JP3723084B2

JP3723084B2 - チューブフラムポンプ

Info

Publication number: JP3723084B2
Application number: JP2001059670A
Authority: JP
Inventors: 智紀江上; 和浩山口
Original assignee: Iwaki Co Ltd
Current assignee: Iwaki Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2002257049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブフラムを非圧縮性の作動流体によって膨脹・収縮させて移送流体を移送するチューブフラムポンプに関し、特に半導体製造装置におけるフォトレジストディスペンサ等の高精度な液体移送に適したチューブフラムポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンコータによって半導体ウェアの表面にフォトレジスト膜を形成するような場合には、フォトレジストディスペンサとして極めて高精度にレジスト液を移送できるポンプが要求される。このような用途に適した高精度ポンプとして、従来より、ゴムや樹脂等の可撓性材料からなるチューブフラムを用いたチューブフラムポンプが知られている。
【０００３】
チューブフラムポンプは、円柱状空間を形成するポンプヘッドの内部に円筒状のチューブフラムを同軸配置し、チューブフラムの内側をポンプ室、外側を作動流体室とすると共に、チューブフラムの一端を吸込口、他端を吐出口としてそれぞれに逆止弁を配置したものである。チューブフラムの外側の作動流体室には、非圧縮性の作動流体が封入され、この作動流体の押出及び吸引をアクチュエータで繰り返すことにより、チューブフラムを径方向に膨脹・収縮させて、チューブフラムの内側のポンプ室に移送流体を吸込み及び吐出して流体の移送を行うものである。従来、非圧縮性の作動流体の押出及び吸引を行うアクチュエータとして、ベローズを用いた方式、プランジャを用いた方式等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のチューブフラムポンプのうち、アクチュエータとしてベローズを用いた方式は、ベローズの軸方向の伸縮に対し、径方向にも若干の変位が発生し、その変位がチューブフラムの膨脹・収縮に影響を与え、吐出応答性及び吐出精度を高めることができないという問題がある。また、プランジャを用いた方式では、プランジャとシリンダとの間のシール部にＯリングやパッキン等の弾性体を使用するのが一般的である。このシール部の弾性体は、プランジャの動き、あるいは弾性体に加わる内圧の変動によって、作動流体室に若干の体積変化を発生させたり、プランジャの位置ずれを発生させる。このため、ベローズを用いた場合と同様、ポンプの吐出応答性及び吐出精度が低下してしまう。
【０００５】
また、プランジャ方式の場合、上述した弾性シールを廃止するため、作動流体の漏れが殆ど発生しない程度に、プランジャとシリンダとの間のクリアランスを極小に設定することも有効な措置として考えられるが、この場合、プランジャとシリンダとの間に僅かでも芯ずれが生じると、いわゆるかじりが発生してプランジャとシリンダとがロックしてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、吐出応答性及び吐出精度が極めて高いチューブフラムポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るチューブフラムポンプは、チューブフラムを内蔵しこのチューブフラムの内側をポンプ室、外側を非圧縮性の作動流体が封入された作動流体室としたポンプ本体と、このポンプ本体の前記作動流体室に封入された作動流体で前記チューブフラムを膨脹・収縮させて前記ポンプ本体を駆動するアクチュエータとを備えたチューブフラムポンプにおいて、前記アクチュエータは、前記作動流体室に連通し内部に作動流体が封入されたシリンダと、先端側が前記シリンダ内に往復動自在に収容され基端側が前記シリンダの外部に突出したプランジャと、このプランジャと平行に配置され駆動軸に沿って可動体を直線的に往復駆動する直線駆