TWI554684B - 真空泵 - Google Patents

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TWI554684B
TWI554684B TW101118674A TW101118674A TWI554684B TW I554684 B TWI554684 B TW I554684B TW 101118674 A TW101118674 A TW 101118674A TW 101118674 A TW101118674 A TW 101118674A TW I554684 B TWI554684 B TW I554684B
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新村惠弘
長山真己
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荏原製作所股份有限公司
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Description

真空泵
本發明係關於在屬於半導體、液晶、太陽能電池、LED等之製造步驟一環中的CVD或蝕刻(etching)等製程所使用之真空泵，且為在昇華性氣體或腐蝕性氣體流入泵內部之製程所使用之真空泵。
例如，連接於真空室而將導入真空室內之處理氣體(process gas)進行排氣所使用之真空泵，一般而言，係具備：具有吸氣口與排氣口，且於內部具備泵室的泵外殼(pump casing)；及收容於該泵外殼之內部的轉子；並構成為藉由使轉子在泵室之內部轉動，使處理氣體從吸氣口流入泵外殼內部而壓縮，且從排氣口朝外部排氣。轉子係固定在延伸於泵外殼之內部之轉動軸，且轉動軸之兩端係藉由收容於配置於泵外殼之側方的室之內部的一對軸承而轉動自如地支撐。
因此，連接於真空泵之真空室的泵外殼之吸氣口附近，係與真空室之內部成為相同的真空狀態，且泵外殼之排氣口附近，係開放於大氣而大致成為大氣壓。轉動軸係藉由軸承將其兩端轉動自如地支撐，並且為了防止因進入軸承的處理氣體所生成之生成物而破壞軸承，以接觸密封與非接觸密封之方式來進行密封。轉動軸的密封係廣泛地使用防止因接觸所造成之損傷的非接觸密封。
例如，使用具有複數段的泵室之多段真空泵而將真空 室等之內部進行真空排氣時，第2段會比第1段增加，第3段會比第2段增加，隨著段數的增加，泵室的內部壓力會階段性增加，而且，即使是相同的泵室，位於泵室之出口側的氣體之一方會較位於入口側之氣體壓力變高。亦即，最終段泵室之出口側(排氣口)大致成為大氣壓，最終段泵室之入口側會成為較大氣壓低的壓力。為了防止磨耗，在轉動軸之密封使用非接觸密封時，鄰接於最終段泵室而於內部收納有軸承的室之內部壓力，係成為與最終段泵室之內部壓力(平均壓力)均衡的壓力。例如，在真空泵之最終段泵室的出口側(排氣口)大致為大氣壓之760Torr，且最終段泵室之入口側成為較大氣壓低的200 Torr時，鄰接於最終段泵室而於內部收納有軸承的室之內部壓力，係成為大約480Torr(=(760+200)/2)。
最終段泵室之入口側的壓力，會因來自真空室側之處理氣體的流入等而變化。例如，當處理氣體從真空室側流入時，最終段泵室之入口側的壓力會從200 Torr上升至300Torr。另一方面，因最終段泵室之出口側壓力係通過泵排氣管而連通至大氣，故幾乎不會從大氣壓變化。而且，當最終段泵室之入口側的壓力會從200 Torr變化為300Torr時，最終段泵室內的內部壓力(平均壓力)，會成為530Torr(=(760+300)/2)，較與最終段泵室鄰接而於內部收納有軸承的室之內部壓力的480 Torr變高。
