KR20230068302A - 진공 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

펌프 케이싱의 로터실의 내부를 높은 온도로 유지하고, 또한 히터의 착탈을 용이하게 행할 수 있는 진공 펌프 장치를 제공한다.
진공 펌프 장치는, 펌프 케이싱(2)과, 로터실(1) 내에 배치된 펌프 로터(5)와, 펌프 로터(5)가 고정된 회전축(7)과, 회전축(7)에 연결된 전동기(8)와, 로터실(1)의 단부면(31a)을 형성하는 사이드 커버(10A, 10B)와, 회전축(7)의 축 방향에 있어서, 사이드 커버(10A, 10B)의 외측에 위치하는 하우징 구조체(14, 16)와, 사이드 커버(10A, 10B) 내에 배치되어, 착탈 가능하게 설치된 카트리지 히터(70A, 70B)를 구비하고, 카트리지 히터(70A, 70B)는, 히터(71)와, 히터(71)의 적어도 일부를 덮는 히터 케이싱(72)을 갖고 있고, 히터 케이싱(72)은, 그 일단으로부터 타단까지 연장되는 슬릿(72a)을 갖고 있다.

Description

진공 펌프 장치{VACUUM PUMP APPARATUS}

본 발명은, 진공 펌프 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 디바이스, 액정, LED, 태양 전지 등의 제조에 사용되는 프로세스 가스를 배기하는 용도에 적합하게 사용되는 진공 펌프 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스, 액정 패널, LED, 태양 전지 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 필요해지는 이들의 제조 프로세스에 사용되는 진공 펌프 장치는, 기체의 유로 내에 오일을 사용하지 않는, 소위 드라이 진공 펌프 장치이다. 이러한 드라이 진공 펌프 장치의 대표예로서, 로터실 내에 배치된 한 쌍의 펌프 로터를 서로 반대 방향으로 회전시켜서, 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 고체화하고, 펌프 로터나, 펌프 케이싱의 내면에 퇴적하는 경우가 있다. 고체화한 부생성물은, 펌프 로터의 회전을 저해하고, 펌프 로터의 속도 저하나, 최악의 경우에는 진공 펌프 장치의 운전 정지를 야기해 버린다. 그래서, 부생성물의 고체화를 방지하기 위해서, 펌프 케이싱의 외면에 히터를 설치하여 로터실을 가열하는 것이 행하여지고 있다.

한편으로, 펌프 로터를 구동하는 전동기나, 펌프 로터의 회전축에 고정되어 있는 기어는 냉각할 필요가 있다. 그래서, 상술한 진공 펌프 장치는, 통상, 전동기 및 기어를 냉각하기 위한 냉각 시스템을 구비하고 있다. 냉각 시스템은, 예를 들어 전동기를 수용하는 모터 하우징 내에 마련된 냉각관 및 기어를 수용하는 기어 하우징 내에 마련된 냉각관에 냉각액을 유통시킴으로써, 전동기 및 기어를 냉각하도록 구성되어 있다. 이러한 냉각 시스템에 의해, 전동기 및 기어의 과열을 방지하고, 진공 펌프 장치의 안정된 운전을 달성할 수 있다.

일본 특허 공개 제2003-35290호 공보 일본 특허 공개 제2021-63503호 공보

펌프 케이싱에 설치된 히터는, 사이드 커버에 끼워진 구조로 되어 있다. 그 때문에, 히터의 수명 등으로 교환할 때에는, 진공 펌프 장치를 분해할 필요가 있고, 히터를 용이하게 교환할 수 없다.

그래서, 본 발명은, 펌프 케이싱의 로터실의 내부를 높은 온도로 유지하고, 또한 히터의 착탈을 용이하게 행할 수 있는 진공 펌프 장치를 제공한다.

일 양태에서는, 로터실을 내부에 갖는 펌프 케이싱과, 상기 로터실 내에 배치된 펌프 로터와, 상기 펌프 로터가 고정된 회전축과, 상기 회전축에 연결된 전동기와, 상기 로터실의 단부면을 형성하는 사이드 커버와, 상기 회전축의 축 방향에 있어서, 상기 사이드 커버의 외측에 위치하는 하우징 구조체와, 상기 사이드 커버 내 또는 상기 펌프 케이싱 내에 배치되어, 착탈 가능하게 설치된 카트리지 히터를 구비하고, 상기 카트리지 히터는, 히터와, 상기 히터의 적어도 일부를 덮는 히터 케이싱을 갖고 있고, 상기 히터 케이싱은, 그 일단으로부터 타단까지 연장되는 슬릿을 갖고 있는, 진공 펌프 장치가 제공된다.

일 양태에서는, 상기 히터 케이싱은, 상기 히터의 외각을 구성하는 재료보다도 선팽창 계수가 높은 재료로 구성되어 있다.

일 양태에서는, 상기 히터 케이싱은, 알루미늄 합금, 알루미늄, 구리 및 마그네슘 중 어느 하나로 구성되어 있다.

일 양태에서는, 상기 사이드 커버 또는 상기 펌프 케이싱은, 해당 사이드 커버 또는 해당 펌프 케이싱의 외면에서 개구하고, 직선적으로 연장된 구멍을 갖고 있고, 상기 카트리지 히터는, 막대상의 형상을 갖고 있고, 상기 구멍 내에 배치되어 있다.

일 양태에서는, 상기 진공 펌프 장치는, 상기 카트리지 히터를 상기 사이드 커버 또는 상기 펌프 케이싱에 착탈 가능하게 고정하는 고정 기구를 더 구비하고 있다.

