JP4869781B2 - チューブフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、可撓性チューブの伸縮によって移送流体を移送するチューブフラムポンプに関する。

チューブフラムポンプは、例えば特許文献１に示すように、筐体内に同軸的に可撓性チューブを配置して、可撓性チューブの内側をポンプ室、外側を作動流体が供給される作動流体スペースとして構成される。このようなチューブフラムポンプは、一般に半導体デバイス、液晶基板等の製造工程において、基材にレジストを塗布する用途に使用されている。この種の用途では、レジストの吐出量が均一であることが要求される。しかし、ポンプの吸込工程時に、液中に溶存している気体が、負圧にさらされ、液体中に微小な気体が発生してしまう場合があり、このような液体中に発生した気体は、レジストの吐出量を不均一とする。レジストの吐出量が不均一であると、基材に塗布されたレジストにはムラが生じる。このようなレジストのムラは、形成されるマスクの欠陥、さらには完成される半導体デバイス、液晶基板等の欠陥を招く。特に、近年の微細化、省レジスト化の進展に伴い、膜厚精度及び膜厚の均一性をより厳しく管理する必要性が生じている。

従来のチューブフラムポンプにおいては、図６に示すように、ポンプ本体７において、筐体７１内に形成された空洞内に同軸的に可撓性チューブ７２が配置されている。つまり、ポンプ本体７は、可撓性チューブ７２内を境として、移送流体が移送されるポンプ室７３と、可撓性チューブ７２の外側と筐体７１の内壁とにより囲まれて作動流体が流入する作動流体スペース７４とに分ける構成とされている。そして、ポンプ本体７には、筐体７１の下端に吸入口７１１が設けられ、筐体７１の上端に移送流体を吐出する吐出口７１２と、さらに、筐体７１の上端部に、蓄積された気体を排出するエア抜き口７１３とが設けられている。

上記従来のチューブフラムポンプの移送流体の吸入及び吐出工程において、ポンプ本体７は、ピストン７６の駆動により、作動流体スペース７４にシリンダー７５から作動流体が流入及び吐出され、作動流体スペース７４内の圧力を変化させ、ポンプ室７３の体積を変動させる。このポンプ室７３の体積の変動に伴い、吸入口７１１より移送流体が吸入され、吐出口７１２より移送流体が吐出される。また、エア抜き口７１３からは、筐体７１内の上部に収集された気体が排出される。

特開２０００−２３４５８９号公報（図１）

しかしながら、従来のチューブフラムポンプにおいては、筐体７１の上端に吐出口７１２及びエア抜き口７１３が設けられているため、吐出口７１２から気体の混入した液体を吐出する虞がある。また、吸入口７１１からエア抜き口７１３に達するまでに、液体が滞留することはないので、十分に気液分離がなされない場合も生じる。そこで、本発明は、吐出する液体に混入した気体を効率的に排気するチューブフラムポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るチューブフラムポンプは、筐体内に同軸的に可撓性チューブを配置して、この可撓性チューブ内側を移送流体が移送されるポンプ室、外側を作動流体が充填される作動流体スペースとして構成されるチューブフラムポンプであって、移送流体を前記筐体外部から前記ポンプ室に吸入する吸入口と移送流体に混入した気体を排気するエア抜き口とを連通する第１の流路と、前記第１の流路を内包した環状に形成され、前記エア抜き口と移送流体を前記ポンプ室から前記筐体外部に吐出する吐出口とを連通し、前記第１の流路の上端部において当該第１の流路と連通する第２の流路とを備え、前記吸入口と前記吐出口とが前記ポンプ室の下方に設けられており、前記エア抜き口が前記ポンプ室の上方に設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、本発明のチューブフラムポンプは、ポンプ室下方から移送流体を吸入し、その移送流体を、第１の流路から第２の流路へと、ポンプ室の上方に導き、再び、ポンプ室の下方へ導く構成とされている。したがって、移送流体の滞留時間が長くなり、移送流体に混入した気体を第２の流路の上端近傍に分離して収集することが可能となる。そして、第２の流路の上端にエア抜き口が形成され、第２の流路の下端に吐出口が形成されているので、吐出口から気体の混入した移送流体が吐出することはない。

