JP3623125B2

JP3623125B2 - 流量測定方法および流量測定装置

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Publication number: JP3623125B2
Application number: JP09899099A
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: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2019-04-06
Also published as: JP2000292227A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体（液体または気体）の流量測定方法および流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的流体の流量測定のために、例えば、流路に羽根車を設置してこの羽根車の回転数により流量を検知するものが知られている。
【０００３】
しかし、前記羽根車式のものは羽根車の摺動部分が流体と直接接するために流体中にパーティクルと呼ばれる微細な塵や屑が混入されるおそれがあり、半導体の製造等において用いられる超純水や薬液の流量の測定には好ましくなかった。また、極めて微量な流量を測定するには必ずしも十分でなく、さらに応答性が悪いと言う不満がある。のみならず、上記したものでは、ポンプの脈動等により流体の供給圧力に変動がある場合には、正確な測定が行えないといった欠点がある。
【０００４】
また、半導体の製造においては、超純水や薬液等の流体の流量を制御する等の目的で、圧力調整弁，減圧弁，背圧弁等の圧力制御弁により前記流体の圧力の調整が行われる。そして、この種従来の半導体の製造システム（ライン）においては、前記流体の圧力調整と流量測定を併せて行うには、必然的に圧力調整のための圧力制御弁と流量測定のための測定装置を別個に用意しなければならず、コスト的に有利とは言い難かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような問題に対処するために提案されたものであって、摺動部を有さず微細ゴミが発生するおそれがなく超純水や薬液の測定に最適に使用できるとともに、微量な流量の測定が可能であり、しかも応答性に優れ、さらには超純水や薬液等の流体の供給圧力に変動がある場合においても正確な測定を行うことができる新規な流量測定方法および流量測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、一側に流体の流入部（１２）を有し弁座（１６）を介して他側に流体の流出部（１５）が形成されたチャンバ（２０）を有するボディ本体（１１）と、前記弁座を開閉する弁部（４１）と前記流入部側に配された第一ダイヤフラム部（５０）と前記流出部側に配された第二ダイヤフラム部（６０）とを有する弁機構体（４０）とを備え、前記各ダイヤフラム部は、それらの外周部が前記ボディ本体に固定されて前記チャンバ内に取り付けられていて、該チャンバを第一ダイヤフラム部外側の第一加圧室（２１）、前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部に囲まれ前記流入部及び弁座ならびに流出部を有する弁室（２５）、及び第二ダイヤフラム部外側の第二加圧室（３０）に区分しており、前記第一加圧室及び第二加圧室に設けられた第一加圧手段（Ｍ１）及び第二加圧手段（Ｍ２）によって前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部を常時弁室方向に一定圧力を加えるようにした調圧手段（Ｍ）によって流体の圧力を制御するとともに、前記チャンバの前記調圧手段より下流側に絞り部（８０）を設け、該絞り部の下流側における流体の圧力を検知し、該流体の圧力と前記調圧手段の調圧圧力との差圧から流体の流量を算出することを特徴とする流量測定方法に係る。
