KR100386753B1

KR100386753B1 - 드라이 진공펌프

Info

Publication number: KR100386753B1
Application number: KR10-2000-7010497A
Authority: KR
Inventors: 미토마사루; 요시무라마사시; 다카하시마사아키
Original assignee: 다이코 기카이 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2003-06-09
Also published as: US6371744B1; WO1999049220A1; DE19882986T1; US20020131884A1; KR20010024955A; TW483986B; US6554593B2; DE19882986B4

Abstract

흡입구(6)와 토출구(7)에 연통하는 내통부(1a)를 갖는 케이싱과, 이 케이싱에 지지된 축부(15b)에 나선형상의 치형부(15a)가 설치되고, 치형부(15a)가 서로 맞물린 상태로 내통부(1a)에 수용되는 스크류로터(15)와, 2개의 스크류로터(15)의 축부(15b)에 장착되어 서로 맞물리는 타이밍기어(16,19)와, 타이밍기어(16,19)를 축부(15b)에 고정하는 로크기구(17)를 갖는 드라이 진공펌프에 있어서, 축부(15b)와 치형부(15a)를 Ni함유 비율이 20∼30%의 구상흑연주철로 일체주조하였다. 부식성가스를 흡인하는 드라이 진공펌프에 있어서, 코팅한 수지피복이 박리하는데 따른 진공도 저하문제가 해결된다. 또, 치형부(15a)의 길이를 L로할 경우, 치형부(15a)의 중앙에서 토출측을 향하여 1/(20L)의 테이퍼를 설치하고, 치형부(15a)의 중앙에서 흡입측으로 약 10mm접근한 위치에서 토출측으로 치형부(15a)의 직경이 3/100∼4/100mm 작은직경이 되는 연삭면을 설치한다. 이에 따라 치형부(15a)의 타서 들러붙는 현상이 방지된다. 또, 케이싱내에 N₂가스를 공급하고, 토출구(7)와 스크러버(11)를 접속하는 토출관로(20)를 사일런서를 제거한 직관으로하였다. 이에 따라, 토출구(7)에서 송출되는 가스의 열용량을 높이고, 토출관로(20)에 생성물이 퇴적되지 않게 한다.

Description

드라이 진공펌프{DRY VACUUM PUMP}

스크류로터형식의 드라이 진공펌프 구조를 도 1의 횡단면도에 따라 설명하면, 펌프의 케이싱은 주 케이싱(1)과, 주 케이싱(1)의 우측끝면에 부착되는 흡입측 사이드케이스(2)와, 주 케이싱(1)의 좌측끝면에 부착되는 토출측 사이드케이스(3)와 토출측 사이드케이스(3)의 좌측끝면에 부착되는 기어케이스(4)에 의해 구성된다. 기어케이스(4)에는 모터(5)가 부착된다.

주 케이싱(1)의 내부에는 주 케이싱(1)의 축방향을 관통하는 내통부(1a)가 설치되고, 내통부(1a)의 우측에는 주 케이싱(1)에 설치된 흡입구(6)가 연통하고, 내통부(1a)좌측에는 토출측 사이드케이스(3)에 설치된 토출구(7)에 연통한다. 부호 8은 주 케이싱(1)의 냉각수실이다.

흡입측 사이드케이스(2)에 2개의 관통구멍(9)이 설치되고, 내부에 베어링(11)을 내장한 축받이함(10)이 관통 구멍(9)에 부착된다. 토출측 사이드케이스(3)에 2개의 관통 구멍(12)이 설치되고, 내부에 베어링(14)을 내장한 축받이함(13)이 관통 구멍(12)에 부착된다.

2개의 스크류로터(15)는 축직각 단면형상은 큄비곡선, 원호, 다분히 아르키메데스 곡선에 의해 형성되는 나선형상 치형부(15a)와, 치형부(15a)의 양끝에 설치되는 축부(15b)에 의해 구성된다. 치형부(15a)는 서로 맞물린 상태로 내통부(1a)내에 수용되고 축부(15b)는 각각 베어링(11,14)에 지지된다.

2개의 스크류로터(15)중 도 1에 있어서, 하측에 도시된 구동측 스크류로터(15)에는 축부(15b)의 좌측끝부에 타이밍기어(16)가 끼워 통하게되고, 로크기구(17)로 고정되며, 축부(15b)의 좌측끝은 커플링(18)을 통하여 모터(5)의 출력축에 연결된다. 도 1에 있어서, 상측에 도시된 종동측 스크류로터(5)에는 축부(15b)의 좌측끝부에 타이밍기어(16)에 맞물리는 타이밍기어(19)가 끼워 통하게되고, 로크기구(17)로 고정된다.

