(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量制御装置セットであって、
（ａ）流体通路を流れる流体の流量を制御する流量制御装置であって、
流体を流す流体通路と、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を制御する流量制御弁ユニットと、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を検出する流量センサユニットと、
前記流量センサユニットの出力に基づいて前記流量制御弁ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記流体通路は、
前記流体の流れの方向に沿った一部で前記流体通路を構成するバイパス流路と、
それぞれ、前記流体通路を流れる前記流体であって前記バイパス流路を流れる前の流体から一部の流体を分岐させ、その後、前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる第１と第２のセンサ用流路であって、前記第２のセンサ用流路が、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面と前記第１のセンサ用流路よりも長い流路を有する、第１と第２のセンサ用流路と、を備え、
前記流量センサユニットは、前記各センサ用流路について、
前記センサ用流路内を流れる流体を加熱する上流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器よりも下流に設けられ前記センサ用流路内を流れる流体によって温度が変化する下流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器と前記下流側抵抗器の抵抗値の差に応じた信号を出力する出力部と、を備え、
前記第１と第２のセンサ用流路は、前記一部の流体を分岐させる地点から、前記一部の流体を合流させる地点までの、前記流体通路の前記流れの方向に沿った距離が等しいように構成され、
前記流量センサユニットおよび前記制御部は、前記流体の目標流量の大きさに応じて、前記第１のセンサ用流路の前記抵抗値の差に基づく前記信号と、前記第２のセンサ用流路の前記抵抗値の差に基づく前記信号と、を使い分けて、前記流量制御弁ユニットの制御を行うことができるように構成されており、
前記第１のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にあり、
前記第１のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にあり、
前記第１のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第１および第２のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第３のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられており、
前記第２のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第２のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第１から第３のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第４のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられている、流量制御装置と、
（ｂ）前記第１のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と交換可能な、前記第３のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と、
（ｃ）前記第２のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と交換可能な、前記第４のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と、を備える、流量制御装置セット。
【請求項２】
請求項１記載の流量制御装置セットであって、
前記バイパス流路は、それぞれ前記第１および第２のセンサ用流路の流路断面と等しい流路断面を有する複数の部分流路から構成される、流量制御装置セット。
【請求項３】
請求項１または２記載の流量制御装置セットであって、
前記第２のセンサ用流路のうち前記上流側抵抗器および前記下流側抵抗器が設けられている範囲を構成する部材は、前記第１のセンサ用流路のうち前記上流側抵抗器および前記下流側抵抗器が設けられている範囲を構成する部材に比べて、熱伝導率が高い素材で構成される、流量制御装置セット。
【請求項４】
流量センサユニットセットであって、
（ａ）流体通路を流れる流体の流量を検出する流量センサユニットであって、
前記流体通路は、
前記流体の流れの方向に沿った一部で前記流体通路を構成するバイパス流路と、
それぞれ、前記流体通路を流れる前記流体であって前記バイパス流路を流れる前の流体から一部の流体を分岐させ、その後、前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる第１と第２のセンサ用流路であって、前記第２のセンサ用流路が、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面と前記第１のセンサ用流路よりも長い流路を有する、第１と第２のセンサ用流路と、を備え、
前記流量センサユニットは、前記各センサ用流路について、
前記センサ用流路内を流れる流体を加熱する上流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器よりも下流に設けられ前記センサ用流路内を流れる流体によって温度が変化する下流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器と前記下流側抵抗器の抵抗値の差に応じた信号を出力する出力部と、を備え、
前記第１と第２のセンサ用流路は、前記一部の流体を分岐させる地点から、前記一部の流体を合流させる地点までの、前記流体通路の前記流れの方向に沿った距離が等しいように構成され、
前記第１のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にあり、
前記第１のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にあり、
前記第１のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第１および第２のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第３のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられており、
前記第２のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第２のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第１から第３のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第４のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられている、流量センサユニットと、
（ｂ）前記第１のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と交換可能な、前記第３のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と、
（ｃ）前記第２のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と交換可能な、前記第４のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と、を備える、流量センサユニットセット。
【請求項５】
流量制御装置セットであって、
（ａ）流体通路を流れる流体の流量を制御する流量制御装置であって、
流体を流す流体通路と、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を制御する流量制御弁ユニットと、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を検出する流量センサユニットと、
前記流量センサユニットの出力に基づいて前記流量制御弁ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記流体通路は、
