特許7265251流体制御機器の動作分析システム、流体制御機器の動作分析方法、及びコンピュータプログラム
(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】
(24)【登録日】2023-04-18
(45)【発行日】2023-04-26
(54)【発明の名称】流体制御機器の動作分析システム、流体制御機器の動作分析方法、及びコンピュータプログラム
(51)【国際特許分類】
F16K 37/00 20060101AFI20230419BHJP
G05B 23/02 20060101ALI20230419BHJP
G01M 3/00 20060101ALI20230419BHJP
【ＦＩ】
F16K37/00 F
G05B23/02 T
G01M3/00 H
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2019088963
(22)【出願日】2019-05-09
(65)【公開番号】P2020183799
(43)【公開日】2020-11-12
【審査請求日】2022-04-06
(73)【特許権者】
【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】100088856
【弁理士】
【氏名又は名称】石橋 佳之夫
(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
(72)【発明者】
【氏名】丹野 竜太郎
(72)【発明者】
【氏名】篠原 努
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 裕也
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 秀信
(72)【発明者】
【氏名】中田 知宏
【審査官】加藤 昌人
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１６８８７３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－２２８１１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１８１２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２５５０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５３０６５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｋ ３７／００
Ｇ０５Ｂ ２３／００－２３／０２
Ｇ０１Ｍ ３／００－ ３／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体制御機器の動作を分析するシステムであって、前記流体制御機器と、前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成され、
前記流体制御機器は、
前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有し、
前記情報処理装置は、
前記リフト量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シート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理手段と、
前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段と、
前記情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出手段と、
前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析手段と、を有する、
流体制御機器の動作分析システム。
【請求項2】
前記判定処理手段は少なくとも、前記リフト量の経時的変化により、前記異常のパターンとして、前記シートへの一時的な異物の介在、前記シートへの異物のめり込み、あるいは前記シートへの異物の累積的な堆積、のいずれかを判定する、
請求項１記載の流体制御機器の動作分析システム。
【請求項3】
前記情報処理装置は、前記相関関係分析手段による分析結果に基づき、前記情報記憶手段に記憶されている前記流体制御機器の動作情報を参照して、前記流体制御機器の異常発生確率を算出することにより、前記流体制御機器の異常を予期する異常予期手段、をさらに有する、
請求項１又は２記載の流体制御機器の動作分析システム。
【請求項4】
前記異常予期手段は、教師あり学習により、前記動作情報が故障直前期間に特有の特徴を有しているか判別する第一の異常予期手段と、
正常動作時の前記動作情報を学習させたオートエンコーダにより、前記動作情報が通常動作状態にあるかどうかを判別する第二の異常予期手段と、を有する、
請求項３記載の流体制御機器の動作分析システム。
【請求項5】
前記流体制御機器は、前記流体制御機器の異常判定結果に基づき、異物を排出するためのパージガスを流路内に供給するパージガス供給手段、をさらに有する、請求項１乃至４いずれかの項に記載の流体制御機器の動作分析システム。
【請求項6】
前記流体制御機器は、開閉動作に応じて摺動するステムと、
ダイヤフラムの周縁を押さえる押えアダプタと、を有し、
前記動作情報取得機構は、前記押えアダプタに取り付けられ、前記ステムの所定の箇所との距離変化を検出する位置センサ、によって構成されている、
請求項１乃至５いずれかの項に記載の流体制御機器の動作分析システム。
【請求項7】
前記押えアダプタ近傍の所定の箇所に取り付けられた磁石、をさらに有し、前記位置センサは、前記押えアダプタの内側であって、前記ステムに対向する面に取り付けられ、前記磁石との距離変化を検出する磁気センサからなる、
請求項６記載の流体制御機器の動作分析システム。
【請求項8】
前記位置センサの位置検出精度は±０．０１ｍｍから±０．００１ｍｍである、請求項６又は７記載の流体制御機器の動作分析システム。
【請求項9】
流体制御機器の動作を分析する方法であって、前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有する前記流体制御機器と、
前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成されたシステムにより、
前記リフト量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シート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理と、
前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出処理と、
前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析処理と、を実行する、
流体制御機器の動作分析方法。
【請求項10】
流体制御機器の動作を分析するためのコンピュータプログラムであって、前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有する前記流体制御機器と、
前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成されたシステムに対し、
前記リフト量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シート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理と、
前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出処理と、
