TWI482910B - 魯式幫浦之改良及其相關改良 - Google Patents

Description

魯式幫浦之改良及其相關改良

本發明係關於包含單級及多級魯式幫浦之魯式幫浦之改良。本發明尤其是關於適用於工業製程之一魯式真空幫浦之一定子組件及一轉子組件。

真空幫浦係廣泛地使用於工業界。例如，真空幫浦係使用於半導體工業中以抽空一製程腔室。當該等氣體從該室抽空時，發生於該腔室內之該製程之副產物能穿過該幫浦。此等副產物包含在氣態、液態或固態中之物質，且該等物質經常係「粗糙」，意指該等副產物能引起暴露於該等副產物之幫浦組件之腐蝕或磨損。

已盡力改良真空幫浦設計使得一幫浦能更好地處理粗糙製程之副產物。例如，一些幫浦組件能由無腐蝕性材料製成。此外，某些真空幫浦構形，例如所謂「鉤及爪」或Northey幫浦已知在處理有關夾帶於該泵送氣體中之粉末係相對較有效。

當考慮哪一類型的幫浦應該被使用於為生產粉末狀副產物所熟知之某些製程時，一幫浦處理粉末之能力係一重要的因素。此係具有過量二氧化矽粉末係在一製程腔室中形成且接著進入抽空該腔室之該幫浦之一些半導體製程之一特殊問題。在較差之情況中，該粉末能引起一幫浦卡住且完全地故障，導致該等腔室中之半導體組件的可能損失且該腔室必須採取離線，同時適配且測試一更換的幫浦。而且，由於過度地暴露於粉末，該幫浦之有效運作壽命被縮短。

本發明旨在改善先前技術之該等問題，且將具有經改良的粉末處理能力之一魯式構形幫浦提供適用於半導體工業(但當然不限於使用於半導體領域中)中。

為了實現此目的，本發明提供一種魯式幫浦定子，其經配置以容置一對互相嚙合的轉子，該定子特徵在於其包括經配置以導引夾帶於由該定子泵送之一氣體中的固態材料朝向該出口之導引器或偏轉器。換言之，根據本發明之定子具有一構件，其係用於將夾帶於一被泵送之氣體中的粉末或固態材料直接地導引或偏轉朝向該幫浦之一出口或離開該幫浦。此可藉由提供位於該定子壁中之一通道實現，該定子壁成切線地接合經配置以與該魯式轉子之尖端協作之該定子之圓弧表面。該通道可具有一大體上向該幫浦出口傾斜之平坦或線性輪廓，使得當該轉子轉動時，該幫浦腔室中之固態材料或粉末被推向該出口。因此，被夾帶於該泵送氣體中之粉末係以一降低任何固態材料造成該幫浦卡住之可能性的方式從泵送容積中有效地移除：該通道可經配置使得該固態材料係「沖」向該出口或遠離轉子互相嚙合之一嚙合區。或者(或另外)，此能藉由提供一部件實現，該構件延伸至該出口之上且具有面對該出口之一底側，其輪廓導引固態材料進入至該出口。

