JP2006132502A - ベローズポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】べローズポンプにおいて、コンパクトな簡便な構成でボールねじ等がぶれないようにし、パーティクルの発生を回避すること。
【解決手段】ボールねじ軸２５に固定された回り止め部材３４を一対の平行板３０、３１間に配置し、それの平行２辺３４Ａ、３４Ｂを一対の平行板３０、３１の各々に軸線方向に摺動可能に当接させ、平行板３０には軸線方向に長い案内スリット３７を形成し、回り止め部材３４には案内スリット３７に軸線方向に摺動可能に嵌合する凸部３８を形成する。
【選択図】図３

Description

この発明は、ベローズポンプに関し、特に、ベローズポンプの駆動軸部の案内機構に関するものである。

ピストン型の往復ポンプの一種であるベローズポンプは、半導体製造や液晶製造の分野において、薬液やレジスト液を精密に定量吸引・吐出するポンプとして使用されている（例えば、特許文献１、２）。

ベローズポンプには、ポンプハウジングに形成されたシリンダ室にベローズが軸線方向に伸縮自在に設けられており、当該ベローズは、ベローズ先端のピストン状のエンド部に連結されたベローズ駆動軸が軸線方向に往復動することにより、軸線方向に伸縮するように構成されている。また、ベローズポンプは、ポンプ駆動装置として、回転アクチュエータと、送りナット部材と、その送りナット部材とねじ係合した送りねじ軸とを有している。

そして、このように構成されたベローズポンプでは、送りナット部材が軸線方向の移動を禁止され、かつ、送りねじ軸が回り止めされた状態で、送りナット部材が回転アクチュエータによって回転駆動されることにより、送りねじ軸が軸線方向に移動し、当該送りねじ軸に連結されているベローズ駆動軸が軸線方向に移動されて、ポンプ作用が行われる（例えば、特許文献３）。

べローズポンプにおいては、ポンプハウジングのシリンダ室中に薬液・レジスト等を吸引・吐出する時、シリンダ室内の液の流れは一様でなく、片側に液が多く流れる場合があり、そのためべローズを片側に押すような力が働き、その結果、シリンダ室内壁にべローズが接触し、パーティクルを発生することがある。

このように、ポンプハウジングのシリンダ室内をべローズが伸縮運動するべローズポンプにおいては、ベローズがシリンダ室内壁に接触することによってパーティクルが発生しやすいから、パーティクルの混入が問題になる半導体製造や液晶製造の分野では、ベローズがシリンダ室内壁に接触することがないべローズポンプが必要になる。

べローズをシリンダ室内壁に接触させずに伸縮させるためには、ベローズに連結されているベローズ駆動軸、送りねじ軸の動きのぶれ（径方向の変位）をなくす必要がある。

そのため、従来から、べローズを伸縮するボールねじ等による送りねじ機構部分に、別途に回り止めを兼ねたリニアガイド等を取り付け、これにべローズを駆動する駆動軸を取り付け、ベローズがぶれないようにしたものがある。

しかし、べローズの駆動部と別途にリニヤガイドを設置した場合、構造が大きくなるばかりでなく、コストも高くなる。そのため簡便な構造で、低コストにボールねじ等がぶれないようにした、ベローズポンプが望まれている。
特開平７−１３０６２７号公報 特開平１０−４７２３４号公報 特開２００４−２７３８３０公報

この発明が解決しようとする課題は、べローズポンプにおいて、コンパクトな簡便な構成でボールねじ等がぶれないようにし、パーティクルの発生を回避することである。

この発明によるべローズポンプは、ポンプハウジングに形成されたシリンダ室にベローズが軸線方向に伸縮自在に設けられ当該ベローズはベローズ先端のピストン状のエンド部に連結されたベローズ駆動軸が軸線方向に往復動することにより、前記ベローズが伸縮し、ポンプ作用を行うベローズポンプにおいて、所定の軸線方向長さに亘って配置され、軸線方向に直交する方向に所定間隔をおいて互いに平行に対向する一対の平行板と、前記ベローズ駆動軸と、前記ベローズ駆動軸に連結されて該ベローズ駆動軸を軸線方向に往復駆動させる軸とのうちいずれか一方に固定された、平行２辺を有する回り止め部材とを有し、前記回り止め部材は、前記一対の平行板の間にあって前記平行２辺をもって前記一対の平行板の各々に軸線方向に摺動可能に当接しており、前記一対の平行板の少なくとも一方には、軸線方向に長い案内スリットが形成され、前記回り止め部材に形成された凸部が前記案内スリットに軸線方向に摺動可能に嵌合している。

