JP5952616B2 - 真空ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプ装置に関し、半導体製造装置等の真空チャンバ内にあるガスを排気して、真空チャンバ内を真空にするために用いる真空ポンプ装置に関するものである。

従来、この種の真空ポンプ装置は、半導体製造装置が配置される真空チャンバ内のプロセスガスを排気するために使用されている。このような半導体の製造工程には、たとえば化学気相成長（ＣＶＤ）のように真空チャンバの内部にウェハを配置し、ウェハの面をプロセスガスに暴露させる工程がある。プロセスガスは、薄膜構成元素を含んでおり、ウエハの面上で反応して膜物質が形成される。均一な膜形成のためには、ウェハに対してプロセスガスのより安定した均一な供給が求められることになる。一方、このようなＣＶＤ工程ではプロセスガスを供給しつつ真空ポンプ装置による排気が行われている。

この真空チャンバ内は清浄雰囲気であることが要求されるために、真空チャンバ内のプロセスガス排気に使用される真空ポンプ装置は、ポンプ内部のガス流路に油を使用しないドライポンプであることが必要とされる。このようなドライ真空ポンプとして、例えばルーツ型２軸容積式ドライ真空ポンプなどが知られている。

このルーツ型２軸容積式ドライ真空ポンプは、対向する一対のルーツ型のロータをケーシング内に備え、これらのロータ間およびロータとケーシングとの隙間が微少になるようにクリアランスを設けて構成されている。そして、この一対のロータが同期反転することにより、ロータとケーシングとの間に形成された空間にプロセスガスが閉じ込められて吐出口側に移送され、この移送が連続して行われることによりプロセスガスの排気が行われている。

上述のように構成された容積式のドライ真空ポンプにおいては、排気対象となるガスが、上述したようにプロセスガスの場合、当該プロセスガス中に昇華温度の高い反応副生成物が含まれていることがある。このような場合、真空ポンプの温度が所定の温度にまで達しないと、この反応副生成物が固体化し、真空ポンプ内部に生成物として析出してしまうといった問題がある。そして、このような生成物がロータ間やロータとケーシングとの間に堆積すると、ロータの回転に摩擦が生じてモータの負荷を増加させ、極端な場合にはポンプの回転が停止して、再起動できなくなる場合がある。

この生成物の析出を防ぐ方法として、ヒータを真空ポンプ内部に配置したり、ラバーヒータ等をポンプのケーシングに巻くなどによって真空ポンプを加温していた。
図１は、従来技術における真空ポンプ装置の概略図を示している。この真空ポンプ装置は、真空チャンバ側に配置されるブースターポンプ２と、外気側に配置されるメインポンプ４とを備えており、ブースターポンプ２とメインポンプ４は直列に接続されている。ブースターポンプ２は、メインポンプよりも高い排気速度を有しており、真空ポンプ装置全体として、メインポンプ単体のものと比較して、真空チャンバ内のプロセスをより迅速に排気できるようになっている。

ブースターポンプ２は、対向する一対の２個のロータ６をケーシング８内に備え、ケーシングの一方の端部に設けた電動モータ１０により駆動されるようになっている。そして、ケーシング８内でロータ６の両側にヒータ１２を配置して、このヒータ１２から発生する熱によってケーシングを加温している。また、ケーシングの周囲に、ラバーヒータ１４を巻いたり、あるいは、保温カバーを巻いたりして、加温効果を高めている。

一方、メインポンプ４は、対向する一対のロータ１６をケーシング１８内に備えて構成されている。メインポンプ４は、ケーシング内でロータ１６の一方側にヒータ２０を配置して、このヒータ２０から発生する熱によってケーシングを加温している。また、同様に、ケーシング１８の周囲に、ラバーヒータ２２を巻いてケーシングを加温したり、あるいは、保温カバーを巻いたりしている。

特開２００３−０８３２７３ 特開２００９−０９７３４１

しかしながら、上述した真空ポンプ装置においては、ヒータ用の別電源が必要となるだけでなく、ヒータそのものが別装置として必要となるため構造が複雑化し、コストが上がるという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、複雑な装置を用いることなく、真空ポンプ内部での生成物の析出を防止して、円滑なポンプ運転を行うことを可能とした低コストのドライ真空ポンプを提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明は、真空ポンプ装置であって、ガスを排気するためのガス排出用のポンプ部と、該ポンプ部を駆動するためのモータ部と、該モータ部で発生した熱を前記ポンプ部に伝達するための熱伝達装置とを備えたことを特徴とする真空ポンプ装置を提供するものである。

また、本発明は、真空ポンプ装置であって、ガスを排気するためのガス排出用のポンプ部と、該ポンプ部を駆動するためのモータ部とを備え、前記ポンプ部の排気側で発生した圧縮熱を、該ポンプ部のほぼ全体に伝達するための熱伝達装置とを備えた真空ポンプ装置を提供するものである。

このように構成された本発明によれば、モータ部で発生した熱をポンプ部に供給することができ、これにより、ポンプ部の内部の温度を従来よりも上昇させることが可能となり、ポンプ部が排気するガスに含まれる反応副生成物の固体化を防ぎ、生成物の析出を効果的に防止することができる。

また、ポンプ部の排気側で発生した圧縮熱を、該ポンプ部のほぼ全体に伝達することができ、同様に、ポンプ部が排気するガスに含まれる反応副生成物の固体化を防ぎ、生成物の析出を効果的に防止することができる。

