(57)【要約】【課題】検定用タンクを組み込んで装置自体で質量流量の検定動作を行うようにした質量流量制御装置を提供する。【解決手段】流体を流す流路６に、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段８と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構１０とを介設し、外部から入力される流量設定信号と流量信号とに基づいて流量制御弁機構を制御する制御手段１８を設けてなる質量流量制御装置において、流路に、該流路を開閉する検定用バルブ部４２と、所定の容量を有する検定用タンク部４４と、流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段４６とをそれぞれ設け、検定用バルブと検定用タンク部と圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制御手段４８を備えるように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流す流路に、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構とを介設し、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段を設けてなる質量流量制御装置において、
前記流路に、該流路を開閉する検定用バルブ部と、所定の容量を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段とをそれぞれ設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部と前記圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制御手段を備えるように構成したことを特徴とする質量流量制御装置。
【請求項２】
前記検定用タンク部の近傍には、温度検出を行う温度検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の質量流量制御装置。
【請求項３】
前記検定制御手段は、基準測定時の流体の圧力変化を記憶する基準用データメモリと、検定時の流体の圧力変化を記憶する検定用データメモリとを有することを特徴とする請求項１または２記載の質量流量制御装置。
【請求項４】
前記検定制御手段には、警報手段が接続されており、前記検定制御手段は検定結果が所定の範囲外の時には前記警報手段を駆動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項５】
前記検定制御手段は、前記検定結果に基づいて前記質量流量検出手段を校正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項６】
前記検定用タンク部は、前記流路の途中に介設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項７】
前記検定制御手段には、検定結果を表示する表示手段が接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項８】
前記流路には、零点測定の時に該流路の出口側を開閉する零点測定用バルブ部が介設されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項９】
前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部は、前記質量流量制御手段を挟んで互いに反対側に設けられることを特徴とする請求項８記載の質量流量制御装置。
【請求項１０】
前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくともいずれか一方は、弁口となる流体入口部と流体出口部とを有する流体溜め室と、
前記流体入口部に着座して該流体入口部を閉じるために屈曲変形可能になされた全閉用ダイヤフラムと、
前記全閉用ダイヤフラムを前記流体入口部に向けて押圧するための押圧手段と、
よりなることを特徴とする請求項８または９記載の質量流量制御装置。
【請求項１１】
前記全閉用ダイヤフラムは、平面形状、或いは略球殻の一部の形状になされていることを特徴とする請求項１０記載の質量流量制御装置。
【請求項１２】
前記押圧手段は、前記全閉用ダイヤフラムを挟んで前記流体溜め室とは反対側に設けられた作動空間と、
前記作動空間内へ加圧気体を給排することができる弁機構と、
よりなることを特徴とする請求項１０または１１記載の質量流量制御装置。
【請求項１３】
前記弁機構は三方弁よりなることを特徴とする請求項１２記載の質量流量制御装置。
【請求項１４】
前記零点測定用バルブ部は、前記流量制御弁機構に対して対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項１５】
前記検定制御手段は、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部とを完全に閉じることによって前記流路に流れる流体を完全に遮断して零点測定を行なうことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項１６】
前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、前記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項１７】
前記検定用バルブ部は前記流路の最上流側に設けられ、前記零点測定用バルブ部は前記流路の最下流側に設けられることを特徴とする請求項１６記載の質量流量制御装置。
【請求項１８】
前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、前記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よりも下流側に設けられることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項１９】
前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段の内、前記検定用バルブは最上流側に位置されていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の質量流量制御装置。
【請求項２０】
請求項１に係る質量流量制御装置の検定方法において、
検定流量を設定する工程と、
流路に検定用の流体を安定的に流す工程と、
前記流れる流体の圧力と検定用タンク部の温度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期温度とする工程と、
検定用バルブ部を閉じて流路を遮断する工程と、
前記検定用バルブ部を閉じた後に前記検定用タンク部から流出する流体の圧力変化を測定する工程と、
前記測定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて検定結果を求める工程と、
を有することを特徴とする質量流量制御装置の検定方法。
【請求項２１】
前記検定結果を表示手段に表示することを特徴とする請求項２０記載の質量流量制御装置の検定方法。
【請求項２２】
前記検定結果が所定の許容範囲外の時には警報手段により警報を発することを特徴とする請求項２０または２１記載の質量流量制御装置の検定方法。
【請求項２３】
前記検定結果に基づいて質量流量検出手段を自動的に校正することを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれかに記載の質量流量制御装置の検定方法。
【請求項２４】
前記検定結果を求める工程における上部基準圧力と下部基準圧力は予め定められていることを特徴とする請求項２０乃至２３のいずれかに記載の質量流量制御装置の検定方法。
【請求項２５】
前記検定流量を種々変更することを特徴とする請求項２０乃至２４のいずれかに記載の質量流量制御装置の検定方法。
【請求項２６】
前記検定流量を設定する工程の前に、前記流路に流れる流体の流れを完全に遮断して零点測定を行なう零点測定工程を行なうことを特徴とする請求項２０乃至２５のいずれかに記載の質量流量制御装置の検定方法。
【請求項２７】
前記零点測定工程は、前記検出用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくとも検定用バルブ部を全閉することを特徴とする請求項２６記載の質量流量制御装置の検定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の質量流量を計測する質量流量制御装置に係り、特に質量流量制御の精度の検定を行うことができる質量流量制御装置及びその検定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路等の半導体製品等を製造するためには、半導体ウエハ等に対して例えばＣＶＤ成膜やエッチング操作等が種々の半導体製造装置において繰り返し行われるが、この場合に微量の処理ガスの供給量を精度良く制御する必要から例えばマスフローコントローラのような質量流量制御装置が用いられている（例えば特許文献１〜１０）。
