特許 7244554 スクリューポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】スクリューポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20230314BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20230314BHJP

   F04C 25/02 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

F04C18/16 B

F04C29/00 D

F04C25/02 M

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021017797

(22)【出願日】2021-02-05

(65)【公開番号】P2022120715

(43)【公開日】2022-08-18

【審査請求日】2022-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏生

(72)【発明者】

【氏名】西山 正樹

(72)【発明者】

【氏名】橋本 建治

(72)【発明者】

【氏名】田中 智成

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５３－０８０１１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１１１６４８９５６（ＣＮ，Ａ）

【文献】実開昭５８－００４７８８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０４－２０３３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２０６４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１８９４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｃ １８／１６

Ｆ０４Ｃ ２５／０２

Ｆ０４Ｃ ２９／００－２９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ねじれ方向が逆方向で所定ピッチの螺旋歯を夫々有する一対のスクリューロータと、これら一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わせた状態で且つ各螺旋歯の歯先の面との間に隙間を存して格納するケーシングとを備え、各スクリューロータをそれらの回転軸回りで夫々逆方向に同期回転させ、ケーシングの軸方向一端より吸引し、この吸引されたものをケーシングと各スクリューロータとの間に軸方向に沿って形成される複数の作動空間に閉じ込めて圧縮しながらケーシングの軸方向他端より吐出するスクリューポンプにおいて、
各螺旋歯の歯先の面に、ケーシングの内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間に侵入した異物が退避する窪み部を歯先の面の軸方向範囲内に収まる螺旋に沿って連続または不連続で形成して当該窪み部に退避した異物が各スクリューロータの回転に伴って直接または各螺旋歯の歯先の面との間の隙間を経て窪み部の終端まで移送されるようにし、
前記窪み部の始端が前記各螺旋歯の吸引端から離間した位置に、及び、前記窪み部の終端が前記各螺旋歯の吐出端から離間した位置に夫々設定されることを特徴とするスクリューポンプ。

【請求項2】

前記ケーシングに前記異物を排出する排出口が設けられ、前記排出口が重力加速度方向からみて最下流側に位置することを特徴とする請求項１記載のスクリューポンプ。

【請求項3】

前記窪み部が形成される前記螺旋は、前記歯先の面の軸方向幅に応じて、軸方向に間隔を存した複数のもので構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスクリューポンプ。

【請求項4】

前記各螺旋歯の歯先の面の単位面積に対する、前記窪み部の開口面の単位面積の比が０．１～０．６の範囲に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスクリューポンプ。

【請求項5】

請求項１または請求項２記載のスクリューポンプにおいて、
前記窪み部は、前記各螺旋歯の歯先エッジ部の稜線に平行な螺旋に沿ってのびる凹溝状のものを含み、
前記ケーシングの軸方向一端側に位置する前記窪み部の壁面と歯先の面とがなす角度が３０度～９０度の範囲に設定されることを特徴とするスクリューポンプ。

【請求項6】

前記ケーシングの軸方向一端側に位置する前記窪み部の壁面と歯先の面とがなす角度と、前記ケーシングの軸方向他端側に位置する前記窪み部の壁面と歯先の面とがなす角度との和が９０度以下に設定されることを特徴とする請求項５記載のスクリューポンプ。

【請求項7】

前記一対のスクリューロータの各回転軸に突部が夫々形成され、両スクリューロータの相対回転時に一方のスクリューロータの回転軸に形成した突部が他方のスクリューロータの歯先の面に形成した窪み部内に進入するように構成したことを特徴とする請求項５または請求項６記載のスクリューポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スクリューポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

真空処理装置の真空チャンバなどを真空排気する真空ポンプとして、容積移送型のスクリュー（真空）ポンプが一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。このものは、ねじれ方向が逆方向で所定ピッチの螺旋歯を夫々有する一対のスクリューロータと、これら一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わせた状態で且つ各螺旋歯の歯先の面との間に隙間を存して格納するケーシングとを備える。真空排気に際しては、各スクリューロータをそれらの回転軸回りで夫々逆方向に同期回転させ、一対のスクリューロータの螺旋歯で区画される容積を移動させる。これにより、ケーシングの軸方向一端より真空チャンバ内の気体（被移送物）を吸引し、この吸引されたものをケーシングと各スクリューロータとの間に軸方向に沿って形成される複数の作動空間に閉じ込めて圧縮しながら移送して、ケーシングの軸方向他端より吐出する。このとき、気体の逆流量が可及的に抑制されるように、使用環境に応じた熱膨張や加工精度等を考慮して、ケーシング内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間や、非接触で互いに噛み合う各螺旋歯の歯先の面相互の隙間が設定される。

