JP3980953B2 - 加圧タンクを用いた高粘度流体の送液装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置、FPD(フラットパネルディスプレイ)製造装置等のノズル等に高粘度の薬液等を供給する送液装置に関し、加圧タンクを用いることにより安定した圧力で薬液等を供給する送液装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高粘度の薬液をノズルから吐出させて半導体の製造やFPD(フラットパネルディスプレイ)の製造に使用するにあたり、薬液を薬液供給配管の途中に設けた加圧タンク内に一旦貯留し、加圧タンク内を一定圧力の加圧ガスにて加圧して薬液を送出することにより、安定した一定圧力の薬液を薬液ノズルへ送液する送液装置が知られている。
【0003】
この従来の送液装置における加圧タンクの構造を図7及び図8に示す。加圧タンク19の蓋20には、加圧タンク19内に薬液28を導入するための供給ポート21と、加圧タンク19内の薬液28が送出される送液ポート22と、加圧タンク19内に加圧ガス30を送り込んで加圧するための加圧ポート23と、加圧タンク19内の加圧ガス30を逃がすためのガス抜きポート24が設けられている。
【0004】
供給ポート21は、一端が加圧タンク19内の上方部分にて開口しており、他端が加圧タンク19の外部で不図示の薬液供給配管を介して薬液供給源に接続される。送液ポート22は、一端が加圧タンク19内の下方部分にて開口しており、他端が加圧タンク19の外部で不図示の薬液供給配管を介して薬液ノズルに接続される。加圧ポート23は、一端が加圧タンク19内の上方部分にて開口しており、他端が加圧タンク19の外部で不図示の加圧ガス供給部に接続される。ガス抜きポート24は、一端が加圧タンク19内の上方部分にて開口しており、他端が加圧タンク19の外部に開放されている。これら供給ポート21、送液ポート22、加圧ポート23、ガス抜きポート24は、それぞれ不図示のバルブにより開閉されるようになっている。
【0005】
また、加圧タンク19の内部には、上限管理センサ26aと下限管理センサ26bが備えられており、その信号線27が加圧タンク19の蓋20を通して外部に引出されている。これらの上限管理センサ26aと下限管理センサ26bは、薬液28の液面に浮くフロート25の近接を検出するフロート式の液面センサで構成されている。これら上限管理センサ26aと下限管理センサ26bは、加圧タンク19内に貯留される薬液28の液面に浮くフロート5の近接を検出することにより薬液の液面の液位を検出し、薬液28が供給ポート21の開口部から送液ポート22の開口部の範囲で貯留するように管理するためのものである。
【0006】
加圧タンク19内に薬液28を貯留するには、送液ポート22と加圧ポート23を閉じると共に供給ポート21とガス抜きポート24を開く。これにより、薬液28は、薬液供給源から薬液供給配管を通って供給ポート21より加圧タンク19内に流入し貯留される。また、加圧タンク19から薬液28を送出するには、供給ポート21とガス抜きポート24を閉じると共に送液ポート22と加圧ポート23を開き、加圧ガス30を加圧ポート23を介して加圧タンク19内に送り込む。これにより、加圧タンク19内に加圧ガス30が送り込まれて加圧タンク19内が加圧され、その圧力により送液ポート22から薬液28が送出される。送出された薬液28は薬液供給配管を通って薬液ノズルへ送液される。ガス加圧部から一定圧力の加圧ガス30を送出することにより加圧タンク19内は一定圧力に加圧され、これにより、送液ポート22からは一定圧力の薬液28が送液され、薬液ノズルからは一定圧力の薬液28が吐出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の送液装置において、半導体の製造やFPDの製造に用いる薬液28には複数種の物質から構成されているものがあり、複数種の物質から構成される薬液28は、長時間放置しておくと、物質の性質や分子量の差異等により2層に分離してくることがある。また、薬液28は加圧タンク19内で加圧ガス30と直に接触するので、加圧ガス30が薬液28に溶け込むことにより変化、変質したり、圧力が加えられることにより変化、変質することがある。
【0008】
また、薬液28が高粘度であると、図8に示すように、送液ポート22の付近で下方に窪んだ状態となってしまう。このため、薬液28の上にできた分離したり変化、変質した液29の層も窪んでしまい、分離したり変化、変質した液29が送液ポート22から送出されてしまい、薬液ノズルから分離したり変化、変質した液29が吐出されてしまうことがある。また、高粘度な薬液28は、室温変動等に伴う薬液28の液温変動が粘度に及ぼす影響が大きく、薬液28の粘度が変化した場合に、加圧ガス30の加圧圧力及び送出時間が同じであると、薬液28の送出液量が変動するという問題点があった。
