(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー等の沈殿物質を含む液体を移送するポンプ本体の内部に、軸線方向に沿って伸縮変形可能なベローズがこれの軸線を縦にして駆動伸縮変形運動するようにかつ該ベローズの内側に液室を形成するように備えられるとともに、ポンプ本体の前記液室に臨む内底面に吸込口と吐出口が設けられており、前記ベローズの伸長動作により前記吸込口から前記液室内に前記液体を吸い込み、前記ベローズの収縮動作により前記液室内の液体を吐出口から吐き出すようにしたようにしたポンプよりなる、流体機器であって、
前記液室の内底面が前記吐出口に向かって下り傾斜をつけた円錐状に形成され、該内底面の最も低い位置に前記吐出口が形成されると共に、
前記液室の円錐状内底面に開口される前記吸入口に逆止弁が設けられ、該逆止弁はその弁ケーシングを前記液室内に突出するように前記液室の円錐状内底面に固定されていることを特徴とするベローズを有する流体機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベローズ式のポンプなどで代表されるベローズを有する流体機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造装置におけるＩＣや液晶の表面洗浄等の各種処理に際して薬液の循環輸送などに使用されるポンプは、ポンプの動作によってパーティクルの発生がないベローズ式のポンプが使用されている（例えば、特開平３−１７９１８４号公報）。また、この種のポンプはベローズの伸縮による往復運動により脈動が発生するため、この脈動を低減するためにアキュムレータが併用されている（例えば、特開平６−１７７５２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、ベローズを有する上記ポンプやアキュムレータでは、薬液や純水の移送液を使用する場合は問題が生じることはないが、半導体のウエハーやコンピュータ内蔵のハードディスク等の化学的機械研磨［ケミカル  メカニカル  ポリッシング（ＣＭＰ）］の研磨液としてシリカ等のスラリーを含む砥液を使用する場合に問題がある。すなわち、スラリーなどの沈殿する物質を含む液を使用する場合、沈殿物質がベローズ内の液室の内底、特に内底の吐出口や流出口付近に溜まって固まる等の問題が生じるのである。
【０００４】
本発明の目的は、このような問題を解消するためになされたもので、スラリー等の沈殿物質を含む移送液を使用する場合も沈殿物質をベローズ内の液室の内底に溜めることなく、常に円滑に吐き出すことのできるポンプなどよりなる、ベローズを有する流体機器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、図１に例示するように、スラリー等の沈殿物質を含む液体を移送するポンプ本体１の内部に、軸線方向に沿って伸縮変形可能なベローズ７がこれの軸線を縦にして駆動伸縮変形運動するようにかつ該ベローズ７の内側に液室９を形成するように備えられるとともに、ポンプ本体１の前記液室９に臨む内底面４ａに吸込口１８と吐出口１９が設けられており、前記ベローズ７の伸長動作により前記吸込口１８から前記液室９内に前記液体を吸い込み、前記ベローズ７の収縮動作により前記液室９内の液体を吐出口１９から吐き出すようにしてあるポンプよりなる、流体機器であって、前記液室の内底面が前記吐出口に向かって下り傾斜をつけた円錐状に形成され、該内底面の最も低い位置に前記吐出口が形成されると共に、前記液室の円錐状内底面に開口される前記吸入口に逆止弁が設けられ、該逆止弁はその弁ケーシングを前記液室内に突出するように前記液室の円錐状内底面に固定されていることに特徴を有するものである。
【０００６】
