TW202303003A - 真空泵 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種組裝、拆解容易，且可充分地將旋轉體冷卻之真空泵。 本發明具備：殼體126，其一端側通往吸氣口101，另一端側通往排氣口133；冷卻機構130，其配設於殼體126；旋轉體103，其配設於殼體126內；複數個固定葉片123，其等配設於旋轉葉片之間；及複數個固定葉片間隔件125，其等支持固定葉片123；且固定葉片125、固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126之內周面126I之嵌合結構於組裝作業時之溫度以下時，於固定葉片123側之外周面與殼體126之內周面之間形成間隙，於較組裝作業時之溫度更高溫之目標溫度時，將固定葉片123之外周面123O與殼體126之內周面126I之間嵌緊。

Description

真空泵

本發明係關於一種可於低真空跨及超高真空之壓力範圍內利用之真空泵者，尤其係關於一種於殼體側具有冷卻機構之真空泵者。

先前，於製造記憶體或積體電路等半導體時，為避免空氣中之塵埃等之影響，而需於高真空狀態之腔室內對高純度之半導體基板(晶圓)進行摻雜或蝕刻。又，此處使用之製程氣體例如藉由將渦輪分子泵與螺紋槽泵組合之複合泵等之真空泵而排氣。

此種真空泵例如於圓筒狀之殼體內具備由互相嵌套狀配置之旋轉葉片與固定葉片構成之排氣機構，將自吸氣口側吸入至殼體內之製程氣體(以下，簡稱為「氣體」)移送至排氣口側，而自殼體內排氣。於該真空泵中，旋轉葉片安裝於轉子軸，與轉子軸一起作為旋轉體以高速進行旋轉。又，於旋轉體高速旋轉時，若旋轉葉片與氣體分子碰撞，則該碰撞能量作為摩擦熱產生於旋轉葉片。該摩擦熱自旋轉葉片經由固定葉片傳遞至殼體側。

又，已知因具有旋轉葉片之旋轉體因摩擦熱而成為高溫時，潛變之速度變快，故於殼體側設置具有冷卻管等之冷卻機構，於冷卻管內使冷卻冷媒冷卻而將真空泵內冷卻的結構(例如，參照專利文獻1)。

又，近年，於半導體裝置之製造中，有晶圓不斷大型化，且導入至製程腔室內之氣體之流量增大之傾向。於氣體之流量增大時，旋轉葉片中之摩擦熱亦變大，而旋轉體成為高溫。因此，僅於殼體側設置具有冷卻管等之冷卻機構時，旋轉體超過容許溫度，潛變之溫度變快。

因此，亦已知有一種真空泵，其結構為具備收納於殼體內，具有多段排列之旋轉葉片之旋轉體、嵌套狀配設於旋轉葉片之間之複數個固定葉片、及支持各固定葉片之複數個固定葉片間隔件，且設置有與複數個固定葉片間隔件之1個於上方或下方相鄰之覆蓋至少1個固定葉片間隔件之外周側面之圓筒(水冷間隔件)，並於水冷間隔件之內部，設置有供冷卻冷媒循環之冷卻管(例如，參照專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平2002-180988號公報 [專利文獻2]日本專利第6069981號公報

[發明所欲解決之問題]

專利文獻2記載之發明之特徵在於，以水冷間隔件之內周面覆蓋固定葉片間隔件之外周面。但，實際上，即便以水冷間隔件之內周面覆蓋固定葉片間隔件之外周面，於兩者不接觸之情形時，亦為保溫瓶等廣為人知之真空隔熱結構，而幾乎無法散熱。為獲得發明之效果而使兩者接觸，需滿足以下條件(1)。

因此，為滿足條件(1)，於固定葉片間隔件與水冷間隔件之組裝時，至少需按以下任1個方法進行組裝。 (1)將固定葉片間隔件冷卻，於收縮之狀態下組裝。 (2)將水冷間隔件加熱，於使水冷間隔件膨脹之狀態下組裝。 (3)對固定葉片間隔件或水冷間隔件施加軸力而進行壓入。 於該等(1)～(3)之方法中，於之後欲將固定葉片間隔件與水冷間隔件之間拆解之情形時，有不易拆解之問題點。

因此，為提供容易組裝、拆解，且可充分將旋轉體冷卻之真空泵而產生了應解決之技術性問題，本發明之目的在於解決該問題。 [解決問題之技術手段]

本發明係為達成上述目的而提案者，如技術方案1記載之發明提供一種真空泵，其具備：殼體，其一端側通往吸氣口，另一端側通往排氣口；冷卻機構，其配設於上述殼體；轉子軸，其配設於上述殼體內；旋轉體，其具有多段狀排列之複數個旋轉葉片，且緊固於上述轉子軸；複數個固定葉片，其等設置於上述殼體之內表面，且配設於上述旋轉葉片之間；及複數個固定葉片間隔件，其等支持上述固定葉片；且上述真空泵為上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一個上述外周面與上述殼體之上述內周面為嵌合結構者；上述嵌合結構為組裝作業時之溫度以下之情形，於上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間形成間隙，於較上述組裝作業時之溫度更高溫之目標溫度下，上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間嵌緊。

