JP2807071B2 - Plunger pump - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、吸込口から吸い込まれた液体を加圧して吐
出し口から吐出するプランジャポンプに関し、特に、半
導体製造設備におけるジェットスクラバとして好適に用
いられるプランジャポンプに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plunger pump that pressurizes a liquid sucked from a suction port and discharges the liquid from a discharge port, and is particularly suitable as a jet scrubber in a semiconductor manufacturing facility. It relates to the plunger pump used.

［従来の技術］ 第３図は従来のプランジャポンプを示しており、全体
を符号Ｐにより示されたプランジャポンプは、プランジ
ャ２がエア作動部によりポンプ室ｃを圧縮して、ポンプ
室内部の液体を吐出するように構成されている。[Prior Art] FIG. 3 shows a conventional plunger pump. In a plunger pump generally indicated by a reference symbol P, a plunger 2 compresses a pump chamber c by an air operating part and a liquid in a pump chamber is formed. Is discharged.

第３図において、エアシリンダ３内に配置されたエア
ピストン４は、作動エアポート５から供給される作動エ
アａにより第３図中左方向へ移動し、作動エアポート６
から供給される作動エアｂにより第３図中右方向へ移動
する。そしてエアピストン４の左右方向の移動に従っ
て、該エアピストンに直結されたプランジャ２もウォー
タシリンダ７の内部で左右に移動する。In FIG. 3, the air piston 4 disposed in the air cylinder 3 is moved leftward in FIG.
3 moves to the right in FIG. Then, as the air piston 4 moves in the left-right direction, the plunger 2 directly connected to the air piston also moves left and right inside the water cylinder 7.

作動エアポート５から作動エアａが供給されてプラン
ジャ２が左方向へ移動しようとすると、ウォータシリン
ダ８およびウォータシリンダヘッド８によって画定され
たポンプ室ｃ内の液体が圧縮され、吸込側チェッキ弁９
が閉じ且つ吐出し側チェッキ弁10が開き、ポンプ室ｃの
液体が吐出し口ｅより吐出される（吐出し行程）。ここ
で、ポンプ室ｃ内の高圧に昇圧された吐出し液体がプラ
ンジャ２の外周面を通ってエアシリンダ３側に漏洩する
ことを防止するため、ウォータシリンダ７の内面とプラ
ンジャ２との間にはシール11が介装されている。When the working air a is supplied from the working air port 5 and the plunger 2 moves to the left, the liquid in the pump chamber c defined by the water cylinder 8 and the water cylinder head 8 is compressed, and the suction side check valve 9
Is closed and the discharge-side check valve 10 is opened, and the liquid in the pump chamber c is discharged from the discharge port e (discharge stroke). Here, in order to prevent the discharge liquid pressurized to a high pressure in the pump chamber c from leaking to the air cylinder 3 side through the outer peripheral surface of the plunger 2, the discharge liquid is provided between the inner surface of the water cylinder 7 and the plunger 2. Is provided with a seal 11.

一方、吸込工程に際しては、作動エアポートより作動
エアｂが供給されてプランジャ２が右方向に移動する。
そして、吸込側チェッキ弁９が開き且つ吐出し側チェッ
キ弁10が閉じ、吸込口ｄを介して液体がポンプ室ｃ内に
吸込まれるのである。この様な動作を繰り返すことによ
り、第３図で示すようなプランジャポンプＰは、低圧の
吸込液体を所定の圧力まで昇圧して吐出する。なお第３
図は、エアピストン４が右端のエアフランジ12へ接して
おり、図示しない制御手段からの吐出し指令を待ってい
る待機行程にある状態を示している。なお、上記の作動
はエアピストン４に設けた磁石13とエアシリンダ３に設
けたセンサ14でエアピストン４の位置を検出し、そのセ
ンサ14からの信号で例えば電磁弁を制御して行われる。On the other hand, in the suction step, the working air b is supplied from the working air port, and the plunger 2 moves rightward.
Then, the suction-side check valve 9 opens and the discharge-side check valve 10 closes, and the liquid is sucked into the pump chamber c through the suction port d. By repeating such operations, the plunger pump P as shown in FIG. 3 raises and discharges the low-pressure suction liquid to a predetermined pressure. The third
The drawing shows a state in which the air piston 4 is in contact with the air flange 12 at the right end, and is in a standby process waiting for a discharge command from control means (not shown). The above operation is performed by detecting the position of the air piston 4 with a magnet 13 provided on the air piston 4 and a sensor 14 provided on the air cylinder 3, and controlling, for example, a solenoid valve by a signal from the sensor 14.

