JP5956920B2 - 液体供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、軸方向に往復動する複数のプランジャを同期させて駆動し、連続的に液体を吐出する液体供給装置に関する。
半導体ウエハや液晶用ガラス基板等の表面に、フォトレジスト液等の薬液を塗布するために、液体供給装置が使用されている。このような液体供給装置としては、例えば特許文献1に記載されるように、ポンプ室を膨張収縮させるベローズを有するタイプがある。ベローズを膨張収縮させるために、ピストンロッドつまりプランジャが軸方向に往復動自在に装着されたシリンジ本体を有し、間接液が封入されたシリンジ室をピストンロッドにより膨張収縮させることにより、ベローズを駆動するようにしている。
ピストンロッドを往復動させてポンプ動作を行うタイプの液体供給装置は、ピストン型ないしシリンジ型と言われており、シリンジ室を膨張させてフォトレジスト液等の薬液をシリンジ室に吸入し、シリンジ室を収縮させて液体を吐出させるようにすると、シリンジ室から吐出される液体を被塗布物に塗布するようにした形態となる。
特開2006−266250号公報
ピストンロッドを軸方向に往復動させてポンプ動作を行うようにした液体供給装置においては、ピストンロッドがシリンジ室を膨張させるときには、被塗布物に液体を供給することができない。従って、連続的に被塗布物に液体を供給するには、複数のピストンロッドを液体供給装置に取り付ける必要がある。
しかしながら、それぞれピストンロッドを有する複数のポンプを並列して配置すると、液体供給装置が大型となって、装置全体の大型化が避けられない。さらに、被塗布物に連続的に薬液等の液体を塗布するには、塗布開始から終了まで単位時間当たりの塗布量が変動しないように、複数のポンプの作動タイミングを高精度に設定する必要がある。
本発明の目的は、複数のポンプを有し連続的に液体を被塗布物に供給することができる液体供給装置を提供することにある。
本発明の液体供給装置は、複数のポンプ室を有し、前記ポンプ室を異なったタイミングで膨張収縮することにより連続的に液体を吐出する液体供給装置であって、それぞれ前記ポンプ室を膨張収縮させる複数の駆動ロッドが軸方向に往復動自在に装着されるポンプブロックと、軸方向中央部に駆動ローラが装着されるとともに両端部に案内ローラが装着され、それぞれの前記駆動ロッドの基端部に前記駆動ロッドに対して直交方向に装着されるシャフトと、前記ポンプブロックに取り付けられ、それぞれ前記案内ローラの軸方向移動を案内するガイド溝が設けられた複数のガイドブロックと、前記ポンプブロックに回転自在に装着される回転軸に設けられ、それぞれの前記駆動ローラを位相をずらして軸方向に駆動する連動部材とを、有し、前記ガイドブロックは、前記駆動ロッドが貫通するロッド用の貫通孔を有し前記ポンプブロックに締結される基部と、当該基部にそれぞれ設けられ前記ガイド溝を形成するガイド突起とを有する
この液体供給装置は、複数の駆動ロッドを軸方向に駆動するとともに軸方向の駆動タイミングをずらすことにより、連続的に液体を供給することができる。駆動ロッドに設けられたシャフトの中央部には、カム面に接触する駆動ローラが設けられ、シャフトの両端部に設けられた案内ローラがガイドブロックに設けられたガイド溝に案内されるので、連動部材により駆動ロッドを軸方向に往復動する際に、駆動ロッドが傾斜することがなく、円滑にポンプ駆動することができ、塗布開始から終了まで一定の塗布流量で液体を供給することができる。
液体供給装置の縦断面図である。 図1におけるA−A線断面図である。 図2の平面図である。 図1におけるB−B線断面図である。 図2におけるC−C線断面図である。 図1に示された2つの駆動ロッドのうちの一方を示す斜視図である。 図1に示された2つのガイドブロックのうちの一方を示す斜視図である。 組み付けられた状態の駆動ロッドとガイドブロックとを示す斜視図である。 図1に示されたカム部材のカム面を示す展開図である。 液体供給装置の変形例を示す縦断面図である。 