JP3831108B2 - ドライ真空ポンプ - Google Patents
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Description
【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】
【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
Claims (2)
- 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。 - 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。
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