(57)【要約】【課題】真空室を排気する輸送式の主ポンプと、その排気側に接続された輸送式の粗引きポンプとを備える真空装置において、エネルギー効率を向上し、もって運転コストを削減することができる真空装置を提案する。【解決手段】主ポンプ3の排気口と粗引きポンプ4の吸気口とを互いに接続する第１の排気経路3b,6,7,8a,9,10,11,12,4aと、第１の排気経路3b,6,7,8a,9,10,11,12,4aを開閉自在な上流側開閉手段6及び下流側開閉手段9と、第１の排気経路3b,6,7,8a,9,10,11,12,4aの上流側開閉手段6と下流側開閉手段9との間の部分に直接又は第２の排気経路8e,8dを介して吸気口を接続された溜込式ポンプ5とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室を排気する輸送式の主ポンプと、該主ポンプの排気側に接続された輸送式の粗引きポンプとを備える真空装置において、
主ポンプの排気口と粗引きポンプの吸気口とを互いに接続する第１の排気経路と、
第１の排気経路を開閉自在な上流側開閉手段及び下流側開閉手段と、
第１の排気経路の上流側開閉手段と下流側開閉手段との間の部分に直接又は第２の排気経路を介して吸気口を接続された溜込式ポンプと
を備えたことを特徴とするハイブリッド真空装置。
【請求項２】
前記溜込式ポンプはゲッターポンプである、請求項１に記載のハイブリッド真空装置。
【請求項３】
前記主ポンプはターボ分子ポンプである、請求項１又は２に記載のハイブリッド真空装置。
【請求項４】
前記粗引きポンプはロータリーポンプである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド真空装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド真空装置を用いた排気方法であって、
上流側開閉手段及び下流側開閉手段を開放し、粗引きポンプによって真空室を排気する粗引きステップと、
上流側開閉手段を閉止するとともに下流側開閉手段を開放し、溜込式ポンプを再生運転して、該溜込式ポンプから放出された気体を粗引きポンプで排気する再生ステップと、
上流側開閉手段を開放するとともに下流側開閉手段を閉止し、粗引きポンプを停止して、主ポンプ及び溜込式ポンプによって真空室を排気する本引きステップと
を含むことを特徴とする、ハイブリッド真空装置を用いた排気方法。
【請求項６】
前記本引きステップにおいて溜込式ポンプの排気速度が所定値まで低下した場合には、前記本引きステップを中断し、前記再生ステップを行い、溜込式ポンプの排気速度が所定値まで回復したのち、前記本引きステップを再開する、請求項５に記載の排気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空室を排気する輸送式の主ポンプと、その排気側に接続された輸送式の粗引きポンプとを備える真空装置に関し、特に、エネルギー効率を向上し、もって運転コストを削減しようとするものである。また、本発明は、そのような真空装置を用いた排気方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の真空装置として、例えば特許文献１に記載されるようなものが知られている。特許文献１では、真空容器にターボ分子ポンプの吸気側が接続され、ターボ分子ポンプの排気側が粗引きポンプの吸気側に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７４４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成の真空装置において真空室を高真空状態に保とうとする場合には、ターボ分子ポンプを運転し続けることに加え、補助ポンプとして粗引きポンプも運転し続けてターボ分子ポンプの排気側を低圧に保つ必要があった。
【０００５】
本発明は、前記の現状に鑑み開発されたもので、真空室を排気する輸送式の主ポンプと、その排気側に接続された輸送式の粗引きポンプとを備える真空装置において、エネルギー効率を向上し、もって運転コストを削減することができる真空装置を提案することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、そのような真空装置を用いた、エネルギー効率を向上し、もって運転コストを削減することができる排気方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
１．真空室を排気する輸送式の主ポンプと、該主ポンプの排気側に接続された輸送式の粗引きポンプとを備える真空装置において、
