KR20100036374A - 건식 진공 펌프 및 윤활식 유체 밀봉 장치용 원심분리기 요소 - Google Patents

건식 진공 펌프 및 윤활식 유체 밀봉 장치용 원심분리기 요소 Download PDF

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알베르트 카카르드
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알까뗄 루슨트
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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 윤활 베어링(5) 상에 장착된 적어도 하나의 회전 샤프트(11)와, 베어링(5)으로부터 샤프트 경로로 유입될 수 있는 윤활용 유체를 밀봉하며, 윤활 베어링(5)과 건식 펌핑 스테이지(7) 사이에 설치되는 적어도 하나의 밀봉 장치(9)를 포함하는 건식 진공 펌프로서, 밀봉 장치(9)는, 샤프트(11) 상에 일치하여 회전하도록 디자인되며, 윤활 베어링(5)으로부터 건식 펌핑 스테이지(7)로 이동할 수도 있는 유체로부터 윤활용 유체를 분리할 수 있는 적어도 하나의 관통 라인(19)을 구비하는 원심분리기 요소(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 건식 진공 펌프에 관한 것이다.

Description

건식 진공 펌프 및 윤활식 유체 밀봉 장치용 원심분리기 요소{DRY-TYPE VACUUM PUMP COMPRISING A DEVICE FOR SEALING AGAINST LUBRICATING FLUIDS, AND CENTRIFUGING ELEMENT EQUIPPING SUCH A DEVICE}
본 발명은 회전식 로브 펌프(rotating-lobe pump)와 같은 건식 진공 펌프에 관한 것으로서, 구체적으로는 루츠 진공 펌프(roots vacuum pump) 또는 클로 진공 펌프(claw vacuum pump)나 스크롤 진공 펌프(scroll vacuum pump) 또는 스크류 진공 펌프(screw vacuum pump)와 같은 멀티 스테이지형 건식 진공 펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 이들 펌프는 직렬로 배치된 하나 이상의 스테이지를 포함하며, 이 스테이지에 있어서는 펌핑될 가스가 가스 흡입부(a gas intake)와 가스 배출부(a gas exhaust) 사이에서 이동한다.
공지의 진공 펌프 중에서, 2개 또는 3개의 로브(바이-로브, 트리-로브)를 구비한 "루츠" 펌프로도 공지된 회전하는 로브를 구비한 진공 펌프 또는 "클로" 펌프로도 공지된 2개의 텅(tongues)을 구비한 진공 펌프들 사이에는 차이가 존재한다.
이들 펌프는 예컨대 미국 특허 제 6,572,351 호, 미국 특허 제 5,234,323 호, 유럽 특허 제 0,365,695 호, 미국 특허 제 4,789,314 호 및 유럽 특허 제 1,227,246 호 공보에 개시되어 있다.
일반적으로 말하자면, 루츠 회전식-로브 펌프는 스테이터(펌프의 본체) 내에서 반대 방향으로 회전하는 동일 단면의 2개의 로터를 포함한다. 이들 로터가 회전하는 경우, 흡입된 가스는 로터와 스테이터 사이에 존재하는 개방 공간 내에 포획되며, 그 후에 배출부를 통해 배기된다. 펌프는 로터와 펌프 본체 사이의 어떠한 기계적 접촉도 없는 상태로 작동되며, 이에 의해 압축 챔버에는 오일이 전혀 존재하지 않을 수 있게 된다.
또한, 2-텅 "클로" 펌프도 실린더 내에서 반대 방향으로 회전하는 2개의 로브형 로터를 포함하며, 가스를 흡입하여 압축한다. 그러나, 로브는 건식 압축(dry compression)을 보장하는 형상으로 특수 형성된다.
로터는 적어도 하나의 윤활 베어링(lubricated bearing)에 의해 지지된 회전 샤프트에 의해 지탱되며, 윤활 베어링에는 예컨대 오일 또는 그리스(grease)가 윤활제로서 도포될 수도 있다.
작동 시에, 베어링 내에서의 샤프트의 회전은 그리스 입자 또는 오일 덩어리와 같은 오염물을 생성하며, 이러한 오염물이 압력 변화를 받게 되는 경우에는 펌핑 스테이지 쪽으로 이동할 수도 있다.
따라서, 반도체 기판의 제조 공정과 같은 이른바 "건식" 적용예를 위한 펌핑 스테이지 내에는 어떠한 오일 또는 그리스의 자취도 남지 않는 것이 필수적이다.
