(57)【要約】【課題】粉末処理能力が改善されているルーツ形ポンプを提供すること【解決手段】ルーツ真空ポンプのステータは、一対の噛み合うロータを収容するように構成されており、そのステータは、圧送気体に同伴された固体物質をステータを通して出口に向けるように方向付けするように構成された方向付け部材または偏向部材を備える。すなわち、ステータは、圧送気体に同伴された固体物質すなわち粉末をポンプの外またはポンプの出口にまっすぐ向けるように方向付け手段、即ち偏向手段を有する。方向付け手段は、弧状面と出口との間に配置されたチャネルを備え、前述のチャネルは、下死点部の手前で弧状面とつながる部分を備え、ロータの回転軸線から離れるようにポンプの出口に向けて延びている。したがって、圧送気体に同伴された粉末は、ポンプ室から効率よく排出され、固体物質によりポンプが急停止する可能性が減少する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルーツポンプステータであって、
二重反転し互いに噛み合う一対のマルチローブ式のロータを収容するポンプ室を備え、前記ロータはそれぞれ、該ロータのローブの先端部が前記ステータの弧状面と協働できるよう軸を中心に回転可能であり、前記ローブは前記軸線に関する上死点部及び下死点部を通過し、
前記ポンプ室に気体を受け容れるように前記軸線の上方に配置された入口と、前記ポンプ室から気体を排出するように前記軸線の下方に配置された出口とを備えたルーツポンプステータにおいて、
前記弧状面と前記出口との間で該弧状面に設けられたチャネルを備え、該チャネルは、前記下死点部の手前のポイントで前記弧状面と接線方向につながる、
ことを特徴とするルーツポンプステータ。
【請求項２】
ルーツポンプステータであって、
二重反転し互いに噛み合う一対のマルチローブのロータを収容するポンプ室を備え、前記ロータはそれぞれ、該ロータのローブの先端部が前記ステータの弧状面と協働できるよう軸を中心に回転可能であり、ローブは前記軸線に関する上死点部及び下死点部を通過し、
前記ポンプ室に気体を受け容れるように前記軸線の上方に配置された入口と、前記ポンプ室から気体を排出するように前記軸線の下方に配置された出口とを備えたルーツポンプステータにおいて、
前記出口に配置され、前記ポンプ室を通過する物質を前記出口に向けて方向付けするように構成された偏向部材を備えている、
ことを特徴とするルーツポンプステータ。
【請求項３】
前記チャネルが前記弧状面とつながるポイントは、下死点手前５度〜４５度の間、下死点手前５度〜２５度の間、あるいは、下死点手前１５度である、
請求項１の装置。
【請求項４】
前記チャネルが前記弧状面とつながるポイントは、前記軸線の面において幅寸法を有し、前記チャネルの前記幅は、前記出口に向けて増加している、
請求項２の装置。
【請求項５】
前記軸線に関し半径方向の前記チャネルの深さ寸法は、前記チャネルが前記弧状面とつながる前記ポイントから前記出口に向けて増加している、
請求項１の装置。
【請求項６】
前記偏向部材は、前記弧状面につながる前記チャネルの部分と、前記出口との間に配置されており、前記偏向部材は、前記出口に向けて角度をつけられると共に、前記ポンプ室を通過する物質を前記出口に向けて方向付けするように構成される、
請求項１及び２の装置。
【請求項７】
前記偏向部材は、囲まれた流路を形成するよう前記チャネルの幅を横切って延びている、
請求項２又は６の装置。
【請求項８】
前記偏向部材は、前記チャネルと前記出口との間で前記弧状面の一部を形成する上面を有する、
請求項２の装置。
【請求項９】
前記弧状面の一部を形成する前記上面は、前記ロータが互いに噛み合う噛み合い区域に向けて延びている、
請求項８の装置。
【請求項１０】
前記ステータは、マルチステージルーツポンプ又はシングルステージルーツポンプの形態を有する、
請求項１の装置。
【請求項１１】
請求項１又は２の前記ステータと、ロータコンポーネントと備える、マルチステージ真空ポンプであって、
前記ロータコンポーネントは、各段の複数のステータと協働するように配置された複数のロータ要素を備え、前記ロータ要素はそれぞれ、前記ステータの一部と協働するように配置されたローブ部を備え、前記ローブ部はそれぞれ、少なくとも一つの軸線方向の溝を有する、
