KR20030045598A - 진공 펌프 - Google Patents

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KR20030045598A KR1020020073979A KR20020073979A KR20030045598A KR 20030045598 A KR20030045598 A KR 20030045598A KR 1020020073979 A KR1020020073979 A KR 1020020073979A KR 20020073979 A KR20020073979 A KR 20020073979A KR 20030045598 A KR20030045598 A KR 20030045598A
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미와타도오루
가바사와다카시
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비오씨 에드워즈 테크놀로지스 리미티드
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Abstract

펌프 운전시에 있어서, 로터와 스테이터의 접촉에 의한 파손을 방지하고, 또한 양자의 밀봉성을 유지하여 펌프의 압축 성능의 저하를 방지한다.
나사홈 펌프 기구부(PB)에서, 내통 로터(18-1)와 외통 로터(18-2)로 이루어진 다중 원통체인 로터(18)와, 내통 스테이터(24-1)와 외통 스테이터(24-2)로 이루어지는 다중 원통체의 스테이터(24)에 의한 반복 구조를 채용하고, 펌프 정지시에 있어서 로터(18)의 외벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 정해진 간극(g1, g3) 및 로터(18) 원통부 내벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 정해진 간극(g2)을 모두 로터 축심(L)으로부터 멀어짐에 따라 커지도록 형성하고, 또한 g1 > g2, g1 > g3이 되도록 설정함으로써, 펌프 운동시에 원심력과 열팽창에 의한 로터(18)의 변위가 일어나더라도 소정의 공차를 확보할 수 있도록 한다.

Description

진공 펌프{VACUUM PUMP}
본 발명은, 반도체 제조 장치, 전자 현미경, 표면 분석 장치, 질량 분석 장치, 입자 가속기, 핵융합 실험 장치 등에 이용되는 진공 펌프에 관한 것이며, 특히고속 회전하는 로터의 원통면과 고정된 나사 스테이터의 상호 작용에 의해 기체 분자의 배기를 행하는 나사홈 펌프 기구부를 구비한 진공 펌프에 관한 것이다.
종래에, 반도체 제조 공정에서 드라이 에칭이나 CVD 등의 프로세스와 같이, 고진공의 프로세스 챔버 내에서 처리를 행하는 공정에서는, 프로세스 챔버 내의 가스를 배기하고 일정한 고진공도를 형성하는 수단으로써, 예를 들면, 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프가 사용되고 있다.
이런 종류의 터보 분자 펌프는, 원통형의 로터 외주면에 복수의 블레이드 형상의 로터 날개가 설치됨과 동시에 로터 날개 사이에 위치 결정해 고정된 복수의 스테이터 날개가 펌프 케이스 내에 설치되어 있고, 로터가 로터 샤프트에 일체로 설치되어 있다. 이 터보 분자 펌프는, 로터 샤프트를 구동 모터에 의해 고속 회전 시킴으로써, 고속 회전하는 로터 날개와 고정의 스테이터 날개의 상호 작용에 의해, 가스 흡기구에서 흡입되는 가스를 하단의 가스 배기구로 배기시키고, 가스 흡기구에 접속된 프로세스 챔버 내를 고진공으로 하는 것이다.
이런 터보 분자 펌프에 있어서, 로터 날개는 배압(背壓)이 높아져 압력 상태가 분자류(分子流) 영역에서 점성류 영역으로 되면, 급격하게 압축 성능이 저하됨과 동시에 회전 저항이 커져, 대폭의 성능 저하나 회전체의 발열 증가를 초래하고, 더욱이 로터 등의 회전체의 회전을 유지하기 위해 필요한 동력이 증가한다는 결점이 있다. 이 때문에, 이 결점을 보충하기 위한 수단으로써, 로터 날개와 스테이터 날개로 이루어진 터보 분자 펌프 기구부의 후단측에, 로터의 원통면과 나사홈으로 이루어진 나사홈 펌프 기구부를 설치하고, 로터의 원통면과 나사홈의 상호 작용에의해 압축율을 모아서, 펌프 배압이 상승해도 로터 날개의 배압을 보다 낮게 확보하고, 펌프 전체의 압축율을 저하시키지 않는 구조가 채용되고 있다.
