WO2024116930A1

WO2024116930A1 - バルブ

Info

Publication number: WO2024116930A1
Application number: PCT/JP2023/041620
Authority: WO
Inventors: 竜太郎丹野; 裕也鈴木; 朋貴中田; よしの藤居
Original assignee: 株式会社フジキン
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2023-11-20
Publication date: 2024-06-06
Also published as: TW202424375A

Abstract

【課題】バルブ単体でバルブアクチュエータの経時変化等による動作時間の変化を監視する。【解決手段】バルブＶを開閉させる操作圧が導入される操作圧室５２と、操作圧室５２内の操作圧の変化を検出する操作圧センサＤと、操作圧の変化に対応したバルブＶの内部動作を検出する磁気センサＭと、を備え、磁気センサＭと操作圧センサＤから検出されたデータに基づき、操作圧が変化する所定の時点からこれに応じた動作が磁気センサＭによって検出される所定の時点までの時間をバルブＶの動作時間として監視するバルブＶ。

Description

バルブ

　本発明は、バルブの動作時間を監視する技術に関する。

　半導体プロセスにおいて、半導体ウエハの表面に薄膜を形成する成膜処理では薄膜の微細化が求められており、近年では、原子レベルや分子レベルの厚さで薄膜を形成するALD (Atomic Layer Deposition)という成膜方法が使われている。
　このような半導体プロセスでは、ユーザが指示した流量のプロセスガスを正確に処理チャンバに供給することが重要であり、今まで以上の高頻度な開閉動作が要求される。しかし、そのような高頻度な開閉動作による負荷により流体の漏出を引き起こしやすくなる場合あり、このため流体制御装置における流体の露出等の不具合、故障を容易に検知できるセンサ付きバルブで故障の有無を診断するシステム等の技術が開示されている。

　この点、特許文献１では、上位装置からの開閉指令に基づいて供給された加圧空気により弁体が開閉する圧空式のゲートバルブにおいて、前記加圧空気の圧力値を圧力センサで検出し、前記加圧空気により前記弁体を開閉させたときに発生した振動状況を振動センサで検出し、前記弁体が開位置又は閉位置に来たことを位置センサで検出して開閉信号を前記上位装置に送ると共に、前記上位装置が開閉指令を出してから開閉信号を受けるまでの開閉時間を計測し、前記加圧空気の圧力値、前記弁体の開閉時間及び振動状況を前記上位装置に通知するゲートバルブの制御方法が開示されている。
　また、特許文献２では、遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、前記シリンダーの内圧を検出する圧力センサーと、前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサーで実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段とを備え、前記判定手段は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定する遮断弁制御システムが開示されている。

特開２０２０－１７６６８９号公報特開２０１２－０５２６５２号公報

　しかしながら、位置センサによって、ピストンやステムのストローク量を観察してアクチュエータ内部の故障等を検知したり、バルブが開状態もしくは閉状態のどちらにあるかを検知したりする技術は開示されているものの、Ｏリングの摩耗等、バルブアクチュエータの経時変化によるバルブの動作時間を確認する手段はこれまで開示されていなかった。

　ここで、バルブの応答速度が速くなるということは、バルブが開いている時間が長くなるため、プロセスガスの流量が指定量より増えているということになる。一方、バルブの応答速度が遅くなるということは、バルブが開いている時間が短くなるため、プロセスガスの流量が指定量より減っているということになる。このような状況は、上述のようにガス流量の精密な制御が必要な場面では大きな問題となる。

　そこで、本発明は、バルブ単体でバルブアクチュエータの経時変化等による動作時間の変化を監視することを目的の一つとする。

　上記目的を達成するため、本発明に係るバルブは、バルブを開閉させる操作圧が導入される操作圧室と、前記操作圧室内の操作圧の変化を検出する操作圧センサと、前記操作圧の変化に対応したバルブの内部動作を検出する位置センサと、を備え、前記位置センサと前記操作圧センサから検出されたデータに基づき、前記操作圧が変化する所定の時点からこれに応じた動作が前記位置センサによって検出される所定の時点までの時間を前記バルブの動作時間として監視する。

　前記動作時間の変化を検出した場合に、前記動作時間と所定の基準値との差異に基づいて、前記操作圧室内に連通する操作圧導入路の流路面積を調整する操作圧調整機構、をさらに備えるものとしてもよい。

