JPWO2020031628A1 - 流体制御機器、流体制御機器の異常検知方法、異常検知装置、及び異常検知システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、そのような成膜処理は成膜装置に流体を供給する流体制御機器に今まで以上の高頻度な開閉動作を要求しており、その負荷により流体の漏出等を惹き起こしやすくなる場合がある。そのため、流体制御機器における流体の漏出を容易に検知できる技術への要求が高まっている。
また、半導体製造プロセスにおいては反応性が高く極めて毒性の高いガスが使われるため、漏出が微小なうちに、かつ遠隔的に漏出を検知できることが重要である。
また、特許文献2では、流体の流量を制御する制御器の外面に形成された孔とこの孔に取付けられる漏洩検知部材とからなるシール部破損検知機構付制御器であって、前記孔は制御器内の空隙に連通し、前記漏洩検知部材は特定の流体の存在によって感応するものが提案されている。
また、特許文献3では、流体の漏れを検出する漏れ検出装置であって、センサ保持体と、漏れ検出対象部材に設けられて漏れ検出対象部材内の密封部分と外部とを連通するリークポートに対向するようにセンサ保持体に保持された超音波センサと、超音波センサのセンサ面とリークポートとの間に設けられた超音波通路と、超音波センサで得られた超音波を処理する処理回路とを備えているものが提案されている。
また、特許文献2記載のシール部破損検知機構付制御器では、流体の漏出が僅かである場合には、パージガスで希釈化されて漏洩検知部材が感応しないおそれがあり、また、漏洩検知部材が所定の流体に対しては感応しないおそれもある。
さらに、特許文献3記載の漏れ検出装置では、流体の漏出が僅かである場合には、超音波が微弱で漏出を検知できないおそれがある。
他の特許文献記載の技術においても同様に、流体の微小な漏出に対する検知能力に改善の余地がある。また、流体の漏出異常を流体制御機器の動作に伴う変化と識別できなければ、高い精度で流体の漏出を検知することは難しい。
なお、以下の説明では、便宜的に図面上での方向によって部材等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の実施あるいは使用の際の部材等の方向を限定するものではない。
図1に示す本実施形態に係る流体制御機器V1は、内蔵するセンサによって内部動作を検出可能な機器であって、検出した情報に基づいて流体制御機器V1の異常、特に流体制御機器V1内における流体の漏出を検知することができる。
また、この流体制御機器V1は後述する図7に示されるように、外部端末61に接続し、当該外部端末61に対して流体制御機器V1の異常に関する情報やセンサによって検出した情報を提供することができる。
なお、流体制御機器V1の実際的な使用場面においては、複数の流体制御機器V1は他の流量制御機器等と共に集積して流体制御装置(ガスボックス)を構成する。
本実施形態に係る流体制御機器V1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1〜図3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。
バルブボディ1は図2〜図4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、複数の流体制御機器V1によってユニット化された流体制御装置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。
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。
ボンネット部2は図2〜図5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。
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。
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。
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23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。
カバー部3は図1及び図6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を流体制御機器V1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。
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。
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。
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。
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2及び図3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4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2及び図3に示されるとおりである。
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。
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。
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。
