KR20210045316A - 진공 펌프 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 로터실 내부를 높은 온도로 유지할 수 있는 진공 펌프 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
진공 펌프 장치는, 로터실(1)을 내부에 갖는 펌프 케이싱(2)과, 로터실(1) 내에 배치되는 펌프 로터(5)와, 펌프 로터(5)가 고정되는 회전축(7)과, 회전축(7)에 연결되는 전동기(8)와, 로터실(1)의 단부면을 형성하는 사이드 커버(10A)와, 사이드 커버(10A) 내에 배치되는 사이드 히터(55A)를 구비한다.

Description

진공 펌프 장치{VACUUM PUMP APPARATUS}
본 발명은, 진공 펌프 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 디바이스, 액정, LED, 태양전지 등의 제조에 사용되는 프로세스 가스를 배기하는 용도에 적합하게 사용되는 진공 펌프 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스, 액정 패널, LED, 태양전지 등을 제조하는 제조 프로세스에 있어서는, 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하여 에칭 처리나 CVD 처리 등의 각종 처리를 행하고 있다. 프로세스 챔버에 도입된 프로세스 가스는, 진공 펌프 장치에 의해 배기된다. 일반적으로, 높은 청정도가 필요하게 되는 이들 제조 프로세스에 사용되는 진공 펌프 장치는, 기체의 유로 내에 오일을 사용하지 않는, 이른바 드라이 진공 펌프 장치이다. 이러한 드라이 진공 펌프 장치의 대표예로서, 로터실 내에 배치되는 한 쌍의 펌프 로터를 서로 반대 방향으로 회전시켜, 기체를 이송하는 용적식 진공 펌프 장치가 있다.
프로세스 가스는, 승화 온도가 높은 부생성물을 포함하는 경우가 있다. 진공 펌프 장치의 로터실 내의 온도가 낮으면, 부생성물은 로터실 내에서 고체화되어, 펌프 로터나, 펌프 케이싱의 내면에 퇴적되는 경우가 있다. 고체화된 부생성물은, 펌프 로터의 회전을 저해하여, 펌프 로터의 속도 저하나, 최악의 경우에는 진공 펌프 장치의 운전 정지를 일으키게 된다. 그래서, 부생성물의 고체화를 방지하기 위해, 펌프 케이싱의 외면에 히터를 부착하여 로터실을 가열하는 것이 행해지고 있다.
한편, 펌프 로터를 구동하는 전동기나, 펌프 로터의 회전축에 고정되는 기어는 냉각시킬 필요가 있다. 그래서, 전술한 진공 펌프 장치는, 통상, 전동기 및 기어를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 구비하고 있다. 냉각 시스템은, 예컨대, 전동기를 수용하는 모터 하우징 내에 설치되는 냉각관, 및 기어를 수용하는 기어 하우징 내에 설치되는 냉각관에 냉각액을 유통시킴으로써, 전동기 및 기어를 냉각시키도록 구성되어 있다. 이러한 냉각 시스템에 의해, 전동기 및 기어의 과열을 방지하여, 진공 펌프 장치의 안정된 운전을 달성할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-35290호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2012-251470호 공보
그러나, 히터에 의해 가열된 펌프 케이싱의 열은, 온도가 낮은 모터 하우징 및 기어 하우징에 전달되기 쉽다. 그와 같은 열전도의 결과로서, 펌프 케이싱 내의 로터실의 온도가 저하되는 경우가 있다. 특히, 로터실의 단부면은, 온도가 낮은 모터 하우징 또는 기어 하우징에 가까운 위치에 있기 때문에, 로터실 단부면의 온도는 저하되기 쉽다. 결과적으로, 프로세스 가스에 포함되는 부생성물이 로터실 내에서 고체화될 우려가 있다. 대응책의 하나로서, 고출력의 히터를 이용하는 것을 생각할 수 있지만, 그와 같은 히터는 보다 많은 전력을 필요로 하여, 진공 펌프 장치의 에너지 절약 운전을 달성할 수 없다.
그래서, 본 발명은, 펌프 케이싱의 로터실 내부를 높은 온도로 유지할 수 있는 진공 펌프 장치를 제공한다.
일 양태에서는, 로터실을 내부에 갖는 펌프 케이싱과, 상기 로터실 내에 배치되는 펌프 로터와, 상기 펌프 로터가 고정되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되는 전동기와, 상기 로터실의 단부면을 형성하는 사이드 커버와, 상기 사이드 커버 내에 배치되는 사이드 히터를 구비하는 것인, 진공 펌프 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 사이드 히터는, 상기 회전축을 둘러싸도록 배치된다.
일 양태에서는, 상기 사이드 커버는, 상기 로터실의 단부면을 형성하는 내측 사이드 커버와, 상기 회전축의 축 방향에 있어서 상기 내측 사이드 커버의 외측에 위치하는 외측 사이드 커버를 가지며, 상기 사이드 히터는, 상기 내측 사이드 커버와 상기 외측 사이드 커버 사이에 배치된다.
