(57)【要約】【課題】排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現したドライポンプを提供すること。【解決手段】多段式ドライポンプ１では、下部のハウジング２’内に穿設されることにより、ポンプ本体排気口４と連通するとともに各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３に隣接する気体排出通路２４と、気体排出通路２４の気体排出通路空間２６に内包された冷却配管３７，３８と、を備えており、ポンプ本体排気口３から排気される気体を、気体排出通路２４の気体排出通路空間２６に内包された冷却器３３及び冷却配管３７，３８で冷却している。【選択図】  図１
2004293375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に形成されたポンプ室で互いに反対方向にルーツロータが回転することにより、前記ハウジングのポンプ本体吸気口から吸気した気体を前記ハウジングのポンプ本体排気口から排気するドライポンプにおいて、
前記ハウジング内に形成されることにより、前記ポンプ本体排気口と連通するとともに前記ポンプ室に隣接する気体排出通路と、
前記気体排出通路に内設された冷却装置と、を備えたこと、を特徴とするドライポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載するドライポンプであって、
前記冷却装置は、前記ポンプ室にて圧縮される気体と隔離された冷却配管であり、前記冷却配管の内部に冷媒が流れること、を特徴とするドライポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載するドライポンプであって、
前記冷却配管に設けた冷却プレートを備えたこと、を特徴とするドライポンプ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載するドライポンプであって、
前記冷却配管に設けた冷却フィンを備えたこと、を特徴とするドライポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至請求４のいずれか一つに記載するドライポンプであって、
前記ハウジング内に形成されるとともに前記気体排出通路に隣接する冷却水路を備えたこと、を特徴とするドライポンプ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載するドライポンプであって、
前記ポンプ室の複数が前記ハウジング内に直列に配置され、各ポンプ室と前記気体排出通路とが隣接すること、を特徴とするドライポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温時に析出するガスを排気するためのドライポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多段式ドライポンプでは、ポンプ内でガスが分解して反応することにより、ポンプ内に析出物が発生し、ポンプ内の隙間が埋められて、ポンプが停止することがある。従って、こ      のような反応性ガスを排気する場合は、ポンプ温度を調整すること等により、ポンプ内に析出物が発生しないようにしている。
【０００３】
この点、例えば、タングステンＣＶＤなどにおいては、６フッ化タングステンやシランがプロセスガスとして用いられるが、このプロセスガスを排気する場合、ポンプ温度が１００℃以上になると、ロータの表面及びケーシング内にタングステンが析出し、ポンプ隙間に堆積しやすくなるので、多段式ドライポンプが停止するおそれがある。
【０００４】
従って、多段式ドライポンプの運転時に、ポンプ温度を１００℃以下の低温に保持すれば、タングステンＣＶＤなどに用いられるプロセスガスが、ポンプ内で固化又は液化することはない。
【０００５】
もっとも、周知されるように、この種の多段式ドライポンプでは、一対のロータをこの回転軸に沿って複数直列に配列して構成し、各ロータを内蔵するハウジングと微小なクリアランスを保ちながら各ロータを回転させることにより、気体の吸込・圧縮を行っており、この圧縮に伴い発熱が起きる。そこで、この発熱でポンプ温度が１００℃以上に上昇しないように、冷却機構を備える必要がある。
【０００６】
そして、従来技術では、ポンプの冷却機構として、ハウジング外部に水冷ジャケットを設けたり（特許文献１参照）、アルミ鋳物で構成するハウジングに耐食性を保つためにステンレスパイプを鋳込んだりしていた（非特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０５１５１５号公報（第１図）
【非特許文献１】
