JP2004293466A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】より低いランニングコストで、ポンプ内部の凝縮性ガスの凝縮を防止することができる真空ポンプを提供する。
【解決手段】複数のポンプ室が形成されているポンプハウジング１１を有するドライポンプにおいて、第五段目ポンプ室１９と第四段目ポンプ室２０とに設けられるパージガス供給口４０、４１にパージガスを供給するためのパージガス流通管路３２を、ポンプハウジング１１に形成する。ドライポンプの作動時、ポンプハウジング１１の温度は高くなっており、パージガス流通管路３２にパージガスを流通させることでパージガスを予熱させ、ポンプ室４０、４１に予熱されたパージガスを供給することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ポンプに関し、特に、ポンプ内部での凝縮性ガスの凝縮を防止できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置のチャンバー内を吸引するための真空ポンプは、半導体の製造過程で生じる様々なガス、例えば半導体製造に使用される未反応のプロセスガスや、プロセス中に生成される反応生成ガスを吸引する。このとき、半導体製造に使用されるプロセスガスや、プロセス中に生成される反応生成ガスには、凝縮性を有するものがあり、このような凝縮性のあるガスを真空ポンプが吸引する場合がある。
【０００３】
例えば、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウェーハ上に絶縁膜をＣＶＤ法により成膜する場合、大気圧下で１６０℃程度で凝縮するプロセスガスを使用したり、３００℃程度で凝縮する反応生成ガスが生じたりする。そのため、真空ポンプ内の温度が、これらの温度よりも低い場合には、真空ポンプに吸引された未反応のプロセスガスや反応生成ガスが、真空ポンプ内で凝縮してしまう。特に、ポンプ室内で凝縮が生じると、ロータの回転が阻害されて、真空ポンプが故障してしまうことにつながる。また、ガスの排出管路で凝縮すると、排出管路が閉塞されて、ポンプ室内の排気圧力が高くなり、モータに過剰な負荷がかかってしまう。
【０００４】
上記のような問題を解決する真空ポンプとして、下記特許文献１に開示されているものがある。この真空ポンプの構成を図３を用いて具体的に説明する。真空ポンプ１の吸引口１ａは、例えば半導体製造装置のチャンバー４に配管７で接続されており、該チャンバー４に供給されるプロセスガスＡや、チャンバー４内で科学反応の結果生成される反応生成ガスを吸引することで、チャンバー４内を真空に保っている。真空ポンプ１の排出口１ｂは配管８により除害装置３に接続され、プロセスガスＡ及び反応生成ガスは、この除害装置３により無害化され、排出口９から排気されるようになっている。
【０００５】
さらに、この真空ポンプ１は、ポンプ内部における凝縮性ガスの凝固を防止するために、ポンプ内部と排出口１ｂ直後に不活性なガス（主として窒素ガス）をパージガスとして導管５により供給するようにしている。これにより、ポンプ内部と排出側の配管８とにある凝縮性ガスの分圧を下げることができ、図４に示すように、凝縮性ガスの蒸気圧を、点ｂ０の状態から飽和蒸気圧曲線ａよりも低くすることができる。このように、凝縮性ガスを希釈してその分圧をさげることで、凝縮性ガスの凝縮を防止することができる。
【０００６】
しかし、上記のように不活性ガスをパージガスとして凝縮性ガスを希釈する場合、パージガスの温度が凝縮性ガスの温度に比べて低いと、ポンプ内部で高温となった凝縮性ガスの温度を低下させてしまうことにつながる。この場合、図４の飽和蒸気圧曲線ａに示すように、凝縮性ガスの温度が低下すると凝縮性ガスの飽和蒸気圧も低下するので、凝縮性ガスの分圧を、凝縮性ガスが凝縮しない程度まで低下させるために、より多くのパージガスが必要となる。つまり、温度Ｔ２では、凝縮性ガスの凝縮を防止するために、ｙ２のパージガスを供給すればよいが、温度Ｔ１では、ｙ１のパージガスを供給する必要がある。そのため、パージガスとしての不活性ガスの使用量が多くなり、ランニングコストが増加するという不具合がある。
【０００７】
