CN101960149A

CN101960149A - 泵

Info

Publication number: CN101960149A
Application number: CN2009801070032A
Authority: CN
Inventors: 光田公彦; 山本康晴
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2011-01-26
Also published as: KR20100115362A; JP2009221938A; JP5291363B2; TW201000771A; US20100284796A1; TWI416014B; WO2009113324A1

Abstract

本发明的泵是在具有吸入口(11)和排出口(12)的机壳(13)内利用滚珠轴承(14、15)旋转自如地支承将主轴(16)，在该主轴(16)的轴端部连结着叶轮(17)，构成为利用屏蔽马达(18)经由主轴(16)能够驱动旋转叶轮(17)，在叶轮(17)的轴心方向前侧设有前部覆盖物(44)，并且在轴心方向后侧设有后部覆盖物(45)，在机壳(13)和前部覆盖物(44)之间设有相对轴向的规定间隙(47)，并且在机壳(13)和前部覆盖物(44)之间设有相对径向的密封部(48、49)，由此就能够延长泵的使用寿命。

Description

泵

技术领域

本发明是关于例如搬运超临界CO₂流体或液体CO₂的泵。

背景技术

例如：作为搬运超临界CO₂流体或液体CO₂的泵，有半导体洗净用的循环泵。随着近年来半导体设备的高集成化，晶片的加工线宽度也被要求微细化，针对现在为主流的0.18μm，预估将来会成为0.10μm以下。然而，现有使用超纯水等液体进行半导体洗净的方式，在晶片干燥时，由气体和液体的界面张力所引起的毛细管力，有时会导致形成在晶片的抗蚀剂产生倒塌现象(抗蚀剂倒塌)。

为了解决所述的问题，已开发有使用超临界流体的半导体洗净装置取代现有的超纯水等液体。超临界流体，相较于液体，其具有非常高的浸透性，能够浸透任何微细的构造。此外，由于气体和液体之间并没有界面存在，因此具备所谓干燥时毛细管力不起作用的特征。

作为超临界流体，主要是使用二氧化碳(CO₂)。二氧化碳，相较于其他的液体溶媒是在比较稳定的条件，即在临界温度31.2℃、临界压力7.38MPa，就会达到临界密度468kg/m³。此外，因二氧化碳在常温、常压状态下是为气体，所以当恢复成常温、常压状态时二氧化碳就会气化，能够容易分离被洗净物和污染物，由此，洗净后的被洗净物不需要干燥等，能够简略洗净流程和降低成本。

所述使用超临界CO₂流体的半导体洗净装置，其超临界CO₂流体通常是加压成约20MPa，由于使其循环做为晶片洗净用的循环泵能够耐高压，所以使用所谓非密封型、密封型电动泵形式的循环泵。另外，轴承是使用滚珠轴承，其是在半导体洗净剂的扬液(超临界CO₂)中使用。

该滚珠轴承承受作用在转子的径向负荷及轴向负荷。此外，以叶轮侧相反侧的设置在轴端侧轴承的轴承预压弹簧控制预压负荷，由此达到能够防止滚珠轴承的所谓公转滑动(横向滑动)。另外，利用轴承预压负荷控制滚珠轴承的径向刚性(弹簧常数)，并且也进行转子固有频率的调整。

所述泵有下述专利文献1记载的泵。

[专利文献1]日本特开2007-231958号公报

发明欲解决之课题

然而，所述现有的泵，其滚珠轴承是在黏性低的超临界CO₂流体内(或液体CO₂)使用，所以无法期望扬液的润滑。因此，在滚珠轴承会产生磨损，使主轴及叶轮沿着旋转轴心的方向移动。叶轮是利用其旋转使吸入口吸入的流体升压从排出口排出，为了防止流体从排出口往吸入口逆流，机壳和叶轮之间的轴向间隙是设定成非常狭窄。然而，当滚珠轴承的磨损造成主轴及叶轮沿着旋转轴心的方向移动时，叶轮和机壳之间会产生干涉，导致有使用寿命降低的问题。