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。
流体制御機器V1は、機器内の動作を検出するためのセンサとして、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3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。
また、本実施形態では、閉空間S2内の圧力変化を圧力センサPによって検出することにより、流体の漏出等に起因した流体制御機器V1の異常を検知するが、コンデンサ型マイクロホンユニットを圧力センサPとして用いることが可能である。即ち、コンデンサ型マイクロホンユニットは、音波を受けて振動する振動板と、振動板に対向して配置された対向電極を有し、振動板と対向電極との間の静電容量の変化を電圧の変化に変換して音声信号とすることができる。そして、このコンデンサ型マイクロホンユニットは、振動板の背面側に設けられる空気室を塞ぐことで無指向性(全指向性)となる。無指向性の場合、コンデンサ型マイクロホンユニットはあらゆる方向からの音波による音圧の変化をとらえて動作するため、圧力センサとして利用することが可能となる。
この磁気センサによって以下の通り、弁の開閉動作を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、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。
本例において、回路基板52には、所定の情報処理を実行する処理モジュール71(図7を参照して後述する)が構成されている。処理モジュール71は、圧力センサPや磁気センサから取得した情報に基づき、流体制御機器V1の異常を検知する処理を実行する。そして、回路基板52には外部端子接続用の略矩形状のコネクタ53が設けられており、これにより、圧力センサPと磁気センサによって測定されたデータを抽出したり、処理モジュール71によって実行された異常判別処理の処理結果に係るデータを抽出したりすることができる。
また、処理モジュール71は回路基板52とは別に、流体制御機器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。
続いて、流体制御機器V1のソフトウェア構成について説明する。
処理モジュール71は、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、これにより図7に示されるように、判別処理部711と通信処理部712からなる機能ブロックを備える。この処理モジュール71は、フレキシブルケーブル51によって圧力センサ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や磁気センサからデータの供給を受けることができるようになっている。
また、外部端末61に対して、流体制御機器V1ごとに異なるタイミングで判別結果が送信されることで、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、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V1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。流体制御機器V1と外部端末61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V1を用いることができる。
この外部端末61は、流体制御機器V1の閉空間S2への流体の漏出の判別結果を受信するための通信処理部を有している。外部端末61が流体制御機器V1から受信した情報は適宜、流体制御機器V1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。
また、流体制御機器V1の異常に関する情報が外部端末61に集約されるため、流体制御機器V1の監視者等は、流体制御機器V1の動作状況を負担なく監視することができる。
さらに、流体制御機器V1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。
図8に示されるように、本実施形態に係る流体制御機器V2は上述の第一の実施形態に係る流体制御機器V1が備えた圧力センサPや磁気センサに加え、流体制御機器V2の駆動圧を検出する駆動圧センサ81や外部温度を測定する温度センサ82を有する。また、本実施形態に係る流体制御機器V2が備える処理モジュール72は、判別処理部721、補正処理部722、及び通信処理部723からなる機能ブロックを構成する。
また、特段の言及がない限り、本実施形態の説明において、第一の実施形態と同じ番号(符号)の付された部材や機能部等は、上述の部材や機能部等と同じ機能を保持あるいは処理を実行するものであるため、説明を省略する。
この駆動圧センサ81は例えば、流体制御機器V2の開口部42aに取り付けられ、流体制御機器V2内に導入される駆動圧としてのエアの圧力を検出する。検出されたエアの圧力に係る情報は補正処理部722に供給される。
同時に、駆動圧センサ81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。
図9に示されるように、本実施形態に係る異常検知システム91は、流体制御機器V3と外部端末62によって構成される。この異常検知システム91では、上述の第一の実施形態に係る流体制御機器V1が備えた判別処理部711と同様の機能部を外部端末62が備えており、外部端末62側で閉空間S2内への流体の漏出等に起因した流体制御機器V3の異常が判別される。
そして、この通信モジュール73が備える通信処理部731は、外部端末62に対し、圧力センサPによって検出された閉空間S2内の圧力の検出値を送信する処理を実行する。
