KR20070023500A

KR20070023500A - 다단 루트식 펌프

Info

Publication number: KR20070023500A
Application number: KR1020060027599A
Authority: KR
Inventors: 토시오 이마이; 히데아키 이토오; 마사유키 미사이즈
Original assignee: 가시야마고교가부시끼가이샤
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: KR101259503B1; JP2007056764A; US20070048162A1; US7491041B2; JP4767625B2

Abstract

본 발명은 펌프의 소비 전력을 감소시키면서 로터의 제작이 용이한 다단 루트식 펌프에 관한 것으로, 구체적으로는, 한 쌍의 회전축(A1, A2)에 지지된 복수의 이(齒)(21)를 가지는 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)와, 회전축(A1, A2)에 지지되고 상기 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)와 동일한 날(blade) 수의 이(31)를 가지는 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)로서, 상기 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)의 외주면과 펌프실(P1~P5)의 내주면에 의해 둘러싸인 배기 면적이 상기 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)의 배기 면적보다 작은 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)를 구비한 다단 루트식 펌프(1)를 제공한다.

Description

다단 루트식 펌프{Multistage root type pump}

도 1은 본 발명의 실시예 1의 다단 루트식 펌프의 종단면도이다.

도 2는 상기 도 1의 다단 루트식 펌프의 횡단면의 설명도이고, 도 2의 A는 상기 도 1의 IIA-IIA선 단면도, 도 2의 B는 상기 도 1의 IIB-IIB선 단면도이다.

도 3은 실시예 1의 다단 루트식 펌프의 로터의 설명도이고, 도 3의 A는 측면도, 도 3의 B는 도 3의 A의 화살표 IIIB 방향에서 본 도면, 도 3의 C는 도 3의 A의 화살표 IIIC 방향에서 본 도면이다.

도 4는 로터의 설명도이고, 도 4의 A는 실시예 1의 상류측 로터의 설명도, 도 4의 B는 실시예 1의 하류측 로터의 설명도, 도 4의 C는 실시예 1의 변경예 1의 로터의 설명도, 도 4의 D는 실시예 1의 변경예 2의 로터의 설명도이다.

도 5는 로터의 날의 수와 배기 면적의 설명도이고, 도 5의 A는 3날의 인벌류트(involute) 치형(齒型) 로터의 설명도, 도 5의 B는 4날의 인벌류트 치형 로터의 설명도, 도 5의 C는 6날의 인벌류트 치형 로터의 설명도이다.

[부호의 설명]

1…다단 루트식 펌프

21, 21′…이(齒)

28…인벌류트 곡선(involute curve)

31, 31″…이

31a…원호

32a…포락선(envelope curve)

A1, A2…회전축

Ｃ…케이싱

HM1, HM1′, HM2, HM2″…배기 면적

P1~P5…펌프실

R1a, R1b, R2a, R2b, R1a′, R1b′, R2a′, R2b′…상류측 로터

R3a, R3b ~ R5a, R5b, R3a″, R3b″ ~ R5a″, R5b″…하류측 로터

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제 2003-307192호 공보(도 8, 도 9)

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제 2002-364569호 공보(문단 [0009] 내지 [0015], 도 1 내지 도 3)

본 발명은 한 쌍의 회전축에 지지된 한 쌍의 로터에 의해 기체를 이송하는 루트식 펌프에 관한 것으로, 특히, 상기 로터가 다단으로 배치된 다단 루트식 펌프에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스나 액정 패널의 제조 장치 등에서 사용되는 루트식 펌 프는, 한 쌍의 회전축 각각에 마련된 로터를 사용하여 기체를 이송하고, 용적이 순차적으로 작아지는 펌프실에서 압축하여 배기하고 있다.

이와 같은 다단 루트식 드라이 진공 펌프에 있어서, 상용 압력 운전시의 소비 전력을 저감하기 위해서는 후단측(기체 이송 방향의 하류측), 특히, 최종단의 배기량을 줄일 필요가 있다. 상기 배기량은 복수의 이(齒)를 가지는 로터의 홈 부분과 로터가 수용된 펌프실의 내벽으로 둘러싸인 공간의 용적에 근거하여 결정된다.

현재 사용되고 있는 다단 루트식 펌프에서는 회전축에 지지된 로터의 형상은 모두 동일한 형상으로 형성되어 있기 때문에(예를 들어, 특허 문헌 1(일본 특허 공개 제 2003-307192호 공보) 등 참조), 배기량을 줄이기 위해서는 펌프실 및 로터의 축방향 길이를 단축시킬 필요가 있다. 그러나 로터의 축방향의 길이, 즉, 로터의 두께를 극단적으로 얇게 하면 강도가 저하되어 변형될 우려가 있기 때문에 후단측의 배기량을 감소시키는데 한계가 있다.

