專利名稱：用于真空泵的抗腐蝕軸密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空泵，且具體地涉及真空泵中的軸密封裝置的改進。
背景技術(shù)：
真空泵廣泛地用于エ業(yè)過程以給產(chǎn)品制造提供清潔和/或低壓カ的環(huán)境，所述產(chǎn)品包括半導(dǎo)體裝置、平板顯示器和太陽能面板。在諸如化學(xué)汽相沉積或蝕刻的過程期間，過程氣體供應(yīng)給處理室。任何未消耗的過程氣體隨后使用真空泵從處理室泵送。這些氣體可能是腐蝕性或以其他方式有害于泵的部件，從而引起腐蝕、増加的磨損或有限的工作壽命。真空泵的殼體提供定子，在泵的使用期間，驅(qū)動軸和轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。定子包括泵送室，具有氣體入口和氣體出ロ，在使用中，轉(zhuǎn)子或多個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以在入ロ處在相對低的壓カ下捕獲氣體，在旋轉(zhuǎn)期間將其壓縮且在出口處在相對高的壓カ下將其排出。在ー些設(shè)置中，定子可提供串聯(lián)或并聯(lián)的多個泵送室。在單級泵的情況下，驅(qū)動軸延伸通過橫向壁中的軸孔，橫向壁將馬達和齒輪組件從泵送室在泵送室的ー個軸向側(cè)上分開。在多級泵的情況下，橫向壁還可以在泵送室之間延伸?？拷R達和齒輪組件的橫向壁通常稱為頂板。設(shè)置軸密封裝置，用于在軸和橫向壁之間密封軸孔，以防止或阻止氣體穿過泵送室。這種泵可以是羅茨或爪形泵。圖I圖示例如在羅茨泵中的軸密封裝置10的當(dāng)前配置。真空泵的軸2穿過頂板6中的軸孔。轉(zhuǎn)子4由軸2在泵送室中在頂板6后面支撐，以便旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子4的后表面和頂板6的前表面之間存在窄的軸向間隙。優(yōu)選使得軸向間隙盡可能小以減少從高壓區(qū)域3到低壓區(qū)域I的泄漏，但是在實踐中，軸向間隙尺寸的減小受到制造公差的限制且允許轉(zhuǎn)子和頂板在使用期間的熱膨脹。密封裝置設(shè)置在軸孔中且包括唇緣16，唇緣16從頂板延伸且由于內(nèi)部偏壓適合于壓靠軸以密封軸2和頂板6之間的空隙。當(dāng)轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)時，其從入口處的低壓區(qū)域I抽吸流體到出ロ或排出ロ處的高壓區(qū)域3。盡管轉(zhuǎn)子和頂板之間的軸向間隙小，但是氣體將從高壓側(cè)泄漏到低壓側(cè)。在這方面，如箭頭5所示通過軸向間隙的氣體泄漏進入軸孔。一些氣體將在軸周圍通過(如彎曲箭頭所示)，且繼續(xù)通過軸向間隙，如箭頭7所示。進入軸孔的其他氣體可在離開軸孔之前與密封唇緣16接觸。如果氣體是腐蝕性的，其將腐蝕密封唇緣16。引入在唇緣16和軸之間通過的密封吹掃9提供過程氣體的一些稀釋，但是稀釋效果細(xì)微。在圖I中，箭頭5表示過程氣體向后泄漏，而箭頭7表示混合的向后泄漏和密封吹掃流。試驗顯示，當(dāng)通過已知真空泵送系統(tǒng)泵送空氣時，密封唇緣處的氧濃度幾乎不受典型氮氣吹掃的影響。甚至增加吹掃流超出通常遇到的程度也僅僅減半在頂板和軸之間的空間中測量的02濃度。如果該結(jié)果應(yīng)用于腐蝕性過程氣體，例如氟，可以推斷，増加氮氣吹掃將通過降低氟濃度而延長密封壽命。然而，將不能顯著水平地消除密封唇緣腐蝕。因而，還可以外推，減少不希望的腐蝕性氣體水平將需要顯著大體積的吹掃氣體。這增加泵的運行成本。因而，密封裝置在泵送腐蝕性氣體時易受化學(xué)腐蝕且必須定期更換，從而引起泵停機時間且增加持有成本。期望増加氮氣軸密封吹掃系統(tǒng)的有效性且因而在不需要顯著增加氮氣軸密封吹掃流率的情況下提供更好的密封唇緣保護。