JP6978985B2

JP6978985B2 - ガス流量検定ユニット

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Publication number: JP6978985B2
Application number: JP2018129784A
Authority: JP
Inventors: 直也城山
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2038-07-09
Also published as: TWI735893B; TW202012887A; WO2020012849A1; JP2020008428A

Description

本発明は、流体制御機器と真空ポンプの間に配設され、出力弁を閉弁した後、圧力計が計測する圧力が所定の第１圧力値から所定の第２圧力値に変化する時間、流体の温度、及び流体制御機器の出力から前記出力弁の入力までの容積から、流体制御機器の精度を検定するガス流量検定ユニットに関するものである。

半導体製造工程においては、真空チャンバに供給するプロセスガスの流量を流体制御機器（具体的には、熱式または圧力式のマスフローコントローラ（ＭＦＣ））で精確にコントロールしている。プロセスガスは、腐食性が高いため、マスフローコントローラで使用されている細管の内径が腐食により変化して、流量の計測精度が低下する問題がある。それを防止するため、本出願人が提案した特許文献１の、出力弁を閉弁した後、圧力計が計測する圧力が所定の第１圧力値から所定の第２圧力値に変化する時間、流体の温度、及びマスフローコントローラの出力から出力弁の入力までの容積から、マスフローコントローラの精度を検定するガス流量検定ユニットが使用されている。
このガス流量検定ユニットによれば、１ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの流量のガスを流すためのマスフローコントローラの流量検定を正確に行うことができる。

特許第5222935号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
近年、ガス流量検定を、１工程（例えば、１０分位の時間）毎に行う場合がある。それは、プロセスガスの流量に変化がないことを確認するためである。

例えば、図９に示すように、ガス入力ポート５０を上流にして、マスフローコントローラ２０と、流量制御弁２１と、ガス流量検定ユニット６０と、真空ポンプ３０と、が直列に接続される。ガス流量検定ユニット６０は検定流路４を有し、当該検定流路４に、上流側から入力弁１０２と、出力弁１０８と、が直列に接続され、入力弁１０２と、出力弁１０８と、の間に圧力計１０３と、温度計１０４と、が配置される。
検定対象となるガス（例えば窒素ガス）は、ガス入力ポート５０から入力され、出力弁１０８が有するダイヤフラム弁体（図示せず）から上流側に検定ガスを充填することができる構成となっている。

上記構成のもとで、流量制御弁２１と、入力弁１０２と、出力弁１０８と、を開弁し、真空ポンプ３０に、マスフローコントローラ２０を介して設定流量の検定対象となるガスを流す。ガス流量が安定した後に、出力弁１０８を閉弁し、圧力計１０３と温度計１０４とにより測定されたタンク体積Ｖにおける圧力上昇値と温度変化値とからガス流量を算出し、設定流量と比較することで、ガス流量検定が行われる。

ところで、ガス流量検定ユニット６０で使用する圧力計１０３は、高精度なものが必要で、圧力計測定精度範囲（図５中Ｐ_１からＰ_３の範囲）が狭く設定されている場合が多い。
そのため、タンク体積Ｖにおける圧力が、出力弁１０８を閉じた時点（図５中ｔ_１）での圧力Ｐ_ｂから、既定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間（図５中ｔ_３）が発生している。
比較的大流量である１０００ｓｃｃｍを流すマスフローコントローラの検定では、待ち時間（ｔ_３）は、１秒程度であるが、比較的小流量である１０ｓｃｃｍを流すマスフローコントローラの検定においては、出力弁１０８を閉じた時点（図５中ｔ_１）での圧力Ｐ_ｂが、１０００ｓｃｃｍを流した場合の圧力よりも低くなるため、待ち時間（ｔ_３）が６０〜９０秒と長くなる場合がある。
出力弁１０８を閉じた時点（図５中ｔ_１）での圧力Ｐ_ｂに合わせ、圧力計測定精度範囲の下限であるＰ_１を下げることで、待ち時間ｔ_３を短くすることも可能と考えられるが、圧力計１０３が高精度で圧力測定することができなくなるため、圧力計測定精度範囲を変更することはできない。

