(57)【要約】【課題】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を備えて、タンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、排気速度を確保しながら到達圧力の改善（低圧力化）を達成できるような真空用メカニカルブースターポンプを備えた真空排気装置を提供することを課題とする。【解決手段】真空ポンプ３の前段にメカニカルブースターポンプ５を備え、メカニカルブースターポンプ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、真空ポンプ３の排気開始時においては低圧縮用吐出口２７ａ、２７ｂと高圧縮用吐出口２９との両方から真空ポンプ３に空気を送り、その後前記真空ポンプ３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高圧縮用吐出口２９からのみ真空ポンプ３に空気を送る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を備え、タンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、
前記メカニカル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、前記真空ポンプの排気開始時においては前記低圧縮用吐出口と前記高圧縮用吐出口との両方から前記真空ポンプにガスを送り、その後前記真空ポンプによって到達することができる到達圧力に達したときに前記高圧縮用吐出口からのみ前記真空ポンプにガスを送るように構成されたことを特徴とする真空排気装置。
【請求項２】
前記タンク、室内等の真空状態を検出する圧力センサを設け、前記圧力センサからの信号によって前記到達圧力を検出したときに、前記低圧縮用吐出口と前記真空ポンプとの間に設けられた制御弁を閉じるコントローラを備えたことを特徴とする請求項１記載の真空排気装置。
【請求項３】
前記真空ポンプの排気を開始してから前記到達圧力に達するまでの所定の時間が経過したときに、前記低圧縮用吐出口と前記真空ポンプとの間に設けられた制御弁を閉じるコントローラを備えたことを特徴とする請求項１記載の真空排気装置。
【請求項４】
前記メカニカル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前記高圧縮用吐出口よりも吐出開口面積が大きく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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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を備えて、タンク、室内等を真空状態にする真空排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、まゆ形ロータ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が用いられている。
【０００３】
しかし、図４に示すようにこのルーツ型真空ポンプ０２０は、まゆ形のロータ０２２が互いに逆方向に回転して密閉空間の容積変化を利用して流体の吸入・突出を行なうものであるが、まゆ形であるため、圧縮比が小さく到達圧力（低圧力化）に対して不利である。
また、圧縮比を上げるタイプとして、図５に示すようにロータの形状をクロー（つめ）形状０２４にしたクロー型真空ポンプ０２６が知られている。しかしこのクロー型真空ポンプ０２６は、圧縮空気を排出する排気口０２８の径が小さいために排気抵抗が大となることにより動力増加・発熱などが生じやすく、さらに、排気抵抗が大きいために後段に設置されるバックポンプの性能を活かしきれずブースターポンプを設置することによる排気速度の向上が得られ難い問題もあった。
【０００４】
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においては、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。
【０００５】
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のドライルーツポンプ０１０の中間段、または最終段０１１に補助ポンプ０１２を接続して、ドライルーツポンプ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）。
【０００６】
【特許文献１】実公平７−１９５５４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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段階で排気を行うことが示されているが、前段に配置された排気ポンプ０２の特性によっては、圧縮比が小さく到達圧力の改善（低圧力化）が図れない問題や、圧縮比が高く到達圧力の改善（低圧力化）を得ることはできるが排気速度の改善が得られない問題が生じる。
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、排気速度を確保しながら到達圧力を改善することについては示されていない。
【０００８】
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、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を備えて、タンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、真空ポンプの性能を活かして、排気速度を確保しながら到達圧力の改善（低圧力化）を達成できるような真空用メカニカルブースターポンプを備えた真空排気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、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を備え、タンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、前記メカニカル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、前記真空ポンプの排気開始時においては前記低圧縮用吐出口と前記高圧縮用吐出口との両方から前記真空ポンプにガスを送り、その後前記真空ポンプによって到達することができる到達圧力に達したときに前記高圧縮用吐出口からのみ前記真空ポンプにガスを送るように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、排気開始からタンク、室内等が前記真空ポンプによって到達することができる真空状態に達するまでの圧力領域ではメカニカルブースターポンプの前記低圧縮用吐出口と前記高圧縮用吐出口との両吐出口から前記真空ポンプにガスを送るようにしてメカニカルブースターポンプの吐出開口面積を広く確保して、大流量のガスを真空ポンプに送ってメカニカルブースターポンプによる排気抵抗を抑えて排気速度の増大を達成するとともに、真空ポンプの性能を活かして真空ポンプによる到達圧力（中真空状態）まで排気することが可能となる。