互いに等しい流路断面を有する複数の部分流路から構成され、前記流体通路の第１の部位と、前記第１の部位よりも下流の第２の部位との間において、前記流体通路の一部を構成するバイパス流路と、
それぞれ前記部分流路と等しい流路断面を有し、前記第１の部位において、前記流体通路を流れる前記流体から一部の流体を分岐させ、前記第２の部位において、前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる複数のセンサ用流路と、を備え、
前記流量センサユニットは、前記各センサ用流路について、
前記センサ用流路内を流れる流体を加熱する上流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器よりも下流に設けられ前記センサ用流路内を流れる流体によって温度が変化する下流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器と前記下流側抵抗器の抵抗値の差に応じた信号を出力する出力部と、を備え、
前記複数のセンサ用流路は、第１のセンサ用流路と、前記第１のセンサ用流路よりも流路が長い第２のセンサ用流路と、を含み、
前記流量センサユニットおよび前記制御部は、前記流体の目標流量の大きさに応じて、前記第１のセンサ用流路の前記抵抗値の差に基づく前記信号と、前記第２のセンサ用流路に設けられた前記抵抗値の差に基づく前記信号と、を使い分けて、前記流量制御弁ユニットの制御を行うように構成され、
前記第１のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にあり、
前記第１のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にあり、
前記第１のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第１および第２のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第３のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられており、
前記第２のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第２のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第１から第３のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第４のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられている、流量制御装置と、
（ｂ）前記第１のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と交換可能な、前記第３のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と、
（ｃ）前記第２のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と交換可能な、前記第４のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる前記部材と、を備える、流量制御装置セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御された流量の流体を所定の設備に供給するための流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて用いられているマスフローコントローラは、流体通路に設けられた流量制御弁を、流体通路を流れる流体の流量を検出する流量センサの出力に基づいて制御する。流体通路は、流量センサが設けられている部位において、主たる流路を構成するバイパス流路と、従たる流路であるセンサ流路とに分岐している。バイパス流路には、センサ流路よりも多くの流体が流れる。マスフローコントローラが制御できる流量の範囲においては、バイパス流路を流れるガスの流量と、センサ流路を流れるガスの流量とは、一定の比を保つ。
【０００３】
センサ流路を構成する管の表面には、上流側と下流側に、互いに直列に接続された一対の抵抗線が巻き付けられている。これらの抵抗線は、温度変化により抵抗率が変化する材料で構成される。これらの抵抗線は、同じ温度においては同じ抵抗値を有する。これらの抵抗線に通電し発熱させると、センサ流路を流通するガスは、まず、上流側の抵抗から熱を奪う。そして、上流側の抵抗によって熱せられたガスは、下流側に流れ、その熱を下流側の抵抗線に与えるか、または、下流側の抵抗線からは、上流側の抵抗線からほどには熱を奪わない。その結果、二つの抵抗線に温度差が生じる。すると、二つの抵抗線の抵抗値に差が生じる。この抵抗値の差は、上流側の抵抗線の両端の電位差と、下流側の抵抗線の両端の電位差と、の違いとなって表れる。この電位差の違いの大きさは、センサ管を流れるガスの質量流量にほぼ比例する。また、上述のように、バイパス流路を流れるガスの流量と、センサ流路を流れるガスの流量とは、一定の比を保つ。このため、上流側の抵抗線の両端の電位差と、下流側の抵抗線の両端の電位差と、の違いの大きさは、流体通路全体を流れる流体の流量にほぼ比例する。流量センサは、この電位差の違いの大きさに比例する信号を、流体通路全体を流れる流体の流量を表す信号として、出力する。
【０００４】
半導体製造プロセスにおいては、マスフローコントローラによって質量流量を制御されたガスが半導体製造設備に供給される。そのような半導体製造プロセスにおいては、同じ原料流体が、小さい流量の範囲で供給されたり、それよりも大きい流量の範囲で供給されたりすることがある。たとえば、原料流体である成膜ガスを、予備プロセスでは、１００ｃｃｍ（ｃｍ３／ｍｉｎ）程度の流量で使用し、その後に引き続いて行なう本プロセスでは、１０ｃｃｍ程度の流量で使用する場合がある。
【０００５】
上記のような原理で動作するマスフローコントローラの流量制御の誤差範囲は、一般的に、フルスケールに対してプラスマイナス数％（たとえばプラスマイナス５％程度）内に設定されている。このため、フルスケール１００ｃｃｍで設計されたマスフローコントローラにおいては、プラスマイナス５ｃｃｍの流量誤差が許容される。そのようなマスフローコントローラを用いて１０ｃｃｍ程度の微少な流量を制御する場合には、１０ｃｃｍの流量領域においてもプラスマイナス５ｃｃｍ程度の流量誤差が生じ得る。このような誤差は、目標流量の５０％に相当する。よって、フルスケール１００ｃｃｍで設計されたマスフローコントローラを１０ｃｃｍの流量領域において使用すると、誤差の影響を無視することができなくなる。
【０００６】
特許文献１の技術においては、上記の抵抗線の温度差に起因する電位差の違いを拡大するためのゲイン回路を２個備える。第１のゲイン回路は、フルスケール１００ｃｃｍの流量制御において使用するためのゲイン回路である。第２のゲイン回路は、フルスケール１０ｃｃｍの流量制御において使用するためのゲイン回路である。それぞれのゲイン回路について、マスフローコントローラの流量制御の誤差範囲が数％程度となるように設定を行えば、目標流量の大きさに応じて２個のゲイン回路を切り換えることにより、低流量域と高流量域において高精度な流量制御を行いうる。
【０００７】
特許文献２の技術においては、抵抗線を巻き付ける二次的流路を２本設けている。２本の二次的流路は、流れの方向についてほぼ同じ箇所で一次的流路から分岐している。そして、二次的流路Ａは、二次的流路Ｂよりも下流において、主たる流路としての一次的流路に合流している。その結果、二次的流路Ａは、二次的流路Ｂよりも流路の長さが長い。また、二つの二次的流路の内径を変えたり、二つの二次的流路の少なくとも一方に「流れ制限要素」を設けることにより、二つの二次的流路内を流れる流体の流量、言い換えれば、主たる流路としての一次的流路の流量に対するそれぞれの二次的流路内を流れる流体の流量の比を、異なるものにしている。これら二つの二次的流路は、それぞれ異なる流量範囲について流量を検出するために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１４２５４１号公報