図1は、従来技術における真空ポンプ装置の概略図である。 図２は、本発明の第１実施形態における真空ポンプ装置の概略縦断面図である。 図３は、図２に示した真空ポンプ装置の径方向の概略横断線図である。 図４は、図３に示した電動モータの径方向の概略横断線図である。 図５は、ラジエータの位置を変えた本発明の第２実施形態に係る真空ポンプ装置の概略断線図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る真空ポンプ装置の概略断線図である。 図７は、図６に示したブースターポンプの径方向の概略横断線図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る真空ポンプ装置を図２乃至図４に基づいて説明する。
本発明の第１実施形態に係る真空ポンプ装置は、真空チャンバ（図示せず）からプロセスガスを排気するためのドライ真空ポンプ（ガス排出用のポンプ部）３０と、ドライ真空ポンプを駆動するための電動モータ（モータ部）３２と、電動モータ３２で発生した熱を真空ポンプに伝達するための熱伝達装置３６とを備えている。本実施形態においては、ドライ真空ポンプは、ルーツ型となっているが、スクリュー型など他の構造のものであっても良い。

ドライ真空ポンプ３０は、ポンプケーシング３８内に一対のルーツロータ（図２では一方のルーツロータのみ示す）４０が収容されている。一対のルーツロータ４０は、ポンプケーシング３８の内面との間に、また、ルーツロータ４０同士の間にわずかな隙間を保持してポンプケーシング３８内に配置されている。ポンプケーシング３８には、プロセスガスの吸込口４２と吐出口４４が設けられている。

各ルーツロータ４０は、シャフト４６と、該シャフト４６に固定されロータ４８とを備えており、両端部近傍で軸受５０によって回転自在に支承されている。
ドライ真空ポンプは、多段型ポンプとすることができ、本実施形態実施においては、３段のロータ４８がシャフト４６に固定されている。そして、３段のロータ４８の径方向外側に圧縮ガス通路５２が形成されており、吸込口４２から導入されたプロセスガスは、３段のロータの各により圧縮され、圧縮ガス通路５２を介して後段のロータ４８に移送されるようになっている。

各段のロータ４８は、上流から下流側になるほど、各段での圧力差が大きくなり、最終段で最も圧力差が大きくなる。つまり、最終段が最もプロセスガスを圧縮している部分であり、圧縮熱が一番大きくなっている。

シャフト４６の一方の側には、電動モータ（例えば、ブラシレス直流モータＭ）３２が設けられており、この電動モータ３２によって、シャフト４６及びロータ４８が回転駆動されるようになっている。

各ルーツロータ４０の反モータ側の軸端には、互いに噛み合う一対のタイミングギヤ５６（図２では一方のギヤのみ示す）が固定されており、一対のルーツロータ４０の同期を保つようになっている。

電動モータ３２を駆動すると、一対のルーツロータ４０は、ポンプケーシング３８の内面及びロータ４８同士の間にわずかな隙間が保持された状態で、非接触で回転する。一対のルーツロータ４０の回転につれて、吸込側のプロセスガスはロータ４８とポンプケーシング３８との間に形成された空間に閉じこめられて吐出側に移送される。このように、吸込口４２から導入されたプロセスガスが３段のロータ４８により圧縮移送されて吐出口４４から排出され、この移送が連続して行われることによりプロセスガスの排気が行われる。

電動モータ３２は、モータケーシング（ステータフレーム）６０と、シャフト４６の端
部に取り付けられたモータロータ６２と、モータケーシング６０の内周面に設けられたステータ６４とを備えている。また、本実施形態においては、モータロータ６２とステータ６４との間にそのステータとロータとを隔離するキャン６６が配置されて、キャン構造モータとなっている。シャフト４６は、このモータロータ６２が固定されたシャフト４６の端部が片持ち構造となるように軸受５０によって支持されている。

ステータ６４は、一端部を閉鎖した円筒状のモータケーシング（ステータフレーム）６０の内周部に嵌入されたステータコア６８を備えている。モータケーシング６０の開口部６１には、外方に突出するフランジ部６３が形成されており、モータケーシング６０は、このフランジ部６３により、ポンプケーシング３８に連結されている。

ステータコア６８には、その内周部側に開口する多数のスロット７０が画定され、これらスロット７０の間にティース７２が形成されている。これらのスロット７０内を通して、コイル７４がティース７２に巻装されている。

熱伝達装置３６は、少なくとも一部がモータケーシング６０とポンプケーシング３８とに設けられた循環通路８０と、循環通路を通して熱媒体としての液体（例えば、冷却水）を圧送するための圧送ポンプ８２とを備えることが好ましく、圧送ポンプ８２により液体を循環通路８０で循環できるようになっている。

本実施形態において、循環通路８０は、液体を貯蔵したタンク（図示せず）から圧送ポンプ８２を介してモータケーシング６０に液体を供給する上流側通路８４と、モータケーシング６０に設けられたモータ側循環通路８６と、ポンプケーシング３８に設けられたポンプ側循環通路８８と、モータ側循環通路８６とポンプ側循環通路８８との間を接続する接続通路９０と、ポンプ側循環通路８８を出た液体を圧送ポンプ８２及びタンクに戻す下流側通路９２とを備えている。循環通路８０を構成する各通路８４、８６、８８、９０、９２は、腐食防止のためステンレス管（ステンレスパイプ）で構成することが好ましい。