이런 나사홈 펌프 기구부와 터보 분자 펌프 기구부를 조합한 복합형 터보 분자 펌프에 있어서는, 펌프 정지시에 있어서, 회전체와 고정체의 사이에 일률적으로 좁은 간극이 형성되어 있다. 한편, 압력 상태가 중간류 영역의 압력 영역에서는, 분자의 평균 자유 공정이 일정한 간극 이하가 되면, 급격하게 회전체의 원통면과 나사홈 사이의 좁은 갭에 의한 밀봉 효과가 저하되고, 나사홈 펌프 기구부의 압축 성능이 저하하기 때문에, 상기 간극은 가능한 한 좁게 설정하는 것이 요구된다.
하지만, 이 간극을 극도로 좁게 설정한 경우, 펌프 정시시의 간극이 일률적이기 때문에, 실제로 펌프를 운전시키고, 로터 등의 회전체를 고속 회전시키면, 원통형의 운전 날개에는, 원통 단부에서의 원심력에 의한 변위가 가장 크며, 펌프의 운전시에 날개 본체에 걸리는 응력에 의해 그 간극은 원통 단부측에서 좁고, 그 반대측에서 넓게 된다.
또한, 회전체와 고정체 사이의 간극은, 이 이외에도 어떤 외적 요인, 예를 들면 외부로부터의 가진(加振), 회전체의 온도 상승에 의한 열팽창, 기계적 조립 공차(公差)나 부품 공차 등에 의해, 원통 단부측에서 좁아지게 되는 것이다. 그러면, 이 원통 단부측에서는, 회전체와 고정체의 접촉 위험성이 높아지고, 그 반대측에서 넓어지면, 회전체의 원통면과 고정체의 원통면의 밀봉성이 약해져, 나사홈 펌프의 압축 성능이 대폭적으로 저하되는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 감안한 것이며, 그 목적은, 펌프 운전시에 있어서, 고속 회전하는 로터의 원통부와 스테이터의 접촉에 의한 파손을 미연에 방지할 수 있음과 동시에, 양자의 밀봉성을 유지하고 폄프의 압축 성능의 저하를 방지할 수 있는 신뢰성 높은 진공 펌프를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 진공 펌프는, 윗면에 가스 흡기구가 개구되어 있고, 아래쪽 측면에 가스 배기구가 개구된 펌프 케이스 내에서 회전이 가능하도록 지지된 로터 샤프트와, 상기 로터 샤프트를 회전시키기 위한 구동 모터와, 상기 로터 샤프트에 고정되고, 로터 축심에 대해 동심원상에 직경이 다른 복수의 원통부를 가지는 다중 원통체로 이루어지는 로터와, 상기 로터의 복수의 원통부와, 이 원통부 사이에 교대로 위치 결정되고 상기 펌프 케이스 내에 고정된 복수의 원통부를 가지는 다중 원통체로 이루어진 스테이터와, 이 스테이터의 상기 로터의 원통면에 대향하는 벽면에 파여진 나사홈으로 이루어진 나사홈 펌프 기구부를 갖추고, 상기 로터 원통부 외벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극 및 상기 로터 원통부 내벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극이 모두 상기 로터 축심에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성되고, 또한 상기 로터 원통부 외벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극이 상기 로터 원통부 내벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극 보다도 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 관한 진공 펌프는, 상기 로터 원통부 벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극이, 로터 원통부의 기초부측 보다도 단부측에서 크게 형성되고, 또한 상기 로터 원통부의 기초부측에서의 간극과 상기 로터 원통부의 단부측 간극의 평균치가, 상기 로터 축심에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
더욱이, 본 발명에 관한 진공 펌프는, 상기 로터 원통부 외벽면과 상기 스테이터 내벽면에 의해 구획 결정된 간극이 로터 원통부의 기초부측 보다도 단부측에서 커지도록 형성되고, 또한 상기 로터 원통부 내벽면과 상기 스테이터 외벽면에 의해 구획 결정된 간극이 로터 원통부의 기초부측 보다도 단부측에서 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
로터는, 스테이터 컬럼을 둘러싸는 내직경을 가지는 원통형의 내통 로터와, 이 내통 로터를 둘러싸는 내직경을 가지는 원통형의 외통 로터의 2부재로 구성할 수 있다.
로터와 로터 샤프트의 설치 구조는, 예를 들면, 내통 로터의 원판상의 설치부가 로터 샤프트의 차양부 아랫면에 겹쳐져 로터 샤프트의 축선 방향에 체결되고, 외통 로터의 원판상의 설치부가 로터 샤프트의 차양부 윗면에 겹쳐져 로터 샤프트의 축선 방향에 연결되는 구조와, 내통 로터의 원판상의 설치부와 외통 로터의 원판상의 설치부가 겹쳐져 로터 샤프트의 차양부에 대해 로터 샤프트의 축선 방향에서 연결되는 구조를 생각할 수 있다.