図10におけるD−D線断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1〜図3に示されるように、液体供給装置10は、それぞれ底付きの複数のポンプ室11a,11bが形成されたシリンジ本体つまりシリンダブロック12を有している。シリンダブロック12にはピストンつまりプランジャ13a,13bが軸方向に往復動自在に相互に平行となって装着され、それぞれのポンプ室11a,11bはプランジャ13a,13bにより区画されている。シリンダブロック12には、図3に示されるように、ポンプ室11a,11bに連通させて吸入ポート14a,14bと、吐出ポート15a,15bが設けられている。それぞれの吸入ポート14a,14bには吸入側配管16の分岐部16a,16bが接続されており、それぞれの吐出ポート15a,15bには吐出側配管17の分岐部17a,17bが接続されている。
吸入側配管16は、図2に示されるように、薬液等の液体Lを収容する液体タンク18に接続されており、吐出側配管17は、液体Lを吐出する塗布ノズル19に接続されている。プランジャ13a,13bがポンプ室11a,11bの底面から離れる方向に後退移動すると、それぞれのポンプ室11a,11bは膨張し、プランジャ13a,13bが逆方向に前進移動すると、それぞれのポンプ室11a,11bは収縮する。吸入側配管16の分岐部16a,16bには、逆止弁21a,21bが設けられている。それぞれの逆止弁21a,21bは、ポンプ室11a,11bが膨張するときに液体タンク18内の液体をポンプ室11a,11bに案内し、収縮するときにはポンプ室11a,11b内から液体が液体タンク18に向けて逆流するのを阻止する。吐出側配管17の分岐部17a,17bには、逆止弁22a,22bが設けられている。それぞれの逆止弁22a,22bは、ポンプ室11a,11bが収縮するときにはポンプ室11a,11b内の液体を塗布ノズル19に案内し、膨張するときには塗布ノズル19からポンプ室11a,11b内への液体の逆流を阻止する。
一方のプランジャ13aを前進移動させ、同時に他方のプランジャ13bを後退移動させると、ポンプ室11a内の液体が塗布ノズル19に向けて吐出され、同時に液体タンク18内の液体がポンプ室11bに吸入される。プランジャ13aが前進限位置まで駆動され、プランジャ13bが後退限位置まで駆動された後に、それぞれのプランジャ13a,13bを軸方向に逆転させて移動させると、ポンプ室11b内の液体が塗布ノズル19に向けて吐出され、ポンプ室11a内には液体が吸入される。このように、2つのプランジャ13a,13bを位相をずらして異なったタイミングで直線往復動させると、2つのポンプ室11a,11bが交互に膨張収縮されて、液体タンク18内の液体が塗布ノズル19に向けて連続的に供給される。図示する液体供給装置10は、シリンダブロック12には2つのポンプ室11a,11bが設けられ、ポンプ室に対応させて2つのプランジャがシリンダブロックに設けられているが、シリンダブロック12に、3つまたはそれ以上の複数のポンプ室を設けるとともにプランジャを設けるようにしても、それぞれのプランジャの軸方向移動のタイミングを異ならせることにより、塗布ノズル19から連続的に液体を被塗布物に供給することができる。
シリンダブロック12にはポンプブロック23が取り付けられており、ポンプブロック23は図示しないねじ部材によりシリンダブロック12に着脱自在となっている。ポンプブロック23には、それぞれのプランジャ13a,13bと同軸となって駆動ロッド24a,24bが軸方向に往復動自在に装着されている。駆動ロッド24a,24bの軸方向移動を案内するために、ポンプブロック23にはブッシュ20a,20bが取り付けられている。駆動ロッド24a,24bとシリンダブロック12によりポンプが構成されており、この液体供給装置10は2つのポンプを有している。ポンプブロック23の先端部側には、プランジャ13a,13bの基端部が入り込むばね室25a,25bが形成され、駆動ロッド24a,24bの先端部は、ばね室25a,25bに突出している。駆動ロッド24a,24bの先端部に形成された凹部26a,26bには、プランジャ13a,13bの基端部に設けられた小径凸部27a,27bが挿入され、小径凸部27a,27bの先端面は、凹部26a,26bの底面に突き当てられている。このように、プランジャ13a,13bは駆動ロッド24a,24bに着脱自在つまり分離自在に連結され、シリンダブロック12はポンプブロック23に着脱自在となっている。プランジャ13a,13bは駆動ロッド24a,24bに着脱自在となっているので、いずれも交換自在となっている。これにより、プランジャ13a,13bとシリンダブロック12との摺動部が摩耗した場合には、プランジャ13a,13bとシリンダブロック12の少なくともいずれか一方を交換することができる。
