JP3863292B2 - 液体供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微少流量の液体を安定して定量吐出させることが可能な液体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程においては、レジスト液などの処理液について極めて微少量の吐出が行われ、このような微少な処理液を吐出するための液体供給装置が従来から提案されている。その一例として実開平４−１２１４８４号公報に掲載されたものを挙げることができる。
かかる液体供給装置は、図８に示すような構造となっている。これは、ベローズポンプ１０１に、そのポンプ動作を行わせるためのシリンダ１０２がロッド１０３の一端で連結されたものであり、シリンダ１０２に対して給排気される動作流体としてのエアを制御することによってベローズポンプ１０１を駆動制御するものである。
【０００３】
そのシリンダ１０２は、一方の加圧室１２１にはレギュレータ１１１を介し、他方の加圧室１２２には電空レギュレータ１１２及び方向制御弁１１３を介して、動作流体を供給するためのエア源１１０に配管されている。
また、ロッド１０３の端部には、軸方向に移動するロッド１０３の機械的変位を電気的変位に変換する変位センサ１０５が設けられている。
そして、この液体供給装置を制御するコントローラ１３１が、変位センサ１０５、方向制御弁１１３、及びインタフェイス１３２を介した電空レギュレータ１１２に電気的に接続されている。
【０００４】
そこで、シリンダ１０２内のピストン１０４で仕切られた両加圧室１２１，１２２へ、エア源１１０からの動作エアが給気、或いは排気されてロッド１０３の動作が行われ、ベローズポンプ１０１の動作により薬液タンク１０６内の薬液が吸引されて吐出される。
このとき、ロッド１０３のストロークが変位センサ１０５からの検出信号に基づいて確認され、これによってシリンダ１０２の両加圧室１２１，１２２へ給排気されるエアが調整される。従って、この液体供給装置では、伸縮するベローズの変位量をフィードバック制御することにより、薬液の定量的な吐出が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば半導体製造工程で使用される液体供給装置は、吐出量が１分間に１ｃｃ以下と極めて微量な液体の吐出に使用される。
そのため、このようにベローズの変位量をフィードバック制御していたのでは、吐出量が多い場合には正確な量の液体を吐出することができるが、微少量の場合には、一定量の液体を正確に吐出することができないという問題があった。
これは、微少量の液体を吐出するために必要なベローズの変位量が、そのベローズの有する分解能では精度が出ず、またベローズを変位させる際のストローク長さとその変位による体積変化量の直線性が良くないためである。
このようなことは、ベローズを用いたベローズポンプに限らず、ダイアフラムを用いたダイアフラムポンプなどについても言えることである。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる問題点を解消すべくなされたものであって、微少量の液体を正確に定量吐出する液体供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体供給装置は、液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成し、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を吐出するポンプを備えた液体供給装置において、前記ポンプのポンプ室に連通した液体吐出側の流路に設けられたオリフィスと、前記ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、前記ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出して前記ダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、前記オリフィスの上流側流路内の流体圧力を計測する圧力検出手段と、前記ダイアフラムを駆動させる駆動手段と、前記圧力検出手段による計測値に基づいて、前記オリフィスの上流側流路内の流体圧力を一定にするように前記駆動手段を制御し、前記変位量計測手段が計測した前記ダイアフラムの変位量から 前記液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに前記駆動手段を停止する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
そこで、本発明の液体供給装置では、ポンプ室内に充填された液体が、駆動手段によって駆動するダイアフラムに加圧されて吐出側流路内へ押し流されるが、その流路に設けられたオリフィスによって通過流量が制限されるために、オリフィスの上流側流路内には背圧がかかる。そして、その背圧を圧力検出手段が計測し、制御手段がその値に基づいて駆動手段をフィードバック制御し、ダイアフラムを駆動させる。そのため、オリフィスの上流側流路内の流体圧力が一定に維持され、オリフィスを通過する液体の流量が常に一定になり、ひいてはこの液体供給装置から微少量の液体が正確に定量吐出されることとなる。
【０００９】
また、本発明の液体供給装置は、前記駆動手段は、前記ダイアフラムによって仕切られた加圧室内に供給する動作流体の圧力調整を行うためのレギュレータであることを特徴とする。
また、本発明の液体供給装置では、前記ダイアフラムは、ボディ内の空間を仕切ることにより加圧室と前記ポンプ室を形成するものであって、中心位置が前記ロッドに固定される固定プレートを固定されて平らであり、前記中心位置の周りが前記ポンプ室側に突出するように湾曲しており、前記駆動手段は、動作流体の圧力調整を行うためのレギュレータであって、前記加圧室に連通するように前記ボディに穿設された給排気ポートに接続され、前記ポンプ室の液体と前記加圧室の動作流体との圧力バランスによって前記ダイアフラムを変位させ、前記ポンプ室から液体を吐出し、又は、前記ポンプ室に液体を充填することを特徴とする。
そこで、前述したフィードバック制御によりレギュレータが制御され、ダイアフラムにかかる動作流体圧力が調整されることによって液体の定量吐出が行われる。
本発明では、容積可変部材をダイアフラムとしたことによって、従来例で示したベローズのように液溜まりが生じることなく、また気泡抜きも容易となる。
【００１０】
また、本発明の液体供給装置は、前記ダイアフラムの変位を計測して前記オリフィスによる目詰まりを検出することを特徴とする。
よって、目詰まりを生じたとしても、迅速に駆動停止及び修繕処理を行うことができ、無理な動作による破損や、作業ロスなどが回避できる。
【００１１】
