(57)【要約】【課題】複数の流体制御機器によって構成される流体供給ライン又は流体制御装置全体を精密に監視する。【解決手段】流体制御機器Ａを複数、集積させた流体制御装置Ｇであって、流体制御機器Ａは、機器内の動作情報を取得する動作情報取得機構と、自己識別情報を記憶する識別情報記憶部７１と、識別情報記憶部７１に記憶されている自己識別情報と共に、動作情報取得機構によって取得した動作情報を流体制御機器Ａごとに異なるタイミングで外部端末に送信する通信処理部７２とを有している。【選択図】図８
2020031629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体制御機器を複数、集積させた流体制御装置であって、
前記流体制御機器は、
機器内の動作情報を取得する動作情報取得機構と、
自己識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、
前記自己識別情報と共に、前記動作情報を前記流体制御機器ごとに異なるタイミングで外部端末に送信する通信処理手段と、を有する、
流体制御装置。
【請求項２】
前記流体制御機器は、
前記動作情報に基づき、前記流体制御器の異常を判別する判別処理手段、をさらに有し、
前記通信処理手段は、自己識別情報と共に、前記流体制御機器の異常の判別結果を前記流体制御機器ごとに異なるタイミングで外部端末に送信する、
請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記通信処理手段はさらに、前記所定の情報処理装置に対し、前記流体制御機器の動作情報又は異常の判別結果を所定の周期で送信する、
請求項１又は２に記載の流体制装置。
【請求項４】
複数、集積して流体制御装置を構成する流体制御機器であって、
機器内の動作情報を取得する動作情報取得機構と、
自己識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、
前記自己識別情報と共に、前記動作情報を前記流体制御機器ごとに異なるタイミングで外部端末に送信する通信処理手段と、を有する、
流体制御機器。
【請求項５】
複数の流体制御機器によって構成される流体供給ライン、又は複数の流体供給ラインによって構成される流体制御装置ごとに動作を解析する動作解析システムであって、
同一の流体供給ライン又は同一の流体制御装置を構成する流体制御機器の自己識別情報を互いに関連付けて記憶する機器情報記憶手段と、
前記流体制御機器から、前記自己識別情報と共に動作情報を取得する動作情報取得手段と、
前記自己識別情報に基づき、前記関連付け情報記憶手段を参照して、同一の流体供給ライン又は同一の流体制御装置を構成する流体制御機器を特定すると共に、当該同一の流体供給ライン又は同一の流体制御装置を構成する流体制御機器の動作情報に基づき、前記流体供給ライン全体又は前記流体制御装置全体の動作から各流体制御機器の動作又は状態を解析する解析処理手段と、を有する、
動作解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の流体制御機器を有する流体供給ライン全体を精密に監視する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスに用いられるプロセス流体を供給する流体供給ラインには、自動弁などの流体制御機器が用いられる。
近年、ALD(Atomic Layer Deposition)等、半導体製造プロセスが高度化し、従来以上にプロセス流体を微細に制御可能な流体供給ラインが求められている。そして、高度化した半導体製造プロセスの要求を満たすため、例えばバルブの状態をより精密に監視可能な流体制御機器が提案されている。【０００３】
この点、特許文献１では、第１流路および第２流路が形成されたボディと、第１流路と第２流路との間を連通または遮断する弁体とを備えたバルブであって、ボディは弁体側に位置する第１面と、第１面の反対側に位置する第２面とを有する基部と、第２面と段差部を形成する第３面を有する第１連結部と、第１面と段差部を形成する第４面を有する第２連結部とを有し、第１流路は第１−１流路と第１−２流路とを有し、第１−１流路の第１−１ポートは第３面に開口し、第１−２流路の第１−３ポートは第１−１流路の第１−２ポートに連通し、かつ弁体に向かって開口し、第１−２流路の第１−４ポートは第４面に開口し、第１−３ポートを介して第１流路と前記第２流路とが連通可能であり、第１連結部は別のバルブのボディにおける第２連結部に相当する部分に対し連結され、第１−１流路と別のバルブのボディにおける第１−２流路に相当する流路とが連通するバルブが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２３５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、複数の流体制御機器によって構成される流体供給ラインでは、各流体制御機器は他の流体制御機器の開閉動作や流量変化等による影響を受ける。そのため、各流体制御機器を単独で制御したり監視したりするだけでは近年の高度化した半導体製造プロセスの要求を満たすことができない。【０００６】
そこで本発明は、複数の流体制御機器によって構成される流体供給ライン全体を精密に監視することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る流体制御装置は、流体制御機器を複数、集積させた流体制御装置であって、前記流体制御機器は、機器内の動作情報を取得する動作情報取得機構と、自己識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、前記自己識別情報と共に、前記動作情報を前記流体制御機器ごとに異なるタイミングで外部端末に送信する通信処理手段と、を有する。【０００８】
また、前記流体制御機器は、前記動作情報に基づき、前記流体制御器の異常を判別する判別処理手段、をさらに有し、前記通信処理手段は、自己識別情報と共に、前記流体制御機器の異常の判別結果を前記流体制御機器ごとに異なるタイミングで外部端末に送信するものとしてもよい。【０００９】
また、前記通信処理手段はさらに、前記所定の情報処理装置に対し、前記流体制御機器の動作情報又は異常の判別結果を所定の周期で送信するものとしてもよい。【００１０】
