(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口と吐出口に連通する内筒部を有するケーシングと、該ケーシングに支承される軸部に、軸直角断面形状がクインビー曲線，円弧，疑アルキメデス曲線により形成される螺旋状の歯形部が一体的に設けられ、該歯形部が相互に噛み合った状態で上記内筒部内に収容される複数のスクリューロータと、該複数のスクリューロータの軸にそれぞれ装着され相互に噛み合うタイミングギヤと、該タイミングギヤを上記軸に固定するロック機構とを備えたドライ真空ポンプにおいて、
上記スクリューロータの材質は、質量比で２０〜３０％のＮｉを含有する球状黒鉛鋳鉄材であり、軟鋼製の上記ロック機構とほぼ同一の熱膨張係数を有することを特徴とするドライ真空ポンプ。
【請求項２】
上記ロック機構は、上記軸部の端部外周面に嵌合する嵌合部と先端が上記タイミングギヤに当接する押動突起とを有するロック部材と、該押動突起を上記タイミングギヤに押付ける締付け部材とにより構成されることを特徴とする請求項１記載のドライ真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクリューロータ形式のドライ真空ポンプに係り、例えば半導体製造装置に発生するガスに対して耐食性を必要とする場合に使用される真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクリューロータ形式のドライ真空ポンプの構造を図１の横断面図に基づいて説明すると、ポンプのケーシングは、主ケーシング１と、主ケーシング１の右端面に取り付けられる吸入側サイドケース２と、主ケーシング１の左端面に取り付けられる吐出側サイドケース３と、吐出側サイドケース３の左端面に取り付けられるギヤケース４により構成される。
ギヤケース４にはモータ５が取付られる。
【０００３】
主ケーシング１の内部には、主ケーシング１の軸方向を貫通する内筒部１ａが設けられ、内筒部１ａの右側には、主ケーシング１に設けられた吸入口６が連通し、内筒部１ａの左側は、吐出側サイドケース３に設けられた吐出口７に連通する。
符号８は主ケーシング１の冷却水室である。
吸入側サイドケース２に２つの貫通孔９が設けられ、内部にベアリング１１を内蔵した軸受函１０が貫通孔９に取付られる。
吐出側サイドケース３に２つの貫通孔１２が設けられ、内部にベアリング１４を内蔵した軸受函１３が貫通孔１２に取付られる。
【０００４】
２本のスクリューロータ１５は、軸直角断面形状はクインビー曲線，円弧，疑アルキメデス曲線により形成される螺旋状の歯形部１５ａと、歯形部１５ａの両端に設けられる軸部１５ｂとにより構成される。
歯形部１５ａは、相互の噛み合った状態で内筒部１ａ内に収容され、軸部１５ｂはそれぞれベアリング１１，１４に支承される。
【０００５】
２本のスクリューロータ１５のうち、図１において下側に示される駆動側スクリューロータ１５には、軸部１５ｂの左端部にタイミングギヤ１６が挿通され、ロック機構１７で固定され、軸部１５ｂの左端はカプリング１８を介してモータ５の出力軸に連結される。
図１において上側に示される従動側スクリューロータ１５には、軸部１５ｂの左端部に、タイミングギヤ１６に噛み合うタイミングギヤ１９が挿通され、ロック機構１７で固定される。
【０００６】
図１の部分拡大図である図２に示すように、ロック機構１７は、ロック部材２０と締付け部材２１とにより構成され、ロック部材２０の一方の面に、軸部１５ｂの外周面に嵌合する嵌合部２２が形成され、軸部１５ｂの端面に設けられたねじ孔２３に相対する貫通孔２４が設けられ、嵌合部２２の外側に押動突起２５が形成される。
【０００７】
ロック部材２０の嵌合部２２を軸部１５ｂに嵌め込むと、ロック部材２０が軸部１５ｂにがたつくことなく装着されると共に、押動突起２５がタイミングギヤ１６の側面に設けられた環状溝２６の底に当接する。
締付け部材２１はボルトであり、先端をロック部材２０の貫通孔２４を通してねじ孔２３にねじ込むと、押動突起２５がタイミングギヤ１６を押圧し、タイミングギヤ１６がベアリング１４と押動突起２５に挟圧されて軸部１５ｂに固着される。
【０００８】
モータ５が回転すると、カプリング１８と共に駆動側スクリューロータ１５が回転し、駆動側スクリューロータ１５の回転はタイミングギ１６，１９を介して従動側スクリューロータ１５に伝達され、２本のスクリューロータ１５が同速度で反対方向に回転し、吸入口６から吸引された流体を吐出口７へ送出する。