ことを特徴とするマルチステージ真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングルステージ（単段）式ルーツポンプ及びマルチステージ（マルチステージ）式ルーツポンプを含むルーツポンプに対する改良に関する。本発明は、特に、産業上のプロセスでの使用に適したルーツ真空ポンプのステータ部品及びロータ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空ポンプは、産業界で幅広く利用されている。例えば、真空ポンプは、半導体産業では加工チャンバを排気するために使用されている。チャンバ内で生じたプロセス副産物は、チャンバの気体が排出される際、ポンプを通過する。これらの副産物は、気相、液相、固相の物質を含み、しばしば「ざらざら（harch)」であり、副産物にさらされるポンプの部品が副産物によって腐食、磨耗することをしばしば、“harsh”と呼んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
“harsh”作用のある副産物をよりうまく処理することができるよう、真空ポンプ設計を改善する取り組みがなされてきた。例えば、あるポンプ部品は、非腐食性材料で構成されている。さらに、圧送気体に同伴された粉末を処理する点において比較的有効な真空ポンプの構成として、例えば、いわゆる“hook and claw”型、No０rthey型ポンプが知られている。
【０００４】
粉末状の副産物が生成されることが分かっているプロセスにどのようなタイプのポンプを用いるべきかを考えるとき、ポンプの粉末処理能力は重要な要素である。これは、過剰量のシリカ粉末が加工チャンバで生成されてチャンバを排気するポンプに吸い込まれる半導体プロセスに特有の問題である。よくないケースでは、粉末により、ポンプが急に止まったり故障したりし、交換用ポンプを取り付けてテストするときにチャンバを遮断したりチャンバ内の半導体の部品が損傷する可能性を生じたりすることとなる。さらに、ポンプの有効稼働寿命は、粉末に過剰にさらされることで短くなる。
【０００５】
本発明は、従来の問題を改善することを目的とし、半導体産業での使用に限定されるものではないが、半導体産業での使用に適しており、粉末処理能力が改善されているルーツ形ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明は、一対の噛み合うロータを収容するように構成されたルーツポンプステータを提供し、そのステータは、圧送気体に同伴された固体物質をステータを通して出口に向けるように方向付けするように構成された方向付け部材または偏向部材を備えている。換言すれば、本発明によるステータは、圧送気体に同伴された固体物質すなわち粉末をポンプの外またはポンプの出口にまっすぐ向けるように方向付けるまたは向きを変更する手段を有する。これは、ルーツロータの先端と協働するように構成されたステータの弧状面と接線方向につながるようなステータの壁部に配置されたチャネルを設けることによって達成するようにしてもよい。チャネルは、ポンプの出口に向けて曲げられた概ね平坦または直線状の形状を有しており、それにより、ポンプ室内の固体物質すなわち粉体は、ロータの回転につれて、出口に向けた移動を促される。したがって、圧送気体に同伴された粉末は、ポンプ室から効率よく排出され、固体物質によりポンプが急停止する可能性が減少する。すなわち、チャネルは、出口に向けて又はロータが互いに噛み合う噛み合い区域から離れるように固体物質が放出されるように構成されていてもよい。このことは、上記構成に代えて又はそれに加えて、出口に面し且つ固体物質を出口に方向付けるように形作られた下側面を有する部材を出口の上方で延びるように設けることによって達成することもできる。
【０００７】