相川純一，「アルミ合金を用いたドライ真空ポンプ」，平成１１年度        日本真空協会６月研究例会予稿集，日本真空協会，１９９９年２月，ｐ．７〜１５
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハウジングにステンレスパイプを鋳込むものでは接触熱抵抗を含めて熱伝導が悪くなり、ポンプを効率よく冷却できないし、また、ハウジングに鋳込むことは、鋳込み場所を含め鋳造法案が複雑になり、鋳造コストのアップは避けられない。また、ハウジングに直接水冷ジャケットを隣接させて冷却するものにおいても、同じように、ハウジングを介する熱抵抗により、熱伝導が悪くなりポンプを効率よく冷却できないし、さらに、冷却器の設置のために新たな空間がハウジングの外部に必要となり、結果として、装置全体が大きくなるということがあった。
【０００９】
そして、上述した点は、単段式ドライポンプでも同様である。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した点を鑑みてなされたものであり、排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現したドライポンプを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、ハウジング内に形成されたポンプ室で互いに反対方向にルーツロータが回転することにより、前記ハウジングのポンプ本体吸気口から吸気した気体を前記ハウジングのポンプ本体排気口から排気するドライポンプにおいて、前記ハウジング内に形成されることにより、前記ポンプ本体排気口と連通するとともに前記ポンプ室に隣接する気体排出通路と、前記気体排出通路に内設された冷却装置と、を備えたこと、を特徴としている。
【００１２】
すなわち、本発明のドライポンプでは、ハウジング内に形成されることにより、ポンプ本体排気口と連通するとともにポンプ室に隣接する気体排出通路と、気体排出通路に内設された冷却装置と、を備えており、ポンプ本体排気口から排気される気体を気体排出通路内の冷却装置で冷却しているので、排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現することができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載するドライポンプであって、前記冷却装置は、前記ポンプ室にて圧縮される気体と隔離された冷却配管であり、前記冷却配管の内部に冷媒が流れること、を特徴としている。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載するドライポンプであって、前記冷却配管に設けた冷却プレートを備えたこと、を特徴としている。
また、請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載するドライポンプであって、前記冷却配管に設けた冷却フィンを備えたこと、を特徴としている。
【００１５】
また、本発明のドライポンプにおいて、冷却装置としての冷却配管に冷却プレートを設けたり、あるいは、冷却配管に冷却フィンを設けたりすれば、ポンプ本体排気口から排気される気体を冷却プレート又は冷却フィンでより冷却するので、排気される気体への冷却効率をさらに上げることができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載するドライポンプであって、前記ハウジング内に形成されるとともに前記気体排出通路に隣接する冷却水路を備えたこと、を特徴としている。
【００１７】
また、本発明のドライポンプにおいて、ハウジング内に形成されるとともに気体排出通路に隣接する冷却水路を備えれば、気体排出通路内が冷却水路により冷やされて、排気される気体が気体排出通路内でより冷却され、さらに、気体排出通路と隣接するポンプ室も冷却水路により冷やされて、排気される気体がポンプ室内で冷却されるので、排気される気体への冷却効率を一層に上げることができる。
【００１８】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載するドライポンプであって、前記ポンプ室の複数が前記ハウジング内に直列に配置され、各ポンプ室と前記気体排出通路とが隣接すること、を特徴としている。
【００１９】
