JP2002099330A - 流量制御装置 - Google Patents
流量制御装置Info
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- JP2002099330A JP2002099330A JP2000287870A JP2000287870A JP2002099330A JP 2002099330 A JP2002099330 A JP 2002099330A JP 2000287870 A JP2000287870 A JP 2000287870A JP 2000287870 A JP2000287870 A JP 2000287870A JP 2002099330 A JP2002099330 A JP 2002099330A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来よりもさらに広い流量制御範囲におい
て、さらに高い精度で質量流量の制御を行うことのでき
る流量制御装置を提供する。 【解決手段】 流体を入力するための入力流路１０を開
閉する第１の開閉手段２０、３０と、入力流路を介して
流体が供給される測定室４０と、測定室に供給された流
体の圧力を測定する圧力センサ５０と、測定室から流体
を出力するための出力流路７０を開閉する第２の開閉手
段８０、９０と、第１及び第２の開閉手段が入出力流路
を閉じたときに圧力センサが測定した流体の圧力に基づ
いて流体の流量を測定し、測定結果に従って流体の流量
を制御する制御手段１００とを具備する。
て、さらに高い精度で質量流量の制御を行うことのでき
る流量制御装置を提供する。 【解決手段】 流体を入力するための入力流路１０を開
閉する第１の開閉手段２０、３０と、入力流路を介して
流体が供給される測定室４０と、測定室に供給された流
体の圧力を測定する圧力センサ５０と、測定室から流体
を出力するための出力流路７０を開閉する第２の開閉手
段８０、９０と、第１及び第２の開閉手段が入出力流路
を閉じたときに圧力センサが測定した流体の圧力に基づ
いて流体の流量を測定し、測定結果に従って流体の流量
を制御する制御手段１００とを具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体等の流
体の流量を測定するための流量制御装置に関し、特に、
半導体の製造工程においてプロセスガスの流量を測定す
るのに適した流量制御装置に関する。
体の流量を測定するための流量制御装置に関し、特に、
半導体の製造工程においてプロセスガスの流量を測定す
るのに適した流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的な流量の測定においては、体積流
量を測定する。しかし、気体の体積は温度によって大き
く変化するので、体積流量の測定によれば、高温におい
て膨張したり低温において収縮した体積をそのまま流量
として表示することになる。
量を測定する。しかし、気体の体積は温度によって大き
く変化するので、体積流量の測定によれば、高温におい
て膨張したり低温において収縮した体積をそのまま流量
として表示することになる。
【０００３】一方、半導体の製造工程においては、プロ
セスガスの流量を測定する際にプロセスガスを質量で捉
えることが、半導体の高集積化のために有用である。こ
のように、質量で計測した流量は、質量流量（マスフロ
ー）と呼ばれている。質量流量の測定によれば、温度の
変化に左右されない質量そのものを捉えるため、半導体
の製造工程において必要な流量を正確に求めることがで
きる。
セスガスの流量を測定する際にプロセスガスを質量で捉
えることが、半導体の高集積化のために有用である。こ
のように、質量で計測した流量は、質量流量（マスフロ
ー）と呼ばれている。質量流量の測定によれば、温度の
変化に左右されない質量そのものを捉えるため、半導体
の製造工程において必要な流量を正確に求めることがで
きる。
【０００４】質量流量の制御において用いられる従来の
流量制御装置としては、流体をバイパスで分流し、流体
の一部を熱式質量流量センサに通過させる構造のものが
知られている。センサ管の上流側と下流側には２つの発
熱抵抗線が巻かれており、ブリッジ回路を形成してい
る。これらの発熱抵抗線に電流を流してセンサ管を加熱
しておき、センサ管に流体が流れると、センサ管の上流
側と下流側に温度差が生じる。この温度差に基づいて質
量流量が求められ、これにより流体の質量流量が制御さ
れる。
流量制御装置としては、流体をバイパスで分流し、流体
の一部を熱式質量流量センサに通過させる構造のものが
知られている。センサ管の上流側と下流側には２つの発
熱抵抗線が巻かれており、ブリッジ回路を形成してい
る。これらの発熱抵抗線に電流を流してセンサ管を加熱
しておき、センサ管に流体が流れると、センサ管の上流
側と下流側に温度差が生じる。この温度差に基づいて質
量流量が求められ、これにより流体の質量流量が制御さ
れる。
【０００５】しかしながら、上記のような熱式質量流量
センサによれば、微小質量流量の制御を精度良く正確に
行うことが困難な場合もあるので、日本国特許出願公開
（特開）平８−３３５１１７号公報には、音速ノズルを
利用して微小質量流量の制御を高い精度で行うことので
きる質量流量制御方法及び装置が掲載されている。
センサによれば、微小質量流量の制御を精度良く正確に
行うことが困難な場合もあるので、日本国特許出願公開
（特開）平８−３３５１１７号公報には、音速ノズルを
利用して微小質量流量の制御を高い精度で行うことので
きる質量流量制御方法及び装置が掲載されている。