　外部と連通し、前記操作圧室への操作圧の導入及び前記操作圧室からの操作圧の排出に応じて空気が吸排される大気室と、前記動作時間の変化を検出した場合に、前記動作時間と所定の基準値との差異に基づいて、前記大気室から外部に連通する空気排出路の流路面積を調整する排気圧調整機構と、をさらに備えるものとしてもよい。

　本発明に係るバルブによれば、バルブ単体でバルブアクチュエータの経時変化等による動作時間の変化を監視できる。

本発明の実施形態に係るバルブを示した外観斜視図である。本実施形態に係るバルブの内部構造を示した縦断面図であって、弁開状態を示す図である。本実施形態に係るバルブの内部構造を示した部分拡大縦断面図であって、（ａ）弁開状態、（ｂ）弁閉状態を示す。本実施形態に係るバルブが有するボンネットを示した斜視図である。本実施形態に係るバルブが有するアクチュエータ部を示した部分拡大断面図である。本実施形態に係るバルブの機能を示した機能ブロック図である。本実施形態の変形例に係るバルブ、及び当該バルブと通信可能に構成されたサーバが備える機能を示した機能ブロック図である。本実施形態に係るバルブの動作時間の算出根拠となる操作圧と位置センサ出力の関係を示したグラフである。本実施形態に係るバルブによって実行される処理の流れを示した処理フロー図である。

　以下、本発明の実施形態に係るバルブについて、図を参照して説明する。
　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。また、各部の名称に付した符号について、同一の機能を奏するものについては同じ符号を付しつつ、個別に言及する場合にハイフンと共に付した番号により区別する。
　図１に示されるように、本実施形態に係るバルブＶは、バルブＶの内部動作を検出するセンサを内蔵し、他の端末等と通信を実行するエア作動式のダイレクトダイヤフラムバルブである。
　なお、ここにいう他の端末には、サーバ等の所謂コンピュータのほか、他の流体制御装置や流量制御装置などの機器や装置が含まれる。

　本実施形態に係るバルブＶは内部動作に関するデータを取得可能な機器であって、図１および図２に示されるように、バルブボディ部１、第１ボンネット部２、第２ボンネット部４、アクチュエータ部５を備える。

●バルブボディ部１
　図１および図２に示されるように、バルブボディ部１は、プロセスガスの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、環状のシート１３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。

　円筒部１２は、第１ボンネット部２の一部が配設される側の端面が開口した中空形状からなり、中空の内部は第１ボンネット部２の一部が収容される凹部１２ａを構成する。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。

　環状のシート１３は、流入路１１１の周縁に設けられている。シート１３上には、シート１３に当接離反することによって流入路１１１および流出路１１３において流体を流通させたり、流通を遮断させたりするダイヤフラム２２が設けられている。

●第１ボンネット部２
　図２に示されるように、第１ボンネット部２は、バルブボディ部１の円筒部１２上に配設される。
　この第１ボンネット部２は、第１ボンネットボディ２１、ダイヤフラム２２、ディスク２３、センサボンネット２４、ダイヤフラム押さえ２５、および押さえアダプタ２６を備える。

　図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ダイヤフラム２２は、ステンレス、Ni-Co系合金等の金属やフッ素系樹脂からなる、中央部２２１が凸状に膨出した球殻状の部材であり、流入路１１１および流出路１１３と第１ボンネット部２が動作する空間とを隔離している。

　第１ボンネットボディ２１は、円筒部１２と第２ボンネットボディ４１の間に介装される。
　この第１ボンネットボディ２１は略円筒形状からなり、中心部には、センサボンネット２４が貫通される貫通孔２１ａが長さ方向に沿って設けられており、第１ボンネットボディ２１の下端部は押さえアダプタ２６と当接し、押さえアダプタ２６を下方に押圧している。
　第１ボンネットボディ２１には、基台部１１とは反対側の一端が開口すると共に、外側から貫通孔２１ａ側へ貫通したスリット２１ｂが設けられている。

　このダイヤフラム２２は、操作圧としての駆動流体が供給されてダイヤフラム押さえ２５による押圧から開放されると、自身の復元力や流路内の圧力によって中央部２２１がシート１３から離反する方向に変位してシート１３から離反する。その結果、弁室１１２が開放され、流入路１１１と流出路１１３が連通した状態となる。一方、操作圧としての駆動流体が排出され、ダイヤフラム２２がダイヤフラム押さえ２５によって押圧されると、ダイヤフラム２２の中央部２２１がシート１３に当接する方向に変位してシート１３に当接する。その結果、弁室１１２が遮断され、流入路１１１と流出路１１３が遮断された状態となる。

