KR20010006286A - 진공펌프 로터 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

로터는 물이 들어올 수 없는 내부를 구비하고, 진공펌프의 작동중에 통상적으로 가해진 응력으로부터의 변형에 대해 저항성이 있다. 로터는 로브의 외형과 일치하도록 형성된 로터셸, 및 로터셸의 횡단부를 덮는 측플레이트를 포함한다. 회전축은 측플레이트에 고정된다. 중공부는 진공환경인 로터셸 및 측플레이트에 의해 형성된다.

Description

진공펌프 로터 및 그 제작방법{VACUUM PUMP ROTOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

건식형의 진공펌프는 인벌류트 또는 사이클로이드 곡선형상의 로브를 구비한 한쌍의 로터를 포함한다. 서로 로브와 밀접하게 결합된 채로 이들 로터는 펌프케이싱내에서 회전하여 유체를 양수한다. 로브사이에는 윤활제 사용을 피하도록 약 100㎛의 간극이 있다.

종래의 많은 로터는 중실(solid)의 블럭재료로부터 만들어졌다. 중실의 로브 및 축을 일체적으로 주조하거나 또는 중실의 축을 삽입하여 중실의 로브를 주조하거나, 또는 키로 축에 로브를 부착하는 방법을 포함하여 이러한 중실의 로터를 만드는 여러 방법이 있었다. 그러나, 이러한 중실의 로터는 무겁고 제작 및 조립작업동안 다루기가 힘들다. 또한, 이들은 큰 관성모멘트를 가진 채로 하중을 받고, 동적제어를 위해서는 큰 토크가 필요하다. 이러한 이유때문에, 중공로터의 제작이 고려될 수 있고, 로터는 박판 또는 플레이트 재료로부터 제작될 것이다.

이러한 펌프에서, 펌프가 작동하는 동안 중공의 로터는 압력변화를 겪기 때문에, 로터의 내부 및 외부 사이의 압력차로 인해 변형되지 않도록 로터에 공기구멍을 제공하는 것이 필요하다. 그러나, 이 경우에 있어서, 저장실 또는 부식성 처리가스의 습기로 인해 로터의 내부가 녹이 슬어 오염될 잠재적 위험이 있다. 또한, 로터의 내부에 갇힌 잔류가스가 펌프의 정비 및 수리시에 누출되어 작업자에게 위험할 수도 있다.

본 발명은 일반적으로, 예를 들어 반도체소자의 제작공정에 사용되는 건식진공펌프, 및 펌프의 제작방법에 관련되고, 특히 이러한 진공펌프의 로터 및 그 제작방법에 관련된다.

도 1은 본 발명에 따른 진공펌프의 길이방향의 부분절취도;

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 횡단면도;

도 3은 도 1의 면 A-A를 통한 횡단면도;

도 4는 도 1내지 3에 도시된 로터를 이용한 진공펌프의 예의 횡단면 단부도;

도 5는 본 발명에 따른 로터의 다른 제작방법의 길이방향의 부분절취도; 및

도 6은 본 발명에 따른 로터의 또 다른 제작방법의 길이방향의 부분절취도이다.

본 발명의 목적은 건식진공펌프에 사용되는 중공의 로터 및 그 제작방법을 제공하는 것이다. 로터는 물이 들어올 수 없는 내부를 구비하고, 진공펌프의 작동중에 통상적으로 가해진 응력으로부터의 변형에 대해 저항성이 있는 특징이 있다.

본 발명의 목적은 로브의 외형과 일치하도록 형성된 로터셸, 이 로터셸의 횡단부를 덮는 측플레이트, 및 상기 측플레이트에 고정된 회전축을 포함하고, 상기 로터셸 및 상기 측플레이트에 의해 형성된 중공부가 진공환경인 것을 특징으로 하는 진공펌프용 중공로터에 의해 달성된다.

따라서, 로터의 내부는 기밀성 중공구조이기 때문에 펌프는 중량이 현저하게 감소되고 로터 내부의 부식을 방지할 수 있으며, 또한 중공부를 진공환경으로 만들어 펌핑작동중에 발생될 차압이 감소된다.

로터에 있어서, 측플레이트의 치수두께 내에서 바닥을 둔 균형구멍이 측플레이트의 표면위치에 제공될 것이다. 따라서, 중공부 내측의 진공을 유지한채, 각 로터는 측플레이트상에 제공된 구멍을 이용하여 동적안정을 위해 균형잡힐 수 있다.

중공의 로터는 중공셸 및 측플레이트내에 형성된 중공부를 진공시키는 것을 포함한 방법에 따라 제작될 수 있다. 로터셸 및 측플레이트는 용접에 의해 결합된다.