이 문제를 해결하기 위한 기술로서 하기와 같은 특허 문헌 2(일본 특허 공개 제 2002-364569호 공보)에 기재된 기술이 공지되어 있다.

특허 문헌 2(일본 특허 공개 제 2002-364569호 공보)에는 전단측(상류측) 로터를 3날로 구성하고 후단측(하류측) 로터를 5날로 구성함으로써, 후단측 로터에 의한 배기 면적을 작게 하여 배기량을 저감하는 기술이 기재되어 있다.

구체적으로는, 도 5에 도시한 종래부터 가장 많이 사용되고 있는 인벌류트 치형 로터에 있어서, 기준원(01)의 반경을 동일하게 설정한 경우, 3날 로터의 총 배기 면적(도 5의 A의 해칭한 부분의 면적 S01×3개소)에 대해 4날 로터의 총 배기 면적(도 5의 B의 해칭한 부분의 면적 S02×4개소)은 약 78％가 되고 있고, 6날 로터의 총 배기 면적(도 5의 C의 해칭한 부분의 면적 S03×6개소)은 약 53％가 되어 있다. 따라서, 상기 특허 문헌 2에 기재된 기술에서는 후단측 로터의 날의 수를 늘림으로써 배기 면적을 작게 할 수 있기 때문에 로터의 두께를 그다지 얇게 하지 않더라도 후단측 로터에 의한 배기량을 저감시킬 수 있다.

(종래 기술의 문제점)

상기 특허 문헌 2에 기재된 종래 기술에는 로터의 후단측에 날의 수가 많아지기 때문에 후단측 로터의 가공시간이 길어지는 문제점이 있다.

특히, 루트식 펌프의 로터를 제작할 때에는 로터끼리의 축방향 간격의 정확도를 높이기 위하여, 원판 등의 로터 절삭용 판체를 높은 정확도로 축에 고정한 상태에서 절삭용 공구를 사용하여 원판으로부터 로터를 절삭하는 것이 주로 행해지고 있다. 그러나, 동일 축상에 있는 로터의 날의 수가 다르면 절삭 작업이 복잡해져 가공에 시간이 걸리는 문제점이 있다.

먼저 로터를 제작한 후 축에 고정할 경우, 축방향의 위치 정확도가 나오기 어려울 뿐만 아니라, 복수단의 로터 쌍 전부가 로터끼리 정확하게 치합하도록 각 로터의 위상을 높은 정확도로 조정하여 고정할 필요가 있기 때문에 상당히 높은 정확도가 요구된다. 게다가, 특허 문헌 2에 기재된 기술에서는, 날의 수가 서로 달라 치합 위치가 전단측과 후단측에서 서로 다르기 때문에 위상의 조정이 상당히 복잡해져 정확도도 나오기 어려울 뿐만 아니라 조립이 상당히 어려워지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점에 착안하여 펌프의 소비 전력을 감소시키면서 로터의 제작을 용이하게 하는 것을 기술적 과제로 한다.

(본 발명)

(제 1 발명)

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 제 1 발명의 다단 루트식 펌프는,

내부에 복수의 펌프실을 가지는 케이싱과,

상기 케이싱에 지지되고 회전하는 한 쌍의 회전축과,

기체 이송 방향 상류측의 상기 펌프실 내부에 배치되고 또한 상기 각 회전축에 지지된 복수의 이를 가지는 상류측 로터와,

기체 이송 방향 하류측의 상기 펌프실 내부에 배치되고 또한 상기 각 회전축에 지지되며 상기 상류측 로터와 동일한 날 수의 이를 가지는 하류측 로터로서, 상기 하류측 로터의 외주면과 상기 펌프실의 내주면에 의해 둘러싸인 배기 면적이 상기 상류측 로터의 배기 면적보다 작은 하류측 로터를 구비한 것을 특징으로 한다.

(제 1 발명의 작용)

상기 구성요건을 구비한 제 1 발명의 다단 루트식 펌프에서는, 회전하는 한 쌍의 회전축은 내부에 복수의 펌프실을 가지는 케이싱에 지지되어 있다. 상기 각 회전축에 지지된 복수의 이를 가지는 상류측 로터는 기체 이송 방향 상류측의 상기 펌프실 내부에 배치되어 있다. 상기 각 회전축에 지지된 상기 상류측 로터와 동일한 날 수의 이를 가지는 하류측 로터는 기체 이송 방향의 하류측 상기 펌프실 내부에 배치되어 있다. 상기 하류측 로터는 상기 하류측 로터의 외주면과 상기 펌프실의 내주면에 의해 둘러싸인 배기 면적이 상기 상류측 로터의 배기 면적보다 작다.

