DE60128047T2

DE60128047T2 - Steuersystem für die Ausgangsströmung einer Dosierpumpe

Info

Publication number: DE60128047T2
Application number: DE60128047T
Authority: DE
Inventors: Takeo Chiyoda-ku Yajima
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: KR100774080B1; JP2002113406A; EP1195524A3; EP1195524B1; US20020041312A1; KR20020027171A; JP3718118B2; US6539986B2; DE60128047D1; EP1195524A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigsausgabevorrichtung und ein Verfahren zum Ausgeben einer Flüssigkeit, so dass eine bestimmte Flüssigkeitsmenge ausgegeben wird.
Bei Herstellungsprozessen auf verschiedenen technischen Gebieten, zum Beispiel bei dem Herstellungsverfahren für ein Flüssigkristallsubstrat, dem Herstellungsverfahren für eine Magnetplatte, dem Herstellungsverfahren für eine Mehrschicht-Leiterplatte und Dergleichen sowie bei dem Herstellungsverfahren für einen Halbleiter-Wafer sind chemische Flüssigkeiten wie eine Fotoresistflüssigkeit, eine Spin-on-Glass-Flüssigkeit, eine Polyimidharzflüssigkeit, Reinwasser, Ätzmittel, ein organisches Lösungsmittel und Ähnliches verwendet worden. Zum Auftragen dieser Flüssigkeiten wurde eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung benutzt.
Wenn beispielsweise die Fotoresistflüssigkeit auf die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers aufgetragen wird, wird eine bestimmte Menge der Fotoresistflüssigkeit tröpfchenweise aus der Flüssigkeitsausgabevorrichtung ausgegeben, und zwar unter der Bedingung, dass der Halbleiter-Wafer auf einer horizontalen Ebene gedreht wird. Da sich die Auftropfmenge der Fotoresistflüssigkeit auf die Dicke des Fotoresistfilms auswirkt, der durch Einbrennen der aufgetropften Fotoresistflüssigkeit entsteht, ist eine genaue Regelung erforderlich.
Meist kommt dabei eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung zum Einsatz, die über ein elastisch verformbares Pumpenelement verfügt, das eine Pumpenkammer für eine Pumpe zum Ansaugen und Ausgeben von Flüssigkeit bildet.
Als elastisch verformbares Pumpenelement ist in jedem der offen gelegten japanischen Patente Nr. 10-47234 und Nr. 2000-15168 die Verwendung eines Balgs beschrieben bzw. wird in dem offen gelegten japanischen Patent Nr. 8-170744 die Verwendung einer Membran bzw. in dem offen gelegten japanischen Patent Nr. 11-230048 weiterhin die Verwendung eines flexiblen Rohrs o. Ä. angegeben. Bei einer Flüssigkeitsausgabevorrichtung mit Pumpenelement, beispielsweise einem Balg oder Ähnlichem, entsteht in einem Teil eine Pumpenkammer, die von dem Pumpenelement aufgeweitet bzw. zusammengezogen wird. Des Weiteren sind in der Pumpenkammer der Einlasskanal, der mit einem Flüssigkeitsspeicherbehälter verbunden ist, und ein Auslasskanal, der mit ei ner Ausgabedüse verbunden ist, aneinander angeschlossen. Der Einlasskanal und der Auslasskanal sind mit einem Einlassseitenventil und einem Auslassseitenventil versehen, die den jeweiligen Kanal öffnen bzw. schließen.
Das elastisch verformbare Pumpenelement, z. B. ein Balg oder Ähnliches, wird in einem Antriebsanschnitt mit einem Motor, einem Fluid-Druckbetätigungselement oder Ähnlichem angetrieben, wodurch das Volumen im Innern der Pumpenkammer verändert wird. Durch Ausführen eines Ansaugschritts, bei dem der Balg bei offenem Einlassseitenventil und geschlossenem Auslassseitenventil zusammengezogen wird und Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherbehälter in die Pumpenkammer eingesaugt wird, und durch Ausführen eines Ausgabeschrittes, bei dem der Balg bei geschlossenem Einlassseitenventil und geöffnetem Auslassseitenventil aufgeweitet wird und so die Flüssigkeit aus der Pumpenkammer ausgegeben wird, kommt die Flüssigkeit aus der Ausgabedüse.
In jüngster Zeit ist neben dem Herstellungsverfahren für Halbleiter-Wafer auch bei den Fertigungsprozessen auf verschiedenen anderen technischen Gebieten eine hohe Ausgabegenauigkeit der Flüssigkeitsausgabevorrichtung erforderlich geworden, um der geringen Größe und hohen Genauigkeit jedes Produktes gerecht zu werden und die Produktqualität zu verbessern.
