JP2005256845A - Evacuating apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evacuating apparatus having high energy efficiency when the suction side pressure has reached the ultimate pressure or become a certain degree of vacuum, by decreasing the motive power owing to differential pressure. <P>SOLUTION: In the evacuating apparatus 100 having a roughing vacuum pump B and a booster pump A, each of the roughing vacuum pump B and the booster pump A is constituted by a screw vacuum pump, and the design pumping speed of the roughing vacuum pump B is sufficiently smaller than the design pumping speed of the booster pump A but adequate to be operable as the roughing vacuum pump. In addition, the number of turns of screw for the booster pump A is set to be less than the number of screw for the roughing vacuum pump B. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体製造設備の真空チャンバなどの排気に用いられる真空排気装置に関する。   The present invention relates to a vacuum exhaust apparatus used for exhausting a vacuum chamber or the like of a semiconductor manufacturing facility.

半導体真空装置においては、被排気チャンバの真空度として10-3Pa程度を得られること、被排気チャンバに油分子が入り込まないことが特に重要である。そこで、そのような要求を、単段で満たすことのできる真空ポンプとして、大気圧から10-3Pa程度まで一段で達成でき(圧縮比が高く、作動圧力範囲が広い)、かつオイルフリーであるスクリュー真空ポンプ(特許文献1)が提案されている。 In the semiconductor vacuum apparatus, it is particularly important that the degree of vacuum of the exhausted chamber can be about 10 −3 Pa and that oil molecules do not enter the exhausted chamber. Therefore, as a vacuum pump capable of satisfying such requirements in a single stage, it can be achieved in one stage from atmospheric pressure to about 10 −3 Pa (high compression ratio, wide working pressure range), and oil-free. A screw vacuum pump (Patent Document 1) has been proposed.

しかしながら、スクリュー真空ポンプには、次のような固有の問題がある。   However, the screw vacuum pump has the following inherent problems.

(1)スクリュー真空ポンプは、排気する気体の分子取込・移送をねじ溝で行なうため、コンダクタンスが小さい。したがって、分子流領域での排気速度が低い。   (1) The screw vacuum pump has a small conductance because the molecules of the exhaust gas are taken in and transferred through the thread groove. Therefore, the exhaust speed in the molecular flow region is low.

(2)スクリュー真空ポンプは、雌雄スクリューの噛合面間、並びにスクリュー外周とハウジング内周との間に、それぞれ隙間が必要である。したがって、真空シール性が悪く、これが到達真空度に悪影響を及ぼす。   (2) The screw vacuum pump requires clearances between the meshing surfaces of the male and female screws and between the outer periphery of the screw and the inner periphery of the housing. Therefore, the vacuum sealability is poor, which adversely affects the ultimate vacuum.

(3)スクリュー真空ポンプは、上述したようにシール性が悪いので、粗引ポンプとして使用する場合、大気側からの逆流空気を再圧縮して吐き出す動力(損失動力)が大きい。特に排気速度の大きなものは上記(2)にいう隙間の合計量が多くなるので、その傾向が強い。さらに、スクリュー式ポンプは、粗引ポンプとして使用する場合、吸気側が既に所要の真空度に達しているにも拘わらず、吸気側と大気側との差圧に起因する大きな動力損失が生じる。   (3) Since the screw vacuum pump has a poor sealing property as described above, when used as a roughing pump, the power (loss power) to be discharged after recompressing the backflow air from the atmosphere side is large. In particular, those having a high exhaust speed have a strong tendency because the total amount of the gaps described in the above (2) increases. Further, when the screw type pump is used as a roughing pump, a large power loss due to the pressure difference between the intake side and the atmosphere side occurs even though the intake side has already reached the required degree of vacuum.

以上のようなスクリュー真空ポンプ固有の問題に対し、従来、次のような解決手段が提案されている。   Conventionally, the following solutions have been proposed for the problems inherent to the screw vacuum pump as described above.

(A)まず、上記(1)のコンダクタンスの問題に対する解決手段としては、スクリュー真空ポンプをコンダクタンスがあまり問題とならない粗引ポンプとし、コンダクタンスの大きいルーツ式真空ポンプをブースタポンプとするものが提案されている。   (A) First, as a means for solving the conductance problem of (1), a screw vacuum pump is used as a roughing pump where conductance is not a problem, and a roots type vacuum pump having a large conductance is used as a booster pump. ing.

しかしながら、この2段ポンプは、ルーツ式真空ポンプの圧縮比が小さいため、粗引ポンプとしてのスクリューポンプの排気速度は、さほど小さくすることができない。粗引ポンプの排気速度を小さくできないということは、これを駆動するモータ容量を小さくできないと共に、上記(3)の各動力損失も小さくできないということになる。(また、上記(2)の問題も残ったままである。)   However, since this two-stage pump has a small compression ratio of the roots type vacuum pump, the exhaust speed of the screw pump as the roughing pump cannot be reduced so much. The fact that the exhaust speed of the roughing pump cannot be reduced means that the capacity of the motor for driving the roughing pump cannot be reduced, and each power loss in the above (3) cannot be reduced. (Also, the problem of (2) above remains.)

(B1)上記(2)のシール性に関する問題解決手段として、単段で使用するスクリュー式ポンプにおけるスクリューの巻数を複数とすることにより、吸入口と排気口間に、流体移送用の室を複数設け、シール性を高めることが提案されている(特許文献1)。しかしながら、このものは、スクリューの軸方向長さが長くなり、装置が大型化する。また、スクリューの巻数を単に複数にするだけでは上記(3)の問題を解決できるものでもない。   (B1) As a problem-solving means concerning the sealing property of (2) above, a plurality of fluid transfer chambers are provided between the suction port and the exhaust port by using a plurality of screw turns in a screw-type pump used in a single stage. It has been proposed to improve the sealing performance (Patent Document 1). However, this increases the axial length of the screw, which increases the size of the device. Moreover, the problem of the above (3) cannot be solved only by using a plurality of screws.

(B2)同じく上記(2)のシール性に関する問題解決手段として、スクリュー真空ポンプをシール性がさほど問題とならないブースタポンプとして使用し、粗引きポンプにはシール性のよいダイアフラムポンプや油回転ポンプを用いることが提案されている(特許文献2)。また、それら油回転ポンプ等は通常、吐出口に逆止弁を設けているため大気側からの空気の逆流が防止されることから、結果的に上記(3)にいう各損失動力も小さくすることができる。   (B2) Similarly, as a means for solving the problem related to the sealability of (2) above, a screw vacuum pump is used as a booster pump that does not cause a problem of sealability, and a rough pump has a diaphragm pump or an oil rotary pump with good sealability. It has been proposed to use (Patent Document 2). In addition, since these oil rotary pumps or the like are usually provided with check valves at the discharge ports, the backflow of air from the atmosphere side is prevented, and as a result, each loss power mentioned in (3) is also reduced. be able to.

しかしながら、このような2段ポンプは、粗引ポンプとしてシール性のよいダイヤフラム式ポンプや油回転ポンプを使用する必要があるため、例えばダイヤフラム式ポンプの場合はその内部に反応生成物(被排気チャンバ内に流される反応性ガスから生じるもの)が溜まりやすい。このように反応生成物が溜まるとため排気性能の劣化が著しく、オーバーホールにも多くの時間とコストがかかる。また、油回転ポンプの場合は被排気チャンバが油分子で汚染される恐れがあると共に、油が反応性ガスによって短期間で劣化したり、頻繁に油交換しなければならないという問題がある。   However, since such a two-stage pump needs to use a diaphragm pump or an oil rotary pump with good sealing performance as a roughing pump, for example, in the case of a diaphragm pump, a reaction product (exhaust chamber) That are generated from the reactive gas flowed in). Since reaction products accumulate in this way, exhaust performance is significantly deteriorated, and overhauling takes much time and cost. Further, in the case of an oil rotary pump, there is a possibility that the exhausted chamber may be contaminated with oil molecules, and there is a problem that the oil deteriorates in a short period of time due to the reactive gas, and the oil must be changed frequently.

(C1)上記(3)の損失動力の問題を解決する手段としては、粗引スクリュー真空ポンプの排気側に、非常に排気速度の小さいマイクロポンプを設けたものが提案されている(特許文献3、4)。このマイクロポンプの排気速度は、真空チャンバ内に微少量流される反応性ガス(せいぜい50〜150cc/min)を吸引・排気する程度(排気速度が、粗引ポンプの数百分の1以下)のものである。つまり、排気速度が非常に小さく設定されている。したがって、マイクロポンプに作用する上述した差圧による逆転トルクも非常に小さくなるため、損失動力も非常に小さくなるというものである。   (C1) As means for solving the problem of power loss in (3) above, there has been proposed one provided with a micro pump with a very low exhaust speed on the exhaust side of the roughing screw vacuum pump (Patent Document 3). 4). The pumping speed of this micro pump is such that a reactive gas (at most 50 to 150 cc / min) flowing into the vacuum chamber is sucked and exhausted (the pumping speed is one hundredth or less of the roughing pump). Is. That is, the exhaust speed is set very small. Therefore, the reverse torque due to the above-described differential pressure acting on the micropump is also very small, and the power loss is also very small.

しかしながら、このものは、粗引スクリュー真空ポンプが、大気圧から高真空領域に至るまで、つまり気体の粘性流領域から分子流領域に至るまで、連続して排気するというものである。したがって、このものは、粘性流領域(粗引排気)でのシール性を良好にする必要上、スクリューの巻数を多くし、且つ、スクリューとそのハウジングとの隙間も小さくする必要がある。しかも、分子流領域での排気速度を満足する必要上、大きな気体移送容積を有するものとしなければならない。したがって、スクリュー真空ポンプは半径方向および軸方向共に大きくなると共に、それに伴う熱膨張による隙間変動の問題も大きくなるため、スクリューと当該スクリュー収納室(ハウジング)の高精度加工が必要となりコストも高くなる。また、スクリュー真空ポンプにより大気圧近辺の気体を大容積のスクリュー真空ポンプで排気するものであるから、スクリュー真空ポンプを駆動する電動機も大容量のものを使用しなければならない。   However, this is such that the roughing screw vacuum pump continuously exhausts from the atmospheric pressure to the high vacuum region, that is, from the gas viscous flow region to the molecular flow region. Therefore, it is necessary to increase the number of turns of the screw and to reduce the clearance between the screw and its housing in order to improve the sealing performance in the viscous flow region (rough exhaust). Moreover, in order to satisfy the pumping speed in the molecular flow region, it must have a large gas transfer volume. Accordingly, the screw vacuum pump becomes larger in both the radial direction and the axial direction, and the problem of gap fluctuation due to thermal expansion accompanying it increases, so that high-precision machining of the screw and the screw storage chamber (housing) is required and the cost is also increased. . Further, since the gas near the atmospheric pressure is exhausted by the screw vacuum pump with the large volume screw vacuum pump, the motor that drives the screw vacuum pump must also have a large capacity.

