发明内容
鉴于以上情况,本发明的目的在于,提供一种能够防止从真空处理室导出的排气对象气体(排气)中含有的氢气引起的驱动源(电磁电动机)的功能不全的干式真空泵。
为了解决上述课题,本发明的干式真空泵采用以下的方式。
本发明的第一方案的干式真空泵,其具有:轴,其通过电磁电动机驱动旋转;转子,其安装于该轴且设于排气室内,将真空处理室内的排气对象气体向该排气室内吸引且排出;所述干式真空泵的特征在于,在所述排气室和位于与该排气室相邻的位置的邻室之间具有:排气室侧密封件,其对区划该排气室的排气室区划壁部和所述轴之间进行密封;邻室侧密封件,其对区划该邻室的邻室区划壁部和所述轴之间进行密封,在所述排气室侧密封件和所述邻室侧密封件之间设有供给密封气体的气体导入空间,所述排气室侧密封件及所述邻室侧密封件分别具有:固定在所述排气室区划壁部侧或所述邻室区划壁部侧的圆环状的基部、从该基部向所述轴侧延伸的一对圆环状的唇部,一对所述唇部以相互的间隔随着从所述基部朝向所述轴侧而逐渐扩大的方式延伸,且各自的前端部能够相对于所述轴弹性接触。
在排气室和邻室之间设有排气室侧密封件及邻室侧密封件,向这些密封件之间供给密封气体。密封气体从排气室侧密封件向排气室侧喷出,另外,从邻室侧密封件向邻室侧喷出。由此,能够防止排气室内的排气对象气体向邻室侧漏出,另外,能够防止邻室内的物质(例如,润滑油和其蒸汽)向排气室侧漏出。
另外,排气室侧密封件及邻室侧密封件具有一对唇部,一对唇部的各前端部能够相对于轴弹性接触。从而,能够利用两个唇部进行密封,因此,能够进行更可靠的密封。
进而,各唇部为以相互的间隔随着朝向轴侧而逐渐扩大的方式延伸的形状,这些唇部与视作共用的基部连接。从而,当一侧的唇部相对于基部倾斜时,另一侧的唇部也经由基部倾斜,因此,与该倾斜方向同方向倾斜。即,当与排气室或邻室相接的唇部与轴远离地倾斜时,与此对应,与供给密封气体的气体导入空间相接的唇部与轴接近。与此相反,当与排气室或邻室相接的唇部与轴接近地倾斜时,与此对应,与供给密封气体的气体导入空间相接的唇部与轴远离。如此,即使一侧的唇部与轴远离而与轴的间隙变大,但与该唇部的周向位置对应的另一侧的唇部与轴接近而与轴的间隙变小,因此,能够调整为改善密封气体的流出量在各周向位置不均匀。从而,即使在密封件的周向产生压力分布,也能够在各周向位置调整密封气体流量,因此,能够发挥高密封性能。
需要说明的是,在本发明中,“邻室”是指位于与排气室相邻的位置的室,例如润滑室和轴承室。因而,本发明适合排气室与润滑室的密封和排气室与轴承室的密封。
在本发明的第一方案的干式真空泵中,设想收容所述电磁电动机的电磁电动机室设置在与所述排气室隔着所述邻室的位置,所述邻室为储存润滑油的润滑室,在所述排气对象气体中含有氢气。
氢气侵蚀电磁电动机的永久磁铁材料使磁性能降低。在本发明中,将上述发明的排气室侧密封件及邻室侧密封件设置在排气室与邻室(润滑室)之间,从而,防止排气对象气体漏出到位于与排气室隔着邻室(润滑室)的位置的电磁电动机室。由此,能够避免电磁电动机的永久磁铁被氢气侵蚀。
另外,本发明的第一方案的干式真空泵中,优选所述基部和一对所述唇部一体构成。
由于基部和一对唇部一体构成,因此,使用和维护容易。
进而,在本发明的第一方案的干式真空泵中,优选一对所述唇部分别为不同部件,将这些唇部的基端部相互固定组装而构成所述基部。
由于一对唇部分别为不同部分,因此,各唇部的制作容易,即使复杂的形状也能够制作,因此,能够实现成本降低。
进而,本发明的第一方案的干式真空泵中,优选各所述唇部与所述轴接触的部位为聚四氟乙烯。
由于与轴的接触部位为聚四氟乙烯,因此,与轴的摩擦系数降低,也能够降低唇部的滑动部分的磨损量。由此,能够长期确保密封的可靠性。
本发明的第二方案的干式真空泵,其具有:电磁电动机,其收容在电磁电动机室内;轴,其通过该电磁电动机驱动旋转;转子,其安装于该轴且设于排气室内,将真空处理室内的含有氢气的排气对象气体向该排气室内吸引且排出,所述干式真空泵设有净化机构,该净化机构向所述电磁电动机室内导入惰性气体且排出该电磁电动机室内的气体。
氢气侵蚀电磁电动机的永久磁铁材料而使磁性能降低。在排气对象气体中含有氢气时,由于经由轴连接排气室和电磁电动机室,因此,存在氢从排气室侵入电磁电动机室内的可能性。
在此,在本发明的第二方案的干式真空泵中,设有净化机构,该净化机构向电磁电动机室内导入惰性气体且排出电磁电动机室内的气体。由此,即使氢气侵入电磁电动机室内也能够排出,另外,由于惰性气体的导入,使得氢气分压降低,因此,不会有大量的氢侵蚀电磁电动机的永久磁铁材料。从而,能够避免电磁电动机的永久磁铁被氢气侵蚀。
在本发明的第二方案的干式真空泵中,优选在所述排气室与所述电磁电动机室之间设有储存润滑油的润滑室,由所述净化机构导入所述电磁电动机室内的惰性气体通过所述润滑室内而排出。
含有氢气的排气对象气体首先侵入与排气室邻接的润滑室内。在润滑室内被导入从电磁电动机室导出的惰性气体并排出。如此,氢气侵入电磁电动机室之前,在润滑室与惰性气体相遇而被排出。从而,能够尽可能地防止氢气侵入电磁电动机室内。
