TWI826620B - 真空泵裝置 - Google Patents

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TWI826620B TW108146974A TW108146974A TWI826620B TW I826620 B TWI826620 B TW I826620B TW 108146974 A TW108146974 A TW 108146974A TW 108146974 A TW108146974 A TW 108146974A TW I826620 B TWI826620 B TW I826620B
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長山真己
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日商荏原製作所股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種真空泵裝置，能夠減小真空泵的設置空間並且能夠可靠地重啟。真空泵裝置(1)具備：彼此相對向配置並且是羅茨轉子或者爪式轉子的一對泵轉子；固定有一對泵轉子並且沿鉛垂方向延伸的一對軸(8)；使一對泵轉子旋轉的電動機(10)；固定於一對軸(8)並且彼此嚙合的一對定時齒輪(25)；配置於一對泵轉子的上方的固定側軸承；以及和前述固定側軸承一起支承軸(8)的自由側軸承。

Description

真空泵裝置
本發明涉及一種真空泵裝置。
已知一種用於半導體製造和/或有機EL、液晶等平板製造的真空泵(例如，生產廢氣的排氣用的真空泵、高排氣速度真空泵等)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本實開平6-53793號公報
近年，在半導體製造和/或平板製造中，伴隨半導體的高性能化和/或面板的大型化，導入處理室內的生產廢氣的流量增加，但是在這樣的現狀下，也需要將處理室內的壓力保持為某種恆定的壓力。
鑒於上述的必要性，作為排出生產廢氣的真空泵，需要排氣速度較高的真空泵，真空泵的尺寸也大型化。然而，由於真空泵的大型化，半導體製造工廠和/或平板製造工廠中的真空泵裝置的設置空間增加，從而設置空間的確保成為問題。
為了減小設置空間，考慮採用豎直配置的真空泵裝置。然而，如專利文獻1所述，當將固定側軸承相對於泵轉子配置於下側時，由於排出的氣體的冷凝而生成的固體物附著/堆積於泵轉子和泵殼體的間隙，進而，在泵停止時，真空泵裝置溫度下降，從而泵轉子對上述固體物進行過度壓縮，其結果是，阻礙了泵轉子的旋轉，真空泵裝置有可能無法重新啟動。
因此，本發明提供一種能夠減小真空泵的設置空間並且能夠可靠地重啟的真空泵裝置。
在一方式中，提供一种真空泵裝置，具備：一對泵轉子，該一對泵轉子彼此相對向配置，並且是羅茨(Roots)轉子或者爪式(Claw)轉子；一對軸，該一對軸固定有前述一對泵轉子，並且沿鉛垂方向延伸；電動機，該電動機使前述一對泵轉子旋轉；一對定時齒輪，該一對前述定時齒輪固定於前述一對軸，並且彼此嚙合；固定側軸承，該固定側軸承配置於前述一對泵轉子的上方；以及自由側軸承，該自由側軸承和前述固定側軸承一起支持前述軸。
在一方式中，前述電動機配置於前述一對泵轉子的上方。
在一方式中，前述真空泵裝置具備與前述電動機電連接的運轉控制裝置，前述運轉控制裝置在使前述真空泵裝置的運轉完全停止之前，藉由反復進行前述電動機的啟動和停止來執行前述泵轉子的旋轉和停止動作。
在一方式中，前述運轉控制裝置以規定的時間間隔反復進行前述電動機的啟動和停止。
一方式中，具備：泵殼體，該泵殼體收容有前述一對泵轉子；以及溫度感測器，該溫度感測器安裝於前述泵殼體的外表面，前述運轉控制裝置基於由前述溫度感測器測定出的前述泵殼體的溫度變化，反復進行前述電動機的啟動和停止。
在使豎直配置的真空泵裝置的運轉停止的情況下，軸由於其溫度下降而以配置於泵轉子的上方的固定側軸承為基準向上收縮。因此，泵轉子的下表面與泵殼體之間的橫向間隙變大，泵轉子不會壓潰固體物。其結果是，不會阻礙真空泵裝置的重啟。
1:真空泵裝置
2:進氣口
4:排氣口
5:泵殼體
6、6a、6b、6c、6d:泵轉子
8:軸
10:電動機
12:運轉控制裝置
13:軸承(自由側軸承)
15:軸承裝置
20、21:軸承(固定側軸承)
25:定時齒輪
26:齒輪罩
