KR102229131B1

KR102229131B1 - 유체 제어 기기

Info

Publication number: KR102229131B1
Application number: KR1020197026842A
Authority: KR
Inventors: 유야 스즈키; 가츠노리 고메하나; 마사히코 오치이시; 아키히로 하라다; 류타로 단노; 츠토무 시노하라
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: JP2022016571A; KR20190120252A; CN110382934A; JP7226847B2; US20210116047A1; TW201840960A; WO2018168872A1; CN110382934B; JPWO2018168872A1; TWI669493B; US11162606B2

Abstract

[과제] 유체 제어 기기의 이상을 검지하기 위한 부재를 내부에 수용하면서, 소형화를 실현한 유체 제어 기기를 제공한다. 또한, 유체 제어 기기의 이상을 검지한 결과를 외부에서 용이하게 확인할 수 있도록 한다. [해결수단] 유체 제어 기기(1)는, 기기 내에 구비된 정보 처리 모듈(5)과, 유로를 구비한 밸브 보디(11)와, 밸브 보디(11)에 고정된 액추에이터 보디(12)와, 액추에이터 보디(12)에 고정되고, 측면에 관통공(133d)이 형성된 중공의 케이싱(13)과, 액추에이터 보디(12) 내에 설치되고, 내부에 구동압 도입실(S2)로 연통하는 구동압 도입로(126b)가 형성된 피스톤(126)과, 구동압을 도입하는 관으로서, 일단이 구동압 도입로(126b)에 꽂아넣어지고, 타단이 케이싱(13)의 관통공(133d)으로부터 외부로 도출된 도입관(21)을 가진다.

Description

유체 제어 기기

본 발명은, 센서나 센서에 의해 얻어진 데이터에 기초한 처리를 실행하는 정보 처리 모듈을 내부에 저장한 유체 제어 기기에 관한 것이다.

종래, 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성하는 성막 처리에서는 박막의 미세화가 요구되고, 최근에는 원자 레벨이나 분자 레벨의 두께로 박막을 형성하는 ALD(Atomic Layer Deposition)라는 성막 방법이 사용되고 있다.

그러나, 이러한 박막의 미세화는 유체 제어 기기에 지금까지 이상의 고빈도의 개폐 동작을 요구하고 있고, 그 부하에 의해 유체의 누출 등을 야기하기 쉬워지는 경우가 있다. 그 때문에, 유체 제어 기기에서의 유체의 누출을 용이하게 검지할 수 있는 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.

또한, 누출을 용이하게 검지할 수 있을 뿐만 아니라, 종래는 고려하지 않았던 유체 제어 기기의 사용 빈도, 온도, 습도 및 진동 등, 상기 누출을 비롯하여 유체 제어 기기의 이상에 영향을 미치는 다양한 환경 요인 정보를 수집하여, 이상과의 상관을 분석하고, 이상 발생의 예기(豫期)에 도움이 되는 것이 가능한 유체 제어 기기, 및 정보 수집 방법의 요구가 높아지고 있다.

또한, 반도체 제조 프로세스에서는 반응성이 높고 매우 독성이 높은 가스가 사용되기 때문에, 원격적으로 누출을 검지할 수 있는 것이 중요하다.

또한, 상술한 ALD를 실현하기 위해서는 유체 제어 기기와 프로세스 챔버의 배관 접속 거리가 중요해진다. 즉, 프로세스 가스의 제어를 보다 고속화하기 위해, 유체 제어 기기를 더욱 소형화하여 프로세스 챔버의 바로 옆에 배치하는 것이 중요해진다.

이 점에서, 특허문헌 1에서는, 유체의 유량을 제어하는 제어기의 외면에 형성된 구멍과 이 구멍에 장착되는 누설 검지 부재로 이루어지는 시일부 파손 검지 기구로서, 상기 구멍은 제어기 내의 공극에 연통하고, 상기 누설 검지 부재는 상기 구멍에 장착되는 통형체와 이 통형체에 설치된 가동 부재로 이루어지며, 이 가동 부재는 제어기 내의 상기 공극 내에 충만된 누출 유체의 압력에 의해 상기 통형체의 외방으로 가동하게 되어 이루어지는 것이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 유체의 유량을 제어하는 제어기의 외면에 형성된 구멍과 이 구멍에 장착되는 누설 검지 부재로 이루어지는 시일부 파손 검지 기구 부착된 제어기로서, 상기 구멍은 제어기 내의 공극에 연통하고, 상기 누설 검지 부재는 특정 유체의 존재에 따라 감응하는 것이 제안되어 있다.

나아가 특허문헌 3에서는, 유체의 누설을 검출하는 누설 검출 장치로서, 센서 보유지지체와, 누설 검출 대상 부재에 설치되어 누설 검출 대상 부재 내의 밀봉 부분과 외부를 연통하는 리크 포트에 대향하도록 센서 보유지지체에 보유지지된 초음파 센서와, 초음파 센서의 센서면과 리크 포트의 사이에 설치된 초음파 통로와, 초음파 센서로 얻어진 초음파를 처리하는 처리 회로를 구비하고 있는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 평04-093736호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 평05-126669호 공보 특허문헌 3: 일본공개특허 2014-21029호 공보

이 점에서, 특허문헌 1, 2, 3에 기재된 장치는 모두, 이상을 검지하는 기구가 유체 제어 기기의 외측에 장착되는 것이다. 그러나, 복수의 유체 제어 기기를 집적시킨 유체 제어 장치에서는, 유체 제어 기기끼리를 조밀하게 인접시킴으로써 컴팩트하게 하였기 때문에, 유체 제어 기기의 외측에 이상을 검지하기 위한 부재 등을 마련하는 것은 바람직하지 않다.

또한, 유체 제어 기기의 이상을 검지하는 부재끼리를 접속하는 배선이 외측에 노출되어 있는 경우, 배선끼리의 엉킴이 발생하거나, 쇼트가 야기되어, 유체 제어 기기 그 자체에 결함을 발생시키는 원인이 될지도 모른다.

한편, 유체 제어 기기의 내부에는, 정확한 동작이 요구되는 가동 부재가 수용되어 있기 때문에, 유체 제어 기기의 이상을 검지하기 위한 부재 등을 내부에 수용하였을 때, 이들 부재가 가동 부재의 동작에 간섭하는 것과 같은 일이 있어서는 안 된다. 또한, 유체 제어 기기의 이상을 검지하기 위한 부재 등을 내부에 수용시키기 때문에 유체 제어 기기가 커지고, 그 결과, 유체 제어 장치가 커지는 것은 바람직하지 않다.

또한, 유체 제어 기기의 이상을 검지하기 위한 부재 등이 내부에 수용된 구조에서도, 이상의 검지 결과는, 유체 제어 기기의 외부에서 용이하게 확인할 수 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 장치는 모두 이상의 발생 후에만 센서 데이터의 변화가 발생하기 때문에, 고장의 발생을 예기할 수 없다.

그래서, 본 발명은, 유체 제어 기기의 이상을 검지하기 위한 부재를 내부에 수용하면서, 소형화를 실현한 유체 제어 기기를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 유체 제어 기기의 이상을 검지한 결과를 외부에서 용이하게 확인할 수 있도록 하는 것을 목적의 하나로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 유체 제어 기기는, 기기 내에 구비된 정보 처리 모듈과, 유로를 구비한 밸브 보디와, 상기 밸브 보디에 고정된 액추에이터 보디와, 상기 액추에이터 보디에 고정되고, 측면에 관통공이 형성된 중공의 케이싱과, 상기 액추에이터 보디 내에 설치되고, 내부에 구동압 도입실로 연통하는 구동압 도입로가 형성된 피스톤과, 구동압을 도입하는 관으로서, 일단이 상기 구동압 도입로에 꽂아넣어지고, 타단이 상기 케이싱의 관통공으로부터 외부로 도출된 도입관을 가진다.

또한, 상기 케이싱의 상면에, 상기 정보 처리 모듈과 접속된 정보 표시용 패널이 끼워넣어지는 정보 표시 패널용 관통공이 형성되어 있는 것으로 해도 된다.

또한, 기기 내에 구비된 센서를 더 가지며, 상기 액추에이터 보디의 외주면에는, 상기 밸브 보디 및 상기 케이싱의 내주면에 형성된 나사와 나사결합하는 나사가 형성되고, 상기 밸브 보디 및 상기 케이싱과 나사결합하는 부분에, 상기 센서로부터 도출된 배선을 통과시키기 위한 배선홈이 형성되어 있으며, 상기 센서로부터 도출된 배선이, 상기 배선홈을 개재하여 상기 케이싱 내로 끌어넣어져 있는 것으로 해도 된다.

