CN113795674B

CN113795674B - 真空泵

Info

Publication number: CN113795674B
Application number: CN201980095512.1A
Authority: CN
Inventors: 乙田朝史; 茂木幸太郎; 油井将希; 岩下航己
Original assignee: Kashiyama Industries Ltd
Current assignee: Kashiyama Industries Ltd
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: KR102610990B1; WO2020234947A1; KR20210132194A; CN113795674A; JP7201275B2; JPWO2020234947A1

Abstract

在真空泵(1)中，在泵转子(30)的转子端面(33)形成的转子端面凸部(33a)以较窄的第1间隙(Δ1)与泵室内侧端面(70)对置。转子端面凸部(33a)遍及泵转子(30)的外周缘的整周而形成，并作为气体密封部发挥功能，能够确保泵排气性能。由转子端面凸部(33a)包围的转子端面凹部(33b)以较宽的第2间隙(Δ2)与泵室内侧端面(70)对置。转子端面凸部(33a)只要以较窄的宽度形成即可，由此能够在其内侧形成面积较大的转子端面凹部(33b)。能够可靠地消除：因在泵室内侧端面(70)与转子端面(33)之间形成的生成物引起的泵转子(30)的旋转障碍等。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及如下真空泵：一对泵转子沿着泵室内周壁保持微小的间隙、且朝相反方向旋转而进行流体的排出动作。

背景技术

机械增压泵等真空泵形成为如下构造：对于泵作用部不使用密封液，一对泵转子沿着泵室内周壁保持微小的间隙且朝相反方向无接触地旋转，由此将恒定量的气体从进气侧向排气侧输送而实现真空。该形式的真空泵能够实现油蒸气污染较少的真空排气，以在蚀刻、CVD等半导体制造工艺中创建清洁的真空空间为目的而使用。

在使用真空泵将在半导体制造工艺等中产生的气体抽吸排出的情况下，因抽吸到真空泵内的气体而在以微小间隙对置的泵室内周壁表面和转子表面引起生成物的蓄积、固附。由于蓄积、固附于上述表面的生成物堵塞于微小间隙中，因此会引起如下弊端等：泵转子的旋转停止，泵转子的旋转驱动力升高使得对泵转子进行旋转驱动的马达处于过大电流的状态而导致泵停止。另外，当泵停止之后再运转时，有时也会因转子夹入蓄积/固附的生成物或者进行滑动而使得泵无法重启。

专利文献1中提出了如下真空泵：即便生成物堆积于泵室内部，也能够持续运转而不会对马达施加过负荷。在该真空泵中，排气侧的泵转子的端部设为圆锥台形状，由此使得泵转子的外周缘部分与泵外壳之间的间隙增大。或者，在泵外壳的排气侧部分形成有用于将与泵转子之间的间隙扩大的凹部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6－117386号公报

发明内容

在现有的真空泵中，为了避免因生成物的蓄积/固附引起的弊端，在泵室的排气侧的面积微小的部分形成间隙较宽的部分。为了可靠地避免因泵室内部的生成物的蓄积/固附引起的弊端，需要将泵室内周壁表面与转子表面之间的间隙在较大的范围内扩大，并非仅使一部分扩大。然而，若在较大的范围内增大间隙，则会导致真空泵的排气性能下降。因此，期望能够确保所需的排气性能(气体密封性)的同时避免因生成物的蓄积/固附引起的弊端。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供如下真空泵：不会对排气性能造成影响，能够更加可靠地避免因生成物的蓄积/固附引起的弊端。

为了解决上述课题，本发明的真空泵具备：泵室；一对泵转子，它们以能够绕平行的旋转中心线旋转的方式配置于所述泵室内；各泵转子的所述旋转中心线的方向的两侧的转子端面；以及泵室内侧端面，其位于所述泵室的所述旋转中心线的方向的两侧，并与所述转子端面分别对置，在所述转子端面分别形成有转子端面凸部及转子端面凹部，所述转子端面凸部沿着所述转子端面的外周缘遍及该外周缘的整周而形成有外周缘侧凸部，所述转子端面凹部形成于所述转子端面的由所述外周缘侧凸部包围的部分，在对置的所述转子端面与所述泵室内侧端面之间，所述转子端面凸部以第1间隙与所述泵室内侧端面对置，所述转子端面凹部以比所述第1间隙宽的第2间隙与所述泵室内侧端面对置。

