CN1425854A

CN1425854A - 真空泵

Info

Publication number: CN1425854A
Application number: CN02156034A
Authority: CN
Inventors: 野中学; 桦泽刚志
Original assignee: British Bock Edwards Tech Co Ltd
Current assignee: British Bock Edwards Tech Co Ltd
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2003-06-25
Also published as: KR20030051227A; JP4156830B2; TW200300821A; JP2003184785A; US6910850B2; US20030129053A1; EP1321677A1

Abstract

本发明的真空泵，其课题是在装载外径不同的转子时，将在转子的内壁面和定子柱的外壁面之间所形成的大的间隙缩短为固定的间隙。将有具仿照定子柱(14)的外壁形状(14a)的内壁形状(Sna)及仿照转子(16－n)的内壁形状(16－na)的外壁形状(Snb)的垫片(Sn)，可自由拆装地安装固定在定子柱14外周上，将定子柱(14)的外壁面和转子(16－n)的内壁面的间隙(gn)设定为规定的间隙(g1)。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及可用于半导体制造装置、电子显微镜、表面分析装置、质量分析装置、粒子加速器、核融合实验装置等的真空泵，特别是关于对有必要进行大容量排气的真空泵可进行简单且廉价的对应的构造。

技术背景

以往，象在半导体制造工程中的干腐蚀或CVD的工艺那样，在高真空的工艺腔内进行处理的工程中，对工艺腔内的气体进行排气，作为形成一定的高真空度的装置，是使用例如图6所示的涡轮分子泵那样的真空泵。

如同图所示，此涡轮分子泵P6在圆筒型的转子16的外壁面上设有多个叶片状的转子叶片17、17…，定位固定在此转子叶片17、17之间的多个定子叶片18、18…，安装在泵壳11的内壁，转子16被一体地安装于转子轴15上。

若通过驱动马达19使此转子轴15高速旋转，则与此连动，通过高速旋转的转子叶片17和固定的定子叶片18的相互作用，如同图中虚线箭头所示，从气体吸气口12吸入的气体被送入下段的螺纹槽泵机构部，通过转子16外壁的圆筒面和螺纹定子20内壁的螺纹槽21的相互作用，从迁移流压缩至粘性流，从后段的气体排气口13排气，在气体吸气口12上接续的工艺腔内成为高真空，这时，由转子16及转子叶片17组成的旋转圆筒体由于气体压缩热而温度上升成为高温状态，因而有必要将这些热向泵壳11内的固定侧放热，从而进行旋转圆筒体的冷却。

作为这种旋转圆筒体的放热方法，已知道通过放射的放热和通过传导的放热，关于前者，有(I)从转子叶片表面向定子叶片表面的放射，关于后者，有(II)通过气体传导，(III)通过轴承传导，如图6所示，通过由半径方向电磁铁22和轴方向电磁铁23组成的磁气轴承，在转子轴15被轴承支撑的磁悬浮式涡轮分子泵中，在通常运转时，因为保护用滚珠轴承24、24与转子轴1 5不接触，通过如上述(III)那样的轴承没有直接的热传导，而成为通过上述(I)的放射和上述(II)的气体的传导。再有，在流入泵壳11内的气体的流量少的情况下或对象Ar气体等那些热传导率低的气体进行排气的情况下，几乎不能期待通过上述(II)的气体的热传导，结局是，因为不得不只依赖于通过(I)的放射而放热，所以放热效率不好，通过涡轮排气的压缩热在转子叶片17上很容易停滞。

因此，以往就一直采用下述方法，如图6所示，将象例如N2气体那样的热传导率高的净化气体从外部注入泵壳11内，如同图中实线箭头所示，在从转子轴15的外壁和定子柱14的内壁的间隙到定子柱14的外壁和转子16的内壁的间隙连通的通路R中使此净化气体通过，通过向气体排气口13排气进行热传导，将在转子16上蓄热的压缩热从转子16的内壁面向定子柱14的外壁面放热，进行由转子16和转子叶片17组成的旋转圆筒体的冷却。

