(57)【要約】【課題】  チャッキ性に優れ、小型なベローズポンプを提供する。【解決手段】  ポンプヘッド１１を貫通する吸入路２３の左右の出口に一対の吸入側ボールバルブ２５及び２６が、排出路２４の左右の出口に一対の排出側ボールバルブ２７及び２８が形成されている。吸入側ボールバルブ２５、２６は、弁座２５３、２６３が吸入路２３の出口側に向くように設置され、排出側ボールバルブ２７、２８は、弁座２７３、２８３が排出路２４の出口側とは反対側の外側を向くように設置される。【選択図】  図１
2006200429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から液体を導入させるための吸入路と該液体を外部へ排出させるための排出路とが形成され該吸入路及び排出路につながる連通口が厚み方向の両側にそれぞれ形成された板状のポンプヘッドと、
このポンプヘッドの厚み方向の両側に開口側が向き合い底面側が外側を向くようにして配置されて内部にポンプ室を形成すると共に軸方向に伸縮可能な一対のベローズと、
前記一対のベローズをそれぞれ内部に収納してその内壁と前記一対のベローズの外壁との間に作動流体を導入するための一対の作動流体室を形成するケースと、
前記連通口に設置され前記ベローズの伸縮方向にボールが移動するようにされた一対の吸入側ボールバルブと、
前記連通口に設置され前記ベローズの伸縮方向にボールが移動するようにされた一対の排出側ボールバルブと
を備えたことを特徴とするベローズポンプ。
【請求項２】
前記吸入側ボールバルブ及び前記排出側ボールバルブは、
ボールと、
該ボールを前記ベローズの伸縮方向に移動可能に保持するため前記ベローズの伸縮方向に伸びる内径円筒状の中空部と、
前記中空部の一端に形成され中央部に孔部を有すると共に前記孔部の周囲に前記ボールと面で接して前記液体の流動を遮断できるよう前記ボールと同等の曲率半径に形成されたテーパ部を有する弁座と、
を備え、
前記吸入側ボールバルブは、前記弁座が前記吸入路の前記連通口側に向くように設置され、
前記排出側ボールバルブは、前記弁座が前記排出路の前記連通口側とは反対側の外側を向くように設置される
ことを特徴とする請求項１記載のベローズポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交互に伸縮駆動される一対のベローズを用いて液体の移送を行うベローズポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の製造工程に使用される液体噴射用ポンプとして、フッ素樹脂で作られたベローズを用いて液体の注入と排出を行うベローズポンプが知られている。ベローズポンプは、ポンプヘッドの両側に一対のベローズを配置してこれらベローズの内部にそれぞれポンプ室を形成すると共に、ベローズの外側をケースで覆って一対のエア室を形成し、これらエア室に交互にエアを供給してベローズを伸縮動作させることにより、液体などの移送流体を、ポンプ室に吸入し、ポンプ室から排出することで移送するようにしたものである。
【０００３】
ベローズポンプは、ベローズの伸縮動作に対応して開閉するバルブを有している。バルブもベローズと同様、移送液に対する耐食性を持たせるため、フッ素樹脂性のものが使われている。一例として、円錐形状の弁体をスプリングの弾性力により弁座に押圧して流体の流動を遮断し、ベローズの伸縮に応じてこの弁体がスプリングの弾性力に抗して弁座から離れるようにされたスプリングバックタイプのバルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このようなスプリングを各バルブに搭載することは、ポンプ全体の大型化を招き好ましくない。一方、スプリングを廃止した場合には、弁体と弁座とのチャッキ性が著しく悪くなると共に、ポンプ室に液体がないドライ状態からの吸引が困難となるため、スプリングは必要である。
【０００４】
ボールが重力方向に移動可能なボールバルブをポンプヘッド内に内蔵させ、ボールの自重により液体の流動を遮断するようにしたベローズポンプも、特許文献２により知られている。この構成は、チャッキ性に優れており、弁体を押圧するスプリングも不要であるため、バルブ自体の大きさは小さくすることができる。しかし、ポンプヘッド内に４つのボールバルブを内蔵させるため、ポンプヘッドが厚くなり、結局ポンプ全体が大型化してしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−８４４８６号公報（段落００１９）
