KR20020000524A - 터보 분자 펌프 - Google Patents

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Abstract

터보 분자 펌프는 고속에서 회전하는 회전자를 이용해 개스를 배기한다. 터보 분자 펌프는 케이싱, 케이싱내에 견고하게 장착되고, 고정자 블레이드를 갖는 고정자, 케이싱 내에서 회전할 수 있게 제공되고, 고정자 블레이드와 교대로 배치한 회전자 블레이드를 갖는 회전자 및 고정자 블레이드 및 회전자 블레이드의 각각 서로 대향하는 표면들중 적어도 하나위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 포함한다. 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 제1단에 위치한 고정자 블레이드 및 회전자 블레이드중 적어도 하나는 고정자 블레이드 및 회전자 블레이드중 적어도 하나가 개스 유동방향으로 두께가 작아지도록 하는 형상을 갖는다.

Description

터보 분자 펌프{TURBO-MOLECULAR PUMP}
본 발명은 고속으로 회전하는 회전자로 개스를 배기시키는 터보-분자 펌프에 관한 것으로서, 특히 케이싱안에 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 보유한 터보-분자 펌프에 관한 것이다.
첨부한 도면중 도 12는 케이싱내에 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 보유한 종래의 터보-분자 펌프를 도시하고있다. 도 12에 도시된 것처럼, 종래의 터보-분자 펌프는 회전자(R)와 케이싱내에 위치한 고정자(S)를 포함한다. 회전자(R)와 고정자(S)는 함께 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1)을 구성한다. 상기 고정자(S)는 베이스(14), 베이스(14)상의 중심부에 수직으로 장착된 고정 원통형 슬리브(16), 및 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 (L1)과 반지름방향 터빈 블레이드 섹션(L2)의 고정 요소들을 포함한다. 회전자(R)은 고정 원통형 슬리브(16)내에 삽입된 주 샤프트(18)와 주 샤프트(18)에 고정된 회전자 본체(20)를 포함한다.
상기 주 샤프트(18)와 고정 원통형 슬리브(16) 사이에, 구동모터(22)와 구동모터(22)의 위와 아래에 마련된 상부 및 하부 레이디얼 베어링(24), (26)이 제공된다. 축방향 베어링(28)은 주 샤프트(10)의 아랫쪽에 놓여지고, 주 샤프트(18)의 하단부에 장착된 목표 디스크(28a)와 고정자측상에 마련된 상부 및 하부 전자석(28b)을 포함한다. 또한, 터치다운 베어링(29a), (29b)은 고정 원통형 슬리브(16)의 상부 및 하부에 마련된다.
이러한 구성에 의해, 회전자(R)는 5-축 능동 제어하에 고속으로 회전될 수 있다. 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 (L1)내의 회전자 본체(20)는 위쪽 외주부상에 일체로 제공된 디스크형 회전자 블레이드(30)을 보유한다. 케이싱(10)내에는, 회전자 블레이드(30)와 함께 축방향으로 교대로 배치된 고정자 블레이드(32)가 제공된다. 고정자 블레이드(32)의 각각은 고정자 블레이드 스페이서(34)에 의해 클램핑된 외측에지를 가지고 있고 따라서 고정된다. 각각의 회전자 블레이드(30)는 내주부의 허브와, 외주부의 프레임과, 상기 허브와 프레임 사이에 제공되고 반경 방향으로 뻗어있는 경사진 블레이드(도시되지 않음)를 가지는 휠과 같은 형상을 갖는다. 따라서, 터빈 블레이드(30)는 축 방향으로 개스 분자상에 충격을 가하기위해 고속에서 회전되어 개스를 배출한다.
반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)은, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1)의 하류, 즉 하부에 제공된다. 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서, 상기 회전자 본체(20)는 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 (L1)과 같은 방식으로 외주부상에 일체로 제공된 디스크형 회전자 블레이드(36)를 보유한다. 케이싱(10)내에, 회전자 블레이드(36)과 함께 축상으로 교대로 배치된 고정자 블레이드(38)가 제공된다. 고정자 블레이드(38)의 각각은 고정자 블레이드 스페이서(40)에 의해 클램핑된 외측에지를 가지므로서 고정된다.
