[發明專利]一種直排大氣的羅茨干式真空泵轉子及其加工工藝

有效

• 申請號: 200610155910.2
• 申請日: 2006-12-31
• 公開（公告）號: CN101210556A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 王光玉;張振厚;劉坤;秦柏林
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司
• 主分類號: F04C18/14
• 分類號: F04C18/14;F04C25/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及羅茨泵設計，具體地說是一種直排大氣的羅茨干式真空泵轉子及其加工工藝。

背景技術

IC裝備行業是國家發展戰略的重要行業。在IC裝備行業中，70％的工作需要在對潔凈度要求苛刻的真空環境下進行，例如化學氣相沉積、離子注入、蒸發、濺射、外延生長、刻蝕、封裝、檢測等。在每一條IC生產線中，都要應用大量獲得與維持清潔真空環境的干式真空獲得設備。以一條月產2.5萬片8英寸晶圓片的中檔工藝IC生產線為例，通常需用各種干式真空泵上千臺，投資占設備投資的20％左右。作為IC裝備的關鍵設備之一，干式真空獲得設備由于產業技術門檻高，生產與銷售一直被國外幾家大公司壟斷，如日本荏原、德國普發、英國愛德華、德國萊寶、法國阿爾卡特等占據了世界上95％以上的市場份額，國內生產廠家幾乎沒有形成產業化的產品。

羅茨真空泵由羅茨鼓風機演變而來，包括高真空多級羅茨泵、中真空羅茨增壓泵和直排大氣的干式羅茨泵，廣泛用于化工、造紙、冶金、薄膜制備、食品等行業，也是IC裝備行業中常用的一種真空泵。國內羅茨真空泵的研究和制造較早，但適合于IC裝備行業嚴格要求的羅茨干泵并不多見，致使該設備長期依賴進口。

羅茨轉子是羅茨真空泵的最關鍵的核心部件。在用于IC裝備行業的干式羅茨泵中，一對羅茨轉子的生產成本占總成本的40％左右。

直排大氣羅茨干泵的發展情況如下：

1854年，美籍以色列人FRANCIS?M.ROOTS和PHILAND?H.ROOTS兩兄弟在旋轉鼓風機的基礎上發明了羅茨鼓風機(P.H.ROOTS.ROTARY?BLOWER[P].USPATENT.No.30157.1860.9；F.M.ROOTS.ROTARY?PUMP[P].US?PATENT.No.325276.1885.9)，并陸續申請了多項美國專利，并對型線進行了修改。在隨后的近150年里，許多學者和機械師相繼對羅茨型線進行修正和發展，以滿足不同場合的需求。

1900年，美國人RALPH?C.ENYART對羅茨型線作了改進，發明了如圖1所示的羅茨型傳輸泵。1954年，出現了羅茨真空泵；在羅茨真空泵應用20年之后，CLAUSWINKELSTRATER等德國人將這種結構用于羅茨真空泵的設計上，從而發明了具有氣冷式結構、可直排大氣的干式羅茨真空泵(CLAUS?WINKELSIRATER，et?al.ROTARY-PISTON?MACHINE[P].US?PATENT.No.3817667.1974.6)。德國學者JHenning撰文(J?Henning，H?lang.Roots?pumps?for?high?difference?pressures?with?cooling?bygas?circulation[J].Vacuum?1976：26(7)：273-276；J.Henning，H.Lang.WGK_Cpumps：Gas-cooled?roots?pumps-chemical?series.Joumal?of?Vacuum?Science?andTechnology[J].1978，Vol.15?No.2，pp.784.)介紹了這種羅茨干泵的氣冷原理、極限壓力、抽氣性能、能量消耗和加熱控溫等，指出這種泵采用兩根轉子軸在齒輪端固定的懸壁梁式結構，保證齒輪的潤滑油不進入到真空泵腔，特別適合于抽除半導體工業中的含有大量可凝性氣體和化工廢氣，獲得清潔無油的真空環境。法國學者L.C.Valdes等(L.C.Valdes，Renaud?Theis，et?al.Calculating?transient?flows?through?ducts?of?nonconstantrectangular?shape.Vacuum?1997：48(839-843)；L.C.Valdes，Benoit?Barthod，et?al.Accurateprediction?of?internal?leaks?in?stationary?dry?roots?vacuum?pumps.Vacuum1999：52(451-459))，推導了通過非恒定矩形截面下過渡流的流導計算，并結合Knudsen-Dong法則研究了非運轉狀態下通過氣冷式羅茨干泵間隙的靜態泄漏理論，并通過試驗進行了驗證，但曾指出：Knudsen-Dong法則不適用于羅茨干泵的運轉模擬。