또한, 로터는 로터 샤프트의 축선 방향에 체결된 원통형 로터 본체의 하단부에 단부가 형성되어 있고, 이 단부에 소직경의 원통체가 접합되고, 로터 본체 하단부의 외벽에 대직경의 원통체가 접합되는 구조를 채용해도 된다.
여기서, 상기 나사홈 펌프 기구부에 있어서, 상기 로터의 복수의 원통부 벽면에 나사홈이 파여지고, 상기 스테이터 벽면이 평탄한 원통면으로 하는 구성을 채용할 수도 있다.
또한 상기 펌프 케이스 내에는, 상기 로터의 다중 원통체의 최외벽면에 일체로 설치된 복수의 블레이드 형상의 로터 날개와, 이 로터 날개 사이에 교대로 위치 결정된 펌프 케이스 내에 고정된 복수의 블레이드 형상의 스테이터 날개로 이루어진 터보 분자 펌프 기구부를 추가로 구비하여도 된다.
도 1은 본 발명에 관한 진공 펌프의 제1 실시 형태의 구성을 나타낸 종단면도,
도 2는 본 진공 펌프에서 로터의 설치 구조의 다른 예를 나타낸 종단면도,
도 3은 본 진공 펌프에서 펌프 정지시의 상태의 일례를 나타내는 주요부 확대 단면도,
도 4는 본 진공 펌프에서 펌프 정지시의 상태의 다른 예를 나타낸 주요부 확대 단면도,
도 5는 본 발명에 관한 진공 펌프의 제2 실시 형태의 구성을 나타낸 주요부 확대 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 펌프 케이스 12: 가스 흡기구
13: 가스 배기구 15: 로터 샤프트
15a: 차양부 18: 로터
18-1: 내통 로터 18-2: 외통 로터
18-3: 로터 본체 18-3a: 로터 본체 외벽
18-3b: 단부 18-4, 18-5: 원통체
19: 구동 모터 20: 로터 날개
21: 스테이터 날개 22: 스페이서
24-1: 내통 스테이터 24-2: 외통 스테이터
25: 나사홈
L: 로터 축심 P: 진공 펌프
PA: 터보 분자 펌프 기구부 PB: 나사홈 펌프 기구부
g1: 외통 로터 외벽면과 외통 스테이터 내벽면과의 간극
g2: 외통 로터 내벽면과 내통 스테이터 외벽면과의 간극
g3: 내통 로터 외벽면과 내통 스테이터 내벽면과의 간극
g11: 외통 로터 외벽면과 외통 스테이터 내벽면과의 기초부측의 간극
g12: 외통 로터 외벽면과 외통 스테이터 내벽면과의 단부측의 간극
g21: 외통 로터 내벽면과 내통 스테이터 외벽면과의 기초부측의 간극
g22: 외통 로터 내벽면과 내통 스테이터 외벽면과의 단부측의 간극
g31: 내통 로터 외벽면과 내통 스테이터 내벽면과의 기초부측의 간극
g32: 내통 로터 외벽면과 내통 스테이터 내벽면과의 단부측의 간극
이하, 본 발명에 관한 진공 펌프의 적절한 실시 형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
우선, 도 1은 본 발명에 관한 진공 펌프의 제1 실시 형태의 구성을 나타낸 종단면도이다. 본 도면에 나타난 것처럼, 이 진공 펌프(P1)의 펌프 기구부는, 펌프 케이스(11) 내부에 수용된 터보 분자 펌프 기구부(PA)와 나사홈 펌프 기구부(PB)로 구성된 복합형 펌프 기구를 채용하고 있다.
펌프 케이스(11)는 원통부(11-1)와 그 하단에 설치된 베이스(11-2)로 이루어지고, 펌프 케이스(11)의 윗면은 개구(開口)되어, 가스 흡기구(12)로 되어 있다. 이 가스 흡기구(12)에는 도시하지 않은 프로세스 챔버 등의 진공 용기가 펌프 케이스(11)의 플랜지부(11-1a)에 볼트에 의해 나사 고정되고, 펌프 케이스(11) 하부의 한 측면에는 가스 배기구(13)가 개구되어, 배기 파이프(23)가 설치되어 있다.