【0003】

ここで、真空雰囲気の真空チャンバ内にて各種のプロセスを実施していると、真空チャンバ内で、その壁面（防着板の壁面）から剥離した成膜物や、その真空チャンバ内の気中にて反応生成物といった固体（微細な粉状）の異物が発生し、この異物がスクリューポンプのケーシング内に進入する場合がある。そして、ケーシング内に進入した異物のサイズや進入した異物の量によっては、ケーシングの内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間に侵入した結果、その異物が詰まることがある。このように侵入した異物は、スクリューロータの回転に伴って、ケーシングの内面や各螺旋歯の歯先の面を転がりながら下流側（軸方向他端側）へとやがて送られるが、このときの状態（詰まり度合）に応じてスクリューロータの回転軸を回転駆動するモータトルクの増大を招き、状態によっては、モータの最大トルクを超過させ、スクリューポンプの異常停止を招く。また、ケーシング内面や各螺旋歯の歯先の面を摩損させて、気体の逆流量増加に伴うスクリューポンプの排気性能の劣化を招くことがあり、これでは、継続的に当該条件下で排気性能を保つ運転が期待できず、スクリューポンプとして支障をきたす虞がある。

【0004】

そこで、気体を吸引するケーシングの軸方向一端より上流側に、例えば、真空チャンバとスクリューポンプとを接続する排気管に上記異物の進入を阻止するトラップを設けることが一般に知られている（例えば、特許文献２参照）。然し、上記隙間に詰まるサイズの異物を捕捉できるようにトラップを構成すると、排気コンダクタンスが大きくなって排気速度の低下を招くという問題がある。この場合、例えば、所定容積の真空チャンバ内を所定圧力まで真空排気するのに多大な時間を要する。また、スクリューポンプのケーシング内で、例えば、プロセスに使用されるガスの析出により異物が発生し、これが上記隙間に詰まるような場合があるが、このような場合には上記従来例の方法では何らの対応もできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平８－１８９４８５号公報

【文献】特開２０００－５３２５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、ケーシングの内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間に侵入した異物の影響を受けずに、常時、正常な運転が可能なスクリューポンプ及びこのスクリューポンプに好適に利用可能なスクリューロータを提供することをその課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、ねじれ方向が逆方向で所定ピッチの螺旋歯を夫々有する一対のスクリューロータと、これら一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わせた状態で且つ各螺旋歯の歯先の面との間に隙間を存して格納するケーシングとを備え、各スクリューロータをそれらの回転軸回りで夫々逆方向に同期回転させ、ケーシングの軸方向一端より吸引し、この吸引されたものをケーシングと各スクリューロータとの間に軸方向に沿って形成される複数の作動空間に閉じ込めて圧縮しながらケーシングの軸方向他端より吐出する本発明のスクリューポンプは、各螺旋歯の歯先の面に、ケーシングの内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間に侵入した異物が退避する窪み部を歯先の面の軸方向範囲内に収まる螺旋に沿って連続または不連続で形成して当該窪み部に退避した異物が各スクリューロータの回転に伴って直接または各螺旋歯の歯先の面との間の隙間を経て窪み部の終端まで移送されるようにし、前記窪み部の始端が前記各螺旋歯の吸引端から離間した位置に、及び、前記窪み部の終端が前記各螺旋歯の吐出端から離間した位置に夫々設定されることを特徴とする。この場合、前記ケーシングに前記異物を排出する排出口が設けられ、前記排出口が重力加速度方向からみて最下流側に位置することが好ましい。