【特許文献２】特表２０００−５０７７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような原理に基づく流量センサにおいては、流体通路内を通過する流体の流量が所定値以上に達すると、二つの抵抗線の温度差が、流量に比例しなくなる。二次的流路を構成する管が熱を伝える速度が、流体通路内を流通する流体の速度に追いつかなくなり、（ｉ）流体通路内を通過する流体が、下流側の抵抗線に熱を与えることなく下流側に流れ去るか、または、（ｉｉ）上流側の抵抗線から十分な熱を奪わないために流体の温度が上がらず、下流側の抵抗線からもより熱を奪うようになるためである。その結果、センサ流路を構成する管のうち、最も温度が高い部位は、下流側の抵抗線が巻かれている位置よりもさらに下流になり、上流側の抵抗線と下流側の抵抗線との温度差が大きくならない。その結果、二つの抵抗線の温度差が、流量に比例しなくなる。特許文献１の技術は、作動誤差については考慮しているものの、上記の点は考慮していない。このため、特許文献１の技術は、正確に流量を測定および制御できる流量の範囲を、より流量の多い範囲へ増大させることはできない。
【００１０】
また、特許文献２の技術においては、二つの二次的流路の内径を変えたり、少なくとも一方に「流れ制限要素」を設けている。そのような態様においては、一次的流路および二次的流路の上流側の圧力が変化すると、一次的流路の流量に対する二次的流路の流量の比が一定に保たれない。すなわち、広い流量範囲について、流量センサの精度を維持することができない。
【００１１】
また、特許文献２の技術のように、異なる流量範囲について使用される二つの二次的流路が、一次的流路の流れの方向に沿って互いに異なる長さを有している態様は、言い換えれば、その設備において制御すべき流量の範囲が変わると、一次的流路の流れの方向について必要となる空間の寸法が変化するという態様である。一般に、半導体等の製造設備において、マスフローコントローラを設置できる範囲はあらかじめ限定されている。このため、そのような態様は、製造設備に設置するマスフローコントローラとして、現実的ではない。
【００１２】
以上で述べた検知すべき流量範囲の問題と、流量制御装置の設置空間の問題は、半導体製造プロセスに使用されるマスフローメータに限らず、さまざまな流体の流量制御装置に関して存在する。
【００１３】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を取り扱うためになされたもので、小流量の範囲の流量制御と、より大きい流量の範囲の流量制御とを高精度に実現し、かつ、現実的な空間内に設置できる流量制御装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１５】
［適用例１］
流体通路を流れる流体の流量を制御する流量制御装置であって、
流体を流す流体通路と、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を制御する流量制御弁ユニットと、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を検出する流量センサユニットと、
前記流量センサユニットの出力に基づいて前記流量制御弁ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記流体通路は、
前記流体の流れの方向に沿った一部で前記流体通路を構成するバイパス流路と、
それぞれ、前記流体通路を流れる前記流体であって前記バイパス流路を流れる前の流体から一部の流体を分岐させ、その後、前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる第１と第２のセンサ用流路であって、前記第２のセンサ用流路が、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面と前記第１のセンサ用流路よりも長い流路を有する、第１と第２のセンサ用流路と、を備え、
前記流量センサユニットは、前記各センサ用流路について、
前記センサ用流路内を流れる流体を加熱する上流側抵抗器（加熱部）と、
前記上流側抵抗器よりも下流に設けられ前記センサ用流路内を流れる流体によって温度が変化する下流側抵抗器（温度変化部）と、
前記上流側抵抗器と前記下流側抵抗器の抵抗値の差に応じた信号を出力する出力部と、を備え、
前記第１と第２のセンサ用流路は、前記一部の流体を分岐させる地点から、前記一部の流体を合流させる地点までの、前記流体通路の前記流れの方向に沿った距離が等しいように構成され、
前記流量センサユニットおよび前記制御部は、前記流体の目標流量の大きさに応じて、前記第１のセンサ用流路の前記抵抗値の差に基づく前記信号と、前記第２のセンサ用流路の前記抵抗値の差に基づく前記信号と、を使い分けて、前記流量制御弁ユニットの制御を行うことができるように構成される、流量制御装置。
【００１６】
このような態様においては、第２の流路は、第１の流路と流路断面が等しく、流路が長い。このため、分岐側の条件が同じである場合には、第２の流路内を単位時間当たりに流通する流体の流量は、第１の流路内を単位時間当たりに流通する流体の流量に比べて少なくなる。よって、第２の流路に設けられた下流側抵抗器の温度は、第１の流路に設けられた下流側抵抗器の温度に比べて、流体通路全体を流通する流体の流量が多くなっても、よりよく流量変化を反映させることができる。その結果、目標流量が小さい範囲にあるときには、第１のセンサ用流路に設けられた二つの抵抗器の抵抗値の差に基づく出力に基づいて高精度に流量制御弁ユニットを制御し、目標流量が大きい範囲にあるときには、第２のセンサ用流路に設けられた二つの抵抗器の抵抗値の差に基づく出力に基づいて高精度に流量制御弁ユニットを制御することができる。
【００１７】
また、第１と第２のセンサ用流路は、流路の長さが異なるにもかかわらず、流体を分岐させる地点から合流させる地点までの、流体通路の流体の流れの方向に沿った距離が互いに等しい。このため、制御対象の流体において必要とされる流量範囲に応じて第１と第２のセンサ用流路の流路の長さを設定しても、流体通路の流体の流れの方向に沿ってそれらが必要とする空間の大きさが変化しない。よって、あらかじめ定められた空間に流量制御装置を設置できる。
【００１８】
よって、上記のような態様とすれば、小流量の範囲の流量制御と、より大きい流量の範囲の流量制御とを高精度に実現し、かつ、現実的な空間内に設置できる流量制御装置を実現することができる。
なお、上記の態様において、「流体」は、気体であってもよく、液体であってもよい。
また、センサ用流路は、３本以上備えることができる。そして、流路断面が互いに等しいセンサ用流路群を、複数組、備えてもよい。
【００１９】
［適用例２］
適用例１の流量制御装置であって、
前記バイパス流路は、それぞれ前記第１および第２の流路の流路断面と等しい流路断面を有する複数の部分流路から構成される、流量制御装置。
【００２０】
このような態様とすれば、バイパス流路を流れる流体の流量と、第１および第２の流路を流れる流体の流量と、の比率を、流体通路を流れる流体の広い流量範囲について、一定に保つことができる。このため、流体通路を流れる流体の広い流量範囲について、正確に流量を検出して、流量制御を行うことができる。
【００２１】
［適用例３］
適用例１または２の流量制御装置であって、
前記第２のセンサ用流路のうち前記上流側抵抗器および前記下流側抵抗器が設けられている範囲を構成する部材は、前記第１のセンサ用流路のうち前記上流側抵抗器および前記下流側抵抗器が設けられている範囲を構成する部材に比べて、熱伝導率が高い素材で構成される、流量制御装置。
【００２２】
このような態様とすれば、第２のセンサ用流路内を流れる流体の流速が速くなっても、第２のセンサ用流路に設けられた下流側抵抗器は、流体の温度を反映しやすい。このため、流体通路全体を流通する流体の流量が多くなっても、流量センサユニットは、第２のセンサ用流路の上流側抵抗器および下流側抵抗器を使用して、正確に流体の流量を検出することができる。
【００２３】
また、一般に、熱伝導率が高い素材は高価である。しかし、上記態様においては、第１のセンサ用流路の上流側抵抗器および下流側抵抗器が設けられている部分は、熱伝導率が高い素材で構成されない。このため、流量センサユニットおよび流量制御装置全体のコストを低減することができる。そして、第１のセンサ用流路に設けられた上流側抵抗器および下流側抵抗器は、目標流量が小さい範囲にあるときに使用される。このため、第２のセンサ用流路の上流側抵抗器および下流側抵抗器が設けられる部分を熱伝導率が高い素材で構成しなくとも、下流側抵抗器は十分に流体の温度を反映することができる。
【００２４】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかの流量制御装置であって、
前記第１のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記一部の流体を分岐させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にあり、
前記第１のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点と、前記第２のセンサ用流路が前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる地点とは、前記流体通路の前記流れの方向について、同じ位置にある、流量制御装置。
