JP2013096313A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピストン2の外周面2eに沿う内周部3c、シリンダ1の内周面1rに沿う外周部3e、及びシリンダ1とピストン2との間の筒状空間部13にて折り返されることで形成される折返部3dを備えるフッ素樹脂製のローリングダイヤフラム3と、シリンダ1内にてローリングダイヤフラム3でて仕切られるポンプ室4とを持つダイヤフラムポンプにおいて、ローリングダイヤフラム3は、ピストン2の突出移動によって外周部3eが消失され、かつ、折返部3dの折り返しが開放されるときの姿勢に相当する伸展姿勢にて作製されたものである。
【選択図】図2
Description
シリンダと、
ピストンと、
ローリングダイヤフラムと、
シリンダ内においてローリングダイヤフラムによって仕切られ、かつ、ピストンの移動によって容積変化するポンプ室と、
及びローリングダイヤフラムの背面側においてシリンダとピストンとローリングダイヤフラムとで囲まれて形成される減圧室と、を有して構成されている。
前記ローリングダイヤフラムは、ピストンに支持される内周部及びピストン外周の折返部を経てシリンダに支持される外周部を有している。
前記フラッシングモードでは、ピストンを最大突出位置まで最大限に突出移動させるので、ローリングダイヤフラムの先端側に形成される折返部は、断面U字形状の折返し姿勢(屈曲姿勢)から引き延ばされて伸展された伸展姿勢に変化する。従って、折返部に滞留している液体をポンプ室側に移動させて排出させ易くなり、円滑な液置換を行うことができる。
そこで、その原因を追究したところ、つぎのような現象のあることが分ってきた。それは、ピストンを最大突出位置に突出移動させたときには、図14に示すように、円滑な伸展姿勢となっているはずの湾曲部10に、部分的に逆方向に屈曲したようになって角部41や逆曲り部42を生じたり〔図14(a)参照〕、或いは直筒状であるべき内周部3cの根元側に盛り上がるような波打部43が形成されるようなったり〔図14(b)参照〕していることである。
また、折返部にある液が十分に排出されずに滞留して凝集することがあり、そうなると製品不良や製品歩留りの低下を招く懸念もある。製品不良の例としては、半導体製造プロセスにおいて凝集した液が滞留異物となり、ウェハ欠陥のおそれが生じる、といったケースがある。
前記ローリングダイヤフラム3は、前記ピストン2の突出移動によって前記外周部3eが消失され、かつ、前記折返部3dの折り返しが開放されるときの姿勢に相当する伸展姿勢にて作製されたものであることを特徴とする。
前記シリンダ本体1Aと前記シリンダヘッド1Bとは、これら両者1A,1Bの間に前記外周リング部3gを挟み込んで連結一体化されていることを特徴とする。
ピストン2が突出移動されて伸展姿勢になると、それによって形成される湾曲部10は、図14に示されるような歪んだ形状になることがなく、内周部3cと外周リング部3gとを滑らかに繋ぐ湾曲部10を有する期待通りの伸展姿勢のローリングダイヤフラム3となる。よって、折返部3dに溜まっている液体が突出移動方向へ流れようとすることを妨げる要素(角部41や逆曲り部42、波打部43など)がなく、スムーズに排出させることが可能となる。
その結果、ローリングダイヤフラム3を、ピストン2を可能な限り突出移動させることで伸展姿勢とするときに、折返部3dの開放によって形成される湾曲部10が歪んだ形状とならず、円滑に湾曲した期待通りの形状となるようにして、フラッシングモードにおいて液置換に要する液量や時間が軽減でき、液置換効率が改善されるダイヤフラムポンプPを提供することができる。
ここで、通常モードにおいては、ローリングダイヤフラム3に折返部3dが形成される折返し姿勢が維持された状態でポンピング動作が行われて、ローリングダイヤフラム3(特に、膜状の部分)の断面形状が一定に維持されるので、各回のポンピング動作中において移送される液の流量を一定に保つことができる。
また、請求項5のように、外周リング部3gの内周端から径内側方向に延設される薄膜環状の取出部3fが外周部3eに繋がる構成とすれば、薄膜部uにおける折返部3dと湾曲部10との形状変形がより穏やかに行われるようになり、折返し姿勢及び伸展姿勢の双方を安定的に形成させることができる利点がある。