そこで、特許文献１に開示されている技術においては、図３に示すように、パージガスを予めヒータ６により暖めてから、ポンプ室内に供給するようにしている。これにより、図４に示すように、凝縮性ガスの温度をあまり低下させずに、凝縮性ガスを希釈させることができ、点ｂ０’で示すように凝縮性ガスの凝縮を抑制するのに、多量のパージガスを必要としない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−３３０３８８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示されているように、パージガスをヒータ６により予め暖める技術では、ヒータ６を真空ポンプ１とは別個に設ける必要がある。そのため、パージガスとしての不活性ガスの使用量は増加しないが、真空ポンプに必要な電力とは別に、ヒータを起動させる電力も余計に必要となるので、システム全体としてのランニングコストの増大を解消できるとはいえない。
【００１０】
本発明は上記のような問題を鑑みてなされたものであり、ランニングコストを増大させることなく、凝縮性ガスがポンプ内部で凝縮することを防止できる真空ポンプを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明の真空ポンプは、真空対象空間から吸引対象ガスを吸引する吸引口と、該吸引口に連通するポンプ室と、該ポンプ室に連通する排出口と、を備えるポンプハウジングを有する真空ポンプにおいて、前記ポンプハウジング内の吸引対象ガスが流通する空間に、吸引対象ガスを希釈するためのパージガスを供給するパージガス供給口が設けられており、該パージガス供給口にパージガスを流通させるパージガス流通管路が、前記ポンプハウジングに形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記のようにロータをポンプ室内で回転させて、真空対象空間から吸引対象ガスを吸引し、ポンプ室にて吸引対象ガスを圧縮して排出する真空ポンプでは、吸引対象ガスの断熱圧縮により、吸引対象ガスの温度が上昇する。この吸引対象ガスの熱はポンプハウジングにも伝わり、ポンプハウジングの温度を上昇させることになる。このとき、ポンプハウジングの温度を上昇させる熱源は、断熱圧縮される吸引対象ガスであるので、ポンプの温度勾配が、ポンプハウジング内部の吸引対象ガスの温度＞ポンプハウジングの吸引対象ガスとの接ガス面の温度＞ポンプハウジングの外表面の温度＞大気の温度（室温）という関係となることは自明である。
【００１３】
したがって、このような真空ポンプのポンプハウジングに、パージガス流通管路を形成し、このパージガス流通管路にパージガスを流通させると、ポンプハウジングからの熱伝導によりパージガス流通管路を流通するパージガスの温度を、少なくても室温よりも高温に上昇させることができる。そのため、パージガスを予熱したうえで、ポンプハウジング内の吸引対象ガスが流通する空間にパージガス供給口を介してパージガスを供給することができ、吸引対象ガスの温度をあまり低下させずに、吸引対象ガスを希釈することができるのである。そのため、吸引対象ガスが凝縮性を有する凝縮性ガスの場合に、ポンプ内部での吸引対象ガスの凝縮を防止することができるとともに、吸引対象ガスの凝縮を防止するのに必要なパージガスの流量を、パージガスを予熱しない場合よりも少なく抑えることができる。さらに、パージガスの予熱は、吸引対象ガスの圧縮により高温となったポンプハウジングにより行われるので、パージガスの予熱用にヒータ等の外部加熱手段を別個設ける必要がない。したがって、より低いランニングコストで、ポンプ内部での吸引対象ガスの凝縮を防止することができる。
【００１４】
以下、本発明の作用及び効果を説明するにあたり、本発明の真空ポンプは、吸引対象ガスとして凝縮性を有するもの、つまり凝縮性ガスを吸引する真空ポンプであるとする。すなわち、本発明の真空ポンプは、凝縮性ガスが存在する真空対象空間から、該凝縮性ガスを吸引するものである。凝縮性ガスが存在する真空対象空間としては、半導体製造プロセスに使用される半導体製造装置のチャンバー内とすることができる。また、凝縮性ガスとしては、この半導体製造プロセスに用いられるプロセスガスや、半導体製造プロセス中に生成される反応生成物が挙げられる。なお、本明細書において、凝縮性ガスとは、通常真空ポンプを使用する環境で、固体あるいは液体に凝縮する可能性のあるガスをいうものとする。
