(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に対し垂直断面の形状が同一であり、軸方向に沿って吸入エンドから吐出エンドまで同一径である多数巻のスクリューを備えており、
該スクリューは、吸入エンドから吐出エンド側に向けて漸次リードが密となる不等リードの吸入エンド側スクリュー部と、該吸入エンド側スクリュー部に対しリードが密な等リードの吐出エンド側スクリュー部とで構成されていることを特徴とするスクリュー型真空ポンプ。
【請求項２】
それぞれ別体に形成された前記吸入エンド側スクリュー部と前記吐出エンド側スクリュー部とが結合されて前記スクリューが構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー型真空ポンプ。
【請求項３】
前記吸入エンド側スクリュー部の吐出側端部のリードが、吐出エンド側スクリュー部のリードより大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリュー型真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュー型の真空ポンプに関し、特に、スクリューの機械加工が容易で且つ高圧縮比を得られるようにした多段スクリュー型の真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空装置システムは、例えば、半導体の製造に際して供されるチャンバを１〜１０-3torr程度の真空度とする場合のように、メカニカルブースタと称される大容量の容積型真空ポンプに加え、ドライポンプと称される比較的少容量の容積型ポンプ（主ポンプ）が併用されている。そして、主ポンプは真空チャンバ内の圧力が大気圧のときから運転され、メカニカルブースタポンプは真空チャンバ内の圧力が１０Torr程度以下になってから運転されるのが通常の運転態様である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、真空チャンバが大型化すると、メカニカルブースタポンプと主ポンプとをほぼ同時に運転するようなことも必要となる。したがって、そのような場合には、従来のメカニカルブースタポンプと主ポンプとの併用に代えて、高い圧縮比を有する多段のスクリュー型ポンプ１台を以て置き換えることが望まれることとなる。また、そのような１台のポンプで所定の排気速度や真空度を得るためには、少なくとも４対１、通常は１０対１程度の圧縮比が要求されることになる。
【０００４】
しかし、このような高い圧縮比を得るための多数巻のスクリューは機械加工が極めて困難で実用化の障害となる。すなわち、このような高い圧縮比を達成するためには、スクリューの吐出側のリードは極めて密とならざるを得ず、切削加工において使用できる工具の形状寸法は空間的に制約を受けることになる。これが高圧縮比を得るための多数巻スクリューの機械加工を困難にする最大の原因となる。
【０００５】
つまり、スクリューの機械加工の困難さの程度は、ねじリードの粗密によって決まると言っても過言ではなく、このことは、スクリュー全長が不等リードからなるスクリューでも、吐出エンドの一部が等リードであって他の部分が不等リードで構成されるスクリューであっても同様である。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、高い圧縮比が得られ且つスクリューの機械加工が容易な多段スクリュー型真空ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のスクリュー型真空ポンプは、軸に対し垂直断面の形状が同一であり、軸方向に沿って吸入エンドから吐出エンドまで同一径である多数巻のスクリューを備えており、該スクリューは、吸入エンドから吐出エンド側に向けて漸次リードが密となる不等リードの吸入エンド側スクリュー部と、該吸入エンド側スクリュー部に対しリードが密な等リードの吐出エンド側スクリュー部とで構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この発明では、吸入エンド側と吐出エンド側の各スクリュー部を別体に形成してこれらを結合するようにしているので、リードの粗い吸入エンド側スクリュー部とリードの密な吐出エンド側スクリュー部を、夫々に適した刃物で機械加工することができ、スクリュー全体で見た機械加工が容易且つ短時間で達成可能となる。また、吸入エンドの一回転当たりの吐出し量と吐出エンドの一回転当たり吐出し量の容積比が少なくとも４対１となる高圧縮比を容易に実現することができる。
【０００８】
また、請求項２の発明のように、それぞれ別体に形成された前記吸入エンド側スクリュー部と前記吐出エンド側スクリュー部とが結合されて前記スクリューが構成されるようにすると、機械加工が困難な吐出エンド側スクリュー部の加工を、不等リードの場合のような創成加工ではなく、総型刃物による加工とすることができ、機械加工がより容易となる。
