JP6608283B2 - ネジ溝ポンプ機構、該ネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプ、並びに前記ネジ溝ポンプ機構に用いられるロータ、外周側ステータ及び内周側ステー - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプのネジ溝ポンプ機構、該ネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプ、並びに前記ネジ溝ポンプ機構に用いられるロータ、外周側ステータ及び内周側ステータに関するものであり、特に、中真空から超高真空に亘る圧力範囲で利用可能な真空ポンプのネジ溝ポンプ機構、該ネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプ、並びに前記ネジ溝ポンプ機構に用いられるロータ、外周側ステータ及び内周側ステータに関する。

メモリや集積回路等の半導体装置を製造する際、空気中の塵等による影響を避けるために高真空状態のチャンバ内で高純度の半導体基板（ウェハ）にドーピングやエッチングを行う必要があり、チャンバ内の排気には、例えば、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプが使用されている。

従来より用いられている真空ポンプとして、図１０に示すように、ターボ分子ポンプ機構Ａと、ターボ分子ポンプＡの下方に設けられるネジ溝ポンプ機構２００と、を備えた複合ポンプが知られている。このネジ溝ポンプ機構２００は、略円筒状のケーシング２０１と同軸線上に配置された略円筒状のステータ２０２と、ステータ２０２の同軸線上で回動可能に支持されたロータ軸２０３ａとケーシング２０１及びステータ２０２の間に配置される略円筒状の筒部２０３ｂとを有するロータ２０３と、筒部２０３ｂに対向するステータ２０２の内周面に刻設された複数のネジ溝部２０４と、を備えている。

このような真空ポンプでは、ネジ溝ポンプ機構２００で圧縮するガスのガス排気流量が増加すると、ネジ溝ポンプ機構２００の排気性能が低下しがちであった。そこで、ネジ溝ポンプ機構の排気性能を向上させるものとして、ステータと筒部の間に設けられた外周側ネジ溝部と、ステータと筒部の間に設けられた内周側ネジ溝部と、を有する並行流型のネジ溝ポンプ機構を備えた真空ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような並行流型のネジ溝ポンプ機構を備えた真空ポンプでは、ネジ溝ポンプ機構内に移送されたガスは、図１１に示すように、ポンプ径方向Ｒに並設された外周側ネジ溝部９０と内周側ネジ溝部９１とに分配されて、筒部９２がケーシング９３及びステータ９４に対して相対的に高速回転することによるドラッグ効果によって、外周側ネジ溝部９０内のガスと内周側ネジ溝部９１内のガスとが、それぞれ圧縮されながら上下方向Ｈを吸気側から排気側に移送される。

外周側ネジ溝部９０と内周側ネジ溝部９１との排気性能及び圧縮性能が同等であれば、外周側ネジ溝部９０のガス排気量と内周側ネジ溝部９１のガス排気量とは等しく、また、外周側ネジ溝部９０の出口圧力と内周側ネジ溝部９１の出口圧力とは等しくなる。したがって、外周側ネジ溝部９０及び内周側ネジ溝部９１を並列に設けた並行流型のネジ溝ポンプ機構は、ネジ溝部を１列のみ設けたネジ溝ポンプ機構に比べて、２倍の圧縮性能を発揮し得る。

実開平５−３８３８９号公報。

しかしながら、上述したような真空ポンプでは、内周側ネジ溝部９１内のガスは、外周側ネジ溝部９０内のガスよりも回転半径が小さく、筒部９２が高速回転することにより内周側ネジ溝９１部内のガスに作用する遠心力が、外周側ネジ溝部９０内のガスに作用する遠心力よりも小さい。このため、内周側ネジ溝部９１内のガスの一部が、図１１中の矢印ｌに示すように、筒部９２とステータ９４との隙間を排気側から吸気側に向かってガスが逆流し易いため、外周側ネジ溝部９０のガス排気量Ｑ１に比べて内周側ネジ溝部９１のガス排気量Ｑ２が著しく減少すると共に、外周側ネジ溝部９０のガス排気量Ｑ１はガス排気量Ｑ２が減少した分だけ増大して、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能が低下する虞があった。

また、内周側ネジ溝部９１内のガスの周速が、外周側ネジ溝部９０内のガスの周速よりも遅く、さらに、内周側ネジ溝部９１が、外周側ネジ溝部９０よりも流路が短いため、内周側ネジ溝部９１の出口圧力が、外周側ネジ溝部９０の出口圧力よりも小さくなることがあった。これにより、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でポンプ径方向Ｒの外周側と内周側とで圧力差が生じ、内周側ネジ溝部９１がガスを圧縮排気し難くなり、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能がさらに低下する虞があった。

具体的には、ネジ溝ポンプ機構の吸気側において、図１２の背圧特性に示すように、同一の吸気側圧力で外周側ネジ溝部９０と内周側ネジ溝部とに分岐してそれぞれ圧縮されたガスが、外周側と内周側とで排気側圧力（背圧）にバラつきが生じるため、外周側ネジ溝部及び内周側ネジ溝部の排気側圧力の小さい方から大きい方に向かって逆流し、ネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能が更に低下する虞があった。

さらに、並行流型のネジ溝ポンプ機構と、該並行流型のネジ溝ポンプ機構と同量のガス排気流量を排気可能な一列のネジ溝部から成るネジ溝ポンプ機構とを比較すると、前者は排気側圧力が著しく上昇しがちで、図１３中の圧力Ｐより高背圧域においては、前者の排気性能が後者の排気性能を下回り、内周側ネジ溝部が機能しないという問題があった。

そこで、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、請求項１記載の発明は、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、前記ロータ円筒部は、ロータに設けられており、前記内周側ネジ溝部の谷幅と前記内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の山幅との比が、前記外周側ネジ溝部の谷幅と前記外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の山幅との比よりも小さく設定され、前記内周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記内周側ネジ突条部の前記山幅の比と前記外周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記外周側ネジ突条部の前記山幅の比との比は、前記外周側ネジ溝部のガス排気流量と前記内周側ネジ溝部のガス排気流量との比に略一致することを特徴とするネジ溝ポンプ機構を提供する。

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口でのポンプ径方向の圧力差を軽減することにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

