特開 2024-135947 ピエゾ素子診断装置、ピエゾ素子診断方法、ピエゾ素子診断プログラム、流体制御装置、及び、気化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135947

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】ピエゾ素子診断装置、ピエゾ素子診断方法、ピエゾ素子診断プログラム、流体制御装置、及び、気化システム

(51)【国際特許分類】

   H10N 30/20 20230101AFI20240927BHJP

   C23C 16/448 20060101ALI20240927BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20240927BHJP

   H10N 30/50 20230101ALI20240927BHJP

   H10N 30/88 20230101ALI20240927BHJP

   F16K 31/02 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H10N30/20

C23C16/448

H10N30/30

H10N30/50

H10N30/88

F16K31/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046867

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000127961

【氏名又は名称】株式会社堀場エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(74)【代理人】

【識別番号】100227673

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 光起

(72)【発明者】

【氏名】田口 明広

(72)【発明者】

【氏名】濱田 千寛

【テーマコード（参考）】

3H062

4K030

【Ｆターム（参考）】

3H062BB33

3H062CC05

4K030EA01

4K030EA03

4K030LA12

4K030LA15

(57)【要約】

【課題】ピエゾ素子を適切なタイミングで交換又はメンテナンスできるようにする。
【解決手段】装置に組み込まれたピエゾ素子３２１を診断するピエゾ素子診断装置１０であって、ピエゾ素子３２１の駆動情報を取得する駆動情報取得部４ｄと、駆動情報に基づいてピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命算出部４ｅとを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置に組み込まれたピエゾ素子を診断するピエゾ素子診断装置であって、
前記ピエゾ素子の駆動情報を取得する駆動情報取得部と、
前記駆動情報に基づいて前記ピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命算出部とを備える、ピエゾ素子診断装置。

【請求項2】

前記寿命算出部は、予め取得された前記ピエゾ素子の想定寿命と前記駆動情報とに基づいて、前記消費寿命又は前記残存寿命を算出する、請求項１に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項3】

前記駆動情報は、前記ピエゾ素子の駆動電圧又は前記ピエゾ素子の温度の少なくとも一方を含み、
前記寿命算出部は、前記想定寿命と、前記ピエゾ素子の駆動電圧又は前記ピエゾ素子の温度の少なくとも一方とに基づいて、前記消費寿命又は前記残存寿命を算出する、請求項２に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項4】

前記寿命算出部は、インターバル期間毎に使用開始からの総消費寿命又は前記残存寿命を算出する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項5】

前記寿命算出部は、各インターバル期間における単位時間当たりの消費寿命である単位消費寿命を算出する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項6】

前記駆動情報取得部は、サンプリングタイム毎に前記駆動情報を取得するものであり、
前記寿命算出部は、複数の前記駆動情報の代表値を用いて、前記消費寿命又は前記残存寿命を算出する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項7】

前記寿命算出部により算出された前記消費寿命又は前記残存寿命と所定の閾値とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて警報を出力する警報出力部をさらに備えている、請求項１乃至６の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項8】

診断対象のピエゾ素子が交換されたことを示す交換信号を受け付ける交換信号受付部と、
前記交換信号を受け付けると、前記寿命算出部により算出された前記消費寿命又は前記残存寿命をリセットするリセット部とをさらに備える、請求項１乃至７の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項9】

診断対象のピエゾ素子が交換された場合に、交換後のピエゾ素子を自動認識する自動認識部をさらに備え、
前記寿命算出部は、前記交換後のピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項10】

前記寿命算出部により得られた前記消費寿命又は前記残存寿命の変化に基づいて、将来の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命予測部をさらに備える、請求項１乃至９の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置。

【請求項11】

装置に組み込まれたピエゾ素子を診断するピエゾ素子診断方法であって、
前記ピエゾ素子の駆動情報を取得し、
前記駆動情報に基づいて、前記ピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出する、ピエゾ素子診断方法。

【請求項12】

装置に組み込まれたピエゾ素子を診断するピエゾ素子診断プログラムであって、
前記ピエゾ素子の駆動情報を取得する駆動情報取得部としての機能と、
前記駆動情報に基づいて、前記ピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命算出部としての機能とをコンピュータに備えさせる、ピエゾ素子診断プログラム。

【請求項13】

ピエゾ素子によって弁体が弁座に対して駆動されるピエゾバルブと、
前記ピエゾバルブの開度を制御するバルブ制御部と、
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置とを備える、流体制御装置。

【請求項14】

液体原料を気化する気化部と、
前記気化部により気化されたガスの流量を制御する流体制御装置と、
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のピエゾ素子診断装置とを備える、気化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ピエゾ素子診断装置、ピエゾ素子診断方法、及び、ピエゾ素子診断プログラムに関するものである。また、本発明は、ピエゾ素子診断装置を用いた流体制御装置、及び、ピエゾ素子診断装置を用いた気化システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

