KR20120081589A - 진공 펌프 샤프트/로터 조립체 - Google Patents

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Abstract

샤프트와 회전하기 위해 샤프트 상에 장착가능한 펌프 샤프트(10, 12) 및 펌프 부재(16, 18)는 상기 펌프 부재가 상기 샤프트 상에 장착될 때에 접촉하는 각각의 접촉 표면들을 갖는다. 상기 접촉 표면들 중 적어도 하나는 상기 접촉 표면들에서 부식에 의해 상기 샤프트와 펌프 부재의 접합이 실질적으로 방지되도록 상기 표면의 부식 생성물들이 다른 접촉 표면과 실질적으로 친화성이 없도록 형성된다. 상기 펌프 샤프트와 펌프 부재는 건식 펌프의 부품들이다.

Description

펌프{PUMPS}
본 발명은 진공 펌프에 관한 것으로, 특히 배타적이지는 않지만 진공 환경을 제공하기 위해 사용되는 건식(dry) 펌프에 관한 것이다.
건식 펌프는 건식 펌프의 펌핑 챔버에 제공되는 윤활유(lubrication)가 없는 것이다. 윤활유가 없음에도 불구하고, 건식 펌프들은 부식성(corrosive) 유체를 펌핑하기 위해 종종 사용된다. 예를 들면, 건식 펌프들은 반도체 처리 공정 중에 프로세스 환경을 제어하기 위해 사용되고, 그 사용은 불소(fluorine), 염소, 브롬 및 그들 반응 종(reactive species)과 같은 높은 부식성 화학제(chemicals)를 펌핑하는 것을 포함한다. 보호성 윤활제(lubricants)의 부족으로 인한 펌핑 챔버에서 부품들의 부식은 펌핑 성능에 영향을 미칠 수 있고, 때때로 시이저(seizure)로 초래되며, 그래서 펌프가 고장 난다.
일체형 샤프트-로터들을 갖지 않는, 즉 로터 부재가 샤프트 상에 장착되는 건식 펌프들에서, 부식은 샤프트들/슬리브들에의 로터들의 접합(joining) 또는 용접을 종종 초래한다. 이러한 영향은 가스 압축으로부터 초래되는 상승된 온도와 압력으로 인해 펌프 부품들의 많은 부식이 있는 건식 펌프의 저 진공 스테이지들에서 특히 현저하다.
로터들 및 슬리브들/샤프트들의 일체형 용접은 유지 또는 재제조를 위해 로터들을 제거하는 것을 어렵게 만든다. 종종 이것은 부품들을 분해하기 위해 토치들(torches), 해머들 및/또는 정들(chisels)을 사용할 필요가 있다. 이것은 그런 다음 교체되어야하는 베어링들, 로터들 및 슬리브들의 손상으로 초래된다. 이것은 증가된 구성부품과 많은 노동 시간의 사용으로 초래되고, 유지성(sustainability)의 감소로 초래된다.
부식 문제를 감소하기 위해, 그래파이트 스프레이(graphite spray)를 샤프트/슬리브에 적용하는 것이 알려져 있다. 이것은 샤프트들/슬리브들 상에 로터들, 예를 들어 Northey 또는 클로(claw)를 적재(장착) 및 제거하게 한다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 샤프트들/슬리브들 상에 분사하는 것이 또한 알려져 있다. 이러한 방법에서 스프레이 또는 분말(powders)을 사용하는 문제는 불소와 같은 높은 부식성 가스가 코팅을 빨리 부식시키고 그래서 가스, 대안적으로 용액을 펌프하기 위해 사용될 수 있는 펌프들이 바람직하다.
본 발명은 펌프 샤프트 및 이와 함께 회전하기 위해 샤프트 상에 장착가능한 펌프 부재를 제공하고, 샤프트 및 펌프 부재는 펌프 부재가 샤프트 상에 장착될 때에 서로 접촉 또는 맞물리는 각각의 접촉 표면들을 갖고, 접촉 표면들 중 적어도 하나는 접촉 표면들에서 부식에 의해 샤프트와 펌프 부재의 접합이 실질적으로 방지되도록 그 부식 생성물들(corrosion products)이 다른 접촉 표면과 실질적으로 친화성이 없도록 형성된다.
