JP2016205405A - 真空排気装置 - Google Patents
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Abstract
Description
真空ポンプとして、排気(真空)領域で使用領域が分けられているターボ分子ポンプとドライ真空ポンプではあるが、ターボ分子ポンプを使用する場合、ターボ分子ポンプが排気可能な領域、すなわち中真空領域まではドライ真空ポンプで粗挽き作業が必要であり、ターボ分子ポンプを使用するためにはドライ真空ポンプ(粗挽きポンプ)の設置が必須であった。
1)特開昭60−204997号公報(特許文献4)
らせん溝ポンプ部と遠心式ポンプ部とを備え、1台で超高真空から大気圧まで圧縮できる運動量移送式の真空ポンプである。タービン翼、遠心翼が同一回転軸に直列に配置されているため、大気圧側に配置されている遠心翼の大気圧領域での排気効率が悪く、運転動力が大きい。
2)特許第2680156号公報(特許文献5)
遠心圧縮ポンプ段と円周流圧縮ポンプ段とを備え、1台で超高真空から大気圧まで圧縮できる運動量移送式の真空ポンプである。遠心翼と渦流翼が同一回転軸に直列に配置されているため、大気圧側に配置されている渦流翼の大気圧領域での排気効率が悪く、運転動力が大きい。
また、1台の真空ポンプで超高真空から大気圧まで圧縮できる真空ポンプにあっては、排気性能の制約の問題や運転動力の増大の問題がある。
本発明の好ましい態様によれば、前記締結部品には、排気通路が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記防振ブッシュの2つの部品は、接着剤により一体に固着されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記締結部品の穴部は複数個あり、前記複数の穴部にそれぞれ防振ブッシュが挿入されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記第一の真空ポンプの軸心と、前記第一の真空ポンプと前記第二の真空ポンプとを連結して一体化した真空排気装置の重心位置が合うようにしていることを特徴とする。
ここで、高真空とは、0.1〜10−5Paの圧力の状態を云い、中真空とは、100〜0.1Paの圧力の状態を云い、低真空とは、大気圧未満〜100Paの圧力の状態を云う。また、超高真空とは、10−5〜10−8Paの圧力の状態を云い、極高真空とは、10−8Pa以下の圧力の状態を云う(地球上で作ることができる真空状態としては現在のところ、10−10Pa程度である)。
大気圧まで圧縮排気している第二の真空ポンプの振動は、第一の真空ポンプに比べて非常に大きい。第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとを一体化した本発明の真空排気装置の振動が大きいと、真空容器の近傍への設置が出来なくなる恐れがある。そのため、第二の真空ポンプからの振動を防振する防振機構を2台のポンプの連結部に設けることにより、第一の真空ポンプへ伝わる振動レベルが低減する。防振機構としては、ヤング率が1000KPa以下(1000〜10KPa)、アスカーC硬度が50以下(50〜4)の防振ゴム(天然ゴム、二トリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなど)、バネなどが考えられる。
排気通路部品が剛性の高い材料、構造の場合、その部品より振動が伝導してしまう。上記実施形態によれば、排気通路部品を防振作用のある材料で成形することにより、第二の真空ポンプから第一の真空ポンプへ伝播してくる振動を抑えることができる。防振材料としては、ヤング率が1000KPa以下(1000〜10KPa)、アスカーC硬度が50以下(50〜4)の天然ゴム、二トリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材を用い、チューブ状、もしくはブロック状に成形してもよい。
