JP2004036390A - 改良型真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧で排気可能なターボ分子ポンプを提供する。
【解決手段】ブレードが形成されたロータディスクを有するポンピングステージを備えた第１ポンピング部（１）と、スムーズロータディスクを有するポンピングステージを備えた第２ポンピング部（２）と、歯付きロータディスク（２６）を有するポンピングステージを備えた第３ポンピング部（３）と、エジェクタまたはベンチュリポンプタイプの第４ポンピング部（４）とを含むターボ分子真空ポンプ（５）。
【選択図】　　図１ａ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良された真空ポンプに関し、特に、大気圧で排気可能な高圧縮率を有するターボ分子真空ポンプに関する。
【０００２】
【発明の背景】
例えば、１９９４年１０月２６日に発行された「ターボ分子ポンプ」という名称の米国特許第５，２３８，３６２号に示されているように、平坦なロータまたはブレードが形成されたロータを有するポンピングステージを備えたタービン分子ポンプが知られている。
従来のターボ分子ポンプは、より制限された動作範囲を有している。それらは、大気圧で排気するために、インレットダクトとアウトレットダクトとで異なる圧力に到達させることができない。近年、ポンプ技術においてかなりの進歩があり、実質的に高圧で排気できるターボ分子ポンプの開発がなされたが、依然として、ターボ分子ポンプに結合されるいわゆるフォアポンプを設ける必要がある。
【０００３】
フォアポンプは、ターボ分子ポンプの外側に結合され、それらの相互接続には、ガス流ダクトが必要となる。さらに、電気供給が、ターボ分子ポンプを供給する制御ユニットと同じ制御ユニットにより行われる。フォアポンプ圧力は、ポンピングシステムを複雑にし、故障の影響をより受けやすくする。
１９８９年１月１０日に発行された「真空評価システム」という名称の米国特許第４，７９７，０６８号には、フォアポンプに結合された分子ポンプを有する真空生成システムが開示されている。この特許によれば、ロータおよびステータの結合により規定された複数のポンピングステージを有する分子ロータリーポンプの排気ポートは、スクリューポンプの吸気ダクトに直接接続されている。スクリューポンプの排出ポートは、大気圧で排気する。
【０００４】
上記システムは、構造の複雑さに特徴がある。ポンプが非常に異なるスピードで回転することになるので、上記システムは、２つの分離した電動モータを必要とする。さらに、たとえ潤滑材がポンピングチャンバに入るのを防止するための密閉部品がフォアポンプに備えられていたとしても、故障したり、メンテナンスが粗悪な場合には、分子ポンプが汚染される。
エジェクタまたはベンチュリポンプは、第１の高圧流体により作動されて、第２の低圧流体を吸い込み、それにより、アウトレットと同じレベルの中間圧力を生成することも知られている。第１および第２流体は、無差別に、液体またはガスになり得る。例えば、ポンプに加圧された水を供給することにより、空気などのガスを吸い込むことができ、それにより、閉じられた空間内に低圧を生成し、前真空状態（ｆｏｒｅ−ｖａｃｕｕｍ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を作ることができる。
【０００５】
ガスを吸い込むのに適した種類のエジェクタまたはベンチュリポンプは、一般的に、約３０ｍｂａｒの圧力から作動開始できる。
したがって、大気圧で排気可能なターボ分子ポンプを提供する必要がある。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、インレットポートから開始し、ブレードが形成されたロータディスクを有するポンピングステージを備えた第１ポンピング部と、スムーズロータディスクを有するポンピングステージを備えた第２ポンピング部と、歯付きロータディスクを有する少なくとも１つのポンピングステージを備えた第３ポンピング部と、第４のエジェクタまたはベンチュリポンピング部とを含むターボ分子真空ポンプを提供する。
【０００７】
本発明によれば、ターボ分子ポンプの排気圧力をエジェクタまたはベンチュリポンプの動作に適したレベル（典型的には３０ｍｂａｒ）にすることができる、最適化された斬新なポンピングステージがターボ分子ポンプ内に提供される。
本発明によれば、ターボ分子ポンプは、第３ステージにおいて、すでに約１００ｍｂａｒの圧力で排気できる。
本発明に基づいて作られた真空ポンプを、特に直刃を有するロータディスクを備えた第３ポンピングステージと共に使用することにより、電力の節約を達成できる。確かに、３０ｍｂａｒの排気圧力において、歯付きロータを有するポンピングステージを備えたポンプは、歯付きロータディスクを有するステージを備えていないポンプと比べて、電流吸収がより少ないことが経験上知られている。