而且，當最終段泵室內的平均壓力之一方較與最終段泵室鄰接而於內部收納有軸承的室之內部壓力更高時，流 入最終段泵室之內部的處理氣體會洩漏至該室之內部。如此，當處理氣體洩漏至收納有軸承的室之內部時，在處理氣體含有昇華性物質等之情況下，因該室之溫度一般而言較低，故生成物等析出物會析出至配置於該室之內部的軸承或用以潤滑軸承之潤滑油，而成為軸承損傷的原因。
再者，目前已提案有一種乾式真空泵(dry pump)，因以適於冷凝性氣體或昇華性氣體等氣體的排氣之方式，有利於一面將泵室的溫度維持為較高，一面將潤滑油室之潤滑油的溫度維持為較低，故為了抑制潤滑油之蒸氣化，於相對性溫度較高的泵室與相對性溫度較低的潤滑油室之間，形成有呈中空狀之隔熱用中間室、及供冷媒通過之冷卻通路(參照專利文獻1)。
(專利文獻)
(專利文獻1)日本特開2005-105829號公報。
然而，專利文獻1所記載之乾式真空泵係構成為：以適於冷凝性氣體或昇華性氣體等氣體的排氣之方式，有利於一面將泵室之溫度維持為較高，一面將潤滑油室之潤滑油的溫度維持為較低，以抑制潤滑油之蒸氣化者，並非構成為保護收容於位於泵外殼之側方的室之內部的軸承遠離處理氣體者。再者，雖亦廣泛藉由將N2氣體等沖洗氣體(purge gas)導入轉動軸之非接觸密封，來防止處理氣體洩漏至軸承側，但當導入於轉動軸之非接觸密封的N2氣體等 沖洗氣體的量增加時，泵室的壓力亦會變為不佳，故導入於轉動軸之非接觸密封的N2氣體等沖洗氣體的量有其一定的限界。
本發明係為有鑒於前述實情而研創者，其目的在於提供一種真空泵，能更確實地防止流入泵內部之處理氣體洩漏至軸承側，以保護軸承遠離處理氣體。
第1形態之發明之真空泵，係具有：泵外殼，係具有吸氣口與排氣口，並於內部具備泵室；轉動軸，係兩端以軸承轉動自如地支撐而沿著前述泵外殼的長度方向而配置；及轉子，係分別收容於前述泵室內，並連結於前述轉動軸而伴隨著該轉動軸的轉動而轉動；在前述泵外殼的前述排氣口側，設置有連通於該排氣口且開放至大氣的大氣開放室。
如此，藉由於泵外殼之排氣口側設置連通於該排氣口且開放至大氣的大氣開放室，即使例如在泵室之內部壓力變化，且轉動軸之密封使用非接觸密封的情況，位於大氣開放室之側方而於內部收容有軸承的室之內部亦能恆常地大致成為大氣壓。藉此，能更確實地防止流入泵室內之處理氣體洩漏至位於大氣開放室之側方而於內部收容有軸承的室之內部，保護軸承遠離處理氣體。
第2形態之發明，係為於第1形態之真空泵中，於前述泵外殼具備相互地連通之複數段的泵室，且在前述各泵室係分別收容有伴隨 著前述轉動軸之轉動而轉動之轉子。
於多段泵之中，如同前述，即使最終段泵室之出口側(排氣口)會大致成為大氣壓，最終段泵室之入口側仍會成為較大氣壓低的壓力，當處理氣體從真空室側流入時，最終段泵室之內部壓力(平均壓力)雖會變化(上升)，但藉由於最終段泵室之側方設置大氣開放室，即使最終段泵室之內部壓力(平均壓力)變化(上升)，亦能防止該壓力變化對位於大氣開放室之側方而於內部收容有軸承的室內之壓力產生影響。
第3形態之發明，係為於第1或第2形態之真空泵中，係在供前述轉動軸插通於內部的側板(side panel)，設置有對該轉動軸之插通部供給沖洗氣體之沖洗氣體通路。
如此，在供前述轉動軸插通於內部的側板，設置對該轉動軸之插通部供給沖洗氣體之沖洗氣體通路，藉此即能於側板與轉動軸之間，構成防止因接觸造成之磨耗的非接觸密封。
根據本發明，即使例如泵室之內部壓力變化，亦因位於大氣開放室之側方而於內部收容有軸承的室之內部壓力恆常地成為大氣壓，故能更確實地防止流入泵室內的處理氣體洩漏至位於大氣開放室的側方而於內部收容有軸承的室內，以保護軸承遠離處理氣體。
