KR20010006537A - 스크롤형 진공 펌프 장치 및 팁 밀봉 장치 - Google Patents

Abstract

스크롤형 진공 펌프에 사용되기 위한 팁 밀봉 장치가 밀봉 요소 및 상기 밀봉 요소에 부착되는 여기 요소를 구비한다. 상기 스크롤형 진공 펌프는 하나 이상의 블레이드간 포켓을 규정하도록 함께 겹쳐 끼워진 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드와, 상기 제 2 스크롤 블레이드에 대한 상기 제 1 스크롤 블레이드의 궤도 운동을 발생시키는 편심 구동 장치를 구비한다. 하나 이상의 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드는 그의 에지를 따르는 밀봉 홈을 갖춘다. 상기 팁 밀봉 장치는 상기 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드 사이의 밀봉 홈내에 위치된다. 상기 여기 요소는 다수의 압축성 공동을 갖는 탄성 재료로 형성되므로, 압축성 공동을 갖는 여기 요소는 밀봉 요소에 의해 제한될 때, 탄성 재료만 있는 것보다 더 압축성이 크다. 한 실시예에서, 상기 여기 요소는 낮은 공극률의 우레탄 폼 같은 폼이다. 다른 실시예에서, 상기 여기 요소는 소정의 공동 패턴을 갖춘 탄성 중합체 재료이다.

Description

스크롤형 진공 펌프 장치 및 팁 밀봉 장치{Improved Tip Seal For Scroll-Type Vacuum Pump}

스크롤 펌프는 크룩스에 1905년자 허여된 미국 특허 801,182호에 개시되어 있다. 스크롤 펌프에 있어서, 이동 가능한 나선형 블레이드(blade)가 하우징 내의 고정 나선형 블레이드에 대해 궤도 운동을 한다. 스크롤 블레이드의 구성 및 상대 운동은 유체의 하나 이상의 체적 또는 "포켓(pocket)"을 블레이드 사이에 가두며 펌프를 통해 유체를 이동시킨다. 크룩스의 특허는 증기 에너지를 사용하여 회전 출력 동력을 발생하기 위한 블레이드의 구동을 설명한다. 그러나, 대부분의 적용이 장치를 통해 유체를 펌핑하기 위한 회전 동력에 적용된다. 윤활 스크롤 펌프가 냉매 압축기로써 널리 알려져 있다. 다른 적용은 압축기로부터 역으로 작동되는 익스팬더(expander) 및 진공 펌프를 구비한다. 지금까지, 스크롤 펌프는 진공 펌프로써 사용되기 위해 널리 적용되지 않았는데, 이는 스크롤 펌프의 제조 비용이 동일 크기의 윤활 베인 펌프(vane pump)보다 대단히 높기 때문이다.

스크롤 펌프는 종종 충돌되는 다수의 설계 목적을 만족시켜야 한다. 스크롤 블레이드는, 그 상대 운동이 포켓 내에서 유체를 이송, 및 종종 압축시키는 포켓을 규정하기 위해 서로 상호 작용되도록 구성되어야 한다. 따라서 블레이드는 인접 회전 사이에 형성된 밀봉 장치를 갖추고 서로 상대적으로 이동되어야 한다. 진공 펌핑에 있어서, 펌프에 의해 성취 가능한 진공 레벨은, 출구에서 저압 입구를 향해 역류되며 미끄럼 밀봉 장치를 통해 입구로 누출되는 고압 가스의 성향에 의해 종종 제한된다. 스크롤 블레이드 밀봉 장치의 유효성 및 내구성은 성능 및 신뢰성의 중요한 결정 요소이다.

