专利名称：罗茨泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种罗茨泵，上述罗茨泵具有多个旋转轴和一个转子，上述多个旋转轴彼此相对地平行安排，而上述一个转子安排在每个旋转轴上，其中任何两个相邻旋转轴上的转子相互接合，并将一组接合的转子安放在罗茨泵内形成的一个泵室中。
背景技术：
在一种罗茨泵，或一种真空泵中，如未经审查的日本专利公报No.2002-221178中所公开的，一组两个转子成彼此接合旋转。两个接合的转子的旋转使气体转移，而同时压缩上述气体。具有多组这样两个转子的罗茨泵具有一个通道，上述通道在一个端壁中形成，上述端壁将任何两个相邻的泵室间隔开，上述泵室安排在旋转轴的轴向方向上，用于将气体从一个大容积的泵室转移到一个较小容积的泵室。
罗茨泵具有一个闭合空间，上述闭合空间在转子和面向转子的泵室其中一个周边壁表面之间形成，并且这个闭合空间与另一个闭合空间连通，上述另一个闭合空间在另一个转子和面向另一个转子的同一泵室另一个周边壁表面之间形成。端壁中的通道与这个合流空间(本发明中的一个合流通道)连通，和合流空间中的气体流入端壁内的通道中。
在用于制造半导体的薄膜生产法，如用于形成氮化薄膜的方法中，利用一种罗茨泵作为真空泵时，反应产物与气体一起流入罗茨泵中。当这种反应产物聚集在罗茨泵的泵室中时，罗茨泵的运转可能被终止。因此，必需防止反应产物在罗茨泵中聚集。
发明内容
按照本发明，一种罗茨泵具有一个壳体，多个旋转轴，一个合流通道和一个闭合空间。壳体在其中形成一个泵室。各旋转轴彼此相对平行地支承在壳体上。转子安装在各旋转轴上，及任何相邻旋转轴上的转子都处于彼此接合状态。一组接合的转子安放在泵室中。合流通道沿着与成对的和接合的转子一一对应的成对的假想掠过周边表面的一个交叉线形成。闭合空间在成对的转子和形成泵室的成对周边壁表面之间与各成对转子一一对应地形成。当成对的转子旋转时，闭合空间开始从合流通道的一个终端连接合流通道。
本发明的另一些情况和优点，从下面结合附图所作的说明将变得显而易见，上述附图当作例子示出本发明的原理。
可以认为是新颖的本发明特点在所附权利要求中详细陈述。通过参考下面本发明优选实施例与附图一起的说明，可以最好理解本发明及本发明的目的和优点，其中图1是按照本发明的第一优选实施例所述的整个罗茨泵纵向剖视图；图2是按照本发明的第一优选实施例所述的整个罗茨泵剖视平面图；图3是沿着图2中的线段I-I所作的剖视图；图4是沿着图2中的线段II-II所作的剖视图；图5是沿着图2中的线段III-III所作的剖视图；图6是沿着图2中的线段IV-IV所作的剖视图；图7是图1的一个局部放大的示意剖视图；图8A是按照本发明第一优选实施例所述的一种汽缸体示意透视图；图8B是按照本发明第一优选实施例所述的具有部分切去的汽缸体示意透视图；图9是按照本发明第二优选实施例所述的一种罗茨泵的局部放大示意剖视图；及图10是按照本发明第三优选实施例所述的一种罗茨泵的局部放大示意剖视图。
具体实施例方式
现在将参照图1-8B说明按照本发明所述罗茨泵10的第一优选实施例。
参见图1和2，罗茨泵或者一种真空泵10具有一个转子壳体11，一个连接到转子壳体11前端的前壳体12和一个连接到转子壳体11后端的后壳体13。这些转子壳体11，前壳体12和后壳体13协同工作，以便形成罗茨泵10的壳体。应该注意，图1的上侧和下侧分别对应于罗茨泵10的上侧和下侧。
转子壳体11包括一个与多个壁元件141整体式形成的汽缸体14和一个与多个壁元件151整体式形成的汽缸体15。各壁元件141，151分别是成对的，并且每个成对的壁元件141，151协同工作，以便形成一个端壁16。前壳体12和端壁16之间的一个空间和任何两个相邻端壁16之间的空间分别定义为泵室17，18，19，20。后壳体13和端壁16之间的一个空间定义为泵室21。泵室17，18，19，20，21这样形成，以使它们的宽度按这个次序逐渐减小。
