特開 2020-79719 電気伝導率計及び濃度計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-79719(P2020-79719A)

(43)【公開日】2020年5月28日

(54)【発明の名称】電気伝導率計及び濃度計

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/06 20060101AFI20200501BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-212098(P2018-212098)

(22)【出願日】2018年11月12日

(71)【出願人】

【識別番号】592187534

【氏名又は名称】株式会社 堀場アドバンスドテクノ

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(72)【発明者】

【氏名】土生 一徳

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 秀和

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA06

2G060AC02

2G060AE17

2G060AF07

2G060AF08

2G060AG11

2G060AG15

2G060FA01

(57)【要約】

【課題】 隣り合う電極間の距離を容易に設定できる構造の電気伝導率計を得る。
【解決手段】 内部流路を流れる流体の電気伝導率を測定する測定機構と、前記測定機構を締め付ける締付機構とを具備し、前記測定機構が、前記内部流路の一部を構成する第１貫通孔が形成された少なくとも２つの電極と、前記隣り合う電極の間に介在し、前記内部流路の一部を構成すると共に前記隣り合う電極の第１貫通孔を互いに連通させる第２貫通孔が形成されたスペーサ部材とを備え、前記締付機構が、前記測定機構の両端に配置された前記電極が互いに向かい合う方向へ押圧された状態に保持されるように、当該測定機構を締め付ける。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部流路を流れる流体の電気伝導率を測定する測定機構と、
前記測定機構を締め付ける締付機構とを具備し、
前記測定機構が、
前記内部流路の一部を構成する第１貫通孔が形成された少なくとも２つの電極と、
前記隣り合う電極の間に介在し、前記内部流路の一部を構成すると共に前記隣り合う電極の第１貫通孔を互いに連通させる第２貫通孔が形成されたスペーサ部材とを備え、
前記締付機構が、
前記測定機構の両端に配置された前記電極が互いに向かい合う方向へ押圧された状態に保持されるように、当該測定機構を締め付けるものであることを特徴とする電気伝導率計。

【請求項2】

前記測定機構が、前記電極及び前記スペーサ部材の互いに対向する端面間を気密にシールするシール機構をさらに備え、
前記シール機構が、
前記電極の端面に対し、前記第１貫通孔の外側を周回するように形成された凹部と、
前記スペーサ部材の端面に対し、前記第２貫通孔の外側を周回すると共に前記凹部に嵌り込むように形成された凸部とを備えている請求項１記載の電気伝導率計。

【請求項3】

前記シール機構が、前記凹部に前記凸部を嵌め込んだ状態において、前記凸部の外面に対し、前記凹部の内面及び当該内面と連なる前記電極の端面によって形成される角部が接触するように構成されている請求項２記載の電気伝導率計。

【請求項4】

前記凹部が、前記電極の端面に対して所定角度で互いに対向する方向へ傾斜した一対の内側面を有し、
前記凸部が、前記スペーサ部材の端面に対して前記所定角度よりも大きい角度で互いに対向する方向へ傾斜した一対の外側面を有し、
前記シール機構が、前記凹部に前記凸部を嵌め込んだ状態において、前記凸部の各外側面に対し、前記凹部の各内側面及び当該各内側面と連なる前記電極の端面によって形成される角部が接触するように構成されている請求項２又は３のいずれかに記載の電気伝導率計。

【請求項5】

前記スペーサ部材が、前記電極よりも硬度の低い材料によって形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の電気伝導率計。

【請求項6】

前記電極が、黒鉛を含む材料で形成されたものであり、
前記スペーサ部材が、フッ素樹脂を含む材料で形成されたものである請求項１乃至５のいずれかに記載の電気伝導率計。

【請求項7】

前記締付機構が、前記測定機構の両端に配置された電極を互いに向かい合う方向へ押圧して締め付ける一対の締付部材を備えている請求項１乃至６のいずれかに記載の電気伝導率計。

