CN102597528B

CN102597528B - 真空泵

Info

Publication number: CN102597528B
Application number: CN200980162258.9A
Authority: CN
Inventors: 小龟正人
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: CN102597528A; JP5532051B2; US20120219400A1; US8961104B2; JPWO2011052087A1; WO2011052087A1

Abstract

一种涡轮分子泵，其包括构造有布置在转子处的转动圆筒部和布置在转动圆筒部的外周侧的固定圆筒(24)的拖曳泵单元，固定圆筒与转动圆筒部之间留有间隙。固定圆筒(24)包括：圆筒上部(240a)，其固定于基部(1)；以及圆筒下部(240b)，其经由槽(243)连接于圆筒上部(240a)的排气下游侧，该槽(243)形成为使得：在转动圆筒部(32)破坏并且破坏的转动圆筒部(32)撞击固定圆筒(24)，使固定圆筒(24)经受在与转动圆筒部(32)转动的方向一致的方向上作用的转矩时，在槽(243)处发生破断。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及装备有以高速转动的转子的真空泵。

背景技术

诸如涡轮分子泵或分子拖曳泵之类的真空泵通过使转子以大约几万转/分钟的高速转动而排放真空室中的气体，该转子具有由形成在转子处的涡轮翼等构成的排放作用系统(涡轮翼部和分子拖曳泵单元)。

如果进行该高速转动的转子破坏，则真空泵的泵壳体将经受极其高的能量。该能量的冲击可以经由泵壳体传递至真空泵连接的真空装置并且可以引起真空装置侧的损坏。由相关技术中已知的结构解决该担心，该结构包括脆弱部分，以便通过引起脆弱部分处的剪切断裂而使传递至装置侧的冲击减小，该脆弱部分由槽构成，并且位于固定于基部并且呈现面对转子外周的姿态的螺旋槽间隔件处(见例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开2006-170217号公报。

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上面引用的公报中描述的传统技术中，存在还未有效解决的问题，其中，因为螺旋槽间隔件的在脆弱部分处破断的圆筒部能够继续转动并且朝向泵进气侧移动，所以装置可以被圆筒部损坏。

用于解决问题的方案

根据本发明的真空泵包括拖曳泵单元，所述拖曳泵单元构造有布置在回转体处的圆筒转子部和布置在所述圆筒转子部的外周侧的圆筒定子，所述圆筒转子部与所述定子之间留有间隙，其中，所述定子包括：圆筒上部，所述圆筒上部固定于泵基部；以及圆筒下部，所述圆筒下部经由薄区连接于所述圆筒上部的排气下游侧，所述薄区形成为使得：在所述圆筒转子部破坏并且破坏的圆筒转子部撞击所述定子，使所述定子经受在与所述圆筒转子部转动的方向一致的方向上作用的转矩时，在所述薄区处发生破断。

还可以设置涡轮翼，所述涡轮翼布置于所述拖曳泵单元的排气上游侧，并且所述涡轮翼包括形成在所述回转体的排气上游侧的多级的回转翼和与所述回转翼的多个级交替地布置的多个固定翼。

所述薄区可以由形成为在所述圆筒定子的外周面沿着周向延伸的槽构成，所述槽可以是在所述圆筒定子的外周面环绕所述圆筒定子整周的V形槽。

发明的效果

根据本发明，可以降低转子故障发生的情况下对真空装置侧的不利影响的程度。

附图说明

图1是根据本发明的真空泵的实施方式的图。

图2是分别在(a)、(b)和(c)表示的半截面图中示出的实施方式中实现的固定圆筒24、有关技术中的标准固定圆筒34以及专利文献1中公开的固定圆筒44。

图3是经历发生在转子3的转动圆筒部32处的破坏的固定圆筒24的图。

图4是经历破坏的固定圆筒44的图。

图5是槽243的变型例。

具体实施方式

下面参照附图给出对本发明的实施方式的描述。图1是实现为根据本发明的真空泵的实施方式的磁性轴承涡轮分子泵的泵单元(pump unit)T中采用的结构的示意图。应当注意，用电源单元(未示出)提供的电力驱动泵单元T。该涡轮分子泵可以用于抽空形成在例如半导体制造设备等中的室。

图1中的涡轮分子泵的泵单元T包括基部1、转子3以及呈现基本上圆筒形状的壳体2，壳体2固定于基部1的上表面，转子3可转动地布置在壳体2内。基部1和壳体2经由O型环用螺栓52紧固在一起。布置在壳体2的上端部处的进气口凸缘部2a用螺栓紧固于位于半导体制造设备侧的真空室处的凸缘(未示出)。

进行高速转动的转子3由具有高比强度的铝合金构成以承受显著的离心力。在转子3的钟形管状部30的外周面处，回转翼31形成为沿着轴向相互隔开的多级。另外，呈现基本上圆筒形状的转动圆筒部32在钟形管状部30的底部处延伸。也就是，回转翼31和转动圆筒部32分别布置在高真空侧和低真空侧。

