JP2007154733A - 液体供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のポンプを用いて液体の連続吐出を可能とする液体供給システムにおいて、各ポンプにおける液体吐出状態を安定化させ、ひいては高精度な吐出量制御を実現する。
【解決手段】本システムは、薬液の吸引及び吐出を繰り返し行う複数のシリンジポンプ１１，３１と、該シリンジポンプ１１，３１ごとに各々設けられ、空圧源５５からエア通路５６を通じて供給される加圧エアによってシリンジポンプ１１，３１を駆動する駆動シリンダ２１，４１とを備えている。空圧源５５から各駆動シリンダ２１，４１へのエア圧力の切替を行うことにより、複数のシリンジポンプ１１，３１が順に動作し薬液の連続吐出が行われる。この場合、各駆動シリンダ２１，４１におけるエア圧力の切替が圧力徐変を伴いつつ実施される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のポンプを用いて液体の連続吐出を行うための液体供給システムに関するものである。具体的には、半導体製造装置等で使用する薬液の供給、成分分析装置等で使用する試液の供給、ガス圧縮機等で使用する加圧液体の供給などを行う際に適用されるものである。

例えば、半導体製造装置の薬液使用工程においては、薬液を半導体ウエハに所定量ずつ塗布するために薬液ポンプが用いられる。その薬液ポンプとして、薬液を充填したポンプ室と圧縮空気を導入する圧力作用室とをダイアフラム等の容積可変部材で仕切り、圧力作用室内の空気圧力を可変調整することにより容積可変部材を変位させて薬液の吸引及び吐出を行うようにしたものがある。またその他に、空気圧力に代えて電動モータにより容積可変部材を変位させ、その変位により薬液の吸引及び吐出を行うようにした薬液ポンプなどがある。

上記のような薬液ポンプの場合、所定量の薬液を吐出するたびにポンプ室内への薬液の吸引を行わなければならず、薬液を連続的に吐出することができなかった。そのため、薬液の連続吐出を行わせるべく、薬液の供給通路の途中に複数の薬液ポンプを並列に設け、その複数の薬液ポンプを交互に動作させるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、薬液ポンプを駆動するための駆動手段として駆動シリンダを設け、その駆動シリンダに対して供給される空気圧力等によりシリンダピストンを変位させるとともに、該シリンダピストンの変位に連動させて薬液ポンプを駆動させるようにした技術が提案されている。その構成を図４に示す。図４では、２つのシリンジポンプ１０１，１１１が設けられるとともに、該ポンプごとに駆動シリンダ１０３，１１３が設けられている。駆動シリンダ１０３，１１３に対しては通路切替弁１０４，１１４を介して空圧源１２１から加圧エアが供給され、通路切替弁１０４，１１４の切替動作によって駆動シリンダ１０３，１１３へのエア圧力が切り替えられることにより、各シリンジポンプ１０１，１１１のピストン１０２，１１２が駆動され、それに伴い薬液の吸引又は吐出が行われる。この場合、薬液の吸引時には、ピストン１０２，１１２が図の下方に変化し、吸引通路１２２を介してシリンジポンプ１０１，１１１に薬液が吸引される。また、薬液の吐出時には、ピストン１０２，１１２が図の上方に変化し、吐出通路１２３を介してシリンジポンプ１０１，１１１から薬液が吐出される。

上記のようなシステムでは、シリンジポンプ及び駆動シリンダのピストン受圧面積の比に応じて駆動シリンダ１０３，１１３側のエア圧力を増幅させることができるため、各シリンジポンプ１０１，１１１の吐出圧力を容易に調整することができる。したがって、薬液の吐出圧力を制御する上で都合の良い構成となっていた。

しかしながら、上記システムでは、通路切替弁１０４，１１４によって駆動シリンダ１０３，１１３へのエア圧力を切り替える際にそのエア圧力が急峻に変化する。この場合、エア圧力が変動すると、その圧力変動によって駆動シリンダ１０３，１１３の動作に影響が及び、シリンジポンプ１０１，１１１での薬液吐出が不安定になる。したがって、その改善が望まれている。
特開平８−１８２９５２号公報

本発明は、複数のポンプを用いて液体の連続吐出を可能とする液体供給システムにおいて、各ポンプにおける液体吐出状態を安定化させ、ひいては高精度な吐出量制御を実現することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。なお以下では、理解を容易にするため、発明の実施の形態において対応する構成例を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

手段１．液体の吸引及び吐出を繰り返し行う複数のポンプ（シリンジポンプ１１，３１）と、該ポンプごとに各々設けられ、圧力発生源（空圧源５５）から流体通路（エア通路５６）を通じて供給される圧縮流体によって前記ポンプを駆動する駆動装置（駆動シリンダ２１，４１）とを有し、前記圧力発生源から各駆動装置への流体圧力の切替を行うことにより前記複数のポンプを順に動作させて液体の連続吐出を行わせる液体供給システムであって、
各駆動装置における流体圧力の切替を圧力徐変させつつ実施することを特徴とする液体供給システム。

