KR100450105B1 - 진공펌프의 축밀봉구조 - Google Patents

Abstract

루츠 펌프는 한 쌍의 회전축 (19, 20) 에 의해 복수의 로터 (23 내지 32) 를 회전시켜 가스를 토출한다. 각 회전축 (19, 20) 은 루츠 펌프의 후방 하우징부재 (14) 를 통해 연장한다. 환형 축시일 (49, 50 등) 이 각 회전축 (19, 20) 주위에 설치되어 후방 하우징부재 (14) 내에 형성된 리세스 (47, 48 등) 에 수용된다. 나선형 홈 (55, 56 등) 이 각 회전축 (19, 20) 의 원주측에 형성된다. 각 나선형 홈 (55, 56 등) 은, 관련 축시일 (49, 50 등) 의 원주측과 리세스 (47, 48 등) 의 원주벽 사이의 오일을, 관련 회전축 (19, 20) 의 회전시 펌프챔버 (39 내지 43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 이동시킨다. 이에 따라, 펌프챔버 (39 내지 43) 로 오일이 누출되는 것이 바람직하게 방지된다.

Description

진공펌프의 축밀봉구조 {SHAFT SEAL STRUCTURE OF VACUUM PUMPS}

본 발명은 회전축의 회전을 통해 펌프챔버 내의 가스 이송체를 작동시켜 가스를 토출하는 진공펌프의 축밀봉구조에 관한 것이다.

일본 공개특허공보 제 60-145475 호, 제 2-157490 호, 제 3-89080 호 및 제 6-101674 호는 복수의 로터를 포함하는 진공펌프를 개시하고 있다. 각 로터는 가스 이송체의 역할을 한다. 두 개의 로터가 서로 맞물려 회전함으로써, 펌프챔버를 통해 가스가 이송된다. 보다 상세하게는, 하나의 로터가 제 1 회전축에 연결되고, 다른 하나의 로터는 제 2 회전축에 연결된다. 모터는 제 1 회전축을 구동시킨다. 기어기구는 제 1 회전축의 회전을 제 2 회전축에 전달한다.

기어기구는 윤활유를 보유하는 오일챔버 내에 위치된다. 일본 공개특허공보 제 60-145475 호의 펌프는 오일챔버와 펌프챔버 사이의 공간을 밀봉하는 래버린스 시일 (labyrinth seal) 을 이용함으로써, 윤활유가 오일챔버로부터 펌프챔버로 누출되는 것을 방지하고 있다. 보다 상세하게는, 격벽이 펌프챔버로부터 오일챔버를 분리시키며, 이 격벽은 회전축이 관통하여 연장하는 관통구멍을 구비하고 있다. 이 관통구멍의 벽과 회전축의 대응 부위 사이에 래버린스 시일이 설치되어 있다. 일본 공개특허공보 제 2-157490 호의 펌프는 오일챔버와 펌프챔버 사이의 공간을 밀봉하는 립 (lip) 시일을 채택하고 있다. 일본 공개특허공보 제 3-89080 호의 펌프는 회전축을 지지하는 베어링을 수용하기 위한 베어링챔버를 포함하고 있다. 이 베어링챔버와 펌프챔버 사이에 중간챔버가 형성되어 있다. 격벽이 베어링챔버를 상기 중간챔버로부터 분리시키며, 이 격벽은 회전축이 관통 연장하는 관통구멍을 갖고 있다. 이 관통구멍의 벽과 회전축 사이에 래버린스 시일이 설치되어 있다. 일본 공개특허공보 제 6-101674 호의 펌프는 립 시일과 래버린스 시일을 포함하고 있다. 이들 시일은, 오일챔버를 펌프챔버로부터 분리시키는 격벽의 관통구멍의 벽과, 상기 관통구멍을 관통 연장하는 회전축 사이에 설치되어 있다.

그러나, 립 시일 혹은 래버린스 시일만으로 오일의 누출을 확실하게 저지하기는 어렵다. 예컨대, 립 시일과 래버린스 시일을 이용하는 일본 공개특허공보 제 6-101674 호의 펌프에서, 립 시일의 수명이 끝난다면, 오일의 누출은 래버린스 시일에 의해서만 저지되어야 한다. 따라서, 오일 누출의 저지에 대한 신뢰성이 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 오일이 펌프챔버로 누출되는 것을 방지하는 진공챔버의 효력을 향상시키는 것이다.

도 1a 는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 다단 루츠 펌프 (multiple-stage Roots pump) 를 도시하는 단면도.

도 1b 는 도 1a 의 펌프의 제 1 회전축 주위의 밀봉구조를 도시하는 확대 단면도.

도 1c 는 도 1a 의 펌프의 제 2 회전축 주위의 밀봉구조를 도시하는 확대 단면도.

도 2a 는 도 1a 의 선 2a-2a 를 따라 취한 단면도.

도 2b 는 도 1a 의 선 2b-2b 를 따라 취한 단면도.

도 2c 는 도 1a 의 선 2c-2c 를 따라 취한 단면도.

도 3 은 도 1a 의 루츠 펌프의 요부를 도시하는 확대 단면도.

도 4a 는 제 1 회전축 주위에 설치된 밀봉구조의 요부를 도시하는 확대 평면도.

도 4b 는 제 2 회전축 주위에 설치된 밀봉구조의 요부를 도시하는 확대 평면도.

도 5 는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 밀봉구조의 요부를 도시하는 확대 단면도.

도 6 는 본 발명에 따른 제 3 실시예의 밀봉구조의 요부를 도시하는 확대 단면도.

도 7 는 본 발명에 따른 제 4 실시예의 밀봉구조의 요부를 도시하는 확대 단면도.