また、内周側ネジ突条部の山幅が外周側ネジ突条部の山幅よりも長く設定されて、内周側ネジ突条部のシール長、すなわち、内周側ネジ突条部の上下方向の長さが、外周側ネジ突条部のシール長、すなわち、外周側ネジ突条部の上下方向の長さよりも長く設定されていることにより、ロータ円筒部と内周側ステータとの間のシール性が増すため、内周側ネジ溝部内のガスがロータ円筒部と内周側ステータとの隙間を逆流することを抑制できる。

また、内周側ネジ溝部の谷幅が外周側ネジ溝部の谷幅よりも短く設定されて、内周側ネジ溝部の流路断面積が外周側ネジ溝部の流路断面積よりも狭いことにより、外周側ネジ溝部と比較してガスを圧縮し難い内周側ネジ溝部の圧縮比が増すため、ネジ溝ポンプ機構の出口付近におけるポンプ径方向の外周側と内周側との圧力差が緩和されて、内周側ネジ溝部がガスを圧縮排気し易くすることができる。すなわち、ロータ円筒部と内周側ステータとの間のシール性が増して、内周側ネジ溝部内のガスの逆流を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でのポンプ径方向の圧力差が緩和されて、内周側ネジ溝部がガスを圧縮排気し易くなることにより、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

さらに、内周側ネジ突条部のシール長が確保されるため、ロータ円筒部と内周側ステータとの間のシール性が向上すると共に、ガスが外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部とに確実に分配されるように、外周側ネジ溝部の流路断面積と内周側ネジ溝部の流路断面積とが、外周側ネジ溝部のガス排気流量と内周側ネジ溝部のガス排気流量とに応じて設定されるため、ネジ溝部外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部とが円滑にガスを圧縮排気することができる。

請求項２記載の発明は、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、前記ロータ円筒部は、ロータに設けられており、前記内周側ネジ溝部の谷幅と前記内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の山幅との比が、前記外周側ネジ溝部の谷幅と前記外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の山幅との比よりも小さく設定され、前記内周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記内周側ネジ突条部の前記山幅の比と、前記外周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記外周側ネジ突条部の前記山幅の比とは、以下の関係式を満たしているネジ溝ポンプ機構を提供する。
（Ａ１／Ｂ１）／（Ａ２／Ｂ２）≦３
Ａ１：外周側ネジ溝部の谷幅
Ｂ１：外周側ネジ突条部の山幅
Ａ２：内周側ネジ溝部の谷幅
Ｂ２：内周側ネジ突条部の山幅

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流が抑制されると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口でのポンプ径方向の圧力差が軽減されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。また、内周側ネジ突条部の山幅が外周側ネジ突条部の山幅よりも長く設定されて、内周側ネジ突条部のシール長、すなわち、内周側ネジ突条部の上下方向の長さが、外周側ネジ突条部のシール長、すなわち、外周側ネジ突条部の上下方向の長さよりも長く設定されていることにより、ロータ円筒部と内周側ステータとの間のシール性が増すため、内周側ネジ溝部内のガスがロータ円筒部と内周側ステータとの隙間を逆流することを抑制できる。また、内周側ネジ溝部の谷幅が外周側ネジ溝部の谷幅よりも短く設定されて、内周側ネジ溝部の流路断面積が外周側ネジ溝部の流路断面積よりも狭いことにより、外周側ネジ溝部と比較してガスを圧縮し難い内周側ネジ溝部の圧縮比が増すため、ネジ溝ポンプ機構の出口付近におけるポンプ径方向の外周側と内周側との圧力差が緩和されて、内周側ネジ溝部がガスを圧縮排気し易くすることができる。すなわち、ロータ円筒部と内周側ステータとの間のシール性が増して、内周側ネジ溝部内のガスの逆流を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でのポンプ径方向の圧力差が緩和されて、内周側ネジ溝部がガスを圧縮排気し易くなることにより、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。さらに、内周側ネジ突条部のシール長を確保しつつ、内周側ネジ溝部のガス排気流量が過度に小さくなることを抑制することができる。

請求項３記載の発明は、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、前記ロータ円筒部は、ロータに設けられており、前記内周側ネジ溝部の谷幅と前記内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の山幅との比が、前記外周側ネジ溝部の谷幅と前記外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の山幅との比よりも小さく設定され、前記内周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記内周側ネジ突条部の前記山幅の比と、前記外周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記外周側ネジ突条部の前記山幅の比とは、以下の関係式を満たしているネジ溝ポンプ機構を提供する。
２≦（Ａ１／Ｂ１）／（Ａ２／Ｂ２）
Ａ１：外周側ネジ溝部の谷幅
Ｂ１：外周側ネジ突条部の山幅
Ａ２：内周側ネジ溝部の谷幅
Ｂ２：内周側ネジ突条部の山幅

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流が抑制されると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口でのポンプ径方向の圧力差が軽減されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。また、内周側ネジ突条部の山幅が外周側ネジ突条部の山幅よりも長く設定されて、内周側ネジ突条部のシール長、すなわち、内周側ネジ突条部の上下方向の長さが、外周側ネジ突条部のシール長、すなわち、外周側ネジ突条部の上下方向の長さよりも長く設定されていることにより、ロータ円筒部と内周側ステータとの間のシール性が増すため、内周側ネジ溝部内のガスがロータ円筒部と内周側ステータとの隙間を逆流することを抑制できる。また、内周側ネジ溝部の谷幅が外周側ネジ溝部の谷幅よりも短く設定されて、内周側ネジ溝部の流路断面積が外周側ネジ溝部の流路断面積よりも狭いことにより、外周側ネジ溝部と比較してガスを圧縮し難い内周側ネジ溝部の圧縮比が増すため、ネジ溝ポンプ機構の出口付近におけるポンプ径方向の外周側と内周側との圧力差が緩和されて、内周側ネジ溝部がガスを圧縮排気し易くすることができる。すなわち、ロータ円筒部と内周側ステータとの間のシール性が増して、内周側ネジ溝部内のガスの逆流を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でのポンプ径方向の圧力差が緩和されて、内周側ネジ溝部がガスを圧縮排気し易くなることにより、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。さらに、内周側ネジ突条部のシール長を確保しつつ、内周側ネジ溝部の谷幅を大きく確保可能なため、内周側ネジ溝部は、円滑にガスを圧縮排気することができる。

請求項４記載の発明は、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、前記複数の内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の仰角は、前記複数の外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の仰角より小さく設定されているネジ溝ポンプ機構を提供する。