【０００７】
また、請求項２の発明は、一側に流体の流入部（１２）を有し弁座（１６）を介して他側に流体の流出部（１５）が形成されたチャンバ（２０）を有するボディ本体（１１）と、前記弁座を開閉する弁部（４１）と前記流入部側に配された第一ダイヤフラム部（５０）と前記流出部側に配された第二ダイヤフラム部（６０）とを有する弁機構体（４０）とを備え、前記各ダイヤフラム部は、それらの外周部が前記ボディ本体に固定されて前記チャンバ内に取り付けられていて、該チャンバを第一ダイヤフラム部外側の第一加圧室（２１）、前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部に囲まれ前記流入部及び弁座ならびに流出部を有する弁室（２５）、及び第二ダイヤフラム部外側の第二加圧室（３０）に区分しており、前記第一加圧室及び第二加圧室に設けられた第一加圧手段（Ｍ１）及び第二加圧手段（Ｍ２）によって前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部を常時弁室方向に一定圧力を加えるようにした調圧手段（Ｎ）によって流体の圧力を制御するとともに、前記チャンバの前記調圧手段より下流側に設けられた絞り部（１８０）と、該絞り部の下流側における流体の圧力を検知する圧力検知部（１８５）とを備え、前記圧力検知部により検知された流体の圧力と前記調圧手段の調圧圧力との差圧から流体の流量を算出する演算部（１９０）を設けたことを特徴とする流量測定装置に係る。
【０００８】
【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は請求項１の発明の一実施例に係る流量測定方法を適用した半導体の製造における流量計測システムを示す概略図、図２は図１のシステムの要部を示す断面図、図３は請求項２の発明の一実施例に係る流量測定装置を用いた半導体の製造における流量計測システムを示す概略図、図４は図３の流量測定装置を示す断面図である。
【０００９】
まず、請求項１の発明に係る流量測定方法の一実施例について説明する。
この流量測定方法は、半導体の製造等において超純水や薬液等の流量を測定する際に好適に実施されるもので、圧力制御段階と流量測定段階よりなる。
【００１０】
前記圧力制御段階では、図１および図２に示すような圧力制御弁１０により流体（超純水や薬液等）の圧力（流量）を調整する。これによって、ポンプの脈動等による流体の供給圧力の変動が除かれ、流体の流れが定常流となる。図１の符号Ｅは半導体の製造における流量計測システム、Ｔは超純水や薬液等の流体を収容するタンク、Ｐは供給ポンプ、Ｕは流体のユースポイントである。
【００１１】
具体的に、前記圧力制御弁１０としては、ＪＩＳ−Ｂ０１００等に記される圧力調整弁（リリーフ弁），減圧弁（レデューシング弁），背圧弁等が挙げられる。この実施例では、当該圧力制御弁１０として、ダイヤフラムを利用して流入側（一次側）の圧力変動に対応して流出側（二次側）の流量を一定に保つことができる流量コントロールバルブが用いられ、該圧力制御弁１０は、ボディ本体１１と、調圧手段Ｍとを備える。
【００１２】
ボディ本体１１は、フッ素樹脂等の耐蝕性および耐薬品性の高い樹脂から形成されており、一側に流体のための流入部１２および他側に流体のための流出部１５を有するとともに、その内部の前記流入部１２と流出部１５間に弁座１６を介して連通形成されたチャンバ２０を有している。また、前記流入部１２には流入用管路Ｋ１、流出部１５には流出用管路Ｋ２がそれぞれ接続される。
【００１３】
調圧手段Ｍは、前記チャンバ２０内を流れる流体の圧力を調整するためのもので、この実施例における調圧手段Ｍは弁機構体４０と第一加圧手段Ｍ１と第二加圧手段Ｍ２とを含む。