또한, 펌프 케이스(11)의 하부 바닥면은 속덮개(11-3)로 덮여져 있고, 속덮개(11-3) 상방에는, 펌프 케이스(11) 내부를 향해 세워 설치한 스테이터 컬럼(14)이 베이스(11-2)에 고정되어 있다. 이 스테이터 컬럼(14)에는, 그 가장자리면 사이를 관통하는 로터 샤프트(15)가 회전 가능하도록, 스테이터 컬럼(14) 내부에 설치된 방사상 방향 전자석(16-1) 및 축방향 전자석(16-2)에 의해, 로터 샤프트(15)의 방사상 방향 및 축방향에 각각 베어링으로 지지되고 있다. 또한, 부호(17)는 드라이 윤활제가 도포된 볼베어링이며, 방사상 방향 전자석(16-1)과 축방향 전자석(16-2)으로 이루어지는 자기 베어링의 전원에 이상이 생겼을 때, 로터 샤프트(15)와 전자석(16-1, 16-2)이 접촉하는 것을 보호하고, 로터 샤프트(15)를 지지하기 위한 것이며, 통상 운전시에는 로터 샤프트(15)에는 접촉하고 있지 않다.
여기서, 로터 샤프트(15)에 설치된 로터(18)는, 로터 축심(L)에 대해서 동심원상으로 직경이 다른 복수의 원통부를 가지는 다중 원통체로 이루어지는 구조를 채용하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서, 로터(18)는, 스테이터 컬럼(14)을 둘러싸는 내직경을 가지는 원통형의 내통 로터(18-1)와, 이 내통 로터(18-1)를 둘러싸는 내직경을 가지는 원통형의 외통 로터(18-2)의 2부재로 구성되어 있다. 내통 로터(18-1)에 대해서는 원판상의 설치부(18-1a)가 로터 샤프트(15)의 차양부(15a) 아랫면에 겹쳐져 복수의 볼트에 의해 로터 샤프트(15)의 축선 방향에 나사 고정되어 있다. 한편, 외통 로터(18-2)에 대해서는 원판상의 설치부(18-2a)가 로터 샤프트(15)의 차양부(15a) 윗면에 겹쳐져 복수의 볼트에 의해 로터 샤프트(15)의 축선 방향에 나사 고정되어 있다. 스테이터 컬럼(14) 내에 조립된 고주파 모터 등으로 이루어진 구동 모터(19)에 의해 로터 샤프트(15)가 고속 회전하면, 내통 로터(18-1)와 외통 로터(18-2)는 로터 샤프트(15)와 동기하여, 로터 축심(L)에 대해 동심원 상을 고속 회전하도록 구성되어 있다.
또한, 외통 로터(18-2)는, 후술하는 블레이드 형상의 로터 날개가 형성됨으로써, 비교적 연질로 가공하기 쉽고, 또한 비교적 강도가 뛰어난 알루미늄 합금 등의 경합금을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 내통 로터(18-1)는, 구조가 비교적 단순하기 때문에, 상기 알루미늄 합금 외에, 카본 수지, 스테인레스 강 등의 다른 종류의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 로터(18)와 로터 샤프트(15)의 설치 구조는, 상기 예에 한하지 않고, 예를 들면 내통 로터(18-1)의 원판상의 설치부(18-1a)와 외통 로터(18-2)의 원판상의설치부(18-2a)를 겹쳐지게 하고 로터 샤프트(15)의 차양부(15a)에 대해서 동일의 볼트에 의해 로터 샤프트(15)의 축선 방향에 일체로 나사 고정되는 설치 구조를 채용할 수 있다. 또한, 도 2에 나타난 것처럼, 로터 샤프트(15)의 축선 방향에 나사 고정한 원통형의 로터 본체(18-3)의 하단부에 단부(18-3b)를 형성하고, 이 단부(18-3b)에 소직경의 원통체(18-4)를, 로터 본체(18-3)의 하단부 외벽(18-3a)에 대직경의 원통체(18-5)를 각각 접착 또는 용접 등에 의해 설치 접합하는 구조를 채용할 수도 있다. 로터(18)와 로터 샤프트(15)의 설치 구조는, 내통 로터(18-1), 외통 로터(18-2)로 이루어진 다중 원통체와 로터 샤프트(15)가 로터 회전 축심(L)을 중심으로 하는 동심원 상을 벗어나지 않고 회전하도록 구성되면 된다.