手段１によれば、圧力発生源から各駆動装置への流体圧力を適時切り替えることにより複数のポンプが順に動作し、液体の連続吐出が行われる。この場合、液体の吐出が途切れることに伴い発生する液体の吐出圧力の脈動等が抑制できる。また特に、圧縮流体の圧力切替に際し、各駆動装置における流体圧力の切替を圧力徐変させつつ実施するようにしたため、各駆動装置の動作が安定し、適正なる液体吐出が実現できる。例えば、圧縮流体の圧力を切り替える際に流体圧力を漸増又は漸減させる。つまり、流体圧力の切替を急峻に行う場合（例えば、ＯＮ／ＯＦＦ的な切替を行う場合）、その切替に伴い流体通路内で圧力変動（衝撃振動）が生じ、それにより各駆動装置の動作が乱れると考えられる。これに対し、上記のように圧力徐変させながら流体圧力の切替を行うことにより、流体通路内での圧力変動を抑制することができる。したがって、各ポンプにおける液体吐出状態が安定し、高精度な吐出量制御が実現できる。

手段２．前記圧力発生源と前記駆動装置との間に設けられ該駆動装置ごとに前記圧縮流体の圧力を調整する圧力調整手段（電空レギュレータＲＧ１〜ＲＧ４）と、該圧力調整手段による圧力調整を行わせる制御手段（制御回路６０）とを備え、
前記制御手段から前記圧力調整手段への指令によって前記流体圧力切替時の圧力徐変を行わせるようにしたことを特徴とする手段１に記載の液体供給システム。

手段２では、圧力調整手段により圧縮流体の圧力が調整されるようになっており、その圧力調整に伴い駆動装置によるポンプ駆動の状態が変わる。この場合、制御手段の指令に伴う圧縮流体の圧力調整により、ポンプによる液体の吐出圧力を可変に制御することができる。また、駆動装置ごとに設けた圧力調整手段によって圧力徐変を行うことにより、各駆動装置に対する細かな圧力制御が可能となる。

手段３．前記複数のポンプに、圧送媒体である液体を充填するポンプ室（ポンプ室１３，３３）と、該ポンプ室内の容積を可変とするピストン部材（ピストン１２，３２）とを設けた液体供給システムであって、
各ポンプにおけるピストン部材のストローク位置を検知するための位置検知手段（リミットスイッチＬＳ１〜ＬＳ８）を備え、
液体吐出中のポンプにおいて前記ピストン部材がストロークエンド付近に到達したことを前記位置検知手段により検知した際、他のポンプで液体吐出を開始させるべく前記流体圧力の切替を行うことを特徴とする手段１又は２に記載の液体供給システム。

手段３では、各ポンプにおけるピストン部材のストローク位置を検知することによって、各ポンプにおける液体吐出の状態を監視することが可能となる。このとき、液体吐出中のポンプにおいてピストン部材がストロークエンド付近に到達したこと（すなわち、当該ポンプでの吐出終了直前であること）を検知した際に、流体圧力の切替を行って他のポンプで液体吐出を開始させるようにしたため、意に反して液体の吐出が途切れてしまうことが回避でき、液体の連続吐出を好適に実施することができる。

手段４．液体吐出順序が前後する２つのポンプにおいて液体吐出の時期を重複させ、かつ先行して液体吐出を開始したポンプ側を先に吐出状態から吸引状態に移行させることを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の液体供給システム。

手段４によれば、液体吐出順序が前後する２つのポンプにおいて液体吐出の時期が重複するようになっており、２つのポンプで液体吐出が重複して行われる場合に、先行して液体吐出を開始したポンプ側が先に吐出状態から吸引状態に移行する。かかる場合、複数のポンプ間で液体吐出が好適に引き継がれるようになる。

手段５．前記ポンプ及び前記駆動装置は共にピストン式ポンプであり、それらの各ピストンの受圧面積を異なるものとしたことを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の液体供給システム。

手段５によれば、ポンプ及び駆動装置は共にピストン式ポンプであり、それらの各ピストンの受圧面積が異なっている。そのため、駆動装置によりポンプが駆動される際、駆動装置側での圧縮流体の圧力が各ピストンの面積比に応じて増圧又は減圧されることで、ポンプ側の液体圧力が制御される。つまりこの場合、駆動装置側での圧縮流体の圧力を調整することによって、液体吐出圧力を容易にかつ効率良く制御することができる。

手段６．前記複数のポンプに接続された吐出側通路に圧力検出器（圧力計５３）を設け、該圧力検出器の検出結果に基づいて前記駆動装置の駆動状態を制御することを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の液体供給システム。

手段６によれば、都度の液体の吐出圧力に基づいて駆動装置をフィードバック制御でき、吐出圧力を高精度に制御することができる。したがって、液体の吐出先である液体使用装置に対して液体の安定供給が実現できる。

手段７．前記複数のポンプにより薬液の連続吐出を行う状態と、複数のポンプのいずれかを休止させて薬液の間欠吐出を行う状態とを切替可能としたことを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の薬液供給システム。

手段７によれば、複数のポンプにより薬液の連続吐出を行う状態と、複数のポンプのいずれかを休止させて薬液の間欠吐出を行う状態とが適宜切り替えられるため、システム全体として消費エネルギを最適に管理することができる。例えば、都度の吐出流量の目標値（指令値）をパラメータとして上記２つの状態を切り替えることとし、目標とする吐出流量が少ない場合に間欠吐出を行うようにすると良い。

