JP4358569B2 - 液体圧送装置 - Google Patents

Description

本発明は、２つのポンプを用いて被搬送液体を圧送する液体圧送装置に関する。

例えばシリコンウェハや液晶パネルを洗浄する際に、液体圧送装置により被搬送液体たる液体二酸化炭素をノズルに高圧力で供給し、このノズルから被洗浄物（シリコンウェハや液晶パネル）に向けて噴射させ、その液体二酸化炭素の微粒子化したドライアイスにより被洗浄物を洗浄することが行われている。
このようなものに用いられる液体圧送装置としては、特許文献１に示されたものが公知である。これについて図３を用いて説明する。図３において、液体圧送装置は、第１のポンプ１と第２のポンプ２とを備えている。これら両ポンプ１，２は同一の構成であるので、第１のポンプ１を代表して説明する。

第１のポンプ１は、シリンダ３内にピストン４を軸方向に往復移動可能に設けると共に、シリンダ３の先端部に吸入口３ａ及び吐出口３ｂを有していて、吸入口３ａに逆止弁５を設けている。ピストン４は、エア式の駆動部６により往復移動されるようになっている。駆動部６は、駆動部シリンダ７と駆動部ピストン８とから構成されていて、その駆動部ピストン８と上記ピストン４とが連結されている。駆動部シリンダ７の上下部には、第１エア口９ａ及び第２エア口９ｂが設けられている。上記吸入口３ａは、被搬送液体である液体二酸化炭素を封入した図示しないボンベ（供給源）に接続される。

第１，第２エア口９ａ，９ｂには圧縮エアが択一的に供給されるようになっており、第２エア口９ｂに圧縮エアが供給されると（第１エア口９ａは開放）、駆動部ピストン８が上昇し、これに伴いピストン４が上昇し、被搬送液体が吸入口３ａからシリンダ３内に吸入される。また、第１エア口９ａに圧縮エアが供給されると（第２エア口９ｂは開放）、駆動部ピストン８が下降し、これに伴いピストン４が下降し、シリンダ３内の被搬送液体が吐出口３ｂから吐出される。なお、第２のポンプ２において、第１のポンプ１と同一部分には同一の符号を付している。

第１及び第２のポンプ１，２の各吐出口３ｂは、選択バルブ１０の各接続口１０ａ，１０ｂに接続され、この選択バルブ１０内には往復弁１１が収容されている。選択バルブ１０は、この往復弁１１により、接続口１０ａ，１０ｂのうち吐出圧が低い側の接続口を閉鎖しつつ、各吐出口３ｂから吐出される被搬送液体を一つの送出口１２から図示しないノズルに向けて送出（圧送）するようになっている。

上記構成において、第１及び第２のポンプ１，２の第１，第２エア口９ａ，９ｂに圧縮エアを択一的に供給して、第１及び第２のポンプ１，２の両駆動部ピストン８を交互に上下動させることにより両ピストン４を交互に上下動させ、これにより、ボンベから供給される液体二酸化炭素が、各シリンダ３を経て、選択バルブ１０の送出口１２から図示しないノズルに向けて連続的に圧送されるようになる。
特開２００２−５０３０号公報

