特表 2024-546164 シール要件が低減された真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-17

(54)【発明の名称】シール要件が低減された真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 25/02 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

F04C25/02 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024536451

(86)(22)【出願日】2022-12-16

(85)【翻訳文提出日】2024-06-18

(86)【国際出願番号】 GB2022053270

(87)【国際公開番号】W WO2023118819

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】2118904.8

(32)【優先日】2021-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507261364

【氏名又は名称】エドワーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100119013

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100170634

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 航介

(72)【発明者】

【氏名】ロング ケイナン

(72)【発明者】

【氏名】ショフィールド ナイジェル ポール

(72)【発明者】

【氏名】ホルブルック アラン アーネスト キナード

【テーマコード（参考）】

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H129AA06

3H129AA15

3H129AB06

3H129AB12

3H129BB14

3H129BB16

3H129CC02

3H129CC06

3H129CC07

(57)【要約】

真空ポンプ（１０）は、実質的に密封された筐体（４０）と、筐体（４０）内に配置されたコアポンプ組立体と、コアポンプ組立体を取り囲む筐体（４０）の内部に不活性パージガスを供給するために、筐体（４０）に流体的に接続された不活性パージガス入口（７０）とを備え、コアポンプ組立体に不活性の正圧を加え、コアポンプ組立体からのプロセスガスの漏れを低減し、コアポンプ組立体内のシール、詳細には高価でプロセスに敏感なエラストマーシールを除去又は低減できるようになっている。
【選択図】図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空ポンプであって、
実質的に密封された筐体と、
前記筐体内に配置され、内部に複数のポンプ室を画定するように接合された２つのステータ半体を備えるコアポンプ組立体と、
前記コアポンプ組立体を取り囲む前記筐体の内部に不活性パージガスを供給するために、前記筐体に流体的に接続された不活性パージガス入口と、
を備える、真空ポンプ。

【請求項2】

前記コアポンプ組立体と前記筐体との間に配置され、前記コアポンプ組立体を前記筐体から熱的に分離するためのサーマルスペーサをさらに備える、請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項3】

前記サーマルスペーサは、セラミック材料を含む、請求項２に記載の真空ポンプ。

【請求項4】

前記複数のポンプ室は、真空システムからプロセスガスを受け入れるように構成された入口ポンプ室を含み、
前記２つのステータ半体は、前記真空ポンプの高真空、入口側の第１の軸方向端面と、前記真空ポンプの低真空、出口側の対向する第２の軸方向端面との間に延び、前記２つのステータ半体の各々は、半径方向内面を画定し、前記半径方向内面に沿って一緒に接合され、
少なくとも１つのステータ半体は、前記第１の軸方向端面を前記入口ポンプ室の下流側のポンプ室に流体的に接続するパージガス漏れ流路を含む、
請求項１、２又は３に記載の真空ポンプ。

【請求項5】

前記少なくとも１つのステータ半体は、前記第１の軸方向端面を前記入口ポンプ室の下流側の異なるポンプ室に流体的に接続する複数のパージガス漏れ流路を備える、請求項４に記載の真空ポンプ。

【請求項6】

前記複数のパージガス漏れ流路は、半径方向に間隔をあけて配置され、前記パージガス漏れ流路の半径方向外側の１つは、前記パージガス漏れ流路の半径方向内側の１つが流体的に接続されるポンプ室よりも容積が小さいポンプ室に流体的に接続される、請求項５に記載の真空ポンプにおいて、

【請求項7】

前記パージガス漏れ流路は、前記第１の軸方向端面から軸方向に延び、断面が実質的にＺ字形である、請求項４、５又は６のいずれかに記載の真空ポンプ。

【請求項8】

前記パージガス漏れ流路は、前記第１の軸方向端面にわたって延びる前記パージガス漏れ流路の部分をさらに含む、請求項４から７のいずれかに記載の真空ポンプ。

【請求項9】

前記第１の軸方向端面にわたって延びる前記パージガス漏れ流路の前記部分は、半径方向内面の対向する半径方向側面を流体的に接続する、請求項８に記載の真空ポンプ。

【請求項10】

前記第１の軸方向端面上の前記パージガス漏れ流路の前記部分は、前記第１の軸方向端面に画定された溝を備える、請求項８又は９に記載の真空ポンプ。

【請求項11】

前記パージガス漏れ流路は、前記半径方向内面の対向する半径方向側面上に、前記半径方向内面に画定された一対の溝を備える、請求項４から１０のいずれかに記載の真空ポンプ。

【請求項12】

前記コアポンプ組立体は、前記対向する第１及び第２の軸方向端面に接合されたエンドピースをさらに備える、請求項４から１１のいずれかに記載の真空ポンプ。

【請求項13】

前記コアポンプ組立体は、エラストマーシールを備えていない、請求項４から１１のいずれかに記載の真空ポンプ。

【請求項14】

モータと、
歯車ギアカバーと、
エンドカバーと、
をさらに備え、
前記モータ、前記歯車カバー及び前記エンドカバーの各々は、前記筐体の外側に配置されている、請求項１から１３のいずれかに記載の真空ポンプ。

【請求項15】

前記真空ポンプのロータ組立体を支持するための一対のヘッドプレートをさらに備え、
前記一対のヘッドプレートは、前記コアポンプ組立体から間隔をあけて配置されている、請求項１から１４のいずれかに記載の真空ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステータ半体の間の、又はステータ半体とそれらのエンドプレートとの間のシールを除去することができる真空ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

真空ポンプは、通常、システムから作動ガスを排気するための真空システムの構成要素として使用される。これらのポンプは、例えば半導体の製造に使用される製造装置を排気するために使用することができる。真空から大気圧への圧縮を単一のポンプを使用して単段で行うのではなく、このような用途では、各段が真空から大気圧への移行に必要な圧縮範囲の一部を行う多段真空ポンプを設けることが一般的である。さらに、多くの真空ポンプ用途では、作動ガス又はプロセスガスは、ガスが凝縮して液体又は固体になり、ポンプの動作に悪影響を与えるのを防ぐため、最低温度を超えて保つ必要がある。

