JP5758303B2 - ネジ溝排気部の筒形固定部材と、これを使用した真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプを構成するネジ溝排気部の筒形固定部材と、これを使用した真空ポンプに関し、特に、真空ポンプ内のロータが破壊した時に発生するトルク（以下「破壊トルク」という）に対する真空ポンプの強度を維持しつつそのコストダウンを図ったり、ネジ溝排気部の回転部材の回転軸心方向で幅、深さの変化量、リード角等が変化する複雑な形状のネジ溝をネジ溝排気部の筒形固定部材側に容易に作製することができ、かかるネジ溝の採用によって真空ポンプ全体の排気性能・圧縮性能の向上を図ったりするのに好適なものである。

近年の半導体製造装置におけるウエハの大口径化に伴い、同装置で使用される真空ポンプには、大流量ガスの排気および低い到達圧力、高い排気性能等が要求されている。

かかる要求を満たす真空ポンプとしては、翼排気部とネジ溝排気部を組み合わせた複合翼型真空ポンプが知られている（同型の真空ポンプについては、例えば、特許文献１の図６参照）。

上記翼排気部は、回転翼と固定翼を交互に多段に配置した構造になっていて、高速回転する回転翼で気体分子に下向き方向の運動量を与える動作と、その下向き方向の運動量を与えられた気体分子が固定翼で次段の回転翼側へ送り込まれる動作とが繰り返し多段に行われることによって、上流の気体分子を下流のネジ溝排気部へ移送・排気するようになっている。

上記ネジ溝排気部は、回転部材とこの回転部材の外周を囲むように配置された筒形固定部材とを有し、その筒形固定部材の内周面にネジ溝を設けることによって筒形固定部材と回転部材の間に螺旋状のネジ溝排気通路を形成した構造になっている。そして、上記のように翼排気部から移送されてきた気体分子がネジ溝排気通路に入り、ネジ溝と回転部材の外周面でのドラッグ効果によって当該気体分子を圧縮・排気するようになっている。

しかしながら、上記従来のネジ溝排気部によると、ネジ溝は筒形固定部材の内周面に設けられることから、回転部材の回転軸心方向で幅、深さ、リード角等が変化する複雑な形状のネジ溝を形成することは困難であり、かかる形状のネジ溝の採用によって真空ポンプ全体の排気性能・圧縮性能の向上を図ることはできなかった。

また、上記従来のネジ溝排気部の筒形固定部材は、真空ポンプ内部で破壊が生じたときにその破片を受け止めることで破壊トルクを低減する役割も果たしている。このため、強度の低い鋳物だけでネジ溝排気部の筒形固定部材全体を作製することはできない。破壊トルクに対する真空ポンプの強度を確保するため、この種の筒形固定部材としては、強度の高い材料、例えば鍛造加工や押出／引抜き加工で作られた材料から削りだした高価な切削加工品を採用しなければならず、ネジ溝排気部の筒形固定部材が真空ポンプ全体のコスト高を招く要因になっている。

特開２００２−１１５６９１号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、破壊トルクに対する真空ポンプの強度を維持しつつそのコストダウンを図ったり、ネジ溝排気部の回転部材の回転軸心方向で幅、深さ、リード角等が変化する複雑な形状のネジ溝をネジ溝排気部の筒形固定部材側に容易に作製することができ、かかるネジ溝の採用によって真空ポンプ全体の排気性能・圧縮性能の向上を図ったりするのに好適な、ネジ溝排気ポンプ部の筒形固定部材と、これを使用した真空ポンプを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、ネジ溝排気部の回転部材の外周を囲むように配置された筒形固定部材であって、上記筒形固定部材と上記回転部材との間に気体を排気するための螺旋状のネジ溝排気通路が備えられており、上記筒形固定部材は、上記回転部材の回転軸心方向で２以上の分割片に分割され、排気口側の前記分割片が鋳物で形成され、吸気口側の前記分割片が切削品で形成されていることを特徴とする。

上記筒形固定部材の分割片はそれぞれ異なる材料で形成されるように構成してもよい。

上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記筒形固定部材に設けられていて、上記筒形固定部材の一の分割片と他の分割片では上記ネジ溝のリード角が異なっている構成を採用することもできる。

上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記筒形固定部材に設けられていて、上記筒形固定部材の一の分割片と他の分割片では上記ネジ溝の条数が異なっている構成を採用することもできる。

上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記筒形固定部材に設けられていて、上記筒形固定部材の一の分割片と他の分割片では上記ネジ溝の幅が異なっている構成を採用することもできる。

上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記筒形固定部材に設けられていて、上記筒形固定部材の一の分割片と他の分割片では上記ネジ溝の深さの変化量が異なっている構成を採用することもできる。

上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記筒形固定部材に設けられていて、上記筒形固定部材の一の分割片と他の分割片ではネジ溝の溝上端から回転部材までの距離を変えることによって筒形固定部材と回転部材とのギャップが異なっている構成を採用することもできる。

