KR20200140839A - 건식 진공 펌프 - Google Patents

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KR20200140839A
KR20200140839A KR1020207030841A KR20207030841A KR20200140839A KR 20200140839 A KR20200140839 A KR 20200140839A KR 1020207030841 A KR1020207030841 A KR 1020207030841A KR 20207030841 A KR20207030841 A KR 20207030841A KR 20200140839 A KR20200140839 A KR 20200140839A
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로렌 작소드
패트릭 필로티
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파이퍼 배큠
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Abstract

본 발명은, 건식 진공 펌프(1)로서: 적어도 하나의 기름받이(2); 적어도 하나의 펌핑 스테이지(3e); 개별적으로 상기 적어도 하나의 펌핑 스테이지(3e) 내로 연장되는 적어도 하나의 로터(5)를 지지하는 2개의 회전 샤프트(4)로서, 상기 로터들(5)은, 진공 펌프(1)의 흡입구(7)와 배출구(8) 사이에서 펌핑되어야 할 기체를 운반하기 위해 역방향으로 동기화된 방식으로 회전하도록 구성되고, 샤프트들(4)은, 상기 적어도 하나의 기름받이(2) 내에 수용되는 윤활유에 의해 윤활되는 베어링들에 의해 지지되는 것인, 2개의 회전 샤프트(4); 및 샤프트 통로의 구역에서 펌핑 스테이지(3e)와 상기 적어도 하나의 기름받이(2) 사이에 개재되는, 적어도 하나의 윤활유 밀봉 장치(6a)를 포함하는 것인, 건식 진공 펌프(1)에 있어서, 상기 진공 펌프(1)는, 상기 적어도 하나의 기름받이(2)와 펌핑측 용적(11; 24) 사이의 압력 변동을 감소시키도록 구성되는, 적어도 하나의 팽창 장치(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프(1)에 관한 것이다.

Description

건식 진공 펌프
본 발명은, 루츠(Roots) 타입 펌프, 클로(claw) 타입 펌프, 또는 스크류 타입 펌프와 같은 건식 진공 펌프에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은, 진공 펌프의 윤활유 불침투성에 관한 것이다.
건식 1차-진공 펌프들(Rough-vacuum pumps)은, 흡입구와 배출구 사이에서 펌핑되어야 할 기체가 그 내부에서 순환하는, 직렬의 하나 이상의 펌핑 스테이지를 구비한다. 또한 "루츠(Roots)" 펌프로도 공지되는, 회전형 로브들(rotary lobes)을 갖는 펌프들, 또는, 또한 "클로(claw)" 펌프로도 공지되는, 클로들(claws)을 갖는 펌프들, 또는 스크류들을 갖는 펌프들 사이에서, 공지의 1차적 진공 펌프들에 대한 구별이, 이루어진다. 펌핑 용량을 증가시키기 위해 1차-진공 펌프의 상류에서 사용되는, 진공 펌프들은 또한, 루츠 압축기(또는 "루츠 송풍기") 타입으로 공지된다. 이러한 진공 펌프들은, 작동 도중에, 로터들이, 스테이터 내측에서, 로터들 사이의 또는 스테이터와의 어떠한 기계적 접촉 없이, 또는 펌핑 스테이지들 내에 어떠한 오일 유형의 윤활제의 존재도 동반하지 않는 가운데, 회전하기 때문에, "건식"으로 지칭된다.
오일에 의해 또는 그리스에 의해 윤활되며, 그리고 기어들에 의해 그들이 동기화되는 것을 허용하는, 회전형 샤프트들은, 베어링들에 의해 지지된다. 오일의 그리고 그리스의 자국들이, 반도체 기판들을 제조하기 위한 방법들과 같은, "건식" 적용들을 위한 펌핑 스테이지에서, 확인되지 않는 것이, 중요하다. 그에 따라, 윤활유를 수용하는 어떠한 구역(이하, "기름받이(oil sump)"로 지칭됨)이, 샤프트들이 그를 통해 여전히 회전할 수 있는 것인 밀봉 수단에 의해, 건식 펌핑 섹션으로부터 격리될 필요가 있다.
사용되는 밀봉 수단은 주로, 롤러 베어링들 상의 플랜지들과 같은 물리적 장벽들, 접촉 시일들, 이젝터 디스크들, 기체 정화기들(gas purge), 팽창 및 응축 챔버들과 같은 오일 트랩들, 또는 라비린스 및 배플(baffles)과 같은 장애물들을 포함한다. 이러한 해법들은 주로, 오일 이동을 차단하거나 제한하도록 시도한다. 그러나, 작동 도중에, 진공 펌프들에서 구현되는 압력은, 상당히 요동칠 수 있으며 그리고, 기름받이를 향해 입자형 오염물을 또는 펌핑 스테이지를 향해 오일 연무 또는 증기 또는 그리스를 운반할 수 있는, 윤활되는 베어링들과 펌핑 스테이지들 사이에서의 구동력을 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목표는, 종래 기술과 비교하여 펌핑 스테이지와 기름받이 사이에서 개선된 윤활유 불침투성을 갖는, 건식 진공 펌프를 제안하는 것이다.
