JP2005076493A - 間接流体式ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラム膜の形状を段付形状として膜に意図的に薄膜部を設けることによって、ダイヤフラム膜がスムーズに変形するようにしたダイヤフラムポンプを提供する。
【解決手段】流体を高精度に送液するダイヤフラムポンプであって送液すべき流体６を収容し、出口11、入口10、調整口を具備したダイヤフラム装着ハウジング14と、該ハウジング内に配置し、被送液流体と間接流体６とを密閉された状態に分割し、形状変化によってハウジング内の被送液流体を送液制御する段付き形状のダイヤフラム膜５と、該膜を変形させるための間接流体６を収容する間接流体収容ピストンシリンダ４と該シリンダ内の間接流体を移動させるピストン３と、該ピストンに連結し、該ピストンを直線的に往復移動駆動及び制御する駆動手段１とから構成され、前記膜５の段付き形状により膜をスムーズに変形させて張力、内部応力の発生を抑制するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体、液晶、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の関連コーティング装置など高い吐出精度が要求される分野に対応し得る新規なダイヤフラムポンプであって、間接駆動によって流体を吐出する方式の間接流体式ダイヤフラムポンプに関する。

近年、半導体、液晶、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）関連分野でのフィルム、或いはガラス基板に対する感光性樹脂等のウェットコーティング方法に関して、省塗液（塗液の節減）、又は塗膜の厚さ均一性向上の観点から、スリットコーティング方式が数多く提案されている。

スリットコーティング方式とは、スロット・アンド・スピンコーティング方式とは異なり、スリットコートのみで所望の膜厚を塗布する方式であり、スロット・アンド・スピンにおけるスロット段階でのコートと比較し、高精度での塗布が要求される。高精度塗布の手段としては、塗布方向、幅方向について要素が分かれ、塗布方向に関しては、
ａ）基板、或いはスロットダイの移動速度の精度向上、ｂ）塗液ディスペンス装置の吐出精度向上等が重要であることが知られている。

スリットコーティング方式では、基板とスロットダイが相対的に移動し、スロットダイから基板へ塗液を塗布することによってコーティングを行う。従って、上記ａ）に記載の基板とスロットダイとの相対的な移動速度のリップル（揺らぎ）が小さいほど、高精度な塗布が可能である。また、上記ｂ）に関しては、相対移動速度リップルが理想的に小さければ、塗液をディスペンスする流量が一定であるほど、単位時間あたり基板に滴下される塗液量は一定になるため、高精度な塗布が可能である。

高精度な吐出に関して、半導体、液晶、ＰＤＰ関連では、薄膜かつ均一な塗布が要求され、特に均一な塗布を実現する手段として、塗液を時間に対して均一に吐出することが重要である。基盤搬送或いはスロットダイ搬送送り速度が理想的に一定とすれば、塗液ディスペンス装置の吐出の均一性すなわち直線性は最終的な膜厚均一性となるため、塗液ディスペンス装置には、塗布膜厚の要求スペックと同等、或いはそれ以上の直線性が要求される。

ただし、塗布の始端及び終端は、塗液吐出圧力、流量の立ち上がりなどの複雑な制御が必要とされる。塗液吐出圧力、流量の制御方式としては高精度レギュレータを使用した加圧方式、ポンプ方式がある。加圧方式は電空レギュレータの制御によって吐出圧力を制御するため、高応答で複雑な制御には不向きである。しかしポンプ方式では高応答で複雑な吐出圧力、流量制御が可能であるため、塗布の始端及び終端の不安定部制御に関してはポンプ方式が有利である。特に、ダイヤフラムポンプは、ダイヤフラム膜駆動系にサーボモータなどを使用することで、高応答かつ複雑な制御が可能であり、ダイヤフラム膜の駆動系の送り速度を一定にすれば、定常部での高精度な吐出も可能である。またダイヤフラムポンプの利点として、プロセス完全隔離が可能である。すなわち最終的な製品となる流体と装置駆動系との隔離がダイヤフラム膜によって完全に行われるため、クリーン度が要求されるプロセスでは利用価値が高い。

ダイヤフラムポンプの送液原理とは、間接流体すなわち駆動系との隔離膜であるダイヤフラム膜が変形動作することによって被送液流体に圧力が加えられ、吐出、送液される。従って、ダイヤフラムポンプの吐出性能を向上させるには、ダイヤフラム膜の変形動作が
連続的かつダイヤフラム膜の変形によって押しのけられた体積の速度が一定である動作とすることが重要である。