그러므로, 샤프트가 그를 통해 여전히 회전할 수 있는 밀봉 장치를 사용하여 윤활 베어링을 건식 펌핑 스테이지로부터 격리시키는 것이 적절하다.
이를 해결하기 위해, 소위 "립(lip)" 시일 링이 이미 공지되어 있다.
그러나, 회전 샤프트에 대한 조인트(joints)의 마찰에 의해 조인트가 마모하게 되어 밀봉 특성의 손실을 초래하고, 빈번한 진공 펌프의 정비를 필요로 하게 되며, 각각의 정비마다 반도체 제조 설비 및 진공 펌프의 운전 정지를 필요로 하며, 이러한 작업은 매우 고비용이다.
나아가, 펌핑 스테이지 내에서의 압력이 고압과 저압 사이에서 빈번하게 변화하고, 이에 의해 베어링과 펌핑 스테이지 사이에 상당한 압력 차가 야기된다.
조인트의 양 단부에서의 이러한 반복되는 압력 불일치에 의해 조인트가 너무 이른 마모를 겪게 된다.
또한, 다이나믹 비접촉 조인트(dynamic contact-free joints)를 사용함으로써, 베어링과 건식 펌핑 스테이지 사이의 밀봉 영역의 양 측면 상의 압력 균형을 유지하도록 하는 다른 기술이 공지되어 있다.
이들 비접촉식의 다이나믹 조인트는 밀봉의 수단으로서 가스 터뷸런스를 사용한다. 그러나, 이들 장치는 오일 또는 그리스의 미스트(mist) 및 증기가 펌핑 영역 쪽으로 이동하는 것을 가능케 할 수 없다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 진공 펌프의 밀봉 장치가 펌프에 대한 정비 작업을 전혀 또는 거의 필요로 하지 않으면서 펌핑 스테이지에 오일 또는 그리스, 보다 구체적으로는 이들 윤활제의 미스트 또는 증기가 존재하지 않는 것을 보장하는 건식 진공 펌프를 제공하는 것이다.
그러한 목적을 위해, 본 발명은, 적어도 하나의 윤활 베어링 상에 장착된 적어도 하나의 회전 샤프트와, 베어링으로부터 샤프트 경로로 유입될 수 있는 윤활용 유체를 밀봉하며, 윤활 베어링과 하나의 건식 펌핑 스테이지 사이에 설치되는 밀봉 장치를 포함하는 건식 진공 펌프로서, 밀봉 장치는, 샤프트 상에 일치하여 회전하도록 설치되며, 윤활 베어링으로부터 건식 펌핑 스테이지로 이동할 수도 있는 유체로부터 윤활용 유체를 분리할 수 있는 적어도 하나의 관통 라인을 구비하는 원심분리기 요소(centrifuge element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프를 개시한다.
바람직하게, 원심분리기 요소는 관통 라인 내에 배치되는 섬유 물질과 같은 여과용 물체(filtering body)를 더 포함한다.
바람직하게, 관통 라인은 원심분리기 요소의 주변 표면보다는 샤프트에 더 근접하여 배치된다.
관통 라인의 오리피스(orifice)의 직경은 건식 펌핑 스테이지측 단부보다는 베어링측 단부 상에서 보다 더 크도록 디자인된다.
예를 들어, 관통 라인은 원뿔의 몸통부(barrel of a cone)와 같은 형상으로 형성되도록 디자인되며, 원뿔의 꼭지점은 건식 펌핑 스테이지측 단부 옆에 위치된다.
선택적으로, 관통 라인의 일 부분이 병목부를 갖도록 디자인될 수도 있거나, 또는 관통 라인이 원뿔의 몸통부와 같은 형상의 원심분리기 요소 내의 리세스(recess)에 의해 형성될 수도 있는데, 원뿔의 회전축은 원심분리기 요소의 회전축과 동일하며, 원뿔의 꼭지점은 펌핑 스테이지측 단부 상의 사전 결정된 수의 오리피스 내로 향한다.
부가적으로, 관통 라인의 전도성(conductance)은 원심분리기 요소의 원주 방향 표면과 스테이터의 내측벽과의 사이에 형성된 주변 유체 통로의 전도성보다 크도록 디자인된다.
바람직하게, 밀봉 장치는 펌핑 스테이지측 단부에 배치된 관통 라인 오리피스를 대향하도록 배치된 체크 밸브를 포함한다.