고정자 블레이드(38)의 각각은 중공의 디스크의 형태이고 도 13a 및 도 13b에 도시된 것처럼, 고정자 블레이드의 앞쪽과 뒤쪽 표면에 형성되고, 중심 구멍(42)과 외주부(44)사이에 걸쳐있는 나선형 융기부(46)와, 폭이 반경방향으로 외측으로 점점 넓어지고, 인접한 융기부(46) 사이에 형성된 나선형의 홈(48)을 갖는다. 앞쪽 표면 즉 고정자 블레이드(38)의 윗 표면상의 나선형 융기부(46)는 회전자 블레이드(36)가 도 13a의 화살표(A)에 의해 도시된 방향으로 회전될 때, 개스 분자가 실선 화살표(B)로 도시된 것처럼 안쪽 방향으로 흐르도록 구성된다. 한편, 뒤쪽 표면 즉 고정자 블레이드(38)의 하부표면상의 나선형 융기부(46)는 회전자 블레이드(36)가 도 13a의 화살표 (A)에 의해 도시된 방향으로 회전할 때 개스 분자가 점선으로 그려진 화살표(C)에 의해 도시된 것처럼 바깥쪽으로 흐르도록 구성된다. 고정자 블레이드(38)의 각각은 통상 두개의 하프 세그먼트 또는 세개 이상으로 분할된 세그먼트로 구성되어 있다. 고정자 블레이드(38)는 그 자신과 회전자 블레이드(36)을 교대로 하기 위해서 고정자 블레이드 스페이서(40)를 개재시킴으로써 조립되고 그후 완성된 조립체는 케이싱(10)속으로 삽입된다.
상기의 구성에 의하면, 방사형 터빈 블레이드 섹션(L2)에서, 고정자 블레이드(38)와 회전자 블레이드(36)사이에 꼭대기에서 바닥까지 지그재그로 뻗어있는 긴배출 통로가 축방향으로 짧은 거리 내에 구성되어 있고, 따라서 축방향으로 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)를 길게 만들지 않고도 높은 배기와 압축 성능이 달성된다.
방사형 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서, 고정자 블레이드 (38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(D1)은 모든 단에서 똑같은 치수로 설정되고 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(D2)(나선형 요철부의 외경)은 모든 단에서 똑같은 수치로 설정된다.
하지만, 도 14에 도시된 것처럼 방사형 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)을 보유한 종래의 터보-분자 펌프의 경우에, 방사형 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 제 1 단에 위치한 고정자 블레이드(38)와 상기 제 1 단 고정자 블레이드(38)의 바로 위에 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 (L1)의 최하단에 위치한 회전자 블레이드(30)사이의 갭(G1)은 일정하다. 따라서, 고정자 블레이드(38)의 내주측 즉 방사형 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 내주측을 향해 고정자 블레이드(38)의 윗 표면을 따라 뻗어있는 유동 경로의 단면의 면적은 고정자 블레이드(38)의 반경에 비례하여 급격히 감소한다. 결과적으로, 개스는 개스의 지체를 야기하도록 방사형 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 내주측으로 원활하게 유동하는 것이 방지된다. 또한, 개스가 축 방향에서 반경방향의 방향으로 흐름을 돌릴 때, 상기 개스는 원활히 유동할 수 없어 정체되고, 따라서 펌프의 배출 성능을 떨어뜨린다.
