[0001] 本发明涉及一种在充当用于生产半导体、液晶、太阳能电池、LED等的制造方法的一部分的诸如CVD工艺或刻蚀工艺的工艺中使用的真空泵，并且更具体地，涉及一种在可升华气体或腐蚀气体趋于流入真空泵的工艺中使用的真空泵。

[0002] 连接到真空室以排放被引入真空室的工艺气体的真空泵通常包括泵壳和可转动地容纳在泵壳内的转子，其中，泵壳具有入口、出口和限定在其中的泵室。当转子在泵室内围绕其自身的轴线转动时，已通过入口流入泵室的工艺气体由转子压缩并随后通过出口从泵室排出。转子固定地安装在延伸穿过泵壳的相应转动轴上。每个转动轴具有通过相应轴承可转动地支承的相对端，轴承设置在泵壳的相应侧上的相应轴承舱内。

[0003] 因此，连接到真空室的真空泵的泵壳的入口区域保持在与真空室内的真空在同一水平的真空下，并且真空壳的出口区域基本上保持在大气压力下，因为它通向大气。转动轴的相对端通过相应轴承可转动地支承，并且通过接触式密封或非接触式密封密封，以保护轴承不受由已进入轴承的工艺气体产生的产物损坏。非接触式密封被广泛地用于密封转动轴，用于保护转动轴不受接触引起的损坏。

[0004] 当通过使用具有例如多级的多个泵室的多级真空泵排空真空室或类似物时，真空泵内的工艺气体的压力随着工艺气体流经真空泵的连续的泵室(诸如第一泵室、第二泵室和第三泵室)逐步地增加。在每个泵室中，工艺气体在泵室的出口侧的压力比在其入口侧的压力高。因此，最后级泵室内的工艺气体的压力基本上等于其出口侧(排放口)的大气压力，并且低于其入口侧的大气压力。如果非接触式密封用于密封转动轴以防止转动轴上的过度磨损，那么邻近最后级泵室并且在其中容纳轴承的轴承舱内的工艺气体的压力与最后级泵室内的压力(平均压力)相当。例如，如果最后级泵室的出口侧(排放口)的压力基本上是大气压力760Torr并且最后级泵室的入口侧的压力是比大气压力低的200Torr，那么邻近最后级泵室的轴承舱内的压力是大约480Torr(=(760+200)／2)。

[0005] 最后级泵室的入口侧的压力由于来自真空室或类似物的工艺气体的流入而改变。例如，当工艺气体从真空室流入最后级泵室时，最后级泵室的入口侧的压力从200Torr上升到300Torr。另一方面，由于出口侧通过泵排放管通向大气，最后级泵室的出口侧的压力基本上保持大气压力不变。当最后级泵室的入口侧的压力从200Torr上升到300Torr时，最后级泵室内的压力(平均压力)增加到530(=(760+300)／2)Torr，其比邻近最后级泵室的轴承舱内的压力480Torr高。

[0006] 当最后级泵室内的平均压力由此变得比邻近最后级泵室的轴承舱内的压力高时，被引入最后级泵室的工艺气体趋于泄漏到轴承舱内。如果工艺气体包含可升华气体或类似物，那么由于轴承舱通常保持在低温，由工艺气体产生的产物沉积在设置于轴承舱内的轴承和用于润滑轴承的润滑剂上，由此趋于损坏轴承。

[0007] 已经提出了一种干式泵，其在保持在相对高温的泵室和保持在相对低温的润滑剂室之间具有中空隔热中间室和用于制冷剂穿过其通过的冷却通道，以便使润滑剂的蒸发最小化，由此将润滑剂室内的润滑剂有效地保持在低温，同时保持泵室在高温，以有助于诸如可凝性气体或可升华气体的气体的排放(参见日本特开平专利公开文献No2005-105829)。