　すなわち、ダイヤフラム２２の中央部２２１は、駆動流体の供給により変位する可動部となっており、周縁部２２２は、駆動流体が供給されても変位しない非可動部である。

　ダイヤフラム２２の周縁部２２２は、後述する押さえアダプタ２６と当接し、この押さえアダプタ２６とバルブボディ部１の凹部１２ａ内部に上向きに設けられている突起部１２１ａ（図３（ａ）および（ｂ）参照）とに挟持されている。

　ディスク２３は、ダイヤフラム２２の上側に設けられ、センサボンネット２４により上下動可能に支持されると共に、摺動するステム４３に連動してダイヤフラム２２の中央部を押圧する。

　ディスク２３の外周面上にはＯリングＯ１が取り付けられており、このＯリングＯ１はディスク２３とセンサボンネット２４の内周面をシールしている。

　ディスク２３の上部は外径が小さくなっており、マグネットホルダＭ１０に貫挿されている。マグネットホルダＭ１０は一部が切り欠かれた略円環状の部材であり、切り欠かれた部分に磁石が取り付けられている。この磁石は、センサボンネット２４の凹部にはめ込まれているセンサホルダ２４１に取り付けられた磁性体Ｍ２と共に後述する磁気センサＭを構成する。また、マグネットホルダＭ１０は外周に凹部を備え、センサホルダ２４１を貫通するボルト等の位置決め部材が当該凹部を押圧することで、マグネットホルダＭ１０の位置ずれが防止される。ディスク２３上端部であってマグネットホルダＭ１０の上方にはロックナット２３１が嵌められていて、マグネットホルダＭ１０が抜け出るのを防止している。

　ディスク２３の下端にはダイヤフラム押さえ２５が連結されている。ダイヤフラム押さえ２５は、下面側が下に膨らんだ凸面となっていて、その下面側においてダイヤフラム２２の中央部２２１に当接し、摺動するステム４３に連動してダイヤフラム２２を押圧する。

　図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、ダイヤフラム押さえ２５の下端は、弁開時および弁閉時のいずれにおいても、ダイヤフラム２２の中央部２２１に当接している。すなわち、ダイヤフラム押さえ２５とダイヤフラム２２の接触面積は、弁開時と弁閉時とで同一面積である。この構成によれば、弁開時と弁閉時とでダイヤフラム２２の伝熱面積を一定にし、後述する温度センサＴによる正確な測温が可能である。

　図２および図４に示されるように、センサボンネット２４は、略円筒状からなり、弁室１１２を覆って第１ボンネットボディ２１内に収容される。
　センサボンネット２４の内部には、ディスク２３が貫挿される貫挿孔２４１ａが中心部に形成されている。
　また、センサボンネット２４には、圧力センサＰおよび温度センサＴ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および温度センサＴが設けられていることにより、ダイヤフラム２２、ディスク２３およびセンサボンネット２４によって画定された空間内の圧力および温度を測定することができる。
　なお、本実施形態では、温度センサＴはセンサボンネット２４内部に設けられているものとしたが、温度センサＴはバルブボディ部１の内側にあればよく、特に、少なくとも温度センサＴの温度の検出部分がバルブボディ部１の内側に載置されていればよい。この構成によれば、バルブＶを設置するだけで、別途温度センサの設置作業等を行うことなく、当該バルブＶ内の温度を正確に測定することができる。

　また、センサボンネット２４の側面から、センサボンネット２４内部の圧力センサＰ、温度センサＴおよび磁気センサＭと接続されるフレキシブルケーブル６０が外側へ伸び出ている。

　センサボンネット２４の内周面には、センサホルダ２４１に保持された磁性体Ｍ２が取り付けられていて、ディスク２３に取り付けられた磁石と共に後述する磁気センサＭを構成する。

　センサボンネット２４は、アルミ材から構成されている。アルミ材は、例えばＳＵＳ（Steel Use Stainless）等に比べて熱伝導率が高いため、センサボンネット２４内部の温度センサＴに、流体温度をより正確に伝達することができる。また、アルミ材からなるセンサボンネット２４によれば、磁化しないため、温度センサＴおよび圧力センサＰに対する磁気センサＭの影響を小さくすることができる。

