CN1019675B

CN1019675B - 真空泵

Info

Publication number: CN1019675B
Application number: CN91102168A
Authority: CN
Inventors: 谷山实; 真赖正弘; 中盛数明; 长冈隆司
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-04-06
Publication date: 1992-12-30
Also published as: CN1055800A; US5190438A; EP0451708A3; EP0451708B1; DE69125044D1; KR950007378B1; DE69125044T2; KR910018680A; EP0451708A2

Abstract

一种真空泵，包括具有吸气口和排气口的壳体、定子、转子、以及在该定子近旁装设的冷却套，从吸气口吸入的气体，以大气压或接近大气压的压力从排气口进行排气。向冷却套通以热传导率比水小的冷却液体。含有氯化铝的气体场合，应向冷却套通以冷却液体。向泵机构部下方的油润滑轴承供给润滑油，也可从同一供油管路将润滑油作为冷却液体供给冷却套。也可由冷却套、罐及供油管路和回油管路构成闭合环路，用泵使冷却液体循环。

Description

本发明涉及一种例如作为半导体制造装置排气泵使用的真空泵，更具体地说是涉及在排气口用大气压或接近大气压的压力进行运转的真空泵，是涉及在容易粘结反应生成物的生产过程中使用的干式真空泵。

干式真空泵因为在从吸气口流入的气体通道上没有油和水，因此具有可以得到纯净的真空的优良特征，但另一方面在气体压缩过程中的发热没有排除的效能，致使泵内的温度升高。所以过去都是在发热部的外侧装设冷却套用水冷却。

图7是表示旧有的干式真空泵。

在具有吸气口1、排气口2的壳体3的内部，装设有由轴承6旋转自如的支承着的转子4和在壳体3内被固定着的静止的定子5。从吸气口1吸入的气体，通过由转子4和定子5组成的泵机构部的压缩作用被顺次压缩，从排气口2向大气排出。在该压缩过程中，发生气体的压缩热，且越靠近排气口其压缩热量越多。为了排除掉该压缩热，按图上所示已往的例子，是在定子5的外侧设置冷却水套7，用从给水口8供给的水进行冷却。

这种现有技术登载在特开昭62-29796号和实开昭64-46495号公报上。

上述现有技术，主要是用水作为冷却介质，因为水的比热大，且热传导率也大，其冷却效果非常好。然而真空泵的吸入气体如为升华温度高的、即在低温下也容易凝固的气体，则泵体内部过份冷却时，上述气体就固体化，在泵的内部产生反应生成物的粘结堆积，会发生泵通路堵塞或转子振动等缺点。另外，已往为防止发生这种缺点，如上述实开昭64-46495号公报上所记载的那样，也考虑过用控制冷却水的循环量，任意设定定子温度的方法。然而将冷却水量减少某一定量以上时，会发生冷却不均现象，不能使机体均匀冷却，造成真空泵的性能下降，并且为了控制冷却水量就有必要装流量计，而在流量计的狭小部位会析出水垢，从这点上看也有不能稳定地控制温度的问题。

此外，还有考虑仅在真空泵的排气口处设加热器，以防止升华性气体的固体化，但设加热器进行加热的方法，又有容易发生故障的缺点。

本发明的目的在于提供即使在泵的通路部位吸入升华温度高的气体，气体也不会固体化的，防止反应生成物粘结堆积的真空泵。

本发明的另一目的，在于提供不过度减少冷却液体的循环量，即可防止吸入气体的凝固，从而可以防止在通路上粘附凝固物的真空泵。

本发明的其它目的，在于提供适合于半导体制造装置使用、且可抑制使用于半导体制造装置的反应气体的凝固、该反应气体产生的反应生成物不会粘结堆积在定子和壳体内壁面上的真空泵。

本发明其它目的在于提供能防止反应生成物在通路上粘结堆积、且能使定子得到均匀冷却的真空泵。

为达到上述目的，在本发明中，通过使冷却套内面的热传导率变小，使泵内部的温度均匀地上升，使从吸气口吸入的升华温度高的物质能够保持在气相侧的温度以上。

本发明提供一种真空泵，其设有具有吸气口及排气口的壳体、固定在壳体内的定子以及在壳体内旋转自如地支承着的转子，将从上述吸气口吸入的气体，从上述排气口以大气压或接近大气压的压力进行排气;其特征在于：将冷却套装设在定子的近旁以冷却上述定子，使比水的热传导率还小的冷却液体流过该冷却套。