【0008】

本発明によれば、例えば、真空チャンバ内の真空排気中に、固体（微細な粉状）の異物がケーシング内に進入し、ケーシングの内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間に侵入して異物が詰まったとしても、この異物をスクリューロータの回転に伴って速やかに各螺旋歯の歯先の面に形成した窪み部内に落ち込ませて退避させることができる。このことは、例えば、ケーシング内でのプロセスガスの析出により発生した異物が上記隙間に詰まった場合も同様である。このため、ケーシングの内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間に異物が詰まった状態が可及的速やかに解消されることで、モータトルクの増大や、ケーシング内面や各螺旋歯の歯先の面の摩損といった不具合の発生が可及的に抑制される。その結果、凹溝状の窪み部を歯先の面の軸方向範囲内に収まる螺旋に沿って形成したことで（言い換えると、軸方向で互いに隣接する作動空間を、窪み部を介して直接連通させないことで）、排気性能の低下を確実に抑制しながら、上記隙間に侵入した異物の影響を受けずに、常時、正常な運転が可能になる。その上、上記従来例のように、上記隙間に詰まるサイズの異物を捕捉できるようにトラップを必要としないため、排気速度の低下を招くといった不具合も生じない。

【0009】

本発明においては、前記窪み部が形成される前記螺旋は、前記歯先の面の軸方向幅に応じて、軸方向に間隔を存した複数のもので構成されることが好ましい。これにより、ケーシングの内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間に侵入して詰まった異物を可及的速やかに窪み部内へと退避させることができ、有利である。

【0010】

ここで、各螺旋歯の歯先の面に窪み部を形成した場合、ケーシング内面と各螺旋歯の歯先の面との間の隙間が局所的に大きくなって気体の逆流量が増加し、排気性能が低下する虞がある。本発明においては、前記窪み部の始端が前記各螺旋歯の吸引端から離間した位置に、及び、前記窪み部の終端が前記各螺旋歯の吐出端から離間した位置に夫々設定されることが好ましく、また、前記各螺旋歯の歯先の面の単位面積に対する、前記窪み部の開口面の単位面積の比が０．１～０．６の範囲に設定されることが好ましい。

【0011】

ところで、窪み部内に退避させた異物をケーシング外に速やかに排出しようとする場合、前記窪み部は、前記各螺旋歯の歯先エッジ部の稜線に平行な螺旋に沿ってのびる凹溝状のものを含むように構成することが考えられるが、これでは、窪み部の開口面の単位面積を上記のように設定していても気体の逆流量が増加してしまう虞がある。そこで、前記ケーシングの軸方向一端側に位置する前記窪み部の壁面と歯先の面とがなす角度が３０度～９０度の範囲に設定されることが好ましい。これによれば、逆流する気体が窪み部の壁面と歯先の面との角部に衝突して渦を巻くような還流が発生することで、気体の逆流を抑制することができる。なお、凹溝状の窪み部は、例えば、エンドミルを用いた切削加工により形成することが考えられ、このときの加工性を考慮すると、前記ケーシングの軸方向一端側に位置する前記窪み部の壁面と歯先の面とがなす角度と、前記ケーシングの軸方向他端側に位置する前記窪み部の壁面と歯先の面とがなす角度との和が９０度以下に設定されることが好ましい。

【0012】

また、各螺旋歯の歯先の面に窪み部を形成した場合、非接触で互いに噛み合う各螺旋歯の歯先の面相互の隙間も局所的に大きくなって気体の逆流量が増加し、排気性能が低下してしまう虞がある。本発明においては、前記一対のスクリューロータの各回転軸に突部が夫々形成され、両スクリューロータの相対回転時に一方のスクリューロータの回転軸に形成した突部が他方のスクリューロータの歯先の面に形成した窪み部内に進入する構成を採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】真空チャンバに接続される本発明の実施形態のスクリューポンプを示す概略図。

【図2】図１に示すスクリューポンプの構造を示す断面図。

【図3】図２に示す一対のスクリューロータの断面図。

【図4】スクリューロータの斜視図。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、窪み部の変形例を示す模式平面図。

【図6】スクリューロータの変形例を示す断面図。

【図7】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態のスクリューポンプの排気性能を確認する実験結果のグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、真空処理装置の真空チャンバを真空排気するものを例に本発明のスクリューポンプ及びこのスクリューポンプに好適に使用可能なスクリューロータの実施形態を説明する。以下においては、上、下、左、右といった方向を示す用語は、図２に示すスクリューポンプＳＰの姿勢を基準として説明する。

【0016】

図１を参照して、Ｖｃは、シリコンウエハやガラス基板等の被処理物に対して成膜処理やエッチング処理といった各種のプロセスが実施される真空チャンバである。真空チャンバＶｃには、その内部を所定圧力まで真空排気するために、排気管Ｐｅを介して真空ポンプユニットＰｕが接続されている。真空ポンプユニットＰｕは、メカニカルブースターポンプなどのメインポンプＰｍと、メインポンプＰｍの背圧側の補助ポンプＰａとで構成される。そして、補助ポンプＰａとして、本実施形態のスクリューポンプＳＰが用いられる。

