JP2008088880A

JP2008088880A - 真空排気装置

Info

Publication number: JP2008088880A
Application number: JP2006270048A
Authority: JP
Inventors: Shiro Tanigawa; 志郎谷川
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17
Also published as: EP1906023A1; CN101153585A; US20080080982A1

Abstract

【課題】ブースターポンプとその下流側の大気側にバックポンプを直列に備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、大気圧から低真空領域でも排気速度を向上して、大気圧から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度が改善される真空排気装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ブースターポンプ５とその下流側の大気側にバックポンプ３とを直列に備え、ブースターポンプ５はポンプ室内で圧縮される過程で低圧縮比の段階で吐出する低圧縮用吐出口２７ａ、２７ｂと高圧縮比に達して吐出する高圧縮用吐出口２９とを有し、排気始めはブースターポンプ５を作動して高圧縮用吐出口２９から大気へ空気を排気せしめ、中真空状態に達したときに低圧縮用吐出口２７ａ、２７ｂからの吐出空気をバックポンプ３に供給するとともにバックポンプ３を作動せしめることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブースターポンプとその下流側の大気側にバックポンプを直列に備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置に関する。

従来、排気速度を増大してタンク、室内等を迅速に真空状態にするために、真空用のメカニカルブースターポンプが排気速度の小さいバックポンプの真空側に設置されて用いられている。そして真空用のメカニカルブースターポンプは一般的に、図５に示すようにまゆ形ロータ０２０を回転する事により圧縮・排気を行うルーツ型真空ポンプ０２１が用いられている。そして、このメカニカルブースターポンプを使用することによって、バックポンプの排気速度の数倍程度の最大排気速度を得ることが知られている。

しかし、このメカニカルブースターポンプによって下流の大気側に設置さるバックポンプに大量の空気を送っても、バックポンプの排気能力によって装置全体の排気速度が制限されることから、メカニカルブースターポンプは大気圧近傍の低真空領域で作動させても排気速度の向上効果は大きく得られない。
すなわち図３の排気速度と圧力の関係に示すように、大気状態の空気を排出する開始時においては、バックポンプが本来的に有している排気速度からメカニカルブースターポンプが機能することによる排気速度の向上効果はすぐには得られず真空度が進むにつれて増大していく傾向となり、全圧力領域で排気速度の向上効果が得られないものである。

一方、真空排気装置において、真空ポンプの前段に真空用メカニカルブースターポンプのようなブースターポンプを設置して直列に２段階の真空ポンプで排気するものが知られており、例えば、実公平７−１９５５４号（特許文献１）がある。
この特許文献１には、図６に示すように、チャンバ内から空気の粗引きを行うための粗引きラインＡと本引きを行うための本引きラインＢとが接続され、粗引きラインＡにはストップバルブ０３ａとバタフライ弁０４とが直列に接続され、さらに粗引きポンプ０１に接続され、本引きラインＢにはストップバルブ０３ｂ１、０３ｂ２と排気ポンプ０２が設けられている。そして、本引きを行うときには粗引きラインＡのストップバルブ０３ａとバタフライ弁０４を閉じて、本引きラインＢのストップバルブ０３ｂ１、０３ｂ２を開いて粗引きポンプ０１及び排気ポンプ０２でチャンバ内の本引きを行う構成が示されている。

また、２段階に真空ポンプを設置するものとして、図７に示すような多段式Ｒ１〜Ｒ６のドライ真空ポンプ０１０の中間段、または最終段０１１に補助ポンプ０１２を接続して、ドライ真空ポンプ０１０の消費電力の低減を図るものも知られている（特許文献２）。