マスフローコントローラ（ＭＦＣ）等に用いられる流体制御バルブには、ピエゾ素子を用いたピエゾバルブがある。このピエゾバルブは、ピエゾ素子に電圧を印加してピエゾ素子を伸縮させることにより、弁体が弁座に対して駆動される。

【0003】

このピエゾ素子は、印加する電圧の大きさや使用する環境温度等によって劣化具合が異なることが分かっている。実際に、ピエゾバルブを用いた気化システム等では、気化されたガスをピエゾバルブで制御するため、ピエゾ素子は、高温環境で使用されることになる。そのため、ピエゾ素子は、常温環境で使用するよりも早く劣化（故障）することになる。

【0004】

従来、ピエゾ素子の交換時期は、特許文献１に示すように、ピエゾ素子が故障に至るまでの平均故障時間（ＭＴＴＦ）を予め算出しておき、その時間に基づいて交換している。
ＭＴＴＦ＝ＭＴＴＦ_０×Ｋｔ×Ｋｖ
ＭＴＴＦ_０は、標準となるＭＴＴＦであり、信頼性試験により予め求められた値である。
Ｋｔは、ある特定の使用温度Ｔにより求まる加速係数（＝１．４^{（Ｔ０－Ｔ）／１０}）
Ｋｖは、ある特定の使用電圧Ｖにより求まる加速係数（＝（Ｖ_０／Ｖ）^２．５）
Ｔ_０は、ＭＴＴＦ_０を求めた際の標準となる温度である。
Ｖ_０は、ＭＴＴＦ_０を求めた際の標準となる電圧である。

【0005】

しかしながら、上述した平均故障時間（ＭＴＴＦ）では、ある特定の温度（Ｔ）及び電圧（Ｖ）で使用した場合の寿命しか計算することしかできない。そのため、ピエゾバルブの使用状態が変化する（例えば、印加電圧が変化する、又は、使用温度が変化する等）場合には、交換時期を正確に把握することが難しい。その結果、算出した平均故障時間よりも前にピエゾ素子が故障する場合がある。また、平均故障時間に対して無駄に早くピエゾ素子を交換してしまう場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３－８０９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで、本発明は上述した問題を解決すべくなされたものであり、ピエゾ素子を適切なタイミングで交換又はメンテナンスできるようにすることを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、本発明に係るピエゾ素子診断装置は、装置に組み込まれたピエゾ素子を診断するピエゾ素子診断装置であって、前記ピエゾ素子の駆動情報を取得する駆動情報取得部と、前記駆動情報に基づいて前記ピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命算出部とを備えることを特徴とする。

【0009】

このようなピエゾ素子診断装置であれば、駆動情報に基づいてピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出するので、ピエゾ素子の使用状態が変化する場合であっても、ピエゾ素子を適切なタイミングで交換又はメンテナンスできるようになる。

【0010】

前記寿命算出部は、予め取得された前記ピエゾ素子の想定寿命と前記駆動情報とに基づいて、前記消費寿命又は前記残存寿命を算出することが望ましい。
ここで、予め取得されたピエゾ素子の想定寿命としては、信頼性試験により予め求められた標準となる寿命を用いることができる。この標準となる寿命は、信頼性試験により予め求められた標準となる平均故障時間（以下、ＭＴＴＦｓ）であり、ピエゾ素子を稼働してから故障するまでの平均的な時間を示す。
この構成であれば、ピエゾ素子の標準となる寿命（ＭＴＴＦｓ）を用いているので、消費寿命又は残存寿命をより正確に求めることができる。

【0011】

駆動情報の具体的な実施の態様としては、前記駆動情報は、前記ピエゾ素子の駆動電圧又は前記ピエゾ素子の温度の少なくとも一方を含み、前記寿命算出部は、前記想定寿命と、前記ピエゾ素子の駆動電圧又は前記ピエゾ素子の温度の少なくとも一方とに基づいて、前記消費寿命又は前記残存寿命を算出することが望ましい。
この構成であれば、ピエゾ素子の寿命に影響を与えやすい駆動電圧又は温度に基づいて、消費寿命又は残存寿命を算出するので、消費寿命又は残存寿命をより正確に求めることができる。

【0012】

寿命算出部の具体的な実施の態様としては、前記寿命算出部は、インターバル期間毎に前記ピエゾ素子の使用開始からの総消費寿命又は前記残存寿命を算出することが考えられる。