前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析処理と、を実行させる、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体制御機器の動作を分析する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、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。
しかし、そのような薄膜の微細化は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の異常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異常を容易に検知できる技術への要求が高まっている。
しかし、そのような薄膜の微細化は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の異常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異常を容易に検知できる技術への要求が高まっている。
【0003】
また、異常を容易に検知できるだけでなく、従来は考慮していなかった流体制御機器の使用頻度、温度、湿度、及び振動等、上記漏出を始めとして流体制御機器の異常に影響を及ぼす様々な環境要因情報を収集し、異常との相関を分析し、異常発生の予期に役立てることが可能な流体制御機器、及び情報収集方法の要求が高まっている。
【0004】
この点、特許文献１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り付けられる漏れ検知部材とからなるシール部破損検知機構であって、前記孔は制御器内の空隙に連通し、前記漏れ検知部材は前記孔に取り付けられる筒状体とこの筒状体に設けられた可動部材とからなり、この可動部材は制御器内の前記空隙内に充満した漏出流体の圧力によって前記筒状体の外方へ可動とされてなるものが提案されている。
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。
さらに、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。
さらに、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平０４－０９３７３６号公報
【文献】特開平０５－１２６６６９号公報
【文献】特開２０１４－２１０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このような半導体製造プロセスの高度化、複雑化の影響を受けて、流体供給ラインに搭載される流体制御機器にかかる負担は過酷になっており、メンテナンス頻度や製品寿命のサイクルも早くなっている。そのため、的確に流体制御機器の動作異常を判定し、さらには動作異常を予知できる方法が求められている。
【0007】
そこで本発明は、流体制御機器の動作異常を的確に判定すると共に、かかる動作異常を予知できるように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】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る流体制御機器の動作分析システムは、流体制御機器の動作を分析するシステムであって、前記流体制御機器と、前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成され、前記流体制御機器は、前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有し、前記情報処理装置は、前記リフト量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シート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理手段と、前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段と、前記情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出手段と、前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析手段と、を有する。
【0009】
また、前記情報処理装置は、前記相関関係分析手段による分析結果に基づき、前記情報記憶手段に記憶されている前記流体制御機器の動作情報を参照して、前記流体制御機器の異常発生確率を算出することにより、前記流体制御機器の異常を予期する異常予期手段、をさらに有するものとしてもよい。
【0010】
また、前記異常予期手段は、教師あり学習により、前記動作情報が故障直前期間に特有の特徴を有しているか判別する第一の異常予期手段と、正常動作時の前記動作情報を学習させたオートエンコーダにより、前記動作情報が通常動作状態にあるかどうかを判別する第二の異常予期手段と、を有するものとしてもよい。
【0011】
また、前記流体制御機器は、前記流体制御機器の異常判定結果に基づき、異物を排出するためのパージガスを流路内に供給するパージガス供給手段、をさらに有するものとしてもよい。
【0012】
また、前記流体制御機器は、開閉動作に応じて摺動するステムと、ダイヤフラムの周縁を押さえる押えアダプタと、を有し、前記動作情報取得機構は、前記押えアダプタに取り付けられ、前記ステムの所定の箇所との距離変化を検出する位置センサ、によって構成されているものとしてもよい。
【0013】
また、前記押えアダプタ近傍の所定の箇所に取り付けられた磁石、をさらに有し、前記位置センサは、前記押えアダプタの内側であって、前記ステムに対向する面に取り付けられ、前記磁石との距離変化を検出する磁気センサからなるものとしてもよい。
【0014】
また、前記位置センサの位置検出精度は±０．０１ｍｍから±０．００１ｍｍであるものとしてもよい。
【0015】
また、本発明の別の観点に係る流体制御機器の動作分析方法は、流体制御機器の動作を分析する方法であって、前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有する前記流体制御機器と、前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成されたシステムにより、前記リフト量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シート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理と、前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出処理と、前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析処理と、を実行する。
【0016】
また、本発明のさらに別の観点に係るコンピュータプログラムは、流体制御機器の動作を分析するためのコンピュータプログラムであって、前記流体制御機器の動作情報として、前記流体制御機器の開閉に伴うリフト量を取得する動作情報取得機構、を有する前記流体制御機器と、前記流体制御機器から取得した情報に基づいてデータマイニングを実行する情報処理装置と、が情報伝達可能に構成されたシステムに対し、前記リフト量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シート上の異物による異常と異常のパターンを判定する判定処理と、前記流体制御機器の動作情報と異常判定結果を記憶する情報記憶手段を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の前記動作情報と前記判定結果に係る情報であって、前記流体制御機器の開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における情報を、前記流体制御機器ごとに選択的に抽出する情報抽出処理と、前記抽出された情報を対比することにより、前記流体制御機器の所定の動作と異常発生の相関関係を分析する相関関係分析処理と、を実行させる。
なお、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラム読取可能な各種の記録媒体に記録して提供することができる。