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于從處理室泵送氣體的真空泵，所述泵包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子由驅(qū)動軸支撐以便在泵送室中旋轉(zhuǎn)，所述軸延伸穿過泵送室的橫向于驅(qū)動軸延伸的壁中的軸孔；和設(shè)置在軸和橫向壁之間的密封裝置，用于阻止氣體通過軸孔，其中，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，氣體從泵送室入口處的低壓區(qū)域泵送到泵送室出口處的高壓區(qū)域，且其中，所述轉(zhuǎn)子和橫向壁隔開ー軸向間隙，氣體向后泄漏能夠從高壓區(qū)域沿所述軸向間隙流向低壓區(qū)域，且形成用于向后泄漏的附加泄漏路徑，所述附加泄漏路徑從密封裝置隔開，氣體能夠沿著所述附加泄漏路徑流動，而不與密封裝置接觸，從而減少在泵的使用期間與密封裝置接觸 的氣體量。通過提供從泵送室的高壓側(cè)到泵送室的低壓側(cè)的泄漏路徑，密封壽命可以延長，而不需要氮氣流的大的增加。也不需要附加部件。在微小的持有成本或制造成本増加的情況下增加產(chǎn)品壽命提供顯著的優(yōu)勢。進ー步的優(yōu)勢在干，本發(fā)明能夠改型許多現(xiàn)有泵。


為了更清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，附圖僅通過示例的方式給出，其中 圖I是軸密封裝置的當(dāng)前配置的示意 圖2是真空栗的不意圖；和 圖3是改進軸密封裝置的配置的示意圖。
具體實施例方式參考圖2，示出了用于從處理室(未示出)泵送氣體的真空泵20。泵20配置成泵送腐蝕性氣體，其在長時間接觸時將腐蝕泵中的密封裝置。泵還可以泵送雖然可能不腐蝕密封唇緣但是引起損害的氣體，從而限制密封裝置的有用壽命。在該示例中，泵是羅茨泵,包括多個泵送級22、24、26。泵20包括用于姆個泵送級的兩個轉(zhuǎn)子28、30，其由相應(yīng)驅(qū)動軸32、34支撐以便在泵送室36、38、40中旋轉(zhuǎn)。泵送室由壁42、44、46、48和泵的外部殼體50限定。軸延伸穿過泵送室的每個橫向壁中的軸孔52、54、56、58。橫向壁42、48是頂板。頂板48處于最高壓カ級26，且將馬達60和齒輪組件62與泵送室40隔開。軸承64支撐軸以便旋轉(zhuǎn)。雖然圖2示出了具有多個泵送級的泵，但是本發(fā)明可應(yīng)用于單級泵。圖3是出了圖2所示的區(qū)域III的放大示意圖。將理解的是，本發(fā)明同樣適用于橫向壁和軸32的設(shè)置。如圖3所不,密封裝置16設(shè)置在軸34和橫向壁48之間,用于阻止氣體通過軸孔，如圖3所示向后。在轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)時，氣體從泵送室40的入口處的低壓區(qū)域I泵送到泵送室的出ロ處的高壓區(qū)域3。轉(zhuǎn)子30和橫向壁48隔開軸向間隙，氣體的向后泄漏可以沿所述軸向間隙從高壓區(qū)域3流向低壓區(qū)域I。形成ー個或多個泄漏路徑8、10、12、14，氣體可以沿所述泄漏路徑
8、10、12、14流動，而不與密封裝置接觸，從而減少在泵的使用期間與密封裝置接觸的氣體量。如圖3所示，密封裝置包括弾性密封唇緣16，其從橫向壁48延伸且由于其內(nèi)部偏壓而壓靠軸34。將理解的是，泄漏路徑從密封唇緣隔開，從而當(dāng)氣體以密封唇緣的方向流動時，氣體中的至少ー些沿不同路線推動，從而不與接觸密封唇緣和引起密封唇緣的腐蝕。由此，減少與密封唇緣接觸的氣體量。優(yōu)選地，泄漏路徑相對干與密封裝置接觸的氣體流動路徑提供優(yōu)先流動路徑。即，當(dāng)氣體在沒有所述泄漏路徑中的ー個或多個的情況下通常流動與密封裝置接觸吋，泄漏路徑的存在給予氣體遠(yuǎn)離密封裝置的優(yōu)先路線。 泄漏路徑可在轉(zhuǎn)子的軸向端表面、橫向壁的軸向端表面、軸孔或軸中的一個或多個內(nèi)形成。泄漏路徑可包括凹槽(可以是環(huán)狀，如圖所示)，或者可包括穿過ー個部件的孔。例如，在向后泄漏期間，氣體最初沿軸向間隙流動，如箭頭5所示。當(dāng)氣體到達轉(zhuǎn)子的軸向端表面中的環(huán)狀凹槽10時，環(huán)狀凹槽10提供比沿相對窄的軸向間隙更小的流動阻力。此外，在環(huán)狀凹槽的高壓部分和凹槽的低壓部分之間可存在比沿軸向凹槽的壓力和軸孔中的壓カ之間更大的壓カ差。在這方面，要注意的是，如下文更詳細(xì)所述，吹掃氣體噴射到軸孔中，這增加軸孔壓力。