【0013】

従来では、使用状況を加味した平均故障時間（以下、ＭＴＴＦｒ）は、ある特定の使用温度（Ｔ）及び使用電圧（Ｖ）で使用した場合の値しか求めることができない。
一方、本発明では、前記寿命算出部が、各インターバル期間における単位時間当たりの消費寿命である単位消費寿命を算出する構成としている。
例えば、各インターバル期間の駆動電圧の代表値及び温度の代表値により算出されたＭＴＴＦｒを分母とし、インターバル期間の時間を分子とする。これにより、単位時間当たりの消費寿命である単位消費寿命（以下、ＭＴＴＦｍ）を求めることができる。
このインターバル期間毎に求められたＭＴＴＦｍを合計すると、この合計値（以下、ＭＴＴＦｃ）は、ピエゾ素子の使用開始からの総消費寿命となる。ＭＴＴＦｃが１になると、使用状況を加味した想定寿命（平均故障時間）に到達したことになる。

【0014】

消費寿命又は残存寿命の具体的な算出方法としては、前記駆動情報取得部は、サンプリングタイム毎に前記駆動情報を取得するものであり、前記寿命算出部は、複数の前記駆動情報の代表値を用いて、前記消費寿命又は前記残存寿命を算出することが考えられる。

【0015】

本発明のピエゾ素子診断装置は、前記寿命算出部により算出された前記消費寿命又は前記残存寿命と所定の閾値とを比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて警報を出力する警報出力部をさらに備えていることが望ましい。
この構成であれば、ユーザに対してピエゾ素子の交換時期やメンテナンス時期等を報知することができ、ピエゾ素子の交換やメンテナンス等を促すことができる。

【0016】

ピエゾ素子の交換に伴う管理の具体的な実施の態様としては、本発明に係るピエゾ素子診断装置は、診断対象のピエゾ素子が交換されたことを示す交換信号を受け付ける交換信号受付部と、前記交換信号を受け付けると、前記寿命算出部により算出された前記消費寿命又は前記残存寿命をリセットするリセット部とをさらに備えることが望ましい。

【0017】

本発明に係るピエゾ素子診断装置は、診断対象のピエゾ素子が交換された場合に、交換後のピエゾ素子を自動認識する自動認識部をさらに備え、前記寿命算出部は、前記交換後のピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出することが望ましい。
この構成であれば、交換後のピエゾ素子を自動認識するので、新しいピエゾ素子への交換に伴う管理を低減することができる。

【0018】

前記寿命算出部により得られた前記消費寿命又は前記残存寿命の変化に基づいて、将来の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命予測部をさらに備えることが望ましい。
この構成であれば、新しいピエゾ素子の事前準備や、ピエゾ素子の交換やメンテナンス等の計画を事前に作成することができる。

【0019】

また、本発明に係るピエゾ素子診断方法は、装置に組み込まれたピエゾ素子を診断するピエゾ素子診断方法であって、前記ピエゾ素子の駆動情報を取得し、前記駆動情報に基づいて、前記ピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出することを特徴とする。

【0020】

さらに、本発明に係るピエゾ素子診断プログラムは、装置に組み込まれたピエゾ素子を診断するピエゾ素子診断プログラムであって、前記ピエゾ素子の駆動情報を取得する駆動情報取得部としての機能と、前記駆動情報に基づいて、前記ピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命算出部としての機能とをコンピュータに備えさせることを特徴とする。

【0021】

なお、ピエゾ素子診断プログラムは、電子的に配信されるものであってもよいし、ＣＤ、ＤＶＤ又はフラッシュメモリ等のプログラム記録媒体に記録されたものであってもよい。その他、エッジ処理（生データをクラウドにアップロードして、演算はサーバで行う処理）を行う構成としてもよい。エッジ処理を行う構成によってデータの蓄積が可能となり、残存寿命を算出する場合でも、全データを参照できる等メリットがある。

【0022】

また、本発明に係る流体制御装置は、ピエゾ素子によって弁体が弁座に対して駆動されるピエゾバルブと、前記ピエゾバルブの開度を制御するバルブ制御部と、上述したピエゾ素子診断装置とを備えることを特徴とする。

【0023】

さらに、本発明に係る気化システムは、液体原料を気化する気化部と、前記気化部により気化されたガスの流量を制御する流体制御装置と、上述したピエゾ素子診断装置とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

このように本発明によれば、駆動情報に基づいてピエゾ素子の消費寿命又は残存寿命を算出するので、ピエゾ素子の使用状態が変化する場合であっても、ピエゾ素子を適切なタイミングで交換又はメンテナンスできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係る気化システムの構成を模式的に示す図である。

【図2】同実施形態の制御装置及びピエゾ素子診断装置の機能ブロック図である。

【図3】変形実施形態の制御装置及びピエゾ素子診断装置の機能ブロック図である。

【図4】変形実施形態の制御装置及びピエゾ素子診断装置の機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に、本発明に係るピエゾ素子診断装置を組み込んだ気化システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

