JP2011032873A - ベローズポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ内部で帯電が起こらないようにして、静電気の帯電に因る放電によりベローズに孔が開く不都合な現象が防止されるよう改善されたベローズポンプを提供する。
【解決手段】薬液の吸込路１２及び吐出路１３を備えたポンプボディ１と、ポンプボディ１に一端が気密に固定されてポンプボディ１との間に密閉空間１１を形成する状態に配備されるベローズ２と、ベローズ２をポンプボディ１に対して伸縮動すべくベローズ２の他端側に設けられる作動部１５と、密閉空間１１に連通する吸入路１２に設けられる吸入弁６と、密閉空間１１に連通する吐出路１３に設けられる吐出弁７と、を有して成るベローズポンプにおいて、密閉空間１１に臨む導通材製の集電部材Ｃと、集電部材Ｃに一端部が導通接続され、かつ、ポンプボディ１の外部に臨む他端部を有する導電手段Ｄとが装備されている
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体や液晶の製造設備や装置において使用される純水、薬液の送液手段として好適なベローズポンプに関するものである。

ベローズポンプは、被移送流体の吸込路及び吐出路を備えたポンプボディと、ポンプボディに一端が気密に固定されてポンプボディとの間に密閉空間を形成する状態に配備されるベローズと、ベローズをポンプボディに対して伸縮動すべくベローズの他端側に設けられる作動部と、密閉空間に連通する吸入路に設けられる吸入弁と、密閉空間に連通する吐出路に設けられる吐出弁とを有して構成されている。このようなベローズポンプの例としては、特許文献１において示される単胴型のものや、特許文献２において示される複胴型（往復動ポンプ）のものが知られている。

半導体製造装置等に使用する薬液には純粋性が求められるので、薬液がポンプを通過する際の汚染を避けるためには、ベローズポンプが使用される。そして、ベローズポンプにおける接液部位の構成部材、即ち接液部材としては、ＰＴＦＥやＰＦＡ等の比較的純粋なフッ素樹脂が用いられる。これらのフッ素樹脂は電気絶縁性が非常に高い性質があり、従って帯電し易い。

一方、半導体製造に使用される薬液には導電率の低いものもある。前述のフッ素樹脂が接液部材に採用されるベローズポンプによって導電率の低い薬液を輸送する場合、接液面において薬液の流れによる摩擦で生じる静電気が、接液面にて絶縁限界を超えるまでに帯電すると、ついには放電が生じる。その放電は非常に電圧が高く、フッ素樹脂製の接液部材に非常に大きな放電電流が通過し、それによって接液部材に孔が開く現象が起こり得る。

この放電による孔が形成されてしまう不都合な現象が、ベローズポンプの接液部材の中でも、ベローズに生じた場合、ベローズに孔が開くことで薬液の（シール対象液の）漏洩を起こすため問題である。

特開２００１−１２３９５９号公報 特開２００２−１７４１８０号公報

本発明の目的は、構造や材料の工夫によってポンプ内部で帯電が起こらないようにして、前述の問題、即ち、静電気の帯電に因る放電によりベローズに孔が開く不都合な現象が防止されるように改善されたベローズポンプを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、被移送流体の吸込路１２及び吐出路１３を備えたポンプボディ１と、前記ポンプボディ１に一端が気密に固定されて前記ポンプボディ１との間に密閉空間１１を形成する状態に配備されるベローズ２と、前記ベローズ２を前記ポンプボディ１に対して伸縮動すべく前記ベローズ２の他端側に設けられる作動部１５と、前記密閉空間１１に連通する前記吸入路１２に設けられる吸入弁６と、前記密閉空間１１に連通する前記吐出路１３に設けられる吐出弁７と、を有して成るベローズポンプにおいて、
前記密閉空間１１に臨む導通材製の集電部材Ｃと、前記集電部材Ｃに一端部が導通接続され、かつ、前記ポンプボディ１の外部に臨む他端部を有する導電手段Ｄとが装備されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のベローズポンプにおいて、前記吸入弁６及び前記吐出弁７が前記密閉空間１１に臨む状態で前記ポンプボディ１に支持され、前記吸入弁６及び／又は前記吐出弁７のケーシング６Ａ，７Ａが前記ポンプボディ１に螺着されており、前記集電部材Ｃが金属製の前記ケーシング６Ａ，７Ａであり、かつ、前記導電手段Ｄが金属製の前記ポンプボディ１であることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のベローズポンプにおいて、前記ケーシング６ａ，７ａ及び前記ポンプボディ１がステンレス鋼製であることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載のベローズポンプにおいて、前記集電部材Ｃが、先端部が前記密閉空間１１に臨む状態で前記ポンプボディ１に植設される金属製の棒材２６であり、前記導電手段Ｄが、前記棒材２６に導通接続されて前記ポンプボディ１の外部に臨む導通部材２７であることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載のベローズポンプにおいて、前記棒材２６が前記ベローズ２の伸縮動方向の軸心Ｐ周りに複数設けられており、それら複数の前記棒材２６の先端部に導通接続される集電リング２８が装備されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、接液面において薬液等の被移送流体の流れによる摩擦で生じる静電気は、集電部材及び導電手段を通ってポンプ外部に取出し可能になるから、従来のように密封空間に静電気が帯電することも、その帯電による放電も生じないようにすることができる。その結果、構造や材料の工夫により、ポンプ内部で帯電が起こらないようにして、静電気の帯電に因る放電によりベローズに孔が開く不都合な現象が防止されるように改善されたベローズポンプを提供することができる。