其次，本发明提供一种真空泵，其设有具有吸气口和排气口的壳体、在其壳体内旋转自如地支承着的回转轴、在壳体内壁安装着的定子以及装在回转轴上的转子，将上述的定子和转子互相组合构成的泵段，从上述吸气口吸入的气体从排气口能直接向大气排出;其特征在于：在上述定子的外周装设冷却套，向该冷却套供给热传导率为0.08～0.25千卡/m·h·℃范围的冷却剂。

其次，本发明提供一种真空泵，吸入气体为含氯化铝（Alcl₃）的气体，压缩到大气压或接近大气压的压力进行排气;其特征在于：设置冷却套以冷却通路，在该冷却套中流入热传导率小的冷却液体，使上述通路内的温度，一方面保持在比氯化铝的升华温度高的温度，一方面进行冷却。

其次，本发明提供一种真空泵，其包括具有吸气口和排气口的壳体内收纳有定子和转子的泵机构部以及在该泵机构部的下方设置的油润滑轴承，从上述吸气口吸入的气体由上述排气口排出;其特征在于：在上述定子和外周装设冷却套，向该冷却套供给与上述油润滑轴承用的润滑油相同的润滑油，对上述泵机构部进行冷却。

再其次，本发明提供一种真空泵，从吸气口吸入的气体，由泵壳体内设置的泵机构部顺次地进行压缩，在排气口以大致相等于大气压的压力进行排气;其特征在于：设置冷却套以便对上述泵机构部进行冷却，向该冷却套通入比水的热传导率小的冷却液体，同时，设置可以控制该冷却液体温度的装置。

再其次，本发明提供一种真空泵，从吸气口吸入的含有升华性气体的气体，被泵壳体内设置的泵机构部顺次压缩，在排气口以大致相等于大气压的压力排出;其特征在于：在靠近上述泵机构部处装设冷却套，并装设由罐向这个冷却套供给冷却液的菅路和由冷却套向上述罐返回冷却液的菅路，构成冷却液的闭合环路，在该闭合环路内设置供液泵，形成将冷却液由罐到冷却套的循环供给，并且设置控制上述冷却液温度的装置，以使上述真空泵内的通路壁保持比上述升华性气体的升华温度高的温度。

再其次，本发明提供一种真空泵，在由设于壳体内的转子和定子构成的泵机构部的作用下，将从吸气口吸入的低压气体进行压缩，由排气口向大气进行排气;其特征在于：使设在上述定子的外周的冷却套的罩可以装卸。

在本发明中，装设有冷却定子的冷却套，向这个冷却套供给比水的热传导率还差的冷却液，例如用热传导率在0.08～0.25千卡/m·h·℃范围内的冷却剂，如＃90汽轮机油和＃140汽轮机油或者真空油等，使之能将定子进行冷却，所以将向冷却套供应冷却液体的流量没有过于减少，而可以保持定子在某一定温度以上，吸入气体即使被压缩也能在该压力下保持在该气体的升华温度以上，所以在真空泵的通路上能够防止吸入气体的凝固物的粘结堆积，同时因为没有必要减少冷却液流量，也可防止冷却不均现象。

例如，即使在吸入含有氯化铝（Alcl₃）的气体，压缩到接近大气压再排出的真空泵中，按照本发明，由于可将流路内温度保持在该压力下的氯化铝的升华温度以上，所以可以防止由于氯化铝固化而导致在通路内壁等处粘结堆积。

另外，即使使用控制在某一定温度的温水作为冷却液体，也与使用热传导率小的冷却液体大致一样，不必过份减少冷却液的流量，就可以保持真空泵内通路在某一定温度以上，也可防止发生冷却不均现象。

例如，从半导体制造装置反应炉排出来的气体，根据该物质的蒸汽压和温度的关系，接近大气压时，若温度不高，就成为固体，作为反应生成物粘结堆积在泵的通路上。

泵由于压缩作用产生大量的热，所以若使冷却套内面的热传导率变小，便可以使泵的通路保持在一定高的温度。由于这个原因，能使通过泵通路的气体是高温，且能保持一定，所以能够防止反应生成物的粘结堆积。

下面参照附图，通过本发明的实施例来进一步说明本发明。

图1是根据本发明实施例1的真空泵的纵剖面总图;图2是表示在图1所示实施例1中的冷却液流的系统图;图3和图4是分别将氯化铝（Alcl₃）的升华温度特性曲线和在定子各部位的温度与现有装置比较而表示的曲线图;图5是根据本发明实施例2的真空泵的纵剖面总图;图6是根据本发明实施例3的真空泵的纵剖面总图;图7是表示按照现有技术的真空泵的纵剖面总图。