根據該構成，固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面為嵌合結構，且該嵌合結構於組裝作業時之溫度以下時，於固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面之間形成間隙。藉此，於組裝、拆解作業時，若以組裝作業時之溫度以下之環境化進行作業，則可順暢地進行固定葉片、固定葉片間隔件與殼體之間之組裝、拆解作業。 另一方面，於組裝、拆解作業結束，開始真空泵之運轉時，藉由旋轉葉片中產生之摩擦熱或加熱器等，使固定葉片或固定葉片間隔件超過較組裝作業時之溫度更高溫之目標溫度，而使固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面之間嵌緊。且，於固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面之間嵌緊時，固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者與殼體之間成為一體化之狀態。藉此，旋轉體中產生之摩擦熱可通過固定葉片與固定葉片間隔件效率良好地傳遞至殼體側，進而經由配設於殼體側之水冷管等冷卻機構釋放至外部，從而充分地將旋轉體冷卻。

技術方案2記載之發明如技術方案1記載之構成，提供一種將上述固定葉片間隔件之至少一者與上述殼體一體構造化之真空泵。

根據該結構，藉由將固定葉片間隔件之一者與殼體一體構造化，固定葉片間隔件與殼體之間之熱傳導效率進一步提高，可將旋轉體側產生之摩擦熱釋放至外部。

技術方案3記載之發明如技術方案1或2記載之構成，提供一種將上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間之嵌合公差，於上述吸氣口側與上述排氣口側設定為不同之值之真空泵。

根據該結構，若預先將固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面之間之嵌合公差，於吸氣口側與排氣口側設定為不同之值，則於吸氣口側與排氣口側之固定葉片之外周面與固定葉片間隔件之內周面之間之嵌緊，自開始運轉後大致相同之時間形成，從而可效率良好地散熱。又，可任意地設定積層之固定葉片或固定葉片間隔件之溫度分佈。

技術方案4記載之發明如技術方案3記載之構成，提供一種於上述嵌合結構中，僅將上述固定葉片或上述固定葉片間隔件中上述吸氣口側之段於上述目標溫度下嵌緊之真空泵。

根據該構成，藉由積極地將嵌緊之吸氣側(上段側)冷卻，不將排氣口側(下段側)冷卻，可防止壓力較高之排氣口側中之反應產生物之堆積。

技術方案5記載之發明如技術方案3記載之構成，提供一種於上述嵌合結構中，僅上述固定葉片或上述固定葉片間隔件中上述排氣口側之段，於上述目標溫度下嵌緊之真空泵。

根據該構成，由於可直接將發熱源即排氣口側之下段冷卻，故可防止過熱。

技術方案6記載之發明如技術方案1至5中任1項記載之構成，提供一種上述殼體為線膨脹係數較上述固定葉片與上述固定葉片間隔件之至少任一者小之材料之真空泵。

根據該構成，亦可將設置冷卻機構之殼體側設為線膨脹係數較小之例如不鏽鋼，將固定葉片或固定葉片間隔件設為線膨脹係數較大之鋁合金。

技術方案7記載之發明如技術方案1至6中任1項記載之構成，提供一種以下式設定上述嵌合結構之上述間隙之真空泵。 0＜間隙＜R×(α1×ΔT1-α2×ΔT2) 此處，R為上述殼體內徑之半徑，α1為上述固定葉片或上述固定葉片間隔件之線膨脹係數，α2為上述殼體之線膨脹係數，ΔT1為上述固定葉片或上述固定葉片間隔件之溫度上升，ΔT2為上述殼體之溫度上升。

根據該構成，將間隙之初始值設得較各零件上升至特定溫度時之間隙之減少量小。且，於上升至特定溫度後，間隙消失，而接觸成為緊固嵌合。 [發明之效果]

根據本發明，設為固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面之嵌合結構於組裝作業時之溫度以下，於固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面之間形成間隙。因此，於組裝、拆解作業時，若以組裝作業時之溫度以下之環境化進行作業，則可順暢地進行固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者與殼體之內周面之間之組裝、拆解作業。 另一方面，於組裝、拆解作業結束，開始真空泵之運轉時，藉由旋轉葉片中產生之摩擦熱或加熱器等，固定葉片或固定葉片間隔件超過較組裝作業時之溫度更高溫之目標溫度，使固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之內周面之間嵌緊，從而將固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者之外周面與殼體之間一體化。因此，一體化之固定葉片、固定葉片間隔件之至少一者與殼體之間之傳熱量上升，旋轉體中產生之摩擦熱通過旋轉葉片與固定葉片間隔件效率良好地傳遞至殼體側並釋放至外部。藉此，可充分地將旋轉體冷卻，而可減慢旋轉體之潛變速度。

本發明為達成提供容易組裝、拆解，且可充分地將旋轉體冷卻之真空泵之目的，藉由設為以下構成而實現：真空泵具備：殼體，其一端側通往吸氣口，另一端側通往排氣口；冷卻機構，其配設於上述殼體；轉子軸，其配設於上述殼體內；旋轉體，其具有多段狀排列之複數個旋轉葉片，且緊固於上述轉子軸；複數個固定葉片，其等設置於上述殼體之內表面，且配設於上述旋轉葉片之間；及複數個固定葉片間隔件，其等支持上述固定葉片；且上述真空泵為上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一個上述外周面與上述殼體之上述內周面為嵌合結構者；上述嵌合結構於組裝作業時之溫度以下之情形，於上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間形成間隙，於較上述組裝作業時之溫度更高溫之目標溫度下，上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間嵌緊。 [實施例]

以下，基於隨附圖式詳細說明本發明之實施形態之一實施例。另，於以下實施例中，於提及構成要件之數量、數值、量、範圍等之情形時，除特別明示之情形及原理上明顯限定為特定數量之情形外，並非限定於該特定數量者，可為特定數量以上或以下。

