JPH09159599A - 流体清浄度評価方法及び流体清浄度評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体清浄度評価における偽計数の発生頻度を
低減し得る方法及びそのための装置を提供する。 【解決手段】 流体に含まれる粒子の個数濃度を検出す
ることにより流体の清浄度を評価するための光散乱式自
動粒子計数装置であって、直列に接続され試料流体中の
粒子を検出し電圧パルスを出力する粒子センサ１，２
と、粒子センサ１，２のうち上流側の粒子センサ１で粒
子が検出された場合にその粒子が下流側の粒子センサ２
へ移動するのに要する時間Ｔが経過した時刻を中心とす
る所定期間（Ｔ２−Ｔ１）内のみ下流側の粒子センサ２
からの電圧パルスＳ２を外部に出力させるゲート回路５
を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体又は液体（以
下、「流体」という）に含まれる粒子状物質の個数濃度
を検出することにより流体の清浄度を評価するための流
体清浄度評価方法及び流体清浄度評価装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体又は液体等の流体中に含まれ
る粒子状物質の個数濃度を評価する方法として、流体を
濾紙等で濾過し、この濾紙上に残留した粒子を顕微鏡で
計数する方法のほかに、流体中の粒子をいくつかの粒径
区分ごとに計数する機能を持つ粒子計数装置を用いて計
数する方法が知られている。

【０００３】このような粒子計数装置としては、ＪＩＳ
Ｂ ９９２１「光散乱式自動粒子計数器」に記述され
ているような気体用の粒子計数装置、およびＪＩＳ Ｂ
９９２５「液体用光散乱式自動粒子計数器」に記述さ
れているような液体用の粒子計数装置が広く普及してい
る。

【０００４】従来の流体清浄度評価装置の一例である気
体用の光散乱式自動粒子計数装置２００は、図３に示す
ように、粒子センサ１と、流体回路部３Ａと、計数回路
部４を備えて構成されている。粒子センサ１は、粒子を
検出する。流体回路部３Ａは、粒子センサ１に試料気体
を連続的に供給し排出する。また、計数回路部４は、粒
子センサ１が粒子を検出した場合に出力する電圧パルス
Ｓ３を処理する。

【０００５】図３において、試料気体入口６から連続的
に取り入れられた試料気体は、粒子センサ１に入る。粒
子センサ１は、レーザ光源又はタングステンハロゲンラ
ンプ等の光源を有しており、時間的に一定の強度を持つ
光ビームが形成され、取り入れられた試料気体はこの光
ビーム中に導かれる。この際、試料気体のすべてが光ビ
ームを通過するように、試料気体は細いフィラメント状
に絞り込まれる。光ビーム中を通過する気体の中に粒子
が含まれていると、その粒子が光ビームを横切る時間に
相当する時間幅を持ったパルス状の散乱光が発生する。
この散乱光は、光電子倍増管又は半導体検出器等の光検
出器により電圧に変換され、粒子センサ１から計数回路
部４に電圧パルスＳ３として出力される。清浄な気体を
試料とした場合には、光ビーム中を同時に２個以上の粒
子が通過する確率は無視し得る程度に小さいから、粒子
センサ１から出力される電圧パルスＳ３中の１つのパル
スは１個の粒子に対応するとみなすことができる。

【０００６】計数回路部４では、粒子センサ１から出力
された電圧パルスＳ３が、そのパルス高さに応じたいく
つかの粒径区分ごとに計数され、その計数値が必要に応
じて表示又は記録される。

【０００７】流体回路部１０では、粒子センサ１から排
出された試料気体が配管により導かれ、ダイアフラムポ
ンプ等のように排気管以外からの気体の漏出がない吸引
ポンプ３１により、一定流量で連続的に吸引される。こ
の吸引ポンプ３１から排気された試料気体は、濾過フィ
ルタ３２により粒子が除去された後、分岐部３５におい
て一部が分岐され、配管３６により粒子センサ１に戻さ
れる。戻された気体は、粒子センサ１内において、試料
気体の流れを鞘状に包み、試料気体が細いフィラメント
状になって流れるのを助ける等の機能を果たす補助清浄
空気となる。分岐部３５で分岐されなかった残りの気体
は、流量計３３及びバルブ３４を経て排気口３７から排
気される。粒子センサ１を通過する試料気体の流量は、
流量計３３及びバルブ３４によって調節される。液体用
の光散乱式自動粒子計数装置も、上記の装置と同様の構
成と動作を有する。

