KR100872146B1 - 진공펌프 - Google Patents

Abstract

진공펌프는, 흡기구 및 배기구를 갖는 케이싱 및 상기 케이싱내에 제공되고 흡기구로부터 가스를 흡입하고 배기구로 가스를 배기하기 위하여 동기식으로 회전가능한, 대향하고 있는 한 쌍의 펌프로터를 구비한다. 대향하고 있는 펌프로터를 회전시키는 모터는 스테이터 및 모터로터를 구비한 영구자석형 모터이다. 상기 모터로터는 철심 및 상기 철심내에 배치되는 영구자석을 갖는다.

Description

진공펌프{VACUUM PUMP}

도 1은 종래의 다단 루츠형 용적식 진공펌프의 단면도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 용적식 스크루형 진공펌프의 단면도,

도 3은 도 2에 나타낸, 본 발명의 제1실시예에 따른 용적식 스크루형 진공펌프의 모터의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 단면도,

도 4a는 도 3에 나타낸 모터의 전자기강판의 정면도,

도 4b는 도 3에 나타낸 모터의 철심의 사시도,

도 4c는 도 3에 나타낸 모터의 철심의 용접부를 나타낸 확대부분단면도,

도 4d는 도 3에 나타낸 모터의 모터로터에 대한 분해사시도,

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 루츠형 용적식 다단 진공펌프의 단면도,

도 6은 도 5의 라인 Ⅳ-Ⅳ을 따라 취한 단면도이다.

본 발명은 진공펌프에 관한 것이며, 보다 특별하게는 반도체제조공정에서 사용되는 진공챔버로부터 가스를 배기시키는데 적합하게 사용되는 진공펌프에 관한 것이다.

지금까지 가스를 흡입 및 배기하기 위하여 서로 동기식으로 회전하는 한 쌍의 펌프로터를 구비한 용적식 펌프(positive-displacement pump)라 불리는 진공펌프가 알려져 왔다. 상기 용적식 진공펌프는 루츠형 진공펌프(Roots vacuum pumps), 스크루형 진공펌프 등을 포함하며, 반도체제조공정에서 사용되는 진공챔버로부터 프로세스가스를 배기하는데 널리 사용된다.

참조도면 중 도 1은 종래의 루츠형 용적식 진공펌프를 나타내는 단면도이며, 이 루츠형 진공펌프는 케이싱내에 한 쌍의 펌프로터를 수납하고 있는 다단식 루츠형 진공펌프이다. 펌프로터 각각은 3단의 루츠형 로터를 수납하고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 펌프로터(51)는 케이싱(52)내에 배치되는 로터(51a, 51b, 51c) 및 베어링(53)으로 회전가능하게 지지되는 주축(51d)을 포함한다. 진공펌프는 케이싱(52)내에 형성되며 가장 큰 폭을 갖는 로터(51a)의 위쪽에 배치되는 흡기구(54), 및 케이싱(52)내에 형성되며 가장 작은 폭을 갖는 로터(51c) 아래에 배치되는 배기구(55)가 있다. 펌프로터(51)는 배기구측에 위치한 주축(51d)의 끝단부에 모터(M)가 접속되어 있다. 타이밍기어(56)는 흡기구측에 위치한 주축(51d)의 다른쪽 끝단부에 있는 펌프로터(51)에 고정되어 있다. 타이밍기어(56)는 한 쌍의 대향하고 있는 펌프로터(51)를 연계시키는 역할을 하며, 그 중 하나가 도 1에 도시되어 있다.

모터(M)가 구동되면, 한 쌍의 펌프로터(51)는 타이밍기어(56)에 의하여 반대방향으로 동기회전되고, 다단식 로터(51a, 51b, 51c)에 의하여 가스가 이송되고 배기된다. 다단식 진공펌프가 작동중에 있을 때, 흡기구(54) 부근에 위치한 로터(51a)는 고온으로 가열되지 않지만, 배기구(55) 부근에 위치한 로터(51c)는 다단방식으로 로터(51a, 51b, 51c) 쌍에 의하여 압축된 가스에 의하여 고온으로 가열된다.