実公平７−１９５５４号公報特開２００３−１５５９８８号公報

しかし、特許文献１は、粗引き時には粗引きポンプ０１だけによる排気であるため排気速度の向上は望めず、さらに本引き時には粗引きポンプ０１と排気ポンプ０２との２段階で排気を行うが、前段に配置された排気ポンプ０２の作動を制御することは示されてなく、大気圧から低真空領域でも排気速度を向上して、低真空状態から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度の改善が達成されるかについては問題がある。
また、特許文献２に示される補助ポンプ０１２は、ドライ真空ポンプ０１０の消費電力の低減を図るためのものであり、排気速度を改善することについては示されていない。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、ブースターポンプとその下流側の大気側にバックポンプを直列に備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、大気圧から低真空領域でも排気速度を向上して、大気圧から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度が改善される真空排気装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ブースターポンプとその下流側の大気側にバックポンプとを直列に備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、前記ブースターポンプはポンプ室内で圧縮される過程で低圧縮比の段階で吐出する低圧縮用吐出口と高圧縮比に達して吐出する高圧縮用吐出口とを有し、排気始めは前記ブースターポンプを作動して前記高圧縮用吐出口から大気へガスを排気せしめ、該高圧縮用吐出口からの吐出によって到達することができる中真空状態に達したときに前記低圧縮用吐出口からの吐出ガスを前記バックポンプに供給するとともに前記バックポンプを作動せしめるコントローラを備えことを特徴とする。

かかる発明によれば、排気始めに前記ブースターポンプを作動して前記高圧縮用吐出口から大気へガスを排気せしめる。これによって大気圧状態にあるタンク内のガスが高い圧縮比によって圧縮されて大気へ直接排出される。このときバックポンプを介さずに直接排気されるのでバックポンプの影響を受けずに排気できる。例えばバックポンプの排気速度を大きくするために大型ポンプとするようなこともなく排気速度の向上が図れる。
また、ブースターポンプの排気速度はバックポンプに比べて大きいものが用いられるため、その大きいブースターポンプの排気速度によって、排気することで大気状態にある排気当初の状態から排気速度を低下させることなく排気できる。そして大気圧から低真空領域でも排気速度を向上できる。

前記ブースターポンプの前記高圧縮用吐出口からの吐出によって到達することができる中真空状態に達したときに前記低圧縮用吐出口からの吐出ガスを前記バックポンプに供給するとともに前記バックポンプを作動せしめことによって、ある程度真空状態になった中真空のガスを低圧縮用吐出口からバックポンプに供給する。そしてブースターポンプによる加圧、増量作用によってバックポンプの排気速度が高められ、高い排気速度が維持されつつ高真空状態に達することができる。
従って、ブースターポンプによって大気圧から低真空領域でも排気速度を向上して、大気圧から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度の改善がなされる。

また、好ましくは、前記コントローラは前記中真空状態への到達をタイマーによる時間経過によって検出することを特徴とする。

かかる発明によれば、ブースターポンプによる排気開始から所定の時間が経過したときに、コントローラが自動的に前記低圧縮用吐出口からの吐出ガスを前記バックポンプに供給するとともに前記バックポンプを作動せしめることによって、自動的にバックポンプへの作動が制御される。さらに、圧力センサからの信号ではなくタイマーによる経過時間によって制御するため、圧力センサの劣化や誤作動の虞もなく信頼性の高い制御を行なうことができる。

また、好ましくは、前記ブースターポンプはクロー型真空ポンプからなり、前記高圧縮用吐出口はロータの回転軸方向のハウジング壁面に開口し、前記低圧縮用吐出口はロータの半径方向のハウジング壁面に開口して形成されたことを特徴とする。

かかる発明によれば、高圧縮用吐出口をクロー型真空ポンプの圧縮室の空間に臨むようにロータの回転軸方向のハウジング壁面に開口して形成し、さらに低圧縮用吐出口をロータの半径方向のハウジング壁面に開口して形成することによって、クロー型真空ポンプを用いて高圧縮用吐出口および低圧縮用吐出口を有したブースターポンプを形成することができる。

