JP4820698B2 - 圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法 - Google Patents

圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、圧力式流量制御装置の絞り機構の下流側に設けたバルブの開放作動の異常を圧力式流量制御装置の流量出力信号のモニターにより検出する方法に関するものであり、主として半導体製造装置や食品関係、化学関係設備等の圧力式流量制御装置を用いた流体供給設備に於いて利用されるものである。
半導体製造設備や化学関係設備等のガス供給設備では、近年熱量式流量制御装置に変えて圧力式流量制御装置が多く利用されている。圧力式流量制御装置は構造が簡単で製造コストの引下げや設備の小型化が図れるうえ、制御精度や応答性の点でも熱量式流量制御装置に優るとも劣らないからである。
ところで、ガス供給設備等に於いては、ガス供給設備を構成する各機器、特にバルブ類の動作状態等を定期的に点検するのが一般的であり、これ等の点検作業は、ガス供給設備からガスを安定供給するうえで不可欠な事項である。
上述のような要望への対応として、本願出願人は先に図９に示すような圧力式流量制御装置を用いたガス供給に於けるバルブの異常検出方法を開発し、これを特願２００５−２５３９９６号として公開している。
即ち、上記特願２００５−２５３９９６号の技術は、図９のようなガス供給設備におけるバルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の作動状態やシートリークの有無（以下、チェックと呼ぶ）を、各バルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3を配管路から取り外すことなしにチェックできるようにしたものであり、優れた実用的効用を奏するものである。尚、図９において、Ｇｏはパージガス、Ｇｐはプロセスガス、ＦＣＳは圧力式流量制御装置、１ａ、１ｂ、１ｃは配管路、Ｅはプロセスチャンバである。
また、この図９に示したガス供給設備において、例えばバルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の作動状態（開・閉状態）の正常・異常を判断する場合には、図１０に示したような手順でチェックが行われて行く。
即ち、先ず、ステップＳｏで異常チェックを開始する。引き続き、ステップＳ1でＶ1閉、Ｖ2開→閉（切換）、Ｖ3閉の操作を行い、ＦＣＳの下流側配管１ｂにＮ2を充填する。次に、ステップＳ2にて、ＦＣＳの圧力表示Ｐ1をチェックし、Ｐ1の増減ΔＰ1が０か否かを判断する。
ΔＰ1が０でない場合であって、Ｐ1上昇の場合には、Ｖ1又はＶ2の何れか一方又は両方が異常（シートリーク又は動作不良）であり、また、Ｐ1が減少の場合には、Ｖ3が異常（シートリーク又は動作不良）であると判断する（ステップＳ3）。
次に、ステップＳ4で、Ｖ1開、Ｖ2閉にしてプロセスガス（実ガス）ＧｐをＦＣＳへ流し、ステップＳ5でＦＣＳの圧力表示Ｐ1をチェックする。Ｐ1の上昇があればＶ1の動作は正常（ステップＳ７）、Ｐ1の上昇が無ければＶ1の動作異常と判断して（ステップＳ6）、Ｖ1の動作状況を確認する。その後、ステップＳ8でＶ1閉、Ｖ2開とし、ＦＣＳの圧力表示Ｐ1をチェックする（ステップＳ9）。Ｐ1が上昇しなければ、Ｖ2の動作異常と判断して（ステップ１０）としてＶ2の動作状況を確認する。
また、Ｐ1が上昇すれば、Ｖ2の動作は正常と判断される（ステップＳ11）。
続いて、ステップＳ12で、前記ステップＳ2におけるバルブ類の異常がバルブＶ3の動作異常に該当するか否かを判断する。即ち、ステップＳ2の判断がＮｏ（バルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の内の何れかが動作異常）であって、且つバルブＶ1及びＶ2の動作が正常であれば、バルブＶ3が動作異常と判断され（ステップＳ13）、また、ステップＳ2に於ける判断がｙｅｓの場合には、各バルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の動作が正常であると判断される（ステップＳ１４）。