(C2)同じく上記(3)の損失動力の問題を解決する手段として、図11及び図12に示すように、単にスクリューの巻数を複数とするだけでなく、排気側移送室の容積を小さくし、単段で使用するスクリュー真空ポンプが提案されている。この従来例について、本願発明の理解を容易にするため、以下詳述する。   (C2) Similarly, as a means for solving the problem of power loss in (3) above, as shown in FIGS. 11 and 12, the volume of the exhaust-side transfer chamber is reduced as well as a plurality of screw turns. A screw vacuum pump for use in a single stage has been proposed. This conventional example will be described in detail below in order to facilitate understanding of the present invention.

ハウジング210の内部に形成されたロータ収納室210bには、歯数比5対4の雌雄スクリューロータ220fおよび220mから構成されたメインスクリューロータ220と、歯数比5対4の別の雌雄スクリューロータ230fおよび230mから構成されたサブスクリューロータ230と、が回転可能に収納されている。   A rotor storage chamber 210b formed inside the housing 210 includes a main screw rotor 220 composed of male and female screw rotors 220f and 220m having a gear ratio of 5 to 4, and another male and female screw rotor having a gear ratio of 5 to 4. A sub screw rotor 230 composed of 230f and 230m is rotatably accommodated.

モータ243を回転させると、これに連結された雄ロータ230m、220mが回転し、同時に、タイミングギア241及び242を介して雌ロータ220f、230fも回転させられる。このように、メインとサブのロー夕220及び230が回転駆動すると、被真空排気室の気体が、吸気口210aを介してハウジング210の内部に吸入され、移送・圧縮され、排気口210cから外部に排出される。   When the motor 243 is rotated, the male rotors 230m and 220m connected to the motor 243 are rotated, and at the same time, the female rotors 220f and 230f are also rotated through the timing gears 241 and 242. As described above, when the main and sub row 220 and 230 are rotationally driven, the gas in the vacuum exhaust chamber is sucked into the housing 210 through the suction port 210a, transferred and compressed, and is discharged from the exhaust port 210c to the outside. To be discharged.

さて、容積移送型ポンプ200が排気運転時に必要とされる動力は、吸入した圧縮性流体を排気口210cまで移送する移送動力と、容積移送型ポンプ200の移送室の容積が吸気口210aから排気口210cに向けて小さくなっていることによる容積圧縮動力と、メインスクリューロータ220又はサブスクリューロータ230とハウジング210との間に形成された隙間等を通って高圧側、即ち排気側から低圧側、即ち吸気側に逆流した圧縮性流体を再度排気口210cまで移送する動力と、吸気側と排気側の圧力差によって圧縮性流体から受ける力に対向する動力(以下、差圧による動力という。)と、に分けられる。   The power required for the displacement transfer pump 200 during the exhaust operation is the transfer power for transferring the sucked compressive fluid to the exhaust port 210c, and the volume of the transfer chamber of the positive displacement pump 200 is exhausted from the intake port 210a. The volumetric compression power due to being reduced toward the port 210c and the gap formed between the main screw rotor 220 or the sub screw rotor 230 and the housing 210, etc., the high pressure side, that is, the exhaust side to the low pressure side, That is, power for transferring the compressive fluid that has flowed back to the intake side to the exhaust port 210c again, and power that opposes the force received from the compressive fluid due to the pressure difference between the intake side and the exhaust side (hereinafter referred to as power due to differential pressure). , Divided into

上述した容積移送型ポンプ200の排気運転時に必要とされる動力の割合は、吸気口210a付近の圧縮性流体の圧力と排気口210c付近の圧縮性流体の圧力とによって異なる。例えば、吸気口210aを介して内部の圧力が大気圧と等しい一定容積の容器等(以下、被真空容器という。)を容積移送型ポンプ200によって排気する場合、時間とともに吸気口210a付近の圧縮性流体の圧力は低下し、やがて到達圧力になる。ただし、吸気口210aに少量のガス等が流れ込んでくる場合には、吸気口210a付近の圧縮性流体の圧力は到達圧力とはならないが、ある程度の真空状態となる。したがって、排気開始時には、吸気口210a及び排気口210c付近の圧縮性流体の圧力は共に大気圧に等しく、必要とされる動力は主に容積圧縮動力であるが、被真空容器の内部の気体が到達圧力或はある程度の真空状態になったときは、排気口210c付近の圧縮性流体の圧力と吸気口210a付近の圧縮性流体の圧力との差が大きくなり、必要とされる動力は主に差圧による動力となる。   The ratio of power required during the exhaust operation of the positive displacement pump 200 described above differs depending on the pressure of the compressive fluid near the intake port 210a and the pressure of the compressive fluid near the exhaust port 210c. For example, when a container having a constant volume (hereinafter referred to as a container to be vacuumed) whose internal pressure is equal to the atmospheric pressure is exhausted by the volume transfer pump 200 through the intake port 210a, the compressibility of the vicinity of the intake port 210a with time is increased. The pressure of the fluid decreases and eventually reaches the ultimate pressure. However, when a small amount of gas or the like flows into the intake port 210a, the pressure of the compressive fluid in the vicinity of the intake port 210a does not reach the ultimate pressure, but is in a certain vacuum state. Therefore, at the start of evacuation, the pressures of the compressive fluid near the intake port 210a and the exhaust port 210c are both equal to the atmospheric pressure, and the required power is mainly volumetric compression power, but the gas inside the vacuum container is When the ultimate pressure or a certain level of vacuum is reached, the difference between the pressure of the compressive fluid near the exhaust port 210c and the pressure of the compressive fluid near the intake port 210a becomes large, and the required power is mainly Power by differential pressure.

通常、真空ポンプは、一定容積の容器を真空に保つために使用されることが多いため、真空ポンプが運転中に必要とする動力、即ち消費動力も差圧による動力が大半を占めることになる。したがって、差圧による動力を減少させることにより、真空ポンプの省エネルギー化を計ることができる。   Normally, vacuum pumps are often used to keep a container of a certain volume in a vacuum, so that the power required by the vacuum pumps during operation, that is, the power consumed is mostly due to the pressure difference. . Therefore, energy saving of the vacuum pump can be achieved by reducing the power due to the differential pressure.

ここで、スクリュー式真空ポンプ等の雌雄各ロータの差圧による消費動力Wは、当該ロータのトルクをT、当該ロータの回転数をN、定数をaとすると、一般式として次の(1)式によって表すことができる。
W=a×T×N…………………………………………(1)
Here, the power consumption W due to the differential pressure of male and female rotors such as screw type vacuum pumps is expressed by the following general formula (1), where T is the torque of the rotor, N is the rotational speed of the rotor, and a is a constant. It can be expressed by a formula.
W = a × T × N ………………………………………… (1)

また、ロータの回転軸に平行な方向で換算した高圧側受圧面積をA1、高圧側平均圧力をP1、A1面積中心からロータ回転中心までの距離をL1、ロータの回転軸に平行な方向で換算した低圧側受圧面積をA2、低圧側平均圧力をP2、A2面積中心からロータ回転中心までの距離をL2とすると、トルクTは、次の(2)式によって表すことができる。ただし、高圧側とは、排気側のことであり、低圧側とは、吸気側のことである。
T=A1×P1×L1-A2×P2×L2……………(2)
Also, the high pressure side pressure receiving area converted in the direction parallel to the rotor rotation axis is A1, the high pressure side average pressure is P1, the distance from the center of the A1 area to the rotor rotation center is L1, and the conversion is in the direction parallel to the rotor rotation axis. When the low pressure side pressure receiving area is A2, the low pressure side average pressure is P2, and the distance from the A2 area center to the rotor rotation center is L2, the torque T can be expressed by the following equation (2). However, the high pressure side is the exhaust side, and the low pressure side is the intake side.
T = A1 * P1 * L1-A2 * P2 * L2 (2)

(2)式において、A1、A2、L1及びL2は真空ポンプの構造によって変更が可能であり、(1)及び(2)式によれば、トルクTが小さくなるように真空ポンプの構造を決定することにより、差圧による動力Wを小さくすることができる。   In equation (2), A1, A2, L1 and L2 can be changed depending on the structure of the vacuum pump. According to equations (1) and (2), the structure of the vacuum pump is determined so that the torque T is reduced. By doing so, the power W by the differential pressure can be reduced.

しかし、実際にはA2及びL2は真空ポンプの排気速度を決定すると必然的に決まってくる寸法であり、被真空容器の内部の気体が到達圧力或はある程度の真空状態になった場合、即ち吸気側圧力がある程度低い状態においては、吸気側の圧縮性流体の圧力による力は無視できるレベルである。したがって、A1及びL1を小さくすること、即ちサブスクリューロータ230の歯溝及びハウジング210によって形成され、排気口210c(大気圧)に連通するときの移送室230A(以下、排気側移送室という。)の容積を小さくすることが、差圧による動力Wを減少させることとなる。   However, in actuality, A2 and L2 are dimensions that are inevitably determined when the pumping speed of the vacuum pump is determined, and when the gas inside the vacuum container reaches an ultimate pressure or a certain level of vacuum, that is, intake air In a state where the side pressure is low to some extent, the force due to the pressure of the compressible fluid on the intake side is at a negligible level. Therefore, A1 and L1 are reduced, that is, a transfer chamber 230A (hereinafter referred to as an exhaust side transfer chamber) formed by the tooth groove of the sub screw rotor 230 and the housing 210 and communicating with the exhaust port 210c (atmospheric pressure). Decreasing the volume of power reduces the power W due to the differential pressure.

しかしながら、このような従来の真空ポンプにあっては、排気側移送室230Aを形成するサブスクリューロータ230の外径及びハウジング210の内径がメインスクリューロータ220の外径及びハウジング210の内径とそれぞれ等しく形成されていたため、設計排気速度(入力軸1回転当たりの気体移送容積と入力軸の単位時間回転数を乗じた値)を大きくするために、メインスクリューロータ220の歯溝及びハウジング210によって形成され、吸気口210aから閉じられた直後の移送室220A(以下、吸気側移送室という。)の容積を大きく設計すると、排気側移送室230Aの容積を最適な大きさまで小さくすることが困難であった。   However, in such a conventional vacuum pump, the outer diameter of the sub-screw rotor 230 and the inner diameter of the housing 210 forming the exhaust-side transfer chamber 230A are equal to the outer diameter of the main screw rotor 220 and the inner diameter of the housing 210, respectively. In order to increase the design pumping speed (the value obtained by multiplying the gas transfer volume per one rotation of the input shaft and the unit time rotational speed of the input shaft), it is formed by the tooth groove of the main screw rotor 220 and the housing 210. When the volume of the transfer chamber 220A (hereinafter referred to as the intake-side transfer chamber) immediately after being closed from the intake port 210a is designed to be large, it is difficult to reduce the volume of the exhaust-side transfer chamber 230A to an optimum size. .