このように構成されたポンプによれば、ポンプ本体１内のベローズ７の軸線を縦にしたうえで、該ベローズ７内の液室９の内底面４ａを吐出口１９に向かって下り傾斜する形に形成しているので、スラリー等の沈殿物質を含む液も沈殿物質を液室９の内底面４ａに溜めることなく、常に内底面４ａの下り傾斜面に沿ってスムーズに吐出口１９に向かって吐き出すことができることになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１は本発明に係るベローズを有する流体機器としてポンプに適用した場合の実施例を示す。
図１において、１はポンプ本体で、上端が上壁２で塞がれた筒状のケーシング３と、このケーシング３の開放下端を気密状に塞ぐ底壁４とを有してなる。その底壁４に液体の流入路５及び流出路６が形成されている。
ケーシング３内にその軸線Ｂ方向に沿って伸縮変形可能な有底筒状のベローズ７が軸線Ｂを縦にして配設されている。このベローズ７は耐熱性、耐薬品性に優れるＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂で成形され、その下端開口周縁部７ａは環状固定板８により底壁４の上側面に気密状に押付け固定することにより、ポンプ本体１の内部空間がベローズ７の内側の液室９とベローズ７の外側の空気室１０とに隔離されている。
【０００８】
ポンプ本体１にはベローズ７を駆動伸縮運動させる往復駆動装置２２が備えられる。この往復駆動装置２２は、ポンプ本体１の上壁２の上面側にシリンダ１１をこれの軸線がベローズ７の軸線Ｂと一致するように形成し、シリンダ１１内を往復動するピストン１２を上壁２を貫通するピストンロッド１３でベローズ７の閉鎖上端部７ｂの中央部と連結している。そして、コンプレッサーなどの加圧空気供給装置（図示省略）から送給される加圧空気がシリンダ１１及び上壁２にそれぞれ形成した空気孔１４，１５を介してシリンダ１１の内部と空気室１０に交互に供給されるようにしている。すなわち、シリンダ１１には近接センサー１６ａ，１６ｂが取り付けられる一方、ピストン１２にセンサー感知部材１７が取り付けられ、ピストン１２の往復動に伴いセンサー感知部材１７が近接センサー１６ａ，１６ｂに交互に近接することにより加圧空気供給装置から送給される加圧空気のシリンダー１１内への供給と空気室１０への供給とが自動的に交互に切り替えられるように構成している。
【０００９】
上記液室９に臨む底壁４の内底面４ａには吸込口１８及び吐出口１９がそれぞれ、上記流入路５及び流出路６と連通するように開口されている。吸込口１８には吸込用逆止弁２０が、流出路６には吐出用逆止弁２１がそれぞれ設けられている。
【００１０】
図６に示すように、吸込用逆止弁２０は筒状の弁ケーシング２０１とボールよりなる弁体２０２よりなり、弁ケーシング２０１はこれの軸線Ｄを縦にして吸込口１８にねじ込みと係合手段などにより堅固に固定されている。図示例の吸込用逆止弁２０は弁体２０２を上下二段に備える構造としている。弁ケーシング２０１は上下に二分割されて第１弁ケーシング２０１ａと第２弁ケーシング２０１ｂよりなり、第１弁ケーシング２０１ａと第２弁ケーシング２０１ｂにそれぞれ第１弁体２０２ａ、第２弁体２０２ｂを内装している。
【００１１】
第１弁ケーシング２０１ａは筒状に形成されて下端に入口２０３を開口し、その外周に設けた雄ねじ２０４を底壁４の吸込口１８の内周下段側に設けた雌ねじ２０５にねじ込むことによりその軸線Ｄを縦にして底壁４に固定される。
第２弁ケーシング２０１ｂは第１弁ケーシング２０１ａよりも径大な筒状に形成されて上端に出口２０６を開口し、その下端外周に設けた雄ねじ２０７を底壁４の吸込口１８の内周上段側に前記雌ねじ２０５の内径よりも径大に設けた雌ねじ２０８にねじ込むとともに、その下端内周に設けた雌ねじ２０９を第１弁ケーシング２０１ａの外周上端の雄ねじ２１０にねじ込むことにより第１弁ケーシング２０１ａと同心状にかつ底壁４に液室９内に突出するよう固定される。その際、第１弁ケーシング２０１ａの上端と第２弁ケーシング２０１ｂの内周下端との間に、弁座２１１を有する弁座体２１２が組み込まれる。また第１弁ケーシング２０１ａ下端の入口２０３に臨む流入路５の開口端に弁座２１３が設けられている。なお、第１，２弁ケーシング２０１ａ，２０１ｂ及び第１，２弁体２０２ａ，２０２ｂは、ベローズ７の材質と同様に耐熱性、耐薬品性に優れるＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂で成形されている。