【0009】
また、薬液28の供給や送出の際に、液面が揺らぐことによって正確な液面の検出が困難である等の問題点や、下限センサ26bが故障したり誤操作した場合には、送液ポート22から加圧ガス30が出されてしまい、薬液ノズルから加圧ガス30が噴出するという問題点もあった。
【0010】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、分離した液や変化、変質した液が送出されることがなく、また、加圧ガスが薬液中に溶け込むことのない安定した流体の供給、送液を図ると共に、流体の送出液量を一定に維持でき、さらに、より正確な液面の検出を行うと共に、誤って加圧ガスが送出されることのない加圧タンクを用いた送液装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、高粘度流体(以下、流体という)を供給源圧力により、流体供給配管途中に設けられた加圧タンク内に導入し、安定供給可能な加圧ガスを前記加圧タンク内の流体液面の上部に導入することにより、流体を該タンク外に送出する高粘度流体の送液装置において、前記加圧タンクの底部が前記流体供給配管に接続されると共に、この接続部に流体の導入口及び送出口が設けられており、前記導入口を通して前記加圧タンク内に予め導入されている流体と前記加圧ガス雰囲気の界面に、流体液面の昇降動作に伴い昇降自在で、かつ、流体と加圧ガス雰囲気とを分離するフロートを設け、前記フロートの変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段の出力に基づいて前記加圧タンクから送出された送出液量を算出すると共に、この算出された送出液量に基づいて該送出液量が一定に維持されるように前記加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間を制御する制御部とを有する構成とした。
【0012】
この構成においては、加圧タンクに流体を導入するとき、加圧タンク内にはタンク底部の導入口から流体が流入してゆく。このとき、フロートは流入してくる流体に浮き、流入してくる流体の液面の上昇と共にフロートも上昇してゆく。また、加圧タンクから流体を送出するとき、加圧タンク内の流体液面の上部に加圧ガスを送り込むと、その圧力により流体に浮いているフロートが押し下げられて、フロートの下に貯留されている流体が送出口から押し出されて送出される。また、加圧タンク内では、フロートは流体の増減に伴い流体の液面に浮いた状態で上下に移動する。加圧タンク内に貯留される流体は、このフロートにより加圧ガス雰囲気と分離された状態となる。また、フロートの変位量に基づいて加圧タンクからの送出液量が算出され、その算出された送出液量に基づいて送出液量が一定に維持されるように加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間が制御されるため、粘度変化等の外乱に依らず加圧タンクから送出される液量が一定に維持される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。まず、本実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の概略構成を図1に示す。また、この送液装置の制御部の概略構成を図5に示す。送液装置1は高粘度の薬液(高粘度流体)を貯留する金属製の加圧タンク2を備えている。この加圧タンク2は、上方部分が略円筒形状をしており、下方部分が略円錐形状をしている。
【0017】
この加圧タンク2の上部には蓋3が設けられており、この蓋3に、加圧タンク2内へ加圧ガスを導入するための加圧ポート4と、加圧タンク2内の加圧ガスをタンク外へ逃がすためのガス抜きポート5が設けられている。加圧ポート4は、バルブ36により開閉されるようになっていて、その先には不図示の加圧ガス供給装置が接続されている。また、ガス抜きポート5は、バルブ35により開閉されるようになっていて、その先は外気に開放されている。また、蓋3の中心部には透明な円筒形の窓31が設けられている。
【0018】
また、加圧タンク2の底部すなわち円錐形状の先端部には、加圧タンク2内に薬液を導入するための供給ポート(流体導入口)6と、加圧タンク2内に貯留されている薬液を送出するための送液ポート(流体送出口)7が設けられている。この供給ポート6と送液ポート7は流路を共用して加圧タンク2の底面の略中央に設けられており、マニホールド8により流路が分岐されている。マニホールド8により分岐された各流路の先には、各流路を開閉するためのオペレートバルブ9とオペレートバルブ10が設けられている。そして、オペレートバルブ9の先には、不図示の薬液供給配管を介して薬液供給装置が接続され、オペレートバルブ10の先には、不図示の薬液供給配管を介して薬液ノズルが接続される。