また、本発明の液体供給装置は、液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成したポンプを備え、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を定量的に吐出する液体供給装置において、前記ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、前記ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出して前記ダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、を有し、通過流量を制限した前記ポンプの吐出側流路内の流体圧を計測し、吐出側流路の流体圧を一定にすべく、その計測値に基づいて前記ダイアフラムの駆動をフィードバック制御し、前記変位量計測手段が計測した前記ダイアフラムの変位量から前記液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに前記ダイアフラムの駆動を停止することを特徴とする。
そこで、本発明の液体供給装置では、ポンプ室内に充填された液体がダイアフラムの駆動によって加圧されて吐出側流路内へ押し流されるが、そこでの通過流量が制限されて吐出側流路内に背圧がかかる。そして、その背圧の計測値に基づいてダイアフラムの駆動がフィードバック制御され、吐出側流路内の流体圧力が一定に維持され、それによって通過が制限された液体の流量が常に一定になり、ひいては本装置から微少量の液体が正確に定量吐出されることとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる液体供給装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の液体供給装置を示したブロック図である。
液体供給装置は、ダイアフラムポンプ１を主要部とし、このダイアフラムポンプ１に供給される液体（例えば、半導体製造工程における薬液）を定量吐出させるよう構成されている。
そのダイアフラムポンプ１は、ボディ２内に形成された空間が、ダイアフラム３によって薬液を充填するポンプ室１１と、動作流体であるエアを供給する加圧室１２との２室に仕切られている。そして、ボディ２には、薬液を供給するための入力ポート１３と、充填した薬液を吐出するための出力ポート１４とが穿設され、それぞれポンプ室１１に貫通している。また、ボディ２にはエアを給排気するための給排気ポート１５が穿設され、加圧室１２へと貫通している。
【００１３】
ダイアフラムポンプ１は、このようにボディ２にポンプ室１１と加圧室１２とによる流体部が構成される一方、ダイアフラム３を安定して動作させるための支持部が構成されている。
支持部は、ダイアフラム３の中心位置に固定プレート４を介して垂直に固定されたロッド５が、ボディ２内に装填されたブッシュなどのリニアガイド６を貫通し、ダイアフラム３がバランスよく駆動するよう構成されている。
ロッド５によって貫通されたボディ２の貫通部分にはＯリング７がはめ込まれ、加圧室１２内を気密すべく構成されている。また、リニアガイド６を貫通したロッド５の先端には円盤８が固定され、その円盤８に当接したスプリング９によってロッド５が付勢されている。更に、ロッド５の延長上にはボディ２から突設されたマーカ１０が固定され、そのマーカ１０の位置をレーザを使って計測する位置検出センサ２１によって、ダイアフラム３の変位が計測できるよう構成されている。
【００１４】
液体供給装置は、このようなダイアフラムポンプ１の入力ポート１３に供給管２２が配管され、図示しない薬液供給源に接続されている。そして、供給管２２の途中には電磁式の入力バルブ２３が設けられ、薬液供給源からダイアフラムポンプ１への薬液の流入を制御できるよう構成されている。
一方、ダイアフラムポンプ１の出力ポート１４には吐出管２４が配管され、図示しないチャンバ装置などへと接続されている。そして、この吐出管２４には、ダイアフラムポンプ１から吐出側へ圧力センサ２５、電磁式の出力バルブ２６及びオリフィス２７が順に設けられている。
この液体供給装置は、１分間に１ｃｃ以下と極めて微量な薬液を定量的に吐出するものであり、オリフィス２７の口径も例えば２０μｍと極めて小さい。そのため薬液の流れはオリフィス２７によって制限され、それによってかかる吐出管２４内の背圧を圧力センサ２５で計測するよう構成されている。
【００１５】
また、ダイアフラムポンプ１の給排気ポート１５には給排気管２８が配管され、電子レギュレータ２９に接続されている。この電子レギュレータ２９は、ダイアフラムポンプ１の加圧室１２内のエア圧を調整するためのものである。
そして、このような流体の流れる流路（２２，２４，２８）に設けられ入力バルブ２３、出力バルブ２６、圧力センサ２５及び電子レギュレータ２９、並びに位置検出センサ２１には、コントローラ３１が電気的に接続されている。
コントローラ３１は、入力バルブ２３、出力バルブ２６を所定のタイミングで開閉し、また圧力センサ２５からの信号に基づいて薬液を定量的に吐出させるべく、電子レギュレータ２９をフィードバック制御するためのプログラムを備えるものである。
【００１６】
そこで、このように構成された液体供給装置は、次のような動作によって微量な薬液の定量吐出が行われる。ここで、図２は、この液体供給装置によって行われる定量吐出の１サイクル分のフローチャートを示した図である。
図示しないスタートスイッチが押されるなどしてコントローラ３１に吐出開始信号が入力されると（ステップ（以下、単に「Ｓ」と記す）１）、吐出側の出力バルブ２６にコントロール信号が送られて全開状態となる（Ｓ２）。そのため、これまで出力バルブ２６によって遮断されていた吐出管２４が連通する。
このとき薬液供給側の入力バルブ２３は弁閉されており、ダイアフラムポンプ１への薬液の流入はない。また、入力バルブ２３から出力バルブ２６までの供給管２２、吐出管２４及びポンプ室１１内には薬液が充填された状態にある。
【００１７】
そして、出力バルブ２６へのコントロール信号に続き、コントローラ３１から電子レギュレータ２９へ制御信号が送られ、その電子レギュレータ２９による加圧室１２内の圧力調整によってダイアフラムポンプ１のポンプ動作が制御されて（Ｓ３）、薬液の吐出が開始されることとなる。
ダイアフラムポンプ１は、ポンプ室１１内の薬液と加圧室１２内のエアとの圧力で釣り合っていたダイアフラム３が、加圧室１２側のエアによって加圧される。そのため、ダイアフラム３がポンプ室１１側へ膨らむように変形し、そのポンプ室１１内の容積が縮小して薬液が加圧される。従って、ポンプ室１１内の薬液は、流動可能な吐出管２４へと押し出され、オリフィス２７を通って吐出されることとなる。
【００１８】
本実施の形態の液体供給装置では、吐出管２４に設けられたオリフィス２７によってダイアフラムポンプ１から押し出される薬液の通過流量が制限されるため、吐出管２４内に背圧がかかることとなる。
その背圧は、圧力センサ２５によって計測され、その値がコントローラ３１へフィードバック信号として送られる。そして、その吐出管２４内の流体圧力を所定の設定値で一定に保つように、電子レギュレータ２９がコントローラ３１からの制御信号によって制御される。ここで、図３は、ダイアフラムポンプ１の駆動制御（Ｓ３）の内容を示したフローチャートである。
【００１９】
液体供給装置での吐出が開始されると、吐出管２４内の圧力値が圧力センサ２５によって計測され、その値がコントローラ３１に読み取られる（Ｓ３１）。そして、読み取られた圧力値はコントローラ３１内で処理され、吐出管２４内の流体圧を目標値に合わせるべく電子レギュレータ２９に制御信号が送られる（Ｓ３２）。
