真空泵的製作方法

2023-10-11 09:55:24 1

專利名稱：真空泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及裝備有以高速轉動的轉子的真空泵。
背景技術：
諸如渦輪分子泵或分子拖曳泵之類的真空泵通過使轉子以大約幾萬轉/分鐘的高速轉動而排放真空室中的氣體，該轉子具有由形成在轉子處的渦輪翼等構成的排放作用系統(渦輪翼部和分子拖曳泵單元)。如果進行該高速轉動的轉子破壞，則真空泵的泵殼體將經受極其高的能量。該能量的衝擊可以經由泵殼體傳遞至真空泵連接的真空裝置並且可以弓I起真空裝置側的損壞。 由相關技術中已知的結構解決該擔心，該結構包括脆弱部分，以便通過引起脆弱部分處的剪切斷裂而使傳遞至裝置側的衝擊減小，該脆弱部分由槽構成，並且位於固定於基部並且呈現面對轉子外周的姿態的螺旋槽間隔件處(見例如專利文獻ι)。專利文獻1 日本特開2006-170217號公報。

發明內容
發明要解決的問題然而，在上面引用的公報中描述的傳統技術中，存在還未有效解決的問題，其中， 因為螺旋槽間隔件的在脆弱部分處破斷的圓筒部能夠繼續轉動並且朝向泵進氣側移動，所以裝置可以被圓筒部損壞。用於解決問題的方案根據本發明的真空泵包括拖曳泵單元，所述拖曳泵單元構造有布置在迴轉體處的圓筒轉子部和布置在所述圓筒轉子部的外周側的圓筒定子，所述圓筒轉子部與所述定子之間留有間隙，其中，所述定子包括排氣上遊側圓筒部，所述排氣上遊側圓筒部固定於泵基部；以及排氣下遊側圓筒部，所述排氣下遊側圓筒部經由薄區連接於所述排氣上遊側圓筒部的排氣下遊側，所述薄區形成為使得在所述圓筒轉子部破壞並且破壞的圓筒轉子部撞擊所述定子，使所述定子經受在與所述圓筒轉子部轉動的方向一致的方向上作用的轉矩時，在所述薄區處發生破斷。還可以設置渦輪分子泵單元，所述渦輪分子泵單元布置於所述拖曳泵單元的排氣上遊側，並且所述渦輪分子泵單元包括形成在所述迴轉體的排氣上遊側的多級的迴轉翼和與所述迴轉翼的多個級交替地布置的多個固定翼。所述薄區可以由形成為在所述圓筒定子的外周面沿著周向延伸的槽構成，所述槽可以是在所述圓筒定子的外周面環繞所述圓筒定子整周的V形槽。發明的效果根據本發明，可以降低轉子故障發生的情況下對真空裝置側的不利影響的程度。


圖1是根據本發明的真空泵的實施方式的圖。圖2是分別在(a)、(b)和(C)表示的半截面圖中示出的實施方式中實現的固定圓筒M、有關技術中的標準固定圓筒34以及專利文獻1中公開的固定圓筒44。圖3是經歷發生在轉子3的轉動圓筒部32處的破壞的固定圓筒M的圖。圖4是經歷破壞的固定圓筒44的圖。圖5是槽M3的變型例。
具體實施例方式下面參照附圖給出對本發明的實施方式的描述。圖1是實現為根據本發明的真空泵的實施方式的磁性軸承渦輪分子泵的泵單元(pump unit)T中採用的結構的示意圖。應當注意，用電源單元(未示出)提供的電力驅動泵單元T。該渦輪分子泵可以用於抽空形成在例如半導體製造設備等中的室。圖1中的渦輪分子泵的泵單元T包括基部1、轉子3以及呈現基本上圓筒形狀的殼體2，殼體2固定於基部1的上表面，轉子3可轉動地布置在殼體2內。基部1和殼體2經由0型環用螺栓52緊固在一起。布置在殼體2的上端部處的進氣口凸緣部加用螺栓緊固於位於半導體製造設備側的真空室處的凸緣(未示出)。進行高速轉動的轉子3由具有高比強度的鋁合金構成以承受顯著的離心力。