(57)【要約】      （修正有）【課題】固形物がスクリューロータ間に侵入した場合であっても、ロックを回避できる真空ポンプを提供する。【解決手段】第１スクリューロータ３２ａおよび第２スクリューロータ３２ｂを備え、これらが同期反転して排気を行う真空ポンプであって、前記第２スクリューロータ３２ｂの表面硬度は、前記第１スクリューロータ３２ａの表面硬度より高い、真空ポンプが提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スクリューロータおよび第２スクリューロータを備え、これらが同期反転して排気を行う真空ポンプであって、
前記第２スクリューロータの表面硬度は、前記第１スクリューロータの表面硬度より高い、真空ポンプ。
【請求項２】
前記第１スクリューロータは、第１母材および第１表面部材からなり、
前記第２スクリューロータは、第２母材および第２表面部材からなり、
前記第２表面部材の硬度は、前記第１表面部材の硬度より高い、請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記第２母材は前記第１母材と共通している、請求項２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記第１スクリューロータの表面は樹脂であり、前記第２スクリューロータの表面は金属である、請求項１乃至３のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記樹脂は自己潤滑性を有する、請求項４に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
前記第１スクリューロータおよび前記第２スクリューロータを加熱するヒートアップ機構を備える、請求項１乃至５のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項７】
前記第１スクリューロータおよび前記第２スクリューロータは、マグネットカップリングによって同期反転する、請求項１乃至６のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項８】
前記第１スクリューロータと前記第２スクリューロータとを同期させるためのタイミングギヤを備えない、請求項７に記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのスクリューロータが同期反転して排気を行う真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、真空ポンプが開示されている。同文献の真空ポンプは２つのスクリューロータを備え、これらが同期反転することで排気を行う。２つのスクリューロータ間には、運転時に互いが衝突しないよう、微小な隙間（クリアランス）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０１２２４号公報
【特許文献２】特開２００９−９２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
真空引きの際、対象の装置から固形物が排出されることもあるし、吸い込んだ気体が真空ポンプ内で固まって固形物が生成されることもある。このような固形物がスクリューロータ間の隙間に侵入すると、スクリューロータがロックして真空ポンプが停止してしまうおそれがある。
【０００５】
特に、２つのスクリューロータがマグネットカップリングによって同期反転する真空ポンプの場合にこの問題は顕著である。マグネットカップリングにより同期回転する場合、互いのタイミングはマグネットカップリング力（磁石量）に依存するため、固形物が侵入したときの負荷によっては、スクリューロータ間の位相がずれ、結果としてスクリューロータどうしが衝突して真空ポンプがロックしてしまうことがある。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、スクリューロータ間に固形物が侵入した場合であっても、ロックを回避できる真空ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、第１スクリューロータおよび第２スクリューロータを備え、これらが同期反転して排気を行う真空ポンプであって、前記第２スクリューロータの表面硬度は、前記第１スクリューロータの表面硬度より高い、真空ポンプが提供される。