上記した構成のものでは、液体二酸化炭素をシリンダ３内に吸入する場合、駆動部ピストン８を圧縮エアにより強制的に上昇させてピストン４を強制的に上昇させ、液体二酸化炭素をシリンダ３内に強制的に吸入するようにしている。ところで、液体二酸化炭素は、常温・常圧では気体として存在するようになる。このため、このような液体二酸化炭素を圧送する場合において、液体二酸化炭素をボンベから上記シリンダ３内へ強制的に吸引すると、ボンベとシリンダ３間の経路全体が、ボンベにおける液体二酸化炭素の充填圧力よりも低下し、これに伴いその経路内で液体二酸化炭素の一部が気化してしまい、１回の圧送量がシリンダ３の圧送可能容量よりも少なくなってしまうという不具合がある。また、これに伴いピストン４の下降速度が速くなるなどの動作不良が発生し、長時間の連続運転に耐えられなくなるおそれがある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被搬送液体を所定量ずつ安定して圧送することができると共に、動作不良の発生も防止できる液体圧送装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明は、被搬送液体を所定の圧力で供給する供給源に接続される吸入口を有すると共に吐出口を有するシリンダと、このシリンダに対して往復移動するピストンと、このピストンを駆動するエア式の駆動部とを備え、前記ピストンの一方向への移動により前記被搬送液体を前記吸入口から前記シリンダ内に吸入し、その一方向とは反対方向への移動により前記シリンダ内の被搬送液体を前記吐出口から吐出する第１のポンプと、
この第１のポンプと同様に構成された第２のポンプと、
これら第１及び第２のポンプの両吐出口に接続され、吐出圧の高い方の吐出口から吐出される被搬送液体を送出口から送出する選択バルブと、
前記第１及び第２の各ポンプの吐出動作の際には、対応する駆動部に圧縮エアを供給してそのエア圧力により対応するピストンを吐出方向へ移動させ、前記第１及び第２の各ポンプの吸入動作の際には、前記供給源からシリンダ内に供給される被搬送液体の供給圧力により対応するピストンを吸入方向へ移動させるように各駆動部を制御する駆動部制御手段と、
前記第１及び第２の各ポンプの吸入動作の際に、対応する駆動部から排出される排気流量を制御する排気制御手段とを備え、
前記駆動部制御手段により前記第１及び第２のポンプの各駆動部を制御して前記第１及び第２のポンプの両ピストンを交互に往復動させることにより、被搬送液体を前記選択バルブの前記送出口から連続的に圧送することを特徴とする。

この場合、吸入方向へ移動するピストンの移動速度が、吐出方向へ移動するピストンの移動速度よりわずかに速くなるように制御することが好ましい（請求項２の発明）。

上記した本発明によれば、被搬送液体をシリンダ内に吸入する吸入動作の際に、シリンダ内に供給される被搬送液体の供給圧力により対応するピストンを吸入方向へ移動させると共に、対応する駆動部から排出される排気流量を制御することにより、供給源から供給される被搬送液体を、圧力を下げることなくシリンダ内へ吸入することができる。このため、供給源とシリンダとの間で被搬送液体が気化することが抑えられ、被搬送液体を所定量ずつ安定して圧送することができると共に、第１及び第２のポンプの動作不良の発生も防止できる。

以下、本発明の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１には、本発明の液体圧送装置の概略構成が示されている。この図１において、まず第１及び第２のポンプ２１，２２について説明する。これら両ポンプ２１，２２は同一構成であるので、第１のポンプ２１を代表して説明する。
第１のポンプ２１は、プランジャー式のポンプであり、シリンダ２３内にピストン２４を軸方向に往復移動可能に設けると共に、シリンダ２３の先端部に、吸入口２５及び吐出口２６を有しており、吸入口２５内には逆止弁２７を設けている。ピストン２４を駆動する駆動部２８は、エア式のもので、上記シリンダ２３よりも内径寸法が大きな駆動部シリンダ２９と、この駆動部シリンダ２９内を往復移動する駆動部ピストン３０とから構成されていて、この駆動部ピストン３０の先端部が上記ピストン２４に連結されている。

駆動部２８における駆動部ピストン３０の受圧面はピストン２４の受圧面より大きい構成となっていて、駆動部２８の小さな駆動力で吐出口２６から大きな吐出圧で被搬送液体を吐出し得る構成となっている。駆動部シリンダ２９には、上部に第１エア口３１が設けられていると共に、下部に第２エア口３２が設けられている。これら第１エア口３１及び第２エア口３２は、駆動部シリンダ２９内と連通している。第２のポンプ２２において、第１のポンプ２１と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

また、第１のポンプ２１において、駆動部ピストン３０の外周部には、被検体としてのマグネット３３が設けられている。そして、駆動部シリンダ２９の外周部には、それぞれ磁気センサからなる２個の位置センサ３４，３５が設けられている。これらマグネット３３と位置センサ３４，３５は、駆動部ピストン３０の位置検出手段を構成する。位置センサ３４，３５のうち上部の位置センサ３４は、駆動部ピストン３０ひいてはピストン２４の上端位置を検出する位置に配置され、下部の位置センサ３５は、駆動部ピストン３０ひいてはピストン２４の下端位置よりも少し上の下端間近位置を検出する位置に配置されている。

