JP6348584B2 - ドライ低真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電力消費の低減を可能にするドライ低真空ポンプに関する。詳細には、本発明は、ローブを有する「ルーツ」式や、爪状突起を有するクロー式などの「回転ローブを有する」型の真空ポンプ、渦巻き状のスクロールを有するスクロール型真空ポンプ、スクリュー形ロータを有する真空ポンプ、ピストンを有する真空ポンプなどの、１段または多段のドライ低真空ポンプに関する。

気体の圧縮に要する電力は、ドライ低真空ポンプの消費電力に関する重要なパラメータの１つである。このような圧縮に要する電力は、ルーツ式またはクロー式の多段の真空ポンプの場合には、主に最後の２つの圧縮段において消費され、スクリュー形ロータを有する真空ポンプの場合には、最後のピッチにおける圧縮時に消費される。

ドライ低真空ポンプにおける電力消費の低減のために、エジェクタを用いて、最後の圧縮段における圧力を低下させることは公知である。このエジェクタは、ベンチュリ効果に基づいて動作する。すなわち、例えば圧縮窒素または圧縮空気などの気体のような圧縮流体を、気体の通路の狭まっている部分に注入することによって、圧力低下を得ることができる。したがって、電力のいかなる直接的な消費も伴うことなく、圧力低下が得られる。

しかしながら、排気管内にエジェクタを配置することによって、排気されるべき気体の通路のコンダクタンスは低下する。したがって、例えばチャンバの粗引き排気時に発生する、流量の大きな気体を吸い込むことができなくなる。

エジェクタを、逆止弁を迂回するように構成されている並列路内に配置することが、特許文献１によって公知である。これによると、逆止弁が閉じられているときには、気体は、エジェクタが取り付けられている迂回回路を流れる。駆動気体を、迂回回路の狭まっている部分に注入することによって、排気側の圧力が低下し、したがって、消費電力が低下する。さらに、気体が大量になった際には、逆止弁を開いて、並列路を短絡させる。

フランス国特許公開第２９５２６８３号公報

本発明は、従来技術による真空ポンプより堅牢で、よりコンパクトで、より低い製造コストで、保守管理がより容易で、簡単化された真空ポンプを提供することを主な目的としている。

この目的を達成するために、本発明は、気体を入口から出口まで排気するための少なくとも１つの排気段、および最後の排気段の出口に連結されている排気管を備えているドライ低真空ポンプを提供する。貫通路を有する弁が、排気管内に配置されており、この貫通路を有する弁は、次の２つの位置の間で変位可能である。
− 排気管の口の座部に接しており、気体を、貫通路を有する弁を貫通しているベンチュリ効果路を通過するように強制する閉位置と、
− 排気管の口から離れており、最後の排気段の出口の圧力が、あらかじめ定められた圧力閾値を超過しているときに占めている開位置。
ドライ低真空ポンプは、ベンチュリ効果路の入口に駆動気体を注入するように構成されている駆動気体注入装置を備えており、ベンチュリ効果路は、貫通路を有する弁が閉位置にあるときに、駆動気体が、ベンチュリ効果路の入口内に注入されると、駆動気体注入装置とともにエジェクタを形成するように構成されている。

したがって、貫通路を有する弁は、閉位置においては、駆動気体がベンチュリ効果路の上流に注入されると、ベンチュリ効果を発現させるためのエジェクタを構成し、開位置においては、大量の気体が流れ込むと、ベンチュリ効果路を迂回する排気回路を自動的に発生させる。

貫通路を有する弁のベンチュリ効果路の入口内に、駆動気体が注入されると、ベンチュリ効果によって、ドライ低真空ポンプの最後の排気段の出口における圧力は低下する。

最後の排気段の出口において得られる絶対圧力は、１０^２ｋＰａ（１０００ミリバール）ではなくて、例えば１０〜４０ｋＰａ（１００〜４００ミリバール）の程度の範囲の圧力まで低下する。

出口における圧力のこの低下によって、排気性能（圧力の関数としての気体流量）に悪影響が及ぼされることなく、電力消費は、３０〜７０％程度低減する。

さらに、電力消費の低減によって、ポンプ本体の温度の低下がもたらされる。したがって、除去しなければならない熱エネルギー量は減少し、それによって、冷却水の消費量も低減する。

さらに、最後の排気段の出口における圧力の低下によって、排気状態を、可燃限界外および爆発限界外に保つことができ、また、凝結性気体種および／または腐食性気体種の分圧を低下させることができる。これによって、ドライ低真空ポンプを形成している材料の腐食の危険性、および凝結による閉塞の危険性が著しく低下する。

最後の排気段の出口における圧力の低下によって、さらに、ドライ低真空ポンプの騒音レベルが低下する。これは、圧力降下によって、最後の排気段の低周波脈動の強度が低下するためである。

したがって、多流量の気体を排気しなければならない場合に、貫通路を有する弁が、開位置に変位することによって、気体に対する排気回路が自動的に形成される。したがって、ベンチュリ効果路に形成されている狭断面部は、多流量の気体の排気に対する障害にならない。したがって、ポンプ本体に並列迂回回路を作り込む必要はなく、および／または制御弁を有する外付けの迂回回路を配置する必要はない。これによって、ドライ低真空ポンプは単純化され、よりコンパクトになり、さらに、より堅牢になり、より保守管理しやすくなる。

本発明の一実施形態においては、ベンチュリ効果路は、狭断面部を有するノズル形状を呈している。例えば、ノズル形状のベンチュリ効果路の入口は、漏斗状の形状を呈しており、漏斗状の入口の首部から、円筒状中央部が延びており、円筒状中央部は、らっぱ形状部に終端している。したがって、ノズル形状のこのベンチュリ効果路は、十分な圧力低下を発生させるのに最適な形状を呈している。