本发明由于使用比热比水小、且热传导率小的液体、例如使用油作为冷却介质，因此能均匀地使泵内部温度冷却，但不会低于某一定温度，并且使从吸气口吸入的升华温度高的物质处于升华温度以上，保持气体状态，使其不会因固体化而发生粘结堆积在通路上。

图1是表示本发明实施例1的纵剖面总图。壳体103由圆筒体103a及上下端板103b、103c构成，在上端板103b上有吸气口101，下端板103c上有排气口102。在下端板103c的下方装设有电动机外套130。具有吸气口101和排气口102的壳体103的内部，由上下轴承107a、107b支承着、被电动机外套130内的电动机108驱动的转子104以及围着转子104安装着的定子105构成泵机构部106。由吸气口101吸入的气体，由于转子104和定子105的压缩作用顺次被压缩，从排气口102向大气排气。在定子105的外周，装设有冷却套109，通过油泵113，将电动机外套130下部积存的润滑油110，经过给油口111供给冷却套109。从吸气口101吸入的气体由于被压缩而发生的热，被供给冷却套109的油110带走。另外，在冷却套109内设有肋109a，使向冷却套下部供给的冷却流体（油）在定子105的周围一面顺圆周方向转一面向上方流动，从冷却套109的上方排出，以使定子圆周方向的温度能够均匀。

此外，如图所示，冷却套109未装设在转子及定子的最终段一侧。这是因为越是高压部越有必要保持高温，而且由于最终段的一侧已由密封气体冷却，这样可以防止过分冷却的缘故。

图2是表示去冷却套109的润滑油110的供给系统，如图所示，润滑油供给系统成密封环路。在冷却套109带走气体压缩热而上升了温度的油110，在油冷却器117用冷却水等被冷却后，再次用油泵113循环供给。润滑油的温度则由油冷却器117来控制。

如图1所示，在本实施例中，油泵113还兼有向滚动轴承107a、107b供给润滑油的作用，输向轴承的润滑油通路和输向冷却套的冷却剂通路，由同一密封环路构成。即，构成为由油泵113排出的润滑油的一部分通过给油口112a、112b，分别向上下轴承107a、107b供油。这样的结构因为可以使润滑油通路和冷却剂通路兼用，所以可以使装置小形化。

泵机构部106和上轴承107a之间形成有轴封部114，该轴封部114是通过密封气体供给口115从外部供给密封气体。为不使密封气体与从吸气口101吸入的气体发生反应，一般使用干燥氮气等作为这种密封气体。从密封气体供给口115向转子表面排出的密封气体分为上下两个方向流动，一部分流进泵机构部和从吸气口101流入的气体一起从排气口102排出，其余的通过上轴承107a进入电动机室116，从密封气体排气口117排出。通过该分为两个方向流动的密封气体，既能防止供给轴承部的润滑油流入泵机构部106，也可防止由吸气口101流入的气体进入电动机室116。

下面对上述本发明实施例的动作加以说明。从吸气口101吸入的气体，在由转子104和定子105组成的泵机构部106的流路内顺次被压缩。通过排气口102向大气排出。排气过程中，在转子104高速旋转的部分，气体成为高温，其热被传导到定子105。在这样状态下，气体温度升高，泵机构部106的压缩性能降低，会使泵的性能低下，也会发生由于热膨胀而使转子104和定子105相接触的情况，但在本发明中，可以使润滑油流向冷却套109而进行油冷却，能够通过稳定的冷却使其保持一定的温度。

在真空泵的吸气口101与例如半导体制造装置的铝板干腐蚀装置的反应炉连接的情况下，做为腐蚀后的反应生成物，生成有氯化铝（Alcl₃）。这个升华温度特性如图3所示，根据压力和温度的关系分为固相侧和气相侧。在图3中，18表示现有技术的数据，19表示本发明的一个实施例的数据。

向冷却套109供水进行水冷却时，定子105内部的温度则位于氯化铝的升华温度特性曲线A的固相侧，氯化铝（以下称Alcl₃）固体化，Alcl₃则粘结堆积在定子105的内壁。在本实施例中，向冷却套109供油，对定子进行油冷却，因为油的热传导率比水的热传导率约低1/5，在同温度下使用水或油时，用油可以使定子105内部的温度提高。其结果，能使定子105内部的温度保持在Alcl₃的升华温度特性曲线A的气相侧位置，可以防止反应生成物在定子105内壁上粘结。