即ち、スクリュー式の場合、気体移送室は、雌雄ロータの噛合いによって形成されている。したがって、従来の真空ポンプにあっては、吸気側移送室220Aを形成する雌雄ロータ220f、220mの外径と排気側移送室230Aを形成する雌雄ロータ230f、230mの外径は互いに等しいので、排気側移送室230Aの容積を小さくするためには、図11に示すように、サブスクリューロータ230のリード角θ2を小さくして、該リード角θ2で構成される中間移送室230B小さくすればよい。しかしながら、リード角θ2を小さくすることは加工上の問題から限界があり、中間移送室230Bの容積は、吸気側移送室220Aの容積の1/3程度までしか小さくすることができなかった。中間移送室230Bの容積を小さくできないということは、排気側移送室230Aの容積もそれに相応して小さくできないということである。具体的には、排気側移送室230Aの容積は中間移送室230Bの容積の約1/5程度までしか小さくできなかった。   That is, in the case of the screw type, the gas transfer chamber is formed by meshing of the male and female rotors. Therefore, in the conventional vacuum pump, the outer diameters of the male and female rotors 220f and 220m forming the intake side transfer chamber 220A and the outer diameters of the male and female rotors 230f and 230m forming the exhaust side transfer chamber 230A are equal to each other. In order to reduce the volume of the side transfer chamber 230A, as shown in FIG. 11, the lead angle θ2 of the sub screw rotor 230 may be reduced to reduce the intermediate transfer chamber 230B configured by the lead angle θ2. However, reducing the lead angle θ2 is limited due to processing problems, and the volume of the intermediate transfer chamber 230B can only be reduced to about 1/3 of the volume of the intake side transfer chamber 220A. The fact that the volume of the intermediate transfer chamber 230B cannot be reduced means that the volume of the exhaust side transfer chamber 230A cannot be reduced accordingly. Specifically, the volume of the exhaust-side transfer chamber 230A can only be reduced to about 1/5 of the volume of the intermediate transfer chamber 230B.

なお、ルーツ式やクロー式の真空ポンプで考えた場合、排気側移送室の容積を小さくするためには、ロータの軸方向の幅を減少させなければならないが、ロータの軸方向の幅を減少させるのには限界があり、設計排気速度を大きくするために吸気側移送室の容積を大きく設計すると、排気側移送室の容積を最適な大きさまで小さくすることが困難となる。   When considering roots type or claw type vacuum pumps, the axial width of the rotor must be reduced to reduce the volume of the exhaust side transfer chamber, but the axial width of the rotor is reduced. However, if the volume of the intake side transfer chamber is designed to be large in order to increase the designed exhaust speed, it is difficult to reduce the volume of the exhaust side transfer chamber to an optimum size.

このように、図11および図12に示すスクリュー真空ポンプにあっては、排気側移送室の容積を最適な大きさまで小さくすることが困難であったため、差圧による動力を減少させることができず、吸気側の圧力が到達圧力或はある程度の真空であるとき、エネルギー効率が低かった。   As described above, in the screw vacuum pump shown in FIGS. 11 and 12, it is difficult to reduce the volume of the exhaust-side transfer chamber to the optimum size, so that the power due to the differential pressure cannot be reduced. When the pressure on the intake side is the ultimate pressure or a certain degree of vacuum, the energy efficiency is low.

また、このものは、上記(B)で述べたと同様にスクリューの軸方向長さが長くなり、装置が大型化する。   Further, in this case, as described in the above (B), the axial length of the screw becomes long, and the apparatus becomes large.

特公平7−9239JP 7-9239 特開昭62−243982JP-A-62-243982 特開平7−119666JP-A-7-119666 特開平10−184576JP-A-10-184576

以上述べたように、従来、スクリュー真空ポンプを使用する真空排気装置において、スクリューポンプ固有の問題点、つまり、コンダクタンス、シール性、消費動力に関する問題を個々に解決する手段が提案されているが、それら問題点の全てを解決したものはなく、一方でそれら解決手段は、装置の大型化、保守性等、新たな問題を生じるものである。   As described above, conventionally, in a vacuum exhaust apparatus using a screw vacuum pump, means for individually solving problems inherent to the screw pump, that is, problems relating to conductance, sealing performance, and power consumption, have been proposed. None of these problems have been solved, but these means of solving cause new problems such as an increase in device size and maintainability.

本願発明は、このようなスクリュー真空ポンプを使用した真空排気装置の問題点を解決することを目的とする。   The object of the present invention is to solve the problems of the vacuum exhaust apparatus using such a screw vacuum pump.

上記課題を解決するために、本発明の真空排気装置は、粗引ポンプとブースタポンプとを備えた真空排気装置において、粗引ポンプとブースタポンプをそれぞれスクリュー真空ポンプで構成し、粗引スクリュー真空ポンプの設計排気速度(「設計排気速度」とは、入力軸1回転当たりの気体移送容積と入力軸の単位時間回転数を乗じた値をいうものとする。以下同じ。)を、ブースタスクリュー真空ポンプの設計排気速度より十分小さいが粗引ポンプとして機能する大きさとし、粗引スクリュー真空ポンプのスクリュー巻数(「巻数」とは、雌雄スクリューの歯数が異なる場合、歯数の多い方のスクリューの巻数をいうものとする。以下同じ。)を、ブースタスクリュー真空ポンプのスクリュー巻数より多くしたことを特徴とする。
i) この構成によれば、一般特性として圧縮比の高いスクリュー真空ポンプをブースタポンプとして用いているので、粗引ポンプの設計排気速度は小さなもの(小型)であっても、システム全体として大きな排気速度を達成することができる。
ii) さらに、該粗引スクリューポンプの設計排気速度を、ブースタポンプの設計排気速度より十分小さくしているが、粗引ポンプとして機能する大きさとしている。したがって、ブースタポンプは、その吸気側が大気圧のときから排気できる能力を持たせる必要がなく、小型で簡単な構造にできると共に、粗引ポンプは、その吸気側圧力が到達圧力或はある程度の真空状態において、差圧による動力損失を小さくすることができる。
iii) また、粗引スクリューポンプの設計排気速度を上述したように十分小さくしているので、そのスクリュー半径を小さくすることができる。従って、半径方向の熱膨張による隙間変動が小さくなるので、当該半径方向隙間をより小さくすることができる。その結果、気体の漏れ総空間が小さくなりシール性を良好にすることができる。
iv) このように、粗引スクリューポンプのシール性を良好にできるため、シール性向上のためのスクリュー巻数を多くする必要がなく、粗引ポンプの軸方向長さを短く押さえることができる。
v) また、上述したように粗引ポンプのシール性を良好にすることができるため、ブースタポンプのスクリュー巻数が少なくても、或いは、スクリューとハウジングとの間の隙間等の精度が良くなくとも、高い真空度を得ることができると共に、ブースタスクリューポンプの軸方向長を短く押さえることができる。
vi) また、ブースタポンプのスクリュー巻数を少なくできるので、ブースタポンプのスクリューのリード角を大きくしてコンダクタンスを大きくするようにしても、軸方向長が過大になることもない。
vii) また、粗引ポンプ・ブースタポンプ共に構造の簡単なスクリュー真空ポンプを採用しているので、排気通路がシンプルかつ短くなる。したがって、反応生成物が排気通路に詰まりにくいと共に、仮に詰まったり付着したとしても、その除去等、保守が容易となる。
In order to solve the above problems, an evacuation apparatus according to the present invention is a vacuum evacuation apparatus having a roughing pump and a booster pump, wherein the roughing pump and the booster pump are each constituted by a screw vacuum pump, The pump's design pumping speed (“design pumping speed” means the value obtained by multiplying the gas transfer volume per rotation of the input shaft by the unit time rotation speed of the input shaft. The same shall apply hereinafter). The pump pumping speed is sufficiently smaller than the pump pumping speed, but large enough to function as a roughing pump. The number of screw turns of the roughing screw vacuum pump is different from that of the screw with the larger number of teeth. The same shall apply hereinafter)), which is characterized in that it is more than the number of screw turns of the booster screw vacuum pump.
i) According to this configuration, a screw vacuum pump having a high compression ratio is used as a booster pump as a general characteristic. Speed can be achieved.
ii) Further, the designed pumping speed of the roughing screw pump is made sufficiently smaller than the designed pumping speed of the booster pump, but it is set to function as a roughing pump. Therefore, the booster pump does not need to have the ability to exhaust from the intake side when it is at atmospheric pressure, and can be made small and simple in structure. In the state, the power loss due to the differential pressure can be reduced.
iii) Since the design pumping speed of the roughing screw pump is sufficiently small as described above, the screw radius can be reduced. Accordingly, the gap variation due to the thermal expansion in the radial direction is reduced, so that the radial gap can be further reduced. As a result, the total gas leakage space is reduced and the sealing performance can be improved.
iv) As described above, since the sealing performance of the roughing screw pump can be improved, it is not necessary to increase the number of screw turns for improving the sealing performance, and the axial length of the roughing pump can be reduced.
v) Further, as described above, the sealing performance of the roughing pump can be improved, so even if the number of screw turns of the booster pump is small or the accuracy of the gap between the screw and the housing is not good. A high degree of vacuum can be obtained, and the axial length of the booster screw pump can be kept short.
vi) Further, since the number of screw turns of the booster pump can be reduced, even if the lead angle of the booster pump screw is increased to increase the conductance, the axial length is not excessively increased.
vii) Since the rough vacuum pump and the booster pump employ screw vacuum pumps with a simple structure, the exhaust passage is simple and short. Therefore, the reaction product is not easily clogged in the exhaust passage, and even if it clogs or adheres, maintenance such as removal thereof becomes easy.

また、本発明の真空排気装置は、前記粗引スクリュー真空ポンプの設計排気速度が、前記ブースタスクリュー真空ポンプの設計排気速度の1/5〜1/100であることを特徴とする。   Moreover, the vacuum exhaust apparatus of the present invention is characterized in that a design exhaust speed of the roughing screw vacuum pump is 1/5 to 1/100 of a design exhaust speed of the booster screw vacuum pump.

この構成により、従来に比べてエネルギー効率が高い真空排気装置をより確実に得ることができる。なお、ブースタスクリュー真空ポンプの設計排気速度に対して、粗引スクリュー真空ポンプの設計排気速度小さければ小さいほど消費電力は低く押さえることができるが、粗引ポンプの設計排気速度を小さくし過ぎると、被真空容器を大気圧から到達圧力にするまでの過渡期において排気時間が長くなってしまうという弊害が生じる。したがって、消費電力及び排気時間の両方を考慮して、粗引ポンプの設計排気速度をブースタポンプ設計排気速度の1/5〜1/100とした。   With this configuration, it is possible to more reliably obtain a vacuum exhaust apparatus having higher energy efficiency than conventional ones. The lower the design pumping speed of the roughing screw vacuum pump relative to the design pumping speed of the booster screw vacuum pump, the lower the power consumption, but if the design pumping speed of the roughing pump is too low, In the transition period from the atmospheric pressure to the ultimate pressure, the adverse effect that the exhaust time becomes longer occurs. Therefore, considering both power consumption and exhaust time, the design pumping speed of the roughing pump is set to 1/5 to 1/100 of the booster pump designed pumping speed.