【００２５】
このような態様とすれば、制御対象の流体の流量範囲に応じて第１と第２のセンサ用流路の流路の長さを設定しても、流体通路の流体の流れの方向に沿ってそれらが必要とする空間の大きさが変化しない。そして、第１のセンサ用流路の分岐点および合流点と、第２のセンサ用流路の分岐点および合流点とがずれている態様に比べて、流体通路の流体の流れの方向に沿って、第１と第２のセンサ用流路が必要とする空間の大きさを小さくすることができる。
【００２６】
［適用例５］
適用例４の流量制御装置であって、
前記第１のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第１のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第３のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられており、
前記第２のセンサ用流路の少なくとも一部を構成する部材は、前記流体通路において、前記第２のセンサ用流路と等しい流路断面を有し、前記第２のセンサ用流路とは流路の長さが異なる第４のセンサ用流路の少なくとも一部を構成することができる部材と交換可能に設けられている、流量制御装置。
【００２７】
このような態様とすれば、制御対象の流体の流量範囲に応じて第１と第２のセンサ用流路を、第３と第４のセンサ用流路に置き換えることができる。そして、制御対象の流体の流量範囲に応じてセンサ用流路を構成する部材を交換しても、流体通路の流体の流れの方向に沿って必要とされる空間の大きさが変化しない。よって、あらかじめ定められた空間で、様々な流量範囲について流体の流量を制御することができる流量制御装置を設置できる。
【００２８】
なお、第３のセンサ用流路の流路の長さは、第１のセンサ用流路の流路の長さよりも長くてもよいし、短くてもよい。第４のセンサ用流路の流路の長さは、第２のセンサ用流路の流路の長さよりも長くてもよいし、短くてもよい。
【００２９】
［適用例６］
流体通路を流れる流体の流量を検出する流量センサユニットであって、
前記流体通路は、
前記流体の流れの方向に沿った一部で前記流体通路を構成するバイパス流路と、
それぞれ、前記流体通路を流れる前記流体であって前記バイパス流路を流れる前の流体から一部の流体を分岐させ、その後、前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる第１と第２のセンサ用流路であって、前記第２のセンサ用流路が、前記第１のセンサ用流路と等しい流路断面と前記第１のセンサ用流路よりも長い流路を有する、第１と第２のセンサ用流路と、を備え、
前記流量センサユニットは、前記各センサ用流路について、
前記センサ用流路内を流れる流体を加熱する上流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器よりも下流に設けられ前記センサ用流路内を流れる流体によって温度が変化する下流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器と前記下流側抵抗器の抵抗値の差に応じた信号を出力する出力部と、を備え、
前記第１と第２のセンサ用流路は、前記一部の流体を分岐させる地点から、前記一部の流体を合流させる地点までの、前記流体通路の前記流れの方向に沿った距離が等しいように構成される、流量センサユニット。
【００３０】
［適用例７］
流体通路を流れる流体の流量を制御する流量制御装置であって、
流体を流す流体通路と、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を制御する流量制御弁ユニットと、
前記流体通路を流れる前記流体の流量を検出する流量センサユニットと、
前記流量センサユニットの出力に基づいて前記流量制御弁ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記流体通路は、
互いに等しい流路断面を有する複数の部分流路から構成され、前記流体通路の第１の部位と、前記第１の部位よりも下流の第２の部位との間において、前記流体通路の一部を構成するバイパス流路と、
それぞれ前記部分流路と等しい流路断面を有し、前記第１の部位において、前記流体通路を流れる前記流体から一部の流体を分岐させ、前記第２の部位において、前記バイパス流路を流れた流体に前記一部の流体を合流させる複数のセンサ用流路と、を備え、
前記流量センサユニットは、前記各センサ用流路について、
前記センサ用流路内を流れる流体を加熱する上流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器よりも下流に設けられ前記センサ用流路内を流れる流体によって温度が変化する下流側抵抗器と、
前記上流側抵抗器と前記下流側抵抗器の抵抗値の差に応じた信号を出力する出力部と、を備え、
前記複数のセンサ用流路は、第１のセンサ用流路と、前記第１のセンサ用流路よりも流路が長い第２のセンサ用流路と、を含み、
前記流量センサユニットおよび前記制御部は、前記流体の目標流量の大きさに応じて、前記第１のセンサ用流路の前記下流側抵抗器に基づく前記信号と、前記第２のセンサ用流路に設けられた前記下流側抵抗器に基づく前記信号と、を使い分けて、前記流量制御弁ユニットの制御を行うように構成される、流量制御装置。
【００３１】
本発明は、以下に示すような種々の態様で実現することが可能である。
（１）流量制御装置、流量制御システム、流量制御方法。
（２）流量センサ、流量検知方法。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施例の流量制御装置１００の構成図である。
【図２】流体通路１０におけるバイパス流路１６と第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４を示す概略の断面図である。
【図３】流量センサユニット３０が備えるホイートストンブリッジ３１６の回路構成を示す図である。
【図４】第２実施例の流量制御装置における第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
Ａ．第1実施例：
図１は、第１実施例の流量制御装置１００の構成図である。ガス源２００は、半導体製造装置３００に所定の成分のガスＧｓを供給する。流量制御装置１００は、このガスＧｓの流量を制御する。流量制御装置１００は、ガスＧｓを流す流体通路１０と、流量制御弁ユニット２０と、流量センサユニット３０と、流量センサユニット３０の出力に基づいて流量制御弁ユニット２０を制御する制御部４０と、を備える。なお、図１においては、流量センサユニット３０の各構成など、一部の構成については、技術の理解を容易にするため、実際の配置とは異なる位置に示されている。それら、実際の位置を反映せずに図１に示されている構成の実際の位置については、後に説明する。
【００３４】
流量制御装置１００の流量制御弁ユニット２０は、流体通路１０を流れる流体の流量を制御する。流量制御弁ユニット２０は、ダイヤフラム２４とアクチュエータ２６とを備える。ダイヤフラム２４は、流体通路１０の外壁の一部を構成し、変形可能に設けられる。アクチュエータ２６は、積層圧電素子で構成されており、制御部４０からの信号に応じて、所定の押し込み量で流体通路１０の外側からダイヤフラム２４を押圧する。流量制御弁ユニット２０は、ダイヤフラム２４を変形させることにより、流体通路１０の一部を構成する弁口２８の開度（弁開度）を調整して、流体の流量を制御する。
【００３５】
流体通路１０は、流量制御弁ユニット２０の上流側において、バイパス流路１６と、第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４と、を備える。流量制御装置１００の流体通路１０内を通って下流に流れるガスは、バイパス流路１６か、第１のセンサ用流路１２か、第２のセンサ用流路１４かのいずれかを流通する。すなわち、流体通路１０内において、バイパス流路１６、第１のセンサ用流路１２、および第２のセンサ用流路１４のいずれをも流通せずに下流に流れるガスは存在しない。
【００３６】
図２は、流体通路１０におけるバイパス流路１６と第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４を示す概略の断面図である。図２において、右側の図は、ガスの流れの方向Ｄｆに沿った断面における断面図である。図２において、左側の図は、ガスの流れの方向Ｄｆに垂直な断面における断面図である。技術の理解を容易にするため、図２においては、バイパス流路１６と第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４以外の構成については、図示を省略している。図１においては、技術の理解を容易にするため、第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４は、バイパス流路１６に対して逆の側に示されている。しかし、実際の構成においては、第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４は、図２に示すように、バイパス流路１６に対して同じ側（ここでは上側）に設けられる。
