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V型槽的径向密封结构
申请号	CN202310390185.0	申请日	2023-04-13	公开(公告)号	CN116518079A	公开(公告)日	2023-08-01
申请人	江苏鹏举半导体设备技术有限公司;			发明人	张洪国; 夏益伟; 周同亮; 唐继远; 刘磊;
摘要	本发明公开了一种V型槽的径向密封结构，包括第一压环，第一压环的下端面具有压环斜面；第二压环，第二压环的内壁上设置有斜面台阶，形成第一内壁、第二内壁，第一内壁的口径大于第二内壁的口径，第一压环装配于第一内壁上，斜面台阶与压环斜面之间留有间隙；轴密封环，轴密封环位于间隙内，轴密封环的上、下端面分别设置有上斜面、下斜面，上斜面与压环斜面、下斜面与斜面台阶均形成V型槽；两根密封圈，两根密封圈位于分别位于两圈V型槽内；进气筒，进气筒的外壁与第一压环、第二压环装配连接，进气筒的外壁迫使两根密封圈分别向V型槽挤压，并挤压固定轴密封环。该径向密封结构有利于密封圈的压缩、使得密封效果更好、便于安装和拆卸。
权利要求	1.一种V型槽的径向密封结构，其特征在于，包括：第一压环(1)，所述第一压环(1)的下端面具有压环斜面(1a)；第二压环(2)，所述第二压环(2)的内壁上设置有斜面台阶(3)，形成第一内壁(3a)、第二内壁(3b)，所述第一内壁(3a)的口径大于第二内壁(3b)的口径，所述第一压环(1)装配于第一内壁(3a)上，所述斜面台阶(3)与压环斜面(1a)之间留有间隙；轴密封环(4)，所述轴密封环(4)位于间隙内，所述轴密封环(4)的上、下端面分别设置有上斜面(4a)、下斜面(4b)，所述上斜面(4a)与压环斜面(1a)、下斜面(4b)与斜面台阶(3)均形成V型槽(5)；两根密封圈(6)，每根所述密封圈(6)的横截面为圆形，两根所述密封圈(6)位于分别位于两圈V型槽(5)内；进气筒(7)，所述进气筒(7)的外壁分别与第一压环(1)的内壁、第二压环(2)的第二内壁(3b)装配连接，所述进气筒(7)的外壁迫使两根密封圈(6)分别向V型槽(5)挤压，并挤压固定所述轴密封环(4)。 2.根据权利要求1所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述第二内壁(3b)、第一压环(1)的内壁、轴密封环(4)的内壁的孔径相同。 3.根据权利要求1所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述第一压环(1)一体成型在轴密封底座(1b)上，所述轴密封底座(1b)为带有通孔(1c)的板状结构。 4.根据权利要求3所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述第二压环(2)一体成型在轴密封盖(2a)上，所述轴密封盖(2a)为环形板状结构，所述轴密封盖(2a)与轴密封底座(1b)通过螺钉(8)连接。 5.根据权利要求1所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述V型槽(5)与进气筒(7)的外壁形成的密封圈(6)安装腔体的截面为等腰三角形。 6.根据权利要求4所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述轴密封底座(1b)、轴密封盖(2a)、轴密封环(4)的表面为光滑连续曲面，材料为不锈钢304、316、316L；或/和所述进气筒(7)材质为石英材质。 7.根据权利要求1所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述密封圈(6)采用橡胶密封圈或金属密封圈；所述橡胶密封圈的动密封的初始压缩率为6‑20％，静密封的初始压缩率为15‑30％；所述金属密封圈的压缩率10‑25％，其中： 8.