なお、本実施形態において、外部端末62は流体制御機器V3の異常を判別する処理を担う異常検知装置を構成している。
図10に示されるように、本実施形態に係る異常検知システム92は、上述の第三の実施形態に係る異常検知システム91と同様、流体制御機器V4、外部端末63によって構成される一方、流体制御機器V4が駆動圧センサ81と温度センサ82を有すると共に、外部端末63が補正処理部632を有する例である。
なお、本実施形態において、外部端末63は流体制御機器V4の異常を判別する処理を担う異常検知装置を構成している。
これを学習済みデータとして入力し、圧力センサP等による実際の検出値の傾きと比較することで圧力変動を発生させた原因が開閉動作によるものか他によるものか識別することができる。具体的には、当該検出値の傾きを学習済データと比較して、急であればダイヤフラム22の破断等によるリークであると推測できる。また、緩やかであれば、巣漏れ等の微小リークの発生やOリングO2の破断等による閉空間S2のリークが発生していると推測できる。
なお、この例に限らず、開閉動作を識別するための基礎となる検出値は、流体制御機器V2、V4の開閉動作に応じて変化するものであればよく、機器内の所定の空間の圧力、開閉動作に応じて磁界が変化するように取り付けられた磁気センサが取得する当該磁界の変化の値など、各種のものを用いることができる。
なお、上述のように動作検知機構をAIで実現する場合、AIの機能部は外部端末62、63に設けることもできるし、流体制御機器V2、V4に組み込むこともできる。
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
61、62、63 外部端末
621、631 判別処理部
632 補正処理部
622、633 通信処理部
71、72 処理モジュール
711、721 判別処理部
722 補正処理部
712、723 通信処理部
722 補正処理部
73、74 通信モジュール
731、741 通信処理部
81 駆動圧センサ
82 温度センサ
91、92 異常検知システム
M1 磁石
M2 磁性体
P 圧力センサ
S1 駆動圧導入室
S2 閉空間
Claims (9)
- 流路と、隔離部材により当該流路と隔離された閉空間と、が設けられ、異常を検知可能な流体制御機器であって、
前記閉空間内の圧力を検出する圧力センサと、
所定の情報処理を実行する処理モジュールと、
前記流体制御機器の動作を検知する動作検知機構と、を有し、
前記処理モジュールは、
前記圧力センサにより検出された検出値と所定の閾値を比較することにより、前記流体制御機器の異常を判別する判別処理と、
前記動作検知機構により検知された動作に応じて、前記所定の閾値を補正する補正処理と、を実行する、
流体制御機器。 - 前記動作検知機構は、前記流体制御機器の駆動圧を検出する駆動圧センサ、であり、
前記補正処理は、検出された前記流体制御機器の駆動圧に応じて、前記所定の閾値を補正する、
請求項1に記載の流体制御機器。 - 前記動作検知機構は、前記流体制御機器の開閉動作を検知する開閉検知機構、であり、
前記補正処理は、検知された前記流体制御機器の開閉動作に応じて、前記所定の閾値を補正する、
請求項1に記載の流体制御機器。 - 前記動作検知機構は、前記検出値の変動パターンと開閉動作との相関関係に基づくパターン分析により、開閉動作を識別する自動学習手段、を有する、
請求項1に記載の流体制御機器。 - 外部温度を測定する温度センサ、をさらに有し、
前記補正処理は、前記流体制御機器の動作と前記外部温度に応じて、前記所定の閾値を補正する、
請求項1乃至4いずれかの項に記載の流体制御機器。 - 前記流体制御機器は、
前記隔離部材がダイヤフラムであり、前記流路に設けられたシートに前記ダイヤフラムが当接離反することで流路を開閉する弁機構を有する、
請求項1乃至5いずれかの項に記載の流体制御機器。 - 流路と、隔離部材により当該流路と隔離された閉空間と、が設けられた流体制御機器の異常を検知する方法であって、
前記閉空間内の圧力を圧力センサにより検出する工程と、
前記流体制御機器の動作を検知する工程と、
前記圧力センサにより検出した検出値と所定の閾値を比較することにより、前記流体制御機器の異常を判別する工程と、
前記流体制御機器の動作に応じて、前記所定の閾値を補正する工程と、を含む、
流体制御機器の異常検知方法。 - 流路と、隔離部材により当該流路と隔離された閉空間と、が設けられた流体制御機器の異常を検知する装置であって、
前記閉空間の圧力の検出値と所定の閾値を比較することにより、前記流体制御機器の異常を判別する判別処理部と、
前記流体制御機器の動作に係る情報に応じて、前記所定の閾値を補正する補正処理部と、を有する、
流体制御機器の異常検知装置。 - 流路と、隔離部材により当該流路と隔離された閉空間と、が設けられた流体制御機器の異常を検知するシステムであって、
前記流体制御機器に備えられた通信モジュールと、外部端末と、が通信可能に構成され、
前記流体制御機器は、
前記閉空間内の圧力を検出する圧力センサと、
前記流体制御機器の動作を検知する動作検知機構と、
前記外部端末に対し、前記圧力センサにより検出した検出値と、前記動作検知機構により検知した前記流体制御機器の動作に係る情報を送信する通信モジュールと、を有し、
前記外部端末は、
前記流体制御機器から受信した前記閉空間内の圧力の検出値と所定の閾値を比較することにより、前記流体制御機器の異常を判別する処理と、
前記流体制御機器から受信した前記流体制御機器の動作に係る情報に応じて、前記所定の閾値を補正する処理と、を実行する、
流体制御機器の異常検知システム。
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