JP2011075309A - Flowmeter and mass flow controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石を内蔵したフロートを使用した流量計およびマスフローコントローラに関する。 The present invention relates to a flow meter and a mass flow controller using a float incorporating a magnet.
従来より、気体、液体などの流体の流量を測定する流量計として円錐状の筒(テーパ管)にフロート(浮子)を収容したフロート式流量計が広く用いられている。フロート式流量計は、面積式流量計とも称され、テーパ管内におけるフロートの位置によって流路面積が増減するため、流量の大小によってフロートが上下動し、その釣り合う位置から流量を測定するものである。 Conventionally, a float type flow meter in which a float (float) is accommodated in a conical tube (taper tube) is widely used as a flow meter for measuring a flow rate of a fluid such as gas or liquid. The float type flow meter is also referred to as an area type flow meter, and the flow area is increased or decreased depending on the position of the float in the taper tube. Therefore, the float moves up and down depending on the flow rate, and the flow rate is measured from the balanced position. .
フロート式流量計として、フロート内に磁石を内蔵し、その磁気を検出することによってフロートの高さ位置を測定するものが知られている。例えば、特許文献1には、フロート内に磁石を内蔵し、テーパ管の側面に配置したホールIC素子によってフロート位置を検出して流量を測定するフロート式流量計が開示されている。また、特許文献2には、フロート内に磁石を内蔵した面積式流量計において、磁石の対称軸に垂直な平面上の対称軸からほぼ等距離の位置に複数の磁気センサを設ける構成が開示されている。さらに、特許文献3には、フロートに磁性材料を備え、フロートの外部から磁気を及ぼすことでフロートの変位を検出するフロート式流量計が開示されている。
2. Description of the Related Art A float type flow meter is known that has a magnet built in a float and measures the height position of the float by detecting the magnetism. For example, Patent Document 1 discloses a float type flow meter that includes a magnet in a float and detects a float position by a Hall IC element disposed on a side surface of a tapered tube to measure a flow rate.
しかしながら、従来のフロート式流量計においては、内部に流体が存在していない場合、または、流体が流れていない場合(流量が0)に、フロートが流路の内壁面(主に底面)に接触していた。また、流体が流れている場合であっても、流量や圧力が急激に変化した場合にはフロートが流路の内壁面(主に側面および上面)に擦過したり衝突することがあった。フロートが流路の内壁面に接触、擦過または衝突すると、パーティクルが発生する。フロート式流量計を半導体ウェハーなどの精密電子部品用基板を処理する装置に適用している場合、流量計内部にてパーティクルが発生すると、そのパーティクルが処理液とともに基板に供給されて付着し、処理結果に悪影響を与えるという問題が生じる。 However, in the conventional float type flow meter, the float contacts the inner wall surface (mainly the bottom surface) of the flow path when there is no fluid inside or when no fluid is flowing (flow rate is 0). Was. Even when the fluid is flowing, if the flow rate or pressure changes abruptly, the float may rub against or collide with the inner wall surface (mainly the side surface and the upper surface) of the flow path. Particles are generated when the float contacts, scrapes or collides with the inner wall surface of the flow path. When a float type flow meter is applied to a device for processing a substrate for precision electronic parts such as a semiconductor wafer, if particles are generated inside the flow meter, the particles are supplied to the substrate together with the processing liquid and attached to the substrate. The problem of adversely affecting the results arises.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フロートの流路内壁面への接触によるパーティクルの発生を防止することができる流量計およびマスフローコントローラを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a flow meter and a mass flow controller that can prevent generation of particles due to contact of the float with the inner wall surface of the flow path.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、流量計であって、筒状の一方の端を流路入り口である一次側とし、他方の端を流路出口である二次側として、その筒状の長手方向に沿って流体を流す流路を内側に形成した筒状のケーシングと、前記流路内に流路に沿って移動可能に収容され、棒磁石を内蔵する棒状のフロートと、前記ケーシングの一次側に付設され、前記棒磁石の一次側端部に斥力を及ぼす一次側磁石と、前記ケーシングの二次側に付設され、前記棒磁石の二次側端部に斥力を及ぼす二次側磁石と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a flow meter, in which one end of a cylindrical shape is a primary side that is a flow path inlet, and the other end is a secondary side that is a flow path outlet. A cylindrical casing formed on the inside with a flow path for flowing fluid along the cylindrical longitudinal direction; and a rod-shaped float housed in the flow path along the flow path and containing a bar magnet; A primary magnet attached to the primary side of the casing and exerting repulsive force on the primary end of the bar magnet; and a secondary magnet attached to the secondary side of the casing and exerting repulsive force on the secondary end of the bar magnet. A secondary side magnet.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る流量計において、前記一次側磁石および前記二次側磁石はリング形状を有して前記ケーシングの外周面に周設されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the flowmeter according to the first aspect of the invention, the primary side magnet and the secondary side magnet have a ring shape and are provided around the outer peripheral surface of the casing. And
また、請求項3の発明は、請求項2の発明に係る流量計において、前記一次側磁石はケーシングの長手方向にNS磁極が形成されるとともに、前記二次側磁石はリング形状の内周側と外周側とにNS磁極が形成されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the flowmeter according to the second aspect of the invention, the primary magnet has an NS magnetic pole formed in the longitudinal direction of the casing, and the secondary magnet has a ring-shaped inner peripheral side. NS magnetic poles are formed on the outer peripheral side.
