JP7117052B1

JP7117052B1 - 液位センサ用フロート、液位センサ、及び液位センサ用フロートの製造方法

Info

Publication number: JP7117052B1
Application number: JP2022018535A
Authority: JP
Inventors: 晃黒河
Original assignee: 株式会社八洲測器
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2042-02-09
Also published as: JP2023116019A

Abstract

【課題】半導体等の製造工程で使用する際も液体の変質や劣化につながることがなく、また液位も正確に確認することができる液位センサ用フロートを提供する。【解決手段】液位センサ用フロート２は、内側に閉鎖空間Ｋ１が設けられて液体に浮かぶよう構成され、閉鎖空間Ｋ１の一部を区画形成するとともに開口部３ｅを有する外殻部３と、閉鎖空間Ｋ１の残部を区画形成する他の外殻部４と、を備え、閉鎖空間Ｋ１に不活性ガスを収容した状態で他の外殻部４が開口部３ｅを覆って外殻部３にろう付けされている。【選択図】図２

Description

本発明は、液位の確認に用いられる液位センサに関するものであり、特に液位センサ用フロート、このフロートを備える液位センサ、及び液位センサ用フロートの製造方法に関する。

液体の表面高さである液位の確認に用いられる液位センサが従前より使用されている。例えば特許文献１には、液体に浮かぶフロートと、フロートをスライド可能に支持するステム（ガイドシャフト）とを備える液位センサ（フロートセンサ）が示されている。この液位センサは、フロート内に磁石が設けられるとともにステム内にリードスイッチが設けられている。そして、フロートを液体に浮かべてステムに対してフロートがスライドする際、磁石によってリードスイッチがＯＮ又はＯＦＦになるため、このリードスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態を確認することによって液位を確認することができる。

特開２０１５－８１８２８号公報

ところで従来の一般的なフロートは、内側に設けられる閉鎖空間に空気が封入され、これにより浮力が得られるようにしている。しかし、空気が封入されたフロートを半導体や薬剤の製造工程で使用すると、フロートから空気が漏れることがあった場合、製造工程で使用する液体がこの空気によって変質したり劣化したりするおそれがある。

一方、半導体等の製造工程でも使用できるものとして、図５に示した如きフロートも知られている。図５（ａ）に示したフロート５１は、外殻部５２、及びガス導入パイプ５３を備えている。

外殻部５２は、中央部に位置する円筒状の内筒壁５２ａと、円環板状をなし、内筒壁５２ａの外周面から径方向外側に向けて延在する一対の接続壁５２ｂと、接続壁５２ｂの外縁部に設けられた円筒状の外筒壁５２ｃとを備えていて、外殻部５２の内側には、環状をなす空間（閉鎖空間Ｋ３）が区画形成されている。そしてガス導入パイプ５３は、円筒状であって、接続壁５２ｂと外筒壁５２ｃを接続した部位に溶接によって連結されている。なお、ガス導入パイプ５３が設けられている接続壁５２ｂと外筒壁５２ｃを接続した部位には貫通孔が設けられていて、外殻部５２の内側とガス導入パイプ５３の内側は連通している。

そしてガス導入パイプ５３から不活性ガスを注入し、その後、ガス導入パイプ５３の先端部を封止することによって閉鎖空間Ｋ３に不活性ガスが封入されたフロート５１が形成される。すなわちフロート５１は、空気に換えて不活性ガスで浮力が得られるため、万一フロート５１から不活性ガスが漏れることがあっても、製造工程で使用する液体が変質したり劣化したりすることがない。

しかしフロート５１は、図５（ａ）に示すように片寄った位置にガス導入パイプ５３を備えているため、これを図５（ｂ）に示すようにステム５５に取り付けて液位センサ５６として使用する場合、液体Ｌに浮かべたフロート５１は、図示したように傾くことになる。すなわち、フロート５１が傾くことによって、ステム５５に対してフロート５１がスムーズにスライドし難くなるうえ、フロート５１に設けられた不図示の磁石の高さもフロート５１が水平状態であるときから変化するため、液位が正確に確認できないことがある。更に、ガス導入パイプ５３によってフロート５１の重量が増加すると、得られる浮力では十分に浮上できず、液体の比重によっては使用できないおそれがある。すなわち、適用可能な液体の種類が制限される可能性がある点でも懸念がある。