貫通路を有する弁のヘッドは、例えば、口の一部である案内形状部と組み合うように構成されている相補的な案内形状部を有している。これらの互いに相補的な案内形状部は、例えば円錐台状または部分球状を呈している。これらの互いに相補的な案内形状部によって、貫通路を有する弁が閉位置に戻るたびの気密性の確保、および貫通路を有する弁の正確な位置合わせが確実に行われる。したがって、ベンチュリ効果を利用して、エジェクタとして最適な動作を確実に行うことが可能である。

第１の実施例においては、貫通路を有する弁は、ドライ低真空ポンプの消音器の入口に位置している。

駆動気体注入装置は、例えばドライ低真空ポンプのポンプ本体内に部分的に組み込まれている。

貫通路を有する弁を備えたエジェクタを形成している組み立て体は、例えばドライ低真空ポンプの中心部に配置されており、この場合には、自身の加温のために、稼動中のポンプ本体の有する高い熱量を利用することができる。すなわち、加熱されたポンプ本体からの伝導を利用して、特に貫通路を有する弁を加温することにより、ベンチュリ効果路内の気体の膨張に起因する、凝結性気体の冷却に誘発されて、ベンチュリ効果路の閉塞が生じる危険性は減少する。

貫通路を有する弁は、第２の実施例においては、排気管の１つの端部に配置されており、この端部は、排気気体処理装置に連結されている。したがって、排気管内は、最後の排気段の出口から排気気体処理装置の入口まで（数ｍにわたる場合がある）、低圧状態に保たれる。排気管内が低圧状態に保たれるということは、凝結性気体種を気相に維持することができるということを意味する。したがって、排気管の加熱を不要にすることができることがある。

駆動気体注入装置は、一端に注入ノズルを有する供給路を備えており、この注入ノズルの駆動気体注入軸と、ベンチュリ効果路の軸とは、一直線上に揃っている。

ドライ低真空ポンプは、さらに、貫通路を有する弁を、閉位置を占めるように付勢している弾性復帰素子を備えている場合がある。この弾性復帰素子は、例えば、貫通路を有する弁のヘッドと、排気管の環状肩部との間に挿入されている。環状肩部は、排気される気体が流れる方向に、口の下流に配置されている。

貫通路を有する弁は、その別の一実施例として、口の上方に、縦方向に配置されている。この場合には、重力の作用によって、貫通路を有する弁を、口に接している閉位置を占めるように付勢することができる。

ベンチュリ効果路は、その第１の実施例によれば、貫通路を有する弁内に形成されている。

さらに、駆動気体注入装置は、変位可能とされている場合がある。この場合には、駆動気体注入装置は、駆動気体注入装置の出口とベンチュリ効果路の入口との間に、あらかじめ定められた一定の間隔が存在するように、貫通路を有する弁に固定されており、排気される気体のための少なくとも１つの流入口が、駆動気体注入装置の出口とベンチュリ効果路の入口との間に形成されている。

駆動気体注入装置と貫通路を有する弁とが、このように連結されているために、駆動気体注入装置の出口とベンチュリ効果路の入口との間の距離は、完全に制御されている。したがって、ベンチュリ効果を得るために必要な、駆動気体注入に対する、貫通路を有する弁の正確な中心合わせ、および正確な位置決めが保証されることは明らかである。

さらにドライ低真空ポンプは、貫通路を有する弁を、開位置を占めるように付勢するための弾性復帰部材が、ドライ低真空ポンプのポンプ本体と駆動気体注入装置との間に挿入されている場合がある。これによって、駆動気体注入装置の案内および位置決めが改善される。

貫通路を有する弁は、例えば、ヘッドから突き出ているステムを有している。このステムは、少なくとも部分的に、ヘッドから軸方向に徐々に半径が小さくなるテーパー外形部を有している。このテーパー外形部は、気体流中で、ステムの近傍に発生する可能性のある乱流を少なくして、ステムの輪郭のまわりの気体流を著しく安定にし、したがって、貫通路を有する弁の振動を最小にすることができる。貫通路を有する弁は、場合に応じて、さらに、気体のための通路を塞ぐのではなく、貫通路を有する弁が開位置にあるときの激しい気体流に適合する環状の開口を残して、ドライ低真空ポンプの消音器の入口に挿入されるようになっている。

第２の実施例においては、ベンチュリ効果路は、駆動気体注入装置の出口とベンチュリ効果路の入口との間に、あらかじめ定められた一定の距離が存在するように、駆動気体注入装置に固定されている突出部内に形成されており、排気される気体のための少なくとも１つの流入口が、駆動気体注入装置の出口とベンチュリ効果路の入口との間に形成されている。突出部は、貫通路を有する弁の開口内に形成されている補助座部と組み合わされている。

したがって、駆動気体注入装置の出口とベンチュリ効果路の入口との間の距離は、完全に制御されている。したがって、ベンチュリ効果を得るために必要な、駆動気体注入に対する、貫通路を有する弁の正確な中心合わせ、および正確な位置決めが保証されることは明らかである。

突出部に対する、貫通路を有する弁の自動中心合わせを、より容易にするために、突出部と、貫通路を有する弁の開口内に形成されている補助座部とは、円錐台状または部分球状などの、互いに相補的な案内形状を有している場合がある。