【0027】

＜１．気化システム１００の基本構成＞
本実施形態の気化システム１００は、例えば半導体製造ライン等に組み込まれて、半導体製造プロセスを行うチャンバに所定流量のガスを供給するためのものである。

【0028】

具体的に気化システム１００は、図１に示すように、液体材料を気化する気化部２と、気化部２により気化されたガス（以下、材料ガス）の流量を制御するマスフローコントローラ３と、気化部２やマスフローコントローラ３等の動作を制御する制御装置４とを具備している。

【0029】

気化部２は、液体材料を例えばベーキング方式により気化する気化器２１と、気化器２１への液体材料の供給量を制御する供給量制御機器２２と、気化器２１に供給される液体材料を所定の温度に予熱する予熱器２３とを備えている。これらの気化器２１、供給量制御機器２２及び予熱器２３は、内部に流路が形成された本体ブロック５に取り付けられる。なお、気化部２は、予熱器２３を有さない構成としてもよい。

【0030】

気化器２１は、内部に液体材料を貯留する貯留容器２１１と、貯留容器２１１に設けられて液体材料を気化させるための気化ヒータ２１２とを有する。貯留容器２１１には、貯留された液体材料の貯留量を検知するための液面センサ２１３が設けられている。なお、液面センサ２１３としては、自己発熱式、液温測定式、磁気式、静電容量式、超音波式など、種々のタイプのものを用いることができる。

【0031】

供給量制御機器２２は、電磁開閉弁である。この電磁開閉弁２２が、本体ブロック５に形成された流路を開放又は閉塞して、液体材料を気化器２１へ供給する又はその供給を停止するように構成されている。なお、供給量制御機器２２は、例えばピエゾバルブ等の制御弁や、マスフローコントローラなどであっても良い。

【0032】

予熱器２３は、内部に液体材料が流れる流路が形成された予熱ブロック２３１と、予熱ブロック２３１に設けられて液体材料を予熱するための予熱ヒータ２３２とを有する。この予熱器２３によって、液体材料は気化直前の温度（沸点未満）まで加熱される。

【0033】

以上のように構成した気化部２により、本体ブロック５の液体材料導入ポートＰ１から導入された液体材料は、予熱器２３の予熱ブロック２３１の流路を流れて予熱される。予熱器２３により予熱された液体材料は、電磁開閉弁２２が制御されることにより、気化器２１に導入される。そして、気化器２１では液体材料が常時貯留された状態となり、液体材料が気化されてその材料ガスが連続的に生成されて、マスフローコントローラ３に連続的に導出される。

【0034】

次に、マスフローコントローラ３について説明する。
マスフローコントローラ３は、気化部２の下流側に設けられて、気化部２により生成された材料ガスの流量を制御するものである。具体的にマスフローコントローラ３は、流路を流れる材料ガスを検知する流体検知機器３１と、流路を流れる材料ガスの流量を制御するピエゾバルブ３２とを備えている。

【0035】

これらの流体検知機器３１及びピエゾバルブ３２は、本体ブロック５に取り付けられる。具体的に流体検知機器３１及びピエゾバルブ３２は、本体ブロック５において気化部２の下流側に取り付けられる。また、本体ブロックＢは、液体材料導入ポートＰ１が下側に位置し、材料ガス導出ポートＰ２が上側に位置するように、その長手方向が上下方向（鉛直方向）を向くように半導体製造ライン等に設置される。

【0036】

流体検知機器３１は、本体ブロック５の流路に設けられた流体抵抗（不図示）の上流側圧力を検出する例えば静電容量型の第１圧力センサ３１１及び流体抵抗の下流側圧力を検出する例えば静電容量型の第２圧力センサ３１２である。なお、本実施形態の流体検知機器３１は、差圧式の流量センサを構成するものであるが、一対の発熱抵抗体を用いた熱式の流量センサを構成するものであっても良い。

【0037】

ピエゾバルブ３２は、本体ブロック５の流路を流れる材料ガスの流量を制御するものである。このピエゾバルブ３２は、ピエゾ素子３２１によって弁体が弁座に対して駆動されるものである。本実施形態のピエゾバルブ３２は、所謂ノーマルオープンタイプ（常時開放型）のものであるが、ノーマルクローズタイプ（常時閉塞型）のものであっても良い。

【0038】

次に、制御装置４について説明する。
制御装置４は、気化部２やマスフローコントローラ３等の動作を制御して、チャンバに所定流量のガスを供給するように構成されている。

【0039】

具体的に制御装置４は、ＣＰＵ、メモリ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、入力手段等を有したコンピュータであり、メモリに格納されたプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器が協働することにより、図２に示すように、設定流量受付部４ａ、流量算出部４ｂ及びバルブ制御部４ｃ等としての機能を有するものである。その他、制御装置４は、液面センサ２１３の検出信号に基づいて、電磁開閉弁２２を制御する。

