CN101158353B - 具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，包括：具有内部容纳空间的外壳、吸入口及排出口；第一和第二罗茨转子，其位于该外壳的内部容纳空间内并互相啮合；第一和第二螺旋转子，毗邻该第一和第二罗茨转子并互相啮合；第一和第二传动轴；以及一电机，该第一和第二罗茨转子分别具有三个叶片。该复合干式真空泵，能够在半导体或显示装置制造设备中的过程室中的过程副产物排出和/或气体物质生成期间，或是在过程室中生成真空时，保持较高的气体压缩转移效率。并且能够保持罗茨转子与螺旋转子之间的平衡，防止真空泵中产生振动和噪音。

Description

具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵 

技术领域

本发明涉及一种干式真空泵，特别涉及一种具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵。 

背景技术

目前的干式真空泵包括至少一个设有叶片(lobe)的罗茨转子(rootrotor)和至少一个螺旋转子(screw rotor)，以便保持过程室(processchamber)中的完全真空状态并降低能耗成本。罗茨转子与过程室连接，用来吸取和压缩包括过程室中产生的气体物质在内的过程副产物(processby-products)。螺旋转子用来将罗茨转子吸入的气体和过程副产物排出到过程室外。任何情况下上述这些转子总是在气密条件下工作，以便使过程室保持真空状态。 

通常会在罗茨转子和螺旋转子的一侧设置分隔壁(septal wall)，使过程副产物不会干扰转子的转动并且能够顺畅地由罗茨转子组移动到螺旋转子组。此种结构的代表性实施例见Kashiyama Industry公司所有的美国专利号5,549,463(以下参见图9)。 

根据该专利文献所揭示内容，干式真空泵100包括一对罗茨转子102、103和一对螺旋转子105、106。罗茨转子102、103和螺旋转子105、106由一单驱动电机200驱动。罗茨转子102、103和螺旋转子105、106之间设有一分隔壁108，使上述来自过程室(图中未示)的过程副产物不会被直接送至螺旋转子105、106。本发明包含该专利文献的内容作为参考。 

但是，美国专利号5,549,463中揭示的分隔壁108设置于罗茨转子102、103和螺旋转子105、106之间。特别是容纳这些转子的外壳107必需被分隔为若干部分。这样就增加了制造此类干式真空泵的难度和部件的数量。 

此外，除了采用分隔壁这一技术方案以外，为了降低能耗和提高副产品的压缩和排放量，在使用螺旋转子的干式真空泵中还采用可变倾角的螺杆的方案。但此种方案与常规技术方案相比，需要提供更大尺寸的转子和泵壳，这样就降低了效率。 

此外，在另一技术方案中将罗茨转子与螺旋转子直接连接，两者之间省去了分隔壁。但是在该方案中罗茨转子与螺旋转子必需设计为具有相似的截面形状以便提高气体压缩传输效率。 

但是，如果将罗茨转子与螺旋转子设计为具有相似的形状，罗茨转子和螺旋转子之间的平衡会产生问题，导致真空泵产生剧烈的振动和严重的噪声。 

还有，如图9所示，真空泵中使用的驱动电机200包括定子220、转子230、主轴240和电机外壳210。 

具有此种结构的普通真空泵在工作时，真空泵内部的罗茨转子102、103和螺旋转子105、106在驱动电机200的驱动下开始转动，使过程副产物通过真空泵的吸入口(图中未示)吸入，穿过真空泵的内部，并由排出口(图中未示)排出。这样，用来制造半导体和显示装置的设备的过程室被置于真空状态。此时，当通过罗茨转子102、103和螺旋转子105、106转动而吸入的过程副产物通过真空室内部并通过排出口320排出时，部分的过程副产物流入驱动电机200的内部。过程副产物的进入会导致定子线圈220a的损坏，缩短了驱动电机200的使用寿命。 

因此在定子220和转子230之间安装了封罩，防止来自普通真空泵的过程副产物导致的对定子线圈220a的损坏。该封罩是将不锈钢板等材料制成，被焊接成环状。封罩400安装在定子220和转子230之间，防止来自真空泵的过程副产物或润滑油的流入对定子线圈220a的损坏。 