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流が抑制されると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口でのポンプ径方向の圧力差が軽減されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。また、外周側ネジ溝部の背圧特性と内周側ネジ溝部の背圧特性とが略等しく設定されていることにより、外周側ネジ溝部の吸気側圧力と内周側ネジ溝部の吸気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の吸気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制されると共に、外周側ネジ溝部の排気側圧力と内周側ネジ溝部の排気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の排気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制される。これにより、外周側ネジ溝部及び内周側ネジ溝部が低背圧域から高背圧域に亘って夫々確実に機能するため、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能を向上させることができる。さらに、内周側ネジ溝部の吸気側から排気側に向かって移送されるガスの流路が長くなることにより、内周側ネジ溝部の圧縮比が向上する。これにより、内周側ネジ溝部の圧縮性能を向上させることができる。

請求項５記載の発明は、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、前記複数の内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の条数は、前記複数の外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の条数より多く設定されているネジ溝ポンプ機構を提供する。

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流が抑制されると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口でのポンプ径方向の圧力差が軽減されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。また、外周側ネジ溝部の背圧特性と内周側ネジ溝部の背圧特性とが略等しく設定されていることにより、外周側ネジ溝部の吸気側圧力と内周側ネジ溝部の吸気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の吸気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制されると共に、外周側ネジ溝部の排気側圧力と内周側ネジ溝部の排気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の排気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制される。これにより、外周側ネジ溝部及び内周側ネジ溝部が低背圧域から高背圧域に亘って夫々確実に機能するため、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能を向上させることができる。さらに、内周側ネジ溝部の吸気側から排気側に向かってガスが効率的に移送されることにより、内周側ネジ溝部の圧縮比が向上する。これにより、内周側ネジ溝部の圧縮性能を向上させることができる。

請求項６記載の発明は、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、前記内周側ネジ溝部の溝深さは、前記外周側ネジ溝部の溝深さより浅く設定されているネジ溝ポンプ機構を提供する。

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流が抑制されると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口でのポンプ径方向の圧力差が軽減されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。また、外周側ネジ溝部の背圧特性と内周側ネジ溝部の背圧特性とが略等しく設定されていることにより、外周側ネジ溝部の吸気側圧力と内周側ネジ溝部の吸気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の吸気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制されると共に、外周側ネジ溝部の排気側圧力と内周側ネジ溝部の排気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の排気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制される。これにより、外周側ネジ溝部及び内周側ネジ溝部が低背圧域から高背圧域に亘って夫々確実に機能するため、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能を向上させることができる。さらに、内周側ネジ溝部内を吸気側から排気側に向かって移送されるガスが内周側ネジ溝部内を吸気側から排気側に向かって移送されるガスより少なくなることにより、内周側ネジ溝部の吸気側圧力を維持しつつ内周側ネジ溝部の圧縮比が向上する。これにより、内周側ネジ溝部の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

請求項７記載の発明は、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、前記複数の内周側ネジ溝部の総入口面積は、前記ロータ円筒部に穿設された連通口の総開口面積より広く設定されているネジ溝ポンプ機構を提供する。

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流が抑制されると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口でのポンプ径方向の圧力差が軽減されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。また、外周側ネジ溝部の背圧特性と内周側ネジ溝部の背圧特性とが略等しく設定されていることにより、外周側ネジ溝部の吸気側圧力と内周側ネジ溝部の吸気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の吸気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制されると共に、外周側ネジ溝部の排気側圧力と内周側ネジ溝部の排気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構の排気側における外周側ネジ溝部と内周側ネジ溝部との間でのガスの逆流が抑制される。これにより、外周側ネジ溝部及び内周側ネジ溝部が低背圧域から高背圧域に亘って夫々確実に機能するため、並行流型のネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能を向上させることができる。さらに、ガスが連通路を介して内周側ネジ溝部の吸気側に円滑に流入することにより、内周側ネジ溝部の吸気側での過度な圧力上昇が抑制される。これにより、内周側ネジ溝部の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構を備えた真空ポンプを提供する。

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能が向上することにより、ポンプ全体の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

請求項９記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構に用いられるロータを提供する。

この構成によれば、ロータを適用したネジ溝ポンプ機構の吸気側及び排気側におけるガスの逆流が抑制されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能を向上させることができる。

請求項１０記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構に用いられる外周側ステータを提供する。

この構成によれば、外周側ステータを適用したネジ溝ポンプ機構の吸気側及び排気側におけるガスの逆流が抑制されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能を向上させることができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構に用いられる内周側ステータを提供する。

この構成によれば、内周側ステータを適用したネジ溝ポンプ機構の吸気側及び排気側におけるガスの逆流が抑制されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能、圧縮性能を向上させることができる。

本発明に係るネジ溝ポンプ機構は、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流が抑制されると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でのポンプ径方向の圧力差が軽減されることにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

また、本発明に係る真空ポンプは、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能が向上することにより、ポンプ全体の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

また、本発明に係るネジ溝ポンプ機構のロータは、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でのポンプ径方向の圧力差を軽減することにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

また、本発明に係るネジ溝ポンプ機構の外周側ステータは、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でのポンプ径方向の圧力差を軽減することにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

また、本発明に係るネジ溝ポンプ機構の内周側ステータは、ネジ溝ポンプ機構内でのガスの逆流を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構の出口付近でのポンプ径方向の圧力差を軽減することにより、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施例に係るネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプを示す断面図。 図１に示す外周側ステータの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＩＩＢ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）中のＩＩＣ線断面拡大図。 図１に示す内周側ステータの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＩＩＩＢ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）中のＩＩＩＣ線断面拡大図。 本発明の第２の実施例に係るネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプを示す断面図。 図４に示す外周側ステータの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＶＢ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）中のＶＣ線断面拡大図。 図４に示す内周側ステータの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＶＩＢ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）中のＶＩＣ線断面拡大図。 図６の真空ポンプに用いられる内周側ネジ溝部の背圧特性を示す図。 図４の真空ポンプに用いられる並行流型のネジ溝ポンプ機構の背圧特性を示す。 図８に示すネジ溝ポンプ機構及び一列のネジ溝部から成るネジ溝ポンプ機構の背圧特性を示す図。 従来例に係る真空ポンプを示す模式図。 他の従来例に係る真空ポンプに適用される並行流型のネジ溝ポンプ機構の要部を示す模式図。 従来の外周側ネジ溝部及び内周側ネジ溝部並びにこれらを備えた並行流型のネジ溝ポンプ機構の背圧特性を示す図。 図１２に示す並行流型のネジ溝ポンプ機構及び一列のネジ溝部から成るネジ溝ポンプ機構の背圧特性を示す図。

