CN209724708U

CN209724708U - 真空泵

Info

Publication number: CN209724708U
Application number: CN201920107039.1U
Authority: CN
Inventors: 清水幸一
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: JP2019132253A; JP7087418B2; US20190242386A1; US10794385B2

Abstract

本实用新型涉及一种真空泵，在使用滚珠轴承的一体型涡轮分子泵(真空泵)中，防止滚珠轴承的温度上升来谋求耐用年数的提升。涡轮分子泵(真空泵)(1)包括：转子(3)，形成有多段的旋转叶片(30)；底座(2)，包含转动自如地支承转子(3)的滚珠轴承(8)；外筒(12)，覆盖转子(3)并与所述底座(2)连接；以及控制装置(100)，包含具有发热元件(103)的电子电路；且控制装置(100)设置为与外筒(12)接触。

Description

真空泵

技术领域

本实用新型涉及一种将泵装置与控制装置一体化而成的一体型的真空泵。

背景技术

作为半导体制造装置或分析装置等中所使用的真空泵，使用涡轮分子泵。涡轮分子泵包括：泵装置，以及包含用于对泵装置内的马达等进行驱动、控制的驱动电路、控制电路等的控制装置。

在涡轮分子泵中，通过使形成有多段的旋转叶片的转子进行高速旋转来进行排气，因此在作为转子的旋转轴的传动轴的两端附近，设置有旋转自如地支承所述传动轴的轴承。轴承可使用润滑油润滑式的滚珠轴承、或者利用永久磁铁或电磁铁的吸引排斥力的磁轴承。磁轴承具有不接触这一优点，但与滚珠轴承相比，磁轴承大型且成本变高。因此，在小型的泵中，通常在传动轴的一侧的吸气口侧(高真空侧)的端部使用磁轴承，在另一侧的排气口侧(低真空侧)的端部使用小型且低成本的润滑油润滑式的滚珠轴承。

为了使涡轮分子泵小型化，已知有如专利文献1中所记载的泵装置与控制装置的一体化。在专利文献1中记载的涡轮分子泵中，在进行真空排气的泵装置的底座的侧面形成凹部，将包含搭载有电子零件的基板的控制装置收纳在此凹部中来谋求小型化。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2014-105695号公报

实用新型内容

[实用新型所要解决的问题]

在涡轮分子泵中，为了使转子进行高速旋转而需要利用大电力的驱动，因此控制装置内的特别是驱动电路成为大的发热源。在为了小型化而已将泵装置与控制装置一体化的情况下，控制装置内的驱动电路等发热元件中产生的热传达至泵装置中。而且，若此热传达至支承转子的滚珠轴承中，则存在滚珠轴承的润滑油等润滑剂受到加热而蒸发，滚珠轴承的寿命变短这一问题。

[解决问题的技术手段]

根据本实用新型的第1形态，真空泵包括：转子，形成有多段的旋转叶片；底座，包含转动自如地支承所述转子的滚珠轴承；外筒，覆盖所述转子并与所述底座连接；以及控制装置，包含具有发热元件的电子电路；且所述控制装置设置为与所述外筒接触。

[实用新型的效果]

根据本实用新型，从控制装置内的发热元件中产生的热从控制装置朝外部散热，并且一部分传达至真空泵本体的外筒中，而从外筒朝外部散热。由此，可防止设置在底座内的滚珠轴承的温度上升。

附图说明

图1是第1实施方式的涡轮分子泵1的剖面图。

图2是表示第2实施方式的涡轮分子泵1A的一部分的剖面图。

图3是表示第3实施方式的涡轮分子泵1B的一部分的剖面图。

图4是表示变形例1的涡轮分子泵的一部分的剖面图。

[符号的说明]

1、1A、1B：涡轮分子泵(真空泵)

2：底座

3：转子

4：马达

5：传动轴

8：滚珠轴承

10：泵装置

12：外筒

12a：吸气口凸缘

22：排气口

25：安装面

26：平面

33：电气配线

34：高导热构件

35：隔热构件

100：控制装置

101a～101d：外板

102：电路基板

103：发热元件

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照图对本实用新型的第1实施方式进行说明。图1是表示本实用新型的涡轮分子泵的第1实施方式的剖面图。