［発明が解決しようとする課題］ しかし、第３図で示すようなプランジャポンプでは、
プランジャ２が摺動する際にシール11との摩擦或いは磨
耗により微小な磨耗粉が発生し、この磨耗粉が吐出し液
体に含有されてしまうという問題があった。特に、プラ
ンジャポンプＰが半導体製造設備のジェットスクラバに
用いられる場合には、微小な磨耗粉が半導体基盤上に吹
き付けられて異物として付着し、該基盤から製造される
半導体製品の歩留まりに悪影響を与えてしまう。[Problems to be solved by the invention] However, in the plunger pump as shown in FIG.
When the plunger 2 slides, there is a problem that minute wear powder is generated due to friction or wear with the seal 11, and the wear powder is discharged and contained in the liquid. In particular, when the plunger pump P is used in a jet scrubber of a semiconductor manufacturing facility, minute wear powder is sprayed onto a semiconductor substrate and adheres as foreign matter, which adversely affects the yield of semiconductor products manufactured from the substrate. Would.

また、第４図で示すように、この様な磨耗粉がダスト
18としてシール11の液体側（符号17側）に溜まってしま
うと、シール材（リップ）16に食い込んでシール性能を
劣化させる恐れがある。また溜まったダスト18が吐出し
行程においてプランジャ２の上に乗ってポンプ室ｃ内に
侵入して、吐出し液体中の異物となってしまうという不
都合がある。In addition, as shown in FIG.
If it accumulates on the liquid side (reference numeral 17 side) of the seal 11 as 18, it may bite into the sealing material (lip) 16 and deteriorate the sealing performance. In addition, there is a disadvantage that the accumulated dust 18 gets on the plunger 2 and enters the pump chamber c in the discharging process, and becomes foreign matter in the discharged liquid.

したがって本発明の目的は、シールの所で発生して摩
耗粉が吐出し液体に混入することのないプランジャポン
プを提供するにある。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plunger pump in which abrasion powder generated at a seal and discharged is not mixed with a liquid.

［課題を解決する手段］ 本発明のプランジャポンプは、シリンダとその中を往
復動するプランジャによってポンプ室を構成し、該ポン
プ室内の液体が外部へ漏洩することを防ぐためにシリン
ダ内面とプランジャ外面の間に摺動型シールを設けてい
るプランジャポンプにおいて、該シール部とポンプ室の
中間位置にシール部からポンプ室へ摩耗粉が流れること
を制限する機能を有するダストワイパを設け、該シール
部のプランジャ径をダストワイパ部のプランジャ径より
も小径にすることによりスピルバック室を形成し、該ス
ピルバック室に内部流体を排出するスピルバックライン
を設け、このスピルバックラインにポンプの吐出し工程
時に閉じるバルブを設けている。[Means for Solving the Problems] The plunger pump of the present invention comprises a pump chamber constituted by a cylinder and a plunger reciprocating in the cylinder, and the inner surface of the cylinder and the outer surface of the plunger for preventing the liquid in the pump chamber from leaking to the outside. In a plunger pump having a sliding type seal provided therebetween, a dust wiper having a function of restricting flow of wear powder from the seal portion to the pump chamber is provided at an intermediate position between the seal portion and the pump chamber, and the plunger of the seal portion is provided. A spill-back chamber is formed by making the diameter smaller than the plunger diameter of the dust wiper part, a spill-back line for discharging the internal fluid is provided in the spill-back chamber, and a valve that closes in the spill-back line during a pump discharge step. Is provided.