又，於提及構成要件等之形狀、位置關係時，除特別明示之情形及明確認為原理上並非如此之情形等外，包含實質上與其形狀等近似或類似者等。

又，圖式為易於理解特徵，有將特徵部分放大等誇大之情形，構成要件之尺寸比率等未必與實際相同。又，於剖視圖中，為易於理解構成要件之剖面結構，有時省略一部分構成要件之陰影線。

又，於以下說明中，顯示上下或左右等方向之表現並非絕對性者，而為描畫本發明之晶圓研磨裝置之各部之姿勢之情形時較為合適，但於該姿勢變化之情形時應根據姿勢之變化進行變更並予以解釋者。又，通過實施例之說明之整體，對相同要件標註相同符號。

於圖1顯示該渦輪分子泵100之縱剖視圖。於圖1中，渦輪分子泵100於圓筒狀之外筒127之上端形成有吸氣口101。且，於外筒127之內側，具備於周部放射狀且多段地形成用以對氣體進行吸引排氣之渦輪葉片即複數個旋轉葉片102(102a、102b、102c…)之旋轉體103。於該旋轉體103之中心安裝有轉子軸113，且該轉子軸113例如藉由5軸控制之磁性軸承而被漂浮支持且位置控制於空中。

上側徑向電磁鐵104之4個電磁鐵成對配置於X軸與Y軸上。於該上側徑向電磁鐵104之附近，且與上側徑向電磁鐵104各者對應地具備4個上側徑向感測器107。上側徑向感測器107例如使用具有傳導繞線之電感感測器或渦電流感測器等，並基於根據轉子軸113之位置變化之該傳導繞線之電感之變化檢測轉子軸113之位置。該上側徑向感測器107構成為檢測轉子軸113、即固定於其上之旋轉體103之徑向位移，並發送至未圖示之控制裝置。

於該控制裝置中，例如具有PID(Proportional Integral Derivative：比例積分微分)調節功能之補償電路基於藉由上側徑向感測器107檢測出之位置信號，產生上側徑向電磁鐵104之激磁控制指令信號，且圖2所示之放大器電路150(後述)基於該激磁控制指令信號，激磁控制上側徑向電磁鐵104，藉此調整轉子軸113之上側之徑向位置。

且，該轉子軸113由高磁導率材料(鐵、不鏽鋼等)等形成，且由上側徑向電磁鐵104之磁力吸引。該調整於X軸方向與Y軸方向上各自獨立進行。又，將下側徑向電磁鐵105及下側徑向感測器108配置為與上側徑向電磁鐵104及上側徑向感測器107同樣，並將轉子軸113之下側之徑向位置調整為與上側之徑向位置同樣。

再者，軸向電磁鐵106A、106B於上下夾著轉子軸113之下部所具備之圓板狀之金屬碟111而配置。金屬碟111由鐵等高磁導率材料構成。為檢測轉子軸113之軸向位移而具備軸向感測器109，並構成為將其軸向位置信號發送至控制裝置。

且，於控制裝置中，例如具有PID調節功能之補償電路基於藉由軸向感測器109檢測出之軸向位置信號，產生軸向電磁鐵106A與軸向電磁鐵106B之各者之激磁控制指令信號，且放大器電路150基於該等激磁控制指令信號，分別激磁控制軸向電磁鐵106A與軸向電磁鐵106B，藉此，軸向電磁鐵106A藉由磁力將金屬碟111吸引至上方，軸向電磁鐵106B將金屬碟111吸引至下方，而調整轉子軸113之軸向位置。

如此，控制裝置適當調節該軸向電磁鐵106A、106B施加至金屬碟111之磁力，並使轉子軸113磁性漂浮於軸向上，且非接觸地保持於空間中。另，關於激磁控制該等上側徑向電磁鐵104、下側徑向電磁鐵105及軸向電磁鐵106A、106B之放大器電路150，予以後述。

另一方面，馬達121具備以包圍轉子軸113之方式周狀配置之複數個磁極。各磁極以經由作用於與轉子軸113之間之電磁力旋轉驅動轉子軸113之方式，藉由控制裝置控制。又，於馬達121組入有未圖示之例如霍爾元件、解析器、編碼器等之旋轉速度感測器，並藉由該旋轉速度感測器之檢測信號檢測轉子軸113之旋轉速度。

再者，例如於下側徑向感測器108附近，安裝有未圖示之相位感測器，檢測轉子軸113之旋轉之相位。於控制裝置中，一起使用該相位感測器與旋轉速度感測器之檢測信號，檢測磁極之位置。

與旋轉葉片102(102a、102b、102c…)隔開微小之間隙地配設有複數片固定葉片123a、123b、123c…。由於旋轉葉片102(102a、102b、102c…)分別藉由碰撞而將排氣氣體之分子移送至下方，故自垂直於轉子軸113之軸線之平面僅傾斜特定角度而形成。

又，固定葉片123亦同樣自垂直於轉子軸113之軸線之平面僅傾斜特定角度而形成，且朝向外筒127之內側與旋轉葉片102之段彼此錯開地配設。且，固定葉片123之外周端於嵌插於複數個層疊之固定葉片間隔件125(125a、125b、125c…)之間之狀態下受支持。

固定葉片間隔件125為環狀之構件，例如由鋁、鐵、不鏽鋼、銅等金屬、或包含該等金屬作為成分之合金等之金屬構成。於固定葉片間隔件125之外周，隔開微小之間隙固定有外筒127。於外筒127之底部配設有基座部129。於基座部129形成排氣口133，其與外部連通。將自腔室側進入吸氣口101並被移送至基座部129之排氣氣體向排氣口133輸送。

