JP3109161U - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 掃引容積部を包囲するシールの状態を指示することができるポンプ装置を提供する。
【解決手段】 導管(9)は、ガスの流れを、ポンプの掃引容積部又はキャビティ(2)を包囲するシールチャンバ(7)に供給する。導管(9)は、シールチャンバ(7)へのガスの流量を制限するための絞り部(10)を有している。絞り部(10)の両側にそれぞれ設けられた圧力変換器(12,13)から出力された信号は、シールチャンバ(7)からポンプのキャビティ(2)へのガス漏れを検出するのに使用され、かくして、キャビティの周りのシール(6)の状態を指示するのに使用される。
【選択図】 図３

Description

本考案は、ポンプ装置に関する。

例えば、半導体製造工場内で見られる真空ポンプのように、真空チャンバ内がオイルフリーであり、従って、清浄な環境内で有用な真空ポンプが知られている。かかる環境では、もし潤滑材料が真空チャンバ内に存在すると、かかる潤滑材料は、潜在的には、半導体プロセス用チャンバに戻って侵入することがあり、そして、潤滑材料が半導体プロセス用チャンバに侵入すると、製造下にある製品の汚染を生じさせる。かかる「ドライ」真空ポンプは、普通、各段の真空チャンバ内で互いに噛合う噛合いロータを採用している多段ポジティブ排出ポンプである。ロータは、各チャンバ内において同じ種類のプロファイル又は形状を有していてもよいし、チャンバごとに異なるプロファイルを有していてもよい。

ルーツ式、スクリュー式又はノージー式（爪式）装置のいずれかにおいて、各チャンバは、典型的には、ポンプの分離して機械加工された２つのステータ構成要素によって構成され、ポンプのロータ構成要素は、ステータ構成要素間に構成されるキャビティ内に位置している。ポンプで排出（ポンピング）されたプロセスガスがキャビティから漏れることを防止するために、しかも、任意の周囲空気がキャビティ内に入ることを防止するために、ステータ構成要素間にシールを設けることが必要である。典型的には、このシール機能を発揮するＯリングシールが設けられる。かかるシールは、典型的には、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）等のフッ化エラストマー材料で形成される。

ドライ真空ポンプは、しばしば、かなりの量の腐食性流体、特に、ハロゲンガス及び溶剤をポンプで排出することが必要な適用例で使用される。かかる材料は、Ｏリングシールを攻撃し、その結果、これらのシールは過剰に可塑性になり、すなわち、非常にもろくなり、それにより、ステータ構成要素間に設けられたシールの完全性に悪影響を及ぼす。

シールへの攻撃の強さは、多数の変数に依存し、変数は、例えば、ポンプで排出された流体の性質、Ｏリングシールを形成する材料、ポンプの温度を含む。この観点から、シールを交換する適当な間隔を予知すること、かくして、ポンプの完全性を維持することは非常に困難である。シールの外観検査は、ほとんど実際的ではない。

これらの課題は、特に、フッ素等の反応性ガスを、反応によってガスの組成物が変化する半導体プロセス設備からポンプで排出するときに重要である。プロセスチャンバに収容されるガス流に関する正確な知識があっても、ポンプに入る反応性ガスの質又は性質、従って、予期された有効シール寿命を予知することは無理であろう。推奨される維持方法が頻繁なシール漏れ検査を含むことがしばしばあるが、この方法は高価であり且つ面倒であり、その結果、しばしば省略される。

原理的には、その他の種類のセンサを、シールの累積露出レベル、すなわち、シールの状態を測定する試みに使用してもよい。例えば、分光器技術又は化学的技術を、ガスの組成を測定するのに採用してもよい。しかしながら、かかる技術は、複雑な構成手順を必要とし、実行するのにコスト高である。
なお、本願考案者は、本願考案についての従来技術文献を知見していないので、その記載を省略する。

本考案は、少なくともその好ましい実施形態では、上述した課題及びその他の課題を解決することを目的とする。

本考案は、ポンプ掃引容積部と、このポンプ掃引容積部を包囲するシールチャンバと、このシールチャンバに流体を供給し且つシールチャンバへの流体の流量を制限する流れ抵抗部を有する導管と、流れ抵抗部の前後の圧力差を決定するための決定装置とを有するポンプ装置を提供する。