また、前記第１の流路内の容量は、前記第２の流路内の容量よりも大きいことが望ましい。上記構成によれば、第１の流路を流れる移送流体の流速は、さらに遅くなるので、移送流体の滞留時間を増大させ、移送流体に混入した気体の分離をより確実に行うことが可能となる。

また、前記吸入口と前記吐出口とが前記筐体の下端に設けられており、前記エア抜き口が前記第１の流路及び前記第２の流路の上端部に設けられた構成としてもよい。

本発明によれば、吐出する液体に混入した気体を効率的に排気するチューブフラムポンプを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプついて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプの断面図である。図１に示すように、チューブフラムポンプは、主に、ポンプ本体１と、ポンプ本体１の駆動を制御する駆動制御部２とから構成されている。

ポンプ本体１は、筐体１１内に可撓性チューブとしてチューブフラム１２を同軸的に配置して、このチューブフラム１２の内側を移送されるべきレジスト液の通路（即ちポンプ室）１３とし、外側を作動流体が封入される作動流体スペース１４として構成されている。

筐体１１には、その下端に設けられた移送流体を吸入する吸入口１１１及び移送流体を吐出する吐出口１１２が設けられており、その上端に移送流体に混入した気体を排出するエア抜き口１１３が設けられている。つまり、吸入口１１１と吐出口１１２とは、十分に隔離して形成されている。

筐体１１には、上述した吸入口１１１とエア抜き口１１３とを連通する第１の流路１１４が形成されている。また、第１の流路１１４を内包した環状に形成され、吐出口１１２とエア抜き口１１３とを連通し、筐体１１の上端近傍において第１の流路１１４と連通する第２の流路１１５が形成されている。

また、吸入口１１１には、流体を一定方向に流し、逆流を防ぐ逆止弁（例えば、ボールバルブなど）である第１のバルブ１１６が設けられている。また、吐出口１１２、及びエア抜き口１１３には、駆動制御部２により駆動される第２のバルブ１１７及び第３のバルブ１１８がそれぞれ設けられている。これら第２のバルブ１１７及び第３のバルブ１１８の種類は、例えば、エアオペレートバルブなどである。

筐体１１の側面に開けられて作動流体スペース１４に通じる連結口には、シリンダー１５が連結され、その内部にピストン１６が配置されている。ピストン１６を駆動し、シリンダー１５から作動流体スペース１４に封入された作動流体を加圧及び減圧させることにより、チューブフラム１２が径方向に変形し、レジスト液は移送されることになる。上記ピストン１６の駆動を制御する構成が、駆動制御部２である。ピストン１６の種類は、ピストン（プランジャ）、ベローズ、ダイヤフラム等容積を変更できるものであれば良い。

次に、図２を参照して、本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプの吐出量の制御を説明する。図２は、チューブフラムポンプの吐出量の制御の機能ブロック図である。上記のようにチューブフラムポンプの吐出量の制御は、駆動制御部２によりなされる。

駆動制御部２は、主として、ピストン１６を駆動させるモータ２１と、チューブフラムポンプを制御するパルス制御信号を出力するコントローラ２２と、コントローラ２２から入力されたパルス制御信号を増幅してモータ２１に出力するモータ駆動機器２３と、コントローラ２２に制御情報を入力可能な入力部２４とから構成されている。ポンプ本体１は、タンク３からレジスト液を吸入しノズル４から吐出する。ノズル４から吐出されたレジスト液は、レジスト塗布装置５にセットされた基板６上に滴下される。なお、レジスト液の吐出量、その他、吐出時間、吸込み量、吸込み時間等は入力部２４から入力された設定値により、任意に設定可能とされている。

次に、図３及び図４を参照して、本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプの動作を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプの移送流体を吸入する状態を示す図であり、図４は、本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプの移送流体を吐出する状態を示す図である。

移送流体を吸入する場合、図３に示すように、コントローラ２２のパルス制御信号に基づき、ピストン１６の上端をシリンダー１５の下方に移動させることにより、作動流体スペース１４内の容積を増大させ、減圧させる。この減圧に伴い、チューブフラム１２は径方向に膨張し、ポンプ室１３内は減圧され、吸入口１１１より、移送流体が流入される。なお、上記吸入工程において、第２バルブ１１７及び第３バルブ１１８は、閉状態とされており、逆支弁の第１バルブ１１６により、吸入された移送流体は、吸入口１１１から逆流することはない。

