Gas ballast device of the multi-stage positive displacement pump

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段容積式ポンプのガスバラスト装置に関し、より詳しくは、第１段が１つの容積式ポンプ段または互いに並列に接続された複数の容積式ポンプ段で構成され、前記第１段に吸入弁及び吐出弁が装備され、前記第１段が中間真空室を介して後続段に接続された多段容積式ポンプのガスバラスト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸入弁及び吐出弁を備えた多段容積式ポンプは、今日では、たとえばターボ分子ポンプ等の高真空ポンプを作動させるための補助ポンプとして広く用いられている。 高真空ポンプの出力性能を十分に発揮させるには、その高真空ポンプに付設した補助ポンプで、約１〜５ミリバールの真空を発生させる必要がある。 一般的に、ポンプで排気しようとするガスには、たとえば水蒸気等の、凝縮性物質の蒸気が混入している。 そのような蒸気は、補助ポンプ内の圧縮過程で、凝縮する可能性があり、凝縮してしまうと、そこから先へは輸送されなくなるおそれがある。 かかる事態を防止するために、ベーン回転ポンプでは、ガスバラスト装置を装備するという方法が用いられる。 ガスバラスト装置は、大気中のガスをポンプの押しのけ室の中へ注入する装置である。 ガスバラスト装置をベーン回転ポンプに装備した場合には、ベーン回転ポンプに特有の構造によって、そのポンプの押しのけ室の中へ注入されたガスが、そのポンプの吸入部へ流れ込むということが防止されているため、そのガスの注入が、達成可能な到達圧力に悪影響を及ぼすことは殆どない。 従って、ベーン回転ポンプに関しては、蒸気の凝縮という問題は以上の方式で解決することができる。 尚、二段式のベーン回転ポンプでは、その第２段にだけガスバラストを注入するようにしている。 二段式のベーン回転ポンプでは、その第１段においても蒸気が凝縮する可能性がある。 しかしながら多段式のベーン回転ポンプでは、夫々のポンプ段の回転作動油が次々と後続段へ輸送されて行くため、凝縮物もまた、回転作動油と共に第１段から第２段へと輸送される。 そして、第２段へ輸送された凝縮物は、そこで再び気化し、ガスバラストとして注入された空気と共に、そのポンプから排出される。
【０００３】
ただし、多くの場合、ベーン回転ポンプは、ターボ分子ポンプの補助ポンプとして使用するには不適当であり、その原因は、押しのけ室を油で封止していることにある。 ターボ分子ポンプは、改良を重ねた結果、たとえばホルベック形ポンプ等の分子ポンプをその最終段に装備するということが行われるようになった。 そして、そのように構成した組合形のポンプでは、その作動範囲を高圧側へ大幅に拡張することに成功している。 また、より低コストで規定の背圧を発生させることができるようになり、ポンプ寸法を小型化でき、到達圧力を更に低下させることができるようになった。 更に、特筆すべきこととして、油で封止する方式の真空ポンプの代わりに、たとえばダイアフラムポンプ等の乾式ポンプを使用することも可能になっている。 乾式ポンプを使用するということは、油分を含まない真空が必要とされる場合に非常に好都合である。 また、補助ポンプを付設する高真空ポンプが、磁気軸受で支持されたターボ分子ポンプである場合には、補助ポンプをダイアフラムポンプとすると特に有利である。 なぜならば、そのようにすれば、ポンプによって排気されるガスは、そのポンプの作動過程のいずれの段階においても、潤滑剤と全く接触せず、従って、殆ど全ての潤滑剤に含有されている揮発性成分が、高真空側へ拡散し、それによって高真空側が汚染されることのおそれが皆無となるからである。
【０００４】
真空チャンバの内壁面には、常に多少の水分が付着しており、そのような真空チャンバ内に存在する水分は、ターボ分子ポンプを通過してダイアフラムポンプの吸入部へ到達し、そこから更にダイアフラムポンプの押しのけ室の中へ入って行く。 特に真空チャンバが暖まると、かなりの量の水分が内壁面から放出され、補助ポンプは、その放出された水分を大気中へ排出せねばならない。 補助ポンプの第１段における圧縮過程での水蒸気圧が、温度差の関係でその補助ポンプの中間真空室内の圧力より低い場合には、水蒸気が吐出弁の手前で凝縮し、そして、押しのけ室の容積が増大する都度、気化するようになる。 このようになると、吐出弁を開弁するだけの十分な圧力が得られなくなり、背圧が上昇して、許容できないほどの高い値になってしまう。 そのような場合には、ターボ分子ポンプの背圧が許容上限値を超えてしまうことがしばしばあり、そうなると、ターボ分子ポンプの目標回転数が得られず、その結果、真空チャンバ内の真空度も、所望値以下の低い真空度にしか到達できなくなる。