本发明的第三方案的干式真空泵,其具有:电磁电动机,其收容在电磁电动机室内;轴,其通过该电磁电动机驱动旋转;转子,其安装于该轴且设于排气室内,将真空处理室内的含有氢气的排气对象气体向该排气室内吸引且排出;润滑室,其设于所述排气室和所述电磁电动机室之间且储存润滑油,对真空处理室进行排气的所述干式真空泵设有净化机构,其通过形成在所述轴上的气体导入通路从所述电磁电动机室的外部向所述润滑室内导入惰性气体,且排出该润滑室内的气体。
氢气侵蚀电磁电动机的永久磁铁材料而使磁性能降低。当在排气对象气体含有氢气时,由于经由轴连接排气室、润滑室及电磁电动机室,因此,存在氢从排气室经由润滑室侵入电磁电动机室内的可能性。
在此,本发明的第三方案的干式真空泵中,设有净化机构,该净化机构通过形成在轴上的气体导入通路从电磁电动机室的外部向润滑室内导入惰性气体,且排出该润滑室内的气体。由此,即使氢气从排气室侵入润滑室内也能够在侵入电磁电动机室内之前排出氢气,另外,由于惰性气体的导入使氢气分压降低,因此,不会有大量的氢侵蚀电磁电动机的永久磁铁材料。从而,能够避免电磁电动机的永久磁铁被氢气侵蚀。
另外,由于能够利用形成在轴上的气体导入通路从电磁电动机室的外部向润滑室内导入惰性气体,因此,能够不将配管拉回电磁电动机室内地将惰性气体导入润滑室内,实现简单的结构。
在本发明的第二方案或第三方案的干式真空泵中,优选所述净化机构具有与从所述排气室排出所述排气对象气体的排气线连接的气体排出通路,在该气体排出通路设有止回阀,该止回阀允许气体朝向所述排气线的流动且禁止反向的流动。
通过设置止回阀,能够防止从排气室向排气线排出的排气对象气体经由气体排出通路侵入润滑室或电磁电动机室。
另外,在本发明的第二方案或第三方案的干式真空泵中,优选所述净化机构具有与从所述排气室排出所述排气对象气体的排气线连接的气体排出通路,在该气体排出通路设有捕捉朝向所述排气线漏出的所述润滑油的捕油器。
通过设置捕油器,能够防止净化气体和润滑油向排气线漏出,能够维持清洁的排气系统。
发明效果
根据本发明的干式真空泵,由于在排气室与邻室之间设置排气室侧密封件及邻室侧密封件,并向这些密封件之间供给密封气体,因此,能够防止排气室内的排气对象气体向邻室侧漏出,另外,能够防止邻室内的物质(例如,润滑油和其蒸汽)向排气室侧漏出。
另外,由于排气室侧密封件及邻室侧密封件具有一对唇部,一对唇部的各前端部能够相对于轴弹性接触,因此能够利用两个唇部进行密封,由此能够进行更可靠的密封。
另外,由于各唇部形成以相互的间隔随着朝向轴侧而逐渐扩大的方式延伸的形状,且这些唇部与视作共用的基部连接,因此,即使密封的周向产生压力分布,也调整为改善各周方向位置的密封气体流量不均匀,因此,能够发挥高密封性能。
另外,由于将排气室侧密封件及邻室侧密封件设置在排气室和润滑室之间,因此能够防止排气对象气体漏出到位于与排气室隔着润滑室的位置的电磁电动机室。从而,能够避免电磁电动机的永久磁铁被氢气侵蚀。
或者,根据本发明的干式真空泵,由于设置净化机构,该净化机构将惰性气体导入电磁电动机室内且排出电磁电动机室内的气体,因此,能够避免电磁电动机的永久磁铁被氢气侵蚀,从而能够防止电磁电动机的功能不完全。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。
【第一实施方式】
图1示出了使用了本发明第一实施方式的干式真空泵1的真空处理系统的概要。
等离子体CVD装置(真空处理装置)101具有制膜室103,在对该制膜室103内进行真空排气的系统设有干式真空泵1。制膜室103对超出1m2的大面积玻璃基板(未图示)进行制膜。制膜室103与将作为主要的原料气体的硅烷气体(SiH4)及氢气(H2)以及清洗气体(NF3)分别向制膜室103内供给的气体供给流路104、105、106连接。另外,在制膜室103设有排出气体的排气系统61。
排气系统61具有:设有高真空用的涡轮分子泵(TMP)109的排气流路110、设有流量调整阀(CV)111的流路112。在比排气流路110和流路112的合流点S靠下游的流路113安装有干式真空泵(DP)1。进而,在干式真空泵1的下游侧设有排气线62。该排气线62被分支为排出硅烷气体及氢气等可燃气体的可燃系排气线117和排出三氟化氮气体(NF3)等支燃系气体的支燃系排气线118。在可燃系排气线117设有可燃系排气阀119a,在支燃系排气线118设有支燃系排气阀119b。
为了实施制膜,供给原料气体的硅烷气体及氢气时,将可燃系排气阀119a设为打开,将支燃系排气阀119b设为关闭,从而使用可燃系排气线117。
为了对制膜室103内进行自身清洗,供给清洗气体的三氟化氮气体时,将可燃系排气阀119a设为关闭,将支燃系排气阀119b设为打开,从而使用支燃系排气线118。
另外,在等离子体CVD装置101设有对制膜室103的压力进行计测的真空仪(V)120。
在如此构成的等离子体CVD装置101中,在由干式真空泵1进行的粗抽真空排气的同时,向从大气压减压的制膜室103内送入含有由SiH4构成的原料气体的制膜气体,通过利用未图示的高频电源供给的高频电力产生等离子体,对由制膜室103内支承而被加热的玻璃等基板实施制膜。作为基板,可例举例如超过1m2的大面积玻璃基板。