上記各バルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3の動作の正常が確認されると、引き続きステップＳ15へ入り、シートリークのチェックが行われる。また、当該バルブ作動状態の正常、異常判断においては、イ．各バルブＶ1、Ｖ2、Ｖ3、ＦＣＳ及び配管系１ａ、１ｂ、１ｃ等には、シートリーク以外の外部リーク（例えば継手やボンネット等からの漏れ）は無いこと、ロ．各バルブの駆動部は正常に動作すること、ハ．ＦＣＳは正常に動作すること、ニ．Ｖ1、Ｖ2は同時に開放することが無いこと等が、前提となっていることは勿論である。
しかし、圧力式流量制御装置ＦＣＳは、図１１に示す如く、所謂オリフィスや音速ノズル等の絞り機構８の上流側ガス圧力Ｐ1やガス温度Ｔ1に基づいて絞り機構８を流通するガス流量を演算する構成となっている（特開平８−３３８５４６号等）。そのため、例えば絞り機構８の下流側のバルブＶ3が閉鎖状態にあって絞り機構８を流通するガス流量が零であっても、管路３にガス圧Ｐ1がかかっていれば、流量演算回路１３の流量演算器２０でガス流量Ｑｆが演算され、これが流量出力信号Ｑｏとして外部へ出力されることになる。即ち、バルブＶ3の開放不良によりガスが流通していなくても、流量出力信号Ｑｏが外部へ出力されることになる。
尚、図１１に於いて、２はコントロール弁、１２は流量出力回路、１４は流量設定回路、１６は演算制御回路、２１は比較回路、Ｑｙは制御信号（Ｑｙ=Ｑｅ−Ｑｆ）である。
その結果、例えば、ガス供給設備の稼動中にFCSの下流側のバルブV3の開閉作動が行われた際に、当該バルブV3の開放作動に異常が有るか否かを、FCSの流量出力信号Q0から直接確認することが出来ない。
何故なら、前述の通り、絞り機構８を流通するガス流が零（バルブＶ3が閉鎖状態）であっても、絞り機構上流側に圧力Ｐ1があれば流量出力信号Ｑｏが外部へ出力されるため、バルブＶ3に異常が生じてこれが開放されずに閉鎖されていても、流量出力信号Q0上ではバルブＶ3が常に開放されていることになるからである。
特開平８−３３８５４６号 特開平２０００−６６７３２号
本願発明は、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの異常検出における上述の如き問題、即ち圧力式流量制御装置の機構上絞り機構上流側に圧力Ｐ1が存在すれば、絞り機構を流通するガス流が無くても外部へ流量出力信号Ｑｏが出力されるため、圧力式流量制御装置の絞り機構上流側圧力Ｐ1（或いは流量出力信号Ｑｏ）を用いて絞り機構下流側バルブの開放作動の異常を正確に判断することができないと云う問題を解決せんとするものであり、圧力式流量制御装置をガス供給設備の異常検出モードに切り替えすることなしに、絞り機構下流側バルブの開又は閉時の圧力式流量制御装置からの流量出力信号Ｑｏの変動に基づいて、絞り機構下流側バルブの開作動の異常を迅速且つ確実の判断できるようにした、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法を提供せんとするものである。
請求項１の発明は、絞り機構の上流側の流体圧力Ｐ1を用いて絞り機構を流通する流体流量Ｑｆを演算し、当該流体流量演算値Ｑｆと流量設定値Ｑｅとの差を流量制御信号Ｑｙとして絞り機構上流側のコントロールバルブ２を開閉制御することにより、前記流量制御信号Ｑｙが零となるように前記流体圧力Ｐ1を調整すると共に、前記流体流量演算値Ｑｆを流量出力信号Ｑｏとして出力するようにした構成の圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備において、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブを開放すると共に圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅを変動させ、当該流量設定値Ｑｅの変動中の前記流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶを検出し、当該流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶが規定値以上の場合には、絞り機構下流側バルブの開放作動が正常であると判断し、また、前記変動の大きさΔＶが規定値以下の場合には開放作動が異常であると判断することを発明の基本構成とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅの変動時に、定常流量設定値Ｑｅ″より大きな流量設定値Ｑｅ′若しくは定常流量設定値Ｑｅ″よりも小さな流量設定値Ｑｅ′を流量設定値Ｑｅとして入力するようにしたものである。