[0008] 引用列表

[0009] 专利文献

[0010] 【PTL1】日本特开平专利公开文献No2005-105829

[0011] 技术问题

[0012] 日本特开平专利公开文献No2005-105829中公开的干式泵用于使润滑剂的蒸发最小化，由此将润滑剂室内的润滑剂有效地保持在低温，同时保持泵室在高温，以有助于诸如可凝性气体或可升华气体的气体的排放。但是，这里公开的干式泵不涉及保护轴承不受工艺气体的影响，该轴承设置在轴承舱内，轴承舱设置在泵壳的一侧上。已经广泛地习惯将诸如氮气或类似物的吹扫气体引入转动轴上的非接触式密封，以防止工艺气体泄漏到轴承内。但是，由于泵室内的压力受到被引入转动轴上的非接触式密封的吹扫气体的量的增加的不利影响，在能够被引入转动轴上的非接触式密封的吹扫气体的量上存在一定限制。

[0013] 本发明是鉴于背景技术中的上述情况作出的。因此，本发明的目的是提供一种能够有效地防止被引入泵室的工艺气体泄漏到轴承内，由此保护轴承不受工艺气体影响的真空泵。

[0014] 为了实现上述目的，本发明提供一种真空泵，包括：泵壳，所述泵壳具有入口、出口和限定在其中的泵室；转动轴，所述转动轴具有通过轴承可转动地支承的相对端部并且在泵壳中纵向地延伸；和转子，所述转子容纳在泵室内并且联接到转动轴用于与转动轴一致地转动。所述泵壳具有限定在其中的通向大气的舱，所述通向大气的舱保持与泵壳的出口流体连通并且通向大气。

[0015] 由于保持与泵壳的出口流体连通并且通向大气的通向大气的舱靠近出口设置，即使当泵室内的压力改变并且非接触式密封用于密封转动轴时，定位在通向大气的舱的外侧并且在其中容纳轴承之一的室总是基本上保持在大气压力。因此，可靠地防止被从真空室引入泵室的工艺气体泄漏到定位在通向大气的舱的外侧并且在其中容纳轴承之一的室内。轴承由此得到保护不受工艺气体影响。

[0016] 在本发明的优选方面，所述泵室包括保持彼此流体连通的多个泵室，并且所述转子包括分别设置在泵室内用于与转动轴一致地转动的多个转子。

[0017] 如果真空泵是多级真空泵，当最后级泵室的出口侧(排放口)基本上在大气压力时，最后级泵室的入口侧的压力低于大气压力。当工艺气体从真空室流入最后级泵室时，最后级泵室内的压力(平均压力)改变，例如增加。但是，由于通向大气的舱设置在最后级泵室的外侧，因此防止最后级泵室内的压力(平均压力)改变影响定位在通向大气的舱的外侧并且在其中容纳轴承之一的室内的压力。

[0018] 在本发明的优选方面，真空泵还包括：设置在泵壳的端壁上的侧板，转动轴延伸经过所述侧板，所述侧板具有限定在其中的吹扫气体通道，所述吹扫气体通道用于向转动轴的设置在侧板中的一部分供应吹扫气体。

[0019] 由于吹扫气体通道限定在转动轴延伸穿过的侧板内，为了将吹扫气体供应到转动轴的设置在侧板内的部分，在侧板和转动轴之间设置非接触式密封，用于防止转动轴遭受接触引起的磨损。

[0020] 根据本发明，即使当泵室内的压力改变时，由于定位在通向大气的舱的外侧并且在其中容纳轴承之一的室总是保持在大气压力，防止已流入泵室的工艺气体泄漏到定位在通向大气的舱的外侧并且在其中容纳轴承之一的室内。轴承由此得到可靠的保护不受工艺气体影响。附图说明

[0021] 图1是根据本发明的实施方式的真空泵的竖向截面前视图。

[0022] 图2是设置在图1中所示的真空泵内的真空泵的主泵的第一级泵室的竖向截面侧视图。

[0023] 现在将参照附图描述本发明的优选实施方式。图1是根据本发明的实施方式的真空泵10的竖向截面前视图。如图1所示，真空泵10包括设置在真空侧的增压泵12和设置在大气侧的主泵14，增压泵12和主泵14通过接管16彼此连接。在该实施方式中，主泵14包括六级罗茨真空泵，并且增压泵12包括单级罗茨真空泵。

