TWI424121B - 渦輪分子泵浦之葉片結構改良 - Google Patents

Description

渦輪分子泵浦之葉片結構改良

本發明係關於一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良，尤指一種將轉子葉片及靜子葉片之各項參數做最佳化調整之渦輪分子泵浦之葉片結構改良。

近年來由於半導體產業蓬勃發展，因而造成半導體前段製程之相關設備需求量大增，其中高真空系統中的心臟元件-渦輪分子泵浦更成為需求量極大之高真空系統元件。

渦輪分子泵浦(Turbo Molecular Pump)源於1912年，由德國人Gaede所發明的分子拖曳泵浦(Molecular Drag Pump)改良而來。首先請參照如第一圖所示，係一習知之渦輪分子泵浦A之剖面圖示，該渦輪分子泵浦A係包含一轉子A1及一靜子A2，該轉子A1由一轉子軸A10及複數個轉子葉片A11所組成，而該靜子A2由複數個靜子葉片A21所組成，並且轉子葉片A11及靜子葉片A21係一層層的交錯設置。

接著請參閱如第二圖所示，係一渦輪分子泵浦之作用原理示意圖，氣體進入渦輪分子泵浦B1後，如虛線之路徑所示，氣體分子B5經由轉子葉片B2之帶動而進入下一層之靜子葉片B3，而氣體分子B5經由撞擊靜子葉片B3而轉向之後，便可進入下一層之轉子葉片B4。因此，渦輪分子泵浦B1之作用原理係利用高速旋轉之傾斜葉片使系統中原本混亂運動之氣體分子朝出口運動，並利用多級轉子葉片與靜子葉片之交錯排列來提高其壓縮比。由於渦輪分子泵浦具有高真空度、高排氣效率以及無油氣污染等特性，因此得以被廣泛使用於各種研究及應用上。

由於渦輪分子泵浦大量被應用於高精密度之研究或產業中，因此其抽氣效能是非常被重視的。然而，雖然不斷的有研究者對於渦輪分子泵浦進行改良，但是仍然無法達到非常優良的抽氣速度及穩定度。

有鑑於此，必須提供一種改良之渦輪分子泵浦，藉由其結構上之優化設計，以增加其抽氣速度及穩定度。

故，有鑑於前述之問題與缺失，發明人以多年之經驗累積，並發揮想像力與創造力，在不斷試作與修改之後，始有本發明之一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良。

本發明之主要目的係提供一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良，藉由將其轉子葉片及靜子葉片之各項參數進行最佳化之調整，使渦輪分子泵浦之抽氣速度及穩定度皆有顯著之提升。

為達上述目的，本發明係揭露一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良，其至少包含：一轉子，其包含：一轉子中心軸；一第一級轉子葉片組，係設置於該轉子中心軸上，該第一級轉子葉片組之葉片數量為16～17片，設置角度為37度～45度；一第二級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並鄰接於第一級轉子葉片組，該第二級轉子葉片組之葉片數量為32～33片，設置角度為45度～50度；一第三級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並與第一級轉子葉片組分別位於第二級轉子葉片組之不同側，該第三級轉子葉片組之葉片數量為30～31片，設置角度為30度～40度；一第四級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並與第二級轉子葉片組分別位於第三級轉子葉片組之不同側，該第四級轉子葉片組之葉片數量為28～29片，設置角度為25度～30度；及一第五級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並與第三級轉子葉片組分別位於第四級轉子葉片組之不同側，該第五級轉子葉片組之葉片數量為26～27片，設置角度為15度～22度；及一靜子，其包含：一第一級靜子葉片組，係設置於第一級轉子葉片組與第二級轉子葉片組之間，該第一級靜子葉片組之葉片數量為50～52片，設置角度為45度～70度；一第二級靜子葉片組，係設置於第二級轉子葉片組與第三級轉子葉片組之間，該第二級靜子葉片組之葉片數量為50～52片，設置角度為48度～70度；一第三級靜子葉片組，係設置於第三級轉子葉片組與第四級轉子葉片組之間，該第三級靜子葉片組之葉片數量為50～52片，設置角度為40度～70度；一第四級靜子葉片組，係設置於第四級轉子葉片組與第五級轉子葉片組之間，該第四級靜子葉片組之葉片數量為34～36片，設置角度為28度～40度；及一第五級靜子葉片組，係與該第四級靜子葉片組分別設置於第五級轉子葉片組之不同側，該第五級靜子葉片組之葉片數量為34～36片，設置角度為22度～40度。

