KR20140126700A - 가스 이송 진공 펌프 - Google Patents

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니겔 폴 쇼필드
이안 데이비드 스톤스
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Abstract

중실 또는 유공 교차 요소(14)가 채널 부재(12)와 교차하도록 구성되는 개선된 진공 펌프 기구(10)가 제공된다. 중실 또는 유공 교차 요소와 채널 부재의 상대 이동은 가스 분자가 펌프의 입구(16)에서 출구(18)로 내몰리게 만든다. 가스 분자는 채널 부재 내에 수용되며, 중실 또는 유공 교차 부재(14)의 편평하고 매끄러운 표면과 가스 분자의 상호작용은 가스 분자가 출구(18) 쪽으로 향하도록 가스 분자의 모멘텀에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 채널 부재(12)는 나선형으로 형성되며 중실 또는 유공 교차 요소는 디스크 형상이다. 나선형으로 구성된 채널 부재(12) 및 원통형 스커트로서 구성된 유공 요소를 갖는 대체 실시예가 제공된다. 펌프는 펌프 용량, 소비 전력 감소 및 펌프 소형화에 있어서 상당한 개선을 제공한다.

Description

가스 이송 진공 펌프{GAS TRANSFER VACUUM PUMP}
본 발명은 가스 이송 타입의 진공 펌프에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 새로운 형태의 드래그 진공 펌프 기구에 관한 것이다.
일반적으로, 진공 펌프는 그 펌핑 기구에 따라서 다양한 카테고리로 분류될 수 있다. 따라서, 넓은 의미에서, 진공 펌프는 가스 이송(gas transfer) 펌프 또는 포획(entrapment) 펌프로 분류될 수 있다. 가스 이송 펌프는 추가로 운동학적(kinetic) 펌프 또는 용적식(positive displacement) 펌프(Roots 또는 로터리 베인 기구와 같은 회전성 변위 펌프 및 왕복성 펌프를 포함)로 분류될 수 있다. 운동학적 펌프는 추가로 드래그 펌프(분자 드래그 펌프 또는 터보-분자 펌프 등) 또는 유체 포획 펌프(유증기 확산 펌프 등)로 분류될 수 있다.
특정 레벨의 진공 압력을 달성하기 위해서, 다양한 형태의 펌프가 저압 가스를 대기압 이상의 압력으로 압축하기 위해 직렬로 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 펌핑 구성에 사용되는 펌프의 다양한 분류는, 예를 들어 요구되는 진공 압력의 레벨, 진공 환경을 요구하는 용도, 특정 시간틀 내에서 펌핑될 재료의 체적, 및 진공 펌프를 통해서 펌핑되는 재료를 포함하는 여러 요인에 종속된다.
가스 이송 진공 펌프는 현재 많은 다양한 산업 용도 및 과학 용도에 사용되고 있다. 예를 들면, 가스 이송 펌프는 집적 회로, 마이크로프로세서, 발광 다이오드, 평판 디스플레이 및 태양광 패널을 포함하지만 이것에 제한되지 않는 반도체 디바이스의 제조를 위해 진공을 제공한다. 이들 용도는 기판 상에 재료를 증착하고 처리할 수 있도록 비교적 무균 상태이거나 안전한 환경을 요구한다. 또한, 가스 이송 펌프는 유리 코팅, 스틸 제조, 전력 발전, 진공 증류, 리튬 이온 전지 생산 등을 포함하는, 진공이 요구되는 다른 산업 프로세스에 사용된다. 질량 분석기 또는 전자 현미경 등과 같은 일부 과학 기기도 진공 환경을 요구하며, 적절한 진공 환경을 달성하기 위해 가스 이송 펌프가 종종 사용된다.
오랜 기간에 걸쳐서 다양한 형태의 가스 이송 펌프 기구가 개발되었다. 적용 요건에 따라서 및 다양한 진공 압력에서의 가스 분자의 상이한 유동 거동의 결과로서 다양한 펌프 기구가 개발되었다. 예를 들어 높은 진공 압력(10-3 mbar 이하)에서, 가스 분자는 분자 유동 체제에 있다고 일컬어진다. 여기에서, 분자는 상호 방해 없이 자유롭게 이동하며 충돌은 주로 용기의 벽과 이루어진다. 분자는 용기의 벽을 가격하고, 비교적 짧은 기간 동안 붙어있다가, 새로운 예측할 수 없는 방향으로 벽 표면을 떠난다. 가스의 유동은 랜덤하며 평균 자유 행정이 비교적 길다. 분자 유동 체제에서 분자가 자발적으로 진공 펌프에 진입할 때 펌핑이 발생한다. 약 1 mbar까지의 대기압 영역의 진공 압력에서, 가스 분자는 다른 방식으로 거동한다. 이들 고압에서 유동은 점성 유동으로 지칭된다. 여기에서 가스 분자는 빈번하게 상호 충돌하며 분자의 평균 자유 행정은 비교적 짧다. 이 압력 체제에서는 난류 및 층류 조건이 존재한다. 분자 조건과 점성 조건 사이의 압력 체제는 이행성(transitional) 유동 체제로 명명된다(약 1 mbar에서 10-3 mbar까지).
그러나, 모든 진공 압력 체제에 걸쳐서 소요 고효율로 작동할 수 있는 단일 형태의 공지된 펌프 기구는 없다. 따라서, 챔버를 고레벨의 진공 압력(예를 들어, 10-6 mbar)으로 소개(evacuate)시키기 위해, 진공 펌프 시스템은 적용 요건에 따라서 분자 드래그 펌프 기구(이행성 유동 체제에서 효과적으로 작동됨)에 의해 지지되고 추가로 스크롤, 루츠(Roots) 또는 스크루 펌프(점성 유동 체제에서 효과적으로 작동하고 대기압에서 가스를 배출함)에 의해 지지되는 터보-분자 펌프(10-9 내지 10-2 mbar의 압력에서 효과적으로 작동하도록 설계됨)를 구비할 수도 있다.
20세기 전반에 특정한 분자 드래그 기구가 개발되었으며 이후 최적화되었다. 그러나, 다양한 드래그 기구 구성의 기본 구조는 개발 설계 미세조정을 제외하고 변함없이 유지된다. 본질적으로, 드래그 펌프 작용은, 비교적 빨리 움직이는 회전자 표면으로부터 고정자에 의해 형성된 채널 내에 수용된 가스 분자로 모멘트가 직접 전달됨으로써 이루어진다. 기구는 그 주 개발자의 이름을 취한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 Gaede 펌프 기구(Wolfgang Gaede 1878-1945의 이름을 따서 명명됨)에서, 가스 분자는 한 세트의 회전 임펠러 디스크(1)를 횡단하도록 강요되며, 각각의 회전 임펠러 디스크는 고정 가스 채널(2)의 근처에서 회전하고, 고정 가스 채널의 입구(3)와 출구(4)는 분자를 출구의 회전 디스크로부터 다음 스테이지의 입구로 내모는 고정 스트리퍼 부재(5)에 의해 분리된다(특허 문헌 US 852947호 및 GB 190927457호 역시 참조).
도 2에 도시된 Holweck 펌프 기구는 일반적으로 나선형 홈형성된 외벽(7) 근처에서 스핀 회전하는 매끄러운 측벽의 실린더(6)를 포함하며, Fernand Holweck (1890-1941)의 이름을 따서 명명된다. 실린더의 접선 속도는 홈형성된 채널 내에서 나선형 경로를 따라 출구(4) 쪽으로 추진되는 가스 분자에 모멘텀을 부여한다. 다수의 홈형성된 표면이 보통 사용된다(추가 상세를 위해서는 US 1492846호를 참조할 수 있음). 대체 Holweck 구조에서는, 매끄러운 측벽의 실린더가 고정자를 형성할 수 있고 회전자는 나선형 홈형성된 부품으로서 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 Siegbahn 펌프 기구에서, 회전자는 일반적으로 가스 분자에 모멘텀을 부여하기 위한 스핀회전 디스크(8)를 포함한다. 고정자는 회전 디스크 근처에 유지되는 그 표면 상에 나선형 채널을 포함한다. 따라서, 가스 분자는 내측 나선형 반경방향 채널을 따라서 이동하도록 강요된다. 이 기구는 Mane Siegbahn (1886-1978)에 의해 개발되었으며 특허 문헌 GB332879에 추가적으로 기재되어 있다.
이들 공지된 기구 및 그 추가 전형의 보다 상세한 설명은 당업자에게 익숙하기 때문에 여기에서 불필요하다. 다양한 기구는 진공 펌프 기술 분야의 당업자의 일반 상식의 일부를 형성하며, 추가 설명은 그 분야의 다양한 서적에서 발견된다. 예를 들어, 하기 문헌을 참조할 수 있다: 2007년도에 Nigel Harris에 의해 McGraw-Hill에서 출간된 "Modern Vacuum Practice" (ISBN-10:0-9551501-1-6); 1994년도에 Paul A Redhead가 편집하고 AIP Press에 의해 American Vacuum Society를 위해 출간된 "Vacuum Science and Technology" (ISBN 1-56396-248-9); 및 1990년도에 Mars Hablanian에 의해 Marcel Dekker Inc에서 출간된 "High-Vacuum Technology - A Practical Guide" (ISBN 0-8247-8197-X).
Holweck 기구와 Siegbahn 기구는 모두 터보-분자 펌프 기구용 지원 펌핑 기구로서 통상 사용된다. 유리하게, Holweck 또는 Siegbahn 회전자는 터보-분자 펌프의 회전자에 일체식으로 결합될 수 있으며, 따라서 단일의 회전자 및 구동 모터 설계를 가능하게 한다. 이러한 펌프 기구는 복합 터보-분자 펌프로서 지칭되며, 이 형태의 펌프의 예가 예를 들어 US8070419호, US6422829호 및 EP 1807627호에 개시되어 있다.
그러나, 공지된 분자 드래그 기구는 다양한 단점을 갖고 있다. 예를 들어, 펌프 기구의 용량이 제한되는 이유는 회전자가 고정자에 대해 비교적 근처에서 회전해야 하고 펌프의 압축비를 최적화하기 위해 고정자 채널의 깊이가 비교적 얕아야 하기 때문이다. 공지된 드래그 펌프 기구에서는, 고정자 채널의 깊이를 특정 한계를 넘어서 증가시킴으로써 용량을 증가시킬 수 없다. 소개되는 시스템은 펌프의 배기구에서보다 낮은 가스 압력에 있으며, 가스는 임의의 압력 구배를 동등화시키기 위해 자연스럽게 펌프를 통해서 소개된 시스템 내로 다시 유입되려고 한다. 고정자 채널이 너무 깊으면, 회전자로부터 가장 먼 채널 부분에서의 가스 분자는 회전자에 의해 영향받지 않을 수 있다. 따라서, 채널이 너무 깊어서 펌프 효율 및 압축비의 상당한 손실이 초래될 때는 가스 분자가 채널을 따라서 의도된 유동 방향에 대항하여 드래그 펌프 스테이지의 입구를 향해서 다시 유동하기 위한 경로가 제공될 수 있다.
드래그 기구 진공 펌프의 용량을 증가시킬 필요가 있다. 이것은 US5893702호에 개시된 시스템과 같은 병렬 구조로 배치된 다수의 드래그 기구를 제공함으로써 달성될 수도 있다. 여기에서, 동심 Holweck 펌프 스테이지는 상호 병렬 작동하도록 구성된다. 그러나, 이 형태의 구조에 의해 요구되는 추가 회전자 중량, 관성, 복잡성 및 전체 펌프 크기는 이를 바람직하지 않게 만들 수 있다.
터보-분자 펌프는 회전자 액슬(axle) 또는 허브로부터 대체로 반경 방향으로 연장되는 일련의 회전자 블레이드를 포함한다. 일련의 회전자 블레이드 세트가 회전축을 따라서 상하 적층된다. 이들 블레이드는 회전에 의해 가격된 가스 분자를 출구 쪽으로 인도하도록 경사진다. 펌프 효율을 향상시키고 펌프 입구를 향한 가스 분자의 역류를 감소시키기 위해 고정자 블레이드를 각각의 회전자 블레이드 세트 사이에 배치하는 것이 보편적이다. 고정자 블레이드는 일반적으로 회전자 블레이드와 동일한 원리를 따라서 설계되지만, 고정자 블레이드는 반대 방향으로 경사진다. 회전자 및 고정자 블레이드는 금속 블록으로부터 가공될 수 있거나 또는 시트로부터 스탬핑된 블레이드를 갖는 금속 시트로 형성될 수 있다. 당업자는 이 형태의 진공 펌프에 익숙하며, 기구의 추가 설명은 여기에서 필요하지 않다. US2007081889호, US6508631호 및 DE10004271호에 개시된 것과 같은 반경류(radial flow) 터보-분자 펌프로서 기술될 수 있는 대체 터보-분자 펌프 설계가 제안되었다.
축류(axial flow) 및 반경류 터보-분자 진공 펌프는 분자 유동 체제에서만 효과적인데 그 이유는 펌프가 가스 분자에 모멘텀을 부여하고 분자를 출구 쪽으로 인도하는 고속 회전자에 의존하기 때문이다. 고압에서, 즉 가스 분자가 서로 상호작용하고 펌프의 부분과 상호작용하는 이행성 및 점성 유동 체제에서, 터보-분자 펌프는 훨씬 덜 효과적으로 된다. 이러한 효율 감소는 터보-분자 펌프가 비교적 낮은 진공 압력에서 효과적인 가스 압축비를 제공할 수 없기 때문에 분명해진다. 사실상, 낮은 진공 압력에서(즉 이행성 및 점성 유동 압력 체제에서), 가스 분자는 분자를 출구 쪽으로 인도하도록 설계된 펌프 부분보다는 인접한 가스 분자와 상호작용함으로써 회전자 또는 고정자의 블레이드 사이에 '갇힐' 수 있다. 따라서, 이들 높은 압력에서, 펌프는, 가스 분자가 펌프의 축방향 길이를 따라서 출구 쪽으로 효과적으로 이송되지 않고 인접한 회전자 블레이드 사이의 공간에 잔류하여 대체로 원주방향 경로에서 이동하는 경향이 있는 소위 '이월(carry over)'을 겪을 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제들을 해결하는 진공 펌프 기구를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 동일하거나 유사한 사양을 갖는 공지된 펌핑 기구에 비해서 상대적으로 높은 펌핑 용량을 갖고, 더 낮은 소비 레벨에서 작동하며, 및/또는 상대적으로 작은 공간을 요구하는 진공 펌프 기구를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 가스 처리량, 구입비 및/또는 전체 펌프 크기 측면에서 보다 효과적인 진공 펌프를 제공하는 것이다.