圧力計１０３の測定時間（図５中ｔ）は、流量により変化するが、例えば流量が１０ｓｃｃｍの場合は１２０秒程度であり、待ち時間ｔ_３が９０秒もかかると、検定に要する時間が２１０秒（ｔ_３及びｔの合計）と長くなる。検定作業は、１工程（約１０分）完了する毎に行うため、待ち時間ｔ_３による時間ロスが累積し、半導体生産効率への影響が大きいという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、比較的小流量である１０ｓｃｃｍを流すマスフローコントローラの流量検定を行う場合でも、所定の圧力に達するまでの待ち時間の短いガス流量検定ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガス流量検定ユニットは、次のような構成を有している。

（１）流体制御機器と真空ポンプとを接続する流路と、流路に設けられた出力弁と、流体制御機器の出力から出力弁の入力までの流路に設けられた圧力計及び温度計と、を備え、出力弁を閉弁した後、圧力計が計測する圧力が所定の第１圧力値から所定の第２圧力値に変化する時間、温度計が計測する流体の温度、及び流体制御機器の出力から出力弁の入力までの流路の容積から、流体制御機器の精度を検定するガス流量検定ユニットにおいて、前記流路の圧力を高めるための圧力上昇手段を備えること、出力弁が並列に２個配置され、そのうちの１つの出力弁の出口側に、圧力上昇手段としてのオリフィスが配置されていること、を特徴とする。
（２）（１）に記載のガス流量検定ユニットにおいて、オリフィスの絞りが可変であること、を特徴とする。

（３）流体制御機器と真空ポンプとを接続する流路と、流路に設けられた出力弁と、流体制御機器の出力から出力弁の入力までの流路に設けられた圧力計及び温度計と、を備え、出力弁を閉弁した後、圧力計が計測する圧力が所定の第１圧力値から所定の第２圧力値に変化する時間、温度計が計測する流体の温度、及び流体制御機器の出力から出力弁の入力までの流路の容積から、流体制御機器の精度を検定するガス流量検定ユニットにおいて、前記流路の圧力を高めるための圧力上昇手段を備えること、出力弁が１個のみ配置され、出口側に絞りが可変な、圧力上昇手段としてのオリフィスが配置されていること、を特徴とする。

本発明のガス流量検定ユニットは、上記構成を有することにより次のような作用・効果を有する。
（１）流体制御機器と真空ポンプの間に配設され、出力弁を閉弁した後、圧力計が計測する圧力が所定の第１圧力値から所定の第２圧力値に変化する時間、流体の温度、及び流体制御機器の出力から出力弁の入力までの容積から、流体制御機器の精度を検定するガス流量検定ユニットにおいて、出力弁を流れる流量を変化させる流量変化手段を備えること、を特徴とするので、検定対象となるガスの流量を、流量変化手段により小流量にすることができる。流量変化手段の上流側と下流側とで圧力勾配が生じ、流量変化手段から上流側の流路における圧力を、流量変化手段を備えない場合と比べて高くすることができる。タンク体積における圧力が高くなった分、ガス流量検定を行う場合において、出力弁を閉弁した後、タンク体積における圧力が既定の測定開始圧力に達するまでの待ち時間が短くなる。

例えば、流路内径が４ｍｍである場合に、流量変化手段として絞りが０．８ｍｍ程度のオリフィスを用いれば、該オリフィスにより流量が小流量となり、オリフィスの上流側と下流側とで圧力勾配が生じ、検定対象となるガスの流量が例えば１０ｓｃｃｍという小流量であっても、オリフィスから上流側の流路における圧力を、測定開始圧力Ｐ_１に近づけることができる。よって、検定対象となるガスの流量が１０ｓｃｃｍの場合であっても、タンク体積における圧力が規定の測定開始圧力に達するまでの待ち時間が、検定対象となるガスの流量が１０００ｓｃｃｍの場合の待ち時間と同等の約１秒となるため、検定に要する時間の削減を図ることができる。

