特許 6935216 ルーツ型真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6935216

(24)【登録日】2021年8月27日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】ルーツ型真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 25/02 20060101AFI20210906BHJP

   F04C 23/00 20060101ALI20210906BHJP

   F04C 28/26 20060101ALI20210906BHJP

【ＦＩ】

   F04C25/02 K

   F04C23/00 D

   F04C28/26 Z

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-71564(P2017-71564)

(22)【出願日】2017年3月31日

(65)【公開番号】特開2018-173026(P2018-173026A)

(43)【公開日】2018年11月8日

【審査請求日】2019年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100189326

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 崇暢

(72)【発明者】

【氏名】能見 基彦

(72)【発明者】

【氏名】大渕 真志

(72)【発明者】

【氏名】高東 智佳子

【審査官】 大屋 静男

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−３１５６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０１０５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５９７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０３９８１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２２０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２９１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０９９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１００７７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４９／００−５１／００

Ｆ０４Ｃ ２３／００−２９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ルーツ型のロータが配置された複数のポンプ室を有し、吸気したガスを前記複数のポンプ室で多段圧縮して排気するルーツ型真空ポンプであって、
前記複数のポンプ室のうち、少なくともいずれか一つのポンプ室から排出された圧縮ガスの一部を、当該ポンプ室よりも吸気側の流路またはポンプ室に返送する圧縮ガス返送装置を有し、
前記圧縮ガス返送装置は、
前記圧縮ガスの返送元のポンプ室の出口側の流路と、前記返送元のポンプ室の入口側の流路、前記返送元のポンプ室よりも吸気側に配置された返送先のポンプ室、及び前記返送先のポンプ室の入口側の流路のうち、少なくともいずれか一つと、を接続する返送流路と、
前記返送流路に設けられた流量調整弁と、を有し、
前記返送流路は、前記複数のポンプ室のそれぞれを前記圧縮ガスの返送元とするように複数設置されている、ことを特徴とするルーツ型真空ポンプ。

【請求項2】

前記返送流路は、前記ポンプ室の設置数をｎとすると、ｎ（ｎ＋１）／２個以下の個数で設置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のルーツ型真空ポンプ。

【請求項3】

前記圧縮ガス返送装置は、前記ガスの性状に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する制御装置を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のルーツ型真空ポンプ。

【請求項4】

前記ガスの性状には、圧力、温度、流量、ガスの種類の少なくとも一つが含まれる、ことを特徴とする請求項３に記載のルーツ型真空ポンプ。

【請求項5】

前記圧縮ガスの返送先のポンプ室の入口側の流路及び出口側の流路の少なくともいずれか一方には、圧力センサ及び温度センサが設けられており、
前記制御装置は、前記圧力センサ及び前記温度センサの計測結果に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する、ことを特徴とする請求項３または４に記載のルーツ型真空ポンプ。

【請求項6】

前記返送流路は、複数設けられており、
前記圧縮ガス返送装置は、前記ガスの性状に基づいて、前記ガスが固化若しくは液化し得る場所を特定するデータベースを予め記憶している記憶部を有し、
前記制御装置は、前記ガスの性状と前記データベースとを照合し、複数の前記返送流路のうち少なくともいずれか一つに設けられた前記流量調整弁の開度を調整する、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のルーツ型真空ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ルーツ型真空ポンプ及びルーツ型真空ポンプの運転方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ルーツ型真空ポンプは、対向する一対のルーツ型のロータをケーシング内に備え、これらのロータ間およびロータとケーシングとの隙間が微少になるようにクリアランスを設けて構成されている。そして、この一対のロータが同期反転することにより、ロータとケーシングとの間に形成された空間にガスが閉じ込められて吐出口側に移送され、この移送が連続して行われることによりガスの排気が行われている。

【0003】

このようなルーツ型真空ポンプは、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）によってウェハに薄膜を成膜する半導体製造装置の真空チャンバから、ガスを排気するために使用されている。この真空チャンバ内は、清浄雰囲気であることが要求されるため、ポンプ内部のガス流路に油を使用しないルーツ型真空ポンプが適している。

【0004】

ところで、このルーツ型真空ポンプにおいて、真空チャンバから各種の物質を含むガスを圧送する際、例えば、ガスの温度が含まれる物質の沸点や凝固点を下回ると、当該物質が液化あるいは固化し、ポンプ室の内壁やロータ等に固着して、正常な動作が妨げられる場合がある。