本発明は、ネジ溝ポンプ機構の排気性能及び圧縮性能を向上させるという目的を達成するために、所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、ロータ円筒部の外周側にロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、ロータ円筒部の内周側にロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、ロータ円筒部及び外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、ロータ円筒部及び内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、外周側ネジ溝部の排気側圧力と内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定されていることにより実現した。

以下、本発明の第１実施例に係るネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプについて、図１乃至図３に基づいて説明する。

真空ポンプ１は、略円筒状のケーシング１０内に収容されたターボ分子ポンプ機構ＰＡとネジ溝ポンプ機構ＰＢとから成る複合ポンプである。

真空ポンプ１は、略円筒状のケーシング１０と、ケーシング１０内に回転可能に支持されたロータシャフト２０と、ロータシャフト２０を回転させる駆動モータ３０と、ロータシャフト２０の上部に固定されてロータシャフト２０の軸心に対して同心円状に並設された回転翼４１を備えるロータ４０と、ロータシャフト２０の一部及び駆動モータ３０を収容するステータコラム５０とを備えている。

ケーシング１０は、有底円筒状に形成されている。ケーシング１０は、ガス排気口１１ａが下部側方に形成されたベース１１と、ガス吸気口１２ａが上部に形成されると共にベース１１上に載置された状態でボルト１３を介して固定された円筒部１２とで構成されている。なお、図１中の符号１４は、裏蓋である。
ケーシング１０は、円筒部１２のフランジ１２ｂを介して図示しないチャンバ等の真空容器に取り付けられる。ガス吸気口１２ａは、真空容器に接続され、ガス排気口１１ａは、図示しない補助ポンプに連通するように接続される。

ロータシャフト２０は、ラジアル電磁石２１及びアキシャル電磁石２２により非接触支持されている。ラジアル電磁石２１及びアキシャル電磁石２２は、図示しない制御ユニットに接続されている。

制御ユニットは、ラジアル方向変位センサ２１ａ及びアキシャル方向変位センサ２２ａの検出値に基づいて、ラジアル電磁石２１、アキシャル電磁石２２の励磁電流を制御することにより、ロータシャフト２０が所定の位置に浮上した状態で支持される。

ロータシャフト２０の上部及び下部は、タッチダウン軸受２３内に挿通されている。ロータシャフト２０が制御不能になった場合には、高速で回転するロータシャフト２０がタッチダウン軸受２３に接触して真空ポンプ１の損傷を防止するようになっている。

駆動モータ３０は、ロータシャフト２０の外周に取り付けられた回転子３１と、回転子３１を取り囲むように配置された固定子３２とで構成されている。固定子３１は、上述した図示しない制御ユニットに接続されており、制御ユニットによってロータシャフト２０及びロータ４０の回転が制御されている。

ロータ４０は、ボス孔４２にロータシャフト２０の上部を挿通した状態で、ボルト４３をロータフランジ４４に挿通すると共にシャフトフランジ２４に螺着することで、ロータシャフト２０に一体に取り付けられている。

ステータコラム５０は、ベース１１上に載置された状態で、下端部を図示しないボルトを介してベース１１に固定されている。

次に、真空ポンプ１の略上半分に配置されたターボ分子ポンプ機構ＰＡについて説明する。

ターボ分子ポンプ機構ＰＡは、ロータ４０の回転翼４１と、回転翼４１の間に隙間を空けて配置された固定翼６０とで構成されている。回転翼４１と固定翼６０とは、上下方向Ｈに沿って交互にかつ多段、本実施例では、回転翼４１が５段、固定翼６０が４段ずつ配列されている。

回転翼４１は、所定の角度で傾斜したブレードからなり、ロータ４０の上部外周面に一体に形成されている。また、回転翼４１は、ロータ４０の軸線回りに放射状に複数設置されている。

固定翼６０は、回転翼４１とは反対方向に傾斜したブレードからなり、円筒部１２の内壁面１２ａに段積みで設置されているスペーサ６１により上下方向に挟持されて位置決めされている。また、固定翼６０も、ロータ４０の軸線回りに放射状に複数設置されている。

回転翼４１と固定翼６０との間の隙間は、上下方向Ｈの上方から下方に向かって徐々に狭くなるように設定されている。また、回転翼４１及び固定翼６０の長さは、上下方向Ｈの上方から下方に向かって徐々に短くなるように設定されている。

上述したようなターボ分子ポンプ機構ＰＡは、回転翼４１の回転により、ガス吸気口１２ａから吸入されたガスを上下方向Ｈの上方から下方に移送するようになっている。

次に、真空ポンプ１の略下半分に配置されたネジ溝ポンプ機構ＰＢについて説明する。

ネジ溝ポンプ機構ＰＢは、ロータ４０の下部に設けられて上下方向Ｈに沿って延びたロータ円筒部４５と、ロータ円筒部４５の外周面４５ａを囲んで配置された略円筒状の外周側ステータ７０と、ロータ円筒部４５内に配置された略円筒状の内周側ステータ８０と、後述する排気性能向上手段と、を備えている。

ロータ円筒部４５の外周面４５ａ及び内周面４５ｂは、平面な円筒面に形成されている。ロータ円筒部４５の外周面４５ａは、外周側ステータ７０のロータ円筒部４５の外周面４５ａに対向する対向面である内周面７０ａと所定の間隙を介して対向している。また、ロータ円筒部４５の内周面４５ｂは、内周側ステータ８０のロータ円筒部４５の内周面４５ｂに対向する対向面である外周面８０ａと所定の間隙を介して対向している。