【００１５】
さらに、本発明の真空ポンプにおいては、前記ポンプハウジングには、前記ポンプ室の吐出側と前記排出口とを連通する吸引対象ガスの排出管路が形成されており、前記パージガス流通管路は前記排出管路に沿って形成されているのがよい。吸引対象ガスの排出管路には、真空対象空間から吸引され圧縮された吸引対象ガスが流通するので、この排出管路の近傍はポンプハウジングの中でも比較的温度が高い領域となっている。そのため、この排出管路に沿ってパージガス流通管路を設けることにより、パージガス流通管路内を流通するパージガスの温度を効率よく上昇させることができ、パージガスで凝縮性ガス（吸引対象ガス）を希釈した際に、凝縮性ガスの温度が低下するのをさらに抑制することができる。そのため、より少ない流量のパージガスで、凝縮性ガスの凝縮を抑制することができるので、ランニングコストの増大をより一層抑制することができる。
【００１６】
さらに、排出管路に沿ってパージガス流通管路を形成する場合、本発明の真空ポンプにおいては、前記パージガス供給口は、前記ポンプハウジングに複数形成されており、前記パージガス流通管路は、メイン流通管路と、該メイン流通管路から分岐され、前記パージガス供給口に接続される複数のサブ流通管路とからなるものであり、少なくとも前記メイン流通管路が前記排出管路に沿って形成されているのがよい。ポンプ内部では、その箇所によって吸引対象ガスの温度や圧力が変動するので、これらの条件によっては、ポンプ内部の複数の箇所に吸引対象ガスが凝縮しやすい空間が分布することになる。そのため、ポンプハウジング内の吸引対象ガスが凝縮しやすい複数の空間にパージガス供給口を設けてパージガスを供給するのがよく、そして、これら複数のパージガス供給口に、それぞれパージガス流通管路を接続することができる。この場合、パージガス流通管路をメイン流通管路から分岐させ、分岐された複数のサブ流通管路をパージガス供給口に接続することができる。このようにパージガス流通管路をメイン流通管路とサブ流通管路とで構成する場合は、少なくともメイン流通管路を排出管路に沿って形成するのがよい。これにより、パージガス供給口にパージガスがサブ流通管路を通って流通するまでに、メイン流通管路においてパージガスが効率的に予熱される。なお、このような様態においては、サブ流通管路が排出管路に沿って形成されるのを除外するものではなく、サブ流通管路が排出管路に沿って形成されていてもよい。
【００１７】
また、本発明の真空ポンプにおいて、パージガス供給口は、ポンプハウジング内の以下のような空間に形成することができる。つまり、前記パージガス供給口は前記ポンプ室に設けられているのがよい。また、前記ポンプハウジングには、前記ポンプ室の吐出側と前記排出口とを連通する吸引対象ガスの排出管路が形成されており、前記パージガス供給口が前記排出管路に設けられているのがよい。ポンプハウジングのうち、ポンプ室内や排出管路では、吸引対象ガスの圧力が高くなり（特に、排出管路においては略大気圧となる）、そのため、吸引対象ガスが凝縮する温度も高くなる結果、吸引対象ガスの凝縮が生じやすい。そのため、これらの空間にパージガス供給口を設けるのがよい。
【００１８】
なお、ポンプ室にパージガス供給口を設ける本発明の様態では、前記ポンプハウジングは複数のポンプ室を有し、前記吸引口と前記排出口との間で、複数の前記ポンプ室が直列に連結しており、前記排出口側に配置される最後段ポンプ室の吸入側に前記パージガス供給口が設けられているようにすることができる。このように、ポンプハウジングに複数のポンプ室が形成されている多段式真空ポンプにおいては、吸引口側に設けられているポンプ室から順番に、吸引対象ガスがしだいに圧力が高くなりながら吸引され、最も排出口側に設けられる最後段ポンプ室において、吸引対象ガスの圧力が高くなる。そのため、このような最後段ポンプ室に優先的にパージガス供給口を設け、パージガスを供給するのがよい。
【００１９】
