JP5107007B2 - 液体自動供給装置における弁開閉カウント方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体供給用の配管に設けられて電磁弁又は電磁弁を介して駆動されるエア駆動弁の点検または寿命時期を判断するために好適な液体自動供給装置における弁開閉カウント方法に関する。

例えば、半導体製造やフラットディスプレイ製造設備では、各種の液処理を効率よく行うため液体を液体貯蔵部から複数の供給ポイント、つまり各工程の処理部へ供給する液体自動供給装置が配設されている。この液体自動供給装置は、液体貯蔵部と各処理部とを接続している配管と、液体貯蔵部内の液体を配管に移送するためポンプや加圧手段と、配管に付設されている開閉弁と、各開閉弁を制御する制御装置とを備えている。また、開閉弁としては、電磁弁以外に、対象の液体が酸やアルカリ系の腐食性だと、エア駆動弁と該エア駆動弁に弁切換用圧縮気体を供給する電磁弁とを組として用いられている。

ところで、以上の液体自動供給装置では、定期メンテナンスを除いて日夜連続運転されるとともに、処理の複雑化に伴って供給ポイントの数が増えており、一旦トラブルが発生すると、装置全体を停止して修理しなければならないためトラブル発生は未然に防ぎたい。弁関係のトラブルは、液漏れで被害が拡大しやすいためなおさらである。この対策としては、経年変化つまり点検や寿命時期を予測することが考えられ、電磁弁であれば、例えば、特許文献１に開示されているような計数機能付き電磁弁を使用し、電磁弁の開閉回数を計数し、当該電磁弁の点検や寿命時期を認識して対処することである。
特許第２５９９７８２号公報

しかしながら、現在稼動中の液体自動供給装置において、使用されているエア駆動弁はもちろんのこと、電磁弁もほとんど計数機能を有していないため点検や寿命の時期を判断したり予測できない。また、使用中のエア駆動弁や電磁弁を全て交換することは稼動停止の点から現実的に不可能である。なお、上記制御装置には電磁弁の開閉回数をカウントするプログラムを内蔵したものもあるが、制御装置にそのようなプログラムを新たに組み込むとなると、制御装置の長期停止に加えて制御装置自体の運転に悪影響を及ぼす可能性もあり好ましくはない。

そこで、本発明の目的は、稼働中の液体自動供給装置に使用されているエア駆動弁や電磁弁について、それらの弁を取り換えたり稼動停止することなく、該電磁弁の開閉回数を計数できるようにし、例えば一定時間に計数した累積開閉回数を利用してエア駆動弁や電磁弁の点検または寿命時期を的確に判断できるようにすることにある。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、液体貯蔵部と複数の処理槽との間を配管及び、前記液体貯蔵部側又は／及び前記各処理槽側のエア駆動弁を介して接続するとともに、制御装置により制御される各電磁弁から圧縮気体を前記各処理槽側のエア駆動弁に供給する液体自動供給装置に適用されて、
前記制御装置と前記各電磁弁とを接続している配線に後付けかつ着脱可能に配置される非接触型の直流電流センサーと、前記直流電流センサーの検出信号を計数するカウンタとを有し、前記カウンタが前記検出信号を計数し前記電磁弁の累積開閉回数として表示するのを利用して、
前記カウンタが一定時間ｔに計数した前記電磁弁の累積開閉回数をａとし、前記液体自動供給装置の使用開始からの通算時間をＴとしたときに、前記電磁弁又は／及び該電磁弁で駆動される前記エア駆動弁の使用開始からの推定累積開閉回数Ａを、Ａ＝ａ×Ｔ／ｔの式から算出し、
前記推定累積開閉回数Ａに前記電磁弁の安全回数や予備回数を加味した危険開閉回数Ａ１とし、該危険開閉回数Ａ１と前記電磁弁又は／及び前記エア駆動弁の製品仕様として定められている寿命時期に相当する開閉回数Ｘとを比較して同電磁弁又は／及び前記エア駆動弁の点検や寿命時期を判断し、
前記直流電流センサーを前記配線から取り外して他の配線に取り付け、次の前記電磁弁やエア駆動弁の点検や寿命時期を順次判断可能としたことを特徴としている液体自動供給装置における弁開閉カウント方法である。

