KR100323854B1

KR100323854B1 - 로터리 베인형 진공펌프 장치

Info

Publication number: KR100323854B1
Application number: KR1019990060468A
Authority: KR
Inventors: 김덕겸
Original assignee: 김덕겸; 주식회사 우성진공
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2002-02-07
Also published as: KR20010063397A

Abstract

본 발명의 목적은 진공펌프 장치가 작동중에 정지하였을시 역류방지밸브가 즉시 작동되어 펌프의 흡입구를 폐쇄하여 진공펌프 내부를 진공상태로 유지시키며, 펌프장치가 재 작동시에는 진공파기된 펌프실린더내의 진공이 먼저 회복되고 난 다음에 역류방지밸브가 작동하여 펌프 흡입구를 개방하는 구조로 하여 진공설비로 오일 및 가스가 역류하는 것을 방지해 주는 진공펌프장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명의 진공펌프장치는 윗면카바에 부착된 흡입구 직하방의 펌프 하우징에 설치되는 밸브 카바와, 오일펌프에 의한 오일압이 작동하도록 밸브 카바에 의해 형성되는 상·하부 오일 공간과, 상기 상·하부 오일 공간을 상하로 구획하고 또 상하 축방향으로 이동가능하게 설치되며, 상부 오일 공간내에 오일압이 작용시 하강하는 피스톤과, 펌프장치의 정지시에 탄발력에 의해 상기 피스톤을 부상시켜주도록 하부 오일 공간내에 설치되는 리턴스프링과, 상기 밸브 카바를 관통하여 상부로 돌출한 피스톤 상단에 부착되어 펌프 흡입구를 개폐하는 밸브판 및 상기 하부 오일 공간과 상기 오일 저장 케이싱을 연통하는 오일통로로 구성된 역류방지밸브를 포함하여 구성되어 있다.

Description

로터리 베인형 진공펌프 장치{Rotary vane type vacuum pump}

본 발명은 개선된 구조를 갖는 로터리 베인형 진공펌프 장치에 관한 것으로, 특히 진공펌프 장치가 작업중에 정전(순간적으로 발생하는 정전)이나 예상치 못한 고장으로 정지하였을시, 펌프 장치내의 오일 및 오일 증기등이 진공 설비로 역류하여 오염시키는 것을 방지하고 펌프 실린더 내부는 진공을 유지하여 재 작동시 진공회복 시간이 필요치 않는 진공펌프 장치에 관한 것이다.

로터리 진공펌프는 고 진공을 얻기 위하여 액체 시일링 수단으로서 오일을 사용한다. 동시에 오일은 펌프 장치내를 순환하면서 펌프를 냉각시키고, 베어링 및 각 부품의 윤활 및 기밀을 유지시켜주는 역할을 하며, 오일회로내에 형성된 오일압으로 역류방지밸브를 제어하는 역할을 한다. 따라서 펌프장치내의 오일을 강제순환시키기 위해 보조 윤활 펌프(오일 펌프)가 사용되어지는데 펌프가 갑자기 작동을 멈추거나 순간적으로 일어나는 정전시에 시스템으로의 오일 및 오일 증기가 역류하는 것을 폐쇄해 주는 것을 목적으로 하는 로터리 진공펌프에 대한 특허가 본 출원인에 의해 미국특허 제 5,236,313 호 및 한국특허출원 제 96-33428 호에 제시된 바 있다.

그러나 상기한 선행 특허들은 유효한 것이기는 하나 다음과 같은 보완할 문제점들을 가지고 있다.

첫째 : 펌프 직하방에 위치한 역류방지밸브 시스템은 흡입구 공간이 협소한관계로 부품들(피스톤, U-시일, 안내보울트, 오일공간, 리턴스프링)이 작게 구성되어 있어, 밸브 작동시 다음과 같은 문제점이 발생한다.

가). 오일펌프에 의해 이송된 오일은 과압밸브를 제어하고 역류방지밸브를 작동시키기 위해 오일공간에 가득차게 되는데, 펌프 재 가동시 오일펌프에 의해 이송된 오일이 작은 오일공간에 바로 채워지면서 펌프 재 가동과 동시에 역류방지밸브가 너무 빨리 열리게 되므로써 진공압이 충분하게 형성되지 아니한 펌프측으로부터 진공설비로 역류하여 진공을 파기하거나 또는 오염시킬 수 있는 위험성이 있다.

나). 오일공간에 형성된 오일압이 U-시일의 단면적에 힘을 작용하여 리턴스프링에 지지되어 있는 피스톤을 아래로 밀어내려 역류방지밸브가 열리게 되는데, 선행기술의 경우 U-시일의 단면적이 작아 오일통로의 오일압이 상대적으로 높아야 리턴스프링에 지지된 역류방지밸브를 작동시킬 수 있기 때문에 오일압을 높게 설정하고 있으나, 오일압이 높다 보면 오일시일 및 U-시일에 과도한 압력이 가해져 파손되는 문제점이 있고 모타가 부하를 받아 파손될 수 있다.

다). U-시일이 파손되면 오일공간내의 오일이 실린더로 유입되는 구조로 되어 있어 펌프의 진공성능을 저하시키고 배기밸브 및 모타를 파손시키게 되는 문제점이 있다.

둘째 : 펌프 가동시 오일관로내의 오일압을 과압밸브의 오일노즐 구멍에서 유지시켜 주게되는데, 오일압을 유지하는 과압밸브의 오일노즐 구멍이 작기 때문에 작은 이물질에도 노즐 구멍이 막힐 우려가 있고, 노즐 구멍이 막히면 오일시일에 오일공급이 되질않아 치명적인 손상을 주며, 오일회로내의 오일압이 상승하여 실린더에 오일공급이 필요 이상으로 많아지게 되므로써 배기밸브 및 모타가 파손될 문제점이 있다.

