KR0151320B1 - 복합 드라이 진공 펌프 - Google Patents

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KR0151320B1 KR1019950005782A KR19950005782A KR0151320B1 KR 0151320 B1 KR0151320 B1 KR 0151320B1 KR 1019950005782 A KR1019950005782 A KR 1019950005782A KR 19950005782 A KR19950005782 A KR 19950005782A KR 0151320 B1 KR0151320 B1 KR 0151320B1
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가시야마히로시
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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치 등에 있어서 반응실을 진공으로 하거나 반응실 내에서 생성된 가스등을 배출하기 위해 사용하는 드라이 진공펌프에 관한 것으로, 흡기구측 압력이 변동하여도 소요동력은 대략 일정하며, 더욱 콤팩트한 구성의 복합 드라이 진공펌프를 제공한 것이다.
즉 본 발명 복합 드라이 진공펌프는 밀폐실을 갖추고 각기 그 내부에는 한 쌍의 스크류 로터 및 이들 선단에 동축상태로 부착한 한 쌍의 루츠 로터가 배열되어 있으며, 이러한 스크류 로터 및 루츠 로터는 모터의 구동과 기어배열에 의하여 역방향으로 등속회전하며 단 벽에 형성된 흡기구로부터 유체를 흡인하여 다른쪽 단벽의 외주에 형성된 배기구로부터 배출한다.
루츠 로터쪽의 소요동력 변동과 스크류 로터쪽의 소요동력 변동은 흡기구측 압력의 변동에 대하여 반대의 특성으로 되어 있으며, 따라서 펌프 전체의 소요동력특성은 전압력 영역에 걸쳐 대략 일정하게 되고, 이에 따라 소요동력의 증대에 따른 과압축 등의 폐해를 방지 할 수 있다.
또 스크류 로터의 선단쪽에 루츠 로터를 동축상으로 부착한 구성을 채용하고 있으므로 장치 전체를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

