CN105247244A - 间隙减少的同轴旋转轴真空穿通密封件 - Google Patents

Abstract

本申请描述的是密封的双同轴旋转轴真空穿通密封装置。此装置包括内轴和中空的同轴环绕内轴的外轴。轴包括连接的驱动轴和从动轴。联轴器，也可以称为离心联轴器，引起从动轴随着驱动轴旋转。旋转可以通过俯垂连接到过渡盖或过渡杯的驱动轴或从动轴的离心部分传递，而不用破坏密封。轴的章动连接旋转装置引起过渡盖或过渡杯绕纵轴轨道运转，而不自转。章动由过渡盖或过渡杯传递到旋转的其他轴。

Description

间隙减少的同轴旋转轴真空穿通密封件

对相关申请的交互引用

本申请要求于2013年12月6日由BradleyDiMarco和AaronGlafenhein提交的主题为“间隙减少的同轴旋转轴真空穿通密封件”的美国专利申请第14/099,724号的优先权，该美国专利申请主张BradleyDiMarco于2013年2月28日提交的主题为“双同轴密封旋转轴真空穿通密封件”的第61/770,790号美国临时专利申请和于2013年4月5日提交的主题为“旋转真空穿通密封件的轴旋转间隙减少原理”(单轴或多同轴类型)的美国临时专利申请的权益，在此这些专利申请完全并入引用如同原文描述一般。

背景技术

在很多操作环境中，常常需要将机械力和机械运动由密封区域外传递到密封区域内。例如，半导体生产需要环境密封而清洁的区域来制造半导体晶片，通常是在真空中。晶片的制造通常需要晶片在真空室内旋转。

已经开发出了真空穿通密封装置(feedthroughdevice)以将机械力和机械运动由密封区域外传递到密封区域内。真空穿通密封件允许在密封箱内操作物体和材料，同时保持密封箱最小的泄露，最好是零泄露。这就消除了打开箱子将机械运动应用到箱内装置的需要。

旋转类型的真空穿通密封装置使得轴在箱子内部区域旋转的同时保持密封的完整性。美国专利(公开号：1,441,794；3,782,685；4,646,579；4,136,444；2,497,867；5,243,867；3,051,008；4,885,947；6,119,537；2010/0105487)公开了单轴旋转真空穿通密封装置，其公开的内容在此通过引用被并入如同全文描述了一般。在某些申请中，旋转运动需要以以下方式中的一种或几种应用于物体中：不同速度同向旋转；相同或不同速度的反向旋转；其中的组合；或类似的运动。为了实现多种旋转运动，已经开发出了双同轴、密闭密封，带有旋转轴的真空穿通密封装置。例如，美国专利4,885,947和4,683,763已经公开了双向轴旋转真空穿通密封装置，所陈述的全部内容在此通过引用被并入如同全文描述了一般。

通常，传统的双同轴旋转真空穿通密封装置是与上述现有技术有关的基本的带有单轴旋转轴的真空穿通密封装置更高水平的体现，其已经有一段很长并且很成功的历史。更加复杂现代的装备需要通过并且进入密封室内的更大的自由度，以及所有装置都集合在更小的包装内。这种装备在真空和半导体的生产装置中需求较广，在生产中将材料引进密封箱并采用需要在箱子内部进行机械运动的复杂方式加工。

所有的现有技术都采用至少两个金属波纹管作为外部构件。另一个单轴真空穿通密封装置采用串联连接，并附连在金属波纹管上以添加第二个轴。这样的安排有几个缺陷，一个缺陷就是设计本身长度较长，这样会导致力矩臂不够理想。设计长度部分是因为将至少两个单元串联在了一起，对于这种构造来说，通常长度与直径的比例为5∶1。这种设计安排的第二个缺陷就是制造能够工作的这种装置所需的复杂度和精密性。还有另一个缺陷就是装置内部构造笨重，限制了传统设计中的转速和可传送力臂两个方面。其他的缺陷、问题和不足在目前的双同轴旋转真空穿通密封装置中也可能存在。

基于以上所述，需要改良后的同轴旋转真空穿通密封装置。

概述

本概述旨在用一种简便的方式来介绍概念的选择，在详细说明中会给出进一步的描述。本概述以及上述的背景技术并不是为了识别要求保护的本主题的关键要素或是本质要素，而且本概述并不是为了帮助确定本要求保护的主题的保护范围。

本申请中的技术是一种越过障碍物传送机械力的装置，尤其是本装置具有可越过障碍物连接的一对轴，这一对轴包括一个驱动轴和一个从动轴。这些轴中至少有一个具有越过该轴的主体部分的纵轴，并且在末端有一个偏移轴或离心轴连接在其余的轴上。在离心轴末端的内驱动轴俯垂连接到从动轴上。

一方面，本申请中的技术具有内部轴和外部轴。可以是中空或实心的内轴与中空的外轴是同心的。内轴和外轴都包括轴对。

一方面，本申请中的技术在驱动轴和从动轴之间具有用杯子来接收轴的离心部分的联轴器，在该部分，轴承使得不用旋转杯子就可以使轴在杯子的内部随其旋转。杯子由一个盖子接收，盖子上的轴承使得不用旋转盖子就可以使杯子在盖子的内部随其旋转，其中盖子连接到轴对的另一个轴上。

