(57)【要約】  【課題】  温度変化、圧力変化、および機械的振動による計測誤差が少なく、条件によらず精度の良い測定が可能な渦流量計、さらに被測定流体である腐食性薬液が、腐食により測定管路から漏れ出すことを充分に防止可能な渦流量計を提供する。  【解決手段】  カルマン渦を生成させる渦発生体３と、このカルマン渦の交番力を検出する検出素子５が格納されたホルダ本体４とが配置される測定管路２を、石英ガラス等の線膨張係数が小さい材質で形成するとともに、測定管路２と渦発生体３、および測定管路２とホルダ本体４とを溶接により一体に固定した。また、ケース本体１７を構成するケース上板１０と、ケース下板１１とにより、Ｏリング１３，１４を介して測定管路２を挟持することによってケース本体１７を測定管路２に取り付けるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管路内に、被測定流体の流れ方向に対して垂直に配置された渦発生体により、カルマン渦を生成させ、このカルマン渦の交番力を、前記渦発生体の管路下流側に配置されたホルダ本体に固定された検出素子により検出する渦流量計であって、
前記測定管路が、０〜２００℃における線膨張係数が３．２５×１０-6℃-1以下の材質からなり、
前記測定管路と前記渦発生体、および前記測定管路と前記ホルダ本体とが溶接により一体に固定されていることを特徴とする渦流量計。
【請求項２】
前記測定管路が石英ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の渦流量計。
【請求項３】
前記測定管路内を通過する被測定流体が、腐食性薬液であることを特徴とする請求項１または２に記載の渦流量計。
【請求項４】
測定管路内に、被測定流体の流れ方向に対して垂直に配置された渦発生体により、カルマン渦を生成させ、このカルマン渦の交番力を、前記渦発生体の管路下流側に配置されたホルダ本体に固定された検出素子により検出する渦流量計であって、
前記測定管路に取り付けられるケース本体を構成するケース上板と、ケース下板とにより、弾性部材を介して前記測定管路を挟持することによって、前記ケース本体が前記測定管路に取り付けられていることを特徴とする渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦流量計に関する。さらに詳しくは、半導体洗浄装置に使用される洗浄液のような、高温の腐食性薬液の流量測定に好適な渦流量計に関し、特に測定精度の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦流量計は、測定管路内に、被測定流体の流れ方向に対して垂直に渦発生体を配置し、この渦発生体により、カルマン渦を生成させ、渦発生体の管路下流側に配置された受力体に対してこのカルマン渦が作用する交番力を検出することにより被測定流体の流量を測定する。
【０００３】
特許文献１には、半導体洗浄装置における洗浄用の腐食性薬液の流量を計測することができる渦流量計として、腐食性薬液に接触する測定管路、渦発生体、および受力体を全てフッ素樹脂で形成したものが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３２１１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の半導体洗浄装置では、高温下で洗浄するものが使用されるようになり、このような半導体洗浄装置において流量計に送液される被測定流体は高温となる。具体的には、ＳＰＭ洗浄ではＨ2ＳＯ4（硫酸）：Ｈ2Ｏ2（過酸化水素）＝４：１の薬液を用いて１００〜１２０℃で１０分程度洗浄するのが典型的な使用条件であるが、さらに高温（１６０〜１７０℃）で洗浄することが求められている。
【０００５】
しかし、こうした高温下で洗浄を行う装置について、前述したフッ素樹脂で構成した渦流量計を使用すると、フッ素樹脂は温度に対する線膨張係数が大きく、流量計の測定管路の断面積が常温（２０℃）に比べて大きく変化するため、温度変化による計測誤差が発生するという問題があった。
【０００６】
即ち、フッ素樹脂の線膨張係数は、２０〜１００℃付近では１２×１０-5℃-1であるため、２０℃と１００℃では約２％の断面積変化が起こり、温度変化により測定誤差が発生する。流量は、式：Ｑ＝Ｓ×Ｖ（Ｑ：流量、Ｓ：流路断面積、Ｖ：流速）で表され、測定管路の流路断面積Ｓが温度変化により大きくなると、流量Ｑが一定であれば流路断面積Ｓが大きくなった分、流速Ｖが遅くなり、測定された流量は実際の流量Ｑより小さくなってしまう。さらに、圧力により測定管路の形状が変化すると、計測誤差がさらに大きくなると考えられる。
