JP3742791B2 - ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体移送用のポンプに関し、特に半導体製造装置における薬液の循環や移送に用いられるポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置における薬液の循環や移送に用いられるポンプにおいては、駆動手段としてのエアシリンダ、流体を封止しつつポンプ室の容積変化に追随する伸縮自在なベローズ、流体の流通方向を規制する逆止弁、その他複数の部材が、エアシリンダの軸方向に同軸に並んで設けられ、これらを重ね合わせるように、軸方向に長いロッド、ボルト等で締結する構造が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。また、ベローズの端部をピストン側に固定するためにも複数のボルトが使用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７４１８０号公報（第４〜５頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のポンプでは、複数の部材の寸法誤差や重ね合わせ方によって、部材間のセンター出し、すなわち中心軸を正確に一致させることができない場合があった。このように位置決めができていない場合、締め付けにより部材間に捻れが生じたり、部材自体が捻れたりすることがあった。
また、ベローズの端部のボルトはシール性能確保のため複数のボルトを均等な荷重で締め付ける必要があるが、実際には締め付け荷重が不均一になりやすい。また、複数のボルトを使用した場合、経時変化（樹脂クリープ等による。）による締付け荷重低下の度合いも各ボルトにより異なる。このように複数のボルト間で締め付け荷重が不均一であると、ベローズ等の部材が変形し、薬液の漏れを生じる場合があった。
【０００５】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、組立時に部材の捻れや変形を生じることがなく、安定したシール性能を確保することができるポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エアシリンダ部による往復動によりポンプ作用を生じさせ、弁を介して流体を吸入・排出するポンプであって、流体の流入路及び流出路を備え、外側にねじが形成されたポンプボディと、前記ポンプボディ以外のポンプ構成要素である複数の部材を相互に嵌合させて成る嵌合体と、筒状であって、その中心軸方向一端部の内側にねじ加工が施され、他端部の内周側にストッパ部が形成されている外カバーとを備え、前記嵌合体が前記外カバーに緊密に内挿された状態で、当該外カバーと前記ポンプボディとを互いに螺合させ、締め込むことで、前記嵌合体を前記ポンプボディとストッパ部との間に挟み込む構造体であることを特徴とするものである (請求項１)。
上記のように構成されたポンプ（請求項１）においては、相互に嵌合することにより複数の部材が位置決めされ、また、外カバーに緊密に内挿されることによっても位置決めされ、かつ、その状態が維持される。また、挟み込みにより抜脱規制され、ポンプの構造体を構成する各部は外カバー内に固定される。しかも、螺合により、外カバーの内部にあってポンプボディとストッパ部との間に挟み込まれた部材同士を均一に締め付けることができる。
【０００７】
また、本発明は、流体の流入路及び流出路を備え、外側にねじが形成されたポンプボディと、前記ポンプボディの一端部に形成されたポンプシリンダと、前記ポンプシリンダ内を中心軸方向に沿って伸縮可能な樹脂製のベローズと、前記ベローズを伸縮させるエアシリンダ部と、前記ポンプボディ、ポンプシリンダ及びベローズによって形成されるポンプ作用室に臨む当該ポンプボディの内部に設けられ、前記ベローズの伸縮に伴い交互に開閉作動して流体の吸入及び排出を行う逆止弁と、筒状であって、その中心軸方向一端部の内側にねじ加工が施され、他端部の内周側にストッパ部が形成されている外カバーとを備え、
