(57)【要約】【課題】  ポンプ室内壁に汚れが生じても、光センサーにより液の吸引吐出の動作の切り換え時期を適確に制御するための液有無感知機構、スラリー等の液を連続して効率よく送液できる液吸引吐出制御方法、これを用いた装置の提供。【解決手段】  ＰＶＶのポンプ室の少なくとも一箇所に設けた光センサーによって光量を常時測定し、Ｔ秒間毎の光量の最高値及び最低値をそれぞれＮ個サンプリングし、これらの平均値をそれぞれ算出し、得られた平均値を使用して次のＮ回の吸引吐出に使用する閾値を算出し、該閾値と、該閾値の算出に使用した光量値の後にセンサーから送られてくる光量値とを比較して、該光量値が上記閾値よりも大きくなった時点、或いは光量値が上記閾値よりも小さくなった時点で、吐出と吸引の動作を切り換える液吸引吐出制御方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレッシャーバキュームベッセルと呼ぶ真空圧力構造のポンプ室の両端に、密閉されたポンプ室内を負圧にして液を吸引する機構と、該ポンプ室内を加圧にして液を吐出する機構とを有し、これらの機構によってＴ秒間でポンプ室内の液を１回吸引吐出する構成における液の吸引吐出を制御する方法において、ポンプ室の少なくとも一箇所に設けられた光透過型センサーによって光量を常時測定し、Ｔ秒間毎における光量の最高値及び最低値をそれぞれＮ個（Ｎは、１以上の整数）サンプリングし、これらの最高値と最低値の平均値をそれぞれ算出し、得られた平均値を使用して下記式により次のＮ回の吸引吐出に使用する閾値を算出し、該閾値と、該閾値の算出に使用した光量値の後にセンサーから送られてくる光量値とを比較して、該光量値が上記閾値よりも大きくなった時点、或いは光量値が上記閾値よりも小さくなった時点で、吐出と吸引の動作を切り換えることを特徴とする液吸引吐出制御方法。
2005316617.tif 000006
（上記式中のＫは、閾値変数であって、２０〜８０％の範囲から選択される値である。）
【請求項２】
光透過型センサーが、ポンプ室内から吐出できる最大量の液を排出した場合のポンプ室の液面近傍と、ポンプ室内に吸引できる最大量の液を充填した場合のポンプ室の液面近傍の２箇所に設けられている請求項１に記載の液吸引吐出制御方法。
【請求項３】
Ｋが４０〜６０％である請求項１又は２に記載の液吸引吐出制御方法。
【請求項４】
少なくとも、密閉されたポンプ室と、該ポンプ室を負圧にして液を吸引するための機構と、該ポンプ室を加圧にして液を吐出するための機構と、液の吸引と吐出を切り換えるための光透過型センサーを用いた制御機構とを有する液吸引吐出装置において、制御機構が請求項１〜３のいずれか１項に記載の液吸引吐出制御方法を実行する構成のものであることを特徴とする液吸引吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液移送部に用いられるプレッシャーバキュームベッセル（以下ＰＶＶと略す）と呼ぶ真空圧力構造のポンプ室内への液の導入及び液の排出の切り換えを効率的に行うことができる液吸引吐出制御方法、及び液吸引吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板表面を研磨する化学研磨装置等へ研磨剤を含むスラリー（薬液）を供給する場合においては、薬液を常時連続的に供給することが要求される。かかる目的に対しては、例えば、スラリー供給装置が用いられているが、その薬液移送部には、下記に説明するＰＶＶが使用されている。ＰＶＶは、室内を負圧にすることで液体を室内に吸引導入し、且つ加圧することで導入された液体を室内から排出（吐出）することができる、密閉空間を有するポンプ室を主たる構成とし、吸引吐出される液がピストンやその他の機械的駆動装置に接触させることなく、必要な部位に送られるという長所を有する（特許文献１参照）。又、上記のスラリー供給装置の場合のように薬液を常時連続的に供給するには、上記したように動作するポンプ室を２以上組み合わせて、これらのポンプ室の負圧及び加圧を交互に行うことで、途切れることなく常時連続して液を供給している。
【０００３】
図７を参照して、ＰＶＶの構造をより具体的に説明する。ＰＶＶのポンプ室は、ポンプ室内２を負圧にするための真空ポンプ３、負圧になったポンプ室内２へ液体を導入することを可能にする吸引バルブ５と、ポンプ室内２を加圧にするための不活性ガス等のガス供給装置４と、加圧されたポンプ室内２から液を吐出させる吐出バルブ６とを有する。そして、ポンプ室内２への液の吸引と吐出の切り換えは、液の有無を検知するためのセンサー１と、該センサー１からの信号によって真空ポンプ３及びガス供給装置４の動作の制御、及び各バルブの開閉の制御を行う制御装置（不図示）によって行われている。
【０００４】
