このような状況に遭遇したことはありませんか？真空システムのオイルを新しく交換したにもかかわらず、到達真空度がどうしても上がらない。シールやコールドトラップを長時間点検した結果、最終的に分かった原因は——オイルを入れるポンプを間違えていたこと。拡散ポンプに機械式真空ポンプ油を入れたり、ブースターポンプに拡散ポンプ油を使用したり、さらには3種類のポンプすべてに同じオイルを使用したりするケースもあります。その結果はどうなるでしょうか？機械式真空ポンプ油は、拡散ポンプ内の200℃という高温で分解して発煙します。一方、拡散ポンプ用シリコーンオイルを機械式真空ポンプに入れると、粘度が高すぎて十分にシールできません。高真空システムは1台のポンプだけで構成されるものではなく、前段機械式真空ポンプ、ブースターポンプ、拡散ポンプを直列に接続した排気系統です。各段階では、作動流体に求められる性能がまったく異なります。オイルを間違えると、軽度の場合は必要な真空度に到達できず、深刻な場合はポンプ本体が使用不能になります。今回はIOTAが、3種類のポンプ油についてまとめて説明します。

高真空システムの3段階排気系統とポンプ油の役割

一般的な高真空システムは、直列に接続された3つの段階で構成されています。第1段階は前段機械式真空ポンプで、ロータリーベーンポンプまたはロータリーピストンポンプが使用されます。大気圧から10⁻¹~10⁻²Paの低真空まで排気する役割を担います。この段階では圧力差が大きく、摩擦も激しいため、ポンプ油の主な役割はシール、潤滑、冷却です。通常は鉱物油（ISO VG 68-100）が使用され、適度な粘度、良好な抗乳化性、160℃を超える引火点が求められます。第2段階はブースターポンプで、油封式ルーツポンプまたは拡散エジェクターポンプが使用されます。作動範囲は10⁻¹~10⁻²Paで、機械式真空ポンプと拡散ポンプの間の圧力差をつなぐ「橋渡し」の役割を果たします。油封式ブースターポンプに使用される作動液は、主に鉱物油または合成炭化水素油です。機械式真空ポンプ油よりも低い蒸気圧と優れた熱安定性が求められますが、拡散ポンプ油ほど高い性能基準は必要ありません。第3段階は拡散ポンプで、10⁻¹から10⁻⁷Pa、またはそれ以下の高真空・超高真空領域で作動します。作動液を高温で加熱して高速の蒸気ジェットを発生させ、気体分子を運びます。拡散ポンプ油の作動温度は200-250℃に達するため、極めて低い飽和蒸気圧（<10⁻⁶Pa）と優れた熱酸化安定性が必要です。これが、DC704/IOTA 704やDC705/IOTA 705などのシリコーンオイルが、拡散ポンプの作動液として選ばれる根本的な理由です。鉱物油はこの温度で急速に分解し、蒸気圧が急上昇するため、到達真空度を維持できなくなります。

3種類のポンプ油の選定比較と主要パラメータ

選定の基本的な考え方は、まずポンプの種類と目標真空度を確認し、その後、蒸気圧、熱安定性、粘度という3つの条件に基づいてオイルを選ぶことです。機械式真空ポンプ油には、粘度VG68-VG100、引火点>160℃の鉱物油を選び、特に抗乳化性を重視します。ブースターポンプ油はポンプの種類によって異なり、油封式の場合は低蒸気圧の鉱物油または合成炭化水素油を使用します。拡散ポンプ油には、蒸気圧が<10⁻⁶Paのシリコーンオイルまたはポリフェニルエーテルを使用する必要があります。以下は、3種類のポンプ油の主要パラメータ比較です。