原料气体使用氢气稀释,例如,为了形成结晶质硅膜,对硅烷气体以20倍以上的氢气进行稀释而实现膜质量的提高。
等离子体CVD装置101接受制膜处理的指示时,打开MV121和TV122且关闭RV123,进行由涡轮分子泵109及干式真空泵1进行的高真空排气。
将基板(未图示)安置在制膜室103内,接受制膜方法指示,按照制膜方法进行制膜处理。
例如,在结晶质硅膜的形成中,制膜速度为2.0~2.5nm/s,制膜压力为1000~3000Pa,基板每1m2的制膜用原料气体即硅烷气体的流量为0.5~2.0SLM/m2,氢气的流量为10SLM/m2以上的大流量。
其次,关闭MV121和TV122且打开RV123,在干式真空泵1进行的粗抽真空排气的同时,将制膜原料气体导入制膜室103内,以利用真空仪(V)120计测的制膜室103内的压力成为制膜方法指示值的制膜室103内的压力的方式调整流量调整阀(CV)111,而调整制膜室103内的压力。
其次,开始等离子体放电,由此实施制膜。
进行规定的制膜后,停止等离子体放电,另外,停止制膜原料气体。打开MV121与TV122且关闭RV123,进行由涡轮分子泵109及干式真空泵1进行的高真空排气,搬出制膜处理后的基板,结束制膜处理。
需要说明的是,干式真空泵1可以使用串联地组合罗茨式泵等机械增压式泵和排气系统而使真空排气能力提高。
图2示出了从上面观察本实施方式的干式真空泵1的俯视剖面图。图3示出了从侧面观察干式真空泵1的侧剖面图。
本实施方式的干式真空泵1由罗茨式干式真空泵构成,但本发明并不限于此,例如,也可以适用螺旋式、旋转翼式等其他形式的干式真空泵、罗茨式泵等机械增压式泵。
如该图所示,干式真空泵1具有:作为驱动源的电磁电动机3、配置在该电磁电动机3侧方的润滑室(邻室)12、配置在该润滑室12侧方的排气室13、配置在润滑室12和排气室13之间的第一密封机构11。
润滑室12由电动机罩(邻室区划壁部)8和侧罩9形成,排气室13由工作缸(排气室区划壁部)7和侧罩9形成。润滑室12及排气室13构成干式真空泵1的主要的箱体部。
在润滑室12收容有旋转传递机构4,在排气室13收容有第一转子(转子)6。电磁电动机3与电动机罩8邻接配置。第一轴(轴)5与电磁电动机3的旋转轴连接。第一轴5纵向贯穿润滑室12,并贯通侧罩9而向排气室13延伸。第一轴5连通润滑室12和排气室13的部位通过第一密封件机构11密封,以抑制气体伴随第一轴5的旋转而在润滑室12与排气室13之间移动。在润滑室12的室内,旋转传递机构4与第一轴5连接,在排气室13的室内,第一转子6与第一轴5连接。另外,在润滑室12收容有用于润滑旋转传递机构4的润滑油F(参照图3)。
本实施方式的干式真空泵1除上述结构以外,还具有第二轴(轴)14、第二转子(转子)15、第二密封件机构16(参照图2)。第二轴14在润滑室12的室内与旋转传递机构4连接,与第一轴5平行地贯通侧罩9而向排气室13。第二轴14连通润滑室12和排气室13的部位通过第二密封件机构16密封,以抑制气体伴随第二轴14的旋转而在润滑室12与排气室13之间移动。在排气室13的室内,第二转子15与第二轴14连接。
另外,本实施方式的干式真空泵1中,从润滑室12观察,在排气室13的相反侧(图2的右侧)具有轴承室17。轴承室17通过安装在工作缸7的与侧罩9的相反侧的第二侧罩18和安装在第二侧罩18的轴承罩19形成。第一轴5及第二轴14贯通第二侧罩18,且在轴承室17的室内被支承为能够旋转。轴承室17中收容将第一轴5支承为能够旋转的第一轴承20和将第二轴14支承为能够旋转的第二轴承21。第一轴承20及第二轴承21例如为球轴承等。
电磁电动机3收容在电磁电动机室10内,产生用于使第一转子6旋转的旋转动力。电磁电动机3可以使用常用结构的部件作为干式真空泵1的动力源。典型的是,电磁电动机3具有定子和转子,在定子和转子的任一方使用永久磁铁材料。永久磁铁材料优选比较廉价且具有强的磁特性,例如使用希土类磁铁。作为永久磁铁材料,例如使用铁-钕系等稀土类铁系磁铁材料,在磁铁体表面施加由镍等金属进行镀敷的镀敷层,以提高针对因形成锈、腐蚀和吸藏氢的氢化合物引起的侵蚀的耐久性。
如图2及图3所示,电磁电动机3及润滑室12设置在排气室13的排气空间26中气体被压缩的一侧(接近大气压一侧)。通过如此配置电磁电动机3,能够容易地进行电磁电动机室10的气密管理。另外,在干式真空泵1的起动停止时等产生压力变动之际,润滑室12与排气室13的压力差变少,因此,具有使第一密封件机构11中的密封特性更可靠的效果。
需要说明的是,电磁电动机3并没有限于一台,也可以设置为多台。