30:電動機轉子
31:電動機定子
32:電動機框架
35:氣體流路
40:軸承外殼
41:墊片
42:固定件
43:密封部件
45:旋轉圓筒
45a:外周面
45b:上端
45c:下端
46:軸承殼體
50:側罩
50a、65a:貫通孔
51:殼體部件
51a:上端壁
52:軸承支承部件
52a:流通孔
55:活塞環
56:內周壁
57:外周壁
58:底壁
59:連通孔
60:彎曲部
61:錐形部
64:外殼主體
65:托盤
66:內側環狀突起
67:外側環狀突起
68:連接部位
70:斜坡
70a:上端部
70b:下端部
70c:提升面
71:內側圓筒部
72:外側圓筒部
73:環形圈部
74:壓力調節孔
75:內側向下肋、向下肋
75a、76a、77a:下端
76:中間側向下肋、向下肋
77:外側向下肋、向下肋
80:內側向上肋、向上肋
80a、81a:通過部
81:外側向上肋、向上肋
85、86:接觸密封件
90:水冷套
100:軸承支承部件
B1:自由側軸承
B2:固定側軸承
第1圖是示出了真空泵裝置的一實施方式的剖視圖。
第2圖是示出了軸承裝置的一實施方式的剖視圖。
第3圖是示出了在軸承裝置的內部循環的潤滑油的圖。
第4圖是示出了旋轉圓筒的立體圖。
第5圖是旋轉圓筒的放大圖。
第6圖是托盤的放大圖。
第7(a)圖和第7(b)圖是示出了接觸密封件的圖。
第8圖是示出了真空泵裝置的其他實施方式的圖。
第9(a)圖和第9(b)圖是用於對豎直配置的真空泵裝置可能產生的問題進行說明的圖。
第10(a)圖和第10(b)圖是用於對第8圖所示的實施方式中的真空泵裝置的效果進行說明的圖。
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。另外，在以下進行說明的附圖中，對於相同或者相當的構成要素，標註相同的符號而省略重複的說明。
第1圖是表示真空泵裝置1的一實施方式的剖視圖。如第1圖所示，真空泵裝置1是以豎立姿勢配置的立式真空泵裝置。在第1圖所示的實施方式中，真空泵裝置1放置在地板FL上。真空泵裝置1是以高速進行旋轉的泵裝置。真空泵裝置1豎直配置以減小其設置空間。
真空泵裝置1具備：彼此相對向配置的一對泵轉子(在本實施方式中為羅茨轉子)6a、6b、6c、6d；固定有上述泵轉子6a至6d的一對軸(驅動軸)8；收容有泵轉子6a至6d的泵殼體5；以及經由軸8使泵轉子6a至6d旋轉的電動機10。
在第1圖所示的實施方式中，泵轉子6a至6d的構造不限定於羅茨轉子。泵轉子6a至6d也可以是爪式轉子或螺杆(Screw)轉子。
真空泵裝置1具備用於吸入氣體的進氣口2和用於排出氣體的排氣口4。通過真空泵裝置1的運轉，氣體通過進氣口2被吸入真空泵裝置1的內部，並從排氣口4排出(參照第1圖的箭頭)。進氣口2和排氣口4設於泵殼體5。
泵殼體5具有形成於其內部的氣體流路35。被泵轉子6a至6d壓縮了的氣體通過氣體流路35從排氣口4排出。
在第1圖中，僅描繪了一對泵轉子6a至6d中的一方，省略了相反側的泵轉子的圖示。僅描繪了一對軸8中的一方，省略了相反側的軸的圖示。在第1圖中，泵轉子的級數為四級，但是泵轉子的級數不限定於本實施方式。泵轉子的級數可以根據所需的真空度、排氣流量等適當選定。在一實施方式中，也可以設置單級泵轉子。
真空泵裝置1具備控制真空泵裝置1的運轉的運轉控制裝置12。運轉控制裝置12和電動機10電連接。運轉控制裝置12構成為藉由電動機10的驅動和停止來控制泵轉子6a至6d的旋轉和停止動作。
軸8在鉛垂方向上延伸，並且由軸承13和軸承裝置15(更具體地，設於軸承裝置15的軸承20、21)支承為旋轉自如。軸承13配置於軸8的一端部分(即，下端部分)，軸承裝置15(更具體地，軸承20、21)配置於軸8的另一端部分(即，上端部分)。
在軸8的一端部分設有彼此嚙合的定時齒輪25，上述定時齒輪25和軸承13一起收容於齒輪罩26內。另外，在第1圖中，僅描繪了一對定時齒輪25中的一方。在第1圖所示的實施方式中，定時齒輪25配置於泵轉子6a至6d的下方。在一實施方式中，也可以配置於泵轉子6a至6d的上方。
電動機10具備：電動機轉子30，該電動機轉子30固定於兩個軸8中的至少一方；電動機定子31，該電動機定子31具有捲繞了線圈的定子鐵芯；以及電動機框架32，該電動機框架32收容上述電動機轉子30和電動機定子31。電動機定子31配置為包圍電動機轉子30，並且固定於電動機框架32的內周面。