셋째 : 펌프 가동시에 오일공간내에 형성된 오일압에 의해 역류방지밸브가 열려있다가 펌프가 정지함과 동시에 과압밸브가 뒤로 밀려 오일공간내에서 압축되었던 오일이 쉽게 뒤로 이동하여 역류방지밸브가 신속하게 상승하여 펌프 흡입구를 폐쇄토록 작동되어야 하는데, 과압밸브의 구조가 스스로 작동할 수 없고, 오일공간내에 압축된 오일에 의해 뒤로 작동되는 구조로 되어있어 작동이 불확실하고, 외경틈새에 작은 이물질이라도 끼면 이동이 어려워져 오일공간내에 압축된 오일이 배출되지 못해 역류방지밸브가 천천히 작동되어 펌프내의 오일 및 오일증기가 진공설비로 역류하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 제안된 것으로서 그의 목적으로 하는 바는 진공펌프 장치가 작동중에 정지하였을시 역류방지밸브가 즉시 작동되어 펌프의 흡입구를 폐쇄하여 진공펌프 내부를 진공상태로 유지시키며, 펌프장치가 재 작동시에는 진공파기된 펌프실린더내의 진공이 먼저 회복되고 난 다음에 역류방지밸브가 작동하여 펌프 흡입구를 개방하는 구조로 하여 진공설비로 오일 및 가스가 역류하는 것을 방지해 주는 진공펌프장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 펌프 장치의 정지시 스프링의 탄발력에 의해 펌프 흡입구를 폐쇄하며 펌프장치의 재작동시에는 진공펌프 실린더 내부의 진공이 회복되고 난 다음에 오일공간내에 오일압이 형성되도록 하여 펌프 흡입구를 서서히 개방하게되는 역류방지밸브를 구비하므로서 진공펌프의 오일 및 가스가 진공설비로 역류하는 것을 방지해준다.

본 발명의 또다른 목적은 펌프 흡입구 직하방에 역류방지밸브 시스템을 장착하고 그 측면으로 펌프 실린더와 연결되는 흡입구를 갖는 구조로 하여 협소한 흡입구 공간에서 파생되는 제반 문제점을 방지해 주는 구조의 진공펌프 장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 펌프하우징 상부로 윗면카바를 갖는 구조로 하여 윗면카바에 펌프 흡입구를 설치하며, 그 직하방에 설치하는 역류방지밸브 시스템의 오일공간을 크게하여 펌프 작동시에 오일펌프에 의해 이송된 오일이 오일공간에 가득차 오일압이 형성되면 역류방지밸브가 작동하도록 구성하였으며, 또 오일공간 및 오일관로를 크게 해 주어 이 공간에 오일압이 형성되기까지 시간이 소요되도록 하므로써, 오일압이 형성되어 역류방지밸브가 열리기 이전에 펌프실린더 내부의 진공회복이 가능하도록 구성되어 있다. 그리고 U-시일의 단면적을 크게 설정하므로써 오일이송 회로내의 압력이 상대적으로 낮은 압력을 가지더라도 U-시일에 작용하는 전하중이 증대되어 밸브를 작동시킬 수 있게 구성되어 있다.

본 발명의 또다른 목적은 오일펌프에서 펌핑된 오일이 오일회로를 따라 역류방지밸브로 이송되는 동안 오일압력을 유지해주며, 여분의 오일을 처리해주는 개선된 구조의 과압밸브를 설치해 역류방지밸브장치의 작동제어의 신뢰성을 확보하는 진공펌프장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 오일구멍을 가지는 과압밸브와, 그 과압밸브를 오일압작용방향으로 탄발지지하는 스프링을 포함하고 있다. 이로써 과압밸브를 통과한 오일이 역류방지밸브를 탄발지지하는 스프링이 설치된 하부 오일 공간에 가득차면 오바구멍으로 흘러 넘쳐 오일케이싱내의 오일로 회수되고, 하부 오일 공간내의 일부 오일은 제1실린더의 로터축을 지지하는 슬리이브와 오일시일에 공급되며, 일부 오일은 펌프 작동시 역류방지밸브를 하강 작동시키는 상부 오일 공간에 공급하게 된다. 이에따라 펌프의 정지시 스프링의 탄발력에 의해 과압밸브가 신속히 이동하여 상부 오일 공간과 하부 오일 공간을 즉시 연통시키게 되므로써 리턴스프링의 탄발력에 의해 역류방지밸브가 상승하면서 상부 오일 공간내의 오일이 하부 오일 공간을 거쳐 케이싱으로 배출되므로 신속히 역류방지밸브가 상승하여 펌프 흡입구를 폐쇄하게 된다.

본 발명의 또다른 목적은 실린더의 잔류유체를 처리할 수 있는 구조로 하여 고효율의 안정된 진공성능을 갖는 진공펌프 장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 제1실린더에서 제2실린더로 넘어가는 관로에 턱을 형성하여 제1실린더에서 제2실린더측으로 배기된 유체가 제1실린더로 다시 역류되는 것을 방지하고, 제2실린더로 넘어가지 못하고 턱안쪽공간에 잔류하는 유체를 처리하기 위한 방안으로 제2실린더의 흡입측과 턱안쪽공간과를 경사지게 연결하는 경사흡입통로를 형성하였다.

본 발명의 또다른 목적은 오일펌프에서 이송된 오일을 사용하여 각 실린더 및 카바면의 기밀유지를 할 수 있는 구조의 진공펌프 장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 상호 조립되는 각 부재 사이의 접촉면에 환상의 오일시일공간을 마련하고, 그 오일시일공간을 오일펌프에서 압송되는 오일통로에 연통하므로써 오일시일공간에 높은 압력으로 충진되는 오일에 의해 접촉면 사이의 틈새를 완전 밀봉하게 되어있다.