再者，根據渦輪分子泵100之用途，於固定葉片間隔件125之下部與基座部129之間，配設附螺紋間隔件131。附螺紋間隔件131為由鋁、銅、不鏽鋼、鐵、或以該等金屬為成分之合金等之金屬構成之圓筒狀之構件，且於其內周面刻設有複數條螺旋狀之螺紋槽131a。螺紋槽131a之螺旋之方向為於排氣氣體之分子於旋轉體103之旋轉方向移動時，將該分子向排氣口133側移送之方向。於接續旋轉體103之旋轉葉片102(102a、102b、102c…)之最下部垂下有圓筒部102d。該圓筒部102d之外周面為圓筒狀，且朝附螺紋間隔件131之內周面突出，與該附螺紋間隔件131之內周面隔開特定間隙而接近。藉由旋轉葉片102及固定葉片123移送至螺紋槽131a之排氣氣體由螺紋槽131a引導且向基座部129輸送。

基座部129為構成渦輪分子泵100之基底部之圓盤狀之構件，一般由鐵、鋁、不鏽鋼等金屬構成。由於基座部129物理性保持渦輪分子泵100，且兼備熱之傳導路之功能，故期望使用具有鐵、鋁或銅等之剛性，且熱傳導率亦較高之金屬。

於該構成中，於旋轉葉片102與轉子軸113一起由馬達121旋轉驅動時，藉由旋轉葉片102與固定葉片123之作用，而通過吸氣口101自腔室吸入排氣氣體。自吸氣口101吸入之排氣氣體通過旋轉葉片102與固定葉片123之間，向基座部129移送。此時，藉由於排氣氣體接觸於旋轉葉片102時產生之摩擦熱、或馬達121中產生之熱之傳導等，旋轉葉片102之溫度上升，但該熱藉由輻射或排氣氣體之氣體分子等之傳導而傳遞至固定葉片123側。

固定葉片間隔件125於外周部中互相接合，將固定葉片123自旋轉葉片102接收之熱或排氣氣體接觸固定葉片123時產生之摩擦熱等向外部傳遞。

另，於上述中說明附螺紋間隔件131配設於旋轉體103之圓筒部102d之外周，且於附螺紋間隔件131之內周面刻設有螺紋槽131a。然而，亦有與之相反地於圓筒部102d之外周面刻設螺紋槽，並於其周圍配置具有圓筒狀之內周面之間隔件之情形。 又，根據渦輪分子泵100之用途，有時為使自吸氣口101吸引之氣體不致侵入由上側徑向電磁鐵104、上側徑向感測器107、馬達121、下側徑向電磁鐵105、下側徑向感測器108、軸向電磁鐵106A、106B、軸向感測器109等構成之電裝部，而以定子柱122覆蓋電裝部周圍，並以潔淨氣體使該定子柱122內保持為特定壓力。

於該情形時，於基座部129配設未圖示之配管，並通過該配管導入潔淨氣體。導入之潔淨氣體通過保護軸承120與轉子軸113之間、馬達121之轉子與定子之間、定子柱122與旋轉葉片102之內周側圓筒部之間之間隙向排氣口133送出。

此處，渦輪分子泵100需要進行機種之特定、與基於分別調整之固有之參數(例如，與機種對應之各種特性)之控制。為儲存該控制參數，上述渦輪分子泵100於其本體內具備電子電路部141。電子電路部141由EEP-ROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：電子可抹除可程式化唯讀記憶體)等半導體記憶體及用於該存取之半導體元件等電子零件、與其等之安裝用之基板143等構成。該電子電路部141收納於構成渦輪分子泵100之下部之基座部129之例如中央附近之未圖示之旋轉速度感測器之下部，且藉由氣密性之底蓋145封閉。

然而，於半導體之製造步驟中，於導入至腔室之製程氣體中，有具有於其壓力較特定值高、或其溫度較特定值低時，成為固體之性質者。於渦輪分子泵100內部，排氣氣體之壓力於吸氣口101中最低而於排氣口133中最高。於將製程氣體自吸氣口101向排氣口133移送之中途，於其壓力較特定值高，或其溫度較特定值低時，製程氣體成為固體狀，且附著並堆積於渦輪分子泵100內部。

例如，由蒸氣壓曲線可知於對Al蝕刻裝置使用SiCl4作為製程氣體之情形時，於低真空(760[torr]～10-2[torr])且低溫(約20[℃])時，析出固體產生物(例如AlCl3)，附著並堆積於渦輪分子泵100內部。因此，若於渦輪分子泵100內部堆積製程氣體之析出物，則該堆積物成為使泵流路變窄，並使渦輪分子泵100之性能降低之原因。且，上述之產生物處於在排氣口附近或附螺紋間隔件131附近之壓力較高之部分中易凝固、附著之狀況。

因此，為解決該問題，先前於基座部129等之外周卷繞未圖示之加熱器或環狀之水冷管149，且例如於基座部129埋入未圖示之溫度感測器(例如熱敏電阻)，並以基於該溫度感測器之信號將基座部129之溫度保持於特定之較高之溫度(設定溫度)之方式進行加熱器之加熱或利用水冷管149之冷卻之控制(以下稱為TMS(溫度管理系統)。TMS；Temperature Management System)。

接著，關於如此構成之渦輪分子泵100，對激磁控制其上側徑向電磁鐵104、下側徑向電磁鐵105及軸向電磁鐵106A、106B之放大器電路150進行說明。於圖2顯示該放大器電路150之電路圖。