진공펌프를 구동하는데 사용되는 모터는 일반적으로 유도모터를 포함한다. 모터(M)는 전자(electromagnetic)강판의 적층된 조립체로 이루어진 철심(58)을 구비하는 모터로터(57)를 포함한다. 철심(58)은 2차도체로서 로터바(도시 안됨)를 수용하는 슬롯을 가진다. 모터(M)가 작동중에 있을 때, 모터(M)의 스테이터(60)에 의하여 발생되는 회전자기장으로 인하여 2차도체에 유도전류가 흐른다. 따라서, 회전자기장 및 유도전류는 모터로터(57)를 회전시키기 위한 토크를 발생시킨다. 하지만, 2차 도체에 흐르는 유도전류는 모터로터(57)을 가열시키며, 이에 의하여 모터(M)자체를 더 고온으로 만들게 된다.

모터가 압축된 가스에 의하여 가열된 배기구측에 배치되고, 자체적으로 열을 발생시키는 경우에, 모터(M)는 과도하게 고온으로 가열되고, 따라서, 모터(M)의 효율이 크게 저하된다. 따라서, 모터가 배기구측에 배치되는 경우에는, 모터(M)가 배기구(55)로부터 소정 거리만큼 이격되도록 상기 모터(M)를 커플링 등을 거쳐 주축(51d)에 접속시킬 필요가 있다. 이러한 구조를 갖는 모터(M)는 진공펌프에 기계적 손실을 야기하며, 또한, 진공펌프를 컴팩트하게 만들 수 없다.

또다른 종래의 진공펌프는 비교적 저온을 갖는 흡기구측에 배치되고, 펌프로터에 직접적으로 고정되는 영구자석을 포함하여 유도전류를 발생시키지 않는 모터로터를 가지는 모터를 구비한다. 하지만, 진공펌프가 반도체제조공정에 사용되는 부식성가스를 흡입하는 경우에는, 모터의 영구자석이 부식성가스에 의하여 부식된다. 결과적으로, 영구자석은 그들의 자력을 저하시키고, 상기 영구자석이 손상되어, 모터의 고장을 야기시킬 수도 있다. 모터가 조립되는 동안 영구자석의 일부가 손상되면, 모터의 회전중에 영구자석이 깨어지고 비산되며, 따라서 진공펌프를 정지시키게 된다. 또한, 모터로터가 어떤 이유로 인하여 갑자기 고온으로 가열되는 경우에는, 영구자석의 기계적강도가 저하되고, 영구자석이 제위치에 유지되도록 하는 접착제의 접착력이 떨어진다. 결과적으로, 영구자석은 회전시에 로터로부터 떨어져, 모터의 고장을 초래한다.

흡기구측에 모터가 위치되는 진공펌프에서는, 모터를 지지하기 위하여 흡기구측에 베어링을 배치시킬 필요가 있다. 흡기구측에 베어링이 배치되는 경우에는, 베어링을 윤활시키는데 사용되는 그리스의 오일분자가 진공상태가 되는 흡기구의 상류에 위치한 영역으로 확산되기 쉽다. 따라서, 진공챔버와 같은 영역내로 오일분자가 확산되는 것을 막기위하여 축밀봉기구를 설치할 필요가 있다. 상기 축밀봉기구는 진공펌프의 구조를 단순화시키기 어려우며, 또한 진공펌프를 컴팩트하게 만들기도 어렵다. 이들 문제는 스크루형 진공펌프와 같은 또다른 용적식 진공펌프에서도 발생한다.

본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은 모터로터에서의 열 발생을 최소화하며 고온의 조건하에서 안전하게 작동할 수 있는 모터를 사용하여, 높은 신뢰도로 작동할 수 있는 진공펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 흡기구 및 배기구, 케이싱내에 제공되어 흡기구로부터 가스를 흡입하고 배기구로 상기 가스를 배기하기 위하여 동기식으로 회전가능한 한 쌍의 대향하고 있는 펌프로터 및 상기 대향하고 있는 펌프로터를 회전시키기 위한 모터가 제공되며, 상기 모터는 스테이터 및 모터로터를 구비한 영구자석형 모터를 포함하고, 상기 모터로터는 철심(iron core)과 상기 철심내에 배치되는 영구자석을 갖는다.

상기 구조를 갖는 본 발명에 따르면, 영구자석은 철심에 둘러싸이기 때문에, 진공펌프가 고온에서 작동되는 경우에도 상기 영구자석이 그것의 기계적강도를 유지할 수 있다. 고온에 의하여 영구자석이 제위치에 고정되게 하는 접착제의 접착력이 저하되더라도, 상기 영구자석이 분리되는 것은 방지된다.