체크 밸브는 회전 샤프트를 따라 활주하도록 설치된 디스크로 구성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 주변 통로는 래비린스 시일(labyrinth seal)을 포함하도록 디자인될 수도 있다.
래비린스 시일은 스테이터 내에 설치된 다수의 링을 포함할 수도 있으며, 원심분리기 요소의 원주 방향 표면은 수개의 대응 피트(pits)를 구비할 수도 있다.
유리하게는, 각 링은 개방되고 탄성적이어서 스테이터 내에 설치될 수 있다.
바람직하게, 정지시의 각 링의 외경은 스테이터의 내벽의 직경보다 크며, 따라서 링이 스테이터 내에 삽입된 후에 링은 그의 탄성력에 의해 스테이터의 내벽에 대해 고정된다.
또한, 밀봉 장치는 베어링과 원심분리기 요소 사이에서 샤프트 상에 설치된 디플렉터(deflector)를 포함하도록 디자인될 수도 있다.
또한, 본 발명은, 윤활 베어링과 건식 펌핑 스테이지 사이에, 건식 진공 펌프의 회전 샤프트 상에서 일치하여 회전하도록 설치될 윤활식 유체 밀봉 장치 원심분리기 요소(a lubricated fluid sealing device centrifuge element)를 개시하며, 이 원심분리기 요소는 유체로부터 윤활용 유체를 분리하기 위해 유체가 베어링에서 건식 펌핑 스테이지까지 이동할 수도 있는 적어도 하나의 관통 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 진공 펌프의 부분의 종방향 단면도,
도 2는 본 발명의 원심분리기 요소의 예시적인 실시예의 개략 정면도,
도 3은 도 1의 진공 펌프의 부분의 종방향 단면도,
도 4, 도 5 및 도 6은 도 1의 진공 펌프의 변형 실시예의 종방향 단면도.
본 발명의 다른 장점 및 특징은 첨부 도면뿐만 아니라 본 발명의 상세한 설명을 숙독할 때 명백해질 것이다.
첨부 도면에서, 동일한 요소에는 동일한 도면부호가 부여된다.
본 발명은, 적어도 하나의 윤활 베어링 상에 장착된 적어도 하나의 회전 샤프트와, 베어링으로부터 샤프트 경로로 유입될 수 있는 윤활용 유체를 밀봉하며, 윤활 베어링과 건식 펌핑 스테이지 사이에 설치되는 밀봉 장치를 포함하는 건식 진공 펌프에 적용된다.
유리하게, 하나의 밀봉 장치는 각 펌핑 스테이지를 위해 진공 펌프 내의 베어링에 인접하여 배치된다.
루츠 펌프, 클로 펌프 또는 그와 유사한 원리를 기초로 한 펌프 등의, 특히 멀티 스테이지 타입의, 2개의 회전하는 로브형 샤프트를 포함하는 진공 펌프에서, 펌프의 4개의 베어링에 4개의 밀봉 장치가 배치된다.
물론, 본 발명은 또한 스크롤 진공 펌프 또는 스크류 진공 펌프와 같은 임의의 타입의 건식 진공 펌프에 적용된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진공 펌프(1)의 일부를 도시한다.
진공 펌프(1)의 스테이터(3)의 내부는 베어링(5), 펌핑 스테이지(7), 및 베어링(5)과 펌핑 스테이지(7) 사이에 설치되며 회전 샤프트(11)의 통로에 대한 윤활식 유체 밀봉 장치(9)를 포함한다.
베어링(5)은 그리스 또는 오일과 같은 유체에 의해 윤활되는 롤러 베어링(13)을 포함한다. 이를 위해, 베어링(5)은 샤프트의 기어에 오일을 고르게 살포하는 오일 팬(도시되지 않음)과 연결되는 것이 유리하다.
펌프(1) 내에서의 보다 하류측에서, 회전축(14)을 중심으로 회전할 수 있는 샤프트(11)는 펌핑 스테이지(7) 내로 연장되며, 이 경우 샤프트(11)가 회전 로브를 구비한 것과 같은 로터(15)를 지탱한다.
작동시에 로터(15)가 펌프의 본체(3)와 로터(15) 사이에 어떠한 기계적 접촉 없이 스테이터(3) 내에서 대향 방향으로 회전하며, 이에 의해 오일이 전혀 존재하지 않을 수 있기 때문에, 펌핑 스테이지(7)는 "건식(dry)"으로 불린다.