이 목적을 시도 및 달성하기 위해, 본 발명은 광의로, 두 개의 요소가 서로에 대해 상대 이동하도록 구성되고 제 1 요소는 입구와 출구 사이에 가스 유동 경로를 형성하는 채널을 제공하며 제 2 요소는 채널과 일정 각도로 교차하고, 제 2 요소는 가스가 이를 통해서 유동할 수 있도록 구멍을 갖거나, 가스가 그 주위로 유동할 수 있도록 구성되고 중실형이며, 사용 중에 상대 이동이 채널 내의 가스 분자를 출구 쪽으로 내모는 펌프 기구에 관한 것이다. 제 2 요소는 비교적 얇아야 하며(예를 들어 유공 제 2 요소의 경우 1 mm 미만의 두께), 매끄럽고 및/또는 편평한 표면을 갖는다. 중실 제 2 요소가 사용될 경우 그 두께는 덜 중요하며 2 mm 이하의 범위에 있을 수 있다. 가스 분자의 '이월'을 시도 및 최소화하기 위해서, 제 1 요소(가스 유동 채널을 형성)는 제 2 요소의 표면에 비교적 가깝거나 가능한 한 가까운 위치로 연장되어야 한다. 이 구성은 가스 분자의 대부분이 제 2 요소가 채널과 교차하는 지점에서 가스 유동 채널 내에 잔류하고 채널을 빠져나갈 때 제 2 요소에 의해 이월되지 않도록 사용될 수 있다. 제 2 요소는 채널의 길이를 따르는 위치에서 또는 채널의 출구 또는 입구에서 채널과 교차할 수 있다. "유공(perforated)"이라는 용어는 유공 요소가 가스 통과를 허용하도록 구성된 가스 투과성 개구를 포함하는 것을 의미한다.
따라서, 제 1 요소와 제 2 요소의 조합은 분자 드래그 펌프 구조를 제공한다. 그러나, 공지된 시스템이 일반적으로 고정자와 회전자의 평면이 평행하게 배치되거나 이들 부품이 동심적으로 배치되는 상태에서 작동한다는 점에서 본 발명은 공지된 분자 드래그 펌프(전술됨)와 다른 것을 알 수 있다. 넓은 의미에서, 본 발명의 펌핑 기구의 한 요소는 다른 요소와 상이한 평면에서 작동한다. 즉, 하나의 요소가 다른 요소에 의해 형성된 가스 유동 경로를 통과하며, 가스는 가스 분자가 요소들 중 하나를 통해서 또는 그 주위로 이동하도록 제공된 구멍 또는 갭에 의해 유동 경로를 따라서 이동할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제 1 양태에서는 사용 중에 교차 부재가 교차 부재와 상호작용하는 가스 분자의 모멘텀에 영향을 미치도록 구성되는 교차 부재(중실 또는 유공 요소)를 포함하는 진공 펌프 또는 펌프 회전자가 제공되며, 교차 부재는 가스 분자가 갭 또는 다수의 구멍을 거쳐서 이를 통과할 수 있도록 구성된다. 교차 부재는 가스 분자의 통과를 허용하는 다수의 구멍을 갖는 유공 요소 또는 중실 디바이스(투과율 값 제로)일 수 있다. 구멍들은 유공 요소의 에지에 의해 포위될 수 있거나, 유공 요소의 에지에서 개방될 수 있다. 즉, 개방 구멍은 유공 요소의 에지에 의해 포위되지 않는다.
유공 요소 또는 교차 부재는 펌프 내의 가스 유동 경로의 일부와 교차하도록 구성될 수 있다. 유공 요소 또는 교차 부재는, 유공 요소 또는 교차 부재의 상류 및 하류 표면에 돌출부가 없을 수 있도록 구성된, 펌프 입구와 대면하는 상류 표면 및 펌프 출구와 대면하는 하류 표면을 포함할 수 있다. 즉, 이들 표면은 그 표면으로부터 연장되는 요소가 없이 매끄럽거나 대체로 편평하다. 유공 요소는 유공 디스크 또는 유공 실린더일 수 있다. 디스크 또는 실린더의 표면은 돌출부가 없다는 점에서 편평하다. "편평(flat)"하다는 용어는, 테이퍼지는 유공 요소가 사용되거나 및/또는 테이퍼진 디스크 또는 실린더의 곡면 상에 구멍이 배치될 때에도 표면들이 편평하다고 일컬어지고 표면들이 유공 요소의 편평하거나 곡선형인 평면 밖으로 연장되는 돌출부를 포함하지 않음을 의미한다.
유공 요소 또는 교차 부재의 상류 및 하류 표면은 가스 분자에 모멘텀을 전달시키는 수단을 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 회전자를 포함하는 펌프를 통과하는 분자는 회전자의 상류 및 하류 표면과 상호작용하며 출구를 향해서 내몰린다.
유공 요소를 통해서 배치되는 구멍은 원형, 세장형, 계란형, 육각형, 장방형, 사다리꼴 또는 다각형 형상을 갖는 구멍을 구비할 수 있다. 또한, 유공 요소는 주위 에지를 포함할 수 있으며, 구멍의 적어도 일부는 주위 에지에서 개방된다. 즉, 구멍은 주위 에지에 의해 포위되지 않는다. 또한, 개방 구멍은 내주 에지를 향해서 반경 방향으로 연장될 수 있으며, 따라서 인접한 개방 단부형 구멍 사이에 배치되는 상류 및 하류 표면의 일부는 편평한 반경방향 베인을 형성하기 위해 주위 에지를 향해 연장된다.
유리하게, 유공 요소 또는 교차 부재는 1.5 mm 미만, 바람직하게 1 mm 미만, 보다 바람직하게 0.5 mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 두께는 상류 표면과 하류 표면 사이의 거리로서 측정된다.
또한, 유공 요소는 상류 표면과 하류 표면을 상호연결하기 위해 유공 요소를 통과하는 구멍의 환형 어레이를 포함한다. 구멍은 디스크의 표면에 수직한 방향으로 유공 요소를 통해서 연장될 수 있다. 따라서, 구멍은 가스가 통과할 수 있도록 유공 요소를 통해서 연장되며, 구멍 위치에서 유공 요소의 두께와 동일한 상호작용 길이를 갖는다.
또한, 유공 디스크는 다수의 구멍이 배치되는 환형 부분을 포함할 수 있으며, 환형 부분의 투과율은 반경 방향으로 변화한다. 투과율은 디스크의 중심에서 반경 방향으로 멀어질수록 증가할 수 있다. 또한, 투과율은 구멍의 크기를 변경하거나, 구멍의 각도 간격을 변경하거나, 구멍의 원주방향 간격을 변경하는 함수로서, 또는 그 임의의 조합의 함수로서 변경된다. 투과율은 주어진 유동 경로 채널과 교차하는 부재의 총 면적에 대한 가스 유동 채널과 교차하는 부재에서 유공 요소의 구멍이 차지하는(즉, 유공 부재의 재료가 차지하는 면적을 제외한) 총 면적의 비율로서 측정된다.
또한, 유공 요소 또는 교차 부재에 스핀들이 결합될 수 있으며, 상기 스핀들은 그와 동축적으로 배치된다. 스핀들은 다수의 유공 요소(또는 교차 부재)에 결합되도록 구성될 수 있으며 및/또는 다수의 유공 요소 또는 교차 부재의 각각은 스핀들의 축방향 길이를 따라서 개별 위치에 배치될 수 있다. 또한, 스핀들은 절두원추형, 계단형, 총탄형 및 원통형 중 어느 하나 또는 그 임의의 조합인 축방향 프로파일을 형성하기 위해 회전축을 따라서 변경되는 직경을 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 스핀들의 직경은 축방향 길이를 따라서 펌프 출구 쪽으로 갈수록 증가할 수 있다. 이 구성은 직렬 배치된 다수의 회전자 요소를 포함하는 펌프 내에서의 가스 압축을 보조할 수 있다.
유리하게, 유공 요소 또는 교차 부재는 유공 디스크 또는 교차 부재를 포함하는 제 1 요소가 펌프의 입구에 최근접하여 배치되고 유공 디스크 또는 교차 부재를 포함하는 제 2 요소가 펌프의 출구에 최근접하여 배치되도록 원통형 이격 요소에 의해 이격될 수 있다. 제 1 유공 디스크는 제 2 유공 디스크에 비해서 높거나 낮은 투과율을 가질 수 있다. 이 구성은 소정 입구 압력이 분자 유동 압력 체제에 있고 출구 압력이 이행성 또는 점성 유동 압력 체제에 있는 경우에 또한 펌프 내의 가스 압축을 최대화하기 위해서 사용될 수 있다. 유공 요소의 정확한 이격이 가능하도록 유공 요소는 이격 요소를 거쳐서 스핀들에 결합될 수 있다. 유공 요소와 중실 교차 부재의 조합이 펌프 전체에 걸쳐서 배치될 수 있으며, 예를 들어 제 1 요소는 유공 요소를 포함할 수 있고 제 2 요소는 중실 교차 부재를 포함할 수 있으며 그 반대도 가능하다.
유공 디스크는 다수의 구멍이 배치되는 환형 부분, 및 디스크의 내주를 형성하도록 상기 환형 부분과 디스크의 중심 사이에 배치되는 중실 내측 부분을 포함할 수 있다. 하나의 구성에서, 제 2 유공 디스크의 중실 내측 부분은 제 1 유공 디스크의 중실 내측 부분에 비할 때 회전축으로부터 더 멀리 반경 방향으로 연장된다. 또한, 유공 디스크는 다수의 구멍이 배치되는 환형 부분 및 디스크의 외주를 형성하는 중실 외측 부분을 포함할 수 있다.
유리하게, 터보-분자 블레이드 섹션이 유공 요소 또는 교차 부재의 상류에 사용되도록 배치될 수 있다. 또한, 재생 펌프 기구, Siegbahn, Holweck 또는 Gaede 드래그 기구 또는 원심 펌프 회전자 섹션과 같은 다른 펌핑 기구가 유공 요소의 하류에 사용되도록 배치될 수 있다.
또한, 회전자는 알루미늄, 알루미늄 합금, 스틸, 탄소 섬유 강화 폴리머(carbon fibre re-enforced polymer: CFRP), 또는 티타늄을 포함하는 재료로 제조될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 진공 펌프 회전자와 협력하도록 구성된 진공 펌프 또는 진공 펌프 고정자가 제공되며, 이는 가스 유동 채널이 배치되는 표면을 갖는 채널 부재 또는 요소를 포함하고, 상기 채널은 적어도 측벽과 플로어로 형성되며, 측벽은 가스 유동 경로와 교차 각도로 교차하는 교차 부재 또는 유공 요소를 수용하도록 구성된 교차 슬롯을 포함하고, 상기 채널은 그 안에 가스를 수용하도록 구성되며, 상기 교차 부재 또는 유공 요소와 채널 요소는 서로에 대해 이동할 수 있다. 전술했듯이, 유공 요소는 가스가 이를 통과할 수 있도록 구성되며 교차 부재는 가스가 이를 지나서 통과할 수 있도록 구성된다. 교차 각도는 예각일 수 있거나, 또는 회전자 요소가 통과하는 가스 유동 채널 벽의 부분에 수직할 수 있다.
유리하게, 채널 부재는 원통형일 수 있으며, 가스 유동 채널은 실린더의 내표면 상에 배치되는 나선으로서 형성된다. 이 구성에서, 채널의 측벽은 채널 부재의 원통형 내표면 상에 배치될 수 있고 내표면으로부터 종축을 향해서 연장될 수 있으며; 및/또는 교차 슬롯은 채널 부재의 종축을 향해서 반경 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 이 구성은 축류 펌프에 사용하기 위한 고정자를 제공한다. 대안적으로, 채널 부재는 디스크 형상일 수 있으며 가스 유동 채널은 채널 부재의 상면에 배치되는 나선으로서 형성된다. 이 구성에서, 유동 채널은 채널 부재의 외주와 디스크형 채널 부재의 반경방향 축에 가까운 위치 사이에서 연장될 수 있으며; 및/또는 교차 슬롯은 반경방향 축으로부터 일정한 거리를 원호를 따라서 연장될 수 있다. 따라서, 이 구성은 반경류 펌프에 사용하기 위한 고정자를 제공한다.
소요 펌프 특징에 따라서, 교차 슬롯은 가스 유동 채널의 플로어로부터 연장될 수 있다. 대안적으로, 슬롯은 가스 유동 채널의 플로어의 직전 위치로 연장될 수 있다. 양 경우에, 슬롯은 회전자를 수용하도록 구성되며, 회전자가 가스 유동 채널과 완전히 교차하지 않으면(즉 회전자의 주위 에지와 채널 플로어 사이에 작은 갭이 남아있으면) 대체 구성이 사용될 수 있다.
유리하게, 채널 부재는 고정자의 일부를 형성하도록 구성될 수 있으며, 상기 고정자는 상호 고정되는 두 개 이상의 고정자 요소를 포함한다. 고정자 요소의 각각은 상호 동일할 수 있다. 또한, 각각의 고정자 요소는 인접한 고정자 요소의 충합면(abutment surface)과 협력하도록 구성된 충합면을 포함할 수 있다. 또한, 교차 슬롯은 충합면과 일치하는 위치에 배치될 수 있다. 교차 슬롯의 평면은 충합면에 수직하도록 구성될 수 있다. 따라서, 고정자는 완전한 고정자를 형성하기 위해 조립하기가 비교적 용이한 다수의 세그먼트를 포함할 수 있다.
유리하게, 하나의 고정자 요소의 가스 유동 채널의 일부는 인접한 고정자 요소의 가스 유동 채널의 일부와 중첩하도록 구성될 수 있다. 추가로, 이 구성은 또한 가스 유동 채널의 각각의 중첩 부분이 중첩되어 가스 유동 채널의 측벽에 교차 슬롯을 형성하게 할 수 있다.
유리하게, 진공 펌프 또는 펌프 고정자는 입구에서 출구 쪽으로 연장되도록 구성된 두 개 이상의 가스 유동 채널을 포함할 수 있다. 그 결과, 다수의 시동 펌프가 제공되며, 이런 식으로 구성된 고정자는 가스의 처리량을 최대화하기 위해 다수의 입구를 갖는 수단을 제공한다. 바람직하게, 여섯 개 내지 이십 개의 가스 유동 채널이 입구에서 출구 쪽으로 연장되도록 구성될 수 있다. 고정자의 개수는 무엇보다도 펌프 기구의 직경에 종속된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 가스 유동 채널은 계단형 구조로 배치될 수 있으며, 따라서 가스 유동 채널은 서로 상호연결되는 반경방향 및 종방향 섹션을 포함한다. 회전자를 수용하기 위한 슬롯은 회전자에 대체로 수직하도록 종방향 섹션과 일치하도록 구성될 수 있다.