また、本発明の別の観点に係る流体制御機器は、複数、集積して流体制御装置を構成する流体制御機器であって、機器内の動作情報を取得する動作情報取得機構と、自己識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、前記自己識別情報と共に、前記動作情報を前記流体制御機器ごとに異なるタイミングで外部端末に送信する通信処理手段と、を有する。【００１１】
また、本発明のさらに別の観点に係る動作解析システムは、複数の流体制御機器によって構成される流体供給ライン、又は複数の流体供給ラインによって構成される流体制御装置ごとに動作を解析する動作解析システムであって、同一の流体供給ライン又は同一の流体制御装置を構成する流体制御機器の自己識別情報を互いに関連付けて記憶する機器情報記憶手段と、前記流体制御機器から、前記自己識別情報と共に動作情報を取得する動作情報取得手段と、前記自己識別情報に基づき、前記関連付け情報記憶手段を参照して、同一の流体供給ライン又は同一の流体制御装置を構成する流体制御機器を特定すると共に、当該同一の流体供給ライン又は同一の流体制御装置を構成する流体制御機器の動作情報に基づき、前記流体供給ライン全体又は前記流体制御装置全体の動作から各流体制御機器の動作又は状態を解析する解析処理手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の流体制御機器によって構成される流体供給ライン全体を精密に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る流体制御装置の接続を示した模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器を示した（ａ）外観斜視図、（ｂ）平面図である。
【図３】本実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器の内部構造を示したＡ−Ａ断面図であって、（ａ）弁閉状態、（ｂ）弁開状態を示す。
【図４】本実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器の内部構造を示したＢ−Ｂ断面図であって、（ａ）弁閉状態、（ｂ）弁開状態を示す。
【図５】本実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器を示した分解斜視図である。
【図６】本実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器を示した分解斜視図である。
【図７】本実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器を示した分解斜視図である。
【図８】本実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器及び外部端末が備える機能を示した機能ブロック図である。
【図９】本実施形態に係る流体制御装置を構成する流体制御機器及び外部端末が備える機能を示した機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る流体制御装置及び動作解析システムについて説明する。
図１に示されるように、流体制御装置Ｇは、本実施形態に係る３つの流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３を備えている。
【００１５】
ここで、「流体供給ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）」とは、ガスユニットとも称する流体制御装置（Ｇ）の構成単位の一つであって、プロセス流体が流通する経路と、当該経路上に配設された一群の流体制御機器によって構成され、プロセス流体を制御し、独立して被処理体を処理することが可能な最小の構成単位である。流体制御装置は通常、当該流体供給ラインを複数、並設させて構成されている。
また、以下の説明において言及する「外部」又は「ライン外」とは、流体制御装置や流体供給ラインを構成しない部分又は機構であって、外部又はライン外の機構には、流体制御装置の駆動に必要な電力を供給する電力供給減や駆動圧を供給する駆動圧供給源、流体制御装置と通信可能に構成された端末や装置等が含まれる。
【００１６】
流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３は夫々、複数の流体制御機器を流体密に連通させたものであり、流体制御機器は、バルブ（Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４、Ｖ３１〜Ｖ３４）や流量制御装置（Ｆ１〜Ｆ３）によって構成される。
なお、以下の説明では、バルブ（Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４、Ｖ３１〜Ｖ３４）をバルブＶ、流量制御装置（Ｆ１〜Ｆ３）を流量制御装置Ｆとまとめて称することがある。また、バルブＶと流量制御装置Ｆを、流体を制御する機器という上位概念的で捉え、まとめて流体制御機器Ａと称することがある。
【００１７】
●バルブＶ
バルブＶは、ダイヤフラムバルブ等、流体制御装置Ｇのガスラインで使用されるバルブであり、複数、集積して他の流体制御機器Ａと共に流体制御装置Ｇを構成する。
このバルブＶには、バルブＶの動作情報を取得する動作情報取得機構として、所定の箇所に圧力センサＰ（図３等において後述）や磁気センサ等が取り付けられており、センサによって検出されたデータは、バルブＶに接続されている外部端末６に送信することができる。
【００１８】
このようなバルブＶの一例を図２に示す。バルブＶは、エア作動式のダイレクトダイヤフラムバルブであり、図３〜図５に示されるように、バルブボディ１、ボンネット部２、カバー部３、アクチュエータ部４を備える。
【００１９】
バルブボディ１は図３〜図５に示されるように、流路が形成された基台部１１と、基台部１１上に設けられた略円筒形状の円筒部１２とからなる。
基台部１１は平面視矩形状からなり、複数のバルブＶによってユニット化された流体制御装置Ｇを構成する場合には、基板あるいはマニホールドブロック上に設置される部分となる。
【００２０】