貫通路を有する弁が閉位置にあるときの、本発明の第１の実施形態によるドライ低真空ポンプの略断面図である。 貫通路を有する弁が開位置にあるときの、図１と同様の略断面図である。 図１のドライ低真空ポンプの最後の排気段の一部、および排気管の、内部部品の一部を示す斜視図である。 図３の最後の排気段の一部、および排気管の部分拡大断面図である。 図４の貫通路を有する弁、および弾性復帰部材の側面図である。 図５の貫通路を有する弁、および弾性復帰部材の斜視図である。 図５の貫通路を有する弁、および弾性復帰部材の断面図である。 図３の駆動気体注入装置の断面図である。 本発明の別の実施形態によるドライ低真空ポンプの、図４と同様の部分断面図である。 本発明の第２の実施形態によるドライ低真空ポンプの第１の例の、図９と同様の部分断面図である。 本発明の第２の実施形態によるドライ低真空ポンプの第２の例の、図９と同様の部分断面図である。 本発明の第２の実施形態によるドライ低真空ポンプの第３の例の、図１０ａと同様の部分断面図である。 本発明の第２の実施形態によるドライ低真空ポンプの第４の例の、図１０ｂと同様の部分断面図である。 本発明の第３の実施形態によるドライ低真空ポンプの、図９と同様の部分断面図である。

添付図面を参照して、本発明の、例示的で非限定的ないくつかの実施形態に関する説明を読むことによって、本発明のさらなる利点および特徴が明らかになると思う。

本発明は、例えば半導体、発光ダイオード、平面ディスプレイ、太陽パネルなどの工業における基板の製造に用いられる処理チャンバなどのチャンバを排気するためのドライ低真空ポンプに関する。

ドライ低真空ポンプには、例えばローブを有する「ルーツ」式や、爪状突起を有するクロー式などの「回転ローブを有する」型の真空ポンプ、渦巻き状のスクロールを有するスクロール型真空ポンプ、スクリュー形ロータを有する真空ポンプ、ピストンを有する真空ポンプ、または同様の他の要素を有する真空ポンプなどの、１段または多段の真空ポンプが含まれる。

図１および図２に示す例においては、ドライ低真空ポンプ１は、多段真空ポンプである。ドライ低真空ポンプ１の吸気口４と排気口５との間には、例えば６つの排気段ＴＡ、Ｔ１〜Ｔ４、ＴＲが互いに直列に取り付けられている。これらの排気段を通って排気される気体は、吸気口４から排気口５に流れることができる。排気口５における圧力は、大気圧と概ね等しい。

排気段ＴＡ、Ｔ１〜Ｔ４、ＴＲ内には、ロータの形態の２本の回転シャフトが延在しており、排気段ＴＲの端部において、ドライ低真空ポンプ１のモータＭによって駆動される。２本のロータは、対になった輪郭、すなわち互いに相補的な輪郭を有しており、ポンプ本体６の内部で互いに逆向きに回転する。２本のロータが回転すると、排気されるべき気体が、２本のロータとポンプ本体６との間に存在する空隙内に閉じ込められ、２本のロータによって、次々と後段の排気段に向かって送り込まれ、最後の排気段ＴＲを通った後、排気口５に向かって送り込まれる。ドライ低真空ポンプ１は、その動作において、２つのロータが、ドライ低真空ポンプ１のポンプ本体６の内部で、２本のロータとポンプ本体６との相互間の機械的接触を伴わずに、互いに逆向きに回転する。したがって、潤滑ベーンポンプと呼ばれる真空ポンプとは対照的に、排気段ＴＡ、Ｔ１〜Ｔ４、ＴＲ内にオイルが全く存在しないため、「ドライ」（乾式）と呼ばれている。

各排気段ＴＡ、Ｔ１〜Ｔ４、ＴＲは、それぞれの入口および出口を有している。一連の排気段ＴＡ、Ｔ１〜Ｔ４、ＴＲは、任意の１つの排気段の出口と、次の排気段の入口とを結んでいる、段間配管とも呼ばれる各出口配管（図１で、実線の矢印で示されている）によって連続的に直列に連結されている。最初の排気段ＴＡは、その入口が、ドライ低真空ポンプ１の吸気口４と通じており、「吸気段」とも呼ばれる。最後の排気段ＴＲは、その出口８が、ドライ低真空ポンプ１の排気口５と通じており、「吐出段」とも呼ばれる。排気口５の圧力は、ほぼ大気圧と等しい。

ドライ低真空ポンプ１は、さらに、排気口５と最後の排気段ＴＲの出口８とを結ぶ排気管９を備えている。

ドライ低真空ポンプ１は、さらに、排気管９内に、貫通路を有する弁１０（「貫通路を有する逆止弁」としても知られている）を配置されている。ベンチュリ効果路１１が、貫通路を有する弁１０を貫いている。

図１〜図４に示す第１の実施形態においては、ベンチュリ効果路１１は、貫通路を有する弁１０内に形成されている。

ベンチュリ効果路１１を通って、気体は、最後の排気段ＴＲの出口８と排気口５との間を流れることができる。ベンチュリ効果路１１は、ベンチュリ効果路１１の軸と、排気管９の軸とが一直線上に並ぶように形成されており、すなわち、ベンチュリ効果路１１と排気管９とは同軸である。

貫通路を有する弁１０は、例えばドライ低真空ポンプ１の消音器１４の入口に配置されている。消音器１４は、排気口５の上流に配置されている。

貫通路を有する弁１０は、排気管９の口１２の座部に接しており、ベンチュリ効果路１１を通過するように気体を強制する閉位置（図１）と、排気管９の口１２から空間的に隔たっている開位置（図２）との間で、軸方向に可動である。

ベンチュリ効果路１１は、その入口１１ａに駆動気体が注入されたときに「エジェクタ」機能を遂行するための、気体の通路の狭まった部分を形成している貫通ダクトである。

このようにして得られたエジェクタは、可動部分を有しない、小さな補助真空ポンプのように動作し、そのエジェクタにおいて、圧力の低下は、補助流体である駆動気体の運動エネルギーの変換によって得られる。