사이드 히터는, 사이드 커버 자체를 가열할 수 있기 때문에, 사이드 커버에 의해 단부면이 형성되는 로터실 내를 고온으로 할 수 있다.
도 1은 진공 펌프 장치의 일 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 복수의 사이드 히터가 사이드 커버 내에 배치되는 일 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 사이드 히터가 사이드 커버 내에 배치되는 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 B-B선 단면도이다.
도 5의 (a)는 사이드 히터가 사이드 커버 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 C-C선 단면도이다.
도 6의 (a)는 사이드 히터가 사이드 커버 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 D-D선 단면도이다.
도 7의 (a)는 사이드 히터가 사이드 커버 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 E-E선 단면도이다.
도 8의 (a)는 사이드 히터가 사이드 커버 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 F-F선 단면도이다.
도 9는 진공 펌프 장치의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도 10은 진공 펌프 장치의 또 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 사이드 커버 및 복수의 단열 부재를 나타낸 분해 사시도이다.
도 12는 도 10의 G-G선 단면도이다.
도 13은 복수의 사이드 히터가 사이드 커버 내에 배치되는 일 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 14는 진공 펌프 장치의 또 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도 15는 다단 펌프 로터를 구비하는 진공 펌프 장치의 일 실시형태를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 진공 펌프 장치의 일 실시형태를 나타낸 단면도이다. 이하에 설명한 실시형태의 진공 펌프 장치는, 용적식 진공 펌프 장치이다. 특히, 도 1에 도시된 진공 펌프 장치는, 기체의 유로 내에 오일을 사용하지 않는, 이른바 드라이 진공 펌프 장치이다. 드라이 진공 펌프 장치는, 기화된 오일이 상류측으로 흐르지 않기 때문에, 높은 청정도가 필요하게 되는 반도체 디바이스의 제조 장치에 적합하게 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 진공 펌프 장치는, 로터실(1)을 내부에 갖는 펌프 케이싱(2)과, 로터실(1) 내에 배치되는 펌프 로터(5)와, 펌프 로터(5)가 고정되는 회전축(7)과, 회전축(7)에 연결되는 전동기(8)를 구비한다. 펌프 로터(5)와 회전축(7)은, 일체 구조물이어도 좋다. 도 1에서는 하나의 펌프 로터(5), 하나의 회전축(7), 및 하나의 전동기(8)만 그려져 있지만, 한 쌍의 펌프 로터(5)가 로터실(1) 내에 배치되고, 한 쌍의 회전축(7)에 각각 고정된다. 한 쌍의 전동기(8)는, 한 쌍의 회전축(7)에 각각 연결된다.
본 실시형태의 펌프 로터(5)는, 루트형 펌프 로터이지만, 펌프 로터(5)의 타입은 본 실시형태에 한정되지 않는다. 일 실시형태에서는, 펌프 로터(5)는, 스크류형 펌프 로터여도 좋다. 또한, 본 실시형태의 펌프 로터(5)는, 단일 단 펌프 로터이지만, 일 실시형태에서는, 펌프 로터(5)는, 다단 펌프 로터여도 좋다.
진공 펌프 장치는, 회전축(7)의 축 방향에 있어서, 펌프 케이싱(2)의 외측에 위치하는 사이드 커버(10A, 10B)를 더 구비한다. 사이드 커버(10A, 10B)는, 펌프 케이싱(2)의 양측에 설치되고, 펌프 케이싱(2)에 접속된다. 본 실시형태에서는, 사이드 커버(10A, 10B)는, 도시하지 않은 나사에 의해 펌프 케이싱(2)의 단부면에 고정된다. 일 실시형태에서는, 사이드 커버(10A, 10B)는 펌프 케이싱(2)과 일체여도 좋다.
로터실(1)은, 펌프 케이싱(2)의 내면과, 사이드 커버(10A, 10B)의 내면에 의해 형성된다. 펌프 케이싱(2)은 흡기구(2a)와 배기구(2b)를 갖는다. 흡기구(2a)는, 이송해야 할 기체로 채워진 챔버(도시하지 않음)에 연결된다. 일례에서는, 흡기구(2a)는, 반도체 디바이스의 제조 장치의 프로세스 챔버에 연결되고, 진공 펌프 장치는, 프로세스 챔버에 도입된 프로세스 가스를 배기하는 용도로 사용된다.
진공 펌프 장치는, 회전축(7)의 축 방향에 있어서, 사이드 커버(10A, 10B)의 외측에 위치하는 하우징 구조체로서의 베어링 하우징(12), 모터 하우징(14), 및 기어 하우징(16)을 더 구비한다. 사이드 커버(10A)는, 펌프 케이싱(2)과 기어 하우징(16) 사이에 위치하고, 사이드 커버(10B)는, 펌프 케이싱(2)과 베어링 하우징(12) 사이에 위치한다. 베어링 하우징(12)은, 사이드 커버(10B)와 모터 하우징(14) 사이에 위치한다.