【請求項8】

前記締付機構が、前記測定機構を内部に保持し、前記締付機構を構成する前記一対の締付部材のうちで少なくとも一方が螺合されたブロック体をさらに備え、
前記締付機構が、前記ブロック体に螺合された締付部材を当該ブロック体に締め付けて前記測定機構を締め付けるものである請求項７記載の電位伝導率計。

【請求項9】

前記一方の締付部材が、前記測定機構の内部流路へ前記流体を導入する導入路を有し、
前記他方の締付部材が、前記測定機構の内部流路から前記流体を導出する導出路を有している請求項７又は８のいずれかに記載の電気伝導率計。

【請求項10】

前記測定機構及び前記各締付部材の間に介在するシール部材をさらに具備している請求項７乃至９のいずれかに記載の電気伝導率計。

【請求項11】

前記電極が、三つであり、
前記測定機構が、前記いずれかの電極に当該電極の温度を測定する温度センサをさらに備えている請求項１乃至１０のいずれかに記載の電気伝導率計。

【請求項12】

前記請求項１乃至１１のいずれかに記載の電気伝導率計によって測定された電気伝導率に基づき前記流体の濃度を算出する濃度計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気伝導率計及び濃度計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体製造プロセスにおいては、流路を流れる流体の濃度をコントロールするために、当該流体の電気伝導率を測定する電気伝導率計が使用される。

【0003】

前記従来の電気伝導率計として、例えば、特許文献１には、測定対象となる流体が流れるパイプに対し、当該流体の上下流方向に間隔を空けて孔を形成し、当該孔に電極を差し込んだ構造のものが開示されている。

【0004】

ところで、前記電気伝導率計においては、隣り合う電極間の距離が測定値に大きく影響を与えるため、隣り合う電極間の距離を容易に設定できる構造のものが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開平５−２３１２３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は、隣り合う電極間の距離を容易に設定できる構造の電気伝導率計を得ることを主な課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち、本発明に係る電気伝導率計は、内部流路を流れる流体の電気伝導率を測定する測定機構と、前記測定機構を締め付ける締付機構とを具備し、前記測定機構が、前記内部流路の一部を構成する第１貫通孔が形成された少なくとも２つの電極と、前記隣り合う電極の間に介在し、前記内部流路の一部を構成すると共に前記隣り合う電極の第１貫通孔を互いに連通させる第２貫通孔が形成されたスペーサ部材とを備え、前記締付機構が、前記測定機構の両端に配置された前記電極が互いに向かい合う方向へ押圧された状態に保持されるように、当該測定機構を締め付けるものであることを特徴とするものである。

【0008】

このようなものであれば、隣り合う電極の間にスペーサ部材を配置し、締付機構によって測定機構の両端に配置された電極を互いに向かい合う方向へ押圧された状態に保持したので、隣り合う電極間の距離をスペーサ部材の厚みによって容易に設定することができる。また、隣り合う電極間の距離を変更する場合に、スペーサ部材以外の部材を共通化できると共に、当該部材に新たに加工を加える必要がないため、製造コストを低減することができる。

【0009】

また、前記測定機構が、前記電極及び前記スペーサ部材の互いに対向する端面間を気密にシールするシール機構をさらに備え、前記シール機構が、前記電極の端面に対し、前記第１貫通孔の外側を周回するように形成された凹部と、前記スペーサ部材の端面に対し、前記第２貫通孔の外側を周回すると共に前記凹部に嵌り込むように形成された凸部とを備えているものであってもよい。

【0010】

このようなものであれば、シール機構の凸部が凹部に対して押え付けられた状態で嵌り込む。これにより、電極とスペーサ部材との間のシール性が向上し、電極及びスペーサ部材の間から内部流路を流れる流体が漏れ出ることを防止できる。