本発明によれば、ブースターポンプとその下流側の大気側にバックポンプを直列に備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、大気圧から低真空領域でも排気速度を向上して、大気圧から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度が改善される真空排気装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の実施の形態に係る全体構成図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
図１に示すように、真空排気装置１は、バックポンプ３と、該バックポンプ３の前段部に設けられたブースターポンプ５とを備え、これら両ポンプ３、５を作動することで真空タンク７内を真空状態にするように構成されている。

このブースターポンプ５は、クロー型真空ポンプ９からなり、一対のポンプロータ１１ａ、１１ｂと、空気吸入口１３と、空気吐出口１５とを備えており、さらに一対のポンプロータ１１ａ、１１ｂを内蔵するポンプケーシング１７（ハウジング）と、さらに図示しない動力源のモータから動力を伝達してポンプロータ１１ａ、１１ｂを回転軸１９を中心に回転駆動する駆動機構を備えている。なお、バックポンプ３については、真空ポンプであれば種類は限定するものではなく、ルーツ型、クロー型、スクリュー型、ギヤ型等のいずれの型式のポンプであってもよい。

ポンプロータ１１ａ、１１ｂは、駆動機構によって互いに逆方向（矢印Ｓ方向）に回転されることによってポンプケーシング１７内に形成される密閉空間の容積変化を利用して、空気の吸入・吐出が行われる。
ポンプロータ１１ａ、１１ｂには、クロー（つめ）のような突起２１ａ、２１ｂがそれぞれ突設されていて、相手の突起２１ａ、２１ｂが凹部２３ａ、２３ｂに嵌合することによって、その嵌合空間に圧縮室２５の空間が形成されるようになっている。

空気吐出口１５は、ポンプ室内で圧縮される過程で低圧縮比の段階で吐出する低圧縮用吐出口２７と、高圧縮比に達して吐出する高圧縮用吐出口２９とを有しており、低圧縮用吐出口２７は、空気吸入口１３から吸入された空気がポンプロータ１１ａ、１１ｂによって形成される圧縮室２５の空間内に押し込まれる前に吐出されるような位置に開口されていて、ポンプロータ１１ａに対応する第１低圧縮用吐出口２７ａと、ポンプロータ１１ｂに対応する第２低圧縮用吐出口２７ｂとを備えている。
また、この第１低圧縮用吐出口２７ａと、第２低圧縮用吐出口２７ｂとは同一の開口断面積を有するとともに、第１低圧縮用吐出口２７ａおよび第２低圧縮用吐出口２７ｂの開口断面積は高圧縮用吐出口２９よりも大きく形成されている。

高圧縮用吐出口２９は、高圧縮空気を排出するように圧縮室２５の空間に開口しており、図２に示すようにポンプロータ１１ａ、１１ｂの回転軸方向のポンプケーシング１７の壁面に開口している。
また、図２に示すように空気吸入口１３は、ポンプロータ１１ａ、１１ｂの半径方向のポンプケーシング１７の一端側の壁面に開口され、第１低圧縮用吐出口２７ａと第２低圧縮用吐出口２７ｂは、ポンプロータ１１ａ、１１ｂの半径方向のポンプケーシング１７の他端側の壁面に開口されている。
このように、クロー型真空ポンプ９のポンプロータ１１ａ、１１ｂの回転軸方向、さらに半径方向それぞれの壁面に吐出口を形成することで、高圧縮用吐出口２９および低圧縮用吐出口２７を備えたブースターポンプ５を構成することができる。

第１低圧縮用吐出口２７ａとバックポンプ３とを連通する第１低圧排気通路３０にはコントローラ３２によって開閉制御される第１開閉弁３４が設けられ、該第１開閉弁３４の上流側に第２低圧縮用吐出口２７ｂからの空気を合流させる第２低圧排気通路３６が連結している。また、第１開閉弁３４の下流側には高圧縮用吐出口２９からの空気を合流させるために高圧排気通路３８が連結し、高圧排気通路３８にはコントローラ３２によって開閉制御される第２開閉弁３９が設けられている。