본 발명의 또다른 목적은 가스밸러스트 밸브의 조작을 3단계로 하여 펌프작동중에 쉽게 취사선택해 사용할 수 있는 진공펌프 장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 윗면카바의 상부로 가스밸러스트 조절손잡이가 있고, 윗면카바 아래의 조절손잡이에 고정된 피스톤 내면에 밸브시트판이 조립되여 일체가 되며, 피스톤과 밸브시트판 사이의 압축스프링은 양측부재를 반대방향으로 탄발하여 윗면과 밑면에 밀착시켜 주고, 밸브시트판에는 유량 조절을 할 수 있는 두 개의 구멍이 있다. 그리고 조절손잡이의 위치가 윗면카바의 문자 C 방향은 닫힘, 문자 I 방향은 저유량, 문자 Π방향은 고유량의 3단계로 되어 펌프 작동중에 쉽게 취사선택 할 수 있도록 하였고, 가스밸러스트 밸브장치와 제2실린더 사이에 역류방지를 위한 체크밸브를 설치해 실린더의 압축시 오일이 역류하는 것을 방지해준다.

도 1은 본 발명의 로터리 베인형 진공펌프 장치의 내부 절개도

도 2는 본 발명에 의한 진공펌프 장치의 A-A 단면도

도 3은 본 발명의 윤활 회로 및 진공펌프 장치의 흡입, 배기회로도로서

제1실린더와 제2실린더를 동일평면상에 가상적으로 나타낸 도면

도 4 (a∼c)는 가스밸러스트 밸브장치의 단면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 로터리 베인형 진공펌프 장치 2 : 펌프 장치

3 : 펌프 하우징 4 : 오일 저장 케이싱

5 : 제1실린더 6 : 제2실린더

7 : 오일 펌프 하우징 8 : 오일 펌프 카바

9 : 제1로터 10 : 제2로터

11 : 제1베인 12 : 제2베인

13 : 오일 펌프 14,15 : 오일 흡입 통로

16 : 로터 축 17,18,19,20 : 오일 통로

21 : 오일 구멍 22 : 과압 밸브

23 : 틈새 24 : 압력 밸브

25 : 스프링 26,28,29,32 : 오일 통로

27 : 하부 오일 공간 30 : 슬리이브

31 : 오일 시일 33,34,35,36 : 오일 통로

37 : 상부 오일 공간 38 : 피스톤

39 : U-시일 40 : 밸브 카바

41 : 리턴스프링 42a : 역류방지밸브

42 : 밸브판 43,44,45 : O-링

46 : 흡입구 47 : 윗면 카바

48 : 흡입 통로 49,50,51 : 오일 통로

52 : 커플링 53,54 : 슬리이브 베어링

55,57,59 : 오일 시일 공간 56,58 : 오일 통로

60 : 단턱 61 : 턱 안쪽 공간

62 : 흡입 통로 63 : 경사 흡입 통로

64 : 흡입구 65 : 배기 구멍

66 : 배기 밸브판 67a : 가스밸러스트 밸브장치

67 : 조절 손잡이 68 : 피스톤

69 : 밸브 시트판 71 : 스프링

72,73 : 유량 조절 구멍 74,75 : 가스 통로

76 : 첵 밸브 77 : 스프링

이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명 로터리 베인형 진공펌프 장치(1)의 절개 단면도로서 펌프 내부의 주요 부분들을 보여주고 있다. 펌프장치(2)가 펌프 하우징(3)과 오일 저장 케이싱(4)에 둘러쌓여 있으며, 오일 저장 케이싱(4) 내의 공간부는 다량의 오일을 저장하고 있다.

펌프장치(2, 이하 펌프 장치라함은 장치 전체를 뜻하는 진공펌프 장치와는구별되는 펌프 하우징과 오일 저장 케이싱으로 둘러쌓인 부분을 지칭한다)는 제1실린더(5), 제2실린더(6), 오일 펌프 하우징(7), 오일 펌프 카바(8) 및 실린더 내부에서 회전 운동하는 제1로터(9)와 제2로터(10)를 포함하는 구성으로 되어 있으며, 로터의 베인 홈 내에 2개씩의 베인(11)(11),(12)(12)을 보유한 상기 로터(9),(10)가 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 상기 실린더(5),(6) 내벽면에 밀착하여 회전하면서 펌프 흡입구(46)에 접속되는 도시하지 아니한 진공설비로부터 실린더(5),(6)내로 가스를 흡입, 압축하여 외부로 배기하는 과정을 반복하게 된다. 펌프장치(2)의 실린더(5),(6)와 로터(9),(10) 등을 비롯한 각 운동 부위에는 오일의 지속적 공급이 없으면 각 운동 부위의 마모와 고착현상 및 누설 작용으로 인하여 진공 능력이 현저히 감소하며, 심하면 펌프 장치를 손상시키므로 강제 윤활 방식에 의해 오일을 공급해 준다.

오일 저장 케이싱(4) 내에 저장된 오일은 펌프 장치의 각 운동 부위들의 윤활과 기밀 유지 작용, 냉각 작용을 위하여 사용되며, 이를 펌프장치(2)에 공급하기 위하여 오일 펌프(13)와 윤활회로(오일 공급통로)가 필요하게 된다. 오일 펌프(13)는 펌프장치(2)에서 필요로 하는 양보다 충분한 양의 오일을 공급할 수 있는 것으로 선정해 주어야 하며, 내구성이 좋으며 강력한 유압을 발생하는 성능을 갖추어야 한다.

오일 펌프(13)의 오일 유입관로(15)의 입구(14)는 오일 저장 케이싱(4)의 오일과 맞닿아 있으며, 오일의 양이 적더라도 펌프장치(2)에 오일 공급이 가능하도록 오일 펌프 카바(8)의 하단부에 형성되어 있다.