ドライ低真空ポンプ１は、さらに、圧縮窒素または圧縮乾燥空気（ＣＤＡ）または他の圧縮中性気体などの駆動気体を、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａに注入するように構成された駆動気体注入装置１３を備えている。駆動気体の絶対圧縮圧力は、少なくとも３×１０^２ｋＰａ（３バール）の程度である。駆動気体は、少なくとも、貫通路を有する弁１０が閉位置にあるときに注入される。

この注入のために、駆動気体注入装置１３は、一端に注入ノズル２２を有する供給路２３を備えている。

図８に示す一実施形態においては、注入ノズル２２は、供給路２３の狭窄部２６を介して形成されている。狭窄部２６の直径は、例えば１ｍｍの程度である。狭窄部２６によって、ベンチュリ効果を得るために必要な加速度を、駆動気体に与えることができる。

図示していない別の一例においては、注入ノズルは、例えば注入口を開けられているルビー製の注入器などの、硬質材料で作られた注入器タイプのノズルから成っている。

さらに、図１〜図４に示す例においては、駆動気体注入装置１３は、ポンプ本体６のハウジング内に部分的に組み込まれている。したがって、注入ノズル２２は、最後の排気段ＴＲの出口８に向かって開いている。さらに、このポンプ本体の気密性の確保のために、パッキン２４が、駆動気体注入装置１３とポンプ本体６のハウジングとの間に挿入されている（図４）。

ベンチュリ効果路１１は、狭断面部を有するジェットノズルの形状を呈している。

図７に示す一実施形態においては、ベンチュリ効果路１１は、「超音速」ノズルと呼ばれる形状を呈している。すなわち、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａ、すなわち、ベンチュリ効果路１１の、排気段ＴＲの出口８と通じている側は、漏斗の形状を呈している。漏斗の首部から、円筒状中央部１１ｂを形成している狭断面部が延びている。

円筒状中央部１１ｂは、その下流で、らっぱ形状部１１ｃに終端している（図４および図７）。ベンチュリ効果路１１の円筒状中央部１１ｂの直径は、排気管９の直径が、例えば２５ｍｍの程度である場合には、例えば２〜１０ｍｍの範囲（例えば約３ｍｍ）にある。ベンチュリ効果路１１の全長は、例えば約２０〜３０ｍｍの範囲にあり、ベンチュリ効果路１１の円筒状中央部１１ｂの長さは、例えば約１４〜１６ｍｍの範囲にある。ベンチュリ効果路１１のこの形状は「超音速」形状と呼ばれており、収束形状部に発散形状部が続く。この形状は、圧力降下を制限するが、「ベンチュリ効果」を生成するのに適した狭断面部を与えて、超音速気体流速度を達成し、ベンチュリ効果路１１を通って排気される気体の流れを最適化することを可能にする。

駆動気体注入装置１３の出口は、ベンチュリ効果路１１の軸と一直線上に並ぶ主方向に駆動気体を注入するために、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａに対向するように方向付けられている。

貫通路を有する弁が閉位置にあるときに、駆動気体注入装置１３の出口と、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａとの間の距離ｄは短く、例えば０．５〜２ｍｍの範囲である。

さらに、駆動気体注入装置１３の出口の直径は、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａの直径以下である。

図示していない別の一実施形態においては、貫通路を有する弁が閉位置にあるときに、駆動気体注入装置１３の出口は、円筒状中央部１１ｂの入口で、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａ内に受容されている。

ドライ低真空ポンプ１内への、駆動気体注入装置１３の組み込みが容易になるように、最後の排気段ＴＲの出口８と注入ノズル２２の軸とは、例えば０°〜９０°の範囲の角度αをなしている（図４）。

さらに、貫通路を有する弁１０は、最後の排気段ＴＲの出口の圧力が、あらかじめ定められた圧力閾値を超過したときに、開位置を占めるように構成されている。より詳細には、貫通路を有する弁１０は、最後の排気段ＴＲの出口８の圧力と、排気口５の圧力との圧力差ΔＰが、あらかじめ定められた閾値〔例えば１５〜２０ｋＰａ（１５０〜２００ミリバール）の範囲の〕を超過したときに、開位置を占めるように構成されている。

貫通路を有する弁１０は、例えばコイルばね１８などの弾性復帰部材によって、排気管９の口１２に接している閉位置を占めるように付勢されている。最後の排気段ＴＲの出口８の圧力が過剰になると、貫通路を有する弁１０は、その過剰な圧力によって、弾性復帰部材の作用に抗して押し戻される。それによって、口１２が開かれ、口１２からの気体の通過が可能になる。

図示していない別の一例においては、貫通路を有する弁は、口１２の上方に縦方向に配置されている。この場合には、重力の作用によって、貫通路を有する弁を、口１２に接している閉位置を占めるように付勢することができる。最後の排気段ＴＲの出口８の圧力が過剰になると、貫通路を有する弁１０は、上方に押し戻される。それによって、口１２が開かれ、口１２からの気体の通過が可能になる。

図４〜図６によりよく示されている一実施形態においては、貫通路を有する弁１０は、ディスク形状のヘッド２０、およびヘッド２０から突き出ているステム２１を有している。ステム２１は、ヘッド２０から軸方向に徐々に半径が小さくなる形状を呈している。

ヘッド２０は、ストッパとして機能するディスク形状を呈している。すなわち、貫通路を有する弁１０が閉位置にあるとき、ヘッド２０は、ベンチュリ効果路１１の口１２によって形成されている座部に押し当てられている。

貫通路を有する弁１０のステム２１は、その内部に、エジェクタとしての動作に最適な長さを有するベンチュリ効果路１１を、少なくとも部分的に形成することができるような十分な長さを有している。