前記弁機構体４０は、ボディ本体１１と同様に、フッ素樹脂等の耐蝕性および耐薬品性の高い樹脂から形成され、弁部４１と、第一ダイヤフラム部５０と、第二ダイヤフラム部６０とを有する。前記弁部４１は前記弁座１６を開閉するとともに、弁座１６に接近離間して両者間に形成される開口を制御する流通制御部を構成するものである。図示の例では、当該弁機構体４０は、弁部４１を有する第一ダイヤフラム部５０側と第二ダイヤフラム部６０側とに分割され、ダイヤフラム部５０側と第二ダイヤフラム部６０側は分離自在に遊嵌結合している。なお、前記ダイヤフラム部５０側と第二ダイヤフラム部６０側は螺着等によって一体に結合されたり、あるいは該第一ダイヤフラム部５０側と第二ダイヤフラム部６０側とが一体に形成されることもある。
【００１４】
前記各ダイヤフラム部５０，６０は、それらの外周部がボディ本体１１に固定されて、前記チャンバ２０内に取り付けられる。図示の符号７０は後述する第一加圧手段Ｍ１であるバネのためのバネ受け部、７１はボディ本体１１と第一ダイヤフラム部５０間をシールするためのシール部材、７２はボディ本体１１と第二ダイヤフラム部６０間をシールするためのシール部材である。
そして、これらの各部からなる弁機構体４０の取付によって、前記チャンバ２０は、第一加圧室２１，弁室２５，第二加圧室３０に区分される。
【００１５】
前記第一加圧室２１は、第一ダイヤフラム部５０の外側（図では下側）に位置し、該第一加圧室２１には、第一ダイヤフラム部５０に対して常時弁室方向（内向き、図では上向き）に一定圧力（第一設定圧力）を加える第一加圧手段Ｍ１が装備される。
実施例における前記第一加圧手段Ｍ１は、所定バネ定数のバネよりなり、該バネは第一加圧室２１の底部と第一ダイヤフラム部５０に形成されたバネ受け部７０との間に装着される。勿論、前記加圧手段Ｍ１はバネに限定されず、加圧気体が採用されたり、あるいは、バネと加圧気体の両方が採用されたり、さらにはソレノイド（電磁石）やおもり等が採用されることがある。図示の符号２２は第一加圧室２１内の空気の出入りを行う呼吸路を表す。
【００１６】
弁室２５は、第一ダイヤフラム部５０および第二ダイヤフラム部６０に囲まれ、前記流入部１２、および前記弁機構体４０の弁部４１に対応する弁座１６、並びに前記流出部１５を有している。
【００１７】
第二加圧室３０は、第二ダイヤフラム部６０の外側（図では上側）に位置し、第二ダイヤフラム部６０に対して常時弁室方向（内向き、図では下向き）に一定圧力（第二設定圧力）を加える第二加圧手段Ｍ２を備える。図示の実施例では、第二加圧手段Ｍ２を加圧気体より構成している。図示の符号３１は加圧気体のための給気ポート、３２はその排気ポート、３３は加圧気体の供給源、３４は加圧気体の空気圧を調整・制御する電空変換器や電空レギュレーター等の調整・制御機器である。なお、第二加圧手段Ｍ２として、前記した荷重調節自在なバネ装置やソレノイドやおもり等が採用されることがある。
【００１８】
ここで、前記チャンバ２０の弁室２５の調圧手段Ｍより上流側で圧力調整されていない流体が流れる部分を流入側部分２０ａとし、他方、チャンバ２０の調圧手段Ｍより下流側で圧力調整された流体（被制御流体）が流れる部分を流出側部分２０ｂとする。
【００１９】
この圧力制御弁（流量コントロールバルブ）１０によれば、流入部１２側（一次側）において圧力変動がない場合では、前記第一設定圧力および第二設定圧力は、第二ダイヤフラム部６０に対して外側から作用する力と該第二ダイヤフラム部６０に対して内側から作用する力が釣合いを保つように構成されていて、弁機構体４０の弁部４１と弁室２５の弁座１６との間の開口量は一定間隔に保たれている。これによって、流入部１２側（一次側）から弁室２５内に流入した流体は所定の流量だけ流出部１５側（二次側）へ流出される。一方、流入部１２側（一次側）において流体に何らかの変化があると、その変化は一次側の圧力変動として現れ、前記第二設定圧力が加えられている弁機構体４０の第二ダイヤフラム部６０に対する背圧（外向きの圧力）変動として現れる。この一次側の外向きの変動圧力と前記各加圧手段Ｍ１，Ｍ２による内向きの設定圧力とが釣合いを保とうとして、弁機構体４０を移動させる。この弁機構体４０の移動に伴ってその弁部４１が位置移動を生じ、弁部４１と弁座１６間の開口量が変化して、流体の流量が制御される。