動機構と、この直線駆動機構の可動体と前記プランジャの基端側とを連結すると共に前記プランジャの前記シリンダに対する自動心出し機能を備えた連結部材とを備えたものであり、前記連結部材は、前記可動体に装着された球面軸受と、前記プランジャの基端側からプランジャの軸心方向と直交する方向に突出し前記球面軸受に移動自在に挿入されたプランジャピンとを備えてなるものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、チューブフラムを膨脹・収縮させるアクチュエータを構成するプランジャが、自動心出し機能を備えた連結部材を介して直線駆動機構により駆動されるので、プランジャの往復動に際して、プランジャが常にシリンダに対して心出しされ、シリンダとプランジャとの間でかじりが発生することがなく、これにより、シリンダとプランジャとの間のクリアランスをプランジャが往復動できる最小限度まで小さくすることができる。このため、本発明によれば、作動流体室の体積変化やプランジャの位置ずれは殆ど発生せず、ポンプの吐出応答性及び吐出精度を極めて高めることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、前述したように、シリンダとプランジャとの間のクリアランスをプランジャが往復動できる最小限度まで小さくすることができるので、プランジャ先端で押し出し、且つ引き戻す非圧縮性の作動流体のプランジャ側面へのリークは殆ど発生しない。しかし、万一、微少量がリークすることが予想される場合には、例えばシリンダの基端部とプランジャとの間に、両者の間を補助的にシールする補助シール部材を装着しておけば良い。このような補助的なシール部材であれば、作動流体室の体積変化やプランジャの位置ズレは殆ど無視できる程度の値となる。
【００１１】
なお、直線駆動機構としては、例えば前記駆動軸に沿って配置された雄ネジ及びこの雄ネジにボールを介して螺合する可動体としての雌ネジを有するボールネジユニットと、前記雄ネジを回転駆動するモータとを備えて構成することができる。
【００１２】
本発明に係るチューブフラムポンプは、例えば半導体ウェハのフォトレジストディスペンサ等、移送流体を高精度に移送する必要がある用途に適している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係るチューブフラムポンプの断面図、図２は図１の左から見た側面図、図３は同じく右側から見た側面図である。
このチューブフラムポンプは、チューブフラム型のポンプ本体１００と、これを駆動するアクチュエータ２００とから構成されている。
【００１４】
ポンプ本体１００は、内部に円筒状空間を形成するポンプヘッド１１０の内部に例えばフッ素樹脂からなる可撓性のチューブフラム１２０を同軸的に収容してなる。ポンプヘッド１１０の下端にはインポート１３０がＯリング１３５を介して接続され、上端にはアウトポート１４０がＯリング１４５を介して接続されている。インポート１３０は、内部に吸込側のチャッキバルブ１３１，１３２を収容し、下端にキャップ１３３を介して吸込管１３４を接続してなる。アウトポート１４０は、内部に吐出側のチャッキバルブ１４１，１４２を収容し、上端にキャップ１４３を介して吐出管１４４を接続してなる。チューブフラム１２０の内側には、多量の移送流体、例えばフォトレジスト液の滞留を防止するため、ポンプヘッド１１０と一体につながる円柱体１１１が配置され、この円柱体１１１の外周面とチューブフラム１２０の内周面とで移送流体Ａを移送するための円筒状のポンプ室１２１が形成されている。ポンプ室１２１は、その下端で吸込孔１２２を介してチャッキバルブ１３２の吐出側と連通し、その上端で吐出孔１２３を介してチャッキバルブ１４１の吸込側と連通している。チューブフラム１２０の外側とポンプヘッド１１０の内側の間には、円筒状の作動流体室１１２が形成され、この作動流体室１１２にフッ素オイル等の作動流体Ｂが封入されている。
【００１５】