【0017】

図２～図４を参照して、スクリューポンプＳＰは、左右一対のスクリューロータ１_１，１_２とケーシング２とを備える。各スクリューロータ１_１，１_２は、回転軸１１ａ，１１ｂと、回転軸１１ａ，１１ｂに形成した螺旋歯１２ａ，１２ｂとを有する。各スクリューロータ１_１，１_２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂは、捩れ方向が互いに逆方向として一対として構成される以外、同一の形態を有する一条のものである。特に図示して説明しないが、螺旋歯１２ａ，１２ｂの軸直角断面形状は、その歯底の面を構成する、スクリューロータ１_１，１_２の回転中心を中心とする第１円弧と、その歯先の面を構成する、スクリューロータ１_１，１_２の回転中心を中心とする第２円弧と、第１円弧と第２円弧とを夫々結ぶ、エピトロコイド曲線、外サイクロイド曲線やインボリュート曲線などから適宜選択される第１曲線と第２曲線とで創成されるものである。本実施形態では、各螺旋歯１２ａ，１２ｂが、不等ピッチ部（不等リード部）１２１と、等ピッチ部１２２とで構成される。不等ピッチ部１２１は、各螺旋歯１２ａの吸入端１２１ａ，１２１ｂから軸方向下方に向う所定範囲にて、歯先の面１３ａ，１３ｂの軸方向幅（上下方向幅）Ｗ１ａ，Ｗ１ｂと、ピッチＰ１ａ，Ｐ１ｂとを次第に小さくして形成され、等ピッチ部１２２は、不等ピッチ部１２１の後端から各螺旋歯１２ａ，１２ｂの吐出端１２２ａ，１２２ｂまでの範囲にて、歯先の面１３ａ，１３ｂの軸方向幅Ｗ１ｃと、ピッチＰ１ｃとが不等ピッチ部１２１より小さい同等のものとして形成されている。なお、各スクリューロータ１_１，１_２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂとしては、公知ものが利用できるため、これ以上の詳細な説明は省略する。

【0018】

ケーシング２は、螺旋歯１２ａ，１２ｂが形成された各スクリューロータ１_１，１_２の部分を格納する筒状のケーシング部本体２１を備え、ケーシング部本体２１の上部開口及び下部開口は上カバー２２及び下カバー２３で夫々閉塞されている。上カバー２２（または上カバー２２近傍のケーシング部本体２１を含んだ箇所）には吸引口２４が設けられ、吸引口２４にメインポンプＰｍからの排気管Ｐｅが接続されている。下カバー２３には吐出口２５が設けられると共に、後述する異物を排出する排出口２６が設けられ、排出口２６から排出された異物は、ケーシング本体部に２１外に設けられる図示省略の回収容器で回収されるようにしている。なお、排出口２６の位置は、スクリューポンプＳＰの設置姿勢（重力加速度方向）に応じて適宜設定することができる。

【0019】

ケーシング部本体２１には、上下方向に貫通して、後述の各軸受及びギアにより、各螺旋歯１２ａ，１２ｂを非接触で互いに噛み合わせた状態で格納できる、互いに結合した一対の円筒状内壁（ケーシング２の内面）２１ａが形成されている。そして、一方の（図２中、左側）スクリューロータ１_１の第１の螺旋歯１２ａと、隙間Ｇｐ１を存して、他方の（図２中、右側）スクリューロータ１_２の第２の螺旋歯１２ｂとを非接触で噛み合わせた状態で、円筒状内壁２１ａにより区画される空間に、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂとケーシング２の内面２１ａとの間に隙間Ｇｐ２を存して格納される。これにより、一方のスクリューロータ１_１の第１の螺旋歯１２ａとケーシング部本体２１との間、他方のスクリューロータ１_２の第２の螺旋歯１２ｂとケーシング部本体２１との間に上下方向に複数の作動室Ｓ１ａ～Ｓ６ｂが形成される。隙間Ｇｐ１，Ｇｐ２は、気体の逆流量が可及的に抑制されるように、例えば、０．０５ｍｍに設定される。なお、各作動室Ｓ１ａ～Ｓ６ｂの回転軸方向の区画は、上記第１円弧と第２円弧とを夫々結ぶ曲線よって創生された図示省略の面の隙間にて構成され、この区画が作動空間となる。この回転軸方向の区画は螺旋（ピッチ）に依存して確定されるため、図中の隣接する各作動室Ｓ１ａ～Ｓ６ｂは一部連通した容積として、作動空間となる構成としてもよい。