이를 위한, 본 발명의 목표는, 건식 진공 펌프로서:
- 적어도 하나의 기름받이;
- 적어도 하나의 펌핑 스테이지;
- 개별적으로 상기 적어도 하나의 펌핑 스테이지 내로 연장되는 적어도 하나의 로터를 지지하는 2개의 회전 샤프트로서, 상기 로터들은, 진공 펌프의 흡입구와 배출구 사이에서 펌핑되어야 할 기체를 운반하기 위해 역방향으로 동기화된 방식으로 회전하도록 구성되고, 샤프트들은, 상기 적어도 하나의 기름받이 내에 수용되는 윤활유에 의해 윤활되는 베어링들에 의해 지지되는 것인, 2개의 회전 샤프트; 및
- 각 샤프트 통로에서 펌핑 스테이지와 상기 적어도 하나의 기름받이 사이에 개재되는, 적어도 하나의 윤활유 밀봉 장치
를 포함하는 것인, 건식 진공 펌프에 있어서,
상기 진공 펌프는, 상기 적어도 하나의 기름받이와 펌핑측 용적 사이의 압력 변동을 감소시키도록 구성되는, 적어도 하나의 팽창 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프이다.
팽창 장치는 주로, 가열 회로의 팽창 용기들과 유사한 작동 원리에 기초하게 된다. 이는, 이상 기체 법칙 PV = nRT의 결과로서, 압력 변동이 용적의 변동에 의해 흡수되는 것을 허용한다.
기름받이와 펌핑측 용적 사이의 이러한 압력의 균형은, 펌핑 스테이지를 향해 윤활유들을 그리고 적어도 하나의 기름받이를 향해 입자형 오염물을 이동시키는데 수반되는, 구동력의 감소, 또는 심지어 제거를 가능하게 한다. 그에 따라, 펌핑 스테이지들에서의 윤활유 불침투성을 개선하는 것이, 기름받이의 오염을 제한하는 것이, 오일 소모를 감소시키는 것이, 가능하다. 또한, 밀봉 장치들이 접촉 시일들을 포함할 때, 밀봉 장치들의 양 측부에서의 압력 차의 감소는, 이러한 시일들에 가해지는 힘이 감소되는 것을 허용하며, 그리고 그에 따라 그들의 수명이 증가되는 것을 허용한다.
진공 펌프는, 예를 들어, "루츠" 타입의 펌프와 같은 회전형 로브 1차-진공 펌프이거나, 또는 "송풍기" 타입(또한 루츠 압축기로 지칭됨) 또는 "클로" 또는 스크류 타입 진공 펌프이다.
진공 펌프는, 단일 기름받이를 포함할 수 있다.
이러한 기름받이는, 멀티-스테이지 진공 펌프의 경우에, 저압 스테이지로 지칭되는 펌핑 스테이지 옆에, 또는 고압 스테이지로 지칭되는 펌핑 스테이지 옆에, 배열될 수 있다. 다른 한편, 베어링들은, 그리스에 의해 윤활될 수 있다.
진공 펌프는 또한, 2개의 기름받이를 포함할 수 있다. 이러한 기름받이들은, 멀티-스테이지 진공 펌프의 경우에, 진공 펌프의 개별적인 단부에, 즉 한편으로, 고압 스테이지 옆에 그리고 저압 스테이지 옆에, 배열된다. 루츠 압축기 타입 진공 펌프(루츠 송풍기로 지칭됨)와 같은, 단일-스테이지 진공 펌프의 경우에, 기름받이들은, 단일 펌핑 스테이지의 양 측부에 배열된다.
밀봉 장치들은, 샤프트들이 회전하도록 허용하는 가운데, 적어도 하나의 건식 펌핑 스테이지를 향한 기름받이로부터의 윤활 유체의 통과를 상당히 제한하는, 회전형 샤프트들 둘레에서의 매우 낮은 전달성을 생성한다.
예를 들어, 밀봉 장치는, 예를 들어 라비린스 시일, 립 시일로 지칭되는 접촉 시일, 또는 배플, 또는 이러한 실시예들의 조합일 수 있는, 시일을 포함한다. 진공 펌프는 예를 들어, 각 샤프트 상의 기름받이와 펌핑 스테이지 사이에 직렬로 배열되는 접촉 시일과 같은, 적어도 하나의 제1 밀봉 장치 및 하나의 제2 밀봉 장치를 포함한다.
기름받이 내에서 지배적인 압력은, 예를 들어, 대기압이다. 기름받이는, 개구를 통해, 외부 대기와 소통하거나 또는 소통하지 않을 수 있으며, 또는 외부 대기로부터 밀폐식으로 밀봉될 수 있을 것이다.
상기 펌핑 스테이지는, 예를 들어, 대기압에서 펌핑된 기체를 방출하도록 구성된다. 멀티-스테이지 펌프의 경우에, 상기 펌핑 스테이지는 또한, 제1 펌핑 스테이지("저압" 스테이지로 지칭됨)일 수 있다.