［作用］ 上述の構成を有する本発明によれば、ポンプの吐出し
工程においてポンプ室内の液体の大部分は、目的とする
用途に供するためにポンプの吐出し口から吐き出される
が、残りの一部はウォータシリンダとプランジャのすき
まを通りシール方向に流れ、ダストワイパのリップを押
し拡げて、プランジャの進行とともに空間容積を拡大す
るスピルバック室に流入する。According to the present invention having the above-described configuration, most of the liquid in the pump chamber is discharged from the discharge port of the pump in the discharge step of the pump in order to provide the intended use. The part flows through the gap between the water cylinder and the plunger in the sealing direction, pushes and expands the lip of the dust wiper, and flows into the spill-back chamber, which expands the space volume as the plunger advances.

このスピルバック室に流入する流れは、プランジャ表
面付近の摩耗粉をシール方向に押し流す作用があるとと
もに、ダストワイパのリップをプランジャ表面から浮き
上がらせる作用をするため、新たな摩耗粉の発生を抑え
ることができる。The flow that flows into the spillback chamber has the effect of pushing away the abrasion powder near the plunger surface in the sealing direction and the effect of lifting the lip of the dust wiper from the plunger surface, thereby suppressing the generation of new abrasion powder. it can.

さらには、シール部で発生する摩耗粉はダストワイパ
の隙間を通ってポンプ室へ逆流することがないため、ポ
ンプの吐出し口から吐き出される液体中に摩耗粉の混入
がおこらない。Further, since the abrasion powder generated in the seal portion does not flow back to the pump chamber through the gap of the dust wiper, the abrasion powder does not enter the liquid discharged from the discharge port of the pump.

一方、吸込み工程においては、プランジャの後退とと
もにポンプ吸込口からポンプ室内に新しい液体が流入し
てくるが、この時スピルバック室は収縮する方向に変化
しており、同時にスピルバック室に接続されたスピルバ
ックラインのバルブが開くため、シール部の摩耗粉を含
んでいる液体は強制的にポンプ外部に排出される。ま
た、この際にダストワイパはプランジャ表面と摺動する
ことになるが、これによって発生する可能性のある摩耗
粉はプランジャの動きに従ってスピルバック室に引き込
まれるため、ポンプ室内の液体に混入することはない。On the other hand, in the suction step, new liquid flows into the pump chamber from the pump suction port with the retraction of the plunger. At this time, the spillback chamber is changing in a contracting direction, and is simultaneously connected to the spillback chamber. Since the valve of the spill back line is opened, the liquid containing the abrasion powder of the seal portion is forcibly discharged to the outside of the pump. Also, at this time, the dust wiper slides on the plunger surface, and the abrasion powder that may be generated due to the dust wiper is drawn into the spillback chamber according to the movement of the plunger, so that it may not be mixed into the liquid in the pump chamber. Absent.

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。な
お、図において対応する部品は同じ符合を付し重複説明
を省略する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

第1a図に示すように本発明を実施したプランジャポン
プPaのプランジャ2aには段部52を境界として大径部と小
径部が設けられている。このプランジャを囲むウォータ
ーシリンダ７の内面にはプランジャの大径部に相対した
部分にダストワイパ23が設けられており、その詳細図が
第２図に示されている。As shown in FIG. 1a, a plunger 2a of a plunger pump Pa embodying the present invention is provided with a large diameter portion and a small diameter portion with a step 52 as a boundary. On the inner surface of the water cylinder 7 surrounding the plunger, a dust wiper 23 is provided at a portion facing the large-diameter portion of the plunger, and its detailed view is shown in FIG.