請求項３の発明は、絞り機構の上流側の流体圧力Ｐ1を用いて絞り機構を流通する流体流量Ｑｆを演算し、当該流体流量演算値Ｑｆと流量設定値Ｑｅとの差を流量制御信号Ｑｙとして絞り機構上流側のコントロールバルブ２を開閉制御することにより、前記流量制御信号Ｑｙが零となるように前記流体圧力Ｐ1を調整すると共に、前記流体流量演算値Ｑｆを流量出力信号Ｑｏとして出力するようにした構成の圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備において、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブを閉鎖すると共に圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅを零とし、当該流量設定値Ｑｅを零としたあとの変動中の前記流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶを検出し、当該流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶが規定値以上の場合には、絞り機構下流側バルブの開放作動が正常であると判断し、また、前記変動の大きさΔＶが規定値以下の場合には開放作動が異常であると判断することを発明の基本構成とするものである。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、絞り機構下流側バルブの閉鎖と同時又は一定時間Δｔ遅れて圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅを零にするようにしたものである。
請求項５の発明は、絞り機構の上流側の流体圧力Ｐ1を用いて絞り機構を流通する流体流量Ｑｆを演算し、当該流体流量演算値Ｑｆと流量設定値Ｑｅとの差を流量制御信号Ｑｙとして絞り機構上流側のコントロールバルブ２を開閉制御することにより、前記流量制御信号Ｑｙが零となるように前記流体圧力Ｐ1を調整すると共に、前記流体流量演算値Ｑｆを流量出力信号Ｑｏとして出力するようにした構成の圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備において、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブを開放すると共に圧力式流量制御装置へ流量設定信号Ｑｅを入力し、前記絞り機構下流側バルブが閉鎖したあとの前記流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶを検出し、当該流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶが規定値以上の場合には、絞り機構下流側バルブの開放作動が正常であると判断し、また、前記変動の大きさΔＶが規定値以下の場合には開放作動が異常であると判断することを発明の基本構成とするものである。
請求項６の発明は、請求項５の発明において、絞り機構下流側バルブの開放指令の発信から所定時間Δｔ遅れて圧力式流量制御装置へ流量設定信号Ｑｅを入力し、前記流量出力信号Ｑｏの降下率の大きさを検出するようにしたものである。
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６の何れかの発明に於いて、絞り機構をオリフィス又は音速ノズルとするようにしたものである。
本願発明においては、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの開又は閉動作と同時若しくは絞り機構下流側バルブの開又は閉動作から一定時間Δｔ遅れて圧力式流量制御装置の流量設定値Ｑｅを入り又は切りにして変動させ、絞り機構下流側バルブの開又は閉動作と流量設定値Ｑｅの入り又は切りとの間における流量出力信号Ｑｏの変動状態から、絞り機構下流側バルブの開動作の異常、正常を判断する構成としている。
その結果、特別な検査装置を別途に設置若しくは付加したり、或いは圧力式流量制御装置をガス供給設備の異常検出モードに切り替えすることなしに、圧力式流量制御装置の流量出力信号Ｑｏをモニターするだけで、ガス供給設備の稼動中に圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの開動作の正常、異常を容易に且つ簡単判断することができ、圧力式流量制御装置の「流量出力信号Ｑｏの存在が、直ちに絞り機構下流側バルブの開動作と結びつかない。」と云う問題を、容易に克服することが可能となる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明で使用する圧力式流量制御装置の基本構成を示すものであり、また、図２は本発明の第１実施例に係る絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法の実施説明図である。