但是，安装在定子220和转子230之间的封罩400必需设置于定子220和转子230之间的一微小缝隙之中，造成封罩400的制造和安装困难。 

还有，装在定子220和转子230之间的封罩会导致电机自身的功率损失，导致电机能耗增加，从而增加了运行成本。 

发明内容

本发明解决上述现有技术中存在的问题。本发明提供一种复合干式真空泵，其包括罗茨转子和螺旋转子，能够在半导体或显示装置制造设备中的过程室中的过程副产物排出和/或气体物质生成期间，或是在过程室中生成真空时，保持较高的气体压缩转移效率，并且能够保持罗茨转子与螺旋转子之间的平衡，防止真空泵中产生振动和噪音。 

根据本发明的一个方面，提供一用于高效真空泵的电机，其能够保护定子线圈不受流自真空泵的各种副产物的影响。 

根据本发明的另一方面，提供一包含罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，包括：一具有一内部容纳空间的外壳，该外壳一侧设有吸入口、以及该外壳另一侧设有排出口；设置于该外壳的容纳空间内并互相啮合的第一罗茨转子和第二罗茨转子；设置于该外壳的容纳空间内、互相啮合并与该第一罗茨转子和第二罗茨转子毗邻的第一螺旋转子和第二螺旋转子；分别穿过第一、第二罗茨转子和第一、第二螺旋转子中心的第一传动轴和第二传动轴；分别与第一传动轴和第二传动轴连接且互相啮合的第一齿轮 和第二齿轮；以及一电机，该电机具有一与该第一传动轴连接且能够在一定子内部转动的转子，该定子内部具有置于一壳体内的线圈，该第一和第二罗茨转子分别具有三个叶片，所述三个叶片中的一个叶片自转动中心至叶片端部的长度小于其余二个叶片的长度，并且位于该较短叶片相向位置上的部件的形状与另一个较短叶片相对应，在转动时与该另一个较短叶片接触。并且在该定子内还设有成型的成型材料，用来防止该线圈受到外壳内部流动的各种副产物的影响。 

采用本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，能够在半导体或显示装置制造设备中的过程室中的过程副产物排出和/或气体物质生成期间，或是在过程室中生成真空时，保持较高的气体压缩转移效率。此外，能够防止真空泵中产生振动和噪音并且能够保护定子线圈不受流自真空泵的过程副产物的影响，从而提高了电机的可靠性。 

附图说明

以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图中： 

图1是本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的第一实施例的横剖面视图。 

图2是图1所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的垂直剖面视图。 

图3是图1所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的立体图。 

图4是本发明第一实施例的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的工作示意图。 

图5是本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的第二实施例的横剖面视图。 

图6是图5所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的垂直剖面视图。 

图7是本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的第三实施例的立体图。 

图8是图7所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的横剖面视图。 

图9是普通的干式真空泵的横剖面视图。 

具体实施方式

以下结合附图对依据本发明提出的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的第一种实施方式详细说明如后。 

图1是本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的第一实施例的横剖面视图。图2是图1所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的垂直剖面视图。图3是图1所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的立体图。 

如图1和图3所示，根据本发明第一实施例的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵包括：设置于外壳一侧的吸入口11、设置于泵体另一侧的排出口12、具有内部容纳空间的外壳10、设置于该外壳10的容纳空间内并互相啮合的第一罗茨转子31和第二罗茨转子32；互相啮合的并与该第一罗茨转子31和第二罗茨转子32毗邻的第一螺旋转子41和第二螺旋转子42。该复合干式真空泵还包括分别穿过第一、第二罗茨转子31、32和第一、第二螺旋转子41、42中心的第一传动轴21和第二传动轴22、分别与第一传动轴21和第二传动轴22连接且互相啮合的第一齿轮24和第二齿轮26、位于一壳体52内部并绕有线圈54a的定子54、以及一电机50，该电机具有一与该第一传动轴21连接且能够在定子54内部转动的转子56。 

下面对上述结构进行更为详尽的说明。 

外壳10内部形成一气密空间，用于形成真空。并且外壳10包括设置在其一侧的吸入口11和设置于另一则的排出口12。形成真空环境时空气由吸入口11被吸出并且通过排出口12排放到外部。并且，外壳内还形成一能够保持待吸出物质的预留空间13，其对应于第一罗茨转子31和第二罗茨转子32的下部。 

