TWI780905B

TWI780905B - 真空泵

Info

Publication number: TWI780905B
Application number: TW110133918A
Authority: TW
Inventors: 木村裕章
Original assignee: 日商島津製作所股份有限公司
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-09-11
Publication date: 2022-10-11
Also published as: JP7459811B2; JP2022113557A; TW202229728A; CN114790994B; US20220235797A1; CN114790994A; US11629730B2

Abstract

本發明提供一種真空泵，可降低由加熱部加熱的定子的圓筒部中溫度的偏差。真空泵包括：轉子圓筒部；作為多個絕熱銷的臺階銷；以及定子，具有定子圓筒部及凸緣部，所述定子圓筒部隔著規定間隔配置於轉子圓筒部的外周側，所述凸緣部經由多個所述絕熱銷固定於基座，絕熱銷與定子及基座相比熱傳導率小，且支撐凸緣部。

Description

真空泵

本發明涉及一種真空泵。

渦輪分子泵被用作各種半導體製造裝置的排氣泵，但若在蝕刻工藝等中進行排氣，則反應生成物會堆積於泵內部。在渦輪分子泵中，轉子在與定子之間具有間隔地高速旋轉，但蝕刻時的反應生成物在泵內部堆積，最終填埋轉子與定子間的間隙而固接，因此有時無法旋轉運轉。為了抑制此種泵內部的生成物堆積，例如在專利文獻1所記載的真空泵中，參照專利文獻1的圖1～圖3，設為利用圓筒狀的絕熱構件24支撐定子22，且利用加熱器280直接加熱定子22。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2015-229935號公報

[發明所要解決的問題]

然而，由於經由絕熱構件24的自定子22向基座30的熱移動的影響，加熱器280所接觸的區域的溫度與自所述區域在圓周方向上遠離的區域的溫度之間溫度差容易變大，存在溫度低的遠離區域中生成物堆積容易變得顯著的問題。 [解決問題的技術手段]

基於本發明的形態的真空泵包括：轉子，為圓筒狀；多個絕熱銷；以及定子，具有圓筒部及固定部，所述圓筒部隔著規定間隔配置於所述轉子的外周側，所述固定部經由多個所述絕熱銷固定於泵基座，所述絕熱銷與所述定子及所述泵基座相比熱傳導率小，且支撐所述固定部。 [發明的效果]

根據本發明，可降低由加熱部加熱的定子的圓筒部中溫度的偏差。

以下，參照圖式對本發明的具體實施方式進行說明。圖1是表示本發明的真空泵的一實施方式的圖，且表示渦輪分子泵的剖面。渦輪分子泵1包括形成有多級的旋轉葉片12及轉子圓筒部13的轉子10。在泵殼體23的內側，配置成與多級的旋轉葉片12對應地層疊多級的固定葉片21。沿泵軸向層疊的多級的固定葉片21分別隔著間隔件24配置於基座30上。旋轉葉片12及固定葉片21各自包括沿周向配置的多個渦輪葉片。

以包圍轉子10的轉子圓筒部13的方式設置有圓筒狀的定子22。定子22中形成有定子圓筒部22b及凸緣部22a，所述定子圓筒部22b隔著規定間隔配置於轉子圓筒部13的外周側，所述凸緣部22a用於將定子22固定于作為泵框體的基座30。在轉子圓筒部13的外周面或定子22的內周面的任一面上形成有螺紋槽，由轉子圓筒部13與定子22構成了螺紋槽泵。定子圓筒部22b配置於基座30內，凸緣部22a利用螺栓41而被固定於基座30的上端。定子圓筒部22b由加熱部28加熱。

在轉子10固定有轉子轉軸11，所述轉子轉軸11由徑向磁軸承MB1、徑向磁軸承MB2及軸向磁軸承MB3磁懸浮支撐，並由馬達M旋轉驅動。在磁軸承MB1～磁軸承MB3不進行動作時，轉子轉軸11由機械軸承35a、機械軸承35b支撐。