【００２０】
上記圧力制御段階の後、流量測定段階に移行する。この流量測定段階では、以下のようにして流体の流量の測定が行われる。
すなわち、この流量測定段階においては、前記圧力制御弁１０のチャンバ２０の調圧手段Ｍより下流側、具体的には前記流出側部分２０ｂあるいは前記流出部１５に接続される圧力制御弁１０外の管路Ｋ２に、この実施例では圧力制御弁１０外の管路Ｋ２に設けられた絞り部８０により、その前後で流速に応じた圧力降下、つまり該絞り部８０の上流側と下流側に差圧を生じさせ、その差圧を後述の方法により算出して流体の流量を求める。前記絞り部８０としては、ベンチュリー管、オリフィス、ノズルが挙げられる。なお、絞り部としては、これらに限らず、例えば前記圧力制御弁１０内の流出側部分２０ｂの断面積が流入側部分２０ａの断面積に対して小とされたり、流出側部分２０ｂがコーナー部等とされ、圧力損失となる部分（ある程度の圧力降下が見込める部分）が圧力制御弁１０に存在する場合には、その部分を絞り部とすることができる、すなわち新たに絞り部を設ける必要がなくなる。
【００２１】
この発明方法においては、前記絞り部８０の上流側と下流側の差圧の算出は、以下のようにして当該絞り部８０の下流側における流体の圧力と上流側における流体の圧力を導出し、それらの減算によって行う。前記絞り部８０の下流側における流体の圧力は、該絞り部８０の下流側に設けられた圧力計８５により検知される。前記圧力計８５としては、後述する圧力センサーを利用した圧力変換器等が挙げられる。ここで、前記絞り部８０の下流側には、該絞り部８０の最小面積部分８０ａまでを含むものとする。
他方、前記絞り部８０の上流側における流体の圧力は、前記ダイヤフラム部（この実施例では第二ダイヤフラム部６０）に作用する力の釣り合いの関係式から算出される前記調圧手段Ｍの調圧圧力となる。具体的に前記調圧圧力の算出法の一例を次式▲１▼に示す。
Ｐａ＝（ｐ_２×ｄ_２−ｐ_１×ｄ_１）／ｄ_３ ▲１▼
ただし、上式▲１▼において、Ｐａは前記調圧手段Ｍの調圧圧力（＝絞り部８０の上流側における流体の圧力）、ｐ_１は第一加圧手段の第一設定圧力、ｐ_２は第二加圧手段の第二設定圧力、ｄ_１は第一ダイヤフラム部の外側面積（下側面積）、ｄ_２は第二ダイヤフラム部の外側面積（上側面積）、ｄ_３は第二ダイヤフラム部の内側面積（下側面積）である。
なお、前記調圧手段Ｍの調圧圧力は、上記したように第二加圧手段である加圧気体の空気圧を調整・制御する調整・制御機器３４を設けている場合には、該調整・制御機器３４の電気信号から簡単に算出できる。
【００２２】
このように導出された前記絞り部８０の上流側と下流側の差圧からベルヌーイの定理より流体の流量（体積流量）Ｑを求める。すなわち、
Ｑ＝Ａ×Ｃ×｛（Ｐａ−Ｐｂ）／ρ｝^１／２ ▲２▼
となる。ただし、上式▲２▼において、Ａは絞り面積、Ｃは流量係数（レイノルズ数と絞り比の関数）、Ｐａは絞り部８０の上流側における流体の圧力、Ｐｂは絞り部８０の下流側における流体の圧力、ρは流体の密度である。この実施例では、前記流体の流量Ｑの算出は、前記圧力制御弁１０の調圧手段Ｍの調整・制御機器３４および圧力計８５に接続されたコンピューター等の演算装置９０により行われ、算出された流量Ｑはモニター表示される。なお、必要に応じて、当該流量Ｑが所定範囲外となった場合に、作業者にブザーやランプ等で警報するための警報手段を前記演算装置９０に接続してもよい。また、前記演算装置９０により算出された流量Ｑと設定流量との偏差を前記圧力制御弁１０の調圧手段Ｍの調整・制御機器３４に出力し、調整・制御機器３４の調圧圧力に補正を掛けてフィードバック制御するようにしてもよい。
【００２３】