在本发明的真空泵中，在泵转子的转子端面形成的外周缘侧凸部以较窄的第1间隙与泵室内侧端面对置。遍及旋转的泵转子的外周缘的整周而形成较窄的第1间隙的气体密封部。由此，能够确保泵排气性能。在泵转子的转子端面，由其外周缘侧凸部包围的转子端面凹部以比第1间隙宽的第2间隙与泵室内侧端面对置。若充分扩大第2间隙，则存积于该转子端面凹部的生成物不会夹入泵室内周端面与泵转子的转子端面之间而妨碍泵转子的旋转。在泵转子的转子端面，作为气体密封部而发挥功能的外周缘侧凸部以较窄的宽度形成即可，由此能够使其内侧的面积较大的转子端面部分以较宽的第2间隙与泵室内侧端面对置。

根据本发明，能够为了确保气体密封性而减小以较窄的第1间隙与泵室内侧端面对置的部分的面积，能够为了避免因生成物的蓄积/堆积引起的弊端而增大以较宽的第2间隙与泵室内侧端面对置的部分的面积。因而，能够获得维持排气性能的同时还能够可靠地消除因生成物的蓄积/固附引起的弊端的真空泵。另外，在相对于泵室内侧端面保持较窄的第1间隙的状态下进行旋转的泵转子的转子端面的外周缘侧凸部还作为将蓄积/固附于泵室内侧端面的生成物刮除的刮除部而发挥功能，所以能够抑制或防止生成物堆积于泵室内侧端面。

在本发明中，优选地，在容易堆积较多生成物的排气口侧的部分形成有间隙更大的部分。为此，优选地，预先在泵室内侧端面形成凹部。凹部在泵室内侧端面形成于相对于泵转子的旋转中心线的排气侧的位置。该凹部以比第1间隙宽的第3间隙与转子端面凸部对置。

若泵转子进行旋转，则转子端面沿着泵室内侧端面经由与形成于此处的凹部对置的状态而移动。在转子端面侧的转子端面凹部与泵室内侧端面的凹部对置的状态下，在转子端面与凹部之间形成比第2间隙宽的间隙。由于如此在排气侧形成间隙较大的部分，所以，能够可靠地避免：在生成物的堆积量较多的排气口侧因生成物堵塞于泵室内侧端面与泵转子的转子端面之间而引起的弊端。

接下来，转子端面凸部在转子端面的长径位置处形成有从该转子端面的一个外周缘端呈直线状延伸到另一个外周缘的直线状凸部。直线状凸部为比外周缘侧凸部更向泵室内侧端面侧突出的端面部分。

若泵转子进行旋转，则转子端面的直线状凸部在以比第1间隙窄的间隙与泵室内侧端面对置的状态下沿着该泵室内侧端面移动。能够利用旋转的泵转子的直线状凸部而高效地将附着或堆积于泵室内侧端面的生成物刮除。由此，不会使得厚度与第1间隙对应的生成物堆积于泵室内侧端面。其结果，能够可靠地除去生成物堵塞于以第1间隙对置的第1转子端面部分与泵内侧端面之间而妨碍泵转子的旋转等弊端。

泵室可以构成为包括筒状的外壳主体以及安装于外壳主体的两端的侧板。在该情况下，在壳体主体的内周面和侧板各自的板内侧端面之间形成泵室。由侧板各自的板内侧端面规定泵室内侧端面。

在将本发明应用于多级真空泵的情况下，在由外壳主体与各段的侧板划分出的泵室内会产生生成物的蓄积/固附。因此，只要在各段的泵转子的转子端面形成转子端面凸部及转子端面凹部既可。另外，只要在各段的泵室的泵室内侧端面形成内侧端面凹部即可。

附图说明

图1(a)是沿A－A线对应用了本发明的2级真空泵进行剖切的情况下的概要截面图，图1(b)是沿B－B线对2级真空泵进行剖切的情况下的概要截面图，图1(c)是2级真空泵的马达侧的概要端面图。

