DE60210907T2

DE60210907T2 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE60210907T2
Application number: DE60210907T
Authority: DE
Inventors: c/o BOC Edwards Yoshiyuki Shibakoen 2-chome Sakaguchi; c/o BOC Edwards Yasushi Shibakoen 2-chome Maejima
Original assignee: BOC Edwards Japan Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: US6814536B2; EP1314893A1; JP3950323B2; KR20030041781A; US20030095861A1; EP1314893B1; JP2003155996A; DE60210907D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Vakuumpumpen, die in Vorrichtungen zur Herstellung von Halbleitern und so weiter verwendet werden, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vakuumpumpe, die ein beschädigendes Moment verringert, das entsteht, wenn ein Rotor, der bei hoher Drehzahl dreht, in einen Schneckenstator oder dergleichen prallt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einem Prozess, wie dem Trockenätzen, der chemischen Dampfabscheidung (CVD) oder dergleichen, der in einer Hochvakuumprozesskammer in einem Halbleiterherstellungsschritt ausgeführt wird, wird eine Vakuumpumpe, wie eine Turbomolekularpumpe, zur Erzeugung eines Hochvakuums in der Prozesskammer verwendet, wobei Gas aus der Prozesskammer abgeleitet wird.
5 ist eine vertikale Schnittansicht einer herkömmlichen Vakuumpumpe. In der Vakuumpumpe ist ein Pumpengehäuse 1 mit einer Gassaugöffnung 1-2 an seinem oberen Abschnitt bereitgestellt. Das Pumpengehäuse steht mit einer Prozesskammer 17 in Verbindung, indem der Flansch 1a an der Prozesskammer 17 mit Befestigungsschrauben 15 angebracht wird.
Die Vakuumpumpe, die an der Prozesskammer 17 befestigt ist, ist mit einer Rotorwelle 12, einem Rotor 2 und Rotorschaufeln 4 bereitgestellt und die Rotorwelle 12 dreht gemeinsam mit dem Rotor 2 und den Rotorschaufeln 4, wenn die Vakuumpumpe in Betrieb ist. Die Vakuumpumpe ist auch mit Statorschaufeln 5 bereitgestellt, und einem Schneckenstator 7, der darin befestigt ist. Gasmoleküle in der Prozesskammer 17 werden aus der Gasauslassöffnung 1-3 ausgeleitet, gehen durch die Gassaugöffnung 1-2 und dann durch die Wechselwirkung zwischen den Rotorschaufeln 4, die bei hoher Drehzahl drehen, und den Statorschaufeln 5 und die andere Wechselwirkung zwischen dem Rotor 2, der bei hoher Drehzahl dreht, und dem Schneckenstator 7, auf dem sich Gewindenuten 8 befinden, durch das Pumpengehäuse 1.
Im Allgemeinen wird als Strukturmaterial des Rotors 2, der Rotorschaufeln 4, des Pumpengehäuses 1, der Statorschaufeln 5 und so weiter, die die Vakuumpumpe bilden, eine leichte Legierung verwendet, insbesondere wird üblicherweise eine Aluminiumlegierung verwendet, da die Aluminiumlegierung in der maschinellen Bearbeitung ausgezeichnet ist und ohne Schwierigkeiten präzise bearbeitet werden kann. Die Härte einer Aluminiumlegierung ist jedoch im Vergleich zu anderen Materialien, die für das Strukturmaterial verwendet werden, relativ gering und daher kann eine Aluminiumlegierung abhängig von den Betriebsbedingungen einen Zeitbruch verursachen. Ebenso kann ein Sprödbruch auftreten, der vorwiegend durch eine Belastungskonzentration an dem unteren Abschnitt des Rotors 2 verursacht wird, wenn die Vakuumpumpe in Betrieb ist.