一方、この作動流体Ｂを移動させるアクチュエータ２００は、次のように構成されている。即ち、ポンプヘッド１１０の側面には、ポンプヘッド１１０に形成された孔１１３を介して作動流体室１１２につながる作動流体室２１１が形成されたシリンダブラケット２１０がシール２１２を介して接続されている。このシリンダブラケット２１０の側面には、作動流体室２１１に作動流体Ｂを注入するための注入孔２１３が形成され、この注入孔２１３は、ボディキャップ２１４で塞がれている。シリンダブラケット２１０のポンプヘッド１１０と反対側には、作動流体室２１１につながる円筒状のシリンダ２２０がＯリング２２１を介して装着され、ナット２２２によってシリンダブラケット２１０に固定されている。シリンダ２２０の内部には、プランジャ２３０の先端側が進退自在に挿入されている。プランジャ２３０とシリンダ２２０のクリアランスは、プランジャ２３０がシリンダ２２０内を往復動することができる最小限度の値、例えば直径で３μｍ〜５μｍに設定されている。プランジャ２３０とシリンダ２２０とは、シリンダ２２０の基端部においてナット２２２により固定された補助シール２３１によって補助的にシールされ、プランジャ２３０とシリンダ２２０との間をリークした作動流体Ｂのシリンダ外部への漏れ出しを確実に防止する。
【００１６】
一方、ベース２４０には、３枚のブラケット２４１，２４２，２４３が立設され、ブラケット２４１〜２４３の上にカバー２４４が装着されて、内部にリニア駆動機構２５０が収納されている。シリンダブラケット２１０のシリンダ２２０側の端部は、ブラケット２４１に連結されており、プランジャ２３０の基端部は、ナット２２２の中心孔を介してシリンダ２２０から突出し、ブラケット２４１，２４２の間の空間に臨んでいる。この基端部は、プランジャ２３０の心出し機能を備えた連結機構２７０を介してリニア駆動機構２５０に連結されている。
【００１７】
リニア駆動機構２５０は、ボールネジユニット２５１及びこれを駆動するステッピングモータ２５２を主体として構成されている。ボールネジユニット２５１は、ブラケット２４１，２４２の間にプランジャ２３０と平行に軸受２５３，２５４を介して回転自在に懸架された雄ネジ２５５と、この雄ネジ２５５に図示しないボールを介して螺合する雌ネジからなる可動体２５６とから構成されている。雄ネジ２５５の一端は、ブラケット２４２を貫通し、プーリ２５７を装着している。モータ２５２は、ブラケット２４２に固定され、その回転軸の先端がブラケット２４２を貫通し、プーリ２５８を装着している。プーリ２５７，２５８は、タイミングベルト２５９によって連結されている。ブラケット２４１，２４２の間には、スタッドボルト２６１が懸架されており、このスタッドボルト２６１のブラケット２４２寄りに、フォトセンサ２６２がセンサホルダ２６３を介して装着されている。可動体２５６にはセンサ遮蔽板２６４が装着されており、可動体２５６の駆動軸方向の原点（下死点）は、このセンサ遮蔽板２６４がフォトセンサ２６２を横切ることにより検出されるようになっている。
【００１８】
連結機構２７０は、図４にその部分的な斜視図を示すように、可動体２５６からその移動方向と直交する方向に延びるガイド２７１と、このガイド２７１に装着された球面軸受２７３と、この球面軸受２７３を移動自在に貫通し、プランジャ２３０の基端部からプランジャ２３０の中心軸と直交する方向に突出するプランジャピン２７４とを備えて構成されている。連結機構２７０がこのような構成であると、プランジャ２３０は、図中矢印で示すように、その中心軸に対して任意の角度に移動可能であるため、プランジャ２３０の進退運動に際して、プランジャ２３０はシリンダ２２０に対して自動心出し調整される。
【００１９】
このように構成された本実施形態に係るチューブフラムポンプによれば、直線駆動機構２５０のステッピングモータ２５２が往復回転すると、この回転力がプーリ２５８、タイミングベルト２５９及びプーリ２５７を介してボールネジユニット２５１の雄ネジ２５５に伝達され、これにより可動体２５６が雄ネジ２５５に沿って往復駆動される。往復駆動は、フォトセンサ２６２で検出された原点（下死点）を基準として行われる。可動体２５６が往復駆動されると、この往復運動は連結機構２７０を介してプランジャ２３０に伝えられ、プランジャ２３０がシリンダ２２０内を進退移動する。このとき、連結機構２７０の自動心出し機能により、プランジャ２３０はシリンダ２２０に対して心出しされるので、プランジャ２３０とシリンダ２２０のかじりが発生することはない。
【００２０】