請求項２の発明は、液体貯蔵部と複数の処理槽との間を配管及び、前記液体貯蔵部側又は／及び前記各処理槽側の電磁弁を介して接続するとともに、前記各処理槽側の電磁弁を制御装置により制御する液体自動供給装置に適用されて、
前記制御装置と前記電磁弁とを接続している配線に後付けかつ着脱可能に配置される非接触型の直流電流センサーと、前記直流電流センサーの検出信号を計数するカウンタとを有し、前記カウンタが前記検出信号を計数し前記電磁弁の累積開閉回数として表示するのを利用して、
前記カウンタが一定時間ｔに計数した前記電磁弁の累積開閉回数をａとし、前記液体自動供給装置の使用開始からの通算時間をＴとしたときに、前記電磁弁の使用開始からの推定累積開閉回数Ａを、Ａ＝ａ×Ｔ／ｔの式から算出し、
前記電磁弁の安全回数や予備回数を前記推定累積開閉回数Ａに加味して危険開閉回数Ａ１とし、該危険開閉回数Ａ１と前記電磁弁の製品仕様として定められている寿命時期に相当する開閉回数Ｘとを比較して同電磁弁の点検や寿命時期を判断し、
前記直流電流センサーを前記配線から取り外して他の配線に取り付け、次の前記電磁弁の点検や寿命時期を順次判断可能としたことを特徴としている液体自動供給装置における弁開閉カウント方法である。

以上の各発明において、直流電流センサーは、制御装置と電磁弁（のソレノイド）とを接続している配線に後付け可能に配置されるものであり、例えば、電流が制御装置から電磁弁に配線を通って流れると、その通電状態を検出し、所定の電圧信号などとして出力する構成である。カウンタは、直流電流センサーと一体型でも別体構成でもよい。通常は、計数部及び表示部を有し、計数部で直流電流センサーの検出信号を計数するとともに、表示部にその計数に対応した計数値を電磁弁の累積開閉回数として表示する。それにより、各発明は、後述するごとく液体自動供給装置で使用されているエア駆動弁や電磁弁の寿命時期などを判断するときに有益となる。

なお、特許文献１に開示されている計数機能付き電磁弁の場合は、ソレノイドへの通電および非通電の繰り返し動作により、電磁弁の作動と同期して計数が行われている。これに対して、本願各発明の場合は、特許文献１とは明らかに異なり、電磁弁の開閉作動回数を非接触型の直流電流センサーの検出信号と該信号を計数するカウンタで捕らえられるシステムであり、このシステムの工夫によって、既存装置の計測部を後付けして弁開閉を計数する方法が可能になっている。

請求項１の発明は、電磁弁及びエア駆動弁を組として有し、腐食性の液体を扱う場合に好適な態様である。これに対し、請求項２の発明は、エア駆動弁が省略されて、清水等の非腐食性液体を扱う場合に好適な態様である。各発明では、液体自動供給装置が稼動中であっても、制御装置と電磁弁とを接続している配線に直流電流センサーを後付けするだけで、電流が配線を介して制御装置から電磁弁に流れると、その通電状態を検出し、該検出信号をカウンタを介して計数し電磁弁の累積開閉回数として表示する。このため、各発明にあっては、例えば、稼働中の液体自動供給装置が計数機能付きの電磁弁を使用していなくとも、電磁弁の累積開閉回数を利用して該電磁弁や該電磁弁で駆動されるエア駆動弁の点検や寿命時期等を的確に判断できる。