ここで一般的な質量流量制御装置の構成について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３はガス配管に介設された従来の質量流量制御装置の一例の概略構成図を示し、図１４は質量流量制御装置の流量検出手段を示す回路図である。
【０００３】
図示するように、この質量流量制御装置２は、液体や気体等の流体を流す流体通路、例えばガス管４の途中に介設されて、この質量流量を制御するようになっている。尚、このガス管４の一端に接続される半導体製造装置内は例えば真空引きされている。この質量流量制御装置２は、例えばステンレススチール等により成形された流路６を有しており、この両端が上記ガス管４に接続される。この質量流量制御装置２は流路６の前段側に位置する質量流量検出手段８と後段側に位置する流量制御弁機構１０とよりなる。
【０００４】
まず、上記質量流量検出手段８は、上記流路６のガス流体の流れ方向の上流側に設けられて複数のバイパス管を束ねてなるバイパス群１２を有している。上記バイパス群１２の両端側には、これを迂回するようにセンサ管１４が接続されており、これにバイパス群１２と比較して小量のガス流体を一定の比率で流し得るようになっている。すなわち、このセンサ管１４には全ガス流量に対して一定の比率の一部のガスを常に流すようになっている。このセンサ管１４には直列に接続された制御用の一対の抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻回されており、これに接続されたセンサ回路１６により質量流量値を示す流量信号Ｓ１を出力するようになっている。
【０００５】
この流量信号Ｓ１は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１８へ導入されて、上記流量信号Ｓ１に基づいて現在流れているガスの質量流量が求められると共に、その質量流量が外部より入力される流量設定信号Ｓ０で表される質量流量に一致するように、上記流量制御弁機構１０を制御することになる。この流量制御弁機構１０は、上記流路６の下流側に設けられた流量制御弁２０を有しており、この流量制御弁２０はガス流体の質量流量を直接的に制御するための弁体として例えば金属板製の屈曲可能になされたダイヤフラム２２を有している。
【０００６】
そして、このダイヤフラム２２を弁口２４に向けて適宜屈曲変形させて移動させることによって、上記弁口２４の弁開度を任意に制御し得るようになっている。そして、このダイヤフラム２２の上面は、例えば積層圧電素子（ピエゾ素子）よりなるアクチュエータ２６の下端部に接続されており、これにより、その弁開度が上記したように調整できるようになっている。このアクチュエータ２６は、上記制御手段１８からの駆動信号を受けてバルブ駆動回路２８が出力するバルブ駆動電圧Ｓ２により動作する。また弁口２４の出口側にはソニックノズル２９が設けられており、ガス流の入口側圧力がこの流量制御弁２０を流れる質量流量に比例するように設定している。尚、上記アクチュエータ２６として積層圧電素子に替えて電磁式のアクチュエータを用いる場合もある。
【０００７】
上記抵抗線Ｒ１、Ｒ４とセンサ回路１６との関係は、図１４に示されている。すなわち、上記抵抗線Ｒ１、Ｒ４の直列接続に対して、２つの基準抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列接続回路が並列に接続されて、いわゆるブリッジ回路を形成している。そして、このブリッジ回路に、一定の電流を流すための定電流源３０が接続されている。また、上記抵抗線Ｒ１、Ｒ４同士の接続点と上記基準抵抗Ｒ２、Ｒ３同士の接続点とを入力側に接続して差動回路３２が設けられており、上記両接続点の電位差を求めて、この電位差を流量信号Ｓ１として出力するようになっている。
【０００８】
ここで、上記抵抗線Ｒ１、Ｒ４は、温度に応じてその抵抗値が変化する素材よりなっており、ガスの流れ方向の上流側に抵抗線Ｒ１が巻回され、下流側に抵抗線Ｒ４が巻回されている。また、基準抵抗Ｒ２、Ｒ３は略一定の温度に維持されているものとする。
このように構成された質量流量制御装置２において、センサ管１４にガス流体が流れていない場合には、両抵抗線Ｒ１、Ｒ４の温度は同じになっていることから、ブリッジ回路は平衡して差動回路３２の検出値である電位差は、例えばゼロである。
【０００９】
ここで、センサ管１４にガス流体が質量流量Ｑで流れると仮定すると、このガス流体は上流側に位置する抵抗線Ｒ１の発熱によって温められてその状態で下流側の抵抗線Ｒ４が巻回されている位置まで流れることになり、この結果、熱の移動が生じて抵抗線Ｒ１、Ｒ４間に温度差、すなわち両抵抗線Ｒ１、Ｒ４間の抵抗値に差が生じて、この時発生する電位差はガスの質量流量に略比例することになる。従って、この流量信号Ｓ１に所定のゲインをかけることによってその時に流れているガスの質量流量を求めることができる。また、この検出されたガスの質量流量が、流量設定信号Ｓ０（実際は電圧値）で表される質量流量と一致するように、例えばＰＩＤ制御法により上記流量制御弁２０の弁開度が制御されることになる。
【００１０】
ところで、この種の質量流量制御装置２にあっては、流量設定信号が示す質量流量（以下、単に「流量」とも称す）に対して実際に流量制御弁２０に流れる流量（以下、「実流量」とも称す）が精度良く一致することが必要であるが、供給ガス圧が変化した場合や、装置自体が経年変化した場合などには、装置の納入当初と同じバルブ駆動電圧を印加しても流れるガスの実流量が僅かに異なる場合が発生する。
このため、質量流量制御装置２が設計通りに流量を制御することができるか否かを検証するために定期的、或いは不定期的に流量検定が実施されている。この流量検定の一例は、上記ガス管４に容量が既知の検定用タンクを別途介設し、一定のガス流量を安定的に流した状態からガスの供給を停止し、この後に、上記検定用タンク内に蓄積されていたガスが流れ出る時のガスの圧力変化を、出荷時等の基準となる圧力変化と比較することにより、その正否を判断するようにしている。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１１９０５９号公報
【特許文献２】特開平７−０７８２９６号公報
【特許文献３】特開平７−１３４０５２号公報
【特許文献４】特開平７−２８１７６０号公報
【特許文献５】特開平７−３０６０８４号公報
【特許文献６】特開平１１−２２３５３８号公報
【特許文献７】特開２００４−２０３０６号公報
【特許文献８】米国特許第６４５０２００号明細書
【特許文献９】特開平８−１８５２２９号公報
【特許文献１０】特開平１１−１５４０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記したような流量検定方法を行うためには、質量流量制御装置に検定用タンクを別途取り付ける必要があるばかりか、取り付け用の配管類も敷設しなければならない。このため、流量検定を実施するための作業が煩雑になるのみならず、ガスを使用する半導体製造装置も長時間に亘って止めなければならない、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、検定用タンクを組み込んで装置自体で質量流量の検定動作を行うようにした質量流量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、流体を流す流路に、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構とを介設し、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段を設けてなる質量流量制御装置において、前記流路に、該流路を開閉する検定用バルブ部と、所定の容量を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段とをそれぞれ設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部と前記圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制御手段を備えるように構成したことを特徴とする質量流量制御装置である。
【００１４】
このように、装置自体に検定用バルブ部と検定用タンク部等を設け、この検定用バルブ部を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、この圧力変化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる。
