CN102052463A - 真空旋转动力传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种真空旋转动力传输装置，其主要是由设置于真空系统的腔壁上的轴套组、穿设于轴套组的旋转轴以及连结并驱动旋转轴的传动组所组成。轴套组的座体具有穿孔可供旋转轴穿设，且在穿孔中对应旋转轴间隔设置有第一轴承组、第二轴承组、密封环及轴封件，轴封件设置于远离真空系统的一侧，且轴封件远离真空系统的一端向中心延伸有一薄片状的唇状突缘，使旋转轴穿过时会将唇状突缘朝远离真空系统的方向扩延且包覆于旋转轴外缘，而能通过大气压力将唇状突缘压抵于旋转轴上，形成阻绝大气进入直空系统的环形屏障，以确保真空系统的真空度。

Description

真空旋转动力传输装置

技术领域

本发明涉及一种将动力传输至真空系统的装置，特别是涉及一种能在工作中维持真空系统内的真空度的真空旋转动力传输装置。

背景技术

在半导体、平面显示器及太阳电池等产业的光电产品，为了对所使用的材料赋予某种特性(如导电膜、抗反射膜、反应膜等)，在基板材料(硅芯片或玻璃)表面上以各种方法形成一层薄膜加以使用，薄膜的形成不管是使用物理气相沉积法(PVD)的溅镀设备或化学沉积法(CVD)设备都需要较高的真空要求或洁净度，均须通过真空系统才能有效运作，以制造更高品质的产品。

真空系统是指在真空状态下存在的系统，运用真空物理的特性，将真空腔的腔内压力降至工作所需的压力范围中，以达到制作工艺需求的程度。而在真空系统中仍需通过机械装置的旋转运动、直线运动或螺旋运用等，来应付真空系统中的工作所需。因此必须通过真空机械运动导引装置将真空系统外部(即大气端)的机械动力传送进入真空系统内部的装置，故在真空系统与外部大气端之间的连接处不能有漏气的情形，因此对于真空旋转运动导引装置而言，除了静态的气密要求外，因机件旋转的关系更要要求其动态的气密。

传统的真空旋转运动导引装置是在轴与座体之间除了轴承、油封等必要构件外，进一步增设了磁石与磁流体，以通过磁石、磁流体与金属材质制成的座体与轴之间的相对作用而保持完全密闭的状态，让真空系统与外部大气端之间能完全隔离，使真空系统中维持真空状态。如美国专利US6857635号专利与中国台湾专利公告第435684号新型专利中都明显揭示使用磁流体装置来达到密封的结构。

然而，使用磁流体的机械引入装置的价格十分昂贵，而且磁流体并不适合在高温(80℃以上)环境下使用，否则有可能会因高温而使磁流体丧失磁性，进而失去原本的密封作用。

另外，如中国台湾第I247855号「真空旋转式机械引入装置」发明专利中，则揭示一种不使用磁流体的结构设计，其主要是将本体与轴设计成多阶形态，再在本体与轴之间设置O形环来达到气密的效果。

然而，在前述的中国台湾专利公告第435684号新型专利中即已揭示O形环若未受压而扩张，则易产生O形环与轴之间不接触或接触面积过小，而造成气密效果不佳的问题；若O形环因受压而扩张，则O形环会压抵于轴上，进而容易产生O形环磨耗的问题。再者，真空系统工作时的高温容易传导到轴、本体与O形环，进而使得O形环容易老化造成真空泄漏问题。

从而，如何设计出创新的真空旋转动力传输装置，以解决真空、高温的动力传输问题，便成为本发明的首要目标。

发明内容

本发明的主要目的在于解决前述各项问题而提供一种能在旋转轴上形成阻绝大气进入直空系统的环形屏障，以维持真空系统内的真空度的真空旋转动力传输装置。

本发明的次一目的在于，通过中空的旋转轴搭配冷却组，而能有效解决高温真空环境的动力传输问题。

本发明的另一目的在于，该座体与旋转轴之间设置的密封环为方形四唇密封环，在各唇缘间的凹弧部可填充高真空油脂，使各密封环与旋转轴及座体之间保持良好的密封效果以及低摩擦状态。

