JP2017026335A - 液量検出ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】透光性を有する液体であっても、透過型のセンサを用いて液体の残量を検出すること。
【解決手段】液量検出ユニット(1)は、フィラを含まない透明な液体樹脂(L3)を溜めるタンク(2)と、透過型センサ(3、4)とを備える。透過型センサは、測定光を投光する投光部(30、40)と、測定光を受光する受光部(31、41)と、受光部が測定光を受光するか否かによって液体樹脂が所定量以下になったことを判断する判断部(5)とを有する。投光部と受光部とは直線上に対向配置される。判断部は、液体樹脂と空気とによって屈折又は反射する測定光を受光部が受光するか否かによって液体樹脂の液量を検出する。
【選択図】図6

Description

本発明は、容器内に溜められた液体の液量を検出する液量検出ユニットに関し、特に、ウエーハに塗布される液体樹脂の液量を検出する液量検出ユニットに関する。
容器内の液量を検出する液量検出ユニットとして、静電容量型のセンサを用いたものが存在する(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。特許文献1に記載の液量検出ユニットでは、容器の下端部近傍にセンサが設けられており、センサは空気と液体の誘電率の差から容器内の液体の有無を検出する。特許文献2に記載の液量検出ユニットでは、容器内の液体にセンサを直接浸漬させ、センサの浸漬深さに応じて変化する静電容量の値から液量を検出する。
特開2012−083245号公報 特開平05−118894号公報
ところで、静電容量型のセンサの場合、液体の種類(物質)が変わると静電容量(誘電率)が変わってしまうため、適切に液体を検出することができないという不具合がある。そこで、透過型(光学式)のセンサを用いて液体を検出することも考えられる。透過型のセンサは、投光部と受光部とを水平方向に対向配置し、投光部からの測定光を受光部が受光するか否かで液量を検出する。例えば、液面がセンサより高い位置にある場合は、測定光が液体によって遮られる一方、液面がセンサより低い位置にある場合は、測定光は遮られることなく受光部に到達する。
しかしながら、検出対象となる液体が透光性を有する場合、上記した透過型のセンサでは、液面がセンサより高い位置にあっても、測定光は遮られることなく液体を透過してしまう。このため、液面に関係なく受光部が測定光を受光してしまい、適切に液面を検出することができないという問題があった。
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、透光性を有する液体であっても、透過型のセンサを用いて液体の残量を検出することができる液量検出ユニットを提供することを目的とする。
本発明に係る液量検出ユニットは、透過型センサを用いて透明容器に溜められた透明液体の液量を検出する液量検出ユニットであって、透過型センサは、測定光を投光する投光部と、投光部が投光する測定光を受光する受光部と、受光部が測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを判断する判断部と、を備え、投光部と受光部とを直線上に配置させ、透明液体と空気とで測定光が屈折および反射して受光部が測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを判断部が判断することを特徴とする。
この構成によれば、投光部から投光される測定光が透明液体と空気との境界で屈折及び反射する。そして、屈折及び反射した測定光を受光部が受光するか否かによって透明液体の残量を検出することができる。このように、透明液体であっても、透過型センサを用いて液体の残量を検出することができる。
本発明に係る上記液量検出ユニットは、投光部と受光部とを結ぶ直線が透明液体の液面に対して斜めに傾斜していて、透明液体の液面で測定光が屈折および反射して受光部が測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを判断部が判断する。
また、本発明に係る上記液量検出ユニットは、透明容器内に間隔を空けて円筒を2つ立設させ、2つの円筒に投光部と受光部とを別々に配設させ、投光部と受光部とを結ぶ直線は2つの円筒の中心をずらして配置させ、円筒の内側と外側となる空気と透明液体とで測定光が屈折および反射して受光部が測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを判断部が判断する。
