JPH11337385A - 正確な量の液体を分配するための分配装置 - Google Patents

正確な量の液体を分配するための分配装置

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JPH11337385A
JPH11337385A JP11105336A JP10533699A JPH11337385A JP H11337385 A JPH11337385 A JP H11337385A JP 11105336 A JP11105336 A JP 11105336A JP 10533699 A JP10533699 A JP 10533699A JP H11337385 A JPH11337385 A JP H11337385A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な量の液体を反復して分配することがで
きる装置を提供すること。 【解決手段】 正確な量のサンプル液体を送給する装
置。非圧縮性液圧液体を収容した第１チャンバー内へピ
ストンを直線的に移動させる。このチャンバーは、その
第１チャンバーをサンプル液体を収容した第２チャンバ
ーから分離する可撓性ダイアフラムの壁を備えている。
ダイアフラムの膨張度合いと、第２チャンバーからのサ
ンプル液体の分配量は、第１チャンバー内へ突入するピ
ストンの位置によって決まる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、正確な量の液体を
反復して分配するための装置に関し、特に、加圧された
液圧液体を用いて正確な量のサンプル液体を分配又は供
給するための装置に関する。ここで、「分配」とは、液
体等を一定量計量して小出しすることをいう。そのよう
な分配装置は、ディスペンサーとも称される。
【０００２】
【従来の技術】正確な量の液体を使用領域へ供給するこ
とを必要とする産業は、多数存在する。例えば、半導体
産業においては、シリコンウエーハ上に均一な厚さのフ
ォトレジスト層を形成するために正確な量のフォトレジ
スト組成物をシリコンウエーハに供給する。そのような
正確量の供給は、同一容量のサンプルを長期間に亘って
繰り返し供給することができる装置によって実施しなけ
ればならない。
【０００３】液体を供給するための装置としては、現
在、多種多様の装置が存在する。ベローを利用する装置
は、ベローの壁が柔軟性（受けた力に順応して撓む性
質）であるという点で望ましくない。なぜなら、ベロー
の壁が柔軟性であるため、押し出される流体の容量が、
その流体の圧力の大きさによって変化するからである。
【０００４】加圧ガスを用いて機械的要素、例えばダイ
アフラムを変位させ、ダイアフラムの変位によって流体
を押し出す型式の装置も、ガスが圧縮性であり、ガスの
容量がそれが受ける圧力の大きさによって変化するので
望ましくない。やはり、押し出される流体の容量が、そ
の流体の圧力の大きさによって変化するからである。
【０００５】ソレノイドを用いてピストン等を変位させ
る装置も、ソレノイドに供給される電力の通常の変動の
結果としてピストンのストローク長が変化し、従って、
供給される流体の容量が変化するので望ましくない。
又、ソレノイドアームの位置をその両極端位置以外の位
置に制御することも困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、正確な量の液
体を反復して供給又は分配することができる装置を提供
することが望ましい。更に、正確な量の液体を長時間に
わたって反復して供給又は分配することができる装置を
提供することが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、非圧縮性液体を収容した溜め（チャンバ
ー）に対してピストンを出し入れ駆動する直線作動器ス
テップモータ（直線作動器としてのステップモータ）を
使用する。一実施形態においては、上記溜めは、その中
に収容された液圧液体の変位に応答して膨張又は収縮す
る可撓性ダイアフラムで形成された壁を備えている。ダ
イアフラムが膨張する間、サンプル液体が溜めからサン