更明確言之，係提供一魯式幫浦定子，其包括：一泵送容積，其配置以容納一對互相嚙合的反向旋轉的多葉形轉子，各可繞一軸線轉動使得一轉子葉片之一尖端部分能與該定子之該拱形表面協作，且該等葉片通過相對於該軸線之一上止點及下止點位置；一入口，其係位於該軸線之上用於接收進入該泵送容積之氣體；及一出口，其係位於該軸線之下用於從該泵送容積排空氣體；該定子特徵在於其包括經配置以導引被夾帶於一泵送氣體中之材料朝向該出口之導引構件。另外，係提供一魯式幫浦定子，其包括：一泵送容積，其經配置以容納一對互相嚙合之反向旋轉的多葉形轉子，各可繞一水平軸線轉動使得一轉子葉片之一尖端部分能與該定子之該拱形表面協作，該拱形表面具有在該水平軸線平面中之一深度尺寸，且該等葉片通過相對於該水平軸線之一上止點及下止點位置；一入口，其係位於該水平軸線之上用於接收進入該泵送容積之氣體；及一出口，其係位於該水平軸線之下用於從該泵送容積排空氣體；該定子特徵在於該導引構件包括位於該拱形表面與該出口之間之一通道，該通道包括接合在下止點位置之前的該拱形表面之一部分。因此，被夾帶於該泵送氣體中之粉末係以降低任何固態材料造成該幫浦卡住之可能性之一方式從泵送容積中有效地移除：該通道可經配置使得該固態材料係「沖」向該出口或遠離轉子互相嚙合之一嚙合區。另外(或者)係提供一魯式幫浦定子，其包括：一泵送容積，其經配置以容納一對互相嚙合之反向旋轉的多葉形轉子，各可繞一軸線轉動使得一轉子葉片之一尖端部分能與該定子之該拱形表面協作，且該等葉片通過相對於該軸線之一上止點及下止點位置；一入口，其係位於該軸線之上用於接收進入該泵送容積之氣體；及一出口，其係位於該軸線之下用於從該泵送容積排空氣體；該定子特徵在於其包括佈置在該出口之一偏轉器，其係配置以導引材料穿過該泵送容積朝向該出口。另外，係提供一魯式幫浦定子，其包括：一泵送容積，其經配置以容納一對互相嚙合的反向旋轉的多葉形轉子，各可繞一水平軸線轉動使得一轉子葉片之一尖端部分能與該定子之該拱形表面協作，該拱形表面具有在該水平軸線平面中之一深度尺寸；一入口，其係位於該水平軸線之上用於接收進入該泵送容積之氣體；及一出口，其係位於該水平軸線之下用於從該泵送容積排空氣體；該定子特徵在於導引構件包括佈置在該出口之一偏轉器，其經配置以導引材料穿過該泵送容積朝向該出口。因此，被夾帶於該泵送的氣體中之粉末係以降低任何固態材料造成該幫浦卡住之可能性之一方式從泵送容積中有效地移除：該偏轉器經配置使得該固態材料被導引或偏轉向該出口或遠離轉子互相嚙合之一嚙合區。

另外，該通道之部分可經佈置以成切線地接合在下止點之前5度至45度，或在下止點之前5度至25度或在下止點之前15度之一位置之該拱形表面。因此，任何被夾帶的粉末可被徑向地擲離該等轉子使得該等粉末不會陷在該等互相嚙合的轉子間。

另外，至少一偏轉器表面可位於該通道之該第一部分與該出口之間。該偏轉器表面可朝向該出口傾斜且經配置以導引材料穿過該泵送容積朝向該出口。該偏轉器表面亦可經配置以延伸橫跨該通道之寬度以形成一容置通道。另外，該偏轉器具有一上表面，其形成介於該通道與該出口之間的該拱形表面之一部分。

本發明亦提供一多級真空幫浦，其包括如上述之一定子及一轉子組件，該轉子組件包括複數個轉子元件，其經配置以與一各自的複數個定子級協作，其中各轉子元件包括經配置以與該定子之一部分協作之一葉片部分，各葉片部分具有至少一軸向凹槽，其係佈置在最遠離一旋轉軸線之該葉片部分尖端或附近。

圖1顯示此項技術中已知且描述於WO 2007/088103中之一魯式幫浦10之一截面。該幫浦包括藉由一定子主體12界定之一泵送容積11。一對反向旋轉之互相嚙合的多葉形轉子16、17係配置以繞各自的水平軸線14及15轉動。在圖1中之幫浦在各轉子上具有二個葉片且該等葉片之尖端部分20及21係配置以與該定子之一拱形內表面24協作，因而容置介於該轉子與定子12之間之一氣體容積26。氣體係藉由該等轉子之反向旋轉運動從一入口30泵送至一出口40。

在該等葉片之轉動循環期間，其各尖端部分20、21通過一上止點位置51及下止點位置52。典型地，該上止點位置係在該拱形內表面24會合該幫浦之入口30之一點後或與該點重疊。此外，該下止點位置52係在該內部拱形表面24會合該出口之一點前。因為氣體容積26保持容置於該轉子與該定子之間達到足夠的時間以允許該幫浦適當操作，故此配置提供有效率之氣體泵送。習知上，對於二葉狀轉子而言，該定子內壁24會合該入口及出口之該等點應遠離超過180°，否則該泵送氣體之有效壓縮可能不發生。

圖2顯示在US 7226280中描述之另一已知魯式真空幫浦之一截面。此圖顯示一三葉狀轉子組態的魯式幫浦，其中相同參考數字已用於指示相同的或相似的組件。另外，該內部拱形表面24包括複數個切入該內表面24內之固定深度凹槽60。該等凹槽係在該下止點位置52前之一點41形成且延伸至該出口40。此等凹槽之目的係在該轉動週期之一相對早的階段釋放被容置介於該轉子與定子之間之該泵送氣體26之部分試圖減少任何與從該出口排空之泵送氣體相關之雜訊。

