KR20160146109A

KR20160146109A - 수직형 진공 펌프

Info

Publication number: KR20160146109A
Application number: KR1020150082764A
Authority: KR
Inventors: 남기일
Original assignee: 주식회사 와이엘테크; 남기일
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-12-21
Also published as: KR101712164B1

Abstract

수직형 진공 펌프에 관한 것이다. 수직형 진공 펌프는 하우징과, 한 쌍의 스크류들, 및 구동기구를 포함한다. 하우징은 내부에 압축 공간을 가지며, 상부에 기체 유입구가 형성되며, 하부에 기체 배출구가 형성된다. 스크류들은 하우징의 압축 공간에서 서로 맞물려 회전 동작함에 따라 기체 유입구로부터 유입된 기체를 압축해서 기체 배출구로 배출하는 것으로, 수직 축을 중심으로 회전하는 스크류 몸체와 스크류 몸체의 외주면에 형성된 나사산을 각각 구비한다. 구동기구는 스크류들을 회전 구동시킨다. 각각의 스크류는 기체 이송방향을 기준으로 1번째 나사산과 2번째 나사산의 간격이 2번째 나사산과 3번째 나사산의 최소 간격보다 좁게 초기 시작해서 설정 구간까지 넓어진 후 점차 좁아지도록 형성된다.

Description

수직형 진공 펌프{Vertical vacuum pump}

본 발명은 진공 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스크류가 수직 축을 중심으로 회전하도록 구성된 수직형 진공 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 진공 펌프는 압력차를 이용해서 기체를 강제 이송하는 장치를 일컫는다. 일 예로, 수직형 진공 펌프는 기체 유입구가 상부에 형성되고 기체 배출구가 하부에 형성된 하우징과, 하우징 내에서 수직 축을 중심으로 구동기구에 의해 서로 맞물려 회전함에 따라 기체를 압축해서 이송하는 한 쌍의 스크류들을 포함한다. 여기서, 스크류는 상측 및 하측 부위가 베어링들에 의해 각각 지지된다. 그리고, 스크류는 스크류 몸체의 외주면에 나사산이 형성된 구조로 이루어진다. 스크류의 나사산 피치는 기체 이송방향의 상류층에서 하류층으로 갈수록 연속적으로 점차 작아지게 설정된다.

한편, 스크류의 회전시 베어링에 가해지는 부하는 스크류의 중량이 증가할수록 크게 되는데, 그 이유는 스크류의 중량이 커질수록 원심력이 증가하기 때문이다. 베어링에 가해지는 부하가 커지게 되면, 베어링의 손상을 앞당기게 되므로, 소음 발생 및 비용 상승의 원인이 될 수 있다. 게다가, 스크류의 중량이 커질수록 스크류를 회전 구동시키는데 더 많은 동력이 요구된다. 따라서, 진공 펌프의 효율을 유지하면서도 스크류의 중량을 줄이기 위한 방안이 필요하다.

본 발명의 과제는 스크류의 중량을 감소시킬 수 있는 수직형 진공 펌프를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직형 진공 펌프는 하우징과, 한 쌍의 스크류들, 및 구동기구를 포함한다. 하우징은 내부에 압축 공간을 가지며, 상부에 기체 유입구가 형성되며, 하부에 기체 배출구가 형성된다. 스크류들은 하우징의 압축 공간에서 서로 맞물려 회전 동작함에 따라 기체 유입구로부터 유입된 기체를 압축해서 기체 배출구로 배출하는 것으로, 수직 축을 중심으로 회전하는 스크류 몸체와 스크류 몸체의 외주면에 형성된 나사산을 각각 구비한다. 구동기구는 스크류들을 회전 구동시킨다. 각각의 스크류는 기체 이송방향을 기준으로 1번째 나사산과 2번째 나사산의 간격이 2번째 나사산과 3번째 나사산의 최소 간격보다 좁게 초기 시작해서 설정 구간까지 넓어진 후 점차 좁아지도록 형성된다.