プル液体の使用部署へ分配又は供給される。ダイアフラ
ムが収縮する間、先に分配された（小出しされた）サン
プル液体に代って次のサンプル液体がサンプル溜め内へ
押し出される。溜め内は、ダイアフラムによって２つの
チャンバーに分割される。一方のチャンバーには、液圧
液体が収容され、他方のチャンバーには、サンプル液体
が収容される。
【０００８】別の実施形態では、ダイアフラムを省除
し、ピストンをサンプル液体に直接作用させる。従っ
て、この実施形態では、別途に液圧液体を用意する必要
がない。
【０００９】本発明の分配装置は、非圧縮性の液圧液体
を押しのける（変位させる）ために移動ピストンを利用
する。押しのけられた液圧液体は、可撓性ダイアフラム
をサンプル液体を収容した溜め内へ膨張させる。この膨
張するダイアフラムの力を受けて、正確な量のサンプル
液体がその溜めから使用部署へ分配される。
【００１０】上記ピストンは、回転することなく直線的
に移動される軸に取り付けられる。軸を回転させずに直
線的に移動させるための手段は、直線又は回転ステップ
モータ、あるいは、サーボモータと、軸の回転を防止す
るための手段を備えた、モータ駆動される回転自在のナ
ット内に嵌合されたねじ付き軸を含む。
【００１１】説明の便宜上、軸の回転を防止しつつ、軸
を直線的に移動させるために回転自在のナット内に嵌合
させたねじ付き軸を用いる実施形態と、液圧液体を収容
するチャンバーと、サンプル液体を収容するチャンバー
をダイアフラムによって分離する実施形態を参照して、
本発明を以下に具体的に説明する。液圧液体を押しのけ
るためのピストンは、ねじ付き軸のねじに螺合するねじ
を有する、モータ駆動される回転自在のナット内に嵌合
させたねじ付き軸に取り付ける。モータが回転作動され
ると、ピストンが、可撓性ダイアフラムで形成された壁
を備えたチャンバー内の液圧液体に対して進退される
（液圧液体内へ進入されたり、液圧液体から引き抜かれ
たりする）。
【００１２】好ましい実施形態では、移動ピストンと、
ピストンのための静止ハウジングとの間にばね付勢され
た密封部材を含む密封機構が介設される。この密封機構
は、例えば米国カリフォルニア州のバルシールコーポレ
ーシヨンから販売されているばね付勢シールとすること
が好ましい。シールは、断面Ｕ字形とすることが好まし
い。ピストンに接触するシールの内径は、ピストンの表
面に密着するようにピストンに向けてばね付勢される。
このばね付勢シールは、密封部材の残りの部分と協同し
て、ピストンの周りを通しての液圧液体のバイパス及び
漏出を防止するとともに、液圧液体内への空気の混入を
防止する。この密封機構は、常に同じ正確な量のサンプ
ル液体を使用部署へ送給するためにこの分配装置を長期
間に亘って反復使用することを可能にする。
【００１３】随意選択として、１つ以上の、例えば２つ
ないし３つのそのようなシールをピストンの長手の異な
る部位に装着することができる。上述した密封機構は好
ましいものであるが、ピストンの外周に装着された１つ
又はそれ以上のＯ−リング、１つ又はそれ以上の各種金
属製のグランド、金属製又はポリマー製のパッキン等の
他の密封機構も本発明に使用することができ、それらの
密封機構も、ピストンの周りを通しての流体の漏れ及び
空気の混入を防止するためにピストン及びチャンバーの
壁を密封する機能を果たすことは、ることは当業者には
明らかであろう。所望ならば、異なるシールの組み合わ
せを用いることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１、２及び３を参照して説明す
ると、本発明の分配装置１０は、軸受１１，１３に支承
された内部回転自在ナット１４を含むモータ１２を備え
ている。ナット１４は、軸２０のねじ１８に螺合するね
じ１６を有している。モータ１２は、ナット１４を時計
回り方向と反時計回り方向の両方向に回転させるように
設計されたステップモータ１２である。電磁コイル１５
と磁石１７がナット１４を囲繞しており、コイル１５が
付勢されると、ナット１４が時計回り方向又は反時計回
り方向のどちらかに回転される。軸２０は、ピン２４に
よってピストン及びチャンバー２２に固定されている。
【００１５】ピストン２２は、その回り止めピン２８を