따라서, 제 1 발명의 다단 루트식 펌프는 하류측 로터의 배기 면적이 상류측 로터의 배기 면적보다 작기 때문에 하류측에서의 배기량을 저감할 수 있어 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 상류측 로터와 하류측 로터가 동일한 날의 수를 갖기 때문에 서로 다른 날의 수의 로터를 사용한 경우에 비해 가공 작업이 용이해져 가공시간도 단축할 수 있다. 또한, 날의 수가 동일하므로 한 쌍의 로터를 치합시키는 치합 위치가 동일해지기 때문에 위상 맞춤이 용이해져 조립 작업도 용이해진다. 이 결과, 제 1 발명의 다단 루트식 펌프는 로터의 제작이 용이해지고 비용도 저감할 수 있다.

(제 1 발명의 형태 1)

제 1 발명의 형태 1의 다단 루트식 펌프는 상기 제 1 발명에 있어서,

복수단의 상류측 로터와,

복수단의 하류측 로터를 구비한 것을 특징으로 한다.

(제 1 발명의 형태 1의 작용)

상기 구성요건을 구비한 제 1 발명의 형태 1의 다단 루트식 펌프에는 상류측 로터가 복수단 마련되고 하류측 로터도 복수단 마련되어 있다. 따라서, 하류측에서의 배기량을 저감하면서 기체의 압축 성능을 향상시킬 수 있다.

(제 1 발명의 형태 2)

제 1 발명의 형태 2의 다단 루트식 펌프는 상기 제 1 발명 또는 제 1 발명의 형태 1에 있어서,

인벌류트 곡선 또는 사이클로이드(cycloid) 곡선을 포함하는 외형에 의해 형성된 상기 상류측 로터와,

상기 인벌류트 곡선 또는 사이클로이드 곡선과는 다른 포락선을 포함하는 외형에 의해 형성된 상기 하류측 로터를 구비한 것을 특징으로 한다.

(제 1 발명의 형태 2의 작용)

상기 구성요건을 구비한 제 1 발명의 형태 2의 다단 루트식 펌프에서는, 상기 상류측 로터는 인벌류트 곡선 또는 사이클로이드 곡선을 포함하는 외형에 의해 형성되어 있고, 상기 하류측 로터는 상기 인벌류트 곡선 또는 사이클로이드 곡선과는 다른 포락선을 포함하는 외형에 의해 형성되어 있다. 따라서, 제 1 발명의 형태 2에서는 상류측 로터는 소위 인벌류트 치형의 로터 또는 사이클로이드 치형의 로터에 의해 구성할 수 있다. 또한, 하류측은 상기 인벌류트 치형의 로터 또는 사이클로이드 치형의 로터와는 다른 포락선을 포함하는 외형의 치형의 로터에 의해 구성할 수 있다.

이어서 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태의 구체예(실시예)를 설명하 나, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것이 아니다.

[실시예 1]

도 1, 도 2에 있어서, 다단 루트식 펌프(1)는 서로 떨어져 배치된 상류단 벽(2) 및 하류단 벽(3)을 가지고 있다. 상류단 벽(2)의 외단면에는 모터(M)를 수용하는 모터실(2a)이 형성되어 있고, 모터실(2a)의 외단은 상류단 커버(4)에 의해 폐색되어 있다. 상기 모터실(2a)의 내측에는 구동축(A1)의 단부를 회전가능하게 지지하는 베어링(Br1)과 기체의 유입을 방지하기 위한 실 부재(SL1)가 지지되어 있다.

하류단 벽(3)의 외단면에는 구동축(A1)에 장착된 기어(G1), 종동축(A2)(도 2 참조)에 장착된 기어(G2)(미도시) 및 윤활유 등을 수용하는 기어실(3a)(도 1 참조)이 형성되어 있다. 기어(G1, G2)를 수용하는 기어실(3a)의 외단은 하류단 커버(5)에 의해 폐색되어 있다. 상기 하류단 벽(3)의 내측에는 구동축(A1)을 회전가능하게 지지하는 베어링(Br2)과 기체나 윤활유의 유입을 방지하기 위한 실 부재(SL2)가 지지되어 있다.