なお、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラム読取可能な各種の記録媒体に記録して提供することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、流体制御機器の動作異常を的確に判定すると共に、かかる動作異常を予知することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御機器を示した（ａ）外観斜視図、（ｂ）平面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御機器の内部構造を示したＡ－Ａ断面図であって、（ａ）弁閉状態、（ｂ）弁開状態を示す。
【図3】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御機器の内部構造を示したＢ－Ｂ断面図であって、（ａ）弁閉状態、（ｂ）弁開状態を示す。
【図4】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御装置を示した分解斜視図である。
【図5】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御装置を示した分解斜視図である。
【図6】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御装置を示した分解斜視図である。
【図7】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムが備える機能を示した機能ブロック図である。
【図8】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、判定される異常のパターンの一例を示した模式図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に時間経過を示している。
【図9】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、判定される異常のパターンの一例を示した模式図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に時間経過を示している。
【図10】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、判定される異常のパターンの一例を示した模式図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に時間経過を示している。
【図11】本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、計測されるシートの高さと時間経過の関係を異常のパターンごとに示したグラフであり、（ａ）図８により示したパターン、（ｂ）図９により示したパターン、（ｃ）図１０により示したパターン、に対応する。
【図12】本発明の別の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムが備える機能を示した機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
●流体制御機器Ｖ
以下、本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムについて、図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御機器の一例について説明する。
図１に示される流体制御機器Ｖは、エア作動式のダイレクトダイヤフラムバルブであり、他の流体制御機器や流量制御装置等とガスユニットを構成して、プロセス流体を制御し、被処理体を処理する。この流体制御機器Ｖは、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。
以下、本発明の実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムについて、図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る流体制御機器の動作分析システムにおいて、動作分析の対象となる流体制御機器の一例について説明する。
図１に示される流体制御機器Ｖは、エア作動式のダイレクトダイヤフラムバルブであり、他の流体制御機器や流量制御装置等とガスユニットを構成して、プロセス流体を制御し、被処理体を処理する。この流体制御機器Ｖは、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。
【0020】
バルブボディ１は図２及び図３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Ｖによってガスユニット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。
基台部１１は平面視矩形状からなり、複数の流体制御機器Ｖによってガスユニット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。
【0021】
円筒部１２は図４に示されるように、ボンネット部２が配設される側の端面が開口した中空形状からなり、中空の内部はボンネット部２が収容される凹部１２ａを構成する。
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２６が内側から外側へ導出される。
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２６が内側から外側へ導出される。
【0022】
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２１２が形成されている。流入路１１１、流出路１１３、及び弁室２１２は、流体が流通する流路を一体的に構成している。
【0023】
環状のシート２１は、弁室２１２における流入路１１１の開口部周縁に設けられている。シート２１にダイヤフラム２２を当接離反させることによって流入路１１１から流出路１１３へ流体を流通させたり、流通を遮断させたりすることができる。
【0024】
ダイヤフラム２２は、ステンレス、Ni-Co系合金等の金属からなると共に、中心部が凸状に膨出した球殻状の部材であり、流路とアクチュエータ部４が動作する空間とを隔離している。このダイヤフラム２２は、ダイヤフラム押え２３により押圧されていない状態では、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示されるように、シート２１から離反しており、流入路１１１と流出路１１３とが連通した状態となる。一方、ダイヤフラム押え２３により押圧された状態では、図２（ａ）及び図３（ａ）に示されるように、ダイヤフラム２２の中央部が変形してシート２１に当接しており、流入路１１１と流出路１１３が遮断された状態となる。
【0025】
ダイヤフラム押え２３は、ダイヤフラム２２の上側に設けられ、ピストン４３の上下動に連動してダイヤフラム２２の中央部を押圧する。
このダイヤフラム押え２３は、図５に示されるように、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。
このダイヤフラム押え２３は、図５に示されるように、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。
【0026】
基体部２３１には、軸心方向に長さを有し、拡径部２３２とは反対側の一端が開口した有底の条溝２３１ａが形成されている。この条溝２３１ａには、ボンネットウォール２５のネジ孔２５ｃにねじ込まれたネジ２５ｄの軸棒部分が摺動可能に嵌合する。条溝２３１ａとネジ２５ｄは、ダイヤフラム押え２３の周方向の回動を規制する回動規制手段を構成し、これによりダイヤフラム押え２３は、ピストン４３に連動して上下動しつつも、周方向の回動を規制される。
【0027】