加えて、各発明は、図３に例示される好適な判断方法を特定したもので、カウンタが一定時間ｔに計数した電磁弁の累積開閉回数ａとし、液体自動供給装置の使用開始からの通算時間Ｔとすると、電磁弁又は該電磁弁で駆動されるエア駆動弁の使用開始からの推定累積開閉回数Ａを、例えば（Ａ＝ａ×Ｔ／ｔ）の式から算出する。そして、そのＡに安全ないしは予備回数αを加算した危険開閉回数Ａ1と、製品仕様として、定められている当該電磁弁や該電磁弁で駆動されるエア駆動弁の点検時期に達する開閉回数または寿命時期に達する開閉回数Ｘとを比較する。このため、この発明では、電磁弁やエア駆動弁の点検時期又は寿命時期を簡単かつ的確に判断することができる。

（図１〜図３の説明）図１は本発明を適用した液体自動供給装置を模式的に示している。同図の液体自動供給装置は、半導体製造プラントなどを想定したもので、液体を収容した薬液タンク１と、半導体基板等のワークを液処理する複数の処理槽２と、薬液タンク１と各処理槽２とを連通可能に接続している配管３と、配管３の一部にそれぞれ設けられた薬液タンク１側のエア駆動弁４及び弁切換用の電磁弁５、各処理槽２側のエア駆動弁４及び弁切換用の電磁弁５と、各電磁弁５を含め液体自動供給装置全体を制御する制御装置７と、各電磁弁５と制御装置７とを接続している配線６ａ〜６ｃと、各配線６ａ〜６ｃに配置された直流電流センサー８と、各直流電流センサー８に接続されたカウンタ９とを備えている。なお、符号１３は配管３の上流側に設けられたフイルターである。

ここで、薬液タンク１は、過酸化水素や硫酸等の液体を収容しており、タンク上蓋を貫通してタンク上から下側に配置された挿入管１０及びタンク上蓋に設けられた不図示の気体導入部などを有している。薬液タンク１には、窒素等の圧縮気体１１が前記気体導入部を介してタンク内へ導入されていて、タンク内がその圧縮気体１１により常に加圧されている。なお、このような加圧手段は、薬液タンク１内の液体を配管３側へ移送するものであるが、これに代えて薬液タンク１内の液体を配管３側へポンプにより移送してもよい。

各処理槽２は、供給ポイントであり、便宜上２つだけ図示したが、実際は１０〜４０個という多数が設けられている。各処理槽は、計量手段を備えた大小様々な槽形状をなし、それぞれ独立又は連続的にワークを液処理するところである。また、各処理槽２は、配管３に対し何れもが後述するエア駆動弁４を介して接続されるとともに、槽内液体の液位を検出する不図示の液面センサーを有している。各液面センサは、不図示の配線を介して制御装置７の対応部に接続されており、例えば、槽内の液体が廃液に伴って少なくなったとき制御装置７へ新たな液体を供給するよう液体要求用の信号を送ったり、槽内の液体が所定値に達したとき制御装置７へ供給停止用の信号を送るようになっている。

配管３は、直列配置の共通配管３ａと共通配管３ａに対し並列配置の専用配管３ｂとからなる。すなわち、共通配管３ａは、一端が挿入管１０の上端に接続されるとともに、他端が各処理槽２に沿って配置されている。専用配管３ｂは、共通配管３ａと各処理槽２とをそれぞれ接続しており、処理槽の数に対応した複数により構成されている。

各エア駆動弁４は、バルブ構造のうち、各電磁弁５から供給される圧縮空気により閉弁から開弁に切り換えられるタイプである。具体的には、例えば、上流側通路と下流側通路とを弁座側開口部を介して接続している本体部と、該本体部に対し弁座側開口部を開閉する弁プラグをステムなどを介して往復移動させるダイヤフラム式操作部と、該操作部に連設された圧力室とを備え、圧力室の内部圧力が供給される圧縮空気により増大すると、弁プラグがステムなどを介して一方へ移動して開弁となり、逆に、圧力室の内部圧力が減少すると、弁プラグがステムなどを介して他方へ移動して閉弁となる構成である。なお、共通配管３ａに介在されたエア駆動弁４は、弁開度を調整する調整弁として構成されることもある。

