高速排気と低消費電力を両立したドライ真空ポンプ「LS シリーズ」
田中智成＊1・鈴木敏生＊1・西山正樹＊1・町家賢二＊1・嶽良太＊1・橋本建治＊2・木村康宏＊2・小沢建男＊2・山本昌弘＊2・日高聡＊2・徳平真之介＊2・井上英晃＊2

Dry vacuum pump“LS series”with high pumping speed and low power
consumption
Tomonari TANAKA＊1, Toshio SUZUKI＊1, Masaki NISHIYAMA＊1, Kenji MACHIYA＊1, Ryouta TAKE＊1,Kenji HASHIMOTO＊2, Yasuhiro KIMURA＊2, Takeo OZAWA＊2, Masahiro YAMAMOTO＊2, Akira HIDAKA＊2,Shinnosuke TOKUHIRA＊2, Hideaki INOUE＊2＊1

Research & Development, ULVAC Inc., 2500 Hagisono Chigasaki, Kanagawa 253-8543, Japan
Component Division, ULVAC Inc. , 2500 Hagisono Chigasaki, Kanagawa 253-8543, Japan＊2Dry vacuum pumps are used in many production lines, including those for electronic parts and displays. Environmental
considerations have led to dry vacuum pumps becoming mainstream thanks to their low power consumption. However,typical dry vacuum pumps with low power consumption tend to have the problem of long pumping down time, as they have alow pumping speed near atmospheric pressure. To solve this problem, ULVAC has developed a new dry vacuum pump series
called LS series that combines high pumping speed with low power consumption. By increasing the pumping speed nearatmospheric pressure, ULVAC has realized a dry vacuum pump with high pumping speed that uses the original technology
developed by the company to reduce power consumption.

1．はじめに真空装置における微細加工の高密度化や生産性向上のため，ドライ真空ポンプの採用が進んでいる．顧客からは，環境への配慮から消費電力の低減が望まれるようになった．また，一方では，排気時間を短くして，生産性の向上も望まれる．しかし，一般的な低消費電力型のドライ真空ポンプは，大気圧付近の排気速度が小さいた
め，排気時間が長くなる課題があった．我々は，この課Figure 1

題を解決するため，高速排気と低消費電力を両立したドPhoto of dry vacuum pump LS Series .

ライ真空ポンプ「LS シリーズ」（Figure 1）を開発し販売している．本稿においては，ドライ真空ポンプ「LSプロセス向けに表面処理やパージ機能を付けた L 仕様シリーズ」の特徴について紹介する．

を用意した．C 仕様は，スパッタリング，蒸着，貼り合わせ，ロードロック室排気やターボ分子ポンプの補助ポ

2．製品仕様ンプなどの用途に使用出来る．また，L 仕様は，真空乾燥，凍結乾燥，アッシングや一般産業用途などに使用出来る．
「LS シリーズ」の全ての機種において，吸入圧力ドライ真空ポンプ「LS シリーズ」の製品仕様を Tableの全圧力領域で連続運転が可能である．

1 に表す．最大排気速度の異なる機種として，ドライ真ポンプ外形図を Figure 4 と Figure 5 に示す．それぞ空ポンプ単体で「LS120A」（Figure 2），ドライ真空ポンれのポンプ外形図に示された寸法を Table 2 に表す．

プとメカニカル・ブースター・ポンプ（MBP）の組み合わせで「LS300A」，「LS600A」，「LS1200A」（Figure 3）

3．高速排気と低消費電力の必要性 1）の 4 種とした．それぞれに，空気排気や窒素排気などクリーンプロセス向けに ECO-SHOCK を内蔵した低消費電力の C 仕様と，水蒸気や揮発性薬液排気などライト半導体デバイスや FPD（Flat Panel Display）等の製造分野における真空プロセスでは，CVD（Chemical Vapor＊1（株）アルバック市萩園 2500）＊2（株）アルバック崎市萩園 2500）

技術開発部（〒 253-8543
規格品事業部（〒 253-8543

神奈川県茅ヶ崎Deposition），エッチング，スパッタリング等の処理が行われる．真空プロセスを行う空間が基板の搬入や搬出

神奈川県茅ヶによって大気暴露されることを避けるため，大量生産を
23

Table 1

Specifications of dry vacuum pump LS Series .