本実施の形態の液体供給装置は、この吐出管２４内の流体圧を一定にすることによりオリフィス２７を単位時間当たりに通過する薬液流量を一定にして定量吐出を行うものである。そこで、圧力センサ２５からの信号を受けたコントローラ３１によって、目標の設定圧になるように電子レギュレータ２９がフィードバック制御される。
【００２０】
そのため、電子レギュレータ２９の駆動により加圧室１２側から加圧されたダイアフラム３は、薬液とエアとの圧力バランスによってポンプ室１１の容積を縮小する方向に変形を生じ、そのポンプ室１１に充填された薬液が加圧されて吐出管２４へと押し流される（Ｓ３３）。
そして、このようにしてダイアフラムポンプ１が駆動すると、ダイアフラム３に引かれたロッド５が、その変形方向にスプリング９を押し縮めながら摺動する。このとき、マーカ１０もロッド５に従ってボディ２内に進入するため、そのマーカ１０の位置を位置検出センサ２１によって計測することで、ダイアフラム３の変位、即ち薬液の吐出状態が確認される（Ｓ３４）。
【００２１】
マーカ１０の位置変化により吐出が正常に行われていることが確認されると（Ｓ３４：ＹＥＳ）、そのマーカ１０の変位によって薬液の吐出が１サイクル分の目標量に達したか否かが確認される（Ｓ３５）。マーカ１０の変位により、ダイアフラム３の変形量が確認でき、ポンプ室１１内に充填された薬液がどれだけ押し出されたかが分かるからである。
そこで、目標量の吐出が行われたことが確認されたならば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、ダイアフラムポンプ１の駆動が停止する。一方、まだ目標流量の吐出が行われていない場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、圧力センサ２５による計測値に基づきコントローラ３１が電子レギュレータ２９を制御してダイアフラム３を加圧する動作（Ｓ３１〜Ｓ３３）が繰り返される。
【００２２】
ここで、１サイクルにおける各部の状態変化について見てみる。図４は、各部の状態変化について示したグラフである。グラフＡは、圧力センサ２５で計測した吐出管２４内の流体圧力（背圧）の値を示している。グラフＢは、ダイアフラム３の変形量であり、これは位置検出センサ２１で計測したマーカ１０の変位量である。そして、グラフＣは、電子レギュレータ２９のエアの制御圧であり、グラフＤは、吐出された薬液の積算流量である。
【００２３】
従って、このグラフから吐出管２４内の流体圧力を常に一定に保ったことによって（グラフＡ）、突出された薬液の積算流量が時間に比例して直線的に増加し（グラフＤ）、薬液が定量的に吐出されていることが分かる。
一方、エアの制御圧（グラフＣ）が、吐出開始時の初期値からフィードバック制御されて直線的に上昇し、その制御圧の上昇に伴って、ダイアフラム３の変形によるマーカ１０の変位（グラフＢ）も直線的になった。
この液体供給装置は、所定流量の薬液を吐出することによって１サイクルを終了し、続いてポンプ室１１への薬液充填の後に再び繰り返される。図５は、３サイクル分の状態変化を示したグラフであり、吐出管２４内の流体圧力を一定にすることによって（グラフＡ）、薬液の定量吐出（グラフＤ）が繰り返し行われることが分かる。
【００２４】
ところで、吐出管２４に設けられたオリフィス２７は、口径が極めて小さいために目詰まりを起こし、薬液の流れを止めてしまうことがある。そこで、マーカ１０の変位によって薬液の吐出状態が確認され（Ｓ３４）、マーカ１０の変位がないことで吐出異常が確認される（Ｓ３４：ＮＯ）。
ここで、図６は、オリフィス２７が目詰まりしたときの状態変化をグラフに示した図である。ダイアフラム３は、オリフィス２７の目詰まりによって薬液が流れないために変形が制限されてポンプ動作が行えなくなる。そのため、図６に示すように、目詰まりの起こった時点（Ｍ）からマーカ１０の変位がなくなったことが示されている（グラフＢ１）。
【００２５】
そこで、このような位置検出センサ２１からの検出信号によって、コントローラ３１が吐出異常を確認すると、電子レギュレータ２９へ停止信号が送られ（Ｓ３６）、電子レギュレータ２９によるダイアフラムポンプ１の駆動が停止する（Ｓ３７）。そのため、吐出管２４内の流体圧力（グラフＡ１）及び電子レギュレータ２９によるエアの制御圧（グラフＣ１）の変化もなくなる。
そして、１サイクルの定量吐出の終了（Ｓ３５：ＹＥＳ）又は、ダイアフラムポンプ１の停止（Ｓ３７）によって、ダイアフラムポンプ１の駆動制御を終了する。
【００２６】
次ぎに図２に戻って、正常に定量吐出が終了したならば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、コントローラ３１によって出力バルブ２６が閉じられて吐出管２４が遮断され（Ｓ４）、続いて入力バルブ２３が開けられて供給管２２がポンプ室１１と薬液供給源との間で連通する（Ｓ５）。
入力バルブ２３を開弁して薬液の供給が可能となると、電子レギュレータ２９の駆動によって加圧室１２内のエア圧が下げられ、ダイアフラム３の吸引動作によって吸い上げられた薬液が拡張したポンプ室１２内に充填される（Ｓ６）。
そして、次の吐出に備えて再び入力バルブ２３が閉じられて（Ｓ７）、１サイクル分の定量吐出が終了する。
【００２７】
よって、本実施の形態の液体供給装置では、微少量の薬液を定量的に吐出するために、オリフィス２７によって生じる吐出管２４内の圧力を一定にして薬液を吐出するようにしたので、ダイアフラム３の分解能や、ダイアフラム３のストローク長さとポンプ室１１の体積変化との直線性の悪さなどに影響されず、微少量の液体を正確に定量吐出することが可能となった。
また、加圧室１２へエアを送り込んでダイアフラム３を直接加圧するようにしたので、そのダイアフラム３両面の差圧が少なくなって変形動作のバランスが良くなり、加えてダイアフラム３自身の耐久性も向上した。
【００２８】
また、ダイアフラム３は、リニアガイド６を摺動するロッド５により支持される点からも変形動作のバランスが良く、ダイアフラム３の駆動による薬液の吐出量とそのダイアフラム３の変形を検出するためのマーカ１０の変位との対応が正確になり、位置検出センサ２１による正確な吐出状態の検出が行える。
また、ダイアフラム３は、従来例で示したベローズのように、薬液が溜まりやすい蛇腹のような滞留部ができにくいので、滞留した薬液による純度の低下を防ぐことができる。
また、口径の極めて小さいオリフィス２７に薬液が詰まった場合にでも、ダイアフラム３の動きから異常を検知することで、装置に無理な負荷をかけることなく駆動を停止させ、その後の処理を迅速に行うことができる。
【００２９】
ところで、以上の第１実施の形態ではダイアフラムポンプ１による液体供給装置を示して説明したが、従来例で示したと同様にベローズポンプを使用するものであってもよい。そこで、ベローズポンプについても簡単に説明する。図７は、第２実施の形態の液体供給装置を示したブロック図であり、第１実施の形態のダイアフラムポンプ１に換えてベローズポンプ４１を使用したものである。