상기 오일 펌프(13)는 로터 축(16)을 지지하는 오일 펌프 하우징(7)에 설치되며, 윤활회로를 형성하는 각 오일 통로 (17),(18),(19),(20),(55) 등을 통하여 각 운동 부위와 역류방지밸브(42) 및 오일시일공간(55),(57),(59)에 오일을 공급해 준다.

펌프 하우징(3) 상부의 윗면 카바(47)에 흡입구(46)가 설치되어 있으며, 펌프 흡입구(46)를 통해 진공설비로부터 흡입 공간(48)으로 흡입된 가스 또는 기체는 펌프장치(2)의 제1실린더(5) 내로 유입된 후, 로터의 회전에 따라 압축되어 흡입공간(62)을 통해 제2실린더(6)로 유입되고, 로터(10)에 의해 다시 압축된 기체는 배기구멍(65)을 통하여 배기 밸브(66)를 열고 케이싱(4)으로 배출되며, 케이싱(4)으로 배출된 기체는 배기구(78)를 통하여 외부로 배기된다. 이때 진공펌프(1)가 갑자기 가동을 멈추고 정지하게 되면 펌프장치의 실린더(5),(6)내부 및 이와 연결된 흡입공간(48),(62)과 흡입구(46) 및 흡입구에 연결된 도시되지 아니한 진공 설비로 윤활에 사용된 오일 또는 오염가스 및 외부 공기가 역류하여 진공을 파기하는 일이 발생하게 되는데 이것을 방지하기 위해 역류방지밸브(42a),(Non return valve)의 설치가 필요하게 된다.

역류방지밸브(42a)는 도 1에 도시하는 것과같이 오일 펌프(13)에 의해 형성된 오일압이 오일통로 (17),(18),(34),(35)를 통해 상부 오일 공간(37)에 작용할 때 펌프 흡입구(46)를 개방하도록 펌프 흡입구 공간(46a)내에서 하강 운동하며, 펌프장치의 정지시엔 펌프 흡입구(46)를 폐쇄하도록 상승작동하는 밸브판(42)과, 그 밸브판(42)의 하측으로 연장되어 상부 오일 공간(37)에 오일압이 작용시 하강하는피스톤(38)과, 상부 오일 공간(37)을 형성하고 피스톤(38)의 상하 운동시 피스톤(38)의 슬라이딩 이동을 안내하는 밸브 카바(40)와, 상부 오일 공간(37)내의 오일압을 유지하기 위한 밀봉부재로서 U-시일(39)과 O-링(43),(44),(45) 및 펌프장치(2)의 정지시에 상기 피스톤(38)을 부상시켜 주기 위해 하부 오일 공간(27)에 피스톤(38)을 상측으로 탄발토록 설치되는 리턴스프링(41)을 포함하여 구성된다.

밸브카바(40)내의 상부 오일 공간(37)은 오일 통로인 밸브작동관로 (33),(34),(35),(36)를 통하여 제1실린더(5)의 오일 통로(18)의 끝에 설치된 과압 밸브(Over pressure valve, 22)에 연결되어 있으며, 과압 밸브(22)는 오일 통로(18),(17)와 연결되어 있고, 오일 통로(17),(18)는 오일 펌프(13)와 연결되어 있다.

오일 펌프(13)의 용량은 펌프장치(2)가 필요로 하는 양보다 많은 오일이 흐르도록 설계되었으므로 펌프(1)가 가동되면 이에따라 오일 펌프(13)도 작동하게 되어 윤활 회로를 구성하고 있는 각 오일 통로를 따라 오일을 공급하게 되며, 여분의 오일은 다시 오일 저장 케이싱(4)으로 회수하게 된다. 오일 펌프(13) 작동에 의해 압력을 얻은 오일은 오일 통로(17),(18)를 통하여 과압 밸브(22)를 밀어 과압 밸브(22)가 하우징(3)면에 밀착해 기밀을 유지하여 오일통로(26)와 오일통로(33)를 분리시켜 준다. 과압 밸브(22) 내에는 스프링(25)에 의해 탄발지지된 압력 밸브(24)가 설치되어 있어, 펌프장치(2)가 정지되어 유압이 해제될 때에는 스프링(25) 탄성에 의해 압력 밸브(24)가 과압 밸브(22)의 오일 통로(21)를 폐쇄시키도록 밀착하면서 오일 통로(18)측으로 이동되어 과압 밸브(22)가 하우징(3)의 접촉면으로부터 떨어지게 되므로써 오일 통로(26)과 (33)은 서로 연결되어지게 된다. 과압 밸브(22)의 오일 통로(21)는 직경을 크게 설정하여 이물질이 오일 통로(21)를 막는 것을 방지하였고, 과압 밸브의 좁은 외경 틈새(23)와 스프링(25)에 의해 지지된 압력 밸브(24)를 통해 오일 통로(17),(18),(19),(20),(56),(58)의 오일압력이 유지되는 구조로 되어 있다. 오일압력에 의해 과압 밸브(22)가 이동하여 오일 통로(26)과 (33)은 서로 분리되고, 오일 통로(18)는 과압 밸브(22)의 외경 틈새(23)와 오일 통로(21)를 통하여 각각의 오일 통로(26),(33)와 연결된다. 과압 밸브(22)의 오일 통로(21)를 통과한 오일은 스프링(25)에 지지된 압력밸브(24)를 뒤로 밀면서 통로(24a)와 통로(26)를 통과하여 대기압에 노출된 하부 오일 공간(27)으로 유입된 후 하부 오일 공간(27)을 가득차면 오일통로(28)를 통하여 흘러 넘쳐 대기압 상태의 오일 저장 케이싱(4)으로 회수되고, 또한 하부 오일 공간(27)내에 가득찬 오일은 오일 통로(29),(32)를 통하여 회전운동을 하는 슬라이딩 베어링부, 슬리이브(30), 오일 시일(31)에 공급되어 윤활 및 기밀작용을 한 후, 개방된 오일 통로를 통해 오일 저장 케이싱(4)으로 회수된다.

