TWI583869B - 幫浦 - Google Patents

Description

幫浦

本發明係關於一種幫浦，且特定言之，但非排它地，本發明係關於一種乾式幫浦。

乾式幫浦係其幫浦室內不設有潤滑劑的乾式幫浦。雖然沒有潤滑劑，但乾式幫浦經常被應用於抽吸腐蝕性的流體。例如，乾式幫浦用以控制半導體處理期間的處理環境，其用途包括抽吸高腐蝕性的化學品，例如氟、氯、溴及其反應性物質。歸因於缺少防護潤滑劑，幫浦室內零件的腐蝕會影響抽吸性能且有時導致咬粘及因此引起抽吸故障。

在不具一體式軸轉子的乾式幫浦(即，轉子部件安裝於軸上)中，腐蝕經常發生在轉子與軸/軸套的接合處或焊接處。在一乾式幫浦的低真空階段此影響尤其明顯，其中，歸因於空氣壓縮造成的升高的溫度及壓力會引起幫浦零件的更多腐蝕。

轉子與軸套/軸焊接在一起使得難以移除轉子用於維護或再製造。通常，必須採用焊炬、錘子及/或鑿子移除該等零件。這會造成軸承、轉子及軸套的損壞，而不得不進行更換。這亦導致增加的部件使用及工時且降低了可維持性。

為減少腐蝕問題，已知的係將石墨噴霧施加到軸/軸套上。這會使得裝載(安裝)及移除(例如)Northey或爪、該軸/軸套上的轉子變得更加容易。亦已知的係噴塗聚四氟乙烯(PTFE)至軸/軸套上。如此採用噴霧或粉末的問題係高腐蝕性的氣體(例如氟)會快速侵蝕塗層，所以對於幫浦而言，可用於抽吸此等氣體，需要替代的解決方案。

本發明提供一種幫浦軸及一種安裝在該軸上繞著該軸旋轉的幫浦部件，其等具有在當該幫浦部件安裝至該軸上時接觸的各自接觸表面，且形成該等接觸表面之至少一者使得該接觸表面上的腐蝕產物實質上不相容於另一接觸表面，因此實質上防止該軸與幫浦部件在該等接觸表面處由於腐蝕造成的接合。

本發明亦包括一種幫浦軸及一種安裝在該軸上繞著該軸旋轉的幫浦部件，其等具有在當該幫浦部件安裝至該軸上時接觸的各自接觸表面，且形成該等接觸表面之至少一者使得該接觸表面上的腐蝕產物實質上不相容於另一接觸表面，因此實質上防止該軸與幫浦部件在該等接觸表面處由於腐蝕造成的接合。。

本發明亦包括一種乾式幫浦，其包括一幫浦室且具有至少部分安裝在該幫浦室內的一第一部件及安裝在該幫浦室內的該第一部件上之一第二部件，該第一部件具有與該第二幫浦部件的一接觸表面接觸的一第一部件接觸表面。形成該等第一及第二部件接觸表面之一者使得在使用該乾式幫浦期間形成的腐蝕產物在空間上不相容於另一接觸表面。

為更好地理解本發明，將參考圖式描述僅以實例給出的一些實施例。

參考圖1，顯示一乾式幫浦14的一第一軸10及一第二軸12支撐各自轉子16、18，例如在一羅茨(roots)幫浦或一爪形幫浦中。該等轉子16、18係與該等軸10、12滑動配合且經由鍵或其他合適的固定裝置固定至該等軸使得其繞著該等軸旋轉。該等轉子16、18位於由一端板22部分界定的一幫浦室20內。該端板22與支撐該等軸10、12的滾珠軸承24配合且與防止潤滑劑進入該幫浦室20及防止抽吸流體在該軸與該端板之間溢出之密封系統26配合。該幫浦室20的該等軸10、12上設有各自的軸套28、30。該幫浦室20及轉子16、18經組態使得該等轉子之旋轉造成流體被抽吸通過該幫浦室。如以下更詳細地描述，該等軸10、12具有與該等轉子16、18各自的接觸表面34配合的接觸表面32。在說明中，該等轉子16、18的該等接觸表面34係容納有該等軸10、12的接觸表面32之鑚孔。