为达前述目的本发明的真空旋转动力传输装置，至少由设置于真空系统的腔壁上的一轴套组、穿设于该轴套组的一旋转轴以及一连结并驱动该旋转轴的传动组所共定组成。该轴套组具有一座体，该座体一端向外延伸有一凸缘，供固定于真空系统的腔壁上，该座体中央具有一穿孔可供该旋转轴穿设，且该座体在该穿孔中对应该旋转轴间隔设置有一第一轴承组、一第二轴承组、至少一个密封环及一轴封件，该第一、二轴承组供承载该旋转轴旋转，并且该轴封件设置于远离真空系统的一侧，且该轴封件远离该凸缘的一端向中心延伸有一薄片状的唇状突缘，使该旋转轴穿过时会将该唇状突缘朝远离该凸缘的方向扩延而包覆于该旋转轴外缘。

据此，可由该密封环形成第一道气密作用，而由轴封件形成第二道气密作用。尤其是轴封件的唇状突缘会朝远离该腔壁的方向扩延并且包覆于该旋转轴外缘，因此轴封件邻靠真空系统的一侧形成负压时，大气端的压力会将唇状突缘压抵于旋转轴上，形成阻绝大气进入直空系统的环形屏障，以确保真空系统内的真空度。

再者，本发明旋转轴的内孔及冷却水管与冷却组衔接，因此可经由冷却水循环来有效冷却旋转轴，使本发明可应用于高温的工作环境，并且能避免因为高温而导致与旋转轴接触的各密封环与轴封件的老化，进而能确保密封效果。

另外，本发明的密封环为方形四唇密封环，因此各密封环与旋转轴及座体之间，分别都由两唇缘形成两道气密效果，再加上各密封环在两唇缘之间的凹弧部积存高真空油脂，因此各密封环与旋转轴及座体之间能保持良好的密封效果以及低摩擦状态。

本发明前述的特点、特性，将从下述实施例的详细说明与附图中，获得深入了解。

附图说明

图1是本发明的剖视结构示意图；

图2是本发明的座体部分的剖视结构示意图；

图3是本发明的密封环部分的剖视结构示意图；

图4是本发明的轴封件的立体外观图；

图5是本发明的轴封件的剖视结构示意图；

图6是本发明轴封件的唇状突缘包覆旋转轴的示意图；

图7是本发明的压环的剖视结构示意图；及

图8是本发明冷却组的剖视结构示意图。

元件符号说明：

轴套组1             座体11

穿孔110             凸缘111

通孔112             螺栓113

端面114             环槽115

O形环116            第一轴承组12

第二轴承组13        密封环14

唇缘141             凹弧部142

轴封件15            孔151

凹部152          唇状突缘153

小径部154        环沟155

O型环156         压环16

螺丝160          凸环161

凹槽162          界面轴承17

轴扣环18         旋转轴2

内孔21           封闭端22

导轮23           冷却水管24

传动组3          传动轮31、32

键33             螺栓34

干式自润轴承35   轴扣环36

冷却组4          本体41

流道42           出水接头43

进水接头44       旋转接头45

轴承组件46       腔壁W

孔W1             高真空油脂O

具体实施方式

兹配合附图将本发明的实施例详细说明如下。

请同时参考图1至图6。图1是本发明的剖视结构示意图；图2是本发明的座体部分的剖视结构示意图；图3是本发明的密封环部分的剖视结构示意图；图4是本发明的轴封件的立体外观图；图5是本发明的轴封件的剖视结构示意图；图6是本发明轴封件的唇状突缘包覆旋转轴的示意图；图7是本发明的压环的剖视结构示意图；图8是本发明冷却组的剖视结构示意图。