図6は2つの駆動ロッド24a,24bの一方の基端部側を示す斜視図である。駆動ロッド24aの基端部には、第1の突起部28aと第2の突起部29aとが設けられている。両方の突起部28a,29aに、駆動ロッド24aの径方向を向いて設けられた第1(シャフト用)の貫通孔31aには、シャフト32aが装着される。シャフト32aの軸方向中央部には、駆動ローラ33aが回転自在に装着され、この駆動ローラ33aは2つの突起部28a,29aの間に形成される収容溝34a内に配置される。シャフト32aの両端部には案内ローラ35aが回転自在に装着され、2つの案内ローラ35aは駆動ロッド24aの外周面よりも径方向外方に迫り出している。駆動ローラ33a,33bの外径は案内ローラ35a,35bの外径よりも大きい。
他の駆動ロッド24bの基端部も、駆動ロッド24aと同様の構造となっており、第1の突起部28bと第2の突起部29bとが設けられている。両方の突起部28b,29bに、駆動ロッド24bの径方向を向いて設けられた第1の貫通孔31bには、シャフト32bが装着される。シャフト32bの軸方向中央部には、駆動ローラ33bが回転自在に装着され、この駆動ローラ33bは2つの突起部28b,29bの間に形成される収容溝34b内に配置される。シャフト32bの両端部には案内ローラ35bが回転自在に装着され、2つの案内ローラ35bは駆動ロッド24bの外周面よりも径方向外方に迫り出している。図1および図6に示されるように、それぞれのシャフト32a,32bは駆動ロッド24a,24bの軸方向に対して直交方向となって駆動ロッド24a,24bの基端部に装着される。駆動ローラ33a,33bおよび案内ローラ35a,35bとしては、滑り軸受またはボール軸受が使用される。
ポンプブロック23の基端部側には、図1に示されるように、カム収容室36が形成されている。それぞれの駆動ロッド24a,24bを案内ローラ35a,35bを介して軸方向に案内するガイドブロック37a,37bがカム収容室36に配置され、それぞれのガイドブロック37a,37bはポンプブロック23に取り付けられている。
図7は2つのガイドブロック37a,37bの一方の基端部側を示す斜視図である。図7に示されるように、一方のガイドブロック37aは、駆動ロッド24aが貫通する第2(ロッド用)の貫通孔38aが形成された基部41aと、この基部41aから軸方向に突出する4つのガイド突起42aとを有している。ガイド突起42aは2つで一対となって、二対設けられており、対となったガイド突起42aには、シャフト32aに設けられた案内ローラ35aを軸方向に案内するガイド溝43aが設けられている。それぞれのガイド溝43aに対して円周方向にずらしてガイドブロック37aに設けられた切欠き部44aには、ねじ部材45aが配置され、このねじ部材45aによりガイドブロック37aはポンプブロック23に締結される。
他方のガイドブロック37bもガイドブロック37aと同様の構造となっており、ガイドブロック37bは、駆動ロッド24bが貫通する第2の貫通孔38bが形成された基部41bと、この基部41bから軸方向に突出する4つのガイド突起42bとを有している。ガイド突起42bには、シャフト32bに設けられたそれぞれの案内ローラ35bを軸方向に案内するガイド溝43bが設けられている。それぞれのガイド溝43bに対して円周方向にずらしてガイドブロック37bに設けられた切欠き部44bには、ねじ部材45bが配置され、このねじ部材45bによりガイドブロック37bはポンプブロック23に締結される。