また、請求項4の発明は、請求項1から請求項3のいずれかの発明に係る流量計において、前記流路内に収容された前記フロートの前記棒磁石の長手方向延長線上に配置した磁気センサと、前記磁気センサからの出力に基づいて前記ケーシング内における前記フロートの位置を検出して前記流路を流れる流体の流量を測定する測定部と、をさらに備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the flowmeter according to any one of the first to third aspects of the present invention, the magnet disposed on the longitudinal extension of the bar magnet of the float accommodated in the flow path. The apparatus further includes a sensor and a measurement unit that detects a position of the float in the casing based on an output from the magnetic sensor and measures a flow rate of the fluid flowing through the flow path.
また、請求項5の発明は、請求項4の発明に係る流量計において、前記ケーシングは、前記流路入り口が下で、前記流路出口が上となるように設置されるとともに、前記ケーシングの上部に設けられ、前記流路を下方から上方に向かってきた流体の流れる向きを変更する流れ方向変更部材をさらに備え、前記磁気センサは前記流れ方向変更部材の上部に設けられることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the flowmeter according to the fourth aspect of the present invention, the casing is installed such that the flow path inlet is at the bottom and the flow path outlet is at the top. A flow direction changing member provided at an upper portion and changing a flow direction of the fluid flowing from the lower side to the upper side of the flow path is further provided, and the magnetic sensor is provided at an upper portion of the flow direction changing member. .
また、請求項6の発明は、請求項4または請求項5の発明に係る流量計において、前記磁気センサからの出力に基づいて、前記ケーシング内における前記フロートの位置を所定位置に調整して前記流路を流れる流体の流量が所定量となるように前記棒磁石に磁力を及ぼす電磁石をさらに備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the flowmeter according to the fourth or fifth aspect of the present invention, the position of the float in the casing is adjusted to a predetermined position based on an output from the magnetic sensor. It further comprises an electromagnet that exerts a magnetic force on the bar magnet so that the flow rate of the fluid flowing through the flow path becomes a predetermined amount.
また、請求項7の発明は、流体の流量を所定量に調整するマスフローコントローラにおいて、筒状の一方の端を流路入り口である一次側とし、他方の端を流路出口である二次側として、その筒状の長手方向に沿って流体を流す流路を内側に形成した筒状のケーシングと、前記流路内に流路に沿って移動可能に収容され、棒磁石を内蔵する棒状のフロートと、前記ケーシングの一次側に付設され、前記棒磁石の一次側端部に斥力を及ぼす一次側磁石と、前記ケーシングの二次側に付設され、前記棒磁石の二次側端部に斥力を及ぼす二次側磁石と、前記流路内に収容された前記フロートの前記棒磁石の長手方向延長線上に配置した磁気センサと、前記磁気センサからの出力に基づいて前記ケーシング内における前記フロートの位置を検出して前記流路を流れる流体の流量を測定する測定部と、前記磁気センサからの出力に基づいて、前記ケーシング内における前記フロートの位置を所定位置に調整して前記流路を流れる流体の流量が所定量となるように前記棒磁石に磁力を及ぼす電磁石と、を備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項1から請求項6の発明によれば、棒磁石を内蔵する棒状のフロートを流路に沿って移動可能に収容するケーシングの一次側に付設され、棒磁石の一次側端部に斥力を及ぼす一次側磁石と、該ケーシングの二次側に付設され、棒磁石の二次側端部に斥力を及ぼす二次側磁石と、を備えるため、フロートをケーシング内部に常に非接触に維持することができ、フロートの流路内壁面への接触によるパーティクルの発生を防止することができる。 According to the first to sixth aspects of the present invention, the rod-shaped float containing the bar magnet is attached to the primary side of the casing that is movably accommodated along the flow path, and the repulsive force is applied to the primary side end of the bar magnet. A primary side magnet that acts on the secondary side of the casing, and a secondary side magnet that exerts repulsive force on the secondary side end of the bar magnet. And the generation of particles due to contact of the float with the inner wall surface of the flow path can be prevented.
特に、請求項2の発明によれば、一次側磁石および二次側磁石はリング形状を有してケーシングの外周面に周設されるため、フロートを安定してケーシング内部に非接触に維持することができる。
In particular, according to the invention of
特に、請求項4の発明によれば、流路内に収容されたフロートの棒磁石の長手方向延長線上に磁気センサを配置しているため、フロートの位置を高精度にて検出することができ、流体の流量を正確に測定することができる。
In particular, according to the invention of
特に、請求項6の発明によれば、磁気センサからの出力に基づいて、ケーシング内におけるフロートの位置を所定位置に調整して流路を流れる流体の流量が所定量となるように棒磁石に磁力を及ぼす電磁石をさらに備えるため、流量計に流量調整機能をも付与することができる。 In particular, according to the sixth aspect of the present invention, the bar magnet is adjusted so that the flow rate of the fluid flowing through the flow path becomes a predetermined amount by adjusting the position of the float in the casing to a predetermined position based on the output from the magnetic sensor. Since an electromagnet that exerts a magnetic force is further provided, a flow rate adjusting function can also be imparted to the flow meter.