【0011】

なお、前記シール機構によってシール性を更に向上させるために次のような構成を採用してもよい。すなわち、前記凹部に前記凸部を嵌め込んだ状態において、前記凸部の外面に対し、前記凹部の内面及び当該内面と連なる前記電極の端面によって形成される角部が接触するように構成してもよい。具体的には、前記凹部が、前記電極の端面に対して所定角度で互いに対向する方向へ傾斜した一対の内側面を有し、前記凸部が、前記スペーサ部材の端面に対して前記所定角度よりも大きい角度で互いに対向する方向へ傾斜した一対の外側面を有し、前記凹部に前記凸部を嵌め込んだ状態において、前記凸部の各外側面に対し、前記凹部の各内側面及び当該各内側面と連なる前記電極の端面によって形成される角部が接触するように構成してもよい。

【0012】

このようなものであれば、凸部の各外面に対し、凹部の内面に対して当該内面と連なる端面によって形成される角部が食い込むようになり、シール性が格段に向上する。

【0013】

また、前記スペーサ部材が、前記電極よりも硬度の低い材料によって形成してもよく、具体的には、前記電極を黒鉛を含む材料で形成されたものであり、前記スペーサ部材をフッ素樹脂を含む材料で形成されたものであってもよい。

【0014】

このようなものであれば、比較的硬度の低いスペーサ部材に形成された凸部の外面に対し、比較的硬度の高い電極に形成された凹部の内面及び当該内面と連なる端面によって形成される角部が食い込むように接触し、シール性が更に向上する。また、スペーサ部材は、フッ素樹脂を含む材料で形成すれば、ゴム製Ｏリングに比べて硬質であるため、隣り合う電極の間にゴム製Ｏリングを介在させてシールした場合に比べて、隣り合う電極の対向する端面間の距離を均一に保ち易くなる。

【0015】

また、前記締付機構が、前記測定機構の両端に配置された電極を互いに向かい合う方向へ押圧して締め付ける一対の締付部材を備えているものであってもよい。より具体的には、前記締付機構が、前記測定機構を内部に保持し、前記締付機構を構成する前記一対の締付部材のうちで少なくとも一方が螺合されたブロック体をさらに備え、前記締付機構が、前記ブロック体に螺合された締付部材を当該ブロック体に締め付けて前記測定機構を締め付けるものであってもよい。

【0016】

このようなものであれば、ブロック体に対して一対の締付部材を螺合させることにより、測定機構を容易に締め付けることができる。

【0017】

なお、前記一対の締付部材は、具体的には、前記一方の締付部材が、前記測定機構の内部流路へ前記流体を導入する導入路を有し、前記他方の締付部材が、前記測定機構の内部流路から前記流体を導出する導出路を有するように構成すればよい。

【0018】

また、前記測定機構の両端に位置付けられる電極と前記締付部材との間にシール部材をさらに具備しているものであってもよい。

【0019】

このようなものであれば、測定機構及び締付部材の間から内部流路を流れる流体が漏れ出ることを防止することができる。

【0020】

また、前記電極が、三つであり、前記測定機構が、前記いずれかの電極に当該電極の温度を測定する温度センサをさらに備えているものであってもよい。

【0021】

流体の電気伝導率を測定する場合には、当該流体の温度が電気伝導率の値に影響を与えるため、流体の温度に基づき電気伝導率の値を補正する必要がある。そして、三つの電極で流体の電気伝導率を測定する場合には、上流側及び中央に位置する両電極を流れる電流、及び、中央及び下流側に位置する両電極を流れる電流に基づき電気伝導率を測定するが、この電気伝導率を温度に基づき補正する場合、両電流の測定に用いられる中央に位置する電極に設置された温度センサによって測定された温度を使用することにより、より正確に補正することができる。

【0022】

また、本発明に係る濃度計は、前記いずれかの電気伝導率計によって測定された電気伝導率に基づき前記流体の濃度を算出するものである。

【0023】

このように構成した電気伝導率計によれば、電極が流路を流れる流体の流れを妨げることがない。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態に係る電気伝導率計を模式的に示す断面図である。

【図2】実施形態に係る電極及びスペーサ部材を示す斜視図である。

【図3】実施形態に係るシール機構を模式的に示す拡大断面図である。

【図4】その他の実施形態に係るシール機構を模式的に示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、本発明に係る電気伝導率計を図面に基づいて説明する。