물론, 본 발명의 다양한 양태는 위에서 회전자 및 고정자로서 각각 기술된다. 그러나, 본 발명은 제 1 양태에 기재된 회전자의 특징부를 갖는 고정자, 또는 위에서 제 2 양태에 기재된 고정자의 특징부를 갖는 회전자를 제공할 수도 있다.
또한, 기구를 갖는 진공 펌프가 제공되며, 이는 채널 부재의 표면에 형성된 채널과 교차하도록 구성된 교차 부재 또는 유공 부재를 포함하고, 상기 채널은 가스 분자를 펌프의 입구에서 출구 쪽으로 안내하도록 구성되며, 교차 부재(또는 유공 부재)와 채널 부재는 사용 중에 가스 분자를 채널을 따라서 출구 쪽으로 내몰기 위해 서로에 대해 이동하도록 구성되고, 상기 교차 부재 또는 유공 부재는 가스 분자가 이를 통해서 또는 그 주위로 이동할 수 있도록 구성된다. 교차 부재 또는 유공 부재는 채널과 예각으로 또는 90도 각도로 교차할 수 있다.
채널 부재는 유공 부재가 채널과 교차하는 지점에서 유공 부재를 수용하도록 구성되고 채널의 벽에 배치되는 슬롯을 포함할 수 있다. 슬롯은 유공 부재가 채널과 교차하는 지점에서 유공 부재가 채널을 완전히 분할할 수 있도록 적어도 채널의 깊이를 가로질러 연장될 수 있다. 대안적으로, 슬롯은 채널의 플로어로 연장되지 않으며 유공 부재는 가스 유동 채널의 일부에 대해서만 교차하고 따라서 교차 지점에서 가스 유동 채널에 갭을 남겨둔다. 바꿔 말해서, 유공 부재는 채널의 대부분과 교차하기 위해 가스 유동 채널을 가로질러 연장되도록 구성될 수 있으며, 따라서 사용 중에 가스 분자가 갭을 통과할 수 있도록 유공 부재 사이에 갭이 제공된다.
대안적으로, 슬롯은 채널의 플로어로 연장되지 않으며 교차 부재는 가스 유동 채널의 일부에 대해서만 교차하고 따라서 교차 지점에서 가스 유동 채널에 갭을 남겨둔다. 갭은 내주 또는 외주와 채널의 일부 사이에 배치되며, 갭은 교차 부재의 외주 또는 내주 주위로 연장된다. 바꿔 말해서, 교차 부재는 채널의 대부분과 교차하기 위해 가스 유동 채널을 가로질러 연장되도록 구성될 수 있으며, 따라서 사용 중에 가스 분자가 갭을 통해서 및 교차 부재 주위로 이동할 수 있도록 교차 부재 사이에 갭이 제공된다. 따라서, 교차 부재는 중실적(즉 구멍이 없음)일 수 있으며, 원주방향 갭은 가스 분자를 교차 부재를 지나서 이송시키거나 내몰 수 있는 수단을 제공한다. 교차 부재가 회전자로서 구성되고 채널이 펌프용 고정자로서 구성될 때 갭은 교차 부재의 외주와 채널 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로, 교차 부재가 고정자 요소로서 구성되고 채널 부재가 펌프의 회전자일 때 갭은 교차 부재의 내주와 채널 사이에 배치될 수 있다.
유리하게, 채널 부재는 원통형일 수 있으며 상기 채널은 채널 부재의 양 단부에 배치되는 입구와 출구 사이에 나선형 가스 유동 경로를 형성하도록 내표면 상에 형성된다. 또한, 유공 부재는 이 구성에서 유공 디스크일 수 있다. 디스크는 돌출부가 없는 매끄럽거나 편평한 표면을 갖고 테이퍼질 수 있다. 따라서, 유공 부재의 두께는 디스크가 가스 분자의 이월을 감소시키기 위해 통과하는 슬롯의 폭과 함께 최소화될 수 있다. 즉, 슬롯의 폭 치수는 구멍 내에서 또는 슬롯을 통해서 이월될 수 있는 가스의 양을 제한하거나 최소화하기 위해 유공 부재의 두께에 비견될 수 있다.
또한, 유공 부재는 회전자이고 채널 부재는 고정자이다. 회전자는 위에서 제 1 양태에 기재된 구성 중 임의의 것에 따라 배치될 수 있다.
채널 부재는, 반경방향 표면의 내주와 외주 사이에 나선형 가스 유동 경로를 제공하기 위해 채널이 형성되는 반경방향 표면을 포함할 수 있다. 따라서, 유공 부재는 유공 실린더일 수 있다. 유공 실린더는 채널 부재와 동심적으로 배치될 수 있으며, 따라서 교차 슬롯이 원형 경로를 따라서 연장되고 회전자가 슬롯 내에 수용될 수 있다. 이 구성은 진공 펌프를 통해서 펌핑되는 가스 분자의 반경방향 유동을 가능하게 한다.
유리하게, 터보-분자 블레이드형 회전자가 채널 부재의 상류에 배치될 수 있다. 이것은, 특히 분자 유동 압력 체제에서, 추가적으로 가스 분자를 펌프 기구 내로 내모는 수단을 제공한다.
진공 펌프는 채널 부재의 하류에 배치되는 제 3 펌핑 스테이지를 추가로 포함할 수 있다. 제 3 펌핑 스테이지는 원심 펌핑 스테이지, Holweck 드래그 기구, Siegbahn 드래그 기구, Gaede 드래그 기구, 또는 재생 펌프 기구 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제 3 펌핑 기구는 대기압 근처 또는 대기압 이상의 압력으로 배출하도록 구성될 수 있다.
또한, 유공 또는 교차 부재는 펌프 입구와 대면하는 상류 표면 및 펌프 출구와 대면하는 하류 표면을 포함한다. 유공 또는 교차 부재의 상류 및 하류 표면에는 돌출부가 없을 수 있다. 즉, 이들 표면은 편평하거나 매끄럽다. 유공 부재는 유공 디스크 또는 유공 실린더일 수 있다. 유공 부재는 주위 에지를 포함할 수 있으며 구멍의 적어도 일부는 주위 에지에서 개방된다. 개방 구멍은 내주 에지를 향해서 반경 방향으로 연장될 수 있으며, 따라서 인접한 개방 단부형 구멍들 사이에 배치되는 상류 및 하류 표면의 일부는 편평한 반경방향 베인을 형성하도록 주위 에지를 향해서 연장된다. 유공 또는 교차 부재는 2 mm 또는 1.5 mm 미만, 바람직하게 1 mm 미만, 보다 바람직하게 0.5 mm 미만의 두께를 갖는다. 또한, 유공 부재 내의 구멍은 디스크의 표면에 수직한 방향으로 유공 부재를 통해서 연장될 수 있다. 따라서, 가스 분자의 이월이 최소화될 수 있으며 펌프의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 진공 펌프로서, 입구, 출구, 유공 부재 또는 교차 부재, 채널 부재, 및 모터를 포함하며, 상기 채널 부재는 그 위에 채널이 형성되는 표면을 포함하고, 상기 채널은 가스 분자를 입구에서 출구 쪽으로 안내하도록 구성되며, 상기 유공 부재 또는 교차 부재는 채널과 교차하도록 구성되고, 상기 유공 또는 교차 부재는 돌출부가 없는 상류 및 하류 표면을 포함하며, 상기 유공 또는 교차 부재의 상기 채널과 교차하는 부분은 2 mm 미만의 두께를 갖고, 상기 모터는 유공 또는 교차 부재와 채널 부재의 상대 이동을 초래하도록 구성되며 따라서 사용 중에 상기 상대 이동은 가스 분자가 채널을 따라서 출구 쪽으로 내몰리게 하고, 상기 유공 또는 교차 부재는 가스 분자가 이를 통해서 또는 그 주위로 이동할 수 있게 하는 진공 펌프를 제공한다.
또한, 진공 펌프 기구로서, 구동 모터에 결합되고 가스 분자가 따라서 펌핑될 수 있는 축 주위로 회전할 수 있는 회전자, 및 상기 축에 동심적으로 배치되는 고정자를 포함하며, 상기 고정자와 회전자 각각은 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 상기 축 주위로 종방향으로 소정 길이 연장되고 상기 회전자는 고정자의 제 2 표면과 대면하도록 구성된 제 1 표면을 포함하며, 상기 고정자에는 고정자 및 회전자의 제 1 단부에서의 입구와 고정자 및 회전자의 제 2 단부에서의 출구 사이에 나선형 가스 유동 경로를 형성하기 위해 제 2 표면에서 제 1 표면으로 연장되는 제 3 표면이 배치되고, 상기 회전자는 출구에 배치되고 제 1 표면과 제 2 표면 사이에서 연장되는 가스 투과성 디스크형 반경방향 부재를 포함하며, 상기 반경방향 부재는 회전하여 가스 분자에 모멘텀을 부여하도록 구성되고, 상기 반경방향 부재는 제 3 표면의 단부 부분으로부터 2 mm 미만을 축방향으로 변위되는 진공 펌프 기구가 제공된다.
또한, 진공 펌프 기구로서, 가스 분자를 입구에서 출구 쪽으로 내몰기 위해 제 2 펌핑 요소와 협력하도록 구성된 제 1 펌핑 요소를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 펌핑 요소는 축 주위로 서로에 대해 이동하도록 구성되며, 상기 제 1 펌핑 요소는 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 갭을 형성하기 위해 제 2 펌핑 요소의 제 2 표면과 대면하여 축 주위에 배치되는 제 1 표면을 가지며, 상기 제 1 펌핑 요소는 제 1 표면으로부터 갭을 가로질러 제 2 표면으로 연장되는 환형 스크린을 추가로 포함하고, 상기 스크린은 가스 분자에 대해 투과적이며, 상기 제 2 펌핑 요소는, 제 2 표면 상에 배치되고 갭을 가로질러 제 1 표면으로 연장되며, 펌핑되는 가스 분자가 따라서 이동할 수 있는 나선형 경로를 제 1 및 제 2 표면 사이에 형성하는 나선형 벽을 추가로 포함하고, 상기 환형 스크린은 나선형 벽의 하류에 배치되는 진공 펌프 기구가 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 펌프는 채널 부재의 축을 따라서 나란히 거리(l)만큼 이격되는 적어도 두 개의 교차 요소를 포함할 수 있고, 각각의 요소는 두께(t)를 가지며, l:t의 비율이 5:1 이상, 10:1 이상, 또는 20:1 이상이다. 또한, 교차 요소는 그 직경보다 0.02 이하인 두께를 가질 수 있으며, 보다 바람직하게 교차 요소의 두께는 그 직경보다 0.01 이하 작다. 또한, 다수의 베인이 나선형 채널을 형성하도록 채널 부재로부터 연장될 수 있으며, 이들 베인은 다수의 스테이지로 구성되고 인접한 스테이지 사이에 배치되는 교차 요소를 가지며, 동일 스테이지 내에서 베인들의 공간 코드 비율(space chord ratio)은 4 이상이고, 출구에서 베인들의 공간 코드 비율은 5 이상이거나 6 이상이다.
본 발명의 실시예는 이제 예시적으로 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1, 도 2 및 도 3은 공지된 분자 드래그 펌핑 기구의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.
도 5는 본 발명을 구체화하는 펌프 기구의 일부의 개략도이다.
도 6은 도 5의 일부의 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다섯 개의 대체 유공 부재의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 대체 실시예의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 개략 분해도이다.
도 10은 도 9의 실시예의 개략도이다.
도 11은 도 10에 도시된 펌프 기구의 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 펌프 기구의 다른 단면도이다.
도 13은 본 발명의 기구를 포함하는 복합 펌프를 도시하는, 본 발명의 추가 실시예의 개략도이다.
도 14는 도 13에 도시된 펌프의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예의 개략도이다.
도 16은 본 발명을 구체화하는 펌프의 일부의 단면도이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 추가 실시예의 개략도이다.
도 19는 도 17에 도시된 본 발명의 대체 실시예의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 추가 대체 실시예의 일부의 개략도이다.
도 21 및 도 22는 도 20의 실시예의 부품을 도시하는 개략도이다.
도 23은 본 발명을 구체화하는 펌프의 부품의 다양한 파라미터의 개략도이다.
이제 본 발명의 개념을 다양한 실시예에 의해 설명한다. 그러나, 당업자라면 설명되는 각각의 실시예가 발명 개념의 상이하거나 개별적인 표현이 아니고 일 실시예의 요소들이 본 발명의 범위 내에서 다른 실시예의 요소들과 조합될 수 있음을 알 것이다. 또한, 본 발명의 개념은 펌프와 관련하여 설명된다. 다시, 당업자라면 본 명세서에 설명되는 기구가 개별적인 단독 펌프를 형성하거나 복합 진공 펌프의 하나 이상의 부품을 형성할 수 있음을 쉽게 알 것이다.
본 발명의 제 1 실시예가 도 4 내지 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 채널 요소(12)와 유공 교차 요소(14)를 포함하는 진공 펌프 기구(10)가 도시되어 있다. 채널 요소와 유공 교차 요소는 펌프의 입구(16)에 진입하는 가스 분자를 출구(18) 쪽으로 내몰기 위해 서로에 대해 이동할 수 있다. 이러한 상대 이동은 요소들 중 하나가 전기 모터(예를 들어)에 의해 회전 구동되는 동안 다른 요소를 정지 상태로 유지하기 위해 제공될 수 있다. 이 실시예의 목적을 위해서, 펌프 기구는 채널 요소가 펌프의 고정 부품(즉, 고정자)이고 유공 요소가 펌프의 회전하는 종동 요소(즉, 회전자)라는 측면에서 설명될 것이다. 물론, 본 발명은 이 구성에 제한되지 않으며, 당업자는 채널 요소가 종동 요소이고 유공 요소가 고정 유지되거나 또한 소요 상대 운동을 제공하도록 구동되는 다른 구성이 가능함을 알 것이다.
제 1 실시예에서, 채널 부재(고정자)(12)는 일반적으로 원통형 형상이며, 실린더 축(20)의 일 단부에 배치되는 입구(16) 및 다른 대향 단부에 배치되는 출구(18)를 갖는다. 따라서, 이 실시예는 일반적으로 축류 펌프로서 설명될 수 있다. 실린더의 내표면(24)에는 적어도 하나의 채널(22)이 형성될 수 있다. 도면에 도시된 실시예는 소위 '투 스타트(two start)' 펌프 또는 '트윈 스타트(twin start)'를 제공하기 위해 두 개의 채널을 도시하고 있다. 물론, 후술하듯이 필요할 경우 더 많은 채널이 형성될 수 있다. 채널은 플로어(26) 및 나선형 유동 경로를 형성하기 위해 플로어로부터 축을 향해서 연장되는 측벽(28)으로 형성된다. 플로어는 실린더의 원통형 내표면과 일치한다. 채널 측벽은 반경 방향으로 거리 L만큼 연장되며, 이 거리는 통상 펌프의 작동 요건에 따라서 수 밀리미터 내지 100 mm 이상일 수 있다. 도시된 트윈 스타트 구조에서는, 이중 나선을 형성하는 두 개의 유동 경로가 있다. 채널의 측벽(28)은 실린더의 내표면(24)으로부터 연장되는 나선형 베인(30)과 일체로 형성된다. 베인의 일 측면은 제 1 채널의 측벽을 형성하고 베인의 다른 측면은 인접 채널의 측벽을 형성한다.