在轉子3的鐘形管狀部30的外周面處，迴轉翼31形成為沿著軸向相互隔開的多級。另外，呈現基本上圓筒形狀的轉動圓筒部32在鐘形管狀部30的底部處延伸。也就是，迴轉翼31和轉動圓筒部32分別布置在高真空側和低真空側。固定翼21插在形成在轉子3處的迴轉翼31的兩個連續級之間。迴轉翼31和固定翼21 —起構成渦輪翼部。各級處的固定翼21經由間隔件22堆疊，並且固定翼21和間隔件22 —起形成堆疊組件。間隔件22是基本上環形的構件，而固定翼21均沿著圓周方向分割為兩個分割部。由固定翼21和間隔件22構成的堆疊組件利用由螺栓52施加的緊固力保持在基部1的上端面和殼體2的上端部之間。由殼體2遮蔽堆疊組件的外部。在包圍轉動圓筒部32的空間中，固定圓筒M布置成面對轉動圓筒部32的外周面。螺旋槽形成在固定圓筒M的內周面處，並且轉動圓筒部32和固定圓筒M之間的間隙形成氣體通路，氣體通過該氣體通路沿著上下方向行進。轉動圓筒部32和固定圓筒M — 起構成分子拖曳泵單元。隨著該渦輪分子泵中的轉子3經由電機6進行高速轉動，已經通過位於殼體上端部處的進氣口 8流入的氣體分子行進過渦輪翼部和分子拖曳泵單元處的氣體通路，並且通過排氣口 9排出。該氣流在進氣口 8所在側產生高真空狀態。轉子3緊固於可轉動地支撐在基部1內的轉軸部3a。經由一對徑向磁性軸承 4 (即，上徑向磁性軸承4和下徑向磁性軸承4)和一對軸向磁性軸承5 ( S卩，上軸向磁性軸承 5和下軸向磁性軸承幻以不接觸的方式支撐的轉軸部3a通過電機6可轉動地驅動。軸向磁性軸承5布置成從上側和下側保持布置在轉軸部3a下方的轉子盤42。轉子盤42經由鎖止螺母43附接於轉軸部3a。電機6可以是例如DC無刷電機。這種DC無刷電機將包括電機轉子和用於形成轉動磁場的電機定子，該電機轉子具有安裝在轉軸部3a所在的一側的嵌入式永磁體，該電機定子布置在基部1所在的一側。應當注意，機械軸承7布置在基部1 所在的一側，當磁性軸承4和磁性軸承5不工作時，機械軸承7支撐轉子3。
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渦輪分子泵的轉子3以高達幾萬轉/分鐘的高速轉動。因此，轉子3經受可歸因於離心力的應力，特別地，轉動圓筒部32必定經受非常高的應力。另外，通常由鋁合金構成的轉子3的蠕變溫度是相對低的。為此，如果轉子3在高溫下連續進行高速轉動，則蠕變變形將容易發生。如果任何故障發生，並且轉子3破壞，則可以由離心力使轉動圓筒部32的碎片與固定圓筒M相撞，由此使固定圓筒M經受沿著與轉子3轉動的方向一致的方向顯示的轉矩。該轉矩可以經由基部1和殼體2進一步傳遞至裝置側的凸緣並且可以引起裝置側的損壞。在實施方式中，在破壞的轉動圓筒部32的碎片可以撞擊的固定圓筒M中採用特別的結構特徵，以便減小由上述轉動圓筒部32的破壞引起的轉矩對裝置側的不利影響的程度。圖2(a)是圖1中示出的渦輪分子泵的固定圓筒M的半截面圖。固定圓筒對包括圓筒部240和凸緣部M1，圓筒部240具有形成在其內周面處的螺旋槽，凸緣部241具有形成在其中的多個螺栓孔對2，固定圓筒M經由多個螺栓孔242固定於基部1。槽243形成在圓筒部MO的外周面處(即，圓筒部MO的面對基部的表面)以便完全環繞圓筒部M0。 換言之，圓筒部240呈現如下結構該結構包括圓筒上部MOa和經由形成具有較小厚度的區域的槽243連結的圓筒下部MOb。圖2 (b)示出了由圓筒部340和凸緣部341構成的相關技術中的標準固定圓筒34。 