前記ポンプシリンダ、ベローズ及びエアシリンダ部を少なくとも部分的に相互に嵌合させて成る嵌合体が、前記外カバーに緊密に内挿された状態で、当該外カバーと前記ポンプボディとを互いに螺合させ、締め込むことで、前記嵌合体を前記ポンプボディとストッパ部との間に挟み込むことを特徴とするものである（請求項２）。
【０００８】
上記のように構成されたポンプ（請求項２）では、相互に嵌合することにより嵌合体を構成する部材が位置決めされ、また、外カバーに緊密に内挿されることによっても位置決めされ、かつ、その状態が維持される。また、挟み込みにより抜脱規制され、外カバーに内挿された各部材は外カバー内に固定される。しかも、螺合により、外カバーの内部にあってポンプボディとストッパ部との間に挟み込まれた部材同士を均一に締め付けることができる。
また、ポンプシリンダ、ベローズ及びエアシリンダ部を少なくとも部分的に交互に嵌合させて成る嵌合体としたので、中心軸方向へ互いに重複する部分ができる。
【０００９】
また、上記ポンプ(請求項１又は２)において、外カバー及び他の全てのポンプ構成要素が樹脂製であってもよい（請求項３）。
この場合、半導体のワークに金属イオンが入り込む恐れがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、例えば半導体製造装置における薬液の循環や移送に用いられる、本発明の一実施形態によるポンプの断面図である。当該ポンプは、共通の中心軸Ａ上に同軸配置された複数の部材によって構成され、各部材の外周又は内周形状は基本的に円形である。具体的には、当該ポンプは、一対の逆止弁１，２を有するポンプボディ３と、円筒状のポンプシリンダ４と、二重筒状の形態であり外筒部分５ａが中心軸Ａ方向へ蛇腹状に伸縮可能なベローズ５と、ベローズ５の内筒部分５ｂの内側に螺着（左端部は嵌合）されるスペーサ６と、スペーサ６に対して螺着（左端部は嵌合）される丸棒状の軸７と、軸７を挿通させるリング状のピストンケース８と、軸７を螺着（右端部は嵌合）させるとともにピストンケース８に内挿され中心軸Ａ方向にスライド可能なピストン９と、ピストンケース８及びピストン９の端面を覆うピストンカバー１０と、上記各部の全て又は一部を包み込む円筒状の外カバー１１とを主な要素として構成されている。なお、ポンプシリンダ４は、ポンプボディ３と一体形成（切削等により）されていてもよい。
【００１１】
上記ベローズ５を隔壁としてその右方に存在するスペーサ６、軸７、ピストンケース８、ピストン９及びピストンカバー１０は、エアシリンダ部を構成している。このようにエアシリンダ部を構成することにより、エアシリンダの外付けが不要となり、ポンプ全体がコンパクトになる。ポンプがコンパクトであることは、クリーンルーム内に占める設置面積が小さくなるので好ましい。また、たとえ長期使用によりエアシリンダ部から僅かな摩耗粉が生じた場合でも、これがポンプ外に飛散することがほとんど無いため、クリーンルーム内を汚染することもない。
【００１２】
上記構成において、ベローズ５は、その外筒部分５ａの基部側外周面５ａ１がポンプシリンダ４に内嵌される。また、スペーサ６及びピストンケース８は軸７を介して相互に嵌合（螺合も含む意）した関係にあり、スペーサ６はベローズ５の内筒部分５ｂに嵌合している。また、ピストンケース８の左端は円柱状の凸部８ｃを形成しているが、この凸部８ｃの外径を、ベローズ５の外筒部分５ａの内径とほぼ同径とすることにより、ベローズ５に対してピストンケース８を嵌合させることができる。さらに、ピストン９は、ピストンケース８及び軸７に対して嵌合している。そして、ピストンカバー１０とピストンケース８とは、複数の位置決めピン１２（一箇所のみ図示）を介して、相互に嵌合と同等の関係にある。従って、ポンプシリンダ４、ベローズ５、スペーサ６、軸７、ピストンケース８、ピストン９及びピストンカバー１０は、その他のシール用部材（Ｏリング等）も含めて、ロッドやボルト等の締結部材を用いることなく、相互に嵌合して位置決めされる構造となっている。
【００１３】