또한, 상기 케이싱 내에 설치되고, 상기 케이싱 내의 도입관의 상방에 형성되는 공간에 상기 정보 처리 모듈을 보유지지함과 아울러, 상기 센서로부터 도출된 배선을 관통시키기 위한 관통공이 설치되어 있는 보유지지 부재를 더 갖는 것으로 해도 된다.

또한, 상기 유체 제어 기기를 이용하여, 유체 제어 장치를 구성하는 것으로 해도 된다.

본 발명에 의하면, 유체 제어 기기의 이상을 검지하기 위한 부재를 유체 제어 기기의 내부에 수용하면서, 유체 제어 기기의 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 유체 제어 기기의 이상을 검지한 결과를 외부에서 용이하게 확인할 수 있다. 또한, 이상의 원인이나 이상을 예측할 수 있는 데이터를 수집하여 분석할 수 있음과 아울러, 분석 결과에 기초하여 이상을 예측하거나, 예측과 실적을 비교하여 예측 정밀도를 올릴 수도 있다. 또한, 밸브 동작시의 동적인 센서 측정값만을 학습에 이용할 수 있어, 정밀도를 떨어뜨리지 않고 학습의 차원량을 삭감하여 계산 비용을 삭감할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 유체 제어 기기를 나타내는 외관 사시도로서, (a) 정면측, (b) 배면측을 나타낸다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기를 나타내는 부분 투시도로서, (a) 밸브 폐쇄 상태, (b) 밸브 개방 상태를 나타낸다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기의 액추에이터 보디를 나타내는 외관 사시도이다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기의 액추에이터 보디에 커버를 장착하는 공정을 설명하는 도면으로, (a) 장착 전, (b) 장착 후를 나타낸다.
도 5는, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기에 장착된 고정 부재를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기의 A-A 단면도이다.
도 7은, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기에 장착되는 보유지지 부재를 나타내는 외관 사시도이다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기를 나타내는 부분 투시도이다.
도 9는, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기의 배선 경로를 설명하기 위한 B-B 단면도로서, (a) 밸브 보디와 케이싱을 투시한 도면, (b) 밸브 보디를 투시한 도면을 나타낸다.
도 10은, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기에 의해 구성된 유체 제어 장치를 나타내는 외관 사시도이다.
도 11은, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기가 구비하는 기능을 나타낸 기능 블록도이다.
도 12는, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기, 및 이 유체 제어 기기와 통신 가능하게 구성된 서버가 구비하는 기능을 나타낸 기능 블록도이다.
도 13은, 본 실시형태의 변형예에 관한 유체 제어 기기, 및 이 유체 제어 기기와 통신 가능하게 구성된 서버가 구비하는 기능을 나타낸 기능 블록도이다.
도 14는, 본 실시형태의 변형예에 관한 유체 제어 기기, 및 이 유체 제어 기기와 통신 가능하게 구성된 서버가 구비하는 기능을 나타낸 기능 블록도이다.
도 15는, 유체 제어 기기의 개폐에 걸리는 시간을 설명하는 그래프이다.

실시예 1

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 유체 제어 기기에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

또, 이하의 설명에서는, 편의적으로 도면상에서의 방향에 따라 부재 등의 방향을 상하좌우로 지칭하는 경우가 있는데, 이들은 본 발명의 실시 혹은 사용시의 부재 등의 방향을 한정하는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기(1)는, 유체 제어 기기(1)의 이상, 특히 유체의 누출을 검지하는 센서나 센서의 구동에 관한 모듈 등을 내장하고, 상방에 동작 상황을 표시하는 패널이나 동작 상황에 관한 정보를 취출하기 위한 취출구를 구비한 것이다.

본 실시형태에 관한 유체 제어 기기(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 보디(11), 밸브 보디(11)의 상단에 배치된 대략 원통형의 액추에이터 보디(12), 액추에이터 보디(12)의 상단에 배치된 케이싱(13)에 의해 구성되어 있다.

밸브 보디(11) 내에는, 유체가 유입되는 유입로(111a)와 유체가 유출되는 유출로(111b), 및 이 유입로(111a)와 유출로(111b)에 연통하는 밸브실(111c)이 설치되어 있다. 이 유입로(111a), 유출로(111b), 및 밸브실(111c)은, 유체가 유통하는 유로(111)를 일체적으로 구성하고 있다.

또한, 유입로(111a)와 밸브실(111c)이 연통하는 개소의 주연(周緣)에는 환상의 시트(112)가 설치되어 있다. 시트(112) 상에는 또한, 시트(112)에 접촉 이격됨으로써 유입로(111a)로부터 유출로(111b)로 유체를 유통시키거나 유통을 차단시키는 다이어프램(113)이 설치되어 있다.

다이어프램(113)은, 스테인레스, NiCo계 합금 등의 금속이나 불소계 수지로 이루어지는 원반 형상의 부재로서, 유로(111)와 공간(S1)을 격리하는 격리 부재로서 기능한다. 이 다이어프램(113)은, 구동압으로서의 에어가 공급되어 디스크(124)에 의한 압압으로부터 개방되면, 자신의 복원력이나 유로(111) 내의 압력에 의해 중앙부가 시트(112)로부터 이격되는 방향으로 변위하여 시트(112)로부터 이격된다. 그 결과, 밸브실(111c)이 개방되고, 유입로(111a)와 유출로(111b)가 연통한 상태가 된다.

한편, 구동압으로서의 에어의 공급이 멈추어 다이어프램(113)이 디스크(124)에 압압되면, 시트(112)에 대해 다이어프램(113)의 중앙부가 시트(112)에 접촉하는 방향으로 변위하여 시트(112)에 접촉한다. 그 결과, 밸브실(111c)이 차단되고, 유입로(111a)와 유출로(111b)가 차단된 상태가 된다.

밸브 보디(11)의 측면에는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 공간(S1)과 외부를 연통시키는 관통공으로서 구성된 리크 포트(LP)가 설치되어 있다. 이 리크 포트(LP)는, 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지하기 위해, 후술하는 압력 센서(41)에 의해 공간(S1) 내의 압력을 검출할 때에는 막아도 되고, 리크 포트(LP)가 막히면, 공간(S1)은 기밀 상태가 된다.

리크 포트(LP)는, 유체 제어 기기(1)의 완성품 검사에서는 유로(111)의 기밀성을 검사할 때의 테스트 포트로서도 기능한다. 이 완성품 검사는, 유로(111)에 비활성인 헬륨 가스(He) 등을 유통시킴으로써 행해진다.

또한, 일반적으로, 격리 부재에는 본 예의 다이어프램(113) 외에 벨로우즈가 이용된다. 그러나, 벨로우즈는 스트로크(유량 레인지)를 크게 취하는 반면, 액추에이터 보디 내의 부피 변화가 커지기 때문에, 유체 제어 기기의 개폐 동작시에 호흡구(본 예의 리크 포트(LP)에 상당)를 개방할 필요가 있다.

한편, 본 예와 같은 다이렉트 다이어프램 구조, 즉 다이어프램(113)이 시트(112)에 접촉 이격됨으로써 유입로(111a)로부터 유출로(111b)로 유체를 유통시키거나 유통을 차단시키는 구조에서는, 액추에이터 보디(12) 내의 부피 변화가 작다. 그 때문에, 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지하기 위해, 액추에이터 보디(12) 내에 후술하는 압력 센서(41)를 장착하여 압력 변화를 검출하는 경우에, 리크 포트(LP)를 막아도 유체 제어 기기(1)는 문제없이 개폐 동작을 행할 수 있다.

액추에이터 보디(12)는 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브 보디(11)에 나사결합하는 나사결합부(121), 외부에 노출되는 노출부(122), 케이싱(13)의 캡 보디(131)에 나사결합하는 나사결합부(123)에 의해 구성된다.

나사결합부(121)의 외주면에는 나사가 형성되어 있고, 밸브 보디(11)의 내주면에 형성된 나사와 나사결합한다.

또한, 나사결합부(123)의 외주면에도 나사가 형성되어 있고, 캡 보디(131)의 내주면에 형성된 나사와 나사결합한다.

이 액추에이터 보디(12)의 외주면에는, 축심 방향을 따라, 배선을 통과시킬 수 있는 배선홈(121a, 122a, 123a)이 형성되어 있다. 나사결합부(121, 123)의 외주면에 설치된 배선홈(121a, 123a)의 홈 바닥은, 외주면에 형성된 나사의 홈보다 깊게 되어 있다. 그 때문에, 배선홈(121a, 123a)에 배선을 통과시킨 상태에서, 배선을 단선 등을 시키지 않고, 나사결합부(121, 123)에 각각 밸브 보디(11)와 캡 보디(131)를 나사결합시킬 수 있다.

