JP4460820B2

JP4460820B2 - 定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法

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Publication number: JP4460820B2
Application number: JP2002314293A
Authority: JP
Inventors: 広宣松沢; 起美仁笹尾
Original assignee: Advance Denki Kogyo KK
Current assignee: Advance Denki Kogyo KK
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: JP2004150488A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被制御流体（液体あるいは気体）を所定の流量に制御する定圧流量制御弁を用いた流体の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、先に、ダイヤフラムを利用して二次側（流出側）の圧力を設定エア圧と比例した圧力に一定にして被制御流体を所定の流量又は圧力に制御する定圧流量制御弁（例えば、特許文献１参照。）や、一次側（流入側）の被制御流体を所定の流量又は圧力に制御する定圧流量制御弁（背圧制御弁）を提案した。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２７６９３６号明細書（第１−７頁、第１―１１図）
【０００４】
この種の定圧流量制御弁によって超純水，高純度薬液等、各種の被制御流体を所定の流量又は圧力に制御するに際しては、その制御にはフィードバック制御が用いられていた。前記フィードバック制御とは、流量又は圧力の目標値と実際の流量値又は圧力値とを比較して、両値を一致させるように訂正動作を行う制御である。具体的には、目標値から実際の流量値又は圧力値を引いたものである制御偏差が正の値である場合には実際の流量又は圧力を増加させるように制御し、該制御偏差が負の値である場合には実際の流量又は圧力を減少させるように制御することにより、図８に示すように、実際の流量値又は圧力値を目標値に収束させることが可能となる。
【０００５】
そして、例えば図９に示すように、上記のフィードバック制御を行う半導体の製造等を行う装置もしくはプラントは、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）７９と、調節計７０と、電空レギュレータ７１と、ポンプ等からなる供給源７２と、定圧流量制御弁７３と、流量センサ７４と、ニードルバルブ等からなる絞り調節手段７５と、エアオペレートバルブ等からなる開閉弁７６Ａ，７６Ｂと、薬液槽７７と、前記供給源７２から開閉弁７６Ａを経て薬液槽７７へ至る配管流路７８Ａと、該配管流路７８Ａから分岐して前記開閉弁７６Ｂを経て被制御流体の排水用配管や再利用配管等と接続される配管流路７８Ｂ等により構成されている。
【０００６】
上記の装置もしくはプラントにおいては、被制御流体の実際の流量値を前記流量センサ７４で検知し、その検知量が電気信号として信号線Ｓ１１により調節計７０に伝送され、該調節計７０が有する演算部により実際の流量値と目標値との制御偏差を求め、これに応じた制御量を演算し、その制御量が電気信号として信号線Ｓ１２により、図示しないエア回路に追加して設けられた前記電空レギュレータ７１へ出力される。この電空レギュレータ７１は、これが有する電空信号変換部７１Ｂにより、前記電気信号を圧力信号に変換するものである。
【０００７】
前記信号線Ｓ１２により電空レギュレータ７１のフィードバック制御演算部７１Ａに電空レギュレータ７１のフィードバック制御の目標値となる前記調節計７０による演算結果で定圧流量制御弁７３に伝送される圧力信号（制御量）に対応した電気信号が入力された後に、前記演算部７１Ａが該演算部７１Ａと前記電空信号変換部７１Ｂとを接続する変換部駆動信号線Ｓ１３により該変換部７１Ｂにその駆動信号を出力する。そして、この電空信号変換部７１Ｂにより前記駆動信号が圧力信号に変換され、この圧力信号（制御量）が該変換部７１Ｂと圧力センサ７１Ｃとを接続する信号線Ｓ１４および該圧力センサ７１Ｃと定圧流量制御弁７３とを接続する信号線Ｓ１５により該定圧流量制御弁７３に伝送される。加えて、圧力センサ７１Ｃと前記制御演算部７１Ａとを接続する信号線Ｓ１６により圧力信号の圧力値が該制御演算部７１Ａに伝送され、この制御演算部７１Ａが下記の訂正演算を行うことによって、定圧流量制御弁７３を介して薬液槽７７へ供給される被制御流体が所定の流量となるように前記フィードバック制御を行う。なお、図中の符号Ｓ１７は、公知のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）７９と前記調節計７０とを接続する信号線である。
【０００８】