その手段として従来から、ダイヤフラム膜駆動ピストンの速度リップルを向上させることに加え、ダイヤフラム膜がスムーズな動作をする形状、物性を選択する工夫がなされてきた。具体的には、ダイヤフラム膜の動作をスムーズにさせる物性として、ａ）ダイヤフラム膜面内の厚み均一性を±８％以下とする、ｂ）ダイヤフラム膜の変形し易さを示す数値である弾性率を０．５〜１．０ＧＰａとする、ｃ）ダイヤフラム膜を傷、くぼみ、折れなどの無い加工方法、精度とすることである。

従来のダイヤフラム膜の形状としては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、（ａ）薄膜シート状のダイヤフラム膜５の外周端部に、取り付け固定用の厚膜部５ｂを備え、その内側領域の薄膜シート部分５ａがフラット形状のもの、（ｂ）薄膜シート部分５ａが曲面形状のもの、（ｃ）薄膜シート部分５ａが二重曲面（変曲点をもつ）形状のものが採用されている。（特許文献１参照）
また、ダイヤフラム膜が変形する個所にガイドを設け、変形の過程を強制的に決めることで、ダイヤフラム膜がスムーズに変形することを可能とするダイヤフラムポンプも知られている。

ダイヤフラム膜の動作を制御し、動作の均一性を向上させる従来技術として、膜形状の変更の他に、ダイヤフラム膜の両面から、加圧及び減圧を与え、動作を制御する技術が挙げられる。（特許文献２参照）
特表２０００−５０３７４４公報明細書 特開平１０−２８１０７０号公報明細書

しかし、ダイヤフラムポンプ膜の形状、物性によっては、十分な性能を満たすことが容易ではなく、図４（ａ）に示すようなフラット形状の薄膜シート部分５ａを備えたダイヤフラム膜５は、変形に従ってダイヤフラム膜５自身に張力が発生するため、ダイヤフラム膜を変形させるために必要な推力が変化し、ダイヤフラム膜５の変形をスムーズにすることに不向きであるとされてきた。

また、図４（ｂ）に示すように薄膜シート部分５ａが曲面形状のダイヤフラム膜５は、変形動作が曲面の凹部が膨らんで行く動作であるため、ダイヤフラム膜５に張力の発生は無く、面内の厚み均一性が高いほど、変形の過程で弾性率が変化することは無いため、ダイヤフラム膜５の変形をスムーズにすることにある程度有利である。ただし、上記図４（ａ）〜（ｂ）に示す形状、及び上記図４（ｃ）に示す二重曲面をもつ形状のダイヤフラム膜は、わずかなキズ、折れ、へこみ等の微小欠陥が、変形動作の進行の起点になり、それらはスムーズな膜変形の妨げとなる。

本発明の課題は、ダイヤフラムポンプに用いられるダイヤフラム膜の形状を工夫することによって、ダイヤフラム膜が、傷、折れ、へこみなどの微小欠陥によってスムーズな変形を妨げられたり、吐出性能（直線性）を悪化させる問題を解消することにあり、ダイヤフラム膜の形状を意図的に薄膜部を設けた形状とすることで、ダイヤフラム膜がスムーズに変形するようにしたダイヤフラムポンプを提供するものである。

本発明の請求項１に係る発明は、流体を高精度に送液するダイヤフラムポンプであってａ）送液すべき流体を収容し、流体出口、流体入口、ベント調整口を具備し、内部形状が流体滞留防止及び流線形の形状を備えたダイヤフラム装着ハウジングと、
ｂ）ダイヤフラム装着ハウジング内に配置し、被送液流体と駆動用間接流体とを密閉された状態に分割し、形状変化によってハウジング内の被送液流体を送液制御するダイヤフラム膜と、
ｃ）ダイヤフラム膜を変形させるための間接流体を収容する間接流体収容ピストンシリンダと、
ｄ）間接流体シリンダ内の間接流体を移動させる間接流体移動用ピストンと、
ｅ）間接流体移動用ピストンに連結し、該ピストンを直線的に往復移動駆動及び制御する駆動手段と、
から構成され、前記ダイヤフラム膜の形状が段付形状であって、該ダイヤフラム膜の張力及び内部応力の発生を抑制し、前記駆動手段に係る推力使用量を抑制できるようにしたことを特徴とする間接流体式ダイヤフラムポンプである。