この構成によれば、第１スクリューロータ表面硬度が低いために、第１スクリューロータと第２スクリューロータとの間に固形物が侵入した場合であっても、第１スクリューロータの表面が摩耗することによって固形物が吐き出され、真空ポンプのロックが回避される。
【０００８】
前記第１スクリューロータは、第１母材および第１表面部材からなり、前記第２スクリューロータは、第２母材および第２表面部材からなり、前記第２表面部材の硬度は、前記第１表面部材の硬度より高くしてもよい。
この構成によれば、少なくとも第１表面部材および第２表面部材の硬度が異なっていればよく、第１母材および第２母材を同一材料とすることもできるし、異なる材料とすることもできる。
【０００９】
望ましくは、前記第２母材は前記第１母材と共通している。
この構成によれば、第１スクリューロータと第２スクリューロータの熱膨張量をほぼ等しくすることができる。
【００１０】
前記第１スクリューロータの表面は樹脂であり、前記第２スクリューロータの表面は金属であってもよい。
この構成により、第２スクリューロータの表面硬度を第１スクリューロータの表面硬度より高くすることができる。
【００１１】
望ましくは、前記樹脂は自己潤滑性を有する。
この構成により、第１スクリューロータに固形物が付着するのを抑制できる。
【００１２】
真空ポンプは、前記第１スクリューロータおよび前記第２スクリューロータを加熱するヒートアップ機構を備えてもよい。
この構成により、始動時に第１スクリューロータおよび第２スクリューロータを予め運転時の温度まで加熱しておくことで、第１スクリューロータおよび第２スクリューロータが熱膨張して両者間の隙間を狭くすることができ、真空ポンプの始動直後から所望の性能を発揮できる。
【００１３】
望ましくは、前記第１スクリューロータおよび前記第２スクリューロータは、マグネットカップリングによって同期反転し、より望ましくは、前記第１スクリューロータと前記第２スクリューロータとを同期させるためのタイミングギヤを備えない。
タイミングギヤ用の油が不要であるため、真空ポンプの設置姿勢の自由度が高くなる。また、小型化も可能である。
【発明の効果】
【００１４】
スクリューロータの表面硬度が互いに異なるため、スクリューロータ間に固形物が侵入した場合であっても、ロックを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る真空ポンプの断面図。
【図２】モータ部２を上方から見た図。
【図３】ポンプ部３の一部の拡大図。
【図４】スクリューロータ３２ａ，３２ｂを加熱するヒートアップ機構４を有する真空ポンプの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１７】
図１は、一実施形態に係る真空ポンプの断面図である。この真空ポンプは、例えば理化学機器、医療装置、半導体製造装置などに使用され、その製造プロセス等において、真空ポンプを真空チャンバに接続し、真空チャンバ内に導入されたプロセスガスを真空ポンプによって真空排気するものである。真空ポンプは、ハウジング１と、ハウジング１内の上部に設けられたモータ部２と、ハウジング１内にあってモータ部２の下方に設けられたポンプ部３とを備えている。
【００１８】
ハウジング１には、吸気口１１と排気口１２とが形成されている。吸気口１１および排気口１２の位置に特に制限はないが、例えば吸気口１１および排気口１２はポンプ部３の上部および下部に対応する位置にそれぞれ設けられる。吸気口１１は対象装置の排気口に接続され、対象装置から気体を吸い込む。吸い込んだ気体は、排気口１２から排気される。ただし、吸気口１１は対象装置から固形物を吸い込んだり、吸い込んだ気体がハウジング１内で固まって固形物が生成されたりすることもある。
【００１９】
図２は、モータ部２を上方から見た図であり、モータ部２は、ステータ２１と、ロータ２２ａ，２２ｂとを有する。ロータ２２ａ，２２ｂはマグネットカップリングによって同期反転する。より具体的には、ロータ２２ａ，２２ｂの外周にはＳ極およびＮ極が交互に形成されており、ステータ２１に巻かれたコイルに通電することで、磁力によってロータ２２ａ，２２ｂは互いに位相が揃った状態が保たれつつ、互いに逆方向に回転する。なお、本真空ポンプはマグネットカップリングによって同期反転するため、ロータ２２ａ，２２ｂを同期させるためのタイミングギヤを設けなくてもよい。
【００２０】