この発明によるべローズポンプは、ポンプハウジングに形成されたシリンダ室にベローズが軸線方向に伸縮自在に設けられており、当該ベローズが、ベローズ先端のピストン状のエンド部に連結されたベローズ駆動軸が軸線方向に往復動することにより、軸線方向に伸縮するように構成されており、ポンプ駆動装置として、回転アクチュエータと、送りナット部材と、前記送りナット部材とねじ係合した送りねじ軸とを有していると共に、前記送りナット部材が軸線方向の移動を禁止され、かつ、前記送りねじ軸が回り止めされた状態で、前記送りナット部材が前記回転アクチュエータによって回転駆動されることにより、前記送りねじ軸が軸線方向に移動し、当該送りねじ軸に連結されている前記ベローズ駆動軸が軸線方向に移動されて、ポンプ作用が行われるベローズポンプにおいて、前記ポンプハウジングと前記ポンプ駆動装置との間に所定の軸線方向長さに亘って配置され、軸線方向に直交する方向に所定間隔をおいて互いに平行に対向する一対の平行板と、前記送りねじ軸と前記ベローズ駆動軸との連結体に固定された平行２辺を有する回り止め部材とを有し、前記回り止め部材は、前記一対の平行板の間にあって、前記平行２辺をもって前記一対の平行板の各々に軸線方向に摺動可能に当接しており、前記一対の平行板の少なくとも一方には、軸線方向に長い案内スリットが形成され、前記回り止め部材に形成された凸部が前記案内スリットに軸線方向に摺動可能に嵌合している。

この発明によるベローズポンプは、好ましくは、更に、前記回り止め部材と前記平行板の互いの摺動面に、グリス等の潤滑剤を収容する溝が形成されている。

この発明によるベローズポンプは、好ましくは、前記ベローズの前記エンド部の軸線方向移動位置を検出する位置検出器を有し、前記回り止め部材に前記位置検出器の被検出部材が設けられている。

この発明によるベローズポンプは、ベローズ駆動軸、あるいは送りねじ軸に固定された回り止め部材の平行２辺が一対の平行板の各々に軸線方向に摺動可能に当接していることにより、送りねじ軸の回り止めが行われる共に、この回り止め部材の凸部が案内スリットに軸線方向に摺動可能に嵌合していることにより、軸線方向に直交する方向（径方向）のぶれ止めが行われる。

詳細には、径方向のうちＸ方向のぶれは、回り止め部材の平行２辺が各々平行板に当接することにより防止され、Ｘ方向と直交する径方向のうちのＹ方向のぶれは、回り止め部材の凸部の両外側面が案内スリットの両内側面に接することにより防止される。

これにより、ぶれ動きによってベローズがシリンダ内壁に接触することがなくなり、パーティクルの発生がないべローズポンプを提供することができる。

この発明によるべローズポンプの一つの実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。

図１に示されているように、この実施形態のベローズポンプは、気密プレート２と、気密プレート２上にポンプヘッド押さえ３によって取り付けられたポンプヘッド部材４によるポンプハウジング１と、気密プレート２の下側に取り付けられて機械室５を画定する筐体６とを有する。

ポンプハウジング１は内部にシリンダ室７を画定している。シリンダ室７内にはベローズ１１が軸線方向（鉛直方向）に伸縮可能に設けられている。

ベローズ１１は、薄肉円筒状の伸縮可能なベローズ筒部１１Ａと、ベローズ筒部１１Ａの上端を閉じるピストン状のエンド部１１Ｂと、ベローズ筒部１１Ａの下端に設けられた円環状の固定リング部１１Ｃとを有し、全体をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂により一体形成されている。

ベローズ１１は、固定リング部１１Ｃがポンプヘッド部材４と気密プレート２とに挟まれていることにより、固定リング部１１Ｃの側をポンプハウジング１に気密に固定され、エンド部１１Ｂが自由端としてシリンダ室７内を軸線方向に変位可能になっており、ベローズ外側のシリンダ室空間をポンプ室８としている。