【0026】

本発明に係る電気伝導率計は、例えば、半導体製造プロセスにおけるＣＭＰ等に用いられるシリカ系やセリア系のようなスラリー状の流体（以下、液体試料ともいう）の濃度を測定する場合に用いられるものであり、液体試料に接触した少なくとも２つの電極間の抵抗を測定して当該液体試料の電気伝導率（Ｓ／ｍ（ジーメンス毎メートル））を算出するものである。なお、本発明に係る電気伝導率計は、濃度計にも使用することができる。

【0027】

＜実施形態１＞ 本実施形態に係る電気伝導率計１００は、図１に示すように、内部流路Ｒを流れる液体試料の電気伝導率を測定する測定機構１０と、測定機構１０を締め付ける締付機構２０と、を具備している。

【0028】

前記測定機構１０は、３つの電極１１と、隣り合う電極１１間に介在するスペーサ部材１２と、電極１１及びスペーサ部材１２の互いに対向する端面１１ａ，１２ａ間を気密にシールするシール機構１３と、を備えている。

【0029】

前記３つの電極１１は、液体試料と接触するものであり、液体試料に対して耐腐食性を有する材料によって形成されている。なお、本実施形態に係る３つの電極１１は、黒鉛を含む組成の材料やステンレス等によって形成されている。また、３つの電極１１は、図２（ａ）に示すように、いずれも板状のものであり、その中央に内部流路Ｒの一部を構成する第１貫通孔１１ｈが形成された扁平な環状になっており、同一形状をなしている。より具体的には、３つの電極１１は、平行に配置される二つの端面１１ａを有しており、隣り合う電極１１は、その端面１１ａ同士を対向させている。

【0030】

また、前記３つの電極１１には、それぞれリード線Ｌが接続されている。なお、リード線Ｌは、外部に設けられた交流電源（図示せず）に接続されている。さらに、３つの電極１１のうちで中央に位置する電極１１には、温度センサＴが接続されている。なお、３つの電極１１のうちで内部流路Ｒの上流側及び下流側に位置する電極１１には、同一極性の電圧が印加され、中央に位置する電極１１には、前記極性と逆極性の電圧が印加されるように構成されている。

【0031】

前記スペーサ部材１２は、隣り合う電極１１の間に介在して当該両電極１１を絶縁するものである。よって、スペーサ部材１２は、絶縁性を有する材料によって形成されている。なお、本実施形態に係るスペーサ部材１２は、フッ素樹脂を含む組成の材料によって形成されている。また、スペーサ部材１２は、図２（ｂ）に示すように、板状のものであり、その中央に内部流路Ｒの一部を構成すると共に、隣り合う電極１１の第１貫通孔１１ｈを連通させる第２貫通孔１２ｈが形成された扁平な環状になっている。より具体的には、スペーサ部材１１は、平行に配置される二つの端面１２ａを有しており、その端面１２ａを電極１１の端面１１ａに対向させている。

【0032】

なお、前記第１貫通孔１１ｈ及び前記第２貫通孔１２ｈは、いずれも同じ内径に形成されている。よって、電極１１及びスペーサ部材１２を交互に並べて各第１貫通孔１１ｈ及び各第２貫通孔１２ｈを連通させることにより、測定機構１０に対し、内面に凹凸を有さない内部流路Ｒが形成される。このように構成することにより、内部流路Ｒをスラリー状の流体がスムーズに流れるようになり、内部流路に対するスラリーの固着が抑制され、スラリーの固着による測定誤差が生じ難くなると共に、洗浄回数が低減され、メンテナンス性も向上する。

【0033】

前記シール機構１３は、電極１１及びスペーサ部材１２の互いに対向する端面１１ａ，１２ａ間を気密にシールするものである。具体的には、シール機構１３は、図２に示すように、電極１１の端面１１ａに対して第１貫通孔１１ｈの外側を周回するように形成された凹部１４と、スペーサ部材１２の端面１２ａに対して第２貫通孔１２ｈの外側を周回するように形成された凸部１５と、を備えている。そして、凸部１５は、凹部１４に嵌り込むように構成されている。