第一の真空ポンプと第二の真空ポンプでは、それぞれで運転中に発生する振動の方向性の傾向には、すなわち振動エネルギーの大きい方向には、大きな差異はなく、それぞれ回転軸のラジアル方向に回転体のアンバランスに起因する振動が発生する。もし、本発明のユニット化された真空排気装置において、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプの回転軸を平行(直列)に配置した場合、回転軸の軸心と直交する方向(ラジアル方向)に発生する回転振動が、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプで同時に発生し、共振振動などの発生によりポンプ機械部品の損傷などの可能性がある。また、ラジアル方向の振動が重ね合わされ、過大な振動として真空容器側へ伝わってしまう。このため、本発明では、第一の真空ポンプの回転軸の軸心と第二の真空ポンプの回転軸の軸心とは、互いに直交方向に配置することで、真空容器側へ取り付けられる第一の真空ポンプの回転軸のラジアル方向振動成分を抑える構造としている。
上記実施形態によれば、第一の真空ポンプの回転軸を支持する軸受及び第二の真空ポンプの回転軸を支持する軸受は、自己潤滑性がある材料或は軌道内にグリスなどを内包した転がり軸受、或は自己潤滑性のあるジャーナル軸受、或は気体軸受もしくは磁気軸受などの非接触軸受の何れかを使用しており、設置方向がいずれの方向であっても回転軸が健全な状態で回転維持することが可能になっている。本発明の真空排気装置は、外観上は1つにまとめられたポンプユニットであるため、内部に第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとが組み合わされていることをユーザが意識することはない。一般的に第二の真空ポンプとして用いられるドライ真空ポンプは、鉱物油などの粘度が低い潤滑油を軸受部に使用するため、ポンプ自体の取付方向にある程度の制約がある。これに対して、第一の真空ポンプとして用いられるターボ分子ポンプはグリスを主体とした潤滑油を使ったボールベアリング或いは非接触軸受を使って回転体を支えているため、取付方向には特段の制約がない。本発明のドライ真空ポンプは、鉱物油など粘度が低い潤滑油を軸受部に使用することなく、回転体を支えることが可能な軸受を使用することで、ポンプユニットとして取付方向に特段の制約が発生しない構造としている。
上記実施形態によれば、第一の真空ポンプの底面部品と第二の真空ポンプのポンプケーシングとを一体化部品として構成し、さらにこの一体化部品に第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとを連通させる排気通路を取り込むようにしている。このように、底面部品とポンプケーシングとを共通化することにより、部品点数削減(低コスト化)およびユニット全体の省容積化を図ることができる。また、一体化部品に2台のポンプの排気通路を取り込んでしまうことにより、排気通路を短くできるのでコンダクタンスが大きくなり、第二の真空ポンプの低容量化に繋がる。そうすると、ポンプユニット全体での更なる低コスト化、小容積化を図ることができる。また、底面部品とポンプケーシングとを一体化したことにより2台のポンプの熱伝導性が向上する。大気圧までの圧縮を行う第二の真空ポンプは、超高真空側の第一の真空ポンプに比べて消費電力が大きく発熱量も多い。第二の真空ポンプが冷却水を用いる仕様の場合は、2台のポンプ間の熱伝導性を高めておけば、第二の真空ポンプに設置されている冷却機構のみで、効率よく2台のポンプの冷却(放熱)を行うことができる。
第二の真空ポンプの冷却に冷却水を用いない場合には、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプの連結部の熱伝導性を悪くするために、前記連結部に断熱部材を設ける、もしくは連結部接触面積を小さくする、もしくはその両方を実施することが有効である。第二の真空ポンプに冷却水の使用が認められない用途の場合、放熱方法は強制空冷となる。大気圧までの圧縮を行う第二の真空ポンプは、超高真空側の第一の真空ポンプに比べ消費電力が大きく発熱量も多い。冷却水にて効率よく排熱できる仕様に比べ、強制空冷での排熱性能は劣り、その分、2台のポンプ間の熱伝導性が良い場合、第二の真空ポンプからの発熱量が第一の真空ポンプ側へある程度伝導することが考えられ、場合によっては第一の真空ポンプの運転に支障を来たす可能性が考えられる。そこで、2台のポンプの連結部に断熱部材を設けるか、又は連結部の接触面積を小さくすることにより熱伝導を悪くし、第二の真空ポンプから第一の真空ポンプへの熱伝導を極力抑える。
上記実施形態では、第一の真空ポンプの吸気口と第二の真空ポンプの吸気口とを接続するバイパス流路を設けることにより、第一の真空ポンプの吸気口から第二の真空ポンプの吸気口へ直接排気を行うことで、第一の真空ポンプをバイパスさせることが可能であり、真空容器の真空破壊が発生した場合でも第一の真空ポンプへの急激な負荷増加による回転体の破損を防止することができる。