【０００８】粒子計数装置としては、上記のほかに、狭
い間隙を有する電極間に流体を通過させ、流体内の粒子
が電極を通過する際に、電極間の静電容量がパルス状に
変化することを利用し、この静電容量の変化量から粒子
の大きさを求め、パルス数から粒子数を求める方式のも
のも知られている。この方式の装置は、特に液体用粒子
計数装置として用いられる。この方式の装置も、上記の
計数装置２００と検出原理は異なるものの、粒子センサ
と計数回路部と流体回路部を備える点で共通している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の粒子計数装置では、粒子センサからの出力電圧中に、
電気的又は光学的な原因による不可避的なノイズが混入
し、このノイズを計数回路部において粒子信号として誤
計数する「偽計数」という現象があった。

【００１０】この偽計数は、流体の清浄度がそれほど高
くない場合には、計数値に与える影響は少なかった。し
かし、最近の半導体製造工程においては、クリーンルー
ム内の空気清浄度や半導体製造用薬液の清浄度、あるい
は半導体製造のために使用される各種の配管やプロセス
用機器からの発塵レベルとして極めて高い流体清浄度が
要求されるようになってきた。このように流体の清浄度
が極めて高い場合には、流体に含まれる粒子数自体が少
なくなるため、わずかでも偽計数が発生すると、粒子数
濃度の正確な評価が不可能となり、清浄度評価の大きな
障害となっていた。また、このような粒子数濃度の評価
においては、偽計数の発生頻度が同じである場合、評価
対象である流体の清浄度が高くなればなるほど、評価結
果の信頼性が低下するため、流体清浄度の高度化が進行
するにつれ、この偽計数の問題は急速に深刻化してき
た。

【００１１】本発明は、上述したような問題点を解消す
るためになされたものであり、本発明の解決しようとす
る課題は、高清浄度流体の清浄度評価における偽計数の
発生頻度を低減し得る流体清浄度評価方法及びそのため
の流体清浄度評価装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、流体に含まれる粒子の個
数濃度を検出することにより前記流体の清浄度を評価す
るための流体清浄度評価方法であって、前記流体中の粒
子を検出し粒子検出信号を出力する粒子センサを複数台
直列に接続し、これらの粒子センサからの粒子検出信号
を相互に照合することにより、前記粒子センサからの粒
子検出信号が真に粒子によるものか偽計数によるものか
について判別を行うことを特徴とする。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、流体に含
まれる粒子の個数濃度を検出することにより前記流体の
清浄度を評価するための流体清浄度評価装置であって、
直列に接続され前記流体中の粒子を検出し粒子検出信号
を出力する複数の粒子センサと、前記直列接続された複
数の粒子センサのうち上流側の粒子センサで粒子が検出
された場合にその粒子が下流側の粒子センサへ移動する
のに要する時間が経過した時刻を中心とする所定期間内
のみ前記下流側の粒子センサからの前記粒子検出信号を
外部に出力させる信号出力手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の流体清浄度評価
装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の流体清浄度評価装置であ
る光散乱式自動粒子計数装置のブロック図である。図に
示すように、この光散乱式自動粒子計数装置１００は、
粒子センサ１及び２と、流体回路部３と、計数回路部４
と、ゲート回路５を備えて構成されている。この装置１
００が従来の装置２００と異なる点は、粒子センサ２を
備えた点、粒子センサ１と粒子センサ２が接続管７によ
り直列に接続されている点、流体回路部３において配管
３６が分岐部３８で配管３９を分岐し粒子センサ２にも
補助清浄空気を供給するようにした点、及び計数回路部
４の前段にゲート回路５を備えた点である。他の構成と
動作は、図３に示した従来の装置２００と同様である。