パラメータ 機械式真空ポンプ油 ブースターポンプ油 拡散ポンプ油（IOTA 704/705）
使用ポンプ ロータリーベーンポンプ/ロータリーピストンポンプ 油封式ルーツポンプ/エジェクターポンプ 油拡散ポンプ
目標真空度 10⁻¹~10⁻²Pa 10⁻¹~10⁻²Pa（接続段階） 10⁻⁴~10⁻⁸Pa
代表的なオイル 鉱物油VG68-100 鉱物油/合成炭化水素油 シリコーンオイル（IOTA 704/705）
蒸気圧（25℃） ~10⁻²~10⁻³Pa ~10⁻³~10⁻⁴Pa 2×10⁻⁸（IOTA704）/3×10⁻¹⁰torr（IOTA705）
作動温度 60-80℃ 80-120℃ 200-250℃

IOTA拡散ポンプ用シリコーンオイル：704と705の選び方

IOTAの真空製品ラインは拡散ポンプ用シリコーンオイルに重点を置いており、ダウのDCシリーズに対応する2種類の製品を提供しています。IOTA 704（テトラメチルテトラフェニルトリシロキサン、CAS 3982-82-9、分子量484）は、25℃における蒸気圧が2×10⁻⁸torr、粘度が38±3cSt、引火点が≥210℃、到達真空度が10⁻⁷~10⁻⁸torrです。一般的な高真空コーティング、真空冶金、光学コーティングなどに適しています。IOTA 705（ペンタフェニルトリメチルトリシロキサン、CAS 3390-61-2、分子量546）は、蒸気圧が3×10⁻¹⁰torrと非常に低く、粘度が170-175cSt、引火点が≥243℃、屈折率が1.5765-1.5785です。到達真空度は10⁻⁹~10⁻¹⁰torrに達し、質量分析計、加速器、半導体プロセスなどの超高真空用途に適しています。選定方法は非常に簡単です。目標真空度が10⁻⁷torrレベルの場合は704を選び、10⁻⁹torr以上を目指す場合は705を選びます。両製品はDC 704/705と化学構造が完全に同一で、CAS番号も同じです。価格はダウ製品の約50-60%で、国内在庫品は3-5日で納品できます。

3種類のポンプ油を混用した事故データと正しい構成方法

真空装置保守業界のデータによると、ポンプ油の誤使用は拡散ポンプ故障の最大の原因であり、40%以上を占めています。代表的な事故として、ある真空コーティング工場が機械式真空ポンプ用の鉱物油を誤って拡散ポンプに入れた事例があります。200℃に加熱された鉱物油は分解し、高い蒸気圧を持つ軽質成分を大量に発生させました。その結果、到達真空度は10⁻⁶Paから10⁻²Paまで悪化し、ポンプ内壁に深刻な炭素堆積物が形成されました。拡散ポンプ全体を分解して洗浄する必要があり、2週間を超える設備停止損失が発生しました。もう一つのよくある間違いは、拡散ポンプ用シリコーンオイルを機械式真空ポンプに入れることです。シリコーンオイルは粘度が高く、IOTA 704は38cSt、IOTA 705は170cStに達します。これは機械式真空ポンプ油のVG68-100の範囲を大きく超えるため、ロータリーベーンのシール不良、排気速度の低下、さらにはポンプの固着を引き起こす可能性があります。高真空システムの正しい構成は、前段機械式真空ポンプにVG100鉱物系真空ポンプ油、ブースターポンプ段に低蒸気圧合成炭化水素油、拡散ポンプ段に目標真空度に応じてIOTA 704（10⁻⁷torrレベル）またはIOTA 705（10⁻⁹torrレベル）を使用することです。3段階のオイルは絶対に混用せず、オイル交換時にはポンプ室を完全に洗浄する必要があります。

拡散ポンプ用シリコーンオイルの選定では、蒸気圧、到達真空度、熱安定性など、複数のパラメータを組み合わせて評価する必要があります。IOTA 704とIOTA 705は、DC 704/705との化学的同等性を実現しています。完全なTDSデータは、ダイレクトメッセージでお問い合わせください。高真空システムの目標真空度やポンプの組み合わせについてご不明な点がある場合は、公式ウェブサイトの技術相談窓口からIOTA技術チームまでお問い合わせください。