KR20090004175A - 진공 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기압으로부터 0.5 Pa의 영역에서 최적이며 펌프 내의 압력이 토출구 근방에 있어서 급상승을 억제하고 이상 발열 및 전력이 떨어져 생성물이 발생되었다고 해도 각 스크루 나사면에 의해 펌프 밖으로 긁어내는 효과를 가지는 스크루 진공 펌프에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 서로 맞물리는 수 로터 및 암 로터와, 양 로터를 수납하는 고정자에 의해 형성되는 기체 작동실과, 이 작동실의 일단부 및 타단부에 연통할 수 있도록 고정자에 설치된 기체의 흡기구 및 토출구를 구비한 스크루 진공 펌프로서, 토출구로 복수의 토출측 스크루 단면 치구가 연통하는 구조를 특징으로 하는 스크루 진공 펌프가 제공된다.

진공 펌프, 스크루, 로터, 고정자, 흡기구, 토출구

Description

진공 펌프{VACUUM PUMP}

도 1은 본 발명에 따른 펌프와 종래의 펌프의 배기 속도 비교를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 스크루와 고정자 등의 관계의 전개도,

도 3은 본 발명에 따른 펌프의 단면도,

도 4는 펌프부의 전개도,

도 5는 스크루 축의 직각 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4, 18 : 암(female) 스크루 5, 17 : 수(male) 스크루

8 : 모터 9 : 축 베어링

10 : 토출구 11 : 오일 공급 기구

12 : 타이밍 기어 13, 24 : 고정자

14 : 흡입구 19 : 수 스크루 직경

20 : 암 스크루 직경 21 : 수 스크루 톱니

22 : 암 스크루 톱니 23 : 단면 틈새

25 : 고정자 단면 플레이트

본 발명은 스크루 진공 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기압으로부터 0.5 Pa의 영역에서 최적이며 펌프 내의 압력이 토출구 근방에 있어서 급상승을 억제하고 이상 발열 및 전력이 떨어져 생성물이 발생되었다고 해도 각 스크루 나사면에 의해 펌프 밖으로 긁어내는 효과를 가지는 스크루 진공 펌프에 관한 것이다.

본 발명의 스크루 진공 펌프는, 특히 반도체 디바이스(Semiconductor device) 제조 공업, 액정 패널(Liquid crystal panel) 제조 공업 및 태양 전지판 제조 공업 분야에서 필요로 하는 성능인, 0.5 Pa까지 안정된 배기 성능을 유지하며, 배기가스에 의해 대량으로 발생하는 반응 생성물을 밀어내는 효과를 가진다. 또 이상 압축을 억제하여 소비 전력을 절감한 진공 펌프에 관한 것이다.

종래부터, 반도체 디바이스 제조 장치, 액정 패널 제조 장치 및 태양 전지판 제조 장치는 디바이스 제조 장치의 프로세스 챔버에 펌프로부터의 오일 역류가 있으면 각 디바이스 제조 공정 상 중대한 문제를 가져오기 때문에, 흡기 가스와 오일이 접촉하지 않는, 이른바 드라이 펌프(Dry Pump), 미케니컬 부스터 펌프 (Mechanical Booster Pump), 터보 분자 펌프(Turbo molecule pump)가 이용되고 있다. 또 프로세스 가스, 캐리어 가스, 발생 가스 등의 분자량이 1에서 수십, 수백으로 넓기 때문에, 상기 펌프의 각종 가스의 배기 특성과 펌프 고유의 배기 영역에 의해 사용구분을 하고 있는 것이 현실이다.

한편으로는 배기가스의 종류에 따라 배기 속도가 저하되기 때문에 배기 속도가 큰 펌프를 효율이 나쁜 상태로 사용하고 있는 문제가 있다. 또 일반적인 드라이 펌프, 미케니컬 부스터 펌프는 흡입구로부터 토출구 사이의 펌프 내부에 생성물이 퇴적하는 문제가 있다.

종래의 스크루 진공 펌프는 토출구로부터의 역확산량, 희석 가스의 역확산량이 크기 때문에 도달 압력이 3 Pa 전후로 되고, 도 1의 곡선 2와 같이 분자 유역 측에서 배기 속도가 큰 폭으로 감소한다. 또한 수소의 배기 속도는 질소의 1/3 에서 1/2 이고, 도 1의 곡선 3과 같이 압축비가 작기 때문에 배기 속도가 극단적으로 감소한다. 이 문제는 토출 측에서의 역확산이 문제이며, 토출측 스크루 단면에서의 이상 압력 상승의 원인이 되고 있다. 이상 압력 상승은 소비 전력이 증대되는 원인이 된다.