팽창 장치는, 예를 들어, 적어도 하나의 변형 가능한 그리고 기밀한 멤브레인을 포함한다. 팽창 장치는, 예를 들어, 샤프트 통로를 위한 단일 멤브레인 또는 병렬로 배열되는 복수의 멤브레인을 포함한다.
멤브레인의 형상 및 재료는, 다양한 펌핑 단계들 도중에 멤브레인의 양 측부 상에서 변화될 용적, 온도 및 진공 펌프의 작동에 기초하여, 뿐만 아니라 이용 가능한 공간에 기초하여, 고려될 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인은, 예를 들어 "NBR"(또는"아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체") 또는 Viton®(또는 "불화탄소 고무")와 같은, 탄성중합체 재료이다. 이러한 재료들은, 요구되는 용적의 변형이 생성되는 것을 허용하고, 상당한 압력에서 불침투성이고, 펌핑된 기체 및 높은 온도를 견디며, 그리고 어떠한 성능 손실 없이 상당한 수의 변형을 견딘다. 멤브레인은, 멤브레인이 찢어지는 것을 방지하기 위해, 보호 코팅들, 삽입체들 및/또는, 직조된 직물 및 편직된 직물과 같은, 함침된 보강 직물을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 멤브레인은, 예를 들어, 휴지 위치에서, 디스크의 또는 보울(bowl)의 대략적 형상을 갖는다.
적어도 하나의 멤브레인은, 예를 들어, 강성 보호 외피 내에 장착된다.
제1 실시예에 따르면, 팽창 장치는, 한편으로 펌핑측 용적과 다른 한편으로 기름받이 용적 사이에, 개재된다. 펌핑측 용적은, 적어도 하나의 밀봉 장치와 펌핑 스테이지 사이에 위치된다.
예를 들어, 더욱 구체적으로, 펌핑측 용적은, 진공 펌프에서의 펌핑된 기체의 유동 방향을 고려하면 그리고 진공 펌프의 배출측에 위치될 기름받이를 고려하면, 적어도 하나의 밀봉 장치와 로터들의 하류에 위치되는 펌핑 스테이지의 배출구 사이에 위치된다.
작동 도중에, 펌핑측 용적 및 기름받이 용적은, 압력 차가 팽창 장치의 양 측부에서 발생할 때, 팽창을 통해 변할 수 있다. 체적에 관한 이러한 변동은, 압력이 펌핑 스테이지와 기름받이 사이에서 균형을 이루는 것을 허용한다.
제2 실시예에 따르면, 기름받이에 인접한 펌핑 스테이지는, 대기압에서, 펌핑된 기체를 방출하도록 구성된다. 따라서, 진공 펌프는, 1차-진공 펌프이다.
기름받이 내에서 지배적인 압력은, 대기압이다.
팽창 장치는, 펌핑측 용적을 외부 대기로부터 분리한다. 펌핑측 용적은, 특히, 펌핑 스테이지의 배출구와 적어도 하나의 밀봉 장치 사이에 개재된다. 펌핑 스테이지의 배출구는, 진공 펌프 내에서의 펌핑된 기체의 유동 방향을 고려하여, 로터들의 하류에 위치된다.
작동 도중에, 펌핑측 용적은, 압력 차가 펌핑측 용적과 외부 대기 사이에서 발생할 때, 변할 수 있고, 이는, 펌핑 스테이지로부터 배출되는 압력이, 대기압과 그리고 그에 따라 기름받이 내에서 지배적인 압력과, 균형을 이루는 것을, 허용한다.
제3 실시예에 따르면, 팽창 장치는, 기름받이 용적을, 각 샤프트 상에 직렬로 배열되는 제1 밀봉 장치와 제2 밀봉 장치 사이에 개재되는 펌핑측 용적으로부터 분리한다. 작동 도중에, 펌핑측 용적 및 기름받이 용적의 변동은, 압력이 밀봉 장치들 사이에 개재되는 펌핑측 용적과 기름받이 사이에서 균형을 이루는 것을 허용한다. 펌핑 스테이지의 배출구에서 발생할 수 있는 압력 변동은 단지, 펌핑측 용적 및 기름받이 용적에 적절하게 전달된다. 펌핑측 용적과 기름받이 용적 사이의 압력 편차의 가능한 반전이, 방지된다.
펌핑 스테이지가 대기압에서 펌핑된 기체를 방출하도록 구성되며 그리고 기름받이 내에서 지배하는 압력이 대기압인, 제4 실시예에 따르면, 팽창 장치는, 각 샤프트 상에 직렬로 배열되는 제1 밀봉 장치와 제2 밀봉 장치 사이에 개재되는, 펌핑측 용적을, 외부 대기로부터 분리한다. 작동 도중에, 2개의 밀봉 장치 사이에 개재되는 펌핑측 용적은, 압력 차가 펌핑측 용적과 외부 대기 사이에서 발생할 때, 변할 수 있고, 이는, 펌핑측 용적의 압력이, 대기압과 그리고 그에 따라 기름받이 내에서 지배적인 압력과, 균형을 이루는 것을, 허용한다.
