特許 6753791 メンテナンス時期予測装置、流量制御装置およびメンテナンス時期予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6753791

(24)【登録日】2020年8月24日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】メンテナンス時期予測装置、流量制御装置およびメンテナンス時期予測方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20200831BHJP

   G01F 1/00 20060101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   G05D7/06 Z

   G01F1/00 X

   G01F1/00 T

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-20098(P2017-20098)

(22)【出願日】2017年2月7日

(65)【公開番号】特開2018-128757(P2018-128757A)

(43)【公開日】2018年8月16日

【審査請求日】2019年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 雅人

(72)【発明者】

【氏名】原田 賢吾

【審査官】 藤井 浩介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１１４７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−２８５６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−９４７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１６８２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−２１６４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１３７５２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ７／００−７／０６

Ｇ０１Ｆ １／００−１／３０；１／３４−１／５４；

３／００−９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得するように構成されたバルブ開度取得部と、
前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した関数と、予め規定された時間間隔で取得される前記バルブの開度の変化とに基づき、前記流体の流量を前記目標流量に維持できない不可制御状態になるまでの時間を推定するように構成された不可制御時間推定部とを備えることを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項2】

請求項１記載のメンテナンス時期予測装置において、
前記不可制御時間推定部は、前記バルブ開度取得部によって取得される前記バルブの開度が上限に到達するまでの時間を、前記不可制御状態になるまでの時間として推定することを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項3】

請求項１または２記載のメンテナンス時期予測装置において、
前記関数は、少なくとも、前記バルブの開度に関する項と、この項に乗算される数値であるゲインとによって定義され、
前記不可制御時間推定部は、前記ゲインが時間の経過に伴って減少すると仮定したときに前記関数から得られる数式と、前記バルブ開度取得部によって取得される前記バルブの開度の変化とに基づき、前記不可制御状態になるまでの時間を推定することを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項4】

請求項３記載のメンテナンス時期予測装置において、
前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が指数関数で表されることを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項5】

請求項３記載のメンテナンス時期予測装置において、
前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が分数関数で表されることを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項6】

請求項３乃至５のいずれか１項に記載のメンテナンス時期予測装置において、
前記不可制御時間推定部は、
前記不可制御状態になるまでの時間を推定しようとする現時点よりも過去の時点で前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度に基づいて、この過去の時点の前記ゲインを算出する第１のゲイン算出部と、
現時点で前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度に基づいて、現時点の前記ゲインを算出する第２のゲイン算出部と、
前記目標流量に基づいて、現時点よりも先の時点で前記バルブ開度取得部によって取得される前記バルブの開度が上限に到達するときの前記ゲインを算出する第３のゲイン算出部と、
前記第１、第２、第３のゲイン算出部によって算出されたゲインと前記過去の時点から現時点までの時間とに基づいて、前記不可制御状態になるまでの時間を算出する時間算出部とから構成されることを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載のメンテナンス時期予測装置において、
前記不可制御時間推定部によって推定された時間を数値表示する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項8】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載のメンテナンス時期予測装置において、
前記不可制御時間推定部によって推定された時間が予め規定された閾値時間未満になったときに、警報を発する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするメンテナンス時期予測装置。

【請求項9】

流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
前記流路に設けられたバルブと、
前記流量計測部によって計測された前記流量と予め規定された目標流量とが一致するように前記バルブを操作する流量制御部と、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のメンテナンス時期予測装置とを備え、
前記メンテナンス時期予測装置の前記バルブ開度取得部は、前記流路に設けられた前記バルブの開度を取得することを特徴とする流量制御装置。