【００１６】上記のような構成により、この光散乱式自
動粒子計数装置１００は、試料流体中に粒子が含まれて
いた場合には、その粒子を検出し、上流側の粒子センサ
１から粒子検出信号である電圧パルスＳ１を出力する。
その後、ある遅れ時間Ｔの後、下流側粒子センサ２から
その粒子に対応する電圧パルスＳ２が出力される。この
遅れ時間Ｔは、粒子が粒子センサ１と粒子センサ２との
間を移動するのに要する時間である。

【００１７】この遅れ時間Ｔは、粒子ごとにばらつきが
ある。このため、以下においては、Ｔの下限値をＴ１と
し、Ｔの上限値をＴ２と表わす。このＴ１及びＴ２は、
粒子が含まれている流体自体を試料として、例えばオシ
ロスコープ等を用いて、各粒子センサ１，２から出力さ
れる電圧パルスを同時に観測することにより予め求めて
おくことができる。

【００１８】上流側の粒子センサ１で粒子が検出された
場合、粒子センサ１から出力された電圧パルスＳ１は、
ゲート回路５に送られる。このゲート回路５において
は、電圧パルスＳ１をトリガー信号とし、トリガー信号
が発生した時刻をＴ＝０とし、その後、時刻Ｔ１から時
刻Ｔ２までの間の所定期間内だけゲートが開き、その他
の時間にはゲートが閉じるように設定されている。した
がって、下流側の粒子センサ２からの出力電圧パルスＳ
２は、ゲート回路５のゲートが開いているときにのみ後
段の計数回路部４に出力され、ゲートが閉じている場合
には計数回路部４には出力されない。

【００１９】計数回路部４は、ゲート回路５を通過した
粒子センサ２からの電圧パルスＳ２を、パルス高さに応
じたいくつかの粒径区分ごとに計数し、その結果が必要
に応じて表示又は記録される。

【００２０】上記のような構成により、この光散乱式自
動粒子計数装置１００においては、ゲート回路５のゲー
トが開いている時間内に、下流側粒子センサ２でノイズ
が発生したときにのみ偽計数が発生することになる。し
たがって、粒子検出の頻度が小さく、かつ上流側粒子セ
ンサ１でのノイズ発生頻度が小さい場合には、ゲートが
開いている時間が短く、偽計数の発生頻度を低く抑える
ことができる。すなわち、この光散乱式自動粒子計数装
置１００においては、上流側及び下流側の粒子センサか
らの粒子検出信号を相互に照合することにより、粒子セ
ンサからの粒子検出信号が真に粒子によるものか偽計数
によるものかについて判別を行っていることになる。

【００２１】個々の粒子センサ１，２からの偽計数の発
生頻度を単位時間あたり平均ｆ回とし、流体中の平均粒
子濃度をｎ個／リットルとし、試料流体の吸引流量を単
位時間当りＱリットルとすると、粒子による信号パルス
は、単位時間当り平均ｎＱ個の頻度で生じる。したがっ
て、従来装置の場合には、真の粒子数に対する偽計数の
割合は、ｆ／（ｎＱ）となる。

【００２２】一方、図１に示す実施形態の装置１００で
は、上流側の粒子センサ１におけるノイズ又は真の粒子
検出がトリガー信号となってゲート回路５のゲートが開
かれている時間内に、下流側粒子センサ２においてノイ
ズが発生した場合にのみ偽計数が生じる。トリガー信号
が時間（Ｔ２−Ｔ１）内に２回以上重複して生じる確率
が低いものとして無視すれば、ゲート回路５のゲートが
開かれる頻度は、単位時間当り平均（ｎＱ＋ｆ）回であ
る。したがって、単位時間のうち、平均して（ｎＱ＋
ｆ）×（Ｔ２−Ｔ１）の時間だけゲート回路５のゲート
が開くことになる。その結果、下流側粒子センサ２にお
いては、単位時間内に平均ｆ個生じる偽計数のうち、
（ｎＱ＋ｆ）×（Ｔ２−Ｔ１）×ｆ個が、図１に示す装
置１００における単位時間当りの偽計数となる。したが
って、真の粒子数に対する偽計数の割合は、（ｎＱ＋
ｆ）×（Ｔ２−Ｔ１）×ｆ／（ｎＱ）となる。

