特開 2024-79471 バルブ制御装置、バルブ制御システム、バルブ制御方法、およびバルブ制御プログラム

(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】P2024079471

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】バルブ制御装置、バルブ制御システム、バルブ制御方法、およびバルブ制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/124 20060101AFI20240604BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20240604BHJP

   F16K 51/00 20060101ALN20240604BHJP

【ＦＩ】

F16K31/124

F16K37/00 Z

F16K51/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022192442

(22)【出願日】2022-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100103872

【弁理士】

【氏名又は名称】粕川 敏夫

(74)【代理人】

【識別番号】100149456

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 喜幹

(74)【代理人】

【識別番号】100194238

【弁理士】

【氏名又は名称】狩生 咲

(74)【代理人】

【識別番号】100205648

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 真一

(72)【発明者】

【氏名】丹野 竜太郎

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 裕也

(72)【発明者】

【氏名】中田 朋貴

(72)【発明者】

【氏名】藤居 よしの

【テーマコード（参考）】

3H056

3H065

3H066

【Ｆターム（参考）】

3H056AA01

3H056BB02

3H056CA03

3H056CB03

3H056CC13

3H056CD03

3H056GG03

3H065AA01

3H065BB11

3H065CA01

3H065CA03

3H065CA07

3H066AA01

3H066BA21

(57)【要約】

【課題】 簡易な構成でバルブの動作時間を精密に調整できる。
【解決手段】
バルブＶの操作圧と、バルブの弁の開閉状態と、に基づいてバルブの動作時間を測定する動作時間測定部８１と、動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、制御装置から送信されるバルブへの開指令を遅延させてバルブに送信する指令制御部８３と、を備える、バルブ制御装置８０。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブの操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記バルブの動作時間を測定する動作時間測定部と、
前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、制御装置から送信される前記バルブへの開指令を遅延させて前記バルブに送信する指令制御部と、
を備える、
バルブ制御装置。

【請求項2】

前記動作時間と前記基準時間との差異に基づいて、前記開指令を遅延させる遅延時間を決定する遅延時間決定部、をさらに備え、
前記指令制御部は、前記遅延時間だけ前記開指令を遅延させる、
請求項１記載のバルブ制御装置。

【請求項3】

前記遅延時間決定部は、前記操作圧が上昇する所定の時点から前記上昇に応じた弁開動作が検出される所定の時点までの時間を前記動作時間として参照し、前記動作時間と、前記基準時間と、に基づいて前記遅延時間を決定する、
請求項２記載のバルブ制御装置。

【請求項4】

前記遅延時間決定部は、前記操作圧が上昇する所定の時点から前記上昇に応じた弁開動作が検出される所定の時点までの時間を前記動作時間として参照し、前記操作圧が低下する所定の時点から前記低下に応じた弁閉動作が検出される所定の時点までの時間を第２動作時間として参照し、前記動作時間と、前記基準時間と、前記第２動作時間と、所定の第２基準時間と、に基づいて前記遅延時間を決定する、
請求項２記載のバルブ制御装置。

【請求項5】

バルブの操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記バルブの動作時間を測定する動作時間測定ステップと、
前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、制御装置から送信される前記バルブへの開指令を遅延させて前記バルブに送信する開指令制御ステップと、
を含む、
バルブ制御方法。

【請求項6】

バルブの操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記バルブの動作時間を測定する動作時間測定命令と、
前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、制御装置から送信される前記バルブへの開指令を遅延させて前記バルブに送信する開指令制御命令と、
をコンピュータに実行させる、
バルブ制御プログラム。