【００３７】
バイパス流路１６は、流体通路１０におけるガスの流れの方向に沿った一部の範囲において、流体通路１０を構成する。バイパス流路１６は、互いに等しい流路断面および互いに等しい流路の長さを有する複数の部分流路１６２から構成される。なお、「流路断面が等しい」とは、流路の断面の面積および形状が等しいことをいう。複数の部分流路１６２の入口は、流体通路１０を流れるガスの流れ方向Ｄｆについて同じ位置にあり、複数の部分流路１６２の出口も、流体通路１０を流れるガスの流れ方向Ｄｆについて同じ位置にある。すなわち、複数の部分流路１６２の束がバイパス流路１６を構成する。なお、「流体通路１０を流れるガスの流れ方向Ｄｆ」は、流体がバイパス流路１６と第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４に分かれて流れている部分においては、バイパス流路１６を流れるガスの流れの方向を意味する。
【００３８】
センサ用流路１２，１４は、それぞれ、流体通路１０を流れるガスのうちバイパス流路１６を流れる前のガスから一部のガスを分岐させ、その後、バイパス流路１６を流れたガスにその分岐した一部のガスを合流させる。第１のセンサ用流路１２は、ステンレス合金で構成される。第２のセンサ用流路１４は、ステンレス合金よりも熱伝導率が高いニッケル合金で構成される。
【００３９】
第２のセンサ用流路１４は、図１および図２に示すように、第１のセンサ用流路１２よりも流路が長い。ただし、第１のセンサ用流路１２を構成する部材１２ｃと第２のセンサ用流路１４を構成する部材１４ｃは、流体通路１０を構成する部材１０ｃに取りつけられた際に、流体の流れの方向Ｄｆについて、範囲Ｗ０内となる大きさおよび形状で設けられている。より具体的には、第１のセンサ用流路１２を構成する部材１２ｃと第２のセンサ用流路１４を構成する部材１４ｃは、流体通路１０を構成する部材１０ｃに取りつけられた際に、流体の流れの方向Ｄｆについて、同じ幅を有する。
【００４０】
第１のセンサ用流路１２および第２のセンサ用流路１４は、異なる流量制御モードにおいて、流体通路１０を流れるガスの流量の測定に使用される。第１のセンサ用流路１２および第２のセンサ用流路１４の流路の長さは、それぞれが使用される流量制御モードにおける目標流量の大きさに応じて設定される。
【００４１】
第１のセンサ用流路１２が一部のガスを分岐させる地点ｐｄ１と、第２のセンサ用流路１４が一部のガスを分岐させる地点ｐｄ２とは、流体通路１０のガスの流れの方向Ｄｆについて、同じ位置である。また、第１のセンサ用流路１２がバイパス流路１６を流れたガスに、分岐させた一部のガスを合流させる場所ｐｃ１と、第２のセンサ用流路１４がバイパス流路１６を流れたガスに、分岐させた一部のガスを合流させる場所ｐｃ２とは、流体通路１０のガスの流れの方向Ｄｆについて、同じ位置である。なお、流体通路１０の流れの方向Ｄｆに垂直な断面内における位置を問題にせず、流体通路１０の流れの方向Ｄｆに沿った位置のみに言及する場合には、分岐点ｐｄ１，ｐｄ２の位置を分岐点ＰＤとして表記する。同様に、流体通路１０の流れの方向Ｄｆに垂直な断面内における位置を問題にせず、流体通路１０の流れの方向Ｄｆに沿った位置のみに言及する場合には、合流点ｐｃ１，ｐｃ２の位置を分岐点ＰＣとして表記する。
【００４２】
本実施例においては、第１のセンサ用流路１２の分岐点ｐｄ１から合流点ｐｃ１までの距離Ｌ１は、第２のセンサ用流路１４の分岐点ｐｄ２から合流点ｐｃ２までの距離Ｌ２と等しい。このような態様とすることにより、第１のセンサ用流路１２および第２のセンサ用流路１４の流路の長さを、制御対象のガスの目標流量の大きさに応じて設定または変更しても、第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４が占める空間の、流れ方向Ｄｆについての大きさが変化しない。
【００４３】
また、本実施例においては、第１のセンサ用流路１２の分岐点ｐｄ１と第２のセンサ用流路１４の分岐点ｐｄ２とは、流れ方向Ｄｆについて同じ位置ＰＤにあり、第１のセンサ用流路１２の合流点ｐｃ１と第２のセンサ用流路１４の合流点ｐｃ２とは、流れ方向Ｄｆについて同じ位置ＰＣにある。このため、第１のセンサ用流路１２の分岐点ｐｄ１と第２のセンサ用流路１４の分岐点ｐｄ２とが、方向Ｄｆについてずれていたり、第１のセンサ用流路１２の合流点ｐｃ１と第２のセンサ用流路１４の合流点ｐｃ２とが、方向Ｄｆについてずれている態様に比べて、第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４が占める空間の、方向Ｄｆについての大きさを小さくすることができる。
【００４４】
第１のセンサ用流路１２および第２のセンサ用流路１４は、バイパス流路１６の部分流路１６２の流路断面と等しい流路断面を有する。ここでは、部分流路１６２ならびに第１と第２のセンサ用流路１４は、面積が等しい円形の流路断面を有するものとする。
【００４５】
第１のセンサ用流路１２および第２のセンサ用流路１４の流路断面を等しくすることにより、バイパス流路１６を流れるガスの流量に対する第１のセンサ用流路１２を流れるガスの流量の比Ｒ１、およびバイパス流路１６を流れるガスの流量に対する第２のセンサ用流路１４を流れるガスの流量の比Ｒ２は、一定に保たれる。そして、分岐点ｐｄ１，ｐｄ２におけるガスの圧力が変化しても、それらの比Ｒ１，Ｒ２が変化しにくい。すなわち、本実施例によれば、第１のセンサ用流路１２、第２のセンサ用流路１４および部分流路１６２が互いに異なる流路断面を有する態様に比べて、流体通路１０を流れるガスの流量のより広い範囲について、比Ｒ１，Ｒ２を一定に保つことができる。
【００４６】
流量センサユニット３０は、図１に示すように、各センサ用流路１２，１４について、上流側抵抗線３１２，３２２と、下流側抵抗線３１４，３２４とを有する。以下では、主として第１のセンサ用流路１２に設けられた構成を用いて、流量センサユニット３０の構成を説明する。
【００４７】
第１のセンサ用流路１２を構成する管１２ｃの表面には、図１に示すように、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４が巻きつけられている。下流側抵抗線３１４は、上流側抵抗線３１２よりも流路の下流側において、管１２ｃの表面に巻き付けられている。上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４は、温度に応じてその抵抗値が変化する素材で構成されている。上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４は、同じ温度においては同じ抵抗値を有する。
【００４８】
図３は、流量センサユニット３０が備えるホイートストンブリッジ３１６の回路構成を示す図である。ホイートストンブリッジ３１６は、その一部に上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４（図１参照）とを含む。なお、図１では、技術の理解を容易にするため、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４とを、ホイートストンブリッジ３１６とは分けて記載している。
【００４９】
図３に示すように、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４とは、直列に接続されている。また、ホイートストンブリッジ３１６は、第１の比較抵抗３１２ｃと、第２の比較抵抗３１４ｃと、を有する。第１の比較抵抗３１２ｃと第２の比較抵抗３１４ｃとは、直接に接続されている。そして、第１の比較抵抗３１２ｃおよび第２の比較抵抗３１４ｃと、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４とは、並列に接続されている。第２の比較抵抗３１４ｃと下流側抵抗線３１４の接続点ｐ４は、接地されている。図３において、上流側抵抗線３１２と第１の比較抵抗３１２ｃとの接続点ｐ１における電流を矢印Ｉで示す。
【００５０】
上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４は、通電されて発熱する。その状態において、第１のセンサ用流路１２（図１参照）にガスが流れると、ガスは、第１のセンサ用流路１２の上流側に位置する上流側抵抗線３１２の熱を奪って、下流側抵抗線３１４が巻き付けられている位置まで流れる。そして、下流側抵抗線３１４に熱を渡すか、または下流側抵抗線３１４からは上流側抵抗線３１２からほどに熱を奪わない。その結果、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４の間に温度差が生じる。すると、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４の抵抗値に差が生じる。