円筒部１２は、ボンネット部２が配設される側の端面が開口した中空形状からなり、中空の内部はボンネット部２が収容される凹部１２ａを構成する。
この円筒部１２には、軸心方向に長さを有し、ボンネット部２が配設される側であって基台部１１とは反対側の一端が開口すると共に、外側から凹部１２ａ側へ貫通したスリット１２ｂが設けられている。このスリット１２ｂを介して、ボンネットウォール２５から延び出したフレキシブルケーブル５１が内側から外側へ導出される。
【００２１】
凹部１２ａの下方及び基台部１１内には、流体が流入する流入路１１１と流体が流出する流出路１１３、及び当該流入路１１１と流出路１１３に連通する弁室１１２が形成されている。流入路１１１、流出路１１３、及び弁室１１２は、流体が流通する流路を一体的に構成している。
【００２２】
ボンネット部２は図３〜図６に示されるように、バルブボディ１の凹部１２ａ内に収容した状態に配設される。このボンネット部２は、シート２１、ダイヤフラム２２、ダイヤフラム押え２３、ボンネット２４、ボンネットウォール２５を備える。
【００２３】
環状のシート２１は、弁室１１２における流入路１１１の開口部周縁に設けられている。シート２１にダイヤフラム２２を当接離反させることによって流入路１１１から流出路１１３へ流体を流通させたり、流通を遮断させたりすることができる。
【００２４】
ダイヤフラム２２は、ステンレス、Ni-Co系合金等の金属からなると共に、中心部が凸状に膨出した球殻状の部材であり、流路とアクチュエータ部４が動作する空間とを隔離している。このダイヤフラム２２は、ダイヤフラム押え２３により押圧されていない状態では、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示されるように、シート２１から離反しており、流入路１１１と流出路１１３とが連通した状態となる。一方、ダイヤフラム押え２３により押圧された状態では、図３（ａ）及び図４（ａ）に示されるように、ダイヤフラム２２の中央部が変形してシート２１に当接しており、流入路１１１と流出路１１３が遮断された状態となる。
【００２５】
ダイヤフラム押え２３は、ダイヤフラム２２の上側に設けられ、ピストン４３の上下動に連動してダイヤフラム２２の中央部を押圧する。
このダイヤフラム押え２３は、略円柱状の基体部２３１と、ダイヤフラム２２に当接する側の一端側において拡径した拡径部２３２からなる。
【００２６】
基体部２３１には、軸心方向に長さを有し、拡径部２３２とは反対側の一端が開口した有底の条溝２３１ａが形成されている。この条溝２３１ａには、ボンネットウォール２５のネジ孔２５ｃにねじ込まれたネジ２５ｄの軸棒部分が摺動可能に嵌合する。条溝２３１ａとネジ２５ｄは、ダイヤフラム押え２３の周方向の回動を規制する回動規制手段を構成し、これによりダイヤフラム押え２３は、ピストン４３に連動して上下動しつつも、周方向の回動を規制される。
【００２７】
また、基体部２３１には、磁気センサを構成する磁石Ｍ１が取り付けられている。この磁石Ｍ１は、ボンネットウォール２５に取り付けられた磁性体Ｍ２と共に後述する磁気センサを構成する。なお、本実施例では、磁石Ｍ１は、基体部２３１の条溝２３１ａの反対側に取り付けられているが、磁性体Ｍ２と磁気センサを構成するのに支障がない限り、基体部２３１上の他の位置に取り付けることもできる。
【００２８】
ボンネット２４は、略円筒状からなり、バルブボディ１の凹部１２ａ内に収容される。
ダイヤフラム２２はボンネット２４の下端部とバルブボディ１との間に挟持されており、この部分でダイヤフラム２２とバルブボディ１との間のシールが形成される。
ボンネット２４の内部には、ダイヤフラム押え２３が貫挿される貫挿孔２４１ａが中心部に形成された略円盤状の仕切部２４１が設けられている。
仕切部２４１の上方ないしは、アクチュエータ部４が配設される側に形成される凹部２４ａには、ボンネットウォール２５が収容される。仕切部２４１とボンネットウォール２５には夫々、互いに対応する位置にネジ穴２４１ｂと貫通孔２５ｅが設けられており、ボンネット２４にボンネットウォール２５がボルト２５ｆによって螺設される。
【００２９】
ボンネット２４の仕切部２４１は、一定の厚みを有しており、仕切部２４に形成されている貫挿孔２４１ａの内周面とダイヤフラム押え２３の間にはＯリングＯ２が介装されている。これにより、仕切部２４１、ダイヤフラム２２、及びダイヤフラム押え２３によって画定される閉空間Ｓ２の気密性が確保されている。
また、ボンネット２４の仕切部２４１には、ボンネットウォール２５に取り付けられている圧力センサＰに連通する連通孔２４１ｄが設けられている。連通孔２４１ｄを介して圧力センサＰが設けられていることにより、仕切部２４１、ダイヤフラム２２、及びダイヤフラム押えによって画定された閉空間Ｓ２内の圧力を測定することができる。
【００３０】
また、ボンネット２４の側面には、内側に収容したボンネットウォール２５から導出されたフレキシブルケーブル５１を外側へ導出させるための貫通孔２４１ｃが設けられている。
【００３１】
ボンネットウォール２５は、ボンネット２４内に配設される部材である。このボンネットウォール２５は肉厚の略円盤状の部材を平面視略Ｃ字状に刳り貫いた形状からなる。このボンネットウォール２５の中心には、ダイヤフラム押え２３の基体部２３１を貫挿させる貫挿孔２５ａが設けられている。また、貫挿孔２５ａをボンネットウォール２５の半径方向外側に向かって開口させる開口部２５ｂが設けられている。
【００３２】
ボンネットウォール２５の厚み部分の所定の箇所には、貫挿孔２５ａから半径方向外側に向かってねじ切られたネジ孔２５ｃが形成されている。このネジ孔２５ｃには外側からネジ２５ｄが螺合し、螺合したネジ２５ｄの軸心部分は、貫挿孔２５ａ側へ抜け出して、貫挿孔２５ａに貫挿されたダイヤフラム押え２３の条溝２３１ａに摺動可能に嵌合する。
【００３３】
ボンネットウォール２５には、ボンネット２４のネジ穴２４１ｂに対応する位置に貫通孔２５ｅが設けられている。ネジ穴２４１ｂと貫通孔２５ｅには、ボンネット２４の仕切部２４１上にボンネットウォール２５が配設された状態でボルト２５ｆが螺合し、これによりボンネット２４にボンネットウォール２５が固定される。
【００３４】
ボンネットウォール２５の外周面のうち、開口部２５ｂ近傍には、開口部２５ｂを塞ぐように掛け渡して固定された平板状の磁性体Ｍ２が取り付けられている。この磁性体Ｍ２は、ダイヤフラム押え２３に取り付けられた磁石Ｍ１と共に後述する磁気センサを構成する。