このような問題点に鑑み、本発明は、液位センサ用フロートに関し、半導体等の製造工程で使用する際も液体の変質や劣化につながることがなく、また液位も正確に確認することができる技術を提供することを課題とする。

本発明は、閉鎖空間が設けられて液体に浮かぶよう構成された液位センサ用フロートであって、前記閉鎖空間の一部を区画形成するとともに開口部を有する外殻部と、当該閉鎖空間の残部を区画形成する他の外殻部と、を備え、当該閉鎖空間に不活性ガスを収容した状態で当該他の外殻部が当該開口部を覆って当該外殻部にろう付けされており、前記外殻部は、内筒壁と、当該内筒壁を内側に収容する外筒壁と、当該内筒壁及び当該外筒壁を接続する接続壁とを有し、これらにより前記閉鎖空間の一部を区画形成し、前記内筒壁の内側はステムを挿通可能である液位センサ用フロートである。
また、本発明は閉鎖空間が設けられて液体に浮かぶよう構成された液位センサ用フロートであって、前記閉鎖空間の一部を区画形成する下側外殻部と、その残部を区画形成する上側外殻部とを備え、前記下側外殻部は、下側内筒壁と、当該下側内筒壁を内側に収容する下側外筒壁と、前記下側内筒壁及び前記下側外筒壁の下端部を接続する下側接続壁とを備え、その上方は開口する開口部となり、前記上側外殻部は、上側内筒壁と、上側外筒壁を内側に収容する上側外筒壁と、前記上側内筒壁及び前記上側外筒壁の上端部を接続する上側接続壁とを備え、その下方は開口し、前記閉鎖空間に前記開口部から導入された不活性ガスが収容された状態で、前記下側外殻部の開口部が前記上側外殻部に覆われて、前記下側内筒壁の上端部及び前記下側外筒壁の上端部と、前記上側内筒壁の下端部及び前記上側外筒壁の下端部とがろう付けされており、前記下側内筒壁及び前記上側内筒壁の内側にステムを挿通可能にされている、液位センサ用フロートである。

また本発明は、このようなフロートと、このフロートをスライド可能に支持するステムとを備える液位センサでもある。

また本発明は、閉鎖空間が設けられて液体に浮かぶよう構成された液位センサ用フロートの製造方法であって、
前記閉鎖空間の一部を区画形成するとともに開口部を有する外殻部と、当該閉鎖空間の残部を区画形成する他の外殻部と、ろう材とを準備する工程と、不活性ガスが収容される密閉容器内に、前記開口部が当該密閉容器と通じる状態で、前記外殻部に前記ろう材を配置するとともに当該ろう材に前記他の外殻部を配置する工程と、前記密閉容器を密閉して当該密閉容器が不活性ガスで満たされる状態で当該密閉容器内の温度を前記ろう材の融点以上に上昇させ、前記閉鎖空間に不活性ガスを収容した状態で前記他の外殻部が前記開口部を覆って前記外殻部にろう付けされる工程と、を備え、前記外殻部は、内筒壁と、当該内筒壁を内側に収容する外筒壁と、当該内筒壁及び当該外筒壁を接続する接続壁とを有し、これらにより前記閉鎖空間の一部を区画形成し、前記内筒壁の内側はステムを挿通可能である液位センサ用フロートの製造方法でもある。

本発明に係る液位センサ用フロートは、従来使用していたガス導入パイプを備えていないため、液体に浮かべた際に水平状態が保たれる。すなわち、このフロートをステムに取り付けた際にはステムに対してスムーズにスライドさせることができるため、液位を正確に確認することができる。また、フロートの内側に設けられている閉鎖空間には不活性ガスが収容されているため、万一フロートから不活性ガスが漏れることがあっても、フロートが浮かべられた液体が変質したり劣化したりすることがない。