진공펌프내로 부식성가스가 흡입되어 모터로 들어가면, 영구자석이 철심내에 묻혀 있으므로 부식성가스와 접촉하는 영구자석의 표면적이 작다. 따라서, 영구자석의 부식이 방지되고, 따라서, 그것의 소정 성능을 유지할 수 있다.

상기 영구자석을 포함하는 복수의 영구자석은 철심내에서 영구자석의 각각의 자극면이 모터로터의 반경방향에 대하여 수직인 방향에 놓이도록 모터로터의 축 주위에 배치되며, 상기 철심은 영구자석의 자극면의 중심으로부터 반경방향으로 위치한 지점에서 상기 철심의 외주면에 용접되는 전자기강판(electromagnetic steel sheet)으로 적층된 조립체를 포함한다.

용접부를 통과하는 자속은 적기 때문에, 모터 운전시에 스테이터에 의하여 발생된 자속의 변동으로 인하여 철심내에서 발생되는 와전류가 최소로 억제될 수 있다. 따라서, 철심에서의 열 발생이 최소화되며, 와전류손실의 감소에 의하여 모터의 효율이 증대된다.

상기 전자기강판은 영구자석의 자극중심으로부터 반경방향으로 위치한 지점에 있는 외주 에지(edge)에 형성되는 각각의 후퇴부(recess)를 갖는다.

상기 후퇴부는 철심의 외주면에 형성되는 용접홈을 제공한다. 전자기강판은 상기 용접홈내의 용접부에 의하여 서로 용접되고 결합된다. 상기 용접부와 스테이터 사이의 자기갭이 모터로터의 외주면과 스테이터 사이의 자기갭보다 더 크기 때문에, 상기 용접부를 통과하는 자속은 매우 적다. 결과적으로, 철심내에서 발생되는 와전류가 저감되고, 따라서, 철심에서의 열 발생 및 와전류손실이 최소화될 수 있다.

모터로터는 보호층으로 덮인 외주면을 갖는다.

상기 보호층은 영구자석 및 전자기강판이 분위기 중의 습기 및 부식성가스와 접촉하는 것을 막고, 따라서, 그들이 녹슬거나 부식되는 것을 막는다.

영구자석형 모터는 배기구의 옆에, 즉, 배기구측에 배치된다.

펌프로터는 베어링으로 회전가능하게 지지되는 각각의 주축을 포함하며, 상기 각각의 주축을 지지하는 베어링은 로터가 상기 베어링에 의하여 캔틸레버 방식(cantilevered fashion)으로 지지되도록 배기구측의 주축 끝단으로부터 펌프로터의 로터까지의 영역내의 소정위치에 위치설정된다.

펌프로터가 캔틸레버 방식으로 지지되기 때문에, 베어링을 흡기구의 옆(흡입측)에 배치시킬 필요가 없다. 따라서, 상기 베어링을 윤활시키는데 사용되는 그리 스의 오일분자는 흡기구 상류의 영역으로 확산되지 않는다. 따라서, 오일분자의 확산을 막기 위하여 진공펌프에 축밀봉기구를 사용할 필요는 없다.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시의 방법으로 도시하고 있는 첨부도면과 연계되어 있는 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 용적식 스크루형 진공펌프는 도 2 에서 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 후술될 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 용적식 스크루형 진공펌프는 로터(1a) 및 상기 로터(1a)를 지지하는 주축(1b)을 각각 포함하는 한 쌍의 펌프로터(1)를 갖는다. 한 쌍의 대향하고 있는 로터(1a)는 케이싱(2)내에 배치된다. 용적식 스크루형 진공펌프는 펌프로터의 축선이 수직방향으로 연장되도록 설치되고, 타이밍기어는 하부에 배치되며, 흡기구는 상부에 배치된다. 케이싱(2)은 그것의 상부 벽에 형성되는 흡기구(3) 및 그것의 하부 벽에 형성되는 배기구(4)를 갖는다. 펌프로터(1)의 쌍은 베어링(5)으로 회전가능하게 지지되어 상기 로터(1a)를 상기 케이싱(2)내에서 대향하고 있는 로터들(1a) 사이 및 상기 각각의 로터(1a)와 케이싱(2) 사이에서 약간의 간극을 유지하면서 회전하도록 한다. 베어링(5)은 흡기구(3)의 옆에, 즉, 흡기구측에는 배치되지 않고, 배기구(4)의 옆에, 즉, 배기구측에 있는 주축(1b)의 끝단부 및 로터(1a) 부근의 주축(1b)에 배치된다. 구체적으로는, 주축(1b)을 지지하는 모든 베어링(5)은 배기구측에 위치하게 되고, 상기 베어링(5) 중 하나는 타이밍기어(6) 부근의 주축(1b)의 끝단부에 위치하게 되며, 나머지 베어링(5)은 로터(1a) 부근의 지점에 위치하게 된다. 이렇게 배치하는 경우, 펌프로터(1) 중 로터(1a)는 베어링(5)에 의하여 캔틸레버 방식으로 지지된다.