发明内容

本发明的目的是解决所述的课题，并且提供能够延长寿命的泵。

为了达成所述目的，技术方案1发明记载的泵，其具备：具吸入口和排出口的机壳；在该机壳内利用滚珠轴承旋转自如地支承主轴；连结于该主轴的轴端部的叶轮；及经由所述主轴能够驱动旋转所述叶轮的屏蔽马达，构成为利用所述叶轮的旋转使从所述吸入口吸入的流体升压并从所述排出口排出，其特征在于，在所述叶轮的轴心方向前侧设有前部覆盖物，并且在所述叶轮的轴心方向后侧设有后部覆盖物，在所述机壳和所述前部覆盖物之间设有相对轴向的规定间隙，并且在所述机壳和所述前部覆盖物之间设有相对径向的密封部。

技术方案2发明记载的泵，其特征在于，所述密封部是排列在所述叶轮的轴心方向设有多个。

技术方案3发明记载的泵，其特征在于，于所述机壳，使来自于所述叶轮的流体出口经由扩散器及涡旋室连通于所述排出口，在所述扩散器设有缩口部。

技术方案4发明记载的泵，其特征在于，所述缩口部的形状是根据所述扩散器出口的流体流出角，和所述扩散器出口与所述涡旋室的通道面积比进行设定。

技术方案5发明记载的泵，其特征在于，设有对所述滚珠轴承施加预压的预压弹簧，该预压弹簧是由环状的波状板材多层层迭所构成。

技术方案6发明记载的泵，其特征在于，所述叶轮是通过旋转驱动能够搬运超临界CO₂流体或液体CO₂，能够做为半导体洗净用循环泵使用。

发明效果

根据技术方案1发明的泵，在具有吸入口和排出口的机壳内利用滚珠轴承旋转自如地支承主轴，在该主轴的轴端部连结着叶轮，构成为利用屏蔽马达经由主轴就能够驱动旋转叶轮，在该叶轮的轴心方向前侧设有前部覆盖物，并且在轴心方向后侧设有后部覆盖物，在机壳和前部覆盖物之间设有相对轴向的规定间隙，并且在机壳和前部覆盖物之间设有相对径向的密封部。因此，利用密封部就能够防止流体从排出口往吸入口逆流，此外，即使滚珠轴承的磨损造成主轴及叶轮沿着旋转轴心方向移动，但因叶轮和机壳之间设有规定间隙，所以两者不会彼此干涉，因此能够延长泵寿命。

根据技术方案2发明的泵，因是将密封部排列在叶轮的轴心方向设有多个，所以利用多个密封部就能够降低叶轮和机壳之间的流体泄漏，能够适当防止流体从排出口往吸入口逆流。

根据技术方案3发明的泵，因是将来自于叶轮的流体出口经由扩散器及涡旋室连通于排出口，在扩散器设有缩口部，所以就能够使扩散器出口的流体流出角形成较大，由此能够降低扩散器出口至涡旋室入口的损耗，并且能够容许叶轮的移动而防止干涉。

根据技术方案4发明的泵，缩口部的形状，因是根据扩散器出口的流体流出角，和扩散器出口与涡旋室的通道面积比进行设定，所以就能够将缩口部设定成适当形状，使从扩散器出口流出至涡旋室的流体其径向速度和周向速度的合计速度减速，由此就能够充分确保扩散器效果，即能够充分确保从流体的速度能量(动压)转换成压力能量(静压)，能够提升泵效率。

根据技术方案5发明的泵，因为是设有对滚珠轴承施加预压的预压弹簧，由环状的波状板材多层层迭构成预压弹簧，所以利用预压弹簧就能够对滚珠轴承施加预压，由此能够抑制滚珠轴承的公转滑动可延长使用寿命，并且通过将波状板材多层层迭构成预压弹簧，能够减少相对弹簧压缩余量的负荷变化量，能够施加适当的预压。

根据技术方案6发明的泵，以旋转驱动叶轮就能够搬运超临界CO₂流体或液体CO₂，能够做为半导体洗净用循环泵使用，所以洗净后的被洗净物就不需要干燥，因此能够使洗净程序简化及削减成本。