従来技術においては、１０ｓｃｃｍという小流量である場合、検定作業に要する時間は、約２１０秒かかる場合がある（出力弁１０８を閉じた時点での圧力Ｐ_ｂから、既定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間ｔ_３９０秒と、測定時間１２０秒の合計（図５および９参照））。
近年、プロセスガスの流量に変化がないことを確認するために、ガス流量検定を、１工程（例えば、１０分位の時間）毎に行う場合がある。検定を行う頻度が多いことから、待ち時間ｔ_３による時間ロスが累積し、半導体生産効率への影響が大きかった。しかし、待ち時間ｔ_３が１０００ｓｃｃｍを流した場合と同等の約１秒に削減できれば、検定作業に要する時間は、合計で１２１秒となり（待ち時間１秒と測定時間１２０秒の合計）、従来と比べて約４割の時間削減となるため、半導体生産の効率も向上される。

（２）（１）に記載のガス流量検定ユニットにおいて、出力弁が並列に２個配置され、そのうちの１つの出力弁の出口側にオリフィスが配置されていること、を特徴とするので、ガス流量検定ユニットは、オリフィスにより、オリフィスの上流側と下流側とで圧力勾配が生じる流路と、オリフィスを有さず圧力勾配が生じない通常の流路と、を有することとなる。よって、検定対象となるガスの流量によって、流路を使い分けることができる。例えば、ガス流量検定を行うとき、流量が１０ｓｃｃｍと小流量である場合には、オリフィスを有する側の流路を用いれば、出力弁を閉弁した後、タンク体積における圧力が既定の測定開始圧力に達するまでの待ち時間が短くなる。一方、流量が比較的大流量である１０００ｓｃｃｍである場合には、オリフィスを有さない通常の流路を用いれば良い。

（３）（２）に記載のガス流量検定ユニットにおいて、オリフィスの絞りが可変であること、を特徴とするので、並列された出力弁のうち、オリフィスを有する側の出力弁が配置された流路においては、検定対象となるガスの流量に応じて、オリフィスの絞りを調整することができる。例えば検定対象となるガスの流量が１０ｓｃｃｍよりも更に小流量の数ｓｃｃｍである場合であっても、数ｓｃｃｍに対応する径までオリフィスの絞りを縮小させることで、出力弁を閉弁した後、タンク体積における圧力が既定の測定開始圧力に達するまでの待ち時間が長くなることがなく、検定作業の効率が向上される。

（４）（１）に記載のガス流量検定ユニットにおいて、出力弁が１個のみ配置され、出口側に絞りが可変なオリフィスが配置されていること、を特徴とするので、検定対象となるガスの流量に応じて、オリフィスの絞りを調整することができる。オリフィスを有する側の流路とオリフィスを有さない側の流路の２つ流路を設けることなく、１つの流路で１０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量や、１０ｓｃｃｍよりも更に小流量であっても、流量に応じてオリフィスの絞りを調整することで、出力弁を閉弁した後、タンク体積における圧力が既定の測定開始圧力に達するまでの待ち時間を一定にすることが可能である。

第１実施形態に係るガス流量検定ユニットを用いた流量検定システムの回路図である。第１実施形態に係るガス流量検定ユニットの制御構成を示すブロック図である。第１実施形態に係るガス流量検定ユニットの容積測定プログラムの動作を示すフローチャートである。第１実施形態に係るガス流量検定ユニットの流量検定プログラムの動作を示すフローチャートである。ガス流量検定実施時のタンク体積の圧力上昇を示す図である。第２実施形態に係るガス流量検定ユニットを用いた流量検定システムの回路図である。第２実施形態に係るガス流量検定ユニットの制御構成を示すブロック図である。第２実施形態に係るガス流量検定ユニットの流量検定プログラムの動作を示すフローチャートである。従来技術によるガス流量検定ユニットを用いた流量検定システムの回路図である。

本発明のガス流量検定ユニット１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、ガス入力ポート５０を上流にして、マスフローコントローラ２０と、流量制御弁２１と、ガス流量検定ユニット１と、真空ポンプ３０と、が直列に接続される。

ガス流量検定ユニット１は検定流路４を有し、当該検定流路４に、上流側から入力弁１０２と、第１出力弁１０５と、が直列に接続され、入力弁１０２と、第１出力弁１０５との間に圧力計１０３と、温度計１０４と、が配置される。また、第２出力弁１０６と、オリフィス１０７とが第１出力弁１０５に対して並列に配置されている。なお、オリフィス１０７の絞りは、固定であっても、可変可能であっても良い。
検定対象となるガス（例えば窒素ガス）は、ガス入力ポート５０から入力され、第１出力弁１０５および第２出力弁１０６が有するダイヤフラム（図示せず）から上流側に検定ガスを充填することができる構成となっている。