根据权利要求7所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述V型槽(5)、进气筒(7)分别与密封圈(6)接触的面为密封面，所述密封面对于橡胶密封圈密封的粗糙度为Ra1.6，所述密封面对于金属密封圈密封的粗糙度为Ra0.8。 9.根据权利要求1所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：所述V型槽(5)的填充比例不高于流体接触和公差产生的热膨胀或者体积膨胀的85％，且不得低于75％，其中： 10.根据权利要求1所述的V型槽的径向密封结构，其特征在于：两圈所述V型槽(5)的角度相同，所述V型槽(5)的角度为α，α的范围为：0°<α<180°。
说明书全文	V型槽的径向密封结构技术领域 [0001] 本发明涉及半导体设备密封领域，尤其涉及一种V型槽的径向密封结构。背景技术 [0002] 密封圈是一种自动的双向作用密封元件，由于在安装时，在径向或轴向作用的初始压缩，使密封圈具有了初始密封的能力。由系统的压力而产生的密封力，和初使密封力一起合成为总密封力，它随系统压力的提高而增大。在压力作用下，密封圈的性状和具有高表面张力的液体相仿，压力会均匀地向各方面传递。密封圈可作为主要密封元件，也可用作液压滑履密封和防尘圈的施力元件，因而它就覆盖了大量的应用领域。在半导体设备及工业中，几乎没有一个领域是不使用密封圈的。 [0003] 在半导体设备密封领域中，密封圈多采用橡胶材料或者是金属材料，半导体设备径向密封中，一般是将环形凹槽设置在外侧且与径向密封件相连通处，安装至待密封件的凹槽中时，保证密封圈处于被压缩状态，进而使密封圈的端面与凹槽的上下壁抵紧，在起到轴向挤压的作用时也起到一定的径向挤压作用，从而起到一定的径向密封作用。但是，在流道通入气体后，在气压作用下，密封圈的上下两端受挤压后会向中间靠拢，导致密封圈被压缩，密封圈远离凹槽的上下壁，这样就会使得密封圈没有得到足够的径向挤压了，会使得径向密封效果极差。 [0004] 此外在半导体制程中，设备的密封件直接在高温下与强腐蚀性的等离子体接触，导致密封件易被腐蚀，加速密封件的老化，最终密封失效，造成半导体设备反应腔内的芯片不良、报废。 [0005] 大部分半导体制程反应需要在半导体设备的真空环境下进行，对于半导体设备的密封性能有较高的要求，因此，提高半导体设备密封件的综合性能，成为亟需解决的问题。 [0006] 综上所述，现有密封圈具有径向密封效果差、因密封结构问题导致密封件的综合性能差。 [0007] 此外，实际工程应用中，相对于端面密封，大量中小型气密、水密圆柱形零件采用径向密封形式以减小尺寸，目前比较普遍的圆柱形径向密封结构件连接形式为轴向螺钉固定。这样的径向密封结构在周向开沉头孔及螺纹孔后，内侧容易形成锐边，在某些场景下螺纹孔内还有钢丝螺套，当安装密封圈时，密封圈受挤压，部分会挤入沉头孔及螺纹孔被锐边切割，有密封失效风险，因此安装时需要特别注意，避免密封圈失效。发明内容 [0008] 为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种有利于密封圈的压缩、使得密封效果更好、便于安装和拆卸的V型槽的径向密封结构。 [0009] 为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种V型槽的径向密封结构，包括：第一压环，所述第一压环的下端面具有压环斜面；第二压环，所述第二压环的内壁上设置有斜面台阶，形成第一内壁、第二内壁，所述第一内壁的口径大于第二内壁的口径，所述第一压环装配于第一内壁上，所述斜面台阶与压环斜面之间留有间隙；轴密封环，所述轴密封环位于间隙内，所述轴密封环的上、下端面分别设置有上斜面、下斜面，所述上斜面与压环斜面、下斜面与斜面台阶均形成V型槽；两根密封圈，每根所述密封圈的横截面为圆形，两根所述密封圈位于分别位于两圈V型槽内；进气筒，所述进气筒的外壁分别与第一压环的内壁、第二压环的第二内壁装配连接，所述进气筒的外壁迫使两根密封圈分别向V型槽挤压，并挤压固定所述轴密封环。 [0010] 本发明的有益效果是，用以安装密封圈的密封槽道为V型槽，通过第一压环、第二压环以及轴密封环的配合设置，形成了双层径向密封结构，更有利于密封圈的压缩，使得密封效果更好；该径向密封结构为分体式，由第一压环、轴密封环、第二压环、密封圈所构成，结构紧凑，便于安装和拆卸，具有高效的密封性和半导体设备的兼容性，提高了半导体设备的装配效率，此外本发明结构简单，加工工艺难度小，节约制造成本，避免密封圈径向密封处有螺钉锁紧的情况，或者是出现锐边的情况。 [0011] 优选地，所述第二内壁、第一压环的内壁、轴密封环的内壁的孔径相同。以保证能与进气筒的外壁配合(如螺纹配合)。 [0012] 优选地，所述第一压环一体成型在轴密封底座上，所述轴密封底座为带有通孔的板状结构。 [0013] 优选地，所述第二压环一体成型在轴密封盖上，所述轴密封盖为环形板状结构，所述轴密封盖与轴密封底座通过螺钉连接。螺钉固定方便安装和拆卸密封圈以及轴密封环。 [0014] 优选地，所述V型槽与进气筒的外壁形成的密封圈安装腔体的截面为等腰三角形。这样使得密封圈的轴向及径向挤压力更加均衡，更有利于密封圈的压缩，使得密封效果更好。 [0015] 优选地，所述轴密封底座、轴密封盖、轴密封环的表面为光滑连续曲面，材料为不锈钢304、316、316L；或/和所述进气筒材质为石英材质。石英材料可以有很高的纯度，半导体方面应用的石英材料，其杂质总量都在百万分之三十以下，不会污染被加工的半导体材料，此外还起到一个绝缘的作用。 [0016] 优选地，所述密封圈采用橡胶密封圈或金属密封圈；所述橡胶密封圈的动密封的初始压缩率为6‑20％，静密封的初始压缩率为15‑30％；所述金属密封圈的压缩率10‑25％；其中， [0017] [0018] 优选地，所述V型槽、进气筒分别与密封圈接触的面为密封面，所述密封面对于橡胶密封圈密封的粗糙度为Ra1.6，所述密封面对于金属密封圈密封的粗糙度为Ra0.8。 [0019] 优选地，所述V型槽的填充比例不高于流体接触和公差产生的热膨胀或者体积膨胀的85％，且不得低于75％，其中， [0020] [0021] 优选地，两圈所述V型槽的角度相同，所述V型槽的角度为α，α的范围为：0°<α<180°。附图说明 [0022] 图1为本实施例的立体图； [0023] 图2为本实施例的第一角度的爆炸图； [0024] 图3为本实施例的第二角度的爆炸图； [0025] 图4为本实施例的主视图； [0026] 图5为图4中A‑A处的剖视图； [0027] 图6为将图5中A处的局部放大图； [0028] 图7为将图6中的密封圈拆卸后的剖视图； [0029] 图8为本实施例中轴密封底座的剖视图； [0030] 图9为本实施例中轴密封盖的剖视图； [0031] 图10为本实施例中轴密封环的剖视图。具体实施方式 [0032] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。 [0033] 参阅附图1‑3所示，本实施例公开了一种V型槽的径向密封结构，包括： [0034] 第一压环1，第一压环1一体成型在轴密封底座1b上，轴密封底座1b为带有通孔1c的板状结构，第一压环1的下端面具有压环斜面1a； [0035] 第二压环2，第二压环2一体成型在轴密封盖2a上，第二压环2的内壁上设置有斜面台阶3，使得第二压环2的内壁具有第一内壁3a、第二内壁3b，第一内壁3a的口径大于第二内壁3b的口径，轴密封盖2a为环形板状结构，轴密封盖2a与轴密封底座1b通过螺钉8连接，第一压环1装配于第一内壁3a上，斜面台阶3与压环斜面1a之间留有间隙，且第二内壁3b、第一压环1的内壁的孔径相同； [0036] 