また、請求項7の発明によれば、棒磁石を内蔵する棒状のフロートを流路に沿って移動可能に収容するケーシングの一次側に付設され、棒磁石の一次側端部に斥力を及ぼす一次側磁石と、該ケーシングの二次側に付設され、棒磁石の二次側端部に斥力を及ぼす二次側磁石と、を備えるため、フロートをケーシング内部に常に非接触に維持することができ、フロートの流路内壁面への接触によるパーティクルの発生を防止することができる。また、磁気センサからの出力に基づいて、ケーシング内におけるフロートの位置を所定位置に調整して流路を流れる流体の流量が所定量となるように棒磁石に磁力を及ぼす電磁石を備えるため、フロートの位置を所定位置に移動させて処理液の流量を調整することができる。
Further, according to the invention of
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明に係る流量計の好適な適用例について概説する。図1は、本発明に係る流量計を組み込んだ基板処理装置の構成例の概略を示す図である。基板処理装置1は、処理ユニット5を備える。処理ユニット5は、半導体ウェハーなどの基板Wを水平面内で回転させつつ、その基板Wの表面に洗浄ノズル6から純水を吐出して洗浄処理を行う洗浄処理ユニットである。
First, a suitable application example of the flowmeter according to the present invention will be outlined. FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration example of a substrate processing apparatus incorporating a flow meter according to the present invention. The substrate processing apparatus 1 includes a
洗浄ノズル6は、単純に純水を吐出するストレートノズルであっても良いし、純水と気体とを混合して純水の微小液滴を生成して吐出する二流体ノズルであっても良いし、高圧の純水を吐出する高圧洗浄ノズルであっても良い。また、超音波振動子を付設して洗浄ノズル6を超音波洗浄ノズルとしても良い。また、処理ユニット5は、洗浄ノズル6以外の洗浄手段(例えば洗浄ブラシ)を備えるものであっても良い。さらに、処理ユニット5は、洗浄ノズル6から処理槽内に純水を供給して貯留し、その純水中に複数の基板Wを浸漬して洗浄処理を行うものであっても良い。また、処理ユニット5での処理対象となる基板Wは液晶表示装置用のガラス基板などの精密電子部品用基板であっても良い。
The cleaning nozzle 6 may be a straight nozzle that simply discharges pure water, or may be a two-fluid nozzle that mixes pure water and gas to generate and discharge fine water droplets. Alternatively, it may be a high-pressure cleaning nozzle that discharges high-pressure pure water. Further, an ultrasonic vibrator may be provided and the cleaning nozzle 6 may be an ultrasonic cleaning nozzle. Further, the
洗浄ノズル6は処理液配管7を介して処理液供給源2と連通接続されている。本実施形態においては、処理液供給源2は処理液として純水を供給する。処理液配管7の経路途中には、ポンプ8、供給バルブ3、フィルター4および本発明に係る流量計10が介挿されている。ポンプ8を作動させつつ供給バルブ3を開放することによって、処理液供給源2から洗浄ノズル6に純水が送給されて基板Wに吐出される。フィルター4は、処理液供給源2から送給される純水中に含まれるパーティクルを除去する。流量計10は、処理液配管7を流れる純水の流量を測定する。なお、本実施形態においては、ポンプ8は一定の圧力にて純水を送給するものとする。
The cleaning nozzle 6 is connected to the processing
図2は、本発明に係る流量計10の構成を示す図である。流量計10は、筒状のケーシング11の内部にフロート20を収容して構成される。ケーシング11は、耐薬品特性に優れた樹脂材料(例えば、フッ素樹脂)によって形成され、上端と下端とが開放された中空の円筒形状を有する。ケーシング11の円筒軸方向が鉛直方向に沿うように流量計10は処理液配管7に設けられる。従って、ケーシング11の内側には下方から上方に向けて流体を流す鉛直方向に沿った流路12が形成される。ケーシング11においては、筒状の一方の端が流路12の入り口である一次側であり、他方の端が流路12の出口である二次側である。本実施形態の流量計10は、一次側が下で、二次側が上となるように、設置されている。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
フロート20は、棒磁石21の表面に耐薬品特性に優れた樹脂層22をコーティングして構成される。棒磁石21は棒状の永久磁石であり、本実施形態においては二次側である上側にN極、一次側である下側にS極が形成されている。フロート20は、棒磁石21を内蔵する棒状浮子であり、長尺の円筒形状を有する。フロート20の直径はケーシング11の内径よりも小さく、フロート20は流路12内に昇降可能に収容される。なお、本実施形態の流量計10では、フロート20全体の比重は流量測定対象となる処理液(ここでは純水)の比重よりも大きい。
The
ケーシング11の内側壁面に沿ってテーパ管15が設置されており、このテーパ管15の内側が流路12の一部を構成する。テーパ管15の内側には一次側から二次側へ向けて内径が大きくなるように、すなわち本実施形態の流量計10では、下方から上方に向けて内径が大きくなるようなテーパ面16が形成されている。テーパ面16の底部はフロート止め部17とされている。テーパ面16のいずれの位置における内径もフロート20の直径より大きく、フロート20の少なくとも下端はテーパ面16の内側にはまり込む。一方、フロート止め部17にはフロート20の直径よりも小さい直径を有する円筒状の開口18が形成されている。よって、フロート20がフロート止め部17よりも下方に落下することは防止される。また、テーパ管15の下端開口19は、処理液配管7と連通接続されて流路入口とされている。
A tapered
ケーシング11の外周面には一次側磁石である下部リング磁石30および、二次側磁石である上部リング磁石35が周設されている。図2の構成例においては、ケーシング11の外周面であって長手方向中央よりも下側に下部リング磁石30が周設され、上側に上部リング磁石35が周設される。