유공 교차 요소(14)(회전자)는 회전자를 구동하기 위해 모터에 결합될 수 있는 스핀들(32)을 포함한다. 스핀들 상에 디스크(34)가 장착되며, 이 디스크는 스페이서 요소(36)에 의해 적소에 배치 및 유지된다. 디스크는 비교적 얇고, 축방향으로 2 mm 미만, 보다 바람직하게 1.5 mm 미만의 두께를 가지며, 가장 바람직하게는 0.75 내지 0.25 mm의 두께를 갖는다. 가스 분자가 구멍을 통해서 디스크를 일 측면에서 다른 측면으로 통과할 수 있도록 디스크(34) 상에는 구멍(38) 배열이 제공된다. 이들 구멍은 디스크를 똑바로 통과하도록 구성되며, 회전자 또는 디스크의 표면에 대해 경사지지 않는다. 디스크는 가스 유동 경로와 일정 각도로 교차하도록 구성되며, 따라서 구멍은 가스 분자가 디스크의 반경방향 평면을 통과하고 유동 경로를 따라서 계속 유동할 수 있게 해야 한다. 디스크를 수용하고 디스크가 채널과 교차할 수 있게 하기 위해 채널 요소에는 슬롯(40)이 제공된다. 그 결과, 채널은 디스크의 양면으로 연장되며, 디스크는 채널을 입구에 가장 가까운 상류 부분 및 디스크의 하류에 위치하는 하류 부분으로 분할한다.
회전자 디스크는 가스 유동 채널 측벽의 시점으로부터 짧은 거리 'l'에 배치된다. 달리 말해서, 측벽은 가스 유동 채널의 입구에서 회전자 위로 축방향으로 거리 'l'만큼 연장된다. 따라서, 입구는 반경방향 및 축방향 평면에서 단면적 Ll을 가지며, 여기에서 L은 도 4 및 도 18에 도시하듯이 가스 유동 채널의 폭 치수이다. 거리 'l'은 5 내지 40 mm 이상일 수 있다. 그 결과, 전술한 공지된 드래그 펌프 기구와 비교할 때, 본 발명을 구체화하는 펌프 기구의 용량이 크게 향상되는 것은 명백하다. 전술했듯이, 공지된 드래그 펌프 기구는 비교적 큰 체적의 가스를 펌핑하기 위한 그 능력에 있어서 제한되지만, 본 발명을 구체화하는 펌프는 하나의 요소가 가스 유동 채널을 소정 각도로 교차하는 이 구성을 사용함으로써 상기 제한을 극복할 수 있다. 본 발명을 사용하면 수백 ㎟ 내지 4,000 ㎟ 정도의 가스 유동 채널 단면적을 쉽게 달성할 수 있다. 치수 l은 또한 펌프 내의 인접한 유공 요소 사이의 거리를 측정할 때 사용될 수 있으며 회전 디스크 사이의 가스 유동 경로의 단면적 또한 Ll로 측정된다.
도 5는 도 4에 도시된 기구의 일부의 단면도이며, 본 발명을 구체화하는 펌프의 작동 원리를 도시한다. 작동 중에 있을 때, 디스크는 도 5에서 화살표로 도시하듯이 축(20) 주위로 비교적 고속으로 회전한다. 도 5에서, 작동 원리는 작동 원리의 이해를 쉽게 하는데 도움이 되도록 펌프의 부품들을 선형적으로 도시한다. 그 결과, 디스크의 회전 운동은 화살표로 도시되는 선형 운동으로 도시된다. 또한, 도 5는 펌프를 다섯 개의 스테이지(A 내지 E)로 분할하는 네 개의 회전자 디스크를 갖는 본 발명을 구체화하는 진공 펌프의 개략도이다. 스테이지 A는 제 1 회전자(50)의 상류에 위치하며, 제 2 회전자(51)는 스테이지 B를 스테이지 C로부터 분할하고, 제 3 회전자(52)는 스테이지 C를 스테이지 D로부터 분할하며, 제 4 회전자는 스테이지 D를 스테이지 E로부터 분할한다. 섹션 E는 제 4 회전자(53) 하류의 펌프의 출구(18)에서 종료된다. 회전자 디스크는 채널 벽에 배치되는 슬롯(40)을 통과함으로써 유동 경로 채널과 교차한다. 슬롯은 디스크가 최소 간극을 갖고 슬롯을 통과하도록 설계되며, 최소 간극은 슬롯(40)에 가장 가까운 디스크의 표면의 위 아래로 대략 0.50 mm 간극이다.
다양한 가능한 가스 분자 경로가 도 5에 도시되어 있다. 제 1 경로는 화살표 60으로 도시되어 있다. 분자는 높은 진공 압력으로 작동하는 펌프의 입구에 진입한다. 이 분자는 고정자 벽(30)을 가격하며 회전자(50)의 경로 내로 방출된다. 회전자의 중실 부분을 가격하게 되면, 회전자의 상대 이동에 의해 분자에 모멘텀이 부여된다. 다음으로, 분자는 측벽(28)의 하측면을 가격하며 다시 회전자 쪽으로 향하게 된다. 여기에서, 분자의 경로는, 도시하듯이 분자가 교차 디스크를 통해서 펌프의 다음 섹션, 즉 섹션 B로 이동할 수 있게 해주는 디스크 구멍(38)과 상호작용한다.
다른 분자의 제 2 경로가 화살표 62로 도시되어 있다. 여기에서, 분자의 경로는 분자가 섹션 B에서 섹션 C로 진행될 수 있게 해주는 회전자 상의 구멍을 통과하며, 섹션 C에서 분자 경로는 이후 채널의 측벽과 상호작용하고 표면으로부터 그것이 방금 통과한 회전자 쪽으로 방출된다. 여기에서, 분자 경로는 회전자의 하류 표면과 상호작용하며 그 결과 섹션 C 내에 유지된다. 그 경로는 이후 회전자(51)로부터 제 3 회전자(52)로 이어지고, 여기에서부터 채널의 대향 측벽으로 이어지며 이후 제 3 회전자의 구멍을 통해서 섹션 D로 이어진다. 따라서, 모멘텀이 회전자의 상류 또는 하류 표면에 의해서 또는 양 표면에 의해서 가스 분자에 전달될 수 있다.
다른 분자의 제 3 경로가 화살표 64로 도시되어 있다. 여기에서, 분자는 제 2 회전자(51) 내의 구멍을 거쳐서 섹션 B로부터 섹션 C로 이동하며 채널의 측벽 상에 안착한다. 분자는 이후 측벽으로부터 방출될 때 회전자의 구멍을 통해서 섹션 B로 돌아간다. 분자는 제 2 회전자와의 추가 상호작용에도 불구하고 섹션 B를 떠나지 않는다. 본 발명의 개념을 구체화하는 펌프의 초기 연산 모델링은 이 경로가 비교적 발생할 것 같지 않지만 경우에 따라서 발생한다는 것을 나타냈다.
따라서, 펌프의 입구 내로 이동되는 가스 분자는 회전 디스크의 표면과 마주친다. 일부 분자는 구멍을 통과하며 가스 유동 경로 채널(22)의 표면을 가격한다. 그러나, 분자의 상당한 비율은 회전 디스크의 하나 이상의 표면을 가격하고, 짧은 기간 동안 그곳에 머물며, 이후 랜덤한 방향으로 표면을 떠난다. 이런 식으로 표면을 떠나는 가스 분자의 모멘텀은 디스크의 회전 운동에 의해 영향을 받으며, 분자에는 회전자의 운동 방향으로 주 성분을 갖는 모멘텀이 전달될 가능성이 있다. 그 결과, 디스크의 표면을 가격하고 떠나는 분자의 대다수는 채널 벽의 하측을 향해서 및 회전자가 채널 벽을 통과하는 지점을 향해서 내몰린다. 따라서, 분자는 최종적으로 회전자와 가스 유동 경로의 교차의 조합에 의해 펌프 기구의 출구를 향해서 내몰린다.
도 5로부터 알 수 있는 것은 가스의 압축이 스테이지 A에서 스테이지 E로 증가한다는 것이다. 스테이지 E를 향한 회전자 간격의 증가되는 감소 및/또는 회전자에 대한 측벽의 증가되는 경사각은 가스 분자가 출구를 향해서 압축되므로 펌프 효율을 유지하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 스테이지 A 내지 E에서 마주치는 다양한 압력에서는 다양한 회전자 구멍 패턴 및 투과율이 사용될 가능성이 있다.
도 6은 회전자와 측벽이 교차하는, 도 5에 도시된 영역(70)의 확대도이다. 교차 지점에서 회전자(50)는 측벽(28)의 슬롯(40)을 통과한다. 효과적인 펌핑, 즉 회전자 디스크의 일 측면으로부터 다른 측면으로의 가스 분자의 효과적인 이송을 제공하기 위해서, 펌프 설계자는 분자를 위한 잠재 복귀 경로 또는 분자가 펌프의 동일 스테이지(즉 전술한 스테이지 A 내지 E)에 효과적으로 잔류할 수 있게 하는 경로의 최소화를 고려해야 한다. 예를 들어, 가스가 유공 요소(50)를 통과하지 않고 측벽의 일 측면에서 다른 측면으로 유동하는 것을 시도 및 방지하기 위해 슬롯(40)의 폭(T)은 가능한 한 최소화되어야 한다. 또한, 회전자(50)의 두께 't'는 가스 분자의 소위 '직접 이월'을 시도 및 방지하기 위해 슬롯(40)을 통과할 때 가스 분자가 구멍 내에서 이송될 가능성을 감소시키기 위해 최소화되어야 한다. 우리의 초기 연산 모델링 결과에 의하면 1.5 내지 1.0 mm 정도의 슬롯 폭(T)과 관련하여 작동될 때 1.0 mm 내지 0.3 mm의 회전자 두께 't'가 충분한 펌핑 효율을 제공하는 것으로 나타났다. 사용 중에 원심력에 의해 초래되는 회전자 파괴를 방지하거나 회전자의 두께를 가로지르는 진동 또는 압력 차이에 의해 초래되는 회전자의 축방향 휘어짐을 방지하기 위해 요구되는 강성 및 강도 파라미터의 충족과 같은 다른 요인들이 회전자의 두께 't'에 영향을 미칠 수도 있다. 즉, T:t의 비율은 가능한 한 1에 가까워야 한다.
또한, 슬롯(40)의 길이(M)[슬롯(40)을 통과하는 회전자에 의해 바라볼 때]는 중첩 길이 'm'이 그러하듯이 펌핑 효율에 영향을 미칠 수 있다. 중첩은 회전자 디스크(50)가 채널 벽의 평면에 대해 경사지는 각도(α), 슬롯의 길이(M) 및 슬롯의 폭(T)에 종속된다. 또한, 구멍의 크기(도면에서 'd'로 도시됨), 구멍의 간격(D), 및 슬롯의 상대 길이(M) 역시 펌핑 효율에 영향을 미친다. 펌핑되는 가스의 압력 및/또는 펌프의 소요 처리량에 따라서 상이한 d:M 비율이 요구될 수도 있을 가능성이 있다. 예를 들어, 점성 유동 압력 체제에서, 초기 평가는 효과적인 펌핑을 제공하려면 'd'가 비교적 커야, 아마도 M을 초과해야 함을 보여준다. 'd'의 치수는 분자 압력 체제에서 감소될 수도 있다. 따라서, 본 발명을 구체화하는 펌프의 다양한 스테이지는 다양한 회전자 치수 및 구멍 치수를 사용할 수 있다.
교차 각도(α)는 통상적으로 도 4에 도시된 반경방향 거리(L)를 따라서 절반의 지점에서 측정된다. 그 이유는 각도가 측정되는 반경방향 위치에 따라서 각도가 달라지기 때문이다. 본 발명의 실시예는 펌핑되는 가스의 압력 및 분자가 후속 회전자 표면과 마주치기 전에 요구되는 소정 가스 유동 경로 길이에 따라서 40° 내지 5°의 각도(α)를 사용할 가능성이 있다. 통상적으로, 초기 모델링은 20° 내지 5°의 각도(α)를 갖는 펌프 기구에 대해서 이루어졌다. 물론, 펌프의 요건에 따라서 다양한 각도가 사용될 수 있다.
또한, 효과적인 펌핑을 제공하기 위해, 슬롯 폭(T)에 대한 채널 폭(l)의 비율은 고 레벨로 유지되어야 하며, 바람직하게는 점성 유동 체제에서 5를 초과해야 하고 보다 낮은 압력 체제에서는 10 이상을 초과해야 한다. 여기에서, l은 인접하는 유공 요소 사이의 거리뿐 아니라 입구 개구 사이의 거리를 측정하기 위해 사용된다.
도 7은 도 7a 내지 도 7e에서의 다양한 회전자의 세그먼트를 도시한다. 이들 도면은 구멍 형태의 다양한 예를 도시하고, 물론 본 발명은 이들 특정 구멍에 한정되지 않으며 당업자는 다양한 구성이 가능함을 알 것이다.
도 7a에는 전술한 디스크 회전자의 1/4 세그먼트(100)가 도시되어 있다. 회전자는 축(102), 내주 에지(104) 및 외주 에지(105)를 갖는다. 환형 구역(106)에는 구멍(107)의 어레이(106)가 제공된다. 구멍은 그 폭 또는 원주방향 치수보다 훨씬 큰 반경방향 길이 치수를 갖는 반경방향 슬릿으로서 구성된다.
도 7b는 공통 특징부를 나타내기 위해 동일한 도면부호가 사용되는 대체 실시예(110)를 도시한다. 그러나, 이 실시예는 구멍(107)이 원형 및/또는 계란형 형상이라는 점에서 다른 실시예들과 상이하다. 또한, 회전자 디스크의 외주 에지(105)는 파형(rippled) 에지를 가지며 이는 회전자의 전체 중량을 감소시킬 수 있다.