【0003】

多段真空ポンプは、一般にクラムシェル構造を有することができ、この場合、ポンプ領域を取り囲むために、２つのステータシェル半体と、ステータ半体の両側の２つのエンドプレートを使用する必要がある。従来、ポンプと周囲環境との間の漏れを防ぐために、２つのステータ半体間、及びステータ半体と２つのエンドプレート間に、それぞれ長手方向シールと環状シールが使用されている。一般に、この目的のためにエラストマーシールが使用されるが、これらの接合面をシールする効果的なシールシステムを実現することは困難である。国際公開第２０１８／１３８４８７号及び国際公開第２０１８／１３８４８９号には、エラストマーシールを使用してステータシェルをシールするための解決策が提示されている。しかしながら、エラストマーシールが望ましくない用途もある。例えば、エラストマーシールは、特定の使用温度及び特定の腐食性プロセスガス環境下で劣化しやすく、シール性を失う可能性がある。また、これらは、特定の条件下ではガス放出（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ）の可能性があり、許容できないガス透過性をもつ場合もある。さらに、特定の用途に必要なシール性能をもつエラストマーシールを使用すると、費用及び複雑さが増大する可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１３８４８７号

【特許文献2】国際公開第２０１８／１３８４８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って、これらの制限を克服するために、このような用途においてシール状態を維持し、エラストマーシールの必要性を回避又は低減できるクラムシェル構造の真空ポンプが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、実質的に密封された筐体と、筐体内に配置され、内部に複数のポンプ室を画定するように接合された２つのステータ半体を備えるコアポンプ組立体と、コアポンプ組立体を取り囲む筐体の内部に不活性パージガスを供給するために、筐体に流体的に接続された不活性パージガス入口と、を備える真空ポンプが提供される。

【0007】

コアポンプ組立体の周りに密閉された筐体を設け、そこに入口を介して不活性パージガスを供給することにより、不活性の正圧をコアポンプ組立体に加えることができ、コアポンプ組立体からのプロセスガスの漏れを低減して、内部のシールを除去又は低減することができることが分かっている。これにより、コアポンプ組立体は、そのようなシールが劣化を受けるか又は適切でない場合がある、より高温又はより腐食性の動作転環境での使用により適したものになる。また、コストを削減し、そのようなシールに関連するガス放出／透過性の問題を取り除くこともできる。これは、ステータ半体とエンドプレートとの間のシールに従来から使用されているエラストマーシールに特に当てはまる。

【0008】

随意的に、真空ポンプは、コアポンプ組立体と筐体との間に配置され、コアポンプ組立体を筐体から熱的に分離するサーマルスペーサをさらに備える。

【0009】

サーマルスペーサは、コアポンプ組立体を他のポンプ構成要素（例えば、筐体の外側）から熱的に分離することを可能にする。これにより、より低い温度での動作により適している他のポンプ構成要素をマイナス方向に加熱することなく、コアポンプ組立体は、適切に高温の動作温度に維持することができる（例えば、その中のプロセスガスの凝縮を防ぐために）。

【0010】

一例では、サーマルスペーサは、コアポンプ組立体と筐体との間に配置され、コアポンプ組立体と筐体の両方に接触している。このように、サーマルスペーサは、コアポンプ組立体から筐体への熱伝導を最小限にするために使用される。一例では、筐体は半径方向の壁を備え、サーマルスペーサは半径方向の壁とコアポンプ組立体との間に配置される。

【0011】

随意的に、サーマルスペーサはセラミック材料を含む。

【0012】

セラミック材料は一般的に熱伝導率が低いため、コアポンプ組立体と筐体との間の熱伝導を最小限に抑えることができる。アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）など、何らかの適切なセラミック材料を使用することができる。代替実施形態では、何らかの他の適切な熱絶縁材料をサーマルスペーサとして使用することができる。

【0013】

随意的に、複数のポンプ室は、真空システムからプロセスガスを受け取るように構成された入口ポンプ室を含み；２つのステータ半体は、ポンプの高真空、入口側の第１の軸方向端面と、ポンプの低真空、出口側の対向する第２の軸方向端面との間に延び、２つのステータ半体の各々は、半径方向内面を画定し、半径方向内面に沿って一緒に接合され；少なくとも１つのステータ半体は、第１の軸方向端面を入口ポンプ室の下流側のポンプ室に流体的に接続するパージガス漏れ流路を含む。

【0014】

パージガス漏れ流路は、コアポンプ組立体の高真空、入口段（例えば、第１の軸方向端部）の中に漏れる可能性のある不活性パージガスを、代わりに低真空段に供給することを可能にする。これにより、ポンプの高真空効率及び能力への影響を低減しながら、パージガスの漏れを、ポンプを通して適切に除去することができる。

【0015】

一例では、パージガス漏れ流路は下部ステータ半体に設けられるが、他の例では、代わりに上部ステータ半体に設けること、又は上部及び下部ステータ半体の両方に設けることもできる。

【0016】

複数のポンプ室は、ポンプの圧縮仕事がプロセスガスに作用するポンプ室であり、従って複数のポンプ段を規定することを理解されたい。従って、入口ポンプ室は、ポンプの入口段に相当する。パージガス漏れ流路は、入口ポンプ室以外のポンプ室と連通することができる。入口ポンプ室は最大容積のポンプ室であるため、下流側のポンプ室は容積が小さいことになる。

【0017】

随意的に、少なくとも１つのステータ半体は、第１の軸方向端面を入口ポンプ室の下流側の異なるポンプ室に流体的に接続する複数のパージガス漏れ流路を備える。

【0018】

随意的に、複数のパージガス漏れ流路は、半径方向に間隔をあけて配置され、パージガス漏れ流路の半径方向外側の１つは、パージガス漏れ流路の半径方向内側の１つが流体的に接続されるポンプ室よりも容積が小さいポンプ室に流体的に接続される。