一方面，本申请中的技术具有一个障碍物。在一个实施例中，障碍物包括波纹管。

考虑了后面的详细描述和附图说明之后，本体系和理论的各个方面将会显而易见。

附图说明

以下附图描述了本发明的非限制性并且非穷尽实施例，包括优选实施例。除非另有具体说明，其中在各个视图中相似的参考标号指代相似的部分。

图1a-1d描绘的是与本申请技术相一致的真空穿通密封装置的剖面图。

图2描绘的是图1真空穿通密封装置的的剖面图。

图3描绘的是与本申请技术相一致的真空穿通密封装置的剖面图。

图4描绘的是与本申请技术相一致的真空穿通密封装置的剖面图。

图5描绘的是与本申请技术相一致的真空穿通密封装置的立面图和剖面图。

图6描绘的是与本申请技术相一致的真空穿通密封装置的立面图和剖面图。

图7a-7d描绘的是与本申请技术相一致的轴联轴器的透视图和剖面图。

图8描绘的是与本申请技术相一致的另一个轴联轴器的透视图和剖面图。

图9描绘的是与本申请技术相一致的另一个轴联轴器的剖面图。

图10描绘的是与本申请技术相一致的另一个轴联轴器的透视图和剖面图。

图11描绘的是与本申请技术相一致的另一个轴联轴器的透视图和剖面图。

图12描绘的是与本申请技术相一致的另一个轴联轴器的透视图和剖面图。

具体实施例

参照附图，下文将会对实施例作出更为详细的说明。附图作为本文的一部分，通过举例的方式展示了具体的示范性实施例。这些实施例将被足够详细地公开，以便使本领域的技术人员能够实践本申请中的技术。然而，实施例可以用许多不同的形式来实施，不能直接理解为只能限制在本文所列的实施例中。因此，下面的详细描述不应被视为具有限制意义。因此，虽然本申请描述了关于越过密封障碍物来传递机械力和运动的技术，但是该技术可以在许多装置和系统中使用。例如，当需要使不同的液体、气体或固体保持分离时，本申请中的技术可以被运来传递机械力和机械运动。而且，本技术可以为包含易挥发或不相容的化合物的系统传递机械力和机械运动。密封还可以减少或消除从障碍物的一侧到另一侧的泄漏，这对于容纳有害和危险的化合物或维持环境的纯净度是很重要的。

此外，本申请的技术将与示范性实施例结合起来进行描述。“示范性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述的任何实施例皆为“示范性”实施例，并不必然被解释为优选实施例或优于其它实施例。另外，除非特别指出，否则本文描述的所有实施例都应被认为是示范性的。如果只提供并描述了单个示范性实施例，这并不意味着该单个实施例是唯一的实施例。

附图1a-1d是双同轴旋转的真空穿通密封装置100(以下称为“装置100”)。虽然本申请的技术是关于本文所述的双同轴旋转真空穿通密封装置，本领域的普通技术人员在阅读本公开内容后将会明白本申请的技术可以包括多于或少于两个本说明描述的同轴的轴。因此，在下文的说明中再次使用的术语不应该被认为在某方面是限制性的，本申请的技术可以应用于三个或者多于三个轴的装置。此外，本文所描述的技术的某些方面适用于单轴装置。

装置100包括内轴102和外轴104。内轴102和外轴104都包括一个驱动轴和一个从动轴，这将会在下面进一步解释。驱动主轴与某一动力连接，动力通过装置100传输到各个从动轴。更重要的是，内轴102和外轴104独立旋转。图1c中，装置100与室壁106通过安装凸缘11连接。装置100包括连接到安装凸缘11并延伸到箱110外面的环境112的外壳12。内驱动轴6和外驱动轴8从装置100起延伸至箱110外的环境112。装置100包括位于箱110外的点112和箱110内部环境108之间的障碍物114，障碍物114将在下文中进一步解释。内从动轴7和外从动轴9从外壳12延伸至箱110的内部环境108。

如图1a-1d所示，安装凸缘11包括径向延伸的凸缘表面116，该凸缘表面从径向底座118延伸，限定装置100纵轴LA周围的孔120。外壳12是一个具有内径的管状构件，内径与径向底座118配合。外壳12的两端均具有安装孔122，一端的安装孔122与位于径向底座118的安装孔124对齐。端盖10可以是凸缘或插头，其大小与外壳12的与安装凸缘11相对的末端128相配合，。端盖10包括安装孔124，与外壳12的其他安装孔122对齐。紧固件126贯穿安装孔122和124，将外壳12连接到径向底座118和端盖10上。端盖10具有一个沿着纵轴LA延伸的孔130。紧固件和孔由采用粘结、粘附、胶合、焊接或类似的方式固定在二者之间的静态弹性密封件彼此密封。尽管实施例中展示和描述的为径向和管状的，但是装置100不一定必须是圆柱形的，可以是其他的多边形形状。

从孔120和130延伸出来的是内轴102和外轴104。内轴102可以是实心的，部分空心的，或者是完全空心的。外轴104是空心的，并围绕着内轴102。内轴102和外轴104应该与纵轴LA同心。

外轴104以D1的距离延伸超出安装凸缘11，以D2的距离超出端盖10，以使得驱动件和从动件附连在外轴104上。相似地，内轴102以D3和D4的距离延伸超出外轴104的两末端，以使得驱动件和从动件附连在内轴102上。正如所理解的那样，内轴102和外轴104上的驱动件和从动件可以相同也可以不同。同样地，距离也可以相等或不相等。在某些实施例中，内轴可以是插入的，这样距离D_1，3就会比距离D_2，4小。在这样的情况下，内轴102的末端凹入外轴104的末端。在这种情况下，驱动件和从动件可以通过附件连接到内轴102上。例如，通过螺纹连接器、花键或类似物。通常滑轮、齿轮、臂或某种类型的联轴器将独立地附连到每个轴上来传递轴的旋转，以便于在装置以外工作。