運転により、吸入口６につながる領域が次第に減圧されると共に、ケーシングが高温になるので、ケーシングを水冷する。
【０００９】
従来、半導体製造装置に使用される真空ポンプでは、腐食性のガスを吸引するので、内筒部１ａやスクリューロータ１５の表面に耐食性の樹脂コーティングを施工するのが一般的であった。
例えば、Teflon Coating ,Defric Coating（ポリイミド樹脂）等のコーティングをスクリューロータ１５の表面，内筒部１ａの内面に厚さ２５〜３０ミクロン施していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造装置ではプラズマを使った微細加工が重要視されるようになり、清浄化の目的で、製造過程にＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 等の弗化物を流す装置の採用が多くなり始めた。
特に、プラズマＣＶＤ（Chemical vapour deposition）やプラズマエッチャー（Etcher）が多く採用され、この工程では装置に付着した窒化生成物を除去するために、ＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 等の弗化物を流すが、このガスはプラズマに励起されて活性化弗素系Ｆ＊が発生する。
【００１１】
このＦ＊は化学的に極めて活性であるため、プロセスガス中のＨ2 と反応してＨＦとなる。
ＨＦは周知のとおり非常に腐食性が強く、樹脂コーティングを腐食し、粉化してしまう。
特に、生成物の発生するプロセスに採用される真空ポンプは、生成物がケーシング内で固化して堆積するのを防止するために高温にしているので、ＨＦの反応が促進され、樹脂コーティングに剥離が生じる。
【００１２】
スクリューロータ１５の表面，内筒部１ａの表面に施した厚さ２５〜３０ミクロンの樹脂コーティングが剥離すると、スクリューロータ１５と内筒部１ａとの間に直径で１００〜１２０ミクロンの隙間が発生し、真空ポンプの性能が極端に悪化する。
ドライ真空ポンプでは封液を使用していない関係で、この隙間の拡大は重大な欠陥になる。
【００１３】
スクリューロータ１５，ケーシング１をコーティングしないで耐食性に優れた材料を使用することが考えられるが、耐食性のある材料としてのＳＵＳ（ステンレス）材は難切削材であるため、スクリューロータ１５のように形状が複雑で且つ高い寸法精度が要求されるものには不適当であり、しかも、熱膨張係数が大きく、且つ、焼付を起こし易い欠点があるので、使用できない。
【００１４】
そのために、機械的強度の高い球状黒鉛鋳鉄にＮｉを添加して耐食性をもたせた材料でスクリューロータ１５，ケーシング１を作成したが、Ｎｉの添加量によって熱膨張係数が異なり、軟鋼製のロック機構１７との熱膨張係数が相違するために、運転中にロック機構１７が緩んでタイミンググヤ１６，１９にスリップが生じ、スクリューロータ１５が相互に接触する問題が生じる。
【００１５】
又、軸部１５ｂを支承するベアリング１４と軸受函１３のベアリング嵌合部がクリープ現象を起こしたり、ベアリング１４の損傷等の誘因となっていた。
本発明は、Ｎｉの添加量によって熱膨張係数が異なることを逆に利用して、軟鋼製のロック機構１７と同一の熱膨張係数のＮｉ含有球状黒鉛鋳鉄を作り、上記の問題を解決しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、
吸入口と吐出口に連通する内筒部を有するケーシングと、該ケーシングに支承される軸部に、軸直角断面形状がクインビー曲線，円弧，疑アルキメデス曲線により形成される螺旋状の歯形部が一体的に設けられ、該歯形部が相互に噛み合った状態で上記内筒部内に収容される複数のスクリューロータと、該複数のスクリューロータの軸にそれぞれ装着され相互に噛み合うタイミングギヤと、該タイミングギヤを上記軸に固定するロック機構とを備えたドライ真空ポンプにおいて、上記上記スクリューロータの材質を、質量比で２０〜３０％のＮｉを含有する球状黒鉛鋳鉄材として、軟鋼製の上記ロック機構とほぼ同一の熱膨張係数にしたものである。
【００１７】
上記ロック機構は、上記軸部の端部外周面に嵌合する嵌合部と先端が上記タイミングギヤに当接する押動突起とを有するロック部材と、該押動突起を上記タイミングギヤに押付ける締付け部材とにより構成される構造とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、図１に示すドライ真空ポンプに適用するので、図１の真空ポンプと同一の部品符号を使用し、その詳細説明を省略する。
