JPH08121342A - 定量供給ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機械的要因及び流体力学的要因による流体の脈
動を解消して、常時一定量の流体を安定供給することの
できる定量供給ポンプを提供する。 【構成】第１ポンプ室及び第２ポンプ室に設けた各ボー
ルネジ機構を独立駆動して、各ポンプ室に収納した各ベ
ローズを吐出動作及び吸入動作する。第１ポンプ室に収
納したベローズを圧縮して流体の吐出動作を開始し、予
め設定した吐出流量に到達したときベローズを一定速度
で圧縮して、第１ポンプ室から吐出される流体の吐出流
量を一定に保つ。第１ポンプ室から吐出される流体の吐
出流量が減少する迄に、第２ポンプ室に収納したベロー
ズを圧縮して流体の吐出動作を開始し、予め設定した吐
出流量に到達したときベローズを一定速度で圧縮して、
第２ポンプ室から吐出される流体の吐出流量を一定に保
つので、常時一定量の流体を安定供給することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、半導体製
造、化学工業等に於いて、薬液や溶剤等の流体を安定供
給するときに用いられる定量供給ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例のような流体を定量供給す
るポンプとしては、例えば、図５に示すように、第１ポ
ンプ室３１及び第２ポンプ室３２に収納した各ベローズ
３３，３３をエアＡにより交互に伸縮動作するエア駆動
式ポンプ３０がある。つまり、第１ポンプ室３１に形成
した吸排気口３１ａを介してエアＡを供給し、同室内に
収納したベローズ３３を吐出方向に圧縮すると共に、同
室の吸入口３１ｂに接続したチェックバルブ３４を閉塞
し、吐出口３１ｃに接続したチェックバルブ３５を開放
して、吐出ポート３１ｄを介してベローズ３３内に吸入
された薬液Ｌを吐出する。

【０００３】一方、第２ポンプ室３２に形成した吸排気
口３２ａを介してエアＡを排気し、同室内に収納したベ
ローズ３３を吸入方向に拡張すると共に、同室の吸入口
３２ｂに接続したチェックバルブ３４を開放し、吐出口
３２ｃに接続したチェックバルブ３５を閉塞して、吸入
ポート３２ｄを介してベローズ３３内に薬液Ｌを吸入す
る。以下同様に、第１ポンプ室３１及び第２ポンプ室３
２に収納した各ベローズ３３，３３を交互に伸縮動作し
て、各ベローズ３３，３３内に吸入された薬液Ｌを次工
程に吐出供給する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したエア
駆動式ポンプ３０は、第１ポンプ室３１に収納したベロ
ーズ３３の吐出動作が終了した後、第２ポンプ室３２に
収納したベローズ３３の吐出動作を開始するので、図６
に示すように、各ポンプ室３１，３２から吐出される薬
液Ｌの各吐出流量波形ｃ，ｄが正弦波となり、各ポンプ
室３１，３２との間で吐出動作を移行するとき、各吐出
流量波形ｃ，ｄの切替り部分に低吐出圧領域及び低吐出
流量領域が発生し、薬液Ｌの吐出流量に圧力変化及び流
量変化の脈動が生じるため、吐出側に接続された装置や
部品に疲労が生じ、寿命が短くなる。且つ、エアＡの配
管及び制御が複雑であるため、薬液Ｌの流量調整及び小
型化が難しいという問題点を有している。

【０００５】また、各ポンプ室３１，３２に収納された
各ベローズ３３，３３をエアＡの圧力によって伸縮動作
する構造であるので、各ポンプ室３１，３２内に供給さ
れるエアＡの体積が環境温度により変化し、各ベローズ
３３，３３の伸縮量が不安定となるため、薬液Ｌの吐出
流量を一定に保つことが非常に困難である。且つ、薬液
Ｌの温度や粘度によっても吐出流量に変化が生じるた
め、構造的に、薬液Ｌの脈動を除去することが困難であ
るという問題点を有している。