【0040】

設定流量受付部４ａは、例えばキーボード等の入力手段によるユーザの入力操作や他機器から送信された設定流量を示す設定流量信号を受け付けるものである。

【0041】

流量算出部４ｂは、流体検知機器３１からの出力信号を取得して、気化部２から導出する材料ガスの流量を算出するものである。なお、流量算出部４ｂは、マスフローコントローラ３に設けて、流体検知機器３１とともに流量センサを構成しても良い。

【0042】

バルブ制御部４ｃは、設定流量と流量算出部４ｂにより算出された測定流量とに基づいてピエゾバルブ３２を制御するものであり、ここでは測定流量が設定流量となるようにピエゾバルブ３２に駆動信号を出力して弁開度をフィードバック制御する。

【0043】

＜２．ピエゾ素子の寿命診断機能＞
しかして、本実施形態の制御装置４は、ピエゾバルブ３２に組み込まれたピエゾ素子を診断するピエゾ素子診断機能を有している。つまり、制御装置４にピエゾ素子診断装置１０の機能が実装されている。

【0044】

具体的に制御装置４は、メモリに格納されているピエゾ素子診断プログラムに従って、駆動情報取得部４ｄ、寿命算出部４ｅ、寿命関連データ格納部４ｆ、比較部４ｇ及び警報出力部４ｈ等としての機能を発揮する。

【0045】

駆動情報取得部４ｄは、ピエゾ素子３２１の駆動履歴等の駆動情報を取得するものである。また、駆動情報取得部４ｄは、所定のサンプリングタイム（例えば１００ｍｓｅｃ）毎に駆動情報を取得する。本実施形態の駆動情報は、ピエゾ素子３２１に印加される駆動電圧及びピエゾ素子３２１の温度である。

【0046】

ここで、駆動電圧は、バルブ制御部４ｃ又は駆動回路（不図示）から取得することができる。また、ピエゾ素子３２１の温度は、ピエゾ素子３２１に周囲に設けられた温度センサ（不図示）から取得することができる。なお、ピエゾ素子３２１の温度は、ピエゾ素子３２１自体の温度の他に、ピエゾ素子３２１の周囲温度、ピエゾバルブ３２の温度又はピエゾバルブ３２の周囲温度等であっても良い。

【0047】

寿命算出部４ｅは、駆動情報に基づいてピエゾ素子３２１の消費寿命又は残存寿命を算出するものである。本実施形態の寿命算出部４ｅは、ピエゾ素子３２１の駆動電圧又はピエゾ素子３２１の温度の少なくとも一方に基づいてピエゾ素子３２１の消費寿命又は残存寿命を算出する。

【0048】

ここで、ピエゾ素子３２１の消費寿命は、使用開始（出荷後最初の使用）からの消費寿命である総消費寿命又は単位時間当たりの消費寿命である単位消費寿命を含む。また、消費寿命は、消費した時間（稼働時間）又は消費した割合（想定寿命に対する割合）等である。なお、稼働時間には、単純にピエゾ素子を稼働した時間、又は、ある駆動条件（駆動電圧又は駆動温度等）で使用した場合に換算した換算稼働時間等を含む。本実施形態の消費寿命は、後述するように信頼性試験により予め求められた標準となる平均故障時間（ＭＴＴＦｓ）から求められるものである。また、残存寿命は、積算した消費寿命（総消費寿命）から求まる残存する時間（稼働時間）又は残存する割合（想定寿命に対する割合）等である。

【0049】

具体的に寿命算出部４ｅは、予め取得されたピエゾ素子３２１の想定寿命と駆動情報とに基づいて、消費寿命又は残存寿命を算出する。本実施形態の寿命算出部４ｅは、予め取得された想定寿命と、ピエゾ素子３２１の駆動電圧及びピエゾ素子３２１の温度とに基づいて、消費寿命又は残存寿命を算出する。ここで、予め取得された想定寿命は、信頼性試験により予め求められた標準となる平均故障時間（ＭＴＴＦｓ）である。

【0050】

また、寿命算出部４ｅは、複数のサンプリングタイム（１００ｍｓｅｃ）を含むインターバル期間（例えば１ｈｏｕｒ）毎に消費寿命又は残存寿命を算出する。なお、インターバル期間は、毎回同じである他に、毎回異なっていてもよいし、使用開始からの経過時間に応じて異なるようにしてもよい。

【0051】

さらに、寿命算出部４ｅは、各インターバル期間に含まれる複数の駆動情報（駆動電圧及び温度）の代表値を用いて、消費寿命又は残存寿命を算出する。ここで、複数の駆動情報の代表値としては、平均値であっても良いし、中央値であっても良いし、その他、複数の駆動情報から求まる演算値であっても良い。