さらに前記低圧縮用吐出口と前記高圧縮用吐出口との両吐出口から吐出されるため圧縮比は小さいので、メカニカルブースターポンプにおける動力の損失低減や発熱の低減にも寄与することができる。
そして、前記真空ポンプによって到達することができる到達圧力に達した後は、前記高圧縮用吐出口からのみ前記真空ポンプにガスを供給するようにしたので、メカニカルブースターポンプの圧縮比を活かして差圧を作ることで、真空ポンプによって到達した到達圧力にさらにメカニカルブースターポンプによる差圧を付加することで到達圧力をより低圧化してタンク、室内等を高真空状態にすることができる。
このように、排気速度を確保しながら、装置全体として到達圧力を低圧力に改善できる。
【００１１】
そして、好ましくは前記タンク、室内等の真空状態を検出する圧力センサを設け、前記圧力センサからの信号によって前記到達圧力を検出したときに、前記低圧縮用吐出口と前記真空ポンプとの間に設けられた制御弁を閉じるコントローラを備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、圧力センサによってタンク、室内等の圧力を検出して、該検出圧力に基づいてコントローラが自動的に前記到達圧力に達したときに前記低圧縮用吐出口と前記真空ポンプとの間に設けられた制御弁を閉じて、真空ポンプによって到達する到達圧力（中真空状態）までの圧力領域では、前記低圧縮用吐出口と前記高圧縮用吐出口との両吐出口から前記真空ポンプにガスを供給し、その圧力領域を超えたら前記高圧縮用吐出口からのみによって前記真空ポンプにガスを供給できる。
【００１３】
また、好ましくは前記真空ポンプの排気を開始してから前記到達圧力に達するまでの所定の時間が経過したときに、前記低圧縮用吐出口と前記真空ポンプとの間に設けられた制御弁を閉じるコントローラを備えたことを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、真空ポンプの排気開始から前記到達圧力に達するまでの所定の時間が経過したときコントローラが自動的に前記低圧縮用吐出口と前記真空ポンプとの間に設けられた制御弁を閉じて、真空ポンプによって到達する到達圧力（中真空状態）までの圧力領域では、前記低圧縮用吐出口と前記高圧縮用吐出口との両吐出口から前記真空ポンプにガスを供給し、その圧力領域を超えたら前記高圧縮用吐出口からのみによって前記真空ポンプにガスを供給できる。
【００１５】
また、好ましくは前記メカニカル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前記高圧縮用吐出口よりも吐出開口面積が大きく形成されたことを特徴とする。
【００１６】
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し、さらに高圧縮用吐出口よりも吐出口面積が大きく形成されているため、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備えたブースーポンプを形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、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を備えてタンク、室内等を真空状態にする真空排気装置において、真空ポンプの性能を活かして、排気速度を確保しながら到達圧力の改善（低圧力化）を達成できるような真空用メカニカルブースターポンプを備えた真空排気装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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、大気側ポンプ（真空ポンプ）３と、該大気側ポンプ３の前段部に設けられたメカニカルブースターポンプ（真空用メカニカルブースターポンプ）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。
【００２０】
このメカニカルブースターポンプ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、大気側ポンプ３については、真空ポンプであれば種類は限定することなく、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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を備えたメカニカルブースターポンプ５を構成することができる。
【００２４】
第１低圧縮用吐出口２７ａと大気側ポンプ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開閉弁３４が設けられ、該開閉弁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、開閉弁３４の下流側に高圧縮用吐出口２９からの空気を合流させるために高圧排気通路３８が連結している。そしてこれらが合流して大気側ポンプ３に送られる。
【００２５】
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の圧力またはメカニカルブースターポンプ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。
排気はじめに、開閉弁３４を開いて大気側ポンプ３を駆動し、続いてメカニカルブースターポンプ５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、高圧縮用吐出口２９からの排出空気は第１低圧排気通路３０、第２低圧排気通路３６、高圧排気通路３８の全ての通路を通って大気側ポンプ３に送られる。