如图2所示，前壳体12和后壳体13分别通过径向轴承23，24旋转式支承一个旋转轴22。同样，前壳体12和后壳体13分别通过径向轴承26，27旋转式支承一个旋转轴25。旋转轴22，25安排成彼此相对地平行，同时穿过端壁16延伸。
旋转轴22具有多个与其整体式形成的转子28，29，30，31，32。同样，转子轴25也具有多个与其整体式形成的转子33，34，35，36，37。与转子轴25一起形成的转子数等于与转子轴22一起形成的转子数。转子28-32当从旋转轴22的轴线221方向看时具有相同的形状和尺寸。同样，转子33-37当从旋转轴25的轴线251方向看时具有相同的形状和尺寸。转子28，29，30，31，32的厚度按这个次序减小，而转子33，34，35，36，37的厚度也按这个次序减小。
转子28，33相互接合安放在泵室17中，同时具有一个在它们之间形成的很小间隙。转子29，34同样相互接合安放在泵室18中。同样，转子30，35，转子31，36，及转子32，37分别安放在泵室19，20，21中。泵室17-21的容积按这个次序逐渐减小。
转子28，33在距壁表面很小距离处掠过或越过形成泵室17的内周边壁的表面59，60。转子29，34；30，35；31，36；和32，37同样分别越过形成泵室18，19，20，21的内周边壁表面61，62；63，64；65，66和67，68。
罗茨泵10还包括一个齿轮箱体38，上述齿轮箱体38装配到后壳体13上。旋转轴22，25贯穿后壳体13并伸入齿轮箱体38。齿轮39，40分别固定到旋转轴22，25的伸出端上，用于相互接合。一个电动机M装配到齿轮箱体38上，并通过一个联轴节47把电动机M的驱动功率传送到旋转轴22上，因而使旋转轴22朝图3-6中箭头R1所指的方向旋转。旋转轴25通过齿轮39，40接收电动机M的驱动功率，因而朝旋转轴22相反的方向，或朝图3-6中箭头R2所指的方向旋转。
图3中所示的圆弧C1表示在转子28的旋转期间被转子28掠过的一个假想的周边表面区域，而圆弧C2表示在转子33的旋转期间被转子33掠过的一个假想的周边表面区域。由圆弧C1，C2所表示的假想周边表面以后称之为掠过周边表面C1，C2。这两个圆弧或掠过周边表面C1，C2如图3中所示在两个点S和U处相交(实际上S和U是垂直于图3图面延伸的交叉线，并且这些假想交叉线的其中之一S在图7中示出)。泵室17在其中形成一个合流通道49，上述合流通道49沿着交叉线S延伸。合流通道49位于一个区域处，上述区域邻近交叉线S，并被掠过周边表面C1，C2和形成泵室17的周边壁表面包围。泵室17其中还形成一个分流通道50，上述分流通道50沿着其中另一个交叉线延伸，上述另一个交叉线用U表示。分流通道50位于一个区域处，上述区域邻近交叉线U，并被掠过的周边表面C1，C2和形成泵室17的周边壁表面包围。
如图1和6所示，泵室18-21也分别在其中形成合流通道51，52，53，54，和也形成分流通道55，56，57，58。象在泵17的情况下那样，掠过周边表面C1，C2在泵室18-21中示出，如图5和6中所示。
如图1所示，合流通道49的一个通道表面491具有一种平面形状和一个倾斜表面，上述倾斜表面从前壳体12这侧朝后壳体13这侧向下倾斜。同样，合流通道51，52，53的通道表面511，521，531也分别具有一种平面形状和一个倾斜表面，上述倾斜表面从前壳体12这侧朝后壳体13这侧向下倾斜。
图8A和8B分别示出合流通道49，51，52，53的通道表面491，511，521，531。通道表面491设置比对应于转子28周边壁表面59的最低部分591高和也设置比对应于转子33的周边壁表面60的最低部分601高。同样，通道表面511设置比对应于转子29周边壁表面61的最低部分611高，和也设置比对应于转子34周边壁表面62的最低部分621高。通道表面521设置比对应于转子30周边壁表面63的最低部分631高，和也设置比对应于转子35周边壁表面64的最低部分641高。通道表面531设置比对应于转子31周边壁表面65的最低部分651高，和也设置比对应于转子36周边壁表面66的最低部分661高。合流通道49，51，52，53的通道表面491，511，521，531分别形成构成泵室17，18，19，20的壁表面其中一部分。