嵌めるための開口スロット２６を有している。ピストン
２２の回転は、ピストンのためのピストンハウジング３
０の内壁にキーをピストン２２の外表面に形成されたキ
ー溝に嵌合させる構成や、直線移動物体の回転を防止す
るためのその他の任意の周知手段によっても行うことが
できる。ピストン２２は、ピストンハウジング３０内に
ぴったり嵌合するように寸法づけされている。チャンバ
ー３２からモータ１２への液体のバイパスを防止するた
めのシールは、特定形状のばね付勢シール３８と、密封
バックアップＯ−リング３６とによって達成される。シ
ール３８の長手部分４０は、ピストン２２の外周４２の
全周に密に嵌合するようにばね付勢されている。Ｏ−リ
ング３４は、シール３８にそれを、溜め即ちチャンバー
３２を画定するハウジング４６の壁に押しつける予備付
勢を付与する。ピストン２２の外周を更に密封するため
にシール３８と同様の追加のシールを用いることもでき
る。
【００１６】本発明を実施するに当たっては、チャンバ
ー３２からすべての圧縮性ガスが除去された状態でプラ
グ４４を抜いてチャンバー３２に非圧縮性液圧液体を充
填する。チャンバー３２の一側壁は、Ｏ−リング５０と
プレート５２によってハウジング４６に保持された可撓
性ダイアフラム４８を含む構造体で形成されている。プ
レート５２は、ねじ又はボルト等の任意の慣用手段によ
ってハウジング４６に固定することができる。
【００１７】軸２０の端部５４の位置を検出するため
に、例えば、軸２０の端部５４の原位置を検出するため
に光センサー６２のような軸位置センサーを含む検出手
段を用いることができる。又、軸の位置を検出するため
に追加の軸エンコーダー６４を用いることができる。こ
れらのセンサー６２，６４はブラケット６６に取り付け
ることができる。
【００１８】作動において、軸位置センサー６２は、軸
の端部５４がその原位置にあるかどうかを検出する。軸
の端部５４がその原位置にあることが確認されたならば
それに応答して、モータ１２が駆動され、ねじ付きナッ
ト１４を回転させてねじ付き軸２０及びピストン２２を
モータ１２から離れる方向にチャンバー３２内の所定位
置にまで移動させる。ピストン２２は、そのスロット２
６に嵌められた回り止めピン２８によって回り止めされ
ているので、チャンバー３２内へ直線的に移動する。そ
れによって、ピストン２２は、チャンバー３２内の液圧
液体を押しのけてダイアフラム４８を位置４８ａ（図
１）にまで膨張させる。膨張したダイアフラムは、溜め
即ちチャンバー４９内の圧力を増大させ、弁５５が閉鎖
されており、弁５１が開放されると、チャンバー４９内
のサンプル液体が導管５３を通して使用部署（図示せ
ず）へ分配される。ピストン２２がチャンバー３２内の
所定の高さにまで上昇すると、モータ１２が逆転され、
ナット１４の回転方向を逆にする。この回転方向の逆転
により、軸２０及びピストン２２をモータ１２に向けて
チャンバー３２から離れる方向に移動させる。ピストン
２２のチャンバー３２から離れる方向への移動によりチ
ャンバー３２内の圧力が減少され、ダイアフラム４８が
符号４８ｂ（図１）で示されるように収縮する。ダイア
フラム４８がこの位置４８ｂに収縮すると、チャンバー
４９内の圧力が減少する。弁５１を閉鎖し、弁５５を開
放すると、先にチャンバー４９内から分配されたのと同
じ量のサンプル液体をチャンバー４９内に導入すること
ができる。次いで、このサイクルを繰り返す。
【００１９】サンプル液体の汚染又は本発明の装置の劣
化が問題にならない場合は、本発明の別の実施形態とし
て、図１、２の装置のダイアフラム４８を省除すること
ができる。その場合、液圧液体も不要となり、チャンバ
ー３２内にもサンプル液体が充填される。サンプル液体
の分配は、サンプル液体内へ移動するピストン２２によ
ってサンプル液体に及ぼされる圧力の増大によって行わ
れる。次いで、ピストン２２がサンプル液体から離れる
方向へ移動することにより圧力が減少し、チャンバー内
へのサンプル液体の再充填が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の装置の一実施形態の縦断面図
である。
【図２】図２は、図１の装置の一部断面による分解図で