【００３５】
カバー部３は図２及び図７に示されるように、アクチュエータボディ４１とバルブボディ１を挟圧して一体的に保持すると共に、回路基板５２及び回路基板５２に設けられたコネクタ５３をバルブＶに固定する固定手段を構成する。
このカバー部３は、カバー３１と平板状のプレート３２、３３を備える。
【００３６】
カバー３１は、略Ｕ字状からなり、その内側にはアクチュエータボディ４１とバルブボディ１の端部が嵌め込まれる。
カバー３１の両側面には、アクチュエータボディ４１が嵌め込まれる位置に対応してネジ孔３１ａが設けられている。これにより、バルブボディ１が内側にはめ込まれた状態でネジ孔３１ａにネジ３１ｂを螺入させ、ネジ３１ｂの先端をバルブボディ１に圧接させると、バルブボディ１をカバー３１の内側に挟持することができる。
【００３７】
また、カバー３１の厚み部分には、ネジ穴３１ｃが設けられている。このネジ穴３１ｃに、ネジ３１ｄがプレート３２、３３の貫通孔３２ｂ、３３ｂを介して螺合することで、カバー３１にプレート３２、３３が取り付けられる。
【００３８】
プレート３２、３３は、カバー３１の内側にアクチュエータボディ４１とバルブボディ１の端部を嵌めた状態でカバー３１とネジ止め固定され、固定された状態においては、カバー３１との間にアクチュエータボディ４１とバルブボディ１を挟圧保持する。
このプレート３２の下方には、舌片状に切り欠いた切欠部３２ａが形成されており、フレキシブルケーブル５１はこの切欠部３２ａを介して、コネクタ５３が設けられた回路基板５２へ導出される。
【００３９】
プレート３３は、プレート３２との間に回路基板５２を介装させた状態でプレート３２及びカバー３１にネジ止め固定され、プレート３２との間に回路基板５２を挟圧保持する。
このプレート３３には、中央部に略矩形状の貫通孔３３ａが設けられており、回路基板５２に設けられたコネクタ５３はこの貫通孔３３ａから外側へ抜け出る。
【００４０】
ここで、基台部１１が平面視矩形状からなるところ、カバー部３は図１（ｂ）に示されるように、コネクタ５３を矩形状の基台部１１の対角線方向に向けてバルブＶに固定している。このような向きにコネクタ５３を固定するのは以下の理由による。即ち、複数のバルブＶによってユニット化された流体制御装置Ｇを構成する場合には、集積化の要請から、隣り合う矩形状の基台部１１の向きを揃えてできる限り隙間をなくし、基盤あるいはマニホールドブロック上にバルブＶを配設するのが好適である。他方、このように配設して集積させた場合には、コネクタ５３に端子等を接続しにくくなる。そのため、コネクタ５３を基台部１１の対角線方向に向けることで、真横に配設されているバルブＶの方に向ける場合と比べ、接続するスペースを広く取ることができる。その結果、コネクタ５３に端子等を接続するのが容易であるし、端子等の折れや撚れによる断線等の不具合を防いだり、端子等がバルブＶに当たってバルブＶの動作に異常をもたらすといった不具合を防ぐこともできる。
【００４１】
アクチュエータ部４は、ボンネット部２上に配設される。
このアクチュエータ部４は図３及び図４に示されるように、アクチュエータボディ４１、アクチュエータキャップ４２、ピストン４３、バネ４４を備える。なお、図５においては、アクチュエータ部４の内部構造を省略しているが、内部構造は図３及び図４に示されるとおりである。
【００４２】
アクチュエータボディ４１は、ピストン４３とボンネット２４の間に介装される。
このアクチュエータボディ４１は図５に示されるように略円柱形状からなり、中心部には、ピストン４３とダイヤフラム押え２３が貫挿される貫挿孔４１ａが長さ方向に沿って設けられている。図２及び図３に示されるように、貫挿孔４１ａ内ではピストン４３とダイヤフラム押え２３が当接しており、ダイヤフラム押え２３はピストン４３の上下動に連動して上下動する。
【００４３】
ピストン４３が配設される側の上端面には、環状の突条からなる周壁４１１が形成されており、周壁４１１の内側の平坦な水平面とピストン４３の拡径部４３１の下端面との間には、駆動圧が導入される駆動圧導入室Ｓ１が形成される。
【００４４】
また、アクチュエータボディ４１のピストン４３が配設される側の外周面上には、雄ネジが切られており、アクチュエータキャップ４２の内周面に切られた雌ネジと螺合することにより、アクチュエータボディ４１はアクチュエータキャップ４２の一端に取り付けられる。
【００４５】
アクチュエータボディ４１の長さ方向の中心部は、断面視略六角形状に形成されており、当該断面視六角形状の部分とバルブボディ１の上端部分は、カバー３１によって一体的に挟圧される。
【００４６】
アクチュエータキャップ４２は、下端部が開口したキャップ状の部材であり、内部にピストン４３とバネ４４を収容している。
アクチュエータキャップ４２の上端面には、ピストン４３の駆動圧導入路４３２に連通する開口部４２ａが設けられている。
アクチュエータキャップ４２の下端部は、アクチュエータボディ４１の上部が螺合して閉止されている。
【００４７】
ピストン４３は、駆動圧の供給と停止に応じて上下動し、ダイヤフラム押え２３を介してダイヤフラム２２をシート２１に当接離反させる。
このピストン４３の軸心方向略中央は円盤状に拡径しており、当該箇所は拡径部４３１を構成している。ピストン４３は、拡径部４３１の上面側においてバネ４４の付勢力を受ける。また、拡径部４３１の下端側には、駆動圧が供給される駆動圧導入室Ｓ１が形成される。
【００４８】
また、ピストン４３の内部には、上端面に形成された開口部４３ａと、拡径部４３１の下端側に形成される駆動圧導入室Ｓ１とを連通させるための駆動圧導入路４３２が設けられている。ピストン４３の開口部４３ａはアクチュエータキャップ４２の開口部４２ａまで連通しており、外部から駆動圧を導入するための導入管が開口部４２ａに接続され、これにより駆動圧導入室Ｓ１に駆動圧が供給される。
【００４９】
ピストン４３の拡径部４３１の外周面上には、ＯリングＯ４１が取り付けられており、このＯリングＯ４１はピストン４３の拡径部４３１の外周面とアクチュエータボディ４１の周壁４１１の間をシールしている。また、ピストン４３の下端側にもＯリングＯ４２が取り付けられており、このＯリングＯ４２はピストン４３の外周面とアクチュエータボディ４１の貫挿孔４１ａの内周面の間をシールしている。これらのＯリングＯ４１、Ｏ４２により、ピストン４３内の駆動圧導入路４３２に連通する駆動圧導入室Ｓ１が形成されると共に、この駆動圧導入室Ｓ１の気密性が確保されている。