【0019】

このように、複数のパージガス漏れ流路の第２の流路よりも半径方向外側に位置する、複数のパージガス漏れ流路の第１の流路は、複数のパージガス漏れ流路の第２の流路が流体的に接続するポンプ室よりも容積が小さいポンプ室に流体的に接続する。さらなる実施形態では、複数のパージガス漏れ流路の第３のパージガス漏れ流路は、複数のパージガス漏出流路の第２のパージガス漏れ流路の半径方向内側に配置され、複数のパージガス漏れ流路の第２のパージガス漏れ流路が流体的に接続するポンプ室よりも大きな容積のポンプ室に流体的に接続する。何らかの適切な数のパージガス漏れ流路を使用することができ、例えば、入口ポンプ室を除く各ポンプ室に対して最大１つまで使用できる。

【0020】

容積が増加するポンプ室に接続された複数のパージガス漏れ流路により、減少する圧力の範囲にわたって漏れガスを収集することができる。これにより、パージガスがコアポンプ組立体に漏れる際に、段階的にパージガスを集めることができ、漏れ収集量を高めることができる。これにより、ポンプの高真空効率及び能力に対する不活性パージガスの影響をさらに低減することができる。

【0021】

随意的に、パージガス漏れ流路は、第１の軸方向端面から軸方向に延び、断面が実質的にＺ字形である。

【0022】

このように、パージガス漏れ流路（複数可）は、第１の軸方向端面から延びる第１の軸方向延在セクションと、半径方向延在セクションへの第１の曲がり部（例えば、９０度曲がり部）と、下流側のポンプ室に流体的に接続する第２の軸方向延在セクションへの第２の曲がり部（例えば、９０度曲がり部）とを含むことができる。この実質的なＺ字形状は、パージガス漏れ流路（複数可）を逆行する漏れを防止するのを助けることができる。

【0023】

随意的に、パージガス漏れ流路は、第１の軸方向端面にわたって延びるパージガス漏れ流路の部分をさらに含む。

【0024】

このように、パージガス漏れ流路は、軸方向端面にわたって延びるとともに、ステータ半体（複数可）の半径方向内面に沿って延びる。これにより、パージガス漏れ流路は、第１の軸方向端面によって画定される接合面にわたって（例えば、ステータ半体とエンドピースとの間）、より多くのパージガスの漏れを集めることができる。このように、より多量のパージガス漏れを除去し、高真空効率をさらに向上させることができる

【0025】

複数のガス漏れ流路が設けられる例では、ガス漏れ流路の各々は、第１の軸方向端面にわたって延びるそれぞれの部分を含むことができ、複数の流路の間の半径方向間隔に従って、軸方向端面にわたって半径方向に離間して入れ子になることができる。

【0026】

随意的に、第１の軸方向端面にわたって延びるパージガス漏れ流路の部分は、半径方向内面の対向する半径方向側面を流体的に接続する。

【0027】

このように、ガス漏れ流路の部分は、ステータ半体（複数可）の部分を取り囲み、第１の軸方向端面によって画定された接合面に漏れたパージガスの多くを集め、これをポンプ室に移送して除去する。

【0028】

第１の軸端面上のガス漏れ流路の部分は、半径方向内面の対向する半径方向側面を接続するために、他の何らかの適切な形状をとることができる。一例では、当該部分は実質的にＵ字形断面である。別の例では、当該部分は実質的に半円形である。

【0029】

随意的に、第１の軸方向端面上のパージガス漏れ流路の部分は、第１の軸方向端面に画定された溝を備える。

【0030】

第１の軸方向端面に溝を設けることで、パージガス漏れ流路をステータ半体とエンドピースとの間の接合面に開口させることができ、そこからパージガスを収集及び除去することが可能になる。第１の軸方向端面に溝を設けることは、そこにガス漏れ流路の部分を実装する特に簡単な方法とすることができる。例えば、これは、第１の軸方向端面の部分を単に機械加工（例えば、フライス加工）することによって達成することができる。

【0031】

随意的に、パージガス漏れ流路は、半径方向内面の対向する半径方向側面上に、半径方向内面に画定された一対の溝を備える。

【0032】

このように、一対の溝は、ステータ半体（複数可）の対向する側面において、ポンプ２０の長手方向軸線Ｌから実質的に同じ半径方向距離に間隔をあけて配置され、両者は、第１の軸方向端面で開口し、同じ下流側ポンプ室に流体的に接続する。

【0033】

半径方向内面の溝は、パージガス漏れ流路をステータ半体の間の接合面に開口させ、接合面を介してコアポンプ組立体に漏れる可能性のあるパージガスの収集及び除去を可能にする。このように、より多量のパージガスを除去し、高真空効率をさらに向上させることができる。さらに、ステータ半体の半径方向内面に溝を設けることは、ガス漏れ流路を実装する特に簡単な方法である。例えば、これは、半径方向内面の部分を単に機械加工（例えば、フライス加工）することによって実現することができる。

【0034】

随意的に、コアポンプ組立体は、対向する第１及び第２の軸方向端面に接合されたエンドピースをさらに備える。

【0035】

このように、軸方向端面は、ステータ半体と接し、コアポンプ組立体をシールするのを助ける。

【0036】

随意的に、コアポンプ組立体は、エラストマーシールを備えていない。

【0037】

本開示のポンプ構成の様々な特徴により、コアポンプ組立体からエラストマーシールを完全に除去することができる。これは、ステータ半体の半径方向内面の間の長手方向シール（すなわち、ステータ半体の間の接合面に沿って軸方向に延びるシール）、ステータ半体の第１及び第２の軸方向端面と接するエンドピースの環状シール、及び長手方向シールと環状シールを接合するＴ－接合シールを含む。

【0038】

いくつかの例では、パージガスの漏れから保護するのを助けるために、状況によっては長手方向シール、環状シール、Ｔ－接合シールは、コアポンプ組立体に設けられることができる。しかしながら、そのシール効果はあまり懸念されないので、非エラストマーシールとすることができ、実装コストが安くなる。

【0039】

随意的に、真空ポンプは、モータ、歯車カバー、及びエンドカバーをさらに備え、モータ、歯車カバー、及びエンドカバーの各々は、筐体の外側に配置されている。

【0040】

モータ、歯車カバー及びエンドカバーを筐体の外側に配置することにより、コアポンプ組立体よりも低温の動作温度に保つことができる。これにより、これらの構成要素の寿命及び動作特性を向上させることができる。