上述の方法によって流量を測定すれば、従来のように摺動部分が流体と直接接することがないため、微細ゴミ（パーティクル）の発生のおそれがなく、不純物を嫌う薬液、超純水等の測定に最適である。また、当該方法では圧力を検知して流量を算出するので極めて応答が早いとともに、微小流量の測定にも十分対応できる利点がある。さらに、ポンプの脈動等による流体の供給圧力に変動がある場合においても該変動を取り除いて流量の測定を行うので、当該測定の精度が向上する。加えて、流量を検出するための差圧発生機構のみならず、圧力検知機構を簡素化することができる。すなわち、公知の差圧式流量計（絞り流量計）が絞り部の上流側と下流側の双方に圧力検知機構が必要なのに対して、本発明方法では、絞り部の上流側における圧力を検知するための機構を設ける必要がなくなり、コスト的に有利である。なお、公知の差圧式流量計を圧力制御弁（減圧弁）とあわせて使用する場合、圧力制御弁内においても絞り等、圧力損失となる部分が存在し、トータルの圧力損失が増大するため、供給ポンプの供給圧を上げる必要があるのに対し、上述したように圧力制御弁に絞り部（圧力損失となる部分）が既存する場合に本発明方法を適用すれば、前記圧力制御弁の既存の絞り部を流量測定用に併用することができるので、供給ポンプの供給圧を上げなくても済み、コスト的に有利である。
【００２４】
次に、請求項２の発明に係る流量測定装置について説明する。
図３および図４に示す流量測定装置１１０は、請求項２の発明の一実施例に係るもので、半導体の製造等において超純水や薬液等の流量の測定に使用される。該流量測定装置１１０は、ボディ本体１１１と調圧手段Ｎと絞り部１８０と圧力検知部１８５と演算部１９０とを備える。図３の符号Ｅｘは半導体の製造における流量計測システム、Ｔｘは超純水や薬液等の流体を収容するタンク、Ｐｘは供給ポンプ、Ｕｘは流体のユースポイントである。
【００２５】
ボディ本体１１１は、フッ素樹脂等の耐蝕性および耐薬品性の高い樹脂から形成されてなり、一側に流体のための流入部１１２および他側に流体のための流出部１１５を有するとともに、その内部の前記流入部１１２と流出部１１５間に弁座１１６を介して連通形成されたチャンバ１２０を有している。図示のボディ本体１１１は、第１ブロック１１１ａ，第２ブロック１１１ｂ，第３ブロック１１１ｃに分割され、これらを一体に組み付けて構成されている。また、前記流入部１１２には流入用管路Ｋ３、流出部１１５には流出用管路Ｋ４がそれぞれ接続される。
【００２６】
調圧手段Ｎは、前記チャンバ１２０内を流れる流体の圧力を調整し、ポンプの脈動等による流体の供給圧力に変動を取り除くためのもので、この実施例における調圧手段Ｎは、弁機構体１４０と第一加圧手段Ｎ１と第二加圧手段Ｎ２とを含む。
前記弁機構体１４０は、ボディ本体１１１と同様に、フッ素樹脂等の耐蝕性および耐薬品性の高い樹脂から形成され、弁部１４１と、第一ダイヤフラム部１５０と、第二ダイヤフラム部１６０とを有する。前記弁部１４１は前記弁座１１６を開閉するとともに、弁座１１６に接近離間して両者間に形成される開口を制御する流通制御部を構成するものである。図示の例では、当該弁部１４１の表面はテーパ面にて形成され、流通制御部を線状に制御するように構成されている。前記第一ダイヤフラム部１５０は、前記弁部１４１と一体に形成されており、ダイヤフラム面である薄肉の可動部１５０ａと、その外周側の外周部１５０ｂを有する。前記第二ダイヤフラム部１６０は、ダイヤフラム面である薄肉の可動部１６０ａと、その外周側の外周部１６０ｂを有する。図示の例では、当該弁機構体１４０は、弁部１４１を有する第一ダイヤフラム部１５０側と第二ダイヤフラム部１６０側とに分割され、ダイヤフラム部１５０側と第二ダイヤフラム部１６０側は分離自在に遊嵌結合している。なお、各ダイヤフラム部１５０，１６０の薄肉可動部１５０ａ，１６０ａの面積（ダイヤフラム有効面積）は、制御性が良好となるよう、つまり、瞬間的な負荷変動あるいは脈動のような変化に対しても、瞬時に対応することができるよう、それぞれ所定値に設定される。なお、当該弁機構体１４０の第一ダイヤフラム部１５０側と第二ダイヤフラム部１６０側とを一体に形成してもよく、あるいは独立して形成して螺着等によって一体に結合してもよい。
