JP3836160B2 - 真空ポンプ用ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、例えば半導体製造装置などの排気系に使用される真空ポンプのロータ及びその製造方法に関し、更に詳しくは、流体の流路に油を使用することなく、ドライでクリーンな真空を得るのに好適な真空ポンプ用ロータ及びその製造方法に関する。
背景技術
真空ポンプの１つのタイプに、インボリュート曲線やサイクロイド曲線の輪郭を持つローブを有する一対のロータを備えるものがある。これらのロータは、ケーシングの内部でローブを密接に噛み合せた状態で回転させることにより、流体を圧送する。ロータどうしの間には１００μｍ程度のクリアランスを設定して、両者の間の潤滑を省いている。
従来、ロータは、一般に中実体で構成されていた。即ち、ロータと回転軸とを鋳造で中実一体型に構成したものや、回転軸を鋳ぐるみした中実体のロータ、または回転軸にキー材を介して中実体のロータを固着したもの等が知られている。しかしながら、このような中実体のロータは、重量が大きくなって、加工、組立等の作業性が悪く、慣性モーメントも大きくなって回転起動時や停止時に大きなトルクを必要とする。そこで、ロータの外被を板材で成形してロータを中空構造にすることが考えられる。
このようなポンプにおいては、稼動によってロータの雰囲気圧力が変化するので、内外の圧力差によってロータが変形しないように、中空部に空気抜き穴を設けることが考えられる。しかしながら、その場合には、保管時の湿気や腐食性ガス等の影響で内部に錆が発生したり、半導体製造等に使用されるガスが中空部に滞留して、メンテナンスや修理時にそのガスが人体に影響を与えるおそれがある。
発明の開示
本発明は、内部に水分やガスが入らず、しかもロータの変形を抑制できるようにした中空構造を有する真空ポンプ用ロータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
この目的は、ローブの輪郭に沿って屈曲形成されたロータ殻と、該ロータ殻の両端開口部を閉止する側板と、該側板に取り付けられた回転軸とを有する中空ロータであって、該ロータ殻、側板及び回転軸によって気密に区画形成された中空部の内部雰囲気が真空であることを特徴とする真空ポンプ用ロータによって達成された。
これにより、ロータを気密な中空構造とすることで、ポンプの大幅な軽量化を図るとともに、ロータの内部を外部から完全に隔離して錆等の生成を防止し、しかも中空部を真空構造とすることでポンプ運転時のロータ内外の圧力差を少なくし、ロータの変形を抑制することができる。
側板の表面に、先端が該側板の肉厚内に止まるバランス調整用穴を設けてもよい。これにより、中空部の真空を破壊せずに側板にバランス調整用穴を設け、ロータのバランス調整を行なうことができる。
中空ロータを、ロータ殻と側板によって構成される中空部を排気する工程を有する方法により製造してもよい。ロータ殻と側板を溶接してもよい。
排気工程を、少なくとも最後の中空部形成工程を真空中及び／または高温中で行って中空ロータの内部を真空にしてもよい。
また、中空部を中空ロータに形成された真空流路から排気してもよく、これは排気後に密封される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態を一部を破断して示す平面図であり、
図２は、図１の実施の形態の側面図であり、
図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、
図４は、図１乃至図３に示すロータを用いた真空ポンプの一例を示す正面断面図であり、
図５は、本発明のロータの他の製造例を示す長手方向に部分的に破断した図であり、
図６は、更に他の製造例を示す長手方向に部分的に破断した図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１乃至図３は、本発明の実施の形態の２葉タイプのロータ１０を示すものである。ロータ１０は、ステンレス鋼板等の板体を所望の２枚のローブＬのプロフィールに沿って屈曲して形成したロータ殻１２と、内部に回転軸１４を挿着した一対の側板１６を備えて構成されている。ローブＬのプロフィールは、従来と同様に、インボリュート曲線やサイクロイド曲線が用いられる。
ロータ殻１２は、この例では、同一形状の２枚の殻部材１８の端面を互いに突合せ、この突合せ面をその全長に亘って溶接で接合することによって形成されている。図２に示すように、この突合せ接合部２０は、ロータ１０のローブＬの頂端部Ｔから角度θだけずらした位置に設定されている。頂端部Ｔは、真空ポンプのケーシングの内周面や他のロータ面に所定の隙間を持って接する部分であり、真空ポンプの排気性能を決定する。従って、このように、凹凸が生じ易い突合せ接合部２０を頂端部Ｔからずらすことにより、この部分の寸法精度が維持され、排気性能が向上する。