【0019】
加圧タンク2の内部には、薬液の液面に浮いて薬液と加圧ガス雰囲気とを分離し、かつ薬液の液面の上下変位に伴い自在に上下変位するフロート11が設けられている。このフロート11は、フロート部11−1に凹部11−2を設け、フロート部11−1の略中央における下方に栓部11−3を設け、上方に支柱11−4を設けた構造になっている。また、この支柱11−4は、蓋3の中央部にあるる窓31を通して外部から見えるようになっている。
【0020】
フロート部11−1は、加圧タンク2内で上下に変位できるように、その径が加圧タンク2の内径より若干小さいものとなっている。また、フロート部11−1は、裏面が平らになっている。凹部11−2は、フロート11に浮力を生じさせるためのものである。栓部11−3は、フロート11が下限位置まで変位したときに、加圧タンク2の底に設けられている送液ポート7を塞いで加圧タンク2内から薬液17が送出されるのを防ぐためのものであり、フロート部11−1の略中央における下方に設けられている。また、この栓部11−3は、フロート11が薬液の液面上で略水平にバランスよく浮くための重りの役割も果たす。
【0021】
また、蓋3の裏側に、フロート11が上限位置に来たときにそれを検出する上限管理センサ(位置検出センサ)13と、フロート11が下限位置に来たときにそれを検出する下限管理センサ(位置検出センサ)14が設けられている。これら上限管理センサ13、及び下限管理センサ14は、フロート部11−1からの反射光を受光してフロート部11−1までの距離を測定し、フロート部11−1が所定の距離(上限位置及び下限位置)に存在するときに信号を出力する反射型の光センサで構成されている。蓋3の外側へは、上限管理センサ13及び下限管理センサ14の信号線15、16が引出されている。また、CCDカメラ32は、蓋3に設けられた窓31を通して見える支柱11−4が撮像できる位置に固定されている。
【0022】
加圧ポート4のバルブ36(図5)、ガス抜きポート5のバルブ35(図5)、オペレートバルブ9、及びオペレートバルブ10は、上限管理センサ13と下限管理センサ14からの信号によって制御部50(図5)により電動制御されて、自動的に各ポートを開閉するようになっている。また、これらの各バルブは、不図示の操作ボタンを操作することによっても、電動制御されて各ポートを開閉することができるようになっている。
【0023】
上記のように構成された本実施形態の送液装置1においては、加圧タンク2に薬液17を貯留するときには、送液ポート7のオペレートバルブ10と加圧ポート4のバルブ36を閉じ、供給ポート6のオペレートバルブ9とガス抜きポート5のバルブ35を開く。これにより、加圧タンク2内の加圧ガスがガス抜きポート5から逃げ、薬液17は、薬液供給装置から薬液供給配管、オペレートバルブ9、マニホールド8、供給ポート6を通り、加圧タンク2内に流入して貯留される。このとき、薬液17は加圧タンク2の底すなわちフロート11の下側から流入してくるので、フロート11は薬液17の液面に浮くことができる。
【0024】
このときの様子を図2(a)に示す。フロート11は、フロート部11−1の裏面側と栓部11−3が薬液17の中に沈み、フロート部11−1の上方部分が薬液17の液面より上に出た状態で、薬液17に浮いている。フロート11は、フロート部11−1の径が加圧タンク2の内径より若干小さい径となっているので、薬液17の液面の上下変位に伴って上下変位する。また、フロート部11−1により、フロート部11−1の下部に貯留される薬液17と上部に充満している加圧ガス40とが接触することなく隔てられた状態となっている。また、フロート部11−1の裏面は平らにしてあるので、フロート11が薬液17に浮いていることにより、薬液17の液面が平らに維持される。
【0025】
薬液17が加圧タンク2内に更に流入してゆくと、薬液17の液面の上昇と共にフロート11も上昇してゆく。そして、フロート11が所定位置まで上昇すると、上限管理センサ13により、フロート11が所定位置まで上昇したことが検出され、その信号が信号線15から出力される。供給ポート6のオペレートバルブ9とガス抜きポート5のバルブ35は、この信号を受けた制御部50により閉じられる。これにより、薬液17の加圧タンク2への貯留作業が終了する。
【0026】
一方、加圧タンク2から薬液17を送出するには、供給ポート6のオペレートバルブ9とガス抜きポート5のバルブ35(図5)を閉じ、加圧ポート4のバルブ36(図5)を開く。これにより、加圧ガス40が加圧ガス供給装置から加圧ポート4を通って加圧タンク2内に送り込まれ、加圧タンク2内が加圧される。このとき、CCDカメラ32により支柱11−4の先端部を撮像し、その位置h1(図6)を画像処理コントローラ34により検出し、制御部50に出力する。次に、送液ポート7のオペレートバルブ10を開くと、圧力により薬液17に浮いているフロート11が押し下げられて、フロート11の下に貯留されている薬液17が送液ポート7から送出される。送出された薬液17はマニホールド8、オペレートバルブ10、薬液供給配管を通り薬液ノズルへ送液され、薬液ノズルから薬液17が吐出される。