【請求項7】

バルブと、
前記バルブに開指令を送信する制御装置と、
前記バルブに加圧させる操作圧が変化する所定の時点から前記変化に応じた動作が検出される所定の時点までの時間を動作時間として調整するバルブ制御装置と、
を備えるバルブ制御システムであって、
前記バルブは、
前記操作圧に応じて弁を開閉することで、流路における流体の流通および遮断を制御する弁と、
前記バルブに加圧された前記操作圧を計測する操作圧センサと、
少なくとも前記弁の開閉状態を検出する開閉センサと、
を備え、
前記バルブ制御装置は、
前記操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記動作時間を測定する動作時間測定部と、
前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、前記制御装置から送信される前記バルブへの前記開指令を遅延させて前記バルブに送信する指令制御部と、
を備える、
バルブ制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バルブにより制御されるプロセスガスの流量を一定するために、バルブの応答時間を調整するバルブ制御装置、バルブ制御システム、バルブ制御方法、およびバルブ制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハの表面に薄膜を形成する成膜処理においては薄膜の微細化が求められ、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。
そのような薄膜の微細化はバルブに今まで以上の高頻度かつ精密な開閉動作を要求している。この点、バルブでは、制御装置から電磁弁に開閉指令の信号を送信し、その指令に伴って開閉弁に操作圧を供給又は排出する構成となっている。

【0003】

しかしながら、開閉指令の信号に対するバルブの応答時間は、Ｏリングの摩耗等に起因するバルブの経年劣化により変化するおそれがある。応答時間の変化は、バルブの開放時間を変化させるため、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、所望の流量を実現できるよう応答時間を精密に調整するシステムが必要とされている。

【0004】

この点、特許文献１では、圧力センサ、温度センサおよびリミットスイッチによって検出されたデータを処理する情報処理モジュールが内部に収容されるバルブが開示されている。特許文献２には、受圧空間の圧力を検知する第１圧力センサ、非受圧空間の圧力を検知する第２圧力センサ、およびピストンとの距離を検知する位置センサ、の３個のセンサで異常を検知する流体駆動弁が開示されている。特許文献３には、高気密性のゲートバルブに対し、複数の圧力センサ、振動センサおよび位置センサ等を配置し、ゲートバルブの異常の有無を判定する制御方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開２０１８／１６８８７２号公報

【特許文献2】特許第７１３６４６９号公報

【特許文献3】特許第６５６４５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、簡易な構成でバルブの応答時間を精密に調整することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係るバルブ制御装置は、バルブの操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記バルブの動作時間を測定する動作時間測定部と、前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、制御装置から送信される前記バルブへの開指令を遅延させて前記バルブに送信する指令制御部と、を備える。

【0008】

前記動作時間と前記基準時間との差異に基づいて、前記開指令を遅延させる遅延時間を決定する遅延時間決定部、をさらに備え、前記指令制御部は、前記遅延時間だけ前記開指令を遅延させるものとしてもよい。

【0009】

前記遅延時間決定部は、前記操作圧が上昇する所定の時点から前記上昇に応じた弁開動作が検出される所定の時点までの時間を前記動作時間として参照し、前記動作時間と、前記基準時間と、に基づいて前記遅延時間を決定するものとしてもよい。

【0010】

前記遅延時間決定部は、前記操作圧が上昇する所定の時点から前記上昇に応じた弁開動作が検出される所定の時点までの時間を前記動作時間として参照し、前記操作圧が低下する所定の時点から前記低下に応じた弁閉動作が検出される所定の時点までの時間を第２動作時間として参照し、前記動作時間と、前記基準時間と、前記第２動作時間と、所定の第２基準時間と、に基づいて前記遅延時間を決定するものとしてもよい。

【0011】

上記目的を達成するため、本発明の別の観点に係るバルブ制御方法は、バルブの操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記バルブの動作時間を測定する動作時間測定ステップと、前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、制御装置から送信される前記バルブへの開指令を遅延させて前記バルブに送信する開指令制御ステップと、を含む。

【0012】

上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るバルブ制御プログラムは、バルブの操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記バルブの動作時間を測定する動作時間測定命令と、前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、制御装置から送信される前記バルブへの開指令を遅延させて前記バルブに送信する開指令制御命令と、をコンピュータに実行させる。