本発明によれば、測定光の屈折及び反射を利用したことにより、透光性を有する液体であっても、透過型のセンサを用いて液体の残量を検出することができる。
本実施の形態に係る液量検出ユニットの断面模式図である。 従来の液量検出ユニットを用いて、フィラを含む液体樹脂を検出する場合の模式図である。 従来の液量検出ユニットを用いて、フィラを含まない透明な液体樹脂を検出する場合の模式図である。 比較例に係る液量検出ユニットの上面模式図である。 本実施の形態に係る液量検出ユニットの上面模式図である。 本実施の形態に係る液量検出ユニットの液量検出の状態を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る液量検出ユニットおよび従来の液量検出ユニットについて説明する。図1は、本実施の形態に係る液量検出ユニットの断面模式図である。図1Aは液量検出ユニットの縦断面図を示し、図1Bは液量検出ユニットの横断面図を示している。図2は、従来の液量検出ユニットを用いて、フィラを含む液体樹脂を検出する場合の模式図である。図3は、従来の液量検出ユニットを用いて、フィラを含まない透明な液体樹脂を検出する場合の模式図である。なお、本実施の形態に係る液量検出ユニットは、以下に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。また、図1Bについては説明の便宜上、サブタンク及び第2のセンサを省略している。
図1に示すように、本実施の形態に係る液量検出ユニット1は、タンク2内に貯留された液体Lの液量を検出するように構成されている。液量検出ユニット1は、液体Lを貯留するタンク2と、タンク2内の液体Lの液面を検出する第1のセンサ3及び第2のセンサ4とを含んで構成される。
タンク2は、プラスチック樹脂等で形成される透明容器であり、箱状のメインタンク20と、メインタンク20の底面に連結されるサブタンク21とを有している。メインタンク20の上面には、液体Lを投入する液体投入口22が設けられている。サブタンク21は、メインタンク20の底面から下方に突出形成されており、メインタンク20に比べて小さい容積を有している。サブタンク21の下端には、液体を送出するための液体送出口23が設けられている。
メインタンク20内には、上面から下方に延びる2つの円筒部24が水平方向に間隔を空けて立設されている。円筒部24の上端は、メインタンク20の上面から突出して開放されている。一方、円筒部24の下端は閉じられており、メインタンク20の底面より上方に位置付けられている。これにより、円筒部24内に対する液体Lの浸入が防止されている。
第1のセンサ3及び第2のセンサ4は、透過型センサであり、投光部30、40から投光される測定光をそれぞれ受光部31、41で受光するように構成されている。また、第1のセンサ3及び第2のセンサ4は、受光部31、41が測定光を受光するか否かによって液体Lの有無を判断する判断部5を備えている。
具体的には、第1のセンサ3において判断部5は、投光部30からの測定光を受光部31が受光しないと液体Lが有ると判断し、受光部31が測定光を受光すると液体Lが無いと判断する。一方、第2のセンサ4において判断部5は、投光部40からの測定光を受光部41が受光すると液体Lが有ると判断し、受光部41が測定光を受光しないと液体Lが無いと判断する。また、詳細は後述するが、第1のセンサ3及び第2のセンサ4は、液体と空気の屈折率の違いで屈折又は反射する測定光を受光するか否かによって、液体が所定量以下になったことを検出する。
第1のセンサ3は、メインタンク20内に設けられ、メインタンク20内における液体Lの液量を検出する。より具体的には、投光部30と受光部31が円筒部24内の下端部にそれぞれ別々に設けられ、投光部30と受光部31が直線上に位置付けられるように対向配置される。また、上面視において、投光部30と受光部31とを結ぶ直線が2つの円筒部24の中心(を結ぶ直線)からずらされている。
第2のセンサ4は、サブタンク21の外側に設けられ、サブタンク21内における液体Lの液量を検出する。より具体的には、サブタンク21の側面外側に投光部40と受光部41がサブタンク21を挟んで対向配置される。さらに、投光部40と受光部41を結ぶ直線が液体Lの液面に対して斜めに傾斜している。図1では、投光部40に対して受光部41が下側に位置付けられている。