본 발명에 따르면, 스크류의 중량을 종래에 비해 감소시킬 수 있다. 따라서, 베어링에 가해지는 부하가 줄어들어 베어링의 수명을 증대시킬 수 있으므로, 진공 펌프의 장기간 사용시 소음 발생을 방지하고 비용을 절감할 수 있다. 또한, 스크류를 회전 구동시키는데 요구되는 동력이 감소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 진공 펌프에 대한 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 대한 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스크류의 외관을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 스크류에 대한 전개도이다.
도 5는 도 4에 도시된 스크류와 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 회전 샤프트에 헤드 부재가 편심된 상태로 결합된 예를 도시한 평면도이다.

본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 진공 펌프에 대한 부분 단면도이다. 도 2는 도 1에 대한 측면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 스크류의 외관을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 스크류에 대한 전개도이다. 도 5는 도 4에 도시된 스크류와 비교하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 수직형 진공 펌프(100)는 하우징(110)과, 한 쌍의 스크류(120)들, 및 구동기구(130)를 포함한다.

하우징(110)은 내부에 압축 공간(111)을 갖는다. 하우징(110)은 상부에 기체 유입구(112)가 형성되며, 하부에 기체 배출구(113)가 형성된다. 하우징(110)은 베이스 프레임(116) 상에 고정되어 지지될 수 있다.

스크류(120)들은 하우징(110)의 압축 공간(111)에서 서로 맞물려 회전 동작함에 따라 기체 유입구(112)로부터 유입된 기체를 압축해서 기체 배출구(113)로 배출한다. 스크류(120)들은 수직 축을 중심으로 회전하는 스크류 몸체(121)와 스크류 몸체(121)의 외주면에 형성된 나사산(122)을 각각 구비한다. 스크류(120)는 나사산(122)들 사이에 나사골을 갖게 된다. 구동기구(130)는 스크류(120)들을 회전 구동시킨다.

스크류(120)들에는 회전 샤프트(126)가 각각 장착될 수 있다. 회전 샤프트(126)는 스크류 몸체(121)의 중앙에 수직 축 방향으로 관통되어 장착된다. 회전 샤프트(126)는 스크류 몸체(121)에 삽입된 상태에서 스크류 몸체(121)의 상단과 하단으로부터 각각 인출될 수 있는 길이로 이루어진다. 회전 샤프트(126)는 하우징(110)과 베이스 프레임(116)을 관통해서 하방으로 인출될 수 있다. 스크류(120)는 상측 부위와 하측 부위가 베어링(140)들에 의해 각각 회전 지지될 수 있다. 회전 샤프트(126)가 스크류(120)에 장착되는 경우, 베어링(140)들은 회전 샤프트(126)를 각각 회전 지지하도록 배치될 수 있다.

각각의 스크류(120)는 기체 이송방향을 기준으로 1번째 나사산(122a)과 2번째 나사산(122b)의 간격이 2번째 나사산(122b)과 3번째 나사산(122c)의 최소 간격(D2)보다 좁게 초기 시작해서 설정 구간까지 넓어진 후 점차 좁아지도록 형성된다. 1번째 나사산(122a)과 2번째 나사산(122b)의 초기 간격(DS1)은 기체 이송방향에 따른 최하류층의 나사산들(122e)(122f)의 간격(D5)에 대해 1배 내지 2배로 설정될 수 있다.