도 8 는 본 발명에 따른 제 5 실시예의 밀봉구조의 요부를 도시하는 확대 단면도.

도 9a 는 본 발명의 제 6 실시예를 도시하며 도 2c 에 대응하는 단면도.

도 9b 는 실린더 블록과 후방 하우징부재 사이의 경계를 따라 취한, 제 6 실시예의 루츠 펌프를 도시하는 단면도.

도 10a 는 도 9b 의 선 10a-10a 를 따라 취한 단면도.

도 10b 는 도 9b 의 선 10b-10b 를 따라 취한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 다단 루츠 펌프 (진공펌프) 12 : 로터 하우징부재

13 : 전방 하우징부재 14 : 후방 하우징부재

16 : 챔버 형성벽 19, 20 : 회전축

21, 22, 37, 38 : 베어링 23 ~ 32 : 로터 (가스 이송체)

33 : 기어 하우징부재 34, 35 : 기어

39 ~ 43 : 펌프챔버 47, 48, 47A, 48A, 61, 62 : 리세스

49, 50, 49A, 50A, 49B, 50B, 49C, 50C : 축시일

51, 52 : 시일 링 53, 54 : 래버린스 시일

55, 56, 55A, 56A, 63, 64 : 나선형 홈

57, 58 : 립 시일 59, 60 : 슬라이딩 링

65, 66 : 토출압력 도입라인 141, 142 : 관통구멍

143 : 챔버 형성벽면 163 : 통로

331 : 기어 수용챔버 (오일지역) 431 : 흡입지역

432 : 압력지역 531, 541 : 환형 홈

591, 601 : 누출방지 돌기

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전축의 회전을 통해 펌프챔버 내의 가스 이송체를 작동시켜 가스를 토출하는 진공펌프를 제공한다. 이 진공펌프는 펌프챔버에 인접한 오일지역을 형성하는 오일 하우징부재를 포함한다. 회전축은 상기 오일 하우징부재를 통해 펌프챔버로부터 오일지역으로 돌출하는 돌출부를 구비한다. 환형 축시일 (shaft seal) 이 돌출부의 주위에 위치되어, 회전축과 일체적으로 회전한다. 축시일은 오일 하우징부재에 대향하는 제 1 시일 형성면을 구비한다. 제 2 시일 형성면은 오일 하우징부재 상에 형성된다. 이 제 2 시일 형성면은 제 1 시일 형성면과 대향한다. 펌핑수단이 제 1 시일 형성면에 형성된다. 이 펌핑수단은, 제 1 시일 형성면과 제 2 시일 형성면 사이의 오일을, 회전축의 회전시 펌프챔버에 대응하는 측으로부터 오일지역측으로 이동시킨다.

본 발명의 기타 태양과 이점은, 본 발명의 원리를 예시한 첨부 도면과 관련한 하기의 설명에 의해 명백하여질 것이다.

이하, 도 1a 내지 도 4b 를 참조하여, 본 발명에 따른 다단 루츠 펌프 (11) 의 제 1 실시예를 설명한다.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 펌프 (11) (또는 진공펌프) 는 로터 하우징부재 (12) 및 전방 하우징부재 (13) 를 포함한다. 하우징부재 (12, 13) 는 서로 결합된다. 덮개 (36) 에 의해 전방 하우징부재 (13) 의 전방측이 폐쇄된다. 후방 하우징부재 (14) 는 로터 하우징부재 (12) 의 후방측에 연결된다. 로터 하우징부재 (12) 는 실린더 블록 (15) 및 복수 (본 실시예에서는 4 개) 의 챔버 형성벽 (16) 을 포함한다. 도 2b 에 도시된 바와 같이, 실린더 블록 (15) 은 한 쌍의 블록부 (17, 18) 를 포함하며, 각각의 챔버 형성벽 (16) 은 한 쌍의 벽부 (161, 162) 를 포함한다. 챔버 형성벽들 (16) 은 서로 동일하다.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 제 1 펌프챔버 (39) 는 전방 하우징부재 (13) 와 가장 좌측 (도면에서 볼 때) 의 챔버 형성벽 (16) 사이에 형성된다. 제 2, 제 3 및 제 4 펌프챔버 (40, 41 및 42) 는, 도면의 좌측에서 우측으로의 순서대로 두 개의 인접한 챔버 형성벽 (16) 사이에 각각 형성된다. 제 5 펌프챔버 (43) 는 후방 하우징부재 (14) 와 가장 우측의 챔버 형성벽 (16) 사이에 형성된다.

제 1 회전축 (19) 은 한 쌍의 반경방향 베어링 (21, 37) 을 통해 전방 하우징부재 (13) 와 후방 하우징부재 (14) 에 의하여 회전가능하게 지지된다. 제 2 회전축 (20) 은 한 쌍의 반경방향 베어링 (22, 38) 을 통해 전방 하우징부재 (13) 와 후방 하우징부재 (14) 에 의하여 회전가능하게 지지된다. 제 1 및 제 2 회전축 (19, 20) 은 서로 평행하게 챔버 형성벽 (16) 을 관통 연장한다. 반경방향 베어링 (37, 38) 은, 후방 하우징부재 (14) 에 장착된 한 쌍의 베어링 홀더 (45, 46) 에 의해 각각 지지된다. 베어링 홀더 (45, 46) 는, 후방 하우징부재 (14) 의 후방측에 형성되어 있는 한 쌍의 리세스 (recess; 47, 48) 내에 각각 끼워진다.

