JP6219894B2 - 超音波液体レベル検出システム - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年８月２９日に出願の米国仮出願第６２／０４３，６６８号の利益を主張するものである。２０１４年１月２４日に出願の同時係属米国特許出願第１４／１６３，４０７号は、参照により全体が記載されているかのように援用される。

半導体製造プロセスは、厳しい純度要求を満たす必要がある化学試薬の使用を含む。典型的には、これらの液体化学試薬は、化学試薬の混入に対して保護し、漏出を防ぐために、密封容器（例えば、アンプル）内に収容される。典型的には、化学試薬は、上昇した圧力の下で腐食、混入又は漏出を回避するために、メタルオンメタルシールを用いる金属容器及び容器取付具を必要とする。そのような容器内に貯蔵された化学試薬を用いる場合、化学試薬を環境にさらすことのなく、又は作業者を化学試薬にさらすことなく、容器内に残された化学試薬の量を決定することが可能であることが、多くの場合必要である。

半導体産業において、密封容器の中の化学試薬のレベルを測定するために、通常、超音波プローブが用いられる。典型的な設計は、Ｄａｍらに対する特許文献１に開示される検出器や構成等、プローブの中の管路の長さに沿って直列に配置される複数の超音波検出器を含む。信号処理装置（例えば、制御器、計器、パーソナルコンピュータ等）は、超音波検出器に電子信号を伝送し、それは、次に、管路を通過し、検出器にエコーバックする音波の突発を生じる。各検出器は、それが受信するエコー波を、信号処理装置へ伝送して戻される電子信号に変換する。次いで、信号処理装置は、電子信号を解釈して、エコー波の強度と、エコー波の放出と到着の間に経過した時間とを決定する。管路の特定部分に沿って配置される各検出器について、超音波が管路の中を進む速度と、エコー超音波の強度とは、管路のその部分が化学試薬若しくはガス又は蒸気を含むかどうかに応じて異なる（即ち、音は、ガス又は蒸気と比較して、液体媒体の中をより速く進む）。このようにして、信号処理装置は、管路の長さに沿って化学試薬のレベルを決定することが可能であり、したがって、容器内の化学試薬の量を決定することが可能である。

概して、超音波プローブの中に配置される超音波検出器の数が多くなると、化学試薬レベルの測定の際の精度が増加する。しかし、そのような検出器は、プローブの下端の近く又は下にある化学試薬レベルを正確に測定することができないという点で限定される。このことよって、半導体製造プロセス及び環境の厳しい性質と、化学試薬に関連する費用と、容器を洗浄する際に残った化学試薬を配置することに関連する費用とを原因とする問題が示される。

したがって、本技術分野においては、容器の中の少量の化学試薬のレベルを測定する能力を有する超音波プローブの必要性がある。

米国特許第５，６６３，５０３号明細書

以下、本発明の幾つかの特定の態様を概説する。

態様１．容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、取付け組立品から下向きに延び、かつ樽部の中に長手方向に配置される内管及び管路によって画定される内容積を備える樽部であって、前記内管が、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有し、前記樽部がある長さを有する、樽部と、前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成され、前記複数の超音波検出器の各々が垂直方向の間隔を有する、複数の超音波検出器とを備え、前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、前記複数の超音波検出器が、少なくとも三つの超音波検出器を備える上群と、少なくとも三つの超音波検出器を備える下群とを含み、前記上群の前記超音波検出器が、前記下群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端から離れて位置し、前記下群内の前記超音波検出器の各々の前記垂直方向の間隔が、前記上群内の前記超音波検出器の何れの前記垂直方向の間隔よりも小さい、超音波プローブ。

態様２．前記下群の前記超音波検出器の各々が、前記下群の垂直に隣接する各超音波検出器から垂直にずれている、態様１に記載の超音波プローブ。

態様３．前記下群の前記超音波検出器の各々の垂直のずれが、前記下群の他の超音波検出器の全ての垂直のずれと同じ円周方向である、態様２に記載の超音波プローブ。

態様４．前記上群又は前記下群の中の前記超音波検出器の各々の間の前記垂直方向の間隔が同じである、態様１から３の何れかに記載の超音波プローブ。

態様５．前記上群の中の前記超音波検出器の各々の間の前記垂直方向の間隔が同じであり、前記下群の中の前記超音波検出器の各々の間の前記垂直方向の間隔が同じである、態様４に記載の超音波プローブ。

態様６．前記複数の超音波検出器が、少なくとも三つの超音波検出器を備える中間群を含み、前記中間群の前記超音波検出器が、前記下群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端から離れて位置し、前記上群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端に近く、前記中間群の中の前記超音波検出器の各々の垂直方向の間隔が、前記上群の中の前記超音波検出器の何れの前記垂直方向の間隔よりも小さく、前記下群の前記超音波検出器の何れの前記垂直方向の間隔よりも大きい、態様１から５の何れかに記載の超音波プローブ。

態様７．前記下群の中の前記超音波検出器の前記垂直方向の間隔が、０．３インチ（０．７６ｃｍ）未満である、態様１から６の何れかに記載の超音波プローブ。

態様８．前記下群が少なくとも四つの超音波検出器を備える、態様１から７の何れかに記載の超音波プローブ。

態様９．前記下群が、前記樽部の長さの下部四分の一に位置し、前記下部四分の一が、前記取付け組立品に対して遠位にある、態様１から８の何れかに記載の超音波プローブ。

態様１０．前記複数の超音波検出器が、容器の底の方へ音波を放出するように方向づけられた下向きの検出器を備える、態様１から９の何れかに記載の超音波プローブ。

態様１１．前記下向きの検出器が、前記樽部の端部ディスクキャップに取り付けられ、前記樽部の前記端部ディスクキャップが、前記内管に対して実質的に垂直であり、前記下向きの検出器が、前記樽部の長手方向の軸線に対して実質的に平行である方向に音波を放出するように方向づけられる、態様１０に記載の超音波プローブ。

態様１２．前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記容器の前記底が、液溜めの少なくとも一部が前記樽部に対して垂直に配列されるように配置される前記液溜めを備える、態様１０に記載の超音波プローブ。

態様１３．前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記液溜めが、前記超音波プローブの前記樽部の前記長手方向の軸線に対して同軸方向に配列される、態様１２に記載の超音波プローブ。

態様１４．前記液溜めが、前記樽部の直径よりも大きな直径を有する、態様１２に記載の超音波プローブ。

態様１５．前記複数の超音波検出器が、対応する対の超音波検出器を備え、前記対応する対の超音波検出器の各々が、前記樽部の対応する高さで互いに管路に亘って水平に配置された第一及び第二の超音波検出器を備える、態様１から１４の何れかに記載の超音波プローブ。

態様１６．前記超音波プローブが、前記複数の超音波検出器に電子信号を送信し、前記複数の超音波検出器から電子信号を受信するように構成された少なくとも一つの制御器に電気的に接続され、前記少なくとも一つの制御器が、一回につき、対応する対の前記第一及び第二の超音波検出器の内の一方のみに電子信号を送信するようにプログラムされる、態様１５に記載の超音波プローブ。

態様１７．前記超音波プローブが、前記複数の超音波検出器に電子信号を送信し、前記複数の超音波検出器から電子信号を受信するように構成された少なくとも一つの制御器に電気的に接続され、前記少なくとも一つの制御器が、一回につき、対応する対の前記第一及び第二の超音波検出器の内の一方のみに電子信号を送信するようにプログラムされる、態様１６に記載の超音波プローブ。

態様１８．前記少なくとも一つの制御器が、各対応する対の超音波検出器の第一の超音波検出器に電気的に接続される第一の制御器と、各対応する対の超音波検出器の第二の超音波検出器に電気的に接続される第二の制御器とを備える、態様１６に記載の超音波プローブ。

態様１９．前記複数の超音波検出器の各超音波検出器が、多芯シールドケーブルの少なくとも一つの非シールドワイヤによって、前記少なくとも一つの制御器に電気的に接続される、態様１６に記載の超音波プローブ。

態様２０．容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、取付け組立品から下向きに延び、かつ樽部の中に長手方向に配置される内管及び管路によって画定される内容積を備える樽部であって、前記内管が、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有し、前記樽部がある長さを有する、樽部と、前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成される、複数の超音波検出器とを備え、前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、前記複数の超音波検出器が、垂直に隣接する各超音波検出器からずれた少なくとも一つの検出器を備える、超音波プローブ。