탄성 중합 부재에 의해 복원되는 밀봉 요소를 구비한 스크롤형 장치용 밀봉 수단이 맥컬로프 등에 1976년 11월 30일자 허여된 미국 특허 3,994,636호에 개시되어 있다. 실리콘 고무 튜브에 의해 바이어스된 밀봉 스트립(strip)을 구비하는 밀봉 구조가 페레부즈닉 등에 1989년 11월 28일자 허여된 미국 특허 4,883,413호에 개시되어 있다. 밀봉 요소 및 압력을 받는 탄성 중합체 밀봉 하중 블래더 (bladder)를 구비하는 스크롤형 진공 펌프용 밀봉 장치가 그렌치 등에 1994년 11월 22일자 허여된 미국 특허 5,336,358호에 개시되어 있다. 밀봉 요소와, 연질의 다공질 재료의 예비 요소를 구비하는 밀봉 구조를 갖는 스크롤형 펌프가 하가 등에 1993년 11월 2일자 허여된 미국 특허 5,258,046호에 개시되어 있다. 추가적인 스크롤형 장치용 밀봉 구조가 나카무라 등에 1988년 3월 15일자 허여된 미국 특허 4,730,375호에 개시되어 있다. 종래의 팁 밀봉 장치는 통상 미끄럼 밀봉을 형성하는 밀봉 요소 및, 대향면에 대해 밀봉 요소에 힘을 가하는 여기 요소(enegizer element)를 구비한다.

팁 밀봉 장치는 건식 스크롤 펌프의 성능 및 신뢰성에 결정적인 영향을 준다. 팁 밀봉 장치는 통상 스크롤 블레이드의 상부 에지내에 가공된 홈내에 장착된다. 밀봉 장치는 밀봉 장치를 가로지르는 가스 누출뿐만 아니라 팁 밀봉 홈을 따르는 축방향 누출도 효과적으로 방지해야만 한다. 어느 방향으로의 누출도 가스가 펌프 입구를 향해 역류되게 한다. 밀봉 장치는 장시간 동안(통상 9000시간 이상) 적은 마모와, 최소 마찰 및, 작동 온도 및 압력의 범위의 걸쳐 적당한 밀봉을 제공해야만 한다. 종래의 스크롤형 진공 펌프의 팁 밀봉 장치는, 탄성 중합 재료 특성과, 경제적으로 성취 가능한 가공 공차 및 밀봉 장치를 따라 가로지르는 누출의 충돌되는 요구와 관련된 다수의 단점을 갖는다. 고무, 부나 N(Buna N), 바이턴 (Viton)과 같은 통상의 탄성 중합체는 비압축성 재료이다, 즉 재료의 밀도가 압축 응력하에서 일정하게 잔류한다. 상기 재료의 입방체를 수직으로 압박하면 재료는 수평으로 팽창된다. 홈 내에 위치되며 변형되기 위한 공간을 갖지 않은 탄성 중합체 밀봉 장치에서, 밀봉 장치는 실질적으로 수직 변형이 없이 매우 높은 수직력을 지탱한다. 따라서, 저마찰 및 긴 수명이 요구되는 낮은 압력하에서 밀봉 홈을 완전히 채우기 위해서, 밀봉 장치와, 밀봉 홈 및 대향 스크롤 블레이드의 공차의 치수는 매우 엄격하게 제어되어야 한다. 실제에 있어, 밀봉 홈을 양호하게 폐쇄하기 위한 고체 탄성 중합체의 선택이 이루어지는데, 이는 펌프 성능을 제한한다.

바이턴, 부나 N 및 성형 실리콘 같은 고체 탄성 중합체는 실용적인 스크롤 펌프내의 밀봉 여기 요소로서 사용되기에는 너무 강성이다. 상기 재료의 통상적인 탄성 계수는 1.379MPa(200psi) 내지 4.827MPa(700psi)이다. 펌프내의 마찰열을 제한하기 위해, 접촉압은 통상 34.47kPa(5psi) 이하로 낮게 유지되어야 한다. 밀봉 장치의 탄성 중합 부분이 2.54mm(0.1in)의 두께이면, 34.47kPa(5psi)의 하중이 단지 0.0254mm(0.001in)의 변형을 가지는 부나 N으로 달성된다. 펌프내의 공차는 34.47kPa(5psi)의 하중을 일정하게 성취하도록 확고하게 유지되어야 한다. 밀봉 하중은 펌프의 작동시에 스크롤 요소의 열팽창 및 밀봉 마모로 변화된다.