【0041】

随意的に、真空ポンプは、ポンプのロータ組立体を支持するための一対のヘッドプレートをさらに備え、一対のヘッドプレートは、コアポンプ組立体から間隔をあけて配置される。

【0042】

ヘッドプレートは、ポンプ作動時にロータ組立体（例えば、ロータシャフト）を支持する軸受及び／又はシールを含むことが知られている。ヘッドプレートをコアポンプ組立体から離間させることにより、ヘッドプレートをコアポンプ組立体よりも低温の動作温度に保つことができる。これにより、ヘッドプレート及びその内容物の寿命及び運転特性を向上させることができ、例えば、軸受の潤滑及びそこでのシールの完全性をより良好に維持することができる。
一例では、ヘッドプレートは、コアポンプ組立体から軸方向に離間している。

【0043】

さらなる例では、ヘッドプレートは、サーマルスペーサによってコアポンプ組立体から分離される。このような例では、ヘッドプレートは、サーマルスペーサと接触することができる。これは、コアポンプ組立体からの熱伝導を最小限にすることによって、ヘッドプレートを低温に保つのを助ける。

【0044】

さらに別の例では、ヘッドプレートは筐体の壁を形成し、例えば筐体の上部カバー及び下部カバーが取り付けられる。これは、ポンプの設計を簡素化し、筐体をよりコンパクトに保つことができる。他の例では、ヘッドプレートは、代わりに筐体の外側に配置すること又は代わりに筐体の内側に配置することができる。このような例では、筐体は、ヘッドプレートとは別の壁及びカバーで形成されるか、又は他のポンプ構成要素（例えば、歯車カバー及びエンドカバー）及びカバーを使用して形成される。ヘッドプレートを筐体の外側に配置することで、その温度をさらに低下させることができる。

【0045】

以下、様々な実施形態は、単に例示的に添付図面を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1a】本開示の一実施形態による例示的なポンプ組立体を示す。

【図1b】本開示の一実施形態による別の例示的なポンプ組立体を示す。

【図2】図１ａの線Ｘ－Ｘに沿った、本開示の一実施形態によるコアポンプ組立体のステータの例示的な断面を示す。

【図3】本開示の一実施形態による別の例示的なステータを示す。

【図4】図１ａの線Ｙ－Ｙに沿った、本開示の一実施形態によるコアポンプ組立体のステータの別の例示的な断面を示す。

【発明を実施するための形態】

【0047】

図１ａ及び図１ｂを参照すると、多段真空ポンプ１０は、第１のステータ構成要素１２及び第２のステータ構成要素１４を備え、その間にロータ組立体（図示せず）が取り付けられている。

【0048】

２つのステータ構成要素１２、１４は、その中にポンプ室８０ａ－ｇ（後述の図２及び図３に示される）を形成するために一緒に固定されている。このように、２つのステータ構成要素１２、１４は、ステータ半体１２、１４（すなわち、ステータ「クラムシェル」半体１２、１４）として知られており、ステータ半体１２、１４の半径方向内面１３ａ、１３ｂによって画定される接合面１３に沿って一緒に接合されている。

【0049】

ポンプ１０は、ステータ半体１２、１４が延びる中心長手方向軸線Ｌと、それに垂直な半径方向Ｒとを規定する。接合面１３は、長手方向軸Ｌに沿って設けられている。

【0050】

ロータ組立体は、何らかの適切なタイプのロータ組立体とすることができ、図示の実施形態では、一般に、各シャフト（図示せず）に取り付けられたロータを有する２つの逆回転シャフトを含むことになる。ロータは、高真空チャンバ８０ａの入口から低真空チャンバ８０ｇの出口まで、ポンプを通して作動／処理ガスをポンプ送給するために、チャンバ８０ａ－ｇ内で相互作用する。ロータ組立体は、何らかの適切なタイプのロータ組立体とすることができ、例えば、クロー型真空ポンプ、ルーツ型真空、又はそれらの組み合わせを形成することができる。このようなロータ組立体は一般に知られており、本開示の焦点ではないので、これ以上詳細に説明しない。

【0051】

エンドピース５０、５２は、２つのステータ構成要素１２、１４の反対側の軸方向端部に取り付けられ、コアポンプ組立体を完成させる。従って、コアポンプ組立体は、チャンバ８０ａ－ｇの間のプロセスガスの圧縮及びポンプ送給が行われる真空ポンプ１０の部分であることを理解されたい。

【0052】

従来の真空ポンプは、２つのステータ構成要素１２、１４の間に長手方向シールを備え、ステータ構成要素１２、１４とエンドピース５０、５２との間に環状シールを備えるが、本発明の真空ポンプ１０ではこれらは必要ないことに留意されたい。

【0053】

コアポンプ組立体（２つのステータ構成要素１２、１４及び２つのエンドプレート５０、５２によって画定される）は、密閉された筐体４０内に配置され、この筐体は、図示の実施形態では、筐体カバー１６及びヘッドプレート１８によって画定される。２つのヘッドプレート１８は、コアポンプ組立体の軸方向両側に配置され、ロータ組立体のシャフト（図示せず）のための軸受及びシールを備える。２つの筐体カバー１６は、コアポンプ組立体の半径方向両側（すなわち、コアポンプ組立体の上方及び下方）に配置され、２つのヘッドプレート１８の間で軸方向に延びて筐体４０を形成する。シール４２は、筐体カバー１６とヘッドプレート１８との間に設けられ、筐体４０が実質的に密封されるのを保証する。換言すれば、筐体４０は、実質的にガス気密様式でシールされ、ポンプ１０が動作しているときに筐体４０の内部と周囲の大気との間の圧力差を維持できるようになっている。筐体カバー１６及びシール４２の配置は、ヘッドプレート１８と筐体カバー１６との間の熱膨張差を許容しながら、筐体４０が環境から密封されるようにすることができる。例えば、図１ａに示すようなピストンシール配置、及び／又は図１ｂに示すような端面シール配置である。コアポンプ組立体とは異なり、シール４２は、エラストマーシール又は何らかの他の適切なタイプのシール（例えば、非エラストマー）で構成することができる。