Bei der Flüssigkeitsausgabevorrichtung wirken sich ein Unterdruck, der von dem Ansaugwiderstand abhängig ist, und ein Druck in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Flüssigkeitspegeln in der Pumpenkammer und im Flüssigkeitsspeicherbehälter auf die Pumpenkammer aus, wenn die Pumpe die Flüssigkeit ansaugt. Mit dem Flüssigkeitsverbrauch ändert sich auch allmählich der Druck, der von der Differenz zwischen den Flüssigkeitspegeln der Pumpenkammer und des Flüssigkeitsspeicherbehälters abhängig ist. Wenn die Flüssigkeit verbraucht wird, ändert sich dadurch auch der Druck im Innern der Pumpenkammer, wenn die Pumpe die Flüssigkeit ansaugt. Da das Volumen der Pumpenkammer ein Pumpengehäuse und ein elastisch verformbares Pumpenelement umfasst, schwankt auch das Ausmaß der Verformung des elastisch verformbaren Pumpenelements entsprechend der Druckänderung im Innern der Pumpenkammer. Dadurch ändert sich auch das Volumen im Innern der Pumpenkammer.
Dementsprechend ändern sich außerdem die Mengen der in die Pumpenkammer eingesaugten Flüssigkeit, so dass es schwierig ist, die ausgegebenen Flüssigkeitsmengen konstant zu halten.
US-A-3 680 985 legte eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung gemäß der Präambel der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3 offen. Aus den Referenzquellen geht jedoch nicht hervor, dass der Druck in der Pumpenkammer mit Hilfe des Flüssigkeitspegels konstant gehalten wird. Darüber hinaus hat das Rückschlagventil aus der Referenzquelle lediglich die Funktion, Druck aus der Pumpenkammer abzugeben, was bedeutet, dass der Druck durch das Ventil selbst reguliert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Beeinträchtigung der Ausgabemengen durch eine Veränderung des Flüssigkeitspegels im Innern des Flüssigkeitsspeicherbehälters auszuschalten und die Ausgabegenauigkeit der Flüssigkeitsausgabevorrichtung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung nach Anspruch 1 geschaffen. Bei dieser Flüssigkeitsausgabevorrichtung kann der Druckregel-Öffnungsabschnitt an einer Stelle oberhalb des Flüssigkeitspegels des Flüssigkeitsspeicherbehälters zur Atmosphäre hin offen sein und der Druck im Innern der Pumpenkammer mit Hilfe des Druckregelkanals höher eingestellt werden, als wenn der Ansaughub beendet ist.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung nach Anspruch 3 geschaffen. Bei dieser Flüssigkeitsausgabevorrichtung kann der Druckregel-Öffnungsabschnitt an einer Position unterhalb des Flüssigkeitspegels des Flüssigkeitsspeicherbehälters zur Atmosphäre hin offen sein.
Bei dieser Flüssigkeitsabgabevorrichtung kann der Druckregel-Öffnungsabschnitt praktischerweise nach unten geöffnet werden und Referenz-Flüssigkeitsfläche aufrechterhalten, indem abhängig von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit eine Grenzfläche gebildet wird.
Bei der vorliegenden Flüssigkeitsausgabevorrichtung kann der Druckregel-Öffnungsabschnitt praktischerweise nach oben geöffnet werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ausgabe von Flüssigkeit geschaffen, wobei Flüssigkeit innerhalb eines Flüssigkeitsspeicherbehälters durch einen Ansaugvorgang in eine Ausgabedüse ausgegeben wird und ein Ausgabevorgang mittels eines elastisch verformbaren Pumpenelements ausgeführt ist, welches in einem Pumpengehäuse aufgenommen wird und eine Pumpenkammer bildet, wobei das Verfahren umfasst: einen Ansaugschritt, bei dem das Pumpenelement einen Ansaughub als Bedingung dafür ausführt, dass sich ein Einlassventil öffnet, wobei das Einlassventil in einem Einlasskanal vorgesehen ist, der den Flüssigkeitsspeicherbehälter mit der Pumpenkammer verbindet; einen Ablassschritt, bei dem sich ein Druckregelventil öffnet und dazu führt, dass das Pumpenelement einen Auslassvorgang eines vorgegebenen Auslasshubs ausführt, wobei der Druck innerhalb der Pumpenkammer konstant gehalten wird, wobei das Druckre gelventil in einem Druckregelkanal vorhanden ist, der den Druckregel-Öffnungsabschnitt und die Pumpenkammer miteinander verbindet, und einen Auslassschritt, bei dem ein Auslassseitenventil geöffnet wird und dadurch das Pumpenelement einen Auslasshub ausführt, wobei das Auslassseitenventil in einem Auslasskanal vorgesehen ist, der die Auslassdüse und die Pumpenkammer miteinander verbindet.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ausgabe von Flüssigkeit geschaffen, wobei Flüssigkeit innerhalb eines Flüssigkeitsspeicherbehälters durch einen Ansaugvorgang und einen Ausgabevorgang mittels eines elastisch verformbaren Pumpenelements, welches in einem Pumpengehäuse aufgenommen wird und eine Pumpenkammer bildet, in eine Ausgabedüse ausgegeben wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Ansaugschritt, bei dem das Pumpenelement einen Ansaughub als Bedingung dafür ausführt, dass sich ein Einlassventil öffnet, wobei das Einlassventil in einem Einlasskanal vorgesehen ist, der den Flüssigkeitsspeicherbehälter mit der Pumpenkammer verbindet; einen Ablassschritt, bei dem sich ein Druckregelventil öffnet und der Druck innerhalb der Pumpenkammer niedriger eingestellt wird, als wenn der Ansaughub abgeschlossen ist, wobei das Druckregelventil in einem Druckregelkanal vorhanden ist, der einen Druckregel-Öffnungsabschnitt und die Pumpenkammer miteinander verbindet, und einen Auslassschritt, bei dem ein Auslassseitenventil geöffnet wird und dadurch das Pumpenelement einen Ansaughub ausführt, wobei das Auslassseitenventil in einem Auslasskanal vorgesehen ist, der die Ausgabedüse und die Pumpenkammer miteinander verbindet.