본 발명은 종래의 터보 분자 펌프이 상술한 결점을 고려하여 만들어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은 개스의 유동을 원활히 할 수 있고, 배출 성능이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 터보 분자 펌프를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 단면도;
도 2는 도 1에 도시된 터보-분자 펌프의 주요부;
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터보 분자 펌프의 단면도;
도 4는 도 3에 도시된 터보-분자 펌프의 주요부;
도 5a는 도 3에 도시된 터보-분자 펌프의 제 1 단에서의 고정자 블레이드와 회전자 블레이드 주위 부분 내의 유동 통로의 단면적을 도시한 수평 단면도;
도 5b는 도 5a에 도시된 유동 통로의 일부를 도시한 사시도;
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 주요부를 도시한 확대도;
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 주요부를 도시한 확대도;
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 주요부를 도시한 확대도;
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 단면도;
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 단면도;
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 단면도;
도 12는 종래의 터보-분자 펌프의 단면도;
도 13a는 도 12에서 도시된 고정자 블레이드의 평면도;
도 13b는 도 13a에서 도시된 고정자 블레이드의 단면도; 및
도 14는 도 12에 도시된 터보-분자 펌프의 일부를 도시한 확대도이다.
본 발명의 제 1 형태에 따르면, 케이싱; 케이싱내에 장착 고정되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자; 케이싱 내에 회전가능하게 제공되고 고정자 블레이드와 서로 번갈아 배치되어 회전자 블레이드를 갖는 회전자; 및 고정자 블레이드와 회전자 블레이드의 서로를 대향하는 표면중 적어도 하나의 위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반경방향 터빈 플레이드 펌핑 섹션을 포함하고 여기서 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 제 1 단에 위치한 고정자 블레이드와 회전자 블레이드중 적어도 하나는 고정자 블레이드와 회전자 블레이드중 상기 적어도 하나가 개스 유동 방향으로 두께가 더 작은 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프가 제공된다.
상기 구성에 따르면, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 내의 제 1 단의 고정자 블레이드와 이 제 1 단 고정자 블레이드 바로 위, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 내의 최하단에 위치한 회전자 블레이드 사이에 형성된 유동 통로의 단면적과 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션내의 제 1 단의 고정자 블레이드와 이 제 1 단 고정자 블레이드의 바로 위, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 내의 최하단에 위치한 고정자 블레이드 사이에 형성된 유동 통로의 단면적중 적어도 하나는 개스 유동방향에서 급격히 더 작아지는 것이 방지된다. 따라서, 상류 쪽으로부터 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션으로 흐르는 상기 개스는 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 내주측을 향해 원활히 안내되어 질 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에 따르면, 케이싱; 케이싱내에 장착 고정되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자; 케이싱 내에 회전가능하게 제공되고 고정자 블레이드와 서로 번갈아 배치되는 회전자 블레이드를 갖는 회전자; 및 고정자 블레이드와 회전자 블레이드의 서로 대향하는 표면중 적어도 하나의 위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반경방향 터빈 플레이드 펌핑 섹션을 포함하고 여기서 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 내의 제 1 단에서의 고정자 블레이드의 내주 면에 대향하는 내주쪽 고정자의 외경은 제 1 단에 후속되는 단들중 어느 하나에서의 고정자 블레이드의 내주 면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경보다 작은 터보 분자 펌프가 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 제 1 단에서의 고정자 블레이드의 내주면과 이 제 1 단 고정자 블레이드의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외주면 사이에 형성된 축방향의 유동 경로의 단면적이 확대되어 축 방향의 유동 경로의 상류 및 하류의 유동 경로에서 반경방향을 향해 개스를 안내한다.
본 발명의 제 3 형태에 따르면, 케이싱; 케이싱내에 장착고정되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자; 케이싱 내에 회전가능하게 제공되고 고정자 블레이드와 서로 번갈아 배치되는 회전자 블레이드를 갖는 회전자; 그리고 고정자 블레이드와 회전자 블레이드의 서로 대향하는 표면중 적어도 하나의 위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 포함하고 여기서 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 내의 제1단에서의 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 상기 고정자의 내경과 나선형 요철부의 외경중 하나는 제1단에 후속하는 단들중 어느 하나에서의 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경과 나선형 요철부의 외경보다 더 큰 터보 분자 펌프가 제공된다.
이 구성에 따르면, 제1단에서의 회전자 블레이드의 외주면과 이 제1단 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내주면 또는 나선형 요철부의 외경 사이에 형성된 축방향 유통경로의 단면적이 확대되어 축 방향 유동 경로의 상류 및 하류의 유동경로에서 반경방향 쪽으로 개스를 안내한다. 일반적으로, 이 제 1 단 회전자 블레이드의 외주면을 향하는 내주쪽 고정자의 내주면과 나선형 요철부의 외경은 같은 치수를 갖는다.