コイルばね１８は、貫通路を有する弁１０のヘッド２０と、排気管９の環状肩部１９との間に挿入されている。環状肩部１９は、気体が排気される方向に、口１２の下流に配置されている。したがって、環状肩部１９は、例えば消音器１４を保持するための仕掛けを構成している（図４）。したがって、貫通路を有する弁１０は、コイルばね１８に同軸に取り付けられている。ステム２１は、コイルばね１８の内部に延在している。

さらに、貫通路を有する弁１０が閉位置に戻るたびの気密性の確保、および貫通路を有する弁１０の正確な位置合わせを確実にするために、貫通路を有する弁１０のヘッド２０は、案内形状部２０ａを有している。この案内形状部２０ａは、貫通路を有する弁１０のヘッド２０に対する座部を形成している口１２の一部分である相補的な案内形状部１２ａと組み合うように構成されている。

口１２と接しているヘッド２０側の案内形状部２０ａと、口１２側の相補的な案内形状部１２ａとは、例えば互いに相補的な円錐台形状を呈している（図４）。図示していない別の一例においては、これらの互いに相補的な案内形状部は、部分球状の形状を呈している。互いに相補的な案内形状部１２ａ、２０aは、貫通路を有する弁１０の中心軸を、排気管９の軸上に自動的に据え、貫通路を有する弁１０を注入ノズル２２に対向させることを可能にする。これによって、ベンチュリ効果を用いて、エジェクタとして最適な動作を行うことを保証することができる。

ステム２１は、気体流中で、ステム２１の近傍に発生する可能性のある乱流を少なくするために、例えばヘッド２０から軸方向に、少なくとも部分的に、徐々に半径が小さくなるテーパー外形部２１ａを有している。さらに、このテーパー外形部２１ａは、その輪郭のまわりの気体流を著しく安定にし、貫通路を有する弁１０の振動を最小にすることができる。

ステム２１の端部２１ｂは、例えば円筒形状を呈している。端部２１ｂの直径は、端部２１ｂが、気体のための通路を塞ぐのではなく、貫通路を有する弁１０が開位置にあるときの激しい気体流に適合する、気体のための環状の開口を残して、ドライ低真空ポンプ１の消音器１４の入口に挿入されるように適合化されている。例えば、ステム２１の円筒形状の端部２１ｂの外径は、ほぼ８ｍｍである。また端部２１ｂの外径は、ベンチュリ効果路１１のらっぱ形状部１１ｃの端部の直径と同程度である。

したがって、例えば図４〜図６に示されているように、ステム２１は、ヘッド２０からベンチュリ効果路１１の円筒状中央部１１ｂまで、例えば実質的に円錐台形状のテーパー外形部２１ａと、テーパー外形部２１ａから続く円筒形状の端部２１ｂとを有している。

駆動気体注入装置１３は、さらに、駆動気体が供給路２３に到達する前に駆動気体を加温するために、ドライ低真空ポンプ１のポンプ本体６に接している熱交換器２５（図１）を有している場合がある。この場合には、ドライ低真空ポンプ１のポンプ本体６によって発せられる熱エネルギーが、駆動気体を加温するために用いられる。ドライ低真空ポンプ１は、さらに、駆動気体の加温を促進するための加熱カバー（図示せず）を備えている場合がある。

貫通路を有する弁１０は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、またはニレジスト鋳鉄から成る場合があり、または、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、ＳｉＣ、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_３、ＹｔＯ_２またはＺｒＯ_２などのタイプの被覆材で被覆されている場合がある。これらは、特に耐腐食性であり、またこれらのいくつかは、耐摩耗性でもある。

処理チャンバが稼働中であるような通常の動作において、排気される気体の流量は、例えば１００ｓｌｍ（出願人が定める基準の圧力、温度において、１．６６７×１０^−３ｍ^３／ｓ）未満である。

このとき、ドライ低真空ポンプ１の出口８の圧力は、排気口５における大気圧より低く、したがって、貫通路を有する弁１０は、閉位置にある（図１）。

この閉位置において、貫通路を有する弁１０のヘッド２０は、口１２によって形成されている、排気管９の座部に支えられている。最後の排気段ＴＲの出口８から出てきた、排気されるべき気体は、ベンチュリ効果路１１を通って、貫通路を有する弁１０を通り抜ける（実線の矢印）。駆動気体がベンチュリ効果路１１の入口１１ａに注入されると（点線の矢印）、ベンチュリ効果によって圧力降下が生じ、ドライ低真空ポンプ１の出口８における圧力が低下する。したがって、ベンチュリ効果路１１は、駆動気体注入装置１３とともに、エジェクタを構成する。

駆動気体を、永続的に注入することが可能である。一代替例として、ドライ低真空ポンプ１によって消費される電力のレベル、または処理チャンバの動作状態（稼動中、事前粗引き中、または待機中）に応じて、駆動気体の注入を管理するための制御ユニットが備えられる場合がある。

図１〜図４に示す例においては、貫通路を有する弁１０が、大気圧にある排気口５の上流の、最後の排気段ＴＲの排気管９内に配置されており、得られる絶対圧力は、例えばほぼ１０〜４０ｋＰａ（１００〜４００ミリバール）である。この圧力降下によって、ドライ低真空ポンプ１の消費電力は、ほぼ３０〜７０％低下する。