附图说明

第1图为表示本发明一实施例相关的泵作为半导体洗净装置用循环泵的剖面图。

第2图为表示本实施例的半导体洗净装置用循环泵要部放大图。

附图标记说明

11：吸入口 12：排出口

13：机壳 14、15：滚珠轴承

16：主轴 17：叶轮

18：屏蔽马达 31：预压弹簧

44：前部覆盖物 45：后部覆盖物

46：叶片 47：规定间隙

48、49：密封部 51：扩散器

52：涡旋室

具体实施方式

以下是参照附图，对本发明相关的泵最佳实施例进行详细说明。另，本发明并不限于该实施例。

[实施例]

图1为表示本发明一实施例相关的泵为半导体洗净装置用循环泵的剖面图，图2为表示本实施例的半导体洗净装置用循环泵要部放大图。

如第1图及第2图所示，本实施例的半导体洗净装置用循环泵具备：具有吸入口11和排出口12的机壳13；在该机壳13内利用滚珠轴承14、15旋转自如地支承主轴16；连结于该主轴16轴端部的叶轮17；及经由主轴16可驱动旋转叶轮17的屏蔽马达18，构成为利用叶轮17的旋转就能够使吸入口11吸入的流体升压从排出口12排出。

该机壳13的结构为，环状的排出、吸入侧机壳21和冲洗侧机壳22配置成夹着圆筒形状的外筒23，利用连结螺栓24进行连结，在排出、吸入侧机壳21的外侧固定着岐管25，利用连结螺栓26进行连结。而且，该岐管25上形成有：位于主轴16的轴心延长轴线上的扬液的吸入口11，和位于吸入口11的外周侧的排出口12。

滚珠轴承14、15是止推滚珠轴承，其是安装在排出、吸入侧机壳21和冲洗侧机壳22上，旋转自如地支承主轴16。而且，该主轴16的轴端部嵌合着叶轮17，利用连结螺栓27进行固定。

另外，本实施例中，滚珠轴承14、15，为了提升耐磨损性及耐蚀性及降低高速旋转时的离心负荷，对于内外轮及滚珠是采用陶瓷材料(例如：氮化硅Si₃N₄、铝Al₂O₃、碳化硅SiC等)。这样，通过将轴承材料全部为陶瓷，能够提升相对于外来微粒的耐磨损性。此外，通过将保持器设计成能够减少阻力损耗(旋转阻力)。由此，就能够防止公转滑动及降低预压负荷(推力轴承负荷)，能够谋求滚珠轴承14、15的长寿命化。保持器的材料，基于其对洗净剂的耐蚀性、耐磨损性、确保其对高速旋转的强度之观点，是使用PEEK材(聚醚醚酮)。另外，也可取代PEEK材使用不锈钢或纤维复合材料。

屏蔽马达18是由：固定在外筒23内周部的定子28及与该定子28成相向设置在主轴16外周部的转子29所构成。

另一方面，在冲洗侧机壳22，是在主轴16的轴心延长轴线上形成有能够排出所吸入之扬液一部分的冲洗口30。此外，冲洗侧机壳22和止推滚珠轴承15之间，夹持着预压弹簧31。该预压弹簧31是位于主轴16另一端周边位置由环状波板弹簧多层层迭构成，以定压弹簧方式对滚珠轴承15施加轴向的预压。

因此，当对屏蔽马达18通电时，转子29相对定子28旋转，主轴16与该转子29一起旋转，使叶轮17与该旋转连动进行旋转。所以，扬液就会从吸入口11吸入，由叶轮17的离心力升压引导至排出口12侧朝外部排出。此外，从吸入口11吸入的扬液一部份是通过滚珠轴承14、15及屏蔽马达18内，对这些进行冷却后作为冲洗流动而从冲洗口30排出。

在所述构成的循环泵上，在本实施例中，叶轮17为封闭式，相对于机壳13、相对于轴心方向只以规定量移动自如地支承主轴16及叶轮17，并且在机壳13和叶轮17的径向形成密封。

即，构成机壳13用的吸入、排出侧机壳21是在其中心部形成有与吸入口11连通的收容孔41，在该收容孔41的内周面固定着外周环42及外周环43。另一方面，叶轮17构成为，在设置于轴心方向前侧的环状前部覆盖物44和设置于轴心方向后侧的圆板形状后部覆盖物45之间，在周向以等间隔设有多个叶片46。