【００１５】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記検定用タンク部の近傍には、温度検出を行う温度検出手段が設けられている。
また例えば請求項３に規定するように、前記検定制御手段は、基準測定時の流体の圧力変化を記憶する基準用データメモリと、検定時の流体の圧力変化を記憶する検定用データメモリとを有する。
また例えば請求項４に規定するように、前記検定制御手段には警報手段が接続されており、前記検定制御手段は検定結果が所定の範囲外の時には前記警報手段を駆動させる。
また例えば請求項５に規定するように、前記検定制御手段は、前記検定結果に基づいて前記質量流量検出手段を校正する。
【００１６】
また例えば請求項６に規定するように、前記検定用タンク部は、前記流路の途中に介設されている。
また例えば請求項７に規定するように、前記検定制御手段には、検定結果を表示する表示手段が接続されている。
また例えば請求項８に規定するように、前記流路の出口側には、零点測定の時に該流路を開閉する零点測定用バルブ部が介設されている。
【００１７】
また例えば請求項９に規定するように、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部は、前記質量流量制御手段を挟んで互いに反対側に設けられる。
また例えば請求項１０に規定するように、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくともいずれか一方は、弁口となる流体入口部と流体出口部とを有する流体溜め室と、前記流体入口部に着座して該流体入口部を閉じるために屈曲変形可能になされた全閉用ダイヤフラムと、前記全閉用ダイヤフラムを前記流体入口部に向けて押圧するための押圧手段と、よりなる。
また例えば請求項１１に規定するように、前記全閉用ダイヤフラムは、平面形状、或いは略球殻の一部の形状になされている。
【００１８】
また例えば請求項１２に規定するように、前記押圧手段は、前記全閉用ダイヤフラムを挟んで前記流体溜め室とは反対側に設けられた作動空間と、前記作動空間内へ加圧気体を給排することができる弁機構と、よりなる。
また例えば請求項１３に規定するように、前記弁機構は三方弁よりなる。
また例えば請求項１４に規定するように、前記零点測定用バルブ部は、前記流量制御弁機構に対して対向する位置に配置されている。
また例えば請求項１５に規定するように、前記検定制御手段は、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部とを完全に閉じることによって前記流路に流れる流体を完全に遮断して零点測定を行なう。
【００１９】
また例えば請求項１６に規定するように、前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、前記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よりも上流側に設けられる。
また例えば請求項１７に規定するように、前記検定用バルブ部は前記流路の最上流側に設けられ、前記零点測定用バルブ部は前記流路の最下流側に設けられる。
また例えば請求項１８に規定するように、前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、前記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よりも下流側に設けられる。
【００２０】
また例えば請求項１９に規定するように、前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段の内、前記検定用バルブは最上流側に位置されている。
請求項２０に係る発明は、請求項１乃至１９のいずれかに記載の質量流量制御装置の検定方法において、検定流量を設定する工程と、流路に検定用の流体を安定的に流す工程と、前記流れる流体の圧力と検定用タンク部の温度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期温度とする工程と、検定用バルブ部を閉じて流路を遮断する工程と、前記検定用バルブ部を閉じた後に前記検定用タンク部から流出する流体の圧力変化を測定する工程と、前記測定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて検定結果を求める工程と、を有することを特徴とする質量流量制御装置の検定方法である。
【００２１】
この場合、例えば請求項２１に規定するように前記検定結果を表示手段に表示する。
また例えば請求項２２に規定するように、前記検定結果が所定の許容範囲外の時には警報手段により警報を発する。
また例えば請求項２３に規定するように、前記検定結果に基づいて質量流量検出手段を自動的に校正する。
また例えば請求項２４に規定するように、前記検定結果を求める工程における上部基準圧力と下部基準圧力は予め定められている。
【００２２】
また例えば請求項２５に規定するように、前記検定流量を種々変更する。
また例えば請求項２６に規定するように、前記検定流量を設定する工程の前に、前記流路に流れる流体の流れを完全に遮断して零点測定を行なう零点測定工程を行なう。
また例えば請求項２７に規定するように、前記零点測定工程は前記検出用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくとも検定用バルブ部を全閉する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の質量流量制御装置及びその検定方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
装置自体に検定用バルブ部と検定用タンク部等を設け、この検定用バルブ部を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、この圧力変化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る質量流量制御装置及びその検定方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る質量流量制御装置の第１実施例を示すブロック構成図、図２は第１実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。尚、図１３及び図１４において示した構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図示するように、この質量流量制御装置４０は、液体や気体等の流体を流す流体通路、例えばガス管４の途中に介設されて、この質量流量（以下、単に「流量」とも称す）を制御するようになっている。尚、このガス管４の一端に接続される半導体製造装置内は例えば真空引きされている。この質量流量制御装置４０は、質量流量制御本体４０Ａと、本発明の特徴とする質量流量の検定を行う検定本体４０Ｂとよりなる。具体的には、この質量流量制御装置４０は、例えばステンレススチール等により成形された流路６を有しており、この流体入口６Ａが上記ガス管４の上流側に接続され、流体出口６Ｂがガス管４の下流側に接続される。
【００２６】
上記質量流量制御本体４０Ａは、ここでは図１３を参照して説明した従来装置と全く同じ構造となっており、例えば質量流量検出手段８、流量制御弁機構１０及び例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１８を備えている。上記質量流量検出手段８は、バイパス管１２、センサ管１４、センサ回路１６等を有しており、ここで検出した流量信号Ｓ１を上記制御手段１８に向けて出力するようになっている。上記流量制御弁機構１０は、流量制御弁２０、これを駆動するアクチュエータ２６、このアクチュエータ２６に向けてバルブ駆動電圧Ｓ２を出力するバルブ駆動回路２８等を有している。そして、上記制御手段１８は、これへ例えばホストコンピュータ等の外部より入力される流量設定信号Ｓ０で示される流量と上記流量信号Ｓ１で示される流量とが一致するように上記流量制御弁２０の弁開度を例えばＰＩＤ制御法で制御し得るようになっている。尚、図示例では、上記流量制御弁機構１０は上記質量流量検出手段８の下流側に設定されているが、これを上記質量流量検出手段８の上流側に位置させるようにしてもよい。
【００２７】
一方、図示例では上記検定本体４０Ｂは、上記質量流量制御本体４０Ａの上流側に設置されている。この検定本体４０Ｂは、上記流路６に、この流路６を開閉する検定用バルブ部４２と、所定の容量を有する検定用タンク部４４と、流体である上記ガスの圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段４６と、上記検定用バルブ部４２と上記検定用タンク部４４と上記圧力検出手段４６とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなる検定制御手段４８とを共に備えている。
【００２８】