更に、ＰＶＶを２本組み合わせて液を常時連続的に供給する場合には、２本のＰＶＶを、下記のように動作させる（図７参照）。先ず、一方のＰＶＶのポンプ室内を加圧にして液の吐出を行い、吐出が進行して液が最低位置に達する前に吐出を停止させ、同時にポンプ室内を負圧にすることで液の導入を行って再びポンプ室内の最高位置まで液を満たす。更に、上記のポンプ室からの液の吐出を停止すると同時に、もう一方のＰＶＶの、液が満たされているポンプ室を加圧にすることで、該ポンプ室からの液の吐出を開始し、吐出ＰＶＶを切り替える。この結果、途切れなく液を供給することが可能となる。この場合には、特に各ＰＶＶのポンプ室からの液吐出の切り換えのタイミングが重要となる。このＰＶＶの切り換えは、センサーからの液面検知信号によって行われているが、この液面検知用センサーとして、フロート式、静電容量、光透過型等の方式がある。現状では主にフロート式センサーが採用されているが、液の種類によっては、静電容量センサーや光センサーを使用している場合もある。
【０００５】
以下、一般的に行われているフロートセンサーによるポンプ室への液の導入及び液の吐出を切り換える方法について説明する。通常、図７に示したように、フロートセンサー１を、ポンプ室内２に導入できる最大量の液面の位置（図中に１−１と表示）と、ポンプ室内２から最大量の液を排出した場合の液面の位置（図中に１−２と表示）とに設け、これらのセンサー１によってポンプ室内２の液の有無を検知し、その情報を制御装置に入力し、該装置を介してポンプ室内２への液の導入或いは排出を行っている。具体的には、図８（ａ）に示したように、ポンプ室内に液が導入されて液面が上るとセンサーのフロート部１２が次第に浮き上がって接点に近付き、フロート部に設けられている磁石１１にセンサーの接点が吸い寄せられ（図８（ｂ）参照）、これによりポンプ室内のＨ位置まで液が満たされたことを検知する。ポンプ室内から液が排出されて液面がＬ位置に到達したことは、これとは逆に接点が離れることで検知する構成となっている。そして、これらの情報に応じてポンプ室への液の導入及び液の吐出が行われている。
【０００６】
半導体基板の研磨に用いるスラリー供給装置に使用されているＰＶＶでは、常時、上記したようなフロートセンサーを用いた送液運転が行われるが、その場合には、最高量の位置（以下、Ｈ位置という）或いは最低量の位置（以下、Ｌ位置という）における液の有無を１時間に約２０〜４０回程度検知し、その検知結果に基づいて２本のＰＶＶの動作を切り換え制御が行われている。ＰＶＶ方式では、通常、液面動作が上下であり、センサーが設けられているポンプ室内の液のＨ位置或いはＬ位置においては、液がある状態と液がない状態とが交互に繰り返される。このため、センサー並びにポンプ室内の汚れが徐々に成長し、これが原因となって誤検知を生じる場合がある。センサーが誤検知によって送液運転が停止すると、スラリー供給が途切れてしまい、半導体基板の研磨処理に多大な影響を生じる。従って、スラリー供給を途切れさせずに動作させるためには、センサー並びにポンプ室内の汚れを除去し、誤動作が起こらないようにする必要がある。
【０００７】
誤動作を未然に防止するには、センサーやポンプ室内部の定期的な洗浄を頻繁に行えばよい。しかしながら、洗浄作業は煩雑であるばかりではなく、その都度装置全体の運転を止めなければならず、処理効率が著しく低下する。なお、洗浄頻度は、使用する薬液や送液速度、吐出圧力などの運転条件によって異なり、更に、使用する環境によっては、センサーやポンプ室内壁への薄膜の形成、いわゆる汚れが早期に付着してしまう場合があり、定期的な洗浄を行う適切な期間を一概には割り出せないのが現状であり、通常、安全をみて早めに行われている。
【０００８】
従来より使用されている上記したフロート式センサーは、液に直接触れて浮力を利用して液があるレベルに到達したか否かを検知するといった単純な構造のため、ＰＶＶのポンプ室の内壁の汚れに対して比較的強いといった特長をもつ。しかしながら、フロート式センサーは、液と直接触れるので、蝶番部分にスラリーが固着したり、ポンプ室内の負圧或いは加圧環境の影響で、中空構造のフロート内に液が混入するといった問題があり、これによって誤動作を引き起こすことも少なくない。これに対し、光センサーは、ポンプ室の外側に設置されるものであり、非接触で、液があるレベルに到達したか否かを検知することができるため、センサーに対する汚れの問題は生じない。このため、例えば、光透過型センサーを用いて、ポンプ室内の液量を自動測定し、ポンプ室内への液の吸引吐出を制御することが試みられている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、光透過型センサーは、ポンプ室内に照射した光量の変化により液があるレベルに到達したか否かを検知する構成のものであるため、ポンプ室の内壁の汚れによって影響を受け、正しい検知が行われない場合がある。特に、液の種類によっては、例えば、研磨剤を含むスラリーのような、内壁への汚れの付着、その後の成長が著しいものであったり、粘度が高く、一時的に光量が大きく変化するものである場合には、ポンプ室内の液の充填状態が正確に検知されず、誤検知を起こす場合がある。この誤検知によって、液吐出、吸引の切り換わりタイミングが正常でなくなり、液の連続的な供給ができなくなったり、本来はポンプ室内への液の導入及び液の吐出の切り換えを行う状態になかったにもかかわらず、運転が切り換わってしまい、効率的な運転ができなくなる場合があった。更に、誤検知によってポンプ室の洗浄作業を必要以上に頻繁に行う必要が生じ、運転効率の低下をきたす。