A
下部リング磁石30および上部リング磁石35は、ともにリング形状を有する永久磁石である。本実施形態においては、図2に示すように、下部リング磁石30についてはリング形状の上側にS極、下側にN極が形成されている。一方、上部リング磁石35についてはリング形状の下側にN極、上側にS極が形成されている。
The
ケーシング11の上端にはL字管40が接続されている。L字管40は、流体の流れる向きを90度変更する流れ方向変更部材であり、本実施形態においては流路12を下方から上方に向かって流れてきた処理液の流れを横方向(水平方向)に曲げる。このL字管40の先端の開口41は、処理液配管7と連通接続されて流路出口とされている。
An L-shaped
L字管40の上側には磁気センサ50が設けられている。本実施形態においては、磁気センサ50としてホールセンサを用いている。ホールセンサはホール効果を利用して磁界を検出するセンサである。磁気センサ50は、L字管40の上側であって、流路12内に収容されてケーシング11の中心軸方向に沿って直立姿勢(長手方向が鉛直方向に沿った姿勢)で浮遊するフロート20の棒磁石21の長手方向に沿った上方、つまり棒磁石21の軸方向延長線上の直上に配置される。
A
磁気センサ50は、磁界の強さに比例した電圧を発生して出力する。その電圧信号は磁気センサ50から出力されて演算部55に入力される。演算部55は、通常のコンピュータと同様の構成を備えており、CPU、ROM、RAMおよび磁気ディスクなどを備える。演算部55は、所定の演算用プログラムを実行することによって、磁気センサ50から出力された電圧信号のレベルを流量計10の内部を流れる処理液の流量に変換する。
The
また、磁気センサ50のさらに上側には電磁石60が設けられている。電磁石60は、鉄心のまわりにコイルを巻き付けたものであり、電源61からコイルに電流を流すことによって磁界を発生する。電源61からコイルに流す電流値、すなわち電磁石60の発生する磁力は演算部55によって制御されている。
Further, an
本実施形態の流量計10においては、ケーシング11内に処理液が存在していないとき、または、処理液が流れていないときであっても、フロート20は流量計10の内壁面に接触することなく静止状態で支持される。すなわち、フロート20は流路12内に昇降可能に収容されるとともに、棒磁石21の下端のS極には下部リング磁石30の上側のS極から同じ磁極が反発しあうことによる斥力が及ぼされる。下部リング磁石30は棒磁石21の下端近傍を取り囲むように配置されているため、下部リング磁石30のS極は棒磁石21の下端位置をケーシング11の径方向中心に規制するとともに、棒磁石21に上向きの力を作用させる。一方、棒磁石21の上端のN極には上部リング磁石35の下側のN極から同じ磁極が反発しあうことによる斥力が及ぼされる。上部リング磁石35も棒磁石21の上端近傍を取り囲むように配置されているため、上部リング磁石35のN極は棒磁石21の上端位置をケーシング11の径方向中心に規制する。
In the
従って、流量計10に処理液が存在していないとき、または、処理液が流れていないときであっても、フロート20はケーシング11の内側に浮遊状態で支持され、その高さ位置はフロート20に作用する重力と下部リング磁石30からの上向きの斥力とが釣り合う位置となる。また、下部リング磁石30および上部リング磁石35によってフロート20の上端および下端がそれぞれケーシング11の径方向中心に位置される。その結果、フロート20は、ケーシング11の内側に直立姿勢にて浮遊状態で支持され、フロート20は流量計10の内壁面に全く接触していない。なお、下部リング磁石30からフロート20の下端に安定して上向きの力を及ぼせるように、フロート止め部17の上下にわたって下部リング磁石30を設けておくことが好ましい。
Therefore, even when the processing liquid is not present in the
上記の流量計10にて処理液の流量を測定するときには、処理液配管7を流れる処理液がテーパ管15の下端開口19から流路12内に流入し、流路12を一次側から二次側へ、すなわち下方から上方に向けて流れ、さらにL字管40によって横方向に流れの向きが変えられてL字管40の先端の開口41から流出する。この過程において、処理液はその流量に応じてフロート20を一次側から二次側へ移動、すなわち押し上げる。具体的には、テーパ管15のテーパ面16内におけるフロート20の高さ位置によってフロート20下端における流路面積が増減することとなり、フロート20が二次側寄りの位置、すなわち上方に位置しているほど流路面積が増大する。よって、処理液配管7から流入する処理液の流量が大きくなると流路面積も大きくなるようにフロート20が上昇し、逆に処理液の流量が小さくなると流路面積も小さくなるようにフロート20が下降する。但し、本実施形態のフロート20は磁気浮上によって非接触支持されるものであるため、処理液の流量が所定値以下となった場合であっても一定の高さ位置(処理液が流れていないときにフロート20が浮遊状態で支持される位置)より下には降下しない。
When the flow rate of the processing liquid is measured by the
フロート20が処理液の流量の変動によって上下動したとしても、下部リング磁石30および上部リング磁石35からフロート20の棒磁石21の下端および上端に常に磁気による斥力を及ぼしているため、フロート20は流量計10の内壁面に接触しない。従って、フロート20の流路内壁面への接触によるパーティクルの発生を防止することができる。そして、その結果、洗浄ノズル6からパーティクルの混入していない清浄な純水を基板Wに吐出することができ、処理ユニット5での処理結果に悪影響を与えるのを防止することができる。
Even if the
流量計10を流れる処理液の流量は流路12内におけるフロート20の高さ位置を検出することによって測定することができる。上述したように、処理液の流量に応じてフロート20が上下動するため、一定位置で釣り合っているフロート20の高さ位置を検出すれば流路12を流れる処理液の流量を求めることができるのである。そして、本実施形態においては、磁気センサ50によってフロート20の高さ位置を検出することによって処理液の流量を測定している。
The flow rate of the processing liquid flowing through the