より具体的には、ルーツポンプステータであって、二重反転し互いに噛み合う一対のマルチローブ形のロータを収容するポンプ室を備え、ロータはそれぞれ、ロータのローブ（丸い突出部）の先端部がステータの弧状面と協働できるよう軸を中心に回転可能であり、ローブは軸線に関する上死点部及び下死点部を通過し、ポンプ室に気体を受け容れるべく軸線の上方に配置された入口と、ポンプ室から気体を排出すべく軸線の下方に配置された出口とを備え、圧送気体に同伴された物質を出口に向けて方向付け手段を備えることを特徴とするルーツポンプステータを提供する。また、ルーツポンプステータであって、二重反転し互いに噛み合う一対のマルチローブのロータを収容するポンプ室を備え、ロータはそれぞれ、ロータのローブの先端部がステータの弧状面と協働できるよう水平の軸を中心に回転可能であり、弧状面は、水平の軸線の面に深さ寸法を有し、ローブは水平な軸線に関する上死点部及び下死点部を通過し、ポンプ室に気体を受け容れるべく水平な軸線の上方に配置された入口と、ポンプ室から気体を排出すべく水平な軸線の下方に配置された出口とを備え、方向付け手段は、弧状面と出口との間に配置されたチャネルを備え、前述のチャネルは、下死点部の手前で弧状面とつながる部分を備えることを特徴とするルーツポンプステータも提供する。したがって、圧送気体に同伴された粉末は、ポンプ室から効率よく排出され、固体物質によりポンプが急停止する可能性が減少する。すなわち、チャネルは、出口に向けて又はロータが互いに噛み合う噛み合い区域から離れるように固体物質が放出されるように構成されていてもよい。
【０００８】
それに加えて又はそれに代えて、ルーツポンプステータであって、二重反転し互いに噛み合う一対のマルチローブロータを収容するポンプ室を備え、ロータはそれぞれ、ロータのローブの先端部がステータの弧状面と協働できるよう軸を中心に回転可能であり、ローブは軸線に関する上死点部及び下死点部を通過し、ポンプ室に気体を受け容れるべく軸線の上方に配置された入口と、ポンプ室から気体を排出すべく軸線の下方に配置された出口とを備え、出口に配置されて、ポンプ室を通過する物質を出口に向けて方向付けするように構成された偏向部材を備えることを特徴とするルーツポンプステータを提供する。また、ルーツポンプステータであって、一対の、二重反転し互いに噛み合うマルチローブのロータを収容するポンプ室を備え、ロータはそれぞれ、ロータのローブの先端部がステータの弧状面と協働できるよう水平の軸を中心に回転可能であり、弧状面は、水平の軸線の面に深さの寸法を有し、ポンプ室に気体を受け容れるべく水平な軸線の上方に配置された入口と、ポンプ室から気体を排出すべく水平な軸線の下方に配置された出口とを備え、方向付け手段は、出口に配置されて、ポンプ室を通過する物質を出口に向けて方向付けするように構成された偏向部材を備えることを特徴とするルーツポンプステータを提供する。したがって、圧送気体に同伴された粉末は、ポンプ室から効率よく排出され、固体物質によりポンプが急停止する可能性が減少する。すなわち、偏向部材は、出口に向けて又はロータが互いに噛み合う噛み合い区域から離隔するように固体物質が方向付けされ又は向きを変更されるように構成されている。
【０００９】
加えて、チャネルの一部は、下死点手前５度〜４５度の間、下死点手前５度〜２５度の間、あるいは、下死点手前１５度のところで弧状面と接線方向につながるように配置される。その結果、混入粉末は、半径方向へロータから離れるように投げ出され、噛み合っているロータの間に捕捉されなくなる。
【００１０】
加えて、少なくとも一つの偏向部材の面は、出口と、チャネルの第一の部分との間に配置されていてもよい。偏向部材は、出口の方へ角度をつけられ、ポンプ室を通過する物質を出口の方へ方向付けるように構成されていてもよい。偏向部材の面は、囲まれたチャネルを形成するようにチャネルの幅を横切って延びるように配置されていてもよい。加えて、偏向部材は、出口とチャネルとの間で弧状面の一部を形成する上面を有している。
【００１１】
本発明はまた、上述したようなステータと、ロータコンポーネントとを備える、マルチステージ真空ポンプであって、ロータコンポーネントが、各段の複数のステータと協働するように配置された複数のロータ要素を備え、ロータ要素はそれぞれ、ステータの一部と協働するように配置されたローブ部を備え、ローブ部はそれぞれ、少なくとも一つの軸線方向の溝を有し、その溝は、回転軸線から最も離れたローブの先端またはその近くに配置されている、マルチステージ真空ポンプを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】公知のルーツポンプの断面図である。
