JP2010121538A - 真空ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の真空度に到達させるのに必要な時間の一層の短縮化を図る。
【解決手段】主ポンプ１０には第３ブースターポンプ２７が排気管２８を介して接続されており、第３ブースターポンプ２７には第２ブースターポンプ３５が排気管３６を介して接続されている。第２ブースターポンプ３５には第１ブースターポンプ４３が排気管４４を介して接続されている。排気管３６，２８には分岐管５１，５２が分岐接続されており、分岐管５１，５２にはリリーフ弁５４，５５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主ポンプ及び副ポンプが排気通路に関して直列に接続されており、前記副ポンプが前記排気通路に関して前記主ポンプの上流側にある真空ポンプ装置に関する。

排気速度を高めるために副ポンプが排気通路に関して主ポンプの上流側にある真空ポンプ装置では、副ポンプにおける排気速度が主ポンプの排気速度よりも大きくしてある。主ポンプ及び副ポンプが排気通路に関して直列に接続された真空ポンプ装置（真空ポンプユニット）は、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示の真空ポンプユニットでは、副ポンプ（ブースターポンプ）の排気口と真空ポンプの吸気口とを連通する連通路から分岐する圧力開放通路が真空ポンプユニットの排気管に連通するように設けられており、圧力開放通路と排気管との間には圧力開放弁が配置されている。圧力開放弁は、ブースターポンプと主ポンプとの間の排気通路内の気体の過圧縮を防止する。これにより、ブースターポンプの排気速度をそのまま維持しつつ、主ポンプの運転を継続することができ、起動時の排気流量の低下を防止して、吸引作用対象領域（例えばロードロックチャンバ）内を短時間で大気圧から所望の真空度に到達させることができる旨の開示がある。
特開２００７−２３１９３５号公報

本発明は、所望の真空度に到達させるのに必要な時間の一層の短縮化を図ることを目的とする。

本発明は、主ポンプ及び副ポンプが排気通路に関して複数直列に接続されており、前記副ポンプは、前記排気通路に関して前記主ポンプの上流側にある真空ポンプ装置を対象とし、請求項１の発明では、前記複数の副ポンプは、３つであり、少なくとも下流側の２つの副ポンプの直下流の前記排気通路に接続する分岐通路と、前記複数の分岐通路を別々に開閉する複数のリリーフ弁とを備えている。

３つの副ポンプと主ポンプとを備えた真空ポンプ装置では、下流側の２つの副ポンプの直下流の排気通路に別々に接続する分岐通路を開閉するリリーフ弁の存在は、所望の真空度に到達させるのに必要な時間の一層の短縮化に寄与する。

好適な例では、前記主ポンプは、複数のポンプ室を備えた多段ルーツポンプであり、前記多段ルーツポンプの最上流側のポンプ室に接続する主ポンプ用分岐通路と、前記主ポンプ用分岐通路を開閉するリリーフ弁とを備えている。

好適な例では、前記３つの副ポンプ及び前記主ポンプの排気速度は、上流側から下流側の順に小さくなってゆく。
好適な例では、前記下流側の２つの副ポンプの排気速度は、同じであり、最上流の副ポンプの排気速度は、前記下流側の２つの副ポンプの排気速度よりも大きく、前記主ポンプの排気速度は、前記下流側の２つの副ポンプの排気速度よりも小さい。

下流側の２つの副ポンプの排気速度を同じにした構成は、これら２つの副ポンプのうち下流側の副ポンプの排気速度を上流側の副ポンプの排気速度よりも小さくした構成に比べ、所望の真空度に到達させるのに必要な時間の短縮化に有利である。

本発明は、所望の真空度に到達させるのに必要な時間の一層の短縮化を図ることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示すように、ルーツポンプ型の主ポンプ１０のロータハウジング１１の前端にはフロントハウジング１２が連結されており、ロータハウジング１１の後端にはリヤハウジング１３が連結されている。

ロータハウジング１１内には複数の隔壁１４が設けられており、フロントハウジング１２と隔壁１４との間の空間、隣合う隔壁１４の間の空間、及びリヤハウジング１３と隔壁１４との間の空間は、それぞれポンプ室１５，１６，１７，１８，１９となっている。ポンプ室１５，１６，１７，１８，１９の容積は、この順に小さくなってゆくようにしてある。