このように構成される液量検出ユニット1では、液体投入口22から液体Lが投入され、所定量の液体Lがタンク2内に溜められる。そして、液体Lが使用される場合には、液体送出口23から液体Lが送出されることで、液体Lの液面が徐々に下がってくる。メインタンク20内で液面が所定高さまで下がると、第1のセンサ3によって液体Lが所定量以下になったことが検出される。さらに液面が下がり、サブタンク21内で液面が所定高さになると、今度は第2のセンサ4によって液体Lが所定量以下になったことが検出される。第1のセンサ3及び第2のセンサ4によって液体Lが所定量以下になったことが検出されると、外部のモニタやブザー等の報知手段(いずれも不図示)によって液体Lの不足が報知され、オペレータに対して液体Lの補充が促される。
ところで、本実施の形態に係る液量検出ユニット1の適用分野として、例えば、半導体製造装置が挙げられる。半導体製造装置の分野では、シリコン等のインゴットをスライスして所定厚みのウエーハを形成する際にウエーハの凹凸面が研削加工される。この場合、ウエーハの凹凸面に液体樹脂を塗布して凹凸面が平坦に均される。
このような研削加工に用いられる液体樹脂は、ウエーハの厚み精度を高めるため、硬化後に所定の硬度が必要とされている。そこで、液体樹脂には充填剤としてフィラが所定の割合で混合されている。フィラを含む液体樹脂は、不透明であり、遮光性を有している。このため、従来の液量検出ユニットでは、透過型(光学式)のセンサを用いて液体樹脂の液量を検出していた。
図2に示すように、液量検出ユニット6では、フィラを含む液体樹脂L2が溜められた容器60の外側に、透過型センサ61が設けられている。透過型センサ61は、容器60を左右で挟むように投光部62と受光部63を対向配置して構成される。図2Aに示すように、液体樹脂L2の液面が透過型センサ61より高い位置にあると、投光部62から投光される測定光が不透明の液体樹脂L2によって乱反射されるため、受光部63では測定光を受光することができない。この場合、液量検出ユニット6は、液体樹脂L2が所定量より存在すると判断する。
また、図2Bに示すように、液体樹脂L2の液面が透過型センサ61より低い位置にあると、投光部62から投光される測定光は液体樹脂L2に遮られることなく受光部63に到達する。この場合、液量検出ユニット6は、液体樹脂L2が所定量以下になったと判断する。このように、受光部63が測定光を受光するか否かによって液体樹脂L2が所定量以下になったことを検出することができる。
また、上記のようにフィラを含む液体樹脂が用いられる一方で、硬化後の硬度が高すぎると、研削加工時に研削砥石の痕、いわゆるソーマークが形成されてしまうという問題がある。さらに、硬化後の樹脂をウエーハから引き剥がす際にウエーハが割れ易くなってしまうという問題もある。このため、液体樹脂にある程度の弾力性を持たせたいという要望もあり、昨今では、フィラを含まない液体樹脂を用いる場面が増えてきている。フィラを含まない液体樹脂によれば、研削加工時にソーマークが形成されるのを防止すると共に、硬化後の樹脂が剥がし易くなるという効果がある。
ここで、フィラを含まない液体樹脂を従来の液量検出ユニットで検出する場合について説明する。図3に示すように、フィラを含まない液体樹脂L3は透明であり、液体樹脂L3の液面が透過型センサ61より高い位置にあっても、測定光は透明の液体樹脂L3を透過して受光部63に到達する(図3A参照)。また、液体樹脂L3の液面が透過型センサ61より低い位置にある場合でも、測定光は液体樹脂L3に遮られることなく受光部63に到達する(図3B参照)。このように、フィラを含まない透明の液体樹脂L3では、液面の高さによらず受光部63が測定光を受光してしまうため、液量を適切に検出することができない。
そこで、本発明者は、液体と空気との屈折率の違い、又は液体と容器との屈折率の違いに着目して本発明に想到した。すなわち、本発明の骨子は、屈折又は反射した測定光を受光部が受光するか否かで液体の有無を検出することである。これにより、通常はフィラを含む液体樹脂(遮光性を有する不透明の液体)しか検出することができない透過型センサを用いて、フィラを含まない液体樹脂(透明液体)の液量を検出することが可能になっている。