Figure 2

Volume flow rate curve of Model LS120A .

Figure 3Volume flow rate cur ve of Model
LS600A and LS1200A .

LS300A ,ためである．

行う真空装置では，CVD，エッチング，スパッタリング等を行うプロセス室の他に基板を大気圧から真空排気3.1するロードロック室を備える．ロードロック室の排気装

ドライ真空ポンプの大気圧付近の排気速度

置は，ドライ真空ポンプと MBP を用いて，次の室のバ

一般的な容積移送式真空ポンプは，ロータなど運動体ルブが開いたときにターボ分子ポンプの最大吸気口圧力とシリンダなど固定体の間に空間を作り移送することでより低い圧力まで排気することが一般的である．

気体を排気する．1 段では目的の到達圧力が得られない

量産時のサイクルタイムを小さくして効率を上げるた

場合に，多段の構造が用いられる．排気弁が付いている

め，ロードロック室の圧力を所定の圧力まで排気するの

油回転真空ポンプと違い，ドライ真空ポンプの排気側圧に要する時間を短縮することが望まれる．ロードロック力は，常に大気圧である．したがって，吸気側を真空に室の排気時間を短くするには，ドライ真空ポンプの大気保つには，圧縮行程でポンプ室に逆流した気体を押し戻圧付近の排気速度が重要になる．これは，ロードロックす必要がある．大気圧からの逆流を受け止める後段は，室の圧力が数千 Pa 以上の高いとき，MBP のブースト気体を押し戻すために全体の所要動力に大きく影響が出効果が小さく，ドライ真空ポンプの排気速度に依存するる仕事をする．ドライ真空ポンプの省電力化では，後段
24

Figure 4

Outline drawing of Model LS120A , The dimensions are shown in Table 2.

Figure 5

Outline drawing of Model LS300A , LS600A and LS1200A , The dimensions are shown in Table 2.

25

Table 2

Detail Specifications of dry vacuum pump LS Series .

TypeABCDH

H1

LL1

PQW

W1LS120A

201

357827230735563965LS300A

2263578−537593639

654-M12−311

262-M16ISO-F-50

311

26LS600A

2013578−563619639

65

4-M16ISO-F-80

311

26LS1200A

247

3578−563619639

65

4-M16ISO-F-100311

26の気体圧縮仕事を小さくするため，後段のポンプ室容積4.1

低騒音化を小さくすることが行われる．しかし，吸気口圧力が数「LR/HR シリーズ」でオプションとして本体の外側に千 Pa より高い圧力では，後段の容積が小さいために排接続していたサイレンサを，ポンプのパッケージに内蔵気速度が小さくなる．多段構造の場合，途中段から気体して標準搭載とした．到達圧力時の騒音値は，「LR90」を排出することにより排気速度の低下を小さく出来るで 66 dB（A）であったが，「LS120A」は，61 dB（A）以が，後段の容積の大きい構造に比べ大気圧近傍の排気速下に低騒音化した．

度は小さい．ロードロック室排気は，所定の圧力まで排気する時間を短縮する要求が多い．大気圧近傍の排気速

4.2

度が排気時間に大きく影響するため，後段の容積を小さ「LR90」を運転するには，軸シールガスとして窒素ガくすることがデメリットとなる．

ランニングコストの低減

スを 5 L/min と冷却水の流量が 5 L/min 以上必要である．
「LS120A」では，ギア室からポンプ室への油を封止3.2

ECO-SHOCKする小型の機構を開発して，軸シールガスを不要としDRP 省電力化アタッチメント（以下 PSA と記す，て，さらに冷却水の流量も 2 L/min とした．これらによECO-SHOCK ）は，ロードロック室など空気，窒素，りポンプ運転のためのユーティリティとしてのランニン