フロントハウジング１２とリヤハウジング１３とには回転軸２０が回転可能に支持されている。又、フロントハウジング１２とリヤハウジング１３とには回転軸２１〔図２参照〕が回転可能に支持されている。互いに平行に配置された回転軸２０，２１は、各隔壁１４に通されている。

回転軸２０には複数のロータ２２が一体形成されており、回転軸２１には同数のロータ２３〔図２参照〕が一体形成されている。ポンプ室１５，１６，１７，１８，１９に収容された複数のロータ２２，２３は、回転軸２０，２１の軸方向に見て同形同大の形状をしている。隣り合うポンプ室１５，１６，１７，１８，１９は、隔壁１４内の通路１４１を介して連通している。

リヤハウジング１３にはギヤハウジング２４が組み付けられており、回転軸２０，２１は、リヤハウジング１３及びギヤハウジング２４を通されている。
図２に示すように、ギヤハウジング２４内の各回転軸２０，２１には歯車２５，２６が互いに噛合した状態で止着されている。ギヤハウジング２４には電動モータＭｏ〔図１参照〕が組み付けられている。回転軸２０は、電動モータＭｏによって図２の矢印Ｒ１の方向に回転される。回転軸２１は、歯車２５，２６を介して電動モータＭｏから駆動力を得ており、回転軸２１は、図２の矢印Ｒ２で示すように回転軸２０とは逆方向に回転する。

図１及び図２に示すように、ロータハウジング１１には吸入口１１１がポンプ室１５に連通するように形成されており、ロータハウジング１１には排気口１１２がポンプ室１９に連通するように形成されている。排気口１１２には排気管５８が接続されている。吸入口１１１からポンプ室１５に導入されたガスは、ポンプ室１６，１７，１８，１９の順に隣りのポンプ室へ移送される。ポンプ室１９へ移送されたガスは、排気口１１２から排気管５８へ排出される。

図２に示すように、多段ルーツポンプ型の主ポンプ１０にはルーツポンプ型の第３ブースターポンプ２７が排気通路を構成する排気管２８を介して接続されている。第３ブースターポンプ２７のロータハウジング２９内には単一のポンプ室３０が形成されている。

ポンプ室３０にはロータ３１，３２が互いに噛合した状態で収容されている。ロータ３１は、回転軸３３に一体形成されており、ロータ３２は、回転軸３４に一体形成されている。

ロータハウジング２９には吸入口２９１及び排気口２９２が形成されている。吸入口２９１及び排気口２９２は、ポンプ室３０に接続されている。第３ブースターポンプ２７の排気口２９２と主ポンプ１０の吸入口１１１とは、排気管２８を介して連通している。

第３ブースターポンプ２７にはルーツポンプ型の第２ブースターポンプ３５が排気通路を構成する排気管３６を介して連結されている。第２ブースターポンプ３５のロータハウジング３７内には単一のポンプ室３８が形成されている。ポンプ室３８にはロータ３９，４０が互いに噛合した状態で収容されている。ロータ３９は、回転軸４１に一体形成されており、ロータ４０は、回転軸４２に一体形成されている。

ロータハウジング３７には吸入口３７１及び排気口３７２が形成されている。吸入口３７１及び排気口３７２は、ポンプ室３８に接続されている。第２ブースターポンプ３５の排気口３７２と第３ブースターポンプ２７の吸入口２９１とは、排気管３６を介して連通している。

第２ブースターポンプ３５にはルーツポンプ型の第１ブースターポンプ４３が排気通路を構成する排気管４４を介して連結されている。第１ブースターポンプ４３のロータハウジング４５内には単一のポンプ室４６が形成されている。ポンプ室４６にはロータ４７，４８が互いに噛合した状態で収容されている。ロータ４７は、回転軸４９に一体形成されており、ロータ４８は、回転軸５０に一体形成されている。