圖2是將設置於基座30的定子22及加熱部28的半剖面放大表示的圖。另外，圖3是自基座底面側觀察定子22及加熱部28而得的圖。如圖2所示，對定子22進行加熱的加熱部28設置成自外周側向內周側貫通基座30。插入至基座30的內部空間的加熱部28的前端與定子22中所設置的定子圓筒部22b下部的外周面220的規定區域熱接觸。加熱部28的後端露出至基座30的外部，加熱部28與基座30之間的間隙由O形環29密封。雖然省略了圖示，但在加熱部28中設置有加熱器與溫度感測器，加熱部28以規定的溫度對定子22進行加熱。在實施方式中，加熱部28在周向上以180°相位設置有兩個，但也可設置三個以上。

此外，在實施方式中，加熱部28的前端接觸部的剖面形狀為圓形，但並不限定於圓形。加熱部28的前端接觸部理想的是加工成與定子外周面的形狀相符的形狀，以便與定子22無間隙地接觸。也可使加熱部28的前端接觸部隔著另一構件（例如，容易仿照接觸面的凹凸而變形的熱傳導率高的構件）與定子22熱接觸。另外，也可設為將加熱部28整體配置於泵內的結構。

在基座30的供定子22固定的上端側的面（以下，方便起見而稱為定子固定面），形成有供配置O形環42的O形環槽31。通過在基座30與定子22的間隙設置O形環42，能夠可靠地防止氣體如虛線箭頭G所示的那樣經由間隙自定子22的下游側向上游側逆流。當然，在逆流的影響可容許的情況下，也可省略O形環42。在較O形環槽31靠外周側的定子固定面形成有多個銷孔32，在各銷孔32中插入有臺階銷40。銷孔32由孔內側的小徑孔部321與孔入口側的大徑孔部322構成。

臺階銷40的大徑部401與銷孔32的小徑孔部321卡合，在大徑部401與大徑孔部322之間形成有間隙。定子22由臺階銷40的臺階部403支撐，由此進行泵軸向上的定位。臺階銷40的小徑部402與形成於定子22的凸緣部22a中的銷孔221卡合，進行定子22的關於徑向及周向相位的定位。此外，在圖2中，銷孔221貫通了凸緣部22a，但也可不貫通。另外，臺階銷40可固定於基座側，也可固定於凸緣部側。

如圖3所示，在凸緣部22a以90°相位形成有四個供固定用的螺栓41（參照圖1）插通的螺栓孔222。臺階銷40在相對于螺栓孔222偏移45°相位的位置上，以90°相位配置四個。加熱部28在周向上以180°相位設置有兩個。因此，考慮到熱自加熱部28流入定子22、且熱自定子22與基座30熱接觸的部分逸散，則會產生在加熱部28所接觸的由符號R1表示的接觸區域中溫度高、在自接觸區域R1遠離的區域R2中溫度低的溫度分佈。

臺階銷40是相對於基座30絕熱地定位定子22的構件，且由熱傳導率較定子22及基座30小的材料形成。一般來說，定子22及基座30由鋁材形成，因此臺階銷40使用熱傳導率較它們小的不銹鋼材料或陶瓷材料等。臺階銷40利用臺階部403對定子22的凸緣部22a進行了支撐。大徑部401的長度尺寸L1設定得較銷孔32的深度尺寸h1大，因此在基座30與凸緣部22a之間形成有間隙。另外，在定子22的外周面與基座30的內周面之間也形成有間隙。即，定子22不與基座30接觸。

圖4是表示比較例1的圖，且示出與專利文獻1所記載的以往的定子固定結構相同的結構。在比較例1中，定子122由圓筒狀的絕熱構件150支撐。絕熱構件150在接觸部R11與定子122接觸，且在接觸部R12、接觸部R13與基座130接觸。在如圖4所示的定子支撐結構的情況下，接觸部R11、接觸部R12、接觸部R13遍及絕熱構件150的360°整周，因此與如圖2、圖3所示的由臺階銷40局部地支撐的情況相比，自被加熱的定子122向基座130的熱移動容易變多。熱移動因溫度差而產生，因此在如圖3所示利用以180°相位配置的加熱部28對定子122進行加熱的情況下，定子122的周向溫度分佈的偏差容易變大。