以下、本発明を薬液供給システムに具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態における薬液供給システムは、例えば半導体製造に用いる薬液を薬液吐出ノズル等に給送するためのものである。本システムでは、２系統の薬液ポンプを有する構成となっており、各々の薬液ポンプでは薬液の吸引及び吐出が繰り返し行われる。そして、この吸引及び吐出の動作が各ポンプで互い違いに行われることで、薬液の連続吐出が可能となっている。その概要を図１に基づいて説明する。

図１では、２つのポンプ装置Ｐ１，Ｐ２が設けられている（便宜上、これらを第１ポンプ装置Ｐ１、第２ポンプ装置Ｐ２という）。これら各ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２は主要な構成としてそれぞれ薬液を吸引及び吐出するためのシリンジポンプ１１，３１と、該シリンジポンプ１１，３１を駆動するための空圧式の駆動シリンダ２１，４１とを具備している。各ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２は同様の構成を有するものであるため、以下には第１ポンプ装置Ｐ１について構成を詳述する。

第１ポンプ装置Ｐ１において、シリンジポンプ１１は往復動可能なピストン１２を有している。ピストン１２によってポンプ室１３が区画形成されており、ピストン１２の位置に応じてポンプ室１３の容積が可変とされる。ポンプ室１３には薬液通路１４が接続されている。薬液通路１４は二方に分岐され、一方の分岐通路である吸入側通路１４ａには薬液タンク５１が接続されている。吸入側通路１４ａには、薬液タンク５１からポンプ室１３への方向にのみ液体の通過を許容する逆止弁１５が設けられている。薬液タンク５１にはレジスト液等の薬液が貯留されており、同タンク５１内の薬液は、図示しないポンプにより汲み上げられ、逆止弁１５を介してポンプ室１３に給送されるようになっている。

また、薬液通路１４の他方の分岐通路は吐出側通路１４ｂとなっており、その途中には、ポンプ室１３から吐出口５２側への方向にのみ液体の通過を許容する逆止弁１６が設けられている。吐出側通路１４ｂの最下流部には圧力計５３と可変絞り５４とが設けられている。

なお、シリンジポンプ１１に設けられる薬液通路の他の構成として、シリンジポンプ１１に吸引用及び吐出用の２つのポートを設けるとともに、それら各ポートに個別の薬液通路を設ける構成とすることも可能である。この場合、吸引用及び吐出用の各薬液通路にそれぞれ逆止弁又は流量制御弁が設けられる。

また、駆動シリンダ２１において、シリンダケース２２にはピストン２３が収容されており、そのピストンヘッド２３ａは、シリンダケース２２のピストンロッド側端部付近からピストンヘッド側端部付近までの範囲内で往復動可能となっている。ピストンヘッド２３ａによってシリンダケース２２内が２つの圧力室２４，２５に区画されている。このうち一方の圧力室２４はピストン２３のロッド側に設けられる閉空間であり、以下これを「ロッド側圧力室２４」と言う。また、他方の圧力室２５はピストンヘッド２３ａの先端側に設けられる閉空間であり、以下これを「ヘッド側圧力室２５」と言う。なお、説明の便宜上、ピストンロッド側の限界位置を「トップ点」、ピストンヘッド側の限界位置を「ボトム点」と言い、ピストン２３がトップ点側に変位することを「上動」、ボトム点側に変位することを「下動」とも言うこととする。

駆動シリンダ２１のピストン２３とシリンジポンプ１１のピストン１２とは互いのロッド部が連結されており、駆動シリンダ２１のピストン２３が変位すると、それに連動してシリンジポンプ１１のピストン１２が変位する。ここで、シリンジポンプ１１と駆動シリンダ２１とでは、各ピストン１２，２３の受圧面積が相違している。本実施の形態では、「シリンジポンプ１１側のピストン受圧面積＜駆動シリンダ２１側のピストン受圧面積」となっており、駆動シリンダ２１の作動時には、そのピストン面積比（＝駆動シリンダ２１側のピストン受圧面積／シリンジポンプ１１側のピストン受圧面積）に応じてシリンジポンプ１１の薬液吐出圧力が増圧される。この場合、上記面積比により決まる増圧の度合と駆動シリンダ２１側圧力とによって、シリンジポンプ１１での薬液吐出圧力が決定されるようになっている。なお、「シリンジポンプ１１側のピストン受圧面積＞駆動シリンダ２１側のピストン受圧面積」として構成することも可能であり、かかる構成においては、駆動シリンダ２１の作動時に、そのピストン面積比（＝シリンジポンプ１１側のピストン受圧面積／駆動シリンダ２１側のピストン受圧面積）に応じてシリンジポンプ１１の薬液吐出圧力が減圧される。

各ピストン１２，２３の接続点には浮動ジョイント機構２６が設けられており、この浮動ジョイント機構２６により両ピストン１２，２３のコジリ等が防止されるようになっている（ただし、同浮動ジョイント機構を省略することも可能である）。

電空レギュレータＲＧ１，ＲＧ２は駆動シリンダ２１の駆動回路を構成するものであり、これら各電空レギュレータＲＧ１，ＲＧ２にはそれぞれ、空圧源５５よりエア通路５６を通じて加圧エアが供給される。一方の電空レギュレータＲＧ１は駆動シリンダ２１のロッド側圧力室２４に接続され、電空レギュレータＲＧ１によってロッド側圧力室２４内の圧力が調整される。また、他方の電空レギュレータＲＧ２は駆動シリンダ２１のヘッド側圧力室２５に接続され、電空レギュレータＲＧ２によってヘッド側圧力室２５内の圧力が調整される。このとき、ロッド側圧力室２４内の圧力がヘッド側圧力室２５内の圧力を上回るとピストン２３がボトム点側に変位し（下動し）、逆にヘッド側圧力室２５内の圧力がロッド側圧力室２４内の圧力を上回るとピストン２３がトップ点側に変位する（上動する）。

