CN1432738A - 真空泵 - Google Patents

Abstract

为防止泵运转时转子与定子接触引起的损坏并可维持两者密封性能和防止泵压缩性能下降，本发明的真空泵，在螺纹槽泵机构部(PB)中，采用了由内筒转子(18－1)与外筒转子(18－2)构成的多重圆筒体的转子(18)，和内筒定子(24－1)与外筒定子(24－2)构成的多重圆筒体定子(24)的折返构造；由泵静止时的转子(18)外壁面与定子(24)壁面划定的间隙(g1、g3)和由转子(18)圆筒部内壁面与定子(24)壁面所划定的间隙(g2)都形成为随着离开转子轴心(L)而变大，且通过设定g1＞g2、g1＞g3；即使在泵运转时由离心力与热膨胀引起的转子(18)的位移，仍可确保规定的间隙。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及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、核聚合实验装置等的真空泵，特别是关于具有通过高速转动的转子的圆筒面与固定的螺纹定子的相互作用进行气体分子排气的螺纹槽泵机构部的真空泵。

背景技术

在现有技术中，像在半导体制造工艺的干腐蚀或CVD等的处理那样，在高真空度处理室内进行处理的工序中，作为将处理室内的气体排出、形成一定高真空度的装置，采用了比如涡轮分子泵那样的真空泵。

这种涡轮分子泵，在圆筒形转子外周面设置多个叶片状转子叶片的同时，有定位固定于转子叶片间的多个定子叶片安装于泵壳体内，转子一体安装于转子轴上。这种涡轮分子泵由驱动马达使转子轴高速转动，由高速转动的转子叶片与固定的定子叶片间的相互作用，将从气体吸入口吸入的气体排气到下段的气体排出口，使连接于气体吸入口的处理室内成为高真空。

在这样的涡轮分子泵中，如转子叶片背压升高，压力状态从分子流区域成粘性流区域，压缩性能急剧下降，同时转动阻力增大，招致大幅度的性能降低与转动体的发热的增加，有着进而为维持转子等转动体的转动需增加必要的动力的缺点。因此，作为弥补这一缺点的手段，采用了这样的构造：在由转子叶片与定子叶片的构成的涡轮分子泵机构部后段侧，安装了由转子圆筒面与螺纹槽构成的螺纹槽泵机构部，通过转子圆筒面与螺纹槽的相互作用可提升压缩率，即使在泵背压上升的情况下，也能保持更低的转子叶片背压，使得泵的整体压缩率不降低。

在这样的将螺纹槽泵机构部与涡轮分子泵机构部组合而成的复合型分子泵中，在泵静止时，转动体与固定体间一律形成狭窄的间隙。另一方面，压力状态在中间流区域的压力区域，若分子的平均自由行程在一定间隙以下，由转动体与螺纹槽间狭窄的间隙形成的密封效果急剧下降，由于螺纹槽泵机构部的压缩性能降低，需求将上述间隙设计得尽可能狭窄。

但是，在将该间隙设置得极窄的情况下，由于在泵静止时的间隙是一样的，实际上如使泵运转、使转子等转动体高速转动时，在圆筒型的转动叶片处，由于圆筒端部的离心力位移最大，泵运转时由于施加于叶片体的应力其间隙在圆筒端部侧变窄，其相反侧变宽。

另外，转动体与固定体之间的间隙，除此之外还由于其他外因，如外部施加的振动，由于转动体温度上升的热膨胀、机械的组装公差或零件公差等，也往往使圆筒端部侧变窄。这样，在该圆筒端部侧，转动体与固定体接触的危险性增加；在其相反侧由于间隙变宽，转动体的圆筒面与固定体的圆筒面的密封性降低，有着螺纹槽泵的压缩性能大幅度降低问题。

本发明即是鉴于上述各问题，其目的在于提供可防止泵运转时，高速转动的转子圆筒部与定子接触引起的损伤，同时可维持两者的密封性能，可防止泵压缩性能降低的高可靠性真空泵。