【0052】

そして、寿命算出部４ｅは、インターバル期間毎に、各インターバル期間における単位時間当たりの消費寿命である単位消費寿命を算出する。具体的に寿命算出部４ｅは、次式で定義される単位消費寿命（以下、ＭＴＴＦｍ）を算出する。なお、ＭＴＴＦｍは、ピエゾ素子３２１の使用状況を加味した想定寿命（平均故障時間）に対するピエゾ素子３２１のインターバル期間で消費した時間（稼働時間）の割合を示すものである。

【0053】

【数1】

【0054】

Ｔ_ｉｎｔは、インターバル期間の時間［ｈｏｕｒ］であり、本実施形態では１時間である。また、ＭＴＴＦｓは、信頼性試験により予め求められた標準となる平均故障時間である。

【0055】

Ａｖ（ｍ）は、ｍ番目のインターバル期間に含まれる複数の駆動電圧の代表値（Ｖ_Ｒ）により求まる加速係数である。ここで、加速係数Ａｖは、例えば（Ｖ_０／Ｖ_Ｒ）^ｋ１と示すことができる。Ｖ_０は標準となる平均故障時間を求めた際の標準となる電圧である。ｋ１は、ユーザにより設定される係数である。

【0056】

Ａｔ（ｍ）は、ｍ番目のインターバル期間に含まれる複数の温度の代表値（Ｔ_Ｒ）により求まる加速係数である。ここで、加速係数Ａｔは、例えばｋ２^{（Ｔ０－Ｔ）／１０}と示すことができる。Ｔ_０は標準となる平均故障時間を求めた際の標準となる温度である。ｋ２は、ユーザにより設定される係数である。なお、ＭＴＴＦｍの算出において、駆動電圧又は温度の一方には、予め設定した固定値を用いてもよい。

【0057】

そして、寿命算出部４ｅは、インターバル期間毎に求めたＭＴＴＦｍを合計する。この合計値（以下、ＭＴＴＦｃ）は、ピエゾ素子３２１の使用開始からの総消費寿命を表すものであり、以下の式で示される。つまり、本実施形態の寿命算出部４ｅは、以下のＭＴＴＦｃをインターバル期間毎に算出する。なお、ＭＴＴＦｃは、ピエゾ素子３２１の使用状況を加味した想定寿命（平均故障時間）に対するピエゾ素子３２１の消費した総時間（総稼働時間）の割合を示すものである。

【0058】

【数2】

【0059】

なお、上記のＭＴＴＦｃが１のときに使用状況を加味した想定寿命（平均故障時間）に到達したことになる。

【0060】

また、寿命算出部４ｅは、算出した単位消費寿命（ＭＴＴＦｍ）又は総消費寿命（ＭＴＴＦｃ）をユーザ端末等のディスプレイに出力して表示することもできる。ここで、算出した単位消費寿命（ＭＴＴＦｍ）を出力することによって、使用状況の判断やピエゾ素子３２１の傾向を掴むことが可能となる。

【0061】

寿命関連データ格納部４ｆは、ピエゾ素子３２１の寿命診断に必要な各種データを格納するものである。本実施形態の寿命関連データは、例えば不揮発性メモリにより構成されている。

【0062】

具体的に寿命関連データ格納部４ｆは、ピエゾ素子３２１に印加される駆動電圧、ピエゾ素子３２１の温度、ＭＴＴＦｓ、ＭＴＴＦｍ、ＭＴＴＦｃ、Ａｖ、Ａｔの各係数（ｋ１、ｋ２等）、後述するアラーム出力及びエラー出力の各閾値等を格納する。

【0063】

ここで、格納される駆動電圧は、各インターバル期間又は直前のインターバル期間に含まれる駆動電圧の代表値である。格納されるピエゾ素子３２１の温度は、各インターバル期間又は直前のインターバル期間に含まれる温度の代表値である。これら駆動電圧の代表値及び温度の代表値は、インターバル期間の経過毎（例えば１時間毎）に格納される。なお、格納される駆動電圧又は温度は、代表値ではなく、各サンプリングタイムにおける値であっても良い。また、寿命算出部４ｅにおいて駆動電圧又は温度に固定値を用いる場合には、その固定値が格納される。

【0064】

また、格納されるＭＴＴＦｓは、信頼性試験により予め求められた標準値である。格納されるＭＴＴＦｍは、前回保存された値である。なお、各インターバル期間のＭＴＴＦｍを格納しても良い。さらに、格納されるＭＴＴＦｃは、前回までの合計値である。これらＭＴＴＦｍ及びＭＴＴＦｃは、インターバル期間の経過毎（例えば１時間毎）に格納される。