【００５１】
この上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４の抵抗値の差は、ホイートストンブリッジ３１６における上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４との接続部分ｐ２の電位のずれとなって表れる（図３参照）。ｐ２の電位のずれは、第１の比較抵抗３１２ｃと第２の比較抵抗３１４ｃとの接続部分ｐ３の電位と、ｐ２の電位と、の電位差を測定することにより、測定できる。この電位差Ｓ１１の大きさは、第１のセンサ用流路１２を流れるガスの質量流量Ｑにほぼ比例する。流量センサユニット３０が備えるゲイン回路３１８（図１参照）は、ホイートストンブリッジ３１６におけるｐ３の電位とｐ２の電位との電位差Ｓ１１に比例する信号Ｓ１２を出力する。
【００５２】
一方、前述のように、バイパス流路１６を流れるガスの流量に対する第１のセンサ用流路１２を流れるガスの流量の比Ｒ１、およびバイパス流路１６を流れるガスの流量に対する第２のセンサ用流路１４を流れるガスの流量の比Ｒ２は、一定である。このため、センサ出力信号Ｓ１２は、そのときに流体通路１０全体を流れているガスの質量流量を表す。
【００５３】
流量センサユニット３０は、第２のセンサ用流路１４についても同様に、ホイートストンブリッジ３２６と、ゲイン回路３２８とを備える。そして、ホイートストンブリッジ３２６は、上流側抵抗線３２２と、下流側抵抗線３２４と、第１の比較抵抗３２２ｃと、第２の比較抵抗３２４ｃと、を備える。各部の構成および機能は、第１のセンサ用流路１２に設けられた対応する要素の構成および機能と同じである。ゲイン回路３２８は、上流側抵抗線３２２と下流側抵抗線３２４との温度差に起因して生じる電位差Ｓ２１に比例する信号Ｓ２２を出力する。このため、センサ出力信号Ｓ２２は、そのときに流体通路１０全体を流れているガスの質量流量を表す。
【００５４】
制御部４０（図１参照）は、流量センサユニット３０から信号Ｓ１２，Ｓ２２を受け取る。一方、目標流量を表す指令値信号Ｓｔを別途、外部から受け取る。そして、ガスの目標流量の大きさが小さい第１の制御モードにおいては、指令値信号Ｓｔとセンサ信号Ｓ１２に基づいて流量制御弁ユニット２０を制御する。そして、ガスの目標流量の大きさが第１の制御モードよりも大きい第２の制御モードにおいては、指令値信号Ｓｔとセンサ信号Ｓ２２に基づいて流量制御弁ユニット２０を制御する。なお、第１の制御モードと第２の制御モードの切換は、ユーザが行う。なお、第１の制御モードにおける目標流量の範囲と、第２の制御モードにおける目標流量の範囲とは、一部が重複している。
【００５５】
第１のセンサ用流路１２が一部のガスを分岐させる地点ｐｄ１と、第２のセンサ用流路１４が一部のガスを分岐させる地点ｐｄ２とは、流体通路１０のガスの流れの方向Ｄｆについて、同じ位置ＰＤである。このため、分岐点ｐｄ１，ｐｄ２における流体通路１０内のガスの流量および圧力が同じである。一方、第２のセンサ用流路１４は、第１のセンサ用流路１２よりも流路が長い。このため、分岐点ｐｄ１，ｐｄ２において各センサ用流路へ分岐するガスの流量が同じであるとすると、第２のセンサ用流路１４内を単位時間当たりに流通するガスの流量は、第１のセンサ用流路１２内を単位時間当たりに流通するガスの流量に比べて少なくなる。すなわち、第２のセンサ用流路１４内で上流側抵抗線３２２から奪われた熱が第２のセンサ用流路１４内を移動する速さは、第１のセンサ用流路１２内で上流側抵抗線３１２から奪われた熱が第１のセンサ用流路１２内を移動する速さよりも、小さい。よって、第２のセンサ用流路１４に設けられた上流側抵抗線３２２と下流側抵抗線３２４の温度差は、第１のセンサ用流路１２に設けられた上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４の温度差に比べて、流体通路１０全体を流通するガスの流量が多くなっても、よりよく流量変化を反映する。
【００５６】
その結果、目標流量が小さい範囲にあるときには、第１のセンサ用流路１２に設けられた上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４の温度差に基づく出力Ｓ１２に基づいて流量制御弁ユニット２０を高精度に制御し、目標流量が大きい範囲にあるときには、第２のセンサ用流路１４に設けられた上流側抵抗線３２２と下流側抵抗線３２４の温度差に基づく出力Ｓ２２に基づいて流量制御弁ユニット２０を高精度に制御することができる。そして、第２のセンサ用流路１４の流路の長さを適切に設定することにより、目標流量が高い範囲についても、正確にガスの質量流量を検出することができる。
【００５７】
また、本実施例においては、第２のセンサ用流路１４は、ステンレス合金よりも熱伝導率が高いニッケル合金で構成される。このため、第２のセンサ用流路１４内を流れるガスの流速が速くなっても、第２のセンサ用流路１４に設けられた上流側抵抗線３２２と下流側抵抗線３２４の温度差は、ガスの温度を反映しやすい。このため、流体通路１０全体を流通するガスの流量が多くなっても、流量センサユニット３０は、正確にガスの流量を検出し、制御することができる。
【００５８】
一般に、ニッケル合金などの熱伝導率が高い素材は高価である。しかし、本実施例においては、第１のセンサ用流路１２は、ニッケル合金ではなく、より安価なステンレス合金で構成される。このため、本実施例によれば、高い流量範囲における高精度な流量の測定を第２のセンサ用流路１４で担保しつつ、流量センサユニット３０および流量制御装置１００全体のコストを低減することができる。また、第１のセンサ用流路１２に設けられた上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４は、目標流量が小さい範囲にあるときに使用される。このため、第１のセンサ用流路１２を熱伝導率が高い素材で構成しなくとも、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４の温度差およびその結果としての電位差のずれは、十分にガスの温度を反映することができる。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例の流量制御装置は、第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４の構造が第１実施例とは異なっている。第２実施例の流量制御装置の他の点は、第１実施例の流量制御装置１００と同じである。
【００６０】
図４は、第２実施例の流量制御装置における第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４の構造を示す概略断面図である。図４において、中段右側の図は、ガスの流れの方向Ｄｆに沿った断面における断面図である。図４において、中段左側の図は、ガスの流れの方向Ｄｆに垂直な断面における断面図である。なお、各図において、技術の理解を容易にするため、一部、断面で示していない箇所がある。図４において、下段左側の図は、流体通路１０を構成する部材１０ｃのうち、第１のセンサ用流路１２と第２のセンサ用流路１４と関連する部分の平面図である。なお、図４においては、各流路および各流路を構成する部材以外の構成（たとえば、上流側抵抗線と下流側抵抗線）については、図示を省略している。
【００６１】
第２実施例においては、第１のセンサ用流路１２の一部を構成する第１の流路部材１２ｃは、流路の両端の位置に取付部１２ｄｃ，１２ｃｃを備えている。上流側の取付部を、第１の上流側取付部１２ｄｃと呼ぶ。下流側の取付部を、第１の下流側取付部１２ｃｃと呼ぶ。また、第２のセンサ用流路１４の一部を構成する第２の流路部材１４ｃは、流路の両端の位置に取付部１４ｄｃ，１４ｃｃを備えている。上流側の取付部を、第２の上流側取付部１４ｄｃと呼ぶ。下流側の取付部を、第２の下流側取付部１４ｃｃと呼ぶ。
【００６２】
一方、流体通路１０を構成する部材１０ｃには、分岐点ｐｄ１から分岐し外部に向かう第１の上流流路１７ｆ１（図４の中段左側の図参照）、および外部から合流点ｐｃ１に向かう第１の下流流路１７ｅ１が設けられている。図４の下段に示すように、部材１０ｃにおいて、第１の上流流路１７ｆ１の開口部分には、第１の上流側取付部１７ｄ１が設けられている。第１の下流流路１７ｅ１の開口部分には、第１の下流側取付部１７ｃ１が設けられている。
【００６３】