次に、ガス流量検定ユニット１の制御手段４０について説明する。図２は、ガス流量検定ユニット１の制御構成を示すブロック図である。制御手段４０は、周知のマイクロコンピュータであって、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４１と、入出力インターフェース４２と、ＲＯＭ４３と、ＲＡＭ４４から構成される。

入出力インターフェース４２は、入力弁１０２、圧力計１０３、温度計１０４、第１出力弁１０５、第２出力弁１０６、流量制御弁２１に接続されている。制御手段４０は、入出力インターフェース４２を介して、入力弁１０２、第１出力弁１０５、第２出力弁１０６、流量制御弁２１に対して、制御信号を送ることで、弁の開閉動作を制御する。また、制御手段４０は、入出力インターフェース４２を介して、圧力計１０３、温度計１０４から測定データを受信する。

ＲＡＭ４４には、データ記憶部４４１が設けられている。データ記憶部４４１には、測定開始圧力Ｐ_１と_、タンク体積Ｖが記憶される（図３中Ｓ１４及びＳ１５参照）。タンク体積Ｖとは、検定流路４の体積と、検定ガスライン６の体積を合計した体積をいい、ガス流量検定ユニット１を製造して外部システムに取り付けた後に事後的に測定されてデータ記憶部４４１に記憶される。

ＲＯＭ４３には、各種プログラムやデータが記憶されている。例えば、容積測定プログラム４３１や、流量検定プログラム４３２が記憶されている。容積測定プログラム４３１は、流路体積Ｖ_１とタンク体積Ｖを測定するものである。また、流量検定プログラム４３２は、入力弁１０２と第１出力弁と第２出力弁の弁開閉動作を適宜制御し、検定流路４の圧力と温度を圧力計１０３と温度計１０４で検出し、検出結果に基づいてマスフローコントローラ２０の流量検定を行うものである。

次にガス流量検定ユニット１の動作について、図３及び図４のフローチャートを用いて説明する。
ガス流量検定ユニット１は、例えば、作業者が流量検定開始を指示するボタンを押すことでガス流量検定ユニット１の制御手段４０が、容積測定プログラム４３１（図３中Ｓ１１からＳ１５）と、流量検定プログラム４３２（図４中Ｓ２１からＳ３４）をＲＯＭ４３から読み出して実行する。また、流量検定開始時点では、第１出力弁１０５と、第２出力弁１０６とは開弁状態にある。

第１に、制御手段４０は、タンク体積Ｖを測定するために容積測定プログラム４３１（Ｓ１１からＳ１５）を実行する。
まず、システムを初期化して先の流量検定で取得したデータを消去する（Ｓ１１）。そして、配管内をパージし、余分なガスを除去する（Ｓ１２）。

次に、制御手段４０は、タンク体積Ｖが測定済みか否かを判断する（Ｓ１３）。タンク体積Ｖが測定済みでないと判断した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、タンク体積Ｖを測定し（Ｓ１４）、測定したタンク体積Ｖをデータ記憶部４４１に記憶し（Ｓ１５）、容積測定プログラムを終了する。一方で、タンク体積が測定済みであると判断した場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、そのまま容積測定プログラム４３１を終了する。

容積測定プログラム４３１終了後、制御手段４０は、流量検定プログラム４３２を実行する。
まず、マスフローコントローラ２０を介して検定対象となるガスを設定流量で流す（Ｓ２１）。

設定流量が１０ｓｃｃｍ以上である場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、制御手段４０は、第２出力弁１０６を閉弁する（Ｓ２３）。第２出力弁１０６を閉弁することで、検定対象となるガスは開弁されている第１出力弁１０５側の流路を流れる。

そして、制御手段４０は、マスフローコントローラ２０の流量が安定したら、第１出力弁１０５を閉じる（Ｓ２４）。第１出力弁１０５を閉じることで検定対象となるガスを検定流路４と検定ガスライン６に充填し、タンク体積Ｖにおける圧力を上昇させる。