上記筒形固定部材は、その上面に回転軸心方向に形成された溝を有している構成を採用することができる。

上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記各分割片に設けられていて、上記筒形固定部材は、一の分割片のネジ溝と他の分割片のネジ溝とを連続するように連結させるネジ溝位置合せ手段を備えるように構成してもよい。

上記ネジ溝位置合せ手段は、一の分割片の分割面に立設した係合ピンと、その分割面に接合される他の分割片の分割面に穿設した係合孔とからなるとともに、上記係合孔に上記係合ピンが挿入嵌合するように構成してもよい。

上記係合孔は、上記分割片の上下端面を貫通する貫通孔からなり、その貫通孔の一端に上記係合ピンが挿入嵌合する一方、該貫通孔の他端は上記係合ピンの位置を確認する確認窓として機能するように構成してもよい。

上記ネジ溝位置合せ手段は、一の分割片の分割面に形成した第１の段差部と、その分割面に接合される他の分割片の分割面に形成した第２の段差部とからなるとともに、上記両段差部が互いに接合するように構成することもできる。

また、上記ネジ溝位置合せ手段は、一の分割片の分割面に形成した係合凹部と、その分割面に接合される他の分割片の分割面に形成した係合凸部とからなるとともに、上記係合凸部が上記係合凹部に係合するように構成してもよい。

前記本発明においては、一の分割片を他の分割片の上に設置する作業用の取っ手が、当該一の分割片に着脱自在に取り付けられる構成を採用することができる。

上記筒形固定部材は、その下端部がポンプベースで支持されていて、上記２以上の分割片のうち最下部に位置する分割片は、上記ポンプベースの加工によって該ポンプベースと一体に設けられるように構成してもよい。

また、上記筒形固定部材は、上記分割片とその外側に位置する部材との隙間に生成物が入り込まないようにするための生成物混入防止手段として、２以上の分割片のうち最上部に位置する分割片の上端外周部に蓋部を備える構成を採用することができる。

前記本発明においては、上記分割片の外周部に補強部材が取り付けられる構成を採用することもできる。

本発明にあっては、ネジ溝排気部の筒形固定部材の具体的な構成として、かかる筒形固定部材がネジ溝排気部の回転部材の回転軸心方向で２以上の分割片に分割される構造を採用したため、以下（１）または（２）の作用効果などが奏し得られる。

（１） それぞれの分割片を必要強度に応じた異なる材料で形成する、例えば、特に強度が必要とされる部位の分割片は鍛造加工や押出／引抜き加工で作られた材料から削りだした比較的高価な加工品とし、あまり強度が必要とされない部位の分割片は安価な鋳物で作製したものとすることによって、真空ポンプの強度を維持しつつそのコストダウンを図ることができる。

（２） 分割片ごとに個別にネジ溝加工を施すことによって、ネジ溝排気部の筒形固定部材の内周面に、リード角、条数、幅、深さの変化量、または回転部材とのギャップ等が回転部材の回転軸心方向で変化する複雑な形状のネジ溝を高度な生産設備がなくても製作でき、かかるネジ溝の採用によって真空ポンプ全体の排気性能・圧縮性能の向上を図るのに好適である。

本発明の一実施形態であるネジ溝排気部の筒形固定部材を適用した真空ポンプの断面図。 図１中のＡ部拡大図。 ネジ溝排気ステータ（ネジ溝排気部の筒形固定部材）の平面図。 図３のＥ−Ｅ断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（分割片ごとにネジ溝のリード角が異なるタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（分割片ごとにネジ溝の条数が異なるタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（分割片ごとにネジ溝の幅が異なるタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（分割片ごとにネジ溝の深さの変化量が異なるタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（分割片ごとにロータとのギャップが異なるタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（生成物堆積用の溝を備えたタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（係合ピンと係合孔（閉じた孔）によるネジ溝位置合せ手段を備えたタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（係合ピンと係合孔（貫通孔）によるネジ溝位置合せ手段を備えたタイプ）の断面図。 図２の矢印Ｂ方向から見たネジ溝排気部の他の実施形態（段差部によるネジ溝位置合せ手段を備えたタイプ）の側面図。 図２の矢印Ｂ方向から見たネジ溝排気部の他の実施形態（係合凸部と係合凹部によるネジ溝位置合せ手段を備えたタイプ）の側面図。 図２の矢印Ｂ方向から見たネジ溝排気部の他の実施形態（作業用の取っ手を採用したタイプ）の側面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（下側の分割片をポンプベースと一体に設けたタイプ）を採用した真空ポンプの断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（蓋部を採用したタイプ）の断面図。 ネジ溝排気部の他の実施形態（補強部材を採用したタイプ）の断面図。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるネジ溝排気部の筒形固定部材を適用した真空ポンプの断面図、図２は図１中のＡ部拡大図、図３はネジ溝排気ステータ（ネジ溝排気部の固定部材）の平面図、図４は図３のＥ−Ｅ断面図である。

図１の真空ポンプＰは、例えば半導体製造装置や液晶ディスプレイパネル製造装置における真空装置の一部として使用され、真空チャンバ内の圧力を所定の真空度とするものである。