一方、上記外カバー１１の右端から内周側へ、環状のストッパ部１１ａが形成されている。また、ポンプボディ３の外周面には雄ねじ加工が施され、かつ、外カバー１１の内周面には雌ねじ加工が施されており、両者は互いに螺合している。このような螺合により、外カバー１１の内部の部材同士を均一に締め付けることができる。特に、単一の、しかも口径が比較的大きいねじであることにより、螺合による締め付けの度合いは、全体に均一なものとなる。また、ポンプボディ３とポンプシリンダ４との接触面、ポンプシリンダ４とベローズ５の外周部分５ａとの接触面、当該外周部分５ａとピストンケース８との接触面に作用する中心軸Ａ方向への圧力を、略均一とすることができる。なお、これらの接触面には、Ｏリングやリップシール等のシール部を設けることが好ましい。このように、接触面に略均一な圧力を受けるベローズ５とポンプシリンダ４とポンプボディ３とによって形成される「ポンプ作用室」としての空間１３は、これを薬液等の液室として用いても、部材のねじれ等による変形及び締め付け荷重の不均一に起因する薬液漏れを生じる恐れが無い。従って、安定した良好なシール性能を確保することができる。
【００１４】
上記逆止弁１は、ポンプボディ３内に形成された流出路３ｃを介して流体（薬液）を排出口３ａからポンプ外に排出するためのものであり、図の矢印の方向にのみ流体を流通させる。また、他方の逆止弁２は、流体を、吸入口３ｂ（紙面に垂直な方向における排出口３ａの下方にある。）からポンプボディ３内に形成された流入路３ｄを介してポンプ内に取り込むためのものであり、図の矢印の方向にのみ流体を流通させる。
一方、ベローズ５の内側にはピストン９を左方に前進させるための第１空気室Ｃ１が形成され、この第１空気室Ｃ１は、ピストンケース８を貫通する孔８ａを経てポートＰ１に連通している。また、ピストン９の左端面とピストンケース８との間には、ピストン９を後退させるための第２空気室Ｃ２が形成されている。第２空気室Ｃ２はピストンケース８内に形成された孔８ｂを介してポートＰ２に連通している。
【００１５】
なお、ピストン９の右端面とピストンカバー１０との間に形成されている第３空気室Ｃ３は、ピストンカバー１０に設けられた孔１０ｂを通じて開放されている。ピストン９右端面には、ピストンカバー１０を貫通する孔１０ａと同軸位置に、これより若干小径の孔９ａが形成されており、ここにピン（図示せず。）を植設して孔１０ａを遊挿させることにより、ピストン９の回り止め、すなわちベローズ５の捻れ防止ができるようになっている。
【００１６】
また、上記ポンプは、ポンプボディ３内部に逆止弁１，２を嵌装し、上記空間１３を液室とする外液タイプのポンプ構造である。これにより、液室を必要最小限のスペースとすることができ、中心軸Ａ方向へのポンプの短スパン化に寄与することができる。また、図１に示すように、逆止弁１，２は、空間１３に臨むポンプボディ３の内端面から突出しない。このことは、短スパン化にさらに好ましい。
【００１７】
上記のように構成されたポンプにおいて、上記ポートＰ１に圧縮空気を供給し、ポートＰ２を排気又は減圧状態とすることにより、ピストン９が軸７及びスペーサ６と共に前進し、ベローズ５が左方へ伸長する。これにより排出側の逆止弁１が開いて排出口３ａから薬液が排出される。逆に、ポートＰ２に圧縮空気を供給し、ポートＰ１を排気又は減圧状態とすることにより、ピストン９が軸７及びスペーサ６と共に後退し、ベローズ５が図示の状態にまで収縮する。これにより、吸入側の逆止弁２が開いて吸入口３ｂから薬液が吸入される。このような往復動の繰り返しによりポンプ作用が生じて、薬液が移送される。
【００１８】
上記各部の材質に関して、ポンプボディ３、ポンプシリンダ４、ベローズ５等の接触部はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂とすることが好ましい。スペーサ６、軸７、ピストンケース８、ピストン９、ピストンカバー１０、外カバー１１等の非接触部は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）等が好ましい。また、逆止弁１，２は、内部のスプリングも含めてＰＦＡ、ＰＴＦＥが好ましい。その他、シール用の部材やＯリングも樹脂製とする。すなわち、ポンプを構成する部材はすべて樹脂製である。従って、半導体ウェハ等のワークに金属イオンが入り込む恐れがなく、半導体の品質安定に寄与する。
