JP3569039B2

JP3569039B2 - スクリュー真空ポンプ

Info

Publication number: JP3569039B2
Application number: JP18847495A
Authority: JP
Inventors: 功阿久津
Original assignee: Diavac Ltd
Current assignee: Diavac Ltd
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JPH0914169A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スクリュー真空ポンプに関し、更に詳しくは、大気圧から１０⁻ ^４Ｔｏｒｒの低、中真空領域に好適なスクリュー真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より低、中真空領域では油回転ポンプ、ル−ツポンプ、エゼクタポンプ、拡散ポンプなどが用いられている。
しかしながら、これら真空ポンプの作動範囲は狭く、油回転ポンプの作動範囲は７６０Ｔｏｒｒから１０⁻ ^３Ｔｏｒｒであり、またル−ツポンプの作動範囲は２０Ｔｏｒｒから１０⁻ ^４Ｔｏｒｒである。
更に、エゼクタポンプの作動範囲は１Ｔｏｒｒから１０⁻ ^４Ｔｏｒｒであり、拡散ポンプの作動範囲は１０⁻ ^３Ｔｏｒｒから１０⁻ ^９Ｔｏｒｒである。
したがって、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０⁻ ^４Ｔｏｒｒまで一台の真空ポンプで排気することができなかった。
【０００３】
特に、前述のように背圧が大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）のもとで作動可能なポンプは油回転ポンプのみであり、その他のポンプを用いることはできなかった。
このため、例えば、半導体製造工程において用いられるＣＶＤ装置等で必要とされている１０⁻ ^１〜１０⁻ ^４Ｔｏｒｒの作業圧力を達成するためには、一般的に油回転ポンプとメカニカルブースターなどの他のポンプを組合わせて用いている。
即ち、まず油回転ポンプを駆動し所定圧力（メカニカルブースターなど他のポンプの作動範囲）に達した時に、メカニカルブースターなど他のポンプに切り換え所定の作業圧力を得るようになしている。
しかしながら、このような複数の真空ポンプを組合せて用いた場合、バルブの開閉等、その操作がきわめて煩雑であった。
【０００４】
また油回転ポンプでは、使用している潤滑用油が半導体製造過程で用いる各種ガス（例えば、ヒ素、ガリウム、塩素、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、フッ素等）と接触して、潤滑油としての寿命を短くするという問題があり、また油分子が半導体製造容器内を汚染するので、半導体製造工程上好ましくなかった。
【０００５】
これらの問題を解決するものとして、特開昭６０−２１６０８９号公報に示されるスクリュ−真空ポンプが提案されている。
このスクリュ−真空ポンプは非接触式で、上記圧力範囲を一台でカバーできるスクリュ−真空ポンプである。
このスクリュ−式真空ポンプは、図１０に示されるように互に噛み合いながら回転する一対の雄ロ−タ５０及び雌ロ−タ５１を、ケ−シング（図示せず）に収納し、前記雄ロ−タ５０及び雌ロ−タ５１に形成されたねじ歯車５０ａ、５１ａと前記ケ−シングとにより作動室を形成し、前記作動室に閉じ込められた吸入気体を前記ロ−タ５０、５１の回転に伴って、吐出口から圧出するようになされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のスクリュ−真空ポンプの排気速度の特性を示すと、図１１の点線に示すようになる。
この図から明らかなように、この従来のスクリュ−真空ポンプは１０^−４Ｔｏｒｒのレベルの到達圧力を得ることができるが、１０^−２Ｔｏｒｒから高真空側で排気速度が減少する。