駆動シリンダ２１にはピストンヘッド２３ａの位置を検知するためのリミットスイッチが複数設けられている。本実施の形態では、４つのリミットスイッチＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４が設けられており、ピストンヘッド２３ａがトップ点付近に在る場合にはその位置がリミットスイッチＬＳ１又はＬＳ２により検知され、ピストンヘッド２３ａがボトム点付近に在る場合にはその位置がリミットスイッチＬＳ３又はＬＳ４により検知される。リミットスイッチＬＳ１，ＬＳ４はピストン２３のストロークエンドにほぼ対応した位置に設けられ、その内側にリミットスイッチＬＳ２，ＬＳ３が設けられている。ピストンヘッド２３ａがボトム点からトップ点に変位する場合を想定すると、ＬＳ４→ＬＳ３→ＬＳ２→ＬＳ１の順に各リミットスイッチがＯＮする。

かかる場合、駆動シリンダ２１のピストン２３に連動してシリンジポンプ１１のピストン１２が変位するため、リミットスイッチＬＳ１〜ＬＳ４によれば、シリンジポンプ１１のピストン１２の変位位置が検知できることとなる。

第２ポンプ装置Ｐ２は第１ポンプ装置Ｐ１と同様の構成を有するため、簡単に説明する。第２ポンプ装置Ｐ２において、シリンジポンプ３１は往復動可能なピストン３２を有しており、ピストン３２によってポンプ室３３が区画形成されている。ポンプ室３３には薬液通路３４が接続されており、吸入側通路３４ａを介して薬液タンク５１からポンプ室３３に薬液が吸入されるとともに、吐出側通路３４ｂを介して薬液が吐出口５２側に吐出される。符号３５，３６は逆止弁である。

また、駆動シリンダ４１において、シリンダケース４２にはピストン４３が収容されており、そのピストンヘッド４３ａによってシリンダケース４２内がロッド側圧力室４４とヘッド側圧力室４５とに区画されている。駆動シリンダ４１のピストン４３とシリンジポンプ３１のピストン３２とは互いのロッド部が連結されており、駆動シリンダ４１のピストン４３が変位すると、それに連動してシリンジポンプ３１のピストン３２が変位する。各ピストン３２，４３の接続点には浮動ジョイント機構４６が設けられている。

電空レギュレータＲＧ３，ＲＧ４は駆動シリンダ４１の駆動回路を構成するものであり、これら各電空レギュレータＲＧ３，ＲＧ４にはそれぞれ空圧源５５より加圧エアが供給される。一方の電空レギュレータＲＧ３は駆動シリンダ４１のロッド側圧力室４４に接続され、電空レギュレータＲＧ３によってロッド側圧力室４４内の圧力が調整される。また、他方の電空レギュレータＲＧ４は駆動シリンダ４１のヘッド側圧力室４５に接続され、電空レギュレータＲＧ４によってヘッド側圧力室４５内の圧力が調整される。

駆動シリンダ４１にはピストンヘッド４３ａの位置を検知するためのリミットスイッチが複数設けられている。本実施の形態では、４つのリミットスイッチＬＳ５，ＬＳ６，ＬＳ７，ＬＳ８が設けられており、ピストンヘッド４３ａがトップ点付近に在る場合にはその位置がリミットスイッチＬＳ５又はＬＳ６により検知され、ピストンヘッド４３ａがボトム点付近に在る場合にはその位置がリミットスイッチＬＳ７又はＬＳ８により検知される。リミットスイッチＬＳ５，ＬＳ８はピストン４３のストロークエンドにほぼ対応した位置に設けられ、その内側にリミットスイッチＬＳ６，ＬＳ７が設けられている。ピストンヘッド４３ａがボトム点からトップ点に変位する場合を想定すると、ＬＳ８→ＬＳ７→ＬＳ６→ＬＳ５の順に各リミットスイッチがＯＮする。

制御回路６０は、ＣＰＵや各種メモリ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されており、該制御回路６０には各ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２のリミットスイッチＬＳ１〜ＬＳ８から検出信号が入力される。制御回路６０は、リミットスイッチＬＳ１〜ＬＳ８のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて各ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２の電空レギュレータＲＧ１〜ＲＧ４に対して制御信号を出力し、駆動シリンダ２１，４１によるポンプ駆動状態を制御する。このとき、各ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２の電空レギュレータＲＧ１〜ＲＧ４の制御によって、空圧源５５から駆動シリンダ２１，４１に供給されるエア圧力の切替が順次行われ、それに伴い両ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２による薬液の連続吐出が実現されるようになっている。