フロート20は棒磁石21を内蔵しており、その棒磁石21のN極からS極に向けて磁力線が形成されている。棒磁石21から磁気センサ50に磁気を及ぼすことは、このような磁力線が磁気センサ50を通過することである。そして、棒磁石21が磁気センサ50の位置に作る磁界の強さは棒磁石21の上端と磁気センサ50との距離に反比例する。従って、処理液の流量が大きく、フロート20が高く上昇しているほど磁気センサ50の位置における磁界の強さも強くなる。磁気センサ50は、磁界の強さに比例した電圧を発生するホールセンサであり、磁気センサ50から出力された電圧信号のレベルを計測することによってフロート20の高さ位置を検出することができ、その高さ位置から処理液の流量を求めることができる。図2に示す流量計10においては、演算部55が磁気センサ50から出力された信号に基づいてケーシング11内におけるフロート20の高さ位置を検出し、その高さ位置から処理液の流量を測定している。
The
ここで本実施形態においては、下部リング磁石30および上部リング磁石35によってフロート20がケーシング11の中心軸に沿った直立姿勢に規制されており、磁気センサ50はそのフロート20の棒磁石21の長手方向に沿った上方(直上)に設けられているため、フロート20の高さ位置の変化を高精度にて検出することができる。このことを図3および図4を用いて説明する。
Here, in the present embodiment, the
図3に示すように、流路12を流れる処理液の流量が比較的小さいときには、フロート20は一次側寄りに在って、すなわちフロート20の高さ位置が低く磁気センサ50とフロート20の上端との間隔が離れており、磁気センサ50を通過する磁力線の密度は小さい。つまり、磁気センサ50の位置における磁界の強さが弱い。
As shown in FIG. 3, when the flow rate of the processing liquid flowing through the
図3の状態から流路12を流れる処理液の流量が増加するとフロート20が二次側へ押し上げられ、その増加した後の流量とフロート20下端における流路面積とが釣り合う図4の位置にまでフロート20が上昇する。図4に示すように、フロート20が二次側寄りに移動し、すなわちフロート20の高さ位置が高くなって磁気センサ50とフロート20の上端とが近づき、磁気センサ50を通過する磁力線の密度が大きくなる。つまり、磁気センサ50の位置における磁界の強さが強くなる。このとき、本実施形態においては、磁気センサ50が棒磁石21の長手方向延長線上に配置されているため、他の位置(例えば棒磁石の側方)に比較してフロート20の上下動にともなう磁界の強さの変化率が大きい。従って、フロート20の高さ位置を高精度で検出することができ、処理液の流量を正確に測定することができる。なお、磁気センサ50および演算部55によって測定された処理液の流量を表示パネル(図示省略)に表示するようにしても良いし、予め設定された適正範囲と測定流量とを演算部55が比較して適正範囲から外れている場合には上下限警報を発報するようにしても良い。
When the flow rate of the processing liquid flowing through the
また、流量計10は電磁石60を備える。電源61から電磁石60のコイルに電流を流すと電磁石60から新たな磁界が発生してフロート20の棒磁石21に磁力を及ぼす。電磁石60からの磁力を受けてフロート20が上下動すると、フロート20の一次側端部とテーパ管15のテーパ面16との間隙の面積つまり、フロート20下端における流路面積が変化し、流路12を流れる処理液の流量がその流路面積に応じた値に規制されることとなる。すなわち、電磁石60によって能動的に流路12を流れる処理液の流量を調整することができ、流量計10に流量測定機能に加えて流量調整機能を付与することができる。流量調整機能を備える流量計10はいわゆるマスフローコントローラと呼称されるものと同じである。
In addition, the
電磁石60を作動させて処理液の流量を調整する場合には、磁気センサ50からの出力に基づいて、ケーシング11内におけるフロート20の高さ位置を所定位置に調整して流路12を流れる処理液の流量が所定量となるように電磁石60から棒磁石21に磁力を及ぼさせる。具体的には、磁気センサ50から出力された電圧信号のレベルを計測することによって得られたフロート20の高さ位置に基づいて、演算部55がフロート20の高さ位置が所定位置に維持されるように電源61の出力をフィードバック制御する。これにより、流路12を流れる処理液の流量が所定量に調整され、処理液配管7を流れる処理液の流量を流量計10によって一定に保つことができる。但し、磁気センサ50は電磁石60が発生する磁界の影響をも受けるため、演算部55は磁気センサ50から出力された信号のレベルに対して電磁石60による磁界の強さを減算する補正を行ってフロート20の高さ位置を検出する。磁気センサ50および電磁石60はともに固定設置されているものであってそれらの間隔は一定であり、また電磁石60のコイルに流れる電流値は演算部55自身が制御するものであるため、電磁石60が磁気センサ50の位置に作る磁界の強さは容易に算定することができる。
When adjusting the flow rate of the processing liquid by operating the
本実施形態の流量計10によれば、下部リング磁石30および上部リング磁石35の双方からフロート20の棒磁石21の下端および上端のそれぞれに同じ磁極の反発力による斥力を及ぼしている。下部リング磁石30は棒磁石21の下端に上向きの力とケーシング11の径方向中心に留まる力を与える。上部リング磁石35は棒磁石21の上端に下向きの力(棒磁石21の下端への上向きの力より弱い力)とケーシング11の径方向中心に留まる力を与える。このため、流量計10に処理液が存在していないとき、または、処理液が流れていないときは、フロート20はケーシング11の内側に浮遊状態で直立姿勢にて支持され、流路内壁面に接触することが防止される。また、流量計10に処理液が流れてフロート20が上下動しているときであっても、下部リング磁石30および上部リング磁石35からの斥力によって棒磁石21の位置はケーシング11の中心軸に規制されるため、フロート20の上下動もケーシング11の中心軸に沿ったものとなり、フロート20が流路内壁面に接触することが防止される。よって、フロート20をケーシング11の内部に常に非接触状態に維持することができ、フロート20の流路内壁面への接触によるパーティクルの発生を防止することができる。
According to the
また、本実施形態の流量計10は、ケーシング11内に直立姿勢で支持されるフロート20の棒磁石21の長手方向に沿った直上位置に配置された磁気センサ50によってフロート20の高さ位置を検出して処理液の流量を測定している。両端にNS磁極が形成された棒磁石21の長手方向延長線上はフロート20の上下動にともなう磁界の強さの変化率が最大となる。従って、フロート20が上下動したときに磁気センサ50から出力される信号レベルの変化も大きくなり、高い精度にてフロート20の高さ位置を検出することができる。その結果、処理液の流量を正確に測定することができ、流量が微量に変化したときにも正確にその変化を検知することができる。また、フロート20の高さ位置に関わらず、1個の磁気センサ50によって連続して棒磁石21からの磁界の強さを検出して電圧信号として出力することができるため、流量測定の分解能も高いものとすることができる。