회전축(7)은, 베어링 하우징(12) 내에 배치되는 베어링(17)과, 기어 하우징(16) 내에 배치되는 베어링(18)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 모터 하우징(14)은, 그 내부에 전동기(8)의 모터 로터(8A) 및 모터 스테이터(8B)를 수용한다. 베어링 하우징(12), 모터 하우징(14), 및 기어 하우징(16)은, 하우징 구조체의 예로서, 하우징 구조체는 본 실시형태에 한정되지 않는다.
2개의 전동기(8)[도 1에서는 하나의 전동기(8)만을 도시함]는, 도시하지 않은 모터 드라이버에 의해 동기하여 반대 방향으로 회전하고, 한 쌍의 회전축(7) 및 한 쌍의 펌프 로터(5)를 동기하여 반대 방향으로 회전시키는 것이 가능하게 되어 있다. 전동기(8)에 의해 펌프 로터(5)가 회전하면, 기체는 흡기구(2a)로부터 펌프 케이싱(2) 내로 흡인된다. 기체는, 회전하는 펌프 로터(5)에 의해 흡기구(2a)로부터 배기구(2b)로 이송된다.
기어 하우징(16)의 내부에는, 서로 맞물리는 한 쌍의 기어(20)가 배치된다. 또한, 도 1에서는 하나의 기어(20)만 그려져 있다. 전술한 바와 같이, 한 쌍의 펌프 로터(5)는 2개의 전동기(8)에 의해 동기하여 회전되기 때문에, 기어(20)의 역할은, 돌발적인 외적 요인에 의한 펌프 로터(5)의 동기 회전의 탈조(脫調)를 방지하는 데 있다.
기어 하우징(16) 내에는 냉각관(21)이 매설된다. 마찬가지로, 모터 하우징(14)에는, 냉각관(22)이 매설된다. 냉각관(21)은 기어 하우징(16)의 둘레벽 전체에서 연장되고, 냉각관(22)은 모터 하우징(14)의 둘레벽 전체에서 연장된다. 냉각관(21) 및 냉각관(22)은, 도시하지 않은 냉각액 공급원에 연결된다. 냉각액은, 냉각액 공급원으로부터 냉각관(21) 및 냉각관(22)에 공급된다. 냉각관(21)을 흐르는 냉각액은, 기어 하우징(16)을 냉각시키고, 이것에 의해 기어 하우징(16) 내에 배치된 기어(20) 및 베어링(18)을 냉각시킬 수 있다. 냉각관(22)을 흐르는 냉각액은, 모터 하우징(14) 및 베어링 하우징(12)을 냉각시키고, 이것에 의해 모터 하우징(14) 내에 배치된 전동기(8)와, 베어링 하우징(12) 내에 배치된 베어링(17)을 냉각시킬 수 있다.
진공 펌프 장치는, 사이드 커버(10A, 10B) 내에 각각 배치되는 사이드 히터(55A, 55B)를 구비한다. 사이드 히터(55A, 55B)는, 로터실(1)에 인접하여 배치된다. 사이드 커버(10A)는, 로터실(1)의 단부면을 형성하는 내측 사이드 커버(31A)와, 회전축(7)의 축 방향에 있어서 내측 사이드 커버(31A)의 외측에 위치하는 외측 사이드 커버(32A)를 구비한다. 사이드 히터(55A)는, 내측 사이드 커버(31A)와 외측 사이드 커버(32A) 사이에 배치된다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내측 사이드 커버(31A)의 외면은, 회전축(7)이 삽입되는 관통 구멍(27)을 둘러싸는 홈(56)을 갖고, 사이드 히터(55A)는 홈(56) 내에 설치된다. 사이드 히터(55A)는, 관통 구멍(27)을 관통하는 회전축(7)을 둘러싸도록 배치되는, 환형 히터이다. 사이드 히터(55A)의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 전기식 히터의 일종인 시즈 히터(sheath heater)를 사이드 히터(55A)에 이용할 수 있다.
사이드 커버(10A)는, 펌프 케이싱(2)보다, 냉각관(21)이 설치된 기어 하우징(16)에 가까운 위치에 있기 때문에, 사이드 커버(10A)의 온도는 펌프 케이싱(2)에 비해 저하되기 쉽다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시형태에 따르면, 펌프 케이싱(2)과, 기어 하우징(하우징 구조체)(16) 사이에 사이드 히터(55A)가 설치된다. 사이드 히터(55A)는, 사이드 커버(10A) 자체를 가열할 수 있기 때문에, 사이드 커버(10A)에 의해 단부면이 형성되는 로터실(1) 내를 고온으로 할 수 있다. 특히, 냉각관(21)을 흐르는 냉각액으로 기어 하우징(16)을 냉각시키면서, 사이드 히터(55A)는 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다.