各个合流通道49，51，52，53的通道表面491，511，521，531分别与周边壁表面59-66连接。通道表面491的侧面边缘492，493分别是合流通道49的通道表面491和周边壁表面59，60之间的连接部分。平面通道表面491从前壳体12的这侧朝后壳体13的这侧向下倾斜，并且还设置分别比周边壁表面59，60的最低部分591，601高。因此，通道表面491的侧面边缘492，493从前壳体12的这侧朝后壳体的这侧逐渐增加式相互间隔开。换句话说，合流通道49的宽度，也就是说通道表面491的宽度，从前壳体12的这侧朝后壳体13的这侧逐渐变宽，并且合流通道49在其终端495处的宽度大于起始端494的宽度。同样，合流通道51-53的宽度，也就是说，通道表面511-531的宽度也从前壳体12的这侧朝后壳体13的这侧逐渐增加式变宽。
如图1和4所示，端壁16在其中形成一个通道48。端壁16其中还形成通道48的一个入口481和一个出口482。合流通道49，51，52，53分别与通道48的入口481连通，并且任何两个相邻的泵室17，18，19，20，21分别通过端壁16中的通道48相互连通。每个通道48都具有一个在其底部处形成的倾斜表面483。倾斜表面483从后壳体13这侧朝前壳体12这侧向下倾斜。与合流通道49连接的通道48的倾斜表面483延续到合流通道49的通道表面491中。同样，与合流通道51连接的排气通道48的倾斜表面483延续到合流通道51的通道表面511中。与合流通道52连接的排气通道48的倾斜表面483延续到合流通道52的通道表面521中。与合流通道53连接的排气通道48的倾斜表面483延续到合流通道53的通道表面531中。
一个闭合空间P1在转子28和形成泵室17的周边壁表面59之间形成，和一个闭合空间P2在转子28和形成泵室17的周边壁表面60及转子33之间形成。在转子28，33的旋转于合流通道49处彼此相遇的情况下，闭合的空间P1，P2从分流通道50朝合流通道49方向移动。同样，在其它泵室18～21中形成类似的闭合空间，如图5和6中P1，P2所示。
如图1和3所示，汽缸体14在其中形成一个吸气口142，上述吸气口与泵室17的分流通道50连通。如图1和6所示，汽缸体15在其中形成一个排气口152，上述排气口152与泵室21的合流通道54连通。
如图1所示，一个法兰41连接到排气口152上。一个消音器42连接到法兰41上，及一个导管43连接到消音器42上。另外，一个排气管44连接到导管43上。排气管44连接到一个废气处理装置(未示出)上。
导管43其中安放一个阀体45和一个回动弹簧46。导管43其中形成一个锥形阀孔431，并且阀体45可操纵以便打开和闭合阀孔431。回动弹簧46朝使阀孔431闭合的方向推动阀体45。导管43，阀体45和回动弹簧46协同操作式用作防止气体逆向流动的装置。
当罗茨泵10的电动机M开始运转时，旋转轴22，25旋转，并因此，内部真空目标区(未示出)中的气体通过吸气口142引入泵室17。通过吸气口142引入泵室17分流通道50中的气体被吸入闭合的空间P1，P2，和然后通过转子28，33的旋转朝合流通道49方向转移。传送到合流通道49的气体从端壁16的入口481流入排气通道48。和然后通过出口482转移到下一个(或下游)泵室18的分流通道55。同样，气体按其中泵室容积减小的次序，也就是说，按泵室18，19，20，21的次序从一个泵室转移到另一个泵室。换句话说，引入泵室17的气体由其一个接一个地转移到泵室18-21，而同时被压缩。转移到泵室21的气体然后通过排气口152，法兰41，消音器42和防回流装置排放到废气处理装置。
合流通道49，51，52，53其中每一个都具有一个前端和一个后端，上述前端在前壳体12的这一侧上，而上述后端在后壳体13的这一侧上，如图7所示合流通道49的起始端494和终端495所表示的。端壁16中通道48的各入口481分别延续到合流通道49，51，52，53中。换句话说，合流通道49，51，52，53的后端对应于泵室17-20通道48的连通侧。