Da der Druck im Innern der Pumpenkammer vor einem Ausgabevorgang aufgrund des Druckregel-Öffnungsabschnitts erfindungsgemäß einen konstanten Wert annimmt, ohne von dem Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsspeicherbehälters abhängig zu sein, lässt sich eine Ausgabe mit hoher Präzision erreichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung zeigt, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt.
2 zeigt ein abgewandeltes Beispiel der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus der ersten Ausführungsform und eine schematische Ansicht, die die Flüssigkeitsausgabevorrichtung in dem Fall abbildet, dass ein Druckregelkanal mit einem Filter in einem Auslasskanal verbunden ist.
3 zeigt ein abgewandeltes Beispiel der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus der ersten Ausführungsform und ist eine schematische Ansicht, die die Flüssigkeitsausgabevor richtung in dem Fall zeigt, dass ein Druckregel-Öffnungsabschnitt an einer Stelle unterhalb eines Flüssigkeitspegels des Flüssigkeitsspeicherbehälters vorgesehen ist.
4 zeigt ein abgewandeltes Beispiel der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus der ersten Ausführungsform und ist eine schematische Ansicht, die die Flüssigkeitsausgabevorrichtung in dem Fall darstellt, dass der Druckregel-Öffnungsabschnitt in einem Druckbehälter geöffnet wird, der einen bestimmten Druck aufrechterhält.
5 ist ein Zeitdiagramm, das eine Betriebsform der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Zeitdiagramm, das eine Betriebsform der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Zeitdiagramm, das eine Betriebsform der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus der dritten Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anhand der Zeichnungen werden nun erfindungsgemäße Ausführungsformen genauer beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung zeigt, bei der es sich um eine erfindungsgemäße Ausführungsform handelt, und 5 ist ein Zeitdiagramm, das eine Betriebsform dieser Flüssigkeitsausgabevorrichtung zeigt.
In einem Pumpengehäuse 1 befindet sich ein Balg 2, der in axialer Richtung elastisch verformbar ist und als Pumpenelement dient, und durch den Balg 2 und das Pumpengehäuse 1 wird eine Pumpenkammer gebildet.
Der Balg besteht aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymer (PFA), d. h. ein Fluorharz – falls die zugeführte Flüssigkeit eine Fotoresistflüssigkeit ist -, und das Pumpengehäuse 1 wird ebenfalls aus dem gleichen Harzmaterial hergestellt. Allerdings können die Materialien für die Herstellung des Balgs und des Pumpengehäuses 1 entsprechend den Eigenschaften der zugeführten Flüssigkeit optional eingestellt werden.
In dem Balg 2 ist eine Antriebsstange 4, deren eines Ende am Balg 2 befestigt ist, in axialer Richtung hin- und herbewegbar angebracht, und an dem anderen Ende der Antriebsstange 4 ist ein Antriebsabschnitt 5 vorgesehen. Der Antriebsabschnitt 5 kann von einem hydropneumatischen Zylinder, zum Beispiel einem Luftzylinder, einem hydraulischen Zylinder und Ähnlichem angetrieben werden. Der Antriebsabschnitt 5 kann aber auch von einem Motor angetrieben werden, der eine Zuführschnecke ansteuert, die mit der Antriebsstange 4 verschraubt ist. Durch eine Hin- und Herbewegung, die die mittels Antriebsabschnitt 5 angesteuerte Antriebsstange 4 ausführt, dehnt sich der Balg 2 aus bzw. zieht er sich zusammen und erzeugt dadurch einen Ansaugdruck bzw. einen Ausgabedruck, indem das Volumen im Innern der Pumpenkammer 3 verringert bzw. vergrößert wird, weshalb er die Funktion einer Pumpe übernehmen kann.
Die Hin- und Herbewegung der Antriebsstange 4 unterteilt sich in einen Ansaughub, einen Absaughub und einen Ausgabehub. Der Ansaughub ist genauso groß wie die Summe aus Absaughub und Ausgabehub und entspricht dem maximalen Hub der Antriebsstange 4.
Ein Einlasskanal 7, der mit der Pumpenkammer 3 und dem Flüssigkeitsspeicherbehälter 6 verbunden ist, in dem sich die Flüssigkeit befindet, ist an die Pumpenkammer 3 angeschlossen. Dieser Einlasskanal 7 verfügt über ein Einlassseitenventil 8 zum Öffnen und Schließen des Einlasskanals 7. Wenn der Balg 2 bei geöffnetem Einlassseitenventil 8 dazu veranlasst wird, einen Ansaughub auszuführen, der dem maximalen Hub der Antriebsstange entspricht, und das Volumen im Innern der Pumpenkammer 3 auszudehnen, ist es möglich, einen Ansaugschritt durchzuführen, bei dem die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherbehälter 6 heraus in die Pumpenkammer 3 eingesaugt wird.
