专利名称：真空泵及其起动方法
技术领域：
本发明涉及一种真空泵，以及真空泵起动方法，更特别地，涉及一种将气体从用在半导体制造装置或类似装置中的室内排出的真空泵，以及起动该真空泵的方法。
背景技术：
在半导体制造装置中，一种真空泵广泛用于将半导体制造过程中使用的气体从室内排出，并在室内产生真空环境。作为该类型的真空泵，公知的是具有罗茨式或螺杆式泵转子的容积式真空泵。
通常，容积式真空泵包括一对安置在泵壳内的泵转子，以及用来旋转泵转子的电机。在上述一对泵转子自身之间，以及泵转子和泵壳的内表面之间，形成细小的间隙，使得泵转子以无接触的方式旋转。当通过接通电机使上述一对泵转子在相反的方向上同步旋转时，从引入口抽入泵壳内的气体被导向排出口，从而从与真空泵引入口连接的室或类似结构中排出。
在半导体制造过程中使用的一些气体，含有在气体温度降低时固化或液化的成分。通常，上述容积式真空泵内，在将气体导向排出口的过程中产生压缩热，因此真空泵在运转中具有很高的温度。从而，当真空泵保持高温的时候，即使真空泵排出含有上述成分的气体，上述成分也不会固化或液化，而实现良好的排出。
但是，当真空泵停止运转，真空泵的温度逐渐降低时，气体内所含的上述成分固化或液化，并沉积在泵转子之间以及泵转子和泵壳之间的间隙中(下文中，固化或液化成分称为生成物)。因此，上述生成物阻碍了泵转子的旋转，使得泵转子不能由电机的起动转矩旋转，从而产生真空泵的重启故障。另外，除了真空泵的重启故障，施加在电机上的过载导致电机过热，使得真空泵不能安全运转。
此外，近年来，发展了电机驱动技术，其中使用逆变器，例如变频器，来驱动感应电机、无刷直流电机或类似电机。如果这种电机驱动技术被用于真空泵，则用于起动真空泵的电机转矩将受到逆变器中使用部件的容量的限制。从而电机只能产生有限的转矩，所以真空泵的起动操作将更加困难。
发明内容
考虑到上述缺点，创造了本发明。因此，本发明的目的是提供一种真空泵，即使上述生成物在该真空泵的泵壳内固化或液化，并阻碍泵转子的旋转，该真空泵也能正常起动。
本发明的另一目的是提供一种起动上述真空泵的方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个特征，提供了一种真空泵，包括泵转子，其可旋转地安置在泵壳内，以及泵转子控制器，其在起动所述真空泵时依照预定模式控制所述泵转子正向或反向旋转。泵转子在正向上的旋转定义为抽入泵壳中的气体从入口侧导向出口侧时泵转子的旋转。泵转子反向的旋转定义为泵转子在与正向相反的方向上的旋转。
在本发明的优选特征中，预定模式包括以下至少两种的结合泵转子在正向上的旋转、在反向上的旋转、以及泵转子的停止。
在本发明的优选特征中，在泵转子控制器内设定预定模式，使得上述泵转子按照在正向上旋转、停止、在正向上旋转的次序驱动。
在本发明的优选特征中，在泵转子控制器内设定预定模式，使得泵转子按照在反向、正向上的次序旋转。
根据本发明，如果泵壳中固化或液化的生成物阻碍泵转子旋转，泵转子可以通过依照预定模式旋转而除去生成物，从而使真空泵能够正常起动。
在本发明的优选特征中，真空泵还包括状态判断装置，该状态判断装置用于在起动真空泵时判断泵转子是否正常旋转；其中当状态判断装置在起动真空泵时判断出泵转子未正常旋转的时候，泵转子依照预定模式旋转。
根据本发明，当泵转子能够正常旋转时，实现正常起动操作，从而使真空泵能够快速起动。
根据本发明另一特征，提供了一种起动具有可旋转地安置在泵壳内的泵转子的真空泵的方法，该方法包括在起动真空泵时，依照预定模式控制泵转子在正向或反向上旋转；以及在正向上稳定旋转泵转子，用于排出气体。
在本发明的优选特征中，预定模式包括以下至少两种的结合泵转子在正向上的旋转，在反向上的旋转，以及泵转子的停止。
在本发明的优选特征中，设定预定模式，使得泵转子按照在正向上旋转、停止、在正向上旋转的次序驱动。