本発明に係る液位センサの一実施形態を示した側面図である。図１に示したフロートの製造方法に関する図である。図１に示したフロートの変形例を示した図である。図３に示したフロートの製造方法に関する図である。従来の液位センサとフロートを示した図である。

以下、添付した図面を参照しながら本発明に係る液位センサの一実施形態について説明する。

まず、本実施形態の液位センサ１を構成する部材について説明する。図１に示すように本実施形態の液位センサ１は、フロート２とステム６を備えている。なおフロート２（後述する下側外殻部３と上側外殻部４）には、不図示の磁石が内蔵されていて、ステム６（後述するステム本体７）には、この磁石によってＯＮ状態、又はＯＦＦ状態になるリードスイッチが内蔵されている。

フロート２は、下側外殻部３と上側外殻部４を備えている。上側外殻部４は、図２に示したろう材５によって下側外殻部３にろう付けされている。なお下側外殻部３は、本明細書等における「外殻部」に相当する。また上側外殻部４は、本明細書等における「他の外殻部」に相当する。

下側外殻部３は、中央部に位置する円筒状の内筒壁３ａと、内筒壁３ａの下部外周面から径方向外側に向けて延在する円環板状の接続壁３ｂと、接続壁３ｂの外縁部に設けられた円筒状の外筒壁３ｃとを備えている。内筒壁３ａ、接続壁３ｂ、及び外筒壁３ｃは、これらによって上方を開放した環状空間３ｄを区画形成するものであり、内筒壁３ａの上端部と外筒壁３ｃの上端部の間には、この環状空間３ｄの開口部３ｅが設けられている。なお環状空間３ｄは、後述する閉鎖空間Ｋ１の一部を構成するものである。

上側外殻部４は、上述した内筒壁３ａ、接続壁３ｂ、及び外筒壁３ｃと略同一形状になる内筒壁４ａ、接続壁４ｂ、及び外筒壁４ｃを備えている。内筒壁４ａ、接続壁４ｂ、及び外筒壁４ｃは、これらによって下方を開放した環状空間４ｄを区画形成するものであり、内筒壁４ａの下端部と外筒壁４ｃの下端部の間には、この環状空間４ｄの開口部４ｅが設けられている。なお環状空間４ｄは、後述する閉鎖空間Ｋ１の残部を構成するものである。

下側外殻部３と上側外殻部４は金属製であって、本実施形態ではステンレス（例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）により形成されている。

ろう材５は、本実施形態では銀ろうやニッケルろうを使用している。また本実施形態のろう材５は、融点が１０００℃以下のものを使用している。なお、ろう材５は、下側外殻部３や上側外殻部４に使用される素材やフロート２の使用環境、コスト、作業性等に応じて適宜選択すればよく、銀ろうやニッケルろうに限定されるものではない。また使用するろう材５の融点は、フロート２を製造する際の設備で加熱可能な温度であればよく、融点が１０００℃を超えるろう材５を使用してもよい。

ステム６は、ステム本体７と、ストッパー８と、固定用ネジ９と、信号線１０を備えている。

ステム本体７は、外形が円形になる筒状であって、その外径は、内筒壁３ａ、４ａの内径よりも若干小さくなっている。ステム本体７の内部には、上述したリードスイッチが取り付けられている。

ストッパー８は外径が円形になる板状であって、ステム本体７の外周面に設けられている。本実施形態では、所定の間隔をあけて２つのストッパー８が設けられていて、下方に位置するストッパー８によってフロート２の下方への過剰な移動が規制され、上方に位置するストッパー８によってフロート２の上方への過剰な移動が規制される。