【０００６】また、特開平１１−６３２６５号公報に
は、流量制御範囲を拡大した圧力式流量制御装置が掲載
されている。この種の圧力式流量制御装置の測定原理
は、可変オリフィス（ノズル）の上流側圧力Ｐ1と下流
側圧力Ｐ2との比Ｐ2／Ｐ1をガスの臨界圧力比以下に保
持した状態において、オリフィスの上流側圧力Ｐ1を測
定することによりオリフィスの下流側圧力Ｐ2をＱ＝Ｋ
Ｐ1として演算により求めるものである。
は、流量制御範囲を拡大した圧力式流量制御装置が掲載
されている。この種の圧力式流量制御装置の測定原理
は、可変オリフィス（ノズル）の上流側圧力Ｐ1と下流
側圧力Ｐ2との比Ｐ2／Ｐ1をガスの臨界圧力比以下に保
持した状態において、オリフィスの上流側圧力Ｐ1を測
定することによりオリフィスの下流側圧力Ｐ2をＱ＝Ｋ
Ｐ1として演算により求めるものである。
【０００７】同様に、特開平１１−２６５２１４号公報
には、流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り
機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持
した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制御装置が
掲載されている。
には、流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り
機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持
した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制御装置が
掲載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、さらに
広い流量制御範囲において、さらに高い精度で質量流量
の制御を行うためには、上記文献に記載されているよう
な音速ノズルや可変オリフィスや絞り機構を用いて上流
側の圧力と下流側の圧力との関係を一定に保つ制御方式
では限界があり、従来とは異なる測定原理に基づく制御
方式の開発が望まれていた。
広い流量制御範囲において、さらに高い精度で質量流量
の制御を行うためには、上記文献に記載されているよう
な音速ノズルや可変オリフィスや絞り機構を用いて上流
側の圧力と下流側の圧力との関係を一定に保つ制御方式
では限界があり、従来とは異なる測定原理に基づく制御
方式の開発が望まれていた。
【０００９】そこで、上記の点に鑑み、本発明は、従来
よりもさらに広い流量制御範囲において、さらに高い精
度で質量流量の制御を行うことのできる流量制御装置を
提供することを目的とする。
よりもさらに広い流量制御範囲において、さらに高い精
度で質量流量の制御を行うことのできる流量制御装置を
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の観点に係る流量制御装置は、流体を
入力するための入力流路を開閉する第１の開閉手段と、
入力流路を介して流体が供給される測定室と、測定室の
内部又は外部に設置され、測定室に供給された流体の圧
力を測定する圧力センサと、測定室から流体を出力する
ための出力流路を開閉する第２の開閉手段と、第１及び
第２の開閉手段が入出力流路を閉じたときに圧力センサ
が測定した流体の圧力に基づいて流体の流量を測定し、
測定結果に従って流体の流量を制御する制御手段とを具
備する。
め、本発明の第１の観点に係る流量制御装置は、流体を
入力するための入力流路を開閉する第１の開閉手段と、
入力流路を介して流体が供給される測定室と、測定室の
内部又は外部に設置され、測定室に供給された流体の圧
力を測定する圧力センサと、測定室から流体を出力する
ための出力流路を開閉する第２の開閉手段と、第１及び
第２の開閉手段が入出力流路を閉じたときに圧力センサ
が測定した流体の圧力に基づいて流体の流量を測定し、
測定結果に従って流体の流量を制御する制御手段とを具
備する。
【００１１】本発明の第１の観点によれば、音速ノズル
や可変オリフィスや絞り機構を用いずに、流量制御装置
を通過する流体の圧力を直接測定することにより流量を
測定及び制御するので、微小流量の測定においても大き
な誤差を生じることがなく、流量の制御を高い精度で行
うことができる。
や可変オリフィスや絞り機構を用いずに、流量制御装置
を通過する流体の圧力を直接測定することにより流量を
測定及び制御するので、微小流量の測定においても大き
な誤差を生じることがなく、流量の制御を高い精度で行
うことができる。
【００１２】また、本発明の第２の観点に係る流量制御
装置は、入力される流体を複数の入力流路に分岐するた
めの分岐流路と、複数の入力流路をそれぞれ開閉する第
１群の開閉手段と、それぞれの入力流路を介して流体が
供給される複数の測定室と、複数の測定室の内部又は外
部にそれぞれ設置され、複数の測定室に供給された流体
の圧力をそれぞれ測定する複数の圧力センサと、複数の
測定室から流体を出力するための複数の出力流路をそれ
ぞれ開閉する第２群の開閉手段と、複数の出力流路を介
して出力された流体を合流させて出力するための合流流
路と、第１群の開閉手段の内の少なくとも１つと第２群
の開閉手段の内の少なくとも１つとを順次選択すること
により少なくとも１つの入出力流路を閉じたときに密閉
される少なくとも１つの測定室に関連する圧力センサが
測定した流体の圧力に基づいて流体の流量を測定し、測
定結果に従って流体の流量を制御する制御手段とを具備
する。
装置は、入力される流体を複数の入力流路に分岐するた
めの分岐流路と、複数の入力流路をそれぞれ開閉する第