如上所述，安装凸缘11可以是静止地安装在室壁106上。为了与环境108隔绝，室壁106和安装凸缘11之间具有密封件132。密封件可以是，例如，如图所示的弹性体0形环，金属密封件，或其它标准的密封件。装置100的内部结构具有障碍物114的剩余部分将环境112与环境108隔离。

装置100安装到室壁106上，内从动轴7和外从动轴9延伸各自的距离到环境108并且允许附加到如上所述的密封的室容积108内的各种装置。相反地，内驱动轴6和外驱动轴8向环境108外延伸各自的距离至环境112。内外轴的末端在纵轴LA上同心共线。

正如所理解的，也正如下文将会解释的那样，内驱动轴6的旋转引起内从动轴7同样的旋转。相似地，外驱动轴8的旋转引起外从动轴9同样的旋转。内轴102和外轴104相互分开并由多个轴承B对齐。轴承B使得内轴102和外轴104的旋转方向(CW或CCW)和旋转速度(RPM)与其他的轴对相互独立。

该装置的功能还可以是可逆的。换句话说，装置100可以首尾翻转，使得驱动轴成为从动轴，反之亦然，而效果或性能并没有变化。在轴旋转或装置定位的所有可能组合中，装置通过内部结构保持密闭水平密封。

装置100采用相似的方式将运动从驱动主轴6和8传递到从动轴7和9。因此，为便于参考，内轴102将从驱动轴6到从动轴7来描述，与外轴104分开描述。

内轴102具有驱动主轴6。驱动主轴6具有内标准部分200和内离心部分201。内标准部分200具有与装置100的纵轴LA共线的标准纵轴202，内离心部分201具有内离心纵轴203径向偏移并平行于标准纵轴以A₁的距离。因此，当驱动主轴6旋转的时候，内标准部分200绕着标准纵轴202旋转，内离心部分201和内离心纵轴围绕标准纵轴202旋转，这样内离心纵轴就会沿着标准纵轴的轨道转动。为了本申请的目的，离心通常是指一个物体的几何或纵向中心线与另一个对象的几何或纵向中心线平行但不共线。

内离心部分201的内过渡端204配合到内轴过渡盖5中。内离心部分201通过轴承连接到内轴过渡盖5上，以使得内离心部分201在不需要传递自旋到内轴过渡盖5的情况下可以旋转或自旋。内轴过渡盖5不用围绕着轴线旋转或自旋，它随着内驱动主轴6的内离心部分201做圆周运动。因此，内轴过渡盖5可以用俯垂来描述。为描述的可视化，但又不限于此，俯垂可以用来描述，比如，行星围绕着太阳旋转，但行星自身并不绕着自己的轴线旋转。

内轴过渡盖5可操作地与内轴过渡杯205配合。与上述类似，内轴过渡盖5通过一个或多个轴承连接到内轴过渡杯205上，以使得在内轴过渡盖5相对于内轴过渡杯205自转的同时允许内轴过渡杯205随着内轴过渡盖5转动。内轴过渡杯205具有一条与内部离心纵轴203共线的纵轴。因此，内轴过渡杯205的离心轴围绕纵轴LA章动。内轴过渡杯205直接连接到内从动轴7上。因此，内轴过渡杯205的章动引起内从动轴7的旋转，从而与内驱动主轴6的旋转相匹配。内轴过渡杯205可以与内从动轴7作为整体来用，也可以不作为整体来用。为描述的可视化，但又不限于此，内轴过渡杯205使得内从动轴7旋转就类似于曲轴对于老式T型福特车的旋转，或者其他类似的。

外轴104包括外驱动主轴8和外从动轴9。外驱动主轴包括外标准部分300和外离心部分301。外标准部分300和外离心部分301为中空的，并调整大小在内驱动主轴6以上或在其附近配合。外驱动主轴8通过一个或多个轴承由内驱动主轴6同心支撑，以允许外驱动主轴8和内驱动主轴6彼此独立旋转。外标准部分300具有与装置100的纵轴LA共线的标准纵轴202。外离心部分301具有外离心纵轴303径向偏移于标准纵轴以A₂的距离。与上述内轴运动类似，外离心部分301和外离心纵轴303围绕纵轴LA做圆周运动。

外离心部分301的外过渡端304可操作地与外过渡盖4连接，外过渡盖4同时也是与障碍物114相联结的两个波纹管的连接点，这在下文将会进一步阐述。一个或多个轴承使得外离心部分301旋转或自转而不需要将自转传递到外过渡盖4。外过渡盖4与离心部分301围绕上述的纵轴LA作章动。

外轴过渡盖4可操作地与外轴过渡杯305配合。外轴过渡杯305显示为离心环13连接到延伸筒307上。外轴过渡盖4与外轴过渡杯连接，以使得外轴过渡杯305随着外轴过渡盖4转动。因此，外轴过渡杯305围绕纵轴LA作章动。外轴过渡杯305通过延伸筒307直接连接到外从动轴9上，外轴过渡杯305的章动引起外从动轴旋转以匹配外驱动主轴的旋转。延伸筒307和外从动轴9作为整体来使用。

内过渡杯205和外过渡杯305是偏移或离心的，从而匹配内驱动主轴102和外驱动主轴104的离心部分的偏移。另外，离心部分与轴轴线偏移并平行，这被称为在轴离心联轴器里“径向”或“横向”偏移于纵轴。内轴和外轴具有突起、隆起、片或凸块来作为轴的一部分，而不是轴的离心部分，径向排列以提供径向的驱动力。在另一个实施例中，离心元件的几何形状，如倾斜波纹管，可以提供径向驱动力。因此，这些“成角度的”偏移量可被用于获得偏心驱动联轴器。