본 발명의 제 4 형태에 따르면, 케이싱; 케이싱내에 장착고정되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자; 케이싱 내에 회전가능하게 제공되고 고정자 블레이드와 서로 번갈아 배치되는 회전자 블레이드를 갖는 회전자; 그리고 고정자 블레이드와 회전자 블레이드의 서로 대향하는 표면중 적어도 하나의 위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반경방향 터빈 플레이드 펌핑 섹션을 포함하고 여기서 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 내의 제 1 단에서의 고정자 블레이드의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경은 제 1 단에 후속되는 단들중 어느 하나에서의 고정자 블레이드의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경보다 작고; 고정자의 내경과 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 영역내의 제1단에서 회전자 블레이드의 외주면을 향하는 내주쪽 나선형 요철부의 외경중 하나는 고정자의 내경과 제1단에 후속하는 단들중 어느 하나에서의 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 나선형 요철부의 외경보다 크다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 예시의 방식으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 도면들을 참조로 아래의 설명으로부터 명백해질 것이다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 터보-분자 펌프가 도 1 내지 11을 참조로 설명될 것이다. 같거나 상응하는 부분들은 도면에 걸쳐 같거나 상응하는 참고 번호에 의해 표시된다. 도 12에서 14까지에 도시된 종래의 터보-분자 펌프의 부분에 동일하거나 상응하는 본 발명에 따른 터보-분자 펌프의 부분은 동일한 참고 번호로 표시되고 아래에 상세하게 설명되지는 않을 것이다.
도 1에서 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 터보-분자 펌프를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 터보-분자 펌프는 도 12 내지 14에 각각 도시된 터빈 블레이드 섹션을 이루는 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1)과 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)을 갖는다. 도 1 및 2에 도시된 것처럼, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단에서 고정자 블레이드(38)는 이 제1단 고정자 블레이드(38)와 제1단 고정자 블레이드(38)의 바로 인접한 위, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1) 내의 최하단에 위치한 회전자 블레이드(30)사이의 갭(G)이 고정자 블레이드(38)의 내주측, 즉 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 내주측을 향해 점진적으로 커지도록 고정자 블레이드(38)를 두께상에 있어서 점진적으로 더 작게 만들기 위해서 반경방향으로 안쪽을 향하는 방향으로 아래로 점진적으로 경사진 테이퍼진 표면(38a)를 갖는다. 본 발명에 따른 터보-분자 펌프의 다른 세부사항들은 도 12내지 도 14에 도시된 종래의 터보-분자 펌프의 것들과 동일하다.
본 실시예에 따르면, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단에서의 고정자 블레이드(38)와 제1단 고정자 블레이드(38)의 바로 위, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1) 내의 최하단에 위치한 회전자 블레이드(30) 사이에 형성된 유동 경로의 단면적은 개스 유동의 방향으로 점진적으로 더 작아지는 것이 방지된다. 따라서, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1)으로부터 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)로 유동하는 개스는 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 내주측을 향해 원활하게 안내될 수 있다.
본 실시예에서, 제1단에서 고정자 블레이드(38)는 반경방향 안쪽을 향하여 작아지는 두께를 가진다. 하지만, 제1단에서 고정자 블레이드(38)는 이 제1단 고정자 블레이드(38)와 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1) 내의 최하단에 위치한 회전자 블레이드(30) 사이의 갭(G)이 계단같은 방식으로 커지도록 계단같은 방식으로 얇아지도록 하는 형상을 갖는다. 개스 유동의 방향으로 단위 길이당 유동 경로의 단면적이 실질적으로 같다는 것이 중요하다.