図1にダイヤフラムポンプP及びそれを有するポンプ装置Aが、そして図12にポンプ装置Aを備える液体ポンプシステムBがそれぞれ示されている。ポンプ装置Aは、ダイヤフラムポンプ(ローリングダイヤフラムポンプとも呼ばれる)P、このダイヤフラムポンプPを駆動するリニアアクチュエータ(モータ)8などを備えて構成されている。なお、リニアアクチュエータ8の内部構造は公知(前述の特許文献1など)につき、詳細な説明や図示は省略する。
20は、ピストン位置検知用の係合ピン、25はアスピレータ(減圧手段)14(図12参照)に接続される空気吸出口である。このポンプ装置Aは、シリンダ1内で往復移動可能なピストン2をリニアアクチュエータ8で軸心C方向に往復駆動することにより、液体を吸入部6から吸入して吐出部7から吐出することができる。図1は、ピストン2が吐出位置tに位置した状態を示している。
また、吸入側の開閉弁21を駆動開閉する吸入側駆動機構28、吐出側の開閉弁22を駆動開閉する吐出側の駆動機構29、及びポンプ装置Aのそれぞれの駆動状態を司る制御装置30が設けられている。なお、31は薬液などの液体eの塗布対象(液体供給対象)としてのウェハである。
ピストン2は、軸心C方向にスライド移動可能にシリンダ1に収容されるとともに、出力用ネジ軸18を介してリニアアクチュエータ8に連動連結されている。そのピストン2の矢印イ方向への突出移動によりポンプ室4の容積が縮小され、ピストン2の矢印ロ方向への退入移動によりポンプ室4の容積が拡大される。次に、各部について説明する。
シリンダ本体1Aは、断面円形状のシリンダ内周面1aと、シリンダ内周面1aより大きい径及び断面積を有する断面円形状で、かつ、シリンダ内周面1aの突出側に形成されるローリング内周面(「シリンダの内周面」の一例)1rと、これらシリンダ内周面1aとローリング内周面1rとを繋ぐ傾斜内周面1kとを有している。シリンダ内周面1aとローリング内周面1rとは、互いに共通の軸心Cを有している。
パッキン溝2dには、フッ素ゴムなどからなるOリング23と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂製であってOリング23の外周側に配備されるスリッパーリング24とが設けられている。基端部2aには、前述の係合ピン20が植設されている。
ネジ軸部3aは、ピストン2のネジ孔2cに挿入される円柱状の部分であり、その先端にフランジ頭部3bが形成されている。薄肉の内周部3cは、フランジ頭部3bの外端部からピストン2の外周面2eに沿う状態で、ピストン2根元側に向けて延設される薄肉で円筒状の部分である。
薄肉の内周部3cのピストン2根元側端と薄肉の外周部3eのピストン2根元側端とは、シリンダ1とピストン2との間の筒状空間部13において折り返される薄肉の折返部3dを介して一体化されている。折返部3dは、その断面形状がピストン2根元側に向けて凸となるU字状を呈している。ピストン2の移動に連れて折返部3dの形成位置が軸心C方向で移動することにより、ローリングダイヤフラム3が円滑に変形し、容積変化するポンプ室4の気密性(液密性)を維持する、という公知の構造が採られている。
シリンダ本体1Aと外周リング部3gとの接合面間には、フッ素ゴムなどから成るOリング9が設けられており、シリンダヘッド1Bと外周リング部3gとの接合面間は、シリンダヘッド1Bに形成されているリップシール部(図示省略)を外周リング部3gの表面に押当てることでシールされている。
なお、吸入位置kは、必ずしも、ピストン2が最もピストン2根元側に移動した位置でなくても良く、それよりも手前の位置であっても良い。
ピストン2が吐出位置tにあるときは、ローリング内周面1rに沿う薄肉の外周部3eは軸心C方向の長さが比較的短く(吸入位置kのときより短く)なっており、かつ、外周面2eに沿う薄肉の内周部3cは軸心C方向の長さが比較的長く(吸入位置kのときより長く)なっている。
つまり、ローリングダイヤフラム3は、ピストン2の突出移動に伴って内周部3cが伸びて折返部3dの位置もポンプ室4側に移動するように変形するので、ピストン2が吐出位置tを越えて突出移動すると、折返部3dのさらなるポンプ室4側への移動によって遂には外周部3eが消失する状態が現れる。
外周リング部3gの内周端から径内側に向かうように形成されている取出部3fは、ローリングダイヤフラム3が折返し姿勢であるときには、90度向き変更する姿勢となって、外周リング部3gの内周端と外周部3eとを滑らかに繋ぐようになり、薄膜部uに屈曲部分が生じることがなく、円滑に形状変化できるようにされている。
通常モードにおいては、まず、通常モード指令(ポンプ装置Aの起動など含む)により、図6(a)に示すように、ピストン2が吐出位置tに移動(又は維持)される原点復帰工程が行われる。