Further, the
また、本実施形態の流量計10は、さらに電磁石60を備えることによって、フロート20の高さ位置を所定位置に移動させて処理液配管7を流れる処理液の流量を調整することができる。これにより、本実施形態の流量計10は、マスフローコントローラとしての機能をも備えるものとなる。
Further, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、電磁石60を磁気センサ50の上側に設けるようにしていたが、これ代えて、図5に示すように、ケーシング11の外周面に電磁石160を付設するようにしても良い。図5において、上記実施形態の図2と同一の要素については同一の符号を付しており、電磁石160の設置位置と上部リング磁石135以外については図2と同じ構成を有する。図5に示すように、電磁石160をケーシング11の外周面に付設したとしても、電源61から電磁石160のコイルに電流を流すと電磁石160から新たな磁界が発生してフロート20の棒磁石21に磁力を及ぼすことができる。このときに、上記実施形態と同様に、磁気センサ50から出力された電圧信号のレベルを計測することによって得られたフロート20の高さ位置に基づいて、演算部55がフロート20の高さ位置が所定位置に維持されるように電源61の出力をフィードバック制御する。これにより、処理液配管7を流れる処理液の流量を一定量に調整することができる。電磁石の設置位置は図2,5の例に限定されるものではなく、コイル通電時にフロート20の棒磁石21に磁力を及ぼすことができる位置であれば良い。また、図5において、上部リング磁石135はリング形状の内周側にN極、外周側にS極が形成された磁石を使用している。なお、上記実施形態の上部リング磁石35のように、リング形状の下側にN極、上側にS極が形成された磁石を使用する方が、比較的弱い磁力の磁石で足りるので好ましい。
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、磁気センサ50としてホールセンサを用いていたが、これに限定されるものではなく、磁界の強さを計測できるセンサであれば良く、例えば磁気インピーダンス素子やコイルを用いるようにしても良い。但し、磁気センサ50としてコイルを用いた場合には、静止しているフロート20の高さ位置をも検出できる検出回路を別途設けておく必要がある。
Moreover, in the said embodiment, although the Hall sensor was used as the
また、上記実施形態においては、フロート20の棒磁石21の長手方向に沿った二次側の位置すなわち直上位置に磁気センサ50を配置していたが、棒磁石21の長手方向に沿った一次側の位置すなわち直下位置に磁気センサ50を配置するようにしても良い。棒磁石21の長手方向に沿った直下位置であっても直上位置と同様にフロート20の上下動にともなう磁界の強さの変化率が最大となる。従って、上記実施形態と同様に、フロート20の高さ位置を高精度にて検出することができ、処理液の流量を正確に測定することができる。すなわち、磁気センサ50は、ケーシング11内に直立姿勢で支持されるフロート20の棒磁石21の長手方向延長線上に配置すれば良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態においては、下部リング磁石30および上部リング磁石35をリング形状の永久磁石としていたが、リング形状に限定されるものではなく、これらをケーシング11の外周面を取り囲むように配置された複数の永久磁石としても良い。もっとも、棒磁石21に安定してケーシング11の径方向中心に留まる磁力を与えるためには、下部リング磁石30および上部リング磁石35をリング形状とするのが最も好ましい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、下部リング磁石30のリング形状の上側にS極、下側にN極を形成し、上部リング磁石35のリング形状の下側にN極、上側にS極を形成していたが、これに限定されるものではなく、棒磁石21の磁極が逆であれば下部リング磁石30および上部リング磁石35の磁極も逆にする必要がある。すなわち、棒磁石21の上側にS極、下側にN極が形成されていれば、下部リング磁石30のリング形状の上側にN極、下側にS極を形成し、上部リング磁石35のリング形状の下側にS極、上側にN極を形成する必要がある。
Further, in the above embodiment, the S pole is formed on the upper side of the ring shape of the
また、下部リング磁石30のリング形状の上下にNS磁極を形成することに限定されるものでは無い。下部リング磁石30のリング形状の内周側と外周側とにNS磁極を形成するようにしても良い。
Further, the present invention is not limited to forming NS magnetic poles above and below the ring shape of the
さらに、上記実施形態においては、ケーシング11の外周面であって長手方向中央よりも下側に下部リング磁石30が周設され、上側に上部リング磁石35が周設されていたが、これに限定されるものではなく、相対的にケーシング11の外周面下側に下部リング磁石30が設けられ、外周面上側に上部リング磁石35が設けられる構成であれば良い。例えば、下部リング磁石30の設置位置がケーシング11の長手方向中央より上側に越えても良いし、逆に上部リング磁石35の設置位置が長手方向中央より下側に越えても良い。また、下部リング磁石30および上部リング磁石35の設置位置がケーシング11の長手方向両端を越えていても良い。また、下部リング磁石30および上部リング磁石35がケーシング11の外周面から若干の隙間をあけて設けられていても良い。
Further, in the above embodiment, the
要するに、ケーシング11の下部に付設され、棒磁石21の一次側すなわち下端部に斥力を及ぼす一次側磁石である下部永久磁石と、ケーシング11の二次側すなわち上部に付設され、棒磁石21の二次側すなわち上端部に斥力を及ぼす二次側磁石である上部永久磁石と、を備える構成であれば、上記実施形態と同様に、フロート20が流路内壁面に接触することが防止され、その結果、パーティクルの発生を防止することもできる。
In short, the lower permanent magnet that is attached to the lower part of the