また、本実施形態においては、モータ側循環通路８６とポンプ側循環通路８８との間にある接続通路９０の部分に、液体を冷却するための冷却装置１００が設けられている。
モータ側循環通路８６は、配管としての循環パイプを備えており、循環パイプは、モータケーシング６０に埋設されている。ポンプ側循環通路８８も配管としての循環パイプを備えており、この循環パイプは、ポンプケーシング３８に埋設されている。

循環通路８０の上流側通路８４は、一端が電磁弁８１を介して図示しないタンクに接続され、他端がモータケーシング６０に埋設されたモータ側循環通路８６の入口８５に接続されている。この上流側通路８４は、また、電磁弁８３を介して圧送ポンプ８２の出口に接続されている。

下流側通路９２は、一端がポンプ側循環通路８８の出口８９に接続され、他端が電磁弁８５を介して図示しないタンクに接続されていると共に、圧送ポンプ８２の入口に接続されている。電磁弁８１及び８５は常時閉となっており、電磁弁８３は常時開となっている。このため、ポンプ側循環通路８８の出口を出た液体は、圧送ポンプ８３に入り、圧送ポンプ８２で圧送されて、電磁弁８３を介して、モータ側循環通路８６とポンプ側循環通路８８とを通って循環するようになっている。液体が不足した場合は、電磁弁８１が開かれて液体が追加され、液体が余分な場合は電磁弁８５が開かれてタンクに戻されるようになっている。これら電磁弁の開閉は、後述する制御装置で制御されるようになっている。

循環通路８０のモータ側循環通路８６は、モータケーシング６０内を、図２において、
左側から右側に向けて螺旋状に配管されている。モータケーシング６０に埋設されたモータ側循環通路８６は、ステータコア６４にできるだけ隣接して配置されている。電動モータ３２で発生する熱は、主に、ステータコア６４で発生する鉄損と、ティース７２に巻かれたコイル７４で発生する銅損とからなっている。そのため、銅損で発生する熱をより効率的に吸収できるように、モータ側循環通路８６を構成する循環パイプは、ステータコア６４やティース７２に隣接するようにモータケーシングに埋め込むことが好ましい。また、モータ側循環通路８６は、循環パイプをモータケーシング６０に鋳包んでモータケーシング６０に埋設することが好ましい。

また、ポンプ側循環通路８８は、ポンプケーシング３８において、図２において、左側から右側に向けて螺旋状に配管されている。もっとも、ポンプケーシング３８を一体ではなく別体に形成して、別体のケーシングを組み合わせてポンプケーシングを構成する場合、循環通路を螺旋状に形成する必要はない。例えば、断面半円形状の半円筒形ケーシングを２つ成形し、これら２つの半円筒形ケーシングを組み合わせて、円筒形状のポンプケーシングを構成する場合、半円筒形のケーシングのそれぞれに循環パイプを半螺旋状に配置し、片側において循環パイプを連結することにより、循環通路を構成することもできる。

ポンプ側循環通路８８も、循環パイプをポンプケーシング３８に鋳包んで製造することにより、ポンプケーシング３８に埋設することが好ましい。ポンプ側循環通路８８は、ロータ４８の径方向外側に形成された圧縮ガス通路の径方向外側に配置されると共に、ロータ４８間に配置されている。ポンプ側循環通路８８が、部分的にロータの径方向外側に配管されているため、ロータ４８とポンプケーシング３８との間が加温され、ロータ４８とポンプケーシング３８との間における生成物の堆積が防止される。また、ポンプ側循環通路８８が、ロータ４８間に配管されているため、ロータ４８間が加温され、ロータ間における生成物の堆積が防止される。本実施形態においては、ポンプの軸受け５０を、別の冷却経路１１１で冷却している。

モータ側循環通路８６とポンプ側循環通路と８８の間を接続する接続通路９０は、モータ側循環通路８６の出口９３と、ポンプ側循環通路８８の入口９５との間を接続している。接続通路９０は、モータケーシング６０とポンプケーシング３８との外側に設けられている。

接続通路９０は、モータ側循環通路８６の出口９３よりモータケーシングの外方に延在する出口部分９４と、ポンプケーシング３８の外側からポンプ側循環通路の入口９５に延在する入口部９６と、出口部と入口部とを連通する連通部９８とを備えている。

本実施形態においては、真空ポンプ装置は、また、冷却装置１００と、モータ側循環通路８６及びポンプ側循環通路８８との間を液体連通可能に遮断する弁装置１０２と、ポンプケーシング３８に設けられ該ポンプケーシングの温度を検出するための温度センサ１０４と、温度センサ１０４で検出されたポンプケーシング３８の温度に基づいて弁装置１０２を制御する制御装置１０６とを備えている。

本実施形態において、冷却装置１００は、ラジエータ１０８を備えており、ラジエータ１０８を通る液体の熱を大気中に放熱させることにより液体を冷却している。ラジエータ１０８には、入口通路１１０と出口通路１１２とが接続されている。ラジエータの入口通路１１０は、一端が接続通路の出口部９４に接続され、他端がラジエータ１０８の入口に接続されて、モータ側循環通路８６を出た液体をラジエータ内に取り込むことができるようになっている。一方、ラジエータの出口通路１１２は、一端がラジエータの出口に接続され、他端が接続通路９０の入口部９６に接続され、ラジエータで冷却された液体を、接
続通路９０の入口部９６を介して、ポンプ側循環通路８８に供給できるようになっている。