正如以上所释，内过渡盖5作章动但并不围绕它的轴旋转。相似地，外过渡盖4作章动也不围绕它的轴旋转。因此，第一波纹管1可以从端盖10延伸到外过渡盖4。注意，波纹管1可以直接焊接到上端盖10，或者是波纹管凸缘3可以连接到波纹管1连接的端盖10上。波纹管通常用来指柔性密封材料。波纹管结构是最好的，但替代的弹性膜也可使用。此外，设想的波纹管为金属波纹管，但具有足够完整性能够保持密闭密封的非金属波纹管也是可以的。正如上述给定的运动可以理解的，第一波纹管1作章动但并不自转。相似地，第二波纹管2可以从外过渡盖4延伸或从波纹管中间的凸缘连接延伸到内过渡盖5，内过渡盖5也可以称为波纹管端盖。类似地，第二波纹管作章动但不自转。

正如所理解的那样，装置100通过两个雄性(盖)/雌性(杯)离心部分201，301/5，4将旋转从一端传递到另一端。而波纹管1和2密封在障碍物114的组成部分过渡盖5和4里面，这两个波纹管可以是金属材料或者其他材料。另外在各部分之间也有一些静态接口，这些接口通过弹性压缩密封件(放射状或面0型圈)密封。如果需要的话，这些接口也可以是焊接或粘接的结构，从而达到密封和附连在一起的效果。事实上一些配合组件可以被组合成一个，只要该元件可以有效地制造并被装配到装置中，就不再需要将这些组件密封在一起。移动的部分通过各种径向的或轴向的轴承支撑。这些轴承可以是任意合适的结构(滚珠，滚柱，轴套等等)来实现各必要组件之间的流畅自由旋转。为了保留某些项相对于彼此的位置，如在其位置沿轴向固定轴承，运用了各种护环和紧固件。然而，其它替代方法，例如压配合、粘接剂或其他解决方案同样可以成功。

内驱动轴6和外驱动轴8的内过渡端204和外过渡端304连接在内过渡杯205和外过渡杯305上。在示范实施例中，内过渡杯205和外过渡杯305上通过一系列联结装置连接在内从动轴7和外从动轴9上。任一联轴器从外到内描述为：内或外过渡杯，一个或多个轴承，以及内外过渡盖旋转地将从动轴连接到内外离心部分。相对于内轴102，位于内过渡杯里面的内从动轴7内部的是一个轴承，位于轴承里面的是内过渡盖5，在内过渡盖5里面的是一个或多个轴承，在内部轴承里面的是内离心部分201。相似的设计也可以在外驱动轴8和外从动轴9看到。然而，取决于是否包括离心环，外过渡杯包括离心环13作为外过渡杯305的一部分。在这种情况下，可以在离心环13的内外轴承之间看见外过渡盖4或者是波纹管凸缘。注意内轴对和外轴对的机械联结传递路径。包括轴6和轴8的内轴对位于组成中空的外轴对的相应组件的较大中空部分里面。中空外组件里面的内部组件被各种轴承隔开并支撑，这些轴承使得内外旋转组件相对旋转。

以上部分所述就是装置100的操作部分。正如上面所述的内驱动轴6、内从动轴7、外驱动轴8和外从动轴9通过内离心部分201和外离心部分301可操作地啮合在内过渡盖5和外过渡盖4的这种方式分别连接，内过渡盖5和外过渡盖4可操作地与内过渡杯205和外过渡杯305连接。障碍物114由许多封口固定维持，例如标准的0形环还有波纹管1和2。联轴器，一般称为偏心联轴器，允许驱动轴独立地传递旋转力和旋转运动到它们各自的从动轴。

当轴组件旋转的时候，波纹管组件(包括波纹管1和2以及凸缘3、4和5)自身不会旋转。任意一个离心耦合器旋转，关联的离心轴就围绕轴以同样的离心率半径运动。因此，例如，假设外轴对保持固定，小的上部波纹管的底座则也固定旋转。因此，当驱动轴6转动的时候，其内部的雄性离心端沿轨道以半径“A1”围绕主轴中心线旋转。然而，波纹管小端盖凸缘5不能旋转也不会旋转，只能做如上所述的章动。波纹管小端盖凸缘5是波纹管组件的一部分，波纹管组件固定到非移动小端盖10上。偏心联轴器具有旋转的并沿轨道绕行的雄性离心轴端，外部有一个轴承，轴承外有各种非旋转但章动的波纹管凸缘，波纹管凸缘外部有另一个轴承，最后该轴承外面还有旋转和沿轨道运行的雌性离心轴端。另外，作为对外壳的最终支撑，另一个轴承安置在雌性离心轴端之外。上述的内轴对的机制也同样独立适用于外中空轴对。

由于这些轴承相对转动发生摩擦，在轴和关联的波纹管凸缘之间的相对旋转导致在关联的波纹管上只有一个小转矩。

在操作中，这种结构的装置是针对用户对凸起的轴的尺寸/长度、旋转速度、扭转要求、外倾角介质、密封所需压力和安装/密封接口的需求专门设计的。驱动装置被应用到外部驱动轴6和7上，室内装置或工具的内部与从动轴8，9相连。用户可以根据不同的需求以不同的速度独立顺时针或逆时针旋转内轴或外轴CW或CCW。密封是通过障碍物114保持整个装置一直处于密闭水平。装置100给密封室110提供四种程度的自由运动(2种独立运动，2种附属运动)。