노출부(122)의 외주면에 설치된 배선홈(122a)의 옆에는, 커버(1221)를 장착하기 위한 나사구멍(122b)이 설치되어 있다.

여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 커버(1221)는 배선홈(122a)을 덮는 부재로서, 액추에이터 보디(12)의 나사구멍(122b)에 대응한 관통공(1221a)을 구비하고 있다. 액추에이터 보디(12)의 배선홈(122a)에 배선을 통과시키고, 커버(1221)의 관통공(1221a)을 개재하여, 액추에이터 보디(12)의 나사구멍(122b)에 나사(122c)를 나사결합시킴으로써, 액추에이터 보디(12)의 배선홈(122a)에 통과한 배선이 커버(1221)로 덮인다.

액추에이터 보디(12) 내에는, 다이어프램(113)을 압압하는 디스크(124), 다이어프램(113)의 주연을 누르는 누름 어댑터(125), 상하로 슬라이딩하는 피스톤(126), 피스톤(126)의 외주면 상에 감겨, 피스톤(126)을 하방으로 바이어스시키는 스프링(127)이 설치되어 있다.

누름 어댑터(125)는, 다이어프램(113)의 주연을 상방으로부터 눌러붙여, 유로(111)를 흐르는 유체가, 다이어프램(113)의 주연부 근방으로부터 액추에이터 보디(12) 내로 누출되는 것을 방지하고 있다.

피스톤(126)은, 디스크(124)를 개재하여 다이어프램(113)을 시트(112)에 접촉 이격시킨다.

이 피스톤(126)의 축심 방향 대략 중앙은 원반 형상으로 직경 확대되어 있고, 이러한 개소는 직경 확대부(1261)를 구성하고 있다. 피스톤(126)은, 직경 확대부(1261)의 상면측에서 스프링(127)의 바이어스력을 받는다. 또한, 직경 확대부(1261)의 하단측에서는, 액추에이터 보디(12)의 상단면과의 사이에 구동압 도입실(S2)을 형성한다.

또한, 피스톤(126)의 내부에는, 상단면에 형성된 개구부(126a)와, 직경 확대부(1261)의 하단측에 형성되는 구동압 도입실(S2)을 연통시키기 위한 구동압 도입로(126b)가 설치되어 있다.

피스톤(126)의 개구부(126a)에는, 외부로부터 구동압을 도입하기 위한 도입관(21)이 접속된다.

피스톤(126)의 직경 확대부(1261)의 외주면 상에는, 소직경의 보유지지부가 설치되고, 이 보유지지부에 O링(1262)이 보유지지되어 있다. 이 O링(1262)은 피스톤(126)의 외주면과 액추에이터 보디(12)의 내주면 사이를 시일하고 있다.

또한, 피스톤(126)의 하단측에도 소직경의 보유지지부가 설치되고, 이 보유지지부에 O링(1263)이 보유지지되어 있다. 이 O링(1263)은 피스톤(126)의 외주면과 액추에이터 보디(12)의 내주면 사이를 시일하고 있다. 이에 의해, 액추에이터 보디(12) 내의 디스크(124)가 상하 이동하는 부분에 있어서, 다이어프램(113)과 O링(1263)에 의해 구획된 공간(S1)이 형성되어 있다.

여기서, 액추에이터 보디(12)의 나사결합부(121)에는 관통공(12a)이 형성되어 있고, 이 관통공(12a)에 의해 공간(S1)은, 밸브 보디(11)에 설치된 리크 포트(LP)를 개재하여 외부와 연통하고 있는데, 리크 포트(LP)가 막히면, 외부와 차단되어 기밀 상태가 된다.

O링(1262)과 O링(1263)에 의해 형성된 공간은, 피스톤(126) 내의 구동압 도입로(126b)로 연통하는 구동압 도입실(S2)을 형성하고 있다.

이 구동압 도입실(S2)에는, 피스톤(126) 내의 구동압 도입로(126b)를 개재하여, 도입관(21)으로부터 에어가 도입된다. 에어가 구동압 도입실(S2)에 도입되면, 피스톤(126)이 스프링(127)의 바이어스력에 저항하여 상방으로 밀어올려진다. 이에 의해, 다이어프램(113)이 시트(112)로부터 이격되어 밸브 개방된 상태가 되고, 유체가 유통한다.

한편, 구동압 도입실(S2)에 에어가 도입되지 않게 되면, 피스톤(126)이 스프링(127)의 바이어스력에 따라 하방으로 눌려내려진다. 이에 의해, 다이어프램(113)이 시트(112)에 접촉하여 밸브 폐쇄된 상태가 되고, 유체의 유통이 차단된다.

케이싱(13)은, 일단이 닫힌 대략 원통형의 부재로서, 액추에이터 보디(12)의 상단에 배치되고, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)로부터 얻어진 데이터를 처리하는 정보 처리 모듈(5)이 내부에 수납된다.

본 예에서의 케이싱(13)은, 캡 보디(131), 액추에이터 캡(132), 캡 톱(133)의 3개의 부재에 의해 구성되어 있다.

캡 보디(131)는, 대략 원통형의 부재로서, 액추에이터 보디(12)의 상단에 배치된다. 액추에이터 보디(12)의 상단부의 외주면과 캡 보디(131)의 하단부의 내주면에는 서로 대응한 나사가 형성되어 있어, 서로 나사결합시킴으로써, 액추에이터 보디(12) 상에 캡 보디(131)가 고정된다.

캡 보디(131)의 내주면에는, 고정 부재(1311)가 장착되어 있다.

고정 부재(1311)는, 후술하는 리미트 스위치(43)를 고정하기 위한 부재로서, 대략 직육면체 형상으로 이루어진다. 이 고정 부재(1311)에는, 고정 부재(1311)를 캡 보디(131)의 내주면에 장착하기 위한 나사구멍(1311a)이 설치되어 있다.

이에 대응하여, 캡 보디(131)에는 관통공(131a)이 설치되어 있다. 캡 보디(131)의 관통공(131a)에 외측으로부터 나사를 관통 삽입시키고, 캡 보디(131)의 내주면 상에 배치된 고정 부재(1311)의 나사구멍(1311a)에 나사(1311b)를 나사결합시킴으로써, 고정 부재(1311)가 고정된다.

또, 도 5에 도시된 바와 같이, 고정 부재(1311)에는, 후술하는 리미트 스위치(43)로부터 도출된 배선을 돌리기 위한 배선홈(1311c)이 설치되어 있고, 배선홈(1311c)에 배선을 수용시킬 수 있다.

액추에이터 캡(132)은, 캡 보디(131)의 상단에 배치되는 대략 원반 형상의 부재로서, 케이싱(13)을 상하로 구획하고 있다.

이 액추에이터 캡(132)은, 하면측에서, 피스톤(126)의 직경 확대부(1261)의 상면과 스프링(127)을 끼움지지하고 있다.

또한, 액추에이터 캡(132)의 중앙으로서, 피스톤(126)의 개구부(126a)에 대응한 위치에, 피스톤(126) 측으로 연장된 대략 원통형의 관통공(132a)이 설치되어 있다. 이 관통공(132a)에는, 도입관(21)의 일단이 삽입 통과되어 있다.

나아가 관통공(132a)의 외측에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 배선을 통과시키기 위한 관통공(132b)이 설치되어 있다.

캡 톱(133)은, 액추에이터 캡(132)의 상단에 배치되는 대략 캡형상의 부재로서, 중공의 내부에 정보 처리 모듈(5)을 수용할 수 있다.

캡 톱(133)의 상면에는, 관통공(133a, 133b)이 설치되어 있다.

관통공(133a)에는, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 데이터나 이 데이터에 기초한 처리 결과 등을 표시하기 위한 액정 패널 등이 끼워넣어져 있다.

관통공(133b)에는, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 데이터에 기초한 처리의 결과, 유체 제어 기기(1)에 이상이 발생한 경우에, 그 이상을 알리기 위한 LED 램프 등의 경고등이 끼워넣어져 있다.

캡 톱(133)의 측면에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 관통공(133c)이 설치되어 있다. 이 관통공(133c)에는, 온도 센서(42) 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 데이터나 이 데이터에 기초한 처리 결과 등을 취출하기 위해, 외부 기기에 접속하기 위한 커넥터가 설치되어 있다.

캡 톱(133)의 측면으로서, 액추에이터 캡(132) 측의 개구부 근방에는, 캡 톱(133)의 상면으로부터 떨어진 위치에 관통공(133d)이 설치되어 있다. 이 관통공(133d)에는, 도입관(21)이 삽입 통과된다.