본 실시형태의 진공 펌프 장치가 취급하는 프로세스 가스에는, 온도의 저하에 따라 고체화되는 부생성물을 포함하는 것이 있다. 진공 펌프 장치의 운전 중에는, 프로세스 가스는 펌프 로터(5)에 의해 흡기구(2a)로부터 배기구(2b)로 이송되는 과정에서 압축된다. 따라서, 프로세스 가스의 압축열에 의해 로터실(1)의 내부는 고온이 된다. 또한, 본 실시형태에 따르면, 사이드 히터(55A)에 의해 사이드 커버(10A)가 가열되어, 로터실(1) 내부를 고온으로 유지할 수 있다. 따라서, 부생성물의 고체화를 확실하게 방지할 수 있다.
사이드 히터(55A)를 사이드 커버(10A) 내에 배치하기 위한 구체적 구성은, 도 1 및 도 2에 도시된 실시형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 사이드 히터(55A)가 배치되는 구멍을 갖는 사이드 커버(10A)를 주조에 의해 형성하고, 그 구멍 내에 사이드 히터(55A)를 삽입하여도 좋다. 이 경우는, 사이드 커버(10A)는, 내측 사이드 커버(31A)와 외측 사이드 커버(32A)로 분리되지 않아도 좋다.
일 실시형태에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 사이드 히터(55A)를 사이드 커버(10A) 내에 배치하여도 좋다. 도 3에 도시된 실시형태에서는, 병렬로 연장되는 2개의 사이드 히터(55A)가 사이드 커버(10A) 내에 배치된다. 3개 이상의 사이드 히터(55A)가 배치되어도 좋다.
도 4의 (a)는 사이드 히터(55A)가 사이드 커버(10A) 내에 배치되는 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 B-B선 단면도이다. 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 사이드 히터(55A)는 막대형이어도 좋다. 내측 사이드 커버(31A)의 측면에는, 홈(56)이 형성되고, 사이드 히터(55A)는 이들 홈(56) 내에 배치된다. 회전축(7)이 삽입되는 관통 구멍(27)은, 이들 사이드 히터(55A) 사이에 위치한다. 따라서, 사이드 히터(55A)는, 관통 구멍(27) 내에서 연장되는 회전축(7)을 둘러싸도록 배치된다. 본 실시형태에서는, 관통 구멍(27)의 위쪽 및 아래쪽에 2개의 홈(56)이 서로 평행하게 형성되고, 이들 홈(56) 내에 2개의 사이드 히터(55A)가 각각 배치된다. 사이드 히터(55A)도, 관통 구멍(27)의 위쪽 및 아래쪽에 위치하고, 서로 평행하다. 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시된 실시형태는, 홈(56)을 형성하기 쉬워, 제조 비용을 저감할 수 있다는 이점이 있다.
도 5의 (a)는, 사이드 히터(55A)가 사이드 커버(10A) 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 C-C선 단면도이다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전축(7)이 삽입되는 관통 구멍(27)을 둘러싸도록, 막대형의 사이드 히터(55A)가 배치되어도 좋다. 이 실시형태에서는, 관통 구멍(27)의 위쪽 및 아래쪽에 2개의 홈(56)이 서로 평행하게 형성되고, 또한 관통 구멍(27)의 양측에 2개의 홈(56)이 서로 평행하게 형성된다. 이들 4개의 홈(56)은, 내측 사이드 커버(31A)의 측면에 형성된다. 4개의 사이드 히터(55A)는 4개의 홈(56) 내에 각각 배치된다. 이들 사이드 히터(55A)도, 관통 구멍(27)[및 회전축(7)]을 둘러싼다. 이와 같이 배치된 사이드 히터(55A)는, 로터실(1)을 균일하게 가열할 수 있다. 5개 이상의 사이드 히터(55A)를 설치하여도 좋다.
도 6의 (a)는 사이드 히터(55A)가 사이드 커버(10A) 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 D-D선 단면도이다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 사이드 히터(55A)는 막대형이어도 좋다. 내측 사이드 커버(31A)의 내부에는, 구멍(58)이 형성되고, 사이드 히터(55A)는 이들 구멍(58) 내에 배치된다. 회전축(7)이 삽입되는 관통 구멍(27)은, 이들 사이드 히터(55A) 사이에 위치한다. 따라서, 사이드 히터(55A)는, 회전축(7)을 둘러싸도록 배치된다. 본 실시형태에서는, 관통 구멍(27)의 위쪽 및 아래쪽에 2개의 구멍(58)이 서로 평행하게 형성되고, 이들 구멍(58) 내에 2개의 사이드 히터(55A)가 각각 배치된다. 이들 사이드 히터(55A)도, 관통 구멍(27)의 위쪽 및 아래쪽에 위치하고, 서로 평행하다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시된 실시형태는, 구멍(58)을 형성하기 쉬워, 제조 비용을 저감할 수 있다는 이점이 있다.