더욱이, 다중 원통체의 최외곽 벽면, 즉 본 실시 형태에서의 외통 로터(18-2)의 외벽면에서는, 가스 흡기구(12) 측에서 로터 회전 축심(L) 방향에 걸쳐서 복수의 블레이드 형상의 로터 날개(20, 20, …)가 일체로 설치되어 있다. 이 로터 날개(20, 20) 사이에 교대로 위치 결정된 복수 매의 블레이드 형상의 스테이터 날개(21, 21, …)가 펌프 케이스(11) 내벽에 스페이서(22, 22, …)를 통해 설치 고정되어 있다. 로터 날개(20)와 스테이터 날개(21)는, 양자의 상호 작용에 의해 가스 흡기구(12) 측의 기체 분자를 하단측으로 넣어 보내는 터보 분자 펌프 기구부(PA)를 구성하고 있다.
그리고, 이 터보 분자 펌프 기구부(PA)의 하단측에는 나사홈 펌프 기구부(PB)가 설치되어 있는데, 이하, 이 나사홈 기구부(PB)의 구조에 대해서 설명한다.
도 1 내지 도 3에 나타난 것처럼, 나사홈 펌프 기구부(PB)는, 상술한 고속 회전하는 내통 로터(18-1) 및 외통 로터(18-2)로 이루어진 다중 원통체와, 이 다중 원통체의 각 원통부 사이에 교대로 위치 결정된 원통형으로 형성된 내통 스테이터(24-1)와 외통 스테이터(24-2)로 구성되어 있다. 나사홈 펌프 기구부(PB)는, 이 다중 원통체의 로터(18-1, 18-2, …)와 이것과 대향하는 다중 원통체의 스테이터(24-1, 24-2, …)에 의한 반복 구조를 채용하고 있다.
또한, 내통 로터(18-1)의 내벽면 및 외벽면과, 외통 로터(18-2)의 내벽면 및 외벽면은, 평탄한 원통면으로 되어 있다. 한편, 이 원통면과 소정의 간극을 통해 펌프 케이스(11) 내의 베이스(11-2)에 설치된 스테이터(24)는, 외통 로터(18-2) 외벽면과 대향하는 외통 스테이터(24-2) 내벽면, 외통 로터(18-2) 내벽면과 대향하는 내통 스테이터(24-1) 외벽면, 및 내통 로터(18-1) 외벽면과 대향하는 내통 스테이터(24-1) 내벽면에 각각 본 도면의 점선으로 표시한 나사홈(25)이 파여져 있다.
그리고, 본 실시 형태에서 나사홈 펌프 기구부(PB)는, 펌프 정지시에, 로터(18)의 외통부 벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극이, 로터(18) 원통부 외벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극 및 로터(18) 원통부 내벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정된 간극이 모두 로터 축심(L) 에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성되고, 또한 로터(18) 원통부 외벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극이 로터(18) 원통부 내벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극 보다도 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 도 3에 나타난 것처럼, 펌프 정지시에, 외통 로터(18-2) 외벽면과 이 외벽면과 대향하는 외통 스테이터(24-2) 내벽면에 의해 구획 결정되는 간극을 g1으로 하고, 외통 로터(18-2) 내벽면과 이 내벽면과 대향하는 내통 스테이터(24-1) 외벽면에 의해 구획 결정되는 간극을 g2라고 하고, 외통 로터(18-1) 외벽면과 이 외벽면과 대향하는 내통 스테이터(24-1) 내벽면에 의해 구획 결정되는 간극을 g3으로 한다. 이 때, 간극(g1, g2, g3)의 치수의 상호 관계가 g1 > g2, g1 > g3의 조건을 충족하는 관계, 즉 로터 축심(L)에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성되어 있다.
여기서, 로터(18) 벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극을, 로터(18)의 단부측에서 크게 형성하는 경우에는, 로터(18)의 원통부의 기초부측의 간극과 단부측의 간극의 평균치가, 로터 축심(L)에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성한다. 즉, 도 4에 나타나는 것처럼, 펌프 정지시에, 외통 로터(18-2) 외벽면과 외통 스테이터(24-2) 내벽면에 의해 구획 결정되는 간극의 기초부측을 g11, 단부측을 g12로 하고, 외통 로터(18-2) 내벽면과 내통 스테이터(24-1) 외벽면에 의해 구획 결정되는 간극의 기초부를 g21, 단부측을 g22로 하고, 내통 로터(18-1) 외벽면과 내통 스테이터(24-1) 내벽면에 의해 구획 결정되는 간극의 기초부측을 g31, 단부측을 g32라고 하면, (g11 + g12)/2 > (g21 + g22)/2, (g11+g12)/2 > (g31 + g32)/2의 조건을 충족하는 것으로 한다.