도 3 및 4는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 터보-분자 펌프를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내에, 제1단에서 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr1), 제2단에서 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr2) 및 다른 단들에서 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Drn)은 Dr1＜ Dr2＜ Drn의 관계를 갖는다. 또한, 제1단에서 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds1)(나선형 요철부의 외경), 제2단에서 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds2)(나선형 요철부의 외경) 및 다른단에서 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Dsn)(나선형 요철부의 외경)은 Ds1＞ Ds2＞ Dsn의 관계를 가진다. 제2실시예에 따른 터보-분자 펌프의 다른 세부사항들은 도 12 내지 14에서 도시된 종래의 터보-분자 펌프의 그것들과 동일하다.
본 실시예에 따르면, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면과 회전자의 외주면 사이에 형성된 축방향으로의 유동 경로(F1)의 단면적(S1)(도 5a 참조)과 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면과 고정자의 내주면 사이에 형성된 축방향으로의 유동 경로(F2)의 단면적(S2)(도 5a 참조)이 확대되어 유동 경로(F1,F2)의 상류 및 하류의 유동 경로내에서 반경방향으로 원활하게 개스를 안내한다.
명확하게는, 도 4, 5a 및 5b에 도시된 것처럼, 만약 고정자 블레이드(38)가 내경(Dr0)을 가지고 회전자 블레이드(36)는 외경(Ds0)을 가지면 상기의 단면적(S1및 S2)는 다음의 공식으로 표현된다:
S1= {( Dr0/ 2 )2-( Dr1/ 2 )2}ㆍπ
S2= {( Ds1/ 2 )2-( Ds0/ 2 )2}ㆍπ
한편, 내주단에서 나선형 홈에 의해 형성된 유동경로의 폭이 W1, 외주단에서 나선형 홈에 의해 형성된 유동경로의 폭이 W0, 내주단에서 나선형 홈에 의해 형성된 유동경로의 높이가 H1, 외주에지에서 나선형 홈에 의해 형성된 유동경로의 높이가 H0, 및 융기의 수가 J라면 내주에지에서 유동경로의 단면적(S1)과 외주에지에서 유동 경로의 단면적(S0)은 다음의 공식으로 표현된다.
Si= Wi×Hi×J
S0= W0×H0×J
따라서, 제 1 단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr1)과 제 1 단에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds1)(나선형 요철부의 외경)은 유동 경로(F1)의 단면적(S1)이 내주측에서의 유동경로의 단면적(S1)보다 같거나 크고, 유동 경로(F2)의 단면적(S2)이 외주측에서의 유동경로의 단면적(S0)보다 같거나 크도록 하는 치수로 설정된다. 따라서, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)내의 가스유동의 정체가 피해질 수 있다.
만약, 고정자 블레이드(38)의 앞쪽 표면상의 나선형 요철부의 형상이 고정자 블레이드(38)의 뒤측 표면상의 형상과 다르다면, 유동 경로(F1)의 단면적(S1)은 내주측에서의 두개의 단면적(Si)중 더 큰 것보다 같거나 크다. 만약 고정자 블레이드(38)의 뒤측표면상의 나선형 요철부의 형상이 다음 단에서의 고정자 블레이드(38)의 앞쪽 표면상의 형상과 다르다면, 반경방향의 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 개스 유동의 정체는 유동 경로(F2)의 단면적(S2)이 외주측에서의 두개의 단면적(S0)중 더 큰 것보다 같거나 크게 함으로써 피해질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경 (Dr1), (Dr2) 및 (Drn)은 Dr1＜ Dr2＜ Drn의 관계를 갖는다. 하지만, 만약 단의 수가 n개라면, 다음의 공식이 적용되어야만 한다:
Dr1≤Dr2≤…≤Drn( Dr1=Dr2= …=Drn는 제외된다는 조건하에)
또한, 본 실시예에 따르면, 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자 내경 (Ds1), (Ds2), (Dsn)은 Ds1＞ Ds2＞ Dsn의 관계를 갖는다. 하지만, 만약 단의 수가 n개라면, 다음의 공식이 적용되어야만 한다:
Ds1≥Ds2≥…≥Dsn( Ds1=Ds2= …=Dsn는 제외된다는 조건하에)
이 관계는 본 발명의 다른 실시예에 정확히 들어맞는다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 터보-분자 펌프를 도시하고 있다. 제 3 실시예에 따르면, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서, 제 1 단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자 외경(Dr1), 제 2 단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면을 향하는 부분에서의 회전자 외경(Dr2) 및 다른단들에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면을 향하는 부분에서의 회전자 외경(Drn)은 Dr1＜ Dr2＜ Drn의 관계를 가진다. 또한, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds)(나선형 요철부의 외경)은 모든 단에서 동일하도록 결정된다.