도 7c는 공통 특징부를 나타내기 위해 동일한 도면부호가 사용되는 다른 대체 실시예(112)를 도시한다. 그러나, 이 실시예는 구멍(107)이 원주 방향으로 연장되는 마름모꼴 또는 운동장 형상이라는 점에서 다른 실시예들과 상이하다. 또한, 외주 에지는 중량 감소에 도움이 되도록 파형 또는 톱니 프로파일(도 7b에 도시된 것과 유사)을 갖고 구성될 수 있다.
도 7d는 공통 특징부를 나타내기 위해 동일한 도면부호가 사용되는 다른 대체 실시예(114)를 도시한다. 그러나, 이 실시예는 구멍을 이격시키고 인접한 구멍들 사이의 재료 벌크를 감소시키는 보다 효과적인 방법을 제공하기 위해 구멍(107)이 육각형 형상이라는 점에서 다른 실시예들과 상이하다. 또한, 외주 에지는 중량 감소에 도움이 되도록 파형 또는 톱니 프로파일(도 7b에 도시된 것과 유사)을 갖고 구성될 수 있다.
도 7e는 공통 특징부를 나타내기 위해 동일한 도면부호가 사용되는 다른 대체 실시예(116)를 도시한다. 그러나, 이 실시예는 구멍(107)이 외주 에지에서 개방된다는 점에서 다른 실시예들과 상이하다. 즉, 구멍은 디스크를 통해서 형성되고 내주 에지(104)에 가까운 위치로부터 외주 에지(105)로 연장되는 슬릿이다. 바꿔 말해서, 이 실시예에서의 디스크는, 일정한 단면 프로파일(즉, 일정한 폭과 두께)을 갖고 허브 부분(118)으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 일련의 베인 또는 핑거형 부분(117)을 포함한다. 베인(117)은 경사진 블레이드를 형성하기 위해 평판 디스크의 평면을 벗어나서 회전되지 않음(이러한 구성은 터보 분자 펌핑 기구에 사용된 것과 유사할 것임)이 주목되며; 베인은 디스크가 채널 벽을 통과할 때 가스 분자의 이월을 감소시키기 위해 디스크의 최소 두께를 유지하도록 편평한 상태로 남아있다. 베인 사이의 공간은 본 명세서의 목적을 위한 구멍으로 지칭된다. 베인의 상면 및 하면은 펌프를 통과하는 가스 분자에 모멘텀을 전달하는 수단을 제공한다. 이것은 터보 회전자의 반경방향 평면에 대해 경사지는 회전자 블레이드의 경사면과 분자 사이의 상호작용의 결과로 모멘텀 전부가 가스 분자로 전달되는 터보-분자 펌프 블레이드에 사용되는 기구와 동일하지 않다.
도 7에 도시된 모든 실시예에서는, 구멍이 배치되는 외부 환형 반경방향 구역(106)에 인접하여 내부 환형 반경방향 구역이 제공된다. 내부 구역은 중실 재료를 포함하지만, 동등하게 디스크의 중량을 감소시키기 위해 구멍 또는 기타 수단을 포함할 수 있다. 모든 구멍은 가스 유동 경로와 교차하는 디스크 부분에 배치되어야 한다. 가스 유동 경로와 교차하는 디스크 부분에 중실 환형 내부 구역의 일부를 포함시키는 것이 유리할 수도 있다.
또한, 회전자 디스크를 가스 유동 경로의 일부에만 걸쳐서 연장되도록 구성함으로써, 채널의 플로어에 가장 가까운 유동 경로 내의 작은 외부 반경방향 구역이 회전자에 의해 점유되지 않게 하는 것이 유리할 수도 있다. 즉, 이 추가 실시예에서, 회전자는 가스 유동을 분할하거나 채널의 전체 반경방향 폭에 걸쳐서 및 그로 인해 가스 유동 경로에 걸쳐서 연장되지 않는다. 회전자의 외주 에지와 채널의 플로어 사이의 이러한 외주 갭은 5 mm 내지 10 mm 정도일 것으로 예상된다. 이러한 구성은 가스 분자가 가스 유동 경로를 따라서 회전자의 외주 주위를 통과하도록 촉진한다. 또한, 회전자의 외주 에지와 채널의 플로어 사이의 간격을 10 mm 미만으로 유지할 때, 회전자의 운동은 가스 분자가 가스 유동 경로를 따라서 소정 방향으로 내몰리도록 여전히 가스 분자 방향성에 영향을 미치거나 분자의 모멘텀에 영향을 미칠 수 있다. 이 구성에서, 유공 요소를 수용하는 가스 유동 채널 측벽 내의 슬롯은 가스 유동 채널의 플로어로 연장될 필요가 없다. 슬롯은 회전자의 외주 에지가 배치되는 지점에서 종료될 수 있다.
또한, 이 구성에서, 회전자는 구멍을 포함할 필요가 없을 수도 있으며, 이 경우 중실 교차 부재가 유공 교차 요소를 대체할 수 있다.
중실 교차 부재를 포함하는 본 발명의 실시예가 도 17 내지 도 19에 도시되어 있다. 도 17 및 도 18을 참조하면, 본 명세서에 기재된 다른 실시예들과 공통적인 특징부를 포함하는 펌프 기구(400)가 도시되어 있다. 이러한 공통 특징부는 동일한 도면 부호를 갖는다. 펌프는 축(20) 주위로 회전하도록 구성된 회전자 샤프트(32)를 포함한다. 고정자(12)는 도 4를 참조하여 전술한 나선형 가스 유동 채널을 포함한다. 샤프트 상에 배치되는 교차 요소(14)를 수용하기 위해 슬롯(40)이 제공된다. 교차 요소는 고정자 채널 부품과 스페이서 요소의 표면(36)에 의해 제공된 유동 채널과 교차하도록 구성된다. 본 명세서에서, 교차 요소(410)는 중실(투과율 값 제로)이며, 나선형 유동 채널의 폭을 가로질러 측정되는 폭(W)을 갖는다. 유동 채널은 W보다 큰 폭 치수(L)를 갖는다. 따라서, 중실 회전자 디스크(410)의 외주와 유동 채널 사이에는 폭 치수 G를 갖는 갭(412)이 제공되고,
L = W + G 이며,
상기 갭은 가스 분자가 회전자 주위를 통과할 수 있게 하고 유동 채널을 따라서 펌프의 출구(18) 쪽으로 계속 유동할 수 있게 하기 위해 제공된다. 도 18을 참조하면, 이 대체 실시예의 다른 관점이 제공된다. 갭(G)의 치수는 10 mm 정도일 수 있다. 통상적으로, 교차 요소의 폭 치수(W)는 유동 채널의 폭 치수(L)의 80% 내지 95%이다.
원주방향 갭(412)은 펌핑된 가스 분자가 출구를 향한 이동 시에 교차 부재를 통과하게 만드는 수단을 제공한다. 이러한 구성에서, 교차 부재는 가스 통과를 허용하지 않는데 이는 가스가 회전자를 통과하기 위한 수단 또는 구멍이 전혀 없기 때문이다. 오히려, 회전자의 외주(또는 주위 에지)와 채널의 플로어 사이의 갭이 가스 분자의 통과를 허용한다. 갭(412)은 회전자의 원주의 대부분(즉 회전자의 원주 주위의 180° 이상 360° 이하)에 걸쳐서 연장될 수 있다. 대체 구성에서, 갭은 회전자의 원주와 채널 플로어 사이에 제공되는 개별 개구 또는 개방 영역을 제공할 수 있는 일련의 제한된 부분 또는 초크 부분을 포함하는 것이 유리할 수도 있다. 즉, 갭의 폭은 원주방향으로 상이하게 구성될 수 있다.
유공 부재의 투과율은 주어진 유동 경로 채널과 교차하는 부재의 총 면적에 대한 가스 유동 채널과 교차하는 부재에서 구멍이 차지하는(즉, 유공 부재의 재료가 차지하는 면적을 제외한) 총 면적의 비율로서 측정된다. 따라서, 예로서 도 7에 도시된 실시예를 고려할 때, 25%의 투과율은 가스 유동 채널 내에 배치된 회전자 디스크(즉, 유공 부재)의 면적의 1/4이 개방 공간 또는 구멍을 포함한다는 것을 의미한다. 대조적으로, 80%의 투과율은 가스 유동 채널 내에 배치된 유공 부재(회전자 디스크)의 면적의 4/5가 개방 공간 또는 구멍을 포함한다는 것을 의미한다.
전술했듯이, 분자와 디스크의 상류 또는 하류 표면 사이의 상호작용에 의해 회전자로부터 가스 분자로 모멘텀이 전달되며, 상기 상류 및 하류 표면은 디스크의 평면 내에 있다. 디스크는 얇으며, 상류 표면과 하류 표면 사이의 구멍을 통과하는 가스 분자의 최소 부분만이 구멍의 수직 벽과 상호작용한다. 분자 체제 압력 레벨에서 가스 분자의 대부분(적어도 75%)은 대략 0.5 mm의 두께를 갖는 디스크의 경우에 구멍의 벽과 부딪히지 않고 구멍을 통과할 가능성이 있다. 즉, 구멍의 선단과 말단은 특히 분자 유동 압력 체제에서 구멍을 통과하는 가스 분자의 모멘텀에 거의 영향을 미치지 않는다.
회전자의 크기, 구멍 사이 간격, 및 투과율은 펌프 또는 개별 펌프 스테이지가 작동하도록 설계되는 압력을 포함하는 다수의 요인에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 분자 유동에 있어서, 구멍 간격 및 투과율은 펌프 역할을 결정하는데 있어서 덜 중요한데 그 이유는 항공역학 효과가 이들 낮은 압력에서 구멍을 통한 가스 분자의 이동을 방해하지 않기 때문이다. 즉, 점성 유동 압력 체제에서 유체 역학과 연관된 경계층, 충격파 및 기타 효과는 분자 유동 압력 체제에서 존재하지 않거나 최소화된다.
대조적으로, 점성 유동 압력 체제에서, 구멍 크기는 펌핑 기구를 통한 가스 이송을 최대화하도록 구성되어야 한다. 또한, 투과율은 점성 유동 작동을 위해 주어진 기계적 제약 내에서 증가되어야 한다. 예를 들어, 구멍의 원주 방향 크기는 고정자 측벽 내의 슬롯의 폭을 초과할 수 있다. 또한, 충분한 또는 소정의 가스 처리량 제공을 보조하기 위해, 전술했듯이, 회전자의 내주 또는 외주 에지와 가스 유동 채널의 플로어 사이에는 2 내지 10 mm의 갭이 제공될 수 있다. 따라서, 멀티 스테이지 펌프에서의 회전자 디스크의 치수 및 투과율은 펌프를 통해서 입구를 향해 이동할 때 압축되는 가스 분자로 인해 펌프를 통해서 변경될 가능성이 있으며; 입구에서의 회전자 구멍 크기 및 패턴은 출구에서의 회전자 구멍 크기 및 패턴과 다를 수 있는데 이는 출구가 더 높은 압력에서 작동하기 때문이다.
본 발명의 대체 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 여기에서, 펌프(130)는 회전자(132) 및 고정자(134)를 포함한다. 회전자(132)는 고정자(134)에 대해 축(A) 주위로 화살표 135로 도시된 방향으로 회전하도록 구성된다. 고정자는 대체로 원통형 형상이며, 실린더의 축방향 일 단부에 배치되는 입구(136) 및 축방향 타 단부에 배치되는 출구(138)를 포함한다.
회전자는 액슬(143) 상에 배치되는 중심 스핀들(142)로부터 연장되는 한 쌍의 트윈 나선형 블레이드(140)를 포함하고, 따라서 스핀들은 대체로 원통형 형상이며 고정자 실린더와 동축적이도록 구성된다. 회전자 블레이드, 고정자 실린더의 내표면(144), 및 입구에서 출구로 연장되는 스핀들의 외표면(146)에 의해 나선형 유동 경로가 형성된다. 도 8에 도시된 예에서는, 이중 나선을 형성하는 두 개의 유동 경로가 존재하며, 이들 경로는 상호 평행하게 구성된다. 그러나, 보다 많은 유동 채널 중 하나가 제공될 수 있으며 본 발명은 여기 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.
회전자 요소는 유동 경로와 교차하는 유공 고정자 요소(134)를 수용하도록 구성된 교차 슬롯(148)을 포함한다. 이 실시예에서 고정자는 유동 경로의 폭 전체에 걸쳐서 연장되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이 특징부는 필수적이지 않으며, 출구를 향한 가스 유동에 도움을 주기 위해 작은 갭이 제공될 수 있다. 회전자 내의 구멍(150)은 가스가 회전자 요소를 통해서 유동하고 유동 경로 채널을 따라서 진행되게 할 수 있다.
유동 경로의 360° 턴에 네 개의 유공 디스크가 배치된다. 임의의 개수의 유공 디스크가 이런 식으로 배치될 수 있지만, 펌프의 특정 요건에 따라서 턴당 1개 내지 8개의 디스크가 충분하다고 생각된다. 각각의 유공 요소 사이에 적층 요소(152)가 배치되며, 이 적층 요소는 복수의 디스크를 소정 간격으로 이격시키고 작동 중에 적소에 유지시키도록 작용한다. 적층 요소는 또한 유동 채널의 원통형 내표면(144)을 제공한다.
다양한 실시예의 작동 원리는 유사하다. 채널과 유공 요소의 상대 이동은 가스 분자를 펌프 출구 쪽으로 내모는 수단을 제공한다. 실시예들 사이의 차이점은 실제 공학적 해결책에서 모터에 의해 구동되는 펌프의 부분이다.
도 19를 참조하면, 회전자가 나선형 가스 유동 채널 부품을 포함하고 고정자가 교차 요소를 포함하는, 펌프(425)에 대한 대체 구성이 도시되어 있다. 이 실시예는, 교차 부재 또는 요소에 대한 차이점을 제외하고, 원칙적으로 도 8에 도시된 실시예와 유사하다. 도면에 도시된 실시예에 공통적인 특징부에는 동일한 도면 부호가 부여된다. 이 실시예(425)에서, 교차 요소(434)는 고정자(136)의 부분을 형성하고, 회전자(140)는 회전자 샤프트(143, 146) 상에 배치되는 나선형 채널을 포함한다. 회전자는 폭 치수(L)를 갖는다. 가스 유동 채널은 유동 채널 내로 거리 W만큼 연장되는 중실 교차 부재(434)에 의해 교차되며, W＞L이다. 따라서, 교차 부재(434)의 내주 에지와 회전자 사이에는 폭 치수 G를 갖는 갭(438)이 제공되고,
L = W + G 이며,
상기 갭은 가스 분자가 교차 고정자 부재 주위를 통과할 수 있게 하고 유동 채널을 따라서 펌프의 출구(18) 쪽으로 계속 유동할 수 있게 하기 위해 제공된다. 전술했듯이, 도 17 및 도 18을 참조하면, 갭(G)의 치수는 10 mm 정도일 수 있다. 통상적으로, 교차 요소의 폭 치수(W)는 유동 채널의 폭 치수(L)의 80% 내지 95%이다.