밀봉 장치(9)는 그리스 또는 오일과 같은 윤활용 유체의 통로를 베어링(5)으로부터 건식 펌핑 스테이지(7)까지로 엄격하게 제한할 수 있는 동시에, 진공 펌프(1)가 작동하고 있을 때에 샤프트(11)가 회전하게 할 수 있다.
본 발명에서, 밀봉 장치(9)는, 샤프트(11) 상에서 일치하여 회전하도록 설치되며, 베어링으로부터 건식 펌핑 스테이지(7)까지 이동할 수도 있는 유체로부터 윤활용 유체를 분리할 수 있는 적어도 하나의 관통 라인(19)을 구비하는 원심분리기 요소(17)를 포함한다.
베어링으로부터 건식 펌핑 스테이지까지 이동할 수도 있는 유체는 윤활용 유체와 가스의 혼합물을 포함한다.
이러한 방식으로, 진공 펌프(1)가 작동하고 있을 때에 원심분리기 요소(17)는 샤프트(11)와 동일한 회전 속도, 예컨대 1차 루츠 진공 펌프에 대한 6000rpm(분당 회전수)으로 회전할 것이다.
결과적으로, 원심분리기 요소(17)에 포함된 관통 라인(19)도 펌프(1)의 샤프트(11)의 회전축(14)을 중심으로 동일한 회전 속도로 회전할 것이다.
미스트, 액체 또는 잔류 입자 형태의 윤활용 유체가 가스보다 큰 질량 또는 밀도를 갖기 때문에, 관통 라인(19) 내에서의 순환은 원심분리기 요소(17)의 중심(14)에서 이격된 채로 유지될 것이다.
실제로, 원심분리기 요소(17)의 빠른 회전에 의해 생성된 원심력이 윤활용 유체를 관통 라인(19)의 내부 측면(21)으로 보내며, 이와 같은 원심 분리에 의해 유체로부터 윤활용 유체를 분리한다.
보다 구체적으로는, 밀봉 장치가 유체로부터 미스트 및/또는 증기의 윤활유를 분리한다.
유리하게, 관통 라인(19)의 오리피스(39)의 직경은 베어링(5)측 단부에서의 직경이 건식 펌핑 스테이지(7)측 단부에서의 직경보다 크다.
예를 들어, 도 1에 있어서, 관통 라인(19)의 일 부분은 원뿔의 몸통부와 같은 형상의 원심분리기 요소(17) 내의 리세스에 의해 형성되는 병목부를 갖는데, 원뿔의 회전축은 원심분리기 요소(17)의 회전축(14)과 동일하며, 원뿔의 꼭지점은 펌핑 스테이지(7)측 단부 상의 사전 결정된 수의 오리피스(39)와 연통된다.
원뿔 몸통부 형상은 특히 증기 및 미스트의 윤활유를 관통 라인(19)을 통해 배출하기 위해 벽을 따라 포획된 증기 및 미스트의 윤활유를 원심력에 의해 안내하는 것을 가능하게 할 수 있다.
윤활유 유체는 이에 의해 원심분리기 요소(17)의 기부(base)를 향해 안내되며, 밀봉 장치는 자가-세정될 수 있다.
관통 라인(19)의 다른 실시예가 후술될 것이다.
나아가, 가스의 유동을 최적화하는 방식으로서 다수의 관통 라인(19)이 제공된다.
따라서, 도 2는 샤프트(11)의 통로를 위한 원심분리기 요소(17)의 중심부의 개구부(25)뿐만 아니라 8개의 오리피스(39)의 관통 라인(19)을 구비한 원심분리기 요소(17)를 도시한다.
윤활용 유체를 밀봉하는 밀봉 장치(9)의 능력을 더 향상시키기 위해, 원심분리기 요소(17)는, 섬유 물질(도시되지 않음)과 같은, 관통 라인(19) 내에 배치되는 여과용 물체를 포함하도록 바람직하게 디자인될 수도 있다.
예를 들어, 섬유 물질은 강-울-기반형(steel-wool-based) 또는 유리-울-기반형(glass-wool-based) 물질일 수도 있다.
이러한 방식으로, 유체가 관통 라인(19) 내로 이동할 때마다 윤활유 잔류물이 여과용 물체의 섬유 내에 포획된다.
다음으로, 원심력에 의해 여과용 물체 내에 포획된 오일 증기 및/또는 미스트도 원심분리기 요소(17)의 벽 쪽으로 보내지며, 그 후에 원심분리기 요소(17)의 기부로 안내될 것이다.