여기서, 1번째 나사산(122a)은 1번째로 스크류 몸체(121)를 하방으로 1바퀴 감은 나사산이며, 2번째 나사산(122b)은 1번째 나사산(122a)에 뒤이어 2번째로 스크류 몸체(121)를 1바퀴 감은 나사산이다. 3번째 나사산(122c)은 2번째 나사산(122b)에 뒤이어 3번째로 스크류 몸체(121)를 1바퀴 감은 나사산이다. 4번째 나사산(122d)부터 마지막번째인 6번째 나사산(122f)도 전술한 바와 같다. 그리고, 최하류층의 나사산들(122e)(122f)은 6번째 나사산(122f)과 5번째 나사산(122e)에 해당한다. 한편, 나사산의 개수는 예시된 바에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 스크류(120)는 1번째 나사산(122a)과 2번째 나사산(122b)의 간격이 2번째 나사산(122b)과 3번째 나사산(122c)의 최소 간격(D2)보다 좁게 초기 시작해서 설정 구간까지 넓어진 후 점차 좁아지도록 형성되므로, 진공 펌프(100)의 효율에 크게 영향을 미치지 않으면서도, 비교 예에 따른 스크류보다 1번째 나사산(122a)의 크기를 줄일 수 있다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스크류(120)의 1번째 나사산(122a)은 비교 예에 따른 스크류(10)의 1번째 나사산(11a)보다 작게 형성될 수 있다. 여기서, 비교 예에 따른 스크류(10)는 1번째 나사산(11a)과 2번째 나사산(11b)의 간격이 가장 넓게 초기 시작해서 점차 좁아지도록 형성된 것이다.

본 실시예에 따른 스크류(120)는 비교 예의 스크류(10)에 비해, 1번째 나사산(122a)의 크기를 줄일 수 있으므로, 중량이 감소될 수 있다. 따라서, 베어링(140)에 가해지는 부하를 줄여 베어링(140)의 수명을 증대시킬 수 있으므로, 진공 펌프(100)의 장기간 사용시 소음 발생을 방지하고 비용을 절감할 수 있다. 또한, 스크류(120)의 중량 감소로 인해, 스크류(120)를 회전 구동시키는데 요구되는 동력을 감소시킬 수 있다.

한편, 스크류(120)에 있어서, 2번째 나사산(122b)과 3번째 나사산(122c)의 간격은 1번째 나사산(122a)과 2번째 나사산(122b)의 초기 간격(DS1)에 대해 2배 내지 5배로 초기 시작해서 기체 이송방향을 따라 점차 좁아질 수 있다. 여기서, 2번째 나사산(122b)의 폭도 점차 좁아질 수 있다. 2번째 나사산(122b)과 3번째 나사산(122c)의 초기 간격(DS2)은 1번째 나사산(122a)과 2번째 나사산(122b)의 최종 간격(DF1)과 동일하게 설정된다.

3번째 나사산(122c)과 4번째 나사산(122d)의 간격도 기체 이송방향을 따라 점차 좁아질 수 있으며, 이에 따라 3번째 나사산(122c)의 폭도 점차 좁아질 수 있다. 물론, 3번째 나사산(122c)과 4번째 나사산(122d)의 간격이 기체 이송방향을 따라 일정할 수도 있다. 4번째 나사산(122d)부터 6번째 나사산(122f)은 서로 인접한 것들끼리의 간격이 기체 이송방향을 따라 일정하며, 동일 피치로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 4번째 나사산(122d)부터 6번째 나사산(122f)은 서로 인접한 것들끼리의 간격이 기체 이송방향을 따라 좁아질 수도 있다.

나사산(122)은 상면이 볼록하게 곡률진 형태로 이루어지고, 하면이 오목하게 곡률진 형태로 이루어질 수 있다. 나사산(122)의 상면 및 하면의 각 곡률 반경은 해당 나사산(122)들의 간격에 따라 설정될 수 있다. 예컨대, 나사산(122)의 상면 및 하면의 각 곡률 반경은 해당 나사산(122)들의 간격이 클수록 크게 설정되며, 해당 나사산(122)들의 간격이 작을수록 작게 설정될 수 있다. 다른 예로, 나사산(122)은 상면과 하면이 편평한 각형으로 이루어질 수도 있으므로, 예시된 바에 한정되지 않는다.

구동기구(130)는 회전 모터(131)와, 구동 풀리(132)와, 종동 풀리(133)와, 벨트(134), 및 한 쌍의 기어(135)들을 포함할 수 있다. 회전 모터(131)는 구동 축(131a)을 회전시키도록 구성된다. 회전 모터(131)는 구동 축(131a)이 하방으로 수직하게 위치된 상태로 베이스 프레임(116) 상에 장착된다.