【０００６】この発明は上記問題に鑑み、ポンプ本体に
収納した複数の各ベローズを各ベローズ駆動手段により
独立して駆動することにより、機械的要因及び流体力学
的要因による流体の脈動が解消され、常時一定量の流体
を安定供給することができる定量供給ポンプの提供を目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記ポンプ本体の一側部に、該ポンプ本体に収納した各
ベローズを独立して伸縮動作する各ベローズ駆動手段を
設けた定量供給ポンプであることを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の構成と併せて、上記各ベローズ駆動手段の駆動速度を
制御し、上記ポンプ本体に収納した各ベローズの伸縮速
度を可変する駆動制御手段を設けた定量供給ポンプであ
ることを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の構成と併せて、上記ベローズ駆動手段を、上記ポンプ
本体に収納したベローズの一側部にネジ軸又はナットの
一方を固定し、上記ネジ軸とナットとを互いに螺合する
と共に、該ネジ軸又はナットの一方をネジ送り方向に正
逆回転するネジ送り手段を設けて構成した定量供給ポン
プであることを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１記載の定量供給ポンプは、各ベローズ
駆動手段を駆動して、ポンプ本体に収納された複数の各
ベローズを独立して伸縮動作することで、一つのベロー
ズによる吐出動作が終了する迄に、他のベローズによる
吐出動作を即開始することができ、各ベローズによる吐
出動作が連続して行え、何れか一方のベローズを吐出状
態にして、吐出流量の安定を図る。

【００１１】請求項２記載の定量供給ポンプは、上記請
求項１記載の作用と併せて、駆動制御手段により各ベロ
ーズ駆動手段の駆動速度を制御することで、予め設定し
た吐出流量に到達するまで各ベローズを一挙に圧縮し、
所定の吐出流量に到達したとき各ベローズを一定速度で
圧縮するため、流体の吐出流量を一定に保つことができ
る。

【００１２】請求項３記載の定量供給ポンプは、上記請
求項１記載の構成と併せて、ネジ送り手段を駆動して、
ベローズに固定したネジ軸又はナットの一方を正逆回転
し、同ネジ軸とナットとを軸方向に相対移動させること
で、例えば、駆動エアの体積変化或いは流体の温度や粘
度による影響を受けることなく、各ベローズの伸縮動作
が確実に行える。

【００１３】

【発明の効果】この発明によれば、ポンプ本体に収納し
た複数の各ベローズを各ベローズ駆動手段により独立し
て駆動するので、従来例のように駆動エアの体積変化或
いは流体の温度や粘度による影響を受けず、各ベローズ
の伸縮動作が確実に行える。且つ、各ベローズの伸縮量
が安定しているため、機械的要因及び流体力学的要因に
よる流体の脈動が解消され、常時一定量の流体を安定供
給することができ、流体の移送供給が平滑化できる。し
かも、従来型のエア駆動式ポンプ３０よりも駆動系統が
簡便であり、流体の流量制御及び小型化が容易に行え
る。流体の吐出流量が常時一定しているので、ポンプの
吐出側に接続した装置や部品に与える影響が小さく、寿
命の延長を図ることができる。

【００１４】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は流体の一例として薬液を定量供給すると
きに用いられる定量供給ポンプを示し、図１及び図２に
於いて、この定量供給ポンプ１は、ポンプ本体２内部に
形成した第１ポンプ室３及び第２ポンプ室４に各ベロー
ズ５，５を伸縮可能に収納し、各ポンプ室３，４の一側
壁部に配設した各ボールネジ機構６，６により各ベロー
ズ５，５を吸入方向及び吐出方向に伸縮動作して、各ベ
ローズ５，５内に薬液Ｌを吸入及び吐出する構造であ
る。且つ、少なくとも薬液Ｌと接触する部分及び部品
を、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等の耐腐食性に優れたフ
ッ素樹脂で構成している。

【００１５】上述のポンプ本体２は、フッ素樹脂で形成
したポンプヘッド７と、ポンプヘッド７の両側端部に対
して嵌合固定される大きさ及び形状に形成した筒状の各
ケーシング８，８と、各ケーシング８，８の一側端部に
対して嵌合固定される大きさ及び形状に形成した各ポン
プ閉塞蓋９，９とから構成され、ポンプヘッド７の両端
側周縁部に形成した各環状段部７ｂ，７ｂと、各ケーシ
ング８，８の一端側周縁部８ａ，８ａとを嵌合して一体
的に連結固定し、各ポンプ閉塞蓋９，９の対向側周縁部
に形成した各環状段部９ａ，９ａと、各ケーシング８，
８の他端側周縁部８ｂ，８ｂとを嵌合して一体的に連結
固定すると共に、ポンプ本体２の内部空間をポンプヘッ
ド７により左右均等に分割して、同ポンプ本体２内に第
１ポンプ室３と第２ポンプ室４とを分割形成している。
ここで、ポンプヘッド７の各環状段部７ｂ，７ｂと、各
ケーシング８，８の一端側周縁部８ｂ，８ｂとをガスケ
ットを介して気密状態に嵌合し、各ポンプ閉塞蓋９，９
の各環状段部９ａ，９ａと、各ケーシング８，８の一端
側周縁部８ｂ，８ｂとをガスケットを介して気密状態に
嵌合しておけば、ベローズの破損等の事故発生時に於い
て、薬液Ｌの外部漏洩を減少させることができる。