同図の真空ポンプＰは、外装ケース１内に、回転翼１３と固定翼１４により気体を排気する翼排気部Ｐｔと、螺旋状のネジ溝排気通路Ｓを通じて気体を排気するネジ溝排気部Ｐｓと、これらを駆動する駆動系と、を有している。

＜外装ケースの詳細＞
外装ケース１は、筒状のポンプケース１Ａと有底筒状のポンプベース１Ｂとをその筒軸方向にボルトで一体に連結した有底円筒形になっている。ポンプケース１Ａの上端部側はガス吸気口２として開口しており、ポンプベース１Ｂの下端部側面にはガス排気口３を設けてある。

ガス吸気口２は、ポンプケース１Ａ上縁のフランジ１Ｃに設けた図示しないボルトによって、例えば半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる図示しない真空容器に接続される。ガス排気口３は、図示しない補助ポンプに連通するように接続される。

＜支持駆動系の詳細＞
ポンプケース１Ａ内の中央部には各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム４が設けられており、ステータコラム４はその下端側がポンプベース１Ｂ上にネジ止め固定される形態で立設してある。

ステータコラム４の内側にはロータ軸５が設けられており、ロータ軸５は、その上端部がガス吸気口２の方向を向き、その下端部がポンプベース１Ｂの方向を向くように配置してある。また、ロータ軸５の上端部はステータコラム４の円筒上端面から上方に突出するように設けてある。

ステータコラム４の外側にはロータ６が設けられている。ロータ６は、ポンプケース１Ａ内に収容され、かつ、ステータコラム４の外周を囲むような円筒形状になっている。また、このロータ６は先に説明したロータ軸５に一体化されている。ロータ６とロータ軸５の一体化構造の一例として、図１の真空ポンプＰでは、ロータ６の上端部内側にボス孔７付フランジ８を設けるとともに、ロータ軸５の上端部外周に段部９を形成している。そして、その段部９より上のロータ軸５上端部が上記フランジ８のボス孔７に嵌め込まれ、フランジ８と段部９がネジ止め固定されることによって、ロータ６とロータ軸５は一体化している。

上記ロータ軸５とロータ６からなる回転体は、ラジアル磁気軸受１０とアキシャル磁気軸受１１により径方向と軸方向が回転可能に支持され、この状態でロータ軸５を軸心として駆動モータ１２により回転駆動される。

駆動モータ１２は、固定子１２Ａと回転子１２Ｂとからなる構造であって、ロータ軸５の略中央付近に設けられている。かかる駆動モータ１２の固定子１２Ａはステータコラム４の内側に設置しており、同駆動モータ１２の回転子１２Ｂはロータ軸５の外周面側に一体に装着してある。

ラジアル磁気軸受１０は、駆動モータ１２の上下に１組ずつ合計２組配置され、アキシャル磁気軸受１１はロータ軸５の下端部側に１組配置されている。

２組のラジアル磁気軸受１０、１０は、それぞれ、ロータ軸５の外周面に取り付けたラジアル電磁石ターゲット１０Ａ、これに対向するステータコラム４内側面に設置した複数のラジアル電磁石１０Ｂおよびラジアル方向変位センサ１０Ｃを有している。ラジアル電磁石ターゲット１０Ａは高透磁率材料の鋼板を積層した積層鋼板からなり、ラジアル電磁石１０Ｂはラジアル電磁石ターゲット１０Ａを通じてロータ軸５を径方向に磁力で吸引する。ラジアル方向変位センサ１０Ｃはロータ軸５の径方向変位を検出する。そして、ラジアル方向変位センサ１０Ｃでの検出値（ロータ軸の径方向変位）に基づきラジアル電磁石１０Ｂの励磁電流を制御することによって、ロータ軸５とロータ６からなる回転体は径方向所定位置に磁力で浮上支持される。

アキシャル磁気軸受１１は、ロータ軸５の下端部外周に取り付けた円盤形状のアーマチュアディスク１１Ａと、アーマチュアディスク１１Ａを挟んで上下に対向するアキシャル電磁石１１Ｂと、ロータ軸５の下端面から少し離れた位置に設置したアキシャル方向変位センサ１１Ｃとを有している。

アーマチュアディスク１１Ａは透磁率の高い材料からなり、上下のアキシャル電磁石１１Ｂはアーマチュアディスク１１Ａをその上下方向から磁力で吸引するようになっている。アキシャル方向変位センサ１１Ｃはロータ軸５の軸方向変位を検出する。そして、アキシャル方向変位センサ１１Ｃでの検出値（ロータ軸の軸方向変位）に基づき上下のアキシャル電磁石１１Ｂの励磁電流を制御することによって、ロータ軸５とロータ６からなる回転体は軸方向所定位置に磁力で浮上支持される。