상기 진공펌프는 배기구측에 위치설정된 모터(M)를 포함하고, 상기 모터(M)는 펌프로터(1)의 주축(1b) 중 하나에 직접적으로 고정되는 모터로터(11)를 갖는다. 타이밍기어(6)는 펌프로터(1) 주축(1b)의 각각의 끝단부상에 장착되어 로터(1)가 구동될 때 펌프로터(1)를 반대방향으로 동기식으로 회전하게끔 한다. 참조부호 31은 타이밍기어(6)를 수용하는 기어 케이싱을 나타내고 있다.

모터(M)가 배기구(4)의 옆(배기구측)에 배치되기 때문에, 흡기구(3)의 옆(흡기구측)에는 펌프로터(1)를 지지하는 베어링이 필요하지 않으며, 따라서, 베어링을 윤활시키는데 사용되는 그리스 등의 오일분자가 흡기구(3)의 상류에 위치한 영역으로 확산되지 않는다.

도 3 및 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 모터(M)에 대하여 더욱 상세하게 기술하기로 한다.

도 3 및 도 4a 내지 도 4d에 나타낸 바와 같이, 모터(M)는 철심(12)내에 배치된 영구자석(17)을 갖는 영구자석형 모터를 포함한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 모터로터(11)는 주축(1b)에 직접 고정된다. 모터(M)는 모터로터(11) 주위에 배치되는 스테이터(13)를 갖는다. 스테이터(13)에는 상기 스테이터(13)와 일체로 형성되어 모터로터(11)를 둘러싸는 자극치(magnetic pole teeth)(14)를 구비하며, 또한 각각의 자극치(14)상에는 권선(15)이 감겨져 있다.

철심(12)은 복수의 얇은 전자기강판(16)의 적층된 조립체를 포함한다. 철심(12)은 해당하는 영구자석(17)이 삽입되는 4개의 자석슬롯(18)을 갖는다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 참조부호 17a 및 17b는 영구자석(17)의 자극면을 나타내고, 일점쇄선의 화살표(r)는 모터로터(11)의 반경방향을 나타내며, 참조기호 O는 영구자석(17)의 자극면(17a)의 중심을 나타내고 있다. 자석슬롯(18)은 삽입된 영구자석(17)의 자극면(17a, 17b)이 모터로터(11)의 반경방향(r)에 대하여 직각으로 놓이도록 주축(1b) 주위에 각을 이루며 등간격으로 형성된다. 영구자석(17)의 인접한 두 표리면(face and back sides)이 교대로 상이한 자극을 이루도록 각각의 자석슬롯(18)내에 판형상의 영구자석(17)이 삽입되고, 접착제(도시 안됨)에 의하여 제위치에 고정된다. 본 실시예에서는, 4개의 영구자석(17)이 모터로터(11)에 제공되며, 철심(12)내에 삽입되는 상기 영구자석(17)에 의하여 발생된 자속은 자성체로 만들어진 전자기강판(16)을 통하여 철심(12) 주위에 4자극의 자속분포를 형성시킨다. 영구자석(17)에 의하여 발생되는 자속 및 스테이터(13)에 의하여 발생되는 회전자기장은 모터로터(11)를 회전시키기 위한 토크를 발생시킨다.

모터로터(11)가 가열되어 영구자석(17)의 기계적강도 또는 접착제의 접착력이 저하되는 경우에도, 모터(M)는 철심(12)내에 영구자석(17)이 배치되는 구조를 갖기 때문에, 모터로터(11)가 회전하고 있는 동안, 영구자석(17)이 모터로터(11)로부터 분리되어 주위로 비산되지 않는다. 따라서, 진공펌프는 신뢰할 수 있게 안전성을 가지면서 작동될 수 있다.