同様に、流体通路１０を構成する部材１０ｃには、分岐点ｐｄ２から分岐し外部に向かう第２の上流流路１７ｆ２（図４の中段左側の図参照）、および外部から合流点ｐｃ２に向かう第２の下流流路１７ｅ２が設けられている。図４の下段に示すように、部材１０ｃにおいて、第２の上流流路１７ｆ２の開口部分には、第２の上流側取付部１７ｄ２が設けられている。第２の下流流路１７ｅ２の開口部分には、第２の下流側取付部１７ｃ２が設けられている。
【００６４】
流体通路１０を構成する部材１０ｃの第１の上流側取付部１７ｄ１には、第１の流路部材１２ｃの第１の上流側取付部１２ｄｃが接続される（図４の中段左側の図参照）。第１の下流側取付部１７ｃ１には、第１の流路部材１２ｃの取付部１２ｃｃが接続される（図４の下段の図および上段右側の図参照）。すなわち、流体通路１０を構成する部材１０ｃには、第１の流路部材１２ｃが取りつけられる。部材１０ｃに第１の流路部材１２ｃが取りつけられると、第１の上流流路１７ｆ１と第１の下流流路１７ｅ１と第１の流路部材１２ｃの流路は、第１のセンサ用流路１２を構成する。
【００６５】
なお、部材１０ｃの第１の上流側取付部１７ｄ１と、第１の流路部材１２ｃの上流端の第１の上流側取付部１２ｄｃとは、互いに取り外し可能に接続される。そして、部材１０ｃの第１の下流側取付部１７ｃ１と、第１の流路部材１２ｃの下流端の取付部１２ｃｃも、互いに取り外し可能に接続される。なお、図４においては、第１の流路部材１２ｃが、流体通路１０を構成する部材１０ｃから取り外された状態を示す。
【００６６】
また、流体通路１０を構成する部材１０ｃの第２の上流側取付部１７ｄ２には、第２の流路部材１４ｃの第２の上流側取付部１４ｄｃが接続される（図４の上段左側の図参照）。第２の下流側取付部１７ｃ２には、第２の流路部材１４ｃの取付部１４ｃｃが接続される（図４の下段の図および中段右側の図参照）。すなわち、流体通路１０を構成する部材１０ｃには、第２の流路部材１４ｃが取りつけられる。部材１０ｃに第２の流路部材１４ｃが取りつけられると、第２の上流流路１７ｆ２と第２の下流流路１７ｅ２と第２の流路部材１４ｃの流路は、第２のセンサ用流路１４を構成する。
【００６７】
なお、部材１０ｃの第２の上流側取付部１７ｄ２と、第２の流路部材１４ｃの上流端の第２の上流側取付部１４ｄｃとは、互いに取り外し可能に接続される。そして、部材１０ｃの第２の下流側取付部１７ｃ２と、第２の流路部材１４ｃの下流端の取付部１４ｃｃも、互いに取り外し可能に接続される。なお、図４においては、第２の流路部材１４ｃが、流体通路１０を構成する部材１０ｃから取り外された状態を示す。
【００６８】
流体通路１０を構成する部材１０ｃには、第１の流路部材１２ｃに代えて第３の流路部材１８ｃを取付可能である。第３の流路部材１８ｃには、第１の流路部材１２ｃと同様に、上流側抵抗線と下流側抵抗線とが巻き付けられている。これらの抵抗線は、第３の流路部材１８ｃが流体通路１０を構成する部材１０ｃに取りつけられた際に、ホイートストンブリッジ３１６（図１参照）に接続される。その結果、流量センサユニット３０は、第３の流路部材１８ｃに巻き付けられた上流側抵抗線と下流側抵抗線との温度差に基づいて信号Ｓ１２を生成することができる。
【００６９】
第３の流路部材１８ｃは、流路の上流端に取付部１８ｄｃを備えている（図４の中段左側の図参照）。そして、第３の流路部材１８ｃは、流路の下流端に取付部１８ｃｃを備えている。上流端側の取付部１８ｄｃは、流体通路１０を構成する部材１０ｃの第１の上流側取付部１７ｄ１に取りつけられる（図４の中段左側の図および下段の図参照）。下流端側の取付部１８ｃｃは、流体通路１０を構成する部材１０ｃの第１の下流側取付部１７ｃ１に取りつけられる。
【００７０】
部材１０ｃに第３の流路部材１８ｃが取りつけられると、第１の上流流路１７ｆ１と第１の下流流路１７ｅ１と、第３の流路部材１８ｃの流路とは、第３のセンサ用流路１８を構成する。第３のセンサ用流路１８は、第１のセンサ用流路１２と流路断面を同じくし、第１のセンサ用流路１２よりも流路が長い流路である。ただし、第３のセンサ用流路１８は、第２のセンサ用流路１４よりも流路が短い流路である。第３のセンサ用流路１８を用いて流量検出を行う場合には、第１のセンサ用流路１２を用いて流量検出を行う場合よりも流量の最大値が大きい範囲であって、第２のセンサ用流路１４を用いて流量検出を行う場合よりも流量の最大値が小さい範囲について、正確な流量検出を行うことができる。
【００７１】
第３の流路部材１８ｃの流路の上流端（取付部１８ｄｃ）と流路の下流端（取付部１８ｃｃ）の間隔は、第１の流路部材１２ｃの流路の上流端（取付部１２ｄｃ）と流路の下流端（取付部１２ｃｃ）の間隔に等しい。
【００７２】
流体通路１０を構成する部材１０ｃには、第２の流路部材１４ｃに代えて第４の流路部材１９ｃを取付可能である。第４の流路部材１９ｃには、第２の流路部材１４ｃと同様に、上流側抵抗線と下流側抵抗線とが巻き付けられている。これらの抵抗線は、第４の流路部材１９ｃが流体通路１０を構成する部材１０ｃに取りつけられた際に、ホイートストンブリッジ３２６（図１参照）に接続される。その結果、流量センサユニット３０は、第４の流路部材１９ｃに巻き付けられた上流側抵抗線と下流側抵抗線との温度差に基づいて信号Ｓ２２を生成することができる。
【００７３】
第４の流路部材１９ｃは、流路の上流端に取付部１９ｄｃを備えている（図４の中段左側の図および中段右側の図参照）。そして、第４の流路部材１９ｃは、流路の下流端に取付部１９ｃｃを備えている（図４の中段右側の図参照）。上流端側の取付部１９ｄｃは、流体通路１０を構成する部材１０ｃの第２の上流側取付部１７ｄ２に取りつけられる（図４の中段右側の図参照）。下流端側の取付部１９ｃｃは、流体通路１０を構成する部材１０ｃの第２の下流側取付部１７ｃ２に取りつけられる（図４の中段右側の図参照）。
【００７４】
部材１０ｃに第４の流路部材１９ｃが取りつけられると、第２の上流流路１７ｆ２と第２の下流流路１７ｅ２と、第４の流路部材１９ｃの流路とは、第４のセンサ用流路１９を構成する。第４のセンサ用流路１９は、第２のセンサ用流路１４と流路断面を同じくし、第２のセンサ用流路１４よりも流路が長い流路である。よって、第４のセンサ用流路１９を用いて流量検出を行う場合には、第２のセンサ用流路１４を用いて流量検出を行う場合よりもより流量の最大値が大きい範囲について、正確な流量検出を行うことができる。
【００７５】
第４の流路部材１９ｃの流路の上流端（取付部１９ｄｃ）と流路の下流端（取付部１９ｃｃ）の間隔は、第２の流路部材１４ｃの流路の上流端（取付部１４ｄｃ）と流路の下流端（取付部１４ｃｃ）の間隔に等しい。そして、第１の流路部材１２ｃ、第３の流路部材１８ｃ、第２の流路部材１４ｃ、第４の流路部材１９ｃは、いずれも、流体通路１０を構成する部材１０ｃに取りつけられた際に、流体の流れの方向Ｄｆについて、範囲Ｗ０内となる大きさおよび形状で設けられている。
【００７６】
第２実施例によれば、第１の流路部材１２ｃに代えて第３の流路部材１８ｃを取りつけ、第２の流路部材１４ｃに代えて第４の流路部材１９ｃを取りつけることにより、制御対象のガスの流量範囲に応じて第１と第２のセンサ用流路を、第３と第４のセンサ用流路に置き換えることができる。すなわち、制御が必要とされる流量範囲に応じて、さまざまな構成を採用して、広範囲な流量制御に対応することができる。
【００７７】
そして、第２実施例の流量制御装置は、制御対象のガスの流量範囲に応じてセンサ用流路を構成する部材を交換しても、流体通路１０のガスの流れの方向Ｄｆに沿って必要とされる空間の大きさが変化しない。よって、あらかじめ定められた空間で、様々な流量範囲についてガスの流量を制御することができる流量制御装置を設置できる。
【００７８】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、半導体製造装置に供給するガスの流量を制御する流量制御装置を例に本願発明の説明をした。しかし、本願発明は、気体に限らず、液体など、任意の流体の流量を制御する流量制御装置に適用することができる。
【００７９】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例においては、部分流路１６２ならびに第１と第２のセンサ用流路１４は、面積が等しい円形の流路断面を有する。しかし、部分流路１６２ならびに第１と第２のセンサ用流路１２，１４は、円形以外の断面形状を有することもできる。また、部分流路１６２の流路断面と、第１と第２のセンサ用流路１２，１４の流路断面とは、異なる断面形状や断面積を有していてもよい。
【００８０】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例においては、第１のセンサ用流路１２を構成する部材１２ｃはステンレス合金で構成されており、第２のセンサ用流路１４を構成する部材１４ｃはニッケル合金で構成されている。しかし、第１のセンサ用流路１２を構成する部材１２ｃと第２のセンサ用流路１４を構成する部材１４ｃとは、他の素材で構成されることもできる。ただし、第２のセンサ用流路１４を構成する部材１４ｃは、第１のセンサ用流路１２を構成する部材１２ｃよりも熱伝導率が高い素材で構成されることが好ましい。