この例においては、前記フィードバック制御演算部７１Ａ、電空信号変換部７１Ｂ、圧力センサ７１Ｃにより構成されるフィードバックループにおいて、フィードバック制御演算部７１Ａが前記定圧流量制御弁７３へ伝送される圧力信号（制御量）が目標値となるように訂正演算を行う。
【０００９】
しかしながら、上記構成の装置もしくはプラントにおいてはエア配管の敷設距離が長い場合があること、また定圧流量制御弁７３内に空気室が設けられていることにより前記圧力信号の伝達に時間を要することとなり、図８中の符号ａに示すように、流量制御の応答特性において応答遅れを生じていた。
【００１０】
さらに、上記の装置もしくはプラントでは、被制御流体の流量を所定の流量である目標値に制御するフィードバック制御においては前記調節計７０の演算部による制御量の演算と電気レギュレータ７１のフィードバック制御演算部７１Ａによる前記訂正演算を行っており、前記演算部とフィードバック制御演算部７１Ａが行うフィードバック制御によって被制御流体の流量を目標値に収束させることにより、図８中の符号ｂに示すように、オーバーシュートやアンダーシュートを繰り返す領域が長くなり、その結果として流量制御の不安定領域ｃが長くなる問題も生じていた。
【００１１】
また、流量制御が安定領域ｄに至り被制御流体の流量が目標値と一致するまでは、上記装置もしくはプラントの薬液槽７７には被制御流体を供給せず、該被制御流体を前記配管流路７８Ａから分岐させた配管流路７８Ｂに設けた開閉弁７６Ｂを開いて前記排水用配管等へ排水等するようにしている。したがって、前記被制御流体である超純水や高純度薬液等を無駄に排水等することとなり、被制御流体の使用量が増えてしまう問題もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題に対処するために提案されたものであって、被制御流体の流量制御方法において、超純水等の被制御流体の流量等の制御の応答特性が良く、該流量等の値が素早く安定領域に至ることにより、被制御流体の使用量を低減させることができる流体の流量制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、被制御流体の供給元から供給先に至る配管流路（１８）において、調節計（１０）の制御を受けて設定エア圧力と比例した二次側圧力に自力で調整しながら被制御流体を流通させる定圧流量制御弁（１３）と、被制御流体の流量検知手段（１４）と、開閉弁（１６）とを備え、前記定圧流量制御弁の二次側圧力を制御することにより被制御流体を所定の流量に制御するに際して、前記開閉弁が閉じた状態で、該開閉弁が開けられる前から、前記定圧流量制御弁に対して被制御流体の流量の目標値Ｓに対応する初期設定エア圧Ｆに前記調節計の制御を受けて予備加圧がなされ、前記開閉弁が開けられてからも、前記定圧流量制御弁に対し前記調節計の制御を受けて前記初期設定エア圧Ｆにて加圧がなされるとともに、前記開閉弁の開信号に遅延して、前記定圧流量制御弁に対して被制御流体の流量検知手段からの信号により前記調節計がフィードバック制御することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法に係る。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の流体の流量制御方法において、前記定圧流量制御弁に対して前記初期設定エア圧Ｆに前記調節計の制御を受けた加圧をなすとともに、前記定圧流量制御弁の二次側の前記配管流路に被制御流体の絞り調節手段（１５）を設け、前記流量検知手段による数値が被制御流体の流量の目標値Ｓとなるように前記絞り調節手段を調節することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法に係る。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１に記載の流体の流量制御方法において、前記定圧流量制御弁の制御による被制御流体の流量の目標値Ｓを変更するに際して、前記定圧流量制御弁に対して変更後の被制御流体の流量の目標値Ｓ１に対応する当初設定エア圧Ｆ１に前記調節計の制御を受けた加圧がなされるとともに、前記定圧流量制御弁に対する前記当初設定エア圧Ｆ１への切替に遅延して、被制御流体の流量検知手段からの信号により前記調節計がフィードバック制御することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法に係る。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体の流量制御方法において、前記初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１による被制御流体の流量が前記被制御流体の流量の目標値Ｓ又は変更後の被制御流体の流量の目標値Ｓ１に対して許容範囲内のものであるかどうかを判定し、許容範囲を超えた場合には、前記被制御流体の流量の目標値Ｓ又は変更後の被制御流体の流量の目標値Ｓ１に収束したときのエア圧を変更初期設定エア圧Ｆ２又は変更当初設定エア圧Ｆ３として、前記初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１と置換変更することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法に係る。