【０００８】
本発明に基づく真空ポンプは、例えば半導体動作プロセスのような特に清潔な環境で高真空状態が必要とされる全ての用途に使用できる。
本発明の上記利点および他の利点は、添付図面を参照して説明される好適な実施形態の説明からより明らかになるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１ａを参照して、第１実施形態に係る真空ポンプ５は、吸気ダクト６と排気ダクト１６との間に配置された４つの異なるポンピング部１、２、３、４を備えている。最初の３つのポンピング部は、ターボ分子ポンプの一部であり、図２に詳細に示すようなロータ２０を備え、図２には示していないステータリングに結合されたロータディスク２２ａ〜２２ｈ、２４ａ〜２４ｆ、２６により規定される複数のポンピングステージを備えている。
【００１０】
図２は、ターボ分子ポンピング部のロータ２０の構成を示す断面図である。傾斜ブレードを備えた８つのロータディスク２２ａ〜２２ｈを含む第１ポンピンググループ１は、吸気ダクト６に近接するポンプ側に配置されている。ブレードの傾斜は、このグループの最初のロータディスク２２ａから最後のロータディスク２２ｈにかけて徐々に増加する。実際には、最初のロータディスク２２ａのブレードは、ロータの回転軸に対して約４５°で傾斜している一方、最後のロータディスク２２ｈのブレードは、ほとんど水平である。
【００１１】
第１ポンピンググループに対して軸方向に配列され、６つのスムーズロータディスク２４ａ〜２４ｆを備えた第２ポンピンググループ２は、第１ポンピングステージの下方に配置されている。最初の２つのスムーズロータディスク２４ａ、２４ｂは、上述したブレードを有するロータディスクと同じ直径を有している一方、最後の４つのスムーズロータディスク２４ｃ〜２４ｆは、より小さい直径を有している。
【００１２】
第３ポンピンググループ３は、直刃を有するロータディスク２６を備えていて、このロータディスク２６は、ステータリング３０に連結されている。ロータ２０は、ロータディスクと一体的に形成され、適当な電動モータにより駆動される回転シャフト２８をさらに含む。
第３ポンピンググループ３は、図３に詳細に示されている。ロータディスク２６は、複数の直刃３４を備えており、ロータディスク２６の側面とステータリング３０の内側周面との間に解放された先細りの環状チャンネル３６を形成するように、スペーサリング３０と離して配置されている。
【００１３】
テーパチャンネル３６は、当該チャンネル３６の両端に配置され、ガス吸気領域３２およびガス排気領域３８をそれぞれ規定する吸気ポートおよび排気ポートを備えている。ステータリング３０内のテーパ溝は、吸気領域３２から排気領域３８に向けてリニアに先細りしたチャンネル３６を形成する。チャンネル３６の横軸の寸法は、吸気ポートから排気ポートにかけて、ロータディスク２６の円周方向における反時計回りに徐々に減少する。
【００１４】
直刃を有するロータ２６およびテーパチャンネル３６のおかげで、第３ポンピング部は、すでに約１００ｍｂａｒの圧力で排気できる。しかしながら、たとえそのように圧力が非常に高くても、まだ外部環境（例えば、大気圧における環境）に直接接続することはできない。
そこで、第３ポンピング部の排出領域３８は、図１ａに示す真空ポンプ５の全体図から分かるように、中間ダクト８を介して第４エジェクタまたはベンチュリポンピング部４に接続されている。第４ポンピング部には、ダクト１４を介して、上記ターボ分子ポンピング部の冷却水回路１２により供給が行われる。確かに、加圧された冷却水は、インレットダクト１０を介してポンプ５には入り、ターボ分子ポンピング部１、２、３の冷却回路１２を通って、図４に詳細に示す第４エジェクタポンピング部にダクト１４を介して入り込む。
【００１５】
他の実施形態では、図１ｂに示す実施形態のように、適当な液圧回路を介して第４ポンピング部に供給を行うことができる。この実施形態では、ターボ分子ポンプのステージ１、２、３の冷却回路は設けられておらず、冷却回路圧力がエジェクタポンプ４を作動させるのに十分でない。
図１ｂは、実質的に、エジェクタまたはベンチュリポンピング部４が独立した外付けの液圧回路により供給される真空ポンプを示している。
【００１６】
図４に詳細に示されたエジェクタポンピング部４は、加圧された水のインレット１４と、第３ポンピング部３のアウトレットに接続された吸気ダクト８と、作動水および吸い込まれたガスが混合されて大気圧で排出される排気ダクト１６とを備えている。
エジェクタまたはベンチュリポンプ内の水路は、実質的に、吸気ダクト８内に真空状態を形成し、これにより、ポンプが大気圧で排気できるようになる。
【００１７】