図１に戻り、ロータ２２ａ，２２ｂはポンプ部３に向かって下方に延びており、ハウジング１に固定された軸受１３ａ，１３ｂによって回転可能かつ鉛直方向に支持されている。
【００２１】
ポンプ部３は、主軸３１ａおよびスクリューロータ３２ａと、主軸３１ｂおよびスクリューロータ３２ｂとを有する。主軸３１ａはスクリューロータ３２ａに固定されており、これらは一体に形成（加工）されてもよい。主軸３１ｂおよびスクリューロータ３２ｂも同様である。主軸３１ａ，３１ｂは例えば金属製であり、上方においてロータ２２ａ，２２ｂと固定され、下方においてハウジング１に固定された軸受１４ａ，１４ｂによって回転可能に支持される。そして、ロータ２２ａ，２２ｂの同期反転によってスクリューロータ３２ａ，３２ｂが同期反転することにより、排気を行う。
【００２２】
図３は、ポンプ部３の一部の拡大図である。図示のように、スクリューロータ３２ａ，３２ｂが同期反転している場合には、スクリューロータ３２ａ，３２ｂ間には微小な隙間４０（クリアランス）がある。よって、スクリューロータ３２ａ，３２ｂが同期反転している限り、両者は互いに接触することなく噛み合っている。ただし、スクリューロータ３２ａ，３２ｂの位相がずれた場合（若干のマージンはあるが）、両者が接触し得る。
【００２３】
隙間４０の大きさは、例えば数十ミクロン程度であり、小さいほど真空ポンプとしての性能が良くなる。隙間４０には上記の固形物が異物として侵入して嵌まることもあり、場合によっては隙間４０より大きな異物が嵌まることもあり得る。
【００２４】
なお、スクリューロータ３２ａ，３２ｂとハウジング１との間、スクリューロータ３２ａと主軸３１ｂとの間、スクリューロータ３２ｂと主軸３１ａとの間にも同様に隙間が設けられている。
【００２５】
本実施形態の特徴の１つとして、スクリューロータ３２ａ，３２ｂは互いに表面硬度が異なっており、一方（以下、スクリューロータ３２ａとする）の表面硬度は他方（以下、スクリューロータ３２ｂとする）の表面硬度より高い。
【００２６】
仮に両者の表面硬度が等しい場合、隙間４０より大きな異物が隙間４０に嵌まった場合に、マグネットカップリングではトルクが弱いために、スクリューロータ３２ａ，３２ｂの位相がずれ、結果として両者が衝突してロックしてしまう可能性がある。
【００２７】
しかしながら、本実施形態では、隙間４０より大きな異物が隙間４０に嵌まった場合であっても、表面硬度が低いスクリューロータ３２ｂの表面が摩耗することによって隙間４０がわずかに大きくなり、異物が隙間４０から外れて吐き出される。したがって、スクリューロータ３２ａ，３２ｂは同期反転を続けることができ、スクリューロータ３２ａ，３２ｂのロックを回避できる。
【００２８】
一例として、スクリューロータ３２ａ，３２ｂを硬度が互いに異なる金属製としてもよく、この場合、硬度（ブルネリ硬さ）の差が１０以上であるのが望ましい。より具体的な例として、スクリューロータ３２ａの表面をステンレスＳＵＳ（硬度１８７）とし、スクリューロータ３２ｂの表面をアルミＡ５０５２（硬度６８）とすることができる。
【００２９】
別の例として、スクリューロータ３２ａ，３２ｂを硬度が互いに異なる樹脂製としてもよく、この場合、硬度（ロックウェル硬さ）の差が１０以上であるのが望ましい。より具体的な例として、スクリューロータ３２ａの表面をＰＰＳ（硬度１２３）とし、スクリューロータ３２ｂの表面をＰＥＥＫ（硬度９９〜１０７）とすることができる。
また別の例として、スクリューロータ３２ａを金属製とし、スクリューロータ３２ｂを樹脂製とすることができる。
【００３０】
スクリューロータ３２ａ，３２ｂは、少なくとも表面硬度が互いに異なっていればよい。図１（ａ）に示すように、スクリューロータ３２ａの全体およびスクリューロータ３２ｂの全体が単一の材料から形成され、当該材料の硬度が互いに異なっていてもよい。
【００３１】
あるいは、図１（ｂ）に示すように、スクリューロータ３２ａ，３２ｂが、表面処理などによって母材３２ａ１，３２ｂ１および表面部材３２ａ２，３２ｂ２から構成されるようにし、少なくとも表面部材３２ａ２，３２ｂ２を異なる材料（例えば前者は金属、後者は樹脂）として表面硬度が互いに異なるようにしてもよい。表面部材３２ｂ２の厚さは例えば数十μｍとすることができるが、対象装置からの異物の大きさが予測できる場合には、その大きさよりも厚くしておくのが望ましい。母材３２ｂ１が露出しないようにするためである。
【００３２】