【図２】別の公知のルーツポンプの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るルーツポンプの構成部分の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るルーツポンプに関するステータの一部分の斜視図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に係るルーツポンプの構成部分の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るルーツポンプステータ及びロータが部分的に示された斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、例示である添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に、国際公開番号WO2007/088103に記載された公知のルーツポンプ１０の断面を示す。ポンプは、ステータボディ１２によって画定されたポンプ室（pumping volume）１１を有する。二重反転し互いに噛み合う一対のマルチローブ式のロータ１６、１７は、各水平軸１４、１５を中心に回転するように配置されている。図１のポンプが有するロータはそれぞれ、二ローブであり、ローブの先端部２０、２１はステータの弧状の内面２４と協働するように配置されており、それによって、ロータとステータ１２との間の所定量の気体２６が捕捉される。気体は、互いに反対方向となる２つのロータの回転動作によって、入口３０から出口４０に圧送される。
【００１４】
（丸い突出部である）ローブの各先端部２０、２１は、その回転サイクルの間、上死点部５１及び下死点部５２を通過する。典型的には、上死点部は、弧状の内面２４が入口３０と交わるポイントに一致したところかそれより後ろにあり、さらに、下死点部５２は、弧状の内面２４が出口と交わるポイントの前にある。この配置により、気体の効率的な圧送が行われる。なぜならば、ポンプの適切な作動を許容するのに十分な時間の間、ある量の気体２６が、ロータとステータとの間で捕捉されたままとなるからである。慣習的には、二ローブロータに関し、ステータの内面２４が入口や出口と交わるポイントは、１８０度を超えて離隔しているべきであり、そうでない場合には、圧送される気体の効果的な圧縮が生じないことになる。
【００１５】
図２に、米国特許番号7226280文献に記載された公知の別のルーツ真空ポンプの断面を示す。この図は、三ローブロータで構成されたルーツポンプを示しており、図中、同一または類似の部分は同一の参照数字を用いて示す。また、弧状の内面２４は、内面２４内側に切り込まれた複数の一定深さの溝６０を備える。溝は、下死点部５２の手前のポイント４１に形成され、出口４０まで延びる。これらの溝の目的は、出口から排出される圧送気体に関連した騒音を減少すべく、回転サイクルの比較的早い段階でロータとステータとの間に捕捉され圧送される気体２６の部分を放出することである。
【００１６】
上述した従来の両ポンプでは、圧送されている気体が粉末物質を含む際の問題に悩まされることがありうる。粉末は、ポンプの部品の間で捕捉された状態になる傾向があり、最終的には、ポンプを急停止させてしまう。したがって、ポンプ不調を起こさず、ルーツ真空ポンプにおいて処理することができる粉末の限界は、比較的小さく、１時間あたり１００ｍ3の圧送性能を有するポンプに対しては５０〜１００ｇ程度のシリカ粉末である。
【００１７】
図３に、本発明の一実施形態のポンプ１００の断面を示す。このポンプは、本実施の形態に関するステータ１１０を備えている。ステータは、ポンプ室を提供するものであり、二重反転し互いに噛み合う一対のマルチローブ形のロータ１１６、１１７をそれぞれ水平軸１１４、１１５を中心に回転可能に収容するように配置されている。図３のロータは、三枚のローブを有するように図示されているが、本発明は、かかる構造に限定されるものではなく、発明のコンセプトは、様々なローブ数のロータ構造に適用できることが理解されるだろう。