ポンプハウジング１には、ポンプ室８の下部領域に連通する吸入口９と、ポンプ室８の最上部に連通する吐出口１０とが形成され、その各々に継手１２、１３が接続されている。ポンプ室８の天井部８Ａは円錐形をなし、その中央最上部に吐出口１０が開口しており、この天井部８Ａの円錐形状に倣ってベローズ１１のエンド部１１Ｂの上面部１１Ｄも円錐形になっている。

ベローズ１１内にはベローズアダプタ１５によって上端１４Ａをエンド部１１Ｂの背面側中央に固定連結されたベローズ駆動軸１４が設けられている。ベローズ１１は、ベローズ駆動軸１４が軸線方向に往復動することにより、軸線方向に伸縮し、ポンプ室８の容積を変えてポンプ作用を行う。

つまり、ベローズ駆動軸１４の下方向移動（吸入行程）により、ベローズ１１のエンド部１１Ｂが降下移動し、ベローズ１１の収縮に伴い吸入口９よりポンプ室８に薬液等の流体を吸入し、ベローズ駆動軸１４の上方向移動（吐出行程）により、ベローズ１１のエンド部１１Ｂが上昇移動し、ベローズ１１の伸長に伴いポンプ室８内の流体を吐出口１０より吐出する。

このベローズポンプの吸入・吐出量は、ベローズ１１のエンド部１１Ｂの軸線方向移動量により決まり、定量吐出が行われる。

ベローズ駆動軸１４は、気密プレート２に形成された貫通孔１６、貫通孔１６に取り付けられたシール部材１７及びシール押え部材１７Ａを貫通し、下端１４Ｂ側が機械室５内に突出している。

機械室５には、回転アクチュエータであるステッピングモータ２２と、ステッピングモータ２２により駆動される送りねじ装置２３とを含む、ポンプ駆動装置２１が設けられている。

機械室５内には、気密プレート２の下底面に固定された上部取付板２６と、複数個の垂直支柱２７によって上部取付板２６の下側に所定の軸線方向間隔をおいて吊り下げ式に設けられた下部取付板２８があり、下部取付板２８の下側に、送りねじ装置２３と、ステッピングモータ２２が順に取り付けられている。

送りねじ装置２３は、図２に示されているように、軸線方向の移動を禁止された状態で設けられている送りナット部材であるボールねじナット２４と、ボールねじナット２４とねじ係合した送りねじ軸であるボールねじ軸２５とを有する。ボールねじ軸２５は、上端２５Ａにてベローズ駆動軸１４の下端１４Ｂに同軸に固定連結されている。

この実施形態では、上部取付板２６と下部取付板２８との間に、軸線方向に所定の長さに亘って延在する左右一対の平行板３０、３１が、２つの上部取付部材３２や下部取付部材３３によって固定連結されて、軸線方向に直交する方向（図１、２で見て左右方向）に所定間隔をおいて互いに平行に対向配置されている。

ベローズ駆動軸１４とボールねじ軸２５は、上部取付板２６と下部取付板２８との間において、２つの上部取付部材３２の間を通り、かつ、下部取付部材３３を貫通して、平行板３０と３１の間を軸線方向に延在している。

ボールねじ軸２５の上端２５Ａ近傍には四角ナット状の回り止め部材３４が取付位置調整可能にねじ係合しており、回り止め部材３４は止めねじ３５によってボールねじ軸２５に固定されている。

図３に示されているように、回り止め部材３４は、平行２辺３４Ａ、３４Ｂを有し、平行２辺３４Ａ、３４Ｂをもって一対の平行板３０、３１の各々に軸線方向に摺動可能に当接している。この当接により、ボールねじ軸２５が回り止めされ、同時に、軸線方向に直交する径方向（Ｘ方向）のぶれ止めが行われる。

回り止め部材３４の平行２辺３４Ａ、３４Ｂの各々には、グリス等の潤滑剤を収容する潤滑剤収容溝３６が形成されている。これにより、潤滑剤収容溝３６にグリス等の潤滑剤が蓄えられ、潤滑剤収容溝３６に蓄えられた潤滑剤が回り止め部材３４の平行２辺３４Ａ、３４Ｂと平行板３０、３１とのスライド面（摺動面）に供給されるため、スライド面の摩擦抵抗が低減し、スライド面の摩耗も軽減され、長期間に亘って安定した状態が得られる。

なお、潤滑剤収容溝３６は、平行板３０、３１に設けられてもよく、また、延在方向は、スライド方向（軸線方向）に限られることはなく、スライド方向に直交する方向（横方向）に設けられていてもよい。