现将本发明的作用参照图4做进一步的详细说明。如图，18是表示现有技术的数据，19是表示本发明一个实施例的数据。

向上述的冷却套109供水，进行水冷却时，定子105内部的温度则位于Alcl₃的升华温度特性曲线A的固相侧，在定子105的内壁粘结堆积Alcl₃。水的热传导率在水温40℃时为0.54千卡/m·h·℃，与油等相比，热传导率大。在本发明中，是向冷却套109供给热传导率为0.08～0.25千卡/m·h·℃的冷却剂。满足这个条件合适的冷却剂，有润滑油（＃90汽轮机油、＃140汽轮机油）、真空油（烷基二苯醚类、全氟聚醚类）、矿物油、合成油、乙二醇、乙醇等。例如，使用润滑油做为冷却剂时，因为润滑油的热传导率与水的热传导率相比约低1/5，所以水与润滑油在同一温度情况下，使用润滑油可以形成高温，于是能够使定子105内部的温度升高，可使定子105的内部温度保持在Alcl₃的升华温度特性曲线A的气相侧位置，这个结果就可以防止反应生成物粘结在定子105的内壁。

另外，在本发明中，使用了热传导率为0.08～0.25千卡/m·h·℃范围内的物质作为冷却剂，理由是因为如果使用热传导率为0.25千卡/m·h·℃的冷却剂时，如图4的曲线19a所示，定子从第1段到第8段的温度是在变化，有时出现与ALCL₃的升华温度曲线A相当接近的状态，如使用热传导率比这个大的物质时，有可能使ALCL₃固体化。因此，为防止ALCL₃的固体化，以使用热传导率为0.25千卡/m·h·℃以下的冷却剂为宜。还有，使用热传导率为0.08千卡/m·h·℃的冷却剂时，定子的温度大致可以保持在如图4所示曲线19b，但是若使用热传导率比这种更小的冷却剂，则定子15的冷却不充分，定子会成为高温，例如达到约250℃以上，定子105接合面上涂布的密封剂会被破坏，压缩气体的冷却不充分，使压缩性能低下。定子105的温度以保持在250℃以下为好，为此，以使用热传导率为0.08千卡/m·h·℃以上的冷却剂为好。

此外，图1所示的实施例1中，是表示了将油冷却器117设于电动机外套130的外部的例子，但也可将油冷却器117装设在电动机外套130的内部。

图5表示本发明的实施例2。在实施例2中与图1的实施例1通用的部件，已用同一参照号码指示。

在上述实施例1中，向轴承的润滑通路和向冷却套的冷却剂通路，由一个密封环路构成，在实施例2中，润滑油系统则只向上下轴承107a、107b供油，对定子105部的冷却由另设的供液泵220供给温水进行。亦即从水罐221出来的水，由供液泵220通过给水口223，进入冷却套209。进入冷却套209的水，由于转子104和定子105的气体压缩作用发生的热，通过定子105徐徐加温，成为温水后再返回水罐221，形成密封环路。如果仅是这样的密封环路，则温度会徐徐上升，能形成相当的高温。所以为了使密封环路内的温水的温度保持一定，向水罐221内由给水菅225供给冷却水，构成能使水罐221内的温水从排水菅226排出的结构。在排水管226上，为了将水罐221的温水向外部排出，将外部来的水导入水罐内，设有温度调节阀222。该温度调节阀222，可以将水罐221内的温水224控制在一定温度内，能排出水罐内的温水以使定子的温度保持在图3或图4表示的Alcl₃的升华温度曲线A的气相侧。因此，在定子105的内壁等泵通路上不会粘结固体化的反应生成物。

以下，参照图6说明本发明实施例3。

在图6中，在具有吸气口301和排气口302的壳体303内，有由轴承307支承，被电动机308驱动的转子304和围着转子安装的定子305组成的泵机构部306。从吸气口301吸入的气体，由于转子304和定子305的压缩作用，顺次被压缩，由排气口302向大气排出。在定子305的外侧装设有冷却套309，在其内面贴附有用粘结剂粘接的塑料板310。并且用橡胶制O型圈311密封，由壳体罩312形成密封空间。在壳体罩312上设有给水口313及排水口314，从给水口313流入的冷却水，在泵机构部306带走在气体压缩时发生的热，从排水口314排出。

其次，就本发明的实施例3的动作加以说明。从吸气口301吸入的气体，在由转子304和定子305组成的泵机构部306的通路内，被顺次压缩，通过排气口302向大气排出。排气过程中，在转子304高速旋转的部分，气体形成高温，其热被传导到定子305。在这样的状态下，气体温度升高，泵机构部306的压缩作用变坏使泵的性能下降，或由于热膨胀而使转子304和定子305接触，所以向冷却套309通入冷却水进行冷却。