第２のポンプ２２側にも、第１のポンプ２１における上記マグネット３３と、２個の位置センサ３４，３５に相当するものとして、マグネット３６と、２個の位置センサ３７，３８が設けられている。位置センサ３７，３８のうち上部の位置センサ３７は、駆動部ピストン３０ひいてはピストン２４の上端位置を検出する位置に配置され、下部の位置センサ３８は、駆動部ピストン３０ひいてはピストン２４の下端位置よりも少し上の下端間近位置を検出する位置に配置されている。これらマグネット３６と位置センサ３７，３８は、駆動部ピストン３０の位置検出手段を構成する。

そして、上記第１及び第２の両ポンプ２１，２２の各吸入口２５は、それぞれ接続管４０ａ，４０ｂを介して、被搬送液体の供給源であるボンベ４１に接続されている。ボンベ４１内には、被搬送液体である液体二酸化炭素が例えば５．５ＭＰａの充填圧力で封入されている。このとき、ボンベ４１は充分に冷却しておくことが好ましい。また、両ポンプ２１，２２の各吐出口２６は、それぞれ接続管４２、４３を介して選択バルブ４４に接続されていて、選択バルブ４４内には往復弁４５が収容されている。選択バルブ４４は、この往復弁４５により、接続管４２，４３のうち吐出圧が低い側の接続管を閉鎖しつつ、各吐出口２６から吐出される被搬送液体を一つの送出口４６から吐出するようになっている。その送出口４６には図示しないノズルが接続され、そのノズルに向けて被搬送液体である液体二酸化炭素が圧送される。

第１のポンプ２１において、上記第１エア口３１は、３方弁からなる第１の電磁弁４８のポートＡに接続されている。この第１の電磁弁４８の出口となるポートＲは、第１のスピードコントローラ４９を介して排気管５０に接続されている。第１のスピードコントローラ４９は、ここを通過する排気の速度ひいては排気流量を制御するものであり、排気制御手段を構成する。第２エア口３２は、接続管５１を介して排気管５０に接続されている。第１の電磁弁４８のもう一つのポートＰは、給気管５２に接続されている。給気管５２は、圧縮エアを供給するエア供給源（図示せず）に接続されている。第１の電磁弁４８は、ＯＮ状態では、図１に示すようにポートＰとポートＡとが接続され、ＯＦＦ状態では、ポートＡとポートＲとが接続される。

第２のポンプ２２において、第１エア口３１は、３方弁からなる第２の電磁弁５３のポートＡに接続されている。この第２の電磁弁５３の出口となるポートＲは、第２のスピードコントローラ５４を介して排気管５０に接続されている。この第２のスピードコントローラ５４も、ここを通過する排気の速度ひいては排気流量を制御するものであり、排気制御手段を構成する。第２エア口３２は、接続管５５を介して排気管５０に接続されている。第２の電磁弁５３のもう一つのポートＰは、給気管５６に接続されている。給気管５６は、給気管５２と共にエア供給源に接続されている。第２の電磁弁５３も、第１の電磁弁４８と同様に、ＯＮ状態ではポートＰとポートＡとが接続され、ＯＦＦ状態では、図１に示すようにポートＡとポートＲとが接続される。

一方、制御装置６０は、例えばマイクロコンピュータにより構成されていて、上記位置センサ３４，３５、３７，３８から検知信号が入力されると共に、その検知信号及び予め備えた制御プログラムに基づき、第１及び第２の電磁弁４８，５３を制御することにより、第１及び第２のポンプ２１，２２の駆動部２８を制御する機能を備えている。この制御装置６０は、駆動部制御手段を構成する。

次に、上記構成の作用を、図２も参照して説明する。なお、図１は、第１及び第２のポンプ２２の各シリンダ２３内に、被搬送液体である液化二酸化炭素が吸入されているとする。また、この図１は、第１のポンプ２１が吐出動作の途中の状態で、第２のポンプ２２が吸入動作の途中の状態が示されている。
第１の電磁弁４８がＯＮ状態になると、ポートＰとポートＡとが接続され、エア供給源から供給される圧縮エアが、給気管５２、第１の電磁弁４８を通り、第１のポンプ２１における第１エア口３１から駆動部シリンダ２９内に供給される。すると、その圧縮エアの圧力により駆動部ピストン３０及びピストン２４が吐出方向である図１の矢印Ａ方向へ移動し、シリンダ２３内の液体二酸化炭素が吐出口２６から吐出される。吐出口２６から吐出された液体二酸化炭素は、接続管４２を通り、選択バルブ４４の往復弁４５を開いて送出口４６から送出される。このとき、第１のポンプ２１における駆動部シリンダ２９において、駆動部ピストン３０により押された空気は、第２エア口３２から接続管５１、排気管５０を通り排出される。このときの第１のポンプ２１の動作が吐出動作となる。