发明内容

为达到上述目的，本发明的真空泵具有转子轴、驱动马达、转子与螺纹槽泵机构，其中转子轴可转动地支承于上面开设有气体吸入口、下方侧面开设有气体排出口的泵壳体内；驱动马达用于驱动上述转子轴转动；转子固定于转子轴、并由具有相对于转子轴心成同心圆状的不同直径的多个圆筒部的多重圆筒体构成；螺纹槽泵机构部由上述转子的多个圆筒部、由具有交互定位于上述圆筒部间并固定于上述泵壳体内的多个圆筒部的多重圆筒体构成的定子，在该定子的对着上述转子圆筒面的壁面上刻设的螺纹槽所构成。其特征在于，由上述转子圆筒部外壁面与定子壁面划定的间隙和由上述转子圆筒部内壁面与定子壁面划定的间隙都形成为随着离开上述转子轴心而变大；且由上述转子圆筒部外壁面与定子壁面划定的间隙形成得比由上述转子圆筒部内壁面与定子壁面划定的间隙大。

本发明的真空泵，由上述转子圆筒部壁面与定子壁面所划定的间隙形成得转子圆筒部的端部侧比其基部侧要大；且上述转子圆筒部基部侧的间隙与上述转子圆筒部端部侧的间隙的平均值，形成为随着离开上述转子轴心而变大。

本发明的真空泵，由上述转子圆筒部外壁面与上述定子内壁面划定的间隙形成为转子圆筒部的端部侧比其基部侧要大；而由上述转子圆筒部内壁面与上述定子外壁面所划定的间隙则形成为在转子圆筒部的端部侧比其基部侧要小。

转子可由具有包围定子柱的内径的圆筒型内筒转子和具有包围该内筒转子的内径的圆筒型外筒转子两部件构成。

转子与定子的安装构造，比如可以考虑有：内筒转子的圆板状安装部重合于转子轴凸缘部下面、在转子轴轴线方向相连结，外筒转子的圆板状安装部重合于转子轴凸缘上面，转结于转子轴轴线方向的构造；或者内筒转子的圆板状安装部与外筒转子的圆板状安装部重合、相对转子轴的凸缘沿转子轴轴线方向一体连结的构造。

另外，转子也可以采用这样的构造：在连结于转子轴的轴线方向的圆筒型转子本体下端部形成台阶部，在该台阶部接合小直径的圆筒体；在转子本体下端部外壁接合大直径的圆筒体。

这里也可以采用这样的构造：在上述螺纹槽泵机构部，在上述转子的多个圆筒部壁面刻设螺纹槽，而上述定子壁面形成平坦的圆筒面。

而且，在上述泵壳体内也可以还具有由在上述转子多重圆筒体最外壁面一体设置的多个叶片状转子叶片，和在该转子叶片间交互定位并固定于泵壳体内的多个叶片状定子叶片构成的涡轮分子泵机构部。

附图说明

图1是表示本发明的真空泵的第一实施例之构成的纵剖面图。

图2是表示本真空泵的转子的安装构造的其他例子的纵剖面图。

图3是表示本真空泵在泵静止时的状态之一例的要部放大剖面图。

图4是表示本真空泵泵静止状态时的其他例子的要部放大剖面图。

图5是表示本发明的真空泵第二实施例之构成的要部放大剖面图。

具体实施方式

下边参照附图详细说明本发明的真空泵合适实施例。

首先，图1是表示本发明真空泵第一实施例之构成的纵剖面图。如该图所示，该真空泵P1的泵机构部，采用了由在泵壳体11内收容的涡轮分子泵机构部PA与螺纹槽泵机构部PB构成的复合型泵机构。

泵壳体11由圆筒部11-1与安装于其下端的基座11-2构成，在泵壳体11的上面开口，成为气体吸入口。在该吸气口12上，以螺钉将图中未示出的处理室等真空容器固定于泵壳体11的法兰部11-1a上；在泵壳体11的下部一侧面开设有气体排出口13，安装上排气管23。