請求項２の発明によれば、集電部材が吸入弁及び／又は吐出弁のケーシングであり、導電手段がポンプボディであるという、必須の構成部材によって静電気を取出す手段が構成されており、請求項１の発明による前記効果を改造少なく廉価に得られる利点がある。この場合、請求項３のように、ケーシング及びポンプボディをステンレス鋼製として、高い耐食性と高い導電率とを兼ね備えるようにすれば一層望ましいベローズポンプにできる。

請求項４の発明によれば、金属製の棒材と、棒材に導通接続されてポンプボディの外部に臨む導通部材とを設けることにより、従来の構成部材はそのまま使えて経済的に請求項１の発明による前記効果を得ることが可能なベローズポンプを提供することができる。

請求項５の発明によれば、複数の棒材とそれらに亘る集電リングとを設ける工夫により、請求項４の発明による前記効果をより効率良く発揮可能な利点が得られる。

複胴型ベローズポンプの構造を示す半断面図（実施例１） 片側のポンプ構造を示す拡大断面図 図１における吐出側部分を示す部分平面図 吐出側に金属製継手が装備されたベローズポンプの外観図 別構造による除電手段を示すベローズポンプの概略図（実施例２） 他の別構造の除電手段を示すベローズポンプの概略図（実施例３）

以下に、本発明によるベローズポンプの実施の形態を、複胴型のものを例に挙げて図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
実施例１によるベローズポンプＡは、図１，図２に示すように、一対のベローズを背中合わせ状態で合体させたような構造、即ち複胴型のものであり、単位時間当たりの吐出量を大きく取れる大容量ポンプである。ベローズポンプＡは、ステンレス鋼製で左右中央のポンプボディ１、ポンプボディ１の左右（両端）に配されるフッ素樹脂（ＰＴＦＥ等）製で互いに共通の軸心（ポンプ軸心）Ｐを持つ一対のベローズ２，２、一対のエアシリンダ３，３、ポンプボディ１の左右に連設されるＰＰ樹脂等で成る一対の中間ケース４，４、各中間ケース４の左右外側に連設されるアルミ合金等で成る一対の端部ケース５，５、各一対の吸入用逆止弁６，６と吐出用逆止弁７，７、一対の近接センサ８，８等を有して構成されている。

ここで簡単にポンピング作用について説明すると、各端部ケース５，５の軸心Ｐ上に設けられるエア給排口ａ，ａに対して図示しないエア給排装置から背反的にエアを出し入れさせて、一対のエアシリンダ３，３を背反的に伸縮作動させ、ポンプボディ１側方に配備されている流体吸入部ｒｉから吸入される薬液等の流体を、その上側に配備されている流体吐出部ｒｏから略連続的に吐出することができる、というものである。つまり、一対のベローズ２，２が背反的に伸縮動（伸縮駆動）される構造であって、一方のベローズ２が流体吐出動作する間、他方のベローズ２は流体吸入動作することになり、往復動する構造でありながら連続的に流体吐出できるようになっている。

次に、各部の構造について説明する。図１に示すように、ポンプボディ１は、その左右両側の中心部分が外方突出する扁平な略円柱状に形成されている。ポンプボディ１の左右それぞれの外周側部分に形成されている段付凹入環溝１Ａにはベローズ２の厚肉フランジ２ａが嵌入され、ポンプボディ１と中間ケース４との間で挟持される基端側円環板９を介して抜止め状に保持される。ポンプボディ１の左右それぞれの中心側に形成されている一対の円形穴（符記省略）には、吸入用弁ケース６Ａ及び吐出用弁ケース７Ａが嵌入保持されており、各々の弁ケース６Ａ，７Ａには弁体６Ｂ，７Ｂ及びこれらを弁座６ａ，７ａに押圧付勢するためのフッ素樹脂（ＰＦＡ等）製のコイルばね１０が内装されている。