上記実施形態は、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプ間の排気流路も含めて第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとを一体化したポンプ構成であるため、流路の圧力条件が既知であり、各ポンプの運転状態に異常が発生したとき、たとえば第二の真空ポンプの故障により第一の真空ポンプの背圧が急上昇した場合に、配管内部の所定の圧力差でそれ自身が自動的に閉止する構造を持った逆流防止弁を設置することで第一の真空ポンプの排気側の圧力急上昇を防止することが可能となる。
本発明の実施形態によれば、前記制御装置は、前記第一の真空ポンプおよび前記第二の真空ポンプのそれぞれについて、排気ガス流量によってポンプ回転速度を個別に変化させつつ、排気対象のチャンバ内圧力を目標とした圧力条件に維持するように制御することが可能であることを特徴とする。
通常、ポンプの排気速度制御を行う場合は、吸気側開口部面積をバルブなどを使って調整することにより行う。これに対して、本発明では、真空容器内圧力の制御を真空容器とポンプ間に備えられたバルブの開度調整で行うのではなく、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプのいずれか或いはその両方のポンプ回転速度を制御することで、真空ポンプそれぞれの排気速度を調整し、ポンプシステム全体の排気速度を調整することが可能である。すなわち、制御用バルブなどを使用することなく、当該ポンプシステム1台で真空容器内圧力を調整することが可能である。
上記実施形態は上記構成のドライポンプを第二の真空ポンプとして用いることによって、第二の真空ポンプから第一の真空ポンプに伝わる振動を抑制することができ、第二の真空ポンプを第一の真空ポンプに連結して一体化することができる。第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとを一体化する際に、第二の真空ポンプの取付姿勢を自由に選択することができる。そして、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとを一体化したユニットを真空容器(真空チャンバ)等の排気対象に取り付ける際に、一体化したユニットの取付姿勢を自由に選択することができる。
本発明の実施形態によれば、前記第一の真空ポンプと前記第二の真空ポンプとは、吸排気経路で連結され一体化していることを特徴とする。
上記実施形態によれば、1台の第一の真空ポンプに対して複数台の第二の真空ポンプを一体化することにより、第一の真空ポンプの排気容量に適合した排気容量を持った粗挽きポンプを構築することが可能となる。また、真空容器内の圧力制御を行う際に複数台の第二の真空ポンプを並列して制御できるため、より適切な圧力制御が可能となる。さらに、仮に第二の真空ポンプのうちの1台が停止しても残りの第二の真空ポンプで第一の真空ポンプをバックアップすることができるため、第二の真空ポンプのうちの1台が停止しても、第一のポンプが停止し真空容器の圧力が急上昇するような事態を防ぐことができる。
1台の第二の真空ポンプに対して複数台の第一の真空ポンプを一体化することにより、第一の真空ポンプのロータを小型化することができる。また、2台の真空ポンプまたは3台の真空ポンプを一体化することにより、1つの制御装置による制御が可能となる。
第一の真空ポンプに対して第二の真空ポンプを小さくできるため、第二の真空ポンプを第一の真空ポンプに取り付けるに際して取付姿勢に制約を受けることがない。
また、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとに上記寸法比および容積比の組合せを採用することにより、第二の真空ポンプの数倍の排気容量がある1台の第一の真空ポンプに対して複数台の第二の真空ポンプを一体化することも可能である。