【0020】

上カバー２２及び下カバー２３には、軸受３ａ，３ｂと軸受４ａ，４ｂとが夫々設けられ、各スクリューロータ１_１，１_２の回転軸１１ａ，１１ｂの両端が夫々支承される。下カバー２３の下側には補助ケーシング部２７が取り付けられている。そして、補助ケーシング部２７内に延出した回転軸１１ａ，１１ｂの下端部には、互いに噛合うギア５ａ，５ｂが夫々外嵌され、一方の回転軸１１ａの下端が補助ケーシング部２７内に設けた駆動モータ６に連結されている。駆動モータ６を回転駆動すると、各スクリューロータ１_１，１_２が回転軸１１ａ，１１ｂ回りで夫々逆方向に同期回転される。これにより、真空チャンバＶｃ内の気体が吸引口２４より吸引され、吸引したものがケーシング部本体２１とスクリューロータ１_１，１_２との間に上下方向に沿って形成される複数の作動室Ｓ１ａ～Ｓ６ｂまたは作動空間に閉じ込めて圧縮しながら移送して、吐出口２６より吐出される。

【0021】

ところで、真空チャンバＶｃの真空排気中に、例えば、真空チャンバＶｃ内で発生した異物が吸引口２４からケーシング部本体２１内に進入して上記隙間Ｇｐ２に侵入したり、堆積が進行することで詰まることがある。ここで、「詰まる」とは、隙間Ｇｐ２に介在する異物の接触面（歯先の面１３ａ，１３ｂおよび円筒状内壁２１ａ）部位の面圧、及び、この反力となる、各軸受３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに生じる面圧が上昇する現象を示す。各面圧の上昇は垂直荷重の上昇であり、摩擦力の増大を生じさせる。このため、モータトルクの増大や、ケーシング内面２１ａや第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂの摩損の発生が可及的に抑制されるように構成しておく必要がある。そこで、本実施形態では、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂに、上記隙間Ｇｐ２に侵入した異物が退避する第１の窪み部１４ａ，１４ｂと第２の窪み部１４ｃ，１４ｄとを夫々形成することとした。なお、各窪み部１４ａ～１４ｄは、異物からみて受ける面圧を減ずる領域であることから、異物を高い面圧領域から低面圧領域へと誘引する効果を奏するといえる。

【0022】

具体的には、不等ピッチ部１２１に形成される第１の窪み部１４ａ，１４ｂは、歯先の面１３ａ，１３ｂの稜線Ｌ１，Ｌ２に平行状に沿い、且つ、互いの間隔比率を変えずに３本の螺旋Ｌｓに沿い、不等ピッチ部１２１の後端まで連続して夫々のびる凹溝状のもので構成される。等ピッチ部１２２に形成される第２の窪み部１４ｃ，１４ｄは、上記同様、歯先の面１３ａ，１３ｂの稜線Ｌ１，Ｌ２と平行な１本の螺旋Ｌｓに沿って連続してのびる凹溝状のもので構成される。第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄの歯たけ方向の深さｄ１と、軸方向幅Ｗ２は、図３中に拡大して示すように、上記隙間Ｇｐ２と同等以上に設定される。この場合、図４中に拡大して示すように、異物を第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄ内に速やかに退避させる目的と、隣接する作動空間における大気圧力側作動空間から気体の逆流量の増加を抑制する目的を両立させるため、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂの単位面積に対し、各窪み部１４ａ～１４ｄの開口面（ハッチングを付した部分）の総面積が０．１～０．６の範囲に設定される。これに応じて、不等ピッチ部１２１及び等ピッチ部１２２に形成する凹溝状の窪み部１４ａ～１４ｄの軸方向幅Ｗ２または第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄの本数（軸方向幅Ｗ２の分割数）が適宜決定される。