【0005】

このような問題に対し、下記特許文献１には、ポンプ内部に生成物が析出するのを防止するために、ポンプの軸方向に伝熱部材を設けたり、最終段ポンプ室を構成するポンプケーシングの端壁の軸受ハウジング側に中間室を設けたりすることが開示されている。他にも、ポンプケーシングを保温ジャケットやヒータで包囲することが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−２５１４７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記従来技術では、伝熱部材を設けた場所からポンプケーシングを加熱することができるものの、ガスに含まれる物質の種類や濃度、また圧送するガスの温度や流量等の条件により液化や固化の発生条件及び発生場所は異なるため、ガスの液化、固化の対策としては汎用性に乏しいものであった。また、ポンプケーシング全体を加熱する方法は、効率的とは言えなかった。

【0008】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、汎用性が高く、効率的にガスの液化、固化を防止できるルーツ型真空ポンプ及びルーツ型真空ポンプの運転方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明の一態様に係るルーツ型真空ポンプは、ルーツ型のロータが配置された複数のポンプ室を有し、吸気したガスを前記複数のポンプ室で多段圧縮して排気するルーツ型真空ポンプであって、前記複数のポンプ室のうち、少なくともいずれか一つのポンプ室から排出された圧縮ガスの一部を、当該ポンプ室よりも吸気側に返送する圧縮ガス返送装置を有する。

【0010】

（２）上記（１）に記載されたルーツ型真空ポンプであって、前記圧縮ガス返送装置は、前記圧縮ガスの返送元のポンプ室の出口側の流路と、前記返送元のポンプ室の入口側の流路、前記返送元のポンプ室よりも吸気側に配置された返送先のポンプ室、及び前記返送先のポンプ室の入口側の流路のうち、少なくともいずれか一つと、を接続する返送流路と、前記返送流路に設けられた流量調整弁と、を有してもよい。
（３）上記（２）に記載されたルーツ型真空ポンプであって、前記圧縮ガス返送装置は、前記ガスの性状に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する制御装置を有してもよい。
（４）上記（３）に記載されたルーツ型真空ポンプであって、前記ガスの性状には、圧力、温度、流量、ガスの種類の少なくとも一つが含まれてもよい。
（５）上記（４）に記載されたルーツ型真空ポンプであって、前記圧縮ガスの返送先のポンプ室の入口側の流路及び出口側の流路の少なくともいずれか一方には、圧力センサ及び温度センサが設けられており、前記制御装置は、前記圧力センサ及び前記温度センサの計測結果に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整してもよい。
（６）上記（３）〜（５）に記載されたルーツ型真空ポンプであって、前記返送流路は、複数設けられており、前記圧縮ガス返送装置は、前記ガスの性状に基づいて、前記ガスが固化若しくは液化し得る場所を特定するデータベースを予め記憶している記憶部を有し、前記制御装置は、前記ガスの性状と前記データベースとを照合し、複数の前記返送流路のうち少なくともいずれか一つに設けられた前記流量調整弁の開度を調整してもよい。

【0011】

（７）本発明の一態様に係るルーツ型真空ポンプの運転方法は、ルーツ型のロータが配置された複数のポンプ室を有し、吸気したガスを前記複数のポンプ室で多段圧縮して排気するルーツ型真空ポンプの運転方法であって、前記複数のポンプ室のうち、少なくともいずれか一つのポンプ室から排出された圧縮ガスの一部を、当該ポンプ室よりも吸気側に返送する。

【発明の効果】

【0012】

上記本発明の態様によれば、汎用性が高く、効率的にガスの液化、固化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態に係るルーツ型真空ポンプ１の縦断面図である。

【図2】一実施形態に係る圧縮ガス返送装置７０の構成図である。

【図3】図２に示す圧縮ガス返送装置７０の制御系のブロック図である。

【図4】一実施形態の変形例に係るルーツ型真空ポンプ１Ａの縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0015】