於圖2中，構成上側徑向電磁鐵104等之電磁鐵繞線151之一端經由電晶體161連接於電源171之正極171a，且其之另一端經由電流檢測電路181及電晶體162連接於電源171之負極171b。且，電晶體161、162成為所謂之功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金屬氧化物半導體場效電晶體)，具有於其源極-汲極之間連接有二極體之結構。

此時，電晶體161之二極體之陰極端子161a連接於正極171a，且陽極端子161b與電磁鐵繞線151之一端連接。又，電晶體162之二極體之陰極端子162a連接於電流檢測電路181，且陽極端子162b與負極171b連接。

另一方面，電流再生用之二極體165之陰極端子165a連接於電磁鐵繞線151之一端，且其之陽極端子165b連接於負極171b。又，與此同樣，電流再生用之二極體166之陰極端子166a連接於正極171a，且其之陽極端子166b經由電流檢測電路181連接於電磁鐵繞線151之另一端。且，電流檢測電路181例如由霍爾感測器式電流感測器或電性電阻元件構成。

如上所述構成之放大器電路150為與一個電磁鐵對應者。因此，於磁性軸承為5軸控制，且合計具有10個電磁鐵104、105、106A、106B之情形時，對於電磁鐵各者構成同樣之放大器電路150，並對電源171並聯連接10個放大器電路150。

再者，放大器控制電路191例如由控制裝置之未圖示之數位、信號、處理器部(以下，稱為DSP(Digital Signal Processor)部)構成，且該放大器控制電路191切換電晶體161、162之接通(on)／斷開(off)。

放大器控制電路191比較電流檢測電路181檢測出之電流值(將反映出該電流值之信號稱為電流檢測信號191c)與特定之電流指令值。且，基於該比較結果，決定於PWM(Pulse Width Modulation：脈衝寬度調製)控制之1週期即控制週期Ts內產生之脈衝寬度之大小(脈衝寬度時間Tp1、Tp2)。其結果，將具有該脈衝寬度之閘極驅動信號191a、191b自放大器控制電路191，輸出至電晶體161、162之閘極端子。

另，於旋轉體103之旋轉速度之加速運轉中通過共振點時或於定速運轉中產生外部干擾時等，需進行高速且強力之旋轉體103之位置控制。因此，以流動於電磁鐵繞線151之電流可急劇增加(或減少)之方式，作為電源171，例如使用50 V左右之高電壓。又，於電源171之正極171a與負極171b之間，為使電源171穩定化，而通常連接有電容器(省略圖示)。

於該構成中，於將電晶體161、162之兩者設為接通時，流動於電磁鐵繞線151之電流(以下，稱為電磁鐵電流iL)增加，於將兩者設為斷開時，電磁鐵電流iL減少。

又，於將電晶體161、162之一者設為接通而將另一者設為斷開時，保持所謂之飛輪電流。且，藉由如此於放大器電路150中流動飛輪電流，可減少放大器電路150中之磁滯損，而將電路整體之消耗電力抑制得較低。又，藉由如此控制電晶體161、162，可減少渦輪分子泵100中產生之高諧波等之高頻雜訊。再者，藉由以電流檢測電路181測定該飛輪電流，而可檢測於電磁鐵繞線151中流動之電磁鐵電流iL。

即，於檢測出之電流值小於電流指令值之情形時，如圖4所示於控制週期Ts(例如100 μs)中僅將電晶體161、162之兩者設為接通1次相當於脈衝寬度時間Tp1之時間量。因此，該期間中之電磁鐵電流iL自正極171a向負極171b，朝可經由電晶體161、162流動之電流值iLmax(未圖示)增加。

另一方面，於檢測出之電流值大於電流指令值之情形時，如圖3所示於控制週期Ts中僅將電晶體161、162之兩者設為斷開1次相當於脈衝寬度時間Tp2之時間量。因此，該期間中之電磁鐵電流iL自負極171b向正極171a，朝可經由二極體165、166再生之電流值iLmin(未圖示)減少。

且，於任意情形時，皆於經過脈衝寬度時間Tp1、Tp2後，將電晶體161、162之任1個設為接通。因此，於該期間中，於放大器電路150保持飛輪電流。

然而，如本實施例之真空泵，即渦輪分子泵100所示，其結構為於外筒127內具備多段排列之旋轉葉片102、嵌套狀配設於旋轉葉片102間之複數個固定葉片123、及支持各固定葉片123之複數個固定葉片間隔件125，且使旋轉葉片102與轉子軸113一起旋轉，將自吸氣口101側吸入至外筒127內之製程氣體移送至排氣口133側，並自排氣口133排氣至外筒127外，該渦輪分子泵100中，旋轉葉片102作為旋轉體103與轉子軸113一起以高速進行旋轉。又，於旋轉體103高速旋轉時，旋轉葉片102與製程氣體之氣體分子碰撞時，該碰撞能量作為摩擦熱產生於旋轉葉片102中。該摩擦熱自旋轉葉片102經由固定葉片123、固定葉片間隔件125傳遞至外筒127側。

因此，於本實施例中，作為冷卻間隔件，使設為環狀之固定葉片間隔件125j之外周部(以下，將該外周部稱為「冷卻間隔件128」)鍔狀延長，並於軸向上依序堆疊外筒127、冷卻間隔件128及基座部129，進而將其等之間以螺栓等緊固構件134連結，而作為密封結構之一體化之筒體即殼體126形成。且，於該殼體126之內部配設有旋轉體103、馬達121、及由旋轉葉片102與固定葉片123構成之排氣機構等。且，於冷卻間隔件128之外周側面，設置有作為供冷卻水等冷卻冷媒循環之冷卻機構130之冷卻管130a。另，於本實施例之渦輪分子泵100中，固定葉片123之材質及固定葉片間隔件125之材質分別為鋁合金(Al)，外筒127之材質為不鏽鋼(SUS)。但，並非限定於該材質者。