　押さえアダプタ２６は、ダイヤフラム２２の周縁部２２２と当接し、ダイヤフラム２２をバルブボディ部１の凹部１２ａ内の突起部１２１ａとの間で挟持する。また、周縁部２２２を上方から押さえつけ、流入路１１１および流出路１１３を流れる流体が、周縁部２２２近傍から外部に漏出するのを防止している。

　押さえアダプタ２６は、ダイヤフラム２２の弁開時および弁閉時のいずれにおいても、ダイヤフラム２２の可動部分、言い換えれば中央部２２１に触れない。また、押さえアダプタ２６とダイヤフラム２２との接触面積は、弁開時および弁閉時で同一である。この構成によれば、弁開時と弁閉時とでダイヤフラム２２の伝熱面積を一定にすることができる。ひいては、ダイヤフラム２２からの伝導熱が一定になるため、弁の開閉状態に関わらず、後述する温度センサＴによる正確な測温が可能である。

●第２ボンネット部４
　第２ボンネット部４は、第１ボンネット部２上に配設される。
　図２に示されるように、この第２ボンネット部４は、第２ボンネットボディ４１、ステム４３、バネ４４を備える。

　第２ボンネットボディ４１は、ステム４３とセンサボンネット２４の間に介装される。
　この第２ボンネットボディ４１は略円柱形状からなり、中心部には、ステム４３とディスク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内ではステム４３とディスク２３が当接しており、ステム４３が下方に変位するとディスク２３が下方へ押圧され、これによりダイヤフラム２２がシート１３に当座する。

　ステム４３は、操作圧の供給と停止に応じて上下動し、ディスク２３およびダイヤフラム押さえ２５を介してダイヤフラム２２をシート１３に当接離反させる。
　ステム４３の上部にはロッド４３１が連結されている。ロッド４３１は、第２ボンネット部４の上部から突出し、アクチュエータ部５内に挿入されている。なお、ロッド４３１はステム４３と連結されて一体に昇降するため、ロッド４３１をステム４３と同義で扱う場合がある。
　ステム４３は、下部に拡径部が設けられており、当該拡径部の上面側においてバネ４４の付勢力を受ける。

　バネ４４は、ステム４３の外周面上に巻回されており、ステム４３の下部に形成されている拡径部の上面に当接してステム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。

●アクチュエータ部５
　アクチュエータ部５は、図２及び図５に示すように、駆動流体の供給源が接続される供給口５１を有する有底円筒形の部材である。供給口５１は、ロッド４３１の上方に形成された操作圧導入路５１１に連通する開口部であり、操作圧導入路５１１は、ロッド４３１の軸方向から径方向に分岐して操作圧室５２に連通している。

　アクチュエータ部５の内部は、ロッド４３１に摺動自在に貫通する隔壁部材５８により上下の空間に隔てられ、上側の空間には、ロッド４３１と係合するピストン５４－１が上下方向に摺動自在に設けられている。下側の空間にも、ロッド４３１と係合するピストン５４－２が上下方向に摺動自在に設けられている。

　ピストン５４－１は、アクチュエータ部５の上側の空間を操作圧室５２－１と大気室５５－１とに区画しており、ピストン５４－２は、アクチュエータ部５の下側の空間を操作圧室５２－２と大気室５５－２とに区画している。
　操作圧室５２－１は、ロッド４３１の中心部に形成された操作圧導入路５１１と分岐路５１１ａを介して連通しており、操作圧室５２－２は、ロッド４３１の中心部に形成された操作圧導入路５１１と分岐路５１１ｂを介して連通している。ロッド４３１の操作圧導入路５１１の上端側の開口は、アクチュエータ部５の上側の中心部に形成された供給口５１と連通している。操作圧導入路５１１を通じて供給される駆動流体は操作圧室５２に供給される。

　大気室５５－１は、アクチュエータ部５内に形成された空気排出路５５１－１を通じて大気と連通している。大気室５５－２も、アクチュエータ部５内に形成された空気排出路５５１－２を通じて大気と連通している。この大気室５５－１、５５－２は、操作圧室５２への操作圧の導入、又は操作圧室５２からの操作圧の排出に応じて動作するピストン５４の変位に応じて、空気を吸排する。

　ピストン５４とアクチュエータ部５の内壁との間や、ロッド４３１とピストン５４の間には、操作圧室５２の気密性を確保するためにＯリングＯ２が設けられている。このＯリングＯ２は、ピストン５４の上下動に伴って上下に摺動する。