泵壳体11的下部底面以里盖11-3盖着，在里盖11-3上方，有向着泵壳体11内部立设的定子柱14固定于基座11-2上。在该定子柱14上，为使贯穿其端面间的转子轴15能转动，通过设于定子柱14内部的径向电磁铁16-1与轴向电磁铁16-2，分别在转子轴的径向与轴向轴支起来。符号17是涂有驱动润滑剂的滚珠轴承，在由径向电磁铁16-1与轴向电磁铁16-2构成的电气轴承的电源异常时，用于保护转子轴15和电磁铁16-1、16-2的接触，用于支承转子轴15，而在通常运转时与转子轴15不接触。

这里安装于转子轴15的转子18，采用了具有相对于转子轴心L成同心圆状的不同直径的多个圆筒部的多重圆筒体构成的构造。即，在本实施例中，转子18由具有包围定子柱14的内径的圆筒形的内筒转子18-1、和具有包围该内筒转子18-1的内径的圆筒形外筒转子18-2两部件构成。关于内筒转子18-1，有圆板状的安装部18-1a重合于转子轴15的凸缘部15a下面以多个螺钉沿转子轴15轴向螺纹固定。另一方面，关于外筒转子18-2，有圆板状安装部18-2a重合于转子轴15的凸缘部15a上面以多个螺钉沿转子轴15轴向螺纹固定。若通过由组装于定子柱14内的高频马达等构成的驱动马达19使转子轴15高速转动，内筒转子18-1与外筒转子18-2即与转子轴15同步相对于转子轴心L在同心圆上高速转动。

另外，外筒转子18-2，由于要形成后述的叶片状的转子叶片，最好采用质地较软而容易加工、且比强度优良的铝合金等轻合金。另一方面，内筒转子18-1，由于构造比较简单，除上述铝合金外，还可采用碳树脂、不锈钢等不同种类材料。

转子18与转子轴15的安装构造，不限于上例，例如，可采用使内筒转子18-1的圆板状安装部18-1a和外筒转子18-2的圆板状安装部18-2a重合由同一螺钉沿转子轴15的轴向一体螺纹固定于转子轴15的凸缘部分15a的安装构造。另外，如图2所示，也可以采用：在沿转子轴15轴向螺钉固定的圆筒型转子本体18-3的下端部，形成台阶部18-3b，通过分别将小直径圆筒体18-4粘结或热铆于该台阶部18-3b，将大直径的圆筒体18-5粘结或热铆于转子本体18-3的下端部外壁18-3a等来安装接合的构造。转子18与转子轴15的安装构造，只要是构成为由内筒转子18-1、外筒转子18-2所构成的多重圆筒体和转子轴15在以转子转动轴心L为中心的同心圆上不偏心地转动即可。

再者，在多重圆筒体的最外壁面，即在本实施例的外筒转子18-2的外壁面，从气体吸入口12侧向转子转动轴心L方向一体地设置多个叶片状的转子叶片20、20……。在该转子叶片20、20间交互定位的多个叶片状定子叶片21、21……通过衬套22、22……安装固定于泵壳体11内壁上。转子叶片20与定子叶片21，构成了通过两者的相互作用将气体吸入口12侧的气体分子送入下段侧的涡轮分子泵机构部PA。

在该涡轮分子泵机构部PA的下段侧，设有螺纹槽泵机构部PB；下边来说明该螺纹槽泵机构部PB的构造。

如图1～图3所示，螺纹槽泵机构部PB由上述高速转动的内筒转子18-1与外筒转子18-2构成的多重圆筒体和在该多重圆筒体的各圆筒部间交互定位并形成圆筒形的内筒定子24-1与外筒定子24-2构成。螺纹槽泵机构部PB，采用了该多重圆筒体的转子18-1、18-2……和与它们相对的多重圆筒体的定子24-1、24-2……的折返构造。