旋转传递机构4通过润滑油F润滑,将在电磁电动机3产生的旋转动力向第一轴5及第二轴14传递,使第一转子6及第二转子15向相互相反方向同步旋转。旋转传递机构4包括第一同步齿轮22、第二同步齿轮23、第一轴承24及第二轴承25。第一同步齿轮22安装在第一轴5上,向第二同步齿轮23传递旋转动力。第一轴承24包括:固定在侧罩9上的外圈、固定在第一轴5上的内圈、配置在外圈和内圈之间的轴承球,并将第一轴5可旋转地支承在侧罩9上。第二同步齿轮23安装在第二轴14上,从第一同步齿轮22传递旋转动力,使第二轴14旋转。第二轴承25包括:固定在侧罩9上的外圈、固定在第二轴14上的内圈、配置在外圈和内圈之间的轴承球,并将第二轴14可旋转地支承在侧罩9上。旋转传递机构4的结构并没有限定于此,也可以含有例如减速齿轮等。
第一转子6及第二转子15通过旋转而吸引及排出排气对象气体。图4是表示第一转子6及第二转子15的结构的横剖面图。如图2及图3所示,第一转子6沿第一轴5串联排列多级(图示的例子为6级),第二转子15沿第二轴14串联排列多级(图示的例子为6级)。
各级的第一转子6与各级的第二转子15成对配置。各个第一转子6及第二转子15形成为三叶片的形状,当第一轴5和第二轴14旋转时,能够与成对的转子部空开微小的间隔而旋转。
各个第一转子6和第二转子15的对按每一对配置在形成于工作缸7内的六个排气空间26中,排气空间26顺次通过与后段的排气空间连通的排气通路26a连接。另外,最前段(最上游段)的排气空间26与形成在工作缸7的吸气孔7a连接,最后段(最下游段)的排气空间26与形成在工作缸7的排气孔7b连接(参照图3)。
吸气孔7a经由排气系统61与作为薄膜制造用的真空处理室的等离子体CVD装置的制膜室103连接。排气孔7b与排气线62连接。制膜室103作为用于在基板上制膜非结晶硅膜或结晶质硅膜的制膜室构成。在制膜室103中,进行由干式真空泵1进行的粗抽真空排气的同时,向从大气压减压的制膜室内送入主要含有由硅烷气体(SiH4)及氢气(H2)构成的原料气体的制膜气体,通过利用未图示的高频电源供给的高频电力而产生等离子体,对在制膜室103内被支承且被加热的玻璃等基板实施制膜。此时,在制膜室103中,通过硅烷气体(SiH4)的分解和大量氢气(H2)的投入,而将大量的氢气通过干式真空泵1向排气线62排出。
除制膜室103之外,基板预热室等也进行大量氢气(H2)的投入,因此,同样能够利用本实施方式的干式真空泵1。
例如,为了形成结晶质硅膜,将供给40MHz~100MHz的高频电力的等离子体放电电极与基板表面的距离d设定为3mm~10mm,供给对硅烷气体以20倍以上的氢气稀释的原料气体,从而实现制膜速度和膜质量的提高。在形成超过1m2的大面积基板的结晶质硅膜中,为了得到制膜速度2.0~2.5nm/s,需要制膜压力为1000~3000Pa,基板每1m2的制膜用原料气体即硅烷气体的流量为0.5~2.0SLM/m2、氢气的流量为20SLM/m2、大致20~100SLM/m2。硅烷气体的一部分被制膜消耗,由此,除硅烷气体的分解所产生的氢气,向排气线62排气的氢气流量也进一步增加,排气对象气体中的氢气分压变得非常大。
第一密封件机构11及第二密封件机构16在第一轴5及第二轴14连通润滑室12及排气室13的部位,对润滑油F及排气对象气体的导通进行密封。在侧罩9形成有用于向该部位供给密封气体的气体导入孔9a。
其次,对第一密封件机构11及第二密封件机构16进行说明。
由于第一密封件机构11和第二密封件机构16的结构相同,因此,对第一密封件机构11进行说明。
图5是表示第一密封件机构11的结构的剖面图,是表示将图3的第一密封件机构11的附近扩大的图。
如该图所示,第一密封件机构11具有第一密封件(润滑室侧密封件)27、第二密封件(排气室侧密封件)28。第一密封件27配置在侧罩9和第一轴5之间,第二密封件28配置在工作缸7和第一轴5之间。
在工作缸7和侧罩9之间形成有与气体导入孔9a连通的间隙G,通过第一密封件27及第二密封件28形成气体导入空间29。在本实施方式的干式真空泵1中,侧罩9与工作缸7的、面向气体导入空间29的部分构成隔壁。
另外,除上述结构,第一密封件机构11具有在润滑室12的室内安装于第一轴5的挡油环30。
第一密封件27及第二密封件28分别具有同一结构,例如,由图6A所示的密封部件A构成。图6A是表示密封部件A的结构的立体图。密封部件A由其内周部与轴5的外周弹性接触的圆环状的杯状密封(唇密封)构成。
如图6A所示,密封部件A具有固定部a、基部b和两个唇部c。在圆环状的密封部件A的外周侧形成有固定部a,以从固定部a向圆环的径向突出的方式形成有基部b,以从基部b向径向成为倾斜的二方向突出的方式(以成为ハ字的方式)形成两个唇部c。即,一对唇部c具有沿着第一轴5的轴向并向相互相反的方向伸出的结构。唇部c形成为能够以与另一唇部c接近或离开的方式弹性变形。
需要说明的是,密封部件A可以由多个部件构成。
固定部a、基部b及唇部c由对含氢的排气对象气体及对润滑油F具有耐性且具有弹性的例如氟橡胶等材料形成。
另外,密封部件A具有:配置在各唇部c的、与第一轴5抵接的部位的滑动部件d、插入固定部a及基部b的支承部件e。
