JP7357179B2

JP7357179B2 - 液体供給装置

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Publication number: JP7357179B2
Application number: JP2023127627A
Authority: JP
Inventors: 裕之村岡
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2023-08-04
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2041-07-30
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Description

本発明は液体を被塗布物に供給する液体供給装置に関する。

液体供給装置は、半導体集積回路装置や液晶パネル等の技術分野においては、フォトレジスト液等の液体を被塗布物に供給するために使用されており、電解液を用いる二次電池を製造する場合には、電池容器の内部に電解液を供給するために使用されている。

このような液体供給装置としては、特許文献１に記載されるように、径方向に弾性変形自在の可撓性部材としてのチューブフラムが組み込まれたポンプケースと、軸方向に伸縮自在の可撓性部材としてのベローズが組み込まれたベローズケースとを有するものがある。チューブフラム内のポンプ室の一次側ポートは液体タンクに接続され、ポンプ室の二次側ポートは液体吐出部に接続される。ポンプケース内のポンプ収容室とベローズケース内の媒体収容室とに連通させて非圧縮性の液体からなる液媒体が充填されており、ベローズを伸縮することにより、液媒体を介してポンプ室が膨張収縮し、液体タンク内の液体は液体吐出部から吐出される。

特開２０１２－１６２２６９号公報

特許文献１に記載されるように、ポンプケースに組み込まれたチューブフラムと、ベローズケースに組み込まれたベローズとを有し、ベローズの伸縮動作により液媒体を介してチューブフラムをポンプ動作させるようにした液体供給装置においては、液体をチューブ内のポンプ室に吸引するときにはベローズは収縮される。これにより、ポンプケースのポンプ収容室内の液媒体は、ベローズケース内の媒体収容室に吸入されてチューブフラムは径方向に膨張される。一方、ポンプ室内に吸入された液体を液体吐出部に吐出するときにはベローズは伸張される。これにより、ベローズケース内の媒体収容室の液媒体は、ポンプケースのポンプ収容室内に供給されてチューブフラムは収縮される。このように、２つの可撓性部材を備えた液体供給装置においては、両方の可撓性部材によりポンプ動作が行われる。

ベローズを伸張させて液媒体を介してチューブフラムを収縮させることにより、ポンプ室から液体を吐出するときには、ベローズの蛇腹部の外面には液媒体により、正圧力が加えられる。一方、蛇腹部の内側の容積が増加することにより、蛇腹部の内面は負圧状態となる。ベローズの蛇腹部の外面の正圧と内面の負圧との圧力差が所定値を超えると、蛇腹部の外径が小さくなる方向に変形される。一方、ベローズを収縮させて液媒体を介してチューブを膨張させることにより、ポンプ室に液体を注入するときには、ベローズの蛇腹部の外面は負圧状態となる。一方、蛇腹部の内側の容積が減少することにより、蛇腹部の内面は正圧力が加えられる。ベローズの蛇腹部の外面の負圧と内面の正圧との圧力差が所定値を超えると、蛇腹部の外径が大きくなる方向に変形される。

このため、チューブフラムを収縮させてポンプ室から液体を外部に吐出するときにベローズの伸張ストロークに応じた吐出量が設定値と相違し、チューブフラムを膨張させてポンプ室内に液体を注入するときに、ベローズの収縮ストロークに応じた吸入量が設定値と相違することが考えられる。このように、ベローズの伸張時と収縮時とで蛇腹部の径方向の有効径が相違してしまうと、ポンプ室から液体吐出口に向けて高精度で液体を吐出させることができなくなり、液体の吐出精度が低下する。

また、ポンプ室に液体を注入するためにベローズを収縮させるときには、蛇腹部の外面が内面よりも低い圧力となると、蛇腹部の内側の空気室の空気が樹脂材料のベローズを透過して液媒体に混入するおそれがある。液媒体に空気が混入すると、ポンプ室からの液体の吐出精度が低下する。このような吐出精度の低下は、ベローズやダイヤフラムをポンプ室と空気室とを仕切る可撓性部材としてポンプ動作を行う液体供給装置においても同様に発生することがある。

本発明の目的は、可撓性部材によりポンプ動作を行う液体供給装置において、可撓性部材の内外の圧力差が大きくなるのを抑制し、液体の吐出精度を高めることにある。

１つの形態の液体供給装置は、ポンプケース内に配置されてポンプ室とポンプ収容室とを仕切る第１の可撓性部材を備え、前記ポンプ室の容積を増加させて液体をポンプ室に注入し、前記ポンプ室の容積を減少させて前記ポンプ室内の液体を外部に吐出する液体供給装置であって、前記ポンプ収容室と連通する媒体収容室と空気室とを仕切る第２の可撓性部材を備える媒体収容ケースと、前記ポンプ収容室および前記媒体収容室に充填される液媒体と、前記第２の可撓性部材に取り付けられるロッドを、前記媒体収容室から前記ポンプ収容室に前記液媒体を供給する吐出方向と前記ポンプ収容室から前記媒体収容室に前記液媒体を戻す注入方向とに往復動する駆動部材と、前記ロッドを注入方向に駆動して前記空気室の容積が減少したときに前記空気室の圧力を低下させる圧力調整機構と、を有する。

