JP2011226368A

JP2011226368A - 排気ユニット、及びドライ真空ポンプ装置

Info

Publication number: JP2011226368A
Application number: JP2010096543A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Ito; 一磨伊東; Katsuaki Usui; 克明臼井
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】不品点数が少なく安価で、小型化が可能で、且つ騒音を消音できる排気ユニット、及び該排気ユニットを装備したドライ真空ポンプ装置を提供すること。
【解決手段】最終段に気体を吐出す吐出口１８、中間部に圧力逃し孔１９を備えた多段真空ポンプに装備する排気ユニット５０であって、多段真空ポンプ１０の吐出口１８に接続する排気部逆止弁５１と、中間部の圧力逃し孔１９に接続する中間部逆止弁５２と、該排気部逆止弁５１及び中間部逆止弁５２の後流側に設けるサイレンサ５３を一体構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、多段式のドライ真空ポンプの排気部に設けられる排気ユニット、及び該排気ユニットを装備した多段式ドライ真空ポンプ装置に関する。

近年、大気圧から動作が可能で、クリーンな真空環境が容易に得られるドライ真空ポンプ装置が、半導体製造設備等の幅広い分野で使用されている。特に半導体デバイスの製造は、３００以上の工程数からなり、そこで使用される真空ポンプの数も非常に多い。そのため真空ポンプ装置の省フットプリント化は工場内の敷地面積を有効に利用する上で非常に重要である。特に真空ポンプ装置の幅に合せて複数の真空ポンプ装置を並べて設置することが多いため、幅を小さくすることが重要である。また、半導体デバイスの製造装置においても装置−真空ポンプ間の配管抵抗を小さくするために装置内部にポンプを設置する場合があり、真空ポンプの小型化は重要である。

また、多段のドライ真空ポンプ装置では、ガス通路の排気部にサイレンサがそれぞれ設置され、該サイレンサの後流に逆止弁が設置されている。

特開２００１−２８９１６７号公報

従来のドライ真空ポンプでは、排気部にサイレンサが設置されており、そのサイレンサの後流に逆止弁が個別に設置されている。

従来の排気部のサイレンサと排気部逆止弁をそれぞれ個別に設置する方法では、逆止弁とサイレンサの他にそれぞれを連結する部品が必要であり、部品点数が多くなり大型化しドライ真空ポンプの小型化の障害になると共に、コストも高くなるという問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、不品点数が少なく安価で、小型化が可能で、且つ騒音を消音できる排気ユニット、及び該排気ユニットを装備したドライ真空ポンプ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は最終段に気体を吐出す吐出口、中間部に圧力逃し孔を備えた多段真空ポンプに装備する排気ユニットであって、多段真空ポンプの吐出口に接続する排気部逆止弁と、中間部の圧力逃し孔に接続する中間部逆止弁と、該排気部逆止弁及び中間部逆止弁の後流側に設けるサイレンサを一体構成としたことを特徴とする。

また、最終段に気体を吐出す吐出口、中間部に圧力逃し孔を備えた多段真空ポンプを備えたドライ真空ポンプ装置において、上記排気ユニットを多段真空ポンプの吐出口が排気部逆止弁に、圧力逃し孔が中間部逆止弁に連通するように装着したことを特徴とする。

本発明に係る排気ユニットは、多段真空ポンプの排気部逆止弁と、中間部逆止弁と、該排気部逆止弁及び中間部逆止弁の後流側に設けるサイレンサを一体化したので、部品点数が少なく、小型化が可能で、コストダウンが可能な排気ユニットを提供できる。

また、上記排気ユニットを多段真空ポンプの吐出口が排気部逆止弁に、圧力逃し孔が中間部逆止弁に連通するように装着するだけで、多段真空ポンプは排気部逆止弁、中間部逆止弁、及びサイレンサを装備することになり、ドライ真空ポンプ装置の組み立てが容易になると共に、排気ユニットを小型化、コストダウンした分ドライ真空ポンプ装置を小型化でき、コストダウンを図れる。