본 발명에 따르면, 카트리지 히터를 사이드 커버 내 또는 펌프 케이싱 내에 설치함으로써, 로터실의 내부를 높은 온도로 유지할 수 있다.

히터 케이싱에 형성된 슬릿은, 히터 및 히터 케이싱의 열팽창을 흡수할 수 있다. 이에 의해, 히터의 경년적인 변형에 기인하는 카트리지 히터의 변형을 방지하고, 카트리지 히터를 사이드 커버 또는 펌프 케이싱으로부터 용이하게 취출할 수 있다.

히터 케이싱은, 히터의 외각을 구성하는 재료보다도 선팽창 계수가 높은 재료로 구성되어 있고, 사이드 커버 또는 펌프 케이싱과, 히터 사이의 간극을 히터 케이싱의 열팽창에 의해 메울 수 있다. 따라서, 카트리지 히터로부터 사이드 커버 또는 펌프 케이싱에 효율적으로 열을 전달할 수 있다.

도 1은, 진공 펌프 장치의 일 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 도 1에 도시하는 실시 형태에 관한 사이드 커버의 측면도이다.
도 3은, 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는, 카트리지 히터의 사시도이다.
도 5는, 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 6은, 구멍 내에 삽입된 카트리지 히터의 확대 단면도이다.
도 7은, 가열 시의 카트리지 히터의 확대 단면도이다.
도 8은, 진공 펌프 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 9는, 도 8의 C-C선 단면도이다.
도 10은, 진공 펌프 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 11은, 도 10에 도시하는 실시 형태에 관한 사이드 커버의 측면도이다.
도 12는, 도 11의 화살표 D로 나타내는 방향으로부터 본 도면이다.
도 13은, 도 11에 도시하는 사이드 커버의 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 진공 펌프 장치의 일 실시 형태를 도시하는 단면도이다. 이하에 설명하는 실시 형태의 진공 펌프 장치는, 용적식 진공 펌프 장치이다. 특히, 도 1에 도시하는 진공 펌프 장치는, 기체의 유로 내에 오일을 사용하지 않는, 소위 드라이 진공 펌프 장치이다. 드라이 진공 펌프 장치는, 기화한 오일이 상류측으로 흐르는 일이 없으므로, 높은 청정도가 필요해지는 반도체 디바이스의 제조 장치에 적합하게 사용할 수 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 진공 펌프 장치는, 로터실(1)을 내부에 갖는 펌프 케이싱(2)과, 로터실(1) 내에 배치된 펌프 로터(5)와, 펌프 로터(5)가 고정된 회전축(7)과, 회전축(7)에 연결된 전동기(8)를 구비하고 있다. 펌프 로터(5)와 회전축(7)은, 일체 구조물이어도 된다. 도 1에서는 하나의 펌프 로터(5) 및 하나의 회전축(7)만이 도시되어 있지만, 한 쌍의 펌프 로터(5)가 로터실(1) 내에 배치되어 있고, 한 쌍의 회전축(7)에 각각 고정되어 있다. 전동기(8)눈 한 쌍의 회전축(7) 중 한쪽에 연결되어 있다. 일 실시 형태에서는, 전동기(8)는, 한 쌍의 전동기(8)가, 한 쌍의 회전축(7)에 각각 연결되어 있어도 된다.

본 실시 형태의 펌프 로터(5)는, 루트형 펌프 로터이지만, 펌프 로터(5)의 타입은 본 실시 형태에 한정되지 않는다. 일 실시 형태에서는, 펌프 로터(5)는, 스크루형 펌프 로터여도 된다. 또한, 본 실시 형태의 펌프 로터(5)는, 단단 펌프 로터이지만, 일 실시 형에서는는, 펌프 로터(5)는, 다단 펌프 로터여도 된다.

진공 펌프 장치는, 회전축(7)의 축 방향에 있어서, 펌프 케이싱(2)의 외측에 위치하는 사이드 커버(10A, 10B)를 더 구비하고 있다. 사이드 커버(10A, 10B)는, 펌프 케이싱(2)의 양측에 마련되어 있고, 펌프 케이싱(2)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 사이드 커버(10A, 10B)는, 도시하지 않은 나사에 의해 펌프 케이싱(2)의 단부면에 고정된다.

로터실(1)은, 펌프 케이싱(2)의 내면과, 사이드 커버(10A, 10B)의 내면에 의해 형성되어 있다. 펌프 케이싱(2)은 흡기구(2a)와 배기구(2b)를 갖고 있다. 흡기구(2a)는, 이송해야 할 기체로 채워진 챔버(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 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 모터 하우징(14) 및 기어 하우징(16)을 더 구비하고 있다. 사이드 커버(10A)는, 펌프 케이싱(2)과 모터 하우징(14) 사이에 위치하고, 사이드 커버(10B)는, 펌프 케이싱(2)과 기어 하우징(16) 사이에 위치하고 있다.

회전축(7)은, 사이드 커버(10A)에 보유 지지된 베어링(17)과, 사이드 커버(10B)에 보유 지지된 베어링(18)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 모터 하우징(14)은, 그 내부에 전동기(8)의 모터 로터(8A) 및 모터 스테이터(8B)를 수용하고 있다. 모터 하우징(14) 및 기어 하우징(16)은, 하우징 구조체의 예이며, 하우징 구조체는 본 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하우징 구조체는, 베어링을 보유 지지하는 베어링 하우징이어도 된다.