如图1及图2所示，本发明的真空旋转动力传输装置供安装于真空系统的真空腔室的腔壁W上，且该真空旋转动力传输装置由一个固定在该腔壁W上的轴套组1；一穿设于该轴套组1的旋转轴2，一连结并用以驱动该旋转轴2的传动组3，以及一与该旋转轴2连结的冷却组4所组成。

该轴套组1具有一座体11，该座体11具有一轴向贯穿的穿孔110，而该座体11的一端向外延伸有一凸缘111，该凸缘111设有多数通孔112，以供螺栓113穿设该座体11而锁固于前述的腔壁W，且该腔壁W对应该穿孔110具有一孔W1，以供穿设于该轴套组1的旋转轴2穿越进入该真空腔室中，并且该座体11于紧邻该凸缘111的一端面114设有一环槽115，以供容设一O形环116，以保持座体11与该腔壁W间的密合。

而该座体11对应该旋转轴2间隔设置有一第一轴承组12与一第二轴承组13，以供承载该旋转轴2旋转。在本实施例中，该第一轴承组12设置于该穿孔110邻靠该端面114之处，其为一自润轴承；而该第二轴承组13由两个滚珠轴承组成，并且设置于该穿孔110的中段位置。实务上，该第一轴承组12与第二轴承组13均可为自润轴承、滚珠轴承或其它形式的轴承，而不仅限于前述实施例的样态。

该座体11在该穿孔110中对应该旋转轴2设置有至少一个的密封环14，且该密封环14设置的位置位于该第一轴承组12与该第二轴承组13之间。在本实施例中间隔设置二密封环14，并且各该密封环14均如图3所示为方形四唇密封环，亦即各密封环14的断面略呈方形并于四个角隅分别形成一圆弧形的唇缘141，且在同侧的两唇缘141之间分别形成一凹弧部142，在各凹弧部142内可供积存高真空油脂O，使各密封环14与旋转轴2及座体11之间保持良好的密封效果以及低摩擦状态。

该座体11在该穿孔110中对应该旋转轴2另套设有一轴封件15，该轴封件15设置于该第二轴承组13远离该第一轴承组12的一侧，如图4至图6所示，且该轴封件15由工程橡塑胶所制成的环状结构，请参阅图4所示，该轴封件15中央对应该旋转轴2具有一孔151，该孔151中段具有一环状的凹部152，请参阅图5，该凹部152可供积存高真空油脂，且该轴封件15于该孔151远离该腔壁W的一端向中心延伸有一薄片状的唇状突缘153而形成一小径部154，并且该旋转轴2穿过该小径部154时会将该唇状突缘153朝远离该腔壁W的方向扩延，如图5与图6所示，而由该唇状突缘153包覆于该旋转轴2外缘形成真空唇封的效果。

另外，该轴封件15外缘面具有一环沟155，在该环沟155中套设有一O型环156，以保持该轴封件15与该座体11间的气密效果

该座体11于该穿孔110邻靠该轴封件15的一端设有一个用来迫紧该轴封件15的压环16，请配合参阅图2与图7，该压环16由多个螺丝160锁固于该座体11，且该压环16的一端具有一凸环161，该凸环161延伸至该穿孔110中并抵压于该轴封件15，以迫紧固定该轴封件15。

该压环16由该凸环161的一端凹设有一凹槽162，该凹槽162中套设有一界面轴承17，该界面轴承17的一面靠抵于该凹槽162的内缘面，且该界面轴承17的另一面则靠抵于一轴扣环18，而该轴扣环18嵌扣于该旋转轴2，用于形成该旋转轴2与该轴套组1的轴向定位作用。

该旋转轴2为中空形态而具有一内孔21，且该旋转轴2的一端为封闭端22，该封闭端22穿过该轴套组1而伸入真空腔室(真空端)中，并且该封闭端22结合有一导轮23以供连结真空腔室中的相关装置运转，该导轮23的结构可依传动的需要，而设计为摩擦轮、齿轮或蜗轮等结构。