【特許文献２】特開２００３−３１４４５８号公報（段落００１８、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、チャッキ性に優れ、小型なベローズポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るベローズポンプは、外部から液体を導入させるための吸入路と該液体を外部へ排出させるための排出路とが形成され該吸入路及び排出路につながる連通口が厚み方向の両側にそれぞれ形成された板状のポンプヘッドと、このポンプヘッドの厚み方向の両側に開口側が向き合い底面側が外側を向くようにして配置されて内部にポンプ室を形成すると共に軸方向に伸縮可能な一対のベローズと、前記一対のベローズをそれぞれ内部に収納してその内壁と前記一対のベローズの外壁との間に作動流体を導入するための一対の作動流体室を形成するケースと、前記連通口に設置され前記ベローズの伸縮方向にボールが移動するようにされた一対の吸入側ボールバルブと、前記連通口に設置され前記ベローズの伸縮方向にボールが移動するようにされた一対の排出側ボールバルブとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、チャッキ性に優れ、小型なベローズポンプを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に係るベローズポンプの構成を示す断面図、図２は、図１のＡ-Ａ′線に沿った断面図である。このベローズポンプは、シリンダタイプの切換機構を用いたもので、ポンプ本体１と、ポンプ本体１に作動流体としてのエアを分配供給する切換弁機構２とを備えて構成されている。
【０００９】
ポンプ本体１は、板状に形成されたポンプヘッド１１の両側にポンプ室１２ａ、１２ｂを形成する可撓性部材である一対の円筒状のベローズ１３ａ、１３ｂを備える。これらベローズ１３ａ、１３ｂは、その可動端を構成する端板１４ａ、１４ｂ同士が、ポンプヘッド１１を貫通するシャフト１５で連結されている。各ベローズ１３ａ、１３ｂは、ポンプヘッド１１の両側に配置された円筒状のケース１６ａ、１６ｂの内部に収容され、ケース１６ａ、１６ｂの内壁とベローズ１３ａ、１３ｂの外壁とでエア室１７ａ、１７ｂが形成されている。
【００１０】
ケース１６ａ、１６ｂは、固定端である開放された縁部がポンプヘッド１１の凹部に嵌合し、その外側が固定リング１９ａ、１９ｂをポンプヘッド１１に螺子止めすることによりポンプヘッド１１に固定されている。ベローズ１３ａ、１３ｂは、固定端である開放された縁部２０ａ、２０ｂがポンプヘッド１１の凹部と嵌合し、その外側がケース１６ａ、１６ｂの縁部の内側の段差で押さえ付けられることによりポンプヘッド１１に液密に固定されている。
【００１１】
ポンプヘッド１１は、図２に示すように、平面部に対し平行に形成され、外部から吸入された液体を通過させるための吸入口２１と、外部へ該液体を排出するための排出口２２とを備えている。また平面部に対し垂直に即ち左右方向にポンプヘッド１１を貫通するように吸入路２３と排出路２４とが設けられている。吸入口２１及び排出口２２とは、ポンプヘッド１１の内部においてそれぞれ吸入路２３及び２４に到達する。
【００１２】
この吸入路２３の両端に、吸入側ボールバルブ２５及び２６が螺合部２５ｍ、２６ｍ（図３の概略図参照）により固定される。また、排出路２４の両端に、排出側ボールバルブ２７及び２８が螺合部２７ｍ、２８ｍにより固定される。
【００１３】
吸入側ボールバルブ２５は、ボール２５１と、このボール２５１を内径において左右方向に移動自在に保持する中空部２５２と、この中空部２５２のポンプヘッド１１側の端部に形成される弁座２５３と、中空部２５２の外側の端部に形成される通孔部２５４とを備えている。
【００１４】
吸入側ボールバルブ２６も、ボール２５１、中空部２５２、弁座２５３、及び通孔部２５４にそれぞれ対応するボール２６１、中空部２６２、弁座２６３、及び通孔部２６４とを備え、形状、機能は吸入側ボールバルブ２５と同一である。これらの構成部材は、例えば四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等により形成することができる。この場合、ボール２５１は、外径公差±０．０５ｍｍ程度の高い加工精度で形成することができる。