【0054】

筐体４０の外側では、真空ポンプ１０は、モータ２０、ロータ組立体のシャフトが延びるエンドカバー３０、及びモータ２０とヘッドプレート１８（エンドピース５０に最も近い）との間に軸方向に配置され、ロータ組立体のために歯車（図示せず）を収容する歯車カバー２２をさらに備える。モータ２０、歯車カバー２２、及び端部カバー３０の各々は、これらの構成要素の間のシールを維持し、筐体４０を環境からさらにシールするのに役立つシール２４、２６、３２を備える。代替実施形態では、筐体カバー１６は、ポンプ１０の何らかの要素、例えば、歯車カバー２２と、端部カバー３０との間に軸方向に延びることができ、筐体４０は、内部にこれらの構成要素を含むようになっている。そのような例では、ヘッドプレート１８を使用する代わりに、追加のプレートが、これらの構成要素の軸方向外側に配置され、カバー１６とシール結合状態で配置されることになる。さらなる代替実施形態では、筐体４０は、ポンプ１０の全ての構成要素を取り囲むことができる。

【0055】

真空ポンプ１０の動作時、コアポンプ組立体に要求される動作温度は、典型的には２００－４００℃であり（例えば、内部でのプロセスガスの凝縮を防ぐために）、一方、軸受、歯車装置、モータ及びエラストマーシールに適した温度は、典型的には１５０℃未満である。動作時、各構成要素の適切な温度を維持するのを助けるために、エンドピース５０、５２とそれぞれのヘッドプレート１８の間にサーマルスペーサ６０が設けられている。このように、サーマルスペーサ６０は、コアポンプ組立体からヘッドプレート１８及び他の動作温度の低いポンプ構成要素への熱伝導を低減するために使用することができる。従って、サーマルスペーサ６０は、適切に低い熱伝導率を有する何らかの材料、例えばセラミック材料を含むことができ、エンドピース５０、５２とヘッドプレート１８との間の熱伝達をさらに最小化するために、比較的小さな断面積を有することができる。また、ロータ組立体のシャフトは、シャフトを介して熱がコアポンプ組立体の外部に伝達されるのを防止するのを助けるために、サーマルブレーク（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｒｅａｋ）を備えることができる。

【0056】

真空ポンプ１０は、筐体４０に流体的に接続された不活性パージガス入口７０をさらに備える。図示の実施形態では、不活性パージガス入口７０は、上部ハウジングカバー１６を貫通している。不活性ガス入口７０は、窒素のような不活性ガスを筐体４０の内部に供給して充填することを可能にする。不活性ガスは、不活性パージガスライン（図示せず）を介して入口７０に供給されることになる。パージガスの温度は、用途に適した何らかの温度に選択することができる。例えば、パージガスは、コアポンプ組立体が適切な動作温度（例えば、プロセスガスの凝縮を防ぐための）に到達し、それを維持するのを助けるために加熱することができる。

【0057】

パージガスは不活性であることが重要であり、これによってポンプ１０及びその中のプロセスガスに対して悪影響又は望ましくない影響が及ぶことを防ぐことができる。窒素が例示されているが、他の適切な不活性ガス、例えばアルゴンも使用できる。

【0058】

不活性パージガス入口７０は、プロセスガスをコアポンプ組立体に移送するために（すなわち、入口（高真空）段８０ａに）流体的に接続されるプロセスガス入口（図示せず）とは独立した異なるものであることを理解されたい。また、このようなプロセスガス入口は、同様に筐体４０を貫通することになるが、ステータ構成要素１２、１４の間に画定されたポンプ入口（図示せず）に流体的に接続することになり、筐体４０の内部空間と流体的に接続されないことになり、内部空間は、不活性パージガス入口７０の場合のように、パージガスで満たすことができるようになっている。

【0059】

不活性パージガスは、入口７０を通って筐体４０に入り、その後、排気口７２を通って除去される。排気口７２は、筐体４０を貫通するダクト又はパイプであり、図示の実施形態では、コアポンプ組立体の排気口と流体的に接続している。換言すれば、低真空（すなわち、出口）段８０ｇの出口に接続され、筐体４０の内部には流体的に開放されていない。

【0060】

この実施形態では、不活性パージガス除去通路９０がステータ構成要素１４（図２及び図３参照）を貫通して画定され、低真空段８０ｇの入口と流体連通している。このように、筐体４０内のパージガスは、通路９０を介して低真空段８０ｇの入口に供給されることによって除去され、そこでパージガスは低真空段８０ｇを通って移動し、同様に低真空段８０ｇを通過するプロセスガスと共に排気口７２に移送されることになる。代替実施形態では、パージガスは、低真空段８０ｇの入口ではなく出口に供給すること又は排気口７２に直接供給することができる。他の実施形態では、排気口７２を介して筐体４０からのパージガスの除去を達成するために、何らかの他の適切な配置（例えば、パイプ及び／又は通路）を使用することができる。

【0061】

圧力及び／又は温度センサは、筐体４０内のパージガスの圧力及び／又は温度を監視するためにポンプ１０に組み込むことができる。センサは、筐体４０内への及び／又は筐体４０から外への不活性パージガスの流れを制御することによって筐体４０内の所望の圧力及び／又は温度を維持するために、パージガス流量コントローラ（例えば、入口７０及び／又は通路９０に配置された流量制御バルブ）と通信することができる。何らかの適切な圧力及び／又は温度センサを用いることができ、流量制御バルブ又は圧力制御バルブ（圧力調整器）のような何らかの適切な流量コントローラを使用することができる。