제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 로터 (23, 24, 25, 26 및 27) 는 제 1 회전축 (19) 과 일체로 형성된다. 마찬가지로, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 로터 (28, 29, 30, 31 및 32) 는 제 2 회전축 (20) 과 일체로 형성된다. 회전축 (19, 20) 의 축선 (191, 201) 의 방향에서 보면, 로터 (23 내지 32) 의 형상과 크기는 동일하다. 그러나, 제 1 회전축 (19) 의 제 1 내지 제 5 로터 (23 내지 27) 의 축방향 크기는 이 순서대로 점차 작아진다. 마찬가지로, 제 2 회전축 (20) 의 제 1 내지 제 5 로터 (28 내지 32) 의 축방향 크기도 이 순서대로 점차 작아진다.

제 1 로터 (23, 28) 는 서로 맞물리면서 제 1 펌프챔버 (39) 내에 수용된다. 제 2 로터 (24, 29) 는 서로 맞물리면서 제 2 펌프챔버 (40) 내에 수용된다. 제 3 로터 (25, 30) 는 서로 맞물리면서 제 3 펌프챔버 (41) 내에 수용된다. 제 4 로터 (26, 31) 는 서로 맞물리면서 제 4 펌프챔버 (42) 내에 수용된다. 제 5 로터 (27, 32) 는 서로 맞물리면서 제 5 펌프챔버 (43) 내에 수용된다. 각 펌프챔버 (39 내지 43) 는 관련 로터 (23 내지 32) 에 의해 흡입지역과 압력지역으로 분할된다. 압력지역 내의 압력은 흡입지역 내의 압력보다 높다.

기어 하우징부재 (33) 는 후방 하우징부재 (14) 와 연결된다. 한 쌍의 관통구멍 (141, 142) 이 후방 하우징부재 (14) 에 형성된다 (도 3 참조). 회전축 (19, 20) 이 관통구멍 (141, 142) 과 관련 리세스 (47, 48) 를 각각 관통 연장한다. 따라서, 회전축 (19, 20) 은 기어 하우징부재 (33) 내로 돌출하여 돌출부 (193, 203) 를 각각 형성한다. 한 쌍의 기어 (34, 35) 가 돌출부 (193, 203) 에 각각 고정되어 서로 맞물린다. 전기모터 (M) 가 기어 하우징부재 (33) 에 연결된다. 축 커플링 (44) 은 모터 (M) 의 구동력을 제 1 회전축 (19) 에 전달한다. 따라서, 모터 (M) 는 도 2a 내지 도 2c 의 화살표 (R1) 의 방향으로 제 1 회전축 (19) 을 회전시킨다. 기어 (34, 35) 는 제 1 회전축 (19) 의 회전을 제 2 회전축 (20) 에 전달한다. 따라서, 제 2 회전축 (20) 은 도 2a 내지 도 2c 의 화살표 (R2) 의 방향으로 회전한다. 따라서, 제 1 및 제 2 회전축 (19, 20) 은 반대방향으로 회전한다. 기어 (34, 35) 는 회전축 (19, 20) 을 일체적으로 회전시키는 기어기구를 형성한다.

기어 수용챔버 (331) 가 기어 하우징부재 (33) 내에 형성되어, 기어 (34, 35) 를 윤활하기 위한 윤활유 (도시 생략) 를 보유한다. 기어 수용챔버 (331) 는 밀봉된 오일지역이다. 따라서, 기어 하우징부재 (33) 와 후방 하우징부재 (14) 는 제 5 펌프챔버 (43) 에 인접한 오일지역 또는 오일 하우징을 형성한다. 후방 하우징부재 (14) 는 제 5 펌프챔버 (43) 를 오일지역으로부터 분리시키는 격벽의 역할을 한다. 기어 (34, 35) 는 회전하면서 기어 수용챔버 (331) 내의 윤할유를 휘젓는다. 따라서, 윤활유는 반경방향 베어링 (37, 38) 을 윤활시킨다. 각 반경방향 베어링 (37, 38) 의 간극 (371, 381) 에 의하여, 이 간극 (371, 381) 의 안쪽에 위치한 관련 리세스 (47, 48) 의 일부분으로 윤활유가 유입된다.

따라서, 리세스 (47, 48) 는 간극 (371, 381) 을 통해 기어 수용챔버 (331) 에 연결되고, 오일지역의 일부를 형성한다.

도 2b 에 도시된 바와 같이, 각 챔버 형성벽 (16) 의 내부에 통로 (163) 가 형성된다. 각 챔버 형성벽 (16) 은, 통로 (163) 에 연결되어 있는 입구 (164)와 출구 (165) 를 구비한다. 인접한 펌프챔버 (39 내지 43) 는 관련 챔버 형성벽 (16) 의 통로 (163) 에 의해 서로 연결된다.

도 2a 에 도시된 바와 같이, 입구 (181) 는 실린더 블록 (15) 의 블록부 (18) 를 관통 연장하며, 제 1 펌프 챔버 (39) 의 흡입지역에 연결된다. 도 2c 에 도시된 바와 같이, 출구 (171) 는 실린더 블록 (15) 의 블록부 (17) 를 관통 연장하며, 제 5 펌프챔버 (43) 의 압력지역에 연결된다. 가스가 입구 (181) 로부터 제 1 펌프챔버 (39) 에 유입되면, 제 1 로터 (23, 28) 의 회전에 의해 이 가스는 입구 (164) 로부터 인접 챔버 형성벽 (16) 의 통로 (163) 로 보내진다. 따라서, 가스는 통로 (163) 의 출구 (165) 로부터 제 2 펌프챔버 (40) 의 흡입지역에 도달한다. 그 다음에, 가스는 전술한 절차를 반복하면서 제 2 펌프챔버 (40) 로부터 제 3, 제 4 및 제 5 펌프챔버 (41, 42 및 43) 로 순서대로 흐른다. 제 1 내지 제 5 펌프챔버 (39 내지 43) 의 체적은 이 순서대로 점차 작아진다. 가스가 제 5 펌프챔버 (43) 에 도달한 후, 가스는 출구 (171) 로부터 진공펌프 (11) 의 외부로 토출된다. 즉, 각 로터 (23 내지 32) 는 가스를 이송하기 위한 가스 이송체의 역할을 한다.