오일압에 의해 과압 밸브(22)의 외경 틈새(23)를 통과한 오일은 오일 통로(33),(34),(35),(36)을 따라 이동되어 밸브 카바(40)내의 상부 오일 공간(37)을 채우게 된다. 상부 오일 공간(37)에 오일이 가득차면 오일통로(18),(34)에 작용하는 오일압에 의해 리턴스프링(41)을 압축하면서 피스톤(38)이 아래로 내려가게 되며, 이에따라 피스톤(38) 상단부에 부착되어 흡입구(46) 하면에 밀착되어 있던 밸브판(42)이 흡입구(46)의 하부면(밸브시트면)에서 이격되면서(열리면서) 펌프의흡입구(46)가 펌프 장치의 실린더(5),(6)와 흡입공간(48),(62)을 통해 연결된다. 이때, 밸브 카바(40)에 의해 형성된 상부 오일 공간(37)에 가득찬 오일은 피스톤에 조립된 U-시일(39)과 O-링(43) 및 밸브 카바(40)의 O-링(44),(45)에 의해 오일의 유출이 방지되므로써 오일압이 떨어지는 것을 방지해 준다.

오일 통로(33),(34),(35),(36)와 상부 오일 공간(37)의 크기(체적)를 크게 확보하여 오일 펌프(13)에 의해 이송된 오일이 오일 통로(33),(34),(35),(36)와 상부 오일 공간(37)에 가득차 오일압이 형성되는데까지 시간이 소요되는 구조로 하여 펌프 장치(2)가 작동을 시작하면 상기 오일통로 및 상부 오일 공간에 오일압이 형성되기까지에 걸리는 시간 이내에 펌프장치(2)의 실린더(5),(6) 내부의 진공이 먼저 회복되어지게 되며, 그 다음 상기 오일통로 및 상부 오일 공간(37)에 오일압이 형성되면서 피스톤(38)이 하강하여 밸브판(42)이 흡입구(46)를 열어주게 되므로써, 펌프장치(2)내의 유체가 진공설비로 역류하여 진공파기 및 오염을 일으키게 되는 것을 방지해 준다.

또 밸브카바(40) 내의 상부 오일 공간(37)에서 상하 운동하는 피스톤(38)에 조립된 U-시일(39)의 단면적을 크게 하므로서 오일통로(17),(18)내의 오일압이 상대적으로 낮더라도 U-시일(39)에 작용하는 전압력이 높아지게 되어 리턴 스프링(41)에 지지된 피스톤(38)을 하강작동시킬 수 있도록 하였고, 상기 U-시일(39) 아래의 하부 오일 공간(27)은 오일통로(28)를 통하여 오일 저장 케이싱(4)과 연결되어 있어, 피스톤(38)이 하강시 하부 오일 공간(27)내의 오일은 신속히 오일 저장 케이싱(4)으로 방출되고, 피스톤(38) 상승시엔 신속히 공기가 유입되어 피스톤(38)이 상하로 작동하는데 문제가 없도록 하였고, U-시일(39)이 작동중 파손되어 상부 오일 공간(37)내의 오일이 하부 오일 공간(27)으로 누출되어도 하부 오일 공간(27)으로 이송된 오일은 종래와 달리 펌프 흡입구(46)측으로 유입되지 아니하고 오일 저장 케이싱(4)으로 회수되는 구조로 하여 진공펌프의 진공성능에는 문제가 없도록 하였다.

이에따라 펌프정지시(순간 정전, 모타의 고장, 시스템의 문제)에는 오일 통로(17),(18)의 오일압이 떨어짐과 동시에 하우징(3)면에 밀착되어 오일통로(26)과 (33)을 분리시켜주던 과압 밸브(22)가 스프링(25) 탄성에 의해 뒤로 밀려 상기 오일통로(26)과 (33)을 연결시켜주므로써 상부 오일 공간(37)은 대기압상태의 오일 저장 케이싱(4)과 연통되어 오일압이 순식간에 해소된다. 오일압이 해소되면 피스톤(38)이 리턴스프링(41)의 탄발력에 의해 신속히 부상하여 피스톤(38) 상부에 밀착된 밸브판(42)이 흡입구(46) 하면을 기밀하게 막아 흡입구(46)와 펌프 장치의 실린더(5),(6)를 단절시키므로써 실린더(5),(6)의 윤활 및 기밀을 위한 오일 및 오염된 가스들이 진공 설비로 역류하여 제품 및 진공 설비를 오염시키게 되는 것을 방지해 준다. 이때 피스톤(38)이 리턴스프링(41)의 탄발력에 의해 부상할 때(올라올 때) 오일공간(37)내의 오일은 오일통로(36),(35),(34),(33)및 이들과 연통된 오일통로(26)을 통과하여 하부 오일 공간(28)으로 이동하며, 다시 오일통로(27)를 통해 대기압상태인 오일 저장 케이싱(4)으로 회수된다. 여기서 오일통로(26)과 (33)을 분리시키거나 또는 연결해 주는 기능을 갖는 과압 밸브(22)가 펌프 정지시에 스프링(25) 탄발력에 의해 신속하게 뒤로 이동되므로써 역류방지밸브(42a)가 빠르게 작동되어지게 되는 것이다.