本発明に係る排気ユニットを装備するドライ真空ポンプ装置の縦断面構造を示す図である。本発明に係る排気ユニットを装備するドライ真空ポンプ装置の横断面構造を示す図である。本発明に係る排気ユニットを装備するドライ真空ポンプ装置のフローシートを示す図である。本発明に係る排気ユニットの構造を説明するた図である。本発明に係る排気ユニットの断面構造を示す平面図である。本発明に係る排気ユニットの断面構造を示す正面図である。本発明に係る排気ユニットのサイレンサ部の構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。先ず本発明に係る排気ユニットを装備するドライ真空ポンプ装置を図１及び図２を用いて説明する。図１はツール型の容積型のドライ真空ポンプの全体構成を示す縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。ドライ真空ポンプ１０は、２本の回転軸１１ａ、１１ｂに一対の５段のルーツ型ロータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅがそれぞれ固定されている。回転軸１１ａ、１１ｂはそれぞれ軸受２０、２１により回転自在に支持されている。なお、以下の説明では、一対のロータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅを総称して適宜ロータ１２、１２と称する。

ロータ１２、１２間、及びロータ１２、１２とロータケーシング１４の内周面との間には微小な隙間が形成されており、ロータ１２、１２は、それぞれの回転軸１１ａ、１１ｂを中心として非接触で回転するようになっている。ロータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅをそれぞれ収容して気体を移送するロータ室１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅがそれぞれ２本の回転軸１１ａ、１１ｂに沿って直列に１つのロータケーシング１４内に配置されている。ロータケーシング１４の上面には図示しないカバー部材が取り付けられている。ロータケーシング１４の上部には吸込口１７が形成されており、吸込口１７は初段のロータ室１３ａに連通している。ロータケーシング１４の吐出口側面には第１のサイドケーシング２６が固定されており、サイドケーシング２６の側面には軸受ケーシング２３が固定されている。サイドケーシング２６には、最終段のロータ室１３ｅに連通する吐出口１８が形成されている。吐出口１８は後に詳述するように、排気部逆止弁、中間部逆止弁、及びサイレンサを介して大気領域にガスを排出する。

図１に示すように、軸受２０の図中左側にモータ（例えばブラシレスＤＣモータ）２２が配置されている。即ち、回転軸１１ａ、１１ｂの一方の端部にモータロータ２２ａが固定され、その周囲にモータステータ２２ｂが配置されている。モータ２２は図示しないインバータ装置等の電力供給装置により周波数可変電力の供給を受け、ソフトスタート等を含む真空ポンプの回転速度制御を行う。モータ２２は、モータケーシング２４の内部に配置されている。モータ２２に、ブラシレスＤＣモータを採用すると、ロータ１２、１２は回転軸１１ａ、１１ｂを介してこのブラシレスＤＣモータ２２により同期反転させられる。回転軸１１ａ、１１ｂの他方の端部には、それぞれタイミングギア２９及び吐出側の軸受２１は軸受ケーシング２３に収容されている。軸受２０、２１はそれぞれ軸受ケース４０、４１に保持されており、これらの軸受ケース４０、４１はそれぞれモータケーシング２４及び軸受ケーシング２３に収容されている。

各ロータ室１３ａ〜１３ｅにおいては、２本の回転軸１１ａ、１１ｂにそれぞれ固定されたロータ１２、１２とロータケーシング１４の内周面との間に閉じ込められた気体が吸込側から吐出側に移送される。ロータケーシング１４は二重ケーシングとなっており、二重ケーシングを構成する内外周囲壁の間には気体流路１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅが設けられている。ロータ室１３ａの吐出側と次段のロータ室１３ｂの吸込側は気体流路１５ａによって連通しており、ロータ室１３ａ内のロータ１２ａによって圧縮された気体は気体流路１５ａを通ってロータ室１３ｂの吸込側に移送される。このようにして、各段のロータ１２、１２によって圧縮された気体は、気体流路１５ａ〜１５ｅを通って吐出し側に順次移送され、吐出口１８に移送される。

上記ドライ真空ポンプにおいては、吸込側初段のロータ室１３ａの容積が吐出側最終段のロータ室１３ｅの容積に対して９以上の比率のポンプに対して有効である。即ち、初段のロータ１２ａの厚さＷａと最終段のロータ１２ｅの厚さＷｅの比が９以上であり、この比が初段のロータ室１３ａと最終段のロータ１２ｅの容積比となっている。

一般に、初段のロータ室の容積は設計する真空ポンプの排気速度により決定される。このため、排気速度の大きな真空ポンプを設計する場合は、初段のロータ室の容積を大きくすることが必要となる。これに対し、最終段のロータ室の容積は、最終段のロータ室での前後の圧力差によって発熱（圧縮熱）、及びその圧力差に抗してロータを回転させるモータの消費電力を抑えるために小さくする必要がある。しかしながら、最終段のロータ室の容積を小さくすると、スムーズに排気できなくなる。このように、容積比と発熱とはトレードオフの関係にあるため、どの点を重視して真空ポンプを設計するかによって、容積比（圧縮比）を大きくするか小さくするかを決定することになる。

