(57)【要約】【課題】容易に製造でき、組立性、メンテナンス性、応答性に優れた高寿命のポンプを得る。【解決手段】ポンプ１は、シリンダ２０内がダイヤフラム１０によって、液体を吸入および吐出するポンプ室５０と往復動部材３０を収容する駆動室６０とに仕切られ、往復動部材３０をダイヤフラム１０に離反可能に突き合い接触させ、駆動室６０内の圧力Ｐ２を常にポンプ室５０内の圧力Ｐ１よりも低く維持し（Ｐ２＜Ｐ１）、かつその差圧Ｐ３（Ｐ１−Ｐ２）を常に所定圧以上に維持して、ダイヤフラム１０を往復動部材３０の動きに合わせて作動させ、ダイヤフラム１０と往復動部材３０の結合を無くす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内がダイヤフラムによって、液体を吸入および吐出するポンプ室と往復動部材を収容する駆動室とに仕切られているポンプであって、往復駆動部材がダイヤフラムに略９０度の角度で離反可能に接触され、駆動室内の圧力が常にポンプ室内の圧力よりも低く維持され、かつその差圧が常に所定圧以上に維持されて、ダイヤフラムが往復動部材の動きに合わせて作動されることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
ダイヤフラムがフッ素樹脂で形成され、ダイヤフラムの円筒状外周部が可撓性を有し、該外周部が折返し部を経て該外周部の開放端部にフランジ部を有し、フランジ部がシリンダに取り付けられ、往復動部材が円柱状に形成され、往復駆動部材がダイヤフラムの閉鎖端部に略９０度の角度で離反可能に接触され、ダイヤフラムの外周部が往復動部材の外周面とシリンダの内周面に密着しながら該２面の隙間でローリングされる請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
往復動部材が該往復動部材とダイヤフラムの相互接触面間を駆動室に連通させる通路を有している請求項１または請求項２に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の供給に用いられるポンプに関し、特に半導体、液晶等のＦＰＤ製造プロセス時の薬液供給に用いられるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のポンプは、シリンダ内をダイヤフラムによって、液体を吸入および吐出するポンプ室と往復動部材を収容する駆動室とに仕切り、ダイヤフラムと往復動部材を締結により結合して、ダイヤフラムを往復動部材の動きに合わせて作動させ、ポンプ室の容積が拡大する吸込工程で該ポンプ室内に液体を吸入し、縮小する吐出工程で該ポンプ室内の液体を吐出する（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−５３５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のポンプのように、ダイヤフラムと往復動部材を締結により結合したり、その他嵌合により結合した場合、ダイヤフラムと往復動部材の加工精度如何でダイヤフラムと往復動部材間にセンターずれを生じ、これに伴ってダイヤフラムに集中応力を生じたり往復動部材と同一軸心線上に配置された摺動部に偏磨耗を生じ、ポンプ寿命が低下するという課題があった。さらに、締結による結合の場合には、組立性、メンテナンス性が悪くなり、ねじのバックラッシュによりポンプ応答性も悪くなるという課題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための本発明のポンプは、シリンダ２０内がダイヤフラム１０によって、液体を吸入および吐出するポンプ室５０と往復動部材３０を収容する駆動室６０とに仕切られているポンプであって、往復動部材３０がダイヤフラム１０に略９０度の角度で離反可能に接触され、駆動室６０内の圧力Ｐ２が常にポンプ室５０内の圧力Ｐ１よりも低く維持され（Ｐ２＜Ｐ１）、かつその差圧が常に所定圧以上に維持されて、ダイヤフラム１０が往復動部材３０の動きに合わせて作動される構成とし、シリンダ２０に組み込んでダイヤフラム１０と往復動部材３０の接触を保つスプリングなどの付勢部材を不要にしながら、ダイヤフラム１０と往復動部材３０の結合をなくした。