ある。
【図３】図３は、本発明に使用される直線作動器及びピ
ストン構造体の一部断面による分解図である。
【符号の説明】
１０ 分配装置 １２ ステップモータ １４ 回転自在ナット ２０ ねじ付き軸 ２２ ピストン ２６ スロット ３０ ピストンハウジング ３２ チャンバー ３８ ばね付勢シール ４６ ハウジング ４８ 可撓性ダイアフラム ４９ チャンバー ５１ 弁 ５３ 導管 ５５ 弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ・エル・ゴーンラ アメリカ合衆国マサチューセッツ州ペペレ ル、エリオット・ストリート24

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正確な量の分配すべき液体を反復して分
    配するための分配装置であって、 非圧縮性液体を充填したチャンバーと、 ピストンハウジング内に配置されたピストンと、 前記チャンバー内の液体が前記ピストン又はピストンハ
    ウジングを通して漏出するのを防止するために該ピスト
    ンとピストンハウジングの間に介設された密封手段と、 前記ピストンに取り付けられた軸と、 該ピストンを前記チャンバー内で直線的に移動させるた
    めに該軸及びピストンの回転を防止し、該軸を互いに相
    反する両方向に直線移動させるための手段と、 入口と出口を有し、分配すべき液体を収容したハウジン
    グから前記ピストンの前記チャンバー内での位置に応じ
    た所定量の分配すべき液体を分配させるための手段と、
    から成る分配装置。
  2. 【請求項２】 前記軸を直線移動させるための前記手段
    は、ねじ付き軸と、該ねじ付き軸のねじに螺合するねじ
    を有する、モータ駆動される回転自在ナットであること
    を特徴とする請求項１に記載の分配装置。
  3. 【請求項３】 前記軸及びピストンの回転を防止するた
    めの手段は、前記ピストンに形成されたスロットと、該
    スロット内に嵌められた固定ピンから成る手段、又は、
    前記ピストンの外表面に形成されたキー溝と、前記ピス
    トンハウジングの内壁に取り付けられ該キー溝に嵌合さ
    せたキーから成る手段であることを特徴とする請求項１
    に記載の分配装置。
  4. 【請求項４】 前記密封手段は、前記ピストンの外周に
    装着された、ばね付勢されたシールを含むことを特徴と
    する請求項１に記載の分配装置。
  5. 【請求項５】 前記チャンバーと前記分配すべき液体の
    ための前記ハウジングとは、互いに流体連通しているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の分配装置。
  6. 【請求項６】 前記チャンバーと前記分配すべき液体の
    ための前記ハウジングとは、可撓性ダイアフラムによっ
    て互いに分離され、密封されていることを特徴とする請
    求項２に記載の分配装置。
  7. 【請求項７】 正確な量のサンプル液体を反復して分配
    するための分配装置であって、 非圧縮性液体を充填したチャンバーと、 該チャンバーの一側壁を構成する可撓性ダイアフラム
    と、 ピストンハウジング内に配置されたピストンと、 前記チャンバー内の液体が前記ピストン又はピストンハ
    ウジングを通して漏出するのを防止するために該ピスト
    ンとピストンハウジングの間に介設された密封手段と、 前記ピストンに取り付けられた軸と、 該軸及びピストンの回転を防止し、該軸を互いに相反す
    る両方向に直線移動させるための手段とから成り、前記
    ダイアフラムは、前記ピストンの前記チャンバー内での
    位置に応じた度合いにまで膨張されることを特徴とする
    分配装置。
  8. 【請求項８】 前記軸を直線移動させるための前記手段
    は、ねじ付き軸と、該ねじ付き軸のねじに螺合するねじ
    を有する、モータ駆動される回転自在ナットであること
    を特徴とする請求項７に記載の分配装置。
  9. 【請求項９】 前記軸及びピストンの回転を防止するた
    めの手段は、前記ピストンに形成されたスロットと、該