外周側ステータ７０は、図示しないボルトを介してベース１１に固定されている。外周側ステータ７０は、内周面７０ａに刻設された外周側ネジ溝部７１を備えている。

内周側ステータ８０は、ボルト１5を介してベース１１に固定されている。内周側ステータ８０は、外周面８０ａに刻設された内周側ネジ溝部８１を備えている。

上述したようなネジ溝ポンプ機構ＰＢは、ガス吸気口１２ａから上下方向Ｈの下方に移送されたガスを、ロータ円筒部４５の高速回転によるドラッグ効果によって圧縮して、ガス排気口１１ａに向かって移送する。
具体的には、ガスは、ロータ円筒部４５と外周側ステータ７０との隙間に移送された後に外周側ネジ溝部７１内で圧縮されてガス排気口１１ａに移送されるか、または、連通孔４６を介してロータ円筒部４５と内周側ステータ８０との隙間に移送された後に内周側ネジ溝部８１で圧縮されてガス排気口１１ａに移送される。

外周側ネジ溝部７１のガス排気流量Ｑ１と内周側ネジ溝部８１のガス排気流量Ｑ２とは、例えば、Ｑ１：Ｑ２＝２〜３：１になるように設定される。外周側ネジ溝部７１のガス排気流量Ｑ１は、排気速度と後述する外周側ネジ溝部７１の流路断面積との積である。内周側ネジ溝部８１のガス排気流量Ｑ２は、排気速度と後述する内周側ネジ溝部８１の流路断面積との積である。

次に、外周側ステータ７０の具体的構成について、図２に基づいて説明する。

外周側ステータ７０は、ガス排気方向Ｄ１に沿って設けられた複数の外周側ネジ溝部７１と、これら外周側ネジ溝部７１、７１の間に延設された複数の外周側ネジ突条部７２とを備えている。

外周側ネジ溝部７１は、ガス排気方向Ｄ１に沿って吸気側から排気側に亘って谷幅Ａ１で等幅に形成されている。外周側ネジ溝部７１における内径は、ガスの排気側が吸気側よりも狭くなるように設定されている。外周側ネジ溝部７１のガス排気方向Ｄ１に垂直な流路断面積Ｓ１は、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の高さＨ１との積で表される。

外周側ネジ突条部７２は、ガス排気方向Ｄ１に沿って吸気側から排気側に亘って山幅Ｂ１で等幅に形成されている。外周側ネジ突条部７２の条数は、５本に設定されている。また、外周側ネジ突条部７２のリード角Θ１は、１５°に設定されている。

外周側ネジ突条部７１の一条分のシール長Ｌ１、すなわち、外周側ネジ突条部７２の上下方向Ｈの長さは、以下の関係式のとおりである。
Ｌ１＝Ｂ１／ｃｏｓΘ１・・・（１）

外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１との比（Ａ１／Ｂ１）は、５に設定されている。なお、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１との比は、外周側ネジ溝部７１が所望の圧縮比を備えつつガスを円滑に圧縮排気できる範囲で適宜調整して良く、５より小さくても、５より大きくても構わない。

次に、内周側ステータ８０の具体的構成について、図３に基づいて説明する。

内周側ステータ８０は、ガス排気方向Ｄ２に沿って設けられた複数の内周側ネジ溝部８１と、これら内周側ネジ溝部８１、８１の間に延設された複数の内周側ネジ突条部８２とを備えている。

内周側ネジ溝部８１は、ガス排気方向Ｄ２に沿って吸気側から排気側に亘って谷幅Ａ２で等幅に形成されている。内周側ネジ溝部８１における外径は、ガスの吸気側が排気側よりも狭くなるように設定されている。内周側ネジ溝部８１のガス排気方向Ｄ２に垂直な流路断面積Ｓ２は、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の高さＨ２との積で表される。

内周側ネジ突条部８２は、ガス排気方向Ｄ２に沿って吸気側から排気側に亘って山幅Ｂ２で等幅に形成されている。内周側ネジ突条部８２の条数は、６本に設定されている。また、内周側ネジ突条部８２のリード角Θ２は、１０°に設定されている。

内周側ネジ突条部８２の一条分のシール長Ｌ２、すなわち、内周側ネジ突条部８２の上下方向Ｈの長さは、以下の関係式のとおりである。
Ｌ２＝Ｂ２／ｃｏｓΘ２・・・（２）

内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比（Ａ２／Ｂ２）は、２に設定されている。なお、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比は、内周側ネジ溝部８１が所望の圧縮比を備えつつガスを円滑に圧縮排気できる範囲で適宜調整して良く、２より小さくても、２より大きくても構わない。

（１）式及び（２）式において、通常、ｃｏｓΘ１とｃｏｓΘ２との差が外周側ネジ溝部７１のシール長Ｌ１と内周側ネジ溝部８１のシール長Ｌ２との大小に与える影響は小さく、外周側ネジ溝部７１のシール長Ｌ１と内周側ネジ溝部８１のシール長Ｌ２との大小は、外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１と内周側ネジ溝部８２の山幅Ｂ２との大小に応じて定まる。

排気性能向上手段は、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比（Ａ２／Ｂ２）が、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１との比（Ａ１／Ｂ１）よりも小さく設定されて成る。これにより、内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２は、外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１よりも長いため、内周側ネジ突条部８２のシール長Ｌ２は、外周側ネジ突条部７２のシール長Ｌ１よりも長くなっている。このため、ロータ円筒部４５と内周側ネジ突条部８２との間のシール性が、ロータ円筒部４５と外周側ネジ突条部７２との間のシール性よりも高くなり、ネジ溝ポンプ機構ＰＢにおけるガスの逆流を抑制している。

また、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比（Ａ２／Ｂ２）が、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１との比（Ａ１／Ｂ１）よりも小さく設定されていることにより、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２は、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１よりも短いため、内周側ネジ溝部８１の流路断面積Ｓ２が、外周側ネジ溝部７１の流路断面積Ｓ１よりも小さく、内周側ネジ溝部８１内のガスが圧縮され易くなっている。これにより、内周側ネジ溝部８１が外周側ネジ溝部７１よりも流路が短い場合であっても、外周側ネジ溝部７１の出口圧と内周側ネジ溝部８１の出口圧との圧力差が緩和されるようになっている。