排気する気体の流量が多量である場合には、最後の排気段ＴＲの出口８の圧力と、排気口５の圧力との間の圧力差ΔＰは、あらかじめ定められた圧力閾値より高くなる。例えばドライ低真空ポンプ１に連結されているチャンバを粗引きするとき、またはドライ低真空ポンプ１を始動させる、すなわち気体を大気圧から排気するときに、１００ｓｌｍ（出願人が定める基準の圧力、温度において１．６６７×１０^−３ｍ^３／ｓ）を超過する、例えば５００〜６００ｓｌｍ（出願人が定める基準の圧力、温度において８．３３３×１０^−３〜１．０００×１０^−２ｍ^３／ｓ）程度の大流量の気体が生じる。

この極めて高い圧力によって、貫通路を有する弁１０のヘッド２０は、弾性復帰部材の作用に抗して押し戻され、口１２から離される。したがって、ヘッド２０と口１２との間に空隙が生じる。したがって、排気される気体は、口１２を通り、次いで、排気管９と貫通路を有する弁１０との間を通る排気回路を通過する（図２の実線の矢印）。したがって大量の気体は、最後の排気段ＴＲの出口８に過度の圧力を生じさせずに、ドライ低真空ポンプ１から排気される。

貫通路を有する弁１０は、閉位置においては、駆動気体がベンチュリ効果路１１の上流に注入されると、ベンチュリ効果を発現させるためのエジェクタを構成し、開位置においては、ベンチュリ効果路１１を迂回する排気回路を構成する。

したがって、多流量の気体を排気しなければならない場合に、貫通路を有する弁１０が、開位置に変位することによって、気体に対する排気回路が自動的に形成される。したがって、ベンチュリ効果路１１に形成されている狭断面部は、排気に対する障害にならない。

したがって、ポンプ本体６に並列迂回回路を作り込む必要はない、および／または制御弁を有する外付けの迂回回路を配置する必要はない。それによって、ドライ低真空ポンプ１は単純化され、よりコンパクトになり、さらに、より堅牢になり、より保守管理しやすくなる。

最後の排気段の出口における絶対圧力として、ほぼ１０〜４０ｋＰａ（１００〜４００ミリバール）の範囲の圧力が得られる。これによって、排気性能（圧力の関数としての気体流量）に悪影響が及ぼされることなく、電力消費が低減する。

さらに、電力消費の低減によって、ポンプ本体６の温度の低下がもたらされる。したがって、除去しなければならない熱エネルギー量が減少し、それによって、冷却水の消費量も低減する。

さらに、最後の排気段ＴＲの出口における圧力の低下によって、排気状態を、可燃限界外および爆発限界外に保つことができ、また、凝結性気体種および／または腐食性気体種の分圧を低下させることができる。それによって、ドライ低真空ポンプ１を形成している物質の腐食の危険性、および凝結による閉塞の危険性は著しく低下する。

ドライ低真空ポンプ１の最後の排気段ＴＲの出口における圧力の低下によって、ドライ低真空ポンプ１の騒音レベルがさらに低下する。これは、圧力降下によって、最後の排気段ＴＲの低周波脈動の強度が低下するためである。

さらに、貫通路を有する弁１０を備えたエジェクタを形成している組み立て体は、例えばドライ低真空ポンプ１の中心部に配置されており、この場合には、自身の加温のために、稼動中のポンプ本体６の有する高い熱量を利用することができる。すなわち、加熱されたポンプ本体６からの伝導を利用して、特に貫通路を有する弁１０を加温することによって、ベンチュリ効果路１１内の気体の膨張に起因する、凝結性気体の冷却に誘発されて、ベンチュリ効果路１１の閉塞が生じる危険性が減少する。

図９に示す例示的な別の一実施形態においては、排気管９の先端部に、排気気体処理装置（スクラバー）を連結されている。この排気気体処理装置は、排気気体が毒性である場合に、その排気気体から汚染物質を除去するために、真空ポンプの排出口に連結されている。

貫通路を有する弁１０は、排気気体処理装置の入口の近傍で、排気管９のこの先端部に配置されている。

駆動気体注入装置１３は、エジェクタおよび圧力降下誘導部材としての機能の遂行のために、貫通路を有する弁１０の近傍で、排気管９内に部分的に収容されている。したがって、注入ノズル２２は、ドライ低真空ポンプ１の消音器の後ろで、最後の排気段ＴＲの出口８に開口している。

したがって、排気管９内は、ドライ低真空ポンプ１の出口８から排気気体処理装置の入口まで（数ｍにわたる場合がある）、低圧状態に保たれる。排気管９内が低圧状態に保たれるということは、凝結性気体種を気相に維持することができるということを意味する。したがって、排気管９の加熱を不要にすることができる場合もある。

図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、図１１ｂに示されている第２の実施形態においては、駆動気体注入装置１３は、ベンチュリ効果路１１が形成されている、貫通路を有する弁１０に固定されている。排気される気体のための少なくとも１つの流入口２８が、駆動気体注入装置１３の出口とベンチュリ効果路１１の入口１１ａとの間に形成されている。

駆動気体注入装置１３は、例えば、排気される気体のための少なくとも１つの流入口２８を有しており、駆動気体注入装置１３の出口とベンチュリ効果路１１の入口１１ａとの間に、あらかじめ定められた距離ｄ（例えば０．５〜２ｍｍの範囲の）を保つための連結体２７によって、貫通路を有する弁１０に固定されている。

連結体２７は、例えば、最後の排気段ＴＲの出口８から流れてくる、排気される気体のための流入口２８を構成している周辺長手方向孔を有するシリンダから成っている。

図１０ａに示す例のように、パッキン２４が、駆動気体注入装置１３の基部３０と、ポンプ本体６に設けられている、対応する受容部との間に挿入されている場合がある。ダクト３１が、ポンプ本体６の受容部の底部から、駆動気体供給源（図示せず）に向かって設けられている。