이러한 방식으로, 관통 라인(19)에서와 마찬가지로 여과용 물체도 자가 세정된다.
나아가, 밀봉 장치는 베어링(5)과 원심분리기 요소(7) 사이에서 샤프트(11) 상에 설치된 디플렉터(27)를 구비하도록 바람직하게 디자인될 수도 있다.
디플렉터(27)는 베어링(5)으로부터 도달한 유체의 유동을 변경하여 베어링(5)으로부터 도달한 액체, 그리스 및 입자 형태의 윤활유를 대략적으로 분리하는 제 1 수단을 형성할 수 있다.
스테이터(3) 내에는 디플렉터(27)의 주변 에지(31)의 맞은편에 위치된 대응 홈(groove)(29)이 제공된다.
이러한 방식으로, 유체가 베어링(5)으로부터 펌핑 스테이지(7)로 이동할 때마다 큰 입자와 액체가 디플렉터(27)에 의해 홈(29) 내로 편향됨으로써, 유체에 대한 제 1 러프 필터링(a first rough filtering)을 형성한다.
바람직하게, 홈(29)으로부터 펌프(1)의 스테이터(3) 내로 커널(도시되지 않음)이 연장된다.
이 커널은 윤활 베어링의 오일 팬과 연결될 수도 있다. 홈(29) 내에서 이동하는 윤활유는 커널 내로 유도되고, 그 후에 오일 팬 쪽으로 유도된다.
유리하게, 관통 라인(19)은 도 2에 도시된 바와 같이 원심분리기 요소(17)의 원주 방향 표면(33)보다 샤프트(11)에 근접하도록 배치된다.
샤프트(11)의 회전축(14)에 아주 근접한 이러한 배치는 밀봉 장치(9)가 원심력 효과 및 상보적 롤링 효과(complementary rolling effect)로부터 가능한 한 많은 이익을 얻을 수 있게 한다.
상보적 롤링 효과는 디플렉터(27)와 원심분리기 요소(17) 사이에 제한된 높은 압력에 의해 생성된다. 이는 디플렉터(27)와 원심분리기 요소(17) 사이의 좁은 공간의 결과이다.
또한, 롤링 효과는 윤활유를 디플렉터(27)의 주변부로 분산시키는 것을 가능케 한다.
본 발명의 매우 유리한 하나의 실시형태에서, 관통 라인(19)의 전도성은 원심분리기 요소(17)의 원주 방향 표면(33)과 스테이터(3)의 내벽과의 사이에 형성된 주변 유체 통로의 전도성보다 크다.
이러한 디자인을 사용하여, 유체는 베어링(5)측 단부에서의 압력이 더 높을 때마다 원심분리기 요소(17)의 주변부 둘레 대신에 원심분리기 요소(17)의 관통 라인(19)을 통해 바람직하게 유동한다.
이러한 방식으로, 유체는 원심분리기 요소(17)에 의해 충분히 여과되며, 높은 전도성으로 인해 주변 통로를 통한 유동이 크게 감소됨으로써 원심분리기 요소(17)의 양 측면에서의 압력차가 제한된다.
반대의 경우, 즉 펌핑 스테이지측 단부에서 압력이 더 높은 경우에 대비하여, 밀봉 장치(9)는, 펌핑 스테이지(7)측 단부에 위치되며 관통 라인(19)의 오리피스(39)에 대향하는 체크 밸브(37)를 포함한다.
밸브(37)의 배치는 압력차에 의존하는 유체의 바람직한 경로의 방향을 설정하는 것을 가능케 한다.
체크 밸브가 오리피스(39)로부터 이격되어 있는 경우, 관통 라인(19)이 보다 더 큰 전도성을 갖기 때문에 유체가 관통 라인(19)을 통해 바람직하게 유동한다.
체크 밸브가 오리피스(39)에 접근하여 고정되면, 유체는 원심분리기 요소(17)의 주변 통로를 통해 바람직하게 유동한다.
밸브(39)에 의한 관통 라인(19)의 개방 및 폐쇄는 관통 라인(19)의 양 측면에서의 압력차에 의해 자연적으로 제어된다.
이 밸브(37)는 베어링(5)측 단부에서의 압력이 펌핑 스테이지(7) 내의 압력보다 큰 경우에 오리피스(39)로부터 이격된 위치에 있도록 샤프트(11) 상에 배치된다.