Nach dem Ansaugschritt wirkt auf die Innenseite der Pumpenkammer 3 ein Unterdruck ein, der von dem Ansaugwiderstand abhängt, und ein Druck, der von der Differenz zwischen dem Flüssigkeitspegel der Pumpenkammer 3 und dem Flüssigkeitsspeicherbehälter 6 abhängt, die sich immer dann ändert, wenn ein Ansaugvorgang wiederholt wird. Immer dann, wenn ein Ansaugvorgang wiederholt wird, ändert sich daher auch die elastische Verformung des Balgs 2, der die Pumpenkammer 3 bildet, wodurch sich das Volumen der Innenseite der Pumpenkammer 3 ebenfalls ändert.
Wenn beispielsweise der Flüssigkeitspegel lediglich einen Änderungsbetrag von Δh zwischen dem maximalen Flüssigkeitspegel und dem minimalen Flüssigkeitspegel der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsspeicherbehälter 6 aufweist, dann ändert sich die Druckhöhe in Bezug auf die Pumpenkammer 3 von h1 auf h2. Selbst wenn die Flüssigkeit mit demselben Ansaughub in die Pumpenkammer 3 eingesaugt wird, ändern sich aufgrund des Ausmaßes der elastischen Verformung des Balgs 2 die tatsächlich eingesaugten Flüssigkeitsmengen.
Ein Ende eines Druckregelkanals 10 mit einem Druckregelventil 9 ist mit der Pumpenkammer 3 verbunden, und das andere Ende des Druckregelkanals 10 befindet sich oberhalb des Flüssigkeitspegels im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6, ist nach unten gerichtet und stellt einen Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 dar, der direkt zur Atmosphäre hin offen gehalten wird. Nachdem die Flüssigkeit bei geschlossenem Einlassseitenventil 8 und offenem Druckregelventil 9 in die Pumpenkammer 3 eingesaugt wird, führt der Balg 2 einen Ansaugvorgang des Absaughubs aus, damit sich das Innere der Pumpenkammer 3 zusammenzieht. Dadurch kann der Balg 2 einen Absaugschritt ausführen und die in der Pumpenkammer 3 vorhandene Flüssigkeit aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgeben.
Da diese bei dem Absaugschritt abgegebene Flüssigkeit infolge der Oberflächenspannung eine Grenzfläche mit der Luft am Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 bildet, entsteht eine Referenz-Flüssigkeitsoberfläche, die eine bestimmte Druckhöhe h3 in Bezug auf die Pumpenkammer 3 aufrechterhält. Diese Referenz-Flüssigkeitsoberfläche wird konstant gehalten, ohne dass sie von dem sich ändernden Flüssigkeitspegel der Flüssigkeit im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6 abhängig ist. Und folglich wird der Druck, der sich infolge des Flüssigkeitspegels im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6 während des Ansaugschrittes in der Pumpenkammer 3 ändert, durch den Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 hindurch über die Flüssigkeit im Innern des Druckregelkanals 10 aufgehoben und bleibt somit immer konstant.
Der Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 befindet sich über dem Flüssigkeitspegel der Flüssigkeit im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6. Wenn demnach das Druckregelventil 9 unter der Bedingung geschlossen ist, dass der Druck in der Pumpenkammer 3 einen bestimmten Wert hat, wird der Druck in der Druckkammer 3 auf einen höheren Wert eingestellt, als wenn der Ansaughub abgeschlossen ist.
Da das Volumen im Innern der Pumpenkammer 3 den auszugebenden Mengen entspricht, wenn der Absaughub abgeschlossen ist, entspricht die während des Ansaugschritts angesaugte Flüssigkeitsmenge der Summe aus den auszugebenden Mengen, die mindestens genauso groß sind wie die maximale Volumenschwankung in Abhängigkeit von den Flüssigkeitsschwankungen im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6.
Im Übrigen wird die aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgegebene Flüssigkeit in einem Absaug- und Rückgewinnungsbehälter 12 am Boden des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 zurückgewonnen.
Des Weiteren ist ein Auslasskanal 14, der mit der Pumpenkammer 3 und einer Ausgabedüse 13 zum Ausgeben der Flüssigkeit verbunden ist, an die Pumpenkammer 3 angeschlossen. In dem Auslasskanal 14 befinden sich ein Auslassseitenventil 15 zum Öffnen und Schließen dieses Auslasskanals 14 und ein Düsenöffnungs-/-schließventil 16. Wenn der Balg 2 bei geöffneten Ventilen 15 und 16 sowie geschlossenem Einlassseitenventil 8 und Druckregelventil 9 dazu veranlasst wird, einen Ausgabevorgang des Ausgabehubs durchzuführen, zieht sich deshalb die Pumpenkammer 3 zusammen, wodurch die Flüssigkeit in der Pumpenkammer 3 aus der Ausgabedüse 13 ausgegeben wird.