상업적으로 이용 가능한 건식 스크롤 진공 펌프가 밀봉 여기 요소로써 비소결 테프론 페이스트(unsintered Teflon paste)를 사용한다. 테프론 페이스트의 유용한 특성은 비균질 재료라는 것이다. 상기 재료의 단편은 공기이므로, 그 체적 밀도는 조밀화에 의해 증가될 수 있다. 밀봉 장치가 팁 밀봉 홈내로 가압되면, 탄성 중합체는 동시에 항복되며 밀봉 홈을 거의 완전히 채우도록 압축된다. 재료는 영구 형상을 갖지만, 해제될 때 거의 탄성 복원되지 않는다. 이는 밀봉 장치의 하부를 가로지르는 누출뿐만 아니라 팁 밀봉 홈을 따른 누출도 효과적으로 방지한다. 여기 요소는 힘에 있어서의 큰 변화 없이 변형 및 압축에 의한 치수 변화를 보상한다. 이는 치수가 제한될 때 변형에 크게 저항하는 고체 탄성 중합체와 대조된다.

그러나, 테프론 페이스트 여기 요소를 사용하는 설계는 몇몇 단점을 갖는다. 스크롤 펌프가 시동될 때, 그 내부 구성품은 마찰 및 펌핑되는 가스에 수행되는 작업으로 인해 점차적으로 가열된다. 테프론 페이스트는 주위 금속에 대해 홈내에서 팽창되며, 그 대응 표면에 대해 밀봉 표면에 힘을 가한다. 새로운 밀봉 장치가 처음 가동되면, 테프론 페이스트는 조금 더 압축되어 새로운 영구 형상을 갖는다. 적합한 초기 페이스트 밀도, 폭 및, 두께가 조절되므로, 정상 작동 온도에서 적합한 밀봉력이 이용 가능하다. 따라서, 상승된 온도가 밀봉 장치에 적합한 여기을 주기 위한 충분한 힘을 보장할 필요가 있다. 여기 요소는 적합하게 작용하기 위해 열팽창 상태에 있어야 한다. 상기 형태의 페이스트 탄성 중합체를 사용하며 낮은 주위 온도에서 시동되는 스크롤 펌프는, 펌프 및 밀봉 장치가 워밍업 될때까지 몇분 동안 종종 불량한 기초압을 나타낸다. 이 거동은 예를 들면 휴대용 누출 검출 시스템 같은 몇몇 적용에 적합하지 않다.

테프론 페이스트 탄성 중합체의 다른 단점은 마모에 기인하는 밀봉 여기의 손실이다. 시간이 지나면, 밀봉 장치 및 대응면은 모두 마모되어 얇아진다. 마모는 연간 작업당 0.0762mm(0.003in) 정도로 작다. 그러나 약 1년 후, 테프론 페이스트의 열팽창은 대응 표면에 대해 밀봉 장치에 힘을 가하기에 더 이상 충분하지 않다. 펌프 기초압의 저하는 밀봉 장치의 상부를 가로지르는 누출의 증가로부터 발생한다. 비록 다량의 밀봉 재료가 남아있을지라도, 밀봉 장치는 교환되어야 한다.

테프론 페이스트의 마지막 단점은 값이 비싸다는 것이다. 하나의 펌프용 밀봉 장치 제조에 요구되는 재료의 비용은 약 40달러이다.

따라서, 스크롤형 진공 펌프용 개량 팁 밀봉 장치가 필요하다.

본 발명은 스크롤형 진공 펌프에 관한 것이며, 특히 비교적 큰 압력차에서 스크롤형 진공 펌프를 작동하도록 허용하는 개량된 팁 밀봉 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 팁 밀봉 장치에 따른 적합한 스크롤형 진공 펌프의 일례의 횡단면도.

도 2는 도 1의 선 2-2를 따른 제 1 스크롤 블레이드 세트의 횡단면도.

도 3은 본 발명의 팁 밀봉 장치의 제 1 실시예를 도시한, 스크롤 블레이드의 부분 확대 횡단면도.

도 4는 본 발명의 팁 밀봉 장치의 제 2 실시예를 도시한, 스크롤 블레이드의 부분 확대 횡단면도.

도 5는 도 4에 도시한 여기 요소의 저면도.