【0062】

筐体４０によりコアポンプ組立体の周りを密閉し、その中に（例えば、入口７０及び排気口７２を介して）所望の量の不活性ガスを供給して維持することにより、コアポンプ組立体の周りで正の圧力差を維持することができることを理解されたい。これは、コアポンプ組立体がシールを備えていないにもかかわらず、コアポンプ組立体からのプロセスガスの漏れを最小化するのを助け、さらに筐体４０に入る環境からの大気ガスの侵入を防止するのを助ける。また、このシール構成は、シールを使用する用途よりも、動作温度の変化及び腐食性プロセスガスに強く、コアポンプ組立体に複数のエラストマーシールを使用することに関連する潜在的なガス放出、透過性、及びコストの問題を取り除くことができることを理解されたい。

【0063】

さらに、サーマルスペーサ６０と組み合わせた筐体４０は、異なる動作温度限界を有する異なる構成要素の分離を可能にすることができる。例えば、ヘッドプレート１８のシャフト軸受及びシールは、コアポンプ組立体の動作温度よりも低い動作温度に維持することができる。これにより、異なるポンプ構成要素の寿命及び運転特性を向上させることができる。

【0064】

次に図２を参照すると、図１ａのコアポンプ組立体における線Ｘ－Ｘに沿った断面が示されている。この断面は、第２のステータ構成要素１４の半径方向内面１３ｂを示しており、ポンプ室８０ａ－ｇを見ることができる。以下の実施形態は、第２のステータ構成要素１４に関連して説明されるが、同じことが、対応する半径方向内面１３ａ（図示せず）を有することになる第１のステータ構成要素１２にも適用できる（必ずしもそうではないが）ことを理解されたい。

【0065】

ステータ構成要素１２、１４は、それぞれの半径方向内面１３ａ、１３ｂによって画定される接合面１３の全域で接合され、コアポンプ組立体を形成する。従って、各ステータ構成要素１２、１４は、各ポンプ室８０ａ－ｇの半分を備え、コアポンプ組立体を形成するために一緒に接合されると、ポンプ室８０ａ－ｇが形成されるようになっている。上述したように、図示の実施形態では、不活性パージガスは、出口（又は低真空）チャンバ８０ｇの入口に流体的に接続する通路９０を使用して、筐体４０から除去される。

【0066】

図２から分かるように、ポンプ室８０ａ－ｇは、軸方向に連続的にサイズが小さくなっており、最大容積の入口（又は高真空）ポンプ室８０ａがモータ２０に最も近く、最小容積の出口（又は低真空）ポンプ室８０ｇが端部カバー３０に最も近い。入口ポンプ室８０ａは、プロセスガス入口を介して真空システムからプロセスガスを受け取るように構成されており、出口ポンプ室８０ｇは、出口（上述）を介してコアポンプ組立体からプロセスガスを排気するように構成されている。ポンプ室８０ａからポンプ室８０ｇへの容積の漸減は、真空の所望の動作圧力から大気圧への圧力の等価な漸増に対応する。複数のポンプ室、従って複数の圧縮段を使用することにより、ポンプ効率が改善され、より高い真空圧力を維持することができる。

【0067】

また、図示されているように、ステータ構成要素１２、１４は、エンドピース５０、５２が接合されている反対側の軸方向端面１５ａ、１５ｂの間を軸方向に延びる。このように、エンドピース５０、５２は、それぞれ端面１５ａ、１５ｂに沿ってステータ構成要素１２、１４との接合面を提供すると言うことができる。さらに、ポンプ室８０ａ－８０ｇに対する位置関係を考えると、第１の軸方向端面１５ａは、ポンプ１０の高真空、入口側にあり、反対側の第２の軸方向端面１５ｂは、ポンプ１０の低真空、出口側にある。

【0068】

第１及び第２のステータ構成要素１２、１４の間、及びステータ構成要素１２、１４とエンドピース５０、５２との間にはシールがないため、筐体４０からの不活性パージガスは、コアポンプ組立体に漏れる可能性がある。これを防止する対策が実施されていない場合、漏れたパージガス１１０がポンプ室８０ａ－ｇに入り、その中のプロセスガスと共に圧縮され、必要とされる圧縮仕事が増大するため、ポンプ１０の効率が低下する可能性がある。

【0069】

この影響に対抗するために、本実施形態では、ステータ構成要素１４にパージガス漏れ流路１００ａ及び１００ｂをさらに備え、これらは、ポンプ１０の高真空、入口側でエンドピース５０と界接する第１の軸方向端部１５ａから第３及び第５のポンプ室８０ｃ、８０ｅにそれぞれ延びる。本実施形態では２つのパージガス漏れ流路１００ａ、１００ｂが示される、１とｎ－１の間のパージ漏れ流路を備える実施形態が想定され、ｎはポンプ段８０の数である。さらに、流路１００ａ、１００ｂは、第３及び第５ポンプ室８０ｃ、８０ｅに接続されて示されているが、流路１００は、入口（高真空）ポンプ段８０ａを除く限り、ポンプ室８０のいずれにも接続することができる。

【0070】

パージガス漏れ流路１００ａ、１００ｂは、コアポンプ組立体に漏れるパージガス１１０を捕捉する役割を果たす。流路１００ａ、１００ｂは、それぞれポンプ室８０ｃ、８０ｅに接続されているため、流路１００ａ、１００ｂに入る漏れガス１１０は、プロセスガスと一緒にポンプ段８０ｃ、８０ｅによってポンプ送給される。例えば、ポンプ１０の高真空の入口端、すなわちエンドピース５０により近い漏れガス１１０は、最初に流路１００ｂに接触することになる。流路１００ｂは、例えば約１００ｍｂａｒで加圧されるポンプ室８０ｅに接続される。従って、漏れガス１１０は、流路１００ｂ内の圧力が同様に１００ｍｂａｒになるまでポンプ室８０ｅ内に送り込まれる。１００ｍｂａｒの圧力になった漏れガス１１０は、半径方向内側に流れ続けることができる。そうすることで、漏れガスは流路１００ａに接触することになる。流路１００ａはポンプ室８０ｃに接続されており、このポンプ室８０ｃは例えば約１０ｍｂａｒの低い圧力で加圧されている。流路１００ｂと同様に、これは、漏れガス１１０の流れが１０ｍｂａｒの圧力に低減されることを意味する。このように、漏れガス１１０が最初に大気圧（～１ｂａｒ）であったと仮定すると、漏れ量は、元の圧力の１／１００に減少している。このように漏れガス１１０の圧力を低下させることにより、これは、漏れガス１１０が最低圧力のポンプ段８０ａ、８０ｂと接触するとき、漏れガス１１０を圧縮するためにこれらの段８０ａ、８０ｂが必要とする余分な仕事が著しく低減されることを保証する。