熟習此項技術者熟悉乾式幫浦(例如爪形幫浦及羅茨幫浦)的構造及操作。基於該理由且由於瞭解本發明不需要一乾式幫浦的進一步描述，故該乾式幫浦的其他零件及操作將不在本文加以描述。

參考圖2及圖3，本發明的一態樣旨在形成該等軸10、12與轉子16、18的至少一接觸表面32、34，使得在發生腐蝕之情況下，該表面的腐蝕產物不相容於另一接觸表面，使得該等接觸表面之間的區域中的腐蝕不會造成該等表面以一變得難以自該等軸移除該等轉子之方式接合。

參考圖2，該軸10的接觸表面32已經被腐蝕且其上形成一腐蝕層36。類似地，該轉子16的接觸表面34已經被腐蝕且其上形成一腐蝕層38。因為該等腐蝕層36、38不相容，所以大體上兩者不會接合或焊接在一起。因此雖然發生了腐蝕，但是應相對易於分離該軸10及轉子16且應希望拆卸兩者。在該幫浦所暴露的氣體會導致形成主要由氟化物組成的腐蝕層的情況下，形成該等接觸表面32、34使得形成的該等氟化物層在化學上及在空間上不會彼此相容且兩者大體上不會接合在一起。

參考圖3，該轉子16的接觸表面34已經被腐蝕且其上形成一腐蝕層38。該軸10的該接觸表面包括與該腐蝕層38不相容的一塗層40使得兩者大體上不會接合或焊接在一起。因此雖然發生了該轉子接觸表面38之腐蝕，但是應相對易於分離該軸10及轉子16且應希望拆卸兩者。在該幫浦所暴露的氣體會導致形成主要由氟化物組成的一腐蝕層的情況下，形成該軸的塗層使得其與該氟化物腐蝕層在化學上及在空間上不會彼此相容。

應瞭解為易於圖形表示，極放大了圖2及圖3所示的該等腐蝕層及塗層的厚度。

現將在一環境中的幫浦用途之上下文中描述六個具體實施例，在該環境中，該幫浦室20的若干部分將暴露於造成形成以氟化物為主的腐蝕產物的化學製品中。

在一第一實施例中，該等軸10、12由燒結碳化矽(SiC)製成且該等轉子16、18由一含鐵材料製成，例如鑄鐵，如球墨鑄鐵。如果該等軸10、12及轉子16、18的各自接觸表面32、34被腐蝕，則該等SiC軸的腐蝕產物將不相容於該等鑄鐵轉子的氟化鐵腐蝕產物。一SiC軸的其它優點包括：

i)　高導熱性；

ii)　低熱膨脹係數；

iii)　抗異常震動性；

iv)　直至達到大約800℃的溫度，SiC不受任一酸、鹼金屬或熔鹽的侵蝕；及

v)　在大約1200℃溫度下，SiC形成一層氧化矽(SiO₂)保護塗層且該塗層可以在至高達大約1800℃溫度下使用。

在一第二實施例中，該等軸10、12或該等轉子16、18的接觸表面包括一層含氟聚合物塗層且該等配合接觸表面由一含鐵材料(如鑄鐵(例如球墨鑄鐵))形成。在此情況下，該含鐵接觸表面的氟化鐵腐蝕產物不相容於該含氟聚合物，所以該等轉子16、18與該等軸10、12實質上無焊接處。