電磁弁５は、電磁石の吸引力を応用して弁を開閉するもので、導電性コイルを巻回したソレノイドＳに対し固定的に設けられた固定鉄心及び可動的に設けられた可動鉄心と、可動鉄心に連動して変位されるスプール等の弁機構とを備え、ソレノイドが通電されることにより固定鉄心に電磁力が発生して、可動鉄心が固定鉄心側に吸引される構造である。具体的には、例えば、３ポートの単動式シングルソレノイドであり、常時閉型として使用した場合、ソレノイドに通電しない消磁時には圧縮空気用供給ポートが閉じ、他の２つのポート（シリンダポートと排気ポートと）が繋がり、ソレノイドに通電した励磁時には供給ポートとシリンダポートとが繋がり、排気ポートが閉じる。また、各電磁弁５において、供給ポートには圧縮気体（エア）１２を供給する配管１４ａ〜１４ｃが接続され、シリンダポートには圧縮気体（エア）１２をエア駆動弁４の各加圧室に供給する配管１５ａ〜１５ｃが接続されている。なお、実際には、各圧縮気体１２が同じ圧縮気体源から供給されるようになっている。

また、各電磁弁５のソレノイドＳは、制御装置７の電気供給部に対して配線６ａ〜６ｃで接続されている。そして、制御装置７は、例えば、上記した液面センサーからの信号に基づいて対応する処理槽２に新たな液体を供給するときに、対応する電磁弁５に配線６ａ〜６ｃを介して通電する。

以上の配線６ａ〜６ｃには、図２に示されるように、非接触型の直流電流センサー８が着脱ないしは後付け可能に配置されている。各直流電流センサー８は、その検出信号を計数し当該電磁弁の累積開閉回数として表示するカウンタ９を有している。ここで、各直流電流センサー８は公知のものであり、クランプした対応する配線６ａ〜６ｃに電流が流れると、所定の電圧信号を出力するタイプである。該直流電流センサー８は、本体部８ａが分割部８ｂを有し、分割部８ｂを外した状態で、本体部８ａのクランプ部に配線６ａ〜６ｃの対応部を配置した後、分割部８ｂが本体部８ａに装着されることで、当該配線の対応部を本体部８ａのクランプ部と分割部８ｂのクランプ部との間に拘束する。

また、各直流電流センサー８は、本体部８ａに設けられたリード線８ｃを介して対応するカウンタ９に接続されている。各カウンタ９は、表示部９ａを有し、直流電流センサー８の検出信号（配線６ａ〜６ｃに通電されたときに検出する検出信号で、電磁弁が開弁に切り換えられた状態）を計数し、当該電磁弁の累積開閉回数として表示部９ａに表示するようになっている。符号９ｂはスイッチである。なお、直流電流センサー８の原理は、例えば特開２００３−３０２４２３号公報に記載されている構成とほぼ同じである。カウンタ９は、直流電流センサー８の検出信号（上記した電圧信号）をカウントして表示部９ａに逐次表示する構成であればよい。

（判断方法）図３は以上の電磁弁の開閉カウント方法で得られた累積開閉回数を利用して、該電磁弁やエア駆動弁の点検や寿命時期を判断するときの手順例を示している。ここで、この例では、稼動している液体自動供給装置に対し本発明の直流電流センサー８及びカウンタ９を後付けした場合を想定している。また、液体自動供給装置に用いられている電磁弁５は、製造元の弁仕様として、ソレノイドＳに１回通電されたとき開閉回数１とした場合、点検時期となるまでの開閉回数Ｙと、寿命時期となるまでの開閉回数Ｘとが分かっているものとする。

ステップＳＴ１では、上記各直流電流センサー８がそれぞれ配線６ａ〜６ｃに電流が流されたとき、その検出信号を対応するカウンタ９に送信する。ステップＳＴ２では、各カウンタ９が対応する直流電流センサー８からの検出信号を計数し、一定時間ｔに得られた検出信号を計数し、表示部９ａに該電磁弁の累積開始回数ａとして表示する。なお、ここでの一定時間ｔは、直流電流センサーを取り付けたときからの時間、或いは使用後における一定範囲の時間どちらでもよい。