図１は、一実施形態に係るルーツ型真空ポンプ１の縦断面図である。
図１に示すように、ルーツ型真空ポンプ１は、真空側に配置されるブースタポンプ２と大気側に配置されるメインポンプ３と、ブースタポンプ２とメインポンプ３とを接続する連絡配管４と、を有する。本実施形態では、メインポンプ３が６段のルーツ型真空ポンプからなり、ブースタポンプ２が単段のルーツ型真空ポンプからなる。

【0016】

ブースタポンプ２は、ポンプケーシング１０と、ポンプケーシング１０に支承されたルーツロータ２０と、ルーツロータ２０を回転させる電動機３０と、を有する。ポンプケーシング１０は、内部にポンプ室１０ｃを区画形成する略円筒状の本体部１１を有する。本体部１１には、処理対象の真空チャンバ等から延びる吐出管（図示せず）に接続される吸気口１０ａと、連絡配管４に接続される排気口１０ｂとが設けられている。

【0017】

本体部１１の両側端には、サイドパネル１２が取り付けられている。サイドパネル１２には、軸受ハウジング１３を介して軸受１４が取り付けられている。軸受１４は、ルーツロータ２０の回転軸２２を回転自在に支承している。回転軸２２には、タイミングギヤ２３が固定されている。サイドパネル１２には、軸受１４及びタイミングギヤ２３を覆うサイドハウジング１５が取り付けられている。

【0018】

上記構成のポンプケーシング１０は、本体部１１の吸気口１０ａ及び排気口１０ｂを除く領域の外周部が、略円筒状の保温ジャケット１６で一体的に包囲されている。また、サイドパネル１２には、サイドパネル１２の回転軸２６の挿通部に窒素ガス等のパージガスを供給して、ポンプ室１０ｃ内に流入したプロセスガスが軸受１４を通過して流出することを防止するためのパージガス通路１２ａが形成されている。

【0019】

ルーツロータ２０は、ポンプケーシング１０の内部に一対で収容されている（図１では一方のルーツロータ２０のみを示している）。一対のルーツロータ２０は、ポンプ室１０ｃの内面との間に、また、ルーツロータ２０同士の間にわずかな隙間を保持してポンプケーシング１０の内部に収容されている。このルーツロータ２０は、ポンプ室１０ｃに配置されるロータ２１と、ロータ２１が固定された回転軸２２と、回転軸２２に固定されたタイミングギヤ２３と、を有する。

【0020】

ロータ２１は、例えば、２葉型のロータである。回転軸２２の一方の端部には、電動機３０のモータロータ３１（永久磁石など）が取り付けられている。タイミングギヤ２３は、軸受１４よりも軸方向外側に配置され、図示しないもう一方のルーツロータのタイミングギヤと噛み合い、当該一対のルーツロータ２０の同期を保つようになっている。

【0021】

電動機３０は、回転軸２２に取り付けられたモータロータ３１と、モータロータ３１を回転させるステータ３２と、モータロータ３１とステータを隔離するキャン３３と、これらモータロータ３１、ステータ３２及びキャン３３を囲うモータケーシング３４と、を有する。ステータ３２は、モータロータ３１に対向するステータコア３２ａと、ステータコア３２ａに巻装されたコイル３２ｂと、を有する。

【0022】

モータケーシング３４は、サイドハウジング１５の一方に取り付けられている。上記構成の電動機３０が回転軸２２を回転させると、一対のルーツロータ２０のロータ２１がタイミングギヤ２３によって互いに同期して逆方向の回転し、吸気口１０ａからポンプ室１０ｃにプロセスガスが導入され、ポンプ室１０ｃにてプロセスガスが圧縮され、その圧縮されたプロセスガス（圧縮ガス）が排気口１０ｂから連絡配管４を介してメインポンプ３に移送される。

【0023】

メインポンプ３は、ポンプケーシング４０と、ポンプケーシング４０に支承されたルーツロータ５０と、ルーツロータ５０を回転させる電動機６０と、を有する。ポンプケーシング４０は、内部に複数のポンプ室４０ｃを区画形成する略円筒状の本体部４１を有する。本体部４１には、連絡配管４が接続される吸気口４０ａと、大気側に開放された排気口４０ｂとが設けられている。

