波数の変動を利用して、気相物質の付着堆積に関する測定装置として用いることができる。そのような気相物質付着堆積計測装置として、ＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）が使用可能である（たとえば特許文献１、２など）。
【００１７】
この測定装置においては、センサの電極形成膜上に気相物質が付着堆積あるいは離脱や化学反応して、電極形成膜の質量が増加あるいは減少すると、その変化に応じて振動子の発振周波数が減少あるいは増加する。したがって、その増減程度の経時変化を観察することによって、気相物質の付着堆積あるいは離脱や化学反応の累積変化量を計測できる。
【００１８】
本実施例では、このＱＣＭの水晶振動子センサ素子の電極形成膜における金属膜を、たとえば、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）あるいはＰｔ（白金）とし、更にその上に、フィルタ材料と同じあるいは同等の材料の膜を予め追加形成しておく。追加膜材料としては、シリカゲルセンサ６−１、活性炭センサ６−２、混合物センサ６−３には、上述のようにそれぞれシリカゲル、活性炭、そしてフィルタと同じ混合比をもつシリカゲルと活性炭の混合材料を用いればよい。このような追加膜を形成することによって、気相吸着用フィルタに生じている気相物質の付着堆積あるいは離脱の反応が、センサ素子表面に再現して測定が行えることとなる。
【００１９】
次に、このように電極形成膜を形成したＱＣＭの水晶振動子センサ素子と気相吸着用フィルタを、同一筐体（あるいは容器）内に配置する。そしてその筐体環境で、先ず、センサ上への気相物質の付着堆積・離脱の経時的変化を測定する。これは振動子の発振周波数の累積変化量（すなわち、センサへの付着堆積量の結果と同等）の測定によって可能である。
【００２０】
同時に、筐体（容器）内の実際に装着されたフィルタ中で吸着される、ガスや水蒸気など気相物質の累積的な吸着量を測定する。こうして、センサ上への気相物の付着・堆積量とフィルタ内への気相物累積吸着量との関係を求め、相関データベース化する。
【００２１】
フィルタ内でのこれらの吸着量の測定は、たとえば、水蒸気は温湿度計、ガスはガスセンサーやガスクロマトグラフ等の分析機器を用い、経過時間毎の各成分の濃度変化を測定することで、経過時間に対する気相物の累積吸収量の関係を求めることができる。
【００２２】
求められた両者の関係を示す例（規格化済）を図２に示す。本図は、横軸を振動子の発振周波数の累積変化量から求めた水蒸気やガスなど気相物質のセンサへの付着堆積量とし、縦軸をそれに対する気相吸着用フィルタでのその気相物質の累積吸着量である。
【００２３】
この図２で示した関係図は、量的な多少関係や時間的インターバルに関わり無く、つまり、たとえば突然大量に気相物が生じたり、あるいは止まったりする場合などにおいても、筐体内での水蒸気やガスの侵入や発生などの気相状態の変化があれば、センサでの気相物質の付着堆積量を継続的に測定することによって、内蔵した気相吸着用フィルタにおけるそれら気相物質の吸着累積量を推定できることとなる。
【００２４】
本図の実線の傾向から解るように、センサへの付着堆積量の増大とともに、３段階のフィルタの吸着性能段階が生じる。まず、フィルタの使用初期段階、即ち、図中、（I）フィルタ正常状態の範囲では、センサへの付着堆積量に比例して直線的にフィルタでの累積吸収量が増加、つまり気相物質の侵入量に比例して吸着していることを示し、いわば吸着用フィルタとして正常状態で作用していて、吸着能力にまだ余裕がある状態である。フィルタを一定程度使用した後の段階、即ち、図中、（II）フィルタ性能低下状態の範囲では、センサへの付着堆積量に対してフィルタでの累積吸収量が比例せず、徐々に吸着力が低下する。従ってフィルタの吸着性能が低下し、フィルタが正常状態で使用できなくなったことを示す。つまり、吸着すべき気相物質を吸着しきれていない状態である。そして更にフィルタを使用し続けたとき、即ち、図中、（III）フィルタ破過状態の範囲では、吸着剤性能が限界に達し，除去対象物質であるが気相物質がフィルタから流出し始める破過状態であり、センサへの付着堆積量の増大に対してフィルタの累積吸収量は略一定で飽和してきている。
【００２５】
実際に筐体（容器）内にフィルタとセンサが同時に装着され状態で、経過時間（横軸）とともにセンサへの気相物の付着堆積量（縦軸）をリアルタイムに測定したときの測定結果例（正規化済）を、図３に示す。たとえば、時間経過（Ａ）の範囲でのセンサへの気相物質の付着堆積量は図２の(I)の範囲、時間経過（Ｂ）の範囲でのセンサへの気相物質の付着堆積量は図２の(II)の範囲、そして時間経過（Ｃ）の範囲でのセンサへの気相物質の付着堆積量は図２の(III)の範囲に相当することとなる。
【００２６】
こうして、経過時間とともに、センサへの気相物質の付着堆積量を経時的に測定することによって、フィルタにおける吸着性能の状態をリアルタイムで、状態(I)か、状態(II)か、状態(III)かを判定することができる。