도 1의 부분확대도인 도 2에 도시된 바와 같이 로크기구(17)는 로크부재(20)와 체결부재(21)에 의해 구성되고, 로크부재(20)의 한쪽면에 축부(15b)의 외주면에 끼워 맞춤하는 끼워 맞춤부(22)가 형성되고 축부(15b)의 끝면에 설치된 나사구멍(23)에 상대하는 관통 구멍(24)이 설치되고, 끼워 맞춤부(22)외측에 압동(押動)돌기(25)가 형성된다. 로크부재(20)의 끼워 맞춤부(22)를 축부(15b)에 끼워 넣으면 로크부재(20)가 축부(15b)에 흔들림 없이 장착됨과 동시에 압동돌기(25)가타이밍기어(16)의 측면에 설치된 환상홈(26)의 바닥에 맞닿는다.

체결부재(21)는 볼트로서 선단을 로크부재(20)의 관통 구멍(24)을 통하여 나사구멍(23)에 끼우면 압동돌기(25)가 타이밍기어(16)를 가압하고, 타이밍기어(16)가 베어링(14)과 압동돌기(25)에 끼워 가압되어 축부(15b)에 고착된다.

모터(5)가 회전하면, 커플링(18)과 함께 구동측 스크류로터(15)가 회전하고, 구동측 스크류로터(15)의 회전은 타이밍기어(16,19)를 통하여 종동측 스크류로터(15)에 전달되고, 2개의 스크류로터(15)가 동일한 속도로 반대방향으로 회전하고, 흡입구(6)에서 흡인된 유체를 토출구(7)로 송출한다. 운전에 의해 흡입구(6)에 이어지는 영역이 차츰 감압됨과 동시에 케이싱이 고온이 되므로 케이싱을 수냉한다.

종래, 반도체 제조장치에 사용되는 진공펌프는 부식성 가스를 흡인하므로 내통부(1a)나 스크류로터(15)의 표면에 내식성의 수지코팅을 시공하는 것이 일반적이었다. 예를 들면, Teflon Coating, Defric Coating(폴리 이미드 수지)등의 코팅을 스크류로터(15)의 표면, 내통부(1a)내면에 두께 25∼30 미크론을 부여하였다.

그러나, 최근에는 반도체 제조장치는 플라즈마를 사용한 미세가공이 중요시되게 되어 청정화 목적으로 제조과정에 CF₄, C₂F₆등의 불화물을 씻어내는 장치의 채용이 많아지기 시작했다. 특히 플라즈마 CVD(Chemical vapour deposition)이나 플라즈마 에처(Etcher)가 많이 채용되고, 이 공정은 장치에 부착한 질화생성물을 제거하기 위하여 CF₄, C₂F₆등의 불화물을 씻어내는데, 이 가스는 플라즈마에 여기(勵起)되어 활성화 불소계 F*가 발생한다. 이 F*는 화학적으로 극히 활성이기 때문에 프로세스가스중의 H₂와 반응하여 HF가 된다. HF는 주지하는 바와 같이, 매우 부식성이 강하며 수지코팅을 부식시키고, 분화해 버린다. 특히, 생성물이 발생하는 프로세스에 채용되는 진공펌프는 생성물이 케이싱내에 고화하여 퇴적하는 것을 방지하기 위하여 고온으로 되어 있기 때문에 HF의 반응이 촉진되고, 수지코팅에 박리가 생긴다.

스크류로터(15)의 표면, 내통부(1a)의 표면에 부여한 두께 25∼30미크론의 수지코팅이 박리하면 스크류로터(15)와 내통부(1a)사이에 직경 100∼120미크론의 간극이 발생하고, 진공펌프 성능이 극단으로 악화된다. 드라이 진공펌프는 봉액을 사용하지 않은 관계로 이 간극확대는 중대한 결점이 된다.

그 해결책으로, 스크류로터(15), 케이싱(1)을 코팅하지 않고 내식성이 우수한 재료를 사용하는 것이 고려되는데, 내식성 있는 재료로서의 SUS(스테인레스)재는 난절삭재이기 때문에 스크류로터(15)와 같이 형상이 복합하고 또, 높은 치수정밀도가 요구되는 것에는 부적당하고, 게다가 열팽창계수가 크고, 또 타서 눌러붙는 현상을 일으키기 쉬운 결점이 있으므로 사용할 수 없다.

때문에, 기계적 강도가 높은 구상흑연 주철에 Ni를 첨가하여 내식성을 갖게하는 재료로 스크류로터(15), 케이싱(1)을 작성하였으나, Ni첨가량에 따라 열팽창계수가 다르고, 연강제의 로크기구(17)와의 열팽창계수가 다르기 때문에 운전중에 로크기구(17)가 이완하여 타이밍기어(16,19)에 슬립이 생겨 스크류로터(15)가 서로 접촉하는 문제가 발생한다.

또, 축부(15b)를 지지하는 베어링(14)과 축받이함(13)의 베어링 끼워 맞춤부가 크리프현상을 일으키고 베어링(14)의 손상 등의 원인이 되다.

본 발명은 Ni첨가량에 의해 열팽창계수가 다른 것을 역으로 이용하여 연강제의 로크기구(17)와 동일한 열팽창계수의 Ni함유 구상흑연 주철을 만들어 상기 문제를 해결하고자 하는 것이다.

