JP2010138725A - 真空ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱による真空ポンプ装置の冷却効率を高める。
【解決手段】主ポンプ１０には第２ブースターポンプ２７が排気管２８を介して接続されている。第２ブースターポンプ２７には第１ブースターポンプ３５が排気マニホールド３６を介して連結されている。排気マニホールド３６は、第２ブースターポンプ２７のロータハウジング２９に直接連結されていると共に、第１ブースターポンプ３５のロータハウジング３７に直接連結されている。第１ブースターポンプ３５の排気口３７２と第２ブースターポンプ２７の吸入口２９１とを連通する排気通路３６０は、排気マニホールド３６内に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主ポンプ及び少なくとも１つの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に関する。

真空ポンプでは排ガスを圧縮する行程で熱が発生し、この発生熱によって真空ポンプが高温化する。特許文献１に開示の真空ポンプユニットでは、真空ポンプを冷却するための冷却ファンが設けられている。
特開２００７−２３１９３５号公報

冷却ファンの採用は、真空ポンプユニットのコスト増をもたらすため、冷却ファンを用いることなく放熱によって真空ポンプを冷却することが望ましい。
本発明は、放熱による真空ポンプ装置の冷却効率を高めることを目的とする。

本発明は、主ポンプ及び少なくとも１つの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、前記複数のポンプのうち隣り合うポンプを接続する排気通路に接続する分岐通路と、前記主ポンプに接続する最下流の排気通路とを合流させる排気マニホールドを備え、前記排気マニホールドは、少なくとも１つの前記分岐通路を内部に備え、且つ隣り合うポンプの少なくとも一方のポンプハウジングに直接連結されている。

ポンプに直接連結された排気マニホールドは、該ポンプの熱容量を増やすと共に、放熱表面積を増やすため、放熱による真空ポンプ装置の冷却効率が高まる。
好適な例では、前記排気マニホールドは、前記分岐通路を開閉するリリーフ弁と、前記最下流の排気通路を開閉するリリーフ弁とを内蔵している。

排気マニホールド内にリリーフ弁を設ける構成は、分岐通路を構成する配管や排気通路を構成する配管にリリーフ弁を設ける場合に比べ、真空ポンプ装置のコンパクト化に有利である。

好適な例では、前記排気マニホールドは、前記分岐通路と前記最下流の排気通路とに対する共通マフラー室を備えている。
排気マニホールドに共通マフラー室を設けた構成は、分岐通路と排気通路との個々に対してマフラー室を設けた場合に比べ、真空ポンプ装置のコンパクト化に有利である。

好適な例では、前記排気マニホールドは、水冷通路を備えている。
水冷通路は、真空ポンプ装置の冷却効率を更に高める。

本発明は、放熱による真空ポンプ装置の冷却効率を高め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、フロントハウジング１２及びリヤハウジング１３は、真空ポンプである主ポンプ１０のポンプハウジングを構成する。

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。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からロータハウジング１１外へ排出される。

図２に示すように、主ポンプ１０にはルーツポンプ型の第２ブースターポンプ２７が排気管２８を介して接続されている。第２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２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２ブースターポンプ２７にはルーツポンプ型の第１ブースターポンプ３５が排気マニホールド３６を介して連結されている。排気マニホールド３６は、第２ブースターポンプ２７のロータハウジング２９に直接連結されていると共に、第１ブースターポンプ３５のロータハウジング３７に直接連結されている。排気マニホールド３６は、アルミニウム製である。

第１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。排気マニホールド３６内には排気通路３６０が形成されている。第１ブースターポンプ３５の排気口３７２と第２ブースターポンプ２７の吸入口２９１とは、排気マニホールド３６内の排気通路３６０を介して連通している。

排気管２８及び排気通路３６０は、第１ブースターポンプ３５、第２ブースターポンプ２７及び主ポンプ１０の排気通路の一部である。第２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２副ポンプであり、第１ブースターポンプ３５は、第２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２ブースターポンプ２７の上流側に配置された第１副ポンプである。

第１，２ブースターポンプ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ブースターポンプ３５，２７の駆動源である電動モータＭ１，Ｍ２を除いた第１，２ブースターポンプ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２ブースターポンプ２７の回転軸３３は、電動モータＭ２によって図２の矢印Ｒ３の方向に回転される。第２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Ｍ２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１ブースターポンプ３５の回転軸４１は、電動モータＭ１によって図２の矢印Ｒ５の方向に回転される。第１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Ｍ１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。