本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る間接流体式ダイヤフラムポンプにおいて、前記段付形状ダイヤフラム膜は、曲げ変形の過程において弾性係数が変動することによる不規則な変形動作を防止する物性であり、厚さが０．１〜０．８ｍｍｍ、曲げ弾性係数が０．５〜１．０ＧＰａであることを特徴とし、直線性の高い送液が可能であることを特徴とする間接流体式ダイヤフラムポンプである。

本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２に係る間接流体式ダイヤフラムポンプにおいて、前記駆動手段がリニアモータであることを特徴とする間接流体式ダイヤフラムポンプである。

本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１又は２に係る間接流体式ダイヤフラムポンプにおいて、前記駆動手段がエアシリンダー又は油圧シリンダーであることを特徴とする間接流体式ダイヤフラムポンプである。

本発明の請求項５に係る発明は、上記請求項１乃至４のいずれか１項に係る間接流体式ダイヤフラムポンプにおいて、前記ベント調整口は通常は閉鎖状態にあり、必要に応じて送液すべき流体の流体出口となることを特徴とする間接流体式ダイヤフラムポンプである。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプは、図３（ａ）に示すように段付形状を特徴としたダイヤフラム膜５を設置したダイヤフラムポンプであり、ダイヤフラム膜５は、その外周端部に取り付け固定用の厚膜部５ｂを備え、その内側領域の薄膜シート部分５ａが多段の段付形状であり、ダイヤフラム膜５の薄膜シート部分５ａの膜厚は均一とせず、図３（ｂ）の部分拡大図に示すように、薄膜シート部分５ａに意図的に、リング状又は同心円状に薄膜シート部分５ａの膜厚より薄い薄膜部５ｄと、該薄膜部５ｄに連続するコの字形状部５ｅとを交互に設けたものである。

このように、本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプに取り付けたダイヤフラム膜５の薄膜部５ｄは、薄膜シート部分５ａと比較して薄膜であり、変形しやすいため、ダイヤフラム膜５が変形する際には、薄膜部５ｄから優先して変形する。さらに、薄膜部５ｄを十分に薄くしておくことは、傷、折れ、へこみなどの微小欠陥部分よりも弾性係数が低い可能性が高くなり、微小欠陥から突発的に変形が始まる可能性を低くする効果を付与するための手段となる。薄膜シート部分５ａは、薄膜部５ｄに比較して十分な厚さとしてあるため、変形のほとんどを薄膜部５ｄが吸収する。薄膜部５ｄの形状は容易に変形する形状と
することにより、ダイヤフラム膜５の変形による内部エネルギ（張力、歪みなど）の発生を抑制させることができる。

従来のダイヤフラム膜のような微小欠陥から突発的なダイヤフラム膜５の変形が始まってしまうことによるダイヤフラム膜のスムーズな変形の妨げに対する対策として、本発明におけるダイヤフラム膜５の薄膜シート部分５ａの膜厚、弾性率を、望ましくは厚さ０．１〜０．８ｍｍ、曲げ弾性率０．５〜１．０ＧＰａ程度の物性とする。ただし、形状を考慮し、変形を妨げないこととする。

半導体、液晶、ＰＤＰ分野では、クリーン度維持の観点から、被送液流体６を収容する被送液流体用ハウジング壁１５側のダイヤフラム装着ハウジング１４内部など、被送液流体６が触れる個所（又は被送液流体用ハウジング壁１５側及び駆動用の間接流体用ハウジング壁１３側のダイヤフラム装着ハウジング１４内部）には、被送液流体６の滞留防止が重要であり、その手段として薄膜部５ｄの段付形状におけるコの字形状部分５ｅのコの字折り曲げ角隅部を曲率Ｒ形状とすることにより、コの字折り曲げ角隅部における被送液流体６の滞留を防止することができる。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプは、ダイヤフラム膜の形状を意図的に薄膜部を設けた段付形状とすることにより、ダイヤフラム膜がスムーズに変形できるようになり、ダイヤフラム膜が、傷、折れ、へこみなどの微小欠陥によってスムーズな変形を妨げられたり、吐出性能（直線性）を悪化させる問題を解消することができるものである。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプについて、以下に詳細に説明すれば、図１の側面図に示すように、ポンプ本体フレームＦに、直線的往復駆動式のポンプ駆動手段１が設けられているが、その形式、構造は本発明においては特に限定されるものではない。