또, 상기와 같이 모터(5)의 출력축이 회전하면 구동측의 스크류로터(15)가 회전하고, 타이밍기어(16,19)를 경유하여 종동측의 스크류로터(15)가 반대방향으로 동속도로 회전하고, 치형부(15a,15a)는 서로 맞물린 상태로 주 케이싱(1)의 내통부(1a)내를 회전하고, 주 케이싱(1)의 흡입구(6)에서 흡입된 유체를 사이드케이스(3)의 토출구(7)로 송출하는데(도 8참조), 치형부(15a,15b)는 흡인측 보다 토출측 온도상승이 크기 때문에 토출측 열팽창을 고려하여 치형부(15a,15b)의 외경에는 토출측을 향하여 작은 직경이 되는 1/(10L)의 테이퍼면을 설치하고 있다(L은 치형부(15a,15b)길이).

따라서, 치형부(15a,15b)의 흡입끝부의 외경치수(D₁)는 주 케이스(1)의 내통부(1a)의 내경에 대하여 직경으로 0.2∼0.25mm의 클리어런스가 형성되는 치수로 하고, 치형부(15a,15b)의 토출측 끝부 외경치수(D₂)는 주케이스(1)의 내통부(1a)의 내경에 대하여 직경으로 0.3∼0.35mm의 클리어런스가 형성되는 치수로하고 있었다.

드라이 진공펌프의 케이싱 및 스크류로터를 Ni를 함유한 주철로 하여 내식성을 높이는 것은 이 경우에도 유효하나 이하와 같은 문제가 있었다.

즉, 이 재료는 내식성을 갖는 반면 절삭성이 나쁘고, 주 케이싱(1)의 내통부(1a)길이가 길어 내통부(1a)의 내경의 약 5배가 되는 경우는 이 내통부(1a)를 보링가공할 경우에 큰 절삭저항을 받는 보링바(B_B)에 휨이 생겨 보링바(B_B)의 선단의 바이트(B_T)가 후퇴하는 문제가 있다(도 9참조).

주 케이싱(1)의 내통부(1a)의 내면을 양측에서 1/2L씩 가공하면 보링바(B_B)를 짧게할 수 있으나 한쪽의 1/2L을 보링한 후에 주 케이싱(1)을 180도 방향을 바꾸어 다시 세팅하는 관계로 가공종료 후의 양 내면의 중심선에는 1/100∼2/100mm정도의 빗나감이 발생할 수 있다.

중심선에 약간의 위치오차가 생기면 내통부(1a)내면의 중앙부 내경이 그만큼 작어졌을 경우와 같아지고, 스크류로터(15,15)의 치형부(15a,15a)외주면에 접촉하기가 용이해진다(도 10참조).

또, Ni를 함유한 주철은 일반주철에 비교하여 열팽창계수가 크고, 고온화하는 경우 열왜곡으로 변형하는 문제가 있었다.

펌프운전시의 케이싱 고온화에 의한 케이싱 왜곡이 추가되면 케이싱 및 스크류로터의 슬라이딩 부분에 타서눌러붙는 현상이 발생하는 문제가 있고, 이 문제를 해결하는 대책에 궁해 있다.

상기 문제를 해결하기 위하여 여러가지 실험이 시도되었으나 드라이 진공펌프 성능은 적어도 운전개시(냉각 상태시에서 개시)하여 15∼20분 이내에 10^-3Torr(1Pa오더)에 도달하는 진공도에 이르는 것이 요구되므로 단순히 타서 눌러붙는 현상을 방지하기 위해서는 스크류로터 외경을 작게하여 간극을 확대하는 것은 해결책이 되지 않는다.

또, 스크류로터 외면에 수지피막을 코팅한 방식은 상기와 같이 약 20∼30미크론의 수지피막의 박리에 의해 더욱 간극이 확대하여 펌프성능이 극단으로 저하되므로 수지피막방식은 개선하지 않으면 안된다.

각종 실험을 통하여 Ni를 함유한 주철제 케이싱 및 스크류로터가 고온화할 경우의 열팽창, 열왜곡을 확인하고, 이 대책으로서 케이싱의 중앙부 부근에서 토출측에 걸쳐 열팽창량, 변형량 및 현상의 기계가공정밀도의 센터 어긋남을 고려할 간극을 확보하면 된다는 것을 알았다.

본 발명은 이같은 실험결과로 그 허용되는 가공치수 정밀도 범위를 확인하여 구성된 것으로, 케이싱 및 스크류로터를 난삭성인 Ni를 함유한 주철재로 하고, 실험결과의 허용치수정밀도를 확보함으로써 운전시에 펌프가 고온이 되더라도 타서눌러붙는 현상이 생기지 않는 드라이 진공펌프를 제공하는 것이다.

또한, 드라이 진공펌프에 관한 다른 문제로서 이하와 같은 문제가 있었다.