Im Auslasskanal 14 befindet sich ein Filter 17 zum Filtern der Flüssigkeit. Daher können bei geschlossenem Düsenöffnungs-/-schließventil 16 und geöffnetem Auslassseitenventil 15 bei Durchführung des Ausgabevorgangs Bläschen in der Flüssigkeit durch den Filter 17 nach außen abgegeben werden. Des Weiteren befindet sich in dem Auslasskanal 14 ein Rücksaugventil 18, mit dem verhindert wird, dass Flüssigkeit von der Ausgabedüse 13 tropft. Durch Betätigen dieses Rücksaugventils 18 nach Ausgabe der Flüssigkeit aus der Ausgabedüse 13 wird die in der Ausgabedüse 13 verbliebene Flüssigkeit leicht zurückgezogen, wodurch verhindert wird, dass Flüssigkeit aus der Ausgabedüse 13 heraus nach unten tropft.
Ausgehend von dem Zeitdiagramm aus 5 wird nun eine Betriebsform der Flüssigkeitsausgabevorrichtung mit dieser Konstruktion erörtert. In dem Zeitdiagramm aus 5 stellt die seitliche Achse die Betriebshubvorgänge des Balgs 2 dar.
Wie in (a) aus 5 dargestellt, wird durch Öffnen lediglich des Einlassventils 8 und durch Zusammenziehen des Balgs 2 bis zum Ansaughub So der Ansaugschritt aus (b) aus 5 ausgeführt und die Flüssigkeit in die Pumpenkammer 3 eingesaugt. Der Hub So ist der maximale Hub des Balgs 2. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ansaugmengen die Summe der anzusaugenden Mengen und der Mengen, die mindestens so groß sind wie die höchste Volumenschwankung in der Pumpenkammer 3 in Abhängigkeit von den Flüssigkeitspegeln im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6.
Durch Öffnen lediglich des Druckregelventils 9 und durch Ausdehnen des Balgs 2 lediglich bis zum Absaughub S₁ wird als Nächstes, wie in (b) aus 5 abgebildet, der Absaugschritt aus (e) aus 5 ausgeführt und die Flüssigkeit von dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgegeben. Der Hub S₁ stellt eine Position dar, bei der das Volumen in der Pumpenkammer 3 so groß wird wie die auszugebenden Mengen, wenn die Flüssigkeit aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgegeben wird. Dementsprechend wird zu diesem Zeitpunkt das Volumen im Innern der Pumpenkammer 3, d. h. die Flüssigkeitsmengen innerhalb der Pumpenkammer 3, ungeachtet des Flüssigkeitspegels im Flüssigkeitsspeicherbehälter, stets konstant gehalten, da der Hub des Balgs 2 konstant bei S₁ liegt und der Druck in der Druckkammer 3 durch den Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 konstant gehalten wird. Als Nächstes wird, wie in (c) und (d) aus 5 abgebildet, durch Öffnen des Auslassseitenventils 15 und des Düsenöffnungs-/-schließventils 16 sowie durch Ausdehnung des Balgs 2 bis zum Ausgabehub S₂ der Ausgabeschritt aus (e) von 5 durchgeführt, und die in der Pumpenkammer 3 vorlie gende Flüssigkeit wird aus der Ausgabedüse 13 ausgegeben. Da die Flüssigkeitsmenge in der Pumpenkammer 3 dabei während des Abgabeschrittes konstant gehalten wird, können bei diesem Schritt die abzugebenden Mengen genau ausgegeben werden.
Anschließend ist es durch Wiederholen dieses Zyklus möglich, kontinuierlich eine sehr genaue Ausgabe zu erreichen.
Wenn Magnetventile, die sich durch elektrische Signale öffnen bzw. schließen, durch das Einlassseitenventil 8, das Auslassseitenventil 15, das Düsenöftnungs-/-schließventil 16 und das Druckregelventil 19 ersetzt werden, können diese einzelnen Ventile 8, 15, 16 und 9 durch von einer Steuereinheit gesendete elektrische Signale automatisch geöffnet und geschlossen werden.
(Zweite Ausführungsform)
2 ist ein abgewandeltes Beispiel der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 1 und eine schematische Ansicht, die den Fall darstellt, in dem der mir der Pumpenkammer 3 in 1 verbundene Druckregelkanal 10 an den Filter 17 im Auslasskanal 14 angeschlossen ist.
Eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 3 hat im Grunde den gleichen Aufbau wie die Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 1. Allerdings ist bei der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 2 der Druckregelkanal 10 an eine Entlüftungsöffnung des Filters 17 im Auslasskanal 14 angeschlossen, und die Pumpenkammer 3 steht über das Auslassseitenventil 15 und das Druckregelventil 9 mit dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 in Verbindung.
Wie aus 2 hervorgeht, befindet sich der Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 innerhalb des Absaug- und Rückgewinnungsbehälters 12 und ist über die darin befindliche Flüssigkeit zur Atmosphäre hin offen. Dadurch bildet eine Flüssigkeit, die aus dem Rückgewinnungsbehälter 12 überläuft, eine Referenz-Flüssigkeitsoberfläche, so dass es möglich ist, die Druckhöhe h₃ stets aufrechtzuerhalten. Eine Einrichtung zum Ausbilden dieser Art Referenz-Flüssigkeitsoberfläche kann ungeachtet der Position oder Atmosphäre der Druckregelöffnung 11 bei sämtlichen Fällen der ersten, dritten oder vierten Ausführungsform zum Einsatz kommen.
Eine Betriebsform der Flüssigkeitsausgabevorrichtung mit diesem Aufbau wird anhand eines Zeitdiagramms aus 6 erläutert.