　ここで、操作圧の供給と停止に伴う弁の開閉動作について言及する。供給口５１に導入管（図示省略）を介して接続された三方弁から駆動流体が供給されると、駆動流体は操作圧導入路５１１を介して操作圧室５２に導入される。これに応じて、ピストン５４が上昇すると、ステム４３とセンサボンネット２４はバネ４４の付勢力に抗して上方に押し上げられ、空気排出路５５１を介して大気室５５内の空気が外部へ排出される。これにより、ダイヤフラム２２がシート１３から離反して開弁した状態となり、流体が流通する。

　一方、三方弁において駆動流体の供給が遮断されると共に、導入管（図示省略）を介して供給口５１、操作圧導入路５１１が大気に開放されると、操作圧室５２内の操作圧が操作圧導入路５１１を介して外部に排出される。これに応じて操作圧室５２の圧力が下がると、ピストン５４が下降し、ステム４３とセンサボンネット２４がバネ４４の付勢力に従って下方に押し下げられる。また、空気排出路５５１を通じて外部の空気が大気室５５に流入する。これにより、ダイヤフラム２２がシート１３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。

　アクチュエータ部５には、動作時間の変化に応じて操作圧室５２内の操作圧の昇圧速度を調整可能な操作圧調整機構５６と、動作時間の変化に応じて大気室５５内の空気の排気速度を調整可能な排気圧調整機構５７とを備える。

　操作圧調整機構５６は、供給口５１の近傍であって、操作圧導入路５１１の中途に設けられ、操作圧室５２に導入される駆動流体又は操作圧室５２から排出される駆動流体の量を調整可能に制限するために設けられている。

　この操作圧調整機構５６は、バルブＶの動作時間の変化が検出されたとき、制御部７０（図６参照）による制御に基づき、供給口５１から操作圧室５２に繋がる操作圧導入路５１１の流路面積を所定の流路面積となるように塞いだり開放したりして調整する。具体的な例では、操作圧調整機構５６は、操作圧導入路５１１を横切るように形成されたネジ穴とこのネジ穴に螺合するネジ部材によって構成され、ネジ部材がネジ穴に螺合する量によって流路面積を任意の量に調整できる。
　なお、本実施形態にかかわらず、操作圧調整機構５６は、流路面積を任意の量に調整できる限り、他の構造を採用できる。また、この制御はシステムによるものでもよいし、手動によるものであってもよい。

　なお、この操作圧調整機構５６は、供給口５１に設けられ、操作圧導入路５１１に代えて供給口５１の開口面積を塞いだり開放したりするようになっていてもよい。また、操作圧導入路５１１はロッド４３１の軸方向から径方向に分岐して操作圧室５２に連通しているが、本実施形態において、操作圧調整機構５６は、操作圧導入路５１１が径方向に分岐する手前の供給口５１に近い位置に設けられている。

　排気圧調整機構５７は、空気排出路５５１－１、５５１－２の中途に設けられ、空気排出路５５１－１、５５１－２を通じて大気室５５－１、５５－２から外部へ排出される空気の通気量、又は空気排出路５５１－１、５５１－２を通じて大気室５５－１、５５－２へ吸引される空気の通気量を調整可能に制限するために設けられている。

　この排気圧調整機構５７は、バルブＶの動作時間の変化が検出されたとき、制御部７０による制御に基づき、大気室５５に連通する空気排出路５５１の流路面積を所定の流路面積となるように塞いだり開放したりして調整する。具体的には例えば、空気排出路５５１－１、５５１－２を横切るように形成されたネジ穴とこのネジ穴に螺合するネジ部材によって構成される。そして、ネジ部材がネジ穴に螺合する量によって流路面積を任意の量に調整できる。即ち、ネジ部材には、先端部と中途にそれぞれネジが形成されていないピン部と溝部が設けられ、ピン部と溝部はネジ部材のネジ穴への進退に応じて空気排出路５５１－１、５５１－２に現れて流路を開放したり、逆に空気排出路５５１－１、５５１－２から外れて流路を遮断したりする。
　なお、本実施形態にかかわらず、排気圧調整機構５７は、通気量を任意の量に調整できる限り、他の構造を採用でき、空気排出路５５１－１、５５１－２が別個に設けられた排気圧調整機構５７によって通気量を調整されるようになっていてもよい。また、この制御はシステムによるものでもよいし、手動によるものであってもよい。