モータ２２に、ブラシレスＤＣモータを採用すると、モータ２２の回転速度制御を行うことで、最終段のロータ室１３ｅの容積を小さくしたまま排気速度を大きくすることができ、且つ発熱及びモータ消費電力を抑えることができる。つまり、通常のモータを使用した従来の真空ポンプに比べて、同じ排気速度を達成しつつ容積比（圧縮比）を大きくできると共に、発熱量を抑えることができる。また、２本の回転軸１１ａ、１１ｂを回転駆動する駆動源として上記のようにブラシレスＤＣモータ２２を用いることで、モータとしての効率が良いだけでなく大きな負荷変動に対応することができ、更に起動時における圧縮動力の増大にも対応することができる。

ドライ真空ポンプの吐出口１８の近傍には軸受２１が配置され、吸込側の軸受２０と共に回転軸１１ａ、１１ｂを回転自在に支持している。軸受２１は軸受ケーシング２３内に収容され、軸受ケーシング２３とロータケーシング１４との間にはサイドケーシング２６が配置されている。軸受ケーシング２３とサイドケーシング２６との間には図示しないＯリングシール（シール部）が配置され、これにより軸受ケーシング２３とサイドケーシング２６との間の微小な隙間が封止されている。また、サイドケーシング２６とロータケーシング１４との間にも図示しないＯリングシール（シール部）が配置され、これによりサイドケーシング２６とロータケーシング１４との間の微小な隙間が封止されている。軸受２０はモータケーシング２４内に収容されており、モータケーシング２４とロータケーシング１４との間には第２のサイドケーシング３０が配置されている。サイドケーシング３０とロータケーシング１４との間には図示しないＯリングシール（シール部）が配置されている。更に、サイドケーシング３０とモータケーシング２４との間には図示しないＯリングシール（シール部）が配置されている。

上記構成のドライ真空ポンプにおいて、モータ２２を起動し、回転軸１１ａ、１１ｂを回転させると、ロータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅが回転し、吸込口１７から吸込まれたガスはロータ室１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ内のロータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅで圧縮され、気体流路１５ａ〜１５ｅを通って吐出し側に順次移送され、吐出口１８から大気圧縮域に排出される。該吐出口１８には排気ユニット５０が接続され、該吐出口１８から排出されたガスは該排気ユニット５０を通して排出される。排気ユニット５０には、排気部逆止弁（最終段逆止弁）５１と、２段目出口中抜きの中間部逆止弁５２と、サイレンサ５３が設けられている。中間部逆止弁５２はドライ真空ポンプ内のガスが外気圧以上に圧縮された気体を外気中に逃がして、本ドライ真空ポンプの動力ロスを少なく抑えるために設けた圧力逃し孔１９（図３参照）に設けられた過圧縮防止弁である。

図３はドライ真空ポンプ１０と排気ユニット５０のフローシートを示す図である。図示するドライ真空ポンプ１０を運転すると吸込口１７に吸込まれたガスは気体流路１５ａ〜１５ｅを通って吐出口１８から排気ユニット５０に流入し、排気部逆止弁（最終段逆止弁）５１及びサイレンサ５３を通って外部に排出される。また、ドライ真空ポンプ１０の起動時等内部が過圧縮になった場合、気体流路１５ｂに連通する圧力逃し孔１９から排気ユニット５０に流入したガスは中間部逆止弁５２を通ってサイレンサ５３へ送られる。排気部逆止弁５１、中間部逆止弁５２、及びサイレンサ５３は後に詳述するように、排気ユニット５０内に一体的に配置され、ドライ真空ポンプ１０に排気ユニット５０を装着することにより、排気部逆止弁５１、中間部逆止弁５２、及びサイレンサ５３はドライ真空ポンプ１０に装着できるようになっている。