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体の流量制御方法において、前記被制御流体の流量検知手段による検知状態が異常と判断された場合には、前記フィードバック制御を前記初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１にて加圧がなされるように変更することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法に係る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例に係る流体の流量制御方法を表す概要図、図２はこの発明の他の実施例に係る流体の流量制御方法を表す概要図、図３はこの発明の流体の流量制御方法に関する第１タイムチャ−ト図、図４はこの発明の流体の流量制御方法に関する第１フローチャ−ト、図５はその第２フローチャート、図６はその第３フローチャート、図７はこの発明の流体の流量制御方法に関する第２タイムチャート図である。
【００１９】
図１に示す超純水，高純度薬液等、各種の被制御流体を所定の流量に制御する流体の制御方法を表す概要図は、この発明の一実施例に係るものであり、流量の制御を行う半導体製造装置もしくは半導体製造プラントは、調節計１０と、電空レギュレータ１１と、ポンプ等からなる供給源１２と、定圧流量制御弁１３と、流量センサ１４と、絞り調節手段１５と、開閉弁１６と、薬液槽１７と、被制御流体の供給元である前記供給源１２から絞り調節手段１５等を経て該被制御流体の供給先である薬液槽１７へ至る配管流路１８と、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１９等により構成されている。
【００２０】
調節計１０は演算部を有しており、この演算部には後述する流量センサ１４で検知された被制御流体の実際の流量値（電気信号）が該センサ１４と前記調節計１０とを接続する信号線Ｓ４により伝送される。そして、この演算部は、伝送された前記実際の流量値と目標値との制御偏差を求め、これに応じた制御量を演算し、その制御量が電気信号として調節計１０と電空レギュレータ１１とを接続する信号線Ｓ３により下記の電空レギュレータ１１に伝送される。
【００２１】
電空レギュレータ１１には、前記信号線Ｓ３により電空レギュレータ１１のフィードバック制御演算部１１Ａに前記調節計１０による演算結果で定圧流量制御弁１３に伝送される圧力信号（制御量）であって電空レギュレータ１１の目標値に対応した電気信号が入力された後に、前記演算部１１Ａが該演算部１１Ａと電空信号変換部１１Ｂとを接続する変換部駆動信号線Ｓ５により該変換部１１Ｂにその駆動信号を出力する。そして、この電空信号変換部１１Ｂにより前記駆動信号が圧力信号に変換され、この圧力信号（制御量）が該変換部１１Ｂと圧力センサ１１Ｃとを接続する信号線Ｓ６および該圧力センサ１１Ｃと定圧流量制御弁１３とを接続する信号線Ｓ８により該定圧流量制御弁１３に伝送される。加えて、圧力センサ１１Ｃと前記制御演算部１１Ａとを接続する信号線Ｓ７により圧力信号の圧力値が該制御演算部１１Ａに伝送され、この制御演算部１１Ａが下記の訂正演算を行うことによって、定圧流量制御弁１３を介して薬液槽１７へ供給される被制御流体が所定の流量となるように前記フィードバック制御を行う。
【００２２】
フィードバック制御演算部１１Ａが被制御流体の実際の流量値と被制御流体の目標値との制御偏差を求めて制御量を演算し、その制御量を電気信号として信号線Ｓ５により前記電空信号変換部１１Ｂに伝送する。電空信号変換部１１Ｂはこれに伝送されてきた前記電気信号を圧力信号に変換し、この圧力信号が信号線Ｓ６により圧力検知部１１Ｃに伝送され、該圧力検知部１１Ｃが圧力信号を検知し、これを信号線Ｓ７により前記フィードバック制御演算部１１Ａに伝送してフィードバックゲインの増減等を行う制御を前記フィードバックループで行って前記制御量である圧力信号が信号線Ｓ８により定圧流量制御弁１３に出力される。
【００２３】
なお、前記電空レギュレータ１１は、前記演算部１１Ａ，前記変換部１１Ｂ，前記圧力検知部１１Ｃを有しているが、該変換部１１Ｂのみを有する構成でもよい。この場合には、前記信号線Ｓ３により調節計１０と前記変換部１１Ｂを接続し、該信号線Ｓ３によって前記変換部１１Ｂに伝送される電気信号により該変換部１１Ｂを駆動するようにしている。
【００２４】
供給源１２は、工場内に設置された図示しない圧力タンク等から被制御流体を配管流路１８内へ送り出すものである。定圧流量制御弁１３は、その二次側（流出側）の圧力を前記調節計１０から信号線Ｓ８により該定圧流量制御弁１３に伝送される圧力信号の圧力値と比例した圧力に自力で調整することができるものであり、該圧力信号に基づいたエア圧力で図示しないエア配管内を圧送されるエアにより定圧流量制御弁１３に加圧されてその二次側の被制御流体を所定の流量に制御する。