또 기존의 스크루 진공 펌프의 스크루 맞물림은, 암수 로터 축 사이의 거리와 암수 로터의 톱니바퀴 수에 의해 정해지는 치차 교합 피치원으로부터 어긋난 위치가 되기 때문에 각 디바이스 제조 과정에 있어서 발생하는 생성물이 스크루가 맞물리는 부분에 퇴적되어 고장의 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로서, 가스의 종류와 관계없이 0.5 Pa 이하까지, 도 1의 곡선 1과 같이 안정된 배기 성능을 유지하는 스크루 진공 펌프를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 스크루 진공 펌프는, 서로 맞물리면서 회전하는 한 쌍의 수 스크루 로터 및 암 스크루 로터와, 양 로터를 수납하는 고정자에 의해 작동실을 형성하고, 고정자의 흡기구로부터 기체를 흡입하는 동시에 상기 흡입 기체를 상기 작동실에 가두고, 작동실에 갇힌 흡입 기체를 로터의 회전으로 기체를 압축, 이송한다. 토출측 스크루 단면지그가 토출구에 연결될 때까지 이상 압력 상승을 억제해 소비 전력을 절감한 스크루 진공 펌프로 한다.

또 생성물의 퇴적을 억제하기 위해, 스크루 진공 펌프의 암수 양 스크루 로터의 맞물림을, 양 로터 축간 거리와 양 로터의 톱니 수에 의해 정해지는 치차 교합 피치원으로부터 벗어난 위치에 형성해, 양 로터의 톱니면 속도와 동일한 톱니면이 없는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 스크루 진공 펌프는 양 스크루 로터를 형성하고, 양 스크루 로터의 맞물림은, 양 로터 축간 거리와 양 로터의 톱니수에 의해 정해지는 치차 교합 피치원으로부터 어긋난 위치에 형성되기 때문에 압축비를 높여 생성물을 밀어내는 효과를 가지며, 0.5 Pa까지 안정된 배기 속도를 유지할 수가 있다.

(실시예)

본 발명의 일 실시예에 대해 도 1 또는 도 5에 의거해 설명한다. 도 2의 본 발명의 일 실시예에 이용된 양 로터의 전개도는 부등(不等) 리드(Lead) 스크루 로터 또는 등(等) 리드(Lead) 스크루 로터라도 좋다. 도 3은 도 2에 도시한 양 로터 를 이용한 스크루 진공 펌프의 단면도를 나타낸다.

도 4는 스크루 로터 단면부에 있어서 이상 압축을 억제하기 위한 구조의 한 예이다. 도 5는 양 스크루 로터의 맞물림과 양 로터 축간 거리, 스크루의 톱니수로 정해지는 치차 교합 피치원의 관계를 나타낸다.

먼저 본 발명의 특징에 대해 설명한다. 스크루 진공 펌프에 대해 펌프부는 상기 양 스크루 로터와 고정자에 의해 작동실을 형성한다. 흡입한 기체는 등 리드 스크루 로터의 경우는 압축 작용을 하지 않고, 단지 이송 작용을 하는 작동실을 형성하여, 토출구(10) 근방에서 압축 토출한다. 또 부등 리드 스크루 진공 펌프의 경우는 양 로터가 구성하는 나사 치차의 하단각을 로터의 회전각에 따라 변화시켜, 로터와 고정자에 의해 형성되는 V자형의 작동실 용적이 변화하며 작아져, 토출구(10) 근방에서 압축 토출한다. 이것은 어느 펌프도 로터지그가 토출구(10)에 연통하기 전에 압축이 일어나고, 토출구 근방의 온도가 상승하여, 펌프의 온도는 불균일하게 된다. 그 온도차는, 부등 리드 스크루 로터의 경우는 압축 이송 배기를 실시하기 때문에 15 ~ 30℃ 정도이지만, 등 리드 스크루 로터의 경우는 50℃를 넘는 것도 있다.

이 온도는 기체의 압축열에 의한 것으로서, 쓸데없이 전력을 소비하게 된다. 또 작동실의 압력이 상승하므로, 역확산된 기체가 작동실에 들어와 재차 압축, 배기되기 때문에 소비 전력의 증대 및 역확산의 증대에 의해, 도달 압력, 배기 속도에 큰 영향을 미친다.