ベローズ２の内部空間であるポンプ室（密閉空間の一例）１１に突出する状態で設けられる各弁ケース６Ａ，７Ａの先端部内側にはフッ素樹脂（ＰＦＡ等）製の弁蓋６ｂ，７ｂが螺着装備されている。吸入側の弁蓋６ｂはコイルばね１０のばね受６ｃを含んで形成され、吐出側の弁蓋７ｂは弁座７ａを含んで形成されている。ポンプボディ１には、一対の吸入用逆止弁６，６と流体吸入部ｒｉとを連通させる吸入路１２、及び一対の吐出用逆止弁７，７と流体吸入部ｒｉとを連通させる吐出路１３が形成されている。

図１においては、左側に位置するベローズ２は、今正に伸張移動しようとすべく最も縮小した下死点にある状態に描かれており、図示はしないが、右側に位置するベローズ２は、今正に縮小移動しようとすべく最も伸張した上死点にある。従って、左側の吐出用逆止弁７及び右側の吸入用逆止弁６は閉じた状態で描いてあり、図示はしないが、右側の吐出用逆止弁７及び左側の吸入用逆止弁６は開いている。

ベローズ２は、図１，図２に示すように、前述した厚肉フランジ２ａ、蛇腹部２ｂ、及び厚肉円板状のヘッド部２ｃとを有して成り、ヘッド部２ｃには作動板（作動部の一例）１５が一体的に取付けられている。即ち、ヘッド部２ｃは、作動板１５に形成されている中心円穴１５ａに内嵌されるとともに、そのポンプボディ側に配置されてヘッド部２ｃの外周部に面する先端側円環板１４で抜止めされることにより、作動板１５にこれと一体的に移動するように連結されている。尚、先端側円環板１４は複数のボルト（図示省略）により作動板１５に連結されている。

ベローズ２は、フッ素樹脂、好ましくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のものであって、ブロー成形ではなく、ＰＴＦＥ製の円筒部材をステッキバイトやナイフ等を用いて旋盤で切削加工することにより形成されたものである。このベローズ２の形状は、図１，図２に示すように、厚肉フランジ２ａとヘッド部２ｃとの間に位置する蛇腹部２ｂにおいて、山部２９と谷部３０とが交互に設けられた蛇腹状のものであり、山部２９と谷部３０との間には、円板状の側面部３１が連設されている。

左右の作動板１５，１５は、各中間ケース４，４の挿通孔４ａ，４ａに遊内嵌され、かつ、基端側円環板９に移動可能に挿通され、かつ、ポンプボディ１に内嵌されるシール軸受け２１に液密な状態で挿通される連結棒２２の両端に螺着固定されており、その連結棒２２は、軸心Ｐ周りの均等角度毎に複数（例：４本）設けられている。左右の作動板１５，１５を連結する連結棒２２は、シール軸受け（図示省略）を介してポンプボディ１に軸心Ｐ方向にスライド移動可能に支持されており、一対のベローズ２，２の背反的な伸縮動が確実に行えるものとなっている。尚、１６は左右の端部ケースに亘って架設される計４本の組付ボルトである。

このベローズポンプＡおいては、図１，図２に示すように、密閉空間であるポンプ室１１に臨む導通材製の集電部材Ｃと、集電部材Ｃに一端部が導通接続され、かつ、ポンプボディ１の外部に臨む他端部を有する導電手段Ｄとが装備されている。つまり、集電部材Ｃと導電手段Ｄとにより、ポンプ室１１の静電気（帯電）をポンプ外に導通させて逃がし可能な除電手段Ｂが構成されている。吸入弁である吸入用逆止弁６及び吐出弁である吐出用逆止弁７がポンプ室１１に臨む状態でステンレス鋼製のポンプボディ１に支持され、吸入用逆止弁６及び／又は吐出用逆止弁７の弁ケース（ケーシングの一例）６Ａ，７Ａがポンプボディ１に螺着されており、ステンレス鋼製の各弁ケース６Ａ，７Ａで集電部材Ｃが、かつ、ポンプボディ１で導電手段Ｄがそれぞれ構成されている。

即ち、弁ケース６Ａ，７Ａ及びこれを螺着支持するポンプボディ１が導通経路となり、ポンプ室１１に帯電している電荷を弁ケース６Ａ，７Ａで集電し、ポンプボディ１からアースする等、外部に逃がすことができる。シール対象に対する接液部である弁ケース６Ａ，７Ａを電気導電性の高い金属材料製としてあるので、帯電が接液部品の絶縁限界を超えるまで大きくなる前に、弁ケース６Ａ，７Ａ及びポンプボディ１を通して放電させることができ、前述した不都合（ポンプ内部における静電気の帯電に因る放電でベローズに孔が開く不都合）が未然に防止できるようになる。尚、ポンピング対象である薬液が腐食性の無いものである場合には、弁ケース６Ａ，７Ａやポンプボディ１を機械構造用等の一般的な鋼材製とすることが可能である。