また、請求項３の発明のように、吸入エンド側スクリュー部の吐出側端部のリードを、吐出エンド側スクリュー部のリードより大きくすることにより、吸入エンド側スクリュー部の加工を容易にすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の真空ポンプは、複数の螺旋状の歯部および溝部を有する雄スクリューと、同様に螺旋状の歯部および溝部を有し、該雄スクリューと噛合う雌スクリューと、該雄スクリューと該雌スクリューを収容する空間と、該空間に連通して形成された吸入部と吐出部とを有するケーシングとを備えたものであり、以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る真空ポンプの一実施形態を示す概略図であり、雄スクリューロータ２１ｍのスクリューは、不等リードからなる吸入エンド側スクリュー部分２２ｍと、密なリードからなる吐出エンド側スクリュー部分２４ｍとから構成され、また、雌スクリューロータ２１ｆのスクリューは、不等リードからなる吸入エンド側スクリュー部分２２ｆと、これに対し密な等リードからなる吐出エンド側スクリュー部分２４ｆとから構成されている。スクリューを製作する際の機械加工の労力を軽減するため、吸入エンド側スクリュー部分２２ｍ、２２ｆと、密なリードからなる吐出エンド側スクリュー部分２４ｍ、２４ｆとは、スクリュー結合面２３において分割されている。ここで、吐出エンド側スクリュー部分２４ｍ、２４ｆは等リードで構成されている。３０は、このポンプのハウジングである。このハウジングには３０には吸気口３０ａおよび排気口３０ｂが形成されている。３１は雌雄のスクリューを駆動する駆動手段で、雄スクリューの軸に連結された電動モータ３１ａと、雌雄の各スクリュー軸にそれぞれ固定され互いに噛み合う同期歯車３１ｂ，３１ｃと、を含んで構成されている。同期歯車３１ｂ，３１ｃは、雌雄スクリューを同期回転させる機能を有している。
【００１０】
図２は、本発明の真空ポンプに供する雄スクリューの構成を説明するものである。図面においてシャフト１０ｍに不等リードからなる吸入エンド側スクリュー部分２２ｍと等リードからなる吐出エンド側スクリュー部分２４ｍとが結合面２３で当接し、該当接部での両スクリュー部分２２ｍ、２４ｍの位相が合うように、シャフト１０ｍと個々のスクリュー部分２２ｍ、２４ｍとはスプライン３４によって位置決めされナット３２ｍで固定されている。
【００１１】
図２に示したように、スクリュー部分２２ｍとスクリュー部分２４ｍとは別々に機械加工することが可能である。つまり、リードが密な部分をリードが粗な部分とは別体として製作することにより、その加工困難性を解決することができる。
なお、図２では、雄スクリューについて説明したが、雌スクリューに関しても雄スクリューと同様であるので雌スクリューについての説明を省略する。
【００１２】
図３は、スプラインを用いないで不等リードのスクリュー部分２２ｍと等リードのスクリュー部分２４ｍとの位置を決めるための治具による位相合わせの要領を説明するものである。
先ず、スクリューの内径を精度良く加工し、この内径を基準にスクリューの切削加工を実施する。この結果、シャフトとスクリューとの同心性が確保できる。この際、スクリューとシャフトには、適度のシメシロまたはスキマを持たせる。次に、回転方向の位相合わせは、不等リードの部分および等リードの部分の各歯溝に合わせた寸法からなる鋼球がその先端に設けられている位置決め棒６２、６４をスクリューの各々の歯溝に押し当てることにより、位置決めをすることができる。このようにして歯溝の位置が決まった後、ナット３２ｍにより締め付けて固定する。
【００１３】
本発明の真空ポンプは、高い圧縮比を達成するための不等リード部を形成するスクリュー部分の加工が重要であるので、この点と等リード部分との位相合わせを含めて更に補説する。
図４は、不等リードのスクリューを製作する研削加工機の概略を示す斜視図である。また、図５は、図４のツール台に変位計を取り付けて不等リードスクリューと等リードスクリューが所定の理論歯型通りに結合されているか否かを検査する状況を示す説明図である。更に、図６は、製作されたスクリューの結合部が理論歯型通りに結合されている場合の状況を示す説明図であり、図７は、理論歯型通りに結合されていない場合の状態を示す摸式図（説明図）である。
【００１４】
不等リードの加工機は直線軸２軸と回転軸２軸とを有し、具体的には図４で示されるような構造である。そして、数値制御（ＮＣ制御）により不等リードのスクリューの形状を創成加工することができる。なお、直線軸とは、図４ではＸ軸（ワークの軸方向送り）およびＹ軸（切削、研磨時の切り込み方向）であり、回転軸とはＡ軸（ワークの軸中心の回転）およびＢ軸（回転工具の角度方向の回転）である。図４において、ワーク４０は、Ａ軸サーボモータ４８とテールストック４７によって支えられており、加工台４６は、Ｂ軸サーボモータ４９によって支承されている。この加工台４６は、回転工具４６ａを回転させることでワーク４０の外周部に所要のスクリュー形状を形成することができる。
【００１５】
