(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューロータが、ケーシングに両端部を支承される軸部と、該軸部の両端部を除いた外面に形成される歯形部より構成され、該歯形部の軸直角断面形状が、クインビー曲線，円弧およびアルキメデス曲線から成る非対称螺旋に形成され、一対のスクリューロータの歯形部を噛み合わせて上記ケーシングの内筒部内を回転しケーシング内の流体を吸入口側から吐出口に送出するドライ真空ポンプにおいて、
上記スクリューロータの歯形部の長さをＬとしたときに、歯形部の外径を歯形部の中央部から流体吐出側に向かって小径となる１／（２０Ｌ）のテーパ面を設けると共に、上記歯形部の中央から吸入側に約１０mm寄った位置から該テーパ面に向けて、上記歯形部の直径が３／１００〜４／１００mm小径となる研削仕上げ面を形成したことを特徴とするドライ真空ポンプ。
【請求項２】
スクリューロータが、ケーシングに両端部を支承される軸部と、該軸部の両端部を除いた外面に形成される歯形部より構成され、該歯形部の軸直角断面形状が、クインビー曲線，円弧およびアルキメデス曲線から成る非対称螺旋に形成され、一対のスクリューロータの歯形部を噛み合わせて上記ケーシングの内筒部内を回転しケーシング内の流体を吸入口側から吐出口に送出するドライ真空ポンプにおいて、
上記スクリューロータの歯形部の長さをＬとしたときに、歯形部の外径を歯形部の中央部から流体吐出側に向かって小径となる６／（１００Ｌ）〜７（１００Ｌ）のテーパ面を設けると共に、上記内筒部の中央から吸入側に約１０mm寄った位置から吐出側に向けて上記内筒部の内径を、３／１００〜４／１００mm拡大したことを特徴とするドライ真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライ真空ポンプに関するものであり、詳しくは、腐食性のある流体に接触するケーシング，スクリューロータの材質を耐食性のあるＮｉ合金材としたドライ真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライ真空ポンプの構造は、図４の横断面図，図５の縦断面図に示すように、ポンプのケーシングＣは、鋳鉄製の主ケーシング１と、主ケーシング１の左側に組付けられるサイドケース２と、主ケーシング１の左側に組付けられるサイドケース３と、サイドケース２に取付けられるギヤケース４とにより構成される。
ギヤケース４にはモータ５が取付けられ、サイドケース２には２個の軸受凾６が、サイドケース３には２個の軸受凾７がそれぞれ取付けられる。
【０００３】
主ケーシング１には長手方向の全長にわたって相互に連通する内筒部１ａが設けられ、それぞれの内筒部１ａに駆動側のスクリューロータ８，従動側のスクリューロータ９が収容される。
スクリューロータ８，９は球状黒鉛鋳鉄材であり、それぞれ軸部８ａ，９ａと、軸部８ａ，９ａの両端部を除いた外面に形成される歯形部８ｂ，９ｂとにより構成され、歯形部８ｂ，９ｂの軸直角断面形状は、クインビー曲線，円弧およびアルキメデス曲線から成る非対称螺旋に形成される。
【０００４】
駆動側のスクリューロータ８の軸部８ａの右端部は、サイドケース３の一方の（図４おいて下側になる）軸受函７に設けられたベアリング１０に支承され、軸部８ａの左端部は、サイドケース２の一方の（図４おいて下側になる）軸受函６に設けられたベアリング１１に支承され、その左側にタイミングギヤ１２が嵌着され、軸部８ａの左端はカプリング１３を介してモータ５の出力軸５ａに連結される。
【０００５】
従動側のスクリューロータ９の軸部９ａの右端部は、サイドケース３の他方の（図４おいて上側になる）軸受函７に設けられたベアリング１４に支承され、軸部９ａの左端部は、サイドケース２の他方の（図４おいて上側になる）軸受函６に設けられたベアリング１５に支承され、その左側にはタイミングギヤ１２と噛み合うタイミングギヤ１６が嵌着される。
【０００６】