본 발명의 제 1 양태에 따라서 진공 펌핑 장치가 제공된다. 진공 펌핑 장치는 입구 및 출구를 갖는 스크롤 블레이드 세트(set)와, 스크롤 블레이드 세트에 작동적으로 연결되는 편심 구동 장치를 포함한다. 스크롤 블레이드 세트는 하나 이상의 블레이드간(interblade) 포켓을 규정하도록 서로 겹치게 끼워진 제 1 스크롤 블레이드 및 제 2 스크롤 블레이드를 포함한다. 하나 이상의 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드는 그의 에지를 따르는 밀봉 홈을 갖춘다. 편심 구동 장치는, 블레이드간 포켓을 출구를 향해 이동시키도록 제 2 스크롤 블레이드에 대해 제 1 스크롤 블레이드의 궤도 운동을 발생시킨다. 진공 펌핑 장치는 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드 사이의 밀봉 홈내에 위치된 팁 밀봉 장치를 부가로 포함한다. 팁 밀봉 장치는 밀봉 요소 및 상기 밀봉 요소에 부착된 여기 요소를 포함한다. 여기 요소는 다수의 압축성 공동(voids)을 갖는 탄성 재료를 포함하는데, 밀봉 홈에 의해 제한될 때, 압축성 공동을 갖춘 여기 요소는 탄성 재료만 있는 것보다 압축성이 강하다.

제 1 실시예에서, 여기 요소는 낮은 공극률 우레탄 폼(foam) 같은 폼을 포함한다. 폼은 275.76kPa(40psi) 이하의 탄성 계수를 적합하게 가진다.

제 2 실시예에서, 여기 요소는 탄성 중합체 재료 및, 탄성 중합체 재료로 성형되는 소정의 공동 패턴을 포함하는 압축성 공동을 포함한다. 공동은 밀봉 홈의 하부 표면으로 연장된다. 탄성 중합체 재료는 낮은 탄성 계수를 갖는 실리콘 혼합물을 포함한다. 공동을 가진 탄성 중합체 재료는 689.48kPa(100psi) 이하의 탄성 계수를 적합하게 가진다.

본 발명의 다른 양태에 따라서, 스크롤형 펌프에 사용되기 위한 팁 밀봉 장치가 제공된다. 스크롤형 펌프는, 하나 이상의 블레이드간 포켓을 규정하기 위해 서로 겹치게 끼워진 제1 및 제 2 스크롤 블레이드를 구비하며, 하나 이상의 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드는 그의 에지를 따르는 밀봉 홈을 갖춘다. 팁 밀봉 장치는 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드 사이의 밀봉 홈내에 위치되며, 밀봉 요소 및 상기 밀봉 요소에 고정된 여기 요소를 포함한다. 여기 요소는 다수의 압축성 공동을 갖는 탄성 재료를 포함하는데, 밀봉 홈에 의해 제한될 때, 압축성 공동을 갖춘 여기 요소는 탄성 재료만 있는 것보다 압축성이 강하다.

본 발명의 이해를 돕기 위해, 본원과 참조상 관련된 동봉된 도면을 참조한다.

본 발명에 따른 적합한 스크롤형 진공 펌프의 일례를 도 1 및 도 2에 나타낸다. 건식의 2단(two-stage) 진공 펌프를 나타낸다. 가스, 통상 공기가 진공 챔버, 또는 펌프의 진공 입구(12)에 연결된 다른 장치(도시 않음)로부터 배출된다. 하우징(14)이, 제 1 펌프단(18)을 부분적으로 규정하며 에워싸는 하우징 부분(14b) 및, 제 2 펌프단(30)을 부분적으로 규정하며 에워싸는 하우징 부분(14c)을 구비한다. 출구 포트(14d)가 그 중심에 인접한 제 2 단 하우징내에 형성된다. 출구 포트는 하우징의 외주부에서 주위로 개방된 하우징 부분(14c)내의 방사상 방향 고압 토출 통로(16)와 연통된다.

제 1 스크롤 펌프단(18)은 진공 입구(12)에 연결된 입구 영역(18a)을 갖춘 하우징내에 위치된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 스크롤 펌프단(18)은 네 쌍의 겹쳐 끼워진 나선형 스크롤 블레이드에 의해 형성된다. 각각의 블레이드 쌍은 정지 블레이드(19)와 궤도 선회 블레이드(20)를 구비한다. 스크롤 블레이드(19)는 열전달을 촉진하고 펌프의 내구성 및 기계적 강성을 증가시키기 위해 하우징 부분(14b)과 적합하게 일체 형성된다. 블레이드(20)는 이동 가능 판(22)과 적합하게 일체 형성된다. 상기 블레이드(19,20)는 서로를 향해 축방향으로 연장되며, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 겹쳐 끼워진다. 상기 판(22) 및 스크롤 블레이드(20)의 궤도 운동은 입구 영역(18a)에서 스크롤 블레이드로 유입되는 가스의 스크롤형 펌핑 작용을 발생시킨다.