진공공정은 최소한 최종 중공부 형성공정이 진공 및/또는 고온의 환경에서 수행되어 중공로터내를 진공상태로 만드는 방법으로 수행될 것이다.

또는, 중공부는 중공로터에 제공된 진공통로를 통해 진공될 수도 있으며, 진공완료후에 기밀적으로 밀봉된다.

도면을 참조하여 바람직한 실시예가 설명된다. 도 1 내지 3은 이중로브(two-lobe)형 로터(10)를 도시한다. 이 로터(10)는 로브(L)의 형상을 갖도록 구부러진 스텐레스 강과 같은 재료로부터 만들어진 하나 또는 그 이상의 시트부재(sheet member)로 제작된 로터셸(12), 및 회전축(14)이 일체적으로 부착된 한쌍의 측프레이트(16)로 구성된다. 로브(L)의 형상은 종래의 로터에서처럼 인벌류트 또는 사이클로이드 형상이다.

로터셸(12)은 동일형상인 두 개의 셸부재(18)의 두 단부를 맞대고 폭방향에 걸쳐 맞댄 면을 용접함으로써 제작된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 맞대기 이음부(20)는 로터(10)의 로브(L)의 정점부(T)로부터 각 θ만큼 오프셋되어 있다. 정점부(T)는 소정의 간극을 가지고 케이싱의 내부표면 및 다른 로터의 외부표면과 접촉하며, 진공펌프의 펌프성능을 결정한다. 이러한 이유때문에, 주름잡히기 쉬운 이음부(20)는 정점부(T)의 치수정밀도를 유지하여 펌프성능을 향상시키도록 정점부(T)로부터 이격되어 위치된다.

이 예에서, 로터셸(12)은 용접에 의해 결합된 두개의 셸부재(18)로부터 만들어 진다. 따라서, 큰 스트립을 여러번 구부릴 필요가 없어 제작공정 및 정밀도를 향상시킨다. 또한, 로터셸(12)은 로브(L)의 수(이 실시예에서는 둘)와 동일한 수의 부재로 분할되어 동일형상의 로터셸부재(18)를 만든다. 이러한 방식은 셸부재(18)의 제작공정 및 재고관리를 단순화시킨다. 실제적으로, 분할은 어느 방식으로든 행해질 수 있고, 또한 로터부재는 하나의 스트립으로부터 만들어질 수도 있다.

측플레이트(16)는 로터(12)보다 약간 두꺼운 플레이트 재료로부터 만들어지고, 외부형상이 로터(12)의 형상과 일치하도록 제작(펀치프레스 공정)된다. 회전축(14)을 끼우고 전체원주에 걸쳐 플레이트(16)에 용접하도록 측플레이트(16)의 중앙에 축구멍(16a)이 형성된다. 플레이트(16) 표면의 적당한 위치에, 균형조절을 위해 플레이트를 관통하지는 않고 바닥을 둔 균형구멍(balancing hole)이 형성된다. 측플레이트(16)는 로터셸(12)의 단부를 횡단하여 결합되고, 전체 외주에 걸쳐 로터셸(12)에 용접되어 진공상태의 기밀성 중공부(22)를 형성한다.

상술된 로터(10)를 만드는 방법의 일예가 설명된다. 먼저, 압착펀칭과 같은 방법으로 만들어진 직사각형의 블랭크 플레이트(blank plate)가 준비되고, 이 블랭크 플레이트는 벤딩공정에 의해 소정형상의 셸부재(18)로 형성된다. 이러한 셸부재(18) 두개가 180°의 위상차를 가지고 축중심 주위로 정열되어 서로 맞대어 지고, 전체 폭에 걸쳐 맞댄부분이 용접되어, 두 개의 개방 횡단부를 구비한 로터셸(12)을 만든다.

한편, 측플레이트(16)는 프레스 펀칭과 같은 방법에 의해 스트립을 절단하여 만들어지고 축구멍(16a), 및 로터셸(12)내로 끼우기에 적당한 외형을 구비한 측플레이트(16)로 생산된다. 축(14)은 구멍(16a)을 관통하여 삽입되며, 아크용접과 같은 수단에 의해 전체 원주에 걸쳐 적당한 위치에서 측플레이트(16)에 용접된다. 용접된 측플레이트(16)를 구비한 측플레이트(16)는 로터셸(12)내로 삽입되고, 내부환경이 진공인 중공부(22)를 만들기 위해 접촉부는 전체 외주에 걸쳐 진공 및/또는 고온에서 레이저용접과 같은 수단에 의해 결합된다. 용접부는 연삭과 같은 수단에 의해 다듬어지고, 균형구멍(16b)이 필요한 곳에 제공된다.