Wie in (a) aus 6 abgebildet, wird durch Öffnen lediglich des Einlassseitenventils 8 und durch Zusammenziehen des Balgs 2 bis lediglich zu dem Ansaughub So der An saugschritt aus (e) von 6 ausgeführt und die Flüssigkeit in die Pumpenkammer 3 eingesaugt.
Anschließend erfolgt wie in (b) und (c) aus 6 durch Öffnen des Druckregelventils 9 und des Auslassseitenventils 15 und durch Ausdehnen des Balgs 2 bis lediglich zu dem Absaughub S₁ der Absaugschritt aus (e) von 6, und die Flüssigkeit wird aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgegeben.
Als Nächstes wird, wie in (c) und (d) aus 6 abgebildet, durch Öffnen des Auslassseitenventils 15 und des Düsenöffnungs-/-schließventils 16 und durch Ausdehnen des Balgs 2 bis zum Ausgabehub S₂ der Ausgabeschritt aus (e) von 6 ausgeführt und die Flüssigkeit aus der Pumpenkammer 3 über die Ausgabedüse 13 ausgegeben. Da die Flüssigkeitsmengen in der Pumpenkammer während des Absaugschrittes konstant gehalten werden, können bei diesem Schritt die auszugebenden Mengen genau ausgegeben werden.
Durch Wiederholen dieses Zyklus ist es anschließend möglich, kontinuierlich eine sehr genaue Ausgabe zu erreichen.
(Dritte Ausführungsform)
3 ist ein abgewandeltes Beispiel der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 1 und eine schematische Ansicht, die den Fall zeigt, bei dem die Position des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 niedriger als der Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsspeicherbehälters 6 eingestellt wird.
Die Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 3 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 1, allerdings ist bei der Vorrichtung aus 3 die Position des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 niedriger eingestellt als das Flüssigkeitsniveau des Flüssigkeitsspeicherbehälters 6.
Der Flüssigkeitsregel-Öffnungsabschnitt 11 entsteht, indem das vordere Ende des Druckregelkanals 10 J-förmig gebogen wird, und ist daher nach oben zur Atmosphäre hin offen. Wenn die darin befindliche Flüssigkeit überläuft, entsteht eine Referenz-Flüssigkeitsoberfläche. Einrichtungen zum Ausbilden dieser Art von Referenz-Flüssigkeitsoberfläche können ungeachtet der Position oder Atmosphäre des Druckregel-Öffnungsabschnitts auf jeglichen Fall der ersten, zweiten und vierten Ausführungsform angewandt werden.
Da die Position des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 niedriger eingestellt ist als der Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsspeicherbehälters 6, ist der Flüssigkeitspegel im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6 höher als der des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11. Daher wird im Absaugschritt die Flüssigkeit aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgegeben, sobald sich das Druckregelventil 9 öffnet.
Deshalb wird dann, wenn die Position des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 niedriger eingestellt ist als der Flüssigkeitspegel im Flüssigkeitsspeicherbehälter 6, der Ausgabevorgang des Absaughubs in Abhängigkeit vom Balg 2 nicht ausgeführt, und der Absaugschritt erfolgt lediglich durch Öffnen und Schließen des Druckregelventils 9.
Unter diesen Bedingungen wird das Innere der Pumpenkammer 3 durch Schließen des Druckregelventils 9 auf einen Druck eingestellt, der unter jenem liegt, der bei Beendigung des Ansaughubs vorliegt.
Ausgehend von dem Zeitdiagramm aus 7 wird nun eine Betriebsform der Flüssigkeitsausgabevorrichtung mit dieser Konstruktion beschrieben.
Wie in (a) aus 7 abgebildet, wird durch Öffnen lediglich des Einlassseitenventils 8 und Zusammenziehen des Balgs 2 bis lediglich zum Ansaughub So der Ansaugschritt aus (e) aus 7 ausgeführt und die Flüssigkeit in die Pumpenkammer 3 eingesaugt. Anschließend erfolgt wie in (b) aus 7 durch Öffnen des Druckregelventils 9 der Absaugschritt, und die Flüssigkeit wird aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgegeben.
Da die Position des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 niedriger eingestellt ist als der Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsspeicherbehälters 6, wird nun die Flüssigkeit aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 abgegeben, sobald das Druckregelventil 9 offen ist. Daher führt der Balg 2 keinen Ausgabevorgang während des Absaughubs aus.
Wie in (c) und (d) aus 7 ersichtlich, wird durch Öffnen des Auslassseitenventils 15 und des Düsenöffnungs-/-schließventils 16 und durch Ausdehnen des Balgs 2 bis zum Ausgabehub S₂ der Ausgabeschritt aus (e) aus 7 durchgeführt und die Flüssigkeit innerhalb der Pumpenkammer 3 aus der Ausgabedüse 13 ausgegeben. Da hierbei die Flüssigkeitsmengen innerhalb der Pumpenkammer während des Absaugschritts konstant gehalten werden, können bei diesem Schritt die auszugebenden Mengen genau eingehalten werden.
Durch Wiederholen dieses Zyklus ist es daraufhin möglich, kontinuierlich eine genaue Ausgabe zu erreichen.