按照第一优选实施例，得到下列有利的效果。应该注意，上述效果将只参照合流通道49说到，但同样的效果可从其它合流通道49，51，52，53得到。
(1-1)引入分流通道50的气体被吸入闭合空间P1，P2，并借助于转子28，33的旋转朝合流通道49方向转移。因为合流通道49的平面通道表面491从前壳体12的这侧朝后壳体13的这侧向下倾斜，同时空间P1，P2中气体相遇首先是在合流通道49的终端495处发生。也就是说，闭合空间P1，P2和合流通道49之间的一个连通口从合流通道49的终端495的这侧打开。
如果闭合的空间P1，P2相遇是在合流通道49的起始端494和终端495二者处同时发生，则闭合的空间P1，P2的气体从合流通道49的起始端494和终端495二者中同时流入合流通道49。这种流入往往会造成邻近合流通道49起始端494的气体滞流，并因此当在用于制造半导体的薄膜生产法中利用罗茨泵作为一种真空泵时，反应产物往往会聚集在滞流点处。
当闭合的空间P1，P2从合流通道49的终端495朝对面的起始端494方向连接合流通道49时，闭合的空间P1，P2中的气体起初是在终端495处流动，和然后流动到合流通道49。当闭合的空间P1，P2由于转子28，33的进一步旋转而朝合流通道49方向移动时，闭合的空间P1，P2与合流通道49之间的连通口从终端495朝起始端494扩张。结果，在合流通道49中发生如图7中箭头Q所示的气流。沿着合流通道49的气流帮助消除邻近合流通道49起始端494的滞流作用，因而解决了反应产物往往会在合流通道49的起始端494附近聚集的问题。
(1-2)按照第一优选实施例，平面通道表面491从合流通道49的起始端494朝其终端495方向向下倾斜。
在这种向下倾斜的通道结构中，通道表面491的侧面边缘492，493从合流通道49的起始端494朝其终端495方向延伸，而同时被远离交叉线S进一步间隔开。因此，在转子28这侧上的闭合空间P1和在转子33这侧上的闭合空间P2开始从合流通道49的终端495连接合流通道49。在合流通道49的平面通道表面491从合流通道49的起始端494朝其终端495方向向下倾斜的这种结构中，闭合空间P1，P2开始有利地从合流通道49的终端495连接合流通道49。
(1-3)在第一优选实施例中，合流通道49沿着由成对掠过周边表面C1，C2形成的两个交叉线其中的下面交叉线S形成，而分流通道50沿着上面交叉线U形成。也就是说，合流通道49安排在分流通道50的下方。分流通道50中的气体借助于成对转子28，33的旋转被吸入闭合的空间P1，P2中。总之，分流通道50中的气体通过闭合的空间P1，P2向下转移到合流通道49，并且分流通道50中的反应产物也通过闭合的空间P1，P2向下转移到合流通道49中。因此，反应产物的转移平衡地进行。
因而，按照第一优选实施例，位于分流通过50下方的合流通道49的通道表面491从合流通道49的起始端494朝其终端495方向向下倾斜。因此，反应产物往往会通过它自己的重量很容易在合流通道49的通道表面494上从起始端494朝终端495方向转移。其中具有一种安排用于防止反应产物聚集的合流通道49位于分流通道50下方的结构，对于消除与反应产物在罗茨泵10中聚集有关的问题是有效的。
(1-4)罗茨泵10是一种多级式泵，它包括多个泵室17-21，上述泵室17-21分别安排在旋转轴22，25的轴221，251方向上。在这种多级罗茨泵10中，排气通道48在端壁16中形成，用于将气体从一个泵室转移到它相邻的泵室，并且朝旋转轴22，25的轴221，251方向延伸的合流通道49的终端495必需连接到排气通道48上。因此，尤其是在多级罗茨泵20中合流通道49的开始端494附近，往往会发生滞流作用。因此，多级罗茨泵10适合于本发明的应用。
(1-5)设置在排气通道48下方的倾斜表面483帮助气体平稳地流动，以便有助于防止反应产物的聚集。
本发明不限于上述实施例，而是可以改变成下面一些可供选择的