ポンプ駆動手段１としては下記のようなものがある。例えば、図１に示すように、ポンプ本体フレームＦに水平ガイド９が設けられ、該水平ガイド９には可動支持体８が、そのガイドフォロア８ｂを介して取り付けられ、また、ポンプ本体フレームＦにはモータ２が設けられ、該モータ２のモータ駆動回転シャフト２ａは、前記可動支持体８の螺子孔部８ａに螺着していて、モータ２のモータ駆動回転シャフト２ａの正回転・逆回転により可動支持体８は、水平ガイド９に沿って前進、後退移動するようになっている。

前記可動支持体８には、その前進、後退移動ストローク方向と同じ方向を直線的ストローク方向とするピストン３が一体的に固定状態で連結され、該ピストン３は、駆動用間接流体７（例えば、水、作動油等の液体）を収容するピストンシリンダ４内に嵌挿されて往復摺動移動可能となっている。

ポンプ本体フレームＦのポンプ駆動手段１と反対側には、駆動用の間接流体用ハウジング壁１３と被送液流体用ハウジング壁１５とにより構成され内部空間を備えたダイヤフラム装着ハウジング１４が取り付けられていて、該ハウジング１４の間接流体用ハウジング壁１３には前記ピストンシリンダ４が取り付けられ、該シリンダ４とハウジング１４内部とは密閉空間として互いに連通している。

ダイヤフラム装着ハウジング１４のピストンシリンダ４と反対側の被送液流体用ハウジング壁１５には、ハウジング１４内部に被送液流体６（例えば、感光性樹脂液、樹脂塗布液など）を流入する入口１０と、ハウジング１４内部から被送液流体６を流出する出口１１（吐出口）と、必要に応じてベント調整口１２（通常は閉鎖している調整用の空気抜け口）を備えている。

該ダイヤフラム装着ハウジング１４内部には、ピストンシリンダ４内の駆動用間接流体７と、ハウジング１４の流入口１０から流入する被送液流体６とを互いに密閉された状態に分割隔離する薄膜シート状のダイヤフラム膜５が、その膜の外周端部をハウジング１４を構成する間接流体用ハウジング壁１３と被送液流体用ハウジング壁１５の周端部の重ね合わせ部にてシーリング状態で保持されて取り付けられている。なお、前記ハウジング１４内部の内部形状は、流体６、７の流入性能及び吐出性能の妨げとならないように、流体の滞留防止や流線を考慮した形状とすることが適当である。なお、本発明において用いられるダイヤフラム膜５の平面形状は、円形状、楕円形状、四角形状、多角形状など適宜に設定可能であり、特に限定されない。

ダイヤフラムポンプの吐出原理とは、被送液流体６と駆動用間接流体７とを隔離するダイヤフラム膜５が駆動用間接流体７の移動によって、ダイヤフラム装着ハウジング１４内部にて、前後に１サイクルの変形動作若しくは２サイクル以上複数サイクルの繰り返し変形動作により、被送液流体６が、ハウジング１４内部側から流出口１１より押し出されたり、ハウジング１４内部側に流入口１０から流入したりしてポンピング動作する。なお、駆動用間接流体７には非圧縮流体を用いることが適当であり、水グリコールやホスフェイトエスター等が望ましい。

ピストンシリンダ４内に収容された駆動用間接流体７は、ピストン３がダイヤフラム膜５の方向に前進動作することにより、ダイヤフラム膜５付近に移動させられ、結果としてダイヤフラム膜５が被送液流体６を押し出す方向に変形し、ピストン３がダイヤフラム膜５の方向から離反する方向に後退動作することにより、ダイヤフラム膜５付近から離反する方向に移動させられ、結果としてダイヤフラム膜５が被送液流体６を流入する方向に変形する。

このように、ダイヤフラム膜５の変形動作はピストン動作によって制御され、被送液流体６はダイヤフラム膜５によって駆動用間接流体７と隔離されているために、ポンピングプロセス（流体系）とポンピング駆動系とを隔離した状態で、ポンピング動作をすることが可能になる。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプは、段付形状の具体的な形状に関わらず、請求項に記載された特徴に基づくダイヤフラム膜５を有するダイヤフラムポンプは全て本発明の請求範囲内である。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプにおける段付形状のダイヤフラム膜５は、図１に示すように、被送液流体６と駆動用間接流体７の中間に設置され、駆動用間接流体７は駆動用間接流体ハウジングであるピストンシリンダ４内に収容され、ピストン３によって移動させられる。