图2(a)、图2(b)及图2(c)是表示图1的2级真空泵的后段的泵转子的端面图、截面图及相反侧的端面图，图2(d)及图2(e)是表示图1的2级真空泵的马达侧侧板的端面图及截面图。

图3(a)是表示图1的2级真空泵的后段的泵室的概要局部截面图，图3(b)是表示后段的泵室的说明图。

图4(a)是表示泵转子的另一例的端面图，图4(b)是沿图4(a)中的b－b线剖切的情况下的截面图，图4(c)是图4(a)的相反侧的端面图，图4(d)是沿图4(c)中的d－d线剖切的情况下的截面图，图4(e)是表示泵转子的外周面的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的真空泵进行说明。以下描述的真空泵是2级真空泵，但是，本发明同样也能够应用于单级真空泵、3级以上的多级真空泵。另外，以下例子是使用眉型转子作为泵转子的情况。当然，泵转子的形状并不限定于眉型。

(整体结构)

图1示出了本实施方式所涉及的2级真空泵，图1(a)是沿包括泵中心轴线在内的水平面(图1(c)中的A－A线的位置)剖切的情况下的概要截面图，图1(b)是沿包括泵中心轴线在内的水平面(图1(c)中的B－B线的位置)剖切的情况下的概要截面图，图1(c)是马达侧的端面图。

2级真空泵1(以下，简称为真空泵1。)具备前段的泵室2a及后段的泵室2b、马达3、以及齿轮室4。以隔着泵室2a、2b的方式在后段的泵室2b侧配置有马达3、且在前段的泵室2a侧配置有齿轮室4。泵室2a、2b构成为包括：筒状的外壳主体6；将外壳主体6的一端封闭的马达侧侧板7；以及将外壳主体6的另一端封闭的齿轮室侧侧板8。

外壳主体6的内部在泵中心轴线1a的方向上被分隔板9分隔。在外壳主体6的内周面部分6a、齿轮室侧侧板8的端面即泵室内侧端面8a、以及分隔板9的一个端面即泵室内侧端面9a之间，形成有容积较大的前段的真空侧的泵室2a。另外，在外壳主体6的内周面部分6b、分隔板9的另一个端面即泵室内侧端面90、以及马达侧侧板7的端面即泵室内侧端面70之间，形成有容积较小的后段的大气侧的泵室2b(最终段的泵室)。

泵室2a与形成于外壳主体6的进气口10连通，泵室2b与形成于外壳主体6的排气口11连通。泵室2a的排气侧经由形成于外壳主体6内的连通路12而与泵室2b的进气侧连通。在马达侧侧板7安装有马达3。相反侧的齿轮室4由齿轮室侧侧板8以及安装于齿轮室侧侧板8的齿轮罩13封闭。

在泵室2a、2b以将分隔板9贯通的方式形成有驱动侧的转子轴14及从动侧的转子轴15。转子轴14、15以隔开恒定间隔的方式平行地延伸。驱动侧的转子轴14的旋转中心线为泵中心轴线1a。在转子轴14、15分别安装有泵转子16a、16b、泵转子30a、30b。一对泵转子16a、16b位于前段的泵室2a内，一对泵转子30a、30b位于后段的泵室2b内。泵转子30a、30b形成为相同形状，所以，在以下说明中，有时也将它们统一作为泵转子30而说明。

驱动侧的转子轴14的马达侧的轴端部14a由安装于马达侧侧板7的轴承21支承，并且朝马达3侧延伸而与马达轴22连结。转子轴14的齿轮室侧的轴端部14b由安装于齿轮室侧侧板8的轴承23支承，并且延伸到齿轮室4的内部。从动侧的转子轴15的马达侧的轴端部15a由安装于马达侧侧板7的轴承24支承，该转子轴15的齿轮室侧的轴端部15b由安装于齿轮室侧侧板8的轴承25支承，并且延伸到齿轮室4的内部。双方的转子轴14、15的齿轮室侧的轴端部14b、15b借助齿轮系26而连结，若转子轴14旋转，则转子轴15向相反方向同步旋转。

(泵转子、马达侧侧板)