【００１５】
ボールバルブの構造を、吸入側ボールバルブ２５を例にとって図４を参照して説明する。中空部２５２は、その内径において、ボール２５１の直径に対して適正なサイドクリアランスを有するように形成された保持面２５２１を形成されている。この保持面２５２１がこのように形成されていることにより、ボール２５１は左右方向にガタツキを生じることなく移動することができる。また、保持面２５２１には、例えば９０度間隔に半円筒状の溝２５２２が形成されている。この溝２５２２は、吸入側ボールバルブ２５が液体を遮断せず流動させる場合において、該液体の流路となると共に、保持面２５２１とボール２５１の間の摩擦を少なくする働きをする。
【００１６】
弁座２５３は、中央部に孔Ｈ３を備えている。また、この孔Ｈ３の内側の周囲には、ボール２５１が面で接するよう、ボール２５１の曲率半径と略同一の曲率半径を有するテーパ部Ｔ３が形成されている。ポンプ室１２ａ内の圧力により、ボール２５１がテーパ部Ｔ３と面接触している場合には、液体が孔Ｈ３を通過することを阻止することができる。弁座２５３の反対側に形成された通孔部２５４は、例えば図４に示すように４つの通孔Ｈ４を備えている。ボール２５１がテーパ部Ｔ３から離間している場合には、液体は孔Ｈ３及びＨ４を通過するので、吸入側ボールバルブ２５は、液体を吸入路２３からポンプ室１２ａへと通過させることができる。なお、中空部２５２の弁座２５３側の外壁には、螺合部２５ｍに螺合するための螺合部２５ｆが形成されている。
【００１７】
排出側ボールバルブ２７、２８も、吸入側ボールバルブ２５、２６と同様に、ボール２７１、２８１、中空部２７２、２８２、弁座２７３、２８３、及び通孔部２７４、２８４を備えている。しかし、排出側ボールバルブ２７、２８は、弁座２７３、２８３側がポンプヘッド１１とは反対側の外側（端板１４ａ、１４ｂ側）を向き、通孔部２７４、２８４側がポンプヘッドの螺合部２７ｍ、２８ｍに接合されている。
【００１８】
ケース１６ａ、１６ｂの外側の端部には、切換機構４０ａ、４０ｂが着脱可能に装着されている。切換機構４０ａ、４０ｂは、ケース１６ａ、１６ｂに外側から着脱可能にねじ止め固定される円筒ケース４１ａ、４１ｂを備えている。これら円筒ケース４１ａ、４１ｂに同軸的に、円筒状のシリンダ４２ａ、４２ｂが収容される。更に、これらシリンダ４２ａ、４２ｂ内を軸方向に往復動するロッド４３ａ、４３ｂが備えられている。
【００１９】
円筒ケース４１ａ、４１ｂは、その側壁にメインエア及びパイロットエアを入出力するエア入出口４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂを有する。シリンダ４２ａ、４２ｂは、両端が開放され、側壁に円筒ケース４１ａ、４１ｂのパイロットエア入出口４５ａ、４５ｂと連通する孔４６ａ、４６ｂを有する。
【００２０】
ロッド４３ａ、４３ｂは、その先端部がケース１６ａ、１６ｂを貫通してエア室１７ａ、１７ｂに臨み、ベローズ１３ａ、１３ｂの端板１４ａ、１４ｂに当接して、端板１４ａ、１４ｂの往復運動と連動して往復動する。ロッド４３ａ、４３ｂには、その基端側から先端に向けて軸方向に延びてメインエアをエア室１７ａ、１７ｂに供給する孔４７ａ、４７ｂが形成され、この穴４７ａ、４７ｂの基
端側が側壁に形成された穴４８ａ、４８ｂと連通している。そして、穴４８ａ、４８ｂは、ベローズ１３ａ、１３ｂの縮長による排出工程終了間際において穴４６ａ、４６ｂと連通する。円筒ケース４１ａ、４１ｂには、パイロットエア入出口４５ａ、４５ｂから分岐するエア逃がし穴４９ａ、４９ｂが形成されている。
【００２１】
切換弁機構２は、エア源７１から供給されるエアをレギュレータ７２を介して切換機構４０ａ、４０ｂに選択的に導入する機能を有する。すなわち、切換弁機構２は、パイロットエア入出口４５ａ、４５ｂから導入されるパイロットエアを検知して内部の切換弁を切り替えることにより、ベローズ１３ａ、１３ｂを交互に伸縮させるものである。
【００２２】