且，於本實施例之殼體126中，於將外筒127、冷卻間隔件128及基座部129於軸向上依序堆疊而一體化時，除設置有冷卻間隔件128之固定葉片間隔件125g之部分之外周部面外，使其他固定葉片間隔件125a、125b、125c、125d、125e、125f、125h、125i、125j之各外周面125O，分別與設為環狀之外筒127之內周面127I、冷卻間隔件128之內周面128I及基座部129之內周面129I對向地插入配置，並藉由外筒127之內周面127I、冷卻間隔件128之內周面128I及基座部129之內周面129I，將除固定葉片間隔件125g外之其他固定葉片間隔件125設為相對於殼體126保持定位之狀態。

又，於外筒127之內周面127I、冷卻間隔件128之內周面128I及基座部129之內周面129I分別保持固定葉片間隔件125時，若於各固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126之內周面之間，即，固定葉片間隔件125、與外筒127之內周面127I、冷卻間隔件128之內周面128I及基座部129之內周面129I分別保持固定葉片間隔件125各者之間，無某程度之遊隙，則難以進行組裝、拆解作業。因此，於渦輪分子泵100之組裝、拆解時，於固定葉片間隔件125與冷卻間隔件128之間，需具備上述條件(1)，即 (固定葉片間隔件之外徑＜水冷間隔件之內徑)。

因此，於比較於固定葉片間隔件125與冷卻間隔件128之間，未設置間隙之情形與設置有間隙之情形時之傳熱量Q後，獲得如圖6所示般之結果。

於傳熱量Q之比較時，若參照將圖1之一部分放大之圖5進行說明，則圖6中之各符號中，Di1為固定葉片間隔件125之內徑，Do1為固定葉片間隔件125之外徑，Di3為冷卻間隔件128之內徑，Do3為冷卻間隔件128之外徑，L為管(殼體126)之長度。又，若將固定葉片間隔件125之溫度設為100℃，將冷卻間隔件128之溫度設為40℃，則多重圓管之半徑方向之熱傳導之理論式一般以下式表示。

但，fn=1/λn×In(Don/Din)

且，於比較未設置間隙之情形(CASE1)與設置有0.5 mm之間隙之情形(CASE2)、及設置有5 mm之間隙之情形(CASE3)時之各傳熱量時，未設置間隙之情形(CASE1)時之傳熱量Q為14,248[W]，相對於此，設置有0.5 mm之間隙之情形(CASE2)及設置有5 mm之間隙之情形(CASE3)皆為0.6[W]。即，於真空中，於將固定葉片間隔件125與冷卻間隔件128之間，未設置間隙時之傳熱量設為1之情形時，於固定葉片間隔件125與冷卻間隔件128之間存在間隙時之傳熱量僅為0.004%，且只要具有間隙則無論間隙之長短皆幾乎無傳熱效果。如此，分子流區域之於真空中之傳熱量不受間隙大小影響之情況廣為人知，而作為真空隔熱技術被利用。

因此，於本實施例之渦輪分子泵100之結構中，分別如以下般設定固定葉片123之外周面123O與固定葉片間隔件125之內周面125I之間、及固定葉片間隔件125之外周面125O與冷卻間隔件128之內周面128I(或，固定葉片間隔件125之外周面125O與外筒127之內周面127I)之間之各嵌合結構。 (1)於組裝、拆解作業時之溫度以下時，可於固定葉片123之外周面123O與固定葉片間隔件125之內周面125I之間、及固定葉片間隔件125之外周面125O與冷卻間隔件128之內周面128I之間(或，固定葉片間隔件125之外周面125O與外筒127之內周面127o之間)，分別形成間隙。 (2)於組裝、拆解作業後，於較組裝、拆解作業時之溫度高之目標溫度下，將固定葉片123之外周面123O與固定葉片間隔件125之內周面125I、及固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126即冷卻間隔件128之內周面128I之間(或，固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126即外筒127之內周面127I之間)分別嵌緊，即設定為間隙為0而互相接觸。

因此，於本實施例之渦輪分子泵100之結構中，於進行組裝、拆解作業時，若將作業環境設為特定溫度以下，則於固定葉片123之外周面123O與固定葉片間隔件125之內周面125I、及固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126即冷卻間隔件128之內周面128I之間(或，固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126即外筒127之內周面127o之間)分別形成間隙，而可簡單且順暢地進行固定葉片123、固定葉片間隔件125及冷卻間隔件128(或外筒127)之組裝、拆解作業。

另一方面，組裝後之嵌合結構中，於組裝、拆解作業結束，開始渦輪分子泵100之運轉時，藉由旋轉葉片102產生之摩擦熱等，使固定葉片123或固定葉片間隔件125超過較組裝作業時之溫度更高溫之目標溫度。且，固定葉片123之外周面123o與固定葉片間隔件125之內周面125I之間、及固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126即冷卻間隔件128之內周面128I之間(或，固定葉片間隔件125之外周面125O與殼體126即外筒127之內周面127o之間)分別嵌緊。藉此，將固定葉片123、固定葉片間隔件125及冷卻間隔件128(或，外筒127)之間一體化。藉此，旋轉體103中產生之摩擦熱通過旋轉葉片102、固定葉片123及固定葉片間隔件125效率良好地傳遞至殼體126即冷卻間隔件128(或外筒127)側，進而經由殼體126側，即經由本實施例中設置於冷卻間隔件128之冷卻機構即具有水冷管130a之冷卻機構130釋放至殼體126之外部，而可充分地將旋轉體103冷卻。藉此，可減慢旋轉體103之潛變速度。