滑动部件d由例如聚四氟乙烯等比唇部C摩擦系数低的材料构成,使密封部件A与第一轴5的接触阻力降低,而与第一轴5之间的间隙均等。由于摩擦系数低,因此,能够降低滑动部件d的磨损量,确保长期的可靠性,因而优选。图6B是表示滑动部件d的结构的图。如该图所示,密封部件A作为第一密封件27及第二密封件28安装于干式真空泵1后,通过使干式真空泵1空运转,各滑动部件d与轴5滑动,如下图所示,滑动部件d的面压高的角部分被以平滑化的状态使用。
支承部件e例如由金属构成,维持密封部件A的强度和形状。需要说明的是,也可以省略支承部件e。
图7是表示第一密封件27及第二密封件28的配置的纵剖面图。
如该图所示,第一密封件27配置在侧罩9和第一轴5之间,主要具有限制从润滑室12向排气室13漏出润滑油F(或其蒸汽)的功能。第二密封件28配置在工作缸7和第一轴5之间,主要具有限制从排气室13向润滑室12侵入排气对象气体(尤其是氢气)的功能。
第一密封件27在侧罩9固定有固定部a,第二密封件28在工作缸7固定有固定部a,各唇部c与第一轴5弹性相接。
在第一密封件27的两个唇部c中,将面向润滑室12的唇部c作为第一唇31,将面向气体导入空间29的唇部c作为第二唇32。另外,在第二密封件28的两个唇部c中,将面向气体导入空间29的唇部c作为第三唇33,将面向排气室13的唇部c作为第四唇34。
第一唇31能够在润滑室12的压力比气体导入空间29高时向接近第一轴5的方向弹性变形,在润滑室12的压力比气体导入空间29低的情况下向与第一轴5远离的方向弹性变形。同样地,第二唇32、第三唇33及第四唇34能够在各唇所面向的空间的压力相对高时向接近第一轴5的方向弹性变形,在相对低时向与第一轴5远离的方向弹性变形。
挡油环30与第一轴5一起旋转,通过离心力抑制液体的润滑油F到达第一密封件27。需要说明的是,挡油环30的配置为任意配置。
本实施方式的干式真空泵1如上构成。其次,对干式真空泵1的动作进行说明。
当电磁电动机3开始旋转时,与电磁电动机3连接的第一轴5旋转,第一同步齿轮22与其相伴而旋转。第二同步齿轮23在第一同步齿轮22作用下而旋转,与第二同步齿轮23连接的第二轴14旋转。即,第一轴5及第二轴14以相同速度反向旋转。第一转子6及第二转子15伴随第一轴5及第二轴14的旋转而旋转。
在润滑室12的室内,第一同步齿轮22、第二同步齿轮23、第一轴承24及第二轴承25被润滑油F润滑。
当第一转子6及第二转子15旋转时,在各排气空间26的室内形成容积扩张的区域及压缩的区域。因此,从容积扩张一侧的排气通路吸引气体,将气体向容积被压缩一侧的排气通路排出。由此,在各排气空间26中,经由前段的排气空间26或吸气孔7a从制膜室103吸引含氢的排气气体,并将该气体向后段的排气空间26或排气孔7b排出。在各排气空间26中,气体比前段的排气空间26顺次被压缩,因此,即使排气对象系统内的压力比大气压充分低,也能够最终在大气压以上进行加压并排气。此时,尤其是,在排气开始时等排气对象系统内的压力高的状况下,上述容积被压缩的区域中,气体有时被加压至大气压以上。
如上述那样,制膜室103被排气至规定的真空度、或被维持至规定的真空度。如后所述,本实施方式的干式真空泵1具有第一密封件机构11和第二密封件机构16,因此,能够抑制润滑油F或其蒸汽混入排气对象气体、并抑制排气对象系统内的汚染。另外,由于排气室13内的排气对象气体侵入润滑室12的情况被抑制,因此,使得电磁电动机3暴露于排气对象气体的情况被抑制。由此,即使在排气对象气体中含有大量氢的情况下,也能够抑制构成电磁电动机3的永久磁铁材料的劣化。
在第一密封件机构11及第二密封件机构16中,具有供给密封气体且沿着轴的轴向向相互相反方向伸出的一对唇部c,从而能够更有效地防止排气对象气体侵入润滑室12而使电磁电动机3暴露于排气对象气体。
其次,对第一密封件机构11的动作进行说明。需要说明的是,第二密封件机构16的动作与密封机构11相同。
当密封气体充填到气体导入空间29时,气体导入空间29的压力上升。密封气体(密封气体供给源)使用不与排气对象气体的气体成分进行反应的惰性气体。作为惰性气体有氮气和氩气等,但氮气价格便宜,且即使混入排气室13也由于分子量大而较少地抑制干式真空泵的排气能力降低,因而优选。
对于密封气体的导入,以气体导入空间29成为比后述的排气空间26的最大压力还高的压力(得到充分的密封气体的流量的压力)的方式调节流量。
图8表示作为排气对象气体按100SLM排出氢气,作为密封气体使用氮气的情况下的密封气体流量引起的氢气向润滑室12泄露的浓度的计测结果。确认了在没有密封气体(氮气)流量的情况下(0SLM)中,润滑室12的氢浓度为60ppm,但通过将密封气体(氮气)以5SLM以上导入,润滑室12的氢浓度成为计测界限以下,使得氢气侵入润滑室12的情况被防止。另外,通过增加密封气体流量,当润滑室12的压力过度上升时,存在润滑油F经由气体排出通路53没有被捕油器55捕获的微量的油雾量向排气线62排出的可能性,因此,优选润滑室12的压力不上升至必要以上。
在形成超过1m2的大面积基板的结晶质硅膜时,密封气体的流量例如氮气为5SLM~10SLM,排气对象气体流量的大致1/10~大致1/20。