【０００７】
また、フッ素樹脂は、時間経過とともに腐食性薬液を透過させ、回路基板の部品等を腐食させることがある。さらに、被測定流体が高温であるとフッ素樹脂にクリープが起こり易くなるため、腐食性流体をシールするためにシール部材を用いた渦流量計では、シール部から薬液が漏れ易くなり、回路基板の部品等が腐食されて故障が発生するという問題があった。
【０００８】
さらに、使用環境によっては、渦流量計に対して周囲から機械的振動が与えられ、この振動によって計測誤差が生じることもある。
本発明は、上述したような従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、温度変化、圧力変化、および機械的振動による計測誤差が少なく、条件によらず精度
の良い測定が可能な渦流量計を提供することを目的としている。
【０００９】
また本発明は、被測定流体である腐食性薬液が、腐食により測定管路から漏れ出すことを充分に防止可能な渦流量計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の渦流量計は、測定管路内に、被測定流体の流れ方向に対して垂直に配置された渦発生体により、カルマン渦を生成させ、このカルマン渦の交番力を、前記渦発生体の管路下流側に配置されたホルダ本体に固定された検出素子により検出する渦流量計であって、
前記測定管路が、０〜２００℃における線膨張係数が３．２５×１０-6℃-1以下の材質からなり、
前記測定管路と前記渦発生体、および前記測定管路と前記ホルダ本体とが溶接により一体に固定されていることを特徴とする。
【００１１】
前記測定管路は、石英ガラスで形成されていることが好ましい。
上記の発明では、測定管路を例えば石英、硼珪酸ガラスのような、線膨張係数が上記の範囲内である材料により形成しているので、温度変化による測定管路の流路断面積の変化が小さい。
【００１２】
したがって、測定管路の温度が、概ね２００℃までの高温となっても、常温と同条件にて測定することができ、温度変化に対して測定精度が安定し、計測誤差を小さくできる。
測定管路の材質が石英ガラスである場合には、温度変化による測定管路の流路断面積の変化が小さいとともに、測定管路内の流体圧により測定管路の形状が変化することが無いので、温度変化だけではなく圧力変化に対しても測定精度が安定する。
【００１３】
また、石英ガラスは、半導体洗浄装置の洗浄液として使用される、例えば硫酸と過酸化水素との混合液のような腐食性薬液に対する耐腐食性が高く、腐食による被測定流体の測定管路からの漏れ出しを防止できる。したがって、回路部等が腐食されることが無く、故障の発生を防止できる。
【００１４】
さらに本発明では、渦発生体およびホルダ本体を、測定管路に対して溶接により封止、固定しているので、渦発生体もしくはホルダ本体と、測定管路との接続部から、腐食により被測定流体が漏れ出すことを防止できる。したがって、回路部等が腐食されることが無く、故障の発生を防止できる。この溶接による固定は、好ましくは、渦発生体およびホルダ本体と、測定管路とを共にガラス材で形成し、これらを溶接により一体化することにより行われる。
【００１５】
本発明の渦流量計は、測定管路内に、被測定流体の流れ方向に対して垂直に配置された渦発生体により、カルマン渦を生成させ、このカルマン渦の交番力を、前記渦発生体の管路下流側に配置されたホルダ本体に固定された検出素子により検出する渦流量計であって、
前記測定管路に取り付けられるケース本体を構成するケース上板と、ケース下板とにより、弾性部材を介して前記測定管路を挟持することによって、前記ケース本体が前記測定管路に取り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
上記の発明では、ケース本体を、測定管路に対してＯリング等の弾性部材を挟んで装着しているので、渦流量計に機械的振動が加えられた場合に、この弾性部材により機械的振動が吸収され、機械的振動による計測誤差を少なくすることができる。
【００１７】