【００２５】
流量センサ１４は、前記配管流路１８を流れる被制御流体の実際の流量値を検知する流量検知手段であり、この流量センサ１４で検知された流量値に対応した電気信号が前記信号線Ｓ４により流量情報として調節計１０に伝送される。なお、この実施例では流量センサ１４を前記定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）と接続される配管流路１８に設置しているが、これに代えて前記流量センサ１４を定圧流量制御弁１３の一次側（流入側）と接続される配管流路１８に設置してもよい。
【００２６】
絞り調節手段１５は公知のニードルバルブからなり、後述するように、該ニードルバルブのバルブ開度を変えることにより、前記流量センサ１４による数値が被制御流体の目標値となるように初期設定エア圧Ｆの調節等を行うようにしている。また、この実施例の絞り調節手段１５は、そのバルブ開度を変えることにより前記定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）からニードルバルブの上流側の間の配管流路１８の抵抗を変化可能とするものであり、実施例のような半導体製造装置もしくは半導体製造プラントではニードルバルブは樹脂製のものが用いられている。樹脂は温度による寸法変化やクリープ現象による変形が起きるため、温度変化等によるニードルバルブの寸法変化によっても前記配管流路１８の抵抗が変化する。なお、ニードルバルブに代えてオリフィスを設置することにより、配管流路１８の抵抗を変化させるようにしてもよい。
【００２７】
開閉弁１６は公知のエアオペレートバルブからなる。なお、この実施例では前記ニードルバルブと同様にエアオペレートバルブも樹脂製のものが用いられている。
【００２８】
薬液槽１７は、超純水，高純度薬液等の各種の被制御流体を投入して貯えるものであり、該被制御流体が貯えられた薬液槽１７には薄板状のシリコン・ウエハ等を順次浸漬してこれが洗浄される。この実施例では、前記薬液槽１７にはその下部から超純水等の被制御流体が供給されるようになっており、薬液槽１７に貯えられた被制御流体の液面高さに比例した水頭圧が前記定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）の被制御流体の圧力に影響を及ぼす。そこで、前記定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）の被制御流体を所定の流量に制御して該二次側（流出側）の圧力を所定の圧力に制御するためにはフィードバック制御を行う必要がある。
【００２９】
配管流路１８は、前記供給源１２から送り出される被制御流体を薬液槽１７へ供給するためのものである。この実施例の配管流路１８には、前記ニードルバルブやエアオペレートバルブと同様に、樹脂製のものが用いられており、温度変化による寸法変化やクリープ現象による変形によって前記配管流路１８の抵抗が変化する。この配管流路１８は敷設距離が長いものであり、該配管流路１８の抵抗が変化することにより配管流路１８内の被制御流体の流量が変化することを考慮すれば、被制御流体を所定の流量に制御するためにも前記フィードバック制御を行う必要がある。
【００３０】
ＰＬＣ１９は、前記調節計１０とともに、前記配管流路１８を流れる被制御流体の流量が目標値に収束するように前記定圧流量制御弁１３に加える圧力値を変更する制御を行うものである。具体的には、前記ＰＬＣ１９は、後述する初期設定エア圧Ｆによる予備加圧処理、フィードバック制御処理等の制御を行っている。ＰＬＣ１９は、作業者の設定したプログラムや前記変更された圧力値等に従って該ＰＬＣ１９と調節計１０とを接続する信号線Ｓ２により伝送される電気信号により前記調節計１０の演算部を逐次制御するものである。この制御を行うためには算術演算を行う必要があり、ＰＬＣ１９内には該算術演算を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）が設けられている。
【００３１】
また、前記ＰＬＣ１９は作業者が設定したプログラム等に従って前記開閉弁１６（エアオペレートバルブ）の開閉操作のためのエアの供給を制御する電磁弁２１の作動信号（電気信号）を、ＰＬＣ１９と前記電磁弁２１とを接続する信号線Ｓ９により前記電磁弁２１に伝送する。そして、この電磁弁２１が前記作動信号（電気信号）によって開放されると、前記開閉弁１６（エアオペレートバルブ）と電磁弁２１とを接続するエア回路のエア配管２２によりエアが開閉弁１６に圧送される。
【００３２】
図２は、この発明の他の実施例に係るものであり、上記実施例の半導体製造装置もしくは半導体製造プラントを構成する調節計１０と電空レギュレータ１１の両装置の機能を有する調節計２０により半導体製造装置等を構成している。
【００３３】
