專利名稱：真空泵轉(zhuǎn)子及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及諸如半導體制造過程中所用的干燥真空泵以及泵的制造方法，特別是涉及用于這種泵的轉(zhuǎn)子及其制造方法。
現(xiàn)有
背景技術：
一種干燥真空泵中包含一對具有漸開線或擺線突起部形狀的轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子在一個泵罩中旋轉(zhuǎn)，而通過各突起部相互緊密相連，從而抽吸流體。在各突起部之間具有100μm左右的間隙，以避免使用潤滑劑。
許多傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子均由實心材料制成。有多種方法用于制造這種實心轉(zhuǎn)子，其中包括將突起部與軸整體鑄造；或鑄造帶有插入實心軸的突起部；或通過鍵將突起部固定在一個軸上。然而，這種實心轉(zhuǎn)子很重并且在加工和組裝過程中難以處理。此外，它們帶有很大的慣性矩，因此需要很大的力矩以對它們進行動態(tài)控制。為此，可以考慮中空轉(zhuǎn)子結構，其中轉(zhuǎn)子可以由片材或板材制成。
在這種泵中，由于中空轉(zhuǎn)子在泵的操作中要承受壓力變化，因此需要在轉(zhuǎn)子上提供一個通氣孔，以使轉(zhuǎn)子不會在內(nèi)外壓差下變形。然而，在這種情況下，由于儲存的濕度或腐蝕性處理氣體的作用，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部會產(chǎn)生污染的可能。此外，轉(zhuǎn)子內(nèi)部聚集的殘余氣體可能在泵的維護和修理過程中釋放出來，因此對人有危險。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種用于干燥真空泵中的中空轉(zhuǎn)子以及制造中空轉(zhuǎn)子的方法。轉(zhuǎn)子的特征在于，其內(nèi)部可以防止水的侵入并抵抗因施加的應力而引起的變形，這種應力在真空泵的操作過程中經(jīng)常會遇到。
這個目的可以由這樣一種用于真空泵中的中空轉(zhuǎn)子實現(xiàn)，該轉(zhuǎn)子包含一個轉(zhuǎn)子殼，其成形得與若干突起部構成的輪廓一致；側板，它們用于覆蓋住轉(zhuǎn)子殼的橫端；以及一個轉(zhuǎn)軸，其固定在所述側板上，其中，一個形成于轉(zhuǎn)子殼和所述側板中的中空部分處于真空環(huán)境中。
這樣，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部是密封中空結構，因此泵的重力可以顯著降低，并可以防止轉(zhuǎn)子內(nèi)部生銹，此外，通過在真空環(huán)境中制造中空轉(zhuǎn)子，因此可以降低在泵的操作中產(chǎn)生的任何壓差。
在轉(zhuǎn)子中，可以在一個側板上的一個表面位置上帶有一個平衡孔，該平衡孔的底部在側板的厚度尺寸之內(nèi)。這樣，每個轉(zhuǎn)子可以通過側板上的平衡孔而實現(xiàn)平衡，以獲得動態(tài)穩(wěn)定性，而又不會破壞中空部分內(nèi)的真空狀態(tài)。
中空轉(zhuǎn)子可以通過一種方法制造，該方法包含將成形于轉(zhuǎn)子殼和所述側板中的中空部分抽真空。轉(zhuǎn)子殼和所述側板可以通過焊接結合在一起。
抽真空過程可以通過下面的過程實現(xiàn)在真空和/或高溫環(huán)境中進行至少一個最終中空部分成形過程，從而在中空轉(zhuǎn)子中形成真空。
或者，中空部分可以通過中空轉(zhuǎn)子中提供的一個抽真空通道抽真空的，在抽真空過程完成之后，抽真空通道被氣密性密封住。