【0023】

なお、上記螺旋Ｌｓは、歯先の面１３ａ，１３ｂの稜線Ｌ１，Ｌ２を除いた軸方向幅（軸方向範囲）Ｗｒ１、Ｗｒ２，Ｗｒ３（図４参照）内に収まっていれば、稜線Ｌ１，Ｌ２に対して必ずしも平行である必要はない。螺旋Ｌｓの目的は異物の排出促進であるため、例えば、異物を回転軸方向（排出口２６方向）へ移動させる運動を付与することが望ましく、具体的には、稜線Ｌ１，Ｌ２に比べ、螺旋Ｌｓを排出口２６方向へと傾ける（螺旋のピッチを伸ばす）構成を用いることは好ましいといえる。更に、本発明における各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂの単位面積の１単位は、最大で作動空間の区画単位で示される範囲の歯先の面１３ａ，１３ｂの面積で示され、最小で作動空間の区画単位の１／８（π／４ｒａｄ）に相当する範囲の歯先の面１３ａ，１３ｂの面積または後述する不連続な窪み部の１周期に相当する範囲の歯先の面１３ａ，１３ｂの面積として示される。

【0024】

また、不等ピッチ部１２１における第１の窪み部１４ａ，１４ｂの始端１４０ａは、凹溝状の第１の窪み部１４ａ，１４ｂ（例えば、図３における、壁面１４１ａ、壁面１４１ｂ、窪み部１４ｂの底面、円筒状内壁２１ａの４面で区画される雰囲気空間）が吸引口２５に連通しないように、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの吸引端１２１ａ，１２１ｂから離間した位置に設定される。他方、等ピッチ部１２２における第２の窪み部１４ｃ，１４ｄの始端は、いずれかの不等ピッチ部１２１の第１の窪み部１４ａ，１４ｂの後端（窪み部の雰囲気空間を連通）させることができるが、第１の窪み部１４ａ，１４ｂの後端と縁切りして不連続とすることもできる。好ましくは、等ピッチ部１２２に設けられる第２の窪み部１４ｃ，１４ｄを、同一形状を保った状態で不等ピッチ部１２１まで連続させ、等ピッチ部１２２から不等ピッチ部１２１の歯先の面１３ａ，１３ｂの軸方向幅の増加に応じた窪み部を不連続的に追加する構成とする。不連続的に追加される窪み部を、連続する窪み部を挟むように構成すれば、螺旋歯１２ａ，１２ｂの所定ピッチに全域に対して各窪み部が平行状態を保てる面で更に好ましい。このように構成することで窪み部の加工時間（切削時間）を短くすることができ、スクリューロータ１_１，１_２の製造面で効果を奏する。

【0025】

更に、等ピッチ部１２２における第２の窪み部１４ｃ，１４ｄの後端（終端）１４０ｂは、凹溝状の第２の窪み部１４ｃ，１４ｄが吐出口２５に連通しないように、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの吐出端１２２ａ，１２２ｂから離間した位置に設定される。また、第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄのケーシング２上端側（低圧側）に位置する壁面１４１ａと歯先の面１３ａ，１３ｂとがなす角度θ１は、３０度～９０度の範囲内に設定され、角度θ１と、第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄのケーシング２下端側（高圧側）に位置する壁面１４１ｂと歯先の面１３ａ，１３ｂとがなす角度θ２との和（θ１＋θ２）は、９０度以下に設定される。このような角度で窪み部１４ａ～１４ｄを形成することで、ケーシング２の内面と各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂとの間の隙間に異物が侵入し、その隙間や、特に角部１４２にて面圧を発生させたとしても、角部１４２の変形が抑止される効果が得られる。加えて、窪み部の底面側より開口（軸方向幅Ｗ２）側が広い形状とされていることにより、切削粉の排出が用意になるために加工時間（切削時間）を短くすることができ、スクリューロータ１_１，１_２の製造面で効果を奏する。