一方、第２の電磁弁５３がＯＦＦ状態であると、ポートＡとポートＲとが接続され、第２のポンプ２２における第１エア口３１は、第２の電磁弁５３及びスピードコントローラ５４を介して排気管５０に連通した状態となっている。また、吸入口２５には、常に供給源であるボンベ４１側の供給圧力が作用しているため、ボンベ４１側の液体二酸化炭素がピストン２４を吸入方向である矢印Ｂ方向へ押し上げながらシリンダ２３内に吸入される。このとき、吸入方向へ移動する第２のポンプ２２のピストン２４の移動速度（上昇速度Ｖ１）が、吐出方向へ移動する第１のポンプ２１のピストン２４の移動速度（下降速度Ｖ２）よりもわずかに速くなるように（Ｖ１＞Ｖ２）、スピードコントローラ５４の排気速度（排気流量）を調整する。このときの第２のポンプ２２の動作が吸入動作となる。

そして、第１のポンプ２１における駆動部ピストン３０が下端近くまで移動し、位置センサ３５が駆動部ピストン３０の下端間近位置を検知すると、その検知信号Ｓ１が制御装置６０に出力される。
すると、制御装置６０は、第２の電磁弁５３をＯＦＦからＯＮに切り替える（図２参照）。すると、第２の電磁弁５３はポートＰとポートＡとが接続されるように切り替わり、エア供給源から供給される圧縮エアが、給気管５６、第２の電磁弁５３を通り、第２のポンプ２２における第１エア口３１から駆動部シリンダ２９内に供給されるようになる。すると、その圧縮エアの圧力により駆動部ピストン３０及びピストン２４が吐出方向である図１の矢印Ｂとは反対方向へ移動し、シリンダ２３内の液体二酸化炭素が吐出口２６から吐出される。吐出口２６から吐出された液体二酸化炭素は、接続管４３を通り、選択バルブ４４の往復弁４５を開いて送出口４６から送出されるようになる。このとき、第２のポンプ２２における駆動部シリンダ２９において、駆動部ピストン３０により押された空気は、第２エア口３２から接続管５５、排気管５０を通り排出される。

第１のポンプ２１における駆動部ピストン３０が下端位置まで達すると、第１の電磁弁４８はＯＦＦに切り替えられる。すると、第１の電磁弁４８は、ポートＡとポートＲとが接続されるように切り替えられ、第１のポンプ２１における第１エア口３１は、第１の電磁弁４８及びスピードコントローラ４９を介して排気管５０に連通した状態となる。また、吸入口２５には、常に供給源であるボンベ４１側の供給圧力が作用しているため、ボンベ４１側の液体二酸化炭素がピストン２４を吸入方向である矢印Ａとは反対方向へ押し上げながらシリンダ２３内に吸入されるようになる。このとき、吸入方向へ移動する第１のポンプ２２のピストン２４の移動速度（上昇速度Ｖ１）が、吐出方向へ移動する第２のポンプ２２のピストン２４の移動速度（下降速度Ｖ２）よりもわずかに速くなるように（Ｖ１＞Ｖ２）、スピードコントローラ４９の排気速度（排気流量）を調整する。

そして、第２のポンプ２２における駆動部ピストン３０が下端近くまで移動し、位置センサ３８が駆動部ピストン３０の下端間近位置を検知すると、その検知信号Ｓ２が制御装置６０に出力される。
すると、制御装置６０は、第１の電磁弁４８をＯＦＦからＯＮに切り替える（図２参照）。すると、第１の電磁弁４８はポートＰとポートＡとが接続されるように切り替わり、エア供給源から供給される圧縮エアが、第１のポンプ２２における第１エア口３１から駆動部シリンダ２９内に供給されるようになる。すると、その圧縮エアの圧力により駆動部ピストン３０及びピストン２４が吐出方向である図１の矢印Ａ方向へ移動し、シリンダ２３内の液体二酸化炭素が吐出口２６から吐出されるようになる。

