CN103671138A - 涡轮分子泵 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种涡轮分子泵，本发明的课题在于延缓因转子的温度上升而引起的蠕变速度。涡轮分子泵(1)在外壳构件(11)的内部包括转子翼(6)、定子翼(7)及间隔片(20)。使自最上段起第6段的间隔片(20a)的外周侧延伸至为大气压侧的外部侧，而形成到达基座(13)的上表面的冷却用厚壁部(21)。在冷却用厚壁部(21)设置冷却管(52)，另外，使冷却用厚壁部(21)的内周侧面与第7段、第8段间隔片(20)的外周侧面接触，而予以保持。通过在冷却管(52)内循环的冷却媒体，经由冷却用厚壁部(21)，使间隔片(20)、定子翼(7)及转子翼(6)冷却。

Description

涡轮分子泵

技术领域

本发明涉及一种包括多段地设置的转子(rotor)翼、设置于转子翼之间的定子(stator)翼、及支撑定子翼的间隔片(spacer)的涡轮分子泵(turbo-molecular pump)。。

背景技术

实现高真空或者超高真空的涡轮分子泵是通过由转子翼与定子翼所构成的翼排气部，将自吸气口侧吸入的气体分子排出至排气埠(port)侧。高速旋转的转子翼与气体分子碰撞时所产生的摩擦热自转子翼经由定子翼而传递至外壳(case)构件。

如果具有转子翼的转子因摩擦热而变成高温，那么蠕变(creep)的速度会变快，所以在外壳构件设置冷却管，使冷却媒体在冷却管内循环而冷却涡轮分子泵(例如，参照专利文献1)。

背景技术文献

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2006-90623号公报

近年来，在半导体装置的制造等中，晶片(wafer)变得大型化，而有导入至处理腔室(process chamber)内的气体的流量增大的趋势。如果气体的流量增大，那么转子翼中的摩擦热会变大，而使转子变成高温。因此，仅在外壳构件设置冷却管会使转子超过容许温度，而使蠕变的速度变快。

发明内容

本发明的涡轮分子泵包括：外壳构件；转子，收纳于外壳构件内，且包括多段地排列的转子翼；转子轴，与转子同轴地设置；多个定子翼，设置于外壳构件的内面，且配置于转子翼之间；及多个间隔片，支撑各定子翼；且多个间隔片中的一个具有覆盖在上方或者下方所邻接的至少一个间隔片的外周侧面的冷却用厚壁部；在冷却用厚壁部设置着使冷却媒体循环的冷却管。

[发明的效果]

根据本发明，可经由设置于间隔片的冷却用厚壁部的冷却管使转子充分地冷却，所以可延缓转子的蠕变的速度。

附图说明

图1是表示本发明的涡轮分子泵的一实施方式的剖视图。

图2是对比表示现有品与实施例中的间隔片及转子的温度分布的图。

图3是表示本发明的涡轮分子泵的实施方式2的剖视图。

图4是表示本发明的涡轮分子泵的实施方式3的剖视图。

图5是表示本发明的涡轮分子泵的实施方式4的剖视图。

1：涡轮分子泵                   2：涡轮排气部

3：螺纹槽排气部                 5：转子轴

6：转子翼                       7：定子翼

8：转子                         9：转子圆筒部

11：外壳构件                    12：上外壳

13：基座                        14：螺纹定子

15：吸气口                      20、20a、20A～20C：间隔片

21、21A～21C：冷却用厚壁部      22：槽

31、32：磁轴承                  33a、33b：径向移位传感器

33c：轴向移位传感器             34、36：机械轴承

35：电动机                      38：转子盘

41：法兰                        41a：法兰41的上段部

42：槽                          43：下部法兰

44：上部法兰                    45：排气埠

51、52：冷却管

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的涡轮分子泵其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施方式1

图1是磁轴承式涡轮分子泵的剖视图。涡轮分子泵1包括具有上外壳12及基座(base)13的外壳构件11。详细情况于下文进行叙述，作为间隔片20的一部分的冷却用厚壁部21也构成外壳构件11。在上外壳12的上端侧设置着上部法兰(flange)44，在下端侧设置着下部法兰43。上外壳12例如根据日本不锈钢标准(Steel Use Stainless，SUS)而形成，基座13例如由铝而形成。