在本发明的优选特征中，设定预定模式，使得泵转子按照在反向、正向上的次序旋转。
在本发明的优选特征中，一种真空泵起动方法还包括判断泵转子是否正常旋转；其中当判断出泵转子未正常旋转时，泵转子依照预定模式旋转。
根据本发明另一特征，提供了一种真空泵起动方法，该方法包括判断泵转子是否正常旋转；在起动真空泵时，如果判断出泵转子未正常旋转，则控制泵转子依照预定模式，正向或反向旋转；以及在正向上稳定旋转泵转子，用于排出气体。
图1是剖视图，显示了根据本发明第一实施例的真空泵；图2是示意图，显示了根据本发明第一实施例的包括泵转子控制器的控制系统；图3是示意图，显示了根据本发明第二实施例的包括泵转子控制器的控制系统；图4是示意图，显示了根据本发明第三实施例的包括泵转子控制器的控制系统；图5是示意图，显示了根据本发明第四实施例的包括泵转子控制器的控制系统；图6是示意图，显示了根据本发明第五实施例的包括泵转子控制器的控制系统；具体实施方式
下面将参考附图描述根据本发明实施例的真空泵和真空泵起动方法。
虽然根据本实施例，真空泵用于将气体从用在半导体制造装置中的室内排出，但是本发明并不限于上述应用。图1是剖视图，显示了根据本发明第一实施例的一种真空泵。
如图1所示，根据第一实施例，真空泵包括一对泵转子1、1，其中每个上述泵转子都具有螺纹槽，用于容纳泵转子1、1的泵壳2，以及用于旋转泵转子1、1的电机3。泵壳2具有用于抽吸气体的引入口7和用于排出气体的排出口8。泵转子1、1分别固定在两根轴4、4上，上述轴4、4由轴承5、5可旋转地支承。
轴4、4中的一个具有固定在其上的电机转子3a，并且发动机定子3b被布置成封装电机转子3a。电机转子3a和电机定子3b构成电机3。在本实施例中，电机3包括感应电机。同步齿轮6、6分别固定在轴4、4的末端部分上，上述一对泵转子1、1通过同步齿轮6、6而在相反的方向上同步旋转。在上述一对泵转子1、1自身之间，以及泵转子1、1和泵壳2的内表面之间形成细小的间隙，从而使泵转子1、1以无接触的方式旋转。
由于上述结构，当通过接通电机3使得上述一对泵转子1、1旋转时，气体从引入口7抽入，沿着相互接合的泵转子1、1上的螺纹槽，从泵壳2的入口侧导向出口侧，然后从排出口8排出。这样，气体不断从入口侧导向出口侧，从而将来自与引入口7连接的室(图中未显示)中的气体排出。上述室组合在半导体制造装置中。
如图1所示，本实施例的真空泵包括用于控制真空泵运转的控制系统10。控制系统10中设有泵转子控制器15，用于控制泵转子1、1的旋转和停止。
图2是示意图，显示了根据本发明第一实施例的包括泵转子控制器的控制系统。
如图2所示，控制系统包括三相电源11、接地漏电断路器(ELB)12、电磁接触器13和热保护器14。三相电源11通过接地漏电断路器(ELB)12与电磁接触器13连接，电磁接触器13通过热保护器14与电机3连接。泵转子控制器15与电磁接触器13连接，其中该泵转子控制器15用于控制泵转子1、1(图2中只显示一个泵转子)的旋转和停止。可以使用电路断路器(CB)代替接地漏电断路器(ELB)12。
真空泵的起动开关(未显示)与泵转子控制器15连接，当操作起动开关时，起动指令信号从泵转子控制器15传送到电磁接触器13。电磁接触器13响应起动指令信号而被触发，三相电源11向电机3施加三相电压。因此，电机3给予泵转子1、1用于使泵转子1、1正向旋转的转矩，从而起动真空泵。安装热保护器14用于在电机3超载时切断来自三相电源11的电流供应，以停止真空泵的运转，从而防止电机3的超载过热事故。