ロータハウジング４５には吸入口４５１及び排気口４５２が形成されている。吸入口４５１及び排気口４５２は、ポンプ室４６に接続されている。第１ブースターポンプ４３の排気口４５２と第２ブースターポンプ３５の吸入口３７１とは、排気管４４を介して連通している。

排気管４４は、第１ブースターポンプ４３の直下流の排気通路である。排気管３６は、第２ブースターポンプ３５の直下流の排気通路であり、排気管２８は、第３ブースターポンプ２７の直下流の排気通路である。排気管５８は、主ポンプ１０の直下流の排気通路である。

第３ブースターポンプ２７は、主ポンプ１０に対して排気通路に関して直列になるように、主ポンプ１０の上流側に配置された第３副ポンプである。第２ブースターポンプ３５は、第３ブースターポンプ２７に対して排気通路に関して直列になるように、第３ブースターポンプ２７の上流側に配置された第２副ポンプである。第１ブースターポンプ４３は、第２ブースターポンプ３５に対して排気通路に関して直列になるように、第２ブースターポンプ３５の上流側に配置された第１副ポンプである。

第１，２，３ブースターポンプ４３，３５，２７におけるその他の構成は、主ポンプ１０と同じである。そこで、第１，２，３ブースターポンプ４３，３５，２７の駆動源である電動モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を除いた第１，２，３ブースターポンプ４３，３５，２７におけるその他の構成には主ポンプ１０と同じ符号を付し、その詳細説明は省略する。

第３ブースターポンプ２７の回転軸３３は、電動モータＭ３によって図２の矢印Ｒ３の方向に回転される。第３ブースターポンプ２７の回転軸３４は、歯車２５，２６を介して電動モータＭ３から駆動力を得ており、回転軸３４は、図２の矢印Ｒ４で示すように回転軸３３とは逆方向に回転する。第２ブースターポンプ３５の回転軸４１は、電動モータＭ２によって図２の矢印Ｒ５の方向に回転される。第２ブースターポンプ３５の回転軸４２は、歯車２５，２６を介して電動モータＭ２から駆動力を得ており、回転軸４２は、図２の矢印Ｒ６で示すように回転軸４１とは逆方向に回転する。第１ブースターポンプ４３の回転軸４９は、電動モータＭ１によって図２の矢印Ｒ７の方向に回転される。第１ブースターポンプ４３の回転軸５０は、歯車２５，２６を介して電動モータＭ１から駆動力を得ており、回転軸５０は、図２の矢印Ｒ８で示すように回転軸４９とは逆方向に回転する。

図１に示すように、排気管３６には分岐管５１が排気管３６から分岐するように接続されており、排気管２８には分岐管５２が排気管２８から分岐するように接続されている。主ポンプ１０のロータハウジング１１には分岐口１１３がポンプ室１５に連通するように形成されており、ロータハウジング１１には分岐管５３が分岐口１１３に連通するように接続されている。図２に示すように、分岐口１１３は、回転軸２０に関して吸入口１１１とは反対側に設けられている。分岐口１１３及び分岐管５３は、ポンプ室１５〜１９のうちの最上流側のポンプ室１５に接続する主ポンプ用分岐通路を構成する。

図１に示すように、排気管３６から分岐する分岐通路としての分岐管５１にはリリーフ弁５４が設けられており、排気管２８から分岐する分岐通路としての分岐管５２にはリリーフ弁５５が設けられている。ポンプ室１５から分岐する分岐管５３にはリリーフ弁５６が設けられており、排気管５８にはリリーフ弁５７が設けられている。

本実施形態では、電動モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍｏは、同一回転数で回転する。第１ブースターポンプ４３における電動モータＭ１が作動すると、ロータ４７，４８が回転し、吸引作用対象領域（例えばロードロックチャンバ）内のガスが吸入口４５１を経由してポンプ室４６へ吸入される。ポンプ室４６へ吸入されたガスは、ロータ４７，４８の回転によって、排気口４５２から排気管４４へ排出される。排気管４４へ排出されたガスは、ロータ４７，４８の回転及び電動モータＭ２の作動によるロータ３９，４０の回転によって、吸入口３７１を経由して第２ブースターポンプ３５のポンプ室３８に移行する。ポンプ室３８に移行したガスは、ロータ３９，４０の回転によって、排気口３７２から排気管３６内へ排気される。