기어 하우징(16)의 내부에는, 서로 맞물리는 한 쌍의 기어(20)가 배치되어 있다. 또한, 도 1에서는 하나의 기어(20)만이 도시되어 있다. 전동기(8)는, 도시하지 않은 모터 드라이버에 의해 회전하고, 전동기(8)가 연결된 한쪽의 회전축(7)은, 기어(20)를 통해, 전동기(8)가 연결되어 있지 않은 다른 쪽의 회전축(7)을 반대 방향으로 회전시킨다.

일 실시 형태에서는, 한 쌍의 회전축(7)에 각각 연결된 한 쌍의 전동기(8)가 마련되어도 된다. 한 쌍의 전동기(8)는, 도시하지 않은 모터 드라이버에 의해 동기하여 반대 방향으로 회전하고, 한 쌍의 회전축(7) 및 한 쌍의 펌프 로터(5)를 동기하여 반대 방향으로 회전시킨다. 이 경우의 기어(20)의 역할로서는, 돌발적인 외적 요인에 의한 펌프 로터(5)의 동기 회전의 탈조를 방지하는 데에 있다.

전동기(8)에 의해 펌프 로터(5)가 회전하면, 기체는 흡기구(2a)로부터 펌프 케이싱(2) 내에 흡입된다. 기체는, 회전하는 펌프 로터(5)에 의해 흡기구(2a)로부터 배기구(2b)로 이송된다.

모터 하우징(14) 내에는, 냉각 유로(21)가 마련되어 있다. 마찬가지로, 기어 하우징(16) 내에는 냉각 유로(22)가 마련되어 있다. 냉각 유로(21)는 모터 하우징(14)의 주위벽의 전체를 연장하고, 냉각 유로(22)는 기어 하우징(16)의 주위벽의 전체를 연장하고 있다. 냉각 유로(21) 및 냉각 유로(22)는, 도시하지 않은 냉각액 공급원에 연결되어 있다. 냉각액은, 냉각액 공급원으로부터 냉각 유로(21) 및 냉각 유로(22)에 공급된다. 냉각 유로(21)를 흐르는 냉각액은, 모터 하우징(14)을 냉각하고, 이에 의해 모터 하우징(14) 내에 배치된 전동기(8) 및 베어링(17)을 냉각할 수 있다. 냉각 유로(22)를 흐르는 냉각액은, 기어 하우징(16)을 냉각하고, 이에 의해 기어 하우징(16) 내에 배치된 기어(20) 및 베어링(18)을 냉각할 수 있다.

진공 펌프 장치가 취급하는 프로세스 가스에는, 온도의 저하에 따라 고체화하는 부생성물을 포함하는 경우가 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. 사이드 커버(10A)는, 펌프 케이싱(2)으로부터 모터 하우징(14)으로의 전열을 저감시키고, 사이드 커버(10B)는, 펌프 케이싱(2)으로부터 기어 하우징(16)으로의 전열을 저감시키도록 구성되어 있다. 따라서, 사이드 커버(10A, 10B)는, 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다. 특히, 냉각 유로(21, 22)를 흐르는 냉각액으로 모터 하우징(14) 및 기어 하우징(16)을 냉각하면서, 사이드 커버(10A, 10B)는 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 로터실(1)을 형성하는 펌프 케이싱(2) 및 사이드 커버(10A, 10B)는 주철로 구성되어 있다. 일 실시 형태에서는, 사이드 커버(10A, 10B)는 주철보다도 낮은 열전도율을 갖는 재료로 구성되어도 된다.

진공 펌프 장치는, 사이드 커버(10A, 10B) 내에 각각 배치된 카트리지 히터(70A, 70B)를 더 구비하고 있다. 카트리지 히터(70A, 70B)는, 사이드 커버(10A, 10B)에 착탈 가능하게 설치되어 있다. 카트리지 히터(70A, 70B)의 구성의 상세는, 후술한다.

사이드 커버(10A, 10B)는, 기본적으로 동일한 구성을 갖고, 카트리지 히터(70A, 70B)는 기본적으로 동일한 구성을 갖고 있으므로, 이하, 사이드 커버(10A) 및 카트리지 히터(70A)에 대하여 설명한다. 도 2는, 도 1에 도시하는 실시 형태에 관한 사이드 커버(10A)의 측면도이다. 도 3은, 도 2의 A-A선 단면도이다. 사이드 커버(10A)는, 회전축(7)이 관통하는 통과 구멍(27)을 갖고 있다. 통과 구멍(27)은 로터실(1)에 연통하고 있다.

사이드 커버(10A)는, 로터실(1)의 단부면(31a)을 형성하는 내측 벽부(31)와, 회전축(7)의 축방향에 있어서 내측 벽부(31)보다도 외측에 위치하는 외측 벽부(32)와, 내측 벽부(31)와 외측 벽부(32) 사이에 끼워진 복수의 스페이서(34)를 갖고 있다. 내측 벽부(31)과 외측 벽부(32)는, 스페이서(34)에 의해 서로 이격되어 있다. 내측 벽부(31)는, 펌프 케이싱(2)(도 1 참조)에 연결되고, 외측 벽부(32)는, 모터 하우징(14)에 연결된다. 외측 벽부(32)는, 베어링(17)이 수용되는 오목부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 외측 벽부(32)와 모터 하우징(14) 사이에 단열재가 배치되어도 된다.