次に、図4から図6を参照して、本実施の形態に係る液量検出ユニットによる液量検出について説明する。図4は、比較例に係る液量検出ユニットの上面模式図である。図5は、本実施の形態に係る液量検出ユニットの上面模式図である。図4A及び図5Aは液面が第1のセンサより高い位置にある状態を示し、図4B及び図5Bはタンク内に液体がない又は液面が第1のセンサより低い位置にある状態を示している。なお、図4に示す比較例は、上面視における第1のセンサの位置のみが本実施の形態と相違している。このため、同一名称の構成については同一の符号を示し、その説明を省略する。図6は、本実施の形態に係る液量検出ユニットの液量検出の状態を示す図である。図6Aは液面が第1のセンサより低い位置にある状態を示し、図6Bは液面が第2のセンサの投光部と受光部との間の位置にある状態を示している。また、以下の説明においては、液体として透明液体(フィラを含まない液体樹脂)が用いられるものとする。
先ず、比較例について説明する。図4に示すように比較例では、上面視において、第1のセンサ3の投光部30と受光部31とがそれぞれ円筒部24内に設けられ、2つの円筒部24の中心を結ぶ直線上に配置されている。フィラを含まない透明な液体樹脂L3の液面が第1のセンサ3より高い位置にある場合、図4Aに示すように、投光部30から投光される測定光は、円筒部24の側面を貫通して液体樹脂L3内を透過する。このとき、円筒部24と液体樹脂L3との境界面に対して測定光が直交するように入射するため、測定光は屈折することなく真っ直ぐ受光部31に到達する。この場合、判断部5は、受光部31が測定光を受光したことを認識して液体樹脂L3が所定量以下になったと誤って判断してしまう。
一方、液体樹脂L3の液面が第1のセンサ3より低い位置にある場合、図4Bに示すように、投光部30からの測定光は液体樹脂L3に遮られることなく受光部31に到達する。このとき判断部5は、液体樹脂L3が所定量以下になったと判断する。このように、比較例では、透過型センサを用いて透明な液体樹脂L3を適切に検出することができない。
これに対して本実施の形態では、図5に示すように、投光部30と受光部31とを結ぶ直線が2つの円筒部24の中心を結ぶ直線からずらされている。このため、液体樹脂L3の液面が第1のセンサ3より高い位置にある場合、図5Aに示すように、投光部30から投光される測定光は円筒部24を透過して円筒部24の側面から液体樹脂L3内に入り込む。
このとき、円筒部24と液体樹脂L3との境界面に対して測定光が直交する方向ではなく所定の角度を成して入射する。さらに、円筒部24と液体樹脂L3との屈折率の違いにも起因して、測定光は円筒部24と液体樹脂L3との境界面において屈折して受光部31に向かう方向とは異なる方向に進む。この結果、受光部31側では測定光が受光されず、判断部5は、液体樹脂L3が所定量より多く存在すると判断することができる。
一方、液体樹脂L3の液面が第1のセンサ3のより低い位置にある場合(図6A参照)、図5Bに示すように、円筒部24を透過する測定光は屈折することなく受光部31の到達する。判断部5は、受光部31が測定光を受光したことを認識して液体樹脂L3が所定量以下になったと判断することができる。このように、第1のセンサ3では、円筒部24の中心に対して投光部30及び受光部31をずらして配置し、測定光を屈折させたことにより、フィラを含まない液体樹脂L3(透明液体)であっても、透過型センサ(第1のセンサ3)を用いて液量を検出することができる。
また、図6に示すように、本実施の形態では、メインタンク20内の液量を検出する第1のセンサ3の他に、サブタンク21内の液量を検出する第2のセンサ4が設けられている。第1のセンサ3及び第2のセンサ4を用いて液体樹脂L3の液量を検出することにより、オペレータに対して二段階で液体樹脂L3の不足を報知することができる。この結果、より確実にオペレータに対して液体樹脂L3の補給を促すことができる。以下、第2のセンサ4による液量検出について説明する。
図6Aに示すように、液体樹脂L3の液面が第2のセンサ4(投光部40)より高い位置にある場合、投光部40から投光される測定光はサブタンク21及び液体樹脂L3を透過して直接受光部41に入射する。判断部5では、受光部41が測定光を受光したと認識し、液体樹脂L3が所定量より多く存在すると判断する。