態様２１．前記複数の超音波検出器の前記各々が垂直方向の間隔を有し、前記複数の超音波検出器が、少なくとも三つの超音波検出器を備える上群と、少なくとも三つの超音波検出器を備える下群とを含み、前記上群の前記超音波検出器が、前記下群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端から離れて位置し、前記下群の前記超音波検出器の各々が、前記下群の垂直に隣接する各超音波検出器から垂直にずれる、態様２０に記載の超音波プローブ。

態様２２．垂直に隣接する各超音波検出器からずれた前記複数の超音波検出器の各々が、垂直に隣接する各超音波検出器から９０度垂直にずれる、態様２０から２１の何れかに記載の超音波プローブ。

態様２３．容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、取付け組立品から下向きに延び、かつ樽部の中に長手方向に配置される内管及び管路によって画定される内容積を備える樽部であって、前記内管が、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有し、前記樽部がある長さを有する、樽部と、前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成され、前記複数の超音波検出器の各々が垂直方向の間隔を有する、複数の超音波検出器とを備え、前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、前記複数の超音波検出器が、前記容器の底の方へ音波を放出するように方向づけられた下向きの検出器を備える、超音波プローブ。

態様２４．前記下向きの検出器が、前記樽部の端部ディスクキャップに取り付けられ、前記樽部の前記端部ディスクキャップが、前記内管に対して実質的に垂直であり、前記下向きの検出器が、前記樽部の長手方向の軸線に対して実質的に平行である方向に音波を放出するように方向づけられる、態様２３に記載の超音波プローブ。

態様２５．前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記容器の前記底が、液溜めの少なくとも一部が前記樽部に対して垂直に配列されるように配置される前記液溜めを備える、態様２３から２４の何れかに記載の超音波プローブ。

態様２６．前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記液溜めが、前記超音波プローブの前記樽部の前記長手方向の軸線に対して同軸方向に配列される、態様２５に記載の超音波プローブ。

態様２７．容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、取付け組立品から下向きに延び、かつ樽部の中に長手方向に配置される内管及び管路によって画定される内容積を備える樽部であって、前記内管が、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有し、前記樽部がある長さを有する、樽部と、前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成される、複数の超音波検出器とを備え、前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、前記複数の超音波検出器が、対応する対の超音波検出器を備え、前記対応する対の超音波検出器の各々が、前記樽部の対応する高さで互いに管路に亘って水平に配置された第一及び第二の超音波検出器を備え、前記超音波プローブが、前記複数の超音波検出器に電子信号を送信し、前記複数の超音波検出器から電子信号を受信するように構成された少なくとも一つの制御器に電気的に接続され、前記少なくとも一つの制御器が、一回につき、対応する対の前記第一及び第二の超音波検出器の内の一方のみに電子信号を送信するようにプログラムされる、超音波プローブ。

以下、本発明の実施形態を添付の図面に関連して説明するが、同様の符号は同様の要素を示す。

本発明の好ましい実施形態に係る超音波プローブの分解斜視図である。 図１Ａの切断線１Ｂ−１Ｂにおける超音波プローブの非分解断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係る容器に設置される図１Ａ及び１Ｂの超音波プローブの斜視図である。 本発明の他の好ましい実施形態に係る図１Ａの切断線１Ｂ−１Ｂにおける超音波プローブの非分解断面図である。 本発明の他の好ましい実施形態に係る図１Ａの切断線１Ｂ−１Ｂにおける超音波プローブの非分解断面図である。 本発明の他の好ましい実施形態に係る図１Ａの切断線１Ｂ−１Ｂにおける超音波プローブの非分解断面図である。 本発明の他の好ましい実施形態に係る図１Ａに示される超音波プローブの斜視図である。

続く詳細な説明は、好ましい実施形態を提供するのみであって、本発明の範囲、適用性又は構成を限定することを意図するものではない。むしろ、続く好ましい実施形態の詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態を実施するための効果的な説明を当業者に提供するものである。添付の請求項に記載されるように、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置において各種の変更を為すことができる。

図面において、本発明の他の実施形態のものと同様の要素は、１００の値の単位で増加する参照符号によって表される。そのような要素は、本明細書に特に明記又は記載しない限り、同じ機能及び特性を有すると考えるべきであり、したがって、そのような要素に関する考察を複数の実施形態のために繰り返すことはできない。

本明細書及び請求項において用いられる「管路」という用語は、システムの二つ以上の構成要素の間で流体を輸送することができる一つ以上の構造を指す。例えば、管路としては、液体、蒸気及び／又はガスを輸送するパイプ、ダクト、通路及びそれらの組み合わせを挙げることができる。

本明細書及び請求項において用いられる「流体連通」という用語は、液体、蒸気及び／又はガスを、制御された方法で（即ち、漏出することなく）構成要素間で輸送することを可能にする二つ以上の構成要素の間の連結性を指す。二つ以上の構成要素を互いに流体連通するように連結することは、溶接部、フランジ管路、ガスケット及びボルトを用いた方法等、本技術分野で知られている何れの適切な方法も含むことができる。二つ以上の構成要素を、それらを分離することができるシステムの他の構成要素を介して一緒に連結することもできる。

本発明の説明の助けになるため、本発明の部分を説明するために明細書及び請求項において方向に関する用語を用いる場合がある（例えば、上、下、左、右等）。これらの方向に関する用語は、単に本発明の説明及び請求の助けになることを意図するだけのものであって、いかなる形であれ本発明を限定することを意図するものではない。更に、図面に関連して明細書に導入される参照符号は、他の特性についての文脈を提供するために、明細書において更なる説明が為されない一つ以上の後続の図面において繰り返される場合がある。

図１Ａ及び１Ｂは、本発明の好ましい実施形態に係る超音波プローブ１００を示す。更に具体的には、図１Ａは、超音波プローブ１００の分解斜視図を示し、図１Ｂは、図１Ａの切断線１Ｂ−１Ｂにおける超音波プローブ１００の非分解断面図を示す。破線１Ｄは、プローブ１００の長手方向の軸線を示す。

超音波プローブ１００は、シール取付け部材１０２ａ及び１０２ｂと、可撓性コネクタ１０４と、ケーブル外装１０６と、肩部１１３を有するネック管１０８と、樽部１２３とを備える。本願明細書でより詳細に考察されるように、シール取付け部材１０２ａ及び１０２ｂは、超音波プローブ１００を容器１５９に固定するシール取付け組立品１５７の部分である。好ましい実施形態において、その教示が参照により本明細書に援用される、２０１４年１月２４日に出願の関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、シール取付け組立品１５７は、面シール取付け組立品であり、ここで、シール取付け部材１０２ａは、貫通穴１０３を有する面シール取付けグランドであり、シール取付け部材１０２ｂは、３／４インチ（１９．１ｍｍ）の六角ナットを有する標準的な大きさの面シール取付具である。本実施形態において、シール取付け部材１０２ｂは、シール取付け部材１０２ａのリップ１４９上に載置され、貫通穴１０３を通して延伸される軸線を中心にシール取付け部材１０２ａに対して回転させることができる。代替実施形態において、当業者に明らかであるにように、シール取付け部材１０２ａ及び１０２ｂは、より長いグランド、半インチ（１２．７ｍｍ）若しくは標準的でない大きさの面シール取付具、及び／又はシール取付け部材１０２ａに結合されたシール取付け部材１０２ｂ等、他の寸法及び特性を有することができる。同様に、例えば、表面実装Ｃ−シール等の他のタイプの取付具をシール取付け組立品１５７のために用いることができる。

シール取付け部材１０２ａは、可撓性コネクタ１０４とケーブル外装１０６とに連結される。ネック管１０８は、上部開口部を画定する上端１１０と、下部開口部を画定する下端１１２と、側壁１１４とを備える。本実施形態において、ネック管１０８の肩部１１３は、上部開口部を画定する上端１１８と下部開口部を画定する下端１２０とを有する肩管１１６を備える。好ましい実施形態において、図１Ａに示されているものや、関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、肩管１１６は円錐形状であり、ネック管１０８から樽部１２３の外管１２２への滑らかな移行を提供する。ネック管１０８の下端１１２は、肩管１１６の中に配置され、肩管１１６は、ネック管１０８の側壁１１４に連結される。他の実施形態においては、肩部１１３を含むネック管１０８全体を単一の単位部分で形成することができる。ネック管１０８の上端１１０は、シール取付け部材１０２ａの貫通穴１０３の中、及び可撓性コネクタ１０４の中に配置される。

