真空ポンプ

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ポンプは、3つの手法によって大別されます。

容積式ポンプは、キャビティを繰り返し拡張し、チャンバーから気体を流入させ、キャビティを密閉し、大気へ排気する機構を用います。 分子ポンプとも呼ばれる運動量移送ポンプは、高密度の流体を高速で噴射したり、高速で回転する羽根を使って気体分子を室外にたたき出すものである。 エントラップメントポンプは、固形または吸着状態の気体を捕獲する。 クライオポンプ、ゲッター、イオンポンプなどがこれにあたる。

容積式ポンプは低真空に最も効果的である。 1台または2台の容積式ポンプと組み合わせたモーメンタムトランスファポンプは、高真空を達成するために使用される最も一般的な構成である。 この構成では、容積式ポンプは2つの役割を果たします。 まず、高真空を得るためにモーメンタムトランスファーポンプを使用する前に、排気する容器内を大まかに真空状態にします。 第二に、容積式ポンプは高真空ポンプで排気された分子の蓄積を低真空に排気して、運動量移送ポンプをバックアップする。 エントラップメントポンプは、超高真空を達成するために追加することができるが、空気分子やイオンを捕捉する表面を定期的に再生する必要がある。 このため、低・高真空での使用時間が短く、超高真空での使用に限定される。 また、ポンプは、製造公差、シール材、圧力、流量、油蒸気の入場または入場なし、サービス間隔、信頼性、ほこりへの耐性、化学物質への耐性、液体と振動への耐性などの詳細が異なります

Positive displacement pumpEdit

手動水ポンプが水が埋めるために突入する真空状態を作ることによって、ウェルから水を吸い上げ。 ある意味、井戸を真空にする働きをしますが、汚れの漏れ率が高いため、質の高い真空状態を長時間維持することはできません。

スクロールポンプの仕組み

部分真空は、容器を増量して発生させてもかまいません。 無限の成長を必要とせず、無限に真空を続けるには、真空の区画を繰り返し閉鎖し、排気し、再び拡張すればよい。 これが容積式ポンプ(例えば手動式ウォーターポンプ)の原理である。 ポンプ内部では、密閉された小さな空洞を機構が膨張させ、その圧力を大気圧よりも低くする。 この圧力差により、チャンバー(この例では井戸)からポンプ内の小さな空洞に液体が押し込まれます。 その後、ポンプのキャビティはチャンバーから密閉され、大気に開放され、微小なサイズに絞られます。

ほとんどの産業用途には、より高度なシステムが使用されているが、循環的な体積除去の基本原理は同じである。

  • ロータリーベーンポンプ、最も一般的
  • ダイヤフラムポンプ、油の汚染がゼロ
  • 液体リングは塵に高い耐性
  • ピストンポンプ。 真空度変動
  • スクロールポンプ、最高速ドライポンプ
  • スクリューポンプ(10 Pa)
  • ワンゲルポンプ
  • 外部ベーンポンプ
  • ルーツブロワー、ブースターポンプとも呼ばれます。
  • 多段式ルーツポンプは、複数の段を組み合わせることにより、高い揚水速度と圧縮比を実現します。 スクロールポンプは10Pa(新品時)、ロータリーベーンオイルポンプは金属室がきれいで空であれば0.5Paを簡単に達成することができます。1 Pa。

    容積式真空ポンプは、サイクルごとに同じ体積のガスを動かすので、逆流に打ち勝たない限り、そのポンプ速度は一定である。

    Momentum transfer pumpEdit

    turbomolecular high vacuum pumpの断面図

    momentum transfer pumpでは、ガス分子は真空側から排気側(通常、容積型ポンプで減圧に保たれている)に加速される。 運動量輸送ポンプは、約0.1kPaの圧力以下でのみ可能です。 物質は、流体力学の法則に基づき、圧力の違いによって流れ方が異なります。 大気圧や穏やかな真空では、分子は互いに作用し合い、隣接する分子を押す、いわゆる粘性流と呼ばれる現象が起こります。 分子間の距離が大きくなると、分子は他の分子よりもチャンバーの壁と相互作用することが多くなり、分子ポンプは容積式ポンプよりも効果的に働くようになる。 この領域は一般に高真空と呼ばれる。

    分子ポンプは機械ポンプよりも広い範囲を掃引し、より頻繁にそれを行うので、はるかに高いポンプ速度が可能になる。 分子ポンプは、真空と排気の間のシールを犠牲にして、これを行う。 シール性がないため、排気口の圧力が小さいとポンプ内に逆流しやすく、これを失速という。

    分子ポンプには、大きく分けて拡散ポンプとターボ分子ポンプがあります。 どちらのポンプも、ポンプ内に拡散してきた気体分子に運動量を与えて吹き飛ばすものである。 拡散ポンプはオイルや水銀を噴射して気体分子を吹き飛ばすが、ターボ分子ポンプは高速のファンで気体を押し出す。 いずれも大気圧に直接排気すると失速してポンプが作動しなくなるので、機械式ポンプで作った低級な真空に排気する必要がある。

    容積式ポンプと同様に、漏れ、アウトガス、逆流がポンプ回転数に等しくなると基準圧力に達するが、今度は漏れとアウトガスを逆流と同程度に抑えることが非常に難しくなる。 構造は、遠心ポンプとターボポンプのハイブリッド概念に基づいています。 通常、多段遠心ポンプと同様に、ロータ上の数組の直交する歯が、静止した中空溝内の空気分子を循環させる構造になっている。 1×10-5 mbar (0.001Pa)(Holweckポンプと組み合わせた場合)まで到達し、直接大気圧まで排気することが可能です。 例えば、Edwards EPX(技術論文)、Pfeiffer OnTool™ Booster 150などがあります。 サイドチャンネルポンプと呼ばれることもある。 大気圧から高真空への排気速度が速いこと、排気側にベアリングを設置できるためコンタミネーションが少ないことから、半導体製造工程のロードロックに使用されている

    このタイプのポンプは、低圧では大気圧への復帰に多くの電力を消費するため、ターボ分子ポンプ(<100W)より電力消費が大きい(~1kW)。

    Entrapment pumpEdit

    Entrapment pumpには、低温を利用して気体を固体または吸着状態に凝縮するクライオポンプ、気体を反応させて固体残留物を生成する化学ポンプ、強い電場を利用して気体をイオン化し、固体基板にイオンを推進するイオンポンプがある。 クライオモジュールはクライオポンプを使用する。 その他、吸着ポンプ、非蒸発ゲッターポンプ、チタンサブリメーションポンプ(繰り返し使用できる蒸発ゲッターの一種)などがあります。

    その他の種類編集

    • ベンチュリー真空ポンプ(アスピレーター)(10~30kPa)
    • スチームエジェクター(段数により真空度は異なるが非常に低くできる)

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