さらに、被測定流体の熱により測定管路が線膨張した場合にも、測定管路とケース本体とが直接接触せずに隙間が設けられ、この隙間に介装された弾性部材を介してこれらを互いに固定しているので、測定管路とケース本体には直接接触による接触圧が掛からず、測定管路の熱膨張により発生した応力は弾性部材により吸収される。したがって、ケース本体もしくは測定管路への過剰な加圧力によるこれらの損傷を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の渦流量計によれば、温度変化、圧力変化、および機械的振動による計測誤差が少なく、条件によらず精度の良い測定が可能である。
また、被測定流体である腐食性薬液が、腐食により測定管路から漏れ出すことを充分に防止することができ、回路部等の腐食による故障がきわめて少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の渦流量計の実施形態を示した断面図、図２はこの渦流量計の正面図、図３はこの渦流量計の側面図である。本実施形態の渦流量計は、半導体洗浄装置における洗浄用の腐食薬液の流量測定に使用されるものであり、図１に示したように、この渦流量計１には、石英ガラスで形成された円筒状の測定管路２内に、カルマン渦を発生させる渦発生体３が、被測定流体の流れ方向に対して垂直に配置されている。
【００２０】
渦発生体３の管路下流側には、検出素子５が固定されたホルダ本体４が配置され、渦発生体３により被測定流体の流量に応じた周期で発生したカルマン渦による交番力が、検出素子５で検出される。検出素子５からの検出信号は回路部収納ケース８Ａに収納された回路部で処理され、被測定流体の流量が計測される。
【００２１】
本実施形態では、測定管路２を石英ガラスで形成している。石英ガラスは線膨張係数が５．４×１０-7℃-1ときわめて小さく（フッ素樹脂に比べて１／２４０）、半導体洗浄装置に要求される１６０〜１７０℃程度の高温下であっても、常温からの管路断面積の変化はきわめて少ない。したがって、高温における流量の計測誤差を、無視できる程小さくすることができる。
【００２２】
また、石英ガラスは、測定管路２内の流体の圧力により形状が変化することが無いので、圧力変化に対しても測定精度が安定する。さらに、薬液洗浄における流体温度は最高でも１７０℃程度であり、１７０℃程度であれば測定管路２の耐圧強度は常温におけるそれと変わらず充分に大きいので、渦流量計１に対して耐圧による制約を設ける必要が無い。
【００２３】
また、腐食性薬液は、フッ酸を除けば石英ガラスを腐食することが無く、測定管路２から外部に漏れ出ることが無いので、腐食性薬液による故障を防止することができる。
また、渦流量計１における腐食性薬液との接液部を構成する石英ガラスが親水性の材質であり、さらに接液部にはシール部材を設けていないため、薬液の交換等において液残りが少ない。
【００２４】
本実施形態では測定管路２の材質として石英ガラスを使用しているが、温度変化に対する流量の計測誤差を充分に小さくできる他の材質としては、硼珪酸ガラス等を挙げることができる。測定管路２を、０〜２００℃における線膨張係数が３．２５×１０-6℃-1以下の材質で形成することによって、半導体洗浄装置に要求される高温下であっても、常温からの流路断面積の変化が充分に小さく、流量の計測誤差を充分に小さくすることができる。
【００２５】
一例として、内径１０ｍｍの測定管路２における、２０℃〜１２０℃の１００℃の温度
増加に対する流路断面積の変化率を、内周の長さを１０π＝３１．４として単純計算すると、石英ガラス（線膨張係数：５．４×１０-7℃-1）では０．０１１％、硼珪酸ガラス（パイレックス（登録商標）、線膨張係数：３．２５×１０-6℃-1）では０．０６５％、ＰＴＦＥ樹脂（線膨張係数：１２×１０-5℃-1）では２．４％となる。
【００２６】
また、内径１６ｍｍの測定管路２における、２０℃〜１００℃の８０℃の温度増加に対する内径の変化を、構造解析ソフトＡｎｓｙｓ（登録商標）で計算すると、石英ガラス（線膨張係数：５．４×１０-7℃-1）で１６．０００７ｍｍ、ＰＴＦＥ樹脂（線膨張係数：１２×１０-5℃-1）で１６．１７３ｍｍとなる。
【００２７】
上記のいずれの場合においても、石英ガラスおよび硼珪酸ガラスを使用した際における流路断面積の変化率は共に０．１％未満であり充分に小さく、流量の計測誤差を充分に小さくすることができる。
【００２８】
渦発生体３は、測定管路２と同様に石英ガラスで形成され、測定管路２内の被測定流体の流れ方向に対して垂直に配置されている。渦発生体３の両端側は、測定管路２の直径方向両側から貫通して、溶接部１２，１２で、溶接によって両持ち式に測定管路２へ固定および封止されている。
【００２９】