為達前述之目的與功效，發明人將渦輪分子泵浦之轉子葉片及靜子葉片之各項參數進行最佳化設計，在不斷的修正與調整之下，始得到本發明之一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良。

本發明之一渦輪分子泵浦係包含一轉子及一靜子，該轉子及該靜子之材質主要為純鋁材或是鋁合金材料，這些材質具有材質輕、防腐蝕、易加工、易組裝以及強韌性適中等優點。轉子及靜子雖可使用銅或金等材質，但其價格比鋁昂貴，且材質較軟、重量較重以及強韌性較低。鋼、鐵、鑄鐵金屬以及不鏽鋼材雖然亦可使用，但是其材質脆硬、重量太重、容易受腐蝕、不易加工以及不易組裝。

首先請參照如第三圖所示，係本發明之該渦輪分子泵浦之該轉子之立體外觀示意圖，本發明之轉子100係包含一轉子中心軸101、一第一級轉子葉片組110、一第二級轉子葉片組120、一第三級轉子葉片組130、一第四級轉子葉片組140及一第五級轉子葉片組150。

該第一級轉子葉片組110係設置於該轉子中心軸101上，第一級轉子葉片組110之葉片數量為16～17片，設置角度為37度～45度。

該第二級轉子葉片組120係設置於轉子中心軸101上，並鄰接於第一級轉子葉片組110，第二級轉子葉片組120之葉片數量為32～33片，設置角度為45度～50度。

該第三級轉子葉片組130係設置於轉子中心軸101上，並與第一級轉子葉片組110分別位於第二級轉子葉片組120之不同側，第三級轉子葉片組130之葉片數量為30～31片，設置角度為30度～40度。

該第四級轉子葉片組140係設置於轉子中心軸101上，並與第二級轉子葉片組120分別位於第三級轉子葉片組130之不同側，第四級轉子葉片組140之葉片數量為28～29片，設置角度為25度～30度。

該第五級轉子葉片組150係設置於轉子中心軸101上，並與第三級轉子葉片組130分別位於第四級轉子葉片組140之不同側，第五級轉子葉片組150之葉片數量為26～27片，設置角度為15度～22度。

接著請參照如第四圖所示，係本發明之渦輪分子泵浦之該靜子之立體外觀示意圖，本發明之靜子200係包含一第一級靜子葉片組210、一第二級靜子葉片組220、一第三級靜子葉片組230、一第四級靜子葉片組240及一第五級靜子葉片組250。

該第一級靜子葉片組210係設置於第一級轉子葉片組110與第二級轉子葉片組120之間，第一級靜子葉片組210之葉片數量為50～52片，設置角度為45度～70度。

該第二級靜子葉片組220係設置於第二級轉子葉片組120與第三級轉子葉片組130之間，第二級靜子葉片組220之葉片數量為50～52片，設置角度為48度～70度。

該第三級靜子葉片組230係設置於第三級轉子葉片組130與第四級轉子葉片組140之間，第三級靜子葉片組230之葉片數量為50～52片，設置角度為40度～70度。

該第四級靜子葉片組240係設置於第四級轉子葉片組140與第五級轉子葉片組150之間，第四級靜子葉片組240之葉片數量為34～36片，設置角度為28度～40度。

該第五級靜子葉片組250係與該第四級靜子葉片組240分別設置於第五級轉子葉片組150之不同側，第五級靜子葉片組250之葉片數量為34～36片，設置角度為22度～40度。

另外，第一級靜子葉片組210、第二級靜子葉片組220、第三級靜子葉片組230、第四級靜子葉片組240以及第五級靜子葉片組250更分別含有一靜子覆環211、221、231、241、251，以分別將每一級靜子葉片組之葉片固定住，並可用於將每一級靜子葉片組互相組裝。

在本發明之渦輪分子泵浦中，轉子葉片及靜子葉片皆分成第一級到第五級，其功能主要是提高壓縮比之壓縮性能，以達到超高真空的抽氣率之真空度效果，以增加半導體製程真空鍍膜設備之精確度及潔淨度。

經由上述內容對於本發明進行詳細說明後，可得知本發明具有以下之優點：

(1)　本發明藉由將其轉子葉片及靜子葉片之各項參數進行最佳化之調整，使渦輪分子泵浦之抽氣速度及穩定度皆有顯著之提升。

(2)　本發明所設計之每一級轉子葉片組之葉片數量皆少於習知之渦輪分子泵浦之葉片數量，因此使得渦輪分子泵浦之加工及製造上更加容易，可減少製造成本。

以上所述之實施例僅係說明本發明之技術思想與特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，若依本發明所揭露之精神作均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