于是，根据此方法，为提高冷却效果，要求尽量窄地设定转子16的内壁面与定子柱14的外壁面的间隙g1。这是因为，若此间隙g1很大，将在粘性流领域中生成温度境界层，使转子16的内壁面与定子柱14的外壁面间的热传导率降低，另外，在分子流领域中相对于平均自由工序，若间隙g1变大，则因为从表面放出的气体分子直接到达其他的面的概率降低，同样会使热传导率降低。

但是，如图7所示为了对更大容量的气体进行排气，在将具有比图6所示的转子叶片17的外径L6更大的外径L7的转子叶片17-1的转子16-1，装载于图6所示的转子轴15上的涡轮分子泵P7的情况下，相对于在图6中的转子16的内壁面与定子柱14的外壁面的间隙g1为微小的间隙，在图7中转子16-1的内壁面与定子柱14的外壁面的间隙为g2，与图6的间隙g1相比，形成了大的间隙。这样大的间隙g2，由于将使如上所述的热传导率极度降低，很不理想，因此，为了进行正常的热传导，有必要将定子柱14的外壁形状成形为仿照转子16-1的内壁形状的形状，充填此间隙g2，使其缩小到作为规定的间隙的g1为止。

作为为使此间隙g2的宽度变窄的方法，可以考虑在转子16-1的成型时，将转子16-1的下端部的壁厚加厚成型的方法，在这种情况下，不仅只是在壁厚加厚的部分增加了成本，而且还因为转子16-1是在泵运转中的高速旋转的部件，若过大的形成壁厚，则其重量增大，泵运转时就需要多余的动力，在导致压缩性能降低的同时，还容易产生旋转圆筒体的不平衡状态，应尽量避免。

另外，作为为使此间隙g2的宽度变窄的方法，也可以考虑成形为仿照转子16-1的内壁形状的外壁形状的定子柱14方法，在这种情况下，就有必要准备几个外壁形状不同的模型，将内藏着高价的电气元件等的定子柱14进行更换本身，就存在着在涡轮分子泵的制造中成为大幅度成本上升的原因的问题。

发明内容

本发明就是借鉴上述那样的问题点，其目的是，为了进行大容量的排气而装载外径大的转子时，可以简单且廉价地形成在转子的内壁面与定子柱的外壁面之间所形成的规定的狭窄间隙，提供一种在制造泵时与原来相比可以大幅度降低成本的真空泵。

为了达到上述的目的，本发明的真空泵，其特征在于，具有：转子轴、驱动马达、定子柱、转子、垫片，该转子轴可旋转地支撑于在上部壁面上开设有气体吸气口、在下部壁面上开设有气体排气口的泵壳内；该驱动马达用于使上述转子轴旋转；该定子柱内藏有上述转子轴和驱动马达，立设于上述泵壳内；该转子包围上述定子柱，固定于上述转子轴；该垫片具有仿照上述转子的内壁形状的外壁形状，可自由拆装地安装固定在上述定子柱外周。

上述垫片埋在上述定子柱与上述转子的间隙的同时，上述垫片的外壁面与上述转子的内壁面之间还可设定成规定的狭窄间隙。

另外，上述垫片可以由热传导率高的金属材料构成。

在这里，作为上述定子柱和垫片的固定构造的一个例子，可以采用形成上述垫片外周壁的一部分欠缺的法兰部、该法兰部被夹紧固定构造。

另外，作为上述定子柱和垫片的固定构造的其他例子，也可以采用通过从上述垫片外周壁向内周壁拧入固定螺栓，而拧紧固定的构造。

再有，作为上述定子柱和垫片的固定构造的其他例子，也可以采用上述垫片相对于开设于上述定子柱的安装孔，在上述转子轴的轴线方向被拧紧固定的构造。

另外，在上述泵壳内，还可以具有由一体设置于上述转子的外壁面的叶片状的多个转子叶片、和在上述转子叶片之间交互定位，固定于上述泵壳内的叶片状的多个定子叶片组成的涡轮分子机构部。

根据有关本发明的真空泵，因为采用了将具有仿照转子的内壁形状的外壁形状的垫片可自由拆装地安装固定在定子柱上的构造，所以为了进行大容量的排气而装载外径大的转子叶片的转子时，作为用于在转子的内壁面与定子柱的外壁面之间形成规定的狭窄间隙的方法，没有必要或是将圆筒体转子的壁厚加厚、或是分别制造高价的定子柱，仅通过更换此垫片就可以对应，所以在真空泵的制造时可以大幅度地降低成本。