１群の開閉手段と、それぞれの入力流路を介して流体が
供給される複数の測定室と、複数の測定室の内部又は外
部にそれぞれ設置され、複数の測定室に供給された流体
の圧力をそれぞれ測定する複数の圧力センサと、複数の
測定室から流体を出力するための複数の出力流路をそれ
ぞれ開閉する第２群の開閉手段と、複数の出力流路を介
して出力された流体を合流させて出力するための合流流
路と、第１群の開閉手段の内の少なくとも１つと第２群
の開閉手段の内の少なくとも１つとを順次選択すること
により少なくとも１つの入出力流路を閉じたときに密閉
される少なくとも１つの測定室に関連する圧力センサが
測定した流体の圧力に基づいて流体の流量を測定し、測
定結果に従って流体の流量を制御する制御手段とを具備
する。
【００１３】本発明の第２の観点によれば、入力される
流体を複数の入力流路に分岐させ、複数の入出力流路の
内の少なくとも１つを閉じたときに密閉される少なくと
も１つの測定室において流体の圧力を測定するので、他
の入出力流路は開放にしておくことができる。従って、
流量が大きいときでも流体の流れを妨げることがなく、
流量の制御を高い精度で行うことができる。
流体を複数の入力流路に分岐させ、複数の入出力流路の
内の少なくとも１つを閉じたときに密閉される少なくと
も１つの測定室において流体の圧力を測定するので、他
の入出力流路は開放にしておくことができる。従って、
流量が大きいときでも流体の流れを妨げることがなく、
流量の制御を高い精度で行うことができる。
【００１４】また、本発明の第３の観点に係る流量制御
装置は、流体を入力するための入力流路を開閉する第１
の開閉手段と、入力流路を介して流体が供給される第1
の測定室と、第1の測定室の内部又は外部に設置され、
第1の測定室に供給された流体の圧力を測定する圧力セ
ンサと、第1の測定室に接続された複数の中継流路をそ
れぞれ開閉する複数の第２の開閉手段と、複数の中継流
路を介して流体がそれぞれ供給される複数の第２の測定
室と、複数の第２の測定室から流体を出力するための複
数の出力流路をそれぞれ開閉する複数の第３の開閉手段
と、複数の出力流路を介して出力された流体を合流させ
て出力するための合流流路と、少なくとも１つの第３の
開閉手段を順次選択して少なくとも１つの出力流路を閉
じると共に、第１の開閉手段が入力流路を閉じ、所定数
の第２の開閉手段が中継流路を閉じたときに圧力センサ
が測定した流体の圧力に基づいて流体の流量を測定し、
測定結果に従って流体の流量を制御する制御手段とを具
備する。
装置は、流体を入力するための入力流路を開閉する第１
の開閉手段と、入力流路を介して流体が供給される第1
の測定室と、第1の測定室の内部又は外部に設置され、
第1の測定室に供給された流体の圧力を測定する圧力セ
ンサと、第1の測定室に接続された複数の中継流路をそ
れぞれ開閉する複数の第２の開閉手段と、複数の中継流
路を介して流体がそれぞれ供給される複数の第２の測定
室と、複数の第２の測定室から流体を出力するための複
数の出力流路をそれぞれ開閉する複数の第３の開閉手段
と、複数の出力流路を介して出力された流体を合流させ
て出力するための合流流路と、少なくとも１つの第３の
開閉手段を順次選択して少なくとも１つの出力流路を閉
じると共に、第１の開閉手段が入力流路を閉じ、所定数
の第２の開閉手段が中継流路を閉じたときに圧力センサ
が測定した流体の圧力に基づいて流体の流量を測定し、
測定結果に従って流体の流量を制御する制御手段とを具
備する。
【００１５】本発明の第３の観点によれば、第２の測定
室が小さくて圧力センサ等を設置できない場合に、第２
の測定室よりも十分大きな容量を有する第１の測定室の
みに圧力センサ等を設置することにより、流体の圧力を
測定して流量の制御を行うことができる。
室が小さくて圧力センサ等を設置できない場合に、第２
の測定室よりも十分大きな容量を有する第１の測定室の
みに圧力センサ等を設置することにより、流体の圧力を
測定して流量の制御を行うことができる。
【００１６】以上において、測定室の温度を一定に保つ
ための恒温槽をさらに具備することが望ましい。また、
測定室内の流体の温度を測定する温度センサをさらに具
備し、制御手段が、圧力センサが測定した流体の圧力と
温度センサが測定した流体の温度とに基づいて流体の流
量を算出するようにしても良い。このようにすること
で、より正確に流体の流量を算出することができる。
ための恒温槽をさらに具備することが望ましい。また、
測定室内の流体の温度を測定する温度センサをさらに具
備し、制御手段が、圧力センサが測定した流体の圧力と
温度センサが測定した流体の温度とに基づいて流体の流
量を算出するようにしても良い。このようにすること
で、より正確に流体の流量を算出することができる。
【００１７】開閉手段の各々は、圧電素子と、該圧電素
子によって駆動されるマイクロバルブとによって構成す
ることができる。さらに、圧力センサは、圧電素子を用
いて測定室内の流体の圧力を測定するように構成するこ
とができる。これにより、流量制御装置の小型化が可能
となる。
子によって駆動されるマイクロバルブとによって構成す
ることができる。さらに、圧力センサは、圧電素子を用
いて測定室内の流体の圧力を測定するように構成するこ
とができる。これにより、流量制御装置の小型化が可能
となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素
には同一の参照番号を付して、説明を省略する。図１
に、本発明の第１の実施形態に係る流量制御装置の構成
を示す。図１に示すように、この流量制御装置は、流体
