JPH06110557A - マスフローコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置本体と計器部との間に信号ケーブルを引
き回したりする必要がない、信頼性の高いマスフローコ
ントローラを得ること。 【構成】 計器部４０からの制御情報を変調した後、装
置本体２０に送信する一方、装置本体２０において検出
された結果を変調した後、計器部４０に送信し、専用の
通信ケーブルを介することなく相互に通信可能なように
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスや液体など流体の
流量を制御するマスフローコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体の製造に用いられる各種の
ガスを半導体製造装置に供給する場合、それらの供給流
路にマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣと云う）を
それぞれ設け、これによってガス流量をそれぞれ調節し
ている。

【０００３】図２は従来のＭＦＣの構成を概略的に示す
ブロック図で、この図において、１はマスフローコント
ローラの本体装置を示し、この装置本体１内には、ガス
などの流体Ｆが例えば矢印方向に流れる流体流路２が形
成されている。３，４はそれぞれ流体Ｆの入口、出口
で、図外の配管にそれぞれ接続されている。５は流体流
路２に臨むようにして設けられる流量センサ部で、詳細
に図示してないが、例えば流体流路２に対して並列に接
続された測定流路に流量センサとして一対の感熱抵抗を
適宜の間隔をおいて巻設するなどして構成されている。

【０００４】６は前記流量センサ部の下流側の流体流路
２に臨むようにして設けられる制御バルブで、詳細に図
示してないが、例えば流体流路２に形成されたオリフィ
スの開度をピエゾスタックなどのアクチュエータによっ
て駆動される弁体によって閉状態から開状態まで任意に
調節できるように構成されている。

【０００５】７はバルブ制御部で、例えばワンチップマ
イコンなどよりなり、前記流量センサ部５、制御バルブ
６と共に装置本体１内に設けられ、例えば次のように構
成されている。すなわち、８は前記流量センサを構成部
材の一部にしてなるブリッジ回路で、流体流路２を流れ
る流体Ｆの瞬時流量Ｑに対応する電気的な流量検出信号
ａを出力するように構成されている。９は比較（誤差検
出）部で、流量検出信号ａと、装置本体１とは別体の計
器部１５（後述する）から信号ケーブル１０および入・
出力端子部１１を開して与えられる流量設定信号ｂとを
比較し、その差信号ε（＝ｂ−ａ）を出力するように構
成されている。

【０００６】１２は例えばＰＩＤ制御などを行う演算制
御部で、前記比較部９からの差信号εと、予め設定され
ているＰ，Ｉ，Ｄなどの制御定数を用いて、例えば以下
に示すような式によって、 Ｖ＝ε・Ｐ＋Ｉ∫ε・ｄｔ＋Ｄｄε／ｄｔ なる演算を行い、それによって得られる制御情報Ｖを出
力するように構成されている。すなわち、前記差信号ε
が、ε＜０の場合は制御バルブ６を閉じる方向に駆動す
る信号Ｖが、また、ε＞０の場合は制御バルブ６を開く
方向に駆動する信号Ｖがバルブ駆動部１３（後述する）
に向けて出力されるのである。

【０００７】１３はバルブ駆動部で、前記演算制御部１
２からの制御情報Ｖに基づいてバルブ駆動信号Ｗを制御
バルブ６に加えて、これを駆動するように構成されてい
る。１４は電源ケーブルで、計器部１５からの電力を前
記装置本体１に供給するものであり、入・出力端子部１
１に接続されている。

【０００８】１５は計器部で、内部には信号処理のため
の回路やメモリなどが設けられる一方、その表面には、
電源オンオフスイッチ１６、流量設定信号ｂをセットす
るためのダイヤル１７などと共に、流量検出信号を初め
とする装置本体１において得られた各種の検出信号の値
を表示する表示部１８が形成されている。

【０００９】従って、上述のように構成されたＭＦＣに
よれば、流量センサ部５からの流量検出信号ａと流量設
定信号ｂとを比較部９において比較し、この比較部９か
ら出力される差信号εを処理して得られる制御情報Ｖに
基づいて制御バルブ６の開度制御を行うことができ、こ
れによって、流体Ｆの流量を調整することができると共
に、そのときの流体流量を知ることができる。

【００１０】そして、このように構成したものにおいて
は、例えば複数のＭＦＣの計器部１５を中央制御部など
に集中して配置することにより、各ＭＦＣに対する流量
の設定や監視などを一括して行なえると云った利点があ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のマスフローコントローラにおいては、装置本体１と
計器部１５との間を信号ケーブル１０で接続しており、
その配線構造が複雑となると云った欠点がある。また、
信号ケーブル１０を引き回す必要があるところから、実
装が大変面倒であり、それだけコストアップにつながる
と云う問題点もある。