内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比（Ａ２／Ｂ２）と、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１との比（Ａ１／Ｂ１）との比（（Ａ２／Ｂ２）／（Ａ１／Ｂ１））は、外周側ネジ溝部７１のガス排気流量Ｑ１と内周側ネジ溝部８１のガス排気流量Ｑ２との比（Ｑ１／Ｑ２）に略一致するように設定されている。
これにより、内周側ネジ突条部８２のシール長Ｌ２が確保されて、ロータ円筒部４５と内周側ステータ８０との間のシール性が向上するようになっている。また、ガスが外周側ネジ溝部７１と内周側ネジ溝部８１に確実に分配されるように、外周側ネジ溝部７１の流路断面積Ｓ１と内周側ネジ溝部８１の流路断面積Ｓ２とが、外周側ネジ溝部７１のガス排気流量Ｑ１と内周側ネジ溝部８１のガス排気流量Ｑ２とに応じて設定されているため、外周側ネジ溝部７１と内周側ネジ溝部８１とが円滑にガスを圧縮排気することができる。
なお、「略一致」とは、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比（Ａ２／Ｂ２）と、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１との比（Ａ１／Ｂ１）との比（（Ａ２／Ｂ２）／（Ａ１／Ｂ１））、及び、外周側ネジ溝部７１のガス排気流量Ｑ１と内周側ネジ溝部８１のガス排気流量Ｑ２との比（Ｑ１／Ｑ２）が、完全に一致する場合に限られず、要求されるスペックにより許容される範囲内で相違する場合を含む。

なお、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比（Ａ２／Ｂ２）と、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の山幅Ｂ１との比（Ａ１／Ｂ１）とは、以下の関係式を満たしているのが好ましい。
（Ａ１／Ｂ１）／（Ａ２／Ｂ２）≦３・・・（３）
これにより、内周側ネジ突条部８２のシール長Ｌ２を確保しつつ、内周側ネジ溝部８１のガス排気流量Ｑ２が過度に小さくなることを抑制できる。

さらに、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２と内周側ネジ突条部８２の山幅Ｂ２との比（Ａ２／Ｂ２）と、外周側ネジ溝部７１の谷幅Ａ１と外周側ネジ突条部７２の谷幅Ｂ１との比（Ａ１／Ｂ１）は、以下の関係式を満たしているのが好ましい。
２≦（Ａ１／Ｂ１）／（Ａ２／Ｂ２）・・・（４）
これにより、内周側ネジ突条部８２のシール長Ｌ２を確保しつつ、内周側ネジ溝部８１の谷幅Ａ２を大きく確保可能なため、内周側ネジ溝部８１は、円滑にガスを圧縮排気することができる。

このようにして、本実施例に係るネジ溝ポンプ機構ＰＢは、ロータ円筒部４５と内周側ステータ８０との間のシール性が増して、ネジ溝ポンプ機構ＰＢにおけるガスの逆流に起因する内周側ネジ溝部８１のガス排気量Ｑ２の減少を抑制すると共に、ネジ溝ポンプ機構ＰＢの出口付近におけるポンプ径方向Ｒの圧力差が緩和されて、内周側ネジ溝部８１がガスを圧縮排気し易くなるため、並行流型のネジ溝ポンプ機構ＰＢの排気性能及び圧縮性能を向上させることができる。

次に、本発明の第２実施例に係るネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプについて、図４乃至図９に基づいて説明する。
なお、本実施例に係るネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプと上述した第１実施例に係るネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプとは、排気性能向上手段の構成が異なっており、その他の構成は同様であるから、上述した第１実施例に係るネジ溝ポンプ機構を用いた真空ポンプと同一の部材について同様の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、本実施例に係るネジ溝ポンプ機構ＰＢの外周側ステータ７０の具体的構成について、図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
複数の外周側ネジ溝部７１、７１のガス排気速度は、合計で５０Ｌ／ｓに設定されている。そのため、吸気側圧力が０．１Ｔｏｒｒの場合には、複数の外周側ネジ溝部７１、７１のガス排気総流量は、４００ｃｃ／ｍｉｎに設定されている。ここで、複数の外周側ネジ溝部７１、７１のガス排気速度は、各外周側ネジ溝部７１における外周側ネジ溝部７１の溝深さＤ１と外周側ネジ溝部７１の幅Ｗ１とガスの輸送速度との積を導出し、各外周側ネジ溝部７１の積の値を足したものである。また、複数の外周側ネジ溝部７１、７１のガス排気総流量とは、複数の外周側ネジ溝部７１、７１のガス排気速度と外周側ネジ溝部７１の吸気側圧力との積である。

外周側ネジ突条部７２は、外周側ステータの内周面７０ａに５本設けられている。また、外周側ネジ突条部７２の仰角Θ３は、１８度に設定されている。

次に、内周側ステータ８０の具体的構成について、図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
複数の内周側ネジ溝部８１、８１のガス排気速度は、合計で４０Ｌ／ｓに設定されている。そのため、吸気側圧力が０．１Ｔｏｒｒの場合には、複数の内周側ネジ溝部８１、８１のガス排気総流量は、３００ｃｃ／ｍｉｎに設定されている。ここで、複数の内周側ネジ溝部８１、８１のガス排気速度は、各内周側ネジ溝部８１における内周側ネジ溝部８１の溝深さＤ２と内周側ネジ溝部８１の幅Ｗ２とガスの輸送速度との積を導出し、各内周側ネジ溝部８１の積の値を足したものである。また、複数の内周側ネジ溝部８１、８１のガス排気総流量とは、複数の内周側ネジ溝部８１、８１のガス排気速度と内周側ネジ溝部８１の吸気側圧力との積である。内周側ネジ溝部８１の溝深さＤ２は、外周側ネジ溝部７１の溝深さＤ１より小さく設定されている、即ち、内周側ネジ溝部８１は、外周側ネジ溝部７１より浅く形成されている。

複数の内周側ネジ溝部８１、８１の総入口面積、即ち、５列の内周側ネジ溝部８１の各断面積（溝深さＤ２と幅Ｗ２との積）の和は、連通口４６の総開口面積、即ち、ロータ円筒部４５に設けられた複数の連通口４６の各面積の和よりも広く設定されている。
これにより、ガスが連通路４６を介して内周側ネジ溝部８１の吸気側に円滑に流入するため、内周側ネジ溝部８１の吸気側での過度な圧力上昇を抑制することができる。