도 7의 (a)는 사이드 히터(55A)가 사이드 커버(10A) 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 E-E선 단면도이다. 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전축(7)이 삽입되는 관통 구멍(27)을 둘러싸도록, 막대형의 사이드 히터(55A)가 배치되어도 좋다. 내측 사이드 커버(31A)의 내부에는, 구멍(58)이 형성되고, 사이드 히터(55A)는 이들 구멍(58) 내에 배치된다. 이 실시형태에서는, 관통 구멍(27)의 위쪽 및 아래쪽에 2개의 구멍(58)이 서로 평행하게 형성되고, 또한 관통 구멍(27)의 양측에 2개의 구멍(58)이 서로 평행하게 형성된다. 4개의 사이드 히터(55A)는 4개의 구멍(58) 내에 각각 배치된다. 이들 사이드 히터(55A)도, 관통 구멍(27)[및 회전축(7)]을 둘러싼다. 이와 같이 배치된 사이드 히터(55A)는, 로터실(1)을 균일하게 가열할 수 있다. 5개 이상의 사이드 히터(55A)를 설치하여도 좋다.
도 8의 (a)는 사이드 히터(55A)가 사이드 커버(10A) 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 나타낸 도면이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 F-F선 단면도이다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 사이드 히터(55A)는, 시트형의 히터여도 좋다. 이 사이드 히터(55A)는, 내측 사이드 커버(31A)의 측면에 부착된다. 본 실시형태에서는, 사이드 히터(55A)는, 회전축(7)이 삽입되는 관통 구멍(27)을 둘러싸는 환형이지만, 사이드 히터(55A)의 형상은 본 실시형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 사이드 히터(55A)는, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 회전축(7)이 통과하는 관통 구멍(27)을 둘러싸도록 직선형으로 연장되어도 좋다.
도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한 실시형태에 있어서의 사이드 히터(55A)는, 모두 로터실(1)에 인접해 있다. 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 사이드 히터(55A)의 배치는, 예이며, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것을 의도하지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 사이드 히터(55B)는, 사이드 커버(10B) 내에도 배치된다. 사이드 커버(10B)는, 로터실(1)의 단부면을 형성하는 내측 사이드 커버(31B)와, 회전축(7)의 축 방향에 있어서 내측 사이드 커버(31B)의 외측에 위치하는 외측 사이드 커버(32B)를 구비한다. 내측 사이드 커버(31B)의 외면은 홈(도시하지 않음)을 갖고, 사이드 히터(55B)는 홈 내에 설치된다. 사이드 히터(55B)는, 회전축(7)을 둘러싸도록 배치되는 환형 히터 또는 막대형 히터이다. 도 1 내지 도 8을 참조한 사이드 히터(55A) 및 사이드 커버(10A)의 설명은, 사이드 히터(55B) 및 사이드 커버(10B)에도 적용할 수 있기 때문에, 사이드 히터(55B) 및 사이드 커버(10B)의 기타 설명을 생략한다.
도 9는 진공 펌프 장치의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 실시형태와 동일하므로, 그 중복된 설명을 생략한다.
사이드 커버(10A)와 기어 하우징(하우징 구조체)(16) 사이에는, 단열체인 단열 구조체(25A)가 끼워진다. 사이드 커버(10A)와 기어 하우징(16)은 서로 떨어져 있고(서로 접촉하지 않고), 단열 구조체(25A)는 사이드 커버(10A)와 기어 하우징(16)의 양쪽에 접촉된다. 이 단열 구조체(25A)는, 펌프 케이싱(2)과 기어 하우징(16) 사이에 위치하며, 펌프 케이싱(2)으로부터 사이드 커버(10A)를 통한 기어 하우징(16)에 대한 전열을 저감하는 기능을 갖는다.
단열 구조체(25A)는, 사이드 커버(10A)보다 낮은 열전도율을 갖는다. 보다 구체적으로는, 단열 구조체(25A)는, 사이드 커버(10A)를 구성하는 재료보다 열전도율이 낮은 재료로 구성된다. 본 실시형태에서는, 로터실(1)을 형성하는 펌프 케이싱(2) 및 사이드 커버(10A, 10B)는 주철로 구성된다. 베어링 하우징(12), 모터 하우징(14), 및 기어 하우징(16)은 알루미늄으로 구성된다. 단열 구조체(25A)는, 사이드 커버(10A)의 재료보다 열전도율이 낮은 수지로 구성된다. 일례에서는, 단열 구조체(25A)는, 불소 수지의 일종인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 구성된다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은, 주철보다 낮은 열전도율을 가지며, 또한 고온에도 견딜 수 있는 성질을 갖는다. 단, 사이드 커버(10A)의 재료보다 열전도율이 낮은 재료라면, 단열 구조체(25A)의 재료는, 스테인리스강, 티탄, 구상 흑연계 오스테나이트 주철(니레지스트: niresist) 등의 금속이어도 좋다.
사이드 커버(10A)와 기어 하우징(16) 사이에 베어링 하우징 등의 다른 하우징 구조체가 배치되어도 좋다. 이러한 경우는, 단열 구조체(25A)는, 사이드 커버(10A)와 그 하우징 구조체 사이에 끼워진다.