次に、本薬液供給システムにおける薬液吐出の様子を図２のタイムチャートを用いて説明する。図２において、（ａ）は薬液の吐出圧力の推移を示す。（ｂ）〜（ｄ）は、第１ポンプ装置Ｐ１について、駆動シリンダ２１のロッド側圧力（電空レギュレータＲＧ１の操作圧力）の推移、駆動シリンダ２１のピストンスロトーク、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力（電空レギュレータＲＧ２の操作圧力）の推移をそれぞれ示す。また、（ｅ）〜（ｇ）は、第２ポンプ装置Ｐ２について、駆動シリンダ４１のロッド側圧力（電空レギュレータＲＧ３の操作圧力）の推移、駆動シリンダ４１のピストンスロトーク、駆動シリンダ４１のヘッド側圧力（電空レギュレータＲＧ４の操作圧力）の推移をそれぞれ示す。（ｃ），（ｆ）では、ピストンストロークを示す縦軸に、各リミットスイッチＬＳ１〜ＬＳ８のＯＮ作動点を併せて図示している。

図２では、各ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２の初期状態として各駆動シリンダ２１，４１のピストン２３，４３がボトム点にある場合を想定しており、各シリンジポンプ１１，３１では、ポンプ室１３，３３の容積が最大となり同ポンプ室１３，３３内に液体が吸引された状態となっている。本例は、薬液吐出の開始に伴い先に第１ポンプ装置Ｐ１により薬液吐出が開始されるともに、その後は両ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２にて交互に薬液吐出が行われるようになっている。ただし、制御開始の初期状態は任意である。

さてタイミングａでは、第１ポンプ装置Ｐ１側において電空レギュレータＲＧ２が操作され、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が上昇する。これにより、駆動シリンダ２１のピストン２３が上動し始め、シリンジポンプ１１では、ポンプ室１３内の薬液がピストン面積比分増圧され、該増圧された薬液がポンプ室１３から吐出される。このとき特に、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力は高圧側に徐々に変化し、エア通路５６内における加圧エアの圧力変動が抑制されるようになっている。タイミングｂでは、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が所定圧力（例えば２００ｋＰａ）に達することに伴い、薬液の吐出圧力が目標圧力（例えば２０ＭＰａ）に達する。

その後、タイミングｃでは、リミットスイッチＬＳ２がＯＮし、それに伴い第２ポンプ装置Ｐ２側において電空レギュレータＲＧ４が操作され、駆動シリンダ４１のヘッド側圧力が徐々に上昇する。タイミングｄでは、駆動シリンダ４１のヘッド側圧力が所定圧力（例えば２００ｋＰａ）に達することに伴い、駆動シリンダ４１のピストン４３が上動し始める。すると、第２ポンプ装置Ｐ２側のシリンジポンプ３１では、ポンプ室３３内の薬液がピストン面積比分増圧され、該増圧された薬液がポンプ室３３から吐出される。つまり、タイミングｄ〜ｅ（タイミングｅはＬＳ１＝ＯＮとなるタイミング）の期間では、両ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２による薬液吐出が重複して行われる。

その後、タイミングｅでは、第１ポンプ装置Ｐ１側において、リミットスイッチＬＳ１がＯＮし、それに伴い電空レギュレータＲＧ１の操作により駆動シリンダ２１のロッド側圧力が徐々に上昇するとともに、電空レギュレータＲＧ２の操作により駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が徐々に下降する。これにより、第１ポンプ装置Ｐ１側において駆動シリンダ２１のピストン２３が下動し始め、それに伴うシリンジポンプ１１のピストン１２の動作によりポンプ室１３への薬液吸引が開始される。タイミングｅの後、第２ポンプ装置Ｐ２側のシリンジポンプ３１によってのみ薬液の吐出が行われる。

その後、タイミングｆでは、第１ポンプ装置Ｐ１側のリミットスイッチＬＳ４がＯＮし、それに伴い電空レギュレータＲＧ１の操作により駆動シリンダ２１のロッド側圧力が徐々に下降する。

タイミングｇでは、リミットスイッチＬＳ６がＯＮし、それに伴い第１ポンプ装置Ｐ１側において電空レギュレータＲＧ２が操作され、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が徐々に上昇する。タイミングｈでは、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が所定圧力（例えば２００ｋＰａ）に達することに伴い、駆動シリンダ２１のピストン２３が上動し始める。すると、第１ポンプ装置Ｐ１側のシリンジポンプ１１では、ポンプ室１３内の薬液がピストン面積比分増圧され、該増圧された薬液がポンプ室１３から吐出される。つまり、タイミングｈ〜ｉ（タイミングｉはＬＳ５＝ＯＮとなるタイミング）の期間では、両ポンプ装置Ｐ１，Ｐ２による薬液吐出が重複して行われる。

その後、タイミングｉでは、第２ポンプ装置Ｐ２側において、リミットスイッチＬＳ５がＯＮし、それに伴い電空レギュレータＲＧ３の操作により駆動シリンダ４１のロッド側圧力が徐々に上昇するとともに、電空レギュレータＲＧ４の操作により駆動シリンダ４１のヘッド側圧力が徐々に下降する。これにより、第２ポンプ装置Ｐ２側において駆動シリンダ４１のピストン４３が下動し始め、それに伴うシリンジポンプ３１のピストン３２の動作によりポンプ室３３への薬液吸引が開始される。タイミングｉの後、第１ポンプ装置Ｐ１側のシリンジポンプ１１によってのみ薬液の吐出が行われる。