動作する部品も電動の部品も備えていない第４ポンピング部４は、いくつかの利点を有する。ターボ分子ポンピング部の冷却回路からの加圧された水を利用することにより、容易には故障の影響を受けにくく、特別なメンテナンスや潤滑を必要とせず、電力を消費しない。さらに、構造が簡単なので、真空ポンプ全体のコストがほとんど増加しない。
後半部４に潤滑部材を用いないので、真空が生成される環境の汚染の可能性をさらに削減できる。
【００１８】
収束断面および発散断面にそれぞれインレットダクトおよびアウトレットダクトを有するエジェクタまたはベンチュリポンプの動作原理および内部構造は、その分野の当業者には公知である。これらのポンプは、実質的に、特徴や必要とされる用途に応じて、カタログにおける異なるモデルおよびサイズに含まれる。
第４ポンピング部としてエジェクタポンプを用いることにより得られるポンプの電力消費の削減は、直刃を備えたロータディスクを含む第３ポンピングステージの存在により、さらに利点がある。確かに、３０ｍｂａｒの排気圧力において、歯付きポンピングステージを有するポンプは、歯付きロータディスクを有するステージを備えていないポンプと比べて、電流吸収がより少ないことが経験上知られている。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明の第１実施形態に基づいて作られたターボ分子真空ポンプの概略図である。
【図１ｂ】本発明の第２実施形態に基づいて作られたターボ分子真空ポンプの概略図である。
【図２】本発明に基づいて作られたターボ分子真空ポンプのポンピングロータの断面図である。
【図３】本発明に基づいて作られたターボ分子真空ポンプの特定のポンピングステージの平面図である。
【図４】本発明に基づいて作られた真空ポンプのエジェクタまたはベンチュリポンピング部の側面図である。

Claims (10)

1. 吸気ダクト（６）と排気ダクト（１６）との間に配置され、少なくとも１つのターボ分子ポンピング部（１、２、３）を含む複数のポンピング部を備えた真空ポンプ（５）であって、
   上記ポンプは、エジェクタまたはベンチュリポンプタイプのポンピング部（４）を備えていることを特徴とする真空ポンプ。
2. ブレードが形成されたロータディスク（２２ａ〜２２ｈ）を有するポンピングステージを備えた第１ポンピング部（１）と、
   スムーズロータディスク（２４ａ〜２４ｆ）を有するポンピングステージを備えた第２ポンピング部（２）と、
   歯付きロータディスクを有する少なくとも１つのポンピングステージを備えた第３ポンピング部（３）と、
   エジェクタまたはベンチュリポンプタイプの上記ポンピング部（４）を備えた第４ポンピング部とを含むことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ（５）。
3. 上記エジェクタポンピング部（４）は、水作動式ベンチュリポンプを含むことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ（５）。
4. 上記エジェクタポンピング部（４）は、水作動式ベンチュリポンプを含むことを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ（５）。
5. 上記ベンチュリポンプは、加圧された水のためのインレットダクト（１４）と、上記第３ポンピング部（３）の排出ポートに接続された吸気ダクト（８）と、上記排気ダクト（１６）に接続された排出ダクトとを含むことを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ（５）。
6. 上記ベンチュリポンプには、上記少なくとも１つのターボ分子ポンピング部の冷却サーキット（１２）から水が供給されることを特徴とする請求項３記載の真空ポンプ（５）。
7. 上記ベンチュリポンプには、上記少なくとも１つのターボ分子ポンピング部の冷却サーキット（１２）から水が供給されることを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ（５）。
8. 上記歯付きロータディスクを有するポンピングステージは、直刃（３４）を備えたロータ（２６）を含むことを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ（５）。
9. 上記直刃を備えたロータ（２６）は、ステータリング（３０）に連結されていて、
   上記ロータ（２６）と上記ステータリング（３０）との間には、先細りの解放されたチャンネル（３６）が規定されていることを特徴とする請求項８記載の真空ポンプ（５）。
10. 上記ポンピング部（１、２、３、４）は、一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の真空ポンプ（５）。

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