상기의 공정에서, 로터셸(12)과 측플레이트(16)을 결합한 후 축(14)을 용접하여도 된다. 이 경우엔, 중공부(22)는 진공 및/또는 고온에서 측플레이트(16)에 회전축(14)을 용접함으로써 진공환경으로 된다.

도 4는 상술된 방법에 의해 만들어진 로터(10)를 이용한 진공펌프(30)의 횡단면도이다. 케이싱(32)은 링크된 기어(미도시됨)에 의해 함께 구동되는 두개의 평행한 회전축(14)을 구비하고, 로터(10)의 위상각은 서로에 대해 적당하게 교대된다. 이러한 형식의 진공펌프는 가볍고, 중공의 로터(10) 때문에 낮은 동적모멘텀을 갖으며 탁월한 동적응답특성을 갖는다. 또한, 로터(10)는 기계가공공정에 의해 저가로 제작될 수 있기 때문에, 펌프제조비용 또한 저가이다.

또한, 로터셸(12) 및 측플레이트(16)에 의해 분리된 중공부(22)는 외부환경으로부터 완전히 격리되어, 중공부(22)의 내부표면이 녹이 슬거나 그 안에 가스가 모이는 등의 문제는 생기기 않는다. 중공부(22)는 진공환경하에 있기 때문에, 케이싱(32)내의 압력이 펌핑작동동안 낮아지면, 로터(10)의 내외측 사이의 압력차는 작다. 따라서, 로터(10)의 변형은 방지된다. 또한, 펌프가 작동되지 않을때 로터(10)는 대기압에 노출되지만 차압은 기껏해야 1기압이어서 큰 변형은 발생될 수 없고, 또한 압력의 방향은 압축방향이어서 로터상호간 또는 로터와 펌프벽 사이의 접촉을 일으키는 변형은 발생되지 않는다.

도 5는 본 발명에 따른 진공펌프를 제작하는 방법의 다른 예를 도시한다. 이 방법에서, 진공보조장치(50)는 하나의 측플레이트(16)의 개구(16a)에 부착된다. 이 진공보조장치(50)는 각각의 단부에 플랜지(52, 54)를 구비한 파이프(56), 및 파이프(56)내에서 축방향으로 이동할 수 있는 내부가동성 플러그부재(58)로 구성된다. 내부가동성 플러그부재(58)는 밀봉플러그(60), 및 축(64)에 의해 연결된 가이드 헤드(62)를 포함한다. 밀봉플러그(60) 및 축(64)은 탈착가능하게 예를 들어 나사결합에 의해 연결된다. 파이프(56)의 내주의 선단부에는 가이드헤드(62)가 빠지는 것을 방지하기 위해 스토퍼(계단)(66)가 제공된다.

가이드헤드(62)의 외주는 도 5c에 도시된 바와 같이 호형부 및 직선부를 구비하여 헤드(62)가 파이프(56)내에서 활주하면서 직선부에 형성된 공간을 통해 진공시키는 것을 가능하게 한다. 밀봉플러그(60)는 측플레이트(16)의 개구(16a)의 단면형상에 끼워지도록 만들어지고, 이 경우에는 계단단면 및 테이퍼진 단면이 제공된다. 축(64)의 길이는 파이프(56)가 측플레이트(16)에 고정될때 가동플러그부재(58)가 도 5b에 도시되듯이 작은 간격(d)으로 축방향으로 이동할 수 있게 선택된다.

진공보조장치(50)는 도 5a에 도시되듯이 접착용접 또는 가용접에 의해 플랜지(52)를 통해 측플레이트(16)에 부착된다. 진공보조장치(50)는 또한 플랜지(54)를 통해 진공파이프(40)에 부착되고, 진공은 진공파이프(40)에 연결된 배기펌프에 의해 달성된다. 이 경우에, 가동플러그부재(58)는 가이드헤드(62)가 스토퍼(66)에 접촉할때까지 흡입에 의해 바깥쪽으로 이동된다. 이 운동은 밀봉플러그(60) 및 측플레이트(16)의 개구(16a) 사이에 공간을 만들어, 로터(10) 내측의 내부중공부(22)가 진공이 되도록 한다. 배기펌프의 작동이 멈추면, 가동플러그부재(58)는 중공부(22)의 진공에 의해 끌려 안쪽으로 이동하여 밀봉플러그(60)는 개구(16a)를 폐쇄한다. 기밀상태를 향상시키기 위해, 탄성의 기밀부재가 밀봉플러그(60) 및 개구(16a) 사이의 적당한 위치에 제공될 수도 있다.