の入力流路１０に設けられたマイクロバルブ２０と、流
体の出力流路７０に設けられたマイクロバルブ８０とを
含んでいる。入力側のマイクロバルブ２０は、駆動部３
０によって駆動されて、入力流路１０の開閉を行う。ま
た、出力側のマイクロバルブ８０は、駆動部９０によっ
て駆動されて、出力流路７０の開閉を行う。このよう
に、マイクロバルブ及び駆動部は、入出力流路の開閉を
行う開閉手段を構成している。
の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素
には同一の参照番号を付して、説明を省略する。図１
に、本発明の第１の実施形態に係る流量制御装置の構成
を示す。図１に示すように、この流量制御装置は、流体
の入力流路１０に設けられたマイクロバルブ２０と、流
体の出力流路７０に設けられたマイクロバルブ８０とを
含んでいる。入力側のマイクロバルブ２０は、駆動部３
０によって駆動されて、入力流路１０の開閉を行う。ま
た、出力側のマイクロバルブ８０は、駆動部９０によっ
て駆動されて、出力流路７０の開閉を行う。このよう
に、マイクロバルブ及び駆動部は、入出力流路の開閉を
行う開閉手段を構成している。
【００１９】入力側のマイクロバルブ２０と出力側のマ
イクロバルブ８０との間には、測定室４０が設けられて
いる。測定室４０内には、閉じ込められた流体の圧力を
測定するための圧力センサ５０が設けられている。な
お、圧力センサ５０は、ダイアフラムを介して測定室４
０の外側に設けても良い。さらに、測定室４０の内部又
は外部に、閉じ込められた流体の温度を測定するための
温度センサ６０を設けることが望ましい。これらの圧力
センサ５０及び温度センサ６０の出力は、制御部１００
に供給される。制御部１００は、また、入力側のマイク
ロバルブ２０を駆動するための駆動部３０の動作を制御
すると共に、出力側のマイクロバルブ８０を駆動するた
めの駆動部９０の動作を制御する。以上において、少な
くとも測定室４０の温度を一定に保つための温度制御手
段として、恒温槽１１０を設けることが望ましい。その
場合に、制御部１００は、恒温槽１１０の内部に設置し
ても良いし、外部に設置しても良い。
イクロバルブ８０との間には、測定室４０が設けられて
いる。測定室４０内には、閉じ込められた流体の圧力を
測定するための圧力センサ５０が設けられている。な
お、圧力センサ５０は、ダイアフラムを介して測定室４
０の外側に設けても良い。さらに、測定室４０の内部又
は外部に、閉じ込められた流体の温度を測定するための
温度センサ６０を設けることが望ましい。これらの圧力
センサ５０及び温度センサ６０の出力は、制御部１００
に供給される。制御部１００は、また、入力側のマイク
ロバルブ２０を駆動するための駆動部３０の動作を制御
すると共に、出力側のマイクロバルブ８０を駆動するた
めの駆動部９０の動作を制御する。以上において、少な
くとも測定室４０の温度を一定に保つための温度制御手
段として、恒温槽１１０を設けることが望ましい。その
場合に、制御部１００は、恒温槽１１０の内部に設置し
ても良いし、外部に設置しても良い。
【００２０】本実施形態に係る流量制御装置の動作につ
いて説明する。以下に述べる流量の測定及び制御の動作
は、制御部１００の制御の下で行われる。まず、流体の
入力流路１０に設けられたマイクロバルブ２０と出力流
路７０に設けられたマイクロバルブ８０とを閉じること
により、一定体積Ｖの流体が測定室４０内に閉じ込めら
れる。流体が気体である場合には、理想気体のモル数ｎ
は、一定温度において圧力ｐと体積Ｖに比例するので、
圧力ｐを測定することにより質量流量を求めることがで
きる。あるいは、気体の温度Ｔも測定して、理想気体の
状態式ｐＶ＝ｎＲＴを用いて質量流量を求めても良い。
ここで、Ｒは気体定数である。
いて説明する。以下に述べる流量の測定及び制御の動作
は、制御部１００の制御の下で行われる。まず、流体の
入力流路１０に設けられたマイクロバルブ２０と出力流
路７０に設けられたマイクロバルブ８０とを閉じること
により、一定体積Ｖの流体が測定室４０内に閉じ込めら
れる。流体が気体である場合には、理想気体のモル数ｎ
は、一定温度において圧力ｐと体積Ｖに比例するので、
圧力ｐを測定することにより質量流量を求めることがで
きる。あるいは、気体の温度Ｔも測定して、理想気体の
状態式ｐＶ＝ｎＲＴを用いて質量流量を求めても良い。
ここで、Ｒは気体定数である。
【００２１】次に、マイクロバルブ２０と８０を開くこ
とにより流量制御装置から流体を出力するが、以上のよ
うにして測定された質量流量に基づいてマイクロバルブ
２０又は８０の開閉状態を調節することにより、流体の
流量が制御される。
とにより流量制御装置から流体を出力するが、以上のよ
うにして測定された質量流量に基づいてマイクロバルブ
２０又は８０の開閉状態を調節することにより、流体の
流量が制御される。
【００２２】図２に、この流量制御装置のマイクロバル
ブ及び測定室の構造を詳しく示す。図２の（ａ）は縦断
面図であり、図２の（ｂ）は横断面図である。図２に示
すように、ステンレススチール等で作られた上部容器１
２０と下部容器１３０とが組み合わされている。これら
の容器には、流体の入力流路１０及び出力流路７０とな
る細い通路が形成されていて、その途中に、マイクロバ
ルブ２０と８０及び測定室４０を形成するための空洞が
設けられている。
ブ及び測定室の構造を詳しく示す。図２の（ａ）は縦断
面図であり、図２の（ｂ）は横断面図である。図２に示
すように、ステンレススチール等で作られた上部容器１
２０と下部容器１３０とが組み合わされている。これら
の容器には、流体の入力流路１０及び出力流路７０とな