【００５０】
バネ４４は、ピストン４３の外周面上に巻回されており、ピストン４３の拡径部４３１の上面に当接してピストン４３を下方、即ちダイヤフラム２２を押下する方向に付勢している。
【００５１】
ここで、駆動圧の供給と停止に伴う弁の開閉動作について言及する。開口部４２ａに接続された導入管（図示省略）からエアが供給されると、エアはピストン４３内の駆動圧導入路４３２を介して駆動圧導入室Ｓ１に導入される。これに応じて、ピストン４３はバネ４４の付勢力に抗して上方に押し上げられる。これにより、ダイヤフラム２２がシート２１から離反して開弁した状態となり、流体が流通する。
一方、駆動圧導入室Ｓ１にエアが導入されなくなると、ピストン４３がバネ４４の付勢力に従って下方に押し下げられる。これにより、ダイヤフラム２２がシート２１に当接して閉弁した状態となって、流体の流通が遮断される。
【００５２】
バルブＶは、機器内の動作情報を取得する動作情報取得機構を構成するセンサとして、圧力センサＰと、磁石Ｍ１と磁性体Ｍ２からなる磁気センサを備えている。
圧力センサＰは図４に示されるように、ボンネットウォール２５の下面、ないしは流路側に取り付けられており、連通孔２４１ｄを介して、ダイヤフラム２２、ボンネット２４の仕切部２４１、及びダイヤフラム押え２３によって画定された閉空間Ｓ２に連通している。この圧力センサＰは、圧力変化を検出する感圧素子や、感圧素子によって検出された圧力の検出値を電気信号に変換する変換素子等によって構成される。これにより圧力センサＰは、ダイヤフラム２２、ボンネット２４の仕切部２４１、及びダイヤフラム押え２３によって画定された閉空間Ｓ２内の圧力を検出することができる。
なお、圧力センサＰが連通孔２４１ｄに通じる箇所にはパッキン２６が介装されており、気密状態が担保されている。
【００５３】
なお、圧力センサＰは、ゲージ圧あるいは大気圧のいずれを検出するものでもよく、それぞれの場合に応じて、判別処理部６２（図８を参照して後述する）が参照する閾値が設定されればよい。
【００５４】
ボンネットウォール２５の開口部２５ｂには磁性体Ｍ２が取り付けられており、この磁性体Ｍ２は、ダイヤフラム押え２３に取り付けられた磁石Ｍ１と共に磁気センサを構成する。
この磁気センサによって以下の通り、弁の開閉動作検知することができる。即ち、磁石Ｍ１がダイヤフラム押え２３の上下動に応じて上下動するのに対し、磁性体Ｍ２はボンネットウォール２５及びボンネット２４共にバルブボディ１内に固定されている。この結果、ダイヤフラム押え２３の上下動に従って上下動する磁石Ｍ１と、位置が固定されている磁性体Ｍ２との間に発生する磁界の変化に基づき、ダイヤフラム押え２３の動作、ひいては弁の開閉動作を検知することができる。
なお、磁気センサは平面コイル、発振回路、及び積算回路を有しており、対向する位置にある磁石Ｍ１との距離変化に応じて発振周波数が変化する。そして、この周波数を積算回路で変換して積算値を求めることにより、バルブＶの開閉状態のみならず、開弁時の開度を計測することができる。
なお、本実施形態では磁気センサを用いたが、これに限らず、他の実施形態においては、光学式の位置センサ等、他の種類のセンサを用いることもできる。
【００５５】
圧力センサＰと磁気センサには夫々、可撓性を有する通信用のフレキシブルケーブル５１の一端が接続しており（磁気センサについては、詳細には磁性体Ｍ２に接続している）、フレキシブルケーブル５１の他端は、バルブＶ１の外側に設けられた回路基板５２に接続している。本例において、回路基板５２には、情報の送受信を実行する処理モジュール７（図８を参照して後述する）が構成されており、これにより、コネクタ５３に接続された外部端末６に対し、圧力センサＰや磁気センサから取得した動作情報を送信することができる。
【００５６】
なお、本実施形態において、フレキシブルケーブル５１と回路基板５２にはフレキシブル基板（ＦＰＣ）が用いられ、フレキシブルケーブル５１、回路基板５２、及びコネクタ５３は一体的に構成されている。フレキシブルケーブル５１と回路基板５２にフレキシブル基板を用いることにより、配線経路として部材間の隙間を利用することが可能になり、その結果、被覆線を用いる場合に比べてバルブＶ１自体を小型化することができる。
また、処理モジュール７は回路基板５２とは別に、バルブＶ１内に格納されていてもよいし、圧力センサＰ又は磁気センサの一部として構成されていてもよい。
また、コネクタ５３の種類や形状は、各種の規格に応じて適宜に設計し得る。
【００５７】
また、上述した圧力センサＰや磁気センサによって実現される動作情報取得機構としては他に、駆動圧を検出する駆動圧センサ、流路内の温度を測定する温度センサ、ピストン４３あるいはダイヤフラム押え２３の挙動を検知するリミットスイッチなどを用いて実現することもできる。
【００５８】
●動作解析システム
続いて、本実施形態に係る流体制御装置Ｇの動作解析システムについて説明する。
本実施形態において、流体制御装置Ｇを構成する複数の流体制御機器Ａは、外部端末６に並列に接続したバス型接続構造をとっている。外部端末６は、配下の流体制御機器Ａから供給される動作情報を集約しており、バルブＶや流量制御装置Ｆの個々の動作を監視している。さらに、各流体制御機器Ａがいずれの流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３あるいは流体制御装置Ｇを構成するかを識別することによって、各流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、あるいは流体制御装置Ｇを単位として動作を解析したり、異常を検知したりすることもできる。
【００５９】
各流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３あるいは流体制御装置Ｇを単位とした異常の検知手段では例えば、通常の動作とは別に診断モードを設け、各流体制御機器Ａの開閉を適宜に制御して、所定位置での圧力を測定する。この圧力の測定値から、所定の流体制御機器Ａを閉じていれば検出されないはずの圧力を検出したり、所定の流体制御機器Ａを開いていれば検出されるはずの圧力を検出できなかったりすることで、流体制御機器Ａの異常を診断することができる。また、流体制御機器Ａの開閉状態の切り替えに応じた所定位置での圧力降下特性を、正常な状態における圧力降下特性と対比することにより、シートリークなどの流体制御機器Ａの不具合を診断することもできる。