다른 장점들 및 특징들이, 첨부 도면을 참조할 뿐만 아니라, 본 발명의 설명을 읽는 것에 기초하여 명백해질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 진공 펌프의 매우 개략적인 도면을 도시하고;
도 2는 도 1의 진공 펌프의 세부 단면도를 도시하며;
도 3은 제1 실시예에 따른 팽창 장치의 멤브레인의 사시도를 도시하고;
도 4는 도 3의 멤브레인을 위한 강성 보호 외피의 단면도를 도시하며;
도 5는, 시간(초 단위)의 그리고 상이한 흡입구 압력(mbar 단위)에 대한 함수로서의, 종래 기술의 진공 펌프를 위한 펌핑 스테이지(곡선 A)의 배출구에서 지배적인 압력(mbar 단위) 및 기름받이(곡선 B)에서 지배적인 압력(mbar 단위)을 도시하는, 그래프이고;
도 6은, 시간(초 단위)의 그리고 상이한 흡입구 압력에 대한 함수로서의, 본 발명의 제1 실시예에 따른 진공 펌프를 위한 펌핑 스테이지(곡선 A)의 배출구에서 지배적인 압력(mbar 단위) 및 기름받이(곡선 B)에서 지배적인 압력(mbar 단위)을 도시하는, 그래프이며;
도 7은 제2 실시예에 따른 진공 펌프의 매우 개략적인 도면을 도시하고;
도 8은 도 7의 진공 펌프의 세부 단면도를 도시하며;
도 9는 제3 실시예에 따른 진공 펌프의 매우 개략적인 도면을 도시하고;
도 10은 도 9의 진공 펌프의 세부 단면도를 도시하며;
도 11은, 시간(초 단위)의 그리고 상이한 흡입구 압력에 대한 함수로서의, 본 발명의 제3 실시예에 따른 진공 펌프를 위한 펌핑 스테이지(곡선 A)의 배출구에서 지배적인 압력(mbar 단위), 기름받이(곡선 B)에서 지배적인 압력(mbar 단위), 및 2개의 윤활유 밀봉 장치(곡선 C) 사이에 위치되는 펌핑측 용적에서 지배적인 압력(mbar 단위)을 도시하는, 그래프이고;
도 12는 제4 실시예에 따른 진공 펌프의 세부 단면도를 도시한다.
이러한 도면들 전체에 걸쳐, 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들을 사용한다.
뒤따르는 실시예들은, 예들이다. 설명이 하나 이상의 실시예를 참조하지만, 이는 반드시, 각각의 참조가 동일한 실시예에 관련된다는 것, 또는 특징부들이 단지 단일 실시예에만 적용된다는 것을 의미하지 않는다. 여러 실시예들의 단순한 특징부들이 또한, 다른 실시예들을 제공하기 위해, 조합되거나, 또는 교환될 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 건식 진공 펌프(1)를 도시한다.
진공 펌프(1)는, 적어도 하나의 기름받이(2), 2개의 회전 샤프트(4) 및, 적어도 하나의 기름받이(2)와 펌핑 스테이지(3e) 사이의 샤프트 통로들에서 적어도 하나의 기름받이(2)와 펌핑 스테이지(3e) 사이에 개재되는, 적어도 하나의 제1 윤활유 밀봉 장치(6a, 6b)를 포함한다.
샤프트들(4)은 개별적으로, 진공 펌프(1)의 흡입구(7)와 배출구(8) 사이에서 펌핑될 기체를 이송하기 위해 펌핑 스테이지(3e) 내로 연장되는, 적어도 하나의 로터(5)를 지지한다.
예시적인 예에서, 진공 펌프(1)는, 흡입구(7)와 배출구(8) 사이에 직렬로 장착되며 그리고 펌핑될 기체가 그 내부에서 순환할 수 있는, 5개의 스테이지와 같은, 복수의 펌핑 스테이지(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)를 구비한다.
밀봉 장치(6a, 6b)에 인접한 펌핑 스테이지(3e)는, 대기압에서 펌핑된 기체를 방출하도록 구성되는, 진공 펌프(1)의 2개의 단부 펌핑 스테이지 중의 하나, 즉 제1 펌핑 스테이지(3a)("저압" 스테이지로 지칭됨) 또는 최종 펌핑 스테이지(3e)("고압" 스테이지로 지칭됨)일 수 있다. 예에서, 고려된 펌핑 스테이지(3e)는, 대기압에서 펌핑된 기체를 방출하도록 구성되는 것이다.
각 펌핑 스테이지(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)는, 개별적인 유입구 및 배출구를 구비한다. 연속적인 펌핑 스테이지들(3a-3e)은, 이전 펌핑 스테이지의 배출구를 다음 펌핑 스테이지의 유입구에 연결하는 개별적인 스테이지-간 채널들에 의해, 직렬로 차례차례 연결된다.