단열 구조체(25A)는 환형이며, 회전축(7)의 외주면을 둘러싸도록 배치된다. 단열 구조체(25A)의 내측면은 사이드 커버(10A)의 외측면에 접촉하고, 단열 구조체(25A)의 외측면은 기어 하우징(16)의 내측 단부면에 접촉한다. 이 단열 구조체(25A)는, 이음매가 없는 환형의 형상을 갖고, 단열 구조체(25A)는 사이드 커버(10A)와 기어 하우징(16) 사이의 간극을 밀봉하는 시일로서도 기능한다.
마찬가지로, 사이드 커버(10B)와 베어링 하우징(하우징 구조체)(12) 사이에는, 단열 구조체(25B)가 끼워진다. 즉, 사이드 커버(10B)와 베어링 하우징(12)은 서로 떨어져 있고(서로 접촉하지 않고), 단열 구조체(25B)는 사이드 커버(10B)와 베어링 하우징(12)의 양쪽에 접촉한다. 이 단열 구조체(25B)는, 펌프 케이싱(2)과 베어링 하우징(12) 사이에 위치하고, 펌프 케이싱(2)으로부터 사이드 커버(10B)를 통한 베어링 하우징(12)에 대한 전열을 저감하는 기능을 갖는다.
단열 구조체(25B)는, 이음매가 없는 환형의 형상을 갖고, 단열 구조체(25B)는 사이드 커버(10B)와 베어링 하우징(12) 사이의 간극을 밀봉하는 시일로서도 기능한다. 즉, 단열 구조체(25B)의 내측면은 사이드 커버(10B)의 외측면에 접촉하고, 단열 구조체(25B)의 외측면은 베어링 하우징(12)의 내측 단부면에 접촉한다. 단열 구조체(25B)는, 사이드 커버(10B)보다 낮은 열전도율을 갖는다. 보다 구체적으로는, 단열 구조체(25B)는, 사이드 커버(10B)를 구성하는 재료보다 열전도율이 낮은 재료로 구성된다. 단열 구조체(25B)의 구조는, 단열 구조체(25A)와 동일하므로, 그 중복된 설명을 생략한다.
사이드 커버(10B)와 베어링 하우징(12) 사이에 다른 하우징 구조체가 배치되어도 좋다. 이러한 경우는, 단열 구조체(25B)는, 사이드 커버(10B)와 그 하우징 구조체 사이에 끼워진다. 또한, 사이드 커버(10B)와 모터 하우징(14) 사이에 베어링 하우징(12)이 설치되지 않는 경우도 있다. 그와 같은 경우는, 단열 구조체(25B)는, 사이드 커버(10B)와 모터 하우징(14) 사이에 끼워진다.
도 10은 진공 펌프 장치의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 실시형태와 동일하므로, 그 중복된 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 사이드 커버(10A) 내에 단열체로서의 복수의 단열 부재(41A, 42A)가 설치된다. 단열 구조체(25A, 25B)는 설치되지 않다.
복수의 단열 부재(41A, 42A)는, 내측 사이드 커버(31A)와 외측 사이드 커버(32A) 사이에 끼워진다. 즉, 내측 사이드 커버(31A)와 외측 사이드 커버(32A)는 서로 떨어져 있고(서로 접촉하지 않고), 복수의 단열 부재(41A, 42A)는, 내측 사이드 커버(31A)와 외측 사이드 커버(32A)의 양쪽에 접촉한다. 이 단열체로서의 복수의 단열 부재(41A, 42A)는, 펌프 케이싱(2)과 기어 하우징(16) 사이에 위치하며, 사이드 커버(10A)보다 낮은 열전도율을 갖는다. 따라서, 복수의 단열 부재(41A, 42A)는, 펌프 케이싱(2)으로부터 사이드 커버(10A)를 통한 기어 하우징(16)에 대한 전열을 저감하는 기능을 갖는다.
도 11은 도 10에 도시된 사이드 커버(10A) 및 복수의 단열 부재(41A, 42A)를 나타낸 분해 사시도이다. 복수의 단열 부재(41A, 42A)는, 회전축(7)이 관통하는 2개의 관통 구멍(45)을 갖는 단열 플레이트(41A)와, 단열 플레이트(41A)의 주위에 배치되는 복수의 단열 스페이서(42A)를 포함한다. 내측 사이드 커버(31A)의 외면에는 오목부(47)가 형성되고, 단열 플레이트(41A)는 오목부(47) 내에 배치된다. 일 실시형태에서는, 외측 사이드 커버(32A)의 내면에 오목부(47)가 형성되고, 단열 플레이트(41A)는 외측 사이드 커버(32A)의 오목부(47) 내에 배치되어도 좋다. 본 실시형태의 단열 플레이트(41A)는 단일 구조체이지만, 복수 구조체로 분리하여도 좋다. 단열 플레이트(41A)와 내측 사이드 커버(31A) 사이, 및 단열 플레이트(41A)와 외측 사이드 커버(32A) 사이에는, O-링 등의 시일(도시하지 않음)이 배치된다.