모터(M)를 포함하는 다양한 구성요소에 대하여 후술한다.

도 4a에 나타낸 바와 같이, 각각의 전자기강판(16)은 철심(12)의 자석슬롯(18)을 형성하기 위한 4개의 홀(19)을 구비하고 있으며, 또한, 그것의 외주에지에는 4개의 후퇴부(20)를 구비하고 있다. 전자기강판(16)은 자성체로 만들어지며, 홀(19) 및 후퇴부(20)는 블랭킹(blanking)에 의하여 동시에 형성된다. 전자기강판(16)이 철심(12)내로 적층되면, 상기 후퇴부(20)는 삽입된 영구자석(17)의 자극면의 중심(O)(도 3에 도시)으로부터 모터로터(11)의 반경방향의 연장부상에 위치설정된다.

도 4b에 나타낸 바와 같이, 전자기강판의 외주에지에 형성되는 후퇴부(20)는 철심(12)의 외주면의 직사각형 용접홈(21)을 형성한다. 용접홈(21)은 상술된 바와 같이, 삽입된 영구자석(17)의 자극면의 중심으로부터 모터로터(11)의 반경방향의 연장부상에 위치설정된다. 도 4c에 나타낸 바와 같이, 적층된 전자기강판(16)은 함께 용접되어 용접홈(21)내에 용접부(welded portions)(22)를 형성한다.

상기 용접부(22)에서, 모터(M) 작동시의 자속의 변동은 아주 작다. 그러므로, 철심(12)에서 발생되는 와전류는 매우 적고, 따라서 모터로터(11)에서의 열 발생은 적다. 결과적으로, 모터(M)의 효율을 증대시킬 수 있다. 본 실시예에서는 적층된 전자기강판(16)이 함께 용접되지만, 전자기강판(16)은 접착제가 도포된 전자기강판을 포함하여, 상기 도포된 접착제에 의하여 서로 결합될 수 있다. 이 경우에, 전자기강판(16)이 적층된 다음 가열되며, 이에 의하여 서로 결합된다. 대안적으로, 전자기강판(16)이 적층된 후에, 관통홀이 철심을 통하여 축방향으로 형성되어, 상기 관통홀내로 코킹핀(caulking pin)이 삽입된 다음, 코킹되어 상기 전자기강판(16)이 함께 결합될 수 있다.

도 4d에 나타낸 바와 같이, 전자기강판(16)과 동일한 후퇴부를 갖는 비자성 스테인리스강의 측판(23)이 철심(12)의 각 끝단부에 부착된다. 상기 측판(23)은 영구자석(17)이 철심(12)내에 삽입된 후에 용접되어 철심(12)의 끝단부에 고정되며, 따라서, 영구자석(17)은 상기 측판(23)으로 덮힌다. 도시되지는 않았지만, 모터로터(11)의 전체 외면은 에폭시의 전착된 층으로 코팅된다.

내부에 영구자석(17)이 삽입되어 있는 철심(12)의 양 끝단부는 상기 측판(23)으로 보호되고 모터로터(11)의 전체 외면은 보호층으로 코팅되기 때문에, 영구자석(17) 및 기타 부재들은 진공펌프에 의하여 흡입되는 가스에 직접 노출되지 않으며, 따라서, 녹이나 부식이 방지된다. 보호층에는 전착공정 외에 통상의 코팅공정이 적용될 수 있다. 대안적으로는, 모터로터(11)의 전체 외면을 도금층, 열수축튜브 또는 수지층으로 피복하며, 이에 의하여 내부식성을 강화시킬 수 있다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 모터로터(11)와 스테이터(13) 사이에는 모터로터(11)를 둘러싸도록 캔(24)이 배치되어 있다. 상기 캔(24)은 모터(M)내의 내부공간을 스테이터챔버 및 모터로터챔버로 구획한다. 상기 캔(24)은 진공펌프에 의하여 흡입되는 부식성가스가 모터(M)로 들어가는 것을 방지할 수 있으며, 따라서, 코일과 같은 스테이터 부재가 부식되는 것이 방지된다. 상기 캔(24)은 수지로 만들어지며, 따라서, 와전류손실에 의하여 발열되는 것이 방지된다.