이런한 구성에 따르면, 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단의 고정자 블레이드(38)의 내주면과 회전자의 외주면 사이에 형성된 축방향으로의 유동 경로(F1)의 단면적(S1)(도 5a 참조)이 확대되어 유동 경로(F1)의 상류 및 하류의 유동경로내에 반경방향으로 원활하게 개스를 안내한다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 터보-분자 펌프를 도시하고 있다. 제4 실시예에 따르면, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서, 제1단의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds1)(나선형 요철부의 외경), 제2단의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds2)(나선형 요철부의 외경) 및 다른 단들의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Dsn)(나선형 요철부의 외경)은 Ds1＞ Ds2＞ Dsn의 관계를 가진다. 또한, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 영역내의 제1단의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr)은 모든 단에서 동일하도록 설정된다.
이러한 구성에 따르면, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면과 고정자의 내주면 사이에 형성된 축방향으로의 유동 경로(F2)(도 5a 참조)의 단면적(S2)이 확대되어 유동경로(F2)의 상류 및 하류의 유동경로내의 반경방향으로 원활하게 개스를 안내한다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 터보-분자 펌프를 도시하고 있다. 제 5 실시예에 따른 터보-분자 펌프는 제 1 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 특징과 제 2 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 특징을 함께 포함한다. 특히, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 내의 제1단에서 고정자의 블레이드(38)가 이 제1단 고정자 블레이드(38)과 고정자 블레이드(38)의 바로 위, 축방향 터빈 블레이드 펌핑섹션(L1) 내의 최하단에 위치한 회전자 블레이드(30)사이의 갭(G)이 고정자 블레이드(38)의 내주측을 향해 점진적으로 커지도록 두께상으로 고정자 블레이드(38)를 점진적으로 더 작게 만들기 위해서 반경방향 안쪽을 향하여 아래를 향하여 점진적으로 경사진 테이퍼진 표면(38a)을 갖는다. 또한, 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서, 제1단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr1), 제2단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr2) 및 다른 단 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Drn)은 Dr1＜ Dr2＜ Drn의 관계를 가진다. 또한, 제 1단에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds1)(나선형 요철부의 외경), 제2단에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds2)(나선형 요철부의 외경) 및 다른 단들에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Dsn)(나선형 요철부의 외경)은 Ds1＞ Ds2＞ Dsn의 관계를 가진다. 이러한 구성에 따르면, 제 5 실시예에 따른 터보-분자 펌프는 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 터보-분자 펌프의 상승효과를 획득할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 터보-분자 펌프를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 터보-분자 펌프는 위측 및 아래측에 원통형 나사 홈과 반경방향 터빈블레이드 펌핑 섹션(L2)를 포함하는 축방향 나사 홈 펌핑 섹션(L3)를 갖는다. 특히, 본 터보-분자 펌프에서, 회전자 본체(20)는 나사 홈 (54a)를 갖는 원통형 나사 홈부(54)를 가지며, 나사 홈부(54)와 케이싱(10)은 함께 고속으로 회전하는 회전자(R) 나사홈의 끄는 작용 방식에 의해 개스를 배기하기위해 축방향 나사 홈 펌핑 섹션(L3)를 구성한다. 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서, 첫단에서의 고정자 블레이드(38)는 두께가 점진적으로 작아지게 고정자 블레이드(38)를 만들기위해 반경방향 안쪽을 향하여 아래방향으로 점진적으로 경사진 테이퍼진 표면(38a)를 갖는다.