なお、この例では、ロータ殻１２を２分割して殻部材１８を形成し、これを接合している。従って、大きな板材を多重に曲げ加工する必要がなく、加工の作用性や加工精度を向上させることができる。また、この例では、ロータ殻１２をローブＬの数と同じ数（この例では２）に分割して殻部材１８を形成しており、殻部材１８を同一寸法・形状とすることができるので、加工作業や在庫管理が簡略化される。なお、分割の仕方は任意であり、また、１枚の殻部材でロータ殻を形成してもよい。
側板１６はロータ殻１２より肉厚の板材で構成され、その外形がロータ殻１２と一致する形状に加工（プレス加工）されている。側板１６の中央には回転軸１４を挿通させるための軸孔１６ａが形成され、回転軸１４は全周に亘る溶接により側板１６に接合されている。側板１６の表面の適当な位置には、先端が側板の肉厚内に止まる非貫通のバランス調整用穴１６ｂが設けられている。側板１６は、ロータ殻１２の端部に取り付けられ、その全周に亘る溶接によりロータ殻１２に接合され、内部に真空雰囲気を有する気密の中空部２２が構成されている。
次に、上記のようなロータ１０の製造例を説明する。先ず、プレスの打抜き加工等で形成した矩形平板状のブランク板を用意し、このブランク板に曲げ加工を施して、所定形状の殻部材１８を成形する。そして、このようにプレス加工により成形した２枚の殻部材１８を互いに１８０°回転した状態で突合せ、この突合せ部をその全長に亘ってアーク溶接等で接合して、両端で開口するロータ殻１２を形成する。
一方、ロータ殻１２の内部の外形形状と回転軸１４を取付けるための軸孔１６ａを有する側板１６をプレスの打抜き加工等によって成形し、この側板１６の軸孔１６ａ内に回転軸１４を挿通し、この回転軸１４の所定の位置に側板１６をその全周に亘るアーク溶接等で接合する。さらに、ロータ殻１２の内部に側板１６を挿入し、真空中及び／または高温中で両者の当接部をその全周に亘るレーザ溶接等で接合し、内部が真空の中空部２２を形成する。溶接部の凹凸等を研削等により仕上げ加工し、必要な箇所にバランス調整用穴１６ｂを設ける。
なお、ロータ殻１２と側板１６とを溶接してから回転軸１４を溶接するようにしても良い。この場合には、回転軸１４の側板１６への溶接を真空中及び／または高温中で行うことにより、中空部２２を真空構造とすることができる。
上記のようにして構成されたロータ１０を用いたロータリー形真空ポンプ３０を図４に示す。これは、ケーシング３２中に互いにリンクするギア（図示せず）により連動する２本の回転軸１４が平行に配置され、それぞれに所定の角度位相をずらしてロータ１０が取り付けられている構造である。この真空ポンプでは、ロータ１０が中空であり、軽量化され、慣性モーメントも小さいので、制御の応答性が良い。また、ロータ１０が機械加工により安価に製造されるので、ポンプの製造コストも安い。
更に、ロータ殻１２及び側板１６で区画されたロータの中空部２２はこの外部から完全に隔離されているので、この中空部２２の内周面に錆が発生したり、この内部にガスが滞留してしまうことがない。しかも中空部２２を真空構造としているので、ポンプ運転時にケーシング３２内の圧力が低下した時にも、ロータ１０の内外の圧力差は小さい。従って、ロータ１０の変形を抑制することができる。また、非運転時においてはロータ１０は大気圧にさらされる場合があるが、圧力差は高々１気圧であって大きな変形には至らず、しかも圧縮方向に作用するのでロータどうしやポンプ壁と接触することは無い。
図５は、本発明の他の製造例を示すものである。ここでは、一方の側板１６の開口１６ａに排気補助具５０を取り付け、これを介して排気するものである。この排気補助具５０は、両端に取り付け用フランジ５２，５４を有するパイプ５６と、この内部に軸方向に可動に収容された可動栓５８とを有している。可動栓５８は、封止コマ６０と案内ヘッド６２とをシャフト６４で連結して構成されており、封止コマ６０とシャフト６４は例えばねじによって取り外し可能に取り付けてある。パイプ５６の内周面の先端側には案内ヘッド６２の抜けを防止するストッパ（段差）６６が設けられている。
案内ヘッド６２の外周は、図５Ｃに示すように円弧部と直線部とを有しており、これによりパイプ５６の内面を摺動可能にかつ直線部の両側から排気可能になっている。封止コマ６０は側板１６の開口１６ａの断面形状に適合するように、この例では段差とテーパを有して形成されている。シャフト６４の長さは、図５Ｂに示すように、パイプ５６を側板１６に固定したときに可動栓５８が微小距離ｄだけ軸方向に移動できるように設定されている。