＜翼排気部Ｐｔの詳細構成＞
図１の真空ポンプＰでは、ロータ６の略上半分が翼排気部Ｐｔとして機能するようになっている。以下、この翼排気部Ｐｔを詳細に説明する。

ロータ６の略上半分の外周面には回転翼１３が一体に複数設けられている。これらの回転翼１３は、ロータ６の回転軸心若しくは外装ケース１の軸心（以下「ポンプ軸心」という）を中心として放射状に並んでいる。一方、ポンプケース１Ａの内周面側には固定翼１４が複数設けられており、これらの固定翼１４は、ポンプ軸心を中心として放射状に並んで配置されている。そして、上記回転翼１３と固定翼１４とがポンプ軸心に沿って交互に多段に配置されることによって翼排気部Ｐｔを形成している。

いずれの回転翼１３も、ロータ６の外径加工部と一体的に切削加工で切り出し形成したブレード状の切削加工品であって、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。いずれの固定翼１４もまた、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。

＜翼排気部Ｐｔの排気動作＞
駆動モータ１２の起動により、ロータ軸５、ロータ６および複数の回転翼１３が一体に高速回転し、最上段の回転翼１３がガス吸気口２から入射した気体分子に下向き方向の運動量を付与する。この下向き方向の運動量を有する気体分子が固定翼１４によって次段の回転翼１３側へ送り込まれる。以上のような気体分子への運動量の付与と送り込み動作とが繰り返し多段に行われることにより、ガス吸気口２側の気体分子はネジ溝排気部Ｐｓの上流（より詳しくは後述するネジ溝排気通路Ｓの上流入口１９Ａ）に順次移行するように排気される。

＜ネジ溝排気部Ｐｓの詳細構成＞
図１の真空ポンプＰにおいては、ロータ６の略下半分がネジ溝排気部Ｐｓとして機能する。以下このネジ溝排気部Ｐｓを詳細に説明する。

ロータ６の略下半分は、ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材として回転する部分であって、ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材である筒状のネジ溝排気部ステータ１８内に収容されることにより、図２のように所定のギャップＧを介してネジ溝排気部ステータ１８と対向するように配置してある。ギャップＧは、約０．７mmである。

ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）は、その内周部に、深さが下方に向けて小径化したテーパコーン形状に変化するネジ溝１９を形成し、その下端部がポンプベース１Ｂで支持されるようになっている。

本ネジ溝排気部Ｐｓでは、上記ネジ溝排気部ステータ１８の内周面にネジ溝１９を形成することで、かかるネジ溝１９とこれに対向するロータ６の略下半分の外周面とで螺旋状のネジ溝排気通路Ｓが形成されるように構成してある。図示は省略するが、ロータ６の略下半分の外周面に上記ネジ溝を形成することで、かかるネジ溝とこれに対向するネジ溝排気部ステータ１８の内周面とで螺旋状のネジ溝排気通路を形成してもよい。

更に、本ネジ溝排気部Ｐｓのネジ溝排気部ステータ１８は、ロータ６（ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材）の回転軸心方向で２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割されていて、それぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂをボルト等の締結手段又は焼きばめ等の接合手段によって一体に連結した構造になっている。ネジ溝排気部ステータ１８の分割により、その内周面に形成したネジ溝１９も同様の方向に分割されており、分割されたネジ溝１９が各分割片１８Ａ、１８Ｂに設けられている。なお、ネジ溝排気部ステータ１８は本例の２分割に限定されることはなく、３分割、４分割など、２以上に分割することができる。また、２つの分割片１８Ａ、１８Ｂの連結部には凹凸の嵌め合いＤ等、公知の嵌合構造を採用することができる。

本真空ポンプＰにおいては、上記ネジ溝排気部Ｐｓの一実施形態として、ネジ溝排気部ステータ１８を構成する２つの分割片１８Ａ、１８Ｂをそれぞれ異なる材料で形成してある（図４参照）。具体的には、ロータ６の重心から近くて該ロータ６が破壊した時の影響を受け易い上側の分割片１８Ａは強度の高い材料、具体的には鍛造加工や押出／引抜き加工で作られた材料から削りだした比較的高価な切削加工品とするが、かかる影響を受け難い下側の分割片１８Ｂについては安価な鋳物品とすることによって、真空ポンプの強度を維持しつつそのコストダウンを図った。

本真空ポンプＰでは、上述のネジ溝排気部ステータ１８の内周面にネジ溝１９を形成する一方、ネジ溝１９と対向するロータ６の略下半分の外周面を平滑な円筒面に形成することによって、ネジ溝排気部ステータ１８（筒形固定部材）とロータ６（回転部材）との間に螺旋状のネジ溝排気通路Ｓが形成されるように構成してある。なお、ネジ溝排気部Ｐｓでは図３のようにネジ溝１９を５条設けたが、その条数は必要に応じて適宜変更することができる。

ネジ溝排気通路Ｓは、ネジ溝排気部ステータ１８の上端から下端にかけて螺旋状に設けられている。そして、ネジ溝排気通路Ｓの上流入口１９Ａは、最下段の回転翼１３と固定翼１４との間の微小隙間に連通し、同ネジ溝排気通路Ｓの下流出口１９Ｂ側は、ガス排気口３側に連通するように構成してある。また、本ネジ溝排気部Ｐｓでは、ネジ溝１９とロータ６の外周面でのドラッグ効果により気体を圧縮しながら移送するため、ネジ溝１９の深さは、ネジ溝排気通路Ｓの上流入口１９Ａ側で最も深く、その下流出口１９Ｂ側で最も浅くなるように設定してある。