사이드 커버(10A)의 내측 벽부(31)는, 사이드 커버(10A)의 외면(보다 구체적으로는, 내측 벽부(31)의 외면)에서 개구한 구멍(31b)을 갖고 있다. 구멍(31b)은 직선적으로 연장되어 있다. 카트리지 히터(70A)는, 직선적으로 연장되는 막대상의 형상을 갖고 있고, 구멍(31b) 내에 배치되어 있다. 본 실시 형태의 진공 펌프 장치는, 카트리지 히터(70A)를 설치하고 싶은 개소에 구멍(31b)을 마련함으로써, 국소적으로 카트리지 히터(70A)를 설치하는 것이 가능하다.

본 실시 형태에서는, 2개의 카트리지 히터(70A)가, 회전축(7)(도 1 참조)을 끼우도록 배치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 하나의 카트리지 히터(70A)만이 마련되어도 되고, 혹은 3개 이상의 카트리지 히터(70A)가 마련되어도 된다. 본 실시 형태에서는, 내측 벽부(31)와 외측 벽부(32)는 분리되어 있지만, 일 실시 형태에서는, 스페이서(34)를 마련하지 않고 내측 벽부(31)와 외측 벽부(32)는 일체적으로 구성되어도 된다. 또한 일 실시 형태에서는, 기존의 진공 펌프 장치의 사이드 커버의 외면에 구멍(31b)을 형성하고, 카트리지 히터(70A)를 구멍(31b)에 삽입해도 된다.

카트리지 히터(70A)는, 구멍(31b) 내에 삽입된 상태에서, 고정 기구로서의 나사(45)에 의해 사이드 커버(10A)에 고정된다. 보다 구체적으로는, 사이드 커버(10A)의 내측 벽부(31)는 구멍(31b)에 연통하는 나사 구멍(46)을 갖고 있고, 나사(45)를 나사 구멍(46)에 비틀어 넣으면, 나사(45)의 선단은 구멍(31b) 내의 카트리지 히터(70A)를 내측 벽부(31)에 압박한다. 이에 의해, 카트리지 히터(70A)의 위치가 고정된다. 나사(45)를 느슨하게 풀면, 카트리지 히터(70A)를 구멍(31b)으로부터 취출할 수 있다. 구멍(31b)은 사이드 커버(10A)의 외면에서 개구하고 있으므로, 진공 펌프 장치를 분해하지 않고, 카트리지 히터(70A)를 사이드 커버(10A)로부터 취출할 수 있다. 따라서, 카트리지 히터(70A)에 문제가 발생한 경우에는, 새로운 카트리지 히터로 용이하게 교환할 수 있다.

이어서, 카트리지 히터(70A)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는, 카트리지 히터(70A)의 사시도이다. 도 5는, 도 4의 B-B선 단면도이다. 카트리지 히터(70A)는, 히터(71)와, 히터(71)의 적어도 일부를 덮는 히터 케이싱(72)을 갖고 있다. 히터(71)는, 발열체(71a)와, 발열체(71a)를 둘러싸는 외각(71b)을 갖고 있다. 외각(71b)은, 금속으로 구성되어 있고, 발열체(71a)를 보호하면서, 발열체(71a)가 발한 열을 전달하는 기능을 갖는다. 카트리지 히터(70A)는, 히터 케이싱(72)의 내부에 히터(71)가 삽입된 가열 장치이다. 히터(71)의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 전기식의 히터의 일종인 시즈 히터를 히터(71)에 사용할 수 있다. 히터(71)는, 직선적으로 연장되는 막대상 히터이다.

히터 케이싱(72)은, 그 양단이 개구하고 있고, 내부에 원주상의 공간이 마련된 원통상의 형상을 갖고 있다. 히터 케이싱(72)은, 그 일단으로부터 타단까지 연장되는 슬릿(72a)을 갖고 있다. 슬릿(72a)은, 히터 케이싱(72)의 전체 길이에 걸쳐서 연장되어 있다. 히터 케이싱(72)의 단면은, 폭 s1의 슬릿(72a)이 개구한 원 환상의 형상을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 히터 케이싱(72)의 전체 길이는, 히터(71)의 전체 길이와 동일하고, 히터 케이싱(72)은 히터(71)의 전체를 덮고 있다. 일 실시 형태에서는, 히터 케이싱(72)의 전체 길이는, 히터(71)의 전체 길이 보다도 길어도 된다.

도 6은, 구멍(31b) 내에 삽입된 카트리지 히터(70A)의 확대 단면도이다. 히터(71)가 열을 발생하기 전의 상태에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 사이드 커버(10A)의 구멍(31b)의 내경 φ1은, 히터 케이싱(72)의 외경 φ2보다도 크다. 따라서, 카트리지 히터(70A)가 구멍(31b) 내에 삽입된 상태에서는, 사이드 커버(10A)(보다 구체적으로는, 구멍(31b)을 구성하는 내벽)와 히터 케이싱(72) 사이에는 간극이 형성되어 있다. 히터(71)가 열을 발생하기 전의 상태에서는, 히터 케이싱(72)의 내경 φ3은, 히터(71)의 외경 φ4보다도 크다. 따라서, 히터(71)가 열을 발생하기 전의 상태에서는, 히터(71)와 히터 케이싱(72) 사이에 간극이 형성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 히터(71)의 외각(71b)은, 스테인리스강으로 구성되어 있다. 스테인리스강은, 펌프 케이싱(2) 및 사이드 커버(10A, 10B)를 구성하는 주철보다도 선팽창 계수가 높다. 히터 케이싱(72)은, 히터(71)의 외각(71b)보다도 선팽창 계수가 높은 재료로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)은 히터(71)의 외각(71b)보다도 선팽창 계수가 높은 금속으로 구성되어 있다. 히터(71)의 외각(71b)을 구성하는 스테인리스강보다도 선팽창 계수가 높은 금속의 예로서는, 알루미늄 합금, 알루미늄, 구리, 마그네슘 등을 들 수 있다.