この実施形態においては、ラジエータ１０８の入口通路１１０が、接続通路９０の出口部９４と連通部９８との間に接続されることにより、Ｔ字形状の第１の交差部が構成されている。同様に、ラジエータの出口通路１１２が、接続通路の連通部９８と入口部９６との間に接続されることにより、Ｔ字形状の第２の交差部が構成されている。そして、本実施形態においては、接続通路の連通部９８が、第1の交差部と第2の交差部とを直接的に連通してラジエータをバイパスするためのバイパス通路を構成している。

弁装置１０２は、ラジエータ１０８の入口通路１１０に設けられた入口側電磁弁１１４と、ラジエータの出口通路１１２に設けられた出口側電磁弁１１６と、接続通路９０の連通部９８に設けられたバイパス側電磁弁１１８とを備えており、これら電磁弁は、制御装置１０６により開閉制御されるようになっている。

温度センサ１０４は、ポンプケーシング温度との相関関係が確認できる部位であれば、どこに設けても良い。
制御装置１０６は、温度センサ１０４で検出されたポンプケーシング３８の温度を検知している。そして、ポンプケーシング３８の温度が所定温度以上になったとき、制御装置１０６は、入口側電磁弁１１４と出口側電磁弁１１６とを開くとともに、バイパス側電磁弁１１８を閉じる。これにより、液体がラジエータ１０８を通って放熱され、液体の温度を下げることができる。温度センサ１０４で検出されたポンプケーシング３８の温度が所定温度以下の場合、制御装置１０６は、入口側電磁弁１１４と出口側電磁弁１１６とを閉じるとともに、バイパス側電磁弁１１８を開ける。これにより、液体は、連通部９８を通ってラジエータ１０８をバイパスし、液体の温度を下げることがなく、ポンプケーシング３８の温度を迅速に上げることができる。

本実施形態において、さらに、電動モータを３２制御するためのインバータ１２０を備えることができる。この場合、制御装置１０６は、温度センサ１０４からのポンプケーシング３８の温度に基づいて、インバータ１２０を制御して電動モータ３２の力率を制御する。真空ポンプの始動時などポンプケーシング３２やポンプロータ４８の温度が低い場合、力率を悪くすることにより、界磁コイル７４に流れる電流を増大させて、界磁コイル部分の銅損を増大させて電動モータをより迅速に加温することができる。ポンプケーシング３８やポンプロータ４８が十分に暖められたとき、力率を改善することにより、真空ポンプを効率良く稼働させることができる。このように、電動モータに電力を供給するインバータを備えることにより、電動モータの力率を制御でき、力率を低くするように制御して、ポンプケーシング温度を所定の温度まで短時間で温めることができる。

本実施形態においては、真空ポンプ装置の運転前までに液体を循環通路８０の配管内に注入し、真空ポンプ装置運転と同時に圧送ポンプを稼働して、液体を循環させる。
電動モータ３２の温度が上がってきた場合、モータ側循環通路内を流れる液体の温度も上がり、この温度が上がった液体が、ポンプケーシング３８に埋設されたポンプ側循環通路８８を流れため、ポンプケーシング３８やポンプロータ４８が暖められる。このようにして、電動モータ３２の温度が十分に上がった場合、制御装置１０６はインバータ１２０タを制御して力率を改善し、電動モータ３２の電流を抑え、効率的な運転を行う。一方、制御装置１０６は、温度センサ１０４で検出されたポンプケーシング３８の温度が所定温度以上になったとき、入口側電磁弁１１４と出口側電磁弁１１６とを開くとともに、バイパス側電磁弁１１８を閉じ、液体をラジエータ１０８で冷却して、液体の温度を下げるよう液体の温度を調節する。

以上のように、上記実施形態においては、電動モータ３２で発生した熱をポンプケーシング３８やポンプロータ４８に供給でき、これにより、ヒータを用いることなく、真空ポンプ装置のポンプ部の内部の温度を上昇させることが可能となり、ポンプ部が排気するプロセスガスに含まれる反応副生成物の固体化を防ぎ、生成物の析出を効果的に防止することができる。

次ぎに、本願発明の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同様な構成は同符号を用いてその説明を省略する。
第２の実施形態は、図５に示されているように、ラジエータ１０８の位置が第１の実施形態と異なっている。第２の実施形態においては、ラジエータ１０８は、ポンプ側循環通路８８を出た液体を圧送ポンプ８２及び図示しないタンクに供給する、循環通路８０のうちの下流側通路９２に配置されている。ラジエータ１０８の入口通路１１０は、一端が、下流側通路９２のうちポンプ側循環通路の出口側に接続され、他端がラジエータの入口に接続されて、ポンプ側循環通路を出た液体をラジエータ内に取り込むことができるようになっている。一方、ラジエータの出口通路１１２は、一端がラジエータの出口に接続され、他端が、下流側通路９２のうち圧送ポンプ側に接続されている。第２の実施形態においては、ラジエータ１０８で冷却された液体を、圧送ポンプ８２を介して、まず、電動モータ側に供給できる。このため、モータ温度異常時等にモータ温度を効果的に下げることができるという特徴をもっている。