【００１２】
しかるときは、第１弁ケーシング２０１ａ内の弁座２１３に第１弁体２０２ａが自重により密着し、第２弁ケーシング２０１ｂ内の弁座２１１には第２弁体２０２ｂが自重により密着して液体の逆流を防ぐ。液体の吸込み時には第１，２弁体２０２ａ，２０２ｂが弁座２１３，２１１からそれぞれ上方へ離されて開弁し、流入路５からの液体が第１弁ケーシング２０１ａの内周に設けた縦溝２１４と第１弁体２０２ａとの間、及び第２弁ケーシング２０１ｂの内周に設けた縦溝２１５と第２弁体２０２ｂとの間を通って第２弁ケーシング２０１ｂの出口２０６から液室９内に吸い込まれる。また、吐出用逆止弁２１においても、吸込用逆止弁２０の構造と同様に上下に二分割可能な弁ケーシング内に弁体を上下２段に組み込むものとしている。このように吸込用逆止弁２０及び吐出用逆止弁２１がそれぞれ、弁体を上下２段に備えて二重閉止構造にされていると、移送液の確実な定量送りを保証できて有利であるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、単一の弁体を備えるものであってもよい。また、上記自重式ボールによる弁構造に代えて、図７に示すごとく弁体２０２と、この弁体２０２を弁座に押し付けるスプリング３００とが弁ケーシング２０１に組み込まれた弁構造からなる吸込用逆止弁２０及び吐出用逆止弁２１を採用することもできる。
【００１３】
いま、コンプレッサーなどの加圧空気供給装置（図示省略）から加圧空気をシリンダ１１の内部に空気孔１４を介して供給すると、ピストン１２は図１のｘ方向へ上昇し、ベローズ７が同一方向に伸長動作して流入路５内の移送液を吸込用逆止弁２０を経て液室９内に吸い込む。上記加圧空気を空気室１０内に空気孔１５を介して供給し、空気孔１４から排気すると、ピストン１２は図１のｙ方向へ下降し、ベローズ７が同一方向に収縮動作して液室９内の移送液を吐出用逆止弁２１を経て吐出する。このように、シリンダ１１内のピストン１２の往復運動によってベローズ７が駆動伸縮変形運動することにより、吸込用逆止弁２０と吐出用逆止弁２１とが交互に開閉作動して流入路５から液室９への移送液の吸込みと、液室９内から流出路６への移送液の吐出しとを交互に繰り返して所定のポンプ作用が行われる。
【００１４】
上記構成のポンプにおいて、本発明は上記液室９の内底面４ａが吐出口１９に向かって下り傾斜をつけた形に形成され、好ましくは円錐状に形成される内底面４ａの最も低い位置に吐出口１９が形成され得るものとする。ただし、吐出口１９はベローズ７の軸線Ｂ上にあること、あるいは該軸線Ｂより偏した位置にあることは問うものではない。上記内底面４ａの下り傾斜角度は、１〜４５゜、より好ましくは５〜１５゜である。
しかるときは、移送液としてスラリー等の沈殿物質を含む液を使用する場合もこの液は内底面４ａの下り傾斜面に沿ってスムーズに吐出口１９に向かって吐き出され、沈殿物質が内底面４ａに溜まって固まるという問題を解消することができる。
【００１５】
また、図４に示すごとく、上記ベローズ７の山折り部７１と谷折り部７２を上下に交互に連続形成してなる伸縮部分が伸長状態のときはもとより、収縮状態のときも各山折り部７１の上下の襞状部７１ａ，７１ｂのうち下側の襞状部７１ｂが前記軸線Ｂに向かって下り傾斜する形に形成することが、ベローズ７の伸縮部分での沈殿物質の停留をもよく防止できて、前記内底面４ａでの沈殿物の滞留防止と相俟ってポンプ内での沈殿物の沈殿や凝集をより一層効果的に防止できる点で好ましい。上記襞状部７１ｂの下り傾斜角度は、１〜４５゜、より好ましくは５〜１５゜である。