【００１１】
従って、本発明の目的は、ポンプ室の内壁の汚れが生じた場合においても、光透過型センサーによってポンプ室内への液の導入及び液の吐出の切り換え時期を適確に制御することができ、ひいてはスラリー等の各種処理液を連続して、しかも効率よく送液することができる液の吸引吐出制御方法、及びこれを用いた液吸引吐出装置を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、光透過型センサーを用いているにもかかわらず、ポンプ室の内壁に付着した汚れや、液の流動等によって生じる光量値の変動による影響を校正し、液の状態を正確に検知し、液の吸引及び吐出の動作の切り換えを適確に行うことを可能とし、Ｈ位置とＬ位置との間の液を最大限に利用することを実現し、更にポンプ室内を洗浄する回数を極力低減できる、優れた処理効率を達成できる液の吸引吐出制御方法、及びこれを用いた液の吸引吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的は、下記の本発明によって達成される。即ち、本発明は、プレッシャーバキュームベッセルと呼ぶ真空圧力構造のポンプ室の両端に、密閉されたポンプ室内を負圧にして液を吸引する機構と、該ポンプ室内を加圧にして液を吐出する機構とを有し、これらの機構によってＴ秒間でポンプ室内の液を１回吸引吐出する構成における液の吸引吐出を制御する方法において、ポンプ室の少なくとも一箇所に設けられた光透過型センサーによって光量を常時測定し、Ｔ秒間毎における光量の最高値及び最低値をそれぞれＮ個（Ｎは、１以上の整数）サンプリングし、これらの最高値と最低値の平均値をそれぞれ算出し、得られた平均値を使用して下記式により次のＮ回の吸引吐出に使用する閾値を算出し、該閾値と、該閾値の算出に使用した光量値の後にセンサーから送られてくる光量値とを比較して、該光量値が上記閾値よりも大きくなった時点、或いは光量値が上記閾値よりも小さくなった時点で、吐出と吸引の動作を切り換えることを特徴とする液吸引吐出制御方法である。
2005316617.tif 000002
（上記式中のＫは、閾値変数であって、２０〜８０％の範囲から選択される値である。）
【００１３】
本発明の好ましい形態としては、上記構成において、光透過型センサーが、ポンプ室内から吐出できる最大量の液を排出した場合のポンプ室の液面近傍と、ポンプ室内に吸引できる最大量の液を充填した場合のポンプ室の液面近傍の２箇所に設けられている液吸引吐出制御方法が挙げられる。又、本発明の好ましい形態としては、上記構成において、Ｋが４０〜６０％である液吸引吐出制御方法が挙げられる。
【００１４】
本発明の別の形態は、少なくとも、密閉されたポンプ室と、該ポンプ室を負圧にして液を吸引するための機構と、該ポンプ室を加圧にして液を吐出するための機構と、液の吸引と吐出を切り換えるための光透過型センサーを用いた制御機構とを有する液吸引吐出装置において、制御機構が上記のいずれかに記載の液吸引吐出制御方法を実行する構成のものである液吸引吐出装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スラリー供給装置等の液移送部に用いられているＰＶＶにおいて、ポンプ室に充填される液が透明で内壁に汚れが生じないような場合においても、ポンプ室の内壁に汚れが生じた場合においても、光透過型センサーによってポンプ室内への液の吸引及び吐出の動作の切り換え時期を適確に検知でき、ひいてはスラリー等の各種処理液を連続して、しかも液を効率よく送液することができる液の吸引吐出制御方法、及びこれを用いた液吸引吐出装置が提供される。又、本発明によれば、ポンプ室内を洗浄する回数を低減できるため、高い処理効率が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。先ず、本発明で使用する光透過型センサーによって行われている液の吸引吐出制御方法の動作原理を説明する。光透過型センサーによる検知では、図１に示したように、一方向からポンプ室内に光を照射し、対向する位置でポンプ室内を経て到達した光を受け、その光量を光ファイバー８を介して光透過型センサーアンプに繋ぎ、その時点で受けた光量をアナログ表示させる。そして、その光量の値を液の有り無しの検知に利用し、ポンプ室内への液の吐出と吸引を切り換えるタイミングを判断し、動作制御を行う。本発明では、液の吐出と吸引の動作を切り換える時点の判断に使用する閾値を、処理に応じて随時算出し、得られた変動する閾値と、常時送られてくる光量値とを比べることで、液の吐出と吸引の動作を切り換えることで、汚れ等によって生じる光量の変動に対処し、液の状態に合致した適確な制御を行う。
