JP2014141966A

JP2014141966A - 多段真空ポンプ

Info

Publication number: JP2014141966A
Application number: JP2014006328A
Authority: JP
Inventors: Crochet Stephane; クローシェステファン
Original assignee: Adixen Vacuum Products SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US20140205482A1; FR3001263A1; KR20140093635A; FR3001263B1; TW201437486A; EP2767717A1

Abstract

【課題】ドライ型の真空ポンプにおいて、ポンプ部に潤滑剤が流れるのを防止し、電力消費を減少させる。
【解決手段】入口7と出口8とを、それぞれ備える、複数のポンプ部を備え、これらのポンプ部は、吸気口と排気口との間に直列に設けられている、ドライ型の多段真空ポンプにおいて、ポンプ部から圧力を逃がすべく、少なくとも１つのバルブを備え、このバルブは、ポンプ部の入口7と同じ側において、真空ポンプの上部に配置されていることを特徴とする真空ポンプに関する。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、ドライポンプ型の多段真空ポンプに関する。本発明は、特に、「ルーツ」型、「クロー」型、「スクロール」型、「スクリュー」型、並びに類似の原理を適用した他の型の、回転ロブと２本の軸を備えるドライ真空ポンプに関する。

多段真空ポンプは、複数のポンプ部よりなり、その中を、吸引された気体が、吸気口と排気口との間で循環するようになっている。公知の真空ポンプとしては、２個若しくは３個の回転ロブを備えるルーツポンプ、及び２重のクローを備えるクローポンプがある。回転ロブを備えるポンプは、ステータの中で、互いに反対方向に回転する、同一の形状の２個のロータを備えている。回転に伴って、吸引された気体は、ロータとステータの間の空間に捉えられ、ロータにより駆動されて、次のポンプ部、若しくは最後のポンプ部を経て、排気口に送られる。操作中に、ロータとステータの間には、機械的接触はないので、ポンプ部において、油の使用が全く不要である。

真空ポンプにおける電力消費を減少させるために、排気口の前に配置されているた最終段のポンプ部は、行程容積、即ちポンプ気体容積を有し、この行程容積は、吸気口における第１のポンプ部の容積よりも小さくなっている。

しかし、特定の使用態様においては、チャンバ内の圧力を大気圧から低下させるために、排気口における、最後のポンプ部で許容されない、気体の顕著な初期の流れを、真空ポンプは吸収しなくてはならない。そうしないと、真空ポンプに顕著な圧力差が生じ、電力消費量が大となる。例えば、約12秒の周期で、大気圧から排気状態まで、圧力を低下させる時に、ローディングとアンローディングを止める「ロードロック」のような場合である。

この圧力差により、潤滑ベアリングから、潤滑剤がポンプ部に流れ出てしまう。「ドライ」型のポンプにおいては、ポンプ部に、油やグリースを流さないことは、絶対的に必要である。

本発明の第１の目的は、潤滑剤がポンプ部に流れるのを防止し、かつ電力消費を抑制するために、吸引される気体の圧力が、真空ポンプの許容能力に比べて余りにも高い時に、過剰の気体を排気するようになっているドライ型の真空ポンプを提供することである。

本発明の第２の目的は、大気圧下で吸引されるチャンバと、低圧の真空路との間に設けた分離バルブが開いている際、ポンプ作用の始動時に、圧力サージに続いて起こる、真空ポンプのロータを支持する回転軸の震動を抑制することである。

本発明の第３の目的は、最初の排気段階における、真空ポンプの発熱を抑制することである。

本発明によれば、入口と出口とを有する、複数のポンプ部を備え、これらのポンプ部が、吸気口と排気口との間に直列に設けられている、ドライ型の多段真空ポンプにおいて、ポンプ部から圧力を逃がすべく、少なくとも１つのバルブを備え、このバルブは、ポンプ部の入口と同じ側において、真空ポンプの上流部に配置されていることを特徴とする真空ポンプが提供される。

このバルブは、圧力開放弁若しくは排気弁であり、ポンプ部において、顕著な圧力差を減少させることが可能である。潤滑ベアリングとポンプ部の間のシールは、このようにして保護される。初期の摩耗と、潤滑剤がポンプ部に流れるリスクは、こうして抑えられる。更に、ポンプ部における圧力差を減少させることにより、真空ポンプの発熱及びその電力消費が抑えられる。

バルブは、ポンプ部の入口と同じ側において、真空ポンプの上部に配置されているので、いくつかの利点がある。

バルブが、例えば、真空ポンプのケーシングに形成された少なくとも１個の通路を備え、この通路は、ポンプ部の中央ハウジングと連通し、かつ口部に開口し、この口部は、バルブの可動シャッタにより閉じられるようになっている。