도 13에 도시된 바와 같이 모터(5)의 구동에 의해 양쪽 스크류로터(15,15)가 회전하면 케이싱(1)의 흡입구(6)에서 흡인된 액체가 케이싱(1)의 토출구(7)로 이송되고, 토출구(7)에 접속하는 토출관로(30)를 통과하는 도중에 소음기(31)를 지나고, 토출관로(30)의 끝부에서 스크러버(32)로 배출된다.

반도체 제조장치의 프로세스가스와 같이, 저압이고, 박막의 질화물을 생산하는 CVD(Chemical Vapour Deposition), TEOS(테트라에톡시 실란)AL Etcher등의 프로세스가스의 반응으로 생성물이 되는 프로세스가스를 취급하는 드라이 진공펌프는 일반적으로 하드프로세스용이라 불리운다.

드라이 진공펌프(A)의 케이싱(1)내를 흐르는 프로세스가스는 토출구(7;도 13참조)를 향하는 사이에 고압축되고, 압축열에 의해 하드프로세스에 의해 생성된 AlCl₂, NH₃Cl 등은 고온화되고, 케이싱(1)내에서 응고하지 않고 토출구(7)에서 송출된다.

그러나, 10⁰∼10^-3Torr부근의 압으로 흡인되는 프로세스가스는 대기압상태의 1/1000∼10^-6정도의 희박가스이고, 고온이라 하더라도 열용량이 작기 때문에 토출관로(30), 소음기(31)내에서 간단히 냉각되고, 냉각에 의해 응고한 가스내의 생성물이 가끔 토출관로를 닫아서 막고, 반도체 제조중에 드라이 진공펌프 A의 모터(5)가 트립 또는 타서 눌러붙는 사고를 야기하여 반도체 생산에 큰 손실초래하고 있었다.

생성물이 응고하는 것을 방지하기 위해서는 희박가스가 토출관로(30)내에서 온도저하 되는 것을 방지할 필요가 있고, 토출관로(30)에 히터(33)나 보온재(34)를 부착하여 희박가스를 냉각하지 않게 하든지, 또는 빈번하게 토출관로(30)를 분해청소하여 퇴적한 생성물을 제거할 필요가 있었다.

그러나, 히터(33)를 채용하는 것은 화재방지 또는 에너지 절약 대책상으로는 부적당하고, 번거로운 분해청소를 피하기 위하여 히터(33)를 사용하지 않고 토출관로(30)의 온도저하를 방지하지 않으면 안된다.

본 발명은 이같은 과제를 해결함을 목적으로 하고, 프로세스가스의 온도저하를 방지함과 동시에, 드라이 진공펌프의 토출관로(30)를 생성물이 퇴적하지 않은 구조로 하는 드라이 진공펌프를 제공하는 것이다.

본 발명은 스크류로터 형식의 드라이 진공펌프에 관한 것으로, 상세하게는 예를 들면, 반도체 제조장치에 발생하는 가스에 대하여 내식성을 필요로할 경우에 사용되는 진공펌프, 부식성이 있는 유체에 접촉하는 케이싱, 스크류로터 재질을 내식성 있는 Ni합금재로 한 드라이 진공펌프 및 반도체 제조장치 등의 프로세스 가스의 반응생성물이 드라이 진공펌프의 토출관로에 퇴적하는 것을 방지한 드라이 진공펌프에 관한 것이다.

도 1은 드라이 진공펌프의 횡단면도,

도 2는 도 1의 부분확대도,

도 3은 구상흑연주철의 Ni함유구(球)비율과 선팽창계수의 관계를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 제 2측면에 관한 제 1실시예의 스크류형 드라이 진공펌프 치수를 설명하는 주요부 종단면도,

도 5는 본 발명의 제 2측면에 관한 제 2실시예의 스크류형 드라이 진공펌프 치수를 설명하는 주요부 종단면도,

도 6은 종래의 드라이 진공펌프의 치수를 설명하는 종단면도,

도 7은 드라이 진공펌프 횡단면도,

도 8은 도 7의 종단면도,

도 9는 보링바의 휨 설명도,

도 10은 주 케이싱의 양측에서 보링할 경우의 가공내면 중심의 불일치 설명도,

도 11은 하드프로세스에 사용되는 본 발명의 제 3측면에 관한 드라이 진공펌프 전체를 도시하는 일부파단 평면도,

도 12는 스크류로터형 드라이 진공펌프의 내부구조를 도시하는 횡단면도,

도 13은 하드프로세스에 사용되는 종래의 드라이 진공펌프 전체를 도시하는 일부파단 평면도.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제 1측면에 따르면, 흡입구와 토출구에 연통하는 내통부를 갖는 케이싱과, 이 케이싱에 지지되는 축부에 축직각 단면형상이 큄비곡선, 원호, 다분히 아르키메데스 곡선에 의해 형성되는 나선상 치형부가 일체적으로 설치되고, 이 치형부가 서로 맞물림 상태로 상기 내통부내에 수용되는 복수의 스크류로터와 이 복수의 스크류로터축에 각각 장착되고 서로 맞물리는 타이밍기어와 이 타이밍기어를 상기 축에 고정하는 로크기구를 구비한 드라이 진공펌프에 있어서,

상기 스크류로터 재질을 질량비로 20∼30%의 Ni를 함유하는 구상 흑연 주철재로 하여 연강제의 상기 로크기구와 거의 동일한 열팽창계수로 한 것이다.