【００１９】
図２は、上記ポンプの組立状態を示す断面図である。図において、ポンプシリンダ４、ベローズ５、スペーサ６、軸７、ピストンケース８、ピストン９、ピストンカバー１０の各部材は、前述のように相互に嵌合される関係にあり、嵌合により位置決めされ、共通の中心軸Ａ上に「センター出し」される。従って、センター出しが容易でないエアシリンダ部（６〜１０）とベローズ５との間も、容易にセンター出しをすることができる。そして、このように構成した嵌合体は、外カバー１１に緊密に内挿（嵌合とほぼ同等、例えば隙間０．２ｍｍ程度）される。内挿により、ピストンカバー１０の周縁部１０ｃが外カバー１１のストッパ部１１ａに当接し、これによって、内挿された嵌合体は、その右端側で抜脱規制される。さらに、外カバー１１の雌ねじにポンプボディ３の雄ねじを螺合させ、締め込むと、嵌合体の左端がポンプボディ３により抜脱規制され、ストッパ部１１ａとの間に挟み込まれて図１に示す状態に固定される。
【００２０】
また、外カバー１１は、その内周面に実質的に内接させているポンプシリンダ４、ベローズ５、ピストンケース８及びピストンカバー１０に対して、これらの径方向へのずれを規制するように保持する。その結果、これらの部材と相互に嵌合している他の部材においても、径方向へのずれが規制される。すなわち、外カバー１１は、内部に収容する各部材を径方向において位置決めし、その位置決め状態を安定して維持する。このため、組立後においても各部材が外カバー１１により保持されて、径方向へ互いにずれを生じることが実質的にない。
【００２１】
上記のようにして、ポンプの構造体を構成する各部は外カバー１１により外側から規制されつつ、その内部で中心軸Ａ上に並び、相互に正確に位置決めされた状態で固定される。このようにして組み立てられるポンプは、従来のようにロッドやボルト等を用いて締結しないので、長期にわたって部材の捻れや変形を生じない。また、エアシリンダ部（６〜１０）の軸心ずれが問題となることはなく、軸心ずれに起因するエアシリンダ部各部材の異常摩耗により作動不良を招来してポンプ機能低下を招くことがない。
また、ポンプシリンダ４、ベローズ５及びエアシリンダ部を少なくとも部分的に交互に嵌合させて成る嵌合体としたことにより、互いに重複する部分だけ中心軸方向への短スパン化が可能となり（例えばエアシリンダ部の軸７もベローズ内に配置できる）、ポンプをコンパクト化できる。このことは、前述のように、クリーンルーム内に占める設置面積が小さくなるので好ましい。
【００２２】
なお、図２に関する上記説明においては、ポンプシリンダ４、ベローズ５、スペーサ６、軸７、ピストンケース８、ピストン９、ピストンカバー１０の各部材が相互に嵌合され、「嵌合体」として外カバー１１に緊密に内挿される、としたが、各部材を個々に若しくは、ある程度嵌合させた状態で外カバー１１に順次挿入して外カバー１１内で「嵌合体」を組み上げるようにしてもよい。
【００２３】
また、上記実施形態において外カバー１１の内部に存在する部材の構成は一例にすぎず、これに限られるものではない。要するに、複数の部材を相互に嵌合させて成る嵌合体を含むポンプ構成要素が外カバーに緊密に内挿された状態で、その両端を抜脱規制した構成であれば同様の作用効果が得られる。
また、ベローズに代えてダイヤフラムスプリングを使用したポンプにも同様な構成が適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のポンプによれば、相互に嵌合することにより複数の部材が位置決めされ、また、外カバーに緊密に内挿されることによっても位置決めされ、かつ、その状態が維持される。すなわち、ポンプの構造体を構成する各部は外カバーの内部で相互に位置決めされた状態で抜脱規制され、外カバー内に固定されるので、このようにして組み立てられたポンプは、部材の捻れや変形を生じることがなく、安定したシール性能を確保することができる。しかも、複数の部材が相互に嵌合することにより、単なる重ね合わせに比べて部材同士が嵌合方向に重複した位置関係となるので、同方向にコンパクトな構成となる。さらに、螺合により、外カバーの内部にあってポンプボディとストッパ部との間に挟み込まれた部材同士を均一に締め付けることができるので、部材の変形が生じない。また、締め付けに伴って、外カバーの内部にある部材間の接触面に均一な圧力を作用させることができるため、安定したシール性能を発揮することができる。