駆動用間接流体７は非圧縮流体であり、シリンダ４内に収容されているため、ピストン３が移動すれば、行き所の無くなった駆動用間接流体７は、弾性体であるダイヤフラム膜５を押し退けるように移動し、ピストン３の推進力は駆動用間接流体７の推理力として伝えられる。

ピストン３の前進、後退移動速度は、速度リップル（揺らぎ）が±５％以下に高精度であるため、ピストン移動速度のスペックを生かせるように、スムーズなダイヤフラム膜５の変形動作を可能とするダイヤフラム膜形状を設定する。例えば、ダイヤフラム膜５の薄膜シート部分５ａの厚さは０．５ｍｍ、曲げ弾性率を０．６ＧＰａ程度の樹脂材料を使用する。

図１に示す被送液流体用ハウジング１３内に取り付けられたダイヤフラム膜５の状態は中立状態であり、吐出前の状態である。ポンプ駆動手段１（駆動系）がピストン３を前進（図１左方向へ移動）させ、駆動用間接流体７による推進力がダイヤフラム膜５に伝えられると、駆動用間接流体７の推進力は、ダイヤフラム膜５の変形に変換される。その結果として、ダイヤフラム膜５は前進（図１左方向へ移動）し、被送液流体６は、出口１０から吐出、送液される。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプのポンプ駆動手段にリニアモータを用いた場合について、図２の平面図に基づいて以下に詳細に説明すれば、ポンプ本体フレームＦには、リニアモータ２１と、該リニアモータ２１のモータ駆動シャフト２１ａを直線状に摺動ガイドするエアスライドガイド機構２２（エアスライダによるリニアガイド、２２ａはエアークッションを付与するためのエアー圧入・排出管）が設けられ、該ガイド機構２２はポンプ本体フレームＦの定位置に固定状態で取り付けられている。

リニアモータ２１の構造は、本発明においては特に限定されるものではない。例えば、リニアモータ２１は、そのモータ駆動シャフト２１ａが、エアスライドガイド機構２２内を摺動移動可能であって、モータ駆動シャフト２１ａには、摺動移動方向を長手方向とする１本乃至数本の直線状のスライドシャフト２１ｂ、２１ｃ、２１ｃを備え、各々スライドシャフト２１ｂ、２１ｃ、２１ｃは、ポンプ本体フレームＦに取り付けたコイル保持フレーム２３の推進用の三相電機子コイルＣを内周面に搭載したコイル孔部２４内に嵌入装填されている。

各スライドシャフト２１ｂ、２１ｃ、２１ｃの外周面には、その長手方向に沿ってＮ極とＳ極の磁性を交互に配列した超伝導磁石Ｍが配置され、二極分に相当する範囲に配置した三相の電機子コイル部Ｃに入力した交流電流の１サイクル毎にスライドシャフト２１ｂ、２１ｃ、２１ｃは二極分だけ移動し、電機子コイル部Ｃに入力する交流電流の１８０°位相差の反転により、スライドシャフトの前進移動と後退移動を行うように構成され、スライドシャフト２１ｂ、２１ｃ、２１ｃの前進移動、後退移動により、リニアモータ２１のモータ駆動シャフト２１ａはエアスライドガイド機構２２内を直線的に往復摺動移動するものである。

リニアモータ２１のモータ駆動シャフト２１ａには、その往復摺動移動ストローク方向と同じ方向を直線的ストローク方向とするピストン３がブラケット２５を介して固定状態で連結され、該ピストン３は、駆動用間接流体７（例えば、水等の液体、又は空気など気体）を収容するピストンシリンダ４内に嵌挿されて往復摺動移動可能となっている。

ポンプ本体フレームＦのリニアモータ２１と反対側には、駆動用の間接流体用ハウジング壁１３と被送液流体用ハウジング壁１５により構成され、内部空間を備えるダイヤフラム装着ハウジング１４が取り付けられていて、該ハウジング１４の間接流体用ハウジング壁１３には前記ピストンシリンダ４が取り付けられ、シリンダ４とハウジング内部１４とは密閉空間として互いに連通している。