另，嵌合結構之間隙之設定較佳以下式(2)設定。

此處，R為外筒127之內周中之半徑，α1為固定葉片123或固定葉片間隔件125之線膨脹係數，α2為外筒127之線膨脹係數，ΔT1為固定葉片123或固定葉片間隔件125之溫度上升，ΔT2為外筒127之之溫度上升。即，此處之設定將整體之間隙之初始值設得較外筒127、固定葉片123、固定葉片間隔件125等之各零件上升至特定溫度時之間隙之減少量小。藉此，於上升至特定溫度後，間隙消失，且接觸成為緊固嵌合。

(具體例1) 若顯示具體例1，則外筒127之內周中之半徑R為100毫米，於以鋁合金(Al)製作固定葉片123或固定葉片間隔件125時，該鋁合金之線膨脹係數α1為0.000024，於以不鏽鋼(SUS)製作外筒127時，該不鏽鋼之線膨脹係數α2為0.000017，且若將固定葉片123或固定葉片間隔件125之溫度上升ΔT1設為100℃(上升至120℃)，將外筒127設為20℃(上升至40℃)，則為 間隙=100×(0.000024×100-0.000017×20)=0.206 mm。 因此，只要將間隙設定為未達0.206而實施即可。即，於本實施例中，為將設置冷卻機構之外筒127(或冷卻間隔件128側)側設為線膨脹係數較小之例如不鏽鋼，將固定葉片123或固定葉片間隔件125設為線膨脹係數較大之鋁合金之情形。

另，於本實施例之渦輪分子泵100之結構中，以所有固定葉片123與固定葉片間隔件125之間為對象，亦可為不以所有固定葉片123與固定葉片間隔件125之間為對象，而以至少1個以上之固定葉片123與固定葉片間隔件125之間為對象者。

又，作為將旋轉體103中產生之摩擦熱通過固定葉片123、與固定葉片間隔件125散熱至殼體126之外部的冷卻機構130，以設置有水冷管130a之冷卻間隔件128之情形進行說明，但作為冷卻機構130，亦可使用除此以外之例如使用有冷卻片之冷卻機構等。再者，亦可設為將一部分之固定葉片間隔件125與外筒127一體化之結構，或將、及一部分之固定葉片間隔件125與基座部129一體化之結構。

又，嵌合結構揭示了所有固定葉片123與固定葉片間隔件125根據目標溫度同時嵌緊之結構。但，其亦可將固定葉片123之外周面123O與固定葉片間隔件125之內周面125I之間之嵌合公差，例如於吸氣口101側之固定葉片123a～123f與固定葉片間隔件125a～125f之上段側、及排氣口133側之固定葉片123g～123j與固定葉片間隔件125g～125j之下段側中，設定為不同之值。若設為此種結構，則於吸氣口101側與排氣口133側之固定葉片123之外周面123O與固定葉片間隔件125之內周面125I之間之嵌緊，於開始運轉後大致相同之時間形成，從而可效率良好地散熱。

又，嵌合結構揭示關於所有固定葉片123與固定葉片間隔件125嵌緊之結構，但亦可僅將排氣口133側(下段側)之例如固定葉片123g～123j與固定葉片間隔件125g～125j，於特定溫度(目標溫度)下嵌緊。於該結構之情形時，由於可直接將發熱源即排氣口133側之下段冷卻，故可防止過熱。

又，相反，亦可僅將吸氣口101側(上段側)之例如固定葉片123a～123f與固定葉片間隔件125a～125f，於特定溫度(目標溫度)下嵌緊。於該結構中，藉由不將排氣口133側(下段側)冷卻，可防止反應產生物堆積於壓力較高之排氣口133側之下段。

又，於上述實施例中，揭示固定葉片123之外周面123o經由固定葉片間隔件125，嵌緊於外筒127之內周面125I、或冷卻間隔件128之內周面128I、基座部129之內周面129I之任一者之結構。但，代替該結構，例如圖7所示，亦可設為以下結構：於固定葉片123之外周側之上下分別配置固定葉片間隔件125，並以固定葉片間隔件125進行軸向之定位固定，以外筒127之內周面127I、或冷卻間隔件128之內周面128I、基座部129之內周面129I之任一者，將固定葉片123之外周面123O直接嵌緊。

又，於上述實施例中，作為殼體126，揭示將外筒127、冷卻間隔件128及基座部129堆疊形成為筒狀，並將水冷管130a設置於冷卻間隔件128之結構。但，代替該結構，例如圖8所示，亦可設為如下殼體126：形成將冷卻間隔件128一體化之外筒127，並於外筒127之下端部以緊固構件134固定基座部129，而設為筒狀。於該結構中，固定葉片123之外周面123o經由固定葉片間隔件125，嵌緊於外筒127之內周面127I、或基座部129之內周面129I之任一者。