このようにポンプ室を複数有し、複数のポンプ室が直列に連結されているような多段式真空ポンプにおいては、前述したように、排出口側に設けられるポンプ室で、より凝縮性ガスが凝縮しやすい。そのため、最後段ポンプ室の吸入側と連通するポンプ室、つまり、排出口から二番目に配置されるポンプ室にもパージガス供給口を設け、パージガスを供給することができる。さらに、最後段ポンプ室の吸入側に連通するポンプ室にパージガス供給口を設け、パージガスを供給しておけば、パージガスにより希釈された状態の吸引対象ガスが最後段ポンプ室に吸引されるので、最後段ポンプ室に供給するパージガスの流量を低減することができる。また、具体的には、ポンプ室は３段以上（特に、４段あるいは５段）を直列に接続させることができ、この場合、排出口から三番目に配置されるポンプ室にもパージガス供給口を設けてもよい。
【００２０】
さらに、本発明の真空ポンプにおいては、前記パージガス流通管路の内面にフィンを設けるのがよい。このように、パージガス流通管路の内面にフィンを設けることで、パージガスをパージガス流通管路に流通させたときに、パージガスとパージガス流通管路との接ガス面の面積が大きくなるので、パージガスの予熱をより効率よく行うことができるのである。
【００２１】
なお、本発明において、エネルギー収支の観点からは、ポンプハウジングによりパージガスを予熱することにより、ポンプハウジングの温度が低下してしまい、ひいては、凝縮性ガスの温度が低下してしまうということも推察される。しかしながら、本発明者が鋭意検討したところ、実際には、従来ポンプハウジングから大気に放熱されていた分の熱量が、本発明においてパージガスの予熱に用いられるので、凝縮性ガスの温度はあまり低下しないということがわかっている。そのため、大気に放熱される分の熱量をパージガスの予熱に利用するという観点からは、パージガス流通路をポンプハウジングの外表面に近い側に形成するのが望ましいといえる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空ポンプを、多段式ドライポンプとした実施の形態について、添付の図面を用いて説明する。本実施形態のドライポンプは、半導体製造装置のチャンバー内を真空にするものである。なお、本実施形態において、半導体製造装置のチャンバー内では、シリコンウェーハ上に、ジクロロシランガスとアンモニアガスとを供給して、シリコンウェーハ上にＳｉＮ絶縁膜をＣＶＤ法により生膜するプロセスが行われる。そして、このプロセスにより、未反応のジクロロシランガスとアンモニアガスと、反応生成ガスとしての塩化アンモニウムガスとがチャンバー内に存在することになる。本実施形態において、真空対象空間に存在する吸引対象ガスのうち、特に塩化アンモニウムガスは、大気圧下で３５０℃以下の条件で固体に凝縮する凝縮性ガスである。以下、吸引対象ガスを凝縮性ガスともいう。
【００２３】
図１は、本実施形態のドライポンプを示す側面断面図である。図１に示すドライポンプは、複数のポンプ室１９、２０、２１、２２、２３を有するポンプハウジング１１と、該ポンプ室１９、２０、２１、２２、２３内に各々内設されるロータ２５、２６、２７、２８、２９と、これらのロータ２５、２６、２７、２８、２９が一体的に固設され、これらのロータ２５、２６、２７、２８、２９を回転させる回転軸１８と、この回転軸１８を回転させる為の回転駆動機構としてのモータ１５と、ポンプハウジング１１に回転軸１８を軸支する軸受１３、１４と、を有する。
【００２４】
また、ロータ２５、２６、２７、２８、２９を回転させる回転軸１８とは別に、ギア１６、１６’を介して回転軸１８と同期回転する回転軸１８’が回転軸１８と平行に設けられている。この回転軸１８’には、回転軸１８と同様に複数のポンプ室１９、２０、２１、２２、２３と対応する位置にロータ２５’、２６’、２７’、２８’、２９’が固設されており、ポンプ室１９、２０、２１、２２、２３内において、ロータ２５、２６、２７、２８、２９とロータ２５’、２６’、２７’、２８’、２９’とが僅かな隙間をもってお互いに非接触で、逆方向に回転するようになっている。これにより、真空対象空間として、例えば半導体製造装置等のチャンバー内に連通する吸引口２４からチャンバー内のガスを吸引して、チャンバー内を真空とすることができる。これら回転軸１８’及びギア１６’は、図１において、回転軸１８及びギア１６と重ねて表示してある。また、回転軸１８’に固設されているロータ２５‘、２６’、２７‘、２８’、２９‘は、回転軸１８に固設されているロータ２５、２６、２７、２８、２９と、図１の同様の位置に配置されており、図１では符号を省略している。
【００２５】