図8は、駆動ロッド24a,24bをガイドブロック37a,37bに組み付けた状態を示す斜視図であり、駆動ローラ33a,33bは駆動ロッド24a,24bの中心軸の位置に配置され、シャフト32a,32bの両端に設けられた案内ローラ35a,35bは、それぞれガイド溝43a,43bの中に収容される。案内ローラ35a,35bは、ガイド溝43a,43bの中を軸方向に往復動可能であり、ガイド溝43a,43bは駆動ロッド24a,24bの往復動を許容するが、駆動ロッド24a,24bの回転を許容しない。
ポンプブロック23には、図1に示されるように、駆動ブロック46が装着される。駆動ブロック46には、回転軸としてのカム軸47が回転自在に設けられる。カム軸47は2つの駆動ロッド24a,24bの間に、これらに平行となって駆動ブロック46に設けられる。カム軸47の先端部はポンプブロック23に設けられる軸受48に支持され、カム軸47の基端部は、駆動ブロック46に設けられる軸受49に支持される。カム軸47には、連動部材として円板形状のカム部材51が設けられ、このカム部材51の端面には、2つの駆動ローラ33a,33bが接触するカム面52が設けられており、カム部材51は端面カムとなっている。カム部材51は、図1および図2に示されるように、カム軸47に一体となっているが、カム部材51とカム軸47とを別部材として、カム部材51をカム軸47に固定するようにしても良い。
図4および図5に示されるように、2つのガイドブロック37a,37bは、カム軸47を中心に円周方向に180度ずらしてポンプブロック23に取り付けられている。
図9はカム部材51のカム面52の展開図である。カム面52は、先端側の境界部53と後端側の境界部54とこれらの境界部53,54の間に設けられた第1の傾斜面55と、この傾斜面55に対して逆方向に傾斜した第2の傾斜面56とを有している。図9において、符号Sは両方の駆動ローラ33a,33bの軸方向の往復動ストロークを示す。
このように、駆動ローラ33a,33bをシャフト32a,32bの中央部に設け、シャフト32a,32bの両端部に案内ローラ35a,35bを設けると、カム面52に接触した駆動ローラ33a,33bがカム軸47の回転に伴って円周方向外力を受けても、案内ローラ35a,35bがガイド溝43a,43bにより案内され、駆動ロッド24a,24bが軸方向だけに移動する。従って、駆動ロッド24a,24bは傾斜することなく、円滑に軸方向に往復動することになる。これにより、ポンプ動作の精度が高められる。
カム軸47を回転駆動するために、図1および図2に示されるように、駆動ブロック46には駆動手段として電動モータ57が取り付けられており、電動モータ57の主軸58はジョイント部材59によりカム軸47に連結されている。プランジャ13a,13bに対して後退方向のばね力を付勢するために、プランジャ13a,13bにはばね部材として圧縮コイルばね61a,61bが装着されている。圧縮コイルばね61a,61bのばね力により、駆動ローラ33a,33bにはカム面52に向かう方向の押圧力が加えられている。それぞれの圧縮コイルばね61a,61bの一端部は、プランジャ13a,13bに設けられたフランジ部62a,62bに当接し、他端部はシリンダブロック12の後端面に当接している。
カム軸47を電動モータ57により回転駆動すると、それぞれの駆動ローラ33a,33bがカム面52に沿って転動する。回転の半周期では、一方の駆動ロッドはコイルばねによる押圧力に抗して前進駆動され、他方の駆動ロッドは押圧力により後退駆動される。後の半周期では、一方の駆動ロッドは押圧力により後退駆動され、他方の駆動ロッドはコイルばねによる押圧力に抗して前進駆動される。図2および図9は、それぞれの駆動ローラ33a,33bが傾斜面55,56に接触し、駆動ロッド24a,24bが軸方向の往復動ストロークの中央部となっている状態を示す。カム軸47が図2において矢印で示す方向に回転駆動されると、駆動ロッド24aはばねの押圧力に抗して前進駆動され、駆動ロッド24bはばね力により後退駆動される。