図１を参照して、圧力式流量制御装置ＦＣＳは、ガス供給口１、コントロール弁２、弁駆動部４、圧力検出器６、絞り機構８、ガス流出口９、流量出力回路１２、流量演算回路１３、流量設定回路１４、演算制御回路１６等からその要部が形成されており、また、図１において３は絞り機構上流側配管、５は絞り機構下流側配管、７は温度検出器、１５は流量変換回路、１０、１１、２２は増幅器、１７、１８はＡ／Ｄ変換器、１９は温度補正回路、２０は流量演算器、２１は比較回路、Ｑｃは演算流量信号、Ｑｆは切換演算流量信号、Ｑｅは流量設定信号、Ｑｏは流量出力信号、Ｑｙは流量制御信号、Ｐ1は絞り機構上流側気体圧力、ｋは流量変換率である。
また、図１及び図２等で示した実施形態に於いては、絞り機構８として所謂オリフィスを使用しているが、オリフィスに代えて音速ノズルやダイヤフラムバルブを用いても良いことは勿論である。
上記図１に示した圧力式流量制御装置ＦＣＳは、絞り機構上流側気体圧力Ｐ1と絞り機構下流側圧力Ｐ2との比Ｐ2／Ｐ1が流体の臨界値等に等しいか若しくはこれより低い場合（所謂気体の流れが臨界状態下にあるとき）に主として用いられるものであり、絞り機構８を流通する気体流量Ｑｃは、Ｑｃ＝ＫＰ1（但し、Ｋは比例定数）で与えられる。尚、圧力式流量制御装置ＦＣＳには、臨界状態と非臨界状態の両方の流れ状態となる気体の流量制御に主として用いられ、絞り機構を流れる気体の流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ2 m（Ｐ1−Ｐ2）n（Ｋは比例定数、ｍとｎは定数、Ｐ2は絞り機構下流側気体圧力）として演算する型式のものもあるが、基本的な構成は図１の圧力式流量制御装置ＦＣＳと同じであるため、ここではその説明を省略する。
また、当該圧力式流量制御装置ＦＣＳでは、制御流量の設定値は流量設定信号Ｑｅとして電圧値で与えられる。例えば、上流側圧力Ｐ1の圧力制御範囲０〜３（ｋｇｆ／ｃｍ2ａｂｓ）を電圧範囲０〜５Ｖで表示したとすると、Ｑｅ＝５Ｖ（フルスケール値）は、３（ｋｇｆ／ｃｍ2ａｂｓ）の圧力Ｐ1における流量Ｑｃを表すことになる。
より具体的に説明すると、いま流量変換回路１５の変換率が１に設定されているときに、流量設定信号Ｑｅ＝５Ｖが入力されると、切換演算流量信号Ｑｆ（Ｑｆ＝ｋＱｃ）は５Ｖとなり、上流側圧力Ｐ1が３（ｋｇｆ／ｃｍ2ａｂｓ）になるまでコントロール弁２が開閉操作されることになり、Ｐ1＝３（ｋｇｆ／ｃｍ2ａｂｓ）に対応する流量Ｑｃ＝ＫＰ1の気体が、絞り機構８を通して流通することになる。
図２は本願発明の第１実施例に係る絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法の実施に使用した試験ユニットの説明図である。即ち、当該試験ユニットは図２に示すように、圧力式流量制御装置ＦＣＳの上流側及び下流側にガス供給バルブＶ1及び絞り機構下流側バルブＶ2を夫々連結すると共に、これにプログラマブルコントローラＰＬＣ及びデータロガＤＬを配置し、プログラマブルコントローラＰＬＣから所定のプログラムに従ってバルブＶ1、Ｖ2及び圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量設定回路１４へ流量設定信号Ｑｅを供給すると共に、データロガＤＬにバルブＶ2への弁開放信号ＩＶ2、ＦＣＳへの流量設定信号Ｑｅ及びＦＣＳからの流量出力信号Ｑｏを夫々記録するよう構成されている。
尚、図２において、Ｓはガス源、Ｃはチャンバである。
即ち、圧力式流量制御装置ＦＣＳの絞り機構下流側バルブＶ2の異常（閉から開にならないもの）を検知するため、前記図２の如き試験系を構成し、ＦＣＳへ流量設定信号Ｑｅとして、図３に示すように一旦定常流量値Ｑｅ″とは異なる流量値Ｑｅ′に設定したあと、定状流量値Ｑｅ″に戻すような流量設定信号Ｑｅを入力する。尚、図３の（ａ）は定常流量値Ｑｅ″とは異なる流量設定値Ｑｅ′を定常状態流量値Ｑｅ″よりも大とした場合であり、また図３の（ｂ）は、異なる流量設定値Ｑｅ′を定常流量設定値Ｑｅ″よりも小とした場合を示すものである。