【００２６】
この全ての排気通路を開いた運転の段階では、メカニカルブースターポンプ５からは大量の空気が排出されることで、圧縮比は小さく圧縮機能よりも排気速度を落とすことなく排気作用が行われメカニカルブースターポンプによる排気抵抗を抑えて排気速度の増大を達成する。そして、大気側ポンプ３による圧縮作用によって、大気側ポンプ３の性能を活かしてその大気側ポンプ３によって到達することができる到達圧力（中真空状態）に達する。
このように大気側ポンプ３の到達圧力までの圧力領域では、排気速度を落とすことなくかつ大気側ポンプ３の能力を活かして中真空状態に達することができるとともに、メカニカルブースターポンプ５では、圧縮比が小さいので、動力の損失低減や発熱の低減にも寄与することができる。
【００２７】
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大気側ポンプ３の能力に基づく到達圧力に達したときに、開閉弁３４を閉じる。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からの排出は遮断されて、高圧縮用吐出口２９からだけからの排出となる。その結果メカニカルブースターポンプ５の圧縮室２５での圧縮作用による差圧をつくることができ、大気側ポンプ３の能力を活かして達した中真空状態に、さらにメカニカルブースターポンプ５の圧縮室２５の圧縮作用による差圧を付加してより低圧力にして高真空状態に到達することができる。
【００２８】
大気側ポンプ３の能力を活かして中真空状態に達したときには、空気がある程度薄くなっているため、その後にメカニカルブースターポンプ５の圧縮室２５から高圧縮比の排気空気を取り出すようにしても、大気の状態から高圧縮用吐出口２９だけから排出する場合に比べて動力の損失や発熱による影響が少ないので、これら問題を生ずることなく高真空状態に到達することができる。
【００２９】
図３は、真空状態の変化特性を示した図であり、開閉弁３４を開いて全ての排気通路を開いた運転の段階では、圧縮作用が大気側ポンプ３によって行なわれてその大気側ポンプ３による到達圧力まで低下して、大気圧Ｐ０からＰ１（中真空状態）に低下する。
その後、開閉弁３４を閉じて、メカニカルブースターポンプ５の圧縮室２５の圧縮作用による差圧を付加してより低圧力にして高真空状態Ｐ２に到達する。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば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を備えたメカニカルブースターポンプ５を用いて、排気速度を確保しながら、到達圧力を低圧力に改善でき高真空度を達成できる。
【００３１】
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が開閉弁３４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。図３の真空状態の変化特性を示した図に、経過時間ｔ０、ｔ１、ｔ２の関係を示す。
【００３２】
開閉弁３４を開いて、大気側ポンプ３を駆動し続いてメカニカルブースターポンプ５を駆動して排出空気を第１低圧排気通路３０、第２低圧排気通路３６、高圧排気通路３８の全ての通路を介して大気側ポンプ３に送給し始めたときをｔ０とする。
真空タンク７の容積、大気側ポンプ３の排気容量、メカニカルブースターポンプ５の排気容量、それぞれのポンプの駆動条件、大気温度等に基づいて予め、メカニカルブースターポンプ５の排気通路が全で開状態での大気側ポンプ３によって大気圧Ｐ０からＰ１（中間真空状態）まで達する時間ｔ１を算出して設定しておく。
【００３３】
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、開閉弁３４を閉じて、メカニカルブースターポンプ５の圧縮室２５の圧縮作用による差圧を付加してより低圧力にして高真空状態にｔ２で到達する。
【００３４】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に排気速度を確保しながら、到達圧力を低圧力に改善でき高真空度を達成できる。
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。
【００３５】
なお、以上の第１、第２の実施の形態では、コントローラ３２によって自動的に開閉弁３４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、直接開閉弁３４を開閉作業しても良いことは勿論である。
また、メカニカルブースターポンプ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、クロー型真空ポンプに限らずルーツ型真空ポンプ、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。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、真空ポンプの性能を活かして、排気速度を確保しながら到達圧力の改善（低圧力化）を達成できるような真空用メカニカルブースターポンプを備えため、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を備えてタンク、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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】真空状態の変化特性を示した図である。
【図４】ルーツ型真空ポンプの概念図である。
【図５】クロー型真空ポンプの概念図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      真空排気装置
３      大気側ポンプ（真空ポンプ）
５      メカニカルブースターポンプ（真空用メカニカルブースターポンプ）
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    開閉弁（制御弁）
４０    圧力センサ
４２    タイマー
【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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【図７】
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