【0013】

上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係るバルブ制御システムは、バルブと、前記バルブに開指令を送信する制御装置と、前記バルブに加圧させる操作圧が変化する所定の時点から前記変化に応じた動作が検出される所定の時点までの時間を動作時間として調整するバルブ制御装置と、を備えるバルブ制御システムであって、前記バルブは、前記操作圧に応じて弁を開閉することで、流路における流体の流通および遮断を制御する弁と、前記バルブに加圧された前記操作圧を計測する操作圧センサと、少なくとも前記弁の開閉状態を検出する開閉センサと、を備え、前記バルブ制御装置は、前記操作圧と、前記バルブの弁の開閉状態と、に基づいて前記動作時間を測定する動作時間測定部と、前記動作時間と、所定の基準時間と、に基づいて、前記制御装置から送信される前記バルブへの前記開指令を遅延させて前記バルブに送信する指令制御部と、を備える。

【0014】

なお、コンピュータプログラムは、各種のデータ読取可能な記録媒体に格納して提供したり、インターネット等のネットワークを介してダウンロード可能に提供したりすることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係るバルブ制御装置によれば、簡易な構成でバルブの応答時間を精密に調整できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。
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。

【0018】

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。

【0019】

●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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

●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。

【0023】

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。

【0024】

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が貫通される貫挿孔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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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が貫挿されている。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なるセンサホルダ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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

●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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

●アクチュエータ部５
図２に示すように、アクチュエータ部５は、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。

【0044】

アクチュエータ部５の内部には、ロッド４３１と係合するピストン５４が上下に一つずつ、上下方向に摺動自在に設けられている。
ピストン５４が設けられている空間は、操作圧室５２と大気室５５とに区画される。

【0045】

操作圧室５２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は、アクチュエータ部５の上部又は側方に形成された空気排出路５５１を通じて大気と連通している。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

●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。

【0049】

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。

【0050】

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、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と共にバルブボディ部１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。
磁気センサＭは、位置センサの例であり、少なくとも弁の開閉状態を検出する開閉センサの例である。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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

●制御部
図５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バルブ制御装置８０と通信する通信処理部７０を有する。図５の例においては、バルブＶとバルブ制御装置８０とは、ネットワークＮＷを介して接続されている。また、制御装置１００は、バルブ制御装置８０に接続され、バルブＶの開閉を制御する開指令および閉指令を送信する。開指令および閉指令は、バルブ制御装置８０を介して電磁弁Ｂに伝達される。電磁弁Ｂは駆動流体の流路中に配設され、駆動流体の開閉に応じてバルブＶが開閉する。

【0055】

●バルブ制御装置８０
バルブ制御装置８０は、例えばサーバであり、１又は複数のハードウェア構成により実現される。また、バルブ制御装置８０は、一部又は全部の機能部がクラウドコンピューティングにより構成されていてもよい。
バルブ制御装置８０は、CPU（Central Processing Unit）、CPUが実行するコンピュータプログラム、コンピュータプログラムや所定のデータを記憶するRAM（Random Access Memory）やROM（Read Only Memory）などにより、主として、動作時間測定部８１、遅延時間決定部８２、指令制御部８３及び通信処理部８４からなる機能ブロックを構成する。

【0056】

動作時間測定部８１は、バルブＶに加圧される操作圧と、バルブＶの弁の開閉状態と、に基づいてバルブＶの動作時間を測定する機能部である。動作時間は、例えば、バルブＶに操作圧が加圧された所定の時点から、バルブＶの開動作中の所定の時点までの時間である。

【0057】

図６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の出力値を示している。このグラフによれば、電磁弁Ｂに開指令が出され、操作圧室５２に操作圧が導入されると、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、電磁弁Ｂに閉指令が出され、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、例えば図６における時間ｔ１が弁開動作時の動作時間、時間ｔ２が弁閉動作時の第２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６の左右に示す軸の値はあくまで例示である。動作時間測定部８１は、通信処理部８４を介してバルブＶから取得する、操作圧センサＤおよび磁気センサＭの測定結果を参照し、動作時間を取得する。

【0058】

遅延時間決定部８２は、動作時間測定部８１により測定される動作時間と、基準時間と、の差異に基づいて、電磁弁Ｂへ送信される開指令の遅延時間を決定する機能部である。具体的には、遅延時間は、「基準時間―動作時間」の式から求められる絶対値である。基準時間は、バルブＶへの加圧から開動作までに要する時間の適正値である。基準時間は、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。また、基準時間は、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、格納した値であってもよい。さらに、基準時間は、バルブＶの動作時間の設計値であってもよい。