【0027】
薬液17が加圧タンク2内から送出されてゆくと、薬液17の液面の下降と共にフロート11も下降してゆく。フロート11のフロート部11−1の裏面は平らにしてあるので、薬液17の送液中においても、やはり、薬液17の液面は平らに維持される。次に、予め設定された時間が経過すると、送液ボ−ト7のオペレートバルブ10は、制御部50により閉じられ、薬液17の送出が停止される。このとき、CCDカメラ32により支柱11−4の先端部を撮像し、その位置h2(図6)を画像処理コントローラ34により検出し、制御部50に出力する。制御部50は、得られたh1およびh2から送出前後の支柱11−4の位置差Δh(図6)を、Δh=h1−h2として検出し、既知の加圧タンク2の内面積Sから送出液量QをQ=S・Δhとして求める。
さらに、制御部50は、設定送出液量Q0と比較し、送出液量Qを設定送出液量Q0とするために、Q>Q0の場合は、レギュレータ33により加圧圧力を高くする若しくは送液ポート7のオペレートバルブ10を開ける時間を長くし、Q<Q0の場合は、レギュレータ33により加圧圧力を低くする若しくは送液ポート7のオペレートバルブ10を開ける時間を短くする。
なお、送出液量Qは、加圧圧力Pおよび送出時間Tに比例するので、制御部50は、加圧圧力で補正を行う場合は、補正加圧圧力P’=P・(Q0/Q)…(1)、送出時間で補正を行う場合は、補正送出時間T’=T・(Q0/Q)…(2)として算出した加圧圧力若しくは送出時間にすればよい。また、予め設定された時間が経過する前に、フロート11が所定位置まで下降すると、下限管理センサ14により、フロート11が所定位置まで下降したことが検出され、その信号が信号線16から制御部50に出力される。制御部50は、送液ポート7のオペレートバルブ10と加圧ポート4のバルブ36を閉じ、薬液17の加圧タンク2からの送液を停止する。
【0028】
このとき、下限管理センサ14の故障や誤操作等により送液ポート7のオペレートバルブ10と加圧ポート4のバルブ36が閉じられなかったとしても、最終的には、図2(b)に示すように、ようにフロート11の栓部11−3により送液ポート7が塞がれ、これにより、薬液17の加圧タンク2からの送液が停止する。
【0029】
ここで、もし加圧タンク2内にフロート11が設けられていないと、薬液17は、図3の矢印に示すような流れとなり、薬液17及び薬液17の上にできた分離したり変化、変質した液18の層が共に、送液ポート7の付近で下方に窪んだ状態となってしまう。このため、薬液17の貯留量が減少してきたときに、分離したり変化、変質した液18や加圧ガス40が送液ポート7から送出されてしまう可能性がある。それに対し、本発明においては、加圧タンク2内にフロート11を設けているので、薬液17は、図4の矢印に示すような流れとなり、薬液17及び薬液17の上にできた分離したり変化、変質した液18の層共に平らに維持される。このため、分離したり変化、変質した液18付近の薬液17は送液ポート7から送出され難くなる。また、薬液17と加圧ガス40との界面にフロート部11−1が介在することにより、受圧面上の圧力分布が均一になるので、薬液17の安定した送出が可能となる。
【0030】
また、フロート部11−1の径を加圧タンク2の内径より少しだけ小さい径にしているので、薬液17と加圧ガス40とを接触することなく隔てられ、加圧ガス40が薬液17に溶け込んで薬液17が分離したり変化、変質したりすること自体起り難くなる。また、加圧タンク2の底部に供給ポート6及び送液ポート7を設けているので、薬液17は、加圧タンク2内への供給時及び加圧タンク2からの送出時のいずれにおいても、加圧ガス40にさらされることがなく、加圧ガス40が薬液17に溶け込んで薬液17が分離したり変化、変質したりすること自体起り難くなる。
【0031】
また、フロート11の上面を検出面として、光学式の上限管理センサ13及び下限管理センサ14により薬液17の液量を検出しているので、安定かつ正確に薬液17の液量が検出される。また、下限管理センサ14の故障や誤操作等があっても、薬液17の液面がある一定以上低下すれば、フロート部11−1の下方の栓部11−3により送液ポート7が塞がるので、分離したり変化、変質した液18が送液ポート7から送出されることはない。
さらに、送出前後でのフロート11の変位量を検出するようにしているので、送出毎に送出液量Qを得ることができ、また、得られた送出液量Qが設定送出液量Q0となるように加圧圧力若しくは送出時間を制御するようにしているので送出量Qを一定に維持することが可能となる。