固定用ネジ９は、ステム本体７の外周面に螺合していて、固定用ネジ９を回転させることによってステム本体７に対して移動する。本実施形態では固定用ネジ９を一対設けている。固定用ネジ９は、液位センサ１として使用する際、液体を収容した容器等にステム本体７を固定するものであって、何れか一方の固定用ネジ９を回転してこれを他方の固定用ネジ９に向けて移動させることにより、この容器等を挟持してステム本体７を固定することができる。

信号線１０は、上述したリードスイッチに電気的に接続されている。信号線１０を不図示の計測器等に接続することにより、リードスイッチのＯＮ状態、ＯＦＦ状態を確認することができる。なお、本実施形態のリードスイッチは磁石によってＯＮ／ＯＦＦする接点を２つ持っていて、それに応じて信号線１０は４本設けられているが、本発明におけるリードスイッチの接点の数、及び信号線１０の本数はこれに限られるものではない。

次に、上記の部材を用いて本実施形態の液位センサ１を製造する方法について説明する。まず、フロート２を製造する方法について説明する。

フロート２を製造するにあたっては、図２（ａ）において仮想線で示した密閉容器２１内に下側外殻部３、上側外殻部４、ろう材５を収容する。密閉容器２１は、不活性ガスを収容した状態で密閉することができる容器である。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される何れか１種のガス又は２種以上のガスの混合物を用いることができる。

そして、下側外殻部３における内筒壁３ａの上端部と外筒壁３ｃの上端部にろう材５を配置し、このろう材５の上方に上側外殻部４を配置する。上側外殻部４を配置する際は、内筒壁３ａと外筒壁３ｃに対して内筒壁４ａと外筒壁４ｃが揃うように配置する。この状態においては、下側外殻部３と上側外殻部４の間には隙間があいていて、開口部３ｅ、４ｅは、密閉容器２１の内部空間と通じている。なお上述した磁石は、下側外殻部３及び／又は上側外殻部４に取り付けておく。

次いで、密閉容器２１を密閉し、密閉容器２１の内部空間から気体を排出して真空引きを行う。しかる後は、密閉容器２１に不活性ガスを導入して、密閉容器２１の内部空間が不活性ガスで満たされる状態にする。ここで、上記のように開口部３ｅ、４ｅは、密閉容器２１の内部空間と通じているため、下側外殻部３の環状空間３ｄ、及び上側外殻部４の環状空間４ｄも不活性ガスで満たされる。

その後は、密閉容器２１内の温度をろう材５の融点以上に上昇させる。これによりろう材５が溶融するため、下側外殻部３と上側外殻部４との間の隙間が閉じて下側外殻部３と上側外殻部４はろう付けされる（図２（ｂ）参照）。この状態において開口部３ｅ、４ｅは、内筒壁３ａ、４ａ及び外筒壁３ｃ、４ｃで覆われて、環状空間３ｄ、４ｄは不活性ガスを収容した状態で閉鎖される。ここで、閉鎖された環状空間３ｄ、４ｄを総称して閉鎖空間Ｋ１と称する。

しかる後は、密閉容器２１内の温度を下げて、下側外殻部３と上側外殻部４がろう付けされたフロート２を密閉容器２１から取り出す。以上の工程を経ることにより、閉鎖空間Ｋ１に不活性ガスを収容したフロート２を製造することができる。

その後は、製造したフロート２をステム本体７に挿通するとともに、ステム本体７に、ストッパー８、固定用ネジ９、及び信号線１０を備える不図示のリードスイッチを取り付けることにより、液位センサ１を製造する。

このようにして製造した液位センサ１は、フロート２に不活性ガスが収容されているため、この液位センサ１を半導体等の製造工程で使用する際、万一フロート２から不活性ガスが漏れることがあっても、製造工程で使用する液体が変質したり劣化したりすることがない。また本実施形態のフロート２は、従前のようにガス導入パイプを備えておらず、ステム本体７を中心として軸対称になる形状であるため、液体にフロート２を浮かべた際、フロート２はステム本体７に対して実質的に傾くことなくスムーズに上下動する。従って、フロート２を浮かべた液体の液位を正確に確認することができる。