涡轮分子泵1具有进行真空排气的泵装置10、及对所述泵装置10进行驱动的控制装置100。

对泵装置10的结构进行说明。

泵装置10包括包含涡轮叶片的涡轮泵部、及包含螺旋型的槽的霍尔维克(Holweck)泵部作为排气功能部。

涡轮泵部包含形成在以旋转轴AX为中心转动自如的转子3上的多段的旋转叶片30、及配置在以覆盖转子3的方式构成的外筒12侧的多段的固定叶片20。

另一方面，设置在涡轮泵部的下游侧的霍尔维克泵部包含设置在转子3上的一对圆筒部31a、圆筒部31b，及配置在底座2侧的一对定子21a、定子21b。在圆筒状的定子21a、定子21b的内外周面之中，与圆筒部31a、圆筒部31b相向的周面上形成有螺旋槽。另外，也可以在转子侧设置螺旋槽来代替在定子侧设置螺旋槽。

外筒12的下端部28经由O型圈等密封构件29而与底座2的上端面连接，外筒12通过未图示的螺栓而固定在底座2上。

转子3紧固在传动轴5上，转子3与传动轴5构成一体的旋转体。通过马达4而以旋转轴AX为中心对传动轴5进行旋转驱动。另外，设置在转子3上的一对圆筒部31a、圆筒部31b也与转子3一同进行旋转。马达转子4a设置在传动轴5上，马达定子4b固定在底座2上。

传动轴5的下端侧设置在底座2上，并由封入有润滑油的滚珠轴承8保持。另一方面，传动轴5的上端侧由使用永久磁铁6a、永久磁铁6b的永久磁铁磁轴承6非接触支撑。而且，通过所述上下的轴承，以转子的旋转轴为中心转动自如地支承传动轴5及转子。

本例的真空泵具有限制传动轴上部的径向的振动的保护轴承(touchdownbearing)，例如滚珠轴承9。此滚珠轴承9被收容在磁铁固定器11中。即，在转子3进行稳定旋转的状态下，传动轴5与滚珠轴承9不接触。但是，在受到大干扰的情况、或旋转的加速时或减速时转子3的振动回旋变大的情况下，传动轴5接触滚珠轴承9的内环。滚珠轴承8、滚珠轴承9例如可使用深槽滚珠轴承。

通过螺栓来将用于密封装卸滚珠轴承8时的开口24的底座盖27固定在底座2的底面上。在外筒12上形成有用于将泵装置10固定在腔室等中的吸气口凸缘12a。另外，在底座2的侧面上设置有排气口22。已从吸气口凸缘12a流入的气体分子通过涡轮泵部及霍尔维克泵部而被移送至泵下游侧，并被从排气口22排出。

继而，对控制装置100进行说明。

在泵装置10的外筒12侧面上，作为一例，形成有作为平面的安装面25，控制装置100与安装面25直接接触，并通过螺栓而安装在安装面25上。

控制装置100包括：包含用于对泵装置10内的马达4进行驱动的功率半导体等发热元件103或电路基板102等的电子电路、及收纳其的壳体。壳体的外形为大致长方体形状，但并不限定于此，也可以是任意的形状。在作为剖面图的图1中，表示构成此长方体的六个外板中的四个外板101a、外板101b、外板101c、外板101d的各剖面。壳体表示所述四个外板101a、外板101b、外板101c、外板101d及将这些外板连结的未图示的构件的整体。

通过螺栓来将外板101b的上部安装在涡轮分子泵1的外筒12的侧面(安装面25)上，由此将控制装置100安装在泵装置10上。

另一方面，在底座2的侧面中的与控制装置100接近的部分中，以不与控制装置100接触的方式形成有删除了底座2的一部分的平面26。而且，在与外板101b的下部相向的底座2的平面26上设置有气密连接器(hermetic connector)等电力导入端子，电气配线33经由所述电力导入端子而将来自设置在控制装置100内的电子电路的控制信号或电力供给至设置在底座2内的马达4等中。

从控制装置100内的功率半导体元件等发热元件103中产生的热传达至壳体中，其一部分从壳体的外板101a、外板101b、外板101c、外板101d朝外部散热。未得到散热的热的一部分从壳体传达至泵装置10的外筒12中。外筒12具有覆盖泵装置10的上部的大的表面，因此已传达至外筒12中的热从外筒12高效率地朝外部散热。

另外，为了进一步提升从外筒12中的散热的效率，也可以在外筒12的外周面上设置冷却叶片。

在控制装置100中，通过螺固等将电路基板102经由支柱104而固定在与外板101b相反侧的外板101a上。在电路基板102的两面上形成有印刷配线，并安装有各种电子零件。此处，如图1所示，将脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)驱动信号输出至马达4中的逆变器元件、对逆变器元件进行驱动的驱动器元件、防逆流用二极管元件等发热元件103也可以配置在电路基板102的与外板101b相反侧的面上。而且，也可以使这些发热元件与壳体的与外板101b相反侧的金属制的外板101a直接接触、或经由高导热构件而接触。