そして、制御手段４０は、圧力計１０３が検出した圧力値が、データ記憶部４４１に記憶されている既定の測定開始圧力Ｐ_１以上であるか否かを判断する（Ｓ２５）。検出した圧力値が既定の測定開始圧力Ｐ_１未満である場合には（Ｓ２５：ＮＯ）、圧力計１０３が既定の測定開始圧力Ｐ_１を測定するまで待機する。流路内径が４ｍｍであって、ガスの流量が１０００ｓｃｃｍの場合、第１出力弁１０５が閉じられてから、圧力計１０３が規定の測定開始圧力Ｐ_１を測定するまでの時間は約１秒程度である。
圧力計１０３が既定の測定開始圧力Ｐ_１を測定したら（Ｓ２５：ＹＥＳ）、Ｐ_１を測定してから測定時間ｔ後の第２圧力値Ｐ_２を測定する（Ｓ２６）。なお、本実施例における測定時間ｔは約１２０秒である。

第２圧力値Ｐ_２の測定後、制御手段４０は、下記数１に記載する気体の状態方程式に基づいて絶対流量Ｑ_２を算出する（Ｓ２７）。すなわち、下記数１の「Ｖ」にタンク体積Ｖ（ｍ^３）を、「ΔＰ」に第２圧力値Ｐ_２からＰ_１を減算した圧力変動値ΔＰ（Ｐａ）を、「Δｔ」に測定時間ｔ（ｓ）を、「Ｔ」に温度計１０４の測定するガス温度（Ｋ）を、Ｒは気体定数（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）を代入し、絶対流量Ｑ_２を算出する。

そして、制御手段４０は、絶対流量Ｑ_２と設定流量を比較して流量検定を行う（Ｓ２８）。流量検定とは、具体的には、制御手段４０は、現在の設定流量とＳ２７で算出した絶対流量Ｑ_２との誤差を求め、その誤差が正常範囲である場合には、検定が終了した旨を知らせる表示を行う。また、制御手段４０は、現在の設定流量と絶対流量Ｑ_２の誤差が正常範囲と異常範囲との間の許容範囲である場合には、マスフローコントローラ２０の設定流量を補正し、検定が終了した旨を知らせる表示を行う。更に、制御手段４０は、現在の設定流量と絶対流量Ｑ_２の誤差が異常範囲である場合には、マスフローコントローラ２０の交換を指示する表示を行う。その後、流量検定プログラム４３２は終了し、流量検定が完了される。

一方で、Ｓ２１において流されるガスの設定流量が１０ｓｃｃｍ以下である場合（Ｓ２２：ＮＯ）、制御手段４０は、第１出力弁１０５を閉弁する（Ｓ２９）。第１出力弁１０５を閉弁することで、検定対象となるガスは開弁されている第２出力弁１０６側の流路を流れる。よって、検定対象となるガスはオリフィス１０７を通ることとなる。

そして、制御手段４０は、マスフローコントローラ２０の流量が安定したら、第２出力弁１０６を閉じる（Ｓ３０）。第２出力弁１０６を閉じることで検定対象となるガスを検定流路４と検定ガスライン６に充填し、タンク体積Ｖにおける圧力を上昇させる。

そして、制御手段４０は、圧力計１０３が検出した圧力値が、データ記憶部４４１に記憶されている既定の測定開始圧力Ｐ_１以上であるか否かを判断する（Ｓ３１）。検出した圧力値が既定の測定開始圧力Ｐ_１未満である場合には（Ｓ３１：ＮＯ）、圧力計１０３が既定の測定開始圧力Ｐ_１を測定するまで待機する。

Ｓ２９において、検定対象となるガスがオリフィス１０７を通ることで、流量が小流量となり、オリフィス１０７の上流側と下流側とで圧力勾配が生じるため、図５に示すように、オリフィス１０７より上流側の流路における圧力Ｐ_ａが、従来のオリフィス１０７を備えない場合の圧力Ｐ_ｂと比べて高く維持されることとなる。オリフィス１０７より上流側の流路における圧力が維持されている分、Ｓ３０において第２出力弁１０６を閉弁した時点（図５中のｔ_１）から、タンク体積Ｖにおける圧力が既定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間ｔ_２は、従来のオリフィス１０７を備えない場合の待ち時間ｔ_３と比べて短くなる。