また、本発明のドライポンプが、ポンプ室の複数がハウジング内に直列に配置された多段式のものであっても、排気される気体が気体排出通路内で冷却され、さらに、各ポンプ室と気体排出通路とが隣接していれば、排気される気体が各ポンプ室内で冷却されるので、排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の多段式ドライポンプを図１及び図２を参照にして説明する。図１は、本実施の形態の多段式ドライポンプ１の全体構成を示した図であり、図２は、図１の線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。先ず、本実施の形態の多段式ドライポンプ１の構造について説明する。図１及び図２に示すように、本実施の形態の多段式ドライポンプ１において、ハウジング２，２’は、内蔵する回転軸１４，１４’の軸方向の軸芯にそって並行に２分割されている（図２参照）。また、このハウジング２，２’内では、ポンプ本体吸気口３からポンプ本体排気口４に至る間に、隔壁５，６，７，８で区切られた５つのポンプ区分（「ポンプ室」に相当するもの）９，１０，１１，１２，１３が形成されている。そして、各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３では、２つの回転軸１４，１４’上に形成されたロータ１５，１５’がそれぞれ内包される（図２参照）。さらに、各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３は、気体移送通路１６，１７，１８，１９で連結されて、５段で圧縮して排気するようになっている。
【００２１】
また、前記ハウジング２，２’は、前述したように、この回転軸１４，１４’の軸方向の軸芯にそって並行に上部のハウジング２と下部のハウジング２’に２分割されている。この点、上部のハウジング２においては、ポンプ本体吸気口３が、第１のポンプ区分９の側で、第１のポンプ区分９の吸気口５１と連通するように形成されている。一方、下部のハウジング２’においては、第５のポンプ区分１３の排気口２２が、この第５のポンプ区分１３の下部にある開口部２３と連結されている。
【００２２】
さらに、該開口部２３は、下部のハウジング２’の各気体移送通路１６，１７，１８，１９の外側部位に穿設された中空の気体排出通路２４を介して、ポンプ本体排気口４と連結しており、排出気体を外部へ排気するようになっている。尚、気体排出通路２４は、第５のポンプ区分１３から第１のポンプ区分９に向けて、下部のハウジング２’の全長に渡り隣接して穿設されている。
【００２３】
また、上部のハウジング２と下部のハウジング２’は、吸気口側サイドカバー２８及び排気口サイドカバー２９と一体となって、各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３を内包している。そして、２つの回転軸１４，１４’は、この吸気口側サイドカバー２８及び排気口サイドカバー２９に固定した軸受３０，３１によって支承される。また、一方の回転軸１４は、吸気口側サイドカバー２８の外側でモータ２０に接続されており、さらに、排気口サイドカバー２９の外側で接続されたタイミングギア２１を介して、他方の回転軸１４’に動力を伝達させている。従って、２つの回転軸１４，１４’にそれぞれ設けられたロータ１５，１５’（図２参照）が、互いに逆方向に回転することによって（図２の矢印参照）、吸気・排気が行われる。
【００２４】
さらに、下部のハウジング２’では、中空の気体排出通路２４内の気体排出通路空間２６において、プレート状の冷却器３３が内蔵されている。この点、冷却器３３は、冷却水供給口３４及び冷却水排出口３５が下部のハウジング２’の外部で接続された冷却装置としての冷却配管３７，３８と接続されている。そして、この冷却配管３７，３８は、下部のハウジング２’に穿設された貫通孔３９，４０を介して、下部のハウジング２’の外部にある冷却水供給口３４又は冷却水排出口３５にまで延材され、該貫通孔３９，４０に対し、適当なロウ付け又は、接着剤、下部のハウジング２’への鋳込みなどにより、気体排出通路２４内の排気気体が外部へ漏洩しないように封止されている。
【００２５】
次に、本実施の形態の多段式ドライポンプ１の作用について説明する。図１、図２に示すように、ポンプ本体吸気口３から吸入された排気気体は、２つの回転軸１４，１４’にそれぞれ設けられたロータ１５，１５’の回転動作により、先ず、第１のポンプ区分９で圧縮された後に、気体連絡通路１６を介して、第２のポンプ区分１０に移送され、次に、第２のポンプ区分１０で圧縮された後に、気体連絡通路１７を介して、第３のポンプ区分１１に移送され、次に、第３のポンプ区分１１で圧縮された後に、気体連絡通路１８を介して、第４のポンプ区分１２に移送され、次に、第４のポンプ区分１２で圧縮された後に、気体連絡通路１９を介して、第５のポンプ区分１３に移送される。そして、第５のポンプ区分１３で圧縮された排気気体は、第５のポンプ区分１３の排気口２２と開口部２３とを介して連通する気体排出通路２４を通過し、さらに、この気体排出通路２４と連結するポンプ本体排気口４より外部へ排出される。
【００２６】