[0024] 增压泵12包括泵壳22和一对转动轴26，泵壳22具有大致柱形的外筒20，在外筒20中限定泵室18，转动轴26穿过泵壳22设置，并且通过给电马达24供能，转动轴26能够围绕其自身的轴线在分别相反的方向上同步转动。泵室18容纳一对转子28，诸如双叶转子，该对转子28在泵室18内可转动并且该对转子28之间有预定间隙。转子28分别固定地安装在转动轴26上。外筒20具有限定在其壁中并且连接到从待被真空泵10排空的真空室或类似物延伸的排放管(未示出)的入口20a，和限定在其壁中并且连接到接管16的出口20b。当通过给电马达24供能使转子28围绕其自身的轴线在分别相反的方向上同步转动时，来自真空室或类似物的工艺气体经过入口24a流入泵室18、通过泵室18内的转子
28压缩、并且随后经过出口20b排放到接管16中。在图1中，仅图示了转动轴26中的一个、转子28中的一个、和基于来自电马达24的驱动功率用于致动转动轴26的机构中的一个。另一转动轴、另一转子和另一机构定位在后面，远离图1的观察者。

[0025] 在该实施方式中，泵壳22的外筒20的外周表面除了入口20a和出口20b之外由大致中空柱形形状的加热器套30环绕。当被供能时，加热器套30加热泵室18的内部。

[0026] 增压泵12在其中通常保持在高真空水平(低压水平)，并且由于其不产生大量压缩热而具有低温。因此，即使泵室18内的压力低，已流入泵室18的包含在工艺气体中的可升华物质或类似物易于沉积在泵室18的内周表面上。但是，通过用如上所述的加热器套30增加泵室18内的温度，阻止已流入泵室18的包含在工艺气体中的可升华物质或类似物沉积在泵室18的内周表面上。

[0027] 两个侧板32a、32b分别布置在泵壳22的轴向端部上。转动轴26在其外端处通过容纳在轴承箱34a、34b内的轴承36a、36b可转动地支承，轴承箱34a、34b分别安装在侧板32a、32b上。用于在其中保持润滑剂的两个润滑剂箱40a、40b设置在侧板32a、32b的相应外侧表面上。电马达24具有联接到润滑剂箱中的一个40b的马达箱。

[0028] 侧板32a、32b具有用于向侧板32a、32b中的转动轴26的部分供应吹扫气体(诸如氮气或类似物)的相应吹扫气体通道42a、42b，以防止工艺气体从泵室18流出进入轴承36a、36b。从吹扫气体通道42a、42b供应的吹扫气体在侧板32a、32b和转动轴26之间提供非接触式密封，用于保护转动轴26不受接触引起的磨损。

[0029] 该实施方式的主泵14包括六级罗茨真空泵，并且包括泵壳56和一对转动轴60，泵壳56具有大致柱形的外筒54，在外筒54中限定六个泵室50a-50f，即，第一至第六级泵室50a-50f，限定在外筒54中的通向大气的舱52邻近第六级泵室50f，转动轴60穿过泵壳56布置，并且通过给电马达58供能，转动轴60能够围绕其自身的轴线在分别相反的方向上同步转动。如图2所示，设置在主泵14的抽吸侧的第一级泵室50a容纳在其中可转动的一对转子62a，诸如三叶转子。类似地，第二级泵室50b容纳在其中可转动的一对转子62b，诸如三叶转子，并且第三级泵室50c容纳在其中可转动的一对转子62c，诸如三叶转子。第四级泵室50d容纳在其中可转动的一对转子62d，诸如三叶转子，第五级泵室50e容纳在其中可转动的一对转子62e，诸如三叶转子，并且设置在主泵14的排放侧的第六级泵室50f容纳在其中可转动的一对转子62f，诸如三叶转子。转子62a-62f的一个线性排列固定地安装在转动轴60中的一个上，而转子62a-62f的另一线性排列固定地安装在另一转动轴60上。

[0030] 泵壳56具有闭合外筒54的相应相对端的一对端壁64a、64b和将外筒54的内部隔开的五个(即，第一至第五)隔壁66a-66e。端壁64a和第一隔壁66a在其间限定外筒54中的第一级泵室50a。第一隔壁66a和第二隔壁66b在其间限定外筒54中的第二级泵室50b。第二隔壁66b和第三隔壁66c在其间限定外筒54中的第三级泵室50c。第三隔壁
66c和第四隔壁66d在其间限定外筒54中的第四级泵室50d。第四隔壁66d和第五隔壁66e在其间限定外筒54中的第五级泵室50e。第五隔壁66e和端壁64b在其间限定外筒54中的第六级泵室50f。端壁64b和邻近端壁64b并且与端壁64b轴向间隔开的侧板80b在其间限定通向大气的舱52。