在外壳构件11的中心轴上配置着转子轴5。在转子轴5同轴地安装着转子8。转子8例如由铝而形成，且通过螺栓(bolt)等紧固构件(未图示)牢固地固定于转子轴5。

转子轴5由径向(radial)的磁轴承31(两处)及止推(thrust)方向的磁轴承32(上下一对)而不接触地支撑。通过径向移位传感器(sensor)33a、33b及轴向移位传感器33c来检测转子轴5的悬浮位置。通过磁轴承31、32而旋转自如地磁性悬浮的转子轴5由电动机(motor)35而高速旋转驱动。

在转子轴5的下表面，间隔机械轴承(mechanical bearing)34而安装着转子盘38。另外，在转子轴5的上部侧设置着机械轴承36。机械轴承34、36为紧急用机械轴承，当磁轴承不工作时，通过机械轴承34、36来支撑转子轴5。

转子8具有上部侧与下部侧的两段构造，在上部侧设置着多段的转子翼6。自最下段的转子翼6往下方，设置着转子圆筒部9。

在转子8的转子圆筒部9的外周侧，环(ring)状的螺纹定子14通过紧固构件(未图示)而固定于基座13。螺纹定子14形成为大致圆筒形状，且在内面侧形成着螺纹槽部(未图示)。

螺纹定子14及转子轴5收纳于基座13内，所述转子轴5较与螺纹定子14相对应的部分更靠下方。在基座13的上端部形成着其外周形状在俯视时为圆形或者多边形的法兰41。

在法兰41的下表面形成着槽42，在槽42内设置着使冷却水等冷却媒体循环的冷却管51。

在基座13设置着排气埠45，该排气埠45与回收泵(back pump)连接。

转子8的转子翼6在一实施方式中形成着8段，在各转子翼6之间及最上段转子翼6的上部一共配置着7段定子翼7。在各定子翼7之间、最上段定子翼7的上方、以及最下段定子翼7的下方，一共配置着8段间隔片20。各段定子翼7分别形成为一对半圆形，间隔片20分别形成为圆形。各定子翼7与各间隔片20在自转子8的外周方向插入、且通过转子轴5的中心轴的中心线上，两者的端面接触。定子翼7与间隔片20例如由铝而形成。

8个间隔片20中的1个被引出至外周侧，而使外周面露出于外部。该部分成为向下方侧即基座13侧延伸的冷却用厚壁部21。以下，将具有冷却用厚壁部21的间隔片20称为20a，而与其他间隔片20加以区别。冷却用厚壁部21夹持于基座13的法兰41与上外壳12的法兰43之间。冷却用厚壁部21的外周侧面与上外壳12的下部法兰43的外周侧面及基座13的法兰41的外周侧面成为同一面。另外，冷却用厚壁部21的内周侧面与上外壳12的内周侧面成为同一面。换言之，上外壳12的内周侧面与冷却用厚壁部21的内周侧面自转子8的轴芯起的半径相同。

在间隔片20a的冷却用厚壁部21的外周侧面设置着向内周侧凹陷的槽22，在该槽22内设置着使冷却水等冷却媒体循环的冷却管52。

各定子翼7由间隔片20、20a而支撑，且配置于各转子翼6之间。

在一实施方式中，具有冷却用厚壁部21的间隔片20a位于自上方起第6段，而位于较其更靠上方的5个间隔片20，其各外周侧面与上外壳12的内周侧面接触而被保持。

位于较间隔片20a更靠下方的第7段、第8段的2个间隔片20，其各外周侧面与冷却用厚壁部21的内周侧面接触而被保持。另外，第8段即最下段间隔片20，其下端面由形成于基座13的法兰41的上段部41a而支撑。

冷却用厚壁部21介装于上外壳12的下部法兰43与基座13的法兰41之间，且通过贯穿于厚度方向的螺栓等紧固构件(未图示)来连结下部法兰43、冷却用厚壁部21及法兰41。在下部法兰43与冷却用厚壁部21之间及冷却用厚壁部21与法兰41之间分别介装着密封(seal)构件，而使外壳构件11成为密封构造。