【００２７】
前記各ダイヤフラム部１５０，１６０は、それらの外周部１５０ｂ，１６０ｂがボディ本体１１１に固定されて、前記チャンバ１２０内に取り付けられる。図示の例では、第一ダイヤフラム部１５０の外周部１５０ｂがボディ本体１１１を構成する第１ブロック１１１ａと第２ブロック１１１ｂ間に、第二ダイヤフラム部１６０の外周部１６０ｂが第２ブロック１１１ｂと第３ブロック１１１ｃ間に、それぞれ挟着されて固定されている。図示の符号１７０は後述する第一加圧手段Ｎ１であるバネのためのバネ受け部であって、第一ダイヤフラム部１５０に螺着や遊嵌等、適宜手段により係着されている。なお、バネを用いない場合にはこのバネ受け部１７０は不要である。また、図示の符号１７１はボディ本体１１と第一ダイヤフラム部１５０間をシールするためのシール部材、１７２はボディ本体１１１と第二ダイヤフラム部１６０間をシールするためのシール部材である。そして、これらの弁部１４１，第一ダイヤフラム部１５０，第二ダイヤフラム部１６０からなる弁機構体１４０の取付によって、前記チャンバ１２０は、第一加圧室１２１，弁室１２５，第二加圧室１３０に区分される。
【００２８】
前記第一加圧室１２１は、第一ダイヤフラム部１５０の外側（図では下側）に位置し、該第一加圧室１２１には、第一ダイヤフラム部１５０に対して常時弁室方向（内向き、図では上向き）に一定圧力（第一設定圧力）を加える第一加圧手段Ｎ１が装備される。
実施例における前記第一加圧手段Ｎ１は、所定バネ定数のバネよりなり、該バネは第一加圧室１２１の底部と第一ダイヤフラム部１５０に形成されたバネ受け部１７０との間に装着される。勿論、前記加圧手段Ｎ１はバネに限定されることはなく、加圧気体を採用したり、あるいは、バネと加圧気体の両方を採用したり、さらにはソレノイド（電磁石）やおもり等を採用してもよい。
なお、バネ単独で使用する場合には、図示しないが、バネ押え部材を螺着して荷重調節自在なバネ装置とすることが望ましい。また、該荷重調節自在なバネ装置にサーボモータ等を接続してバネ定数を自動制御できるように構成してもよい。図示の符号１２２は第一加圧室１２１内の空気の出入りを行う呼吸路を表す。
【００２９】
弁室１２５は、第一ダイヤフラム部１５０および第二ダイヤフラム部１６０に囲まれ、前記流入部１１２、および前記弁機構体１４０の弁部１４１に対応する弁座１１６、並びに前記流出部１１５を有している。この実施例の弁座１１６はボディ本体１１１の第２ブロック１１１ｂの角部がこの機能を果している。
【００３０】
第二加圧室１３０は、第二ダイヤフラム部１６０の外側（図では上側）に位置し、第二ダイヤフラム部１６０に対して常時弁室方向（内向き、図では下向き）に一定圧力（第二設定圧力）を加える第二加圧手段Ｎ２を備える。図示の実施例では、第二加圧手段Ｎ２を加圧気体より構成している。第二加圧手段Ｎ２を加圧気体とする場合には、その加圧圧力の設定および調整が容易であるとともに、大きな加圧圧力が要求される場合に有効であるという利点を有する。図示の符号１３１は加圧気体のための給気ポート、１３２はその排気ポート、１３３は加圧気体の供給源、１３４は加圧気体の空気圧を調整・制御する電空変換器や電空レギュレーター等の調整・制御機器である。なお、第二加圧手段Ｎ２として、前記した荷重調節自在なバネ装置やソレノイドやおもり等を採用してもよい。
【００３１】
絞り部１８０は、流体の流量を検出するための圧力降下、つまり差圧を発生させるためのもので、前記チャンバ１２０の調圧手段Ｎより下流側の流出側部分１２０ｂに設けられる。ここで、前記チャンバ１２０の弁室１２５の調圧手段Ｎより上流側で圧力調整されていない流体が流れる部分を流入側部分１２０ａとし、他方、チャンバ１２０の弁室１２５の調圧手段Ｎより下流側で圧力調整された流体が流れる部分を流出側部分１２０ｂとする。前記絞り部１８０としては、ベンチュリー管、オリフィス、ノズル等が挙げられる。なお、絞り部としては、これらに限らず、例えば前記流出側部分１２０ｂの断面積が流入側部分１２０ａの断面積に対して小とされたり、流出側部分１２０ｂがコーナー部とされる等して圧力損失となる部分（ある程度の圧力降下が見込める部分）が存在する場合には、その部分を絞り部とすることができる。