【００６０】
図８は、各流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３の動作情報を外部端末６に集約させると共に、当該外部端末６において流体制御機器Ａの異常の有無を検知可能とする場合の機能構成の一例を示している。これにより、動作解析の処理の一例として、流体制御機器Ａ及び当該流体制御機器Ａと通信可能に接続された外部端末６によって異常検知処理を実行する場合について説明する。
【００６１】
本例において、流体制御機器Ａが備える処理モジュール７は、識別情報記憶部７１と通信処理部７２を備える。なお、バルブＶの場合、処理モジュール７は例えば、回路基板５２上に設けられた演算回路やメモリによって構成される。
【００６２】
識別情報記憶部７１は、流体制御機器Ａ又は処理モジュール７ごとに発行された自己識別情報を記憶した記憶部である。
自己識別情報は、流体制御機器Ａ又は処理モジュール７ごとにユニークな情報であって、これを参照することにより、複数の流体制御機器Ａから特定の流体制御機器Ａを識別することができる。
【００６３】
通信処理部７２は、コネクタ５３を介して接続された外部端末６に対し、データを送信する処理を実行するための機能部である。バルブＶの場合、処理モジュール７は、フレキシブルケーブル５１によって動作情報取得機構たる圧力センサＰや磁気センサと連携可能に構成されており、当該圧力センサＰや磁気センサから流体制御機器Ａの動作情報を取得すると、通信処理部７２により、当該取得した動作情報を自己識別情報と共に外部端末６に対して送信することができる。
【００６４】
なお、本実施形態に係るバルブＶでは、外部端末６はコネクタ５３を介した有線接続によってバルブＶとデータの送受信を実行しているが、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信、あるいはZigbee（登録商標）等で構成し、無線通信によってデータの送受信を実行することもできる。また、流量制御装置Ｆについても同様に、有線又は無線のいずれの通信手段を備えさせるものとすることができる。
【００６５】
また、通信処理部７２は、動作情報を１時間や１日等の任意に設定された所定の周期で送信することができる。
この点、バルブＶの動作情報に基づいた異常検知において、流体の微量な漏出はその瞬間を検知するのが難しいが、数日程度であれば昇圧するため検知可能となる。一方、閉空間Ｓ２は気密な空間であるため、微小な漏出が発生しても直ちに問題となりにくい。そのため、所定の周期による送信であっても支障がない。さらに、このように所定の周期で情報の送信を行う場合には、消費電力を抑えることができる。
【００６６】
また、通信処理部７２は、流体制御機器Ａごとに異なるタイミングで、自己識別情報と動作情報を外部端末６に対して送信することができる。流体制御機器Ａごとに異なるタイミングとする方法は特に限定されないが、例えば、外部端末６から各流体制御機器Ａに対し、予め設定しておいた時間間隔及び順序で自己識別情報と動作情報の取得を要求することによって実現できる。また、所定の計算式に基づいて発生させた乱数からランダムな順序を決定した上、当該順序に従って所定の流体制御機器Ａに自己識別情報と動作情報の取得を要求し、当該所定の流体制御機器Ａから自己識別情報と動作情報を取得するのを待って次の流体制御機器Ａに自己識別情報と動作情報の取得を要求するようにしてもよい。また、流体制御機器Ａ自体が、予め設定された一定期間の中からランダムに所定の日時を決定し、当該所定の日時に外部端末６に自己識別情報と動作情報を送信するようにしてもよい。
【００６７】
これにより、パケット衝突の問題を回避することができるし、一斉に送信される場合と比べて一時的な処理の過負荷を防ぐこともできる。さらに、無線によって通信が確立される場合には、一斉に送信される場合と違い、データ送信に利用される無線のチャンネルを流体制御機器Ａごとに変える必要がないため、多くのチャンネルを用意する必要がない。また、流体制御機器Ａと外部端末６の接続手段をBluetooth（登録商標）によって実現する場合には、同時接続台数が限られるため（通常７台）、送信のタイミングを変えることで同時接続台数を超える数の流体制御機器Ａを用いることができる。
なお、自己識別情報と動作情報の送信のタイミングは、流体制御機器Ａごとに行うことができるほか、流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３ごとや、流体制御装置Ｇごとに行うこともできる。
【００６８】
外部端末６は本実施形態において、流体制御機器Ａから動作情報を取得すると共に、当該動作情報に基づいて流体制御機器Ａの異常を検知する異常検知装置を構成する。具体的にバルブＶの場合で言うと、特に流路から閉空間Ｓ２への流体の漏出等に起因した異常を検知する異常検知装置を構成する。
【００６９】
この外部端末６は、所謂パーソナルコンピュータやサーバ、データの送受信や処理が可能な可搬型端末等であって、CPU（、CPUが実行するコンピュータプログラム、コンピュータプログラムや所定のデータを記憶するRAM（Random Access Memory）やROM（Read Only Memory）、及びハードディスクドライブなどの外部記憶装置等のハードウェア資源によって構成され、これにより機器情報記憶部６１、判別処理部６２、補正処理部６３、通信処理部６４からなる機能部を備える。
【００７０】
機器情報記憶部６１は、各流体制御機器Ａの自己識別情報を記憶した記憶部である。機器情報記憶部６１において、各流体制御機器Ａの自己識別情報は、同じ流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３や流体制御装置Ｇを構成する他の流体制御機器Ａのそれと関連付けられている。これにより、一の流体制御機器Ａを他の流体制御機器Ａと識別できると共に、当該一の流体制御機器Ａと同一の流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３や流体制御装置Ｇを構成する流体制御機器Ａを識別することができる。