●センサ
　バルブＶ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、温度センサＴと、磁気センサＭと、操作圧センサＤを備えている。このうち、圧力センサＰと、温度センサＴと、磁気センサＭは、センサボンネット２４の内部に備えられており、図４に示すセンサボンネット２４の連通孔２４１ｄを介してセンサボンネット２４の貫挿孔２４１ａに面していて、ダイヤフラム２２、ディスク２３およびセンサボンネット２４によって画定された空間に連通している。これにより圧力センサＰは、当該空間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等のシール部材が介装されており、気密状態が担保されている。

　温度センサＴは、ダイヤフラム２２、ディスク２３およびセンサボンネット２４によって画定された空間の温度を測定する。温度センサＴを有するバルブＶによれば、流体の制御と共に流体の温度を測定することができる。

　センサボンネット２４の貫通孔２４１ｅには磁性体Ｍ２が取り付けられており、この磁性体Ｍ２は、ディスク２３に取り付けられた磁石と共に磁気センサＭを構成し、バルブＶの内部動作としてステム４３の位置を検出する位置センサの役割を果たしている。
　この磁気センサＭによって以下の通り、弁の開閉動作、及びステム４３の移動量を検知することができる。即ち、マグネットホルダＭ１０に保持される磁石がディスク２３の上下動に応じて摺動するのに対し、磁性体Ｍ２はセンサボンネット２４と共に第一ボンネット部２内に固定されている。この結果、ディスク２３の上下動に従って上下動するマグネットホルダＭ１０に保持される磁石と、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、ディスク２３およびダイヤフラム押さえ２５の動作、ひいては弁の開閉動作、及びステム４３の移動量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Ｍ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。

　操作圧センサＤは、アクチュエータ部５に備えられており、操作圧室５２内に連通する連通孔５３を介して操作圧室５２内の操作圧を検出する。

　圧力センサＰ、温度センサＴ、磁気センサＭ、及び操作圧センサＤ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６０の一端が接続しており（磁気センサＭ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６０の他端は、バルブＶの外側に設けられた回路基板に接続している。さらに、回路基板には外部端子接続用の略矩形状のコネクタが設けられており、これにより、圧力センサＰ、温度センサＴ、および磁気センサＭによって測定されたデータを抽出することができる。コネクタの種類や形状は、各種の規格に応じて適宜に設計し得る。なお、各センサが検出したデータは無線通信により所定の機器やサーバに送信できるようになっていてもよい。

　このような構成からなるバルブＶによれば、圧力センサＰ、温度センサＴ、磁気センサＭ及び操作圧センサＤによって検出されたデータを外部へ出力させることができる。そして、このようなデータは、弁の開閉動作とその動作時間、ダイヤフラム２２の破損等によるリーク、バルブＶの経年劣化や個体差などを把握するための情報となり得る。

●制御部
　図６に示すように、本実施形態にかかるバルブＶは、センサによって検出されたデータを処理する制御部７０を有する。制御部７０は、機能ブロックとして動作時間判定部７１を有する。なお、図７に示す別の実施例のように、バルブＶは通信処理部７２を備え、サーバ８０の通信処理部８２と通信を行ってもよい。図７の例においては、バルブＶとサーバ８０とは、ネットワークを介して接続されている。そして、このサーバ８０が動作時間判定部７１に対応する動作時間判定部８１および通信処理部８２を有するものとしてもよい。

　動作時間判定部７１は、磁気センサＭと操作圧センサＤによって検出されたデータに基づいてバルブＶの動作時間を算出し、当該動作時間を監視している。さらに、算出した動作時間を所定の基準値と比較して適否を判定できる。
　より具体的な判定の処理について、図８を参照して説明する。図８は、動作時間の算出イメージを示したものであり、横軸は時間変化を示し、縦軸は操作圧センサＤの出力値と位置センサ（磁気センサＭ）の出力値を示している。このグラフによれば、弁開動作時、操作圧室５２に操作圧が導入されると、一定のタイムラグ（応答時間）の後にステム４３が上昇して位置センサ（磁気センサＭ）が所定の出力値を示すことが把握される。また、弁閉動作時、操作圧室５２内の操作圧が排出されると、一定のタイムラグ（応答時間）の後にステム４３が下降して位置センサ（磁気センサＭ）が所定の出力値を示すことが把握される。このタイムラグ、即ち操作圧が変化する所定の時点からこれに応じた動作が位置センサ（磁気センサＭ）によって検出される所定の時点までの時間がバルブＶの開閉動作の動作時間に該当し、図８における時間ｔ１が弁開動作時の動作時間、時間ｔ２が弁閉動作時の動作時間を示す。