히터(71)로부터 열이 발생되면, 히터 케이싱(72)을 통해 사이드 커버(10A)로부터 로터실(1)(도 1 참조)에 열이 전달되어, 로터실(1)을 가열할 수 있다. 이에 의해, 로터실(1)의 내부를 높은 온도로 유지하고, 프로세스 가스 중의 부생성물이 고체화되는 것을 방지할 수 있다.

히터(71)는 600℃ 정도까지 가열되는 경우도 있고, 히터(71) 자체가 열팽창한다. 장기의 운전에 걸쳐서 반복해서 히터(71)가 가열되면, 히터(71)의 전체가 변형되는 경우가 있다. 그 결과, 히터(71)를 사이드 커버(10A)로부터 취출할 수 없게 되고, 히터(71)에 문제가 발생한 경우에 히터(71)를 용이하게 교환할 수 없다는 문제가 있었다. 히터(71)의 변형을 고려하여, 내측 벽부(31)의 구멍(31b)의 내경 φ1을 크게 하면, 히터(71)로부터 사이드 커버(10A)에 효율적으로 열을 전달할 수 없다. 그 때문에, 히터(71)의 소비 전력이 커지고, 운전 비용이 증대한다.

도 7은, 가열 시의 카트리지 히터(70A)의 확대 단면도이다. 본 실시 형태에 따르면, 카트리지 히터(70A)는 히터(71)를 덮는 히터 케이싱(72)을 구비하고 있기 때문에, 히터(71)가 열을 발생하면, 히터(71)와 히터 케이싱(72)이 열팽창한다. 그 결과, 히터(71)와 히터 케이싱(72) 사이의 간극은 작아진다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)의 내경 φ3은, 히터(71)의 외경 φ4와 동등해진다. 슬릿(72a)을 갖는 히터 케이싱(72)은, 히터(71)의 경년적인 변형을 흡수할 수 있다. 따라서, 히터(71)의 경년적인 변형에 기인하는 카트리지 히터(70A)의 전체의 변형을 방지하고, 카트리지 히터(70A)를 사이드 커버(10A)로부터 용이하게 취출할 수 있다.

히터(71)의 외각(71b)보다도 선팽창 계수가 높은 재료로 구성된 히터 케이싱(72)은, 히터(71)보다도 크게 열팽창한다. 히터 케이싱(72)은, 사이드 커버(10A)의 구멍(31b)을 구성하는 내벽에 히터 케이싱(72)이 접촉할 때까지 팽창한다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)의 외경 φ2는, 구멍(31b)의 내경 φ1과 동등해진다. 이와 같이, 열팽창한 히터 케이싱(72)은, 사이드 커버(10A)(보다 구체적으로는, 구멍(31b)을 구성하는 내벽)와 히터(71) 사이의 간극을 메울 수 있다. 따라서, 카트리지 히터(70A)로부터 사이드 커버(10A)에 효율적으로 열을 전달할 수 있다.

도 6과 도 7의 대비로부터 알 수 있는 바와 같이, 구멍(31b)에 접촉한 후의 히터 케이싱(72)의 열팽창은, 히터 케이싱(72)의 슬릿(72a)에 의해 흡수된다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)의 열팽창은, 구멍(31b)에 의해 제한되는 한편, 히터 케이싱(72)은 슬릿(72a)이 좁아지는 방향으로 팽창한다. 결과로서, 히터 케이싱(72) 내에 발생하는 응력이 작아지고, 히터 케이싱(72)의 변형 및 파괴가 방지된다.

히터(71)의 발열이 멈추어서 히터(71) 및 히터 케이싱(72)의 온도가 저하되면, 히터(71) 및 히터 케이싱(72)는 수축하고, 사이드 커버(10A)(보다 구체적으로는, 구멍(31b)을 구성하는 내벽)와 히터 케이싱(72) 사이에는 다시 간극이 형성된다. 따라서, 카트리지 히터(70A)를 사이드 커버(10A)로부터 용이하게 착탈할 수 있다.

도 8은, 진공 펌프 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다. 도 9는, 도 8의 C-C선 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성은, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복하는 설명을 생략한다. 도 8에 도시하는 진공 펌프 장치는, 펌프 케이싱(2) 내에 카트리지 히터(70)가 배치되어 있다. 카트리지 히터(70)는, 펌프 케이싱(2)에 착탈 가능하게 설치되어 있다. 카트리지 히터(70)의 구성의 상세는, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 카트리지 히터(70A)의 구성과 마찬가지이다.

카트리지 히터(70)는, 펌프 케이싱(2)의 흡기구(2a)의 양측 및 배기구(2b)의 양측에 배치되어 있다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 펌프 케이싱(2)은, 펌프 케이싱(2)의 외면에서 개구한 구멍(2c)을 갖고 있다. 구멍(2c)은 직선적으로 연장되어 있다. 카트리지 히터(70)는, 직선적으로 연장되는 막대상의 형상을 갖고 있고, 구멍(2c) 내에 배치되어 있다. 본 실시 형태의 진공 펌프 장치는, 카트리지 히터(70)를 설치하고 싶은 개소에 구멍(2c)을 마련함으로써, 국소적으로 카트리지 히터(70)를 설치하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서는, 4개의 카트리지 히터(70)가, 펌프 케이싱(2)의 흡기구(2a) 및 배기구(2b)를 끼우도록 배치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 3개 이하, 혹은 5개 이상의 카트리지 히터(70)가 마련되어도 된다.