ベローズポンプ４１は、薬液を流動させるポンプ本体４２とポンプを駆動させるシリンダ５１とが一体に構成されている。ポンプ本体４２は、そのポンプ室４３内にベローズ４４が設けられ、また供給管２２に接続する入力ポート４５及び、吐出管２４に接続する出力ポート４６が穿設されている。
【００３０】
シリンダ５１は、ピストン５２によって２室に仕切られ、ポンプ本体４２側には加圧室５３が設けられ、反対側には引っ張りバネ５４が設けられている。加圧室５３は、ベローズ４４の内部側に連通し、その加圧室５３内に供給された動作流体であるエアによってベローズ４４が動作するよう構成されている。
また、ベローズ４４にはピストン５２に固定されたロッド５６が連結され、シリンダ５１から突設されたロッド５６の先端が、ベローズ４４の変位を位置検出センサ２１によって検出できるようにマーカ５７として構成されている。
そして、シリンダ５１には、加圧室５５側に給排気ポート５５が穿設され、そこには給排気管２８によって電子レギュレータ２９が接続されている。
【００３１】
このようなベローズポンプ４１では、加圧室５３内に供給されたエア圧によってベローズ４４が内側から加圧され拡張し、ポンプ室４３内の容積が縮小されて薬液が吐出管２４側へ押し出される。
一方、加圧室５３内のエア圧を下げることによってスプリング５４の引っ張り力によってベローズ４４が縮められて、ポンプ室４３内の容積が拡張して薬液が供給管２２を通って吸引され、ポンプ室４３内に充填される。
【００３２】
そこで、このようなベローズポンプ４１を備えた液体供給装置では、オリフィス２７によって生じる吐出管２４内の流体圧が圧力センサ２５で計測され、そのフィードバック信号に基づいて電子レギュレータ２９がコントローラ３１によって制御される。そのため、加圧室５３内のエア圧、即ちベローズ４４の加圧力が調整される。
従って加圧室５３内のエア圧が調整されれば、前記第１実施の形態と同様、図４に示すように吐出管２４内の流体圧が一定になって（グラフＡ）、薬液が定量吐出される（グラフＤ）。そして、１サイクル分の吐出量を示すベローズ４４の変形量がマーカ５７の変位量に基づいて計測され、ベローズポンプ４１の駆動停止が制御される。
【００３３】
よって、本実施の形態の液体供給装置によれば、前記第１実施の形態と同様に、微少量の薬液を定量的に吐出するためにオリフィス２７によって生じる吐出管２４内の圧力を一定にして薬液を吐出するようにしたので、ベローズ４４の分解能や、ベローズ４４のストローク長さとポンプ室４３の体積変化との直線性の悪さなどに影響されず、微少量の液体を正確に定量吐出することが可能となった。
【００３４】
なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、容積可変部材としてダイアフラム及びベローズを示して説明したが、この他ベロフラムやピストンなどであってもよい。
また、例えば前記実施の形態では、ダイアフラムやベローズを駆動させるためにエアによる動作流体の流体圧を駆動力としたが、流体を使用せずにステッピングモータを駆動手段とするものであってもよい。
また、例えば前記実施の形態では、ダイアフラムなどの変位測定に位置検出センサとしてレーザ変位計を使用したが、ポテンショメータなどを使用するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成し、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を吐出するポンプを備えた液体供給装置において、ポンプのポンプ室に連通した液体吐出側の流路に設けられたオリフィスと、ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出してダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、オリフィスの上流側流路内の流体圧力を計測する圧力検出手段と、ダイアフラムを駆動させる駆動手段と、圧力検出手段による計測値に基づいて、オリフィスの上流側流路内の流体圧力を一定にするように駆動手段を制御し、変位量計測手段が計測したダイアフラムの変位量から液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに駆動手段を停止する制御手段とを有する構成としたので、微少量の液体を正確に定量吐出する液体供給装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の液体供給装置にかかる第１実施の形態を示したブロック図である。
【図２】 第１実施の形態の液体供給装置によって行われる定量吐出のフローチャートを示した図である。
【図３】 ダイアフラムポンプ１の駆動制御（Ｓ３）の内容を示したフローチャートである。
【図４】 液体供給装置各部の状態変化について示したグラフである。
【図５】 ３サイクル分の状態変化を示したグラフである。
【図６】 オリフィス２７が目詰まりしたときの状態変化をグラフに示した図である。
【図７】 本発明の液体供給装置にかかる第２実施の形態を示したブロック図である。
【図８】 従来の液体供給装置を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ ダイアフラムポンプ
３ ダイアフラム
１１ ポンプ室
１２ 加圧室
２１ 位置検出センサ
２２ 供給管
２３ 入力バルブ
２４ 吐出管
２５ 圧力センサ
２６ 出力バルブ
２７ オリフィス
２８ 給排気管
２９ 電子レギュレータ
３１ コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、微少流量の液体を安定して定量吐出させることが可能な液体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程においては、レジスト液などの処理液について極めて微少量の吐出が行われ、このような微少な処理液を吐出するための液体供給装置が従来から提案されている。その一例として実開平４−１２１４８４号公報に掲載されたものを挙げることができる。
かかる液体供給装置は、図８に示すような構造となっている。これは、ベローズポンプ１０１に、そのポンプ動作を行わせるためのシリンダ１０２がロッド１０３の一端で連結されたものであり、シリンダ１０２に対して給排気される動作流体としてのエアを制御することによってベローズポンプ１０１を駆動制御するものである。
【０００３】
そのシリンダ１０２は、一方の加圧室１２１にはレギュレータ１１１を介し、他方の加圧室１２２には電空レギュレータ１１２及び方向制御弁１１３を介して、動作流体を供給するためのエア源１１０に配管されている。
また、ロッド１０３の端部には、軸方向に移動するロッド１０３の機械的変位を電気的変位に変換する変位センサ１０５が設けられている。
そして、この液体供給装置を制御するコントローラ１３１が、変位センサ１０５、方向制御弁１１３、及びインタフェイス１３２を介した電空レギュレータ１１２に電気的に接続されている。
【０００４】
そこで、シリンダ１０２内のピストン１０４で仕切られた両加圧室１２１，１２２へ、エア源１１０からの動作エアが給気、或いは排気されてロッド１０３の動作が行われ、ベローズポンプ１０１の動作により薬液タンク１０６内の薬液が吸引されて吐出される。