バルブの可動シャッタを受け入れるための、溝部を設ける必要がないので、真空ポンプの製造が容易になるという利点もある。必要なことは、ステータの上部に通路を設けることだけである。

真空ポンプの製造がより容易となるばかりでなく、バルブを配置するための、より大きな空間を設けることが可能である。

また、過剰の気体が、通路から、容易に外部に排出される。気体を排出するための、狭い、曲りくねった種々の通路は不要となり、真空ポンプに顕著な発熱を減少させる。

本発明によると、少なくとも２個のポンプ部に、それぞれバルブを設けてある。

ポンプ部の入口と同じ側において、真空ポンプの上部に、１個以上の第１バルブが配置され、ポンプ部の出口と同じ側において、真空ポンプの下部に、１個以上の第２バルブが配置されている。

真空ポンプの頂部、若しくは底部にバルブを配置してあるため、必要な空間を節約することができる。例えば、２個のポンプ部で、圧力を底部から逃し、２個のポンプ部で、圧力を頂部から逃すようにすると、空間の問題が解消される。

本発明の別の態様によれば、すべてのポンプ部に、それぞれバルブを設けてある。そのため、次のポンプ部に気体を送らずに、すべてのポンプ部が、過剰の気体を、同時に、それぞれ独立して排出することが出来る。また同時に、ポンプ部における気体の流れのうねり、及びそれに伴う回転軸の震動を減少させることができる。この震動は、気体が排出されるチャンバと、真空ポンプに連結された低圧真空路との間の分離バルブを開く瞬間に生じる。

真空ポンプは、ケーシングの上部に固定されたケースを備え、このケースは、バルブを覆い、バルブの通路の口部を、共通の排気口に連結している。排出された気体の、排気口への流れを制御することが可能である。

また、本発明によれば、入口と出口とを備える複数のポンプ部よりなり、これらのポンプ部が、吸気口と排気口との間に直列に設けられている、ドライ型の多段真空ポンプにおいて、各ポンプ部から圧力を逃がす、少なくとも２個のバルブを備え、このバルブは、真空ポンプのケーシングに形成された、少なくとも１個の通路を備え、この通路は、ポンプ部の中央ハウジングと連通し、かつ口部に開口し、この口部は、バルブの可動シャッタにより閉じられ、この可動シャッタは、平らな円板及びダイヤフラムより選択されるようになっていることを特徴とする多段真空ポンプが提供される。

本発明によれば、入口と出口とを備える、複数のポンプ部よりなり、これらのポンプ部が、吸気口と排気口との間に直列に設けられている、ドライ型の多段真空ポンプにおいて、ポンプ部から圧力を逃がすべく設けられた、ポンプ部と同じ数のバルブを備え、それにより、すべてのポンプ部から圧力を逃がすになっていることを特徴とする真空ポンプが提供される。

本発明の他の特徴及び利点については、添付図面に基づく以下の説明より明らかにする。なおこの説明は、本発明を限定するものではない。

本発明による多段真空ポンプの第１の実施の形態を示す斜視図である。本発明の多段真空ポンプの第１の実施の態様において、バルブを閉じた状態の断面図である。図2aと類似する図で、バルブを開いた状態の断面図である。本発明による多段真空ポンプの第２の実施の態様の概略図である。バルブの別の実施の態様を示す略図である。バルブの別の実施の態様を示す略図である。バルブの別の実施の態様を示す略図である。本発明による多段真空バルブの第３の実施の態様を示す概略図で、複数のバルブが閉じた状態の図である。図5aと類似する図で、バルブが開いた状態の図である。

図１、図2a、図2bには、ドライポンプ型の多段真空ポンプ１の第１の実施の態様が示されている。図2aに概略的に示されているように、この真空ポンプは、「ルーツ型」の回転式ローブロータ３を支持する２本の回転軸２を備えている。本発明は、また、クローポンプ、スクロールポンプ、スクリューポンプ若しくは類似の原理を利用した他のポンプのような、ドライポンプ型の多段真空ポンプにも適用することができる。

図３に概略を示すように、この多段真空ポンプ１は、複数のポンプ部、この実施の態様においては、TA,T1,T2,T3,T4,TRの６つのポンプ部を備え、多段真空ポンプ１の吸気口４と排気口５とに亘って、直列に取り付けられ、吸引された気体が循環するようになっている。内部において、回転軸２は、回転ローブロータ３の形状で、ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRを介して延びており、図１のように、モータＭにより、排気部ＴＲの側から駆動される。