Wenn in der herkömmlichen Vakuumpumpe mit der zuvor beschriebenen Struktur ein Sprödbruch zum Beispiel in dem Rotor 2, der bei hoher Drehzahl dreht, auftritt, und ein Teil des Rotors 2 in den Schneckenstator 7 prallt, kann der Schneckenstator 7, da der Schneckenstator 7 eine unzureichende Festigkeit gegenüber einer Schocklast besitzt, die durch diesen Aufprall verursacht wird, eine solche Schocklast nicht aufnehmen und prallt daher radial in ein Basiselement 1-1. Daher erzeugt diese Schocklast ein hohes Drehmoment (in der Folge als "beschädigendes Moment" bezeichnet), das die gesamte Vakuumpumpe in Drehung versetzt und dahingehend Probleme verursacht, dass das gesamte Pumpengehäuse 1 verformt wird, die Befestigungsschrauben 15, die die Vakuumpumpe an der Prozesskammer 17 befestigen, durch dieses Verformungsmoment brechen, und die Prozesskammer 17 durch das große beschädigende Moment bricht, das auf sie übertragen wird.
EP 0887556 offenbart eine Vakuumpumpe, die eine Verengung lösende Struktur umfasst, um eine Verengung von wenigstens eines Teils des Stators zu lösen, wenn ein anormales Moment durch einen Rotor der Vakuumpumpe an den Stator angelegt wird.
EP 1030062 offenbart eine Vakuumpumpe, die einen Rotor, eine Statoranordnung, die den Rotor umgibt, und einen Gehäuseabschnitt, der die Statoranordnung umgibt, umfasst. Ein Teilzwischenraum ist zwischen der Statoranordnung und dem Gehäuseabschnitt so ausgebildet, dass, wenn ein anormales Moment von dem Rotor an die Statoranordnung angelegt wird, eine direkte Übertragung des Aufpralls von der Statoranordnung an den Gehäuseabschnitt verhindert wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der zuvor beschriebenen Probleme gemacht. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumpumpe bereitzustellen, die ein beschädigendes Moment verringert, das entsteht, wenn ein Rotor, der bei hoher Drehzahl dreht, in einen Schneckenstator oder dergleichen prallt, so dass ein Bruch einer Prozesskammer oder dergleichen durch das beschädigende Moment verhindert wird, das auf die Prozesskammer oder dergleichen übertragen wird.
Eine Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotor, der drehbar in einem Pumpengehäuse bereitgestellt ist; eine Vielzahl von Rotorschaufeln, die integral an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors bereitgestellt sind; eine Vielzahl von Statorschaufeln, die zwischen den Rotorschaufeln positioniert und angeordnet sind; einen Schneckenstator, der in einem Basiselement des Pumpengehäuses angeordnet ist und gegenüber der äußeren Umfangsfläche des Rotors angeordnet ist; wobei der Schneckenstator mit einem starren Ring bereitgestellt ist, der seine äußere Oberfläche umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Ring vollständig in die axiale Linienrichtung durch einen Spalt zu dem Basiselement des Pumpengehäuses beabstandet ist, so dass ein beschädigendes Moment von dem starren Ring absorbiert wird.
Wenn in der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ein Sprödbruch zum Beispiel in dem Rotor auftritt, der bei hoher Drehzahl dreht, und ein Teil des Rotors in den Schneckenstator prallt, wird mit großer Wahrscheinlichkeit ein beschädigendes Moment erzeugt, das die gesamte Vakuumpumpe in Drehung versetzt. Dieses beschädigende Moment wird jedoch durch die Drehung des starren Rings absorbiert und verschwindet schließlich.
Die Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren ein Pufferelement zwischen dem Schneckenstator und dem starren Ring umfassen.
Die Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren einen reibungsarmen Abschnitt umfassen, der zumindest an einer von der äußeren Umfangsfläche des starren Rings und einer Oberfläche gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings bereitgestellt ist, so dass die Oberflächenreibungskraft der entsprechenden Oberfläche verringert wird.
Die Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren ein Pufferelement zwischen dem Schneckenstator und dem starren Ring, und einen reibungsarmen Abschnitt umfassen, der zumindest an einer von der äußeren Umfangsfläche des starren Rings und einer Oberfläche gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings bereitgestellt ist, so dass die Oberflächenreibungskraft der entsprechenden Oberfläche verringert wird.