Description

복합 드라이 진공펌프
제1도는 본 발명 복합 드라이 진공펌프의 구성을 보인 단면도.
제2도는 제1도의 스크류 로터 부분의 구성을 개략 도시한 A-A선 단면도.
제3도는 제1도의 루츠 로터 부분의 구성을 개략 도시한 B-B선 단면도.
제4도는 본 발명 복합 드라이 진공펌프의 소요동력특성을 나타낸 그래프.
제5도는 본 발명 복합 드라이 진공펌프의 배기속도특성을 나타낸 그래프.
제6도는 종래의 다단 드라이 진공펌프의 구성을 보인 설명도.
제7도는 종래의 다단 드라이 진공펌프의 배기속도 특성을 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 복합 드라이 진공 펌프 2 : 제1루츠 로터(roots rotor)
3 : 제2루츠 로터 4 : 모터
5 : 제1스크류 로터(screw rotor) 6 : 제2스크류 로터
7 : 케이싱(casing) 8 : 칸막이벽
9 : 실(seal) 11 : 제2밀폐실(진공측 밀폐실)
12 : 제1밀폐실(대기측 밀폐실) 13,14 : (선단)축받이
22,23 : (기단)축받이 24 : 아이들기어
25 : 타이밍기어 26 : 종동(從動)기어
27 : 구동기어 30 : (기단측)단벽
31 : (선단측)단벽 32 : 흡기구
33,81 : 연통공 51,61 : 스크류
52 : 제1선단축 62 : 제2선단축
53 : 제1기단축 63 : 제2기단축
100 : 루츠 펌프 200 : 드라이 펌프
본 발명은 반도체 제조장치 등에 있어서 반응실을 진공으로 하거나 반응실 내에서 생성된 가스 등을 배출하기 위해 사용하는 드라이 진공펌프(dry 眞空 pump)에 관한 것이다.
드라이 진공펌프의 일종인 루츠펌프(roots pump)는 저압역(低壓域)에서 비교적 소요동력이 적은 반면, 배기속도가 크기 때문에 부스터(booster)펌프로 많이 사용되고 있다.
예를 들면 제6도는 종래의 다단(multistage) 드라이 진공펌프의 구성을 간략 도시한 것으로 진공측에 루츠펌프(100)가 배치되고, 대기(大氣)측에 유회전(油回轉:oil rotary)펌프 또는 드라이펌프(200)가 배치되어 반도체 제조장치 반응실 등에서 고진공도(高眞公度)를 얻는데 사용된다.
제7도에 루츠펌프의 배기속도 특성과 유회전펌프 또는 드라이펌프의 배기속도 특성을 비교 도시하였다. 이들의 특성곡선에서 알 수 있듯이 루츠펌프는 대기측의 주펌프(primary pump)인 유회전펌프 또는 드라이펌프에 비해 배기속도가 크며, 이 때문에 일반적으로 고압력 구역에 있어서 과압축상태가 되기 쉽다.
과압축상태가 된 경우에는 펌프의 운전을 정지하거나 회전수를 감소시켜 과압축상태를 회피할 필요가 있으며, 이와 같은 과압축상태가 발생하지 않도록 하기 위해서는 펌프의 흡기구측 압력에 대한 소요동력의 변동을 적게 할 필요가 있다.
그러나 종래에 루츠펌프와 조합하여 사용되고 있는 유회전펌프 또는 드라이펌프에 있어서, 흡기구측 압력에 대한 소요동력특성은, 루츠펌프와 같이 대기압측에서 소요동력이 커지는 경향이 있으므로 소요동력의 변동을 억제할 수 없다.
한편, 종래와 같이 고압축비(고진공도)를 얻기 위하여 다단으로 펌프를 연결하였을 경우에는 장치의 크기가 켜져 콤팩트하게 될 수 없다는 문제점도 있다.
본 발명은 이를 감안한 것으로, 소요동력의 변동이 적고 콤팩트한 구성의 복합 드라이 진공펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 발명자는 본 출원인이 제안한 바 있는 스크류 로터펌프(screw rotor pump : 일본국 실원평 4-71521호, 동4-71522호)의 소요동력특성에 착안하여 스크류 로터와 루츠 로터를 동축상으로 연결함으로써, 동력변동이 적고 더욱 콤팩트한 구조의 복합 드라이 진공펌프를 구성하였다.
즉, 본 발명 복합 드라이 진공펌프는 다음의 (가)∼(파)의 구성을 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
(가) 칸막이벽(8)으로 분리된 제1밀폐실(12) 및 제2밀폐실(11),
(나) 상기 제1밀폐실(12) 내에 배치되어 있으며 외주에 각(角)진스크류(rectangular-shaped screws:51)가 같은 리드(leads)로 형성된 제1스크류 로터(5),
(다) 제1밀폐실(12) 내에 배치되어 있으며, 외주에 상기 제1스크류 로터(5)의 스크류(51)에 맞물려 있는 같은 리드의 스크류(61)가 형성된 제2스크류 로터(6),
(라) 상기 제1 및 제2스크류 로터(5,6)의 선단으로부터 각각 동축상으로 뻗어서 칸막이벽(8)을 관통하여 상기 제2밀폐실(11)내부까지 뻗어져 있는 제1 및 제2로터 선단축(先端軸:52,62),
(마) 상기 제1 및 제2로터 선단축(52,62) 각각에 장착된 제1 및 제2루츠 로터(2,3),
(바) 상기 제1 및 제2스크류 로터(5,6)의 기단으로부터 제1밀폐실(12)의 단벽을 관통하여 동축상으로 뻗어있는 제1 및 제2로터 기단축(基端軸:53,63),
(사) 상기 제1 및 제2스크류 로터(5,6)를 회전시키기 위한 구동모터(4),
(아) 상기 제1 및 제2스크류 로터(5,6)가 동일속도로 서로 역방향 회전하도록 구동모터(4)의 회전력을 각 스크류 로터(5,6)에 전달하는 동력전달기어(24,25,26,27),
(자) 상기 칸막이벽(8)에 대하여 상기 제1 및 제2로터 선단축(52,62)의 회전이 자유롭도록 지지하고 있는 축받이(13,14),
(차) 상기 제1밀폐실(12)의 단벽에 대하여 상기 제1 및 제2로터 기단축(53,63)를 회전이 자유롭게 지지하고 있는 축받이(22,23),
(카) 상기 제2밀폐실(11)의 단벽(31)에 형성되어 그 밀폐실 내부로 연통된 흡기구(32),
(타) 상기 칸막이벽(8)에 형성된 제1 및 제2 밀폐실(12,11) 내부에 상호 연통된 연통공(81),
(파) 상기 제1밀폐실(12)의 단벽(30)에 형성되어 그 밀폐실 내부와 연통된 배기구.
이상과 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.
본 발명의 복합 드라이 진공펌프에서는 진공측에 루츠펌프가 구성되고 대기측에 스크류펌프가 구성되며, 루츠펌프의 소요동력특성은 대기측에서 크고 진공측에서 작다. 이에 대하여 스크류펌프의 소요동력특성은 대기측에서 작고 진공측에서 크다.
따라서, 펌프 전체로서는 흡기구 압력에 대한 소요동력의 변동을 억제할 수 있어서 거의 일정하게 할 수 있고, 그래서 펌프가 과압축 상태로 떨어지는 것을 회피할 수 있다.