　なお、動作時間の起点となる操作圧および終点となる位置センサ出力は任意の所定値であり、図８の左右に示す軸の値はあくまで例示である。
　また、基準値は、適宜の記憶部にあらかじめ記憶されている値であってもよいし、バルブＶの使用開始時の初期状態における動作時間を計測して格納した値であってもよい。また、バルブＶの動作時間の設計値であってもよい。

　ここで、動作時間は、主にＯリングＯ２の摩耗等の経年変化によって速くなる傾向にある。動作時間が速くなると、バルブＶの制御信号に対する弁開動作及び弁閉動作のタイミングが初期の状態からずれてしまい、プロセスガスの流量が指定量どおりにならなくなる。すなわち、弁開時の動作時間が速くなることで、弁が開いて流体が流通している時間、つまり弁開時間を長くし、プロセスガスの流量を指定量よりも増大させる。また、弁閉時の動作時間が速くなることで、弁開時間を短くし、プロセスガスの流量を指定量よりも低減させる。

　これに対して動作時間判定部７１は、操作圧の変化と位置センサ出力の変化に基づいて算出された弁開動作及び弁閉動作それぞれの動作時間を、所定のテーブルに保持した適切な動作時間の基準値と比較し、許容範囲内であれば適切なものと判定し、許容範囲を超える場合には不適切な状態と判定する。

　そして、動作時間判定部７１によりバルブＶの動作時間が不適切であると判定された場合や、動作時間を確認した上で動作時間を任意の時間に調整したい場合には、制御部７０により操作圧調整機構５６又は排気圧調整機構５７を制御して動作時間を調整できる。これによりバルブＶが開弁状態にある時間が調整され、指定量どおりの量のプロセスガスを流通させられる。
　なお、調整すべき時間量は、操作圧の変化から磁気センサＭの出力の変化に基づいて検出された弁開動作又は弁閉動作までの動作時間と基準値との差異に基づいて算出される。

●処理フロー
　動作時間判定部７１による判定処理の結果に基づいた制御について、図９を参照して説明する。
　図９は弁開動作について動作時間を調整する処理の流れを示している。
　動作時間判定部７１は、操作圧センサＤと磁気センサＭの出力変化から弁開動作及び弁閉動作における動作時間を算出した上（Ｓ１０１）、所定の基準値からみて、それぞれの動作時間が許容範囲にあるかどうかを判定する（Ｓ１０２）。

　判定の結果、動作時間が許容範囲から外れるとき、即ち動作時間が基準値よりも速い場合には、制御部７０は、操作圧調整機構５６によって操作圧導入路５１１の流路面積を所定面積だけ閉塞して狭める（Ｓ１０３）。なお、この制御部７０による制御においては、操作圧調整機構５６による調整に代えて、あるいは操作圧調整機構５６による調整と合わせて、排気圧調整機構５７を制御してもよい。この場合には、排気圧調整機構５７によって空気排出路５５１の流路面積を所定面積だけ閉塞して狭める。

　一の実施例において、操作圧調整機構５６及び／又は排気圧調整機構５７の制御は、弁開動作と弁閉動作のうち、動作時間のずれが大きい方の動作において実行する。例えば、弁開動作における動作時間のずれが弁閉動作における動作時間のずれよりも大きい場合には、弁開動作時において、弁開動作で生じている動作時間のずれを操作圧調整機構５６及び／又は排気圧調整機構５７により調整する。

　駆動流体供給源からは駆動流体が一定の圧力で供給されているため、操作圧導入路５１１の流路面積が狭まることで操作圧室５２内の操作圧の上昇速度が落ち、その結果、動作時間を遅らせて正常なタイミングでバルブＶを弁開させられる。空気排出路５５１についても同様に、流路面が狭まることで大気室５５内の空気の排出速度が落ち、その結果、動作時間を遅らせられる。これにより、動作時間のずれによって生じるバルブＶの弁開時間のずれを修正し、指定量どおりのプロセスガスを流通させられる。
　なお、操作圧調整機構５６によって狭められる操作圧導入路５１１の面積あるいは排気圧調整機構５７によって狭められる空気排出路５５１の面積は、正常な動作時間からの変化量に応じて、所定の係数を乗じたり、予め所定のテーブルで対応付けられた数値に基づいたりして決定される。