도 1a 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 환형 축시일 (49 및 50) 이 제 1 및 제 2 회전축 (19 및 20) 의 주위에 각각 고정 설치된다. 축시일 (49, 50) 은 관련 리세스 (47, 48) 내에 위치하며, 관련 회전축 (19, 20) 과 일체로 회전한다. 시일 링 (51) 은 축시일 (49) 의 내주측과 제 1 회전축 (19) 의 원주측 (192) 사이에 위치한다. 동일하게, 시일 링 (52) 은 축시일 (50) 의 내주측과 제 2 회전축 (20) 의 원주측 (202) 사이에 위치한다.

각 축시일 (49, 50) 의 최대 직경 부분의 외주측 (491, 501) 과 관련 리세스 (47, 48) 의 원주벽 (471, 481) 사이에는 간극이 존재한다. 마찬가지로, 각 축시일 (49, 50) 의 전방측 (492, 502) 과 관련 리세스 (47, 48) 의 바닥 (472, 482) 사이에도 간극이 존재한다.

도 3 및 도 4a 에 도시된 바와 같이, 제 1 축시일 (49) 의 외주측 (491) 에 제 1 나선형 홈 (55) 이 형성된다. 도 3 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 제 2 축시일 (50) 의 외주측 (501) 에 제 2 나선형 홈 (56) 이 형성된다. 제 1 나선형 홈 (55) 은, 제 1 회전축 (19) 의 회전방향 (R1) 에서 볼 때, 기어 수용챔버 (331) 에 대응하는 측으로부터 제 5 펌프챔버 (43) 측으로 통로를 형성한다. 제 2 나선형 홈 (56) 은, 제 2 회전축 (20) 의 회전방향 (R2) 에서 볼 때, 기어 수용챔버 (331) 에 대응하는 측으로부터 제 5 펌프챔버 (43) 측으로 통로를 형성한다. 이와 같이, 각 나선형 홈 (55, 56) 은, 회전축 (19, 20) 의 회전시 제 5 펌프챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 로 유체를 이송하는 펌핑효과를 발휘한다. 즉, 각 나선형 홈 (55, 56) 은, 관련 축시일 (49, 50) 의 외주측 (491, 501) 과 리세스 (47, 48) 의 원주벽 (471, 481) 사이의 윤활유를 제 5 펌프챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 오일지역으로 이동시키는 펌핑수단을 형성한다. 각 축시일 (49, 50) 의 외주측 (491, 501) 과 관련 리세스 (47, 48) 의 원주벽 (471, 481) 은 대향의 시일 형성면을 형성한다.

도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 래버린스 시일 (53) 이 후방 하우징부재 (14) 의 관통구멍 (141) 의 벽과 제 1 회전축 (19) 의 원주측 (192) 사이에 형성된다. 또한, 래버린스 시일 (54) 이 후방 하우징부재 (14) 의 관통구멍 (142) 의 벽과 제 2 회전축 (20) 의 원주측 (202) 사이에 형성된다. 복수의 환형 홈 (531, 541) 이 회전축 (19, 20) 의 원주측 (192, 202) 주위에 각각 형성된다. 각 래버린스 시일 (53, 54) 은 관련 환형 홈 (531, 541) 에 의해 형성된다. 환형 홈 (531, 541) 은 관련 회전축 (19, 20) 의 축선을 따라 정렬된다.

제 1 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.

축시일 (49, 50) 과 관련 회전축 (19, 20) 사이에 위치한 각 시일 링 (51, 52) 은, 회전축 (19, 20) 의 원주측 (192, 202) 을 따라 관련 리세스 (47, 48) 로부터 제 5 펌프 (43) 로 윤활유가 누출되는 것을 방지한다. 또한, 제 1 회전축 (19) 이 회전하는 동안에, 제 1 축시일 (49) 의 제 1 나선형 홈 (55) 은 리세스 (47) 의 원주벽 (471) 을 따라 통로를 형성한다. 이에 따라, 제 5 펌프챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 제 1 나선형 홈 (55) 의 통로에 상응하게 윤활유가 이송된다. 동일하게, 제 2 회전축 (20) 의 회전 동안에 제 2 축시일 (50) 의 제 2 나선형 홈 (56) 은 리세스 (48) 의 원주벽 (481) 을 따라 통로를 형성한다. 이에 따라, 제 5 펌프챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 제 2 나선형 홈 (56) 의 통로에 상응하게 윤활유가 흐른다. 따라서, 각각 펌핑수단의 역할을 하는 나선형 홈 (55, 56) 을 갖춘 축시일 (49, 50) 은 윤활유에 대한 향상된 밀봉성을 갖는다.