＜ネジ溝排気部の排気動作＞
前述の通り駆動モータ１２の起動によりロータ軸５、ロータ６および複数の回転翼１３が一体に高速回転すると、前述した翼排気部Ｐｔの排気動作によりネジ溝排気通路Ｓの上流入口１９Ａに到達した気体分子は、ネジ溝排気通路Ｓ内に入り、ロータ６の外周面とネジ溝１９でのドラッグ効果によって遷移流から粘性流に圧縮されながらガス排気口３に向って移行し、最終的に図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。

＜ネジ溝排気部の他の実施形態＞
図５から図１８は、ネジ溝排気部Ｐｓの他の実施形態の説明図である。

図５のネジ溝排気部Ｐｓは、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）を図１の実施形態と同様に２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割し、それぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂにネジ溝１９が設けられている。そして、上側の分割片１８Ａと下側の分割片１８Ｂではネジ溝１９のリード角θが３０度と１５度のように異なる構成を採用している。なお、ネジ溝１９のリード角θは上記例に限定されることはなく、必要に応じて適宜変更することができる。

図６のネジ溝排気部Ｐｓは、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）を図１の実施形態と同様に２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割し、それぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂにネジ溝１９が設けられていて、上側の分割片１８Ａと下側の分割片１８Ｂではネジ溝１９の条数が異なるように構成している。

図７のネジ溝排気部Ｐｓは、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）を図１の実施形態と同様に２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割し、それぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂにネジ溝１９が設けられていて、上側の分割片１８Ａと下側の分割片１８Ｂではネジ溝１９の幅がＬ１、Ｌ２のように異なる構成を採用している。

図８のネジ溝排気部Ｐｓは、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）を図１の実施形態と同様に２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割し、それぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂにネジ溝１９０、１９１が設けられていて、上側の分割片１８Ａと下側の分割片１８Ｂでネジ溝１９の深さの変化量がそれぞれ異なるように構成している。図８では、上側の分割片１８Ａではネジ溝１９０が同じ勾配で浅くなるように変化し、下側の分割片１８Ｂではネジ溝１９１の深さが変化しない（変化量＝０）形態を採用しているが、この例に限定されることはない。図示は省略するが、上側の分割片１８Ａのネジ溝１９０に比べて、下側の分割片１８Ｂのネジ溝１９１の方が、緩やかな勾配で浅くなるように変化する形態を採用することもできる。

図９のネジ溝排気部Ｐｓは、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）を図１の実施形態と同様に２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割し、それぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂにネジ溝１９が設けられていて、上側の分割片１８Ａと下側の分割片１８Ｂではネジ溝１９の溝上端からロータ６までの距離を変えることによって、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）とロータ６（ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材）とのギャップがＧ１、Ｇ２のように異なる形態を採用している。図９では、圧力の高い下側の分割片１８Ｂの方が比較的生成物が堆積しやすいことから、かかるギャップはＧ１＜Ｇ２としている。ギャップＧ１は約０．７mm、ギャップＧ２は約1ｍｍである。

図１０のネジ溝排気部Ｐｓは、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）の上面に回転軸心方向に形成された溝２０を設け、この溝２０の中にポンプ内部で排気するガスが圧力の高い部分などで固化する等によって生じてしまう生成物を堆積させることによって、ネジ溝排気部ステータ１８の上面に生成物が堆積した際の回転翼１３との接触防止を図ったものである。この図１０の例では、ネジ溝排気部ステータ１８を２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割しているので、上記溝２０は上側の分割片１８Ａの上面に設けている。なお、図示は省略するが、ネジ溝排気部ステータ１８を３つ又はそれ以上の数の分割片に分割するなら、かかる溝２０は回転翼１３に最も近い最上部の分割片の上面に設けられる。

以上説明したネジ溝排気部ステータ１８の分割構造では、それぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂに設けられているネジ溝１９を連続するように連結する必要がある。ネジ溝１９が途中で途切れていると、ネジ溝排気通路Ｓの上流入口１９Ａから下流出口１９Ｂに至るまでの間で、上述したドラッグ効果によるガスの圧縮・排気動作を行うことができないからである。この一方、ネジ溝１９は分割片１８Ａ、１８Ｂの内周面に形成されていて、ネジ溝１９の連結部は作業者にとって見え難い位置にあるので、ネジ溝１９の連結作業は大変である。

そこで、以上説明したネジ溝排気部ステータ１８の分割構造を採用する場合は、図１１から図１４のいずれかに示すネジ溝位置合せ手段２１を採用することが好ましい。これらのネジ溝位置合せ手段２１は、いずれも、上側の分割片１８Ａのネジ溝１９と下側の分割片１８Ｂのネジ溝１９とを連続するように配置させる手段であり、その具体的な構成は以下の通りである。

