真空発生器
真空発生器は、空気やガスを排出して容器内部を低圧状態にし、いわゆる“真空”あるいはそれに近い圧力状態を作り出すための装置である。産業分野では、半導体製造から食品包装、医薬品プロセスなど幅広い領域で利用され、必要な真空度や処理量に応じて多様な機構が選択される。例えばエジェクタやメカニカルポンプ、ロータリポンプなどの方式が存在し、それぞれが特徴的な原理で真空発生器としての役割を果たす。近年では省エネルギーやメンテナンスフリーを重視した構造が求められ、インバータ技術やスマートセンサを組み合わせることで、効率の高いシステムを実現する例も増えている。
原理
真空発生器の原理は、容器内の分子を物理的または流体力学的手段で取り除くことに集約される。エジェクタ方式ではcompressed airなど高圧の気体をノズルから噴出させ、ノズル後方に生じる低圧領域を利用して空気を排出する。メカニカルポンプでは、回転子やピストンによって密閉空間の容積を変化させ、内部ガスを強制的に押し出すことで容器内を減圧する。いずれの方式においても、最終的には限りなく低い圧力状態を目指すが、機構により到達可能な真空度や排気速度に差が生じる。
種類
真空発生器は、一般的に大きく分けてエジェクタ方式とメカニカルポンプ方式の二種類に大別される。エジェクタ方式は構造がシンプルで取り扱いが容易だが、大流量のcompressed airを必要とするためランニングコストが高くなる傾向がある。一方、メカニカルポンプ方式は高い真空度を安定して得られるが、構成部品の摩耗やオイル管理など定期的なメンテナンスを欠かせない。用途に応じて適切なタイプを選択することが重要である。
エジェクタ方式
エジェクタ方式の真空発生器は、ベンチュリ管の原理を応用している。高圧のcompressed airをノズルから高速で流し、狭くなった管路を通ることで気圧差を生み出す。これによって周囲の空気やガスを吸引し、排気として放出する。装置の構造が簡素で大きな可動部品がなく、比較的小型で振動も少ない点がメリットである。主に搬送や吸着用として実装される場合が多く、半導体製造装置のハンドリングや真空パッドでの固定などに活用されている。
メカニカルポンプ方式
メカニカルポンプ方式の真空発生器は、ロータリポンプやスクロールポンプ、ピストンポンプなど複数の派生型が存在する。機械的に密閉空間の体積を変化させることでガスを押し出す原理で、比較的高い真空度を持続的に得られる点が特徴である。ロータリポンプでは回転翼によって気体を搬送するため排気速度が安定し、スクロールポンプではオイルレスで運転できる利点がある。いずれも稼働部品の摩耗やオイルの管理が必要となる場合があるが、半導体の製造工程や大規模な真空チャンバーを扱う装置では必須の方式といえる。
用途
真空発生器は多様な産業で利用される。例えば半導体製造ではドライエッチングや成膜プロセスなどに利用され、特定ガスの排気や低圧雰囲気の構築が不可欠である。食品包装では内部の酸素を減らすことで鮮度を保ち、医薬品製造では気体中の微粒子や汚染リスクを減らすために用いられる。実験室レベルでも試料分析や化学実験に欠かせない装置であり、必要な真空度や処理量によって装置選定が行われる。これらの幅広い応用分野が、真空発生器技術の改良と多様化を牽引しているといえる。
注意点
- エジェクタ方式ではcompressed airの供給圧力や流量の変動が吸引性能に直結するため、定格条件を満たすエアソースの確保が必須である。
- メカニカルポンプではオイル漏れや温度上昇が性能に影響し、長時間の連続運転時には冷却や定期メンテナンスが求められる。
- 真空チャンバー自体のシール性や材料特性によっても最終的な真空度が左右されるので、装置選定だけでなく周辺環境の管理も重要である。