使发热元件103与壳体的外板101a以低热阻(low thermal resistance)连接，由此可将发热元件103中产生的热高效率地传达至金属制的外板101a中，并自外板101a进行散热。连接发热元件103的外板并不限定于101a，也可以是与外筒12连接的外板101b以外的外板。

另一方面，也可以设为在与外筒12连接的外板101b上既不连接电路基板102，也不连接发热元件103的构成。

在图1中，将控制装置100设为相对于排气口22，隔着泵装置10而配置在相反侧者，但控制装置100与排气口22的位置关系并不限定于此。例如，也可以配置在以转子3的旋转轴AX为中心相互分离90度的位置上，或者只要两者不机械式地重叠，则也可以配置在其他任意的位置上。

(第1实施方式的效果)

本实用新型的第1实施方式的涡轮分子泵(真空泵)1包括：转子3，形成有多段的旋转叶片；底座2，包含转动自如地支承转子3的滚珠轴承8；外筒12，覆盖转子3并与底座2连接；以及控制装置100，包含具有发热元件103的电子电路；且控制装置100与外筒12接触来设置。

由于设为此种构成，因此发热元件103中产生的热从控制装置100朝外部散热，并且从控制装置100传达至外筒12中，而从外筒12朝外部散热。由此，具有如下的效果：可抑制或防止来自发热元件的热传达至底座2中，而可抑制或防止底座2内的滚珠轴承8的温度上升。其结果，可抑制或防止滚珠轴承的润滑油受到加热并蒸发而使真空装置的真空度下降。进而，抑制或防止润滑油的减少，因此可延长滚珠轴承的寿命，甚至真空泵的寿命(维护周期)。

另外，本实用新型并不限定于在排气功能部中包括涡轮泵部及霍尔维克泵部的真空泵，也可以应用于仅包括涡轮叶片的真空泵、仅包括西格巴恩泵(siegbahn pump)或霍尔维克泵等拖拽泵(drag pump)的真空泵、或者将它们组合而成的真空泵。

(第2实施方式)

对本实用新型的第2实施方式进行说明。图2是表示第2实施方式的涡轮分子泵1A的控制装置100及其附近的外筒12、底座2的图。第2实施方式的涡轮分子泵除控制装置100与外筒12的连接的形态以外，与所述第1实施方式的涡轮分子泵1相同，因此对图2中所示的部分以外省略说明。

在第2实施方式的涡轮分子泵1A中，控制装置100的壳体的外板101b的上部经由高导热构件34而与外筒12的安装面25接触，并通过螺栓而安装在安装面25上。

高导热构件34例如为包含导热密封圈、高导热性的橡胶或硅酮的构件，其提高控制装置100与外筒12的安装面25的密接性，并提升从控制装置100朝外筒12中的热的传达效率。就提升密接性的观点而言，作为高导热构件34的材料，优选具有弹性变形性或塑性变形性的压缩性的材料。

与第1实施方式同样地，已传达至外筒12中的热从外筒12高效率地朝外部散热。

(第2实施方式的效果)

本实用新型的第2实施方式的涡轮分子泵(真空泵)1A除第1实施方式的构成以外，控制装置100经由高导热构件34而与外筒12接触来设置。

由于设为此种构成，因此发热元件103中产生的热从控制装置100更加高效率地传达至外筒12中，并从外筒12朝外部散热。因此，具有如下的效果：可比第1实施方式更加抑制或防止来自发热元件的热传达至底座2中，而可抑制或防止底座2内的滚珠轴承8的温度上升。

另外，在所述第1实施方式及第2实施方式中，为了抑制朝控制装置100与底座2中的热的传达，将控制装置100与底座2的平面26之间设为除设置电气配线33以外不进行接触者。

但是，为了提高控制装置100的安装的机械强度等目的，也可以使控制装置100与底座2至少部分地接触。在此情况下，由于控制装置100与外筒12接触，因此控制装置100内产生的热也朝外筒12中传达，并从外筒12朝外部散热，因此可抑制来自发热元件的热传达至底座2中。

(第3实施方式)

对本实用新型的第3实施方式进行说明。图3是表示第3实施方式的涡轮分子泵1B的控制装置100及其附近的外筒12、底座2的图。第3实施方式的涡轮分子泵除控制装置100与外筒12的连接的形态以外，也与所述第1实施方式的涡轮分子泵1相同，因此对图3中所示的部分以外省略说明。

在第3实施方式的涡轮分子泵1B中，与第1实施方式同样地，控制装置100的壳体的外板101b的上部与外筒12的安装面25接触，并通过螺栓而安装在安装面25上。

另一方面，在外板101b之中与底座2的平面26相向的下部设置有隔热构件35，而变成抑制从控制装置100朝底座2中的热的传达的构成。

作为隔热构件35，可使用隔热性(低导热性)的橡胶或树脂作为一例。另外，为了当在外筒12、底座2及外板101b等中存在加工误差时，也可以确实地收纳在底座2与外板101b的间隙中，作为隔热构件35的材料，优选作为具有弹性变形性或塑性变形性的压缩性的材料的橡胶或柔软的树脂材料。