他の１つの形態の液体供給装置は、ポンプケース内に配置されてポンプ室と空気室とを仕切る可撓性部材を備え、前記ポンプ室の容積を増加させて液体をポンプ室に注入し、前記ポンプ室の容積を減少させて前記ポンプ室内の液体を外部に吐出する液体供給装置であって、前記可撓性部材に取り付けられるロッドを、前記ポンプ室内の液体を外部に吐出する吐出方向と前記ポンプ室に液体を注入する注入方向とに往復動させる駆動部材と、前記ロッドを注入方向に移動して前記空気室の容積が減少したときに前記空気室の圧力を低下させる圧力調整機構と、を有する。

第１と第２の可撓性部材によりポンプ動作を行う液体供給装置においては、第１の可撓性部材によりポンプ室の容積を増加させてポンプ室に液体を注入するとき、第２の可撓性部材の外面と接する媒体収容室の圧力が低下する。一方、圧力調整機構により第２の可撓性部材の内面と接する空気室内の圧力は、媒体収容室の圧力または第２の可撓製部材の収縮に対応させて低下する。これにより、媒体収容室と空気室の圧力差が小さくなるので、空気室内の空気が第２の可撓性部材を透過して媒体駆動室内に混入するおそれを抑制することができるとともに空気室の容積が大きくなる方向に過度に変形することが抑制され、ポンプ特性を長期間にわたって高精度に維持することができる。

ポンプ室と空気室とを仕切る可撓性部材によりポンプ動作を行う液体供給装置においては、ポンプ室の容積を増加させてポンプ室に液体を注入するときには、ポンプ室の圧力が空気室に対して低下するが、圧力調整機構によりポンプ室に対応させて空気室の圧力が低下される。これにより、ポンプ室と空気室の圧力差が小さくなるので、空気室内の空気が可撓性部材を透過して媒体駆動室内に混入するおそれを抑制することができるとともに空気室の容積が大きくなる方向に過度に変形することが抑制され、ポンプ特性を長期間にわたって高精度に維持することができる。

一実施の形態である液体供給装置を示す断面図であり、第１の可撓性部材としてのチューブフラムを径方向に膨張させてポンプ室に液体を注入した状態を示す。チューブフラムを径方向に収縮させてポンプ室から液体を外部に吐出した状態における液体供給装置を示す断面図である。図１および図２に示された調圧ピストンを示す拡大断面図である。他の実施の形態である液体供給装置を示す断面図である。図４に示された空気圧制御機器の空気圧回路図である。他の実施の形態である液体供給装置を示す断面図である。さらに他の実施の形態である液体供給装置を示す断面図である。図６および図７に示された液体供給装置における圧力調整機構の空気圧回路図である。

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に示される液体供給装置１０ａは、ポンプ１１とポンプ駆動ユニット１２とを備えている。ポンプ１１は長手方向に貫通する収容孔１３が形成されたポンプケース１４を有し、第１の可撓性部材としてのチューブフラム１５がポンプケース１４内に配置される。チューブフラム１５は、フッ素樹脂等の樹脂材料により成形され、径方向に弾性変形自在の可撓性ポンプ部材である。チューブフラム１５により内側のポンプ室１６と外側のポンプ収容室１７とに仕切られている。流入側継手１８がポンプケース１４の一端部に設けられ、流出側継手１９がポンプケース１４の他端部に設けられている。

流入側継手１８を流入側配管２１により液体タンク２２に接続し、流出側継手１９を流出側配管２３により液体吐出部２４に接続すると、液体タンク２２内の液体Ｌを液体吐出部２４から吐出することができる。液体吐出部２４から吐出された液体は、図示しない被塗布物に供給される。液体タンク２２内の液体Ｌは、チューブフラム１５を径方向に膨張させてポンプ室１６の容積を増加させるとポンプ室１６内に注入され、チューブフラム１５を径方向に収縮させてポンプ室１６の容積を減少させるとポンプ室１６内の液体Ｌは液体吐出部２４に向けて外部に吐出される。

逆止弁２５が流入側配管２１に設けられている。逆止弁２５は、ポンプ室１６の容積を増加させたときに、液体タンク２２内の液体Ｌが流入側配管２１を介してポンプ室１６に向けて流れるのを許容し、ポンプ室１６の容積を減少させたときに、流入側配管２１内の液体が液体タンク２２に逆流するのを阻止する。逆止弁２６が流出側配管２３に設けられている。逆止弁２６は、ポンプ室１６の容積を減少させたときに、ポンプ室１６の液体Ｌが流出側配管２３を介して液体吐出部２４に向けて流れるのを許容し、ポンプ室１６の容積を増加させたときに、流出側配管２３内の液体Ｌがポンプ室１６に向けて逆流するのを阻止する。なお、それぞれの逆止弁２５、２６に代えて、流入側配管２１と流出側配管２３に電磁操作式や空気圧操作式の開閉弁を設け、チューブフラム１５の膨張収縮のポンプ動作に合わせて開閉弁の作動を制御するようにしてもよい。