모터프레임(25)은 스테이터(13) 주위에 배치되며, 스테이터(13)의 주위를 둘러싸는 관계로 모터프레임(25)내에 헬리컬 형상의 냉각수관(26)이 매설되어 있다. 모터프레임(25)은 알루미늄으로 만들어지며, 냉각수관(26)은 용융점이 알루미늄의 용융점보다 더 높은 스테인리스 강의 헬리컬형 파이프를 포함한다. 모터프레임(25) 및 냉각수관(26)은 모터프레임(25)이 주조될 때 모터프레임(25)을 형성하는 주조재료내에 냉각수관(26)을 주입하여 일체로 형성된다. 모터프레임(25)은 상기 모터프레임(25)의 내주면이 스테이터(13)의 외주면과 밀착 유지되도록 스테이터(13) 위에 밀착되게 끼워맞춰진다. 냉각수관(26)에는 진공펌프의 외측에 배치되는 냉각수 공급장치(도시 안됨)로부터 냉각수가 공급된다. 참조부호 30은 주축(1b) 중 하나 및 나머지 주축(1b)에 고정되는 모터(M)를 수용하는 모터케이싱을 나타내고 있다.

캔(24)과 모터프레임(25) 사이에 형성되는 스테이터챔버에는 열전도성재료(27)가 충전되어 있다. 상기 캔(24), 스테이터(13) 및 모터프레임(25)은 열전도성재료(27)에 의하여 서로 일체로 결합되어 일체적 구조를 형성한다. 모터로터(11)에 의하여 발생된 열은 캔(24), 열전도성재료(27) 및 모터프레임(25)을 통하여 나열된 순서대로 순차적으로 전열된 다음, 모터프레임(25)의 외부로 방열되며, 모터프레임(25) 자체도 냉각된다. 열전도성재료(27)로는 높은 열전도성의 실리콘계 합성수지가 바람직하다. 캔(24)을 설치하지 않고, 수지와 같은 열전도성재료를 스테이터(13)의 내주면으로부터 모터프레임(25)의 내벽까지 충전하여 권선과 같은 스테이터 구성요소를 밀봉하여, 스테이터와 모터로터를 서로로부터 격리시킬 수 있다.

용적식 스크루형 펌프가 작동되면, 반대방향으로 동기식으로 회전하는 로터(1a)에 의하여 흡기구(3)로부터 흡입된 가스가 배기구(4)로 압축되어 이송되기 때문에, 배기구(4) 주변부는 고온으로 가열된다. 본 실시예에서, 모터(M)는 철심(12)내에 배치되는 영구자석(17)을 갖기 때문에, 모터(M)는 고온으로 가열되는 배기구(4)의 옆(배기구측)에 위치될 수 있다. 흡기구(3)의 옆(흡기구측)에 어떤 베어링을 제공할 필요는 없다.

상술된 바와 같이 구성된 모터로터(11)에서, 극히 적은 양의 열이 발생된다. 모터로터(11)가 어떤 이유때문에 갑자기 고온으로 가열되는 경우에도, 모터프레임(25)은 냉각 장치 또는 구조를 구비하기 때문에, 모터로터(11)가 과도하게 가열되는 것을 방지하고, 따라서, 모터(M)를 운전중에 고도로 안전하게 만들 수 있다. 본 실시예에서, 냉각수는 모터프레임(25)내의 냉각수관(26)을 통하여 순환된다. 대안적으로, 냉각가스가 모터프레임(25)내의 냉각수관(26)을 통하여 순환될 수 있다. 본 발명이 스크루형 진공펌프에 적용된 예시가 제1실시예에서 기술되었지만, 본 발명의 원리는 루츠형 진공펌프, 클로형(claw) 진공펌프 등과 같은 2축형 진공펌프에 적용될 수도 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 용적식 다단 루츠형 진공펌프에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 후술될 것이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제2실시예에 따른 용적식 다단 루츠형 진공펌프는 로터(31a, 31b, 31c) 및 주축(31d)을 각각 포함하는 한 쌍의 대향하고 있는 펌프로터(31)를 갖는다. 서로 상이한 폭을 갖는 로터(31a, 31b, 31c)는 주변에 등간격으로 이격되고 주축(31d)상에 장착된다. 대향하고 있는 펌프로터(31) 쌍은 베어링(33)에 의하여 각각 지지되고, 그들의 로터(31a, 31b, 31c)는 케이싱(32)내 에 수납된다. 진공펌프에는 최대폭을 갖는 로터(31a) 위에 배치되는 흡기구(34)가 있으며, 또한, 최소폭을 갖는 로터(31c) 아래에 배치되는 배기구(35)도 있다.