【0034】

なお、図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る凹部１４は、断面三角状の溝形状に形成されており、互いに対向する内側面１４ａを有している。そして、凹部１４の各内側面１４ａは、電極１１の端面１１ａに対して所定角度θ_１で互いに対向する方向へ傾斜している。また、本実施形態に係る凸部１５は、断面三角状に突起形状に形成されており、互いに対向する外側面１５ａを有している。そして、凸部１５の各外側面１５ａは、スペーサ部材１２の端面１２ａに対して前記所定角度θ_１よりも大きい角度θ_２（θ_１＜θ_２）で互いに対向する方向へ傾斜している。この場合、例えば、θ_１を１３５°とし、θ_２を１４２．５°とすればよい。すなわち、凹部１４の各内側面１４ａ間の角度が、凸部１５の各外側面１５ａ間の角度よりも小さくすればよい。

【0035】

これにより、前記シール機構１３は、図１３（ｂ）に示すように、凹部１４を凸部１５に嵌め込んだ状態において、凸部１５の各外側面１５ａに対し、凹部１４の各内側面１４ａ及び当該各内側面１４ａと連なる端面１１ａによって形成される角部１４ｂが接触するように構成されている。また、スペーサ部材１２は、電極１１よりも硬度の低い材料によって形成されている。このため、凸部１５の各外側面１５ａに対し、凹部１４の角部１４ｂ（より具体的には、角部１４ｂの稜線）が接触して食い込むようになっている。

【0036】

前記締付機構２０は、図１に示すように、測定機構１０の両端に配置された電極１１が互いに向かい合う方向へ押圧された状態に保持されるように当該測定機構１０を締め付けるものである。具体的には、締付機構２０は、測定機構１０を収容する内部空間Ｒを備えたブロック体２１と、ブロック体２１の両端部に螺合される一対の締付部材２２と、ブロック体２１の側面に形成された開口に接続される配線ブロック２３と、を備えている。

【0037】

前記ブロック体２１は、概略筒状のものである。そして、ブロック体２１は、両端部よりも内径が狭くなった中央部が測定機構１０を収容する内部空間Ｓになっている。なお、ブロック体２１の両端部には、その内面に雄ネジ溝２１ａが形成されている。

【0038】

前記一対の締付部材２２は、その外面にブロック体２１に形成された雄ネジ溝２１ａと螺合する雌ネジ溝２２ａが形成されたネジ状のものである。また、一方の締付部材２２には、測定機構１０の内部流路Ｒに流体を導入するための導入路ＩＲが形成されており、他方の締付部材２２には、測定機構１０の内部流路Ｒから流体を導出するための導出路ＯＲが形成されている。そして、導入路ＩＲ及び導出路ＯＲは、いずれも測定機構１０側へ向かってテーパー状に縮径しており、測定機構１０側の内径が内部流路Ｒの内径と一致している。すなわち、一対の締付部材２２は、測定機構１０の内部流路Ｒを外部流路と接続するポートの役割も果たしている。なお、導入路ＩＲ及び導出路ＯＲは、測定機構１０側の内径が内部流路Ｒの内径と一致していればよく、例えば、上流側から下流側に向かって当該内径と同径で延びるものであってもよい。

【0039】

そして、一対の締付部材２２は、ブロック体２１の両端部に螺合された状態において、シール部材３０を介して測定機構１０を内部流路Ｒの中心軸に沿って両端側から押圧するように締め付ける構造になっている。

【0040】

なお、前記シール部材３０は、測定機構１０の両端に位置する電極１１と各締付部材２２との間を気密にシールするものである。具体的には、シール部材３０は、締付部材２２の導入路ＩＲ又は導出路ＯＲと測定機構１０の内部流路Ｒとを連通させる第３貫通孔３０ｈを有している。そして、測定機構１０の両端に位置する電極１１とシール部材３０との互いに対向する端面間、及び、締付部材２２とシール部材３０との互いに対向する端面間に、前記スペーサ部材１２と同様の構造を有するシール機構１３を有している。