【0032】
本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、供給ポート6と送液ポート7は、流路を共用せずに別々に加圧タンク2に設けてもよい。この場合、それら供給ポート6と送液ポート7は何れも加圧タンク2の底部に設け、フロート11の栓部11−3は少なくとも送液ポート7を塞ぐように構成すればよい。
【0033】
また、上記実施形態において、加圧タンク2は、下方部分を円錐形状とせず、例えば全体を円筒形状としてもよい。また、上限管理センサ13及び下限管理センサ14は、反射型の光センサに代えて、例えば静電容量式のセンサにしてもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、高粘度流体と加圧ガスとの界面にフロートが介在するので、高粘度流体の液に加圧ガスが溶け込んで液が変質、変化することがない。また、高粘度流体の受圧面上の圧力分布が均一になるので、高粘度流体の安定した送出が可能となる。さらに、高粘度流体と加圧ガスとの界面にフロートが介在するうえ、高粘度流体は加圧タンクの底部から送出されるので、分離した液や変化、変質した液、さらには加圧ガスが加圧タンクから送出されることはなく、必要とする正常な液を安定して送出することができる。また、送出前後のフロートの変位量を検出して得た送出液量と設定送出液量を比較し、送出液量が一定に維持されるように加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間を補正するようにしたので、粘度変化等の外乱に依らず加圧タンクから送出される液量を設定液量に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の概略構成を示す斜視図。
【図2】 同装置の加圧タンク内における薬液とフロートの状態を示す図。
【図3】 加圧タンク内にフロートが設けられていない場合の、加圧タンク内における薬液とフロートの状態を示す図。
【図4】 本発明の一実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の、加圧タンク内における薬液とフロートの状態を示す図。
【図5】 本発明の一実施形態による加圧タンクを用いた送液装置の制御部を示す概略構成図。
【図6】 同装置のCCDカメラによる支柱の撮像イメージ図。
【図7】 従来の送液装置の概略構成を示す斜視図。
【図8】 従来の送液装置の加圧タンク内における薬液の状態を示す図。
【符号の説明】
1 送液装置
2 加圧タンク
4 加圧ポート
5 ガス抜きポート
6 供給ポート(流体導入口)
7 送液ポート(流体送出口)
11 フロート
11−1 フロート部
11−2 凹部
11−3 栓部
11−4 支柱
13 上限管理センサ(位置検出センサ)
14 下限管理センサ(位置検出センサ)
17 薬液(高粘度流体)
32 CCDカメラ(変位量検出手段)
40 加圧ガス
50 制御部
Claims (1)
- 高粘度流体(以下、流体という)を供給源圧力により、流体供給配管途中に設けられた加圧タンク内に導入し、安定供給可能な加圧ガスを前記加圧タンク内の流体液面の上部に導入することにより、流体を該タンク外に送出する高粘度流体の送液装置において、
前記加圧タンクの底部が前記流体供給配管に接続されると共に、この接続部に流体の導入口及び送出口が設けられており、
前記導入口を通して前記加圧タンク内に予め導入されている流体と前記加圧ガス雰囲気の界面に、流体液面の昇降動作に伴い昇降自在で、かつ、流体と加圧ガス雰囲気とを分離するフロートを設け、
前記フロートの変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段の出力に基づいて前記加圧タンクから送出された送出液量を算出すると共に、この算出された送出液量に基づいて該送出液量が一定に維持されるように前記加圧ガスの加圧圧力若しくは送出時間を制御する制御部とを有することを特徴とする加圧タンクを用いた高粘度流体の送液装置。
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CN104857887A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-26 | 江苏优珀斯材料科技有限公司 | 一种高黏度涂布液的自动加料、配料、供料系统 |
CN104857887B (zh) * | 2015-04-29 | 2018-01-30 | 江苏优珀斯材料科技有限公司 | 一种高黏度涂布液的自动加料、配料、供料系统 |
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