この際、ダイヤフラム１０がフッ素樹脂で形成され、ダイヤフラム１０の円筒状外周部１１が可撓性を有し、該外周部１１が折返し部１１ａを経て該外周部１１の開放端部にフランジ部１３を有し、フランジ部１３がシリンダ２０に取り付けられ、往復動部材３０が円柱状に形成され、往復動部材３０がダイヤフラム１０の閉鎖端部に略９０度の角度で離反可能に接触され、ダイヤフラム１０の外周部１１が往復動部材３０の外周面とシリンダ２０の内周面に密着しながら該２面の隙間でローリングされることが好ましい。また、往復動部材３０が該往復動部材３０とダイヤフラム１０の相互接触面間を駆動室６０に連通させる通路３３を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、ダイヤフラム１０と往復動部材３０の結合をなくしたので、ポンプ寿命の向上を図ることができ、また、ポンプの組立性、メンテナンス性、応答性の向上も図ることができる。したがって、容易に製造でき、組立性、メンテナンス性、応答性に優れた高寿命のポンプを得ることができるという顕著な効果を奏する。
【０００６】
また、往復動部材３０が該往復動部材３０とダイヤフラム１０の相互接触面間を駆動室６０に連通させる通路３３を有しているので、ポンプ駆動時、往復動部材３０とダイヤフラム１０の相互接触面をより確実に密着保持させて、ダイヤフラム１０を往復動部材３０の動きに合わせてより確実に作動させることができ、ポンプの応答性能、定量性能、定流量性能などをより確実に発揮させることができると共に、ポンプ組立時に通路３３から往復動部材３０とダイヤフラム１０間の空気を抜き、往復動部材３０とダイヤフラム１０とを、ダイヤフラム１０に過負荷を生じることなく容易に接触させることができ、ダイヤフラム１０の損傷を防止しながら、ポンプの組立性をより向上させることができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るポンプの断面図である。
【０００８】
図１に示すポンプ１は、液晶等のＦＰＤや半導体の製造プロセスに使用されるレジスト液等の薬液を定量、定流量で供給するためのダイヤフラムポンプであり、用いるダイヤフラム１０は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂で形成されて耐薬品性が付与されたローリングダイヤフラムである。
【０００９】
まず、ダイヤフラム１０は略底付き円筒状（カップ状）に形成されており、中間部で内側または外側に折返して（捲返して）なる円筒状外周部（以下、「ローリング部」という。）１１を有し、曲げ角度略１８０度の折返し部１１ａと、この折返し部１１ａの内周側端部及び外周側端部から軸方向に平行に延出される内周部１１ｂおよび外周部１１ｃとを設けている。また、内周部１１ｂの端部を閉鎖端部にする円板状の端板部１２と、外周部１１ｃの端部から半径方向に起立するリング状のフランジ部１３とを有している。さらに、ローリング部１１が薄膜状に形成されて可撓性を有し、端板部１２およびフランジ部１３が厚肉に形成されて剛性を有している。図１には、外周部１１ｃの軸方向長さが内周部１１ｂの軸方向長さより短い初期形状（ポンプ組立時の形状）にローリング部１１を形成した引きタイプ（ポンプ動作を吸込工程から開始するタイプ）のダイヤフラム１０を示している。
【００１０】
而して、ポンプ１は、前記ダイヤフラム１０と、前記ダイヤフラム１０を収容するポンプハウジングである円筒状のシリンダ２０と、前記ダイヤフラム１０を作動させる往復動部材３０と、この往復動部材３０に往復運動を与えるリニアアクチュエータなどのポンプ駆動源４０とから構成されている。図１には、シリンダ２０の軸心線ＣＬが垂直で、この垂直軸心線ＣＬ上にダイヤフラム１０、往復動部材３０が配置された縦型のポンプ１を示している。