また、プランジャの小径部に相対したパッキンケース
24の内面にはシール11が設けられており、その詳細は第
４図に示すように公知のものである。Also, a packing case facing the small diameter part of the plunger
A seal 11 is provided on the inner surface of 24, and details thereof are known as shown in FIG.

このダストワイパ23とシール11とパッキンケース24お
よびプランジャ2aに囲まれた空間をスピルバック室と呼
び、プランジャの移動に伴って空間の容積が変化する構
造となっている。The space surrounded by the dust wiper 23, the seal 11, the packing case 24, and the plunger 2a is called a spillback chamber, and has a structure in which the volume of the space changes as the plunger moves.

さらにスピルバック室には、内部の液体を外部へ取り
出すためのスピルバック流出口25が設けられており、ポ
ンプ吐出し時に閉じるバルブV2を有するスピルバックラ
イン2Lが接続されている。Further, the spill-back chamber is provided with a spill-back outlet 25 for taking out the internal liquid to the outside, and is connected to a spill-back line 2L having a valve V2 that closes when the pump is discharged.

本発明の実施するダストワイパ23（第２図）は断面が
コ字状で全体がリング状に形成され、その半径方向内方
にはプランジャ2aの外周面と係合するリップ23aが設け
られ、その半径方向外方にはウォーターシリンダ７の半
径方向内面と係合するリップ23bが設けられている。こ
のダストワイパ23はプランジャ2aの外周面を揺動するの
で、摺動性のよい合成樹脂例えばPTFE系の樹脂で構成さ
れている。このダストワイパ23の内側にはスプリング30
が設けられ、両リップ23a、23bをプランジャ2aおよびウ
ォーターシリンダ７にゆるやかな力で押圧する構造にな
っている。そしてパッキンケース24からのびるリング状
突起24aがダストワイパ23の内方に延びている。A dust wiper 23 (FIG. 2) implemented by the present invention has a U-shaped cross section and is formed in a ring shape as a whole, and a lip 23a for engaging with the outer peripheral surface of the plunger 2a is provided radially inward. A lip 23b that engages with a radially inner surface of the water cylinder 7 is provided radially outward. Since the dust wiper 23 swings on the outer peripheral surface of the plunger 2a, it is made of a synthetic resin having good slidability, for example, a PTFE-based resin. Inside the dust wiper 23 is a spring 30
Is provided to press both lips 23a and 23b against the plunger 2a and the water cylinder 7 with a gentle force. A ring-shaped protrusion 24a extending from the packing case 24 extends inward of the dust wiper 23.

次に本発明にかかるプランジャポンプの作用を明らか
にするために好適な適用例について、再び第1a図を参照
して説明する。Next, a preferred application example for clarifying the operation of the plunger pump according to the present invention will be described with reference to FIG. 1a again.

第1a図に示すプランジャポンプは例えば基板やウエハ
等の表面をノズルから高圧の液体を噴射して洗浄する場
合に使用するものである。係るプランジャポンプは吸込
んだ液体（主として純水）を清浄なままで吐き出さねば
ならない。ポンプの吐出し工程において、プランジャ2a
は図中左方向に移動する。これに伴い、ポンプ室ｃは収
縮し内部の液体は加圧され、スピルバック室50は拡大し
減圧される。このためポンプ室ｃ内の液体は吐出し口ｅ
から吐き出されると同時に一部はウォーターシリンダ７
とプランジャ2aとのすきまを介してスピルバック室50に
流入する。吐出し工程ではスピルバックラインL2に設け
られたバルブV2は閉じられているため、スピルバック室
50に流入する量は、スピルバック室の容積に従うので、
多量に流れることはない。またポンプ室ｃからスピルバ
ック室50に向う流れに対しては、ダストワイパ23はリッ
プ23aとプランジャ2aの表面との間隔を拡げる様に変形
するので、該流れを遮ることはない。The plunger pump shown in FIG. 1a is used, for example, when cleaning the surface of a substrate, a wafer or the like by spraying a high-pressure liquid from a nozzle. Such a plunger pump must discharge the sucked liquid (mainly pure water) while keeping it clean. In the discharge process of the pump, the plunger 2a
Moves to the left in the figure. Along with this, the pump chamber c contracts and the liquid inside is pressurized, and the spillback chamber 50 expands and is depressurized. Therefore, the liquid in the pump chamber c is discharged from the discharge port e.
Part of the water cylinder 7
The fluid flows into the spillback chamber 50 through a gap between the spillback chamber 50 and the plunger 2a. In the discharge process, the valve V2 provided in the spill-back line L2 is closed, so the spill-back chamber
Since the amount flowing into the 50 follows the volume of the spillback chamber,
It does not flow in large quantities. Further, with respect to the flow from the pump chamber c to the spillback chamber 50, the dust wiper 23 is deformed so as to increase the distance between the lip 23a and the surface of the plunger 2a, so that the flow is not blocked.