泵转子控制器15包括定时器16，当真空泵起动时，泵转子1、1依照预先设定在定时器16中的预定模式旋转或停止。在本实施例中，设定定时器16的模式，从而按照如下次序驱动泵转子1、1(1)正向旋转(泵转子1、1在正向上旋转)、(2)停止、(3)正向旋转。当泵转子1、1在正向上旋转时，泵转子1、1中的一个在某一方向(例如顺时针方向)上旋转，另一个泵转子1在相反方向(例如逆时针方向)上旋转。这样，气体从引入口7抽入泵壳2，导向排出口8，并从排出口8排出。泵转子1、1的正向旋转定义为抽入泵壳2中的气体从引入口7导向排出口8时泵转子1、1的旋转。
因此，当真空泵起动时，首先，电机3给予泵转子1、1用于使泵转子1、1正向旋转的转矩。接着，给予泵转子1、1的转矩减小到零一次。然后，电机3再次给予泵转子1、1用于使泵转子1、1正向旋转的转矩。
这样，当真空泵起动时，泵转子1、1旋转，然后停止，并再次旋转。因此，泵转子1、1的作用力可以施加到沉积在泵转子1、1和泵壳2之间的间隙中的生成物上。结果，固化的生成物变脆并被除去，从而使真空泵能够正常起动。在用于使泵转子1、1重复其旋转和停止几次的模式设定在定时器16中的情况下，可以进一步提高生成物清除的可靠性。在真空泵正常起动后，泵转子1、1稳定正向旋转，用于排出气体。
接着将参考图3描述根据本发明的第二实施例的真空泵和真空泵起动方法。该实施例真空泵的基本构造与第一实施例相同，以下不作详细描述。
图3是示意图，显示了根据本发明第二实施例的包括泵转子控制器的控制系统。
如图3所示，该实施例的控制系统包括三相电源11、接地漏电断路器(ELB)12和变频器21。三相电源11通过接地漏电断路器(ELB)12与变频器21连接，变频器21与电机3连接。变频器21包括整流器22、用于产生波形来旋转电机3的功率晶体管23，以及用于控制变频器21的变频控制器24。泵转子控制器15与变频器21连接，其中上述泵转子控制器15用于控制泵转子1、1的旋转和停止。
泵转子控制器15包括定时器16，与第一实施例相同。具体地讲，当操作起动开关(未显示)时，起动指令信号从泵转子控制器15传送到变频器21，三相电源11向电机3施加三相电压。从而，泵转子1、1依照预先设定在定时器16中的预定模式旋转。在本实施例中，与第一实施例相同，预先设定定时器16的模式，从而通过电机3按照如下次序驱动泵转子1、1(1)正向旋转，(2)停止，(3)正向旋转。用于使泵转子1、1重复其旋转和停止几次的模式可以在定时器16中设定。
虽然实施例中使用感应电机充当电机3，但是可以通过将变频控制器24替换为无刷直流电机控制器，用无刷直流电机代替感应电机。这样，与感应电机的情况相同，泵转子也可以依照预定模式旋转。
接着将参考图4描述根据本发明的第三实施例的真空泵和真空泵起动方法。该实施例真空泵的基本构造和控制系统中由相同附图标记指示的部分与第一实施例相同，以下不作详细描述。
图4是示意图，显示了根据本发明第三实施例的包括泵转子控制器的控制系统。
如图4所示，控制系统包括三相电源11、接地漏电断路器(ELB)12、第一电磁接触器13A、第二电磁接触器13B和热保护器14。感应电机充当电机3。第一电磁接触器13A和第二电磁接触器13B分别与泵转子控制器15连接，并通过从泵转子控制器15接收运转指令信号而被触发。三相电源11通过接地漏电断路器(ELB)12与第一电磁接触器13A和第二电磁接触器13B连接，第一电磁接触器13A和第二电磁接触器13B通过热保护器14与电机3连接。第一电磁接触器13A向电机3施加三相电源11的三相电压，保持相序不变。另一方面，第二电磁接触器施加三相电源11的三相电压，其相序与三相电源11的三相电压相序相反。