轴密封环4，轴密封环4位于间隙内，第一压环1的内壁、轴密封环4的内壁的孔径相同，轴密封环4的上、下端面分别设置有上斜面4a、下斜面4b，上斜面4a与压环斜面1a、下斜面4b与斜面台阶3均形成V型槽5； [0037] 两根密封圈6，每根密封圈6的横截面为圆形，两根密封圈6位于分别位于两圈V型槽5内； [0038] 进气筒7，进气筒7的外壁分别与第一压环1的内壁、第二压环2的第二内壁3b装配连接，进气筒7的外壁迫使两根密封圈6分别向V型槽5挤压，并挤压固定轴密封环4。 [0039] 由于本实施例具有双层径向密封结构，避免单层密封圈密封失效的问题，使用本‑8发明的径向密封结构设备用氦质谱检漏仪进行检漏，漏率达到＜110 pa.m/s，真空度能达‑4 到1.3310 pa完全达到工艺实验的真空度及漏率要求。 [0040] 其中，轴密封底座1b、轴密封盖2a、轴密封环4的表面为光滑连续曲面，材料为不锈钢304、316、316L；在半导体设备领域中，进气筒7的材质绝大多数为石英材质，石英材料纯度高，其杂质总量都在百万分之三十以下，不会污染被加工的半导体材料，此外还起到一个绝缘的作用。 [0041] 在本实施例中，密封圈6采用橡胶密封圈，如硅橡胶、氟橡胶等；也可以采用属密封圈，如银圈、铟圈等。 [0042] 若采用橡胶密封圈，橡胶密封圈的动密封的初始压缩率为6‑20％，静密封的初始压缩率为15‑30％，V型槽5、进气筒7分别与密封圈6接触的面为密封面，密封面对于橡胶密封圈密封的粗糙度为Ra1.6； [0043] 若采用金属密封圈，则金属密封圈的压缩率10‑25％，将金属密封圈的粗糙度控制在Ra0.8。密封面对于金属密封圈密封的粗糙度为Ra0.8。 [0044] 其中，压缩率的公式为： [0045] [0046] 此外，为了避免向V型槽填充密封圈后，对径向密封性能产生有害影响，本实施例中的V型槽5的填充比例不高于流体接触和公差产生的热膨胀或者体积膨胀的85％，且不得低于75％。 [0047] 其中，填充率的公式为： [0048] [0049] 本实施例的装配流程如下： [0050] 首先轴密封底座1b需要反转180°，使得有径向定位槽口(即第一压环1)向上，第一压环1的内径和进气筒7的外径匹配，然后将进气筒7安装于轴密封底座1b的第一压环1处，并且进气筒7的一端面与轴密封底座1b底部端面重合；随后将第一个密封圈6安装于进气筒7外侧并与第一压环1的压环斜面1a相吻合；接着将轴密封环4套在进气筒7外侧，上斜面4a与第一个密封圈6相贴合；接着将第二层密封圈6安装于进气筒7外侧并与轴密封环4的下斜面4b相吻合；然后在进气筒7外侧套上轴密封盖2，轴密封盖2的第二内壁3b的孔径和进气筒 7外径匹配，确保可以顺畅的套在进气筒7外侧，轴密封盖2的第一内壁3a与轴密封环4的外径一样大，确保轴密封盖2在径向方向能够完全与轴密封环4接触；最后使用8个M4螺钉8均布穿过轴密封盖2的边缘固定于轴密封底座1b上，并且保证安装气密性。 [0051] 用以安装密封圈6的密封槽道由轴密封环4、轴密封盖2和进气筒7配合组装后，形成V型槽结构，通过螺钉8将轴密封盖2与轴密封底座1b锁紧的方式，挤压轴密封环4和两根密封圈6，从而起到径向密封的效果。这样使得密封圈6的轴向及径向挤压力更加均衡，更有利于密封圈6的压缩，使得密封效果更好。 [0052] 在一些实施例中，可以将V型槽5与进气筒7的外壁形成的密封圈6安装腔体的截面为等腰三角形。 [0053] 在一些实施例中，考虑到密封圈6的规格大小及密封性能，可以将两圈V型槽5的角度设置成相同，假设V型槽5的角度为α，α的范围为：0°<α<180°。 [0054] 以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。