【００２５】
請求項２のポンプによれば、ポンプ組立時のエアシリンダ部とベローズとの間のセンター出しが容易にできるとともに、組立後においても各部材が外カバーにより保持されて、径方向へ互いにずれを生じることが実質的にない。このようにして組み立てられたポンプは、部材の捻れや変形を生じることがなく、安定したシール性能を確保することができる。従って、例えば、エアシリンダ部の軸心ずれが問題となることはなく、軸心ずれに起因するエアシリンダ部各部材の異常摩耗により作動不良を招来してポンプ機能低下を招くことがない。
また、ポンプシリンダ、ベローズ及びエアシリンダ部を少なくとも部分的に交互に嵌合させて成る嵌合体としたので、互いに重複する部分だけ中心軸方向への短スパン化が可能となり（例えばエアシリンダ部の一部もベローズ内に配置できる）、ポンプをコンパクト化できる。さらに、螺合により、外カバーの内部にあってポンプボディとストッパ部との間に挟み込まれた部材同士を均一に締め付けることができるので、部材の変形が生じない。また、締め付けに伴って、外カバーの内部にある部材間の接触面に均一な圧力を作用させることができるため、安定したシール性能を発揮することができる。
【００２６】
請求項３のポンプによれば、半導体ウェハ等のワークに金属イオンが入り込む恐れがないので、半導体の品質が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるポンプの断面図である。
【図２】上記ポンプの組立時の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２ 逆止弁
３ ポンプボディ
３ｃ 流出路
３ｄ 流入路
４ ポンプシリンダ
５ ベローズ
６ スペーサ
７ 軸
８ ピストンケース
９ ピストン
１０ ピストンカバー
１１ 外カバー
１１ａ ストッパ部
（６〜１０） エアシリンダ部
（４〜１０） 嵌合体

Claims (3)

1. エアシリンダ部による往復動によりポンプ作用を生じさせ、弁を介して流体を吸入・排出するポンプであって、
   流体の流入路及び流出路を備え、外側にねじが形成されたポンプボディと、
   前記ポンプボディ以外のポンプ構成要素である複数の部材を相互に嵌合させて成る嵌合体と、
   筒状であって、その中心軸方向一端部の内側にねじ加工が施され、他端部の内周側にストッパ部が形成されている外カバーとを備え、
   前記嵌合体が前記外カバーに緊密に内挿された状態で、当該外カバーと前記ポンプボディとを互いに螺合させ、締め込むことで、前記嵌合体を前記ポンプボディとストッパ部との間に挟み込む構造体であることを特徴とするポンプ。
2. 流体の流入路及び流出路を備え、外側にねじが形成されたポンプボディと、
   前記ポンプボディの一端部に形成されたポンプシリンダと、
   前記ポンプシリンダ内を中心軸方向に沿って伸縮可能な樹脂製のベローズと、
   前記ベローズを伸縮させるエアシリンダ部と、
   前記ポンプボディ、ポンプシリンダ及びベローズによって形成されるポンプ作用室に臨む当該ポンプボディの内部に設けられ、前記ベローズの伸縮に伴い交互に開閉作動して流体の吸入及び排出を行う逆止弁と、
   筒状であって、その中心軸方向一端部の内側にねじ加工が施され、他端部の内周側にストッパ部が形成されている外カバーとを備え、
   前記ポンプシリンダ、ベローズ及びエアシリンダ部を少なくとも部分的に相互に嵌合させて成る嵌合体が、前記外カバーに緊密に内挿された状態で、当該外カバーと前記ポンプボディとを互いに螺合させ、締め込むことで、前記嵌合体を前記ポンプボディとストッパ部との間に挟み込むことを特徴とするポンプ。
3. 前記外カバー及び他の全てのポンプ構成要素が樹脂製である請求項１又は２記載のポンプ。

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