このとき、ロッド１０３のストロークが変位センサ１０５からの検出信号に基づいて確認され、これによってシリンダ１０２の両加圧室１２１，１２２へ給排気されるエアが調整される。従って、この液体供給装置では、伸縮するベローズの変位量をフィードバック制御することにより、薬液の定量的な吐出が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば半導体製造工程で使用される液体供給装置は、吐出量が１分間に１ｃｃ以下と極めて微量な液体の吐出に使用される。
そのため、このようにベローズの変位量をフィードバック制御していたのでは、吐出量が多い場合には正確な量の液体を吐出することができるが、微少量の場合には、一定量の液体を正確に吐出することができないという問題があった。
これは、微少量の液体を吐出するために必要なベローズの変位量が、そのベローズの有する分解能では精度が出ず、またベローズを変位させる際のストローク長さとその変位による体積変化量の直線性が良くないためである。
このようなことは、ベローズを用いたベローズポンプに限らず、ダイアフラムを用いたダイアフラムポンプなどについても言えることである。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる問題点を解消すべくなされたものであって、微少量の液体を正確に定量吐出する液体供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体供給装置は、液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成し、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を吐出するポンプを備えた液体供給装置において、前記ポンプのポンプ室に連通した液体吐出側の流路に設けられたオリフィスと、前記ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、前記ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出して前記ダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、前記オリフィスの上流側流路内の流体圧力を計測する圧力検出手段と、前記ダイアフラムを駆動させる駆動手段と、前記圧力検出手段による計測値に基づいて、前記オリフィスの上流側流路内の流体圧力を一定にするように前記駆動手段を制御し、前記変位量計測手段が計測した前記ダイアフラムの変位量から 前記液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに前記駆動手段を停止する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
そこで、本発明の液体供給装置では、ポンプ室内に充填された液体が、駆動手段によって駆動するダイアフラムに加圧されて吐出側流路内へ押し流されるが、その流路に設けられたオリフィスによって通過流量が制限されるために、オリフィスの上流側流路内には背圧がかかる。そして、その背圧を圧力検出手段が計測し、制御手段がその値に基づいて駆動手段をフィードバック制御し、ダイアフラムを駆動させる。そのため、オリフィスの上流側流路内の流体圧力が一定に維持され、オリフィスを通過する液体の流量が常に一定になり、ひいてはこの液体供給装置から微少量の液体が正確に定量吐出されることとなる。
【０００９】
また、本発明の液体供給装置は、前記駆動手段は、前記ダイアフラムによって仕切られた加圧室内に供給する動作流体の圧力調整を行うためのレギュレータであることを特徴とする。
また、本発明の液体供給装置では、前記ダイアフラムは、ボディ内の空間を仕切ることにより加圧室と前記ポンプ室を形成するものであって、中心位置が前記ロッドに固定される固定プレートを固定されて平らであり、前記中心位置の周りが前記ポンプ室側に突出するように湾曲しており、前記駆動手段は、動作流体の圧力調整を行うためのレギュレータであって、前記加圧室に連通するように前記ボディに穿設された給排気ポートに接続され、前記ポンプ室の液体と前記加圧室の動作流体との圧力バランスによって前記ダイアフラムを変位させ、前記ポンプ室から液体を吐出し、又は、前記ポンプ室に液体を充填することを特徴とする。
そこで、前述したフィードバック制御によりレギュレータが制御され、ダイアフラムにかかる動作流体圧力が調整されることによって液体の定量吐出が行われる。
本発明では、容積可変部材をダイアフラムとしたことによって、従来例で示したベローズのように液溜まりが生じることなく、また気泡抜きも容易となる。
【００１０】
また、本発明の液体供給装置は、前記ダイアフラムの変位を計測して前記オリフィスによる目詰まりを検出することを特徴とする。
よって、目詰まりを生じたとしても、迅速に駆動停止及び修繕処理を行うことができ、無理な動作による破損や、作業ロスなどが回避できる。
【００１１】
また、本発明の液体供給装置は、液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成したポンプを備え、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を定量的に吐出する液体供給装置において、前記ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、前記ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出して前記ダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、を有し、通過流量を制限した前記ポンプの吐出側流路内の流体圧を計測し、吐出側流路の流体圧を一定にすべく、その計測値に基づいて前記ダイアフラムの駆動をフィードバック制御し、前記変位量計測手段が計測した前記ダイアフラムの変位量から前記液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに前記ダイアフラムの駆動を停止することを特徴とする。
そこで、本発明の液体供給装置では、ポンプ室内に充填された液体がダイアフラムの駆動によって加圧されて吐出側流路内へ押し流されるが、そこでの通過流量が制限されて吐出側流路内に背圧がかかる。そして、その背圧の計測値に基づいてダイアフラムの駆動がフィードバック制御され、吐出側流路内の流体圧力が一定に維持され、それによって通過が制限された液体の流量が常に一定になり、ひいては本装置から微少量の液体が正確に定量吐出されることとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる液体供給装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の液体供給装置を示したブロック図である。
液体供給装置は、ダイアフラムポンプ１を主要部とし、このダイアフラムポンプ１に供給される液体（例えば、半導体製造工程における薬液）を定量吐出させるよう構成されている。