오일 펌프(13)에서 이송된 오일은 또 하나의 오일 통로(19),(20) 및 (49),(50)을 따라 이동하여 로터(9),(10)의 슬라이딩 베어링 부(53),(54)에 오일을 강제적으로 공급해 주며, 오일통로(49)로부터 분기된 오일통로(51)를 통해 제2실린더(6)내로 공급해 준다. 이때에 슬라이딩 베어링(53),(54)부 및 제2실린더(6)로 유입된 오일은 각 운동부위에 윤활작용, 기밀작용, 냉각작용을 한 후 제2실린더(6)내의 배기구(65) 구멍을 통하여 진공설비로부터 흡입한 압축가스와 함께 배기밸브(66)를 열고 오일 저장 케이싱(4)내로 회수되며, 가벼운 가스는 배기구(78)를 통해 대기 또는 별도 정화처리장치로 배출된다. 한편 펌프장치(2)의 가동중 오일통로(18),(20)의 오일압은 과압 밸브(22)의 외경틈새(23)와 스프링(25)에 지지된 압력밸브(24)에서 유지하며, 여분의 오일은 압력밸브(24)의 연통공(24a) 및 오일통로(26)를 통해 하부 오일 공간(27)으로 이송되며, 하부 오일 공간(27)내를 가득채운 오일은 오일통로(28)를 통하여(넘쳐흘러) 오일 저장 케이싱(4)으로 회수된다.

또, 제1실린더(5)와 제2실린더(6)가 조립되는 경계면과, 제2실린더(6)와 오일 펌프 하우징(7)의 조립 경계면 및 오일 펌프 하우징(7)과 오일 펌프 카바(8)의 조립 경계면에는 각각 환형의 오일시일공간(59),(57),(55)이 형성되고, 이 환형의 오일시일공간(55),(57),(59)은 오일통로(56),(58)에 연통되어 있어 오일펌프(13)로부터 급송되는 오일이 각 오일시일공간(55),(57),(59)에 공급된다. 이에따라 오일 회로내에 형성된 오일압에 의해 오일시일공간(55),(57),(59)에 오일이 가득차 기밀공간을 형성해 주므로서 펌프장치(2) 외부로부터 각 부재(5),(6),(7),(8)가 조립되는 경계면의 틈새를 통하여 펌프장치(2)내부로 유체가 침투하는 것을 방지해주게 되며, 이로써 각 부품의 면에 기밀을 유지하기 위해 가공 및 삽입되던 O-링 홈 및 O-링이 필요치 않게 되어 부품수가 감소되고 제작이 간단해지며, 기밀유지가 확실하게 된다.

진공펌프(1)가 작동하면 역류방지밸브(42a)가 열리면서 흡입구(46)를 통하여 도시하지 아니한 진공설비로부터 가스가 흡입된다. 흡입된 가스는 하우징(3)의 흡입통로(48)를 통하여 펌프장치(2)의 제1실린더(5)로 흡입되며, 실린더(5)내에서 회전 운동하는 제1로터(9)의 제1베인(11)에 의해 압축된 유체는 흡입통로(62)를 통하여 제2실린더(6)로 배출되어지게 되며, 제2실린더(6)내에서 회전 운동하는 제2로터(10)의 제2베인(12)에 의해 압축된 유체는 배기 구멍(65)을 통하여 배기 밸브(66)를 열고 배기된다.

한편, 제1실린더(5)에서 제2실린더(6)를 한평면에 도시하여 나타낸 도 3에서와 같이 제1실린더(5)에서 제2실린더(6)로 넘어가는 흡입통로(62)에 턱(60)을 형성하여 제1실린더(5)에서 압축되어 제2실린더(6)로 배기된 유체가 제1실린더(5)로 다시 넘어가는 것을 방지하여 펌프의 효율 및 진공성능을 떨어뜨리는 요인을 방지하였으며, 흡입통로(62)내의 턱안쪽 공간(61)내에서 제2실린더(6)로 넘어가지 못하고 잔류한 유체를 제2실린더(6)의 흡입구(64)와 턱안쪽 공간(61)을 경사흡입통로(63)로 서로 경사지게 연결(턱안쪽 공간(61)이 높은 위치임)하여 잔류 유체가 제2실린더(6)측으로 이동되도록 하므로써 고효율의 안정된 진공성능을 갖도록 하였다.

그리고 펌프 장치(2)의 각 운동부위의 윤활작용, 기밀작용, 냉각작용을 위해 사용된 오일 저장 케이싱(4)내의 오일이 과량으로 응축된 가스에 의해 오염되면 펌프의 진공성능이 떨어져 깨끗한 오일을 필요로 하게 된다. 이때에 오일속에 과량으로 응축된 가스를 정화하기 위해 가스밸러스트 밸브(67a)가 펌프 흡입구(46) 일측으로 윗면카바(47)에 설치되어 있으며, 가스밸러스트 밸브(67a)는 제2실린더(6)에 신선한 공기를 공급하여 오일속에 함유된 응축성 가스를 정화하게 된다.

윗면 카바(47)의 상부에는 가스밸러스트 조절손잡이(67)가 설치되어 있고 조절 손잡이(67)에 상단이 고정되고 하단이 윗면카바(47) 아래로 연장된 피스톤(68)의 중공부 내면(71)에 밸브시트판(69)이 조립되어 있으며, 조절손잡이(67) 회전시 밸브시트판(69)도 함께 회전하도록 로드와 피스톤으로 구성되는 계합부재(68a),(69a)가 4각단면 또는 타원형 단면으로 되어있다. 피스톤(68)과 밸브 시트판(69) 사이에는 스프링(70)이 탄발되도록 설치되어 있어 스프링(70) 탄성으로 양측부재(68)(69)를 상하로 밀게되므로써 피스톤(68)은 윗면카바(47)의 아래면에 밀착되고 밸브 시트판(69)은 하우징(3)의 밸브시트면(3a)에 밀착된다. 밸브 시트판(69)에는 유량조절을 할 수 있는 크고 작은 두 개의 구멍(72),(73)이 있고, 윗면 카바(47)에는 문자 C, 문자 I, 문자 Π가 새겨져 있으며, 하우징(3)의 밸브 시트면(3a)에는 수평의 한 방향으로 길쭉한 가스통로공간(74)이 형성되어 있고, 그 가스통로공간(74)은 제2실린더(6)로 가스(공기)를 공급하기 위한 가스통로(75)와 연통하고 있다.