吸込工程、すなわち第1b図の状態から第1a図の状態へ
移行するに際しては、プランジャ2aは図中右方向へ移動
して、ポンプ室ｃは拡大しスピルバック室50は縮小され
る。その結果、吸込口ｄを介してポンプ室ｃに液体が流
入する。一方、スピルバック室50の液体については、ダ
ストワイパ23によりポンプ室ｃへ向う流れが遮られるの
で、スピルバックラインL2を介してポンプの外部へ排出
される。In the suction step, that is, in the transition from the state of FIG. 1b to the state of FIG. 1a, the plunger 2a moves rightward in the figure, the pump chamber c expands, and the spillback chamber 50 contracts. As a result, the liquid flows into the pump chamber c via the suction port d. On the other hand, the liquid in the spill-back chamber 50 is discharged to the outside of the pump via the spill-back line L2 because the flow toward the pump chamber c is blocked by the dust wiper 23.

すなわち、スピルバック室50からポンプ室ｃへ向う流
れに対しては、ダストワイパ23はそのリップ23aおよび2
b（第２図）が互いに離隔する様に変形する。そして、
リップ23aがプランジャ2aの表面に当接して、ポンプ室
ｃへ向う流れを遮断するのである。換言すると、吸込工
程時においてダストワイパ23はシール部材として作用す
るのである。That is, for the flow from the spillback chamber 50 to the pump chamber c, the dust wiper 23
b (FIG. 2) are deformed so as to be separated from each other. And
The lip 23a comes into contact with the surface of the plunger 2a and blocks the flow toward the pump chamber c. In other words, the dust wiper 23 acts as a seal member during the suction step.

ここでスピルバックラインL2に設けられたバルブV2は
吸込工程では大気に開放されているので、スピルバック
される液体はその圧力（ゲージ）は殆どゼロに等しい。
そのため、ダストワイパ23とプランジャ2aとが摺動して
も殆ど摩耗粉は発生しない。また、僅かに発生した摩耗
粉もプランジャとともにスピルバック室50に吸い込まれ
て外部へ排出されるため、ポンプ室ｃ内の液体に混入す
ることがない。Here, since the valve V2 provided in the spillback line L2 is opened to the atmosphere in the suction step, the pressure (gauge) of the liquid to be spilled back is almost equal to zero.
Therefore, even if the dust wiper 23 and the plunger 2a slide, almost no wear powder is generated. Further, a small amount of abrasion powder is sucked into the spillback chamber 50 together with the plunger and discharged to the outside, so that it does not mix with the liquid in the pump chamber c.

この実施例によれば、プランジャ2aの小径部のみがシ
ール11と摺動する。そしてポンプ室ｃには該小径部は侵
入することが無いのでシール11の摩耗粉がプランジャに
付着してポンプ室内へ侵入することが防止される。According to this embodiment, only the small diameter portion of the plunger 2a slides on the seal 11. Since the small-diameter portion does not enter the pump chamber c, the abrasion powder of the seal 11 is prevented from adhering to the plunger and entering the pump chamber c.