[0031] 如图2所示，当第一级泵室50a内的转子62a通过电马达56围绕其自身的轴线在分别相反的方向上同步转动时，工艺气体从第一级泵室50a的连接到接管16的上入口侧引入第一级泵室50a、通过第一级泵室50a内的转子62a压缩、并且随后通过第一级泵室50a的下出口侧从第一级泵室50a排出。工艺气体随后在第二至第六级泵室50b-50f中被类似地压缩。

[0032] 外筒54具有限定在其侧壁中的入口54a和限定在其侧壁中的出口54b，入口54a连接到接管16并且保持与第一级泵室50a的上入口侧流体连通，出口54b保持与第六级(最后级)泵室50f的下出口侧流体连通。出口54b还通过端壁64b保持与通向大气的舱52流体连通。通过这种结构，通向大气的舱52被允许通过出口54b通向大气。泵壳56的外筒54具有双壁结构，包括内壁68和设置在内壁68外侧并且与内壁68分开一定距离的外壁70，在内壁68和外壁70之间限定第一至第五气体通道72a-72e。具体地，第一气体通道72a围绕第一级泵室50a延伸，并且第二气体通道72b围绕第二级泵室50b延伸。第三气体通道72c围绕第三级泵室50c延伸，第四气体通道72d围绕第四级泵室50d延伸，并且第五气体通道72e围绕第五级泵室50e延伸。第五气体通道70e还围绕第六级泵室50f延伸。

[0033] 气体通道72a-72e具有通过泵室50a-50e的相应下出口侧保持与相应泵室50a-50e流体连通的相应部分，并且还具有通过泵室50b-50f的相应上入口侧保持与相应泵室50b-50f流体连通的相应部分。因此，如图2中所示，从入口54a通过第一级泵室50a的上入口侧流入第一级泵室50a的工艺气体在第一级泵室50a内被压缩，并且随后通过第一级泵室50a的下出口侧从第一级泵室50a流入第一气体通道72a。接着，工艺气体在第一气体通道72a内向上流动并且到达第二级泵室50b的上入口侧。工艺气体通过第二级泵室
50b的上入口侧流入第二级泵室50b，并且在第二级泵室50b中被压缩，并且随后通过第二级泵室50b的下出口侧从第二级泵室50b流入第二气体通道72b。接着，工艺气体在第二气体通道72b内向上流动并且到达第三级泵室50c的上入口侧。随后，工艺气体在第三至第六级泵室50c-50f中被压缩并流经第三至第六级泵室50c-50f。之后，工艺气体从第六级泵室50f的下出口侧通过出口54b从主泵14排出。

[0034] 根据该实施方式，由于泵壳56的外筒54具有在其中限定了气体通道72a-72e的双壁结构，泵室50a-50f的内部通过流经气体通道72a-72e的高温工艺气体与泵室50a-50f的外部可靠地热隔离，由此使主泵14的内部保持在高温，以防止包含在工艺气体中的可升华气体或类似物转化成固体物质并沉积在主泵14中，即，在泵壳56的内周表面上。特别地，从泵室50a-50e的下出口侧经过气体通道72a-72e流至下一级中的泵室50b-50f的上入口侧的高温工艺气体有效地加热泵室50a-50f。

[0035] 在该实施方式中，泵壳56的外筒54的外周表面除了入口54a和出口54b之外由大致中空柱形形状的隔热套74环绕。隔热套74使泵室50a-50f的内部与其外部热隔离，由此保持泵室50a-50f的内部恒温。