内筒转子18-1的内壁面与外壁面和外筒转子18-2的内壁面与外壁面成平坦的圆筒面。另一方面，通过该圆筒面与规定的间隙安装于泵壳体11内的基座11-2的定子24，则在与外筒转子18-2外壁面相对的外筒定子24-2内壁面、与外筒转子18-2内壁面相对的内筒定子24-1外壁面、以及与内筒转子18-1外壁面相对的内筒定子24-1内壁面上分别刻设出图中以虚线表示的螺纹槽25。

另外，本实施例的螺纹槽泵机构部PB，在泵静止时，由转子18的圆筒部壁面与定子24的壁面划定的间隙之特征在于，由转子18圆筒部外壁面与定子24壁面划定的间隙以及由转子18圆筒部内壁面与定子24壁面划定的间隙都是形成为随着离开转子轴心L而变大，而且由转子18圆筒部外壁面与定子24壁面划定的间隙比由转子18圆筒部内壁面与定子24壁面划定的间隙形成得要大。

即如图3所示，在泵静止时，设由外筒转子18-2外壁面和对着该外壁面的外筒定子24-2内壁面所划定的间隙为g1，由外筒转子18-2内壁面与对着该内壁面的内筒定子24-1外壁面所划定的间隙为g2，由内筒转子18-1外壁面与对着该外壁面的内筒定子24-1内壁面所划定的间隙为g3。这时，间隙g1、g2、g3相互间的尺寸关系满足g1＞g2、g1＞g3的条件，即形成为随着离开转子轴心L的间隙而变大。

这里，使由转子18壁面与定子24壁面所划定的间隙，在转子18端部侧形成得比较大的情况下，转子18圆筒部基部侧的间隙与端部侧的间隙的平均值，随着离开转子轴心L的间隔而形成得更大。即，如图4所示，在泵静止时，设由外筒转子18-2外壁面与外筒定子24-2内壁面所划定的间隙的基部侧为g11，端部侧为g12；设由外筒转子18-2内壁面与内筒定子24-1外壁面所划定的间隙基部侧为g21，端部侧为g22；设由内筒转子18-1外壁面与内筒定子24-1内壁面所划定的间隙的基部侧为g31，端部侧为g32；则满足条件：(g11+g12)/2＞(g21+g22)/2，(g11+g12)/2＞(g31+g32)/2。

这种使由转子18的圆筒部壁面与定子24壁面所划定的间隙形成为随着离开转子轴心L的间隔而变大是基于以下的理由。由一体安装于转子轴15上的多重圆筒体构成的转子18，在泵运转时，由于高速转动的离心力产生位移。该转子18的位移量，由于转子18是以转子轴心L为中心的同心圆状多重圆筒体，故离开转子轴心L最远的圆筒部(在本实施例中为外筒转子18-2)一方其位移量比离转子轴心L最近的圆筒部(在本实施例中为内筒转子18-1)要大。从而，由于使由转子18圆筒部壁面与定子24壁面所划定的间隙形成为随着离开转子轴心L的间隔而变大，故在泵运转时，转子18即使因离心力及热膨胀产生位移，也可以确保由转子18圆筒部壁面与定子24壁面所划定的间隙g1、g2、g3为规定的间隙值，防止转子18圆筒部与定子24的接触，同时可维持两者的密封性。

根据上述构成的本实施例的真空泵，若通过驱动马达19使转子轴15高速转动，由一体安装于它上面的内筒转子18-1与外筒转子18-2构成的多重圆筒体以转子轴心L为中心在同心圆上高速转动，如图1中箭头所示，从气体吸入口12吸入气体，通过高速旋转的转子叶片20与固定的定子叶片21的相互作用，高真空的气体吸入口12侧的气体分子被送到下段螺纹槽泵机构部PB。在螺纹槽泵机构部PB中，通过高速转动的外筒转子18-2外壁面与外筒定子24-2内壁面、外筒转子18-2内壁面与内筒定子24-1外壁面、以及内筒转子18-1外壁面与内筒定子24-1内壁面各自的相互作用，从涡轮分子泵机构部PA送入的气体分子沿螺纹槽25被送到排气口13侧，进行真空度稍低状态的气体排出动作。这里，特别是在螺纹泵机构部PB，如上所述，采用了多重圆筒体的转子18-1、18-2和与其相对的多重圆筒体定子24-1、24-2的折返构造。因此，可确保更多的气体分子流路的距离，且可维持密封性，防止分子倒流，提高泵的压缩率，由此，即使转子叶片20、20……背压上升，也可防止整体的压缩性能下降。