調節計２０は、フィードバック制御演算部２０Ａ，電空信号変換部２０Ｂ，圧力センサ等からなる圧力検知部２０Ｃで構成されており、前記流量センサ１４で検知した半導体製造装置もしくは半導体製造プラントの配管流路１８を流れる被制御流体の実際の流量値と被制御流体の目標値の偏差を求め、前記フィードバック制御演算部２０Ａにより制御量を演算し、その制御量によって前記被制御流体の流量を所定の流量に制御する。そして、この調節計２０は、前記フィードバック制御演算部２０Ａ，電空信号変換部２０Ｂ，圧力検知部２０Ｃにより構成されるフィードバックループを有している。
【００３４】
フィードバック制御演算部２０Ａには、前記流量センサ１４で検知した配管流路１８を流れる被制御流体の実際の流量値に対応した電気信号が信号線Ｓ４により伝送され、このフィードバック制御演算部２０Ａが被制御流体の実際の流量値と被制御流体の目標値との制御偏差を求めて制御量を演算し、その制御量を電気信号として信号線Ｓ５により前記電空信号変換部２０Ｂに伝送する。電空信号変換部２０Ｂはこれに伝送されてきた前記電気信号を圧力信号に変換し、この圧力信号が信号線Ｓ６により圧力検知部２０Ｃに伝送され、該圧力検知部２０Ｃが圧力信号を検知し、これを信号線Ｓ７により前記フィードバック制御演算部２０Ａに伝送してフィードバックゲインの増減等を行う制御を前記フィードバックループで行って前記制御量である圧力信号が信号線Ｓ８により定圧流量制御弁１３に出力される。この実施例の半導体製造装置もしくは半導体製造プラントを構成する前記調節計２０以外のＰＬＣ１９等は上記の実施例と同様の機能を有しているため、ここではそれらの説明を省略する。
【００３５】
次に、本発明の流体の流量制御方法について、図３ないし図７を用いて説明する。なお、図３中の（Ａ）は前記定圧流量制御弁１３に対する加圧命令信号、（Ｂ）は被制御流体を所定の流量に制御するフィードバック制御命令信号、（Ｃ）は前記開閉弁１６の開閉信号、（Ｄ）は前記定圧流量制御弁１３に加圧される圧力信号の波形、（Ｅ）は被制御流体の流量の応答特性を表す波形である。また、後述する図７の（Ａ）〜（Ｅ）についても、図３中のそれらと同義の波形等を示すものである。
【００３６】
図４に示す流体制御処理（Ｓ２０）においては、まず作業者が前記ＰＬＣ１９の操作盤等により、被制御流体の流量の目標値Ｓを入力する目標値入力処理を行い（Ｓ２１）、その後前記ＰＬＣ１９に設定されたプログラムにより前記目標値Ｓに対応する予備加圧を実行するか否かが判断される（Ｓ２２）。そして、ＰＬＣ１９が予備加圧を実行すると判断した場合には、図３の時間軸上の位置〈１〉、すなわち（Ｃ）の開閉弁１６の開閉信号がＯＦＦ状態（閉信号）であって該開閉弁１６が閉じた状態でありこの開閉弁１６が開けられる前から（Ａ）の加圧命令信号が加圧状態に相当するＲＵＮ状態となる。このとき、前記定圧流量制御弁１３には、前記信号線Ｓ８によって伝送される圧力信号により（Ｅ）の被制御流体の流量の目標値Ｓに対応した（Ｄ）の初期設定エア圧Ｆにより、図４に示す初期設定エア圧Ｆによる予備加圧処理が開始される（Ｓ２３）。なお、前記目標値Ｓ及び初期設定エア圧Ｆは、半導体製造装置もしくは半導体製造プラント等毎に適宜の値を設定する。
【００３７】
前記初期設定エア圧Ｆはその値を所定の値となるようにするため、前記エア回路に圧力センサを設け、該圧力センサで検知した圧力値と初期設定エア圧Ｆを比較して両値を一致させるようにフィードバック制御を行っている。
【００３８】
その後、前記ＰＬＣ１９がフィードバック制御のような制御量のフィードバックを行わず、初期設定圧エアＦにて定圧流量制御弁１３を加圧するフィードフォワード制御を実行するか否かを判断する（Ｓ２４）。ここで、ＰＬＣ１９がフィードフォワード制御を実行すると判断した場合には、前記プログラムで適宜設定された所定時間の経過後、図３の時間軸上の位置〈２〉において、（Ｃ）の開閉弁１６の開閉信号をＯＮ状態（開信号）として該開閉弁１６を開放する処理がなされる（Ｓ２５）。この開閉弁開放処理（Ｓ２５）がなされフィードフォワード制御が開始されると、前記定圧流量制御弁１３に対しては前記開閉弁１６が開放されてからも初期設定エア圧Ｆにて加圧がなされており、（Ｅ）の流量が目標値Ｓに向けて約０．１ｓｅｃで素早く立ち上がる応答特性を示し、該流量の値が一定値で推移する制御が行われる。
【００３９】
そして、ＰＬＣ１９が前記開閉弁１６の開閉信号がＯＮ状態となった図３中の位置〈２〉から適宜設定された所定の時間である遅延時間Ｔ１を経過したか否かを判断し、該遅延時間Ｔ１を経過した場合には、さらに前記ＰＬＣ１９が前記配管流路１８に設けた流量センサ１４で検知される被制御流体の実際の流量値（実測値）が前記目標値Ｓの許容範囲内であるか否かを判断する。前記目標値Ｓの許容範囲内の数値は、半導体製造装置もしくは半導体製造プラント等毎に適宜の値を設定する。なお、前記遅延時間Ｔ１を経過していないと判断された場合には、該遅延時間Ｔ１を経過するまで繰り返しその判断が行われる。
【００４０】