Die Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren einen reibungsarmen Abschnitt umfassen, der an einer Oberfläche des Basiselements gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings bereitgestellt ist, so dass die Oberflächenreibungskraft der Oberfläche gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings verringert wird.
In der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der starre Ring vorzugsweise aus einem Metall, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Titanlegierung, einem Nickel-Chromkupfer, einem Chrom-Molybdänstahl und einem rostfreien Stahl.
In der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Pufferelement mit einer Vielzahl von Hohlräumen bereitgestellt sein, die entlang der Drehrichtung des Rotors angeordnet sind.
In der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Pufferelement mit einer Vielzahl von Hohlräumen und Hohlraum-Begrenzungsabschnitten bereitgestellt sein, die abwechselnd entlang der Drehrichtung des Rotors angeordnet sind, wobei jeder Hohlraum-Begrenzungsabschnitt als Grenze zwischen den benachbarten Hohlräumen dient und so konstruiert ist, dass er in eine Richtung geneigt ist, in die der Hohlraum-Begrenzungsabschnitt durch die Schocklast von dem Schneckenstator leicht brechen kann.
In der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Hohlräume, die in dem Pufferelement bereitgestellt sind, vorzugsweise durch die Schocklast zermalmt, wenn die Schocklast, die durch den Aufprall des Rotors in dem Schneckenstator verursacht wird, auf das Pufferelement übertragen wird.
In der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann jeder Hohlraum die Querschnittsform eines Parallelogramms oder einer Raute haben.
In der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann der reibungsarme Abschnitt eine Struktur aufweisen, bei der hinsichtlich einer Oberfläche, deren Reibungskraft verringert werden soll, eine reibungsarme Oberflächenbehandlung an der Oberfläche ausgeführt wird, oder ein reibungsarmes Material an die Oberfläche gebunden wird.
In der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung wird die reibungsarme Oberflächenbehandlung vorzugsweise durch Fluorplast-Beschichtung, Fluorplast enthaltende Nickelplattierung oder Fluorplast imprägnierte Keramikbeschichtung ausgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Vakuumpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine querverlaufende Schnittansicht entlang der Linie A-A, die in 1 dargestellt ist;
3 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Vakuumpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Vakuumpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ist eine vertikale Schnittansicht einer herkömmlichen Vakuumpumpe.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Vakuumpumpen gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ausführlich unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Vakuumpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 2 ist eine querverlaufende Schnittansicht entlang der Linie A-A, die in 1 dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird eine Vakuumpumpe gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Die Vakuumpumpe hat ein zylindrisches Pumpengehäuse 1 und einen zylindrischen Rotor 2, der drehbar in dem Pumpengehäuse 1 derart angeordnet ist, dass der obere Abschnitt des Rotors 2 zu einer Gassaugöffnung 1-2 gerichtet ist, die an dem oberen Abschnitt des Pumpengehäuses 1 bereitgestellt ist.
Eine Vielzahl von bearbeiteten Rotorschaufeln 4 und Statorschaufeln 5 sind zwischen der äußeren Umfangsfläche des oberen Teils des Rotors 2 und der Innenwand des oberen Teils des Pumpengehäuses 1 derart angeordnet, dass diese Schaufeln 4 und 6 abwechselnd in einer Richtung entlang der Drehachse des Rotors 2 angeordnet sind.
Die Rotorschaufeln 4 sind integral an der äußeren Umfangsfläche des oberen Teils des Rotors 2 so angeordnet, dass sie gemeinsam mit dem Rotor 2 drehen. Andererseits sind die Statorschaufeln 5 mittels Abstandhalter 6, die an dem Pumpengehäuse 1 befestigt sind, zwischen benachbarten oberen und unteren Rotorschaufeln 4 positioniert und angeordnet, und sind auch an der Innenwand des Pumpengehäuses 1 befestigt.