【００１１】
垂直軸心線ＣＬを有するシリンダ２０は、円筒状のシリンダパイプ２１と、このシリンダパイプ２１の上側に取り付けられる有天円筒状のヘッドカバー２２と、前記シリンダパイプ２１の下側に取り付けられるロッドカバー２３とから構成されている。また、ロッドカバー２３に軸受け部２４を設け、ヘッドカバー２２に薬液を吸入および吐出する内外面貫通の吸入口２５および吐出口２６を設け、シリンダパイプ２１に内外面貫通の通気口２７を設けている。軸受け部２４と吐出口２６は前記垂直軸心線ＣＬ上に配置され、吸入口２５はヘッドカバー２２の下部に配置され、通気口２７はシリンダパイプ２１の下部に配置されている。そして、吸入口２５には図示しない逆止弁を介して図示しない薬液タンクが接続され、吐出口２６は図示しない逆止弁を介して図示しない薬液供給部に接続される。吸入側の逆止弁は薬液のタンクから吸入口２５への流れを許容し、その逆の流れを阻止する。吐出側の逆止弁は薬液の吐出口２６から薬液供給部への流れを許容し、その逆の流れを阻止する。
【００１２】
前記シリンダ２０と同一軸心線上に配置される往復動部材３０は、上側に円柱状のピストン３１を有し、下側にピストン３１より細長い円柱状のピストンロッド３２を有している。ピストン３１は前記シリンダ２０内に収容されて、ピストン３１の外周面がシリンダ２０の内周面と所定の隙間を設けて対向している。また、ピストン３１の外周部には、このピストン３１の上側端面から下側端面に貫通する直線状の細長い孔でなる空気通路３３が複数、同一円周上で等間隔に設けられている。ピストンロッド３２は前記シリンダ２０の軸受け部２４に挿通されて、前記垂直軸心線ＣＬ上で軸方向（上下方向）に摺動自在に支持されている。この摺動部からの漏れを防ぐため、摺動部の軸受け部２４側の上下２箇所には０リングなどのパッキン２８が設けられている。そして、ピストンロッド３２の下端部は前記シリンダ２０の下側から外部に突出され、このピストンロッド３２の下端部が、前記シリンダ２０と同一軸心線上でこのシリンダ２０の下側外部に配置されるポンプ駆動源４０の出力軸と前記垂直軸芯線ＣＬ上で一直線状に結合され、このピストンロッド３２の下端部に、ポンプ駆動源４０の出力軸から軸方向の往復運動が与えられる。
【００１３】
図１には、前記ピストン３１と前記ピストンロッド３２からなる２ピース構造の往復動部材３０を示している。この往復動部材３０はピストン３１がその下側端面に比較的浅い位置決め用の円形凹部３４を設けている。円形凹部３４は前記垂直軸心線ＣＬ上に配置され、この円形凹部３４には前記シリンダ２０と同一軸心線上に配置されたピストンロッド３２の上端部が下側から嵌め込まれている。これにより、ピストン３１が、このピストン３１の下側端面中心部（円形凹部３４の天面）に接触しているピストンロッド３２の上端面で下側から支えられ、円形凹部３４の周側面と僅かな嵌合隙間を設けて対向しているピストンロッド３２の上端部外周面で前記垂直軸心線ＣＬ上に略位置決めされている。ここで、円形凹部３４とピストンロッド３２上端部との嵌合は、ピストン３１とピストンロッド３２とを結合一体化するものではない。よって、メンテナンス時にピストン３１とピストンロッド３２の一方を固定した状態で他方に抜き方向の力が加えられると、両者は引き離されて分離される。
【００１４】