【0026】

以上の実施形態によれば、真空チャンバＶｃ内の真空排気中に、固体（微細な粉状）の異物がケーシング２内に進入して、ケーシング２の内面２１ａと第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂとの間の隙間Ｇｐ２に異物が侵入して詰まったとしても、この異物は、スクリューロータ１_１，１_２の回転に伴って、上記のようにして不等ピッチ部１２１、等ピッチ部１２２に適宜形成された第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄ内に速やかに退避できる（このことは、例えば、ケーシング２内でのプロセスガスの析出により発生した異物が上記隙間Ｇｐ２に詰まった場合も同様である）。そして、第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄ内に退避した異物は、スクリューロータ１_１，１_２の回転に伴って直接または、不等ピッチ部１２１と等ピッチ部１２２との境界に位置する第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂとの間の隙間Ｇｐ２を更に経て、第２の窪み部１４ｃ，１４ｄの終端まで移送され、排出口２６から回収容器に回収される。このため、ケーシング２の内面２１ａと第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂとの間の隙間Ｇｐ２に異物が詰まった状態、即ち、異物に起因する面圧上昇並びに摩擦力の上昇が可及的に解消されることで、モータトルクの増大や、ケーシング２の内面２１ａや第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂの摩損といった不具合の発生が可及的に抑制される。これにより、凹溝状の第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄを歯先の面１３ａ，１３ｂの軸方向範囲Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３内に収まる螺旋Ｌｓに沿って形成したことで（言い換えると、軸方向で互いに隣接する作動空間を第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄにより直接連通させないことで）、排気性能の低下を確実に抑制しながら、上記隙間Ｇｐ２に侵入した異物の影響を受けずに、常時、正常な運転が可能になる。その上、上記従来例のように、上記隙間Ｇｐ２に詰まるサイズの異物を捕捉できるようにトラップを必要としないため、排気速度の低下を招くといった不具合も生じない。

【0027】

また、第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄのケーシング２の軸方向一端側（上端側）に位置する壁面１４１ａと歯先の面１３ａ，１３ｂとがなす角度θ１を３０度～９０度の範囲に設定したことで、逆流する気体が窪み部１４ａ～１４ｄの壁面１４１ａと歯先の面１３ａ，１３ｂとの角部１４２に衝突して渦を巻くような還流が発生して気体の逆流を抑制することができ、しかも、角度θ１と、各窪み部１４ａ～１４ｄの軸方向他端側（下端側）に位置する壁面１４１ｂと歯先の面１３ａ，１３ｂとがなす角度θ２との和（θ１＋θ２）を９０度以下に設定したことで、凹溝状の窪み部１４ａ～１４ｄを例えばエンドミルを用いた切削加工により加工性よく形成することができる。なお、エンドミルを用いた切削加工において、軸心の振れ等や切削粉等の影響等により、角度θ２との和（θ１＋θ２）が９０度をやや超過する加工法が用いられる場合もあるが、これらも、本発明の９０度とする技術思想に含まれる。

【0028】

次に、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂに第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄを夫々形成した上記実施形態のスクリューポンプＳＰの排気性能を歯先の面に窪み部を形成していない従来品との比較で確認した。この場合、発明品のスクリューポンプＳＰでは、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂの歯先の面１３ａ，１３ｂとの間の隙間Ｇｐ２を０．１３ｍｍ、不等ピッチ部１２１に形成される３本の第１の窪み部１４ａ，１４ｂの幅を４ｍｍ（歯先の面１３ａ，１３ｂの単位面積に対する各窪み部１４ａ，１４ｂの開口面の単位面積が約０．４）、等ピッチ部１２２における１本の第２の窪み部１４ｃ，１４ｄの幅を４ｍｍ（歯先の面１３ａ，１３ｂの単位面積に対する各窪み部１４ｃ，１４ｄの開口面の単位面積が約０．４）、各窪み部１４ａ～１４ｄの深さｄ１を０．５ｍｍ、角度θ１を３０度とした。図７（ａ）は、吸引口２４の圧力に対する排気速度の変化を示す。図中、実線が発明品、点線が従来品であり、排気速度比に置き換えたものを図７（ｂ）に示す。これによれば、１０Ｐａ～１００００Ｐａの範囲において、発明品は、従来品の９０％以上の排気速度を保つことができたことが確認された。

【0029】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄとして、不等ピッチ部１２１、等ピッチ部１２２にて夫々、螺旋Ｌｓに沿ってのびる凹溝状のものを連続して形成したものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図５（ａ）に示すように、第１及び第２の各窪み部１４ｅを歯先の面１３ａ，１３ｂにおいて矩形の輪郭を持つ凹部とし、このような凹部１４ｅの複数個が、歯先の面１３ａ，１３ｂの軸方向範囲Ｗｒに収まる螺旋Ｌｓに沿って間隔を置いて不連続で形成されていてもよい。これにより、渦を巻くような還流をより発生させて気体の逆流を抑制することができる。この場合、特に図示して説明しないが、凹溝状の第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄ内に所定間隔で詰め物を充填して凹部１４ｅの複数個が不連続で形成されるようにしてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、凹部１４ｅと、スリット状の凹部１４ｆとを螺旋Ｌｓに沿って不連続で形成（例えば交互に形成）してもよい。