이렇게, 로터(18)의 원통부 벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극을 로터 축심(L)에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성하는 것은 이하의 이유에 의한 것이다. 로터 샤프트(15)에 일체로 설치된 다중 원통체로 이루어진 로터(18)는, 펌프 운전시, 고속 회전의 원심력에 의한 변위가 일어난다. 이 로터(18)의 변위량은, 로터(18)가 로터 축심(L)을 중심으로 하는 동심원상의 다중 원통체이므로, 로터 축심(L)에서 가장 가까운 원통부(본 실시형태에서는 내통 로터(18-1)) 보다도 가장 먼 원통부(본 실시형태에서는 외통 로터(18-2)) 쪽이 크다. 따라서 로터(18)의 원통부 벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정된 간극을 로터 축심(L)에서 멀어질 수록 크게 형성함으로써, 펌프 운전시에 로터(18)가 원심력이나 열팽창에 의해 변위해도, 로터(18) 원통부 벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극(g1, g2, g3)에 소정의 여유 공간를 확보하고, 로터(18)의 원통부와 스테이터(24)와의 접촉을 방지하는 동시에, 양자의 밀봉성을 유지하기 위한 것이다.
상기 구성으로 이루어진 본 실시 형태의 진공 펌프에 의하면, 구동 모터(19)에 의해, 로터 샤프트(15)가 고속 회전하게 되면, 이것에 일체로 설치된 내통 로터(18-1), 외통 로터(18-2)로 이루어진 다중 원통체가 로터 축심(L)을 중심으로 동심원상을 고속 회전하고, 도 1에서 화살표로 표시된 것처럼, 가스 흡기구(12)에서 가스를 흡입하고, 고속 회전하는 로터 날개(20)와 고정 스테이터 날개(21)의 상호 작용에 의해, 고진공의 가스 흡기구(12) 측의 기체 분자를 하단의 나사홈 펌프 기구부(PB)로 들여 보낸다. 나사홈 펌프 기구부(PB)에서는, 고속 회전하는 외통 로터(18-2) 외벽면과 외통 스테이터(24-2) 내벽면, 외통 로터(18-2) 내벽면과 내통 스테이터(24-1) 외벽면, 및 내통 로터(18-1) 외벽면과 내통 스테이터(24-1) 내벽면 각각의 상호 작용에 의해 터보 분자 펌프 기구부(PA)에서 들여 보내진 기체 분자를 나사홈(25)을 따라 가스 배기구(13) 측으로 들여보내고, 점점 진공도가 낮은 상태의 가스 배기 동작을 행한다. 여기서, 특히, 나사홈 펌프 기구부(PB)에서, 상기와 같이 다중 원통체인 로터(18-1, 18-2)와 이것과 대향하는 다중 원통체인 스테이터(24-1, 24-2)에 의한 반복 구조가 채용되고 있다. 이 때문에, 기체 분자의 유로 거리를 보다 많이 확보하고, 또한 밀봉성을 유지하고 분자의 역류를 막고, 펌프 압축율을 향상시킴으로써, 로터 날개(20, 20, …)의 배압이 상승하더라도 펌프 전체의 압축 성능의 저하를 방지할 수 있다.
더욱이, 나사홈 펌프 기구부(PB)에서, 로터(18)의 원통부 벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극을 로터 축심(L)에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성하는 구조가 채용되고 있다. 이 때문에, 펌프 운전시에도 소정의 공차를 확보할 수 있어, 로터(18)의 원통부와 스테이터(24)의 접촉에 의한 파손을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 관한 진공 펌프의 제2 실시 형태에 대해서, 도 5에 근거해 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 진공 펌프의 기본적인 구성은 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 상이한 부분에 대해서만 설명한다.