상기 로크기구는 상기 축부의 끝부 외주면에 끼워 맞춤하는 끼워 맞춤부와 선단이 상기 타이밍기어에 맞닿는 압동돌기를 갖는 로크부재와, 이 압동돌기를 상기 타이밍기어에 가압하는 체결부재에 의해 구성되는 구조로할 수 있다.

또, 본 발명은 제 2측면에 따르면,

스크류로터가 케이싱에 양단부를 지지되는 축부와 이 축부의 양끝부를 제외한 외면에 형성되는 치형부로 구성되고, 이 치형부의 축직각 단면형상이 큄비곡선, 원호 및 아르키메데스 곡선으로 이루어지는 비대칭 나선으로 형성되고, 한 쌍의 스크류로터의 치형부를 맞물리게하여 상기 케이싱의 내통부내를 회전하여 케이싱내의 유체를 흡입구측으로부터 토출구로 송출하는 드라이 진공펌프에 채용되는 것으로,

스크류로터만을 치수 수정하는 제 1발명과, 스크류로터 및 케이싱을 치수 수정하는 제 2발명의 2종류가 있다.

스크류로터만을 치수 수정하는 발명은,

상기 스크류로터의 치형부 길이를 L로 했을때, 치형부의 외경을 치형부 중앙부로부터 유체토출측을 향하여 작은 직경이 되는 1/(20L)의 테이퍼면을 설치함과 동시에 상기 치형부 중앙으로부터 흡입측으로 약 10mm접근한 위치로부터 치형부 토출측을 향하여 상기 치형부 직경이 3/100∼4/100mm 작은 직경이 되는 연삭 마무리면을 형성한다.

스크류로터 및 케이싱을 치수 수정하는 발명은,

상기 스크류로터의 치형부 길이를 L로 할때, 치형부 외경을 치형부 중앙부로부터 유체토출측을 향하여 작은 직경이 되는 6/(100L)∼7(100L)의 테이퍼면을 설치함과 동시에, 상기 내통부 중앙으로부터 흡입측으로 약 10mm접근한 위치에서 토출구측을 향하여 상기 내통부 내경을 3/100∼4/100mm 확대한다.

본 발명은 또한 제 3측면에 따르면,

축 직각 단면형상이 큄비곡선, 원호, 다분히 아르키메데스곡선으로 되는 우나사, 좌나사 한 쌍의 스크류로터를 맞물려 케이싱내에 수용하고, 케이싱 흡입구로부터 흡인한 프로세스 가스를 케이싱의 토출구로부터 배출하는 스크류로터형의 드라이 진공펌프에 있어서,

이 스크류로터의 리드수를 복수로하고, 케이싱내의 토출구에 가까운 위치에 N2공급관을 연통하고, 상기 토출구와 스크러버 또는 트랩을 연결하는 토출관로를, 소음기를 제거한 직관으로 하였다.

이 드라이 진공펌프는 반도체 제조장치 등의 프로세스가스를 흡인하는 하드프로세스용 드라이 진공펌프에 채용할 수 있다.

본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위하여 첨부도면에 따라 이를 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된 드라이 진공펌프에 적용하므로 도 1의 진공펌프와 동일부품부호를 사용하여 그 설명은 생략한다.

도 3은 구상흑연주철에 함유된 Ni 비율(질량비)%를 수평축에 취했을 때의 선팽창계수(α)를 수직축에 표시한 것으로, Ni함유량에 따라 선팽창계수(α)가 크게 변화됨을 알 수 있다.

로크기구(17)는 통상의 연강과 같고, 선팽창계수가 10∼12×10^-6mm/℃이고, Ni함유량을 28∼30%로한 구상흑연 주철과 같다.

Ni함유량을 28∼30%로 한 구상흑연주철의 내식성은 다음 표 1에 표시된 바와 같이 주철에 비교하면 우수하다는 것을 알았다.

즉, 주철, 구상흑연주철, 28∼30% Ni함유구상흑연주철의 희염산에 대한 부식속도를 비교하면 90.4:12.4:1이 되고, Ni함유구상흑연주철은 내식성을 충분히 구비하고 있다는 것을 알 수 있다.

스크류로터(15)를 28∼30% Ni함유구상흑연주철로 할 경우는 로크기구(17)와 열팽창계수가 동일해지므로 로크기구(17)에 이완을 일으켜 타이밍기어(16,19)가 슬립하는 문제는 생기지 않으나 운전시의 온도상승으로 열팽창한 스크류로터(15)가 로크기구(17)를 다소 죄더라도 상관없기 때문에 본 발명은 구상흑연주철의 Ni함유비율(질량비)의 폭을 넓혀 20∼30%로 한다.