예를 들어, 로터들(5)은, 예를 들어 "루츠" 타입( 숫자 "8"의 또는 "콩"의 형상의 단면)의 또는 "클로" 타입의, 동일한 윤곽을 갖는 로브들을 구비하거나, 또는 스크류 타입의 것이거나 또는 다른 유사한 용적식 진공 펌프 원리의 것이다. 특히 동일한 윤곽을 갖는 로브들을 갖는, 로터들(5)은, 각도 방향으로 오프셋되며 그리고 각 스테이지에서 역방향으로 동기화된 방식으로 회전하도록 구동된다. 회전 도중에, 유입구로부터 인입된 기체는, 로터들 및 스테이터에 의해 생성되는 용적 내에 포획되며, 그리고 이어서 다음 스테이지를 향해 로터들에 의해 이송된다.
진공 펌프(1)는, 예를 들어 1차-진공 펌프이고, 더불어 진공 펌프(1)의 방출 압력은, 이때, 대기압이다. 다른 실시예에 따르면, 진공 펌프(1)는, 직렬로 그리고 1차-진공 펌프의 상류에서 사용되는, "루츠 압축기"("루츠 송풍기")로 지칭되는, 루츠 펌프이다.
진공 펌프(1)는 또한, 펌핑된 기체가 펌핑 스테이지(3e) 내로 복귀하는 것을 방지하기 위해, 배출구(8)의 상류의 최종 펌핑 스테이지(3e)의 배출구에 비-복귀 밸브(23)(도 2 참조)를 포함할 수 있다.
샤프트들(4)은, 예를 들어 배출구(8) 측에서, 진공 펌프(1)의 모터(M)에 의해 구동된다. 이들은, 기름받이(2) 내에 수용되는 윤활유에 의해 윤활되는, 베어링들에 의해 지지된다. 도 2에 더욱 구체적으로 도시되는 바와 같이, 그리스 또는 오일과 같은, 윤활유는 특히, 베어링들의 롤러 베어링들(9) 및 기어들(10)이 윤활되는 것을 허용한다.
기름받이(2) 내에서 지배적인 압력은, 예를 들어, 대기압이다. 기름받이(2)는, 외부 대기와 소통할 수도 또는 소통하지 않을 수도 있을 것이다.
밀봉 장치(6a, 6b)는, 샤프트들(4)이 회전하도록 허용하는 가운데, 건식 펌핑 스테이지들(3a-3e)을 향한 기름받이(2)로부터의 윤활 유체의 통과를 상당히 제한하는, 회전형 샤프트들(4) 둘레에서의 매우 낮은 전달성을 생성한다.
밀봉 장치(6a, 6b)는, 예를 들어 라비린스 시일, 립 시일로 지칭되는 접촉 시일, 또는 배플, 또는 이러한 실시예들의 조합일 수 있는, 시일을 포함한다. 진공 펌프(1)는 예를 들어, 각 샤프트(4) 상에 직렬로 배열되는 접촉 시일들과 같은, 적어도 하나의 제1 밀봉 장치(6a) 및 하나의 제2 밀봉 장치(6b)를 포함한다.
진공 펌프(1)는, 기름받이(2)와 펌핑측 용적(11) 사이의 압력 변동을 감소시키도록 구성되는, 적어도 하나의 팽창 장치(12)를 더 포함한다.
팽창 장치(12)는, 예를 들어, 변형 가능한 그리고 기밀한 멤브레인을 포함한다. 팽창 장치(12)는, 예를 들어, 샤프트 통로에 단일 멤브레인을 또는 병렬로 배열되는 복수의 멤브레인을 포함한다.
멤브레인의 형상 및 재료는, 다양한 펌핑 단계들 도중에 멤브레인의 양 측부 상에서 변화될 용적, 온도 및 진공 펌프(1)의 작동에 기초하여, 뿐만 아니라 이용 가능한 공간에 기초하여, 고려될 수 있다.
멤브레인은, 예를 들어 "NBR"(또는"아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체") 또는 Viton®(또는 "불화탄소 고무")와 같은, 탄성중합체 재료이다. 이러한 재료들은, 대략 500 cm3의 변형과 같은 요구되는 용적 변형이 생성되는 것을 허용하고, 수반되는 압력에서 불침투성이며, 공정 기체와 같은 펌핑된 기체 및 예를 들어 100℃의 높은 온도를 견디며, 그리고 어떠한 성능 손실 없이 상당한 수의 변형을 견딘다. 멤브레인은, 멤브레인이 찢어지는 것을 방지하기 위해, 보호 코팅들, 삽입체들 및/또는, 직조된 직물 및 편직된 직물과 같은, 함침된 보강 직물을 포함할 수 있다.
멤브레인은, 예를 들어, 휴지 위치에서, 디스크의 또는 보울의 대략적 형상을 갖는다(도 3). 단일 멤브레인의 경우에, 표면은, 예를 들어 150 cm2보다 크다. 디스크 형상 멤브레인의 직경은, 예를 들어 75 mm보다 크다.