なお、温度センサを電動モータ側にも設け、電動モータの温度に基づいて、電磁弁１１４、１１６、１１８を制御することもできる。この場合、ポンプ側に温度センサを設けてポンプ側の温度を制御しても良いし、ポンプ側に温度センサを設けなくても良い。

以上のように、第２の実施形態によれば、ポンプ部からモータ部へ接続された配管に電磁弁を介してラジエータを接続したので、モータ温度異常時等にモータ温度を効果的に下げることができる。

次ぎに、本発明の第３実施形態に係る真空ポンプ装置を図６及び図７に基づいて、説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様な構成は同符号を用いてその説明を省略する。

図６に示す真空ポンプ装置は、ポンプ部としての、真空側に配置されるブースターポンプ２００と、外気側に配置されるメインポンプ３００とを備え、ブースターポンプ２００とメインポンプ３００は直列に接続されている。ブースターポンプ２００は、メインポンプ３００よりも高い排気速度を有しており、真空ポンプ装置全体として、メインポンプ単体のものと比較して、真空チャンバ内のプロセスガスをより迅速に排気できるようになっている。ブースターポンプ２００は、吸込口２０２と吐出口２０４を有しており、吸込口２０２が、図示しない真空チャンバ内に接続されるようになっている。ブースターポンプ２００の吐出口２０４は、接続管４００を介して、メインポンプ３００の吸込口３０２に接続されている。

ブースターポンプ２００は、上記第１の実施形態と第２の実施形態に係る真空ポンプ装置と同じように、電動モータ３２で発生した熱を、熱伝達装置によりポンプケーシング２３８に伝達して、ポンプケーシング２３８及びポンプロータ２４８（ポンプ部）を加温するようになっている。ブースターポンプ２００は、対向する一対のロータ２４８をポンプケーシング２３８内に備え、ポンプケーシング２３８の一方の端部に設けた電動モータ３２により駆動されるようになっている。対向する一対のロータ２４８は、その軸端に設けたタイミングギア５６により互いに反対方向に同期回転する。

メインポンプ３００は、上記第１の実施形態と第２の実施形態と同様に、ポンプ部としてルーツ型ドライ真空ポンプが用いられているが、電動モータ３２で発生した熱を用いておらず、メインポンプ３００の吐出口３０２側で発生した圧縮熱を利用して該メインポンプのほぼ全体を加温するようなっている。

第３実施形態に係る真空ポンプ装置においては、ブースターポンプ２００の軸受け５０と、メインポンプ３００の軸受け５０とを効率的に冷却するために、軸受け用の冷却経路５００を備えている。

ブースターポンプ２００の電動モータ３２も、メインポンプ３００の電動モータ３２も、例えば、ブラシレス直流モータとすることができ、これら電動モータによって、ブースターポンプのシャフト及びロータと、メインポンプのシャフト及びロータが、回転駆動されるようになっている。ブースターポンプ及びメインポンプのシャフトの電動モータと反対側には、それぞれ、互いに噛み合う一対のタイミングギヤ５６が固定されており、それぞれのポンプのロータ同期を保つようになっている。

ブースターポンプ２００の熱伝達装置は、図５に示した第２実施形態の熱伝達装置とほぼ同様の構成となっている。ブースターポンプ２００は、排気速度が高くなるように、長尺状のロータ２４８により一段で圧縮する構造となっている。このため、長尺状のロータ２４８を収容するケーシング２３８は、ロータ２４８が配置された部分においてシャフト２４６の軸線方向に沿った厚みが同一となっており、このケーシング２３８にポンプ側循環通路２８８が螺旋状に配置されている。したがって、ポンプ側循環通路２８８は、シャフト２４６の軸線方向に対し交差する径方向において、シャフト２４６からほぼ同一距離に配置されて、ブースターポンプ内をほぼ一様に加温できるようになっている。そして、ポンプケーシング２３８の温度を検出するための温度センサ１０４が設けられており、温度センサで検出されたポンプケーシング２３８の温度に基づいて、制御装置１０６が、電磁弁１１４、１１６、１１８の開閉を制御してラジエータ１０８に流れる液体の量を制御して、ポンプケーシングの温度を調節できるようになっている。

一方、メインポンプ３００は、プロセスガスを排気するためのポンプケーシング３３８及びポンプロータ３４８（ガス排出用のポンプ部）と、ポンプ部を駆動するための電動モータ（モータ部）３２と、ポンプ部の排気側で発生した圧縮熱を、メインポンプのほぼ全体に伝達するための熱伝達装置３３６とを備えている。メインポンプ３００は、上記第1及び第２の実施形態と同様に、多段型ポンプとなっており、ロータ３４８がシャフト３４６に固定されて、ケーシング３３８に設けられている。上述したように、最終段で圧縮されて大気中に放出されるプロセスガスは、ポンプケーシング３３８の吐出口３０４の箇所で温度が一番高くなっている。メインポンプ用熱伝達装置は、この排気側すなわち吐出口側の圧縮熱をポンプケーシング３３８のほぼ全体に伝えるようになっている。