また、基体部２３１には、磁石Ｍ１が取り付けられている。この磁石Ｍ１は、本実施例では、基体部２３１の条溝２３１ａの反対側に取り付けられているが、位置センサＭ２が磁石Ｍ１の磁力を検出するのに支障がなく、また、流体制御機器Ｖの動作に支障がない限り、基体部２３１上の他の位置に取り付けることもできる。
【0028】
ボンネット２４は、略円筒状からなり、バルブボディ１の凹部１２ａ内に収容される。
ダイヤフラム２２の周縁はボンネット２４の下端部とバルブボディ１と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７５ｆによって螺設される。
ダイヤフラム２２の周縁はボンネット２４の下端部とバルブボディ１と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７５ｆによって螺設される。
【0029】
ボンネット２４の仕切部２４１は、一定の厚みを有しており、仕切部２４１に形成されている貫挿孔２４１ａの内周面とダイヤフラム押え２３の間にはＯリングＯ１が介装されている。これにより、仕切部２４１、ダイヤフラム２２、及びダイヤフラム押え２３によって画定される閉空間Ｓ２の気密性が確保されている。
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。
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。
【0030】
また、ボンネット２４の側面には、内側に収容したボンネットウォール２５から導出されたフレキシブルケーブル２６を外側へ導出させるための貫通孔２４１ｃが設けられている。
【0031】
ボンネットウォール２５は、ボンネット２４内に配設される部材である。このボンネットウォール２５は肉厚の略円盤状の部材を平面視略Ｃ字状に刳り貫いた形状からなる。このボンネットウォール２５の中心には、ダイヤフラム押え２３の基体部２３１を貫挿させる貫挿孔２５ａが設けられている。また、貫挿孔２５ａをボンネットウォール２５の半径方向外側に向かって開口させる開口部２５ｂが設けられている。
【0032】
ボンネットウォール２５の厚み部分の所定の箇所には、貫挿孔２５ａから半径方向外側に向かってねじ切られたネジ孔２５ｃが形成されている。このネジ孔２５ｃには外側からネジ２５ｄが螺合し、螺合したネジ２５ｄの軸心部分は、貫挿孔２５ａ側へ抜け出して、貫挿孔２５ａに貫挿されたダイヤフラム押え２３の条溝２３１ａに摺動可能に嵌合する。
【0033】
ボンネットウォール２５には、ボンネット２４のネジ穴２４１ｂに対応する位置に貫通孔２５ｅが設けられている。ネジ穴２４１ｂと貫通孔２５ｅには、ボンネット２４の仕切部２４１上にボンネットウォール２５が配設された状態でボルト７５ｆが螺合し、これによりボンネット２４にボンネットウォール２５が固定される。
【0034】
ボンネットウォール２５の外周面のうち、開口部２５ｂ近傍には、開口部２５ｂを塞ぐように掛け渡して固定された平板状の位置センサＭ２が取り付けられている。この位置センサＭ２は、ダイヤフラム押え２３に取り付けられた磁石Ｍ１との間の距離変化をセンシングする磁気センサであり、センシングにより、流体制御機器Ｖの開閉状態のみならず、開度を計測することができる。なお、ボンネットウォール２５に取り付けられた位置センサＭ２は、流体制御機器Ｖの開閉操作に伴うピストン４３やダイヤフラム押え２３の上下動にかからず、所定の位置に固定されている。
【0035】
カバー部３は図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２７及び回路基板２７に設けられたコネクタ２８を流体制御機器Ｖ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。
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。
【0036】
カバー３１は、略Ｕ字状からなり、その内側にはアクチュエータボディ４１とバルブボディ１の端部が嵌め込まれる。
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。
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。
【0037】
また、カバー３１の厚み部分には、ネジ穴３１ｃが設けられている。このネジ穴３１ｃに、ネジ３１ｄがプレート３２、３３の貫通孔３２ｂ、３３ｂを介して螺合することで、カバー３１にプレート３２、３３が取り付けられる。
【0038】
プレート３２、３３は、カバー３１の内側にアクチュエータボディ４１とバルブボディ１の端部を嵌めた状態でカバー３１とネジ止め固定され、固定された状態においては、カバー３１との間にアクチュエータボディ４１とバルブボディ１を挟圧保持する。
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２６はこの切欠部３２ａを介して、コネクタ２８が設けられた回路基板２７へ導出される。
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２６はこの切欠部３２ａを介して、コネクタ２８が設けられた回路基板２７へ導出される。
【0039】
プレート３３は、プレート３２との間に回路基板２７を介装させた状態でプレート３２及びカバー３１にネジ止め固定され、プレート３２との間に回路基板２７を挟圧保持する。
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２７に設けられたコネクタ２８はこの貫通孔３３ａから外側へ抜け出る。
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２７に設けられたコネクタ２８はこの貫通孔３３ａから外側へ抜け出る。
【0040】
ここで、基台部１１が平面視矩形状からなるところ、カバー部３は図１（ｂ）に示されるように、コネクタ２８を矩形状の基台部１１の対角線方向に向けて流体制御機器Ｖに固定している。このような向きにコネクタ２８を固定するのは以下の理由による。即ち、複数の流体制御機器Ｖによってガスユニットを構成する場合には、集積化の要請から、隣り合う矩形状の基台部１１の向きを揃えてできる限り隙間をなくし、基盤あるいはマニホールドブロック上に流体制御機器Ｖを配設するのが好適である。他方、このように配設して集積させた場合には、コネクタ２８に端子等を接続しにくくなる。そのため、コネクタ２８を基台部１１の対角線方向に向けることで、真横に配設されている流体制御機器Ｖの方に向ける場合と比べ、接続するスペースを広く取ることができる。その結果、コネクタ２８に端子等を接続するのが容易であるし、端子等の折れや撚れによる断線等の不具合を防いだり、端子等が流体制御機器Ｖに当たって流体制御機器Ｖの動作に異常をもたらすといった不具合を防ぐこともできる。
【0041】
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４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部４は図４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。
【0042】
アクチュエータボディ４１は、ピストン４３とボンネット２４の間に介装される。
このアクチュエータボディ４１は図４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。
このアクチュエータボディ４１は図４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。
【0043】
ピストン４３が配設される側の上端面には、環状の突条からなる周壁４１１が形成されており、周壁４１１の内側の平坦な水平面とピストン４３の拡径部４３１の下端面との間には、駆動圧が導入される駆動圧導入室Ｓ１が形成される。
【0044】
また、アクチュエータボディ４１のピストン４３が配設される側の外周面上には、雄ネジが切られており、アクチュエータキャップ４２の内周面に切られた雌ネジと螺合することにより、アクチュエータボディ４１はアクチュエータキャップ４２の一端に取り付けられる。