ポンプ駆動ユニット１２は媒体収容ケース２８を有している。第２の可撓性部材としてのベローズ３１が媒体収容ケース２８に装着され、ベローズ３１は蛇腹部３１ａとこれの一端部に設けられる端板部３１ｂと他端部に設けられる環状の基端部３１ｃとを有し、フッ素樹脂等の樹脂材料により一体に形成されている。蛇腹部３１ａは軸方向に弾性変形自在である。

ベローズ３１は外側の媒体収容室３２と内側の空気室３３とを仕切っている。ベローズ３１は全体として軸方向に伸縮自在の可撓性仕切部材である。媒体収容室３２は、ポンプケース１４と媒体収容ケース２８に形成された連通孔３４によりポンプ収容室１７に連通している。ポンプ収容室１７と媒体収容室３２には、液体からなる液媒体Ｍが充填されており、液媒体Ｍはポンプ収容室１７と媒体収容室３２の間を、連通孔３４を介して移動することができる。なお、ポンプ１１をポンプ駆動ユニット１２に取り付けることなく、これらを分離することもできる。その場合には、ポンプ１１と媒体収容ケース２８との間には、液媒体Ｍを案内する媒体配管が接続される。

端板３５を備えたシリンダ３６が媒体収容ケース２８に取り付けられ、ベローズ３１の基端部３１ｃは端板３５と媒体収容ケース２８との間で挟持される。シリンダ３６にはロッド４４と電動モータ４６とを備えた駆動機構２７が装着され、ロッド４４は駆動機構２７により往復動される。シリンダ３６の開口端には、連結板３７が装着され、軸受３８が装着される支持板３９は側板４１を介して連結板３７に取り付けられている。端板３５に形成された貫通孔４２と、連結板３７に形成された貫通孔４３を貫通して軸方向に往復動自在にロッド４４が配置され、ロッド４４の先端に設けられた雄ねじ部４５がベローズ３１の端板部３１ｂにねじ結合されている。

ロッド４４を軸方向に往復動するために、電動モータ４６が台座４７を介して支持板３９に取り付けられ、電動モータ４６の主軸４８はカップリング４９により送りねじ軸５１に連結されている。送りねじ軸５１の基端部は軸受３８に回転自在に支持され、送りねじ軸５１の先端部はロッド４４に形成された収容孔５２に突出している。収容孔５２の内径は送りねじ軸５１の外径よりも大径である。送りねじ軸５１はボールねじであり、送りねじ軸５１にボールを介してナット５３がねじ結合される。ナット５３はホルダー５４に取り付けられており、ホルダー５４はロッド４４の基端部に固定されている。ガイドロッド５５がホルダー５４を軸方向に貫通しており、ガイドロッド５５の一端部は連結板３７に固定され、他端部は支持板３９に固定されている。ホルダー５４は、回転することなく、ガイドロッド５５に案内されて軸方向に移動する。なお、図１および図２においては、ガイドロッド５５は１本のみが示されているが、複数本のガイドロッド５５が駆動機構２７に設けられている。

駆動部材としての電動モータ４６を駆動すると、送りねじ軸５１によりナット５３およびホルダー５４を介してロッド４４が軸方向に移動される。これにより、ベローズ３１が軸方向に伸縮される。図１はチューブフラム１５が径方向に膨張した状態であり、この状態のもとで、電動モータ４６により送りねじ軸５１を一方向に回転させると、ロッド４４はベローズ３１を伸張する方向に移動し、ベローズ３１が伸長する。ベローズ３１が伸張すると、図２に示されるように、端板部３１ｂが媒体収容室３２の容積を減少し、媒体収容室３２内の液媒体Ｍはポンプ収容室１７に向けて流入される。ポンプ収容室１７内に液媒体Ｍが流入すると、チューブフラム１５は径方向に収縮し、ポンプ室１６内に既に液体タンク２２から吸入された液体Ｌは外部の液体吐出部２４に向けて吐出される。このときには、ポンプ室１６内の液体が流入側配管２１へ逆流することが逆止弁２５により阻止される。

一方、図２に示されるように、チューブフラム１５が径方向に収縮した状態のもとで、電動モータ４６により送りねじ軸５１を上述とは逆方向に回転させると、ロッド４４はベローズ３１を軸方向に収縮する方向に移動し、ベローズ３１が収縮する。ベローズ３１が収縮すると、図１に示されるように、媒体収容室３２の容積が増加し、ポンプ収容室１７内の液媒体Ｍは媒体収容室３２に向けて流入する。ポンプ収容室１７内の液媒体Ｍが媒体収容室３２に向けて流入すると、チューブフラム１５は径方向に膨張し、ポンプ室１６内に液体タンク２２から液体Ｌが吸入される。このときには、流出側配管２３内の液体がポンプ室１６に向けて逆流することが逆止弁２６により阻止される。

このように、ロッド４４は、駆動部材としての電動モータ４６により、媒体収容室３２からポンプ収容室１７に液媒体Ｍを供給する吐出方向と、ポンプ収容室１７から媒体収容室３２に液媒体Ｍを戻す吸入方向とに往復動される。チューブフラム１５を径方向に膨張させると、液体タンク２２内の液体Ｌがポンプ室１６に吸入され、チューブフラム１５を径方向に収縮させると、ポンプ室１６内の液体Ｌが外部に吐出される。