図１１のネジ溝位置合せ手段２１は、下側の分割片１８Ｂの分割面に立設したテーパピンからなる係合ピン２１Ａと、その分割面に接合される上側の分割片１８Ａの分割面に穿設した係合孔２１Ｂとからなるとともに、係合孔２１Ｂに係合ピン２１Ａが挿入嵌合することによって、両分割片１８Ａ、１８Ｂのネジ溝１９の位置合せが行われるようにしたものである。なお、図１１の例では、係合ピン２１Ａを係合孔２１Ｂに挿入し易くするために、係合孔２１Ｂの縁部に面取り加工を施してある。

更に、他の実施形態として、上記係合ピン２１Ａを上側の分割片１８Ａの分割面に立設し、かつ、上記係合孔２１Ｂをその分割面に接合される下側の分割片１８Ｂに穿設する構成も採用し得る。また、上記のような係合ピン２１Ａと係合孔２１Ｂのセットは複数セット設けてもよい。それを２セット設けた場合は、上下の分割片１８Ａ、１８Ｂの径方向位置も決まるので、先に説明した嵌め合いＤを省略することも可能である。この場合はいずれか一方の係合ピン２１Ａが折れた場合に備えて、後述の図１３に示す段差部２１Ｄ、２１Ｅの接合構造、又は図１４に示す係合凸部２１Ｆと係合凹部２１Ｇの係合構造を採用するのが望ましい。

上記係合孔２１Ｂの形態は、先に説明した図１１のように閉じた孔でもよいが、図１２のように上側の分割片１８Ａの上下端面を貫通する貫通孔とすることができる。この場合は、その貫通孔の下端に係合ピン２１Ａが挿入嵌合する一方、当該貫通孔の上端は係合ピン２１Ａの位置を確認する確認窓２１Ｃとして機能する。

以上のように係合孔２１Ｂの一例として図１２のような貫通孔を採用した場合は、係合孔２１Ｂに係合ピン２１Ａを挿入嵌合させることによって上側の分割片１８Ａと下側の分割片１８Ｂとでネジ溝１９の位置合せを行う際に、作業者は確認窓２１Ｃから係合ピン２１Ａの位置を確認できるので、その位置合せ作業は容易になる。

図１３のネジ溝位置合せ手段２１は、上側の分割片１８Ａの分割面に形成した第１の段差部２１Ｄと、その分割面に接合される下側の分割片１８Ｂの分割面に形成した第２の段差部２１Ｅとからなるとともに、これらの両段差部２１Ｄ、２１Ｅが少なくとも２箇所にあって互いに噛み合って接合することにより、両分割片１８Ａ、１８Ｂのネジ溝１９の位置合せが行われるようにしたものである。図は省略するが、段差部２１Ｄ、２１Ｅは傾斜しても良い。

図１４のネジ溝位置合せ手段２１は、上側の分割片１８Ａの分割面に形成した係合凸部２１Ｆと、その分割面に接合される下側の分割片１８Ｂの分割面に形成した係合凹部２１Ｇとからなるとともに、このような係合凸部２１Ｆと係合凹部２１Ｇが少なくとも１箇所にあって互いに噛み合って係合することにより、両分割片１８Ａ、１８Ｂのネジ溝１９の位置合わせが行われるようにしたものである。

以上説明したネジ溝排気部ステータ１８の分割構造では、上側の分割片１８Ａを下側の分割片１８Ｂの上に設置する作業を行うが、その作業にあたり、図１５に示す作業用の取っ手２２を使用することで、設置の作業性向上が図れる。

上記取っ手２２はボルト２２Ａの頭部にリング形状の把持部２２Ｂを設けた形態（アイボルト形状）になっている。そして、上側の分割片１８Ａの上面には図示しないネジ孔が形成されており、このネジ孔に取っ手２２のボルト２２Ａをネジ込むことによって、本取っ手２２は上側の分割片１８Ａに着脱自在に取り付けられる。そして、上記のような設置の作業が済んだら、本取っ手２２は上側の分割片１８Ａから取り外され、次の設置作業で再使用される。なお、取っ手２２を上側の分割片１８Ａに取り付ける手段については、上記ボルト２２Ａ以外の他の手段を採用してもよい。

以上説明したネジ溝排気部Ｐｓは、いずれもそのネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの筒形固定部材）が２つの分割片１８Ａ、１８Ｂに分割されていて、下側の分割片１８Ｂがポンプベース１Ｂで支持されるようになっている（図１等を参照）。この構造において、下側の分割片１８Ｂについては、ポンプベース１Ｂの加工によって、図１６のようにポンプベース１Ｂと一体に設けることができる。なお、図示は省略するが、ネジ溝排気部ステータ１８を３つ又はそれ以上の数の分割片に分割した場合には、最下部に位置する分割片がポンプベース１Ｂと一体に設けられる。

以上のようなポンプベース１Ｂと分割片１８Ｂとの一体構成によると、部品点数の削減を図れる。また、ポンプベース１Ｂと下側の分割片１８Ｂには熱伝達の障害になる接合面がないので、ポンプベース１Ｂに内蔵した図示しない水冷管によって、ネジ溝排気部ステータ１８全体を効率よく冷却することが可能になる。