【００３２】
圧力検知部１８５は、前記絞り部１８０の下流側における流体の圧力を検知するためのもので、チャンバ１２０の絞り部１８０の下流側に設けられる。ここで、前記絞り部１８０の下流側には、該絞り部１８０の最小面積部分１８０ａまでを含むものとする。この実施例においては、前記圧力検知部１８５は流体の圧力検知用ダイヤフラム部１８６と該ダイヤフラム部１８６の受圧力を電気信号に変換する圧力センサー１８７とよりなる。前記ダイヤフラム部１８６はフッ素樹脂等の耐蝕性および耐薬品性の高い樹脂から形成される。また、前記圧力センサー１８７としては、ロードセル，圧電素子，コイルバネ，加圧導電シート，感圧ポリマー，感圧ダイオード，半導体圧力センサー，差動トランス，歪みゲージ（トーションバー）等が挙げられる。
【００３３】
演算部１９０は、前記絞り部１８０の上流側と下流側の差圧を出して該差圧から圧力制御された流体の流量を算出する部分であり、前記調圧手段Ｍおよび圧力検知部１８５に接続されたコンピューター等の演算装置からなる。この演算部１９０においては、前記差圧の導出は、前記調圧手段Ｎの調圧圧力から前記圧力検知部１８５より検知された絞り部１８０の上流側における流体の圧力を減ずることによってなされる。すなわち、前記絞り部１８０の上流側に、前記絞り部１８０の下流側における圧力検知部１８５のような独立した圧力検知部を設けなくても、絞り部１８０の前後の差圧を導出することができるのである。なお、この実施例では、前記調圧手段Ｎの調圧圧力は、前記第二加圧手段Ｎ２である加圧気体の空気圧を調整・制御する調整・制御機器１３４の電気信号から算出される。
【００３４】
さらに、当該演算部１９０では、上記のようにして得られた差圧（ｐ１−ｐ２）を先に説明した式▲２▼に代入することによって、流体の流量Ｑの算出が行われる。なお、この実施例では、算出された流量Ｑは演算部１９０のディスプレイを介してモニター表示されるようになっている。
【００３５】
このようにしてなる流量測定装置１１０にあっては、従来のように摺動部分が流体と直接接することに起因して微細ゴミが発生するおそれがなくなるとともに、接液部分を全て耐蝕性および耐薬品性の高い樹脂とすることができるので、薬液、超純水等の測定に最適である。また、流体の圧力を検知して流量を算出するので極めて応答が早いとともに、微小流量の測定にも十分対応できる利点がある。さらに、ポンプの脈動等による流体の供給圧力に変動がある場合においても該変動を取り除いて流量の測定を行うので、当該測定の精度が向上する。しかも、この流量測定装置１１０においては、流量を検出するための差圧発生機構および圧力検知機構が、公知の絞り流量計に比べて簡単かつ単純になる。
【００３６】
のみならず、当該流量測定装置１１０にあっては、流体の流量測定に加えて流体の圧力制御を行うことができるので、すなわち流量測定機能と圧力制御機能の二つの機能を備えているので、設備および維持上において大きな有利性を備える。なお、この実施例における流量測定装置１１０では、前記流入部１１２側（一次側）の圧力変動は、前記第二設定圧力が加えられている弁機構体１４０の第二ダイヤフラム部１６０に対する背圧（外向きの圧力）変動として現れ、該一次側の外向きの変動圧力と前記各加圧手段Ｎ１，Ｎ２による内向きの設定圧力とが釣合いを保とうとして、弁機構体１４０を移動させる。この弁機構体１４０の移動に伴ってその弁部１４１が位置移動を生じ、弁部１４１と弁座１１６間の開口量が変化して、流体の流量が制御される。