また、上記実施形態においては、磁気センサ50によってフロート20の高さ位置を検出するようにしていたが、透明な処理液であれば目視によってフロート20の高さ位置を視認して処理液の流量を測定するようにしても良い。また、光学センサ(例えば、透過型の光センサ)によってフロート20の高さ位置を検出して処理液の流量を測定するようにしても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the height position of the
また、上記実施形態においては、フロート20の比重は、流量測定対象となる処理液の比重よりも大きいが、処理液の比重と同じにしてもよい。同じにしても、処理液が流れていないときには、フロート20が所定位置(例えば、上記実施形態における処理液が流れていないときと同じ位置)に留まるように、フロート20が一次側磁石である下部リング磁石30から受ける磁力、および/または、二次側磁石である上部リング磁石35から受ける磁力を調整すればよい。つまり、フロート20の比重を処理液と同じにしたことによって、フロート20が重力によって一次側へ引き寄せられていた力が無くなるのを補うように、下部リング磁石30の磁力を弱めるか、上部リング磁石35の磁力を強めればよい。
Moreover, in the said embodiment, although the specific gravity of the
また、フロート20の比重を、流量測定対象となる処理液の比重よりも小さくしてもよい。小さくしても、処理液が流れていないときに、フロート20が所定位置に留まるように、フロート20が一次側磁石である下部リング磁石30から受ける磁力、および/または、二次側磁石である上部リング磁石35から受ける磁力を調整すればよい。つまり、フロート20の比重を処理液より小さくしたことによって、フロート20が、浮力で二次側へ引き寄せられるのを解消するように、下部リング磁石30の磁力を弱めるか、上部リング磁石35の磁力を強めればよい。
Further, the specific gravity of the
また、上記実施形態においては、流量計10を、一次側が下、二次側が上となるように設置したが、上下逆にしてもよい。逆にすれば、フロート20の比重が処理液の比重よりも大きい場合には、フロート20は重力によって二次側に引き寄せられる方向に力を受けることになるが、フロート20が前記所定位置に留まるようにするには、一次側磁石の磁力を弱める、および/または、二次側磁石の磁力を強くすればよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、流量計10を水平にしてもよい。この場合には、フロート20は処理液と比重が同じにするのが最適である。フロート20の比重が処理液の比重と違っていても、少しの違いであれば、一次側磁石も二次側磁石も、フロート20の棒磁石20を取り囲むように配置されているため、フロート20をケーシング11の径方向中心に規制するので、支障はない。
Further, the
また、流量計10は、上下斜めに設置してもよい。要するに、流量計10は、どのような向きに設置してもよい。さらには、流量計10は、無重力状態の環境下に設置してもよい。
Moreover, you may install the
また、上記実施形態においては、演算部55を通常のコンピュータと同様の構成とし、そのCPUに所定の演算用プログラムを実行させて磁気センサ50の出力信号から処理液の流量を算定させるようにしていたが、演算部55を特定機能を有する電気回路として構成するようにしても良い。
In the above embodiment, the
また、本発明に係る流量計10による測定対象となる処理液は純水に限定されるものではなく、塩酸(Hcl)、硫酸(H2SO4)、アンモニア水(NH3+H2O)等の薬液であっても良い。さらに、本発明に係る流量計10による測定対象となる流体は液体に限定されるものではなく、気体であっても良い。但し、流量計10による測定対象となる流体は非磁性流体である必要がある。
Further, the treatment liquid to be measured by the
1 基板処理装置
5 処理ユニット
6 洗浄ノズル
7 処理液配管
10 流量計
11 ケーシング
12 流路
15 テーパ管
16 テーパ面
20 フロート
21 棒磁石
30 下部リング磁石
35,135 上部リング磁石
40 L字管
50 磁気センサ
55 演算部
60,160 電磁石
W 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記流路内に流路に沿って移動可能に収容され、棒磁石を内蔵する棒状のフロートと、
前記ケーシングの一次側に付設され、前記棒磁石の一次側端部に斥力を及ぼす一次側磁石と、
前記ケーシングの二次側に付設され、前記棒磁石の二次側端部に斥力を及ぼす二次側磁石と、
を備えることを特徴とする流量計。 A cylinder in which one end of the cylinder is a primary side which is a flow path inlet and the other end is a secondary side which is a flow path outlet, and a flow path for flowing fluid along the cylindrical longitudinal direction is formed inside Shaped casing,
A rod-like float that is movably accommodated along the flow channel in the flow channel and incorporates a bar magnet;
A primary magnet attached to a primary side of the casing and exerting a repulsive force on a primary side end of the bar magnet;
A secondary magnet attached to the secondary side of the casing and exerting a repulsive force on the secondary side end of the bar magnet;
A flow meter comprising:
前記一次側磁石および前記二次側磁石はリング形状を有して前記ケーシングの外周面に周設されることを特徴とする流量計。 The flow meter according to claim 1, wherein
The flowmeter according to claim 1, wherein the primary side magnet and the secondary side magnet have a ring shape and are provided around the outer peripheral surface of the casing.