如图1及图8所示，该旋转轴2在该内孔21中穿设有一冷却水管24，该冷却水管24与该内孔21的另一端则与前述的冷却组4连通，使冷却水可由冷却水管24输入，再由该内孔21回流，使本发明可应用于高温的环境。

该传动组3至少具有一个传动轮，在本实施例中以两个传动轮31、32为例绘示说明，各传动轮31以键33及螺栓34固定于该旋转轴2穿出该压环16的一端(即大气端)。实务上各传动轮31、32也可仅以键或螺栓加以固定，且在本例中各该传动轮31、32为一齿皮带轮，可分别将不同动力组件(图中未示)的动力传递至该旋转轴2而驱动该旋转轴2旋转。

而在该传动轮31与该压环16之间设有一干式自润轴承35，使传动轮31旋转时而不会与压环16的端面间产生过度摩擦而咬死的问题。另外，该旋转轴2在另一传动轮31的相对侧嵌扣有一轴扣环36，以限定该旋转轴2的轴向定位。更进一步而言，该轴扣环36与该轴扣环18相对设置，而可通过轴扣环18、36共定限定该旋转轴2的轴向定位。

如图8所示，该冷却组4具有一本体41，该本体41的一端枢设有一旋转接头45，该旋转接头45通过一轴承组件46设置于该本体41，且该旋转接头45结合于该旋转轴2穿出该压环16的一端(即大气端)，使该旋转接头45及该旋转轴2可相对于本体41而转动，而该本体41对应该旋转轴2的内孔21具有一流道42，该流道42与一出水接头43相连通，且该本体41对应该冷却水管24设有一进水接头44，使冷却水可由该进水接头44经由冷却水管24进入到旋转轴2接近封闭端22处，再流经内孔21将旋转轴2的热量带走，最后由出水接头43排出，从而达到冷却旋转轴2的效果。

本发明的设计可通过设于该第一轴承组12与该第二轴承组13之间的两个密封环14，来达到第一道气密作用；并且由设置于邻近大气端的轴封件15来加强达到第二道气密作用。

由于各密封环14均为方形四唇密封环，因此各密封环14与旋转轴2及座体11之间，分别都由两唇缘141形成两道气密效果，再加上各密封环14在两唇缘141之间的凹弧部142可供积存高真空油脂O，因此各密封环14与旋转轴2及座体11之间能保持良好的密封效果以及低摩擦状态。

再者，该轴封件15由于具有薄片状的唇状突缘153，因此在旋转轴2穿过时该唇状突缘153会朝远离该腔壁W的方向扩延，而包覆于该旋转轴2外缘。如此一来，当轴封件15邻靠真空端的一侧形成负压时，大气端的压力会将唇状突缘153压抵于旋转轴2上，如图6所示，通过内外的真空压力差以保持真空紧密且又不会咬紧该旋转轴，允许该旋转轴2能在唇状突缘153转动，这样能确保旋转轴2与轴封件15间的气密状态，而且轴封件15与座体11之间另设有O型环156可保持气密状态，而能达成第二道气密作用。

当然，由于本发明的旋转轴2具有内孔21及冷却水管24并且与冷却组4衔接，因此能有效冷却旋转轴2，使本发明可应用于高温的工作环境，并且能避免因为高温而导致与旋转轴2接触的各密封环14与轴封件15的老化，进而能确保密封效果。

虽然结合前述的若干实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (24)

1.一种真空旋转动力传输装置，其包括：

旋转轴，用以传递动力；

轴套组，其具有座体，该座体一端向外延伸有凸缘，以供固定在真空系统的腔壁上，该座体中央具有穿孔，以供该旋转轴穿设，该座体在该穿孔中对应该旋转轴间隔设置有第一轴承组、第二轴承组、至少一个的密封环及轴封件，该第一、二轴承组供承载该旋转轴旋转，并且该轴封件设置于远离凸缘的一侧，且该轴封件远离该凸缘的一端向中心延伸有薄片状的唇状突缘，使该旋转轴穿过时会将该唇状突缘朝远离该凸缘的方向扩延而包覆于该旋转轴外缘；