以降、前記同様、各リミットスイッチの検出信号等に基づく第１ポンプ装置Ｐ１側での薬液吐出と、同じく各リミットスイッチの検出信号等に基づく第２ポンプ装置Ｐ２側での薬液吐出とが繰り返し行われる。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

２つのポンプ装置Ｐ１，Ｐ２を設け、それらを順に動作させて薬液の連続吐出を行うようにしたため、薬液の吐出が途切れることに伴い発生する薬液の吐出圧力の脈動等が抑制できる。これにより、圧力の脈動を吸収するためにアキュームレータ等の脈動抑制手段を設置することが不要となり、システムの小型化や軽量化も実現できる。

また、電空レギュレータＲＧ１〜ＲＧ４の圧力調整によりエア圧力を徐変させながら駆動シリンダ２１，４１におけるエア圧力の切替を行うようにしたため、各駆動シリンダ２１，４１の動作が安定する。仮にエア圧力の切替を急峻に行う場合（例えば、ＯＮ／ＯＦＦ的に切替を行う場合）、その切替に伴いエア通路５６内で圧力変動（衝撃振動）が生じ、それにより各駆動シリンダ２１，４１の動作が乱れると考えられる。これに対し、上記のように圧力徐変させながらエア圧力の切替を行うことにより、エア通路５６内での圧力変動を抑制することができる。したがって、各シリンジポンプ１１，３１における薬液吐出状態が安定し、高精度な吐出量制御が実現できる。またこの場合、駆動シリンダごとに２つずつの電空レギュレータを設けたため、各駆動シリンダ２１，４１に対する細かな圧力制御が可能となる。

駆動シリンダ２１，４１においてピストンストローク位置を検知するためのリミットスイッチＬＳ１〜ＬＳ８を設け、薬液吐出中のシリンジポンプにおいてピストンがストロークエンド付近に到達したことをリミットスイッチにより検知した際に他のシリンジポンプで薬液吐出を開始させるようにしたため、意に反して薬液の吐出が途切れてしまうこと等が回避できる。故に、薬液の連続吐出を好適に実施することができる。

２つのシリンジポンプ１１，３１において薬液吐出の時期を重複させ、かつ先行して薬液吐出を開始したシリンジポンプ側を先に吐出状態から吸引状態に移行させるようにしたため、２つのシリンジポンプ１１，３１間で薬液吐出の動作が好適に引き継がれるようになる。またこの場合、２つのシリンジポンプ１１，３１において薬液吐出の時期が重複しているため、各シリンジポンプ１１，３１での吐出圧力の違い等により一方のシリンジポンプが停止しても他方のシリンジポンプにて薬液の吐出を継続させることができる。

シリンジポンプ１１，１３及び駆動シリンダ２１，４１では各々のピストン受圧面積が相違しており、シリンジポンプ側と駆動シリンダ側とのピストン面積比に応じて薬液吐出圧力の増圧が可能となっている。したがって、薬液の吐出圧力を容易にかつ効率良く増圧することができる。

上記図２で説明した薬液の吸引及び吐出の動作例では、例えば、タイミングｅにおいて、第１ポンプ装置Ｐ１側のリミットスイッチＬＳ１がＯＮすることをトリガとして駆動シリンダ２１の上動→下動の切替を行うようにしたが、リミットスイッチＬＳ１がＯＮするよりも先に第２ポンプ装置Ｐ２側のリミットスイッチＬＳ７がＯＮする場合には、そのリミットスイッチＬＳ７のＯＮをトリガとして駆動シリンダ２１の上動→下動の切替を行うようにしても良い。その動作例を図３により説明する。図３は、基本的に前記図２と同じ動作を説明するものであり、（ａ）〜（ｇ）の各チャートは前記図２の（ａ）〜（ｇ）に準ずる。図３では、機差や経時的な要因により、一方のシリンジポンプ１１（先行動作シリンジポンプ）の薬液吐出が比較的少量となり、他方のシリンジポンプ３１（後発動作シリンジポンプ）の薬液吐出が比較的多量となっている場合の動作を示している。つまり、シリンジポンプ３１が吐出の主体となっている。

図３においてタイミングＡでは、第１ポンプ装置Ｐ１側において電空レギュレータＲＧ２が操作され、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が上昇する。これにより、駆動シリンダ２１のピストン２３が上動し始め、シリンジポンプ１１では、ポンプ室１３内の薬液がピストン面積比分増圧され、該増圧された薬液がポンプ室１３から吐出される。このとき特に、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力は高圧側に徐々に変化し、エア通路５６内における加圧エアの圧力変動が抑制されるようになっている。タイミングＢでは、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が所定圧力（例えば２００ｋＰａ）に達することに伴い、薬液の吐出圧力が目標圧力（例えば２０ＭＰａ）に達する。

その後、タイミングＣでは、リミットスイッチＬＳ２がＯＮし、それに伴い第２ポンプ装置Ｐ２側において電空レギュレータＲＧ４が操作され、駆動シリンダ４１のヘッド側圧力が徐々に上昇する。タイミングＤでは、駆動シリンダ４１のヘッド側圧力が所定圧力（例えば２００ｋＰａ）に達することに伴い、駆動シリンダ４１のピストン４３が上動し始める。また、同タイミングＤでは、第１ポンプ装置Ｐ１側において駆動シリンダ２１のピストンストロークが停止する。これにより、タイミングＤの後、第２ポンプ装置Ｐ２側のシリンジポンプ３１では、ポンプ室３３内の薬液がピストン面積比分増圧され、該増圧された薬液がポンプ室３３から吐出される。このとき、シリンジポンプ３１を主体とする薬液吐出では、摩擦抵抗の減少など、何らかの要因により発生圧力に僅かなばらつきが生じ、その吐出圧力が若干高い圧力（例えば２０．１ＭＰａ）となっている。