도입관(21)은, 외부로부터 유체 제어 기기(1) 내에 구동압으로서의 에어를 도입하기 위한 관으로서, 나일론 튜브 등에 의해 구성되어 가요성을 가진다.

이 도입관(21)은, 일단이 피스톤(126)의 개구부(126a)로부터 구동압 도입로(126b) 내로 꽂아넣어져 있다. 구동압 도입로(126b) 내로 꽂아넣어진 도입관(21)의 선단의 외주면과, 구동압 도입로(126b)의 내주면의 사이에는, O링(24)이 보유지지되어 있다. 이 O링(24)은, 구동압 도입로(126b)의 내주면과, 구동압 도입로(126b)에 꽂아넣어진 도입관(21)의 외주면의 사이를 시일하고 있다. 이에 의해, 도입관(21)으로부터 도입되는 에어가 누설 없이, 피스톤(126) 내의 구동압 도입로(126b)를 개재하여, 구동압 도입실(S2)로 도입된다.

또한, 액추에이터 캡(132)의 관통공(132a)에는, 도입관(21)을 고정하기 위한 고정 부재(23)가 끼워넣어져 있다. 이 고정 부재(23)는 대략 통형의 부재로서, 도입관(21)의 외경과 대략 동일한 내경의 관통공을 가지고 있고, 이 관통공에 도입관(21)이 관통 삽입된다. 또한, 고정 부재(23)의 개구부(126a) 측의 주연은 후크 형상으로 뾰족하게 되어 있고, 이에 의해 고정 부재(23) 내에 관통 삽입된 도입관(21)은, 외부로 빠져나오지 않도록 고정된다.

일단이 피스톤(126)의 개구부(126a)로부터 구동압 도입로(126b) 내로 꽂아넣어진 도입관(21)의 타단은, 캡 톱(133)의 관통공(133d)으로부터 외부로 도출되어 있고, 그 선단에는 원터치 조인트(22)가 장착된다.

캡 톱(133)의 액추에이터 캡(132) 측의 개구부 근방에는, 보유지지 부재(3)가 보유지지되어 있다.

이 보유지지 부재(3)는 도 6에 도시된 바와 같이, 수지제의 가요성을 갖는 대략 링형상의 부재로서, 정보 처리 모듈(5)을 하면측으로부터 상방으로 지지함으로써, 정보 처리 모듈(5)을 캡 톱(133) 내에 보유지지한다.

이 보유지지 부재(3)에는, 상하 방향으로 관통한 관통공(3a, 3b)이 형성되어 있고, 이 관통공(3a, 3b) 내에는, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)와 정보 처리 모듈(5)을 접속하는 배선을 통과시킬 수 있다.

보유지지 부재(3)의 외주연에는, 외측으로 후크 형상으로 돌출된 돌출부(31)가 형성되어 있다. 이 돌출부(31)를 포함한 보유지지 부재(3)의 외경은, 캡 톱(133)의 중공부의 내경과 대략 동일하거나, 약간 큰 외경을 가지고 있다. 이에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이, 캡 톱(133)의 내주면에 보유지지 부재(3)를 장착하였을 때, 보유지지 부재(3)는 돌출부(31)에 의해, 캡 톱(133)의 내주면 상에 떠받친 상태로 보유지지된다.

또한, 이 보유지지 부재(3)는, 캡 톱(133)의 액추에이터 캡(132) 측의 개구부 근방으로서, 관통공(133d)이 설치되어 있는 위치보다 상측에 보유지지된다.

이에 의해, 정보 처리 모듈(5)은 보유지지 부재(3) 상에 보유지지되고, 도입관(21)이 정보 처리 모듈(5)에 의해 찌부러지지 않도록 되어 있다.

또, 본 실시형태에서는, 관통공(3a)의 지름을 크게 함과 아울러, 보유지지 부재(3)를 대략 링형상으로 함으로써, 보유지지 부재(3)를 휘게 하기 쉽게 하여, 캡 톱(133)의 내주면에 장착하기 쉽게 하고 있다.

한편, 다른 실시예에서는, 보유지지 부재(3)를, 배선을 통과시키기 위한 작은 구멍만이 설치된 대략 원반 형상으로 할 수도 있고, 보유지지 부재(3)를 캡 톱(133)과 일체적으로 구성된 부재로 할 수도 있다. 또, 보유지지 부재(3)를 캡 톱(133)과 일체적으로 구성한 경우에는, 캡 톱(133)의 상면 전체를 개폐가 자유롭게 하고, 상면으로부터 정보 처리 모듈(5)을 내부로 수납되도록 하면 좋다.

유체 제어 기기(1)의 내부에는, 소정의 개소에 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)가 장착됨과 아울러, 이들 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 검출된 데이터를 처리하는 정보 처리 모듈(5)이 수납된다.

공간(S1)에는, 공간(S1) 내의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(41)와, 유체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(42)가 장착되어 있다.

이 압력 센서(41)는, 공간(S1) 내의 압력 변화를 검출하는 감압 소자나, 감압 소자에 의해 검출된 압력의 검출값을 전기 신호로 변환하는 변환 소자 등에 의해 구성된다.

본 실시형태에서는, 공간(S1) 내의 압력 변화를 압력 센서(41)에 의해 검출함으로써, 유체의 누출 등에 기인한 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지하는데, 컨덴서형 마이크로폰 유닛을 압력 센서(41)로서 이용하는 것이 가능하다. 즉, 컨덴서형 마이크로폰 유닛은, 음파를 받아 진동하는 진동판과, 진동판에 대향하여 배치된 대향 전극을 가지며, 진동판과 대향 전극 사이의 정전 용량의 변화를 전압의 변화로 변환하여 음성 신호로 할 수 있다. 그리고, 이 컨덴서형 마이크로폰 유닛은, 진동판의 배면측에 설치되는 공기실을 막음으로써 무지향성(전지향성)이 된다. 무지향성의 경우, 컨덴서형 마이크로폰 유닛은 모든 방향으로부터의 음파에 의한 음압의 변화를 파악하여 동작하기 때문에, 압력 센서(41)로서 이용하는 것이 가능해진다.

온도 센서(42)는, 설치 개소의 온도를 측정한다. 이 설치 개소는, 유로(111)의 근방이기 때문에, 이 설치 개소의 온도를, 유로(111) 내를 유통하는 유체의 온도로 간주할 수 있다.

케이싱(13)의 캡 보디(131)의 내부에는, 리미트 스위치(43)가 장착되어 있다.

리미트 스위치(43)는, 캡 보디(131)의 내주면에 장착된 고정 부재(1311)에 의해, 캡 보디(131) 내에 고정되어 있다.

이 리미트 스위치(43)는, 피스톤(126)의 직경 확대부(1261)의 상방에 고정되어 있고, 피스톤(126)의 상하 이동에 따라, 스위치가 전환된다. 즉, 밸브 개방시에 피스톤(126)이 상방으로 밀어올려지면, 피스톤(126)의 직경 확대부(1261)에 의해 리미트 스위치(43)가 눌러내려진다. 한편, 밸브 폐쇄시에 피스톤(126)이 하방으로 눌려내려가면, 리미트 스위치(43)는, 피스톤(126)의 직경 확대부(1261)에 의해 눌러내려진 상태로부터 해방된다.

피스톤(126)의 상하 이동에 따른 리미트 스위치(43)의 눌러내림에 따라, 유체 제어 기기(1)의 개폐 횟수나 개폐 빈도를 검지할 수 있다. 또한, 리미트 스위치(43)를 복수 설치함으로써, 유체 제어 기기(1)의 개폐 속도를 검지할 수 있다.

여기서, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)와 정보 처리 모듈(5)을 연결하는 배선의 돌림에 대해, 도 8, 도 9를 참조하여 설명한다.

우선, 압력 센서(41)와 온도 센서(42)로부터 도출된 배선은, 액추에이터 보디(12)의 외주면에 형성된 배선홈(121a, 122a, 123a)을 개재하여, 캡 보디(131) 내로 끌어넣어져 있다.

또, 배선홈(121a, 122a, 123a)은 각각 밸브 보디(11), 커버(1221), 캡 보디(131)에 의해 덮이기 때문에, 압력 센서(41)와 온도 센서(42)로부터 캡 보디(131) 내로 돌려진 배선이 외부로 노출되는 일이 없다.

또한, 리미트 스위치(43)로부터 도출된 배선은, 도 5에 도시된 고정 부재(1311)의 배선홈(1311c) 내에 끼워넣어진 후, 캡 보디(131) 내로 끌어넣어져 있다.

캡 보디(131) 내로 끌어넣어진 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)의 배선은, 액추에이터 캡(132)에 설치되어 있는 관통공(132b)을 개재하여 캡 톱(133) 내로 돌려져, 정보 처리 모듈(5)에 접속한다.