ケーシング６のハウジング10内における２個のロータ３は、同じ形状であり、互いに反対方向に回転する。ロータ３が回転するにつれ、吸引された気体は、ロータ３とケーシング６との間に形成されている空間へ送られ、ロータ３により駆動されて、最後のポンプ部TRを経た後、次のポンプ部、即ち排気口５の方向へ送られる。この真空ポンプ１は、ドライポンプである。その理は、作動中に、２個のロータ３は、真空ポンプ１のケーシング６内で、ケーシング６と機械的な接触をすることなく、互いに反対方向に回転し、油を完全に不要としているからである。

図2aに示すように、各ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRは、それぞれ、入口７と出口８を備えている。図３に示すように、ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRの出口は、連結管９により、次のポンプ部の入口に直列に接続している。

真空ポンプ１の吸気口４と連通する第１ポンプ部TAは、「吸気部」とも呼ばれる。出口８が真空ポンプ１の排気口５と連通する最後のポンプ部は、「排気部」とも呼ばれる。吸気部TAと排気部TRの間で、直列に接続されたポンプ部T1,T2,T3,T4は、「中間部」とも呼ばれる。吸気部TAと排気部TRとの間で、行程容積、即ちポンプ気体容積は順次小となっている。

ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRの入口孔７は、真空ポンプ１のケーシング６の上部に設けられ、出口溝８は、真空ポンプ１のケーシング６の下部に設けられている。操作中に、気体は、中央ハウジング10の中で、ロータ３により、入口７から出口８の方向へ送られ、連結管９の内部を上昇して、次のポンプ部の上部に設けた入口７の方向へ送られる。

真空ポンプの吸気口４に接続されている大気圧下のチャンバの排気を開始した時に、大きな気体の流れを吸引するために、真空ポンプ１には、ポンプ部から、過剰の圧力を逃がす、少なくとも１個のバルブが設けられている。

ポンプ部における、明らかな圧力差を減少させるために、潤滑ベアリングとポンプ部との間に、シールが設けられている。これにより、初期の摩耗と、ポンプ部へ潤滑剤が移動するリスクは、抑えられる。更に、ポンプ部における圧力差を減少させることにより、真空ポンプの発熱及び電力消費は抑えられる。

図2a、図2bに示すように、バルブは、少なくとも１本の通路11と、各通路11を閉めるための、少なくとも１つのシャッタとを備えている。通路11は、ケーシング６に形成され、ポンプ部の中央ハウジング10は、外部、例えば、真空ポンプ１の排気口５と連結されている。

バルブは、受動的な放出モジュールで、ポンプ部の過剰圧力により、開口位置と閉止位置との間を動くようになっている。開口位置と閉止位置は、バルブの上流側と下流側との間の圧力差に対応している。閉止位置において、上流側と下流側との間の圧力差が、バルブ測定閾値以下であると、可動シャッタは、流体を密閉させ、通路11を閉じる。バルブの上流側と下流側と間の圧力差が、バルブ測定閾値を超えると、開口位置において、過剰の気体は、ポンプ部から、直接に排出され、次のポンプ部を迂回する。

図１、図2a、図2bのバルブの第１の実施の態様においては、可動シャッタは球体12であり、通路11は、円錐状の口部13を有し、この口部13は、球体12のための弁座となっている。

球体12は、例えば、鋼鉄製である。円錐状口部13及び球体12は、例えばシリコーンのようなエラストマーによりコーティングされ、機械的性質と、加熱したポンプの高温に対する耐性とは向上させられている。

図2aの閉止位置において、通路11の円錐状口部13は、通路11の口部13の弁座に当接されている球体12により、閉鎖されている。弁座に載置された時に、球体12は、通路11の円錐状口部13を、流体を密閉し、かつ閉鎖する。ポンプ部の圧力が過剰となった時、球体12は、弁座から上昇し、図2bのように、通路11の円錐状口部13を開く。円錐状口部13により、球体12はセンタリングされ、弁座に再び当接する。

図４aに示すバルブの第２の実施の態様においては、圧力に応じて、平らな円板よりなる可動シャッタ17により通路11を閉じ、流体を密閉するようになっている。

図4aにおいては、バルブは、円板よりなる可動シャッタ17を、バネ18により通路11の口部に圧接して、通路を閉鎖するようになっている。ポンプ部における圧力が過大となると、可動シャッタ17は、上昇し、通路の口部を開く。