圖1是本發(fā)明的真空泵轉(zhuǎn)子局部剖開的軸向視圖；圖2是圖1所示實施例的橫向橫截面圖；圖3是通過圖1中的A-A平面的橫向橫截面圖；圖4是采用圖1-3中所示轉(zhuǎn)子的真空泵的一個例子的橫向橫截面端視圖；圖5是制造本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的另一種方法的軸向局部剖開視圖；以及圖6是制造本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的又一種方法的軸向局部剖開視圖。
實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例下面將通過各附圖解釋優(yōu)選實施例。圖1-3顯示了一個兩突起部式轉(zhuǎn)子10。該轉(zhuǎn)子10中包含一個轉(zhuǎn)子殼12由一個或多個板件制成，板件則由例如不銹鋼材料制成并彎曲成突起部L的輪廓；以及一對側板16，它們上整體固定著一個轉(zhuǎn)軸14。突起部L的輪廓為漸開線或擺線形狀，如傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子中的那樣。
一個轉(zhuǎn)子殼12由兩個相同形狀的殼部件18對接并在整個寬度上焊接對接表面而制成。如圖2所示，對接部分20從轉(zhuǎn)子10的突起部L的頂點部分T偏移一個角度θ。頂點部分T是與外罩內(nèi)表面和另一個轉(zhuǎn)子以一定間隙保持接觸的部分，其確定了真空泵的抽吸性能。出于這個原因，易于形成波紋的對接部分20離開頂點部分T以保持頂點部分T的尺寸精度，從而提高抽吸性能。
在這個例子中，轉(zhuǎn)子殼12由兩個殼部件18構成，二者通過焊接結合在一起。因此，不需要對大的帶料多次彎曲，從而可以改進制造過程和精度。此外，轉(zhuǎn)子殼12被分割為多件，件數(shù)等于突起部L的個數(shù)(本例中為兩個)，從而獲得兩個形狀相同的轉(zhuǎn)子殼部件18。這種方法簡化了殼部件18的制造過程和結構。在實際中，可以以任何方式分割，而且轉(zhuǎn)子殼可以由一條帶料制成。
側板16可以由一張厚度略大于轉(zhuǎn)子12的板料制成，并被加工(沖壓)而使其外形與轉(zhuǎn)子12的形狀一致。在側板16的中央成形出一個軸孔16a，用于插入一個轉(zhuǎn)軸14并將轉(zhuǎn)軸沿整個圓周焊接在板16上，在板16的表面上的一個適宜位置上有一個平衡孔16b，其底部在板的厚度之內(nèi)伸展而不穿透板，用以平衡調(diào)節(jié)。側板16連接到轉(zhuǎn)子殼12的橫端部分，并沿整個周邊焊接到轉(zhuǎn)子殼12，以形成一個真空狀態(tài)的密封中空部分22。
下面將解釋上面所述轉(zhuǎn)子10的制造方法。首先，通過諸如壓機沖裁等方法準備一張矩形備用板，通過彎曲加工將備用板制成具有一定形狀的殼部件18。將兩個這樣的殼部件18對接在一起并使它們相對應軸心具有180度的相位差，在整個寬度上焊接對接部分，從而制成一個帶有兩個敞開橫端部分的轉(zhuǎn)子殼12。
同時，通過諸如壓機沖裁等方法切割帶料以制成側板16，使側板上具有一個軸孔16a和適宜的能夠裝配在轉(zhuǎn)子殼12內(nèi)部的外形。通過軸孔16a插入軸14，并通過諸如弧焊等方法在一個適宜的位置上沿整個圓周將軸焊接在側板16上。將焊接的側板16插入轉(zhuǎn)子殼12內(nèi)部，并沿整個周邊通過諸如激光焊接等方法在真空和/或高溫狀態(tài)下將接觸部分焊接在一起，從而制成一個帶有真空內(nèi)環(huán)境的中空部分22。焊縫可以通過磨削等方法修光，如需要，可以加工出平衡孔16b。
在上面的加工過程中，也可以先將一個轉(zhuǎn)子殼12與兩個側板16焊接在一起，再焊接軸14。在這種情況下，通過在真空和/或高溫狀態(tài)下將轉(zhuǎn)軸14焊接到側板16上，可以使中空部分22具有真空環(huán)境。
圖4是一個采用了通過上述方法制造的轉(zhuǎn)子10的真空泵30的橫向視圖。外罩32上帶有兩個平行的轉(zhuǎn)軸14，它們一起被相互嚙合的齒輪(未畫出)驅(qū)動，兩個轉(zhuǎn)子10的相位角彼此相互適宜地偏移。由于中空轉(zhuǎn)子10，這種類型的真空泵重力低且動量小，并具有極好的動態(tài)響應特性。此外，由于轉(zhuǎn)子10可以通過低成本的機加工過程制造，因此泵的制造費用也很低。