樽部１２３は、外管１２２と、内管１３２と、ディスクキャップ１４０とを備える。外管１２２は、上部開口部を画定する上端１２４と、下部開口部を画定する下端１２６と、側壁１２８と、上端１２４の近くの側壁１２８内に配置される貫通穴１３０とを有する。外管１２２の上端１２４は、肩管１１６の下端１２０に連結される。

内管１３２は、上部開口部を画定する上端１２４と、下部開口部を画定する下端１３６と、側壁１３８とを備える。好ましい本実施形態において、上端１３４は、下端１３６によって画定される下部開口部に対してほとんど垂直である上部開口部を画定する。内管１３２は、管路１４４を画定する（図１Ｂ参照）。本発明の他の実施形態において、超音波プローブ１００の場合と同様に、管路を完全に閉鎖することができないことを理解するべきである。例えば、「音叉」型の樽部を有する（即ち、下向きに延びる二つの離れた部材を有する）プローブにおいて、管路は、二つの離れた部材の間に位置する空間を備えることができる。

ディスクキャップ１４０は、開口部を画定する内側リム１４２を備える。組立てられた構成において、内管１３２の全体が外管１２２の中に配置され、内管１３２の上端１３４は、側壁１２８内に配置された貫通穴１３０に配列され、内管１３２の下端１３６は、外管１２２の下端１２６に配列される。内管１３２の上端１３４は、側壁１２８に連結される。ディスクキャップ１４０を外管１２２の下端１２６と内管１３２の下端１３６とに連結することによって、外管１２２の下端１２６が内管１３２の下端１３６に連結される。

管路１４４は、樽部１２３の中に配置され、内管１３２の下端１３６によって画定された下部開口部を有する（下部開口部は、ディスクキャップ１４０の内側リム１４２によって画定されると考えることもできる）（図１Ｂ参照）。樽部１２３が容器に挿入される場合（図２のコンテナ１５９参照）、管路１４４は、液体が管路１４４の中を流れることができるように液体を保持する容器の内容積と流体連通する。

図示されるように、外管１２２の側壁１２８と内管１３２の側壁１３８とは、ディスクキャップ１４０にも囲まれている、それらの間にある内容積１４６（即ち、区画）を画定する。内容積１４６は、管路１４４の中を流れる何れの液体も内容積１４６に入ることができないように管路１４４から隔離される（即ち、内容積１４６は管路１４４と流体連通していない）。

樽部１２３の内容積１４６の中には、複数の超音波検出器１５６が配置される。好ましい一実施形態において、複数の超音波検出器１５６は、内管１３２の側壁１３８に連結された十二個の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌと、幾つかの実施形態においては側壁１３８に連結され、代替実施形態においてはディスクキャップ１４０に連結された超音波検出器１７７とを含む。本実施形態において、エポキシによって、複数の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌの各々が側壁１３８に結合され、超音波検出器１７７がディスクキャップ１４０に結合される。したがって、超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌは、側壁１３８に対向する方向（例えば、長手方向の軸線１Ｄに対して垂直）に音波を放出するように方向づけられ、超音波検出器１７７は、ディスクキャップ１４０の方向（例えば、長手方向の軸線１Ｄに対して平行）に音波を放出するように方向づけられる。両面テープや他の接着剤等、連結のための他の適切な手段を用いることもできる。他の実施形態において、複数の超音波検出器１５６は、より多くの又はより少ない数の検出器を含むことができる。好ましくは、複数の超音波検出器１５６は、少なくとも五つの超音波検出器を含む。複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７には、例えば圧電性結晶等、当業者に知られている何れの適切な超音波検出器も実装することができる。複数の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌの各超音波検出器は、側壁１３８及び管路１４４（及びその中に存在するあらゆる液体）を通して音波を放出し、エコーバックした音波を検出するように方向づけられる。超音波検出器１７７は、容器１５９の底１７９の内面１７８（及びその中に存在するあらゆる液体）にディスクキャップ１４０を通して音波を放出し、エコーバックした音波を検出するように方向づけられる。

本実施形態において、検出器１５６ａ〜１５６ｌは、長手方向の軸線１Ｄに対して平行である側壁１３８に取り付けられるものとして示される。代替実施形態において、検出器１５６ａ〜１５６ｌは、長手方向の軸線１Ｄに対して垂直でない方向に波を放出するように方向づけられなくてもよい可能性がある。しかし、これらの検出器１５６ａ〜１５６ｌは、管路１４４内の液体の存在を検出するように方向づけられることが重要である。同様に、超音波検出器１７７は、長手方向の軸線１Ｄに対して平行でない軸線に沿って音波を放出し、受信するように方向づけられることが可能である。しかし、下向きの超音波検出器１７７は、樽部１２３の底部と容器１５９の底１７９との間の空間を充填している液体の存在を検出することができるように方向づけられることが重要である。

複数の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７の各超音波検出器は、ネック管１０８及びケーブル外装１０６を通して内容積１４６から延びる配線１５８（少なくとも一つのワイヤを備える）を含む。配線１５８は、制御器１０９に繋がれたコネクタ１０７（図２参照）で終端される。

制御器１０９は、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７に電子信号を伝送し、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７から電子信号を受信し、超音波プローブ１００か挿入される容器１５９の中の液体のレベルを決定するプログラム可能なデータ処理装置である。本実施形態において、制御器１０９は、一つ以上のマイクロプロセッサ（図示せず）と、電源（図示せず）と、コネクタ１０７を受け入れるための少なくとも一つの入力／出力ポート（図示せず）と、容器の中の液体の量の視覚的指示を提供する発光ダイオード（ＬＥＤ）計器又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１１１とを備える。代替実施形態において、制御器１０９は、他の入力／出力ポート並びに／又は容器の中の液体のレベルを示すための他の聴覚的及び視覚的機構を含むことができる。同様に、制御器１０９には、制御ソフトウエアを実行するパーソナルコンピュータを含むあらゆるタイプのプログラム可能なデータ処理装置を実装することができる。

複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７の各超音波検出器のために、制御器１０９は、配線１５８を介して超音波検出器に電子信号（例えば、一つ以上の電子パルス）を伝送し、それによって超音波検出器は音波を放出する（即ち、圧電性結晶が振動する）。次いで、超音波検出器は、エコーした音波を受信し、エコー波を、配線１５８を介して制御器１０９へ戻って伝送される電子信号に変換する。好ましい実施形態において、制御器１０９は、一連の多重パルス（例えば、２０のパルス）を、前記パルスに相当する音波を放出する超音波検出器１５６及び１７７の内の個別の一つに伝送する。制御器１０９は、超音波検出器が、放出された音波から返ってくるあらゆるエコー波を受信することを可能にするために、所定の時間（例えば、時間窓）待機する。エコー波が超音波検出器によって受信される場合、検出器は、制御器１０９に伝送される信号を生成する（例えば、圧電性結晶は、受信したエコー波の周波数及び強度に基づいた周波数及び強度で振動する）。何れかのエコー波が時間窓において受信されたかどうかに基づいて（例えば、超音波検出器によって生成された何れかの信号の周波数及び／又は強度に基づいて）、制御器１０９は、液体が、所定の超音波検出器における管路１４４内に存在するかどうかを決定する。典型的には、液体が存在しない場合、エコー波は、時間窓において超音波検出器によってほとんど検出されず（例えば、圧電性結晶の振動の強度は、非常に低いか、又は全くない）、液体が存在する場合、エコー波は、周波数及び強度が伝達波と概してほとんど同じである。時間窓が終了した後、制御器１０９は、超音波プローブ１００の次のレベルにおける液体の存在を検出するために、一連の多重パルスを超音波検出器の次の一つに伝送する。

前述のように、制御器１０９は、受信信号の強度と、超音波検出器への電子信号の送信と超音波検出器からの電子信号の受信との間に経過した時間とを解釈して、その特定の検出器が配置された管路１４４の部分に液体が存在するかどうかを決定する。したがって、複数の超音波検出器１５６を用いることによって、制御器１０９は、管路１４４の長さに沿って液体のレベルを決定することができるので、樽部１２３が挿入される容器の中の液体の量を決定することができる。同様に、超音波検出器１７７を用いることによって、制御器１０９は、ディスクキャップ１４０（例えば、超音波プローブ１００の底部端）と容器１５９の底１７９の内面１７８との間の距離（Ｄ５）を充填する液体の有無を決定することができる。複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７の各検出器は、ＬＥＤ計器１１１内のＬＥＤによって表されて、容器の中の液体の量の視覚的指示を提供することができる（例えば、液体が特定の検出器によって検出される場合のみ、各ＬＥＤが照明される）。