상기 양 단벽(2, 3) 사이에는 칸막이벽 형성 블록(B)이 배치되어 있고 칸막이벽 형성 블록(B)은 아래 블록(Ba) 및 위 블록(Bb)으로 분할되어 구성되어 있다. 칸막이벽 형성 블록(B)은 복수의 칸막이 벽(6, 7, 8, 9)및 외벽(10)을 가지고 있고, 아래 블록(Ba)은 각 칸막이 벽(6~9)의 하반부인 하부 칸막이 벽(6a~9a) 및 외 벽(10)의 하반부인 하부 외벽(10a)에 의해 구성되고, 위 블록(Bb)은 각 칸막이 벽(6~9)의 상반부인 상부 칸막이 벽(6b~9b) 및 외벽(10)의 상반부인 상부 외벽(10b)에 의해 구성되어 있다. 상기 양 단벽(2, 3) 및 칸막이 벽(6~9) 사이에는 각각 제 1 펌프실(P1)~제 5 펌프실(P5)이 형성되어 있다.

한편, 상기 양 단벽(2, 3), 칸막이벽 형성 블록(B), 상류단 커버(4), 하류단 커버(5) 등에 의하여 케이싱(C)이 구성되어 있다.

케이싱(C)에는 각 펌프실(P1~P5)의 상단부에 각각 접속하는 흡기 홀(P1a~P5a) 및 하단부에 각각 접속하는 배기 홀(P1b~P5b)이 형성되어 있다. 그리고 상기 각 칸막이 벽(6~9)의 외주부분에는 각각 상류측 펌프실(P1~P4)의 배기 홀(P1b~P4b)과 하류측 펌프실(P2~P5)의 흡기 홀(P2a~P5a)을 연통시키는 연통로(S1~S4)가 형성되어 있다. 최후단의 제 5 펌프실(P5)의 배기 홀(P5b)은 배기로(11)에 접속되어 있어 기체가 배기된다. 도 1에 있어서, 상기 제 2 펌프실(P2)의 하류단부에는 중간단 배기구(P2c)가 형성되어 있고, 중간단 배기구(P2c)는 역류 방지 밸브(12)를 개재하여 배기로(11)에 접속되어 있다. 따라서, 배기 개시 직후에 중간단 배기구(P2c)의 압력이 높은 상태에서는 상기 역류 방지 밸브(12)가 개방되어 중간단 배기구(P2c)로부터 배기되고, 배기가 진행되어 압력이 저하되면 역류 방지 밸브(12)가 닫혀 제 5 펌프실(P5)의 배기 홀(P5b)로부터 배기된다.

도 2에 있어서, 실시예 1의 펌프(1)에서는 상기 펌프실 형성 벽(2, 6 ~ 9, 3)을 관통하여 평행한 구동축(A1) 및 종동축(A2)(도 2 참조)이 회전가능하게 지지되어 있고 구동축(A1)은 모터(M)에 의해 회전구동된다. 구동축(A1) 및 종동축(A2) 에는 상기 기어실(3a) 내부에서 서로 치합하는 기어(G1) 및 기어(G2)가 장착되어 있다. 따라서, 구동축(회전축)(A1)이 회전하면 기어(G1, G2)를 개재하여 종동축(회전축)(A2)도 회전한다.

상기 구동축(A1) 및 종동축(A2)에는 각각 상기 각 펌프실(P1~P5) 내부에 수용된 펌프 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)가 고정·지지되어 있다. 상기 각 펌프 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)는 상기 구동축(A1) 및 종동축(A2)과 일체로 회전하고, 그 회전시 각 펌프실(P1~P5)의 흡기 홀(P1a~P5a)로부터 흡기한 기체를 배기 홀(P1b~P5b)로 이송한다.

(로터의 설명)

(상류측 로터의 설명)

도 1 내지 도 3에 있어서, 실시예 1의 펌프(1)에서는 구동축(A1) 및 종동축(A2)에 지지된 상류측 로터로서의 제 1 펌프 로터(R1a, R1b) 및 제 2 펌프 로터(R2a, R2b)가 외형이 동일 형상인 로터에 의해 구성되어 있고 축방향의 두께가 서로 다르다(제 2 펌프 로터(R2a, R2b) 쪽이 얇다). 도 2, 도 3, 도 4의 A에 있어서, 각 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)는 3개의 돌출부(이(齒), 이 끝(齒先))(21) 및 3개의 요홈부(이뿌리(齒元))(22)를 가지는 3날 로터에 의해 구성되어 있고, 외형은 일반적으로 폭넓게 사용되고 있는 인벌류트 치형의 로터에 의해 구성되어 있다.