另一方面，在本實施方式中，利用多個絕熱性的臺階銷40對定子22的凸緣部22a進行了局部支撐，因此可充分減小自被加熱部28加熱的定子22向基座30的熱移動。其結果，與以往相比，可降低圖3的接觸區域R1與區域R2的溫度差。

進而，如圖2所示，在銷孔32中形成有小徑孔部321與大徑孔部322，在大徑孔部322與臺階銷40的大徑部401之間形成有間隙。在圖2中，h1是銷孔32整體的深度尺寸，h2是大徑孔部322的深度尺寸。另外，L1是臺階銷40的大徑部401的長度尺寸。凸緣部22a與基座30之間的間隙尺寸為（L1-h1）。另外，自與凸緣部22a接觸的臺階部403至大徑部401與小徑孔部321之間的接觸部的距離、即絕熱路徑的長度尺寸為（L1-（h1-h2）），較間隙尺寸（L1-h1）長h2。因此，即便在將凸緣部22a與基座30之間的間隙（L1-h1）設定為小的值的情況下，也可通過將尺寸h2設定得大來獲得充分的絕熱效果。當然，即便在h2=0的情況下，由於利用熱傳導率較基座30及定子22小的材料構成了臺階銷40，因此通過其絕熱效果，也可獲得定子圓周方向的溫度偏差的降低效果。

圖5示出了通過使用臺階銷40而產生的效果的一例。此為同一加熱條件下的模擬結果，表示如比較例1那樣由絕熱構件150支撐的以往的結構A、以及如本實施方式那樣使用臺階銷40以90°相位支撐四處的結構B中的區域R1、區域R2的溫度。在以往的結構A中，接觸區域R1與區域R2的溫度差為16℃，但在結構B的情況下降低為5℃。通過像這樣降低溫度差，定子圓筒部22b的生成物堆積量由於基於周向位置的偏差得到抑制而均勻化，因此可進一步推遲用於堆積物去除的維護時機。

圖6是表示比較例2的圖，在與凸緣部22a相向的基座面上形成有多個高度h10的凸部34。多個凸部34的配置與圖3的臺階銷40為同樣的配置。在比較例2的情況下，也是在多處局部地支撐定子22的結構，但在以下方面與圖2的結構不同：凸部34的熱傳導率與基座30相同；凸部34的高度尺寸h10即絕熱路徑的長度與圖2的結構的（L1-（h1-h2））相比非常小。因此，無法獲得充分的絕熱效果，定子22的圓周方向的溫度偏差容易變大。

（變形例1）圖7是表示本實施方式的變形例1的圖。在變形例1中，將O形環42如軸密封件那樣配置於定子22的外周面與基座30的內周面之間。以所述方式配置O形環42時，也可防止如虛線箭頭G所示的氣體的逆流。在圖7中，將O形環槽31設置於基座30，但也可設置於定子22。同樣地，在圖2所示的結構中，也可將O形環槽31設置於凸緣部22a之側。

（變形例2）圖8是表示本實施方式的變形例2的圖。在變形例2中，設為使用平行銷44來代替臺階銷40的結構。與臺階銷40同樣地，平行銷44由熱傳導率較定子22及基座30小的材料形成。供平行銷44插入的銷孔32的結構與圖2所示的銷孔32為同樣的結構。即，銷孔32具有與平行銷44卡合的小徑孔部321以及在與平行銷44之間形成間隙的大徑孔部322。在此結構的情況下，定子22的凸緣部22a由多個平行銷44支撐，由此進行定子22的泵軸向上的定位。

此外，在變形例2中，定子22的關於徑向及周向相位的定位例如如圖9所示的那樣進行。圖9所示的剖面圖是相對於圖3的螺栓孔222偏移22.5°的位置處的縱剖面圖（與圖2的情況相同的剖面圖）。平行銷44配置于相對于螺栓孔222偏移45°相位的位置。如圖9所示，在定子22的凸緣部22a中形成有定位用的貫通孔225。在基座30中，在與貫通孔225相向的位置形成有定位用的孔305。貫通孔225及孔305也分別形成于相對於它們偏移180°相位的位置。

當利用圖1所示的螺栓41將定子22固定於基座30時，將定位銷60插通至貫通孔225及孔305，來進行定子22的關於徑向及周向相位的定位。在定位狀態下，利用螺栓41將定子22固定於基座30，然後自貫通孔225及孔305中拔出定位銷60。按照如上所述的順序將定子22定位及固定於基座30。