この場合、母材３２ａ１，３２ｂ１を共通にしておく（例えばともに金属とする）のが望ましい。これにより、スクリューロータ３２ａ，３２ｂの熱膨張量をほぼ等しくすることができるためである。
【００３３】
また、スクリューロータ３２ａ，３２ｂの一方を単一材料から形成し、他方を母材および表面部材から形成し、一方における単一材料と他方における表面部材とを異なるものにすることで、スクリューロータ３２ａ，３２ｂの表面硬度が互いに異なるようにしてもよい。この場合も、一方における単一材料と他方における母材とを共通にしておくのが望ましい。
【００３４】
各例において、樹脂を用いる場合、摩擦係数が小さい（すなわち自己潤滑性を有する）樹脂を適用することで、固形物の付着を減らす効果も期待できる。そのような樹脂として、例えばＰＰＳやＰＴＦＥ（いわゆるテフロン（登録商標））が挙げられる。また、樹脂を用いることで、仮に隙間４０が設計値より小さく製造されてスクリューロータ３２ａ，３２ｂが接触したとしても、使用を続けることで（あるいは慣らし運転をすることで）樹脂が摩耗し、適切な隙間４０が形成される。そのため、製造時の精度をそれほど厳密にする必要もなくなる。
【００３５】
なお、金属製の主軸３１ａ，３２ｂと樹脂製のスクリューロータ３２ａ，３２ｂとを組み合わせる場合、主軸３１ａ，３２ｂの表面を荒くしておき、射出成型等によって材料が異なる主軸３１ａ，３１ｂとスクリューロータ３２ａ，３２ｂとを強固に一体化させることができる。
【００３６】
ところで、真空ポンプは運転時に熱が発生し、それによってスクリューロータ３２ａ，３２ｂが熱膨張する。よって、真空ポンプの使用前あるいは始動直後においては、隙間４０は相対的に大きく、始動後にスクリューロータ３２ａ，３２ｂの熱膨張により隙間４０が狭くなる。このことを考慮し、運転時にスクリューロータ３２ａ，３２ｂが熱膨張しても両者が接触しないよう、隙間４０の大きさが設定されている。そのため、真空ポンプの始動直後は隙間４０が大きいために、所望の性能を発揮できないこともあり得る。
【００３７】
特に、スクリューロータ３２ａ，３２ｂに樹脂を用いる場合、一般に樹脂は金属より熱膨張量が大きいため、初期の隙間４０を大きめに設定する必要があり、始動直後に性能が低下することもあり得る。その場合、スクリューロータ３２ａ，３２ｂを予め加熱することが考えられる。
【００３８】
図４は、スクリューロータ３２ａ，３２ｂを加熱するヒートアップ機構４を有する真空ポンプの断面図である。ヒートアップ機構４は、例えばハウジング１のポンプ部３に対応する位置に巻かれたジャケットヒータである。ヒートアップ機構４を用いて、真空ポンプを始動する前にスクリューロータ３２ａ，３２ｂを予め運転時の温度まで加熱し、スクリューロータ３２ａ，３２ｂを熱膨張させておく。これにより隙間４０が十分に狭くなり、真空ポンプは始動直後から所望の性能を発揮できる。
【００３９】
なお、熱膨張量が大きい樹脂を用いる場合にヒートアップ機構４を設けるのが特に有効であるが、金属を用いる場合にヒートアップ機構４を設けてもよい。
【００４０】
このように、本実施形態では、スクリューロータ３２ａ，３２ｂの表面硬度が異なるようにする。そのため、両者の隙間４０に固形物が嵌まった場合であっても、表面硬度が低い方の表面が摩耗することで固形物が吐き出され、真空ポンプのロックを回避できる。
【００４１】
なお、２つのスクリューロータの表面硬度を互いに異なるようにすることは、タイミングギヤを持たずマグネットカップリングによって同期反転する真空ポンプに特に好適であるが、タイミングギヤによって同期反転する真空ポンプにも有効である。
【００４２】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００４３】
１  ハウジング
１１  吸気口
１２  排気口
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ  軸受
２  モータ部
２１  ステータ
２２ａ，２２ｂ  ロータ
２３  コイル
３  ポンプ部
３１ａ，３１ｂ  主軸
３２ａ，３２ｂ  スクリューロータ
３２ａ１，３２ｂ１  母材
３２ａ２，３２ｂ２  表面部材
４  ヒートアップ機構
４０  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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