図４に示されているように、平行板３０には、軸線方向に長い案内スリット３７が開口形成されている。図３に示されているように、回り止め部材３４には凸部３８が突出形成されており、凸部３８が案内スリット３７に軸線方向に摺動可能に密に嵌合している。

これにより、図４に示されているように、回り止め部材３４の凸部３８の両外側面３８Ａ、３８Ｂが案内スリット３７の両内側面３７Ａ、３７Ｂに当接し、この当接によって、図３に示されているＸ方向と直交する径方向（Ｙ方向）のぶれ止めが行われる。

図２に示されているように、平行板３０の外側には、取付部材３９、取付板４０によって光電式の位置センサ４１が取り付けられている。回り止め部材３４の凸部３８には位置センサ４１の被検出部材として、図３に示されているように、光反射板４２が取り付けられている。光反射板４２は、凸部３８が案内スリット３７に嵌合して平行板３０の外側に露出していることを利用して案内スリット３７を経て平行板３０の外側に突出しており、平行板３０の外側にある位置センサ４１の被検出部材として有効に機能し、位置センサ４１によってベローズ駆動軸１４、ボールねじ軸２５の軸線方向位置、つまり、ベローズ１１のエンド部１１Ｂの軸線方向移動位置が光電式に検出される。これにより、ベローズポンプの吸引終了／吐出動作の起点を検出することができる。

上述の構成によるベローズポンプは、ステッピングモータ２２によってボールねじナット２４が回転駆動されることにより、回り止め部材３４の平行２辺３４Ａ、３４Ｂか平行板３０、３１に当接していることによって回り止めされているボールねじ軸２５が軸線方向に移動する。このボールねじ軸２５の軸線方向への移動に伴ってベローズ駆動軸１４が軸線方向に移動し、ベローズ１１が伸縮することにより、ポンプ作用が行われる。

このポンプ作用下において、回り止め部材３４の平行２辺３４Ａ、３４Ｂが平行板３０、３１の各々に軸線方向に摺動可能に当接していることより、ボールねじ軸２５、ベローズ駆動軸１４が、軸線方向に直交する径方向（Ｘ方向）にぶれることが防止される。

また、回り止め部材３４の凸部３８の両外側面３８Ａ、３８Ｂが案内スリット３７の両内側面３７Ａ、３７Ｂに当接していることより、ボールねじ軸２５、ベローズ駆動軸１４がＸ方向と直交する径方向（Ｙ方向）にぶれることが防止される。

これにより、ぶれ動きによってベローズ１１がシリンダ室７の内壁に接触することがなくなり、パーティクルの発生を回避できる。

また、回り止め部材３４の平行２辺３４Ａ、３４Ｂが平行板３０、３１に当接していることによるボールねじ軸２５の回り止めは、ベローズ駆動軸１４を介してボールねじ軸２５と連結されているベローズ１１のエンド部１１Ｂが固定リング部１１Ｃに対して回転し、それによりベローズ１１がよじれてしまうのを、防止することにも役立つ。

なお、回り止め部材３４の凸部３８と案内スリット３７との嵌合は、片側の平行板３０にのみに限られることはなく、図５に示されているように、回り止め部材３４にもう一つの凸部４３を設け、平行板３１にも案内スリット４４を形成し、凸部４３を案内スリット４４に嵌合させる構造にしてもよい。

また、回り止め部材３４はベローズ駆動軸１４に取り付けられていてもよい。つまり、回り止め部材３４は、ボールねじ軸２５とベローズ駆動軸１４との連結体の適当な部位に固定されていればよい。

さらに、この実施形態では、ベローズ駆動軸１４を軸線方向に往復駆動するポンプ駆動装置として、ステッピングモータ２２のような回転アクチュエータと、ボールねじナット２４及びボールねじ軸２５とによる送りねじ機構（回転運動を直線運動に変換する機構）とを用いる構成としたが、このポンプ駆動装置は、この実施形態のものに限られず、例えばリニアモータや流体圧シリンダ装置のようなリニアアクチュエータを用いた構成のものであってもよい。

この発明によるベローズポンプの一つの実施形態を示す全体構成図である。 一つの実施形態によるベローズポンプの要部の拡大断面図である。 図２の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 一つの実施形態によるベローズポンプの平行板の拡大正面図である。 この発明によるベローズポンプの他の実施形態の要部の横断面図である。