そのダイアフラムポンプ１は、ボディ２内に形成された空間が、ダイアフラム３によって薬液を充填するポンプ室１１と、動作流体であるエアを供給する加圧室１２との２室に仕切られている。そして、ボディ２には、薬液を供給するための入力ポート１３と、充填した薬液を吐出するための出力ポート１４とが穿設され、それぞれポンプ室１１に貫通している。また、ボディ２にはエアを給排気するための給排気ポート１５が穿設され、加圧室１２へと貫通している。
【００１３】
ダイアフラムポンプ１は、このようにボディ２にポンプ室１１と加圧室１２とによる流体部が構成される一方、ダイアフラム３を安定して動作させるための支持部が構成されている。
支持部は、ダイアフラム３の中心位置に固定プレート４を介して垂直に固定されたロッド５が、ボディ２内に装填されたブッシュなどのリニアガイド６を貫通し、ダイアフラム３がバランスよく駆動するよう構成されている。
ロッド５によって貫通されたボディ２の貫通部分にはＯリング７がはめ込まれ、加圧室１２内を気密すべく構成されている。また、リニアガイド６を貫通したロッド５の先端には円盤８が固定され、その円盤８に当接したスプリング９によってロッド５が付勢されている。更に、ロッド５の延長上にはボディ２から突設されたマーカ１０が固定され、そのマーカ１０の位置をレーザを使って計測する位置検出センサ２１によって、ダイアフラム３の変位が計測できるよう構成されている。
【００１４】
液体供給装置は、このようなダイアフラムポンプ１の入力ポート１３に供給管２２が配管され、図示しない薬液供給源に接続されている。そして、供給管２２の途中には電磁式の入力バルブ２３が設けられ、薬液供給源からダイアフラムポンプ１への薬液の流入を制御できるよう構成されている。
一方、ダイアフラムポンプ１の出力ポート１４には吐出管２４が配管され、図示しないチャンバ装置などへと接続されている。そして、この吐出管２４には、ダイアフラムポンプ１から吐出側へ圧力センサ２５、電磁式の出力バルブ２６及びオリフィス２７が順に設けられている。
この液体供給装置は、１分間に１ｃｃ以下と極めて微量な薬液を定量的に吐出するものであり、オリフィス２７の口径も例えば２０μｍと極めて小さい。そのため薬液の流れはオリフィス２７によって制限され、それによってかかる吐出管２４内の背圧を圧力センサ２５で計測するよう構成されている。
【００１５】
また、ダイアフラムポンプ１の給排気ポート１５には給排気管２８が配管され、電子レギュレータ２９に接続されている。この電子レギュレータ２９は、ダイアフラムポンプ１の加圧室１２内のエア圧を調整するためのものである。
そして、このような流体の流れる流路（２２，２４，２８）に設けられ入力バルブ２３、出力バルブ２６、圧力センサ２５及び電子レギュレータ２９、並びに位置検出センサ２１には、コントローラ３１が電気的に接続されている。
コントローラ３１は、入力バルブ２３、出力バルブ２６を所定のタイミングで開閉し、また圧力センサ２５からの信号に基づいて薬液を定量的に吐出させるべく、電子レギュレータ２９をフィードバック制御するためのプログラムを備えるものである。
【００１６】
そこで、このように構成された液体供給装置は、次のような動作によって微量な薬液の定量吐出が行われる。ここで、図２は、この液体供給装置によって行われる定量吐出の１サイクル分のフローチャートを示した図である。
図示しないスタートスイッチが押されるなどしてコントローラ３１に吐出開始信号が入力されると（ステップ（以下、単に「Ｓ」と記す）１）、吐出側の出力バルブ２６にコントロール信号が送られて全開状態となる（Ｓ２）。そのため、これまで出力バルブ２６によって遮断されていた吐出管２４が連通する。
このとき薬液供給側の入力バルブ２３は弁閉されており、ダイアフラムポンプ１への薬液の流入はない。また、入力バルブ２３から出力バルブ２６までの供給管２２、吐出管２４及びポンプ室１１内には薬液が充填された状態にある。
【００１７】
そして、出力バルブ２６へのコントロール信号に続き、コントローラ３１から電子レギュレータ２９へ制御信号が送られ、その電子レギュレータ２９による加圧室１２内の圧力調整によってダイアフラムポンプ１のポンプ動作が制御されて（Ｓ３）、薬液の吐出が開始されることとなる。
ダイアフラムポンプ１は、ポンプ室１１内の薬液と加圧室１２内のエアとの圧力で釣り合っていたダイアフラム３が、加圧室１２側のエアによって加圧される。そのため、ダイアフラム３がポンプ室１１側へ膨らむように変形し、そのポンプ室１１内の容積が縮小して薬液が加圧される。従って、ポンプ室１１内の薬液は、流動可能な吐出管２４へと押し出され、オリフィス２７を通って吐出されることとなる。
【００１８】
本実施の形態の液体供給装置では、吐出管２４に設けられたオリフィス２７によってダイアフラムポンプ１から押し出される薬液の通過流量が制限されるため、吐出管２４内に背圧がかかることとなる。
その背圧は、圧力センサ２５によって計測され、その値がコントローラ３１へフィードバック信号として送られる。そして、その吐出管２４内の流体圧力を所定の設定値で一定に保つように、電子レギュレータ２９がコントローラ３１からの制御信号によって制御される。ここで、図３は、ダイアフラムポンプ１の駆動制御（Ｓ３）の内容を示したフローチャートである。
【００１９】
液体供給装置での吐出が開始されると、吐出管２４内の圧力値が圧力センサ２５によって計測され、その値がコントローラ３１に読み取られる（Ｓ３１）。そして、読み取られた圧力値はコントローラ３１内で処理され、吐出管２４内の流体圧を目標値に合わせるべく電子レギュレータ２９に制御信号が送られる（Ｓ３２）。
本実施の形態の液体供給装置は、この吐出管２４内の流体圧を一定にすることによりオリフィス２７を単位時間当たりに通過する薬液流量を一定にして定量吐出を行うものである。そこで、圧力センサ２５からの信号を受けたコントローラ３１によって、目標の設定圧になるように電子レギュレータ２９がフィードバック制御される。
【００２０】
そのため、電子レギュレータ２９の駆動により加圧室１２側から加圧されたダイアフラム３は、薬液とエアとの圧力バランスによってポンプ室１１の容積を縮小する方向に変形を生じ、そのポンプ室１１に充填された薬液が加圧されて吐出管２４へと押し流される（Ｓ３３）。
そして、このようにしてダイアフラムポンプ１が駆動すると、ダイアフラム３に引かれたロッド５が、その変形方向にスプリング９を押し縮めながら摺動する。このとき、マーカ１０もロッド５に従ってボディ２内に進入するため、そのマーカ１０の位置を位置検出センサ２１によって計測することで、ダイアフラム３の変位、即ち薬液の吐出状態が確認される（Ｓ３４）。
【００２１】
マーカ１０の位置変化により吐出が正常に行われていることが確認されると（Ｓ３４：ＹＥＳ）、そのマーカ１０の変位によって薬液の吐出が１サイクル分の目標量に達したか否かが確認される（Ｓ３５）。マーカ１０の変位により、ダイアフラム３の変形量が確認でき、ポンプ室１１内に充填された薬液がどれだけ押し出されたかが分かるからである。