【0030】

ところで、上記実施形態のように、歯先の面１３ａ，１３ｂに第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄを形成すると、両スクリューロータ１_１，１_２間の隙間Ｇｐ１が局所的に大きくなり、これに伴い、気体の逆流量が増加し、排気性能が低下する虞がある。なお、実験により、隙間Ｇｐ１および図示しない面の隙間である回転軸方向の第１円弧と第２円弧とを夫々結ぶ曲線よって創生された面間の隙間は、隙間を貫通する距離が短いことから、異物を詰まらせる確率が低く、この部位のついての凹部等の窪み部は不要という知見が得られている。また、変形例に係るスクリューロータ１０_１，１０_２では、図６に示すように、一対のスクリューロータ１_１，１_２の螺旋歯１２ａ，１２ｂのない各回転軸１１ａ，１１ｂの部分には、螺旋Ｌｓに沿ってのびる突条（突部）１５ａ，１５ｂが夫々形成され、両スクリューロータ１_１，１_２の相対回転時に、一方のスクリューロータ１_１（１_２）の回転軸１１ａ（１１ｂ）の部分に形成した突条１５ａ，１５ｂが他方のスクリューロータ１_２（１_１）の歯先の面１３ｂ（１３ａ）に形成した第１及び第２の各窪み部１４ｂ（１４ａ）、１４ｄ（１４ｃ）内に連続して進入するようにしている。これによれば、気体の逆流量を抑制でき、排気性能の低下を抑制することができる。突部１５ａ，１５ｂの形状は、第１及び第２の各窪み部１４ａ～１４ｄの形状に応じて適宜設定される。

【0031】

また、上記実施形態では、第１及び第２の各螺旋歯１２ａ，１２ｂが、不等ピッチ部１２１と等ピッチ部１２２とを持つ一条のもので構成される場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、不等ピッチ部または等ピッチ部のみで構成されたものや、複数条で構成されたものにも本発明は適用することができる。更に、上記実施形態では、真空チャンバＶｃ内を真空排気するために用いられるスクリューポンプＳＰ及びスクリューロータ１_１，１_２を例に説明したが、これに限定されず、粉体移送用真空置換タンク内を真空排気する場合にも本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、下カバー２３に排出口２６を形成したものを例に説明したが、スクリューポンプＳＰの設置姿勢、即ち、重力加速度方向からみて最下面を含むように構成されていてもよい。これにより、異物の移動について重力による移動障壁が存在せず、その結果、ケーシング２及び下カバー２３より容易に排出可能な構成となる。また、歯先の面１３ａ，１３ｂとのなす角度θ１を９０度とした方形状の溝として窪み部を構成すれば、より異物を退避させることが可能となる。なお、各螺旋歯１２ａ，１２ｂの、歯先の面１３ａ，１３ｂの稜線（Ｌ１，Ｌ２部）形成されている角部は、軸方向の気密に寄与しているため、その近傍に窪み部を設けることは避けることが好ましい。つまり、窪み部が一つの螺旋で示されるように校正されている場合は、稜線（Ｌ１，Ｌ２部）から見て中央にその螺旋を設けることが好ましい。また、各螺旋歯の断面視で鋭角側の稜線（Ｌ１，Ｌ２部）が特に気密に寄与していることから、螺旋は中央より鈍角側に設けることがより好ましい。

【符号の説明】

【0032】

ＳP…スクリューポンプ、１_１，１_２，１０_１，１０_２…スクリューロータ、１１ａ，１１ｂ…回転軸、１２ａ，１２ｂ…螺旋歯、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃ…ピッチ、１２１ａ，１２１ｂ…吸引端、１２２ａ，１２２ｂ…吐出端、１３ａ，１３ｂ…歯先の面、Ｗｒ１～Ｗｒ３…軸方向幅（軸方向範囲）、１４ａ～１４ｄ…凹溝状の窪み部、１４ｅ…凹部（窪み部），１４ｆ…スリット状の凹部（窪み部）、Ｌｓ…螺旋、１４０ａ…第１の窪み部の始端、１４０ｂ…第２の窪み部の終端、１４１ａ，１４１ｂ…窪み部の壁面、θ１，θ２…角度、１５ａ，１５ｂ…突部、２…ケーシング、２１ａ…円筒状内壁（ケーシングの内面）、Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ…作動室。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】