각 나선형 홈 (55, 56) 은 관련 축시일 (49, 50) 의 외주측 (491, 501) 또는축시일 (49, 50) 의 최대 직경을 갖는 부분의 외주측을 따라 위치된다. 따라서, 각 나선형 홈 (55, 56) 이 위치된 부분에서 원주속도가 최대로 된다. 따라서, 각 나선형 홈 (55, 56) 은 비교적 고속으로 회전한다. 이것은, 각 축시일 (49, 50) 의 외주측 (491, 501) 과 관련 리세스 (47, 48) 의 원주벽 (471, 481) 사이의 간극을 제 5 펌프챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 효과적으로 이동시킨다. 각 축시일 (49, 50) 의 외주측 (491, 501) 과 관련 리세스 (47, 48) 의 원주벽 (471, 481) 사이의 윤활유는 가스의 움직임을 좇으므로, 제 5 펌프챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 효과적으로 이동한다. 따라서, 이 실시예의 각 나선형 홈 (55, 56) 의 위치는, 리세스 (47, 48) 로부터 제 5 펌프챔버 (43) 로 오일이 누출되는 것을 방지하는데 바람직하다.

만일 각 나선형 홈 (55, 56) 의 회전 사이클의 수가 증가하면, 각 축시일 (49, 50) 의 밀봉성은 향상된다. 각 나선형 홈 (55, 56) 의 회전 사이클의 수를 증가시키는 것이 비교적 용이하기 때문에, 나선형 홈 (55, 56) 은 바람직한 펌핑수단이다.

각 회전축 (19, 20) 은 이 회전축 (19, 20) 과 일체로 형성된 복수의 로터를 포함한다. 따라서, 만일 각 축시일 (49, 50) 이 관련 회전축 (19, 20) 과 일체로 형성된다면, 축시일 (49, 50) 의 최대 직경은 후방 하우징부재 (14) 의 각 관통구멍 (141, 142) 의 직경을 참조하여 선택되어야 한다. 그러나, 이 실시예에서는, 각 축시일 (49, 50) 이 관련 회전축 (19, 20) 과는 별개로 형성된다. 따라서, 펌핑수단의 펌핑효과를 바람직하게 향상시키도록 축시일 (49, 50) 의 형상과 크기를 정하는 것이 가능하다.

만일 윤활유가 각 축시일 (49, 50) 의 외주측 (491, 501) 과 관련 리세스 (47, 48) 의 원주벽 (471, 481) 사이의 공간으로부터 관통구멍 (141, 142) 으로 누출된다면, 각 래버린스 시일 (53, 54) 은 윤활유가 제 5 펌프챔버 (43) 로 유입되는 것을 방지한다.

또한, 래버린스 시일 (53, 54) 은 가스 시일의 역할도 한다. 보다 상세하게는, 각 펌프챔버 (39 내지 43) 내의 압력은 루츠 펌프 (11) 의 시동 직후에 대기압보다 높아진다. 이 상태에서, 래버린스 시일 (53, 54) 은, 가스가 회전축 (19, 20) 의 원주측을 따라서 제 5 펌프챔버 (43) 로부터 기어 수용챔버 (331) 로 누출되는 것을 방지한다. 따라서, 래버린스 시일 (53, 54) 은 오일 시일과 가스 시일로서의 역할을 하며, 최적의 비접촉식 시일 수단을 구성한다.

루츠 펌프 (11) 가 건식인 경우, 윤활유는 어떠한 펌프챔버 (39 내지 43) 에서도 순환하지 않는다. 본 발명은 이러한 유형의 펌프에 적용되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제 2 실시예를 도 5 를 참조하여 설명한다. 여기서는 도 1a 내지 도 4b 에 도시된 제 1 실시예와 제 2 실시예 사이의 차이점을 중심으로 설명한다.

제 2 실시예에서는, 한 쌍의 고무 립 시일 (57, 58) 이 도 3 의 래버린스 시일 (53, 54) 을 대신한다. 립 시일 (57, 58) 은 관통구멍 (141, 142) 내에 각각설치된다. 각 립 시일 (57, 58) 은 관련 회전축 (19, 20) 의 원주측 (192, 202) 과 접촉하여 이를 따라 슬라이딩한다. 만일 윤활유가 각 축시일 (49, 50) 의 외주측 (491, 501) 과 관련 리세스 (47, 48) 의 원주벽 (471, 481) 사이의 공간으로부터 관통구멍 (141, 142) 으로 누출된다면, 각 립 시일 (57, 58) 은 윤활유가 제 5 펌프챔버 (43) 에 유입되는 것을 방지한다.

이하, 본 발명의 제 3 실시예를 도 6 을 참조하여 설명한다. 여기서는 도 1a 내지 도 4b 에 도시된 제 1 실시예와 제 3 실시예 사이의 차이점을 중심으로 설명한다.

제 3 실시예에서는, 리세스 (47A) 의 일부분이 테이퍼 면 (471A) 을 형성하고, 리세스 (48A) 의 일부분이 테이퍼 면 (481A) 을 형성한다. 또한, 한 쌍의 축시일 (49A, 50A) 의 외주측이 테이퍼 면 (491A, 501A) 을 각각 형성한다. 한 쌍의 나선형 홈 (55A, 56A) 이 테이퍼 면 (491A, 501A) 내에 각각 형성된다. 각 테이퍼 면 (491A, 501A) 또는 각 나선형 홈 (55A, 56A) 의 직경은, 제 5 펌프챔버 (43) 로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 볼 때 점차 커진다. 따라서, 나선형 홈 (55A, 56A) 의 회전시, 제 5 챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 윤활유를 이동시키는 원심력이 바람직하게 작용한다.

이하, 본 발명의 제 4 실시예를 도 7 을 참조하여 설명한다. 여기서는 도 1a 내지 도 4b 에 도시된 제 1 실시예와 제 4 실시예 사이의 차이점을 중심으로 설명한다.