스크류로터(15)는 치형부(15a)와 축부(15b)가 Ni함유비율(질량비)20∼30%의 구상흑연주철로 일체 주조되고, 주 케이싱(1)도 동일재료에 의해 구성되므로 부식성이 강한 가스를 흡인할 수 있고, 운전시에 스크류로터(15)가 150∼200℃로 온도상승 하더라도 로크기구(17)가 이완되지 않으므로 타이밍기어(16,19)를 키로 고정하는 번거로운 가공을 하지 않아도 타이밍기어(16,19)가 슬립할 염려는 없다.

로크기구(17)는 체결부재(21)를 죄는 것만으로 되기 때문에 타이밍기어(16,19)의 고정이 간단하고, 또 체결부재(21)를 풀면 간단하게 타이밍기어(16,19)를 풀 수 있으므로 타이밍기어(16,19)상호의 갭조정을 쉽게 행할 수 있다.

이상 설명한 구성에 의해, 이하, 기재하는 효과를 가져온다.

(1) 스크류로터는 축부와 치형부가 일체 주조되므로 축부와 치형부를 별체형으로 할 때와 같이 양자를 끼워 맞춤하는 공수(工數)가 줄고, 유가저감효과를 가져온다.

또, 일체구조이기 때문에 나사바닥의 직경을 축부직경과 동일하게 할 수 있어, 스크류로터의 1회전당의 유체 압출량을 크게할 수 있다.

(2)스크류로터 및 케이싱을 Ni함유구상흑연주철제로 했기 때문에 하드프로세스의 반도체제조 공정에 사용하는 드라이 진공펌프에 있어서도 수지를 코팅할 필요가 없어지고, 따라서, 수지코팅이 박리하여 펌프성능이 저하되는 문제가 해결되었다.

(3) Ni함유구상흑연주철의 Ni를 함유하는 비율을 소정수치로 함으로써 로크기구에 이완이 생기지 않고, 따라서 타이밍기어가 슬립하는 문제는 일어나지 않는다.

도 4는 본 발명의 제 2측면에 관한 제 1실시예를 도시하는 스크류형식의 드라이 진공펌프의 종단면도이고, 펌프구조는 도 7, 8에 도시된 종래예와 같으므로 종래예와 같은 부품에는 같은 부호를 부기하여 그 상세설명을 생략한다.

주 케이싱(1) 및 스크류로터(15,15)는 Ni를 함유한 FCD(JIS규격 FCDA-Ni계통)제로 한다.

치형부(15a,15a)형상은 종래와 같으나 나선 리드수를 많게하여 나선에 의한 유체 폐입실을 복수로 함으로써 치형부(15a,15a)중앙부 부근에서 토출측을 향한 영역의 간극이 확대하더라도 다수의 나선이 리크를 차단하는 시일선이 되는 것을 이용하여 치형부(15a,15a)외경에 치형부(15a,15a)중앙에서 유체토출측(도 5의 좌측)을 향하여 작은 직경이 되는 1/(20L)의 테이퍼면을 설치한다(L은 치형부(15a,15a)길이).

이에 따라 치형부(15a,15a)의 흡입측끝부의 직경(D3)은 내통부(1a)에 대하여 직경으로 0.15∼0.20mm의 클리어런스를 갖는데 대하여 치형부(15a,15a)의 토출측 단부 직경(D4)은 내통부(1a)에 대하여 직경으로 0.35∼0.40mm의 클리어런스가 된다.

또한, 치형부(15a,15a)중앙에서 흡입측으로 △L(△L은 본 실시예에서 약 10mm)접근하는 점에서 토출구(7)방향을 향하여 치형부(15a,15a)직경이 3/100∼4/100mm 작은직경이 되는 연삭면을 설치한다.

이 연삭면은 상기 테이퍼면과 교차한다.

상기와 같이 구성된 드라이 진공펌프는 운전에 의해 치형부(15a,15a)토출측의 열팽창이 흡입측 보다 크지만 치형부(15a,15a)의 중앙부에서 유체토출측을 향하여 작은 직경이 되는 테이퍼면이 설치되어 있으므로 운전 중에 있어서의 치형부(15a,15a)와 내통부(1a)의 클리어런스는 치형부(15a,15a)전체 길이에 걸쳐 거의 균일한 적정치로 유지된다.

또, 내통부(1a)의 중앙부가 약간이나마 작은 직경이 되기 쉬운 문제는 연삭면으로 해결된다.

도 5는 본 발명의 제 2측면에 관한 제 2실시예를 도시하는 스크류형식의 드라이 진공펌프의 종단면도이고, 제 1실시예와 다른점은 치형부(15a,15a)만이 아니라 내통부(1a)에도 클리어런스 확보용 가공을 실시한다는 점이다.