多個螺栓孔342形成在凸緣部341處，固定圓筒34經由多個螺栓孔342用螺栓固定於基部 1。諸如圖2(a)中示出的槽之類的槽243不形成在固定圓筒34處。圖2(c)示出了專利文獻1中公開的渦輪分子泵中使用的固定圓筒(螺旋槽間隔件)44。在固定圓筒44處，槽443形成在其中形成有的螺旋槽的圓筒部440和其中形成有的多個螺栓孔442的凸緣部441之間。槽443形成為實現完全環繞圖2(c)中出現的示例中的圓筒的環形狀。圖3示出了經歷轉子3的轉動圓筒部32處的破壞的固定圓筒24。在圖3中，按照依(a)、(b)和(c)的順序的時間順序示出轉動圓筒部32處的破壞之後的狀況。固定圓筒 24的凸緣部241經由螺栓53固定於基部1。當轉子3以高速轉動時，轉動圓筒部32經受特別高水平的應力，如果轉子破壞發生，則斷裂經常從轉動圓筒部32的下端開始並且向上擴展。為此，在轉動圓筒部32的破壞之後首先發生接觸的接觸位置呈現在固定圓筒M的底部區域。圖3 (a)示出了破壞的轉動圓筒部32撞擊的固定圓筒M的底部區域。在實施方式中，槽243形成於凸緣部Ml的下方，並且當轉動圓筒部32與固定圓筒M相撞時，應力集中在槽243的區域(即，具有較小厚度的區域)中發生。因此，以形成槽243的區域為中心的變形在固定圓筒M處發生。因為變形在槽243所在的區域發生，所以消耗轉動圓筒部 32處的動能。如果破壞發生，則轉動圓筒部32的動能是非常大的，並且固定圓筒M經受大轉矩。因此，固定圓筒M的應力集中的區域(槽243形成在其中的具有較小壁厚的區域)遭受剪切斷裂。換言之，槽243所在的區域的強度(槽243的寬度和深度)被設定成使得如果使斷裂的轉動圓筒部32的碎片與固定圓筒M相撞並且使固定圓筒M經受沿著與轉動圓筒部32的轉動方向一致的方向的轉矩的轉子破壞發生，則在螺栓53或凸緣部241破斷之前，槽243所在的區域在轉子破壞時剪斷。固定圓筒M的已經破掉的圓筒下部MOb與斷裂的轉動圓筒部32(未示出)一起轉動。因為圓筒下部MOb在轉動的同時保持與基部 1接觸，所以隨著圓筒下部MOb繼續轉動，轉動能量減少，直到逐漸減小的轉動速率等於0， 並且轉動已經停止。通過這些措施，經由基部1和殼體2傳遞至裝置側的衝擊(轉矩)減相反地，圖2(b)中示出的相關技術中的固定圓筒34不包括通過形成諸如實施方式中的槽之類的槽而實現的具有較小厚度的任何區域。因此，固定圓筒34不容易破斷，即使固定圓筒；34破斷，破斷很可能發生在緊固螺栓處。在這樣一種情況下，在轉動圓筒部32 破壞時，極其大的轉矩必定傳遞至裝置側。圖2 (c)中的固定圓筒44包括形成在凸緣部441的基部處的槽443，並且應力集中發生在槽443所在的區域。因此，如圖4(a)所示，與轉動圓筒部相撞的固定圓筒44變形， 並且如圖4(b)所示，最後破斷，其中，槽443所在的區域被切斷。如圖3(c)中示出的圓筒下部MOb那樣，已經從凸緣部441斷開的圓筒部440在轉動的同時保持與基部接觸，因此， 轉動速率逐漸減小。在實施方式中，甚至在圓筒下部MOb從圓筒上部MOa斷開之後，圓筒上部MOa 中的凸緣部241保持固定於基部1，因此轉動圓筒下部MOb的朝向泵進氣口的移位被圓筒上部240a限制。相反地，如圖4(b)所示，隨著已經破掉的圖2(c)中的固定圓筒44的圓筒部440 轉動，圓筒部440能夠朝向泵進氣口(在圖中向上)移動。