【００１６】
図２において、２５はアキュムレータ本体で、上端が上壁２６で塞がれた筒状のケーシング２７と、このケーシング２７の開放下端を気密状に塞ぐ底壁２８とを有してなる。
ケーシング２７内にその軸線Ｃ方向に沿って伸縮変形可能な有底筒状のベローズ２９が軸線Ｃを縦にして配設されている。このベローズ２９の下端開口周縁部２９ａは環状固定板３０により底壁２８の上側面に気密状に押付け固定することにより、アキュムレータ本体２５の内部空間がベローズ２９の内側の液室３１とベローズ２９の外側の空気室３２とに隔離される。アキュムレータ本体２５の底壁２８には液体の流入路３３及び流出路３４が形成され、底壁２８の液室３１に臨む内底面２８ａには流入口２３及び流出口２４がそれぞれ流入路３３及び流出路３４と連通するよう開口されている。
【００１７】
このアキュムレータＡは、例えば、上記ポンプＰの脈動を低減するために該ポンプＰの移送液配管路内に配置して使用される。したがって、この場合は、流入路３３は上記ポンプＰの流出路６の下流端側に接続されてポンプＰの吐出用逆止弁２１を介して吐出される移送液が液室３１に一時的に貯溜され、空気室３２にはポンプＰの脈動低減用の空気が封入されるようにしている。したがって、ベローズ２９の伸縮変形に伴う液室３１の容量変化によりポンプＰの液室９から吐出される移送液の吐出圧による脈動を吸収減衰させるように構成される。
【００１８】
図３に示すように、アキュムレータＡの上記ケーシング２７の上壁２６の外面中央付近には空気出入口３５を形成し、この空気出入口３５内にフランジ３６付きのバルブケース３７を嵌合するとともに、フランジ３６を上壁２６の外側にボルト３８等で着脱可能に締結固定している。
【００１９】
バルブケース３７には給気口３９と排気口４０とを平行に並べて形成している。給気口３９には、上記液室３１の容量が所定範囲を越えて増大したとき、上記空気室３２内へ移送液の最大圧力値以上の圧力の空気を供給して空気室３２内の封入圧を上昇させる自動給気バルブ機構４１が設けられる。排気口４０には、液室３１の容量が所定範囲を越えて減少したとき、空気室３２内から排気して該空気室３２内の封入圧を下降させる自動排気バルブ機構４２が設けられる。
【００２０】
自動給気バルブ機構４１は、バルブケース３７に給気口３９と連通状に形成した給気弁室４３と、この弁室４３内でその軸線方向に沿って摺動自在で給気口３９を開閉作動する給気弁体４４と、この弁体４４を常に閉成位置に付勢するスプリング４５と、内端部に給気弁体４４の弁座４６を備えるとともに給気弁室４３と空気室３２とを連通させる貫通孔４７を有してバルブケース３７にねじ込み固定されたガイド部材４８と、このガイド部材４８の貫通孔４７内にスライド自在に挿通された弁押し棒４９と、を有してなる。液室３１内の液圧が平均圧の状態でベローズ２９が基準位置Ｓにある状態では、給気弁体４４がガイド部材４８の弁座４６に密接して給気口３９を閉成するとともに、弁押し棒４９の空気室３２内に臨む端部４９ａがベローズ２９の閉鎖上端部２９ｂとストロークＥだけ離間している。
【００２１】
一方、自動排気バルブ機構４２は、バルブケース３７に排気口４０と連通状に形成した排気弁室５０と、この弁室５０内でその軸線方向に沿って摺動自在で排気口４０を開閉作動する排気弁体５１と、この弁体５１を先端に、鍔部５２を後端にそれぞれ備えた排気弁棒５３と、排気弁室５０内にねじ込み固定され、排気弁棒５３が挿通される貫通孔５４を有するスプリング受体５５と、排気弁棒５３の後端側にスライド自在に挿通され、鍔部５２で抜止めされている筒形のスライダー５６と、排気弁体５１とスプリング受体５５との間に配設された閉成用スプリング５７と、スプリング受体５５とスライダー５６との間に配された開成用スプリング５８と、を有してなる。スプリング受体５５の貫通孔５４の内径は排気弁棒５３の軸径よりも大きくて両者間に隙間５９が形成され、この隙間５９を介して排気弁室５０と空気室３２とが連通している。ベローズ２９が基準位置Ｓにある状態において、排気弁体５１は排気口４０を閉成するとともに排気弁棒５３の後端の鍔部５２はスライダー５６の閉鎖端部５６ａの内面からストロークＦだけ離間している。