また、本発明の真空排気装置は、前記ブースタスクリュー真空ポンプのスクリュー巻数が、略1あるいは、該ブースタポンプの吸気口及び排気口のいずれとも連通しない気体移送室が少なくとも一つ形成される巻数であることあることを特徴とする。   In the vacuum exhaust apparatus of the present invention, the number of screw turns of the booster screw vacuum pump is approximately 1, or the number of turns in which at least one gas transfer chamber that does not communicate with either the intake port or the exhaust port of the booster pump is formed. It is characterized by being.

この構成により装置の大きさに大きく影響するブースタスクリュー真空ポンプの軸方向長をほぼ最小とすることができ、装置の小型化を図ることができる。   With this configuration, the axial length of the booster screw vacuum pump that greatly affects the size of the apparatus can be substantially minimized, and the apparatus can be miniaturized.

また、本発明の真空排気装置は、前記粗引スクリュー真空ポンプのスクリューの巻数が、3〜7巻であることあることを特徴とする。   Moreover, the vacuum exhaust apparatus of the present invention is characterized in that the number of turns of the screw of the roughing screw vacuum pump is 3 to 7 turns.

この構成により、ブースタスクリュー真空ポンプのシール性を高めなくとも、真空排気装置全体の良好なシール性を維持でき、粗引ポンプの軸方向長が過大となることもない。   With this configuration, it is possible to maintain good sealing performance of the entire evacuation apparatus without increasing the sealing performance of the booster screw vacuum pump, and the axial length of the roughing pump does not become excessive.

また、本発明の真空排気装置は、前記ブースタスクリュー真空ポンプのスクリューリード角が、前記粗引スクリュー真空ポンプのスクリューリード角より大きいことを特徴とする。   The vacuum exhaust apparatus of the present invention is characterized in that a screw lead angle of the booster screw vacuum pump is larger than a screw lead angle of the roughing screw vacuum pump.

この構成により、ブースタスクリューポンプの軸方向長はリード角に相応して長くなるが、コンダクタンスを大きくすることができる。一方、粗引スクリューポンプの軸方向長が長くなることはない。   With this configuration, the axial length of the booster screw pump becomes longer corresponding to the lead angle, but the conductance can be increased. On the other hand, the axial length of the roughing screw pump does not increase.

また、本発明の真空排気装置は、前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が大気から13300Pa程度に低下するまで前記粗引スクリュー真空ポンプだけを駆動し、前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が13300Pa程度以下になったところで該ブースタポンプを駆動し始めることを特徴とする。   Further, the vacuum exhaust apparatus of the present invention drives only the roughing screw vacuum pump until the suction side pressure of the booster screw vacuum pump drops from the atmosphere to about 13300 Pa, and the suction side pressure of the booster screw vacuum pump is 13300 Pa. The booster pump is started to be driven when the pressure becomes less than about.

この構成により、ブースタポンプの駆動に必要な動力は小さくてよく、その駆動電動機は小容量でよい。   With this configuration, the power required for driving the booster pump may be small, and the drive motor may have a small capacity.

また、本発明の真空排気装置は、前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が比較的高い範囲においては、排気時間短縮のため、ブースタスクリュー真空ポンプと粗引スクリュー真空ポンプの各駆動モータを、それらのモータがオーバーロードとならない範囲内で、できるだけ高い回転数で回転させ、前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が到達圧力あるいは比較的低い圧力となったときは、ブースタスクリュー真空ポンプの駆動モータ回転数を被真空排気室に要求される真空度を維持する最低の回転数まで低下させると共に、粗引スクリュー真空ポンプの駆動モータ回転数を、ブースタポンプの背圧をその臨界背圧以下に維持できる範囲内で、できるだけ低い回転数とすることにより、所要動力を低減させることを特徴とする。   In addition, the vacuum pumping apparatus of the present invention includes booster screw vacuum pump and roughing screw vacuum pump drive motors for reducing the pumping time in a range where the suction side pressure of the booster screw vacuum pump is relatively high. When the booster screw vacuum pump suction side pressure reaches the ultimate pressure or a relatively low pressure, the booster screw vacuum pump drive motor rotates. The number of rotations can be reduced to the minimum number of rotations required to maintain the degree of vacuum required for the evacuated chamber, and the drive motor rotation number of the roughing screw vacuum pump can be maintained below the critical back pressure of the booster pump. The required power is reduced by setting the number of revolutions as low as possible within the range. That.

この構成により、大気圧から排気するときの排気速度を大きくすることができ、また、消費動力を低くすることができる。   With this configuration, the exhaust speed when exhausting from the atmospheric pressure can be increased, and the power consumption can be reduced.

上述したように本発明の真空排気装置は、粗引ポンプとブースタポンプをそれぞれスクリュー真空ポンプで構成し、粗引スクリュー真空ポンプの設計排気速度を、ブースタスクリュー真空ポンプの設計排気速度より十分小さいが粗引ポンプとして機能する大きさとし、ブースタスクリュー真空ポンプのスクリュー巻数を、粗引スクリュー真空ポンプのスクリュー巻数より少なくしているので、構造が簡単で、消費電力が少なく、高い真空到達圧が得られ、保守が容易な真空排気装置を提供できる。   As described above, the vacuum evacuation apparatus of the present invention comprises a rough vacuum pump and a booster pump each configured by a screw vacuum pump, and the design exhaust speed of the rough suction screw vacuum pump is sufficiently lower than the design exhaust speed of the booster screw vacuum pump. The booster screw vacuum pump is designed to function as a roughing pump, and the number of turns of the booster screw vacuum pump is smaller than that of the roughing screw vacuum pump. Therefore, the structure is simple, power consumption is low, and high vacuum pressure is achieved. It is possible to provide a vacuum evacuation device that is easy to maintain.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜3を用いて本発明の第1実施形態に係る真空排気装置100について説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
A vacuum exhaust device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

真空排気装置100は、メカニカルブースタポンプとしてのスクリュー式真空ポンプAと粗引ポンプとしてのスクリュー式真空ポンプBとから構成されている。以下の用語において「メイン」は「ブースタスクリュー真空ポンプ」を意味し、「サブ」は「粗引スクリュー真空ポンプ」を意味する。   The vacuum exhaust apparatus 100 includes a screw type vacuum pump A as a mechanical booster pump and a screw type vacuum pump B as a roughing pump. In the following terms, “main” means “booster screw vacuum pump” and “sub” means “roughing screw vacuum pump”.

真空排気装置100は、メインスクリューロータ120(ブースタスクリュー真空ポンプのスクリューロータ)と、メインスクリューロータ120より外径が小さいサブスクリューロータ150(粗引スクリュー真空ポンプのスクリューロータ)と、を備えている。メインスクリューロータ120は、雌雄スクリューロータ120f及び120mから構成され、サブスクリューロータ150は、雌雄スクリューロータ150f及び150mから構成されている。   The vacuum exhaust apparatus 100 includes a main screw rotor 120 (a screw rotor of a booster screw vacuum pump) and a sub screw rotor 150 (a screw rotor of a roughing screw vacuum pump) having an outer diameter smaller than that of the main screw rotor 120. . The main screw rotor 120 includes male and female screw rotors 120f and 120m, and the sub screw rotor 150 includes male and female screw rotors 150f and 150m.

メインスクリューロータ120は、ハウジング110の内部に形成されたメインロータ収納室110bに収納されている。詳述すると、雌ロ一夕120fは軸受131、132及び133によってハウジング110に回転可能に支持され、雄ロータ120mは軸受134、135及び136によってハウジング110に回転可能に支持されている。ここで、シール137、138、139及び140は軸受131、132、133、134、135及び136とメインロータ収納室110bとを隔離し、軸受131、132、133、134、135及び136の潤滑油がメインロータ収納室110bに漏洩することを防止するとともに、メインロータ収納室110bから軸受131、132、133、134、135及び136に異物が侵入することを防止している。   The main screw rotor 120 is stored in a main rotor storage chamber 110 b formed inside the housing 110. Specifically, the female rod 120f is rotatably supported on the housing 110 by bearings 131, 132, and 133, and the male rotor 120m is rotatably supported on the housing 110 by bearings 134, 135, and 136. Here, the seals 137, 138, 139 and 140 isolate the bearings 131, 132, 133, 134, 135, and 136 from the main rotor storage chamber 110 b, and lubricate the bearings 131, 132, 133, 134, 135, and 136. Is prevented from leaking into the main rotor storage chamber 110b, and foreign matter is prevented from entering the bearings 131, 132, 133, 134, 135 and 136 from the main rotor storage chamber 110b.

サブスクリューロータ150は、ハウジング110の内部に形成されたサブロータ収納室110dに収納されている。詳述すると、雌ロータ150fは軸受161、162及び163によってハウジング110に回転可能に支持され、雄ロータ150mは軸受164、165及び166によってハウジング110に回転可能に支持されている。ここで、シール167、168、169及び170は軸受161、162、163、164、165及び166とサブロータ収納室110dとを隔離し、軸受161、162、163、164、165及び166の潤滑油がサブロータ収納室110dに漏洩することを防止するとともに、サブロータ収納室110dから軸受161、162、163、164、165及び166に異物が侵入することを防止している。   The sub screw rotor 150 is stored in a sub rotor storage chamber 110 d formed inside the housing 110. Specifically, the female rotor 150f is rotatably supported on the housing 110 by bearings 161, 162, and 163, and the male rotor 150m is rotatably supported on the housing 110 by bearings 164, 165, and 166. Here, the seals 167, 168, 169, and 170 isolate the bearings 161, 162, 163, 164, 165, and 166 from the sub-rotor storage chamber 110d, and the lubricating oil of the bearings 161, 162, 163, 164, 165, and 166 is removed. While preventing leakage to the sub-rotor storage chamber 110d, foreign matter is prevented from entering the bearings 161, 162, 163, 164, 165 and 166 from the sub-rotor storage chamber 110d.

ここで、粗引ポンプBの排気側移送室150Aの容積は、ブースタポンプAの吸気側移送室120A容積の1/5以下になるように設計されている。   Here, the volume of the exhaust side transfer chamber 150A of the roughing pump B is designed to be 1/5 or less of the volume of the intake side transfer chamber 120A of the booster pump A.