図３は、球状黒鉛鋳鉄に含有されるＮｉの比率（質量比）％を横軸にとったときの線膨張係数αを縦軸に示すものであり、Ｎｉの含有量によって線膨張係数αが大きく変化することが判る。
ロック機構１７は、通常の軟鋼と同じく、線膨張係数が１０〜１２×１０-6mm/ ℃であり、Ｎｉの含有量を２８〜３０％とした球状黒鉛鋳鉄に等しい。
【００１９】
Ｎｉの含有量を２８〜３０％とした球状黒鉛鋳鉄の耐食性は、
【００２０】
の表１に示すように鋳鉄に比較すると優れていることが判った。
即ち、鋳鉄，球状黒鉛鋳鉄，２８〜３０％Ｎｉ含有球状黒鉛鋳鉄の希塩酸に対する腐食速度を比較すると、９０．４：１２．４：１となり、Ｎｉ含有球状黒鉛鋳鉄は耐食性を充分に具備していることが判る。
【００２１】
【表１】
0003831108.tif 000002
【００２２】
スクリューロータ１５を２８〜３０％Ｎｉ含有球状黒鉛鋳鉄とした場合には、ロック機構１７と熱膨張係数が同一になるので、ロック機構１７に緩みを生じてタイミングギヤ１６，１９がスリップする問題は生じないが、運転時の温度上昇で熱膨張したスクリューロータ１５がロック機構１７を多少締めつけても構わないので、本発明では、球状黒鉛鋳鉄のＮｉ含有比率（質量比）を幅を広げて２０〜３０％する。
【００２３】
スクリューロータ１５は歯形部１５ａと軸部１５ｂが、Ｎｉ含有比率（質量比）球状黒鉛鋳鉄で一体鋳造され、主ケーシング１も同一材料により構成されるので、腐食性の強いガスを吸引することが出来、運転時にスクリューロータ１５が１５０〜２００℃に温度上昇しても、ロック機構１７が緩まないので、タイミングギヤ１６，１９をキーで固定する面倒な加工をしなくても、タイミングギヤ１６，１９がスリップする恐れはない。
【００２４】
ロック機構１７は、締付け部材２１を締めるだけでよいので、タイミングギヤ１６，１９の固定が簡単であり、又、締付け部材２１を緩めれば簡単にタイミングギヤ１６，１９を緩めることができるので、タイミングギヤ１６，１９相互のギャップ調整を容易に行うことができる。
【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、次に記載されるような効果を奏する。
(1) スクリューロータは、軸部と歯形部が一体鋳造されるので、軸部と歯形部を別体型にしたときのように両者を嵌合する工数が省け、原価低減する効果がある。
又、一体構造のために、ねじ底の径を軸部の径と同一にすることができるので、スクリューロータの１回転当たりの流体押し退け量を大きくすることができる。
(2) スクリューロータ及びケーシングをＮｉ含有球状黒鉛鋳鉄製としたので、ハードプロセスの半導体製造工程に使用するドライ真空ポンプにおいても、樹脂をコーティングする必要がなくなり、従って樹脂コーティングが剥離してポンプ性能が低下する問題が解決できた。
(3) Ｎｉ含有球状黒鉛鋳鉄のＮｉを含有球比率を所定の数値にすることによりロック機構に緩みが生じることはなく、従ってタイミングギヤがスリップする問題は起こらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドライ真空ポンプの横断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】球状黒鉛鋳鉄のＮｉ含有球比率と線膨張係数の関係を示す図面である。
【符号の説明】
１                主ケーシング
１ａ              内筒部
２                吸入側サイドケース
３                吐出側サイドケース
４                ギヤケース
５                モータ
６                吸入口
７                吐出口
１５              スクリューロータ
１５ａ            歯形部
１５ｂ            軸部
１６，１９        タイミングギヤ
１７              ロック機構
２０              ロック部材
２１              締付け部材
２２              嵌合部
２５              押動突起
【図１】
0003831108.tif 000003
【図２】
0003831108.tif 000004
【図３】
0003831108.tif 000005