图2(a)是表示真空泵1的后段的泵转子30的端面图，图2(b)是其截面图，图2的(c)是其相反侧的端面图。图2(d)及图2(e)是表示马达侧侧板7的端面图及截面图。另外，图3(a)是表示后段的泵室2b的概要局部截面图，图3(b)是表示后段的泵室2b的说明图。

参照这些图进行说明，泵转子30整体呈眉型的轮廓形状。泵转子30具备恒定宽度的转子外周面31以及两侧的转子端面32、33。圆形截面的轴孔34沿泵转子30的厚度方向贯通泵转子30的中心。轴孔34的两端在转子端面32、33开口。转子外周面31以微小间隙与泵室2b的内周面即外壳主体6的内周面部分6b对置。一个转子端面32在泵中心轴线1a的方向上以微小间隙与泵室2b的一个泵室内侧端面90即分隔板9的内侧端面对置。另一个转子端面33在泵中心轴线1a的方向上以微小间隙与泵室2b的另一个室内侧端面70即马达侧侧板7的内侧端面对置。

若泵转子30旋转，则其转子外周面31以保持恒定的微小间隙的状态沿着泵室2b的内周面部分6b移动。与此相对，对于泵转子30的两侧的转子端面32、33而言，一部分以保持微小的第1间隙Δ1的状态沿着泵室内侧端面70、90移动，剩余部分以保持第2间隙Δ2的状态沿着泵室内侧端面70、90移动。

对泵转子30的转子端面32、33的形状进行说明。首先，对与分隔板9的内侧端面即泵室内侧端面90对置的转子端面32进行说明。在转子端面32形成有转子端面凸部32a及转子端面凹部32b。转子端面凹部32b是相对于转子端面凸部32a以规定尺寸而后退的端面部分。在本例中，转子端面凸部32a的凸面由与泵中心轴线1a正交的平面规定，转子端面凹部32b的凹面也由与泵中心轴线1a正交的平面规定。也可以由凸曲面规定凸面、且由凹曲面规定凹面。

在本例中，转子端面凸部32a沿着转子端面32的外周缘遍及该外周缘的整周而形成有外周缘侧凸部32c。另外，转子端面凸部32a以将转子端面32的轴孔34整周包围的状态形成有内周缘侧凸部32d。外周缘侧凸部32c和内周缘侧凸部32d是规定宽度且相同高度的凸部，并在轴孔34的外周侧的部分相互连结。在本例中，外周缘侧凸部32c和内周缘侧凸部32d分别形成为围绕转子端面32的中心而旋转对称的形状。转子端面凹部32b形成于转子端面32的由外周缘侧凸部32c和内周缘侧凸部32d包围的部分。在本例中，转子端面凹部32b为圆形的恒定深度的凹部，并形成于围绕转子端面32的中心而旋转对称的位置。

与转子端面32对置的泵室内侧端面90即分隔板9的内侧端面是与泵中心轴线1a正交的平面。因此，在对置的转子端面32与泵室内侧端面90之间，转子端面凸部32a即外周缘侧凸部32c及内周缘侧凸部32d以微小的第1间隙Δ1与内侧端面90对置。与此相对，转子端面凹部32b以比第1间隙Δ1宽的第2间隙Δ2与内侧端面90对置。

接下来，对与马达侧侧板7的内侧端面即泵室内侧端面70对置的泵转子30的转子端面33的形状进行说明。转子端面33的形状基本上与转子端面32相同，形成有转子端面凸部33a及转子端面凹部33b。转子端面凹部33b为相对于转子端面凸部33a而后退的端面部分。转子端面凸部33a的凸面由与泵中心轴线1a正交的平面规定，转子端面凹部33b的凹面也由与泵中心轴线1a正交的平面规定。也可以由凸曲面规定凸面、且由凹曲面规定凹面。

在本例中，转子端面凸部33a沿着转子端面33的外周缘遍及该外周缘的整周而形成有外周缘侧凸部33c。另外，作为转子端面凸部33a以将转子端面33的轴孔34整周包围的状态形成有内周缘侧凸部33d。外周缘侧凸部33c和内周缘侧凸部33d是规定宽度且相同高度的凸部，并在轴孔34的外周侧的部分相互连结。