粗引ポンプとしてのスクリュー式真空ポンプBの設計排気速度(入力軸1回転当たりの気体移送容積と入力軸の単位時間回転数を乗じた値)は420リットル/min(モータ173の定格回転数4500rpm)に、メカニカルブースタポンプとしてのスクリュー式真空ポンプAの設計排気速度は8500L/min(モータ143の定格回転数6800rpm)にそれぞれ設計されている。すなわち、粗引きポンプBの設計排気速度はブースタポンプAの約1/20(入力軸1回転当たりの気体移送容積の比に換算すると、約1/13)に設計されている。このように、粗引ポンプBの設計排気速度がブースタポンプAに比べ小さくなるということは、第3図に示すように、粗引ポンプBの大気に連通する排気側移送室150Aの容積もそれに相応して小さくなるということである。したがって、粗引ポンプBの排気側移送室150A容積は、ブースタポンプAの吸気側移送室120Aより十分に小さくなっている。粗引ポンプBの大気に連通する排気側移送室150Aの図3における右端面と、排気口110eの図3における左端面(ハウジング内壁)との関係は、必要な排気通路面積を確保しつつ、大気に連通する排気側移送室150Aの容積が最小となるよう設計されている。具体的には、排気側移送室150Aの容積は、粗引ポンプ自体の吸気側移送室150B容積の約1/5程度まで小さくすることができる。   The pumping speed of the screw vacuum pump B as a roughing pump is 420 liters / min (the rated rotational speed of the motor 173 is 4500 rpm) multiplied by the gas transfer volume per rotation of the input shaft and the rotational speed of the input shaft per unit time. ), The design pumping speed of the screw type vacuum pump A as a mechanical booster pump is designed to be 8500 L / min (the rated rotational speed of the motor 143 is 6800 rpm). That is, the designed exhaust speed of the roughing pump B is designed to be about 1/20 of the booster pump A (about 1/13 when converted to the ratio of the gas transfer volume per one rotation of the input shaft). As described above, the design exhaust speed of the roughing pump B is smaller than that of the booster pump A. As shown in FIG. 3, the volume of the exhaust-side transfer chamber 150A communicating with the atmosphere of the roughing pump B is also increased. It is correspondingly smaller. Therefore, the volume of the exhaust side transfer chamber 150A of the roughing pump B is sufficiently smaller than the intake side transfer chamber 120A of the booster pump A. The relationship between the right end surface in FIG. 3 of the exhaust-side transfer chamber 150A communicating with the atmosphere of the roughing pump B and the left end surface (housing inner wall) in FIG. 3 of the exhaust port 110e is assured the necessary exhaust passage area. The exhaust-side transfer chamber 150A communicating with the atmosphere is designed to have a minimum volume. Specifically, the volume of the exhaust side transfer chamber 150A can be reduced to about 1/5 of the volume of the intake side transfer chamber 150B of the roughing pump itself.

また、メインロータ収納室110bは、ハウジング110の壁部に形成され、ハウジング110の外部からハウジング110の内部に圧縮性流体を吸入するための吸気口110aによってハウジング110の外部と連通し、メインロータ収納室110bとサブロータ収納室110dは、ハウジング110の内部に形成された連通路110cによって連通され、サブロータ収納室110dは、ハウジング110の壁部に形成され、ハウジング110の内部からハウジング110の外部に圧縮性流体を排出するための排気口110eによってハウジング110の外部と連通している。ここで、吸気口110aは図示していない一定容積の被真空容器に連通していて、排気口110eは大気に連通している。   The main rotor storage chamber 110b is formed in the wall portion of the housing 110, and communicates with the outside of the housing 110 through an intake port 110a for sucking a compressive fluid from the outside of the housing 110 into the housing 110. The storage chamber 110b and the sub-rotor storage chamber 110d are communicated with each other by a communication passage 110c formed inside the housing 110. The sub-rotor storage chamber 110d is formed on the wall portion of the housing 110 and extends from the inside of the housing 110 to the outside of the housing 110. The exhaust port 110e for discharging the compressive fluid communicates with the outside of the housing 110. Here, the intake port 110a communicates with a vacuum container having a fixed volume (not shown), and the exhaust port 110e communicates with the atmosphere.

メインスクリューロータ120の雌雄ロータ120f及び120mの一端部には、それらの一方の回転に伴ってそれらの他方を回転させるタイミングギア141及び142が、それぞれ互いに噛み合うように固定されている。更に、雄ロータ120mの一端部には、メインモータ143が一体的に連結している。   Timing gears 141 and 142 that rotate the other of the male and female rotors 120f and 120m of the main screw rotor 120 in accordance with the rotation of one of them are fixed to mesh with each other. Further, a main motor 143 is integrally connected to one end of the male rotor 120m.

サブスクリューロータ150の雌雄ロータ150f及び150mの一端部には、それらの一方の回転に伴ってそれらの他方を回転させるタイミングギア171及び172が、それぞれ互いに噛み合うように固定されている。更に、雌ロータ150fの一端部には、サブモータ173が一体的に連結している。   Timing gears 171 and 172 that rotate the other of the male and female rotors 150f and 150m of the sub screw rotor 150 in accordance with the rotation of one of them are fixed so as to mesh with each other. Further, a sub motor 173 is integrally connected to one end of the female rotor 150f.

ハウジング110は、メインハウジング第一部材111、メインハウジング第二部材112、メインハウジング第三部材113、メインハウジング第四部材114、サブハウジング第一部材115、サブハウジング第二部材116、サブハウジング第三部材117及びサブハウジング第四部材118から形成されている。   The housing 110 includes a main housing first member 111, a main housing second member 112, a main housing third member 113, a main housing fourth member 114, a sub housing first member 115, a sub housing second member 116, and a sub housing third. The member 117 and the sub housing fourth member 118 are formed.

メイン側雌雄ロータ120f、120mのスクリュー歯数比は6対5に、サブ側雌雄ロータ150f、150mのスクリュー歯数比も6対5に、それぞれ構成されている。メイン側雌雄ロータ120f、120mのスクリュー巻数は1(ここにいう「巻数1」は、雌スクリュー120f(歯数6)の巻数を意味する。「巻数」とは、雌雄スクリューの歯数が異なる場合、歯数の多い方のスクリューの巻数をいう、との前記定義参照。)に、サブ側雌雄ロータ150f及び150mのスクリュー巻数は5に、それぞれ構成されている。メイン側雌ロータ120fのスクリューリード角は約45度に、サブ側雌ロータ150fのスクリューリード角は約12度に、それぞれ構成されている。   The screw ratio between the main-side male and female rotors 120f and 120m is 6 to 5, and the screw ratio between the sub-side male and female rotors 150f and 150m is 6 to 5. The number of screw turns of the main-side male and female rotors 120f, 120m is 1 (here, “number of turns 1” means the number of turns of the female screw 120f (number of teeth 6). “Number of turns” means that the number of teeth of the male and female screws is different. , Refer to the above definition of the number of turns of the screw having the larger number of teeth.), The number of screw turns of the sub-side male and female rotors 150f and 150m is set to 5, respectively. The screw lead angle of the main-side female rotor 120f is about 45 degrees, and the screw lead angle of the sub-side female rotor 150f is about 12 degrees.

ここで、上述したメイン側雌雄ロータ120f、120mのスクリュー巻数は、略1あるいは、吸気口110a及び排気口110cのいずれとも連通しない気体移送室(例えば、図3に120Bで示すよな圧縮工程にある閉塞された室)が少なくとも一つ形成される巻数でよい。本実施形態におけるブースタポンプAは、粗引ポンプBの設計排気速度とシール性との関係上、シール性をよくしなくともよいからである。   Here, the number of screw turns of the above-described main-side male and female rotors 120f and 120m is approximately 1, or a gas transfer chamber that does not communicate with either the intake port 110a or the exhaust port 110c (for example, in a compression process as indicated by 120B in FIG. 3). The number of turns in which at least one closed chamber) is formed may be sufficient. This is because the booster pump A in the present embodiment does not need to improve the sealing performance because of the relationship between the design exhaust speed of the roughing pump B and the sealing performance.

次に、本実施形態に係る真空排気装置100の作用について説明する。   Next, the operation of the vacuum exhaust apparatus 100 according to this embodiment will be described.

まず、被真空容器(図示せず)内の圧力が大気圧近辺から13300Pa近辺になるまで当該室の気体を粗引スクリュー真空ポンプBで排気する場合について説明する。   First, the case where the gas in the chamber is exhausted by the roughing screw vacuum pump B until the pressure in the vacuum container (not shown) is changed from around atmospheric pressure to around 13300 Pa will be described.

サブモータ173を駆動することにより、雌雄ロータータ150f、150mが回転し、被真空排気室の気体を排気する。このとき、被真空排気室の気体は、ブースタポンプAの吸気口110a、ブースタポンプAおよび連通路110cを介して粗引ポンプAに吸引され、排気口110eから大気中に排出される。   By driving the sub motor 173, the male and female rotors 150f and 150m rotate to exhaust the gas in the vacuum exhaust chamber. At this time, the gas in the vacuum exhaust chamber is sucked into the roughing pump A through the intake port 110a, the booster pump A, and the communication passage 110c of the booster pump A, and is discharged into the atmosphere from the exhaust port 110e.

かかる排気によりブースタスクリュー真空ポンプAの吸入側圧力が13300Pa程度以下になった時点で、粗引スクリュー真空ポンプBのロータ150f、150mの回転を維持したままで、ブースタポンプAを駆動し始める。すなわち、メインモータ143を駆動することにより、雌雄ロータ120m及び120fを回転させ、希薄になっている被真空排気室の気体を粗引ポンプB側に移送・排気する。粗引ポンプBは、このブースタポンプAから移送されてきた気体を、さらに移送・圧縮して排気口110eから大気中に排出する。以上のようにして、被真空容積の容器の気圧は、到達圧力まで下げられる。   When the suction side pressure of the booster screw vacuum pump A becomes about 13300 Pa or less due to such exhaust, the booster pump A starts to be driven while maintaining the rotation of the rotors 150f and 150m of the roughing screw vacuum pump B. That is, by driving the main motor 143, the male and female rotors 120m and 120f are rotated, and the diluted gas in the vacuum exhaust chamber is transferred and exhausted to the roughing pump B side. The roughing pump B further transfers and compresses the gas transferred from the booster pump A, and discharges it to the atmosphere from the exhaust port 110e. As described above, the atmospheric pressure of the container to be vacuumed is lowered to the ultimate pressure.

ここで、ブースタポンプAは、圧力の低い気体を排出するので、ブースタポンプAを駆動するのに必要な動力は小さくてよいため、その駆動電動機は小容量のものとすることができる。   Here, since the booster pump A discharges a gas having a low pressure, the power required for driving the booster pump A may be small, and therefore the drive motor can be of a small capacity.

また、真空ポンブ100は、粗引ポンプとしてのスクリュー式真空ポンプBの設計排気速度は420L/min(モータ173の定格回転数4500rpm)に、ブースタポンプとしてのスクリュー式真空ポンプAの設計排気速度は8500L/min(モータ143の定格回転数6800rpm)にそれぞれ設計されている。すなわち、粗引きポンプBの設計排気速度はブースタポンプAの約1/20に設計されているので、従来に比べ差圧による動力を減少させることができ、吸気側の圧力が到達圧力或はある程度の真空であるときエネルギー効率を高くすることができる。   Further, the vacuum pump 100 has a design exhaust speed of a screw vacuum pump B as a roughing pump of 420 L / min (a rated rotational speed of a motor 173 of 4500 rpm), and a design exhaust speed of a screw vacuum pump A as a booster pump is Each is designed to 8500 L / min (the rated rotational speed of the motor 143 is 6800 rpm). That is, since the pumping speed of the roughing pump B is designed to be about 1/20 that of the booster pump A, the power due to the differential pressure can be reduced as compared with the conventional case, and the pressure on the intake side is the ultimate pressure or to some extent. Energy efficiency can be increased when the vacuum is.