멤브레인은, 예를 들어, 강성 보호 외피(13) 내에 장착된다(도 4). 예를 들어, 강성 보호 외피(13)는, 예를 들어 돔의 형태의 그리고 예를 들어 환형 조립 에지들을 구비하는, 2개의 외피 절반부(13a, 13b)에 의해 형성된다. 외피 절반부들(13a, 13b)은, 멤브레인의 디스크의 둘레를 밀봉식으로 끼움에 의해, 자체의 원형 단부들에서 함께 고정된다. 외피 절반부들(13a, 13b)은, 하나의 개별적인 오리피스(14)를 구비한다.
도 2에 도시된 제1 실시예에서, 팽창 장치(12)는, 한편으로 적어도 하나의 밀봉 장치(6a, 6b) 사이에 위치되는 펌핑측 용적(11)과 다른 한편으로 기름받이(2) 용적 사이에 개재된다.
더욱 구체적으로, 펌핑측 용적(11)은, 진공 펌프(1)에서의 펌핑된 기체의 유동 방향을 고려하면 그리고 그로 인해 기름받이(2)가 진공 펌프(1)의 배출측에 위치되는 경우에, 적어도 하나의 밀봉 장치(6a, 6b)와 로터들(5)의 하류에 위치되는 펌핑 스테이지의 배출구 사이에 위치된다.
하나의 실시예에 따르면, 펌프 몸체(16)에 의해 생성되는 제1 분기관(15)이, 펌핑 스테이지(3e)의 배출구에, 로터들(5)의 통로의 하류에, 밀봉 장치(6b)와 비-복귀 밸브(23) 사이에, 위치되는, 펌핑측 용적(11)에서 나온다. 이러한 제1 분기관(15)은, 팽창 장치(12)의 멤브레인의 강성 보호 외피(13)의 제1 오리피스(14)에 연결된다.
펌프 몸체(16) 내에 생성되는 제2 분기관(17)이, 기름받이(2) 용적에서, 예를 들어 기름받이(2)의 상측 부분에서, 나온다. 이러한 제2 분기관(17)은, 외피(13)의 제2 오리피스(14)에 연결되고, 더불어 제1 오리피스 및 제2 오리피스(14)는, 팽창 장치(12)의 멤브레인의 양 측부에 배열된다.
따라서, 멤브레인의 제1 측부가 펌핑측 용적(11)과 소통하며, 그리고 멤브레인의 제2 측부가 기름받이(2)의 상측 부분과 소통한다. 밀봉 장치들(6a, 6b)의 양 측부의, 기름받이(2) 측부 및 펌핑(11) 측부의, 용적들은, 그에 따라, 외부에 대해 또한 불침투성인 외피(13) 내에 위치되는 불침투성의 그리고 변형 가능한 멤브레인에 의해 분리되는 가운데, 연결되고, 더불어 압력 변동이 멤브레인의 변형을 야기한다.
작동 도중에, 멤브레인은, 압력 차가 멤브레인의 양 측부에서 발생할 때, 변형될 수 있다. 이러한 변형은, 펌핑측(11) 용적 및 기름받이(2) 용적에 관한 변동을 야기하며, 그리고 용적에 관한 이러한 변형은, 펌핑 스테이지(3e)의 배출구와 기름받이(2) 사이의 압력이 균형을 이루는 것을 허용한다.
이는, 종래 기술(도 5)의 진공 펌프에 대한 그리고 본 발명(도 6)에 따른 진공 펌프(1)에 대한 도 5 및 도 6의 그래프를 참조하여 더욱 용이하게 이해될 수 있다.
이러한 그래프들은, 시간의 그리고 상이한 흡입구 압력에 대한 함수로서의, 펌핑 스테이지(3e)(곡선 A)의 배출구의 펌핑측 용적(11)에서의 그리고 기름받이(2)(곡선 B)에서의, 압력 곡선들을 도시한다(P0은 궁극적인 진공 펌핑을 위해 달성되는 압력이고, P1 = 10 mbar, P2 = 100 mbar, P3는 주변 대기압).
종래 기술(도 5)에 대한 그래프 상에서, 상당한 압력 차가, 펌핑 스테이지(3e)(곡선 A)의 배출구에서의 압력과 기름받이(2)(곡선 B)에서의 압력 사이에서, 확인될 수 있다. 기름받이(2)를 향해 입자형 오염물을 그리고 펌핑 스테이지(3e)를 향해 연무 또는 오일 증기 또는 그리스를 운반할 수 있는, 기름받이(2)와 펌핑 스테이지(3e) 사이에서의 구동력을 생성할 수 있는 것이, 이러한 압력 차 및 이러한 압력 차의 반전이다.