次にコントローラ３２による制御について説明する。
コントローラ３２には、真空タンク７の圧力またはブースターポンプ５の入口圧力が圧力センサ４０から入力され、またタイマー４２から経過時間信号が入力される。
排気始めに、第１開閉弁３４を閉じて、第２開閉弁３９を開きバックポンプ３を停止しておき、ブースターポンプ５だけを駆動する。これによって、第１低圧縮用吐出口２７ａ、第２低圧縮用吐出口２７ｂからの排気は遮断され、高圧縮用吐出口２９からの排出空気が高圧排気通路３８を通って直接大気に排出される。

この高圧排気通路３８を通って大気に排出される運転の段階では、大気圧状態にあるタンク内の空気が高圧縮比によって圧縮されて大気へ直接排出される。このときバックポンプ３を介さずに直接排気されるのでバックポンプ３の影響を受けずに排出できる。例えばバックポンプ３の排気速度を大きくするために大型ポンプとするようなこともなく排出できる。
また、ブースターポンプ５の排気速度はバックポンプ３に比べて大きいものが用いられるため、その大きいブースターポンプ５の排気速度によって、排気されることで大気状態にある排気当初の状態から排気速度を低下させることなく排気できる。

以上の高圧排気通路３８だけから直接大気に排出される運転の段階では、図３に示すように大気圧状態Ｐ０からバックポンプ３の排気速度より高い排気速度Ｑの状態で排気されて、中真空状態Ｐ１へと減圧されていく。

次に、コントローラ３２は、圧力センサ４０からの入力信号によって、予め設定されている中真空状態の圧力Ｐ１に達したときを判断して、第１開閉弁３４を開き、第２開閉弁３９を閉じバックポンプ３を作動する。
これによって第１低圧縮用吐出口２７ａおよび第２低圧縮用吐出口２７ｂからの排気がバックポンプ３に送られる。
中真空状態Ｐ１の空気を第１低圧縮用吐出口２７ａと第２低圧縮用吐出口２７ｂからバックポンプ３に供給されることによってブースターポンプ５のブースター機能が働いて加圧作用によって排気速度が低下されることなく、さらにバックポンプ３の圧縮作用によって中真空状態Ｐ１から高真空状態へと達することができる。

また図４の（ａ）はブースターポンプ５、（ｂ）はバックポンプ３、（ｃ）は第１開閉弁３４、（ｄ）第２開閉弁３９のそれぞれのＯＮ・ＯＦＦおよび開閉タイミングのタイムチャートを示し、排気開始時ｔ０にはブースターポンプ５がＯＮで、バックポンプ３がＯＦＦ、第１開閉弁３４が閉で、第２開閉弁３９が開であり、高圧縮用吐出口２９からの排出空気が高圧排気通路３８を通って直接大気に排出されることを示す。その後ブースターポンプ５の高圧縮用吐出口２９からの吐出によって到達することができる中真空状態Ｐ１へと達し、そのＰ１に達したときｔ１に、ブースターポンプ５がＯＮ状態で、バックポンプ３がＯＮし、第１開閉弁３４が開き、第２開閉弁３９が閉じて、ブースターポンプ５の第１低圧縮用吐出口２７ａおよび第２低圧縮用吐出口２７ｂからの排気がバックポンプ３に送られる。

以上のように本実施の形態によれば、ブースターポンプ５の低圧縮用吐出口２７ａ、２７ｂおよび高圧縮用吐出口２９の機能を使い分けることによってバックポンプ３が排気量の小さい小型のポンプでも、大気圧に近い低真空状態からの排気速度を向上できるとともに、さらに排気速度を低下させずに高真空状態への到達が可能となる。そして大気圧から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度の改善がなされる。

次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、コントローラ３２がブースターポンプ５、バックポンプ３、第１開閉弁３４、第２開閉弁３９を切り換えるタイミングを圧力センサ４０からの入力信号に代えて、タイマー４２からの経過時間によって行うものである。