ところで、排気気体の圧縮は、上述のように、各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３で行われるが、この点、各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３の理論圧縮仕事Ｌは、例えば、ルーツポンプでは次式で表される。
Ｌ＝Ｃ×Ｑ×（Ｐ２−Ｐ１）
ここで、Ｌ：理論仕事、Ｃ：比例定数、Ｑ：排気気体流量、Ｐ１：吸込圧力、Ｐ２：吐出圧力である。すなわち、各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３では、圧縮仕事Ｌ＝Ｃ×Ｑ×（Ｐ２−Ｐ１）に基づき圧縮熱が発生し、定常の運転時では、特に、本実施の形態の多段式ドライポンプ１では、圧力差（Ｐ２−Ｐ１）が最も大きくなる第５のポンプ区分１３での圧縮仕事が最大となり、ひいては、圧縮熱も最大となる。そして、試験によれば、容積効率にもよるが、本実施の形態の多段式ドライポンプ１の全圧縮仕事の７０％前後以上、すなわち、圧縮熱の７０％前後以上がこの第５のポンプ区分１３で発生していることが確かめられている。
【００２７】
そして、本実施の形態の多段式ドライポンプ１では、このように圧縮熱が最も多く発生する第５のポンプ区分１３において、前段のポンプ区分９，１０，１１，１２で順次圧縮熱により温度を高められた排気気体が移送され、さらに排気気体の温度が高められるので、第５のポンプ区分１３の排気口２２と開口部２３とを介して連通する気体排出通路２４内で、排気気体の温度が最も高くなる。
【００２８】
しかしながら、本実施の形態の多段式ドライポンプ１では、気体排出通路２４の気体排出通路空間２６には、冷却器３３及び冷却配管３７，３８が内包され、それらの冷却面で排気気体を直接に冷却できるようになっているので、最も高い温度にある排気気体は効率よく冷やされる。すなわち、気体排出通路２４において、外部に位置する冷却水供給口３４から供給された冷却水が、冷却配管３７を通ることにより、冷却器３３を冷やし、さらに、冷却配管３７を通るので、最も高い温度にある排気気体は、冷却器３３及び冷却配管３７，３８の表面で効率よく直接に冷却され、さらに、この排気気体と接するポンプ温度も効率よく低下させることができる。
【００２９】
尚、この種のドライポンプに使用されるルーツポンプでは、ロータのへこみとハウジングにより作られる区間の気体を排気口側に移送させることにより排気を行っており、気体の圧縮は、ロータが排気側に開口した瞬間に、この空間に対して、排気側の気体が逆流することで行われている。
【００３０】
例えば、第５のポンプ区分１３では、大気圧近傍の排気口２２と開口部２３を介して連通している気体排出通路２４から吸気口５２側に向かって、逆流が常に生じている。従って、気体排出通路２４内にある排気気体は、冷却器３３及び冷却配管３７，３８で冷やされた状態で逆流するし、また、乱流域にあるので、冷却器３３及び冷却配管３７，３８の熱伝達係数が高くなって、効率的に冷やされ、その結果、温度が低く保たれる。そのため、気体排出通路２４内にある排気気体に接するポンプ温度も低くできる。
【００３１】
すなわち、本実施の形態の多段式ドライポンプ１によれば、排出気体の温度が最も高くなる気体排出通路空間２６に冷却器３３及び冷却配管３７，３８を設け、この冷却配管３７，３８に冷却水を通水し、最も温度が高い排気気体を直接冷却するので、ポンプの圧縮熱を効率的に除去でき、ポンプ温度を低くすることができる。従って、ポンプ温度を低くすることができるので、ポンプ温度が高いときにポンプ内部で分解又は反応して生成物が生じるような気体を排気するときに、極めて適する。また、冷却器３３及び冷却配管３７，３８を気体排出通路空間２６に内包しているので、コンパクト化を図ることができる。
【００３２】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の多段式ドライポンプ１では、下部のハウジング２’内に穿設されることにより、ポンプ本体排気口４と連通するとともに各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３に隣接する気体排出通路２４と、気体排出通路２４の気体排出通路空間２６に内包された冷却配管３７，３８と、を備えており、ポンプ本体排気口３から排気される気体を、気体排出通路２４の気体排出通路空間２６に内包された冷却配管３７，３８で冷却しているので、排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現することができる。
【００３３】
また、本実施の形態の多段式ドライポンプ１において、冷却配管３７，３８にプレート状の冷却器３３を設けており、ポンプ本体排気口４から排気される気体を冷却器３３でより冷却するので、排気される気体への冷却効率をさらに上げることができる。