主ポンプの排気口と粗引きポンプの吸気口とを互いに接続する第１の排気経路と、
第１の排気経路を開閉自在な上流側開閉手段及び下流側開閉手段と、
第１の排気経路の上流側開閉手段と下流側開閉手段との間の部分に直接又は第２の排気経路を介して吸気口を接続された溜込式ポンプと
を備えたことを特徴とするハイブリッド真空装置。
【０００８】
２．前記溜込式ポンプはゲッターポンプである、前記１のハイブリッド真空装置。
【０００９】
３．前記主ポンプはターボ分子ポンプである、前記１又は２のハイブリッド真空装置。
【００１０】
４．前記粗引きポンプはロータリーポンプである、前記１〜３のいずれかのハイブリッド真空装置。
【００１１】
５．前記１〜４のいずれかのハイブリッド真空装置を用いた排気方法であって、
上流側開閉手段及び下流側開閉手段を開放し、粗引きポンプによって真空室を排気する粗引きステップと、
上流側開閉手段を閉止するとともに下流側開閉手段を開放し、溜込式ポンプを再生運転して、該溜込式ポンプから放出された気体を粗引きポンプで排気する再生ステップと、
上流側開閉手段を開放するとともに下流側開閉手段を閉止し、粗引きポンプを停止して、主ポンプ及び溜込式ポンプによって真空室を排気する本引きステップと
を含むことを特徴とする、ハイブリッド真空装置を用いた排気方法。
【００１２】
６．前記本引きステップにおいて溜込式ポンプの排気速度が所定値まで低下した場合には、前記本引きステップを中断し、前記再生ステップを行い、溜込式ポンプの排気速度が所定値まで回復したのち、前記本引きステップを再開する、前記５の排気方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、粗引きポンプによって真空室を粗引きした後、溜込式ポンプを再生し、粗引きポンプを停止するとともに、溜込式ポンプで主ポンプの排気側を低圧に保つことによって、主ポンプによる真空室の本引きを行うことができ、比較的高いエネルギーを消費する粗引きポンプの使用時間を大幅に削減することができるため、エネルギー効率を向上し、もって運転コストを削減することができる真空装置を得ることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、そのような真空装置を用い、粗引きポンプを停止して、主ポンプ及び溜込式ポンプによって真空室を排気する本引きステップを行うことにより、比較的高いエネルギーを消費する粗引きポンプの使用時間を大幅に削減することができるため、エネルギー効率を向上し、もって運転コストを削減することができる排気方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイブリッド真空装置の概略側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るハイブリッド真空装置の作動要領を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係るハイブリッド真空装置の作動要領を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜３を参照して、本発明の一実施形態に係るハイブリッド真空装置について詳細に例示説明する。
図１に示すように、ハイブリッド真空装置１は、真空室２と、真空室２を排気する輸送式の主ポンプであるターボ分子ポンプ３と、輸送式の粗引きポンプであるロータリーポンプ４と、溜込式ポンプであるゲッターポンプ５とを備える。
【００１７】
真空室２の底面に設けられた排気口には、ターボ分子ポンプ３の吸気口側フランジ３ａが接続されている。ターボ分子ポンプ３の排気口側フランジ３ｂには、上流側バルブ６（上流側開閉手段）の吸気口側フランジ６ａが接続されている。上流側バルブ６の排気口側フランジ６ｂは、直線状ニップル７の吸気口側フランジ７ａに、直線状ニップル７の排気口側フランジ７ｂは、十文字状ニップル８の主管部８ａの吸気口側フランジ８ｂにそれぞれ接続されている。十文字状ニップル８の主管部８ａの排気口側フランジ８ｃは、下流側バルブ９（下流側開閉手段）の吸気口側フランジ９ａに、下流側バルブ９の排気口側フランジ９ｂは、フレキシブルチューブ１０の吸気口側フランジ１０ａにそれぞれ接続されている。フレキシブルチューブ１０の排気口側フランジ１０ｂには、ロータリーポンプ４から拡散される油が真空室側へ逆流することを防止するためのフォアラインフィルタ１１の吸気口側フランジ１１ａが接続されている。フォアラインフィルタ１１の排気口側フランジ１１ｂには、停電時などにロータリーポンプ４を隔離して上流への油の拡散を防止するアイソレーションバルブ１２の吸気口側フランジ１２ａが接続されている。アイソレーションバルブ１２の排気口側フランジ１２ｂには、ロータリーポンプ４の吸気口側フランジ４ａが接続されている。