図３に示す如き流量設定信号ＱｅをＦＣＳへ入力すると共に、これと同時に絞り機構下流側バルブＶ2へ閉作動電流ＩＶ2（励磁電流）を供給すると、圧力式流量制御装置ＦＣＳからの流量出力Ｑｏは、図３の（ａ）、（ｂ）の最下方に記載されているような変化をする。
即ち、絞り機構下流側バルブＶ2が開放しない場合の流量出力Ｑｏ′とバルブＶ2が正常に開放される場合の流量出力Ｑｏ″との間には、流量出力Ｑｏに偏差ΔＶが発生するので、圧力式流量制御装置ＦＣＳからの流量出力信号Ｑｏをモニターすることにより、絞り機構下流側バルブＶ2が正常に開放されたか否かの判断ができる。
具体的には、チャンバＣを用いたプロセス処理工程を終了するための準備段階又はプロセス処理工程を開始するための準備段階に於いて、プログラマブルコントローラＰＬＣを介して圧力式流量制御装置ＦＣＳへ流量設定信号Ｑｅを、また、絞り機構下流側バルブＶ2へ弁開放電流ＩＶ2を夫々供給すると共に、その時のＦＣＳからの流量出力信号Ｑｏの変化状態を観察し、前記偏差ΔＶが設定値以上になれば、下流側バルブＶ2が正常に開放されたと判断し、逆に前記偏差ΔＶが規定値以下であれば、バルブＶ2が正常に開放されずに開放異常であると判断する。
実施例２は、プロセス処理の終了時に絞り機構下流側バルブＶ2の作動異常を検出するようにしたものである。図４は、実施例２に於いて用いた試験系統の説明図であり、図４において、ＥＶは操作用電磁弁、Ｖ1はＦＣＳ上流側バルブ、Ｐｅは真空ポンプ、Ｐbはバラトロン、ＶＲは流量弁、Ｎ2は操作用ガス、ＰＧはプロセスガスである。
絞り機構下流側バルブＶ2の作動異常の検出は、図５の（ａ）に示すように圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量設定信号Ｑｅの遮断及び絞り機構下流側バルブＶ2の閉鎖を同時に行う場合（以下、通常ステップと呼ぶ）と、図５の（ｂ）に示すように絞り機構下流側バルブＶ2の閉鎖とＦＣＳの流量設定信号Ｑｅの遮断との間に時間Δｔの遅れを設ける場合（以下、マルチステップと呼ぶ）の二種について、何れも処理プロセスの停止時にＦＣＳへの流量設定信号Ｑｅを零（ＦＣＳ遮断）にしてから後のＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの変化をモニターすることにより、行った。
図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧力式流量制御装置ＦＣＳからの流量出力信号Ｑｏが、絞り機構下流側バルブＶ2の閉鎖及びＦＣＳ閉鎖（ＦＣＳのコントロール弁２の閉鎖）の後でも下降せず、同じ流量出力信号Ｑｏ′の状態が保持されている場合には、絞り機構下流側バルブＶ2には開放異常があることになる。何故なら、絞り機構下流側バルブＶ2が閉鎖されているのにＦＣＳの流量出力Ｑｏが零にならずに流量出力Ｑｏ′で出力されていると云うことは、絞り機構８と絞り機構下流側バルブＶ2との間にガス圧が残留し、且つこの残圧が全く減少しない状態（即ち、バルブＶ2の弁体が開放方向へ作動出来ない状態）にあることになるからである。
現実のバルブ異常の判定においては、電磁弁ＥＶと絞り機構下流側バルブＶ2間のバルブ作動圧供給ラインUの内容積や絞り機構下流側バルブＶ2の閉鎖用電流信号の入力と、現実のバルブＶ2の閉鎖作動との間の遅れ時間等を考慮のうえ、ＦＣＳの流量出力信号Ｑｏの降下率の閾値を定め、当該流量出力信号Ｑｏの降下率が所定の降下率より小さい場合には、絞り機構下流側バルブＶ2の開放作動に異常があると判断する。
図６は、絞り機構下流側バルブＶ2の閉鎖用作動信号入力と実作動時間との差ΔｔＶと、ＦＣＳ流量出力Ｑｏ（絞り機構上流側圧力Ｐ1）及び絞り機構下流側圧力Ｐ2との関係を示すものであり、（ａ）はΔｔＶが大のとき、（ｂ）はΔｔＶが小のときを示すものである。
図６の（ａ）、（ｂ）からも明らかなように、前記ΔｔＶが小さい場合（図６のｂ）には、ＦＣＳ流量出力Ｑｏ（絞り機構上流側圧力Ｐ1）の変化量が小さくなるため、前記流量出力信号Ｑｏの降下率からのバルブＶ2の異常判断が難しくなる。
また、前記ΔｔＶの大きさは、バルブＶ2や電磁弁ＥＶ、バルブ作動圧供給ラインＶの容積等によって、更に、絞り機構下流側圧力Ｐ2の変化は、圧力式流量制御装置ＦＣＳの使用流量レンジやチャンバＣ側の圧力等の条件によって、夫々大きく異なってくることは、勿論のことである。
実施例３は、圧力式流量制御装置ＦＣＳの立上り時のＦＣＳ流量出力信号をモニターすることにより、絞り機構下流側バルブＶ2の異常（開放不作動）を検知するものであり、主として、プロセス系統の立上げ準備段階の中で、絞り機構下流側バルブＶ2の作動異常を検出する場合に用いられるものである。