【請求項10】

流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得する第１のステップと、
前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した関数と、予め規定された時間間隔で取得される前記バルブの開度の変化とに基づき、前記流体の流量を前記目標流量に維持できない不可制御状態になるまでの時間を推定する第２のステップとを含むことを特徴とするメンテナンス時期予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マスフローコントローラなどの流量制御装置とフィルタなどの関連機器についてメンテナンスが必要になる時期を予測する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体製造装置などでは、材料ガスなどを真空チャンバー内に一定流量で導入するために、図７に示すようなマスフローコントローラなどの流量制御装置が採用されている（特許文献１参照）。図７において、１００は本体ブロック、１０１はセンサパッケージ、１０２はセンサパッケージ１０１のヘッド部、１０３はヘッド部１０２に搭載された流体センサ、１０４はバルブ、１０５は本体ブロック１００の内部に形成された流路、１０６は流路１０５の入口側の開口、１０７は流路１０５の出口側の開口である。

【0003】

流体は、開口１０６から流路１０５に流入してバルブ１０４を通過し、開口１０７から排出される。流体センサ１０３は、流路１０５を流れる流体の流量を計測する。マスフローコントローラの図示しない制御回路は、流体センサ１０３が計測した流体の流量が設定値と一致するようにバルブ１０４を駆動する。

【0004】

このようなマスフローコントローラにより材料ガスの流量制御を継続して行なっていると、材料ガスに含まれる成分の影響などにより、マスフローコントローラ自体あるいは材料ガスの流路に備えられるフィルタなどの関連機器に汚れが付着するなどして不具合が生じることがある。

【0005】

そこで、マスフローコントローラに内蔵される流体センサの測定レンジ全体において許容精度範囲内でしか流量誤差や圧力誤差が発生しないように、バルブ開度を操作して校正する装置が提案されている（特許文献２参照）。

【0006】

しかしながら、特許文献２に開示された診断機構では、流体センサの計測値と実際の流量との誤差が精度的に許容できる程度のものであるかどうかを診断することはできるものの、いつごろ校正などのメンテナンスが必要になるかを予測することができないという問題点があった。半導体製造装置などにおいては、メンテナンス時期を予測することで稼働管理が行ない易くなるので、改善が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−０３９５８８号公報

【特許文献2】特許第５９３１６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、流量制御装置およびその関連機器についてメンテナンスが必要になる時期を予測することができるメンテナンス時期予測装置、流量制御装置およびメンテナンス時期予測方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のメンテナンス時期予測装置は、流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得するように構成されたバルブ開度取得部と、前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した関数と、予め規定された時間間隔で取得される前記バルブの開度の変化とに基づき、前記流体の流量を前記目標流量に維持できない不可制御状態になるまでの時間を推定するように構成された不可制御時間推定部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス時期予測装置の１構成例において、前記不可制御時間推定部は、前記バルブ開度取得部によって取得される前記バルブの開度が上限に到達するまでの時間を、前記不可制御状態になるまでの時間として推定することを特徴とするものである。

【0010】

また、本発明のメンテナンス時期予測装置の１構成例において、前記関数は、少なくとも、前記バルブの開度に関する項と、この項に乗算される数値であるゲインとによって定義され、前記不可制御時間推定部は、前記ゲインが時間の経過に伴って減少すると仮定したときに前記関数から得られる数式と、前記バルブ開度取得部によって取得される前記バルブの開度の変化とに基づき、前記不可制御状態になるまでの時間を推定することを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス時期予測装置の１構成例において、前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が指数関数で表されることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス時期予測装置の１構成例において、前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が分数関数で表されることを特徴とするものである。

【0011】

また、本発明のメンテナンス時期予測装置の１構成例において、前記不可制御時間推定部は、前記不可制御状態になるまでの時間を推定しようとする現時点よりも過去の時点で前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度に基づいて、この過去の時点の前記ゲインを算出する第１のゲイン算出部と、現時点で前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度に基づいて、現時点の前記ゲインを算出する第２のゲイン算出部と、前記目標流量に基づいて、現時点よりも先の時点で前記バルブ開度取得部によって取得される前記バルブの開度が上限に到達するときの前記ゲインを算出する第３のゲイン算出部と、前記第１、第２、第３のゲイン算出部によって算出されたゲインと前記過去の時点から現時点までの時間とに基づいて、前記不可制御状態になるまでの時間を算出する時間算出部とから構成されることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス時期予測装置の１構成例は、前記不可制御時間推定部によって推定された時間を数値表示する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス時期予測装置の１構成例は、前記不可制御時間推定部によって推定された時間が予め規定された閾値時間未満になったときに、警報を発する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするものである。