【００１８】
このようにして、ターボ分子ポンプ３の排気側には、ロータリーポンプ４が接続されている。すなわち、ターボ分子ポンプ３の排気口とロータリーポンプ４の吸気口とは互いに、ターボ分子ポンプ３の排気口側フランジ３ｂ、上流側バルブ６、直線状ニップル７、十文字状ニップル８の主管部８ａ、下流側バルブ９、フレキシブルチューブ１０、フォアラインフィルタ１１、アイソレーションバルブ１２及びロータリーポンプ４の吸気口側フランジ４ａからなる第１の排気経路によって接続されている。
【００１９】
また、十文字状ニップル８の第１分岐管部８ｄの排気口側フランジ８ｅには、ゲッターポンプ５の吸気口側フランジ５ａが接続されている。すなわち、ゲッターポンプ５の吸気口は、第１の排気経路の上流側バルブ６と下流側バルブ９との間の部分に、ゲッターポンプ５の吸気口側フランジ５ａ及び十文字状ニップル８の第１分岐管部８ｄからなる第２の排気経路を介して接続されている。ゲッターポンプ５は、所望の排気速度を達成するため公知の構造のものから適宜選択することができるが、好ましくは、要求されるガス吸着容量及び排気速度に応じた量の非蒸発ゲッター材を配置し、ヒータによって加熱することでゲッター材を活性化させる再生運転を行えるようにした構造のものを採用することができる。また、このようなヒータとしては、加熱抵抗器を用いることが好ましい。さらに、このような加熱抵抗器を備えるゲッターポンプを１０−１Ｐａからの高真空領域で用いるためには、ヒータの電熱線の主成分を白金とすることが好ましく、このようにすることで、電熱線の断線を確実に防止することができる。
【００２０】
ロータリーポンプ４の排気口側フランジ４ｂは、オイルミストフィルタ１３の吸気口側フランジ１３ａに、オイルミストフィルタ１３の排気口側フランジ１３ｂは排気管１４の吸気口側フランジ１４ａにそれぞれ接続され、排気管１４の排気口１４ｂは大気に開放されている。
【００２１】
十文字状ニップル８の第２分岐管部８ｆのフランジ８ｇには、十文字状ニップル８内の圧力を測定するための真空ゲージ１５のフランジ１５ａが接続されている。この真空ゲージ１５の測定値によって、ゲッターポンプ５の排気速度を間接的に知ることができる。
【００２２】
次に、前述した本発明の一実施形態に係るハイブリッド真空装置の動作要領について、図２及び図３を用いて例示説明する。
ハイブリッド真空装置１の運転を開始した時刻ｔ０において、ステップＳ１の粗引きステップを開始する。この粗引きステップＳ１では、上流側バルブ６及び下流側バルブ９を開放し、ロータリーポンプ４によって真空室２を排気することによって、真空室２内の圧力を、例えば、１０５Ｐａから１０−１Ｐａまで低下させる。
【００２３】
そして真空室２内の圧力が１０−１Ｐａに達した時刻ｔ１において、ステップＳ２の再生ステップを開始する。この再生ステップＳ２では、上流側バルブ６を閉止するとともに下流側バルブ９を開放し、ゲッターポンプ５を再生運転して、このゲッターポンプ５から放出された気体をロータリーポンプ４で排気する。なお、ゲッターポンプ５の再生運転では、例えば、ゲッター材をヒータで４５０℃程度に１０分間加熱して、ゲッター材に吸着していた気体を放出することによって、ゲッター材を再生することができる。
【００２４】
ゲッターポンプ５の再生運転が完了した時刻ｔ２において、ステップＳ３の本引きステップを開始する。この本引きステップＳ３では、上流側バルブ６を開放するとともに下流側バルブ９を閉止し、ロータリーポンプ４を停止して、ターボ分子ポンプ３を起動し、ターボ分子ポンプ３及びゲッターポンプ５によって真空室２を排気する。そして、ステップＳ４で、例えばユーザからの指令に基き、ハイブリッド真空装置１の運転を終了するか否かが判断される。ハイブリッド真空装置１の運転を終了しない場合には、ステップＳ５で、ゲッターポンプ５の排気速度が所定値Ａまで低下したか否かが判断される。この判断は、例えば、前述したように、真空ゲージ１５の測定値によって、ゲッターポンプ５の排気速度を間接的に検出し、当該排気速度を所定値Ａと比較することによって行うことができる。ステップＳ５で、ゲッターポンプ５の排気速度が所定値Ａまで低下していないと判断した場合は、ステップＳ３に戻って本引きを継続する。このように本引きステップＳ３を継続することによって、真空室２内の圧力を、例えば、１０−１Ｐａから１０−７Ｐａまで低下させることができる。そして、真空室２内の圧力が１０−７Ｐａに達した時刻ｔ３以降も本引きステップＳ３を継続することによって、真空室２の圧力を、例えば、１０−７Ｐａに保持することができる。
【００２５】