【０００５】
この場合、ガスバラスト装置を、ベーン回転ポンプに装備するときと同様にして装備するのでは、良好な結果は得られない。 ダイアフラムポンプ、往復ピストン形ポンプ、及びそれらと同様の構造のポンプは、ベーン回転ポンプに特有の構造を備えていないため、ガスバラスト弁から注入したガスは、それらポンプの吸入部において流動を妨げられる。 従って、ガスバラストを第１段の押しのけ室へ直接注入する必要があるが、そのようにしたならば、到達圧力を許容できないほどの高い圧力に上昇させてしまうことになる。 また、断面積の小さな絞り部を介してガスを注入することによって、ガス注入量を低減することができる。 しかしながら、そうした場合には、詰まりが発生するおそれが大きいため、運転の安全確実性が低下する。 また、外部から制御する弁を使用することで、ガスバラストが押しのけ室内の圧力に悪影響を及ぼすのを防止することができる。 しかしながらこの方法では、システムのコストを著しく押し上げることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、たとえばダイアフラムポンプや往復ピストン形ポンプ等の多段式の真空ポンプから成る補助ポンプに用いるのに適したガスバラスト装置を提供することにある。 このガスバラスト装置は、到達圧力を許容できないほどに損ねたり、絞り部の断面積を狭める必要を生じたりすることなく、そのポンプの第１段の押しのけ室に十分な量のガスを注入し得るものである。 また更に、高価な部品を使用することがないため、必要コストを低く抑え得るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的は、請求項１の特徴部分に記載したごとく、中間真空室の中へガスを注入し得るように設けた第１ガス注入機構と、中間真空室から第１段の押しのけ室の中へガスを注入し得るように設けた第２ガス注入機構とを備えることによって達成される。 尚、請求項２及び３は、本発明の実施の形態にかかる具体的な構造を記載したものである。
【０００８】
請求項１に記載した方式で押しのけ室へガスを注入するようにすれば、補助ポンプの遮断機能によって、真空チャンバが封止された状態が常に維持されると共に、押しのけ室内の圧力上昇も緩和される。 これらのことは、間欠的な運転をする場合に特に効果的である。 また、ガスが第１段の吐出弁を通過して確実に輸送されるため、この吐出弁の膠着も防止される。
【０００９】
本発明にかかる構成によれば、上述した種類の補助ポンプに適用することのできる効率的なガスバラストシステムを、容易に構成することができ、また、このシステムにおいては、中間真空室の中へガスを注入すると共に、その注入量を絞り部において適切に設定できるため、ポンプ特性並びに到達圧力に悪影響を及ぼすおそれが殆ど皆無となっている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しつつ、本発明を二段式の容積式ポンプに適用した場合を例にとって、更に詳細に説明して行く。 尚、以下に説明する容積式ポンプは往復ピストン形ポンプとして構成されたものであるが、構成要素どうしの関係は、ダイアフラムポンプの場合も同じになる。
【００１１】
図１に示した二段式の容積式ポンプは、２つのポンプ段１及び２を備えたものである。 これら２つのポンプ段のうち、第１段のポンプ段１には、吸入弁３と吐出弁４とが装備されている。 また、これら２つのポンプ段は、中間真空室５を介して互いに接続されている。 中間真空室５の中へガスを注入するために、第１ガス注入機構６を備えており、この第１ガス注入機構６は絞り部９を備えている。 中間真空室５から押しのけ室８の中へガスを注入するために、それらを接続する第２ガス注入機構７を備えており、この第２ガス注入機構７は絞り部１０を備えている。 ただし、このように中間真空室５を押しのけ室８に接続する代わりに、絞り部１０'を備えたガス注入機構７'によって、中間真空室５を吸入部１２に接続するようにしてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダイアフラムポンプ、往復ピストン形ポンプ、及びそれらと同様の構成の多段容積式ポンプに用いるのに適したガスバラスト装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるガスバラスト装置を適用した二段式の往復ピストン形ポンプから成る補助ポンプの模式図である。
【符号の説明】
１ 第１ポンプ段２ 第２ポンプ段３ 吸入弁４ 吐出弁５ 中間真空室６ 第１ガス注入機構７，７' 第２ガス注入機構８ 押しのけ室９ 絞り部１０，１０' 絞り部