ダイヤフラム装着ハウジング１４のピストンシリンダ４と反対側の被送液流体用ハウジング壁１５には、ハウジング１４内部から被送液流体６（例えば、感光性樹脂液、樹脂塗布液など）を流出する出口１１（吐出口）と、ハウジング１４内部へ被送液流体６を流入する入口１０と、必要に応じてベント調整口１２（通常は閉鎖している調整用の空気抜け口）を備えている。

該ダイヤフラム装着ハウジング１４内部にはピストンシリンダ４内の駆動用間接流体７
と、ハウジング１４の流入口１０から流入する被送液流体６とを互いに密閉された状態に分割隔離する薄膜シート状のダイヤフラム膜５が、その膜の外周端部をハウジング１４を構成する間接流体用ハウジング壁１３と被送液流体用ハウジング壁１５の周端部の重ね合わせ部にてシーリング状態で保持されて取り付けられている。なお、前記ハウジング１４の内部形状は、流体６、７の流入性能及び吐出性能の妨げとならないように、流体の滞留防止や流線を考慮した形状とすることが適当である。なお、本発明において用いられるダイヤフラム膜５の平面形状は、円形状、楕円形状、四角形状、多角形状など適宜に設定可能であり、特に限定されない。

ダイヤフラムポンプの吐出原理とは、被送液流体６と駆動用間接流体７とを隔離するダイヤフラム膜５が駆動用間接流体７の移動によってダイヤフラム装着ハウジング１４内部にて前後に１サイクルの変形動作若しくは２サイクル以上複数サイクルの繰り返し変形動作により、被送液流体６が、ハウジング１４内部側から流出口１１より押し出されたり、ハウジング１４内部側に流入口１０から流入したりしてポンピング動作する。なお、駆動用間接流体７には非圧縮流体を用いることが適当であり、水グリコールやホスフェイトエスター等が望ましい。

ピストンシリンダ４内に収容された駆動用間接流体７は、ピストン３がダイヤフラム膜５の方向に前進動作することにより、ダイヤフラム膜５付近に移動させられ、結果としてダイヤフラム膜５が被送液流体６を押し出す方向に変形し、ピストン３がダイヤフラム膜５の方向から離反する方向に後退動作することにより、ダイヤフラム膜５付近から離反する方向に移動させられ、結果としてダイヤフラム膜５が被送液流体６を流入する方向に変形する。

このように、ダイヤフラム膜５の変形動作はピストン動作によって制御され、被送液流体６はダイヤフラム膜５によって駆動用間接流体７と隔離されているために、ポンピングプロセス（流体系）とポンピング駆動系とを隔離した状態で、ポンピング動作をすることが可能になる。

上記のようにピストン３の駆動及び制御はリニアモータ１によって行う。本発明において採用されるリニアモータに関して、被送液流体６の吐出圧力の設計値とピストンのボア面積との掛け算から必要推進力を求めてリニアーモーターを選定するものであり、その定格推進力はピストン３とシリンダ４との摩擦熱発生によるピストンヘッドの速度リップル（揺らぎ）悪化を考慮して、例えば、実使用範囲推進力の安全率を２倍とするなどの対策を構ずることができる。

また、リニアモータ２１の構造は、モータコイル部Ｃとエアスライドガイド機構２２（エアスライダガイド）とを同一直線状に配置し、ピストン３の姿勢精度を向上させた。モータコイル部Ｃとガイド機構２２が同一直線状の時、両軸がインラインとなり、モーメントの発生を抑制し、姿勢精度を向上することが可能である。リニアモータ２１の速度リップルは、単体、無負荷時で、±０．１〜±５％のものを採用した。採用の基準としては、所望の吐出精度から安全率を見積もったものをスペックとすることができる。

また、リニアモータ２１のモータ駆動シャフト２１ａのガイドに関して、姿勢精度の向上、摺動抵抗の抑制を目的としてエアスライドガイド機構２（エアスライダ）を採用することにより、姿勢精度の向上、摺動抵抗の抑制により、位置決め精度、速度リップルの改善に効果が見られる。ただし、エアスライダのガイド部距離は、推進力の大きさ、反力のピストンヘッドからのオフセット量によって、姿勢の振れを考慮した剛性を有するようにすることが適当である。