そして、時刻ｔ３から所定の時間乃至期間が経過した時刻ｔ４において、ゲッターポンプ５の排気速度が所定値Ａまで低下したとすると、ステップＳ５からステップＳ２に移動し、前述した再生ステップを行い、再生が時刻ｔ５で完了し、ゲッターポンプ５の排気速度が所定値まで回復すると、本引きステップＳ３を再開する。
【００２６】
なお、前述した例では、ゲッターポンプ５の再生運転が完了した時刻ｔ２において、ターボ分子ポンプ３の運転を開始するものとしたが、これに代えて、真空室２内の圧力が１０Ｐａ程度に達した時刻（ｔ０とｔ１の間のある時刻）からターボ分子ポンプ３の運転を開始するようにしても良い。
【００２７】
以上説明した本発明の一実施形態に係るハイブリッド真空装置によれば、ロータリーポンプによって真空室を粗引きし、ゲッターポンプを再生運転した後、ロータリーポンプは停止し、ゲッターポンプでターボ分子ポンプの排気側を低圧に保つことによって、ターボ分子ポンプで真空室を本引きすることができる。したがって、再生時以外は電力を消費しないゲッターポンプを本引きのための補助ポンプとして使用することができるため、高い駆動電力を消費するロータリーポンプを補助ポンプとして用いる場合に比べて、格段にエネルギー効率を高めることができ、もって運転コストを大幅に削減することができる。特に、本引きの運転状態を、例えば１年といった長期間にわたって継続して、真空室の真空状態を保つような使用形態の場合には、その効果は顕著である。
【００２８】
前述したところは、本発明の一実施形態を示したにすぎず、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。例えば、前述した例では、輸送式の主ポンプとしてターボ分子ポンプを用いたが、これに代え、例えば、油拡散ポンプや水銀拡散ポンプを用いることもできる。また、輸送式の粗引きポンプとしては、ロータリーポンプに限られず、例えば、ドライポンプを用いても良い。また、本例では、ゲッターポンプの吸気口が、第１の排気経路の上流側開閉バルブと下流側開閉バルブとの間の部分に第２の排気経路を介して接続されるものとして説明したが、必ずしも第２の排気経路を介して接続する必要はなく、直接接続しても良い。この場合、例えば、前述した十文字状ニップルの第１分岐管部内にゲッターポンプを配置し、当該第１分岐管部のフランジには無孔フランジを取付け封止することができる。さらに、本例では、第１の排気経路及び第２の排気経路を、各種のニップルやバルブ、フレキシブルチューブなどを用いて構成したが、これに限定されないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係るハイブリッド真空装置は、加速器などの試験設備に特に適する他、真空冶金装置、真空化学装置、真空薄膜形成加工装置、表面分析装置などにも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  ハイブリッド真空装置
２  真空室
３  ターボ分子ポンプ（主ポンプ）
３ａ  吸気口側フランジ
３ｂ  排気口側フランジ（第１の排気経路）
４  ロータリーポンプ（粗引きポンプ）
４ａ  吸気口側フランジ（第１の排気経路）
４ｂ  排気口側フランジ
５  ゲッターポンプ（溜込式ポンプ）
５ａ  吸気口側フランジ（第２の排気経路）
６  上流側バルブ（上流側開閉手段、第１の排気経路）
６ａ  吸気口側フランジ
６ｂ  排気口側フランジ
７  直線状ニップル（第１の排気経路）
７ａ  吸気口側フランジ
７ｂ  排気口側フランジ
８  十文字状ニップル
８ａ  主管部（第１の排気経路）
８ｂ  吸気口側フランジ
８ｃ  排気口側フランジ
８ｄ  第１分岐管部（第２の排気経路）
８ｅ  第１分岐管部排気口側フランジ
８ｆ  第２分岐管部（圧力モニター経路）
８ｇ  第２分岐管部フランジ
９  下流側バルブ（下流側開閉手段、第１の排気経路）
９ａ  吸気口側フランジ
９ｂ  排気口側フランジ
１０  フレキシブルチューブ（第１の排気経路）
１０ａ  吸気口側フランジ
１０ｂ  排気口側フランジ
１１  フォアラインフィルタ（第１の排気経路）
１１ａ  吸気口側フランジ
１１ｂ  排気口側フランジ
１２  アイソレーションバルブ（第１の排気経路）
１２ａ  吸気口側フランジ
１２ｂ  排気口側フランジ
１３  オイルミストフィルタ
１３ａ  吸気口側フランジ
１３ｂ  排気口側フランジ
１４  排気管
１４ａ  吸気口側フランジ
１４ｂ  排気口
１５  真空ゲージ
１５ａ  フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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