当第一轴5旋转时,对于第一密封件27,密封气体被卷入第二唇32和第一轴5的滑动部位而推起第二唇32,从形成的间隙流出密封气体。流出的密封气体还被卷入第一唇31和第一轴5的滑动部位而推起第一唇31,从形成的间隙向润滑室12流出密封气体。即,密封气体从气体导入空间29通过第一密封件27和第一轴5之间的间隙向润滑室12喷出。
对于第二密封件28,当第一轴5旋转时,密封气体被卷入第三唇33和第一轴5的滑动部位而推起第三唇33,从形成的间隙流出密封气体。流出的密封气体还卷入第四唇34和第一轴5的滑动部位而推起第四唇34,从形成的间隙流出密封气体。即,密封气体从气体导入空间29通过第二密封件28和第一轴5的间隙向排气室13喷出。
如上所述,利用形成在与第一轴5之间的第一密封件27的间隙和从第二密封件28的间隙喷出的密封气体,更有效的防止润滑室12内的润滑油F及其蒸汽通过第一密封件27进入气体导入空间29、或者排气室13内的排气对象气体通过第二密封件28进入气体导入空间29。
另外,如图3所示,也可以将气体排出通路53的一端与区划电磁电动机3的内部空间和润滑室12的电动机罩8连接,另外,将气体排出通路53的另一端与排气线62连接。气体排出通路53能够用于将从气体导入空间29导入并向润滑室12漏出的密封气体及向润滑室12漏出的排气对象气体向排气线62排出。
进而,气体排出通路53也可以具有止回阀54和捕油器55。
止回阀54允许从润滑室12向排气线62的气体的流动,禁止其反向的流动。由此,防止从排气室13的排气孔7b排出的制膜室(真空处理室)103的排气对象气体经由气体排出通路53侵入润滑室12。
捕油器55设于润滑室12与止回阀54之间的气体排出通路53的途中。捕油器55用于防止从气体导入空间29导入并向润滑室12漏出的密封气体(氮气)、向润滑室12漏出的排气对象气体、以及润滑室12内的润滑油F过载而侵入排气线62。作为捕油器55可以使用例如过滤器、水冷捕集器等适当的设备。
在此,当干式真空泵1开始系统内的真空排气时,具有排气室13内的压力变动的重要现象。如上所示,在干式真空泵1中,在第一转子6及第二转子15的旋转作用下,产生各排气空间26内的容积减少或增大的区域。最终段的排气空间26中,排气对象气体被压缩为压力相对高,且与第二密封件28邻接,因此,最终段的排气空间26的压力高的区域(高压区域)与压力低的区域(低压区域)产生在第二密封件28的周围。这些区域伴随第一转子6及第二转子15的旋转而移动,其压力也增减。因此,施加在圆环状的第二密封件28的压力在第二密封件28的整周不均等,但通过详细的压力变动的讨论进行了判明。
在此,第四唇34在面向的空间压力高时,向接近轴5的方向变形,在面向的空间压力低时向远离轴5的方向变形。即,第四唇34中面向高压区域的部分的间隙变小,面向低压区域的部分的间隙变大。来自面向低压区域的部分的密封气体的流量比来自面向高压区域的部分的密封气体的流量大时,与该部分的周向位置对应的第三唇33受到第四唇34的变形影响,第三唇33与轴5的间隙变小且流量被限制。即,具有向(不易流出的)高压区域的密封气体的流量相对增加,使密封气体流量在第二密封件28的整周均匀的效果。
在没有配置第三唇33的情况下,在第四唇34的面向低压区域的部分与第一轴5的间隙比面向高压区域的部分与轴5的间隙大的状态下,第二密封件28周围的密封气体没有与流量对应而被限制。因此,密封气体从面向低压区域的部分大量流出,而来自面向高压区域的部分的流量减少或停止流出。从而,存在针对排气对象气体(尤其是氢气)的密封性降低的可能性。产生排气对象气体(尤其是氢气)从高压区域经由气体导入空间29与密封气体一起向润滑室12漏出,传递到轴5的表面而使排气对象气体(尤其是氢气)向电磁电动机3方向进入的可能性。
在没有配置第四唇34的情况下,高压区域与气体导入空间29的压力差相对于低压区域与气体导入空间29的压力差相对变大。由此,第三唇33的面向高压区域的部分与第一轴5的间隙比面向低压区域的部分与第一轴5的间隙大,针对来自高压区域的排气对象气体的进入的密封性降低。
如上所述,第二密封件28设有第三唇33和第四唇34,从而,即使该排气对象气体的压力在整周不均等的情况下,也能够通过第三唇33及第四唇34协同动作而进一步防止排气对象气体向气体导入空间29的进入。
即使排气对象气体的压力在第二密封件28的整周均等的情况下,也考虑例如系统内进行真空排气而使排气对象气体的压力进行时间变化的情况。该情况下,当为只配置第三唇33或第四唇34任一个的构造的情况下,通过压力变动使密封性降低或减少气体导入空间29的压力。相对于此,在具有第三唇33及第四唇34的密封机构11中,能够根据压力变动而如上述那样防止排气对象气体进入气体导入空间29。
第一密封件27的第一唇31防止润滑油F及其蒸汽到达第二唇32。在不存在第一唇31的构造的情况下,由于第二唇32不与润滑油F接触,因此,存在润滑油F浸润第二唇32与轴5的滑动部位且沿着微小伤痕的表面张力而引起浸透、润滑油F或其蒸汽从压力平衡稍微崩坏的部位进入气体导入空间29的可能性。另外,润滑室12和排气室13的压力平衡变动的情况下,存在润滑油F或其蒸汽进入气体导入空间29的情况。相对于此,在具有第一唇31及第二唇32的密封机构11中,能够根据压力变动而如上所述那样防止润滑油F或其蒸汽进入气体导入空间29。