图2所示的是波纹管1和2的运动。波纹管1固定在端盖10和外过渡盖4上。波纹管1在外过渡盖4经历为Eo的横向章动位移。波纹管1的此章动与外驱动轴8和外从动轴9相关联。波纹管2的章动更为复杂，因为波纹管2安装在外过渡盖4和内过渡盖5上，外过渡盖4和内过渡盖5都可以是章动的。而且，外过渡盖4和内过渡盖5在交替的旋转方向和不同的速度下都可以是章动的。这些章动可能是一致或不一致的。因而波纹管2经历的是净的离心章动偏移(横向位移)，其变化取决于两个轴章动的相对位置。因而，波纹管2的章动偏移是由如下所示的两个轴的瞬时旋转位置的净组合定义的变量：当离心部分被位移至相外180度时处于最大偏移，离心波纹管2的净的偏移可以是偏移A₁+A₂的组合；最小偏移将是偏移|A₁-A₂|的绝对值。

A₁最好不等于A₂。在可能的情况下，当A₁＝A₂，波纹管2将经历在最大位移A₁+A₂和最小位移A₁-A₂之间的章动，当A₁＝A₂时，A₁-A₂为零。如果A₁等于A₂，该装置可能会出现一些缺陷，包括载荷率和弹性变化率这两个缺陷。当A₁等于A₂时，波纹管可能显示出非线性的横向弹性变化率曲线，从零横向位移到有一些横向位移，该曲线对自零横向位移至具有一些横向位移的横向位移初始化具有显著陡的初始阻力。因此，随着波纹管作章动并且经历从正向横向位移到零横向位移再回到正横向位移，由于波纹管2的横向回弹率随着位移从正到零的不断循环迅速变化，装置中的一个或所有轴对的旋转可能出现不那么流畅，不那么尽如人意的“感觉”。这种情况对波纹管的性能没有损害，但该装置的用户可能需要更加平滑的轴转动，不希望出现这种“感觉”。所以，最好使A₁不等于A₂。

虽然以上所述描述了本申请技术的基本概念，但是以上实施例只是示范性的。例如，图3是另一种结构-双同轴旋转穿通密封装置300(下文称为“装置300”)。装置300包括连接到室壁301的外壳302。装置300包括内驱动轴303、外驱动轴304、内从动轴305和外从动轴306。内驱动轴303包括可操作地连接到内过渡杯308的离心部分307，308直接连接到内从动轴305上。外驱动轴304末端具有可操作地连接到外过渡杯310的离心部分309。外过渡杯310可操作地连接到外过渡杯311上，311直接连接到外从动轴306上。障碍物312部分由在内过渡杯308和外过渡盖310之间连接的内波纹管314形成。外波纹管316连接到外壳端盖318和外过渡盖310上。障碍物由以下组件形成：室壁301，外壳302，端盖318，外波纹管316，外过渡盖310，内波纹管314，内过渡杯308(或内从动轴305)，必要时组件之间会有S封口。图3所示的装置300只是双同轴旋转穿通密封装置的一个附加例子。其它构造也同样通过引用包括在本文中。

内波纹管314和外波纹管316在嵌套或波纹管布置里面相互定位。这改变了装置关于达到双同轴特定直径尺寸的必要长度直径比例的整体形状因素。图3所示的实施例是概念性意义的，轴承只是简单的展示了一下，为了加强力量也需要额外的轴承和改善的装置，按照图1所示的设计方法这是可以达到的。图3所示结构的组件数量和复杂度大致跟图1的设计一样，考虑到上面的描述，很明显名称和功能类似。即使不详细描述，本申请的技术也是可以扩展到多个轴上的。换句话说，增加第三、第四或更多个同心轴也是可能的。

该装置100一般与真空室结合使用，但是也可以在压力下使用，包括超过大气压的压力。在一个目前设想的本技术应用中，室106内部的环境108通常比室106外部的环境112的气压低，室106的外部环境112的高气压能够为波纹管1和2的内部提供较高的气压，相应地通常会在径向向外方向产生一个力。在某些方面这可以引起波纹管的扭动(或扭曲)，并提高波纹管的弹性变化率。然而，如上所述，装置100可以翻转，这样波纹管外部的气压较高，相应地通常会在径向向内的方向产生一个力。从外部看，图4所示的装置400与装置100类似，并包括了一个安装凸缘11、外壳12和端盖10。内驱动轴406由可操作地连接到内过渡盖4051的内过渡盖405构成。内驱动轴407具有内部标准部分4071和内部离心部分4072。相似地，外驱动轴408由延伸筒4081和外过渡杯4082组成。外过渡杯4082可操作地与外过渡盖409相连。外从动轴410包括离心部分4101和标准部分4102。波纹管1在安装凸缘11和外过渡盖409之间连接。波纹管2在外过渡盖409和内过渡盖4051之间连接。内外轴离心部分的偏移同样地能够相等但不应该相等，以进一步减少回弹。将装置400翻转，气压翻转，这样波纹管1和2的外部就是高气压，减少或消除如上所述的波纹管的扭动。