本考案の実施形態において、好ましくは、流れ抵抗部は導管内の絞り部によって構成される。
本考案の実施形態において、好ましくは、流れ抵抗部の前後の流体の流量は、流れ抵抗部の一方の側の流体圧力の変動が流れ抵抗部の他方の側の流体に短時間で伝達されない流量である。
本考案の実施形態において、好ましくは、流れ抵抗部は、多孔性焼結材料、非多孔性ブロック内に形成された毛管、及びバルブからなるグループの１つによって構成される。
本考案の実施形態において、好ましくは、圧力差を決定する決定装置は、少なくとも１つの圧力変換器を有する。
この実施形態において、好ましくは、少なくとも１つの圧力変換器は、流れ抵抗部の上流側の導管内の流体圧力を指示する信号を出力するように構成された第１の圧力変換器と、流れ抵抗部の下流側の導管内の流体圧力を指示する信号を出力するように構成された第２の圧力変換器とを有する。
この実施形態において、更に好ましくは、第１の圧力変換器及び第２の圧力変換器空の信号を受信し且つこれらの信号によって指示される流体圧力の差に応じて警報を発生させるためのコントローラを有する。
この実施形態において、更に好ましくは、警報は、流れ抵抗部の前後の圧力差が所定の値を越えたときに発生される。
また、本考案の実施形態において、好ましくは、導管は、流体をリザーバに供給するためにリザーバに接続される。
この実施形態において、好ましくは、リザーバは、パージガスをポンプ装置のポンプに供給するように構成される。
また、本考案の実施形態において、好ましくは、シールチャンバは、その一部分が２つのＯリングシールによって構成される。
この実施形態において、好ましくは、Ｏリングシールがエラストマー材料で形成される。

本考案のポンプ装置により、掃引容積部を包囲するシールの状態を指示することができる。

以下、添付図面を参照して、本考案の好ましい特徴を例示のみの仕方で説明する。
図１は、ドライポンプの排気段から見たステータ構成要素１の表面３を示す。第２のステータ構成要素（図示せず）の表面が、それに対応するステータ構成要素１の表面３と接触するように配置されると、隣接したステータ構成要素の間にキャビティ２が形成される。このキャビティ２は、ポンプを組立てたときにポンプのロータ構成要素（図示せず）を収容するように構成され、一般的に、ポンプ掃引容積部と呼ばれている。ドライポンプは、典型的には、いくつかのかかるキャビティを有しており、各キャビティ２は、隣接したキャビティとポート４を介して連通している。

第１のＯリングシール５が、キャビティ２の周囲にわたって設けられている。このＯリングシール５は、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）等のフッ化エラストマー材料で形成されていることが好ましく、ポンプを使用しているときにキャビティ２からポンプで排出されるプロセスガス又は洗浄用ガスがキャビティ２から漏れることを防止し且つ周囲空気がキャビティ２内に入ることを防止するように、隣接したステータ構成要素間の流体密シールを構成する。しかしながら、前に説明したように、かかるガスは、特に攻撃的であり、ポンプの多くの部品への損傷を容易に生じさせることがある。典型的には、Ｏリングシール５は、かかる環境内で役に立たなくなる最初の構成要素である。このことに照らして、第１のＯリングシール５と同様の第２のＯリングシール６が、第１のＯリングシールとキャビティ２の周囲との間に設けられている。Ｏリングシール５、６は、隣接したステータ構成要素間にＯリングシール５、６を配置するのに使用される溝８、９（図２参照）の間に形成された浅いチャンネル又は溝７によって分離されている。チャンネル７により、少量の流体、例えば窒素等のガスが２つの隣接したステータ構成要素とＯリングシール５、６との間に捕捉され、Ｏリングシール５，６は一緒に、ガスのためのシールチャンバを構成する。ガスは、図３の符号１６で指示するように、ガスリザーバから導管９及びポート７ａを通ってチャンネル７に入る。

図３に示すように、導管９は、流れ抵抗部又は絞り部１０と１方向バルブ１１とを含んでいる。２つの圧力変換器１２、１３が絞り部１０のそれぞれの端部と流体連通するように設けられている。

絞り部１０は、いくらか多孔性の焼結材料で形成され、この焼結材料は、絞り部１０が導管９に配置されたときに絞り部１０がむしろダムのように作用するようにガスの流れを阻止し、それにより、一定量のガスだけが絞り部を通過することが可能である。変形例として、絞り部１０は、細いメータリングバルブによって構成されていてもよいし、中実材料に細い毛管孔を形成することによって構成されていてもよい。

一方向バルブ１１は、ポンプ内の圧力がガスの供給圧力よりも上昇する不測の事態における供給リザーバの汚染を防止する。一方向バルブ１１はまた、ガスの供給が一時的に遮断されたりその他の影響がある場合、一方向バルブ１１よりも下流側の導管９内の圧力の変動を最小にするのに役立つ。

圧力変換器１２、１３はそれぞれ、絞り部１０の各側における導管９内の圧力Ｐ２、Ｐ１を計測し、計測された圧力を指示する信号をコントローラ１４に送信する。

導管９へのガスの供給は、ガスモジュール１５によって制御される。この構成では、ガスモジュール１５は、リザーバから導管９内へのガスの供給を調整するアクティブマニホールドである。ガスモジュール１５は、導管９内に供給されるガスの流量及び圧力等の１又は２以上の特性を指示する信号をコントローラ１４に送信するように構成されている。かかるガスモジュールは、ガスをポンプ内のさまざまな箇所に、例えば、ガスをポンプからの不純物をフラッシングするためのパージガスとして使用すべき箇所に分配するのに使用される。