카트리지 히터(70)는, 구멍(2c) 내에 삽입된 상태에서, 고정 기구로서의 나사(45)에 의해 펌프 케이싱(2)에 고정된다. 보다 구체적으로는, 펌프 케이싱(2)은 구멍(2c)에 연통하는 나사 구멍(46)을 갖고 있고, 나사(45)를 나사 구멍(46)에 비틀어 넣으면, 나사(45)의 선단은 구멍(2c) 내의 카트리지 히터(70)를 펌프 케이싱(2)에 압박한다. 이에 의해, 카트리지 히터(70)의 위치가 고정된다. 나사(45)를 느슨하게 풀면, 카트리지 히터(70)를 구멍(2c)로부터 취출할 수 있다. 구멍(2c)은 펌프 케이싱(2)의 외면에서 개구하고 있으므로, 진공 펌프 장치를 분해하지 않고, 카트리지 히터(70)를 펌프 케이싱(2)으로부터 취출할 수 있다. 따라서, 카트리지 히터(70)에 문제가 발생한 경우에는, 새로운 카트리지 히터로 용이하게 교환할 수 있다.

본 실시 형태의 펌프 케이싱(2)의 구멍(2c)의 내경, 카트리지 히터(70)의 히터 케이싱(72)의 외경과 내경 및 히터(71)의 외경의 관계는, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 사이드 커버(10A)의 구멍(31b)의 내경 φ1, 카트리지 히터(70A)의 히터 케이싱(72)의 외경 φ2와 내경 φ3 및 히터(71)의 외경 φ4의 관계와 동일하므로, 그 중복하는 설명을 생략한다.

히터(71)로부터 열이 발생되면, 히터 케이싱(72)을 통해 펌프 케이싱(2)으로부터 로터실(1)(도 8 참조)에 열이 전달되어, 로터실(1)을 가열할 수 있다. 이에 의해, 로터실(1)의 내부를 높은 온도로 유지하고, 프로세스 가스 중의 부생성물이 고체화되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 카트리지 히터(70)는 히터(71)를 덮는 히터 케이싱(72)을 구비하고 있기 때문에, 히터(71)가 열을 발생하면, 히터(71)와 히터 케이싱(72)이 열팽창한다. 그 결과, 히터(71)와 히터 케이싱(72) 사이의 간극은 작아진다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)의 내경은, 히터(71)의 외경과 동등해진다. 슬릿(72a)을 갖는 히터 케이싱(72)은, 히터(71)의 경년적인 변형을 흡수할 수 있다. 따라서, 히터(71)의 경년적인 변형에 기인하는 카트리지 히터(70)의 전체의 변형을 방지하고, 카트리지 히터(70)를 펌프 케이싱(2)으로부터 용이하게 취출할 수 있다.

히터(71)의 외각(71b)보다도 선팽창 계수가 높은 재료로 구성된 히터 케이싱(72)은, 히터(71)보다도 크게 열팽창한다. 히터 케이싱(72)은, 펌프 케이싱(2)의 구멍(2c)을 구성하는 내벽에 히터 케이싱(72)이 접촉할 때까지 팽창한다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)의 외경은, 구멍(2c)의 내경과 동등해진다. 이와 같이, 열팽창한 히터 케이싱(72)은, 펌프 케이싱(2)(보다 구체적으로는, 구멍(2c)을 구성하는 내벽)과 히터(71) 사이의 간극을 메울 수 있다. 따라서, 카트리지 히터(70)로부터 펌프 케이싱(2)에 효율적으로 열을 전달할 수 있다.

히터(71)의 발열이 멈추어서 히터(71) 및 히터 케이싱(72)의 온도가 저하되면, 히터(71) 및 히터 케이싱(72)은 수축하고, 펌프 케이싱(2)(보다 구체적으로는, 구멍(2c)을 구성하는 내벽)과 히터 케이싱(72) 사이에는 다시 간극이 형성된다. 따라서, 카트리지 히터(70)를 펌프 케이싱(2)으로부터 용이하게 착탈할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 진공 펌프 장치는, 상술한 펌프 케이싱(2) 내의 카트리지 히터(70)에 추가하여, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시 형태와 마찬가지로 사이드 커버(10A, 10B) 내에 카트리지 히터(70A, 70B)를 더 구비해도 된다.

도 10은, 진공 펌프 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다. 도 11은, 도 10에 도시하는 실시 형태에 관한 사이드 커버의 측면도이다. 도 12는, 도 11의 화살표 D로 나타내는 방향으로부터 본 도면이다. 도 13은, 도 11에 도시하는 사이드 커버(10A)의 사시도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성은, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복하는 설명을 생략한다. 도 10에 도시하는 진공 펌프 장치의 사이드 커버(10A, 10B)는, 네크부(33) 및 히터 하우징(35)를 더 구비하고 있다. 카트리지 히터(70A, 70B)는, 사이드 커버(10A, 10B)의 히터 하우징(35)에 각각 착탈 가능하게 설치되어 있다. 카트리지 히터(70A, 70B)의 구성의 상세는, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 카트리지 히터(70A)의 구성과 마찬가지이다.