本発明の実施形態によれば、前記複数の連結部は、それぞれ防振材料を備え、該複数の防振材料は空間を隔てて互いに離間していることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、前記防振材料は、前記第一の真空ポンプと前記第二の真空ポンプとを締結する締結部品に取り付けられ、前記防振材料に固定用ボルトを挿通して該固定用ボルトを前記第一の真空ポンプに螺合することにより、前記締結部品は前記防振材料を介して前記第一の真空ポンプに固定されていることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、前記第二の真空ポンプは一対のロータを有する容積式真空ポンプであり、前記一対のロータはマグネットカップリングにより互いに反対方向に同期して回転することを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、前記第一の真空ポンプの回転軸の軸心と前記第二の真空ポンプの回転軸の軸心とは、互いに直交して配置され、前記第一の真空ポンプの底面部品と、前記第二の真空ポンプのケーシングとを一体化することにより、前記第一の真空ポンプと前記第二の真空ポンプとを一体化したことを特徴とする。
(1)高真空以下まで真空排気できる第一の真空ポンプと大気圧から中真空又は低真空まで真空排気できる第二の真空ポンプとを一体化することで、超高真空排気を1台のポンプシステムで構築することが可能となる。また、高真空以下まで真空排気できる第一の真空ポンプと大気圧から中真空又は低真空まで真空排気できる第二の真空ポンプの組合せという構成を持つことで、中真空領域および超高真空領域でそれぞれポンプが高効率の運転状態で排気することが可能となり、システム全体の消費動力を低減できる。
(2)補助ポンプとしての第二の真空ポンプを第一の真空ポンプに一体化することができるため、補助ポンプの設置スペース(フットプリント)の削減を図ることができる。
(3)第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとを一体化する際に、第二の真空ポンプの取付姿勢を自由に選択することができる。そして、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとを一体化したポンプユニットを真空容器(真空チャンバ)等の排気対象に取り付ける際に、一体化したポンプユニットの取付姿勢を自由に選択することができる。
(4)真空容器内圧力の制御を真空容器とポンプ間に備えられたバルブの開度調整で行うのではなく、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプのいずれか或いはその両方のポンプ回転速度を制御することで、真空ポンプそれぞれの排気速度を調整し、ポンプシステム全体の排気速度を調整することが可能である。すなわち、制御用バルブなどを使用することなく、当該ポンプシステム1台で真空容器内圧力を調整することが可能である。
図1(a),(b),(c)は、本発明に係る真空排気装置の第1の態様を示す図であり、図1(a)は真空排気装置の部分断面正面図、図1(b)は真空排気装置の部分断面側面図、図1(c)は真空排気装置の部分断面底面図である。
図1(a),(b),(c)に示すように、本発明の真空排気装置は、高真空以下まで真空排気できる第一の真空ポンプ1と、大気圧から中真空又は低真空まで真空排気できる第二の真空ポンプ2とを備え大気圧力から超高真空領域まで排気する装置であって、第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2がユニット化されて一体の装置として構成されている。すなわち、第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とは連結されて一体化されている。第一の真空ポンプ1はターボ分子ポンプからなり、第二の真空ポンプ2はドライ真空ポンプからなっている。第一の真空ポンプ1の排気口と第二の真空ポンプ2の吸気口は排気通路部品3によって接続されている。
図2に示すように、第一の真空ポンプ1を構成するターボ分子ポンプは、ポンプケーシング9内に吸気口側から排気口側に向かってタービン翼排気部10とねじ溝排気部20とを順次配置して構成されている。タービン翼排気部10は、多段の回転翼としてのタービン翼11と、タービン翼11の直後流に配置された多段の固定翼14とから構成されている。多段のタービン翼11は、概略円筒状のロータ12に一体に形成されており、ロータ12は回転軸13に固定されている。一方、多段の固定翼14は、ポンプケーシング9内に積層されたスペーサ15によって挟持されることによりポンプケーシング9に固定されている。これにより、タービン翼排気部10において、回転翼としてのタービン翼11と、固定翼14とが交互に配置される構成になっている。