ベローズ３１を軸方向に収縮させて液媒体Ｍを介してチューブフラム１５を径方向に膨張させることにより、ポンプ室１６に液体タンク２２から液体Ｌを吸入するときには、ベローズ３１の蛇腹部３１ａの外面は内面よりも低い圧力になる。このため、ベローズ３１を軸方向に収縮させる時には、蛇腹部３１ａの平均有効径が大きくなるように、径方向に僅かに変形する可能性がある。蛇腹部３１ａの平均有効径が大きくなる方向に変化すると、ポンプ室１６内に所定量の液体が注入されなくなり、ポンプ室１６からの液体吐出精度が低下するおそれがある。さらに、蛇腹部３１ａの外面が内面よりも低い圧力となると、空気室３３内の気体が樹脂材料のベローズ３１を透過して、液媒体Ｍに混入するおそれがある。液媒体Ｍに外気が混入すると、ポンプ室１６からの液体吐出精度が低下する。

一方、ベローズ３１を軸方向に伸張させて液媒体Ｍを介してチューブフラム１５を収縮させることにより、ポンプ室１６から液体Ｌを流出側配管２３内に吐出するときには、ベローズ３１の蛇腹部３１ａの外面には液媒体Ｍの圧力が加えられる。このため、ベローズ３１を軸方向に伸張させる時には、蛇腹部３１ａの平均有効径が小さくなるように、径方向に僅かに変形する可能性が考えられる。蛇腹部３１ａの平均有効径が縮小すると、ポンプ室１６からの液体吐出精度が低下するおそれがある。なお、蛇腹部３１ａの外面の圧力が内面よりも高くなっても、液体からなる液媒体Ｍがベローズ３１を透過して空気室３３内に漏出することはない。

調圧ピストン５６がシリンダ３６内に配置され、調圧ピストン５６はロッド４４に取り付けられており、ベローズ３１と同期して往復動される。シリンダ３６の内部には端板３５と調圧ピストン５６に仕切られる圧力調整室５７が形成されている。連通孔５８がシリンダ３６の端板３５に形成され、連通孔５８により空気室３３は圧力調整室５７に連通している。調圧ピストン５６の外径はベローズ３１の蛇腹部３１ａの平均有効径よりも大径に設定されている。調圧ピストン５６は、圧力調整機構６０を構成しており、ロッド４４によりベローズ３１を軸方向に収縮させて液媒体Ｍを介してチューブフラム１５を径方向に膨張させるときには、調圧ピストン５６は蛇腹部３１ａの平均有効径よりも大径なので、空気室３３内の空気は圧力調整室５７に吸引される。

これにより、空気室３３内の圧力は、ロッド４４の移動に伴い低下する。その結果、空気室３３と媒体収容室３２の間の圧力差が小さくなるので、空気室３３内の空気がベローズ３１を透過して媒体収容室３２内に混入するおそれを抑制することができ、ポンプ特性を長期間にわたって高精度に維持することができる。さらに、ベローズ３１を収縮させるときには、平均有効径が径方向に大きくなる方向への蛇腹部３１ａの変形が抑制され、ポンプ室１６に注入される液体Ｌの量を高精度に設定することができる。

調圧ピストン５６を備えた圧力調整機構６０は、ロッド４４によりベローズ３１を伸張させて液媒体Ｍを介してチューブフラム１５を径方向に収縮させるときには、空気室３３よりも大径の圧力調整室５７内の空気が空気室３３内に供給され、空気室３３内の圧力は、ロッド４４の移動に伴い高められる。

これにより、ベローズ３１を伸張させるときには、平均有効径が小さくなる方向への蛇腹部３１ａの変形が抑制され、ポンプ室１６から外部に吐出される液体Ｌの吐出量を高精度に設定することができる。

電動モータ４６を正転方向と逆転方向とに回転方向を変更することにより、チューブフラム１５はポンプ動作を行うことができる。電動モータ４６の回転方向と回転速度は、図示しない制御部からの駆動信号により制御される。制御部には、予めベローズ３１の伸縮ストロークに対応させて正逆両方向の回転数のデータがメモリーに格納されている。

図３は図１および図２に示された調圧ピストン５６を示す拡大断面図である。調圧ピストン５６には、負圧用リリーフ弁６１と正圧用リリーフ弁６２が設けられている。

負圧用リリーフ弁６１は、外気導入孔６３ａが形成された筒体６４ａと、筒体６４ａに設けられた弁座６５ａと、弁部材６６ａが設けられ弁軸ガイド６７ａに支持される弁軸６８ａとを有し、固定スリーブ６９ａが弁座６５ａと弁軸ガイド６７ａの間に取り付けられている。弁部材６６ａに外気導入孔６３ａを閉じる方向のばね力を加えるばね部材７０ａが弁部材６６ａと弁軸ガイド６７ａとの間に装着されている。圧力調整室５７の圧力がばね部材７０ａのばね定数等に寄って定まる許容負圧力よりも低くなったとき、つまり負圧値が大きくなったときには、弁部材６６ａは弁座６５ａから離れて外気導入孔６３ａが開放される。そして、圧力調整室５７が駆動機構２７の外部に連通され、圧力調整室５７へ外気が供給される。これにより、ベローズ３１を軸方向に収縮させてチューブフラム１５を径方向に膨張させるときに、空気室３３内の圧力と媒体収容室３２の差圧がベローズ３１の蛇腹部３１ａを変形させるような過度の大きさになることが抑制される。