原点復帰工程の次は、ピストン2が退入移動されてポンプ室4の容積を拡大させる吸入工程が行われる。図6(b)は、ピストン2が矢印ロ方向に退入移動されて吸入位置kに位置する状態、即ち、吸入工程の終了状態を示している。このとき、吸入側の開閉弁21は開いた状態で、吐出側の開閉弁22は閉じた状態である。この吸入工程により、矢印ハで示すように、吸入部6から薬液がポンプ室4に吸入される。
吐出工程が終了すると、吐出位置tにあるピストン2を矢印ロ方向に少しだけ退入移動させるサックバック工程が行われる。図7(b)は、ピストン2が矢印ロ方向に退入移動されてサックバック位置sに位置する状態、即ち、サックバック工程の終了状態を示している。なお、サックバック工程とは、ノズル17(図12参照)から薬液eが液垂れするのを防止するために、吐出側流路27の薬液を一瞬吸い込む〔図7(b)の矢印ホ参照〕という公知の工程である。
第2原点復帰工程が終了すると、ピストン2が退入移動されてポンプ室4の容積を拡大させる吸入工程が行われる。この吸入工程では、吸入側の開閉弁21は開いた状態で、吐出側の開閉弁22は閉じた状態であり、吸入路6aからポンプ室4に液体が吸入される〔図8(b)の矢印ヘ参照〕。図8(b)は、ピストン2が矢印ロ方向に退入移動されて吸入位置kに位置した吸入工程の終了状態を示している。
薬液をウェハなどに供給し続けるときには、図6(b)と図7(a)とで示されるように、吸入工程と吐出工程とによるポンピング動作のみを繰り返し行うようにしても良い。なお、これら一連の作用の説明上、図6(b)と図8(b)とを別々に設けているが、図面としては同じものである。
このように、通常モードにおいて、吸入工程→吐出工程にかけては、ローリングダイヤフラム3に折返部3dが形成される折返し姿勢が維持された状態でポンピング動作が行われて、ローリングダイヤフラム3(特に、膜状の部分)の断面形状が一定に維持されるので、各回のポンピング動作中において移送される液の流量を一定に保つことができる。
フラッシングモードは、ポンピング対象となる液体を置換する場合に行われる駆動方式である。例えば、ダイヤフラムポンプPにおいて移送する液体を薬液Aから薬液Bに置換する場合、図11に示すフロー図のように液置換が行われる。
このポンプ空打ちでは、ポンプ室4内に残存している薬液Aが空気に混ざってしぶきのようになって吐出され、ポンプ室4から追い出される。
まず、フラッシングモード指令により、図9(a)に示すように、ピストン2が吐出位置tに移動(又は維持)される原点復帰工程が行われる。
このフラッシング工程では、ピストン2が吸入位置kにあって容積最大となっているポンプ室4を、ピストン2の最大突出位置fへの突出移動によって一気に容積最小とするものであり、ポンプ室4に充填されている薬液(又は洗浄液)をほぼ全排出させることが可能である〔図10(b)の矢印リ参照〕。
次に、ローリングダイヤフラム3の作製方法や、液置換時における従来の不都合が解消される理由の詳細などについて説明する。
この場合に、フッ素樹脂などの可撓性を有する材料製であるローリングダイヤフラム3は、ピストン2が吐出位置tと吸入位置kとの間で往復移動される状態であれば、換言すれば折返部3dを有する状態であれば、薄膜部uは円滑に変形する。
しかしながら、ピストン2が最大突出位置fに突出移動されると、元あった折返部3d近辺に、図14に示すように、角部41や逆曲り部42、波打部43などが生じてしまう問題があった。
この図2に示す伸展姿勢は、ピストン2の全移動領域における一方の終端(最大突出位置f)のときのものであり、湾曲部10に作製癖(曲り癖)が若干付いていたとしても、湾曲部10をその曲がり方向とは反対側に曲げ変形させることはないから、その作製癖によって歪な断面形状になるおそれもない。
特に、ピストン2が最大突出位置fに移動されても、薄膜部uは、図14に示されるような歪んだ形状になることがなく、円滑に湾曲変形する湾曲部10を有するという、期待通りの伸展姿勢のローリングダイヤフラム3となる。よって、折返部3dに溜まっている薬液が突出移動方向へ流れようとすることを妨げる要素(角部41や逆曲り部42、波打部43など)がなく、スムーズに排出させることが可能となる。
その結果、フラッシングモードで駆動した際に、液置換に要する液量や時間が軽減でき、液置換効率が改善されるダイヤフラムポンプPを提供することに成功している。