【００１６】前述のポンプヘッド７は、フッ素樹脂で形
成したヘッド本体７ａに吸入通路１０と吐出通路１１と
を穿設し、同ヘッド本体７ａの一側周面に吸入通路１０
と連通して吸入ポート１０ａを形成し、同ヘッド本体７
ａの他側周面に吐出通路１１と連通して吐出ポート１１
ａを形成している。且つ、ヘッド本体７ａの両端側中央
面に上述した吸入通路１０と連通して各吸入口１０ｂ，
１０ｂを形成し、同ヘッド本体７ａの両端側中央面に上
述した吐出通路１１と連通して各吐出口１１ｂ，１１ｂ
を形成すると共に、各吸入口１０ｂ，１０ｂには各チェ
ックバルブ１２，１２を接続し、各吐出口１１ｂ，１１
ｂには各チェックバルブ１３，１３を接続している。

【００１７】前述の各ベローズ５，５は、フッ素樹脂で
形成した各ベローズ５，５の開放側周縁部５ａ，５ａ
と、ポンプヘッド７の両側面に形成した各環状凹部７
ｃ，７ｃとを互いに嵌合し、同各ベローズ５，５の開放
側周縁部５ａ，５ａに各固定リング１４，１４の内径側
周縁部１４ａ，１４ａを係止して、同各固定リング１
４，１４とポンプヘッド７とを一体的に連結固定すると
共に、同各ベローズ５，５の開放側周縁部５ａ，５ａと
ポンプヘッド７の各環状凹部７ｃ，７ｃとの間に介在し
た各シールリング１５，１５で気密状態を保持してい
る。且つ、各ベローズ５，５の閉塞側周縁部５ｂ，５ｂ
と、各連結プレート１６，１６の一側平面部に形成した
各嵌込み凹部１６ａ，１６ａとを互いに嵌合し、同各ベ
ローズ５，５の閉塞側周縁部５ｂ，５ｂに各固定リング
１７，１７の内径側周縁部１７ａ，１７ａを係止して、
各固定リング１７，１７と各連結プレート１６，１６と
を一体的に連結固定している。

【００１８】前述の各ボールネジ機構６，６は、各連結
プレート１６，１６の他側平面部に連結固定した各取付
け枠１８，１８に、各ベローズ５，５の伸縮ストローク
よりも若干幅広間隔に隔てて各ナット１９，１９を固定
すると共に、各ポンプ閉塞蓋９，９の中央平面部に形成
した各軸受孔９ｃ，９ｃに、各ベローズ５，５の伸縮ス
トロークよりも長尺寸法に形成した各ネジ軸２０，２０
を出没摺動可能に挿入して、各ネジ軸２０，２０の一端
側に各ナット１９，１９を前後摺動可能に螺合してい
る。

【００１９】且つ、各ポンプ閉塞蓋９，９の一側端部
に、例えば、ステッピングモータやサーボモータ等で構
成される回転量検出機能付き各伸縮用モータ２１，２１
を連結固定し、各伸縮用モータ２１，２１の各回転軸２
２，２２上に固定した各プーリ２３，２３と、各ネジ軸
２０，２０の他端側に固定した各プーリ２４，２４との
間に各駆動ベルト２５，２５を張架し、後述する駆動制
御装置２６により各伸縮用モータ２１，２１の回転速度
を制御する。つまり、各伸縮用モータ２１，２１の駆動
力により、各プーリ２３，２４及び駆動ベルト２５を介
して各ネジ軸２０，２０を正逆回転させ、各ネジ軸２
０，２０上に螺合した各ナット１９，１９を軸方向にネ
ジ送りして、各ナット１９，１９に連結固定された各ベ
ローズ５，５を吐出方向及び吸入方向に伸縮動作すると
共に、各ベローズ５，５の伸縮動作に対応して薬液Ｌを
吸入及び吐出する。