【0071】

図示の構成では、相対的なガス圧が存在するため、半径方向内側の流路１００が利益をもたらすためには、半径方向内側の流路１００は、半径方向外側の流路１００よりも大きな容積のポンプ室８０に接続される必要があることを理解されたい。

【0072】

図示の流路１００ａ、１００ｂの各々は、２つの曲がり部１０２、１０４を備えるように、断面が実質的にＺ字形に似ている。これらの曲がり部１０２、１０４は、流路１００ａ、１００ｂを用いてコアポンプ組立体から外への漏れを防止するのを助けることができる。しかしながら、流路１００ａ、１００ｂは、漏れガス１１０を捕捉して必要なポンプ室８０に移送するための何らかの適切な形状を有することができる。

【0073】

さらに、流路１００ａ、１００ｂは、ポンプ室８０の中に軸方向に接続するように示されている。本実施形態では、これは、各ポンプ段８０の段間ポートが、ロータ組立体の２つの平行なシャフトの間にあり、アクセスできないためである。しかしながら、ポンプ段８０の入口が２つのシャフトの間にない実施形態では、流路１００ａ、１００ｂは、そのポンプ段の入口（すなわち、圧縮のためにプロセスガスをポンプ段に運ぶ入口）に接続できることが想定される。

【0074】

図示の流路１００ａ、１００ｂは、ステータ構成要素１４の半径方向内面１３ｂの対向する半径方向側面に一対の溝として設けられている。これらの溝は、ステータ構成要素１４の半径方向内面１３ｂに機械加工（例えば、フライス加工）することができる。しかしながら、流路１００ａ、１００ｂは、漏れガス１１０を捕捉して必要なポンプ室８０に移送するための何らかの他の適切な形態をとることができ、何らかの他の適切な方法で作ることができる。例えば、これらは、ステータ構成要素１４に鋳造又は穿孔することができる。

【0075】

次に図３を参照すると、真空ポンプ１０は、流路１００を、長手方向シール１２０及び／又は環状シール１３０などの従来のシール方法と組み合わせることができる。長手方向シール１２０は、高真空エンドピース５０から低真空エンドピース５２まで、流路１００の半径方向外側で、ステータ構成要素１２、１４の溝内に延びることができる。長手方向シール１２０及びその溝は、コアポンプ組立体の両端を流体的に接続するのを防止するために、不連続とすることができる。環状シール１３０は、エンドピース５０、５２とステータ構成要素１２、１４との間に配置され、流路１００の半径方向外側に位置する直径を有する。これらの随意的なシールの目的は、半径方向外側の流路１００ｂに到達する漏れガス１１０の量を低減し、従って、当該流路１００ｂが接続されるポンプ段８０ｅが必要とする仕事量を低減し、ポンプ１０の効率をさらに向上させることである。しかしながら、本実施形態のコアポンプ組立体のシールシステム１２０、１３０は、シール１２０、１３０を通るコアポンプ組立体への何らかの漏れが上述のように流路１００によって低減されるため、従来のシールシステムほど正確であるか又は堅牢である必要はない。これは、２つのステータ構成要素１２、１４の間、及びステータ構成要素１２、１４とエンドピース５０、５２との間の正確な位置合わせが必要ないことを意味する。さらに、このことは、エラストマーシールが必要条件である従来のシールシステムとは対照的に、シール１２０、１３０がエラストマーシール又は非エラストマーシールのいずれかで構成され得ることを意味する。

【0076】

図４を参照すると、図１ａのコアポンプ組立体における線Ｙ－Ｙに沿った、２つのステータ構成要素１２、１４の第１の軸方向端面１５ａに向かって見た断面が示されている。パージガス漏れ流路１００ａ、１００ｂは、ステータ構成要素１２、１４の第１の軸方向端面１５ａにわたって延びる部分１０１ａ、１０１ｂをさらに備えることが分かる。これにより、第１の軸方向端面１５ａによって画定される接合面（すなわち、ステータ構成要素１２、１４とエンドピース５０との間の接合面）においてさらなるパージガスの漏れを集めることができる。

【0077】

図示の実施形態では、部分１０１ａ、１０１ｂは、半径方向内面１３ａ、１３ｂの対向する半径方向側面を流体的に接続するために使用され、従って、半径方向内面１３ａ、１３ｂの流路１００ａ、１００ｂの部分に流体的に接続される。このように、部分１０１ａ，１０１ｂは、第１の軸方向端面１５ａにおいてステータ構成要素１２、１４の一部を取り囲み、第１の軸方向端面１５ａに漏れたパージガスを集め、これを半径方向内面１３ａ，１３ｂにおける流路１００ａ、１００ｂの部分に移送する。これにより、パージガス漏れ流路１００ａ、１００ｂは、第１の軸方向端面１５ａを取り囲む部分１０１ａ、１０１ｂがエンドプレート５０との接合面において実質的に３６０度にわたって延びているため、ステータ構成要素１２、１４とエンドピース５０との間の接合面に漏れる可能性のある漏れガス１１０をより多く集めることができる。

【0078】

このように、より多量の漏れガス１１０が最低圧力のポンプ段８０ａ、８０ｂに入るのを防止することができ、その結果、ポンプ１０の高真空効率をさらに向上させることができる。

【0079】

図４に示される部分１０１ａ、１０１ｂは、実質的にＵ字形状であるが、半径方向内面１３ａ、１３ｂの対向する半径方向側面を接続するために他の何らかの適切な形状、例えば半円形状をとることができる。図示のように、部分１０１ａ、１０１ｂは異なる半径を有し、これらは、第１の軸方向端面１５ａにわたって半径方向に離間して入れ子になっている。