具体的には、上記検定用バルブ部４２は例えば空圧バルブよりなり、検定本体４０Ｂの中で流路６の最上流側に設けられて、上記検定制御手段４８からの指令であるタンクバルブ開閉信号Ｓ３により開閉されてこの流路６を必要に応じて遮断できるようになっている。上記検定用バルブ部４２を構成する空圧バルブとしては、例えば三方弁と全閉用ダイヤフラムとを内蔵したアクチュエータレス小型バルブ機構を用いることができる。
【００２９】
このアクチュエータレス小型バルブ機構は、作用空気入口４３（図２参照）より導入される作動空気により全閉用ダイヤフラムを屈曲させて弁口の全開状態と完全にシールされた全閉状態とを選択的に実現するものであり、図２中においては、装置筐体４５に形成した取り付け凹部４７に着脱可能に設けられている。このアクチュエータレス小型バルブ機構の構成については、後述する第２実施例で用いる零点測定用バルブ部の説明の際に説明する。また上記圧力検出手段４６は例えばキャパマノメータよりなり、上記流路６内のガスの圧力を検出してこの検出値を圧力信号Ｓ４として上記検出制御手段４８に向けて出力し得るようになっている。
【００３０】
また上記検定用タンク部４４は、例えばステンレススチール等よりなるタンク本体５０よりなり、上記検定用バルブ部４２と圧力検出手段４６との間に設けられている。このタンク本体５０は所定の流量、例えば４０ｃｍ３ 程度の容量に設定されており、この流路６の途中に介設されてタンク本体５０の底部にガスの入口５０Ａと出口５０Ｂとが設けられ、流れるガスが必ずこのタンク本体５０内を通過するようになっている。また上記タンク本体５０の近傍、すなわちここではタンク本体５０の天井部の上面には、温度検出手段５１として例えば白金温度センサが取り付けられており、ここで検出した温度を示す信号を上記検定制御手段４８へ入力できるようになっている。
【００３１】
また上記検定制御手段４８には、流量の検定動作を行う時のガス流の基準となる圧力変化（基準圧力変化）を記憶する基準用データメモリ５２Ａと、流量の検定動作を行う時に取得したガス流の圧力変化を記憶する検定用データメモリ５２Ｂとが接続されている。
更には、この検定制御手段４８には、検定結果等を表示するための例えば液晶ディスプレイ等よりなる表示手段５４及び必要時に音声や光の点滅等によって警報を発する警報手段５６がそれぞれ接続されている。
そして、この検定制御手段４８は、必要に応じて上記質量流量検出手段８のセンサ回路１６に向けて校正信号Ｓ１０を出力し、校正結果に基づいてこのセンサ回路１６を適正に校正できるようになっている。またこの検定制御手段４８と上記質量流量制御本体４０Ａの制御手段１８とは必要に応じて連動するようになっている。
【００３２】
次に以上のように構成された本発明の質量流量制御装置の動作について説明する。
まず、この質量流量制御装置４０の動作は、実際に半導体製造装置等に向けて処理ガスを流量制御しつつ流す通常動作モードと、質量流量の検定に関する動作を行う検定動作モードの２種類がある。そして、検定動作モードには、基準となる圧力変化特性を得るための基準圧力変化特性用ルーチンと、実際に検定動作を行う本検定用ルーチンとがある。
【００３３】
まず、通常動作モードについて簡単に説明する。これには、先に図１３及び図１４を参照して説明した動作と同じであり、この場合には検定本体４０Ｂ側の動作は休止状態となっている。すなわち、上記質量流量制御本体４０Ａの制御手段１８は、これへ例えばホストコンピュータ等の外部より入力される流量設定信号Ｓ０で示される流量と上記流量信号Ｓ１で示される流量とが一致するように上記流量制御弁２０の弁開度を例えばＰＩＤ制御法で制御し続けることになる。これにより下流側の半導体製造装置等には、必要とする質量流量の処理ガスが供給されることになる。
【００３４】
次に検定動作モードについて説明する。
この検定動作モードの内、基準圧力変化特性用ルーチンは、この装置を工場から出荷する時や、この装置を出荷先のクリーンルーム等に設置した時等に主に行って基準となる圧力変化特性を得るようにしている。また検定用ルーチンは、出荷先のクリーンルーム等において定期的、或いは不定期的に行われて制御流量の精度が高く維持されているか否かの検査が行われる。図３は質量流量制御装置の検定動作モード時の各信号のタイミングチャートを示す図、図４は基準圧力変化特性用ルーチンの各ステップを示すフローチャート、図５は本検定用ルーチンの各ステップを示すフローチャート、図６は基準圧力変化特性用ルーチンと本検定用ルーチンにおける圧力信号の変化の一例を示すグラフである。
【００３５】
本発明方法における本検定用ルーチンは、検定流量を設定する工程と、流路６に検定用の流体（ガス）を安定的に流す工程と、上記流れる流体の圧力と検定用タンク部４４の温度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期温度とする工程と、検定用バルブ部４２を閉じて流路６を遮断する工程と、上記検定用バルブ部４２を閉じた後に上記検定用タンク部４４から流出する流体の圧力変化を測定する工程と、上記測定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて検定結果を求める工程と、により主に構成されるが、まず、上記基準圧力変化特性を求める基準圧力変化特性用ルーチンについて説明する。
【００３６】
＜基準圧力変化特性用ルーチン＞
この基準圧力変化特性用ルーチンの主たる工程は、圧力変化同士を比較する工程を除いて本検定用ルーチンの動作と略同じである。ここでは流体として例えばＮ２ ガスを用いる。図１、図３及び図４に示すように、まずこの基準圧力変化特性用ルーチンを開始すると、検定用バルブ部４２を開状態とする（ステップＳ１）。そして、時刻ｔ１（図３（Ａ）参照）において流量設定信号Ｓ０を最大の％、例えば１００％でフルスケール（５Ｖ：ボルト）になるように設定する（ステップＳ２）。この検定動作モードにおいては、上記流量設定信号Ｓ０は、ホストコンピュータではなく、検定制御手段４８から制御手段１８に向けて出力される。従って、制御手段１８は、この検定制御手段４８より入力される信号を流量設定信号Ｓ０であると見做して通常の流量制御動作を行う。また一般的には、この流量制御信号Ｓ０は、０Ｖ〜５Ｖの範囲で変化させることができ、５Ｖの時が１００％のフルスケール（最大流量）となるように予め設定されている。
【００３７】
このように、流量制御信号Ｓ０として５Ｖが設定されると、制御手段１８はバルブ駆動回路２８を介してバルブ駆動電圧Ｓ２（図３（Ｃ）参照）を出力し、上記流量制御信号Ｓ０に見合った弁開度となるように流量制御弁２０を制御する。これにより、Ｎ２ ガスは下流側に流れ始めるので、その時の質量流量が質量流量検出手段８に検出され、その検出された質量流量が流量信号Ｓ１（図３（Ｄ）参照）として上記制御手段１８に入力される。そして、この流量信号Ｓ１と流量設定信号Ｓ０とが一致するように弁開度が前述のようにＰＩＤ制御法で制御される。この時、圧力検出手段４６でもガス流の圧力が検出されており、この圧力信号Ｓ４（図３（Ｅ）参照）が検定制御手段４８へ入力されている。
【００３８】
このようにしてガス流の流量を安定化させるために、所定の時間、例えば６秒程度経過したならば（ステップＳ３）、時刻ｔ２でその時のバルブ駆動電圧Ｓ２をその時の電圧値に固定することにより弁開度を固定する（ステップＳ４）。そして、このようにバルブ駆動電圧Ｓ２を固定して数秒経過したならば、その時の圧力検出手段４６からのガス流の圧力と温度検出手段５１からのタンク温度とを記憶し、それぞれ初期圧力ＭＰＯ及び初期温度ＭＴＯとする（ステップＳ５）。
【００３９】
このように初期圧力と初期温度とを測定して記憶したならば、直ちに時刻ｔ３においてタンクバルブ開閉信号Ｓ３をバルブが閉となるように出力し（図３（Ｂ）参照）、検定用バルブ部４２を閉状態に切り替える（ステップＳ６）。これにより、流路６が遮断されてガス供給源からのＮ２ ガスの供給が断たれるが、検定用タンク部４４のタンク本体５０内にはＮ２ ガスが十分に充填されて所定の圧力になっているので、このタンク本体５０に充填されていたＮ２ ガスが下流側に流れ出し、この結果、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）に示すように流量信号Ｓ１及び圧力信号Ｓ４が共に時間の経過と共に減少するような特性曲線を描くことになる。尚、この際、ガス管４の下流側は継続して真空引きされており、また流量制御弁２０の弁開度は、ステップＳ２で設定された検定流量、ここでは１００％を維持している。
【００４０】
そして、この時のガス流の圧力の変化は、例えば１ｍｓｅｃ毎に時々刻々測定されており（ステップＳ７）、この時の圧力変化特性が得られる。このガス圧力の測定は、このガス圧力が予め定められた下限値になるまで継続して行い、時刻ｔ４で下限値になったならば、ガスの流れを停止する（ステップＳ８）。そして、上記操作で得られた圧力変化データを基準圧力変化特性として基準用データメモリ５２Ａに記憶しておく（ステップＳ９）。このようにして、設定流量として弁開度１００％の基準圧力変化特性が得られることになる。
【００４１】