그러나, 본 발명에 따른 진공 펌프(1)에 대한, 도 6의 그래프 상에서, 펌핑측 용적(11)에서의 그리고 기름받이(2)에서의 압력 곡선 A 및 압력 곡선 B는, 흡입구 압력 값들의 대부분에 대해 일치한다는 것이, 확인될 수 있다. 이러한 압력의 균형은, 펌핑 스테이지를 향해 윤활유들을 그리고 적어도 하나의 기름받이를 향해 입자형 오염물을 이동시키는데 수반되는, 구동력의 감소를, 또는 심지어 제거를, 가능하게 한다. 그에 따라, 윤활유 불침투성이, 펌핑 스테이지들(3a-3e)에서 개선된다. 또한, 기름받이(2)의 오일의 오염이 제한되며, 그리고 오일 소모가 감소된다. 더불어, 밀봉 장치(6a, 6b)가 접촉 시일들을 포함할 때, 밀봉 장치(6a, 6b)의 양 측부에서의 압력 차의 감소는, 이러한 시일들에 가해지는 힘의 감소를 허용하며, 그리고 그에 따라 밀봉 장치(6a, 6b)의 수명이 증가되는 것을 허용한다.
도 7 및 도 8은, 진공 펌프(1)가 1차-진공 펌프 유형의 것인, 제2 실시예를 도시한다.
이러한 실시예에서, 팽창 장치(12)는, 펌핑 스테이지(3e)와 적어도 하나의 밀봉 장치(6b) 사이에 개제되는 펌핑측 용적(11)을, 외부 대기로부터, 직접적으로 분리한다. 기름받이(2) 내에서 지배적인 압력은 대기압이며, 그리고 펌핑 스테이지(3e)는, 비-복귀 밸브(23)의 하류에서, 대기압에서 펌핑된 기체를 방출하도록 구성된다.
더욱 구체적으로, 도 8에 도시된 실시예에 따르면, 펌프 몸체(16) 내에 생성되는 제1 분기관(15)이, 펌핑 스테이지(3e)의 로터들(5), 밀봉 장치(6b) 및 비-복귀 밸브(23) 사이에 위치되는, 펌핑측 용적(11)에서 나온다. 이러한 제1 분기관(15)은, 팽창 장치(12)의 멤브레인의 강성 보호 외피(13)의 제1 오리피스(14)에 연결된다. 외피(13)의 제2 오리피스(14)는, 개방된 상태로 남겨진다.
작동 도중에, 멤브레인은, 압력 차가 멤브레인의 양 측부에서 발생할 때, 펌핑측 용적(11)과 외부 대기 사이에서 변형될 수 있다. 이러한 변형은, 펌핑 스테이지(3e)의 배출구에서의 펌핑측 용적(11)에 관한 변동을 야기하고, 이는, 펌핑 스테이지(3e)의 배출구에서의 압력이, 대기압과 그리고 그에 따라 기름받이(2) 내에서 지배적인 압력과, 균형을 이루는 것을 허용한다.
도 9 및 도 10은, 진공 펌프(1)의 제3 실시예를 도시한다.
이러한 실시예에서, 팽창 장치(12)의 멤브레인은, 기름받이(2) 용적을, 각 샤프트 상에 직렬로 배열되는 제1 밀봉 장치(6a)와 제2 밀봉 장치(6b) 사이에 개재되는 펌핑측 용적(24)으로부터 분리한다.
더욱 구체적으로, 도 10에 도시된 실시예에 따르면, 펌프 몸체(16) 내에 생성되는 제1 분기관(21)이, 밀봉 장치들(6a, 6b) 사이에서 나온다. 이러한 제1 분기관(21)은, 팽창 장치(12)의 멤브레인의 강성 보호 외피(13)의 제1 오리피스(14)에 연결된다.
펌프 몸체(16) 내에 생성되는 제2 분기관(17)이, 기름받이(2) 용적에서, 예를 들어 기름받이(2)의 상측 부분에서, 나온다. 이러한 제2 분기관(17)은, 외피(13)의 제2 오리피스(14)에 연결되고, 더불어 제1 오리피스 및 제2 오리피스(14)는, 팽창 장치(12)의 멤브레인의 양 측부에 배열된다.
따라서, 멤브레인의 제1 측부가, 밀봉 장치들(6a, 6b) 사이에 위치되는 펌핑측 용적(24)으로부터 나오는 제1 분기관(21)과 소통하며, 그리고 멤브레인의 제2 측부가, 기름받이(2)의 상측 부분과 소통한다.
작동 도중에, 멤브레인은, 압력 차가 멤브레인의 양 측부에서 발생할 때, 펌핑측 용적(24)과 기름받이(2) 용적 사이에서 변형될 수 있다. 이러한 변형은, 밀봉 장치들(6a, 6b) 사이에 위치되는 펌핑측 용적(24)의 압력과 기름받이(2) 내에서 지배적인 압력이 균형을 이루는 것을 허용한다.
도 11의 그래프에서 확인될 수 있는 바와 같이, 펌핑 스테이지(3e)(곡선 A)의 배출구에서 발생할 수 있는 상당한 압력 변동에도 불구하고, 압력 차는, 용적들에 관한 변동으로 인해, 펌핑측(24) 용적과 기름받이(2) 용적(곡선 B 및 곡선 C) 사이에서 실질적으로 일정하게 유지된다. 펌핑측 용적(24)과 기름받이(2) 용적 사이의 압력 편차의 가능한 반전이, 방지된다.
도 12는, 진공 펌프(1)의 제4 실시예를 도시한다.