이와 같이, 유체 제어 기기(1)에서는 배선을 외부로 노출시키지 않고, 또한, 유체 제어 기기(1) 내의 피스톤(126) 등의 가동 부재에 접촉시키지 않고 배선이 돌려져 있기 때문에, 다른 기기와의 접촉 등에 의한 단선 등을 방지할 수 있다.

정보 처리 모듈(5)은, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 검출된 데이터를 처리하기 위한 LSI(Large-Scale Integration) 등에 의해 구성된다. 또, 정보 처리 모듈(5)에는, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)의 구동에 필요한 전원을 공급하는 버튼 전지 등의 구동 전원 등이 포함되어도 된다.

이상의 구성으로 이루어지는 유체 제어 기기(1)는 통상, 도 10에 도시된 바와 같이 복수 집적하여 유체 제어 장치(10)를 구성한다.

이와 같이, 복수의 유체 제어 기기(1)에 의해 유체 제어 장치(10)를 구성하는 경우, 유체 제어 기기(1)는 밀집하여 배치되기 때문에, 각 유체 제어 장치(10)에서의 데이터를 표시하기 위한 패널이나, 정보 처리 모듈(5)로부터 정보를 취출하기 위해, USB 메모리 등의 외부 기기를 접속하기 위한 포트는 상면, 적어도 상방에 설치되는 것이 적합하다. 특히, 데이터를 표시하기 위한 패널은, 상면으로부터가 아니면 시인(視認)하기 어렵다.

이어서, 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기(1)에 있어서, 내부에 장착된 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 데이터에 기초하여, 유체 제어 기기(1)의 이상이 판별되는 처리에 대해 설명한다.

본 실시형태에 관한 정보 처리 모듈(5)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 판별 처리부(51), 보정 처리부(52), 정보 표시부(53), 경고 표시부(54), 및 정보 공급부(55)를 구비한다.

판별 처리부(51)는, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 데이터에 기초하여, 유체 제어 기기(1)의 이상 유무를 판별하는 처리를 실행하는 기능부이다.

이 판별 처리부(51)는, 참조용 테이블 등에 보유지지된 소정의 문턱값과, 압력 센서(41)에 의해 검출된 압력의 검출값을 비교함으로써, 공간(S1)으로의 유체의 누출 등에 기인한 유체 제어 기기(1)의 이상을 판별하는 처리를 실행할 수 있다. 즉, 통상 사용시에 있어서, 유체 제어 기기(1)의 밸브의 개폐로 상정되는 공간(S1) 내의 압력의 한계값을 소정의 문턱값으로 해 둔다. 그리고, 공간(S1) 내의 압력의 검출값이 이 문턱값을 초과한 경우에, 유체 제어 기기(1)에 이상이 발생한 것으로 판별한다. 이러한 판별의 합리성은, 다이어프램(113)의 파손 등에 의해 공간(S1)으로 유체가 누출되어 공간(S1) 내의 압력이 상승한 결과로서, 혹은 유로(111) 내의 감압에 의해 공간(S1) 내의 압력이 감소한 결과로서 공간(S1) 내의 압력의 검출값이 문턱값을 초과하였다고 간주할 수 있는 것에 의한다.

보정 처리부(52)는, 온도 센서(42)에 의해 측정된 유체의 온도에 따라, 판별 처리부(51)가 공간(S1)으로의 유체의 누출을 판별하기 위해 참조하는 소정의 문턱값을 보정한다.

이와 같이, 소정의 문턱값이 보정 처리부(52)에 의해 보정되었을 때에는, 판별 처리부(51)는 보정 후의 문턱값과, 압력 센서(41)에 의해 검출된 압력의 검출값을 비교함으로써, 공간(S1)으로의 유체의 누출 등에 기인한 유체 제어 기기(1)의 이상을 판별하는 처리를 실행한다.

정보 표시부(53)는, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 공간(S1) 내의 압력, 유체의 온도, 및 유체 제어 기기(1)의 개폐 상태나 횟수 등에 관한 정보나, 판별 처리부(51)에 의한 판별 처리의 결과에 관한 정보를 외부에 시인 가능하게 표시하는 기능부이다. 이 정보 표시부(53)는, 액정 패널 등에 의해 실현되고, 캡 톱(133)의 관통공(133a)에 끼워넣어져 있다.

이에 의해, 유체 제어 기기(1)의 상황을 외부로부터 용이하게 파악할 수 있다. 특히, 유체 제어 기기(1)가 집적된 유체 제어 장치(10)에서는, 각 유체 제어 기기(1)를 가장 식별하기 쉬운 상면측에 정보 표시부(53)가 배치되기 때문에, 표시된 정보를 확인하기 쉽다.

경고 표시부(54)는, 판별 처리부(51)에 의한 판별 처리의 결과를 받아, 유체 제어 기기(1)에 이상이 발생한 경우에 발광하는 기능부이다. 이 경고 표시부(54)는, LED 등의 발광체에 의해 실현되고, 캡 톱(133)의 관통공(133b)에 끼워넣어져 있다.

이에 의해, 유체 제어 기기(1)에 이상이 발생한 경우에 경고 표시부(54)가 경고를 발하여 용이하게 이상을 인식할 수 있다.

정보 공급부(55)는, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 데이터나, 판별 처리부(51)에 의한 판별 결과에 관한 정보를 외부에 공급하기 위한 기능부이다. 이 기능부는, USB 케이블에 의해 외부 컴퓨터에 접속하여 이용되고, 그 USB 커넥터는 캡 톱(133)의 측면의 관통공(133c)을 개재하여 케이블을 빼고 꽂는 것을 행한다.

이상의 구성으로 이루어지는 유체 제어 기기(1)에 의하면, 압력 센서(41)에 의해 검출된 공간(S1) 내의 압력과 소정의 문턱값의 비교에 기초하여, 공간(S1)으로의 유체의 누출 등에 기인한 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지할 수 있다.

나아가 유체 제어 기기(1)는, 공간(S1) 내의 압력을 검출한 후, 소정의 문턱값과 검출값을 비교함으로써 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지하기 때문에, 폐공간(S) 내가 부압이 되는 이상을 초래한 경우에서도, 이를 검지할 수 있다.

또한, 유체의 온도 변화에 기인하여 공간(S1) 내의 압력이 변화해도, 이것과 유체의 누출 등의 유체 제어 기기(1)의 이상에 의해 야기된 공간(S1) 내의 압력의 변화를 식별하여, 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지할 수 있다.

또, 본 예에서는 다이어프램(113)과 O링(1262)에 의해 구획된 공간을 공간(S1)으로 하여, 그 내부의 압력을 검출함으로써 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지하였지만, 다이어프램(113)에 의해 이격된 유체 제어 기기(1) 내의 공간이면, 이 공간을 공간(S1)으로 하여 압력을 검출함으로써, 다이어프램(113)의 파손 등의 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 변형예로서, 유체 제어 기기(1)의 개폐를 검지하는 리미트 스위치(43) 대신에, 유체 제어 기기(1)의 구동압을 검출하는 구동압 센서를 마련함으로써, 유체 제어 기기(1)의 개폐를 검지할 수도 있다.

이 경우에는, 유체 제어 기기(1)의 개폐 동작 중이어도, 유체의 누출 등에 기인한 공간(S1) 내의 압력 변화를 판별할 수 있다. 즉, 구동압으로부터 필요한 보정값으로 변환하는 적당한 전달 함수를 실험적으로 구함으로써, 피스톤(126)이 이동하고 있는 순간의 공간(S1) 내의 과도적인 압력 변화를 보정할 수도 있다.

동시에, 구동압 센서의 검출값으로부터 공간(S1) 내의 압력 상승이 예기됨에도 불구하고, 압력 센서(41)의 검출값이 상승하지 않는 경우에는, 피스톤(126) 혹은 압력 센서(41)의 고장을 판단할 수 있다.

또한, 상술한 예에서는, 캡 톱(133)의 상면의 관통공(133a)에 정보 표시용 패널을 끼우는 것으로 하였지만, 이에 관계없이, 관통공(133a)에 USB 커넥터 등의 정보 취출구를 마련할 수도 있다.

이상의 본 실시형태에 관한 유체 제어 기기는, 내장하는 정보 처리 모듈(5)이 구비하는 판별 처리부(51), 보정 처리부(52)에 의해 유체 제어 기기(1)의 이상을 검지하고, 그 정보를 정보 표시부(53), 경고 표시부(54), 혹은 정보 공급부(55)를 개재하여 외부로 제공하였지만, 네트워크를 개재하여 통신 가능하게 구성된 서버에 대해 정보를 제공 가능하게 구성할 수도 있다.