第一罗芡转子31包括三个叶片31a、31b和31c，第二罗芡转子32包括三个叶片32a、32b和32c，这些叶片都位于外壳10内部的容纳空间中。每个转子的叶片31a、31b、31c、32a、32b、32c转动并互相啮合，将空气吸入并将空气传送到第一和第二螺旋转子41和42。叶片31a、31b、31c中的一个叶片31a及叶片32a、32b、32c中的一个叶片32a自转动中心至叶片31a和叶片32a端部的长度短于对应的各自所在转子上的其余两个叶片31b、31c、32b、32c。第一、第二罗茨转子的与较短叶片31a、32a相对位置的轮廓形状与叶片31a和32a相对应，这样在罗茨转子转动时，第一罗茨转子的较短叶片31a与相啮合的第二罗茨转子32的轮廓能够接触，或第二罗茨转子的较短叶片32a与相啮合的第一罗茨转子31的轮廓能够接触，以便保持气密。 

第一和第二螺旋转子41、42作为一对转子其形状相互对应。第一和第二螺旋转子41、42在转动时互相啮合，这样能够连续地通过第一、第二螺旋转子41、42和外壳10之间形成的空隙的体积的改变来完成气体的吸入、压缩和排出。并且，考虑到第一和第二螺旋转子41、42由于外壳10内部 的热量而会发生热膨胀，使转动受到与外壳10内部摩擦的影响，第一、第二螺旋转子41、42的直径自吸入口11向排出口12方向逐渐变小。 

传动轴21和22，包括穿过第一罗茨转子31和第一螺旋转子41的第一传动轴21和穿过第二罗茨转子32和第二螺旋转子42的第二传动轴22。第一传动轴21和第二传动轴22分别具有第一和齿轮24和第二齿轮26，此两个齿轮在转动时互相啮合。驱动电机50安装在第一传动轴21的一端，数个轴承70支承第一和第二传动轴21、22的两端。 

同时，真空泵在工作时，在吸入口11可以在真空和常压两种状态间来回变换，用来支承第一、第二罗茨转子31、32和第一、第二螺旋转子41、42的轴承70可漏出来润滑用的油脂，由于存在压力差，会导致真空泵的损坏。因此，轴承70只能支承第一和第二传动21、22的两端中的一端，即第一和第二传动轴21、22的一端。 

驱动电机50包括：定子54，其上绕有一线圈54a并包含在壳体52内部；转子56，其与第一传动轴21连接，使转子56能够在定子54中转动。在定子54内充填成型材料用来保护线圈54a不受各种流自真空泵的各种副产物的侵蚀。 

下面对上述结构进行更为详细的说明。 

其内绕有线圈54a的定子54和连接于第一传动轴54并且可以在定子54内转动的转子56安装在壳体52的内部容纳空间中。定子线圈54a的周围成型有成型材料，防止线圈54a暴露。此种成型材料以一预定间隔成型，不会影响转了56的转动。可以使用具有优良耐化学侵蚀和导热性的环氧树脂58作为环绕在线圈54a周围的成型材料。 

这里，请注意与普通的驱动电机104相比，本发明的实施例中的驱动电机50没有设置安装于定子54和转子56之间的封罩200。如前述，在普通的驱动电机104中，定子线圈120a通过封罩200完全密封，以防止定子线圈120a受到流自真空泵的各种副产物的影响。但是，此种封罩200安装在定子120和转子130之间，由于自身功率损失导致驱动电机100产生很大功耗，并且由于定子线圈120a暴露在由真空泵300的各种副产物中，极易造成定子线圈120a的损坏。这些问题都可以通过本发明解决。在本发明的一个实施例中，提供一种使用具有优良耐化学侵蚀和导热性的环氧树脂58取代封罩200的电机50。环氧树脂58成型在环绕在线圈54a周围，防止线圈54a暴露。因此，定子线圈54a能够与流自真空泵的各种副产物分隔开并受到保护，并且定子54和转子56之间没有自身功率损耗。还有，定子线圈54a产生的热量可以被具有优良导热性能的环氧树脂58传导并迅速排出到外部。 

可以根据需要的功率选用各种电机作为上述驱动电机50。在根据本发 明实施例的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵中使用水冷电机。 