そして、図３に示すように、ポンプボディ１における流体吐出部ｒｏの付近等に、なべ小ねじ等の螺着手段２３を設けておけば、放電用としてのアース線（接地用配線）を必要に応じて接続できて好都合である。また、図４に示すように、例えば流体吐出部ｒｏに螺着される吐出側継手２４を金属製とすれば、その吐出側継手２４に接続される金属配管を用いてポンプボディ１を、即ちポンプ室１１をアース接続させることが可能である。尚、流体吸入部ｒｉに接続される吸入側継手２５を金属製としてアースさせる構造を採ることも可能である。

〔実施例２〕
図５に示すように、集電部材Ｃが、先端部がポンプ室（密閉空間）１１に臨む状態でポンプボディ１に植設されるステンレス鋼等の金属製の棒材２６であり、導電手段Ｄが、棒材２６に導通接続（溶接、ハンダ付等による）されてポンプボディ１の外部に臨む取出し棒（導通部材の一例）２７である除電手段Ｂでも良い。

この場合は、ポンプボディ１をＰＴＦＥ等の金属以外の非導通材で形成可能である。取出し棒２７の先端部２７ａはポンプボディ１の外周面より突出しており、リード線等のアース手段（接地手段）の着脱が可能に構成されている。先端部２７を、ナット止め可能となるように雄ねじ状に形成したり、小ボルト止めが可能となるように雌ねじを形成したりしておけば好都合である。

〔実施例３〕
図６に示すように、図５に示す除電手段Ｂをさらに発展させたものでも良い。即ち、実施例３の除電手段Ｂは、図６に示すように、棒材２６がベローズ２の伸縮動方向の軸心Ｐ周りの４箇所（複数の一例）設けられており、それら４個の棒材２６の先端部全てに亘って導通接続される集電リング２８が装備されて構成されている。

この場合は、集電リング２８も集電部材Ｃであり、ポンプ室１１の広い範囲に集電部材２６，２８が存在して効率よく帯電した静電気を集めることが可能である。集電リング２８は金属等の導通材であり、耐食性の点からはステンレス鋼が望ましい。

〔別実施例〕
単胴型のベローズポンプに除電手段Ｂを採用しても良い。

１ ポンプボディ
２ ベローズ
６ 吸入弁
６Ａ ケーシング
７ 吐出弁
７Ａ ケーシング
１１ 密閉空間
１２ 吸込路
１３ 吐出路
１５ 作動部
２６ 棒材
２７ 導通部材
２８ 集電リング
Ｃ 集電部材導電手段
Ｄ 導電手段
Ｐ 軸心

Claims (5)

1. 被移送流体の吸込路及び吐出路を備えたポンプボディと、前記ポンプボディに一端が気密に固定されて前記ポンプボディとの間に密閉空間を形成する状態に配備されるベローズと、前記ベローズを前記ポンプボディに対して伸縮動すべく前記ベローズの他端側に設けられる作動部と、前記密閉空間に連通する前記吸入路に設けられる吸入弁と、前記密閉空間に連通する前記吐出路に設けられる吐出弁と、を有して成るベローズポンプであって、
   前記密閉空間に臨む導通材製の集電部材と、前記集電部材に一端部が導通接続され、かつ、前記ポンプボディの外部に臨む他端部を有する導電手段とが装備されているベローズポンプ。
2. 前記吸入弁及び前記吐出弁が前記密閉空間に臨む状態で前記ポンプボディに支持され、前記吸入弁及び／又は前記吐出弁のケーシングが前記ポンプボディに螺着されており、前記集電部材が金属製の前記ケーシングであり、かつ、前記導電手段が金属製の前記ポンプボディである請求項１に記載のベローズポンプ。
3. 前記ケーシング及び前記ポンプボディがステンレス鋼製である請求項２に記載のベローズポンプ。
4. 前記集電部材が、先端部が前記密閉空間に臨む状態で前記ポンプボディに植設される金属製の棒材であり、前記導電手段が、前記棒材に導通接続されて前記ポンプボディの外部に臨む導通部材である請求項１に記載のベローズポンプ。
5. 前記棒材が前記ベローズの伸縮動方向の軸心周りに複数設けられており、それら複数の前記棒材の先端部に導通接続される集電リングが装備されている請求項４に記載のベローズポンプ。

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