In dem Fall, dass die Position des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 niedriger eingestellt ist als der Flüssigkeitspegel des Flüssigkeitsspeicherbehälters 6, führt der Balg 2 keinen Ausgabevorgang beim Absaughub aus, wenn das Druckregelventil 9 geöffnet ist, und es erfolgt der Absaugschritt. Wenn jedoch das Druckregelventil 9 geöffnet ist, kann der Balg 2 den Ausgabevorgang des Absaughubs ausführen. In diesem Fall sind die Flüssig keitsmengen, die in dem Ansaugschritt angesaugt werden, die Summe aus den Mengen, die über das Maximum der Volumenschwankung in der Pumpenkammer 3 in Abhängigkeit von der Flüssigkeitspegelschwankung des Flüssigkeitsspeicherbehälters 6 hinausgehen, und den Mengen, die durch den Ausgabevorgang während des Absaughubs abgegeben werden, zusätzlich zu den auszugebenden Mengen.
(Vierte Ausführungsform)
4 ist ein abgewandeltes Beispiel der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 1 und eine schematische Ansicht, die den Fall zeigt, in dem der Druckregel-Öffnungsabschnitt 11, der in 1 zur Atmosphäre hin offen ist, in ein Druckgehäuse 19 mündet, um einen bestimmten Druck aufrechtzuerhalten.
Eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 4 hat den ähnlichen Aufbau wie die Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 1. Allerdings mündet bei der Flüssigkeitsausgabevorrichtung aus 4 der Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 in ein Druckgehäuse 19, das einen bestimmten Druck hält, der von einer Regeleinrichtung 20 geregelt wird, und befindet sich somit in einer Umgebung, die nicht von den atmosphärischen Druckänderungen beeinflusst wird.
Da der Druck der Referenz-Flüssigkeitsoberfläche im Druckregel-Öffnungsabschnitt 11 weiterhin mit hoher Genauigkeit aufrechterhalten wird, ohne durch Veränderungen des atmosphärischen Drucks beeinflusst zu werden, lässt sich das Volumen im Inneren der Pumpenkammer 3 mit noch größerer Präzision aufrechterhalten.
Dieses Druckgehäuse kann in sämtlichen Fällen, die bei der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform dargestellt sind, mit ähnlichem Effekt angewandt werden, und zwar ungeachtet der Position des Druckregel-Öffnungsabschnitts 11 bzw. der Art, wie er zur Atmosphäre hin geöffnet ist.
Wie oben beschrieben, sind die Erfindungen anhand der Ausführungsformen konkret beschrieben worden. Jedoch ist die Erfindung natürlich nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen begrenzt, wobei Letztere auf verschiedene Art und Weise geändert und abgewandelt werden können, ohne vom Schutzumfang der Patentansprüche abzuweichen.
Zum Beispiel ist die Flüssigkeitsausgabevorrichtung nicht auf einen Typ beschränkt, der den Balg 2 als Pumpenelement verwendet, sondern es kann auch eine Membran oder eine flexible Röhre als Pumpenelement verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird der Druck in der Pumpenkammer vor dem Ausgabevorgang mit Hilfe des Druckregel-Öffnungsabschnitts konstant gehalten, ohne dass es eine Beein trächtigung durch die Flüssigkeitspegel der in dem Flüssigkeitsspeicherbehälter verbliebenen chemischen Flüssigkeit gibt. Daher wird das Volumen in der Pumpenkammer konstant gehalten, weshalb die Flüssigkeit mit hoher Genauigkeit ausgegeben werden kann.

Claims

Flüssigkeitsausgabevorrichtung, welche umfasst: ein Pumpengehäuse (1), welches ein elastisch verformbares Pumpenelement (2) aufnimmt und über eine Pumpenkammer (3) verfügt, die von dem Pumpenelement (2) gedehnt und zusammengezogen wird, und einen Einlasskanal (7), der zwischen der Pumpenkammer (3) und einem Flüssigkeitsspeicherbehälter (6), welcher Flüssigkeit enthält, vorgesehen ist und ein Einlassseitenventil (8) aufweist, welches sich öffnet, wenn das Pumpenelement (2) einen Ansaughub ausführt, und einen Auslasskanal (14), der zwischen einer Auslassdüse (13) und der Pumpenkammer (3) vorgesehen ist und ein Auslassseitenventil (15) aufweist, welches sich öffnet, wenn das Pumpenelement (2) einen Auslasshub ausführt, gekennzeichnet dadurch, dass sie umfasst: einen Druckregelkanal (10), der zwischen der Pumpenkammer (3) und einem Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) vorgesehen ist und ein Druckregelventil (9) aufweist, welches sich öffnet, wenn das Pumpenelement (2) einen Auslasshub ausführt, und den Druck innerhalb der Pumpenkammer (3) konstant hält, indem die Flüssigkeit in der Pumpenkammer (3) aus dem Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) abgegeben und eine Referenz-Flüssigkeitsfläche gebildet wird, um eine bestimmte Druckhöhe in Bezug auf die Pumpenkammer (3) aufrechtzuerhalten.
Flüssigkeitsausgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) an einer Position oberhalb des Flüssigkeitspegels des Flüssigkeitsspeicherbehälters (6) zur Atmosphäre hin offen ist und der Druck in der Pumpenkammer (3) durch den Druckregelkanal (10) so eingestellt wird, dass er höher ist, als wenn der Ansaughub abgeschlossen ist.