此外，由轉(zhuǎn)子殼12和側板16隔開的中空部分22與外界環(huán)境完全隔離，因此中空部分22不會出現(xiàn)內(nèi)表面問題和積聚氣體等問題。中空部分22處于真空環(huán)境下，因此，在抽吸過程中當外罩32的內(nèi)壓降低時，轉(zhuǎn)子10的內(nèi)外壓差很小。這樣，可防止轉(zhuǎn)子10的變形。此外，當泵不工作時，轉(zhuǎn)子10暴露在大氣壓下，但壓差最大為一個大氣壓，因此不會出現(xiàn)大的變形，而且，壓力的方向為壓縮方向，因此不會出現(xiàn)可能導致轉(zhuǎn)子之間或轉(zhuǎn)子與泵壁間相接觸的變形。
圖5中顯示了制造根據(jù)本發(fā)明的真空泵的另一種方法的例子。在這種方法中，一個抽真空輔助裝置50連接著一個側板16上的一個開孔16a。抽真空輔助裝置50包含一個在相應端部帶有凸緣52、54的管子56以及一個可以在管子56中沿軸向移動的內(nèi)部可移動插塞部件58?？梢苿硬迦考?8上包含一個密封插塞60和一個通過軸64連接著的導頭62。密封插塞60和軸64可以通過，例如，螺紋連接著，從而可以拆卸。在管子56內(nèi)周邊的一端帶有一個擋塊(一個臺階)66，用以防止導頭62脫出。
導頭62的外周邊帶有弧形部分和直邊部分，如圖5C所示，從而可以通過直邊部分形成的空間抽真空，同時又使頭62能在管子56中滑動。密封插塞60用于配合側板16上的開孔16a的橫截面形狀，并且在本例中帶有一個臺階部分和一個圓錐部分。軸64的長度可以這樣選擇，即當管子56固定在側板16上后，可移動插塞部件58可以在軸向移動一小段距離d，如圖5B所示。
抽真空輔助裝置50通過一個凸緣52的粘結或點焊而固定到側板16上，如圖5A所示。抽真空輔助裝置50還通過一個凸緣54而固定到一個抽真空管子40上，并通過與抽真空管子40相連的排氣泵而實現(xiàn)抽真空。在這種情況下，可移動插塞部件58在吸力的作用下向外移動直至導頭62觸及擋塊66。這個動作將在密封插塞60與側板16上的開孔16a之間產(chǎn)生一個間隔，從而確保轉(zhuǎn)子10的內(nèi)部中空部分22能被抽真空。當排氣泵停止后，可移動插塞部件58被中空部分22中的真空拉動而向內(nèi)移動，以使密封插塞60關閉開孔16a。為提高密封狀況，可以在密封插塞60與開孔16a之間的適宜位置上安置彈性密封件。
在這種狀態(tài)下，管子56被拆卸下來，從而可以觸及開孔16a，以將密封插塞60通過諸如焊接等方法固定在開孔16a周圍。這樣，可以密封住中空部分22。軸64可以在焊接之前或之后的任何時間拆下。在這個方法中，只要密封插塞60未脫落，中空部分中的真空度即可以保持在一定程度上。通過上述各步驟，可以可靠地將轉(zhuǎn)子10的中空部分排空至很高程度的真空。
圖6中顯示了另一種制造方法。在本例中，轉(zhuǎn)軸14上帶有一個真空通道14a，該真空通道在軸14的內(nèi)端側向中空部分22敞開。當在大氣壓下如前所述完成組裝過程后，一個管子42連接到真空通道14a上，以將轉(zhuǎn)子10的中空部分抽真空。當適宜的真空度達到之后，真空通道14a的開口被密封住而管子42被取走，從而使中空部分22中具有適宜的真空環(huán)境。
工業(yè)應用性本發(fā)明可以作為轉(zhuǎn)子用在半導體制造過程所用干燥真空泵中。
權利要求
1.一種用于真空泵中的中空轉(zhuǎn)子，其包含一個轉(zhuǎn)子殼，其成形得與若干突起部構成的輪廓一致；側板，它們用于覆蓋住上述轉(zhuǎn)子殼的橫端；以及一個轉(zhuǎn)軸，其固定在所述側板上，其中，一個形成于上述轉(zhuǎn)子殼和所述側板中的中空部分處于真空環(huán)境中。