Ein feststehender Schneckenstator 7 ist gegenüber der äußeren Umfangsfläche des unteren Abschnitts des Rotors 2 angeordnet. Der gesamte Schneckenstator 7 hat eine zylindrische Form, so dass er den unteren Abschnitt des Rotors 2 umgibt, und ist integral an einem Basiselement 1-1 befestigt, der als Basis des Pumpengehäuses 1 dient. Zusätzlich sind Gewindenuten 8 an der Oberfläche des Schneckenstators 7 gegenüber dem Rotor 2 ausgebildet.
Ein starrer Ring 9 ist an der Außenseite des Schneckenstators 7 positioniert und angeordnet, und hat eine Ring- oder Zylinderform, so dass der gesamte starre Ring 9 den gesamten Schneckenstator 7 umgibt.
Ebenso hat der starre Ring 9 eine ausreichende Steifigkeit gegenüber einer berechneten Schocklast unter der Annahme, dass der Rotor 2, der bei hoher Drehzahl dreht, in den Schneckenstator 7 prallt. Ein solcher stoßfester starrer Ring 9 besteht aus einem Metall, wie einer Titanlegierung, einem Nickel-Chromkupfer, einem Chrom-Molybdänstahl oder einem rostfreien Stahl.
Eine äußere Umfangsfläche 9a des starren Rings 9 ist an dem Basiselement 1-1 angeordnet, das als Basis des Pumpengehäuses 1 dient. Ein Spalt G mit vorbestimmter Dicke ist zwischen dem Basiselement 1-1 und dem starren Ring 9 bereitgestellt.
In dieser Ausführungsform ist zwischen dem Schneckenstator 7 und dem starren Ring 9 ein Metallpufferelement 10 eingesetzt. Das gesamte Pufferelement 10 hat eine Ring- oder Zylinderform, so dass es den Schneckenstator 7 umgibt.
Das Pufferelement 10 ist mit einer Vielzahl von Hohlräumen 10a bereitgestellt, die jeweils die Form eines Parallelogramms oder einer Raute haben, wenn sie vom oberen Abschnitt des Pumpengehäuses 1 betrachtet werden, wie in 2 dargestellt ist. Die Hohlräume 10a und eine Vielzahl von Hohlraum-Begrenzungsabschnitten 10b sind abwechselnd und regelmäßig in der Drehrichtung des Rotors 2 bereitgestellt. Jeder Hohlraum-Begrenzungsabschnitt 10b dient als Grenze zwischen den benachbarten Hohlräumen 10a und ist so konstruiert, dass er in eine Richtung geneigt ist, in die der Hohlraum-Begrenzungsabschnitt durch die Schocklast von dem Schneckenstator 7 leicht brechen kann. Das heißt, jeder Hohlraum 10a mit der Querschnittsform eines Parallelogramms oder einer Raute hat eine vordere Kante an seiner Innenseite in die Drehrichtung R des Rotors 2, wie in 2 dargestellt ist.
Ein reibungsarmer Abschnitt 11 zur Verringerung der Oberflächenreibung der äußeren Umfangsfläche 9a ist an der äußeren Oberfläche 9a des starren Rings 9 bereitgestellt. Der reibungsarme Abschnitt 11 wird an der äußeren Oberfläche 9a bereitgestellt, indem eine reibungsarme Oberflächenbehandlung an der äußeren Oberfläche 9a ausgeführt wird, ein reibungsarmes Material an die äußere Oberfläche 9a gebunden wird oder der starre Ring 9 aus einem reibungsarmen Material gebildet wird. Die reibungsarme Oberflächenbehandlung wird zum Beispiel durch Fluorplast-Beschichtung (Teflon, Produktmarkenbezeichnung von E. I. DuPont de Nemours and Company), Fluorplast enthaltende Nickelplattierung oder Fluorplast imprägnierte Keramikbeschichtung ausgeführt.
Wie zuvor beschrieben, ist die äußere Oberfläche 9a des starren Rings 9 zu dem Basiselement 1-1 gerichtet, das als Basis des Pumpengehäuses 1 dient. Ebenso ist in dieser Ausführungsform ein weiterer reibungsarmer Abschnitt 11 an einer Oberfläche 1-1a des Basiselements 1-1 gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings bereitgestellt. Der weitere reibungsarme Abschnitt 11 kann aus demselben Material bestehen und auf die gleiche Weise wie jener auf der äußeren Oberfläche 9a gebildet sein.