液体樹脂L3の液面が下がり、図6Bに示すように、液面が投光部40と受光部41との間の高さに位置している場合、投光部40から投光される測定光は、サブタンク21の側壁を透過した後、一部がサブタンク21内の空気と液体樹脂L3との境界面(液面)で反射すると共に、一部は空気と液体樹脂L3との境界面で屈折して液体樹脂L3を透過する。このため、測定光が受光部41に到達することはなく、判断部5では、受光部41が測定光を受光していないと認識し、液体樹脂L3が所定量以下になったと判断する。
このように、第2のセンサ4では、投光部40と受光部41を結ぶ直線を液面に対して傾斜させ、空気と液体樹脂L3との屈折率の違いを利用したことにより、フィラを含まない液体樹脂L3(透明液体)であっても、透過型センサ(第2のセンサ4)を用いて液量を検出することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
例えば、上記した実施の形態では、透明液体としてフィラを含まない液体樹脂L3を例に挙げたが、この構成に限定されない。透明液体は、どのような液体でも適用可能である。
また、上記した実施の形態では、第2のセンサ4において、投光部40に対して受光部41が下側に位置付けられる構成としたが、この構成に限定されない。投光部40に対して受光部41が上側に位置付けられてもよい。
また、上記した実施の形態では、フィラを含まない透明な液体樹脂L3を液量検出ユニット1で検出する構成としたが、この構成に限定されない。本実施の形態に係る液量検出ユニット1で、フィラを含む遮光性の液体樹脂を検出してもよい。例えば、第1のセンサ3では、液体樹脂によって測定光が遮光されることにより、液体樹脂が所定量存在することを検出することができる。一方、液面が第1のセンサ3より下がっていれば、液体樹脂に遮られることなく受光部31が測定光を受光できるため、液体樹脂が所定量以下になったことを検出することができる。また、第2のセンサ4では、判断部5の判断を上記した実施の形態と反対にし、投光部40からの測定光が液体樹脂によって遮光されることで、液体樹脂が所定量存在することを判断部5に判断させることができる。一方、液面が受光部41より低い位置にある場合、投光部40からの測定光が液体樹脂に遮られることなく受光部41に到達する。これにより、判断部5は、液体樹脂が所定量以下になったと判断することができる。
以上説明したように、本発明は、透光性を有する液体であっても、透過型のセンサを用いて液体の残量を検出することができるという効果を有し、特に、ウエーハに塗布される液体樹脂の液量を検出する液量検出ユニットに有用である。
1 液量検出ユニット
2 タンク(透明容器)
24 円筒部(円筒)
3 第1のセンサ(透過型センサ)
4 第2のセンサ(透過型センサ)
5 判断部
30、40 投光部
31、41 受光部
L 液体(透明液体)
L3 液体樹脂(透明液体)

Claims (3)

  1. 透過型センサを用いて透明容器に溜められた透明液体の液量を検出する液量検出ユニットであって、
    該透過型センサは、測定光を投光する投光部と、該投光部が投光する該測定光を受光する受光部と、該受光部が該測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを判断する判断部と、を備え、
    投光部と該受光部とを直線上に配置させ、透明液体と空気とで該測定光が屈折および反射して該受光部が該測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを該判断部が判断することを特徴とする液量検出ユニット。
  2. 該投光部と該受光部とを結ぶ直線が透明液体の液面に対して斜めに傾斜していて、
    該透明液体の液面で該測定光が屈折および反射して該受光部が該測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを該判断部が判断する請求項1記載の液量検出ユニット。
  3. 透明容器内に間隔を空けて円筒を2つ立設させ、該2つの円筒に該投光部と該受光部とを別々に配設させ、
    該投光部と該受光部とを結ぶ直線は該2つの円筒の中心をずらして配置させ、
    該円筒の内側と外側となる空気と透明液体とで該測定光が屈折および反射して該受光部が該測定光を受光するか否かによって透明液体が所定量以下になったことを該判断部が判断する請求項1記載の液量検出ユニット。
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