以上説明したネジ溝排気部Ｐｓについては、例えば図１７のように上側の分割片１８Ａの外周部を切り欠くことによって上側の分割片１８Ａが破壊トルクによって屈曲変形し易くなるように構成することができる。この場合、分割片１８Ａとその外側に位置する部材（図１７の例ではポンプベース１Ｂ）との間にできる隙間３０に生成物が入り込み、隙間３０が埋まってしまうおそれがある。そして、隙間３０が埋まることにより、分割片１８Ａが変形しづらくなる。前記隙間３０は前記分割片１８Ａ外周部を切り欠くことによって生じるものである。

上記のような不具合を解決するために、図１７のネジ溝排気部Ｐｓでは、隙間３０に生成物が入り込まないようにするための生成物混入防止手段として、上側の分割片１８Ａの上端外周部に蓋部４０を設けている。なお、図示は省略するが、ネジ溝排気部ステータ１８を３つ又はそれ以上の数の分割片に分割した場合は、少なくとも最上部に位置する分割片の外周部が切り欠かれて屈曲変形し易くなるように構成するとともに、最上部に位置する分割片の上端外周部に上記のような蓋部４０が設けられる。

ところで、蓋部４０の強度が高すぎると、上側の分割片１８Ａの屈曲変形による効果が損なわれるので、蓋部４０はその厚みをできる限り薄くすること等によって低強度に構成することが好ましい。

蓋部４０の具体的な構成としては、例えば、図１７のように薄板を上側の分割片１８Ａの上端面にネジ等の固定部材４０Ａで取り付け固定する構成など、上側の分割片１８Ａとは別部品にしてもよい。また、先に述べたように上側の分割片１８Ａの外周部を切り欠く際に蓋部４０となるべき部位を図１８のように残しておくことによって、蓋部４０は上側の分割片１８Ａと一体の部品として構成してもよい。なお、図１７は下側の分割片１８Ｂがポンプベース１Ｂと一体化した構造において蓋部４０を採用した例であるが、かかる蓋部４０は下側の分割片１８Ｂがポンプベース１Ｂと一体化していない構造例（図１等参照）でも採用し得る。

ところで、上記のような隙間３０によって上側の分割片１８Ａは屈曲変形し易くなると同時に比較的弱い力で破断し易くなる。弱い力で容易に破断してしまうと、上側の分割片１８Ａの屈曲変形による効果を十分に発揮することができない。このため、図１８のネジ溝排気部Ｐｓでは、上側の分割片１８Ａの外周部、具体的には隙間３０を形成した部位にはＣＦＲＰ等の高強度部材を補強部材５０として取り付けてある。なお、図１８は下側の分割片１８Ｂがポンプベース１Ｂと一体化した構造例において補強部材５０を採用した例であるが、かかる補強部材５０は下側の分割片１８Ｂがポンプベース１Ｂと一体化していない構造（図１等参照）でも採用し得る。

以上説明した図５から図１８のネジ溝排気部Ｐｓにおいてそれぞれの分割片１８Ａ、１８Ｂを図４のように異なる材料で形成してもよい。また、図５から図９のような複雑な形状のネジ溝１９、１９０、１９１を必要に応じて適宜組み合わせることによって、より複雑な形状のネジ溝を採用することもできる。

以上説明したすべての実施形態では、ネジ溝排気部ステータ１８（ネジ溝排気部Ｐｓの固定部材）の具体的な構成として、かかるネジ溝排気部ステータ１８がロータ６（ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材）の回転軸心方向で２以上の分割片１８Ａ、１８Ｂに分割される構造を採用したため、以下（１）または（２）の作用効果などが奏し得られる。

（１） それぞれの分割片を必要強度に応じた異なる材料で形成する、例えば、特に強度が必要とされる部位の分割片は鍛造加工や押出／引抜き加工で作られた材料から削りだした比較的高価な加工品とし、あまり強度が必要とされない部位の分割片は安価な鋳物で作製したものとすることによって、真空ポンプの強度を維持しつつそのコストダウンを図ることができる。

（２） 分割片ごとに個別にネジ溝加工を施すことによって、ネジ溝排気部ステータ１８の内周面に、リード角θ、条数、幅Ｌ１、Ｌ２、深さの変化量、またはロータ６とのギャップ等がロータ６の回転軸心方向で変化する複雑な形状のネジ溝を高度な生産設備がなくても製作でき、かかるネジ溝の採用によって真空ポンプ全体の排気性能・圧縮性能の向上を図ることができる。