In dieser Ausführungsform hat der Rotor 2 eine Rotorwelle 12, die integral an ihm befestigt und koaxial in ihm angeordnet ist. Obwohl verschiedene Arten von Lagermitteln zur drehbaren Stütze der Rotorwelle 12 möglich sind, weist diese Ausführungsform eine Struktur auf, in der die Rotorwelle 12 drehbar von Kugellagern 13 getragen wird.
Die Rotorwelle 12 wird von einem Antriebsmotor 14 mit einem Motorstator 14a und einem Motorrotorelement 14b in Drehung versetzt. Bei dieser Bauart von Antriebsmotor ist der Motorstator 14a an einer Statorsäule 16 befestigt, die im Inneren des Rotors 2 angeordnet ist, und der Motorrotor 14b ist an der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 12 befestigt.
Das Pumpengehäuse 1 ist mit der Gassaugöffnung 1-2 an seinem oberen Abschnitt und einer Gasauslassöffnung 1-3 an seinem unteren Abschnitt bereitgestellt. Die Gassaugöffnung 1-2 steht mit einem Vakuumbehälter in Verbindung, der stark evakuiert werden muss, wie einer Prozesskammer 17, die in der Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern verwendet wird. Die Gasauslassöffnung 1-3 steht mit der Niederdruckseite in Verbindung.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 wird der Betrieb der Vakuumpumpe mit der zuvor beschriebenen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Die Pfeile in den Figuren zeigen die Strömungsrichtung eines Abgases in der Vakuumpumpe an.
Die Vakuumpumpe, die in den Figuren dargestellt ist, kann zum Evakuieren zum Beispiel der Prozesskammer 17 verwendet werden, die in Vorrichtungen zur Herstellung von Halbleitern verwendet wird. In diesem Beispiel steht die Gassaugöffnung 1-2 an dem oberen Abschnitt der Vakuumpumpe mit der Prozesskammer 17 (nicht dargestellt) in Verbindung, indem ein Flansch 1a an dem oberen Abschnitt des Pumpengehäuses 1 mittels Befestigungsschrauben 15 mit der Prozesskammer 17 verbunden wird.
In der Vakuumpumpe, die mit der Prozesskammer 17 wie zuvor beschrieben verbunden ist, wird eine Hilfspumpe (nicht dargestellt), die an die Gasauslassöffnung 1-3 angeschlossen ist, aktiviert. Wenn die Prozesskammer 17 auf den Vakuumpegel von 10^–1 Torr evakuiert wird, wird die Vakuumpumpe eingeschaltet. Dann wird der Antriebsmotor 14 aktiviert, so dass die Rotorwelle 12 gemeinsam mit dem Rotor 2 und den Rotorschaufeln 4 bei hoher Drehzahl dreht.
Wenn die Rotorschaufel 4 bei hoher Drehzahl an der obersten Stufe dreht, verleiht die Rotorschaufel 4 den Gasmolekülen, die durch die Gassaugöffnung 1-2 treten, einen nach unten gerichteten Impuls, und die Gasmoleküle mit diesem nach unten gerichteten Impuls werden von der Statorschaufel 5 so geleitet, dass sie zu der Seite der nächsten unteren Rotorschaufel 4 befördert werden. Indem den Gasmolekülen wiederholt dieser Impuls verliehen wird, werden die Gasmoleküle der Reihe nach von der Gassaugöffnung 1-2 zu der Gewindenut 8 befördert, die an der unteren Abschnittsseite des Rotors 2 bereitgestellt ist. Der zuvor beschriebene Betrieb der Abgabe von Gasmolekülen wird Gasmolekülauslassvorgang genannt, der durch die Wechselwirkung zwischen den drehenden Rotorschaufeln 4 und den feststehenden Statorschaufeln 5 ausgeführt wird.