また、ポンプ室１９、２０、２１、２２、２３は、ポンプハウジング１１に形成されている吸引口２４と連通する側から順番に、第一段目ポンプ室２３、第二段目ポンプ室２２、第三段目ポンプ室２１、第四段目ポンプ室２０、第五段目ポンプ室１９とされ、それぞれのポンプ室の間には、それぞれのポンプ室を連通する図示しないガス移送通路が形成されており、第一段目ポンプ室２３から第五段目ポンプ室１９において順次圧縮されたガスが、第五段目ポンプ室１９と連通する排出口２５から排出されるようになっている。
【００２６】
さらに、ポンプハウジング１１に形成されている複数のポンプ室１９、２０、２１、２２、２３は、第一段目ポンプ室２３から第五段目ポンプ室１９に向かって順番に容積が小さくなるように形成されている。これは、ポンプ室の吸引側と吐出側とでのガスの圧力差は、第一段目ポンプ室２３から第五段目ポンプ室１９に向かうほど大きくなるので、第五段目ポンプ室１９の容積を小さくして、第五段目ポンプ室１９での圧縮仕事が過剰に大きくならないようにするためである。
【００２７】
また、回転軸１８、１８’を軸支する軸受は、排出口２５と連通する側の第五段目ポンプ室１９と回転駆動機構としてのモータ１５が配置された駆動部１７との間に形成される排出口側軸受１３、１３’と、吸引口２４側の第一段目ポンプ室２３側に形成される吸引口側軸受１４、１４’と、である。
【００２８】
さらに、本実施形態のドライポンプにおいては、第五段目ポンプ室１９の吐出側と排出口２５とを連通する排出管路３８がポンプハウジング１１に形成されている。この排出管路３８は第五段目ポンプ室１９の吐出側と一端が連通するとともに、ポンプハウジング１１内を第五段目ポンプ室１９から第一段目ポンプ室２３に向かう方向に伸長し、他端が排出口２５とされ、ポンプハウジング１１の外部に連通している。このように、排出管路３８を、第五段目ポンプ室１９の吐出側から、第四段目ポンプ室２０、第三段目ポンプ室２１、第二段目ポンプ室２２を介して、第一段目ポンプ室２３に向かって伸長するように形成すれば、第五段目ポンプ室１９にて圧縮されて温度が上昇した吸引対象ガスが、排出管路３８を流通することにより、第一段目ポンプ室２３側のポンプハウジング１１の温度をも上昇させ、ポンプハウジング１１の温度を均一にすることができる。
【００２９】
さらに、本実施の形態においては、パージガス流通管路３２がポンプハウジング１１に形成されている。より具体的には、パージガス流通管路３２の一部がポンプハウジング１１に形成されている排出管路３８に沿うように形成されており、特に排出管路３８と平行となるように形成されている。
【００３０】
さらに、このパージガス流通管路３２は、ポンプハウジング１１内において複数に分岐して、メイン流通管路３２ａと、複数のサブ流通管路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆとを構成している。分岐されたサブ流通管路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆは、ポンプハウジング１１にそれぞれ形成されたパージガス供給口４０、４１、４２、４３、４４にそれぞれ接続されている。なお、図１においては、サブ流通管路３２ｃ、３２ｄが一部ポンプハウジング１１の外部に露出する形で図示されているが、これは、図面を見やすくするものであって、これらサブ流通管路３２ｃ、３２ｄは、ポンプハウジング１１内に形成されているものとする。
【００３１】
さらに、パージガス供給口のうち、パージガス供給口４０は、最後段ポンプ室としての第五段目ポンプ室１９に設けられており、特に第五段目ポンプ室１９の吸入側に設けられている。また、パージガス供給口４１は、最後段ポンプ室としての第五段目ポンプ室１９の吸入側と連通している第四段目ポンプ室２０に設けられている。特に、パージガス供給口４１は、第四段目ポンプ室２０の吸入側に設けられている。また、パージガス供給口４２は、第五段目ポンプ室１９の吐出側に連通する排出管路３８に設けられており、特に排出管路３８の第五段目ポンプ室１９の吐出側近傍に設けられている。なお、ポンプハウジング１１には、回転軸１８、１８’が挿通される回転軸挿通孔が形成されており、この回転軸挿通孔の第五段目ポンプ室１９と排出口側軸受１３、１３’との間に、パージガス供給口４３が設けられている。また、回転軸挿通孔は、第一段目ポンプ室２３側にも形成されており、第一段目ポンプ室２３と吸引側軸受１４、１４’との間にパージガス供給口４４が形成されている。