이러한 혁신적인 수단에 의해, 관통 라인(19) 내에서의 가스 및 윤활유의 난류성 운동이 회피되며 관통 라인(19)을 통한 유동이 오직 한 방향으로만 이동하기 때문에 밀봉 장치(9)가 최적화된다.
그러므로, 밀봉 장치(9)의 양 측면에서의 압력은 유체가 윤활유로 충전되어 있는지 여부에 따라 2개의 별개의 통로를 통해 자동적으로 균형을 이룰 수도 있다.
체크 밸브(37)는 금속 디스크와 같은 샤프트(11)를 따라 축방향으로 활주하도록 설치된 단순한 디스크의 형태로 디자인될 수도 있으며, 체크 밸브의 경로는 샤프트(11)에 부착된 정지부(41) 및 원심분리기 요소(17)에 의해 한정된다.
밸브(37)의 반경은 펌핑 스테이지(7)측 단부로 개방된 관통 라인(19)의 오리피스(39)를 차단할 수 있을 만큼 충분히 크도록 디자인된다.
이러한 방식으로, 밸브(37)는 펌핑 스테이지(7)를 향한 유체의 유동에 의해 압박되고, 베어링(5)에서의 압력이 펌핑 스테이지(7)에서의 압력보다 클 때에 정지부(41)(도 1 참조)에 의해 고정됨으로써, 유체가 원심분리기 요소(17)의 관통 라인(19)을 통과하게 한다.
역으로, 베어링(5)에서의 압력이 펌핑 스테이지(7)에서의 압력보다 작은 경우에는 밸브(37)가 유체의 유동에 의해 원심분리기 요소(17) 쪽으로 당겨져서, 유체가 관통 라인(19)을 통과하는 것을 방지한다.
이러한 방식으로, 밀봉 장치(9)의 양 측면에서의 압력 간에 균형이 유지되며, 또한 주변 통로 내에서의 깨끗한 가스의 순환에 의해 그곳에 포획되어 있을 수도 있는 윤활유 잔류물을 안내할 수 있다.
실제로, 가스에 대한 주변 통로의 낮은 전도성이 가스를 가속하여 스테이터(3)의 홈(29) 쪽으로 잔류물을 유도한다.
바람직하게, 주변 유체 통로는 래비린스 시일(43)에 의해 형성된다.
래비린스 시일은 스테이터(3)와 원심분리기 요소(17) 사이의 통로의 전도성을 제한하는 일련의 배플(baffles)을 포함한다.
종래에는 배플이 각각 스테이터와 회전 요소 내에 내재된 홈 및 대응 피트에 의해 형성되며, 회전 요소가 높은 회전 속도에 있을 때에 큰 마찰을 피하기 위해 접촉 없이 대향하도록 중심 설정된다.
본 발명에서는 주변 통로가 원심분리기 요소(17)의 원주 방향 표면(33)과 펌프(1)의 스테이터(3)와의 사이에 구성되며, 이에 의해 원심분리기 요소(17)가 높은 회전 속도에 있을 때에 마찰을 피할 수 있게 된다.
그러나, 종래의 래비린스 시일은 조립하기 어렵다는 단점을 갖는다.
실제로, 이들 시일을 조립하기 위해서는 2-부분 스테이터를 디자인할 필요가 있으며, 이 스테이터는 대응 피트를 내재하는 로터를 중심으로 중심 설정되어 조립된다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 본 발명은 관통 라인(19)과 독립적으로 래비린스 시일(43)을 바람직하게 구비하며, 이는 래비린스 시일(43)이 스테이터(3) 내에 설치된 다수의 링(45)을 포함하는 것과, 원심분리기 요소(17)의 원주 방향 표면(33)이 다수의 대응 피트(47)를 갖는 것을 특징으로 한다.
링(45)은 스테이터(3)와는 별개의 요소이며, 스테이터(3) 내에 설치될 수 있도록 개방적이고 탄성적이게 디자인된다.
이러한 구성은 조립을 보다 용이하게 한다.
실제로, 정지시의 각 링(45)의 외경은 스테이터(3)의 내벽(35)의 직경보다 크며, 따라서 링(45)이 스테이터(3) 내에 삽입된 후에 링은 링(45)의 탄성력에 의해 스테이터(3)의 내벽(35)에 대해 고정된다.
조립시에, 최초로 개방 링(45)이 원심분리기 요소(17)의 피트(47) 내로 활주된다.