当該実施例３に於いて用いた試験装置は、前記図４に示した試験装置と同一であり、第３実施例にあっては具体的には、圧力式流量制御装置ＦＣＳの１次側のバルブＶ1及び絞り機構下流側バルブＶ2が開放されてからＦＣＳへ流量設定信号Ｑｅが入力されるまでの時間Δｔ内（デイレイタイムΔｔ＝０.２ｓｅｃ）に発生するＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの降下量をモニターし、当該降下量基準にして、絞り機構下流側バルブＶ2の開放作動の異常を判断するものである。
図７は、実施例３におけるＦＣＳ流量出力信号Ｑｏと、デイレイタイムΔｔ＝０．２ｓｅｃと、絞り機構下流側バルブＶ2の開放遅れ時間ΔｔV等との関係を示すものである。プロセスの起動準備の段階で、ＦＣＳの上流側バルブＶ1及び絞り機構下流側バルブＶ2を開にしてから、デイレイタイムΔｔ＝０．２ｓｅｃ遅れてＦＣＳを作動（流量設定信号Ｑｅｉｎ）させたとき、絞り機構下流側バルブＶ2が正常に開放動作をする場合には、ＦＣＳ流量出力信号ＱｏがデイレイタイムΔｔ中に下降し、逆に、絞り機構下流側バルブＶ2が正常に開放動作をしない場合には、デイレイタイムΔｔ中のＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの変化が無い状態となる。
尚、前記ＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの変化の度合（降下率）が、絞り機構下流側バルブＶ2の開放遅れ時間ΔｔVの大小によって大きく変化することは、前記実施例２の場合と全く同じである。従って、絞り機構下流側バルブＶ2への作動圧供給ラインＵの長さや電磁弁ＥＶの種類、圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量設定レンジ等が、前記ＦＣＳ流量出力信号ＱｏのデイレイタイムΔｔ中の降下率に大きく影響することになる。
図８は、圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量設定信号Ｑｅ及び絞り機構下流側バルブＶ2の数を変化した場合の流量出力信号Ｑｏの降下状態を調査した結果を示すものである。圧力式流量制御装置ＦＣＳとしては定格流量１ＳＬＭの標準タイプのものを使用し、またバルブＶ1にはＣｖ値０．１のもの、バルブＶ2にはＣｖ値０．２のものを夫々使用している。更に、バルブＶ1、Ｖ2の作動圧供給ラインＵは内径２．５ｍφ、長さ１ｍとし、流量制御弁ＶＲ及び真空ポンプＰｅは、Ｎ2＝２ＳＬＭ供給の時に絞り機構下流側圧力Ｐ2が１２０Ｔｏｒｒとなるように調整されている。
図８からも明らかなように、ＦＣＳの設定流量信号ＱｅがＱｅ＝１００％のときのＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの平均圧力降下率は８９．９％（バルブＶ2台数＝1）〜７９．４％（バルブ台数Ｖ2＝4）であり、Ｑｅ＝５０％のときの平均降下率は８５．４％（Ｖ2＝1台）〜７９．７％（Ｖ2＝4台）、Ｑｅ＝５％のときの平均降下率は８６．３％（Ｖ2＝1台）〜７０．６％（Ｖ2＝4台）であって何れの場合にも、バルブの異常（開放不作動）を検出することが出来た。
尚、圧力降下率は（Ｂ−Ａ）／Ａ×１００％として演算した値であり、ここでＢはプロセス終了後のＦＣＳの流量出力信号Ｑｏ、Ａはマルチステップ時の0.２ｓｅｃ後のＦＣＳ流量出力信号Ｑｏ′の値である（図８の（ａ）を参照）。
本発明は、圧力式流量制御装置ＦＣＳを用いたガス供給設備であれば如何なる設備にも適用することができ、圧力式流量制御装置ＦＣＳの絞り機構下流側バルブの開放動作を、圧力式流量制御装置ＦＣＳの流量設定入力Ｑｅを変化させたときの流量出力信号Ｑｏの変化状態から、確実に検出することができる。