る細い通路が形成されていて、その途中に、マイクロバ
ルブ２０と８０及び測定室４０を形成するための空洞が
設けられている。
【００２３】マイクロバルブ２０を例にとって説明する
と、マイクロバルブ２０は、可動片２１が上下に移動す
ることによって開閉する。可動片２１を駆動するため
に、駆動部３０として、ロッシェル塩、ＰＺＴ（チタン
酸ジルコン酸鉛）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）
等の圧電素子３１が使用される。圧電素子３１の両端に
は電極３２、３３が形成されており、さらにその両側に
は絶縁膜３４、３５が形成されている。圧電素子３１の
下端は、電極３２及び絶縁膜３４を介して可動片２１に
取り付けられている。ここで、電極３２と電極３３との
間に電圧を印加することにより、圧電素子３１が縮んだ
り伸びたりして機械的応力を生じる。これにより、可動
片２１が駆動される。
と、マイクロバルブ２０は、可動片２１が上下に移動す
ることによって開閉する。可動片２１を駆動するため
に、駆動部３０として、ロッシェル塩、ＰＺＴ（チタン
酸ジルコン酸鉛）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）
等の圧電素子３１が使用される。圧電素子３１の両端に
は電極３２、３３が形成されており、さらにその両側に
は絶縁膜３４、３５が形成されている。圧電素子３１の
下端は、電極３２及び絶縁膜３４を介して可動片２１に
取り付けられている。ここで、電極３２と電極３３との
間に電圧を印加することにより、圧電素子３１が縮んだ
り伸びたりして機械的応力を生じる。これにより、可動
片２１が駆動される。
【００２４】また、測定室４０には、圧力センサ５０及
び温度センサ６０が設けられている。圧力センサ５０と
しては、ロッシェル塩、ＰＺＴ、ＰＶＤＦ等の圧電素子
５１が使用される。圧電素子５１の両端には電極５２、
５３が形成されており、さらにその両側には絶縁膜５
４、５５が形成されている。圧電素子５１の下端は、電
極５２及び絶縁膜５４を介して圧力壁５６に取り付けら
れている。ここで、圧力壁５６に圧力を加えると、圧電
素子５１に分極が生じて、圧電素子５１の端面に静電荷
を生じる。これを電極５２と電極５３を介して外部の電
圧測定回路に接続することにより、流体の圧力を測定す
ることができる。また、温度センサ６０は、温度差に応
じた電圧を発生する熱電素子を用いて構成することがで
きる。
び温度センサ６０が設けられている。圧力センサ５０と
しては、ロッシェル塩、ＰＺＴ、ＰＶＤＦ等の圧電素子
５１が使用される。圧電素子５１の両端には電極５２、
５３が形成されており、さらにその両側には絶縁膜５
４、５５が形成されている。圧電素子５１の下端は、電
極５２及び絶縁膜５４を介して圧力壁５６に取り付けら
れている。ここで、圧力壁５６に圧力を加えると、圧電
素子５１に分極が生じて、圧電素子５１の端面に静電荷
を生じる。これを電極５２と電極５３を介して外部の電
圧測定回路に接続することにより、流体の圧力を測定す
ることができる。また、温度センサ６０は、温度差に応
じた電圧を発生する熱電素子を用いて構成することがで
きる。
【００２５】次に、本発明の第２の実施形態に係る流量
制御装置について、図３を参照しながら測定する。図３
に示すように、この流量制御装置は、入力される流体を
複数（図３においては３つ）の入力流路に分岐するため
の分岐流路３１０と、複数の出力流路を介して出力され
た流体を合流させて出力するための合流流路３２０とを
有している。このように、本実施形態においては、流量
制御装置の内部において複数の流路に分岐しているの
で、これに対応して、図２に示すような入力側のマイク
ロバルブ２０と、圧力センサ及び望ましくは温度センサ
が設置された測定室４０と、出力側のマイクロバルブ８
０とが、複数組設けられている。図３においては、例と
して３つの組を示し、Ａ、Ｂ、Ｃの文字によりこれらの
組を区別している。
制御装置について、図３を参照しながら測定する。図３
に示すように、この流量制御装置は、入力される流体を
複数（図３においては３つ）の入力流路に分岐するため
の分岐流路３１０と、複数の出力流路を介して出力され
た流体を合流させて出力するための合流流路３２０とを
有している。このように、本実施形態においては、流量
制御装置の内部において複数の流路に分岐しているの
で、これに対応して、図２に示すような入力側のマイク
ロバルブ２０と、圧力センサ及び望ましくは温度センサ
が設置された測定室４０と、出力側のマイクロバルブ８
０とが、複数組設けられている。図３においては、例と
して３つの組を示し、Ａ、Ｂ、Ｃの文字によりこれらの
組を区別している。
【００２６】制御部３００は、マイクロバルブ２０Ａ〜
２０Ｃの内の少なくとも１つと、対応するマイクロバル
ブ８０Ａ〜８０Ｃの内の少なくとも１つとを順次選択す
ることにより、少なくとも１つの入出力流路を閉じる。
例えば、ある時刻において、マイクロバルブ２０Ａと８
０Ａを閉じるものとする。これにより測定室４０Ａが密
閉されるので、制御部３００は、密閉された流体の圧力
を測定室４０Ａの圧力センサにより測定し、測定した圧
力に基づいて流体の質量流量を算出する。
２０Ｃの内の少なくとも１つと、対応するマイクロバル
ブ８０Ａ〜８０Ｃの内の少なくとも１つとを順次選択す
ることにより、少なくとも１つの入出力流路を閉じる。
例えば、ある時刻において、マイクロバルブ２０Ａと８
０Ａを閉じるものとする。これにより測定室４０Ａが密
閉されるので、制御部３００は、密閉された流体の圧力
を測定室４０Ａの圧力センサにより測定し、測定した圧