本発明のダイヤフラムポンプにおいては、リニアモータ２１の駆動方向が水平となるよう設置することにより、ポンプ停止時は、リニアモータ２１は無負荷状態となる。よって、吐出時以外は、リニアモータ２１の消費電流は最小限に抑制される。また、水平設置により、リニアモータ２１のモータ駆動シャフト２１ａ（モータヘッド）の自重は、リニアモータ自身の負荷に影響しないためイナーシャが低減できる。その結果、リニアモータ２１が垂直に設置されている場合には、位置決め精度±１μｍ以下、速度リップル±１％以下であるが、水平設置の場合には、位置決め精度±０．４μｍ以下、速度リップル±３％以下を達成することができる。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプに用いるダイヤフラム膜５について以下に詳細に説明すれば、図３（ａ）は、本発明におけるダイヤフラム膜５の側断面図であり、図３（ｂ）は、その部分拡大側面図である。

図３（ａ）に示すように、本発明におけるダイヤフラム膜５は、段付形状を特徴としており、ダイヤフラム膜５の外周端部に取り付け固定用の厚膜部５ｂを備え、その内側領域の薄膜シート部分５ａが多段の段付形状（リング状又は同心円状の段付形状）となっている。

前記ダイヤフラム膜５の薄膜シート部分５ａの膜厚は均一とせずに、図３（ｂ）の部分拡大図に示すように、薄膜シート部分５ａに意図的に、リング状又は同心円状に薄膜シート部分５ａの膜厚より薄い薄膜部５ｄと、該薄膜部５ｄに連続するコの字形状部５ｅとが交互に設けられている。

本発明におけるダイヤフラム膜５の薄膜部５ｄは、薄膜シート部分５ａと比較して薄膜であり、変形しやすいため、ダイヤフラム膜５が変形する際には、薄膜部５ｄから優先して変形する。さらに、薄膜部５ｄを十分に薄くしておくことは、傷、折れ、へこみなどの微小欠陥部分よりも弾性係数が低い可能性が高くなり、微小欠陥から突発的に変形が始まる可能性を低くする効果を付与するための手段となる。

また、薄膜シート部分５ａは、薄膜部５ｄに比較して十分な厚さとしてあるため、変形のほとんどを薄膜部５ｄが吸収する。薄膜部５ｄの形状は容易に変形する形状とすることにより、ダイヤフラム膜５の変形による内部エネルギ（張力、歪みなど）の発生を抑制させることができる。

従来のダイヤフラム膜のような微小欠陥から突発的なダイヤフラム膜５の変形が始まってしまうことによるダイヤフラム膜のスムーズな変形の妨げに対する対策として、ダイヤフラム膜５の薄膜シート部分５ａの膜厚、弾性率を、望ましくは厚さ０．１〜０．８ｍｍ、曲げ弾性率０．５〜１．０ＧＰａ程度の物性とするものである。

また、半導体、液晶、ＰＤＰ分野では、クリーン度維持の観点から、被送液流体６を収容するハウジング１３のハウジング内部１４など、被送液流体６が触れる個所には、被送液流体６の滞留防止が重要である。そのために薄膜部５ｄの段付形状におけるコの字形状部分５ｅのコの字折り曲げ角隅部を曲率Ｒ形状とすることにより、コの字折り曲げ角隅部における被送液流体６の滞留を防止することができる。

ダイヤフラム膜５の動作を可視化して観察した結果では、ダイヤフラム膜５の変形動作は、薄膜部５ｄにおいてのみ進行し、薄膜部５ｄより厚膜の薄膜シート部分５ａは変形せず、前後に移動するのみである。これは、薄膜シート部分５ａ部分と比較し、薄膜部５ｄが曲げ弾性が低いことを利用したダイヤフラム膜５を用いた本発明のダイヤフラムポンプの特徴であり、駆動系からの推進力は、そのほとんどを薄膜部５ｄの変形が吸収する。ピ
ストン３が前進（図１左方向へ移動）すると薄膜部５ｄのみが延伸するため、それより厚膜の薄膜シート部分５ａ部分は変形せずに移動（図１左方向へ移動）するのみである。

また、薄膜部５ｄは、薄膜シート部分５ａや微小欠陥部と比較して弾性率が低いため、ダイヤフラム膜５の変形のきっかけになる。薄膜部５ｄは、例えば、図３（ａ）に示すように同心円で円筒状に４段など、２段以上複数段に設置される。

例えば、薄膜部５ｄの厚みを０．１ｍｍとした場合、その曲げ弾性は０．１〜０．５ＧＰａで低いために、円筒状の薄膜部５ｄをきっかけにして変形がスムーズに進行する。また、曲げ弾性が低いことによって、変形に伴う内部エネルギの発生は無く、定速性、連続性の高い膜変形動作が観察される。