본 실시예에 따르면, 원통형 나사 홈을 포함하는 축방향 나사 홈 펌핑 섹션(L3)은 1에서 1000Pa의 압력 범위에서 효과적으로 작용하므로, 본 터보-분자 펌프는 도달 진공도(ulamate vacuum)는 낮아지지만 대기에 가까운 점성 유동 범위내에서 운용이 가능하다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 터보-분자 펌프를 도시하고 있다. 제 7 실시예에서, 터보-분자 펌프는 터빈 블레이드 섹션을 포함하는 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1)과 반경방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2) 사이에 원통형 나사홈을 포함하는 축방향 나사홈 펌핑 섹션(L3)을 갖는다. 특히, 회전자 본체(20)는 그것의 중간부의 외주면에 형성된 나사 홈(54a)을 갖는 나사홈부(54)를 가지며, 나사홈부(54)는 나사홈 펌핑 섹션 스페이서(56)에 의해 둘러싸이고, 그것에 의해 고속에서 회전하는 회전자(R)내의 나사홈의 드래깅 작용(dragging action)에 의해 개스 분자를 배기하기위해 축방향 나사홈 펌핑 섹션(L3)을 구성한다. 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서, 제1단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr1), 제2단에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Dr2) 및 다른 단들에서의 고정자 블레이드(38)의 내주면에 대향하는 내주쪽 회전자의 외경(Drn)은 Dr1＜ Dr2＜ Drn의 관계를 가진다. 또한, 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 제1단에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Ds1) 및 다른 단에서의 회전자 블레이드(36)의 외주면에 대향하는 내주쪽 고정자의 내경(Dsn)은 Ds1＞ Dsn의 관계를 가진다. 본 실시예에 따르면, 3단 펌핑 구조체는 터보 분자 펌프의 펌핑 속도를 개선하도록 구성된다.
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 터보 분자 펌프를 도시하고 있다. 제8실시예에 따르면, 터보 분자 펌프는 도 12 내지 도 14에 도시된 터빈 블레이드 섹션을 포함하는 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1)과 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)을 갖는다. 도 11에 도시된 것처럼, 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)내의 제1단에서의 회전자 블레이드(36)는, 제1단 회전자 블레이드(36)와 제1단 회전자 블레이드(36)의 바로 위, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L1)내의 최하단에 위치한 고정자 블레이드(32) 사이의 갭이 회전자 블레이드(36)의 외주측, 즉 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 외주측을 향해 점점 커지도록 회전자 블레이드(36)의 두께가 점점 얇아지도록 반지름방향 바깥쪽을 향해 아래로 점점 경사지는 테이퍼진 면(36a)를 갖는다. 본 실시예에 따른 터보 분자 펌프의 다른 세부사항은 도 12 내지 도 14에 도시된 종래의 터보 분자 펌프의 그것들과 동일하다.
본 실시예에 따르면, 축방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)에서 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)으로 유동하는 개스는 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션(L2)의 외주측을 향해 원활하게 안내되어 질 수 있다.
상술한 바와같이, 상기의 실시예들에 따르면, 터보 분자 펌프는 반지름 방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션 및 터빈 블레이드 또는 나사 홈을 포함하는 축방향 펌핑 섹션을 갖는다. 하지만, 본 발명의 원칙들은 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션만을 갖는 터보 분자 펌프에도 적용할 수 있다. 또한, 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션과 축방향 펌핑 섹션의 조합은 상기의 실시예에 국한되지 않는다. 또한, 비록 나선형 요철부가 상기 실시예들에서 고정자의 고정자 블레이드에 형성되더라도 나선형 요철부는 회전자의 회전자 블레이드 또는 고정자의 고정자 블레이드 및 회전자의 회전자 블레이드 둘 모두상에 제공될 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명에 따르면, 축방향에서 반지름방향으로 유동하는개스는 원활하게 안내되어 질 수 있고, 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션내의 개스 유동의 정체가 피해질 수 있어 가스가 원활히 흐르는 것을 가능하게 하고 배기 성능이 저하되는 것을 방지한다.