正圧用リリーフ弁６２は、空気排出孔６３ｂが形成された筒体６４ｂと、筒体６４ｂに設けられた弁座６５ｂと、弁部材６６ｂが設けられ弁軸ガイド６７ｂに支持される弁軸６８ｂとを有し、固定スリーブ６９ｂが弁座６５ｂと弁軸ガイド６７ｂの間に取り付けられている。弁部材６６ｂに空気排出孔６３ｂ閉じる方向のばね力を加えるばね部材７０ｂが弁部材６６ｂと弁軸ガイド６７ｂとの間に装着されている。圧力調整室５７の圧力がばね部材７０ｂのばね定数等によって定まる許容正圧力よりも高くなったときには、弁部材６６ｂは弁座６５ｂから離れて空気排出孔６３ｂにより圧力調整室５７内の空気がポンプ駆動ユニット１２の外部に排出される。これにより、ベローズ３１を軸方向に伸張させてチューブフラム１５を径方向に収縮させるときに、空気室３３内の圧力と媒体収容室３２の圧力との差圧がベローズ３１の蛇腹部３１ａを変形させるような過度の正圧差圧の大きさになることが抑制される。

負圧用リリーフ弁６１と正圧用リリーフ弁６２は、上述のように、弁軸６８ａ、６８ｂが相互に逆向きとなっているが、構成部材は共通性を有している。なお、ロッド４４と調圧ピストン５６とを同期させて移動させることができるのであれば、ロッド４４と調圧ピストン５６とを別々の電動モータにより移動するようにしてもよい。ベローズ３１を軸方向に伸縮させたときに、空気室３３内の圧力と媒体収容室３２の差圧がベローズ３１の蛇腹部３１ａを変形させるような過度の大きさにならないのであれば、調圧ピストン５６に負圧用リリーフ弁６１と正圧用リリーフ弁６２を設けないようにしてもよい。

図４は他の実施の形態である液体供給装置１０ｂを示す断面図であり、図４においては、上述した液体供給装置１０ａを構成する部材と共通性を有する部材には同一の符号が付されており、重複した説明は省略されている。

ポンプ１１は、図１および図２に示されたものと同様に、収容孔１３が形成されたポンプケース１４を有し、フッ素樹脂等の樹脂材料により成形された径方向の弾性変形自在のチューブフラム１５が第１の可撓性部材としてポンプケース１４内に配置される。流入側継手１８がポンプケース１４の一端部に設けられ、流出側継手１９がポンプケース１４の他端部に設けられている。図４においては、流入側継手１８に接続される流入側配管２１と、流出側継手１９に接続される流出側配管２３等は省略されている。

ポンプ駆動ユニット１２は、ポンプ１１に取り付けられる媒体収容ケース２８を有し、媒体収容ケース２８内には第２の可撓性部材としてベローズ３１が装着されている。ベローズ３１は蛇腹部３１ａとこれの一端部に設けられる端板部３１ｂと他端部に設けられる環状の基端部３１ｃとを有し、フッ素樹脂等の軸方向に伸縮自在の樹脂材料により一体に成形されている。

ベローズ３１は外側の媒体収容室３２と内側の空気室３３とを仕切っている。媒体収容室３２は、ポンプケース１４と媒体収容ケース２８に形成された連通孔３４によりポンプ収容室１７に連通している。ポンプ収容室１７と媒体収容室３２には、液体からなる液媒体Ｍが充填されている。

端板７１が媒体収容ケース２８の開口側端部に固定されており、ベローズ３１の基端部３１ｃは端板７１と媒体収容ケース２８との間で挟持される。端板７１に形成された貫通孔７２を貫通して軸方向に往復動自在にロッド４４が装着され、ロッド４４の先端に設けられた雄ねじ部４５が端板部３１ｂにねじ結合されている。支持板７３が連結棒材７４により端板７１に連結され、送りねじ軸５１が軸受７５により支持板７３に回転自在に支持されている。送りねじ軸５１にボールを介してねじ結合されるナット５３がホルダー５４に固定され、ホルダー５４はロッド４４に固定されている。

端板７１にガイドロッド５５の一端部が固定され、支持板７３にガイドロッド５５の他端部が固定されている。ガイドロッド５５は、ロッド４４に固定されたホルダー５４を軸方向に貫通しており、ホルダー５４は送りねじ軸５１の回転により、ガイドロッド５５に案内され、回転することなく軸方向に移動される。

送りねじ軸５１を回転するための電動モータ４６は、支持板７３に取り付けられたベース板７６に取り付けられ、電動モータ４６の主軸４８に固定された駆動側のプーリ７７と、ロッド４４に固定された従動側のプーリ７８との間にはベルト７９が掛け渡されている。ベルト７９を有する駆動機構２７は、ポンプ１１に取り付けられるケース８１内に収容されている。