【００２２】
バルブケース３７の空気室側端は図３に仮想線６０で示すごとく空気室３２内の方向に延長させ、この延長端に、ベローズ２９が液室３１を拡大させる方向に所定のストロークＥを越えて上記弁押し棒４９を動作させるまで移動したときにベローズ２９のそれ以上の移動を規制するためのストッパー６１を設けている。
【００２３】
次に、上記構成のアキュムレータの動作について説明する。
たとえば、上記ポンプＰの作動により移送液が所定の部位に向けて送給されると、ポンプ吐出圧は山部と谷部との繰り返しによる脈動を発生する。
ここで、上記ポンプＰにおける液室９内から吐出用逆止弁２１を経て吐出される移送液は、アキュムレータの流入路３３及び流入口２３を経て液室３１内に送られ、この液室３１に一時的に貯溜されたのち流出口２４から流出路３４へと流出される。このとき、移送液の吐出圧が吐出圧曲線の山部にある場合、移送液は液室３１の容量を増大するようにベローズ２９を伸長変形させるので、その圧力が吸収される。この時、液室３１から流出される移送液の流量はポンプＰから送給されてくる流量よりも少なくなる。
【００２４】
また、上記移送液の吐出圧が吐出圧曲線の谷部にさしかかると、アキュムレータのベローズ２９の伸長変形に伴い圧縮された空気室３２内の封入圧よりも移送液の圧力が低くなるので、ベローズ２９は収縮変形する。この時、ポンプＰから液室３１内に流入する移送液の流量よりも液室３１から流出する流量が多くなる。この繰り返し動作、つまり液室３１の容量変化によって上記脈動が吸収され低減されることになる。
【００２５】
ところで、上記のような動作中において、ポンプＰからの吐出圧が上昇変動すると、移送液によって液室３１の容量が増大し、ベローズ２９が大きく伸長変形することになる。このベローズ２９の伸長変形量が所定範囲Ｅを越えると、ベローズ２９の閉鎖上端部２９ｂが弁押し棒４９を弁室内方向へ押す。これによって、自動給気バルブ機構４１における給気弁体４４がスプリング４５に抗して開成されて給気口３９を通じて高い空気圧が空気室３２内へ供給され、該空気室３２内の封入圧が上昇する。したがって、ベローズ２９のストロークＥを越えての伸長変形量が規制されて、液室３１の容量が過度に増大することが抑えられる。その際、バルブケース３７の空気室側端に上記ストッパー６１を設けておくと、ベローズ２９の閉鎖上端部２９ｂが該ストッパー６１に当接し、ベローズ２９が過剰に伸長変形するのを確実に防止できるため、その破損予防に有利である。そして、空気室３２内の封入圧の上昇に伴いベローズ２９が基準位置Ｓに向けて収縮するので、弁押し棒４９がベローズ２９の閉鎖上端部２９ｂから離れ、給気弁体４４が再び閉成位置に戻って空気室３２内の封入圧が調整状態に固定される。
【００２６】
一方、ポンプＰからの吐出圧が下降変動すると、移送液によって液室３１の容量が減少し、ベローズ２９が大きく収縮変形することになる。このベローズ２９の収縮変形量が所定範囲Ｆを越えると、ベローズ２９の閉鎖上端部２９ｂの収縮方向ｂへの移動に伴って自動排気バルブ機構４２のスライダー５６が開成用スプリング５８の付勢作用によりベローズ２９の収縮方向ｂへ移動し、スライダー５６の閉鎖端部５６ａの内面が排気弁棒５３の鍔部５２に係合する。これによって、排気弁棒５３がｂ方向に移動して排気弁体５１が排気口４０を開成するので、空気室３２内の封入空気が排気口４０から大気中に排出されて空気室３２内の封入圧が低下する。したがって、ベローズ２９のストロークＦを越えての収縮変形量が規制されて、液室３１の容量が過度に減少することが抑えられる。そして、空気室３２内の封入圧の減少に伴いベローズ２９が基準位置Ｓに向けて伸長するので、スライダー５６がベローズ２９の閉鎖上端部２９ｂで押されてａ方向に移動しながら開成用スプリング５８を圧縮させ、排気弁体５１が閉成用スプリング５７の付勢作用で再び排気口４０を閉成する。これによって空気室３２内の封入圧が調整状態に固定される。その結果、ポンプＰの液室９からの吐出圧の変動にかかわらず、脈動を効率的に吸収して脈動幅が小さく抑えられることになる。
