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 |
---|---|---|---|---|
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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
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JPH06221885A (ja) | 渦流量計 |
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