【００１７】
従来の、液の吐出と吸引を切り換える方法としては、下記のようにして行われている。液がスラリーの場合には、先に述べたように内壁の汚れによって光量値が低下する場合があるので、これを考慮して、先ず、液が有る状態における光量と、液が無い状態における光量を予め測定し、その真ん中の値を決定し、実際の稼働において光透過型センサーを介してアナログ表示された光量値が、この値となった時点で、動作を切り換えることを行っている。この値が閾（しきい）値である。即ち、閾値は、下記の計算式によって求められ、その値を固定値として、この閾値より光量の値が小さい場合に液が有る状態と判断し、閾値より光量が大きい場合に液が無い状態と判断し、液の吸引と吐出の動作の切り換えを行っている。
2005316617.tif 000003
【００１８】
例えば、液が無い状態で測定した光量値（以下、液無し光量値という）が４０００であって、液が有る状態で測定した光量値（以下、液有り光量値という）が２０の場合は、（４０００−２０）×１／２＋２０＝２０１０が閾値となる。そして、センサーから常時送られてくる光量値が、２０１０を通過する時点で、液の吸引と吐出の動作が切り換わるように制御している。
【００１９】
しかしながら、上記した従来の方法では、実際の稼働においてポンプ室の内壁に汚れ等が生じると、液が無い状態であるにもかかわらずアナログ表示される光量値が閾値である２０１０を下回ることが生じると、液が有る状態であると誤検知される。これを防止するためには、閾値をより高めに設定すればよいが、この場合には、液がまだ十分に有り、利用できる状態にあるにもかかわらず、液が無いと判断することが生じ、ポンプ室内の液の状態に合致した検知がなされずに、効率的な処理ができなくなる。このように、従来の制御方法では、ポンプ室内の液の吸引と吐出の動作の切り換えが、ポンプ室内のＨ位置とＬ位置との間の液を十分な状態で利用して行われておらず、効率よい処理がされていないという問題があった。
【００２０】
上記した従来技術の課題に対し、本発明者らは、従来の制御方法では閾値を固定しているため、ポンプ室内の壁の汚れや液の流動等によって変動する光量値に対応した制御ができないと考え、ポンプ室内の壁の汚れや液の流動等に対応し、閾値を自動校正するシーケンス制御機構を追加することについて鋭意検討を行った。その結果、センサーの誤検知を有効に防止でき、しかも、ポンプ室内の液を十分に利用した効率のよい稼働状態を達成することができるシーケンス制御機構を見いだして本発明に至った。以下、このセンサー閾値を自動校正するシーケンス制御機構について説明する。
【００２１】
先に述べたように、ＰＶＶでは、密閉空間であるポンプ室内を真空ポンプ等で負圧状態にすることで液の吸引が行われるが、液の吸引はＨ位置を限度として行われる。一方、送液する場合には、ポンプ室内を加圧状態にすることで液の吐出を行うが、液の吐出はＬ位置を限度として行われる。そして、このように動作するＰＶＶを少なくとも２本連動させ、各ＰＶＶの吸引吐出の動作を切り換えるタイミングを適確に制御することで、切れ目無く、しかも効率よく液の移送を行う。スラリー供給装置で使用しているＰＶＶのポンプ室の形状としては、例えば、直径約１００ｍｍ、長さ６００〜７００ｍｍ程度の円筒形状のものが使用されている。このポンプ室の上端部には、真空と加圧印加用のバルブ、下端部には、吸引と吐出用のバルブがそれぞれ接続されている。
【００２２】
ＰＶＶを２本使用し、光透過型センサーを１箇所に設けた例についてのＰＶＶ動作と、動作を切り換える制御機構について、図３〜６を参照して説明する。又、説明ではＰＶＶを２本としたが、３本としてもよく、いずれかのＰＶＶが吸引工程時であっても、他のいずれかのＰＶＶから液の吐出が行われるように構成し、その場合に、絶え間なく効率のよい送液が行われるようにする。以下、光透過型センサーを２箇所に設けた例について説明するが、１箇所であっても制御は可能であり、勿論、３箇所以上に設けてもよい。
【００２３】
先ず、２本のＰＶＶの動作を図３を参照して説明する。尚、図３は、あくまでも動作説明のための図であり、実機においては、センサーやバルブの接続先も他にある。図３（ａ）では、Ａで示したＰＶＶ（以下、ＰＶＶ−Ａ）のポンプ室２は液で満たされており、各バルブはいずれも閉じて動作を停止した状態にある。これと組み合わせたＢで示したＰＶＶ（以下、ＰＶＶ−Ｂ）の密閉されたポンプ室２内には、ガス供給装置４から窒素等の不活性ガスがバルブを介して導入されており、ポンプ室２内は加圧状態となってバルブ６を介して液が吐出されて、必要箇所へと送液されている。図３（ｂ）では、図３（ａ）の状態が進み、光透過型センサーを用いた制御によって、ＰＶＶ−Ｂのポンプ室２では動作状態が切り換わり、バルブ５を介して液の吸引が行われる。