泵转子控制器15被构造成能够依照预先在泵转子控制器15中设定的预定模式，通过第一电磁接触器13A和第二电磁接触器13B，在正向或反向旋转泵转子1、1。具体地讲，运转指令信号依照预定模式，从泵转子控制器15交替传送到第一电磁接触器13A和第二电磁接触器13B。上述模式在泵转子控制器15中设定，使得泵转子1、1按照反向和正向的次序旋转。当泵转子1、1正向旋转时，泵转子1、1中的一个在某一方向上旋转(例如顺时针方向)，另一个泵转子1在相反的方向上旋转(例如逆时针方向)。这样，气体从引入口抽入泵壳2，从排出口排出。另一方面，当泵转子1、1在反向上旋转时，泵转子1、1的旋转方向与泵转子1、1正向旋转的旋转方向相反。泵转子1、1的反向旋转定义为泵转子1、1在与正向相反的方向上的旋转。
下面详细描述具有上述结构的本实施例真空泵的运转。首先，当开动真空泵的起动开关(未显示)时，运转指令信号从泵转子控制器15传送到第二电磁接触器13B。通过触发第二电磁接触器13B，具有逆相序的三相电压通过第二电磁接触器13B施加到电机3上，因此电机3给予泵转子1、1用于使泵转子1、1反向旋转的转矩。接着，泵转子控制器15停止向第二电磁接触器13B传送运转指令信号。同时，运转指令信号从泵转子控制器15传送到第一电磁接触器13A。通过触发第一电磁接触器13A，三相电源11的三相电压通过第一电磁接触器13A施加到电机3上，保持相序不变。因此电机3给予泵转子1、1用于使泵转子1、1正向旋转的转矩。
这样，通过在起动真空泵时，在反向或正向上旋转泵转子1、1，泵转子1、1的作用力可以施加到沉积在泵转子1、1和泵壳2之间的间隙中的生成物上。结果，生成物被除去，从而使真空泵能够起动。
接着将根据本发明的第四实施例，参考图5描述一种真空泵和真空泵起动方法。该实施例真空泵的基本构造和控制系统中由相同附图标记指示的部分与第二实施例相同，以下不作详细描述。
图5是示意图，显示了根据本发明第四实施例的包括泵转子控制器的控制系统。
如图5所示，泵转子控制器15的构造使其能够将起动指令信号101和控制信号102传送给变频器21的变频控制器24，其中上述起动指令信号101用于起动真空泵，上述控制信号102用于依照预定模式正向或反向旋转泵转子1、1。在泵转子控制器15内设定模式，使得泵转子1、1在起动真空泵的时候，按照反向和正向的次序旋转，与第三实施例相同。
如图5所示的本实施例控制系统如下运转来起动真空泵当操作起动开关(未显示)时，起动指令信号101从泵转子控制器15传送到变频控制器24。同时，用于使电机3反向旋转的控制信号102从泵转子控制器15传送到变频控制器24。从而，电机3给予泵转子1、1用于使泵转子1、1反向旋转的转矩。然后，用于使电机3正向旋转的控制信号102从泵转子控制器15传送到变频控制器24，从而电机3给予泵转子1、1用于使泵转子1、1正向旋转的转矩。
虽然实施例中使用感应电机充当电机3，但是可以通过将变频控制器24替换为无刷直流电机控制器，用无刷直流电机代替感应电机。这样，与感应电机的情况相同，泵转子1、1也可以依照预定模式正向或反向旋转。
接着将根据本发明的第五实施例，参考图6描述一种真空泵和真空泵起动方法。该实施例真空泵和控制系统的基本构造与第四实施例相同，以下不作详细描述。
图6是示意图，显示了根据本发明第五实施例的包括泵转子控制器的控制系统。
本实施例的真空泵包括电流监视器27，该电流监视器27用于监控供给电机3的电流。电流监视器27充当状态判断装置，用于在起动真空泵的时候判断泵转子1、1是否正常旋转。当电流监视器27检测到供给电机3的电流处于异常状态时，电流监视器27判断出泵转子1、1未正常旋转。具体地讲，如果沉积在泵壳2内的生成物或类似物阻碍泵转子1、1旋转，将检测到供给电机3的电流处于异常状态，从而电流监视器27能判断出泵转子1、1未正常旋转。
此外，当电流监视器27判断出泵转子1、1的旋转异常时，电流监视器27向泵转子控制器15发送运转信号。泵转子控制器15通过接收运转信号而被触发，从而依照预先在泵转子控制器15内设定的预定模式旋转电机3。
具体地讲，本实施例中，泵转子控制器15直到运转信号由电流监视器27发送到泵转子控制器15时才运作。因此，当泵转子能够正常旋转时，实现正常起动操作，从而使真空泵能够快速起动。