前記ロータ12の内側にはステータ25が配置されており、ステータ25はポンプケーシング9の下部フランジ9lfに固定されている基部26と、基部26より上方に延びるスリーブ部27とを備えている。ステータ25のスリーブ部27には、回転軸13に回転駆動力を与えるモータと回転軸13を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部30が配置されている。
図5(a),(b),(c)に示すように、第二の真空ポンプ2は、一対のスクリューロータ52a,52bが第一の真空ポンプ1の下面に上下に並列するように取り付けられている。第二の真空ポンプ2における一対のスクリューロータ52a,52bは、スクリューロータ52a,52bの軸心2ax,2bxが第一の真空ポンプ1の回転軸の軸心1xと直交し且つ第一の真空ポンプ1の下面から上下に間隔をおいて並列するように設定されている。
図6(a)に示す例においては、制御装置4は第一の真空ポンプ1の外周面に取り付けられている。
図6(b)に示す例においては、制御装置4は第一の真空ポンプ1の下面に取り付けられている。なお、制御装置4を第一の真空ポンプ1に取り付ける取付部に防振機構を設けてもよい。防振機構としては、防振ゴム(天然ゴム、二トリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなど)、バネなどが考えられる。
図6(a),(b)に示す実施形態においては、制御装置4が第一の真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)側に設置された例を挙げたが、制御装置をポンプ側から離して設置する方がよい場合は、その選択は任意である。
図7(a)に示す例においては、第一の真空ポンプ1の底面部品40と第二の真空ポンプ2のポンプケーシング50とを一体化部品60として構成している。
図7(b)に示す例においては、第一の真空ポンプ1の底面部品40と第二の真空ポンプ2のポンプケーシング50とを一体化部品60として構成し、さらにこの一体化部品60に第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とを連通させる排気通路3aを取り込むようにしている。
また、締結部品62には、第二の真空ポンプ2の吸気口SPと連通する排気通路62aが形成されるとともに第二の真空ポンプ2の排気口DPと連通する排気通路62bが形成されている。締結部品62の排気通路62aは排気通路部品3により第一の真空ポンプ1の排気口DP(図2参照)に接続されている。締結部品62の排気通路62bは真空ポンプ2の排気口DPを大気に連通させるようになっている。排気通路部品3はゴム材等からなる防振材料部品により構成されている。
図10(a),(b)に示すように、締結部品62には複数の貫通孔62hが設けられており、これら貫通孔62hの内周壁には半径方向内方に突出するフランジ部62f(図10(a))が形成されている。図10(c)に示すように、防振ブッシュ63は、大径のリング状部と小径のリング状部とからなる上部部材63aとリング状部材からなる下部部材63bとから構成されている。図10(a)に示すように、上部部材63aは、小径のリング状部が締結部品62のフランジ部62fの内周面に嵌合されるとともに大径のリング状部の下面がフランジ部62fの上面に当接することにより、締結部品62に装着される。下部部材63bは、上部部材63aの小径のリング状部の外周面に嵌合されるとともにフランジ部62fの下面に当接している。上部部材63aと下部部材63bの嵌合部は接着剤等により一体化することにより、上部部材63aと下部部材63bとにより締結部品62のフランジ部62fを挟持する。これにより、防振ブッシュ63は締結部品62に取り付けられる。その後、防振ブッシュ63に固定用ボルト64を挿通するとともにボルト頭部と防振ブッシュ63との間に座金65を介装して固定用ボルト64を第一の真空ポンプ1に締め込むことにより、締結部品62は防振ブッシュ63を介して第一の真空ポンプ1に固定される。また、締結部品62と第二の真空ポンプ2とはボルト等によって固定される。
図11(a)に示す実施例においては、第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とを一体化したポンプユニットは、真空容器5の下方に取り付けられており、第一の真空ポンプ1の軸心が垂直方向になるように配置されている。第二の真空ポンプ2のスクリューロータ52a,52bの軸心と第一の真空ポンプ1の軸心とは直交している。