【００２４】
一方、ＰＶＶ−Ａのポンプ室２では、ガス供給装置４から窒素等の不活性ガスがバルブを介して導入を開始し、ポンプ室２内が加圧され、バルブ６を介して液の吐出が開始される。更に進んで、図３（ｃ）では、ＰＶＶ−Ｂのポンプ室２では、図３（ｂ）で示した液の導入が進み、液で満たされて各バルブはいずれも閉じて動作を停止した状態になっている。又、これと組み合わせたＰＶＶ−Ａのポンプ室２では、図３（ｂ）で示した液の吐出が進行している。更に進むと、光透過型センサーを用いての制御によって動作が切り換わり、図３（ｄ）で示したように、ＰＶＶ−Ａのポンプ室２では、バルブ５を介して液の吸引が行われる。一方、ＰＶＶ−Ｂのポンプ室２では、ガス供給装置４から窒素等の不活性ガスがバルブを介して導入されて、ポンプ室２内が加圧状態となって、液は、バルブ６を介して吐出されて、必要箇所へと送液される。
【００２５】
本発明では、上記の動作の切り換えを、光透過型センサーを用いて下記のようにして行うことを特徴とする。図３に示した例では、各ポンプ室２のＨ位置近傍に光透過型センサー１を配置し、これを用いて下記のようにして動作を制御する。図１に示したように、光透過型センサーは、光ファイバー等によって光透過型センサーアンプ（不図示）に繋がれており、該センサーによって常時測定された光量は、プログラムロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと略す）へと導入される。そして、ＰＬＣに導入された値を用いて、下記のようにして液の吸引吐出の制御を行う。光透過型センサー及びＰＬＣとしては、光量をアナログで取り込めるセンサーであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ＰＬＣはキーエンス製ＫＶ−７００シリーズ、光透過型センサーのアンプはＦＳ−Ｖ２０シリーズ、光ファイバーはＦＵ−７７Ｖを用いることができる。本発明における光量を用いてのポンプ室内の液の吸引と吐出の動作の制御の引用例を、下記に具体的に述べる。
【００２６】
センサーの透過光量を示すアナログ信号は、ＰＬＣに取り込まれる。実際の稼働にあたっては、先ず、閾値の初期値として、液が無い状態における光量の最大値と、液が有る状態における光量の最低値をアナログデータとしてＰＬＣに取り込む。又、Ｋの初期値として、例えば、５０％の数値を入力する。ここで、ポンプ室２内への液の吸引と吐出は、使用するポンプ室内の容量や、液の種類、液を吐出する速度にもよるが、通常、１時間に約２０〜４０回程度の割合で繰り返される。従って、光透過型センサーによって常時測定された光量は、その繰り返しに応じて、液が無い状態では光量は高い値を示し、液が有る状態では光量は低い値を示す。
【００２７】
図４は、液がスラリーである場合におけるＰＬＣに入力されてくる光量の値の変化を示すものである。ＰＶＶにおける光量の測定は、常時行われているが、図４では、低い光量値の代表値を黒い丸で示し、高い光量値の代表値を黒い四角で示した。即ち、黒い四角は、液が無い場合の光量値のデータ群であり、黒い丸は、液が有る場合の光量値のデータ群である。図４に示したスラリーを使用している場合は、黒い四角のデータ群から、液が無い状態における光量値は、使用している処理日数が長くなるに連れて下がる傾向があることがわかる。これは、使用するに連れて、スラリーが内壁に付着し、徐々に汚れが成長したため、日を追って光量値が低下したものと考えられる。しかし、液が無い状態における光量値は使用日数に従って暫時低下しているものの、時々高い値を示す場合もある。これは、内壁に付着し、成長した汚れの一部が、落下したためと考えられる。一方、黒い丸のデータ群から、液が有る状態における光量値は、処理日数の長さに関係なく低い値を示しているが、時々、光量値が高くなる場合がある。これは、液の流動等に起因する減少であると考えられる。
【００２８】
従来の動作の制御方法においては、先に述べたように、処理の初期段階で測定した光量値から算出した閾値を固定値（図４中に太線で示した）として、該閾値と、ポンプ室に設けたセンサーから送られてくる光量値を比較することで、制御を行っている。即ち、センサーからの光量値が、閾値（固定値）よりも低い場合は液が有ると判断して、逆に、上記で得られる光量値が、閾値（固定値）よりも高い場合は液が無いと判断して、動作制御を行っている。従って、図４に示したように液の充填状態が同じであるにもかかわらず光量の値が変動するため、適確なタイミングで、吸引と吐出の動作を切り換えることができず、効率的な動作制御ができていなかった。
【００２９】