본 실시 형태의 사이드 커버(10A)는, 로터실(1)의 단부면(31a)을 형성하는 내측 벽부(31)와, 회전축(7)의 축 방향에 있어서 내측 벽부(31)보다도 외측에 위치하는 외측 벽부(32)와, 내측 벽부(31)와 외측 벽부(32) 사이에 위치하는 네크부(33)를 갖고 있다. 내측 벽부(31)는, 펌프 케이싱(2)에 연결되고, 외측 벽부(32)는, 모터 하우징(14)에 연결된다. 외측 벽부(32)는, 베어링(17)이 수용되는 오목부(32a)를 갖고 있다. 외측 벽부(32)와 모터 하우징(14) 사이에 단열재가 배치되어도 된다.

내측 벽부(31), 외측 벽부(32) 및 네크부(33)는, 일체 성형물이다. 본 실시 형태에서는, 내측 벽부(31), 외측 벽부(32) 및 네크부(33)는, 일체적으로 성형된 주물이다. 이렇게 사이드 커버(10A)는 일체 성형물을 포함하므로, 복수의 부재를 따로따로 제작하여, 이들을 조립할 필요가 없다. 결과로서 제조 비용을 저감할 수 있다.

네크부(33)는, 내측 벽부(31) 및 외측 벽부(32)의 외주 길이보다도 짧은 외주 길이를 갖고 있다. 즉, 네크부(33)는, 내측 벽부(31) 및 외측 벽부(32)의 단면적보다도 작은 단면적을 갖는다. 내측 벽부(31), 외측 벽부(32) 및 네크부(33)는, 동일한 재료로 구성되어 있지만, 네크부(33)의 단면적은 내측 벽부(31) 및 외측 벽부(32)의 단면적보다도 작으므로, 내측 벽부(31)로부터 네크부(33)를 통하여 외측 벽부(32)에 열이 전해지기 어렵다. 설명을 생략하지만, 사이드 커버(10B)도 기본적으로 동일한 구성을 갖고 있다. 이러한 네크부(33)를 갖는 사이드 커버(10A, 10B)는, 높은 단열 성능을 가지므로, 로터실(1) 내를 고온으로 유지할 수 있다. 또한, 냉각 유로(21) 및 냉각 유로(22)를 흐르는 냉각액에 의한 펌프 케이싱(2)의 냉각을 방지할 수 있다.

사이드 커버(10A)는, 구멍(35a)을 각각 갖는 2개의 히터 하우징(35)을 갖고 있다. 2개의 히터 하우징(35), 내측 벽부(31), 외측 벽부(32) 및 네크부(33)는, 일체 성형물이다. 각 구멍(35a)은, 사이드 커버(10A)의 외면(보다 구체적으로는, 히터 하우징(35)의 외면)에서 개구하고 있고, 카트리지 히터(70A)는 구멍(35a) 내에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 카트리지 히터(70A)가, 회전축(7)을 끼우도록 배치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 하나의 카트리지 히터(70A)만이 마련되어도 되고, 혹은 3개 이상의 카트리지 히터(70A)가 마련되어도 된다.

구멍(35a)은 직선적으로 연장되어 있고, 카트리지 히터(70A)도 직선적으로 연장되는 막대상 히터이다. 카트리지 히터(70A)는, 구멍(35a) 내에 삽입된 상태에서, 고정 기구로서의 나사(45)에 의해 사이드 커버(10A)에 고정된다. 보다 구체적으로는, 히터 하우징(35)은 구멍(35a)에 연통하는 나사 구멍(46)을 갖고 있고, 나사(45)를 나사 구멍(46)에 비틀어 넣으면, 나사(45)의 선단은 구멍(35a) 내의 카트리지 히터(70A)를 히터 하우징(35)에 압박한다. 이에 의해, 카트리지 히터(70A)의 위치가 고정된다. 나사(45)를 느슨하게 풀면, 카트리지 히터(70A)를 구멍(35a)으로부터 취출할 수 있다. 구멍(35a)은 사이드 커버(10A)의 외면에서 개구하고 있으므로, 진공 펌프 장치를 분해하지 않고, 카트리지 히터(70A)를 사이드 커버(10A)로부터 취출할 수 있다. 따라서, 카트리지 히터(70A)가 고장난 경우에는, 새로운 카트리지 히터로 용이하게 교환할 수 있다.

본 실시 형태의 히터 하우징(35)의 구멍(35a)의 내경, 카트리지 히터(70A)의 히터 케이싱(72)의 외경과 내경 및 히터(71)의 외경의 관계는, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 사이드 커버(10A)의 구멍(31b)의 내경 φ1, 카트리지 히터(70A)의 히터 케이싱(72)의 외경 φ2와 내경 φ3 및 히터(71)의 외경 φ4의 관계와 동일하므로, 그 중복하는 설명을 생략한다.

히터(71)로부터 열이 발생되면, 히터 케이싱(72)을 통해 히터 하우징(35) 및 내측 벽부(31)로부터 로터실(1)(도 10 참조)에 열이 전달되어, 로터실(1)을 가열할 수 있다. 이에 의해, 로터실(1)의 내부를 높은 온도로 유지하여, 프로세스 가스 중의 부생성물이 고체화하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 히터 하우징(35)과 내측 벽부(31)는 일체적으로 구성되어 있으므로, 카트리지 히터(70A)로부터 내측 벽부(31)로의 열전도 효율이 향상된다.