管路１４４に流入する液体を超音波プローブ１００によって測定することを可能にするために、ディスクキャップ１４０（例えば、超音波プローブ１００の底部端）と容器１５９の底１７９の内面１７８との間の距離（Ｄ５）は、ゼロでない値であるので、側壁１３８及び管路１４４を通して音波を放出するように方向づけられた複数の超音波検出器１５６の最下部の超音波検出器（例えば、超音波検出器１５６ｌ）は、容器の底の内面１７８を超える何らかの距離である。したがって、超音波プローブ１００には、容器１５９の中の液体の正確なレベルを測定する際に何らかの固有の不正確性がある。したがって、記載の実施形態は、ディスクキャップ１４０（例えば、超音波プローブ１００の底部端）と容器１５９の底１７９の内面１７８との間の空間（Ｄ５）内に存在する液体のレベルを決定するために、望ましくは、超音波検出器１７７を使用することができる。ディスクキャップ１４０と容器１５９の底１７９の内面１７８との間の空間（Ｄ５）は、異なる容器間で変化する可能性があるが、プローブ１００は、望ましくは、内面１７８に接触しない。超音波検出器１７７を使用することによって、超音波プローブ１００においては、容器１５９の充填レベルを検出する際の精度が向上する（例えば、容器１５９の完全に空の条件により近いレベルを検出することによって）。超音波検出器１７７は、容器１５９の底１７９の内面１７８に向かって下向きに超音波エネルギー信号を放出する超音波プローブ１００の底部上に配置されることによって、超音波検出器１７７が、超音波プローブ１００と内面１７８の間に液体がもはや存在しない時点を検出することが可能になり、その時点は、容器１５９が完全に空の状態に非常に近いことを示し、容器１５９の中の液体の利用がほとんど完了した状態を生じる。したがって、記載の実施形態は、有害廃棄物として除去し、廃棄するのに多くの場合費用のかかる、利用されない液体の残留「尾部」を回避する。更に、供給業者は、新しい容器フリート（例えば、より低い残留液体レベルを測定するための液溜めを有する新しい容器）を製造する必要がなく、むしろ、供給業者は、既存の容器内への超音波プローブに改良を加えることができるだけである。

制御器１０９は、同時に、複数の超音波検出器１５６の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７の全てより少ないものに信号を伝送し、それらから信号を受信するようにプログラムされ得る。この特性によって、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７のための配線１５８を個別に遮蔽する必要がなくなり、また、超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７を一緒に、より近くに配置することも可能になる。従来技術のシステムにおいて、超音波検出器を制御器に接続する配線は、同時にプローブ内の超音波検出器の全てへ／から伝送される電子信号から生じる干渉（即ち、クロストーク）に対する保護を行うために、典型的には個別に遮蔽される。例えば、典型的な従来技術の設計における各超音波検出器のための配線は、内部導体が超音波検出器への信号線としての役割を果たし、かつ外部シールドが接地（例えば、プローブの鋼管に接地される）及び超音波検出器からの信号リターンとしての役割を果たす、同軸ケーブルを含むことができる。従来技術のシステムにおいて、同時に音波を放出する超音波検出器から生じる干渉を回避するために、プローブの中の超音波検出器を更に遠く離して間隔を置く必要もある。これらの特性の各々（即ち、複数のシールドケーブルからの更なるバルクや、検出器の間のより大きな間隔）によって、プローブ及び関連のハードウェアの大きさが増大することなく、プローブ内に配置され得る超音波検出器の数が限定される。

好ましい実施形態において、制御器１０９は、一度に複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７の内の一つの超音波検出器に信号を伝送し、それから信号を受信するようにプログラムされるか、又はそれ以外の場合、作動的に構成される。例えば、制御器１０９は、まず、電子信号を超音波検出器１５６ａに伝送し、超音波検出器１５６ａからリターン信号を受信するのを待ち、次いで、電子信号を超音波検出器１５６ｂに伝送し、超音波検出器１５６ｂからリターン信号を受信するのを待つように、そして、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７の各超音波検出器について同様にしてプログラムされ得る。一度目に、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７の各々に電子信号を伝送し、それから電子信号を受信すると（例えば、他の順序が可能であるが、超音波検出器１５６ａで開始し、超音波検出器１７７で終了する）、二度目に、制御器１０９は、前記系列を繰り返し、超音波検出器１５６ａ及び複数の超音波検出器１５６の各々に電子信号を伝送し、それらから電子信号を受信し、そして、超音波プローブ１００が操作される限り同様にする。このように、超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７が、全て同時に音波の放出又は受信を行わず、超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７の各々のための配線１５８が電子信号を同時に搬送していないので、各超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌのための配線１５８と超音波検出器１７７と間の、及び超音波検出器自体の間の干渉の可能性は、大きく低下するか、又はなくなる。

複数の超音波検出器１５６及び１７７を操作するこの方法によって、各超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７のための配線１５８を個別に遮蔽する必要がなくなり、超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７を、従来技術のシステムにおけるものよりも近くに（即ち、図１Ｂに示されるものよりも更に近くに）、一緒に配置することが可能であり、それらの両方によって、より多くの数の超音波検出器を樽部１２３の中に配置することが可能になる。例示的な構成において、配線１５８は、個別に遮蔽されていない複数の内部導体を有する多芯シールドケーブルを備えるが、ここで別々の内部導体は、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７の各超音波検出器に接続されて信号線としての役割を果たし、かつ多芯シールドケーブルの外部シールドは、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７の超音波検出器の全てのための共通のリターン線及び接地としての役割を果たす。例えば、多芯シールドケーブルとして同軸ケーブルを用いることができるが、ここで内部導体は、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７に接続されて信号線としての役割を果たし、かつ同軸ケーブルの外部シールドは、共通のリターン線としての役割を果たす。好ましい実施形態において、多芯シールドケーブルは、米国ミズーリ州セントルイスのベルデン社によって製造されたモデル８３５６２ケーブル等、商業的に入手可能なケーブルである。

ネック管１０８は、シール取付け部材１０２ａ及び１０２ｂ並びに可撓性コネクタ１０４の中に配置される。ネック管１０８は、溶接ゾーン１４８の中に作製される融接部（即ちすなわち、ビーズ）によって、シール取付け部材１０２ａに固定される。好ましくは、融接部は、溶接部１４８の一部のみを占め、ネック管１０８の側壁１１４がシール取付け部材１０２ａに当接する場所に作製される。シール取付け部材１０２ａは、ネック管１０８の周辺に延びる突出シール面（即ち、密封面）１５０を含む。突出シール面１５０は、距離Ｄ１だけネック管１０８の側壁１１４から分離された内側縁部１５１を有する。溶接ゾーン１４８の中の溶接部によって突出シール面１５０の損傷を防ぐために（例えば、溶接材料が高くなった面を作成することが可能であり、かつ／又は溶接の熱が、突出シール面１５０を変形させる可能性がある）、距離Ｄ１は、好ましくは少なくとも２．０ｍｍ（０．０７９インチ）、より好ましくは少なくとも６．０ｍｍ（０．２４インチ）である。シール取付け部材１０２ｂは、シール取付け組立品１５７の他のシール取付け部材１６４の反対側のねじ領域１６６に係合するねじ領域１５２を含む。容器１５９に超音波プローブ１００を固定する場合、超音波プローブ１００は、漏出検出のために用いられる試験ポート（図示せず）も含むこともできる。代替実施形態において、シール取付け部材１０２ａ及びネック管１０８は、例えば、鋼の単一の円から単一の一体部分として製造され得るが、それによって、別々にこれらの部品を製造し、それらを一緒に溶着する必要がなくなる。

樽部１２３は、外径Ｄ３（即ち、外管１２２の外径）を有する。ネック管１０８及び内管１３２は、樽部１２３の外径Ｄ３未満である外径Ｄ２を有する。内管１３２の外径Ｄ２より大きな樽部１２３の外径Ｄ３によって、増加した数の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７及びそれらのそれぞれの配線１５８を収容するのに必要な内容積１４６の中の空間の量が増大する。好ましくは、樽部１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．９５以下である。より好ましくは、樽部１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．９５以下０．３以上である。より好ましくは、樽部１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．８以下であり、樽部１２３の外径Ｄ３は、０．８２７インチ（２１．０ｍｍ）以下である。より好ましくは、樽部１２３の外径Ｄ３に対する内管１３２の外径Ｄ２の比率は、０．８以下０．４以上である。より好ましくは、内管１３２の外径Ｄ２は約５／１６インチ（７．９ｍｍ）であり、樽部１２３の外径Ｄ３は約５／８インチ（１５．９ｍｍ）である。好ましくは、複数の超音波検出器１５６及び超音波検出器１７７が少なくとも四つの超音波検出器を含む場合、少なくとも０．１０インチ（２．５ｍｍ）の外管１２２の側壁１２８と内管１３２の側壁１３８との間の最小距離が存在し、複数の超音波検出器１５６が十二個の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７を含む場合、少なくとも０．１５インチ（３．８ｍｍ）の最小距離が存在する。

