JP6542054B2 - 液量検出ユニット - Google Patents

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、透明容器内に間隔を空けて平行に立設される第１円筒部と第２円筒部とを備え、透過型センサの第１のセンサは、第１円筒部内に配設され第１測定光を投光する第１の投光部と、第２円筒部内に配設され第１測定光を受光する第１の受光部と、第１の投光部が投光する第１測定光が透明液体と空気の屈折率の違いで屈折又は反射して第１の受光部が第１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もしくは所定量より多いと判断する判断部と、を備え、第１の投光部と第１の受光部とを結ぶ直線は、第１円筒部及び第２円筒部の延在方向に直交する方向で、第１円筒部及び第２円筒部の各々の中心から径方向で同方向にずらして配置され、判断部は、第１の投光部が投光した第１測定光を第１の受光部が受光しない場合に透明液体が所定量より多いと判断し、第１の投光部が投光した第１測定光を第１の受光部が受光した場合に透明液体が所定量以下になったと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において、透過型センサの第２のセンサは、透明容器の外側に透明容器を挟んで対向配置され第２測定光を投光する第２の投光部及び第２測定光を受光する第２の受光部を更に備え、第２の投光部と第２の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おり、判断部は、第２の投光部が投光する第２測定光が透明液体と空気の屈折率の違いで屈折又は反射して第２の投光部が投光した第２測定光を第２の受光部が受光した場合に透明液体が所定量より多いと判断し、第２の投光部が投光した第２測定光を第２の受光部が受光しない場合に透明液体が所定量以下になったと判断する。

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 (2)

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、
   該透明容器内に間隔を空けて平行に立設される第１円筒部と第２円筒部とを備え、
   透過型センサの第１のセンサは、
   該第１円筒部内に配設され第１測定光を投光する第１の投光部と、
   該第２円筒部内に配設され該第１測定光を受光する第１の受光部と、
   該第１の投光部が投光する該第１測定光が該透明液体と空気の屈折率の違いで屈折又は反射して該第１の受光部が該第１測定光を受光するか否かによって該透明液体が所定量以下もしくは所定量より多いと判断する判断部と、を備え、
   該第１の投光部と該第１の受光部とを結ぶ直線は、該第１円筒部及び該第２円筒部の延在方向に直交する方向で、該第１円筒部及び該第２円筒部の各々の中心から径方向で同方向にずらして配置され、
   該判断部は、該第１の投光部が投光した該第１測定光を該第１の受光部が受光しない場合に該透明液体が所定量より多いと判断し、該第１の投光部が投光した該第１測定光を該第１の受光部が受光した場合に該透明液体が所定量以下になったと判断する液量検出ユニット。
2. 透過型センサの第２のセンサは、該透明容器の外側に該透明容器を挟んで対向配置され第２測定光を投光する第２の投光部及び該第２測定光を受光する第２の受光部を更に備え、
   該第２の投光部と該第２の受光部とを結ぶ直線が該透明液体の液面に対して斜めに傾斜しており、
   該判断部は、該第２の投光部が投光する該第２測定光が該透明液体と空気の屈折率の違いで屈折又は反射して該第２の投光部が投光した該第２測定光を該第２の受光部が受光した場合に該透明液体が所定量より多いと判断し、該第２の投光部が投光した該第２測定光を該第２の受光部が受光しない場合に該透明液体が所定量以下になったと判断する請求項１記載の液量検出ユニット。

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