ポンプ駆動手段１の駆動系の送り精度が理想的に高い場合、駆動用間接流体７は一定速度で移動し、該ダイヤフラム膜５に一定の推進力を与える。従来方式のダイヤフラム膜の形状としては、図４（ａ）に示すようなフラット膜、図４（ｂ）に示すような曲面形状膜を採用した場合には、ポンプ駆動手段１による駆動系及び間接流体７の推進力は一定にも関わらず、ダイヤフラム膜の変形の進行は定速とはならない。具体的には、従来方式のダイヤフラム膜の変形によって張力が発生した段階では、膜の変形動作の進行に遅れが生じる。また、膜の変形が進行する過程で微小欠陥によって変形したときの膜変形は連続的ではなく突発的となる。このような不規則な膜の変形動作の結果、吐出精度は悪化することになる。

しかし、本発明においては、段付形状のダイヤフラム膜５を有する本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプが、段付の薄膜部５ｄを起点とし変形動作し、変形動作の進行は連続的且つ定速となることが判明しており、そのために出口１０の吐出精度は向上し、半導体、液晶、ＰＤＰ分野での塗布装置において要求されるスペックに対応可能な性能が得られるものである。

本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプの一実施例を説明する全体平面図。 本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプの他の実施例を説明する全体平面図。 （ａ）は本発明の間接流体式ダイヤフラムポンプに用いる段付形状のダイヤフラム膜の側断面図、（ｂ）はその部分拡大側断面図。 従来の間接流体式ダイヤフラムポンプに用いるダイヤフラム膜の側断面図であり、（ａ）はフラット形状のダイヤフラム膜の側断面図、（ｂ）は曲面形状のダイヤフラム膜の側断面図、（ｃ）は二重曲面形状のダイヤフラム膜の側断面図。

符号の説明

１…ポンプ駆動手段 ２…エアスライドガイド機構 ３…ピストン
４…ピストンシリンダ（駆動用間接流体ハウジング）
５…ダイヤフラム膜（段付形状） ６…被送液流体 ７…駆動用間接流体
８…可動支持体 ９…リニアガイド １０…被送液流体の入口
１１…被送液流体の出口 １２…ベント調整口 １３…間接流体用ハウジング壁
１４…ダイヤフラム装着ハウジング １５…被送液流体用ハウジング壁
２１…リニアモータ
Ｃ…電機子コイル部
Ｍ…超伝導磁石

Claims (5)

1. 流体を高精度に送液するダイヤフラムポンプであって、
   ａ）送液すべき流体を収容し、流体出口、流体入口、ベント調整口を具備し、内部形状が流体滞留防止及び流線形の形状を備えたダイヤフラム装着ハウジングと、
   ｂ）ダイヤフラム装着ハウジング内に配置し、被送液流体と駆動用間接流体とを密閉された状態に分割し、形状変化によってハウジング内の被送液流体を送液制御するダイヤフラム膜と、
   ｃ）ダイヤフラム膜を変形させるための間接流体を収容する間接流体収容ピストンシリンダと、
   ｄ）間接流体シリンダ内の間接流体を移動させる間接流体移動用ピストンと、
   ｅ）間接流体移動用ピストンに連結し、該ピストンを直線的に往復移動駆動及び制御する駆動手段と、
   から構成され、前記ダイヤフラム膜の形状が段付形状であって、該ダイヤフラム膜の張力及び内部応力の発生を抑制し、前記駆動手段に係る推力使用量を抑制できるようにしたことを特徴とする間接流体式ダイヤフラムポンプ。
2. 前記段付形状ダイヤフラム膜は、曲げ変形の過程において弾性係数が変動することによる不規則な変形動作を防止する物性であり、厚さが０．１〜０．８ｍｍｍ、曲げ弾性係数が０．５〜１．０ＧＰａであることを特徴とし、直線性の高い送液が可能であることを特徴とする請求項１に記載の間接流体式ダイヤフラムポンプ。
3. 前記駆動手段がリニアモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の間接流体式ダイヤフラムポンプ。
4. 前記駆動手段がエアシリンダー又は油圧シリンダーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の間接流体式ダイヤフラムポンプ。
5. 前記ベント調整口は通常は閉鎖状態にあり、必要に応じて送液すべき流体の流体出口となることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の間接流体式ダイヤフラムポンプ。