각각의 블레이드(19,20)의 자유 에지는 하기에 상술하는 바와 같이 연속 팁 밀봉 장치(26)를 갖춘다. 상기 블레이드(19,20)는 판(22) 및 하우징 부분(14b)을 향해 각각 축방향으로 연장되므로, 각각의 블레이드의 에지에서 미끄럼 밀봉이 형성된다.

가스는 스크롤 펌프단(18)의 외주부(18b)에서 배출되어, 하우징 부분(14b)내에 형성된 채널(28)을 통해 환형 플레넘(plenum) 챔버(29)에 의해 둘러싸인 제 2 스크롤 펌프단(30)의 환형 입구 영역으로 유동된다. 제 2 스크롤 펌프단(30)은 정지 스크롤 블레이드(32) 및 궤도 선회 스크롤 블레이드(31)를 구비하며, 각각의 블레이드는 그의 자유 에지상에 팁 밀봉 장치(26)를 갖춘다. 팁 밀봉 장치는 각각의 블레이드와 대향 표면 사이에 미끄럼 밀봉을 확립한다. 제 1 및 제 2 펌프단의 스크롤 블레이드는 원하는 펌프 성능을 얻기 위해 상이한 블레이드 높이와 상이한 회전수를 갖는다. 스크롤 블레이드(20)가 스크롤 블레이드(19)에 대해 궤도 선회를 할 때, 도 2에 나타낸 포켓(P1)과 같은, 스크롤 블레이드 사이에 형성된 포켓이 스크롤 펌프단의 입구로부터 출구를 향해 이동되며 입구로부터 출구로 가스를 펌핑한다.

펌프단(18,30)을 위한 편심 구동 장치(40)가, 축방향 공간 베어링(48,50)내에 장착된 구동축(46)에 커플링(44)에 의해 연결된 모터(42)에 의해 동력을 공급받는다. 편심 구동 장치(40)는 구동축(46)의 회전축(46a)에 대해 판(22)의 궤도 운동을 발생시킨다. 도 1 및 도 2의 스크롤형 진공 펌프의 구성 및 작동에 관한 추가적인 설명은 본원과 참고상 관련되는, 1997년 4월 1일자 허여된 미국 특허 5,616,015호에 나타나있다. 본 발명의 팁 밀봉 장치는, 도 1 및 도 2에 나타내고 상술한 바와 같이 2단 스크롤형 진공 펌프에 사용될 수 있고, 1단 스크롤형 진공 펌프에 사용될 수 있으며, 또한 다른 스크롤형 장치에 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

본 발명에 따라, 스크롤형 진공 펌프용 팁 밀봉 장치는 밀봉 요소 및 여기 요소를 구비한다. 밀봉 요소는 진공 펌프의 대향 표면과의 밀봉, 미끄럼 접촉을 확립한다. 여기 요소는 대향 표면과 접촉된 밀봉 요소에 힘을 가한다. 여기 요소는 통상 접착제에 의해 밀봉 요소에 부착되어 단일 팁 밀봉 장치를 형성한다. 여기 요소는 압축성 공동을 갖춘 탄성 중합체 재료로 제조된다. 탄성 중합체 재료의 두로미터(durometer) 및 공동의 크기와 형태는 여기 요소가 밀봉 홈에 즉시 적합되도록 선택되므로, 밀봉 홈을 거의 완전히 채우는 지점으로 여기 요소를 변형시키기 위해 힘이 거의 요구되지 않는다. 압축성 공동은 밀봉 장치를 가로지르거나 또는 밀봉 홈을 따른 누출 경로에 존재할 수 없다. 압축성 공동을 갖춘 탄성 중합체 재료는 낮은 유효 탄성 계수를 가지므로, 밀봉 홈이 완전히 채워진 후에도 낮은 균일한 힘이 성취된다.