このように、本実施形態の真空排気装置がエネルギー効率を高くでき、しかも、小型とできる点について、理解を容易にするため、メカニカルブースタポンプにルーツ式真空ポンプを用いた場合と比較して以下説明する。   Thus, in order to facilitate understanding of the point that the vacuum evacuation apparatus of the present embodiment can increase energy efficiency and can be downsized, the following is compared with a case where a roots type vacuum pump is used as a mechanical booster pump. explain.

ブースタポンプにルーツ式真空ポンプを用いるとすると、ルーツ式真空ポンプの圧縮比(排気側圧力と吸気側圧力の比)が10:1程度と小さいため、粗引ポンプの排気速度を大きくしなければならない。例えば、吸気口圧力が1Paのときの排気速度が4,000L/minのブースタポンプで考えた場合であって、該ブースタポンプの吸気口圧力が1Paのときに、該ブースタポンプ吸気口に4,000Pa・L/minのガスを流したとすると、該ブースタポンプの排気口圧力は、圧縮比の関係から10Pa程度となる。すると、このシステムの粗引ポンプとしては、その吸入口圧力が10Paのとき、400L/min以上の排気速度をもったものが必要となり、その設計排気速度は1000L/min以上となるから、大容量のポンプとなる。例えばスクリュー式の場合、スクリューの溝・径・長さが大きくいものとなる。すなわち、前述した(2)式のA1、L1が大きくなる。このように、粗引ポンプが大容量になると、当然差圧による消費動力(前述した(2)式から導かれる)も大きくなってしまうのである。   If a roots-type vacuum pump is used as the booster pump, the compression ratio of the roots-type vacuum pump (ratio of exhaust side pressure to intake side pressure) is as small as about 10: 1. Don't be. For example, when considering a booster pump with an exhaust speed of 4,000 L / min when the inlet pressure is 1 Pa, when the booster pump inlet pressure is 1 Pa, the booster pump inlet 4 Assuming that a gas of 000 Pa · L / min is flowed, the exhaust port pressure of the booster pump is about 10 Pa due to the compression ratio. Then, as the roughing pump of this system, when the suction port pressure is 10 Pa, a pump having a pumping speed of 400 L / min or more is required, and the designed pumping speed is 1000 L / min or more. It becomes a pump. For example, in the case of the screw type, the screw groove, diameter, and length are large. That is, A1 and L1 in the above-described equation (2) are increased. As described above, when the capacity of the roughing pump becomes large, naturally, the power consumed by the differential pressure (derived from the above-described equation (2)) also increases.

これに対し、ブースタポンプにスクリュー式真空ポンプを用いた場合は、実験結果からすると、中・高真空領域において圧縮比が1:100以上であり、非常に大きい。このことから、上記と同じ条件(吸気口圧力が1Paのときの排気速度が4,000L/minのブースタポンプで考えた場合であって、該ブースタポンプの吸気口圧力が1Paのときに、該ブースタポンプ吸気口に4000Pa・L/minのガスを流したとする)において、当該ブースタポンプにスクリュー式真空ポンプを用いると、その排気側圧力は100Pa程度にまで高くできる。すると、このシステムの粗引ポンプとしては、その吸入口圧力が100Paにおける排気速度が40L/min程度の非常に小さなものでよく、その設計排気速度も小さなもので足りる。したがって、粗引スクリュー真空ポンプの気体移送容積も十分小さくできる。このように、粗引ポンプの移送容積を小さくできると、当然そのスクリューの溝・径・長さも小さくでき、すなわち前述した(2)式のA1、L1を小さくでき、差圧による消費動力を大幅に削減することができる。   On the other hand, when a screw-type vacuum pump is used as the booster pump, the experimental result shows that the compression ratio is 1: 100 or more in the middle / high vacuum region, which is very large. From this, the same conditions as above (when considering a booster pump with an exhaust speed of 4,000 L / min when the inlet pressure is 1 Pa, and when the inlet pressure of the booster pump is 1 Pa, If a screw-type vacuum pump is used as the booster pump in a gas flow of 4000 Pa · L / min to the booster pump intake port), the exhaust side pressure can be increased to about 100 Pa. Then, as the roughing pump of this system, the pumping speed at the suction port pressure of 100 Pa may be very small such that the pumping speed is about 40 L / min, and the designed pumping speed may be small. Therefore, the gas transfer volume of the roughing screw vacuum pump can be made sufficiently small. Thus, if the transfer volume of the roughing pump can be reduced, naturally the groove, diameter, and length of the screw can also be reduced, that is, A1 and L1 in the above-described equation (2) can be reduced, and power consumption due to differential pressure can be greatly increased. Can be reduced.

ここで、ブースタスクリューポンプAの設計排気速度に対して、粗引スクリューポンプBの設計排気速度が小さければ小さいほど消費電力を低く押さえることができるが、粗引ポンプの設計排気速度を小さくし過ぎると、被真空容器を大気圧から到達圧力にするまでの過渡期において排気時間が長くなってしまうという弊害が生じる。したがって、消費電力及び排気時間の両方を考慮して、ブースタポンプAの設計排気速度に対する粗引ポンプBの設計排気速度は、1/5〜1/100とするのが好ましい。   Here, the lower the design pumping speed of the roughing screw pump B relative to the design pumping speed of the booster screw pump A, the lower the power consumption, but the design pumping speed of the roughing pump is too small. As a result, there is a disadvantage that the exhaust time becomes longer in the transition period from the atmospheric pressure to the ultimate pressure. Therefore, in consideration of both power consumption and exhaust time, the design exhaust speed of the roughing pump B with respect to the design exhaust speed of the booster pump A is preferably 1/5 to 1/100.

このように、粗引スクリューポンプBの設計排気速度を上述したように十分小さくしているので、そのスクリュー外径を小さくすることができる。従って、半径方向の熱膨張による隙間変動も小さくなるので、当該半径方向隙間をより小さくすることができる。その結果、気体の漏れ総空間が小さくなりシール性を良好にすることができる。その結果、粗引スクリューポンプBはシール性向上のためのスクリュー巻数を多くする必要がなく、その軸方向長さを短く押さえることができる。さらに、ブースタポンプAのスクリュー巻数を少なくし且つスクリューとハウジングとの間の隙間等を精度が良くなくとも、高い真空度を得ることができると共に、ブースタスクリューポンプAの軸方向長を短くすることができる。   Thus, since the design exhaust speed of the roughing screw pump B is sufficiently small as described above, the screw outer diameter can be reduced. Therefore, since the gap fluctuation due to the thermal expansion in the radial direction is also reduced, the radial gap can be further reduced. As a result, the total gas leakage space is reduced and the sealing performance can be improved. As a result, the roughing screw pump B does not need to increase the number of screw turns for improving the sealing performance, and can reduce its axial length short. Furthermore, it is possible to obtain a high degree of vacuum even if the number of screw turns of the booster pump A is reduced and the gap between the screw and the housing is not accurate, and the axial length of the booster screw pump A is shortened. Can do.

ここで、ブースタスクリューポンプAの雌雄スクリュー120f、120mの巻数は、到達真空度と軸方向サイズを考慮すると、略1あるいは、該ブースタポンプの吸気口及び排気口のいずれとも連通しない気体移送室が少なくとも一つ形成される巻数でよい。粗引スクリューポンプBの雌雄スクリュー120f、120mの巻数は、シール性との関係では多ければ多いほどよいが、本発明のものは上述したようにシール性が良好となるので、3〜7程度でよい。   Here, the number of turns of the male and female screws 120f and 120m of the booster screw pump A is approximately 1, considering the ultimate vacuum and the axial size, or the gas transfer chamber that does not communicate with either the intake port or the exhaust port of the booster pump. At least one number of windings may be formed. The larger the number of turns of the male and female screws 120f, 120m of the roughing screw pump B, the better in relation to the sealing performance. However, since the sealing performance of the present invention is good as described above, it is about 3-7. Good.

このように、ブースタポンプAの軸方向長を短く押さえることができるので、ブースタポンプAのスクリューのリード角を大きくしてコンダクタンスを大きくするようにしても、軸方向長が過大になることもない。   Thus, since the axial length of the booster pump A can be kept short, even if the lead angle of the screw of the booster pump A is increased to increase the conductance, the axial length is not excessive. .

ここで、ブースタスクリューポンプAの雌スクリュー120fのリード角は、吸気側気体分子がスクリュー溝に入り易くするため、30°〜60°程度とするのが好ましい。特に、吸気側気体分子のスクリュー歯面によるたたき出し効果をよくするためには、45°近辺とするのが好ましい。粗引きスクリューポンプBの雌スクリュー150fのリード角は、大きくする必要はなく、加工と軸方向長さとを考慮すると8°〜15°程度でよい。   Here, the lead angle of the female screw 120f of the booster screw pump A is preferably about 30 ° to 60 ° so that the intake-side gas molecules can easily enter the screw groove. In particular, in order to improve the knocking-out effect of the suction side gas molecules by the screw tooth surface, it is preferable to set the angle around 45 °. The lead angle of the female screw 150f of the roughing screw pump B does not need to be increased, and may be about 8 ° to 15 ° in consideration of machining and the axial length.

また、粗引ポンプとして構造の簡単なスクリュー真空ポンプを採用しているので、排気通路がシンプルかつ短くなる。したがって、反応生成物が排気通路に詰まりにくいと共に、仮に詰まったり付着したとしても、その除去等、保守が容易となる。   Further, since a screw vacuum pump with a simple structure is adopted as the roughing pump, the exhaust passage is simple and short. Therefore, the reaction product is not easily clogged in the exhaust passage, and even if clogged or adhered, maintenance such as removal is facilitated.

また、本実施形態に係る真空排気装置100は、メインスクリューロータ120の回転軸が、サブスクリューロータ150の回転軸と異なっているので、それらロータを図11に示す従来例に比べて自由に設計することができる。従って、メインスクリューロータ120は、吸入コンダクタンスが大きくなるよう、スクリューの外径及びリードが共に大きく設計できる。また、サブスクリューロータ150は、差圧による動力が小さくなるよう、つまり、排気側移送室150Aが小容積となるよう、且つシール性、加工性、回転バランス等も考慮して、小さい外径であって、そのリード角θ1も最も加工に適した値に設計することができる。 Further, in the vacuum exhaust apparatus 100 according to the present embodiment, since the rotation shaft of the main screw rotor 120 is different from the rotation shaft of the sub screw rotor 150, these rotors can be designed freely compared to the conventional example shown in FIG. can do. Accordingly, the main screw rotor 120 can be designed so that the outer diameter and the lead of the screw are both large so that the suction conductance is large. Further, the sub screw rotor 150 has a small outer diameter so that the power due to the differential pressure is reduced, that is, the exhaust side transfer chamber 150A has a small volume, and the sealing performance, workability, rotation balance, etc. are taken into consideration. Therefore, the lead angle θ 1 can also be designed to a value most suitable for processing.