이 실시예는 한 쌍의 축시일 (49B, 50B) 을 포함한다. 한 쌍의 고무 슬라이딩 링 (59, 60) 이 축시일 (49B, 50B) 주위에 각각 설치된다. 슬라이딩 링 (59) 의 주위에는 복수의 누출방지 돌기 (591) 가 형성되며, 슬라이딩 링 (60) 의 주위에는 복수의 누출방지 돌기 (601) 가 형성된다. 제 1 회전축 (19) 의 회전시, 누출방지 돌기 (591) 는 접촉 상태로 리세스 (47) 의 원주벽 (471) 을 따라 슬라이딩한다. 마찬가지로, 제 2 회전축 (20) 의 회전시, 누출방지 돌기 (601) 는 접촉 상태로 리세스 (48) 의 원주벽 (481) 을 따라 슬라이딩한다. 각 누출방지 돌기 (591, 601) 는 관련 축시일 (49B, 50B) 의 축선, 또는 관련 회전축 (19, 20) 의 축선 (191, 201) 주위의 전체 원주를 덮지 않으며, 축선 (191, 201) 에 대하여 비스듬하게 형성된다. 각 누출방지 돌기 (591, 601) 는, 관련 회전축 (19, 20) 의 회전방향 (R1, R2) 에서 볼 때, 기어 수용챔버 (331) 에 대응하는 측으로부터 제 5 챔버 (43) 측으로 통로를 형성한다.

제 1 회전축 (19) 의 회전시, 누출방지 돌기 (591) 는 리세스 (47) 의 원주벽 (471) 과 제 1 축시일 (49B) 의 외주측 사이의 윤활유를, 제 5 챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 이동시킨다. 동일하게, 제 2 회전축 (20) 의 회전시, 누출방지 돌기 (601) 는 리세스 (48) 의 원주벽 (481) 과 제 2 축시일 (50B) 의 외주측 사이의 윤활유를, 제 5 챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 이동시킨다.

만일 단일의 누출방지 돌기가 각 회전축 (19, 20) 의 축선 (191, 201) 을 중심으로 전체 원주 주위에 형성된다면, 각 슬라이딩 링 (59, 60) 의 축방향 치수가 증대될 필요가 있다. 이 경우, 각 슬라이딩 링 (59, 60) 의 슬라이딩에 대한 저항은 비교적 커지며, 이는 바람직하지 않다. 반면에, 제 4 실시예의 누출방지 돌기 (591, 601) 는 슬라이딩 링 (59, 60) 의 축방향 치수가 커질 것을 요구하지 않는다.

이하, 본 발명의 제 5 실시예를 도 8 을 참조하여 설명한다. 여기서는 도 1a 내지 도 4b 에 도시된 제 1 실시예와 제 5 실시예 사이의 차이점을 중심으로 설명한다.

축시일 (49C) 이 제 1 회전축 (19) 과 일체로 형성되며 제 5 로터 (27) 에 연결된다. 동일하게, 축시일 (50C) 이 제 2 회전축 (20) 과 일체로 형성되며 제 5 로터 (32) 에 연결된다. 한 쌍의 리세스 (61, 62) 가, 로터 하우징부재 (12) 에 대향하는 후방 하우징부재 (14) 의 벽에 형성된다. 축시일 (49C, 50C) 은 리세스 (61, 62) 내에 각각 설치된다. 축시일 (49C) 의 외주측과 리세스 (61) 의 원주벽 (611) 사이에 래버린스 시일 (53) 이 형성된다. 축시일 (50C) 의 외주측과 리세스 (62) 의 원주벽 (621) 사이에 래버린스 시일 (54) 이 형성된다. 리세스 (61) 의 바닥 (612) 과 대향하는 축시일 (49C) 측에 제 1 나선형 홈 (63) 이 형성되고, 리세스 (62) 의 바닥 (622) 과 대향하는 축시일 (50C) 측에 제 2 나선형 홈 (64) 이 형성된다.

각 나선형 홈 (63, 64) 은, 관련 회전축 (19, 20) 의 회전방향 (R1, R2) 에서 볼 때, 관련 축시일 (49C, 50C) 의 축선측으로의 통로를 한정한다. 따라서, 회전축 (19, 20) 의 회전시, 나선형 홈 (63, 64) 은 펌핑효과를 발휘하거나, 제 5 펌프챔버 (43) 에 대응하는 측으로부터 기어 수용챔버 (331) 측으로 유체를 이송한다.

이하, 본 발명의 제 6 실시예를 도 9a 내지 도 10b 를 참조하여 설명한다. 여기서는 도 1a 내지 도 4b 에 도시된 제 1 실시예와 제 6 실시예 사이의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 9a 에 도시된 바와 같이, 제 4 펌프챔버 (42) 로부터 제 5 펌프챔버 (43) 의 흡입지역 (431) 으로 이송된 후, 냉매가스는 압력지역 (432) 에 도달하여 제 5 로터 (27, 32) 의 회전을 통해 출구 (171) 로부터 외부로 토출된다. 출구 (171) 는 진공펌프 (11) 의 외부로 가스를 토출하기 위한 토출통로의 역할을 한다. 제 5 펌프챔버 (43) 는 출구 (171) 에 연결된 최종단 펌프챔버이다. 제 1 내지 제 5 펌프챔버 (39 내지 43) 의 압력지역 중에서, 제 5 펌프챔버 (43) 의 압력지역 (432) 내에서 최대 압력이 작용하여, 압력지역 (432) 은 최대 압력지역의 역할을 한다.

도 9a 내지 도 10b 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 토출압력 도입라인 (65, 66) 이, 최종단 제 5 펌프챔버 (43) 를 형성하는 후방 하우징부재 (14) 의 챔버 형성벽면 (143) 내에 형성된다.