【0024】

本体部４１には、６つのポンプ室４０ｃが形成されている。これら６つのポンプ室４０ｃは、ルーツロータ５０の回転軸５２が延びる軸方向に間隔をあけて形成されている。吸気口４０ａに連通する軸方向一端部に配置されたポンプ室４０ｃは、容積が最も大きく、当該ポンプ室４０ｃから軸方向他端部側（排気側）に向かうに従ってポンプ室４０ｃの容積が段階的に小さくなっている。軸方向で隣り合うポンプ室４０ｃの間は、接続流路４０ｄによって接続されている。

【0025】

本体部４１の両側端には、サイドパネル４２が取り付けられている。サイドパネル４２には、軸受ハウジング４３を介して軸受４４が取り付けられている。軸受４４は、ルーツロータ５０の回転軸５２を回転自在に支承している。回転軸５２には、タイミングギヤ５３が固定されている。サイドパネル４２には、軸受４４及びタイミングギヤ５３を覆うサイドハウジング４５が取り付けられている。

【0026】

上記構成のポンプケーシング４０は、本体部４１の吸気口４０ａ及び排気口４０ｂを除く領域の外周部が、略円筒状の保温ジャケット４６で一体的に包囲されている。また、サイドパネル４２には、サイドパネル４２の回転軸５６の挿通部に窒素ガス等のパージガスを供給して、ポンプ室４０ｃ内に流入したプロセスガスが軸受４４を通過して流出することを防止するためのパージガス通路４２ａが形成されている。

【0027】

ルーツロータ５０は、ポンプケーシング４０の内部に一対で収容されている（図１では一方のルーツロータ５０のみを示している）。一対のルーツロータ５０は、ポンプ室４０ｃの内面との間に、また、ルーツロータ５０同士の間にわずかな隙間を保持してポンプケーシング４０の内部に収容されている。このルーツロータ５０は、複数のポンプ室４０ｃに配置される複数のロータ５１と、複数のロータ５１が固定された回転軸５２と、回転軸５２に固定されたタイミングギヤ５３と、を有する。

【0028】

ロータ５１は、例えば、２葉型のロータである。回転軸５２の一方の端部には、電動機６０のモータロータ６１（永久磁石など）が取り付けられている。タイミングギヤ５３は、軸受１４よりも軸方向外側に配置され、図示しないもう一方のルーツロータのタイミングギヤと噛み合い、当該一対のルーツロータ５０の同期を保つようになっている。

【0029】

電動機６０は、回転軸５２に取り付けられたモータロータ６１と、モータロータ６１を回転させるステータ６２と、モータロータ６１とステータを隔離するキャン６３と、これらモータロータ６１、ステータ６２及びキャン６３を囲うモータケーシング６４と、を有する。ステータ６２は、モータロータ６１に対向するステータコア６２ａと、ステータコア６２ａに巻装されたコイル６２ｂと、を有する。

【0030】

モータケーシング６４は、サイドハウジング４５の一方に取り付けられている。上記構成の電動機６０が回転軸５２を回転させると、一対のルーツロータ５０の複数のロータ５１がタイミングギヤ５３によって互いに同期して逆方向の回転し、吸気口４０ａから１段目のポンプ室１０ｃにプロセスガスが導入され、プロセスガスが当該ポンプ室４０ｃから後段側（排気側）のポンプ室４０ｃに順に導入されて多段圧縮され、その圧縮されたプロセスガス（圧縮ガス）が排気口４０ｂから大気に放出される。

【0031】

続いて、図２及び図３を参照して、上記構成のルーツ型真空ポンプ１に設けられた圧縮ガス返送装置７０の構成について説明する。本実施形態の圧縮ガス返送装置７０は、図２に示すように、メインポンプ３に設けられている。
図２は、一実施形態に係る圧縮ガス返送装置７０の構成図である。図３は、図２に示す圧縮ガス返送装置７０の制御系のブロック図である。

【0032】

図２に示すように、圧縮ガス返送装置７０は、ルーツ型のロータ５１が配置された複数のポンプ室４０ｃを有し、吸気したガスを複数のポンプ室４０ｃで多段圧縮して排気するメインポンプ３において、当該複数のポンプ室４０ｃのうち、少なくともいずれか一つのポンプ室４０ｃから排出された圧縮ガスの一部を、当該ポンプ室４０ｃよりも吸気側に返送する構成となっている。