비록 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예가 상세하게 도시되고 설명되었지만, 다양한 변화 및 수정이 첨부된 청구항의 범위를 벗어남이 없이 행해질 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명을 통해 종래의 터보 분자 펌프보다 개스의 유동을 원활히 할 수 있고, 배출 성능이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 터보 분자 펌프를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 케이싱;
    상기 케이싱내에 견고하게 장착되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자;
    상기 케이싱내에 회전가능하게 제공되고 상기 고정자 블레이드와 번갈아 배치된 회전자 블레이드를 갖는 회전자; 및
    상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드의 서로 대향하는 면들중 적어도 하나위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 포함하여 이루어지고,
    상기 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 제1단에 위치한 상기 고정자 블레이드 및 상기 회전자 블레이드중 적어도 하나는 상기 고정자 블레이드 및 상기 회전자 블레이드중 상기 적어도 하나가 개스 유동방향으로 두께가 작아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단에 위치한 상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드중 상기 적어도 하나는 테이퍼진 방식이나 계단같은 방식으로 얇아지도록 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프.
  3. 케이싱;
    상기 케이싱내에 견고하게 장착되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자;
    상기 케이싱내에 회전가능하게 제공되고 상기 고정자 블레이드와 번갈아 배치된 회전자 블레이드를 갖는 회전자, 및
    상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드의 서로 대향하는 면들중 적어도 하나위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 포함하여 이루어지고,
    상기 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 제1단의 고정자 블레이드의 내주면에 대향하는 내주쪽 상기 회전자의 외경은 상기 제1단에 후속하는 단들중 어느 하나의 고정자 블레이드 내주면에 대향하는 내주쪽 상기 회전자의 외경보다 작은것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1단에 위치한 상기 고정자 블레이드 및 상기 회전자 블레이드중 적어도 하나는 상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드중 상기 적어도 하나가 개스 유동방향으로 두께가 작아지는 형상을 갖는것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프
  5. 케이싱;
    상기 케이싱내에 견고하게 장착되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자;
    상기 케이싱내에 회전가능하게 제공되고 상기 고정자 블레이드와 번갈아 배치된 회전자 블레이드를 갖는 회전자, 및
    상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드의 서로 대향하는 면들중 적어도 하나위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 포함여 이루어지고,
    상기 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 제1단의 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 상기 고정자의 내경과 상기 나선형 요철부의 외경중 하나는 상기 제1단에 후속하는 단들중 어느 하나의 회전자 블레이드 외주면에 대향하는 내주쪽 상기 고정자의 내경 및 상기 나선형 요철부의 외경보다 더 큰것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1단에 위치한 상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드중 적어도 하나는 상기 고정자 블레이드 및 상기 회전자 블레이드중 상기 적어도 하나가 개스 유동방향으로 두께가 작아지려는 형상을 갖는것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프.
  7. 케이싱;
    상기 케이싱내에 견고하게 장착되고 고정자 블레이드를 갖는 고정자;
    상기 케이싱내에 회전가능하게 제공되고 상기 고정자 블레이더와 번갈아 배치된 회전자 블레이드를 갖는 회전자, 및
    상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드의 서로 대향하는 면들중 적어도 하나위에 제공된 나선형 요철부를 갖는 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션을 포함하여 이루어지고,
    상기 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 제1단의 고정자 블레이드의 내주면에 대향하는 내주쪽 상기 회전자의 외경은 상기 제1단에 후속하는 단들중 어느 한 단의 고정자 블레이드의 내주면에 대향하는 내주쪽 상기 회전자의 외경보다 작고;
    상기 반지름방향 터빈 블레이드 펌핑 섹션의 제1단의 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 상기 고정자의 내경과 상기 나선형 요철부의 외경중 하나는 상기 제1단에 후속하는 단들중 어느 하나의 회전자 블레이드의 외주면에 대향하는 내주쪽 상기 고정자의 내경 및 상기 나선형 요철부의 외경보다 더 큰것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1단에 위치한 상기 고정자 블레이드와 상기 회전자 블레이드중 적어도 하나는 상기 고정자 블레이드 및 상기 회전자 블레이드중 상기 적어도 하나가 개스 유동방향으로 두께가 작아지는 형상을 갖는것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프.
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