【0045】
アクチュエータボディ４１の長さ方向の中心部は、断面視略六角形状に形成されており、当該断面視六角形状の部分とバルブボディ１の上端部分は、カバー３１によって一体的に挟圧される。
【0046】
アクチュエータキャップ４２は、下端部が開口したキャップ状の部材であり、内部にピストン４３とバネ４４を収容している。
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。
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。
【0047】
ピストン４３は、駆動圧の供給と停止に応じて上下動し、ダイヤフラム押え２３を介してダイヤフラム２２をシート２１に当接離反させる。
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。
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。
【0048】
また、ピストン４３の内部には、上端面に形成された開口部９３aと、拡径部４３１の下端側に形成される駆動圧導入室Ｓ１とを連通させるための駆動圧導入路４３２が設けられている。ピストン４３の開口部９３aはアクチュエータキャップ４２の開口部４２ａまで連通しており、外部から駆動圧を導入するための導入管が開口部４２ａに接続され、これにより駆動圧導入室Ｓ１に駆動圧が供給される。
【0049】
ピストン４３の拡径部４３１の外周面上には、ＯリングＯ２１が取り付けられており、このＯリングＯ２１はピストン４３の拡径部４３１の外周面とアクチュエータボディ４１の周壁４１１の間をシールしている。また、ピストン４３の下端側にもＯリングＯ２２が取り付けられており、このＯリングＯ２２はピストン４３の外周面とアクチュエータボディ４１の貫挿孔４１ａの内周面の間をシールしている。これらのＯリングＯ２１、Ｏ２２により、ピストン４３内の駆動圧導入路４３２に連通する駆動圧導入室Ｓ１が形成されると共に、この駆動圧導入室Ｓ１の気密性が確保されている。
【0050】
バネ４４は、ピストン４３の外周面上に巻回されており、ピストン４３の拡径部４３１の上面に当接してピストン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。
【0051】
ここで、駆動圧の供給と停止に伴う弁の開閉動作について言及する。開口部４２ａに接続された導入管（図示省略）からエアが供給されると、エアはピストン４３内の駆動圧導入路４３２を介して駆動圧導入室Ｓ１に導入される。これに応じて、ピストン４３はバネ４４の付勢力に抗して上方に押し上げられる。これにより、ダイヤフラム２２がシート２１から離反して開弁した状態となり、流体が流通する。
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。
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。
【0052】
流体制御機器Ｖは、機器内の動作情報を取得する動作情報取得機構として、圧力センサＰと、位置センサＭ２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２９が介装されており、気密状態が担保されている。
なお、圧力センサＰは、ゲージ圧あるいは大気圧のいずれを検出するものでもよい。
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２９が介装されており、気密状態が担保されている。
なお、圧力センサＰは、ゲージ圧あるいは大気圧のいずれを検出するものでもよい。
【0053】
位置センサＭ２は、ダイヤフラム押え２３に取り付けられた磁石Ｍ１との間の距離変化をセンシングすることにより、流体制御機器Ｖの開閉状態を把握するのみならず、リフト量を計測することができる。
この位置センサＭ２によって以下の通り、弁の開閉動作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、位置センサＭ２はボンネットウォール２５及びボンネット２４と共にバルブボディ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位置センサ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したり、リフト量を計測することができる。
この位置センサＭ２によって以下の通り、弁の開閉動作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、位置センサＭ２はボンネットウォール２５及びボンネット２４と共にバルブボディ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位置センサ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したり、リフト量を計測することができる。
【0054】
なお、位置センサＭ２には各種のものを用いることができるが、その一例に係る位置センサＭ２は平面コイル、発振回路、及び積算回路を有しており、対向する位置にある磁石Ｍ１との距離変化に応じて発振周波数が変化する。そして、この周波数を積算回路で変換して積算値を求めることにより、流体制御機器Ｖの開閉状態と共に、リフト量を計測することができる。
【0055】
なお、本実施形態では磁気センサからなる位置センサＭ２を用いたが、これに限らず、上述した位置センサＭ２と同様、ダイヤフラム押え２３とボンネット２４の位置関係、あるいはこれらの部材の所定の箇所同士の距離を測定することができる位置センサであれば、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。
また、本実施形態に係る流体制御機器Ｖにおいても、位置センサＭ２を含む位置センサには、位置検出精度が±０．０１ｍｍから±０．００１ｍｍに収まるものを選定することが望ましい。当該半導体製造プロセス向けのバルブとしては微細な流体制御を実現するために±０．０１ｍｍ程度の微細な開度制御が必要になる半面、±０．００１ｍｍを超える検出精度を用いるとバルブ近傍の真空ポンプ等が発生させる振動を検出しノイズを生じてしまうためである。
また、本実施形態に係る流体制御機器Ｖにおいても、位置センサＭ２を含む位置センサには、位置検出精度が±０．０１ｍｍから±０．００１ｍｍに収まるものを選定することが望ましい。当該半導体製造プロセス向けのバルブとしては微細な流体制御を実現するために±０．０１ｍｍ程度の微細な開度制御が必要になる半面、±０．００１ｍｍを超える検出精度を用いるとバルブ近傍の真空ポンプ等が発生させる振動を検出しノイズを生じてしまうためである。
【0056】
圧力センサＰと位置センサＭ２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２６の一端が接続しており、フレキシブルケーブル２６の他端は、流体制御機器Ｖの外側に設けられた回路基板２７に接続している。本例において、回路基板２７には、情報の送受信を実行する処理モジュールが構成されており、これにより、コネクタ２８に接続された外部端末に対し、圧力センサＰや位置センサＭ２から取得した動作情報を送信することができる。
【0057】
なお、流体制御機器Ｖにおいて、フレキシブルケーブル２６と回路基板２７にはフレキシブル基板（ＦＰＣ）が用いられ、フレキシブルケーブル２６、回路基板２７、及びコネクタ２８は一体的に構成されている。フレキシブルケーブル２６と回路基板２７にフレキシブル基板を用いることにより、配線経路として部材間の隙間を利用することが可能になり、その結果、被覆線を用いる場合に比べて流体制御機器Ｖ自体を小型化することができる。
また、処理モジュールは回路基板２７とは別に、流体制御機器Ｖ内に格納されていてもよいし、圧力センサＰ又は位置センサＭ２の一部として構成されていてもよい。
また、コネクタ２８の種類や形状は、各種の規格に応じて適宜に設計し得る。