【0059】

動作時間は、主にＯリングＯ２（図２参照）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の開閉指令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（なお、以下において弁閉時の動作時間を「第２動作時間」と称することがある）。そのため、上記の「基準時間―動作時間」で求められる遅延時間について、「基準時間―動作時間＝遅延時間＞０」となり、後述する指令制御部８３によって、遅延時間分だけ開指令を遅らせることで、弁開時の動作時間を基準時間と一致させることができる。
また、本構成のようなノーマルクローズのバルブにおいては、Ｏリングの摩擦力とバネの付勢力等の関係による影響で弁閉動作よりも弁開動作の応答速度の方が遅い傾向にある。即ち、本実施形態に係るバルブＶで言えば、バネ４４は常時閉方向に付勢しているため、操作圧室５２に操作圧を溜めてバネ４４の付勢力やＯリングＯ２の摩擦力に打ち勝つ力を溜めて弁開する時間よりも、閉動作において、操作圧室５２から操作圧が抜け、ＯリングＯ２の摩擦力に打ち勝ってバネ４４の付勢力により弁閉する時間の方が速い。そのため、ＯリングＯ２の摩耗等によって動作時間にズレが生じやすいのは弁開動作となる。

【0060】

指令制御部８３は、制御装置１００から送信されるバルブへの開指令又は閉指令を遅延させて電磁弁Ｂに送信する機能部である。例えば、指令制御部８３は、制御装置１００から開指令を受信すると、遅延時間決定部８２により決定された遅延時間の分だけ待機した後に、開指令を電磁弁Ｂに送信する。

【0061】

そこで、遅延時間決定部８２は、操作圧が加圧されて変化した時点から、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の時点までの動作時間を基準時間と比較し、動作時間および基準時間の差異に基づいて遅延時間を決定する。この構成によれば、バルブＶの開放時点を遅らせ、バルブＶの弁開時間を短縮させることができる。ひいては、経年劣化等により動作時間が速くなったバルブＶであっても、バルブＶにより制御されるプロセスガスの流量を指定量に担保することができる。

【0062】

また、動作時間測定部８１は、バルブＶに加圧された操作圧が排出した時点から、磁気センサＭの出力の変化に基づいて検出された弁閉動作の時点までの時間を弁閉時の第２動作時間として取得してもよい。遅延時間決定部８２は、この弁閉時の第２動作時間と、所定の第２基準時間の差異に基づいて、閉指令に与えられる第２遅延時間を決定する。第２基準時間は、バルブＶからの排圧から閉動作までに要する時間の適正値であり、適宜の記憶部にあらかじめ記憶されている値の他、バルブＶの使用開始時の初期状態における第２動作時間を計測し、格納した値であってもよい。さらに、第２基準時間は、バルブＶの第２動作時間の設計値であってもよい。第２基準時間は、第１基準時間とは別に設定される。また、第２遅延時間は、第１遅延時間とは独立して決定される。

【0063】

指令制御部８３は、制御装置１００から閉指令を受信すると、第２遅延時間の分だけ待機した後に、閉指令を電磁弁Ｂに送信する。このような構成によれば、弁閉時の第２動作時間が速くなったバルブＶであっても、バルブＶにより制御されるプロセスガスの流量を指定量に担保できる。

【0064】

さらに、遅延時間決定部８２は、弁開動作および弁閉動作のそれぞれの動作時間および第２動作時間を参照し、開指令の遅延時間を決定してもよい。弁閉動作は、経年劣化により動作時間が短くなることで、弁開時間を短くする。したがって、この構成によれば、弁開動作および弁閉動作と基準時間および第２基準時間に基づいてそれぞれの遅延時間、第２遅延時間を決定し、これらの遅延時間および第２遅延時間を相殺した第３遅延時間に基づいて、開指令を遅延させる。この構成によれば、より適切に弁開時間を制御することができる。また、具体的には、前述した弁閉動作と弁開動作の違いにより、「遅延時間＞第２遅延時間」となるため、第３遅延時間は「遅延時間―第２遅延時間」の式より求められる。