當電動機10驅動時，一對泵轉子6a至6d經由定時齒輪25彼此沿相反方向旋轉，氣體通過進氣口2被吸入到泵殼體5的內部。吸入的氣體通過泵轉子6a至6d向下游側輸送，並從排氣口4排出。
真空泵裝置1是以高速進行旋轉的泵裝置，豎直配置。因此，設於真空泵裝置1的軸承裝置也需要豎直配置。然而，當保持原樣地採用能夠使具有一般構造的軸承裝置高速運轉的真空泵裝置1時，存在用於潤滑和冷卻各軸承20、21的潤滑油不能充分地供給到軸承20、21的風險。在這種情況下，不能充分發揮各軸承20、21的功能。因此，在本實施方式中，真空泵裝置1具備軸承裝置15，該軸承裝置15具有能夠充分發揮軸承20、21的功能的構造。以下，參照附圖對軸承裝置15的構造進行說明。
第2圖是表示軸承裝置15的一實施方式的剖視圖。軸承裝置15是潤滑油在軸承裝置15的內部循環的油循環式軸承裝置。第3圖是示出了在軸承裝置15的內部循環的潤滑油的圖。在第3圖中，為了使附圖容易看清，省略了符號。在第3圖中，用箭頭表示潤滑油的流動。
如第2圖所示，軸承裝置15具備：對在鉛垂方向上延伸的軸8進行支承的軸承20、21；收容軸承20、21的軸承外殼40；能固定於軸8的旋轉圓筒45；以及收容軸承20、21、軸承外殼40以及旋轉圓筒45的軸承殼體46。
軸承20、21在鉛垂方向上串聯配置。軸承20、21是承受軸8的軸向載荷和徑向載荷的軸承。軸承外殼40收容軸承20、21，並且與軸8和軸承20、21同心狀地配置。在本實施方式中，雖然設有兩個軸承20、21，但是軸承的數量不限定於本實施方式。在一實施方式中，也可以設有單個軸承。此外，在一實施方式中，也可以設有僅承受徑向載荷的自由側軸承。
在軸承20的上方配置有：安裝於軸8的墊片41；以及經由墊片41固定於軸8的固定件(例如，軸螺母)42。上述墊片41和固定件42承受作用於軸承20、21的軸向載荷(軸8的軸線方向CL上的載荷)。更具體地，墊片41與軸承20的內圈緊密接觸，固定件42經由墊片41對軸承20在軸線方向CL上的移動進行限制。
旋轉圓筒45配置於軸承21(換言之，軸承外殼40)的下方。旋轉圓筒45與軸承21的內圈緊密接觸，並且對軸承21在軸線方向CL上的移動進行限制。
在固定件42的上方配置有固定於軸8的密封部件43。密封部件43是防止配置於軸承殼體46內的潤滑油向外部洩漏的部件。潤滑油是用於潤滑和冷卻軸承20、21的液體。
軸承殼體46具備：連接到泵殼體5並且儲存潤滑油的側罩50、配置於側罩50的上方並構成軸承裝置15的上端部的殼體部件51、以及配置於側罩50與殼體部件51之間的軸承支承部件52。軸承支承部件52夾在側罩50與殼體部件51之間。
側罩50在其中央具有供軸8貫通的貫通孔50a，在軸8的外周面與貫通孔50a之間配置有兩個活塞環55。活塞環55分別安裝於軸8，並且在鉛垂方向上串聯配置，以防止潤滑油向外部洩漏。
側罩50具備：與軸8相鄰配置的環狀的內周壁56、配置於內周壁56的徑向外側的環狀的外周壁57、以及配置於內周壁56與外周壁57之間的底壁58。潤滑油由內周壁56、外周壁57和底壁58保持。
水冷套90安裝於軸承殼體46的外周面，更具體地，安裝於側罩50的外周壁57(參照第1圖和第2圖)。水冷套90具有供冷卻水循環的構造，通過側罩50對由側罩50保持的潤滑油進行冷卻。
底壁58具有連通孔59，該連通孔59連通到上側的活塞環55與下側的活塞環55之間的空間。連通孔59是用於向上側的活塞環55與下側的活塞環55之間的空間供給軸密封用氣體(例如，N2氣體等不活性氣體)的孔。
內周壁56連接到貫通孔50a，內周壁56的上端配置於比由側罩50保持的潤滑油的液面高的位置。藉由上述配置，抑制了潤滑油因從內周壁56溢出而向外部洩漏。
當軸8旋轉時，固定於軸8的旋轉圓筒45也和軸8一起旋轉，並且由側罩50保持的潤滑油由於旋轉的旋轉圓筒45而向側罩50的上方提起(參照第3圖)。以下，參照附圖對旋轉圓筒45的構造進行說明。
第4圖是示出了旋轉圓筒45的立體圖。第5圖是旋轉圓筒45的放大圖。另外，在第5圖中，省略了水冷套90的圖示。如第4圖和第5圖所示，旋轉圓筒45具備形成於其外周面45a的兩個斜坡70。在第4圖中，僅描繪了一方的斜坡70。
兩個斜坡70沿著旋轉圓筒45的周向等間隔地配置。斜坡70配置於旋轉圓筒45的外周面45a與外周壁57的內表面之間的間隙。在本實施方式中，雖然設有兩個斜坡70，但是斜坡70的數量不限定於本實施方式。在一實施方式中，也可以設有三個以上的斜坡70。即使在這種情況下，多個斜坡70也沿著旋轉圓筒45的周向等間隔地配置。