본 실시 형태의 진공 펌프(P2)는, 나사홈 펌프 기구부(PB)에서, 펌프 정지시에, 로터의 원통부 벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정되는 간극 중, 로터 외벽면과 스테이터 내벽면과의 간극에 대해서는 로터의 기초부측 보다도 단부측에서 커지도록 형성되는 한편, 로터 내벽면과 스테이터 외벽면과의 간극에 대해서는 로터의 기초부측 보다도 단부측에서 작아지도록 형상되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 도 5에 나타난 것처럼, 펌프 정지시에, 외통 로터(18-2) 외벽면과 외통 스테이터(24-2) 내벽면에 의해 구획 결정된 간극의 기초부측을 g11, 단부측을 g12로 하고, 외통 로터(18-2) 내벽면과 내통 스테이터(24-1) 외벽면에 의해 구획 결정되는 간극의 기초부측을 g21, 단부측을 g22로 하고, 내통 로터(18-1) 외벽면과 내통 스테이터(24-1) 내벽면에 의해 구획 결정되는 간극의 기초부측을 g31, 가장자부측을 g32로 한다. 이 때, 로터 외벽면과 스테이터 내벽면과의 간극에 대해서는 로터의 기초부측보다도 단부측에서 크고, 즉 g11 < g12, g31< g32의 조건을 충족하고, 로터 내벽면과 스테이터 외벽면과의 간극에 대해서는 이것과는 반대로 로터의 기초부측 보다도 단부측에서 작으며, 즉 g21 > g22의 조건을 충족하도록 간극의 치수가 설정되어 있다. 또한, 기초부측과 단부측의 간극의 차는 펌프 운전 중의 로터의 변위량과 동일한 0.1 ∼ 0.5mm 정도로 설정되어 있으면 된다.
이와 같이, 로터(18) 외벽면과 스테이터(24) 내벽면과의 간극에 대해서는 로터(18)의 기초부측보다도 단부측에서 커지도록 형성되고, 로터(18) 내벽면과 스테이터(24) 외벽면과의 간극에 대해서는 로터(18)의 기초부 보다도 단부측에서 작아지도록 형성하는 것은 이하의 이유에 의한 것이다. 로터 샤프트(15)에 일체로 연결된 다중 원통체로 이루어진 로터(18)는, 펌프 운전시에, 고속 회전의 원심력에 의한 변위가 일어난다. 이 로터(18)의 변위량은, 로터(18)가 로터 축심(L)을 중심으로 하는 동심원상의 다중 원통체이므로, 로터 축심(L)에서 가장 가까운 원통부(본 실시 형태에서는 내통 로터(18-1)) 보다도 가장 먼 원통부(본 실시 형태에서는 외통 로터(18-2))쪽이 크고, 또한 로터(18)의 기초부측과 단부측와의 변위량을 비교하면, 단부측의 변위량이 크고, 로터 축심(L)에서 멀어지도록 변위하기 때문이다.
따라서, 로터(18) 외벽면과 스테이터(24) 내벽면과의 간극에 대해서는 로터(18)의 기초부측 보다도 단부측에서 커지도록 형성하고, 로터(18) 내벽면과 스테이터(24) 외벽면과의 간극에 대해서는 로터(18)의 기초부측 보다도 단부측에서 작아지도록 형성한다. 이것에 의해, 펌프 운전시에 로터(18)가 원심력이나 열팽창에 의해 변위하더라도, 로터(18)의 원통부 벽면과 스테이터(24) 벽면에 의해 구획 결정되는 간극에서 소정의 공차를 확보하고, 로터(18)의 원통부와 스테이터(24)의 접촉을 막음과 동시에, 양자의 밀봉성을 유지할 수 있으므로, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 낸다.
또한, 상술한 각 실시 형태는, 나사홈 펌프 기구부(PB)에서, 로터(18)의 복수의 원통부 벽면을 평탄한 원통면으로 하고, 이 원통부 벽면과 대향하는 스테이터(24)의 벽면에 나사홈(25)을 새긴 예에 대해 설명했지만, 이것과는 반대로, 로터(18)의 복수의 원통부 벽면에 나사홈(25)를 새기고, 이 원통부 벽면에 대향하는 스테이터(24)의 벽면을 평탄한 원통면으로 하는 구성을 채용해도 된다. 이 경우에도 원통부 벽면의 나사홈(25)과 스테이터(24) 벽면의 원통면의 상호 작용에 의해, 상술한 각 실시 형태의 작용 효과와 동일한 작용 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 것처럼, 본 발명에 관한 진공 펌프에 의하면, 특히, 나사홈 펌프 기구부에서, 다중 원통체의 로터와 이것에 대향하는 다중 원통체의 스테이터에 의한 반복 구조를 채용하고, 펌프 정지시에 로터의 원통부 벽면과 스테이터의 원통부 벽면에 의해 구획 결정되는 간극을 로터 축심에서 멀어짐에 따라 커지도록 설정하고 있다. 이것에 의해, 펌프 운전시에도 소정의 공차를 확보할 수 있고, 로터와 스테이터의 접촉에 의한 파손을 방지할 수 있으며, 또한 기체 분자의 유로 거리를 보다 많이 확보하고, 밀봉성을 유지해 분자의 역류를 막음으로써, 펌프의 압축률을 향상시켜, 로터 날개의 배압이 상승하더라도 펌프 전체의 압축 성능의 저하를 방지할 수 있는 신뢰성이 높은 진공 펌프가 된다.