力に基づいて流体の質量流量を算出する。
【００２７】次に、制御部３００は、閉じていたマイク
ロバルブ２０Ａと８０Ａを開き、替わりにマイクロバル
ブ２０Ｂと８０Ｂを閉じる。これにより、マイクロバル
ブ２０Ａと８０Ａ、２０Ｃと８０Ｃを介して流体を出力
するが、測定室４０Ａの圧力センサの測定値に基づいて
算出された質量流量に基づいてマイクロバルブ２０Ａと
８０Ａ、２０Ｃと８０Ｃの開閉状態を調節することによ
り、流体の流量が制御される。この例においては、同時
に２組のマイクロバルブを介して流体を出力することが
できるので、流量が大きいときでも流体の流れを妨げる
ことがなく、流量の制御を高い精度で行うことが可能で
ある。
ロバルブ２０Ａと８０Ａを開き、替わりにマイクロバル
ブ２０Ｂと８０Ｂを閉じる。これにより、マイクロバル
ブ２０Ａと８０Ａ、２０Ｃと８０Ｃを介して流体を出力
するが、測定室４０Ａの圧力センサの測定値に基づいて
算出された質量流量に基づいてマイクロバルブ２０Ａと
８０Ａ、２０Ｃと８０Ｃの開閉状態を調節することによ
り、流体の流量が制御される。この例においては、同時
に２組のマイクロバルブを介して流体を出力することが
できるので、流量が大きいときでも流体の流れを妨げる
ことがなく、流量の制御を高い精度で行うことが可能で
ある。
【００２８】次に、本発明の第３の実施形態に係る流量
制御装置について、図４を参照しながら測定する。図３
に示す第２の実施形態に係る流量制御装置においては、
測定室４０Ａ〜４０Ｃのそれぞれに圧力センサが設置さ
れていたが、これらの測定室が小さいために圧力センサ
を設置できない場合もある。そこで、本実施形態におい
ては、図４に示すように、これらの測定室に比べて十分
大きな容量を有する第１の測定室４１を別途設け、圧力
センサを第１の測定室４１に設置することにより、複数
設けた第２の測定室４２Ａ〜４２Ｃには圧力センサを設
置していない。
制御装置について、図４を参照しながら測定する。図３
に示す第２の実施形態に係る流量制御装置においては、
測定室４０Ａ〜４０Ｃのそれぞれに圧力センサが設置さ
れていたが、これらの測定室が小さいために圧力センサ
を設置できない場合もある。そこで、本実施形態におい
ては、図４に示すように、これらの測定室に比べて十分
大きな容量を有する第１の測定室４１を別途設け、圧力
センサを第１の測定室４１に設置することにより、複数
設けた第２の測定室４２Ａ〜４２Ｃには圧力センサを設
置していない。
【００２９】図４において、流体の入力流路１０は、マ
イクロバルブ２１を介して、第１の測定室４１に接続さ
れている。第１の測定室４１には、閉じ込められた流体
の圧力を測定するための圧力センサ５０が設けられてい
る。なお、圧力センサ５０は、ダイアフラムを介して第
１の測定室４１の外側に設けても良い。さらに、第１の
測定室４１の内部又は外部に、閉じ込められた流体の温
度を測定するための温度センサ６０を設けることが望ま
しい。圧力センサ５０及び温度センサ６０の出力は、制
御部４００に供給される。
イクロバルブ２１を介して、第１の測定室４１に接続さ
れている。第１の測定室４１には、閉じ込められた流体
の圧力を測定するための圧力センサ５０が設けられてい
る。なお、圧力センサ５０は、ダイアフラムを介して第
１の測定室４１の外側に設けても良い。さらに、第１の
測定室４１の内部又は外部に、閉じ込められた流体の温
度を測定するための温度センサ６０を設けることが望ま
しい。圧力センサ５０及び温度センサ６０の出力は、制
御部４００に供給される。
【００３０】さらに、第１の測定室４１には、複数（図
４においては３つ）の第２の測定室４２Ａ〜４２Ｃが、
中継流路１１Ａ〜１１Ｃをそれぞれ介して接続されてい
る。中継流路１１Ａ〜１１Ｃには、マイクロバルブ２０
Ａ〜２０Ｃがそれぞれ設けられている。第２の測定室４
２Ａ〜４２Ｃの出力流路は、マイクロバルブ８０Ａ〜８
０Ｃをそれぞれ介して合流流路３２０に接続されてい
る。
４においては３つ）の第２の測定室４２Ａ〜４２Ｃが、
中継流路１１Ａ〜１１Ｃをそれぞれ介して接続されてい
る。中継流路１１Ａ〜１１Ｃには、マイクロバルブ２０
Ａ〜２０Ｃがそれぞれ設けられている。第２の測定室４
２Ａ〜４２Ｃの出力流路は、マイクロバルブ８０Ａ〜８
０Ｃをそれぞれ介して合流流路３２０に接続されてい
る。
【００３１】制御部４００は、マイクロバルブ８０Ａ〜
８０Ｃの内の少なくとも１つを順次選択することによ
り、少なくとも１つの第２の測定室の出力流路を閉じ
る。さらに、制御部４００は、入力流路に設けられたマ
イクロバルブ２１と、中継流路に設けられたマイクロバ
ルブ２０Ａ〜２０Ｃの内の所定のものを閉じる。例え
ば、ある時刻において、マイクロバルブ８０Ａと、マイ
クロバルブ２１と、マイクロバルブ２０Ｂ、２０Ｃを閉
じるものとする。これにより第１の測定室４１と第２の
測定室４２Ａが密閉されるので、制御部４００は、密閉
された流体の圧力を第１の測定室４１の圧力センサ５０
により測定し、測定した圧力に基づいて流体の質量流量
を算出し、流量を制御する。
８０Ｃの内の少なくとも１つを順次選択することによ
り、少なくとも１つの第２の測定室の出力流路を閉じ
る。さらに、制御部４００は、入力流路に設けられたマ
イクロバルブ２１と、中継流路に設けられたマイクロバ
ルブ２０Ａ〜２０Ｃの内の所定のものを閉じる。例え
ば、ある時刻において、マイクロバルブ８０Ａと、マイ
クロバルブ２１と、マイクロバルブ２０Ｂ、２０Ｃを閉
じるものとする。これにより第１の測定室４１と第２の
測定室４２Ａが密閉されるので、制御部４００は、密閉
された流体の圧力を第１の測定室４１の圧力センサ５０
により測定し、測定した圧力に基づいて流体の質量流量