이 때문에 토출구(10)에서 스크루 토출측 단면의 지그를 연결해, 단면에서의 압축을 억제한다.

또 스크루 진공 펌프의 양 스크루 로터의 맞물림은, 양 로터 축간 거리와 양 로터의 톱니바퀴 수에 의해 정해지는 치차 교합 피치원으로부터 어긋난 위치에 형성되고 있기 때문에, 양 스크루의 톱니면 속도가 일치하는 톱니면이 없기 때문에, 흡입된 반응 생성물 등을 밀어내는 작용이 있어, 반응 생성물을 펌프 밖으로 밀어내는 효과를 가지고 있다.

다음은 본 발명에 따른 스크루 진공 펌프의 일례를 도 2 또는 도 5에 의거해 설명한다.

도 2는 스크루 로터의 전개도이다. 이것은 부등 리드 스크루의 전개도이지만, 등 리드 스크루의 경우는 포물선이 아니고 직선으로 평행하게 된다.

도 3은 스크루 진공 펌프의 단면도이며, 모터(8)에 의해 베어링(9)으로 축을 지지하고, 타이밍 기어(12)에 의해 2축을 싱크로나이즈 시켜 회전시킨다. 또 축에는 타이밍기어 및 베어링에 오일을 공급하는 오일을 공급 기구(11)를 부착한다. 펌프 측은 고정자(13), 흡입구(14), 암 스크루(4), 수 스크루(5), 토출구(10)로 구성되고, 스크루 로터를 고속 회전하여 고진공으로 한다.

도 4는 흡입구와 고정자(24), 스크루(17, 18) 토출구와 고정자 단면 플레이트(25), 단면 틈새(23)의 관계도이다. 토출구에 연통하기 전의 지그가 고정자 단면 플레이트(25)로 압축되지 않는 단면 틈새(23)을 취하는 것으로서 이상 톱니 홈의 내압을 억제한다. 틈새 형상은 단지 스크루 단면 전체의 틈새를 형성하여도 좋지만, 토출구로부터 원주상 떨어진 지그로부터 토출구로 향해, 틈새 단면적을 크게 하는 것이 토출구로부터의 역확산을 억제하기 때문에 바람직하다.

다음 도 5는 양 스크루의 축 직각 단면도이다. 수 스크루의 교합 피치원(15)과 암 스크루의 교합 피치원(16)으로 스크루 로터의 맞물림을 어긋난 위치로 설정했다.

이상과 같이 본 발명에 의해, 도 1의 곡선 1에 도시된 바와 같이 스크루 진공 펌프의 배기 속도가 큰 폭으로 개선되어 1대의 진공 펌프로 좋은 효율로 대기압으로부터 0.5 Pa까지 안정된 배기 속도를 얻을 수 있어 넓은 동작 범위를 커버 하는 효과를 가진다. 또 반응 생성물에 대해서도 밀어내는 효과를 가진다.

본 발명에 따른 진공 펌프를 사용함으로써, 종래의 드라이 펌프나 미케니컬 펌프 등을 조합한 진공계와 비교해 구조가 간단하고 저렴하게 진공계를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한 진공계의 구성이 간단하게 되는 이유로, 밸브의 변경 등 복잡한 조작이 불필요하게 되어, 제어계를 단순화하여 원가절감의 효과를 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 서로 맞물리는 수 로터 및 암 로터와, 양 로터를 수납하는 고정자에 의해 형성되는 기체 작동실과, 이 작동실의 일단부 및 타단부에 연통할 수 있도록 고정자에 설치된 기체의 흡기구 및 토출구를 구비한 스크루 진공 펌프로서, 토출구로 복수의 토출측 스크루 단면 치구가 연통하는 구조를 특징으로 하는 진공 펌프.
2. 서로 맞물리는 수 로터 및 암 로터와, 양 로터를 수납하는 고정자에 의해 형성되는 기체 작동실과, 이 작동실의 일단부 및 타단부에 연통할 수 있도록 고정자에 설치된 기체의 흡입구 및 토출구를 구비한 스크루 진공 펌프로서, 상기 암수 로터를 구성하는 나사 치차의 리드 각이, 맞닿는 나사산을 따라 진행함에 따라 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.

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