ポンプケーシング３３８は、一対の別体で成形された第１のポンプケーシング３３８ａと第２のポンプケーシング３３８ｂを組み合わせて構成されている。第１と第２のケーシングは、それぞれ、断面半円で半円筒形状となっており、これら２つの半円形のケーシングを組み合わせて、円筒形状のポンプケーシング３３８を形成している。

メインポンプ用の熱伝達装置３３６は、少なくとも一部がポンプケーシング３３８に設けられた循環通路３８０と、循環通路３８０を通して液体を圧送するための圧送ポンプ３８２とを備え、圧送ポンプ３８２により液体を循環通路３８０で循環できるようになっている。循環通路３８０は、電動モータ３２のモータケーシング６０に配置されておらず、ポンプケーシング３３８とその周辺にだけ配置されている。

循環通路３８０は、液体を貯蔵したタンク（図示せず）から圧送ポンプを介してポンプケーシング３３８に液体を供給する上流側通路３８４と、第１のポンプケーシング３３８ａに埋設された第１のポンプ側循環通路３８８ａと、第２のポンプケーシング３３８ｂに設けられた第２のポンプ側循環通路３８８ｂと、第１のポンプ側循環通路３８８ａと第２のポンプ側循環通路３８８ｂとの間を接続する接続通路３９０と、第２のポンプ側循環通路３８８ｂを出た冷却水を圧送ポンプタ及びタンクに供給する下流側通路３９２とを備え、下流側通路３９２に液体を冷却するためのラジエータ１０８が設けられている。

第１のポンプ側循環通路３８８ａも、第２のポンプ側循環通路３８８ｂも、それぞれ、循環パイプを半螺旋状に配置してそれぞれのポンプケーシングに埋め込まれて構成されている。例えば、第１のポンプ側循環通路３８８ａは、第１のポンプケーシング３３８ａの形状に沿って、軸線方向に対して交差するよう半円弧を描くように延在し、第１のポンプケーシングの端部で折り返し、その反対方向に、軸線方向に対して交差するよう半円弧状方向に延在し、これが繰り返されて、全体として半螺旋形状となるように配置されている。第１及び第２のポンプ側循環通路は、吐出口３０４付近を通してポンプケーシングに埋設されており、真空ポンプの吐出口３０４の周囲に配置された第１及び第２のポンプ側循環通路３８８ａ、３８８ｂに流れる液体が、吐出口３０４の箇所で発生する圧縮熱を吸収し、第１及び第２のポンプ側循環通路を介してポンプケーシング全体を加温できるようになっている。そして、ポンプケーシング３３８の温度を検出するための温度センサ３０４が設けられており、温度センサ３０４で検出されたポンプケーシング３３８の温度に基づいて、制御装置１０６が、メインポンプ３００の電磁弁１１４、１１６、１１８を制御してラジエータ１０８に流れる液体の量を制御して、ポンプケーシング３３８の温度を調節できるようになっている。

軸受け用の冷却経路５００は、一系統で、ブースターポンプ２００の軸受け５０とメインポンプ３００の軸受け３５０を冷却できるようになっており、図示しない冷却経路のポンプと接続されている。

冷却経路５００は、この図示しないポンプと接続された第１の経路部５０２と、第１の経路部５０２に接続されモータケーシング６０に埋設された第２の経路部５０４と、第２の経路部５０４の出口に接続されメインポンプ３００のシャフトの一方の軸受けを冷却する第３の経路部５０６と、第３の経路部５０６を出た冷却水を、メインポンプ３００のシャフトの他方の軸受けに案内して冷却する第４の経路部５０８と、第４の経路部５０８を出た冷却水をブースターポンプ２００のシャフトの一方の軸受けに案内して冷却する第５の経路部５１０と、第５の経路部５１０を出た冷却水をブースターポンプ２００のシャフトの他方の軸受けに案内して冷却する第６の経路部５１２と、第６の経路部５１２を出た冷却水をポンプ（図示せず）の入口に接続するための第７の経路部５１４とを備えている。このように、第３の実施形態においては、冷却経路５００の一部を利用して、メインポンプ３００の電動モータ３２のモータケーシング６０を冷却できるようにしている。

第３の実施形態においても、真空ポンプ装置の始動時、真空ポンプ装置の運転前までに液体を循環通路３８０に、冷却水を冷却経路５００に注入し、真空ポンプ装置の運転と同時に、循環用の圧送ポンプ８２、３８２と、冷却経路のポンプ（図示せず）を稼働する。真空ポンプ装置の始動時、ブースターポンプ２００の電動モータ３２が暖められていないため、ポンプケーシング２３８もポンプロータ２４８も温度が低くなっており、生成物の堆積が生じやすくなっている。また、メインポンプ３００の吐出口３０４周辺の温度も低くなっている。その際、制御装置１０６は、インバータ１２０を制御して、ブースターポンプ２００の電動モータ３２の力率を悪くすることにより、電動モータ３２に流れる電流を増大させる。また、制御装置１０４は、ブースターポンプ側とメインポンプ側において、入口側電磁弁１１４と出口側電磁弁１１６とを閉じるとともに、バイパス側電磁弁１１
８を開けて、冷却水をラジエータ１０８を通ることなくバイパスさせ、ブースターポンプとメインポンプのポンプケーシングの温度を迅速に上げることができる。