도 12는, 네트워크(NW1, NW2)를 개재하여 유체 제어 기기(1)와 서버(71)가 통신 가능하게 구성된 예를 나타내고 있다.

이 예에서는, 유체 제어 기기(1)가 서버(71)와 데이터의 송수신을 행할 수 있도록, 정보 처리 모듈(5)에 통신 처리부(56)를 구비시킨다. 이 통신 처리부(56)는, 서버(71)에 대해, 판별 처리부(51)에 의한 판별 결과를 송신하거나, 필요에 따라 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 데이터를 송신한다. 이 예에서는, 유체 제어 기기(1)와 서버(71)의 사이에 중계 장치(6)가 설치되어 있고, 이 중계 장치(6)를 개재하여, 유체 제어 기기(1)로부터의 정보가 서버(71)에 제공된다.

구체적으로, 통신 처리부(56)에 의해 송신되는 데이터는 예를 들어, Bluetooth(등록상표), 적외선 통신, 혹은 Zigbee(등록상표) 등의 무선 통신에 의해 실현되는 네트워크(NW1)를 경유하여 일단 중계 장치(6)에 송신되고, 중계 장치(6)로부터 무선 혹은 유선 LAN 등에 의해 실현되는 네트워크(NW2)를 개재하여 서버(71)에 송신된다.

또한, 이 통신 처리부(56)는, 판별 처리부(51)에 의한 판별 결과를 1시간이나 1일 등의 임의로 설정된 소정의 주기로 송신할 수 있다. 이와 같이 소정의 주기로 정보의 송신을 행하는 경우에는, 소비전력을 억제할 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 유체 제어 기기(1)가 복수 집적되어 유체 제어 장치(10)를 구성하는 경우, 각 유체 제어 기기(1)의 정보 처리 모듈(5)이 구비하는 통신 처리부(56)는, 서버(71)에 대해 자기(自己)를 식별 가능한 자기 식별 정보와 함께, 판별 처리부(51)에 의한 판별 결과를 유체 제어 기기(1)마다 다른 타이밍으로 송신할 수 있다.

서버(71)에 대해, 유체 제어 기기(1)를 개별로 식별 가능한 자기 식별 정보가 송신됨으로써, 유체 제어 장치(10)를 구성하는 복수의 유체 제어 기기(1) 중 어느 것이 이상을 초래하고 있는지를 판별할 수 있다.

또한, 서버(71)에 대해, 유체 제어 기기(1)마다 다른 타이밍으로 판별 결과가 송신됨으로써, 패킷 충돌의 문제를 회피할 수 있고, 일제히 송신되는 경우에 비해 일시적인 처리의 과부하를 막을 수도 있다. 나아가 일제히 송신되는 경우와 달리, 데이터 송신에 이용되는 무선의 채널을 유체 제어 기기(1)마다 바꿀 필요가 없기 때문에, 많은 채널을 준비할 필요가 없다. 특히 네트워크(NW1)를 Bluetooth(등록상표)에 의해 구성하는 경우에는, 동시 접속 대수가 한정되기 때문에(통상 7대), 송신의 타이밍을 바꿈으로써 동시 접속 대수를 초과하는 수의 유체 제어 기기(1)를 이용할 수 있다.

서버(71)는, CPU(Central Processing Unit), CPU가 실행하는 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램이나 소정의 데이터를 기억하는 RAM(Random Access Memory)이나 ROM(Read Only Memory), 및 하드 디스크 드라이브 등의 외부 기억 장치 등의 하드웨어 자원에 의해 구성된다.

이 서버(71)는, 중계 장치(6)를 개재하여, 유체 제어 기기(1)의 공간(S1)에서의 유체의 누출의 판별 결과를 수신하기 위한 통신 처리부(711)를 가지고 있다. 서버(71)가 유체 제어 기기(1)로부터 수신한 정보는 적절히, 유체 제어 기기(1)의 감시자 등이 이용하는 단말로부터의 요구에 따라, 이 감시자 등이 이용하는 단말에 제공된다.

중계 장치(6)는, 네트워크(NW1)를 개재하여 유체 제어 기기(1)로부터 데이터를 수신함과 아울러, 네트워크(NW2)를 개재하여 이 수신한 데이터를 서버(71)에 대해 송신한다.

또, 본 실시형태에서는, 유체 제어 기기(1)와 서버(71)의 사이에 중계 장치(6)를 개재시켰지만, 유체 제어 기기(1)와 서버(71)가 직접 데이터 통신 가능해지도록 구성할 수도 있다.

이상의 구성에 의하면, 유체 제어 기기(1)의 이상에 관한 정보가 서버(71)에 집약되기 때문에, 유체 제어 기기(1)의 감시자 등은, 유체 제어 기기(1)의 동작 상황을 부담 없이 감시할 수 있다.

도 13은, 네트워크를 개재하여 유체 제어 기기(8)와 서버(72)를 통신 가능하게 구성한 예를 나타내고 있다.

또, 본 예의 설명에 있어서, 유체 제어 기기(8)는 유체 제어 기기(1)와 마찬가지의 구조를 가지고 있고, 특별한 언급이 없는 한, 상술한 예와 동일한 번호(부호)가 부여된 부재나 기능부 등은, 상술한 부재나 기능부 등과 동일한 기능을 보유 혹은 처리를 실행하는 것이기 때문에, 설명을 생략한다.

이 예에서는, 상술한 유체 제어 기기(1)의 정보 처리 모듈(5)이 구비한 판별 처리부(51) 및 보정 처리부(52)와 마찬가지의 기능을 갖는 판별 처리부(721) 및 보정 처리부(722)를 서버(72)가 구비하고 있고, 서버(72) 측에서 공간(S1) 내로의 유체의 누출 등에 기인한 유체 제어 기기(8)의 이상이 판별된다.

유체 제어 기기(8)는, 정보 처리 모듈(9)의 통신 처리부(56)에 의해, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 얻어진 데이터를 서버(72)에 대해 송신한다.

서버(72)는, CPU, CPU가 실행하는 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램이나 소정의 데이터를 기억하는 RAM이나 ROM, 및 하드 디스크 드라이브 등의 외부 기억 장치 등의 하드웨어 자원에 의해 구성되고, 판별 처리부(721), 보정 처리부(722) 및 통신 처리부(723)로 이루어지는 기능부를 구성한다.

판별 처리부(721)는, 상술한 판별 처리부(51)와 마찬가지로, 참조용 테이블 등에 보유지지된 소정의 문턱값과, 압력 센서(41)에 의해 검출된 압력의 검출값을 비교함으로써, 공간(S1)으로의 유체의 누출 등에 기인한 유체 제어 기기(8)의 이상을 판별하는 처리를 실행한다. 또한, 보정 처리부(722)에 의해 소정의 문턱값이 보정되었을 때에는, 보정 후의 문턱값을 기준으로 하여 유체 제어 기기(8)의 이상을 판별하는 처리를 실행한다.

보정 처리부(722)는, 상술한 보정 처리부(52)와 마찬가지로, 리미트 스위치(43)에 의해 검지된 유체 제어 기기(8)의 개폐 상태나, 온도 센서(42)에 의해 측정된 유체의 온도에 따라, 판별 처리부(51)가 공간(S1)으로의 유체의 누출을 판별하기 위해 참조하는 소정의 문턱값을 보정한다. 단, 본 예에서는, 유체 제어 기기(8)의 개폐 상태나, 온도 센서(42)에 의해 측정된 유체의 온도에 관한 정보는, 네트워크(NW1, NW2)를 경유하여, 유체 제어 기기(8)로부터 서버(72)에 공급된 것이다.

통신 처리부(723)는, 중계 장치(6)를 개재하여, 유체 제어 기기(8)로부터, 유체 제어 기기(8)의 개폐 상태나, 온도 센서(42)에 의해 측정된 유체의 온도에 관한 정보를 수신한다.

이상의 구성에 의하면, 유체 제어 기기(8)의 이상의 판별 처리가 서버(72) 측에서 실행되는 결과, 유체 제어 기기(8)에 실장되는 정보 처리 모듈(9)의 구성을 심플하게 할 수 있고, 판별 처리부(721)나 보정 처리부(722)가 실행하는 프로그램의 디버그 등 보수도 용이해진다.

또, 본 예에서는 추가로, 서버(72) 측에서 유체 제어 기기(8)의 이상의 판별 처리가 실행된 결과, 유체 제어 기기(8)에 이상이 발생하였다고 판별된 경우에, 이상 발생의 정보를 유체 제어 기기(8)로 송신하고, 유체 제어 기기(8)의 정보 표시부(53), 경고 표시부(54)에 이상의 표시 혹은 경고를 하게 하도록 해도 된다.