そして、前記ダイヤフラム１０は、そのフランジ部１３がシリンダパイプ２１とヘッドカバー２２との接合面間で挟持されてシリンダ２０内に取り付けられている。この取り付け状態（ポンプ組立状態）では、固定端（フランジ１３）に繋がる外周部１１ｃがシリンダパイプ２１の内周面と接触し、かつシリンダパイプ２１の内周面に沿って下側へ延ばされ、折返し部１１ａがシリンダパイプ２１の内周側に位置し、端板部１２に繋がる内周部１１ｂが前記外周部１１ｃと平行に上側へ延ばされ、端板部１２がヘッドカバー２２の天面近傍でその天面に対し離反対向している。これにより、ダイヤフラム１０がシリンダ２０内で前記垂直軸心線ＣＬ上に収容されて、シリンダ２０内がダイヤフラム１０によって、吸入口２５および吐出口２６と連通したダイヤフラム１０よりも上側（ヘッドカバー２２側）のポンプ室５０と、通気口２７と連通し、かつ往復動部材３０を収容するダイヤフラム１０よりも下側（ロッドカバー２３側）の駆動室６０とに仕切られている。
【００１５】
また、前記ダイヤフラム１０によってシリンダ２０上部のポンプ室５０と仕切られたシリンダ２０下部の駆動室６０内では、往復動部材３０の上部に有するピストン３１がダイヤフラム１０のローリング部１０内周に下側から嵌め込まれ、ピストン３１の上側端面がダイヤフラム１０の端板部１２下側表面に略９０度の角度で接触、つまり突き合い接触されている。これにより、ローリング部１１の内周部１１ｂはピストン３１の外周面と接触し、折返し部１１ａはピストン３１の外周面とシリンダパイプ２１の内周面との隙間に位置し、ダイヤフラム１０と往復動部材３０のピストン３１が同一軸心線上に配置される。つまりダイヤフラム１０と往復動部材３０のピストン３１およびピストンロッド３２がシリンダ２０内で前記垂直軸心線ＣＬ上に配置される。ここで、ダイヤフラム１０のローリング部１０と往復動部材３０のピストン３１との嵌合は、ダイヤフラム１０と往復動部材３０を結合一体化するものではない。よって、メンテナンス時にダイヤフラム１０のローリング部１０と往復動部材３０のピストン３１の一方を固定した状態で他方に抜き方向の力が加えられると、両者は引き離されて分離される。
【００１６】
さらに、突き合い接触するピストン３１上側端面と端板部１２下側表面の間は、ピストン３１に設けられた複数の前記空気通路３３によって駆動室６０と連通されている。
【００１７】
上記のようにポンプ１は、シリンダ２０内がダイヤフラム１０によって、薬液を吸入および吐出するポンプ室５０と往復動部材３０を収容する駆動室６０とに仕切られ、往復動部材３０がダイヤフラム１０に突き合い接触されただけで結合はされていない。そして、ポンプ駆動時に駆動室６０内の圧力Ｐ２が常にポンプ室５０内の圧力Ｐ１よりも低く維持され（Ｐ２＜Ｐ１）、かつその差圧Ｐ３（Ｐ１−Ｐ２）が常に所定圧以上に維持されて、ダイヤフラム１０が往復動部材３０の動きに合わせて作動されるように構成している。ここで、維持する差圧Ｐ３は、ポンプ駆動時に突き合い接触する端板部１２下側表面とピストン３１上側端面および突き合い接触するピストン３１下側端面中心部とピストンロッド３２上端面を引き離そうとする軸方向の力に打ち勝って確実に密着保持させることができる所定圧以上に設定される。この所定圧は、ポンプ性能やフッ素樹脂からなるダイヤフラム１０のローリング部１１の硬さなどを考慮すると、５０KPa未満では、突き合い接触する各接触面が引き離されるおそれがあり、５０KPa以上で引き離されるおそれがなく確実に密着保持させることができるので、５０KPa以上に設定することが好ましい。
【００１８】
また、駆動室６０内の圧力Ｐ２を常にポンプ室５０内の圧力Ｐ１よりも低く維持し、かつその差圧Ｐ３を常に所定圧（５０KPa）以上に維持する場合、ポンプ室５０側に正圧を加えるか、駆動室６０側を負圧にするが、図１には、駆動室６０に連通するシリンダ３０の通気口２７に接続し、駆動室６０を負圧にする真空ポンプ、真空発生器などの差圧形成手段７０を示している。この場合、駆動室６０内の圧力Ｐ２を、ポンプ室５０内の圧力Ｐ１の変動に応じて差圧Ｐ３が変動しても所定圧未満に下がらないような設定圧（負圧）に一定に維持しても、駆動室６０内の圧力Ｐ２を、ポンプ室５０内の圧力Ｐ１変動に応じて自動調整し、差圧Ｐ３を所定圧以上の設定圧に一定に維持してもよい。
【００１９】