도 6에서, 대향하고 있는 로터(31b) 사이 및 상기 로터(31b)와 케이싱(32) 사이에 작은 간극이 형성되어 로터(31b)가 비접촉방식으로 회전하도록 한다. 상기 대향하고 있는 로터(31b)의 쌍은 반대방향으로 동기식으로 회전된다. 로터(31b)와 케이싱(32) 사이의 공간에 가스가 가두어지고, 상기 가스가 배기구(35)로 이송된다. 이러한 방식으로, 가스가 연속적으로 이송되며, 따라서, 흡기구(34)의 상류측에 제공되어 흡기구(34)와 연통되어 있는 진공챔버로부터 배기된다. 로터(31a) 및 로터(31c)는 도 6에 나타낸 로터(31b)와 유사한 구조로 되어 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 모터(M)는 흡기구(34)의 옆(흡기구측)에 위치한 주축(31d)의 끝단부에 있는 주축(31d) 중 하나에 장착된 모터로터(41)를 구비하며, 타이밍기어(36)는 주축(31d)의 다른 끝단부에 고정된다. 상기 타이밍기어(36)는 펌프로터(31)를 반대방향으로 동기식으로 회전시키는 역할을 한다. 펌프로터(31)는 배기구(35) 부근의 펌프로터(31)의 일 끝단 및 흡기구(34) 근처의 로터(31a) 부근의 펌프로터(31)의 나머지 끝단에 위치한 베어링에 의하여 회전가능하게 지지된다. 주축(31d)에 부착된 모터로터(41)는 베어링(33)에 의하여 캔틸레버 방식으로 지지된다.

제2실시예에서, 모터(M)는 고온으로 가열되는 배기구(35)의 옆(배기구측)에는 위치설정되지 않지만, 비교적 저온으로 유지되는 흡기구(34)의 옆(흡기구측)에 위치설정된다. 또한, 모터로터(41)는 제1실시예에 따른 모터로터와 동일한 구조로 되어 있으며, 그것의 열 발생은 매우 적다. 따라서, 제2실시예에 따른 진공펌프는 열적으로 안정되며, 고효율로 작동된다.

도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 모터로터(41)와 스테이터(42) 사이에서 스테이터(42)의 내주면을 둘러싸는 관계로 캔(43)이 배치된다. 모터(M)는 진공이 조성되는 흡기구(34)의 옆에 배치된다. 캔(43)은 스테이터(42)내에서 발생되는 가스가 흡기구(34)로 흘러들어가는 것을 방지하며, 따라서, 양호한 진공조건을 유지할 수 있게된다. 캔(43)은 또한 도입된 부식성가스가 스테이터(42)의 권선(48)의 구성요소와 반응하는 것을 방지한다.

모터(M)는 내부에 헬리컬형 냉각수관(45)이 묻힌 모터프레임(44)을 포함한다. 모터(M)를 구동하는 모터드라이버(47)는 모터프레임(44)의 외면과 밀착되어 유지 및 고정된다. 모터로터(41)에 의하여 발생되는 열은 캔(43), 열전도성재료(46) 및 모터프레임(44)을 통하여 나열된 순서대로 순차적으로 전열된 다음 모터프레임(44)의 외부로 방열된다. 따라서, 모터로터(41)의 냉각효과는 더욱 개선될 수 있다. 모터로터(41)는 캔틸레버 방식으로 지지되기 때문에, 캔(43)은 큰 수열면적을 가지며, 증대된 냉각효율을 가진다. 진공펌프의 작동시 열을 발생시키는 모터드라이버(47) 또한 모터프레임(44)에 의하여 냉각된다.

수지재료와 같은 열전도성재료(46)은 모터(M)의 스테이터챔버내에 충전되고, 따라서, 진공컨테이너의 역할을 하는 캔(43)이 상기 열전도성재료(46)에 의하여 보강된다. 따라서, 캔(43)이 어떤 이유로 손상되는 경우에도, 모터(M)의 모터로터챔버내에서는 진공이 유지될 수 있다. 또한 열전도성재료(46)는 진공펌프 내부로부터 전달되는 소음을 감쇠시키는 재료로서의 기능을 하며, 따라서, 상기 노이즈를 저감시킬 수 있다.