【0012】

また、本発明の流量制御装置は、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、前記流路に設けられたバルブと、前記流量計測部によって計測された前記流量と予め規定された目標流量とが一致するように前記バルブを操作する流量制御部と、メンテナンス時期予測装置とを備え、前記メンテナンス時期予測装置の前記バルブ開度取得部は、前記流路に設けられた前記バルブの開度を取得することを特徴とするものである。

【0013】

また、本発明のメンテナンス時期予測方法は、流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得する第１のステップと、前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した所定の関数と、予め規定された時間間隔で取得される前記バルブの開度の変化とに基づき、前記流体の流量を前記目標流量に維持できない不可制御状態になるまでの時間を推定する第２のステップとを含むことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、流量制御装置およびその関連機器についてメンテナンスが必要になる時期（不可制御状態になるまでの時間）を予測することができる。その結果、オペレータにとっては、流量制御装置が設けられた半導体製造装置などの稼働管理が行ない易くなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】マスフローコントローラに設けられたバルブの開度と流体の流量との関係の１例を示す図である。

【図2】目標流量を維持するためのバルブ開度の時間経過に伴う変化を示す図である。

【図3】マスフローコントローラに設けられたバルブの開度と流体の流量との関係の他の例を示す図である。

【図4】本発明の実施例に係る流量制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の実施例に係る流量制御装置の流量制御動作を説明するフローチャートである。

【図6】本発明の実施例に係る流量制御装置のメンテナンス時期予測動作を説明するフローチャートである。

【図7】マスフローコントローラの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［発明の原理］
マスフローコントローラの用途は、多くのケースで予め限定的に決められた目標流量に流体の流量を安定して維持することである。したがって、そのような用途を前提にすれば、フィルタの詰まりの影響などを信頼性の高い検出条件で推定できる。具体的には、予め規定された目標流量（複数とおりの目標流量がある場合は最大目標流量が目安）に安定して維持されている状態を概ね一定間隔（例えば２４時間置き）で検出し、その条件におけるバルブ開度指示信号を取得する。

【0017】

マスフローコントローラの上流に設置されたフィルタの詰まりが進行した場合を考えると、バルブ開度が上限（例えば１００％）に飽和するときが、目標流量に維持できない不可制御状態になることが原理的に確定するときであり、この不可制御状態になる時期を予測してメンテナンスを行なう判断をするのが効率的である。

【0018】

したがって、発明者は、マスフローコントローラに特有の使用条件に基づき、信頼性の高いバルブ開度の情報を取得し、バルブ開度の時間的変化が継続すると仮定した場合にバルブ開度が上限（例えば１００％）に到達する時期を、メンテナンスが必要になる時期と予測するのが妥当であることに想到した。

【0019】

［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。特許文献２には、マスフローコントローラに設けられたバルブの開度を時間的に直線的に変化させた場合に、高開度側ほど流路を流れる流体の流量体積が少ないことが示されている。このように、バルブ開度ＭＶと流量ＰＶとは、非線形な関係であり、高開度側ほど開度ＭＶの変化量に対して、流量ＰＶの変化量が減少することが知られている。このようなマスフローコントローラの特性の概略を図１に示す。なお、図１の例では、流量ＰＶを０〜１００％の値に正規化している。図１に示したような特性は、非線形な収束現象なので、次式の指数関数で表現できる。
ＰＶ＝Ｋ｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ／Ａ）｝ ・・・（１）