본 발명은 펌프 샤프트 및 이와 함께 회전하기 위해 샤프트 상에 장착가능한 펌프 부재를 또한 제공하고, 샤프트 및 펌프 부재는 펌프 부재가 샤프트 상에 장착될 때에 서로 접촉 또는 맞물리는 각각의 접촉 표면들을 갖고, 접촉 표면들은 접촉 표면들에서 부식에 의해 샤프트와 펌프 부재의 접합이 실질적으로 방지되도록 그 각각의 부식 생성물들이 실질적으로 친화성이 없도록 형성된다.
본 발명은 펌핑 챔버를 포함하고 펌핑 챔버에 적어도 부분적으로 배치된 제 1 부재와 펌핑 부재 내의 제 1 부재 상에 장착되는 제 2 부재를 갖는 건식 펌프를 또한 포함하고, 제 1 부재는 제 2 펌프 부재의 접촉 표면과 접촉하는 제 1 부재 접촉 표면을 가지며, 제 1 및 제 2 부재 접촉 표면들 중 하나는 건식 펌프의 사용시 형성되는 부식 생성물들이 접촉 표면들 중 다른 하나와 공간적으로 친화성이 없도록 형성된다.
본 발명을 잘 이해하기 위하여, 단지 예시로만 주어지는 그 몇몇 실시예들은 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 건식 펌프의 개략도.
도 2는 도 1의 건식 펌프와 같은 건식 펌프의 샤프트와 로터 사이의 부식 층들의 개략도.
도 3은 도 1의 건식 펌프와 같은 건식 펌프의 샤프트의 코팅 표면과 로터 사이의 부식 층의 개략도.
도 1을 참조하면, 진공 건식 펌프(14)의 제 1 샤프트(10)와 제 2 샤프트(12)는 예를 들어 루트들(roots) 또는 클로(claw) 펌프에서 각각의 로터들(16, 18)을 지지하는 것을 도시하고 있다. 로터들(16, 18)은 샤프트들(10, 12) 상에서 슬라이드 끼움부(slide fit)이고, 이들이 샤프트들과 함께 회전하도록 키들(keys) 또는 다른 적합한 고정 장치들에 의해 샤프트들에 고정된다. 로터들(16, 18)은 헤드 플레이트(22)에 의해 부분적으로 규정되는 펌핑 챔버(20)에 배치된다. 헤드 플레이트(22)는 샤프트들(10, 12)을 위한 지지부를 제공하는 롤러 베어링들(24) 및 윤활제(lubricants)가 펌핑 챔버(20)에 진입하는 것을 방지하고 샤프트들과 헤드 플레이트 사이에서 펌핑된 유체의 방출(escape)을 방지하는 밀봉 시스템(26)과 함께 고정된다. 각각의 슬리브들(28, 30)은 펌핑 챔버(20) 내의 샤프트들(10, 12) 상에 제공된다. 펌핑 챔버(20)와 로터들(16, 18)은 로터들의 회전이 유체를 펌핑 챔버를 통해서 펌프되도록 구성된다. 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 샤프트들(10, 12)은 로터들(16, 18)의 각각의 접촉 표면들(34)과 정합하는 접촉 표면들(32)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 로터들(16, 18)의 접촉 표면들(34)은 샤프트들(10, 12)의 접촉 표면들(32)이 수용되는 보어들이다.
당업자들은 클로 및 루트 펌프들과 같은 진공 건식 펌프들의 구성과 작동을 잘 이해할 것이다. 이러한 이유로 그리고 건식 펌프의 부가적인 설명이 본 발명을 이해하기 위해 필요하지 않으므로, 건식 펌프의 다른 부품들과 작동은 본 명세세에 기재하지 않을 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 개념은 샤프트들(10, 12)과 로터들(16, 18)의 적어도 하나의 접촉 표면(32, 34)을 형성하는 것이고, 그 부식의 경우에 이 표면의 부식 생성물(corrosion product)이 다른 표면과 친화성이 없으므로, 접촉 표면들 간의 영역에서 부식은 로터들을 샤프트들로부터 제거하는 것을 어렵게 하는 방식으로 표면들을 접합하지 않아야 한다.