도 4의 A에 있어서, 인벌류트 치형의 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)의 외형은 이하와 같이 하여 형성된다. 먼저, 기준원(23)(도 4의 A의 1점 쇄선 참조)을 설정한다. 이어서, 기준원(23)의 중심으로부터 등간격(3날이므로 120도 간격)으로 방사상의 3개의 직선(도 4의 A의 1점 쇄선의 직선 참조)을 긋고, 각 직선과 기준원(23)이 교차하는 위치를 돌출부(21)의 중심으로 하고, 다른 일방측의 교점을 요홈부(22)의 중심으로 한다. 그리고 각각의 중심으로부터 중심각 120도의 원호(21a, 22a)를 설정한다(원호의 반경은 기준원(23)의 약 0.45 배). 상기 방사상의 3개의 각 직선의 각(角)의 2등분선을 6개 긋고 이 선과 기준원(23)이 교차하는 점을 접속점(27)이라 한다. 그리고 접속점(27)을 통과하는 인벌류트 곡선(신개선(伸開線, involute))(28)으로 각 원호(21a, 22a) 사이를 접속한다.

따라서, 실시예 1의 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)는 상기 원호(21a, 22a)와 원호(21a, 22a) 사이를 보완하는 인벌류트 곡선(28)을 가지는 외형의 3날의 인벌류트 치형 로터에 의해 구성되어 있다. 각 로터 쌍(R1, R2)이 회전함으로써 일방의 로터의 돌출부(21)가 타방의 로터의 요홈부(22)에 치합하여 회전하고(도 2의 A 참조), 로터의 요홈부(22)와 펌프실(P1, P2) 내면 사이에 형성되는 공간이 흡기 홀(P1a, P2a)로부터 배기 홀(P1b, P2b)측으로 이동함으로써 상기 공간 내부의 기체가 하류측으로 이송된다. 한편, 도 4의 A에 있어서, 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)의 배기 면적 HM1은 상기 돌출부(21)의 선단을 연결하는 로터 외경원(24)(펌프실 내주면에 대응)과 원호(21a, 22a) 및 인벌류트 곡선(28)에 의해 둘러싸인 부분(도 4의 A의 해칭된 부분 참조)이 된다.

(하류측 로터의 설명)

도 1 내지 도 3에 있어서, 구동축(A1) 및 종동축(A2)에 지지된 하류측 로터로서의 제 3 펌프 로터(R3a, R3b)~제 5 펌프 로터(R5a, R5b)는 외형이 동일 형상인 로터에 의해 구성되어 있고, 축방향의 두께가 하류측일수록 얇게 형성되어 있다. 도 2, 도 3, 도 4의 B에 있어서, 상기 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)는 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)의 경우와 마찬가지로 3개의 돌출부(이)(31) 및 3개의 요홈부(32)를 가지는 3날 로터에 의해 구성되어 있다. 그리고 하류측 펌프 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)의 배기 면적 HM2(도 4의 B의 해칭된 부분 참조)가 상류측 펌프 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)의 배기 면적 HM1보다 작아지도록 설정되어 있다.

도 4의 B에 있어서, 실시예 1의 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)는 하기와 같은 외형을 가진다. 상기 인벌류트 치형의 로터의 경우와 마찬가지로 하여 기준원(33)(도 4의 B의 1점 쇄선 참조)을 설정한다. 이어서, 돌출부(31)의 선단 및 접속점(37)을 설정한다. 그리고 돌출부(31)의 선단과 그 양측의 접속점(37)을 통과하는 원호(31a)와 대응하는 로터의 돌출부(치합하는 돌출부)의 원호(31a)에 의해 그려지는 포락선(32a)에 의해 외형이 형성되어 있다.

한편, 실시예 1의 기준원(33)의 반경은 기준원(23)의 반경과 동일하게 설정되고, 로터 외경원(34)의 반경은 기준원(33)의 반경의 1.25배로 설정되어 있다. 이 와 같이 제작된 실시예 1의 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)의 총 배기 면적(배기 면적 HM2×3)은 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)의 총 배기 면적(배기 면적 HM1×3)에 대해 약 52％로 되어 있다.

따라서, 실시예 1의 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)는 상기 원호(31a, 32a)를 가지는 외형의 3날 로터에 의해 구성되어 있다. 그리고 각 로터 쌍(R3~R5)이 회전함으로써 일방의 로터의 돌출부(31)가 타방의 로터의 요홈부(32)에 치합하여 회전하고(도 2의 B 참조), 로터의 요홈부(32)와 펌프실(P3~P5) 내면 사이에 형성되는 공간이 흡기 홀(P3a, P3a)로부터 배기 홀(P3b, P3b)측으로 이동함으로써 상기 공간 내부의 기체가 하류측으로 이송된다.

한편, 실시예 1의 펌프(1)에서는 구동축(A1) 및 종동축(A2)의 제 3 펌프 로터(R3a, R3b)~제 5 펌프 로터(R5a, R5b)가 고정되어 있는 부분(A1a, A2a)은 축의 외경이 굵게 형성되어 있다.