2.根據(jù)權利要求1的中空轉(zhuǎn)子，其特征是，其中，在一個上述側板上的一個表面位置上帶有一個平衡孔，上述平衡孔的底部在上述側板的厚度尺寸之內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1的中空轉(zhuǎn)子，其特征是，其中，上述轉(zhuǎn)子殼由至少一個板狀轉(zhuǎn)子殼部件構成，上述轉(zhuǎn)子殼部件通過彎曲過程而成形得與若干突起部構成的輪廓一致。
4.根據(jù)權利要求3的中空轉(zhuǎn)子，其特征是，其中，上述轉(zhuǎn)子殼部件的結合邊緣從所述突起部的頂點偏移開。
5.根據(jù)權利要求3的中空轉(zhuǎn)子，其特征是，其中，上述轉(zhuǎn)子殼部件由多個上述轉(zhuǎn)子殼部件構成，所述轉(zhuǎn)子殼部件的數(shù)量與所述突起部的數(shù)量相對應。
6.根據(jù)權利要求3的中空轉(zhuǎn)子，其特征是，其中，上述轉(zhuǎn)子殼部件的邊緣通過焊接結合在一起。
7.根據(jù)權利要求1的中空轉(zhuǎn)子，其特征是，其中，上述轉(zhuǎn)子殼和所述側板通過焊接結合在一起。
8.一種制造中空轉(zhuǎn)子的方法，上述中空轉(zhuǎn)子包含一個轉(zhuǎn)子殼，其成形得與若干突起部構成的輪廓一致；側板，它們用于覆蓋住上述轉(zhuǎn)子殼的橫端；以及一個轉(zhuǎn)軸，其固定在所述側板上，上述方法包含將成形于上述轉(zhuǎn)子殼和所述側板中的一個中空部分抽真空。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其特征是，其中，上述轉(zhuǎn)子殼和所述側板通過焊接結合在一起。
10.根據(jù)權利要求8的方法，其特征是，其中，至少一個最終中空部分成形過程是在真空和/或高溫環(huán)境中進行的，從而在上述中空轉(zhuǎn)子中形成真空。
11.根據(jù)權利要求8的方法，其特征是，其中，上述中空部分是通過上述中空轉(zhuǎn)子中提供的一個抽真空通道抽真空的，在抽真空過程完成之后，上述抽真空通道被氣密性密封住。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其特征是，其中，上述抽真空通道提供于上述側板中。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其特征是，其中，上述抽真空通道由一個以可拆卸方式固定在所述側板的一個開孔上的抽真空輔助裝置提供，上述抽真空輔助裝置中包含一個內(nèi)部可移動插塞部件，上述插塞部件上帶有一個插塞部分以關閉上述開孔。
14.根據(jù)權利要求11的方法，其特征是，其中，上述抽真空通道提供于上述轉(zhuǎn)軸中。
15.一種真空泵，其包含一對轉(zhuǎn)子、一個封閉著上述一對轉(zhuǎn)子的泵罩以及一個用于同步旋轉(zhuǎn)上述一對轉(zhuǎn)子的驅(qū)動機構，所述轉(zhuǎn)子中分別包含一個轉(zhuǎn)子殼，其成形得與若干突起部構成的輪廓一致；側板，它們用于覆蓋住上述轉(zhuǎn)子殼的橫端；以及一個轉(zhuǎn)軸，其固定在所述側板上，其中，一個形成于上述轉(zhuǎn)子殼和所述側板中的中空部分處于真空環(huán)境中。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)子,其內(nèi)部可以防止水的侵入并抵抗因施加的應力而引起的變形,這種應力在真空泵的操作過程中經(jīng)常會遇到。轉(zhuǎn)子中包含一個成形得與若干突起部構成的輪廓一致的轉(zhuǎn)子殼以及用于覆蓋住轉(zhuǎn)子殼橫端的側板。一個轉(zhuǎn)軸固定在所述側板上。一個由轉(zhuǎn)子殼和側板形成的中空部分處于真空環(huán)境中。
文檔編號F04C18/12GK1256744SQ99800137
公開日2000年6月14日 申請日期1999年2月15日 優(yōu)先權日1998年2月13日
發(fā)明者石橋良光, 臼井克明, 新井賢 申請人:株式會社荏原制作所