上記実測値が目標値Ｓの許容範囲内である場合、すなわち許容範囲を超えない場合には、請求項１の発明として規定するように、前記開閉弁１６の開信号に遅延した図３の時間軸上の位置〈３〉より前記定圧流量制御弁１３に対して被制御流体の流量検知手段からの信号でフィードバック制御処理を開始する（Ｓ２６）。このフィードバック制御処理においては、前記配管流路１８に設けた流量センサ１４（前記流量検知手段）で検知された被制御流体の実際の流量値に対応した電気信号が前記信号線Ｓ４により調節計１０（２０）に伝送される。そして、調節計１０（２０）が有するフィードバックループが制御量の演算等を行い、その制御量が電気信号として信号線Ｓ８により定圧流量制御弁１３に出力され、該電気信号に基づく所定量Ｆｎ’の圧力で定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）の圧力を所定状態に制御して被制御流体を所定の流量となるよう繰り返し制御する。なお、前記所定量Ｆｎ’は前記フイードバックループが行う制御量の演算毎（ｎ回）にその制御量に応じて異なる値を示す。
【００４１】
次に、前記ＰＬＣ１９が、前記配管流路１８に設けた流量センサ１４での検知状態が異常か否かを判断する（Ｓ２７）。この実施例では、検知状態が異常か否かの判断は、前記流量センサ１４で検知された被制御流体の実際の流量値（実測値）が予め設定した限度値を超えたか否かにより行う。この限度値は、前記流量センサ１４で検知された実測値の単位時間あたりの変化量の上限値又は下限値であり、前記限度値は該変化量が急激に変化して前記配管流路１８内の被制御流体の流量変化に異常が生じたか否かを判断するためのものである。なお、前記限度値は、半導体製造装置もしくは半導体製造プラント等毎に適宜の値を設定する。
【００４２】
前記Ｓ２７で、実測値が限度値を超えた場合、すなわち検知状態が異常である場合には、請求項５の発明として規定するように、前記フィードバック制御処理を初期設定エア圧Ｆにて加圧がなされるように変更する初期設定エア圧Ｆによる加圧処理（Ｓ２８）がなされ、その後にＰＬＣ１９が前記流量センサ１４での検知状態が正常か否かを判断する（Ｓ２９）。ここで、検知状態が正常か否かの判断は、前記実測値が限度値を超えず、かつこの実測値が適宜設定される所定時間以上継続してＰＬＣ１９が確認できたか否かにより行う。そして、前記Ｓ２９で、検知状態が正常と判断された場合には、前述のフィードバック制御処理がなされる（Ｓ３０）。なお、前記Ｓ２９で、検知状態が正常でない、すなわち異常と判断された場合には、検知状態が正常となるまで繰り返しその判断が行われる。
【００４３】
一方、前記Ｓ２７で、前記検知状態が異常でなく正常である場合、すなわち実測値が限度値以下であって被制御流体の流量変化に異常が生じていない場合には、図７の時間軸上の位置〈６〉において、前記フィードバック制御処理が行われている際に、作業者が前記ＰＬＣ１９に設けられた操作盤等によって流量の目標値をＳからＳ１に変更する操作をするか否かを判断する（Ｓ３１）。そして、作業者が前記目標値をＳからＳ１に変更すると判断した場合には、作業者がＰＬＣ１９の操作盤等により被制御流体の流量の目標値Ｓ１を入力する目標値入力処理を行う（Ｓ３２）。その後、前記時間軸上の位置〈７〉において、（Ｄ）の前記定圧流量制御弁１３に加圧される圧力信号が初期設定エア圧Ｆから当初設定エア圧Ｆ１に切り換えられるとともに、（Ｅ）の流量が前記目標値Ｓ１に向けて増加し、続いて前記当初設定エア圧Ｆ１で定圧流量制御弁１３を加圧する処理がなされる（Ｓ３３）。
【００４４】
前記定圧流量制御弁１３に加圧される圧力信号が初期設定エア圧Ｆから当初設定エア圧Ｆ１に切り換えられた前記位置〈７〉から適宜設定された所定の時間Ｔ２を経過し、かつ前記配管流路１８に設けた流量センサ１４で検知される被制御流体の実際の流量値（実測値）が前記目標値Ｓ１の許容範囲内である場合、すなわち許容範囲を超えない場合には、請求項３の発明として規定するように、前記当初設定エア圧Ｆ１への切換に遅延して時間軸上の位置〈８〉より、上述したように、定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）の圧力を所定状態に制御して被制御流体を所定の流量となるように繰り返し制御するフィードバック制御処理を行う（Ｓ３４）。前記目標値Ｓ１の許容範囲内の数値は、半導体製造装置もしくは半導体製造プラント等毎に適宜に設定する。なお、前記Ｓ３１で作業者が前記目標値Ｓ１に変更しないと判断した場合には、下記のＳ３５の処理にジャンプする。
【００４５】
前記Ｓ３４の処理の後、ＰＬＣ１９が、後述するように、前記流量センサ１４により検知される流量が目標値Ｓ又はＳ１に対して許容範囲を超えた場合、目標値Ｓ又はＳ１に収束したときのエア圧を初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１と置換変更する処理をするか否かを判断する（Ｓ３５）。
【００４６】