図11(b)に示す実施例においては、第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とを一体化したポンプユニットは、真空容器5の側方に取り付けられており、第一の真空ポンプ1の軸心が水平方向になるように配置されている。第二の真空ポンプ2のスクリューロータ52a,52bの軸心と第一の真空ポンプ1の軸心とは直交している。
なお、第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とを一体化したユニットを真空容器5の上方に取り付けてもよい。また、図5に示すように第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とを一体化したポンプユニットも図11(a),(b)と同様の取付姿勢で真空容器5に取り付けることができる。
図12(a),(b)は、第二の真空ポンプ2を第一の真空ポンプ1の側面に取り付けた取付姿勢を示す図であり、図12(a)は部分断面正面図、図12(b)は底面図である。
図12(a),(b)に示すように、第二の真空ポンプ2は第一の真空ポンプ1の側面に取り付けられている。すなわち、第一の真空ポンプ1の円筒状のポンプケーシングの外側面を平坦に切り欠いて、平坦面に第二の真空ポンプ2が固定されている。図12(a),(b)に示す例においては、第一の真空ポンプ1の軸心1xと第二の真空ポンプ2のスクリューロータ52a,52bの軸心52ax,52bxとが平行に配置されている。図1および図5に示す例においては、第一の真空ポンプ1の回転軸と第二の真空ポンプ2の回転軸とを直交させてラジアル方向の共振振動を避けるようにしたが、本発明においては、第二の真空ポンプ2は一対のスクリューロータがマグネットカップリング作用により同期回転するように構成しているため、2軸のスクリューロータを同期させるタイミングギヤが不要であり、第二の真空ポンプ2の振動を飛躍的に低減できる。そのため、第一の真空ポンプ1の回転軸と第二の真空ポンプ2の回転軸とを平行に配置しても、ラジアル方向の共振振動が発生する恐れはない。
図13(a),(b)に示すように、第二の真空ポンプ2は第一の真空ポンプ1の側面に取り付けられ、第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2との間には、締結部品62が設置されている。締結部品62には複数の防振ブッシュ63が取り付けられており、防振ブッシュ63に固定用ボルト64を挿通して固定用ボルト64を第一の真空ポンプ1に螺合することにより、締結部品62は防振ブッシュ63を介して第一の真空ポンプ1に固定されている。
図13(c)に示すように、締結部品62,防振ブッシュ63,固定用ボルト64および座金65は、図10(a),(b),(c)に示すものと同様の構成であり、取付方法も同様である。
本発明は、ターボ分子ポンプからなる第一の真空ポンプ1とドライポンプからなる第二の真空ポンプ2間の排気流路も含めて第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とを一体化したポンプ構成であるため、流路の圧力条件が既知であり、各ポンプの運転状態に異常が発生したとき、たとえば排気側ドライポンプの故障によりターボ分子ポンプの背圧が急上昇した場合に、排気通路部品3の内部の所定の圧力差でそれ自身が自動的に閉止する構造を持った逆流防止弁6を設置することでターボ分子ポンプの排気側の圧力急上昇を防止することが可能となる。
(1)通常、ポンプの排気速度調整を行なう場合は、吸気側開口面積を、バルブなどを使って調整することにより行なう。それに対し、本発明では真空容器内圧力の制御を、真空容器とポンプ間に備えられたバルブの開度調整(開口面積調整)で行うのではなく、第一の真空ポンプ1もしくは第二の真空ポンプ2のいずれか或いはその両方のポンプ回転数(ポンプ回転速度)を制御することで、真空ポンプそれぞれの排気速度を調整し、ポンプシステム全体の排気速度を調整することを可能としている。すなわち、ポンプ以外の制御用バルブなどの機器を使用することなく、真空容器内圧力を調整することが、当該ポンプシステム1台で実現することが可能である。