【0041】

前記配線ブロック２３は、ブロック体２１の側面に設けられた開口にネジ止めされる筒状のものであり、その一端が内部空間Ｓまで達している。なお、配線ブロック２３及びブロック体２１は、０リング２３ａによってシールされている。そして、配線ブロック２３に、ブロック体２１の内部空間Ｓに収容された測定機構１０の各電極１１から延びるリード線Ｌや温度センサＴから延びるリード線Ｌと通し、外部へ導出できるようになっている。

【0042】

＜その他の実施形態＞ 前記実施形態においては、シール機構１３を構成する凹部１４及び凸部１５を断面三角状に形成したが、これに限定されることなく、例えば、凹部１４及び凸部１５を、図４に示すように、断面台形状に形成してもよい。この場合においても、凹部１４の各内側面１４ａを、電極１１の端面１１ａに対して所定角度θ_１で互いに対向する方向へ傾斜させ、また、凸部１５の各外側面１５ａを、スペーサ部材１２の端面１２ａに対して前記所定角度θ_１よりも大きい角度θ_２で互いに対向する方向へ傾斜させればよい。

【0043】

また、前記実施形態においては、凹部１４において、各内側面１４ａの電極１１の端面１１ａに対する各角度θ_１を同一とし、凸部１５において、各外側面１５ａのスペーサ部材１２の端面１２ａに対する各角度θ_２を同一としたが、角度が異なるようにしてもよい。

【0044】

また、前記実施形態においては、測定機構１０をフロック本体２１の両端部にネジ止めされる一対の締付部材２２によって締め付ける構成を採用しているが、これに限定することなく、例えば、ブロック体２１の一端側の開口を塞ぎ、他端側の開口にネジ止めされた締付部材２２を一端側へねじ込むことによって測定機構１０を締め付ける構成を採用してもよい。また、筒状のブロック体２１に電極１１及びスペーサ部材１２の外径と同じ又は僅かに小さい内径を有する空間を形成し、その空間に電極１１及びスペーサ部材１２を捻じ込むように収容するように構成してもよい。この場合、ブロック体２１に捻じ込まれた電極１１及びスペーサ部材１２が動かないように固定され、測定機構１０の両端に配置された電極１１が互いに向かい合う方向へ押圧された状態に保持することができるようになる。

【0045】

また、前記実施形態においては、３つの電極１１によって流体の電気伝導率を測定しているが、４つの電極１１によって流体の電気伝導率を測定してもよい。この場合、内部流路Ｒに対し、最も上流側に位置する電極１１と最も下流側に位置する電極１１とを組みとし、これらの電極１１に挟まれる二つの電極を組みとし、両組で測定される抵抗に基づき電気伝導率を算出する。すなわち、交流４極法によって流体の電気伝導率を算出する。また、２つの電極１１によって流体の電気伝導率を測定してもよい。なお、電極１１が２つ又は３つの場合には、交流２極法によって流体の電気伝導率を算出する。

【0046】

また、前記実施形態においては、測定機構１０と締付部材２２との間にシール部材３０を介在させているが、必ずしも介在させる必要はない。すなわち、締付部材２２の一端面によって直接測定機構１０の端部に位置する電極１１を押圧するようにしてもよい。この場合、締付部材２２及び電極１１の互いに対向する端面間に前記シール機構１３と同様の構成を設けてもよい。

【0047】

また、前記実施形態においては、電極１１を円環状としているが、その他の環形状を有するものであってもよい。

【0048】

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0049】

１００ 電気伝導率計
１０ 測定機構
１１ 電極
１１ａ 端面
１１ｈ 第１貫通孔
１２ スペーサ部材
１２ａ 端面
１２ｈ 第２貫通孔
１３ シール機構
１４ 凹部
１４ａ 内側面
１４ｂ 角部
１５ 凸部
１５ａ 外側面
２０ 締付機構
２１ ブロック体
２２ 締付部材
３０ シール部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】