本領域技術人員可理解上述例示性實施方式及變形例是以下形態的具體例。

此外，在上述實施方式及變形例中，設為利用加熱部28對定子22進行加熱的結構，但即便為不設置加熱部28的結構，定子22的溫度也會因伴隨氣體排氣的發熱而成為高於基座30的溫度。因此，通過設為如上述實施方式那樣利用絕熱銷支撐定子22的結構，可提高定子22的溫度分佈的均勻性。

[1]一形態的真空泵包括：轉子，為圓筒狀；多個絕熱銷；以及定子，具有圓筒部及固定部，所述圓筒部隔著規定間隔配置於所述轉子的外周側，所述固定部經由多個所述絕熱銷固定於泵基座，所述絕熱銷與所述定子及所述泵基座相比熱傳導率小，且支撐所述固定部。例如，即便在定子22的溫度因伴隨氣體排氣的發熱而成為高於基座30的溫度的情況下，通過利用作為絕熱銷的臺階銷40支撐定子22的凸緣部22a，也可充分減小自定子22向基座30的熱移動，因此可提高定子22的周向的溫度分佈均勻性。

[2]根據所述[1]所述的真空泵，其中，還包括加熱部，所述加熱部對所述定子的所述圓筒部的規定區域進行加熱。例如，如圖2所示，通過利用作為絕熱銷的臺階銷40支撐定子22的凸緣部22a，可充分減小自被加熱部28加熱的定子22向基座30的熱移動。其結果，與以往相比可降低圖3的接觸區域R1與區域R2的溫度差。在變形例1及變形例2中也可獲得同樣的作用效果。

[3]根據所述[2]所述的真空泵，其中，所述絕熱銷還進行所述定子的泵軸向上的定位。

[4]根據所述[1]至[3]中任一項所述的真空泵，其中，所述絕熱銷是設置有大徑部及小徑部的臺階銷，所述大徑部與形成於所述泵基座的銷孔卡合，所述小徑部與形成於所述定子的所述固定部的銷孔卡合，所述定子中，所述固定部由形成於所述臺階銷的所述小徑部與所述大徑部的邊界的臺階部支撐，且通過所述臺階銷進行泵軸向、定子徑向及定子周向上的定位。例如，通過使用圖2所示的臺階銷40，通過由臺階部403支撐來進行定子22的泵軸向上的定位，且通過小徑部402與銷孔221卡合來進行定子22的關於徑向及周向相位的定位。

[5]根據所述[1]至[4]中任一項所述的真空泵，其中，形成於所述泵基座且與所述絕熱銷卡合的銷孔包括：小徑孔部，與所述絕熱銷卡合且在孔內側；以及大徑孔部，與所述絕熱銷之間形成有間隙且在孔入口側。例如，如圖2所示，臺階銷40的大徑部401僅與形成于銷孔32的孔內側的小徑孔部321卡合，而在大徑孔部322中形成有間隙。因此，可使與臺階銷40相關的絕熱路徑的長度h2大於凸緣部22a與基座30之間的間隙尺寸（L1-h1），從而可進一步提高臺階銷40所帶來的絕熱效果。

[6]根據所述[1]至[5]中任一項所述的真空泵，其中，還包括密封構件，所述密封構件配置於所述泵基座與所述定子之間的間隙，防止氣體經由所述間隙自所述定子的下游側向上游側逆流。例如，如圖2所示，即便因利用臺階銷40支撐定子22而在基座30與定子22之間產生間隙，通過設置O形環42作為密封構件，也可防止氣體自定子22的下游側向上游側的逆流G，可防止使泵性能劣化這一影響。此外，在所述實施方式中，使用了O形環42作為密封構件，但也可使用由熱傳導率較定子22及基座30小的材料（例如，樹脂或橡膠等）形成的板狀的襯墊等。例如，通過使用如圖10所示形狀的襯墊420，可防止氣體的逆流。