(第3实施方式的效果)

本实用新型的第3实施方式的涡轮分子泵(真空泵)1B除第1实施方式的构成以外，在控制装置100与底座2之间设置有隔热构件35。由于设为此种构成，因此具有如下的效果：阻断从控制装置100朝底座2中的热的传达，可比第1实施方式更加抑制或防止来自发热元件的热传达至底座2中。

另外，当使用压缩性构件作为隔热构件35的材料时，具有如下的效果：当在外筒12、底座2及外板101b等中存在加工误差时，也可以确实地收纳在底座2与外板101b的间隙中。

另外，空气也具有比较良好的隔热性，因此也可以将控制装置100的外板101b的下部与底座2的平面26相向的部分如图1及图2所示那样设为空隙，并将空气作为隔热材料来对控制装置100与底座2进行隔热。

在此情况下，具有能够以简单的构成实现隔热结构这一效果。

(变形例1)

在以上的各实施方式中，将来自包含发热元件103的控制装置100的热高效率地传达至外筒12中，并从外筒12朝外部散热，由此抑制从控制装置100朝底座2中的热的传达。在本变形例中，除此以外，也抑制从外筒12朝底座2中的热的传达，由此进一步抑制从发热元件103朝底座2中的热的传达。

图4是表示变形例1中的外筒12A的下端部28A与底座2上部的接合部的放大图。图4中所示的以外的构成与所述各实施方式的任一者相同，因此省略说明。

在变形例1中，与所述各实施方式同样地，外筒12A的下端部在其内侧(转子3侧)经由O型圈等密封构件29而与底座2的上端面连接。另一方面，在外筒12A的下端部28A的外侧形成有多个掘入部36，通过掘入部36来减少底座2的接触面积，由此构成低导热部。由此，从外筒12朝底座2中的热的传达得到抑制。

外筒12A的下端部的面内的多个掘入部36的形状可以是将转子3的旋转轴AX作为中心的同心圆形状，也可以从旋转轴AX形成为放射状、或者也可以是无规则的形状。另外，掘入部36也可以形成在底座2的上端面侧，也可以设置在外筒12A的下端部与底座2的上端面侧两者上。

低导热部并不限定于所述掘入部36，也可以在外筒12A的下端部或底座2的上端面的任一者或两者上设置而形成低导热性的膜。或者，也可以在外筒12A的下端部与底座2的上端面之间设置而形成包含不锈钢等导热率比较低的材质的薄片。

(变形例1的效果)

在本变形例中，除所述各实施方式的构成以外，在外筒12A的下端部28A的外侧形成有多个掘入部36。由于设为此种构成，因此具有如下的效果：阻断从控制装置100经由外筒12朝底座2中的热的传达，可比所述各实施方式更加抑制或防止来自发热元件的热传达至底座2中。

在以上的任一实施方式的涡轮分子泵(真空泵)中，如图1、图2、图3所示，理想的是控制装置100的下端位于比底座2的下端更上侧。换言之，为了减少从控制装置100朝底座2中的热的传导，理想的是使控制装置100的与泵装置10相向的部分极力与外筒12相向来配置。

另外，在以上的任一实施方式的涡轮分子泵中，也可以进而包括用于对底座2及外筒12进行冷却的冷却风扇或液冷系统。

以上对各种实施方式及变形例进行了说明，但本实用新型并不限定于这些内容。另外，各实施方式及变形例可分别单独应用，也可以组合使用。在本实用新型的技术思想的范围内想到的其他形态也包含在本实用新型的范围内。

Claims

1.一种真空泵，其特征在于包括：

转子，形成有多段的旋转叶片；

底座，包含转动自如地支承所述转子的滚珠轴承；

外筒，覆盖所述转子并与所述底座连接；以及

控制装置，包含具有发热元件的电子电路；且

所述控制装置设置为与所述外筒接触。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，

所述控制装置设置为经由高导热构件而与所述外筒接触。

3.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，

在所述控制装置与所述底座之间设置有隔热构件。

4.根据权利要求3所述的真空泵，其特征在于，

所述隔热构件为压缩性构件。

5.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，

在所述控制装置与所述底座之间设置有空隙。

6.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，

所述外筒与所述底座经由低导热部而连接。

7.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，

所述发热元件配置为与所述控制装置的外板中的不接触所述外筒的外板接触。