したがって、この従来のスクリュ−真空ポンプを用いて１０^−４Ｔｏｒｒの到達圧力を得るためには、かなりの時間を要するという技術的問題があり、この時間を短縮する必要があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０⁻ ^４Ｔｏｒｒの作動範囲において、安定した排気速度を得ることができるスクリュ−真空ポンプを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかるスクリュー真空ポンプは、互に噛み合いながら回転する一対の雄ロ−タ及び雌ロ−タと、両ロ−タを収納するケ−シングにより作動室を形成し、ケ−シングの吸入口から気体を吸入すると共に前記吸入気体を前記作動室に閉じ込め、前記作動室に閉じ込められた吸入気体を前記ロ−タの回転に伴って、吐出口から圧出するスクリュ−真空ポンプにおいて、前記雄雌ロ−タにはねじ歯車部及びル−ツ部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
またスクリュー真空ポンプの雄雌ロ−タには、吸入口側から吐出側に向かって、ル−ツ部、ねじ歯車部、ル−ツ部の順に、ねじ歯車及びル−ツ部が形成されていることが好ましい。
更に、スクリュー真空ポンプの吸引口はケ−シングの中央上部に形成されるとともに、前記吐出口はケ−シングの左右両側下部に形成されるのが好ましい。
【００１０】
【作用】
上記のように構成されたスクリュー真空ポンプは、雄雌ロータの回転に伴い気体が吸入口から雄側ル−ツ部、雌側ル−ツ部とケーシングとによって形成される作動室に吸い込まれる。この吸引時にル−ツ部の作動室によって、吸引した気体は圧縮される。
そして、前記作動室と連通しているねじ歯車部とケーシングによって形成される作動室に移送され、吸入気体を更に圧縮する。
更に、圧縮された気体は雄側ル−ツ部、雌側ル−ツ部の作動室に移送され、圧縮されながら吐出口から吐出される。
【００１１】
以上のように、本発明にかかるスクリュー真空ポンプはスクリュ−ポンプとル−ツポンプの機能を兼ね備えるため、１０^−２Ｔｏｒｒから１０^−４Ｔｏｒｒの範囲で排気速度が減少することなく、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０⁻ ^４Ｔｏｒｒの作動範囲において、安定した排気速度を得ることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明の一実施例について、図１乃至図４に基づいて説明する。
尚、図１は本発明の一実施例に用いられる雄雌ロ−タの斜視図であり、図２は雄雌ロ−タの平面図である。また図３は図１、２に図示した雄雌ロ−タを用いたスリュー真空ポンプの断面図であって、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
【００１３】
まず、本発明の特徴について説明すると、従来雄雌ロ−タにはいわゆる単一のねじ歯車が形成されていたのに対し、本発明は雄雌ロ−タに前記ねじ歯車とル−ツとを形成した点に特徴がある。
即ち、図１及び図２に示すように、雄雌ロ−タ１、２はねじ歯車部１ａ、２ａと雄側ル−ツ部３、５、雌側ル−ツ部４、６とにより構成され、前記雄側ル−ツ部３、５、雌側ル−ツ部４、６は前記ねじ歯車部１ａ、２ａの両端に形成されている。
【００１４】
また、雄雌ロ−タ１、２のねじ歯車部１ａ、２ａとケーシングによって形成される作動室１ｂ、２ｂと、雄側ル−ツ部３、雌側ル−ツ部４とケーシングとによって形成される作動室３ａ、４ａとは連通し、同様に作動室１ｂ、２ｂ、雄側ル−ツ部５、雌側ル−ツ部６とケーシングとによって形成される作動室５ａ、６ａとは連通している。
尚、、前記雄雌ロ−タ１、２の一端部には回転軸７、８が形成されている。
【００１５】
次に、この雄雌ロ−タ１、２をケ−シングに配置した状態を図３、図４に基づいて説明する。
図に示すように、雄ロータ１と雌ロータ２は、主ケーシング９に収納され、前記主ケーシング９の一端面を密封する端板１０に取りつけられた軸受１１、１２と副ケーシング１７に取りつけられた軸受１８、１９とにより回転自在に支持されている。
前記主ケーシング９の端板１０側には雄雌ロ−タ１、２で圧縮された気体を外部に吐出する吐出口９ｂが設けられている。また各軸受け１１、１２にはシ−ル材１３、１４が取りつけられ、前記シール材１３、１４によって後述するタイミングギヤ１５、１６による潤滑油が作動室内へ侵入するのを防いでいる。