而且，为了防止外部空气流入壳体52内部，壳体52的接缝处位被焊接并安装有“O”型密封圈，或者壳体52采用一体成型。 

这种结构可以防止外部空气进入壳体52内部，确保壳体52内部的气闭密封。 

还有，在壳体52的一侧上安装有防止空气进入壳体52内部的气密装置90。在现有技术中，即使外部空气进入通过安装在壳体210一侧的电气装置500的缝隙进入，气密装置90也会借助安装在壳体210内部的封罩400保持气密状态。而在本发明中，壳体52的作用相当于现有技术中的封罩400，因此用来防止外部空气进入壳体52内部的气密装置90较好的是安装在壳体52中。 

并且，壳体52的一侧上还包括用来控制电机频率的控制部件95。将该控制部件95安装在壳体52上的一侧的原因是这样可以利用电机50的冷却水来冷却控制部件95，以防止控制部件95发生过热。 

这样就可以通过定子线圈54a周围区域中的环氧树脂58成型来防止定子线圈54a受到由真空泵流出的各种副产物的影响，从而能够提供一种具有高效率的电机50。 

下面进一步详细说明具有上述结构的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵。 

首先，如图2和图4所示，当驱动电机50驱动时，连接到驱动电机50的第一传动轴21转动，随着驱动电机50的转动，第一传动轴21的第一齿轮24和与第一齿轮24啮合的第二齿轮26也随之转动，从而第一、第二罗茨转子31、32和第一、第二螺旋转子41、42也开始转动。 

随着互相啮合的第一、第二罗茨转子31、32的转动，第一、第二罗茨转子31、32通过吸入口11将空气吸入并压缩。接着，空气通过第一、第二螺旋转子41、42排出。 

特别是当第一、第二罗茨转子31、32和第一、第二螺旋转子41、42转动时，由于三个叶片31a、31b、31c中的叶片31a和三个叶片32a、32b、32c中的叶片32a长度较短，这样第一、第二罗茨转子31、32将吸入的空气压缩两次并将空气传送到第一、第二螺旋转子41、42。传送到第一、第二螺旋转子41、42的空气被分别到第一、第二螺旋转子41、42中，以便由排出口12排出。 

因此，随着第一、第二罗茨转子31、32和第一、第二螺旋转子41、42完整地转动一周，同时也完成了吸入、压缩和排出的操作，使空气被连续地传送。并且，第一、第二罗茨转子31、32和第一、第二螺旋转子41、42之间也保持了平衡，从而可以防止真空泵中产生振动和噪音。 

特别是第一、第二罗茨转子31、32的形状被设计为分别具有三个叶片31a、31b、31c、32a、32b、33c，与第一、第二螺旋转子41、42的形状相近，能够在保持平衡的同时保持较高的气体压缩传送效率。因此可以防止真空泵中产生振动和噪音。通过控制第一罗茨转子31中三个叶片31a、31b、31c中的某一个叶片及第二罗茨转子32中的三个叶片32a、32b、33c中的某一个叶片的长度，可以实现由第一、第二罗茨转子31、32向第一、第二螺旋转子41、42连续不断的吸入和排出操作。如果不控制叶片的长度，当气体由第一、第二罗茨转子31、32向第一、第二螺旋转子41、42传送时会出现气体流动的间断。但是，如果对叶片的长度加以控制就可以避免间断的发生，这样就可以将间断带来的振动和噪音降至最低。并且，由于减小了第一、第二罗茨转子31、32的外径与外壳10之间的接触面积，也减小由于摩擦造成的磨损，从而延长了真空泵的工作寿命。 

图5是本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的第二实施例的横剖面视图。图6是图5所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的垂直剖面视图。 

如图5和图6所示，本发明第二实施例的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵包括分别组装在第一、第二罗茨转子31、32一侧的第三罗茨转子61和第四罗茨转子62。第三、第四罗茨转子61、62的长度长于第一、第二罗茨转子31、32并且具有多个成对的叶片。该复合干式真空泵还包括形成于第一、第二罗茨转子31、32和第三、第四罗茨转子61、62之间的分隔壁80，该分隔壁80具有流通孔82。除此以外，其它结构与第一实施例相同。 

该具有上述结构的罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵包括长度长于第一、第二罗茨转子31、32的第三、第四罗茨转子61、62。因此容纳有第三、第四罗茨转子61、62的外壳10的内部容积有所增加，从而吸入的空气量也有所增加。相应地，传送和排出量也有所增加，从而能够迅速形成要求的真空环境。 