真空タンク７の容積、ブースターポンプ５の圧縮室２５の排気容量、ブースターポンプ５の駆動条件、大気温度等に基づいて予め、ブースターポンプ５の高圧縮用吐出口２９からの排出によって大気圧Ｐ０からＰ１（中間真空状態）に達するまでの時間ｔ１を算出して設定しておく。

そしてｔ０からｔ１に達したことをタイマー４２の信号によって検知したときに、ブースターポンプ５がＯＮで、バックポンプ３がＯＮで、第１開閉弁３４が開で、第２開閉弁３９が閉の状態になるように制御することで、排気速度が低下されることなく中真空状態Ｐ１から高真空状態へと達することができる。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に大気圧から低真空領域でも排気速度を向上して、大気圧から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度の改善がなされる。
また、圧力センサ４０を用いた場合には圧力センサ４０が真空タンク７内や空気通路内のゴミや埃や水分によって目詰まりを生じたり、劣化して正確な値を検出できなくなる虞があるが、タイマー４２によればこのようなセンサの検出誤差や劣化による問題も生じないため、信頼性の高い制御を行なうことができる。

なお、以上の第１、第２の実施の形態では、コントローラ３２によって自動的に第１開閉弁３４、第２開閉弁３９を開閉制御することを説明したが、作業者が圧力センサ４０の検出値を見て判断して、直接第１開閉弁３４、第２開閉弁を開閉作業しても良いことは勿論である。
また、ブースターポンプ５については、クロー型真空ポンプ９を用いて説明したが、低圧縮比の空気を排出する低圧縮用吐出口２７と高圧縮比の空気を排出する高圧縮用吐出口２９を備えることができれば、ルーツ型真空ポンプであって、スクリューポンプであっても良いことは勿論である。
また、空気を対象に説明したが、その他ガスであってもよい。

本発明によれば、大気圧から低真空領域でも排気速度を向上して、大気圧から高真空状態までの全ての圧力領域で排気速度が改善される真空排気装置を提供することができるので、ブースターポンプとその下流側の大気側にバックポンプを直列に備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置に適用されて有益である。

本発明の第１の実施の形態を示す全体構成図である。図１のＡ−Ａ断面図である。排気速度の変化を示す特性図である。（ａ）はブースターポンプ、（ｂ）はバックポンプ、（ｄ）は第１開閉弁、（ｅ）は第２開閉弁のそれぞれ作動を示すタイムチャート図である。ルーツ型真空ポンプの概念図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。

符号の説明

１真空排気装置
３バックポンプ
５ブースターポンプ
１１ａ、１１ｂポンプロータ
１７ポンプケーシング（ハウジング）
２５圧縮室
２７ａ第１低圧縮用吐出口
２７ｂ第２低圧縮用吐出口
２９高圧縮用吐出口
３２コントローラ
３４第１開閉弁
３９第２開閉弁
４０圧力センサ
４２タイマー

Claims

ブースターポンプとその下流側の大気側にバックポンプとを直列に備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、
前記ブースターポンプはポンプ室内で圧縮される過程で低圧縮比の段階で吐出する低圧縮用吐出口と高圧縮比に達して吐出する高圧縮用吐出口とを有し、排気始めは前記ブースターポンプを作動して前記高圧縮用吐出口から大気へガスを排気せしめ、該高圧縮用吐出口からの吐出によって到達することができる中真空状態に達したときに前記低圧縮用吐出口からの吐出ガスを前記バックポンプに供給するとともに前記バックポンプを作動せしめるコントローラを備えたことを特徴とする真空排気装置。
前記コントローラは前記中真空状態への到達をタイマーによる時間経過によって検出することを特徴とする請求項１記載の真空排気装置。
前記ブースターポンプはクロー型真空ポンプからなり、前記高圧縮用吐出口はロータの回転軸方向のハウジング壁面に開口し、前記低圧縮用吐出口はロータの半径方向のハウジング壁面に開口して形成されたことを特徴とする請求項１記載の真空排気装置。