次に、図３、図４を参照しながら上述したフロート２の変形例であるフロート２Ａについて説明する。本実施形態のフロート２Ａは、上述した下側外殻部３と上側外殻部４を一体化した如き外殻部１１と、蓋部１２と、上述したろう材５を備えている。

外殻部１１は、中央部に位置する円筒状の内筒壁１１ａと、円環板状をなし、内筒壁１１ａの外周面から径方向外側に向けて延在する一対の接続壁１１ｂと、一対の接続壁１１ｂの外縁部に設けられた円筒状の外筒壁１１ｃを備えている。外殻部１１の内側には、内筒壁１１ａ、接続壁１１ｂ、及び外筒壁１１ｃで区画形成される内側空間１１ｄが設けられている。また外筒壁１１ｃには、内側空間１１ｄに通じる円形の開口部１１ｅが設けられている。外殻部１１は、例えば上述した下側外殻部３と上側外殻部４をろう付けや溶接で一体的に連結させることにより形成することができる。なお外殻部１１の内側には、不図示の磁石が設けられている。

蓋部１２は、円板状になる蓋部本体１２ａと、蓋部本体１２ａに連結する円柱状の軸部１２ｂを備えている。蓋部本体１２ａの外径は、開口部１１ｅの内径よりも大きくなっていて、軸部１２ｂの外径は、開口部１１ｅの内径よりも小さくなっている。なお蓋部１２は、本明細書等における「他の外殻部」に相当する。

このような外殻部１１、蓋部１２、及びろう材５でフロート２Ａを製造するにあたっては、図４（ａ）において仮想線で示した密閉容器２１内に、外殻部１１、蓋部１２、及びろう材５を収容する。

そして、図４（ｂ）に示すように外殻部１１における開口部１１ｅの周辺にろう材５を配置し、軸部１２ｂを開口部１１ｅに挿入するようにしてこのろう材５の上方に蓋部本体１２ａを配置する。この状態においては、外殻部１１と蓋部本体１２ａの間には隙間があいていて、開口部１１ｅは、密閉容器２１の内部空間と通じている。

次いで、密閉容器２１を密閉し、密閉容器２１の内部空間から気体を排出して真空引きを行った後、密閉容器２１に不活性ガスを導入して、密閉容器２１の内部空間が不活性ガスで満たされる状態にする。上記のように開口部１１ｅは、密閉容器２１の内部空間と通じているため、外殻部１１の内側空間１１ｄも不活性ガスで満たされる。

その後は、密閉容器２１内の温度をろう材５の融点以上に上昇させる。これによりろう材５が溶融するため、外殻部１１と蓋部本体１２ａとの間の隙間が閉じて外殻部１１と蓋部１２はろう付けされる（図４（ｃ）参照）。すなわち、外殻部１１における内側空間１１ｄは、蓋部１２によって不活性ガスを収容した状態で閉鎖される。ここで、閉鎖された内側空間１１ｄを閉鎖空間Ｋ２と称する。

しかる後は、密閉容器２１内の温度を下げて、外殻部１１と蓋部１２がろう付けされたフロート２Ａを密閉容器２１から取り出す。以上の工程を経ることにより、閉鎖空間Ｋ２に不活性ガスを収容したフロート２Ａを製造することができる。このように製造したフロート２Ａも、上述したフロート２と同様の手順でステム本体７に取り付けることにより、液位センサ１を製造することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上記の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。また、上記の実施形態における効果は、本発明から生じる効果を例示したに過ぎず、本発明による効果が上記の効果に限定されることを意味するものではない。

例えば上述した下側外殻部３と上側外殻部４は同一形状の部材であったが、形状は異なっていていてもよく、例えば上側外殻部４は、形状が円環板状になる部材であってもよい。また蓋部１２は、軸部１２ｂを省略したものでもよい。