固定翼21插在形成在转子3处的回转翼31的两个连续级之间。回转翼31和固定翼21一起构成涡轮翼部。各级处的固定翼21经由间隔件22堆叠，并且固定翼21和间隔件22一起形成堆叠组件。间隔件22是基本上环形的构件，而固定翼21均沿着圆周方向分割为两个分割部。由固定翼21和间隔件22构成的堆叠组件利用由螺栓52施加的紧固力保持在基部1的上端面和壳体2的上端部之间。由壳体2遮蔽堆叠组件的外部。

在包围转动圆筒部32的空间中，固定圆筒24布置成面对转动圆筒部32的外周面。螺旋槽形成在固定圆筒24的内周面处，并且转动圆筒部32和固定圆筒24之间的间隙形成气体通路，气体通过该气体通路沿着上下方向行进。转动圆筒部32和固定圆筒24一起构成分子拖曳泵单元。随着该涡轮分子泵中的转子3经由电机6进行高速转动，已经通过位于壳体上端部处的进气口8流入的气体分子行进过涡轮翼部和分子拖曳泵单元处的气体通路，并且通过排气口9排出。该气流在进气口8所在侧产生高真空状态。

转子3紧固于可转动地支撑在基部1内的转轴部3a。经由一对径向磁性轴承4(即，上径向磁性轴承4和下径向磁性轴承4)和一对轴向磁性轴承5(即，上轴向磁性轴承5和下轴向磁性轴承5)以不接触的方式支撑的转轴部3a通过电机6可转动地驱动。轴向磁性轴承5布置成从上侧和下侧保持布置在转轴部3a下方的转子盘42。转子盘42经由锁止螺母43附接于转轴部3a。电机6可以是例如DC无刷电机。这种DC无刷电机将包括电机转子和用于形成转动磁场的电机定子，该电机转子具有安装在转轴部3a所在的一侧的嵌入式永磁体，该电机定子布置在基部1所在的一侧。应当注意，机械轴承7布置在基部1所在的一侧，当磁性轴承4和磁性轴承5不工作时，机械轴承7支撑转子3。

涡轮分子泵的转子3以高达几万转/分钟的高速转动。因此，转子3经受可归因于离心力的应力，特别地，转动圆筒部32必定经受非常高的应力。另外，通常由铝合金构成的转子3的蠕变温度是相对低的。为此，如果转子3在高温下连续进行高速转动，则蠕变变形将容易发生。如果任何故障发生，并且转子3破坏，则可以由离心力使转动圆筒部32的碎片与固定圆筒24相撞，由此使固定圆筒24经受沿着与转子3转动的方向一致的方向显示的转矩。该转矩可以经由基部1和壳体2进一步传递至装置侧的凸缘并且可以引起装置侧的损坏。

在实施方式中，在破坏的转动圆筒部32的碎片可以撞击的固定圆筒24中采用特别的结构特征，以便减小由上述转动圆筒部32的破坏引起的转矩对装置侧的不利影响的程度。

图2(a)是图1中示出的涡轮分子泵的固定圆筒24的半截面图。固定圆筒24包括圆筒部240和凸缘部241，圆筒部240具有形成在其内周面处的螺旋槽，凸缘部241具有形成在其中的多个螺栓孔242，固定圆筒24经由多个螺栓孔242固定于基部1。槽243形成在圆筒部240的外周面处(即，圆筒部240的面对基部的表面)以便完全环绕圆筒部240。换言之，圆筒部240呈现如下结构：该结构包括圆筒上部240a和经由形成具有较小厚度的区域的槽243连结的圆筒下部240b。

图2(b)示出了由圆筒部340和凸缘部341构成的相关技术中的标准固定圆筒34。多个螺栓孔342形成在凸缘部341处，固定圆筒34经由多个螺栓孔342用螺栓固定于基部1。诸如图2(a)中示出的槽之类的槽243不形成在固定圆筒34处。

图2(c)示出了专利文献1中公开的涡轮分子泵中使用的固定圆筒(螺旋槽间隔件)44。在固定圆筒44处，槽443形成在其中形成有的螺旋槽的圆筒部440和其中形成有的多个螺栓孔442的凸缘部441之间。槽443形成为实现完全环绕图2(c)中出现的示例中的圆筒的环形状。

图3示出了经历转子3的转动圆筒部32处的破坏的固定圆筒24。在图3中，按照依(a)、(b)和(c)的顺序的时间顺序示出转动圆筒部32处的破坏之后的状况。固定圆筒24的凸缘部241经由螺栓53固定于基部1。当转子3以高速转动时，转动圆筒部32经受特别高水平的应力，如果转子破坏发生，则断裂经常从转动圆筒部32的下端开始并且向上扩展。为此，在转动圆筒部32的破坏之后首先发生接触的接触位置呈现在固定圆筒24的底部区域。

图3(a)示出了破坏的转动圆筒部32撞击的固定圆筒24的底部区域。在实施方式中，槽243形成于凸缘部241的下方，并且当转动圆筒部32与固定圆筒24相撞时，应力集中在槽243的区域(即，具有较小厚度的区域)中发生。因此，以形成槽243的区域为中心的变形在固定圆筒24处发生。因为变形在槽243所在的区域发生，所以消耗转动圆筒部32处的动能。