また、処理モジュールは回路基板２７とは別に、流体制御機器Ｖ内に格納されていてもよいし、圧力センサＰ又は位置センサＭ２の一部として構成されていてもよい。
また、コネクタ２８の種類や形状は、各種の規格に応じて適宜に設計し得る。
【0058】
また、上述した圧力センサＰや位置センサＭ２によって実現される動作情報取得機構としては他に、駆動圧を検出する駆動圧センサ、流路内の温度を測定する温度センサ、ピストン４３あるいはダイヤフラム押え２３の挙動を検知するリミットスイッチなどを設けることもできる。
【0059】
以上の流体制御機器Ｖでは、ピストン４３とダイヤフラム押え２３が別体で構成されているが、磁石Ｍ１はダイヤフラム押え２３に取り付けられている。これにより、ダイヤフラム押え２３の動作不良を判別することができる。即ち、通常であれば、弁開操作によってダイヤフラム押え２３はピストン４３に追随して上昇するが、弁閉時に弁室２１２が真空付近まで減圧されることでダイヤフラム２２がシート２１に吸着されることで、ピストン４３が上昇したにもかかわらず、ダイヤフラム押え２３がピストン４３に追随せずにダイヤフラム２２に当接したままとなる場合がある。この結果、ダイヤフラム２２が流路を遮断したままになってしまう場合がある。しかし、このような場合でも、流体制御機器Ｖでは磁石Ｍ１がダイヤフラム押え２３と連動しているため、位置センサＭ２による検出値から、ダイヤフラム押え２３の動作を判別し、動作不良を判別することができる。
【0060】
なお、このようなダイヤフラム押え２３の動作不良の判別は、位置センサＭ２が、流体制御機器Ｖの開閉動作に応じてピストン４３やダイヤフラム押え２３のように上下動しないダイヤフラム押え２３に取り付けられていることで、ダイヤフラム押え２３の相対的な動作を識別できるために可能となっている。したがって、ダイヤフラム押え２３の動作を識別し、動作不良を判別可能とする点において、位置センサＭ２が取り付けられるべき部材は、流体制御機器Ｖの開閉動作にかかわらず所定の位置に固定されているものであればよい。
【0061】
以上のような流体制御機器Ｖは、図７に示されるように、所定のネットワークを介して、他の端末あるいは装置と情報の伝達を可能とするための通信処理部５１を備えており、これによりネットワークＮＷ１、ＮＷ２を介して情報処理装置７と情報伝達可能に構成されている。
通信処理部５１は、情報処理装置７に対し、圧力センサＰや位置センサＭ２によって取得されたデータを送信する。この例では、流体制御機器Ｖと情報処理装置７との間に中継装置６が設けられており、当該中継装置６を介して、流体制御機器Ｖからの情報が情報処理装置７に提供される。
通信処理部５１は、情報処理装置７に対し、圧力センサＰや位置センサＭ２によって取得されたデータを送信する。この例では、流体制御機器Ｖと情報処理装置７との間に中継装置６が設けられており、当該中継装置６を介して、流体制御機器Ｖからの情報が情報処理装置７に提供される。
【0062】
具体的に、通信処理部５１によって送信されるデータは例えば、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信、あるいはZigbee（登録商標）といった無線通信によって実現されるネットワークＮＷ１を経由して一旦、中継装置６に送信され、中継装置６から無線あるいは有線のＬＡＮ等によって実現されるネットワークＮＷ２を介して情報処理装置７に送信される。
【0063】
また、この通信処理部５１は、各センサによって計測されたデータを１時間や１日等の任意に設定された所定の周期で送信することができる。このように所定の周期で情報の送信を行う場合には、消費電力を抑えることができる。
【0064】
●情報処理装置
情報処理装置７は、流体制御機器Ｖから取得した動作情報に基づいて異常の有無を判定すると共に、収集した動作情報や異常の判定結果に基づく動作分析、所謂データマイニングを行う装置である。
この情報処理装置７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）、及びハードディスクドライブなどの外部記憶装置等のハードウェア資源によって構成され、これにより、判定処理部７１、情報記憶部７２、情報抽出部７３、相関関係分析部７４、異常予期部７５、及び通信処理部７６を備える。
情報処理装置７は、流体制御機器Ｖから取得した動作情報に基づいて異常の有無を判定すると共に、収集した動作情報や異常の判定結果に基づく動作分析、所謂データマイニングを行う装置である。
この情報処理装置７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）、及びハードディスクドライブなどの外部記憶装置等のハードウェア資源によって構成され、これにより、判定処理部７１、情報記憶部７２、情報抽出部７３、相関関係分析部７４、異常予期部７５、及び通信処理部７６を備える。
【0065】
なお、流体制御機器Ｖの動作の分析のためには、圧力センサＰや位置センサＭ２から得られる動作情報のみならず、流体制御機器Ｖの使用期間、流体制御機器Ｖの外部環境の温度や湿度、ピストン４３の推力、ピストン４３の平均移動速度、振動、流体制御機器Ｖを構成する部材の内部応力や硬度などの情報を取得できるように構成されているとよい。
【0066】
また、この情報処理装置７は、他の端末や装置等と所定のネットワークを介したデータの送受信を可能とする通信処理部７６により、中継装置６を介して、流体制御機器Ｖから各種のデータを受信することができる。なお、情報処理装置７が流体制御機器Ｖから受信した情報や、情報処理装置７において処理された情報は適宜、流体制御機器Ｖの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することができる。
【0067】
中継装置６は、ネットワークＮＷ１を介して流体制御機器Ｖからデータを受信すると共に、ネットワークＮＷ２を介して当該受信したデータを情報処理装置７に対して送信する。
なお、上述した通り、ネットワークＮＷ１は例えば、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信、あるいはZigbee（登録商標）といった無線通信であり、ネットワークＮＷ２は例えば、有線あるいは無線のＬＡＮ等である。
また、本実施形態では、流体制御機器Ｖと情報処理装置７の間に中継装置６を介在させたが、流体制御機器Ｖと情報処理装置７とが直接、データ通信可能となるように構成することもできる。
なお、上述した通り、ネットワークＮＷ１は例えば、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信、あるいはZigbee（登録商標）といった無線通信であり、ネットワークＮＷ２は例えば、有線あるいは無線のＬＡＮ等である。
また、本実施形態では、流体制御機器Ｖと情報処理装置７の間に中継装置６を介在させたが、流体制御機器Ｖと情報処理装置７とが直接、データ通信可能となるように構成することもできる。
【0068】
判定処理部７１は、位置センサＭ２によって取得されたデータに基づき、流体制御機器Ｖの異常の有無を判定する処理を実行する機能部である。具体的には、位置センサＭ２と磁石Ｍ１の距離変化によって計測されたリフト量に基づき、参照用テーブル等に予め保持された所定の閾値と、計測されたリフト量とを比較することにより、一致あるいは所定の誤差の範囲内にあれば異常なしと判定でき、所定の誤差の範囲を超えて一致しない場合には、異常ありと判定できる。さらに、異常がある場合には、リフト量の経時的変化に基づき、当該異常のパターンを判定することができる。
【0069】
ここで判定される異常は、シート２１が異物を噛み込むことによる開閉異常であるが、本実施形態で判定される具体的な開閉異常の態様には、図８～図１０に示されるように３パターンある。
図８は一のパターンを示しており、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、閉弁操作によってダイヤフラム２２がシート２１に当接する際、異物Ｓがダイヤフラム２２とシート２１の間に挟み込まれ、さらには異物Ｓがダイヤラム２２によってシート２１にめり込む。一方で、図８（ｃ）に示すように、この後の開弁動作に伴って異物Ｓはシート２１から外れ、異物Ｓがダイヤフラム２２とのシート２１の間に一時的に介在した状態から正常な状態に戻る。