以下，根據圖式說明本發明之實施形態。第1圖係為顯示本發明實施形態之真空泵10的縱剖面前視圖。如第1圖所示，真空泵10係具有配置於真空側的增壓泵(boost pump)12、及配置於大氣側的主泵14，增壓泵12與主泵14係以連絡配管16相互連接。在此例中，以主泵14而言，係使用6段之魯氏真空泵，並與由單段之魯式真空泵所構成之增壓泵12組合使用而構成。
增壓泵12係具有：泵外殼22，係具有於內部劃分形成泵室18之大致圓筒狀的外主體20；及一對轉動軸26，係伴隨於馬達24之驅動而相互同步朝相反方向轉動。在泵室18內，由例如2葉片之轉子所構成的一對轉子28係分別轉動自如地收容於相互鄰接之位置，且該各轉子28係分別固設於轉動軸26。泵外殼22之外主體20係設置有與從處理對象之真空室等延伸之送出管(未圖示)連接之吸氣口20a、及與連接配管16連接之排氣口20b。藉此，構成為伴隨於一對轉子28之相互朝相反方向的轉動，使處理氣體從吸氣口20a朝泵室18內流入，且進行壓縮而從排氣口20b移送至外部。再者，雖第1圖僅圖示轉動軸26及該轉動軸26之驅動機構等的一部分，但於與紙面之相反側亦具備大致同樣的構成。
於本例中，泵外殼22之除了外主體20的吸氣口20a及排氣口20b之外之區域的外周部，係以大致圓筒狀的加熱夾套30一體地包圍。藉此，構成為以加熱夾套30加熱泵室18之內部。
一般而言，因增壓泵12係真空度高(壓力低)，故不太會產生壓縮熱，且泵溫度會變低。因此，即使例如泵室18內之壓力較低，亦會有流入泵室18內之處理氣體所包含之昇華性物質等析出至泵室18之內周面等之虞，惟如同前述，藉由以加熱夾套30使泵室18內之溫度上升，亦能防止流入泵室18內之處理氣體所包含之昇華性物質等析出至泵室18之內周面等。
於泵外殼22之兩側方，分別配置有側板(side panel)32a,32b，透過收容在分別安裝於該各側板32a,32b之軸承蓋(housing)34a,34b內的軸承36a,36b，轉動軸26係在其兩端轉動自如地被支撐。而且，位於側板32a,32b之側方，配置有於內部儲留潤滑油之潤滑油蓋40a,40b，且一方的潤滑油蓋40b係連結於馬達24之馬達蓋。
在側板32a,32b係分別設置有沖洗氣體(purge gas)通路42a,42b，係用以將N2氣體等沖洗氣體供給至側板32a,32b之轉動軸26的插通部，以防止流入於泵室18內之處理氣體朝軸承36a,36b之方向流出，藉此在側板32a、32b與轉動軸26之間，構成防止因接觸所造成之磨耗的非接觸密封。
於本例中，主泵14係以6段之魯式真空泵所構成，並具有：泵外殼56，係具有於內部劃分形成第1至第6之合計6段的泵室50a至50f、及鄰接於第6段泵室50f之大氣開放室52之大致圓筒狀的外主體54；及一對轉動軸60，係伴隨於馬達58的驅動而相互同步朝相反方向轉動。如第 2圖所示，於第1段泵室50a之內部，係收容有分別轉動自如的一對轉子62a，該一對轉子62a係例如由3葉片轉子所構成。同樣地，分別於第2段泵室50b之內部收容有例如由3葉片轉子所構成的一對轉子62b、於第3段泵室50c之內部收容有例如由3葉片轉子所構成的一對轉子62c，於第4段泵室50d之內部收容有例如由3葉片轉子所構成的一對轉子62d，於第5段泵室50e之內部收容有例如由3葉片轉子所構成的一對轉子62e，於第6段泵室50f之內部收容有例如由3葉片轉子所構成的一對轉子62f。而且，分別將排列為直線狀之一方的轉子62a至62f固設於一方的轉動軸60，將另一方的轉子62a至62f固設於另一方的轉動軸60。