ステップＳＴ３では、当該液体自動供給装置の使用開始からの通算時間Ｔとすると、前記電磁弁８の使用開始からの推定累積開閉回数Ａを、（Ａ＝ａ×Ｔ／ｔ）の式から算出する。ステップＳＴ４では、得られた推定累積開閉回数Ａに安全回数ないしは予備回数αを加算した危険開閉回数Ａ1を算出する。

ステップＳＴ５では、前記危険開閉回数Ａ1と、当該電磁弁８又はエア駆動弁４の製品仕様として定められている寿命時期に達する開閉回数Ｘとを比較する。そして、この構造では、危険開閉回数Ａ1が寿命用開閉回数Ｘに比べて同じか大きくなると、装置全体或いは全ての電磁弁を停止し、当該電磁弁又は／及び該電磁弁で駆動されるエア駆動弁を交換することになる。勿論、ステップＳＴ５では、開閉回数Ｘに代えて、当該電磁弁８又はエア駆動弁４の製品仕様として定められている点検時期に達する開閉回数Ｙと、前記危険開閉回数Ａ1とを比較して点検時期を判断するようにしてもよい。

以上の判断方法は、この種の液体自動供給装置が稼動中において、その電磁弁及び該電磁弁で駆動されるエア駆動弁の開閉頻度に一定のパターンないしは周期があることに着目し完成されたものである。利点は、稼働中の液体自動供給装置であっても、本発明に係る弁開閉カウント方法を適用して、電磁弁又は／及び該電磁弁で駆動されるエア駆動弁の点検時期や寿命時期を簡単かつ的確に判断でき、それにより弁関係のトラブル発生をより確実に防止できる。しかも、この判断方法では、例えば、電磁弁８及びエア駆動弁４が多数使用されている装置構造でも、直流電流センサー８及びカウンタ９が１組以上あれば、それを順次に取り外して異なる電磁弁に使用することによって全ての電磁弁８又は／及び該電磁弁で駆動されるエア駆動弁４の点検時期や寿命時期を判断することができることである。換言すると、この判断方法では、電磁弁８の点検時期や寿命時期を判断したり、その判断結果をエア駆動弁４にも類推適用する構成である。

（図４の説明）図４は図１に示した液体自動供給装置の形態の変形例を示している。この変形例では、上記形態と作用的に同じ部材ないしは部位に同じ符号を付して重複した説明を省く。この変形例では、上記形態に対しエア駆動弁を省略して配管３に電磁弁１８を付設した構成と、各直流電流センサー８の検出信号を共通のカウンタ９Ａで計数したり累積開閉回数として表示する点で変更されている。

すなわち、図４の電磁弁１８は、常時閉式の２ポート弁又は３ポート弁（３ポート弁の場合は例えばポートの一つを塞いで２ポート弁として用いる）からなり、消磁（非通電）時には閉弁状態になり、励磁（通電）時には開弁状態となる。また、電磁弁１８は、配管３のうち共通配管３ａの上流側及び専用配線３ｂに設けられている。そして、制御装置７Ａは、例えば、上記した各処理槽２側に設けられている液面センサーからの信号に基づいて対応する処理槽２に新たな液体を供給するときに、対応する電磁弁１８に配線１６ａ〜１６ｃを介して通電する。

以上の配線１６ａ〜１６ｃには、非接触型の直流電流センサー８が着脱ないしは後付け可能に配置されている。各直流電流センサー８は、クランプした対応する配線１６ａ〜１６ｃに電流が流れると、それを検出し、電圧信号として配線１７ａ〜１７ｃを介して制御装置７側に設けられたカウンタ９Ａに送信する。カウンタ９Ａは、その検出信号を計数し、当該電磁弁の累積開閉回数として表示することになる。