【0080】

図示の部分１０１ａ、１０１ｂは、ステータ構成要素１２、１４の第１の軸方向端面１５ａの対向する半径方向側面を接続する溝として設けられている。これらの溝は、ステータ構成要素１２、１４の第１の軸方向端面１５ａに機械加工（例えば、フライス加工）することができる。しかしながら、第１の軸方向端面１５ａにわたって漏れガス１１０を捕捉して移送するための他の何らかの適切な形態をとることができる。

【0081】

本発明は、内部にポンプ室が画定されたクラムシェル型ステータ構造（例えば、ルーツ型ポンプ及びクロー型ポンプ）に関連して説明されているが、本開示は、シールフリー設計が望ましい他のポンプにも適用できることが想定される。例えば、スクリューポンプは、本明細書で説明するものと同様の流路を組み込むことができるが、流路をスクリューの長さに沿って異なる位置に接続することができる。スクリューポンプに関連して、異なるスクリュー長さ位置は、本開示で議論される異なるポンプ室８０ａ－８０ｇに相当すると見なされる。
添付の図１から４で使用される参照数字の下記のリストは、参照を容易にするために提示される。

【符号の説明】

【0082】

１０ 真空ポンプ
１２ 第１のステータ構成要素
１３ ステータ構成要素接合面
１３ａ、１３ｂ ステータ構成要素の半径方向内面
１４ 第２のステータ構成要素
１５ａ、１５ｂ ステータ構成要素の軸方向端面
１６ 筐体カバー
１８ ヘッドプレート
２０ モータ
２２ 歯車カバー
２４ モータシール
２６ 歯車カバーシール
３０ エンドカバー
３２ エンドカバーシール
４０ 筐体
４２ 筐体シール
５０ 第１のエンドピース
５２ 第２のエンドピース
６０ サーマルスペーサ
７０ 不活性パージガス入口
７２ 排気口
８０ａ－ｇ ポンプ室
９０ 不活性ガス除去通路
１００ａ、１００ｂ パージガス漏れ流路
１０１ａ、１０１ｂ パージガス漏れ流路の部分
１０２ａ、１０２ｂ 第１の流路の曲がり部
１０４ａ、１０４ｂ 第２の流路の曲がり部
１１０ パージガス漏れ
１２０ 長手方向シール
１３０ 環状シール
Ｌ－Ｌ 長手方向軸
Ｒ－Ｒ 半径方向軸

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空ポンプであって、
実質的に密封された筐体と、
前記筐体内に配置され、内部に複数のポンプ室を画定するように接合された２つのステータ半体を備えるコアポンプ組立体と、
前記コアポンプ組立体を取り囲む前記筐体の内部に不活性パージガスを供給するために、前記筐体に流体的に接続された不活性パージガス入口と、
を備える、真空ポンプ。

【請求項2】

前記コアポンプ組立体と前記筐体との間に配置され、前記コアポンプ組立体を前記筐体から熱的に分離するためのサーマルスペーサをさらに備える、請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項3】

前記サーマルスペーサは、セラミック材料を含む、請求項２に記載の真空ポンプ。

【請求項4】

前記複数のポンプ室は、真空システムからプロセスガスを受け入れるように構成された入口ポンプ室を含み、
前記２つのステータ半体は、前記真空ポンプの高真空、入口側の第１の軸方向端面と、前記真空ポンプの低真空、出口側の対向する第２の軸方向端面との間に延び、前記２つのステータ半体の各々は、半径方向内面を画定し、前記半径方向内面に沿って一緒に接合され、
少なくとも１つのステータ半体は、前記第１の軸方向端面を前記入口ポンプ室の下流側のポンプ室に流体的に接続するパージガス漏れ流路を含む、
請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項5】

前記少なくとも１つのステータ半体は、前記第１の軸方向端面を前記入口ポンプ室の下流側の異なるポンプ室に流体的に接続する複数のパージガス漏れ流路を備える、請求項４に記載の真空ポンプ。

【請求項6】

前記複数のパージガス漏れ流路は、半径方向に間隔をあけて配置され、前記パージガス漏れ流路の半径方向外側の１つは、前記パージガス漏れ流路の半径方向内側の１つが流体的に接続されるポンプ室よりも容積が小さいポンプ室に流体的に接続される、請求項５に記載の真空ポンプにおいて、

【請求項7】

前記パージガス漏れ流路は、前記第１の軸方向端面から軸方向に延び、断面が実質的にＺ字形である、請求項４に記載の真空ポンプ。

【請求項8】

前記パージガス漏れ流路は、前記第１の軸方向端面にわたって延びる前記パージガス漏れ流路の部分をさらに含む、請求項４に記載の真空ポンプ。

【請求項9】

前記第１の軸方向端面にわたって延びる前記パージガス漏れ流路の前記部分は、半径方向内面の対向する半径方向側面を流体的に接続する、請求項８に記載の真空ポンプ。

【請求項10】

前記第１の軸方向端面上の前記パージガス漏れ流路の前記部分は、前記第１の軸方向端面に画定された溝を備える、請求項８に記載の真空ポンプ。

【請求項11】

前記パージガス漏れ流路は、前記半径方向内面の対向する半径方向側面上に、前記半径方向内面に画定された一対の溝を備える、請求項４に記載の真空ポンプ。

【請求項12】

前記コアポンプ組立体は、前記対向する第１及び第２の軸方向端面に接合されたエンドピースをさらに備える、請求項４に記載の真空ポンプ。

【請求項13】

前記コアポンプ組立体は、エラストマーシールを備えていない、請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項14】

モータと、
歯車ギアカバーと、
エンドカバーと、
をさらに備え、
前記モータ、前記歯車カバー及び前記エンドカバーの各々は、前記筐体の外側に配置されている、請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項15】

前記真空ポンプのロータ組立体を支持するための一対のヘッドプレートをさらに備え、
前記一対のヘッドプレートは、前記コアポンプ組立体から間隔をあけて配置されている、請求項１に記載の真空ポンプ。

【国際調査報告】