を算出し、流量を制御する。
【００３２】次に、制御部４００は、マイクロバルブ２
１とマイクロバルブ２０Ｂ、２０Ｃを所定の期間開いた
後、マイクロバルブ８０Ｂと、マイクロバルブ２１と、
マイクロバルブ２０Ａ、２０Ｃを閉じ、マイクロバルブ
８０Ａを開く。このとき、第２の測定室４２Ａから流体
を出力することができる。上記の動作により第１の測定
室４１と第２の測定室４２Ｂが密閉されるので、制御部
４００は、密閉された流体の圧力を第１の測定室４１の
圧力センサにより測定し、測定した圧力に基づいて流体
の質量流量を算出し、流量を制御する。
１とマイクロバルブ２０Ｂ、２０Ｃを所定の期間開いた
後、マイクロバルブ８０Ｂと、マイクロバルブ２１と、
マイクロバルブ２０Ａ、２０Ｃを閉じ、マイクロバルブ
８０Ａを開く。このとき、第２の測定室４２Ａから流体
を出力することができる。上記の動作により第１の測定
室４１と第２の測定室４２Ｂが密閉されるので、制御部
４００は、密閉された流体の圧力を第１の測定室４１の
圧力センサにより測定し、測定した圧力に基づいて流体
の質量流量を算出し、流量を制御する。
【００３３】このように、本実施形態によれば、第２の
測定室が小さくて圧力センサ等を設置できない場合に、
第２の測定室よりも十分大きな容量を有する第１の測定
室のみに圧力センサ等を設置することにより、流体の圧
力を測定して流量の制御を行うことができる。
測定室が小さくて圧力センサ等を設置できない場合に、
第２の測定室よりも十分大きな容量を有する第１の測定
室のみに圧力センサ等を設置することにより、流体の圧
力を測定して流量の制御を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、音速ノズルや可変オリフィスや絞り機構を用
いずに、流量制御装置を通過する流体の圧力を直接測定
することにより流量を測定及び制御するので、微小流量
の測定においても大きな誤差を生じることがなく、流量
の制御を高い精度で行うことができる。
によれば、音速ノズルや可変オリフィスや絞り機構を用
いずに、流量制御装置を通過する流体の圧力を直接測定
することにより流量を測定及び制御するので、微小流量
の測定においても大きな誤差を生じることがなく、流量
の制御を高い精度で行うことができる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る流量制御装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】図１の流量制御装置の一部の構造を詳しく示す
図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は横断面図
である。
図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は横断面図
である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る流量制御装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る流量制御装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
１０ 入力流路 １１Ａ〜１１Ｃ 中継流路 ２０、２０Ａ〜２０Ｃ、２１、８０、８０Ａ〜８０Ｃ
マイクロバルブ ２１ 可動片 ３０、９０ 駆動部 ３１、５１ 圧電素子 ３２、３３、５２、５３ 電極 ３４、３５、５４、５５ 絶縁膜 ４０、４０Ａ〜４０Ｃ、４１、４２Ａ〜４２Ｃ 測定室 ５０ 圧力センサ ５６ 圧力壁 ６０ 温度センサ ７０ 出力流路 １００、３００、４００ 制御部 １１０ 恒温槽 １２０ 上部容器 １３０ 下部容器 ３１０ 分岐流路 ３２０ 合流流路
マイクロバルブ ２１ 可動片 ３０、９０ 駆動部 ３１、５１ 圧電素子 ３２、３３、５２、５３ 電極 ３４、３５、５４、５５ 絶縁膜 ４０、４０Ａ〜４０Ｃ、４１、４２Ａ〜４２Ｃ 測定室 ５０ 圧力センサ ５６ 圧力壁 ６０ 温度センサ ７０ 出力流路 １００、３００、４００ 制御部 １１０ 恒温槽 １２０ 上部容器 １３０ 下部容器 ３１０ 分岐流路 ３２０ 合流流路
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F030 CA04 CD15 CE04 CF08 CF09 2F035 JB05 3H062 AA02 AA12 BB30 CC05 EE06 HH02 HH10 5F045 EC07 EE04 GB05 GB06 5H307 AA20 BB01 CC12 DD01 EE04 EE19 EE36 ES05 FF12 FF15 GG11 GG13 GG15 HH01 JJ01 JJ10
Claims (7)
- 【請求項１】 流体を入力するための入力流路を開閉す
る第１の開閉手段と、 前記入力流路を介して流体が供給される測定室と、 前記測定室の内部又は外部に設置され、前記測定室に供
給された流体の圧力を測定する圧力センサと、 前記測定室から流体を出力するための出力流路を開閉す
る第２の開閉手段と、 前記第１及び第２の開閉手段が入出力流路を閉じたとき
に前記圧力センサが測定した流体の圧力に基づいて流体
の流量を測定し、測定結果に従って流体の流量を制御す
る制御手段と、を具備する流量制御装置。 - 【請求項２】 入力される流体を複数の入力流路に分岐
するための分岐流路と、 前記複数の入力流路をそれぞれ開閉する第１群の開閉手
段と、 それぞれの入力流路を介して流体が供給される複数の測
定室と、 前記複数の測定室の内部又は外部にそれぞれ設置され、