원주방향 갭(438)은 펌핑된 가스 분자가 출구를 향한 그 이동 시에 교차 부재를 통과하게 만드는 수단을 제공한다. 이러한 구성에서, 교차 부재는 가스 통과를 허용하지 않는데 이는 가스가 회전자를 통과하기 위한 수단 또는 구멍이 전혀 없기 때문이다. 오히려, 회전자의 외주(또는 주위 에지)와 채널의 플로어 사이의 갭이 가스 분자의 통과를 허용한다. 갭(434)은 교차 부재의 내주의 대부분(즉 내주 주위의 180° 이상 360° 이하)에 걸쳐서 연장될 수 있다. 대체 구성에서, 갭은 회전자와 교차 부재 사이에 제공되는 개별 개구 또는 개방 영역을 제공할 수 있는 일련의 제한된 부분 또는 초크 부분을 포함하는 것이 유리할 수도 있다. 즉, 갭의 폭은 원주방향으로 상이하게 구성될 수 있다. 이 구성은 고정자가 회전자를 포함하는 중심 코어 주위에 끼워지는 둘 이상의 부분으로 제조될 수 있게 한다.
비교적 작은 크기를 갖거나 높은 압력에서 작동하는 본 발명의 실시예는 제 2 실시예를 활용할 수 있는 반면에 비교적 큰 펌프를 갖거나 낮은 압력에서 작동하는 본 발명의 실시예는 제 1 실시예를 활용할 수 있는 것이 가능하다. 또한, 저압 스테이지와 고압 스테이지가 동일 구동 액슬 상에 배치되고 저압 스테이지(분자 유동 압력 체제)는 제 1 실시예를 포함하며 고압 스테이지(이행성 및/또는 점성 유동 압력 체제)는 제 2 실시예를 포함하는 식으로 동일 펌프에서 양 실시예를 활용하는 혼성 구조를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.
대체 진공 펌프 기구(180)가 도시되어 있는 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12를 참조하여 제 3 실시예가 개략 도시된다.
도 9를 참조하면, 설명을 돕기 위해 회전자 요소(182)가 고정자 요소(184)로부터 분리 도시되어 있다. 회전자(182)는 디스크형 부재(188)가 장착되는 구동 스핀들(186)을 포함한다. 디스크 부재(188)는 상면(190)과 하면(192)을 갖는다. 회전자는 화살표로 도시하듯이 축(194) 주위로 회전하도록 구성된다. 일련의 동심 유공 스커트 요소(195)가 디스크 부재의 하면으로부터 연장되도록 구성된다. 가스가 외부 섹션과 내부 섹션 사이에서 스커트를 통해 유동할 수 있도록 각각의 스커트를 통해서 구멍(196) 어레이가 배치된다. 도 9에서는 하나의 스커트만 볼 수 있다.
고정자 요소(184)는 회전자와 협력하고 사용 중에 가스를 입구(198)로부터 출구(200) 쪽으로 내몰도록 구성된다. 고정자 요소는 회전자의 디스크 부재의 하면(192)과 대면하는 상면(204)을 갖는 디스크 부재(202)를 포함한다. 상면으로부터 상방으로 벽(206)이 회전자의 스커트 부재(195)의 축방향 길이와 동일한 거리만큼 연장된다. 회전자 스커트 요소를 수용하기 위해 벽에는 슬롯(208)이 제공된다. 벽(206)의 표면, 고정자 디스크의 상면(204), 및 회전자 디스크의 하면(192)은 가스 분자를 입구(198)로부터 펌프의 출구(200)를 향해 안내하도록 구성된 유동 채널을 형성한다. 유동 채널은 본 실시예에서 나선형 형태를 가지며, 이 채널은 입구와 출구 사이에서 하나 이상의 회전자 스커트 요소(195)와 교차된다.
도 11은 도 10에 도시된 조립된 펌프의 축방향 단면도이다. 여기에서, 출구(200)는 고정자의 중심에서 볼 수 있다. 이 구성은 도면에 도시된 펌프 기구의 하류에 배치되는 후속 펌프 기구를 갖는 펌프 설계로 이어진다. 이러한 구성에서는, 펌프 시스템 효율을 향상시키기 위해 다수의 펌핑 기구가 단일 모터에 의해 구동될 수 있다. 도면에는 네 개의 회전자 스커트가 도시되어 있는데, 이들 회전자 스커트는 모두 상호 동심적으로 및 회전축(194)과 동심적으로 배치된다. 가스 유동 경로는 화살표 210으로 도시되며, 회전자 스커트(195)가 유동 경로와 교차하는 것으로 도시되어 있다. 도 12는 도 10에 도시된 펌프 기구의 반경방향 단면도이다. 이해를 쉽게 하기 위해 동일한 도면 부호가 사용되었다.
작동 중에 회전자 요소와 고정자 요소의 상대 이동은, 고정자 요소가 적절한 하우징 내에 고정 유지되는 동안 회전자 요소를 전기 모터로 구동시킴으로써 달성된다. 소개되는 챔버 내의 가스 분자는 입구(198)를 향해서 이동하며, 회전 스커트의 표면과 상호작용하는 일체의 분자는 그 모멘텀이 회전자의 운동에 의해 영향받는다. 따라서, 분자는 나선형 유동 경로를 따라서 출구 쪽으로 내몰린다. 가스 분자는 회전자 내의 구멍을 통과하고 그로부터 출구를 향해 이동할 수 있다. 예리한 교차 각도(즉, 회전자 스커트가 가스 유동 채널과 교차하는 각도이며 특히 나선의 피치에 의해 결정되는 각도)의 속성은 펌프를 통과하는 가스를 압축하는데 효과적인 기구를 제공한다. 따라서, 제 3 실시예에 의하면 반경류 펌프가 제공된다.
이 실시예는 전술 및 후술되는 것과 동일한 원리로 작동한다. 따라서, 펌프가 작동할 것 같은 파라미터를 고려할 때 유사한 설계 검토사항이 고려되어야 한다. 예를 들어, 회전자 스커트의 두께는 가스 이월 정도를 제어하도록 최소화되어야 한다. 마찬가지로, 유사한 이유로 슬롯 폭도 최소화되어야 한다. 그러나, 이 실시예에서, 디스크로부터 축방향으로 연장되는 스커트의 구성은 회전자의 속도가 증가할 때 문제를 야기할 수 있으며; 회전자는 일 단부에서만 지지되는 스커트에 작용하는 원심력으로 인해 사용 중에 직경이 증가할 수 있다. 따라서, 설계자는 회전자의 제조를 위해, 적절한 강도 대 중량 비율(strength to weight ratios)을 나타내는 재료를 포함하는 특정 재료로 한정될 수 있다. 회전자를 적절히 강화시키는 것을 보조하기 위해 다른 특징부가 회전자 내에 설계될 수 있다. 예를 들어, 스커트는 디스크 부재 상에 장착되는 지점에서 두꺼운 단부를 갖도록 테이퍼질 수 있다.
본 발명의 다른 대체 실시예가 도 13 및 도 14에 도시되어 있다. 여기에서, 진공 펌프 기구(250)는 복합 펌프를 형성하기 위해 세 개의 개별 스테이지를 포함하며, 펌프 기구의 적어도 일부가 본 발명의 개념을 포함한다.
도 13을 참조하면, 고정자의 일부가 도면에서 배제되는 절취 형태로 펌프가 도시되어 있다. 펌프는 입구(252)와 출구(254)를 포함한다. 입구 스테이지(256)는 하나 이상의 터보-분자 회전자 블레이드 스테이지(258)를 포함한다. 중간 스테이지(260)는 본 명세서에 기재되는 본 발명의 개념에 따른 진공 펌프 기구를 포함한다. 출구 스테이지(262)는 하나 이상의 원심 펌프 스테이지(264)를 포함한다. 펌프의 회전자 섹션은 화살표로 도시하듯이 축(R) 주위로 회전하도록 구성된다. 물론, 입구 및 출구 스테이지(256, 262) 각각은 펌프의 용도 및 특정 요건에 따라서 임의의 적절한 펌핑 기구에 구성될 수 있다. 예를 들어, 입구 스테이지는 터보-분자 펌프 기구에 한정되지 않고 출구 스테이지는 원심 기구에 한정되지 않으며; 출구 스테이지는 또한 예를 들어 Gaede, Siegbahn 또는 Holweck 기구 또는 이들 형태의 펌핑 기구의 임의의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 대표적인 또는 와류 공기역학 펌프 기구도 적절한 것으로 간주될 수 있다. 또한, 필요할 경우 적절한 배킹(backing) 펌프가 출구에 제공될 수 있다.
도 14는 회전축(R)을 따라서 취한 펌프의 단면도이다. 모든 회전자 요소, 즉 터보-분자 블레이드(258), 유공 회전자 디스크(265) 및 원심 회전자 요소(264)는 스핀들 또는 액슬(268) 상에 장착된다. 회전자 요소들을 제 위치에 유지시키기 위해 다양한 회전자 요소 사이에 스페이서 요소(270)가 배치된다. 고정자(272)는 펌프 고정자를 형성하기 위해 회전자 주위에 배치되는 적어도 두 개의 세그먼트로 형성된다. 고정자는 전술한 가스 유동 채널을 형성하는 적절한 부품(274)을 포함한다. 또한, 필요한 원심 고정자 부품(276) 및 추가 터보-분자 고정자 부품(도시되지 않음)과 같은 추가 고정자 부품이 포함될 수 있다. 추가로, 각각의 세그먼트는 하나의 가스 유동 채널의 출발점을 포함하며, 따라서 이 구성에서 세그먼트의 개수는 가스 유동 채널의 개수와 동일하다.
도 13에 도시된 실시예에서, 고정자는 여섯 개의 세그먼트로 구성되지만 이 절취도에는 세 개만 도시되어 있다. [물론, 이러한 분절식(segmented) 고정자 구조는 본 명세서에 설명되는 임의의 실시예에 적용될 수 있다]. 도 16을 참조하면, 두 개의 세그먼트(330, 332) 각각은 협력하는 충합면(334, 335)과 세그먼트를 소정 구조로 설치하기 위한 수단(336)을 포함한다. 충합면, 또는 인접하는 세그먼트(330, 332) 사이의 접합부의 위치는 가스 유동 채널 측벽의 섹션(338)의 종점과 일치하도록 구성된다. 가스 유동 채널의 일부(339)는 또한 충합면을 지나서 연장되고 접합부를 가로질러 돌출하여 인접 세그먼트(332)와 협력하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 슬롯(40)의 하류에 배치되는 가스 유동 채널 측벽(340)의 초기 부분(342)은 돌출 부분(342)을 포함할 수 있다. 그 결과, 각각의 인접한 세그먼트의 측벽 채널의 돌출 부분은 회전자(50)를 수용하는 슬롯 길이를 형성 또는 연장하도록 구성된다.
도 15는 본 발명을 구체화하는 펌프의 다른 구성을 도시한다. 여기에서, 펌프 기구(300)는 본 발명의 개념에 대한 이해를 돕기 위해 절취 형태로 도시되어 있으며; 고정자(302)의 하나의 절반부가 도시되고 하나의 회전자 디스크(304)만 도시되어 있다. 회전자 액슬 및 추가 회전자는 이 도면에 도시되어 있지 않다.
고정자는 여섯 개의 세그먼트(306)로 구성되며, 그 중 세 개가 도 15에 도시되어 있다. 각각의 고정자 세그먼트는 입구(308)를 포함하며, 따라서 조립될 때 여섯 개의 시동 펌프 기구를 제공한다. 이 실시예에서, 고정자 세그먼트는 충합면(310)을 따라서 접합되도록 상호 충합된다. 조립된 고정자는 대체로 원통형 형상이며, 원통형 내표면(312)은 가스 유동 채널의 플로어를 제공한다. 원통형 내표면으로부터 내측으로 연장되는 일련의 반경방향 부재(314)에 의해 다수의 채널 벽이 형성된다. 벽과 채널 플로어가 함께 가스 유동 채널을 형성하며, 이 가스 유동 채널은 도 15의 실린더의 베이스에서 입구(308)와 출구(315) 사이에서 연장된다. 가스 유동 채널은 대체로 나선형 형상이지만, 벽(314)의 구조로 인해 계단 프로파일을 따른다. 따라서, 유동 채널은 원주 방향으로 잇따르는 섹션들 및 축방향 또는 종방향으로 잇따르는 섹션들을 갖는다. 벽의 종방향 부분(316)은, 이미 전술한 형태와 유사한, 유공 회전자 디스크(320)를 수용하도록 구성된 슬롯(318)을 포함한다. 이 실시예에서, 회전자 디스크(320)는 유동 채널의 전체적인 방향과 예각으로 교차하지만, 채널 벽을 통해서 수직하게 이동한다.
도 20 내지 도 22를 참조하면, 본 발명의 다른 추가 실시예가 제공된다. 도 20에서, 펌프 기구(450)는 도 8에 도시된 기구의 동일한 원리에 기초하여 회전자 요소(452) 및 고정자 요소(454)를 포함한다. 전술했듯이, 가스 분자는 채널의 상부에서 기구 또는 장치에 진입하며, 펌프 작동 중에 도시하듯이 채널의 바닥을 향해서 내몰린다. 이 실시예에서, 회전자 요소는 허브(456) 주위에 나선형 경로로 이동하는 열네 개의 채널을 포함한다. 이들 채널은 허브로부터 반경 방향으로 연장되는 경사진 핀 또는 베인(458)에 의해 형성되며, 각각의 채널은 채널의 폭을 가로질러 허브 주위로 연장되는 편평한 유공 메쉬 요소(454)에 의해 교차된다. 펌프의 스테이지들은 각각의 스테이지가 반경방향으로 연장되는 일련의 베인에 의해 형성되도록 직렬로 배치되며, 고정자 요소에 의해 교차된다. 일반적으로, 인접하는 회전자 요소들은 유공 디스크를 포함하는 하나 이상의 고정자 요소에 의해 교차되는 연속 채널을 형성하도록 정렬된다. 점선 459 및 460은 채널의 경로를 나타내며 채널의 나선형 속성을 도시한다. 채널은 출구를 향해서 좁아지며 따라서 베인의 각도는 출구를 향해서 편평하다. 유공 요소는 일정한 반경방향 및 원주방향 불투과율을 가지며, 규칙적인 패턴으로 배치되는 원형 개구를 갖는다. 각각의 개구의 직경은 고정자 요소의 외측 에지로 갈수록 증가한다. 회전자는 화살표 A로 도시하듯이 회전 방향으로 구동된다.