モータ５の出力軸５ａが回転すると、駆動側のスクリューロータ８が回転し、タイミングギヤ１６，１２を経由して従動側のスクリューロータ９が反対方向に同速度で回転し、歯形部８ｂ，９ｂは相互に噛み合った状態で主ケーシング１の内筒部１ａ内を回転し、主ケーシング１の吸入口１７から吸入された流体をサイドケース３の吐出口１８に送出する（図５参照）。
【０００７】
歯形部８ｂ，９ｂは吸入側よりも吐出側の温度上昇が大きいので、吐出側の熱膨張を考慮して歯形部８ｂ，９ｂの外径には吐出側に向かって小径となる１／（１０Ｌ）のテーパ面を設けていた（Ｌは歯形部８ｂ，９ｂの長さ）。
従って、歯形部８ｂ，９ｂの吸入側端部の外径寸法Ｄ1 は、主ケース１の内筒部１ａの内径に対して直径で０．２〜０．２５mmのアランスが形成される寸法とし、歯形部８ｂ，９ｂの吐出側端部の外径寸法Ｄ2 は、主ケース１の内筒部１ａの内径に対して直径で０．３〜０．３５mmのクリアランスが形成される寸法としていた。
【０００８】
近年の半導体加工装置においては、微細加工が必須要件となり、プラズマＣＶＤ（Cemical Vapour Deposition ）やプラズマEtcherが多く採用されるようになり、それに伴って加工装置の周辺をクリーンに洗浄するので、付着した生成物をＣ2 Ｆ6 等を流して除去している。
このＣ2 Ｆ6 はプラズマにより活性化弗素Ｆ＊となり、プロセスガス中のＳｉＨ4 （シランガス）や、配管等に付着したＨ2 ０（水分）のＨと反応してＨＦ（弗酸）となる。
【０００９】
ＨＦは周知のとおり非常に腐食性が強く、大抵の物質をアタックして腐食してしまうので、加工装置の周辺のガスを吸引するドライ真空ポンプにも腐食対策が必要である。
スクリューロータ形式のドライ真空ポンプでは、スクリューロータ及びケーシングの腐食性ガスに接触する内面を、例えば、Teflon CoatingやDefric Coating（ポリイミド樹脂）等の樹脂コーティングするのが一般的であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特に、生成物の発生するプロセスに採用されるドライ真空ポンプは、生成物がポンプ内にDeposit するのを防止する目的で高温化しているので、ＨＦの化学反応が促進されて樹脂コーティングが剥離される問題があり、樹脂コーティングが剥離されると、ケーシングの内面とスクリューロータ外周面との隙間が大きくなり、吐出口に送給されるべき流体が吸入口側にリークするため、真空度が低下する問題が発生していた。
【００１１】
従来は、この問題を回避するため、ドライ真空ポンプのケーシング及びスクリューロータをＮｉを含有した鋳鉄として耐食性を高める工夫が成されたが、この材料は耐食性を有する反面切削性が悪く、主ケーシング１の内筒部１ａの長さが長く内筒部１ａの内径の約５倍であるため、この内筒部１ａをボーリング加工する場合に、大きな切削抵抗を受けるボーリングバーＢB に撓みが生じ、ボーリングバーＢB 先端のバイトＢT が逃げる問題がある（図６参照）。
【００１２】
主ケーシング１の内筒部１ａの内面を両側から１／２Ｌづつ加工すれば、ボーリングバーＢB を短くすることができるが、片方の１／２Ｌをボーリングした後に主ケーシング１を１８０度向きを変えてセッティングし直す関係で、加工終了後の両内面の中心線には１／１００〜２／１００mm程度のずれを生じることがある。
中心線に僅かな位置誤差が生じると、内筒部１ａの内面の中央部の内径がそれだけ小さくなった場合と同様になり、スクリューロータ８，９の歯形部８ｂ，９ｂの外周面に接触し易くなる（図７参照）。
【００１３】
又、Ｎｉを含有した鋳鉄は、一般の鋳鉄に比較して熱膨張係数が大きく、高温化した場合に熱歪みで変形する問題があった。
ポンプ運転時のケーシング高温化によるケーシング歪が加わると、ケーシング及びスクリューロータの摺動部分に焼付現象が発生する問題があり、この問題を解決する対策に窮していた。
【００１４】
上記問題を解決するために、種々の実験が試みられたが、ドライ真空ポンプの性能は、少なくとも運転開始（冷態時から開始）して１５〜２０分以内に１０-3Torr（１Ｐａオーダー）に到達する真空度に達することが要求されるので、単に焼付きを防止するためにはスクリューロータを外径を小さくして隙間を拡大することは解決策にならない。