当将真空泵的吸气口301与例如半导体制造装置的铝板干腐蚀装置连接时，会产生氯化铝（ALCL₃）作为腐蚀后的反应生成物。该升华温度特性图，如图3所示，按照压力和温度的关系，分为固相侧和气相侧。

向冷却套309直接通冷却水冷却时，定子305的内部温度位于ALCL₃的升华温度特性图的固相侧，会在定子305的内壁粘结堆积ALCL₃。因此，在冷却套309的内面贴附塑料板310时，由于塑料比铁的热传导率小约1/10，所以冷却水和定子铁305内部的气体之间的温度梯度变大，可以保持气体的高温度。其结果就可以使定子305的内部温度位于ALCL₃的升华温度特性图的气相侧，在定子305的内壁不会有反应生成物的粘结堆积。

另外，做为塑料板310的代替物。贴附与塑料以外的金属相比热传导率小的物质，或者在冷却套309的内面涂布凝结后就形成热传导率小的膜状的液状物质，也可以得到同样效果。

按照本发明，可以使向冷却套的冷却液体的供给流量不会过分减少，就能使定子保持某一定温度以上。所以在进行稳定的冷却的同时，能够有防止在真空泵的通路粘结堆积吸气气体凝固物的效果。

Claims

1、一种真空泵，包括具有吸气口和排气口的壳体、在该壳体内固定着的定子、在壳体内旋转自如地支承着的转子以及润滑轴承，将从上述吸气口吸入的气体，从上述排气口以大气压或接近大气压的压力进行排气，将冷却套安装在定子近旁以冷却上述定子；该真空泵的特征在于：向所说冷却套通入热传导率比水小的冷却液体。

2、根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于：在所说定子的外周装设冷却套，并向该冷却套供给热传导率为0.08-0.25千卡/m·h·℃范围内的冷却剂。

3、根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于冷却剂是指润滑油、真空油、矿物油、合成油、乙二醇、乙醇中的任何一种。

4、根据权利要求3所述的真空泵，其特征在于润滑油是＃90汽轮机油或＃140汽轮机油。

5、根据权利要求3所述的真空泵，其特征在于真空油是烷基二苯醚类或全氟聚醚类。

6、根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于：所说吸入的气体是含有氯化铝（AlCl₃）的气体，向所说冷却套通以热传导率小的冷却液体，一方面使上述通路内的温度能保持在比氯化铝的升华温度高的温度上，一方面进行冷却。

7、根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于：在上述定子的外周设置冷却套，并向这个冷却套供给与上述润滑轴承用的润滑油同一的润滑油，冷却上述收纳有定子和转子的泵机构部。

8、根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于：通向轴承的润滑油通路和通向冷却套的冷却剂通路，是由同一闭合环路的管路构成。

9、根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于：上述轴承是滚动轴承，且在上述泵机构部和滚动轴承之间的位置上，设有由泵体外部供给密封气体的轴封部。

10、根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于从吸气口吸入的气体，在泵机构部被压缩到大气压或接近大气压的压力，从排气口向大气排出。

11、根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于为了冷却润滑油而设冷却器。

12、一种真空泵，从吸气口吸入的气体，由设在壳体内的泵机构部顺次进行压缩，从排气口大致以大气压的压力进行排气，为了冷却上述泵机构部，设置冷却套;该真空泵的特征在于：向该冷却套通以热传导率比水小的冷却液体，同时，设置对这个冷却液体的温度进行控制的装置。

13、根据权利要求12所述的真空泵，其特征在于冷却液体是油，控制冷却液体温度的装置是油冷却器。

14、一种真空泵，将从吸气口吸入的含有升华性气体的气体，由设在泵壳体内的泵机构部顺次进行压缩，在排气口大致以大气压的压力进行排气，在靠近上述泵机构部处设置冷却套;该真空泵的特征在于：设置从罐向该阖套供给冷却液体的管路和从冷却套向上述罐返回冷却液体的管路，构成冷却液体的闭合环路，在这个闭合环路内设置给液泵，将冷却液体由罐向冷却套进行循环供给，并且设置控制上述冷却液体温度的装置以使上述真空泵内的通路壁保持比上述升华性气体的升华温度还高的温度。

15、根据权利要求14所述的真空泵，其特征在于冷却液体是被泵机构部的压缩热加热的温水，为使这个温水的温度保持一定，在上述罐内设有冷却温水的装置。

16、一种真空泵，在设置在壳体内的转子和定子组成的泵机构部的作用下，将从吸气口吸入的低压气体进行压缩，由排气口向大气排出;该真空泵的特征在于：上述定子外周装设的冷却套内面贴附有塑料板，由冷却套的罩形成密封空间，在该罩上设有冷却液体的供给口和排出口。