读了以上技术说明以后，本领域的普通技术人员就会意识到隔开的驱动轴和从动轴有旋转间隙的可能。本文所用的间隙是指，在其他事物中，驱动轴和从动轴相互独立旋转的能力。更具体来说，间隙特指由于部件之间的间隔和交互导致的空间或运动失去引起的工程间隙。通常，通过控制轴承、配件或类似的各部分之间的公差和配合精度(fittaps)能够减少驱动轴和从动轴(本文可指代轴组或轴对)之间的间隙。为了减少间隙，上述装置组件的配件之间的间隙应该尽可能的小，例如，通过使用收缩或干扰压配件。类似地，所用的轴承一旦安装就应该没有或几乎没有径向运动。例如，轴承可被预装或球可以紧密地装在凹槽中。另外，使用线对线和过盈配合可以减少或消除间隙。然而，即使严格控制上述公差，所述的与联轴器关联的偏移和离心仍然在某些实施例中造成间隙效应。现在所述的是图5中的装置100。

具体到装置100中，如上所述，内驱动轴的离心部分201和内过渡盖5之间的联轴器以及内过渡盖5与内过渡杯205之间的联轴器必须设计成能够限制内轴组之间的相对运动。同样地，外轴对的类似连接必须设计成能够限制外轴对之间的相对运动。图5所示的离心环51有助于过渡盖5和过渡杯205之间的联结。离心环51在固定前可以是浮动的。一旦离心部分201、内过渡盖5和内过渡杯205定位对齐，多个紧固件52可被拧紧以固定相对于所述内过渡杯205的内过渡盖5的相对位置。同样地，外离心部分301，外过渡盖4，外过渡杯305和离心环13可用许多紧固件53紧固。为了调节紧固件的固定度，组件可以预制。另外，安装凸缘可以具有螺栓接入端口54。当装置建造成通过机械加工、钻孔和扩孔等等可以使得装置的部分能够机械操作，具有连同紧固件52和53的离心环51和13允许部分拆卸以进一步提高各部分之间的配合度和耐受度，并进一步或者进一步加固部分之间的紧固性，而装置并不被重新组装(即匹配榫)。如图6所示，以上的联结装置可以在单旋转真空穿通密封装置600中使用。为方便比较，假定装置600只有内轴组件。

以上所述的内过渡盖5、外过渡盖4、杯205和305的形状通常是圆柱形的。图7a-d所示的是过渡盖和过渡杯的另一种结构。例如，内过渡盖5和对应的内过渡杯205可以包括成对的锥形壁。外壁51是锥形的情况下内过渡盖5可形成截头圆锥体形状，内过渡杯205将具有匹配的内锥形壁2051。匹配的锥度形成莫里斯锥形锁，这限制了各部分之间的移动并减少了间隙。图7a-d描述了内轴102的技术，但是此项技术同样适用于外轴104。内驱动轴6通过至少一个，最好是如上所述的预制的轴承连接到内过渡盖5上。内过渡盖5和锥形外壁51连接到内过渡杯205上直到内锥形壁2051形成锥形锁。内过渡杯205可并入如上所述的离心环2051中。内过渡杯205的内锥形壁2051形成一个允许盖和杯之间在一定程度自由运动的槽。

图8所示的是另一个可以用来减少驱动轴和从动轴之间间隙的内过渡杯805。同样，虽然只展示了与内轴102有关的部分，图8的技术也同样适用于外轴104。内驱动轴6的内离心部分201通过至少一个所述轴承B连接到内过渡盖5上。内过渡盖5通过至少一个或多个如上所述的轴承B连接到内过渡杯805上。为方便起见，内过渡杯805被示为一个整体件，但也可以是多个部分。内过渡杯805具有驱动覆盖表面806和与驱动覆盖表面806相反的从动覆盖表面807，这样内过渡杯805就具有可以形成凹部808的厚度。凹部相对于纵轴LA是偏移或离心的，这样可以允许章动。凹部808具有内过渡盖5，轴承B的接收区809以及在锁片区域811的锁片810。锁片810包括弹性主体812和轴承表面814，轴承表面814可以从该弹性主体812伸出。与轴承表面814相对的锁片表面816形成了孔818的一部分。孔818的另一部分在内过渡杯805内形成，这一部分从驱动覆盖表面806延伸至从动覆盖表面807。主体820，诸如楔子或圆锥体，连接到螺栓822上。内过渡盖5装配到凹部808后，拧紧螺栓822将主体820移动到孔818。主体820引起锁片810的弹性体812向内弯曲，直到轴承表面814接触到轴承B。

图9显示了另一个减少间隙的结构。图9包括了内驱动轴6和用上述类似的轴承连接到内过渡盖5的离心部分201。内从动轴7通过集成单元或联轴器与内过渡杯905相连。内过渡杯905具有驱动覆盖表面907和一个从动覆盖表面908。离心凹槽903从驱动覆盖表面907的部分延伸至从动覆盖表面908。内过渡杯905通过轴承连接到内过渡盖5上。锁环906位于内过渡杯905的驱动覆盖表面907上，并且通过另一个轴承连接到内过渡盖5上。锁环906松散地连接到具有紧固件909的驱动覆盖表面907上，拧紧紧固件将锁环906锁在相应位置处。在外表面上具有多个轴承B的内过渡盖5通过锁环906的孔定位在内过渡杯905的离心凹槽903里面。驱动轴6和从动轴7通过一个如临时外壳的东西固定到相应的位置，一个横向力就会被施加到锁环906上，横向力移动锁环906直到锁环906与上部轴承Bu齐平。随着横向力被施加之后，力通过锁环906和上部轴承B_u传递，引起内过渡盖5与下部轴承B₁相反的横向移动，直到B₁与离心凹槽903的离心壁平齐。一旦定位之后，紧固件就被拧紧以固定锁环906的位置。