【００２３】上記の割合を数値的に把握するため、市販
の典型的な気体用光散乱式自動粒子計数装置における通
常の値として、吸引空気流量Ｑを３リットル／分とし、
偽計数の頻度ｆを１０分当り１回と仮定し、さらにゲー
ト回路５のゲートが開かれる時間（Ｔ２−Ｔ１）を１０
ミリ秒と仮定する。この条件において、真の粒子数に対
する偽計数の割合を、従来装置２００とこの実施形態の
装置１００とで比較した結果を図２に示す。図に示すよ
うに、従来装置２００では、流体中の粒子数濃度が０．
１個／リットルの場合に偽計数がその３３％程度生じて
おり、流体清浄度が高くなるにつれ偽計数の比率が急速
に増加するため正確な流体清浄度評価ができなくなるの
に対し、本実施形態の装置１００では、０．１個／リッ
トルの粒子数濃度に対して偽計数がわずか０．００２％
程度しか生じず、清浄度がさらに向上して０．０００１
個／リットルの粒子数濃度になっても、偽計数の真の粒
子数に対する割合は０．６％程度であり、非常に正確な
流体清浄度評価を行うことができる。

【００２４】なお、本発明は、上記した実施形態に限定
されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本
発明の実用新案登録請求の範囲に記載された技術的思想
と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏する
ものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に
包含される。

【００２５】例えば、上記した各実施形態においては、
粒子センサとして２台のセンサを直列に接続する場合に
ついて説明したが、この台数をさらに３台以上に増やす
ことにより、偽計数が生じる頻度をさらに低減させるこ
とができる。すなわち、一般に、複数台の粒子センサを
直列に接続し、これらの複数台からの出力を相互に照合
することにより、偽計数の発生を低減させることが可能
である。

【００２６】また、図１に示す実施形態では、ゲート回
路を利用して自動的に真の粒子による信号かノイズかを
判別する信号処理回路について説明したが、このような
信号処理回路を用いず、上流側及び下流側の粒子センサ
からの出力を例えば画面保持の可能なデジタルオシロス
コープで同時に観測することにより、作業者の目視によ
り判別を行なうことも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流体中の粒子を検出し粒子検出信号を出力する粒子セン
サを複数台直列に接続し、これらの粒子センサからの粒
子検出信号を相互に照合することにより、粒子センサか
らの粒子検出信号が真に粒子によるものか偽計数による
ものかについて判別を行うことができるので、高清浄度
流体における偽計数の発生頻度を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である気体用光散乱式自
動粒子計数装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す装置の特性を従来装置の特性との比
較において示した図である。

【図３】従来例の気体用光散乱式自動粒子計数装置の構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１，２ 粒子センサ ３ 流体回路部 ４ 計数回路部 ５ ゲート回路 ６ 試料気体入口 ７ 接続管 ３１ 吸引ポンプ ３２ 濾過フィルタ ３３ 流量計 ３４ バルブ ３５ 分岐部 ３６ 配管 ３７ 排気口 １００ 光散乱式自動粒子計数装置 Ｓ１，Ｓ２ 信号パルス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体に含まれる粒子の個数濃度を検出す
   ることにより前記流体の清浄度を評価するための流体清
   浄度評価方法であって、前記流体中の粒子を検出し粒子
   検出信号を出力する粒子センサを複数台直列に接続し、
   これらの粒子センサからの粒子検出信号を相互に照合す
   ることにより、前記粒子センサからの粒子検出信号が真
   に粒子によるものか偽計数によるものかについて判別を
   行うことを特徴とする流体清浄度評価方法。
2. 【請求項２】 流体に含まれる粒子の個数濃度を検出す
   ることにより前記流体の清浄度を評価するための流体清
   浄度評価装置であって、直列に接続され前記流体中の粒
   子を検出し粒子検出信号を出力する複数の粒子センサ
   と、前記直列接続された複数の粒子センサのうち上流側
   の粒子センサで粒子が検出された場合にその粒子が下流
   側の粒子センサへ移動するのに要する時間が経過した時
   刻を中心とする所定期間内のみ前記下流側の粒子センサ
   からの前記粒子検出信号を外部に出力させる信号出力手
   段を備えたことを特徴とする流体清浄度評価装置。