【００１８】
ステータ１１０は、ポイントＡ、Ｂ間に弧状ラインをたどる内壁または内面１２４を備える。作動中、ロータのローブの先端部１２０、１２１は、内面１２４と協働し、ロータとステータとの間のポンプ室１２６内で圧送気体を捕捉する。実際には、作動中、ロータのローブの先端部は、先端部とステータの弧状の内面との間に比較的小さなクリアランスを有する。内面１２０のポイントＡは、上死点Ｔのロータ回転方向前方に配置される。
【００１９】
しかしながら、前述した周知のルーツポンプシステムと異なり、ポンプ出口とポイントＢとの間の内面の少なくとも一部分１２５は、内面１２４の弧状ラインに沿って又はこれと平行に続かない別のラインをたどるように設けられている。図３に示した実施の形態においては、かかるステータの出口部分１２５は、ほぼ直線状の経路をたどり、弧状の内面の接線をたどり、回転軸線から離隔するようにポンプの出口１４０に向かって延びる。換言すれば、ポイントＢが、ロータのローブに関しての下死点よりも手前に配置され、チャネルがステータの弧状の内面１２４とつながるポイントであるポイントＢから出口まで、出口部分１２５を形成しているチャネルの深さが増加している。
【００２０】
図３に示す実施の形態においては、ステータの出口部分すなわちチャネルは、直線状に回転軸から半裸レンズるように延び、または回転軸の面でみたとき直線状の断面を有している。チャネルは、非直線状に回転軸線から離れるように、例えば、ポンプ室の内側または外側に中心をもつ半径に沿って延びてもよい。
【００２１】
ポイントＢは、下死点、または下死点よりも手前の角度範囲内に配置されてもよい。例えば、ポイントＢは、図３に角度αで示されるように、下死点の手前５度〜４５度の間に配置されてもよい。好ましくは、角度αは５度〜２５度で、より好ましくは、角度α＝１５度である。ステータの内面１２４における出口部分１２５の初めの部分は、ステータの内面の弧状部分の接線方向となっており、イメージラインＩ（上死点及び下死点を通る線）とポイントＢで生じる接線との間の角度βは、式β＝９０＋αを満たす。よって、１３５°≦β≦９０°である。
【００２２】
ステータの出口部分１２５は、ポンプを通過する微粒子や粉末を出口１４０に向ける手段としての役割を果たすことが分かる。ロータにより圧送気体がポンプを通過するように流れるとき、圧送気体に同伴された微粒子は、遠心力によって弧状の内面１２４に向けて放出される。したがって、気体内の微粒子は、出口１４０に向けられ、ロータが互いに噛み合う区域１４５から離隔される。なぜならば、出口部分１２５は、概略的に、ポンプまたはある段の出口１４０に向けて傾斜されているからである。
【００２３】
本発明を具体化した構成の結果として、我々は、上述したような従来のポンプは、ステータの出口部分の形状が原因で、つまり、圧送気体に同伴された少なくともいくらかの微粒子が従来のルーツポンプステータによってロータの噛み合い区域に投入されることが原因で、粉末処理能力が低くなっていると解釈した。圧送気体に同伴され従来のルーツポンプを通過する粉末の一部は、ポンプ内を再循環されることとなりうる。かなりの量の粉末がロータが噛み合う区域に入ると、ポンプは急停止を起こすことがある。
【００２４】
図４は、本発明を具体化したルーツポンプステータ１１０の一部の斜視図である。ステータは、当該技術分野において公知であるように、複数段に形成されている。この実施の形態では、ステータは、“貝殻（clam-shell）”形状に形成されており、全ステータの下部のみが図示されている。また、完成した状態のポンプでは、ステータエンドプレート（図示せず）が用いられることが解る。
【００２５】
ステータの側壁１２６には、イメージラインＩが突き出すように示されている。ステータの壁部１２４における出口部分１２５の始点は、ロータが下死点の位置を通過する位置よりも手前のところにある。さらに、出口部分１２５の床部１２７は、ステータの弧状の内面１２４の幅寸法Ｄよりも狭い幅寸法δを有している。比Ｄ：δは、２：１〜１０：１１の範囲（すなわち５０％〜１１０％の範囲）にあることが考えられる。換言すれば、ポンプ内の粉末の量が過剰になると予測される場合には、ステータの深さ寸法よりも大きな幅寸法を有することが、粉末の効果的な処理を高めることになる。