조절 손잡이(67)의 위치가 윗면 카바(47)의 문자 C 방향에 있으면(도 4의 a참조), 구멍(72),(73)이 밸브시트면(3a)에 의해 막혀있기 때문에 외부로부터 가스통로공간(74)측으로 공기가 유입될 수 없어 가스밸러스트 밸브(67a)는 닫힌 상태이며, 조절 손잡이(67) 위치를 문자 I 방향으로 돌려 일치시키면, 조절 손잡이(67)에 일체가 되어있는 피스톤(68)과 밸브 시트판(69)도 문자 I 방향으로 회전하면서 길쭉한 가스통로공간(74)과 밸브 시트판(69)의 가스유입구멍(73)이 연결되며, 이로써 외부로부터 틈새(47a)와 공간(47b) 및 구멍(73)을 통해 가스가 가스통로공간(74)으로 유입되며, 다시 가스통로(75)를 통해 제2실린더(6)로 작은 양의 가스(공기)를 공급해 준다. 이 상태에서 많은 양의 가스를 제2실린더(6)에 공급해 주고자 하면 조절 손잡이(67)의 위치를 문자 Π방향으로 돌려 일치시키게 되며, 이에따라 조절 손잡이(67)에 일체가 된 피스톤(68)과 밸브 시트판(69)도 문자 Π방향으로 회전되어 수평으로 길쭉한 가스통로공간(74)가 밸브 시트판(69)에 상대적으로 크게 형성된 가스유입구멍(72)과 연결되므로써 가스통로(75) 통해 제2실린더(6)로 많은 양의 가스를 공급해 줄 수 있다. 가스밸러스트 밸브(67a)의 조절 손잡이(67) 위치가 윗면 카바(47)의 문자 C 방향은 닫힘, I 방향은 저유량, Π방향은 고유량의 3단계로 되어 펌프 작동중에 조절 손잡이(67)의 간단한 회전작동만으로 쉽게 취사선택해 사용할 수 있도록 하였다.

가스밸러스트 밸브(67a)를 열면 가스가 가스통로(75)를 통해 제2실린더(6)로 공급되는데 제2실린더(6) 내에서 회전 운동하는 제2로터(10)내의 제2베인(12)에 의해 압축된 유체가 가스통로(75)를 따라 역류하여 펌프장치 외부로 오일이 누출되는 것을 방지하기 위해 가스밸러스트 밸브장치(67a)와 제2실린더(6)를 연결하는 가스통로(75) 도중에 첵밸브(76),(77)를 설치해 가스 및 오일이 역류하는 것을 방지해 준다.

이에따라 가스밸러스트 밸브(67a)를 I단 또는 Π단으로 개방하게 되면, 제2베인(12)의 회전에 따라 개방된 가스통로(74)(75)를 통하여 외부로부터 가스(공기)가 제2실린더(6)내로 유입되면서 제2실린더(6) 내벽면에 붙어있는 오염된 오일을 청소하여 배출하게 된다.

이상과 같은 본원 발명의 로터리 베인형 진공펌프에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 펌프 정지시는 스프링 탄발력에 의하여 역류방지밸브 장치를 신속히 부상작동시켜 펌프 흡입구를 폐쇄하므로써 실린더 내부의 진공상태를 파기하지 않고 그대로 유지시키게 되는 반면에 펌프장치의 재작동시에는 역류방지밸브의 개방작동을 지연시켜 펌프장치내의 진공이 회복된 다음에야 역류방지밸브가 하강 작동되도록 하므로써 펌프 재작동시 발생하는 진공설비로의 오일 및 가스의 역류현상을 근본적으로 제거하여 진공설비를 완벽하게 보호한다.

둘째, 윗면카바 직하방의 펌프 하우징에 설치된 역류방지밸브장치를 작동시키기 위한 상부 오일 공간 및 오일통로의 체적을 크게 하여 오일펌프에 의해 이송된 오일이 오일통로 및 오일공간에 가득차 오일압이 형성되는데 시간이 소요되는 구조로 하여 펌프 작동시 역류밸브장치의 개방 작동이 지연되도록 하므로써, 그 작동지연시간 동안에 펌프장치가 진공을 회복할 수 있도록 하였으며, 또 U-시일의 단면적이 커지므로서 오일통로내의 오일압이 상대적으로 낮은 압력에서도 역류방지밸브장치가 작동될 수 있게되어 진공설비의 오염방지 및 높은 오일압력으로 인한 부품의 파손으로부터 펌프장치를 보호할 수 있다.

셋째, 과압밸브 내에 스프링에 의해 지지된 압력밸브를 설치해 오일통로 내의 오일압력이 고압밸브의 외경틈새와 압력밸브에서 유지되고 과압밸브의 오일통로(노즐구멍)를 크게하여 이물질이 오일통로를 막는 것을 방지하고, 펌프 정지와 동시에 압력밸브에 설치된 스프링이 과압밸브를 뒤로 신속하게 밀어 상부 오일 공간 및 오일통로내에 압축되어 있던 오일을 대기와 연결된 하부 오일 공간으로 배출되도록 하여 리턴스프링의 탄발력에 의해 장치가 신속하게 작동할 수 있게하여 펌프정지시 진공설비의 오염을 방지할 수 있게 된다.