(第2実施形態)
図4〜8を用いて本発明の第2実施形態に係る真空排気装置300について説明する。ただし、第1実施形態との実質的に相違する点についてのみ説明し、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
A vacuum exhaust apparatus 300 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. However, only the points that are substantially different from the first embodiment will be described, and the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted.

図4に示すように第2実施形態に係る真空排気装置300においては、ブースタポンプAの雌雄スクリューロータ320fおよび320mを片持ち構造とし、その吸気にベアリング、オイルシール等を無くすことで、ベアリング潤滑油の真空チェンバー内への逆拡散を無くすことができるとともに、気体の流入経路を妨げることなくなり、吸入コンダクタンスを向上させることができる。   As shown in FIG. 4, in the vacuum exhaust apparatus 300 according to the second embodiment, the male and female screw rotors 320f and 320m of the booster pump A have a cantilever structure, and bearings, oil seals, etc. are eliminated from the intake air, thereby bearing lubrication. The back diffusion of oil into the vacuum chamber can be eliminated, and the suction conductance can be improved without obstructing the gas inflow path.

また、ブースタポンプAの雌雄スクリューロータ320fおよび320mのスクリューの歯数比は、図5に示すように4:3で構成されており、それらスクリューの巻数は1である。一方、粗引ポンプBの雌雄スクリューロータ350fおよび350mのスクリュー歯数比は図6で示すように1:1構成されており、それらスクリューの巻数は5である。   Moreover, the ratio of the number of teeth of the male and female screw rotors 320f and 320m of the booster pump A is 4: 3 as shown in FIG. 5, and the number of turns of these screws is one. On the other hand, the ratio of the number of screw teeth of the male and female screw rotors 350f and 350m of the roughing pump B is 1: 1 as shown in FIG. 6, and the number of turns of these screws is five.

なお、粗引ポンプBの設計排気速度は、ブースタポンプAの設計排気速度に対し、第1実施形態と同様に約1/20に設計されており、この第2実施形態に係る真空排気装置300の作用は、第1実施形態に係るものと同様である。   Note that the designed pumping speed of the roughing pump B is designed to be about 1/20 as in the first embodiment with respect to the designed pumping speed of the booster pump A, and the vacuum pumping apparatus 300 according to the second embodiment is designed. The operation of is the same as that according to the first embodiment.

ここで、第2実施形態(第1実施形態においても同じ)の真空排気装置300の好ましい運転方法について以下説明する。   Here, a preferable operation method of the vacuum exhaust apparatus 300 of the second embodiment (the same applies to the first embodiment) will be described below.

(運転方法1)
図7は真空排気装置300の吸入口110a側圧力と排気速度の関係を示す。図中Yの領域では粗引ポンプBのみを運転する。この領域での排気速度は粗引ポンプBの排気速度と等しくなる。吸入口110aの圧力が約1000PaになったところでブースターポンプAの運転を始める。ここから真空排気装置100の排気速度はブースターポンプAと同じ排気速度を得ることになる。半導体用真空排気装置として用いる場合、要求される動作領域は概ね1〜1000Paなので消費電力量を抑えるため大気圧から約1000Paまで粗引ポンプのみで排気を行なう。
(Driving method 1)
FIG. 7 shows the relationship between the suction port 110a side pressure of the vacuum exhaust apparatus 300 and the exhaust speed. In the area Y in the figure, only the roughing pump B is operated. The exhaust speed in this region is equal to the exhaust speed of the roughing pump B. When the pressure at the suction port 110a reaches about 1000 Pa, the operation of the booster pump A is started. From this point, the evacuation speed of the vacuum evacuation apparatus 100 is the same as that of the booster pump A. When used as a semiconductor vacuum evacuation apparatus, the required operating range is approximately 1 to 1000 Pa, so that the exhaust from the atmospheric pressure to about 1000 Pa is performed only by a roughing pump in order to suppress power consumption.

(運転方法2)
スクリュー式真空ポンプ等の雌雄各ロータの消費動力Wは、一般式としての前記式(1)に示すとおり、W=a×T×Nで表される。この式から、粗引ポンプAの設計排気速度をブースタポンプAのそれより小さく設計することにより、トルクTが既に小さくなっている場合、消費動力Wをさらに低減するには雌雄各ロータの回転数Nを下げればよいことが分かる。そこで、本実施形態の真空排気装置300の真空排気能力を十分に発揮したまま、上記回転数Nをどのように下げるかについて以下説明する。
(Driving method 2)
The power consumption W of male and female rotors such as screw type vacuum pumps is expressed by W = a × T × N as shown in the above-mentioned formula (1) as a general formula. From this equation, the design pumping speed of the roughing pump A is designed to be smaller than that of the booster pump A, so that when the torque T is already small, the rotational speed of the male and female rotors can be further reduced. It can be seen that N should be lowered. Therefore, how to reduce the rotation speed N while fully exhibiting the vacuum exhaust capability of the vacuum exhaust apparatus 300 of the present embodiment will be described below.

図8は、ブースタスクリューポンプAの到達圧力における当該雄ロータ320mの回転数と吸入口110aの圧力との関係を示す。この図からわかるように、到達圧力状態においては、回転数を点Pから点Qまで低くしても、吸気圧力が変化していない。これから、到達圧力を維持するには、回転数をQ点にすれば到達できることがわかる。   FIG. 8 shows the relationship between the rotational speed of the male rotor 320m and the pressure at the suction port 110a at the ultimate pressure of the booster screw pump A. As can be seen from this figure, in the ultimate pressure state, the intake pressure does not change even when the rotational speed is lowered from the point P to the point Q. From this, it can be seen that the ultimate pressure can be maintained by setting the rotation speed to the Q point.

図9は、ブースタスクリューポンプAの吸入口110a側に0.1NL/min(ここでNLはノルマルリットルを表す)の気体を流した状態における当該雄ロータ320mの回転数と吸入口110aの圧力との関係を示す。この図から、吸入口110a側に少量のガスを流すにあたっても前記と同等に、回転数を点Rから点Sまで低くできることがわかる。   FIG. 9 shows the number of rotations of the male rotor 320m and the pressure of the suction port 110a in a state where a gas of 0.1 NL / min (where NL represents normal liter) is flowed to the suction port 110a side of the booster screw pump A. The relationship is shown. From this figure, it can be seen that the rotational speed can be lowered from the point R to the point S in the same manner as described above even when a small amount of gas flows to the suction port 110a side.

以上より、吸入口110aのそれぞれの圧力状態に応じて、それぞれ最適な回転数があることがわかる。その回転数は、粗引ポンプB側からブースタポンプ側へ漏れていくガス量と、吸気口110aからブースタポンプAに流れてくるガスの総和を、排気するのに見合った排気速度を保持する回転数である。従って、ブースタポンプAは、吸気口110aの圧力に応じて前述の如く回転数制御することによって、各圧力状態における消費電力を最低にできるのである。   From the above, it can be seen that there are optimum rotation speeds according to the respective pressure states of the suction port 110a. The number of revolutions is a rotation that maintains an exhaust speed suitable for exhausting the total amount of gas leaking from the roughing pump B side to the booster pump side and the gas flowing from the intake port 110a to the booster pump A. Is a number. Therefore, the booster pump A can minimize the power consumption in each pressure state by controlling the rotational speed as described above according to the pressure of the intake port 110a.

次に、図10は、ブースタポンプAの吸気側圧力と、排気側(粗引ポンプの吸入側)圧力との関係を示す。このグラフから分かるように、ブースタポンプAの吸入圧力は、その排気側圧力が点Tから点Uの間では変化しない。このときの点Uの圧力を臨界背圧とよぶ。   Next, FIG. 10 shows the relationship between the intake side pressure of the booster pump A and the exhaust side (rough suction pump suction side) pressure. As can be seen from this graph, the suction pressure of the booster pump A does not change between the point T and the point U in the exhaust side pressure. The pressure at point U is called critical back pressure.

この実施形態のシステムにおいて、ブースタポンプAの臨界背圧は粗引ポンプBにより維持されるものである。したがって、粗引ポンプBの回転数は、ブースタポンプAの排気側(すなわち粗引ポンプの吸気側)圧力がブースタポンプAの臨界背圧(点U)以下に保持できる程度まで、下げることができる。そうすることで、消費電力を必要最小限とすることができる。   In the system of this embodiment, the critical back pressure of the booster pump A is maintained by the roughing pump B. Therefore, the rotational speed of the roughing pump B can be lowered to such an extent that the pressure on the exhaust side of the booster pump A (that is, the intake side of the roughing pump) can be kept below the critical back pressure (point U) of the booster pump A. . By doing so, power consumption can be minimized.

(運転方法3)
上記運転方法2は、真空排気装置300の吸入口110a側が到達圧力もしくはある程度真空状態にある場合である。他方、真空排気装置300が、その吸入口110a側につないだ真空容器を大気圧から排気する場合、短時間で真空に(例えば1000Pa程度に)することが要請されることがある。斯かる要請に応えるには、各瞬間において、ブースタおよび粗引の真空ポンプA、Bを駆動する各電動機を、その容量範囲内でできるだけ高い回転数となるように制御する。そうすることで、各ポンプA、Bの回転数を制御しない場合に比べて、効率よく早く排気することができる。
(Driving method 3)
The operation method 2 is a case where the suction port 110a side of the vacuum exhaust device 300 is at an ultimate pressure or a vacuum state to some extent. On the other hand, when the evacuation apparatus 300 evacuates the vacuum container connected to the suction port 110a side from the atmospheric pressure, it may be required to make a vacuum (for example, about 1000 Pa) in a short time. In order to meet such a demand, at each instant, the electric motors that drive the booster and the roughing vacuum pumps A and B are controlled so that the number of revolutions is as high as possible within the capacity range. By doing so, it is possible to exhaust the gas efficiently and quickly as compared with the case where the rotation speeds of the pumps A and B are not controlled.

(運転方法4)
大気圧からの排気において、排気時間は遅くてもよいが、瞬時の動力を低く抑えたい場合には、ポンプA、Bの各電動機回転数を、できるだけ低くしておき、各ポンプの吸気側の圧力が低下するのに対応して、それぞれ回転数を上昇させていくのがよい。
(Driving method 4)
When exhausting from the atmospheric pressure, the exhaust time may be slow, but if you want to keep the instantaneous power low, keep the motor speed of each of the pumps A and B as low as possible, It is better to increase the rotational speed in response to the pressure drop.