前記一次側磁石は前記ケーシングの長手方向にNS磁極が形成されるとともに、
前記二次側磁石はリング形状の内周側と外周側とにNS磁極が形成されることを特徴とする流量計。 The flow meter according to claim 2, wherein
The primary magnet has an NS magnetic pole formed in the longitudinal direction of the casing,
The flowmeter according to claim 2, wherein the secondary magnet is formed with NS magnetic poles on an inner peripheral side and an outer peripheral side of a ring shape.
前記流路内に収容された前記フロートの前記棒磁石の長手方向延長線上に配置した磁気センサと、
前記磁気センサからの出力に基づいて前記ケーシング内における前記フロートの位置を検出して前記流路を流れる流体の流量を測定する測定部と、
をさらに備えることを特徴とする流量計。 In the flow meter according to any one of claims 1 to 3,
A magnetic sensor disposed on a longitudinal extension of the bar magnet of the float housed in the flow path;
A measurement unit that detects a position of the float in the casing based on an output from the magnetic sensor and measures a flow rate of the fluid flowing through the flow path;
A flow meter further comprising:
前記ケーシングは、前記流路入り口が下で、前記流路出口が上となるように設置されるとともに、
前記ケーシングの上部に設けられ、前記流路を下方から上方に向かってきた流体の流れる向きを変更する流れ方向変更部材をさらに備え、
前記磁気センサは前記流れ方向変更部材の上部に設けられることを特徴とする流量計。 The flow meter according to claim 4, wherein
The casing is installed so that the flow path inlet is on the bottom and the flow path outlet is on the top,
A flow direction changing member that is provided in an upper part of the casing and changes a flow direction of the fluid flowing upward from the lower side of the flow path;
The magnetic sensor is provided on an upper part of the flow direction changing member.
前記磁気センサからの出力に基づいて、前記ケーシング内における前記フロートの位置を所定位置に調整して前記流路を流れる流体の流量が所定量となるように前記棒磁石に磁力を及ぼす電磁石をさらに備えることを特徴とする流量計。 In the flow meter according to claim 4 or 5,
An electromagnet that exerts a magnetic force on the bar magnet so that the flow rate of the fluid flowing through the flow path becomes a predetermined amount by adjusting the position of the float in the casing to a predetermined position based on the output from the magnetic sensor. A flow meter characterized by comprising.
筒状の一方の端を流路入り口である一次側とし、他方の端を流路出口である二次側として、その筒状の長手方向に沿って流体を流す流路を内側に形成した筒状のケーシングと、
前記流路内に流路に沿って移動可能に収容され、棒磁石を内蔵する棒状のフロートと、
前記ケーシングの一次側に付設され、前記棒磁石の一次側端部に斥力を及ぼす一次側磁石と、
前記ケーシングの二次側に付設され、前記棒磁石の二次側端部に斥力を及ぼす二次側磁石と、
前記流路内に収容された前記フロートの前記棒磁石の長手方向延長線上に配置した磁気センサと、
前記磁気センサからの出力に基づいて前記ケーシング内における前記フロートの位置を検出して前記流路を流れる流体の流量を測定する測定部と、
前記磁気センサからの出力に基づいて、前記ケーシング内における前記フロートの位置を所定位置に調整して前記流路を流れる流体の流量が所定量となるように前記棒磁石に磁力を及ぼす電磁石と、
を備えることを特徴とするマスフローコントローラ。 A mass flow controller for adjusting a flow rate of fluid to a predetermined amount,
A cylinder in which one end of the cylindrical shape is a primary side that is a flow path inlet and the other end is a secondary side that is a flow path outlet, and a flow path for flowing fluid along the cylindrical longitudinal direction is formed on the inside. Shaped casing,
A rod-like float that is movably accommodated along the flow channel in the flow channel and incorporates a bar magnet;
A primary magnet attached to the primary side of the casing and exerting a repulsive force on a primary side end of the bar magnet;
A secondary magnet attached to the secondary side of the casing and exerting a repulsive force on the secondary side end of the bar magnet;
A magnetic sensor disposed on a longitudinal extension of the bar magnet of the float housed in the flow path;
A measurement unit that detects a position of the float in the casing based on an output from the magnetic sensor and measures a flow rate of the fluid flowing through the flow path;
An electromagnet that exerts a magnetic force on the bar magnet so that the flow rate of the fluid flowing through the flow path becomes a predetermined amount by adjusting the position of the float in the casing to a predetermined position based on the output from the magnetic sensor;
A mass flow controller comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009224680A JP2011075309A (en) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Flowmeter and mass flow controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009224680A JP2011075309A (en) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Flowmeter and mass flow controller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011075309A true JP2011075309A (en) | 2011-04-14 |
Family
ID=44019473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009224680A Withdrawn JP2011075309A (en) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Flowmeter and mass flow controller |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2011075309A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107014455A (en) * | 2017-06-02 | 2017-08-04 | 浙江圣地物联科技有限公司 | A kind of quality formula flow internet of things sensors |
CN108225978A (en) * | 2018-04-10 | 2018-06-29 | 东北农业大学 | Digitize liquid densimeter |
-
2009
- 2009-09-29 JP JP2009224680A patent/JP2011075309A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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