단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)는, 사이드 커버(10A)보다 낮은 열전도율을 갖는다. 따라서, 단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)는, 펌프 케이싱(2)으로부터 사이드 커버(10A)를 통해 기어 하우징(16)에 대한 전열을 저감시켜, 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다. 특히, 냉각관(21)(도 10 참조)을 흐르는 냉각액으로 기어 하우징(16)을 냉각시키면서, 단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)는 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다.
단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)는, 사이드 커버(10A)를 구성하는 재료보다 열전도율이 낮은 재료로 구성된다. 본 실시형태에서는, 로터실(1)을 구성하는 펌프 케이싱(2) 및 사이드 커버(10A, 10B)는 주철로 구성된다. 단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)는, 사이드 커버(10A)의 재료보다 열전도율이 낮은 스테인리스강, 티탄, 또는 구상 흑연계 오스테나이트 주철(니레지스트) 등의 금속으로 구성된다. 본 실시형태에서는, 단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)는, 스테인리스강으로 구성된다. 스테인리스강은, 주철보다 낮은 열전도율을 갖는다. 또한, 스테인리스강은, 기계적 강성이 높아, 진공 펌프 장치의 조립 시에 높은 치수 정밀도를 확보할 수 있다. 단, 사이드 커버(10A)의 재료보다 열전도율이 낮고, 또한 높은 기계적 강성을 갖고 있으면, 단열 플레이트(41A) 및/또는 단열 스페이서(42A)의 재료는 수지 등의 다른 재료여도 좋다.
단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)의 총 단면적은, 사이드 커버(10A)의 단면적보다 작다. 따라서, 열전도율 및 단면적이 작은 단열 플레이트(41A) 및 단열 스페이서(42A)는, 펌프 케이싱(2)으로부터 기어 하우징(16)에 대한 전열의 저감에 기여한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다른 쪽 사이드 커버(10B) 내에도, 단열체로서의 복수의 단열 부재(41B, 42B), 즉 단열 플레이트(41B) 및 복수의 단열 스페이서(42B)가 동일하게 설치된다. 사이드 커버(10B)는, 로터실(1)의 단부면을 형성하는 내측 사이드 커버(31B)와, 회전축(7)의 축 방향에 있어서 내측 사이드 커버(31B)의 외측에 위치하는 외측 사이드 커버(32B)를 구비한다.
사이드 커버(10B), 단열 플레이트(41B), 및 복수의 단열 스페이서(42B)의 구성 및 배치는, 사이드 커버(10A), 단열 플레이트(41A), 및 복수의 단열 스페이서(42A)와 실질적으로 동일하다. 도 10 및 도 11을 참조한 사이드 커버(10A), 단열 플레이트(41A), 및 복수의 단열 스페이서(42A)의 설명은, 사이드 커버(10B), 단열 플레이트(41B), 및 복수의 단열 스페이서(42B)에도 적용할 수 있기 때문에, 이들의 기타 상세한 설명을 생략한다.
사이드 커버(10B) 내에 형성되는 단열 플레이트(41B) 및 단열 스페이서(42B)는, 펌프 케이싱(2)과 베어링 하우징(12) 사이에 위치한다. 단열 플레이트(41B) 및 단열 스페이서(42B)는, 사이드 커버(10B)보다 낮은 열전도율을 갖는다. 따라서, 단열 플레이트(41B) 및 단열 스페이서(42B)는, 펌프 케이싱(2)으로부터 사이드 커버(10B)를 통한 베어링 하우징(12)에 대한 전열을 저감하는 기능을 갖는다. 특히, 냉각관(22)을 흐르는 냉각액으로 모터 하우징(14) 및 베어링 하우징(12)을 냉각시키면서, 단열 플레이트(41B) 및 단열 스페이서(42B)는 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다.
단열 플레이트(41B) 및 단열 스페이서(42B)의 총 단면적은, 사이드 커버(10B)의 단면적보다 작다. 따라서, 열전도율 및 단면적이 작은 단열 플레이트(41B) 및 단열 스페이서(42B)는, 펌프 케이싱(2)으로부터 베어링 하우징(12)에 대한 전열의 저감에 기여한다.
도 12는 도 10의 G-G선 단면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 사이드 히터(55A)는, 단열 플레이트(41A)를 둘러싸도록 배치된다. 도시하지 않지만, 사이드 히터(55B)도 마찬가지로 단열 플레이트(41B)를 둘러싸도록 배치된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 사이드 히터(55A)를 사이드 커버(10A) 내에 설치하여도 좋다. 마찬가지로, 복수의 사이드 히터(55B)를 사이드 커버(10B) 내에 설치하여도 좋다. 또한, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 사이드 히터(55A) 및 사이드 커버(10A)의 구성 및 배치는, 도 10 및 도 11의 실시형태에 있어서의 사이드 히터(55A) 및 사이드 커버(10A), 및/또는 사이드 히터(55B) 및 사이드 커버(10B)에 적용하여도 좋다. 이 경우도, 사이드 히터(55A)는 단열 플레이트(41A)를 둘러싸도록 배치되고, 사이드 히터(55B)는 단열 플레이트(41B)를 둘러싸도록 배치된다.