這意味著被圓筒部440向上推的另一個破壞件或圓筒部440本身可以被拋進裝置中並且使裝置損壞。另一方面，如上所述，實施方式中的圓筒下部MOb的移位被圓筒上部MOa限制，因此，可以避免這種不期望的結果。應當注意，雖然在圖2 (a)中出現的實施例中槽243形成為與凸緣部241的連接區域相鄰，但是具有V形截面的槽替代地可以在凸緣部Ml的下方(朝向排氣下遊側)形成在諸如圖5(a)中示出的位置之類的位置處。另外，如圖5(b)所示，槽243不必具有V形截面，並且槽243替代地可以形成為縫。此外，只要槽243形成的區域的強度的水平被設定成使得該區域通過轉子破壞發生時施加的轉矩而扭曲和破掉，槽243不必完全環繞固定圓筒 M。換言之，可以間隔地形成多個槽。應當注意，因為實施方式中的槽243形成在固定圓筒M的外周面而不是固定圓筒 M的內周面(排氣表面)，所以槽M3在固定圓筒M處的出現不會不利地影響泵排氣性能。以上描述的實施方式可以單一地或組合地採用，以實現單一優點或優點的組合。 另外，只要不危及體現本發明的特徵的特徵，本發明不限於本文中描述的具體結構細節中的任何一個具體結構細節。例如，雖然在以上描述的實施方式中在具有形成在圓筒轉子3 的外周面處的渦輪翼部(迴轉翼31)和拖曳泵單元(轉動圓筒部32的外周面)的渦輪分子泵中採用本發明，但是本發明不限於該實施例，並且可以在僅裝備有拖曳泵單元(轉動圓筒部32和固定圓筒的真空泵中採用本發明。
權利要求
1.一種真空泵，所述真空泵包括拖曳泵單元，所述拖曳泵單元構造有布置在迴轉體處的圓筒轉子部和布置在所述圓筒轉子部的外周側的圓筒定子，所述圓筒轉子部與所述定子之間留有間隙，其中所述定子包括排氣上遊側圓筒部，所述排氣上遊側圓筒部固定於泵基部；以及排氣下遊側圓筒部，所述排氣下遊側圓筒部經由薄區連接於所述排氣上遊側圓筒部的排氣下遊側，所述薄區形成為使得在所述圓筒轉子部破壞並且破壞的圓筒轉子部撞擊所述定子，使所述定子經受在與所述圓筒轉子部轉動的方向一致的方向上作用的轉矩時，在所述薄區處發生破斷。
2.根據權利要求1所述的真空泵，其特徵在於，所述真空泵還包括渦輪分子泵單元，所述渦輪分子泵單元布置於所述拖曳泵單元的排氣上遊側，並且所述渦輪分子泵單元包括形成在所述迴轉體的排氣上遊側的多級的迴轉翼和與所述迴轉翼的多個級交替地布置的多個固定翼。
3.根據權利要求1或2所述的真空泵，其特徵在於所述薄區由形成為在所述圓筒定子的外周面沿著周向延伸的槽構成。
4.根據權利要求3所述的真空泵，其特徵在於所述槽是在所述圓筒定子的外周面環繞所述圓筒定子整周的V形槽。
全文摘要
一種渦輪分子泵，其包括構造有布置在轉子處的轉動圓筒部和布置在轉動圓筒部的外周側的固定圓筒(24)的拖曳泵單元，固定圓筒與轉動圓筒部之間留有間隙。固定圓筒(24)包括圓筒上部(240a)，其固定於基部(1)；以及圓筒下部(240b)，其經由槽(243)連接於圓筒上部(240a)的排氣下遊側，該槽(243)形成為使得在轉動圓筒部(32)破壞並且破壞的轉動圓筒部(32)撞擊固定圓筒(24)，使固定圓筒(24)經受在與轉動圓筒部(32)轉動的方向一致的方向上作用的轉矩時，在槽(243)處發生破斷。
文檔編號F04D19/04GK102597528SQ200980162258
公開日2012年7月18日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者小龜正人 申請人:株式會社島津製作所