ポンプ本体６の受容部は、貫通路を有する弁１０と駆動気体注入装置１３とから成る組み立て体が開位置にあるときに、駆動気体注入装置１３の基部３０が、依然として、受容部内に、受容部と中心を合わせて据えられているような寸法を有している。これによって、貫通路を有する弁１０と駆動気体注入装置１３とから成る組み立て体の変位の案内が、より容易になる。

ポンプ本体６の受容部内における、駆動気体注入装置１３の案内および自動中心合わせをより容易にするために、駆動気体注入装置１３の基部３０と受容部とは、互いに相補的な案内形状を有するようになされている場合がある。受容部のダクト３１には、例えば駆動気体注入装置１３の基部３０の供給路２３の空洞内に収まるように構成されており、供給路２３を取り巻いている案内パイプ３４が設けられている（図１０ｂおよび図１１ｂ）。案内パイプ３４は、駆動気体注入装置１３の案内および自動中心合わせを可能にし、また、一般に３×１０^２〜７×１０^２ｋＰａ（３〜７バール）の程度の高供給圧力に対する供給路２３の暴露を軽減することができる。さらに、案内パイプ３４は、機能（適切な摺動）上必要な遊びを少なくすることによって、したがって、パッキン（ピストン機構において用いられる）の使用を要することなく、駆動気体の漏洩を軽減することができる。

閉位置においては、貫通路を有する弁１０は、排気管９の口１２の座部に接している。したがって、排気される気体は、ベンチュリ効果路１１を通ることを強制される。駆動気体注入装置１３の基部３０は、ポンプ本体６の受容部に中心合わせされている。したがって、駆動気体注入装置１３の供給路２３は、ポンプ本体６の受容部の底部に形成されているダクト３１に連通している。

開位置においては、貫通路を有する弁１０と駆動気体注入装置１３とから成る組み立て体は、排気管９の口１２から離れている。

貫通路を有する弁１０と駆動気体注入装置１３とが、このように連結し合っているために、注入ノズル２２とベンチュリ効果路１１との間の距離は、一定のままである。したがって、貫通路を有する弁１０と駆動気体注入装置１３との間の正確な中心合わせおよび正確な位置決めが保証される。

図１１ａおよび図１１ｂに示す代替実施形態は、弾性復帰部材２９が、ポンプ本体６の受容部内に配置されているという点で、図１０ａおよび図１０ｂに示す実施形態と異なっている。コイルばねなどの弾性復帰部材２９は、ポンプ本体６と駆動気体注入装置１３の基部３０との間に挿入されている。弾性復帰部材２９は、開位置を占めるように、貫通路を有する弁１０を付勢している。これによって、駆動気体注入装置１３の案内および位置決めが改善される。

図１２に示す第３の実施形態においては、貫通路を有する弁１５は、開口を形成されているディスク状のヘッド２０を有しているが、ベンチュリ効果路を形成するためのステムを有していない。

ベンチュリ効果路１１は、駆動気体注入装置１３に固定されている突出部３２内に形成されており、排気される気体のための少なくとも１つの流入口２８が、駆動気体注入装置１３の出口と、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａとの間に形成されている。突出部３２は、貫通路を有する弁１５の開口に形成されている補助座部３３と組み合わされている。

突出部３２は、駆動気体注入装置１３の出口とベンチュリ効果路１１の入口１１ａとの間に、あらかじめ定められた距離ｄ（例えば０．５〜２ｍｍの範囲の）を保つための、例えば上述の連結体２７と同様の連結体２７によって、駆動気体注入装置１３に固定されている。

閉位置においては、貫通路を有する弁１５のヘッド２０は、排気管９の口１２の座部に接している。突出部３２は、補助座部３３と突出部３２との接触領域において、補助座部３３に間隙なしに、または両端間の圧力差が、接触領域の漏れ流量を最小限に制限するのに十分な大きさになるような最小の間隙εを介して接している。このように、漏れ流量が最小限であるため、貫通路を有する弁１５の開口の上流において、許容可能なエジェクタ動作が得られ、気体は、突出部３２内に形成されているベンチュリ効果路１１を通過する。

したがって、排気される気体を、最後の排気段ＴＲの出口８からベンチュリ効果路１１に案内するために、２段階の気密性の確保が必要である。

突出部３２に対する、貫通路を有する弁１５の自動中心合わせを、より容易にするために、例えば図１２に示すように、突出部３２と補助座部３３とは、円錐台形などの、互いに相補的な案内形状を有している。さらに、突出部３２が、軸方向に徐々に半径が小さくなる円錐台形の外側形状を有しているため、乱気流の発生を抑えることができる。

開位置においては、突出部３２および駆動気体注入装置１３は、固定されたままであり、排気管９の口１２から離れるのは、貫通路を有する弁１５だけである。

したがって、駆動気体注入装置１３の出口と、ベンチュリ効果路１１の入口１１ａとの間の距離は不変である。したがって、ベンチュリ効果を得るために必要な、駆動気体注入装置１３に対する、貫通路を有する弁１５の正確な中心合わせおよび正確な位置決めが保証されることは明確である。

したがって、本発明によるドライ低真空ポンプを用いると、従来のドライ低真空ポンプの排気能力と同一の排気能力に対して、より低い電力しか消費せず、したがって、電力および冷却水が節約されること、また、凝結および腐食の危険性が低下することを理解しうると思う。