作为状态判断装置，可以安装旋转监控器或生成物监控器来代替电流监视器27，其中上述旋转监控器用于监控泵转子1、1的旋转，上述生成物监控器用于监控沉积在泵壳2中的生成物量。在安装生成物监控器的情况下，可以使用光学传感器或热电偶来监控沉积在泵壳2中的生成物量。这样，当生成物量增加到预定值时，生成物监控器可以向泵转子控制器15发送运转信号。
虽然根据本发明实施例，真空泵具有两个彼此接合的转子，但是本发明可以应用于具有单一泵转子和超过两个泵转子的真空泵中。这些情况下，泵转子正向的旋转定义为气体由入口侧导向出口侧时泵转子的旋转。泵转子反向的旋转定义为泵转子在与正向旋转相反的方向上的旋转。
如上所述，根据本发明，即使泵壳中固化或液化的生成物阻碍泵转子旋转，生成物也可以通过依照预定模式旋转的泵转子除去。因此，真空泵能够正常起动。
工业实用性本发明适用于一种真空泵和真空泵起动方法，更特别地，适用于一种用于将气体从用在半导体制造装置或类似装置中的室内排出的真空泵，以及起动该真空泵的方法。
权利要求
1.一种真空泵，包括泵转子，其可旋转地安置在泵壳内，以及泵转子控制器，其在起动所述真空泵时依照预定模式控制所述泵转子正向或反向旋转。
2.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述预定模式包括以下动作中的至少两种的结合所述泵转子在所述正向上旋转，在所述反向上旋转，以及所述泵转子停止。
3.如权利要求2所述的真空泵，其特征在于，所述预定模式设定在所述泵转子控制器中，所述泵转子按照在所述正向上旋转、停止、在所述反向上旋转的次序驱动。
4.如权利要求2所述的真空泵，其特征在于，所述预定模式设定在所述泵转子控制器中，所述泵转子按照在所述反向、所述正向上的次序旋转。
5.如权利要求1至4中任一所述的真空泵，还包括一个状态判断装置，用于在起动所述真空泵时判断泵转子是否正常旋转；其中当所述状态判断装置在起动所述真空泵时判断出所述泵转子未正常旋转时，所述泵转子依照所述预定模式旋转。
6.一种真空泵起动方法，所述真空泵具有安置在泵壳内的泵转子，所述方法包括在起动所述真空泵时，依照预定模式控制所述泵转子正向或反向旋转；以及使所述泵转子在正向上以稳定状态旋转，以排出气体。
7.如权利要求6所述的真空泵起动方法，其特征在于，所述预定模式包括以下动作中的至少两种的结合所述泵转子在所述正向上旋转，在所述反向上旋转，以及所述泵转子停止。
8.如权利要求7所述的真空泵起动方法，其特征在于，设定所述预定模式，使得所述泵转子按照在所述正向上旋转、停止、在所述正向上旋转的次序驱动。
9.如权利要求7所述的真空泵起动方法，其特征在于，设定所述预定模式，使得所述泵转子按照在所述反向、所述正向上的次序旋转。
10.如权利要求6至9中任一所述的真空泵起动方法，还包括判断所述泵转子是否正常旋转；其中当判断出所述泵转子未正常旋转时，所述泵转子依照预定模式旋转。
11.一种真空泵起动方法，包括判断所述泵转子是否正常旋转；如果判断出所述泵转子未正常旋转，则在起动所述真空泵时，控制所述泵转子依照预定模式正向或反向旋转；以及使所述泵转子在正向上稳定旋转，以排出气体。
全文摘要
本发明涉及一种真空泵和真空泵起动方法。该真空泵包括泵转子(1)，其可旋转地安置在泵壳(2)内，以及泵转子控制器(15)，其在起动真空泵时依照预定模式控制泵转子(1)在正向或反向上旋转。
文档编号F04D27/02GK1675469SQ0381954
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月11日 优先权日2002年8月20日
发明者饭岛直树, 渡边二郎, 千野宏之, 柳泽清司, 川村毅 申请人:株式会社荏原制作所