두 번째로, 장착용 보조 튜브가 링(45)을 포함하는 원심분리기 요소(17) 주위로 배치됨으로써, 링(45)이 압축되며 각 링(45)의 단부가 서로 접촉한다.
다음으로, 링(45) 및 원심분리기 요소(17)를 포함하는 튜브가 스테이터(3) 내로 활주된다.
마지막으로, 튜브가 제거됨으로써 자유롭게 된 링(45)이 스테이터(3) 내에서 압축 해제된다.
링(45)의 탄성은 링(45)이 스테이터(3)에 견고하게 체결되어 있도록 선택된다.
이러한 방식으로, 래비린스 시일(43)은 스테이터(3)와 원심분리기 요소(17) 사이에 보유되며, 이들의 피트(47) 및 홈(45)은 제조, 중심 설정 및 조립하기가 용이하다.
물론, 이러한 타입의 래비린스 시일(43)은 본 발명의 원심분리기 요소(17)뿐만 아니라, 로터 또는 회전 샤프트와 같은 스테이터 내에서 회전하는 임의의 회전 요소에도 적용된다.
상술한 바와 같은 진공 펌프의 작동 동안, 베어링(5)에서의 압력이 펌핑 스테이지(7)에서의 압력보다 큰 경우, 유체는 도 1의 화살표(49)로 도시된 경로를 취한다.
최초로, 베어링(5)으로부터 도달한 유체의 유동은 디플렉터(27)에 의해 편향되어, 윤활용 유체 및 입자를 대략적으로 분리한다.
동시에, 밸브(37)가 펌핑 스테이지(7) 쪽으로 가압됨으로써, 관통 라인(19)으로의 접근이 해제되어 대부분의 유체가 원심분리기 요소(17)를 통해 이동한다.
이에 따라, 원심 분리에 의해 가스가 윤활용 유체로부터 분리된다.
그 후에, 이들 윤활용 유체는 원심력에 의해 관통 라인(19)으로부터 배출된다.
다음으로, 베어링에서의 압력이 펌핑 스테이지(7)에서의 압력보다 작아지면, 유체는 도 3의 화살표(51)에 의해 경로가 도시되어 있는 주변 통로를 취한다.
밸브(37)는 원심분리기 요소(17) 쪽으로 당겨져서 유체가 관통 라인(19)을 통과하는 것이 차단함으로써, 대부분의 유체가 주변 통로를 통해 이동하여 윤활유 잔류물을 안내한다.
상술한 바와 같이, 관통 라인(19)의 다른 실시예가 예견될 수도 있다.
예를 들어, 관통 라인(19)의 병목부(53)는 관통 라인(19) 내의 폐색부(choke)(도시되지 않음)에 의해 형성될 수도 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 이 실시예에서 관통 라인(19)의 오리피스(39)의 직경은 베어링(5)측 단부에서의 직경이 건식 펌핑 스테이지(7)측 단부에서의 직경보다 크다.
도 4에서, 관통 라인(19)은, 그 직경부가 건식 펌핑 스테이지(7)에 이르는 입구를 축소시키는 스텝(step)을 형성함으로써 좁아진 단면을 갖는다.
이 변형예는 구성이 매우 단순하다는 장점을 갖는다.
실제로, 그러한 관통 라인(19)은 예컨대 스텝 드릴을 사용하여 드릴링함으로써 얻어질 수도 있다.
선택적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 관통 라인(19)은 그 꼭지점이 건식 펌핑 스테이지(7)에 위치하는 원뿔의 몸통부와 같은 형상으로 구성된다.
관통 라인(19)의 부분적 또는 연속적인 병목부(53)에 의해 관통 라인(19)의 내부 측면(21) 상으로 보내진 윤활유 잔류물의 속도를 늦추는 것이 가능하다.
그 후에, 이 잔류물은 베어링(5)으로 복귀할 때까지 관통 라인(19)의 내면(21)을 따라 이동할 것이다.
이 잔류물이 디플렉터(27)에 도달하면, 이들은 스테이터(3)의 홈(29) 내로 유도되며, 오일 팬에 이르는 커널로 안내된다.
다른 변형예에서, 관통 라인(19)은 튜브 형상이다(도 6 참조).