如以上那样,本实施方式的密封机构11及第二密封件机构16具有沿着轴的轴向向相互相反方向伸出的唇的构造,从而第一密封件27防止润滑油F及其蒸汽进入气体导入空间29,第二密封件28防止排气对象气体进入气体导入空间29。即,能够保持高的密封性密封润滑室12内的润滑油F和排气室13内的排气对象气体。
如以上那样,根据本实施方式,能够防止排气对象气体(尤其是氢)从排气室13侵入润滑室12,因此,电磁电动机3的永久磁铁材料不会暴露于排气对象气体中。因此,有效阻止排气对象气体中含有的大量氢气引起的电磁电动机3的永久磁铁材料的氢侵蚀,进一步提高电磁电动机3的可靠性。
【第二实施方式】
第二实施方式在第一实施方式的干式真空泵1设有净化机构(净化装置)40,与第一实施方式重复的部分省略其说明。
以下说明净化机构(净化装置)40。
如图9及图10所示,净化机构40具有:气体导入部50、气体排出通路53。净化机构40是利用惰性气体稀释经由密封机构11、16向润滑室12漏出的排气对象气体中的氢的机构,使用与排气对象气体的气体成分不反应的惰性气体。作为惰性气体,氮气和氩气等价格便宜,且即使混入排气室13也由于分子量大而较少地抑制干式真空泵的排气能力降低,因而优选。在本实施方式中使用氮气。
气体导入部50形成在收纳电磁电动机3的电磁电动机室10的容器的一部分,并被导入电磁电动机3的内部空间。气体导入部50的一端与设置在电磁电动机室10外部的氮气导入源51连接。由此,从氮气导入源51导入的氮气经由气体导入部50从电磁电动机3的内部空间被导入润滑室12内。氮气在干式真空泵1的工作中,始终从电磁电动机3的内部空间向润滑室12导入。由此,电磁电动机3的内部空间及润滑室12始终被维持在氮气氛围下。
具有气体导入部50的电磁电动机3的内部空间与区划润滑室12的电动机罩8连接,另外,气体排出通路53的另一端与排气线62连接。气体排出通路53用于将导入润滑室12的氮气(净化气体)、从气体导入空间29导入且向润滑室12漏出的密封气体、以及漏出到润滑室12的排气对象气体向排气线62排出。
净化机构40还具有止回阀54、捕油器55。止回阀54及捕油器55分别设置在气体排出通路53上。
止回阀54允许气体从润滑室12向排气线62流动,禁止其反向流动。由此,防止从排气室13的排气孔7b排出的制膜室(真空处理室)103的排气对象气体经由气体排出通路53侵入润滑室12。
捕油器55设置在润滑室12与止回阀54之间的气体排出通路53的中途。捕油器55用于防止从润滑室12排出的氮气(净化气体)、从气体导入空间29导入且漏出到润滑室12的密封气体、以及漏出到润滑室12的排气对象气体和润滑室12内的润滑油F过载而侵入排气线62。捕油器55可以使用例如过滤器、水冷捕集器等适当的设备。
由于排气室13与气体导入空间29之间的压力关系、或气体导入空间29与润滑室12之间的压力关系,存在被吸引到排气室13内的来自制膜室103的含氢的排气对象气体经由密封机构11、16侵入润滑室12的可能性。该情况下,存在侵入润滑室12的含有氢气的排气对象气体与电磁电动机3接触,且构成电磁电动机3的永久磁铁材料与该氢气接触而发生氢侵蚀、破坏等导致励磁力降低的可能性。该情况下,作为干式真空泵1的驱动源的功能降低,最差的情况为陷入功能不完全。
为了防止该情况,在本实施方式中,在干式真空泵1工作中,通过净化机构40使侵入润滑室12内部的排气对象气体的氢浓度降低,从而避免对上述电磁电动机3的不良影响。即,在本实施方式中,在干式真空泵1工作中,从氮气导入源51经由气体导入部50将净化气体(氮气)向电磁电动机3的内部空间及润滑室12导入,同时将导入的净化气体经由气体排出通路53向排气线62排出。由此,能够将电磁电动机3的内部空间及润滑室12的内部维持为氮气氛围,即使含有氢气的排气对象气体经由密封机构11、16侵入润滑室12内,也能够将电磁电动机3的内部空间及润滑室12内的氢气浓度抑制为规定以下。
在本实施方式中,电磁电动机3的内部空间以及导入润滑室12内的净化气体即氮气流量的选定通过例如将氦混入排气对象气体,并将氦检漏器连接在电磁电动机3的内部空间或润滑室12内,计测氦的浓度变化,从而能够选定合适的流量。
在本实施方式中,作为经由气体导入部50导入的净化气体的氮气流量在1SLM~3SLM范围变化,利用氦检漏器计测氦的浓度时,通过将氮气体流量设为1.0SLM以上,从而氦浓度成为极其低的一定浓度。因此,为了有效利用氮气,选定为1.0SLM。
净化气体的流量并没有特别的限定,可以考虑电磁电动机3的内部空间及润滑室12的容积和侵入润滑室12的氢气量等而设定为适当的值。
另外,在本实施方式中,在气体排出通路53设置上述结构的止回阀54,从而防止经由排气孔7b向排气线62排出的来自制膜室103的排气对象气体经由气体排出通路53侵入润滑室12。由此,能够维持润滑室12内的氮气氛围。