附图说明

图1是表示本发明的真空泵的全体构成的纵剖视图。

图2是表示垫片固定构造的第1实施例的图，(a)是真空泵的纵剖视图，(b)是(a)的II-II线剖视图。

图3是表示垫片固定构造的第2实施例的图，(a)是真空泵的纵剖视图，(b)是(a)的III-III线剖视图。

图4是表示垫片固定构造的第3实施例的真空泵的纵剖视图。

图5是表示在本发明的真空泵的旋转叶片上适用大径的旋转叶片的例子的纵剖视图。

图6是表示以往的真空泵的全体构成的纵剖视图。

图7是表示在如图6所示的真空泵的旋转叶片上适用大径的旋转叶片的情况的不便之处的纵剖视图。

具体实施方式

以下，就适合本发明的真空泵的实施例，一边参照附图，一边进行详细说明。

图1是表示本发明的真空泵的全体构成的纵剖视图，如同图所示，此真空泵P1的泵机构部采用了由容纳于泵壳11内部的涡轮分子泵机构部PA和螺纹槽泵机构部PB所构成的复合型的泵机构。

首先，泵壳11由圆筒体11-1和安装于其下端的底座11-2组成，圆筒体11-1的上部壁面开口成为气体吸气口12，在气体吸气口12中，未图示的工艺腔等的真空容器在圆筒体11-1的法兰部被螺栓固定，在底座11-2的下部一侧壁面上，气体排气口13开口，排气管13-1被安装。

另外，底座11-2的下部底面被里盖11-3覆盖，在里盖11-3的上方，面向泵壳11内部立设的定子柱14在底座11-2上被螺栓固定，在定子柱14上，为使贯通其端面间的转子轴15可以旋转，通过由设置于定子柱14内部的半径方向电磁铁22、22及轴方向电磁铁23、23组成的磁气轴承，在转子轴15的半径方向和轴方向分别被轴承支撑。另外，符号24为涂有干润滑剂的保护用滚珠轴承，在磁气轴承的电源异常时，保护转子轴15与电磁铁22、23的接触，用于支撑转子轴15，在通常运转时，不与转子轴15接触。

在泵壳11内部，形成圆筒型的转子16包围定子柱14地设置，转子16上端延长至气体吸气口12附近，在转子轴15的轴线L方向被螺栓固定。另外，在转子轴15的轴线L方向的大致中央部，在转子轴15和定子柱14之间，内藏有由高频马达等组成的驱动马达19，转子轴15和转子16通过此驱动马达19高速旋转而构成。

再有，在转子16上部的外壁面上，从气体吸气口12侧到转子轴15的轴线L方向，一体设置有多个叶片状的转子叶片17、17…，在此转子叶片17，17之间交互定位的多枚叶片状的定子叶片18、18…被安装固定在泵壳11内的圆筒体11-1的内壁面，通过高速旋转的转子叶片17和固定的定子叶片18的相互作用，构成将气体吸气口12侧的气体分子送入下段侧的涡轮分子泵机构部PA。

一方面，转子16下部的外壁面为平坦的圆筒面，在泵壳11内的底座11-2上，与转子16外壁的圆筒面以狭窄的间隔面对的圆筒型的螺纹定子20被安装固定，在此螺纹定子20的内壁面，刻设着在同图中以虚线表示的螺纹槽21，通过高速旋转的转子16外壁的圆筒面和固定的螺纹定子20内壁的螺纹槽21的相互作用，从涡轮分子泵机构部PA送入的气体分子从迁移流压缩为粘性流，构成从后段的气体排气口13排气的螺纹槽泵机构部PB。

于是，在转子16下部的内壁面和与此相对的定子柱14的外壁面之间，设置具有仿照转子16的内壁形状16a的外壁形状Sb的垫片S。此垫片S最好是由热传导率高的金属材料构成，除了比较软质的容易加工的且比强度优良的铝合金等的轻合金外，使用不锈钢，镍钢等的铁系材料，切削成规定的形状，在定子柱14的外周可自由拆装地安装固定。关于此垫片S和定子柱14的可拆装的固定构造有各种考虑，例如可以采用图2至图4所示的固定构造。

