異なる真空範囲におけるポンプ時間の計算

- Jun 29, 2018-


真空システムの使用目的は、要求される真空度およびポンピング時間を決定し、それに応じて適切な真空ポンプが選択される。 この論文では、異なる真空領域でのポンピング時間の計算について説明します。

 

1.大気圧低真空範囲におけるポンプ時間の計算

 

低真空領域とは、100KPa〜0.2KPaの真空度をいう。 低真空領域の真空チャンバとポンプとの間の接続ゾーンでは、ガス分子が粘性である場合、初期圧力p1、到達圧力P2、ポンピング速度S、および容積V(配管を含む)によってポンピング時間を計算することができる)。

 

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p1-初期圧力(大気圧)[Pa]

 

P2到達圧力[Pa]

 

t - ポンピング時間[分]

 

Vボリューム[L]

 

実際のポンプ速度[L / min]

 

導管および弁のボトルネック効果を考慮に入れて、実際のポンピング速度は、理論ポンピング速度の80%とおおよそ推定することができる。

 

2.中間真空領域におけるポンプ時間の計算

 

高真空および超高真空領域とは、200Pa〜0.2Paの真空をいう。中間真空領域のダクト内の気体分子は、粘性流と分子流の中間状態にあり、汲み上げ速度は下記の第3項で説明した低真空域または高真空域のものと簡単に計算されます。 通常の状況下では、ポンピング時間は2通りの方法で別々に計算され、計算値の大きい結果が使用されます。

 

考慮すべき真空排気係数:

 

(1)真空に達した

 

(2)ポンプ速度

 

(3)導電率

 

(4)実際の排気速度

 

(5)ガス排出量

 

(6)漏れ率

 

真空チャンバを真空ポンプで排気すると、チャンバ内の圧力は急激に低下するが、一定時間後に徐々に圧力が低下して一定値になる傾向がある。 この現象の主な理由は、材料の表面収縮である。 図1に示すように、圧力変化の異なる領域は、それぞれ空間ポンピングおよび表面ポンピングと呼ばれる。 真空度をさらに高めるために、一般的に使用される対策は次のとおりです。


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圧力とポンピング時間の関係

 

(1)表面にガスが少ない材料を選択する。

 

(2)電解研磨等により材料の表面積を減少させ、続いてガス分子の吸着を減少させる。

 

(3)キャビティを焼成して表面の吸着ガスの放出を促進する。

 

3. 高真空および超高真空領域におけるポンプ時間の計算

 

ここで、高真空および超高真空領域とは、0.2Pa未満の真空度をいう。高真空領域では、容器壁および容器内の物体からのガス放出を十分に考慮する必要がある。 したがって、ポンピング時間とポンピング速度の計算は低真空の計算とは異なる。

 

 

p(t)に達した圧力

 

実際のポンプ速度

 

Ql-キャビティの漏れ

 

Qg(t) - チャンバ内に放出されるガスの量

 

P0-初期圧力

 

ガス放出量Qg(t)は、時間tとともに減少する。 計算の始めに、ポンピング時間を仮定すると、達成された真空度は、その時のブリード空気の量に基づいて得られる。 計算結果p(t)が所望の真空度と一致しない場合には、時間が再び仮定され、新しい仮想時間に応じたガス放出量が再び計算される。 反復的に、最終的にp(t)を必要な真空範囲内にする。

 

高真空領域におけるポンピング時間の計算は、低真空領域におけるポンピング時間の計算よりはるかに複雑である。 真空チャンバの内面が150〜200℃でアルコール洗浄およびベーキングを受けると、後者のガス放出は約10%減少する。 そのため、同じポンプで到達した真空度も高くなります。

 

真空チャンバ内の構成要素の形状及び材料は、到達真空度及びポンピング時間にも大きく影響を及ぼす。 樹脂ベースの材料が使用される場合、到達真空度は、金属表面からの気体の単なる排出よりも2〜3桁劣る。 内部ねじを使用すると、ねじ部の残留ガスはポンピング時間とともにゆっくりと放出されます。 ねじ部のガス排出を促進するには、ねじの中心に穴を開けるか、ねじ部の側面に通気孔を開けます(図2)。 したがって、内部構造が複雑になればなるほど、真空に影響を与える要素が増えます。

 

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図2スレッドポンピングの概略図。