當該被泵送氣體含有一粉末物質時，上述二先前技術幫浦可能遇到問題。該粉末傾向於陷在該等泵送組件間且最終造成該幫浦卡住。因此，對於每小時具有100立方公尺幫浦定額之一幫浦而言，能藉由魯式真空幫浦處理而不會造成幫浦急速停轉之粉末的範圍係相對小的且大約為50至100克二氧化矽粉末負載。

圖3顯示具體實施本發明之一幫浦100之一截面示圖。該幫浦包括具體實施本發明之一定子110，該定子110提供一泵送容積且經配置以容納一對互相嚙合的反向旋轉的多葉形轉子116及117，各轉子可繞水平軸線114及115轉動。在圖3中的該等轉子經顯示為具有三個葉片，但應瞭解本發明不限於此配置且本發明概念能應用於任何數目之轉子葉片構形。

該定子110包括一內壁或表面124，該內壁或表面124跟隨介於點A與B間之一圓弧路徑。在使用期間，該轉子葉片尖端部分120及121與該內表面124協作以使泵送氣體陷於該轉子與定子之間的一容積126中。實際上，在使用期間，該等轉子之尖端具有介於該尖端與定子圓弧表面間之一相當小的間隙。該內表面120之點A係配置為在相對於該轉子之轉動方向之上止點位置T前面。

然而，與先前描述的已知魯式幫浦系統相比，介於該幫浦之點B與出口之間的該內表面的至少一部分125係經配置以跟隨不繼續沿著或平行於該內表面124之拱形路徑之一不同路徑。在圖3中顯示之該實施例中，此定子出口部分125跟隨實質上線性的一路徑，該路徑跟隨該拱形內表面之一切線，且朝該幫浦之輸出140延伸遠離該旋轉軸線。換言之，點B係位於該轉子葉片之下止點位置前且形成該出口部分125之一通道的深度自點B(該通道接合該定子之該拱形內部表面124之處)朝該出口變大。在圖3中顯示之該實施例中，該定子之出口部分(或通道)以一線性方式延伸遠離該旋轉軸線，或當在該轉子之轉動平面內檢視時具有一線性截面。應瞭解的是，該通道能以一非線性方式延伸遠離該旋轉軸線，例如藉由跟隨中心位於該泵送容積內或外面之一半徑或藉由跟隨一階梯狀截面或其類似者。

點B可經配置成為在下止點處或在下止點前之一角度範圍內。例如，點B可經配置成為在下止點前5度至45度間之角度，如藉由圖3中之角度α所指示。較佳地，α可介於5度至25度，且更佳地係α=15°。假使該定子內表面124之出口部分125之開始部分係與該內表面之拱形部分相切，則介於一虛線I(通過該等上止點及下止點位置)與在點B形成的該切線間之一角度β遵守方程式β=90+α。因此，該角度β遵守。

已發現該定子之出口部分125作用為用於導引微粒或粉末朝向該出口140穿過該幫浦之一構件。當該等轉子驅動該泵送氣體通過該幫浦時，被夾帶於該泵送氣體中之任何微粒係藉由離心力沖向該拱形表面124。因此，因為該出口部分125大體上朝該幫浦之出口140或泵送級傾斜，故該氣體中之微粒被導引朝向該出口140且遠離該等轉子互相嚙合之一區域145。

由於具體化本發明之此配置，吾人已決定如上述的習知魯式幫浦因為該定子之出口部分的輪廓，故具有不良的粉末處理能力：一習知魯式幫浦定子能造成被夾帶於該泵送氣體中之至少一些微粒被迫或擲向該等轉子之一嚙合區域。因此，被夾帶於該泵送氣體中而穿過一習知幫浦之該粉末之一部分可經再循環通過該幫浦。假使相當數量的粉末進入該等轉子嚙合之該區域，則能發生幫浦卡住。

圖4係具體化本發明之一魯式幫浦定子110之一部分的一等角視圖。如此項技術中已知，該定子係由複數個泵送級形成。在此實施例中，該定子係以一「蚌殼」構形形成且為了清晰僅顯示整個定子之底部。亦應瞭解的是，定子末端板(圖中未顯示)亦係適用於整個幫浦中。