バルブの別の実施の態様として、可動シャッタを、シャッタと通路11の口部との間に配置された球体とバネよりなるものとしてもよい（図示せず）。

バルブの更に別の実施の態様によれば、可動シャッタを、図４bに示すように、ダイヤフラム19よりなるものとされる。ダイヤフラム19は、閉止位置において、図４bの点線で示すように、通路11の口部を閉鎖する。開口位置において、ダイヤフラム19は、過剰圧力の気体により変形し、図4bのように、通路11の口部を開く。

図4cの本発明の第３の実施の態様によれば、バルブは、自動車のエンジンにおけるようなポペットバルブである。このポペットバルブは、頭部20、傘部21及び軸部22を備えている。円柱状の頭部20は、通路11を閉鎖する可動シャッタの役目をする。バルブが閉鎖位置にある時、頭部20は、通路11の口部に形成された弁座を押圧し、流体を密閉するとともに、バルブをセンタリングする。弁座に当接する頭部20は、通路11の口部の円錐形状に合致する円錐形状である。軸部22は、通路11内で、バルブを垂直方向に案内している。

互いに迂回する２本の通路を備え、１本のシャッタではなく、２個の可動シャッタを備えるバルブとしてもよい。これについては、図示していない。互いに迂回する２本の通路により、気体を多量に放出することができ、コンパクトなレイアウトとすることができる。

図１、図2a、図2bに示す第１の実施の態様によれば、バルブは、ポンプ部の入口７と同じ側において、真空ポンプの上部に配置されている。これにより、ポンプ部が過剰圧力の場合に、例えば、過剰の気体が、底部ではなく、頂部から放出されるので、いくつかの利点が得られる。

ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRにおいて、バルブの上昇した可動シャッタを受け入れるために、ケーシング６に溝を設ける必要がないので、真空ポンプのケーシング６の製造が容易になる。ケーシリング６の上部に通路11を設けることが、必須である。更に、放出された気体のための通路を確保するために、例えば、真空ポンプ１の排気口５に向かって、ケース15を流体的に密閉しつつ、保持されるアセンブリを設けてもよい。

真空ポンプをより容易に製造出来るという利点に加え、バルブを位置決めするための、大きな空間が確保される。

過剰の気体が、通路10を経て、容易に放出される。そのため、放出気体のために、伝達を遅らせ、熱を発生する、曲りくねった通路を設ける必要がなく、真空ポンプに多量の熱が発生することはない。

図３に示す第２の実施態様によれば、各々バルブを有する少なくとも２つのポンプ部が設けられている。

第１の実施に態様によれば、１個以上のバルブ23が、ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRの入口と同じ側において、真空ポンプの上部に配置され、また１個以上のバルブ24が、ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRの出口8と同じ側において、真空ポンプの下部に配置されている。

例えば、吸気側において、過剰の気体を放出する、それぞれのバルブを備え、最大の行程容積を有する装置が設けられている。

図示の実施の態様において、２個の第１のバルブ23が、２個の第１のポンプ部TA,T1の入口と同一の側において、真空ポンプの上部に配置され、２個の第２のバルブ24が、ポンプ部T2,T3の出口８と同一の側において、真空ポンプの下部に配置されている。２個の第１のバルブ23、及び２個の第２のバルブ24は、この実施の態様においては、連続して設けられている。

バルブを真空ポンプの上部か下部に位置決めするかを選択することにより、真空ポンプを必要な空間に最適に配置出来る。

本発明の第２の実施の態様においては、すべてのバルブ23は、ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4の入口と同じ側において、真空ポンプの上部に配置されるか、若しくはポンプ部TA,T1,T2,T3,T4の出口と同じ側において、真空ポンプの下部に配置されている（図示せず）。

図5a、図5bは、すべてのポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRが、それぞれバルブを備えている、別の実施の態様を示している。

例えば、真空ポンプは、ケーシング６の上部に固定され、バルブを覆い、通孔11を共通の排気口16に連結するケース15を備えている。共通の排気口16は、真空ポンプの排気口５と連通している。ケース15は、可動シャッタの頂部に配置され、公知の連結手段により、ケーシング６に固定されている。例えば、ケース15は、真空ポンプ１のケーシング６と同様に、鋳造により、単一の部材として製造される。

真空ポンプ１の通常の操作、即ち真空ポンプ１のポンプ能力に適合する気体の流れを吸引する操作において、口部13は、図5aに示すように、閉鎖されている。図5aにおいて、球体として示される可動シャッタが、口部13に当接していることにより、吸引された気体が、次のポンプ部を迂回するのが防止される。吸引された気体は、図３の点線の矢印で示すように、６個のポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRに導かれ、真空ポンプ１の排気口５から排出される。