旋轉圓筒45具備：可固定於軸8的內側圓筒部71、配置於內側圓筒部71的外側的外側圓筒部72、以及將內側圓筒部71和外側圓筒部72連結的環形圈部73。內側圓筒部71和外側圓筒部72與軸8同心狀地配置。
內側圓筒部71配置於軸承21的下方，外側圓筒部72配置於軸承21的徑向外側。外側圓筒部72的高度高於內側圓筒部71的高度。在本實施方式中，內側圓筒部71、外側圓筒部72以及環形圈部73是一體成型部件。
旋轉圓筒45的外周面45a相當於外側圓筒部72的外周面。因此，也可以表述為斜坡70設於外側圓筒部72的外周面。
在本實施方式中，斜坡70的上端部70a與旋轉圓筒45的上端45b連接，斜坡70的下端部70b與旋轉圓筒45的下端45c連接。在斜坡70的上端部70a與下端部70b之間形成有提升面70c。斜坡70具有在旋轉圓筒45的旋轉方向上從上端部70a(即上端45b)朝向下端部70b(即下端45c)向斜下方延伸的彎曲形狀。換言之，斜坡70相對於軸線方向CL傾斜。
當旋轉圓筒45和軸8一起旋轉時，斜坡70圍繞軸8的中心旋轉。當斜坡70旋轉時，提升面70c沿旋轉圓筒45的旋轉方向前進，並且提升儲存於側罩50的潤滑油。提升的潤滑油在旋轉圓筒45的外周面45a與外周壁57之間的環狀的間隙中向斜上方移動。
如第2圖所示，側罩50的外周壁57的上端配置於比固定於軸8的旋轉圓筒45高的位置。軸承支承部件52在水平方向上延伸，並且連接到外周壁57的上端。軸承支承部件52支承軸承外殼40，並且經由軸承外殼40，承受作用於軸承20、21的徑向載荷(在與軸8的軸線方向CL垂直的方向上的載荷)和軸向載荷(在與軸8的軸線方向CL平行的方向上的載荷)。
軸承支承部件52具有兩個流通孔52a，可供由斜坡70提升的潤滑油通過。兩個流通孔52a在軸承支承部件52的周向上等間隔地配置。在本實施方式中，雖然設有兩個流通孔52a，但是流通孔52a的數量不限定於本實施方式。
殼體部件51與軸承支承部件52連接。由旋轉圓筒45提升的潤滑油通過軸承支承部件52的流通孔52a到達殼體部件51。到達了殼體部件51的潤滑油與殼體部件51的上端壁51a碰撞，潤滑油的方向被轉換，潤滑油被引導至軸承20、21。
殼體部件51的上端壁51a配置於旋轉圓筒45和軸承20、21的上方，並且具有將潤滑油順暢地引導到軸承20、21的錐形形狀。更具體地，上端壁51a具有形成於其內表面的彎曲部60以及連接到彎曲部60的錐形部61。錐形部61是從上端壁51a朝向軸承外殼40延伸的突起，並與密封部件43相鄰地配置。
錐形部61具有錐形部61的截面積隨著從彎曲部60朝向軸承外殼40逐漸變小的錐形形狀，錐形部61的最下端配置於軸承外殼40的上方。上端壁51a能順暢地轉換與上端壁51a碰撞後的潤滑油的方向，從而將潤滑油引導至軸承20、21(參照第3圖)。
軸承外殼40具備外殼主體64以及配置於外殼主體64的上端的托盤65。第6圖是托盤65的放大圖。托盤65接收與上端壁51a碰撞而轉換方向後的潤滑油，並且將潤滑油引導至軸承20、21。托盤65具有：形成於其中央的貫通孔65a；連接到貫通孔65a的內側環狀突起66；配置於內側環狀突起66 的外側的外側環狀突起67；以及將內側環狀突起66和外側環狀突起67連接的連接部位68。
內側環狀突起66和外側環狀突起67與軸8同心狀地配置。內側環狀突起66從連接部位68朝向下方延伸，即朝向軸承20延伸，而外側環狀突起67從連接部位68向上方延伸，即朝向上端壁51a延伸。
內側環狀突起66與軸承20的外圈緊密接觸，並且對軸承20在軸線方向CL上的移動進行限制。軸承外殼40的外殼主體64與軸承21的外圈緊密接觸，並對軸承21在軸線方向CL上的移動進行限制(參照第2圖)。
如上所述，軸承20、21是由固定件42、軸承外殼40和旋轉圓筒45對軸承20、21在軸線方向CL上的移動進行限制的固定側軸承。隔著泵轉子6a至6d地配置於軸承20、21的相反側的軸承13是可在軸線方向CL上移動的自由側軸承。固定側軸承即軸承20、21配置於泵轉子6a至6d的上方，自由側軸承即軸承13配置於泵轉子6a至6d的下方。
外側環狀突起67配置於比上端壁51a的錐形部61遠離軸8的位置(參照第2圖)。因此，外側環狀突起67能防止從錐形部61滴落到托盤65上的潤滑油向托盤65的外側流動。滴落到托盤65上的潤滑油通過貫通孔65a與墊片41之間的間隙與軸承20、21接觸，其結果是，潤滑和冷卻軸承20、21。