在该状况下，前部覆盖物44具有与叶轮17径向水平的圆板部44a和与轴向水平的筒部44b。而且，在外周环43(机壳13)的一端部和前部覆盖物44的圆板部44a的表面部之间，设有相对轴向的规定间隙47。此外，在外周环43(机壳13)的内周部和前部覆盖物44的筒部44b的外周部之间，设有相对径向的密封部48、49。该密封部48、49是偏离叶轮17的径向，排列设置在叶轮17的轴心方向。另外，密封部48、49是以设置多个为优选，并不限于2个，也可设有3个以上。

此外，在机壳13上，从叶轮17的流体出口17a是经由扩散器51、涡旋室52、连通道53与排出口12连通。即，吸入、排出侧机壳21和岐管25的接合部，形成有来自叶轮17的流体出口17a，与该流体出口17a连通并且形成有岐管25。该扩散器51可使流体的速度能量(动压)转换成压力能量(静压)。涡旋室52是在吸入、排出侧机壳21和岐管25的接合部形成为涡卷状，一端部连通于扩散器51，另一端部连通于连通道53。

接着，该扩散器51设有缩口部。即，扩散器51是将朝往涡旋室52侧的出口部的流路宽度W₂(流路面积)相对于来自叶轮17的流体出口17a侧的入口部的流路宽度W₁(流路面积)形成为狭窄(小)，而构成缩口部。即，将扩散器51的入口部相对于出口部形成为较大，由此，容许由规定间隙47引起的叶轮17往轴心方向的移动，能够将压力流体适当地导入至扩散器51。

该扩散器51的缩口部形状，即，倾斜角度是根据从扩散器51出口部的流体流出角α和扩散器51的出口部通道面积与涡旋室52面积的面积比Y进行设定。从扩散器51流至涡旋室52的流体是对扩散器51的接线具有流体流出角α，其速度V是分成周向速度Vθ和径向速度Vm。涡旋室52的面积比Y，是扩散器51的出口部通道面积Ad和涡旋室52的面积Av的比率(Y＝Ad/Av)。

一般，就从扩散器51的出口部至涡旋室52的入口部的摩擦损失，和扩散器51的排出速度与涡旋室52的流入速度之速度差所造成的损失来看，流体流出角α为15°左右，能够确保泵最大效率。此外，涡旋室52舌端损失是在涡旋室52的舌端安装角和流体流出角的差太大时产生。其原因是由于涡旋室52的舌端具有厚度，所以涡旋室52的舌端安装角就难以成为几度(小的角度)。

其结果，本实施例是通过扩散器51设有缩口部，并且通过使扩散器51出口部的流体流出角α增大，由此降低损耗。此外，将扩散器51的入口部宽度增大，能够容许叶轮17的轴向移动。在这种情况下，如果将扩散器51缩口，则径向速度Vm上升，但周向速度Vθ是通过角运动量保存而进行减速(自由涡流)。因此，扩散器51是形成可使该径向速度Vm和周向速度Vθ的合计速度达到减速程度为止的缩口形状。

因此，当叶轮17旋转时，从吸入口11吸入扬液，并且利用叶轮17的离心力升压。该升压的扬液是从液体流出口17a通过扩散器51，由此使流体的速度能量转换成压力能量，然后流至涡旋室52，通过连通道53从排出口12排出至外部。此时，机壳13和叶轮17是利用密封部48、49在径向被密封，所以利用叶轮17升压的扬液不会泄漏至吸入口11，能够从流体出口17a适当流入扩散器51。

另外，即使主轴16及叶轮17利用规定间隙47朝轴心方向移动，但密封部48、49能够让外周环43和前部覆盖物44的位置关系不变，所以扬液就不会泄漏至吸入口11，能够适当流入扩散器51。

如上所述，本实施例的泵是利用滚珠轴承14、15使主轴16旋转自如支承在具有吸入口11和排出口12的机壳13内，在该主轴16的轴端部连结着叶轮17，构成为利用屏蔽马达18经由主轴16就能够驱动旋转叶轮17，在叶轮17的轴心方向前侧设有前部覆盖物44，并且在轴心方向后侧设有后部覆盖物45，在机壳13和前部覆盖物44之间设有相对轴向的规定间隙47，并且在机壳13和前部覆盖物44之间设有相对径向的密封部48、49。