駆動ロッド24aが前進駆動されると、ポンプ室11a内の液体は、逆止弁22aを介して吐出側配管17に吐出され、塗布ノズル19に液体が供給される。このときには駆動ロッド24bが後退駆動されて、液体タンク18内の液体Lが逆止弁21bを介してポンプ室11b内に吸引される。カム軸47の回転に伴ってそれぞれの駆動ローラ33a,33bが境界部53,54を通過すると、駆動ロッド24aが後退駆動され、駆動ロッド24bが前進駆動される。これにより、カム軸47が連続的に回転駆動されると、2つの駆動ロッド24aが相互に逆方向に、つまり逆位相となって連続的に駆動され、塗布ノズル19には液体タンク18内の液体が連続的に供給される。
カム部材51は円板形状の部材の端面にカム面52が設けられた端面カムであり、押圧手段としての圧縮コイルばね61a,61bにより駆動ローラ33a,33bにはカム面52に向かう押圧力が加えられているので、カム部材51に駆動ローラ33a,33bが係合するカム溝を設けるようにした確動カムをカム部材51とした場合に比して、液体供給装置10を小型化することができる。ただし、カム部材として円板形状の部材の外周面にカム面52を設けた円板カムを用いるようにしても良い。円板カムを用いる形態においては、両方の駆動ローラ33a,33bに対応させて2つの円板カムがカム収容室36内に配置され、それぞれの円板カムの回転中心は駆動ロッド24a,24bの中心軸に対して直角方向となる。
図10は液体供給装置の変形例を示す縦断面図であり、図11は図10におけるD−D線断面図である。図10および図11において、上述した部材と共通の機能を有する部材には、同一の符号が付されている。
シリンダブロック12には、弾性変形自在の仕切り部材として樹脂製のチューブ63a,63bが装着されている。チューブ63aの一端部は、吸入ポート14aが設けられたジョイント部材64aに装着され、チューブ63aの他端部は、吐出ポート15aが設けられたジョイント部材65aに装着されている。チューブ63aが設けられている部屋は、チューブ63aによりその内側のポンプ室11aと外側の駆動室66aとに仕切られている。駆動室66aはシリンダブロック12に軸方向に往復動自在に装着されたプランジャ13aにより区画されており、駆動室66a内には液体等のように非圧縮製の間接作動媒体Mが充填されている。
他のチューブ63bもチューブ63aと同様に、両端部にはジョイント部材が装着されている。チューブ63bが設けられている部屋は、チューブ63bによりその内側のポンプ室11bと外側の駆動室66bとに仕切られている。駆動室66bには間接作動媒体Mが充填されている。
したがって、図10および図11に示した液体供給装置10においては、駆動ロッド24a,24bによるプランジャ13a,13bの往復動により、それぞれのポンプ室11a,11bは間接作動媒体Mを介して膨張収縮される。この液体供給装置10においても、プランジャ13a,13bとシリンダブロック12の少なくもといずれか一方を交換することができる。
それぞれの液体供給装置10においては、シリンダブロック12に設けられたプランジャ13a,13bに駆動ロッド24a,24bを連結するようにしているが、プランジャ13a,13bの部分が一体となった駆動ロッド24a,24bとすることも可能である。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、プランジャの本数としては2本に限られるとなく、3本あるいはこれ以上としても良い。
10 液体供給装置
11a,11b ポンプ室
12 シリンダブロック
13a,13b プランジャ
14a,14b 吸入ポート
15a,15b 吐出ポート
16 吸入側配管
17 吐出側配管
18 液体タンク
19 塗布ノズル
21a,21b 逆止弁
22a,22b 逆止弁
23 ポンプブロック
24a,24b 駆動ロッド
28a,28b 第1の突起部
29a,29b 第2の突起部
31a,31b 貫通孔
32a,32b シャフト
33a,32b 駆動ローラ
35a,35b 案内ローラ
37a,37b ガイドブロック
38a,38b 貫通孔
41a,41b 基部
42a,42b ガイド突起
43a,43b ガイド溝
44a,44b 切欠き部
45a,45b ねじ部材
46 駆動ブロック
47 カム軸(回転軸)
51 カム部材(連動部材)
52 カム面