如果破坏发生，则转动圆筒部32的动能是非常大的，并且固定圆筒24经受大转矩。因此，固定圆筒24的应力集中的区域(槽243形成在其中的具有较小壁厚的区域)遭受剪切断裂。换言之，槽243所在的区域的强度(槽243的宽度和深度)被设定成使得：如果使断裂的转动圆筒部32的碎片与固定圆筒24相撞并且使固定圆筒24经受沿着与转动圆筒部32的转动方向一致的方向的转矩的转子破坏发生，则在螺栓53或凸缘部241破断之前，槽243所在的区域在转子破坏时剪断。固定圆筒24的已经破掉的圆筒下部240b与断裂的转动圆筒部32(未示出)一起转动。因为圆筒下部240b在转动的同时保持与基部1接触，所以随着圆筒下部240b继续转动，转动能量减少，直到逐渐减小的转动速率等于0，并且转动已经停止。通过这些措施，经由基部1和壳体2传递至装置侧的冲击(转矩)减小。

相反地，图2(b)中示出的相关技术中的固定圆筒34不包括通过形成诸如实施方式中的槽之类的槽而实现的具有较小厚度的任何区域。因此，固定圆筒34不容易破断，即使固定圆筒34破断，破断很可能发生在紧固螺栓处。在这样一种情况下，在转动圆筒部32破坏时，极其大的转矩必定传递至装置侧。

图2(c)中的固定圆筒44包括形成在凸缘部441的基部处的槽443，并且应力集中发生在槽443所在的区域。因此，如图4(a)所示，与转动圆筒部相撞的固定圆筒44变形，并且如图4(b)所示，最后破断，其中，槽443所在的区域被切断。如图3(c)中示出的圆筒下部240b那样，已经从凸缘部441断开的圆筒部440在转动的同时保持与基部接触，因此，转动速率逐渐减小。

在实施方式中，甚至在圆筒下部240b从圆筒上部240a断开之后，圆筒上部240a中的凸缘部241保持固定于基部1，因此转动圆筒下部240b的朝向泵进气口的移位被圆筒上部240a限制。

相反地，如图4(b)所示，随着已经破掉的图2(c)中的固定圆筒44的圆筒部440转动，圆筒部440能够朝向泵进气口(在图中向上)移动。这意味着被圆筒部440向上推的另一个破坏件或圆筒部440本身可以被抛进装置中并且使装置损坏。另一方面，如上所述，实施方式中的圆筒下部240b的移位被圆筒上部240a限制，因此，可以避免这种不期望的结果。

应当注意，虽然在图2(a)中出现的实施例中槽243形成为与凸缘部241的连接区域相邻，但是具有V形截面的槽替代地可以在凸缘部241的下方(朝向排气下游侧)形成在诸如图5(a)中示出的位置之类的位置处。另外，如图5(b)所示，槽243不必具有V形截面，并且槽243替代地可以形成为缝。此外，只要槽243形成的区域的强度的水平被设定成使得该区域通过转子破坏发生时施加的转矩而扭曲和破掉，槽243不必完全环绕固定圆筒24。换言之，可以间隔地形成多个槽。

应当注意，因为实施方式中的槽243形成在固定圆筒24的外周面而不是固定圆筒24的内周面(排气表面)，所以槽243在固定圆筒24处的出现不会不利地影响泵排气性能。

以上描述的实施方式可以单一地或组合地采用，以实现单一优点或优点的组合。另外，只要不危及体现本发明的特征的特征，本发明不限于本文中描述的具体结构细节中的任何一个具体结构细节。例如，虽然在以上描述的实施方式中在具有形成在圆筒转子3的外周面处的涡轮翼部(回转翼31)和拖曳泵单元(转动圆筒部32的外周面)的涡轮分子泵中采用本发明，但是本发明不限于该实施例，并且可以在仅装备有拖曳泵单元(转动圆筒部32和固定圆筒24)的真空泵中采用本发明。

Claims

1.一种真空泵，所述真空泵包括拖曳泵单元，所述拖曳泵单元构造有布置在回转体处的圆筒转子部和布置在所述圆筒转子部的外周侧的圆筒定子，所述圆筒转子部与所述定子之间留有间隙，其中：

所述定子包括：

圆筒上部，所述圆筒上部固定于泵基部；以及

圆筒下部，所述圆筒下部经由薄区连接于所述圆筒上部的排气下游侧，所述薄区形成为使得：在所述圆筒转子部破坏并且破坏的圆筒转子部撞击所述定子，使所述定子经受在与所述圆筒转子部转动的方向一致的方向上作用的转矩时，在所述薄区处发生破断。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述真空泵还包括：

涡轮翼，所述涡轮翼布置于所述拖曳泵单元的排气上游侧，并且所述涡轮翼包括形成在所述回转体的排气上游侧的多级的回转翼和与所述回转翼的多个级交替地布置的多个固定翼。

3.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于：

所述薄区由形成为在所述圆筒定子的外周面沿着周向延伸的槽构成。

4.根据权利要求3所述的真空泵，其特征在于：

所述槽是在所述圆筒定子的外周面环绕所述圆筒定子整周的V形槽。