他の実施形態において、関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、超音波プローブ１００は、ネック管１０８及び樽部１２３の異なる構成を使用することができる。例えば、幾つかの実施形態において、関連の同時係属米国特許出願シリアル番号第１４／１６３，４０７号に記載されているもの等のように、ネック管１０８の肩部１１３は、別々の部分としてではなく、側壁１１４によって形成され、例えば、ネック管１０８の外径Ｄ２から、樽部１２３の外径でもあるネック管１０８の外径Ｄ３まで移行する釣鐘形状を有する肩部１１３によって、ネック管１０８の残りと一体となる（即ち、ネック管１０８及び肩部１１３は単一の材料である）。

更に、関連の同時係属米国特許出願第１４／１６３，４０７号に記載されている他の実施形態は、側壁１２８内に配置される貫通穴を含まず、かつ外管１２２の上端１２４が肩管にもネック管１０８の下端１１２にも連結されない超音波プローブ１００の外管１２２を使用する可能性がある。その代わり、内管１３２の上の端１３４は、ネック管１０８の下端１１２と外管１２２の上端１２４とに連結される鍔の側壁内に配置される貫通穴に配列される可能性がある。鍔によって、有利には樽部１２３の組み立てを完了する前に複数の超音波検出器１５６を試験することを可能にすることができる一つ以上の組立品として樽部１２３を構築することが可能になる。更に、この特性は、複数の超音波検出器１５６を設置する前に樽部１２３の大部分の構成要素を一緒に溶着することができるので有利であるが、ここで溶接からの熱は、それ以外の場合、複数の超音波検出器１５６に、及び／又は内容積１４６の中の所定の位置に複数の超音波検出器１５６を保持する結合材に損傷を与える可能性がある。

図２は、本発明の好ましい実施形態に係る容器１５９に設置される超音波プローブ１００の斜視図を示す。前述のように、超音波プローブ１００は、制御器１０９とＬＥＤ計器１１１とを含む。容器１５９は、本体１６０と、上部１６２と、上部１６２に連結されたシール取付け部材１６４とを備える。当業者に明らかであるにように、容器１５９は、明確性及び例示的な目的のために図２に示されない他の構成要素（例えば、容器１５９を補充するための更なるバルブ及びハードウェア）を含むことができる。本体１６０及び上部１６２は、流体を収容することができる内容積を画定する。本実施形態において、上部１６２は、本体１６０に連結される蓋である。他の実施形態において、上部１６２は、本体１６０の一体部品であることができる。シール取付け部材１０２ａ及び１０２ｂ等のシール取付け部材１６４は、超音波プローブ１００を容器１５９に固定するシール取付け組立品１５７の一部である。この好ましい実施形態において、容器１５９の構成要素は、一つ以上の金属から構成される。

幾つかの実施形態において、超音波プローブ１００の精度を更に増大させるために、容器１５９の底１７９は、依然として液体が管路１４４に流入することを可能にしながら、容器１５９の底１７９のより近くにディスクキャップ１４０（例えば、超音波プローブ１００の底部端）を配置することを可能にする特性を組み込むことができる。例えば、図３に示されるように、容器２５９の底２７９内に液溜め２８０を加えることができる。好ましい実施形態において、図３に示されるように、液溜め２８０は、樽部１２３の外径（Ｄ３）よりもわずかに広い（例えば、距離Ｄ６だけ）。好ましい実施形態において、液溜め２８０は、容器２５９の底２７９に機械加工される丸い穴であることが可能であり、液溜め２８０の中心は、管路１４４の中心に同軸方向に配列され、０．１５インチ（０．３８ｃｍ）の深さ（Ｄ７）と０．８０インチ（２．０３ｃｍ）の直径（Ｄ６）とを有する。

例えば、超音波プローブ１００の底部の近くにくぼみを形成するような角度に向けられた容器２５９の底２７９を有する、容器２５９の底２７９内の機械加工又は形成された溝や、他の同様の実施態様等、液溜め２８０の他の実施形態が可能である。他の実施形態における液溜め２８０の形状にかかわらず、液溜め２８０の上部開口部は、ディスクキャップ１４０全体に垂直に重なるように容器２５９の底２７９内に成形され、位置することが好ましい。即ち、液溜め２８０の上部開口部の断面形状において、プローブ１００がその通常の設置位置から垂直に降ろされる場合、プローブ１００の底部端は液溜め２８０に適合する。液溜め２８０が円形の上部開口部を有し、かつ樽部２２３が円柱形である実施形態において、液溜めの直径は、好ましくは樽部２２３の直径の１００．１％から１１０％の間である。液溜めが相対的に小さい容積を有することも好ましく、したがって、液溜め２８０の容積は、好ましくは、容器２５９の使用可能な全液体容量の１％未満である。より好ましくは、液溜め２８０の容積は、好ましくは、容器２５９の使用可能な全液体容量の０．２％未満である。

液溜めを使用する実施形態において、供給業者が液溜めを有する容器を製造することを必要とするにもかかわらず、液溜め２８０を容器２５９の底２７９内に機械加工することによって、容器が完全に空になることなく最低残留液体レベルが検出される。例えば、標準的な１．２Ｌのアンプルにおいて、液溜め２８０も使用する容器内の超音波プローブ１００の記載の実施形態は、６５〜７５ｃｃの最低液体レベルを検出することができるに過ぎない可能性がある典型的な従来技術よりも低い１０〜２０ｃｃの最低液体レベルを測定することができる。

図４に示されるように、超音波プローブ２００の幾つかの実施形態は、樽部２２３の長さＤ１５に沿った超音波検出器２５６間の異なる垂直方向の間隔（可変の間隔）を使用する可能性がある。例えば、超音波プローブ２００の最上部のより近くに配置された超音波検出器２５６は、容器１５９が相対的に満杯である（例えば、管路２４４は高レベルの液体を含む）容器１５９の中の液体のレベルの測定に対応する。容器１５９が相対的に満杯である場合、高精度の液体レベル測定の必要性が、容器１５９が相対的に空である（例えば、管路２４４は低レベルの液体を含む）場合よりも相対的に低い可能性がある。したがって、図４に示されるように、容器１５９がより少ない液体を含み、したがって、完全に空になる寸前である場合の容器１５９の中の液体レベルをより正確に測定するために、超音波プローブ２００の幾つかの実施形態は、（例えば、更に空の容器１５９に相当する）超音波プローブ２００の底部の近くに、より密に一緒に複数の超音波検出器２５６の内の二つ以上の群を形成する可能性がある。

例えば、図４に示されるように、超音波検出器２５６ｉ、２５６ｊ、２５６ｋ及び２５６ｌは、超音波プローブ２００の中により高く配置される複数の超音波検出器２５６ａ〜２５６ｈの一部（例えば、管路２４４、したがって容器１５９の中の液体のより高いレベルに相当する複数の超音波検出器２５６の一部）よりも密に一緒に組分けられる。超音波プローブ２００の底部の近くの複数の超音波検出器２５６の内の四つについての組分けを使用するとして図４に示されているが、図４は例示的であるとするものであって、他の組分け、間隔及び各種超音波検出器２５６間の可変の間隔の数が代替実施形態において使用される可能性がある。更に、図４は、一定の比率で描かれるものではない。

垂直方向の間隔が異なる二超の群の超音波検出器を含むことが可能であってもよい。図４に示される実施形態において、三つの群の検出器、即ち、上群（検出器２５６ａ、２５６ｂ、２５６ｃ）、中間群（検出器２５６ｄ〜２５６ｈ）及び下群（検出器２５６ｉ〜２５６ｌ）が提供される。上群の検出器は、最大の垂直方向の間隔Ｄ８を有し、中間群の検出器は、垂直方向の間隔Ｄ８より小さいが下群の検出器の垂直方向の間隔Ｄ１０より大きい垂直方向の間隔Ｄ９を有する。代替実施形態において、上群又は下群の超音波検出器の各々の間の垂直方向の間隔は同じである。更なる代替実施形態において、上群の超音波検出器の各々の間の垂直方向の間隔は同じであり、下群の超音波検出器の各々の間の垂直方向の間隔は同じである。本明細書で用いられる場合、「垂直方向の間隔」という用語は、（長さＤ１５に対して平行である）樽部２３２の長手方向の軸線（図１Ｂの軸線１Ｄ参照）に沿った二つの隣接する検出器の中心の間の距離を指すことが意図される。