このような基準圧力変化特性は、複数種類の弁開度について取得する必要があり、例えば弁開度を１０％ずつ変化させてその都度、基準圧力変化特性を取得する必要がある。そこで、例えば弁開度１０％が下限と仮定すると、検定流量の設定が下限でない場合には（ステップＳ１０のＮＯ）、検定流量の設定を所定の％、例えば１０％減少させ、ここでは例えば９０％に設定する（ステップＳ１１）。そして、上記したステップＳ３〜Ｓ９を弁開度が下限になるまで繰り返し行う。このようにして、弁開度が１０％ずつ異なる基準圧力変化特性が得られてこのデータが基準用データメモリ５２Ａに全て記憶されることになり、これにより、基準圧力変化特性用ルーチンを終了する。
【００４２】
＜本検定用ルーチン＞
次に、定期的、或いは不定期的に行われる本検定用ルーチンについて説明する。この本検定用ルーチンは、この質量流量制御装置４０をクリーンルームの半導体製造装置等のガス供給ラインに組み込んだまま行われる。また、ここでも流体としてはＮ２ ガスを用いる。
【００４３】
図５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２１〜Ｓ３１までは、取得した圧力変化データの名称を変えている点を除いて図４に示すフローチャートのステップＳ１〜Ｓ１１までと全く同様である。すなわち、図１、図３及び図５に示すように、まずこの本検定用ルーチンを開始すると、検定用バルブ部４２を開状態とする（ステップＳ２１）。そして、時刻ｔ１（図３（Ａ）参照）において流量設定信号Ｓ０を最大の％、例えば１００％でフルスケール（５Ｖ：ボルト）になるように設定する（ステップＳ２２）。この検定動作モードにおいては、上記流量設定信号Ｓ０は、ホストコンピュータではなく、検定制御手段４８から制御手段１８に向けて出力される。従って、制御手段１８は、この検定制御手段４８より入力される信号を流量設定信号Ｓ０であると見做して通常の流量制御動作を行う。また前述したように一般的には、この流量制御信号Ｓ０は、０Ｖ〜５Ｖの範囲で変化させることができ、５Ｖの時が１００％のフルスケール（最大流量）となるように予め設定されている。
【００４４】
このように、流量制御信号Ｓ０として５Ｖが設定されると、制御手段１８はバルブ駆動回路２８を介してバルブ駆動電圧Ｓ２（図３（Ｃ）参照）を出力し、上記流量制御信号Ｓ０に見合った弁開度となるように流量制御弁２０を制御する。これにより、Ｎ２ ガスは下流側に流れ始めるので、その時の質量流量が質量流量検出手段８に検出され、その検出された質量流量が流量信号Ｓ１（図３（Ｄ）参照）として上記制御手段１８に入力される。そして、この流量信号Ｓ１と流量設定信号Ｓ０とが一致するように弁開度が前述のようにＰＩＤ制御法で制御される。この時、圧力検出手段４６でもガス流の圧力が検出されており、この圧力信号Ｓ４（図３（Ｅ）参照）が検定制御手段４８へ入力されている。
【００４５】
このようにしてガス流の流量を安定化させるために、所定の時間、例えば６秒程度経過したならば（ステップＳ２３）、時刻ｔ２でその時のバルブ駆動電圧Ｓ２をその時の電圧値に固定することにより弁開度を固定する（ステップＳ２４）。そして、このようにバルブ駆動電圧Ｓ２を固定して数秒経過したならば、その時の圧力検出手段４６からのガス流の圧力と温度検出手段５１からのタンク温度とを記憶し、それぞれ初期圧力ＰＯ及び初期温度ＴＯとする（ステップＳ２５）。
【００４６】
このように初期圧力と初期温度とを測定して記憶したならば、直ちに時刻ｔ３においてタンクバルブ開閉信号Ｓ３をバルブが閉となるように出力し（図３（Ｂ）参照）、検定用バルブ部４２を閉状態に切り替える（ステップＳ２６）。これにより、流路６が遮断されてガス供給源からのＮ２ ガスの供給が断たれるが、検定用タンク部４４のタンク本体５０内にはＮ２ ガスが十分に充填されて所定の圧力になっているので、このタンク本体５０に充填されていたＮ２ ガスが下流側に流れ出し、この結果、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）に示すように流量信号Ｓ１及び圧力信号Ｓ４が共に時間の経過と共に減少するような特性曲線を描くことになる。尚、この際、ガス管４の下流側は継続して真空引きされており、また流量制御弁２０の弁開度は、ステップＳ２２で設定された検定流量、ここでは１００％を維持している。
【００４７】
そして、この時のガス流の圧力の変化は、例えば１ｍｓｅｃ毎に時々刻々測定されており（ステップＳ２７）、この時の圧力変化特性が得られる。このガス圧力の測定は、このガス圧力が予め定められた下限値になるまで継続して行い、時刻ｔ４で下限値になったならば、ガスの流れを停止する（ステップＳ２８）。そして、上記操作で得られた圧力変化データを検定圧力変化特性として検定用データメモリ５２Ｂに記憶しておく（ステップＳ２９）。このようにして、設定流量として弁開度１００％の検定圧力変化特性が得られることになる。
【００４８】
このような検定圧力変化特性は、基準圧力変化特性の場合と同様に複数種類の弁開度について取得する必要があり、例えば弁開度を１０％ずつ変化させてその都度、検定圧力変化特性を取得する必要がある。そこで、例えば弁開度１０％が下限と仮定すると、検定流量の設定が下限でない場合には（ステップＳ３０のＮＯ）、検定流量の設定を所定の％、例えば１０％減少させ、ここでは例えば９０％に設定する（ステップＳ３１）。そして、上記したステップＳ２３〜Ｓ２９を弁開度が下限になるまで繰り返し行う。このようにして、弁開度が１０％ずつ異なる検定圧力変化特性が得られてこのデータが検定用データメモリ５２Ｂに全て記憶されることになる。
【００４９】
このように検定圧力変化特性が得られたならば、弁開度毎（検定流量の設定値毎）に基準圧力変化特性と比較し、検定処理を行う（ステップＳ３２）。
ここで図６も参照して検定結果である検定精度についての求め方について説明する。図６は弁開度が１００％の時の基準圧力変化特性用ルーチンと本検定用ルーチンにおける圧力信号４の変化の一例を示すグラフである。特性曲線Ｘ０が弁開度１００％の時の基準圧力変化を示し、特性曲線Ｘ１が弁開度１００％の時の検定圧力変化特性を示し、前述のように両特性曲線は、それぞれ基準用データメモリ５２Ａ及び検定用データメモリ５２Ｂに記憶されている。そして、予め定められた圧力範囲、すなわち上限基準圧力Ｐ１と下限基準圧力Ｐ２との間を各特性曲線Ｘ０、Ｘ１が通過する時間をそれぞれＭΔｔ及びΔｔとする。
【００５０】
この時、検定結果Ｈは下記の数式で表される。
Ｈ＝ＭΔｔ／Δｔ×ＰＯ／ＭＰＯ×（２７３＋ＭＴＯ）／（２７３＋ＴＯ）×１００（％）
ＭＴＯ：基準圧力変化特性用ルーチンにおける初期温度
ＴＯ：本検定用ルーチンにおける初期温度
ＭＰＯ：基準圧力変化特性用ルーチンにおける初期圧力
ＰＯ：本検定用ルーチンにおける初期圧力
【００５１】
ここでＭΔｔ＝１７６４０ｍｓｅｃ、Δｔ＝１１４２０ｍｓｅｃ、ＭＰＯ＝０．４００３２１０ＭＰａ（メガパスカル）、ＰＯ＝０．２５８９０５８ＭＰａ、ＭＴＯ＝２５．４℃、ＴＯ＝２４．７℃とそれぞれ仮定すると、上記数式より検定精度Ｈは次のようになる。
Ｈ＝１００．１３５％
すなわち、ここでは出荷当時と同様にガス流量を制御すると、僅かではあるが、０．１３５％の流量誤差が生ずることを意味する。
【００５２】
そして、上記したような検定処理を各弁開度毎に行って、弁開度毎の検定精度Ｈを求めることになる（ステップＳ３２）。
このように検定結果が得られたならば、これを記憶すると同時に、この検定結果を出力して例えば表示手段５４に表示するなどしてオペレータにその内容を知らせる（ステップＳ３３）。これと同時に必要があれば、この検定結果に基づいて質量流量検出手段８を自動的に校正して正しい質量流量Ｓ１を出力するように設定する（ステップＳ３４）。この校正処理は、例えばセンサ回路１６の増幅器である差動回路３２（図１４参照）のゲインを調整することにより行うことができる。
【００５３】
また必要ならば、上記検定精度を予め設定された所定の許容範囲と比較し、検定精度がこの許容範囲以上に大きい時には警報手段５６を駆動するなどしてオペレータに注意を喚起させるようにしてもよい。そして上記のように自動校正が終了したならば、本検定用ルーチンを終了することになる。
このように、装置自体に検定用バルブ部４２と検定用タンク部４４等を設け、この検定用バルブ部４２を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部４４から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、この圧力変化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる。
【００５４】
また質量流量制御装置４０を半導体製造装置のガス供給系等に組み込んだまま上記検定動作を行うことができるので、検定動作を極めて短時間で行うことができ、その分、半導体製造装置等の稼働率を向上させることができる。