【００８１】
以下に、第１のセンサ用流路１２の部材１２ｃや第２のセンサ用流路１４の部材１４ｃを構成しうる素材と、それらの熱伝導率（単位はW/(m・K)）を例示する。
ＳＵＳ３１６Ｌ：１６．３
ニッケル基合金：１１〜１５
チタン：２１．９
ジルコニウム：２２．７
純ニッケル：９０．５
タンタル：５７．５
白金：７１．４
金：３１５
【００８２】
第１のセンサ用流路１２を構成する部材１２ｃと第２のセンサ用流路１４を構成する部材１４ｃとは、たとえば、上記の素材の中から熱伝導率が所定値以上離れている任意の二つで、構成することができる。
【００８３】
また、第１のセンサ用流路１２を構成する部材１２ｃと、第２のセンサ用流路１４を構成する部材１４ｃとは、それぞれ全体が一種類の素材で構成されている必要はない。しかし、少なくとも、第２のセンサ用流路１４において上流側抵抗線３２２と下流側抵抗線３２４が巻き付けられている部分１４ｒを構成する部材は、第１のセンサ用流路１２において上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４が巻き付けられている部分１２ｒを構成する部材よりも、熱伝導率が高い素材で構成されていることが好ましい。
【００８４】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例においては、流量センサユニット３０は、流量制御弁ユニット２０の上流側において、流量を検知する。しかし、流量センサユニット３０は、流量制御弁ユニット２０の下流側において、流量を検知する態様とすることもできる。
【００８５】
Ｃ５．変形例５：
上記実施例においては、第１の制御モードにおける目標流量の範囲と、第２の制御モードにおける目標流量の範囲とは、一部が重複している。しかし、たとえば、第１の制御モードにおける目標流量の範囲が、第２の制御モードにおける目標流量の範囲の一部であるような態様とすることもできる。
【００８６】
Ｃ６．変形例６：
上記実施例では、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４は、同じ温度においては同じ抵抗値を有する。しかし、上流側抵抗線３１２と下流側抵抗線３１４は、同じ温度において、異なる抵抗値を有していてもよい。ただし、同じ温度において、［上流側抵抗線３１２の抵抗値］×［第２の比較抵抗３１４ｃの抵抗値］＝［下流側抵抗線３１４の抵抗値］×［第１の比較抵抗３１２ｃ］の関係が満たされることが望ましい。
【００８７】
上記実施例では、上流側抵抗線３１２，３２２と、下流側抵抗線３１４，３２４との温度差を、ホイートストンブリッジ３１６，３２６により電圧Ｓ１１，Ｓ２１に変換して検出している。しかし、上流側抵抗線３１２，３２２と、下流側抵抗線３１４，３２４との温度差は、他の方法で検出してもよい。たとえば、ホイートストンブリッジに代えて、互いに直列に接続した上流側抵抗線と下流側抵抗線において、下流側抵抗線の他端を接地し、上流側抵抗線の他端に一定の電位をかけて電流を流す構成を備える態様とすることもできる。そのような態様においては、上流側抵抗線と下流側抵抗線の接続部分の電位を測定することにより、上流側抵抗線と下流側抵抗線の温度差を反映した電圧を得ることができる。すなわち、流量に応じた信号を出力する出力部は、少なくとも、下流側抵抗器としての下流側抵抗線の温度に応じた信号を出力するものであればよい。また、上流側抵抗器は、流路を構成する管に巻きつけた抵抗線に限らず、流路内の流体を加熱できるものであればよく、下流側抵抗器は、流路を構成する管に巻きつけた抵抗線に限らず、流路内の流体によって温度が変化するものであればよい。
【００８８】
Ｃ７．変形例７：
上記第１実施例では、第１のセンサ用流路１２用のホイートストンブリッジ３１６およびゲイン回路３１８と、第２のセンサ用流路１４用のホイートストンブリッジ３２６およびゲイン回路３２８とは、別の構成である。しかし、これらの各要素は、１箇所にまとめて構成されることもできる。
【００８９】
また、上記実施例では、制御部４０は、流量センサユニット３０から信号Ｓ１２，Ｓ２２を受け取る（図１参照）。そして、ガスの目標流量に応じて、それぞれの信号に基づく制御モードが切り換えられる。しかし、流量センサユニット３０が設定に応じて信号Ｓ１２，Ｓ２２を選択的に制御部４０に出力する態様とすることもできる。そのような態様においては、たとえば、ユーザが、流量センサユニット３０に対して出力すべき信号を設定する。制御部４０は受け取った信号に基づいて、流量制御弁ユニットを制御する。
【００９０】
Ｃ８．変形例８：
上記実施例では、センサ用流路を構成する流路部材は、いずれも、流体通路１０を構成する部材１０ｃに取りつけられた際に、流体の流れの方向Ｄｆについて、範囲Ｗ０内となる大きさおよび形状で設けられている。ここで、さらに好ましい態様として、以下のような態様がある。すなわち、最も長い流路を構成する部材の方向Ｄｆについての外形寸法Ｗｍａｘは、最も短い流路を構成する部材の方向Ｄｆについての外形寸法Ｗｍｉｎの１．３倍以下であることが好ましく、１．２倍以下であることがより好ましい。そして、外形寸法Ｗｍａｘは、外形寸法Ｗｍｉｎの１．１倍以下であることがさらに好ましい。なお、「外形寸法」は、その方向についてその部材の最も突出した部位間の寸法をいう。
【００９１】
Ｃ９．変形例９：
上記実施例では、各センサ用流路は、方向Ｄｆに垂直な方向に投射したときに、直線状に伸びており、方向Ｄｆに垂直な方向に投射したときに矩形を描くような形状をしている。しかし、各センサ用流路は、他の形状とすることもできる。たとえば、各センサ用流路は、方向Ｄｆに垂直な方向に投射したときに、Ω状となるような、曲線状の部分を有する形状とすることもできる。また、長い方の流路を有するセンサ用流路については、短い方の流路を有するセンサ用流路が有さない屈曲点を設け、センサ用流路が専有する空間の大きさを小さくすることが好ましい。たとえば、「Ｍ」字状など、長い方の流路を有するセンサ用流路については、バイパス流路１６から離れる向きに流体が流れる部位を２以上有し、バイパス流路１６に近づく向きに流体が流れる部位を２以上有し、それらの部位を屈曲点で接続する態様とすることもできる。そのような態様とすれば、センサ用流路が専有する空間の大きさを小さくすることができる。また、各センサ用流路は、コイル状の部分を有する形状とすることもできる。
【符号の説明】
【００９２】
１０…流体通路
１０ｃ…流体通路を構成する部材
１２…第１のセンサ用流路
１２ｃ…第１の流路部材
１２ｃｃ…第１の下流側取付部
１２ｄｃ…第１の上流側取付部
１２ｒ…第１のセンサ用流路において上流側抵抗線と下流側抵抗線が巻き付けられている部分
１４…第２のセンサ用流路
１４ｃ…第２の流路部材
１４ｃｃ…第２の下流側取付部
１４ｄｃ…第２の上流側取付部
１４ｒ…第２のセンサ用流路において上流側抵抗線と下流側抵抗線が巻き付けられている部分
１６…バイパス流路
１７ｃ１…第１の下流側取付部
１７ｃ２…第２の下流側取付部
１７ｄ１…第１の上流側取付部
１７ｄ２…第２の上流側取付部
１７ｅ１…第１の下流流路
１７ｅ２…第２の下流流路
１７ｆ１…第１の上流流路
１７ｆ２…第２の上流流路
１８…第３のセンサ用流路
１８ｃ…第３の流路部材
１８ｃｃ…取付部
１８ｄｃ…取付部
１９…第４のセンサ用流路
１９ｃ…第４の流路部材
１９ｃｃ…取付部
１９ｄｃ…取付部
２０…流量制御弁ユニット
２４…ダイヤフラム
２６…アクチュエータ
２８…弁口
３０…流量センサユニット
４０…制御部
１００…流量制御装置
１６２…部分流路
２００…ガス源
３００…半導体製造装置
３１２，３２２…上流側抵抗線
３１２ｃ…第１の比較抵抗
３１４，３２４…下流側抵抗線
３１４ｃ…第２の比較抵抗
３１６，３２６…ホイートストンブリッジ
３１８…ゲイン回路
３２８…ゲイン回路
Ｄｆ…流体通路１０を流れるガスの流れの方向
Ｇｓ…ガス
Ｉ…電流を示す矢印
Ｌ１…第１のセンサ用流路１２の分岐点ｐｄ１から合流点ｐｃ１までの距離
Ｌ２…第２のセンサ用流路１４の分岐点ｐｄ２から合流点ｐｃ２までの距離
ＰＣ…ガスの流れの方向についての合流点の位置
ＰＤ…ガスの流れの方向についての分岐点の位置
Ｓ１１…ホイートストンブリッジ内の電位差
Ｓ１２…センサ出力信号
Ｓ２１…ホイートストンブリッジ内の電位差
Ｓ２２…センサ出力信号
Ｗ０…方向Ｄｆについてセンサ用流路を構成する部材が占有する範囲
ｐｃ１…第１のセンサ用流路の合流点
ｐｃ２…第２のセンサ用流路の合流点
ｐｄ１…第１のセンサ用流路の分岐点
ｐｄ２…第２のセンサ用流路の分岐点
【図１】
0005874193.tif 000002
【図２】
0005874193.tif 000003
【図３】
0005874193.tif 000004
【図４】
0005874193.tif 000005