外周缘侧凸部33c和内周缘侧凸部33d分别形成为围绕转子端面33的中心而旋转对称的形状。转子端面凹部33b形成于转子端面33的由外周缘侧凸部33c和内周缘侧凸部33d包围的部分。在本例中，转子端面凹部33b为圆形的恒定深度的凹部，并形成于围绕转子端面33的中心而旋转对称的位置。

接下来，参照图2(d)、图2(e)对与转子端面33对置的泵室内侧端面70即马达侧侧板7的内侧端面的形状进行说明。泵室内侧端面70由与泵中心轴线1a正交的平面规定。对于泵室内侧端面70而言，供转子轴14、15的轴端部14a、15a贯通延伸的一对圆形截面的轴孔71、72在左右对称的位置处开口。在轴孔71、72与排气通路用凹部73之间形成有恒定深度的凹部74。排气通路用凹部73及凹部74是相互连结、且相对于从泵室内侧端面70析出的生成物的厚度而具有足够的深度的平坦的凹部。规定宽度的泵室内侧端面70的部分70a介于内侧端面凹部74与轴孔71、72之间。

在对置的转子端面33与泵室内侧端面70之间，转子端面凸部33a、即外周缘侧凸部33c及内周缘侧凸部33d以微小的第1间隙Δ1与泵室内侧端面70对置。与此相对，转子端面凹部33b以比第1间隙Δ1宽的第2间隙Δ2与泵室内侧端面70对置。另外，在转子端面33的转子端面凹部33b与形成于泵室内侧端面70的凹部74对置的状态下，在它们之间形成有比第2间隙Δ2宽的第3间隙Δ3。

对于本例的真空泵1而言，在最终段的泵室2b中，沿着泵转子30的两侧的转子端面32、33的外周缘及内周缘形成有转子端面凸部32a(外周缘侧凸部32c、32d)及33a(外周缘侧凸部33c、内周缘侧凸部33d)，并在它们之间形成有转子端面凹部32b、33b。除了作为气体密封部而发挥功能的转子端面凸部32a、33a以外的转子端面凹部32b、33b(台阶部)相对于对置的泵室内侧端面70、90确保有较大的第2间隙Δ2。因此，能够大幅降低转子端面32、33与泵室内侧端面70、90之间的生成物的蓄积/固附的风险。

另外，能够减小转子端面32、33的以较窄的第1间隙Δ1与泵室内侧端面70、90对置的转子端面凸部32a、33a(作为气体的密封部而发挥功能的部分)的面积。因而，能够抑制因生成物而引起的泵转子30的旋转阻力的增大，由此能够减小泵转子30的旋转停止的风险。另外，即便当泵停止后在夹有生成物的状态下重启时，也能够减小作为转子端面32、33的气体密封部而发挥功能的转子端面凸部32a、33a的面积。由此，与生成物的接触面积也会减小，所以，旋转所需的扭矩减小，能够期待重启性的提高。

此外，在与排气口11连通的泵室内侧端面70的部分形成有凹部74。在凹部74与泵转子30的转子端面33之间形成有最宽的第3间隙Δ3。由于在与其他部分相比生成有更多生成物的排气口侧部分形成有间隙较宽的部分，所以，能够可靠地消除因生成物的蓄积、固附引起的弊端。

另外，如图3(b)所示，在泵室2b中，形成有最宽的第3间隙的排气侧的凹部74的形成区域部分借助第1间隙Δ1的气体密封部分而维持与进气侧分离的状态。即，利用由在泵转子30的转子端面33形成的转子端面凸部33a规定的较窄的第1间隙Δ1的部分而形成凹部74，以使得进气侧和排气侧在泵室2b分离。不会借助较宽的间隙Δ2、Δ3的部分而形成进气侧与排气侧连通的状态。因而，能够避免真空泵1的排气性能下降，并且能够消除因生成物的蓄积、固附引起的弊端。

此外，沿转子端面32、33的外周缘形成有外周缘侧凸部32c、33c。还能够期待利用沿该泵室内侧端面70、90移动的外周缘侧凸部32c、33c而将在转子旋转过程中析出并堆积于泵室内侧端面70、90的生成物刮除的效果。