【００３２】
さらに、パージガス流通管路３２のうちメイン流通管路３２ａから分岐されたサブ流通管路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆには、パージガスの流量を調節するための絞り部（オリフィス）３３、３４、３５、３６、３７が形成されている。また、パージガス流通管路３２のパージガス供給口とは反対側の一端は、遮断弁３１と減圧弁３０とを介して、パージガス（本実施形態においては、窒素ガス）の供給源に連通されている。
【００３３】
以下、本実施形態のドライポンプの作用を、その作動形態を踏まえて説明する。まず、ドライポンプを作動させると、モータ１５が駆動されて、モータ１５により回転軸１８が回転する。このとき、回転軸１８と、該回転軸１８と平行に配置される回転軸１８’は、ギア１６、１６’の噛み合わせにより同期回転するようになっており、回転軸１８とは反対向きに回転軸１８’が回転するようになっている。
【００３４】
これら回転軸１８、１８’の回転により、回転軸１８に一体的に固設されるロータ２５、２６、２７、２８、２９と、回転軸１８’に一体的に固設されるロータ２５’、２６’、２７’、２８’、２９’とが、ポンプ室１９、２０、２１、２２、２３内において、互いに逆回転するようになっている。本実施形態においてはロータ２５、２６、２７、２８、２９及びロータ２５’、２６’、２７’、２８’、２９’は、繭型のルーツロータであり、互いに非接触にて微小な隙間を維持しつつ９０°の位相差をもって同期回転する。
【００３５】
これにより、真空対象空間に連通される吸引口２４から、第一段目ポンプ室２３に吸引対象ガスが吸引される。この後、第一段目ポンプ室２３から第二段目ポンプ室２２、第三段目ポンプ室２１、第四段目ポンプ室２０、第五段目ポンプ室１９へと順番に吸引対象ガスが吸引されて、最終的に第五段目ポンプ室１９の吐出側と連通する排出管路３８を介して排出口２５に吸引対象ガスが排出されて、真空対象空間が真空状態となる。
【００３６】
このとき、吸引対象ガスはそれぞれのポンプ室１９、２０、２１、２２、２３において圧縮されながら排出されていくので、吸引対象ガスの温度が上昇するとともに、ポンプハウジング１１の温度も上昇する。なお、ポンプ室１９、２０、２１、２２、２３のうち、吸入側と吐出側における吸引対象ガスの圧力の差が大きい第五段目ポンプ室１９の吐出側において、最も吸引対象ガスの温度が高くなる。吸引対象ガスの温度は、例えば１６０〜２００℃程度の比較的高い温度とされる。
【００３７】
このときの、ポンプ室１９、２０、２１、２２、２３内における吸引対象ガスの実際の圧力と温度の関係（本発明を適用しない場合）と、吸引対象ガスの飽和蒸気圧曲線との概略を、図２に示す。一点鎖線ａは、吸引対象ガスの飽和蒸気圧曲線であり、実線ｂは、ポンプ室１９、２０、２１、２２、２３内における吸引対象ガスの圧力と温度との関係を示すものである。実線ｂにおいて、点ｂ２が第一段目ポンプ室２３の吸入側における圧力と温度との関係に相当し、点ｂ０が第五段目ポンプ室１９の吐出側における圧力と温度との関係に相当する。図２よりわかるように、第一段目ポンプ室２３から第五段目ポンプ室１９に向けて、吸引対象ガスの温度と圧力が大きくなり、第五段目ポンプ室１９の吐出側において大気圧となっていることがわかる。さらに、第五段目ポンプ室１９の吐出側においては、点ｂ０が飽和蒸気圧曲線を越えており、本発明を適用しないと、吸引対象ガスが凝縮してしまうことがわかる。また、図２には示していないが、第五段目ポンプ室１９の吸入側と第四段目ポンプ室２０の吸入側においても、吸引対象ガスの温度と圧力が、図２の飽和蒸気圧曲線ａを超えることがあり、これらの空間で吸引対象ガスの凝縮を防止する必要がある。
【００３８】
ここで、本実施形態のドライポンプにおいては、吸引対象ガスが凝縮するのを防止するために、前述したように、ポンプハウジング１１にパージガス流通管路３２を設けており、このパージガス供給管路３２を介してパージガスを、吸引対象ガスが凝縮しやすい空間に供給するようにしている。さらに、前述したように、パージガス流通管路３２はポンプハウジング１１内において、複数に分岐するように形成されており、分岐された複数のサブ流通管路３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆを介して、第五段目ポンプ室１９や、第四段目ポンプ室２０や、排出管路３８や、排出口側軸受１３、１３’や、吸引口側軸受１４、１４’にパージガスが供給されるようになっている。