この排気補助具５０を、図５Ａに示すように、例えば接着や仮溶接でフランジ５２を介して側板１６に取り付け、これの外端のフランジ５４に排気ポンプから延びる排気管４０を取り付けて排気を行なう。この場合、可動栓５８は案内ヘッド６２がストッパ６６に当接するまで外側に吸引されて移動し、従って、封止コマ６０と側板１６の開口１６ａの間には隙間ができてロータ１０の内部の中空部の排気が可能になる。排気ポンプの作動を止めると、可動栓５８は中空部内の真空により吸引されて内側に移動して開口１６ａを塞ぐ。密封性を挙げるために、封止コマ６０と開口の間の所定箇所に弾性を有するシール部材を介在させてもよい。
この状態でパイプ５６を取り除き、開口１６ａの周囲をオープンにして封止コマ６０を溶接等により開口１６ａの周囲に固着して中空部２２を密封する。シャフト６４は溶接の前後に適宜に取り除く。この方法では、封止コマ６０が落ちなければある程度の真空状態であることが確認できるので、真空を確認する作業が省ける。以上のような工程により、ロータ１０の中空部２２を確実に高い真空度にすることができる。
図６は、本発明の更に他の製造例を示すものである。ここでは、回転軸１４に、一端が中空部２２内に開口し、他端が軸端面で開口する空気抜き穴１４ａを予め設けている。大気中で前述と同様な溶接を施してロータ１０を作成した後、空気抜き穴１４ａにパイプ４２を介して真空ポンプを接続してロータ１０の中空部２２内の真空引きを行い、真空状態を確認した後、空気抜き穴１４ａの開口端を気密的に閉止する。これにより、中空部２２を確実に高い真空度にすることができる。
産業上の利用の可能性
本発明は、半導体製造工程において用いられるドライ真空ポンプに用いるロータとして有用である。

Claims (15)

1. ローブの輪郭に沿った形状のロータ殻と、
   該ロータ殻の両端開口部を閉止する側板と、該側板に取り付けられた回転軸とを有する中空ロータであって、
   該ロータ殻及び側板によって気密に区画形成された中空部の内部が真空雰囲気である真空ポンプ用ロータ。
2. 前記側板の表面に、先端が該側板の肉厚内に止まるバランス調整用穴を設けた請求項１に記載の真空ポンプ用ロータ。
3. 前記ロータ殻は、少なくとも１枚のシート状のロータ殻部材を屈曲してローブの輪郭に沿うように形成されている請求項１に記載の真空ポンプ用ロータ。
4. 前記ロータ殻部材は、その端部どうしが前記ローブの頂部を外れた位置においてつなぎ合わされている請求項３に記載の真空ポンプ用ロータ。
5. 前記ロータ殻は、ローブの数に対応する数の前記ロータ殻部材から構成されている請求項３に記載の真空ポンプ用ロータ。
6. 前記ロータ殻部材は、その端部どうしが溶接によってつなぎ合わされている請求項３に記載の真空ポンプ用ロータ。
7. 前記ロータ殻と前記側板は溶接によって結合されている請求項１に記載の真空ポンプ用ロータ。
8. ローブの輪郭に沿った形状のロータ殻と、該ロータ殻の両端開口部を閉止する側板と、該側板に取り付けられた回転軸とを有する中空のロータの製造方法であって、
   該ロータ殻及び側板によって形成された中空部の内部雰囲気を真空にする排気工程を有するロータの製造方法。
9. 前記ロータ殻と前記側板を溶接によって結合する請求項８に記載の真空ポンプ用ロータの製造方法。
10. 少なくとも最終の中空部形成工程を真空中及び／または高温中で行う請求項８に記載のロータの製造方法。
11. 前記中空部を真空流路を介して排気し、排気工程が終わった後に該真空流路を密閉する請求項８に記載の真空ポンプ用ロータの製造方法。
12. 前記真空流路は、前記側板に形成されている請求項１１に記載の真空ポンプ用ロータの製造方法。
13. 前記真空流路は、前記側板に形成された開口に着脱可能に取り付けられる排気補助具により構成され、該補助具は内部に可動な栓部材を有し、これには前記開口を覆う栓部が設けられている請求項１２に記載の真空ポンプ用ロータの製造方法。
14. 前記真空流路は、前記回転軸に形成されている請求項１１に記載の真空ポンプ用ロータの製造方法。
15. 一対のロータと、前記一対のロータを収容するポンプケーシングと、前記一対のロータを同期させて回転させる駆動機構とを有する真空ポンプにおいて、
    前記ロータは、ローブの輪郭に沿った形状のロータ殻と、該ロータ殻の両端開口部を閉止する側板と、該側板に取り付けられた回転軸とを有し、該ロータ殻及び側板によって形成された中空部の内部が真空雰囲気である真空ポンプ。

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