도 9b 및 도 10a 에 도시된 바와 같이, 제 1 토출압력 도입라인 (65) 은 제 5 로터 (27, 32) 의 회전에 의해 체적이 변하는 최대 압력지역 (432) 에 연결된다. 또한, 제 1 토출압력 도입라인 (65) 은 제 1 회전축 (19) 이 관통 연장하는 관통구멍 (141) 에도 연결된다. 도 9b 및 도 10b 에 도시된 바와 같이, 제 2 토출압력 도입라인 (66) 은 최대 압력지역 (432), 및 제 2 회전축 (20) 이 관통 연장하는 관통구멍 (142) 에 연결된다.

제 6 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.

제 1 회전축 (19) 의 원주측 (192) 은 관통구멍 (141) 의 벽에 대하여 근소한 간극을 형성한다. 또한, 각 제 5 로터 (27, 32) 는 후방 하우징부재 (14) 의 챔버 형성벽면 (143) 에 대하여 근소한 간극을 형성한다. 이들 간극은 최종단인 제 5 펌프챔버 (43) 내의 압력을 제 1 나선형 홈 (55) 으로 도입한다. 나아가, 제 2 회전축 (20) 의 원주측 (202) 은 관통구멍 (142) 의 벽에 대하여 근소한 간극을 형성한다. 따라서, 제 5 펌프챔버 (43) 내의 압력은 제 2 나선형 홈 (56) 으로 도입된다.

토출압력 도입라인 (65, 66) 이 없으면, 나선형 홈 (55, 56) 은 제 5 펌프챔버 (43) 의 압력지역 (432) 내의 압력과 흡입지역 (431) 내의 압력에 의해 동일하게 작용을 받는다. 보다 상세하게는, 만일 흡입지역 (431) 내의 압력이 P1 이고 최대 압력지역 (432) 내의 압력이 P2 (P2>P1) 이면, 각 나선형 홈 (55, 56) 은 제 5 펌프챔버 (43) 로부터 압력 (P1, P2) 의 합의 대략 절반의 압력 ((P2+P1)/2) 을 받는다.

기어 수용챔버 (331) 에 연결된 각 리세스 (47, 48) 내의 압력은, 각 로터 (23 내지 32) 의 작동에 의해 영향을 받지 않는 대기압 (약 1000 Torr) 에 상응한다.

이 실시예의 각 토출압력 도입라인 (65, 66) 은 최대 압력지역 (432) 내의 압력을 관련 나선형 홈 (55, 56) 으로 도입하는 효과를 향상시킨다. 즉, 토출압력 도입라인 (65, 66) 을 통해 최대 압력지역 (432) 내의 압력을 나선형 홈 (55, 56) 으로 도입하는 효과는, 흡입지역 (431) 내의 압력을 나선형 홈 (55, 56) 으로 도입하는 효과를 지배한다. 따라서, 각 나선형 홈 (55, 56) 에 의해 수용되는 압력은 전술한 값 ((P2+P1)/2) 보다 훨씬 커진다. 따라서, 제 5 펌프챔버 (43) 에 가장 가까운 단부와 각 나선형 홈 (55, 56) 의 기어 수용챔버 (331) 에 가장 가까운 단부 사이의 차압은 값 [1000-(P2+P1)/2] Torr 보다 훨씬 작아진다. 그 결과, 각 나선형 홈 (55, 56) 의 오일누출 방지효과가 향상된다.

각 나선형 홈 (55, 56) 으로 최대 압력지역 (432) 의 압력을 도입하는 효과는 각 토출압력 도입라인 (65, 66) 의 전달면적에 좌우된다. 바람직한 전달면적을 갖는 토출압력 도입라인 (65, 66) 이 용이하게 달성되기 때문에, 토출압력 도입라인 (65, 66) 은 최대 압력지역 (432) 의 압력을 나선형 홈 (55, 56) 에 최적으로 도입한다.

토출압력 도입라인 (65, 66) 은 제 5 펌프챔버 (43) 를 형성하는 챔버 형성벽면 (143) 내에 위치한다. 관련 회전축 (19, 20) 이 관통 연장하는 각 관통구멍 (141, 142) 은 챔버 형성벽면 (143) 내에 형성된다. 제 5 펌프 챔버 (43) 의 최대 압력지역 (432) 은 챔버 형성벽면 (143) 에 대면한다. 따라서, 각 토출압력 도입라인 (65, 66) 은, 라인 (65, 66) 이 최대 압력지역 (432) 과 관련 관통구멍 (141, 142) 에 연결되도록 챔버 형성벽면 (143) 내에 손쉽게 형성된다.

본 발명은 다음과 같이 변경될 수도 있다.

도 7 의 제 4 실시예에서, 축시일 (49B, 50B) 은 고무로 형성될 수도 있다.또한, 누출방지 돌기는 축시일 (49B, 50B) 의 원주측에서 각 축시일 (49B, 50B) 과 일체로 형성될 수도 있다.

도 8 의 제 5 실시예에서, 각 래버린스 시일 (53, 54) 은 관련 축시일 (49C, 50C) 의 원주측에 형성되어 있는 나선형 홈으로 대체될 수도 있다.

로터 하우징부재 (12) 에 대향하는 후방 하우징부재 (14) 측에 나선형 홈이 형성될 수도 있다.

본 발명은 루츠 형식과 다른 형식의 진공펌프에 적용될 수도 있다.

본 예와 실시예들은 제한적이 아닌 예시적인 것이며, 본 발명은 전술한 상세한 설명으로 한정되지 않고, 첨부의 특허청구범위의 범주와 그 등가물 내에서 변경될 수도 있다.