도 13에 도시하는 바와 같이, 히터 하우징(35)의 적어도 일부는, 외측 벽부(32)로부터 이격되어 있다. 도시하지 않지만, 히터 하우징(35)의 전부는, 외측 벽부(32)로부터 이격되어도 된다. 이와 같은 구성에 의해, 히터(71)로부터 발생되고, 히터 케이싱(72)을 통해 전해지는 열은 외측 벽부(32)에 전해지기 어렵다. 따라서, 카트리지 히터(70A)는, 로터실(1)을 가열하면서, 외측 벽부(32)에 접속된 하우징 구조체인 모터 하우징(14)(도 10 참조)의 가열을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 카트리지 히터(70A)는 히터(71)를 덮는 히터 케이싱(72)을 구비하고 있기 때문에, 히터(71)가 열을 발생하면, 히터(71)와 히터 케이싱(72)이 열팽창한다. 그 결과, 히터(71)와 히터 케이싱(72) 사이의 간극은 작아진다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)의 내경은, 히터(71)의 외경과 동등해진다. 슬릿(72a)을 갖는 히터 케이싱(72)은, 히터(71)의 경년적인 변형을 흡수할 수 있다. 따라서, 히터(71)의 경년적인 변형에 기인하는 카트리지 히터(70A)의 전체의 변형을 방지하고, 카트리지 히터(70A)를 히터 하우징(35)으로부터 용이하게 취출할 수 있다.

히터(71)의 외각(71b)보다도 선팽창 계수가 높은 재료로 구성된 히터 케이싱(72)은, 히터(71)보다도 크게 열팽창한다. 히터 케이싱(72)은, 히터 하우징(35)의 구멍(35a)을 구성하는 내벽에 히터 케이싱(72)이 접촉할 때까지 팽창한다. 보다 구체적으로는, 히터 케이싱(72)의 외경은, 구멍(35a)의 내경과 동등해진다. 이와 같이, 열팽창한 히터 케이싱(72)은, 히터 하우징(35)(보다 구체적으로는, 구멍(35a)을 구성하는 내벽)과 히터(71) 사이의 간극을 메울 수 있다. 따라서, 카트리지 히터(70A)로부터 히터 하우징(35)에 효율적으로 열을 전달할 수 있다.

히터(71)의 발열이 멈추어서 히터(71) 및 히터 케이싱(72)의 온도가 저하되면, 히터(71) 및 히터 케이싱(72)은 수축하고, 히터 하우징(35)(보다 구체적으로는, 구멍(35a)을 구성하는 내벽)과 히터 케이싱(72) 사이에는 다시 간극이 형성된다. 따라서, 카트리지 히터(70A)를 히터 하우징(35)으로부터 용이하게 착탈할 수 있다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 사이드 커버(10B) 내에도 카트리지 히터(70B)가 배치되어 있다. 도 11 내지 도 13을 참조한 설명은, 사이드 커버(10B) 및 그 내부에 배치된 카트리지 히터(70B)에도 적용할 수 있으므로, 그것들의 중복되는 설명을 생략한다.

일 실시 형태에서는, 진공 펌프 장치는, 상술한 사이드 커버(10A, 10B) 내의 카트리지 히터(70A, 70B)에 추가하여, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 실시 형태와 마찬가지로 펌프 케이싱(2) 내에 카트리지 히터(70)를 더 구비해도 된다.

상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이고, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.

1: 로터실
2: 펌프 케이싱
2a: 흡기구
2b: 배기구
2c: 구멍
5: 펌프 로터
7: 회전축
8: 전동기
8A: 모터 로터
8B: 모터 스테이터
10A, 10B: 사이드 커버
14: 모터 하우징(하우징 구조체)
16: 기어 하우징(하우징 구조체)
17, 18: 베어링
20: 기어
21, 22: 냉각 유로
27: 통과 구멍
31: 내측 벽부
31a: 단부면
31b: 구멍
32: 외측 벽부
32a: 오목부
33: 네크부
34: 스페이서
35: 히터 하우징
35a: 구멍
45: 나사
46: 나사 구멍
70, 70A, 70B: 카트리지 히터
71: 히터
71a: 발열체
71b: 외각
72: 히터 케이싱
72a: 슬릿

Claims (5)

1. 로터실을 내부에 갖는 펌프 케이싱과,
   상기 로터실 내에 배치된 펌프 로터와,
   상기 펌프 로터가 고정된 회전축과,
   상기 회전축에 연결된 전동기와,
   상기 로터실의 단부면을 형성하는 사이드 커버와,
   상기 회전축의 축 방향에 있어서, 상기 사이드 커버의 외측에 위치하는 하우징 구조체와,
   상기 사이드 커버 내 또는 상기 펌프 케이싱 내에 배치되고, 착탈 가능하게 설치된 카트리지 히터를 구비하고,
   상기 카트리지 히터는, 히터와, 상기 히터의 적어도 일부를 덮는 히터 케이싱을 갖고 있고,
   상기 히터 케이싱은, 그 일단으로부터 타단까지 연장되는 슬릿을 갖고 있는, 진공 펌프 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 히터 케이싱은, 상기 히터의 외각을 구성하는 재료보다도 선팽창 계수가 높은 재료로 구성되어 있는, 진공 펌프 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 히터 케이싱은 알루미늄 합금, 알루미늄, 구리 및 마그네슘 중 어느 하나로 구성되어 있는, 진공 펌프 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이드 커버 또는 상기 펌프 케이싱은, 해당 사이드 커버 또는 해당 펌프 케이싱의 외면에서 개구하고, 직선적으로 연장된 구멍을 갖고 있고,
   상기 카트리지 히터는, 막대상의 형상을 갖고 있고, 상기 구멍 내에 배치되어 있는, 진공 펌프 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카트리지 히터를 상기 사이드 커버 또는 상기 펌프 케이싱에 착탈 가능하게 고정하는 고정 기구를 더 구비하고 있는, 진공 펌프 장치.

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