【００７１】
判別処理部６２は、流体制御機器Ａからもたらされた動作情報に基づき、流体制御機器Ａの動作異常の有無を判別する。具体的には、参照用テーブル等に保持された所定の閾値と動作情報を比較する。バルブＶであれば、参照用テーブル等に保持された所定の閾値と、圧力センサＰによって検出された圧力の検出値とを比較することにより、閉空間Ｓ２への流体の漏出等に起因したバルブＶの異常を判別する処理を実行する。即ち、通常使用時において、バルブＶの弁の開閉で想定される閉空間Ｓ２内の圧力の限界値を所定の閾値としておく。そして、閉空間Ｓ２内の圧力の検出値が当該閾値を超えた場合に、バルブＶに異常が生じたものと判別する。このような判別の合理性は、ダイヤフラム２２の破損等によって閉空間Ｓ２へ流体が漏出して閉空間Ｓ２内の圧力が上昇した結果として、あるいは流路内の減圧によって閉空間Ｓ２内の圧力が減少した結果として閉空間Ｓ２内の圧力の検出値が閾値を超えたとみなせることによる。
なお、本例において、判別処理部６２は、補正処理部６３と共に、流体制御機器Ａの動作を解析する解析処理部を構成する。
【００７２】
補正処理部６３は、動作情報取得機構によって検出されたエアの圧力や外部温度等に応じて、判別処理部６２が閉空間Ｓ２への流体の漏出を判別するべく参照する所定の閾値を補正する。
【００７３】
即ち、バルブＶの場合であれば、バルブＶを開閉させるべくエアの圧力が変化させられると、ピストン４３の上下動によって閉空間Ｓ２内の圧力が変化する。そのため補正処理部６３は、判別処理部６２がこのエアの圧力による閉空間Ｓ２内の圧力の変化と、バルブＶの異常によって惹き起こされた閉空間Ｓ２内の圧力の変化とを区別して、バルブＶの異常を判別できるよう、所定の閾値を補正する。具体的には、エアが導入された場合には閉空間Ｓ２内の圧力が減少するため閾値を低い値に補正し、エアが排出された場合には閉空間Ｓ２内の圧力が上昇するため閾値を高い値に補正する。この結果、判別処理部６２は、エアの圧力変化に伴う閉空間Ｓ２内の圧力変化に関わらず、流体の漏出等のバルブＶの異常によって惹き起こされた閉空間Ｓ２内の圧力の変化を判別することができる。
【００７４】
ここで、動作情報取得機構として駆動圧センサを用いれば、バルブＶの開閉動作中であっても、流体の漏出等に起因した閉空間Ｓ２内の圧力変化を判別することができる。即ち、駆動圧から必要な補正値へと変換する適当な伝達関数を実験的に求めることで、ピストン４３が移動している瞬間の閉空間Ｓ２内の過渡的な圧力変化を補正することもできる。
同時に、駆動圧センサの検出値から閉空間Ｓ２内の圧力上昇が予期されるにも関わらず、圧力センサＰの検出値が上昇しない場合には、ピストン４３若しくは圧力センサＰの故障を判断することができる。
【００７５】
また、外部温度によっても閉空間Ｓ２内の圧力は変化する。そのため補正処理部６３は、判別処理部６２がこの外部温度による閉空間Ｓ２内の圧力の変化と、バルブＶの異常によって惹き起こされた閉空間Ｓ２内の圧力の変化とを区別して、バルブＶの異常を判別できるよう、所定の閾値を補正する。具体的には、外部温度の上昇に応じて閾値を高い値に補正すると共に、外部温度の下降に応じて閾値を低い値に補正する。この結果、判別処理部６２は、外部温度の変化に伴う閉空間Ｓ２内の圧力変化に関わらず、流体の漏出等のバルブＶの異常によって惹き起こされた閉空間Ｓ２内の圧力の変化を判別することができる。
【００７６】
通信処理部６４は、流体制御機器Ａとデータの送受信を実行する機能部である。通信方法は特に限定されないが、本実施形態に係るバルブＶとはコネクタ５３を介して接続し、当該接続されたバルブＶから動作情報を受信する。
なお、外部端末６が流体制御機器Ａから受信した情報は適宜、流体制御機器Ａの管理者あるいは監視者等が利用する端末からの求めに応じて、当該監視者等が利用する端末に提供される。
【００７７】
なお、本実施形態では、外部端末６は流体制御機器Ａと直接、データ通信を行っているが、これに限らず、データの送受信を中継する中継装置を適宜に解させて、通信を行うようにすることもできる。
【００７８】
以上の動作解析システムによれば、各流体制御機器Ａが自己識別情報をもつ結果、多数の流体制御機器Ａが密に集積した流体制御装置Ｇにおいて、流体制御機器Ａをラインから取り外したりすることなく、個別に識別してその動作状態を診断することができる。また、流体制御機器Ａ毎に動作情報を解析するのみならず、ライン全体を精密に監視することが可能である。
また、流体制御機器Ａの動作情報が外部端末６に集約されるため、流体制御機器Ａの監視者等は、流体制御機器Ａの動作状況を負担なく監視することができる。
さらに、バルブＶについては、閉空間Ｓ２内の圧力を検出した上、所定の閾値と検出値とを比較することによって異常を検知するため、閉空間Ｓ２内が負圧となる異常を来した場合でも、これを検知することができる。
【００７９】
なお、ライン全体の動作の解析が流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３の精密な監視に資するのは例えば、流体供給ラインＬ１を構成する複数の流体制御機器Ａについて、一部の流体制御機器Ａについて開閉動作が実行され、残る流体制御機器Ａについては開閉動作が実行されない場合でも、残る流体制御機器Ａは当該一部の流体制御機器Ａによる開閉動作の影響を受けるためである。
【００８０】
また、このようなライン全体の動作情報の解析結果は例えば、データマイニングを行って流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３の異常の有無の判別や異常の予期等に利用することができる。具体的には、ライン全体での流体制御機器Ａの動作時間、所定の流体制御機器Ａが実際に開閉動作を行った回数と他の流体制御機器Ａの開閉動作の影響を受けた時間などを把握することができることから、ライン全体での動作時間に基づいてメンテナンスや部品交換の時期を判定したり、同一ライン上の流体制御機器Ａ毎の開閉速度を比較して異常を検知したりすることができる。
【００８１】
また、他の例では、図９に示されるように、流体制御機器Ａに異常の検知を実行させ、外部端末６に異常判別の結果を集約させ、結果に基づいた動作解析を行わせるようにしてもよい。