【0033】

この圧縮ガス返送装置７０は、圧縮ガスの返送元のポンプ室４０ｃの出口側の流路４０ｅ２と、返送元のポンプ室４０ｃの入口側の流路４０ｅ１、返送元のポンプ室４０ｃよりも吸気側に配置された返送先のポンプ室４０ｃ、及び返送先のポンプ室４０ｃの入口側の流路４０ｅ１のうち、少なくともいずれか一つと、を接続する返送流路７１と、返送流路７１に設けられた流量調整弁７２と、を有する。

【0034】

具体的に、図２に示す範囲（１段目、ｍ段目、最終段の３つのポンプ室４０ｃ）で説明すると、排気口４０ｂに連通する最終段のポンプ室４０ｃ（以下、ポンプ室４０ｃ３と称する）の出口側の流路４０ｅ２には、返送流路７１ａが接続されている。返送流路７１ａは、３つの流路７１ａ１，７１ａ２，７１ａ３に分岐している。これら３つの流路７１ａ１，７１ａ２，７１ａ３には、それぞれ流量調整弁７２ａ１，７２ａ２，７２ａ３が設けられている。

【0035】

流路７１ａ１は、返送元のポンプ室４０ｃ３の入口側の流路４０ｅ１（上流側の接続流路４０ｄ）に接続されている。また、流路７１ａ２は、返送元のポンプ室４０ｃ３よりも吸気側に配置されたｍ段目（返送先）のポンプ室４０ｃ（以下、ポンプ室４０ｃ２と称する）の入口側の流路４０ｅ１に接続されている。そして、流路７１ａ３は、ポンプ室４０ｃ２よりも吸気側に配置された１段目（返送先）のポンプ室４０ｃ（以下、ポンプ室４０ｃ１と称する）の入口側の流路４０ｅ１に接続されている。

【0036】

また、ｍ段のポンプ室４０ｃ２の出口側の流路４０ｅ２には、返送流路７１ｂが接続されている。返送流路７１ｂは、２つの流路７１ｂ１，７１ｂ２に分岐している。これら２つの流路７１ｂ１，７１ｂ２には、それぞれ流量調整弁７２ｂ１，７２ｂ２が設けられている。流路７１ｂ１は、返送元のポンプ室４０ｃ２の入口側の流路４０ｅ１（上流側の接続流路４０ｄ）に接続されている。また、流路７１ｂ２は、返送元のポンプ室４０ｃ２よりも吸気側に配置された１段目（返送先）のポンプ室４０ｃ１の入口側の流路４０ｅ１に接続されている。

【0037】

また、１段のポンプ室４０ｃ１の出口側の流路４０ｅ２には、返送流路７１ｃが接続されている。この返送流路７１ｃには、流量調整弁７２ｃが設けられている。返送流路７１ｃは、返送元のポンプ室４０ｃ１の入口側の流路４０ｅ１に接続されている。
このように、返送流路７１は、ポンプ室４０ｃの設置数（段数）をｎとすると、最大でｎ（ｎ＋１）／２個設置できる。なお、返送流路７１は、使用頻度を考慮してそれ以下の個数であっても良い。

【0038】

各ポンプ室４０ｃの入口側の流路４０ｅ１には、圧力センサ７３Ｐ１及び温度センサ７４Ｔ１が設けられている。また、各ポンプ室４０ｃの出口側の流路４０ｅ２には、圧力センサ７３Ｐ２及び温度センサ７４Ｔ２が設けられている。なお、本実施形態では、各ポンプ室４０ｃの入口側の流路４０ｅ１及び出口側の流路４０ｅ２の両方の圧力及び温度を計測可能な構成となっているが、各ポンプ室４０ｃの入口側の流路４０ｅ１及び出口側の流路４０ｅ２のいずれか一方の圧力及び温度を計測可能とする構成であってもよい。

【0039】

図３に示すように、圧縮ガス返送装置７０は、返送流路７１に設けられた流量調整弁７２の開度を調整する制御装置７５を有している。制御装置７５は、メインポンプ３によって圧縮するガスの性状に基づいて、流量調整弁７２の開度を調整する。ガスの性状とは、圧力、温度、流量、ガスの種類の少なくとも一つを含む。圧力は、図２に示す圧力センサ７３Ｐ１，７３Ｐ２によって計測する。温度は、同じく図２に示す温度センサ７４Ｔ１，７４Ｔ２によって計測する。