即ち、図11に示すフロー図の(1)薬液A追出しの工程において、ピストン2が最大突出位置fに突出移動された時に、折返部3dの開放によって形成される湾曲部10が歪んだ形状とならないので、液溜まり箇所が生じにくくなり、薬液Aがポンプ室4から速やかに追い出される。同様に、(4)洗浄液A追出しの工程においても、洗浄液Aがポンプ室4から速やかに追い出される。よって、これらの工程に要する液量や時間を削減することができる。
また、(3)洗浄液A充填後放置の工程において、湾曲部10の形状が滑らかな形状となっているので、ポンプ室4内に充填された洗浄液Aが速やかに湾曲部10に馴染む。同様に、(6)薬液B充填後放置の工程においても、ポンプ室4内に充填された薬液Bが速やかに湾曲部10に馴染む。よって、これらの工程における時間を削減することができる。
従って、液置換時において洗浄効率及び液置換効率を向上させることができる。
前述の実施形態1においては、吐出位置tは最大突出位置(フラッシング位置)fよりもピストン2根元側に移動した位置に設定されていたが、吐出位置tは最大突出位置fと同じ位置であっても良い。即ち、ピストン2が吐出位置t(=最大突出位置f)に到達すると、ローリングダイヤフラム3が伸展姿勢になるようにしても良い。
この別実施形態において、ダイヤフラムポンプPを通常モードで駆動すると、ピストン2は、矢印イ方向に最も(可能な限り)突出移動された吐出位置t(=最大突出位置f)と吸入位置kとの間で往復移動する。そして、ピストン2が吐出位置tに突出移動された時に、折返部3dの開放によって形成される湾曲部10が歪んだ形状とならないので、液溜まり箇所が生じにくくなり、薬液が凝集して固化することを防止することができる。従って、液移送時において液溜り現象に起因する不具合を抑制することができる。
なお、前述の説明において、「作製」とは、削り出しによって作ることや、成形(型成形)によって作ることを含む概念である。
1A シリンダ本体
1B シリンダヘッド
1r シリンダの内周面
2 ピストン
2e ピストンの外周面
3 ローリングダイヤフラム
3c 内周部
3d 折返部
3e 外周部
3f 取出部
3g 外周リング部
4 ポンプ室
6a,7a 給排路
13 筒状空間部
f 最大突出位置
k 吸入位置
t 吐出位置
Claims (5)
- シリンダ内にて往復移動可能なピストンに支持されて前記ピストンの外周面に沿う内周部、前記シリンダに支持されて前記シリンダの内周面に沿う外周部、及び前記シリンダと前記ピストンとの間の筒状空間部において折り返されることで前記内周部と前記外周部とに亘って形成される折返部を備えて可撓性を有する材料でなるローリングダイヤフラムと、前記シリンダ内において前記ローリングダイヤフラムによって仕切られるとともに、前記ピストンの突出移動で容積が減少し、かつ、前記ピストンの退入移動で容積が増大するように容積変化するポンプ室とを有するダイヤフラムポンプであって、
前記ローリングダイヤフラムは、前記ピストンの突出移動によって前記外周部が消失され、かつ、前記折返部の折り返しが開放されるときの姿勢に相当する伸展姿勢にて作製されたものであるダイヤフラムポンプ。 - 前記ローリングダイヤフラムは、前記ピストンが最も突出移動した最大突出位置にあるときに前記伸展姿勢となる状態に設定されており、前記ピストンは、前記最大突出位置と前記最大突出位置よりも前記退入移動した位置である吸入位置との間で往復移動可能に構成されている請求項1に記載のダイヤフラムポンプ。
- 前記ピストンを、これが前記最大突出位置よりも前記退入移動した位置であって、かつ前記吸入位置kよりも前記突出移動した位置である吐出位置と、前記吸入位置との間で往復移動させることが可能に構成されるとともに、前記ダイヤフラムは、前記ピストンが前記吐出位置及びこれより前記吸入位置側にあるときは前記折返部を有する折返し姿勢に維持されている請求項2に記載のダイヤフラムポンプ。
- 前記シリンダは、前記ピストンを往復移動可能に収容するシリンダ本体と、前記ポンプ室への給排路を備えるシリンダヘッドとを有して構成されるとともに、前記ローリングダイヤフラムは、前記外周部の先端側に続く厚肉の外周リング部を備えており、
前記シリンダ本体と前記シリンダヘッドとは、これら両者の間に前記外周リング部を挟み込んで連結一体化されている請求項1〜3の何れか一項に記載のダイヤフラムポンプ。 - 前記ローリングダイヤフラムは、前記外周リング部の内周端から径内側方向に延設される薄膜環状の取出部が前記外周部に繋がる構成とされている請求項4に記載のダイヤフラムポンプ。
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