發明人經過不斷的構想與修改，最終得到本發明之設計，並且擁有上述之諸多優點，實為優良之發明，應符合申請發明專利之要件，特提出申請，盼　貴審查委員能早日賜與發明專利，以保障發明人之權益。

A、B1．．．渦輪分子泵浦

A1、100．．．轉子

A10．．．轉子軸

A11、B2、B4．．．轉子葉片

A2、200．．．靜子

A21、B3．．．靜子葉片

B5．．．氣體分子

101．．．轉子中心軸

110．．．第一級轉子葉片組

120．．．第二級轉子葉片組

130．．．第三級轉子葉片組

140．．．第四級轉子葉片組

150．．．第五級轉子葉片組

210．．．第一級靜子葉片組

211、221、231、241、251．．．靜子覆環

220．．．第二級靜子葉片組

230．．．第三級靜子葉片組

240．．．第四級靜子葉片組

250．．．第五級靜子葉片組

第一圖　係一習知之渦輪分子泵浦之剖面圖示；

第二圖　係一渦輪分子泵浦之作用原理示意圖；

第三圖　係本發明之一渦輪分子泵浦之一轉子之立體外觀示意圖；及

第四圖　係本發明之該渦輪分子泵浦之一靜子之立體外觀示意圖。

100．．．轉子

101．．．轉子中心軸

110．．．第一級轉子葉片組

120．．．第二級轉子葉片組

130．．．第三級轉子葉片組

140．．．第四級轉子葉片組

150．．．第五級轉子葉片組

Claims (4)

1. 一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良，其至少包含：一轉子，其包含：一轉子中心軸；一第一級轉子葉片組，係設置於該轉子中心軸上，該第一級轉子葉片組之葉片數量為16~17片，設置角度為37度～45度；一第二級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並鄰接於第一級轉子葉片組，該第二級轉子葉片組之葉片數量為32～33片，設置角度為45度～50度；一第三級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並與第一級轉子葉片組分別位於第二級轉子葉片組之不同側，該第三級轉子葉片組之葉片數量為30～31片，設置角度為30度～40度；一第四級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並與第二級轉子葉片組分別位於第三級轉子葉片組之不同側，該第四級轉子葉片組之葉片數量為28～29片，設置角度為25度～30度；及一第五級轉子葉片組，係設置於轉子中心軸上，並與第三級轉子葉片組分別位於第四級轉子葉片組之不同側，該第五級轉子葉片組之葉片數量為26～27片，設置角度為15度～22度；及一靜子，其包含：一第一級靜子葉片組，係設置於第一級轉子葉片組與第二級轉子葉片組之間，該第一級靜子葉片組之葉片數量為50～52片，設置角度為45度～70度；一第二級靜子葉片組，係設置於第二級轉子葉片組與第三級轉子葉片組之間，該第二級靜子葉片組之葉片數量為50～52片，設置角度為48度～70度；一第三級靜子葉片組，係設置於第三級轉子葉片組與第四級轉子葉片組之間，該第三級靜子葉片組之葉片數量為50～52片，設置角度為40度～70度；一第四級靜子葉片組，係設置於第四級轉子葉片組與第五級轉子葉片組之間，該第四級靜子葉片組之葉片數量為34～36片，設置角度為28度～40度；及一第五級靜子葉片組，係與該第四級靜子葉片組分別設置於第五級轉子葉片組之不同側，該第五級靜子葉片組之葉片數量為34～36片，設置角度為22度～40度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良，其中，該轉子之材質可由以下組合中一使用：純鋁材、鋁合金材料、銅、金、鋼、鐵、鑄鐵金屬及不銹鋼材。
3. 如申請專利範圍第1項所述之一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良，其中，該靜子之材質可由以下組合中一使用：純鋁材、鋁合金材料、銅、金、鋼、鐵、鑄鐵金屬及不銹鋼材。
4. 如申請專利範圍第1項所述之一種渦輪分子泵浦之葉片結構改良，其中，該第一級靜子葉片組、該第二級靜子葉片組、該第三級靜子葉片組、該第四級靜子葉片組以及該第五級靜子葉片組更分別含有一靜子覆環，以分別將每一級靜子葉片組之葉片固定住，並可用於將每一級靜子葉片組互相組裝。