尚、上記実施例において、弁開度（検定温度の設定値）を１０％ずつ変化させて検定動作を行ったが、この数値例に限定されるものではない。また、検出手段４６と検出用タンク部４４の流路６に対する配列順序を上流側と下流側とで逆に設置するようにしてもよい。更に、ここではタンク本体５０に対して流路６の入口５０Ａと出口５０Ｂとを別々に設けたが、これに限定されず、流路６に対して１本の分岐管を形成し、この分岐管にタンク本体５０をＴ字状に接続するようにしてもよい。
【００５５】
また本実施例で説明したような各種処理は、デジタル処理で行ってもよく、アナログ処理で行ってもよい。特にデジタル処理で行う場合には、各種のデータを取り込むサンプリング周波数によってはデータが離散的になる場合が生ずるが、この場合には、データを最下位の桁側から丸め込むことにより、例えば図６に示すグラフにおいて圧力データ等の一致点を見い出すことができる。
尚、第１実施例において、零点調整を行なう場合には、上記検定用バルブ部４２を弁閉状態にして流路６内のガスの流れを停止して安定化した状態において流量信号Ｓ１を求め、この値に基づいて零点調整を行なう。
【００５６】
＜第２実施例＞
次に本発明に係る質量流量制御装置の第２実施例について説明する。
この第２実施例においては、精度の高い零点調整を行なうことができる機能を付与したものであり、これと同時に装置自体の小型コンパクトを図るようにしたものである。
【００５７】
この種の質量流量制御装置では、経時変化により流量検出の零点が僅かずつではあるがずれることは避けられないので、定期的、或いは不定期的に零点調整が行われるが、零点調整時にはその精度を高めるために装置内部の流体（ガス、液体を含む）の流れを完全に停止させることが望ましい。この場合、ダイヤフラムを用いた流量制御弁２０に関しては、これを閉弁状態にしてもその特性上、流体の流れを完全には遮断することは困難であり、非常に僅かではあるが、極々微小量なリークが生ずることは避けられなかった。この微小量のリークは、半導体製造プロセスにおける設計ルールがそれ程厳しくない場合には、特に問題はなかったが、更なる微細化、薄膜化、及び高集積化の要請によって設計ルールがより厳しくなると、上記極々微小量なリークが無視し得なくなった。
【００５８】
この第２実施例においては、極々微小量なリークを完全になくすために、小型コンパクトな零点測定用バルブ部を設けるようにしている。この点について、以下に詳述する。
図７は本発明に係る質量流量制御装置の第２実施例を示すブロック構成図、図８は第２実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図、図９は流量制御弁と零点測定用バルブ部の取り付け状態を示す模式図、図１０は零点測定用バルブ部の全閉用ダイヤフラムを示す断面図、図１１は零点測定工程の流れを示すフローチャートである。
尚、図１及び図２に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。ここでは零点測定用バルブ部としては、先の検定用バルブ部４２においても用いたアクチュエータレス小型バルブ機構を用いる場合について説明する。
【００５９】
図７及び図８にも示すように、この零点測定用バルブ部６０は、流路６の最下流側に設けられ、流体出口６Ａの直前に位置される。具体的には、質量流量制御装置の装置筐体４５の下面側（図８中において）に取り付け凹部６２を設け、この取り付け凹部６２内に上記零点測定用バルブ部６０を液密、或いは気密に取り付けるようになっている。この取り付け凹部６２は、上記流量制御弁機構１０のダイヤフラム２２に対して対向する位置に配置されている。
【００６０】
図９に示すように、上記取り付け凹部６２の奥には、装置筐体４５を更に奥深く削り取ることにより流体溜め室６４が形成されている。この流体溜め室６４の天井の中央部は、図９において下方向へ少し突状に形成されており、この部分に上記流量制御弁機構１０側の弁口２４と連通するようにして連通路６６が形成されて、弁口２４を流れたガスがこの流体溜め室６４内へ流入できるようになっている。従って、上記流体溜め室６４に関して、この連通路６６の下端開口部が弁口となる流体入口部６８として機能することになる。また、この流体溜め室６４には、ガスが流れ出る流体出口部７０が設けられており、この流体出口部７０は、流路７２を介して流体出口６Ｂ側へ連通されている。
【００６１】
そして、上記弁口となる流体入口部６８の周囲には、例えばＯリング等よりなるリング状の弾性シール部材７４が下方へ部分的に突出させて設けられており、後述するように弁閉状態の時に、この弁口となる流体入口部６８を完全に液密に、或いは気密に閉じてガスの流れを完全に遮断できるようになっている。上記流体溜め室６４の下方を区画するようにして、屈曲変形可能になされた金属製の全閉用ダイヤフラム７６が設けられている。この全閉用ダイヤフラム６は、その中心部に下方向へ凸状に曲面状に成形された曲面部７６Ａを有しており、その周辺部が、この取り付け凹部６２に密接状態で嵌装させた固定部材７８により押し付けられて固定されている。この固定部材７８は、図示しないネジ等により締め付け固定される。
【００６２】
ここで上記曲面部７６Ａは、略球殻の一部、具体的には半球殻状よりも更に平面に近い球殻の一部となるような形状になされている。尚、この全閉用ダイヤフラム６に曲面部７６Ａを設けないで、平面形状となるように形成してもよい。そして、上記固定部材７８には、上記全閉用ダイヤフラム７６を上記流体入口部６８に向けて押圧して弁口として機能するこの流体入口部６８を閉じるための押圧手段８０が設けられている。この押圧手段８０は、上記固定部材７８の上面を凹部状に成形することによって、上記全閉用ダイヤフラム７６を挟んで流体溜め室６４とは反対側（図９中では下方側）に設けられた作動空間８２と、この作動空間８２内へ加圧気体、例えば加圧空気を給排することができる弁機構８４とにより構成されている。この弁機構８４を駆動することにより、上記作動空間８２内へ必要に応じて加圧気体を給排できるようになっており、加圧気体を供給した時に上記曲面部７６Ａを有す全閉用ダイヤフラム７６を屈曲変形させて流体入口部６８を全閉できるようなっている。
【００６３】
従って、作動空間８２に加圧気体を供給していない通常時には上記気体入口部６８は全開状態となっており、ノーマリオープン形の開閉弁となっている。上記弁機構８４は、例えば電磁式の三方弁よりなり、この電磁三方弁を上記固定部材７８に内蔵させることによって、全体の小型化及びコンパクト化を図るようになっている。この場合、上記固定部材７８の周囲と取り付け凹部６２の内面との間には、Ｏリング等よりなるシール部材８６が介設されており、上記作動空間８２内の加圧空気が外部へ洩れないようにしている。このように弁機構８４として電磁式三方弁を用いることによって、この三方弁の１方に常時加わる加圧空気を、作動空間８２内へ必要に応じて給排させることができる。上記加圧空気は作動空気入口８５から導入される。そして、このように弁機構８４として電磁式三方弁を用いることによって、零点測定用バルブ部６０として小型コンパクトなアクチュエータレス小型バルブ機構とすることができる。尚、この零点測定用バルブ部６０は、検定制御手段４８によりその動作が制御される。
【００６４】
次に、このように構成した零点測定用バルブ部６０を用いて行われる流量センサの零点測定工程について説明する。
この零点測定工程は、定期的、或いは不定期的に行われるが、特に、図４に示す基準圧力変化特性用ルーチンを実行する直前や、図５に示す本検定用ルーチンを実行する直前に行なうのが好ましい。
図１１に示すように、この零点測定工程を行なうには、まず、ここでは流路６の最上流に位置する検定用バルブ部４２と流路６の最下流に位置する上記零点測定用バルブ部６０とを共に閉じることによって弁閉状態とし、流路６内に流れるガスの流れを完全に遮断してこれを停止させる（Ｓ０１）。すなわち、センサ管１４内のガスの流れを完全に停止させる。この際、流量制御弁機構１０の流量制御弁２０は開状態に維持しておく（Ｓ０２）。
【００６５】
このような状態にして、所定時間が経過して流路６内、特にセンサ管１４内のガスの流れが完全に停止して安定状態になったならば（Ｓ０３）、その時のセンサ回路１６の流量信号Ｓ１を検出し、この時の検出値をゼロ点のズレ量として制御手段１８の図示しないメモリに記憶する（Ｓ０４）。換言すれば、これにより検定制御手段４８や制御手段１８内の測定系（流量センサ）を電気的に”流路ゼロ”として設定（オフセット調整）することになる。この場合、上述したように、零点測定用バルブ部６０は、ガス（流体）の洩れを完全に遮断することができるので、精度の高い零点測定を行なうことができる。尚、ここでは、まだ零点調整は行わないで上記したズレ量を記憶したままにしておき、最終的に本検定用ルーチンで自動的に、或いはオペレータの指示により、零点調整を行なうようにする。すなわち、図５に示す本検定用ルーチンのＳ３４にて、上記零点ズレ量と本検定用ルーチンで求めた流量ズレ量とを自動的に校正することにより、零点調整を行なうと共に流量ずれ調整を行なう。この場合、自動校正を行わないで測定結果の各ズレ量を表示するようにし、必要な場合にはオペレータがこれを見て指示することにより校正を行なうようにしてもよい。
【００６６】