파이프(56)는 이러한 조건에서 탈착되어 개구(16a)는 밀봉플러그(60)를 용접과 같은 수단에 의해 개구(16a)의 외주에 부착하도록 접근될 수 있다. 그 다음 중공부(22)는 밀봉된다. 축(64)은 용접단계 전 또는 후 어느때라도 제거될 수 있다. 이 방법에서, 중공부의 진공정도는 밀봉플러그(60)가 없어지지 않는 동안 어느정도 보장될 수 있어 진공상태를 확인하기 위한 노력을 줄여준다. 상술된 단계를 따라, 로터(10)의 중공부(22)는 높은 정도까지 확실히 진공될 수 있다.

도 6은 제작방법의 다른 예를 도시한다. 이 경우에서, 회전축(14)은 축(14)의 내측단부에서 중공부(22)의 내부공간에 개방된 진공통로(14a)를 구비한다. 전처럼 대기압하에서 용접조립작업을 수행한 후, 파이프(42)는 진공통로(14a)에 연결되어 로터(10)의 중공부(22)를 진공시킨다. 적당한 정도의 진공이 얻어지면, 진공통로(14a)의 개구는 밀봉되고 파이프(42)는 제거되어, 중공부(22) 내부의 적당한 진공환경을 제공한다.

본 발명은 반도체 소자 제작공정에 사용되는 건식진공펌프에 이용되는 로터로서 유용하다.

Claims (15)

1. 진공펌프에 사용되는 중공의 로터에 있어서,

   로브의 외형과 일치하도록 형성된 로터셸;

   상기 로터셸의 횡단부를 덮는 측플레이트; 및

   상기 측플레이트에 고정된 회전축을 포함하고,

   상기 로터셸 및 상기 측플레이트에 의해 형성된 중공부는 진공환경인 것을 특징으로 하는 중공로터.
2. 제 1항에 있어서,

   균형구멍이 상기 측플레이트의 표면위치상에 제공되고, 상기 균형구멍의 바닥은 상기 측플레이트의 두깨치수 범위내인 것을 특징으로 하는 중공로터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 로터셸은 하나 이상의 박판형 로터셸부재로 구성되고, 상기 로터셸부재는 벤딩공정을 통해 로브의 외형과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 중공로터.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 로터셸부재의 결합에지(joint edge)는 상기 로브의 정점으로부터 오프셋된 것을 특징으로 하는 중공로터.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 로터셸은 상기 로브수에 대응하는 수의 상기 로터셸부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 중공로터.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 로터셸부재의 에지는 용접에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 중공로터.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 로터셸 및 상기 측플레이트는 용접에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 중공로터.
8. 중공로터를 제작하는 방법에 있어서,

   상기 중공로터는

   로브의 외형과 일치하도록 형성된 로터셸;

   상기 로터셸의 횡단부를 덮는 측플레이트; 및

   상기 측플레이트에 고정된 회전축을 포함하고,

   상기 제작방법은 상기 로터셸 및 상기 측플레이트 내에 형성된 중공부를 진공시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공로터 제작방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 로터셸 및 상기 측플레이트는 용접에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 중공로터 제작방법.
10. 제 8항에 있어서,

    최소한 최종 중공부 형성공정은 진공 및/또는 고온의 환경에서 수행되어 상기 중공로터내를 진공으로 만드는 것을 특징으로 하는 중공로터 제작방법.
11. 제 8항에 있어서,

    상기 중공부는 상기 중공로터내에 제공된 진공통로를 통해 진공되고, 상기 진공통로는 진공이 완료된후 기밀적으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 중공로터 제작방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 진공통로는 상기 측플레이트내에 제공되는 것을 특징으로 하는 중공로터 제작방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 진공통로는 상기 측플레이트의 개구에 탈착가능하게 부착된 진공보조장치에 의해 제공되며, 상기 진공보조장치는 상기 개구를 폐쇄하는 플러그부를 구비한 내부가동형 플러그부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공로터 제작방법.
14. 제 11항에 있어서,

    상기 진공통로는 상기 회전축을 관통해 제공되는 것을 특징으로 하는 중공로터 제작방법.
15. 진공펌프에 있어서,

    한 쌍의 로터;

    상기 로터쌍을 감싸는 펌프케이싱; 및

    상기 로터쌍을 동기적으로 회전시키는 구동 메키니즘을 포함하고,

    상기 로터는

    로브의 외형과 일치하도록 형성된 로터셸;

    상기 로터셸의 횡단부를 덮는 측플레이트; 및

    상기 측플레이트에 고정된 회전축을 포함하고,

    상기 로터셸 및 상기 측플레이트에 의해 형성된 중공부는 진공환경인 것을 특징으로 하는 진공펌프.