図５は、液が、透明な水である場合におけるＰＬＣに入力されてくる光量の値の変化を示すものである。この場合は、図４に示したスラリーの場合と異なり、内壁の汚れの問題を生じることがなく、液が無い状態における光量値も、液が有る場合の光量値も、処理日にかかわらず、略一定の値を示す。透明な液体の場合には、液有り状態において光が反射せずに透過し易いため、液無し状態と光量の差が少なく、光が透過しにくい色付きの液体に比べてポンプ室内の液有無を検定することが難しいという問題がある。しかしながら、ポンプ内に導入される液の種類によってセンサーを変更することなく、ポンプ室内の液の吸引吐出の動作を切り換える制御が良好な状態で行われることが要望される。
【００３０】
本発明では、下記に説明するセンサーの閾値を自動校正するシーケンス制御機能を追加して、動作制御を行う。即ち、本発明では、ＰＶＶのポンプ室の少なくとも一箇所に、ポンプ室内の液の有無を検知するための光透過型センサーを設け、該センサーによって常時光量を測定し、Ｔ秒間毎における光量の最高値をＮ個、及び最低値をＮ個（Ｎは、１以上の整数）サンプリングして、Ｎ個の最高値と最低値の平均値をそれぞれ算出し、これらの平均値を使用して下記式により閾値を算出し、該閾値を次のＮ回の吸引吐出の動作制御に使用し、随時閾値を、ポンプ室内の汚れの状況等に対応した数値に書換える。そして、光量の測定値が該閾値よりも大きくなった時点、或いは光量の測定値が該閾値よりも小さくなった時点で、吐出と吸引の動作の切り換えを行う。
2005316617.tif 000004
（上記式中のＫは、閾値変数であって、２０〜８０％の範囲から選択される値である。）Ｋの初期値は、液の性状にもよるが、例えば、５０％とし、その後の液の状況に応じて適宜に変更すればよい。
【００３１】
図６は、鉛直に置かれたＡとＢの２本のＰＶＶを構成しているポンプ室の、Ｈ位置及びＬ位置の２箇所（図３参照）に、それぞれ設けた光透過型センサー（Ｈ位置のものがＨセンサー、Ｌ位置のものがＬセンサー）からの光量値を模式的に示したものである。図６の上側に、ＰＶＶ−Ａに設置した各センサーからの光量値を示し、下側にＰＶＶ−Ｂに設置した各センサーからの光量値をそれぞれ示した。
【００３２】
先に述べたように、ＰＶＶにおいては、通常、１時間に約２０〜４０回程度の割合で吸引と吐出が繰り返されて連続運転される。そこで、本発明では、先ず、ポンプ室内の液の吐出及び吸引が停止することなく１回行われた場合にかかる時間をＴ秒間とし、このＴ秒間毎における光量の最高値をＮ個サンプリングし、これらの値の平均値を算出し、更に、このＴ秒間毎における光量の最低値からＮ個サンプリングし、これらの値の平均値を算出する。そして、これらの平均値から上記式に従って閾値を算出する。そして得られた閾値を、次のＮ回の吸引吐出の動作の制御に使用する。即ち、光量の測定値が、上記で求めた閾値よりも大きくなった時点、或いは光量の測定値が、上記で求めた閾値よりも小さくなった時点で、吐出と吸引の動作の切り換えを行う。ここで、Ｎは、１以上の整数である。従って、Ｎが１である場合は、ポンプ室内の液の吐出及び吸引が行われる毎に閾値を算出し、次の回の吐出及び吸引の動作のタイミングを、得られた閾値で制御することになる。Ｎが２である場合には、吐出及び吸引が２回繰り返される毎に閾値を算出し直して、制御に使用する閾値を書換える。液の性質や液を送る速度等によってＮを適宜に決定すればよい。具体的には、Ｎの値を２〜１０程度とすることが好ましい。更には、２又は３として、吐出及び吸引が２回或いは３回繰り返される毎に閾値を算出し直すことがより好ましい。
【００３３】
より具体的に示すと、図６に示した例では、ポンプ室内の１回の吐出及び吸引が１４０〜１８０秒毎で行われている。この図６に示した例において、Ｎ＝１とした場合、即ち、Ｔ＝１４０〜１８０秒毎に閾値を算出する場合について説明する。ここで、図６では光量値を模式的に直線で示したが、実際に送られてくる光量値は、図中の部分拡大図で示したように、変動する値である。Ｔ１の間におけるＨセンサー光量として、図中にＴ吐１で示した時間内に送られてくる光量値の最高値と、Ｔ待１で示した時間内に送られてくる光量値の最低値とから閾値を算出する。得られた閾値は、次の、図中にＴ２で示した時間内における液有無の判断値となり、送液の吐出と吸引の動作を切り換えるタイミングを判断するための数値となる。その一方で、先の場合と同様に、Ｔ２の間におけるＨセンサー光量として、図中にＴ吐２で示した時間内に送られてくる光量値の最高値と、Ｔ待２で示した時間内に送られてくる光量値の最低値とから閾値を算出する。得られた閾値は、次の吸引、吐出動作時間内における液有無の判断値となり、送液の吐出と吸引の動作を切り換えるタイミングを判断するための数値となる。上記で述べた例では、Ｎを１とし、最高値と最低値のサンプリングを１回の吐出及び吸引で行ったが、Ｎの値を複数にすれば、複数回行われた吐出及び吸引における最高値及び最低値の平均値から閾値を求めることができるので、吐出及び吸引の動作のタイミングの制御をより適確に行うことが可能になる。
【００３４】