[0036] 两个侧板80a、80b分别设置在泵壳56的端壁64a、64b上。转动轴60在其外端处通过容纳在轴承箱82a、82b内的轴承84a、84b可转动地支承，轴承箱82a、82b分别安装在侧板80a、80b上。用于在其中保持润滑剂的两个润滑剂箱88a、88b设置在侧板80a、80b的相应外侧表面上。电马达58具有联接到润滑剂箱中的一个88b的马达箱。侧板80a、80b具有用于向侧板80a、80b中的转动轴60的部分供应吹扫气体(诸如氮气或类似物)的相应吹扫气体通道90a、90b，以防止工艺气体从泵室50a-50f流出进入轴承84a、84b。从吹扫气体通道90a、90b供应的吹扫气体在侧板80a、80b和转动轴60之间提供非接触式密封，用于保护转动轴60不受接触引起的磨损。已流过吹扫气体通道90b的吹扫气体还流入通向大气的舱52。

[0037] 根据该实施方式，保持与出口54b流体连通并且通向大气的通向大气的舱52限定在靠近工艺气体在其中具有最高压力的第六级(最后级)泵室50f的端壁64b和邻近端壁64b设置的侧板80b之间。在其中容纳轴承箱82的润滑剂箱88b安装在侧板80b上，轴承
84b设置在轴承箱82内。因此，即使当第六级(最后级)泵室50f内的压力改变时，定位在通向大气的舱52的外侧并且在其中容纳轴承84b的室R，即，由侧板80b和润滑剂箱88b环绕的室R，总是基本上保持在大气压力。因此，可靠地阻止已流入泵室50a-50f的工艺气体泄漏到定位在通向大气的舱52的外侧并且在其中容纳轴承84b的室R内。轴承84b由此得到保护不受工艺气体影响。

[0038] 轴承84b得到保护不受工艺气体影响的原因将在下面描述。如果在转动轴60和侧板80b之间存在非接触式密封，并且第六级(最后级)泵室50f直接定位在侧板80b旁边，或换句话说，如果去掉通向大气的舱52，那么定位在通向大气的舱52的外侧并且在其中容纳轴承84b的室R、即，由侧板80b和润滑剂箱88b环绕的室R内的压力基本上等于第六级(最后级)泵室50f内的平均压力。例如，如果第六级泵室50f的出口侧的压力是大气压力760Torr并且其入口侧的压力例如是比大气压力低的200Torr，由侧板80b和润滑剂箱88b环绕的室R内的压力是大约480Torr(=(760+200)／2)。当第六级泵室50f的入口侧的压力由于来自真空室的工艺气体的流入而改变(即，从200Torr增加到300Torr)时，第六级泵室50f内的平均压力增加到530Torr(=(760+300)／2)。因此，工艺气体通过侧板80b和转动轴60之间的间隙从第六级泵室50f流入室R，直到室R内的压力上升至530Torr。

[0039] 根据该实施方式，保持与出口54b流体连通并且通向大气的通向大气的舱52限定在靠近第六级(最后级)泵室50f的端壁64b和邻近端壁64b设置的侧板80b之间。因此，即使当第六级泵室50f内的压力(平均压力)如上所述改变(即，增加)时，通向大气的舱52内的压力保持大气压力不变，并且因此定位在通向大气的舱52的外侧并且在其中容纳轴承84b的室R、即，由侧板80b和润滑剂箱88b环绕的室R内的压力不受第六级泵室50f内的压力改变的影响，而是基本上保持在大气压力。

[0040] 由此构造的真空泵10通过给增压泵12的电马达24和主泵14的电马达58供能以致动增压泵12和主泵14排放工艺气体来操作，该工艺气体已被从真空室引入例如真空室内。由于定位在通向大气的舱52的外侧并且在其中容纳轴承84b的室R、即，由侧板80b和润滑剂箱88b环绕的室R总是基本上保持在大气压力，可靠地阻止已被引入主泵14的工艺气体泄漏到轴承84b内。因此，轴承84b得以保护不受工艺气体影响。

[0041] 虽然已经参照优选实施方式对本发明进行了描述，但可以理解的是，在如这里表达的发明构思的范围内，本发明不限于上述实施方式。例如，在该实施方式中，本发明应用到多级罗茨真空泵。但是，本发明的原理还可应用到不同类型的真空泵，例如，单级罗茨真空泵、爪型真空泵、螺杆式真空泵、或在共用转动轴上包括罗茨、爪型和螺杆式泵机构中的至少两种的真空泵。

[0042] 工业实用性

[0043] 本发明可应用到在可升华气体或腐蚀气体趋于流入真空泵的工艺中使用的真空泵。