또한 본 발명 펌프에서는 한 쌍의 스크류 로터의 선단 동축상에 루츠 로우터를 장착한 구조를 채용하고 있었서, 별도로 구성된 펌프를 조립한 다단펌프에 비해서 장치구성이 콤팩트하게 된다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
제1도에 본 발명 복합 드라이 진공펌프의 주요 구조부분을 도시하였다. 본 발명의 복합 드라이 진공펌프(1)는 선단측에 한 쌍의 루츠 로터(2,3)가 내장되고, 기단측에는 구동모터(4)가 장착되며 이들 사이에는 한 쌍의 스크류 로터(5,6)가 루츠 로터(2,3)와 동축상태로 내장된 구성으로 되어 있다.
상세히 설명하면, 펌프 케이싱(pump casing:7)의 내부에는 칸막이 벽(8)을 사이에 두고, 제2밀폐실(11)과 제1밀폐실(12)이 구획 형성되어 있다. 제1밀폐실(12)의 내부에는 한 쌍의 제1, 제2스크류 로터(5,6)가 평행으로 배열되어 있다.
또한 각 스크류 로터(5,6)의 외주에는 스크류(51,61)가 같은 리드로 나선형으로 형성되어 있다. 이들 스크류 로터(5,6)의 선단은 각각 칸막이벽(8)을 관통하여 제2밀폐실(11) 안까지 뻗어져 있고, 칸막이벽(8)을 관통하고 있는 부분은 각각 축받이(13,14)에 의해 회전이 자유롭게 지지되어 있다.
이러한 축받이(13,14) 양쪽에는 실(seal:9)이 부착되어 있어서 쌍방의 밀폐실(11,12)의 사이를 밀봉하고 있다.
제2도는 제1밀폐실(12)의 단면 형상을 간략히 도시하였다.
제2밀폐실(11)의 내부에 뻗어져있는 스크류 로터의 선단축(52,62) 외주에는 각각 루츠 로터(2,3)가 고착되어 있다.
제3도에는 제1밀폐실(12)의 단면 형상 및 제1, 제2루츠 로터(2,3)의 형상을 도시하였는바, 본 발명에서 루츠 로터(2,3)는 5엽(葉) 형상으로된 것을 사용하고 있으며 물론, 3엽 형상등 다른 형상의 것을 사용하여도 좋다.
한편 스크류 로터(5,6)의 기단축(53,63)은 제1밀폐실(12)의 단벽(30)을 관통하여 기어실(21)의 내부까지 뻗어져 있다. 각 스크류 로터(5,6)의 기단축(53,63)은 단벽(30)에 배치한 축받이(22,23)에 의해 회전이 자유롭게 지지되어 있다.
이들 축받이(22,23)에는 역시 실(9)로 밀봉되어 제1밀폐실(12)의 밀폐상태가 확보되어 있다. 또한 기어실(21) 내부에 뻗어져 있는 제1스크류 로터(5)의 기단축(53)에는 아이들기어(24)가 고착되며, 아이들기어(24)는 다른쪽 제2스크류 로터의 기단축(63)에 고착된 타이밍기어(25)와 맞물려 있다.
또한 아이들기어(24)에는 종동(從動)기어(26)가 일체로 형성되어 있고, 종동기어(26)는 기어실(21) 내부로 돌출된 모터 구동축(41)에 고착된 구동기어(27)에 맞물려 있다.
본 발명에서는 이러한 기어배열을 통해 제1, 제2스크류 로터(5,6)가 서로 역방향으로 등속회전 하도록 되어 있다. 따라서 이들 스크류 로터(5,6)의 선단축(52,62)에 고착되어 있는 제1, 제2루츠 로터(2,3)도 역방향으로 등속 회전한다.
한편 제2밀폐실(11)에는 단벽(31) 옆에 흡기구(32)가 형성되어 있고, 또한 칸막이벽(8)에는 제2밀폐실(11)과 제1밀폐실(12)을 연통하는 연통공(81)이 형성되어 있다.
또 제1밀폐실(12)의 단벽(30)에는 이 단벽의 외주면에 뚫린 배기구(도시하지 않음)와 연통된 연통공(33)이 형성되어 있다.
따라서 흡기구(32)에서 제2밀폐실(11), 연통공(81), 제1밀폐실(12), 연통공(33)을 통해 배기구로 통하는 흡배기 경로가 형성되어 있다.
이와 같이 본 발명의 복합 드라이 진공펌프(1)에 있어서는 진공측에 루츠 펌프가 구성되고 대기측에는 스크류 펌프가 구성되어 있다.
또 본 발명에서는 이들 펌프가 동축상태로 배열되어 있어서, 모터(4)를 구동함으로써 한 쌍의 스크류 로터(5,6) 및 한 쌍의 루츠 로터(2,3)가 역방향으로 등속회전하여 흡기구(32)에서 흡인된 공기 등의 유체가 배기구로부터 대기측으로 방출된다.
예를 들면 반도체 제조장치의 반응실에 본 발명의 펌프(1)의 흡기구(32)를 접속하고 구동하면 반응실 내부가 진공으로 되어 그 안은 고진공으로 된다.
제4도에는 본 발명 펌프(1)의 소요동력특성을 도시하고 있다.
특성 곡선 (a)에서 알 수 있듯이, 흡기구 압력의 여하에 관계없이 펌프의 소요동력(소비전력)은 대략일정하게 유지된다.
즉, 그림의 곡선 (b)에서 나타나는 것과 같이 루츠펌프에서의 소요동력특성은 흡기구 압력이 대기측으로 이행(移行)하면 증대한다.
그런데 스크류 로터 펌프의 소요동력특성은 곡선 (c)에서 나타난 것과 같이 곡선 (b)와는 반대로 대기측으로 이행하면 저하된다.
이것은 스크류 로터 펌프에서는 내부에서 유체압축이 되지 않으므로 흡기구 압력이 대기측으로 이행하게 되면 소요동력이 적어진다.
반대로 흡기구 압력이 진공측으로 이행하면 소요동력이 증대한다. 즉 배기구측과의 압력차에 따라 스크류에 작용하는 압력에 이하여 스크류 로터에는 스크류의 리드각에 따른 토오크가 증대하므로 그에 따라 소요동력이 증대한다.
따라서 스크류 로터 펌프와 루츠 로터 펌프를 복합한 구조를 갖춘 본 발명의 펌프에서는 곡선 (a)에서 보는 바와 같이 전압력 영역에 걸쳐 소요 동력은 대략 일정하게 유지되게 된다.
제5도에 본 발명 펌프(1)의 배기속도 특성을 실선으로 도시하였으며, 또한 파선으로 나타낸 것은 스크류 펌프 단체에서 배기속도특성을 나타낸 것이다.
이상과 같이 본 발명의 펌프를 사용하면 종래의 다단 펌프와 같은 과압축상태가 되는 일이 없고, 또한 전압력영역에 걸쳐 소요동력이 대략 일정하므로 필요한 모터 출력이 적어도 된다. 즉 적은 용량의 모터를 사용할 수 있다.
한편 본 발명에서는 한 쌍의 스크류 로터 선단측에 동축상태로 루츠 로터를 부착한 구성한 것이므로, 따라서 2대의 펌프를 연결한 경우에 비해서 장치를 콤팩트하게 구성할 수가 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 복합드라이 진공펌프는 한 쌍의 스크류 로터와 이들의 선단에 동축상태로 장착한 한 쌍의 루츠 로터로 구성하고 있어서, 소요동력특성을 흡기구압력의 변동에 관계없이 대략 일정하게 유지 할 수 있으며 과압축상태 등의 불편함을 회피할 수 있고, 장치 전체를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