도 2를 참조하면, 샤프트(10)의 접촉 표면(32)은 부식되고, 부식 층(36)이 그 위에 형성된다. 유사하게, 로터(16)의 접촉 표면(34)은 부식되고 부식 층(38)이 그 위에 형성된다. 부식 층들(36, 38)은 이들이 일반적으로 함께 접합 또는 용접되지 않도록 친화성이 없다. 그 결과 이러한 부식에도 불구하고 샤프트(10)와 로터(16)는 이들을 분해하기 위해 바람직하게 되도록 분리하는 것이 비교적 쉽게 되어야 한다. 펌프가 노출될 수 있는 가스가 주로 플루오르화물(fouorides)을 포함하는 부식 층들의 형성으로 초래될 수 있는 경우에, 접촉 표면들(32, 34)은 이들이 일반적으로 함께 접합되지 않도록 형성된 플루오르화물 층들이 서로 화학적으로 그리고 공간적으로 친화성이 없도록 형성된다.
도 3을 참조하면, 로터(16)의 접촉 표면(34)은 부식되고 부식 층(38)이 그 위에 형성된다. 샤프트(10)의 접촉 표면은 일반적으로 이들이 함께 접합 또는 용접되지 않도록 부식 층(38)과 친화성이 없는 코팅(40)을 포함한다. 그 결과 로터 접촉 표면(38)의 부식에도 불구하고, 샤프트(10)와 로터(16)는 이들을 분해하기 위해 바람직하게 되도록 분리하는 것이 비교적 쉽게 되어야 한다. 펌프가 노출될 수 있는 가스가 주로 플루오르화물을 포함하는 부식 층들의 형성으로 초래될 수 있는 경우에, 샤프트의 코팅은 이것이 플루오르화물 부식 층과 화학적으로 그리고 공간적으로 친화성이 없도록 형성된다.
도시의 용이성을 위해, 도 2 및 도 3에 도시된 부식 층들과 코팅의 두께는 상당히 과장되었다.
여섯 개의 특정 실시예들은 이제 펌핑 챔버(20)의 부품들이 주로 플루오르화물인 부식 생성물들의 형성을 야기하는 화학제에 노출될 수 있는 환경에서 사용되는 펌프의 상황으로 설명될 것이다.
제 1 실시예에서, 샤프트들(10, 12)은 소결된 탄화 규소(SiC)로 이루어지고, 로터들(16, 18)은 철계 물질, 예를 들어 구상 흑연 주철(spheroidal graphite cast iron)과 같은 주철로 이루어진다. 샤프트들(10, 12) 및 로터들(16, 18)의 각각의 접촉 표면들(32, 34)이 부식된다면, SiC 샤프트의 부식 생성물은 주철 로터들의 철 플루오르화물 부식 생성물(iron fluoride corrosion product)과 친화성이 없을 것이다. SiC 샤프트의 부가적인 이점은 다음을 포함한다.
ⅰ) 높은 열 전도율
ⅱ) 낮은 열 팽창 계수
ⅲ) 우수한 충격 저항성
ⅳ) SiC는 800℃ 주위의 온도까지 임의의 산(acids), 알칼리 또는 용융염(molten salts)에 의해 공격당하지 않는다.
ⅴ) SiC는 1200℃ 주변의 온도로 코팅되는 보호성 산화 규소(SiO2)를 형성하고 1800℃ 주위까지의 온도에서 사용될 수 있다.
제 2 실시예에서, 샤프트들(10, 12) 또는 로터들(16, 18)의 접촉 표면들은 플루오르폴리머(fluoropolymer) 코팅을 포함하고, 정합 접촉 표면들은 주철, 예를 들어 구상 흑연 주철과 같은 철계 물질로 형성된다. 이 경우에, 철계 접촉 표면들의 철 플루오르화물 부식 생성물은 플루오르폴리머와 친화성이 없고, 그래서 샤프트들(10, 12)에 로터들(16, 18)을 실질적으로 용접할 수 없다.
제 3 실시예에서, 샤프트들(10, 12)의 접촉 표면들은 다이아몬드형 탄소 코팅을 포함하고, 로터들(16, 18)의 정합 접촉 표면들은 주철, 예를 들어 구상 흑연 주철과 같은 철계 물질로 형성된다. 다이아몬드형 탄소 코팅들은 천연 다이아몬드의 특성들 중 몇몇을 표시하는 비결정성(amorphous) 탄소 물질들의 필름들이다. 다이아몬드형 탄소 코팅들은 개선된 경도(hardness)와 마모(wear) 저항성이 요구되는 곳에서 사용된다. 다이아몬드형 탄소 코팅들은 예를 들어 탄소 원자들의 일차 이온 비임 증착에 의해, 탄소의 스퍼터 증착에 의해 또는 RF 플라즈마로부터의 증착에 의해 적용될 수 있다.