【0065】

通信処理部８４は、制御装置１００および電磁弁Ｂと通信を行う機能部である。通信処理部８４は、制御装置１００からの開指令および閉指令を受信する。通信処理部８４は、バルブＶの通信処理部７０から、操作圧センサＤおよび磁気センサＭの測定結果を受信する。さらに、通信処理部８４は、電磁弁Ｂに開指令および閉指令を送信する。

【0066】

●処理フロー
図７を用いて、バルブ制御装置８０が電磁弁Ｂに開指令を送信する処理フローについて説明する。
まず、バルブ制御装置８０の動作時間測定部８１により、操作圧センサＤおよび磁気センサＭの測定結果を受信し、操作圧の加圧から弁開動作までの時間、すなわち弁開時の動作時間を取得する（ステップＳ１０１）。

【0067】

次いで、遅延時間決定部８２により、動作時間と基準時間とを参照し、開指令の遅延時間を決定する（ステップＳ１０２）。

【0068】

次いで、指令制御部８３により、開指令を遅延時間の分だけ遅延させて、電磁弁Ｂに送信する（ステップＳ１０３）。そして処理は、ステップＳ１０１に戻り、以降ステップＳ１０１からＳ１０３までの処理を定期的に繰り返す。

【0069】

図８は、バルブ制御装置８０が実行する処理フローの他の実施形態であり、開指令および閉指令それぞれの動作時間を参照し、決定した遅延時間の分だけ開指令を送らせて送信する処理フローである。
まず、動作時間測定部８１により、弁開時の動作時間を算出する（ステップＳ２０１）。また、動作時間測定部８１により、操作圧センサＤおよび磁気センサＭの測定結果を受信し、操作圧が所定量排圧されてから弁閉動作までの時間、すなわち弁閉時の第２動作時間を算出する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０１およびステップＳ２０２は順不同であり、同時に行われてもよい。

【0070】

次いで、遅延時間決定部８２により、弁開時および弁閉時それぞれの動作時間および第２動作時間と、基準時間、第２基準時間を参照し、第３遅延時間を決定する（ステップＳ２０３）。

【0071】

次いで、指令制御部８３により、開指令を第３遅延時間の分だけ遅延させて、電磁弁Ｂに送信する（ステップＳ２０４）。そして処理は、ステップＳ２０１に戻り、以降ステップＳ２０１からＳ２０４までの処理を定期的に繰り返す。

【0072】

以上の本実施形態に係るバルブＶによれば、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、バルブ制御装置８０によれば、動作時間の変化に基づいて電磁弁Ｂに送信される開指令の送信時点を調整することで、簡易な構成でバルブＶの動作時間を精密に調整できる。
なお、バルブ制御装置８０の各機能部は、制御装置１００の内部に構成されていてもよい。しかしながら、バルブ制御装置８０が制御装置１００とは独立したハードウェア構成として実現されている構成によれば、任意の制御装置１００にバルブ制御装置８０を接続することによってバルブＶの動作時間を精密に調整できる。すなわち、バルブ制御装置８０によれば、制御装置１００のシステムを改変することなく動作時間を調整できるので、利便性が高い。

【0073】

なお、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（図２参照）の摩耗等の経年変化によって短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（図２参照）内でのリークが進むなどして応答速度が遅くなる傾向がみられる。そのため、応答速度の変化を監視し、応答速度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。

【0074】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0075】

Ｖ バルブ
１ バルブボディ部
１１ 基台部
１２ 円筒部
１２ａ 凹部
１２ｂ スリット
１３ シート
２ ボンネット部
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
４４ バネ
６０ フレキシブルケーブル
Ｐ 圧力センサ
Ｄ 操作圧センサ
Ｔ 温度センサ
Ｍ 磁気センサ（位置センサ、開閉センサ）
８０ バルブ制御装置
８１ 動作時間測定部
８２ 遅延時間決定部
８３ 指令制御部
８４ 通信処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】