１ ドライ低真空ポンプ
４ 吸気口
５ 排気口
６ ポンプ本体
８ 出口
９ 排気管
１０、１５ 貫通路を有する弁
１１ ベンチュリ効果路
１１ａ 入口
１１ｂ 円筒状中央部
１１ｃ らっぱ形状部
１２ 口
１２ａ、２０ａ 案内形状部
１３ 駆動気体注入装置
１４ 消音器
１８ コイルばね
１９ 環状肩部
２０ ヘッド
２１ ステム
２１ａ テーパー外形部
２１ｂ 端部
２２ 注入ノズル
２３ 供給路
２４ パッキン
２５ 熱交換器
２６ 狭窄部
２７ 連結体
２８ 流入口
２９ 弾性復帰部材
３０ 基部
３１ ダクト
３２ 突出部
３３ 補助座部
ｄ 距離
Ｍ モータ
Ｔ１〜Ｔ４、ＴＡ、ＴＲ 排気段
α 角度

Claims (16)

1. 気体を入口から出口（８）まで排気するための少なくとも１つの排気段、および最後の排気段の出口（８）に連結されている排気管（９）を備えているドライ低真空ポンプであって、貫通路を有する弁（１０、１５）が、前記排気管（９）内に配置されており、この貫通路を有する弁（１０、１５）は、
   − 前記排気管（９）の口（１２）の座部に接しており、前記気体を、前記貫通路を有する弁（１０、１５）を貫通しているベンチュリ効果路（１１）を通過するように強制する閉位置と、
   − 前記排気管（９）の口（１２）から離れており、前記最後の排気段の出口（８）の圧力が、あらかじめ定められた圧力閾値を超過しているときに占めている開位置との間で
   変位可能であり、
   前記ドライ低真空ポンプは、前記ベンチュリ効果路（１１）の入口（１１ａ）に駆動気体を注入するように構成されている駆動気体注入装置（１３）を備えており、前記ベンチュリ効果路（１１）は、前記貫通路を有する弁（１０、１５）が前記閉位置にあるときに、前記駆動気体が、前記ベンチュリ効果路（１１）の入口（１１ａ）内に注入されると、前記駆動気体注入装置（１３）とともにエジェクタを形成するように構成されていることを特徴とするドライ低真空ポンプ。
2. 前記ベンチュリ効果路（１１）は、狭断面部を有するノズル形状を呈していることを特徴とする、請求項１に記載のドライ低真空ポンプ。
3. ノズル形状の前記ベンチュリ効果路（１１）の入口（１１ａ）は、漏斗状の形状を呈しており、漏斗状の該入口（１１ａ）の首部から、円筒状中央部（１１ｂ）が延長しており、該円筒状中央部（１１ｂ）は、らっぱ形状部（１１ｃ）に終端していることを特徴とする、請求項２に記載のドライ低真空ポンプ。
4. 前記ベンチュリ効果路（１１）は、前記貫通路を有する弁（１０）内に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。
5. 前記駆動気体注入装置（１３）は、前記駆動気体注入装置（１３）の出口と前記ベンチュリ効果路（１１）の入口（１１ａ）との間に、あらかじめ定められた一定の距離（ｄ）が存在するように、前記貫通路を有する弁（１０）に固定されており、排気される気体のための少なくとも１つの流入口（２８）が、前記駆動気体注入装置（１３）の出口と前記ベンチュリ効果路（１１）の入口（１１ａ）との間に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のドライ低真空ポンプ。
6. 前記貫通路を有する弁（１０）を、前記開位置を占めるように付勢するための弾性復帰部材（２９）を、前記ドライ低真空ポンプのポンプ本体（６）と前記駆動気体注入装置（１３）との間に挿入されていることを特徴とする、請求項５に記載のドライ低真空ポンプ。
7. 前記ベンチュリ効果路（１１）は、前記駆動気体注入装置（１３）の出口と前記ベンチュリ効果路（１１）の入口（１１ａ）との間に、あらかじめ定められた一定の距離（ｄ）が存在するように、前記駆動気体注入装置（１３）に固定されている突出部（３２）内に形成されており、排気される気体のための少なくとも１つの流入口（２８）が、前記駆動気体注入装置（１３）の出口と前記ベンチュリ効果路（１１）の入口（１１ａ）との間に形成されており、前記突出部（３２）は、前記貫通路を有する弁（１０）の開口内に形成されている補助座部（３３）と組み合わされていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。
8. 前記突出部（３２）と前記補助座部（３３）とは、円錐台状または部分球状の、互いに相補的な案内形状を呈していることを特徴とする、請求項７に記載のドライ低真空ポンプ。
9. 前記駆動気体注入装置（１３）は、前記ドライ低真空ポンプのポンプ本体（６）内に部分的に組み込まれていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。
10. 前記貫通路を有する弁（１０）は、前記ドライ低真空ポンプの消音器（１４）の入口に位置していることを特徴とする、請求項９に記載のドライ低真空ポンプ。
11. 前記貫通路を有する弁（１０）は、前記排気管（９）の１つの端部に配置されており、該端部は、排気気体処理装置に連結されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。
12. 前記貫通路を有する弁（１０）は、前記口（１２）の一部である案内形状部（１２ａ）と組み合うように構成されている相補的な案内形状部（２０ａ）を有するヘッド（２０）を備えていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。
13. 前記案内形状部（１２ａ）および相補的な案内形状部（２０ａ）は、円錐台状または部分球状を呈していることを特徴とする、請求項１２に記載のドライ低真空ポンプ。
14. 前記駆動気体注入装置（１３）は、一端に注入ノズル（２２）を有する供給路（２３）を備えており、該注入ノズル（２２）の駆動気体注入軸と、前記ベンチュリ効果路（１１）の軸とは一直線上に揃っていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。
15. 前記貫通路を有する弁（１０、１５）を、前記口（１２）に接している前記閉位置を占めるように付勢している弾性復帰素子（１８）を備えていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。
16. 前記貫通路を有する弁は、前記口（１２）の上方に、縦方向に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１つに記載のドライ低真空ポンプ。

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