各種の超音波検出器２５６の間の可変の垂直距離を使用することによって、超音波プローブ２００の実施形態は、とりわけ液体レベルがより低く、かつ容器１５９が空になる寸前である場合、超音波検出器２５６の数を増加させることなく、容器１５９の中の液体レベルを測定する際におけるより大きな精度を達成することができる。好ましい実施形態において、容器１５９内の約１．８インチ（約４．５７ｃｍ）の液体中に六つの点を測定する従来のシステムに対して、容器１５９内のわずか０．３７５インチ（０．９５センチメートル）の液体中に六つの点を測定することができる。

多くの適用において、検出器のより近い／より密着した間隔が使用される樽部２２３の部分より大きい樽部２２３の部分上に検出器のより広い垂直方向の間隔を有することが望ましい。ほとんどの適用において、検出器のより広い間隔は、樽部２２３の半分超で望ましく、多くの適用において、検出器のより広い間隔は、樽部２２３の長さの３／４超で望ましく、それによって、樽部２２３の長さの１／４未満で、検出器間隔がより近くなり／より密着する。

図５は、超音波プローブ３００の他の好ましい実施形態を示す。図５に示されるように、超音波プローブ３００の幾つかの実施形態は、超音波プローブ３００の中の、そして、樽部３２３に沿って垂直に適合された高さレベルで超音波検出器の対を使用する可能性がある。例えば、超音波検出器３５６ａは超音波検出器３５５ａと対になり、超音波検出器３５６ｂは超音波検出器３５５ｂと対になり、そして、超音波検出器３５５ｌと対になる超音波検出器３５６ｌまで同様である。同様に、下向きの超音波検出器３７７ａは、下向きの超音波検出器３７７ｂと対になる可能性がある。図５に示されるもの等の幾つかの実施形態は、更なる冗長性を提供する、超音波検出器３５５、３５６及び３７７を制御するための二重の電子機器（例えば、制御器１０９）を更に使用する可能性がある。更に、二重の電子機器を使用する実施形態において、費用及び空間要求を減少させるために、単一の筐体の中に電子機器の両方のセットを設置することが可能である。二重の電子機器を使用する実施形態において、両方の制御器は、相互に（主装置として構成される一方の制御器と、従属装置として構成される他方の制御器とに）電気通信してもよく、ここで、超音波検出器３５５、３５６及び３７７の第一のサブセットが一方の制御器に電気通信し、超音波検出器３５５、３５６及び３７７の第二のサブセットが他方の制御器に電気通信する。

ここでは二つの制御器を含むものとして記載したが、他の実施形態は、他の数の冗長制御器を使用してもよい。制御器の内の一つの応答性が悪くなる場合、何れかの制御器によって主装置及び従属装置の構成を自動的に更新してもよい。他の実施形態は、費用及び複雑性を減少させるために全ての超音波検出器３５５、３５６及び３７７を制御するために電子機器の一つのセットのみを使用してもよい。

したがって、図５で示されるもの等の実施形態は、冗長な液体レベルの検知を提供することによって、超音波プローブ３００の耐久性及び精度をより大きなものにする。更に、単一の超音波プローブの冗長検知能力を提供することによって、記載の実施形態は、コスト及び空間の両方を消費する可能性がある二つの別々のプローブと容器１５９の蓋の中の穿通との必要性をなくす。下向きの検出器（例えば、超音波検出器３７７ａ及び３７７ｂ）を有する十二レベル超音波プローブ（例えば、超音波検出器３５５及び３５６）として図５に示されるが、超音波プローブ３００の実施形態は、超音波プローブ３００の中に垂直に適合する高さレベルで配置される他の数の超音波検出器を使用してもよい。

超音波検出器をより近くに垂直に間隔を置くことを可能にするために、超音波検出器の各々は、それの直ぐ上及び下にある検出器からずれていることが可能であり、このことは、超音波検出器の各々が、それの直ぐ上又はそれの直ぐ下にある検出器と垂直に重ならないことを意味する。これを達成する一つの方法は、超音波プローブ４００が、樽部４２３の内容積４４６の中の（例えば、側壁４３８上の）内管４３２の周辺において螺旋状配置で配置される複数の超音波検出器４５６を有することを示す図６に示されている。内管４３２の周辺に螺旋状配置で複数の超音波検出器４５６の位置を決めることによって、複数の超音波検出器の隣接するものの間の垂直距離を減少させることが可能であり、それによって、超音波検出器４５６の各々の間の垂直距離の増加を小さくすることが可能であり、それによって、より正確な容器１５９の中の（例えば、管路４４４の中の）液体レベルの測定を達成することができる。好ましい実施形態において、例えば図３に関して記載される各種超音波検出器の可変の間隔を実現するために、超音波プローブ４００の底部端の近くで複数の超音波検出器４５６の一部の螺旋状配置を使用してもよい。好ましい実施形態において、超音波検出器４５６は、０．２５インチ（０．６４センチメートル）の高さ（Ｄ１１）と、０．０５０インチ（０．１３センチメートル）の深さ（Ｄ１２）と、０．１８インチ（０．４６センチメートル）の幅（Ｄ１３）とを有する、概して矩形の形状である。複数の超音波検出器４５６の螺旋状配置を使用する好ましい実施形態において、各超音波検出器４５６間の垂直方向の間隔を、超音波検出器４５６の下部のものの中心と超音波検出器４５６の上部のものの中心との間の約０．０７５インチ（約０．１９センチメートル）の垂直方向の間隔（例えば、超音波検出器４５６ｌ及び超音波検出器４５６ｋの０．０７５インチ（０．１９センチメートル）の垂直の中心−中心間）に減少させることができる。従来技術の超音波検出器は、垂直の中心−中心間の隣接する超音波検出器の最も近い間隔が約０．３インチ（約０．７６センチメートル）であることを達成した。垂直にずれた検出器の垂直方向の間隔は０．３インチ（０．７６ｃｍ）未満であることが好ましい。

他の代替実施形態（図示せず）において、超音波検出器の最少の幾つかは、各々隣接する検出器がそれの直ぐ上及び下の検出器から９０度垂直方向においてずれて配置される螺旋状配置に配置される（即ち、垂直のずれの全てが等しく、同方向にある）。この配置の下で、五番目毎の検出器が垂直に配列される。この配置において、螺旋状配置の各検出器の最小限の垂直方向の間隔は、垂直に配列された検出器の各々の間の間隙を提供するのに充分であることを必要とする。各検出器は、少なくとも３０度、より好ましくは、少なくとも６０度、最も好ましくは９０度、垂直に隣接する検出器から垂直方向にずれていること（例えば、検出器４５６ｈ及び４５６ｊが検出器４５６ｉに垂直に隣接すること）が好ましい。９０度の垂直方向のずれには、検出器の配置をより均一にするという効果がある。

例えば、標準的な１．２Ｌのアンプルにおいて、０．０７５インチ（０．１９センチメートル）の中心−中心間の垂直超音波検出器間隔を使用することによって、容器１５９の中の２４ｃｃの液体の増加を追跡することができる。好ましい実施形態において、超音波プローブ４００上により低く配置された一部の複数の超音波検出器４５６（例えば、容器１５９はより少ない液体を含む）については螺旋状配置が使用されるが、超音波プローブ４００上により高く配置された一部の複数の超音波検出器４５６（例えば、容器１５９はより多くの液体を含む）については標準的な垂直配置が使用される。特定の例において、下側の六つの超音波検出器（例えば、検出器４５６ｇ〜４５６ｌ）は、各々の間の中心−中心間における０．０７５インチ（０．１９センチメートル）の垂直方向の間隔を有する螺旋状配置の内管４３２の側壁４３８上に配置され、上側の六つの超音波検出器（例えば、検出器４５６ａ〜４５６ｆ）は、各々の間の中心−中心間における約０．５インチ（約１．３センチメートル）の間隔を有する標準的垂直配置の内管４３２の側壁４３８上に配置される。したがって、下部の六つの超音波検出器（例えば、検出器４５６ｇ〜４５６ｌ）は、各検出器の間において２４ｃｃ単位で容器１５９内に含まれる液体を測定したが（容器１５９が空になる寸前であるので、更に高い精度が望ましい）、上部の六つの超音波検出器（例えば、検出器４５６ａ〜４５６ｆ）は、検出器の間において１６０ｃｃ単位で容器１５９内に含まれる液体を測定した（容器１５９が満杯になる寸前であるので、精度は重要なものではない）。内管４３２の周辺で螺旋状配置に配置されているものとして図６に示されているが、超音波検出器４５６の隣接する一部が垂直に配列されない他の配置も可能である。