밀봉 장치의 제 1 실시예를 도 3에 나타낸다. 스크롤 블레이드(19)의 팁의 부분 횡단면도를 나타낸다. 스크롤 블레이드(19)의 상부 에지는 통상 직사각형 단면을 갖는 팁 밀봉 홈(100)을 갖춘다. 상기 홈(100)은 스크롤 블레이드(19)의 에지에 이어지며 나선형 구조를 갖는다. 팁 밀봉 장치(102)가 스크롤 블레이드(19)와 판(22) 사이의 홈(100)내에 위치된다. 팁 밀봉 장치(102)는 밀봉 요소(110) 및 상기 밀봉 요소(110)에 접착제(114)에 의해 부착된 여기 요소(112)를 포함한다. 밀봉 요소(110)의 표면(116)은 판(22)에 접촉되며, 스크롤 펌프의 작동 중에 스크롤 블레이드(19)와 판(22) 사이에 미끄럼 밀봉을 제공하도록 판(22)에 대해 미끄럼된다. 도 1을 참조하면, 스크롤 블레이드(20,31,32)는 스크롤형 진공 펌프의 성능을 향상시키기 위해 도 3에 나타낸 밀봉 구조를 갖출 수 있다는 것이 이해된다.

도 3의 실시예에 있어서, 여기 요소(112)는 압축성 공동(120)을 갖춘 폼을 포함한다. 상기 폼 재료는 우레탄 폼일 수 있다. 적합한 재료는 Part No. 4701-21로서 포론(Poron)에 의해 제조된 미세 기포(microcellular) 우레탄 폼이다. 폼 내의 공동은 매우 작은 경로에 의해 연결된다. 폼은 펌프내에 설치될 때 초기에 약 14% 압축된다. 이는 34.47kPa(5psi)의 하중을 일으킨다. 폼의 초기 압축은 폼 매트릭스(matrix)를 통한 어떤 누출도 허용하지 않도록 공동 및 경로를 붕괴시킨다. 상기 재료의 탄성 계수는 약 275.76kPa(40psi)이다. 상술한 폼은, 접촉 접착제를 한쪽 측부에 갖출 수 있는데, 이는 여기 요소(112)를 밀봉 요소(110)에 부착하는 데 사용된다. 우레탄 폼 및 접착제는 모두 건식 스크롤 펌프내의 최대 작동 온도를 견딜 수 있다(약 200EF).

특정 폼이 정확하게 수행되는 지의 여부는 시행 착오 시험의 문제이다. 포론 4723 같은 개방 셀 폼이 정확하게 작동되는 것이 공지되었지만, 482.63kPa (70psi) 정도의 높은 탄성 계수 때문에 적합하지 않다.

34.47kPa(5psi)의 초기 하중은 두 개의 기구에 의해 시간이 지나면 감소된다. 첫째로, 밀봉 요소(110)는 시간이 지나면 마모되며, 이에 의해 여기 요소 (112)의 압축은 감소된다. 둘째로, 우레탄 폼은 고온에서 천천히 크리프(creep)되며, 이는 또한 밀봉 하중을 감소시킨다. 밀봉 시운전(break-in) 동안, 밀봉 장치와 여기 요소의 접촉압 및 작동 온도는 점차 감소한다. 펌프의 다수의 작동 시간 후, 안정된 내마모성 밀봉 장치 및 여기 요소 조합이 발생된다.

밀봉 요소(110)는 충전 및 비충전 폴리이미드(polyimides)와, 테프론 또는 초고 분자량 폴리에틸렌과 같은 상이한 내마모성 밀봉 재료를 사용할 수 있다. 상기 재료는 통상 원통형 빌릿(billet)으로 성형되며, 그 후 원하는 두께로 연마된다. 그 후, 폼은 밀봉 재료에 부착되며, 밀봉 시트(sheet)를 형성하기 위한 전체 밀봉 두께로 연마된다. 그 후 밀봉 시트는 원하는 나선형으로 절단된다. 상기 폼과, 접착제 및 밀봉 재료의 상이한 형태는 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 여기 요소(112)는 상표명 CHR로 퓨론(Furon)에 의해 상품화된 형태와 같은 폐쇄 셀 실리콘 고무 폼일 수 있다.