도 21을 참조하면, 펌프 효율을 향상시키기 위해 베인의 선단 및 말단에 모떼기(C)가 형성된다. 모떼기는, 가스 분자가 유공 고정자 요소를 수용하는 베인의 슬롯을 통과함으로 인해 발생할 수도 있는 일체의 난류를 감소시키기 위한 일환으로 (도 6에도 나타나 있듯이) 고정자가 채널과 교차할 때 통과하는 슬롯의 길이(M)를 감소시킨다.
또한, 메쉬 요소의 상류측에서의 베인의 말단은 메쉬 회전자의 하류측에서의 베인의 인접한 선단과 동일한 반경방향 위치에 배치된다. 이 구성에 의하면 메쉬 요소가 채널과 교차하는 지점에서 나선형 채널에 계단이 형성된다. 실험 결과, 이 구성은 나선형 채널을 형성하는 인접한 요소들 사이에 메쉬 요소를 수용하도록 구성된 갭이 최소화되는 효과적인 진공 펌핑 기구를 제공하는 것으로 나타났다.
회전자는 공지된 터보분자 진공 펌프에서 이미 사용되는 종류의 능동 및/또는 수동 자기 부양 베어링을 사용하여 장착될 수 있다. 이러한 경우에는, 회전자가 가속 또는 감속될 때 채널 베인 사이에 메쉬 고정자 요소를 수용하기 위해 충분한 공간이 제공되는 것이 중요하다. 자기 베어링 상에 장착되는 회전자는 펌프 작동의 기동 국면 또는 정지 국면 중에 축방향 운동을 겪을 수 있으며, 따라서 이 운동을 수용하고 펌프 부분의 충돌을 감소 또는 방지하기 위해서는 충분한 공간이 요구된다. 물론, 인접한 채널 사이에서의 가스 이월 가능성을 감소시키기 위해 슬롯 폭을 최소로 유지하는 것이 중요하다. 메쉬 요소와 대면하는 베인의 표면에는, 갭이 최소화되도록 보장하기 위해 펌프의 작동 사이클 중에 변위 또는 연마되는(예를 들어, 제조 현장으로부터 출하되기 전에 펌프 검사 중에 연마가 발생할 수도 있음) 직립 희생 요소 또는 코팅이 제공될 수 있다. 그러나, 일체의 결과적인 폐기물은 펌프로부터 쉽게 제거되어야 한다.
본 발명은 여러가지 면에서 공지된 펌프 기구와 다르다. 예를 들어, 공지된 드래그 기구(Holweck, Siegbahn 또는 Gaede 기구 등)는 동일 평면에 배치되거나 동심적으로 배치되는 회전자 요소 및 고정자 요소에 의해 작동된다. 본 명세서에 기재되는 본 발명에서, 회전자 요소 및 고정자 요소가 이 일반 원칙에 부합하지 않지만 대조적으로 회전자 요소 및 고정자 요소가 상호 교차하도록 구성되는 것은 명백하다. 예를 들어, 가스 유동 경로가 고정자 내의 나선형 채널에 의해 대체로 펌프의 축을 따라서 형성되는 경우에, 회전자는 채널과 교차하고 가스가 축방향 유동 경로를 따르도록 회전자를 통해서 유동되게 할 수 있는 대체로 반경방향 구조로 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예는 고정자 또는 회전자(사용되는 구성에 따라서)가 편평하고 다른 상보적 요소보다 훨씬 더 얇다는 점에서 공지된 터보분자 펌프와 다르다. 고정자 블레이드가 회전자 블레이드와 반대 방향으로 향하도록 배치되는 것을 제외하고 고정자 블레이드와 회전자 블레이드가 통상적으로 동일하도록 달리 작동하는 터보 블레이드와 대조적으로, 분자와 스피닝 디스크 회전자의 상면 또는 하면의 상호작용에 의해서 가스 분자에 모멘텀이 전달될 수 있다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 나선형 채널을 구체화하는 베인의 공간 코드 비율은 4 이상이어야 하며, 바람직하게는 5 또는 그 이상이어야 한다. 펌프의 배기 스테이지에서, 공간 코드 비율은 5를 초과하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 6 이상이어야 한다. 공간 코드 비율은 터보분자 펌프 설계자에 의해 사용되는 공지된 척도이며, 베인의 축방향 높이(H)에 대한 인접한 베인들의 선단 사이의 원주방향 거리(S)(통상 베인을 따라서 중간 지점에서 측정됨)의 비율로 받아들여진다. 즉, 펌프는 채널 부재로부터 연장되어 나선형 채널을 형성하는 다수의 베인을 포함하며, 이들 베인은 채널 부재의 축을 따라서 단계적으로 배치되고 따라서 스테이지는 교차 요소 또는 디스크에 의해 분리되는 바, 즉 인접한 스테이지 사이에 교차 요소가 배치된다. 동일 스테이지 내의 베인의 공간 코드 비율은 4 이상이다.
또한, 디스크 형태의 유공 요소의 두께와 직경의 애스펙트 비율(aspect ratio)은 0.02 미만, 바람직하게 0.01 미만이도록 구성되어야 한다. 즉, 유공 디스크 요소(고정자로 작용하든 회전자로 작용하든 간에)의 축방향 두께는 디스크 직경의 1/50 미만, 보다 바람직하게는 직경의 1/100 미만이어야 한다. 또한, 인접한 디스크 사이의 간격에 대한 디스크 두께의 비율은 0.10 미만이어야 한다. 즉, t:l의 비율(또한 도 4 및 도 6을 각각 참조)은 펌프 특징에 따라서 적어도 1:5 이상, 바람직하게 1:10 이상, 가장 바람직하게 1:20 이상이어야 한다. 그 결과, 디스크들은 채널 부재의 축을 따라서 나란히 거리(l)만큼 이격되며, 이 간격은 디스크의 축방향 두께의 10배 이상이다. 통상적으로, 공지된 터보분자 펌프는 인접한 회전자 요소 및 고정자 요소가 동일하거나 유사한 치수를 갖도록 구성된다.
본 발명의 추가 실시예 및 적응예는 청구범위에서 한정되는 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 당업자에 의해 고려될 것이다. 예를 들어, 펌프 기구는 소위 분할 유동 구성이 가능하도록 펌프 스테이지 사이에 중간 스테이지 섹션을 포함할 수 있다. 즉, 펌프는, 차등적으로 펌핑되는 질량 분석 장치에 의해 종종 요구되듯이 펌프가 챔버를 상이한 압력에서 소개시킬 수 있도록 축방향 길이를 따라서 배치되는 둘 이상의 개별 입구를 가질 수 있다.
또한, 펌프는 가스 유동 채널의 종점에서 유공 회전자 디스크가 가스 유동 채널과 교차하도록 구성될 수 있음을 알아야 한다. 즉, 회전자는 채널의 최후 단부에 배치되며 채널 벽은 회전자를 지나서 회전자의 하류 위치로 연장되지 않는다. 이 구성에서, 채널 벽 내의 슬롯은 필요하지 않다. 그러나, 회전자에 가장 가까운 벽의 단부는 채널 벽에 가장 가까운 디스크의 표면에 가능한 한 근접하여 배치되어야 한다. 이 구성은 또한 다단 펌프를 형성하기 위해 상하로 적층될 수 있는 펌프 요소의 모듈형 구조를 가능하게 한다.
또한, 이상 설명된 모든 실시예는 교차하는 회전자의 양쪽에 가스 유동 채널 벽이 정렬 배치되는 상태로 구성된다. 그러나, 채널 벽 정렬은 펌프가 작동하기 위해서 필수적이지 않다. 예를 들어, 특히 분자 유동 압력 체제에서 작동할 때, 회전자의 양쪽에서의 가스 유동 채널 벽의 오정렬은 펌프의 작동을 배제시킬 것이다. 가스 분자는 여전히 유공 회전자를 통해서 다음 하류 섹션으로 이동이 가능할 것이다.
또한, 유공 요소의 두께는 외측 에지를 향해서 또는 유공 요소가 구동 샤프트 또는 액슬에 결합되거나 인접하는 지점으로부터 가장 멀리 배치되는 에지를 향해서 테이퍼질 수도 있다. 따라서, 테이퍼진 회전자 디스크의 경우에, 상류 및 하류 표면은 180°에 근접하는 정점 각도를 갖는 매우 얕은 원추로서 형성된다. 즉, 테이퍼진 디스크는, 중심에서 가장 크고 디스크의 주위 에지를 향해서 테이퍼지는 두께를 갖는 디스크를 형성하기 위해 등을 맞대고 장착되는 두 개의 얕은 원추로서 구성된다. 본 발명의 목적을 위해서, 상류 및 하류 표면은 테이퍼진 유공 요소가 사용될 때에도 편평하다고 일컬어진다. 테이퍼진 원통형 유공 요소가 사용되는 경우에도 마찬가지이며, 이 경우 상류 및 하류 표면은 유공 요소에 단면 테이퍼가 제공되어도 실린더의 평면 내에 있는 것으로 간주된다.
추가로, 다수의 교차 요소를 포함하는 펌프는 투과율 제로인 교차 부재 또는 요소(즉, 교차 부재의 내주 또는 외주 에지와 채널 플로어 사이에 배치되는 갭을 갖도록 구성된 중실 요소)를 포함하는, 펌프 전체에 걸쳐서 상이한 투과율 값을 갖는 교차 요소를 포함하도록 구성될 수 있다. 교차 요소의 개수, 위치 및 종류는 펌프의 설계 및 용도에 종속된다. 예를 들어, 펌프가 구멍 주위 재료를 부식 제거하여 구멍의 개구 크기를 증가시킴으로써 유공 교차 요소의 투과율을 변경할 수 있는 부식 가스를 전달할 것으로 예상되면 중실 교차 부재가 사용될 수도 있다. 대안적으로, 펌핑되는 가스에 다량의 먼지 또는 응축성 물질이 혼입되어 교차 요소 상의 퇴적물이 구멍을 막을 수 있을 것으로 예상되면 중실 교차 부재가 사용될 수 있다.
또한, 중실 교차 부재의 사용은 펌프 설계자가 최소 이월 체적을 갖는 교차 부재를 제공할 필요가 있을 경우에 유리할 수 있다. 또한, 중실 교차 부재는 제조하기가 비교적 용이하며, 제조 또는 수리 과정 중에 조달 또는 취급하기가 더 저렴하다. 또한, 중실 교차 부재는 고압 진공 펌프 또는 고압 스테이지(대기압 또는 그보다 낮은 압력에 있는)에 사용되거나 펌프 내에서의 가스 압축의 결과로서 배기 스테이지를 통과하는 가스의 체적이 펌프에 진입하는 가스의 체적보다 적은 다단 펌프의 배기 스테이지에 사용될 수도 있을 것 같다. 따라서, 가스 분자가 교차 부재의 내주 또는 외주 에지 주위로 전달될 수 있으며, 효과적인 펌핑을 위해서 구멍 개구가 필요하지 않을 수도 있다.
전술한 내용과 현존하는 기술을 고려할 때, 본 발명의 개념은 본 발명자들의 이름으로 취해진 본 발명에 기초한 진공 펌프 기술 및 기구에 크게 기여할 것으로 믿어진다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 이후 Schofield 펌프로 지칭될 수 있다.