【００３４】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、排気容量が大きいこと等が要因となって、圧縮仕事すなわち圧縮熱が大きい場合には、図３に示すように、下部のハウジング２’にある気体排出通路２４に隣接させるように冷却水路２５を追設し、通水により、下部のハウジング２’の下部を冷却することにより、さらに、ポンプ温度を下げることができる。
【００３５】
そして、このような場合、下部のハウジング２’内に形成されるとともに気体排出通路２４に隣接する冷却水路２５を備えており、気体排出通路２４内が冷却水路２５により冷やされて、排気される気体が気体排出通路内２４でより冷却され、さらに、気体排出通路２４と隣接する各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３も冷却水路２５により冷やされて、排気される気体が各ポンプ区分９，１０，１１，１２，１３内で冷却されるので、排気される気体への冷却効率を一層に上げることができる。
【００３６】
また、冷却器３３をなくして、冷却配管３７，３８のみとしてもよい。さらに、図４に示すように、冷却配管３７，３８に冷却フィン５３を形成すれば、より効率的に、気体排出通路２４内にある排気気体を冷却させることができる。この点、冷却器３３及び冷却配管３７，３８のいずれにも、冷却フィン５３を形成させても同様である。
【００３７】
そして、このような場合、冷却配管３７，３８に冷却フィン５３を設けており、ポンプ本体排気口４から排気される気体を冷却フィン５３でより冷却するので、排気される気体への冷却効率をさらに上げることができる。
【００３８】
また、本実施の形態の多段式ドライポンプ１は、図１に示すように、複数のポンプ区分９，１０，１１，１２，１３が、上部のハウジング２と下部のハウジング２内に直列に配置された多段式のものであるが、一つのポンプ区分が、上部のハウジング２と下部のハウジング２内に配置された単段式のものであっても、排気される気体が気体排出通路２４内で冷却され、さらに、排気される気体が当該ポンプ室内で冷却されるので、排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のドライポンプでは、ハウジング内に形成されることにより、ポンプ本体排気口と連通するとともにポンプ室に隣接する気体排出通路と、気体排出通路に内設された冷却装置と、を備えており、ポンプ本体排気口から排気される気体を気体排出通路内の冷却装置で冷却しているので、排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現することができる。
【００４０】
また、本発明のドライポンプにおいて、冷却装置としての冷却配管に冷却プレートを設けたり、あるいは、冷却配管に冷却フィンを設けたりすれば、ポンプ本体排気口から排気される気体を冷却プレート又は冷却フィンでより冷却するので、排気される気体への冷却効率をさらに上げることができる。
【００４１】
また、本発明のドライポンプにおいて、ハウジング内に形成されるとともに気体排出通路に隣接する冷却水路を備えれば、気体排出通路内が冷却水路により冷やされて、排気される気体が気体排出通路内でより冷却され、さらに、気体排出通路と隣接するポンプ室も冷却水路により冷やされて、排気される気体がポンプ室内で冷却されるので、排気される気体への冷却効率を一層に上げることができる。
【００４２】
また、本発明のドライポンプが、ポンプ室の複数がハウジング内に直列に配置された多段式のものであっても、排気される気体が気体排出通路内で冷却され、さらに、各ポンプ室と気体排出通路とが隣接していれば、排気される気体が各ポンプ室内で冷却されるので、排気される気体への冷却効率を上げ、ポンプ温度の低温保持を可能とするとともに、コンパクト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の多段式ドライポンプの全体構成を示した図である。
【図２】図１の線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
【図３】図１の線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態の多段式ドライポンプの全体構成を示した図である。
【符号の説明】
１    多段式ドライポンプ
２，２’  ハウジング
３    ポンプ本体吸気口
４    ポンプ本体排気口
９〜１３    ポンプ区分
１５，１５’  ルーツロータ
２４    気体排出通路
２５    冷却水路
３３    冷却プレート
３７，３８    冷却配管
５３    冷却フィン
【図１】
2004293375.tif 000003
【図２】
2004293375.tif 000004
【図３】
2004293375.tif 000005
【図４】
2004293375.tif 000006