図４は排気ユニット５０の構造を説明するための図であり、上記のようにドライ真空ポンプ１０には、ロータ室１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅが設けられており、それぞれのロータ室内には、図示を省略するが図１に示すようにロータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅが配置されている。ドライ真空ポンプ１０の各ロータ室で圧縮され、最終段のロータ室１３ｅに連通する吐出口１８から排出されるガスは、排気ユニット５０内に設けられた気体流路５４を通って、排気部逆止弁５１に流入し、該排気部逆止弁５１から出たガスは排気ユニット５０内に設けられた気体流路５６を通ってサイレンサ５３へ送られる。また、ドライ真空ポンプ１０の２段目ロータ室１３ｂに連通する圧力逃し孔１９は排気ユニット５０内に設けられた気体流路５５を通って中間部逆止弁５２に連通しており、ドライ真空ポンプ１０内が過圧縮になった場合、過圧縮ガスは中間部逆止弁５２を通って、気体流路５６からサイレンサ５３へ送られる。

図５は排気ユニット５０の構成を示す図で、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）正面図である。排気ユニット５０のバルブ部５０ａとサイレンサ部５０ｂとからなる。バルブ部５０ａには排気部逆止弁５１及び中間部逆止弁５２が配置されている。図４に示すように、排気部逆止弁５１の入口部は気体流路５４を通って吐出口１８に連通するようなっており、中間部逆止弁５２の入口部は気体流路５５を通って圧力逃し孔１９に連通するようになっている。また、排気部逆止弁５１及び中間部逆止弁５２の吐出口は気体流路５６に連通するようになっている。また、気体流路５６はサイレンサ部５０ｂの気体流路６１に連通している。

図６はサイレンサ５０ｂ内のサイレンサ５３の構成を示す図である。図６（ａ）は本サイレンサの側断面構成を示す図で、図６（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。本サイレンサ５３は共鳴型サイレンサ５３−１と膨張型サイレンサ５３−２を一体的に形成された複合型サイレンサである。共鳴型サイレンサ５３−１、及び膨張型サイレンサ５３−２は排気ユニット５０の気体流路（図示せず）に連通する気体流路６１に連通して設けられ、共鳴型サイレンサ５３−１を上流側に、膨張型サイレンサ５３−２は下流側に配置している。

本サイレンサ５３は厚板状のサイレンサケーシング６０と蓋体６９を備えている。サイレンサケーシングの片側面には気体流路５６に連通する上部が開口した溝状の気体流路６１、共鳴型サイレンサ５３−１を構成する上部が開口した凹状の共鳴室６２、膨張型サイレンサ５３−２を構成する上部が開口した凹状の第１膨張室６３、及び第２膨張室６４が形成されている。更に、共鳴室６２と気体流路６１を連通する上部が開口した溝状の共鳴口６５、第１膨張室６３と気体流路６１を連通する上部が開口した溝状の第１絞り口６６、第１膨張室６３と第２膨張室６４を連通する上部が開口した第２絞り口６７、第２膨張室６４と外部を連通する第３絞り口６８が設けられている。

上記サイレンサケーシング６０の気体流路６１、共鳴室６２、第１膨張室６３、及び第２膨張室６４等が形成されている面を蓋体６９で覆うことにより、気体流路６１、共鳴室６２、第１膨張室６３、及び第２膨張室６４は上部開口部が閉塞された空間なる。上部開口が閉塞された共鳴室６２及び第１膨張室６３はそれぞれ共鳴口６５を通して気体流路６１に連通し、上部開口が閉塞された第１膨張室６３と第２膨張室６４は第２絞り口６７で互いに連通し、更に該第２膨張室６４は第３絞り口６８を通して外部に連通する。

本サイレンサ５３は上記のように厚板状のサイレンサケーシング６０に共鳴型サイレンサ５３−１、及び膨張型サイレンサ５３−２を一体的に形成し、その開口部を蓋体６９で閉塞した構成の複合型サイレンサである。また、サイレンサ５３が厚板状のサイレンサケーシング６０と蓋体６９で構成されるので、平板状で小型化されたサイレンサとなる。排気ユニット５０の気体流路から、気体流路６１に流入したガス流の有する騒音は、共鳴口６５及び共鳴室６２で構成される共鳴型サイレンサ５３−１の固有周波数に共鳴して消音（低減）される。該共鳴型サイレンサ５３−１を通ったガス流は第１絞り口６６を通って第１膨張室６３に流入することにより該第１膨張室で膨張して消音（低減）され、続いて、第２絞り口６７を通って第２膨張室６４に流入することにより該第２膨張室６４内で膨張して消音（低減）され、更に第３絞り口６８を通して外気に流出し膨張して消音（低減）される。