泵外殼56係具有將外主體54之端部封閉之一對端壁64a,64b、及將外主體54之內部予以區隔之5片間隔壁66a至66e，並分別於一方的端壁64a與第1間隔壁66a之間形成第1段泵室50a，於第1間隔壁66a與第2間隔壁66b之間形成第2段泵室50b，於第2間隔壁66b與第3間隔壁66c之間形成第3段泵室50c，於第3間隔壁66c與第4間隔壁66d之間形成第4段泵室50d，於第4間隔壁66d與第5間隔壁66e之間形成第5段泵室50e，於第5間隔壁66e與另一方的端壁64b之間形成第6段泵室50f。而且，於另一方的端壁64b與鄰接於該端壁64b的側板80b之間形成大氣開放室52。
如第2圖所示，第1段泵室50a係構成為使處理氣體 伴隨著一對轉子62a之相互同步之相反方向的轉動，從該入口側(在圖式為上側，以下相同)往第1段泵室50a之內部流入而壓縮，並將處理氣體從出口側(在圖式為下側，以下相同)朝第1段泵室50a之外部移送。此情形在第2至第6段泵室50b至50f皆大致相同。
泵外殼56之外主體54係設置有連接於連絡配管16而連通於第1段泵室50a之入口側(上側)的吸氣口54a、及連通於第6段泵室(最終段泵室)50f之出口側(下側)的排氣口54b。而且，排氣口54b係透過端壁64b而連通於大氣開放室52。藉此，大氣開放室52係透過排氣口54b而開放至大氣。而且，泵外殼56之外主體54係具有具備內壁68及與該內壁68隔開預定間隔而配置之外壁70之雙重壁構造，且在內壁68與外壁70之間形成有氣體通路72a至72e。亦即，分別於第1段泵室50a之周圍形成第1氣體通路72a，於第2段泵室50b之周圍形成第2氣體通路72b，於第3段泵室50c之周圍形成第3氣體通路72c，於第4段泵室50d之周圍形成第4氣體通路72d，於第5段泵室50e之周圍形成第5氣體通路72e。第5氣體通路72e係進一步擴張至第6段泵室50f之周圍。
該等各氣體通路72a至72e之一方，係在各泵室50a至50e之出口側(下側)分別連通於各泵室50a至50e之內部，且各氣體通路72a至72e之另一方，係在各泵室50b至50f之入口側(上側)分別連通於各泵室50b至50f之內部。藉此，如第2圖所示，通過吸氣口54a而從入口側往 第1段泵室50a內流入之處理氣體，係在通過第1段泵室50a之內部後，從第1段泵室50a之出口側(下側)朝第1氣體通路72a內流入，並沿著該第1氣體通路72a朝上方流動後，到達第2段泵室50b之入口側(上側)。而且，從入口側朝第2段泵室50b內流入之處理氣體，係在通過第2段泵室50b之內部後，從第2段泵室50b之出口側朝第2氣體通路72b內流入，並沿著該第2氣體通路72b朝上方流動後，到達第3段泵室50c之入口側。如此，處理氣體係在依序通過第3段至第6段泵室50c至50f內之後，從第6段泵室50f之出口側通過排氣口54b被排放至外部。
根據本例，藉由將泵外殼56之外主體54做成為於內部具有氣體通路72a至72e之雙重壁構造，透過沿著該氣體通路72a至72e流動之高溫的處理氣體，更確實地隔絕泵室50a至50f之內部與外部，藉此，泵內部成為低溫，能防止處理氣體所包含之昇華性物質等從氣體變為固體而附著於泵內部(泵外殼內周面)。特別是，以高溫的處理氣體沿著氣體通路72a至72e而從各泵室50a至50e的出口側(下側)朝向下一段的入口側(上側)流動的方式，能藉由該高溫的處理氣體有效地加熱泵室50a至50f。
於本例中，係將泵外殼56之除了外主體54的吸氣口54a及排氣口54b以外之區域的外周部，以大致圓筒狀的保溫夾套74一體地包圍。藉此，將泵室50a至50f之內部與外部藉由保溫夾套74來隔絕，而能提高泵室50a至50f的保溫效果。