内周側ネジ突条部８２の条数は、外周側ネジ突条部７２の条数より多い６本に設定されている。また、内周側ネジ突条部８２の仰角Θ４は、外周側ネジ突条部７２の仰角Θ３より小さい１０度に設定されている。
これにより、外周側ネジ突条部７２では、上下方向Ｈと平行な仮想線Ｖ１を４本横切るのに対して、内周側ネジ突条部８２では、上下方向Ｈと平行な仮想線Ｖ２を５本横切るため、内周側ネジ突条部８２が、外周側ネジ突条部７２より約１．２５倍多く横断し、外周側ネジ突条部７２よりガスを効率よく圧縮し移送するようになっている。

次に、外周側ネジ溝部７１の背圧特性と内周側ネジ溝部８１の背圧特性とを略等しく設定して成る排気性能向上手段について、図７乃至９に基づいて説明する。ここで、「背圧特性」とは、図７乃至９に示すように、吸気側圧力と排気側圧力（背圧）との関係を示すものである。

従来の並行流型のネジ溝ポンプ機構に用いられるような内周側ネジ溝部は、外周側ネジ溝部とパラメータ（条数、仰角、溝深さ等）を一致させていたのに対して、内周側ネジ溝部８１は、上述したように、外周側ネジ溝部７１とは異なるパラメータに設定されている。
具体的には、内周側ネジ溝部８１は、内周側ネジ突条部８１の条数（６本）を外周側ネジ溝部７１の条数（５本）より多くし、内周側ネジ突条部８２の仰角（１０度）を外周側ネジ溝部７１の仰角（１８度）より小さくし、ロータ円筒部４５の内周面４５ｂと内周側ネジ突条部８２との間のクリアランスＣ２がロータ円筒部４５の外周面４５ａと外周側ネジ突条部７２との間のクリアランスＣ１より小さくなるように設定されている。

内周側ネジ溝部８１の背圧特性を図７中の実線に示す。また、従来の内周側ネジ溝部の背圧特性を図７中の長破線に示す。さらに、比較例として内周側ネジ溝部８１を用いて４００ｃｃ／ｍｉｎのガス排気流量を排気した際の背圧特性を図７中の短破線に示す。

図７に示すように、内周側ネジ溝部８１を用いて、従来の内周側ネジ溝部と同様に４００ｃｃ／ｍｉｎのガス排気流量を排気する場合には、吸気側圧力が０．１３Ｔｏｒｒに上昇する。そのため、内周側ネジ溝部８１の吸気側圧力を０．１Ｔｏｒｒに設定する場合には、内周側ネジ溝部８１のガス排気流量を３００ｃｃ／ｍｉｎまで低下させる。すなわち、内周側ネジ溝部８１と従来の内周側ネジ溝部とで排気側圧力が低い場合の排気性能を比較すると、前者は後者よりも悪くなる。しかしながら、後者は、吸気側圧力を維持した状態で昇圧できる排気側圧力が２Ｔｏｒｒまでであったのに対して、前者は、吸気側圧力を維持した状態で昇圧できる排気側圧力が４Ｔｏｒｒまで圧縮性能が向上している。

図８に示すように、内周側ネジ溝部８１（ガス排気流量３００ｃｃ／ｍｉｎ）の背圧特性は、外周側ネジ溝部７１（ガス排気流量４００ｃｃ／ｍｉｎ）の背圧特性と略一致するようになっている。なお、「略等しい」とは、外周側ネジ溝部７１の背圧特性と内周側ネジ溝部８１の背圧特性とが、完全に一致する場合に限られず、要求されるスペックにより許容される範囲内で相違する場合を含む。

また、外周側ネジ溝部７１と内周側ネジ溝部８１を備えたネジ溝ポンプ機構ＰＢ（ガス排気流量：７００ｃｃ／ｍｉｎ）は、外周側ネジ溝部７１（ガス排気流量：４００ｃｃ／ｍｉｎ）の背圧特性と内周側ネジ溝部８１（ガス排気流量：３００ｃｃ／ｍｉｎ）の背圧特性とに略一致する背圧特性を示す。

図９に示すように、ネジ溝ポンプ機構ＰＢと外周側にのみネジ溝部を設けた従来のネジ溝プンプ機構（ガス排気流量：７００ｃｃ／ｍｉｎ）とを比較すると、前者の吸気側圧力は０．１Ｔｏｒｒであるのに対して、後者の吸気側圧力は０．１８Ｔｏｒｒであって、前者が後者より低圧で運転可能であり、また、低背圧域から高背圧域に亘って前者の吸気側圧力が後者の吸気側圧力を下回っており、前者が後者より優れた排気性能、圧縮性能を示すことが分かる。

このようにして、本実施例に係るネジ溝ポンプＰＢは、外周側ネジ溝部７１の背圧特性と内周側ネジ溝部８１の背圧特性とが略等しく設定されていることにより、外周側ネジ溝部７１の吸気側圧力と内周側ネジ溝部８１の吸気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構ＰＢの吸気側における外周側ネジ溝部７１と内周側ネジ溝部８１との間でのガスの逆流が抑制され、また、外周側ネジ溝部７１の排気側圧力と内周側ネジ溝部８１の排気側圧力との不一致に起因したネジ溝ポンプ機構ＰＢの排気側における外周側ネジ溝部７１と内周側ネジ溝部８１との間でのガスの逆流が抑制されるため、外周側ネジ溝部７１及び内周側ネジ溝部８１が低背圧域から高背圧域に亘って夫々確実に機能するため、並行流型のネジ溝ポンプ機構ＰＢの排気性能、圧縮性能を向上させることができる。

なお、外周側ネジ溝部７１の背圧特性と内周側ネジ溝部８１の背圧特性とを略等しく設定可能であれば、その手段は如何なるものであっても良く、上述したように、外周側ネジ溝部７１の背圧特性に応じて内周側ネジ溝部８１のパラメータ（条数、仰角、溝深さ、クリアランス等）を調整するものの他に、内周側ネジ溝部８１の背圧特性に応じて外周側ネジ溝部７１のパラメータを調整するものであっても、任意の背圧特性に適合するように外周側ネジ溝部７１及び内周側ネジ溝部８１の各パラメータを調整するものであっても構わない。

上述した各実施例では、外周側ネジ溝部を外周側ステータの内周面に設けているが、外周側ネジ溝部をロータ円筒部の外周面に設けても構わない。また、上述した実施例では、内周側ネジ溝部を内周側ステータの外周面に設けているが、内周側ネジ溝部をロータ円筒部の内周面に設けても構わない。