次に、この実施の形態によるベローズポンプの動作を、図５及び図６を参照しながら説明する。エア入口４４ｂにエアを供給すると、エア室１７ｂの圧力が高まるので、ベローズ１３ｂが縮長する。この縮長動作は、シャフト１５を介してベローズ１３ａに伝達され、ベローズ１３ａが伸長する。この動作で、移送流体としての液体の流れ等により、ボール２５１、２６１、２７１、２８１は図５に示すように左側に移動させられ、ボール２６１、２７１は弁座２６３、２７３と面で接触する。このため、吸込側ボールバルブ２５が開、吸入側ボールバルブ２６が閉、排出側ボールバルブ２７が閉、排出側ボールバルブ２８が開となる。従って、ポンプ室１２ａには、吸入口２１から、吸入側ボールバルブ２５を介して液体が吸入される。また、ポンプ室１２ｂ内の液体は、排出側ボールバルブ２８、排出口２２を介して外部に排出される。
【００２３】
排出動作終了間際になってロッド４３ｂの孔４８ｂが孔４６ｂと一致し、パイロットエアが切換弁機構２により検知されると、エア入口４４ｂへのエア供給が停止される。
【００２４】
切換弁機構２が、エア入口４４ｂに代えてエア入口４４ａへのエア供給を開始すると、エア室１７ａの圧力が高まるので、ベローズ１３ａが縮長する。この縮長動作は、シャフト１５を介してベローズ１３ｂに伝達され、ベローズ１３ｂが伸長する。この動作で、移送流体としての液体の流れ等により、ボール２５１、２６１、２７１、２８１は図６に示すように右側に移動させられ、ボール２５１、２８１は弁座２５３、２８３と面で接触する。このため、吸込側ボールバルブ２５が閉、吸入側ボールバルブ２６が開、排出側ボールバルブ２７が開、排出側ボールバルブ２８が閉となる。従って、ポンプ室１２ｂには、吸入口２１から、吸入側ボールバルブ２６を介して液体が吸入される。また、ポンプ室１２ａ内の液体は、排出側ボールバルブ２７、排出口２２を介して外部に排出される。排出動作終了間際になってロッド４３ａの孔４８ａが孔４６ａと一致し、パイロットエアが切換弁機構２により検知されると、エア入口４４ａへのエア供給が停止される。以上の動作を繰り返すことにより、ポンプ動作が実現される。
【００２５】
図７は、本実施の形態に係るベローズポンプのポンプ性能（Ｈ−Ｑ性能）を、従来技術に係る円錐形状の弁体を有するスプリングバックタイプのバルブを有するベローズポンプのポンプ性能と比較したものである。ただし、ボールのリフト量（ボールの移動可能距離をｄ、ボールの直径をＤとした場合において、ｄのＤに対する比率ｄ／Ｄ×１００（％））を、大（実施例１）、中（実施例２）、小（実施例３）と３段階に変化させている。同じ流量を得る場合に、本実施の形態では従来技術よりも高い吐出圧を得ることができることが分かる。特に吐出圧の高い領域で、バルブからのリーク量が低減され、ポンプ効率の向上が得られることが分かる。
【００２６】
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るベローズポンプの構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図３】図１に示すポンプヘッド１１内の吸入口２１、排出口２２、吸入路２３及び排出路２４の構造を示す概略図である。
【図４】ボールバルブの構造を、吸入側ボールバルブ２５を例にとって説明している。
【図５】本実施の形態によるベローズポンプの動作を示す。
【図６】本実施の形態によるベローズポンプの動作を示す。
【図７】本実施の形態によるベローズポンプのポンプ性能を、従来技術に係るベローズポンプのそれと比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・ポンプ本体、  ２・・・切換弁機構、  １１・・・ポンプヘッド、  １２ａ、１２ｂ・・・ポンプ室、  １３ａ、１３ｂ・・・ベローズ、  １４ａ、１４ｂ・・・端板、  １５・・・シャフト、  １６ａ、１６ｂ・・・ケース、  １７ａ、１７ｂ・・・エア室、  １９ａ，１９ｂ・・・固定リング、  ２０ａ、２０ｂ・・・縁部、  ２１・・・吸入口、  ２２・・・排出口、  ２３・・・吸入路、  ２４・・・排出路、  ２５、２６・・・吸入側ボールバルブ、  ２７、２８・・・排出側ボールバルブ、  ４０ａ、４０ｂ…切換機構、  ４２ａ、４２ｂ・・・シリンダ、  ４３ａ、４３ｂ・・・ロッド、  ７１・・・エア源、  ７２・・・レギュレータ。
【図１】
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【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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