ブースターポンプ２００の電動モータ３２の温度が上がってきた場合、モータ側循環通路８６内を流れる液体の温度も上がり、この温度が上がった液体が、ポンプケーシング２３８に埋設されたポンプ側循環通路２８８を流れため、ポンプケーシング２３８やポンプロータ２４８が暖められる。このようにして、ポンプケーシング２３８の温度が十分に上がった場合、制御装置１０６はインバータ１２０を制御して力率を改善し、ブースターポンプ２００の電動モータ３２の電流を抑え、効率的な運転を行う。

一方、制御装置１０６は、ブースターポンプ２００の温度センサ１０４やメインポンプ３００の温度センサ３０４で検出されたそれぞれのポンプケーシングの温度が所定温度以上になったとき、入口側電磁弁１１４と出口側電磁弁１１６を開くとともに、バイパス側電磁弁１１８を閉じ、液体をラジエータ１０８で冷却して、液体の温度を下げ、液体の温度を所定温度になるように調節している。

以上のように、上記実施形態においては、ブースターポンプにおいては、電動モータで発生した熱をポンプケーシングやポンプロータに供給でき、これにより、ヒータを用いることなく、真空ポンプ内部の温度を上昇させることが可能となり、真空ポンプ゜が排気するプロセスガスに含まれる反応副生成物の固体化を防ぎ、生成物の析出を効果的に防止することができる。

一方、メインポンプにおいては、ポンプケーシングの吐出口付近における排気ガスの圧縮熱をポンプケーシングやポンプロータに供給でき、これにより、ヒータを用いることなく、真空ポンプ内部の温度を上昇させることができる。

また、上記実施形態において、真空ポンプのロータの形状としてマユ型や三つ葉形状のものを示したが、本願発明はこれに限定されるものではなく他の型や形状のロータであってもよい。

３０ ポンプ部（ルーツ型ドライ真空ポンプ）
３２ モータ部（電動モータ）
３６ 熱伝達装置
３８ ポンプケーシング
４０ ルーツロータ
４２ 吸込口（吸気ポート）
４４ 吐出口（排気ポート）
４６ シャフト（軸）
４８ ３葉ロータ
５０ 軸受
５２ 圧縮ガス通路
５４ 谷部
５６ タイミングギヤ
６０ モータケーシング（ステータフレーム）
６１ 開口部
６２ モータロータ
６３ フランジ部
６４ ステータ
６６ キャン
６８ ステータコア
７０ スロット
７２ ティース
７４ コイル
８０ 循環通路
８２ 圧送ポンプ
８４ 上流側通路
８６ モータ側循環通路
８８ ポンプ側循環通路
９０ 接続通路
９２ 下流側通路
１００ 冷却装置
１０２ 弁装置
１０４ 温度センサ
１０６ 制御装置
１０８ ラジエータ
１１０ 入口通路
１１１ 冷却経路
１１２ 出口通路
１１４ 入口側電磁弁
１１６ 出口側電磁弁
１１８ バイパス側電磁弁
１２０ インバータ
２００ ブースターポンプ
３００ メインポンプ
５００ 冷却経路

Claims (12)