如此，涡轮分子泵1在由上外壳12与冷却用厚壁部21而形成的内部空间具有涡轮排气部2，在基座13的内部空间具有螺纹槽排气部3。涡轮排气部2包含多段转子翼6及多段定子翼7，螺纹槽排气部3包含转子圆筒部9及螺纹定子14。

形成于上外壳12的上端的上部法兰44通过紧固构件(未图示)而紧固于未图示的半导体装置制造装置等的真空室的排气系统的安装部。如果使转子轴5磁性悬浮，在此状态下通过电动机35高速旋转驱动，那么真空室内的气体分子会自设置于上外壳12的上部的吸气口15流入。自吸气口15流入的气体分子在涡轮排气部2中，会向下游侧飞撞。虽未图示，但转子翼6与定子翼7的翼的倾斜的朝向相反，并且，倾斜角度变化而形成使气体分子不易自高真空侧(即前段侧)向下游侧(即后段侧)逆行的角度。气体分子在涡轮排气部2中被压缩，而向图示下方的螺纹槽排气部3移送。

在螺纹槽排气部3中，如果转子圆筒部9相对于螺纹定子14高速旋转，那么会产生因粘性流动而引起的排气功能，而使自涡轮排气部2向螺纹槽排气部3移送的气体一面被压缩，一面向排气埠45移送而排气。

如果与转子轴5同轴地固定的转子8高速旋转，那么各段转子翼6会与自吸气口15吸引的气体分子碰撞而产生摩擦热，而使转子翼6的温度上升。

此情况下，以往，摩擦热会依序传递至转子翼6、定子翼7、间隔片20及基座13，并通过在设置于基座13的冷却管51中循环的冷却媒体而冷却。

与此相对，在本实施方式中，于转子翼6产生的摩擦热通过在设置于间隔片20a的冷却用厚壁部21的冷却管52中循环的冷却媒体而冷却。因此，与以往相比，可大大提高冷却效果。

图2是用以在现有的涡轮分子泵与实施方式的涡轮分子泵(以下，称为实施例)中，比较间隔片20与转子8的温度分布的图。现有的涡轮分子泵仅在基座13的法兰41设置着冷却管51，以下，称为比较例。在比较例与实施例中，均将上外壳12的上部法兰44的温度设为90℃，将在冷却管51、52内循环的冷却液设为温度25℃的冷却水。

针对间隔片20的温度及转子8的温度的任一者，均利用虚线表示现有品，利用实线表示实施例的情况。图2中的横轴的间隔片段数是自最上段起的段数。

在现有品中，上段侧的间隔片20的温度高，而随着朝向下段侧而大致直线状地逐渐降低。

与此相对，在本发明的一实施方式中，如上所述，使第6段间隔片20a的外周部延伸至大气压侧，即外部侧，而形成冷却用厚壁部21。另外，在冷却用厚壁部21的外周侧面形成槽22，在该槽22内设置冷却管52，在冷却管52内使25℃的冷却水循环。冷却用厚壁部21的内周侧面与第7段、第8段间隔片20的外周侧面接触，而成为保持各间隔片20的构造。

因此，在一实施方式中，第6段间隔片20a与第7段、第8段间隔片20通过在冷却管52内循环的冷却水而冷却。通过使第6段间隔片20a与第7段、第8段间隔片20冷却，而使第6段、第7段定子翼7冷却。另外，通过使第6段～第8段间隔片20a、20冷却，也使第1段～第5段间隔片20及定子翼7冷却。

因此，如图2所示，关于一实施方式中的间隔片20的温度，可使除最上段间隔片20与最下段间隔片20以外的中间的间隔片20的温度低于比较例。

如果定子翼7的温度降低，那么转子翼6的温度会随之降低。

因此，关于转子8的温度，现有品大致为130℃，在本实施方式的情况下大致为120℃，与现有品相比可降低10℃左右。

如此，根据一实施方式的涡轮分子泵1，而使转子8的冷却效率提高，所以可延缓转子8的蠕变的速度。

将具有转子翼6的转子8、定子翼7及间隔片20、20a收纳至上外壳12内是以下述顺序进行。

(1)将最下段(第8段)的间隔片20配置于基座13的法兰41的上段部41a上。间隔片20形成为半圆形状构件，且相互配置于转子轴5的相反面侧。

(2)将具有转子翼6的转子8配置于转子轴5上，并通过紧固构件(未图示)而固定于转子轴5。也能够以相反的顺序进行步骤(1)、(2)。

(3)将最下段(第7段)的定子翼7自最下段(第8段)与第7段的转子翼6之间插入，而配置于最下段(第8段)的间隔片20上。定子翼7形成为一对半圆形状构件，且分别自转子轴5的相反侧的侧面插入。