Flüssigkeitsausgabevorrichtung, welche umfasst: ein Pumpengehäuse (1), welches ein elastisch verformbares Pumpenelement (2) aufnimmt und über eine Pumpenkammer (3) verfügt, die von dem Pumpenelement (2) gedehnt und zusammengezogen wird, und einen Einlasskanal (7), der zwischen der Pumpenkammer (3) und einem Flüssigkeitsspeicherbehälter (6), welcher Flüssigkeit enthält, vorgesehen ist und ein Einlassseitenventil (8) aufweist, welches sich öffnet, wenn das Pumpenelement (2) einen Ansaughub ausführt, und einen Auslasskanal (14), der zwischen einer Auslassdüse (13) und der Pumpenkammer (3) vorgesehen ist und ein Auslassseitenventil (15) aufweist, welches sich öffnet, wenn das Pumpenelement (2) einen Auslasshub ausführt, gekennzeichnet dadurch, dass sie umfasst: einen Druckregelkanal (10), der zwischen einem Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) und der Pumpenkammer (3) vorgesehen ist und ein Druckregelventil (9) aufweist, welches sich öffnet, nachdem der Ansaughub des Pumpenelements (2) abgeschlossen ist, und den Druck innerhalb der Pumpenkammer (3) niedriger einstellt, als wenn der Ansaughubvorgang abgeschlossen ist.
Flüssigkeitsabgabevorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) an einer Position unterhalb des Flüssigkeitspegels des Flüssigkeitsspeicherbehälters (6) zur Atmosphäre hin offen ist.
Flüssigkeitsabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) praktiscerweise nach unten geöffnet ist und eine Referenz-Flüssigkeitsfläche aufrechterhält, indem abhängig von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit eine Grenzfläche ausgebildet wird.
Flüssigkeitsausgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) praktischerweise nach oben geöffnet ist.
Verfahren zur Ausgabe von Flüssigkeit, wobei Flüssigkeit innerhalb eines Flüssigkeitsspeicherbehälters (6) durch einen Ansaugvorgang in eine Ausgabedüse (13) ausgegeben wird und ein Ausgabevorgang mittels eines elastisch verformbaren Pumpenelements (2) ausgeführt ist, welches in einem Pumpengehäuse (1) aufgenommen wird und eine Pumpenkammer (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Ansaugschritt, bei dem das Pumpenelement (2) einen Ansaughub als Bedingung dafür ausführt, dass sich ein Einlassventil (8) öffnet, wobei das Einlassventil (8) in einem Einlasskanal (7) vorgesehen ist, der den Flüssigkeitsspeicherbehälter (6) mit der Pumpenkammer (3) verbindet; einen Ablassschritt, bei dem sich ein Druckregelventil (9) öffnet und dazu führt, dass das Pumpenelement (2) einen Auslassvorgang eines vorgegebenen Auslasshubs ausführt, wobei der Druck innerhalb der Pumpenkammer (3) durch Ausgeben der Flüssigkeit aus der Pumpenkammer (3) über den Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) konstant gehalten wird und eine Referenz-Flüssigkeitsfläche zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Druckhöhe in Bezug auf die Pumpenkammer (3) gebildet wird, wobei das Druckregelventil (9) in einem Druckregelkanal (10) vorhanden ist, der den Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) und die Pumpenkammer (3) miteinander verbindet, und einen Auslassschritt, bei dem ein Auslassseitenventil (15) geöffnet wird und dadurch das Pumpenelement (2) einen Auslasshub ausführt, wobei das Auslassseitenventil (15) in einem Auslasskanal (14) vorgesehen ist, der die Auslassdüse (13) und die Pumpenkammer (3) miteinander verbindet.
Verfahren zur Ausgabe von Flüssigkeit, wobei Flüssigkeit innerhalb eines Flüssigkeitsspeicherbehälters (6) durch einen Ansaugvorgang und einen Ausgabevorgang mittels eines elastisch verformbaren Pumpenelements (2) ausgeführt ist, welches in einem Pumpengehäuse (1) aufgenommen wird und eine Pumpenkammer (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Ansaugschritt, bei dem das Pumpenelement (2) einen Ansaughub als Bedingung dafür ausführt, dass sich ein Einlassventil (8) öffnet, wobei das Einlassventil (8) in einem Einlasskanal (7) vorgesehen ist, der den Flüssigkeitsspeicherbehälter (6) mit der Pumpenkammer (3) verbindet; einen Ablassschritt, bei dem sich ein Druckregelventil (9) öffnet und der Druck innerhalb der Pumpenkammer (3) niedriger eingestellt wird, als wenn der Ansaughub abgeschlossen ist, wobei das Druckregelventil (9) in einem Druckregelkanal (10) vorhanden ist, der einen Druckregel-Öffnungsabschnitt (11) und die Pumpenkammer (3) miteinander verbindet, und einen Auslassschritt, bei dem ein Auslassseitenventil (15) geöffnet wird und dadurch das Pumpenelement (2) einen Ansaughub ausführt, wobei das Auslassseitenventil (15) in einem Auslasskanal (14) vorgesehen ist, der die Auslassdüse (13) und die Pumpenkammer (3) miteinander verbindet.