符号の説明

１ ポンプハウジング
２ 気密プレート
３ ポンプヘッド押さえ
４ ポンプヘッド部材
５ 機械室
６ 筐体
７ シリンダ室
８ ポンプ室
９ 吸入口
１０ 吐出口
１１ ベローズ
１１Ａ ベローズ筒部
１１Ｂ エンド部
１１Ｃ 固定リング部
１２、１３ 継手
１４ ベローズ駆動軸
１５ ベローズアダプタ
１６ 貫通孔
１７ シール部材
１７Ａ シール押え部材
２１ ポンプ駆動装置
２２ ステッピングモータ
２３ 送りねじ装置
２４ ボールねじナット
２５ ボールねじ軸
２６ 上部取付板
２７ 垂直支柱
２８ 下部取付板
３０、３１ 平行板
３２ 上部取付部材
３３ 下部取付部材
３４ 回り止め部材
３４Ａ、３４Ｂ 平行２辺
３５ 止めねじ
３６ 潤滑剤収容溝
３７ 案内スリット
３７Ａ、３７Ｂ 内側面
３８ 凸部
３８Ａ、３８Ｂ 外側面
３９ 取付部材
４０ 取付板
４１ 位置センサ
４２ 光反射板
４３ 凸部
４４ 案内スリット

Claims (4)

1. ポンプハウジングに形成されたシリンダ室にベローズが軸線方向に伸縮自在に設けられ当該ベローズはベローズ先端のピストン状のエンド部に連結されたベローズ駆動軸が軸線方向に往復動することにより、前記ベローズが伸縮し、ポンプ作用を行うベローズポンプにおいて、
   所定の軸線方向長さに亘って配置され、軸線方向に直交する方向に所定間隔をおいて互いに平行に対向する一対の平行板と、
   前記ベローズ駆動軸と、前記ベローズ駆動軸に連結されて該ベローズ駆動軸を軸線方向に往復駆動させる軸とのうちいずれか一方に固定された、平行２辺を有する回り止め部材とを有し、
   前記回り止め部材は、前記一対の平行板の間にあって前記平行２辺をもって前記一対の平行板の各々に軸線方向に摺動可能に当接しており、
   前記一対の平行板の少なくとも一方には、軸線方向に長い案内スリットが形成され、
   前記回り止め部材に形成された凸部が前記案内スリットに軸線方向に摺動可能に嵌合していることを特徴とするベローズポンプ。
2. ポンプハウジングに形成されたシリンダ室にベローズが軸線方向に伸縮自在に設けられており、当該ベローズが、ベローズ先端のピストン状のエンド部に連結されたベローズ駆動軸が軸線方向に往復動することにより、軸線方向に伸縮するように構成されており、ポンプ駆動装置として、回転アクチュエータと、送りナット部材と、前記送りナット部材とねじ係合した送りねじ軸とを有していると共に、前記送りナット部材が軸線方向の移動を禁止され、かつ、前記送りねじ軸が回り止めされた状態で、前記送りナット部材が前記回転アクチュエータによって回転駆動されることにより、前記送りねじ軸が軸線方向に移動し、当該送りねじ軸に連結されている前記ベローズ駆動軸が軸線方向に移動されて、ポンプ作用が行われるベローズポンプにおいて、
   前記ポンプハウジングと前記ポンプ駆動装置との間に所定の軸線方向長さに亘って配置され、軸線方向に直交する方向に所定間隔をおいて互いに平行に対向する一対の平行板と、
   前記送りねじ軸と前記ベローズ駆動軸との連結体に固定された平行２辺を有する回り止め部材とを有し、
   前記回り止め部材は、前記一対の平行板の間にあって、前記平行２辺をもって前記一対の平行板の各々に軸線方向に摺動可能に当接しており、
   前記一対の平行板の少なくとも一方には、軸線方向に長い案内スリットが形成され、前記回り止め部材に形成された凸部が前記案内スリットに軸線方向に摺動可能に嵌合していることを特徴とするベローズポンプ。
3. 前記回り止め部材と前記平行板の互いの摺動面に潤滑剤を収容する溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のベローズポンプ。
4. 前記ベローズの前記エンド部の軸線方向移動位置を検出する位置検出器を有し、前記回り止め部材に前記位置検出器の被検出部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のベローズポンプ。

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