例えば、流路内径が４ｍｍである場合に、オリフィス１０７の絞りを０．８ｍｍ程度とすれば、検定対象となるガスの流量が例えば１０ｓｃｃｍという小流量であっても、オリフィス１０７の上流側と下流側とで圧力勾配が生じるため、オリフィス１０７より上流側の流路における圧力を、測定開始圧力Ｐ_１に近づけることができる。よって、検定対象となるガスの流量が１０ｓｃｃｍの場合であっても、タンク体積における圧力が規定の測定開始圧力に達するまでの待ち時間が、検定対象となるガスの流量が１０００ｓｃｃｍの場合の待ち時間と同等となるため、検定に要する時間の削減を図ることができ、検定作業の効率が向上される。

また、オリフィス１０７の絞りを可変可能なものとすれば、検定対象となるガスの流量に応じで調整可能である。例えば検定対象となるガスの流量が１０ｓｃｃｍよりも更に小流量の数ｓｃｃｍである場合であっても、数ｓｃｃｍに対応する径（約０．２から０．３ｍｍ）までオリフィス１０７の絞りを縮小させることで、オリフィス１０７より上流側の流路における圧力を、測定開始圧力Ｐ_１に近づけることができる。よって、検定対象となるガスの流量が数ｓｃｃｍのように小流量であっても、第２出力弁１０６を閉弁した後、タンク体積Ｖにおける圧力が既定の測定開始圧力に達するまでの待ち時間が長くなることがなく、検定作業の効率が向上される。

Ｓ３０において第２出力弁１０６を閉弁した後、圧力計１０３が既定の測定開始圧力Ｐ_１を測定したら（Ｓ３１：ＹＥＳ）、Ｐ_１を測定してから測定時間ｔ後の第２圧力値Ｐ_２を測定する（Ｓ３２）。なお、本実施例における測定時間ｔは約１２０秒である。

第２圧力値Ｐ_２の測定後、制御手段４０は、上記数１に記載する気体の状態方程式に基づいて絶対流量Ｑ_２を算出する（Ｓ３３）。計算方法は、上述のＳ２７における計算と同様である。そして、制御手段４０は、絶対流量Ｑ_２と設定流量を比較して流量検定を行う（Ｓ３４）。流量検定の具体的な方法は上述のＳ２８と同様である。流量検定が行われた後、流量検定プログラム４３２は終了する。

以上説明したように、第１実施形態のガス流量検定ユニット１によれば、
（１，２）マスフローコントローラ２０と真空ポンプ３０の間に配設され、第１及び第２出力弁１０５，１０６を閉弁した後、圧力計１０３が計測する圧力が既定の測定開始圧力Ｐ_１から所定の第２圧力値Ｐ_２に変化する時間ｔ、流体の温度、及びマスフローコントローラ２０の出力から第１および第２出力弁１０５，１０６の入力までの容積から、マスフローコントローラ２０の精度を検定するガス流量検定ユニット１において、第１および第２出力弁１０５，１０６が並列に配置され、第２出力弁１０６の出口側に検定対象となるガスが小流量時に、圧力勾配を乗じさせるオリフィス１０７が配置されていること、を特徴とする。圧力勾配が生じることで、オリフィス１０７の上流側の流路における圧力を、オリフィス１０７を備えない場合と比べて高くすることができる。オリフィス１０７の上流側の流路における圧力が高くなった分、ガス流量検定を行う場合において、第２出力弁１０６を閉弁した後、タンク体積Ｖにおける圧力が既定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間が短くなる。

例えば、流路内径が４ｍｍである場合に、オリフィス１０７の絞りを０．８ｍｍ程度とすれば、検定対象となるガスの流量が例えば１０ｓｃｃｍという小流量であっても、オリフィス１０７の上流側と下流側とで圧力勾配が生じるため、オリフィス１０７の上流側の流路における圧力を、測定開始圧力Ｐ_１に近づけることができる。よって、検定対象となるガスの流量が１０ｓｃｃｍの場合であっても、タンク体積Ｖにおける圧力が規定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間が、検定対象となるガスの流量が１０００ｓｃｃｍの場合の待ち時間と同等となるため、検定に要する時間の削減を図ることができ、検定作業の効率が向上される。