【００１２】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、装置本体と計器部と
の間に信号ケーブルを引き回したりする必要がない、信
頼性の高いマスフローコントローラを得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るマスフローコントローラは、計器部か
らの制御情報を変調した後、前記装置本体に送信する一
方、装置本体において検出された結果を変調した後、計
器部に送信し、専用の通信ケーブルを介することなく相
互に通信可能なように構成されている。

【００１４】前記通信手法としては、前記情報の伝送媒
体として、電波、電磁誘導、光、超音波のいずれかを用
いることができる。また、情報を搬送波にのせ、この搬
送波を電源ケーブルにのせたり、流体が流れる配管が金
属製の場合、前記搬送波を金属配管にのせるようにして
もよい。なお、情報を搬送波にのせる場合、電源配線の
一方を金属配管と共用するようにしてもよい。

【００１５】

【作用】前記構成のマスフローコントローラにおいて
は、専用の通信ケーブルを介することなく相互に通信可
能なように構成されているので、従来のこの種のマスフ
ローコントローラのように、通信ケーブルを引き回した
りする必要がなく、実装が容易になると共に、信頼性の
高いマスフローコントローラを安価に得ることができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。

【００１７】図１は本発明に係るＭＦＣの構成を概略的
に示すブロック図で、この図において、２０は装置本
体、４０は計器部である。そして、この実施例において
は、複数の装置本体２０に共通の一つの計器部４０が設
けられているものとする。

【００１８】前記装置本体２０は、前記図２に示した装
置本体１と実質的に変わるところがなく、流量センサ部
５、制御バルブ６およびワンチップマイコンなどよりな
るバルブ制御部７を備えているが、バルブ制御部７はＡ
Ｄ変換機能並びにＤＡ変換機能を備えている。

【００１９】そして、前記装置本体２０には、次のよう
な部材が設けられている。すなわち、２１はアドレスコ
ード、２２はエンコーダ、２３は水晶発振子２４を備え
た無線周波数発信回路、２５は変調回路である。また、
２６は受信回路、２７は復調回路、２８はアドレスセレ
クタ、２９はデコーダ、３０はアンテナである。

【００２０】一方、前記計器部４０は、前記図２に示し
た計器本体１５に備わっている基本的な機能の他に、次
のような部材を備えている。すなわち、４１は受信回
路、４２は復調回路、４３はアドレスセレクタ、４４は
デコーダ、４５はＤＡ変換回路である。４６はアドレス
コード、４７はエンコーダ、４８は水晶発振子４９を備
えた無線周波数発信回路、５０は変調回路、５１はアン
テナである。

【００２１】上記構成のマスフローコントローラにおい
て、装置本体２０における流体流量を設定するには、ダ
イヤルなどの入力設定器によって、流量設定値を入力す
る。この場合、１台の計器部４０によって複数の装置本
体２０を制御するのであるから、前記流量設定値がどの
装置本体２０に対するものであるのかを特定するため、
流量設定値信号にアドレスコードを付すのである。この
ようにしてアドレスコードが付された流量設定値信号は
変調回路５０において変調された後、アンテナ５１を介
して電波発信される。

【００２２】前記発信された電波は、装置本体２０のア
ンテナ３０を介して受信回路２６に入力する。その後、
この電波は、復調回路２７で復調された後、デコーダ２
９でデコードされた後、バルブ制御部７に取り込まれ、
ＤＡ変換される。このＤＡ変換された信号は、流量設定
信号ｂ（図２参照）となる。

【００２３】一方、装置本体２０において検出される流
体流量を始めとする各種の情報は、次のようにして計器
部４０側に送信される。例えばバルブ制御部７において
得られた流量検出信号ａ（図２参照）は、エンコーダ２
２においてアドレスコードを付されて変調回路２５に送
られて変調された後、アンテナ３０を介して電波発信さ
れる。

【００２４】前記発信された電波は、計器部４０のアン
テナ５１を介して受信回路４１に入力する。その後、こ
の電波は、復調回路４２で復調された後、デコーダ４４
でデコードされた後、ＤＡ変換回路４５によってＤＡ変
換され、メータなどの計器１８に検出流量値として表示
される。なお、計器部４０においては、前記検出流量値
をメモリに記憶させるようにしてもよい。

【００２５】上述の実施例では、計器部４０から装置本
体２０への制御情報および装置本体２０から計器部４０
への検出情報をディジタル信号に変換し、これを変調し
た後、電波を用いて送信するようにしていたが、本発明
は、これに限られるものではなく、種々に変形して実施
することができる。

【００２６】例えば一つの装置本体２０と一つの計器部
４０とが対応するようにしてあってもよい。また、ｎ個
の装置本体２０とｎ個の計器部４０とを互いに対応させ
てあってもよい。

【００２７】そして、前記制御情報や検出情報をアナロ
グ信号で送信するようにしてもよい。また、前記情報を
搬送する伝送媒体として、電波の他に、電磁誘導や光を
採用してもよい。装置本体２０が設けられる範囲が限定
されているような場合、電磁誘導や光を伝送媒体とする
と好都合である。