이러한 방식으로, 샤프트(11) 상에 일치하여 회전하도록 설치되며 적어도 하나의 관통 라인(19)을 구비하는 원심분리기 요소(19)를 적어도 하나의 윤활용 유체 밀봉 장치(9)를 포함하는 진공 펌프(1)는 어떠한 마찰 부분과 그에 따른 마모도 없이 윤활유를 밀봉함으로써 정비의 필요성을 확실하게 감소시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 윤활 베어링(5) 상에 장착된 적어도 하나의 회전 샤프트(11)와, 상기 베어링(5)으로부터 샤프트 경로로 유입될 수 있는 윤활용 유체를 밀봉하기 위한 적어도 하나의 밀봉 장치(9)를 포함하는 건식 진공 펌프로서, 상기 밀봉 장치(9)는 상기 윤활 베어링(5)과 건식 펌핑 스테이지(7) 사이에 설치되는, 건식 진공 펌프에 있어서,
    상기 밀봉 장치(9)는, 상기 샤프트(11) 상에 일치하여 회전하도록 설치되며, 상기 윤활 베어링(5)으로부터 상기 건식 펌핑 스테이지(7)로 이동할 수도 있는 유체로부터 상기 윤활용 유체를 분리할 수 있는 적어도 하나의 관통 라인(19)을 구비하는 원심분리기 요소(centrifuge element)(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원심분리기 요소(17)는 상기 관통 라인(19) 내에 배치되는 여과용 물체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 여과용 물체는 섬유 물질인 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 라인(19)은 상기 원심분리기 요소(17)의 원주 방향 표면(33)보다 상기 회전 샤프트(11)에 근접하여 배치되는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 라인(19) 중 일 부분은 병목부(53)를 갖는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관통 라인(19)의 오리피스(39)는 상기 베어링(5)측 단부에서의 직경이 상기 건식 펌핑 스테이지(7)측 단부에서의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 관통 라인(19)은, 그 꼭지점이 상기 건식 펌핑 스테이지(7)측 단부에 위치하는 원뿔의 몸통부와 같은 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 관통 라인(19)은, 그 회전축이 상기 원심분리기 요소(17)의 회전축(14)과 동일하며 그 꼭지점이 상기 펌핑 스테이지(7)측 단부에 있는 사전 설정된 수의 오리피스(39) 내에 위치하는 원뿔의 몸통부와 같은 형상으로 구성된, 원심분리기 요소(17) 내의 리세스(recess)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 라인(19)의 전도성(conductance)은 상기 원심분리기 요소(17)의 상기 원주 방향 표면(33)과 상기 스테이터(3)의 내벽(35)과의 사이에 형성된 주변 유체 통로의 전도성보다 큰 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 밀봉 장치(9)는 상기 펌핑 스테이지(7)측 단부에 위치한 상기 관통 라인(19)의 오리피스(39)에 대향하도록 배치된 체크 밸브(37)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 체크 밸브(37)는 상기 회전 샤프트(11)를 따라 활주하도록 설치된 디스크에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주변 통로는 래비린스 시일(labyrinth seal)(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 래비린스 시일(43)은 상기 스테이터(3) 내에 설치된 다수의 링(45)을 포함하며, 상기 원심분리기 요소(17)의 상기 원주 방향 표면(33)은 다수의 대응 피트(pits)(47)를 구비하는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  14. 제 13 항에 있어서,
    각 링(45)은 개방적이고 탄성적이어서, 상기 스테이터(3) 내에 설치될 수도 있는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  15. 제 14 항에 있어서,
    정지시의 각 링(45)의 외경은 상기 스테이터(3)의 상기 내벽(35)의 직경보다 커서, 상기 링(45)이 상기 스테이터(3) 내에 삽입된 후에 상기 링(45)은 상기 링(45)의 탄성력에 의해 상기 스테이터(3)의 상기 내벽(35)에 접하여 고정되는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 장치(9)는 상기 베어링(5)과 상기 원심분리기 요소(17) 사이에서 상기 회전 샤프트(11) 상에 설치된 디플렉터(deflector)(27)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    건식 진공 펌프.
  17. 윤활 베어링(5)과 건식 펌핑 스테이지(7) 사이에서, 건식 진공 펌프(1)의 회전 샤프트(11) 상에 일치하여 회전하도록 설치될 것으로 의도된, 윤활식 유체 밀봉 장치용 원심분리기 요소에 있어서,
    상기 원심분리기 요소는, 유체가 상기 베어링(5)으로부터 상기 건식 펌핑 스테이지(7)까지 이동할 수 있는 적어도 하나의 관통 라인(19)을 포함함으로써, 상기 유체로부터 윤활용 유체를 분리하는 것을 특징으로 하는
    윤활식 유체 밀봉 장치용 원심분리기 요소.
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