【００１６】
前記雄雌ロータ１、２の回転軸７、８には、副ケーシング１７内に収納されたタイミングギヤ１５、１６が取付られ、雄、雌ロータが互いに接触しないように両ロータ間を調整している。
そして軸受１１、１２の潤滑は飛まつ給油より行ない、副ケーシング１７内に溜った潤滑油（図示せず）をタイミングギヤ１５、１６によって跳ねかけるように成されている。
尚、前記主ケーシング９の他端側には副ケーシング２０が取り付けられている。また前記主ケーシング９の他端側には吸入口９ａが設けられている。
【００１７】
このように構成されたスクリュ−真空ポンプは、雄、雌ロータ１、２の回転に伴い気体が吸入口９ａから雄側ル−ツ部５、雌側ル−ツ部６とケーシングとによって形成される作動室３ａ、４ａに吸い込まれる。この吸引時にル−ツ部３、４の作動室３ａ、４ａによって、吸引した気体は圧縮される。
そして、前記作動室３ａ、４ａと連通しているねじ歯車部１ａ、２ａとケーシングによって形成される作動室１ｂ、２ｂに移送される。前記作動室１ｂ、２ｂはロータ１、２の回転に伴い当初容積一定のまま気体を移送するが、さらにロータが回転するとその容積を減少させ気体を圧縮する。
更に、圧縮された気体は作動室１ｂ、２ｂと連通している雄側ル−ツ部５、雌側ル−ツ部６の作動室５ａ、６ａに移送され、圧縮されながら吐出口９ｂから吐出される。
【００１８】
尚、主ケーシング９の外側には気体の圧縮により温度が上昇するため、冷却ジャケット２１を設け、このジャケット内に冷却水を通しケーシング９や圧縮気体を冷却するように成されている。
【００１９】
以上のように、本発明の実施例によればスクリュ−ポンプとル−ツポンプの機能を兼ね備えるため、図１１の実線に示すようにスクリュ−真空空ポンプの排気速度が大幅に改善され、１台の真空ポンプで効率良く、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０⁻ ^４Ｔｏｒｒの中真空領域まで、略安定した排気速度を得ることができ、広い作動範囲をカバーすることができる。
また本発明にかかる真空ポンプを使用することにより、従来の油回転ポンプやメカニカルブースターなどを組合せた真空系と比べて構造が簡単で安価な真空系を構成することができる。
さらに真空系の構成が簡単になることにより、バルブの切換えなど煩雑な操作が不要になり制御系を簡単で安価なものにすることができる。
【００２０】
次に本発明にかかる第２の実施例について、図５及び図６に基づいて説明する。尚、前述した第１の実施例と同一、相当部材は同一記号を付する。
この実施例では雄雌ロ−タ１、２の両端部に回転軸７、８、２２、２３が形成され、ケ−シングの所定の位置に配置される。
即ち、雄ロータ１と雌ロータ２は主ケーシング９に収納され、前記雄ロータ１と雌ロータ２の一端側は前記主ケーシング９の一端面を密封する端板１０に取りつけられた軸受１１、１２と副ケーシング１７に取りつけられた回転シ−ル部１８ａにより回転自在に支持されている。また前記雄ロータ１と雌ロータ２の他端側は前記主ケーシング９の他端面に取りつけられた副ケーシング２４の軸受２５、２６により回転自在に支持されている。
前記主ケーシング９の副ケーシング２４側には吸入口９ａが形成されている。また副ケーシング２４の外側はカバ−２７によって覆われている。
【００２１】
前記軸受２５、２６の潤滑は飛まつ給油より行ない、副ケーシング２４とガバ−２７とによって形成される空間内に溜った潤滑油（図示せず）を円板２８によって跳ねかけるように構成されている。
第２の実施例の動作作用は基本的には第１の実施例と同様であるため、その説明を省略する。
【００２２】
次に本発明にかかる第３の実施例について、図７乃至図９に基づいて説明する。尚、前述した第１、第２の実施例と同一、相当部材は同一記号を付する。
この実施例の特徴について簡単に説明すれば、前述の第２の実施例ではねじ歯車の両端にル−ツを形成したロ−タを用いたスクリュ−真空ポンプに特徴があったのに対し、この実施例では、２つのねじ歯車部と３つのル−ツ部を形成したロ−タを用いたスクリュ−真空ポンプに特徴がある。
【００２３】