與軸承20、21接觸的潤滑油通過軸承20、21向旋轉圓筒45上滴落(參照第3圖)。更具體地，潤滑油由內側圓筒部71、外側圓筒部72和環形圈部73保持。
由旋轉圓筒45的旋轉產生的離心力作用於被旋轉圓筒45保持的潤滑油。潤滑油通過外殼主體64與外側圓筒部72之間的間隙，流入旋轉圓筒 45的外周面45a與外周壁57之間的環狀的間隙。之後，潤滑油再次被斜坡70提升。
這樣一來，能在軸承裝置15的內部形成潤滑油的循環流(即，潤滑油的上升流和下降流)。循環的潤滑油能與軸承20、21接觸，從而潤滑和冷卻軸承20、21。其結果是，能夠充分發揮各軸承20、21的功能。
如第2圖和第5圖所示，旋轉圓筒45配置為包圍軸承21的一部分。外側圓筒部72的上端配置於比軸承21的滾動體21a的下端高的位置。較佳為外側圓筒部72的上端配置於與滾動體21a的中央相同的位置。藉由上述構造，在真空泵裝置1的運轉停止時，軸承21的滾動體21a始終與被旋轉圓筒45保持的潤滑油接觸。因此，真空泵裝置1不使軸承21處於無潤滑狀態就能重新開始真空泵裝置1的運轉。
對具有形成潤滑油的循環流的構造的軸承裝置15的效果進行說明。可考慮在使軸承始終浸漬到潤滑油中的狀態下使真空泵裝置運轉的結構。然而，在上述結構的情況下，由於在真空泵裝置的運轉期間軸承在潤滑油中旋轉，因此由於潤滑油的攪拌熱而使軸承的溫度上升變大，軸承有可能破損。因此，不期望採用以高速(例如4000min-1)旋轉的真空泵裝置1。
根據本實施方式，軸承裝置15構成為藉由斜坡70使潤滑油循環。因此，軸承20、21不受潤滑油的攪拌熱的影響地被潤滑油潤滑和冷卻。其結果是，能夠充分發揮各軸承20、21的功能。
根據本實施方式，真空泵裝置1具備軸承裝置15，該軸承裝置15能使潤滑油與軸承20、21可靠地接觸，從而充分發揮軸承20、21的功能。因 此，豎直配置的真空泵裝置1能無問題地運轉。其結果是，能夠減小真空泵裝置1的設置空間，並且能夠實現真空泵裝置1的高排氣速度下的運轉。
由於真空泵裝置1豎直配置，因此重力作用於軸承裝置15內的潤滑油。此外，在真空泵裝置1運轉時，當從處理室側流入的氣體流量變化或者停止時，泵室內壓力也變化，因此在泵室與軸承室內壓力之間產生壓力差，在兩者之間，氣體從壓力高的一側向壓力低的一側移動。尤其是，在排出大流量的氣體且泵室內壓力和軸承室內壓力變高的狀態下，當來自處理室側的氣體流入一下子停止時，泵室內壓力一下子降低，在泵室側與軸承室側之間產生較大的壓力差，因此大流量的氣體從軸承室側向泵室側流動，潤滑油(霧狀的潤滑油和液體的潤滑油)可能由於該流動向外部(泵室側)洩漏。
當潤滑油洩漏時，軸承裝置15內的潤滑油量減少，因此向軸承20、21的潤滑油供給量減少，不僅有可能導致軸承破損，還有可能使洩漏的潤滑油經由泵室向處理室側回流，導致晶圓污染。因此，軸承裝置15具有能夠可靠地防止潤滑油的洩漏的構造。
如第5圖所示，旋轉圓筒45具備從其下表面向側罩50的底壁58(即，下方)延伸的多個向下肋75、76、77。上述向下肋75、76、77分別具有圓筒形狀並且與軸8同心狀地配置。以下，在本說明書中，有時將向下肋75稱為內側向下肋75，有時將向下肋76稱為中間側向下肋76，有時將向下肋77稱為外側向下肋77。
內側向下肋75和中間側向下肋76從環形圈部73的下表面向下方延伸，外側向下肋77從外側圓筒部72的下表面向下方延伸。
側罩50具備從上述底壁58朝向旋轉圓筒45的下表面(即，上方)延伸的多個向上肋80、81。向上肋80、81分別具有圓筒形狀並且與軸8同心狀地配置。以下，在本說明書中，有時將向上肋80稱為內側向上肋80，有時將向上肋81稱為外側向上肋81。
內側向上肋80具有允許潤滑油通過的通過部(即，油通過部)80a。在本實施方式中，雖然設有兩個通過部80a，但是通過部80a的數量不限定於本實施方式。此外，外側向上肋81也形成有允許潤滑油通過的通過部(即，油通過部)81a。在本實施方式中，雖然設有兩個通過部81a，但是通過部81a的數量不限定於本實施方式。潤滑油能夠通過通過部80a和通過部81a。通過部80a是用於使存在於內周壁56與內側向上肋80之間的潤滑油的液面的高度和存在於內側向上肋80與外側向上肋81之間的潤滑油的液面的高度相同的孔。此外，通過部81a是用於使存在於內側向上肋80與外側向上肋81之間的潤滑油的液面的高度和存在於外側向上肋81與旋轉圓筒45的外側向下肋77之間的潤滑油的液面的高度相同的孔。