【0020】

このように、バルブ開度ＭＶと流量ＰＶとの関係を近似した関数は、定数項（１．０）と、バルブ開度ＭＶに関する項と、これらの各項に乗算される数値であるゲインＫとによって定義される。式（１）のＡは非線形な収束状態を与える係数である。図１の曲線ｃｕｒ１は、マスフローコントローラの初期特性を示すものである。予め把握できている供給圧力を基準として、バルブ開度ＭＶ＝１００％で流量ＰＶが最大値１００％になるものとし、また一般的な非線形性のイメージに合わせて、曲線ｃｕｒ１は次式のような係数値の指数関数で表現できる。
ＰＶ＝１０４．０｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ／３０．０）｝ ・・・（２）

【0021】

式（２）のＫ＝１０４．０、Ａ＝３０．０はこれらの数値の１例である。流路に設けられたフィルタなどの詰まり現象においては、このフィルタよりも下流にあるマスフローコントローラのバルブ自体の特性である非線形性は変化しないものと推定できるので、係数Ａは一定と見なすことができる。ゆえに、ゲインＫのみがフィルタの詰まり現象などにより減少するものと仮定することになる。

【0022】

マスフローコントローラやマスフローコントローラの関連機器のメンテナンス時期を予測する上では、マスフローコントローラの稼働時間に対していくつかの要因が影響すると推測されるものの、ゲインＫの変化が加速するか減速するかは確定的ではないので、マスフローコントローラの稼働時間に比例して一定のペースでゲインＫが減少するものと仮定するのが妥当である。

【0023】

ここで、予め規定された目標流量ＰＶｘをＰＶｘ＝６０．０％と仮定する。すなわち、マスフローコントローラの流量設定値ＳＰとして与えられる最も基準となる数値がＳＰｘ＝６０．０％となる。流体の流量をＰＶｘ＝６０．０％に整定させるためのマスフローコントローラの初期状態のバルブ開度をＭＶ１とすると、曲線ｃｕｒ１によりＭＶ１＝２５．８％になる。予め非線形特性の係数Ａ＝３０．０が把握できているので、ＰＶｘ＝６０．０％とＭＶ１＝２５．８％に基づいて、初期状態のゲインＫ１は次式のように逆算できる。
Ｋ１＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ１／Ａ）｝
＝６０．０／｛１．０−ｅｘｐ（−２５．８／３０．０）｝＝１０４．０
・・・（３）

【0024】

次に、マスフローコントローラを連続稼働させている最中に、目標流量ＰＶｘ＝６０．０％を維持するためのバルブ開度ＭＶを一定間隔（例えばΔＴ＝２４時間置き）で取得するものとする。仮に、３回分（ｎ＝３）の７２時間が経過した時点で、初期状態との顕著な差異を把握したものと仮定する。具体的には、稼働開始から７２時間が経過した時点でバルブ開度ＭＶが、ＭＶ２＝２９．４％に上昇していたものとする。

【0025】

このバルブ開度ＭＶの上昇は、フィルタの詰まり現象によりマスフローコントローラに流入するポイントでの圧力が低下し、目標流量ＰＶｘ＝６０．０％を維持するためのバルブ開度ＭＶを初期状態よりも大きくしなければならなくなったような現象である。稼働開始から７２時間が経過した時点のゲインＫ２は、ＰＶｘ＝６０．０％とＭＶ２＝２９．４％に基づいて次式のように逆算できる。
Ｋ２＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ２／Ａ）｝
＝６０．０／｛１．０−ｅｘｐ（−２９．４／３０．０）｝＝９６．０
・・・（４）

【0026】

したがって、ゲインＫが、初期状態のＫ１＝１０４．０からＫ２＝９６．０へと、数値にして８．０だけ７２時間で減少したという推定になる。この場合、マスフローコントローラの特性は、図１の曲線ｃｕｒ２のようになる。