Die Gasmoleküle, die durch den zuvor beschriebenen Gasmolekülauslassvorgang zu den Gewindenuten 8 gelangen, werden von einem Zwischenströmungszustand in einen viskosen Strömungszustand komprimiert, werden durch die Wechselwirkung zwischen dem drehenden Rotor 2 und den Gewindenuten 8 zu der Gasauslassöffnung 1-3 befördert und schließlich über die Gasauslassöffnung 1-3 durch die Hilfspumpe (nicht dargestellt) zur Außenseite abgegeben.
Wenn in dem Rotor 2, der bei hoher Drehzahl dreht, ein Sprödbruch wie zuvor beschrieben eintritt und somit bewirkt, dass ein Teil des Rotors 2 in den Schneckenstator 7 prallt, tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein beschädigendes Moment auf, dass die gesamte Vakuumpumpe in Drehung versetzt. In dieser Ausführungsform jedoch wird ein solches beschädigendes Moment durch die plastische Verformung des Pufferelements 10 und die Drehung des starren Rings 9 absorbiert und verschwindet schließlich.
Insbesondere, wenn in der Vakuumpumpe gemäß der ersten Ausführungsform ein Teil des Rotors 2, der bei hoher Drehzahl dreht, in den Schneckenstator 7 prallt und dadurch die Schocklast, die durch diesen Aufprall erzeugt wird, von dem Schneckenstator 7 auf das Pufferelement 10 übertragen wird, bewirkt die Schocklast von dem Schneckenstator 7, dass die Hohlräume 10a in dem Pufferelement 10 zermalmt werden. Somit wird die Schocklast, die durch den zuvor beschriebenen Aufprall verursacht wird, durch eine solche plastische Deformation des zermalmbaren Pufferelements 10 absorbiert und verringert.
Wenn die Hohlräume 10a in dem Pufferelement 10 vollständig zermalmt sind, bewirkt das beschädigende Moment, das in diesem Zustand noch verbleibt, dass der starre Ring 9 dreht. Da der starre Ring 9 dreht, während er gleitend mit dem Basiselement 1-1 des Pumpengehäuses 1 in Kontakt steht, wird die Energie, die durch das verbleibende beschädigende Moment erzeugt wird, in die Reibungswärme umgewandelt, die zwischen dem starren Ring 9 und dem Basiselement 1-1 erzeugt wird. Wenn die Energie, die durch das beschädigende Moment erzeugt wird, verbraucht ist, hält die Drehung des starren Rings 9 an.
Da die Energie, die durch das verbleibende beschädigende Moment verursacht wird, vollständig von der zuvor beschriebenen Drehung des starren Rings 9 absorbiert wird, verhin dert die Vakuumpumpe gemäß der ersten Ausführungsform das Auftreten von Problemen, dass die Prozesskammer 17 und dergleichen, die an die Vakuumpumpe angeschlossen sind, durch das zuvor beschriebene beschädigende Moment, das auf sie übertragen wird, brechen, das Pumpengehäuse 1 verformt wird oder einige der Befestigungsschrauben 15, die die Vakuumpumpe an der Prozesskammer 17 befestigen, durch dieses Verformungsmoment brechen.
Da in der Vakuumpumpe gemäß dieser Ausführungsform die reibungsarmen Abschnitte 11 an der äußeren Oberfläche 9a des starren Rings 9 und auch an der Oberfläche 1-1a, die der äußeren Oberfläche 9a gegenüberliegt, bereitgestellt sind, ist auch die Reibungskraft zwischen dem starren Ring 9 und dem Basiselement 1-1, die durch die Drehung des starren Rings 9 verursacht wird, gering. Daher verursacht die Reibungskraft keine Verformung an dem Pumpengehäuse 1 oder keinen Bruch an den Befestigungsschrauben 15.