Claims (9)

  1. 윗면에 가스 흡입구가 개구(開口)되어 있고, 아랫쪽 측면에 가스 배기구가 개구된 펌프 케이스 내에서 회전이 가능하도록 지지된 로터 샤프트와,
    상기 로터 샤프트를 회전시키기 위한 구동 모터와,
    상기 로터 샤프트에 고정되고, 로터 축심에 대해 동심원상으로 직경이 다른 복수의 원통부를 가지는 다중 원통체로 이루어지는 로터와,
    상기 로터의 복수의 원통부와, 이 원통부 사이에 교대로 위치 결정되고 상기 펌프 케이스 내에 고정된 복수의 원통부를 가지는 다중 원통체로 이루어진 스테이터와, 이 스테이터의 상기 로터의 원통면에 대향하는 벽면에 파여진 나사 홈으로 이루어진 나사 홈 펌프 기구부를 갖추고,
    상기 로터 원통부 외벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극 및 상기 로터 원통부 내벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극이 모두 상기 로터 축심에서 멀어짐에 따라 커지도록 형성되고, 또한 상기 로터 원통부 외벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극이 상기 로터 원통부 내벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극 보다도 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터 원통부 벽면과 스테이터 벽면에 의해 구획 결정된 간극이, 로터 원통부의 기초부측보다도 단부측에서 크게 형성되고, 또한 상기 로터 원통부의 기초부측에서의 간극과 상기 로터 원통부의 단부측 간극의 평균치가, 상기 로터 축심으로부터 멀어질수록 커지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로터 원통부 외벽면과 상기 스테이터 내벽면에 의해 구획 결정된 간극이 로터 원통부의 기초부측 보다도 단부측에서 커지도록 형성되고, 또한 상기 로터 원통부 내벽면과 상기 스테이터 외벽면에 의해 구획 결정된 간극이 로터 원통부의 기초부측 보다도 단부측에서 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로터는, 스테이터 컬럼을 둘러싸는 내직경을 가지는 원통형 내통 로터와, 이 내통 로터를 둘러싸는 내직경을 가지는 원통형 외통 로터의 2부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로터와 로터 샤프트와의 설치 구조는, 내통 로터의 원판상의 설치부가 로터 샤프트 차양부 아랫면에 겹쳐져 로터 샤프트의 축선 방향에 체결되고, 외통 로터의 원판상의 설치부가 로터 샤프트 차양부 윗면에 겹쳐져 로터 샤프트의 축선 방향에 체결된 구조인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 로터와 로터 샤프트와의 설치 구조는, 내통 로터의 원판상 설치부와 외통 로터의 원판상 설치부가 겹쳐져 로터 샤프트의 차양부에 대해 로터 샤프트의 축선 방향에 일체로 체결되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로터는, 로터 샤프트의 축선 방향에 체결된 원통형의 로터 본체의 하단부에 단부(段部)가 형성되어 있고, 이 단부에 소직경의 원통체가 접합되고, 로터 본체의 하단부 외벽에 대직경의 원통체가 접합되는 구조인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나사홈 펌프 기구부에 있어서, 상기 로터의 복수의 원통부 벽면에 나사 홈이 파여지고, 상기 스테이터 벽면이 평탄한 원통면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 케이스 내에는, 상기 로터의 다중 원통체의 최외곽 벽면에 일체로 설치된 복수의 블레이드 형상의 로터 날개와, 이 로터 날개 사이에 교대로 위치 결정된 펌프 케이스 내에 고정된 복수의 블레이드 형상의 스테이터 날개로 이루어진 터보 분자 펌프 기구부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
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