図８は一のパターンを示しており、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、閉弁操作によってダイヤフラム２２がシート２１に当接する際、異物Ｓがダイヤフラム２２とシート２１の間に挟み込まれ、さらには異物Ｓがダイヤラム２２によってシート２１にめり込む。一方で、図８（ｃ）に示すように、この後の開弁動作に伴って異物Ｓはシート２１から外れ、異物Ｓがダイヤフラム２２とのシート２１の間に一時的に介在した状態から正常な状態に戻る。
【0070】
このパターンでは、位置センサＭ２によって計測されるリフト量に基づき、閉弁時のシート２１の高さが図１１（ａ）に示されるように計測される。即ち、所定の時点ｔ１では、異物Ｓがシート２１にめり込んだ状態にあり、ダイヤフラム押え２３のストロークの下端が、正常時における閉弁時の位置よりも一時的に高い位置にある。一方、所定の時点ｔ１の前後では、シート２１に異物Ｓはめり込んでおらず、ダイヤフラム押え２３のストロークの下端は、正常時における閉弁時の位置にある。
【0071】
図９は別のパターンを示しており、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、閉弁操作によってダイヤフラム２２がシート２１に当接する際、異物Ｓがダイヤフラム２２とシート２１の間に挟み込まれ、さらには異物Ｓがダイヤラム２２によってシート２１にめり込む。そして、図９（ｃ）に示すように、この後の開弁動作によっても異物Ｓはシート２１から外れず、繰り返される開閉動作に伴って、異物Ｓはシート２１に深くめり込んでいく。
【0072】
このパターンでは、位置センサＭ２によって計測されるリフト量に基づき、閉弁時のシートの高さが図１１（ｂ）に示されるように計測される。所定の時点ｔ２では、異物Ｓがシート２１にめり込んだ状態にあり、ダイヤフラム押え２３のストロークの下端、即ちシート２１の高さとみなされる位置は、正常時における閉弁時の位置よりも高い位置にある。所定の時点ｔ２以後、時間経過に伴って異物Ｓはさらに深くシート２１へめり込み、ダイヤフラム押え２３のストロークの下端は、徐々に正常時における閉弁時の位置に近づき、所定の時点ｔ３に至っては、異物Ｓが完全にシート２１にめり込み、正常時における閉弁時の位置と同視し得る位置をとる。
【0073】
図１０はさらに別のパターンを示しており、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、閉弁操作によってダイヤフラム２２がシート２１に当接する際、異物Ｓがダイヤフラム２２とシート２１の間に挟み込まれる。そして、図１０（ｃ）に示すように、シート２１にめり込んだ異物Ｓに他の異物Ｓがくっつくなどして、多くの異物Ｓが累積的に堆積していく。
【0074】
このパターンでは、位置センサＭ２によって計測されるリフト量に基づき、閉弁時のシート２１の高さが図１１（ｃ）に示されるように計測される。所定の時点ｔ４では、異物Ｓがシート２１にめり込んだ状態にあり、ダイヤフラム押え２３のストロークの下端、即ちシート２１の高さとみなされる位置は、正常時における閉弁時の位置よりも高い位置にある。所定の時点ｔ４以後、時間経過に伴って異物は累積的に堆積し、ダイヤフラム押え２３のストロークの下端は、さらに高い位置をとる。そして、所定の時点ｔ５に至っては、堆積した異物Ｓによってダイヤフラム押えが２３上下動できず、ストロークの上端の位置をとるようになる。
【0075】
以上のような三つのパターンが考えられる異常について、図１１（ａ）に示されるパターンでは、ｔ１の後は、流体制御機器Ｖは正常な状態にあるものとみなすことができるが、図１１（ｂ）に示されるパターンでは、ｔ３以後、シート２１の高さだけに着目した場合には正常な高さに戻っているが、異物Ｓがシート２１に深くめり込んでいると考えられ、異常な状態が継続しているとみなされる。異物Ｓがシート２１に深くめり込んでいると、シート２１の高さには異常は出ないが、ダイヤフラム２２とシート２１間に異物Ｓが介在することでシール性能への悪影響が懸念される。なお、図１１（ｃ）については、シート２１の高さが正常な高さにないので、異常な状態が継続しているとみなされる。
異常の判定がなされた場合には適宜、流体制御機器Ｖの動作を停止し、機器の状態を確認することが求められる。
異常の判定がなされた場合には適宜、流体制御機器Ｖの動作を停止し、機器の状態を確認することが求められる。
【0076】
なお、異常の判定処理では適宜、流体制御機器Ｖ内の温度や湿度などの情報に基づき、所定の閾値を補正する手段を設けてもよい。
【0077】
情報記憶部７２は、流体制御機器Ｖから収集された動作情報と、流体制御機器Ｖの異常の判定結果を記憶する記憶部である。なお、この情報記憶部７２には、動作情報と異常の判定結果のみならず、上述した異常のパターンや、時系列に沿った流体制御機器Ｖの動作や異常の有無に係る情報、とりわけ流体制御機器Ｖの開閉状態が切り替わる前、及び後の所定時間における動作や異常の有無に係る情報を記憶しておき、より的確な動作分析に資するようにするのがよい。
【0078】
情報抽出部７３は、情報記憶部７２を参照して、分析対象として、所定の動作情報を同一とする他の動作情報と異常判定結果に係る情報を、流体制御機器Ｖごとに選択的に抽出する。
例えば、複数の流体制御機器Ｖの動作情報について、同一の弁開閉回数（例：１０００万回）における動作時間と当該動作時間における異常判定結果に係る情報を抽出する。
特に、流体制御機器Ｖの動作情報データのうち、圧力センサＰや位置センサＭ２の変化から検出される、流体制御機器Ｖの開閉状態の切り替わる前、及び後の所定時間におけるデータを切り出して入力データとする。これは、流体制御機器Ｖの動作時の動的なセンサ測定値の変化を測定することが異常予期において有効であることを反映したものであり、入力データの次元数を削減して後述の学習の計算コストを減らすことができる。所定時間は、流体制御機器Ｖの開閉にかかる時間（駆動圧を導入し始めてから、流体制御機器Ｖが完全開になるまでの時間、と定義する。図１５の２本の点線の間の時間がこの時間に相当する）の1倍～5倍の時間とすることで、必要な範囲のデータを無駄なく抽出することができる。また、流体制御機器Ｖから送信するデータを予めこの時間の範囲内に限定して送信することで、通信のデータ量を削減することができ、流体制御機器Ｖでの消費電力を抑制できる。
例えば、複数の流体制御機器Ｖの動作情報について、同一の弁開閉回数（例：１０００万回）における動作時間と当該動作時間における異常判定結果に係る情報を抽出する。
特に、流体制御機器Ｖの動作情報データのうち、圧力センサＰや位置センサＭ２の変化から検出される、流体制御機器Ｖの開閉状態の切り替わる前、及び後の所定時間におけるデータを切り出して入力データとする。これは、流体制御機器Ｖの動作時の動的なセンサ測定値の変化を測定することが異常予期において有効であることを反映したものであり、入力データの次元数を削減して後述の学習の計算コストを減らすことができる。所定時間は、流体制御機器Ｖの開閉にかかる時間（駆動圧を導入し始めてから、流体制御機器Ｖが完全開になるまでの時間、と定義する。図１５の２本の点線の間の時間がこの時間に相当する）の1倍～5倍の時間とすることで、必要な範囲のデータを無駄なく抽出することができる。また、流体制御機器Ｖから送信するデータを予めこの時間の範囲内に限定して送信することで、通信のデータ量を削減することができ、流体制御機器Ｖでの消費電力を抑制できる。
【0079】
相関関係分析部７４は、情報抽出部７３によって抽出された情報を対比することにより、流体制御機器Ｖの所定の動作と異常発生の相関関係を分析する
第一の学習では、異常が発生した流体制御機器Ｖの過去の動作情報を元に、異常が発生する前の所定の期間（以下、故障直前期間とする）の入力データと、異常発生後の入力データと、それ以前の正常動作時の入力データとを分類する教師あり学習を行う。この学習は、例えばニューラルネットワークのモデルに対して誤差逆伝搬法（Backpropagation）を用いた確率的勾配降下法（SGD：Stochastic Gradient Descent）によって行われる。