(4)在最下段(第7段)的定子翼7上配置第7段的间隔片20。

(5)将第6段的定子翼7自第7段与第6段的转子翼6之间插入，而配置于第7段的间隔片20上。

(6)将具有形成着槽22的冷却用厚壁部21的间隔片20a配置于第6段的定子翼7上。此时，使冷却用厚壁部21的内周侧面与第7段、第8段的间隔片20的外周侧面接触，而保持第7段、第8段的间隔片20。

(7)以下，交替地配置第5段～第1段的定子翼7与第5段～第1段的间隔片20。

(8)将最上段(第1段)的间隔片20配置于最上段(第1段)的定子翼7上之后，使上外壳12自上方下降，将第1段～第5段的间隔片20、第1段～第5段的定子翼7及转子8的上部侧收纳至上外壳12内。此时，上外壳12的下部法兰43的下表面载置于冷却用厚壁部21的上表面上。

(9)然后，如上所述，通过贯穿于厚度方向的螺栓等紧固构件(未图示)来连结下部法兰43、冷却用厚壁部21及法兰41，由此构成在连结部与外部密封的外壳构件11。

此外，在步骤(6)中的下部法兰43与冷却用厚壁部21之间及步骤(9)中的冷却用厚壁部21与法兰41之间，分别介装密封构件。

实施方式2

图3是本发明的涡轮分子泵1的实施方式2的剖视图。

实施方式2与图1所示的实施方式1的不同点在于：间隔片20A的冷却用厚壁部21A仅外周侧面的一部分露出于外部。

即，图1所示的间隔片20a是冷却用厚壁部21的外周侧面的整个面露出于外部。与此相对，在图3所示的间隔片20A中，冷却用厚壁部21A的外周侧面仅使作为其一部分的下部侧露出于外部，而利用上外壳12的下部法兰43来覆盖上部侧。

上外壳12例如根据SUS形成，间隔片20、20A例如由热导率高的铝而形成。在实施方式2中，是利用上外壳12的下部法兰43来覆盖间隔片20A的上部侧的构造，所以利用上外壳12来保护拉伸强度小的间隔片20A。因此，在涡轮分子泵1的转子8破裂的情况下，可通过外壳构件11吸收破裂能(fracture energy)。

在实施方式2中，冷却管52设置于冷却用厚壁部21A中的设置于露出于外部的下部侧的外周侧面的槽22内。冷却管52也可设置于冷却用厚壁部21A中的由上外壳12的下部法兰43所覆盖的部分。

然而，如果设为将冷却管52设置于由下部法兰43所覆盖的部分的构造，那么处理自冷却管52漏出的冷却媒体的构造会变得复杂。因此，冷却管52较理想为设置于冷却用厚壁部21A中的与露出于外部的外周侧面相对向的部分。

此外，实施方式2中的其他构成与实施方式1相同，对相对应的构件标注相同符号，并省略其说明。

实施方式3

图4是本发明的涡轮分子泵1的实施方式3的剖视图。

实施方式3与图1所示的实施方式1的不同点在于：将位于自上方数起第7段，换言之自最下段数起第2段的间隔片20设为具有冷却用厚壁部21B的间隔片20B。

在间隔片20B中，冷却用厚壁部21B向上方侧及下方侧延伸，在上方侧，覆盖在上方所邻接的间隔片20的外周侧面。另外，下方侧覆盖在下方所邻接的间隔片20的外周侧面，且支撑于基座13的法兰41的上表面。

在实施方式3的涡轮分子泵1中，也可发挥与实施方式1的情况相同的效果。

实施方式3中的其他构成与实施方式1相同，对所对应的构件标注相同符号，并省略其说明。

实施方式4

图5是本发明的涡轮分子泵1的实施方式4的剖视图。

实施方式4与图1所示的实施方式1的不同点在于：将位于自上方数起第8段，换言之最下段的间隔片20设为具有冷却用厚壁部21C的间隔片20C。

在间隔片20C中，冷却用厚壁部21C向上方侧及下方侧延伸，在上方侧，覆盖在上方所邻接的2个间隔片20的外周侧面。另外，下方侧向基座13侧延伸，且下表面支撑于法兰41的上表面。