【００２６】
ステータの出口部分の他の形状が、上述した実施の形態に付加し又は置換した他の態様も想定され、本発明は、上述した直線的な形状に限定されるものではない。例えば、出口部分は、ステータの内面１２４の半径よりも大きな半径を有する経路をたどるように構成されていてもよい。出口部分の床部または下部とロータのローブの接触部分との間の距離は、ポイントＢにおける数ミクロンから、出口における少なくとも１ｃｍまで増加していくことが好ましい。さらに、出口部分の幅が、変化するように構成されていてもよく、好ましくは、出口に向けて増加するように構成されていてもよい。出口部分は、ステータの内面内側に切り込まれた複数の溝を含むように構成されていてもよい。
【００２７】
次に、図５を参照して、圧送気体に混入されポンプまたは圧送ステージの出口に向けられたダスト、粉末あるいは微粒子を導く手段について説明する。一実施の形態においては、ベーン（vein）部材１３２が、ステータの出口部分の上方に配置されている。ベーン部材は、出口部分を部分的に又は全体的に横切って延びており、出口と面する表面であって、圧送気体に同伴された微粒子の向きを出口１４０に向くように変える（偏向す）べく出口１４０に向けて角度付けされた表面を有する。ロータのローブの先端部によってもたらされる軌跡１３４と、ベーン部材との間には、比較的小さなクリアランスが設けられる。別の実施の形態においては、方向付け部材１３３は、出口１４０のすぐ上方に配置された中央の部品として構成されており、出口に面した二つの反対面を有する。二つの面は、それぞれ、粉末物質を、各ロータから出口に向けて方向付けすようにに配置されている。このようにして、圧送気体に同伴された微粒子の少なくとも一部は、出口１４０に向けて向きを変えられ、つまり、そうしなければロータの噛み合い区域１４５に入ってしまう前に向きを変えられる（偏向される）。偏向部材すなわちベーン部材の上面１３５は、弧状の内面１２４の一部を形成するように配置されうる。その上面は、噛み合い区域１４５まで延びるが、そこに入らないように、配置される。
【００２８】
我々の実験では、本発明の実施の形態のステータ形状を有するポンプの粉末処理能力が、ポンプ能力に著しい影響を与えることなく、大きく向上したことが示されている。例えば、最大４００％の向上がみられ、すなわち、１時間あたり１００ｍ3の圧送性能を有するポンプが、急停止することなく４００ｇの粉末を効率的に処理することが可能となっている。
【００２９】
次に、図６を参照すると、本発明の実施の形態のポンプ１００が示されている。図示された貝殻状のステータ１１０の一方の半部は、図３、図４及び図５を参照しながら先に説明したものである。それに加えて、一対のロータ２００が図示されている。各ロータは、シャフト２１０と、マルチローブ２１６、２１７を有するロータ要素とを備える。ローブの先端部は、軸線方向の溝２２０を備えており、それにより、ルーツポンプにおける粉末処理能力が向上することが見出されている。マルチステージルーツポンプの各段に溝を配置することによって、粉末の処理はいっそう向上する。図６に示した実施の形態では、先端部それぞれが三つの溝を備えている。しかしながら、他の実施の形態として、任意の数の溝が設けられ、それら溝は任意の形状に構成され、多くの溝がロータの先端部がステータの弧状の内面１２４と協働するポイントの前方または後方に配置されていてもよいことが解る。例えば、中間の溝を、ローブのロータとステータとが協働するポイントに隣接して配置し、且つ、前方には一つの溝を配置し、後方には別の溝を配置するようにしてもよい。ローブあたりの溝の数（一つ、二つ又は三つ以上）と、それら溝それぞれの位置の他の組み合わせは、当業者によって想定されうる。また、溝の数は、ポンプの使用態様や圧送プロセスに依ることが予想される。
【００３０】
当業者は、本発明の思想の範囲を逸脱することなく、本発明の他の実施形態を考案することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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