図１に示すように、排気マニホールド３６内には第１排気通路３６１が排気通路３６０から分岐するように形成されている。又、排気マニホールド３６内には第２排気通路３６２及び第３排気通路３６３が形成されている。第２排気通路３６２は、排気管２８に分岐接続された分岐管４３に連通しており、第２排気通路３６２と排気管２８とは、分岐管４３を介して連通している。第３排気通路３６３は、主ポンプ１０の排気口１１２に接続された排気管４４に連通しており、第３排気通路３６３と排気口１１２とは、排気管４４を介して連通している。

排気マニホールド３６内には共通マフラー室４５が形成されており、第１排気通路３６１、第２排気通路３６２及び第３排気通路３６３は、共通マフラー室４５に連通している。共通マフラー室４５は、大気に連通しており、共通マフラー室４５内は、大気圧領域である。第１排気通路３６１にはリリーフ弁４６が設けられている。第２排気通路３６２にはリリーフ弁４７が設けられており、第３排気通路３６３にはリリーフ弁４８が設けられている。

排気マニホールド３６は、隣り合うポンプ２７，３５を接続する排気通路３６０に接続する分岐通路（第１排気通路３６１）と、隣り合うポンプ２７，１０を接続する排気通路としての排気管２８に接続する分岐通路（分岐管４３及び第２排気通路３６２）と、主ポンプ１０に接続する最下流の排気通路（排気管４４及び第３排気通路３６３）とを合流させる。

第１ブースターポンプ３５における電動モータＭ１が作動すると、ロータ３９，４０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３７１を経由してポンプ室３８へ吸入される。ポンプ室３８へ吸入されたガスは、ロータ３９，４０の回転によって、排気口３７２から排気通路３６０へ排気される。排気通路３６０の圧力が大気圧を超えると、排気通路３６０のガスは、第１排気通路３６１からリリーフ弁４６を押し退けて共通マフラー室４５へ流出する。排気通路３６０内の圧力が大気圧を超えない場合には、リリーフ弁４６は、第１排気通路３６１を閉じる。

リリーフ弁４６が第１排気通路３６１を閉じている場合、排気管２８内のガスは、ロータ３９，４０の回転、及び第２ブースターポンプ２７における電動モータＭ２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２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４３からリリーフ弁４７を押し退けて共通マフラー室４５へ流出する。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４７は、第２排気通路３６２を閉じる。

リリーフ弁４７が第２排気通路３６２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に移行したガスは、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４４内へ排気される。排気管４４内のガスは、第３排気通路３６３からリリーフ弁４８を押し退けて共通マフラー室４５へ流出する。排気管４４内の圧力が大気圧を超えない場合には、リリーフ弁４８は、第３排気通路３６３を閉じる。

第２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り、第１ブースターポンプ３５における排気速度は、第２ブースターポンプ２７における排気速度よりも大きくしてある。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）ロータハウジング２９，３７の熱の一部は、排気マニホールド３６を伝って排気マニホールド３６の表面から放熱される。つまり、第１，２ブースターポンプ３５，２７の両方に直接連結された排気マニホールド３６は、第１，２ブースターポンプ３５，２７の熱容量を増やすと共に、放熱表面積を増やす。そのため、放熱による第１，２ブースターポンプ３５，２７の冷却効率が高まる。

（２）排気マニホールド３６内にリリーフ弁４６，４７，４８を設ける構成は、第１排気通路３６１、第２排気通路３６２、第３排気通路３６３を配管で構成して、各配管にリリーフ弁を設ける場合に比べ、真空ポンプ装置のコンパクト化及びコストに関して有利である。

（３）排気マニホールド３６に共通マフラー室４５を設けた構成は、第１〜第３排気通路３６１，３６２，３６３の個々に対してマフラー室を設けた場合に比べ、第１〜第３排気通路３６１，３６２，３６３に対するマフラー室容積を大きくでき、マフラー室形成部材のコンパクト化を図りつつ消音効果を高めることができる。