在一第三實施例中，該等軸10、12的接觸表面包括一類鑽石碳層且該等轉子16、18的配合接觸表面由的一含鐵材料(如鑄鐵(例如球墨鑄鐵))形成。類鑽石碳層係非晶碳材料膜，其顯示天然鑚石的一些性質。類鑽石碳塗層可用於需要改良硬度及耐磨性之處。類鑽石碳塗層(舉例而言)可以經由碳原子的原離子束沈積、碳濺射沈積或一射頻電漿沈積予以施加。

如果類鑽石碳層已經被腐蝕，則腐蝕產物(氟化碳)不相容於該等轉子的接觸表面的氟化鐵腐蝕產物，所以該等軸與轉子之間實質上無焊接處。

在一第四實施例中，該等軸10、12的接觸表面經鍍鋁且其等所配合之該等轉子的接觸表面係由一含鐵材料(如鑄鐵(例如球墨鑄鐵))形成。經由熱浸漬一含鐵材料於矽鋁合金中產製鍍鋁產物。此製程在該含鐵子板與該層合金塗層之間產製一緊致的冶金結合，產製顯示良好抗腐蝕性的一零件。

如果該等鍍鋁表面已經被腐蝕，則腐蝕產物不相容於該等轉子的接觸表面的氟化鐵腐蝕產物，所以該等軸與轉子之間實質上無焊接處。

在一第五實施例中，該等軸10、12或轉子16、18的接觸表面包括一黑色氧化鐵及聚合物膜表面且該等轉子的配合接觸表面係由一含鐵材料(如鑄鐵(例如球墨鑄鐵))形成。

如果該黑色氧化物及聚合物膜表面已經被腐蝕，則腐蝕產物不相容於該等轉子的氟化鐵腐蝕產物，所以該等軸與轉子之間實質上無焊接處。該鑄鐵轉子的腐蝕產物將不會相容於該塗層的腐蝕產物。類似地，該鑄鐵轉子的腐蝕產物不會相容於該黑色氧化物/聚合物膜，反之亦然。

在一第六實施例中，該等軸10、12或轉子16、18的接觸表面包括一層鋅塗層，例如一層黃鋅塗層，且該等轉子的配合接觸表面係由一含鐵材料(如鑄鐵(例如球墨鑄鐵))形成。該層黃鋅塗層較佳遵循有害物質規定，例如歐盟有害物質限制條例2002/95。

如果該等鍍鋅表面已經被腐蝕，則腐蝕產物(氟化鋅)不相容於該等轉子的氟化鐵腐蝕產物，所以該等軸與轉子之間實質上無焊接處。

在一第七實施例中，該等軸10、12或該等轉子16、18的接觸表面包括一層鍍鎳層且其他表面係鐵。氟化鎳不相容於氟化鐵。因此，鎳明顯不會與氟產生腐蝕。

應瞭解，雖然顯示的實施例中的該等軸係實心軸，但是該等軸可以係管狀的或部分中空的。

應瞭解，本發明不限制於乾式幫浦的該等軸及轉子。例如該等接觸表面可以係一乾式幫浦的一軸及軸套之接觸表面。或者，該等接觸表面可以係任一幫浦且尤其是意欲抽吸容易造成該等接觸表面腐蝕的流體的幫浦的軸套、軸及/或轉子之表面。

該等描述的實施例中所選擇的材料係適用於抽吸會造成氟化物腐蝕的氣體(例如氟)的幫浦。應瞭解對於期望產生不同腐蝕產物的應用，應選擇與該等腐蝕產物不相容的材料使得該等接觸表面之間實質上無歸因於幫浦流體造成的腐蝕而引起的接合處或焊接處，零件意欲接觸使得該等零件易於拆卸。