又、スクリューロータ外面に樹脂被膜をコーティングした方式では約２０〜３０ミクロンの樹脂被膜の剥離により更に隙間が拡大してポンプ性能が極端に低下するので、樹脂被膜方式は改めなければならない。
【００１５】
種々の実験を通して、Ｎｉを含有した鋳鉄製のケーシング及びスクリューロータが高温化した場合の熱膨張，熱歪みを確認し、この対策として、ケーシングの中央部付近から吐出側にかけて、熱膨張量，変形量及び現状の機械加工精度のセンターのずれを考慮した隙間を確保すればよいことが判った。
本発明は、かかる実験結果からその許容される加工寸法精度範囲を見極めて構成されたものであり、ケーシング及びスクリューロータを難削性のＮｉを含有した鋳鉄材とし、実験結果の許容寸法精度を確保することにより、運転時にポンプが高温になっても焼付現象の生じないドライ真空ポンプを提供することものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、
スクリューロータが、ケーシングに両端部を支承される軸部と、該軸部の両端部を除いた外面に形成される歯形部より構成され、該歯形部の軸直角断面形状が、クインビー曲線，円弧およびアルキメデス曲線から成る非対称螺旋に形成され、一対のスクリューロータの歯形部を噛み合わせて上記ケーシングの内筒部内を回転しケーシング内の流体を吸入口側から吐出口に送出するドライ真空ポンプに採用されるものであり、
スクリューロータのみを寸法修正する第１の発明と、スクリューロータ及びケーシングを寸法修正する第２の発明の２種類がある。
スクリューロータのみを寸法修正する発明は、
上記スクリューロータの歯形部の長さをＬとしたときに、歯形部の外径を歯形部の中央部から流体吐出側に向かって小径となる１／（２０Ｌ）のテーパ面を設けると共に、上記歯形部の中央から吸入側に約１０mm寄った位置から歯形部の吐出側に向けて、上記歯形部の直径が３／１００〜４／１００mm小径となる研削仕上げ面を形成する。
【００１７】
スクリューロータ及びケーシングを寸法修正する発明では、
上記スクリューロータの歯形部の長さをＬとしたときに、歯形部の外径を歯形部の中央部から流体吐出側に向かって小径となる６／（１００Ｌ）〜７（１００Ｌ）のテーパ面を設けると共に、上記内筒部の中央から吸入側に約１０mm寄った位置から吐出側に向けて上記内筒部の内径を、３／１００〜４／１００mm拡大する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態の具体例を図面を参照して説明する。
図１は本発明を第１実施例を示すスクリュー形式のドライ真空ポンプの縦断面図であり、ポンプの構造は図１，２に示す従来例と同様であるので、従来例と同一部品には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
主ケーシング１及びスクリューロータ８，９は、Ｎｉを含有したＦＣＤ（ＪＩＳ規格のＦＣＤＡ−Ｎｉ系統）製とする。
【００１９】
歯形部８ｂ，９ｂの形状は従来と同様であるが、螺旋リード数を多くして螺旋による流体閉込室を複数にすることにより、歯形部８ｂ，９ｂ中央部付近から吐出側に向けての領域の隙間が拡大しても、多数の螺旋がリークを遮断するシール線となることを利用し、歯形部８ｂ，９ｂの外径に、歯形部８ｂ，９ｂの中央部から流体吐出側（図２において左側）に向かって小径となる１／（２０Ｌ）のテーパ面を設ける（Ｌは歯形部８ｂ，９ｂの長さ）。
【００２０】
これによって歯形部８ｂ，９ｂの吸入側端部の直径Ｄ3 は内筒部１ａに対して直径で０.1５〜０.2０mmのクリアランスを有するのに対して歯形部８ｂ，９ｂの吐出側端部の直径Ｄ4 は内筒部１ａに対して直径で０.3５〜０.4０mmのクリアランスとなる。
【００２１】
更に、歯形部８ｂ，９ｂの中央から吸入側にΔＬ（ΔＬは約１０mm）寄った点から吐出口１８方向に向けて歯形部８ｂ，９ｂの直径が３／１００〜４／１００mm小径となる研削面を設ける。