即ち、図７に示すように、雄ロ−タ３０はねじ歯車部３０ａ、３０ｂと、前記ねじ歯車部３０ａ、３０ｂの間に配された中間ル−ツ部３０ｃと、前記ねじ歯車部３０ａ、３０ｂの端面に形成されたル−ツ部３０ｄ、３０ｅと、回転軸３２ａ、３２ｂとにより構成されている。
同様に雌ロ−タ３１はねじ歯車部３１ａ、３１ｂと、前記ねじ歯車部３１ａ、３１ｂの間に配された中間ル−ツ部３１ｃと、前記ねじ歯車部３１ａ、３１ｂの端面に形成されたル−ツ部３１ｄ、３１ｅと、回転軸３３ａ、３３ｂとにより構成されている。
【００２４】
そして、雄ロ−タ３０のねじ歯車部３０ａ、３０ｂと雌ロ−タ３１のねじ歯車部３１ａ、３１ｂとが噛合し、また雄ロ−タ３０の中間ル−ツ部３０ｃと雌ロ−タ３１の中間ル−ツ部３１ｃとが噛合し、更に雄ロ−タ３０のル−ツ部３０ｄ、３０ｅと雌ロ−タ３１のル−ツ部３１ｄ、３１ｅとが噛合するように構成されている。
【００２５】
また雄雌ロ−タ３０、３１のねじ歯車部３０ａ、３１ａとケーシングによって、作動室３５ａ、３５ｂが形成される。同様に、雄雌ロ−タ３０、３１のねじ歯車部３０ｂ、３１ｂとケーシングによって、作動室３６ａ、３６ｂが形成される。
また中間ル−ツ部３０ｃ、３１ｃとケーシングによって作動室３４ａ、３４ｂが形成される。
更に、ル−ツ部３０ｄ、３１ｄとケーシングとによって複数の作動室３７ａ、３７ｂが形成される。同様にル−ツ部３０ｅ、３１ｅとケーシングとによって複数の作動室３８ａ、３８ｂが形成される。
そして、前記作動室３４ａは、作動室３５ａ、３６ａと連通し、同様に前記作動室３４ｂは、作動室３５ｂ、３６ｂと連通している。そして作動室３５ａは作動室３７ａと連通し、作動室３５ｂは作動室３７ｂと連通している。また作動室３６ａは作動室３８ａと連通し、作動室３６ｂは作動室３８ｂと連通している。
【００２６】
この前記雄雌ロ−タ３０、３１を用いたスクリュ−真空ポンプの断面図を図８、図９に示す。尚、図９は図８のＡ−Ａ断面図である。
この実施例では、主ケーシング３９の中央上部に吸入口３９ａが設けられている。そして雄ロータ１と雌ロータ２とを主ケーシング３９に収納すると共に、雄ロータ１及び雌ロータ２は前記主ケーシング３９の両端面を密封する端板１０に取りつけられた軸受１１、１２、２５、２６により回転自在に支えられている。また前記端板１０には雄雌ロ−タ３１、３２で圧縮された気体を外部に吐出する吐出口３９ｂがケ−シングの左右両側下部に設けられている。
【００２７】
このように構成されたスクリュ−真空ポンプは、雄、雌ロータ１、２の回転に伴い気体が吸入口３９ａから中間ル−ツ部３０ｃ、３１ｃとケーシングとによって形成される作動室３４ａ、３４ｂに吸い込まれる。
ここで、吸い込まれた気体は中間ル−ツ部３０ｃ、３１ｃで内部圧縮されるとともに、左右のねじ歯車部３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂに分流する。
そして、分流した気体は前記作動室３４ａ、３４ｂと連通しているねじ歯車部３０ａ、３１ａと、３０ｂ、３１ｂとケーシングによって形成される作動室３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂに移送される。
ねじ歯車部３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂでは、従来のスクリュ−真空ポンプと同様、当初気体を移送するが、さらにロータが回転するとその容積は減少し、気体を圧縮する。
更に、圧縮された気体は作動室３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂと連通しているル−ツ部３０ｄ、３１ｄ、ル−ツ部３０ｅ、３１ｅの作動室３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂに移送され、圧縮されながら吐出口３９ｂから吐出される。
【００２８】
即ち、ケ−シング３９の中央部に設けられた吸入口３９ａから吸入された気体は、ポンプ内部で左右に分かれ、ケ−シングの左右に形成された吐出口３９ｂから外部に圧出される。