(실시예 1의 작용)

상기 구성을 구비한 실시예 1의 다단 루트식의 펌프(1)에서는 모터(M)의 구동에 의해 회전축(A1, A2)이 회전하면 각 로터 쌍(R1~R5)이 회전하고 각 펌프실(P1~P5) 내부의 기체가 흡기 홀(P1a~P5a)측에서 배기 홀(P1b~P5b)측으로 이송된다. 그리고 이송된 기체는 각 펌프실(P1~P5)의 용적 비율에 따라 압축되고 최종적으로 배기로(11)를 통하여 배기된다.

실시예 1의 펌프(1)에서는 로터 쌍(R1~R5)의 하류측에서 배기 면적이 작고 또한 하류측일수록 두께가 얇기 때문에 하류측으로 갈수록 배기 홀(P1b~P5b)로부터 의 배기량이 적어져 최하류측에서 배기량을 줄일 수 있다. 그 결과, 전력을 절약할 수 있고 운용 비용을 저감할 수 있다.

또한, 하류측일수록 배기 면적 자체가 작기 때문에 배기 면적과 두께에 근거하여 결정되는 배기량의 설정시, 두께를 지나치게 얇게 하지 않더라도 하류측에서 배기량을 충분히 저감할 수 있다. 따라서, 배기량을 저감하면서 두께를 충분히 확보할 수 있기 때문에 펌프 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)의 강도를 충분히 세게 할 수 있어 변형·파손을 저감할 수 있다.

또한, 실시예 1의 펌프(1)에서는, 상류측 로터 쌍(R1, R2)과, 하류측 로터 쌍(R3~R5)이 동일한 3날 로터로 구성되어 있고, 도 3의 B, 도 3의 C에 나타낸 바와 같이 외형이 공통되는 부분이 많다. 따라서, 회전축(A1, A2)에 고정한 절삭용 판체로부터 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)를 절삭하여 제작하는 경우, 예를 들어, 절삭 공구를 축방향을 따라 관통시켜 공통되는 외형을 절삭한 후 절삭 공구를 상류측으로부터 이동시켜 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)를 절삭하고, 절삭 공구를 하류측으로부터 이동시켜 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)를 절삭함으로써 가공할 수 있다. 이에 반해, 특허 문헌 2에 기재된 종래 기술과 같이, 날의 수가 서로 다른 경우에는 공통되는 부분이 적고 공통되지 않는 부분이 많기 때문에 절삭에 시간이 걸린다. 그 결과, 날의 수가 서로 다른 경우에 비해 실시예 1의 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)는 단시간에 가공할 수 있기 때문에 가공 비용, 제조 비용을 저감할 수 있다.

또한, 실시예 1의 펌프에서는 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)의 외형이 공통되는 부분이 많기 때문에, 가공할 부분이 적은 판체(예를 들어, 3날의 경우에는 원판이 아닌 삼각형판)로부터 깎아낼 수 있다. 한편, 날의 수가 서로 다른 경우에는 공통되는 부분이 적기 때문에 공통의 판체를 사용할 경우 원판이나 다각형 판체를 사용할 필요가 있어 가공할 부분이 많아진다. 따라서, 실시예 1의 펌프(1)에서는 가공할 부분이 적은 판체로부터 절삭할 수 있어 가공시간을 단축할 수 있다. 또한, 가공할 부분이 적기 때문에 깎아내는 부분을 적게 할 수 있어 불필요한 부분을 줄일 수 있고 저비용화할 수 있다.

또한, 실시예 1의 펌프(1)에서는 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)의 날의 수가 3날로 적기 때문에 비교적 큰 절삭 공구를 사용할 수 있어 가공 작업이 용이해지고 가공시간을 단축할 수 있다. 또한, 상류측과 하류측에서 날의 수가 서로 다른 경우에는 별개의 공구를 사용하지 않으면 안 되는 경우가 있으나, 실시예 1의 펌프에서는 상류측과 하류측에서 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)의 날의 수가 동일하기 때문에 동일한 공구를 사용하여 절삭할 수 있다. 따라서, 절삭 작업을 용이하게 행할 수 있고 공구의 종류도 공통화할 수 있기 때문에 비용을 억제할 수 있다.

또한, 상류측과 하류측에서 날의 수가 동일하기 때문에 로터 쌍(R1~R5)을 치합시키는 치합 위치가 동일한 위치이므로 위상 맞추기가 용이하여 펌프(1)의 조립이 용이해진다. 또한, 처음에 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)를 절삭한 후 회전축(A1, A2)에 고정하는 경우에도 치합 위치가 동일하기 때문에 위상 맞추기를 용이하게 할 수 있다. 따라서, 비교적 용이하고 또한 높은 정확도로 회전축(A1, A2)에 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)를 고정할 수 있어 비용을 저감할 수 있다.