図１１へ戻って、Ｓ０４にて流量信号Ｓ１の値を記憶したならば、流量制御弁２０を通常の制御状態へ移行させ（Ｓ０５）、そして、検定用バルブ部４２及び零点測定用バルブ部６０を共に開状態にする（Ｓ０６）。そして、次に、基準圧力変化特性用ルーチンの場合は図４のＳ２へ移行し（Ｓ１は除く）、本検定用ルーチンの場合は図５のＳ２２へ移行（Ｓ２１は除く）する（Ｓ０７）。
上述の場合、図１０に示すように、全閉用ダイヤフラム７６の半球殻状の曲面部７６Ａの直径をＤ、半径Ｒ、加圧空気の圧力をＰ１、流体溜め室６４内の圧力をＰ２とすると、実験の結果、以下に示すような関係式を満足する範囲が、洩れのない全閉状態を維持できることが確認できた。
２＜Ｒ／Ｄ＜１０      （Ｐ１−Ｐ２≧０．１ＭＰａの時）
また、上記曲面部７６Ａの形状は、球殻の一部の形状、例えば半球殻状に形成したが、これに限定されず、楕円殻の一部の形状など、ガスの流れを完全に停止させる全閉状態を実現できるならば、どのような曲面でもよいし、また前述したように全閉用ダイヤフラム７６を平面形状にしてもよい。
【００６７】
また、弁機構８４として電磁式の三方弁を用いてこれを内蔵したアクチュエータレス小型バルブ機構を零点測定バルブ部６０として用いているので、小型コンパクト化及び省スペース化を実現することができる。
また装置の設計寸法にもよるが、流量制御弁機構１０に対向させて零点測定用バルブ部６０を配置するようにしたので、ダイヤフラム２２で開閉される弁口２４と流体溜め室６４の流体入口部６８とを連通する連通路６６の容積、すなわちガスを流した時に制御することができないデッドボリュームを非常に少なくすることができる。
【００６８】
また前述のように、このようなアクチュエータレス小型バルブ機構は、図２に示す検定用バルブ部４２に対しても適用することができる。
また上記第２実施例では、零点測定用バルブ部６０の押圧手段８０として、電磁式三方弁を内蔵したアクチュエータレス小型バルブ機構を用いたが、これに替えて、図１２に示す変形例のように、全閉用ダイヤフラム７６と接触してこれを押圧するピストン９０を有するピストン式アクチュエータを用いてもよい。
尚、上記零点測定用バルブ部６０は、バイパス管１２及びセンサ管１４を挟んで上記検定用バルブ部４２の反対側に設けられることになる。従って、例えば検定用バルブ部４２をバイパス管１２よりも下流側に設けた場合には、上記零点測定用バルブ部６０は、バイパス管１２よりも上流側に設けることになる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る質量流量制御装置の第１実施例を示すブロック構成図である。
【図２】第１実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。
【図３】質量流量制御装置の検定動作モード時の各信号のタイミングチャートを示す図である。
【図４】基準圧力変化特性用ルーチンの各ステップを示すフローチャートである。
【図５】本検定用ルーチンの各ステップを示すフローチャートである。
【図６】基準圧力変化特性用ルーチンと本検定用ルーチンにおける圧力信号の変化の一例を示すグラフである。
【図７】本発明に係る質量流量制御装置の第２実施例を示すブロック構成図である。
【図８】第２実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。
【図９】流量制御弁と零点測定用バルブ部の取り付け状態を示す模式図である。
【図１０】零点測定用バルブ部の全閉用ダイヤフラムを示す断面図である。
【図１１】零点測定工程の流れを示すフローチャートである。
【図１２】ピストンを有するピストン式アクチュエータを示す図である。
【図１３】ガス配管に介設された従来の質量流量制御装置の一例を示す概略構成図である。
【図１４】質量流量制御装置の流量検出手段を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７０】
４  ガス管（流体通路）
６  流路
８  質量流量検出手段
１０  流量制御弁機構
１２  バイパス管
１４  センサ管
１６  センサ回路
１８  制御手段
２０  流量制御弁
２８  バルブ駆動回路
４０  質量流量制御装置
４０Ａ  質量流量制御本体
４０Ｂ  検定本体
４２  検定用バルブ部
４４  検定用タンク部
４６  圧力検出手段
４８  検定制御手段
５０  タンク本体
５１  温度検出手段
５２Ａ  基準用データメモリ
５２Ｂ  検定用データメモリ
５４  表示手段
５６  警報手段
６０  零点測定用バルブ部
６４  流体溜め室
６８  流体入口部
７０  流体出口部
７６  全閉用ダイヤフラム
７８  固定部材
８０  押圧手段
８２  作動空間
８４  弁機構
Ｓ０  流量設定信号
Ｓ１  流量信号
Ｓ２  バルブ駆動電圧
Ｓ３  タンクバルブ開閉信号
Ｓ４  圧力信号
【図１】
2006153893.tif 000003
【図２】
2006153893.tif 000004
【図３】
2006153893.tif 000005
【図４】
2006153893.tif 000006
【図５】
2006153893.tif 000007
【図６】
2006153893.tif 000008
【図７】
2006153893.tif 000009
【図８】
2006153893.tif 000010
【図９】
2006153893.tif 000011
【図１０】
2006153893.tif 000012
【図１１】
2006153893.tif 000013
【図１２】
2006153893.tif 000014
【図１３】
2006153893.tif 000015
【図１４】
2006153893.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月27日(2006.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体内に流体を流す流路と、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構と、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段と、前記流路の入口側を開閉する検定用バルブ部と、所定の容量を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段とをそれぞれ設けてなる質量流量制御装置であって、当該装置本体を質量流量検定本体と、質量流量制御本体とに分割して設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部は前記質量流量検定本体に設け、前記質量流量検出手段のうち流量センサと前記流量制御弁機構は前記質量流量制御本体に設けたことを特徴とする質量流量制御装置。
【請求項２】
前記流路の出口側を開閉する零点測定用バルブ部をさらに有し、当該零点測定用バルブ部は前記質量流量制御本体の前記流量制御弁機構と対向する位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の質量流量制御装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の質量流量を計測する質量流量制御装置に係り、特に質量流量制御の精度の検定を行うことができる質量流量制御装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項１に係る発明は、装置本体内に流体を流す流路と、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構と、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段と、前記流路の入口側を開閉する検定用バルブ部と、所定の容量を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段とをそれぞれ設けてなる質量流量制御装置であって、当該装置本体を質量流量検定本体と、質量流量制御本体とに分割して設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部は前記質量流量検定本体に設け、前記質量流量検出手段のうち流量センサと前記流量制御弁機構は前記質量流量制御本体に設けたことを特徴とする質量流量制御装置である。
この場合、請求項２に規定するように、前記流路の出口側を開閉する零点測定用バルブ部をさらに有し、当該零点測定用バルブ部は前記質量流量制御本体の前記流量制御弁機構と対向する位置に設けられている。