上記吸入工程において、移送流体は、筐体１１の下端に設けられた吸入口１１１から第１の流路１１４を通り、筐体１１の上端近傍まで流れ、第２の流路１１５を介して、筐体１１の下端に設けられた吐出口１１２から吐出される。したがって、ポンプ室１３の上下方向に移送流体を流し、滞留させるので、この滞留時間内において、移送流体に混入した気体を、ポンプ室１３の上方に収集することができる。

移送流体を吐出する場合、図４に示すように、図３とは逆の制御が実行される。すなわち、コントローラ２２のパルス制御信号に基づき、ピストン１６の上端をシリンダ１５の上端近傍に移動させることにより、作動流体スペース１４内の容積を縮小させ、加圧させる。この加圧に伴い、チューブフラム１２は径方向に縮小し、ポンプ室１３内は加圧され、吐出口１１２より、移送流体が吐出される。なお、上記吐出工程において、第２バルブ１１７は、閉状態とされている。一方、第３バルブ１１８は開状態或いは閉状態のいずれの状態であってもよい。

上記吐出工程において、移送流体は、筐体１１の下端に設けられた吐出口１１２から吐出され、移送流体に混入した気体は、筐体１１の上端に設けられたエア抜き口１１３から排出される。したがって、吐出口１１２から吐出される移送流体に混入した気体を効率的に排気することができる。

また、吐出口１１２が筐体１１の下端に設けられているので、ポンプ本体１から移送流体を抜き取る際、ポンプ本体１を動かすことなく容易に移送流体を抜き取ることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、本実施形態に示したように作動流体スペース１４に減圧及び加圧を行うポンプは、容積式往復ポンプに限られることはなく、容積式回転ポンプ等であってもよい。

また、上記一実施形態と異なり、図５に示すポンプ本体１’のように、第１の流路１１４’の容量を第２の流路１１５の容量よりも大きく形成する構造がより好ましい。このような構造とすることにより、第１の流路１１４’を流れる移送流体の流速は、さらに遅くなるので、混入した気体の滞留時間を増加させ、より確実に移送流体に混入された気体を分離し、排気することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプのポンプ本体の断面図である。 本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプの吐出量の制御を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプのポンプ本体の移送流体を吸入する動作を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプのポンプ本体の移送流体を吐出する動作を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係るチューブフラムポンプのポンプ本体の断面図である。 従来のチューブフラムポンプのポンプ本体の移送流体を吐出する動作を説明する図である。

符号の説明

１…ポンプ本体、１１…筐体、１１１…吸入口、１１２…吐出口、１１３…エア抜き口、１１４…第１の流路、１１５…第２の流路、１１６…第１のバルブ、１１７…第２のバルブ、１１８…第３のバルブ、１２…チューブフラム、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…溝、１３…ポンプ室、１４…作動流体スペース、１５…シリンダー、１６…ピストン、１７…圧力センサ、１８…供給側流路、１８ａ…逆止弁、１９…排出側流路、１９ａ…逆止弁、２…駆動制御部、２１…モータ、２２…コントローラ、２３…モータ駆動機器、２４…入力部、３…タンク、４…ノズル、５…レジスト塗布装置、６…基板。

Claims (3)

1. 筐体内に同軸的に可撓性チューブを配置して、この可撓性チューブ内側を移送流体が移送されるポンプ室、外側を作動流体が充填される作動流体スペースとして構成されるチューブフラムポンプであって、
   移送流体を前記筐体外部から前記ポンプ室に吸入する吸入口と移送流体に混入した気体を排気するエア抜き口とを連通する第１の流路と、
   前記第１の流路を内包した環状に形成され、前記エア抜き口と移送流体を前記ポンプ室から前記筐体外部に吐出する吐出口とを連通し、前記第１の流路の上端部において当該第１の流路と連通する第２の流路とを備え、
   前記吸入口と前記吐出口とが前記ポンプ室の下方に設けられており、前記エア抜き口が前記ポンプ室の上方に設けられていることを特徴とするチューブフラムポンプ。
2. 前記第１の流路内の容量は、前記第２の流路内の容量よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のチューブフラムポンプ。
3. 前記吸入口と前記吐出口とが前記筐体の下端に設けられており、前記エア抜き口が前記第１の流路及び前記第２の流路の上端部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のチューブフラムポンプ。

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