一方、ポンプ室５０側に正圧を加える図示しない差圧形成手段は、シリンダ２０の吸入口２５に接続される吸入側逆止弁の上流側に設置する薬液加圧用のポンプと、シリンダ２０の吐出口２６に接続される吐出側逆止弁の上流側または下流側に設置するポンプ室圧力保持用の絞り弁とで構成することができる。
【００２０】
なお、非常に大きな差圧Ｐ３を必要とする場合、駆動室６０を負圧にする差圧形成手段７０とポンプ室５０側に正圧を加える差圧形成手段との併用を妨げない。
【００２１】
前記ポンプ１では、ダイヤフラム１０以外の接液部であるシリンダ２０のヘッドカバー２２もダイヤフラム１０と同様にＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で形成されて耐薬品性が付与されていることが好ましい。
【００２２】
次に、上記のように構成されたポンプ１の動作を図１を参照して説明する。
【００２３】
図１に示すポンプ１は、引きタイプのダイヤフラム１０を組み込んであるため、ポンプ駆動源４０を作動させて駆動すると、ピストンロッド３２の上下往復駆動が下向きの復動から開始される。そして、ポンプ駆動時に差圧形成手段７０によって、駆動室６０内の圧力Ｐ２が常にポンプ室５０内の圧力Ｐ１よりも低く維持され、かつその差圧Ｐ３が常に所定圧以上に維持され、ピストンロッド３２上端面に対しピストン３１下側端面中心部が密着（吸着）保持され、かつピストン３１上側端面に対しダイヤフラム１０の端板部１２下側表面が密着（吸着）保持されているので、ピストンロッド３２が復動すると、ピストン３１とダイヤフラムの端板部１２がピストンロッド３２の復動に追従して下向きに復動する。つまり往復動部材３０とダイヤフラム１０の端板部１２が一体的に下向きに復動する。この吸入工程において、ダイヤフラム１０のローリング部１１は、内周部１１ｂの軸方向長さが短くなり、外周部１１ｃの軸方向長さが長くなり、シリンダパイプ２１の内周面とピストン３１の外周面との隙間で折返し部１１ａが下向き変位しながらローリングし、これに伴って、ポンプ室５０の容積が拡大し、その過程でポンプ室５０に液体タンク内の薬液が吸入される。
【００２４】
また、ピストンロッド３２が上向きに往動すると、ピストンロッド３２上端面でピストン３１下側端面中心部が下側から押し上げられ、同時にピストン３１上側端面でダイヤフラム１０の端板部１２下側表面が下側から押し上げられ、ピストンロッド３２上端面とピストン３１下側端面中心部およびピストン３１上側端面とダイヤフラム１０の端板部１２下側表面が密着保持された状態で、ピストン３１とダイヤフラム１０の端板部１２がピストンロッド３２の往動に追従して上向きに往動する。つまり往復動部材３０とダイヤフラム１０の端板部１２が一体的に上向きに往動する。この吐出工程において、ダイヤフラム１０のローリング部１１は、内周部１１ｂの軸方向長さが長くなり、外周部１１ｃの軸方向長さが短くなり、シリンダパイプ２１の内周面とピストン３１の外周面との隙間で折返し部１１ａが上向き変位しながらローリングし、これに伴って、ポンプ室５０の容積が縮小し、その過程でポンプ室５０内の液体が吐出されて薬液供給部に供給される。
【００２５】
このように、ダイヤフラム１０が往復動部材３０の動きに合わせて作動されることにより、薬液供給部に液体タンク内の液体が定量、かつ定流量で供給される。
【００２６】
そして、ポンプ１は、上記のようにダイヤフラム１０を往復動部材３０の動きに合わせて作動させて、液体を定量、かつ定流量で供給するに当たり、ダイヤフラム１０と往復動部材３０を締結により結合したり、その他嵌合により結合していないので、そのような結合により生じるダイヤフラム１０と往復動部材３０のセンターずれが無くなり、そのセンターずれに伴って生じるローリング部１１の折返し部１１ａへの応力集中および往復動部材３０と同一軸心線上に配置されたパッキン２８の偏磨耗が解消されるため、ポンプ寿命が向上する。また、ポンプ１の組立性、メンテナンス性、応答性も向上する。さらに、ダイヤフラム１０と往復動部材３０の接触を保つスプリングなど、シリンダ２０内に組み込む付勢部材が不要になるので、ポンプ１の組立性は非常に良くなる。