【0065】

比較部４ｇは、寿命算出部４ｅにより算出された消費寿命又は残存寿命と所定の閾値とを比較するものである。本実施形態の比較部４ｇは、算出された総消費寿命と所定の閾値とを比較するものである。また、比較部４ｇは、算出された総消費寿命と、アラーム出力するための第１の閾値及びエラー出力するための第２の閾値とを比較する。

【0066】

本実施形態の寿命算出部４ｅは、総消費寿命（ＭＴＴＦｃ）を算出するものであることから、第１の閾値及び第２の閾値は、総消費寿命（ＭＴＴＦｃ）に対する閾値となる。例えば、アラーム出力するための第１の閾値は０．６であり、エラー出力するための第２の閾値は０．８である。そして、比較部４ｇは、インターバル期間の経過毎（例えば１時間毎）に、ＭＴＴＦｃと各閾値との比較を行う。

【0067】

警報出力部４ｈは、比較部４ｇの比較結果（ＭＴＴＦｃ≧第１の閾値、ＭＴＴＦｃ≧第２の閾値）に基づいて、アラーム又はエラーを出力するものである。警報出力部４ｈの具体例としては、音又は光を発する報知機器を制御する信号を出力する構成であっても良いし、ユーザ端末等のディスプレイにアラーム表示又はエラー表示するものであっても良い。

【0068】

＜３．本実施形態の効果＞
このように本実施形態における気化システム１００によれば、駆動情報に基づいてピエゾ素子３２１の消費寿命又は残存寿命を算出するので、ピエゾ素子の使用状態が変化する場合であっても、ピエゾ素子３２１を適切なタイミングで交換又はメンテナンスできるようになる。ここで、信頼性試験により予め求められた標準となる平均故障時間（ＭＴＴＦｓ）を用いてピエゾ素子３２１の消費寿命又は残存寿命を算出しているので、消費寿命又は残存寿命をより正確に求めることができる。また、ピエゾ素子３２１の寿命に影響を与えやすい駆動電圧又は温度に基づいて、消費寿命又は残存寿命を算出するので、消費寿命又は残存寿命をより正確に求めることができる。

【0069】

＜４．その他の実施形態＞
例えば、寿命算出部４ｅは、ピエゾ素子３２１の総消費寿命として割合ではなく時間を求めてもよい。この場合、使用した時間は、前記実施形態におけるインターバル期間の時間の合計となる。例えば１時間毎にインターバル期間が設定されている場合、何回インターバルがあったかを記録しておくことで、使用した時間（単純にピエゾ素子を稼働した時間）を算出することができる。

【0070】

また、より正確に総消費寿命を算出するためには、寿命算出部４ｅは、ある駆動条件（駆動電圧又は駆動温度等）で使用した場合に換算した換算稼働時間を算出することもできる。具体的に寿命算出部４ｅは、ある駆動電圧及び温度で使用した場合の平均故障時間（ＭＴＴＦｒ）に、数２で求めた総消費寿命（ＭＴＴＦｃ）を掛けることにより、換算稼働時間を消費寿命として算出することができる。

【0071】

また、前記実施形態の寿命算出部４ｅは、ピエゾ素子３２１の総消費寿命（ＭＴＴＦｃ）を算出するものであったが、当該総消費寿命（ＭＴＴＦｃ）を１から差し引くことによって、残存寿命（１－ＭＴＴＦｃ）を算出しても良い。この場合、算出される残存寿命は割合である。

【0072】

さらに、寿命算出部４ｅは、残存寿命として時間を求めてもよい。例えばＭＴＴＦｍが０．４の場合、残存寿命は０．６となり、この０．６を時間に換算する必要がある。この場合、ＭＴＴＦｍの計算式と、例えば直近のインターバル期間における駆動電圧の代表値及び温度の代表値とを用いて残存する時間を算出することができる。残存寿命（割合）が０．６の場合には、以下の式により、残存する時間αを求めることができる。
０．６＝α／（ＭＴＴＦｓ×Ａｖ×Ａｔ）
ここで、Ａｖ、Ａｔには、直近のインターバル期間における駆動電圧の代表値及び温度の代表値を用いる。また、Ａｖ、Ａｔには、過去の任意のインターバル期間における駆動電圧の代表値及び温度の代表値を用いることもできる。その他、Ａｖ、Ａｔには、予め設定した固定値を用いることもできる。

【0073】

前記実施形態の寿命算出部４ｅは、ピエゾ素子３２１の単位消費寿命及び総消費寿命の両方を算出するものであったが、単位消費寿命又は総消費寿命の何れか一方のみを算出する構成であってもよい。単位消費寿命のみを算出する構成であっても、当該単位消費寿命の変化を見ることで、使用状況の判断やピエゾ素子３２１の傾向を掴むことが可能となる。