도 14는 진공 펌프 장치의 또 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 실시형태와 동일하므로, 그 중복된 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 도 14에 도시된 바와 같이, 진공 펌프 장치는, 단열 구조체(25A, 25B)와, 단열 부재(41A, 42A, 41B, 42B) 양쪽 모두를 단열체로서 구비한다. 본 실시형태에 따르면, 이중 단열체(25A, 25B, 41A, 42A, 41B, 42B)와 사이드 히터(55A, 55B)의 조합에 의해, 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다. 또한, 사이드 히터(55A, 55B)의 운전에 필요한 전력을 삭감할 수 있다.
지금까지 설명한 각 실시형태에서는, 로터실(1)의 양측에 사이드 히터(55A, 55B)가 배치되어 있지만, 본 발명은 이러한 배치에 한정되지 않는다. 일 실시형태에서는, 사이드 히터는, 로터실(1)의 한쪽측에만 배치되어도 좋다. 예컨대, 기어 하우징(16)에 냉각관(21)이 설치되지 않은 경우에는, 사이드 히터(55A)를 생략하여도 좋다. 마찬가지로, 전술한 단열체는 로터실(1)의 양측에 배치되어 있지만, 일 실시형태에서는, 단열체는 로터실(1)의 한쪽측에만 배치되어도 좋다.
도 15는 다단 펌프 로터를 구비한 진공 펌프 장치의 일 실시형태를 나타낸 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시형태의 구성은, 도 14에 도시된 실시형태와 동일하므로, 그 중복된 설명을 생략한다. 도 15에 도시된 진공 펌프 장치는, 복수의 로터(5a∼5e)를 구비하는 다단 펌프 로터(5)를 갖추고 있다. 흡기구(2a)는 펌프 케이싱(2)의 기어측 단부에 위치하고, 배기구(2b)는 펌프 케이싱(2)의 전동기측 단부에 위치한다. 다단 펌프 로터(5)의 회전에 따라, 기체는 압축되면서 흡기구(2a)로부터 배기구(2b)로 이송된다. 기체가 압축될 때에 생기는 압축열은, 배기구(2b) 부근에서 가장 높아진다. 따라서, 로터실(1)의 배기측 온도는, 로터실(1)의 흡기측 온도보다 높다.
프로세스 가스의 종류에 따라서는, 승화 온도가 비교적 낮은 부생성물을 포함하는 것도 있다. 그와 같은 부생성물은, 로터실(1)의 흡기측에서 고체화되기 쉽고, 한편 로터실(1)의 배기측에서는 고체화되기 어렵다. 따라서, 그와 같은 경우는, 도 15에 도시된 바와 같이, 진공 펌프 장치는, 기어 하우징(16)과 펌프 케이싱(2) 사이에만 사이드 히터(55A) 및/또는 단열 구조체(25A) 및/또는 단열 부재(41A, 42A)를 가져도 좋다.
전술한 실시형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시형태의 여러 가지 변형례는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1: 로터실 2: 펌프 케이싱
2a: 흡기구 2b: 배기구
5: 펌프 로터 7: 회전축
8: 전동기 8A: 모터 로터
8B: 모터 스테이터 10A, 10B: 사이드 커버
12: 베어링 하우징 14: 모터 하우징
16: 기어 하우징 17: 베어링
18: 베어링 20: 기어
21: 냉각관 22: 냉각관
25A, 25B: 단열 구조체 27: 관통 구멍
31A, 31B: 내측 사이드 커버 32A, 32B: 외측 사이드 커버
41A, 41B: 단열 부재(단열 플레이트)
42A, 42B: 단열 부재(단열 스페이서)
45: 관통 구멍 47: 오목부
55A, 55B: 사이드 히터 56: 홈
58: 구멍

Claims (3)

  1. 로터실을 내부에 갖는 펌프 케이싱과,
    상기 로터실 내에 배치되는 펌프 로터와,
    상기 펌프 로터가 고정되는 회전축과,
    상기 회전축에 연결되는 전동기와,
    상기 로터실의 단부면을 형성하는 사이드 커버와,
    상기 사이드 커버 내에 배치되는 사이드 히터를 구비하는 것인, 진공 펌프 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 히터는, 상기 회전축을 둘러싸도록 배치되는 것인, 진공 펌프 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 사이드 커버는, 상기 로터실의 단부면을 형성하는 내측 사이드 커버와, 상기 회전축의 축 방향에 있어서 상기 내측 사이드 커버의 외측에 위치하는 외측 사이드 커버를 가지며,
    상기 사이드 히터는, 상기 내측 사이드 커버와 상기 외측 사이드 커버 사이에 배치되는 것인, 진공 펌프 장치.
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