이 제 2실시예는 치형부(15a,15a)의 길이를 L로할때에 치형부(15a,15a)의 외경을 치형부(15a,15a)의 중앙부에서 유체토출측을 향하여 작은 직경이 되는 6/(100L)∼7(100L)의 테이퍼면을 설치한다.

이에 따라, 치형부(15a,15a)의 흡입측 끝부의 직경(D₃)은 내통부(1a)에 대하여 직경으로 0.15∼0.20mm의 클리어런스를 갖는 것에 비해 치형부(15a,15a)토출측끝부의 직경(D₅)은 내통부(1a)에 대하여 직경으로 0.30∼0.35mm의 클리어런스를 갖는다.

또한, 내통부(1a)의 중앙에서 흡입측으로 △L(△L은 본 실시예에서 약 10mm)접근한 위치에서 토출측을 향하여 내통부(1a)에 직경으로 3/100∼4/100mm확대한 확대내경(D₆)을 설치한다.

이 확대내경(D₆)의 작용, 효과는 제 1실시예의 치형부(15a,15a)토출측 끝부의 직경(D₄)및 연삭면과 같다.

이상 설명한 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가져온다.

고온이고 또 부식성이 있는 가스를 드라이 진공펌프로 흡인할 경우, 가스에 접촉하는 스크류로터 및 케이싱을 내식성이 뛰어난 Ni함유주철로 구성하는 것이 요망되고 있었으나 Ni함유주철이 난삭성을 가지고, 게다가 운전시의 열팽창이 크고 열왜곡이 있기 때문에 스크류로터 및 케이싱에 타서눌러붙는 현상이 발생하는 문제가 있어 실시할 수 없었으나 본 발명은 스크류로터의 외경에 소정 치수 정밀도의 가공을 실시함으로써, 또는 스크류로터의 외경과 케이싱의 내통부의 소정치수 정밀도의 가공을 실시함으로써 드라이 진공펌프의 흡인성능을 떨어지게 하지 않고 케이싱의 난삭성 문제와 운전시의 타서눌러붙는 문제를 해결할 수 있다.

도 11은 본 발명의 드라이 진공펌프(A₁)의 일부 파단평면도를 도시하고, 케이싱(1)내의 토출구(7)에 가까운 폐입실에 외부로 개구한 관통 구멍(35)을 설치하고, 외부에 설치된 N₂공급원(36)과 관통 구멍(35)을 접속하는 N₂공급관(37)을 설치하고, N₂공급관(37)도중에 레귤레이터(38), 플로우메터(39)를 설치한다.

스크류로터(15)의 치형부(15a)의 나사리드(L; 도 12참조)의 개수를 복수로함으로써 토출구(7)에 가까운 폐입실에 N₂(질소)가스를 공급하여도 N₂가스는 흡입구(6)로 역류하지 않고, 폐입실내의 프로세스가스는 N₂가스에 혼합되어 열용량을 증가시키고, 토출구(7)를 경유하여 다음 설명의 토출관로(40)로 송출된다.

토출관로(40)는 일끝이 토출구(7)에 접속하고, 타단이 스크러버(또는 트랩; 32)에 접속하고, 도중에 소음기가 설치되지 않은 직관으로, 외면에는 종래예와 동일하게 보온재(34)가 감겨 있다.

직관이란, 배관에 굴곡부분이 없는 것을 의미하는 것이 아니라, 내면이 전체길이에 걸쳐 요철이 없는 관인 것을 의미한다.

토출관로(40)의 끝부의 스크러버(32)는 소음기로 겸용된다.

이상과 같이 구성된 드라이 진공펌프(A1)의 작용을 설명하면, 흡입구(6)에서 흡인된 프로세스가스가 스크류로터(15)에 의해 형성되는 폐입실에 수용된채 토출구(7)에 접근할 때, N₂공급관(37)에서 공급되는 N₂가스가 혼합되여 열용량이 증대한다.

스크류로터(15)는 복수의 리드수를 갖기 때문에 토출구(7)에 접근한 폐입실은 흡입구(6)와의 연통이 단절되어 있어, 압력이 증가한 혼합가스가 흡입구(6)로역류하는 일은 없다.

토출구(7)에서 토출관로(40)로 송출된 혼합가스는 프로세스가스에 비교하여 열용량이 증대해 있고, 토출관로(40)는 내면에 요철이 없는 직관이기 때문에 전열면적이 종래보다 감소되어 있으므로 혼합가스는 토출관로(40)내에서의 온도저하가 적고, 프로세스가스내의 생성물 승화온도 보다 높은 온도인채로 스크러버(32)에서 배출된다.

따라서, 히터를 사용하지 않아도 토출관로(40)내에는 생성물의 응고, 퇴적이 방지되게 되고, 운전중에 모터가 트립하는 중대사고가 없어지고, 빈번히 토출관로를 분해청소하는 번거로운 수고가 필요없게 되었다.

이상의 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가져온다.