　なお、別の実施例においては、上述した一の実施例とは逆に、弁開動作と弁閉動作のうち、動作時間のずれが小さい方の動作において、動作時間のずれを操作圧調整機構５６及び／又は排気圧調整機構５７により調整することもできる。
　また、弁開動作および弁閉動作のそれぞれの動作時間のずれを相殺し、弁開動作又は弁閉動作のいずれかにおいて差分を操作圧調整機構５６及び／又は排気圧調整機構５７により調整することもできる。
　また、さらに別の実施例においては、弁開動作と弁閉動作それぞれにおいて、動作時間のずれを操作圧調整機構５６及び／又は排気圧調整機構５７により個別に調整することもできる。

　以上の本実施形態に係るバルブＶによれば、バルブ単体でバルブアクチュエータの経時変化等による動作時間の変化を監視できる。また、動作時間の変化に基づいて操作圧導入路５１１及び／又は空気排出路５５１の流路面積を調整し、これにより動作時間を適切な速度にできる。

　なお、図９の例では、動作時間判定部７１による判定処理の結果に基づいて操作圧調整機構５６及び／又は排気圧調整機構５７を制御して動作時間を調整したが、これに限らず、管理者等の任意の操作に応じて、操作圧調整機構５６及び／又は排気圧調整機構５７を制御し、動作時間を調整することもできる。

　また、バルブＶの制御信号に対する動作時間は、主にＯリングＯ２の摩耗等の経年変化によって速くなる傾向にあるが、さらに経年変化が進むと、アクチュエータ部５内でのリークが進むなどして動作時間が遅くなる傾向がみられる。そのため、動作時間の変化を監視し、動作時間が遅くなり始めたタイミングを検出してバルブＶの異常を判定することもできる。

１　バルブボディ部
　１１　基台部
　１２　円筒部
　　１２ａ　凹部
　　１３シート
２　第１ボンネット部
　２１　第１ボンネットボディ
　　２１ａ　貫通孔
　　２１ｂ　スリット
　２２　ダイヤフラム
　２３　ディスク
　２４　センサボンネット
　２５　ダイヤフラム押さえ
　２６　押さえアダプタ
４　第２ボンネット部
　４１　第２ボンネットボディ
　４３　ステム
　４３１　ロッド
　４４　バネ
５　アクチュエータ部
　５１　供給口
　５１１　操作圧導入路
　５２　操作圧室
　５３　連通孔
　５４　ピストン
　５５　大気室
　５５１　空気排出路
　５６　操作圧調整機構
　５７　排気圧調整機構
　５８　隔離壁
　６０　フレキシブルケーブル
７０　制御部
７１　動作時間判定部
７２　通信処理部
８０　サーバ
８１　動作時間判定部
Ｄ　操作圧センサ
Ｍ　磁気センサ（位置センサ）
Ｏ１、Ｏ２　Ｏリング
Ｐ　圧力センサ
Ｔ　温度センサ
Ｖ　バルブ

Claims

　バルブを開閉させる操作圧が導入される操作圧室と、
　前記操作圧室内の操作圧の変化を検出する操作圧センサと、
　前記操作圧の変化に対応したバルブの内部動作を検出する位置センサと、を備え、
　前記位置センサと前記操作圧センサから検出されたデータに基づき、前記操作圧が変化する所定の時点からこれに応じた動作が前記位置センサによって検出される所定の時点までの時間を前記バルブの動作時間として監視する、
　バルブ。
　前記動作時間の変化を検出した場合に、前記動作時間と所定の基準値との差異に基づいて、前記操作圧室内に連通する操作圧導入路の流路面積を調整する操作圧調整機構、をさらに備える、
　請求項１記載のバルブ。
　外部と連通し、前記操作圧室への操作圧の導入及び前記操作圧室からの操作圧の排出に応じて空気が吸排される大気室と、
　前記動作時間の変化を検出した場合に、前記動作時間と所定の基準値との差異に基づいて、前記大気室から外部に連通する空気排出路の流路面積を調整する排気圧調整機構と、をさらに備える、
　請求項１又は２記載のバルブ。