(1)按照如图9所示的第二优选实施例，形成一个合流通道49A，所述合流通道49A具有一个通道表面69，其中一个通道表面69包括一个倾斜表面691和一个水平表面692。倾斜表面691位于合流通道49A的起始端附近，而水平表面692位于合流通道49A的终端附近。在这种情况下，一个闭合的空间开始从水平表面692这侧连接合流通道49A。
(2)按照如图10所示的第三优选实施例，合流通道49B这样形成，以使斜的通道表面70从交叉线S的中部延伸。
(3)在一个可供选择的实施例中，合流通道形成一个弯曲的通道表面。
(4)在一个可供选择的实施例中，只对各泵室其中一部分，例如，对具有最大宽度尺寸的泵室17提供具有一斜通道表面的合流通道，而对其它泵室18-21提供具有水平通道表面的合流通道。
(5)在第一优选实施例中，合流通道这样形成，以便当闭合的空间P1，P2连接合流通道49时，闭合空间P1，P2的其中之一开始从合流通道49的终端495连接。
(6)本发明可以应用于只有一个泵室的罗茨泵。
(7)在一个可供选择的实施例中，倾斜表面483如此修改，以使它是一个水平表面。
(8)在一个可供选择的实施例中，倾斜表面483如此修改，以使它是一个弯曲表面。
(9)本发明可以应用于其中分流通道设置在合流通道下方的罗茨泵。
因此，本发明的一些例子和实施例可以看作是示例性的和不是限制性的，并且本发明不限于本文所规定的细节，而是在所附权利要求范围可以进行修改。
权利要求
1.罗茨泵，包括一个壳体，在其中形成一个泵室；多个旋转轴，相对彼此平行地支承在壳体上；安装在各旋转轴上的转子，任何相邻旋转轴上的转子相互接合，一组接合的转子安放在泵室中；一个合流通道，沿着与成对和接合的转子一一对应的成对假想掠过周边表面的一个交叉线形成；及一个闭合空间，在成对的转子和形成泵室的成对周边壁表面之间与各成对转子一一对应地形成，其中闭合空间随成对的转子的旋转最初从合流通道的终端连接合流通道。
2.按照权利要求1所述的罗茨泵，还包括一个端壁，形成泵室的一部分及其中的一个通道，其中合流通道连接到通道的一个入口上。
3.按照权利要求1所述的罗茨泵，其中合流通道的终端比合流通道的起始端宽。
4.按照权利要求3所述的罗茨泵，其中合流通道的侧边缘从合流通道的起始端朝向合流通道的终端与交叉线间隔开。
5.按照权利要求1所述的罗茨泵，其中合流通道具有一个平面通道表面，上述平面通道表面从合流通道的起始端朝合流通道的终端方向向下倾斜。
6.按照权利要求1所述的罗茨泵，还包括一个分流通道，沿着与成对的转子一一对应的掠过周边表面的另一个交叉线形成，其中分流通道位于合流通道的上方。
7.按照权利要求1所述的罗茨泵，其中在旋转轴的轴向方向上安排多个泵室。
8.按照权利要求1所述的罗茨泵，其中合流通道在不是具有最小容积的泵室的泵室中形成。
9.按照权利要求1所述的罗茨泵，其中合流通道具有包括倾斜表面和水平表面的通道表面。
10.按照权利要求9所述的罗茨泵，其中倾斜表面位于合流通道的起始端附近，而水平表面位于合流通道的终端附近。
11.按照权利要求1所述的罗茨泵，其中合流通道的斜通道表面从交叉线的中部延伸。
12.按照权利要求1所述的罗茨泵，其中罗茨泵是多级式泵。
全文摘要
一种罗茨泵具有一个壳体，多个旋转轴，一个转子，一个合流通道和一个闭合空间。壳体在其中形成一个泵室。各旋转轴彼此相对平行地支承在壳体上。转子安装在每个旋转轴上，并且在任何相邻旋转轴上的转子都相互接合。一组接合的转子安放在泵室中。合流通道沿着与成对并接合的转子一一对应的假想掠过周边表面的一个交叉线形成。闭合空间在成对的转子和形成泵室的成对周边壁表面之间与各成对转子一一对应地形成。闭合空间在成对的转子旋转情况下开始从合流通道的终端连接合流通道。
文档编号F04C18/18GK1550674SQ200410044758
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月18日 优先权日2003年5月19日
发明者山本真也, 桑原卫, 藤原三佳, 星野伸明, 佳, 明 申请人:株式会社丰田自动织机