したがって、超音波プローブの記載の実施形態は、標準化された寸法を有する既存の容器取付具と共に使用され得る増加した量の超音波検出器を有する超音波プローブについての本技術分野における必要性を満たすものである。樽部１２３は、増加した数の超音波検出器１５６ａ〜１５６ｌ及び超音波検出器１７７及びそれらのそれぞれの配線１５８を収容するのに必要な内容積１４６の中における増加した量の空間を提供する外径Ｄ３を有する。従来技術の超音波プローブの設計において、樽部は、典型的にはシール取付け組立品の中に延びる。したがって、樽部の外径が増大することによって、より大きい及び／又は標準的でないシール取付け組立品が必要となるか、又は例えば貫通穴（例えば、シール取付け部材１０２ａの貫通穴１０３）を開けて、貫通穴がより大きい樽部直径を受け入れることができるようにすることによって、標準的なシール取付け組立品を改変することが必要となる。しかし、標準的でない取付け組立品は、典型的には、それらの標準化された対応物よりも非常に費用がかかり、他の非標準化構成要素を使用することが必要となる可能性もある。また、標準的でない取付け組立品は、半導体製造プロセスに使用するための標準化された取付け組立品の広範囲に亘る試験及び証明された履歴から利益を得ることもない。また、シール取付具がより大きくなることによって、容器の蓋上の空間がより大きくなることも必要となり（例えば、上部部分１６２）、密着したシールを得ることがより困難になる可能性がある。そして、本発明者らは、より大きい樽部直径を受け入れるために標準的なシール取付け組立品を改変する試みは、超音波プローブ及び／又はシール取付け組立品の構造的完全性に否定的な影響を及ぼす可能性があることを見出した。例えば、図１Ｂを参照すると、ネック管１０８の外径Ｄ２の代わりにより大きい外径Ｄ２を受け入れるためにシール取付け部材１０２ａの貫通穴１０３を開けた場合、距離Ｄ１は減少する。その結果、溶接ゾーン１４８の大きさも減少し、溶接の熱は、突出シール面１５０に損傷を与える（即ち、歪ませる）可能性があり、突出シール面１５０と金属ガスケット１７６の間に作られるシールの完全性に否定的な影響を及ぼす可能性がある。

従来技術のプローブの設計と異なり、超音波プローブ１００の樽部１２３は、シール取付け部材１０２ａ内に延びない。その代わり、樽部１２３は、ネック管１０８に連結され、次に、ネック管１０８はシール取付け部材１０２ａに連結される。心棒１６８の内径Ｄ４が樽部１２３の外径Ｄ３より大きく、かつ樽部１２３が心棒１６８に挿入され得るように、心棒１６８に孔を開ける。樽部１２３の増大した外径Ｄ３を収容するために、より大きいシール取付具（例えば、１インチのシール取付具）が必要になること、又はシール取付け部材１０２ａ内に貫通穴１０３を開けることとは対照的に、ネック管１０８が樽部１２３の外径Ｄ３未満の外径Ｄ２を有する（即ち、Ｄ３に対するＤ２の比率は１未満である）ことにより、シール取付け部材１０２ａの貫通穴１０３は、より小さい孔の大きさを有することが可能になる。また、ネック管１０８の外径Ｄ２がより小さくなることによって、突出シール面１５０を損なう溶接材料及び／又は溶接熱なしでネック管１０８及びシール取付け部材１０２ａを一緒に溶接することができるように充分に大きい溶接ゾーン１４８を有するために必要な距離Ｄ１も得られる。突出シール面１５０に対するそのような損傷を防ぐことは、突出シール面１５０と金属ガスケット１７６の間のシールの完全性を維持することにとって、したがって、半導体製造に用いるための化学試薬のアッセイ（純度）を維持することにとって重要である。

更に、本発明の記載の実施形態は、ディスクキャップ１４０と容器１５９の底の内面１７８との間の液体レベルを測定するために少なくとも一つの下向きの超音波検出器（例えば、超音波検出器１７７）を含むことによって、容器１５９の中の液体レベルをより正確に検出することを提供する。幾つかの実施形態は、液体が管路１４４に流入することを依然として可能にすることにより、超音波プローブ１００が従来技術の超音波プローブよりも低い容器２５９の中の残留液体レベルを検出することを可能にする一方で、ディスクキャップ１４０（例えば、超音波プローブ１００の底部端）が容器２５９の底２７９のより近くに、又は下に配置することを可能にするために、容器２５９の底内に液溜めを形成することを含むこともできる。例えば、６５〜７５ｃｃの最低液体レベルを検出する典型的な従来技術のプローブに対して、液溜め２８０を使用する容器内の超音波プローブ１００の記載の実施形態は、１０〜２０ｃｃの最低液体レベルを測定することが可能である。

容器１５９がより少ない液体を含み、したがって完全に空になる寸前である場合において、超音波プローブ２００の底部のより近くに配置される複数の超音波検出器２５６の一部（例えば、より空である容器１５９に相当する）が容器１５９の中の液体レベルをより正確に測定することを可能にするため、本発明の他の実施形態は、超音波検出器２５６間の可変の間隔を使用してもよい。各種超音波検出器１５６間の可変の間隔を使用することによって、超音波プローブ２００の実施形態は、とりわけ液体レベルがより低く、かつ容器１５９が空になる寸前である場合、超音波検出器２５６の数を増加させることなく、容器１５９の中の液体レベルを測定する際により大きな精度を達成することができる。容器１５９内において約１．８インチ（約４．６センチメートル）の液体中に六つの点が測定される従来のシステムに対して、好ましい実施形態においては、容器１５９内においてわずか０．３７５インチ（０．９５センチメートル）の液体中に六つの点を測定することができる。

本発明の更に他の実施形態は、冗長な液体レベルの検知を提供することによって、超音波プローブ３００の耐久性及び精度をより大きなものにし、二つの別々のプローブと容器１５９の蓋の中の二つの穿通との必要性をなくすために、超音波プローブ３００の中の垂直に適合する高さレベルで超音波検出器の対を使用してもよい。二重の超音波検出器を使用する幾つかの実施形態は、費用及び空間の要求を減少させるために電子機器の両セットを単一の筐体内に設置することができるにもかかわらず、超音波検出器のセットの内の対応する一つを制御するために二重の電子機器を更に使用してもよい。

本発明の更に他の実施形態において、超音波プローブ４００の複数の超音波検出器４５６の一部は、内容積４４６の中の（例えば、側壁４３８上の）内管４３２の周辺において螺旋状配置で配置される。内管４３２の周辺に螺旋状配置で複数の超音波検出器４５６の一部の位置を決めることによって、複数の超音波検出器の隣接するものの間の垂直距離を減少させ、それによって、超音波検出器４５６の各々の間の垂直距離の増加を小さくすることが可能であり、それによって、より正確な容器１５９の中の液体レベルの測定を達成することができる。本発明の更なる実施形態は、超音波プローブ４００の底部により近い、隣接する超音波検出器の間のより近い間隔を達成するために、複数の超音波検出器４５６の可変の間隔と複数の超音波検出器４５６の一部の螺旋状配置との組み合わせを用いてもよい。また、更なる実施形態は、下向きの超音波検出器（例えば、超音波検出器１７７）と、複数の超音波検出器２５６の可変の間隔と、複数の超音波検出器４５６の一部の螺旋状配置と、冗長性のための超音波検出器の対応する対（例えば、超音波検出器３５５、３５６及び３７７）を含むこととの何れの組み合わせを使用してもよい。

本発明の原理が好ましい実施形態と共に上記で記載されたが、この記載は例証としてのみ為されるものであり、本発明の範囲の限定として為されるものではないことが明確に理解される。

Claims (26)