於泵外殼56之端壁64a,64b的側方，係分別配置有側板80a,80b，透過收容在分別安裝於該側板80a,80b之軸承蓋82a,82b內的軸承84a,84b，轉動軸60係在其兩端轉動自如地被支撐。而且，位於側板80a,80b之側方，配置有於內部儲留潤滑油之潤滑油蓋88a,88b，且在一方的潤滑油蓋88b的側方係連結有馬達58之馬達蓋。在側板80a,80b係分別設置有沖洗氣體通路90a,90b，係用以將N2氣體等沖洗氣體供給至側板80a,80b之轉動軸60的插通部，以防止流入於泵室50a至50f內之處理氣體往軸承84a,84b之方向流出，藉此，於側板80a,80b與轉動軸60之間，構成防止因接觸造成磨耗之非接觸密封。此外，流通於沖洗氣體通路90b之沖洗氣體亦流入於大氣開放室52內。
在本例中，成為最高壓之第6段泵室(最終段泵室)50f側之端壁64b及與該端壁64b鄰接而配置之側板80b之間，係設置連通於排氣口54b而開放於大氣之大氣開放室52，並將收納有軸承84b之軸承蓋82b收納於內部之潤滑油蓋88b安裝於該側板80b。藉此，即使例如第6段泵室(最終段泵室)50f之內部壓力變化，位於大氣開放室52之側方而於內部收容軸承84b的室、亦即由側板80b與潤滑油蓋88b包圍周圍的室R之內部，能恆常地大致成為大氣壓。藉此，能更確實地防止流入泵室50a至50f內的處理氣體洩漏至位於大氣開放室52之側方而於內部收容軸承84b的室R之內部，以保護軸承84b遠離處理氣體。
此係因為以下的理由。在將轉動軸60與側板80b之 間以非接觸密封進行密封，且第6段泵室(最終段泵室)50f與側板80b相互鄰接而配置的情況下，亦即，在沒有大氣開放室52的情況下，位於側板80b之側方而於內部收容軸承84b的室、亦即以側板80b與潤滑油蓋88b包圍周圍的室R之內部壓力，係成為第6段泵室(最終段泵室)50f的大致平均壓力。例如，在第6段泵室50f之出口側壓力雖大致為大氣壓(760Torr)，但入口側壓力為較大氣壓低的壓力，假設為200 Torr之情況，由側板80b與潤滑油蓋88b包圍周圍的室R之內部壓力，係大致成為480Torr(=(760+200)/2)。而且，當因來自真空室側的處理氣體之流入而使第6段泵室50f的入口側壓力從200Torr變化(上升)至300Torr時，第6段泵室50f的平均壓力亦成為530Torr(=(760+300)/2)，包含處理氣體之氣體會從第6段泵室50f通過側板80b與轉動軸60之間隙而流入室R，直到由側板80b與潤滑油蓋88b包圍周圍的室R之內部壓力上升至530Torr為止。
相對於此，如同本例，當於第6段泵室(最終段泵室)50f側的端壁64b及與該端壁64b鄰接而配置之側板80b之間，設置連通於排氣口54b而開放至大氣的大氣開放室52時，如同前述，即使第6段泵室(最終段泵室)50f之內部壓力(平均壓力)變化(上升)，大氣開放室52之壓力仍幾乎不會從大氣壓變化，此外，位於側板80b之側方而於內部收容有軸承84b的室、亦即由側板80b與潤滑油蓋88b包圍周圍的室R之內部壓力，亦幾乎不會受影響而大致維持在 大氣壓的狀態。
於以前述方式構成之真空泵10中，係驅動增壓泵12之馬達24及主泵14之馬達58，將導入於真空室之內部之處理氣體以增壓泵12及主泵14進行真空排氣。此時，位於大氣開放室52之側方而於內部收容軸承84b的室、亦即由側板80b與潤滑油蓋88b包圍周圍的室R會恆常地大致成為大氣壓，藉此能更確實地防止流入泵內部之處理氣體洩漏至軸承側，以保護軸承遠離處理氣體。
至此，雖已就本發明之一實施形態進行說明，惟本發明並未限定於前述之實施形態，自不待言，於其技術性思想之範圍內，亦可以種種不同形態來實施。例如，在前述實施形態中，雖顯示應用於多段魯式真空泵的例子，惟亦可應用於單段魯式真空泵，或於爪式真空泵之外，例如能應用於將魯式、爪式、螺旋式中之2方式或3方式全部組合在同一轉動軸上之真空泵。
10‧‧‧真空泵
12‧‧‧增壓泵
14‧‧‧主泵
16‧‧‧連絡配管