吐出と吸引を切り換えるタイミングの判断は、例えば、下記のようにして行われる。図３及び６の例では、ＰＶＶ−ＡとＰＶＶ−Ｂのいずれにも、Ｈ位置近傍にＨセンサーが設けられ、Ｌ位置近傍にＬセンサーが設けられている。上記のようにして算出して設定した閾値と、これらのセンサーによって随時送られてくる光量値を比較する。実際の動作において、吐出動作により液面が下がってゆき、液面がＰＶＶ−ＡのＬセンサー検知位置を通過する時点、つまり光量値が低い値（液有）から高い値（液無）へと上昇してゆく際、閾値を超えた時点で、ＰＶＶ−Ａの動作を吐出から吸引に切り換える。次に、吸引動作により液面が上がってゆき、液面がＰＶＶ−ＡのＨセンサー検知位置を通過する時点、つまり光量値が高い値（液無）から低い値（液有）へと下降して行く際、閾値を超えた時点で、ＰＶＶ−Ａの動作を吸引から待機に切り換える。ＰＶＶ−Ｂにおいては、ＰＶＶ−Ａが吐出から吸引に変わった時点で吐出動作を開始する。この動作を繰り返して送液が絶え間なく行われている。
【００３５】
また、図６の例では、図３に示したように、ポンプ室内を液で充填した状態で待機する構成となっているため、本システムにおいては吐出時間よりも吸引時間を短くする必要がある。センサーからの光量値と閾値の比較において、液有無を感知して吐出、吸引、待機等の動作切り換えを行う。上記の説明では、ＨセンサーとＬセンサーの２個のセンサーを設置した場合について述べたが、いずれか一方のセンサーだけでも、同様の検知を行うことは可能である。
【００３６】
次に、従来行われていた既設実機のＰＶＶ静電容量センサーを使用した装置に、本発明にかかる制御方法（システム）を適用した場合における、装置の変更方法について、図２を参照して説明する。本発明にかかるシステム構成にあたっては、キーエンス社製のＰＬＣと、キーエンス社製の光透過型センサーを新たに用い、既設実機に取り付けた。勿論、光量をアナログで取り込めるセンサーがあれば、特定のＰＬＣ並びにセンサーでなくとも、本発明にかかるシステムにおける制御は可能である。本発明にかかるシステムに使用可能なセンサーとしては、液有り、液無し状態の変化がアナログで検知可能なため、現在知られているものとしては、光透過型センサーが適している。しかし、これに限定されず、液有り、液無しの状態の変化を定量的に（アナログ等）出力可能なセンサーがあれば、本発明にかかるシステムに使用可能である。又、制御装置もＰＬＣに限らず、アナログ入力とデジタル出力並びに内部計算機構をもつものであればいずれのものでもよく、使用可能である。尚、既設ＰＬＣを本発明にかかる制御装置に用いなかった理由は、アドオンで本システムの構築を可能とするためである。
【００３７】
変更手順は以下の通りである。
（１）先ず、ＰＶＶ−Ａ、Ｂに接続した各Ｈ、Ｌ静電容量センサーを撤去する。（２）既設ＰＬＣに新規ＰＬＣを接続する。
（３）新規ＰＬＣと光センサーアンプ７を接続する。
（４）センサーアンプとファイバーユニットを各Ｈ、Ｌセンサー位置に取り付ける。
（５）各センサー１の透過光量アナログ信号を新規ＰＬＣに取り込む。
（６）各センサー光量の最高値（液無し）と最低値（液有り）をアナログデータとして新規ＰＬＣに取り込む。
以下に、光量アナログデータ取り込み後の新規ＰＬＣ内部処理内容を記す。
【００３８】
取り込んだ最高光量値をＮ個サンプリングし、平均値を算出する。同様に最低光量値もＮ個サンプリングし、平均値を算出する。これらの平均光量値を、下記の閾値計算式に当てはめ、閾値を算出する。Ｎは、任意に設定可能であり、予めＰＬＣに入力しておく。閾値の計算式は以下の通りである。
2005316617.tif 000005
【００３９】
ここで、上記式中のＫは、閾値変数であるが任意に設定することができる。例えば、２０〜８０％の範囲、より好ましくは４０〜６０％の範囲で設定することができる。この変数を変えることにより、閾値の計算結果を高めに（即ち、液無しを感知し易く）、或いは、低めに（即ち、液有りを感知し易く）することができる。従って、本変数は、薬液の性質や、内部の汚れ具合によって意図的に閾値の算出傾向を変化させたい時に変更すればよい。処理期間の全てにおいて特定の値としてもよいし、例えば、初期値を５０％とし、その後に、稼働日数に応じて変更することもできる。このようにすることで、よりポンプ室内の液を最大限に利用した状態で、吐出と吸引の動作切り換えを行うことが可能になる。即ち、例えば、稼働日数が経ってポンプ室内部の汚れが大きくなってきた場合には、ポンプ室内の液が十分にあるにもかかわらず、Ｋ値を高くしておくと液無しと検知されることが起こる。従って、この段階でＫ値を低く設定し直せば、液有りが感知し易くなるため、この状態においても吐出と吸引の動作の切り換えを的確に行うことができ、有効である。
【００４０】
（７）前記した（６）で算出された閾値と、光透過型センサーから順次取り込まれてくる光量を比較し、該閾値よりも光量が大きければ液無し信号を、小さければ液有り信号を、既設ＰＬＣに出力する。