また、本発明は、ネジ溝ポンプ機構を備えるものであれば適用可能であり、複合ポンプの他、ネジ溝式ポンプに適用しても構わない。さらに、本発明は、ロータ円筒部が１つだけ設けられたものに限られず、例えば、ロータ円筒部を同軸上に複数設け、各ロータ円筒部及び各ロータ円筒部に対向するステータの少なくとも何れか一方にネジ溝部を刻設したものであっても構わない。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ 真空ポンプ
１０・・・ ケーシング
１１・・・ ベース
１１ａ・・・ガス排気口
１２・・・ 円筒部
１２ａ・・・ガス吸気口
１２ｂ・・・フランジ
１３・・・ ボルト
２０・・・ ロータシャフト
２１・・・ ラジアル電磁石
２２・・・ アキシャル電磁石
２３・・・ タッチダウン軸受
２４・・・ シャフトフランジ
３０・・・ 駆動モータ
３１・・・ 回転子
３２・・・ 固定子
４０・・・ ロータ
４１・・・ 回転翼
４２・・・ ボス孔
４３・・・ ボルト
４４・・・ ロータフランジ
４５・・・ ロータ円筒部
４５ａ・・・外周面
４５ｂ・・・内周面
４６・・・ 連通孔
５０・・・ ステータコラム
６０・・・ 固定翼
６１・・・ スペーサ
７０・・・ 外周側ステータ
７０ａ・・・（外周側ステータの）内周面
７１・・・ 外周側ネジ溝部
７２・・・ 外周側ネジ突条部
８０・・・ 内周側ステータ
８０ａ・・・（内周側ステータの）外周面
８１・・・ 内周側ネジ溝部
８２・・・ 内周側ネジ突条部
ＰＡ・・・ ターボ分子ポンプ機構
ＰＢ・・・ ネジ溝ポンプ機構

Claims (11)

1. 所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、
   前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、
   前記ロータ円筒部は、ロータに設けられており、
   前記内周側ネジ溝部の谷幅と前記内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の山幅との比が、前記外周側ネジ溝部の谷幅と前記外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の山幅との比よりも小さく設定され、
   前記内周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記内周側ネジ突条部の前記山幅の比と前記外周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記外周側ネジ突条部の前記山幅の比との比は、前記外周側ネジ溝部のガス排気流量と前記内周側ネジ溝部のガス排気流量との比に略一致することを特徴とするネジ溝ポンプ機構。
2. 所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、
   前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、
   前記ロータ円筒部は、ロータに設けられており、
   前記内周側ネジ溝部の谷幅と前記内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の山幅との比が、前記外周側ネジ溝部の谷幅と前記外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の山幅との比よりも小さく設定され、
   前記内周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記内周側ネジ突条部の前記山幅の比と、前記外周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記外周側ネジ突条部の前記山幅の比とは、以下の関係式を満たしていることを特徴とするネジ溝ポンプ機構。
   （Ａ１／Ｂ１）／（Ａ２／Ｂ２）≦３
   Ａ１：外周側ネジ溝部の谷幅
   Ｂ１：外周側ネジ突条部の山幅
   Ａ２：内周側ネジ溝部の谷幅
   Ｂ２：内周側ネジ突条部の山幅
3. 所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、
   前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、
   前記ロータ円筒部は、ロータに設けられており、
   前記内周側ネジ溝部の谷幅と前記内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の山幅との比が、前記外周側ネジ溝部の谷幅と前記外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の山幅との比よりも小さく設定され、
   前記内周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記内周側ネジ突条部の前記山幅の比と、前記外周側ネジ溝部の前記谷幅及び前記外周側ネジ突条部の前記山幅の比とは、以下の関係式を満たしていることを特徴とするネジ溝ポンプ機構。
   ２≦（Ａ１／Ｂ１）／（Ａ２／Ｂ２）
   Ａ１：外周側ネジ溝部の谷幅
   Ｂ１：外周側ネジ突条部の山幅
   Ａ２：内周側ネジ溝部の谷幅
   Ｂ２：内周側ネジ突条部の山幅
4. 所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、
   前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、
   前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、
   前記複数の内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の仰角は、前記複数の外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の仰角より小さく設定されていることを特徴とするネジ溝ポンプ機構。
5. 所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、
   前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、
   前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、
   前記複数の内周側ネジ溝部の間に延設された内周側ネジ突条部の条数は、前記複数の外周側ネジ溝部の間に延設された外周側ネジ突条部の条数より多く設定されていることを特徴とするネジ溝ポンプ機構。
6. 所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、
   前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、
   前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、
   前記内周側ネジ溝部の溝深さは、前記外周側ネジ溝部の溝深さより浅く設定されていることを特徴とするネジ溝ポンプ機構。
7. 所定の回転方向に回転可能なロータ円筒部と、該ロータ円筒部の外周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の外周側ステータと、前記ロータ円筒部の内周側に前記ロータ円筒部と同軸上に配置された略円筒状の内周側ステータと、前記ロータ円筒部及び前記外周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された外周側ネジ溝部と、前記ロータ円筒部及び前記内周側ステータの対向面の何れか一方に刻設された内周側ネジ溝部と、を有するネジ溝ポンプ機構であって、
   前記外周側ネジ溝部の排気側圧力と前記内周側ネジ溝部の排気側圧力とが略等しく設定され、
   前記外周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の外周面又は前記外周側ステータの前記ロータ円筒部の前記外周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記内周側ネジ溝部は、前記ロータ円筒部の内周面又は前記内周側ステータの前記ロータ円筒部の前記内周面に対向する前記対向面の少なくとも何れか一方に複数刻設され、
   前記複数の外周側ネジ溝部及び前記複数の内周側ネジ溝部は、吸気側圧力及び排気側圧力の関係を示す背圧特性が略等しく設定され、
   前記複数の内周側ネジ溝部の総入口面積は、前記ロータ円筒部に穿設された連通口の総開口面積より広く設定されていることを特徴とするネジ溝ポンプ機構。
8. 請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構を備えていることを特徴とする真空ポンプ。
9. 請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構に用いられることを特徴とするロータ。
10. 請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構に用いられることを特徴とする外周側ステータ。
11. 請求項１乃至７の何れか１項記載のネジ溝ポンプ機構に用いられることを特徴とする内周側ステータ。

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