다이아몬드형 탄소 코팅이 부식된다면, 부식 생성물들(탄소 플루오르화물(carbon fluorides))은 로터들의 접촉 표면들의 철 플루오르화물 부식 생성물들과 친화성이 없고, 그래서 샤프트들과 로터들 사이를 실질적으로 용접할 수 없다.
제 4 실시예에서, 샤프트들(10, 12)의 접촉 표면들은 알루미늄 도금되고, 이들과 정합하는 로터들의 접촉 표면들은 주철, 예를 들어 구상 흑연 주철과 같은 철계 물질로 형성된다. 알루미늄 도금된 생성물들은 알루미늄-실리콘 합금으로 철계 물질을 도핑하지 않음으로써 제조된다. 이러한 공정은 철계 기판과 합금 코팅 사이에서 단단한 야금 접합을 생성하고, 부식에 대해 양호한 저항성을 나타내는 부품을 생성한다.
알루미늄 도금된 표면들이 부식된다면, 부식 생성물들은 로터들의 접촉 표면들의 철 플루오르화물 부식 생성물들과 친화성이 없고, 그래서 샤프트들과 로터들 사이를 실질적으로 용접할 수 없다.
제 5 실시예에서, 샤프트들(10, 12) 또는 로터들(16, 18)의 접촉 표면들은 철의 블랙 산화물(black oxide)과 폴리머 필름 표면을 포함하고, 로터들의 정합 접촉 표면들은 주철, 예를 들어 구상 흑연 주철과 같은 철계 물질로 형성된다.
블랙 산화물과 폴리머 필름 표면이 부식된다면, 부식 생성물들은 로터들의 철 플루오르화물 부식 생성물들과 친화성이 없으며, 그래서 샤프트들과 로터들 사이를 실질적으로 용접할 수 없다. 주철 로터의 부식 생성물들은 코팅의 부식 생성물들과 친화성이 없다. 유사하게, 주철 로터의 부식 생성물들은 블랙 산화물/폴리머 필름 및 그 역과 친화성이 없다.
제 6 실시예에서, 샤프트들(10, 12) 또는 로터들(16, 18)의 접촉 표면들은 아연 코팅, 예를 들어 옐로우(yelllow) 아연 코팅을 포함하고, 로터들의 정합 접촉 표면들은 주철, 예를 들어 구상 흑연 주철과 같은 철계 물질로 형성된다. 옐로우 아연 코팅은 Hazardous Substances Directive 2002/95의 유럽 연합 규약과 같은 유해물질 법규(hazardous substances regulation)를 바람직하게 준수한다.
아연 코팅된 표면들이 부식된다면, 부식 생성물들(아연 플루오르화물)은 로터들의 철 플루오르화물 부식 생성물들과 친화성이 없고, 그래서 샤프트들과 로터들 사이를 실질적으로 용접할 수 없다.
제 7 실시예에서, 샤프트들(10, 12) 또는 로터들(16, 18)의 접촉 표면들은 니켈 도금을 포함하고, 다른 표면은 철을 포함한다. 니켈 플루오르화물은 철 플루오르화물과 친화성이 없다. 더욱이, 니켈은 불소(fluorine)에 현저하게 부식되지 않는다.
도시된 실시예에서 샤프트들이 중실 샤프트들일지라도, 이 샤프트들은 관형 또는 중공 부품일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명은 건식 펌프의 샤프트들과 로터들에 제한되지 않는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 접촉 표면들은 건식 펌프의 샤프트와 슬리브의 표면들일 수 있다. 대안적으로, 접촉 표면들은 접촉 표면들을 부식시킬 수 있는 유체를 펌핑하는 경향이 있는 특정 펌프들과 임의의 펌프에서 슬리브들, 샤프트들 및/또는 로터들의 표면들일 수 있다.
상술된 실시예들을 위해 선택된 물질들은 플루오르화물 부식을 야기할 수 있는 불소와 같은 가스를 펌핑하기 위해 적합한 펌프들을 위한 것이다. 다른 부식 생성물들이 예측될 수 있는 용도들을 위해, 이 물질들은 부식 생성물들이 펌프 유체들에 의해 야기되는 부식으로 인해 접촉 표면들에서 실질적으로 용접 또는 접합할 수 없게 친화성이 없도록 선택되어야 하고 이 부품들은 이 부품들이 쉽게 분해될 수 있도록 마주치는 경향이 있다.