이러한 실시예에서, 팽창 장치(12)의 멤브레인은, 제1 밀봉 장치(6a)와 제2 밀봉 장치(6b) 사이에 개재되는 펌핑측 용적(24)을, 외부 대기로부터 직접적으로 분리한다. 기름받이(2) 내에서 지배적인 압력은 대기압이며, 그리고 펌핑 스테이지(3e)는, 대기압에서 펌핑된 기체를 방출하도록 구성된다.
더욱 구체적으로, 도 12에 도시된 실시예에 따르면, 펌프 몸체(16) 내에 생성되는 제1 분기관(21)이, 밀봉 장치들(6a, 6b) 사이에서 나온다. 이러한 제1 분기관(21)은, 멤브레인의 강성 보호 외피(13)의 제1 오리피스(14)에 연결된다. 외피(13)의 제2 오리피스(14)는, 개방된 상태로 남겨진다.
작동 도중에, 멤브레인은, 압력 차가 멤브레인의 양 측부에서 발생할 때, 펌핑측 용적(24)과 외부 대기 사이에서 변형될 수 있다. 이러한 변형은, 2개의 밀봉 장치(6a, 6b) 사이에 개재되는 펌핑측 용적(24)에 관한 변동을 야기하고, 이는, 펌핑측 용적(24)의 압력이, 대기압과 그리고 그에 따라 기름받이(2) 내에서 지배적인 압력과, 균형을 이루는 것을 허용한다.
비록 도 1 내지 도 12의 실시예들이 대략 디스크 형상을 갖는 멤브레인을 도시하지만, 다른 형상들이, 고려될 수 있다.
예를 들어, 기름받이(2) 용적의 벽 내에 적어도 하나의 멤브레인을 배열함에 의해, 멤브레인의 하나의 측부가 기름받이(2) 용적에 연결되고, 다른 측부가, 펌프 몸체(16) 내에 배열되며 그리고 펌핑측 용적(11 또는 24)에서 나오는, 채널에 연결되는 것인, 진공 펌프(1)의 몸체(16) 외부에 위치되지 않는 팽창 장치(12)에 대해, 또한 고려될 수 있다.

Claims (11)

  1. 건식 진공 펌프(1)로서:
    - 적어도 하나의 기름받이(2);
    - 적어도 하나의 펌핑 스테이지(3e);
    - 개별적으로 상기 적어도 하나의 펌핑 스테이지(3e) 내로 연장되는 적어도 하나의 로터(5)를 지지하는 2개의 회전 샤프트(4)로서, 상기 로터들(5)은, 진공 펌프(1)의 흡입구(7)와 배출구(8) 사이에서 펌핑되어야 할 기체를 운반하기 위해 역방향으로 동기화된 방식으로 회전하도록 구성되고, 샤프트들(4)은, 상기 적어도 하나의 기름받이(2) 내에 수용되는 윤활유에 의해 윤활되는 베어링들에 의해 지지되는 것인, 2개의 회전 샤프트(4); 및
    - 각 샤프트 통로에서 펌핑 스테이지(3e)와 상기 적어도 하나의 기름받이(2) 사이에 개재되는, 적어도 하나의 윤활유 밀봉 장치(6a)
    를 포함하는 것인, 건식 진공 펌프(1)에 있어서,
    상기 진공 펌프(1)는, 상기 적어도 하나의 기름받이(2)와 펌핑측 용적(11; 24) 사이의 압력 변동을 감소시키도록 구성되는, 적어도 하나의 팽창 장치(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펌핑 스테이지(3e)는, 대기압에서 펌핑된 기체를 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 팽창 장치(12)는, 한편으로 적어도 하나의 밀봉 장치(6a, 6b) 사이에 위치되는 펌핑측 용적(11)과 다른 한편으로 기름받이(2) 용적 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 팽창 장치(12)는, 상기 기름받이(2) 용적을, 각 샤프트(4) 상에 직렬로 배열되는 제1 밀봉 장치(6a)와 제2 밀봉 장치(6b) 사이에 개재되는 펌핑측 용적(24)으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 팽창 장치(12)는, 상기 펌핑측 용적(11; 24)을 외부 대기로부터 분리하고, 상기 기름받이(2) 내에서 지배적인 압력은, 대기압인 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 펌핑측 용적은, 상기 펌핑 스테이지(3e)의 배출구와 상기 적어도 하나의 밀봉 장치(6b) 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 펌핑측 용적(24)은, 각 샤프트(4) 상에 직렬로 배열되는 제1 밀봉 장치(6a)와 제2 밀봉 장치(6b) 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창 장치(12)는, 예를 들어, 휴지 위치에서, 디스크의 또는 보울(bowl)의 대략적 형상을 갖는, 적어도 하나의, 변형 가능한 그리고 기밀한, 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 멤브레인은, 강성 보호 외피(13; 19) 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 멤브레인(12)은, 탄성중합체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 샤프트(4) 상에 직렬로 배열되는 접촉 시일들과 같은, 적어도 하나의 제1 밀봉 장치(6a) 및 하나의 제2 밀봉 장치(6b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 진공 펌프.
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