共鳴型サイレンサ５３−１は小型化が可能で、気体流路６１を流れるガスの流を妨げないという特徴があるが、消音できる騒音の周波数領域は膨張型に比べて狭い。これに対して、膨張型５３−２は幅広い周波数領域で騒音の消音が可能であるが、消音できる周波数はサイレンサの長さに反比例するため、低周波領域を消音する場合、サイレンサが長くなってしまう。そこで小型化できる共鳴型サイレンサ５３−１でガス流の低周波領域の騒音を消音させ、残る高周波領域の騒音をサイレンサの長さが消音周波数反比例する膨張型サイレンサ５３−２で消音させることにより、共鳴型サイレンサ５３−１と膨張型サイレンサ５３−２の両者が小型となり、サイレンサ５３の全体を小型化できると共に、騒音の幅広い周波数帯域での消音（低減）が可能になる。

また、共鳴型サイレンサ５３−１を気体流路６１の上流側に設けるので、共鳴型サイレンサ５３−１は気体流路６１に流入したガスの流を妨げない特徴を有しているから、このような複合型サイレンサを排気ユニット５０の気体流路のガス排出側に設けても、排気ユニット５０のガス排出機能を低減し極力抑えることが可能となる。

排気ユニット５０のバルブ部５０ａとサイレンサ部５０ｂは一体に構成され、ドライ真空ポンプ装置を構成する１つの部品として構成されるようになっている。従って、排気部逆止弁５１をドライ真空ポンプ１０の吐出口１８に接続するための配管等部品、中間部逆止弁５２を圧力逃し孔１９に接続するための配管等部品、更にはサイレンサ部５０ｂの気体流路６１とバルブ５０ａの気体流路５６に接続するための配管等部品が不必要となり、ドライ真空ポンプ１０の排気部を構成するための部品点数が少なくなり、コストも安価となる。

以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記例では１台のルーツ型の容積型ドライ真空ポンプを備えたドライ真空ポンプ装置を例に説明したが、例えばこのような容積型ドライ真空ポンプを上流側にブースタポンプとして、下流側にメインポンプとして配置するように、複数台のドライ真空ポンプを備えた構成のドライ真空ポンプ装置でもよいことは当然である。また、ルーツ型の容積型真空ポンプに限らず他のドライ真空ポンプでもよい。

本発明は、多段真空ポンプ１０の排気部逆止弁５１と、中間部逆止弁５２と、該排気部逆止弁５１及び中間部逆止弁５２の後流側に設けるサイレンサ５３を一体化したので、部品点数が少なく、小型化が可能で、コストダウンが可能な排気ユニットとして利用できる。

１０ドライ真空ポンプ
１１ａ回転軸
１１ｂ回転軸
１２ロータ
１２ａ〜１２ｅロータ
１３ａ〜１３ｅロータ室
１４ロータケーシング
１５ａ〜１５ｅ気体流路
１７吸込口
１８吐出口
１９圧力逃し孔
２０軸受
２１軸受
２２モータ
２２ａモータロータ
２２ｂモータステータ
２３軸受ケーシング
２４モータケーシング
２６サイドケーシング
２９タイミングギア
３０サイドケーシング
４０軸受ケース
４１軸受ケース
５０排気ユニット
５１排気部逆止弁
５２中間部逆止弁
５３サイレンサ
５３−１共鳴型サイレンサ
５３−２膨張型サイレンサ
５４気体流路
５５気体流路
５６気体流路
６０サイレンサケーシング
６１気体流路
６２共鳴室
６３第１膨張室
６４第２膨張室
６５共鳴口
６６第１絞り口
６７第２絞り口
６８第３絞り口
６９蓋体

Claims

最終段に気体を吐出す吐出口、中間部に圧力逃し孔を備えた多段真空ポンプに装備する排気ユニットであって、
前記多段真空ポンプの吐出口に接続する排気部逆止弁と、中間部の圧力逃し孔に接続する中間部逆止弁と、該排気部逆止弁及び中間部逆止弁の後流側に設けるサイレンサを一体構成としたことを特徴とする排気ユニット。
最終段に気体を吐出す吐出口、中間部に圧力逃し孔を備えた多段真空ポンプを備えたドライ真空ポンプ装置において、
請求項１に記載の排気ユニットを前記多段真空ポンプの吐出口が排気部逆止弁に、圧力逃し孔が中間部逆止弁に連通するように装着したことを特徴とするドライ真空ポンプ。