Da ferner in der Vakuumpumpe gemäß der ersten Ausführungsform die Hohlraum-Begrenzungsabschnitte 10b in dem Pufferelement 10 so konstruiert sind, dass sie in eine Richtung geneigt sind, in der die Hohlraum-Begrenzungsabschnitte 10b leicht durch die Schocklast von dem Schneckenstator 7 brechen, bewirkt die Schocklast von dem Schneckenstator 7, dass die Hohlraum-Begrenzungsabschnitte 10b leicht gekrümmt werden, und bewirkt somit, dass die Hohlräume 10a in dem Pufferelement 10 leicht zermalmt werden. Dadurch absorbiert das Pufferelement 10 effektiv eine solche Schocklast.
Obwohl die Vakuumpumpe gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Kombination von drei Komponenten bereitgestellt ist, die zum Beispiel aus dem starren Ring 9, dem Pufferelement 10 und den reibungsarmen Abschnitten 11 bestehen, können die anderen Vakuumpumpen gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform mit einer Kombination von nur zwei Komponenten bereitgestellt sein, die aus dem starren Ring 9 und dem Pufferelement 10 bestehen, wie in 3 dargestellt ist, beziehungsweise nur mit dem starren Ring 9 bereitgestellt sind, wie in 4 dargestellt ist. Mit diesen Strukturen der Vakuumpumpen gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform absorbiert die Drehung des starren Rings 9 auch die Energie des beschädigenden Moments, die schließlich verschwindet, wodurch verhindert wird, dass die Prozesskammer 17 durch das beschädigende Moment bricht, das Pumpengehäuse 1 verformt wird und auch dass die Befestigungsschrauben 15 durch dieses Verformungsmoment brechen.
Obwohl in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen die reibungsarmen Abschnitte 11 sowohl an der äußeren Oberfläche 9a des starren Rings 9 als auch an der Oberfläche 1-1a gegenüber der äußeren Oberfläche 9a bereitgestellt sind, kann ein reibungsarmer Abschnitt 11 nur an einer der vorangehenden Oberflächen 9a und 1-1a bereitgestellt sein.
Ebenso sind in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen die Hohlräume 10a, die jeweils die Querschnittsform eines Parallelogramms oder einer Raute haben, wenn sie von dem oberen Abschnitt des Pumpengehäuses 10 betrachtet werden, regelmäßig in dem Pufferelement 10 derart angeordnet, dass die Hohlraum-Begrenzungsabschnitte 10b in dem Pufferelement 10 in eine Richtung geneigt sind, in die die Hohlraum-Begrenzungsabschnitte 10b durch die Schocklast von dem Schneckenstator 7 leicht brechen können. Die Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf das Pufferelement 10 beschränkt, in dem jeder Hohlraum die Querschnittsform eines Parallelogramms oder einer Raute hat, und kann ein Pufferelement 10 aufweisen, in dem der Hohlraum 10a eine andere Form, einschließlich einer elliptischen Querschnittsform, hat. Solange das Pufferelement 10 die Hohlräume 10a aufweist, die bewirken, dass die Hohlraum-Begrenzungsabschnitte 10b, die als Grenzen zwischen benachbarten Hohlräumen 10a dienen, in die zuvor beschrie bene Richtung geneigt sind, können die Hohlräume 10a jede Querschnittsform annehmen.
Die Gewindenuten 8 können an dem Rotor 2 und nicht an dem Schneckenstator 7 ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Gewindenuten 8 an der äußeren Umfangsfläche des unteren Abschnitts des Rotors 2 gegenüber dem Schneckenstator 7 ausgebildet.
Anstelle der zuvor beschriebenen Kugellager 13 können kontaktlose Lager, wie Magnetlager, als Mittel zur drehbaren Stütze der Rotorwelle 12 verwendet werden.
Die Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Struktur, in der der starre Ring, der durch die Schocklast von dem Schenckenstator gedreht wird, an der Außenseite positioniert und angeordnet ist, wie zuvor beschrieben wurde. Wenn bei dieser Struktur zum Beispiel ein Sprödbruch in dem Rotor auftritt, der bei hoher Drehzahl dreht, und ein Teil des Rotors in den Schneckenstator prallt, tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein beschädigendes Moment auf, das die gesamte Vakuumpumpe in Drehung versetzt. Ein solches beschädigendes Moment wird jedoch durch die Drehung des starren Rings absorbiert und verschwindet schließlich, wodurch das Auftreten von derartigen Problemen verhindert wird, dass die Prozesskammer und dergleichen, die an die Vakuumpumpe angeschlossen sind, durch das beschädigende Moment brechen, das Pumpengehäuse verformt wird und auch die Befestigungsschrauben, die die Vakuumpumpe an der Prozesskammer befestigen, durch dieses Verformungsmoment brechen.