そこで、目標量の吐出が行われたことが確認されたならば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、ダイアフラムポンプ１の駆動が停止する。一方、まだ目標流量の吐出が行われていない場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、圧力センサ２５による計測値に基づきコントローラ３１が電子レギュレータ２９を制御してダイアフラム３を加圧する動作（Ｓ３１〜Ｓ３３）が繰り返される。
【００２２】
ここで、１サイクルにおける各部の状態変化について見てみる。図４は、各部の状態変化について示したグラフである。グラフＡは、圧力センサ２５で計測した吐出管２４内の流体圧力（背圧）の値を示している。グラフＢは、ダイアフラム３の変形量であり、これは位置検出センサ２１で計測したマーカ１０の変位量である。そして、グラフＣは、電子レギュレータ２９のエアの制御圧であり、グラフＤは、吐出された薬液の積算流量である。
【００２３】
従って、このグラフから吐出管２４内の流体圧力を常に一定に保ったことによって（グラフＡ）、突出された薬液の積算流量が時間に比例して直線的に増加し（グラフＤ）、薬液が定量的に吐出されていることが分かる。
一方、エアの制御圧（グラフＣ）が、吐出開始時の初期値からフィードバック制御されて直線的に上昇し、その制御圧の上昇に伴って、ダイアフラム３の変形によるマーカ１０の変位（グラフＢ）も直線的になった。
この液体供給装置は、所定流量の薬液を吐出することによって１サイクルを終了し、続いてポンプ室１１への薬液充填の後に再び繰り返される。図５は、３サイクル分の状態変化を示したグラフであり、吐出管２４内の流体圧力を一定にすることによって（グラフＡ）、薬液の定量吐出（グラフＤ）が繰り返し行われることが分かる。
【００２４】
ところで、吐出管２４に設けられたオリフィス２７は、口径が極めて小さいために目詰まりを起こし、薬液の流れを止めてしまうことがある。そこで、マーカ１０の変位によって薬液の吐出状態が確認され（Ｓ３４）、マーカ１０の変位がないことで吐出異常が確認される（Ｓ３４：ＮＯ）。
ここで、図６は、オリフィス２７が目詰まりしたときの状態変化をグラフに示した図である。ダイアフラム３は、オリフィス２７の目詰まりによって薬液が流れないために変形が制限されてポンプ動作が行えなくなる。そのため、図６に示すように、目詰まりの起こった時点（Ｍ）からマーカ１０の変位がなくなったことが示されている（グラフＢ１）。
【００２５】
そこで、このような位置検出センサ２１からの検出信号によって、コントローラ３１が吐出異常を確認すると、電子レギュレータ２９へ停止信号が送られ（Ｓ３６）、電子レギュレータ２９によるダイアフラムポンプ１の駆動が停止する（Ｓ３７）。そのため、吐出管２４内の流体圧力（グラフＡ１）及び電子レギュレータ２９によるエアの制御圧（グラフＣ１）の変化もなくなる。
そして、１サイクルの定量吐出の終了（Ｓ３５：ＹＥＳ）又は、ダイアフラムポンプ１の停止（Ｓ３７）によって、ダイアフラムポンプ１の駆動制御を終了する。
【００２６】
次ぎに図２に戻って、正常に定量吐出が終了したならば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、コントローラ３１によって出力バルブ２６が閉じられて吐出管２４が遮断され（Ｓ４）、続いて入力バルブ２３が開けられて供給管２２がポンプ室１１と薬液供給源との間で連通する（Ｓ５）。
入力バルブ２３を開弁して薬液の供給が可能となると、電子レギュレータ２９の駆動によって加圧室１２内のエア圧が下げられ、ダイアフラム３の吸引動作によって吸い上げられた薬液が拡張したポンプ室１２内に充填される（Ｓ６）。
そして、次の吐出に備えて再び入力バルブ２３が閉じられて（Ｓ７）、１サイクル分の定量吐出が終了する。
【００２７】
よって、本実施の形態の液体供給装置では、微少量の薬液を定量的に吐出するために、オリフィス２７によって生じる吐出管２４内の圧力を一定にして薬液を吐出するようにしたので、ダイアフラム３の分解能や、ダイアフラム３のストローク長さとポンプ室１１の体積変化との直線性の悪さなどに影響されず、微少量の液体を正確に定量吐出することが可能となった。
また、加圧室１２へエアを送り込んでダイアフラム３を直接加圧するようにしたので、そのダイアフラム３両面の差圧が少なくなって変形動作のバランスが良くなり、加えてダイアフラム３自身の耐久性も向上した。
【００２８】
また、ダイアフラム３は、リニアガイド６を摺動するロッド５により支持される点からも変形動作のバランスが良く、ダイアフラム３の駆動による薬液の吐出量とそのダイアフラム３の変形を検出するためのマーカ１０の変位との対応が正確になり、位置検出センサ２１による正確な吐出状態の検出が行える。
また、ダイアフラム３は、従来例で示したベローズのように、薬液が溜まりやすい蛇腹のような滞留部ができにくいので、滞留した薬液による純度の低下を防ぐことができる。
また、口径の極めて小さいオリフィス２７に薬液が詰まった場合にでも、ダイアフラム３の動きから異常を検知することで、装置に無理な負荷をかけることなく駆動を停止させ、その後の処理を迅速に行うことができる。
【００２９】
ところで、以上の第１実施の形態ではダイアフラムポンプ１による液体供給装置を示して説明したが、従来例で示したと同様にベローズポンプを使用するものであってもよい。そこで、ベローズポンプについても簡単に説明する。図７は、第２実施の形態の液体供給装置を示したブロック図であり、第１実施の形態のダイアフラムポンプ１に換えてベローズポンプ４１を使用したものである。
ベローズポンプ４１は、薬液を流動させるポンプ本体４２とポンプを駆動させるシリンダ５１とが一体に構成されている。ポンプ本体４２は、そのポンプ室４３内にベローズ４４が設けられ、また供給管２２に接続する入力ポート４５及び、吐出管２４に接続する出力ポート４６が穿設されている。
【００３０】
シリンダ５１は、ピストン５２によって２室に仕切られ、ポンプ本体４２側には加圧室５３が設けられ、反対側には引っ張りバネ５４が設けられている。加圧室５３は、ベローズ４４の内部側に連通し、その加圧室５３内に供給された動作流体であるエアによってベローズ４４が動作するよう構成されている。
また、ベローズ４４にはピストン５２に固定されたロッド５６が連結され、シリンダ５１から突設されたロッド５６の先端が、ベローズ４４の変位を位置検出センサ２１によって検出できるようにマーカ５７として構成されている。
そして、シリンダ５１には、加圧室５５側に給排気ポート５５が穿設され、そこには給排気管２８によって電子レギュレータ２９が接続されている。
【００３１】
このようなベローズポンプ４１では、加圧室５３内に供給されたエア圧によってベローズ４４が内側から加圧され拡張し、ポンプ室４３内の容積が縮小されて薬液が吐出管２４側へ押し出される。
一方、加圧室５３内のエア圧を下げることによってスプリング５４の引っ張り力によってベローズ４４が縮められて、ポンプ室４３内の容積が拡張して薬液が供給管２２を通って吸引され、ポンプ室４３内に充填される。
【００３２】
そこで、このようなベローズポンプ４１を備えた液体供給装置では、オリフィス２７によって生じる吐出管２４内の流体圧が圧力センサ２５で計測され、そのフィードバック信号に基づいて電子レギュレータ２９がコントローラ３１によって制御される。そのため、加圧室５３内のエア圧、即ちベローズ４４の加圧力が調整される。