【００２７】
上記構成のアキュムレータＡにおいて、上記液室３１の内底面２８ａが流出口２４に向かって下り傾斜をつけた形に形成され、好ましくは円錐状に形成される内底面２８ａの最も低い位置に流出口２４が形成され得るものとする。ただし、流出口２４はベローズ２９の軸線Ｃ上にあること、あるいは該軸線Ｃより偏した位置にあることは問うものではない。上記内底面２８ａの下り傾斜角度は、１〜４５゜、より好ましくは５〜１５゜である。
しかるときは、上記ポンプＰの場合と同様に移送液としてスラリー等の沈殿物質を含む液を使用する場合もこの液は内底面２８ａの下り傾斜面に沿ってスムーズに流出口２４に向かって流出し、沈殿物質が内底面２８ａに溜まって固まるようなことが無くなる。
【００２８】
また、図５に示すごとく、上記ベローズ２９の山折り部２９１と谷折り部２９２を上下に交互に連続形成してなる伸縮部分が伸長状態のときはもとより、収縮状態のときも各山折り部２９１の上下の襞状部２９１ａ，２９１ｂのうち下側の襞状部２９１ｂが前記軸線Ｃに向かって下り傾斜する形に形成することが、ベローズ２９の伸縮部分での沈殿物質の停留をもよく防止できて、前記内底面２９ａでの沈殿物の滞留防止と相俟ってアキュムレータ内での沈殿物の沈殿や凝集をより一層効果的に防止できる点で好ましい。上記襞状部２９１ｂの下り傾斜角度は、１〜４５゜、より好ましくは５〜１５゜である。
【００２９】
上記アキュムレータでは空気室３２に自動給気バルブ機構４１及び自動排気バルブ機構４２よりなる圧力自動調整機構を付けているが、空気室３２は空気出入口３５さえあればよく、圧力自動調整機構は必ずしも必要とするものではない。その圧力調整は手動で行うものであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スラリー等の沈殿物質を含む液を使用する場合もポンプ内で沈殿や凝集を起こすことを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のポンプの全体縦断正面図である。
【図２】アキュムレータの全体縦断正面図である。
【図３】アキュムレータの圧力自動調整機構の拡大縦断正面図である。
【図４】実施例のポンプの他の変形例を示す全体縦断正面図である。
【図５】アキュムレータの他の変形例を示す全体縦断正面図である。
【図６】実施例のポンプに組み込んである吸込用逆止弁の断面図である。
【図７】実施例のポンプに組み込まれる吸込用逆止弁の他の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ポンプ本体
４ａ  ポンプの内底面
７  ポンプのベローズ
９  ポンプの液室
１８  ポンプの吸込口
１９  ポンプの吐出口
２０  吸入用逆止弁
２０１  弁ケーシング
Ｂ  ポンプのベローズの軸線
２３  アキュムレータの流入口
２４  アキュムレータの流出口
２５  アキュムレータ本体
２８ａ  アキュムレータの内底面
２９  アキュムレータのベローズ
３１  アキュムレータの液室
３２  アキュムレータの空気室
Ｃ  アキュムレータのベローズの軸線
【図１】
0003610272.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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