【0027】

マスフローコントローラの稼働時間に比例して一定のペースでゲインＫが減少するものと仮定しているので、ｃｕｒ２の状態からさらに７２時間経過すると、ゲインＫはさらに８．０だけ減少して、マスフローコントローラの特性は図１の曲線ｃｕｒ３（Ｋ３＝８８．０）のようになるものと推定できる。この時点のバルブ開度ＭＶ３は次式のように逆算できる。
ＭＶ３＝−Ａｌｎ｛１．０−（ＰＶｘ／Ｋ３）｝
＝−３０．０ｌｎ｛１．０−（６０．０／８８．０）｝＝３４．４
・・・（５）

【0028】

以上を一旦整理すると、以下のようになる。初期状態（ｃｕｒ１）では、ＭＶ１＝２５．８％の実績。稼働開始から７２時間経過後の状態（ｃｕｒ２）では、ＭＶ２＝２９．４％の実績。さらに７２時間経過後の状態（ｃｕｒ３）では、ＭＶ３＝３４．４％と推定できる。すなわち、一定のペースでバルブ開度ＭＶが変化するのではなく、指数関数的な非線形性の影響で、加速的に開度は上昇する。単純にバルブ開度の変化を一定ペースと仮定できない理由でもある。

【0029】

さて問題は、目標流量ＰＶｘ＝６０．０％を維持するためのバルブ開度ＭＶがＭＶ＝１００．０％に到達し、不可制御状態（図１の曲線ｃｕｒ４）になるのが何時間後かということである。不可制御状態になった場合のゲインＫをＫｈとすると、ゲインＫｈは、次式で算出できる。
Ｋｈ＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ／Ａ）｝
＝６０．０／｛１．０−ｅｘｐ（−１００．０／３０．０）｝＝６２．２
・・・（６）

【0030】

７２時間（ｎΔＴ＝３×２４）毎にゲインＫが８．０変化するので、稼働開始から７２時間経過後の状態（ｃｕｒ２）のゲインＫ２＝９６．０からＫｈ＝６２．２に到達するまでの時間Ｔｈは、次式で算出できる。
Ｔｈ＝ｎΔＴ（Ｋｈ−Ｋ２）／（Ｋ２−Ｋ１）
＝３×２４．０（６２．２−９６．０）／（９６．０−１０４．０）＝３０４．０
・・・（７）

【0031】

すなわち、図１の曲線ｃｕｒ２の状態から３０４時間後にＫｈ＝６２．２に到達することになる。なお、稼働開始から１４４時間経過後の状態（ｃｕｒ３）のゲインＫ３が実績として得られているとしたら、時間Ｔｈを次式で算出することができる。
Ｔｈ＝ｎΔＴ（Ｋｈ−Ｋ３）／（Ｋ３−Ｋ２）
＝３×２４．０（６２．２−８８．０）／（８８．０−９６．０）＝２３２．０
・・・（８）

【0032】

このように、現時点および直近のバルブ開度に基づいて、ＭＶ＝１００．０％に到達するまでの時間Ｔｈを推定することができる。
式（１）〜式（８）の計算によれば、目標流量ＰＶｘ＝６０．０％を維持するためのバルブ開度は、時間の経過に伴って図２のように変化することになる。

【0033】

以上から、マスフローコントローラおよびその関連機器のメンテナンス時期の予測手順は以下の（I）〜（IV）のように整理できる。なお、下記のステップでは、ゲインＫ１を算出する時点は、必ずしも初期状態の時点を意味するのではなく、任意の過去の状態の時点を意味する。したがって、フィルタの詰まりなどによるゲインＫの変化が加速するか減速するかの影響は、直近のペースとの誤差分だけで済むことになる。

【0034】

（I）ｎΔＴ時間前において、目標流量ＰＶｘに維持するためのバルブ開度ＭＶ１が取得できている。これに基づき、ｎΔＴ時間前のゲインＫ１を算出する（ｎは１以上の整数）。ただし、非線形性の係数Ａは予め規定されている。
Ｋ１＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ１／Ａ）｝ ・・・（９）