虛線I係顯示為靠著一定子側壁126突出。該定子壁124之出口部分125之起點係在一轉子通過一下止點位置之一位置之前。此外，該出口部分125之底板127具有小於該拱形定子內表面124之寬度尺寸D之寬度尺寸δ。設想D:δ之比例可在2:1至10:11(即50%至110%)之範圍內。換言之，假使該幫浦中之過量粉末係預期的，則具有大於該定子深度尺寸之寬度尺寸可協助改良粉末之有效地處理。

除了該等上述實施例或作為一替代例，已設想定子輸出或出口部分之其它構形，且本發明不限於上述線性構形。例如，該出口部分可經配置以跟隨具有大於該定子內表面124之半徑的一半徑之一路徑。較佳地，介於該出口部分之底板或底部與該轉子葉片之接觸部分間之該距離自點B處之幾微米增加至該出口處之至少1公分。此外，該出口部分之該寬度可經配置以變化且較佳地朝出口增加。該出口部分可經設置以包含切入定子內表面之複數個凹槽。

現在參考圖5描述用於導引被夾帶於該泵送氣體中之灰塵、粉末或微粒朝向該幫浦或泵級之該出口之進一步構件。在一實施例中，脈絡部件132係位於該定子之出口部分上。該脈絡延伸橫跨該出口部分(完全地或部分地橫跨該出口部分)，且具有面對該出口且朝向該出口140傾斜之一表面，以將被夾帶於該泵送氣體中之微粒朝向出口140偏轉。一相當小的間隙係設置於該脈絡與藉由該轉子葉片之尖端部分120而獲得之該路徑134間。在另一實施例中，一導引部件133可經設置作為佈置在該出口140正上方之一中心組件，該中心組件具有面對該出口之二個相反的表面，各經配置以分別地從各轉子導引粉末狀材料朝向該出口。依此方式，被夾帶於該泵送氣體中之微粒之至少一部分可在其將進入該等轉子嚙合之一嚙合區域145之前朝該出口140偏轉。該脈絡或偏轉器之一上表面135可經配置以形成該拱形表面124之一部分。該上表面可經配置以延伸至(但不進入)該嚙合區域145。

本發明的實驗已顯示一種具有具體實施本發明之一定子構造的幫浦之粉末處理能力係大幅改良，且不致大程度地影響泵送能力。例如，已注意到高達400%的改良，其中速率為每小時100立方公尺之一幫浦可有效地處理400克之粉末負載而不會卡住。

現在參考圖6，其顯示具體實施本發明之一幫浦100。其顯示一定子蚌殼110的一半且參考圖3、4或5顯示描述。另外，係顯示一對轉子200。各轉子包括一軸210及具有多個葉片216、217之轉子元件。該等葉片之尖端部分包括軸向凹槽220，吾人已發現該等軸向凹槽用於改良魯式幫浦之粉末處理能力。藉由將該等凹槽位於一多級魯式幫浦之各級上，該粉末處理可經進一步改良。在圖6中顯示之該實施例中，各尖端部分包括三個凹槽。然而，應瞭解其他的實施例能包括任何數量的凹槽，該等凹槽可經配置成為任何構形，其中許多凹槽係安置在該轉子葉片與該定子內部拱形表面124協作之點前或後。例如，一中間凹槽可經佈置分別地鄰接該轉子葉片與定子協作之點，其中一凹槽內置於一前導位置中且另一凹槽位於一背向位置中。每個葉片之凹槽數目(一、二或更多個)與其各自的位置之組合將可藉由熟習此項技術者設想到。另外，凹槽數目係可能取決於該幫浦應用或泵送之程序。