상술한 유체 제어 기기(8)와 서버(72)가 네트워크(NW1, 2)를 개재하여 통신 가능하게 구성된 예에서는, 유체 제어 기기(8)가 구비하는 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)에 의해 취득된 정보를 집약시킬 수 있기 때문에, 집약시킨 정보에 기초하여 데이터 마이닝을 행하는 것이 가능해진다.

이하, 유체 제어 기기(8)와 서버(72)가 통신 가능하게 구성된 상술한 실시예의 변형예로서, 유체 제어 기기(8)의 동작을 분석하는 시스템에 대해 설명한다.

본 예에서도 유체 제어 기기(8)는, 유체 제어 기기(8)의 동작 정보를 취득하기 위한 동작 정보 취득 기구로서, 압력 센서(41), 온도 센서(42), 및 리미트 스위치(43)를 구비한다. 이에 의해 유체 제어 기기(8)는, 공간(S1) 내의 압력, 유체의 온도, 유체 제어 기기(8)의 개폐 횟수나 개폐 빈도(복수의 리미트 스위치에 의해 개폐 속도도 검지 가능) 등의 유체 제어 기기(8)의 동작 정보를 취득할 수 있다.

한편, 유체 제어 기기(8)의 동작 분석을 위해서는, 소정의 동작 정보 취득 기구를 마련함으로써 다른 종류의 동작 정보를 취득하는 것도 유효하다. 구체적으로는, 유체 제어 기기(8)의 사용 기간, 유체 제어 기기(8)의 외부 환경의 온도나 습도, 피스톤(126)의 추력, 피스톤(126)의 평균 이동 속도, 진동, 유체 제어 기기(8)를 구성하는 부재의 내부 응력이나 경도 등을 들 수 있다.

본 예에 관한 유체 제어 기기의 동작 분석 시스템의 구성을 도 14에 나타낸다.

이 동작 분석 시스템에 있어서, 서버(72)는 유체 제어 기기(8)로부터 취득한 정보에 기초하여 데이터 마이닝을 실행하는 정보 처리 장치로서, 전술한 판별 처리부(721), 보정 처리부(722), 및 통신 처리부(723)에 더하여, 정보 수집부(724), 정보 기억부(725), 정보 추출부(726), 상관관계 분석부(727), 및 이상 예기부(728)를 구비한다.

정보 수집부(724)는, 통신 처리부(723)에 의해, 유체 제어 기기(8)에 대해 동작 정보의 송신을 요구하고, 이러한 정보를 수집한다. 또한, 정보 수집부(724)는, 이상 판별 처리부(721)로부터 유체 제어 기기(8)의 이상 판별 결과에 관한 정보의 공급을 요구하고, 이러한 이상 판별 결과에 관한 정보를 수집한다.

또, 유체 제어 기기(8)에서의 동작 정보는, 유체 제어 기기(8)뿐만 아니라 다른 기기로부터 수집되는 경우가 있어도 된다. 예를 들어, 유체 제어 기기(8)가 설치되어 있는 장소의 온도나 습도를 계측하는 단말로부터 수집하거나, 유체 제어 기기(8)의 관리자의 관리자 단말에 의해 입력된 정보를 수집하는 경우가 있어도 된다.

정보 기억부(725)는, 유체 제어 기기(8)로부터 수집된 동작 정보와, 유체 제어 기기(8)의 이상의 판별 결과를 기억하는 기억부이다.

정보 추출부(726)는, 정보 기억부(725)를 참조하여, 분석 대상으로서, 소정의 동작 정보를 동일하게 하는 다른 동작 정보와 판별 결과에 관한 정보를, 유체 제어 기기(8)마다 선택적으로 추출한다.

예를 들어, 복수의 유체 제어 기기(8)의 동작 정보에 대해, 동일한 밸브 개폐 횟수(예: 1000만회)에서의 동작 시간과 이 동작 시간에서의 이상의 판별 결과에 관한 정보를 추출한다.

특히, 유체 제어 기기(8)의 동작 정보 데이터 중, 리미트 스위치(43)나 압력 센서(41)의 변화로부터 검출되는, 유체 제어 기기(8)의 개폐 상태가 전환되기 전 및 후의 소정 시간에서의 데이터를 잘라내어 입력 데이터로 한다. 이는, 밸브 동작시의 동적인 센서 측정값의 변화를 측정하는 것이 이상 예기에 있어서 유효함을 반영한 것으로, 입력 데이터의 차원수를 삭감하여 후술하는 학습의 계산 비용을 줄일 수 있다. 소정 시간은, 유체 제어 기기(8)의 개폐에 걸리는 시간(구동압을 도입하기 시작하고 나서, 유체 제어 기기(8)가 완전 개방이 되기까지의 시간으로 정의함. 도 15의 2개의 점선 사이의 시간이 이 시간에 상당함)의 1배~5배의 시간으로 함으로써, 필요한 범위의 데이터를 낭비 없이 추출할 수 있다. 또한, 유체 제어 기기(8)로부터 송신하는 데이터를 미리 이 시간의 범위 내로 한정하여 송신함으로써, 통신의 데이터량을 삭감할 수 있고, 유체 제어 기기(8)에서의 소비전력을 억제할 수 있다.

상관관계 분석부(727)는, 정보 추출부(726)에 의해 추출된 정보를 대비(對比)함으로써, 유체 제어 기기(8)의 소정의 동작과 이상 발생의 상관관계를 분석한다.

제1 학습에서는, 이상이 발생한 유체 제어 기기(8)의 과거 동작 정보를 기초로, 이상이 발생하기 전의 소정 기간(이하, 고장 직전 기간으로 함)의 입력 데이터와, 이상 발생 후의 입력 데이터와, 그 이전의 정상 동작시의 입력 데이터를 분류하는 지도학습(supervised learning; 교사가 있는 학습)을 행한다. 이 학습은, 예를 들어 뉴럴 네트워크의 모델에 대해 오차 역전파법(Backpropagation)을 이용한 확률적 구배 강하법(SGD: Stochastic Gradient Descent)에 의해 행해진다.

고장 직전 기간의 길이의 설정에 의해, 학습 완료된 모델의 판별 성능이 다르고, 뉴럴 네트워크의 층수나 노드수 등의 하이퍼 파라미터와 마찬가지로, 소정 기간의 길이도 조정해야 할 하이퍼 파라미터가 된다. 이들 하이퍼 파라미터의 조정은 예를 들어 최적화 알고리즘에 의해 선정되며, 판별 능력이 높아지는 값을 선정할 수 있다. 한편, 밸브 사용자의 용도에 따라서는 다른 고장 직전 기간의 값을 알고 싶은 경우에 대응하고, 고장 직전 기간으로서 2종류 이상의 기간을 준비하여 클러스터링을 행해도 된다. 또한, 고장의 종류마다 다른 분류를 작성해도 되고, 소정 기간 내에 어느 고장이 발생하는지 예기할 수 있다.

분석에 의해, 예를 들어, 복수의 유체 제어 기기(8)의 동작 정보에 대해, 밸브를 1000만회 개폐하는 데에 필요한 동작 시간과, 이 동작 시간에서의 이상의 판별 결과에 의해, 동일한 1000만회의 밸브 개폐 횟수이어도, 그것이 3개월에 카운트된 횟수인지, 3년에 카운트된 횟수인지에 따라, 이상의 발생 확률이 다른지 어떤지를 분석할 수 있다.

제2 학습에서는, 데이터수가 적은 특수한 이상을 사전 검지하기 위해, 오토인코더를 이용한 비지도학습(unsupervised learning; 교사가 없는 학습)을 행한다. 오토인코더는, 뉴럴 네트워크로 구성한 모델에 대해, 밸브가 정상 동작하고 있었을 때의 입력 데이터를 입력하고, 동일한 데이터가 출력되도록 학습을 행한다. 이 뉴럴 네트워크의 숨은 층의 차원수를 입력 데이터나 출력 데이터의 차원수보다 작게 설정함으로써, 통상 동작시의 입력 데이터의 패턴에 대해서만 적절히 원래의 데이터를 재현할 수 있는 오토인코더를 학습시킬 수 있다.

이상 예기부(728)는, 상관관계 분석부(727)에 의한 분석 결과에 기초하여, 정보 기억부(725)에 기억되어 있는 유체 제어 기기(8)의 동작 정보를 참조하여, 유체 제어 기기(8)의 이상 발생 확률을 산출함으로써, 유체 제어 기기(8)의 이상을 예기한다.

현재 센서 데이터의 측정값을 입력으로 하여 제1 학습에 의해 얻어진 학습 완료된 모델로 분류를 행하게 함으로써, 밸브가 고장 직전 기간에 들어가 있는 확률을 산출할 수 있다(제1 이상 예기 수단(7281)). 이 확률은 읽는 법을 바꾸면, 소정의 기간 내에 망가진다는 이상 발생 확률이다.