通過部80a是使通過了內側向上肋80與內側向下肋75之間的間隙的潤滑油返回到內側向上肋80與外側向上肋81之間的空間的返回流路。在一實施方式中，通過部80a也可以是形成於內側向上肋80的下部的孔。在其他的實施方式中，通過部80a也可以是形成於內側向上肋80的下端的切口。此外，通過部81a是為了利用通過了後述的壓力調節孔74的潤滑油、從通過部80a返回的潤滑油對軸承軸承20、21進行潤滑，而使上述潤滑油返回到旋轉圓筒45的外周面45a與軸承殼體46的內表面之間的空間的返回流路。在一實施方式中， 通過部81a也可以是形成於外側向上肋81的下部的孔。在其他的實施方式中，通過部81a也可以是形成於外側向上肋81的下端的切口。
在本實施方式中，外側向下肋77向內側向下肋75和中間側向下肋76的下方延伸。內側向下肋75的下端75a和中間側向下肋76的下端76a配置在相同的高度。內側向下肋75的下端75a和中間側向下肋76的下端76a配置於被側罩50保持的潤滑油的上方，外側向下肋77的下端77a浸漬於被側罩50保持的潤滑油中。旋轉圓筒45的下端45c相當於外側向下肋77的下端77a。
旋轉圓筒45具有壓力調節孔74，該壓力調節孔74形成於上述外側圓筒部72並沿鉛垂方向延伸。在本實施方式中，雖然設有兩個壓力調節孔74，但是壓力調節孔74的數量不限定於本實施方式。在一實施方式中，也可以設置一個壓力調節孔74。
如上所述，外側向下肋77的下端77a浸漬於潤滑油中。因此，在未設置壓力調節孔74的情況下，在旋轉圓筒45的上方的空間(第一空間SP1)與旋轉圓筒45的下方的空間之間，換言之在旋轉圓筒45的上方的空間(第一空間SP1)與由外側向下肋77包圍的空間(第二空間SP2)之間，氣體的通行被潤滑油切斷。因此，例如，當真空泵裝置1停止時，第一空間SP1和第二空間SP2均為大氣壓，但是，當真空泵裝置1啟動時，泵室側的壓力變低，因此雖然第二空間SP2的壓力變低，但第一空間SP1的壓力保持為大氣壓，因此在兩者之間產生了壓力差。其結果是，第一空間SP1的氣體膨脹，對旋轉圓筒45的外周面45a與軸承殼體46的內表面之間的潤滑油的液面進行按壓，從而第二空間SP2的潤滑油的液面上升，潤滑油有可能溢出內周壁56。在本實施方式中，由於能藉由設置壓力調節孔74來使第一空間SP1和第二空間SP2連通，因此第一空間SP1 的壓力和第二空間SP2的壓力始終相同。因此，防止外側向下肋77的內側的潤滑油的液面的上升。
內側向下肋75配置於內周壁56的徑向外側。內側向上肋80配置於內側向下肋75的徑向外側。中間側向下肋76配置於內側向上肋80的徑向外側。外側向上肋81配置於中間側向下肋76的徑向外側。外側向下肋77配置於外側向上肋81的徑向外側。
這樣一來，向下肋75、76、77和向上肋80、81交替地配置並且具有迷宮構造。更具體地，從內周壁56朝向外周壁57依次排列有內側向下肋75、內側向上肋80、中間側向下肋76、外側向上肋81以及外側向下肋77。
當在真空泵裝置1剛排出生產廢氣後等，在軸承殼體46內的空間與泵殼體5內的空間之間產生(軸承殼體46內的空間壓力高於泵殼體5內的空間壓力的)壓力差時，軸承殼體46內的空間的氣體朝向泵殼體5呈之字形地在上述迷宮構造部分中行進，但是對於伴隨上述氣體的流動的潤滑油(霧狀的潤滑油和液體的潤滑油)，由於其自重，藉由形成於向下肋75、76、77與向上肋80、81之間的之字形的行進路徑而與氣體的流動分開，從而切斷了潤滑油向泵殼體5行進。因此，軸承裝置15能夠可靠地防止潤滑油向泵殼體5的洩漏。
第7圖的(a)和第7圖的(b)是示出了接觸密封件的圖。如第7圖的(a)所示，為了更可靠地防止潤滑油洩漏，也可以使接觸密封件(第一接觸密封件)85上配置於旋轉圓筒45的內側向下肋75與側罩50的內周壁56之間。如第7圖的(b)所示，也可以將接觸密封件(第二接觸密封件)86配置於軸8與側罩50的內周壁56之間。儘管未示出，但是軸承裝置15也可以具備接觸密封件85、86這兩者。作為接觸密封件85、86，能採用公知的接觸密封件。
第8圖是示出了真空泵裝置1的其他實施方式的圖。未特別說明的本實施方式的結構與上述實施方式相同，因此省略其重複的說明。