进而,在本实施方式中,由于在气体排出通路53中设置捕油器55,因此,防止润滑室12内的润滑油F与净化气体一起向排气线62排出。由此,能够防止排气线62的油引起的汚染,构筑清洁的排气系统。
【第三实施方式】
第三实施方式是在第二实施方式的气体导入部50设置气体导入通路52的方式,与第二实施方式重复的部分省略其说明。
如图11所示,净化机构(净化装置)40具有气体导入通路52和气体排出通路53。净化机构40用于利用惰性气体稀释经由密封机构11、16向润滑室12漏出的排气对象气体中的氢,对惰性气体利用氮气的情况进行说明。
气体导入通路52形成在电磁电动机3的旋转轴(旋转件)及轴5的轴心部。气体导入通路52的一端经由形成在电磁电动机室10的容器的气体导入部50与设置在电磁电动机3的外部的氮气导入源51连接,气体导入通路52的另一端面向位于润滑室12的轴5的外周部。由此,从氮气导入源51导入的氮气经由气体导入通路52被导入润滑室12内。氮气在干式真空泵1工作中始终被导入润滑室12。由此,润滑室12始终维持在氮气氛围下。
需要说明的是,为使轴5能够旋转,在气体导入部50和轴5的轴端部的气体导入通路52之间设置小的间隙。也可以从气体导入部50导入的净化气体大量导向气体导入通路52,一部分对电磁电动机室10内部进行净化。
气体排出通路53的一端与区划润滑室12的电动机罩8连接,气体排出通路53的另一端与排气线62连接。气体排出通路53用于向排气线62排出导入到润滑室12的氮气(净化气体)、从气体导入空间29导入且向润滑室12漏出的密封气体、以及漏出到润滑室12的排气对象气体。
在第三实施方式中,在电磁电动机3的旋转轴及轴5的轴心部设置气体导入通路52,因此,不需要在电磁电动机3周围设置配管,由此具有配管的配绕简洁的优点。另外,从旋转的轴5的周围朝向润滑室12内直接导入氮气,因此,轴5的周围能够始终被氮气覆盖,具有能够有效防止含氢的排气对象气体向电磁电动机3内侵入的优点。经由密封机构11、16从排气室向润滑室漏出的排气对象气体中的氢气通过净化机构被直接稀释,从排气室侧向润滑室漏出的含氢气的排气对象气体的氢气分压变低,因此,能够有效防止构成电磁电动机3的永久磁铁材料因氢引起的侵蚀。
如上所述,能够防止排气对象气体中含有的氢引起的驱动源的功能不完全。
以上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并没有限定于上述实施方式,可以根据本发明的技术思想进行各种变更。
例如,对第一密封件27的第一唇31与第二唇32、以及第二密封件28的第三唇33与第四唇34为一体构造进行了说明,但也可以第一唇31与第二唇32、以及第三唇33与第四唇34分别独立制作,将它们组合而构成第一密封件27和第二密封件28。
此时,第一唇31和第二唇32、以及第三唇33和第四唇34受到各对应的唇的变形影响,为了调整与轴的间隙,优选密接而试为一体构造。另外,组合各唇之际,若设置相互间能够定位的嵌入构造,则能够精度良好地构成第一密封件27与第二密封件28,因而优选。
如上所述,通过将各唇分别独立制作,能够使制作容易并降低成本。
另外,例如,第一密封件27的第一唇31与第二唇32、以及第二密封件28的第三唇33与第四唇34不需要相同尺寸。第一唇31与第二唇32、以及第三唇33与第四唇34可以根据干式真空泵1的运用,压力差大时使用弹性力强的唇,压力差小时使用柔软的唇。
此时,各唇尺寸不同,因此,可以分别分体制作第一唇31与第二唇32、以及第三唇33与第四唇34。
根据干式真空泵1的运用,设置相对于压力差的各唇构造,从而能够进一步提高密封特性。由此,进一步阻止含有于排气对象气体的大量的氢气引起的电磁电动机3的永久磁铁材料的氢侵蚀,进一步提高电磁电动机3的可靠性。
进而,例如,在上述实施方式中,第一密封件机构11及第二密封件机构16作为润滑室12及排气室13的密封件使用,但并不限于此,也可以用作轴承室(邻室)17与排气室13的密封件。由此,特别是排气对象系统内的真空度大的情况下,能够防止填充到轴承室17的润滑油等向排气室13漏出。
进而,例如,在上述实施方式中,利用上述结构的密封机构11、16构成在润滑室12与排气室13之间设置的密封件,但并不限于此,也可以由端面的剖面为圆形的O型密封圈构成上述密封件。另外,在密封机构11、16中,可以省略排气室13侧的第二密封件28的配置。
附图标号说明
1 干式真空泵
3 电磁电动机
4 旋转传递机构
5 轴
6、15 转子
11、16 密封机构
12 润滑室
13 排气室
29 气体导入空间
31 第一唇
32 第二唇
33 第三唇
34 第四唇
40 净化机构
50 气体导入部
51 净化气体(氮气)导入源
52 气体导入通路
53 气体排出通路
54 止回阀
55 捕油器
61 排气系统
62 排气线
101 真空处理装置(等离子体CVD装置)
103 真空处理室(制膜室)
104、105、106 气体供给流路
110 排气流路
111 流量调整阀
112、113 流路
117 可燃系排气线
118 支燃系排气线
120 真空仪
F 润滑油