図４の加工機の加工台の部分に、図５に示したように、変位計５６を取り付けることができる。変位計としてはレバー式の如き接触型のものも、レーザの如き非接触型のものも適用できる。このような変位計（センサ）を加工を施す工具に代えて設置すると、このセンサをスクリューの理論歯型に沿って移動させることができる。つまり、製作されたスクリューの歯型が、理論通りに加工されているか否かを知ることが可能となる。例えば、つる巻き螺旋の設計形状に沿ってセンサ（変位計）を動かせたとき、スクリューの形状が理論通りであるか否かをチェックできる。更に本発明の不等リード部分と等リード部分との結合したスクリューの場合に、結合部分の位相が合っているか否かも検査することが可能である。もし、スクリューの位相が結合部分で合っていれば変位計は変位を示すことなくセンサの出力は一定となる（図６参照）。ところが、もし、スクリューの位相がずれているか、不等リード部の研削が理論歯型通りでない場合には、理論通りに動かした変位計と実際のスクリューの歯型とにずれを生じてくる（図７参照）。不等リード部の加工に問題がないならば、変位計の出力が一定となるように２つのスクリュー部分の位相を調節することによって、スクリューの位相および位置合わせが矯正できる。
【００１６】
なお、変位計を用い、センサを理論歯型通りに動かすために使用した機構について、ここではスクリュー加工機を例に示したが、この機構に限定されるものではない。同様な軸制御機構を備えた機械であれば、この要領でスクリューの結合位置や歯や溝の位相合わせができる。また、この説明の例では、スクリュー歯面に対し垂直に変位を測定するため、図４の装置のＢ軸（サーボ機構）を必要としているが、センサの角度のずれを予め考慮したセンサを動かし得るプログラムを設定しておけば、つまり、例えば、プログラムに補正を加えるか、例えば、センサの測定位置の変動が僅少で角度ずれが実質的に問題とならないような場合では、センサの角度を変化させる必要がなく、Ｂ軸を省略することも可能となる。
【００１７】
以上説明したように、雄、雌一対のスクリューが噛合い、図１で示したような、各々の中心線で回転可能な両持ちで支承された（軸受けを排気口側だけに設け、片持ち支承としてもよい）真空ポンプにおいて、スクリューは、総巻数が３巻きを越える螺旋ネジ（すなわち、多数巻きの螺旋ネジ）が形成されている。そして、該スクリューは、吸入エンド側が不等リードで吐出エンド側の１リードは等リードとなされている。そして、吐出エンドから略１リード程度の位置で雄雌一対のスクリューは、分断され、別体に形成され、リードが粗な不等リードからなるスクリュー部分と、密なリードからなる等リードまたは不等リードのスクリュー部分とは別な加工が可能となされている。また、該スクリューは、吸入エンドの一回転当たりの吐出し量と吐出エンドの一回転当たり吐出し量の容積比は、少なくとも４対１、好ましくは、１０対１程度となるように、螺旋状の歯や溝が創られている。
【００１８】
また、雌雄スクリュー部の全長に亘る外径は、製作の容易性を図るため、また、軸方向の温度膨張の対策が不要で構造の簡素化と性能の安定を図るため、段差のない一様な外径を採用している。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、不等リード部を含んでなるスクリューを備えた高い圧縮比のスクリュー型ポンプの実用化が可能となる。また、例えば半導体製造用チャンバを真空にするポンプとして、大容量と高真空度とを両立できるスクリュー型ポンプが経済的に製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空ポンプの概略を示すモデル図である。
【図２】本発明の真空ポンプを構成する雄スクリューの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の真空ポンプを構成する雄スクリューの組立に際し使用する治具の説明図である。
【図４】本発明の真空ポンプのスクリューの加工機の概略斜視図である。
【図５】本発明の真空ポンプに供するスクリューの歯型および組立の状況を検査する説明図である。
【図６】スクリューの結合部が理論歯型通りになっている状況を示す説明図である。
【図７】スクリューの結合部が理論歯型通りになっていない状況を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ｍ、１０ｆ    シャフト
２２ｍ、２２ｆ    不等リードからなるスクリュー部
２４ｍ、２４ｆ    等リードからなるスクリュー部
３０              ハウジング
３２              ナット
３４              スプライン
６２              位置決め棒（大）
６４              位置決め棒（小）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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