(1)하드프로세스에 사용되는 종래의 드라이 진공펌프는 운전중에 모터가 트립하는 중대사고가 발생하는 문제가 있었으나 본 발명은 히터를 사용하지 않고 N₂가스공급으로 토출관로내에서의 생성물 응고, 퇴적을 방지할 수 있고, 종래의 문제를 해결할 수 있다.

히터를 사용하지 않으므로 화재사고에 대하여 안전하고 또 에너지 절약대책에 공헌한다.

(2)토출관로에 개재시키고 있던 소음기를 제거하고 스크러버 등을 소음기로 겸용시키기 때문에 토출관로내에서의 생성물 응고, 퇴적을 방지하고 분해청소 문제가 해결될 뿐 아니라 드라이 진공펌프 전체의 코스트를 저가시키는 효과도 생긴다.

Claims

흡입구와 토출구에 연통하는 내통부를 갖는 케이싱과, 그 케이싱에 지지되는 축부에, 축직각 단면형상이 큄비곡선, 원호, 다분히 아르키메데스곡선에 의해 형성되는 나선형상 치형부가 일체적으로 설치되고, 이 치형부가 서로 맞물린상태로 상기 내통부내에 수용되는 복수의 스크류로터와, 이 복수의 스크류로터의 축에 각각 장착되어 서로 맞물리는 타이밍기어와, 이 타이밍기어를 상기 축에 고정하는 로크기구를 구비한 드라이 진공펌프에 있어서,

상기 스크류로터의 재질은 질량비로 20∼30%의 Ni를 함유하는 구상흑연 주철재이고, 연강제의 상기 로크기구와 대략 동일한 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 드라이 진공펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 로크기구는 상기 축부의 끝부 외주면에 끼워 맞춤하는 끼워 맞춤부와 선단이 상기 타이밍기어에 맞닿는 압동돌기를 갖는 로크부재와, 이 압동돌기를 상기 타이밍기어에 가압하는 체결부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 드라이 진공펌프.
스크류로터가 케이싱에 양끝부가 지지되는 축부와, 이 축부의 양끝부를 제외한 외면에 형성되는 치형부로 구성되고, 이 치형부의 축직각 단면형상이 큄비곡선, 원호 및 아르키메데스곡선으로 이루어지는 비대칭나선으로 형성되고, 한 쌍의 스크류로터의 치형부를 맞물리게 하여 상기 케이싱의 내통부내를 회전하고 케이싱내의 유체를 흡입구측으로부터 토출구로 송출하는 드라이 진공펌프에 있어서,

상기 스크류로터의 치형부의 길이를 L로했을 때, 치형부 외경을 치형부의 중앙부로부터 유체토출측을 향하여 작은 직경이 되는 1/(20L)의 테이퍼면을 설치함과 동시에, 상기 치형부 중앙으로부터 흡입측으로 약 10mm 접근한 위치로부터 이 테이퍼면을 향하여 상기 치형부 직경이 3/100∼4/100mm 작은 직경이 되는 연삭 마무리면을 형성하는 것을 특징으로 하는 드라이 진공펌프.
스크류로터가 케이싱에 양끝부가 지지되는 축부와, 이 축부의 양끝부를 제외한 외면에 형성되는 치형부로 구성되고, 이 치형부의 축직각 단면형상이 큄비곡선, 원호 및 아르키메데스곡선으로 이루어지는 비대칭나선으로 형성되고, 한 쌍의 스크류로터의 치형부를 맞물리게 하여 상기 케이싱의 내통부내를 회전하고 케이싱내의 유체를 흡입구측으로부터 토출구로 송출하는 드라이 진공펌프에 있어서,

상기 스크류로터의 치형부의 길이를 L로했을 때, 치형부의 외경을 치형부의 중앙으로부터 유체토출측을 향하여 작은 직경이 되는 6/(100L)∼7(100L)의 테이퍼면을 설치함과 동시에, 상기 내통부의 중앙으로부터 흡입측으로 약 10mm접근한 위치로부터 토출측을 향하여 상기 내통부의 내경을 3/100∼4/100mm 확대한 것을 특징으로 하는 드라이 진공펌프.
축직각 단면형상이 큄비곡선, 원호, 다분히 아르키메데스곡선으로 이루어지는 우나사, 좌나사 한 쌍의 스크류로터를 맞물리게 하여 케이싱내에 수용하고, 케이싱의 흡입구로부터 흡인된 프로세스가스를 케이싱의 토출구로부터 배출하는 스크류로터형의 드라이 진공펌프에 있어서,

이 스크류로터의 리드수를 복수로하고, 케이싱내의 토출구에 가까운 위치에 N₂공급관을 연통하고, 상기 토출구와 스크러버 또는 트랩을 연결하는 토출관로를 소음기를 제거한 직관으로 한 것을 특징으로 하는 드라이 진공펌프.
제 5 항에 있어서, 상기 드라이 진공펌프는 반도체 제조장치 등의 프로세스가스를 흡인하는 하드프로세스용 드라이진공펌프인 것을 특징으로 하는 드라이 진공펌프.