本発明の真空排気装置のように、第一の真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)と第二の真空ポンプ(ドライポンプ)間の配管が非常に短い距離で設置されている場合、圧力調整を開始してから第一の真空ポンプの回転数を下げ、真空容器の圧力が所定の条件に至った時点(第二の真空ポンプ減速開始点)で第二の真空ポンプの減速を開始させる。両ポンプを繋ぐ配管長が短いため、第二の真空ポンプの減速に対する真空容器の圧力変化が速く、その結果、目標の真空容器圧力(圧力調整完了点)に最短の時間で到達することができる。しかしながら、従来の真空排気装置のように、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプ間の配管が長い場合、第二の真空ポンプの減速に対する真空容器の圧力変化に遅れが生じるため、目標の真空容器圧力(圧力調整完了点)に到達するのに時間を要することとなる。
次に、第一の真空ポンプ1および第二の真空ポンプ2の外形寸法について具体的数値を挙げて説明する。以下に記す寸法には、電装系(ドライバ,コントローラ,空冷ファンなど)は含まず、ポンプ排気部と駆動部(モータ)のみを含むものである。
(1)本発明の第二の真空ポンプに、2軸容積移送式ポンプ(スクリュー型ロータ)でマグネットカップリングモータを使用した場合、第二真空ポンプ到達性能:400Pa以下
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略軸方向寸法比:1〜0.7
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略容積比:0.4
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略軸方向寸法比:0.8〜0.6
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略容積比:0.4
(2)上記組合せで使用できる第二の真空ポンプで、ダイヤフラム型ポンプの場合の例
第二真空ポンプ到達性能:400Pa以下
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略軸方向寸法比:1.8〜1.3
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略容積比:1
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略軸方向寸法比:1.7〜1.4
第一真空ポンプを1とした場合の第二真空ポンプの概略容積比:2.6
また、第一の真空ポンプと第二の真空ポンプとに上記組合せを採用することにより、第二の真空ポンプの数倍の排気容量がある1台の第一の真空ポンプに対して複数台の第二の真空ポンプを一体化することも可能である。
1台の第一の真空ポンプ1に対し、第二の真空ポンプ2を2台並列に接続することで、第二の真空ポンプ全体としては排気性能を2倍にすることが可能であるとともに、真空容器内の圧力制御を行う際、1台の第二の真空ポンプで行うべき調圧制御を2台の並列した第二の真空ポンプで制御することで圧力制御をより細かく制御することができる。また短時間での制御が可能になる。
さらに、第二の真空ポンプが1台の場合には、第二の真空ポンプが停止すると第一の真空ポンプも運転を継続することができなくなり停止し、その結果、真空容器内圧力が急上昇してしまう。しかし、第二の真空ポンプが2台の場合には、仮に第二の真空ポンプのうち1台のポンプが停止しても、もう一方の第二の真空ポンプにより、第一の真空ポンプの排気口圧力を許容圧力以下にすることができる。したがって第一の真空ポンプが停止して真空容器内の圧力が急上昇するような事態を回避することができる。
図19に示すように第一の真空ポンプを2台並列に接続し、第二の真空ポンプを1台として一体に構成する場合には、第一の真空ポンプの排気性能を大きくするために高速回転するポンプロータを大型化することなく、安全な真空排気システムを構成することができる。
1台の第一の真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)と2台の第二の真空ポンプ(ドライポンプ)とを吸排気経路で連結して一体化している場合、図21に示すように、圧力調整を開始してから第一の真空ポンプの回転速度を下げ、真空容器の圧力が上昇した時点で2台の第二の真空ポンプのうち1台の第二の真空ポンプの減速を開始する。この時点では第一の真空ポンプの減速を持続している。第一の真空ポンプの減速を停止した後にもう一方の第二の真空ポンプの減速を開始する。次に、先に減速を開始した第二の真空ポンプの減速を停止する。もう一方の第二の真空ポンプの減速を継続し、真空容器の圧力が所望の圧力になった時点でもう一方の第二の真空ポンプの減速を停止する。この時点で圧力調整が完了する。