第一の学習では、異常が発生した流体制御機器Ｖの過去の動作情報を元に、異常が発生する前の所定の期間（以下、故障直前期間とする）の入力データと、異常発生後の入力データと、それ以前の正常動作時の入力データとを分類する教師あり学習を行う。この学習は、例えばニューラルネットワークのモデルに対して誤差逆伝搬法（Backpropagation）を用いた確率的勾配降下法（SGD：Stochastic Gradient Descent）によって行われる。
【0080】
故障直前期間の長さの設定によって、学習済みモデルの判別性能が異なり、ニューラルネットワークの層数やノード数などのハイパーパラメータと同様に、所定の期間の長さも調整すべきハイパーパラメータとなる。これらのハイパーパラメータの調整は例えば最適化アルゴリズムによって選定され、判別能力の高くなる値を選定することができる。一方、バルブユーザーの用途によっては別の故障直前期間の値を知りたい場合に対応し、故障直前期間として2種類以上の期間を用意してクラスタリングを行っても良い。また、故障の種類ごとに異なる分類を作成してもよく、所定期間内にどの故障が発生するか予期することができる。
【0081】
分析により、例えば、複数の流体制御機器Ｖの動作情報について、弁を１０００万回、開閉するのに要した動作時間と、当該動作時間における異常の判定結果により、同じ１０００万回の弁開閉回数であっても、それが３カ月でカウントされた回数であるか、３年でカウントされた回数であるかによって、異常の発生確率が異なるのかどうかを分析することができる。
【0082】
第二の学習では、データ数が少ない特殊な異常を事前検知するために、オートエンコーダを用いた教師なし学習を行う。オートエンコーダは、ニューラルネットワークで構成したモデルに対し、バルブが正常動作していた時の入力データを入力し、同じデータが出力されるように学習を行う。このニューラルネットワークの隠れ層の次元数を入力データや出力データの次元数よりも小さく設定することで、通常動作時の入力データのパターンに対してのみ適切に元のデータを再現できるオートエンコーダを学習させることができる。
【0083】
異常予期部７５は、相関関係分析部７４による分析結果に基づき、情報記憶部７２に記憶されている流体制御機器Ｖの動作情報を参照して、流体制御機器Ｖの異常発生確率を算出することにより、流体制御機器Ｖの異常を予期する。
現在のセンサデータの測定値を入力として第一の学習により得られた学習済みモデルに分類を行わせることで、流体制御機器Ｖが故障直前期間に入っている確率を算出できる（第一の異常予期手段７５１）。この確率は読み方を変えると、所定の期間内に壊れるという異常発生確率である。
現在のセンサデータの測定値を入力として第一の学習により得られた学習済みモデルに分類を行わせることで、流体制御機器Ｖが故障直前期間に入っている確率を算出できる（第一の異常予期手段７５１）。この確率は読み方を変えると、所定の期間内に壊れるという異常発生確率である。
【0084】
また、第二の学習により得られたオートエンコーダに、現在のセンサから得られた入力データを通し、出力を元の入力と比較してL2ノルム等で入出力間距離を算出し所定の閾値と比較する（第二の異常予期手段７５２）。オートエンコーダは正常動作時のデータであれば元のデータを復元できるように構成されているが、異常動作時には正しく元のデータを復元できないため入力と出力の間に差が大きくなるため、閾値を超えていた場合には流体制御機器Ｖの異常を検知できる。この手法を前記の教師あり学習と併用することで、教師データとして用意されない明らかな外れ値の異常状態（例えば、センサの故障、作動温度の極端な変化など）を予め検出することができ、前述の故障直前期間の判定の信頼性を高めることができる。つまり、第一の学習における教師あり学習が、教師データのない領域に対してどのような挙動を示すか保証されないという問題に対してある程度の対処を行うことができる。流体制御機器Ｖはしばしばそれが搭載される装置の改造により、以前と全く異なる動作環境に置かれることがしばしばあり、再学習を行うべきかどうかの指標データとして用いることもできる。
【0085】
異常を予期することができれば、その情報を流体制御機器Ｖの管理者が利用する管理者端末等に対して通知したり、流体制御機器Ｖに対してその情報を通知すると共に、流体制御機器Ｖに設けた警告表示手段等により警告表示を行わせたりしてもよい。
【0086】
また、以上のデータマイニングによって異常発生を予期すると共に、さらにその予期情報と現実に発生した異常有無を比較較分析し、相関分析の精度を高めてもよい。
【0087】
なお、上述した実施形態では、情報処理装置７が判定処理部７１を備える例について説明したが、流体制御機器Ｖが判定処理部７１と同様の機能部を備えるように構成することもでき、その場合には例えば、図１２に示すように、情報処理装置７は流体制御機器Ｖから動作情報や異常判定結果を収集する情報収集部７７を設ける。即ち、情報収集部７７は、通信処理部７６により、流体制御機器Ｖに対して動作情報や異常判定結果の送信を要求し、かかる情報を収集し、情報処理装置７は当該収集した情報に基づいてデータマイニングを行う。
【0088】
なお、以上の実施形態において、流体制御機器Ｖにおける動作情報は、流体制御機器Ｖからのみならず、他の機器から収集されることがあってもよい。例えば、流体制御機器Ｖが設置されている場所の温度や湿度を計測する端末から収集したり、流体制御機器Ｖの管理者の管理者端末によって入力された情報を収集したりすることがあってもよい。
【0089】
また、流体制御機器Ｖには、判定処理部７１による異常判定結果に基づき、シート２１上の異物Ｓを排出するためのパージガスを流路内に供給するパージガス供給手段を設けてもよい。パージガスを流路内に供給した結果、リフト量から計測されるシート２１の高さが正常時のものとなれば、異物Ｓが排除されたものとみなし、正常に処理を続行できる。
【0090】
また、流体制御機器Ｖには、上述した機能部に加えて、動作情報や異常判定結果を出力等するための他の機能部を設けてもよい。例えば、リフト量や異常判定結果を表示する液晶パネル等の情報表示部を設けてもよい。また、異常判定の結果を受けて、異常が発生した場合に発光するＬＥＤ等の体警告表示部を設けてもよい。
【0091】
また、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されることはなく、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、構成、手段、あるいは機能の変更や追加等が種々、可能である。
【符号の説明】
【0092】
Ｖ 流体制御機器
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
２６ フレキシブルケーブル
２７ 回路基板
２８ コネクタ
２９ パッキン
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 通信処理部
６ 中継装置
７ 情報処理装置
７１ 判定処理部
７２ 情報記憶部
７３ 情報抽出部
７４ 相関関係分析部
７５ 異常予期部
７５１ 第一の異常予期手段
７５２ 第二の異常予期手段
７６ 通信処理部
７７ 情報収集部
Ｍ１ 磁石
Ｍ２ 位置センサ
Ｐ 圧力センサ
Ｓ１ 駆動圧導入室
Ｓ２ 閉空間
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
２６ フレキシブルケーブル
２７ 回路基板
２８ コネクタ
２９ パッキン
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 通信処理部
６ 中継装置
７ 情報処理装置
７１ 判定処理部
７２ 情報記憶部
７３ 情報抽出部
７４ 相関関係分析部
７５ 異常予期部
７５１ 第一の異常予期手段
７５２ 第二の異常予期手段
７６ 通信処理部
７７ 情報収集部
Ｍ１ 磁石
Ｍ２ 位置センサ
Ｐ 圧力センサ
Ｓ１ 駆動圧導入室
Ｓ２ 閉空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】