因而，與進入軸孔的流相比，更多氣體流經(jīng)環(huán)狀凹槽10 (如箭頭17所示)。頂板48的軸向端表面中的環(huán)狀凹槽8提供類似功能。當(dāng)泄漏路徑在轉(zhuǎn)子的軸向端表面或橫向壁的軸向端表面中的一個或兩者中形成吋，泄漏路徑繞過軸孔。由此，泄漏路徑減少進入軸孔的過程氣體量，從而進ー步減少與密封裝置接觸的可能性。通過進ー步的示例,如上文所示,氣體最初沿軸向間隙流動,如箭頭5所示。當(dāng)氣體到達軸的外表面中的環(huán)狀凹槽12時，環(huán)狀凹槽10提供比繼續(xù)沿軸和頂板之間的相對窄的徑向間隙更小的流動阻力。在這方面，要注意的是，徑向間隙在附圖中放大且通常小于Imm。還要注意的是，在環(huán)狀凹槽12的高壓部分和凹槽的低壓部分之間可存在比沿軸孔的不同部分的壓カ之間更大的壓カ差。在這方面，還要注意的是，如下文更詳細(xì)所述，吹掃氣體噴射到軸孔中，軸孔壓力在密封唇緣附近最大。因而，與朝向密封唇緣的流相比，更多氣體流經(jīng)環(huán)狀凹槽12。頂板48的內(nèi)表面中的環(huán)狀凹槽14提供類似功能。驅(qū)動軸中的環(huán)狀凹槽可以在驅(qū)動軸本身中或者在位于驅(qū)動軸周圍且固定到驅(qū)動軸的項圈中形成。轉(zhuǎn)子的環(huán)狀凹槽可以在轉(zhuǎn)子本身中或在位于軸周圍且相對于轉(zhuǎn)子固定的板中形成。在軸孔周圍引入泄漏路徑(例如，頂板表面中的環(huán)狀凹槽)給予向后泄漏較小阻力 路徑，其將優(yōu)先于至密封裝置的路徑。新的或附加的泄漏路徑可以采用以下形式中的至少一種或組合頂板48的豎直表面中的一個或多個凹槽8 ;轉(zhuǎn)子30表面中的一個或多個凹槽10 ;軸32中的一個或多個凹槽12 ;軸孔中的一個或多個凹槽14。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不需要多于ー個泄漏路徑。圖2所示的路徑對于本發(fā)明的性能來說不全是必要的。它們在一個附圖中圖示僅僅是為了方便。增加泄漏路徑的主要功能是形成具有與轉(zhuǎn)子30的后表面和頂板48的前表面之間的現(xiàn)有泄漏路徑相比相等或減小的氣體流動阻カ的泄漏路徑。泵包括將吹掃氣體9 (例如，氮氣)輸送通過軸孔且經(jīng)過密封裝置的機構(gòu)，用于減少過程氣體與密封裝置接觸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，吹掃和多個泄漏路徑的組合是有利的。進行試驗以通過使得100 slm空氣通過泵而測試軸密封位置處的氧濃度。這應(yīng)當(dāng)?shù)韧谌绻褂梅鷷r存在的氟相對濃度。對每個配置使用兩個軸密封吹掃速率正常吹掃流和増加吹掃流。測試三個配置a)沒有泄漏路徑；b)在軸上(在附連到軸的環(huán)形密封上)形成的泄漏路徑；和c)兩個泄漏路徑的組 合--個在轉(zhuǎn)子軸上，一個在轉(zhuǎn)子的后表面上。結(jié)果在表I中不出。表I
權(quán)利要求
1.一種用于從處理室泵送氣體的真空泵，所述泵包括 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子由驅(qū)動軸支撐以便在泵送室中旋轉(zhuǎn)，所述軸延伸穿過泵送室的橫向于驅(qū)動軸延伸的壁中的軸孔；和 設(shè)置在軸和橫向壁之間的密封裝置，用于阻止氣體通過軸孔， 其中，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，氣體從泵送室入口處的低壓區(qū)域泵送到泵送室出口處的高壓區(qū)域，以及 