此外，如圖1所示，由臺階銷40支撐的定子22利用金屬制的螺栓41而被固定於基座30。因此，為了降低經由螺栓41的熱移動的影響，也可由熱傳導率較鋁材小的不銹鋼等形成螺栓41，或者在螺栓41與凸緣部22a之間裝設不銹鋼材料或陶瓷等的墊片。

在以上對各種實施方式及變形例進行了說明，但本發明並不限定於這些內容。在本發明的技術思想範圍內可考慮到的其他形態也包含在本發明的範圍內。例如，在上述實施方式中，以渦輪分子泵為例進行了說明，但本發明也可適用於僅具有包括定子及轉子圓筒部的螺紋槽泵的真空泵。

1：渦輪分子泵 10：轉子 11：轉子轉軸 12：旋轉葉片 13：轉子圓筒部 21：固定葉片 22、122：定子 22a：凸緣部 22b：定子圓筒部 23：泵殼體 24：間隔件 28：加熱部 29、42：O形環 30、130：基座 31：O形環槽 32、221：銷孔 34：凸部 35a、35b：機械軸承 40：臺階銷 41：螺栓 44：平行銷 60：定位銷 150：絕熱構件 220：外周面 222：螺栓孔 225：貫通孔 305：孔 321：小徑孔部 322：大徑孔部 401：大徑部 402：小徑部 403：臺階部 420：襯墊 G：虛線箭頭/逆流 h1：深度尺寸 h2：尺寸/長度 h10：高度/高度尺寸 L1：長度尺寸 M：馬達 MB1、MB2：徑向磁軸承/磁軸承 MB3：軸向磁軸承/磁軸承 R1：區域/接觸區域 R2：區域 R11、R12、R13：接觸部

圖1是表示本發明的真空泵的一實施方式的圖，且表示渦輪分子泵的剖面。圖2是將設置於基座的定子及加熱部的半剖面放大表示的圖。圖3是自基座底面側觀察定子及加熱部而得的圖。圖4是表示比較例1的圖。圖5是說明臺階銷的效果的圖。圖6是表示比較例2的圖。圖7是表示變形例1的圖。圖8是表示變形例2的圖。圖9是說明變形例2中的定位順序的圖。圖10是表示使用板狀的襯墊作為密封構件時的圖。

22：定子 22a：凸緣部 22b：定子圓筒部 28：加熱部 29、42：O形環 30：基座 31：O形環槽 32、221：銷孔 40：臺階銷 220：外周面 321：小徑孔部 322：大徑孔部 401：大徑部 402：小徑部 403：臺階部 G：虛線箭頭/逆流 h1：深度尺寸 h2：尺寸/長度 L1：長度尺寸

Claims

一種真空泵，包括：轉子，為圓筒狀；多個絕熱銷；以及定子，具有圓筒部及凸緣部，所述圓筒部隔著規定間隔配置於所述轉子的外周側，所述凸緣部經由多個所述絕熱銷固定於泵基座，所述絕熱銷與所述定子及所述泵基座相比熱傳導率小，且支撐所述凸緣部。
如請求項1所述的真空泵，其中，還包括加熱部，所述加熱部對所述定子的所述圓筒部的規定區域進行加熱。
如請求項1所述的真空泵，其中，所述絕熱銷還進行所述定子的泵軸向上的定位。
如請求項1至3中任一項所述的真空泵，其中，所述絕熱銷是設置有大徑部及小徑部的臺階銷，所述大徑部與形成於所述泵基座的銷孔卡合，所述小徑部與形成於所述定子的所述凸緣部的銷孔卡合，所述定子中，所述凸緣部由形成於所述臺階銷的所述小徑部與所述大徑部的邊界的臺階部支撐，且通過所述臺階銷進行泵軸向、定子徑向及定子周向上的定位。
如請求項1至3中任一項所述的真空泵，其中，形成於所述泵基座且與所述絕熱銷卡合的銷孔包括：小徑孔部，與所述絕熱銷卡合且在孔內側；以及大徑孔部，與所述絕熱銷之間形成有間隙且在孔入口側。
如請求項1至3中任一項所述的真空泵，其中，還包括密封構件，所述密封構件配置於所述泵基座與所述定子之間的間隙，防止氣體經由所述間隙自所述定子的下游側向上游側逆流。