【0035】

（II）現時点において、目標流量ＰＶｘに維持するためのバルブ開度ＭＶ２が取得できている。これに基づき、現時点のゲインＫ２を算出する。ただし、非線形性の係数Ａは変化しないものとする。
Ｋ２＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ２／Ａ）｝ ・・・（１０）

【0036】

（III）目標流量ＰＶｘに維持するためのバルブ開度ＭＶが１００％になる場合のゲインＫｈを算出する。
Ｋｈ＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−１００．０／Ａ）｝ ・・・（１１）

【0037】

（IV）最後に、ゲインＫがＫｈに到達するまでの時間Ｔｈを算出する。
Ｔｈ＝ｎΔＴ（Ｋｈ−Ｋ２）／（Ｋ２−Ｋ１） ・・・（１２）

【0038】

なお、図１の非線形性を近似できる関数であれば、指数関数以外でも同様の方法が適用できる。例えば、下記の分数関数であれば四則演算のみでバルブ開度と流量との非線形性を記述できる。
ＰＶ＝Ｋ［｛−Ａ／（ＭＶ＋Ｂ）｝＋Ｃ］
＝１．０［｛−３１３０．０／（ＭＶ＋２５．０）｝＋１２５．２］
・・・（１３）
Ｋ１＝ＰＶｘ／［｛−Ａ／（ＭＶ１＋Ｂ）｝＋Ｃ］ ・・・（１４）
Ｋ２＝ＰＶｘ／［｛−Ａ／（ＭＶ２＋Ｂ）｝＋Ｃ］ ・・・（１５）
Ｋｈ＝ＰＶｘ／［｛−Ａ／（１００．０＋Ｂ）｝＋Ｃ］ ・・・（１６）

【0039】

式（１）と同様に、式（１３）の関数は、定数項（Ｃ＝１２５．２）と、バルブ開度ＭＶに関する項と、これらの各項に乗算されるゲインＫとによって定義される。式（１３）〜式（１６）によると、マスフローコントローラの特性を図１と同様の図３で表すことができる。図３の曲線ｃｕｒ１の状態におけるゲインＫ１は１．０、曲線ｃｕｒ２の状態におけるゲインＫ２は０．９２３、曲線ｃｕｒ３の状態におけるゲインＫ３は０．８４６、バルブ開度ＭＶが１００％になった場合（ｃｕｒ４）のゲインＫｈは０．５９６である。すなわち、図１の例と同様に、稼働時間に比例して一定のペースでゲインＫが減少する。

【0040】

次に、本実施例の流量制御装置（マスフローコントローラ）の構成について説明する。本実施例の流量制御装置は、図４に示すように、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部１と、流量計測部１によって計測された流量と目標流量ＰＶｘとが一致するようにバルブを操作する流量制御部２と、流量制御中に流体の流量が予め規定された目標流量ＰＶｘに維持されているときのバルブ開度ＭＶを取得するバルブ開度取得部３と、流体の流量を目標流量ＰＶｘに維持できない不可制御状態になるまでの時間Ｔｈを推定する不可制御時間推定部４と、不可制御時間推定部４の推定結果に関する情報を出力する推定結果出力部５とを備えている。

【0041】

次に、本実施例の流量制御装置の動作を図５、図６を参照して説明する。図５は流量制御動作を説明するフローチャート、図６はメンテナンス時期予測動作を説明するフローチャートである。
流量計測部１は、流路（図７の流路１０５）を流れる流体の流量を継続的に計測する（図５ステップＳ１００）。この流量計測部１は、図７の流体センサ１０３に相当するものであり、マスフローコントローラに設けられている周知の構成である。

【0042】

流量制御部２は、流量計測部１が計測した流体の流量と例えばオペレータによって設定された目標流量ＰＶｘとが一致するようにバルブ（図７のバルブ１０４）を継続的に操作する（図５ステップＳ１０１）。この流量制御部２についても、マスフローコントローラに設けられている周知の構成である。
こうして、例えばオペレータによって装置の動作終了が指示されるまで（図５ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、ステップＳ１００，Ｓ１０１の処理を予め規定された周期（例えば５０ｍｓｅｃ．）毎に繰り返し実行する。