일례로, 팁 밀봉 장치(102)는 밀봉 표면(116)에 평행한 2.388mm(0.094in)의 폭과 밀봉 표면(116)에 수직한 2.845mm(0.112in)의 두께를 갖는다. 상기 밀봉 요소(110)는 1.143mm(0.045in)의 두께를 가지며, 접착제(114)는 0.051mm(0.002in)의 두께를 가지며, 여기 요소(112)는 1.651mm(0.065in)의 두께를 갖는다. 상기 여기 요소(112)는 우레탄 폼이며, 밀봉 요소는 초고 분자 중량 폴리에틸렌이다. 펌프 제조를 위한 여기 요소의 비용은 비소결 테프론 페이스트의 비용의 10분의 1 정도이다. 또한 여기 요소는 펌프가 최초 시동될 때 및 밀봉 요소가 상당히 마모된 후에도 적합한 밀봉 하중을 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 팁 밀봉 장치의 제 2 실시예는 도 4 및 도 5에 나타낸다. 도 3 내지 도 5의 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다. 팁 밀봉 장치(140)는 밀봉 요소(110) 및 여기 요소(142)를 구비한다. 여기 요소(142)는 주조된 압축성 공동을 갖춘 낮은 탄성 계수의 탄성 중합체 재료를 포함한다. 다우 코닝 실라스틱(Dow Corning Silastic)과 같은 상업적으로 이용 가능한 낮은 탄성 계수의 실리콘 혼합물은 약 1.379MPa(200psi)의 탄성 계수를 갖는다. 적합한 형태의 공동이 여기 요소(142)로 성형되면, 여기 요소의 유효 탄성 계수는 1.379MPa(200psi)에서 689.48kPa(100psi)로 감소된다. 도 4 및 도 5의 예에서, 여기 요소(142)는 밀봉 홈(100)의 하부 표면으로부터 상향으로 연장되는 원통형 공동(150)을 갖춘다. 공동(150)의 치수는 밀봉 장치를 가로지르는 누출 경로를 방지하기 위해 선택된다. 2.388mm(0.094in)의 폭(W)과 1.473mm(0.058in)의 두께(T)를 갖는 여기 요소에 대해, 원통형 공동(150)은 0.635mm(0.025in)의 직경과 1.27mm(0.050in)의 높이를 갖는다.

여기 요소(142)용 성형은 램(ram) EDM 공정을 통해 형성된다. 적합한 직경 및 깊이의 작은 구멍의 배치가 편평한 흑연판에 드릴링된다. 다음, 상기 판은 강판을 전기 가공하도록 램 EDM에 사용된다. 다음, 상기 판은 한쪽 측부로부터 돌출된 작은 기둥 배치를 갖춘다. 상기 판은 테프론-예를 들면 밀봉 재료의 기부 시트 상부로 실리콘 탄성 중합 시트를 성형하기 위해 고무 성형 장치와 합체된다. 테프론 재료는 통상 더 양호한 접착을 위해 주조 측부 상에 에칭된다. 성형된 밀봉 조립체는 실리콘 탄성 중합체내에 형성된 원통형 구멍을 갖춘다. 상기 밀봉 조립체는 나선형으로 절단되며 밀봉 홈내에 설치된다.

여기 요소의 하측부내의 공동은 밀봉 장치를 가로지르거나 또는 밀봉 홈을 따르는 누출 경로를 제공하지 않는다. 밀봉 조립체가 절단될 때, 공동은 밀봉 장치의 측부에 노출된다. 그러나, 탄성 중합체내의 공동은 누출 경로가 밀봉 장치를 가로질러 형성되지 않도록 충분히 작다. 밀봉 홈을 따라서, 공동 사이의 탄성 중합체 재료는 밀봉 홈의 폭을 채우도록 제공되며 이에 의해 누출이 방지된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 공동(150)은 여기 요소(142)의 하부에 형성되지 않는다. 본 발명의 범위내에서, 공동(150)은 여기 요소의 상부 또는 측부상에 형성되거나 또는 여기 요소의 내부에 형성될 수 있다. 일반적으로, 공동(150)은 여기 요소가 홈(100)을 채울 때조차도 여기 요소(142)가 압축되는 것을 허용한다.

본 발명의 적합한 실시예를 도시하고 상술하였지만, 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 범위에 일탈됨이 없이 다양한 변경과 수정이 가능함은 당업자들에게는 명백하다.