使用に当たっては、絞り部１０の下流側のガスと上流側のガスとの間の圧力平衡が達成されるまで、加圧ガス（典型的には約６ｐｓｉ（０．０４１ＭＰａ））を導管９に沿って絞り部１０を通してチャンネル７に供給する。絞り部１０の下流側のチャンネル７内に加圧ガスが存在することにより、ポンプの使用中、ポンプが通常の定常状態作動条件にあるとき、キャビティ２（ポンプの掃引容積部）内のポンピングされたガスがサブ大気（典型的には８００ｍｂａｒ（０．０００８ＭＰａ））に近づくにつれて、第２のＯリングシール６の前後にかなりの圧力差が生じる。この状態では、第２のＯリングシール６が新しく且つ損傷がないとき、圧力変換器１２、１３から出力される信号は、ほぼ等しく、変動がない。しかしながら、第２のＯリングシール６がポンプで排出されたガスによってかなり損傷しているとき、第２のＯリングシール６の完全性が低下し、チャンネル７内の比較的高い圧力のガスの存在とキャビティ２内の比較的低い圧力のガスの存在により、加圧ガスはチャンネル７からキャビティ２に漏れ始め、この漏れはこれらの圧力を平衡させようとする。図４に示すように、導管９内の絞り部１０の存在により、圧力変換器１２によって測定された圧力Ｐ２は、減少し始め、圧力変換器１３によって測定された圧力Ｐ１は、供給圧力のままである。従って、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の差は、キャビティ２内へのガス漏れを指示し、かくして、第２のＯリングシール６の損傷を指示する。これにより、圧力変換器１２、１３から出力された信号を受信するコントローラ１４は、圧力差が所定の値を越えたら第２のＯリングシール６の損傷を指示する警報を、例えばディスプレイを介して、出力することを可能にする。

かくして、上述した装置は、ポンプの内側の限界シールの状態について信頼できる指示を提供する。かかる指示により、余計な介入なしに、メンテナンス間隔を長くすることが可能になり、作業コストを軽減することを可能にする。これらの限界構成要素の劣化の予測性が改善されたので、結果として、潜在的に危険な漏れの可能性が減少する。

要約すれば、導管はガスの流れをポンプの掃引容積部を包囲するシールチャンバに供給する。導管は、シールチャンバへのガスの流量を制限する絞り部を有している。絞り部の各側に設けられた圧力変換器から出力された信号は、シールチャンバからポンプ掃引容積部内へのガスの漏れを検出するのに使用され、かくして、掃引容積部を包囲するシールの状態を指示する。

シール組立体を示すステータ構成要素の正面図である。 図１のシール組立体の側面図である。 シール組立体の完全性を監視するための装置の図である。 時間に対するシール組立体内のガスの圧力変化を示すグラフである。

符号の説明

１ ステータ構成要素
２ キャビティ
５ Ｏリングシール
６ Ｏリングシール
７ チャンネル
９ 導管
１０ 絞り
１２ 圧力変換器
１３ 圧力変換器
１４ コントローラ

Claims (12)

1. ポンプ掃引容積部と、このポンプ掃引容積部を包囲するシールチャンバと、このシールチャンバに流体を供給し且つ前記シールチャンバへの流体の流量を制限する流れ抵抗部を有する導管と、前記流れ抵抗部の前後の圧力差を決定するための決定装置を有することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記流れ抵抗部は、導管内の絞り部によって構成されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記流れ抵抗部の前後の流体の流量は、前記流れ抵抗部の一方の側の流体圧力の変動が前記流れ抵抗部の他方の側の流体に短時間で伝達されない流量であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ装置。
4. 前記流れ抵抗部は、多孔性焼結材料、非多孔性ブロックに形成された毛管、及びバルブからなるグループの１つによって構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプ装置。
5. 圧力差を決定する前記決定装置は、少なくとも１つの圧力変換器を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
6. 前記少なくとも１つの圧力変換器は、前記流れ抵抗部の上流側の導管内の流体圧力を指示する信号を出力するように構成された第１の圧力変換器と、前記流れ抵抗部の下流側の導管内の流体圧力を指示する信号を出力するように構成された第２の圧力変換器と、を有することを特徴とする請求項５に記載のポンプ装置。
7. 更に、前記第１の圧力変換器及び前記第２の圧力変換器空の信号を受信し且つこれらの信号によって指示される流体圧力の差に応じて警報を発生させるためのコントローラを有することを特徴とする請求項６に記載のポンプ装置。
8. 前記警報は、前記流れ抵抗部の前後の圧力差が所定の値を越えたときに発生されることを特徴とする請求項７に記載のポンプ装置。
9. 前記導管は、流体をリザーバに供給するためにリザーバに接続されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
10. 前記リザーバは、パージガスを前記ポンプ装置のポンプに供給するように構成されることを特徴とする請求項９に記載のポンプ装置。
11. 前記シールチャンバは、その一部分が２つのＯリングシールによって構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のポンプ装置。
12. 前記Ｏリングシールがエラストマー材料で形成されることを特徴とする請求項１１に記載のポンプ装置。

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