    スロット内に嵌められた固定ピンから成る手段、又は、
    前記ピストンの外表面に形成されたキー溝と、前記ピス
    トンハウジングの内壁に取り付けられ該キー溝に嵌合さ
    せたキーから成る手段であることを特徴とする請求項７
    に記載の分配装置。
  10. 【請求項１０】 前記密封手段は、前記ピストンの外周
    に装着された、１つ又はそれ以上のばね付勢されたシー
    ルを含むことを特徴とする請求項７に記載の分配装置。
  11. 【請求項１１】 前記密封手段は、前記ピストンの外周
    に装着された、１つ又はそれ以上の、傾斜させたばねシ
    ール、又は、Ｏ−リング、又は、グランド、又は、パッ
    キン、又は、それらの組み合わせを含むことを特徴とす
    る請求項７〜１０のいずれか１つに記載の分配装置。
  12. 【請求項１２】 前記ダイアフラムの一方の面は、入口
    と出口を有し、前記サンプル液体を収容した第２チャン
    バーに露呈されていることを特徴とする請求項７に記載
    の分配装置。
  13. 【請求項１３】 前記ダイアフラムの一方の面は、入口
    と出口を有し、前記サンプル液体を収容した第２チャン
    バーに露呈されていることを特徴とする請求項８に記載
    の分配装置。
  14. 【請求項１４】 前記ダイアフラムの一方の面は、入口
    と出口を有し、前記サンプル液体を収容した第２チャン
    バーに露呈されていることを特徴とする請求項９に記載
    の分配装置。
  15. 【請求項１５】 前記ダイアフラムの一方の面は、入口
    と出口を有し、前記サンプル液体を収容した第２チャン
    バーに露呈されていることを特徴とする請求項１０に記
    載の分配装置。
  16. 【請求項１６】 正確な量の分散液体を反復して分配す
    るための分配装置であって、 入口と出口を有し、非圧縮性分散液体を充填したチャン
    バーと、 ピストンハウジング内に配置されたピストンと、 前記チャンバー内の液体が前記ピストン又はピストンハ
    ウジングを通して漏出するのを防止するために該ピスト
    ンとピストンハウジングの間に介設された密封手段と、 前記ピストンに取り付けられた軸と、 該軸及びピストンの回転を防止し、該軸を互いに相反す
    る両方向に直線移動させるための手段とから成り、前記
    非圧縮性分散液体は、前記ピストンの前記チャンバー内
    での位置に応じた量だけ該チャンバーから分配されるこ
    とを特徴とする分配装置。
  17. 【請求項１７】 前記軸を直線移動させるための前記手
    段は、ねじ付き軸と、該ねじ付き軸のねじに螺合するね
    じを有する、モータ駆動される回転自在ナットであるこ
    とを特徴とする請求項１６に記載の分配装置。
  18. 【請求項１８】 前記軸及びピストンの回転を防止する
    ための手段は、前記ピストンに形成されたスロットと、
    該スロット内に嵌められた固定ピンから成る手段、又
    は、前記ピストンの外表面に形成されたキー溝と、前記
    ピストンハウジングの内壁に取り付けられ該キー溝に嵌
    合させたキーから成る手段であることを特徴とする請求
    項１６に記載の分配装置。
  19. 【請求項１９】 前記密封手段は、前記ピストンの外周
    に装着された、１つ又はそれ以上のばね付勢されたシー
    ルを含むことを特徴とする請求項１６に記載の分配装
    置。
  20. 【請求項２０】 前記密封手段は、前記ピストンの外周
    に装着された、１つ又はそれ以上の、傾斜させたばねシ
    ール、又は、Ｏ−リング、又は、グランド、又は、パッ
    キン、又は、それらの組み合わせを含むことを特徴とす
    る請求項１６〜１９のいずれか１つに記載の分配装置。
JP11105336A 1998-04-21 1999-04-13 正確な量の液体を分配するための分配装置 Expired - Fee Related JP3057082B2 (ja)

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