在不離開本發明概念範圍下，本發明之其他實施例將藉由熟習此項技術者設想到。

10．．．魯式幫浦

11．．．泵送容積

12．．．定子

14．．．水平軸線

15．．．水平軸線

16．．．多葉形轉子

17．．．多葉形轉子

20．．．葉片尖端部分

21．．．葉片尖端部分

24．．．拱形內表面

26．．．泵送氣體

30．．．幫浦入口

40．．．幫浦出口

60．．．凹槽

100．．．魯式幫浦

110．．．定子

114．．．水平軸線

115．．．水平軸線

116．．．多葉形轉子

117．．．多葉形轉子

120．．．轉子葉片尖端部分

121．．．轉子葉片尖端部分

124．．．拱形內表面

125．．．定子出口部分

126．．．幫浦容積

127．．．拱形內表面層

132．．．脈絡構件

133．．．導引構件

134．．．轉子葉片路徑

135．．．上表面

140．．．幫浦出口

145．．．嚙合區域

200．．．一對轉子

210．．．軸

216．．．多重葉片

217．．．多重葉片

220．．．軸向凹槽

本發明之實施例已藉由實例且參考附圖描述於上，其中：

圖1係一已知魯式幫浦之一截面；

圖2係另一已知魯式幫浦之一截面；

圖3係具體化本發明之一魯式幫浦組件之一截面；

圖4係具體化本發明之一魯式幫浦定子之一部分之一等角視圖；

圖5係具體化本發明之一魯式幫浦組件之另一截面；及

圖6係具體化本發明之一魯式幫浦轉子及定子之一部分之一等角視圖。

100．．．魯式幫浦

110．．．定子

114．．．水平軸線

115．．．水平軸線

116．．．多葉形轉子

117．．．多葉形轉子

120．．．轉子葉片尖端部分

121．．．轉子葉片尖端部分

124．．．拱形內表面

125．．．定子出口部分

126．．．泵送容積

127．．．拱形內表面層

140．．．幫浦出口

Claims (12)

1. 一種魯式幫浦定子，其包括：一泵送容積，其經配置以容納一對互相嚙合之反向旋轉的多葉形轉子，其各繞一軸線旋轉而使得一轉子葉片之一尖端部分能與該定子之拱形表面協作，且該等葉片通過相對於該軸線之一上止點及下止點位置；一入口，其係位於該軸線之上用於接收進入該泵送容積之氣體；及一出口，其係位於該軸線之下用於從該泵送容積排空氣體；其特徵在於該定子包括位於該拱形表面與該出口之間的拱形表面中之一通道，其中該通道成切線地接合在該下止點位置之前一點處的該拱形表面。
2. 一種魯式幫浦定子，其包括：一泵送容積，其經配置以容納一對互相嚙合的反向旋轉的多葉形轉子，其各可繞一軸線旋轉而使得一轉子葉片之一尖端部分能與該定子之該拱形表面協作，且該等葉片通過相對於該軸線之一上止點及下止點位置；一入口，其位於該軸線之上方用於接收進入該泵送容積之氣體；及一出口，其位於該軸線之下方用於從該泵送容積排空氣體；其特徵在於該定子包括位於該出口之一偏轉器，該偏轉器經配置以導引材料通過該泵送容積朝向該出口；且 在於該定子包括位於該拱形表面與該出口之間的拱形表面中之一通道，其中該通道成切線地接合在該下止點位置之前一點處的該拱形表面。
3. 如請求項1之魯式幫浦定子，其中該通道接合該拱形表面之該點係在下止點前之5度至45度間，或在下止點前之5度至25度間，或在下止點前之15度。
4. 如請求項2之魯式幫浦定子，其中該通道接合該拱形表面之該點具有在該軸線平面內之一寬度尺寸，且該通道之寬度朝該出口增大。
5. 如請求項1之魯式幫浦定子，其中該通道在相對於該軸線之一徑向中的一深度尺寸自該通道接合該拱形表面之該點朝該出口增加。
6. 如請求項1或請求項2之魯式幫浦定子，其中該偏轉器係位於接合該拱形表面之該通道之該部分與該出口之間，該偏轉器朝向該出口傾斜且經配置以導引材料穿過該泵送容積朝向該出口。
7. 如請求項2之魯式幫浦定子，其中該偏轉器延伸橫跨該通道之寬度以形成一封閉通道。
8. 如請求項6之魯式幫浦定子，其中該偏轉器延伸橫跨該通道之寬度以形成一封閉通道。
9. 如請求項2之魯式幫浦定子，其中該偏轉器具有一上表面，其形成介於該通道與該出口間之該拱形表面的一部分。
10. 如請求項8之魯式幫浦定子，其中該上表面形成延伸至 轉子互相嚙合之一嚙合區域的該拱形表面之一部分。
11. 如請求項1之魯式幫浦定子，其中該定子係組態為一多級魯式幫浦或一單級魯式幫浦。
12. 一種多級真空幫浦，其包括如請求項1或請求項2之一定子及一轉子組件，該轉子組件包括複數個轉子元件，其係經配置以與一各自的複數個定子級協作，其中各轉子元件包括經配置以與該定子之一部分協作之一葉片部分，各葉片部分具有至少一軸向凹槽。