ホルダ本体４は、測定管路２と同様に石英ガラスで形成され、渦発生体３の管路下流側に配置され、測定管路２の片側から貫通して測定管路２により片持ち式に支持されるとともに、溶接部１２にて測定管路２へ固定および封止されている。
【００３０】
ホルダ本体４の内部には、渦発生体３からのカルマン渦を検出できる位置に検出素子５が格納されている。検出素子５および、検出素子５と回路部（図示せず）とを電気的に接続する電線７は、封止剤６によりホルダ本体４に固定されている。検出素子５としては圧電素子を用いることができ、本実施形態では、高温の流体が計測可能なニオブ酸リチウムを検出素子５として使用している。検出素子５からの検出信号は、電線７から回路部収納ケース８Ａ内の回路部（図示せず）に送られて処理され、流量が測定される。
【００３１】
測定管路２に取り付けられるケース本体１７は、ケース上板１０と、ケース下板１１とからなり、これらのケース上板１０およびケース下板１１によってＯリング１３，１４を介して測定管路２を挟持することによって、ケース本体１７が測定管路２に取り付けられている。
【００３２】
即ち、測定管路２の所定位置にＯリング１３，１４を装着するとともに、これらのＯリング１３，１４が嵌め込まれる半円状の溝が形成されたケース上板１０およびケース下板１１によって、Ｏリング１３，１４が当該溝に嵌め込まれるように測定管路２を挟み込む。なお、測定管路２におけるＯリング１３，１４を装着する所定位置には、円周上に目印となる帯状の印刷が設けられるか、あるいは装着位置を決める溝（円周溝または２箇所の切り込み溝）が設けられ、Ｏリング１３，１４を容易に所定位置へ装着できるようになっている。
【００３３】
次いで、ケース上板１０の上にケース固定板９を載置し、固定ねじによってケース固定板９、ケース上板１０およびケース下板１１を一体に固定することにより、ケース本体１７を測定管路２に取り付けるとともに、ケース固定板９と回路部収納ケース８Ａとを固定している。
【００３４】
また、ケース上板１０にはホルダ本体４を収納する円筒状の孔と、ホルダ本体４を固定するＯリング１５を収納する溝が設けられ、ホルダ本体４はＯリング１５によりケース上
板１０に固定される。このＯリング１５は、回路部収納ケース８Ａに対する腐食性薬液雰囲気の外部からの進入を防止するためのシール部材としても機能する。
【００３５】
このように、測定管路２とケース本体１７とが、Ｏリング１３，１４を介して固定される構造としたので（測定管路２とケース上板１０とがＯリング１３を挟んで固定された状態を図４に示した）、渦流量計１に対して機械的振動が加えられても、これらのＯリング１３，１４により機械的振動が吸収され、その測定に対する影響が低減されるため、これによる計測誤差を少なくすることができる。
【００３６】
さらに、被測定流体の熱により測定管路２が線膨張した場合にも、測定管路２とケース本体１７とを直接接触させずに、Ｏリング１３，１４を介して間接的にこれらを接触させ、これらの間に隙間を設けた状態で固定しているので（図４を参照）、測定管路２とケース本体１７には直接接触による接触圧が掛からないようになっている。したがって、測定管路２が熱膨張した場合であっても、これにより発生した応力はＯリング１３，１４により吸収され、ケース本体１７もしくは測定管路２への過剰な加圧力によるこれらの損傷を防止することができる。
【００３７】
Ｏリング１３，１４としては、テフロン（登録商標）のような弾性を有する樹脂材からなるもの、ゴム材からなるもの等、上記の作用に応じて適宜選択することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の渦流量計の実施形態を示した断面図である。
【図２】図１の渦流量計の正面図である。
【図３】図１の渦流量計の側面図である。
【図４】測定管路とケース本体との固定状態を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    渦流量計
２    測定管路
３    渦発生体
４    ホルダ本体
５    検出素子
６    封止材
７    電線
８Ａ  回路部収納ケース
８Ｂ  回路部収納ケース蓋
９    ケース固定板
１０  ケース上板
１１  ケース下板
１２  溶接部
１３  Ｏリング
１４  Ｏリング
１５  Ｏリング
１６  電源線
１７  ケース本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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