图4中示出能够代替泵转子30而使用的泵转子。该泵转子30A具备：提高利用转子端面32、33刮除生成物的效果的构造。图4(a)是表示泵转子30A的端面图，图4(b)是沿图4(a)中的b－b线剖切的情况下的截面图，图4(c)是图4(a)的相反侧的端面图，图4(d)是沿图4(c)中的d－d线剖切的情况下的截面图。另外，图4(e)是表示泵转子30A的外周面的说明图，截取其一部分放大示出。

本例的泵转子30A的基本结构与泵转子30相同，所以，图4中对与泵转子30的各部位对应的部位标注相同的附图标记并省略它们的说明。在本例的泵转子30A中，在其转子端面33形成有直线状凸部35。

在图4(c)中，单点划线L表示转子端面33的长径位置。直线状凸部35为恒定宽度的线状凸部，并在长轴位置L处从该转子端面33的一个外周缘端33e延伸到另一个外周缘端33f。另外，直线状凸部35比转子端面凸部33a(外周缘侧凸部33c、内周缘侧凸部33d)更向泵室内侧端面70侧突出。

若泵转子30A进行旋转，则直线状凸部35隔着比第1间隙Δ1窄的第4间隙而沿泵室内侧端面70移动。第4间隙在直线状凸部35不与泵室内侧端面70接触的范围内尽量缩窄。由此，附着堆积于泵室内侧端面70的生成物能够被直线状凸部35有效地刮除。能够可靠地消除：生成物堵塞于转子端面33与泵室内侧端面70之间而妨碍转子旋转等弊端。

Claims

1.一种真空泵，其特征在于，具备：

泵室；

一对泵转子，它们以能够绕平行的旋转中心线旋转的方式配置于所述泵室内，

各泵转子的所述旋转中心线的方向的两侧的转子端面；以及

泵室内侧端面，其位于所述泵室的所述旋转中心线的方向的两侧，并与所述转子端面分别对置，

在所述转子端面分别形成有转子端面凸部及转子端面凹部，

所述转子端面凸部沿着所述转子端面的外周缘遍及该外周缘的整周而形成有外周缘侧凸部，

所述转子端面凹部形成于所述转子端面的由所述外周缘侧凸部包围的部分，

在相互对置的所述转子端面与所述泵室内侧端面之间，所述转子端面凸部以第1间隙与所述泵室内侧端面对置，所述转子端面凹部以比所述第1间隙宽的第2间隙与所述泵室内侧端面对置，

供转子轴贯通延伸的轴孔分别在所述泵转子的各转子端面及所述泵室内侧端面开口，

所述转子端面凸部以将在所述转子端面开口的所述轴孔的整周包围的状态形成有内周缘侧凸部，

所述转子端面凹部形成于所述外周缘侧凸部与所述内周缘侧凸部之间，

所述泵室在与所述泵转子的所述旋转中心线正交的方向的一侧与进气侧连通，在另一侧与排气侧连通，

在所述泵室内侧端面形成有凹部，

所述凹部在所述泵室内侧端面形成于：相对于所述泵转子的所述旋转中心线的所述排气侧、且与所述轴孔分离的位置，

所述凹部以比所述第1间隙宽的第3间隙与所述转子端面凸部对置。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，

所述转子端面凸部在所述转子端面的长径位置处形成有从该转子端面的一个外周缘端呈直线状延伸到另一个外周缘的直线状凸部，

所述直线状凸部为比所述外周缘侧凸部更向所述泵室内侧端面侧突出的端面部分。

3.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，

所述真空泵具备：筒状的外壳主体；以及安装于所述外壳主体的两端的侧板，

在所述外壳主体的内周面和所述侧板各自的板内侧端面之间形成有所述泵室，

由所述侧板各自的所述板内侧端面规定所述泵室内侧端面。

4.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，

所述泵室至少具备进气侧的第1泵室和排气侧的第2泵室，

所述第1泵室及所述第2泵室分别具备相互对置的所述转子端面及所述泵室内侧端面，在所述转子端面分别形成有所述转子端面凸部及所述转子端面凹部。