3つのポンプは連結されているため、第二の真空ポンプの減速に対する真空容器の圧力変化が速く、目標の真空容器圧力(圧力調整完了点)に最短の時間で到達することができる。さらに、2台の第二の真空ポンプを使用し時間差を設けて減速の開始及び停止を行うことができるため、真空容器内の圧力の細かな制御が可能になる。
図22に示すように、第一の真空ポンプ1を構成するターボ分子ポンプは、ポンプケーシング109の中央部の吸気口側から左右両側に回転軸113に沿って回転翼111と固定翼114とが交互に配置されている。多段の回転翼111は、回転軸113に一体に形成されており、多段の固定翼114は、ポンプケーシング109に固定されている。
第二の真空ポンプ2は、図3に示されるスクリュー型ドライ真空ポンプと同様に構成されている。
図23に示すように、第二の真空ポンプ2における一対のスクリューロータは、スクリューロータの軸心が第一の真空ポンプ1の回転軸113の軸心と直交し且つ第一の真空ポンプ1の下面から同一距離だけ離間して並列するように配置されている。
図25は、図23に示す第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2との間に、図9および図10に示すような締結部品62および防振ブッシュ63を設けた真空排気装置を示す図である。図24および図25に示すように、複数の防振ブッシュ63からなる防振機構を用いて第一の真空ポンプ1と第二の真空ポンプ2とを締結することにより、第二の真空ポンプ2から第一の真空ポンプ1へ伝わる振動レベルを低減することができる。
2 第二の真空ポンプ
3 排気通路部品
3a 排気通路
4 制御装置
5 真空容器
6 逆流防止弁
7 バイパス配管
8 バイパスバルブ
9,109 ポンプケーシング
10 タービン翼排気部
11,111 タービン翼
12 ロータ
13,113 回転軸
14,114 固定翼
15 スペーサ
20 ねじ溝排気部
21 ねじ溝スペーサ
25 ステータ
26 基部
27 スリーブ部
30 軸受モータ部
31 モータ
32 上ラジアル磁気軸受
33 下ラジアル磁気軸受
34 スラスト磁気軸受
40 底面部品
50 ポンプケーシング
51a,51b 回転軸
52a,52b スクリューロータ
53 軸受
54 マグネットロータ
54a マグネット
54b ヨーク
55 軸受ハウジング
56 軸受押さえ
57 電機子
57a 鉄心
57b 巻線
60 一体化部品
61 防振機構
62 締結部品
63 防振ブッシュ
64 固定用ボルト
Claims (7)
- 高真空以下まで真空排気できる第一の真空ポンプと、大気圧から中真空又は低真空まで真空排気できる第二の真空ポンプを備え、大気圧から高真空以下まで排気する真空排気装置であって、前記第一の真空ポンプと前記第二の真空ポンプとを防振材料を介して連結して一体化したことを特徴とする真空排気装置。
- 前記第一の真空ポンプと前記第二の真空ポンプとの連結部は、一方の真空ポンプに固定された締結部品と、締結部品の穴部に挿入された防振ブッシュと、締結部品を防振ブッシュを介して他方の真空ポンプに固定するボルトとからなることを特徴とする請求項1記載の真空排気装置。
- 前記締結部品には、排気通路が形成されていることを特徴とする請求項2記載の真空排気装置。
- 前記防振ブッシュは2つの部品からなり、締結部品の穴部内に形成されたフランジ部を狭持することを特徴とする請求項2記載の真空排気装置。
- 前記防振ブッシュの2つの部品は、接着剤により一体に固着されていることを特徴とする請求項4記載の真空排気装置。
- 前記締結部品の穴部は複数個あり、前記複数の穴部にそれぞれ防振ブッシュが挿入されていることを特徴とする請求項2記載の真空排気装置。
- 前記第一の真空ポンプの軸心と、前記第一の真空ポンプと前記第二の真空ポンプとを連結して一体化した真空排気装置の重心位置が合うようにしていることを特徴とする請求項1記載の真空排気装置。
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