Claims (18)

1. 입구 및 출구를 갖춘 스크롤 블레이드 세트와, 편심 구동 장치 및, 팁 밀봉 장치를 포함하며,

   상기 스크롤 블레이드 세트는 하나 이상의 블레이드간 포켓을 규정하도록 함께 겹치게 끼워진 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드를 포함하며, 하나 이상의 상기 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드는 그의 에지를 따르는 밀봉 홈을 갖추며,

   상기 편심 구동 장치는, 상기 하나 이상의 블레이드간 포켓을 출구를 향해 이동시키기 위한 상기 제 2 스크롤 블레이드에 대한 상기 제 1 스크롤 블레이드의 궤도 운동을 발생시키도록 상기 스크롤 블레이드에 작동적으로 연결되며,

   상기 팁 밀봉 장치는 상기 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드 사이의 상기 밀봉 홈내에 위치되며, 밀봉 요소 및 상기 밀봉 요소에 부착된 여기 요소를 포함하며, 상기 여기 요소는 다수의 압축성 공동을 갖춘 탄성 재료를 포함하며, 상기 압축성 공동을 갖춘 여기 요소는, 상기 밀봉 홈에 의해 제한될 때, 상기 탄성 재료만 있는 것보다 더 압축성이 강한 진공 펌프 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 여기 요소는 폼을 포함하는 진공 펌프 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 폼은 275.76kPa(40psi) 이하의 탄성 계수를 갖는 진공 펌프 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 여기 요소는 낮은 공극률의 우레탄 폼을 포함하는 진공 펌프 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 여기 요소는 탄성 중합체 재료를 포함하며, 상기 압축성 공동은 소정의 공동 패턴을 포함하는 진공 펌프 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 밀봉 홈은 하부 표면을 갖추며, 상기 공동은 상기 밀봉 홈의 하부 표면으로 연장되는 진공 펌프 장치.
7. 제 5항에 있어서, 상기 공동은 소정의 기하를 갖는 진공 펌프 장치.
8. 제 5항에 있어서, 상기 압축성 공동을 갖춘 탄성 중합체 재료는 689.48kPa (100psi) 이하의 탄성 계수를 갖는 진공 펌프 장치.
9. 제 5항에 있어서, 상기 탄성 중합체 재료는 낮은 탄성 계수를 갖는 실리콘 혼합물을 포함하는 진공 펌프 장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 여기 요소는 폐쇄 셀 실리콘 고무 폼을 포함하는 진공 펌프 장치.
11. 제 1항에 있어서, 상기 여기 요소는 접착제로 상기 밀봉 요소에 부착되는 진공 펌프 장치.
12. 제 1항에 있어서, 상기 팁 밀봉 장치가 상기 홈내에서 작동될 때, 상기 압축성 공동은 압축되므로, 상기 팁 밀봉 장치는 상기 펌프의 상온 시동(cold start) 중 가스 유동을 효과적으로 방지하는 진공 펌프 장치.
13. 하나 이상의 블레이드간 포켓을 규정하도록 함께 겹쳐 끼워지며 하나 이상의 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드가 그의 에지를 따르는 밀봉 홈을 갖추는 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드 및, 상기 제 1 및 제 2 스크롤 블레이드 사이의 상기 밀봉 홈내에 위치되기 위한 팁 밀봉 장치를 구비하는 스크롤형 펌프의 팁 밀봉 장치에 있어서,

    상기 팁 밀봉 장치는,

    밀봉 요소와,

    상기 밀봉 요소에 부착되는 여기 요소를 포함하며,

    상기 여기 요소는 다수의 압축성 공동을 갖춘 탄성 재료를 포함하며, 상기 압축성 공동을 갖춘 여기 요소는, 상기 밀봉 홈에 의해 제한될 때 상기 탄성 재료만 있는 것보다 더 압축성이 강한 팁 밀봉 장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 여기 요소는 폼을 포함하는 팁 밀봉 장치.
15. 제 13항에 있어서, 상기 여기 요소는 낮은 공극률의 우레탄 폼을 포함하는 팁 밀봉 장치.
16. 제 13항에 있어서, 상기 여기 요소는 탄성 중합체 재료를 포함하며, 상기 압축성 공동은 소정의 공동 패턴을 포함하는 팁 밀봉 장치.
17. 제 13항에 있어서, 상기 탄성 중합체 재료는 낮은 탄성 계수를 갖는 실리콘 혼합물을 포함하는 팁 밀봉 장치.
18. 제 13항에 있어서, 상기 여기 요소는 폐쇄 셀 실리콘 고무 폼을 포함하는 팁 밀봉 장치.