其中，所述轉(zhuǎn)子和橫向壁隔開ー軸向間隙，氣體的向后泄漏能夠沿所述軸向間隙從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域，且形成用于向后泄漏的附加泄漏路徑，所述附加泄漏路徑從密封裝置隔開，氣體能夠沿著所述附加泄漏路徑流動，而不與密封裝置接觸，從而減少在泵的使用期間與密封裝置接觸的氣體量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵，其中，泄漏路徑相對干與密封裝置接觸的氣體流動路徑提供優(yōu)先流動路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵，其中，泄漏路徑在轉(zhuǎn)子的軸向端表面、橫向壁的軸向端表面、軸孔或軸中的ー個或多個內(nèi)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵，其中，泄漏路徑在轉(zhuǎn)子的軸向端表面或橫向壁的軸向端表面中的一個或兩者中形成，且繞過軸孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵，其中，泄漏路徑采用至少ー個凹槽的形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵，其中，包括將吹掃氣體輸送通過軸孔且經(jīng)過密封裝置的機構(gòu)，用于減少過程氣體與密封裝置接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泵，其中，吹掃氣體是氮氣。
8.ー種真空泵轉(zhuǎn)子，用于根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空泵，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子孔，用于接收馬達的驅(qū)動軸，從而轉(zhuǎn)子能夠由驅(qū)動軸驅(qū)動，所述轉(zhuǎn)子包括圍繞轉(zhuǎn)子孔的環(huán)狀凹槽，用于將過程氣體的向后泄漏引導(dǎo)繞過泵的軸孔，密封裝置位于所述軸孔中，用于減少過程氣體與密封裝置接觸。
9.ー種真空泵軸，用于根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空泵，所述軸包括圍繞其周邊延伸的環(huán)狀凹槽，從而當(dāng)軸在泵送室的ー個軸向側(cè)上延伸穿過泵的橫向壁中的軸孔時，環(huán)狀凹槽位于軸孔中，使得在使用中環(huán)狀凹槽形成過程氣體從泵送室的高壓區(qū)域到低壓區(qū)域的泄漏路徑，所述泄漏路徑將氣體引導(dǎo)遠(yuǎn)離位于軸孔中的用于在橫向壁和軸之間密封的密封裝置。
10.ー種橫向壁，用于根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空泵，所述橫向壁位于泵中在泵送室的ー個軸向側(cè)上，且包括驅(qū)動軸能夠延伸通過的軸孔和環(huán)狀凹槽，所述環(huán)狀凹槽用于形成過程氣體從泵送室的高壓區(qū)域到低壓區(qū)域的泄漏路徑，所述泄漏路徑將氣體引導(dǎo)遠(yuǎn)離位于軸孔中的用于在橫向壁和軸之間密封的密封裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的橫向壁，其中，所述環(huán)狀凹槽在其軸向側(cè)表面上形成，且沿環(huán)狀凹槽通過的過程氣體繞過軸孔。
全文摘要
一種用于從處理室泵送氣體的真空泵，所述泵包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子由驅(qū)動軸支撐以便在泵送室中旋轉(zhuǎn)，所述軸延伸穿過泵送室的橫向于驅(qū)動軸延伸的壁中的軸孔；和設(shè)置在軸和橫向壁之間的密封裝置，用于阻止氣體通過軸孔，其中，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，氣體從泵送室入口處的低壓區(qū)域泵送到泵送室出口處的高壓區(qū)域，且其中，所述轉(zhuǎn)子和橫向壁隔開一軸向間隙，氣體向后泄漏能夠從高壓區(qū)域沿所述軸向間隙流向低壓區(qū)域，且形成用于向后泄漏的附加泄漏路徑，所述附加泄漏路徑從密封裝置隔開，氣體能夠沿著所述附加泄漏路徑流動，而不與密封裝置接觸，從而減少在泵的使用期間與密封裝置接觸的氣體量。
文檔編號F04C27/00GK102656368SQ201080051166
公開日2012年9月5日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者J. 斯蒂芬斯 P. 申請人:愛德華茲有限公司