Claims (1)

  1. 칸막이벽으로 분리된 제1밀폐실 및 제2밀폐실과, 상기 제1밀폐실 내에 배치되어 있으며 외주에 각진 스크류가 같은 리드로 형성된 제1스크류 로터와, 제1밀폐실 내에 배치되어 있으며 외주에 상기 제1스크류 로터의 스크류에 맞물려 있는 같은 리드의 각진 스크류가 형성된 제2스크류 로터와, 상기 제1 및 제2스크류 로터의 선단에서 동축상으로 뻗어 상기 칸막이벽을 관통하여 상기 제2밀폐실 내부까지 형성되어 있는 제1 및 제2로터 선단축과, 이들의 제1 및 제2로터 선단축 각각에 장착된 제1 및 제2루츠 로터와, 상기 제1 및 제2스크류 로터의 기단에서 제1밀폐실의 단벽을 관통하여 동축상으로 뻗어있는 제1 및 제2로터 기단축과, 상기 제1 및 제2의 스크류 로터를 회전시키기 위한 구동모터와, 상기 제1 및 제2스크류 로터가 동일 속도로 역방향으로 회전하도록 구동모터의 회전력을 각 스크류 로터에 전달하는 동력전달기어와, 상기 칸막이벽에 대하여 제1 및 제2로터 선단축의 회전이 자유롭게 지지하고 있는 축받이와, 상기 제1밀폐실의 단벽에 대하여 제1 및 제2로터 기단축의 회전이 자유롭게 지지하고 있는 축받이와, 상기 제2밀폐실의 단벽에 형성되어 그 밀폐실 내부로 연통된 흡기구와, 상기 칸막이벽에 형성되어 제1 및 제2밀폐실 내부를 상호 연통하고 있는 연통공과, 제1밀폐실의 단벽에 형성되어 그 밀폐실 내부에 연통된 배기구로 구성된 것을 특징으로 하는 복합 드라이 진공펌프.
KR1019950005782A 1994-11-24 1995-03-20 복합 드라이 진공 펌프 KR0151320B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6-289822 1994-11-24
JP6289822A JPH08144977A (ja) 1994-11-24 1994-11-24 複合ドライ真空ポンプ

Publications (2)

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