なお、本発明は、以上の形態及び変形例に制約されるものではなく、請求項で特定した要件を充足すればよく、細部は以上の具体例を参照して種々変形したり展開可能なものである。

本発明を適用した液体自動供給装置を模式的に示す構成図である。 図１の電流検出センサー及びカウンタを示す構成図である。 本発明を利用して電磁弁の交換時期を判断する手順例を示す図である。 図１に示した液体自動供給装置の形態の変形例を模式的に示す構成図である。

符号の説明

１…薬液タンク（液体貯蔵部）
２…処理槽（処理部）
３…配管（３ａは共通配管、３ｂは専用配管）
４…エア駆動弁
５，１８…電磁弁
６ａ〜６ｃ…配線
７…制御装置
８…直流電流センサー
９，９Ａ…カウンタ
１４ａ〜１４ｃ…配管
１５ａ〜１５ｃ…配管
１６ａ〜１６ｃ…配線
１７ａ〜１７ｃ…配線

Claims (2)

1. 液体貯蔵部と複数の処理槽との間を配管及び、前記液体貯蔵部側又は／及び前記各処理槽側のエア駆動弁を介して接続するとともに、制御装置により制御される各電磁弁から圧縮気体を前記各処理槽側のエア駆動弁に供給する液体自動供給装置に適用されて、
   前記制御装置と前記各電磁弁とを接続している配線に後付けかつ着脱可能に配置される非接触型の直流電流センサーと、前記直流電流センサーの検出信号を計数するカウンタとを有し、前記カウンタが前記検出信号を計数し前記電磁弁の累積開閉回数として表示するのを利用して、
   前記カウンタが一定時間ｔに計数した前記電磁弁の累積開閉回数をａとし、前記液体自動供給装置の使用開始からの通算時間をＴとしたときに、前記電磁弁又は／及び該電磁弁で駆動される前記エア駆動弁の使用開始からの推定累積開閉回数Ａを、Ａ＝ａ×Ｔ／ｔの式から算出し、
   前記推定累積開閉回数Ａに前記電磁弁の安全回数や予備回数を加味した危険開閉回数Ａ１とし、該危険開閉回数Ａ１と前記電磁弁又は／及び前記エア駆動弁の製品仕様として定められている寿命時期に相当する開閉回数Ｘとを比較して同電磁弁又は／及び前記エア駆動弁の点検や寿命時期を判断し、
   前記直流電流センサーを前記配線から取り外して他の配線に取り付け、次の前記電磁弁やエア駆動弁の点検や寿命時期を順次判断可能としたことを特徴とする液体自動供給装置における弁開閉カウント方法。
2. 液体貯蔵部と複数の処理槽との間を配管及び、前記液体貯蔵部側又は／及び前記各処理槽側の電磁弁を介して接続するとともに、前記各処理槽側の電磁弁を制御装置により制御する液体自動供給装置に適用されて、
   前記制御装置と前記電磁弁とを接続している配線に後付けかつ着脱可能に配置される非接触型の直流電流センサーと、前記直流電流センサーの検出信号を計数するカウンタとを有し、前記カウンタが前記検出信号を計数し前記電磁弁の累積開閉回数として表示するのを利用して、
   前記カウンタが一定時間ｔに計数した前記電磁弁の累積開閉回数をａとし、前記液体自動供給装置の使用開始からの通算時間をＴとしたときに、前記電磁弁の使用開始からの推定累積開閉回数Ａを、Ａ＝ａ×Ｔ／ｔの式から算出し、
   前記電磁弁の安全回数や予備回数を前記推定累積開閉回数Ａに加味して危険開閉回数Ａ１とし、該危険開閉回数Ａ１と前記電磁弁の製品仕様として定められている寿命時期に相当する開閉回数Ｘとを比較して同電磁弁の点検や寿命時期を判断し、
   前記直流電流センサーを前記配線から取り外して他の配線に取り付け、次の前記電磁弁の点検や寿命時期を順次判断可能としたことを特徴とする液体自動供給装置における弁開閉カウント方法。

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