【００２０】上述の駆動制御装置２６は、ＣＰＵ（図示
省略）に格納されたプログラムに沿って各伸縮用モータ
２１，２１の回転を制御し、各伸縮用モータ２１，２１
から出力されるパルス信号に基づいて回転量を検出す
る。且つ、各ポンプ室３，４から吐出される薬液Ｌの吐
出流量を電磁式流量計（図示省略）により計測し、同流
量計から出力される信号に基づいて薬液Ｌの吐出流量を
判定する。つまり、図３に示すように、吐出開始時に於
いて、予め設定した吐出流量に到達するまで伸縮用モー
タ２１を等加速度回転し、ベローズ５を一挙に圧縮す
る。定量供給時に於いて、所定の吐出流量に到達すると
同時に伸縮用モータ２１を等速度回転し、ベローズ５を
一定速度で圧縮する。吐出終了時に、所定の吐出流量よ
りも減少すると同時に伸縮用モータ２１を減速回転し、
ベローズ５を徐々に圧縮する。

【００２１】図示実施例は上記の如く構成するものとし
て、以下、定量供給ポンプ１による薬液Ｌの供給動作を
説明する。先ず、図１及び図２に於いて、第１ポンプ室
３及び第２ポンプ室４に設けた各ボールネジ機構６，６
を独立駆動し、各伸縮用モータ２１，２１の駆動力によ
り、各ネジ軸２０，２０上に螺合した各ナット１９，１
９を軸方向にネジ送りして、各ナット１９，１９に連結
した各ベローズ５，５を吐出方向及び吸入方向に伸縮動
作する。

【００２２】つまり、第１ポンプ室３側に設けたボール
ネジ機構６の伸縮用モータ２１を回転し、ネジ軸２０上
に螺合したナット１９をネジ送りして、同室側に収納し
たベローズ５を吸入方向に向けて強制的に拡張する。同
時に、第１ポンプ室３の吸入口１０ｂ側に接続したチェ
ックバルブ１２を開放し、吐出口１１ｂ側に接続したチ
ェックバルブ１３を閉塞して、ポンプヘッド７の吸入ポ
ート１０ａを介してベローズ５内に薬液Ｌを所定量吸入
する。

【００２３】吸入動作が終了後、ボールネジ機構６の伸
縮用モータ２１を等加速度で回転して、同室側に収納し
たベローズ５を予め設定した吐出流量に到達するまで一
挙に圧縮する。同時に、第１ポンプ室３の吸入口１０ｂ
側に接続したチェックバルブ１２を閉塞し、吐出口１１
ｂ側に接続したチェックバルブ１３を開放して、ホンプ
ヘッド７の吐出ポート１１ａを介して第１ポンプ室３内
に吸入された薬液Ｌを吐出する。図３に示すように、予
め設定した吐出流量に到達したとき、伸縮用モータ２１
を等速回転して、ベローズ５を吐出方向に向けて一定速
度で圧縮し、第１ポンプ室３から吐出される薬液Ｌの吐
出流量を一定に保ち、吐出流量波形ａを安定させる。

【００２４】一方、第１ポンプ室３内に吸入された薬液
Ｌの吐出時に、第２ポンプ室４側に設けたボールネジ機
構６の伸縮用モータ２１を回転し、ネジ軸２０上に螺合
したナット１９をネジ送りして、同室側に収納したベロ
ーズ５を吸入方向に向けて強制的に拡張する。同時に、
第２ポンプ室４の吸入口１０ｂ側に接続したチェックバ
ルブ１２を開放し、吐出口１１ｂ側に接続したチェック
バルブ１３を閉塞して、ホンプヘッド７の吐出ポート１
１ａを介して第２ポンプ室４内に薬液Ｌを吸入する。

【００２５】次に、第１ポンプ室３から吐出される薬液
Ｌの吐出流量が減少する迄に、同室側に設けたボールネ
ジ機構６の伸縮用モータ２１を減速回転して、同室側に
収納したベローズ５を吐出方向に向けて徐々に圧縮す
る。且つ、第２ポンプ室４側に設けたボールネジ機構６
の伸縮用モータ２１を等加速度で回転して、同室側に収
納したベローズ５を予め設定した吐出流量に到達するま
で一挙に圧縮する。同時に、第２ポンプ室４の吸入口１
０ｂ側に接続したチェックバルブ１２を閉塞し、吐出口
１１ｂ側に接続したチェックバルブ１３を開放して、第
２ポンプ室４内に吸入された薬液Ｌの吐出動作を開始す
る。予め設定した吐出流量に到達したとき、伸縮用モー
タ２１を等速回転して、ベローズ５を吐出方向に向けて
一定速度で圧縮し、第２ポンプ室４から吐出される薬液
Ｌの吐出流量を一定に保ち、吐出流量波形ｂを安定させ
る。且つ、一方のベローズ５が減速運転となる時には、
必ず他方のベロース５を同期して加速運転となるように
駆動制御することで、図４に示すように、各ベローズ
５，５から吐出される薬液Ｌの各吐出流量波形ａ，ｂが
一定となり、第１ポンプ室３及び第２ポンプ室４から供
給される薬液Ｌの吐出流量を常時一定に保つことができ
る。