10．．．幫浦軸

12．．．幫浦軸

14．．．乾式幫浦

16．．．轉子

18．．．轉子

20．．．幫浦室

22．．．端板

24．．．滾珠軸承

26．．．密封系統

28．．．軸套

30．．．軸套

32．．．接觸表面

34．．．接觸表面

36．．．腐蝕層

38．．．腐蝕層

40．．．塗層

圖1係一乾式幫浦的一示意性圖形表示；

圖2係一乾式幫浦(如圖1所示幫浦)的一軸與轉子之間的腐蝕層的一示意性圖形表示；及

圖3係一乾式幫浦(如圖1所示幫浦)的一轉子與一軸的一經塗佈表面之間的一腐蝕層的一示意性圖形表示。

10．．．幫浦軸

12．．．幫浦軸

14．．．乾式幫浦

16．．．轉子

18．．．轉子

20．．．幫浦室

22．．．端板

24．．．滾珠軸承

26．．．密封系統

28．．．軸套

30．．．軸套

Claims (11)

1. 一種乾式真空幫浦，其包含：一幫浦軸及一安裝在該軸上繞著該軸旋轉的幫浦部件，該幫浦軸及該幫浦部件具有在當該幫浦部件可移除地安裝至該軸上時互相結合的各自接觸表面，且該等接觸表面之至少一者係經形成一材料層使得其腐蝕產物形成於其上時，該腐蝕產物實質上不相容於另一接觸表面形成之一材料層或該層形成之腐蝕產物，因此實質上防止該軸與該幫浦部件在該等接觸表面處由於腐蝕造成的接合，其中該等腐蝕產物包括氟化物，且其中該幫浦部件係一轉子且其之該接觸表面係由一鑽孔界定，當該轉子安裝至該軸時，該軸之該接觸表面容納於該鑽孔中。
2. 如請求項1之乾式真空幫浦，其中該軸及幫浦部件之一者的至少該接觸表面係由燒結碳化矽製成且該軸及幫浦部件之另一者的至少該接觸表面係由具有與燒結碳化矽的該等腐蝕產物不相容的腐蝕產物的一材料製成。
3. 如請求項1之乾式真空幫浦，其中該軸及幫浦部件之一者的至少該接觸表面具有一層含氟聚合物塗層且該軸及幫浦部件之另一者的至少該接觸表面係由具有與該層含氟聚合物塗層不相容的腐蝕產物的一材料製成。
4. 如請求項1之乾式真空幫浦，其中該軸及幫浦部件之一者的至少該接觸表面具有一層類鑽石碳塗層且該軸及幫浦部件之另一者的至少該接觸表面係由具有與該層類鑽石碳塗層的腐蝕產物不相容的腐蝕產物的一材料製成。
5. 如請求項1之乾式真空幫浦，其中該軸及幫浦部件之一者的至少該接觸表面經鍍鋁且該軸及幫浦部件之另一者的至少該接觸表面係由具有與該鍍鋁的接觸表面的該等腐蝕產物不相容的腐蝕產物的一材料製成。
6. 如請求項1之乾式真空幫浦，其中該軸及幫浦部件之一者的至少該接觸表面經鍍鋅且該軸及該幫浦部件之另一者的至少該接觸表面係由具有與該鍍鋅的接觸表面的該等腐蝕產物不相容的腐蝕產物的一材料製成。
7. 如請求項1之乾式真空幫浦，其中該軸及幫浦部件之一者的至少該接觸表面具有一層黑色氧化物聚合膜塗層且該軸及幫浦部件之另一者的至少該接觸表面係由具有與該黑色氧化物聚合膜塗層的該等腐蝕產物不相容的腐蝕產物的一材料製成。
8. 如請求項1之乾式真空幫浦，其中製成該軸及幫浦部件的另一者之至少該接觸表面的該材料係一含鐵材料。
9. 如請求項8之乾式真空幫浦，其中該含鐵材料的一腐蝕產物係氟化鐵。
10. 如請求項8之乾式真空幫浦，其中該含鐵材料包括球墨鑄鐵。
11. 一種乾式幫浦，其包括如請求項1之幫浦軸及幫浦部件，該幫浦部件安裝在該幫浦軸上使得該等各自接觸表面接觸。