【0040】

流量は、例えば、図１に示す電動機６０（ルーツロータ５０）の回転数（回転指令）から取得する。ガスの種類は、例えば、図３に示す入力部７７から取得する。入力部７７は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等であって、プロセスガスの種類（例えば、成膜用のガスであるシラン（ＳｉＨ_４）及びアンモニア（ＮＨ_３）等）をユーザーが入力可能なものであればよい。圧縮ガス返送装置７０は、これらガスの性状の少なくとも一つに基づいて、当該ガスが固化若しくは液化し得る場所（所謂、クールスポット）を特定するデータベースを予め記憶している記憶部７６を有する。

【0041】

このデータベースの一例について説明すると、例えば、記憶部７６には、ガスの種類に応じた相図（圧力と温度に関する）データが蓄積されている。制御装置７５は、この相図データと、圧力センサ７３Ｐ１，７３Ｐ２の計測結果及び温度センサ７４Ｔ１，７４Ｔ２の計測結果とを照合し、液相または固相となる条件の場所（例えばポンプ室４０ｃ若しくは接続流路４０ｄ）を特定する。そして、制御装置７５は、当該特定した場所に、適正量の高温の圧縮ガスが、返送流路７１を経て流入するように、流量調整弁７２の開度を調整するようになっている。すなわち、この例では、制御装置７５は、圧力、温度、ガスの種類の３つのガスの性状（流量は一定とする）に基づいて、流量調整弁７２を制御するようになっている。

【0042】

上記構成のルーツ型真空ポンプ１によれば、複数のポンプ室４０ｃのうち、少なくともいずれか一つのポンプ室４０ｃから排出された圧縮ガスの一部を、当該ポンプ室４０ｃよりも吸気側に返送する圧縮ガス返送装置７０を有するため、空力加熱によって高温となったポンプ室４０ｃの後段側（排気側）の圧縮ガスを、それよりも前段側（吸気側）の流路に返送流路７１で戻し、前段側の低温のガスを必要十分まで加熱することができる。

【0043】

高温の圧縮ガスは、前段側の流路に直接導入され、ポンプ室４０ｃや接続流路４０ｄ自体を直接加熱することができるため、ポンプケーシング４０の形状に依存せずに汎用的な加熱が可能であり、また、ポンプケーシング４０全体を加熱するよりも効率よく前段側の低温のガスを加熱することができる。これにより、ガスの温度が含まれる物質が沸点や凝固点を下回ることがなくなり、当該物質がポンプ室４０ｃの内壁やロータ５１等に固着してしまうことを防止することができる。

【0044】

また、本実施形態では、図２に示すように、返送元と返送先とを接続する返送流路７１を設け、この返送流路７１には流量調整弁７２を設けている。返送流路７１を単純な管状流路とすると、その抵抗が少ない場合は、高圧の後段側から低圧の前段側に流出する流量が過大となり、メインポンプ３の機能が低下する虞がある。したがって、本実施形態のように、各返送流路７１に流量調整弁７２を設けることで、各返送流路７１を流れる圧縮ガスを必要最小限の流出流量とすることができ、メインポンプ３の機能の低下を抑制できる。

【0045】

流量調整弁７２は、制御装置７５からの制御信号により駆動する図示しないアクチュエータを有しており、開度を調整可能とされている。制御装置７５は、ガスの性状（圧力、温度、ガスの種類）に基づいて、開くべき流量調整弁７２を選択する。本実施形態では、ガスの性状に基づいて、ガスが固化若しくは液化し得る場所を特定するデータベース（ガスの種類に応じた相図データ）を予め記憶している記憶部７６を有しており、制御装置７５は、取得したガスの性状と当該データベースとを照合し、複数の返送流路７１のうち少なくともいずれか一つに設けられた流量調整弁７２の開度を調整するようになっている。

【0046】

この構成によれば、ガスが液化若しくは固化する条件の場所を特定し、その特定した場所に必要最小限の後段側の高温の圧縮ガスを導入することができ、効率的にガスの液化若しくは固化を防止できる。例えば、図２に示す例で、ｍ段目のポンプ室４０ｃ２の入口側の流路４０ｅ１に設けられた圧力センサ７３Ｐ１及び温度センサ７４Ｔ１の計測結果が、データベースの固相若しくは液相の条件に合致した場合は、制御装置７５は、流量調整弁７２ａ２及び流量調整弁７２ｂ１の少なくともいずれか一方を開く（特定箇所が一箇所の場合は、他の流量調整弁７２は閉じる）。これにより、当該入口側の流路４０ｅ１またはｍ段目のポンプ室４０ｃ２におけるガスの固化または液化を防止することができる。