在实施方式4的涡轮分子泵1中，也可发挥与实施方式1的情况相同的效果。

实施方式4中的其他构成与实施方式1相同，对所对应的构件标注相同符号，并省略其说明。

如以上所说明，在本发明的各实施方式所示的涡轮分子泵1中，使间隔片20a、20A～20C延伸至外周侧，而形成冷却用厚壁部21、21A～21C，在冷却用厚壁部21、21A～21C设置使冷却媒体循环的冷却管52。因此，可增大转子8的冷却效果，可延缓转子8的蠕变的速度，并且可延长涡轮分子泵1的寿命。

另外，在冷却用厚壁部21、21A～21C的外周侧面所露出的部分设置向内侧凹陷的槽22，并在该槽22内设置冷却管52。因此，可成为对于自冷却管52漏出的冷却媒体的处理而言简单的构造。

在所述实施方式中，设置着冷却管51及冷却管52，但只要至少设置冷却管51即可。

此外，在图4、5所示的实施方式3、4的涡轮分子泵1中，也可与图3所示的实施方式2的情况同样地，利用上外壳12来覆盖冷却用厚壁部21B、21C的外周侧面的一部分。也可设为利用基座13来覆盖冷却用厚壁部21A～21C的外周侧面的构造、或者利用上外壳12与基座13的两构件来覆盖冷却用厚壁部21A～21C的外周侧面的构造。

在所述各实施方式中，将具有冷却用厚壁部21、21A～21C的间隔片20a、20A～20C作为自最上段数起第6段的间隔片20而进行了例示。然而，设置具有冷却用厚壁部的间隔片的位置并不限定于该位置。间隔片20的温度越向下游侧越变高，所以优选使包含最下段的间隔片20在内的其上的数段间隔片20最大程度地冷却。因此，有效的是在所有段的间隔片20中的下段侧的1/2～1/3的间隔片20中的任一个设置冷却用厚壁部。

进而，通过利用冷却用厚壁部来覆盖位于冷却用厚壁部的下方侧的所有间隔片的外周侧面，可进一步提高冷却的效果。另外，优选使经冷却用厚壁部覆盖的间隔片的数量少于未经冷却用厚壁部覆盖的间隔片的数量。由此，可集中有效地使经冷却用厚壁部覆盖的间隔片冷却。

在所述各实施方式中，例示了具有8段转子翼6的涡轮分子泵1，但本发明也可适用于转子翼6的段数为例如6～10段的其他段数的涡轮分子泵1。

另外，也可适用于电源装置一体地设置于外壳构件11的涡轮分子泵。

此外，本发明可在发明的主旨的范围内进行各种变形而应用，重要的是，只要在支撑定子翼的间隔片中的一个形成冷却用厚壁部，且在该冷却用厚壁部设置使冷却媒体循环的冷却管即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种涡轮分子泵，其特征在于其包括：

外壳构件；

转子，收纳于所述外壳构件内，且具有多段地排列的转子翼；

转子轴，与所述转子同轴地设置；

多个定子翼，设置于所述外壳构件的内面，且配置于所述转子翼之间；及

多个间隔片，支撑所述各定子翼；且

所述多个间隔片中的一个具有覆盖在上方或者下方所邻接的至少一个所述间隔片的外周侧面的冷却用厚壁部；

在所述冷却用厚壁部设置着使冷却媒体循环的冷却管。

2.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于其中所述冷却用厚壁部的外周侧面的至少一部分自所述外壳构件露出，且在该露出的部分设置着所述冷却管。

3.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于其中所述外壳构件具有上外壳与基座，所述冷却用厚壁部固定于所述上外壳与所述基座之间。

4.根据权利要求3所述的涡轮分子泵，其特征在于其中所述冷却用厚壁部的外周侧面的一部分由所述上外壳而覆盖。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的涡轮分子泵，其特征在于其中位于所述冷却用厚壁部的下方侧的所有所述间隔片的外周侧面由所述冷却用厚壁部而覆盖。

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