이 밖에도, 예를 들어, 상류측의 펌프 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)는 회전축(A1, A2)에 고정한 판체로부터 절삭하고, 하류측의 펌프 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)는 회전축(A1, A2)에 고정하기 전에 미리 제작한 후 회전축(A1, A2)에 고정하여 제작할 수도 있다. 이와 같이 제작함으로써 더욱더 가공시간의 단축이 가능해진다.

또한, 실시예 1의 펌프(1)에서는 회전축(A1, A2)의 제 3 펌프 로터(R3a, R3b)~제 5 펌프 로터(R5a, R5b)가 고정되어 있는 대경부(A1a, A2a)는 축의 외경이 커져 있기 때문에 회전축(A1, A2)의 강성을 높일 수 있다.

또한, 실시예 1의 펌프(1)에는 중간단 배기구(P2c)가 마련되어 있기 때문에 상류측의 제 2 펌프실(P2)과 하류측의 제 3 펌프실(P3)에서 용적비가 커져 배기 홀(P2b)에서의 압력이 높아져 과압축상태가 발생하더라도 중간단 배기구(P2c)로부터 배기할 수 있다. 그 결과, 압력이 높은 배기 개시 직후의 경우에도 배기 속도의 감소를 회피할 수 있다.

또한, 실시예 1의 펌프(1)에는 하류측 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)의 외형이 원호(31a)와 포락선(32a)을 조합시킨 외형이 되어 있고 기준원(33)에 대해 로터 외경원(34)의 반경을 비교적 자유롭게 설정할 수 있어 배기 면적 HM2를 용이하게 조정할 수 있다. 그 결과, 배기 면적 HM2나 배기량의 설정 자유도가 높아져 펌프(1)의 설계 자유도를 높일 수 있다.

(실시예 1의 변경예 1)

상기 실시예 1에 있어서, 상류측의 펌프 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)를, 인벌 류트 치형의 로터 대신에, 하류측의 펌프 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)와 마찬가지로 하여 원호의 조합에 의한 로터를 사용할 수 있다.

즉, 도 4의 C에 있어서, 먼저, 기준원(23′)(도 4의 C의 1점 쇄선 참조)에 대해 하류측 로터의 로터 외경원(34)보다 반경이 큰 동심원인 로터 외경원(24′)(도 4의 C의 2점 쇄선 참조)을 설정한다. 그리고 실시예 1과 마찬가지로 돌출부(21′)의 선단 및 접속점(27′)을 설정한다. 그리고 돌출부(21′)의 선단과 그 양측의 접속점(27′)을 통과하는 원호(21a′)와 대응하는 로터의 돌출부 원호에 의해 그려지는 포락선(22a′)을 따라 상류측 펌프 로터(R1a′, R1b′, R2a′, R2b′)의 외형을 형성한다.

(실시예 1의 변경예 1의 작용)

상기 구성을 구비한 실시예 1의 변경예 1의 펌프에 있어서, 상술한 바와 같이 원호와 포락선을 조합시킨 치형의 로터에서는 배기 면적을 비교적 자유롭게 설정할 수 있다. 한편, 실시예 1의 상류측 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)와 같은 인벌류트 치형이나 후술하는 사이클로이드 치형의 로터의 경우, 기준원(33)의 반경과 날의 수가 정해지면 로터 외경원(34)의 반경이 일원적으로 정해지기 때문에 설계의 자유도가 낮다. 이에 반해, 실시예 1의 변경예 1의 펌프에서는 설계의 자유도가 높은 원호(21a′)와 포락선(22a′)을 조합시킨 치형의 로터를 채용하고 있기 때문에 상류측 펌프 로터(R1a′, R1b′, R2a′, R2b′)의 배기 면적 HM1′(도 4의 C의 해칭으로 나타낸 부분 참조)을 자유롭게 설정할 수 있고, 실시예 1의 배기 면적 HM1과 거의 마찬가지의 면적으로 설정할 수 있다. 이 결과, 실시예 1의 변경예 1의 펌 프라도 실시예 1의 펌프(1)와 마찬가지의 작용 효과를 가진다.

(실시예 1의 변경예 2)

상기 실시예 1에 있어서, 하류측의 펌프 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)를 바꾸어 소위 사이클로이드 치형의 로터를 사용할 수 있다.