かかる場合において詳細には、シリンジポンプ１１からの圧力（２０ＭＰａ）と、シリンジポンプ３１からの圧力（２０．１ＭＰａ）がそれぞれ吐出側通路１４ｂ，３４ｂに作用するが、僅かにシリンジポンプ３１の発生圧力（２０．１ＭＰａ）の方が高いため、吐出側通路１４ｂに流入しようとするシリンジポンプ１１からの薬液が逆止弁１６で止められる。よって、シリンジポンプ１１からの吐出が止まり、駆動シリンダ２１の動作が停止する。つまり、シリンジポンプ３１のみの吐出となり、駆動シリンダ４１のみの動作する。この間、同時加圧されているため、吐出側に対し圧力の供給が継続される。

その後、タイミングＥでは、第２ポンプ装置Ｐ２側において、リミットスイッチＬＳ７がＯＮし、それに伴い第１ポンプ装置Ｐ１側の電空レギュレータＲＧ１の操作により駆動シリンダ２１のロッド側圧力が徐々に上昇するとともに、電空レギュレータＲＧ２の操作により駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が徐々に下降する。これにより、第１ポンプ装置Ｐ１側において駆動シリンダ２１のピストン２３が下動し始め、それに伴うシリンジポンプ１１のピストン１２の動作によりポンプ室１３への薬液吸引が開始される。この時点では、第２ポンプ装置Ｐ２側のシリンジポンプ３１によってのみ薬液の吐出が行われる。

その後、タイミングＦでは、第１ポンプ装置Ｐ１側のリミットスイッチＬＳ４がＯＮし、それに伴い電空レギュレータＲＧ１の操作により駆動シリンダ２１のロッド側圧力が徐々に下降する。

タイミングＧでは、リミットスイッチＬＳ６がＯＮし、それに伴い第１ポンプ装置Ｐ１側において電空レギュレータＲＧ２が操作され、駆動シリンダ２１のヘッド側圧力が徐々に上昇する。タイミングＨでは、第２ポンプ装置Ｐ２側において、リミットスイッチＬＳ５がＯＮし、それに伴い電空レギュレータＲＧ３の操作により駆動シリンダ４１のロッド側圧力が徐々に上昇するとともに、電空レギュレータＲＧ４の操作により駆動シリンダ４１のヘッド側圧力が徐々に下降する。これにより、第２ポンプ装置Ｐ２側において駆動シリンダ４１のピストン４３が下動し始め、それに伴うシリンジポンプ３１のピストン３２の動作によりポンプ室３３への薬液吸引が開始される。また、タイミングＨの後、駆動シリンダ２１のピストン２３が上動し始め、第１ポンプ装置Ｐ１側のシリンジポンプ１１では、ポンプ室１３内の薬液がピストン面積比分増圧され、該増圧された薬液がポンプ室１３から吐出される。

以降、前記同様、各リミットスイッチの検出信号等に基づく第１ポンプ装置Ｐ１側での薬液吐出と、同じく各リミットスイッチの検出信号等に基づく第２ポンプ装置Ｐ２側での薬液吐出とが繰り返し行われる。

以上図３の如くポンプ動作が行われる場合にも、前記同様、各シリンジポンプ１１，３１における薬液吐出状態が安定し、高精度な吐出量制御が実現できる。また、先行動作シリンジポンプが停止した状態でも後発動作シリンジポンプによる薬液吐出が継続される。したがって、吐出シーケンスが薬液吐出の途中で中断されてしまうようなシーケンスの破綻を防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、電空レギュレータＲＧ１〜ＲＧ４の圧力調整によりエア圧力を徐変させる際に、圧力変化の初めから終わりまでの範囲（０〜２００ｋＰａ）で圧力徐変させたが、これを変更し、少なくとも終わり値付近で圧力徐変する構成としても良い。また、圧力変化の形態は、単位時間の変化量を一定とする変化以外に、単位時間の変化量を可変とする変化であっても良い。

２つのポンプ装置Ｐ１，Ｐ２を用いて薬液の連続吐出を行う状態と、１つのポンプ装置のみを用いて薬液の間欠吐出を行う状態とを切替可能とする構成としても良い。例えば、都度必要とする薬液の吐出流量に応じて、連続吐出の状態と間欠吐出の状態を切り替えるようにする。この場合、制御回路６０により薬液吐出状態の切替を行うこととし、所望とする薬液の吐出流量が比較的少なければ間欠吐出を行わせ、同吐出流量が増やされると連続吐出を行わせるようにする。これにより、消費エネルギを最適に管理することができる。