前記Ｓ３５で、前記設定圧Ｆ，Ｆ１を置換変更すると判断した場合には、さらに、前記配管流路１８に設けた流量センサ１４で検知された被制御流体の実際の流量に対応し前記信号線Ｓ４によって調節計１０（２０）に伝送される電気信号に基づいて該ＰＬＣ１９によりフィードバック制御の状態が安定しているか否かの判断がなされる（Ｓ３６）。この実施例におけるフィードバック制御の状態が安定したか否かの判断は、流量センサ１４で検知された実際の流量値が前記目標値Ｓ又はＳ１に対して半導体製造装置もしくは半導体製造プラント等毎に適宜に設定する値の範囲内であり、かつこの範囲内の流量値が適宜設定される所定時間以上継続して前記流量センサ１４により検知されることにより、流量が目標値Ｓ又はＳ１に収束したとＰＬＣ１９が判断することにより行う。なお、前記Ｓ３６で、フィードバック制御の状態が安定していないと判断された場合には、前記Ｓ３５の処理に戻った後に制御状態が安定するまで繰り返しその判断が行われる。
【００４７】
その後、前記Ｓ３６で流量センサ１４により検知される流量が目標値Ｓ又はＳ１に収束してフィードバック制御の状態が安定したと判断された場合には、請求項４の発明として規定するように、前記目標値Ｓ又はＳ１に収束するように前記定圧流量制御弁１３に加えられたエア圧を変更初期設定エア圧Ｆ２又は変更当初設定エア圧Ｆ３として、調節計１０（２０）が前記初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１を該変更初期設定エア圧Ｆ２又は変更当初設定エア圧Ｆ３に置換変更する処理を行い（Ｓ３７）、この変更初期設定エア圧Ｆ２等の値が前記ＰＬＣ１９に記憶される。その後は、このＰＬＣ１９がこれと接続される調節計１０（２０）の演算部（フィードバック制御演算部２０Ａ）を逐次制御して被制御流体を所定の流量に制御する。なお、前記Ｓ３５で、設定圧Ｆ，Ｆ１を置換変更しないと判断された場合には、後述するＳ４０の処理にジャンプする。
【００４８】
一方、前記Ｓ２２で、前記ＰＬＣ１９が予備加圧を実行しないと判断した場合、前記Ｓ２４でフィードフォワード制御を実行しないと判断した場合には、前記開閉弁１６の開閉信号をＯＮ状態（開信号）として該開閉弁１６を開放する処理がなされ（Ｓ３８）、その後に前述したフィードバック制御処理がなされる（Ｓ３９）。
【００４９】
半導体の製造等の作業が終了し、前記半導体製造装置もしくは半導体製造プラントの運転を停止する場合には、図３の時間軸上の位置〈４〉において、作業者が前記ＰＬＣ１９の操作盤等を操作して（Ｃ）の開閉弁１６の開閉信号をＯＦＦ状態とし、前記開閉弁１６の閉鎖処理（Ｓ４０）を行うことにより、図３の（Ｅ）に示すように、前記配管流路１８の被制御流体の流れを停止させる。さらに、前記時間軸上の位置〈５〉において、同じく作業者がＰＬＣ１９の操作盤等を操作して（Ａ）の前記定圧流量制御弁１３に対する初期設定エア圧Ｆ（当初設定エア圧Ｆ１）の加圧命令信号をＯＦＦ状態にして（Ｄ）の定圧流量制御弁１３に加圧される圧力を解除する図６に示す加圧命令ＯＦＦ処理（Ｓ４１）を行ってすべての流体制御処理（Ｓ２０）が終了する。なお、前記開閉弁閉鎖処理（Ｓ４０）の後に加圧命令信号ＯＦＦ処理（Ｓ４１）を行わない場合には、図３の（Ａ）の定圧流量制御弁１３に対する加圧命令信号、（Ｄ）の前記定圧流量制御弁１３に加圧される圧力信号の波形が破線で示すように変化する。
【００５０】
前記流量センサ１４（流量検知手段）又は圧力センサ等（圧力検知手段）による数値が目標値Ｓとなるように前記初期設定エア圧Ｆの調節をする際には、請求項２の発明として規定するように、前記定圧流量制御弁１３の二次側の配管流路１８に被制御流体の流量センサ１４（流量検知手段）と絞り調節手段１５を設け、前記流量センサ１４（流量検知手段）による数値が目標値Ｓとなるように前記絞り調節手段１５を調節するようにしている。以下、前記被制御流体の流量検知手段である流量センサ１４を設けた場合の実施例について説明する。
【００５１】
まず、前記絞り調節手段１５を構成するニードルバルブを開けた後に、前記ＰＬＣ１９により予め設定された被制御流体の流量の目標値Ｓに対応した圧力信号が信号線Ｓ８により定圧流量制御弁１３に出力される。そして、前記定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）を介して配管流路１８を流れる被制御流体の実際の流量値が該定圧流量制御弁１３の二次側（流出側）の配管流路１８に設けた流量センサ１４により検知され、検知された実際の流量値が目標値Ｓとなるように前記ニードルバルブの開度を調節し、前記初期設定エア圧Ｆの調節が完了する。このような初期設定エア圧Ｆの調節を行った後に被制御流体を所定の流量にする制御を開始すれば、図３の（Ｅ）に示すように、流量制御の応答特性が良く、被制御流体の流量が目標値Ｓに向けて素早く立ち上がことになる。なお、前記ニードルバルブ等で構成される絞り調節機構１５は、例えばロックナット等の回り止め機構を有していることが好ましい。
【００５２】