1. 真空ポンプ装置であって、
   ガスを排気するためのガス排出用のポンプ部と、
   該ポンプ部を駆動するためのモータ部と、
   該モータ部で発生した熱を前記ポンプ部に伝達するための熱伝達装置とを備え、
   前記ポンプ部は、ポンプケーシングと、該ポンプケーシング内に配置されたロータとを備えており、
   前記モータ部は、モータケーシングと、該モータケーシング内に配置されたステータとモータロータとを備えており、
   前記熱伝達装置は、前記モータケーシングと前記ポンプケーシングとに設けられた循環通路と、
   前記循環通路を通して熱媒体を圧送するための圧送ポンプとを備え、該圧送ポンプにより前記熱媒体を前記循環通路で循環できるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。
2. 請求項１に記載の真空ポンプ装置おいて、
   前記循環通路は、
   前記モータケーシングに埋設されたモータ側循環通路と、
   前記ポンプケーシングに埋設されたポンプ側循環通路と、
   前記モータ側循環通路と前記ポンプ側循環通路とを接続する接続通路とを備え、
   前記接続通路を介して、前記モータ側循環通路と前記ポンプ側循環通路との間で前記熱媒体を循環できるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。
3. 請求項１または２に記載の真空ポンプ装置において、さらに、
   前記ポンプケーシングの温度を検出するための温度センサと、
   前記モータ部を制御するためのインバータと、
   前記インバータを制御する第１の制御装置とを備え、
   前記第１の制御装置は、前記温度センサからの前記ポンプケーシングの温度に基づいて、前記インバータを制御して前記モータ部の力率を制御できるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。
4. 請求項１または２に記載の真空ポンプ装置において、さらに、
   前記熱媒体を冷却するための冷却装置と、
   該冷却装置と、前記循環通路との間を液体連通可能に遮断する弁装置と、
   前記ポンプケーシングの温度を検出するための温度センサと、
   該温度センサで検出されたポンプケーシングの温度に基づいて前記弁装置を制御する第２の制御装置とを備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。
5. 請求項４に記載の真空ポンプ装置おいて、さらに、
   前記熱媒体は液体からなり、
   前記冷却装置は、前記液体の熱を放熱させることにより該液体を冷却するためのラジエータを備え、
   前記循環通路は、
   前記ラジエータの入口とを接続する入口通路と、
   前記ラジエータの出口とを接続する出口通路と、
   前記ラジエータに前記液体が流れないように、前記入口通路と前記出口通路とを直接的に連通して該ラジエータをバイパスするためのバイパス通路とを備え、
   前記弁装置は、前記入口通路に設けられた入口側電磁弁と、
   前記出口通路に設けられた出口側電磁弁と、
   前記バイパス通路に設けられたバイパス側電磁弁とを備え、
   前記第２の制御装置は、前記温度センサで検出されたポンプケーシングの温度が所定温度以上になったとき、前記入口側電磁弁と前記出口側電磁弁とを開くとともに、前記バイパス側電磁弁を閉じ、前記液体が前記ラジエータを通ることができるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。
6. 請求項４または５に記載の真空ポンプ装置において、
   前記モータ部を制御するためのインバータを備え、前記第２の制御装置は、前記温度センサからの前記ポンプケーシングの温度に基づいて、前記インバータを制御して前記モータ部の力率を制御できるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空ポンプ装置において、
   前記ポンプ部は、真空側に配置されるブースターポンプを備えており、
   前記真空ポンプ装置は、さらに、大気側に配置されるメインポンプと、該メインポンプを駆動するためのメインポンプ用モータ部とを備え、
   前記ブースターポンプは、前記メインポンプよりも高い排気速度を有しており、
   前記ブースターポンプと前記メインポンプは直列に接続されていることを特徴とする真空ポンプ装置。
8. 請求項７に記載の真空ポンプ装置において、さらに、
   前記メインポンプの排気側で発生した圧縮熱を、該メインポンプのほぼ全体に伝達するためのメインポンプ用熱伝達装置を備え、
   前記メインポンプは、メインポンプ用ポンプケーシングと、該メインポンプ用ポンプケーシング内に配置されたメインポンプ用ロータとを備えており、
   前記メインポンプ用ポンプケーシングは、吸込口と吐出口とを有しており、
   前記メインポンプの吸込口が、前記ブースターポンプの吐出口に接続されており、
   前記メインポンプ用熱伝達装置は、前記メインポンプ用ポンプケーシングに設けられたメインポンプ用循環通路と、
   前記メインポンプ用循環通路を通してメインポンプ用熱媒体を圧送するためのメインポンプ用圧送ポンプとを備え、該メインポンプ用圧送ポンプにより前記メインポンプ用熱媒体を前記メインポンプ用循環通路で循環できるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。
9. 請求項８に記載の真空ポンプ装置おいて、
   前記メインポンプ用循環通路は、前記メインポンプ用ポンプケーシングだけに埋設され、前記ポンプケーシング内で前記メインポンプ用熱媒体を循環できるようにしたメインポンプ用の循環パイプを備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。
10. 真空ポンプ装置であって、
    ガスを排気するためのガス排出用のポンプ部と、
    該ポンプ部を駆動するためのモータ部と、
    前記ポンプ部の排気側で発生した圧縮熱を、該ポンプ部のほぼ全体に伝達するための熱伝達装置とを備え、
    前記ポンプ部は、ポンプケーシングと、該ポンプケーシング内に配置されたロータとを備えており、
    前記ポンプケーシングは、吸込口と吐出口とを有しており、
    前記熱伝達装置は、
    前記吐出口付近を通して前記ポンプケーシングに設けられた循環通路と、
    前記循環通路を通して熱媒体を圧送するための圧送ポンプとを備え、
    前記圧送ポンプにより前記熱媒体を前記循環通路で循環できるようにしており、
    前記真空ポンプ装置は、さらに、
    前記熱媒体を冷却するための冷却装置と、
    該冷却装置と、前記循環通路との間を液体連通可能に遮断する弁装置と、
    前記ポンプケーシングの温度を検出するための温度センサと、
    該温度センサで検出されたポンプケーシングの温度に基づいて前記弁装置を制御する第３の制御装置とを備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。
11. 
    請求項１０に記載の真空ポンプ装置おいて、さらに、
    前記熱媒体は液体からなり、
    前記冷却装置は、前記液体の熱を放熱させることにより該液体を冷却するためのラジエータを備え、
    前記循環通路は、
    前記ラジエータの入口とを接続する入口通路と、
    前記ラジエータの出口とを接続する出口通路と、
    前記ラジエータに前記液体が流れないように、前記入口通路と前記出口通路とを直接的に連通して該ラジエータをバイパスするためのバイパス通路とを備え、
    前記弁装置は、前記入口通路に設けられた入口側電磁弁と、
    前記出口通路に設けられた出口側電磁弁と、
    前記バイパス通路に設けられたバイパス側電磁弁とを備え、
    前記第３の制御装置は、前記温度センサで検出されたポンプケーシングの温度が所定温度以上になったとき、前記入口側電磁弁と前記出口側電磁弁とを開くとともに、前記バイパス側電磁弁を閉じ、前記液体が前記ラジエータを通ることができるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。
12. 請求項１０または１１に記載の真空ポンプ装置において、
    前記モータ部を制御するためのインバータを備え、前記第３の制御装置は、前記温度センサからの前記ポンプケーシングの温度に基づいて、前記インバータを制御して前記モータ部の力率を制御できるようにしたことを特徴とする真空ポンプ装置。

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