【0043】

一方、バルブ開度取得部３は、流体の流量が目標流量ＰＶｘに維持されているときのバルブの開度ＭＶ（目標維持バルブ開度）を取得する（図６ステップＳ２００）。具体的には、バルブ開度取得部３は、一定時間前から現時点までの期間において流量計測部１が計測した流量と目標流量ＰＶｘとの偏差の絶対値が継続して規定値以内の場合には、流体の流量が目標流量ＰＶｘに維持されていると判定し、現時点のバルブ開度ＭＶを取得する。一定時間ｔ（ｔ＜ΔＴ）の値は、規定の値としてバルブ開度取得部３に設定されている。

【0044】

なお、バルブ開度そのものを検出してもよいが、実装上は厳密なバルブ開度を検出するのではなく、流量制御部２からバルブに出力される信号（例えばバルブ開度指示信号あるいはバルブ駆動電流）を取得して、この信号を基にバルブ開度を判断すればよい。

【0045】

次に、不可制御時間推定部４は、予め規定された時間間隔で取得されるバルブ開度ＭＶの変化に基づき、バルブ開度ＭＶが上限（例えば１００％）に到達して、流体の流量を目標流量ＰＶｘに維持できない不可制御状態になるまでの時間Ｔｈを推定する。図４に示すように、不可制御時間推定部４は、ゲインＫ１を算出する第１のゲイン算出部４０と、ゲインＫ２を算出する第２のゲイン算出部４１と、ゲインＫｈを算出する第３のゲイン算出部４２と、時間Ｔｈを算出する時間算出部４３とから構成される。

【0046】

不可制御時間推定部４の第１のゲイン算出部４０は、時間Ｔｈを推定しようとする現時点よりもｎΔＴ時間前のゲインＫ１を式（９）により算出する（図６ステップＳ２０１）。上記のとおり、式（９）のＭＶ１は、ｎΔＴ時間前にバルブ開度取得部３によって取得されたバルブ開度ＭＶである。式（９）の係数Ａは、規定の値として不可制御時間推定部４に設定されている。この係数Ａを把握するためには、例えば流量制御装置の流量試験を事前に行なって係数Ａの値を調べておけばよい。

【0047】

続いて、不可制御時間推定部４の第２のゲイン算出部４１は、時間Ｔｈを推定しようとする現時点のゲインＫ２を式（１０）により算出する（図６ステップＳ２０２）。上記のとおり、式（１０）のＭＶ２は、現時点でバルブ開度取得部３によって取得された最新のバルブ開度ＭＶである。

【0048】

さらに、不可制御時間推定部４の第３のゲイン算出部４２は、目標流量ＰＶｘに基づいて、現時点よりも先の時点でバルブ開度ＭＶが上限に到達するときのゲインＫｈを式（１１）により算出する（図６ステップＳ２０３）。

【0049】

そして、不可制御時間推定部４の時間算出部４３は、ゲインＫ１，Ｋ２，Ｋｈと時間ｎΔＴとに基づいて、現時点から不可制御状態になるまでの時間Ｔｈを式（１２）により算出する（図６ステップＳ２０４）。以上で、不可制御時間推定部４の処理が終了する。

【0050】

推定結果出力部５は、不可制御時間推定部４の推定結果を出力する（図６ステップＳ２０５）。推定結果の出力方法としては、例えば時間Ｔｈの数値表示、時間Ｔｈに基づく警報出力、推定結果の情報の外部への送信などがある。警報出力の場合には、時間Ｔｈが予め規定された閾値時間未満（例えば４８時間未満）になったときに、警報を知らせるＬＥＤを点灯させるようにすればよい。

【0051】

バルブ開度取得部３と不可制御時間推定部４と推定結果出力部５とは、例えばオペレータによって装置の動作終了が指示されるまで（図６ステップＳ２０６においてＹＥＳ）、ステップＳ２００〜Ｓ２０５の処理を所定の周期ΔＴ（例えば２４時間）毎に繰り返し実行する。