즉, 도 4의 D에 있어서, 실시예 1과 마찬가지로 기준원(33″)(도 4의 D의 1점 쇄선 참조), 로터 외경원(34″)(도 4의 D의 2점 쇄선 참조), 로터 내경원(36″)(도 4의 D의 파선 참조) 및 돌출부(31′)의 선단, 요홈부(32′)의 바닥 및 접속점(37′)을 설정한다. 그리고 돌출부(31′)의 선단과 그 양측의 접속점(37′)을 통과하는 사이클로이드 곡선(외부 사이클로이드, 에피사이클로이드(epicycloid))(31a″)과 요홈부(32′)의 바닥과 그 양측의 접속점(37′)을 통과하는 사이클로이드 곡선(내부 사이클로이드, 하이포사이클로이드(hypocycloid))(32a″)을 따라 하류측의 펌프 로터(R3a″, R3b″ ~ R5a″, R5b″)의 외형을 형성한다.

(실시예 1의 변경예 2의 작용)

상기 구성을 구비한 실시예 1의 변경예 2의 펌프에서는 실시예 1의 하류측의 펌프 로터(R3a, R3b ~ R5a, R5b)에 비해 배기 면적 HM2″은 커지나, 상류측의 펌프 로터(R1a, R1b, R2a, R2b)의 배기 면적 HM1보다는 배기 면적 HM2″이 작아진다. 따라서, 실시예 1의 변경예 2의 펌프라도 실시예 1의 펌프(1)와 마찬가지의 작용 효과를 가진다.

(변경예)

이상, 본 발명의 실시예를 상술하였으나 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니며, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지 범위 내에서 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 본 발명의 변경예(H01)~(H06)를 이하에 예시한다.

(H01) 상기 실시예에 있어서, 펌프 로터(R1a, R1b ~ R5a, R5b)의 날의 수는 3개로 한정되지 않으며 2개 또는 4개 이상으로 하는 것도 가능하다.

(H02) 상기 실시예에 있어서, 중간단 배기구(P2c)는 생략하는 것도 가능하다.

(H03) 상기 실시예에 있어서, 회전축(A1, A2)의 하류측 부분의 외경을 두껍게 하였으나 동일 지름으로 하는 것도 가능하다.

(H04) 상기 실시예에 있어서, 상류측을 인벌류트 치형의 로터 또는 원호가 조합된 치형의 로터를 사용하였으나 하류측보다 배기 면적이 넓은 사이클로이드 치형의 로터를 사용하는 것도 가능하다.

(H05) 상기 실시예에 있어서, 상류측 로터 쌍(R1, R2)을 2단, 하류측 로터쌍(R3~R5)을 3단으로 하였으나 단의 수는 임의로 변경 가능하고 1단씩으로 하는 것도 가능하다.

(H06) 상기 실시예에 있어서, 상류측과 하류측의 2 종류의 외형의 펌프 로터를 예시하였으나 이것으로 한정되지 않으며, 상류측, 중류측, 하류측 등으로 3종류 이상의 외형의 펌프 로터를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상류측은 인벌류트 치형의 펌프 로터, 중류측을 사이클로이드 치형의 펌프 로터, 하류측을 원호가 조합된 치형의 펌프 로터로 하는 것도 가능하다.

상술한 본 발명은 펌프의 소비 전력을 감소시키면서 로터의 가공을 용이하게 할 수 있다.

Claims

내부에 복수의 펌프실을 가지는 케이싱과,

상기 케이싱에 지지되고 회전하는 한 쌍의 회전축과,

기체 이송 방향 상류측의 상기 펌프실 내부에 배치되고 또한 상기 각 회전축에 지지된 복수의 이(齒)를 가지는 상류측 로터와,

기체 이송 방향 하류측의 상기 펌프실 내부에 배치되고 또한 상기 각 회전축에 지지되며 상기 상류측 로터와 동일한 날(blade) 수의 이를 가지는 하류측 로터로서, 상기 하류측 로터의 외주면과 상기 펌프실의 내주면에 의해 둘러싸인 배기 면적이 상기 상류측 로터의 배기 면적보다 작은 하류측 로터를 구비한 것을 특징으로 하는 다단 루트식 펌프.
제 1항에 있어서,

복수단의 상류측 로터와,

복수단의 하류측 로터를 구비한 것을 특징으로 하는 다단 루트식 펌프.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

인벌류트(involute) 곡선 또는 사이클로이드(cycloid) 곡선을 포함하는 외형에 의해 형성된 상기 상류측 로터와,

상기 인벌류트 곡선 또는 사이클로이드 곡선과는 다른 포락선(envelope curve)을 포함하는 외형에 의해 형성된 상기 하류측 로터를 구비한 것을 특징으로 하는 다단 루트식 펌프.