另外，在螺纹槽泵机构部PB中，采用了由转子18的圆筒部壁面与定子24壁面所划定的间隙，形成为随着离开转子轴心L的间隔而变大的构造。因此，在泵运转时可确保规定的间隙，可防止因转子18的圆筒部与定子24的接触而损坏。

下边根据图5来说明本发明的真空泵的第二实施例。由于本实施例真空泵的基本构成与上述第一实施例相同，故省去重复部分的说明，只就不同部分进行说明。

本实施例的真空泵P2，在螺纹槽泵机构部PB中，当泵静止时，在由转子圆筒部壁面与定子壁面所划定的间隙中，对于转子外壁面与定子内壁面的间隙，形成为转子端部侧比转子基部侧要大些；另一方面，对于转子内壁面与定子外壁面的间隙，形成为转子端部侧比转子基部侧要小些。

即，如图5所示，在泵静止时，设由外筒转子18-2外壁面与外筒定子24-2内壁面所划定间隙的基部侧为g11，端部侧为g12；设由外筒转子18-2内壁面与内筒定子24-1外壁面所划定的间隙的基部侧为g21，端部侧为g22；设由内筒转子18-1外壁面与内筒定子24-1内壁面划定的间隙的基部侧为g31，端部侧为g32。这时，关于转子外壁面与定子内壁面的间隙，转子端部侧比转子基部侧大，即满足g11＞g12、g31＜g32的条件；而转子内壁面与定子外壁面的间隙则与此相反，转子端部侧比转子基部侧要小，即满足g21＞g22的条件，这样来设定间隙的尺寸。而且，基部侧与端部侧间隙差可以设定为与泵运转中的转子位移量相等的0.1～0.5mm左右。

这样，对于转子18外壁面与定子24内壁面的间隙形成为转子18端部侧比转子18基部侧大，对于转子18内壁与定子24外壁面的间隙形成为转子18的端部侧比转子18基部侧小是基于以下的理由。由一体安装于转子轴15上的多重圆筒体构成的转子18，在泵运转时，由于高速转动的离心力会引起位移。由于转子18是以转子轴心L为中心的同心圆状的多重圆筒体，该转子18的位移量、离开转子轴心L最远的圆筒部(在本实施例中为外筒转子18-2)比最近的圆筒部(在本实施例中为内筒转子18-1)要大，而且转子18的基部侧与端部侧的位移量相比较，端部侧的位移量大，是由于远离转子轴心L地位移。

从而，对于转子18外壁面与定子24内壁面的间隙，形成为转子18端部侧比转子18基部侧要大；对于转子18内壁面与定子24的外壁面的间隙，形成为转子18端部侧比转子18基部侧小。由于这样，泵运转时转子18即使由于离心力及热膨胀产生位移，也能确保转子18圆筒部壁面与定子24壁面所划定的间隙成规定的间隙，可防止转子18圆筒部与定子24接触，可维持两者密封性，由此可取得与上述第一实施例同样的作用效果。

上述各实施例，在螺纹槽泵机构部PB中，将转子18多个圆筒部壁面做成平坦圆筒面，而在与该圆筒部壁面相对的定子24壁面上刻设螺纹槽25，以此为例进行了说明；但也可以采用与此相反的构成，在转子18的多个圆筒部壁面上刻设螺纹槽25，而将与该圆筒部壁面相对的定子24壁面做成平坦圆筒面。在这种情况下，也是通过圆筒部壁面的螺纹槽25与定子24壁面圆筒面的相互作用，可望达到与上述各实施例同样的作用效果。