如第8圖所示，軸承20、21由支承上述軸承20、21的軸承支承部件100支承。在第8圖所示的實施方式中，軸承支承部件100支承軸承20、21，以限制軸承20、21在軸線方向CL上的移動。因此，在第8圖所示的實施方式中，軸承20、21也是固定側軸承。隔著泵轉子6a至6d配置於軸承20、21的相反側的軸承13是自由側軸承。另外，第8圖所示的實施方式的真空泵裝置1也可以具備具有第1圖至第7圖所示的結構的軸承裝置15。
在第8圖所示的實施方式中，固定側軸承即軸承20、21配置於泵轉子6a至6d(更具體地，泵轉子6a至6d中的位於最上方的泵轉子6a)的上方。在第8圖所示的實施方式中，自由側軸承即軸承13配置於固定側軸承即軸承20、21的下方，更具體地，配置於泵轉子6a至6d的下方。在一實施方式中，軸承13也可以配置於泵轉子6a至6d的上方。軸承13也可以配置於軸承裝置15的內部。在一實施方式中，定時齒輪25也可以配置於泵轉子6a至6d的上方。
定時齒輪25、軸承13、泵轉子6a至6d、軸承裝置15和電動機10在鉛垂方向上沿著軸8的軸線方向CL串聯地配置。在第8圖所示的實施方式中，泵轉子6a至6d是羅茨轉子或者爪式轉子。因此，真空泵裝置1是排氣方式是羅茨式的羅茨式泵裝置或排氣方式為爪式的爪式泵裝置。此外，在一實施方式中，也可以是泵轉子的至少一級為羅茨轉子或者爪式轉子的複合式泵裝置。雖未圖示，但是也可以在泵殼體5安裝用於使泵殼體5的溫度上升的加熱器。
在第8圖所示的實施方式中，電動機10配置於軸承裝置15(更具體地，軸承20、21)的上方。藉由這樣的配置，能夠降低真空泵裝置1的構成要 素中的重量物即泵轉子6a至6d和泵殼體5的重心位置。因此，能夠提高在真空泵裝置1的移動和運轉期間的真空泵裝置1的設置穩定性，並且能夠防止真空泵裝置1的傾倒。
當採用羅茨式或者爪式作為排氣方式時，在與軸8的軸線方向CL垂直的方向上，泵殼體5與各泵轉子6a至6d之間的間隙非常小。藉由形成這樣的微小間隙，能夠抑制排出的生產廢氣的回流，從而維持真空泵裝置1的排氣性能。以下，有時將該間隙稱為橫向間隙。
第9(a)圖和第9(b)圖是用於對豎直配置的真空泵裝置可能產生的問題進行說明的圖。在第9(a)圖和第9(b)圖中，描繪了泵轉子6和泵殼體5，並且誇張地描繪了泵轉子6與泵殼體5之間的橫向間隙。並且，自由側軸承B1配置於泵轉子6的上方，固定側軸承B2配置於泵轉子6的下方。另外，第9(a)圖和第9(b)圖中的真空泵裝置是用於說明上述問題的裝置，並且具有與本實施方式的真空泵裝置1不同的結構。
在上述真空泵裝置的運轉期間，軸8由於其溫度上升而以固定側軸承B2為基準向上方膨脹，但是由於泵轉子6的溫度變得高於泵殼體5的溫度，因此對於固定於軸8的泵轉子6與泵殼體5之間的橫向間隙而言，下側的間隙變寬，上側的間隙變窄。當在上述狀態下排出生產廢氣時，排出的氣體因其昇華性而固體化，因此該固體物(參照第9(a)圖和第9(b)圖的黑圓圈)也在橫向間隙部分附著/堆積。但是，固體物由於其自重而較多堆積於泵轉子6的下表面與泵殼體5之間的橫向間隙。
如第9(b)圖所示，在上述固體物堆積的狀態下，在為了維護真空泵裝置、維護真空泵裝置下游側的排氣處理裝置等而使真空泵裝置的運轉停止 的情況下，軸8由於其溫度下降而以固定側軸承B2為基準向下方收縮。其結果是，固定於軸8的泵轉子6的下表面與泵殼體5之間的橫向間隙減小。因此，導致泵轉子6對堆積於泵轉子6的下表面與泵殼體5之間的橫向間隙的大量的固體物進行壓縮。
這樣一來，被泵轉子6壓潰的固體物阻礙泵轉子6的旋轉並增加了電動機的負載阻力，在最壞的情況下，真空泵裝置可能無法重啟。
第10(a)圖和第10(b)圖是用於對第8圖所示的實施方式中的真空泵裝置1的效果進行說明的圖。在藉由將軸承20、21配置於泵轉子6a的上方來使真空泵裝置1的運轉停止的情況下，軸8由於其溫度下降而以作為固定側軸承的軸承20、21為基準向上方收縮(參照第10(b)圖)。其結果是，固定於軸8的各泵轉子6a至6d的下表面與泵殼體5之間的橫向間隙增大。因此，防止由各泵轉子6a至6d對堆積於各泵轉子6a至6d的下表面與泵殼體5之間的橫向間隙的固體物進行壓縮。其結果是，不會阻礙真空泵裝置1的重啟。
當軸8向上方收縮時，固定於軸8的各泵轉子6a至6d的上表面與泵殼體5之間的橫向間隙變小。但是，由於堆積於上述橫向間隙的固體物的量較少，因此電動機的負載阻力的增加微乎其微。因此，幾乎不會阻礙真空泵裝置1的重啟。在第1圖所示的實施方式中，作為固定側軸承的軸承20、21也配置於泵轉子6a至6d的上方。第1圖所示的實施方式的真空泵裝置1能夠獲得與上述效果相同的效果。