本発明で使用する圧力式流量制御装置ＦＣＳの基本構成の一例を示すものである。 本発明の第１実施例に係る圧力式流量制御装置による絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法の実施説明図である。 第１実施例における圧力式流量制御装置ＦＣＳへの流量設定入力信号Ｑｅ及び絞り機構下流側バルブＶ2への弁開放電流ＩＶ2と、ＦＣＳからの流量出力信号Ｑｏとのタイミング関係を示すものであり、（ａ）は試験時の流量設定信号Ｑｅ′を定常流量設定信号Ｑｅ″より大とした場合、（ｂ）は試験時のＦＣＳへの流量Ｑｅ′を定常流量設定信号Ｑｅ″よりも小とした場合を示すものである。 本発明の第２実施例に係る圧力式流量制御装置による絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法の実施説明図である。 第２実施例におけるＦＣＳへの流量設定入力信号Ｑｅと、絞り機構下流側バルブＶ2を駆動する電磁弁ＥＶへの電磁電流ＩＶ2と、ＦＣＳからの流量出力信号Ｑｏとのタイミング関係を示すものであり、（ａ）は前記絞り機構下流側バルブＶ2の閉鎖とＦＣＳの閉鎖を略同時とした場合、（ｂ）は絞り機構下流側バルブの閉鎖から時間Δｔ＝０．２ｓｅｃ遅れてＦＣＳへの流量設定入力Ｑｅを零（ＦＣＳ閉鎖）とした場合を、夫々示すものである。 図６は、図５の（ｂ）に示したマルチステップ方法によるＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの降下率と、絞り機構下流側バルブＶ2の作動遅れ時間ΔｔVとの関係を示す説明図である。 図７は、実施例３（マルチステップにより圧力式流量制御装置ＦＣＳを立上げする時のＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの変化率から異常判定をする場合）における図６と同内容の説明図である。 実施例３におけるＦＣＳ流量出力信号Ｑｏの変化状況を示すものであり、図８の（ａ）は流量設定入力Ｑｅ＝１００％（５Ｖ）、（ｂ）はＱｅ＝５０％、（ｃ）はＱｅ＝５％としたときの状態である（絞り機構下流側バルブＶ2が1基の場合及び4基並列の場合）。 従前の圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備の一例を示すものである。 先願に係る圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備を対象とするバルブ異常検出方法のフローチャートである。 従前の圧力式流量制御装置の基本構成図である。
符号の説明
Ｑｅは流量設定値（流量設定信号）
Ｑｅ″定常流量設定値
Ｑｅ′変動時の流量設定値
Ｑｃは流量演算値
Ｑｆは切換流量演算値
Ｑｏは流量出力信号
Ｑｙは流量制御信号
Ｐ1は絞り機構上流側気体圧力
ｋは流量変換率
ＩＶ2はバルブＶ2の作動用電流
ΔＶは絞り機構下流側バルブＶ2が不開放の時の流量出力信号の偏差
Ｑｏ′は絞り機構下流側バルブＶ2が不開放の時の流量出力
Ｑｏは絞り機構下流側バルブＶ2が正常作動の時の流量出力
ＥＶは電磁弁
Ｕはバルブ作動圧供給ライン
Ｐｅは真空ポンプ
ＶＲは流量弁
Ｐｂはバラトロン真空計
ＰＧはプロセスガス
Ｎ2はバルブ作動用ガス
Ｃはチャンバ
Ｖ1、Ｖ2はエア駆動弁
ＰＬＣはプログラマブルコントローラ
ＰＬはデータロガ
Ｓはガス供給源（Ｎ2）
Ｑｅ″は定常流量
Ｑｅ′は定常流量とは異なる設定流量
１はガス供給口
２はコントロール弁
３は絞り機構上流側管路
４は弁駆動部
５は絞り機構下流側管路
６は圧力検出器
７は温度検出器
８は絞り機構
９はガス流出口
１０は増幅器
１１は増幅器
１２は流量出力回路
１３は流量演算回路
１４は流量設定回路
１５は流量変換回路
１６は演算制御回路
１７はＡ／Ｄ変換器
１８はＡ／Ｄ変換器
１９は温度補正回路
２０は演算回路
２１は比較回路
２２は増幅器

Claims (7)

  1. 絞り機構の上流側の流体圧力Ｐ1を用いて絞り機構を流通する流体流量Ｑｆを演算し、当該流体流量演算値Ｑｆと流量設定値Ｑｅとの差を流量制御信号Ｑｙとして絞り機構上流側のコントロールバルブ２を開閉制御することにより、前記流量制御信号Ｑｙが零となるように前記流体圧力Ｐ1を調整すると共に、前記流体流量演算値Ｑｆを流量出力信号Ｑｏとして出力するようにした構成の圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備において、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブを開放すると共に圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅを変動させ、当該流量設定値Ｑｅの変動中の前記流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶを検出し、当該流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶが規定値以上の場合には、絞り機構下流側バルブの開放作動が正常であると判断し、また、前記変動の大きさΔＶが規定値以下の場合には開放作動が異常であると判断する構成としたことを特徴とする圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法。