图7是本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的第三实施例的立体图。图8是图7所示的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵的横剖面视图。 

如图7、图8所示，本发明第三实施例的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵进一步还包括分别形成于第一、第二罗茨转子31、32一侧的第三螺旋转子43和第四螺旋转子44，以及形成于外壳中与第三、第四螺旋转子43、44的下部对应的第二排出口16。除此以外，该复合干式真空泵的其他结构与第一实施例相同。 

在该具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵中具有如下的结构，在过程室中形成的气体物质和/或过程副产物被吸入到第一、第二罗茨转子 31、32中。吸入的气体物质和/或过程副产物通过位于第一、第二罗茨转子31、32两端的第一、第二、第三、第四螺旋转子41、42、43、44被传送并通过相应的排出口12和第二排出口16排出。这样就增加了传送和排出量，能够迅速形成要求的真空环境。 

如上所述，采用本发明的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，能够在半导体或显示装置制造设备中的过程室中的过程副产物排出和/或气体物质生成期间，或是在过程室中生成真空时，保持较高的气体压缩转移效率。并且能够保持罗茨转子与螺旋转子之间的平衡，防止真空泵中产生振动和噪音。并且还将成型材料成型，使定子线圈与来自真空泵的各种副产物分隔并不受其影响。因此本复合干式真空泵生产组装简便，能够防止电机的功率损失，从而提供具有较高工作效率的电机。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (14)

1.一种具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，包括：具有内部容纳空间的外壳，该外壳一侧设有吸入口及该外壳另一侧设有排出口；第一和第二罗茨转子，其位于该外壳的内部容纳空间内并互相啮合；第一和第二螺旋转子，其位于该外壳的内部容纳空间内毗邻该第一和第二罗茨转子并互相啮合；分别从该第一和第二罗茨转子及第一和第二螺旋转子中心穿过的第一和第二传动轴；及能够驱动该第一和第二传动轴转动的电机；其特征在于该第一和第二罗茨转子分别包括三个叶片，所述三个叶片中的一个叶片自转动中心至叶片端部的长度小于其余二个叶片的长度，并且位于该较短叶片相向位置上的轮廓形状与另一个罗茨转子的较短叶片相对应，在转动时与该另一个较短叶片接触。

2.如权利要求1所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于所述第一和第二罗茨转子的一侧分别设有第三和第四罗茨转子，该第三和第四罗茨转子的长度大于该第一和第二罗茨转子的长度并具有多个叶片形成叶片对，并且在该第一和第二罗茨转子与该第三和第四罗茨转子之间形成一分隔壁，该分隔壁上具有流通孔。

3.如权利要求1所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于所述第一和第二罗茨转子的一侧还进一步分别设有第三和第四螺旋转子，并且该外壳中还包括对应该第三和第四螺旋转子下部的第二排出口。

4.如权利要求1-3任一项所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该第一和第二螺旋转子的直径自吸入口至排出口逐渐减小。

5.如权利要求4所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于每个罗茨转子的下部形成有允许被吸入的物质保留的预定的空间。

6.如权利要求1-3任一项所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于每个罗茨转子的下部形成有允许被吸入的物质保留的预定的空间。

7.如权利要求1所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于第一和第二传动轴的一端上具有多个能够使该第一和第二传动轴平滑转动的轴承。

8.如权利要求1所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该电机具有一与该第一传动轴连接的转子，该转子可在定子的内部转动，该定子内绕有线圈并且位于一壳体的内部，并且在该定子内充填有成型材料，用来保护线圈不受该外壳内流动的各种副产物的影响。

9.如权利要求8所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该成型材料是环氧树脂。

10.如权利要求8所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该壳体采用一气密方式，用来防止外部空气流入该壳体的内部。

11.如权利要求10所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该气密方式为一体成型壳体。

12.如权利要求10所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该气密方式为焊接该壳体的接合部位。

13.如权利要求10所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该气密方式为在该壳体接合部位安装“O”型密封圈。

14.如权利要求8-13任一项所述的具有罗茨转子和螺旋转子的复合干式真空泵，其特征在于该壳体一侧还进一步包括用来控制电机频率的控制部件。

Images