以上の運転方法2〜4をまとめると以下のようになる。
1.ブースタポンプA
a)吸気口110a側の圧力が、到達圧力状態あるいはある程度の真空状態(例えば10Pa程度)になったとき、スクリューロータ320m、320fの回転数を、そのような吸気口側圧力を維持できる最低回転数に制御する。
b)吸気口110aにつないだ真空容器を大気圧から排気する際において、
i)排気時間を短くしたい場合は、ブースタポンプAの駆動電動機容量の範囲内で、スクリューロータ320m、320fの回転数が、各瞬間においてできるだけ高くなるよう制御する。
ii)瞬間動力を低く抑えたい場合には、スクリューロータ320m、320fの回転数をできるだけ低い回転数に制御し、且つ、吸気口110aの圧力低下に従い回転数を上昇させるよう制御する。
The above operation methods 2 to 4 are summarized as follows.
1. Booster pump A
a) When the pressure on the intake port 110a side reaches the ultimate pressure state or a certain vacuum state (for example, about 10 Pa), the rotation speed of the screw rotors 320m and 320f is set to the minimum rotation that can maintain such intake port side pressure. Control to number.
b) When exhausting the vacuum vessel connected to the intake port 110a from the atmospheric pressure,
i) When it is desired to shorten the exhaust time, the rotational speed of the screw rotors 320m and 320f is controlled to be as high as possible at each moment within the range of the drive motor capacity of the booster pump A.
ii) When it is desired to keep the instantaneous power low, the rotational speeds of the screw rotors 320m and 320f are controlled to be as low as possible, and the rotational speed is controlled to increase as the pressure at the intake port 110a decreases.

2.粗引ポンプ
a)ブースタポンプAの吸気口110a側の圧力が到達圧力状態あるいは或る程度の真空状態(例えば10Pa程度)になったとき、スクリューロータ350f、350mの回転数を、ブースタポンプAの排気側圧力(粗引ポンプの吸気側圧力)がブースタポンプの臨界背圧以下の範囲に維持できる、最低の回転数に制御する。
b)ブースタポンプAの吸気口につないだ真空容器を大気圧から排気する際において、
i)排気時間を短くしたい場合は、粗引ポンプBの駆動電動機容量の範囲内で、スクリューロータ350f、350mの回転数が、各瞬間においてでできるだけ高くなるよう制御する。
ii)瞬間動力を低く抑えたい場合には、スクリューロータ350f、350mの回転数をできるだけ低い回転数に制御し、且つ、吸気側(ブースタポンプAの排気側)圧力の低下に従い回転を上昇させるよう制御する。
2. Roughing pump a) When the pressure on the inlet 110a side of the booster pump A reaches the ultimate pressure state or a certain vacuum state (for example, about 10 Pa), the rotational speed of the screw rotors 350f and 350m is changed to the booster pump A The exhaust speed (intake side pressure of the roughing pump) is controlled to the minimum number of rotations that can be maintained in the range below the critical back pressure of the booster pump.
b) When the vacuum vessel connected to the intake port of the booster pump A is exhausted from the atmospheric pressure,
i) When it is desired to shorten the exhaust time, the rotational speed of the screw rotors 350f and 350m is controlled to be as high as possible at each moment within the range of the drive motor capacity of the roughing pump B.
ii) When it is desired to keep the instantaneous power low, the rotational speed of the screw rotors 350f and 350m is controlled to be as low as possible, and the rotational speed is increased as the pressure on the intake side (exhaust side of the booster pump A) decreases. Control.

以上にまとめたような運転方法を採用することで、真空排気装置の消費動力を最小限にすることができ、エネルギー効率を高めることができる。   By adopting the operation method summarized above, the power consumption of the vacuum evacuation device can be minimized and the energy efficiency can be increased.

なお、上述の本実施形態においては、ブースタポンプ及び粗引ポンプの両方にスクリュー式真空ポンプを適用した場合について述べたが、本発明を基に、その応用あるいは近似する形態として、ブースタポンプとしてスクリュー式ポンプ等、圧縮比の高いポンプを用い、粗引ポンプとしてスクロール式ポンプ等を適用することが考えられる。   In the above-described embodiment, the case where the screw type vacuum pump is applied to both the booster pump and the roughing pump has been described. However, based on the present invention, as an application or an approximate form, the screw is used as the booster pump. It is conceivable to use a scroll pump or the like as a roughing pump using a pump with a high compression ratio such as a pump.

上述の各実施形態において、粗引スクリューポンプのリード角は、軸方向に変化しないものとして説明したが、図11に示すように、排気口側に向かってリード角が段階的に小さくなるように構成してもよい。そうすることにより、消費動力をより低減することができる。   In each of the embodiments described above, the lead angle of the roughing screw pump has been described as not changing in the axial direction. However, as shown in FIG. 11, the lead angle is gradually reduced toward the exhaust port. It may be configured. By doing so, power consumption can be further reduced.

本発明の第1実施形態に係る真空排気装置の断面図である。It is sectional drawing of the vacuum exhaust apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示した真空排気装置の一部拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of the vacuum exhaust apparatus shown in FIG. 図1に示した真空排気装置のスクリュー部展開図である。It is a screw part expanded view of the vacuum exhaust apparatus shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る真空排気装置の断面図である。It is sectional drawing of the vacuum exhaust apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図4のIV−IV矢視断面であり、雌雄スクリュー320f、320mの軸直角断面を示す。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 4 and shows a cross section perpendicular to the axes of the male and female screws 320f and 320m. 図4のV−V矢視断面であり、雌雄スクリュー350f、350mの軸直角断面を示す。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 4 and shows a cross section perpendicular to the axes of the male and female screws 350f and 350m. 第2実施形態に係る真空排気装置の吸入側圧力と排気速度の関係図である。It is a related figure of the suction side pressure and exhaust speed of the vacuum evacuation device concerning a 2nd embodiment. 第2実施形態におけるブースタポンプAの吸入側にガスが流されていない場合の吸入側圧力とモータ343の回転数との関係図である。FIG. 10 is a relationship diagram between the suction side pressure and the number of rotations of a motor 343 when no gas is flowing on the suction side of the booster pump A in the second embodiment. 第2実施形態におけるブースタポンプAの吸入側に微量のガスが流されている場合の吸入側圧力とモータ343の回転数との関係図である。FIG. 10 is a relationship diagram between the suction side pressure and the number of rotations of a motor 343 when a small amount of gas is flowing on the suction side of the booster pump A in the second embodiment. 第2実施形態におけるブースタポンプAの吸気側圧力と、排気側(粗引ポンプの吸入側)圧力との関係図である。FIG. 10 is a relationship diagram between an intake side pressure of a booster pump A and an exhaust side (intake side of a roughing pump) pressure in a second embodiment. 従来の真空ポンプの断面図である。It is sectional drawing of the conventional vacuum pump. 図11に示した真空ボンブのスクリュー部展開図である。It is a screw part expanded view of the vacuum bomb shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

A 粗引ポンプ
B ブースタポンプ
100、300 真空排気装置
110a 吸気口
110e 排気口
120A 吸気側移送室
150A 排気側移送室
A Roughing pump B Booster pump 100, 300 Vacuum exhaust device 110a Intake port 110e Exhaust port 120A Intake side transfer chamber 150A Exhaust side transfer chamber

Claims (7)

粗引ポンプとブースタポンプとを備えた真空排気装置において、粗引ポンプとブースタポンプをそれぞれスクリュー真空ポンプで構成し、粗引スクリュー真空ポンプの設計排気速度を、ブースタスクリュー真空ポンプの設計排気速度より十分小さいが粗引ポンプとして機能する大きさとし、ブースタスクリュー真空ポンプのスクリュー巻数を、粗引スクリュー真空ポンプのスクリュー巻数より少なくしたことを特徴とする真空排気装置。 In a vacuum exhaust system equipped with a roughing pump and a booster pump, each of the roughing pump and booster pump is composed of a screw vacuum pump, and the design pumping speed of the roughing screw vacuum pump is compared with the design pumping speed of the booster screw vacuum pump. An evacuation apparatus characterized in that it is small enough to function as a roughing pump, but the number of turns of the booster screw vacuum pump is smaller than that of the roughing screw vacuum pump. 前記粗引スクリュー真空ポンプの設計排気速度が、前記ブースタスクリュー真空ポンプの設計排気速度の1/5〜1/100であることを特徴とする請求項1に記載の真空排気装置。 2. The vacuum exhaust apparatus according to claim 1, wherein a design exhaust speed of the roughing screw vacuum pump is 1/5 to 1/100 of a design exhaust speed of the booster screw vacuum pump. 前記ブースタスクリュー真空ポンプのスクリュー巻数が、略1あるいは、該ブースタポンプの吸気口及び排気口のいずれとも連通しない気体移送室が少なくとも一つ形成される巻数であることあることを特徴とする請求項1に記載の真空排気装置。 The number of screw turns of the booster screw vacuum pump is approximately 1, or the number of turns in which at least one gas transfer chamber that does not communicate with any of the intake port and the exhaust port of the booster pump is formed. The vacuum evacuation device according to 1. 前記粗引スクリュー真空ポンプのスクリューの巻数が、3〜7巻であることあることを特徴とする請求項3に記載の真空排気装置。 The evacuation apparatus according to claim 3, wherein the number of turns of the roughing screw vacuum pump is 3 to 7 turns. 前記ブースタスクリュー真空ポンプのスクリューリード角が、前記粗引スクリュー真空ポンプのスクリューリード角より大きいことを特徴とする請求項1または4に記載の真空排気装置。 The vacuum exhaust apparatus according to claim 1 or 4, wherein a screw lead angle of the booster screw vacuum pump is larger than a screw lead angle of the roughing screw vacuum pump. 前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が大気から13300Pa程度に低下するまで前記粗引スクリュー真空ポンプだけを駆動し、前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が13300Pa程度以下になったところで該ブースタポンプを駆動し始めることを特徴とする請求項1に記載の真空排気装置。 Only the roughing screw vacuum pump is driven until the suction side pressure of the booster screw vacuum pump drops from the atmosphere to about 13300 Pa. When the suction side pressure of the booster screw vacuum pump becomes about 13300 Pa or less, the booster pump is turned on. 2. The vacuum exhaust apparatus according to claim 1, wherein driving is started. 前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が比較的高い範囲においては、排気時間短縮のため、ブースタスクリュー真空ポンプと粗引スクリュー真空ポンプの各駆動モータを、それらのモータがオーバーロードとならない範囲内で、できるだけ高い回転数で回転させ、前記ブースタスクリュー真空ポンプの吸入側圧力が到達圧力あるいは比較的低い圧力となったときは、ブースタスクリュー真空ポンプの駆動モータ回転数を要求される真空度を維持する最低の回転数まで低下させると共に、粗引スクリュー真空ポンプの駆動モータ回転数を、ブースタポンプの背圧をその臨界背圧以下に維持できる範囲内で、できるだけ低い回転数とすることにより、所要動力を低減させることを特徴とする請求項1に記載の真空排気装置。 In the range where the suction side pressure of the booster screw vacuum pump is relatively high, the drive motors of the booster screw vacuum pump and the roughing screw vacuum pump should be set within a range in which those motors are not overloaded in order to shorten the exhaust time. When the suction side pressure of the booster screw vacuum pump reaches the ultimate pressure or a relatively low pressure, the booster screw vacuum pump drive motor speed is maintained at the required vacuum level. The required power can be reduced by reducing the rotational speed to the lowest speed and setting the rotational speed of the roughing screw vacuum pump drive motor as low as possible within the range where the back pressure of the booster pump can be maintained below the critical back pressure. The evacuation apparatus according to claim 1, wherein
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