구동 풀리(132)는 회전 모터(131)의 구동 축(131a)에 동축으로 고정된다. 구동 풀리(132)는 베이스 프레임(116)의 관통 홀을 통해 회전 모터(131)의 구동 축(131a)과 결합된다. 종동 풀리(133)는 스크류(120)들 중 하나에 동축으로 고정된다. 스크류 몸체(121)에 회전 샤프트(126)가 장착된 경우, 종동 풀리(133)는 회전 샤프트(126)의 하단에 동축으로 고정될 수 있다.

벨트(134)는 구동 풀리(132)와 종동 풀리(133)에 걸쳐져 구동 풀리(132)의 회전력을 종동 풀리(133)로 전달한다. 기어(135)들은 스크류(120)들에 각각 동축으로 고정되고 서로 맞물려 회전한다. 기어(135)들은 스크류(120)들의 각 회전 샤프트(126)에 동축으로 고정될 수 있다. 따라서, 스크류(120)들은 전술한 구동기구(130)에 의해 회전할 수 있게 된다.

한편, 헤드 부재(127)는 스크류 몸체(121)로부터 인출된 회전 샤프트(126)의 상단에 결합되어 회전 샤프트(126)를 스크류 몸체(121)에 고정할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 헤드 부재(127)는 회전 샤프트(126)의 상단에 편심된 상태로 결합됨으로써, 스크류(120)의 회전시 원심력을 감소시킬 수 있다. 물론, 헤드 부재(127)은 회전 샤프트(126)와 동축으로 결합될 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110..하우징
112..기체 유입구
113..기체 배출구
120..스크류
121..스크류 몸체
122..나사산
126..회전 샤프트
127..헤드 부재
130..구동기구
131..회전 모터
132..구동 풀리
133..종동 풀리
134..벨트
135..기어
140..베어링

Claims

내부에 압축 공간을 가지며, 상부에 기체 유입구가 형성되며, 하부에 기체 배출구가 형성된 하우징;
상기 하우징의 압축 공간에서 서로 맞물려 회전 동작함에 따라 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체를 압축해서 상기 기체 배출구로 배출하는 것으로, 수직 축을 중심으로 회전하는 스크류 몸체와 상기 스크류 몸체의 외주면에 형성된 나사산을 각각 구비한 한 쌍의 스크류들; 및
상기 스크류들을 회전 구동시키는 구동기구를 포함하며,
상기 각각의 스크류는,
기체 이송방향을 기준으로 1번째 나사산과 2번째 나사산의 간격이 2번째 나사산과 3번째 나사산의 최소 간격보다 좁게 초기 시작해서 설정 구간까지 넓어진 후 점차 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 진공 펌프.
제1항에 있어서,
1번째 나사산과 2번째 나사산의 초기 간격은 기체 이송방향에 따른 최하류층의 나사산들의 간격에 대해 1배 내지 2배인 것을 특징으로 하는 수직형 진공 펌프.
제1항에 있어서,
2번째 나사산과 3번째 나사산의 간격은 1번째 나사산과 2번째 나사산의 초기 간격에 대해 2배 내지 5배로 초기 시작해서 점차 좁아지는 것을 특징으로 하는 수직형 진공 펌프.
제1항에 있어서,
상기 스크류 몸체에 수직 축 방향으로 관통되어 장착된 회전 샤프트, 및
상기 스크류 몸체로부터 인출된 상기 회전 샤프트의 상단에 편심된 상태로 결합되어 상기 회전 샤프트를 상기 스크류 몸체에 고정하는 헤드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 진공 펌프.
제1항에 있어서,
상기 구동기구는,
회전 모터와,
상기 회전 모터의 구동 축에 동축으로 고정된 구동 풀리와,
상기 스크류들 중 하나에 동축으로 고정된 종동 풀리와,
상기 구동 풀리와 종동 풀리에 걸쳐져 상기 구동 풀리의 회전력을 상기 종동 풀리로 전달하는 벨트, 및
상기 스크류들에 각각 동축으로 고정되고 서로 맞물려 회전하는 한 쌍의 기어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 진공 펌프.