１ 外装ケース
１Ａ ポンプケース
１Ｂ ポンプベース
１Ｃ フランジ
２ ガス吸気口
３ ガス排気口
４ ステータコラム
５ ロータ軸
６ ロータ
７ ボス孔
８ フランジ
９ 段部
１０ ラジアル磁気軸受
１０Ａ ラジアル電磁石ターゲット
１０Ｂ ラジアル電磁石
１０Ｃ ラジアル方向変位センサ
１１ アキシャル磁気軸受
１１Ａ アーマチュアディスク
１１Ｂ アキシャル電磁石
１１Ｃ アキシャル方向変位センサ
１２ 駆動モータ
１２Ａ 固定子
１２Ｂ 回転子
１３ 回転翼
１４ 固定翼
１８ ネジ溝排気部ステータ
１８Ａ、１８Ｂ 分割片
１９、１９０、１９１ ネジ溝
１９Ａ ネジ溝排気通路の上流入口
１９Ｂ ネジ溝排気通路の下流出口
２０ 生成物堆積用の溝
２１ ネジ溝位置合せ手段
２１Ａ 係合ピン
２１Ｂ 係合孔
２１Ｃ 確認窓
２１Ｄ 第１の段差部
２１Ｅ 第２の段差部
２１Ｆ 係合凸部
２１Ｇ 係合凹部
２２ 取っ手
２２Ａ ボルト
２２Ｂ 把持部
３０ 分割片とその外側に位置する部材との隙間
４０ 蓋部
５０ 補強部材
Ｄ 嵌め合い
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ ロータとネジ溝排気部ステータとのギャップ
Ｌ１、Ｌ２ ネジ溝の溝幅
Ｐ 真空ポンプ
Ｐｔ 翼排気部
Ｐｓ ネジ溝排気部
Ｓ ネジ溝排気通路
θ ネジ溝のリード角

Claims (18)

1. ネジ溝排気部の回転部材の外周を囲むように配置された筒形固定部材であって、
   上記筒形固定部材と上記回転部材との間に気体を排気するための螺旋状のネジ溝排気通路が備えられており、上記筒形固定部材は、上記回転部材の回転軸心方向で２以上の分割片に分割され、排気口側の前記分割片が鋳物で形成され、吸気口側の前記分割片が切削品で形成されていること
   を特徴とするネジ溝排気部の筒形固定部材。
2. 上記筒形固定部材の分割片はそれぞれ異なる材料で形成されること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
3. 上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記各分割片に設けられていて、
   上記一の分割片と他の分割片ではネジ溝のリード角が異なっていること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
4. 上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記各分割片に設けられていて、
   上記一の分割片と他の分割片ではネジ溝の条数が異なっていること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
5. 上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記各分割片に設けられていて、
   上記一の分割片と他の分割片ではネジ溝の幅が異なっていること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
6. 上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記各分割片に設けられていて、
   上記一の分割片と他の分割片ではネジ溝の深さの変化量が異なっていること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
7. 上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記各分割片に設けられていて、
   上記一の分割片と他の分割片ではネジ溝の溝上端から回転部材までの距離を変えること
   によって筒形固定部材と回転部材とのギャップが異なっていること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
8. 上記筒形固定部材は、その上面に回転軸心方向に形成された溝を有していること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
9. 上記ネジ溝排気通路を形成するためのネジ溝が上記各分割片に設けられていて、
   上記筒形固定部材は、
   一の分割片のネジ溝と他の分割片のネジ溝とを連続するように連結させるネジ溝位置合せ手段を備えること
   を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
10. 上記ネジ溝位置合せ手段は、
    一の分割片の分割面に立設した係合ピンと、その分割面に接合される他の分割片の分割面に穿設した係合孔とからなるとともに、上記係合孔に上記係合ピンが挿入嵌合するようになっていること
    を特徴とする請求項９に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
11. 上記係合孔は、上記分割片の上下端面を貫通する貫通孔からなり、その貫通孔の一端に上記係合ピンが挿入嵌合する一方、該貫通孔の他端は上記係合ピンの位置を確認する確認窓として機能すること
    を特徴とする請求項１０に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
12. 上記ネジ溝位置合せ手段は、
    一の分割片の分割面に形成した第１の段差部と、その分割面に接合される他の分割片の分割面に形成した第２の段差部とからなるとともに、上記両段差部が互いに接合するようになっていること
    を特徴とする請求項９に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
13. 上記ネジ溝位置合せ手段は、
    一の分割片の分割面に形成した係合凹部と、その分割面に接合される他の分割片の分割面に形成した係合凸部とからなるとともに、上記係合凸部が上記係合凹部に係合するようになっていること
    を特徴とする請求項９に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
14. 一の分割片を他の分割片の上に設置する作業用の取っ手が、当該一の分割片に着脱自在に取り付けられること
    を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
15. 上記筒形固定部材は、その下端部がポンプベースで支持されていて、
    上記２以上の分割片のうち最下部に位置する分割片は、上記ポンプベースの加工によって該ポンプベースと一体に設けられていること
    を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
16. 上記筒形固定部材は、
    上記分割片とその外側に位置する部材との隙間に生成物が入り込まないようにするための生成物混入防止手段として、２以上の分割片のうち最上部に位置する分割片の上端外周部に蓋部を備えること
    を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
17. 上記分割片の外周部に補強部材が取り付けられていること
    を特徴とする請求項１に記載のネジ溝排気部の筒形固定部材。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載されたネジ溝排気部の筒形固定部材を使用した真空ポンプ。
    

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