首先，在图2所示的真空泵P2中的固定构造，切掉垫片S1的外周壁的一部分，形成法兰部31，采用将此法兰部31通过螺栓33夹紧固定的构造。即，此固定构造，如同图(b)所示，具有仿照定子柱14的外壁形状14a的内径及仿照转子16的内壁形状16a的外径，在形成截面为环状的圆筒型的垫片S1的一部分上，刻设从其外周壁到内周壁贯通的贯通槽32，在此贯通槽32的附近，形成将垫片S1的外周壁的一部分切为截面为L字状的法兰部31，通过从法兰部31到贯通槽32的垂直的螺栓33被夹紧固定的构造。

接着，在图3所示的真空泵P3中的固定构造，是采用通过从垫片S2的外周壁到内周壁拧入固定螺栓41的拧紧固定的构造。即，此固定构造，如同图(b)所示，具有仿照定子柱1 4的外壁形状14a的内径及仿照转子16的内壁形状16a的外径，从形成截面为环状的圆筒型的垫片S2的外周壁到内周壁贯通的螺纹孔42被刻设，在此螺纹孔42中穿插固定螺栓41，以垫片S2的一侧拧紧固定的构造。

再有，在图4所示的真空泵P4中的固定构造，是采用将垫片S3相对于开设于定子柱14的安装孔52，在转子轴15的轴线L方向拧紧固定的构造。即，此固定构造，具有仿照定子柱14的外壁形状14a的内径及仿照转子16的内壁形状16a的外径，在形成截面为环状的圆筒型的垫片S3的外周壁上，形成剖面被切为L字状的安装层部53，在此安装层部53上，沿转子轴15的轴线L方向开设有安装孔51，与此安装孔51嵌合的安装孔52也开设于定子柱14侧，通过在此安装孔51、52上使一体的螺栓54依次穿插螺合，垫片S3相对于定子柱14，在转子轴15的轴线L方向上被拧紧固定的构造。

象这样，根据图2至图4所示的固定构造，在可以实现圆筒型的定子柱14与嵌入此定子柱14外周的圆筒型的垫片S1-S3的牢固的安装固定的同时，对垫片S1通过螺栓33，对垫片S2通过固定螺栓41，对垫片S3通过螺栓54分别仅进行放松的作业，就可以将垫片S1-S3从定子柱14上简单地拆下。

下面，就有关本发明的真空泵的作用按照图5进行说明。

图5表示的是为了对大容量的气体进行排气，将具有比图1所示的转子叶片17的外径L1大的外径Ln的转子叶片17-n的转子16-n，装载于图1所示的转子轴15的涡轮分子泵Pn。对与图1所示的同一部件赋予同一符号，省略其详细的说明。另外，对于由涡轮分子泵机构部PA和螺纹槽泵机构部PB所构成的复合型的泵机构，因为与原来一样，所以省略其动作说明。

如同图所示，具有比图1所示的转子叶片17的外径L1大的外径Ln的转子叶片17-n的转子16-n，在其内壁面和定子柱14的外壁面之间，形成比图1所示的间隙g1大的间隙gn。但是，在本实施例中，比图1所示的垫片S大径的垫片Sn被安装固定。即，此垫片Sn具有仿照定子柱14的外壁形状14a的内壁形状Sna、及仿照转子16-n的内壁形状16-na的外壁形状Snb，在定子柱14的外周上可自由拆装地被安装固定，安装固定后的垫片Sn的外壁面与转子16-n的内壁面之间，设定为作为规定的狭窄间隙的g1。另外，此垫片Sn的安装位置是在泵运转中固定的定子柱14的外周，也不会受到由转子16-n及转子叶片17-n所组成的旋转圆筒体的离心力所产生的位移的影响，可以随时保持与转子16-n的内壁面之间的规定的间隙。