【0047】

このように、上述の本実施形態によれば、ルーツ型のロータ５１が配置された複数のポンプ室４０ｃを有し、吸気したガスを複数のポンプ室４０ｃで多段圧縮して排気するルーツ型真空ポンプ１であって、複数のポンプ室４０ｃのうち、少なくともいずれか一つのポンプ室４０ｃから排出された圧縮ガスの一部を、当該ポンプ室４０ｃよりも吸気側に返送する圧縮ガス返送装置７０を有する、という構成を採用することによって、汎用性が高く、効率的にガスの液化、固化を防止できるルーツ型真空ポンプ１及びその運転方法を提供できる。

【0048】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【0049】

例えば、図４に示すような変形例を採用し得る。
図４は、一実施形態の変形例に係るルーツ型真空ポンプ１Ａの縦断面図である。
図４に示す圧縮ガス返送装置７０Ａは、メインポンプ３の中の特定の圧縮段に接続された返送流路７１を有する。返送流路７１は、回転軸５２の軸方向に沿って延びる熱輸送用のヘッダー管７１Ａを有し、ヘッダー管７１Ａからクールスポットが発生し得る段にのみ枝管７１Ｂ１，７１Ｂ２が延びている。

【0050】

枝管７１Ｂ１は、１段目のポンプ室４０ｃと２段目のポンプ室４０ｃとを接続する接続流路４０ｄに接続されている。また、枝管７１Ｂ２は、２段目のポンプ室４０ｃに直接接続されている。このように、返送流路７１の接続場所を限定することで、返送流路７１の配管の設置作業が容易になる。また、この例の返送流路７１は、１段目のポンプ室４０ｃ及びその吸気側を除いた箇所に接続されているため、返送ガスによる図示しない真空チャンバへの直接的な汚染の懸念がない。また、枝管７１Ｂ２は、ポンプ室４０ｃに直接接続されているため、固化物発生のリスクの高い箇所（ポンプ室４０ｃ）を直接加熱できる。

【0051】

また、上記実施形態では、データベースとしてガスの種類に応じた相図（圧力と温度に関する）データを例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、一種類のガスが状態線図上の固体と液体の相の境界線上を行き来して固化するのではなく、複数の物質の化学反応によって固体が生じる場合には、化学反応を考慮した熱流体数値解析に基づくデータベースを使用してもよい。例えば、熱流体数値解析ソフトを使用し、化学反応を考慮しつつ、実運用の前に固化発生危険個所（クールスポット発生場所）、および危険条件（圧力、温度、流量等）を特定し、これを記憶部７６に事前に記憶しておき、このデータベースに基づき、流量調整弁７２の開度を最適化する構成であってもよい。

【0052】

また、実際の装置の各段に温度や圧力のセンサを設けることはコスト的にも難しい場合があるため、例えば、ある回転数でルーツロータ５０を回転させている時にガスがメインポンプ３に流入し、それを排気するときの温度変化挙動を前もって熱流体数値解析によって予測しておき、それを基に流量調整弁７２の開度を事前にプログラム（レシピ）化しておいてもよい。
あるいは、各段に温度や圧力のセンサは設けておき、流量調整弁７２を開けるか否かの条件について、化学反応を考慮した熱流体数値解析ソフトによって、実運用の前に固化発生危険個所、および危険条件（圧力、温度、流量等）を特定しておき、その条件になった時に流量調整弁７２を開けて固化発生を回避してもよい。この場合は、どの程度流量調整弁７２を開ければ固化を回避できるかも事前にシュミレーションすることが好ましい。

【符号の説明】

【0053】

１…ルーツ型真空ポンプ、４０ｃ…ポンプ室、４０ｅ１…入口側の流路、４０ｅ２…出口側の流路、５１…ロータ、７０…圧縮ガス返送装置、７１…返送流路、７２…流量調整弁、７５…制御装置、７６…記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】