プランジャ２３０が進退運動をすると、作動流体室２１１，１１２に封入された作動流体Ｂが移動してチューブフラム１２０を径方向に膨脹・収縮させるので、吸込管１３４、チャッキバルブ１３１，１３２、吸込孔１２２を介してポンプ室１２１に移送流体Ａが導入され、このポンプ室１２１に導入された移送流体Ａが吐出孔１２３、チャッキバルブ１４１，１４２及び吐出管１４４に介して外部に吐出される。
【００２１】
プランジャ２３０の進退運動に際して、プランジャ２３０とシリンダ２２０との間のクリアランスは、作動流体Ｂが両者の間でリークしない程度の最小限度に設定されているので、作動流体Ｂがシリンダ２２０の基端側からリークすることはは殆どない。また、万一、微少のリークが発生したとしても、シリンダ２２０の基端側に装着された補助シール２３１によって確実にシールされ、外部への漏れだしは防止される。
【００２２】
本実施形態のチューブフラムポンプによれば、プランジャ２３０とシリンダ２２０のクリアランスを最小に設定するという、可撓性シールに依存しないシール方法を採用することにより、作動流体室１１２，２１１の容積変動やプランジャ２３０の位置ずれという問題が発生せず、吐出応答性及び吐出精度を極めて高くすることができる。従って、フォトレジストディスペンサ等に適用した場合、精度の良い均一なレジスト膜を形成することが可能になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、チューブフラムを膨脹・収縮させるアクチュエータを構成するプランジャが、自動心出し機能を備えた連結部材を介して直線駆動機構により駆動されるので、プランジャの往復動に際して、プランジャが常にシリンダに対して心出しされ、シリンダとプランジャとの間でかじりが発生することがなく、シリンダとプランジャとの間のクリアランスをプランジャが往復動できる最小限度まで小さくすることができる。このため、本発明によれば、作動流体室の体積変化やプランジャの位置ずれは殆ど発生せず、ポンプの吐出応答性及び吐出精度を極めて高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るチューブフラムポンプの断面図である。
【図２】図１の左側から見た側面図である。
【図３】図１の右側から見た側面図である。
【図４】同ポンプの連結機構の斜視図である。
【符号の説明】
１００…ポンプ本体、１１０…ポンプヘッド、１２０…チューブフラム、１３０…インポート、１４０…アウトポート、２００…アクチュエータ、２１０…シリンダブラケット、２２０…シリンダ、２３０…プランジャ、２４０…ベース、２５０…直線駆動機構、２５１…ボールネジユニット、２５２…ステッピングモータ、２５６…可動体、２６２…フォトセンサ、２７０…連結機構、２７１…ガイド、２７３…球面軸受、２７４…プランジャピン。

Claims

チューブフラムを内蔵しこのチューブフラムの内側をポンプ室、外側を非圧縮性の作動流体が封入された作動流体室としたポンプ本体と、
このポンプ本体の前記作動流体室に封入された作動流体で前記チューブフラムを膨脹・収縮させて前記ポンプ本体を駆動するアクチュエータと
を備えたチューブフラムポンプにおいて、
前記アクチュエータは、前記作動流体室に連通し内部に作動流体が封入されたシリンダと、先端側が前記シリンダ内に往復動自在に収容され基端側が前記シリンダの外部に突出したプランジャと、このプランジャと平行に配置され駆動軸に沿って可動体を直線的に往復駆動する直線駆動機構と、この直線駆動機構の可動体と前記プランジャの基端側とを連結すると共に前記プランジャの前記シリンダに対する自動心出し機能を備えた連結部材とを備えたものであり、
前記連結部材は、前記可動体に装着された球面軸受と、前記プランジャの基端側からプランジャの軸心方向と直交する方向に突出し前記球面軸受に移動自在に挿入されたプランジャピンとを備えてなるものである
ことを特徴とするチューブフラムポンプ。
前記直線駆動機構は、前記駆動軸に沿って配置された雄ネジ及びこの雄ネジにボールを介して螺合する可動体としての雌ネジを有するボールネジユニットと、前記雄ネジを回転駆動するモータとを備えてなるものであることを特徴とする請求項１記載のチューブフラムポンプ。
前記シリンダの基端部と前記プランジャとの間に、両者の間を補助的にシールする補助シール部材が装着されていることを特徴とする請求項１又は２記載のチューブフラムポンプ。