【００２６】以上のように、第１ポンプ室３及び第２ポ
ンプ室４に収納した各ベローズ５，５を各ボールネジ機
構６，６により独立して駆動するので、従来例のように
駆動エアＡの体積変化或いは薬液Ｌの温度や粘度変化に
よる影響を受けず、各ベロース５，５の伸縮動作が確実
に行える。且つ、各ベローズ５，５の伸縮量が安定して
いるため、機械的要因及び流体力学的要因による薬液Ｌ
の脈動がほぼ完全に解消され、常時一定量の薬液Ｌを安
定供給することができ、薬液Ｌの移送供給が平滑化でき
る。しかも、従来型のエア駆動式ポンプ３０よりも駆動
系統が簡便であり、薬液Ｌの流量制御及び小型化が容易
に行える。薬液Ｌの吐出流量が常時一定しているので、
吐出側に接続した装置や部品に与える影響が小さく、寿
命の延長を図ることができる。

【００２７】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の流体は、実施例の薬液Ｌに対応
し、以下同様に、ベローズ駆動手段及びネジ送り手段
は、ボールネジ機構６及びナット１９と、ネジ軸２０
と、伸縮用モータ２１と、回転軸２２と、各プーリ２
３，２４と、駆動ベルト２５とに対応し、駆動制御手段
は、駆動制御装置２６に対応するも、この発明は、上述
の実施例の構成のみに限定されるものではない。

【００２８】上述の実施例では、ボールネジ機構６を構
成するネジ軸２０の正逆回転によりナット１９をネジ送
りして、同ナット１９に固定したベローズ５を伸縮動作
するが、例えば、ベローズ５の閉塞側に固定した連結プ
レート１６にネジ軸２０の一端側を直結し、伸縮用モー
タ２１の駆動力により、ネジ軸２０の他端側に螺合した
ナット１９を正逆回転して、同ネジ軸２０に直結したベ
ローズ５を吐出方向及び吸入方向に伸縮動作するもよ
く、実施例と同様に、薬液Ｌの流量制御が容易に行え
る。

【００２９】また、第１ポンプ室３と第２ポンプ室４と
を２室連設しているが、例えば、３室、４室、５室、６
室等の多数室連設することで、２連型の定量供給ポンプ
１よりも脈動が小さくなり、薬液Ｌの移送供給が平滑化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】定量供給ポンプの吸入動作及び吐出動作を示す
縦断側面図。

【図２】定量供給ポンプの制御系統を示す側面図。

【図３】定量供給ポンプの吐出流量波形を示す特性図。

【図４】定量供給ポンプの吐出流量波形を示す特性図。

【図５】従来型のエア駆動式ポンプを示す縦断側面図。

【図６】エア駆動式ポンプの吐出流量波形を示す特性
図。

【符号の説明】

Ｌ…薬液 １…定量供給ポンプ ２…ポンプ本体 ３…第１ポンプ室 ４…第２ポンプ室 ５…ベローズ ６…ボールネジ機構 １０ｂ…吐出口 １１ｂ…吐出口 １２，１３…チェックバルブ １９…ナット ２０…ネジ軸 ２１…伸縮用モータ ２２…回転軸 ２３，２４…プーリ ２５…駆動ベルト ２６…駆動制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今西 良 兵庫県三田市下内神字打場541番地の１ 日本ピラー工業株式会社三田工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ本体に収納した複数の各ベローズを
   伸縮して、該各ベローズの伸縮動作により流体を吸入及
   び吐出する定量供給ポンプであって、上記ポンプ本体の
   一側部に、該ポンプ本体に収納した複数の各ベローズを
   独立して伸縮動作する各ベローズ駆動手段を設けた定量
   供給ポンプ。
2. 【請求項２】上記各ベローズ駆動手段の駆動速度を制御
   して、上記ポンプ本体に収納した各ベローズの伸縮速度
   を可変する駆動制御手段を設けた請求項１記載の定量供
   給ポンプ。
3. 【請求項３】上記ベローズ駆動手段を、上記ポンプ本体
   に収納したベローズの一側部にネジ軸又はナットの一方
   を固定し、上記ネジ軸とナットとを互いに螺合すると共
   に、該ネジ軸又はナットの一方をネジ送り方向に正逆回
   転するネジ送り手段を設けて構成した請求項１記載の定
   量供給ポンプ。