  2. 圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅの変動時に、定常流量設定値Ｑｅ″より大きな流量設定値Ｑｅ′若しくは定常流量設定値Ｑｅ″よりも小さな流量設定値Ｑｅ′を流量設定値Ｑｅとして入力するようにした請求項１に記載の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法。
  3. 絞り機構の上流側の流体圧力Ｐ1を用いて絞り機構を流通する流体流量Ｑｆを演算し、当該流体流量演算値Ｑｆと流量設定値Ｑｅとの差を流量制御信号Ｑｙとして絞り機構上流側のコントロールバルブ２を開閉制御することにより、前記流量制御信号Ｑｙが零となるように前記流体圧力Ｐ1を調整すると共に、前記流体流量演算値Ｑｆを流量出力信号Ｑｏとして出力するようにした構成の圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備において、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブを閉鎖すると共に圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅを零とし、当該流量設定値Ｑｅを零としたあとの変動中の前記流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶを検出し、当該流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶが規定値以上の場合には、絞り機構下流側バルブの開放作動が正常であると判断し、また、前記変動の大きさΔＶが規定値以下の場合には開放作動が異常であると判断する構成としたことを特徴とする圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法。
  4. 絞り機構下流側バルブの閉鎖と同時又は一定時間Δｔ遅れて圧力式流量制御装置へ入力する流量設定値Ｑｅを零にするようにした請求項３に記載の圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法。
  5. 絞り機構の上流側の流体圧力Ｐ1を用いて絞り機構を流通する流体流量Ｑｆを演算し、当該流体流量演算値Ｑｆと流量設定値Ｑｅとの差を流量制御信号Ｑｙとして絞り機構上流側のコントロールバルブ２を開閉制御することにより、前記流量制御信号Ｑｙが零となるように前記流体圧力Ｐ1を調整すると共に、前記流体流量演算値Ｑｆを流量出力信号Ｑｏとして出力するようにした構成の圧力式流量制御装置を用いたガス供給設備において、圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブを開放すると共に圧力式流量制御装置へ流量設定信号Ｑｅを入力し、前記絞り機構下流側バルブが閉鎖したあとの前記流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶを検出し、当該流量出力信号Ｑｏの変動の大きさΔＶが規定値以上の場合には、絞り機構下流側バルブの開放作動が正常であると判断し、また、前記変動の大きさΔＶが規定値以下の場合には開放作動が異常であると判断する構成としたことを特徴とする圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法。
  6. 絞り機構下流側バルブの開放指令の発信から所定時間Δｔ遅れて圧力式流量制御装置へ流量設定信号Ｑｅを入力し、前記流量出力信号Ｑｏの降下率の大きさを検出するようにした請求項５に記載の圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法。
  7. 絞り機構を音速ノズル又はオリフィスとするようにした請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載の圧力式流量制御装置の絞り機構下流側バルブの作動異常検出方法。
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