このようにして、第１のポンプ２１が吐出動作と吸入動作を交互に繰り返すと共に、第２のポンプ２２が吸入動作と吐出動作を交互に繰り返すことにより、選択バルブ４４の送出口４６からは、液体二酸化炭素が連続的に圧送されるようになる。
上記した実施形態によれば、被搬送液体である液体二酸化炭素をシリンダ２３内に吸入する吸入動作の際に、シリンダ２３内に供給される液体二酸化炭素の供給圧力により対応するピストン２４を吸入方向へ移動させると共に、対応する駆動部２８の第１エア口３１から排出される排気流量をスピードコントローラ４９，５４により制御することにより、供給源であるボンベ４１から供給される液体二酸化炭素を、圧力を下げることなくシリンダ２３内へ吸入することができる。このため、ボンベ４１とシリンダ２３との間で液体二酸化炭素が気化することが抑えられ、液体二酸化炭素を所定量ずつ安定して圧送することができると共に、第１及び第２のポンプ２１，２２の動作不良の発生も防止できる。

この場合、供給源であるボンベ４１を充分に冷却しておくと、液体二酸化炭素の供給に伴いボンベ４１内の圧力が低下してきても、ボンベ４１内の液体二酸化炭素が気化することを極力防止することができる。
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。

排気制御手段は、供給源であるボンベ４１側の圧力に応じて排気流量を制御する構成とすることもできる。
被搬送液体としては、液体二酸化炭素に限られず、例えば液体プロパンにも適用できる。

本発明の一実施形態を示す概略構成図 第１及び第２のポンプのタイミングチャート 従来例を示すポンプ装置の断面図

符号の説明

図面中、２１は第１のポンプ、２２は第２のポンプ、２３はシリンダ、２４はピストン、２５は吸入口、２６は吐出口、２８は駆動部、２９は駆動部シリンダ、３０は駆動部ピストン、３１は第１エア口、３２は第２エア口、４１はボンベ（供給源）、４４は選択バルブ、４６は送出口、４８は第１の電磁弁、４９はスピードコントローラ（排気制御手段）、５３は第２の電磁弁、５４はスピードコントローラ（排気制御手段）、６０は制御装置（駆動部制御手段）を示す。

Claims (2)

1. 被搬送液体を所定の圧力で供給する供給源に接続される吸入口を有すると共に吐出口を有するシリンダと、このシリンダに対して往復移動するピストンと、このピストンを駆動するエア式の駆動部とを備え、前記ピストンの一方向への移動により前記被搬送液体を前記吸入口から前記シリンダ内に吸入し、その一方向とは反対方向への移動により前記シリンダ内の被搬送液体を前記吐出口から吐出する第１のポンプと、
   この第１のポンプと同様に構成された第２のポンプと、
   これら第１及び第２のポンプの両吐出口に接続され、吐出圧の高い方の吐出口から吐出される被搬送液体を送出口から送出する選択バルブと、
   前記第１及び第２の各ポンプの吐出動作の際には、対応する駆動部に圧縮エアを供給してそのエア圧力により対応するピストンを吐出方向へ移動させ、前記第１及び第２の各ポンプの吸入動作の際には、前記供給源からシリンダ内に供給される被搬送液体の供給圧力により対応するピストンを吸入方向へ移動させるように各駆動部を制御する駆動部制御手段と、
   前記第１及び第２の各ポンプの吸入動作の際に、対応する駆動部から排出される排気流量を制御する排気制御手段とを備え、
   前記駆動部制御手段により前記第１及び第２のポンプの各駆動部を制御して前記第１及び第２のポンプの両ピストンを交互に往復動させることにより、被搬送液体を前記選択バルブの前記送出口から連続的に圧送することを特徴とする液体圧送装置。
2. 吸入方向へ移動するピストンの移動速度が、吐出方向へ移動するピストンの移動速度よりわずかに速くなるように制御することを特徴とする請求項１記載の液体圧送装置。

Images