1. 容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、
   樽部であって、取付け組立品から下向きに延びて、ある長さを有し、かつ
   外管および内管、前記内管は、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有する；、
   外管と内管との間に形成される内容積；
   該内管の内部に前記長手方向に形成される管路、該管路は、該内容積とは流体連通されていない；
   を含む樽部と、
   前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成され、前記複数の超音波検出器の各々が前記長手方向の間隔を有する、複数の超音波検出器と
   を備え、
   前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、
   前記複数の超音波検出器が、少なくとも三つの超音波検出器を備える上群と、少なくとも三つの超音波検出器を備える下群とを含み、前記上群の前記超音波検出器が、前記下群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端から離れて位置し、前記下群内の前記超音波検出器の各々の前記長手方向の間隔が、前記上群内の前記超音波検出器の何れの前記長手方向の間隔よりも小さい、超音波プローブ。
2. 前記下群の前記超音波検出器の各々が、前記下群の垂直に隣接する各超音波検出器から垂直方向からずれている、請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記下群の前記超音波検出器の各々の垂直方向からのずれが、前記下群の他の全ての超音波検出器の垂直方向からのずれと同じ円周方向におけるものである、請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記上群又は前記下群の中の前記超音波検出器の各々の間の前記長手方向の間隔が同じである、請求項１に記載の超音波プローブ。
5. 前記上群の中の前記超音波検出器の各々の間の前記長手方向の間隔が同じであり、前記下群の中の前記超音波検出器の各々の間の前記長手方向の間隔が同じである、請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記複数の超音波検出器が、少なくとも三つの超音波検出器を備える中間群を含み、前記中間群の前記超音波検出器が、前記下群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端から離れて位置し、前記上群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端に近く、前記中間群の中の前記超音波検出器の各々の前記長手方向の間隔が、前記上群の中の前記超音波検出器の何れの前記長手方向の間隔よりも小さく、前記下群の前記超音波検出器の何れの前記長手方向の間隔よりも大きい、請求項１に記載の超音波プローブ。
7. 前記下群の中の前記超音波検出器の前記長手方向の間隔が、０．３インチ（０．７６ｃｍ）未満である、請求項１に記載の超音波プローブ。
8. 前記下群が少なくとも四つの超音波検出器を備える、請求項１に記載の超音波プローブ。
9. 前記下群が、前記樽部の長さの下部四分の一に位置し、前記下部四分の一が、前記取付け組立品に対して遠位にある、請求項１に記載の超音波プローブ。
10. 前記複数の超音波検出器が、容器の底の方へ音波を放出するように方向づけられた下向きの検出器を備える、請求項１に記載の超音波プローブ。
11. 前記下向きの検出器が、前記樽部の端部ディスクキャップに取り付けられ、前記樽部の前記端部ディスクキャップが、前記内管に対して実質的に垂直であり、前記下向きの検出器が、前記樽部の長手方向の軸線に対して実質的に平行である方向に音波を放出するように方向づけられる、請求項１０に記載の超音波プローブ。
12. 前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記容器の前記底が、液溜めの少なくとも一部が前記樽部に対して垂直に配列されるように配置される前記液溜めを備える、請求項１０に記載の超音波プローブ。
13. 前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記液溜めが、前記超音波プローブの前記樽部の前記長手方向の軸線に対して同軸に配列される、請求項１２に記載の超音波プローブ。
14. 前記液溜めが、前記樽部の直径よりも大きな直径を有する、請求項１２に記載の超音波プローブ。
15. 前記複数の超音波検出器が、対応する対の超音波検出器を備え、前記対応する対の超音波検出器の各々が、前記樽部の対応する高さで互いに管路に亘って水平に配置された第一及び第二の超音波検出器を備える、請求項１に記載の超音波プローブ。
16. 前記超音波プローブが、前記複数の超音波検出器に電子信号を送信し、前記複数の超音波検出器から電子信号を受信するように構成された少なくとも一つの制御器に電気的に接続され、前記少なくとも一つの制御器が、一回につき、対応する対の前記第一及び第二の超音波検出器の内の一方のみに電子信号を送信するようにプログラムされる、請求項１５に記載の超音波プローブ。
17. 前記少なくとも一つの制御器が、各対応する対の超音波検出器の第一の超音波検出器に電気的に接続される第一の制御器と、各対応する対の超音波検出器の第二の超音波検出器に電気的に接続される第二の制御器とを備える、請求項１６に記載の超音波プローブ。
18. 前記複数の超音波検出器の各超音波検出器が、多芯シールドケーブルの少なくとも一つの非シールドワイヤによって、前記少なくとも一つの制御器に電気的に接続される、請求項１６に記載の超音波プローブ。
19. 容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、
    樽部であって、取付け組立品から下向きに延びて、ある長さを有し、かつ
    外管および内管、前記内管は、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有する；
    外管と内管との間に形成される内容積；
    該内管の内部に前記長手方向に形成される管路、該管路は、該内容積とは流体連通されていない；
    を含む樽部、
    前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成される、複数の超音波検出器と
    を備え、前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、
    前記複数の超音波検出器が、垂直に隣接する各超音波検出器からずれた少なくとも一つの検出器を備える、超音波プローブ。
20. 前記複数の超音波検出器の前記各々が前記長手方向の間隔を有し、前記複数の超音波検出器が、少なくとも三つの超音波検出器を備える上群と、少なくとも三つの超音波検出器を備える下群とを含み、前記上群の前記超音波検出器が、前記下群の前記超音波検出器の何れよりも前記内管の前記下端から離れて位置し、前記下群の前記超音波検出器の各々が、前記下群の垂直に隣接する各超音波検出器から垂直方向からずれている、請求項１９に記載の超音波プローブ。
21. 垂直に隣接する各超音波検出器からずれた前記複数の超音波検出器の各々が、垂直に隣接する各超音波検出器から９０度垂直方向からずれている、請求項１９に記載の超音波プローブ。
22. 容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、
    樽部であって、取付け組立品から下向きに延びて、ある長さを有し、かつ
    外管および内管、前記内管は、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有する；
    外管と内管との間に形成される内容積；
    該内管の内部に前記長手方向に形成される管路、該管路は、該内容積とは流体連通されていない；
    を含む樽部、
    前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成され、前記複数の超音波検出器の各々が前記長手方向の間隔を有する、複数の超音波検出器と
    を備え、前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、
    前記複数の超音波検出器が、前記容器の底の方へ音波を放出するように方向づけられた下向きの検出器を備える、超音波プローブ。
23. 前記下向きの検出器が、前記樽部の端部ディスクキャップに取り付けられ、前記樽部の前記端部ディスクキャップが、前記内管に対して実質的に垂直であり、前記下向きの検出器が、前記樽部の長手方向の軸線に対して実質的に平行である方向に音波を放出するように方向づけられる、請求項２２に記載の超音波プローブ。
24. 前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記容器の前記底が、液溜めの少なくとも一部が前記樽部に対して垂直に配列されるように配置される前記液溜めを備える、請求項２２に記載の超音波プローブ。
25. 前記超音波プローブが前記容器内に設置される場合、前記液溜めが、前記超音波プローブの前記樽部の前記長手方向の軸線に対して同軸に配列される、請求項２４に記載の超音波プローブ。
26. 容器の中の液体レベルを検出するための超音波プローブであって、前記超音波プローブが、
    樽部であって、取付け組立品から下向きに延びて、ある長さを有し、かつ
    外管および内管、前記内管は、長手方向の軸線と、前記取付け組立品に対して遠位にある下端とを有する；
    外管と内管との間に形成される内容積；
    該内管の内部に前記長手方向に形成される管路、該管路は、該内容積とは流体連通されていない；
    を含む樽部、
    前記樽部の内容積の中に位置する複数の超音波検出器であって、前記複数の超音波検出器の各々が受信電子信号に応じて音波を放出するように構成される、複数の超音波検出器と
    を備え、前記複数の超音波検出器の内の少なくとも一つが、受信電子信号に応じて前記樽部の前記管路に亘って音波を放出するように構成された場所及び方向において前記内管に取り付けられ、
    前記複数の超音波検出器が、対応する対の超音波検出器を備え、前記対応する対の超音波検出器の各々が、前記樽部の対応する高さで互いに管路に亘って水平に配置された第一及び第二の超音波検出器を備え、
    前記超音波プローブが、前記複数の超音波検出器に電子信号を送信し、前記複数の超音波検出器から電子信号を受信するように構成された少なくとも一つの制御器に電気的に接続され、前記少なくとも一つの制御器が、一回につき、対応する対の前記第一及び第二の超音波検出器の内の一方のみに電子信号を送信するようにプログラムされる、超音波プローブ。