57 電動モータ
58 主軸
61a,61b 圧縮コイルばね
63a,63b チューブ
64a,65a ジョイント部材
66a,66b 駆動室

Claims (10)

  1. 複数のポンプ室を有し、前記ポンプ室を異なったタイミングで膨張収縮することにより連続的に液体を吐出する液体供給装置であって、
    それぞれ前記ポンプ室を膨張収縮させる複数の駆動ロッドが軸方向に往復動自在に装着されるポンプブロックと、
    軸方向中央部に駆動ローラが装着されるとともに両端部に案内ローラが装着され、それぞれの前記駆動ロッドの基端部に前記駆動ロッドに対して直交方向に装着されるシャフトと、
    前記ポンプブロックに取り付けられ、それぞれ前記案内ローラの軸方向移動を案内するガイド溝が設けられた複数のガイドブロックと、
    前記ポンプブロックに回転自在に装着される回転軸に設けられ、それぞれの前記駆動ローラを位相をずらして軸方向に駆動する連動部材とを、有し、
    前記ガイドブロックは、前記駆動ロッドが貫通するロッド用の貫通孔を有し前記ポンプブロックに締結される基部と、当該基部にそれぞれ設けられ前記ガイド溝を形成するガイド突起とを有する液体供給装置。
  2. 請求項1記載の液体供給装置において、前記駆動ロッドが前記ポンプブロックに2つ設けられ、前記連動部材により一方の前記ポンプ室を収縮させて当該ポンプ室から液体を吐出するときに、他方の前記ポンプ室を膨張させて当該ポンプ室に液体を吸引する液体供給装置。
  3. 請求項1または2記載の液体供給装置において、それぞれの前記駆動ロッドの基端部に、前記駆動ローラを収容する収容溝を形成する第1の突起部と第2の突起部とを設け、それぞれの前記第1の突起部と前記第2の突起部に前記シャフトが貫通するシャフト用の貫通孔を設けた液体供給装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の液体供給装置において、前記ガイドブロックは前記ガイド溝に対して円周方向にずらして設けられる切欠き部を有し、前記ガイドブロックを前記ポンプブロックに締結するねじ部材を前記切欠き部に配置した液体供給装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体供給装置において前記基部にそれぞれ前記ガイド溝を形成する二対の前記ガイド突起を設けた液体供給装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体供給装置において、複数の前記ポンプ室が形成されたシリンダブロックを有し、前記駆動ロッドに連結され前記シリンダブロックに軸方向に往復動自在に装着されて前記ポンプ室を区画するプランジャを設けた液体供給装置。
  7. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体供給装置において、間接作動媒体が充填される駆動室と前記ポンプ室とを仕切る複数の弾性変形自在の仕切り部材が設けられたシリンダブロックを有し、前記駆動ロッドに連結され前記シリンダブロックに軸方向に往復動自在に装着されて前記駆動室を区画するプランジャを設けた液体供給装置。
  8. 請求項6または7記載の液体供給装置において、前記シリンダブロックは前記ポンプブロックに着脱自在に装着され、それぞれの前記プランジャは前記駆動ロッドに着脱自在に連結され、前記プランジャと前記シリンダブロックの少なくとも一方を交換自在とした液体供給装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の液体供給装置において、前記連動部材は円板形状のカム部材の端面に前記駆動ローラが接触するカム面が形成された端面カムである液体供給装置。
  10. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の液体供給装置において、前記連動部材は円板形状のカム部材の外周面に前記駆動ローラが接触するカム面が形成された円板カムである液体供給装置。
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