本発明の関連技術は、流体を流す流路に、該流路に流れる流体の質量流量を検出して流量信号を出力する質量流量検出手段と、バルブ駆動信号により弁開度を変えることによって質量流量を制御する流量制御弁機構とを介設し、外部から入力される流量設定信号と前記流量信号とに基づいて前記流量制御弁機構を制御する制御手段を設けてなる質量流量制御装置において、前記流路に、該流路を開閉する検定用バルブ部と、所定の容量を有する検定用タンク部と、前記流体の圧力を検出して圧力検出信号を出力する圧力検出手段とをそれぞれ設け、前記検定用バルブと前記検定用タンク部と前記圧力検出手段とを用いて質量流量検定動作を行うように制御する検定制御手段を備えるように構成したことを特徴とする質量流量制御装置である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
この場合、例えば前記検定用タンク部の近傍には、温度検出を行う温度検出手段が設けられている。
また例えば前記検定制御手段は、基準測定時の流体の圧力変化を記憶する基準用データメモリと、検定時の流体の圧力変化を記憶する検定用データメモリとを有する。
また例えば前記検定制御手段には警報手段が接続されており、前記検定制御手段は検定結果が所定の範囲外の時には前記警報手段を駆動させる。
また例えば前記検定制御手段は、前記検定結果に基づいて前記質量流量検出手段を校正する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また例えば前記検定用タンク部は、前記流路の途中に介設されている。
また例えば前記検定制御手段には、検定結果を表示する表示手段が接続されている。
また例えば前記流路の出口側には、零点測定の時に該流路を開閉する零点測定用バルブ部が介設されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また例えば前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部は、前記質量流量制御手段を挟んで互いに反対側に設けられる。
また例えば前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくともいずれか一方は、弁口となる流体入口部と流体出口部とを有する流体溜め室と、前記流体入口部に着座して該流体入口部を閉じるために屈曲変形可能になされた全閉用ダイヤフラムと、前記全閉用ダイヤフラムを前記流体入口部に向けて押圧するための押圧手段と、よりなる。
また例えば前記全閉用ダイヤフラムは、平面形状、或いは略球殻の一部の形状になされている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また例えば前記押圧手段は、前記全閉用ダイヤフラムを挟んで前記流体溜め室とは反対側に設けられた作動空間と、前記作動空間内へ加圧気体を給排することができる弁機構と、よりなる。
また例えば前記弁機構は三方弁よりなる。
また例えば前記零点測定用バルブ部は、前記流量制御弁機構に対して対向する位置に配置されている。
また例えば前記検定制御手段は、前記検定用バルブ部と前記零点測定用バルブ部とを完全に閉じることによって前記流路に流れる流体を完全に遮断して零点測定を行なう。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また例えば前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、前記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よりも上流側に設けられる。
また例えば前記検定用バルブ部は前記流路の最上流側に設けられ、前記零点測定用バルブ部は前記流路の最下流側に設けられる。
また例えば前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段は、前記質量流量検出手段及び前記流量制御弁機構よりも下流側に設けられる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また例えば前記検定用バルブ部と前記検定用タンク部と前記圧力検出手段の内、前記検定用バルブは最上流側に位置されている。
他の本発明の関連技術は、上記いずれかに記載の質量流量制御装置の検定方法において、検定流量を設定する工程と、流路に検定用の流体を安定的に流す工程と、前記流れる流体の圧力と検定用タンク部の温度とを検出してそれぞれ初期圧力と初期温度とする工程と、検定用バルブ部を閉じて流路を遮断する工程と、前記検定用バルブ部を閉じた後に前記検定用タンク部から流出する流体の圧力変化を測定する工程と、前記測定された圧力変化と予め求められた基準圧力変化特性とに基づいて検定結果を求める工程と、を有することを特徴とする質量流量制御装置の検定方法である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
この場合、例えば前記検定結果を表示手段に表示する。
また例えば前記検定結果が所定の許容範囲外の時には警報手段により警報を発する。
また例えば前記検定結果に基づいて質量流量検出手段を自動的に校正する。
また例えば前記検定結果を求める工程における上部基準圧力と下部基準圧力は予め定められている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また例えば前記検定流量を種々変更する。
また例えば前記検定流量を設定する工程の前に、前記流路に流れる流体の流れを完全に遮断して零点測定を行なう零点測定工程を行なう。
また例えば前記零点測定工程は前記検出用バルブ部と前記零点測定用バルブ部の内の少なくとも検定用バルブ部を全閉する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の質量流量制御装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
質量流量制御装置自体に検定用バルブ部と検定用タンク部等を設け、この検定用バルブ部を閉じて流体の供給を停止した以降において、上記検定用タンク部から流れ出る流体の圧力変化を検出すると共に、この圧力変化を例えば基準となる基準圧力変化と比較することによって、流れる流体の質量流量を正確に制御できるか否かの検定を行うことができる。このとき、質量流量制御装置本体を質量流量検定本体と、質量流量制御本体とに分割して設け、検定用バルブと検定用タンク部は質量流量検定本体に設け、質量流量検出手段のうち流量センサと流量制御弁機構は質量流量制御本体にそれぞれ設けるようにしたので、関係機能部品毎に集約することができてデットスペースを極力無くすことができる。また、質量流量検定本体と質量流量制御本体とに分けて夫々を組立てることができるので組立工程の合理化が出来る。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
以下に、本発明に係る質量流量制御装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る質量流量制御装置の第１実施例を示すブロック構成図、図２は第１実施例中の各部材の実際の配置状態を示す配置図である。尚、図１３及び図１４において示した構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
従って、作動空間８２に加圧気体を供給していない通常時には上記気体入口部６８は全開状態となっており、ノーマリオープン形の開閉弁となっている。上記弁機構８４は、例えば電磁式の三方弁よりなり、この電磁三方弁を上記固定部材７８に内蔵させることによって、全体の小型化及びコンパクト化を図るようになっている。この場合、上記固定部材７８の周囲と取り付け凹部６２の内面との間には、Ｏリング等よりなるシール部材８６が介設されており、図示せぬ、ねじにより接続されており、上記作動空間８２内の加圧空気が外部へ洩れないようにしている。このように弁機構８４として電磁式三方弁を用いることによって、この三方弁の１方に常時加わる加圧空気を、作動空間８２内へ必要に応じて給排させることができる。上記加圧空気は作動空気入口８５から導入される。そして、このように弁機構８４として電磁式三方弁を用いることによって、零点測定用バルブ部６０として小型コンパクトなアクチュエータレス小型バルブ機構とすることができる。尚、この零点測定用バルブ部６０は、検定制御手段４８によりその動作が制御される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
また前述のように、このようなアクチュエータレス小型バルブ機構は、図２に示す検定用バルブ部４２に対しても適用することができる。
また上記第２実施例では、零点測定用バルブ部６０の押圧手段８０として、電磁式三方弁を内蔵したアクチュエータレス小型バルブ機構を用いたが、これに替えて、図１２に示す変形例のように、全閉用ダイヤフラム７６と接触してこれを、図示せぬ電磁式三方弁の動作によって給排気される加圧空気の圧力で押圧するピストン９０を有するピストン式アクチュエータを用いてもよい。
尚、上記零点測定用バルブ部６０は、バイパス管１２及びセンサ管１４を挟んで上記検定用バルブ部４２の反対側に設けられることになる。従って、例えば検定用バルブ部４２をバイパス管１２よりも下流側に設けた場合には、上記零点測定用バルブ部６０は、バイパス管１２よりも上流側に設けることになる。