１：液位センサ
２、２Ａ：フロート
３：下側外殻部（外殻部）
３ａ：内筒壁
３ｂ：接続壁
３ｃ：外筒壁
３ｄ：環状空間
３ｅ：開口部
４：上側外殻部（他の外殻部）
４ａ：内筒壁
４ｂ：接続壁
４ｃ：外筒壁
４ｄ：環状空間
４ｅ：開口部
５：ろう材
６：ステム
７：ステム本体
８：ストッパー
９：固定用ネジ
１０：信号線
１１：外殻部
１１ａ：内筒壁
１１ｂ：接続壁
１１ｃ：外筒壁
１１ｄ：内側空間
１１ｅ：開口部
１２：蓋部（他の外殻部）
１２ａ：蓋部本体
１２ｂ：軸部
２１：密閉容器
Ｋ１：閉鎖空間
Ｋ２：閉鎖空間

Claims

閉鎖空間が設けられて液体に浮かぶよう構成された液位センサ用フロートであって、
前記閉鎖空間の一部を区画形成するとともに開口部を有する外殻部と、当該閉鎖空間の残部を区画形成する他の外殻部と、を備え、当該閉鎖空間に前記開口部から導入された不活性ガスを収容した状態で当該他の外殻部が当該開口部を覆って当該外殻部にろう付けされており、
前記外殻部は、内筒壁と、当該内筒壁を内側に収容する外筒壁と、当該内筒壁及び当該外筒壁を接続する接続壁とを有し、これらにより前記閉鎖空間の一部を区画形成し、前記内筒壁の内側はステムを挿通可能である液位センサ用フロート。
閉鎖空間が設けられて液体に浮かぶよう構成された液位センサ用フロートであって、
前記閉鎖空間の一部を区画形成する下側外殻部と、その残部を区画形成する上側外殻部とを備え、
前記下側外殻部は、下側内筒壁と、当該下側内筒壁を内側に収容する下側外筒壁と、前記下側内筒壁及び前記下側外筒壁の下端部を接続する下側接続壁とを備え、その上方は開口する開口部となり、
前記上側外殻部は、上側内筒壁と、上側外筒壁を内側に収容する上側外筒壁と、前記上側内筒壁及び前記上側外筒壁の上端部を接続する上側接続壁とを備え、その下方は開口し、
前記閉鎖空間に前記開口部から導入された不活性ガスが収容された状態で、前記下側外殻部の開口部が前記上側外殻部に覆われて、前記下側内筒壁の上端部及び前記下側外筒壁の上端部と、前記上側内筒壁の下端部及び前記上側外筒壁の下端部とがろう付けされており、
前記下側内筒壁及び前記上側内筒壁の内側にステムを挿通可能にされている、液位センサ用フロート。
請求項１又は請求項２のフロートと当該フロートをスライド可能に指示するステムとを備える液位センサ。
閉鎖空間が設けられて液体に浮かぶよう構成された液位センサ用フロートの製造方法であって、
前記閉鎖空間の一部を区画形成するとともに開口部を有する外殻部と、当該閉鎖空間の残部を区画形成する他の外殻部と、ろう材とを準備する工程と、
不活性ガスが収容される密閉容器内に、前記開口部が当該密閉容器と通じる状態で、前記外殻部に前記ろう材を配置するとともに当該ろう材に前記他の外殻部を配置する工程と、
前記密閉容器を密閉して当該密閉容器が不活性ガスで満たされる状態で当該密閉容器内の温度を前記ろう材の融点以上に上昇させ、前記閉鎖空間に不活性ガスを収容した状態で前記他の外殻部が前記開口部を覆って前記外殻部にろう付けされる工程と、を備え、
前記外殻部は、内筒壁と、当該内筒壁を内側に収容する外筒壁と、当該内筒壁及び当該外筒壁を接続する接続壁とを有し、これらにより前記閉鎖空間の一部を区画形成し、前記内筒壁の内側はステムを挿通可能である液位センサ用フロートの製造方法。