上記の初期設定エア圧Ｆの調節は、薬液槽１７に供給する被制御流体の目標値Ｓを変更した場合にも行うが、その他に図３の時間軸上の〈２〉から〈３〉である前記被制御流体の流量の安定領域（フィードフォワード制御領域）において、前記配管流路１８に設けた流量センサ１４で検知される被制御流体の実際の流量値が目標値Ｓの許容範囲内にない等の場合にも行う。前記目標値Ｓの許容範囲内の値は、半導体製造装置もしくは半導体製造プラント等毎に適宜に設定する。
【００５３】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、この発明の流体の流量制御方法においては、超純水等の被制御流体の流量の目標値に対応する初期設定エア圧にて加圧がなされており、これによって被制御流体の流量等の制御に対する応答特性が良く、該流量等の値が素早く安定領域に至るものである。したがって、従来の問題点である被制御流体の流量が目標値と一致するまで超純水等の被制御流体を無駄に排水等する必要がなく、該被制御流体の使用量を低減させることができる。また、前記被制御流体の流量等の値が素早く安定領域に至ることにより、例えば半導体製造工程の稼動を早めることができ、製品の生産性の低下を防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る流体の流量制御方法を表す概要図である。
【図２】この発明の他の実際例に係る流体の流量制御方法を表す概要図である。
【図３】この発明の流体の流量制御方法に関する第１タイムチャ−ト図である。
【図４】この発明の流体の流量制御方法に関する第１フローチャ−トである。
【図５】その第２フローチャートである。
【図６】その第３フローチャートである。
【図７】この発明の流体の流量制御方法に関する第２タイムチャート図である。
【図８】従来の流体の制御方法における流体の流量値（圧力値）の応答特性を示す図である。
【図９】従来における流体の制御方法を表す概要図である。
【符号の説明】
１０，２０調節計
１３定圧流量制御弁
１４流量センサ
１５絞り調節手段
１６開閉弁
１８配管流路

Claims

被制御流体の供給元から供給先に至る配管流路（１８）において、調節計（１０）の制御を受けて設定エア圧力と比例した二次側圧力に自力で調整しながら被制御流体を流通させる定圧流量制御弁（１３）と、被制御流体の流量検知手段（１４）と、開閉弁（１６）とを備え、前記定圧流量制御弁の二次側圧力を制御することにより被制御流体を所定の流量に制御するに際して、
前記開閉弁が閉じた状態で、該開閉弁が開けられる前から、前記定圧流量制御弁に対して被制御流体の流量の目標値Ｓに対応する初期設定エア圧Ｆに前記調節計の制御を受けて予備加圧がなされ、
前記開閉弁が開けられてからも、前記定圧流量制御弁に対し前記調節計の制御を受けて前記初期設定エア圧Ｆにて加圧がなされるとともに、
前記開閉弁の開信号に遅延して、前記定圧流量制御弁に対して被制御流体の流量検知手段からの信号により前記調節計がフィードバック制御することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法。
請求項１に記載の流体の流量制御方法において、
前記定圧流量制御弁に対して前記初期設定エア圧Ｆに前記調節計の制御を受けた加圧をなすとともに、前記定圧流量制御弁の二次側の前記配管流路に被制御流体の絞り調節手段（１５）を設け、前記流量検知手段による数値が被制御流体の流量の目標値Ｓとなるように前記絞り調節手段を調節することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法。
請求項１に記載の流体の流量制御方法において、前記定圧流量制御弁の制御による被制御流体の流量の目標値Ｓを変更するに際して、
前記定圧流量制御弁に対して変更後の被制御流体の流量の目標値Ｓ１に対応する当初設定エア圧Ｆ１に前記調節計の制御を受けた加圧がなされるとともに、
前記定圧流量制御弁に対する前記当初設定エア圧Ｆ１への切替に遅延して、被制御流体の流量検知手段からの信号により前記調節計がフィードバック制御することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体の流量制御方法において、
前記初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１による被制御流体の流量が前記被制御流体の流量の目標値Ｓ又は変更後の被制御流体の流量の目標値Ｓ１に対して許容範囲内のものであるかどうかを判定し、許容範囲を超えた場合には、前記被制御流体の流量の目標値Ｓ又は変更後の被制御流体の流量の目標値Ｓ１に収束したときのエア圧を変更初期設定エア圧Ｆ２又は変更当初設定エア圧Ｆ３として、前記初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１と置換変更することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体の流量制御方法において、
前記被制御流体の流量検知手段による検知状態が異常と判断された場合には、前記フィードバック制御を前記初期設定エア圧Ｆ又は当初設定エア圧Ｆ１にて加圧がなされるように変更することを特徴とする定圧流量制御弁を用いた流体の流量制御方法。