ロッド４４と端板７１の貫通孔７２との間はシール部材８２によりシールされており、空気室３３は密封された空間である。媒体収容室３２内が負圧となったときには、圧力調整機構６０により媒体収容室３２内の圧力に対応させて空気室３３が負圧が供給される。圧力調整機構６０は、空気圧制御機構８３により形成されており、図５は空気圧制御機構８３を構成する空気圧制御機器の空気圧回路図を示す。

図４および図５に示されるように、空気圧制御機構８３は、真空エジェクタ８４を有している。真空エジェクタ８４は公知であり、給気ポート８５と、給気ポート８５から供給された圧縮空気が噴射されるディフューザ８６と、排気ポート８７とを備え、吸引ポート８８がディフューザ８６に連通させて真空エジェクタ８４に設けられている。給気ポート８５からディフューザ８６に向けて圧縮空気が供給されると、ディフューザ８６を通過して排気ポート８７に向かう空気により、吸引ポート８８は負圧に設定される。吸引ポート８８は、端板７１に形成された吸引孔８９に流路９０により連通している。

給気ポート８５に供給される圧縮空気の圧力は、レギュレータ９１により調圧される。レギュレータ９１は外部パイロット操作式であり、パイロットエア用ポート９２に供給される圧力により、レギュレータ９１の入力ポート９３から吐出ポート９４に吐出される圧縮空気の圧力は調圧される。図５に示されるように、圧縮空気供給源９５に給気流路９６が接続され、給気流路９６は入力ポート９３に接続されている。給気流路９６には開閉弁９７が設けられている。レギュレータ９１は、外部パイロット操作式にかえてハンドル等を操作して圧力を調整する内部パイロット操作式や直動式、電気信号で圧力を設定する電空レギュレータとしてもよい。

図４に示す液体供給装置１０ｂにおいても、ベローズ３１を軸方向に収縮させて液媒体Ｍを介してチューブフラム１５を径方向に膨張させることにより、ポンプ室１６に液体タンク２２から液体Ｌを注入するときには、媒体収容室３２は負圧になる。このときには、開閉弁９７がオンされて、圧縮空気供給源９５から供給された圧縮空気が真空エジェクタ８４の給気ポート８５に吐出される。したがって、吸引ポート８８には真空つまり負圧が発生し、吸引ポート８８に流路９０により連通する空気室３３は、媒体収容室３２の圧力に対応させて負圧に設定される。また、レギュレータ９１から供給される圧力を調整して真空エジェクタ８４が発生させる負圧を、ベローズ３１が伸張したとき変形しない大きさに調整して、開閉弁９７をオンの状態にしたままロッド４４を往復動させてベローズ３１を収縮させてもよい。

これにより、空気室３３内の空気がベローズ３１を透過して媒体収容室３２内に混入するおそれを抑制することができ、ポンプ特性を長期間にわたって高精度に維持することができる。さらに、ベローズ３１を収縮させるときには、平均有効径が径方向に大きくなる方向への蛇腹部３１ａの変形が抑制され、ポンプ室１６に注入される液体Ｌの量を高精度に設定することができる。

開閉弁９７のオンオフ動作は、図示しない制御部からの制御信号により、電動モータ４６の正転動作と逆転動作とに対応させて制御される。

図４に示す液体供給装置においては、電動モータ４６の主軸４８と送りねじ軸５１との間には、ベルト７９を有する動力伝達機構が設けられているが、図１および図２に示す液体供給装置と同様に、主軸４８が送りねじ軸５１と同軸となるように、電動モータ４６を配置してもよい。また、同様に、図１および図２に示す液体供給装置においては、動力伝達機構を介して電動モータ４６の主軸４８を送りねじ軸５１に連結するようにしてもよい。

図６は他の実施の形態である液体供給装置１０ｃを示す断面図である。この液体供給装置１０ｃは、上述した液体供給装置１０ａ、１０ｂと同様に、チューブフラム１５を第１の可撓性部材としたポンプ１１を備えている。媒体収容ケース２８は、天壁２８ａが一体に設けられた側壁２８ｂを有し、媒体収容ケース２８の開口端部には端板２８ｃが取り付けられている。媒体収容ケース２８には内部を媒体収容室３２と空気室３３とに仕切る第２の可撓性部材としてのダイヤフラム２９が設けられており、媒体収容室３２は連通孔３４によりポンプ収容室１７に連通している。

ダイヤフラム２９は、側壁２８ｂと端板２８ｃとの間に固定される環状基部２９ａと、ロッド４４に連結される中央連結部２９ｂと、これらの間の弾性変形部２９ｃとを有しており、上述したベローズ３１と同様にフッ素樹脂等の樹脂材料により一体に成形されている。ロッド４４は駆動機構２７により軸方向に往復動され、媒体収容室３２からポンプ収容室１７に液媒体Ｍを供給する吐出方向と、ポンプ収容室１７から媒体収容室３２に液媒体Ｍを戻す注入方向とに往復動自在である。駆動機構としては、上述のように、電動モータ４６の回転運動をロッド４４の直線往復動に変換する機構でもよく、空気圧シリンダ等のように流体の圧力によりロッド４４を直線往復動させる機構でもよい。