넷째, 제1실린더에서 제2실린더로 넘어가는 흡입통로에 계단식의 턱을 만들어 제1실린더에서 배기된 유체가 다시 제1실린더로 회수되어 펌프의 효율 및 진공성능이 떨어지는 것을 방지해주고, 턱안쪽의 공간에 제2실린더로 넘어가지 못하고 잔류하고 있는 유체를 제2실린더로 유입되도록 처리해 주므로써 고효율의 안정된 진공성능을 얻을 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 오일펌프에서 이송되어 오일압이 형성된 오일을 각 실린더 접촉면 및 카바면과의 사이에 형성한 환형 오일시일공간에 공급해 조립 경계면을 가득찬 오일이 기밀공간을 형성해 주므로서 면의 기밀유지를 위한 O-링 홈 및 O-링이 필요치 않게 되어 구조가 단순해지고 간단해진다.

여섯째, 가스밸러스트 밸브장치의 조작을 다단계로 하여 펌프 작동중에 쉽게취사선택해 사용할 수 있도록 하므로써 사용의 편의성이 증진되고, 가스밸러스트 밸브장치와 제2실린더 사이에 첵 밸브를 설치해 실린더의 압축시 오일이 역류해 펌프의 외부로 오일이 누출되는 것을 방지해주는 효과가 있다.

Claims

제1실린더와 제2실린더 및 오일 펌프 하우징과 오일펌프 카바를 보유하고, 상기 각 실린더 내에서 회전운동을 하므로써 진공설비로부터 가스를 흡입하여 압축한 후 배기밸브를 통하여 외부로 배출시키는 작용을 하는 제1로터의 제1베인과 제2로터의 제2베인을 포함하여 구성되는 펌프장치와, 상기 펌프장치를 보호하기 위한 케이스로서 상기 펌프장치의 운동부위 및 부속장치에 공급하기 위한 오일을 수용하며 배기구를 통하여 대기압에 개방되는 오일 저장 케이싱과, 상기 오일 저장 케이싱과 협동하여 오일을 케이싱내에 저장할 수 있도록 하며 진공설비로부터 가스를 흡입하는 통로인 흡입구를 갖는 윗면카바와 조립되어 실린더내로 가스를 흡입하는 통로를 갖고있는 펌프 하우징과, 상기 펌프장치와 이를 제어하기 위한 부속 장치들에 윤활회로를 통해 오일을 공급해 주기 위하여 로터축상에 설치되는 오일펌프와, 상기 펌프장치가 작동을 중지할 때 오일과 가스가 진공설비로 역류하는 것을 방지하기 위하여 펌프 흡입구를 폐쇄해주며, 펌프장치가 재작동시에는 펌프흡입구를 개방하도록 작동하는 역류방지밸브 및 상기 오일펌프로부터 급송되는 오일압을 형성하여 주면서 동시에 상기 역류방지밸브의 작동을 제어하는 과압밸브를 포함하여 구성되는 로터리 베인형 진공펌프 장치에 있어서,

상기 역류방지밸브 장치는 윗면카바에 부착된 흡입구 직하방의 펌프 하우징에 설치되는 밸브 카바와, 오일펌프에 의한 오일압이 작동하도록 밸브 카바에 의해 형성되는 상·하부 오일 공간과, 상기 상·하부 오일 공간을 상하로 구획하고 또상하 축방향으로 이동가능하게 설치되며, 상부 오일 공간내에 오일압이 작용시 하강하는 피스톤과, 펌프장치의 정지시에 탄발력에 의해 상기 피스톤을 부상시켜주도록 하부 오일 공간내에 설치되는 리턴스프링과, 상기 밸브 카바를 관통하여 상부로 돌출한 피스톤 상단에 부착되어 펌프 흡입구를 개폐하는 밸브판 및 상기 하부 오일 공간과 상기 오일 저장 케이싱을 연통하는 오일통로로 구성된 것임을 특징으로 하는 로터리 베인형 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 역류방지밸브의 작동을 위한 오일이 유입되는 상기 상부 오일공간은 펌프장치의 작동시 실린더내의 진공이 회복될 때까지 상기 역류방지밸브의 개방작동이 지연될 수 있는 크기의 체적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 베인형 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 과압밸브는 상기 오일펌프로부터 급송되는 오일압을 형성하여주면서 동시에 외주면의 틈새 및 중앙을 관통하여 형성된 오일통로를 통하여 상기 상부오일공간과 상기 하부오일공간에 각각 오일을 소량씩 공급해주도록 설치되며, 오일펌프의 작동시엔 오일압에 의해 상기 상·하부 오일 공간의 연통 상태를 차단하도록 작동되며, 상기 오일펌프의 작동정지시 오일압에 대항하는 방향으로 상기 과압밸브를 탄발지지하는 스프링에 의해 이동하여 상기 상·하부 오일 공간을 연통시키게 되는것을 특징으로 하는 로터리 베인형 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 과압밸브의 내측에는 하부오일공간과 오일압 작용통로를 연통하도록 형성된 연통공을 가지는 압력밸브가 마련되고, 상기 스프링은 상기 압력밸브를 오일압에 대항하는 방향으로 탄발지지하므로써 오일펌프의 작동정지시 상기 스프링의 탄발력에 의해 상기 압력밸브와 과압밸브가 함께 이동하여 상·하부 공간을 신속하게 연통하게 되는 것을 특징으로 하는 로터리 베인형 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 실린더와 오일펌프하우징 등 각 부재가 서로 접속되는 경계면에는 환형의 오일시일공간이 오일통로에 연통되도록 형성되어 상기 오일시일공간에 작용하는 오일압에 의해 시일하게 되는 것을 특징으로 하는 로터리 베인형 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1실린더에서 제2실린더측으로 압축되는 공기가 넘어가는 흡입통로에는 압축가스의 역류방지를 위한 턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 베인형 진공펌프 장치.