18‧‧‧泵室
20、54‧‧‧外主體
20a、54a‧‧‧吸氣口
20b、54b‧‧‧排氣口
22、56‧‧‧泵外殼
24、58‧‧‧馬達
26、60‧‧‧轉動軸
28、62a、62b、62c、62d、62e、62f‧‧‧轉子
30‧‧‧加熱夾套
32a、32b、80a、80b‧‧‧側板
34a、34b、82a、82b‧‧‧軸承蓋
36a、36b、84a、84b‧‧‧軸承
40a、40b、88a、88b‧‧‧潤滑油蓋
42a、42b、90a、90b‧‧‧沖洗氣體通路
50a‧‧‧第1段泵室
50b‧‧‧第2段泵室
50c‧‧‧第3段泵室
50d‧‧‧第4段泵室
50e‧‧‧第5段泵室
50f‧‧‧第6段泵室
52‧‧‧大氣開放室
64a、64b‧‧‧端壁
66a‧‧‧第1間隔壁
66b‧‧‧第2間隔壁
66c‧‧‧第3間隔壁
66d‧‧‧第4間隔壁
66e‧‧‧第5間隔壁
68‧‧‧內壁
70‧‧‧外壁
72a‧‧‧第1氣體通路
72b‧‧‧第2氣體通路
72c‧‧‧第3氣體通路
72d‧‧‧第4氣體通路
72e‧‧‧第5氣體通路
74‧‧‧保溫夾套
R‧‧‧室
第1圖係為顯示本發明實施形態之真空泵的縱剖面前視圖。
第2圖係為第1圖所示之真空泵所具備之主泵的第1段泵室之縱剖面側視圖。
10‧‧‧真空泵
12‧‧‧增壓泵
14‧‧‧主泵
16‧‧‧連絡配管
18‧‧‧泵室
20、54‧‧‧外主體
20a、54a‧‧‧吸氣口
20b、54b‧‧‧排氣口
22、56‧‧‧泵外殼
24、58‧‧‧馬達
26、60‧‧‧轉動軸
28、62a、62b、62c、62d、62e、62f‧‧‧轉子
30‧‧‧加熱夾套
32a、32b、80a、80b‧‧‧側板
34a、34b、82a、82b‧‧‧軸承蓋
36a、36b、84a、84b‧‧‧軸承
40a、40b、88a、88b‧‧‧潤滑油蓋
42a、42b、90a、90b‧‧‧沖洗氣體通路
50a‧‧‧第1段泵室
50b‧‧‧第2段泵室
50c‧‧‧第3段泵室
50d‧‧‧第4段泵室
50e‧‧‧第5段泵室
50f‧‧‧第6段泵室
52‧‧‧大氣開放室
64a,64b‧‧‧端壁
66a‧‧‧第1間隔壁
66b‧‧‧第2間隔壁
66c‧‧‧第3間隔壁
66d‧‧‧第4間隔壁
66e‧‧‧第5間隔壁
68‧‧‧內壁
70‧‧‧外壁
72a‧‧‧第1氣體通路
72b‧‧‧第2氣體通路
72c‧‧‧第3氣體通路
72d‧‧‧第4氣體通路
72e‧‧‧第5氣體通路
74‧‧‧保溫夾套
R‧‧‧室

Claims (3)

  1. 一種真空泵，係具有：泵外殼，係具有吸氣口與排氣口，並於內部具備以間隔壁區隔而成且相互地連通之複數段的泵室；轉動軸，係兩端以軸承轉動自如地支撐而沿著前述泵外殼的長度方向而配置；及複數個轉子，係分別收容於前述泵室內，並連結於前述轉動軸而伴隨著該轉動軸的轉動而轉動；最終段泵室係由吸氣側的間隔壁與排氣側的端壁所形成；前述排氣側的端壁的側方設有側板；在前述端壁與前述側板之間，設置有連通於該排氣口且開放至大氣的大氣開放室；前述泵外殼係具有雙重壁構造，該雙重壁構造係具備內壁及與該內壁隔開預定間隔而配置之外壁。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之真空泵，其中，在前述側板的內部，插通有前述轉動軸，且設置有對該轉動軸之插通部供給沖洗氣體之沖洗氣體通路。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之真空泵，其中，前述大氣開放室係具有一定的寬度。
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