另，本發明之實施形態及各變化例亦可分別適當組合。

又，本發明係只要不脫離本發明之精神則可進行各種改變，且本發明當然亦涉及該改變者。

100:渦輪分子泵 101:吸氣口 102:旋轉葉片 102a,102b:旋轉葉片 102d:圓筒部 103:旋轉體 104:上側徑向電磁鐵 105:下側徑向電磁鐵 106A,106B:軸向電磁鐵 107:上側徑向感測器 108:下側徑向感測器 109:軸向感測器 111:金屬碟 113:轉子軸 120:保護軸承 121:馬達 122:定子柱 123:固定葉片 123a,123b,123e,123f,123j:固定葉片 123O:外周面 125:固定葉片間隔件 125a,125b,125e,125f,125j:固定葉片間隔件 125O:外周面 126:殼體 127:外筒(殼體) 127I:內周面 128:冷卻間隔件(殼體) 128I:內周面 129:基座部(殼體) 129I:內周面 130:冷卻機構 130a:水冷管 131:附螺紋間隔件 131a:螺紋槽 133:排氣口 134:緊固構件 141:電子電路部 143:基板 145:底蓋 149:水冷管 150:放大器電路 151:電磁鐵繞線 161:電晶體 161a:陰極端子 161b:陽極端子 162:電晶體 162a:陰極端子 162b:陽極端子 165:二極體 165a:陰極端子 165b:陽極端子 166:二極體 166a:陰極端子 166b:陽極端子 171:電源 171a:正極 171b:負極 181:電流檢測電路 191:放大器控制電路 191a,191b:閘極驅動信號 191c:電流檢測信號 Di1:內徑 Di3:內徑 Do1:外徑 Do3:外徑 iL:電磁鐵電流 L:長度 Q:傳熱量 Tp1,Tp2:脈衝寬度時間 Ts:控制週期

圖1係作為本發明之實施形態之真空泵之一實施例顯示之渦輪分子泵之縱剖視圖。 圖2係顯示同上渦輪分子泵中之放大器電路之一例之圖。 圖3係顯示於同上渦輪分子泵中之放大器電路中檢測出之電流指令値較檢測值大之情形時之一控制例之時序圖。 圖4係顯示於同上渦輪分子泵中之放大器電路中檢測出之電流指令値較檢測值小之情形時之一控制例之時序圖。 圖5係說明圖1所示之同上渦輪分子泵中之水冷間隔件與固定葉片間隔件之間之傳熱量之圖。 圖6係表示調查同上渦輪分子泵中之未於水冷間隔件與固定葉片間隔件之間設置間隙之情形與設置有間隙之情形時之傳熱效果後之結果之圖。 圖7係作為本發明之實施形態之真空泵之一變化例顯示之渦輪分子泵之縱剖視圖。 圖8係作為本發明之實施形態之真空泵之又一變化例顯示之渦輪分子泵之縱剖視圖。

100:渦輪分子泵

101:吸氣口

102:旋轉葉片

102a,102b:旋轉葉片

103:旋轉體

104:上側徑向電磁鐵

105:下側徑向電磁鐵

106A,106B:軸向電磁鐵

107:上側徑向感測器

108:下側徑向感測器

109:軸向感測器

111:金屬碟

113:轉子軸

120:保護軸承

121:馬達

122:定子柱

123:固定葉片

123a,123b,123e,123f,123j:固定葉片

125:固定葉片間隔件

125a,125b,125e,125f,125j:固定葉片間隔件

126:殼體

127:外筒(殼體)

128:冷卻間隔件(殼體)

128I:內周面

129:基座部(殼體)

129I:內周面

130:冷卻機構

130a:水冷管

131:附螺紋間隔件

131a:螺紋槽

133:排氣口

134:緊固構件

141:電子電路部

143:基板

145:底蓋

149:水冷管

Claims (7)

1. 一種真空泵，其特徵在於具備： 殼體，其一端側通往吸氣口，另一端側通往排氣口； 冷卻機構，其配設於上述殼體； 轉子軸，其配設於上述殼體內； 旋轉體，其具有多段狀排列之複數個旋轉葉片，且緊固於上述轉子軸； 複數個固定葉片，其等設置於上述殼體之內表面，且配設於上述旋轉葉片之間；及 複數個固定葉片間隔件，其等支持上述固定葉片；且 上述真空泵係上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一個外周面與上述殼體之內周面為嵌合結構者； 上述嵌合結構為組裝作業時之溫度以下之情形，於上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間形成間隙，於較上述組裝作業時之溫度更高溫之目標溫度下，上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間嵌緊。
2. 如請求項1之真空泵，其中上述固定葉片間隔件之至少一者與上述殼體一體構造化。
3. 如請求項1之真空泵，其中將上述固定葉片、上述固定葉片間隔件之至少一者之上述外周面與上述殼體之上述內周面之間之嵌合公差，於上述吸氣口側與上述排氣口側設定為不同之值。
4. 如請求項3之真空泵，其中於上述嵌合結構中，僅將上述固定葉片或上述固定葉片間隔件中上述吸氣口側之段，於上述目標溫度下嵌緊。
5. 如請求項3之真空泵，其中於上述嵌合結構中，僅上述固定葉片或上述固定葉片間隔件中上述排氣口側之段，於上述目標溫度下嵌緊。
6. 如請求項1至5中任1項之真空泵，其中上述殼體為線膨脹係數較上述固定葉片與上述固定葉片間隔件之至少任一者小之材料。
7. 如請求項1至5中任1項之真空泵，其中以下式設定上述嵌合結構之上述間隙： 0＜間隙＜R×(α1×ΔT1-α2×ΔT2) 此處，R為上述殼體內徑之半徑，α1為上述固定葉片或上述固定葉片間隔件之線膨脹係數，α2為上述殼體之線膨脹係數，ΔT1為上述固定葉片或上述固定葉片間隔件之溫度上升，ΔT2為上述殼體之溫度上升。

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