前記複数の測定室に供給された流体の圧力をそれぞれ測
定する複数の圧力センサと、 前記複数の測定室から流体を出力するための複数の出力
流路をそれぞれ開閉する第２群の開閉手段と、 前記複数の出力流路を介して出力された流体を合流させ
て出力するための合流流路と、 前記第１群の開閉手段の内の少なくとも１つと前記第２
群の開閉手段の内の少なくとも１つとを順次選択するこ
とにより少なくとも１つの入出力流路を閉じたときに密
閉される少なくとも１つの測定室に関連する圧力センサ
が測定した流体の圧力に基づいて流体の流量を測定し、
測定結果に従って流体の流量を制御する制御手段と、を
具備する流量制御装置。 - 【請求項３】 流体を入力するための入力流路を開閉す
る第１の開閉手段と、 前記入力流路を介して流体が供給される第1の測定室
と、 前記第1の測定室の内部又は外部に設置され、前記第1の
測定室に供給された流体の圧力を測定する圧力センサ
と、 前記第1の測定室に接続された複数の中継流路をそれぞ
れ開閉する複数の第２の開閉手段と、 前記複数の中継流路を介して流体がそれぞれ供給される
複数の第２の測定室と、 前記複数の第２の測定室から流体を出力するための複数
の出力流路をそれぞれ開閉する複数の第３の開閉手段
と、 前記複数の出力流路を介して出力された流体を合流させ
て出力するための合流流路と、 少なくとも１つの第３の開閉手段を順次選択して少なく
とも１つの出力流路を閉じると共に、前記第１の開閉手
段が入力流路を閉じ、所定数の第２の開閉手段が中継流
路を閉じたときに前記圧力センサが測定した流体の圧力
に基づいて流体の流量を測定し、測定結果に従って流体
の流量を制御する制御手段と、を具備する流量制御装
置。 - 【請求項４】 前記測定室の温度を一定に保つための温
度制御手段をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１
項記載の流量制御装置。 - 【請求項５】 前記測定室内の流体の温度を測定する温
度センサをさらに具備し、前記制御手段が、前記圧力セ
ンサが測定した流体の圧力と前記温度センサが測定した
流体の温度とに基づいて流体の流量を算出することを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の流量制御装
置。 - 【請求項６】 前記開閉手段の各々が、圧電素子によっ
て駆動されるマイクロバルブとを含むことを特徴とする
請求項１〜５のいずれか１項記載の流量制御装置。 - 【請求項７】 前記圧力センサが、圧電素子を用いて測
定室内の流体の圧力を測定することを特徴とする請求項
１〜６のいずれか１項記載の流量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287870A JP2002099330A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 流量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287870A JP2002099330A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 流量制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002099330A true JP2002099330A (ja) | 2002-04-05 |
Family
ID=18771547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287870A Withdrawn JP2002099330A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 流量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002099330A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005238347A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Kyocera Corp | 流路部材及び流路装置 |
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| JP2007259582A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Fujitsu Ltd | 電源制御回路 |
| JP2011064707A (ja) * | 2006-03-07 | 2011-03-31 | Ckd Corp | ガス流量検定ユニット |
| JP2012149751A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-09 | Panasonic Corp | 弁装置 |
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-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000287870A patent/JP2002099330A/ja not_active Withdrawn
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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