【0074】

前記実施形態では、比較部４ｇ及び警報出力部４ｈを有する構成であったが、これらを有さない構成としてもよい。この場合、寿命算出部４ｅが算出した総消費寿命又は残存寿命をユーザ端末等のディスプレイに出力することにより、ユーザはピエゾ素子を適切なタイミングで交換又はメンテナンスすることができる。

【0075】

また、ピエゾバルブ３２（ピエゾ素子３２１）の駆動回数、駆動時間又は累積駆動量（累積移動量）等から想定寿命を求めておき、寿命算出部４ｅは、その想定寿命と駆動情報とに基づいて、消費寿命又は残存寿命を算出するものであっても良い。

【0076】

さらに、制御装置４（ピエゾ素子診断装置１０）は、図３に示すように、診断対象のピエゾ素子が交換されたことを示す交換信号を受け付ける交換信号受付部４ｉと、交換信号を受け付けると、寿命算出部４ｅにより算出された消費寿命又は残存寿命をリセットするリセット部４ｊとを備える構成としても良い。なお、交換信号は、ユーザが入力手段を用いて入力することが考えられる。

【0077】

また、制御装置４（ピエゾ素子診断装置１０）は、図３に示すように、交換信号受付部４ｉの代わりに、診断対象のピエゾ素子３２１が交換された場合に、交換後のピエゾ素子３２１を自動認識する自動認識部４ｋを備える構成としても良い。自動認識部４ｋは、ピエゾ素子３２１を有するピエゾバルブ３２又はマスフローコントローラ３（流体制御装置）が交換された場合に、交換後のピエゾバルブ３２又はマスフローコントローラ３から送信される識別情報を受信することによって、交換後のピエゾ素子３２１を自動認識することが考えられる。これらの場合、寿命算出部４ｅは、自動認識部４ｋにより自動認識された交換後のピエゾ素子３２１の消費寿命又は残存寿命を算出する。また、自動認識部４ｋにより自動認識する場合には、リセット部４ｊにより情報をリセットすること無く、識別情報毎に寿命関連データを管理するように構成しても良い。

【0078】

さらに、制御装置４（ピエゾ素子診断装置１０）は、図４に示すように、寿命算出部４ｅにより得られた消費寿命又は残存寿命の変化に基づいて、将来の消費寿命又は残存寿命を算出する寿命予測部４ｍをさらに備えていても良い。具体的に寿命予測部４ｍは、寿命算出部４ｅにより算出された消費寿命又は残存寿命の変化に加えて、ピエゾ素子の駆動頻度等の駆動履歴に基づいて、将来の消費寿命又は残存寿命を算出する。この寿命予測部４ｍは、例えば、比較部で用いられる各閾値に到達する期間を予測することもできる。具体的には、あるインターバル期間の駆動情報で使用し続けると仮定して、例えば今の消費寿命（ＭＴＴＦｃ）が０．５の場合に、第１の閾値（０．６）に達するまで１か月等という予測をすることができる。また、寿命予測部４ｍは、平均故障期間に到達する期間を予測することもできる。さらに、寿命予測部４ｍは、警報出力部４ｈに警報指令を出すように構成することもできる。

【0079】

また、気化方式はバブリングの他に、加熱方式等のその他の気化方式であっても良い。

【0080】

加えて、前記実施形態の気化部２及びマスフローコントローラ３は、本体ブロック５に取り付けられる構成であったが、本体ブロック５をそれぞれに対応して分離した構成としても良い。また、気化部２及びマスフローコントローラ３を配管で接続する構成としても良い。

【0081】

さらに加えて、前記実施形態の気化システムは、半導体製造装置のチャンバに材料ガスを供給するものであったが、その他のチャンバに材料ガスを供給するものであっても良い。

【0082】

また、前記実施形態のピエゾ素子診断装置は、気化システムに組み込まれたものであったが、気化システムとは別の装置（モジュール）としたものであっても良い。また、ピエゾ素子診断装置は、流体制御装置とは別の装置（モジュール）としたものであっても良い。

【0083】

また、ピエゾ素子診断装置は、電圧が印加されて駆動する用途で用いられるピエゾ素子の診断の他に、圧力が加えられて電圧を出力する用途で用いられるピエゾ素子を診断するものであっても良い。

【0084】

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

【符号の説明】

【0085】

１００・・・気化システム
２ ・・・気化部
３ ・・・流体制御装置（マスフローコントローラ）
３２ ・・・ピエゾバルブ
３２１・・・ピエゾ素子
１０ ・・・ピエゾ素子診断装置
４ ・・・制御装置
４ｃ ・・・バルブ制御部
４ｄ ・・・駆動情報取得部
４ｅ ・・・寿命算出部
４ｇ ・・・比較部
４ｈ ・・・警報出力部
４ｉ ・・・交換信号受付部
４ｊ ・・・リセット部
４ｋ ・・・自動認識部
４ｌ ・・・寿命予測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】