アルゴン等の不活性ガス排気に使用されているドライ真グコストを低減出来る．

®

空ポンプの消費電力を最大 80％削減することが出来
4.3

る．消費電力を下げることによりドライ真空ポンプの発外観寸法

熱を抑える効果もあり，空調機器など設備の電力削減も「LS120A」は「LR90」に比べて床面積を 1/2 にした．

期待出来る．

また，環境配慮に関して比較を行うと「LS120A」は，省電力化したいドライ真空ポンプを主ポンプとする「LR90」に比べて部品点数を 4 割削減して，質量も 4 割と，PSA は，主ポンプの吐出口側に逆止弁と補助ポンプ削減した．また吸気口は，前面に水平配置の KF50 と上を並列に設置して，主ポンプの吸入する気体流量が少な面に垂直配置の VG50 を併設した．これにより従来機やいとき主ポンプ内の圧力を下げることで，主ポンプの気油回転真空ポンプからの置き換えを容易にした．

体圧縮仕事を低減し消費電力を下げている．我々は，主「LS600A」と「LS1200A」は同じ外観寸法であり，従ポンプと PSA で使用する補助ポンプを含めた真空排気来機の「LR600」と「LR1200」も同じ寸法である．
「LS600A」

系から見た効率の良い省電力化が実現可能な補助ポンプと「LS1200A」 は，「LR600」 と「LR1200」 に 比 べ， 床選定基準や設置を容易にする逆止弁構造などで特許面積を 44％へ，容積を 30％にした．

2−7）を取得している．
4.4
3.3

高速排気と低消費電力の両立

モータの自社開発「LS シリーズ」に搭載したモータは，自社で開発を行

C 仕様は，ECO-SHOCK を内蔵することで高速排気とった．これにより，ドライ真空ポンプと MBP の設計に低消費電力を両立することが出来た．また，主ポンプに適した構造のキャンド DC ブラシレスモータを採用する

排気による制限がないため，吸気口圧力の全圧力領域でことが出来た．省電力化を実現するため，モータロータ連続運転が可能となった．

は，高速回転で高効率な特性が得られる強力な磁石を採用した IPM 構造とした．さらにフッ素系樹脂をコーテ

4．「LS120A」と従来機種「LR90」の比較ィングすることによって磁石の耐食性を上げた．

5．長期信頼性と高耐久性を得るために高速排気と低消費電力以外の「LS120A」の特徴を示すため，ULVAC から販売しているドライ真空ポンプの中から，最大排気速度の大きさが近い「LR90」と比較運転における安定性と高い耐久性を確保するため，開を行う．

発初期より様々な信頼性試験を行った．
26

5.1

信頼性試験

きかった．外観寸法を小さくするため，モータを制御す

高速排気を特徴としているためロードロック室排気をるインバータも小型化する必要があった．新しいインバ想定して，0.1 m の試験容器で大気と真空の繰り返し排ータは，最低限の構成として，ソフトウエアを最適化す気を 2 年以上行って問題のないことを確認した．また，ることで，制御を可能にした．さらに，あらゆる条件で到達運転や最大負荷で，連続運転と起動停止繰り返しの使用を考慮して数々の信頼性試験を行って，安定してを，低温雰囲気と高温雰囲気で行って信頼性を確認し運転が行えることを確認した．

3た．さらに cTUVus 認定と CE 認定を取得して，国際的6．まとめに競争力の高い製品に仕上げた．
5.2

水蒸気排気

高速排気と低消費電力を両立させたドライ真空ポンプ「LS シリーズ」の L 仕様は，水蒸気などの排気を行う「LS シリーズ」を開発した．これからも我々は，顧客要ことが出来る．パージガスを使用することで，1.5 kg/h求に応えられる商品を開発して，真空技術を用いた産業の水蒸気を排気することが出来る．「LS120A」におけるの発展に貢献していきたい．

水蒸気排気は，1.5 kg/h の水蒸気を吸気する連続排気で耐久試験を行って，ポンプ内部に破損など不具合のない

文献

ことを確認した．

1）T. Tanaka and T.Suzuki: J. Vac. Soc. Jpn., 58（2015）

5.3

2）Japan patent JP3906973B

239.
モータ制御系の開発「LS シリーズ」の小型化のため，DC ブラシレスモー

3）Japan patent JP3982673B

タを制御するインバータを新たに開発した．ロードロッ

4）Japan patent JP3992176B

ク室の排気などで MBP は，急激な負荷変動と大幅な温5）Japan patent JP4045362B

度変化を生じる．これまでのインバータは，これらの制

6）Japan patent JP4180265B

御に必要な数多くの部品を搭載していたため，寸法が大7）Japan patent JP4365059B27