（４）ロータハウジング２９，３７内ではガス圧縮が行われるため、ポンプ室３０，３８内の温度上昇は大きい。ポンプ室３０，３８を形成するロータハウジング２９，３７の内壁面の面積は大きいため、ロータハウジング２９，３７も温度上昇し易い。温度上昇し易いロータハウジング２９，３７は、放熱を促す排気マニホールド３６の直接連結対象として好適である。

（５）第１ブースターポンプ３５の排気口３７２と第２ブースターポンプ２７の吸入口２９１とを繋ぐ排気管及び該排気管から分岐する分岐管が不要になる。
次に、図３の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。

排気マニホールド３６は、第２ブースターポンプ２７にのみ直接連結されており、排気口３７２と排気通路３６０とは、排気管４９を介して連通している。第２ブースターポンプ２７に直接連結された排気マニホールド３６は、第２ブースターポンプ２７の熱容量を増やすと共に、放熱表面積を増やす。そのため、放熱による第２ブースターポンプ２７の冷却効率が高まる。

次に、図４の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
排気マニホールド３６は、第１ブースターポンプ３５にのみ直接連結されており、吸入口２９１と排気通路３６０とは、排気管５０を介して連通している。第１ブースターポンプ３５に直接連結された排気マニホールド３６は、第１ブースターポンプ３５の熱容量を増やすと共に、放熱表面積を増やす。そのため、放熱による第１ブースターポンプ３５の冷却効率が高まる。

次に、図５の第４の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
第１，２ブースターポンプ３５，２７の両方に直接連結された排気マニホールド３６内には水冷却通路５１が形成されている。水は、水供給タンク５２からポンプ５３によって水冷却通路５１へ送られ、水冷却通路５１を通った水は、熱交換器５４で冷却されて水供給タンク５２へ還流する。

水冷却通路５１の存在は、第１，２ブースターポンプ３５，２７の冷却効率を高めることに寄与する。
本発明では以下のような実施形態も可能である。

○主ポンプ１０のロータハウジング１１と第２ブースターポンプ２７のロータハウジング２９との両方に排気マニホールドを直接連結するようにしてもよい。
○主ポンプ１０のロータハウジング１１にのみ排気マニホールドを直接連結するようにしてもよい。

○第１ブースターポンプ３５のロータハウジング３７と、第２ブースターポンプ２７のロータハウジング２９と、主ポンプ１０のロータハウジング１１とに排気マニホールドを直接連結するようにしてもよい。

○電動モータに排気マニホールドを直接連結してもよい。
○主ポンプ１０の上流に１つの副ポンプのみを設け、主ポンプ１０と副ポンプとの両方に排気マニホールドを直接連結するようにしてもよい。

前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
〔１〕前記排気マニホールドは、連結対象であるポンプのロータハウジングに直接連結されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空ポンプ装置。

ロータハウジングは、放熱を促す排気マニホールドの直接連結対象として好適である。

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。 第２の実施形態を示す側断面図。 第３の実施形態を示す側断面図。 第４の実施形態を示す側断面図。

符号の説明

１０…主ポンプ。２７…副ポンプとしてのブースターポンプ。２８…排気通路を構成する排気管。３５…副ポンプとしてのブースターポンプ。３６…排気マニホールド。３６０…排気通路。３６１…分岐通路である第１排気通路。３６２…分岐通路の一部である第２排気通路。３６３…最下流の排気通路の一部である第３排気通路。４４…最下流の排気通路である排気管。４５…共通マフラー室。４６，４７，４８…リリーフ弁。５１…水冷却通路。

Claims (4)

1. 主ポンプ及び少なくとも１つの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において、
   前記複数のポンプのうち隣り合うポンプを接続する排気通路に接続する分岐通路と、前記主ポンプに接続する最下流の排気通路とを合流させる排気マニホールドを備え、前記排気マニホールドは、少なくとも１つの前記分岐通路を内部に備え、且つ隣り合うポンプの少なくとも一方に直接連結されている真空ポンプ装置。
2. 前記排気マニホールドは、前記分岐通路を開閉するリリーフ弁と、前記最下流の排気通路を開閉するリリーフ弁とを内蔵している請求項１に記載の真空ポンプ装置。
3. 前記排気マニホールドは、前記分岐通路と前記最下流の排気通路とに対する共通マフラー室を備えている請求項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. 前記排気マニホールドは、水冷通路を備えている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空ポンプ装置。

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