（８）（６）及び（７）で行われる、閾値の算出、及び液の有り無しの検知は連続して行われている。このため、常に閾値を直近の光量から算出した最適の値に書き換えられ、汚れが成長して光量が減少したり、何らかの要因で光量が増加しても、それに見合った閾値に追従できるため、誤検知の発生を有効に防止できる。
【００４１】
［その他の誤検知防止対策］
ＰＶＶの送液動作において、液の吸引、吐出は、Ｈセンサーが液有りで吸引停止して待機、他方のＰＶＶ−Ｌセンサーが液無しで吐出開始、Ｌセンサーが液無しで吐出停止して吸引開始といった動作を行っている。ここで、光量が減少する最大要因であるＰＶＶ内部の汚れは、液吸引、吐出が切り換わる部分において発生し易い。これを防止するためには、光透過型センサーのビームパスに汚れが付着しにくくする必要がある。その解決方法としては、液の有無の切り換わりを検知した時点から、液位をずらして、吸引、吐出動作を行うことにより、汚れが付着、成長する部位からビームパスをずらし、誤動作を更に発生させにくくすることが可能となる。具体的には、液有無検知した時点から、０．１〜２秒間動作切換をずらすといった動きにする。
【実施例】
【００４２】
実施例１
本発明にかかる液吸引吐出制御方法を実行した場合に用いたキーエンス製ＰＬＣのメモリーカードへの光量データロギング機能により採取した光量と、上記閾値の計算結果データを、図４に示した。スラリーには、Ｃａｂｏｔ製  Ｄ−７１００を用いた。又、閾値を求める計算式における変数を５０％とし、Ｎを２として算出した。ロギング間隔：２４時間毎。図４から、スラリーによる汚れの成長により、黒い四角で示した液無しと判断される光量値が下がっていることがわかる。従って、初期の光量から求めた閾値を固定として用いた場合には、誤動作が発生していたと考えられる。しかしながら、本実施例では、白い四角で示したように、随時算出しながら書換えて動作の制御に用いた閾値は、汚れの成長に応じて低下しており、長期間に渡って液有り状態を正確に検知できた。
【００４３】
実施例２
液を純水とした以外は実施例１と同様にして得た、光量と、閾値の計算結果データを、図５に示した。この結果、純水送液のため、期間中の汚れによる経時変化は殆どみられず、液有り光量は高い値で維持され、スラリーの場合のように低下することはなかった。又、閾値は最適値である。スラリーでは、光の透過が妨げられるため液有り光量が非常に小さいが、純水の場合、光透過量が大きく液有りでも数値が高い。左記のような動作環境でも、閾値が最適に保たれるため、安定動作が可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の活用例としては、液移送部に用いられているＰＶＶにおいて、ポンプ室に充填される液が透明で内壁に汚れが生じないような場合においても、スラリー供給装置等のポンプ室の内壁に汚れが生じた場合においても、光透過型センサーによってポンプ室内への液の吸引及び吐出の動作の切り換え時期を適確に検知でき、ひいてはスラリー等の各種処理液を連続して、しかも液を効率よく送液することができる液の吸引吐出制御方法、及びこれを用いた液吸引吐出装置が挙げられる。本発明の活用例としては、ポンプ室内を洗浄する回数を低減できる、高い処理効率が達成される液の吸引吐出制御方法、及びこれを用いた液吸引吐出装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明で使用した光透過型センサーを模式的に示した図である。
【図２】本発明にかかる液の吸引吐出制御方法を実行するための装置の模式概略図である。
【図３】本発明にかかる液の吸引吐出制御方法における動作の切り換えを説明するための模式図である。
【図４】本発明にかかる液の吸引吐出制御方法を実行した場合の、光量の測定値と、算出した閾値の関係を示す図である。
【図５】本発明にかかる液の吸引吐出制御方法を実行した場合の、光量の測定値と、算出した閾値の関係を示す図である。
【図６】本発明にかかる液の吸引吐出制御方法における閾値の算出方法を説明するための図である。
【図７】従来の液の吸引吐出制御方法を説明するための模式図である。
【図８】従来の液の吸引吐出制御方法に使用されていたセンサーを説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：センサー
２：ポンプ室
３：真空ポンプ
４：ガス供給装置
５：吸引バルブ
６：吐出バルブ
７：光センサーアンプ
８：光ファイバー
１１：磁石
１２：フロート部
【図１】
2005316617.tif 000007
【図２】
2005316617.tif 000008
【図３】
2005316617.tif 000009
【図４】
2005316617.tif 000010
【図５】
2005316617.tif 000011
【図６】
2005316617.tif 000012
【図７】
2005316617.tif 000013
【図８】
2005316617.tif 000014