排気管３６の圧力が大気圧を超えると、排気管３６のガスは、分岐管５１からリリーフ弁５４を押し退けて流出する。排気管３６内の圧力が大気圧を超えない場合には、リリーフ弁５４は、分岐管５１を閉じる。

リリーフ弁５４が分岐管５１を閉じている場合、排気管３６内のガスは、ロータ３９，４０の回転、及び第３ブースターポンプ２７における電動モータＭ３の作動によるロータ３１，３２の回転によって、吸入口２９１を経由して第３ブースターポンプ２７のポンプ室３０に移行する。ポンプ室３０に移行したガスは、ロータ３１，３２の回転によって、排気口２９２から排気管２８内へ排気される。排気管２８内の圧力が大気圧を超えると、排気管２８内のガスは、分岐管５２からリリーフ弁５５を押し退けて流出する。排気管２８内の圧力が大気圧を超えない場合には、リリーフ弁５５は、分岐管５２を閉じる。

リリーフ弁５５が分岐管５２を閉じている場合、排気管２８内のガスは、ロータ３１，３１の回転、及び主ポンプ１０における電動モータＭｏの作動によるロータ２２，２３の回転によって、吸入口１１１を経由してポンプ室１５に移行する。

ポンプ室１５の分岐口１１３側の圧力が大気圧を超えると、分岐口１１３側のガスは、分岐管５３からリリーフ弁５６を押し退けて流出する。分岐口１１３側の圧力が大気圧を超えない場合には、リリーフ弁５６は、分岐管５３を閉じる。

リリーフ弁５６が分岐管５３を閉じている場合、ポンプ室１５内のガスは、ロータ２２，２３の回転によって、ポンプ室１６〜１９及び排気口１１２を経由して排気管５８内へ排気される。排気管５８内のガスは、リリーフ弁５７を押し退けて流出する。排気管５８内の圧力が大気圧を超えない場合には、リリーフ弁５７は、排気管５８を閉じる。

図３は、各種のポンプ装置を用いて吸引作用対象領域（例えばロードロックチャンバであって、容積＝１ｍ^３）内のガス（空気）を排出したときに要する時間を計測した試験結果を表す。

第１の実施形態では、第３ブースターポンプ２７における排気速度は、主ポンプ１０における排気速度よりも大きくしてある。第２ブースターポンプ３５における排気速度は、第３ブースターポンプ２７における排気速度と同じにしてあり、第１ブースターポンプ４３における排気速度は、第２ブースターポンプ３５における排気速度よりも大きくしてある。

図３の表図に示すように、具体的には、主ポンプ１０における排気速度は、２００ｍ^３／ｈであり、第３ブースターポンプ２７における排気速度は、１０００ｍ^３／ｈである。第２ブースターポンプ３５における排気速度は、１０００ｍ^３／ｈであり、第１ブースターポンプ４３における排気速度は、３０００ｍ^３／ｈである。

図３の表図における第２の実施形態は、第３ブースターポンプ２７の排気速度を６００ｍ^３／ｈとした場合であり、主ポンプ１０及び第１，２ブースターポンプ４３，３５における排気速度は、第１の実施形態の場合と同じである。

図３の表図における比較例１は、第３ブースターポンプ２７が無い場合であり、主ポンプ１０及び第１，２ブースターポンプ４３，３５における排気速度は、第１の実施形態の場合と同じである。

図３の表図における比較例２は、第２ブースターポンプ３５が無い場合であり、主ポンプ１０及び第１，３ブースターポンプ４３，２７における排気速度は、第２の実施形態の場合と同じである。

図３の表図における比較例３は、分岐管５１，５２，５３が無い場合であり、主ポンプ１０及び第１，２，３ブースターポンプ４３，３５，２７における排気速度は、第２の実施形態の場合と同じである。

図３の表図における比較例４は、第２，３ブースターポンプ３５，２７が無い場合であり、主ポンプ１０及び第１ブースターポンプ４３における排気速度は、第１，２の実施形態の場合と同じである。