為了可靠地防止電動機的負載阻力的增加，運轉控制裝置12也可以在使真空泵裝置1的運轉完全停止之前，藉由反復驅動和停止電動機10來執行泵轉子6a至6d的旋轉和停止的反復動作。
運轉控制裝置12內置了真空泵裝置1的運轉停止控制功能，對相對於時間的經過反復進行真空泵裝置1的運轉開始和運轉停止的運轉停止控制模式(即，用於控制真空泵裝置1的運轉停止的時序模式)進行存儲。因此，當藉由上述運轉停止控制功能的操作開始真空泵裝置1的運轉停止動作時，執行上述運轉停止控制模式。更具體地，以規定的時間間隔反復進行電動機10的啟動和停止。
由於當真空泵裝置1停止時溫度下降，因此對於軸8也向上方收縮，一點一點地對堆積於各泵轉子6a至6d的上表面與泵殼體5之間的橫向間隙的固體物進行壓縮，但是在其壓縮力(無法驅動電動機10的程度地)變大之前利用運轉停止控制功能驅動電動機10並使各泵轉子6a至6d旋轉，從而與各泵轉子6a至6d接觸的固體物由於上述旋轉產生的離心力而向外側彈飛，因此，從各泵轉子6a至6d與泵殼體5之間的橫向間隙被去除。此外，能夠藉由反復實施以下那樣的啟動/停止來可靠地防止電動機10的負載阻力的增加：「真空泵裝置1的溫度由於運轉而上升，在軸8向下方伸長之前使真空泵裝置1停止，軸8再次收縮，在各泵轉子6a至6d的上表面開始壓縮固體物的時刻，再次開始運轉…」。
如上所述，伴隨軸8的收縮的由各泵轉子6a至6d對固體物的壓縮取決於真空泵裝置1的溫度下降。因此，在一實施方式中，真空泵裝置1也可以具備安裝到泵殼體5的外表面的溫度感測器(未圖示)。上述溫度感測器和運轉控制裝置12電連接。運轉控制裝置12基於由溫度感測器測定出的泵殼體5的溫度變化，反復進行電動機10的啟動和停止。藉由上述的結構，真空泵裝置1也能防止伴隨軸8的收縮的電動機10的負載阻力的增加。
在上述實施方式中，雖然對具備多級的泵轉子的多級式真空泵裝置進行了說明，但是不限定於上述例子，也可以採用具備單級的泵轉子的單級式真空泵裝置。
以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是本發明不限定於上述實施方式，可以在發明要保護的範圍、說明書和附圖所記載的技術思想和範圍內進行各種變形。
1:真空泵裝置
2:進氣口
4:排氣口
5:泵殼體
6a、6b、6c、6d:泵轉子
8:軸
10:轉子
12:運轉控制裝置
13:軸承(自由側軸承)
15:軸承裝置
20、21:軸承(固定側軸承)
25:定時齒輪
26:齒輪罩
30:電動機轉子
31:電動機定子
32:電動機框架
35:氣體流路
40:軸承外殼
45:旋轉圓筒
46:軸承殼體
90:水冷套

Claims (4)

  1. 一種真空泵裝置，其特徵在於，具備：一對泵轉子，該一對泵轉子彼此相對向配置，並且是羅茨(Roots)轉子或者爪式(Claw)轉子；一對軸，該一對軸固定有前述一對泵轉子，並且沿鉛垂方向延伸；電動機，該電動機使前述一對泵轉子旋轉；運轉控制裝置，該運轉控制裝置與前述電動機電連接；一對定時齒輪，該一對定時齒輪固定於前述一對軸，並且彼此嚙合；固定側軸承，該固定側軸承配置於前述一對泵轉子的上方；以及自由側軸承，該自由側軸承和前述固定側軸承一起支持前述軸；前述運轉控制裝置在使前述真空泵裝置的運轉完全停止之前，且在前述軸的向上方的壓縮力變大到無法驅動前述電動機的程度之前，藉由反復進行前述電動機的啟動和停止來執行前述泵轉子的旋轉和停止動作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的真空泵裝置，其中，前述電動機配置於前述一對泵轉子的上方。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的真空泵裝置，其中，前述運轉控制裝置以規定的時間間隔反復進行前述電動機的啟動和停止。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的真空泵裝置，其中，前述真空泵裝置具備：泵殼體，該泵殼體收容有前述一對泵轉子；以及溫度感測器，該溫度感測器安裝於前述泵殼體的外表面， 前述運轉控制裝置基於由前述溫度感測器測定出的前述泵殼體的溫度變化，反復進行前述電動機的啟動和停止。
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