因此，作为由于泵运转时的气体压缩热而温度上升呈高温状态的由转子16-n及转子叶片17-n组成的旋转圆筒体的冷却，如同图所示，将象N2气体那样的热传导率高的净化气体从外部注入泵壳11内，如同图中实线箭头所示，在连通转子轴15的外壁与定子柱14的内壁的间隙、定子柱14的外壁与转子16-n的内壁的间隙、及垫片Sn的外壁与转子16-n的内壁的间隙的通路Rn上使此净化气体通过，通过向气体排气口13排气而进行热传导，可以通过将在转子16-n上蓄热的压缩热从转子16-n的内壁面向定子柱14的外壁面、及从转子16-n的内壁面向垫片Sn的外壁面放热来进行。此时，在垫片Sn的外壁面与转子16-n的内壁面之间，不会因原来那样大的间隙而生成温度境界层，可以防止热传导率的降低，还可以通过高效率的热传导进行放射。

再有，在装载具有不同外径Ln的转子叶片17-n的转子16-n时，作为在转子16-n的内壁面与定子柱14的外壁面之间为形成作为规定的狭窄间隙的g1的方法，在转子16-n成形时，没有必要或将转子16-n的下端部的壁厚加厚成形、或是将内藏高价的电气元件等的定子柱14自身分别制造，通过只更换此垫片Sn就可以对应，所以可以预计在制造真空泵时会比原来大幅度降低成本。

另外，上述的各实施例，在螺纹槽泵机构部PB中，对于转子16下部的外壁面为平坦的圆筒面、在与此圆筒面相对的螺纹定子20的内壁面上刻设螺纹槽21的例子进行了说明，与此相反，也可以采用在转子16下部的外壁面上刻设螺纹槽21、与此外壁面相对的螺纹定子20的内壁面为平坦的圆筒面的构成，在这种情况下，也通过转子16的外壁面的螺纹槽21与螺纹定子20的内壁面的圆筒面的相互作用，可以期待与上述的各实施例中的作用效果同样的作用效果。

另外，在上述各实施例中，就适用涡轮分子泵的例子进行了说明，本发明对因构造已被周知而未进行说明的螺纹槽泵、涡流泵、及复合了涡轮分子泵、螺纹槽泵、涡流泵的分子泵也可以适用。

如以上详细所述，根据本发明的真空泵，因为采用了将具有仿照定子柱的外壁形状的内壁形状及仿照转子的内壁形状的外壁形状的垫片，在定子柱外周上可自由拆装地安装固定的构造，所以不会由于在定子柱的外壁面与转子的内壁面之间所形成的大的间隙而生成温度境界层，在防止热传导率的降低、可以进行高效率的热传导的同时，作为用于在转子的内壁面与定子柱的外壁面之间形成规定的狭窄间隙的方法，没有必要或是将圆筒体转子的壁厚加厚、或是将高价的定子柱分别制造，通过只更换此垫片就可以对应，对特别需要进行大容量排气的真空泵，可起到可简单且廉价地进行对应的效果。

Claims

1.一种真空泵，其特征在于，具有：转子轴、驱动马达、定子柱、转子、垫片，该转子轴可旋转地支撑于在上部壁面上开设有气体吸气口、在下部壁面上开设有气体排气口的泵壳内；该驱动马达用于使上述转子轴旋转；该定子柱内藏有上述转子轴和驱动马达，立设于上述泵壳内；该转子包围上述定子柱，固定于上述转子轴；该垫片具有仿照上述转子的内壁形状的外壁形状，可自由拆装地安装固定在上述定子柱外周。

2.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述垫片埋在上述定子柱和上述转子的间隙的同时，上述垫片的外壁面与上述转子的内壁面之间设定为规定的狭窄的间隙。

3.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述垫片由热传导率高的金属材料构成。

4.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述定子柱和垫片的固定构造，是形成上述垫片外周壁的一部分欠缺的法兰部、该法兰部被夹紧固定构造。

5.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述定子柱和垫片的固定构造，为通过从上述垫片外周壁向内周壁拧入固定螺栓，而拧紧固定的构造。

6.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述定子柱和垫片的固定构造，为上述垫片相对于开设于上述定子柱的安装孔，在上述转子轴的轴线方向被拧紧固定的构造。

7.如权利要求1至6所述的真空泵，其特征在于，在上述泵壳内，具有一体设置于上述转子的外壁面的叶片状的多个转子叶片、和在上述转子叶片之间交互地定位，固定于上述泵壳内的叶片状的多个定子叶片。