【００２７】
取得された図２の関係を相関データベース化して、たとえば図１で示した情報処理装置７の記憶装置に記憶させておく。そして情報処理装置７内の磁気記録装置１におけるフィルタ５の吸着性能の状態に関し、センサ６からの振動子の発振周波数の累積変化量（すなわち、センサへの気相物質の付着堆積量）情報を、センサデータ読み取り機９を用いてリアルタイムで読み取り、この値と図示しない記憶装置に記憶された図２の関係を示す相関データベースをもとに、フィルタの気相物累積付着量を算出し、その結果をたとえば、情報処理装置７の表示装置１１に表示するといった、フィルタモニタリングシステムを構築することができる。
【００２８】
さらに、たとえば、センサの付着堆積量をもとに算出されたフィルタの気相物質累積付着量が、図３（II）フィルタ性能低下状態の値の領域になったら、フィルタ性能低下の警告をし、図３（III）フィルタ破過状態の値の領域になったら、フィルタ交換の警告を発するといったフィルタ交換アラームシステムを有するフィルタモニタリングシステムも構築できる。
【００２９】
図４に、そのフィルタ交換アラームシステムのフローチャート例を示す。先ず、ステップ１のスタートでフィルタ交換アラームシステムを開始し、ステップ２のセンサ監視でフィルタ性能の監視をセンサでリアルタイムで行う。フィルタ使用開始後の一定時間経過し、ステップ３のセンサによるフィルタ状態判断を、先のセンサへの気相物質の付着堆積量（縦軸）をリアルタイムに測定して、相関データベースをもとにフィルタの気相物質累積付着量を求め、判断をする。その値が、（I）フィルタ正常状態の範囲のときは、ステップ４のフィルタ正常状態の判断をしてフィルタの使用を継続し、ステップ１で再度センサ監視を行う。（II）フィルタ性能低下状態の範囲であったときは、ステップ５のフィルタ性能が低下しており、交換用フィルタを容易するように警告を（表示装置などに）発する。そして（III）フィルタ破過状態の範囲になったときは、ステップ６のフィルタが破過しており、すぐにフィルタを交換するように警告する。
【００３０】
また、（II）フィルタ性能低下状態や、特に（III）フィルタ破過状態の範囲になったときは、この状態が継続されると、筐体や容器内部の電子部品などが劣化し、電子部品の故障あるいはそれに基づく実装装置の故障と結びつく可能性が大きい。従って、このようなセンサ付着堆積量監視によるフィルタモニタリングシステムを、電子部品の故障発生の監視手段として、あるいは、装置の故障発生警告告知手段、またその装置が磁気記録装置ではデータのバックアップの必要性警告告知手段として、付加機能システムとして構築することも可能である。
【００３１】
上記の説明では、主に磁気記録装置などの筐体内におけるフィルタモニタリングに関して行ってきたが、勿論、それに限られない。気相吸着用フィルタが内蔵される筐体は、たとえば、半導体製造用基板や電子部品（精密機器部品を含む）などを搬送・輸送するための筐体（容器、ボックス）がある。このような場合にも上記のモニタ用のセンサを同時に内蔵し、これに、たとえば、上記のパーソナルコンピュータなどの代わりに、小型のデータロガーを付帯させて搬送・輸送中のセンサにおける気相物質の付着堆積量のデータを記録し、これを上述と同様な方法でフィルタ性能状態を解析することで、たとえば、送付先での気相吸着用フィルタの状態、更には内蔵部品類の異常発生の可能性の有無を知見できる。
【００３２】
以上述べたように、従来は筐体や容器中の気相吸着用フィルタの経時的な性能劣化状況を簡単に、あるいはリアルタイムで把握できなかった。しかし本発明のフィルタモニタリングシステムによって、小型高精度な水晶振動子利用のＱＣＭなどのモニタ用センサを用いてセンサへの気相物質の付着堆積量を測定することで、予め取得したそれとフィルタでの累積吸収量との関係から、容易に気相吸着用フィルタ中の気相物累積吸着量を得て、さらにフィルタの吸着性能の劣化レベルを簡単かつリアルタイムで把握することができることとなった。これをさらに、筐体（容器）内の電子部品等の故障、更にその電子部品を用いた装置の故障の警告システムへと機能拡張することも容易に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のフィルタモニタリングシステムを説明する図
【図２】センサへの気相物質付着堆積量とフィルタへの気相物質累積吸着量の関係を説明する図
【図３】経過時間とセンサへの気相物質付着堆積量との関係を説明する図
【図４】フィルタ交換アラームシステムのフローチャートを説明する図
【符号の説明】
【００３４】
１    磁気記録装置
２    筐体
３    磁気記録媒体
４    磁気ヘッド
５    フィルタ
６    センサ
７    情報処理装置
８    収納ボックス
９    センサデータ読み取り機
１０  制御回路
１１  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009250959.tif 000006