【００３９】
また、パージガス流通管路３２のメイン流通管路３２ａは、排出管路３８に沿って形成されているので、排出管路３８を流通する吸引対象ガスにより、ポンプハウジング１１を介して、パージガスが暖められるようになっている。さらに、メイン流通管路３２ａが、排出管路３８よりもポンプハウジング１１の外表面側に形成されており、ポンプハウジング１１から大気に放出される熱量が、パージガスの予熱に用いられるようになっている。
【００４０】
上記のようにパージガスを供給することで、パージガスを供給した空間に存在する吸引対象ガスの分圧を低下させることができ、吸引対象ガスの凝縮を防止することができる。具体例として、第五段目ポンプ室１９にパージガス供給口４０を介してパージガスを供給する場合について、パージガス流通管路３２により、パージガスを供給する本実施形態の場合と、パージガスを予熱せずに供給した場合とで比較して説明する。まず、パージガスを予熱せずに、第五段目ポンプ室１９にパージガスを供給し、吸引対象ガスの凝縮を防止しようとする場合、第五段目ポンプ室１９における吸引対象ガスの状態は、点ｂ１で表される。つまり、吸引対象ガスの温度が低下するので、吸引対象ガスの凝縮を防止するのに多量のパージガスが必要となる。
【００４１】
本実施形態の様態によりパージガスで吸引対象ガスを希釈すると、図２に示すように、第五段目ポンプ室１９における吸引対象ガスの圧力と温度との関係が、点ｂ０の状態から点ｂ０’の状態に変化する。点ｂ０’では、吸引対象ガスの分圧が飽和蒸気圧以下となり、吸引対象ガスの凝縮が防止されることがわかる。さらに、本実施形態においては、パージガス流通管路３２をポンプハウジング１１に設け、ポンプハウジング１１によりパージガスを予熱した上で、第五段目ポンプ室１９に供給しているので、吸引対象ガスをパージガスで希釈した際に、図２の点ｂ０’で示すように、吸引対象ガスの温度があまり低下しない。そのため、吸引対象ガスの凝縮を防止するのに、多量のパージガスを必要としない。
【００４２】
このように、本実施形態においては、ポンプハウジング１１にパージガス流通管路３２を形成し、このパージガス流通管路３２にパージガスを供給することで、パージガスを予熱することができるので、吸引対象ガスをパージガスで希釈しても、吸引対象ガスの温度が低下せず、吸引対象ガスを希釈するのに多量のパージガスを必要としない。さらに、ドライポンプとは別に、外部加熱手段を設けなくても、パージガスを予熱することができる。そのため、より低いランニングコストで、第五段目ポンプ室１９における吸引対象ガスの凝縮を防止することができる。
【００４３】
以上、第五段目ポンプ室１９に、本発明の構成によりパージガスを供給した場合について説明したが、第四段目ポンプ室２０、排出管路３２及び排出口側軸受１３、１３’に供給されるパージガスによっても同様の作用が実現され、吸引対象ガスの凝縮が防止される。
【００４４】
なお、本実施形態においては、吸引側軸受１４、１４’にもポンプハウジング１１により予熱されたパージガスを供給するようにしているが、これは、吸引対象ガスの凝縮を直接防止するものではなく、吸引対象ガスが腐食性を有する場合に、吸引側軸受１４、１４’に吸引対象ガスが接触するのを防止する目的のものである。このように、吸引対象ガスの凝縮を防止するためだけではなく、パージガスをポンプ内部に供給する場合があり、このようなパージガスも本実施形態のようにポンプハウジング１１で予熱したうえで供給することもできる。
【００４５】