また、第１および第２出力弁１０５，１０６が並列に配置され、第２出力弁１０６の出口側に検定対象となるガスの流量が小流量時に圧力勾配を生じさせるオリフィス１０７が配置されているため、ガス流量検定ユニット１は、オリフィス１０７の上流側と下流側とで圧力勾配が生じる流路と、オリフィス１０７を有さず圧力勾配が生じない通常の流路と、を有することとなる。よって、検定対象となるガスの流量によって、流路を使い分けることができる。例えば、ガス流量検定を行うとき、流量が１０ｓｃｃｍと小流量である場合には、オリフィス１０７を有する側の流路を用いれば、出力弁を閉弁した後、タンク体積Ｖにおける圧力が既定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間が短くなる。一方、流量が比較的大流量である１０００ｓｃｃｍである場合には、オリフィス１０７を有さない通常の流路を用いれば良い。

（３）（１，２）に記載のガス流量検定ユニット１において、オリフィス１０７の絞りが可変であること、を特徴とするので、並列された第１及び第２出力弁１０５，１０６のうち、オリフィス１０７を有する側の第２出力弁１０６が配置された流路においては、検定対象となるガスの流量に応じて、オリフィス１０７の絞りを調整することができる。例えば検定対象となるガスの流量が１０ｓｃｃｍよりも更に小流量の数ｓｃｃｍである場合であっても、数ｓｃｃｍに対応する径までオリフィス１０７の絞りを縮小させることで、第２出力弁１０６を閉弁した後、タンク体積Ｖにおける圧力が既定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間が長くなることがなく、検定作業の効率が向上される。

（第２実施形態）
続いて、本発明のガス流量検定ユニット１の第２実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図６に示すように、ガス入力ポート５０を上流にして、マスフローコントローラ２０と、流量制御弁２１と、ガス流量検定ユニット１と、真空ポンプ３０と、が直列に接続される。

ガス流量検定ユニット１は検定流路４を有し、当該検定流路４に、上流側から入力弁１０２と、出力弁１０８と、絞りが可変可能なオリフィス１０７と、が直列に接続され、入力弁１０２と、出力弁１０８と、の間に圧力計１０３と、温度計１０４と、が配置される。
検定対象となるガスは、ガス入力ポート５０から入力され、出力弁１０８が有するダイヤフラム弁体（図示せず）から上流側に検定対象となるガスを充填することができる構成となっている。

次に、第２実施形態に係るガス流量検定ユニット１の制御手段４０について説明する。図７は、ガス流量検定ユニット１の制御構成を示すブロック図である。
入出力インターフェース４２は、入力弁１０２、圧力計１０３、温度計１０４、オリフィス１０７、出力弁１０８、流量制御弁２１に接続されている。
制御手段４０は、入出力インターフェース４２を介して、入力弁１０２、出力弁１０８、流量制御弁２１に対して、制御信号を送ることで、弁の開閉動作を制御する。また、制御手段４０は、入出力インターフェース４２を介して、オリフィス１０７に制御信号を送ることで、検定対象となるガスの流量に応じてオリフィス１０７の絞りを調整する。制御手段４０は、入出力インターフェース４２を介して、圧力計１０３、温度計１０４から測定データを受信する。

その他、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４３、ＲＡＭ４４については、第１実施形態と同様である。

次にガス流量検定ユニット１の動作について、図３及び図８のフローチャートを用いて説明する。
ガス流量検定ユニット１は、例えば、作業者が流量検定開始を指示するボタンを押すことでガス流量検定ユニット１の制御手段４０が、容積測定プログラム４３１（図３中Ｓ１１からＳ１５）および流量検定プログラム４３２（図８中Ｓ４１からＳ４７）をＲＯＭ４３から読み出して実行する。

第１に、制御手段４０は、タンク体積Ｖを測定するために容積測定プログラム４３１（図３中Ｓ１１からＳ１５）を実行する。実行される動作は、第１実施形態と同様である。

容積測定プログラムが終了すると、制御手段４０は、流量検定プログラム４３２を実行する。
まず、制御手段４０は、マスフローコントローラ２０を介して検定対象となるガスを設定流量で流す（Ｓ４１）。マスフローコントローラ２０を介して、検定対象となるガスが設定流量で流されると、制御手段４０は、設定流量に応じてオリフィスの絞りを調整する（Ｓ４２）。そして、制御手段４０は、マスフローコントローラ２０の流量が安定するのを待ち、流量が安定したと判断すると出力弁１０８を閉じる（Ｓ４３）。出力弁１０８を閉じることで検定対象となるガスを検定流路４と検定ガスライン６に充填し、タンク体積Ｖにおける圧力を上昇させる。