【００３７】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、この発明に係る流量測定方法および流量測定装置によれば、摺動部を有さず微細ゴミが発生するおそれがないので超純水や薬液の測定に最適に使用できるとともに、微量な流量の測定にも対応することができ、しかも応答性に優れる。さらに、流体の供給圧力に変動がある場合においても正確な測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の一実施例に係る流量測定方法を適用した半導体の製造における流量計測システムを示す概略図である。
【図２】図１のシステムの要部を示す断面図である。
【図３】図３は請求項２の発明の一実施例に係る流量測定装置を用いた半導体の製造における流量計測システムを示す概略図である。
【図４】図３の流量測定装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０圧力制御弁
１１ボディ本体
２０チャンバ
Ｍ調圧手段
８０絞り部
１１０流量測定装置
１１１ボディ本体
１２０チャンバ
Ｎ調圧手段
１８０絞り部
１８５圧力検知部
１９０演算部

Claims

一側に流体の流入部（１２）を有し弁座（１６）を介して他側に流体の流出部（１５）が形成されたチャンバ（２０）を有するボディ本体（１１）と、
前記弁座を開閉する弁部（４１）と前記流入部側に配された第一ダイヤフラム部（５０）と前記流出部側に配された第二ダイヤフラム部（６０）とを有する弁機構体（４０）とを備え、
前記各ダイヤフラム部は、それらの外周部が前記ボディ本体に固定されて前記チャンバ内に取り付けられていて、該チャンバを第一ダイヤフラム部外側の第一加圧室（２１）、前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部に囲まれ前記流入部及び弁座ならびに流出部を有する弁室（２５）、及び第二ダイヤフラム部外側の第二加圧室（３０）に区分しており、
前記第一加圧室及び第二加圧室に設けられた第一加圧手段（Ｍ１）及び第二加圧手段（Ｍ２）によって前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部を常時弁室方向に一定圧力を加えるようにした調圧手段（Ｍ）によって流体の圧力を制御するとともに、
前記チャンバの前記調圧手段より下流側に絞り部（８０）を設け、
該絞り部の下流側における流体の圧力を検知し、
該流体の圧力と前記調圧手段の調圧圧力との差圧から流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量測定方法。
一側に流体の流入部（１２）を有し弁座（１６）を介して他側に流体の流出部（１５）が形成されたチャンバ（２０）を有するボディ本体（１１）と、
前記弁座を開閉する弁部（４１）と前記流入部側に配された第一ダイヤフラム部（５０）と前記流出部側に配された第二ダイヤフラム部（６０）とを有する弁機構体（４０）とを備え、
前記各ダイヤフラム部は、それらの外周部が前記ボディ本体に固定されて前記チャンバ内に取り付けられていて、該チャンバを第一ダイヤフラム部外側の第一加圧室（２１）、前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部に囲まれ前記流入部及び弁座ならびに流出部を有する弁室（２５）、及び第二ダイヤフラム部外側の第二加圧室（３０）に区分しており、
前記第一加圧室及び第二加圧室に設けられた第一加圧手段（Ｍ１）及び第二加圧手段（Ｍ２）によって前記第一ダイヤフラム部及び第二ダイヤフラム部を常時弁室方向に一定圧力を加えるようにした調圧手段（Ｎ）によって流体の圧力を制御するとともに、
前記チャンバの前記調圧手段より下流側に設けられた絞り部（１８０）と、
該絞り部の下流側における流体の圧力を検知する圧力検知部（１８５）とを備え、
前記圧力検知部により検知された流体の圧力と前記調圧手段の調圧圧力との差圧から流体の流量を算出する演算部（１９０）を設けた
ことを特徴とする流量測定装置。