このように、ロッド４４は、駆動機構２７により媒体収容室３２からポンプ収容室１７に液媒体Ｍを供給する吐出方向と、ポンプ収容室１７から媒体収容室３２に液媒体Ｍを戻す注入方向とに移動される。ロッド４４が注入方向に移動されてポンプ室１６に液体タンク２２から液体Ｌを注入するときには、ダイヤフラム２９の外面は内面よりも低い圧力になる。このため、上述したベローズ３１と同様に弾性変形部２９ｃが軸方向に過度に変形しポンプ室１６からの液体吐出精度が低下するおそれがある。さらに、弾性変形部２９ｃの外面が内面よりも低い圧力となると、空気室３３内の気体が樹脂材料のダイヤフラム２９を透過して、負圧力が大きい液媒体Ｍに混入するおそれが考えられる。液媒体Ｍに外気が混入すると、ポンプ室１６からの液体吐出精度が低下するおそれがある。

液体吐出精度の低下を防止するために、ロッド４４を注入方向に移動して空気室３３の容積が減少したときに空気室３３の圧力を低下させるために、空気室３３に連通する吸引孔８９には流路９０により圧力調整機構６０が接続されている。圧力調整機構６０としては、図５に示した空気圧制御機構８３を適用することができる。

図７はさらに他の実施の形態である液体供給装置１０ｄを示す断面図である。この液体供給装置１０ｄにおけるポンプ１１を形成するポンプケース１４ａは、一端部に設けられる流入側継手１８と流出側継手１９とを有し、他端部には端板１４ｂが設けられている。ポンプケース１４ａ内には、図１に示したベローズ３１と同様の構造のベローズ３１が可撓性部材として設けられている。可撓性部材としてのベローズ３１は、蛇腹部３１ａとこれの一端部に設けられる端板部３１ｂと他端部に設けられる環状の基端部３１ｃとを有し、フッ素樹脂等の樹脂材料により一体に成形されている。蛇腹部３１ａは軸方向に弾性変形自在であり、ベローズ３１は全体として軸方向に伸縮自在の可撓性ポンプ部材である。ベローズ３１によりその外側のポンプ室１６と内側の空気室３３とに仕切られ、ポンプケース１４ａにはポンプ室１６と空気室３３とが設けられている。

端板部３１ｂにはロッド４４ａが取り付けられており、ロッド４４ａは駆動機構２７により軸方向に往復動される。ロッド４４ａは、ポンプ室１６内の液体を外部に吐出する吐出方向と、ポンプ室１６に液体を注入する注入方向とに往復動自在である。

このように、ポンプケース１４内に組み込まれる可撓性部材としてのベローズ３１をロッド４４ａにより直接伸縮する形態の液体供給装置１０ｄにおいても、ロッド４４ａを注入方向に伸長して液体タンク２２からポンプ室１６に液体Ｌを注入するときには、ベローズ３１の蛇腹部３１ａの外面は内面よりも低い圧力になる。このため、ベローズ３１を軸方向に収縮させる時には、蛇腹部３１ａの平均有効径が大きくなるように、径方向に僅かに変形する可能性があり、ポンプ室１６からの液体吐出精度が低下するおそれがある。さらに、蛇腹部３１ａの外面が内面よりも低い圧力となると、空気室３３内の気体が樹脂材料のベローズ３１を透過して、負圧力が大きい液媒体Ｍに混入するおそれが考えられる。液媒体Ｍに外気が混入すると、ポンプ室１６からの液体吐出精度が低下するおそれがある。

そこで、液体吐出精度の低下を防止するために、ロッド４４ａを注入方向に移動して空気室３３の容積が減少したときに空気室３３の圧力を低下させるために、空気室３３に連通する吸引孔８９に流路９０により圧力調整機構６０が接続されている。圧力調整機構６０としては、図５に示した空気圧制御機構８３を適用することができる。

図８は図６および図７に示された液体供給装置における圧力調整機構６０の一例としての空気圧制御機構８３を構成する空気圧回路図を示す。

空気圧制御機構８３は真空ポンプ１０１に接続される真空タンク１０２を有している。真空タンク１０２内には所定量の負圧空気が貯留され、圧力変動があった場合のバッファータンクとして機能する。真空タンク１０２に接続される真空流路１０３には開閉弁９７とレギュレータ１０４が設けられており、レギュレータ１０４の出力ポートに接続される流路９０は、液体供給装置１０ｃ、１０ｄの吸引孔８９に接続されている。したがって、空気室３３の容積が減少して空気室３３の圧力を低下させるときには、開閉弁９７が真空流路１０３を開いて空気室３３には負圧空気が供給される。

この形態の空気圧制御機構８３を図４に示した液体供給装置１０ｂの空気圧制御機構８３としても適用することができる。

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、ロッド４４の往復動を、液媒体Ｍを介してポンプ室１６の容積を増加させたり減少させたりする形態の液体供給装置１０ａ、１０ｂにおいて、第１の可撓性部材としてはチューブフラム１５に代えて図７に示したベローズ３１、または図６に示したダイヤフラム２９を適用するようにしてもよい。また、第２の可撓性部材としてはベローズ３１に代えて図６に示したダイヤフラム２９を適用するようにしてもよい。