そして、圧力計１０３が検出した圧力値がデータ記憶部４４１に記憶されている既定の測定開始圧力Ｐ_１以上であるか否かを判断するステップから、流量検定を行うステップまで（Ｓ４４乃至Ｓ４７）は、第１実施形態における図４中のＳ２５乃至Ｓ２８と同様である。

以上説明したように、第２実施形態のガス流量検定ユニット１によれば、マスフローコントローラ２０と真空ポンプ３０の間に配設され、出力弁１０８を閉弁した後、圧力計１０３が計測する圧力が既定の測定開始圧力Ｐ_１から所定の第２圧力値Ｐ_２に変化する時間ｔ、流体の温度、及びマスフローコントローラ２０の出力から出力弁１０８の入力までの容積に基づいて、マスフローコントローラ２０の精度を検定するガス流量検定ユニット１において、出力弁１０８が１個のみ配置され、出口側に絞りが可変であって、検定対象となるガスの流量を減少させるオリフィス１０７が配置されていること、を特徴とするので、検定対象となるガスの流量に応じて、オリフィス１０７の絞りを調整することができる。出力弁を並列に２個配置し、オリフィスを有する側の流路と、オリフィスを有さない側の流路を分けることなく、１つの流路で１０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量や、１０ｓｃｃｍよりも更に小流量であっても、流量に応じてオリフィス１０７の絞りを調整することで、出力弁１０８を閉弁した後、タンク体積Ｖにおける圧力が既定の測定開始圧力Ｐ_１に達するまでの待ち時間を一定にすることが可能である。

なお、上記実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、第１および第２実施形態では、ガス流量検定時の測定時間ｔを１２０秒程度と規定する方法をとっているが、測定時間ｔを規定するのではなく、第２圧力値Ｐ_２を規定し、規定された第２圧力値Ｐ_２まで達する時間を測定する方法をとってもよい。

１ガス流量検定ユニット
２０マスフローコントローラ
３０真空ポンプ
１０３圧力計
１０４温度計
１０５第１出力弁
１０６第２出力弁
１０７オリフィス

Claims

流体制御機器と真空ポンプとを接続する流路と、前記流路に設けられた出力弁と、前記流体制御機器の出力から前記出力弁の入力までの前記流路に設けられた圧力計及び温度計と、を備え、前記出力弁を閉弁した後、前記圧力計が計測する圧力が所定の第１圧力値から所定の第２圧力値に変化する時間、前記温度計が計測する流体の温度、及び前記流体制御機器の出力から前記出力弁の入力までの前記流路の容積から、前記流体制御機器の精度を検定するガス流量検定ユニットにおいて、
前記流路の圧力を高めるための圧力上昇手段を備えること、
前記出力弁が並列に２個配置され、そのうちの１つの出力弁の出口側に、前記圧力上昇手段としてのオリフィスが配置されていること、
を特徴とするガス流量検定ユニット。
請求項１に記載のガス流量検定ユニットにおいて、
前記オリフィスの絞りが可変であること、
を特徴とするガス流量検定ユニット。
流体制御機器と真空ポンプとを接続する流路と、前記流路に設けられた出力弁と、前記流体制御機器の出力から前記出力弁の入力までの前記流路に設けられた圧力計及び温度計と、を備え、前記出力弁を閉弁した後、前記圧力計が計測する圧力が所定の第１圧力値から所定の第２圧力値に変化する時間、前記温度計が計測する流体の温度、及び前記流体制御機器の出力から前記出力弁の入力までの前記流路の容積から、前記流体制御機器の精度を検定するガス流量検定ユニットにおいて、
前記流路の圧力を高めるための圧力上昇手段を備えること、
前記出力弁が１個のみ配置され、出口側に絞りが可変な、前記圧力上昇手段としてのオリフィスが配置されていること、
を特徴とするガス流量検定ユニット。