图10显示了减少如上所述的旋转真空穿通密封装置的间隙的另一种结构。如同上述其他实施例，图10公开的与内轴102关联的联轴器描述较为简单，但是对于外轴104来说有同样的功能。内驱动轴6和内驱动轴的离心部分201通过以上所述的一个或多个轴承连接到内过渡盖5上。内过渡盖5位于内过渡杯1005里面。内过渡杯1005包括驱动覆盖表面1006和与驱动覆盖表面相反的从动覆盖表面1007限制厚度。凹槽1008在过渡杯1005里面形成用来接收过渡盖5。凹槽1008具有一个键(keyed)的形状，在这种情况下一个平板与表面1009接触，这样过渡盖5的位置可以随着表面1009移动。在凹槽1008里面与接触表面1009相对的是锁坡道1010。主体构件1012具有一个配合斜面1014和锁面1016。螺栓1018连接到主体构件1012上，这样拧紧1018可以引起主体构件1012向内运动，直到锁面1016抓住轴承并且将内过渡盖5锁在内过渡杯1005的里面。一旦锁消除在E方向的运动，轴承就可以沿着轴线D移动。因此，除了消除运动，内过渡盖5可以移动来匹配离心位移。

图11所示的是内轴1102的一个单独的实施例。在这种情况下，内轴1102具有标准部分1103和通过连杆1106连接的离心部分1104。连杆1106包括具有相反U形夹1107的杆以接收与标准部分1103和离心部分1104相对的两端1108(1)和1108(2)。销1109提供枢转点或轴以允许相对的角运动，该相对的角运动使离心部分1104的中心线与离心凹槽1112的离心位移匹配。销1108和孔之间的配件拧紧以减少或消除除了接头旋转以外的其他运动。离心部分1104连接到内过渡盖5上，内过渡盖5连接到如上所述的内过渡杯1110上以允许内轴1102的章动。所示的内过渡杯1110为具有离心凹槽1112的一个整体件。

图12所示的是允许驱动轴和从动轴连接同时最小化如上所述的间隙的另一实施例。在这种情况下，所示外轴104具有一个位于外驱动轴8的离心部分301和外从动轴9之间的联轴器1202。为便于定位同时展示了内驱动轴6。联轴器1202包括外过渡盖1204的嵌套、盖接收器1206和外过渡杯1208。过渡盖1204具有突起1210。盖1206的尺寸与腔室1212相适以接收过渡盖1204并允许横向位移。腔室1212的底部具有凹槽1214，突起1210在其中延伸形成一个舌和槽轨。突起1210和槽1214之间的配件拧紧，这样就能够仅仅允许沿着1214的横向运动，最小化其他运动。盖1204相对于盖接收器1206的腔室1212来说可以是横向排列固定的。

虽然已经用语言具体描述了本技术的某些结构、材料和方法步骤，但是应该理解为在所附权利要求定义的本发明不必限于所述的具体的结构、材料和/或描述的步骤。相反，这些描述的具体方面和步骤为实现所要求保护的本发明的组成部分。由于本发明的许多实施例可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实施，本发明存在于所附的权利要求中。除非另有说明，所有数值或表达式，例如那些本说明书中(除了权利要求书之外)使用的表示尺寸、物理特性的数值或表达式等应理解为在所有情况下均由术语“约”来修正。并非试图限制等同原则在权利要求中的应用，最起码记载在说明书中的或由术语“约”修正的每个数值参数至少应当根据记载的有意义的数值并且运用普通的舍入技术来解释。此外，本文公开的所有范围应被理解为包括并为权利要求中的任意和所有子范围或任意和所有纳入其中的单个数值提供支持。例如，所述范围1-10应被理解为包括并且为权利要求中任意和所有子范围或位于包括最小值1和最大值10之间的单个数值提供支持。即，所有以最小值1或更大的数值为起始数字并以最大数字10或较小的数值结尾的子集(如5.5-10；2.34-3.56；等等)或任何从1-10的数值(如3；5.8；9.9994；等等)都应该包括。

Claims (20)

1.同轴旋转真空穿通密封装置，包括：

包括第一端和与所述第一端反向的第二端的外壳，在所述第一端和所述第二端之间的限定内部的至少一个侧壁，所述第一端有第一孔，所述第二端有第二孔；

内轴，其包括：

从所述第二孔延伸出来的内驱动轴；

从所述第一孔延伸出来的内从动轴；

以及包括具有纵轴的内标准部分和具有内离心纵轴的内离心部分，所述内离心纵轴自所述纵轴偏移；以及

位于所述内部的连接所述内驱动轴和所述内从动轴的内联轴器，其中所述内从动轴随着所述内驱动轴旋转，所述联轴器包括连接到所述内驱动轴的内过渡杯，连接到所述内驱动轴的内过渡盖，这样所述内驱动轴可以章动地联接到所述内从动轴上；

外轴，其包括：

环绕所述内驱动轴的中空的外驱动轴，并且与所述内驱动轴同轴；所述中空的外驱动轴从所述第二孔延伸；

环绕所述内从动轴的中空的外从动轴，并且与所述内从动轴同轴；所述外从动轴从所述第一孔延伸，并且包括具有纵轴的外标准部分和具有外离心纵轴的外离心部分；以及

位于所述内部的连接所述外驱动轴和所述外从动轴的外联轴器，其中所述外从动轴随着所述外驱动轴旋转；所述联轴器包括连接到所述外驱动轴的外过渡杯，连接到所述外从动轴上的外过渡盖，以使得所述外驱动轴可以章动地接到所述外从动轴上。