조항들
1. 기구를 갖는 진공 펌프에 있어서,
채널 부재의 표면 상에 형성된 채널과 교차하도록 구성된 교차 요소를 포함하고, 상기 채널은 가스 분자를 펌프의 입구로부터 출구를 향해 안내하도록 구성되며,
상기 교차 요소와 채널 부재는 사용 중에 가스 분자를 채널을 따라서 출구 쪽으로 내몰기 위해 서로에 대해 이동하도록 구성되고, 상기 교차 요소는 가스 분자가 이를 통해서 또는 그 주위로 이동할 수 있도록 구성되며, 상기 교차 요소는 가스 분자와 상호작용하도록 구성된 상류 및 하류 표면을 갖고, 상기 표면들은 교차 요소의 평면 내에 있고 돌출부가 없는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
상기 채널 부재는, 교차 요소가 채널과 교차하는 지점에서 교차 요소를 수용하도록 구성되고 채널의 벽에 배치되는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
3. 제 2 항에 있어서,
상기 교차 요소는 구멍을 가지며, 상기 슬롯은 유공 교차 요소가 채널과 교차하는 지점에서 유공 교차 요소가 채널을 완전히 분할할 수 있도록 적어도 채널의 깊이를 가로질러 연장되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
4. 제 1 항에 있어서,
상기 채널 부재는 원통형이고, 상기 채널은 채널 부재의 양 단부에 배치되는 입구와 출구 사이에 나선형 가스 유동 경로를 형성하도록 내표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
5. 제 1 항에 있어서,
상기 채널 부재는 반경방향 표면을 포함하며, 상기 반경방향 표면의 내주와 외주 사이에 나선형 가스 유동 경로를 제공하기 위해 상기 반경방향 표면 상에 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 교차 요소는 돌출부가 없는 상류 및 하류 표면을 갖는 그 평면 내에 갖는 디스크를 포함하는 유공 요소인 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 교차 요소는 돌출부가 없는 상류 및 하류 표면을 그 평면 내에 갖는 실린더를 포함하는 유공 요소인 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교차 요소는 상류 및 하류 표면을 포함하고, 상기 교차 요소의 표면들은 돌출부가 없으며 디스크 또는 실린더의 평면 내에 있는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
9. 제 1 항, 제 6 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 교차 요소의 상류 및 하류 표면은 가스 분자에 모멘텀을 전달시키는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교차 요소 또는 유공 요소는 주위 에지를 포함하고, 가스가 교차 요소를 통과할 수 있도록 교차 요소의 주위 에지 사이에 갭이 제공되거나, 구멍의 적어도 일부가 주위 에지에서 개방되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
11. 제 10 항에 있어서,
상기 갭은 내주 또는 외주 에지의 대부분의 주위로 연장되도록 구성되거나, 상기 개방 구멍은 내주 에지를 향해서 반경방향으로 연장되며, 따라서 인접하는 개방 단부형 구멍 사이에 배치되는 상류 및 하류 표면의 일부는 편평한 반경방향 베인을 형성하도록 내주 또는 외주 에지를 향해서 연장되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교차 요소는 2 mm 미만, 또는 1.5 mm 미만, 또는 1 mm 미만, 또는 0.5 mm 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구멍은 디스크의 표면에 수직한 방향으로 유공 요소를 통해서 연장되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유공 요소는 다수의 구멍이 배치되는 부분을 포함하며, 환형 부분의 투과율은 반경방향으로 또는 종방향으로 변경되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
15. 제 14 항에 있어서,
상기 투과율은 디스크의 중심에서 반경방향으로 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
16. 제 14 항에 있어서,
상기 투과율은 구멍의 크기를 변경하거나, 구멍의 각도 간격을 변경하거나, 구멍의 원주방향 간격을 변경하는 함수로서, 또는 그 임의의 조합의 함수로서 변경되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
17. 제 1 항에 있어서,
상기 교차 요소에 결합되는 스핀들을 추가로 포함하며, 상기 스핀들은 교차 요소와 동축적으로 배치되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
18. 제 17 항에 있어서,
상기 스핀들은 다수의 교차 요소에 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
19. 제 18 항에 있어서,
상기 다수의 교차 요소의 각각은 스핀들의 축방향 길이를 따라서 개별 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
20. 제 17 항에 있어서,
상기 다수의 교차 요소의 각각은 스핀들의 반경방향 요소 상의 개별 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스핀들은 절두원추형, 계단형, 총탄형 및 원통형 중 어느 하나 또는 그 임의의 조합인 축방향 프로파일을 형성하기 위해 회전축을 따라서 변경되는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
22. 제 21 항에 있어서,
상기 스핀들의 직경은 축방향 길이를 따라서 펌프 출구로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
23. 제 18 항에 있어서,
상기 교차 요소 또는 유공 요소는 제 1 교차 또는 유공 디스크가 펌프의 입구에 최근접하여 배치되고 제 2 교차 또는 유공 디스크가 펌프의 출구에 최근접하여 배치되도록 원통형 이격 요소에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
24. 제 23 항에 있어서,
제 1 유공 디스크는 제 2 유공 디스크에 비해서 높거나 낮은 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
상기 교차 또는 유공 요소는 이격 요소를 거쳐서 스핀들에 결합되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
26. 제 21 항 또는 제 24 항에 있어서,
제 2 유공 디스크의 중실 내측 부분은 제 1 유공 디스크의 중실 내측 부분에 비할 때 회전축으로부터 더 멀리 반경 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
교차 또는 유공 요소의 상류에 사용되도록 배치되는 터보-분자 블레이드 섹션을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
교차 유공 요소의 하류에 사용되도록 배치되는 제 2 펌프 섹션을 추가로 포함하며, 상기 제 2 펌프 섹션은 재생 펌프 섹션, 원심 펌프 섹션, Holweck, Siegbahn 또는 Gaede 드래그 펌프 기구, 또는 그 임의의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
교차 또는 유공 요소는 알루미늄, 알루미늄 합금, 스틸, 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP), 또는 티타늄을 포함하는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
유공 요소를 통해서 배치되는 구멍은 원형, 세장형, 계란형, 육각형, 장방형, 사다리꼴 또는 다각형 형상을 갖는 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
31. 제 7 항에 있어서,
상기 유공 실린더는 채널 챔버와 동심적으로 배치되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
32. 제 31 항에 있어서,
교차 슬롯이 원형 경로를 따라서 연장되며 회전자가 슬롯 내에 수용되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
채널 부재의 상류에 배치되는 터보-분자 블레이드형 회전자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
채널 부재의 하류에 배치되는 제 3 펌핑 스테이지를 추가로 포함하며, 상기 제 3 펌핑 스테이지는 원심 펌핑 스테이지, Holweck 드래그 기구, Siegbahn 드래그 기구, Gaede 드래그 기구, 또는 재생 펌프 기구 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
교차 요소는 채널의 대부분과 교차하기 위해 채널을 가로질러 연장되도록 구성되며, 따라서 교차 요소와 채널의 일부 사이에 갭이 제공되어 사용 중에 가스 분자가 상기 갭을 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
36. 제 35 항에 있어서,
상기 교차 요소는 구멍이 없는 중실 디바이스인 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
교차 및/또는 유공 요소는 펌프 회전자이며 채널 부재는 펌프 고정자인 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
38. 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
교차 또는 유공 요소는 펌프 고정자이며 채널 부재는 펌프 회전자인 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
39. 제 37 항의 유공 요소 또는 제 38 항의 채널 부재에 따른 진공 펌프 회전자.
40. 제 37 항의 채널 부재 또는 제 38 항의 유공 요소에 따른 진공 펌프 고정자.
41. 진공 펌프에 있어서,
입구,
출구,
교차 부재,
채널 부재, 및
모터를 포함하며,
상기 채널 부재는 그 위에 채널이 형성되는 표면을 포함하고, 상기 채널은 가스 분자를 입구에서 출구 쪽으로 안내하도록 구성되며,
상기 교차 부재는 채널과 교차하도록 구성되고,
상기 교차 부재는 돌출부가 없는 상류 및 하류 표면을 포함하며,
상기 교차 부재의 상기 채널과 교차하는 부분은 2 mm 미만의 두께를 갖고,
상기 모터는 교차 부재와 채널 부재의 상대 이동을 초래하도록 구성되며 따라서 사용 중에 상기 상대 이동은 가스 분자가 채널을 따라서 출구 쪽으로 내몰리게 하고, 상기 교차 부재는 가스 분자가 이를 통해서 또는 그 주위로 이동할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는
진공 펌프.
42. 진공 펌프 기구에 있어서,
구동 모터에 결합되고, 가스 분자가 따라서 펌핑될 수 있는 축 주위로 회전할 수 있는 회전자, 및
상기 축에 동심적으로 배치되는 고정자를 포함하며,
상기 고정자와 회전자 각각은 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 상기 축 주위로 종방향으로 소정 길이 연장되고 상기 회전자는 고정자의 제 2 표면과 대면하도록 구성된 제 1 표면을 포함하며,
상기 고정자에는 고정자 및 회전자의 제 1 단부에서의 입구와 고정자 및 회전자의 제 2 단부에서의 출구 사이에 나선형 가스 유동 경로를 형성하기 위해 제 2 표면에서 제 1 표면으로 연장되는 제 3 표면이 배치되고,
상기 회전자는 출구에 배치되고 제 1 표면과 제 2 표면 사이에서 연장되는 가스 투과성 디스크형 반경방향 부재를 포함하며, 상기 반경방향 부재는 회전하여 가스 분자에 모멘텀을 부여하도록 구성되고, 상기 반경방향 부재는 제 3 표면의 단부 부분으로부터 2 mm 미만을 축방향으로 변위되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프 기구.
43. 진공 펌프 기구에 있어서,
가스 분자를 입구에서 출구 쪽으로 내몰기 위해 제 2 펌핑 요소와 협력하도록 구성된 제 1 펌핑 요소를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 펌핑 요소는 축 주위로 서로에 대해 이동하도록 구성되며,
상기 제 1 펌핑 요소는 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 갭을 형성하기 위해 제 2 펌핑 요소의 제 2 표면과 대면하여 축 주위에 배치되는 제 1 표면을 가지며,
상기 제 1 펌핑 요소는 제 1 표면으로부터 갭을 가로질러 제 2 표면으로 연장되는 환형 스크린을 추가로 포함하고, 상기 스크린은 가스 분자에 대해 투과적이며,
상기 제 2 펌핑 요소는, 제 2 표면 상에 배치되고 갭을 가로질러 제 1 표면으로 연장되며, 펌핑되는 가스 분자가 따라서 이동할 수 있는 나선형 경로를 제 1 및 제 2 표면 사이에 형성하는 나선형 벽을 추가로 포함하고,
상기 환형 스크린은 나선형 벽의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프 기구.
44. 진공 펌프 기구에 있어서,
가스 분자를 입구에서 출구 쪽으로 내몰기 위해 제 2 펌핑 요소와 협력하도록 구성된 제 1 펌핑 요소를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 펌핑 요소는 축 주위로 서로에 대해 이동하도록 구성되며,
상기 제 1 펌핑 요소는 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 갭을 형성하기 위해 제 2 펌핑 요소의 제 2 표면과 대면하여 축 주위에 배치되는 제 1 표면을 가지며,
상기 제 1 펌핑 요소는 제 1 펌핑 요소와 제 2 표면 사이에 환형 개구가 제공되어 가스 분자가 개구를 통해서 출구를 향해 이동할 수 있도록 제 1 표면으로부터 갭을 가로질러 제 2 표면 근처 위치로 연장되는 환형 스크린을 추가로 포함하고, 상기 스크린은 가스 분자에 대해 비투과적이며,
상기 제 2 펌핑 요소는, 제 2 표면 상에 배치되고 갭을 가로질러 제 1 표면으로 연장되며, 펌핑되는 가스 분자가 따라서 내몰리는 나선형 경로를 제 1 및 제 2 표면 사이에 형성하는 나선형 벽을 추가로 포함하고,
상기 환형 스크린은 나선형 벽의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는
진공 펌프 기구.
45. 첨부 도면의 도 4 내지 도 19를 참조하여 본 명세서에 기재된 진공 펌프 회전자.
46. 첨부 도면의 도 4 내지 도 19를 참조하여 본 명세서에 기재된 진공 펌프 고정자.
47. 첨부 도면의 도 4 내지 도 19를 참조하여 본 명세서에 기재된 진공 펌프.

Claims (24)

  1. 기구를 갖는 진공 펌프에 있어서,
    채널 부재의 표면 상에 형성된 채널과 교차하도록 구성된 교차 요소를 포함하고, 상기 채널은 가스 분자를 펌프의 입구로부터 출구를 향해 안내하도록 구성되며,
    상기 교차 요소와 채널 부재는 사용 중에 가스 분자를 채널을 따라서 출구 쪽으로 내몰기 위해 서로에 대해 이동하도록 구성되고, 상기 교차 요소는 가스 분자가 이를 통해서 또는 그 주위로 이동할 수 있도록 구성되며, 상기 교차 요소는 가스 분자와 상호작용하도록 구성된 상류 및 하류 표면을 갖고, 상기 표면들은 교차 요소의 평면 내에 있고 돌출부가 없는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 부재는, 교차 요소가 채널과 교차하는 지점에서 교차 요소를 수용하도록 구성되고 채널의 벽에 배치되는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 교차 요소는 구멍을 가지며, 상기 슬롯은 유공 교차 요소가 채널과 교차하는 지점에서 유공 교차 요소가 채널을 분할할 수 있도록 적어도 채널의 깊이를 가로질러 연장되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 부재는 원통형이고, 상기 채널은 채널 부재의 양 단부에 배치되는 입구와 출구 사이에 나선형 가스 유동 경로를 형성하도록 내표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교차 요소는 상류 및 하류 표면을 갖는 디스크를 포함하고, 상기 교차 요소의 표면에는 돌출부가 없으며, 이들 표면은 디스크의 평면 내에 있는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    펌프는 채널 부재의 축을 따라서 나란히 거리(l)만큼 이격되는 적어도 두 개의 교차 요소를 포함하고, 각각의 요소는 두께(t)를 가지며, l:t의 비율이 5:1 이상, 10:1 이상, 또는 20:1 이상인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 교차 요소는 그 직경보다 0.02 이하인 두께를 가지며, 보다 바람직하게 교차 요소의 두께는 그 직경보다 0.01 이하 작은 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 펌프는 채널 부재로부터 연장되고 나선형 채널을 형성하는 다수의 베인을 포함하며, 이들 베인은 다수의 스테이지로 구성되고 인접한 스테이지 사이에 배치되는 교차 요소를 가지며, 동일 스테이지 내에서 베인들의 공간 코드 비율은 4 이상인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    출구에서 베인들의 공간 코드 비율은 5 이상이거나 6 이상인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 교차 요소의 상류 및 하류 표면은 가스 분자에 모멘텀을 전달시키는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교차 요소 또는 유공 요소는 주위 에지를 포함하고, 가스가 교차 요소를 통과할 수 있도록 교차 요소의 주위 에지 사이에 갭이 제공되거나, 구멍의 적어도 일부가 주위 에지에서 개방되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 갭은 내주 또는 외주 에지의 대부분의 주위로 연장되도록 구성되거나, 상기 개방 구멍은 내주 에지를 향해서 반경방향으로 연장되며, 따라서 인접하는 개방 단부형 구멍 사이에 배치되는 상류 및 하류 표면의 일부는 편평한 반경방향 베인을 형성하도록 내주 또는 외주 에지를 향해서 연장되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교차 요소는 2 mm 미만, 또는 1.5 mm 미만, 또는 1 mm 미만, 또는 0.5 mm 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구멍은 교차 요소의 표면에 수직한 방향으로 교차 요소를 통해서 연장되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유공 요소는 다수의 구멍이 배치되는 부분을 포함하며, 환형 부분의 투과율은 반경방향으로 또는 종방향으로 변경되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 투과율은 디스크의 중심에서 반경방향으로 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 투과율은 구멍의 크기를 변경하거나, 구멍의 각도 간격을 변경하거나, 구멍의 원주방향 간격을 변경하는 함수로서, 또는 그 임의의 조합의 함수로서 변경되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 교차 요소에 결합되는 스핀들을 추가로 포함하며, 상기 스핀들은 교차 요소와 동축적으로 배치되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    교차 또는 유공 요소의 상류에 사용되도록 배치되는 터보-분자 블레이드 섹션을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    교차 유공 요소의 하류에 사용되도록 배치되는 제 2 펌프 섹션을 추가로 포함하며, 상기 제 2 펌프 섹션은 재생 펌프 섹션, 원심 펌프 섹션, Holweck, Siegbahn 또는 Gaede 드래그 펌프 기구, 또는 그 임의의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    교차 요소는 채널의 대부분과 교차하기 위해 채널을 가로질러 연장되도록 구성되며, 따라서 교차 요소와 채널의 일부 사이에 갭이 제공되어 사용 중에 가스 분자가 상기 갭을 통과할 수 있고, 상기 교차 요소는 구멍이 없는 중실 디바이스인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 교차 요소는 펌프 회전자이며 상기 채널 부재는 펌프 고정자인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 교차 요소는 펌프 고정자이며 상기 채널 부재는 펌프 회전자인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
  24. 진공 펌프에 있어서,
    입구,
    출구,
    교차 부재,
    채널 부재, 및
    모터를 포함하며,
    상기 채널 부재는 그 위에 채널이 형성되는 표면을 포함하고, 상기 채널은 가스 분자를 입구에서 출구 쪽으로 안내하도록 구성되며,
    상기 교차 부재는 채널과 교차하도록 구성되고,
    상기 교차 부재는 돌출부가 없는 상류 및 하류 표면을 포함하며,
    상기 교차 부재의 상기 채널과 교차하는 부분은 2 mm 미만의 두께를 갖고,
    상기 모터는 교차 부재와 채널 부재의 상대 이동을 초래하도록 구성되며 따라서 사용 중에 상기 상대 이동은 가스 분자가 채널을 따라서 출구 쪽으로 내몰리게 하고, 상기 교차 부재는 가스 분자가 이를 통해서 또는 그 주위로 이동할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프.
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