因此，利用密封部48、49就能够防止流体从排出口12往吸入口11逆流，此外，即使滚珠轴承14、15等的磨损造成主轴16及叶轮17沿着旋转轴心方向移动，但因叶轮17和机壳13之间设有规定间隙47，所以两者不会彼此干涉，因此能够延长泵寿命。

此外，本实施例的泵，因是将密封部48、49排列在叶轮17的轴心方向设有多个。因此，利用多个密封部48、49就能够降低叶轮17和机壳13之间的流体泄漏，能够适当防止流体从排出口12往吸入口11的逆流。

另外，本实施例的泵，因是将从叶轮17的流体出口17a经由扩散器51及涡旋室52与排出口12连通，在扩散器51设有缩口部。因此，从叶轮17的流体出口17a流出至扩散器51的流体的周向的速度和径向的速度之合计就会减速，由此能够在扩散器51将流体的速度能量(动压)适当转换成压力能量(静压)。

此时，在扩散器51设有缩口部，所以就能够通过使扩散器51出口部的流体流出角α增大，就能够降低损耗。此外，将扩散器51的入口部宽度增大，能够降低由叶轮17轴向移动产生的叶轮出口的扩散器入口的损耗。

此外，扩散器51的缩口部形状是根据来自扩散器51出口部的流体流出角，和扩散器51出口部与涡旋室52入口部的通道面积比进行设定。因此，通过将缩口部设定成适当形状，可使扩散器51的径向速度加速，但周向速度减速，基于减速该合计速度，其结果能够以扩散器51减速将流体的速度能量适当转换成压力能量，此外，将涡旋室52的流体速度成为适当的速度，能提升泵效率。

另外，本实施例的泵，设有对滚珠轴承14、15施加预压的预压弹簧31，由环状的波状板材多层层迭构成该预压弹簧31。因此，利用预压弹簧31对滚珠轴承14、15施加预压，能够抑制滚珠轴承14、15的公转滑动可延长使用寿命，并且通过将波状板材多层层迭构成预压弹簧31，能够减少相对弹簧压缩余量的负荷变化量，能够施加适当的预压。

此外，本实施例的泵，通过旋转驱动叶轮17，能够搬运超临界CO₂流体或液体CO₂，能够做为半导体洗净用循环泵使用，因此洗净后的被洗净物就不需要干燥，能够使洗净程序简化及削减成本。

另外，所述的实施例是将本发明的泵以半导体洗净用循环泵为例子进行的说明，但本发明的泵也可应用在通常的离心泵。

产业上之可利用性

本发明相关的泵是在机壳和前部覆盖物之间设有相对轴向的规定间隙，并且在机壳和前部覆盖物之间设有相对径向的密封部，由此构成为能够抑制流体的泄漏和构成构件的磨损且能够延长使用寿命的泵，也可应用在任何泵。

Claims

1.一种泵，具备：

具有吸入口和排出口的机壳；

在该机壳内利用滚珠轴承旋转自如地支承主轴；

连结于该主轴轴端部的叶轮；及

经由所述主轴能够驱动旋转所述叶轮的屏蔽马达，

构成为利用所述叶轮的旋转使从所述吸入口吸入的流体升压并从所述排出口排出，其特征在于：

在所述叶轮的轴心方向前侧设有前部覆盖物，并且在所述叶轮的轴心方向后侧设有后部覆盖物，

在所述机壳和所述前部覆盖物之间设有相对轴向的规定间隙，并且在所述机壳和所述前部覆盖物之间设有相对径向的密封部。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述密封部是排列在所述叶轮的轴心方向设有多个。

3.如权利要求1或2所述的泵，其特征在于，在所述机壳上，使来自所述叶轮的流体出口经由扩散器及涡旋室连通于所述排出口，在所述扩散器设有缩口部。

4.如权利要求3或所述的泵，其特征在于，所述缩口部的形状是根据所述扩散器出口的流体流出角和所述扩散器出口与所述涡旋室的通道面积比进行设定。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的泵，其特征在于，设有对所述滚珠轴承施加预压的预压弹簧，该预压弹簧是由环状的波状板材多层层迭所构成。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的泵，其特征在于，所述叶轮是通过旋转驱动就能够搬运超临界CO₂流体或液体CO₂，做为半导体洗净用循环泵使用。