【００２７】
また、突き合い接触するピストン３１上側端面とダイヤフラム１０の端板部１２下側表面間がピストン３１に設けられた前記空気通路３３によって直接駆動室６０に連通されているので、ポンプ１駆動時、駆動室６０内の圧力Ｐ２とポンプ室５０内の圧力Ｐ１の差圧Ｐ３によってピストン３１上側端面とダイヤフラム１０の端板部１２下側表面をより確実に密着保持させて、ダイヤフラム１０を往復動部材３０の動きに合わせてより確実に作動させることができ、ポンプの応答性能、定量性能、定流量性能などをより確実に発揮させることができると共に、ポンプ１組立時に前記空気通路３３からピストン３１とダイヤフラム１０間の空気を抜きながら、ピストン３１とダイヤフラム１０とを、ダイヤフラム１０のローリング部１１に過負荷を生じることなくスムーズに嵌合させ、ピストン３１上側端面とダイヤフラム１０の端板部１２下側表面とを突き合い接触させることができ、ダイヤフラム１０の損傷を防止しながら、ポンプ１の組立性をより向上させることができるようになっている。
【００２８】
以上、本実施の形態は本発明の好適な一実施の形態を示したが、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更実施することができる。
【００２９】
例えば、本実施の形態では縦型のダイヤフラムポンプ１を示したが、本発明はシリンダ２０の軸心線が水平で、この水平軸心線上にダイヤフラム１０、往復動部材３０が配置された横型のダイヤフラムポンプにも好適に実施することができる。また、本実施の形態では引きタイプのローリングダイヤフラム１０を用いたダイヤフラムポンプ１を示したが、本発明は外周部１１ｃの軸方向長さが内周部１１ｂの軸方向長さより長い初期形状（ポンプ組立時の形状）にローリング部１１を形成した押しタイプ（ポンプ動作を吐出工程から開始するタイプ）のローリングダイヤフラムを用いたダイヤフラムポンプにも好適に実施することができる。
【００３０】
さらに、本実施の形態ではピストン３１とピストンロッド３２からなる２ピース構造で、ピストン３１の下側端面にピストンロッド３２の上端部を嵌め込む位置決め用の円形凹部３４を設ける往復駆動部材３０を用いたダイヤフラムポンプ１を示したが、本発明は、図２（Ａ）に示すように、ピストン３１とピストンロッド３２からなる２ピース構造で、ピストン３１の下側端面中心部に小さな円柱状の位置決め用突起３１Ａを設けると共に、ピストンロッド３２の上端面中心部に前記突起３１Ａを上側から嵌め込む位置決め用円形凹部３４Ａを設ける往復駆動部材３０Ａ、つまり図１に示した往復駆動部材３０とはピストン３１とピストンロッド３２との嵌合部の凹凸を逆にした往復駆動部材３０Ａを用いたダイヤフラムポンプにも好適に実施することができる。また、本発明は、図２（Ｂ）に示すように、ピストン３１とピストンロッド３２を一体に形成する１ピース構造の往復駆動部材３０Ｂを用いたダイヤフラムポンプにも好適に実施することができる。
【００３１】
この他、本発明は、本実施の形態とは供給する液体や用いるダイヤフラムの材質や形態が異なるダイヤフラムポンプにも好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るポンプの断面図である。
【図２】図１のＡ部の変形構造を示す部分図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ポンプ
１０  ダイヤフラム
１１  ローリング部
１１ａ  折返し部
１１ｂ  外周部
１１ｃ  内周部
１２  端板部
１３  フランジ部
２０  シリンダ
３０  往復動部材
３１  ピストン
３２  ピストンロッド
３３  空気通路
５０  ポンプ室
６０  駆動室
７０  差圧形成手段
【図１】
2010106674.tif 000003
【図２】
2010106674.tif 000004