【００２８】また、伝送媒体として、超音波を用いた
り、さらには、前記情報を搬送波として電源ケーブルに
乗せたり、ガスや液体などの流体が流れる配管が金属製
の場合、前記搬送波にのせるようにしてもよい。なお、
情報を搬送波にのせる場合、電源配線の一方を金属配管
と共用するようにしてもよい。

【００２９】そして、情報の変調方式としては、位相変
調（ＰＭ）、周波数変調（ＦＭ）、振幅変調（ＡＭ）、
パルス位置変調（ＰＰＭ）、パルス幅変調（ＰＤＭ）の
いずれを採用してもよい。

【００３０】また、制御情報を計器部４０から装置本体
２０に、検出情報を装置本体２０から計器部４０にそれ
ぞれ円滑かつ確実に送・受信するために、次のＡ〜Ｄの
ような機能をもたせるようにしてもよい。

【００３１】Ａ．送信するための情報や受信した情報を
記憶するメモリ機能を装置本体２０および計器部４０に
もたせるようにする。これは、例えば１つの装置本体２
０と１つの計器部４０とでマスフローコントローラを構
成する場合は、装置本体２０側からの送信周波数と計器
部４０からの送信周波数を変えるだけで、同時に送・受
信することができるが、装置本体２０と計器部４０の双
方が複数あるような場合は、多くの周波数が必要となる
ところから、このような手法は採用できない。

【００３２】そこで、上記のように、装置本体２０と計
器部４０の双方が複数あるような場合、単一の伝送路を
使用するときには、時分割で送信、受信を交互に行う必
要がある。さらに、このような場合、装置本体２０、計
器部４０の双方においてポーリングを行う必要がある。

【００３３】Ｂ．受信した情報に誤りがないか否かをチ
ェックする機能を装置本体２０および計器部４０にもた
せるようにする。これは、伝送路にノイズなど通信途中
で誤りの原因になるものが多く存在するためであり、こ
のため、パリティビットやチェックサムなどの手段を用
いて誤り検出を行うのである。

【００３４】Ｃ．受信した情報に誤りがあった場合、こ
れを訂正する機能を装置本体２０および計器部４０にも
たせるようにする。上記、Ｂに示した機能によって誤り
が発見された場合、相手に対して再送要求を出し、誤り
を訂正するのである。

【００３５】Ｄ．通信制御機能 ａ．伝送路の空き／使用中を検出する機能 送信を行おうとするとき、伝送路をモニターし、通信中
であるか否かを判断し、使用中でなければ送信を開始、
使用中であれば空くのを待って送信を開始する。

【００３６】ｂ．衝突を検出する機能 送信しながら伝送路をモニターし、送信データとモニタ
ー結果とを比較することにより衝突を検出する。

【００３７】ｃ．衝突から復帰する機能 衝突を検出した場合、直ちにジャミングを送出し、衝突
発生を他のＭＦＣに知らせ、予め決められた手法によっ
て一定の時間経過後、伝送路の空きを確認した後、送信
を行うのである。

【００３８】ｄ．全ての相手に一斉通信する機能 送信側から不特定多数向けのアドレスコードを付けて送
出し、受信側はそれを取り込むようにしてもよい。

【００３９】このように、本発明においては種々の実施
態様が考えられるが、送受される情報の種類としては、
流量設定信号、バルブ強制開閉信号、流量出力信号、装
置本体２０の動作状態を表す各種の信号、バルブ開度、
装置本体２０における各部の温度、各部の電圧などがあ
る。また、ディジタルコントロールＭＦＣにおいては制
御データなども送受される。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置本体と計器部との間において、必要な情報を、専用
の通信ケーブルを介することなく相互に通信できるの
で、従来のマスフローコントローラのように、通信ケー
ブルを引き回したりする必要がなく、実装が容易にな
る。従って、信頼性の高いマスフローコントローラを安
価に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマスフローコントローラの一例を
示すブロック図である。

【図２】従来のマスフローコントローラの一例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

５…流量センサ部、６…制御バルブ、７…バルブ制御
部、１７…設定手段、１８…表示部、２０…装置本体、
４０…計器部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流れる流路に対して流量センサ部
   と、この流量センサ部の下流側または上流側に設けられ
   る制御バルブと、前記流量センサ部からの流量測定信号
   と流量設定信号とを比較し、この比較結果に基づいて前
   記制御バルブの開度を制御するバルブ制御部とを備えた
   装置本体と、前記流量設定信号の設定手段を備えると共
   に、前記流量測定信号が入力され測定結果を表示する表
   示部を備えた計器部とからなるガス制御システムにおい
   て、前記計器部からの制御情報を変調した後、前記装置
   本体に送信する一方、装置本体において検出された結果
   を変調した後、計器部に送信し、専用の通信ケーブルを
   介することなく相互に通信可能なように構成したことを
   特徴とするマスフローコントローラ。