図３の表図に示す所要時間ｔは、吸引作用対象領域内の圧力が大気圧から所定圧力（真空程度）まで降下するのに要する時間を表す。第１の実施形態の場合の所要時間ｔは、１７．７秒であり、第２の実施形態の場合の所要時間ｔは、１８．６秒である。比較例１の場合の所要時間ｔは、２６．４秒であり、比較例２の場合の所要時間ｔは、３４．２秒である。比較例３の場合の所要時間ｔは、４０．６秒であり、比較例４の場合の所要時間ｔは、９０．７秒である。

第１，２の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）３つの副ポンプ（ブースターポンプ４３，３５，２７）と主ポンプ１０とを備えた第１，２の実施形態における所要時間ｔは、第３ブースターポンプ２７が無い比較例１、第２ブースターポンプ３５が無い比較例２、及びブースターポンプ３５，２７がない比較例４に比べて、短い。又、分岐管５１，５２，５３が有り、且つリリーフ弁５４，５５，５６によって分岐管５１，５２，５３を開閉する第１，２の実施形態における所要時間ｔは、分岐管５１，５２，５３が無い比較例３における所要時間ｔの半分程度である。つまり、３つの副ポンプ（ブースターポンプ４３，３５，２７）と主ポンプ１０とを備えた真空ポンプ装置では、ブースターポンプ３５，２７の直下流の排気管３６，２８に別々に接続する分岐管５１，５２を開閉するリリーフ弁５４，５５、及び主ポンプ１０に接続する分岐管５３を開閉するリリーフ弁５６の存在は、所望の真空度に到達させるのに必要な時間の一層の短縮化に寄与する。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（２）下流側の２つの副ポンプ（ブースターポンプ３５，２７）の排気速度を同じにした第１の実施形態における所要時間ｔは、ブースターポンプ３５，２７のうち下流側の第３ブースターポンプ２７の排気速度を上流側の第２ブースターポンプ３５の排気速度よりも小さくした第２の実施形態における所要時間ｔよりも短い。つまり、下流側の２つの副ポンプ（ブースターポンプ３５，２７）の排気速度を同じにした構成は、これら２つの副ポンプ（ブースターポンプ３５，２７）のうち下流側のブースターポンプ２７の排気速度を上流側のブースターポンプ３５の排気速度よりも小さくした構成に比べ、所望の真空度に到達させるのに必要な時間の短縮化に有利である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１，２の実施形態において、分岐管５３及びリリーフ弁５６を無くしてもよい。

第１の実施形態を示す主ポンプ及び副ポンプを示す側断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 試験結果を示す表図。

符号の説明

１０…多段ルーツポンプ型の主ポンプ。１５…ポンプ室。２７，３５，４３…副ポンプとしてのブースターポンプ。２８，３６，４４…排気通路としての分岐管。５１，５２，５３…分岐通路としての分岐管。５４，５５，５６…リリーフ弁。

Claims (4)

1. 主ポンプ及び複数の副ポンプが排気通路に関して直列に接続されており、前記複数の副ポンプは、前記排気通路に関して前記主ポンプの上流側にある真空ポンプ装置において、
   前記複数の副ポンプは、３つであり、
   少なくとも下流側の２つの副ポンプの直下流の前記排気通路に接続する分岐通路と、
   前記複数の分岐通路を別々に開閉する複数のリリーフ弁とを備えている真空ポンプ装置。
2. 前記主ポンプは、複数のポンプ室を備えた多段ルーツポンプであり、前記多段ルーツポンプの最上流側のポンプ室に接続する主ポンプ用分岐通路と、前記主ポンプ用分岐通路を開閉するリリーフ弁とを備えている請求項１に記載の真空ポンプ装置。
3. 前記３つの副ポンプ及び前記主ポンプの排気速度は、上流側から下流側の順に小さくなってゆく請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の真空ポンプ装置。
4. 前記下流側の２つの副ポンプの排気速度は、同じであり、最上流の副ポンプの排気速度は、前記下流側の２つの副ポンプの排気速度よりも大きく、前記主ポンプの排気速度は、前記下流側の２つの副ポンプの排気速度よりも小さい請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の真空ポンプ装置。

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