【0052】

以上により、本実施例では、流量制御装置およびその関連機器（流路に設けられたフィルタなど）についてメンテナンスが必要になる時期（不可制御状態になるまでの時間Ｔｈ）を予測することができる。オペレータは、流量制御装置の推定結果に基づいて、いつごろ校正などのメンテナンスが必要になるかを予測できるようになるので、半導体製造装置などの稼働管理が行ない易くなる。

【0053】

なお、不可制御時間推定部４はｎΔＴ時間前（ｎは１以上の整数）のゲインＫ１を算出するが、バルブ開度取得部３は周期ΔＴ毎にバルブ開度ＭＶを取得するため、整数ｎは様々な値をとり得る。また、流体の流量が目標流量ＰＶｘに維持されていないとバルブ開度取得部３が判定した時点ではバルブ開度ＭＶを取得することができず、この時点のバルブ開度ＭＶのデータが欠落することになる。さらに、不可制御状態になるまでの時間Ｔｈを適切に推定するために、時間ｎΔＴは長過ぎず短過ぎない適当な範囲であることが望ましい。

【0054】

したがって、不可制御時間推定部４は、時間Ｔｈを推定しようとする現時点よりもｎΔＴ時間だけ過去の時点のうち、バルブ開度取得部３がバルブ開度ＭＶを取得できた時点であり、かつ規定の範囲内で最も新しい時点のｎΔＴを採用して、このｎΔＴについて式（９）、式（１２）の計算を実施すればよい。

【0055】

また、不可制御時間推定部４は、式（９）、式（１０）、式（１１）の代わりに、式（１４）、式（１５）、式（１６）を用いてゲインＫ１，Ｋ２，Ｋｈを算出するようにしてもよい。式（１４）、式（１５）、式（１６）の係数Ａ，Ｂ，Ｃは、規定の値として不可制御時間推定部４に設定されている。この係数Ａ，Ｂ，Ｃを把握するためには、例えば流量制御装置の流量試験を事前に行なうようにすればよい。

【0056】

また、本実施例では、目標流量ＰＶｘが一定であることを想定しているが、目標流量ＰＶｘが途中で変更される場合もあり得る。図６の処理は目標流量ＰＶｘが一定の値のまま維持されることを想定している処理なので、目標流量ＰＶｘが途中で変更された場合には、目標流量ＰＶｘ毎に図６の処理を実行すればよい。例えば目標流量ＰＶｘ＝６０．０％からＰＶｘ＝５０．０％に変更された場合には、ＰＶｘ＝６０．０％のときに取得したバルブ開度ＭＶのデータを使用せず、ＰＶｘ＝５０．０％に変更された以降のバルブ開度ＭＶのデータを用いて図６の処理を実行することになる。

【0057】

また、本実施例では、図４に示した構成を全て流量制御装置（マスフローコントローラ）内に設けているが、これに限るものではない。バルブ開度取得部３と不可制御時間推定部４と推定結果出力部５とをメンテナンス時期予測装置として、上位機器（例えばプログラマブルロジックコントローラＰＬＣ）に設け、流量計測部１と流量制御部２とを含む一般的なマイクロフローコントローラと組み合わせて使用するようにしてもよい。

【0058】

本実施例で説明した流量制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。同様に、バルブ開度取得部３と不可制御時間推定部４と推定結果出力部５とからなるメンテナンス時期予測装置は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。各々の装置のＣＰＵは、各々の記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。これにより、本実施例のメンテナンス時期予測方法を実現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本発明は、流量制御装置とその関連機器についてメンテナンスが必要になる時期を予測する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0060】

１…流量計測部、２…流量制御部、３…バルブ開度取得部、４…不可制御時間推定部、５…推定結果出力部、４０〜４２…ゲイン算出部、４３…時間算出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】