従って加圧室５３内のエア圧が調整されれば、前記第１実施の形態と同様、図４に示すように吐出管２４内の流体圧が一定になって（グラフＡ）、薬液が定量吐出される（グラフＤ）。そして、１サイクル分の吐出量を示すベローズ４４の変形量がマーカ５７の変位量に基づいて計測され、ベローズポンプ４１の駆動停止が制御される。
【００３３】
よって、本実施の形態の液体供給装置によれば、前記第１実施の形態と同様に、微少量の薬液を定量的に吐出するためにオリフィス２７によって生じる吐出管２４内の圧力を一定にして薬液を吐出するようにしたので、ベローズ４４の分解能や、ベローズ４４のストローク長さとポンプ室４３の体積変化との直線性の悪さなどに影響されず、微少量の液体を正確に定量吐出することが可能となった。
【００３４】
なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、容積可変部材としてダイアフラム及びベローズを示して説明したが、この他ベロフラムやピストンなどであってもよい。
また、例えば前記実施の形態では、ダイアフラムやベローズを駆動させるためにエアによる動作流体の流体圧を駆動力としたが、流体を使用せずにステッピングモータを駆動手段とするものであってもよい。
また、例えば前記実施の形態では、ダイアフラムなどの変位測定に位置検出センサとしてレーザ変位計を使用したが、ポテンショメータなどを使用するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成し、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を吐出するポンプを備えた液体供給装置において、ポンプのポンプ室に連通した液体吐出側の流路に設けられたオリフィスと、ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出してダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、オリフィスの上流側流路内の流体圧力を計測する圧力検出手段と、ダイアフラムを駆動させる駆動手段と、圧力検出手段による計測値に基づいて、オリフィスの上流側流路内の流体圧力を一定にするように駆動手段を制御し、変位量計測手段が計測したダイアフラムの変位量から液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに駆動手段を停止する制御手段とを有する構成としたので、微少量の液体を正確に定量吐出する液体供給装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の液体供給装置にかかる第１実施の形態を示したブロック図である。
【図２】 第１実施の形態の液体供給装置によって行われる定量吐出のフローチャートを示した図である。
【図３】 ダイアフラムポンプ１の駆動制御（Ｓ３）の内容を示したフローチャートである。
【図４】 液体供給装置各部の状態変化について示したグラフである。
【図５】 ３サイクル分の状態変化を示したグラフである。
【図６】 オリフィス２７が目詰まりしたときの状態変化をグラフに示した図である。
【図７】 本発明の液体供給装置にかかる第２実施の形態を示したブロック図である。
【図８】 従来の液体供給装置を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ ダイアフラムポンプ
３ ダイアフラム
１１ ポンプ室
１２ 加圧室
２１ 位置検出センサ
２２ 供給管
２３ 入力バルブ
２４ 吐出管
２５ 圧力センサ
２６ 出力バルブ
２７ オリフィス
２８ 給排気管
２９ 電子レギュレータ
３１ コントローラ
Claims (5)
- 液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成し、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を吐出するポンプを備えた液体供給装置において、
前記ポンプのポンプ室に連通した液体吐出側の流路に設けられたオリフィスと、
前記ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、
前記ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出して前記ダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、
前記オリフィスの上流側流路内の流体圧力を計測する圧力検出手段と、
前記ダイアフラムを駆動させる駆動手段と、
前記圧力検出手段による計測値に基づいて、前記オリフィスの上流側流路内の流体圧力を一定にするように前記駆動手段を制御し、前記変位量計測手段が計測した前記ダイアフラムの変位量から前記液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに前記駆動手段を停止する制御手段とを有することを特徴とする液体供給装置。 - 請求項１に記載の液体供給装置において、
前記駆動手段は、前記ダイアフラムによって仕切られた加圧室内に供給する動作流体の圧力調整を行うためのレギュレータであることを特徴とする液体供給装置。 - 請求項１に記載の液体供給装置において、
前記ダイアフラムは、ボディ内の空間を仕切ることにより加圧室と前記ポンプ室を形成するものであって、中心位置が前記ロッドに固定される固定プレートを固定されて平らであり、前記中心位置の周りが前記ポンプ室側に突出するように湾曲しており、
前記駆動手段は、動作流体の圧力調整を行うためのレギュレータであって、前記加圧室に連通するように前記ボディに穿設された給排気ポートに接続され、
前記ポンプ室の液体と前記加圧室の動作流体との圧力バランスによって前記ダイアフラムを変位させ、前記ポンプ室から液体を吐出し、又は、前記ポンプ室に液体を充填することを特徴とする液体供給装置。 - 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の液体供給装置において、
前記ダイアフラムの変位を計測して前記オリフィスによる目詰まりを検出することを特徴とする液体供給装置。 - 液体を充填するポンプ室の一部をダイアフラムで形成したポンプを備え、そのダイアフラムの駆動によりポンプ室内の液体に圧力を加えて該液体を定量的に吐出する液体供給装置において、
前記ダイアフラムの中心位置に固定されたロッドをリニアガイドに貫通した支持部と、
前記ロッドの延長線上に設けられたマーカの位置を検出して前記ダイアフラムの変位を計測する変位量計測手段と、を有し、
通過流量を制限した前記ポンプの吐出側流路内の流体圧を計測し、吐出側流路の流体圧を一定にすべく、その計測値に基づいて前記ダイアフラムの駆動をフィードバック制御し、前記変位量計測手段が計測した前記ダイアフラムの変位量から前記液体の吐出状態を確認して目標量の吐出が行われたときに前記ダイアフラムの駆動を停止することを特徴とする液体供給装置。
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