［発明の効果］ 以上の如く、本発明によれば、ポンプ作動の吸込行
程、吐出し行程のいずれにおいても高圧シール部で発生
した摩耗粉がポンプ室に流入することが無いため、常に
清浄な高圧液を供給することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, abrasion powder generated in the high-pressure seal portion does not flow into the pump chamber in any of the suction stroke and the discharge stroke of the pump operation. High pressure liquid can be supplied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1a図、第1b図は共に本発明を実施したプランジャポン
プの１例を示す断面側面図で第1a図は吸込を完了し吐出
し工程に移る直前の状態で、第1b図は吐き出しを完了し
吸込工程に移る直前の状態である。第２図は本発明で実
施するダストワイパ断面側面図、第３図は従来のプラン
ジャポンプの断面側面図、第４図は高圧シールの断面側
面図である。 Ｐ、Pa……ポンプ、２、2a……プランジャ、３……エア
シリンダ、４……エアピストン、７……ウォータシリン
ダ、８……ウォータシリンダヘッド、９……吸込側チェ
ッキ弁、10……吐出し側チェッキ弁 11……高圧シール、23……ダストワイパ、23a、23b……
リップ、24……パッキンケース、30……スプリング 40……軸受、50……スピルバック室、52……プランジャ
段付部、ｃ……ポンプ室、ｄ……吸込口、ｅ……吐出し
口、L2……スピルバックライン1a and 1b are cross-sectional side views showing one example of a plunger pump embodying the present invention. FIG. 1a shows a state immediately after the suction is completed and the discharge process is started, and FIG. 1b shows a state where the discharge is completed. This is a state immediately before moving to the suction process. 2 is a sectional side view of a dust wiper implemented in the present invention, FIG. 3 is a sectional side view of a conventional plunger pump, and FIG. 4 is a sectional side view of a high-pressure seal. P, Pa ... Pump, 2, 2a ... Plunger, 3 ... Air cylinder, 4 ... Air piston, 7 ... Water cylinder, 8 ... Water cylinder head, 9 ... Suction side check valve, 10 ... Discharge side check valve 11… High pressure seal, 23… Dust wiper, 23a, 23b…
Lip, 24 Packing case, 30 Spring 40 Bearing 50 Spill-back chamber 52 Plunger step, c Pump chamber d Suction port e Discharge port , L2 ... spill back line

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】シリンダとその中を往復動するプランジャ
によってポンプ室を構成し、該ポンプ室内の液体が外部
へ漏洩することを防ぐためにシリンダ内面とプランジャ
外面の間に摺動型シールを設けているプランジャポンプ
において、該シール部とポンプ室の中間位置にシール部
からポンプ室へ摩耗粉が流れることを制限する機能を有
するダストワイパを設け、該シール部のプランジャ径を
ダストワイパ部のプランジャ径よりも小径にすることに
よりスピルバック室を形成し、該スピルバック室に内部
流体を排出するスピルバックラインを設け、このスピル
バックラインにポンプの吐出し工程時に閉じるバルブを
設けたことを特徴とするプランジャポンプ。A pump chamber is constituted by a cylinder and a plunger reciprocating therein, and a sliding seal is provided between an inner surface of the cylinder and an outer surface of the plunger to prevent liquid in the pump chamber from leaking to the outside. In a plunger pump, a dust wiper having a function of restricting the flow of abrasion powder from the seal portion to the pump chamber is provided at an intermediate position between the seal portion and the pump chamber, and the plunger diameter of the seal portion is larger than the plunger diameter of the dust wiper portion. A spill-back chamber is formed by reducing the diameter, a spill-back line for discharging an internal fluid is provided in the spill-back chamber, and a valve that closes during a discharge step of a pump is provided in the spill-back line. pump.