또한, 제2 학습에 의해 얻어진 오토인코더에, 현재 센서로부터 얻어진 입력 데이터를 통하여, 출력을 원래의 입력과 비교하여 L2 법칙 등으로 입출력간 거리를 산출하여 소정의 문턱값과 비교한다(제2 이상 예기 수단(7282)). 오토인코더는 정상 동작시의 데이터이면 원래의 데이터를 복원할 수 있도록 구성되어 있지만, 이상 동작시에는 제대로 원래의 데이터를 복원할 수 없기 때문에 입력과 출력의 사이에 차가 커지기 때문에, 문턱값을 초과한 경우에는 유체 제어 기기(8)의 이상을 검지할 수 있다. 이 수법을 상기 지도학습과 병용함으로써, 교사 데이터로서 준비되지 않은 명백히 벗어난 값의 이상 상태(예를 들어, 센서의 고장, 작동 온도의 극단적인 변화 등)를 미리 검출할 수 있고, 전술한 고장 직전 기간의 판정의 신뢰성을 높일 수 있다. 즉, 제1 학습에서의 지도학습이, 교사 데이터가 없는 영역에 대해 어떠한 거동을 나타낼지 보장되지 않는다는 문제에 대해 어느 정도의 대처를 행할 수 있다. 유체 제어 기기(8)는 자주 그것이 탑재되는 장치의 개조에 의해, 이전과 전혀 다른 동작 환경에 놓이는 경우가 자주 있고, 재학습을 행해야 할지 어떨지의 지표 데이터로서 이용할 수도 있다.

이상을 예기할 수 있으면, 그 정보를 유체 제어 기기(8)의 관리자가 이용하는 관리자 단말 등에 대해 통지하거나, 유체 제어 기기(8)에 대해 그 정보를 통지함과 아울러, 경고 표시부(54)에 의한 경고 표시를 행하게 해도 된다.

또, 상술한 예에서는, 서버(72)가 판별 처리부(721)나 보정 처리부(722)를 구비하는 경우에 대해 설명하였지만, 유체 제어 기기(8)가 판별 처리부(721)나 보정 처리부(722)와 마찬가지의 기능부를 구비하는 경우에 대해서도 적용 가능하고, 그 경우, 정보 수집부(724)는 유체 제어 기기(8)로부터 이상 판별 결과를 수집한다.

또한, 상관관계 분석부(727)에 의한 분석에서는 예를 들어, 이하의 분석 결과가 얻어지는 것이 예상된다.

(1) 유체 제어 기기(8)의 동일 사용 기간에서의 개폐 횟수와 이상 발생의 상관

예를 들어, 3년에 1000만회의 밸브 개폐와, 3개월에 1000만회의 밸브 개폐는 이상 발생 확률이 다른 것이 예상된다.

(2) 환경 온도와 이상 발생의 상관

예를 들어, 20℃의 환경하에서의 사용과, 80℃에서의 사용에서는 이상 발생 확률이 다른 것이 예상된다.

(3) 피스톤(126)의 추력과 이상 발생의 상관

예를 들어, 피스톤(126)의 추력(구동압의 대소(大小)에 의존)의 대소에 의해, 다이어프램(113)에의 부하에 영향을 미치는 것이 예상된다.

(4) 유체 제어 기기(8)의 개폐 속도와 이상 발생의 상관

예를 들어, 피스톤(126)의 평균 이동 속도의 대소에 의해 이상 발생 확률이 다른 것이 예상된다.

(5) 진동과 이상 발생의 상관

예를 들어, 환경(진동)의 대소에 따라 이상 발생 확률이 다른 것이 예상된다.

(6) 유체 제어 기기(8)를 구성하는 부재의 변형과 이상 발생의 상관

예를 들어, 각 부재의 내부 응력의 대소에 의해 이상 발생 확률이 다른 것이 예상된다.

(7) 습도와 이상 발생의 상관

예를 들어, 습도와 각 부재, 특히 O링(1262, 1263, 24) 등의 이상 발생 확률이 다르다.

(8) 초기 경도, 및 경도 변화와 이상 발생의 상관

예를 들어, 유체 제어 기기(8)의 사용 초기의 각 부재의 초기 경도의 대소에 의해 이상 발생 확률이 다른 것이 예상된다. 또한, 경도 변화 속도의 대소에 의해 이상 발생 확률이 다른 것도 예상된다.

모델의 학습 결과에 따라서는, 각 센서의 측정값에 대해, 소정의 주파수 성분 추출·복수의 센서 데이터 간의 상호 상관 계산·소정의 패턴과의 매칭·적분·미분 등과 동등한 처리를 포함하는 모델이 되는 경우가 있다.

또한, 정보 기억부(725)에 기억되는 유체 제어 기기(8)의 이상 판별 결과에 대해, 이상이 어느 부재의 파손 등인지(예를 들어, 다이어프램(113)의 파손, O링(1262, 1263, 24)의 파손, 피스톤(126) 등의 액추에이터 보디(12) 내의 부재 등)를 파악 가능한 정보가 포함되도록 하면, 밸브 개폐 속도의 변화나 유량의 변화, 피스톤 부동 등이 어느 부재에 영향을 주기 쉬운지를 파악할 수도 있다.

또한, 이상의 데이터 마이닝에 의해 이상 발생을 예기함과 아울러, 나아가 그 예기 정보와 현실에 발생한 이상 유무를 비교 분석하여, 상관 분석의 정밀도를 높여도 된다.

1 유체 제어 기기
11 밸브 보디
111 유로
112 시트
113 다이어프램
LP 리크 포트
S1 공간
12 액추에이터 보디
121 나사결합부
122 노출부
1221 커버
123 나사결합부
124 디스크
125 누름 어댑터
126 피스톤
127 스프링
13 케이싱
131 캡 보디
132 액추에이터 캡
1321 고정 부재
133 캡 톱
21 도입관
22 원터치 조인트
23 고정 부재
24 O링
3 보유지지 부재
31 돌출부
3a 관통공
3b 관통공
41 압력 센서
42 온도 센서
43 리미트 스위치
NW1, NW2 네트워크

Claims

유로를 구비한 밸브 보디와,
상기 밸브 보디에 고정된 액추에이터 보디와,
상기 액추에이터 보디에 고정되고, 측면에 관통공이 형성된 중공의 케이싱과,
상기 액추에이터 보디 내에 설치되고, 내부에 구동압 도입실로 연통하는 구동압 도입로가 형성된 피스톤과,
구동압을 도입하는 관으로서, 일단이 상기 구동압 도입로에 꽂아넣어지고, 타단이 상기 케이싱의 관통공으로부터 외부로 도출된 도입관과,
기기 내에 구비된 센서와,
상기 케이싱 내에 설치되고, 상기 케이싱 내의 도입관의 상방에 형성되는 공간에 정보 처리 모듈을 보유지지함과 아울러, 상기 센서로부터 도출된 배선을 관통시키기 위한 관통공이 설치되어 있는 보유지지 부재를 갖는, 유체 제어 기기.
청구항 1에 있어서,
상기 케이싱의 상면에, 상기 정보 처리 모듈과 접속된 정보 표시용 패널이 끼워넣어지는 정보 표시 패널용 관통공이 형성되어 있는, 유체 제어 기기.
청구항 1에 있어서,
상기 액추에이터 보디의 외주면에는, 상기 밸브 보디 및 상기 케이싱의 내주면에 형성된 나사와 나사결합하는 나사가 형성되고, 상기 밸브 보디 및 상기 케이싱과 나사결합하는 부분에, 상기 센서로부터 도출된 배선을 통과시키기 위한 배선홈이 형성되어 있으며,
상기 센서로부터 도출된 배선이, 상기 배선홈을 개재하여 상기 케이싱 내로 끌어넣어져 있는, 유체 제어 기기.
청구항 2에 있어서,
상기 액추에이터 보디의 외주면에는, 상기 밸브 보디 및 상기 케이싱의 내주면에 형성된 나사와 나사결합하는 나사가 형성되고, 상기 밸브 보디 및 상기 케이싱과 나사결합하는 부분에, 상기 센서로부터 도출된 배선을 통과시키기 위한 배선홈이 형성되어 있으며,
상기 센서로부터 도출된 배선이, 상기 배선홈을 개재하여 상기 케이싱 내로 끌어넣어져 있는, 유체 제어 기기.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 유체 제어 기기를 복수 이용한 유체 제어 장치로서,
상기 유체 제어 장치에 있어서의 데이터를 표시하기 위한 패널을 가지는 유체 제어 장치.