传动组，其连结于该旋转轴穿出该座体且远离凸缘的一段，以驱动该旋转轴转动。

2.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该轴套组的密封环设置于该第一轴承组与该第二轴承组之间。

3.依权利要求1或2所述的真空旋转动力传输装置，其中该密封环的断面略呈方形并于四个角隅分别形成圆弧形的唇缘，且在同侧的两唇缘之间分别形成凹弧部。

4.依权利要求3所述的真空旋转动力传输装置，其中该密封环的凹弧部与该旋转轴之间填充有高真空油脂。

5.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该轴封件对应该旋转轴具有孔而略呈环状，该孔中段具有环状的凹部，该凹部可供积存高真空油脂，且该孔于该唇状突缘的一端形成内径较小的小径部。

6.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该轴封件由工程橡塑胶所制成。

7.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该轴封件外缘面具有环沟，该环沟中套设有O型环，以保持该轴封件与该座体间的气密效果。

8.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该第一轴承组设置于该穿孔邻靠该凸缘的一端。

9.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中，其是该第一轴承组与该第二轴承组可为自润轴承、滚珠轴承等其中之一。

10.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该座体的凸缘设有多数通孔，以分别供螺栓穿设而锁固于前述真空系统的腔壁。

11.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该座体于紧邻该凸缘的一端面设有环槽，以供容设O形环，以保持前述真空系统的腔壁与座体间的密合。

12.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该座体于该穿孔邻靠该轴封件的一端固设有一个压环，以迫紧固定该轴封件。

13.依权利要求12所述的真空旋转动力传输装置，其中该压环由多个螺丝锁固于该座体，且该压环的一端具有凸环，该凸环延伸至该穿孔中并抵压于该轴封件，以迫紧固定该轴封件。

14.依权利要求13所述的真空旋转动力传输装置，其中该压环由该凸环的一端凹设有凹槽，该凹槽中套设有界面轴承，该界面轴承的一面靠抵于该凹槽的内缘面，且该界面轴承的另一面则靠抵于轴扣环，而该轴扣环嵌扣于该旋转轴，用于形成该旋转轴与该轴套组的轴向定位作用。

15.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该旋转轴为中空形态而具有内孔，且该旋转轴的一端为封闭端，该封闭端穿过该轴套组而伸入前述的真空系统中。

16.依权利要求15所述的真空旋转动力传输装置，其中该封闭端结合有导轮以供连结前述的真空系统中的对应装置运转。

17.依权利要求16所述的真空旋转动力传输装置，其中该导轮为摩擦轮、齿轮或蜗轮等其中任一结构。

18.依权利要求15所述的真空旋转动力传输装置，其中该旋转轴在该内孔中穿设有冷却水管，该冷却水管与该内孔于相对于该封闭端的一端与冷却组连通。

19.依权利要求18所述的真空旋转动力传输装置，其中该冷却组具有本体，该本体一端通过轴承组件枢设有旋转接头，该旋转接头结合于该旋转轴，使该旋转接头及该旋转轴可相对于本体而转动。

20.依权利要求19所述的真空旋转动力传输装置，其中该本体对应该旋转轴的内孔具有流道，该流道与出水接头相连通，且该本体对应该冷却水管设有进水接头。

21.依权利要求1所述的真空旋转动力传输装置，其中该传动组至少具有一个传动轮，该传动轮以键及或螺栓固定于该旋转轴。

22.依权利要求21所述的真空旋转动力传输装置，其中该传动轮为齿皮带轮。

23.依权利要求21所述的真空旋转动力传输装置，其中该传动轮与该座体之间设有干式自润轴承。

24.依权利要求21所述的真空旋转动力传输装置，其中该旋转轴在该传动轮远离该座体的一侧嵌扣有轴扣环，以限定该旋转轴的轴向定位。

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