본 발명이 루츠형 진공펌프에 적용되는 예시가 제2실시예로 기술되었지만, 제2실시예의 원리는 스크루형 진공펌프, 클로우형 진공펌프 등과 같은 2축형 진공펌프에 적용될 수 있다.

본 발명의 특정한 바람직한 실시예가 상세히 도시되고 기술되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어남 없이 내용중에 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다음의 이점들을 얻을 수 있다.

(1) 영구자석이 철심내에 묻혀 있기 때문에, 고온에 의하여 기계적강도가 저하되거나 또는 상기 영구자석을 제위치에 고정시키기 위한 접착제의 접착력이 저하되는 경우에도, 영구자석이 팽창하거나 또는 모터로터로부터 분리되어 비산되는 것이 방지된다. 그러므로, 진공펌프는 고도의 신뢰도로 작동될 수 있다.

(2) 영구자석이 철심에 의하여 보호되기 때문에, 진공펌프가 조립되는 동안 영구자석이 손상되는 것이 방지된다. 따라서, 영구자석이 작동중에 파손되는 것이 방지된다. 또한, 진공펌프가 작동중에 있을 때, 어떤 이유로 영구자석이 손상되는 경우에, 영구자석이 모터로터의 외부로 비산되는 것이 방지된다. 따라서, 상기 모터는 연속적으로 잘 작동되며, 이에 의하여 진공펌프는 고도의 신뢰도로 작동될 수 있다.

(3) 반도체제조공정에 사용되는 부식성가스가 진공펌프에 의하여 배기되는 경우에도, 모터로터의 영구자석이 상기 부식성가스와 접촉하는 것이 방지된다. 따라서, 영구자석이 부식되거나, 그것의 자속이 저하되거나, 또는 손상되는 것이 방지된다.

(4) 배기구의 옆(배기구측)에 모터를 배치하는 경우, 펌프로터는 캔틸레버 방식으로 지지되기 때문에, 흡기구측에 베어링을 배치시킬 필요가 없다. 그러므로, 상기 베어링을 윤활시키는데 사용되는 그리스 등의 오일미스트가 흡기구의 상류에 위치한 영역으로 확산되지 않는다. 특히, 오일미스트가 확산되는 것을 방지하기 위하여 진공펌프내에 복잡한 축밀봉기구를 사용할 필요가 없다. 따라서, 진공펌프가 단순하고 컴팩트해진다.

Claims (7)

1. 흡기구 및 배기구를 구비하는 케이싱;

   상기 케이싱내에 제공되어 상기 흡기구로부터 가스를 흡입하고, 상기 배기구로 상기 가스를 배기하기 위하여 동기식으로 회전가능한 대향하고 있는 한 쌍의 펌프로터로서 각각 로터와 주축을 구비한 한 쌍의 펌프로터; 및

   상기 대향하고 있는 펌프로터를 회전시키는 모터를 포함하는 진공펌프에 있어서,

   상기 모터는 스테이터 및, 상기 한쌍의 대향하고 있는 펌프로터 중 하나의 주축에 고정되는 모터로터를 구비한 영구자석형 모터를 포함하고,

   상기 모터로터는 전자기강판(electromagnetic steel sheet)의 적층 조립체를 포함하는 철심(iron core) 및, 상기 모터로터의 축 주위에 각각의 영구 자석의 자극면(magnetic pole face)이 실질적으로 상기 모터로터의 반경방향에 대해 수직하게 놓이도록 상기 철심 내에 배치되는 복수의 영구 자석을 구비하며,

   상기 영구자석의 각각의 자극면이 상기 모터로터의 반경방향에 실질적으로 수직하게 놓이도록 상기 영구자석을 포함하는 복수의 영구자석이 상기 모터로터의 축 주위의 상기 철심내에 배치되고, 상기 철심은 상기 철심의 외주면상의 상기 영구자석의 자극면의 중심으로부터 상기 반경방향으로 위치한 지점에서 용접되는 전자기강판(electromagnetic steel sheet)의 적층된 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 전자기강판은 상기 영구자석의 자극중심으로부터 상기 반경방향으로 위치한 지점의 외주 에지부(edge)에 형성된 각각의 후퇴부(recess)를 갖는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
5. 제1항에 있어서,

   상기 모터로터는 보호층으로 피복된 외주면을 갖는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
6. 삭제
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