본 발명에 의하여, 오일이 펌프챔버로 누출되는 것을 방지하는 진공챔버의 효력이 향상된다.

Claims (16)

1. 회전축 (19, 20) 의 회전을 통해 펌프챔버 (39 내지 43) 내의 가스 이송체 (23 내지 32) 를 작동시켜 가스를 토출하는 진공펌프에 있어서,

   펌프챔버 (39 내지 43) 에 인접한 오일지역 (331) 을 형성하는 오일 하우징부재 (14, 33) 로서, 회전축 (19, 20) 의 돌출부가 이 오일 하우징부재 (14, 33) 를 통해 펌프챔버 (39 내지 43) 로부터 오일지역 (331) 으로 돌출하는, 오일 하우징부재 (14, 33) 와,

   회전축 (19, 20) 과 일체로 회전하도록 상기 돌출부 주위에 위치하며, 오일 하우징부재 (14, 33) 에 대향하는 제 1 시일 형성면을 구비하는 환형 축시일 (49, 50 등) 과,

   오일 하우징부재 (14, 33) 상에 형성되며, 상기 제 1 시일 형성면에 대향하는 제 2 시일 형성면과, 그리고

   제 1 시일 형성면에 형성되며, 회전축 (19, 20) 의 회전시 제 1 시일 형성면과 제 2 시일 형성면 사이의 오일을 펌프챔버 (39 내지 43) 에 대응하는 측으로부터 오일지역 (331) 측으로 이동시키는 펌핑수단 (55, 56 등) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 하우징부재 (14, 33) 는 축시일 (49, 50 등) 을 수용하는 리세스 (47, 48 등) 를 구비하며, 그리고 상기 제 2 시일 형성면은 상기 리세스 (47, 48 등) 의 벽부를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
3. 제 2 항에 있어서, 제 1 시일 형성면은 축시일 (49, 50 등) 의 외주측이며, 그리고 제 2 시일 형성면은 리세스 (47, 48 등) 의 원주벽인 것을 특징으로 하는 진공펌프.
4. 제 3 항에 있어서, 각 시일 형성면은 펌프챔버 (39 내지 43) 에 대응하는 측으로부터 오일지역 (331) 측으로 점차 증가하는 직경을 갖는 테이퍼 면인 것을 특징으로 하는 진공펌프.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 펌핑수단은 나선형 홈 (55, 56 등) 이고, 그리고 이 나선형 홈 (55, 56 등) 은 회전축 (19, 20) 의 회전방향에서 볼 때 오일지역 (331) 에 대응하는 측으로부터 펌프챔버 (39 내지 43) 측으로의 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
6. 제 2 항에 있어서, 제 1 시일 형성면은 축시일 (49C, 50C) 의 단부면이고, 그리고 제 2 시일 형성면은 리세스 (61, 62) 의 바닥인 것을 특징으로 하는 진공펌프.
7. 제 6 항에 있어서, 펌핑수단은 나선형 홈 (63, 64) 이고, 그리고 이 나선형홈 (63, 64) 은 회전축 (19, 20) 의 회전방향에서 볼 때 축시일 (49C, 50C) 의 축선측으로의 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 축시일 (49, 50 등) 은 회전축 (19, 20) 과 별개로 형성되고, 시일 링 (51, 52) 이 축시일 (49, 50 등) 과 회전축 (19, 20) 사이에 위치되며, 그리고 상기 시일 링 (51, 52) 은 회전축 (19, 20) 의 원주측을 따라 오일지역 (331) 으로부터 펌프챔버 (39 내지 43) 로 오일이 누출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 오일 하우징부재 (14, 33) 는 회전축 (19, 20) 이 관통 연장하는 관통구멍 (141, 142) 을 포함하고, 그리고 상기 진공펌프는 펌프챔버 (39 내지 43) 로부터 진공펌프의 외부로 토출되는 가스의 압력을 관통구멍 (141, 142) 으로 도입하는 압력 도입라인 (65, 66) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 압력 도입라인 (65, 66) 은 펌프챔버 (39 내지 43) 내에 위치한 최대 압력지역 (432) 의 압력을 관통구멍 (141, 142) 을 통해 펌핑수단 (55, 56 등) 으로 도입하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 압력 도입라인 (65, 66) 은 오일 하우징부재 (14,33) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
12. 제 10 항에 있어서, 오일 하우징부재 (14, 33) 는 최대 압력지역 (432) 에 노출되는 벽면을 구비하며, 그리고 상기 압력 도입라인 (65, 66) 은 상기 벽면에 형성된 홈인 것을 특징으로 하는 진공펌프.
13. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 회전축 (19, 20) 을 지지하는 베어링 (37, 38) 을 포함하며, 상기 베어링 (37, 38) 은 오일 하우징부재 (14, 33) 에 의해 지지되며 오일지역 (331) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
14. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 회전축은 복수의 평행한 회전축 (19, 20) 중의 하나이고, 기어기구 (34, 35) 가 서로 회전축 (19, 20) 에 연결되어 상기 회전축 (19, 20) 이 일체로 회전되며, 그리고 상기 기어기구 (34, 35) 는 오일지역 (331) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
15. 제 14 항에 있어서, 복수의 로터 (23 내지 32) 가 각 회전축 (19, 20) 주위에 형성되어 이들 각 로터 (23 내지 32) 는 가스 이송체로서 역할을 하며, 그리고 한 회전축의 로터는 다른 하나의 회전축의 로터와 맞물리는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
16. 제 10 항에 있어서, 상기 압력 도입라인 (65, 66) 은 오일 하우징부재 (14, 33) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 진공펌프.