しかも、吸入された気体は、中間ル−ツ部３０ｃ、３１ｃにより圧縮され、更にねじ歯車部３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂで圧縮され、更に、ル−ツ部３０ｄ、３１ｄ、３０ｅ、３１ｅで圧縮されることになる。
【００２９】
尚、主ケーシング３９の外側には気体の圧縮により温度が上昇するため、冷却ジャケット２１を左右に設け、このジャケット内に冷却水を通しケーシング３９や圧縮気体を冷却するように構成されている。
【００３０】
以上のように、この実施例によっても、図１１の実線に示すのと同様に、スクリュ−真空ポンプの排気速度が大幅に改善され、１台の真空ポンプで効率良く大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０⁻ ^４Ｔｏｒｒの中真空領域までの広い作動範囲をカバーすることができる。
尚、上記いずれの実施例においても、ねじ歯車部の吸入口側及び吐出口側の両側にル−ツ部を形成したが、必要に応じていずれか一方のみル−ツ部を形成しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、図１１の実線に示すようにスクリュ−真空空ポンプの排気速度が大幅に改善され、１台の真空ポンプで効率良く大気圧から１０⁻ ^４Ｔｏｒｒの中真空領域まで、安定した排気速度を得ることができ、広い作動範囲をカバーすることができるという効果を奏する。
また本発明にかかる真空ポンプを使用することにより、従来の油回転ポンプやメカニカルブースターなどを組合せた真空系と比べて構造が簡単で安価な真空系を構成することができるという効果を奏する。
更に、真空系の構成が簡単になることにより、バルブの切換えなど煩雑な操作が不要になり、制御系を簡単で安価なものにすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例に用いられる雄雌ロ−タの斜視図である。
【図２】図２は図１の雄雌ロ−タの平面図である。
【図３】図３は図１、２に図示した雄雌ロ−タを用いたスリュー真空ポンプの断面図である。
【図４】図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図６】図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図７は本発明の第３実施例に用いられる雄雌ロ−タの斜視図である。
【図８】図８は、図７に図示した雄雌ロ−タを用いたスリュー真空ポンプの断面図である。
【図９】図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】図１０は、従来のスクリュー真空ポンプに用いられているロ−タの斜視図である。
【図１１】図１１は排気速度の特性を示す図である。
【符号の説明】
１雄ロ−タ
１ａねじ歯車部
２雌ロ−タ
２ａねじ歯車部
３ル−ツ部
４ル−ツ部
５ル−ツ部
６ル−ツ部
９ケ−シング
９ａ吸入口
９ｂ吐出口
３０雄ロ−タ
３０ａねじ歯車部
３０ｂねじ歯車部
３０ｃル−ツ部
３０ｄル−ツ部
３０ｅル−ツ部
３１雌ロ−タ
３１ａねじ歯車部
３１ｂねじ歯車部
３１ｃル−ツ部
３１ｄル−ツ部
３１ｅル−ツ部
３９ケ−シング
３９ａ吸入口
３９ｂ吐出口

Claims

互に噛み合いながら回転する一対の雄ロ−タ及び雌ロ−タと、両ロ−タを収納するケ−シングにより作動室を形成し、ケ−シングの吸入口から気体を吸入すると共に前記吸入気体を前記作動室に閉じ込め、前記作動室に閉じ込められた吸入気体を前記ロ−タの回転に伴って、吐出口から圧出するスクリュ−真空ポンプにおいて、
前記雄雌ロ−タにはねじ歯車部及びル−ツ部が形成されていることを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
前記雄雌ロ−タには、吸入口側から吐出側に向かって、ル−ツ部、ねじ歯車部、ル−ツ部の順に、ねじ歯車及びル−ツ部が形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真空ポンプ。
前記吸入口はケ−シングの中央上部に形成されるとともに、前記吐出口はケ−シングの左右両側下部に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリュー真空ポンプ。