2.如权利要求1所述装置，进一步包括将所述第一孔和所述第二孔隔开的障碍物。

3.如权利要求2所述装置，其中所述障碍物包括第一波纹管和第二波纹管。

4.如权利要求2所述装置，其中障碍物包括：

所述第一端；

所述外过渡盖；

环绕所述中空的外从动轴并且连接到所述第一端和所述外过渡盖的第一波纹管；

所述内过渡盖；以及

环绕所述内从动轴并且连接到所述外过渡盖和所述内过渡盖的第二波纹管。

5.如权利要求1所述装置，其中所述外壳包括：

具有径向延伸的凸缘表面和径向基座的安装凸缘；

所述第二端的端盖；以及

至少一个所述侧壁包括单个圆柱形侧壁，所述圆柱形侧壁的尺寸大小可以包围所述径向基座和所述端盖。

6.如权利要求1所述装置，其中所述内驱动轴从所述第二孔延伸第一距离，所述外驱动轴从所述第二孔延伸第二距离，其中所述第二距离小于所述第一距离。

7.如权利要求6所述装置，其中所述内从动轴从所述第一孔延伸第三距离，所述外从动轴从所述第一孔延伸第四距离，其中所述第四距离小于所述第三距离。

8.如权利要求1所述装置，其中至少所述外过渡杯或内过渡杯中的一个包括柱状延伸和连接到所述柱状延伸的离心环。

9.如权利要求8所述装置，其中所述离心环通过轴承章动地联接到部分相应的外过渡盖或内过渡盖。

10.如权利要求9所述装置，其中所述过渡盖通过轴承章动地联接到相应的外或内驱动轴的相应外离心部分或内离心部分。

11.如权利要求1所述装置，其中所述内过渡杯具有驱动覆盖表面和与驱动覆盖表面相反的从动覆盖表面限定厚度，其中凹槽形成于所述从动覆盖表面，用来接收所述内过渡盖。

12.如权利要求11所述装置，其中所述凹槽包括横过所述过渡杯的槽，其中所述槽包括锥形的内表面，所述过渡杯包括与所述锥形内表面匹配的锥形外表面。

13.如权利要求11所述装置，其中所述凹槽包括从所述凹槽底座延伸的弹性片，主体构件位于所述弹性片和所述凹槽壁之间，这样所述主体构件的运动会引起所述弹性片的横向移动，以此来固定所述内过渡盖。

14.如权利要求11所述装置，进一步包括位于所述内过渡杯的所述从动覆盖表面的离心环，这样所述内离心环可以固定所述内过渡盖。

15.如权利要求1所述装置，进一步包括将所述内标准部分连接到所述内离心部分的连杆。

16.如权利要求1所述装置，其中所述内离心纵轴偏移所述纵轴的距离与所述外离心纵轴偏离所述外离心纵轴的距离不同。

17.同轴旋转真空穿通密封装置，包括：

包括第一端和与所述第一端反向的第二端的外壳；在所述第一端和所述第二端之间延伸的限定内部的至少一个侧壁；所述第一端的第一孔和所述第二端的第二孔；

内轴，包括：

内驱动轴，所述内驱动轴从所述第二孔延伸，包括具有纵轴的内标准部分和具有内离心纵轴的离心部分，所述内离心纵轴自所述纵轴偏移；

内从动轴，所述内从动轴从所述第一孔延伸；

以及

位于所述内部将所述内驱动轴和所述内从动轴连接起来的内联轴器，其中所述内从动轴随着所述内驱动轴旋转，所述联轴器包括连接到所述内从动轴的内过渡杯，连接到所述内驱动轴的内过渡盖，以使得所述内过渡杯可以俯垂地连接到所述内过渡盖上；

外轴，包括：

围绕所述内驱动轴并且与其同轴的中空的外驱动轴，所述中空的外驱动轴从所述第二孔延伸，并且包括具有所述纵轴的外标准部分和具有外离心纵轴的外离心部分；

围绕所述内从动轴并且与其同轴的中空的外从动轴，所述外从动轴从所述第一孔延伸；以及

位于所述内部将所述外驱动轴和所述外从动轴连接起来的外联轴器，其中所述外从动轴随着所述外驱动轴旋转，所述联轴器包括连接到所述外从动轴的外过渡杯，连接到所述外驱动轴的外过渡盖，这样所述外过渡杯能够俯垂地连接到所述外过渡盖上。

18.如权利要求17所述装置，进一步包括将所述第一孔和所述第二孔隔开的障碍物。

19.如权利要求18所述装置，其中所述障碍物包括：

所述第一端；

至少一个所述侧壁；

所述第二端；

所述外过渡盖；

环绕所述中空的外从动轴并连接到所述第二端和所述外过渡盖的第一波纹管；

所述内过渡盖；以及

环绕所述内从动轴并连接到所述外过渡盖和所述内过渡盖的第二波纹管。

20.同轴旋转真空穿通密封装置，包括：

包括安装凸缘的外壳，所述安装凸缘具有径向延伸凸缘和径向基座；端盖以及从所述安装凸缘延伸至所述端盖来限定内部的柱形侧壁；所述外壳进一步包括位于所述安装凸缘的第一孔和位于所述端盖并与之共线的第二孔；

包括内驱动轴和内从动轴的内轴，将所述内驱动轴俯垂地连接到所述内从动轴上的第一装置。

与所述内轴共轴的中空的外轴，所述外轴包括外驱动轴和外从动轴，将所述外驱动轴俯垂地连接到所述内从动轴上的第二装置，其中所述中空的外轴和所述内轴独立旋转，以及

将所述第一孔和所述第二孔气密密封的装置。