過剰の気体がある場合、即ち気体流が、真空ポンプのポンプ能力と比べてあまりにも大きい場合、大気圧で吸引される時、過剰の気体により、各弁座から球体12は上昇し、通路11の口部13が露出する。次に、気体は、ポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRから、共通の排気口16へ排出される。

真空ポンプ１により処理され、気体流が消失するにつれ、球体12は、口部13の中心に向かって、下降する。

すべてのポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRは、次のポンプ部に向かわずに、過剰の気体を同時に排出可能で、独立した操作が可能である。

真空ポンプの、すべてのポンプ部TA,T1,T2,T3,T4,TRから同時に気体が排出されるので、気体がポンプ部に集中し、真空ポンプに連結された低圧真空路をチャンバから離隔する分離弁の開口時に、発生する回転軸２の振動を、顕著に減少させる。

図5a、図5bに示すように、ポンプ部の入口と同じ側において、すべてのポンプ部に、頂部から排出される多段真空ポンプが示されているが、すべてのポンプ部から気体を排出する他の実施例を考えることもできる。

例えば、すべてのポンプ部が、これらのポンプ部の出口と同じ側において、底部から気体を排出するようになっていてもよい。

あるいは、特定のポンプ部において、ポンプ部の入口と同一の側において、気体が頂部から排出され、他のポンプ部においては、これらのポンプ部の出口と同一の側において、底部から気体が排出されるようになっていてもよい。

１多段真空ポンプ
２回転軸
３ローブロータ
４吸気口
５排気口
６ケーシリング
７入口
８出口
９連結管
10 中央ハウジング
11 通路
12 球体
13 円錐状口部
15 ケース
16 排気口
17 可動シャッタ
18 バネ
19 ダイヤフラム
20 頭部
21 傘部
22 軸部
23 バルブ
24 バルブ
TA,T1,T2,T3,T4,TR ポンプ部

Claims

入口(7)と出口(8)とを、それぞれ有する、複数のポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)を備え、これらのポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)は、吸気口(4)と排気口(5)との間に直列に設けられている、ドライ型の多段真空ポンプであって、
ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)から圧力を逃がすようになっている、少なくとも１つのバルブを備え、かつこれらのバルブは、ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)の入口(7)と同じ側において、真空ポンプの上部に配置されていることを特徴とする真空ポンプ。
少なくとも２個のポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)は、それぞれバルブを備えている、請求項１に記載の真空ポンプ。
すべてのポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)は、それぞれバルブを備えている、請求項１若しくは２に記載の真空ポンプ。
ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)の入口(7)と同じ側において、真空ポンプの上部に、少なくとも１個の第１バルブが配置され、ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)の出口(8)と同じ側において、真空ポンプの下部に、少なくとも１個の第２バルブが配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
バルブは、真空ポンプのケーシング(6)に形成された少なくとも１個の通路(11)を備え、この通路(11)は、ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)の中央ハウジング(10)と連通し、かつ口部(13)に開口し、この口部(13)は、バルブの可動シャッタにより閉じられるようになっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
口部(13)は円錐状である、請求項５に記載の真空ポンプ。
可動シャッタは、球体、平らな円板、及びダイヤフラムの群より選択されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
バルブはバネを備えている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
真空ポンプは、ケーシング(6)の上部に固定されたケース(15)を備え、このケース(15)は、バルブを覆い、バルブの通路(11)の口部(13)を、共通の排気口(16)に連結している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
入口(7)と出口(8)とを、それぞれ備える、複数のポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)よりなり、これらのポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)は、吸気口(4)と排気口(5)との間に直列に設けられている、ドライ型の多段真空ポンプにおいて、
各ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)から圧力を逃がす、少なくとも２個のバルブを更に備え、このバルブは、真空ポンプのケーシング(6)に形成された、少なくとも１個の通路(11)を備え、この通路(11)は、ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)の中央ハウジング(10)と連通し、かつ口部(13)に開口し、さらにこの口部(13)は、バルブの可動シャッタにより閉じられ、この可動シャッタは、平らな円板、及びダイヤフラムから選択されていることを特徴とする多段真空ポンプ。
入口(7)と出口(8)とをそれぞれ備える、複数のポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)を備え、これらのポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)は、吸気口(4)と排気口(5)との間に直列に設けられている、ドライ型の多段真空ポンプにおいて、
ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)から圧力を逃がすべく、それぞれに設けられた、ポンプ部(TA,T1,T2,T3,T4,TR)と同じ数のバルブを備え、それにより、すべてのポンプ部から圧力を逃がすになっていることを特徴とする真空ポンプ。