如以上详述，如采用本发明的真空泵，特别是在螺纹槽泵机构部，采用了由多重圆筒体的转子和与其相对的多重圆筒体定子形成的折返构造，在泵静止时由转子圆筒部壁面与定子圆筒部壁面所划定的间隙设定为随着离开转子轴心而变大。由此，可得到：在泵运转时，也可确保规定的间隙，防止因转子与定子的接触而损坏，且可更多地确保气体分子流路的距离，可维持密封性并可防止分子倒流，使泵的压缩率提高，即使转子叶片背压上升，也可防止泵整体压缩性能的降低、且可靠性高的真空泵。

Claims (9)

1.一种真空泵，这种真空泵具有转子轴、驱动马达、转子与螺纹槽泵机构部；其中，该转子轴可转动地支承于泵壳体内，该泵壳体在其上面开有气体吸入口，在其下方侧面开有气体排出口；该驱动马达用于使上述转子轴转动；该转子固定于上述转子轴上，并由具有对转子轴心成同心圆筒状直径不同的多个圆筒部的多重圆筒体构成，该螺纹槽泵机构部由上述转子的多个圆筒部、由具有在上述圆筒部间交互定位并固定于上述泵壳体内的多个圆筒部的多重圆筒体构成的定子、刻设于上述定子对着上述转子圆筒面的壁面上的螺纹槽构成；其特征在于，由上述转子圆筒部外壁面与定子壁面划定的间隙和由上述转子圆筒部内壁面与定子壁面划定的间隙都是形成为随着离开上述转子轴心而变大；而且，由上述转子圆筒部外壁面与定子壁面所划定的间隙比由上述转子圆筒部内壁面与定子壁面划定的间隙形成得要大。

2.按权利要求1所述的真空泵，其特征在于，由上述转子圆筒部壁面与定子壁面划定的间隙在端部侧要比转子圆筒部的基部侧形成得大；而且，上述转子圆筒部基部侧的间隙与上述转子圆筒部端部侧间隙的平均值形成为随着离开上述转子轴心而变大。

3.按权利要求1所述的真空泵，其特征在于，由上述转子圆筒部外壁面与上述定子内壁面划定的间隙，在转子圆筒部端部侧比基部侧形成得大些；而且、由上述转子圆筒部内壁面与上述定子外壁面所划定的间隙在转子圆筒部端侧比基部侧形成得小些。

4.按权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述转子由具有包围定子柱之内径的圆筒型内筒转子与具有包围该内筒转子之内径的圆筒型外筒转子两部件所构成。

5.按权利要求4所述的真空泵，其特征在于，上述转子与转子轴的安装构造为：内筒转子圆板状安装部重合于转子轴凸缘部下面沿转子轴轴向连结起来；外筒转子圆板状安装部重合于转子轴的凸缘部上面沿转子轴轴线方向连结起来。

6.按权利要求4所述的真空泵，其特征在于，上述转子与转子轴的安装构造为：内筒转子圆板状安装部与外筒转子圆板状安装部相重合，沿转子轴的轴线方向一体连结于转子轴的凸缘部。

7.按权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述转子的构造是：在连结于转子轴的轴线方向的圆筒形转子本体下端部形成台阶部，小直径的圆筒体接合于该台阶部；大直径的圆筒体接合于转子本体下端部外壁。

8.按权利要求1所述的真空泵，其特征在于，在上述螺纹槽泵机构部，在上述转子的多个圆筒部壁面刻设螺纹槽；上述定子壁面成为平坦的圆筒面。

9.按权利要求1～8所述的真空泵，其特征在于，上述泵壳体内还具有由一体设于上述转子多重圆筒体最外壁面的多个叶片状转子叶片和交互定位于该转子叶片间并固定于泵壳体内的多个叶片状定子叶片构成的涡轮分子泵机构部。

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