さらに、本実施形態のドライポンプにおいては、パージガス流通管路３２内に、図示しないフィンが形成されている。そのため、パージガスとパージガス流通管路３２との接触面積が大きくなり、パージガスの予熱をより効率的に行うことができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態においては、パージガスをポンプハウジング１１の各所に供給するパージガス流通管路３２にオリフィス３３、３４、３５、３６、３７が形成されており、パージガスの供給流量を、各パージガス供給口４０、４１、４２、４３、４４毎に調整できるようになっている。つまり、必要十分なパージガスがそれぞれのパージガス供給口４０、４１、４２、４３、４４から供給されるように、オリフィスでパージガスの供給流量が調整されるようになっている。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態についてドライポンプを挙げて説明したが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、図１に示すドライポンプにおいては、パージガス流通管路３２を排出管路３８に沿って平行に形成しているが、パージガスが効率的に予熱されるように、パージガス流通管路３２の長さを長くする目的で、パージガス流通管路３２を螺旋状に形成してもよい。
【００４８】
さらに、本実施形態においては、真空ポンプとして、ドライポンプの場合について説明したが、吸引対象ガスとして凝縮性ガスを吸引する場合など、パージガスをポンプ内部に供給するような真空ポンプであれば、その他公知の真空ポンプに適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
このように、本発明の真空ポンプにおいては、ポンプハウジング内の凝縮性ガスを希釈するためのパージガスを、ポンプハウジングに形成されているパージガス流通管路に流通して予熱したうえで、ポンプハウジング内に供給するようにしたので、凝縮性ガスの温度をあまり低下させずに、凝縮性ガスを希釈することができる。そのため、凝縮性ガスが凝縮しない程度まで凝縮性ガスを希釈させるのに、多くのパージガスを必要としない。さらに、パージガスを予熱するために、外部加熱手段を別個設ける必要がない。そのため、ポンプハウジング内での凝縮性ガスの凝縮を防止するのに、より低いランニングコストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空ポンプの一例を示す概略図。
【図２】吸引対象ガスの飽和蒸気圧曲線と、ポンプ内部における実際の吸引対象ガスの圧力と温度との関係を示す図。
【図３】従来の真空ポンプを説明する概略図。
【図４】吸引対象ガスの飽和蒸気曲線を示し、従来技術の問題点を説明する図。
【符号の説明】
１１ ポンプハウジング
１９、２０、２１、２２、２３ ポンプ室
４０、４１、４２、４３、４４ パージガス供給口
３２ パージガス流通管路
３２ａ メイン流通管路
３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ サブ流通管路
３８ 排出配管

Claims (5)

1. 真空対象空間から吸引対象ガスを吸引する吸引口と、該吸引口に連通するポンプ室と、該ポンプ室に連通する排出口と、を備えるポンプハウジングを有する真空ポンプにおいて、
   前記ポンプハウジング内の吸引対象ガスが流通する空間に、吸引対象ガスを希釈するためのパージガスを供給するパージガス供給口が設けられており、該パージガス供給口にパージガスを流通させるパージガス流通管路が、前記ポンプハウジングに形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記ポンプハウジングには、前記ポンプ室の吐出側と前記排出口とを連通する吸引対象ガスの排出管路が形成されており、前記パージガス流通管路は前記排出管路に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記パージガス供給口は、前記ポンプハウジングに複数形成されており、前記パージガス流通管路は、メイン流通管路と、該メイン流通管路から分岐され、前記パージガス供給口に接続される複数のサブ流通管路とからなるものであり、少なくとも前記メイン流通管路が前記排出管路に沿って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 前記パージガス供給口を前記ポンプ室に設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
5. 前記パージガス流通管路の内面にフィンを設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。

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