即ち、流体制御機器Ａが備える処理モジュール８は、識別情報記憶部８１、判別処理部８２、補正処理部８３、及び通信処理部８４からなる機能部を有し、夫々、上述した識別情報記憶部７１、判別処理部６２、補正処理部６３、通信処理部７４と同様の機能を有する機能部である。
一方、外部端末６は、機器情報記憶部６１、通信処理部６４、及び解析処理部６５を有している。
【００８２】
判別処理部８２、補正処理部８３は、上述した判別処理部６２と補正処理部６３と同様に、動作情報取得機構によって取得された動作情報に基づき、異常の有無を判別し、自己識別情報と共に判別結果を外部端末６に送信する。なお、流体制御機器Ａは異常の判別結果のみならず、動作情報も合わせて外部端末６に送信することもできる。
これを受信した外部端末６は、自己識別情報に基づき、流体制御機器Ａを識別して異常の有無の判別結果を把握することができる。また、解析処理部６５により、各流体制御機器Ａから受信した異常の判別結果や動作情報に基づき、機器情報記憶部６１に記憶されている各流体制御機器Ａの自己識別情報を参照して、流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３ごと、あるいは流体制御装置Ｇを単位として動作を解析することもできる。
【００８３】
なお、以上の本実施形態において、流体制御機器Ａには、流体制御機器Ａに異常があったものと判別された際に、その旨の警告を発するための手段が設けられていてもよい。具体的には例えば、視認可能なランプ等によって構成することができる。この点は後述する他の実施形態についても同様である。
【００８４】
また、動作情報取得機構としては他に、温度センサ（図示省略）、リミットスイッチ（図示省略）等も取り付けておくことができる。温度センサは例えば、流体の温度を測定するセンサであり、流路の近傍に設置して当該箇所の温度を測定することで、当該設置個所の温度を、流路内を流通する流体の温度とみなすことができる。また、バルブＶの場合、リミットスイッチは例えば、ピストン４３の近傍に固定され、ピストン４３の上下動に応じてスイッチが切り替えられる。これにより、バルブＶの開閉回数や開閉頻度、開閉速度等を検知することができる。
また、動作情報取得機構の取付け位置は制限されず、その機能を鑑みて駆動圧供給路上や電気配線上等の流体制御機器Ａ外に取り付けられる場合がある。
【００８５】
また、以上の本実施形態において、同一の流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３を構成するバルブＶ、流量制御装置Ｆを接続して情報の送受を可能とした上、当該同一の流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３を構成するバルブＶ内の動作情報取得機構によって取得された情報を流量制御装置Ｆに集約し、流量制御装置Ｆの動作情報と合わせてライン外に設けられた所定の情報処理装置に送信することもできる。
【００８６】
また、外部端末６は、センサや演算装置と接続されて流量制御装置Ｆ１の動作情報を収集するのみならず、所定の指示信号を能動的に発して各流体制御機器Ａを制御するようにしてもよい。
【００８７】
なお、上述の本実施形態について、流体制御装置Ｇは３つの流体供給ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３によって構成されるものとしたが、本発明の適用がラインの数によって制限されることはない。
また、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されることはなく、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、構成、手段、あるいは機能の変更や追加等が種々、可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１    バルブボディ
１１    基台部
１２    円筒部
２    ボンネット部
２１    シート
２２    ダイヤフラム
２３    ダイヤフラム押え
２４    ボンネット
２５    ボンネットウォール
３    カバー部
３１    カバー
３２    プレート
３３    プレート
４    アクチュエータ部
４１    アクチュエータボディ
４２    アクチュエータキャップ
４３    ピストン
４４    バネ
５１    フレキシブルケーブル
５２    回路基板
５３    コネクタ
６      外部端末
６１      機器情報記憶部
６２      判別処理部
６３      補正処理部
６４      通信処理部
６５      解析処理部
７      処理モジュール
７１      識別情報記憶部
７２      通信処理部
８      処理モジュール
８１      識別情報記憶部
８２      判別処理部
８３      補正処理部
８４      通信処理部
Ａ      流体制御機器
Ｆ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）      流量制御装置
Ｇ      流体制御装置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３      流体供給ライン
Ｖ（Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜２４、Ｖ３１〜３４）      バルブ
【図１】
2020031629.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020031629.tif 000005
【図４】
2020031629.tif 000006
【図５】
2020031629.tif 000007
【図６】
2020031629.tif 000008
【図７】
2020031629.tif 000009
【図８】
2020031629.tif 000010
【図９】
2020031629.tif 000011
【国際調査報告】
2020031629.tif 000012
2020031629.tif 000013
2020031629.tif 000014
2020031629.tif 000015