Claims

Vakuumpumpe, umfassend: einen Rotor (2), der drehbar in einem Pumpengehäuse (1) bereitgestellt ist; eine Vielzahl von Rotorschaufeln (4), die integral an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors (2) bereitgestellt sind; eine Vielzahl von Statorschaufeln (5), die zwischen den Rotorschaufeln positioniert und angeordnet sind; einen Schneckenstator (7), der in einem Basiselement (1-1) des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist, und gegenüber der äußeren Umfangsfläche des Rotors (2) angeordnet. ist; wobei der Schneckenstator (7) mit einem starren Ring (9) bereitgestellt ist, der seine äußere Oberfläche umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Ring (9) vollständig in die axiale Linienrichtung durch einen Spalt (G) zu dem Basiselement (1-1) des Pumpengehäuses (1) beabstandet ist, so dass ein beschädigendes Moment von dem starren Ring (9) absorbiert wird.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein Pufferelement (10) zwischen dem Schneckenstator und dem starren Ring.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, des Weiteren umfassend einen reibungsarmen Abschnitt (11), der zumindest an einer von der äußeren Umfangsfläche (9a) des starren Rings und einer Oberfläche (1-1a) gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings bereitgestellt ist, so dass die Oberflächenreibungskraft der entsprechenden Oberfläche verringert wird.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen reibungsarmen Abschnitt (11), der an einer Oberfläche des Basiselements (1-1) gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings (9) bereitgestellt ist, so dass die Oberflächenreibungskraft der Oberfläche gegenüber der äußeren Umfangsfläche des starren Rings (9) verringert wird.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei der starre Ring (9) ein Metall umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Titanlegierung, einem Nickel-Chromkupfer, einem Chrom-Molybdänstahl und einem rostfreien Stahl.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, wobei das Pufferelement (10) mit einer Vielzahl von Hohlräumen bereitgestellt ist, die entlang der Drehrichtung des Rotors angeordnet sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 2, wobei das Pufferelement mit einer Vielzahl von Hohlräumen (10a) und Hohlraum-Begrenzungsabschnitten (10b) bereitgestellt ist, die abwechselnd zwischen den Hohlräumen entlang der Drehrichtung des Rotors angeordnet sind, wobei jeder Hohlraum-Begrenzungsabschnitt als Grenze zwischen den benachbarten Hohlräumen dient und so konstruiert ist, dass er in eine Richtung geneigt ist, in die der Hohlraum-Begrenzungsabschnitt durch die Schocklast von dem Schneckenstator leicht brechen kann.
Vakuumpumpe nach Anspruch 6, wobei die Hohlräume (10a), die in dem Pufferelement bereitgestellt sind, durch die Schocklast zermalmt werden, wenn die Schocklast, die durch den Aufprall des Rotors in dem Schneckenstator verursacht wird, auf das Pufferelement übertragen wird.
Vakuumpumpe nach Anspruch 6, wobei jeder Hohlraum die Querschnittsform eines Parallelogramms oder einer Raute hat.
Vakuumpumpe nach Anspruch 3, wobei der reibungsarme Abschnitt (11) eine Struktur ist, bei der hinsichtlich einer Oberfläche, deren Reibungskraft verringert werden soll, eine reibungsarme Oberflächenbehandlung an der Oberfläche ausgeführt wird, oder ein reibungsarmes Material an die Oberfläche gebunden wird.
Vakuumpumpe nach Anspruch 10, wobei die reibungsarme Oberflächenbehandlung durch Fluorplast-Beschichtung, Fluorplast enthaltende Nickelplattierung oder Fluorplast imprägnierte Keramikbeschichtung ausgeführt wird.