この研削面は上記テーパ面と交差する。
【００２２】
以上のように構成されたドライ真空ポンプは、運転により歯形部８ｂ，９ｂの吐出側の熱膨張が吸入側よりも大きいが、歯形部８ｂ，９ｂの中央部から流体吐出側に向かって小径となるテーパ面が設けられているので、運転中における歯形部８ｂ，９ｂと内筒部１ａとのクリアランスは、歯形部８ｂ，９ｂの全長にわたってほぼ均一な適正値に保たれる。
又、内筒部１ａの中央部が僅かながら小径になりがちな問題は、研削面によって解決される。
【００２３】
図２は本発明を第２実施例を示すスクリュー形式のドライ真空ポンプの縦断面図であり、第１実施例との相違点は、歯形部８ｂ，９ｂのみならず内筒部１ａににもクリアランス確保用の加工を施したことである。
この第２実施例では、歯形部８ｂ，９ｂの長さをＬとしたときに、歯形部８ｂ，９ｂの外径を歯形部８ｂ，９ｂの中央部から流体吐出側に向かって小径となる６／（１００Ｌ）〜７（１００Ｌ）のテーパ面を設ける。
【００２４】
これによって、歯形部８ｂ，９ｂの吸入側端部の直径Ｄ3 は内筒部１ａに対して直径で０.1５〜０.2０mmのクリアランスを有するのに対して歯形部８ｂ，９ｂの吐出側端部の直径Ｄ5 は、内筒部１ａに対して直径で０.3０〜０.3５mmのクリアランスを有する。
更に、内筒部１ａの中央から吸入側にΔＬ（ΔＬは約１０mm）寄った位置から吐出側に向かって内筒部１ａに直径で３／１００〜４／１００mm拡大した拡大内径Ｄ6 を設ける。
この拡大内径Ｄ6 の作用，効果は第１実施例の歯形部８ｂ，９ｂの吐出側端部の直径Ｄ4 及び研削面と同様である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は以上述べたように構成されているので、下記に示すような効果を奏する。
高温で且つ腐食性のあるガスをドライ真空ポンプで吸引する場合に、ガスに接触するスクリューロータ及びケーシングを耐食性に優れたＮｉ含有鋳鉄で構成することが望まれていたが、Ｎｉ含有鋳鉄が難削性を有し、しかも、運転時の熱膨張が大きく熱歪みがあるために、スクリューロータ及びケーシングに焼付きが生じる問題があり実施することができなかったが、本発明はスクリューロータの外径に所定寸法精度の加工を施すことにより、或いは、スクリューロータの外径とケーシングの内筒部の所定寸法精度の加工を施すことにより、ドライ真空ポンプの吸引性能を劣化させることなく、ケーシングの難削性の問題と、運転時の焼付きの問題を解決することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のスクリュー型ドライ真空ポンプの寸法を説明する要部縦断面である。
【図２】本発明の第２実施例のスクリュー型ドライ真空ポンプの寸法を説明する要部縦断面である。
【図３】従来のドライ真空ポンプの寸法を説明する縦断面である。
【図４】ドライ真空ポンプの横断面図である。
【図５】図４の縦断面図である。
【図６】ボーリングバーの撓みの説明図である。
【図７】主ケーシングの両側からボーリングした場合の加工内面の中心を不一致の説明図である。
【符号の説明】
Ｃ            ケーシング
１            主ケーシング
１ａ          内筒部
８，９        スクリューロータ
８ａ，９ａ    軸部
８ｂ，９ｂ    歯形部
Ｄ3           歯形部の吸入側端部の直径
Ｄ4           第１実施例における歯形部の吐出側端部の直径
Ｄ5           第２実施例における歯形部の吐出側端部の直径
Ｄ6           第２実施例における主ケーシングの吐出側端部の直径
【図１】
0003831115.tif 000002
【図２】
0003831115.tif 000003
【図３】
0003831115.tif 000004
【図４】
0003831115.tif 000005
【図５】
0003831115.tif 000006
【図６】
0003831115.tif 000007
【図７】
0003831115.tif 000008