10, 12 : 샤프트 14 : 건식 펌프
16, 18 : 로터 20 : 펌핑 챔버
22 : 헤드 플레이트 24 : 롤러 베어링
26 : 밀봉 시스템 28, 30 : 슬리브
32, 34 : 접촉 표면 36, 38 : 부식 층
40 : 코팅

Claims (13)

  1. 진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재에 있어서,
    상기 진공 펌프 부재는 상기 샤프트와 함께 회전하도록 상기 샤프트 상에 장착가능하며, 상기 샤프트 및 펌프 부재는 상기 펌프 부재가 상기 샤프트 상에 장착될 때에 접촉하는 각각의 접촉 표면들을 갖고, 상기 접촉 표면들 중 적어도 하나는 그 부식 생성물(corrosion products)이 다른 접촉 표면과 실질적으로 친화성이 없도록 형성되어, 상기 접촉 표면들에서의 상기 샤프트와 펌프 부재의 부식에 의한 접합이 실질적으로 방지되는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부식 생성물은 플루오르화물(fluorides)을 포함하는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트와 펌프 부재 중 하나의 적어도 접촉 표면은 소결된 탄화 규소(sintered silicon carbide)로 이루어지고, 상기 샤프트와 펌프 부재 중 다른 하나의 적어도 접촉 표면은 소결된 탄화 규소의 부식 생성물과 친화성이 없는 부식 생성물을 갖는 물질로 이루어지는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트와 펌프 부재 중 하나의 적어도 접촉 표면은 플루오르폴리머 코팅(fluoropolymer coating)을 갖고, 상기 샤프트와 펌프 부재 중 다른 하나의 적어도 접촉 표면은 상기 플루오르폴리머 코팅과 친화성이 없는 부식 생성물을 갖는 물질로 이루어지는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트와 펌프 부재 중 하나의 적어도 접촉 표면은 다이아몬드형 탄소 코팅을 갖고, 상기 샤프트와 펌프 부재 중 다른 하나의 적어도 접촉 표면은 상기 다이아몬드형 탄소 코팅의 부식 생성물과 친화성이 없는 부식 생성물을 갖는 물질로 이루어지는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트와 펌프 부재 중 하나의 적어도 접촉 표면은 알루미늄 도금되고, 상기 샤프트와 펌프 부재 중 다른 하나의 적어도 접촉 표면은 상기 알루미늄 도금된 접촉 표면의 부식 생성물과 친화성이 없는 부식 생성물을 갖는 물질로 이루어지는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트와 펌프 부재 중 하나의 적어도 접촉 표면은 아연 도금되고, 상기 샤프트와 펌프 부재 중 다른 하나의 적어도 접촉 표면은 상기 아연 도금된 접촉 표면의 부식 생성물과 친화성이 없는 부식 생성물을 갖는 물질로 이루어지는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트와 펌프 부재 중 하나의 적어도 접촉 표면은 블랙 산화물(black oxide) 폴리머 필름 코팅을 갖고, 상기 샤프트와 펌프 부재 중 다른 하나의 적어도 접촉 표면은 상기 블랙 산화물 폴리머 필름 코팅의 부식 생성물과 친화성이 없는 부식 생성물을 갖는 물질로 이루어지는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  9. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤프트와 펌프 부재 중 다른 하나의 적어도 상기 접촉 표면을 구성하는 상기 물질은 철계 물질인
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 철계 물질의 부식 생성물은 철 플루오르화물(iron fluoride)인
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 철계 물질은 구상 흑연 주철(spheroidal graphite cast iron)을 포함하는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 부재는 로터이고, 상기 로터의 접촉 표면은 상기 로터가 상기 샤프트 상에 장착될 때에 상기 샤프트의 접촉 표면이 수용되는 보어(bore)에 의해 규정되는
    진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재.
  13. 진공 건식 펌프에 있어서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 진공 펌프 샤프트 및 진공 펌프 부재를 포함하며, 상기 펌프 부재는 각각의 상기 접촉 표면들이 접촉하도록 상기 펌프 샤프트 상에 장착되는
    진공 건식 펌프.
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