上記実施の形態では、シリンジポンプ１１のピストンストローク位置を検知するための位置検知手段として、駆動シリンダ側に複数のリミットスイッチＬＳ１〜ＬＳ８を設けたが、この構成を変更しても良い。例えば、リミットスイッチに代えて、リニアポテンションメータ又はリニアスケール等のリニアセンサを用いる構成とする。この場合、リニアポテンションメータやリニアスケールによれば、ピストンの移動速度を求めることができ、その移動速度によって都度の液体流量を正確に把握することができる。また、リミットスイッチ等の位置検知手段を、駆動シリンダ側でなくシリンジポンプ側に設け、それによりシリンジポンプ側におけるピストンストロークを直接的に検知する構成としても良い。

上記実施の形態では、駆動シリンダ２１，４１の駆動回路として、ピストンロッド側及びピストンヘッド側に電空レギュレータＲＧ１〜ＲＧ４をそれぞれ設け、それら各電空レギュレータＲＧ１〜ＲＧ４の作動によりピストン位置を制御したが、この構成を変更する。例えば、駆動シリンダ２１，４１においてピストンヘッド側にのみ電空レギュレータ（図１のＲＧ２，ＲＧ４）を設けるとともに、ピストン２３，４３を常にヘッド側（図１の下側）に付勢するバネ等の付勢手段を設ける構成とする。この場合、電空レギュレータＲＧ２，ＲＧ４のエア圧力を調整することで付勢手段の付勢力に抗してピストンを移動させることができ、その際ピストンストローク位置を任意に制御することができる。

吐出側通路１４ｂに設けた圧力計５３の計測信号を制御回路６０に入力し、該制御回路６０において吐出圧力のフィードバック制御を行うようにしても良い。具体的には、目標とする吐出圧力と実際の吐出圧力（圧力計５３による計測値）との偏差に基づいて駆動シリンダ２１，４１の駆動状態（電空レギュレータのエア圧力）を制御する。これにより、薬液の吐出圧力を高精度に制御することができる。したがって、薬液の吐出先である薬液吐出ノズル等に対して液体の安定供給が実現できる。

上記実施の形態では、２つのポンプ装置Ｐ１，Ｐ２を用いて薬液供給システムを構築したが、３つ以上のポンプ装置を用いて薬液供給システムを構築することも可能である。例えば、３つのポンプ装置を用い、所定の順序で各ポンプ装置の吸引及び吐出動作を互い違いに行わせる。ポンプ装置の数（すなわち、シリンジポンプ及び駆動シリンダの数）を増やすことにより、薬液の連続吐出を実施する際のより一層の安定化を図ることができる。また、薬液の多重吐出が可能となり、薬液吐出量を十分に確保することができる。

発明の実施の形態における薬液供給システムの概略を示す構成図である。 本システムにおける薬液の吸引及び吐出等の動作を示すタイムチャートである。 本システムにおける薬液の吸引及び吐出等の動作を示すタイムチャートである。 従来システムにおける薬液の吸引及び吐出等の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１…シリンジポンプ、１２…ピストン、１３…ポンプ室、２１…駆動シリンダ、２３…ピストン、３１…シリンジポンプ、３２…ピストン、３３…ポンプ室、４１…駆動シリンダ、４３…ピストン、５３…圧力計、５５…空圧源、５６…エア通路、６０…制御回路、Ｐ１…第１ポンプ装置、Ｐ２…第２ポンプ装置、ＲＧ１〜ＲＧ４…電空レギュレータ、ＬＳ１〜ＬＳ８…リミットスイッチ。

Claims (7)

1. 液体の吸引及び吐出を繰り返し行う複数のポンプと、該ポンプごとに各々設けられ、圧力発生源から流体通路を通じて供給される圧縮流体によって前記ポンプを駆動する駆動装置とを有し、前記圧力発生源から各駆動装置への流体圧力の切替を行うことにより前記複数のポンプを順に動作させて液体の連続吐出を行わせる液体供給システムであって、
   各駆動装置における流体圧力の切替を圧力徐変させつつ実施することを特徴とする液体供給システム。
2. 前記圧力発生源と前記駆動装置との間に設けられ該駆動装置ごとに前記圧縮流体の圧力を調整する圧力調整手段と、該圧力調整手段による圧力調整を行わせる制御手段とを備え、
   前記制御手段から前記圧力調整手段への指令によって前記流体圧力切替時の圧力徐変を行わせるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の液体供給システム。
3. 前記複数のポンプに、圧送媒体である液体を充填するポンプ室と、該ポンプ室内の容積を可変とするピストン部材とを設けた液体供給システムであって、
   各ポンプにおけるピストン部材のストローク位置を検知するための位置検知手段を備え、
   液体吐出中のポンプにおいて前記ピストン部材がストロークエンド付近に到達したことを前記位置検知手段により検知した際、他のポンプで液体吐出を開始させるべく前記流体圧力の切替を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体供給システム。
4. 液体吐出順序が前後する２つのポンプにおいて液体吐出の時期を重複させ、かつ先行して液体吐出を開始したポンプ側を先に吐出状態から吸引状態に移行させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体供給システム。
5. 前記ポンプ及び前記駆動装置は共にピストン式ポンプであり、それらの各ピストンの受圧面積を異なるものとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液体供給システム。
6. 前記複数のポンプに接続された吐出側通路に圧力検出器を設け、該圧力検出器の検出結果に基づいて前記駆動装置の駆動状態を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体供給システム。
7. 前記複数のポンプにより薬液の連続吐出を行う状態と、複数のポンプのいずれかを休止させて薬液の間欠吐出を行う状態とを切替可能としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の薬液供給システム。

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