１０ａ～１０ｄ液体供給装置
１１ポンプ
１２ポンプ駆動ユニット
１４ポンプケース
１５チューブフラム（第１の可撓性部材）
１６ポンプ室
１７ポンプ収容室
２７駆動機構
２８媒体収容ケース
３１ベローズ（第２の可撓性部材）
３２媒体収容室
３３空気室
３６シリンダ
４４ロッド
４６電動モータ
５１送りねじ軸
５４ホルダー
５５ガイドロッド
５６調圧ピストン
５７圧力調整室
６０圧力調整機構
６１負圧用リリーフ弁
６２正圧用リリーフ弁
７１端板
７２貫通孔
７３支持板
７４連結棒材
８３空気圧制御機構
８４真空エジェクタ
８５給気ポート
８６ディフューザ
８７排気ポート
８８吸引ポート
９１レギュレータ
９２パイロットエア用ポート
９３入力ポート
９４吐出ポート
９５圧縮空気供給源
９６給気流路
９７開閉弁
１０１真空ポンプ

Claims

ポンプケース内に配置されてポンプ室とポンプ収容室とを仕切る第１の可撓性部材を備え、前記ポンプ室の容積を増加させて液体を前記ポンプ室に注入し、前記ポンプ室の容積を減少させて前記ポンプ室内の液体を外部に吐出する液体供給装置であって、
前記ポンプ収容室と連通する媒体収容室と空気室とを仕切る第２の可撓性部材を備える媒体収容ケースと、
前記ポンプ収容室および前記媒体収容室に充填される液媒体と、
前記第２の可撓性部材に取り付けられるロッドを、前記媒体収容室から前記ポンプ収容室に前記液媒体を供給する吐出方向と前記ポンプ収容室から前記媒体収容室に前記液媒体を戻す注入方向とに往復動する駆動部材と、
前記ロッドを注入方向に駆動して前記空気室の容積が減少したときに前記空気室の圧力を低下させる圧力調整機構と、
を有し、
前記圧力調整機構は、
前記空気室に連通する圧力調整室が形成されたシリンダと、前記シリンダ内に軸方向に往復動自在に収容される調圧ピストンと、を有し、
前記調圧ピストンは、
前記ロッドを前記注入方向に駆動して前記空気室の容積を減少させるときには、前記空気室内の空気を前記圧力調整室に吸引し、前記ロッドを前記吐出方向に駆動して前記空気室の容積を増加させるときには、前記空気室内に前記圧力調整室内の空気を供給する、液体供給装置。
請求項１記載の液体供給装置において、
前記圧力調整室の圧力が許容正圧力よりも高くなったときに前記圧力調整室の空気を外部に排出する正圧用リリーフ弁を前記調圧ピストンに設け、
前記圧力調整室の圧力が許容負圧力よりも低くなったときに前記圧力調整室の内部に空気を供給する負圧用リリーフ弁を前記調圧ピストンに設けた、液体供給装置。
請求項１または２記載の液体供給装置において、
前記調圧ピストンは前記ロッドに設けられ、前記ロッドにより前記第２の可撓性部材と前記調圧ピストンは同期して往復動される、液体供給装置。
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、
前記第１の可撓性部材は、径方向に弾性変形自在であって内側に前記ポンプ室が設けられ外側に前記ポンプ収容室が設けられたチューブフラム、軸方向に弾性変形自在であって内側に前記ポンプ室が設けられ外側に前記ポンプ収容室が設けられたベローズ、または軸方向に弾性変形自在であって外側に前記ポンプ室が形成され内側に前記ポンプ収容室が形成されたダイヤフラムである、液体供給装置。
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、
前記第２の可撓性部材は、軸方向に弾性変形自在であって内側に前記空気室が設けられ外側に前記媒体収容室が設けられたベローズ、または軸方向に弾性変形自在であって外側に前記媒体収容室が形成され内側に前記空気室が形成されたダイヤフラムである、液体供給装置。
ポンプケース内に配置されてポンプ室と空気室とを仕切る可撓性部材を備え、前記ポンプ室の容積を増加させて液体を前記ポンプ室に注入し、前記ポンプ室の容積を減少させて前記ポンプ室内の液体を外部に吐出する液体供給装置であって、
前記可撓性部材に取り付けられるロッドを、前記ポンプ室内の液体を外部に吐出する吐出方向と前記ポンプ室に液体を注入する注入方向とに往復動させる駆動部材と、
前記ロッドを注入方向に移動して前記空気室の容積が減少したときに前記空気室の圧力を低下させる圧力調整機構と、
を有する液体供給装置。
請求項６記載の液体供給装置において、
前記可撓性部材は、軸方向に弾性変形自在であって外側に前記ポンプ室が設けられ内側に前記空気室が設けられたベローズ、または軸方向に弾性変形自在であって外側に前記ポンプ室が形成され内側に前記空気室が形成されたダイヤフラムである、液体供給装置。